JP2019190518A - ヒンジ装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】応答性が高くしかも簡便構造で開閉角度および開閉角速度を検出することのできるヒンジ装置を提供する。【解決手段】ヒンジ装置１２Ｒは本体筐体１６とディスプレイ筐体１４との回動を可能にし、本体筐体１６に対して回転不能に設けられた第１筐体軸２４と、ディスプレイ筐体１４に対して回転不能に設けられた第２筐体軸２６と、第１筐体軸２４に外挿されて回動にともなって回転する筒体５０と、筒体５０に対して回転不能に固定されたリング型のマグネット５２と、回動にともなうマグネット５２の動きを磁気の変化から検出するセンサ５４と、センサ５４の信号を読み取って開閉角度θおよび開閉角速度ωを求めるコントローラ５６とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、第１筐体と第２筐体との回動を可能にするヒンジ装置および該ヒンジ装置を備える電子機器に関する。

携帯電話やノートブック型パーソナルコンピュータ（以下、ノート型ＰＣという）等の電子機器では、ヒンジ装置によって、本体筐体に対してディスプレイ筐体を回動可能に連結した構成が用いられている。

例えば特許文献１には、本体筐体の後端部にヒンジ装置を備え、ディスプレイ筐体を０度から３６０度位置まで回動可能なノート型ＰＣが開示されている。このノート型ＰＣでは開閉角度に応じて異なるモードとして使用されることにより利便性が向上する。例えばヒンジの開閉角度が０度のクローズモード、１０度〜１９０度程度のラップトップモード、１９０度〜３５０度程度のスタンドモードまたはテントモード、３６０度のタブレットモードとして使用する。ここでスタンドモードとは、本体筐体のキーボード側を机上面に接触させ、ディスプレイがユーザを向くように置くモードである。テントモードは、本体筐体とディスプレイ筐体とをテント状にして机上面に立て置くモードである。タブレットモードは、ディスプレイを顔に向けながら手で保持して使用できるモードである。このノート型ＰＣでは本体筐体とディスプレイ筐体とにそれぞれ加速度センサを設け、該加速度センサが検出する加速度から計算によってヒンジの開閉角度を求めている。

また、ノート型ＰＣのキーボードおいて高い操作性を確保するためにはある程度のキーストロークを確保しておく必要がある。そして、本体筐体の薄型化を実現しながら、しかもディスプレイ筐体を閉じた際にディスプレイが本体筐体上面のキーボードに干渉することを避けるためには、ディスプレイ装置を閉じる際にはキーボードのキーが自動的に押し下げられるとよい。特許文献２にはこのようなキー押下機構が開示されている。

特開２０１７−３３１１６号公報 特許第５９８０３７４号公報

上記の特許文献１および特許文献２に記載のノート型ＰＣではモードの切り替えやキーの押下動作のタイミングは本体筐体とディスプレイ筐体との開閉角度に基づく。ノート型ＰＣにおいてヒンジの開閉角度を検出するのに加速度センサを用いると、信号の安定や計算に多少の時間がかかることから応答遅れがある。また、モバイル用途の場合にはヒンジの開閉以外にも加速度が外乱として加わる場合があり、検出精度に影響を及ぼす懸念がある。さらに、本体筐体とディスプレイ筐体とにそれぞれ加速度センサを設けることからシステムが複雑化する。

また、リアルタイムでヒンジの開閉角度や開閉角速度を検出可能なヒンジ装置および電子機器が実現されれば、上記のような使用モードの識別以外にも用途が広がると考えられるが、現状ではセンシングに応答遅れがある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、応答性が高くしかも簡便構造で開閉角度および開閉角速度の少なくとも一方を検出することのできるヒンジ装置および該ヒンジ装置を備える電子機器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるヒンジ装置は、第１筐体と第２筐体との回動を可能にするヒンジ装置であって、前記回動にともなって回転する回転軸と、前記回転軸に対して回転不能に固定されたマグネットと、前記回動にともなう前記マグネットの動きを磁気の変化から検出するセンサと、前記センサの信号を読み取って前記第１筐体と前記第２筐体との開閉角度および開閉角速度の少なくとも一方を求めるコントローラと、を有することを特徴とする。

前記第１筐体に対して回転不能に設けられた第１筐体軸を有し、前記回転軸は前記第１筐体軸に対して回転可能に外挿された筒体であり、前記回動にともなって前記第１筐体軸に対して相対回転してもよい。

前記センサは前記第１筐体の内部に固定されていてもよい。

前記マグネットは前記第１筐体の内部に配置されていてもよい。

前記筒体は、前記マグネットを軸方向側面から支持する回り止め段差部を有してもよい。

前記第２筐体に対して回転不能に設けられた第２筐体軸と、前記第１筐体軸と前記第２筐体軸とを平行に保持するリンクと、前記第１筐体軸と前記第２筐体軸とを逆向きに同期回転させる同期部と、を有してもよい。

また、本発明にかかる電子機器は、上記のヒンジ装置を備えることを特徴とする。

前記第１筐体または前記第２筐体は、複数のキーを備えるキーボードと、前記キーを押し下げるキー押下機構と、前記キー押下機構を駆動させるモータと、を有し、前記コントローラは、前記開閉角度および前記開閉角速度の少なくとも一方に基づいて前記モータを駆動させてもよい。

前記コントローラは、前記開閉角速度に基づいて入力装置または出力装置の少なくとも一方の状態を変更させてもよい。

本発明にかかるヒンジ装置および電子機器では、第１筐体と第２筐体との回動にともなって回転する回転軸と、この回転軸に対して回転不能に固定されたマグネットと、マグネットの動きを磁気の変化から検出するセンサと、コントローラとを有しており、このような簡便構造でありながら、開閉角度および開閉角速度の少なくとも一方を高い応答性で検出することができる。

図１は、実施の形態にかかる電子機器の斜視図である。 図２は、電子機器の一部拡大模式側面図であり、（ａ）は本体筐体とディスプレイ筐体との開閉角度が０度の状態であり、（ｂ）は９０度の状態であり、（ｃ）は１８０度の状態であり、（ｄ）は２７０度の状態であり、（ｅ）は３６０度の状態である。 図３は、実施の形態にかかるヒンジ装置の模式図である。 図４は、図３におけるＩＶ〜ＩＶ線視による断面図である。 図５は、図３におけるＶ〜Ｖ線視による断面図である。 図６は、キー押下機構によるキーの動作図であり、図５（ａ）は、キートップが最も上方にある使用位置での側面図であり、図５（ｂ）は、キートップが最も下方となる押下位置とされた状態を示す側面図である。 図７は、キー押下機構の構成を模式的に示す平面図である。 図８は、キー押下機構の第１の制御手順を示すフローチャートである。 図９は、キー押下機構の第２の制御手順を示すフローチャートである。 図１０は、実施の形態の変形例にかかるヒンジ装置の模式図である。

以下に、本発明にかかるヒンジ装置および電子機器の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。本発明の実施形態はヒンジ装置１２Ｒおよび該ヒンジ装置１２Ｒを備える電子機器１０である。

図１は、ヒンジ装置１２Ｌ，１２Ｒを備えた電子機器１０の斜視図であり、ヒンジ装置１２Ｌ，１２Ｒによってディスプレイ筐体（第２筐体）１４を本体筐体（第１筐体）１６から開いたノート型ＰＣでの使用形態を示している。図２は、図１に示す電子機器１０のディスプレイ筐体１４を本体筐体１６に対して回動させた場合の各角度位置での一部拡大模式側面図である。本体筐体１６とディスプレイ筐体１４とがディスプレイ１８(図１参照)の面とキーボード２０(図１参照)の面とが対面する位置の閉じた状態(図２（ａ）参照)を開閉角度０度とする。本体筐体１６とディスプレイ筐体１４とが相対的に回動することでディスプレイ１８の面とキーボード２０の面とがお互いに外側を向く位置にかけて開いた状態(図２（ｅ）参照)を開閉角度３６０度とする。以下、ディスプレイ筐体１４の本体筐体１６に対する開閉角度をθとし、その開閉角速度をωとする。

本実施形態に係る電子機器１０は、ディスプレイ筐体１４の本体筐体１６に対する開閉角度θに基づいてクローズモード、ラップトップモード、スタンドモード、テントモードおよびタブレットモードに自動的にモードが切り換えられ、モードによりディスプレイ１８の表示／非表示、ディスプレイ１８の表示向き、キーボード２０およびタッチパッド２２の有効／無効が切り換えられる。

図１、図２に示すように、電子機器１０は、その表面１４ａにディスプレイ１８を有するディスプレイ筐体１４の後端部１４ｃと、その表面１６ａにキーボード２０を有する本体筐体１６の後端部１６ｃとを、左右一対のヒンジ装置１２Ｌ，１２Ｒによって回動可能に連結したものである。

ディスプレイ筐体１４は、本体筐体１６よりも薄く平板状に構成されている。ディスプレイ筐体１４は、その後端部１６ｃに設けられたヒンジ装置１２Ｌ，１２Ｒによって本体筐体１６と連結されると共に、ヒンジ装置１２Ｌ，１２Ｒの少なくとも一方を通過した図示しないケーブルにより本体筐体１６と電気的に接続されている。ディスプレイ１８は、例えばタッチパネル式の液晶表示装置によって構成され、枠体１４ｄによって囲われている。

本体筐体１６は、扁平箱状に構成されている。本体筐体１６は、その後端部１４ｃに設けられたヒンジ装置１２Ｌ，１２Ｒによってディスプレイ筐体１４と連結されている。本体筐体１６の表面１６ａには、キーボード２０、タッチパッド２２等の入力手段が設けられ、本体筐体１６の内部には基板、演算装置、及びメモリ等の各種電子部品が設けられている。これらは、例えば後述するコントローラ５６に含まれる。また、本体筐体１６にはキーボード２０を構成する各々のキー２１を押し下げるキー押下機構７０（図６参照）が設けられている。キー押下機構７０については後述する。

図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、ヒンジ装置１２Ｌ，１２Ｒは、２軸構造によりディスプレイ筐体１４の０度位置から３６０度位置までの回動を可能とするものである。

図３に示すように、ヒンジ装置１２Ｒは機構部１２ａと、センシング部１２ｂとを有する。機構部１２ａは、本体筐体１６に対して回転不能に連結された第１筐体軸２４と、ディスプレイ筐体１４に対して回転不能に連結された第２筐体軸２６と、これら第１筐体軸２４及び第２筐体軸２６を回転可能に保持するヒンジ筐体２８とを備える。

機構部１２ａはさらに、第１筐体軸２４と第２筐体軸２６とを平行に保持するリンク３０ａ、リンク３０ｂおよびリンク３０ｃと、第１筐体軸２４と第２筐体軸２６とを逆向きに同期回転させる同期部３２と、第１筐体軸２４および第２筐体軸２６にそれぞれ設けられたトルク発生部３４と、リンク３０ｃをヒンジ筐体２８に固定する固定部３６とを有する。

第１筐体軸２４の左側端には本体連結板３８がねじ止めで固定されている。本体連結板３８は本体筐体１６に対してねじ止め固定されており、第１筐体軸２４は本体筐体１６に対して回転不能となっている。第２筐体軸２６の左側端にはディスプレイ連結板４０がねじ止めで固定されている。ディスプレイ連結板４０はディスプレイ筐体１４に対してねじ止め固定されており、第２筐体軸２６はディスプレイ筐体１４に対して回転不能となっている。

リンク３０ａ、３０ｂおよび３０ｃは左から右に向かって並列配置されており、第１筐体軸２４と第２筐体軸２６とを平行かつ並列に保持している。リンク３０ａはやや厚く、リンク３０ｂ，３０ｃはやや薄い。リンク３０ａは第１筐体軸２４および第２筐体軸２６の略中間位置に設けられている。

同期部３２は第１筐体軸２４に対して回転不能に設けられた第１傘歯車３２ａと、第２筐体軸２６に対して回転不能に設けられた第２傘歯車３２ｂと、これらの第１傘歯車３２ａおよび第２傘歯車３２ｂに噛み合う中間傘歯車３２ｃとを有する。第１傘歯車３２ａおよび第２傘歯車３２ｂはそれぞれ歯面が左を指向しており、リンク３０ａの右面とほぼ当接している。中間傘歯車３２ｃは両端をリンク３０ａによって軸支されており、両端の歯面が第１傘歯車３２ａと第２傘歯車３２ｂとに噛み合う状態で、かつ第１筐体軸２４および第２筐体軸２６と直交する向きに設けられている。同期部３２は傘歯車以外にも、例えばヘリカルギアを用いてもよい。

トルク発生部３４は、第１筐体軸２４および第２筐体軸２６の右側部分のねじ部２４ａ、２６ａにそれぞれ設けられており、複数の板バネ３４ａと、ナット３４ｂとを有する。板バネ３４ａはリンク３０ｂとナット３４ｂとの間に介挿されており、ナット３４ｂがねじ部２４ａ、２６ａに螺合して締め込まれることにより圧縮されて摩擦トルクを発生させることができる。これにより、本体筐体１６とディスプレイ筐体１４との開閉角度θが安定して保持される。

固定部３６はリンク３０ｃとヒンジ筐体２８とをねじ止め固定している。ヒンジ筐体２８は機構部１２ａの右半分、つまり、リンク３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、同期部３２、トルク発生部３４、固定部３６を覆っている。第１筐体軸２４の左半分は本体筐体１６の内部に配置されている。同様に、第２筐体軸２６の左半分はディスプレイ筐体１４の内部に配置されている。このように、第１筐体軸２４および第２筐体軸２６はリンク３０ａ，３０ｂ，３０ｃによって平行かつ並列に保持され、かつ本体連結板３８、ディスプレイ連結板４０によって本体筐体１６およびディスプレイ筐体１４の連結面に沿った方向に配置され、本体筐体１６とディスプレイ筐体１４との回動の基軸となる。また、同期部３２により第１筐体軸２４および第２筐体軸２６は反対方向に同期回転することから、リンク３０ａ、３０ｂ、３０ｃおよびヒンジ筐体２８の開閉角度θ２は、開閉角度θに対して１／２の角度となる。例えば、開閉角度θが９０度であるときには、開閉角度θ２は４５度になる（図２（ａ）参照）。なお、機構部１２ａはヒンジ装置１２Ｌにも左右対称構造で設けられている。センシング部１２ｂはヒンジ装置１２Ｒに設けられているが、ヒンジ装置１２Ｌに設けられていてもよい。

図３、図４、図５に示すように、センシング部１２ｂは第１筐体軸２４に対して回転可能に外挿された筒体（回転軸）５０と、該筒体５０に対して回転不能に外挿・固定されたマグネット５２と、マグネット５２の回転（動き）を磁気の変化から検出するセンサ５４と、センサの信号を読み取るコントローラ５６とを有する。マグネット５２、センサ５４およびコントローラ５６はすべて本体筐体１６の内部に設けられている。マグネット５２は筒体５０に対して外挿以外の形態で固定されていてもよく、例えば筒体５０の一部として埋め込まれていてもよい。

筒体５０は、第１筐体軸２４において、本体連結板３８の右端部からリンク３０ａの左面までの部分に延在し外挿されている。筒体５０の右端部にはやや大径の基端部５０ａが設けられており、該基端部５０ａは右面に設けられた１以上の凹部５０ｂと、左側の段差部５０ｃに設けられた１以上の突起５０ｄとを有する。

リンク３０ａの左面には凹部５０ｂに対応した個数および位置の突起３０ａａが設けられている。突起３０ａａが凹部５０ｂに嵌合することにより筒体５０の位置決めおよび回り止めがなされる。マグネット５２の右面には突起５０ｄに対応した個数および位置の凹部５２ａが設けられている。段差部５０ｃは、マグネット５２を軸方向側面から支持して安定させ、さらに突起５０ｄが凹部５２ａに嵌合することによりマグネット５２の位置決めおよび回り止めを行う。リンク３０ａ、基端部５０ａおよびマグネット５２は磁気に対する熱の影響のない固定手段、例えば接着剤で固定されており、マグネット５２はリンク３０ａに対して一体的に回転する。すなわち、本体筐体１６とディスプレイ筐体１４との回動にともなって、筒体５０およびマグネット５２は本体筐体１６および第１筐体軸２４に対して相対回転することになる。ヒンジ装置１２Ｒにおいて動作のベースとなるのはリンク３０ａであるが、マグネット５２はリンク３０ａに近い位置に配置されていることから、軸ぶれなく安定して回転する。

図５に示すように、マグネット５２は小さいリング型であって径方向に着磁されている。図５では上下方向に着磁されており、識別のためＮ極をドット地、Ｓ極を白地としている。電子機器１０の組み立て工程では、マグネット５２はまず筒体５０に挿入され、さらに外部の磁石治具によって角度合わせが簡便になされてリンク３０ａに固定される。マグネット５２は必ずしもリング型に限らない。

センサ５４は小さい磁気検出型であって、マグネット５２の径方向の近傍で、該マグネット５２の磁気変化を可能な向きおよび位置に配置されている。センサ５４はマグネット５２に対して十分に近い位置に配置されており、検出する磁気のレンジが大きくなり、検出精度が向上する。センサ５４の消費電力は小さい。センサ５４は小基板５８に設けられ、該小基板５８は本体筐体１６内部の取付孔６０に挿入されて位置決め固定されている。センサ５４の信号はフレキシブル基板６２を介してコントローラ５６に供給される。コントローラ５６は電子機器１０におけるメインボードであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理装置にプログラムを実行させることができる。コントローラ５６はＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現してもよいし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現してもよい。

コントローラ５６は、センサ５４から供給される信号に基づいてマグネット５２およびリンク３０ａの開閉角度θ２とその開閉角速度ω２とを求め、さらに開閉角度θ２および開閉角速度ω２を２倍することによって開閉角度θと開閉角速度ωとを求める。この演算は、まずセンサ５４から得られる信号にオフセット処理をして、さらに定数倍することによって行われる。開閉角速度ωおよびω２は開閉角度θおよびθ２を微分することによって求められる。これらの演算は計算量が極めて少ないため瞬時に結果が得られる。用途や条件によっては開閉角度θおよび開閉角速度ωのいずれか一方だけを求めるようにしてもよい。なお、オフセット値や定数値は、例えば図２（ａ）に示す状態でθ＝０度となるように、および／または図２（ｅ）に示す状態で３６０度となるように製品出荷時にキャリブレーションして記録される。

このように構成されるヒンジ装置１２Ｒおよび電子機器１０では、開閉動作に連動するマグネット５２の回転を磁気の変化をセンサ５４で検出して信号をコントローラ５６に供給している。これにより開閉角度θおよび開閉角速度ωを応答遅れなくリアルタイムで求めることができる。

マグネット５２およびセンサ５４は十分に小さいことから第１筐体軸２４とその近傍に配置することができてコンパクトであり、しかも本体筐体１６の内部に配置可能であって地磁気などの外乱磁気の影響を受けにくい。マグネット５２は電源が不要であって、可動部である筒体５０に取り付けるのに好適である。

ヒンジ装置１２Ｒおよび電子機器１０では、ディスプレイ筐体１４が閉じた開閉角度θ＝０の状態を検出することができるため、クローズモードのための専用センサやスイッチが不要となる。また、電子機器１０を動かしても加速度が開閉角度θおよび開閉角速度ωの検出に影響することがなく、モバイル用途に適する。

センサ５４およびコントローラ５６はともに本体筐体１６の内部に設けられていることから、両者を接続するフレキシブル基板６２は基本的に動くことがなく安定しており、屈曲耐久性は問われない。ヒンジ装置１２Ｒのうちセンシング部１２ｂは全て本体筐体１６内に配置されていることから、ディスプレイ筐体１４内のレイアウト設計に自由度が高く、該ディスプレイ筐体１４を薄型化することができる。また、正面視で枠体１４ｄを狭くすることができ、その分ディスプレイ１８を広くすることができる。もちろん、用途や条件によってはセンシング部１２ｂをディスプレイ筐体１４内に設けてもよい。センサ５４はマグネット５２の磁気を非接触で検出するため、センシングのための摺動部や可動部がなくて寿命が長い。図５の仮想線で示すように、センサ５４は第１筐体軸２４の内部に設けてもよい。

ヒンジ装置１２Ｒでは開閉角度θおよび開閉角速度ωが応答性良く求められることにより、具体的には以下のような用途に好適となる。例えばクローズモード、ラップトップモード、スタンドモード、テントモードおよびタブレットモードを自動的に切り換える際に応答遅れのない、素早いモード切り替えが可能となる。また、例えば開閉角度θに基づいてサウンド設定を素早く設定することができる。

さらに、ヒンジ装置１２Ｒおよび電子機器１０では静的な開閉角度θだけでなく、動的な開閉角速度ωも求めることができるため、開閉角度θと開閉角速度ωとに基づいた複合的制御が可能となる。例えば開閉角度θ＝３６０度のタブレットモードであったときにディスプレイ筐体１４が閉じられると、開閉角度θに応じてまずはスタンドモードまたはテントモードに移行するが、開閉角速度ωが十分に大きいときにはモード切り換えの閾値を前倒し的に変更し、モード切り換えを先行的に行ってもよい。また、開閉角速度ωが十分に大きいときにはスタンドモードおよびテントモードをパスして先行的にラップトップモードに移行してもよいし、開閉角速度ωがさらに大きいときにはラップトップモードもパスして先行的にクローズモードに移行してもよい。これにより、不要なモード切り替えを省略することができる。

また、例えば開閉角度θが本来はクローズモードとなるべき小さい値である場合でも、開閉角速度ωが十分に小さい値で動いている間、又は開閉角速度ω十分に小さい値の後に停止した場合には、ラップトップモードを維持させてもよい。ユーザが完全にはクローズにさせないという意図を持っていると考えられるためである。

さらに、開閉角度θにかかわらず開閉角速度ωだけに基づいた制御を行ってもよい。例えばディスプレイ筐体１４を軽く動かして開閉角速度ωを発生させ、その大きさ方向および回数に基づいて入力装置または出力装置の設定を変更してもよい。いくつか例示すると、ディスプレイ筐体１４を軽くたたくことによってスリープ状態とその解除指令とすることができる。ディスプレイ筐体１４を手前または奥に動かし、そのときの開閉角速度ωの大きさによってスピーカの音量調整、画像のズーム、ウィンドウサイズ調整、画面輝度調整、アクティブウィンドウの切り替え、カーソル移動速度やダブルクリック速度の切り替え、ゲームにおけるレバー操作の代替を行うことができる。このような操作はキーボード２０の所定キー２１を押しながら行うようにしてもよいし、所定のアプリケーションケーションの実行時だけ有効にしてもよい。もちろん、これらの操作は開閉角速度ωだけを用いて行ってもよいし、開閉角度θだけを用いて行ってもよいし、または両者を組み合わせて行ってもよい。さらには、加速度センサなど他のセンサの信号と組み合わせて行ってもよい。

次に、本体筐体１６に設けられるキー押下機構７０について図６および図７を参照しながら説明する。キー押下機構７０は開閉角度θに応じてキーボード２０を構成する各々のキー２１のキートップ７２を押下位置に保持し、さらにそれを解除する機構である。まず、キー押下機構７０において押し下げ対象となるキー２１について説明する。キー２１は、本体筐体１６における表面１６ａで前後左右方向に並ぶように配列されており、例えば前後に６列設けられている（図１参照）。表面１６ａには、各キー２１の操作面を構成するキートップ７２の周囲の隙間を埋めるフレーム（コスメティックフレーム）７４が設けられており、隣接するキートップ７２間がフレーム７４によって区画され、それぞれが独立した構成となっている。

図６（ａ）に示すように、フレーム７４にはキートップ７２を挿通させる複数の孔部７４ａが形成されている。フレーム７４は、本体筐体１６の表面１６ａと略面一又は多少低位置となるように取り付けられている。

キー２１は、キートップ７２（以下、キートップ７２を簡略的にキー２１と呼ぶこともある。）と、キートップ７２を支持・ガイドするガイド機構７６と、ガイド機構７６を取り付けるための前後一対の係止片７８と、ラバードーム８２とを有する。キー２１はベースプレート８４に取り付けられている。ベースプレート８４はキーボード２０に配設される全てのキー２１が１枚のベースプレート８４を共用している。ベースプレート８４の上面にはメンブレンシート８６が設けられている。メンブレンシート８６は、例えば押圧された場合に接点が閉じる三層構造のスイッチシートであって、ベースプレート８４の上に積層されている。

キートップ７２は信号を入力するための操作部材であり、ベースプレート８４の上方にガイド機構７６を介して配設される。キートップ７２の後端側面には受け片７２ａが後方に向かって突出形成され、前端側面には突出片７２ｂが前方に向かって突出形成されている。ラバードーム８２はキートップ７２が押下された場合にメンブレンシートを８６押圧すると共に、キートップ７２の押下操作が解除された際にキートップ７２を元の位置に復帰させるための弾性部材であり、メンブレンシート８６とキートップ７２との間に配設されている。図６（ｂ）ではラバードーム８２を省略している。

ガイド機構７６は、キートップ７２を上下動可能に支持するものであり、ベースプレート８４とキートップ７２との間に折り畳み可能に取り付けられている。ガイド機構７６は、例えば筋交い状に取り付けられた内側枠７６ａ及び外側枠７６ｂを備えたパンタグラフ構造である。内側枠７６ａは、前方下端の軸部材が係止片７８に対して前後方向に移動可能且つ回転可能に係止され、後方上端の図示しない軸部材がキートップ７２の後側内面に形成された図示しない係止部に対して移動不能且つ回転可能に支承される。外側枠７６ｂは、後方下端の軸部材が係止片７８に対して前後方向に移動可能且つ回転可能に係止され、前方上端の図示しない軸部材がキートップ７２の後側内面に形成された図示しない係止部に対して移動不能且つ回転可能に支承される。

次に、このような各キー２１のキートップ７２を押下位置に保持し、さらにそれを解除するキー押下機構７０について説明する。

図６に示すように、キー押下機構７０は、各キートップ７２の後側部に沿って設けられた回転軸部材９０と、回転軸部材９０の外周面から各キートップ７２側となる前方へと突出し、各キートップ７２の受け片７２ａの上面に当接配置され、受け片７２ａを下方に向かって押下可能な押圧片９２とを備える。押圧片９２は、回転軸部材９０の基部９０ｂの外周面に外嵌固着された取付筒体から屈曲形成されることで、基部９０ｂの外周面からキートップ７２側へと突出したものである。

図６および図７に示すように、回転軸部材９０は、キートップ７２の後側部に沿って左右方向に延在する直線状の基部９０ｂと、基部９０ｂの両端に設けられた駆動端部９０ａとを有する。駆動端部９０ａは、基部９０ｂの端部を９０度屈曲させたアーム部９０ｃの先端から９０度屈曲させて形成されており、基部９０ｂと平行するように左右方向へと突出している。これにより、回転軸部材９０の両端部はクランク形状となっている。

図７に示すように、回転軸部材９０はキーボード２０の左右方向に並んだ各キートップ７２の後側部に沿って設けられることで、キーボード２０の前後方向に複数並んで配置されている。本実施形態の場合、キートップ７２を前後方向に６列配置しているため、回転軸部材９０も６本配置している。回転軸部材９０は、例えばＳＵＳ材等で形成された硬質の線材（ワイヤ）であり、例えば直径１ｍｍ程度であって十分な剛性を有する。

キー押下機構７０はさらに、キーボード２０の左右にそれぞれ設けられたスライド部材９４と、スライド部材９４を駆動する一対の搖動部材９６と、一対の搖動部材９６を連動させる連動機構９８と、搖動部材９６を駆動するモータ１００とを有する。

スライド部材９４は前後方向に進退可能に設けられた長尺な板部材であり、駆動端部９０ａが係合するスリット９４ａが設けられている。スリット９４ａは回転軸部材９０と同数設けられており、該回転軸部材９０の回転にともなう駆動端部９０ａの搖動を許容する深さを有する（図６参照）。回転軸部材９０は、両端の駆動端部９０ａがそれぞれ左右のスリット９４ａの間に架け渡されている。

一対の搖動部材９６は、それぞれ図示しない長孔にスライド部材９４のピン９５が係合しており、少なくとも一方がモータ１００によって搖動駆動され、スライド部材９４を進退させることができる。一対のスライド部材９４は連動機構９８により同期して連動し、左右対称の動作を行う。連動機構９８は例えばワイヤ、リンク、ギアまたはこれらの組み合わせにより実現される。モータ１００は上記のコントローラ５６の作用下に回転して搖動部材９６を搖動させる。モータ１００はコントローラ５６の作用下に正転／反転が可能であり、さらに回転速度の制御が可能である。モータ１００は減速器によって回転が減速され、適度な回転速度と十分なトルクが得られる。

このように構成されるキー押下機構７０では、図６（ａ）に示すように、スライド部材９４が前方に位置しているときには、駆動端部９０ａもスリット９４ａによって前方に配置されている。このときアーム部９０ｃは７時の方向にあって押圧片９２は上向きとなっており、受け片７２ａは押圧されていない。したがってキー２１は通常の使用位置にあり、人手による押圧操作が可能となっている。

一方、図６（ｂ）に示すように、スライド部材９４が後方に位置しているときには、駆動端部９０ａもスリット９４ａによって後方に配置されている。このときアーム部９０ｃは５時の方向にあって押圧片９２は下向きとなっており、受け片７２ａは押圧片９２によって押圧されている。したがってキー２１はフレーム７４の表面よりも低い押下位置に退避していて、例えばディスプレイ筐体１４が閉じていてもディスプレイ１８に干渉することがない。

キー押下機構７０によれば、ディスプレイ筐体１４を閉じる際にキー２１が自動的に押し下げられ、ディスプレイ１８に干渉することが避けられる。また、スタンドモード、テントモードおよびタブレットモードにおいてもキー２１は使用されることはないため、キー押下機構７０によりキー２１を押し下げておくとよい。特に、スタンドモードにおいては、本体筐体１６の表面１６ａ側が下側となるため、キー２１と載置面との接触を避けるためにキー押下機構７０によりキー２１を押し下げておくとよい。

なお、複数のスリット９４ａおよび駆動端部９０ａの前後方向幅はそれぞれほぼ等しく、ほとんど隙間のない寸法に形成されているが、仕様や条件によっては、場所によりスリット９４ａの前後方向幅を変えてもよい。こうするとスリット９４ａと駆動端部９０ａとのギャップが場所により異なり、キー２１の列ごとの動作タイミングを変えることができる。このような時間差構造を用いると、キー押下機構７０の各部材にかかる負荷が時間的に分散されるため、その負荷が低減され、より小型化及び薄型化を図ることができる。しかもこのような時間差構造を用いると、例えばディスプレイ筐体１４を０度位置から開き操作した際にはディスプレイ筐体１４の開き角度の増加に応じて前側の列のキートップ７２から順にウェーブするように上方に移動して使用位置に復帰し、同様に例えばディスプレイ筐体１４を９０度位置から閉じ操作した際にはディスプレイ筐体１４の開き角度の減少に応じて後側の列のキートップ７２から順にウェーブするように下方に移動して押下位置となるため、使用者に視覚的な演出効果を与えることができる。

ところで、コントローラ５６はセンサ５４から供給される信号に基づいて開閉角度θと開閉角速度ωとを求め、さらにこれらの開閉角度θおよび開閉角速度ωに基づいてモータ１００を駆動することができる。したがって、キー押下機構７０は開閉角度θおよび開閉角速度ωに基づいた様々な動作が可能となる。以下、コントローラ５６によるキー押下機構７０の２つの制御手順を例示する。以下、説明を分かりやすく単純化するため、センサ５４は開閉角度θ２ではなく、その２倍の開閉角度θを直接に検出するものとする。

図８に示す制御手順では、開閉角度θ＝０の状態（図２（ａ）参照）からディスプレイ筐体１４を開く際に、押下位置にあるキー２１に対して押し下げを解除して該キー２１を上昇させる。まずステップＳ１において、センサ５４から開閉角度θの信号を読み取る。

ステップＳ２において、開閉角度θから開閉角速度ωを求める。上記のように開閉角速度ωは開閉角度θを微分することにより求められるが、具体的には開閉角度θの前回値と今回値との差分として求められる。

ステップＳ３において、開閉角度θを閾値と比較し、閾値より大きいとき（Ｙｅｓ）はステップＳ４へ移り、閾値以下であるとき（Ｎｏ）はステップＳ１へ戻る。ここでの閾値はキー押下機構７０の動作開始角度であり、開閉角度θが閾値より大きくなったときにキー２１の上昇を開始する。

ステップＳ４において、開閉角速度ωを閾値と比較し、閾値より大きいとき（Ｙｅｓ）はステップＳ６へ移り、閾値以下であるとき（Ｎｏ）はステップＳ５へ移る。なお、この場合の開閉角速度ωはディスプレイ筐体１４の開き方向速度なので、閾値も極性を考慮した値とする。

ステップＳ５、つまり開閉角速度ωが閾値以下であるときには、キー押下機構７０を低速で上昇動作させる。すなわち、この場合はディスプレイ筐体１４の動作が遅いため、それに合わせてキー２１を低速で上昇させればよく、モータ１００の駆動電圧を小さく設定する。これにより、モータ１００のギア音および機械的負荷を低減させることができる。

一方、ステップＳ６、つまり開閉角速度ωが閾値より大きいときには、キー押下機構７０を高速で上昇動作させる。すなわち、この場合はディスプレイ筐体１４の動作が速いため、それに合わせてキー２１も高速で上昇させることが好ましく、モータ１００の駆動電圧を大きく設定する。これにより、ユーザ操作に合わせてキー２１を素早く上昇させることができる。

なお、図８の制御手順ではステップＳ４において、開閉角速度ωを閾値に基づいて２つに区分しているが、３以上に区分してもよいし、連続的に変化させてもよい。また、図８の制御手順はディスプレイ筐体１４を開く場合について示しているが、閉じる場合についても同様の制御を行うことができる。つまり、開閉角度θが閾値より小さくなった場合で、開閉角速度ωが大きいときにはキー押下機構７０を高速で押下動作させ、小さいときには低速で押下動作させればよい。

次に、図９に示す制御手順では、例えば開閉角度θが＝９０の状態（図２（ｂ）参照）からディスプレイ筐体１４を閉じる際に、使用位置まで上昇しているキー２１を押し下げて押下位置に退避させる。図９におけるステップＳ１１およびＳ１２は上記のステップＳ１およびＳ２と同じ処理である。

ステップＳ１３において、開閉角速度ωを閾値と比較し、閾値より大きいとき（Ｙｅｓ）はステップＳ１５へ移り、閾値以下であるとき（Ｎｏ）はステップＳ１４へ移る。なお、この場合の開閉角速度ωはディスプレイ筐体１４の閉じ方向速度なので、閾値も極性を考慮した値とする。

ステップＳ１４において、開閉角度θを比較的小さい値の第１閾値と比較し、第１閾値より小さいとき（Ｙｅｓ）はステップＳ１６へ移り、第１閾値以上であるとき（Ｎｏ）はステップＳ１へ戻る。

一方、ステップＳ１５において、開閉角度θを比較的大きい値の第２閾値と比較し、第２閾値より小さいとき（Ｙｅｓ）はステップＳ１６へ移り、第２閾値以上であるとき（Ｎｏ）はステップＳ１へ戻る。

ステップＳ１６において、キー押下機構７０を動作させてキー２１を押し下げる。これにより、開閉角速度ωが速いとき、つまりステップＳ１３の閾値よりも大きい場合には、開閉角度θが第２閾値（＞第１閾値）より小さくなったときにキー２１の押し下げが開始され、余裕をもった動作が可能になる。これによりモータ１００や減速器の回転が低速で済み、音を低減させることができるとともに機械的負担が小さくなる。また、開閉角速度ωが遅いとき、つまりステップＳ１３の閾値以下である場合には、開閉角度θが第１閾値（＜第２閾値）よりも小さくなるまでキー２１の押し下げが保留され、キーボード２０が有効である期間が長くなる。図９に示す制御手順では、キー押下機構７０の動作速度を一定にすることも可能であって、その場合はモータ１００およびそのドライバ回路は定速回転型としてもよい。

なお、図９の制御手順ではステップＳ１３において、開閉角速度ωを閾値に基づいて２つに区分しているが、３以上に区分してもよいし、連続的に変化させてもよい。また、図９の制御手順はディスプレイ筐体１４を閉じる場合について示しているが、開く場合についても同様の制御を行うことができる。つまり、開閉角速度ωが小さいときには開閉角度θが第２閾値以上となってからキー押下機構７０の動作を開始し、開閉角速度ωが大きいときには開閉角度θが第１閾値以上となった時点でキー押下機構７０の動作を開始すればよい。

上記のヒンジ装置１２Ｒは第１筐体軸２４と第２筐体軸２６とを有する２軸型としたが、本実施の形態はこれに限らず、図１０に示すような１軸型のヒンジ装置１０４であっても適用可能である。ヒンジ装置１０４ではディスプレイ筐体１４に固定された回転軸１０６が本体筐体１６内部の軸受１０２で軸支されており、ディスプレイ筐体１４の開閉にともなって本体筐体１６に対して相対的に回転することになる。本体筐体１６の内部では回転軸１０６にマグネット５２が回転不能に固定されている。マグネット５２の回転をセンサ５４で計測してコントローラ５６により開閉角度θおよび開閉角速度ωを求める構造および手段は上記の場合と同様である。この場合、ディスプレイ筐体１４の開閉角度θと回転軸１０６の開閉角度は等しい。このようなヒンジ装置１０４によれば、簡便構造でありながら開閉角度θおよび開閉角速度ωを求めることができる。

また、１軸型のヒンジ装置としては、例えば本体筐体１６に対して回転軸１０６が回転不能に設けられ、該回転軸１０６に対してディスプレイ筐体１４が回転可能に設けられていてもよい。この場合、ディスプレイ筐体１４に対して回転不能に固定された筒体５０を回転軸１０６に対して外挿し、筒体５０にマグネット５２を固定しておけばよい。

ヒンジ装置１２Ｒはノート型ＰＣ以外にも、例えば携帯電話、スマートフォン又は電子手帳等、ディスプレイ筐体を本体筐体に対して回動可能な電子機器であれば好適に適用できる。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０ 電子機器
１２Ｌ，１２Ｒ，１０４ ヒンジ装置
１２ａ 機構部
１２ｂ センシング部
１４ ディスプレイ筐体
１６ 本体筐体
２０ キーボード
２１ キー
２４ 第１筐体軸
２６ 第２筐体軸
２８ ヒンジ筐体
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ リンク
５０ 筒体
５０ａ 基端部
５０ｄ 突起
５０ｃ 段差部
５２ マグネット
５４ センサ
５６ コントローラ
７０ キー押下機構
９０ 回転軸部材
９０ａ 駆動端部
９２ 押圧片
９４ スライド部材
９４ａ スリット
９６ 搖動部材
９８ 連動機構
１００ モータ
１０６ 回転軸
θ，θ２ 開閉角度
ω、ω２ 開閉角速度

Claims (9)

1. 第１筐体と第２筐体との回動を可能にするヒンジ装置であって、
   前記回動にともなって回転する回転軸と、
   前記回転軸に対して回転不能に固定されたマグネットと、
   前記回動にともなう前記マグネットの動きを磁気の変化から検出するセンサと、
   前記センサの信号を読み取って前記第１筐体と前記第２筐体との開閉角度および開閉角速度の少なくとも一方を求めるコントローラと、
   を有することを特徴とするヒンジ装置。
2. 請求項１に記載のヒンジ装置であって、
   前記第１筐体に対して回転不能に設けられた第１筐体軸を有し、
   前記回転軸は前記第１筐体軸に対して回転可能に外挿された筒体であり、前記回動にともなって前記第１筐体軸に対して相対回転することを特徴とするヒンジ装置。
3. 請求項２に記載のヒンジ装置において、
   前記センサは前記第１筐体の内部に固定されていることを特徴とするヒンジ装置。
4. 請求項２または３に記載のヒンジ装置において、
   前記マグネットは前記第１筐体の内部に配置されていることを特徴とするヒンジ装置。
5. 請求項２または３に記載のヒンジ装置において、
   前記筒体は、前記マグネットを軸方向側面から支持する回り止め段差部を有することを特徴とするヒンジ装置。
6. 請求項２〜４のいずれか１項に記載のヒンジ装置において、
   前記第２筐体に対して回転不能に設けられた第２筐体軸と、
   前記第１筐体軸と前記第２筐体軸とを平行に保持するリンクと、
   前記第１筐体軸と前記第２筐体軸とを逆向きに同期回転させる同期部と、
   を有することを特徴とするヒンジ装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒンジ装置を備えることを特徴とする電子機器。
8. 請求項７に記載の電子機器において、
   前記第１筐体または前記第２筐体は、
   複数のキーを備えるキーボードと、
   前記キーを押し下げるキー押下機構と、
   前記キー押下機構を駆動させるモータと、
   を有し、
   前記コントローラは、前記開閉角度および前記開閉角速度の少なくとも一方に基づいて前記モータを駆動させることを特徴とする電子機器。
9. 請求項７または８に記載の電子機器において、
   前記コントローラは、前記開閉角速度に基づいて入力装置または出力装置の少なくとも一方の状態を変更させることを特徴とする電子機器。

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