JP2000230538A - ヒンジ機構およびヘッドマウントディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化、組立性の向上および構成部品の点数
削減を図ることができるヒンジ機構を提供する。 【解決手段】 ヒンジ機構を組み立てる場合、回転負荷
発生部材１４を回転軸１３の係止部１３ｄに取り付け、
反発力発生部材１５を回転軸１３の嵌合穴１３ｃに入
れ、固定軸１２を回転負荷発生部材１４の内側に挿通し
ながら嵌合穴１３ｃに押し込む。反発力発生部材１５の
反発力を受けつつ、固定軸１２および回転軸１３の各係
止部を固定部材１１の各軸受部に支持させる。こうして
組み立てられたヒンジ機構は、固定軸１２の軸表面と回
転負荷発生部材１４とが摺接することで、回転軸１３が
回転するときに適度な回転負荷が得られる。また、回転
時、固定軸１２と回転軸１３は常に互いに反発し合うの
で、組み立て後に固定部材１１から外れない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘッドマウントデ
ィスプレイ装置のディスプレイ本体部と頭部装着部との
連結部分などに使用されるヒンジ機構およびヘッドマウ
ントディスプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、観察者の頭部に装着し、例えば、
一対のカラー液晶パネル（ＬＣＤ）に表示されたビデオ
映像、テレビ映像などの映像を、一対の接眼レンズを通
してそれぞれ拡大して見ることができるヘッドマウント
装置が知られている。

【０００３】このようなヘッドマウントディスプレイ装
置では、ディスプレイ本体部と頭部装着部との連結部分
にヒンジ機構が設けられている。図１１は従来のヒンジ
機構の構造を示す図である。図１２は図１１の一点鎖線
に沿って矢印Ａ−Ａ方向から視たヒンジ機構の構造を示
す断面図である。

【０００４】このヒンジ機構は、固定部材１１６、この
固定部材１１６に設けられた固定軸１１７、固定軸１１
７に対して回動自在に設けられた回動部材１１８、およ
び回動部材１１８に設けられ、固定軸１１７の表面と摺
接して所望のトルクを生じさせる回動負荷付与部材１１
９から構成される。

【０００５】このような構造を有するヒンジ機構が適用
された従来のヘッドマウントディスプレイ装置について
示す。図１３は従来のヘッドマウントディスプレイ装置
の外観を示す斜視図である。ヘッドマウントディスプレ
イ装置１３１は、映像を表示するディスプレイ本体部１
３２と、ディスプレイ本体部１３２を、ヒンジ機構を含
む連結部材１３８を介して観察者の両眼前方に装着する
サスペンダ１３９と、観察者の頭部にサスペンダ１３９
を配してディスプレイ本体部１３２の荷重を支えるベル
ト１３９ａと、ベルト１３９ａの両端をそれぞれ支持す
ると共に、ディプレイ装置本体１３２に連結部材１３８
を介して連結される略弓形のフレーム１３３とから構成
されている。

【０００６】図１４はディスプレイ本体部１３２の側方
から視た光学的構成を示す図である。図１５はディスプ
レイ本体部１３２の上方から視た光学的構成を示す図で
ある。ディスプレイ本体部１３２は、一対の透過型のカ
ラー液晶パネル１５３と、バックライト１５４を構成す
る合成樹脂製で略半円筒状のリフレクタ１５５と、この
リフレクタ１５５の内面中央部に配された１本の長尺な
蛍光灯１５６と、メイン基板および電源ユニット（図示
せず）と、一対のカラー液晶パネル１５３の映像を前方
に反射する一対のハーフミラー１５８と、ハーフミラー
１５８で反射された映像を拡大する一対の凹面ハーフミ
ラー１５７と、液晶シャッタ１５９とを有する。

【０００７】このような構成を有するヘッドマウントデ
ィスプレイ装置１３１の取り扱いについて示す。図１６
はヘッドマウントディスプレイ装置が頭部に装着された
状態を示す図である。各観察者の頭部Ａに合わせてサス
ペンダ１３９のベルト１３９ａの長さ調整や略弓形をし
たフレーム１３３の長さ調整を行って装着し、両手でデ
ィスプレイ本体部１３２を保持しながら連結部１３８を
介して回転させ、観察者の左右の眼Ｌ、Ｒから最適な位
置にセットする。

【０００８】そして、ディスプレイ本体部１３２を見る
と、例えば、携帯型のＶＴＲなどから左右一対のカラー
液晶パネル１５３に映し出された映像は、図１４および
図１５に示すように、蛍光灯１５６によって照射され、
左右一対のハーフミラー１５８により左右一対の凹面ハ
ーフミラー１５７側に反射される。

【０００９】各凹面ハーフミラー１５７側に反射された
映像光は、光軸Ｃ０上に配置された凹面ハーフミラー１
５７によって拡大された虚像Ｋとなり、再度、各ハーフ
ミラー１５８を経て観察者の左右の眼Ｌ、Ｒの各網膜に
投影される。これによって観察者の受ける刺激により拡
大された迫力のある鮮明な画像が得られる。

【００１０】このように、観察者の頭部にサスペンダ１
３９を装着し、ディスプレイ本体部１３２を各人の眼に
とって最適な位置に合わせてからヘッドマウントディス
プレイ装置１３１を使用するので、サスペンダ１３９を
頭部に装着する前、頭部に装着して眼前に移動させる
際、頭部に装着した後で眼に合わせて微調整する際など
において、ディスプレイ本体部１３２はヒンジ機構を含
む連結部材１３８を介して頻繁に回動することになる。

【００１１】したがって、ディスプレイ本体部１３２
は、頻繁に行われる回動操作後、その位置で連結部材１
３８によって確実に保持されている必要がある。

【００１２】前述したように、連結部材のヒンジ機構
は、金属等の硬質材料で形成された板状の固定部材１１
６、棒状の固定軸１１７、板状の回動部材１１８、およ
び平板状の弾性体からなる回動負荷付与部材１１９から
構成されている。このようなヒンジ機構では、固定部材
１１６および回動部材１１８のそれぞれに設けられた一
対の軸受部１１６ａ、１１８ａに貫通孔を形成してお
き、それぞれの貫通孔を一致させてから固定軸１１７を
挿通した後、その両端部のカシメにより固定部材１１６
と固定軸１１７とが固定される。

【００１３】回動負荷付与部材１１９は、回動部材１１
８の突設部１１８ｆに形成された係合孔１１８ｂに先に
一端部１１９ａが支点として係止され、固定軸１１７と
の接点を作用点としてテコの原理で前端部１１９ｄおよ
び他端部１１９ｂを撓ませ、他端部１１９ｂと係止爪１
１８ｃとを係止させることでセットされる。そして、回
動負荷付与部材１１９に形成された孔１１９ｃにビス１
２０を挿通して締め付けることにより、回動負荷付与部
材１１９を回動部材１１８に固定する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のヒンジ機構は、固定部材１１６および回動部材１１
８が共に平板状であるので、機構部品として比較的大き
なものとなっていた。また、固定軸１１７の固定手段と
してカシメを用いているので、組み立て性に優れている
とは言い難かった。

【００１５】このように、従来のヒンジ機構、例えば、
ヘッドマウントディスプレイ装置の連結部分などに使用
されるヒンジ機構では、小型化、組立性の向上、構成部
品の点数削減などにおいて解決すべき課題を有してい
た。

【００１６】そこで、本発明は、小型化、組立性の向上
および構成部品の点数削減を図ることができるヒンジ機
構を提供することを目的とする。また、本発明は、小型
化、組立性の向上および構成部品の点数削減を図ること
ができるヒンジ機構が適用されたヘッドマウントディス
プレイ装置を提供することを他の目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に記載のヒンジ機構は、固定部材
と、該固定部材に設けられた第１軸受部に一端が支持さ
れた固定軸と、前記固定部材に設けられた第２軸受部に
一端が回転自在に支持され、前記固定軸の他端と嵌め合
い関係になる嵌合穴が形成された回転軸と、該回転軸に
回転負荷を発生させる回転負荷発生部材と、前記固定軸
と前記回転軸とが軸方向に互いに反発する反発力を発生
させる反発力発生部材とを備える。

【００１８】請求項２に記載のヒンジ機構では、請求項
１に係るヒンジ機構において、前記回転負荷発生部材
は、前記回転軸に支持され、前記固定軸の軸表面を押圧
しながら摺接することを特徴とする。

【００１９】請求項３に記載のヒンジ機構では、請求項
１に係るヒンジ機構において、前記反発力発生部材は、
前記回転軸の軸方向に形成された嵌合穴に配されたばね
部材であり、前記固定軸の他端面と前記嵌合穴の底面と
に当接することを特徴とする。

【００２０】請求項４に記載のヒンジ機構は、請求項２
に係るヒンジ機構において、前記反発力発生部材の反発
力をＦ、前記回転負荷発生部材の押圧力をＰ、前記固定
軸と前記回転負荷発生部材との摩擦係数をμとした場
合、条件式Ｆ＞μ・Ｐを満たすことを特徴とする。

【００２１】請求項５に記載のヒンジ機構は、請求項２
に係るヒンジ機構において、前記反発力発生部材の反発
力をＦ、前記回転負荷発生部材の押圧力をＰ、前記固定
軸と前記回転負荷発生部材との静摩擦係数をμ、動摩擦
係数をμ’とした場合、条件式μ・Ｐ＞Ｆ＞μ’・Ｐを
満たすことを特徴とする。

【００２２】請求項６に記載のヒンジ機構は、請求項１
に係るヒンジ機構において、前記回転軸の回転角を規制
する回転角規制部材が前記固定軸および前記回転軸に設
けられていることを特徴とする。

【００２３】請求項７に記載のヒンジ機構は、請求項６
に係るヒンジ機構において、前記回転負荷発生部材が摺
接される前記固定軸の軸表面に、前記回転角規制部材に
対応する凹部または凸部が形成されたことを特徴とす
る。

【００２４】請求項８に記載のヒンジ機構は、ヘッドマ
ウントディスプレイ装置のディスプレイ本体部をフレー
ムに回転自在に連結するヒンジ機構において、前記フレ
ームに固着された固定部材と、該固定部材に設けられた
第１軸受部に一端が支持された固定軸と、前記固定部材
に設けられた第２軸受部に一端が回転自在に支持され、
前記固定軸の他端と嵌め合い関係になる嵌合穴が形成さ
れ、前記ディスプレイ本体部に固着された回転軸と、該
回転軸に回転負荷を発生させる回転負荷発生部材と、前
記固定軸と前記回転軸とが軸方向に互いに反発する反発
力を発生させる反発力発生部材とを備えたことを特徴と
する。

【００２５】請求項９に記載のヘッドマウントディスプ
レイ装置は、ディスプレイ本体部と、略中央部に設けら
れたヒンジ機構を介して前記ディスプレイ本体部を回転
自在に支持するフレームとを有するヘッドマウントディ
スプレイ装置において、前記ヒンジ機構は、前記フレー
ムに固着された固定部材と、該固定部材に設けられた第
１軸受部に一端が支持された固定軸と、前記固定部材に
設けられた第２軸受部に一端が回転自在に支持され、前
記固定軸の他端と嵌め合い関係になる嵌合穴が形成さ
れ、前記ディスプレイ本体部に固着された回転軸と、該
回転軸に回転負荷を発生させる回転負荷発生部材と、前
記固定軸と前記回転軸とが軸方向に互いに反発する反発
力を発生させる反発力発生部材とを備えたことを特徴と
する。

【００２６】請求項１０に記載のヘッドマウントディス
プレイ装置は、請求項９に係るヘッドマウントディスプ
レイ装置において、前記フレームの両端部に設けられた
左右一対の第２のヒンジ機構と、該第２のヒンジ機構を
介して前記フレームに対して所定角度回転自在に設けら
れた左右一対のテンプルと、前記フレームの略中央部に
設けられ、観察者の前頭部付近と当接する前頭部当接部
材とを備える。

【００２７】請求項１１に記載のヘッドマウントディス
プレイ装置は、請求項９に係るヘッドマウントディスプ
レイ装置において、前記回転負荷発生部材の押圧力を
Ｐ、前記固定軸と前記回転負荷発生部材との静摩擦係数
をμ₀、前記ディスプレイ本体部の重量をＷ、前記固定
軸の外径をｒとした場合、条件式Ｗ・ｌ≦μ₀・Ｐ・ｒ
を満たすことを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明のヒンジ機構およびヘッド
マウントディスプレイ装置の実施の形態について説明す
る。

【００２９】［第１の実施形態］図１は第１の実施形態
におけるヒンジ機構の構造を示す斜視図である。図２は
ヒンジ機構の構造を示す図である。同図（Ａ）は左側面
図であり、同図（Ｂ）は正面図である。

【００３０】図において、１１は金属または合成樹脂等
からなる固定部材である。１２は耐摩耗性に優れた合成
樹脂または金属等からなる固定軸である。１３は同じく
耐摩耗性に優れた合成樹脂または金属等からなり、Ｙ−
Ｙ軸周り（図１の矢印方向）に回転自在な回転軸であ
る。１４はばね用ステンレス材またはばね用燐青銅等の
弾性に優れた金属等からなる回転負荷発生部材である。

【００３１】固定部材１１は略「コ」の字形をしてお
り、その中央部には、ヒンジ機構が取り付けられる装置
との位置決め用嵌合孔１１ｃ、１１ｄおよびビス用取り
付け孔１１ｅ、１１ｆが形成されている。また、固定部
材１１の両端部には、中央部に対して直角に起立した一
対の軸受部が設けられており、その一方は固定軸用軸受
部１１ａであり、他方は回転軸用軸受部１１ｂである。

【００３２】固定軸用軸受部１１ａは、固定軸１２の一
端を支持すると共に、固定軸１２の回転を規制するため
に、左右を二方取りした形状の嵌合孔１１ａａを有する
（図２（Ａ）参照）。回転軸用軸受部１１ｂは、回転軸
１３の一端を回転自在に支持する。

【００３３】図３はヒンジ機構の固定軸および回転軸の
構造を示す図である。同図（Ａ）は正面図であり、同図
（Ｂ）は中心軸を通る矢印Ｄ−Ｄ線方向に切断した断面
図であり、同図（Ｃ）は矢印Ｅ−Ｅ方向から視た断面図
である。尚、図３には固定部材１１が省略されている。

【００３４】固定軸１２は略Ｔ字形をしており（図３
（Ｂ）参照）、図中左側の一端に形成された固定部材用
係止部１２ａは、前述したように、固定軸用軸受部１１
ａの嵌合孔に嵌合されるが、固定部材用係止部１２ａは
固定部材１１に対する回転を規制するために二方取りさ
れ、さらに、Ｙ−Ｙ軸と直交する軸を基準軸とするテー
パ状の面１２ａａが形成されている。このテーパ面１２
ａａは、固定軸用軸受部１１ａの二方取りした形状の嵌
合孔１１ａａの平面部に押圧して当接し、位置決め及び
ガタとり機能を有する。

【００３５】回転軸１３は略筒形状を有しており（図３
（Ｂ）参照）、図中右側の一端に形成された固定部材用
係止部１３ｂが固定部材１１の回転軸用軸受部１１ｂに
よって回転自在に支持される。回転軸１３の軸方向内側
に形成された嵌合穴１３ｃは、固定軸１２の外径より若
干大きな径を有し、固定軸１２を嵌合状態で回転自在に
支持する軸受け機能を有する。

【００３６】回転負荷発生部材１４は略「Ω」形状を有
しており（図３（Ｃ）参照）、回転軸１３に形成された
係止部１３ｄに支持される。回転負荷発生部材１４の中
央に形成された丸形状部１４ａと固定軸１２の軸表面と
が摺接し、回転負荷を生じさせている。反発力発生部材
１５はバネ用ステンレス材またはピアノ線等からなり、
回転軸１３の内側に形成された嵌合穴１３ｃの底部に配
される。これにより、固定軸１２の端部に当接して回転
軸１３と固定軸１２とが互いに反発するようになってい
る。

【００３７】固定軸１２および回転軸１３は、固定部材
１１の両端に設けられた固定軸用軸受部１１ａおよび回
転軸用軸受部１１ｂに挟まれるように、固定部材１１に
支持される。このとき、固定軸１２の固定部材用係止部
１２ａのテーパ面１２ａａ形状によって、回転軸１３が
回転することによって生じる固定部材１１と固定軸１２
との係止部のガタつきを防止している。

【００３８】つぎに、ヒンジ機構の組立を手順１〜手順
６にしたがって示す。 （手順１） 回転負荷発生部材１４を回転軸１３の係止
部１３ｄに取り付ける。 （手順２） 反発力発生部材１５を回転軸１３の嵌合穴
１３ｃに入れる。 （手順３） 固定軸１２を回転負荷発生部材１４の内側
に挿通しながら回転軸１３の嵌合穴１３ｃに挿入する。 （手順４） 固定軸１２を押し込むと、反発力発生部材
１５の反発力を受けるが、固定部材用係止部１２ａが固
定部材１１の固定軸用軸受部１１ａに支持されるまで押
し込む。 （手順５） 固定軸１２の固定部材用係止部１２ａおよ
び回転軸１３の固定部材用係止部１３ｂをそれぞれ固定
部材１１の固定軸用軸受部１１ａおよび回転軸用軸受部
１１ｂに嵌合する。 （手順６） この後、回転軸１３を数回往復回転させ
る。

【００３９】上記手順で組み立てられるヒンジ機構の回
転負荷発生部材１４と反発力発生部材１５との条件につ
いて示す。固定軸１２と回転負荷発生部材１４との間の
静摩擦係数をμ、動摩擦係数をμ’、回転負荷発生部材
１４の付勢力をＰ、反発力発生部材１５の付勢力をＦと
すると、数式（１）または数式（２）のいずれかの条件
を満たすように、ばね定数ｋを設定する。

【００４０】μ・Ｐ＞Ｆ＞μ’・Ｐ ……… （１） Ｆ＞μ・Ｐ ……… （２） 数式（１）に示した条件を満たすように、回転負荷発生
部材１４と反発力発生部材１５のそれぞれのばね定数ｋ
を設定した場合、回転軸１３が回転していないとき、常
に反発力発生部材１５の付勢力Ｆが回転負荷発生部材１
４による軸方向の摩擦力μ・Ｐより小さいので、例え
ば、上記組み立て手順４では、固定軸１２を回転軸１３
に押し込んだ状態が維持される。これにより、その後の
組み立てが容易になる。

【００４１】また、回転軸１３が回転中である時、常に
反発力発生部材１５の付勢力Ｆが回転負荷発生部材１４
による軸方向の摩擦力μ’・Ｐより大きいので、例え
ば、上記組み立て手順５で、固定部材１１の固定軸用軸
受部１１ａに固定軸１２の固定用係止部１２ａを支持さ
せた後、回転軸１３を少し回転させると、固定軸１２と
回転軸１３とが互いに反発し合い、回転軸１３の固定部
材用係止部１１３ａが固定部材１１の回転軸用軸受部１
１ｂに簡単に支持され、固定部材１１から外れなくな
る。

【００４２】一方、数式（２）に示した条件を満たすよ
うに、回転負荷発生部材１４と反発力発生部材１５のそ
れぞれのばね定数ｋを設定した場合、固定軸１２と回転
軸１３は常に互いに反発し合うので、組み立て後に固定
軸１２および回転軸１３が固定部材１１から外れること
はない。

【００４３】このようにして組み立てられたヒンジ機構
では、固定軸１２の軸表面と回転負荷発生部材１４とが
摺接することで、回転軸１３がＹ−Ｙ軸周りに回転する
ときに適度な回転負荷が得られる。また、回転軸１３の
回転時、固定軸１２と回転軸１３は常に互いに反発し合
うので、組み立て後に固定部材１１から外れることはな
い。

【００４４】したがって、このようなヒンジ機構を用い
ることにより、一様な回転トルクで回転軸を安定して回
動させることができる。また、部品点数を増すことな
く、簡単な部品でコンパクトに構成されるので、組立工
数が少なく、ヒンジ機構周りのスペースを有効に利用す
ることができ、かつコストを削減できる。

【００４５】［第２の実施形態］第２の実施形態におけ
るヒンジ機構では、回転軸の回転角は固定軸に対して所
定の範囲内に規制される。図４は第２の実施形態におけ
るヒンジ機構の構造を示す斜視図である。図において、
４２は、端部に形成され、固定部材１１に設けられた固
定軸用軸受部１１ａによって支持される係止部４２ａお
よび回転軸４３の回転角を規制する回転角規制部４２ｃ
を有する固定軸である。

【００４６】４３は、端部に形成され、固定部材１１に
設けられた回転軸用軸受部１１ｂによって回転自在に支
持される係止部４３ｂおよび回転角規制部４３ｃを有す
る回転軸である。

【００４７】図５はヒンジ機構の構造を示す図である。
同図（Ａ）は正面図であり、同図（Ｂ）は左側面図であ
る。図６は図５の矢印Ａ−Ａ方向から視たヒンジ機構の
構造を示す断面図である。固定軸４２の回転角規制部４
２ｃおよび回転軸４３の回転角規制部４３ｃは、回転軸
４３が所定角度回転した位置で互いに干渉するようにな
っている。したがって、回転角規制部４２ｃ、４３ｃを
所望の回転角が得られるように配設することにより、簡
単に回転軸４３の回転規制を行うことができる。

【００４８】［第３の実施形態］第３の実施形態では、
第２の実施形態と同様、固定軸に対する回転軸の回転角
が所定の範囲内に規制されるヒンジ機構を示す。図７は
第３の実施形態におけるヒンジ機構の構造を示す図であ
る。同図（Ａ）は正面図であり、同図（Ｂ）はその矢印
Ａ−Ａ方向から視た断面図である。

【００４９】図において、７２は回転角規制部７２ｃを
有する固定軸である。回転負荷発生部材１４と摺接する
固定軸７２の軸表面部に二方取りされた凹部７２ｄを形
成することにより、所望の回転角のときに所謂クリック
感が得られると同時に、回転角規制部７２ｃと回転角規
制部４３ｃの干渉によって回転角を所定の範囲内に規制
することができる。

【００５０】このように、第３の実施形態のヒンジ機構
では、クリック感を付与することにより、操作感を向上
させたものである。尚、回転負荷発生部材１４と摺接す
る固定軸７２の軸表面部に二方取りされた凹部を形成す
る代わりに、回転時に回転負荷発生部材１４と接触する
凸部を、回転角規制部７２ｃと対応する軸表面部の位置
に形成してもよく、同様にクリック感が得られる。

【００５１】［第４の実施形態］つぎに、上記第１、第
２および第３の実施形態と同様のヒンジ機構が適用され
るヘッドマウントディスプレイ装置について説明する。
図８はヘッドマウントディスプレイ装置の外観を示す斜
視図である。図において、８１はヘッドマウントディス
プレイ装置である。８２は観察者がヘッドマウントディ
スプレイ装置８１を頭部に装着する場合、両眼の前方に
位置して眼鏡部となる略筐型のディスプレイ本体部であ
る。

【００５２】８２ａ、８２ｂ、８２ｃはそれぞれディス
プレイ本体部８２の外装を構成する外装部品である。８
３はディスプレイ本体部８２をその上部で回転自在に支
持する略弓型状のフレームである。８４は観察者のほぼ
前頭部に当接し、ディスプレイ本体部８２と観察者の両
眼との距離を保つ前頭部当接部材である。この前頭部当
接部材８４は、観察者の前頭部より若干小さく形成さ
れ、後述する左右一対のテンプル８５と協動してヘッド
マウントディスプレイ装置を頭部に保持する。

【００５３】８５はフレーム８３の両端部に設けられた
左右一対のヒンジ機構８７によりフレーム８３に対して
所定角度まで回転自在に支持された左右一対のテンプル
である。このテンプル８５は適度な弾性を有し、観察者
の耳上部の側頭部付近を適度に押圧する。

【００５４】尚、ディスプレイ本体部８２に搭載されて
いる液晶パネル（ＬＣＤ）等のディスプレイを構成する
部品については、従来と同様であるので、ここでの説明
を省略する。

【００５５】図９は観察者がその前方の視界を観察する
ために、ディスプレイ本体部８２を跳ね上げた状態のヘ
ッドマウントディスプレイ装置の外観を示す斜視図であ
る。このような状態は、例えば、観察者がヘッドマウン
トディスプレイ装置の取扱説明書等を見る場合、周囲の
人と会話をする場合など、様々な状況で実現される。

【００５６】図１０は外装部８２ａ、８２ｃを外した状
態のディスプレイ本体部８２の内部構造を示す正面図で
ある。図において、８８はＳＵＳ、ＳＰＣ等の金属から
なる略長方形の固定部材である。固定部材８８の中央部
には、ヒンジ機構の外装部品との位置決め用嵌合孔およ
びビス用取り付け孔が形成されている。また、ヒンジ機
構の両端部には、それぞれ同方向に曲げ加工された一対
の軸受部が形成されており、その一方で固定軸を支持
し、他方で回転軸を回転自在に支持している。

【００５７】８３ａはフレーム８３の心材となるＳＵ
Ｓ、Ｔｉ等の弾性を有する金属からなる芯金であり、そ
の中央部に固定部材８８が一体的に取り付けられてい
る。外装部品８２ｂの上部中央には、回転軸８１３の外
径に設けられた位置決め用嵌合ピンおよび取り付け用ビ
ス孔８１３ａ、８１３ｂにそれぞれ対応する位置決め用
嵌合孔および取り付け用ビス下孔が形成されている。し
たがって、外装部品８２ｂに回転軸８１３をビス等で取
り付けることにより、外装部品８２ｂは回転軸８１３と
一体的に回転自在となり、フレーム８３に対して任意の
回転角を得ることができる。

【００５８】ここで、回転軸８１３は、前述したよう
に、回転する際に回転負荷発生部材１４の付勢力による
回転負荷を受けるので、観察者が外装部品を持ちながら
回転操作を行うと、適度な回転負荷を感じることにな
る。

【００５９】回転負荷発生部材の付勢力の条件について
示す。回転負荷発生部材１４の付勢力は、図９に示した
ような状態、即ち、ディスプレイ本体部８２を略９０度
跳ね上げた状態でも、ディスプレイ本体部８２の自重に
逆らい、跳ね上げ状態を維持できるだけの付勢力に設定
されている。即ち、数式（３）に示す条件を満たすよう
に、回転負荷発生部材１４の付勢力Ｐは設定されてい
る。

【００６０】Ｗ・ｌ≦μ₀・Ｐ・ｒ ……… （３） ただし、Ｗはディスプレイ本体部の重量、ｌはＹ−Ｙ軸
からディスプレイ本体部の重心までの距離、μ₀は固定
軸８１２と回転負荷発生部材１４との静摩擦係数、ｒは
固定軸８１２の外径である。

【００６１】このようなヒンジ機構が適用されたヘッド
マウントディスプレイ装置では、一様な回転トルクで回
転軸を安定して回動させることができる。また、部品点
数を増すことなく、簡単な部品でコンパクトに構成され
るので、組立工数が少なく、ヒンジ機構周りのスペース
を有効に利用することができ、コストを削減できる。

【００６２】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載のヒンジ機構に
よれば、固定部材と、該固定部材に設けられた第１軸受
部に一端が支持された固定軸と、前記固定部材に設けら
れた第２軸受部に一端が回転自在に支持され、前記固定
軸の他端と嵌め合い関係になる嵌合穴が形成された回転
軸と、該回転軸に回転負荷を発生させる回転負荷発生部
材と、前記固定軸と前記回転軸とが軸方向に互いに反発
する反発力を発生させる反発力発生部材とを備えるの
で、一様な回転トルクで回転軸を安定して回動させるこ
とができる。また、部品点数を増すことなく、簡単な部
品でコンパクトに構成されるので、組立工数が少なく、
ヒンジ機構周りのスペースを有効に利用することがで
き、かつコストを削減できる。このように、小型化、組
立性の向上および構成部品の点数削減を図ることができ
る。

【００６３】請求項２に記載のヒンジ機構によれば、前
記回転負荷発生部材は、前記回転軸に支持され、前記固
定軸の軸表面を押圧しながら摺接するので、回転軸が回
転するときに適度な回転負荷が得られる。

【００６４】請求項３に記載のヒンジ機構によれば、前
記反発力発生部材は、前記回転軸の軸方向に形成された
嵌合穴に配されたばね部材であり、前記固定軸の他端面
と前記嵌合穴の底面とに当接するので、カシメを行うこ
となく、簡単に固定軸と回転軸を組み立てることができ
る。

【００６５】請求項４に記載のヒンジ機構によれば、前
記反発力発生部材の反発力をＦ、前記回転負荷発生部材
の押圧力をＰ、前記固定軸と前記回転負荷発生部材との
摩擦係数をμとした場合、条件式Ｆ＞μ・Ｐを満たすの
で、固定軸と回転軸は常に互いに反発し合い、組み立て
後に固定部材から外れることはない。

【００６６】請求項５に記載のヒンジ機構によれば、前
記反発力発生部材の反発力をＦ、前記回転負荷発生部材
の押圧力をＰ、前記固定軸と前記回転負荷発生部材との
静摩擦係数をμ、動摩擦係数をμ’とした場合、条件式
μ・Ｐ＞Ｆ＞μ’・Ｐを満たすので、固定軸を回転軸に
押し込んだ状態を維持することができ、その後の組み立
てを容易に行うことができる。また、固定軸と回転軸と
が互いに反発し合い、固定部材から外れにくくなる。

【００６７】請求項６に記載のヒンジ機構によれば、前
記回転軸の回転角を規制する回転角規制部材が前記固定
軸および前記回転軸に設けられているので、所望の回転
角が得られるように、回転軸の回転規制を行うことがで
きる。

【００６８】請求項７に記載のヒンジ機構によれば、前
記回転負荷発生部材が摺接される前記固定軸の軸表面
に、前記回転角規制部材に対応する凹部または凸部が形
成されたので、操作する際にクリック感を付与すること
ができる。

【００６９】請求項８に記載のヒンジ機構によれば、ヘ
ッドマウントディスプレイ装置のディスプレイ本体部を
フレームに回転自在に連結するヒンジ機構において、前
記フレームに固着された固定部材と、該固定部材に設け
られた第１軸受部に一端が支持された固定軸と、前記固
定部材に設けられた第２軸受部に一端が回転自在に支持
され、前記固定軸の他端と嵌め合い関係になる嵌合穴が
形成され、前記ディスプレイ本体部に固着された回転軸
と、該回転軸に回転負荷を発生させる回転負荷発生部材
と、前記固定軸と前記回転軸とが軸方向に互いに反発す
る反発力を発生させる反発力発生部材とを備えたので、
ディスプレイ本体部を跳ね上げる際、適度な回動負荷を
与えることができる。

【００７０】請求項１１に記載のヘッドマウントディス
プレイ装置によれば、前記回転負荷発生部材の押圧力を
Ｐ、前記固定軸と前記回転負荷発生部材との静摩擦係数
をμ ₀、前記ディスプレイ本体部の重量をＷ、前記固定
軸の外径をｒとした場合、条件式Ｗ・ｌ≦μ₀・Ｐ・ｒ
を満たすので、ディスプレイ表示部を跳ね上げた状態に
維持でき、操作性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態におけるヒンジ機構の構造を
示す斜視図である。

【図２】ヒンジ機構の構造を示す図である。

【図３】ヒンジ機構の固定軸および回転軸の構造を示す
図である。

【図４】第２の実施形態におけるヒンジ機構の構造を示
す斜視図である。

【図５】ヒンジ機構の構造を示す図である。

【図６】図５の矢印Ａ−Ａ方向から視たヒンジ機構の構
造を示す断面図である。

【図７】第３の実施形態におけるヒンジ機構の構造を示
す図である。

【図８】ヘッドマウントディスプレイ装置の外観を示す
斜視図である。

【図９】観察者がその前方の視界を観察するために、デ
ィスプレイ本体部８２を跳ね上げた状態のヘッドマウン
トディスプレイ装置の外観を示す斜視図である。

【図１０】外装部８２ａ、８２ｃを外した状態のディス
プレイ本体部８２の内部構造を示す正面図である。

【図１１】従来のヒンジ機構の構造を示す図である。

【図１２】図１１の一点鎖線に沿って矢印Ａ−Ａ方向か
ら視たヒンジ機構の構造を示す断面図である。

【図１３】従来のヘッドマウントディスプレイ装置の外
観を示す斜視図である。

【図１４】ディスプレイ本体部１３２の側方から視た光
学的構成を示す図である。

【図１５】ディスプレイ本体部１３２の上方から視た光
学的構成を示す図である。

【図１６】ヘッドマウントディスプレイ装置が頭部に装
着された状態を示す図である。

【符号の説明】

１１、８８ 固定部材 １１ａ 固定軸用軸受部 １１ｂ 回転軸用軸受部 １２、４２、７２、８１２ 固定軸 １３、４３、８１３ 回転軸 １４ 回転負荷発生部材 １５ ばね部材 ４２ｃ、４３ｃ、７２ｃ 回転角規制部 ８１ ヘッドマウントディスプレイ装置 ８２ ディスプレイ本体部 ８３ フレーム ８４ 前頭部当接部材 ８５ テンプル

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部材と、 該固定部材に設けられた第１軸受部に一端が支持された
   固定軸と、 前記固定部材に設けられた第２軸受部に一端が回転自在
   に支持され、前記固定軸の他端と嵌め合い関係になる嵌
   合穴が形成された回転軸と、 該回転軸に回転負荷を発生させる回転負荷発生部材と、 前記固定軸と前記回転軸とが軸方向に互いに反発する反
   発力を発生させる反発力発生部材とを備えたヒンジ機
   構。
2. 【請求項２】 前記回転負荷発生部材は、前記回転軸に
   支持され、前記固定軸の軸表面を押圧しながら摺接する
   ことを特徴とする請求項１記載のヒンジ機構。
3. 【請求項３】 前記反発力発生部材は、前記回転軸の軸
   方向に形成された嵌合穴に配されたばね部材であり、前
   記固定軸の他端面と前記嵌合穴の底面とに当接すること
   を特徴とする請求項１記載のヒンジ機構。
4. 【請求項４】 前記反発力発生部材の反発力をＦ、前記
   回転負荷発生部材の押圧力をＰ、前記固定軸と前記回転
   負荷発生部材との摩擦係数をμとした場合、条件式Ｆ＞
   μ・Ｐを満たすことを特徴とする請求項２記載のヒンジ
   機構。
5. 【請求項５】 前記反発力発生部材の反発力をＦ、前記
   回転負荷発生部材の押圧力をＰ、前記固定軸と前記回転
   負荷発生部材との静摩擦係数をμ、動摩擦係数をμ’と
   した場合、条件式μ・Ｐ＞Ｆ＞μ’・Ｐを満たすことを
   特徴とする請求項２記載のヒンジ機構。
6. 【請求項６】 前記回転軸の回転角を規制する回転角規
   制部材が前記固定軸および前記回転軸に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載のヒンジ機構。
7. 【請求項７】 前記回転負荷発生部材が摺接される前記
   固定軸の軸表面に、前記回転角規制部材に対応する凹部
   または凸部が形成されたことを特徴とする請求項６記載
   のヒンジ機構。
8. 【請求項８】 ヘッドマウントディスプレイ装置のディ
   スプレイ本体部をフレームに回転自在に連結するヒンジ
   機構において、 前記フレームに固着された固定部材と、 該固定部材に設けられた第１軸受部に一端が支持された
   固定軸と、 前記固定部材に設けられた第２軸受部に一端が回転自在
   に支持され、前記固定軸の他端と嵌め合い関係になる嵌
   合穴が形成され、前記ディスプレイ本体部に固着された
   回転軸と、 該回転軸に回転負荷を発生させる回転負荷発生部材と、 前記固定軸と前記回転軸とが軸方向に互いに反発する反
   発力を発生させる反発力発生部材とを備えたことを特徴
   とするヒンジ機構。
9. 【請求項９】 ディスプレイ本体部と、 略中央部に設けられたヒンジ機構を介して前記ディスプ
   レイ本体部を回転自在に支持するフレームとを有するヘ
   ッドマウントディスプレイ装置において、 前記ヒンジ機構は、 前記フレームに固着された固定部材と、 該固定部材に設けられた第１軸受部に一端が支持された
   固定軸と、 前記固定部材に設けられた第２軸受部に一端が回転自在
   に支持され、前記固定軸の他端と嵌め合い関係になる嵌
   合穴が形成され、前記ディスプレイ本体部に固着された
   回転軸と、 該回転軸に回転負荷を発生させる回転負荷発生部材と、 前記固定軸と前記回転軸とが軸方向に互いに反発する反
   発力を発生させる反発力発生部材とを備えたことを特徴
   とするヘッドマウントディスプレイ装置。
10. 【請求項１０】 前記フレームの両端部に設けられた左
    右一対の第２のヒンジ機構と、 該第２のヒンジ機構を介して前記フレームに対して所定
    角度回転自在に設けられた左右一対のテンプルと、 前記フレームの略中央部に設けられ、観察者の前頭部付
    近と当接する前頭部当接部材とを備えた請求項９記載の
    ヘッドマウントディスプレイ装置。
11. 【請求項１１】 前記回転負荷発生部材の押圧力をＰ、
    前記固定軸と前記回転負荷発生部材との静摩擦係数をμ
    ₀、前記ディスプレイ本体部の重量をＷ、前記固定軸の
    外径をｒとした場合、条件式Ｗ・ｌ≦μ₀・Ｐ・ｒを満
    たすことを特徴とする請求項９記載のヘッドマウントデ
    ィスプレイ装置。