用于电子设备的摩擦铰链的制作方法
【技术领域】
[0001]本文描述的实施例总体上涉及特别用于移动计算机、智能电话、平板、适配一体式台式计算机和具有角度可移置元件的其它电子设备的铰链机制。更具体地，实施例涉及用于蛤壳形数、笔记本计算机和相关配置的摩擦铰链。
【背景技术】
[0002]笔记本计算机、能够充当台式和笔记本二者的计算机、可互相转换的笔记本和平板及其组合、以及各种类型的蛤壳风格电子设备一般具有用铰链连接至基部的屏幕。在一种配置中，所述单元可以关上，而在另一配置中(针对笔记本的“在使用中”配置)它可以打开。此外，可能期望的是，打开设备所必需的扭矩量少于关上它所需的。例如，给定使用模式，对于笔记本来说，能够打开(即，它的屏幕升高)的力或扭矩小于关上它所需的力或扭矩，更符合人体工程学，这是因为用户不想偶然关上使用中的设备。
【附图说明】
[0003]通过阅读以下的说明书和所附权利要求，并通过参考以下附图，所述实施例的各种优点对本领域技术人员来说将是显而易见的，其中:
[0004]图1是具有两个根据本文阐述的原理所构建的铰链的计算机笔记本的示例的透视图。
[0005]图2是根据本文阐述的一个实施例构建的铰链的示例的示意图及部分放大视图；
[0006]图3A是铰链的第一实施例的示例的示意侧视图；
[0007]图3B示出了经受收紧旋转的图3A所示铰链的示例；
[0008]图3C示出了处于放松状态的图3A所述铰链的示例；
[0009]图4是作为圈数的函数的铰链摩擦的示例图；
[0010]图5是第一实施例的收紧到放松比率的示例图；
[0011]图6是根据第二实施例所构建的铰链的示例的示意图及部分放大视图；
[0012]图7是例如本文描述的在适配一体式系统中使用的铰链的扭矩需求的示例图；
[0013]图8是用于支持一体式系统的支架的铰链的第三实施例的示例的透视图；
[0014]图9显示了各种使用角度的图8的铰链的示例；以及
[0015]图1OA、1B、和1C呈现了作为图8的实施例的屏幕角度的函数的抗扭强度(tors1n resistance)的各种测量的示例图。
【具体实施方式】
[0016]计算机笔记本、诸如具有蛤壳形数(clamshell form factor)的智能电话之类的个人电子设备、可转换计算机平板和一体式系统可能通常呈现关于彼此枢转(pivot)的部件。本文阐述了实现这一枢转的铰链机制。如图1所示，笔记本10具有经由根据下面进一步详细描述的原理所构建的一对铰链40连接到基底30的盖20。通常期望的是，用户所需的打开力(例如将盖20撬离基底30)小于关上它所需的力。该布置使得用于容易打开设备的铰链力小，同时还使得例如可以防止使用设备时偶然关上盖的铰链力高。在例如用于平板的支架的其它硬件中，可能期望可移动部件打开时所需的扭矩大于关闭时，以便于帮助抵消铰链上重力的影响。此布置可能需要这样的铰链:在一个方向呈现的阻力(通常起源于摩擦)高于另一方向呈现的阻力。本文呈现这样的铰链的实施例。
[0017]现在转向图2，显示了根据第一实施例的原理构建的铰链40ο第一铰链架42可以经由螺钉或其它公知部件(显示了用于容纳螺钉的孔43)连接到基底30。铰链旋转轴41偏离所示的铰链架42。具有牢固地连接到铰链架42的第一端46的螺旋压缩套管45附接到所示的铰链架42。螺旋套管45还可以具有自由端49。螺旋套管45可以由很多匝或圈48构成，并可以由弹簧钢或设计者公知的用于构造此类部件的任意其它材料构造。第二铰链架44附接到所示的盖20，实心轴50附接到第二铰链架44，其中，实心轴50的旋转中心与铰链旋转轴41 一致。可以使轴50的大小关于螺旋套管45的圈48，以使得至少关于最靠近自由端49的一个圈或多个圈，当将轴50插入螺旋套管45时，后者的内直径和前者的外直径之间存在过盈配合。
[0018]使用螺旋套管45作为铰链40的一部分(图3A)可以当在一个方向旋转时产生第一相对高水平的摩擦(图3B)，而当在另一方向旋转时产生实质上较低水平的摩擦(图3C)。如图3B所示，当铰链轴50在一个方向旋转时螺旋套管45可以自收紧产生较高的摩擦(收紧——图3B)，而当所述铰链轴在相反方向旋转时可以类似地允许它自放松产生较低的摩擦(放松一一图3C)。所述螺旋的长度(线圈或圈48的数量)可以实质上确定收紧和放松摩擦水平的相对比率。具有高的收紧-放松摩擦比率的铰链可以有助于满足用于适配“一体式”(AA1)设计和那些采用支架用于支撑的设计的机械设计需求。
[0019]所示的螺旋套管45由一系列圈48组成，圈48可用于绕轴50缠绕。然而螺旋套管45的端46可以固定到铰链架42，端49可以在有限的意义上自由，它经由关于铰链轴50的过盈配合而摩擦地啮合。当轴50和架相对彼此旋转时，所示的螺旋套管45的自由端49滑动地沿铰链轴50的表面拖动，这使得圈48拉紧。
[0020]随着铰链以收紧运动旋转，所述螺旋套管中的每个圈可能由于其自身摩擦力缠绕得更紧。然而，除了其自身摩擦外，每个连续圈还可以上拉其上游的圈(朝着铰链架42)，这有助于将上游的圈缠绕得更紧，从而增大对铰链轴50的压缩(及摩擦)。该连续的收紧通过从右至左的每个连续环建立(如图3B所示)，允许所述铰链经过第一若干程度的角运动之后实现非常高水平的收紧摩擦，其后收紧的水平达到稳定。同样地，随着所示的铰链40以放松运动旋转，所述摩擦在相反方向作用，使得所述圈解开，且从而减少对铰链轴50的压缩(及摩擦)。然而，即使那时，自由端49都保持与轴50接触。此处，每个连续圈对其上游邻圈起作用，使得它进一步解开，赋予它图3C中以夸张形式显示的锥形轮廓。以这种方式，所述放松摩擦力可以变得很小。图3B(收紧)和3C(放松)中侧面显示了圈中产生的环向张力。
[0021]能够基于所述螺旋的设计特性调整所述收紧-放松摩擦的比率。给螺旋套管45设计越多数目的圈48，连续收紧及放松的效果越大，并因而能够实现越高水平的摩擦(参见图4)以及收紧-放松比率(图5)。影响摩擦水平及其比率的其它参数可以包括材料选择(例如，选择特定钢)、材料厚度、轴直径、螺旋宽度和直径过盈。这些因素中的每个均可能影响收紧及放松摩擦。
[0022]图6呈现了铰链的另外的实施例，通常在140处所指示的。此处，提供了近似圆柱形的螺旋压缩套管145，而不是多圈套管，一端146附接到铰链架142，另一端148是自由的。螺旋压缩套管145具有螺旋缝147，沿其长度切开，界定出相对于彼此周向可移置的两条边147a和147b。所述缝看上去与所述套管相平，可以是线性的或它可能具有曲线形状。轴150插入所示的螺旋压缩套管145，其可以附接到架143。螺旋压缩套管145和轴150之间的配合可以是压缩的，特别是在自由端148，这样使得当所述轴绕铰链轴141旋转时，自由端148滑动地与轴150—起拖动。
[0023]所示的实施例使用约20度的螺旋角Θ。此角能够变化，以提供不同的性能特性。即使在此相当窄的角度，所述缝的方位增加了收紧一放松摩擦的比率。此实施例的一个优点是它可以通过铰链寿命提供持续的耐磨性和可靠性。另一优点是它的制造可以相对简单。例如，能够沿矩形块金属片的两条平行边、在角度Θ对其进行线性切割，然后卷成一般圆柱形状以用作压缩套管。可替代地，能够沿角度Θ切割部分圆柱体以制造所述压缩套管。
[0024]所述螺旋套管铰链能够用于蛤壳式笔记本系统，以允许非常容易的开盖旋转，同时仍在合盖期间产生好的阻力。人类行为可能趋向于使用户轻轻开盖，但更有力地合盖。此处呈现的设计能够制作成反映人类在铰链方面的趋向性，具有较轻的打开阻力和较高的关闭阻力。另外，当代笔记本计算机在重量方面可能越来越轻。这可能有利，因为顾客更喜欢重量轻的设备。然而，一个缺点是所述基座在开盖期间要呆在适当位置可能不够重;所述基座然后由于铰链摩擦而和所述盖一道向上旋转。减少用于打开方向的铰链摩擦的能力可以使甚至轻薄的基座在开盖期间能够呆在适当位置，同时关于关闭的差异防止所述盖在不需要时关闭。
[0025]此处公开的铰链机制还可以用于需要更复杂运动学的可转换笔记本系统。存在若干可用的允许笔记本转换为平板的公知的转换机制。此类转换机制一般包括某种类型的铰链，且那些机制中的许多能够受益于在各旋转方向独立地调整铰链摩擦的能力。在适配一体式系统的情况下，由于系统的重力负载，铰链扭矩需求可能偏重于一个方向。(这也可以对笔记本适用，但对于笔记本，盖重量要小得多，且因此在铰链设计中不是驱动因素)。由于此重力偏向，降低动作期间所期望的铰链摩擦可能大于升高动作期间所期望的摩擦。图7显示了用于呈现一种系统的降低及升高动作所期望的产生的铰链扭矩的示例的图。
[0026]图8所示的实施例能够适配于符合这些扭矩需求，以及提供一种设计，该设计提供使铰链适应眼前的操作需求的额外方法。此处，一体式设备230还可以是计算机平板，被提供有支架270。两个铰链240可以如下安装到设备230。首先，将可以将轴250约束并固定在适当位置的一对架244安装到设备230。以图2的实施例的方式，一对螺旋套管245在一端利用摩擦配合置于轴250上，而在另一端固定到架230。所示的架230固定到支架270。扭转弹簧260置于两个螺旋套管245之间插入沿着轴250中间，绕轴250松散地配合。所示的特定扭转弹簧具有边260A和260B互相匹配的双边结构，并经由同样对设备230按压的U形区域260C连接。然而，可以采用其它扭转弹簧。而且，可以使用例如图6的实施例所示的圆柱形压缩套管，代替螺旋套管245。
[0027]图9显示了能够使用此布置的若干种方位。
[0028]所述铰链可以独立于屏幕角度提供恒定水平的摩擦(参见图10A)，同时扭转弹簧可以提供与屏幕角度成比例的增长水平的阻力(图10B)。图1OC显示了响应于两个元件一起的扭力。能够利用扭转弹簧元件的机械属性选择曲线斜率。通过改变所述铰链来调整两条曲线之间的偏移。
[0029]补充注释和示例
[0030]示例I可以包括便携式计算设备，其包括例如显示器壳的第