铰链装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种铰链装置，该铰链装置在具有第一壳体和第二壳体的电子设备中使得第二壳体能够相对于第一壳体打开和关闭，该铰链装置包括：连接至第一壳体的轴；连杆，该连杆具有插入有轴并且能够围绕轴的轴线旋转的一端和连接至第二壳体的另一端；位于连杆旁边的摩擦板，轴插入该摩擦板内，摩擦板不能围绕轴的轴线旋转；以及施压部分，该施压部分沿轴的轴线在连杆方向上对摩擦板施压，其中，连杆与摩擦板的接触面形成为具有锥形形状。
【专利说明】铰链装置
【技术领域】
[0001] 本发明讨论的实施方式涉及一种铰链装置，该铰链装置设置在比如笔记本电脑和 移动电话之类的折叠式电子装置的旋转轴部中。 技术背景
[0002] 在便携式电子装置比如信息装置中，显示部分能够相对于主体部分折叠，这使得 便于随身携带便携式电子装置。在这种电子装置中，当电子装置不使用时主体部分与显示 部分折叠成紧凑的尺寸，并且当电子装置使用时显示部分通过相对于主体部分旋转而被打 开，这样使得能够在视觉上识别显示部分。在例如日本特许公开公报No. 2011-33152中公 开了这种铰链装置。
[0003] 图1A示出了在笔记本式个人电脑3打开的状态中，对比技术中的铰链装置9的安 装位置，即作为电子装置的笔记本尺寸个人电脑(下文中称为笔记本式个人电脑）3中的铰 链装置9的安装位置。笔记本式个人电脑3包括作为第一壳体的主体部分1和作为第二壳 体的显示部分2。显示部分2通过使用铰链装置9作为旋转中心能够相对于主体部分1打 开和关闭，并且主体部分1和显示部分2通过两个铰链装置9彼此连接。
[0004] 图1B示出了在笔记本式个人电脑3关闭的状态中，对比技术的铰链装置9的安装 位置，即，在笔记本式个人电脑3中的安装位置。此外，在图1B中，形成对比技术的铰链装 置9的构件以与笔记本式个人电脑3的尺寸相应的尺寸示出，但是这些构件是很小的。因 此，形成对比技术的铰链装置9的构件在图1C中放大示出。
[0005] 在图1C中示出的铰链装置9包括通过支承轴55的小直径部分56按次序安置的 第一摩擦板57、第二支架58、第二摩擦板59、垫圈60、盘簧61以及保持器板62。图1A所 示的显示部分2连接至与支承轴55连接的第一支架63的显示附接部64。铰链装置9通 过第二支架58的主体附接部65连接至图1A中所示的主体部分1。当盘簧61被保持器板 62压缩时，垫圈60、第二摩擦板59、第二支架58和第一摩擦板57通过盘簧61的弹簧力沿 支承轴55定位的方向受压，并且垫圈60、第二摩擦板59、第二支架58和第一摩擦板57通 过压力彼此接触。
[0006] 尽管第二支架58能够围绕小直径部分56旋转，但第一摩擦板57和第二摩擦板59 不能围绕小直径部分56旋转。因此，第一摩擦板57与第二支架58以及第二支架58与第 二摩擦板59形成摩擦板结构66。摩擦扭矩T作用在摩擦板结构66上。当用手打开和关 闭显示部分2时，如果作用在支承轴55上的驱动扭矩Q由于由手执行的打开和关闭操作而 大于摩擦扭矩T，则支承轴55旋转并且显示部分2执行打开和关闭操作。如果当显示部分 2达到特定打开角度Φ时松开手，则驱动扭矩Q变为0并且驱动扭矩Q变为小于摩擦扭矩 T，并且显示部分2自由停止在角度Φ的位置中。
[0007] 图1C所示的铰链装置9中的摩擦板结构66由环形摩擦板形成，该环形摩擦板使 彼此相抵的平坦表面即面向彼此的平坦表面摩擦。该结构中的摩擦扭矩将通过使用图2A 中所示的环形摩擦板的模型而进行描述。此处，两个环形摩擦板51和52的外直径假设为 Φ:，其内径为Φ2，两个环形摩擦板51和52的摩擦表面的摩擦系数被假设为μ，以及当施 加至两个环形摩擦板51和52的作用压力为F时所生产的摩擦转矩假设为Τ。
[0008] 假设Rw表示等效摩擦半径。那么，当作用压力F作用至两个环形摩擦板51和52 时产生的摩擦扭矩T由下面的公式（1)给出，并且等效摩擦半径Rw由下面的公式（2)给出。
[0009] T=Rw · μ · F. . . (1)
[0010] Rw= ( φ j3- φ 23) / [3 · ( Φ j2- Φ 22) ]. . . (2)
[0011] 此处，关于在内直径Φ2固定地设为3mm而外直径Φ i为变化的，即为7mm、6mm和 5mm时，对等效摩擦半径Rw和摩擦扭矩T的量值进行计算的情况以表格形式在图2B中示 出。如从该表格清楚看到的，包括在铰链装置中的摩擦板的外直径越小，则摩擦扭矩T越 低。
[0012] 另一方面，笔记本式个人电脑被做的越来越薄、越来越轻以改进随身携带笔记本 式个人电脑时的便利性。此外，当笔记本式个人电脑被做的更薄时，必须减小包括在铰链中 的摩擦板的外直径。
[0013] 然而，如图2B所示，当包括在铰链装置中的摩擦板的外直径减小时，将不能获得 笔记本式个人电脑所需的摩擦扭矩T。
【发明内容】
[0014] 本实施方式提供了 一种铰链装置，该铰链装置将电子装置的第二壳体以可旋转的 方式连接至第一壳体，该铰链装置即使在铰链装置的旋转轴的直径减小以使电子装置更小 时，也能够确保包括在铰链装置中的摩擦板的摩擦表面上的扭矩。
[0015] 根据本发明的一方面，在具有第一壳体和第二壳体的电子设备中使得第二壳体能 够相对于第一壳体打开和关闭的铰链装置包括：连接至第一壳体的轴；连杆，该连杆具有 插入有轴并且能够围绕轴的轴线旋转的一端和连接至第二壳体的另一端；位于连杆旁边的 摩擦板，轴插入该摩擦板内，该摩擦板不能围绕轴的轴线旋转；以及施压部分，该施压部分 沿轴的轴线在连杆方向上对摩擦板施压，其中，连杆与摩擦板的接触面形成为具有锥形形 状。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1A为示出了在笔记本尺寸的个人电脑打开的状态中该笔记本尺寸的个人电脑 中的铰链装置的安装位置的立体图，图1B为示出了在笔记本尺寸的个人电脑关闭的状态 中对比技术的铰链装置的安装位置即该笔记本尺寸的个人电脑中的铰链装置的安装位置 的立体图，以及图1C为示出了图1B中所示的对比技术的铰链装置的结构的立体分解图；
[0017] 图2A为示出了用在对比技术中的铰链装置中的环形摩擦板的结构的立体图，以 及图2B为示出了图2A中示出的摩擦板的外直径和内直径的尺寸和等效摩擦半径的值以及 当施加力时与摩擦板的每个直径对应的摩擦扭矩的表格；
[0018] 图3A为示出了在笔记本尺寸的个人电脑打开的状态中本实施方式的铰链装 置一即该笔记本尺寸的个人电脑中的铰链装置--的安装位置的立体图，图3B为图3A 中示出的铰链装置的放大视图，以及图3C为包括通过沿铰链轴剖切图3B中示出的铰链装 置而得到的截面的立体图；
[0019] 图4A为图3B中示出的铰链装置的截面图，以及图4B为图3B中示出的铰链装置 的分解立体图；
[0020] 图5A为示出了用在本实施方式的铰链装置中的锥形摩擦板的结构的立体图，以 及图5B为出于对比的目的示出了当使图5A所示的锥形摩擦板的外直径和内直径小于图2A 所示的对比技术中的环形摩擦板的外直径和内直径时等效摩擦半径和摩擦扭矩相对于作 用力的值的表格；
[0021] 图6A和图6B为用于对其中铰链装置的摩擦部分的外直径设定为Φ 5的实施方式 的铰链装置中的摩擦扭矩与其中铰链装置的摩擦部分的外直径为Φ7的对比技术的铰链 装置中的摩擦扭矩进行对比的图示，图6A为该实施方式的铰链装置的截面图，以及图6B为 对比技术的铰链装置的截面图；以及
[0022] 图7A为示出了设置在第一夹持件和第二夹持件的摩擦表面上的凹部和突起部的 示例的形状的立体图，图7B为示出了当设置在第一夹持件和第二夹持件的摩擦表面上的 凹部和突起部接合时第一夹持件和第二夹持件的摩擦表面的状态的侧视图，以及图7C为 示出了当设置在第一夹持件和第二夹持件的摩擦表面上的凹部和突起部未接合时第一夹 持件和第二夹持件的摩擦表面的状态的侧视图。
【具体实施方式】
[0023] 在下文中，将通过利用附图基于具体的示例对实施方式进行详细的描述。附带地， 在下述示例中，笔记本式个人电脑、主体部分、显示部分将通过使用与用于图1A中所示的 笔记本式个人电脑、主体部分、显示部分的附图标记相同的附图标记而表示为笔记本式个 人电脑3、主体部分1、显示部分2。
[0024] 图3A示出了在笔记本式个人电脑3打开时的状态中笔记本式个人电脑3中的实 施方式的铰链装置10的安装位置，以及图3B示出了图3A中所示出的放大的铰链装置10。 此外，图3C为包括通过在作为铰链轴的轴11的中心线处剖切图3B中所示出的铰链装置10 而得到的截面的图示。此外，图4A为图3B中所示出的铰链装置10的截面图，以及图4B为 图3B中所示出的铰链装置10的分解图。在以下描述中，将通过使用图3A、图3B、图4A和 图4B对铰链装置10的结构进行描述。
[0025] 如图3A中所示，该实施方式的铰链装置10所附接至的笔记本式个人电脑3包括 主体部分1和显示部分2,该主体部分1为第一壳体，该显示部分2为第二壳体。显示部分 2能够通过使用铰链装置10作为旋转中心相对于主体部分1打开和关闭，并且主体部分1 和显示部分2通过两个铰链装置10彼此连接。由于除了两个铰链装置10中的一个铰链装 置设置在右侧而另一个设置在左侧之外，两个铰链装置10具有相同的结构，因此仅以右侧 的铰链装置10为例进行描述。
[0026] 首先，将参照图4B对本实施方式的铰链装置10的示例的结构进行描述。铰链装置 10包括轴11和连杆12,该轴11具有通过未示出的附接构件固定至第一壳体1的一端11A 和用作旋转轴的另一端，该连杆12具有通过附接部分12A固定至第二壳体2的一端和围绕 轴11的旋转轴旋转的另一端。另外，在轴11与连杆12之间设置有用于调节连杆12相对 于轴11的旋转的一些构件。
[0027] 在该示例中，连杆12、摩擦板13、第一夹持件21、第二夹持件22、多个盘簧15以及 保持器板16按该次序附接至轴11。保持器板16和多个盘簧15形成施压部分14,该施压 部分14将连杆12、摩擦板13、第一夹持件21和第二夹持件22压靠在轴11的台阶表面11D 上。虽然连杆12、第一夹持件21和盘簧15能够相对于轴11旋转，但是摩擦板13、第二夹 持件22和保持器板16构造成不能相对于轴11旋转。因此，在轴11中形成有平行面11P， 并且在设置于摩擦板13、第二夹持件22和保持器板16中的通孔13H、22H和16H中设置有 与轴11的平行面IIP相对应的平行部。
[0028] 附带地，为了阻止摩擦板13、第二夹持件22和保持器板16相对于轴11旋转，除 了在轴11中设置平行面IIP之外，还有一种方法是在圆柱轴11中沿轴线的方向设置键槽。 这样的话，可以在设置于摩擦板13、第二夹持件22和保持器板16中的通孔13H、22H和16H 内侧设置配合至键槽内的突起部。
[0029] 另一方面，连杆12和第一夹持件21能够相对于轴11旋转，但是连杆12和第一夹 持件21必须彼此同步旋转。因此，在连杆12与第一夹持件21之间设置有接合部分23。该 接合部分23包括：臂23A，该臂23A以能够从第一夹持件21的侧面突出的方式设置在第一 夹持件21的该侧面上；接合杆23B，该接合杆23B沿平行于轴11的轴线的方向设置在臂23A 的稍端部分处；以及接合孔12B，该接合孔12B设置在连杆12的附接部分12A中。因而，当 在将连杆12和摩擦板13附接至轴11之后第一夹持件21附接至轴11时，杆23B的稍端部 分穿过设置在连杆12的附接部分12A中的接合孔12B放置。
[0030] 另一方面，轴11的台阶部分11D和连杆12的接触面(接触面有时写做摩擦表面） 12B--其中，接触面12B与台阶部分11D接触--分别形成为锥形渐缩面，并且渐缩面在 彼此摩擦的同时接合在一起。此外，连杆12的与摩擦板13接触的接触面12C形成为锥形 渐缩面，并且摩擦板13的与连杆12接触的接触面13B也形成为锥形渐缩面。此外，摩擦板 13的与第一夹持件21接触的接触面13C形成为锥形渐缩面，并且第一夹持件21的与摩擦 板13接触的接触面21B也形成为锥形接触面。另一方面，随后将通过利用图7A至图7C对 在第一夹持件21的与第二夹持件22接触的接触面中形成的凹突部VX进行描述。
[0031] 在连杆12、摩擦板13、第一夹持件21、第二夹持件22以及多个盘簧15附接至轴11 之后，在保持器板16不旋转的状态中，保持器板16在轴11的稍端部分附近固定至轴11。 当保持器板16固定至轴11时，盘簧15被保持器板16压缩，并且第二夹持件22的未设置 凹部和突起部的端面22D被盘簧15施压。
[0032] 图3B中示出了连杆12、摩擦板13、第一夹持件21、第二夹持件22、多个盘簧15和 保持器板16以该次序附接至轴11的状态。而且，图3C为包括通过在作为铰链轴的轴11 的中心线处剖切图3B中所示出的铰链装置10得到的截面的图示。此外，图4A为图3B中 示出的铰链装置10的截面图，并且图4A指示了三个摩擦表面TP以及一个凹突部VX的位 置。
[0033] 此处，将通过使用图7A至图7C对设置在图4A中示出的第一夹持件21与第二夹 持件22之间的凹突部VX进行描述。图7A示出了设置在第一夹持件21的位于第二夹持件 22所在的一侧上的面中和设置在第二夹持件22的位于第一夹持件21所在的一侧上的面 中的凹突部VX的示例的形状。位于第一夹持件21所在的一侧上的凹突部VX包括两个凹 部21C和两个突起部21B，并且位于第二夹持件22所在的一侧上的凹突部VX包括两个凹部 22C和两个突起部22B。在第一夹持件21中设置有孔21H，用于穿过该孔21H放置轴11，并 且在第二夹持件22中还设置有孔22H，用于穿过该孔22H放置轴11。孔21H为圆形孔，并 且孔22H具有与轴11的平行面IIP相对应的平行面22P。因此，设置在第一夹持件21与第 二夹持件22之间的凹突部VX具有环形形状。
[0034] 在该示例中，凹部和突起部具有相同的形状，并且如图7B中所示，第二夹持件22 的突起部22B紧密地配合至第一夹持件21的凹部21C内，并且第一夹持件21的突起部21B 以类似的方式紧密地配合至第二夹持件22的凹部22C内。另一方面，图7C示出了第二夹 持件22的突起部22B在第一夹持件21的突起部21B上运动的状态。在图7C中示出的状 态中，当第一夹持件21相对于第二夹持件22旋转时，在第一夹持件21的突起部21B与第 二夹持件22的突起部22B之间的接触面中产生摩擦力。例如，当图3A中示出的电子装置 3关闭时可引起图7B中所示出的状态，而当电子装置3打开时可引起图7C中示出的状态。 附带地，当显示部分2相对于信息装置3的主体部分1完全打开时(例如，达到完全平的状 态)，当显示部分2相对于主体部分1完全打开时可引起图7B中示出的状态。
[0035] 在图7C示出的状态中，由于盘簧被压，上述作用压力F增大，并且在第一夹持件21 相对于固定至轴的第二夹持件22旋转时摩擦扭矩T增加。例如，能够使设置在第一夹持件 21和第二夹持件22的摩擦表面中凹突部VX的凹部和突起部在显示部分的关闭位置和完全 打开位置中彼此接合。这使得显示部分不太可能从显示部分关闭和显示部分完全打开的状 态旋转。由于当设置在第一夹持件21和第二夹持件22的摩擦表面中的凹部和突起部彼此 接合时突起部以被牵拉至凹部的方式配合在凹部中，因此凹突部VX也被称作牵拉机构。
[0036] 附带地，在图7A至图7C所示的示例中，为了便于解释，凹部和突起部被制成具有 相同的长度。然而，通过使突起部更长并且凹部更短，能够增大第一夹持件21相对于第二 夹持件22旋转所在的预定区域内的摩擦扭矩。即，能够以下述方式构造设置在第一夹持件 21与第二夹持件22之间的凹突部VX :以此方式使得在连杆12的预定的旋转区域中突起部 彼此面对并且在其他旋转区域中凹部和突起部彼此面对。此外，也能够改变突起部的在凹 部以上的高度及其形状。通过这样做，当第二夹持件22通过凹突部VX从第一夹持件21行 进的距离小时，能够减少第一夹持件21与第二夹持件22的摩擦扭矩。相反地，当第二夹持 件22通过凹突部VX从第一夹持件21行进的距离大时，能够增加第一夹持件21与第二夹 持件22的摩擦扭矩。
[0037] 本实施例的具有上述结构的铰链装置10与对比技术中描述的铰链装置9相比可 以获得更大的摩擦扭矩。如图4A中所示，在该实施方式的示例中，存在有三个摩擦表面TP。 因此，将通过使用图5A中示出的锥形摩擦板的模型对图4A中示出的铰链装置10中的一个 摩擦表面TP上的摩擦扭矩进行描述。此处，两个锥形摩擦板31和32的外直径假设为Φρ 其内直径假设为Φ2，两个锥形摩擦板31和32的锥形表面的摩擦系数假设为μ，以及当施 加至两个锥形摩擦板31和32的作用压力为F时产生的摩擦扭矩假设为Τ。此外，锥角假设 为Θ，并且当施加作用压力F时在两个锥形摩擦板31和32的法向方向上的作用压力假设 为Fn。
[0038] 假设Rw表示等效摩擦半径。那么，在作用压力F施加至两个锥形摩擦板31和32 时产生的摩擦扭矩T通过下面的公式（3)给出，并且等效摩擦半径Rw通过下面的公式（4) 给出。附带地，锥形摩擦板31和32中的等效摩擦半径Rw的公式（4)与对比技术中描述的 环形摩擦板51和52的等效摩擦半径Rw的公式（2)相同。此外，通过下面的公式（5)给出 了沿法向方向的作用压力Fn，S卩，作用在两个锥形摩擦板31和32的侧面上的作用压力Fn。
【权利要求】
1. 一种铰链装置，所述铰链装置在具有第一壳体和第二壳体的电子装置中使所述第二 壳体能够相对于所述第一壳体打开和关闭，所述铰链装置包括： 轴，所述轴连接至所述第一壳体； 连杆，所述连杆具有插入有轴并且能够围绕所述轴的轴线旋转的一端，和连接至所述 第二壳体的另一端； 摩擦板，所述摩擦板位于所述连杆旁边，所述轴插入所述摩擦板内，所述摩擦板不能围 绕所述轴的所述轴线旋转；以及 施压部分，所述施压部分沿所述轴的所述轴线在所述连杆的方向上对所述摩擦板施 压， 其中， 所述连杆与所述摩擦板的接触面形成为具有锥形形状。
2. 根据权利要求1所述的铰链装置，还包括： 第一夹持件，所述第一夹持件位于所述摩擦板与所述施压部分之间，所述轴插入所述 第一夹持件内，所述第一夹持件能够围绕所述轴的所述轴线旋转，所述第一夹持件具有位 于所述第一夹持件与所述连杆之间的接合部分并且与所述连杆同步旋转；以及 第二夹持件，所述第二夹持件位于所述第一夹持件与所述施压部分之间，所述轴插入 所述第二夹持件内，所述第二夹持件不能围绕所述轴的所述轴线旋转， 其中， 所述第一夹持件与所述第二夹持件的接触面形成为具有凹突部，以及 所述第一夹持件与所述摩擦板的接触面形成为具有锥形形状。
3. 根据权利要求1或2所述的铰链装置，其中， 所述轴与位于所述轴旁边的所述连杆的相邻表面形成为摩擦表面，并且所述摩擦表面 形成为具有锥形形状。
4. 根据权利要求2或3所述的铰链装置，其中， 设置在所述第一夹持件与所述第二夹持件的所述接触面中的所述凹突部形成为使得 由于在所述连杆的预定旋转区域中所述凹突部的突起部彼此接触，因此所述接触面彼此紧 密接触，并且形成为使得在所述连杆的其他旋转区域中所述凹突部的所述突起部配合至所 述凹突部的凹部内。
5. 根据权利要求4所述的铰链装置，其中， 所述施压部分包括以串联的方式布置的多个盘簧和将所述盘簧保持在所述轴的自由 端侧上的保持器板， 所述保持器板固定至如下位置：在该位置中，所述盘簧被推压在所述连杆的所述其他 旋转区域中，以及 在所述连杆的所述预定旋转区域中，所述盘簧被弯曲并且吸收所述第二夹持件在所述 轴上的行进距离。
6. 根据权利要求4所述的铰链装置，其中， 所述其他旋转区域为所述第一壳体和所述第二壳体的关闭位置和完全打开位置。
7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的铰链装置，其中， 在所述轴的侧面上和设置在所述摩擦板中的插入孔上形成有平行于所述轴的轴线的 平坦表面，所述轴被放置通过的所述插入孔与所述轴的横截面形状一致。
8. 根据权利要求1至6中的任一项所述的铰链装置，其中， 在所述轴的侧面上和设置在所述摩擦板中的插入孔上形成有平行于所述轴的轴线的 键槽，所述轴被放置通过的所述插入孔与所述轴的横截面形状一致。
9. 根据权利要求2至6中的任一项所述的铰链装置，其中， 在所述轴的侧面上和设置在所述第一夹持件中的插入孔上形成有平行于所述轴的轴 线的平坦表面，所述轴被放置通过的所述插入孔与所述轴的横截面形状一致。
10. 根据权利要求2至6中的任一项所述的铰链装置，其中， 在所述轴的侧面上和设置在所述第一夹持件中的插入孔上形成有平行于所述轴的轴 线的键槽，所述轴被放置通过的所述插入孔与所述轴的横截面形状一致。
11. 根据权利要求1至10中的任一项所述的铰链装置，其中， 所述轴通过一体地形成在所述轴中的附接部分连接至所述第一壳体，以及 所述连杆通过一体地形成在所述连杆中的附接部分连接至所述第二壳体。
12. 根据权利要求11所述的铰链装置，其中， 所述接合部分包括：臂，所述臂以从所述第一夹持件的侧面突出的方式设置在所述第 一夹持件的所述侧面上；接合杆，所述接合杆沿平行于所述轴的轴线的方向设置在所述臂 的稍端部分处；以及接合孔，所述接合孔设置在所述连杆的所述附接部分中并且穿过所述 接合杆的所述稍端部分。
【文档编号】F16C11/12GK104100631SQ201410090217
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2013年4月10日
【发明者】恩田信彦 申请人:富士通株式会社