平板计算机的摩擦铰链的制作方法

图1示出了带支架的平板计算机的两个不同视图；

图2示出了支架－平板计算机连接的特写图；

图3A到3E示出了包括处于不同旋转角度的摩擦耦合和伸缩连杆的示例连接机制；

图4示出了示例带/杆耦合；

图5A到5D示出了可被用于不同实现的金属注射成型(MIM)带/杆耦合的各种示例；

图6示出了伸缩连杆的扭矩－旋转角曲线的示例；

图7示出了带/杆耦合的扭矩－旋转角曲线的示例；以及

图8示出2阶凸轮曲线的示例扭矩轮廓。

详细描述

随着计算和网络技术的扩增，更小、便携和可穿戴计算设备正在成为日常的个人和职业使用的主流。平板计算机、智能电话、和平板手机是以下设备的示例：它们能以纵向或横向的朝向被握住，或可被放置在桌面或其它平坦表面上并以纵向或横向的朝向查看而无需握住设备。例如，华盛顿雷蒙德的微软公司的设备是带可连接键盘和集成支架的可类似于膝上计算机被使用的平板计算机。用户可在桌子上使用支架将设备设在一个角度，并在连接的键盘上打字。当平板不在手中使用时，类似设备利用支架来为用户提供不同查看角度。

支架和类似支撑机制可允许有限数量的离散屏幕角度。提供离散屏幕角度可能限制用户体验。此外，支架和类似支撑设备可被耦合到它们通过铰链支撑的平板。

根据示例支架实现，基本恒定的空隙可跨铰链旋转范围被保持在支架和设备外壳之间，从而允许铰链和/或支架与设备外壳保持水平。连接机制可支撑各种使用负载以及直至大概180度的旋转角度。根据另一个示例实施例，在平板计算设备的设计生命周期期间，连接机制可允许小力量开启到第一位置同时考虑意外过载并维持支撑行为。

从阅读以下描述及查看相关附图后，这些及其他特征和优点将显而易见。在下面的详细描述中，参考构成其一部分的附图，在附图中，通过例图，示出了具体的实施例或示例。可将这些方面组合起来，也可利用其他方面，并且可作出结构上的改变而不背离本公开的精神或范围。因此，以下详细描述并非是局限性的，并且不被认为是限制请求保护的各方面。

尽管某些实现将以平板或类似形状因子的计算设备的上下文来一般地描述，各方面也可结合可由支架或类似支撑设备支撑的其它设备和系统来实现。例如，数字图片帧、电视和其它包括显示器的设备可采用如在此描述的支架。

图1示出了带支架的平板计算机的两个不同视图。

图100中的视图102示出了带支架的平板形状因子计算机。计算机的主体104与沿着横向接缝耦合到主体104的支架106基本成直角。为了提供美观的集成，支架106和主体104的耦合可以是水平连接，其中铰链不从主体104的背表面平面突出。

图100中的视图110示出了类似平板计算机连同键盘118的侧视图。键盘118可沿着其底边永久地或临时地连接到计算机的主体114。支架116可以在预定角度可旋转以允许实现针对各种查看角度的平板计算机设置。

设置屏幕角度的能力可能对用户体验有显著影响。在根据某些实现的系统中，增加可用离散位置的数量或提供期望的旋转范围内的连续可调节性，可通过使得最佳屏幕角度在更多情形中对更多用户可用而增强用户体验。在其它实现中，摩擦铰链可提供连接，其具有提供支架116的180度旋转同时维持支架116和主体114之间最小间隙的能力。通过使用带摩擦技术，摩擦铰链可能能够实现足够的扭矩以支撑使用和误用负载，并跨该计算机的生命周期维持这些负载。

图2示出了支架－平板计算机连接的特写图。

根据图200中示出的示例实现，支架体的枢轴点206耦合允许180度旋转同时维持支架204和主体202之间的基本恒定的y间隙。摩擦铰链能够提供180度旋转同时维持最小间隙。通过使用带摩擦技术，摩擦铰链可以能够实现足够的扭矩以支撑使用和误用负载，并跨该产品的生命周期维持这些负载。此外，可向过载处理提供达到180度的能力而不需要附加的机制或复杂度(即，当意外的压力被施加在主体上时支架可简单地旋转到一个极端位置)。

图3A到3E示出了包括以不同旋转角度的摩擦耦合和伸缩连杆的示例连接机制。

图3A到3E中，伸缩连杆被示出耦合到杆。这是一个解说性示例且不意味着对各实现的限制。伸缩链接还可被耦合到摩擦芯，其可以是摩擦带、摩擦盘、或摩擦夹。带摩擦和夹摩擦可类似，因为它们两者都施加圆周地包裹杆的压力。盘摩擦可以施加围绕杆的圆的轴向的压力。因此，盘摩擦可具有稍微少一点的扭矩密度，但可向扭矩曲线添加附加的可规划性。在盘摩擦的情况下，摩擦可围绕杆，但力被施加在轴向。此外，摩擦芯可以是单个、或(频繁地)带、夹，且盘在一个时间可用多个。

图3A的图表310示出了可在某些实现中采用的带/杆耦合的组件。旋转摩擦扭矩由杆311提供，且带312基本围绕杆311。附连到杆311并部分由锚链接318包围的伸缩链接316可允许第二轴上的摩擦耦合。带312可被固定到支架链接314。

支架和主体之间全部铰链角度上的基本恒定的间隙的维持、使用负载的支撑、最大旋转(180度)的支撑、到第一位置的小力的打开，和/或意外过载的支撑，可通过使用第二轴上的摩擦耦合以引入在全部支架角度针对支架的纯力矩来实现。为了约束摩擦，伸缩连杆可对抗该力矩并将摩擦元件耦合到机械地面。

图3B的图表320示出了图表310在不同旋转角度的摩擦耦合铰链配置。带/杆组合可使用金属注射成型(“MIM”)技术来形成。MIM技术可允许小的特征创建，其接着可允许否则在带或夹摩擦方式中可能不可用的不同凸轮轮廓(例如，用于重量匹配)。此外，通过MIM技术，高强度钢可被模制，其可允许更高扭矩密度(或更小部分)并可更少地受制造过程约束(因为带和夹摩擦受到金属片和其它处理的限制)。MIM材料还可允许管理带形状，使得材料针对贯穿该部分的最大应变能被优化从而实现最大扭矩密度。

在MIM部分，可能难以实现强度和柔软性的平衡。即，当该部分足够柔软以具有高的抗碎能力时，材料可能太软并且很快磨损。当该部分足够硬以抵挡磨损时，它可能遭受破碎。根据某些实现，通过将磨损盘(以下在图3E中讨论)结合到可能很硬(例如，HRC50+)并且应对该部分的磨损的带中，抗磨损性可从柔软性解耦。例如，带可被减少到HRC35，以便具有足够的柔软性来抵抗破碎。

图3C的图表330是根据一些实施例的可使用伸缩连杆带/杆耦合组合而被引入的附加的能力的解说。例如，靠近伸缩链接336的端部的凹槽331可提供小的自由发挥空间。在支架的旋转开始(例如，5－10度)时，由于凹槽随着伸缩链接被推入锚链接338允许用户在支架和主体之间方便地插入他或她的手指，用户可能不经受扭矩。

图3D的图表340是图表310的摩擦耦合铰链配置的又一个旋转角度视图。在进一步的实现中，通过选择合适的材料、尺寸或使用附加材料(例如，用更高摩擦的材料给锚链接内加衬里)，附加的摩擦可被引入伸缩连杆。系统的总摩擦是其各部件的摩擦的总和。因此，带/杆耦合需要的摩擦可通过在伸缩连杆处引入附加摩擦来减小。在其它实现中，系统的其它组件中的摩擦可被减少使得带/杆耦合的摩擦是摩擦的主要来源，并且可实现跨铰链的生命周期的一致性。

图3E的图表360示出了结合到包括带364和杆362的带/杆结构中的磨损盘366。如上面所讨论的，根据一些实现通过结合应对各部分的磨损的磨损盘366，抗磨损可从柔软性解耦。磨损盘可通过杆362的插入来被保持在适当位置。紧密适配耦合、燕尾接合、或类似的耦合机制可被采用以将磨损盘366保持在适当位置。磨损盘366也可通过过盈配合、胶合、焊接来被保持。

图4示出了示例带/杆耦合。

图表400示出了具有直径d的杆404和基本上围绕杆404的带402的基础圆形带/杆耦合。在基于金属片的系统中，对于杆404的给定直径，扭矩密度被限制到材料的厚度的两倍。因此，更薄的平板计算机可能不能够使用圆形基于金属片的带/杆耦合来被设计成具有期望的扭矩密度。根据一些实施例的系统可能能够通过使用伸缩连杆和非圆形杆轮廓来提供期望的扭矩密度以及上面讨论的其它设计方面。

图5A到5D示出了可被用于不同实现的金属注射成型带/杆耦合的各种示例。

图5A中的示例带/杆耦合包括与圆形的杆相对的基本椭圆的杆405，随着杆在旋转时带502的臂被不同地推开提供增加的扭矩轮廓。带502的臂之间的间隙506也可被置于选择扭矩曲线中下降位置的不同位置(例如，位置508或510)处，从而确定在哪些旋转角度用户可用很少力或几乎不用力移动支架。应当注意这个示例铰链可具有无开口的带。它可具有连续箍，并且通过椭圆杆和圆带之间的空间可产生柔量。形状可被设计使得杆可在摩擦接触面处具有与带形状匹配的圆弧，而杆轮廓的不接触杆的各侧面可被设计来优化该柔量和接触表面。

图5B中的杆514具有基本上是两个同心圆(直径d1和d2)的组合的轮廓。同心圆可定义凸轮轮廓，其中半径被选择以将扭矩设置在特定角度范围中。这可能需要带中的补充的(非匹配)几何形状。在某些实现中，可使用带上的平坦部分，其可允许杆上的半径正确运作。在其它实现中，带的横截面可被形成轮廓以优化带中的应变能。例如，可使用不同圆心的圆。因此，带的横截面可被调节来优化材料的使用以实现材料的最大应变力并因此最高扭矩密度。在同心圆的某些实现中，两个圆的中心可错开。随着中心错开，带512的应变能可被更高效地使用。

在又一些其它实现中，可使得凸轮曲线匹配支架的重量轮廓。可存在对于带(或夹或盘堆叠)以及杆两者的形状或“轮廓”以便创建经调整的或经规划的扭矩轮廓。在某些实现中，当重量轮廓匹配时，该轮廓可遵循极坐标中的线的等式，例如，R＝mq+b；其中R是在给定q的轮廓半径，m是半径改变的速率，而b是初始半径。在另一示例实现中，图5C中的杆524可具有组合轮廓。第一部分可以是具有恒定半径d1的圆(基本上杆的左半)，而这部分可具有第二半径d2。该部分可被设计，使得通过线性或非线性地增加，其半径从d1变到d2。在一个替换中，半径可突然从d1增加到d2。从d1到d2的线性增加可提供最初恒定的扭矩，接着是增加的扭矩轮廓，因为归因于杆524的增加的半径部分的带522的增加的应变能推动带522分开。跌落部分525可被用来定义旋转结束之处。

图5D中的示例杆528具有多边形轮廓，从而允许支架具有制动位。通过选择该多边形(例如，六边形、八边形等)，可设置多个想要的制动位。在又一些其它实现中，以上讨论的轮廓的组合等可被使用。例如，多边形轮廓可与恒定增加的半径轮廓组合，从而导致从一个制动位到另一个制动位增加的扭矩轮廓。

在又进一步的实现中，可结合带/杆结构使用中断杆结构以允许在支架正在打开时更高的摩擦系数和更高的扭矩以及在支架正在闭合时更低的扭矩。在某些实现中，橡皮制动垫可被使用，其中一个或多个铰链组件可被夹在两个柔性或半柔性垫之间，且垫可通过可调节压力机制(例如，螺旋)相互挤压，使得摩擦系数可被设置在想要的值。

已经用具体组件、轮廓和配置描述了图1到5中的示例。各实现不仅限于根据这些示例配置的系统。平板计算机的摩擦铰链和类似装置可在使用其它类型的耦合配置中使用在此描述的原理来实现。

图6示出了伸缩连杆的扭矩－旋转角曲线的示例。

图表600示出了在旋转的最初几度的扭矩(602)的线性增长，接着更陡峭的线性增长(604)直至达到峰值扭矩值(606)，并且扭矩基本维持恒定或随着继续旋转轻微回落。此类扭矩曲线的挑战是用户体验到随着他们最初打开支架达甚至是最初几度都需要提供增加的力。当用户最初开始打开支架时，用户可能没有支架上的硬把手。专门形成的把手组件，诸如脊状物或手柄，可通过提示用户在开始打开支架时紧握支架来减轻此效果。

图7示出了带/杆耦合的扭矩－旋转角曲线的示例。

图表700中的带/杆耦合的扭矩曲线包括在旋转初始处基本上无扭矩区域(702)，在特写图中详细示出。因此，具有类似图700中示出的那个扭矩曲线的扭矩曲线的支架可允许用户不需要相当大的力来打开支架。例如，用户可仅需要提供小于5Nmm的扭矩来打开支架。在低扭矩区域之后，扭矩曲线的陡峭增加的部分(704)可确保基本恒定的扭矩706可在余下的旋转中被提供，尽管小的峰值可在开始出现。

图8示出2阶凸轮曲线的示例扭矩轮廓。

如以上结合图5D讨论的，各种轮廓杆或类似结构可被采用来创建制动位和/或不同扭矩轮廓。图表800示出了2阶扭矩曲线，其中带/杆耦合连同伸缩连杆可允许随着支架被旋转用户体验三个截然不同的扭矩。对于最初几度(开启区802)，基本为零的扭矩可通过诸如上面讨论的凹槽的机制来实现。其后可以是最初基本恒定的扭矩区804，其接着是第二基本恒定的扭矩区806。

最初基本恒定的扭矩区804可允许用户更容易地打开支架直到45度。支架的0－45度范围可涵盖当用户想要平板计算机的显示器处在竖直位置时支架的典型位置。在典型位置之后，更多扭矩可被施加以阻止对支架一路意外的打开(例如，打开至180度)。用户可能想要打开支架至，例如，140度，以提供被优化供使用指示笔或其它输入装置在平板上书写的钝角表面。需要更多扭矩打开支架超过140度可有利地阻止当用户因他或她在平板表面书写而在平板上施加了向下的力时支架打开更多。在第二或第三阶段的增加的扭矩轮廓可被用于向用户指示通常的使用范围已被超过。然而，在其它实现中，针对更高旋转角度提供的扭矩可以低于针对最初区(例如，初始45度)的扭矩，因为用户可能期望针对更高旋转角度施加较少的力。

在又一个其它实现中，不均匀扭矩轮廓可被提供，其中相比于打开而言可对关闭支架提供较少扭矩。因此，用户可能能够用比打开支架时更少的力来关闭它。

根据某些示例实现，描述了包括带/杆结构和伸缩连杆结构的摩擦铰链，带/杆结构具有摩擦杆和配置用于基本上围绕摩擦杆的摩擦带；伸缩连杆结构包括附连到摩擦杆的伸缩链接和配置用于至少部分围绕伸缩链接的锚链接。

摩擦带可被配置来附连到第一组件，而锚链接可被配置来附连到第二组件，摩擦铰链允许第一和第二组件之间的旋转耦合同时在旋转期间维持第一和第二组件之间的基本恒定的间隙。摩擦铰链还可包括形成在靠近伸缩连杆的端部的一个或多个凹槽，使得在第一和第二组件的旋转的初始部分期间提供基本上零的扭矩。伸缩链接和锚链接可被选择以向摩擦铰链提供附加的摩擦。

附加的摩擦可通过伸缩链接和锚链接的尺寸的选择、伸缩链接和锚链接的材料的选择、以及将摩擦可控材料应用到伸缩链接和锚链接的至少一个的表面中的一个或多个来被提供。附加摩擦可被最小化使得由带/杆结构提供的摩擦是占优，或被选来补充由带/杆结构提供的摩擦。

摩擦杆的轮廓可被选择，使得第一组件的重量轮廓被基本匹配。摩擦杆的轮廓可被选择，使得不均匀扭矩轮廓被提供，相比于第一和第二组件相背离旋转时提供的扭矩而言在第一和第二组件相向旋转时提供较少扭矩。带/杆结构可使用金属注射成型(MIM)来形成。

根据其它示例实现，用于耦合支架和计算设备的摩擦铰链可包括带/杆结构和伸缩连杆结构，带/杆结构具有摩擦杆和配置用于基本上围绕摩擦杆的摩擦带；伸缩连杆结构包括附连到摩擦杆的伸缩链接和配置用于至少部分围绕伸缩链接的锚链接，其中摩擦带被配置来被附连到支架而锚链接被配置来附连到计算设备的主体，摩擦铰链允许支架和主体之间的旋转耦合，同时在支架旋转期间维持支架和主体之间基本恒定的间隙。

摩擦杆可具有基本椭圆的轮廓。摩擦带中间隙的位置可基于旋转角度(摩擦铰链的扭矩曲线)中想要的下降来选择。摩擦铰链还可包括配置用于随着支架打开和关闭提供增加的摩擦和不均匀扭矩的中断杆结构。摩擦铰链还可包括配置用于通过可调节压力机制对摩擦铰链的一个或多个组件施压以随着支架被旋转提供增加的扭矩的制动垫结构。摩擦杆的形状以及伸缩连杆结构的尺寸可被选择以提供跨支架的旋转范围的多阶扭矩轮廓。例如，该结构可在杆上具有较小的半径而在带中具有平坦表面，尽管这可以其它带/杆轮廓来实现。在较小的半径接触平坦表面的角度处，扭矩可较低因为带较少偏斜。在较大的半径对着平坦的角度处，扭矩可较高因为带更多偏斜。

根据进一步的示例实现，用于平板设备的可旋转支撑结构可包括被配置来在多个角度支撑平板设备的支架；具有摩擦杆和配置用于基本上围绕摩擦杆的摩擦带带/杆结构；以及包括附连到摩擦杆的伸缩链接和配置用于至少部分围绕伸缩链接的锚链接的伸缩连杆结构，其中摩擦带被配置来被附连到支架而锚链接被配置来附连到平板设备的主体，摩擦铰链允许支架和主体之间的旋转耦合，同时在支架旋转期间维持支架和主体之间基本恒定的间隙。

摩擦杆可具有包括两个基本上同心的具有不同直径的圆的轮廓，直径的至少一个基于随着支架转动要被提供的想要的扭矩来选择。摩擦杆可具有多边形轮廓，其中多边形的侧面的数量基于支架的制动位的数量来选择。摩擦杆也可具有带基本恒定的直径的第一圆和增加的直径的第二圆的组合的轮廓，以提供包括跨支架的旋转范围的恒定扭矩部分和增加的扭矩部分的扭矩轮廓。摩擦杆可具有带基本恒定的直径的第一多边形和增加的直径的第二多边形的组合的进一步的轮廓，以提供包括跨带有制动位的支架的旋转范围的恒定扭矩部分和增加的扭矩部分的扭矩轮廓。

以上说明、示例和数据提供了各实施例的组成的制造和用途的完整描述。尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作是作为实现权利要求和实施例的示例形式公开的。