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CN114517806B - 铰链组件与可携式电子装置 - Google Patents

铰链组件与可携式电子装置 Download PDF

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CN114517806B CN202011311347.XA CN202011311347A CN114517806B CN 114517806 B CN114517806 B CN 114517806B CN 202011311347 A CN202011311347 A CN 202011311347A CN 114517806 B CN114517806 B CN 114517806B
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Abstract

本发明提供一种铰链组件与可携式电子装置，铰链组件包括转轴以及一对凸轮。这对凸轮彼此可相对旋转地套设于转轴。这对凸轮分别具有朝向彼此的第一平面、第二平面以及邻接于第一平面与第二平面之间的曲面。在相对旋转的过程中，其中一凸轮的第一平面从另一凸轮的第二平面行经曲面而移至第一平面，或从所述另一凸轮的第一平面行经曲面而移至第二平面，以使这对凸轮沿转轴的轴向相对远离或移近，其中在第一平面行经曲面时，这对凸轮的这对曲面呈面接触。

Description

铰链组件与可携式电子装置
技术领域
本发明涉及一种铰链组件与可携式电子装置。
背景技术
目前市面上常见的可携式电子装置，例如笔记本电脑，大多具有铰链组件介于两机体之间，以使两机体能够通过铰链组件而相对于彼此展开或闭合。一般来说，铰链组件包括转轴(rotating shaft)，而为了使两机体在闭合的过程中产生紧闭合的手感，大多会在转轴上设计凹轮或凸轮，通过凹轮或凸轮的不同行程位置，可产生不同大小的扭力。但以往凹轮或凸轮的磨耗的状况是不稳定的，其可能的原因在于，设计者未考虑凹轮或凸轮的磨耗的均匀性，导致凹轮或凸轮产生单点磨耗(也就是点接触)的情形，而无法达到稳定的开合角度，且无法达到稳定的开合力量。
进一步来说，现有的铰链组件的转轴上例如是设有一对凸轮，这对凸轮分别具有彼此相对的爬坡面。由侧视方向来看这对凸轮，能够看见这对凸轮的爬坡面之间彼此贴合(也就是线接触)，而让设计者误以为这样的设计已经能够使这对凸轮的爬坡面之间的磨耗均匀。然而，申请人发现，当沿着侧视方向继续对这对凸轮剖出多个剖面来看时，竟发现这对凸轮的爬坡面之间具有间隙(未贴合)，这会造成这对凸轮在相对转动的过程中，由侧视方向来看，爬坡面之间为单点磨耗(也就是点接触)，进而产生磨耗快且不均匀，而无法达到稳定的开合角度，且无法达到稳定的开合力量。
发明内容
本发明是针对一种铰链组件与可携式电子装置，以达到稳定的开合角度以及稳定的开合力量的效果。
根据本发明的实施例，铰链组件包括转轴以及一对凸轮。这对凸轮彼此可相对旋转地套设于转轴。这对凸轮分别具有朝向彼此的第一平面、第二平面以及邻接于第一平面与第二平面之间的曲面。在相对旋转的过程中，其中一凸轮的第一平面从另一凸轮的第二平面行经曲面而移至第一平面，或从所述另一凸轮的第一平面行经曲面而移至第二平面，以使这对凸轮沿转轴的轴向相对远离或移近，其中在第一平面行经曲面时，这对凸轮的这对曲面呈面接触。
根据本发明的实施例，可携式电子装置包括第一机体以及第二机体。第二机体通过铰链组件枢接于第一机体。铰链组件包括转轴、一对凸轮、第一支架以及第二支架。这对凸轮彼此可相对旋转地套设于转轴。这对凸轮分别具有朝向彼此的第一平面、第二平面以及邻接于第一平面与第二平面之间的曲面。第一支架，固定于转轴。第二支架，连接这对凸轮的其中之一，彼此连接的第二支架与凸轮沿转轴相对于另一凸轮旋转。在所述相对旋转的过程中，其中一凸轮的第一平面从另一凸轮的第二平面行经曲面而移至第一平面，或从所述另一凸轮的第一平面行经曲面而移至第二平面，以使这对凸轮沿转轴的轴向相对远离或移近，其中在第一平面行经曲面时，这对凸轮的这对曲面呈面接触。
基于上述，本发明的铰链组件包括转轴以及一对凸轮。这对凸轮彼此可相对旋转地套设于转轴。这对凸轮分别具有朝向彼此的第一平面、第二平面以及邻接于第一平面与第二平面之间的曲面。当第一平面行经曲面时，这对凸轮沿转轴的轴向相对远离，且这对凸轮的这对曲面呈面接触，使得其磨耗慢且均匀，进而可达到稳定的开合角度以及稳定的开合力量的效果。
附图说明
图1是依照本发明一实施例的一种可携式电子装置的示意图；
图2是图1的可携式电子装置的铰链组件的示意图；
图3是图2的铰链组件的爆炸示意图；
图4是图1的铰链组件的凸轮的示意图；
图5A至图5C是图1的凸轮于不同状态的示意图；
图6A至图6C是图5A的凸轮的多个剖面示意图；
图7A至图7C是图5B的凸轮的多个剖面示意图。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1是依照本发明一实施例的一种可携式电子装置的示意图。请参考图1，铰链组件200适于应用在可携式电子装置100。可携式电子装置100包括第一机体110以及第二机体120。第二机体120通过铰链组件200枢接于第一机体110。此处，可携式电子装置100例如是笔记本电脑，其中第一机体110为笔记本电脑的显示器，第二机体120为笔记本电脑的主机，且图1所示的第一机体110闭合于第二机体120上。虽然本实施例的可携式电子装置100是以笔记本电脑作说明，但本发明不限于此。同时，本实施例提供直角坐标X-Y-Z以利于后续的构件描述。
图2是图1的可携式电子装置的铰链组件的示意图。图3是图2的铰链组件的爆炸示意图。请参考图2与图3，铰链组件200包括第一支架24、转轴22、摩擦垫片23、第二支架21、第一凸轮25、第二凸轮26、弹性件27、垫片28及螺帽29。在本实施例中，第二支架21与图1所示的第一机体110固设为一体，并与图1所示的第一机体110连动，而第一支架24与图1所示的第二机体120固设为一体，并与图1所示的第二机体120连动。
在本实施例中，转轴22具有相对的两端，且包括分别配置于所述两端的非圆形轴221与非圆形轴222。转轴22的非圆形轴221套入第二支架21的非圆形孔211内，第一凸轮25的圆孔251a套于非圆形轴222，第二凸轮26的非圆形孔261a套于非圆形轴222上。换言之，第二支架21与第二凸轮26皆固接于转轴22。因此，当使用者将第一机体110相对于第二机体120展开或闭合时，第一机体110带动第二支架21，进而带动转轴22与第二凸轮26，使得第二凸轮26以Z轴相对于第一凸轮25旋转。
进一步来说，本实施例的弹性件27通过圆孔271以套至转轴22的非圆形轴222上，且设置于第二凸轮26的一侧。此处，转轴22的轴向与Z轴一致，弹性件27朝负Z轴方向迫紧第一凸轮25、第二凸轮26。因此，当使用者将第一机体110相对于第二机体120展开或闭合时，第二凸轮26相对于第一凸轮25旋转，造成弹性件27受第二凸轮26挤压。此时，弹性件27将产生弹性回复力，使第二凸轮26保持与第一凸轮25之间的抵压关系，藉以产生所需的扭力。在本实施例中，弹性件27例如是弹性垫片，但在其他实施例中，弹性件27也可以为弹簧，并不以上述为限制。
此外，本实施例的第一支架24具有圆孔241及定位孔242。转轴22的非圆形轴222穿过圆孔241而插置于第一支架24内。第一凸轮25包括定位柱255。定位柱255用以插设于第一支架24的定位孔242内，以限位第一凸轮25。摩擦垫片23具有非圆形孔232以套接于非圆形轴222上。摩擦垫片23的其中一者设置于转轴22与第一支架24之间，摩擦垫片23的另一者设置于第一支架24与第一凸轮25之间。
在本实施例中，垫片28具有非圆形孔281，垫片28套置于转轴22的非圆形轴222上，且位于弹性件27与螺帽29之间。螺帽29的内部设置螺纹291，并设置于垫片28的一端。螺帽29通过螺291与非圆形轴222的螺纹223相螺合固定。
图4是图1的铰链组件的凸轮的示意图。请同时参考图3与图4，在本实施例中，第一凸轮25、第二凸轮26分别具有朝向彼此的第一平面251、253、261、263，第二平面252、254、262、264，邻接于第一平面251与第二平面252之间的曲面C1，邻接在第一平面251与第二平面254之间的曲面C3，邻接在第一平面253与第二平面252之间的曲面C5，邻接在第一平面253与第二平面254之间的曲面C7，邻接于第一平面261与第二平面262之间的曲面C2，邻接在第一平面261与第二平面264之间的曲面C4，邻接在第一平面263与第二平面262之间的曲面C6，以及邻接在第一平面263与第二平面264之间的曲面C8。在本实施例的第一凸轮25，其第一平面251、253实质上位于同平面，第二平面252、254位于同平面，且第一平面251、253沿Z轴突出于(高于)第二平面252、254，其中第一平面251、253以及第二平面252、254是彼此对称设置，也就是第一平面251、253之间差距为180度圆心角，第二平面252、254亦同。类似地，第二凸轮26的第一平面261、263与第二平面262、264也具有第一凸轮25的对应表面特征。据此，第一凸轮25、第二凸轮26沿Z轴的厚度存在增减状态，而可随铰链组件200位于不同旋转行程时，产生不同的扭力效果。此外，由于上述平面的设置是以差距180度圆心角作为其设置频率(以180度圆心角进行对称设置)，因此后续将以部分平面及部分曲面作为例示进行描述。在此，第一凸轮25与第二凸轮26的圆心角即相当于第一机体110与第二机体120相对旋转的角度行程。
图5A至图5C是图1的凸轮于不同状态的示意图。图6A至图6C是图5A的凸轮的多个剖面示意图。图7A至图7C是图5B的凸轮的多个剖面示意图。需注意的是，图5A至图7C部分非相关结构会予以省略，以利于显示且辨识出所需的构件部位。
图5A为图1所示的可携式电子装置100的第一机体110相对于第二机体120呈闭合状态(夹角视为0度)，也就是图1所示。接着，图5B所示相当于第一机体110相对于第二机体120以Z轴旋转，而使第一凸轮25沿着转动方向R1相对于第二凸轮26由0度展开至10度，此时第一凸轮25的第一平面251脱离于第二凸轮26的第二平面262，第一凸轮25与第二凸轮26(沿Z轴)彼此逐渐远离，且曲面C1与曲面C2的接触面积逐渐递减。若以第二凸轮26为基准，则产生第一凸轮25沿着曲面C2渐渐爬升的运动趋势。然如前述，第一凸轮25与第二凸轮26实际上会受弹性件27的迫紧影响，故而彼此远离的第一凸轮25与第二凸轮26将与弹性件27相互作用产生Z轴的作用力，进而形成铰链组件200的扭力，以支撑相对于第二机体120旋转展开的第一机体110。接着，如图5C所示，第一凸轮25相对于第二凸轮26沿转动方向R1旋转大于30度，也相当于可携式电子装置100的第一机体110相对于第二机体120展开大于30度时，曲面C1脱离曲面C2，第一凸轮25的第一平面251开始接触第二凸轮26的第一平面261，以获得平稳的扭力。简言之，当使用者扳动图1所示的第一机体110，使铰链组件200由闭合状态移动至开启状态时，此时第一凸轮25、第二凸轮26相对旋转，第一凸轮25的第一平面251从第二凸轮26的第二平面262行经曲面C2而移至第一平面261，以使第一凸轮25、第二凸轮26相对旋转的过程中，沿直角坐目标Z方向相对远离，且曲面C1、C2的接触面积递减。特别的是，在第一平面251行经曲面C2时，第一凸轮25、第二凸轮26的曲面C1、C2呈面接触。
反过来说，当可携式电子装置100的第一机体110相对于第二机体120由展开状态转换至闭合状态的过程，即相当于第一凸轮25沿着转动方向R2由图5C所示状态转换至图5A所示状态，而使第一凸轮25与第二凸轮26相互移近且曲面C1、C2彼此的接触面积递增。
值得提及的是，在本实施例中，第一凸轮25与第二凸轮26的这些曲面C1～C8皆具特定曲面轮廓，以利于让彼此抵接的两曲面能维持面接触的状态。在此，曲面在直角坐标系X-Y-Z的曲面方程式为Z＝-1.16036X+0.30036Y+0.35035XY+0.15317X2-0.13422Y2+A1，其中直角坐标系的Z轴为转轴22的旋转轴向。在本实施例中，A1为常数，且A1的范围是-0.32039至+0.27961。
请同时参考图6A至图6C并对照图5A，以曲面C1、C2为例，如图6A至图6C是朝正X轴方向逐渐剖切第一凸轮25与第二凸轮26，从中能清楚得知，本实施例第一凸轮25、第二凸轮26的曲面C1、C2始终呈面接触，其中正因曲面C1、C2具备上述的曲面方程式。如此一来，曲面C1、C2之间磨耗均匀，而可以达到稳定的开合角度，进而可以达到稳定的开合力量。另请参考图7A至图7C并对照图5B，与前述图6A至图6B相较，此时的曲面C1、C2仍维持面接触的状态。由此清楚得知，曲面C1、C2具备上述的特定曲面方程式，进而使第一凸轮25、第二凸轮26在相对旋转的过程中，仍确保曲面C1、C2保持面接触，因此能有效降低抵接面之间的磨耗。需注意的是，图6A至图7C仅示意性地示出不同剖面位置，以显示出曲面C1、C2之间的接触情形，但实际上其剖面位置并不以图6A至图7C为限制。
综上所述，本发明的铰链组件包括转轴以及一对凸轮。这对凸轮彼此可相对旋转地套设于转轴。这对凸轮分别具有朝向彼此的第一平面、第二平面以及邻接于第一平面与第二平面之间的曲面。当第一平面行经曲面时，这对凸轮沿转轴的轴向相对远离，且这对凸轮的这对曲面呈面接触。由于即使是在剖面来看的情况下，第一凸轮、第二凸轮的曲面始终呈面接触。因此，本发明的铰链组件的这对凸轮的这对曲面之间磨耗慢且均匀，而可以达到稳定的开合角度，进而可以达到稳定的开合力量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种铰链组件，其特征在于，包括：
转轴；以及
一对凸轮，彼此可相对旋转地套设于所述转轴，所述一对凸轮分别具有朝向彼此的第一平面、第二平面以及邻接于所述第一平面与所述第二平面之间的曲面，在所述相对旋转的过程中，其中一凸轮的所述第一平面从另一凸轮的所述第二平面行经所述曲面而移至所述第一平面，或从所述另一凸轮的所述第一平面行经所述曲面而移至所述第二平面，以使所述一对凸轮沿所述转轴的轴向相对远离或移近，其中在所述第一平面行经所述曲面时，所述一对凸轮的一对所述曲面呈面接触，所述曲面在直角坐标系X-Y-Z的曲面方程式为：Z＝-1.16036X+0.30036Y+0.35035XY+0.15317X2-0.13422Y2+A1，其中所述直角坐标系的Z轴为所述转轴的旋转轴向，而A1为常数，且A1的范围是-0.32039至+0.27961。
2.根据权利要求1所述的铰链组件，其特征在于，还包括至少一弹性件，套设于所述转轴，所述弹性件沿所述转轴的轴向迫紧所述一对凸轮。
3.根据权利要求1所述的铰链组件，其特征在于，还包括：
第一支架，套设于所述转轴；以及
第二支架，固定于所述转轴，且连接所述一对凸轮的其中之一，彼此连接的所述第二支架与所述凸轮沿所述转轴相对于另一凸轮旋转。
4.根据权利要求1所述的铰链组件，其特征在于，在所述相对旋转的过程中，所述一对凸轮相互远离以使所述一对曲面的接触面积递减，而所述一对凸轮相互移近以使一对所述曲面的接触面积递增。
5.一种可携式电子装置，包括：
第一机体；以及
第二机体，通过铰链组件枢接于所述第一机体，其中所述铰链组件包括：
转轴；
一对凸轮，彼此可相对旋转地套设于所述转轴，所述一对凸轮分别具有朝向彼此的第一平面、第二平面以及邻接于所述第一平面与所述第二平面之间的曲面；
第一支架，固定于所述转轴；以及
第二支架，连接所述一对凸轮的其中之一，彼此连接的所述第二支架与所述凸轮沿所述转轴相对于另一凸轮旋转，
在所述相对旋转的过程中，其中一凸轮的所述第一平面从另一凸轮的所述第二平面行经所述曲面而移至所述第一平面，或从所述另一凸轮的所述第一平面行经所述曲面而移至所述第二平面，以使所述一对凸轮沿所述转轴的轴向相对远离或移近，其中在所述第一平面行经所述曲面时，所述一对凸轮的一对所述曲面呈面接触，所述曲面在直角坐标系X-Y-Z的曲面方程式为：Z＝-1.16036X+0.30036Y+0.35035XY+0.15317X2-0.13422Y2+A1，其中所述直角坐标系的Z轴为所述转轴的旋转轴向，而A1为常数，且A1的范围是-0.32039至+0.27961。
6.根据权利要求5所述的可携式电子装置，其特征在于，还包括至少一弹性件，套设于所述转轴，所述弹性件沿所述转轴的轴向迫紧所述一对凸轮。
7.根据权利要求5所述的可携式电子装置，其特征在于，在所述相对旋转的过程中，所述一对凸轮相互远离以使所述一对曲面的接触面积递减，而所述一对凸轮相互移近以使一对所述曲面的接触面积递增。
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