CN102625968B - 具有多层扭杆弹簧的铰链组件 - Google Patents
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Abstract
摩擦铰链组件包括弹簧，该弹簧通过在关闭操作期间在弹簧中储存能量辅助第一构件相对于第二构件打开。该弹簧采用独特的多层扭杆弹簧设计。
Description
技术领域
本发明涉及用于将第一构件旋转地附接于第二构件以允许第一构件相对于第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转运动的铰链组件。
背景技术
现有技术中已知用于将第一构件旋转地附接于第二构件以允许第一构件相对于第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转运动的铰链组件。具体地，在公开于2006年6月6日、Ligtenberg等人的美国专利US7055215 B1中示出了一种通过在关闭操作期间在弹簧中储存能量促进第一构件相对于第二构件打开的加载有弹簧的铰链组件。然而，这些铰链需要特殊加工的弹簧，该弹簧极其昂贵且制造复杂。本发明的多层扭杆弹簧，其用作通过在关闭操作期间储存能量促进第一构件相对于第二构件打开，在维持相同性能的情况下显著地降低成本和制造弹簧的复杂性。阅读以下描述和附图之后，本发明的这些和其它优势将变得明显。未发现现有技术中铰链组件存在教导和暗示本发明的独特特征或达到本发明的优势。
发明内容
本发明涉及铰链组件，用于将第一构件旋转地附接于第二构件以允许第一构件相对于第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转运动。本发明的铰链组件包括通过在关闭操作期间在弹簧中储存能量辅助第一构件相对于第二构件打开的弹簧。该弹簧采用独特的多层扭杆弹簧设计。铰链组件还包括摩擦机构，该摩擦机构在铰链轴上施加足够的摩擦力，使得第一构件可在对应铰链弹簧的松弛状态的角位置的任一侧保持在理想角位置的范围内，并且包括对应铰链弹簧的松弛状态的角位置。此外，具有独特设计和特征的多层扭杆弹簧本身就是重要的发明。本发明的再一方面在于将扭杆弹簧应用于摩擦铰链。
因此，本发明的目的在于提供一种多层扭杆弹簧。
本发明的另一目的在于提供一种采用多层扭杆弹簧的弹簧辅助摩擦铰链。
本发明的再一目的在于提供一种采用扭杆弹簧的弹簧辅助摩擦铰链。
阅读以下描述和附图之后，本发明的这些和其它目的将变得明显。
附图说明
图1为本发明的铰链组件的环境视图，其显示了应用于膝上型电脑的铰链组件，其中膝上型电脑的盖子处于关闭位置。
图2为本发明的铰链组件的环境视图，其显示了应用于膝上型电脑的铰链组件，其中膝上型电脑的盖子相对于膝上型电脑的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置。
图3为本发明的铰链组件的环境视图，其显示了应用于膝上型电脑的铰链组件，其中膝上型电脑的盖子相对于膝上型电脑的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全打开状态的角位置。
图4为显示安装于膝上型电脑的本发明的铰链组件的局部环境视图。
图5为带有膝上型电脑的截面的局部环境视图，用于显示本发明的铰链组件在膝上型电脑上的安装。
图6-13为本发明的铰链组件的视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置。
图14为本发明的铰链组件的分解视图。
图15为本发明的铰链组件的等比例视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置。
图16为本发明的铰链组件的等比例视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置，其中移除了弹簧护罩以显示松弛状态的多层扭杆弹簧。
图17为本发明的铰链组件的等比例视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置。
图18为本发明的铰链组件的等比例视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置，其中铰链组件被剖开以揭示其内部细节。
图19为本发明的铰链组件的等比例视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的完全扭转状态的角位置，其中弹簧护罩和帽被移除，且铰链组件的端件被剖切以显示处于完全扭转状态的多层扭杆弹簧。
图20为本发明的铰链组件的等比例视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全打开位置的角位置。
图21为本发明的铰链组件的等比例视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全打开位置的角位置，其中弹簧护罩被移除以显示多层扭杆弹簧处于对应膝上型电脑盖子的完全打开位置的扭转状态。
图22为本发明的铰链组件的沿图26中线A-A截取以揭示其内部细节的截面视图。
图23为本发明的铰链组件的等比例视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的完全扭转状态的角位置。
图24为本发明的铰链组件的等比例视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的完全扭转状态的角位置，其中弹簧护罩被移除以显示多层扭杆弹簧处于其完全扭转状态。
图25为显示多层扭杆弹簧处于其完全扭转状态的局部放大视图。
图26-27为本发明的铰链组件的顶视图和侧视图，用于提供显示图22和28-35中截面视图的截取线的向导。
图28为本发明的铰链组件的沿图27中线D-D截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全打开位置的角位置。
图29为本发明的铰链组件的沿图27中线D-D截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置。
图30为本发明的铰链组件的沿图27中线D-D截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的完全扭转状态的角位置。
图31为本发明的铰链组件的沿图27中线C-C截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全打开位置的角位置。
图32为本发明的铰链组件的沿图27中线C-C截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置。
图33为本发明的铰链组件的沿图27中线C-C截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的完全扭转状态的角位置。
图34为本发明的铰链组件的沿图27中线B-B截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置。
图35为本发明的铰链组件的沿图27中线B-B截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的完全扭转状态的角位置。
图36-41为用于将铰链组件附接于第一构件例如膝上型电脑盖子的本发明的铰链组件的转接器的视图。
图42-49为用于相对于铰链轴轴向约束多层扭杆弹簧的一端的本发明的铰链组件的弹簧端帽的视图。
图50-57为用于相对于第二构件例如膝上型电脑基部旋转地约束多层扭杆弹簧的一端的本发明的铰链组件的端件的视图。
图58-62为本发明的铰链组件的多层扭杆弹簧的一个簧片的视图。
图63-70为本发明的铰链组件的铰链基部的视图。
图71-76为本发明的铰链组件的铰链轴的视图。
图77-82为本发明的铰链组件的摩擦机构的摩擦元件的视图。
图83-89为本发明的铰链组件的摩擦机构护罩的视图。
图90-95为本发明的铰链组件的摩擦机构的槽插件的视图。
图96-102为本发明的铰链组件的扭杆弹簧护罩的视图。
图103为本发明的铰链组件的第二实施例的环境视图，其显示了应用于膝上型电脑的铰链组件，其中膝上型电脑的盖子处于关闭位置。
图104为本发明的铰链组件的第二实施例的环境视图，其显示了应用于膝上型电脑的铰链组件，其中膝上型电脑的盖子相对于膝上型电脑的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置。
图105为本发明的铰链组件的第二实施例的环境视图，其显示了应用于膝上型电脑的铰链组件，其中膝上型电脑的盖子相对于膝上型电脑的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全打开状态的角位置。
图106-107为显示本发明的铰链组件的第二实施例在膝上型电脑上的安装的局部环境视图。
图108为带有膝上型电脑的截面的局部环境视图，显示了本发明的铰链组件的第二实施例在膝上型电脑上的安装。
图109-112为本发明的铰链组件的第二实施例的视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置。
图113为本发明的铰链组件的第二实施例的视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置，其外壳体和内套筒被移除以显示扭杆弹簧。
图114-115为本发明的铰链组件的第二实施例的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链弹簧的松弛状态的角位置。
图116-117为本发明的铰链组件的第二实施例的分解视图。
图118为本发明的铰链组件的第二实施例的等比例视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链组件的关闭状态和铰链弹簧的完全扭转状态的角位置。
图119-121为本发明的铰链组件的第二实施例的视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链组件的关闭状态和铰链弹簧的完全扭转状态的角位置，且部分被切除以揭示内部细节。
图122为本发明的铰链组件的第二实施例的等比例视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的打开位置的角位置。
图123为本发明的铰链组件的第二实施例的视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全打开位置的角位置，且部分被切除以揭示内部细节。
图124为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线B-B截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全关闭位置的角位置。
图125为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线B-B截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链组件的松弛状态的角位置。
图126为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线B-B截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全打开位置的角位置。
图127为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线C-C截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全关闭位置的角位置。
图128为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线C-C截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链组件的松弛状态的角位置。
图129为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线C-C截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全打开位置的角位置。
图130为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线D-D截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全关闭位置的角位置。
图131为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线D-D截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链组件的松弛状态的角位置。
图132为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线D-D截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全打开位置的角位置。
图133为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线E-E截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全关闭位置的角位置。
图134为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线E-E截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应铰链组件的松弛状态的角位置。
图135为本发明的铰链组件的第二实施例的沿图109中线E-E截取的截面视图，其显示了铰链转接器相对于铰链组件的基部处于对应膝上型电脑盖子的完全打开位置的角位置。
图136-142为用于将铰链组件附接于第一构件例如膝上型电脑盖子的本发明的铰链组件的第二实施例的转接器的视图。
图143-150为用于相对于铰链基部轴向约束多层扭杆弹簧的一端的本发明的铰链组件的第二实施例的第一弹簧端帽或保持器的视图。
图151-158为用于相对于铰链轴轴向约束多层扭杆弹簧的一端的本发明的铰链组件的第二实施例的第二弹簧端帽或保持器的视图。
图159-162为本发明的铰链组件的第二实施例的多层扭杆弹簧的一个簧片的视图。
图163-170为本发明的铰链组件的第二实施例的铰链基部的视图，该铰链基部还构成本发明的铰链组件的第二实施例的摩擦机构。
图171-178为本发明的铰链组件的第二实施例的铰链轴的视图。
图179-186为遮盖本发明的铰链组件的第二实施例的扭杆弹簧的外壳体的视图。
图187-194为配合在外壳体和扭杆弹簧之间的本发明的铰链组件的第二实施例的内扭杆弹簧护罩或套筒的视图。
附图中相似标号始终表示相应特征。
具体实施方式
参照图1-102，本发明涉及用于将第一构件旋转地附接于第二构件以允许第一构件相对于第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转运动的铰链组件300，500。参照图1-5，显示了根据本发明制造的用于将膝上型电脑200的盖子204旋转地附接于膝上型电脑200的基部202的两个铰链组件300和500。膝上型电脑盖子204典型地封装有膝上型电脑屏幕206，且其相对于膝上型电脑基部202的角位置应当可在适合于各种体型的人适当观看膝上型电脑屏幕206的角位置的范围内调节。
铰链组件300为左铰链组件，而铰链组件500为右铰链组件。右铰链组件500为铰链组件300关于垂直于各铰链组件的轴的纵向轴线且位于在两个铰链组件中间的平面的镜像。因此，仅对铰链组件300进行详细描述。膝上型电脑盖子204典型地相对于膝上型电脑基部202通过某种卡锁(未显示)可释放地紧固在关闭位置。用户可操作卡锁，以释放或松开膝上型电脑盖子204，使其相对于膝上型电脑基部202朝打开位置旋转运动。
铰链组件300可用于将第一构件旋转地附接于第二构件以允许第一构件相对于第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转运动。在图示举例中，第一构件为膝上型电脑盖子204，而第二构件为膝上型电脑基部202。铰链组件300包括长形的轴320，转接器340，铰链基部302，摩擦机构430，端件360，扭杆弹簧380，帽400，和扭杆弹簧护罩420。
参照图1-35和71-76，长形的轴320至少具有第一端部326，第二部分324和头部322。轴320的第一端部326设置有横截面为三角形且绕轴320的第一端部326的周围均匀分布的多个长形的齿328。多个长形的齿328中的每一个在轴320的第一端部326的至少大部分长度上延伸。在图示举例中，轴320的第二部分324的直径相较于第一端部326更大。轴320的头部322采用圆柱盘形式，其直径相较于第二部分324更大。轴320的头部322具有横向即垂直于轴320的纵向轴线延伸的槽330。轴320的头部322具有在槽330的两侧从头部322突出的一对凸起332。凸起332从轴320的头部322沿平行于轴320的纵向轴线且远离第一端部326和第二部分324的方向延伸。凸起332在其外表面具有多个肋334。在图示举例中，肋334弯曲且截面具有锯齿轮廓。
转接器340在轴320的第一端部326附接于轴320。转接器340附接于轴320的第一端部326，使得转接器340被约束成与轴320作为整体旋转。转接器340适于固定附接于第一构件，在图示举例中为膝上型电脑盖子204，以便与第一构件作为整体一起移动。参照图1-35和36-41，转接器340具有本体部分342，本体部分342呈在平面视图中具有两个倒圆角的矩形。转接器340的本体部分342设置有多个孔344以允许通过螺钉346将转接器340牢固地紧固于第一构件例如膝上型电脑盖子204。
转接器340具有设置在矩形本体部分342的一侧的孔348。转接器340的孔348设计成通过压入配合或过盈配合容纳轴320的第一端部326，使得轴320牢固地紧固于转接器340，且轴320和转接器340旋转地联接以作为整体一起旋转。轴的端部326上的齿328通过提供在转接器340的孔348的内表面和轴320的第一端部326的外表面之间强劲咬紧力，有利于将轴320和转接器340旋转地联接。因此，在图示实施例中，转接器340的孔348和轴320的第一端部326的带齿外表面，形成用于将轴320牢固地紧固于转接器340和将轴320和转接器340旋转地联接在一起的部件。
还可采用许多其它适当的部件，将轴320牢固地紧固于转接器340和将轴320和转接器340旋转地联接在一起。轴320的第一端部326的外表面可为光滑的，且通过过盈配合插入孔348以将轴320和转接器340紧固和联接在一起。与轴320和孔348中的槽协同操作的键可用于将轴320和转接器340紧固和联接在一起。延伸穿过孔348的壁的紧固件可用于将轴320和转接器340紧固和联接在一起，该紧固件延伸进入轴320上的对应孔或与轴320摩擦接合。而且，可利用夹紧装置将转接器340夹紧在轴320上，例如通过设置完全延伸穿过孔348的壁的纵向槽和设置邻接纵向槽且具有螺钉的一个或两个凸缘，可拧紧该螺钉以将纵向槽的边缘箍在一起而将转接器340夹紧在轴320上。
铰链基部302适于固定附接于第二构件，在该举例中为膝上型电脑基部202，以便与第二构件作为整体一起移动。铰链基部302具有旋转地支撑轴320的至少一个支承表面304、306，使得当转接器340附接于第一构件和铰链基部302附接于第二构件时，第一构件旋转地附接于第二构件，以便第一构件可相对于第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转地移动。在图示举例中，第一构件和第二构件分别为膝上型电脑盖子204和膝上型电脑基部202。铰链基部302的支承表面支撑轴320的第二部分324的一部分，以通过铰链基部302为轴320提供旋转支撑。
参照图1-35和63-70，在图示举例中，铰链基部302具有两个支承表面304和306。铰链基部302具有最靠近转接器340的一侧部308和最远离转接器340的一侧部310。侧部308具有允许轴320从铰链基部302向外延伸到转接器340的开口312。侧部310具有开口314，该开口314允许从铰链基部302的最远离转接器340的侧部至少部分地接触和接近轴320的头部322。沿开口314的边缘的一部分设置有曲形凹部316。凹部316具有端壁318和319。铰链基部302具有凸缘301，凸缘301具有多个孔303以允许通过螺钉305将铰链基部302牢固地紧固于第二构件例如膝上型电脑基部202。
参照图1-35、63-70和77-95，铰链组件300设置有用于摩擦地抵抗轴320相对于铰链基部302的旋转动作的摩擦机构430。摩擦机构430由铰链基部302支撑。摩擦机构430位于支承表面304和306之间。摩擦机构430包括多个摩擦元件440，槽插件，和摩擦机构护罩460。铰链基部302具有在支承表面304和306之间沿平行于轴320的纵向轴线的方向延伸的槽307。摩擦元件440是对称摩擦夹紧类型，并具有C形部分442和柄444。柄444在C形部分442的末端446和448之间的间隙对侧的位置从C形部分442的外表面向外突出。摩擦元件440与轴320的第二部分324在支承表面304和306之间延伸的部分接合。C形部分442的内半径小于轴320的第二部分324的外表面的半径，使得当围绕轴320的第二部分324放置时C形部分442膨胀。摩擦元件440的C形部分442的弹性促使摩擦元件440的C形部分442在轴320的第二部分324上施加夹紧力。
槽插件450配合进入槽307。槽插件450的横截面呈U形，且延伸槽307的长度。摩擦元件440的柄444容纳在槽插件450内，且因此容纳在槽307内以防止摩擦元件440与轴320一起旋转。因此，防止了摩擦元件440相对于铰链基部302旋转。通过摩擦元件440的C形部分442施加在轴320上的夹紧力，产生抵抗轴320相对于铰链基部302的旋转动作的摩擦扭力。可通过调整摩擦元件440的几何形状、数量和材料，使由摩擦元件440产生的摩擦扭力匹配用于具体应用的任何特定值。摩擦机构护罩460的横截面呈C形，且延伸支承表面304和306之间的间隙的长度。摩擦机构护罩460的边缘与摩擦元件440的C形部分442的外表面和形成支承表面304和306的铰链基部302的部分之间密封。摩擦机构护罩460防止污垢和磨损性颗粒进入摩擦机构430并保持润滑，其是保证顺滑的铰链操作和防止早期摩擦元件失效所需，并限定在摩擦机构430上。槽插件450相较于铰链基部302由相对较硬的材料制成，且用于将由摩擦元件440的柄施加的力均匀分布在槽307的壁上，使得摩擦元件440的柄不会戳入槽307和使槽307弯曲。
端件360适于固定附接于第二构件，在该举例中为膝上型电脑基部202，以便与第二构件作为整体一起移动。端件360具有凸缘362和插槽364。插槽364具有前方开口366，后壁368，侧边缘370和372，顶边缘374和底部边缘376。前方开口366呈矩形。端件360的凸缘362具有多个孔378，允许通过螺钉379将端件360牢固地紧固于第二构件例如膝上型电脑基部202。图1-5显示紧固于膝上型电脑基部202的端件360。
参照图1-35和42-62，扭杆弹簧380从端件360延伸至轴320的头部322。扭杆弹簧380具有第一端382和第二端384。扭杆弹簧380为弹性的，且具有纵向轴线。扭杆弹簧380的第一端382被约束成与轴320作为整体旋转。扭杆弹簧380的第二端384通过端件360约束，使得在端件360和扭杆弹簧380的第二端384之间绕扭杆弹簧380的纵向轴线基本上没有相对旋转，以便当轴320开始处于中性位置时轴320相对于端件360的旋转促使扭杆弹簧380绕其纵向轴线扭转。中性位置指对应扭杆弹簧380的松弛状态的铰链组件300的任何部分的位置。扭杆弹簧380随着扭转而储存能量和趋于通过扭杆弹簧380的弹性而施加力使轴320和转接器340恢复至其中性位置。
扭杆弹簧380由以重叠方式堆叠在一起的多个簧片390制成。各弹簧簧片390是长形的矩形带的形式，其具有在长形的矩形带的一端从任一侧延伸的侧向耳片391以形成T形头392。因为弹簧簧片390堆叠在一起，扭杆弹簧380的第一端382呈"T"形。扭杆弹簧380的第一端382被约束而不能相对于轴320的头部322旋转，且扭杆弹簧380的第二端384被约束而不能相对于端件360旋转，使得当轴320开始在中性位置时，轴320相对于端件360的旋转促使扭杆弹簧380绕其纵向轴线扭转。
通过帽400约束扭杆弹簧380的第一端382相对于轴320的头部322旋转。帽400具有矩形开口401，矩形开口401分别具有倒圆的侧向边缘402和顶部和底部边缘403和404。帽400具有容纳轴320的头部322的凸起332的两个腔405，以将帽400牢固地紧固于轴320的头部322。各腔405容纳相应的一个凸起332。凸起332将与腔405过盈配合。通过在腔405的内表面和凸起332的外表面之间提供较强的抓紧力，凸起的外表面上的肋334有利于将帽400牢固地紧固于轴320的头部322。因此，在图示实施例中，腔405和凸起332形成用于将帽400牢固地紧固于轴320的头部322的部件。
帽400具有肋406和两个轴向侧向突出部407和408。轴向侧向突出部407和408沿平行于轴320的纵向轴线的方向从帽400的任一侧延伸。当帽400牢固地紧固于轴320的头部322时，轴向侧向突出部407和408至少部分地配合进入轴的头部322的槽330，并封闭槽330的端部。当帽400牢固地紧固于轴320的头部322时，肋406至少部分地延伸进入铰链基部302的凹部316以限制铰链轴320相对于铰链基部302的旋转。肋406接合凹部316的端壁319，以阻止铰链轴320和转接器340在对应膝上型电脑盖子204的完全打开位置的位置旋转。肋406接合凹部316的端壁318，以阻止铰链轴320和转接器340在稍微超过膝上型电脑盖子204的关闭位置的位置旋转。肋406和凹部316构成用于防止可导致扭杆弹簧380的破坏的扭杆弹簧380的过应力的安全部件。
扭杆弹簧380延伸穿过帽400的开口401。帽400的倒圆的侧向边缘402与扭杆弹簧380的最外簧片390的表面393直接接触。在帽400的开口401的倒圆的侧向边缘402之间的距离设定成使得扭杆弹簧380在开口401的倒圆的侧向边缘402之间的配合非常紧凑或余隙很小。因此，开口401的倒圆的侧向边缘402用于在轴320和扭杆弹簧380之间传递扭力。利用开口401的倒圆的侧向边缘402在轴320和扭杆弹簧380之间传递扭力，需要扭力传递边缘402与弹簧簧片390的T形头392之间具有微小位移。这将避免在T形头392和弹簧簧片390的矩形带本体部分的剩余部分之间的接头处的应力集中的问题，而该应力集中可能导致扭杆弹簧380的早期失效。而且，帽400的开口401的边缘402的倒圆防止最外弹簧簧片390的边缘的应力集中，该应力集中也可能导致弹簧簧片390的失效和因此造成的扭杆弹簧380的失效。帽400的开口401的顶边缘407和底部边缘408之间的距离，使得簧片390的T形头392不能穿过开口401，且簧片390的T形头392保持在帽400和轴头部322之间。该布置约束簧片390的T形头392的轴向运动即沿平行于轴320的纵向轴线的方向的运动。
当扭杆弹簧380处于松弛状态时，最远离T形头392的簧片390的端部394以重叠方式堆叠在一起，且端394形成扭杆弹簧380的第二端384。扭杆弹簧380延伸穿过插槽364的开口366。插槽开口366的侧向边缘370和372被倒圆。插槽开口366的倒圆的侧向边缘370和372与扭杆弹簧380的最外簧片390的表面393直接接触。插槽364的开口366的倒圆的侧向边缘370和372之间距离使得扭杆弹簧380在开口366的倒圆的侧向边缘370和372之间的配合非常紧凑或余隙很小。因此，开口366的倒圆的侧向边缘370和372用于在端件360和扭杆弹簧380之间传递扭力。利用开口366的倒圆的侧向边缘370和372在端件360和扭杆弹簧380之间扭力传递，使得在弹簧簧片390的宽度上应力分布均匀，和防止在最外弹簧簧片390的边缘的应力集中。其结果是，延长弹簧簧片390的寿命和降低弹簧簧片390的失效的几率和因此降低扭杆弹簧380的失效的几率。插槽364的开口366的顶边缘374和底部边缘376之间的距离使得开口366的顶边缘374和底部边缘376不会干涉簧片390的端部394在插槽364内的运动。
随着扭杆弹簧380绕其纵向轴线扭转任意给定量，越远离簧片390的堆叠中心的簧片390，弹簧簧片390的螺旋路径的扭转的每角度的长度越长。因此，铰链簧片390的端部394开始被牵拉远离插槽364的后壁368，使得铰链簧片390越远离簧片的堆叠的中心的，则其端部394被牵拉得离后壁368越远。该结果图示在图19和25中。约束该铰链簧片390的端部394的轴向运动将导致弹簧簧片破坏。因此，随着扭杆弹簧380扭转，多个簧片390的每一个的至少一端须自由轴向移动。各弹簧簧片390的端部394须足够远地进入插槽开口366，使得在轴320的旋转的整个范围内没有可能被完全拉出插槽开口366。
可在轴的头部322中设置插槽364的镜像物而代替帽400。在这种配置中，弹簧簧片无需具有T形头；弹簧簧片将仅是矩形带的形式。除了在松弛状态下所有弹簧簧片被保持在端件360的插槽后壁和轴的头部322的插槽之间之外，将不会轴向约束扭杆弹簧的任一端。
随着扭杆弹簧380扭转，根据轴320的旋转方向，堆叠中心一侧的簧片端394趋于朝向顶边缘374或底部边缘376在轴320的旋转方向上向上或向下移动，且堆叠中心另一侧的簧片端394趋于朝相反方向且仍在轴320的旋转方向的相同方向上移动。仍必须调节这些运动，以避免弹簧簧片390的过应力，其也可能导致弹簧簧片失效。因此，如先前提及，插槽364的开口366的顶边缘374和底部边缘376之间的距离使得开口366的顶边缘374和底部边缘376不会干涉簧片390的端部394在插槽364内的运动。
扭杆弹簧护罩420安装在端件360和铰链基部302之间的扭杆弹簧380的暴露部分上。扭杆弹簧护罩420呈两端具有开口的管状。扭杆弹簧护罩420用作油脂或润滑剂容器，其不会限制弹簧簧片390的任何运动和偏转，而提供用于各个弹簧簧片的润滑。扭杆弹簧护罩420端部的开口422和424分别与铰链基部302和端件360之间密封。扭杆弹簧护罩420提供弹簧簧片390之间的持续润滑，需要时保证弹簧簧片彼此之间可滑动，防止弹簧簧片的过应力和损坏。扭杆弹簧护罩420在一侧具有形式为矩形或正方形开口424的对齐特征，以有利于扭杆弹簧380的组装过程。两开口422和424可为圆形或任何其它形状，只要足够大而不会干涉扭杆弹簧380的扭转即可。
通过如图所示安装在膝上型电脑上的铰链组件300和其镜像铰链组件500，对应扭杆弹簧380的松弛状态的转接器340和膝上型电脑盖子204的中性位置，位于膝上型电脑盖子的完全打开位置和膝上型电脑盖子的完全关闭位置之间。在图示举例中，膝上型电脑盖子的中性位置与完全打开位置的夹角为32°，与关闭位置的夹角为85°。将基于膝上型电脑盖子开始处于中性位置，描述铰链组件300的操作。为了关闭膝上型电脑盖子204，开始需要施加足够的力以克服摩擦机构430的摩擦扭力。随着膝上型电脑盖子204朝向关闭位置旋转，铰链轴320旋转，促使扭杆弹簧380扭转。随着扭杆弹簧380扭转，继续关闭膝上型电脑盖子204所需的力因扭杆弹簧380的弹性而增加，然而，由于盖子的重力作用和需要时通过用户自身体重，因此相较于向上提拉，用户下推在机械上具有优势，所以这并非缺陷。而且，随着扭杆弹簧380扭转，能量储存在扭杆弹簧380的形变中。当膝上型电脑盖子204处于关闭位置时，卡锁(未显示)可释放地将膝上型电脑盖子204紧固在关闭位置。为了打开膝上型电脑盖子，用户操作卡锁以释放膝上型电脑盖子204以便旋转至打开位置。膝上型电脑盖子204从关闭位置自动移开，无需用户任何努力，因为扭杆弹簧380施加的扭力克服摩擦机构430的摩擦阻力或扭力，直至抵达某点，该点介于中性位置和关闭位置之间，在该点，扭杆弹簧380施加的扭力下降至等于摩擦机构430的摩擦扭力。在该点，膝上型电脑盖子204停止移动，且用户可舒服地手动移动膝上型电脑盖子204至该点与膝上型电脑盖子204的完全打开位置之间的适合他或她需要的任何理想位置。尽管扭杆弹簧380在离开中性位置的任何位置将发生一定变形，但是在对应膝上型电脑屏幕206的正常使用范围的位置范围内，摩擦机构430的摩擦扭力会将膝上型电脑屏幕保持在理想位置。
用于弹簧簧片390的材料为钢，例如不锈钢、弹簧钢或具有弹簧钢韧度的任意钢。轴320也由钢制成。端件360、转接器340和铰链基部302可由模铸金属例如铝、锌或耐冲击塑料制成。对于低扭力应用，弹簧簧片390可由合成物或聚合物材料制成，只要其具有所需弹性。
参照图103-194，可见根据本发明的铰链组件600、800的第二说明性实施例。各铰链组件600，800用于将第一构件旋转地附接于第二构件以允许第一构件相对于第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转运动。参照图103-105，显示了根据本发明制造的用于将膝上型电脑200a的盖子204a旋转地附接于膝上型电脑200a的基部202a的两个铰链组件600和800。膝上型电脑盖子204a典型地封装有膝上型电脑屏幕206a，且其相对于膝上型电脑基部202a的角位置应当可在适合于各种体型的人适当观看膝上型电脑屏幕206a的角位置的范围内调节。
铰链组件600为左铰链组件，而铰链组件800为右铰链组件。右铰链组件800为铰链组件600关于垂直于各铰链组件的轴的纵向轴线且位于两个铰链组件中间的平面的镜像。因此，仅对铰链组件600进行详细描述。膝上型电脑盖子204a典型地相对于膝上型电脑基部202a通过某种卡锁(未显示)可释放地紧固在关闭位置。用户可操作卡锁，以释放或松开膝上型电脑盖子204a，使其相对于膝上型电脑基部202a朝打开位置旋转运动。
铰链组件600可用于将第一构件旋转地附接于第二构件以允许第一构件相对于第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转运动。在图示举例中，第一构件为膝上型电脑基部202a，而第二构件为膝上型电脑盖子204a。铰链组件600包括长形的轴620，转接器640，铰链基部602，摩擦机构730，端件660，扭杆弹簧680，第一帽700，和壳体677。
参照图103-132和171-178，长形的轴620至少具有第一端部626，第二或中间部分624和第二端部622。轴620的第一端部626设置有多个长形的齿628，长形的齿628的横截面呈三角形，且绕轴620的第一端部626的周围均匀分布。多个长形的齿628的每一个在轴620的第一端部626的至少大部分长度上延伸。齿628在本技术领域也公知为花键。在图示举例中，相较于第一端部626，轴620的第二或中间部分624具有较大直径。轴620的第二端部622也设置有构造类似于齿628的多个齿或花键623。相较于第二端部622，轴620的中间部分624具有较大直径。轴620的第二端部622插入第一帽700的孔625内，以将第一帽700固定于轴620的第二端部622，使得在轴620的第二端部622和第一帽700之间没有相对运动。在轴的第二端部622上的齿623，通过在第一帽700的孔625的内表面和轴620的第二端部622的外表面之间提供较强咬紧力，而有利于将轴620旋转地联接于第一帽700。这是因为当轴620的第二端部622压配于第一帽700的孔625时，齿623在第一帽700的孔625的内表面和轴620的第二端部622的外表面之间提供更多有效抓紧力。因此，在图示实施例中，第一帽700的孔625和轴620的第二端部622的带齿外表面形成用于将轴620牢固地紧固于第一帽700和将轴620和第一帽700旋转地联接在一起的部件(也见图143-150)。
第一帽700还具有前方开口630，前方开口630具有侧边缘632和634，顶边缘633和底部边缘635。前方开口630呈矩形。
转接器640在轴620的第一端部626附接于轴620。转接器640附接于轴620的第一端部626，使得转接器640被约束成与轴620作为整体旋转。转接器640适于固定附接于第一构件，在图示举例中为膝上型电脑基部202a，以便与第一构件作为整体移动。参照图103-135和136-142，转接器640具有本体部分642，本体部分642设置有多个孔644以允许通过螺钉646将转接器640牢固地紧固于第一构件例如膝上型电脑基部202a。
转接器640具有设置在本体部分642的一侧的孔648。转接器640的孔648设计成通过压入配合或过盈配合容纳轴620的第一端部626，使得轴620牢固地紧固于转接器640，且轴620和转接器640旋转地联接成作为整体一起旋转。在轴的第一端部626上的齿628，通过在转接器640的孔648的内表面和轴620的第一端部626的外表面之间提供较强咬紧力，而有利于将轴620旋转地联接于转接器640。因此，在图示实施例中，转接器640的孔648和轴620的第一端部626的带齿外表面形成用于将轴620牢固地紧固于转接器640和将轴620和转接器640旋转地联接在一起的部件。
还可采用许多其它适当的部件，将轴620牢固地紧固于转接器640和第一帽700，并将轴620与转接器640和第一帽700旋转地联接在一起。其中包括对于轴320与转接器340附接而列举的相同部件。当然，其中孔648、625和348具有分别与齿628、623和328匹配的齿的部件在该列举之内。
铰链基部602适于固定附接于第二构件，在该举例中为膝上型电脑盖子204a，以便与第二构件作为整体移动。铰链基部602具有旋转地支撑轴620的至少一个支承表面604，606，使得当转接器640附接于第一构件且铰链基部602附接于第二构件时，第一构件旋转地附接于第二构件，以便第一构件可相对于第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转地移动。在图示举例中，第一构件和第二构件分别为膝上型电脑基部202a和膝上型电脑盖子204a。铰链基部602的支承表面支撑轴620的第二或中间部分624的一部分，以通过铰链基部602为轴620提供旋转支撑。
参照图103-135和163-170，在图示举例中，铰链基部602具有两个支承表面604和606。铰链基部602具有最靠近转接器640的一侧部608和最远离转接器640的一侧部610。侧部608具有允许轴620从铰链基部602向外延伸至转接器640的开口612。侧部610具有允许轴620从铰链基部602朝向扭杆弹簧680向外延伸至其能够接合第一帽700的开口614。止挡突出部616沿开口612的边缘的一部分设置。止挡突出部616具有端壁618和619。铰链基部602具有凸缘601，凸缘601具有允许通过螺钉605将铰链基部602牢固地紧固于第二构件例如膝上型电脑盖子204a的多个孔603。
参照图103-135和163-170，铰链组件600设置有用于摩擦抵抗轴620相对于铰链基部602旋转动作的摩擦机构730。在该举例中，摩擦机构730集成于铰链基部602的材料。摩擦机构730通过一端附接于凸缘601的至少一个箍740、742形成。箍740，742绕轴620的中间部分624的至少一部分卷绕，且箍740，742终止于与箍在凸缘601上的附接处分离的自由端，以限定箍740，742的C形轮廓。在图示举例中，两个箍740和742设置成绕轴620的中间部分624沿相反方向卷绕。箍740和742分别限定支承表面604和606。箍740和742还通过摩擦地咬紧轴620的中间部分624以提供作为轴620和铰链基部602之间相对旋转的阻力的摩擦扭力而限定摩擦机构730的摩擦元件。C形箍740和742的内半径初始小于轴620的第二部分624的外表面的半径，使得当绕轴620的第二部分624放置时各C形箍740和742膨胀。C形箍740和742的弹性促使C形箍740和742在轴620的第二部分624上施加咬紧力。
因为摩擦元件740，742在一端附接于凸缘601，所以防止了摩擦元件740，742相对于铰链基部602旋转。C形箍或摩擦元件740，742在轴620上施加的咬紧力，生成抵抗轴620相对于铰链基部602旋转动作的摩擦扭力。通过改变摩擦元件740，742的几何形状，数量和材料，可使摩擦元件740，742产生的摩擦扭力匹配用于具体应用的任何特定值。
端件660，也称第二帽，必须相对于第二构件保持固定关系，第二构件在该举例中为膝上型电脑盖子204a，以便扭杆弹簧680产生用于铰链组件600的适当操作的弹簧扭力。在铰链组件600中，端件660通过固定于铰链基部602而相对于第二构件固定，铰链基部602然后被安装在第二构件上，而不像铰链组件300的端件360的情况那样直接安装在第二构件上。因此，一旦铰链基部602安装在第二构件上，端件660便相对于第二构件固定，使得端件660与第二构件作为整体移动。端件660具有两个侧向突出部662和插槽664。插槽664具有前方开口667，后壁668，侧边缘670和672，顶边缘674和底部边缘676。前方开口667呈矩形。端件660的突出部662接合且配合进入外壳体677一端设置的相应凹口675，以便防止端件660和壳体677之间的相对旋转。壳体677又固定在铰链基部602上，以便将端件660旋转地固定于铰链基部602。壳体677为圆柱形并包住扭杆弹簧680。通过胶粘剂、销、其它紧固件或通过任何其它适当手段与壳体677的孔摩擦配合，端件660轴向保持在壳体677远离铰链基部602的一端。壳体677具有与铰链基部凸缘601的一部分对齐的一个或更多凸缘673。在图示举例中，设置有骑跨于铰链基部凸缘601的一部分上的两个凸缘673。各凸缘673设置有与铰链基部凸缘601上的一个或更多的对应的孔681对齐的一个或更多孔678，以允许通过例如铆钉679将壳体677进而端件660牢固地紧固于铰链基部602。
参照图103-135和159-162，扭杆弹簧680从端件660延伸至轴620上的第一端帽700。扭杆弹簧680具有第一端682和第二端684。扭杆弹簧680为弹性的，且具有纵向轴线。扭杆弹簧680的第一端682被约束成与轴620一同旋转，可使得在轴620和扭杆弹簧680的第一端682之间绕扭杆弹簧680的纵向轴线基本上没有相对旋转。扭杆弹簧680的第二端684通过端件660约束，可使得在端件660和扭杆弹簧680的第二端684之间绕扭杆弹簧680的纵向轴线基本上没有相对旋转，使得当轴620开始处于中性位置时，轴620相对于端件660的旋转促使扭杆弹簧680绕其纵向轴线扭转。中性位置指对应扭杆弹簧680的松弛状态的铰链组件600的任意部分的位置。扭杆弹簧680随着扭转而储存能量，并趋于通过扭杆弹簧680的弹性而施加使轴620和转接器640恢复至其中性位置的力。
扭杆弹簧680由以重叠方式堆叠在一起的多个簧片690制成。各弹簧簧片690采用长形的矩形带的形式。扭杆弹簧680的第一端682被约束而不能相对于轴620的第二端部622旋转，且扭杆弹簧680的第二端684被约束而不能相对于端件660旋转，使得当轴620开始处于中性位置时，轴620相对于端件660的旋转促使扭杆弹簧680绕其纵向轴线扭转。
在轴620上设置有凸耳706。当铰链组件600完全组装时，凸耳706定位成接触铰链基部602的止挡突出部616，以限制铰链轴620相对于铰链基部602的旋转。在对应膝上型电脑盖子204a的完全打开位置的位置，凸耳706接合止挡突出部616的端壁619以阻止铰链轴620和转接器640旋转。在稍微超过膝上型电脑盖子204a的关闭位置的位置，凸耳706接合止挡突出部616的端壁618以阻止铰链轴620和转接器640旋转。凸耳706和止挡突出部616构成用于防止扭杆弹簧680过应力的安全部件，过应力可能导致扭杆弹簧680的破坏。
当扭杆弹簧680处于松弛状态时，最远离端件660的簧片690的第一端部692以重叠方式堆叠在一起。簧片690的第一端692形成扭杆弹簧680的第一端682。当扭杆弹簧680处于松弛状态时，最远离第一帽700的簧片690的端部694以重叠方式堆叠在一起，且第二端694形成扭杆弹簧680的第二端684。扭杆弹簧680延伸穿过端件660的插槽664的开口667。插槽开口667的侧向边缘670和672被倒圆。插槽开口667的倒圆的侧向边缘670和672与扭杆弹簧680的最外簧片690的表面693直接接触。端件660的插槽的开口667的倒圆的侧向边缘670和672之间的距离使得扭杆弹簧680在开口667的倒圆的侧向边缘670和672之间的配合非常紧凑或余隙很小。因此，开口667的倒圆的侧向边缘670和672用于在端件660和扭杆弹簧680之间传递扭力。利用开口667的倒圆的侧向边缘670和672在端件660和扭杆弹簧680之间传递扭力，可使在弹簧簧片690的宽度上应力分布均匀，并可防止在最外弹簧簧片690的边缘应力集中。其结果是，可延长弹簧簧片690的寿命和降低弹簧簧片690且因此扭杆弹簧680的失效的几率。端件660的插槽的开口667的顶边缘674和底部边缘676之间的距离使得开口667的顶边缘674和底部边缘676不会干涉簧片690的端部694在插槽664内运动。
随着扭杆弹簧680绕其纵向轴线扭转任意给定量，越远离簧片690的堆叠的中心的簧片690，弹簧簧片690的螺旋路径的扭转的每角度的长度越长。因此，铰链簧片690的端部694开始被牵拉而远离插槽664的后壁668，使得铰链簧片690越远离簧片的堆叠的中心，则其端部694被牵拉得离后壁668被越远。该结果显示在图119-121中。约束铰链簧片690的端部694的该轴向运动将导致弹簧簧片破坏。因此，随着扭杆弹簧680扭转，多个簧片690的每一个的至少一端须自由轴向移动。各弹簧簧片690的端部694须足够远地进入插槽开口667，使得在轴620的旋转的整个范围内其没有可能被完全拉出插槽开口667。
端帽700上的开口630为插槽开口667的镜像物。扭杆弹簧680延伸穿过第一帽700的开口630。开口630的侧向边缘632和634被倒圆。开口630的倒圆的侧向边缘632和634与扭杆弹簧680的最外簧片690的表面693直接接触。端帽700的开口630的倒圆的侧向边缘632和634之间的距离使得扭杆弹簧680在开口630的倒圆的侧向边缘632和634之间的配合非常紧凑或余隙很小。因此，开口630的倒圆的侧向边缘632和634用于在端帽700和扭杆弹簧680之间传递扭力。利用开口630的倒圆的侧向边缘632和634在端帽700和扭杆弹簧680之间传递扭力，可使在弹簧簧片690的宽度上应力分布均匀，并防止在最外弹簧簧片690的边缘应力集中。其结果是，延长弹簧簧片690的寿命，并降低弹簧簧片690和因此扭杆弹簧680的失效的几率。端帽700的开口630的顶边缘633和底部边缘635之间的距离使得开口630的顶边缘633和底部边缘635不会干涉簧片690的端部692在通过第一帽700和轴的第二端部622形成的插槽内运动。
随着扭杆弹簧680绕其纵向轴线扭转任意给定量，越远离簧片690的堆叠的中心的簧片690，弹簧簧片690的螺旋路径的扭转的每角度的长度越长。因此，铰链簧片690的端部692开始被牵拉而远离轴的第二端部622，使得铰链簧片690越远离簧片的堆叠的中心，则其端部692被牵拉得离轴的第二端部622越远。该结果显示在图119-121中。因此，在该实施例600中，随着扭杆弹簧680扭转，多个簧片690的每一个的两端自由轴向移动。各弹簧簧片690的端部692必须足够远地进入开口630，使得在轴620的旋转的整个范围内其没有可能被完全拉出开口630。所有弹簧簧片690被保持在端件660上的插槽的后壁和通过第一帽700和轴的第二端部622形成的插槽之间。
随着扭杆弹簧680扭转，堆叠的中心的一侧的簧片端部694趋于根据轴620的旋转的方向朝向顶边缘674或底部边缘676沿轴620的旋转的方向向上或向下移动，且堆叠的中心的另一侧的簧片端部694趋于沿相反方向，但仍与轴620的旋转方向相同的方向移动。必须调节这些运动以避免弹簧簧片690的过应力，其也可能导致早期弹簧簧片失效。因此，如先前提及，插槽664的开口667的顶边缘674和底部边缘676之间的距离使得开口667的顶边缘674和底部边缘676不会干涉簧片690的端部694在插槽664内的运动。此情形与弹簧簧片690的端部692相同。
两个内套筒720，721在壳体677内配合于端件660和第一帽700之间的扭杆弹簧680的一部分上。两个内套筒720，721是在两端具有开口的管状。两个内套筒720，721用作油脂或润滑剂容器，且不会限制弹簧簧片690的任何的运动和偏转，但可用于各个弹簧簧片的润滑。在各内套筒720，721的一端的开口722分别与第一帽700和端件660之间密封。内套筒720，721的开口724之间彼此密封。内套筒720，721在各弹簧簧片690之间提供持续润滑，以保证需要时弹簧簧片彼此间可滑动，防止弹簧簧片的过应力和损坏。各内套筒720，721的一端的开口722采用矩形开口形式，用作有利于扭杆弹簧680的组装过程的一侧上的对齐特征。两个内套筒720和721还用于支承外壳体677。
通过如图所示安装在膝上型电脑上的铰链组件600和其镜像物铰链组件800，对应扭杆弹簧680的松弛状态的铰链基部602和膝上型电脑盖子204a的中性位置，处于膝上型电脑盖子的完全打开位置和膝上型电脑盖子的完全关闭位置之间。在图示举例中，膝上型电脑盖子的中性位置与完全打开位置之间的角度为32°，且与关闭位置之间的夹角为85°。将基于膝上型电脑盖子开始处于中性位置，描述铰链组件600的操作。为了关闭膝上型电脑盖子204a，开始必须施加足够的力，以克服摩擦机构730产生的摩擦扭力。随着膝上型电脑盖子204a朝向关闭位置旋转，端件660旋转，促使扭杆弹簧680扭转。随着扭杆弹簧680扭转，继续关闭膝上型电脑盖子204a所需的力因扭杆弹簧680的弹性而增加，然而，由于盖子的重力作用和需要时通过用户自身重量，对用户来说，相较于向上提拉，下推在机械上更具优势，所以这并非缺点。而且，随着扭杆弹簧680扭转，在扭杆弹簧680的变形中储存能量。当膝上型电脑盖子204a处于关闭位置时，卡锁(未显示)可释放地将膝上型电脑盖子204a紧固在关闭位置。为了打开膝上型电脑盖子，用户可操作卡锁以释放膝上型电脑盖子204a使其旋转至打开位置。膝上型电脑盖子204a从关闭位置自动移开，无需用户的任何努力，随着扭杆弹簧680施加的扭力克服摩擦机构730的摩擦阻力或扭力，直至抵达某点，该点介于中性位置和关闭位置之间，且在该点，扭杆弹簧680施加的扭力下降至等于摩擦机构730的摩擦扭力。在该点，膝上型电脑盖子204a停止移动，且用户可舒服地手动移动膝上型电脑盖子204a至该点和膝上型电脑盖子204a的完全打开位置之间的适合他或她需要的任意理想位置。尽管扭杆弹簧380在离开中性位置的任何位置发生一定变形，但是在对应膝上型电脑屏幕206a的正常使用范围的位置范围内，摩擦机构730的摩擦扭力会将膝上型电脑屏幕保持在理想位置。
在两个公开实施例300和600之间，摩擦机构730和430可互换，且用于将扭杆弹簧680，380旋转地联接于铰链轴620，320的结构也可互换。公开实施例的这种交换在本发明的保护范围内。
用于弹簧簧片690的优选材料为钢，例如不锈钢、弹簧钢或具有弹簧钢韧度的任何钢。优选的是，铰链基部602也由弹性钢制成。轴620也由钢制成。端件或第二帽660和转接器640可由模铸金属例如铝、锌或耐冲击塑料制成。对于低扭力应用，弹簧簧片690可由合成物或聚合物材料制成，只要具有所需弹性即可。
尽管铰链组件300和600以膝上型电脑的上下文进行了说明，但是扭杆弹簧380，680提供的平衡功能可用于允许摩擦铰链应用于重工业应用，其中，仅摩擦扭力便可能需要极其大的操作力，或超出正常人为因素的极限。扭杆弹簧的层叠设计，允许在紧凑空间内实现平衡功能，且成本相对较低。铰链组件300，600或采用层叠扭杆弹簧设计的类似铰链组件可用于典型地使用气弹簧的其它应用，例如工具箱盖子，储物箱，行李门，甲板舱口，和车辆提升门。
应理解，本发明不受以上描述的实施例的限制，而包含在所附权利要求的范围内的任何和所有实施例。
Claims (19)
1.一种扭杆弹簧系统，包括：
第一构件；
第二构件；以及
扭杆弹簧，从所述第一构件延伸到所述第二构件，所述扭杆弹簧具有第一端、第二端、弹性和纵向轴线，所述扭杆弹簧的所述第一端被所述第一构件约束而不能相对于所述第一构件旋转，且所述扭杆弹簧的所述第二端被所述第二构件约束而不能相对于所述第二构件旋转，使得当所述扭杆弹簧开始处于松弛状态时，所述第一构件相对于所述第二构件的旋转促使所述扭杆弹簧绕其纵向轴线扭转，使得所述扭杆弹簧趋于储存能量和由于所述扭杆弹簧的所述弹性而施加力使所述第一构件相对于所述第二构件恢复至对应所述扭杆弹簧的所述松弛状态的初始角位置，其中所述扭杆弹簧由堆叠在一起的多个簧片制成。
2.根据权利要求1所述的扭杆弹簧系统，其特征在于，随着所述扭杆弹簧扭转，所述多个簧片的每一个的至少一端自由地轴向移动。
3.一种铰链组件，用于将第一构件旋转地附接于第二构件以允许所述第一构件相对于所述第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转运动，所述铰链组件包括：
(a)长形的轴，至少具有第一端部，第二部分和头部；
(b)转接器，在所述第一端部附接于所述轴，所述转接器附接于所述轴的所述第一端部，使得所述转接器被约束成与所述轴作为整体旋转，所述转接器适于固定附接于所述第一构件以便与所述第一构件作为整体一起移动；
(c)铰链基部，适于固定附接于所述第二构件以便与所述第二构件作为整体一起移动，所述铰链基部具有旋转地支撑所述轴的至少一个支承表面，使得当所述转接器附接于所述第一构件且所述铰链基部附接于所述第二构件时，所述第一构件旋转地附接于所述第二构件，使得所述第一构件能够相对于所述第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转地移动，所述铰链基部的所述支承表面支撑所述轴的所述第二部分的一部分以通过所述铰链基部为所述轴提供旋转支撑；
(d)摩擦机构，用于摩擦地抵抗所述轴相对于所述铰链基部的旋转动作，所述摩擦机构由所述铰链基部支撑；
(e)端件，适于固定附接于所述第二构件以便与所述第二构件作为整体一起移动；和
(f)扭杆弹簧，为根据权利要求1所述的扭杆弹簧，从所述端件延伸至所述轴的所述头部，所述扭杆弹簧具有第一端、第二端、弹性和纵向轴线，所述扭杆弹簧的所述第一端被约束成与所述轴作为整体旋转，所述扭杆弹簧的所述第二端被约束成使得绕所述扭杆弹簧的所述纵向轴线在所述端件和所述扭杆弹簧的所述第二端之间基本上没有相对旋转，使得当所述轴开始处于中性位置时，所述轴相对于所述端件的旋转促使所述扭杆弹簧绕其纵向轴线扭转，使得所述扭杆弹簧趋于储存能量和由于所述扭杆弹簧的所述弹性而施加力使所述轴恢复至所述轴的所述中性位置。
4.根据权利要求3所述的铰链组件，其特征在于，随着所述扭杆弹簧扭转，所述多个簧片的每一个的至少一端自由地轴向移动。
5.一种铰链组件，用于将第一构件旋转地附接于第二构件以允许所述第一构件相对于所述第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转运动，所述铰链组件包括：
(a)轴，至少具有第一端部和第二端部；
(b)转接器，在所述第一端部附接于所述轴，所述转接器附接于所述轴的所述第一端部，使得所述转接器被约束成与所述轴作为整体旋转，所述转接器适于固定附接于所述第一构件以便与所述第一构件作为整体一起移动；
(c)铰链基部，适于固定附接于所述第二构件以便与所述第二构件作为整体一起移动，所述铰链基部具有旋转地支撑所述轴的至少一个支承表面，使得当所述转接器附接于所述第一构件且所述铰链基部附接于所述第二构件时，所述第一构件旋转地附接于所述第二构件，以便所述第一构件能够相对于所述第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转地移动；
(d)摩擦机构，用于摩擦地抵抗所述轴相对于所述铰链基部的旋转动作；
(e)端件，适于相对于所述铰链基部保持固定关系；和
(f)扭杆弹簧，为根据权利要求1所述的扭杆弹簧，在所述端件和所述轴的所述第二端部之间延伸，所述扭杆弹簧具有第一端、第二端、弹性和纵向轴线，所述扭杆弹簧的所述第一端被约束不能相对于所述轴旋转，所述扭杆弹簧的所述第二端被约束不能相对于所述端件绕所述扭杆弹簧的所述纵向轴线旋转，使得当所述轴开始处于中性位置时，所述轴相对于所述端件的旋转促使所述扭杆弹簧绕其纵向轴线扭转，使得所述扭杆弹簧趋于储存能量，和由于所述扭杆弹簧的所述弹性而施加力使所述轴恢复至所述轴的所述中性位置。
6.根据权利要求5所述的铰链组件，其特征在于，所述轴具有介于所述第一端部和所述第二端部之间的第二部分，其中所述第二端部构成头部，
其中，所述铰链基部的所述支承表面支撑所述轴的所述第二部分的一部分，以通过所述铰链基部为所述轴提供旋转支撑，
其中，所述摩擦机构由所述铰链基部支撑，
其中，所述端件适于固定附接于所述第二构件以便相对于所述铰链基部保持固定关系，和
其中，所述扭杆弹簧从所述端件延伸至所述轴的所述头部，且所述扭杆弹簧的所述第一端被约束成与所述轴作为整体旋转。
7.根据权利要求6所述的铰链组件，其特征在于，随着所述扭杆弹簧扭转，所述多个簧片的每一个的至少一端自由地轴向移动。
8.根据权利要求5所述的铰链组件，其特征在于，进一步包括：
壳体，在所述铰链基部和所述端件之间延伸，所述壳体具有所述扭杆弹簧延伸穿过的孔，所述壳体在一端紧固于所述铰链基部和在另一端紧固于所述端件，由此使所述端件相对于所述铰链基部保持固定关系。
9.根据权利要求8所述的铰链组件，其特征在于，随着所述扭杆弹簧扭转，所述多个簧片的每一个的至少一端自由地轴向移动。
10.一种铰链组件，用于将第一构件旋转地附接于第二构件以允许所述第一构件相对于所述第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转运动，所述铰链组件包括：
(a)长形的轴，至少具有第一端部、第二部分和头部；
(b)转接器，在所述第一端部附接于所述轴，所述转接器附接于所述轴的所述第一端部，使得所述转接器被约束成与所述轴作为整体旋转，所述转接器适于固定附接于所述第一构件以便与所述第一构件作为整体一起移动；
(c)铰链基部，适于固定附接于所述第二构件以便与所述第二构件作为整体一起移动，所述铰链基部具有旋转地支撑所述轴的至少一个支承表面，使得当所述转接器附接于所述第一构件且所述铰链基部附接于所述第二构件时，所述第一构件旋转地附接于所述第二构件，以便所述第一构件能够相对于所述第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转地移动，所述铰链基部的所述支承表面支撑所述轴的所述第二部分的一部分以通过所述铰链基部为所述轴提供旋转支撑；
(d)摩擦机构，用于摩擦地抵抗所述轴相对于所述铰链基部的旋转动作，所述摩擦机构由所述铰链基部支撑；
(e)端件，适于固定附接于所述第二构件以便与所述第二构件作为整体一起移动；和
(f)扭杆弹簧，从所述端件延伸至所述轴的所述头部，所述扭杆弹簧具有第一端、第二端、弹性和纵向轴线，所述扭杆弹簧的所述第一端被约束成与所述轴作为整体旋转，所述扭杆弹簧的所述第二端被约束成使得绕所述扭杆弹簧的所述纵向轴线在所述端件和所述扭杆弹簧的所述第二端之间基本上没有相对旋转，以便当所述轴开始处于中性位置时，所述轴相对于所述端件的旋转促使所述扭杆弹簧绕其纵向轴线扭转，使得所述扭杆弹簧趋于储存能量，和由于所述扭杆弹簧的所述弹性而施加力使所述轴恢复至所述轴的所述中性位置。
11.根据权利要求10所述的铰链组件，其特征在于，所述扭杆弹簧由堆叠在一起的多个簧片制成。
12.根据权利要求11所述的铰链组件，其特征在于，随着所述扭杆弹簧扭转，所述多个簧片的每一个的至少一端自由地轴向移动。
13.一种铰链组件，用于将第一构件旋转地附接于第二构件以允许所述第一构件相对于所述第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转运动，所述铰链组件包括：
(a)轴，至少具有第一端部和第二端部；
(b)转接器，在所述第一端部附接于所述轴，所述转接器附接于所述轴的所述第一端部，使得所述转接器被约束成与所述轴作为整体旋转，所述转接器适于固定附接于所述第一构件以便与所述第一构件作为整体一起移动；
(c)铰链基部，适于固定附接于所述第二构件以便与所述第二构件作为整体一起移动，所述铰链基部具有旋转地支撑所述轴的至少一个支承表面，使得当所述转接器附接于所述第一构件且所述铰链基部附接于所述第二构件时，所述第一构件旋转地附接于所述第二构件，以便所述第一构件能够相对于所述第二构件在关闭位置和打开位置之间旋转地移动；
(d)摩擦机构，用于摩擦地抵抗所述轴相对于所述铰链基部的旋转动作；
(e)端件，适于相对于所述铰链基部保持固定关系；和
(f)扭杆弹簧，在所述端件和所述轴的所述第二端部之间延伸，所述扭杆弹簧具有第一端、第二端、弹性和纵向轴线，所述扭杆弹簧的所述第一端被约束成不能相对于所述轴旋转，所述扭杆弹簧的所述第二端被约束成不能相对于所述端件绕所述扭杆弹簧的所述纵向轴线旋转，使得当所述轴开始处于中性位置时，所述轴相对于所述端件的旋转促使所述扭杆弹簧绕其纵向轴线扭转，以便所述扭杆弹簧趋于储存能量，和由于所述扭杆弹簧的所述弹性而施加力使所述轴恢复至所述轴的所述中性位置。
14.根据权利要求13所述的铰链组件，其特征在于，所述轴具有介于所述第一端部和所述第二端部之间的第二部分，其中所述第二端部构成头部，
其中，所述铰链基部的所述支承表面支撑所述轴的所述第二部分的一部分，以通过所述铰链基部为所述轴提供旋转支撑，
其中，所述摩擦机构由所述铰链基部支撑，
其中，所述端件适于固定附接于所述第二构件以便相对于所述铰链基部保持固定关系，和
其中，所述扭杆弹簧从所述端件延伸至所述轴的所述头部，且所述扭杆弹簧的所述第一端被约束成与所述轴作为整体旋转。
15.根据权利要求14所述的铰链组件，其特征在于，所述扭杆弹簧由堆叠在一起的多个簧片制成。
16.根据权利要求15所述的铰链组件，其特征在于，随着所述扭杆弹簧扭转，所述多个簧片的每一个的至少一端自由地轴向移动。
17.根据权利要求13所述的铰链组件，其特征在于，进一步包括：
壳体，在所述铰链基部和所述端件之间延伸，所述壳体具有所述扭杆弹簧延伸穿过的孔，所述壳体在一端紧固于所述铰链基部，在另一端紧固于所述端件，由此使所述端件相对于所述铰链基部保持固定关系。
18.根据权利要求17所述的铰链组件，其特征在于，所述扭杆弹簧由堆叠在一起的多个簧片制成。
19.根据权利要求18所述的铰链组件，其特征在于，随着所述扭杆弹簧扭转，所述多个簧片的每一个的至少一端自由地轴向移动。
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