CN1659849B - 具有弹簧偏置的铰链的电子设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连接到机身构件(120)的可折面板(110)，例如在无线通信设备中，其包括连接到机身构件与面板的扭簧(150)，连接到机身构件的凸轮(127)，连接到面板的从动件(134)。在扭簧扭矩高于指定水平时，以弹簧偏置的凸轮与从动件组件向面板施加减小的反扭矩，并且在扭簧扭矩低于指定水平时，以弹簧偏置的凸轮与从动件组件向面板施加增加的协助扭矩。

Description

具有弹簧偏置的铰链的电子设备及其方法

技术领域

一般地，本发明涉及具有弹簧偏置(spring biased)的铰链的电子设备，更具体地，涉及具有可折面板的电子手机，例如移动无线通信手机，弹簧偏置机制，及其方法。

背景技术

一般公知具有可折的翻转部分的无线蜂窝式通信设备。编号为5,640,690、题为“Hinged Assembly Having Cam Follower”的美国专利与编号为5,740,094、题为“Electronic Device Having A Cam AssemblyFunctioning As A Depressible Hinge”的美国专利均公开，比如说，压缩弹簧偏置的凸轮，其使用凸轮从动件作为机身构件保护盖或翻转部分的枢轴。

Strawberry公司销售用于具有弹簧偏置的可折显示面板的蜂窝式电话的“单触开铰链(One Touch Open Hinge)”。Strawberry铰链包括作为枢轴的扭簧，以打开可折显示面板，还包括压缩弹簧，其将掣子偏置到凹进内，以将显示面板保持在闭合位置。Strawberry公司还销售“阻尼铰链”，该铰链用于减缓手机与视频设备中的可折面板的开启。

发明内容

根据本发明一个方面，提供了一种无线通信设备，其包括：机身构件；面板，其绕枢轴旋转地连接到所述机身构件；弹性构件，其放置于所述机身构件的边缘与所述面板的边缘之间；弹簧，其压缩地放置在所述机身构件与所述面板之间，所述弹簧将所述机身构件的边缘与所述面板的边缘推向彼此，所述弹性构件即放置于两边缘之间；凸轮，其连接到所述机身构件或所述面板之一；从动件，其连接到所述机身构件或所述面板中没有连接所述凸轮的一个，所述弹簧将所述凸轮与所述从动件偏置为相互接合，由此，当所述面板从闭合位置向打开位置移动时，所述弹性构件渐减地压缩于所述机身构件的边缘与所述面板的边缘之间。

根据本发明另一方面，提供了一种在具有由弹簧偏置铰链连接到机身构件的面板的设备中的方法，其可用于无线通信设备，该方法包括：相对于所述机身构件，在闭合位置和打开位置之间旋转所述面板；当所述面板从所述闭合位置向所述打开位置旋转时，渐减地阻尼所述面板的旋转，其中，当所述面板从所述闭合位置向所述打开位置旋转时，通过以压缩弹簧在所述机身构件与所述面板之间压缩弹性构件，来渐减地阻尼所述面板的旋转。

对于本领域普通技术人员而言，在仔细考虑下面所描述的具体实施方式以及所附绘图后，本发明的各方面、特性与优点将变得更加显而易见。

附图说明

图1是具有可折面板的示例性的电子设备。

图2是示例性的无线通信设备。

图3是示例性的扭矩与转动角度关系。

图4阐释示例性的凸轮表面示意。

图5是另一示例性的扭矩与转动角度关系。

图6阐释另一示例性的凸轮表面示意。

图7阐释示例性的过程流程图。

具体实施方式

图1阐释示例性的电子设备100，其具有面板110，例如手机翻盖，该面板以枢轴连接到机身构件120，例如蜂窝式手机机架。在示例性的实施例中，电子设备为无线通信手机。然而，本发明的铰链与弹簧偏置机制可更一般地用于任何应用中，其中想要提供弹簧偏置的铰链，如在下面的讨论中将变得更显而易见的那样。

图2是示例性的无线通信手机示意性框图200，其一般地包括处理器210，该处理器连接到存储器220，例如RAM、ROM、EPROM、等等。示例性的无线手机也包括无线收发器230、显示器240、输入250(例如小键盘、麦克风与视频输入)、输出260(例如声音与触觉输出)、以及其它端口270(例如电源、音频、等等)，所有这些均连接到处理器。

示例性的无线手机的各组件，例如处理器、存储器、输入、输出一般地放置在机架内。显示器常常安装在机架上，或者在翻盖上，机架或翻盖上也可以包括小键盘。这些示例性的无线手机组件的位置与安排仅仅是示例性的应用，对于铰链的结构与弹簧偏置机制而言是非实质性的，下面更充分地讨论。

在图1中，示例性的机身构件120包括第一关节122，其具有突出的第一支持构件123，该支持构件作为枢轴放置在面板110的开口112中。机身构件120也包括第二关节124，其具有突出的第二支持构件125，该支持构件也作为枢轴放置在面板的开口中。面板围绕公共枢轴旋转，该枢轴延伸过第一与第二支持构件。在其它实施例中，面板可通过另一可供选择的枢轴连接方案连接到机架，例如通过公共枢轴构件或轴。

在一实施例中，在图1中，第二支持构件125相对于机身构件的第二关节124而言可旋转地固定，但能够相对于关节而言沿着枢轴轴向往复运动，例如通过提供在第二支持构件125与关节内的开口127之间的键槽(slot and key)连接。第二支持构件125可往复运动地、可旋转地放置在面板110的开口之内。

在一实施例中，压缩弹簧将弹性构件压缩到机身构件的一部分与面板的一部分之间，以便在面板在压缩弹簧或扭簧或两者的偏置之下开启时，提供机身构件与面板之间的摩擦阻力，下面更充分地讨论其示例。在一实施例中，弹性构件的摩擦阻力(又称阻尼效应)大致正比于面板的角度旋转而变化。

在图1中，弹性构件140，例如O环，放置在机身构件120的边缘126与面板110的边缘部分114之间。弹性构件可以是橡胶或合成材料。弹簧130压缩地放置在边缘126与面板的边缘116之间。压缩弹簧轴向地将边缘126推动(urge)向面板边缘114(弹性构件140即压缩在两者之间)，从而提供摩擦接合，该摩擦接合阻尼面板相对于机身构件的旋转运动。在示例性的实施例中，边缘126与第二支持构件125集成，但在其它实施例中，边缘126可以是分立的构件，或者其可以连接到面板或压缩弹簧130或两者。

在一实施例中，压缩弹簧偏置的凸轮及从动件组合件驱使面板110相对于机身构件120而言绕枢轴转动。在图1中，比如说，边缘126包括凸轮表面127。凸轮从动件134放置在压缩弹簧130与边缘126之间。凸轮从动件134相对于面板而言可旋转地固定，但能够沿着弹簧轴往复运动。边缘126相对于机身构件而言可旋转地固定。在操作中，压缩弹簧130将从动件134推动得与边缘126的凸轮表面接合，从而在从动件在压缩弹簧的偏置下从动于凸轮表面时，相对于机身构件而言旋转面板。

在组合使用弹性构件140与压缩弹簧130的实施例中，弹性构件通过提供以某种方式关联于弹簧力的摩擦阻力，减小了压缩弹簧施加到面板的扭矩。特别地，当面板是闭合的并初次开启时，压缩弹簧向弹性构件施加最大的压缩力，该弹性构件提供最大的阻尼。当弹簧力减小时，在面板开启时，弹性构件的压缩以及阻尼相应地减小。这样，与压缩弹簧的力成正比地阻尼面板开启扭矩。

图3是压缩弹簧偏置凸轮及从动件组件在受到弹性构件阻尼时施加到面板的扭矩相对于转动角度的图示。上面的直线图310阐释仅压缩弹簧偏置凸轮及从动件组件施加的扭矩。下面的曲线图320阐释弹性构件在扭矩上的阻尼效应。当面板闭合时，弹簧力与阻尼效应最大。当面板开启且弹簧力减小时，阻尼相应地减小。在示例性的实施例中，相对于仅压缩弹簧偏置凸轮及从动件的扭矩而言，被阻尼的扭矩相对恒定，或者至少在相对狭窄的扭矩范围之内，从而提供相对恒定的面板旋转速率，这在某些应用中是需要的。

在一实施例中，压缩弹簧偏置凸轮及从动件组件的凸轮具有这样的凸轮表面，其提供相对恒定的面板旋转扭矩。优选地，凸轮表面具有这样的斜率，其增加与压缩弹簧的弹簧力的减小成正比，从而提供相对恒定的面板开启扭矩。

图4阐释凸轮410及从动件420组件。凸轮具有这样的凸轮表面，其具有增加的斜率，如多条切线部分412、414与416所指示的那样。当压缩弹簧力相对强时，从动件420从动于相对浅地倾斜的凸轮表面部分，导致从动件较小的旋转。当弹簧力减弱时，从动件从动于凸轮表面的越来越陡峭的部分，从而以减小的弹簧力增加从动件的旋转。与较陡的凸轮表面部分相比，凸轮表面的较浅的部分给予面板较小的旋转，从而补偿了减弱的弹簧力。斜度变化的凸轮表面可联合弹性组件一起使用，以阻尼压缩弹簧的效应。

在图1中，能量存储扭簧150连接到面板110与机身构件120，由此扭簧使面板环绕枢轴旋转。在示例性的实施例中，扭簧的一端152连接到面板的一部分117，而扭簧的另一端154由第二支持构件125连接到机身构件120。在示例性的实施例中，作为释放构件的按钮160将扭簧150与支持构件125互连。示例性的按钮160可相对于支持构件125轴向地移动，但不相对于支持构件125或机身构件120转动，如下面进一步讨论的那样。在其它实施例中，支持构件125可包括整体部分，其伸展到扭簧以与其接合，而没有示例性的按钮。

在一些实施例中，扭簧可以是使面板相对于机架转动的唯一方式。在其它实施例中，扭簧与压缩弹簧一起使用，其中压缩弹簧用于将弹性构件压缩到面板与机身构件的部分之间，而不用于将扭矩给予面板。在其它实施例中，扭簧与压缩弹簧将扭矩给予面板，该扭矩受到或者未受到弹性构件的阻尼。

在一实施例中，压缩弹簧偏置凸轮及从动件组件初始地产生反扭矩，其减小(即阻尼)扭簧产生的初始的开启扭矩。当来自扭簧的面板开启扭矩减小到某扭矩水平以下时，压缩弹簧偏置凸轮从动件组件产生协助扭矩，其增加扭簧产生的开启扭矩。

图5是扭簧和压缩弹簧偏置凸轮及从动件组件施加到面板的开启扭矩相对于面板转动角度的图示。上面的直线图510阐释仅扭簧施加的扭矩。下面的图520阐释仅压缩弹簧偏置凸轮及从动件组件施加到面板的扭矩。由中间的图530表示的想要的扭矩是扭簧扭矩和凸轮及从动件组件扭矩之和。一般地，当面板闭合时，由线段532指示的负的预加负荷扭矩施加到面板，该扭矩倾向于相对于机架而言闭合面板。

在图5中，通过将面板旋转角度ΔΦ1来克服负的预加负荷扭矩，此时将由线段534指示的递增地正的扭矩施加到面板，从而将面板旋转打开。可通过针对凸轮及从动件的负的偏置，手动地旋转面板，来克服负的预加负荷扭矩。可通过即刻地使从动件脱离凸轮，例如通过按下按钮，来克服负的预加负荷扭矩，此时扭簧将面板旋转角度ΔΦ1。

图6阐释示例性的凸轮610，其具有这样的凸轮表面，该表面用于提供图5中的压缩弹簧偏置凸轮及从动件组件反扭矩图530。在图6中，当面板闭合时，从动件610位于点622。从动件沿着凸轮表面620的运动对应于图5中面板旋转角度ΔΦ1+ΔΦ2，并产生图5中的线段522的凸轮及从动件扭矩特性。

在图6中，从动件沿着凸轮表面630的运动对应于图5中面板旋转角度ΔΦ1+ΔΦ2+ΔΦ3，并产生图5中的线段524的凸轮及从动件扭矩特性。在图6中，从动件沿着凸轮表面640的运动对应于图5中面板旋转角度ΔΦ1+ΔΦ2+ΔΦ3+ΔΦ4，并产生图5中的线段526的凸轮及从动件扭矩特性。在图6中，从动件沿着凸轮表面650的运动对应于图5中面板旋转角度ΔΦ1+ΔΦ2+ΔΦ3+ΔΦ4，并产生图5中的线段526的凸轮及从动件扭矩特性。当面板打开时，在面板上存在预加负荷，其倾向于保持面板打开。

在一实施例中，扭簧可调节地偏置，以增大或减小施加到可旋转面板的扭矩。在图1中，弹簧偏置构件170将扭簧的第一端152与面板部分117互连。弹簧偏置构件170由销栓119可旋转地连接到面板。弹簧偏置构件的旋转轴基本上平行于并偏离扭簧150的轴。弹簧偏置构件具有外面的部分172，其可以有凸边，以改善握力，该部分通过面板的开口外露。弹簧偏置构件的旋转以这样或那样的方式卷紧或松开扭簧。弹簧偏置构件的旋转轴119相对于扭簧150的轴的不重合，防止扭簧松开。在其它实施例中，扭簧的偏置不可调。

在另一实施例中，压缩弹簧可调节地偏置，以增大或减小施加到可旋转面板的扭矩。弹簧偏置构件可以可调节地放置在压缩弹簧的一端132与面板部分116之间。在一实施例中，弹簧偏置构件包括带螺纹的螺帽，其可调节地沿着与弹簧轴平行的螺纹轴安置。螺帽沿着螺纹轴的移动压缩或者松开压缩弹簧130。在其它实施例中，压缩弹簧的偏置不可调。

在图1中，将扭簧150与支持构件125互连的作为释放构件的按钮160可在扭簧压缩时针对扭簧的偏置轴向地移动。按钮160穿过支持构件125与外缘126上的开口，并穿过压缩弹簧130放置。这样，在按下按钮并压缩扭簧150时，按钮可自由地穿过支持构件125及其外缘126轴向地移动。通过将按钮可旋转地固定于支持构件125之内，例如通过提供偏心界面形状或者键/槽(slot/key)关系，按钮相对于机身构件可旋转地固定。与此同时，在压缩弹簧130的偏置下，第二支持构件125与外缘126可自由地相对于面板110和机身构件轴向地移动。

在示例性的实施例中，按钮160包括接合构件，例如销栓162，其接合形成于通过从动件134的开口中的相应的环状或部分环状的槽135。这样，按钮160可相对于从动件134自由地旋转，但在按下按钮时，能够将从动件从凸轮轴向地移开。将从动件相对于面板拴上或以其它方式可旋转地固定，使得两者一致地转动。在一实施例中，按下按钮160将从动件134从凸轮移开，从而允许扭簧旋转面板，如上面所讨论的那样。

在一些实施例中，面板与机身构件可通过插销机制相对于扭簧或压缩弹簧或两者的正开偏置(positive opening bias)而固定，该机制在释放时允许面板旋转打开。

在图7的过程流程图中，在框710，在包括插销机制的实施例中，面板从机身构件释放，例如通过按下示例性的按钮。在释放面板时或在其之后，在框720，面板转动或旋转，例如从闭合位置到开启位置。在一实施例中，面板通过向其施加扭矩而旋转。扭矩可以，比如说，通过扭簧或压缩弹簧偏置的凸轮与从动件组件或者扭簧与压缩弹簧偏置的凸轮与从动件组件来施加。然而，旋转步骤不限于这里公开的特定的示例性的枢轴旋转实施例。

在图7中，在框730，调节面板的旋转速率，例如以便提供相对恒定的旋转速度。在一实施例中，通过随着面板的角度旋转的增加可变地阻尼施加到面板的扭矩来调节旋转速率。在一更具体的实施例中，通过递减地压缩摩擦生成弹性构件(该构件压缩在面板与机身构件的部分之间)，随着面板的角度旋转的增加而递减地阻尼扭矩。作为可供选择的另一种替代方案，可使用其它阻尼方案。

在另一实施例中，通过至少在角度旋转的一部分期间，例如在面板的初始开启阶段期间(此时弹簧力最强)，随着面板的角度旋转的增加而递减地减小施加到面板的扭矩，来调节面板的旋转速率。也可通过至少在角度旋转的另一部分期间，例如在旋转接近结束时(此时弹簧力开始减弱)，随着面板的角度旋转的增加而递增地增加施加到面板的扭矩，来调节面板的旋转速率。

在一更具体的实施例中，通过以扭簧向面板施加扭矩来旋转面板。通过在扭簧扭矩高于指定水平时，以弹簧偏置的凸轮与从动件向面板施加减小的反扭矩，来递减地减小施加到面板的扭矩。也可单独地或接合凸轮与从动件一起使用摩擦生成弹性构件，以在弹簧力高于指定水平时阻尼扭矩。通过在扭簧扭矩低于指定水平时，以弹簧偏置的凸轮与从动件向面板施加增加的协助扭矩，来递增地增加施加到面板的扭矩。也可以组合使用这些以及其它示例性的旋转速度调节特性。

尽管已经以建立发明人对其的所有权并允许本领域普通技术人员制造和使用本发明的方式描述了本发明以及目前被认为是其最佳的模式，应该理解和意识到，这里公开的示例性的实施例存在许多等价物，并且可对其进行无数种修改与变动，而不偏离本发明的范围与实质，该范围与实质由所附权利要求书而非示例性的实施例来限制。

Claims (4)

1.一种无线通信设备，其包括：

机身构件；

面板，其绕枢轴旋转地连接到所述机身构件；

弹性构件，其放置于所述机身构件的边缘与所述面板的边缘之间；

弹簧，其压缩地放置在所述机身构件与所述面板之间，

所述弹簧将所述机身构件的边缘与所述面板的边缘推向彼此，所述弹性构件即放置于两边缘之间；

凸轮，其连接到所述机身构件或所述面板之一；

从动件，其连接到所述机身构件或所述面板中没有连接所述凸轮的一个，所述弹簧将所述凸轮与所述从动件偏置为相互接合，

由此，当所述面板从闭合位置向打开位置移动时，所述弹性构件渐减地压缩于所述机身构件的边缘与所述面板的边缘之间。

2.如权利要求1所述的设备，具有扭簧，所述扭簧的一部分连接到所述机身构件，所述扭簧的另一部分连接到所述面板，所述扭簧的轴与所述压缩弹簧的轴基本成一直线。

3.如权利要求2所述的设备，弹簧偏置构件可旋转地连接到所述机身构件，所述弹簧偏置构件将所述扭簧与所述机身构件互连，所述弹簧偏置构件的旋转轴与所述扭簧的轴基本平行，所述弹簧偏置构件的旋转轴不与所述扭簧的轴成一直线。

4.如权利要求2所述的设备，

按钮，其穿过压缩弹簧轴向地放置，

所述按钮的一端连接到所述扭簧，可通过压缩所述扭簧轴向地移动所述按钮，所述按钮旋转地固定于所述凸轮或所述从动件中连接到所述机身构件的一个，

所述按钮上的接合构件，所述接合构件用于在向所述扭簧按下所述按钮时，将所述凸轮或所述从动件中所述按钮没有旋转地固定于其上的一个从所述凸轮或所述从动件中所述按钮旋转地固定于其上的一个移开。

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