KR102383587B1

KR102383587B1 - 태블릿 컴퓨터용 마찰 힌지

Info

Publication number: KR102383587B1
Application number: KR1020167034641A
Authority: KR
Inventors: 조 골트; 스캇 바우어스; 브라이언 비츠; 아심 싱글라
Original assignee: 마이크로소프트 테크놀로지 라이센싱, 엘엘씨
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2015-05-16
Publication date: 2022-04-05
Also published as: HK1232316A1; AU2015264457B2; ZA201606708B; AU2015264457A1; CA2947039C; SG11201609533SA; CN106462189A; RU2016145230A; EP3146404B1; NZ725806A; US20150342067A1; PH12016502030A1; WO2015179257A1; RU2016145230A3; IL248813A0; CA2947039A1; IL248813B; BR112016026241A8; CL2016002936A1; KR20170008778A

Abstract

컴퓨팅 장치와 함께 받침대 또는 유사한 지지 장치 접속 메커니즘에 대한 기술이 일반적으로 설명된다. 힌지 회전 스펙트럼에 걸쳐 받침대와 장치 엔클로저 사이의 실질적으로 일정한 갭이 유지되어 힌지 및/또는 받침대가 장치 엔클로저와 동일 평면으로 되게 한다. 접속 메커니즘은 각종 사용 하중과 약 180도까지의 회전각을 지지할 뿐만 아니라 제1 위치까지 적은 힘으로 열 수 있게 한다.

Description

태블릿 컴퓨터용 마찰 힌지{FRICTION HINGE FOR TABLET COMPUTERS}

본 발명은 태블릿 컴퓨터용 마찰 힌지에 관한 것이다.

도 1은 받침대(kickstand)를 구비한 태블릿 컴퓨터의 2개의 다른 보기를 도시한다.
도 2는 받침대-태블릿 컴퓨터 접속의 확대 보기를 도시한다.
도 3a 내지 도 3e는 다른 회전각에서 마찰 결합 및 끼워넣는 링키지(telescoping linkage)를 포함한 예시적인 접속 메커니즘을 도시한다.
도 4는 예시적인 밴드/샤프트 결합을 도시한다.
도 5a 내지 도 5d는 다른 구현예에서 사용할 수 있는 금속 사출 성형(MIM) 밴드/샤프트 결합의 각종 예를 도시한다.
도 6은 끼워넣는 링키지의 예시적인 토크-회전각 곡선을 도시한다.
도 7은 밴드/샤프트 결합의 예시적인 토크-회전각 곡선을 도시한다.
도 8은 2-단계 캠 곡선의 예시적인 토크 프로파일을 도시한다.

컴퓨팅 및 네트워킹 기술의 확산으로, 작고 휴대용인 웨어러블 컴퓨팅 장치가 매일의 개인적 및 전문적 사용의 주축(mainstay)이 되고 있다. 태블릿 컴퓨터, 스마트폰 및 패블릿은 세로(portrait) 또는 가로(landscape) 지향으로 붙잡을 수 있는 장치, 또는 장치를 붙잡지 않고 책상 위 또는 다른 평평한 표면 위에 배치되어 세로 또는 가로 지향으로 볼 수 있는 장치들의 예이다. 예를 들면, 워싱턴주 레드몬드에 소재하는 마이크로소프트 코포레이션으로부터 입수 가능한 서피스(SURFACE®) 장치는 접속 가능한 키보드와 통합형 받침대를 구비한 랩톱 컴퓨터와 유사하게 사용될 수 있는 태블릿 컴퓨터이다. 사용자들은 받침대를 이용하여 책상 위에서 소정의 각도로 장치를 설정하고 접속된 키보드로 타이핑할 수 있다. 유사한 장치들은 태블릿이 손 안에서 사용되지 않을 때 사용자에게 다른 시각을 제공하기 위해 받침대를 사용한다.

받침대 및 유사한 지지 메커니즘은 제한된 수의 불연속 화면각을 제공할 수 있다. 불연속 화면각의 제공은 사용자 경험을 제한할 수 있다. 또한, 받침대 및 유사한 지지 장치는 이들이 지지하는 태블릿에 힌지를 통해 결합될 수 있다.

예시적인 받침대 구현예에 따르면, 힌지 회전 스펙트럼에 걸쳐 장치 엔클로저(enclosure)와 받침대 사이의 실질적으로 일정한 갭이 유지되어 힌지 및/또는 받침대가 장치 엔클로저와 동일 평면으로 되게 할 수 있다. 접속 메커니즘은 각종 사용 하중(usage load) 및 약 180도까지의 회전각을 지지할 수 있다. 다른 예시적인 구현예에 따르면, 접속 메커니즘은 우연한 과부하를 고려하더라도 작은 힘으로 제1 위치까지 열 수 있게 하고, 태블릿 컴퓨팅 장치의 설계 수명주기 전체에 걸쳐 지지 행동을 유지할 수 있다.

상기 및 다른 특징 및 장점들은 관련 도면을 참조하면서 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 명백하게 될 것이다. 이하의 설명에서는 본 명세서의 일부를 구성하고 특정의 구현예 또는 실시예를 예시 목적으로 도시한 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고 이러한 양태들을 결합할 수 있고, 다른 양태들을 활용할 수 있으며, 구조적 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로 이하의 설명은 제한하는 개념으로 생각하여서는 안되고 청구 대상의 한정된 양태로 해석하여서는 안된다.

일부 구현예를 태블릿 또는 유사한 폼팩터의 컴퓨팅 장치의 일반적인 관계로 설명하지만, 각종 양태가 받침대 또는 유사한 지지 장치에 의해 지지되는 다른 장치 및 시스템과 함께 또한 구현될 수 있다. 예를 들면, 디지털 화상 프레임, 텔레비전, 및 디스플레이를 포함한 기타의 장치들이 여기에서 설명하는 받침대를 이용할 수 있다.

도 1은 받침대를 구비한 태블릿 컴퓨터의 2개의 다른 보기(view)를 나타낸 것이다.

도면(100)의 보기(102)는 받침대를 구비한 태블릿 폼팩터 컴퓨터를 보인 것이다. 컴퓨터의 보디(104)는 측면 솔기(seam)를 따라 보디(104)에 받침대(106)가 결합된 실질적으로 직사각형이다. 심미적으로 만족스러운 통합을 제공하기 위해, 받침대(106)와 보디(104)의 결합은 힌지가 보디(104)의 배면으로부터 돌출하는 동일 평면 접속(level connection)일 수 있다.

도면(100)의 보기(110)는 키보드(118)와 함께 유사한 태블릿 컴퓨터의 측면도이다. 키보드(118)는 컴퓨터의 보디(114)에 그 하부 가장자리를 따라 영구적으로 또는 일시적으로 접속될 수 있다. 받침대(116)는 각종 시각을 제공하도록 태블릿 컴퓨터의 설정이 가능하게끔 미리 정해진 각도로 회전할 수 있다.

화면 각을 설정하는 능력은 사용자 경험에 실질적인 영향을 줄 수 있다. 일부 구현예에 따른 시스템에서, 이용 가능한 불연속 위치 수의 증가 또는 소정의 회전 범위 내에서 연속적인 조정 가능성의 제공은 더 많은 위치에서 더 많은 사용자에게 이용 가능한 최적의 화면 각을 만듦으로써 사용자 경험을 향상시킬 수 있다. 다른 구현예에서, 마찰 힌지(friction hinge)는 받침대(116)와 보디(114) 사이의 최소의 갭을 유지하면서 받침대(116)의 180도 회전을 제공하는 능력이 있는 접속을 제공할 수 있다. 밴드 마찰 기술을 이용함으로써, 마찰 힌지는 사용 하중 및 남용 하중(abuse load)을 지지하고 컴퓨터의 수명주기에 걸쳐 이러한 하중을 유지하는 충분한 토크를 달성할 수 있다.

도 2는 받침대-태블릿 컴퓨터 접속의 확대 보기를 나타낸 도이다.

도면(200)에 도시된 예시적인 구현예에 따르면, 받침대-보디 결합의 피봇점(206)은 받침대(204)와 보디(202) 사이의 실질적으로 일정한 y-갭을 유지하면서 180도 회전을 가능하게 한다. 마찰 힌지는 최소 갭을 유지하면서 180도 회전을 제공할 수 있다. 밴드 마찰 기술을 이용함으로써, 마찰 힌지는 사용 하중 및 남용 하중을 지지하고 제품의 수명에 걸쳐 이러한 하중을 유지하는 충분한 토크를 달성할 수 있다. 또한, 180도까지 가는 능력은 추가적인 메커니즘 또는 복잡성을 요구하지 않고 과부하 취급을 제공할 수 있다(즉, 받침대는 보디에 예상치않은 압력이 인가된 때 하나의 극단 위치까지 단순히 회전할 수 있다).

도 3a 내지 도 3e는 다른 회전각에서 마찰 결합 및 끼워넣는 링키지를 포함한 예시적인 접속 메커니즘을 보인 것이다.

도 3a 내지 도 3e에서, 끼워넣는 링크는 샤프트에 결합된 것으로 도시되어 있다. 이것은 하나의 예이고 구현예로의 제한을 의미하지 않는다. 끼워넣는 링크는 또한 마찰 밴드, 마찰 디스크 또는 마찰 클립일 수 있는 마찰 코어에 결합될 수 있다. 밴드 마찰 및 클립 마찰은 이들이 둘 다 샤프트 주위에서 원주 방향으로 감싸는 마찰을 제공한다는 점에서 유사하다. 디스크 마찰은 샤프트 주위의 원에서 축 방향으로 마찰을 제공한다. 따라서, 디스크 마찰은 약간 작은 토크 밀도를 가질 수 있지만, 토크 곡선에 추가의 프로그램 가능성을 추가할 수 있다. 디스크 마찰의 경우에, 마찰은 샤프트 주위에서 있을 수 있지만, 힘은 축방향으로 인가된다. 또한, 마찰 코어는 단수일 수 있고, 또는 (빈번하게) 밴드, 클립 및 디스크는 한 번에 복수 개 사용할 수 있다.

도 3a의 도면(310)은 일부 구현예에서 사용할 수 있는 밴드/샤프트 결합의 컴포넌트들을 도시한다. 회전 마찰 토크는 샤프트(311) 및 샤프트(311)를 실질적으로 둘러싸는 밴드(312)에 의해 제공된다. 샤프트(311)에 부착되고 앵커 링크(318)에 의해 부분적으로 봉입되는 끼워넣는 링크(316)는 이차 축에서 마찰 결합할 수 있다. 밴드(312)는 받침대 링크(314)에 고정(fasten)될 수 있다.

모든 힌지 각에서 받침대와 보디 간의 실질적으로 일정한 갭의 유지, 사용 하중의 지지, 최대 회전(180도)의 지원, 제1 위치까지 개방하는 작은 힘, 및/또는 우연한 과부하의 지지는 모든 받침대 각에서 받침대에 대한 순수 모멘트(pure moment)를 유도하기 위해 이차 축에서 마찰 결합을 사용함으로써 달성될 수 있다. 마찰을 구속하기 위해, 끼워넣는 링키지는 상기 모멘트에 대항하여 반응하고 마찰 요소를 기계 접지(mechanical ground)에 결합할 수 있다.

도 3b의 도면(320)은 다른 회전 각에서 도면(310)의 마찰 결합 힌지 구성을 도시한다. 밴드/샤프트 조합은 금속 사출 성형(metal injection molding, "MIM") 기술을 이용하여 형성될 수 있다. MIM 기술은 소형 피처(feature) 생성을 가능하게 하고, 이로써 밴드 또는 클립 마찰 접근법에서는 가능하지 않은 상이한 캠 프로파일(cam profile)(예를 들면, 중량 정합)을 가능하게 한다. 또한, MIM 기술에 의해, 고강도 강이 성형될 수 있고, 이로써 더 높은 토크 밀도(또는 더 작은 부품)이 가능해지고 제조 공정에 의한 구속이 더 적어질 수 있다(밴드 마찰과 클립 마찰은 시트 금속 및 다른 처리 제한을 받기 때문에). MIM 재료는 재료가 부품 전체의 최대 변형 에너지에 최적화되어 최대 토크 밀도를 달성하도록 밴드 형상의 관리를 또한 가능하게 한다.

MIM 부품에서는 강도를 연성과 조화시키는 것이 어려울 수 있다. 즉, 부품이 양호한 분열 저항성을 갖도록 충분한 연성을 가질 때, 재료는 너무 연하여 급속히 마모될 수 있다. 부품이 내마모성을 갖도록 충분히 강성일 때, 부품은 쉽게 분열될 수 있다. 내마모성은 매우 단단하고(예를 들면, HRC50+) 부품의 마모를 관리하는 밴드에 마찰판(wear plate)(도 3e와 관련하여 뒤에서 설명함)을 통합함으로써 일부 구현예에 따라 연성으로부터 분리될 수 있다. 밴드는 분열을 저지하기에 충분한 연성을 갖기 위해 예를 들면 HRC35까지 감소될 수 있다.

도 3c의 도면(330)은 일부 구현예에 따른, 끼워넣는 링키지-밴드/샤프트 결합 조합을 이용하여 도입될 수 있는 추가적인 능력을 보인 것이다. 예를 들면, 끼워넣는 링크(336) 단부 부근의 노치(331)는 작은 자유 이동 공간을 제공할 수 있다. 받침대의 회전 시작 위치(예를 들면, 5-10도)에서, 사용자는 그의 손가락을 받침대와 보디 사이에 쉽게 삽입할 수 있도록 상기 끼워넣는 링크가 앵커 링크(338)에 밀어넣어질 때 상기 노치 때문에 토크를 경험하지 않을 수 있다.

도 3d의 도면(340)은 도면(310)의 마찰 결합 힌지 구성의 또 다른 회전 각 보기이다. 추가의 구현예에서, 적당한 재료 및 치수를 선택하거나 추가적인 재료를 이용함으로써(예를 들면, 앵커 링크의 내측을 마찰력이 더 높은 재료로 라이닝함으로써) 추가의 마찰이 끼워넣는 링키지에 도입될 수 있다. 시스템의 총 마찰력은 그 컴포넌트들의 마찰력의 합이다. 따라서, 밴드/샤프트 결합에서 필요로 하는 마찰력은 끼워넣는 링키지에 추가의 마찰력을 도입함으로써 감소될 수 있다. 다른 구현예에서, 시스템의 다른 컴포넌트에서의 마찰력은 밴드/샤프트 결합의 마찰력이 지배적인 마찰원이 되도록 감소될 수 있고, 힌지의 수명시간에 걸쳐서의 일관성이 달성될 수 있다.

도 3e의 도면(360)은 밴드(364)와 샤프트(362)를 포함한 밴드/샤프트 구조에 마찰판(366)이 통합된 것을 보인 것이다. 전술한 바와 같이, 내마모성은 부품의 마모를 관리하는 밴드에 마찰판(366)을 통합함으로써 일부 구현예에 따라 연성으로부터 분리될 수 있다. 마찰판은 샤프트(362)에 끼움으로써 제위치에 유지될 수 있다. 꼭끼워맞춤 결합(close-fit coupling), 주먹장 맞춤(dovetail joint), 또는 유사한 결합 메커니즘을 이용하여 마찰판(366)을 제위치에 유지할 수 있다. 마찰판(366)은 또한 억지 끼워맞춤(interference fit), 아교, 용접 등에 의해 제위치에 유지될 수 있다.

도 4는 예시적인 밴드/샤프트 결합을 보인 것이다.

도면(400)은 직경이 d인 샤프트(404) 및 샤프트(404)를 실질적으로 둘러싸는 밴드(402)를 구비한 기본적인 원형 밴드/샤프트 결합을 보인 것이다. 시트 금속 기반 시스템에서, 토크 밀도는 샤프트(404)의 주어진 직경에 대하여 재료 두께의 2배로 제한된다. 따라서, 얇은 태블릿 컴퓨터는 원형의 시트 금속 기반 밴드/샤프트 결합을 이용하여 소정의 토크 밀도를 갖도록 설계될 수 없다. 일부 구현예에 따른 시스템은 끼워넣는 링키지 및 비원형 샤프트 프로파일을 이용하여 바람직한 토크 밀도 및 전술한 다른 설계 양태를 제공할 수 있다.

도 5a 내지 도 5d는 다른 구현예에서 사용할 수 있는 금속 사출 성형 밴드/샤프트 결합의 각종 예를 보인 도이다.

도 5a의 예시적인 밴드/샤프트 결합은 밴드(502)의 암이 샤프트를 회전시키면서 다르게 떠밀려질 때 증가하는 토크 프로파일을 제공하는 원형 샤프트와 대조적으로 실질적으로 타원형인 샤프트(405)를 포함한다. 밴드(502)의 암들 사이의 갭(506)은 토크 곡선의 딥(dip)의 위치를 선택함으로써 다른 위치(예를 들면, 위치 508 또는 510)에 또한 배치될 수 있고, 이것에 의해 사용자가 힘을 거의 들이지 않고 받침대를 움직일 수 있는 회전 각을 결정할 수 있다. 이 예시적인 힌지는 개구를 갖지 않은 밴드를 가질 수 있다는 점에 주목하여야 한다. 힌지는 연속적인 테(hoop)를 가질 수 있고, 타원형 샤프트와 원형 밴드 사이의 공간에 의해 추종성(compliance)이 생성될 수 있다. 형상은 샤프트가 마찰 계면에서 밴드 형상과 정합하는 원형 아크를 갖도록 설계되고, 샤프트와 접촉하지 않는 샤프트 프로파일의 측면은 상기 추종성 및 접촉면을 최적화하게끔 설계될 수 있다.

도 5b의 샤프트(514)는 본질적으로 2개의 동심원(직경이 d1 및 d2임)의 조합인 프로파일을 갖는다. 동심원은 반경이 특수한 각도 영역에서 토크를 설정하도록 선택되는 캠 프로파일을 규정할 수 있다. 이것은 밴드에서 상보적(정합하지 않는) 기하학적 형상을 요구할 수 있다. 일부 구현예에서, 밴드의 평면부가 사용될 수 있고, 이것은 샤프트의 반경이 적절히 기능하게 할 수 있다. 다른 구현예에서, 밴드의 단면은 밴드의 변형 에너지를 최적화하게 하는 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들면, 이심원이 사용될 수 있다. 따라서, 밴드의 단면은 재료의 최대 변형 에너지 및 이것에 의해 최고 토크 밀도를 달성하도록 재료의 사용을 최적화하게끔 동조될 수 있다. 동심원의 일부 구현예에서, 2개의 원의 중심은 다를 수 있다. 중심이 다를 때, 밴드(512)의 변형 에너지는 더 효율적으로 사용될 수 있다.

또 다른 구현예에서, 캠 곡선은 받침대의 중량 프로파일(weight profile)과 정합하도록 만들어질 수 있다. 동조된 또는 프로그램된 토크 프로파일을 생성하기 위해 밴드(또는 클립 또는 디스크 적층)와 샤프트 둘 다에 대한 형상 또는 "프로파일"이 있을 수 있다. 일부 구현예에서, 중량 프로파일이 정합되는 경우, 그 프로파일은 극좌표에서 라인에 대한 방정식, 예를 들면 R = mq + b를 따를 수 있고, 여기에서 R은 주어진 q에서의 프로파일 반경이고, m은 반경의 변화율이며, b는 초기 반경이다. 다른 예시적인 구현예에서, 도 5c의 샤프트(524)는 조합 프로파일을 가질 수 있다. 제1 부분은 일정한 반경(d1)을 가진 원(실질적으로 샤프트의 좌반부)이고 제2 부분은 제2 반경(d2)을 가질 수 있다. 상기 부분은 그 반경이 선형으로 또는 비선형으로 증가함으로써 d1으로부터 d2로 변경되도록 설계될 수 있다. 대안예로서, 반경은 d1으로부터 d2로 급격하게 증가할 수 있다. d1으로부터 d2로의 선형 증가는 샤프트(524)의 증가하는 반경 부분에 기인하는 밴드(522)의 증가하는 변형 에너지가 밴드(522)를 멀리 밀기 때문에 초기에 일정한 토크 및 그 다음에 증가하는 토크 프로파일을 제공할 수 있다. 하강(drop) 컴포넌트(525)는 회전 종료 지점을 규정하기 위해 사용될 수 있다.

도 5d의 예시적인 샤프트(528)는 다각형 프로파일을 가져서 받침대가 멈춤(detent) 위치를 갖게 할 수 있다. 다각형(예를 들면, 6각형, 8각형 등)을 선택함으로써, 다수의 원하는 멈춤 위치가 설정될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 전술한 프로파일과 다른 프로파일의 조합을 사용할 수 있다. 예를 들면, 다각형 프로파일은 일정하게 증가하는 반경 프로파일과 결합되어 하나의 멈춤 위치로부터 다른 멈춤 위치로 증가하는 토크 프로파일을 야기할 수 있다.

또 다른 구현예에서, 밴드/샤프트 구조와 함께 브레이크 레버 구조를 이용하여 받침대를 열 때 높은 마찰 계수 및 높은 토크를 유발하고 받침대를 닫을 때 낮은 토크를 유발할 수 있다. 일부 구현예에서, 고무 브레이크 패드를 이용할 수 있고, 이때 2개의 가요성 또는 반가요성 패드 사이에 하나 이상의 힌지 컴포넌트가 삽입되고, 패드들은 마찰 계수가 원하는 값으로 설정되도록 조정 가능한 압력 메커니즘(예를 들면, 나사)을 통하여 서로에 대하여 압축될 수 있다.

도 1 내지 도 5는 특정 컴포넌트, 프로파일 및 구성으로 설명하였다. 구현예는 이러한 예시적인 구성에 따른 시스템으로 제한되지 않는다. 태블릿 컴퓨터 및 유사한 장치의 마찰 힌지는 여기에서 설명한 원리를 이용한 다른 유형의 결합을 이용한 구성으로 구현될 수 있다.

도 6은 끼워넣는 링키지의 예시적인 토크-회전각 곡선을 보인 것이다.

도면(600)은 토크가 최초의 수 회전 각도 동안 선형 증가(602)하고, 그 다음에 피크 토크 값(606)에 도달할 때까지 급격히 선형 증가(604)하며, 회전이 계속될 때 토크가 실질적으로 일정하게 유지되거나 약간 하강하는 것을 보여준다. 이 유형의 토크 곡선에서의 난제는 사용자가 처음에 최초의 수 회전 각도까지 받침대를 열 때 힘을 증가시켜야 한다는 것이다. 사용자가 최초에 받침대를 열기 시작한 때, 사용자는 받침대에서 고체 그립(solid grip)을 갖지 않을 수 있다. 융기부(ridge) 또는 핸들과 같은 특수하게 형성된 그립 컴포넌트는 받침대를 열기 시작한 때 사용자가 받침대를 단단히 잡게 함으로써 이 효과를 경감할 수 있다.

도 7은 밴드/샤프트 결합의 예시적인 토크-회전각 곡선을 보인 것이다.

도면(700)의 밴드/샤프트 결합의 토크 곡선은 확대도에 자세히 도시된 바와 같이 회전의 시작시에 실질적으로 토크가 없는 구역(702)을 포함한다. 따라서, 도면(700)에 도시된 것과 유사한 토크 곡선을 가진 받침대는 사용자가 상당한 힘을 주지 않고 받침대를 열 수 있게 한다. 예를 들면, 사용자는 받침대를 열기 위해 5Nmm 미만의 토크만을 제공할 필요가 있다. 낮은 토크 구역 다음에, 토크 곡선이 급격하게 증가하는 부분(704)은 초기에 작은 피크가 발생할 수 있더라도 나머지의 회전에서 실질적으로 일정한 토크(706)가 제공될 수 있게 한다.

도 8은 2-단계 캠 곡선의 예시적인 토크 프로파일을 보인 것이다.

도 5d와 관련하여 위에서 설명한 것처럼, 멈춤 위치 및/또는 다른 토크 프로파일을 생성하기 위해 각종 프로파일의 샤프트 또는 필적하는 구조를 이용할 수 있다. 도면(800)은 2-단계 토크 곡선을 도시한 것이고, 여기에서 끼워넣는 링키지와 함께 밴드/샤프트 결합은 받침대를 회전시킬 때 사용자가 3개의 다른 토크를 경험하게 한다. 최초의 수 회전 각도(열기 구역 802) 동안에는 전술한 노치와 같은 메커니즘에 의해 실질적으로 제로인 토크가 달성될 수 있다. 그 다음에 제1의 실질적으로 일정한 토크 구역(804)이 있고, 그 다음에 제2의 실질적으로 일정한 토크 구역(806)이 뒤따른다.

상기 제1의 실질적으로 일정한 토크 구역(804)은 사용자가 최대 45도까지 받침대를 쉽게 열 수 있게 한다. 받침대의 0-45도의 범위는 사용자가 직립 위치에서 태블릿 컴퓨터의 디스플레이를 보기 원할 때 받침대의 전형적인 위치를 커버할 수 있다. 전형적인 위치 다음에는 모든 방향으로 받침대의 우연한 열기(예를 들면, 180도까지 열기)를 방지하기 위해 더 큰 토크가 인가될 수 있다. 사용자는 스타일러스 또는 다른 입력 장치로 태블릿에 쓰기 위한 최적화된 둔각 표면을 제공하도록 예를 들면 140도까지 받침대를 열기 원할 수 있다. 140도를 지나서 받침대를 열기 위해 더 큰 토크를 필요하게 한 것은 사용자가 태블릿 표면에 쓰기할 때 태블릿에 누르는 힘을 인가할 경우 받침대가 더 열리는 것을 유리하게 방지할 수 있다. 제2 또는 제3 스테이지에서 증가된 토크 프로파일은 전형적인 사용 구역이 초과되었다는 것을 사용자에게 표시하기 위해 사용할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 더 큰 회전 각도를 위해 제공되는 토크는 사용자가 더 큰 회전 각도를 위하여 더 적은 힘을 인가하는 것을 기대할 수 있기 때문에 초기 구역(예를 들면, 최초 45도)에 대한 토크보다 적을 수 있다.

또 다른 구현예에서, 비대칭 토크 프로파일이 제공될 수 있고, 받침대를 열 때에 비하여 받침대를 닫을 때 더 적은 토크가 제공될 수 있다. 따라서, 사용자는 받침대를 열 때보다 더 적은 힘으로 받침대를 닫을 수 있다.

일부 예시적인 구현예에 따르면, 마찰 힌지는 마찰 샤프트 및 이 마찰 샤프트를 실질적으로 둘러싸도록 구성된 마찰 밴드를 구비한 밴드/샤프트 구조와; 상기 마찰 샤프트에 부착된 끼워넣는 링크 및 상기 끼워넣는 링크를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 앵커 링크를 구비한 끼워넣는 링키지 구조를 포함한 것으로 설명하였다.

마찰 밴드는 제1 컴포넌트에 부착되도록 구성되고 앵커 링크는 제2 컴포넌트에 부착되도록 구성되며, 마찰 힌지는 회전 중에 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트 사이의 실질적으로 일정한 갭을 유지하면서 상기 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트 사이의 회전 결합을 가능하게 한다. 마찰 힌지는 또한 제1 컴포넌트와 제2 컴포넌트의 회전의 초기 부분 중에 실질적으로 제로 토크가 제공되도록 끼워넣는 링크의 단부 부근에 형성된 하나 이상의 노치를 포함할 수 있다. 끼워넣는 링크 및 앵커 링크는 마찰 힌지에 추가의 마찰력을 제공하도록 선택될 수 있다.

추가의 마찰력은 끼워넣는 링크 및 앵커 링크의 치수 선택, 끼워넣는 링크 및 앵커 링크의 재료 선택, 끼워넣는 링크와 앵커 링크 중 적어도 하나의 표면에 마찰 제어 가능 재료의 적용 중 하나 이상을 통하여 제공될 수 있다. 추가의 마찰력은 밴드/샤프트 구조에 의해 제공되는 마찰이 우세하도록 최소화되거나 또는 밴드/샤프트 구조에 의해 제공되는 마찰을 보충하도록 선택될 수 있다.

마찰 샤프트의 프로파일은 제1 컴포넌트의 중량 프로파일이 실질적으로 정합되도록 선택될 수 있다. 마찰 샤프트의 프로파일은 제1 및 제2 컴포넌트가 서로로부터 멀어지게 회전될 때 제공되는 토크에 비하여 제1 및 제2 컴포넌트가 서로를 향해 회전될 때 제공되는 더 낮은 토크로 비대칭 토크 프로파일이 제공되도록 선택될 수 있다. 밴드/샤프트 구조는 금속 사출 성형(MIM)을 이용하여 형성될 수 있다.

다른 예시적인 구현예에 따르면, 받침대와 컴퓨터 장치를 결합하기 위한 마찰 힌지는 마찰 샤프트 및 마찰 샤프트를 실질적으로 둘러싸도록 구성된 마찰 밴드를 구비한 밴드/샤프트 구조와; 마찰 샤프트에 부착된 끼워넣는 링크 및 끼워넣는 링크를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 앵커 링크를 구비한 끼워넣는 링키지 구조를 포함할 수 있고, 이때 상기 마찰 밴드는 받침대에 부착되도록 구성되고 앵커 링크는 컴퓨팅 장치의 보디에 부착되도록 구성되며, 마찰 힌지는 받침대의 회전 중에 받침대와 보디 사이의 실질적으로 일정한 갭을 유지하면서 받침대와 보디 사이의 회전 결합을 가능하게 한다.

마찰 샤프트는 실질적으로 타원 프로파일을 가질 수 있다. 마찰 밴드 내 갭의 위치는 마찰 힌지의 회전각-토크 곡선의 바람직한 딥에 기초하여 선택될 수 있다. 마찰 힌지는 받침대를 열고 닫을 때 증가된 마찰력 및 비대칭 토크를 제공하도록 구성된 브레이크 레버 구조를 또한 포함할 수 있다. 마찰 힌지는 받침대가 회전될 때 증가된 토크를 제공하기 위해 조정 가능한 압력 메커니즘을 통해 마찰 힌지의 하나 이상의 컴포넌트를 압축하도록 구성된 브레이크 패드 구조를 또한 포함할 수 있다. 마찰 샤프트의 형상 및 끼워넣는 링키지 구조의 치수는 받침대의 회전 스펙트럼에 걸쳐 다단계(multi-step) 토크 프로파일을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 구조는 샤프트에서 작은 반경 및 밴드에서 평평한 표면을 가질 수 있지만, 이것은 다른 밴드/샤프트 프로파일에 의해 달성될 수 있다. 작은 반경이 평평한 표면과 접촉하는 각도에서, 토크는 밴드가 덜 편향되기 때문에 더 낮을 수 있다. 큰 반경이 상기 평평한 표면을 등지는 각도에서, 토크는 밴드가 더 편향되기 때문에 더 높을 수 있다.

추가의 예시적인 구현예에 따르면, 태블릿 장치의 회전 가능한 지지 구조물은 복수의 각도로 태블릿 장치를 지지하도록 구성된 받침대와; 마찰 샤프트 및 마찰 샤프트를 실질적으로 둘러싸도록 구성된 마찰 밴드를 구비한 밴드/샤프트 구조와; 마찰 샤프트에 부착된 끼워넣는 링크 및 끼워넣는 링크를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 앵커 링크를 구비한 끼워넣는 링키지 구조를 포함할 수 있고, 이때 상기 마찰 밴드는 받침대에 부착되도록 구성되고 앵커 링크는 태블릿 장치의 보디에 부착되도록 구성되며, 마찰 힌지는 받침대의 회전 중에 받침대와 보디 사이의 실질적으로 일정한 갭을 유지하면서 받침대와 보디 사이의 회전 결합을 가능하게 한다.

마찰 샤프트는 다른 직경을 가진 2개의 실질적 동심원을 포함한 프로파일을 가질 수 있고, 상기 직경들 중 적어도 하나는 받침대가 회전할 때 제공되는 바람직한 토크에 기초하여 선택된다. 마찰 샤프트는 받침대의 다수의 멈춤 위치에 기초하여 선택된 다각형의 다수의 측면을 가진 다각형 프로파일을 가질 수 있다. 마찰 샤프트는 또한 받침대의 회전 스펙트럼에 걸쳐 일정한 토크 부분과 증가하는 토크 부분을 포함한 토크 프로파일을 제공하도록 실질적으로 일정한 직경의 제1원과 증가하는 직경의 제2원의 조합을 가진 프로파일을 가질 수 있다. 마찰 샤프트는 또한 멈춤 위치가 있는 받침대의 회전 스펙트럼에 걸쳐 일정한 토크 부분과 증가하는 토크 부분을 포함한 토크 프로파일을 제공하도록 실질적으로 일정한 직경의 제1 다각형과 증가하는 직경의 제2 다각형의 조합을 포함한 프로파일을 가질 수 있다.

상기 명세서, 실시예 및 데이터는 실시형태 구성의 제조 및 이용에 관한 완전한 설명을 제공한다. 비록 본 발명을 구조적 특징 및/또는 방법적 동작에 특유한 언어로 설명하였지만, 첨부된 특허 청구범위에서 규정되는 본 발명은 위에서 설명한 특유의 특징 또는 동작들로 반드시 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 위에서 설명한 특유의 특징 및 동작들은 특허 청구범위 및 실시형태를 구현하는 예시적인 형태로서 개시된다.

Claims

마찰 힌지(friction hinge)에 있어서,
마찰 샤프트(friction shaft);
상기 마찰 샤프트를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 마찰 코어로서,
상기 마찰 코어는 마찰 밴드, 마찰 클립, 및 마찰 디스크 중 하나를 포함하고,
상기 마찰 밴드 및 상기 마찰 클립은 상기 마찰 샤프트 둘레에 원주 방향으로(circumferentially) 압력을 가하고,
상기 마찰 디스크는 상기 마찰 샤프트 둘레에 축 방향으로(axially) 마찰을 가하며,
상기 마찰 밴드, 상기 마찰 클립, 및 상기 마찰 디스크 중 하나는 제1 컴포넌트에 부착되도록 구성되는 것인, 상기 마찰 코어;
상기 마찰 코어 및 상기 마찰 샤프트 중 하나에 부착된 끼워넣는 링크(telescoping link); 및
상기 끼워넣는 링크를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 앵커 링크(anchor link)로서,
상기 앵커 링크는 제2 컴포넌트에 부착되도록 구성되고, 상기 마찰 힌지는 회전 동안 상기 제1 컴포넌트와 상기 제2 컴포넌트 사이의 갭을 유지하면서 상기 제1 컴포넌트와 상기 제2 컴포넌트 사이의 회전 결합(rotational coupling)을 가능하게 하도록 구성되는 것인, 상기 앵커 링크
를 포함하는, 마찰 힌지.
제1항에 있어서, 상기 제1 컴포넌트 및 상기 제2 컴포넌트의 회전의 초기 부분 동안 5 Nmm보다 작은 토크가 제공되도록, 상기 끼워넣는 링크의 단부 부근에 형성된 하나 이상의 노치(notch)를 더 포함하는, 마찰 힌지.
제1항에 있어서, 상기 끼워넣는 링크 및 상기 앵커 링크는 상기 마찰 힌지에 추가 마찰을 제공하도록 선택되는 것인, 마찰 힌지.
제3항에 있어서, 상기 추가 마찰은, 상기 끼워넣는 링크 및 상기 앵커 링크의 치수(dimension)들의 선택, 상기 끼워넣는 링크 및 상기 앵커 링크용 재료들의 선택, 및 상기 끼워넣는 링크 및 상기 앵커 링크 중 적어도 하나의 표면에의 마찰 제어 가능 재료(friction controllable material)의 적용 중 하나 이상을 통해 제공되는 것인, 마찰 힌지.
제1항에 있어서, 상기 마찰 코어의 형상은, 튜닝된 토크 프로파일(tuned torque profile) 및 프로그래밍된 토크 프로파일 중 하나가 생성되도록 선택되는 것인, 마찰 힌지.
제1항에 있어서, 상기 마찰 코어의 형상은, 상기 제1 컴포넌트 및 상기 제2 컴포넌트가 서로로부터 멀어지게 회전될 때 발생되는(presented) 토크에 비해 상기 제1 컴포넌트 및 상기 제2 컴포넌트가 서로를 향해 회전될 때 더 작은 토크가 발생되는, 비대칭 토크 프로파일이 제공되도록 선택되는 것인, 마찰 힌지.
제1항에 있어서, 상기 마찰 코어는 금속 사출 성형(metal injection molding; MIM)을 사용하여 형성되는 것인, 마찰 힌지.
받침대(kickstand)와 컴퓨팅 장치를 결합하기 위한 마찰 힌지에 있어서,
마찰 샤프트;
상기 마찰 샤프트를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 마찰 밴드로서,
상기 마찰 밴드는 상기 받침대에 부착되도록 구성되는 것인, 상기 마찰 밴드;
상기 마찰 샤프트 및 상기 마찰 밴드 중 하나에 부착된 끼워넣는 링크; 및
상기 끼워넣는 링크를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 앵커 링크로서,
상기 앵커 링크는 상기 컴퓨팅 장치의 보디에 부착되도록 구성되고, 상기 마찰 힌지는 상기 받침대의 회전 동안 상기 받침대와 상기 보디 사이의 갭을 유지하면서 상기 받침대와 상기 보디 사이의 회전 결합을 가능하게 하는 것인, 상기 앵커 링크
를 포함하는, 마찰 힌지.
제8항에 있어서, 상기 마찰 샤프트는 타원형 프로파일을 갖고 상기 마찰 밴드는 연속적인 원형 밴드여서, 상기 타원형의 마찰 샤프트와 상기 연속적인 원형 밴드 사이의 공간들에 의해 추종성(compliance)이 생성되는 것인, 마찰 힌지.
제8항에 있어서, 상기 마찰 밴드 내의 갭의 위치는 상기 마찰 힌지의 회전각-토크 곡선에서의 원하는 딥(dip)에 기초하여 선택되는 것인, 마찰 힌지.
제8항에 있어서, 상기 받침대가 열리고 닫힐 때 증가된 마찰 및 비대칭 토크를 제공하도록 구성된 브레이크 레버를 더 포함하는, 마찰 힌지.
제8항에 있어서, 상기 받침대가 회전될 때 조정 가능한 압력 메커니즘을 통해 상기 마찰 힌지의 하나 이상의 컴포넌트를 압박하여 증가된 토크를 제공하도록 구성된 브레이크 패드를 더 포함하는, 마찰 힌지.
제8항에 있어서, 상기 마찰 샤프트 및 상기 마찰 밴드의 형상은 상기 받침대의 회전 스펙트럼에 걸쳐 다단계 토크 프로파일(multi-step torque profile)을 제공하도록 선택되는 것인, 마찰 힌지.
회전 가능한 지지 구조물에 있어서,
받침대;
마찰 샤프트;
상기 마찰 샤프트를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 마찰 밴드 - 상기 마찰 밴드는 상기 받침대에 부착되도록 구성됨 - ;
상기 마찰 샤프트 및 상기 마찰 밴드 중 하나에 부착된 끼워넣는 링크; 및
상기 끼워넣는 링크를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 앵커 링크 - 상기 앵커 링크는 엔클로저(enclosure)에 부착되도록 구성되고, 상기 회전 가능한 지지 구조물은 상기 받침대의 회전 동안 상기 받침대와 상기 엔클로저 사이의 갭을 유지하면서 상기 받침대와 상기 엔클로저 사이의 회전 결합을 가능하게 함 -
를 포함하는, 회전 가능한 지지 구조물.
제14항에 있어서, 상기 마찰 샤프트는 상이한(distinct) 직경들 - 상기 직경들 중 적어도 하나는 상기 받침대가 회전될 때 발생될 원하는 토크에 기초하여 선택됨 - 을 갖는 2개의 동심원들을 포함하는 프로파일을 갖는 것인, 회전 가능한 지지 구조물.
제14항에 있어서, 상기 마찰 샤프트 및 상기 마찰 밴드는 국소 최저치들(local minima)의 개수를 갖는 프로파일을 갖고, 상기 국소 최저치들의 개수는 상기 받침대에 대한 멈춤 위치(detent position)들의 개수에 기초하여 선택되는 것인, 회전 가능한 지지 구조물.
제14항에 있어서, 상기 마찰 샤프트 및 상기 마찰 밴드는, 상기 받침대의 회전 스펙트럼에 걸쳐 일정한 토크 부분 및 증가하는 토크 부분을 포함하는 토크 프로파일을 제공하도록 일정한 직경의 제1 원형 및 증가하는 직경의 제2 원형의 조합을 포함하는 프로파일을 갖는 것인, 회전 가능한 지지 구조물.
제14항에 있어서, 상기 마찰 샤프트 및 상기 마찰 밴드는, 멈춤 위치들을 갖는 상기 받침대의 회전 스펙트럼에 걸쳐 일정한 토크 부분 및 증가하는 토크 부분을 포함하는 토크 프로파일을 제공하도록 일정한 직경의 제1 다각형 및 증가하는 직경의 제2 다각형의 조합을 포함하는 프로파일을 갖는 것인, 회전 가능한 지지 구조물.