TW201447124A - 雙軸式樞紐機構及其相關可攜式電子裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種雙軸式樞紐機構，用來使一第一殼體相對一第二殼體旋轉。該雙軸式樞紐機構包含有至少一固定件、一第一轉軸、一第一主齒輪、一第二轉軸、一第二主齒輪以及一傳動齒輪組。該固定件包含一第一區段與一第二區段。該第一轉軸和該第二轉軸分別設置在該固定件之該第一區段及該第二區段，並分別連接該第一殼體與該第二殼體。該第一主齒輪和該第二主齒輪分別設置於該第一轉軸與該第二轉軸上。該傳動齒輪組嚙合於該第一主齒輪與該第二主齒輪。該第一主齒輪沿一第一方向旋轉時，該第二主齒輪沿相反該第一方向之一第二方向產生同步旋轉。

Description

雙軸式樞紐機構及其相關可攜式電子裝置
本發明係關於一種雙軸式樞紐機構及其相關可攜式電子裝置，尤指一種旋轉角度達三百六十度，且具有低製造成本與較佳外觀設計之優點的雙軸式樞紐機構及其相關可攜式電子裝置。
傳統的筆記型電腦係利用樞紐機構產生螢幕端相對系統端旋轉的作動機制。請參閱第1圖，第1圖為習知技術之一傳統樞紐機構10的部份示意圖。樞紐機構10具有一第一凸輪12、一第二凸輪14以及一橋接輪16。第一凸輪12與第二凸輪14分別連接到電子裝置的螢幕端18和系統端20。如第1圖所示，當螢幕端18相對系統端20打開，第一凸輪12會沿著順時針方向轉動；此時第二凸輪14係為靜止不動的狀態。直到第一凸輪12轉動達一百八十度，讓第一凸輪12之凹陷部121嵌合在橋接輪16後，橋接輪16脫離第二凸輪14的凹陷部141，使得樞紐機構10可相對系統端20沿著順時針方向轉動。因為樞紐機構10的兩凸輪在不同操作階段係各自獨立地分開旋轉，且螢幕端18相對系統端20之間需預設一扭力值，所以樞紐機構10要在第一凸輪12和第二凸輪14皆分別設置可達該扭力值的扭轉簧片。如此一來，傳統樞紐機構的轉軸容易因高扭力值的挫曲而損毀，故會提高製造成本及降低使用壽命。
另外，請參閱第2圖，第2圖為習知技術之另一傳統樞紐機構30的部份示意圖。樞紐機構30具有第一齒輪32與第二齒輪 34。第一齒輪32連接螢幕端36，第二齒輪34連接系統端38，且第一齒輪32直接嚙合於第二齒輪34。當螢幕端36相對系統端38開啟時，螢幕端36帶動第一齒輪32沿著順時針方向旋轉，且第一齒輪32牽引第二齒輪34沿著逆時針方向同步旋轉。反之，當螢幕端36相對系統端38閉合，則第一齒輪32沿著逆時針方向旋轉，第二齒輪34受第一齒輪32之牽引而沿著順時針方向同步旋轉。由於樞紐機構30的第一齒輪32係直接嚙合第二齒輪34，故樞紐機構30的兩齒輪的尺寸會直接對應到螢幕端36和系統端38的結構高度差。舉例來說，若筆記型電腦為大尺寸設計，樞紐機構30需相應採用大尺寸齒輪；筆記型電腦為輕薄設計，樞紐機構30則相應使用小尺寸齒輪。換句話說，針對不同型號的筆記型電腦，樞紐機構30要搭配設置不同尺寸的齒輪，故樞紐機構30的結構體積亦會隨著齒輪尺寸變化。因此，傳統樞紐機構必需隨著筆記型電腦的型號而設計，具有製造成本昂貴、組裝不便且外觀不佳的缺點。
本發明係提供一種具有低製造成本與較佳外觀設計之優點的雙軸式樞紐機構及其相關可攜式電子裝置，以解決上述之問題。
本發明之申請專利範圍係揭露一種雙軸式樞紐機構，用來使一第一殼體相對於一第二殼體旋轉。該雙軸式樞紐機構包含有至少一固定件、一第一轉軸、一第一主齒輪、一第二轉軸、一第二主齒輪以及一傳動齒輪組。該固定件包含一第一區段與一第二區段。該第一轉軸設置在該固定件之該第一區段，且連接該第一殼體。該第一主齒輪以同軸旋轉方式設置於該第一轉軸上。該第二轉軸設置在該固定件之該第二區段，且連接該第二殼體。該第二主齒輪以同軸旋轉方式設置於該第二轉軸上。該傳動齒輪組嚙合於該第一主齒輪與該第二主齒輪之間。該第一主齒輪沿一第一方向旋轉時，該傳 動齒輪組係被該第一主齒輪牽引，而驅動該第二主齒輪沿相反該第一方向之一第二方向同步旋轉。
本發明之申請專利範圍另揭露該雙軸式樞紐機構另包含有一第一承架以及一第二承架。該第一承架設置於該第一轉軸且固接該第一殼體，且該第二承架設置於該第二轉軸且固接該第二殼體。
本發明之申請專利範圍另揭露該傳動齒輪組包含一第一傳動齒輪與一第二傳動齒輪。該第一傳動齒輪嚙合於該第一主齒輪與該第二傳動齒輪，該第二傳動齒輪嚙合於該第二主齒輪與該第一傳動齒輪。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一主齒輪沿該第一方向旋轉時，該第一傳動齒輪係沿該第二方向旋轉，且該第二傳動齒輪係沿該第一方向旋轉。
本發明之申請專利範圍另揭露該雙軸式樞紐機構另包含有複數個扭力件、一限位件以及複數個摩擦墊片。該複數個扭力件套設於該第一轉軸。該限位件設置該第一轉軸並施壓於該複數個扭力件。該複數個摩擦墊片設置於該第一主齒輪與該固定件之間、該扭力件與該固定件之間、和該扭力件與該限位件之間。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一主齒輪之齒數實質大於12個，該第一主齒輪之模數實質大於0.2毫米，且該第一主齒輪之節圓直徑為該齒數和該模數的相乘值。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一傳動齒輪之齒數實質大於8個，且該第一傳動齒輪之模數實質大於0.2毫米。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一主齒輪之齒冠實質大於0.2毫米，且該第一主齒輪之外徑為該節圓直徑和兩倍齒冠的加總值。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一主齒輪之徑節為該 齒數對該節圓直徑的相除值。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一主齒輪之齒冠實質大於0.2毫米，且該齒冠為該徑節的倒數值。
本發明之申請專利範圍另揭露一種可攜式電子裝置，其包含有一第一殼體、一第二殼體以及一雙軸式樞紐機構。該第一殼體以可相對轉動方式連接該第二殼體。該雙軸式樞紐機構設置於該第一殼體與該第二殼體之間，用來牽引該第一殼體相對該第二殼體旋轉。該雙軸式樞紐機構包含有至少一固定件、一第一轉軸、一第一主齒輪、一第二轉軸、一第二主齒輪以及一傳動齒輪組。該固定件包含一第一區段與一第二區段。該第一轉軸設置在該固定件之該第一區段，且連接該第一殼體。該第一主齒輪以同軸旋轉方式設置於該第一轉軸上。該第二轉軸設置在該固定件之該第二區段，且連接該第二殼體。該第二主齒輪以同軸旋轉方式設置於該第二轉軸上。該傳動齒輪組嚙合於該第一主齒輪與該第二主齒輪之間。該第一主齒輪沿一第一方向旋轉時，該傳動齒輪組係被該第一主齒輪牽引，而驅動該第二主齒輪沿相反該第一方向之一第二方向同步旋轉。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一殼體沿著一預設方向相對該雙軸式樞紐機構轉動時，該雙軸式樞紐機構係帶動該第一殼體沿著該預設方向相對該第二殼體同步轉動。
本發明之申請專利範圍另揭露該可攜式電子裝置另包含有一連接線以及一保護件。該連接線之兩端分別電連接該第一殼體與該第二殼體，且該連接線係穿設該雙軸式樞紐機構和該第一殼體間的空隙。該保護件覆蓋於該雙軸式樞紐機構與該連接線上。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為1，該第一主齒輪和該第二主齒輪的連心線實質平行於該第二殼體的平面法向量。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為0.8，該第一主齒輪和該第二主齒輪的連心線相對於該第二殼體的平面法向量之夾角實質為10度。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為0.6，該第一主齒輪和該第二主齒輪的連心線相對於該第二殼體的平面法向量之夾角實質為22.5度。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為0.5，該第一主齒輪和該第二主齒輪的連心線相對於該第二殼體的平面法向量之夾角實質為30度。
本發明之申請專利範圍另揭露該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為0.92，該第一主齒輪和該第二主齒輪的連心線相對於該第二殼體的平面法向量之夾角實質為3.75度。
本發明之申請專利範圍另揭露該可攜式電子裝置更包含一磁傳感器，設置於該第一殼體或該第二殼體。該雙軸式樞紐機構另包含一磁力元件，設置在該固定件上且鄰近該傳感器。該第一殼體之旋轉可改變該磁力元件和該磁傳感器的相對位置。該磁傳感器用來感應該磁力元件產生之磁通密度，並根據該磁通密度大小輸出一切換訊號。
本發明之申請專利範圍另揭露該磁傳感器判斷該磁通密度大於一門檻值時，該切換訊號關閉該第二殼體之一顯示面的自動翻轉功能，並啟動該第二殼體之一輸入介面的操作功能。該磁傳感器判斷該磁通密度小於該門檻值時，該切換訊號啟動該顯示面的自動翻轉功能，且關閉該輸入介面的操作功能。
本發明之申請專利範圍另揭露該磁力元件具有相對的一第一磁極和一第二磁極。該磁力元件以該第二磁極為軸心相對該磁傳感器旋轉，以改變該第一磁極與該磁傳感器之相對距離。
本發明之申請專利範圍另揭露該磁力元件具有相對的一第一磁極和一第二磁極。該磁力元件以該第一磁極與該第二磁極之交界為軸心旋轉，該磁傳感器感應的該磁通密度隨著該磁力元件之旋轉角度而變化。
本發明不需在兩個轉軸上都設置具有總扭力值的扭轉簧片，本發明之雙軸式樞紐機構所需的扭力係均分地設計在第一轉軸與第二轉軸上，意即第一轉軸和第二轉軸分別設置僅具有一半扭力值的扭力件，如此可有效避免雙軸式樞紐機構的各元件因為施加過量外力而損毀。另外，本發明可廣泛應用在任意尺寸的可攜式電子裝置。由於雙軸式樞紐機構的齒輪為通用大小，不必隨著可攜式電子裝置的體積來改變齒輪尺寸，故仍可保持雙軸式樞紐機構的小巧外觀。本發明在雙軸式樞紐機構的兩個主齒輪之間配置複數個傳動齒輪，藉由傳動齒輪的相對位置變化，例如交錯排列或直線排列，可便利地調整雙軸式樞紐機構的整體結構高度，適用於任何型號的可攜式電子裝置。磁力元件隨著雙軸式樞紐機構之旋轉改變其相對磁傳感器之距離，磁傳感器根據感應所得的磁通密度變化在操作點及釋放點之間切換，以自動切換可攜式電子裝置的筆電模式和觸控面板模式。本發明之雙軸式樞紐機構及可攜式電子裝置具有組裝容易、成本低廉、高使用壽命及操作流暢便利之優點。
10、30‧‧‧樞紐機構
12‧‧‧第一凸輪
121‧‧‧凹陷部
14‧‧‧第二凸輪
141‧‧‧凹陷部
16‧‧‧橋接輪
18、36‧‧‧螢幕端
20、38‧‧‧系統端
32‧‧‧第一齒輪
34‧‧‧第二齒輪
50‧‧‧可攜式電子裝置
52‧‧‧第一殼體
521‧‧‧顯示面
54‧‧‧第二殼體
541‧‧‧輸入介面
56‧‧‧雙軸式樞紐機構
58‧‧‧連接線
60‧‧‧保護件
62‧‧‧固定件
621‧‧‧第一區段
623‧‧‧第二區段
64‧‧‧第一轉軸
66‧‧‧第一主齒輪
68‧‧‧第二轉軸
70‧‧‧第二主齒輪
72‧‧‧傳動齒輪組
721‧‧‧第一傳動齒輪
723‧‧‧第二傳動齒輪
74‧‧‧第一承架
76‧‧‧第二承架
78‧‧‧扭力件
80‧‧‧限位件
82‧‧‧摩擦墊片
84、84’‧‧‧磁力元件
86‧‧‧磁傳感器
88‧‧‧處理器
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
N‧‧‧齒數
M‧‧‧模數
D‧‧‧節圓直徑
S‧‧‧齒冠
D’‧‧‧外徑
P‧‧‧徑節
L‧‧‧主齒輪的連心線
V‧‧‧第二殼體的平面法向量
第1圖為習知技術之傳統樞紐機構的部份示意圖。
第2圖為習知技術之另一傳統樞紐機構的部份示意圖。
第3圖為本發明實施例之可攜式電子裝置之示意圖。
第4圖與第5圖分別為本發明實施例之可攜式電子裝置於不同操作模式之示意圖。
第6圖為本發明實施例之雙軸式樞紐機構之元件爆炸圖。
第7圖為本發明實施例之雙軸式樞紐機構之組立圖。
第8(a)圖與第8(b)圖分別為本發明不同實施例之雙軸式樞紐機構的內部結構示意圖。
第9(a)圖與第9(b)圖分別為本發明不同實施例之雙軸式樞紐機構的部份結構示意圖。
第10(a)圖與第10(b)圖分別為本發明不同實施例之雙軸式樞紐機構的部份結構示意圖。
第11(a)圖與第11(b)圖分別為本發明不同實施例之雙軸式樞紐機構的部份結構示意圖。
第12(a)圖與第12(b)圖分別為本發明不同實施例之雙軸式樞紐機構的部份結構示意圖。
第13(a)圖到第13(g)圖分別為本發明實施例之可攜式電子裝置在不同操作階段的部份示意圖。
第14圖為本發明其中一實施例之可攜式電子裝置之部分示意圖。
第15圖為本發明實施例之磁力元件與磁傳感器的作動關係圖。
第16圖為本發明另一實施例之可攜式電子裝置之部分示意圖。
請參閱第3圖至第5圖，第3圖為本發明實施例之一可攜式電子裝置50之示意圖，第4圖與第5圖分別為本發明實施例之可攜式電子裝置50於不同操作模式之示意圖。可攜式電子裝置50包含有一第一殼體52、一第二殼體54以及二雙軸式樞紐機構56。可攜式電子裝置50係可為筆記型電腦，且第一殼體52為螢幕端，第二殼體54為系統端。兩個雙軸式樞紐機構56分別設置在第一殼體52與第二殼體54之間，使得第一殼體52可利用雙軸式樞紐機構56相對第二殼體54旋轉。本發明可不限於使用兩個雙軸式樞紐機構 56，端視實際需求而定。雙軸式樞紐機構56利用齒輪進行牽引，且第一殼體52相對第二殼體54的旋轉範圍介於零度到三百六十度之間。
可攜式電子裝置50係根據第一殼體52相對第二殼體54的旋轉角度來切換其操作模式。舉例來說，如第3圖所示，可攜式電子裝置50的第一殼體52與第二殼體54分別以其顯示面521和輸入介面541朝向使用者，此時可攜式電子裝置50為筆記型電腦的使用模式。其中，顯示面521為螢幕端的顯示面板，輸入介面541為系統端的鍵盤或觸控板。如第4圖所示，第一殼體52的顯示面521朝向使用者，第二殼體54的輸入介面541背向使用者，但第一殼體52相對第二殼體54之間具有一夾持角度；此時可攜式電子裝置50為觸控面板的站立模式。其中，第一殼體52需為具有觸控螢幕的螢幕端。如第5圖所示，第一殼體52的顯示面521朝向使用者，且第二殼體54的背面直接貼附在第一殼體52的背面，意即第一殼體52實質平行第二殼體54，此時可攜式電子裝置50為觸控面板的平板模式。
如第3圖所示，可攜式電子裝置50另可包含有一連接線58以及一保護件60。連接線58之兩端具有接頭，分別電連接到第一殼體52與第二殼體54的電子元件，以將系統端的電子訊號傳遞至螢幕端。連接線58係設置在雙軸式樞紐機構56和相鄰殼體之間的空隙，只要不會妨礙齒輪運行的位置皆可設置連接線58。保護件60具有防塵與裝飾的功能，用來覆蓋在雙軸式樞紐機構56與連接線58上。保護件60可防止灰塵或異物卡入雙軸式樞紐機構56之齒輪，以確保雙軸式樞紐機構56的運作順暢，且保護件60另可具有遮蔽雙軸式樞紐機構56之功能，以美化可攜式電子裝置50的外觀。
請參閱第6圖與第7圖，第6圖為本發明實施例之雙軸式 樞紐機構56之元件爆炸圖，第7圖為本發明實施例之雙軸式樞紐機構56之組立圖。雙軸式樞紐機構56包含有複數個固定件62、一第一轉軸64、一第一主齒輪66、一第二轉軸68、一第二主齒輪70、一傳動齒輪組72、一第一承架74、一第二承架76、複數個扭力件78、二限位件80以及複數個摩擦墊片82。保護件60可固定在其中一個固定件62上，以達到遮蔽雙軸式樞紐機構56之目的。此外，第一轉軸64、第二轉軸68和部份摩擦墊片82設置在複數個固定件62的其中兩個之間。扭力件78、限位件80和部份摩擦墊片82另設置在複數個固定件62的其中兩個之間。固定件62為一長條型結構，依上下位置分成一第一區段621與一第二區段623，分別用來配置相應的轉軸、齒輪和承架等元件，藉此隔離相鄰元件以防止發生結構干涉的現象。
第一轉軸64設置在兩個相鄰固定件62的第一區段621之間。部份的第一轉軸64係凸出其中一個固定件62，並連接第一殼體52。第一主齒輪66利用一楔型孔套設第一轉軸64，使得第一主齒輪66以同軸旋轉方式套設在第一轉軸64上。同樣地，第二轉軸68亦相應設置在固定件62的第二區段623之間且連接第二殼體54，而第二主齒輪70亦利用楔型孔套設第二轉軸68上，以達到同軸旋轉之目的。傳動齒輪組72可由偶數個小齒輪組成，意即傳動齒輪組72之齒輪尺寸小於主齒輪之尺寸。舉例來說，傳動齒輪組72至少可包含一第一傳動齒輪721與一第二傳動齒輪723，第一傳動齒輪721嚙合於第一主齒輪66與第二傳動齒輪723之間，且第二傳動齒輪723嚙合於第二主齒輪70與第一傳動齒輪721之間。由於傳動齒輪組72嚙合在第一主齒輪66與第二主齒輪70之間，當第一主齒輪66沿一第一方向D1旋轉時，傳動齒輪組72係被第一主齒輪66牽引，而可驅動第二主齒輪70沿著相反第一方向D1之一第二方 向D2同步旋轉。
如第6圖與第7圖所示，複數個扭力件78係分別套設在第一轉軸64和第二轉軸68上，扭力件78為彈簧墊圈，用來提供摩擦以產生扭力。限位件80可為螺帽，兩個限位件80分別設置在第一轉軸64和第二轉軸68之一端。限位件80通常以鎖合方式安裝在轉軸上，藉此施壓複數個扭力件78來產生相應的扭力。扭力大小可隨著限位件80在轉軸的鎖合深度而改變。複數個摩擦墊片82則是分別設置在第一主齒輪66與相鄰固定件62之間、第二主齒輪70與相鄰固定件62之間、各扭力件78與相鄰固定件78之間、和各扭力件78與相應限位件80之間。摩擦墊片82的作用是要避免元件之間的磨耗。為了讓雙軸式樞紐機構56穩定接合第一殼體52與第二殼體54，第一承架74和第二承架76分別設置在第一轉軸64及第二轉軸68上，以固接第一殼體52與第二殼體54。承架可直接設置在轉軸凸出於固定件62之一端，如第二承架76；或是轉軸在凸出固定件62之該端另具有一延伸部供承架連結，如第一承架74。然實際使用態樣可不限於此，端視設計需求而定。
請參閱第8圖，第8圖為本發明不同實施例之雙軸式樞紐機構56的內部結構示意圖。第一主齒輪66與第二主齒輪70的尺寸較佳地大於第一傳動齒輪721和第二傳動齒輪723的尺寸。第一主齒輪66的尺寸可視設計需求實質大於、小於或等於第二主齒輪70的尺寸，其相關的實施態樣將於後敘明。當第一主齒輪66沿著第一方向D1旋轉，第一傳動齒輪721係沿第二方向D2轉動，第二傳動齒輪723則沿第一方向D1轉動，以帶動第二主齒輪70沿著第二方向D2產生同步旋轉。傳動齒輪的相對位置變化可調整雙軸式樞紐機構56的整體結構高度。
如第8(a)圖所示，第一傳動齒輪721及第二傳動齒輪723 係交錯設置在第一主齒輪66和第二主齒輪70之間，此時雙軸式樞紐機構56的結構高度較小，適用於薄型可攜式電子裝置50。另一方面，為了配合不同型號的可攜式電子裝置50，第一殼體52與第二殼體54可能需要較大的空間，則本發明之雙軸式樞紐機構56不用改變主齒輪與傳動齒輪的尺寸，僅需調整傳動齒輪組72的擺設位置。如第8(b)圖所示，將第一傳動齒輪721與第二傳動齒輪723筆直地設置在第一主齒輪66和第二主齒輪70的連心線L上，使得雙軸式樞紐機構56可具有較高的結構高度，適用在大尺寸的可攜式電子裝置50。
值得一提的是，雙軸式樞紐機構56之各齒輪有其最佳化尺寸的限制。舉例來說，第一主齒輪66(或第二主齒輪70)的齒數N較佳地大於12個，且第一主齒輪66(或第二主齒輪70)的模數M較佳地大於0.2毫米；第一傳動齒輪721(或第二傳動齒輪723)的齒數N較佳地大於8個，且第一傳動齒輪721(或第二傳動齒輪723)的模數M較佳地大於0.2毫米。如此一來，本發明可在前述齒數N與模數M的限制條件下，依循下列公式設計雙軸式樞紐機構56所使用的主齒輪和傳動齒輪的各項參數：
D=M×N(公式1)
D'=D+2×S(公式2)
P=N/D(公式3)
S=1/P(公式4)
其中，主齒輪和傳動齒輪的節圓直徑D實質等於其齒數N 乘上其模數M的算數值，如公式1。節圓直徑D的尺寸需設計成至少能包住轉軸且仍具足夠強度。節圓直徑D較佳係大於4毫米，但其係相應轉軸的尺寸而變化。模數M是主齒輪與傳動齒輪相嚙合的尺寸，需能吸收公差且具有足夠強度。主齒輪和傳動齒輪的齒冠S較佳地大於0.2毫米，可避免齒輪間咬合不確實而造成空行程的錯誤。相應地，主齒輪和傳動齒輪的外徑D’則實質等於其節圓直徑D加上其兩倍齒冠S的算數值，如公式2。另外，主齒輪和傳動齒輪的徑節P實質相等於其齒數N除以其節圓直徑D的算數值，而齒冠S又可實質等於徑節P的倒數值，如公式3及公式4。如此一來，依照上述公式及尺寸參考值設計齒輪，才可確保第一主齒輪66和第二主齒輪70有足夠的結構強度承受雙軸式樞紐機構56所需的扭力值，並且傳動齒輪組72可穩定嚙合在第一主齒輪66及第二主齒輪70之間，使得第一主齒輪66的旋轉角度變化可正確地同步對應到第二主齒輪70的旋轉角度變化。
隨著雙軸式樞紐機構56的第一主齒輪66和第二主齒輪70之間可具有不同的齒輪比，第一主齒輪66相對第二主齒輪70的旋轉角度比例也不同。只要第一主齒輪66與第二主齒輪70的齒數相除值是整數(不具有無限循環的數值)，其齒輪比都可適用於本發明之雙軸式樞紐機構56。如第8圖所示，第一主齒輪66相對第二主齒輪70的齒輪比為1，因此在單位時間內，第一主齒輪66的旋轉角度實質相同於第二主齒輪70的旋轉角度。當可攜式電子裝置50要從第3圖所示的筆記型電腦模式切換到第5圖所示的觸控面板的平板模式，第一殼體52(螢幕端)係轉動一百八十度，且第二殼體54(系統端)同樣地轉動一百八十度。由於第一殼體52與第二殼體54的旋轉角度實質同步且相同，故雙軸式樞紐機構56係以第一主齒輪66和第二主齒輪70的連心線L實質平行第二殼體54之平面法向量 V的方式設置在螢幕端及系統端之間，藉此確保可攜式電子裝置50的使用流暢性。其它數種實施態樣如下所述。
請參閱第9圖，第9圖為本發明另一實施例之雙軸式樞紐機構56的部份結構示意圖。第一主齒輪66和第二主齒輪70的齒輪比可為0.8。如第9(a)圖所示，當第一主齒輪66大於第二主齒輪70，可攜式電子裝置50從筆記型電腦的使用模式和觸控面板的平板模式相互切換時，第一殼體52(螢幕端)的最大旋轉角度為一百六十度，第二殼體54(系統端)的最大旋轉角度為兩百度；如第9(b)圖所示，當第一主齒輪66小於第二主齒輪70，可攜式電子裝置50從筆記型電腦的使用模式和觸控面板的平板模式相互切換時，則第一殼體52(螢幕端)的最大旋轉角度為兩百度，且第二殼體54(系統端)的最大旋轉角度為一百六十度。第一殼體52與第二殼體54翻轉後的位置如第9圖之虛線框型所示。因應齒輪比的改變，本實施例之雙軸式樞紐機構56係以第一主齒輪66和第二主齒輪70的連心線L相對第二殼體54之平面法向量V實質為10度夾角的方式設置在螢幕端及系統端之間。
請參閱第10圖，第10圖為本發明另一實施例之雙軸式樞紐機構56的部份結構示意圖。第一主齒輪66和第二主齒輪70的齒輪比可為0.6。如第10(a)圖所示，當第一主齒輪66大於第二主齒輪70，可攜式電子裝置50從筆記型電腦的使用模式和觸控面板的平板模式相互切換時，第一殼體52(螢幕端)的最大旋轉角度為一百三十五度，第二殼體54(系統端)的最大旋轉角度為兩百二十五度；如第10(b)圖所示，當第一主齒輪66小於第二主齒輪70，可攜式電子裝置50從筆記型電腦的使用模式和觸控面板的平板模式相互切換時，則第一殼體52(螢幕端)的最大旋轉角度為兩百二十五度，且第二殼體54(系統端)的最大旋轉角度為一百三十五度。第一殼體52 與第二殼體54翻轉後的位置如第10圖之虛線框型所示。此實施例的雙軸式樞紐機構56係以第一主齒輪66和第二主齒輪70的連心線L相對第二殼體54之平面法向量V實質為22.5度夾角的方式設置在螢幕端及系統端之間。
請參閱第11圖，第11圖為本發明另一實施例之雙軸式樞紐機構56的部份結構示意圖。第一主齒輪66和第二主齒輪70的齒輪比可為0.5。如第11(a)圖所示，當第一主齒輪66大於第二主齒輪70，可攜式電子裝置50從筆記型電腦的使用模式和觸控面板的平板模式相互切換時，第一殼體52(螢幕端)的最大旋轉角度為一百二十度，第二殼體54(系統端)的最大旋轉角度為兩百四十度；另一方面，如第11(b)圖所示，當第一主齒輪66小於第二主齒輪70，可攜式電子裝置50從筆記型電腦的使用模式和觸控面板的平板模式相互切換時，則第一殼體52(螢幕端)的最大旋轉角度為兩百四十度，且第二殼體54(系統端)的最大旋轉角度為一百二十度。第一殼體52與第二殼體54旋轉後的位置如第11圖之虛線框型所示。本實施例的雙軸式樞紐機構56係以第一主齒輪66和第二主齒輪70的連心線L相對第二殼體54之平面法向量V實質為30度夾角的方式設置在螢幕端及系統端之間。
請參閱第12圖，第12圖為本發明另一實施例之雙軸式樞紐機構56的部份結構示意圖。第一主齒輪66和第二主齒輪70的齒輪比可為0.92。如第12(a)圖所示，當第一主齒輪66大於第二主齒輪70，可攜式電子裝置50從筆記型電腦的使用模式和觸控面板的平板模式相互切換時，第一殼體52(螢幕端)的最大旋轉角度為一百七十二點五度，第二殼體54(系統端)的最大旋轉角度為一百八十七點五度；如第12(b)圖所示，當第一主齒輪66小於第二主齒輪70，可攜式電子裝置50從筆記型電腦的使用模式和觸控面板的平板模 式相互切換時，則第一殼體52(螢幕端)的最大旋轉角度為一百八十七點五度，且第二殼體54(系統端)的最大旋轉角度為一百七十二點五度。第一殼體52與第二殼體54旋轉後的位置如第12圖之虛線框型所示。本實施例的雙軸式樞紐機構56係以第一主齒輪66和第二主齒輪70的連心線L相對第二殼體54之平面法向量V實質為3.75度夾角的方式設置在螢幕端及系統端之間。
綜合來說，本發明之雙軸式樞紐機構56將傳動齒輪組72設置在第一主齒輪66與第二主齒輪70之間，當第一主齒輪66沿著一特定方向(例如第一方向D1)轉動時，傳動齒輪組72可驅動第二主齒輪70沿著相反該特定方向的另一方向(例如第二方向D2)同步旋轉。從可攜式電子裝置50的整體外觀來看，使用者在開啟第一殼體52時，第一殼體52可沿一預設方向(例如第一方向D1)相對雙軸式樞紐機構56旋轉；於此同時，雙軸式樞紐機構56會因為第一殼體52之轉動而沿著該預設方向相對第二殼體54同步旋轉，使得第一殼體52可相對第二殼體54展開。其中，第一主齒輪66和第二主齒輪70之連心線L相對第二殼體54之平面法向量V的夾角可不限於上述實施例所述，端視設計需求而定；螢幕端和系統端的最大旋轉角度亦相應連心線L與平面法向量V的夾角而變化，於此不再詳加敘明。
請參閱第13圖，第13圖為本發明實施例之可攜式電子裝置50在不同操作階段的部份示意圖。在第13(a)圖中，可攜式電子裝置50處於筆記型電腦的閉合模式。接著，如第13(a)圖到第13(c)圖，可攜式電子裝置50的第一殼體52展開以切換為筆記型電腦的使用模式。接著，如第13(c)圖到第13(f)圖，第一殼體52進一步增加其相對第二殼體54的翻轉角度，以將可攜式電子裝置50切換為觸控面板的站立模式。最後，如第13(f)圖到第13(g)圖所示，第一 殼體52的背面抵靠於第二殼體54的背面，使得可攜式電子裝置50切換為觸控面板的平板模式。
請參閱第14圖，第14圖為本發明其中一實施例之可攜式電子裝置50之部分示意圖。可攜式電子裝置50的使用模式隨著第一殼體52與第二殼體54的相對旋轉而改變，故顯示面521和輸入介面541之功能亦隨著雙軸式樞紐機構56的作動而切換。雙軸式樞紐機構56另可包含一磁力元件84，設置在固定件62上。磁力元件84具有相對的第一磁極N與第二磁極S，並為長條型結構。可攜式電子裝置50還更包含一磁傳感器86，設置在第一殼體52或第二殼體54。此處以設置在第二殼體54的磁傳感器86為例。磁傳感器86可為霍爾感測器(Hall IC)，設置在鄰近磁力元件84的位置，並可輸出訊號以驅動可攜式電子裝置50的處理器88。第一殼體52和第二殼體54相對旋轉時，磁力元件84以第二磁極S為軸心相對磁傳感器86轉動，隨之改變第一磁極N與磁傳感器86之相對距離。磁傳感器86便能根據磁通密度的變化輸出控制顯示面521或輸入介面541的切換訊號。
磁力元件84之旋轉角度實質介於0~90度之間時，第一殼體52相對第二殼體54之旋轉角度實質介於0~180度之間，可攜式電子裝置50為筆電模式。磁力元件84之旋轉角度實質介於90~180度之間時，第一殼體52相對第二殼體54之旋轉角度實質介於180~360度之間，可攜式電子裝置50為觸控面板模式。因此，磁力元件84轉到約略為90度的範圍時，磁傳感器86感應的磁通密度最小，處理器88會根據磁傳感器86的切換訊號自動切換可攜式電子裝置50的操作模式。
請參閱第15圖，第15圖為本發明實施例之磁力元件84與磁傳感器86的作動關係圖。第15圖所述之作動關係適用於第14 圖所示的可攜式電子裝置50。當雙軸式樞紐機構56(或磁力元件84)沿著順時針方向從0度轉到87~108.3度的範圍，磁傳感器86感應的磁通密度從最大正值逐步下降而小於2.2Tesla，磁傳感器86會由操作點(operation point)切換成釋放點(release point)。磁傳感器86輸出切換訊號，以透過處理器88啟動顯示面521的自動翻轉功能且關閉輸入介面541的操作功能，可攜式電子裝置50被切換到觸控面板模式。另一方面，當雙軸式樞紐機構56(或磁力元件84)沿著逆時針方向從180度轉到95.4~74度的範圍，磁傳感器86感應的磁通密度從最大負值逐漸提升而大於3.0Tesla，磁傳感器86由釋放點切換成操作點，其輸出的切換訊號會觸發處理器88關閉顯示面521的自動翻轉功能並啟動輸入介面541的操作功能，可攜式電子裝置50被切換到筆電模式。
特別一提的是，門檻值之範圍係依據磁力元件84與磁傳感器86的性質而定，本實施例中，門檻值較佳可設計在介於2.2~3.0Tesla，然不限於此。磁傳感器86的切換特性，雙軸式樞紐機構56用來觸發磁傳感器86的特定角度，及磁力元件84的磁極態樣皆不限於上述實施例所述，端視設計需求而定。
請參閱第16圖，第16圖為本發明另一實施例之可攜式電子裝置50之部分示意圖。此實施例中，與第14圖所示實施例具有相同編號的元件具有相同的結構與功能，於此不再重複說明。此實施例和前述實施例的差異在於，磁力元件84’可為環型結構。第一磁極N及第二磁極S分別為半弧形單元，兩半弧形單元之兩端相連接形成環型的磁力元件84’。磁力元件84’係可以第一磁極N與第二磁極S之交界為軸心旋轉。當磁力元件84’之第一磁極N或第二磁極S正向面對磁傳感器86，磁傳感器86可感應到較大的磁通密度。當磁力元件84’隨著雙軸式樞紐機構56轉到實質約略為90度的角 度，此時磁傳感器86感應的磁通密度最小而可在操作點與釋放點之間切換。例如：磁力元件84’沿著順時針方向從0度轉到大於90度之位置時，磁傳感器86致動可攜式電子裝置50的處理器88，使處理器88根據磁通密度的變化將可攜式電子裝置50切換成觸控面板模式。磁力元件84’沿著逆時針方向從180度之位置轉到小於90度之位置時，磁傳感器86致動處理器88以根據磁通密度的變化將可攜式電子裝置50切換成筆電模式。
相較先前技術，本發明不需在兩個轉軸上都設置具有總扭力值的扭轉簧片，本發明之雙軸式樞紐機構所需的扭力係均分地設計在第一轉軸與第二轉軸上，意即第一轉軸和第二轉軸分別設置僅具有一半扭力值的扭力件，如此可有效避免雙軸式樞紐機構的各元件因為施加過量外力而損毀。另外，本發明可廣泛應用在任意尺寸的可攜式電子裝置。由於雙軸式樞紐機構的齒輪為通用大小，不必隨著可攜式電子裝置的體積來改變齒輪尺寸，故仍可保持雙軸式樞紐機構的小巧外觀。本發明在雙軸式樞紐機構的兩個主齒輪之間配置複數個傳動齒輪，藉由傳動齒輪的相對位置變化，例如交錯排列或直線排列，可便利地調整雙軸式樞紐機構的整體結構高度，適用於任何型號的可攜式電子裝置。磁力元件隨著雙軸式樞紐機構之旋轉改變其相對磁傳感器之距離，磁傳感器根據感應所得的磁通密度變化在操作點及釋放點之間切換，以自動切換可攜式電子裝置的筆電模式和觸控面板模式。本發明之雙軸式樞紐機構及可攜式電子裝置具有組裝容易、成本低廉、高使用壽命及操作流暢便利之優點。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
56‧‧‧雙軸式樞紐機構
62‧‧‧固定件
64‧‧‧第一轉軸
66‧‧‧第一主齒輪
68‧‧‧第二轉軸
70‧‧‧第二主齒輪
72‧‧‧傳動齒輪組
74‧‧‧第一承架
76‧‧‧第二承架
78‧‧‧扭力件
80‧‧‧限位件
82‧‧‧摩擦墊片

Claims (37)

  1. 一種雙軸式樞紐機構，用來使一第一殼體相對於一第二殼體旋轉，該雙軸式樞紐機構包含有：至少一固定件，包含一第一區段與一第二區段；一第一轉軸，設置在該固定件之該第一區段，且連接該第一殼體；一第一主齒輪，以同軸旋轉方式設置於該第一轉軸上；一第二轉軸，設置在該固定件之該第二區段，且連接該第二殼體；一第二主齒輪，以同軸旋轉方式設置於該第二轉軸上；以及一傳動齒輪組，嚙合於該第一主齒輪與該第二主齒輪之間，該第一主齒輪沿一第一方向旋轉時，該傳動齒輪組係被該第一主齒輪牽引，而驅動該第二主齒輪沿相反該第一方向之一第二方向同步旋轉。
  2. 如請求項1所述之雙軸式樞紐機構，其中該雙軸式樞紐機構另包含有：一第一承架，設置於該第一轉軸且固接該第一殼體；以及一第二承架，設置於該第二轉軸且固接該第二殼體。
  3. 如請求項2所述之雙軸式樞紐機構，其中該傳動齒輪組包含一第一傳動齒輪與一第二傳動齒輪，該第一傳動齒輪嚙合於該第一主齒輪與該第二傳動齒輪，該第二傳動齒輪嚙合於該第二主齒輪與該第一傳動齒輪。
  4. 如請求項3所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一主齒輪沿該第一方向旋轉時，該第一傳動齒輪係沿該第二方向旋轉，且該第二傳動齒輪係沿該第一方向旋轉。
  5. 如請求項4所述之雙軸式樞紐機構，其中該雙軸式樞紐機構另包含有：複數個扭力件，套設於該第一轉軸；一限位件，設置該第一轉軸並施壓於該複數個扭力件；以及複數個摩擦墊片，設置於該第一主齒輪與該固定件之間、該扭力件與該固定件之間、和該扭力件與該限位件之間。
  6. 如請求項4所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一主齒輪之齒數實質大於12個，該第一主齒輪之模數實質大於0.2毫米，且該第一主齒輪之節圓直徑為該齒數和該模數的相乘值。
  7. 如請求項3所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一傳動齒輪之齒數實質大於8個，且該第一傳動齒輪之模數實質大於0.2毫米。
  8. 如請求項6所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一主齒輪之齒冠實質大於0.2毫米，且該第一主齒輪之外徑為該節圓直徑和兩倍齒冠的加總值。
  9. 如請求項6所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一主齒輪之徑節為該齒數對該節圓直徑的相除值。
  10. 如請求項9所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一主齒輪之齒冠實質大於0.2毫米，且該齒冠為該徑節的倒數值。
  11. 如請求項5所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為1、0.92、0.8、0.6或0.5。
  12. 如請求項1所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為1、0.92、0.8、0.6或0.5。
  13. 如請求項1所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一主齒輪之齒數實質大於12個，該第一主齒輪之模數實質大於0.2毫米，且該第一主齒輪之節圓直徑為該齒數和該模數的相乘值。
  14. 如請求項13所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一主齒輪之齒冠 實質大於0.2毫米，且該第一主齒輪之外徑為該節圓直徑和兩倍齒冠的加總值。
  15. 如請求項13所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一主齒輪之徑節為該齒數對該節圓直徑的相除值。
  16. 如請求項15所述之雙軸式樞紐機構，其中該第一主齒輪之齒冠實質大於0.2毫米，且該齒冠為該徑節的倒數值。
  17. 一種可攜式電子裝置，其包含有：一第一殼體；一第二殼體，該第一殼體以可相對轉動方式連接該第二殼體；以及一雙軸式樞紐機構，設置於該第一殼體與該第二殼體之間，用來牽引該第一殼體相對該第二殼體旋轉，該雙軸式樞紐機構包含有：至少一固定件，包含一第一區段與一第二區段；一第一轉軸，設置在該固定件之該第一區段，且連接該第一殼體；一第一主齒輪，以同軸旋轉方式設置於該第一轉軸上；一第二轉軸，設置在該固定件之該第二區段，且連接該第二殼體；一第二主齒輪，以同軸旋轉方式設置於該第二轉軸上；以及一傳動齒輪組，嚙合於該第一主齒輪與該第二主齒輪之間，該第一主齒輪沿一第一方向旋轉時，該傳動齒輪組係被該第一主齒輪牽引，而驅動該第二主齒輪沿相反該第一方向之一第二方向同步旋轉。
  18. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該第一殼體沿著一預 設方向相對該雙軸式樞紐機構轉動時，該雙軸式樞紐機構係帶動該第一殼體沿著該預設方向相對該第二殼體同步轉動。
  19. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其另包含有：一連接線，該連接線之兩端分別電連接該第一殼體與該第二殼體，且該連接線係穿設該雙軸式樞紐機構和該第一殼體間的空隙；以及一保護件，覆蓋於該雙軸式樞紐機構與該連接線上。
  20. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該雙軸式樞紐機構另包含有：一第一承架，設置於該第一轉軸且固接該第一殼體；以及一第二承架，設置於該第二轉軸且固接該第二殼體。
  21. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該傳動齒輪組包含一第一傳動齒輪與一第二傳動齒輪，該第一傳動齒輪嚙合於該第一主齒輪與該第二傳動齒輪，該第二傳動齒輪嚙合於該第二主齒輪與該第一傳動齒輪。
  22. 如請求項21所述之可攜式電子裝置，其中該第一主齒輪沿該第一方向旋轉時，該第一傳動齒輪係沿該第二方向旋轉，且該第二傳動齒輪係沿該第一方向旋轉。
  23. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該雙軸式樞紐機構另包含有：複數個扭力件，套設於該第一轉軸；一限位件，設置該第一轉軸並施壓於該複數個扭力件；以及複數個摩擦墊片，設置於該第一主齒輪與該固定件之間、該扭力件與該固定件之間、和該扭力件與該限位件之間。
  24. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該第一主齒輪之齒數實質大於12個，該第一主齒輪之模數實質大於0.2毫米，且該 第一主齒輪之節圓直徑為該齒數和該模數的相乘值。
  25. 如請求項21所述之可攜式電子裝置，其中該第一傳動齒輪之齒數實質大於8個，且該第一傳動齒輪之模數實質大於0.2毫米。
  26. 如請求項24所述之可攜式電子裝置，其中該第一主齒輪之齒冠實質大於0.2毫米，且該第一主齒輪之外徑為該節圓直徑和兩倍齒冠的加總值。
  27. 如請求項24所述之可攜式電子裝置，其中該第一主齒輪之徑節為該齒數對該節圓直徑的相除值。
  28. 如請求項27所述之可攜式電子裝置，其中該第一主齒輪之齒冠實質大於0.2毫米，且該齒冠為該徑節的倒數值。
  29. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為1，該第一主齒輪和該第二主齒輪的連心線實質平行於該第二殼體的平面法向量。
  30. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為0.8，該第一主齒輪和該第二主齒輪的連心線相對於該第二殼體的平面法向量之夾角實質為10度。
  31. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為0.6，該第一主齒輪和該第二主齒輪的連心線相對於該第二殼體的平面法向量之夾角實質為22.5度。
  32. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為0.5，該第一主齒輪和該第二主齒輪的連心線相對於該第二殼體的平面法向量之夾角實質為30度。
  33. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該第一主齒輪和該第二主齒輪的齒輪比為0.92，該第一主齒輪和該第二主齒輪的連心線相對於該第二殼體的平面法向量之夾角實質為3.75度。
  34. 如請求項17所述之可攜式電子裝置，其中該可攜式電子裝置還 更包含一磁傳感器，設置於該第一殼體或該第二殼體，該雙軸式樞紐機構另包含一磁力元件，該磁力元件設置在該固定件且鄰近該傳感器，該第一殼體之旋轉改變該磁力元件和該磁傳感器的相對位置，該磁傳感器用來感應該磁力元件產生之磁通密度，並根據該磁通密度大小輸出一切換訊號。
  35. 如請求項34所述之可攜式電子裝置，其中該磁傳感器判斷該磁通密度大於一門檻值時，該切換訊號關閉該第二殼體之一顯示面的自動翻轉功能，並啟動該第二殼體之一輸入介面的操作功能，該磁傳感器判斷該磁通密度小於該門檻值時，該切換訊號啟動該顯示面的自動翻轉功能且關閉該輸入介面的操作功能。
  36. 如請求項34所述之可攜式電子裝置，其中該磁力元件具有相對的一第一磁極和一第二磁極，該磁力元件以該第二磁極為軸心相對該磁傳感器旋轉，以改變該第一磁極與該磁傳感器之相對距離。
  37. 如請求項34所述之可攜式電子裝置，其中該磁力元件具有相對的一第一磁極和一第二磁極，該磁力元件以該第一磁極與該第二磁極之交界為軸心旋轉，該磁傳感器感應的該磁通密度隨著該磁力元件之旋轉角度而變化。
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