TWI825857B - 轉軸裝置 - Google Patents

Abstract

一種轉軸裝置，包含固定軸、轉動套筒、固定連接件、扭簧、轉動連接件以及摩擦阻抗總成。固定軸具有固定端與自由端。轉動套筒可轉動地套設於固定軸，且位於固定端與自由端之間。固定連接件具有結合端與連接端。結合端固定連接於自由端，且連接端開設有垂直於固定軸的軸向的第一卡槽。扭簧具有第一端與第二端。第一端配置有第一卡合引腳，第二端配置有第二卡合引腳，且第一卡合引腳用於嵌入第一卡槽。轉動連接件具有固定部與延伸部。延伸部凸設於固定部，且朝向固定連接件延伸。延伸部開設有垂直於固定軸的軸向的第二卡槽，且第二卡合引腳用於嵌入第二卡槽。摩擦阻抗總成設置於固定軸，用以對轉動套筒提供扭力阻抗。

Description

轉軸裝置

本發明有關於轉軸裝置，特別是關於一種提供「開輕關重」特性的轉軸裝置。

可折疊電子裝置(foldable electronic device)(例如筆記型電腦、可折疊手機或其他電子元件)，是以轉軸裝置連接二機體，使得二機體之間的夾角可以在0度(互相疊合)至接近360度之間任意改變。二機體通常可區分為放置於桌面的基座部以及上掀部。對於使用者而言，理想的開蓋方式是單手掀起上掀部，而閉蓋時略有阻力以避免誤操作而意外閉蓋。

因此，轉軸裝置必須有「開輕關重」的操作特性。現有技術是以多個扭簧的結合，在不同方向上提供不等的扭力，達成「開輕關重」的操作特性。但前述組合複雜，特別是在有限空間設置多個扭簧有結構複雜而組裝困難的問題。

另一種作法是以凸輪結構達成在特定角度時有較大的阻抗，而在其餘角度單純以摩擦阻力提供阻抗。前述較大的阻抗是用於在閉蓋狀態下提供固定作用，同時也在開啟至閉蓋之間提供一段較大的扭力阻抗。但相反地，閉 蓋狀態下提供固定作用，反而使得開蓋時具有扭力峰值，而少了「開輕」的特性，而不利於單手操作。

鑑於上述問題，本發明提出一種轉軸裝置，提供「開輕關重」特性的轉軸裝置，其結構簡單體積小。

本發明提出一種轉軸裝置，包含固定軸、轉動套筒、固定連接件、扭簧、轉動連接件以及摩擦阻抗總成。固定軸具有固定端與自由端。轉動套筒可轉動地套設於固定軸，且位於固定端與自由端之間。固定連接件具有結合端與連接端。結合端固定連接於自由端，且連接端開設有垂直於固定軸的軸向的第一卡槽。扭簧具有第一端與第二端。第一端配置有第一卡合引腳，第二端配置有第二卡合引腳，且第一卡合引腳用於嵌入第一卡槽。轉動連接件具有固定部與延伸部。延伸部凸設於固定部，且朝向固定連接件延伸。延伸部開設有垂直於固定軸的軸向的第二卡槽，且第二卡合引腳用於嵌入第二卡槽。摩擦阻抗總成設置於固定軸，用以對轉動套筒提供扭力阻抗。

在至少一實施例中，自由端、轉動套筒以及固定部的外週面設置有咬合紋路或凹凸結構。

在至少一實施例中，結合端具有插孔，插孔的型態為非圓形的配置，自由端的截面型態是非圓形，並且匹配插孔，使得固定連接件不會相對於固定軸轉動。

在至少一實施例中，當扭簧與固定軸同軸地配置時，第一卡合引腳與第二卡合引腳是垂直於固定軸的軸向。

在至少一實施例中，摩擦阻抗總成包含擋止件，固定於固定軸上；凸輪件，套設於固定軸，其中，凸輪件可於固定軸的軸向上相對於固定軸滑動，且凸輪件在固定軸的旋轉方向上固定於固定軸；以及壓縮彈性件，套設於固定軸，且壓縮彈性件的兩端分別頂抵於擋止件與凸輪件，使得凸輪件接觸轉動套筒，而對轉動套筒提供阻抗。

在至少一實施例中，擋止件是螺帽，螺鎖於固定軸。

在至少一實施例中，固定軸還具有導引段，導引段的截面型態為非圓形的配置；凸輪件具有導引孔，導引孔的型態匹配導引段的截面型態，且凸輪件套設於導引段。

在至少一實施例中，轉動套筒具有朝向凸輪件的套筒接觸面，且凸輪件具有朝向轉動套筒的凸輪接觸面，套筒接觸面與凸輪接觸面與用於互相接觸。

在至少一實施例中，套筒接觸面與凸輪接觸面分別設置凸塊與凹部；凹部具有底面、第一斜面與第二斜面，第一斜面與第二斜面連接於底面，且凸塊用以滑動落入凹部，使得凸塊接觸於第一斜面與第二斜面。

在至少一實施例中，當凸塊落入凹部，扭簧提供順向扭力。

在至少一實施例中，轉軸裝置更包含轉動件，轉動件具有套設孔。轉動套筒設置於套設孔而固定於轉動件，且轉動連接件的固定部設置於套設孔並且固定於轉動件。

在至少一實施例中，扭簧設置於套設孔中。

在至少一實施例中，轉軸裝置更包含基座，基座具有固定孔，該固定連接件的自由端插入固定孔，並固定於固定孔。

通過上述技術方案，本發明的轉軸裝置由初始狀態轉變為開蓋狀態時，扭簧提供的順向扭力抵消了凸輪件產生的阻抗與摩擦阻抗。相反地，轉軸裝置由開蓋狀態轉變為初始狀態時，扭簧提供的順向扭力形成主要的阻抗，達到「開輕關重」的效果，有利於單手使用可折疊的電子裝置。

100:轉軸裝置

110:固定軸

112:固定端

114:自由端

116:導引段

1161:導引孔

120:轉動套筒

122:套筒接觸面

124:凹部

1241:底面

1242:第一斜面

1243:第二斜面

130:固定連接件

132:結合端

1321:插孔

134:連接端

1342:第一卡槽

140:扭簧

141:第一端

1411:第一卡合引腳

142:第二端

1422:第二卡合引腳

150:轉動連接件

152:固定部

154:延伸部

1542:第二卡槽

160:摩擦阻抗總成

162:擋止件

164:壓縮彈性件

166:凸輪件

1662:凸輪接觸面

1663:凸塊

210:基座

212:固定孔

220:轉動件

222:套設孔

T:順向扭力

圖1是本發明實施例中，轉軸裝置的分解立體圖。

圖2是本發明實施例中，轉軸裝置的立體圖。

圖3與圖4是本發明實施例中，轉軸裝置的不同立體圖，揭示實際應用狀態。

圖5與圖6是本發明實施例中，轉動連接件、扭簧與固定連接件的分解立體圖。

圖7是本發明實施例中，轉動連接件、扭簧與固定連接件的剖面示意圖。

圖8是本發明實施例中，固定軸與摩擦阻抗總成的立體圖。

圖9與圖10是本發明實施例中，轉動套筒與凸輪件的側視圖。

圖11是本發明實施例中，轉軸裝置的側視圖。

圖12是本發明實施例中，轉動套筒與凸輪件的另一側視圖。

如圖1、圖2、圖3與圖4所示，是本發明實施例所提供的一種轉軸裝置100，包含固定軸110、轉動套筒120、固定連接件130、扭簧140、轉動連接件150以及摩擦阻抗總成160。轉軸裝置100可以單獨設置，也可以成對的設置於 同一軸線。轉軸裝置100用於連接二個機體，使二個機體之間可以相對轉動開闔，組成可折疊(foldable)的電子裝置，例如支架與鍵盤結合之承載總成。

如圖1、圖2、圖3與圖4所示，固定軸110可為高剛性之材質，例如不銹鋼所製成。固定軸110具有固定端112與自由端114。固定端112固定於二個機體其中之一，例如固定端112連接於基座210。具體而言，基座210具有固定孔212，並且自由端114的外週面設置有平行於軸向的咬合紋路或凹凸結構。固定端112用以插入固定孔212，而以緊配合關係固定於固定孔212。同時咬合紋路或凹凸結構避免固定軸110相對於基座210轉動，以使固定軸110的固定端112固定於基座210。不排除固定軸110的固定端112是以其他固定手段固定於基座210。自由端114用於可轉動地結合於另一個機體，例如轉動件220。具體而言，轉動件220具有套設孔222，轉動套筒120設置於套設孔222中而固定於轉動件220。自由端114經由轉動套筒120而可轉動地結合於轉動件220，使得轉動件220可以相對於固定軸110轉動。在一具體實施例中，基座210可為鍵盤的一部份、連接於鍵盤或是連接於具有鍵盤的機體；轉動件220可為用於承載平板裝置、螢幕的支架的一部分，或是連接於的附加元件。或者，基座210與轉動件220可為轉軸裝置100的一部分，分別用以連接二機體，使得二機體可以透過轉軸裝置100相對地轉動開闔。

如圖1、圖2、圖3與圖4所示，轉動套筒120可轉動地套設於固定軸110，且位於固定端112與自由端114之間。轉動套筒120置於套設孔222，並且固定於轉動件220，使得轉動套筒120與轉動件220連動。轉動套筒120同時作為軸承使得自由端114可轉動地結合於轉動件220。同樣地，轉動套筒120的外週面 設置有平行於軸向的咬合紋路或凹凸結構，藉以利用咬合紋路或凹凸結構干涉固定轉動套筒120於套設孔222中。

如圖1、圖2、圖3與圖4所示，固定連接件130具有結合端132與連接端134。結合端132用於固定連接於固定軸110的自由端114，使得固定連接件130固定於固定軸110，而不會相對於固定軸110轉動。在一具體實施例中，結合端132具有插孔1321，插孔1321的型態為非圓形的配置，例如近似矩型、三角形或D字形。自由端114的截面型態也是非圓形，並且匹配插孔1321，使得固定連接件130至少在軸向上固定於固定軸110，而不會相對於固定軸110轉動。

如圖1、圖5、圖6與圖7所示，扭簧140具有第一端141與第二端142。第一端141配置有第一卡合引腳1411，且第二端142配置有第二卡合引腳1422。第一卡合引腳1411與第二卡合引腳1422是橫向配置，亦即在扭簧140與固定軸110同軸地配置時，第一卡合引腳1411與第二卡合引腳1422是垂直於固定軸110的軸向。如圖4所示，扭簧140設置於套設孔222中，且第一卡合引腳1411用於嵌入固定連接件130的第一卡槽1342，以使得第一卡合引腳1411與固定連接件130連動。

如圖1、圖5、圖6與圖7所示，轉動連接件150具有固定部152與延伸部154。固定部152設置於套設孔222，並且固定於轉動件220。延伸部154位於套設孔222中。固定部152的外週面設有咬合紋路或凹凸結構，藉以利用咬合紋路或凹凸結構干涉將固定部152固定於套設孔222中。延伸部154凸設於固定部152，且朝向固定連接件130延伸，亦即延伸部154是位於套設孔222中。延伸部154開設有垂直於固定軸110的軸向的第二卡槽1542。扭簧140的第二卡合引腳1422用於嵌入延伸部154的第二卡槽1542，以使得第二卡合引腳1422與延伸部 154連動。實際上，由於轉動連接件150與轉動套筒120都是結合於轉動件220，因此轉動件220、轉動連接件150與轉動套筒120是連動的，可相對於基座210與固定軸110轉動，而扭轉扭簧140，使得扭簧140產生反向的扭力。

如圖1、圖2與圖3所示，摩擦阻抗總成160設置於固定軸110，用以對轉動套筒120提供扭力阻抗。

如圖2與圖8所示，摩擦阻抗總成160包含擋止件162、壓縮彈性件164以及凸輪件166。擋止件162固定於固定軸110上，並且凸輪件166套設於固定軸110。於凸輪件166可於固定軸110的軸向上相對於固定軸110滑動，且凸輪件166在固定軸110的旋轉方向上固定於固定軸110。壓縮彈性件164套設於固定軸110，且壓縮彈性件164的兩端分別頂抵於擋止件162與凸輪件166，而受到壓縮。壓縮彈性件164推動凸輪件166，使得凸輪件166接觸轉動套筒120，而對轉動套筒120提供阻抗。

如圖2與圖8所示，在一具體實施例中，擋止件162是螺帽，螺鎖於固定軸110。也就是螺帽也可以結合於自由端114的螺紋。壓縮彈性件164可直接頂抵於擋止件162與凸輪件166，壓縮彈性件164與擋止件162/凸輪件166之間也可以設置墊片。

壓縮彈性件164不限定形式。如圖2與圖8所示，壓縮彈性件164可為多個碗狀彈性片，多個碗狀彈性片套設於固定軸110，並且相鄰的碗狀彈性片互為反置。在不同實施例中，壓縮彈性件164可為壓縮彈簧，套設於固定軸110。

如圖1與圖8所示，固定軸110還具有導引段116，位於自由端114與固定端112之間。導引段116的截面型態為非圓形的配置，例如近似矩型、三角形或D字形。凸輪件166具有導引孔1161，且導引孔1161型態也是非圓形的配 置，並且匹配導引段116的截面型態。凸輪件166套設於導引段116，透過導引段116與導引孔1161的配合，使得凸輪件166可在軸向上相對於固定軸110滑動，以被壓縮彈性件164推動以接觸於轉動套筒120。同時，凸輪件166在軸向上不相對於固定軸110轉動，亦即在固定軸110被固定的情況下，凸輪件166在軸向上也不會轉動。

如圖9與圖10所示，凸輪件166與轉動套筒120之間可以透過凸輪結構結合。轉動套筒120具有朝向凸輪件166的套筒接觸面122，且凸輪件166具有朝向轉動套筒120的凸輪接觸面1662。套筒接觸面122與凸輪接觸面1662與用於互相接觸。凸輪接觸面1662與套筒接觸面122分別設置凸塊1663與凹部124。凸塊1663與凹部124配置為凸塊1663位於凸輪接觸面1662，而凹部124位於套筒接觸面122；在不同實施例中，凸塊1663位於凸輪接觸面1662，而凹部124位於套筒接觸面122。凹部124具有底面1241、第一斜面1242與第二斜面1243；第一斜面1242與第二斜面1243連接於底面1241相對兩側緣，並且相應於固定軸110的切線方向。凸塊1663的型態配合凹部124，用以滑動落入凹部124中。使得凸塊1663至少以相對兩側接觸於第一斜面1242與第二斜面1243。

轉軸裝置100具有初始狀態與開蓋狀態。

如圖10與圖11所示，於初始狀態，凸塊1663落入凹部124中，凸塊1663至少以相對兩側接觸於第一斜面1242與第二斜面1243；凸輪接觸面1662與套筒接觸面122互相貼合。此時，扭簧140為承受反向扭轉，而具有朝向順向扭力T。由於凸塊1663落入凹部124中產生定位作用，而使得轉向扭簧140的順向扭力T不會驅動轉動連接件150轉動。初始狀態可以是轉動件220相對於基座210 呈現閉闔之狀態；於折疊式鍵盤或筆記型電腦的場合，初始狀態即為闔蓋之狀態。

如圖12所示，於開蓋狀態，轉動件220相對於基座210轉動順向角度，例如圖中呈現轉動向量為指向左方而轉動件220向後朝順向方向翻轉。轉動件220同時帶動轉動套筒120與轉動連接件150順向轉動。此時，轉動套筒120也同時相對於凸輪件166轉動，而使得凸塊1663沿著第一斜面1242脫離凹部124。此時，由於扭簧140也提供順向扭力T，透過轉動連接件150與轉動件220傳遞至轉動套筒120。在順向扭力T的抵消下(順向扭力T的作用方向帶動凸塊1663脫離凹部124)，凸塊1663脫離凹部124的阻抗峰值被抵消。因此，使用者在將轉軸裝置100由初始狀態變換為開蓋狀態時，就不容易感受到凸塊1663脫離凹部124的阻抗峰值。例如將折疊式鍵盤或筆記型電腦由摺疊狀態打開為開蓋狀態，不容易感受到凸塊1663脫離凹部124的阻抗峰值，而達成「開輕」的效果。此時，在變換為開蓋狀態的過程，僅有凸塊1663產生的摩擦阻抗減去順向扭力T。

相反地，當由開蓋狀態回復到初始狀態時，如圖10與圖11所示，轉動件220同時帶動轉動套筒120與轉動連接件150反向轉動。受到轉動連接件150的帶動，扭簧140承受反向扭轉，而產生順向扭力T，即帶動轉軸裝置100由開蓋狀態轉變為初始狀態的扭力。此時，使用者明顯感受到扭簧140提供的順向扭力T。例如將折疊式鍵盤或筆記型電腦由開蓋狀態闔上為摺疊狀態時，使用者感受到扭簧140提供的順向扭力T，而達成「關重」的效果。此時，轉動套筒120也同時相對於凸輪件166轉動，而使得凸塊1663沿著第一斜面1242進入凹部124，而達成定位效果，讓使用者可以感受到凸塊1663落入凹部124的定位手感。 由於凸塊1663落入凹部124中產生定位作用，而使得轉向扭簧140的順向扭力T不會驅動轉動連接件150轉動，而維持初始狀態。

通過上述技術方案，本發明的轉軸裝置100由初始狀態轉變為開蓋狀態時，扭簧提供的順向扭力T抵消了凸輪件166產生的阻抗與摩擦阻抗。相反地，轉軸裝置100由開蓋狀態轉變為初始狀態時，扭簧提供的順向扭力T形成主要的阻抗，達到「開輕關重」的效果，有利於單手使用可折疊的電子裝置。

100:轉軸裝置

110:固定軸

112:固定端

120:轉動套筒

130:固定連接件

140:扭簧

160:摩擦阻抗總成

162:擋止件

164:壓縮彈性件

166:凸輪件

Claims (12)

1. 一種轉軸裝置，包含：一固定軸，具有一固定端與一自由端；一轉動套筒，可轉動地套設於該固定軸，且位於該固定端與該自由端之間；一固定連接件，具有一結合端與一連接端；其中，該結合端固定連接於該自由端，且該連接端開設有垂直於該固定軸的軸向的一第一卡槽；一扭簧，具有一第一端與一第二端；其中，該第一端配置有一第一卡合引腳，且該第二端配置有一第二卡合引腳，且該第一卡合引腳用於嵌入該第一卡槽；一轉動連接件，具有一固定部與一延伸部；其中，該延伸部凸設於該固定部，且朝向該固定連接件延伸；該延伸部開設有垂直於固定軸的軸向的一第二卡槽，且該第二卡合引腳用於嵌入該第二卡槽；以及一摩擦阻抗總成，包含：一擋止件，固定於該固定軸上；一凸輪件，套設於該固定軸，其中，該凸輪件可於該固定軸的軸向上相對於該固定軸滑動，且該凸輪件在該固定軸的旋轉方向上固定於該固定軸；以及一壓縮彈性件，套設於該固定軸，且該壓縮彈性件的兩端分別頂抵於該擋止件與該凸輪件，使得該凸輪件接觸該轉動套筒，而對該轉動套筒提供一扭力阻抗。
2. 如請求項1所述的轉軸裝置，其中，該自由端、該轉動套筒以及該固定部的外週面設置有咬合紋路或凹凸結構。
3. 如請求項1所述的轉軸裝置，其中，該結合端具有一插孔，該插孔的型態為非圓形的配置，該自由端的截面型態是非圓形，並且匹配該插孔，使得該固定連接件不會相對於該固定軸轉動。
4. 如請求項1所述的轉軸裝置，其中，當該扭簧與該固定軸同軸地配置時，該第一卡合引腳與該第二卡合引腳是垂直於該固定軸的軸向。
5. 如請求項1所述的轉軸裝置，其中，該擋止件是一螺帽，螺鎖於固定軸。
6. 如請求項1所述的轉軸裝置，其中，該固定軸還具有一導引段，該導引段的截面型態為非圓形的配置；該凸輪件具有一導引孔，該導引孔的型態匹配該導引段的截面型態，且該凸輪件套設於該導引段。
7. 如請求項1所述的轉軸裝置，其中，該轉動套筒具有朝向該凸輪件的一套筒接觸面，且該凸輪件具有朝向該轉動套筒的一凸輪接觸面，該套筒接觸面與該凸輪接觸面與用於互相接觸。
8. 如請求項7所述的轉軸裝置，其中，該套筒接觸面與該凸輪接觸面分別設置一凸塊與一凹部；該凹部具有一底面、一第一斜面與一第二斜面，該第一斜面與該第二斜面連接於該底面，且該凸塊用以滑動落入該凹部，使得該凸塊接觸於該第一斜面與該第二斜面。
9. 如請求項8所述的轉軸裝置，其中，當該凸塊落入該凹部，該扭簧提供一順向扭力。
10. 如請求項1所述的轉軸裝置，更包含一轉動件，該轉動件具有一套設孔；其中，該轉動套筒設置於該套設孔而固定於該轉動件，且該轉動連接件的該固定部設置於該套設孔並且固定於該轉動件。
11. 如請求項10所述的轉軸裝置，其中，該扭簧設置於該套設孔中。
12. 如請求項1所述的轉軸裝置，更包含一基座，該基座具有一固定孔，該固定連接件的該自由端插入該固定孔，並固定於該固定孔。

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