包括用于削弱设备化在折叠区域中的铰链开口的柔性铰链设备的制作方法

包括用于削弱设备化在折叠区域中的铰链开口的柔性铰链设备


背景技术：

1.在许多设备场景中都采用了柔性铰链。柔性铰链通常由单一材料或复合材料制成。例如，织物可以用树脂浸渍(或以其他方式涂覆)以形成复合柔性铰链。若干参数会影响这些柔性铰链的特性。此类的参数的示例可包括：纤维的类型、纤维的模量/强度、基质树脂的类型、树脂的模量/强度、织物的类型和/或编织层的层叠。这些参数会影响复合铰链的机械特性，从而限定铰链性能。在传统方式中，铰链性能通过运行复杂的实验设计(doe)来优化，这会花费时间、金钱和精力。此外，复合材料本身和/或制造工艺的偏差可能会导致铰链性能的偏差。然而，在复合层叠固化之后，改变复合铰链的机械特性并将铰链性能调整回设计规范是不可能的。本发明概念通过允许针对不同用例场景定制单个柔性铰链来解决这些问题和其他问题。
附图说明
2.各附图解说了本文中所传达的诸概念的实现。所解说的实现的特征可通过参考以下结合附图的描述来更容易地理解。在可行的情况下，各附图中相同的附图标记被用来指代相同的元件。此外，每一附图标记的最左边的数字传达其中首次引入该附图标记的附图及相关联的讨论。在空间允许的情况下，为方便读者，元件及其相关联的附图标记两者都被显示在绘图页面上。否则，仅附图标记被示出。
3.图1示出了根据本发明概念的一些实现的示例设备的透视图。
4.图2a-2d、4a-4c和6-10示出了根据本发明概念的一些实现的示例设备的立面图。
5.图3a-3c、4d、5a、5b和11a-12b示出了根据本发明概念的一些实现的示例设备的截面图。
具体实施方式
6.本发明概念涉及诸如采用可旋转地固定第一设备部分和第二设备部分的柔性铰链的计算设备之类的设备。可基于各种标准来选择柔性铰链。可通过减轻铰链材料来针对各种不同的设备应用定制这种柔性铰链，以促进单个设备应用的期望铰链性能。
7.介绍性图1示出了示例柔性铰链材料(“铰链材料”)100和铰接式设备102的三种不同构造。此柔性铰链材料100可以是单件材料，诸如橡胶材料、织物或复合材料，诸如用树脂浸渍的织物(例如，织物-树脂复合材料)，以及其他构造。铰链材料100可能已经被广泛测试并产生期望属性，诸如耐用性和抗卷曲或折痕等。
8.两个设备102(1)和102(2)的不同铰链应用可能具有不同的铰链设计特性，诸如刚度、铰链半径等。铰链材料100可被定制以产生这些不同的铰链设计特性。对铰链材料100的定制可包括用通孔104减轻铰链材料以形成经减轻的铰链材料106。经减轻的铰链材料可有助于经减轻的柔性铰链108可旋转地固定设备部分110。
9.在此情形中，旨在用于单个设备102上的特定铰链应用的铰链材料100可以以提供
用于可旋转地固定设备部分110的期望设计特性的方式来被减轻。在此示例中，相对于设备102(1)，第一部分110(1)表现为键盘112，第二部分110(2)表现为平板114，而第三部分110(3)表现为支架116。
10.对于设备102(1)在键盘112和平板114之间的铰链应用，经减轻的铰链材料106(1)可包括沿铰链轴穿透铰链材料100形成的三行平行的线性布置的通孔104。如本文使用的，术语“通孔”是指部分地或完全地穿透经减轻的铰链材料106的厚度的任何形状的孔。
11.在设备102(1)的示例中，键盘112和平板114之间的经减轻的柔性铰链108(1)的期望铰链特性可以是相对大的铰链半径和低摩擦(例如，易于旋转)铰链。经减轻的铰链材料106(1)的三行平行的通孔104可促进这些特性。
12.仍旧相对于设备102(1)，平板114和支架116之间的经减轻的柔性铰链108(2)的期望铰链特性可以是具有较小铰链半径的相对高阻力铰链。所选的经减轻的铰链材料106(2)可以提供这些特性。
13.在设备102(2)的示例中，经减轻的柔性铰链108(3)可以在一系列取向中可旋转地固定部分110(4)和110(5)。在此情形中，期望铰链特性可以是相对小的铰链半径和铰链端部处的附加铰链强度，铰链端部受到增加的应力。与经减轻的铰链材料106(3)的每一端部向后间隔开的单行通孔104可以在经减轻的柔性铰链108(3)中提供这些期望铰链特性。
14.当然，出于解释的目的提供了这三个示例构造，并且构想了其他经减轻的铰链材料106构造，以及在下面描述了进一步的示例。因此，关于图1的讨论解释了通用铰链材料100可被用于给定的铰链应用并且可通过通孔104的不同设计来减轻以实现各种特定的铰链特性。注意，经减轻的铰链材料106可以使用传统技术被固定到设备部分，因此不再进一步详细描述。
15.图2a-2d一起示出了其他经减轻的铰链材料构造。图2a示出了铰链材料100，诸如织物材料。在一些情况下，铰链材料可以是编织的kevlar织物材料。图2b示出了铰链材料的区域，诸如用树脂(类型材料)202浸渍的kevlar织物材料以创建复合材料204。复合材料204具有至少一些复合区域206，其中铰链材料100用树脂202浸渍。
16.图2c示出了穿透铰链材料100形成的通孔104以产生经减轻的铰链材料106(4)。通孔104可以相对于铰链轴(ha)取向以促进期望铰链特性，诸如抗弯折。在此情形中，通孔104具有两种不同的尺寸；较小的尺寸与较大的尺寸交替。在其他实现中，诸如相对于图1的经减轻的铰链材料106(1)例示的实现，通孔具有相同的尺寸。
17.图2d示出了与经减轻的铰链材料106(5)有关的图2c的替代构造。在图2d的情形中，通孔104形成两行，其可以限定铰链轴。此图案可以促进围绕铰链轴的均匀弯折。在此情形中，通孔不是等间隔的，因为在中心区域208中没有形成通孔104。在此示例中，导体(未示出)可以从设备的上部或第一部分穿过中心区域208到达设备的下部或第二部分(参见图1中的各设备部分)。省略靠近导体的通孔104可以减少在经减轻的柔性铰链108(5)的打开和关闭的寿命期间对导体的损坏，而其余区域中的通孔104促进其他期望铰链特性。
18.从一个角度来看，通孔104可被视为形成在铰链区域210中，铰链区域210介于两个翼区域212之间。经减轻的铰链材料106(5)可经由翼区域212被固定到设备以形成经减轻的柔性铰链108(5)。
19.图3a-3c一起例示了示例复合的经减轻的柔性铰链108构造。图3a示出了如图2c中
所示的经减轻的柔性铰链108(4)的截面图。图3a中例示的构造可以代表经减轻的铰链材料106(4)的第一构造。第一构造可涉及采用干kevlar织物形式的铰链材料100，该干kevlar织物部分地用(刚性)树脂202(例如环氧树脂)浸渍，其限于两个翼或翼区域212的区域。铰链区域210可涉及干kevlar，在浸渍期间一些树脂从翼区域212扩散。
20.图3b例示了经减轻的柔性铰链108(6)的另一构造，其中铰链区域210和翼区域212具有相似的结构，但是位于铰链区域中的通孔104导致铰链区域在力施加在经减轻的柔性铰链108(6)上时倾向于弯曲，而翼区域保持相对刚性。另一复合的经减轻的铰链材料106构造可涉及完全地用柔性树脂(例如聚氨酯)浸渍的干kevlar织物。铰链区域210可以是聚氨酯基质中的湿kevlar织物。
21.图3c示出了另一示例经减轻的柔性铰链108(7)构造，其中多层结构材料302被构建在翼区域212上，而非铰链区域210上。多层结构材料302可以形成相对刚性的复合翼区域212，而铰链区域210中的通孔104有助于其柔韧性。例如，翼区域212可能涉及多种结构材料302，诸如在翼区域212中部分地用刚性树脂(例如，聚碳酸酯)浸渍的干kevlar和在铰链区域210中部分地用柔性树脂(tpu)浸渍的干kevlar。在这些情形中的一些情形中，翼区域212可以与刚性层(例如碳纤维加环氧树脂)层压在一起以实现机械功能或易于操作和组装。
22.图4a-4d一起示出了另一经减轻的铰链材料构造。在此情形中，图4a示出了铰链材料100。图4b示出了用树脂202浸渍以形成复合材料204的所有铰链材料。在此情形中，铰链材料在两侧具有树脂或刚性复合材料层(例如，材料被夹在树脂层之间)。在其他构造中，树脂可以仅施加到铰链材料100的一侧。图4c和4d示出了形成在复合材料中以定制复合材料的特性的通孔104。在此情形中，一些通孔104完全穿透复合材料204(例如，穿透通孔402)，而一些通孔仅部分穿透(例如，部分通孔404)。
23.图5a和5b示出了两种不同的经减轻的柔性铰链结构。在图5a的经减轻的柔性铰链108(9)构造中，铰链材料100是插入在结构材料302的两个刚性层(诸如环氧树脂中的碳纤维)之间的kevlar织物的单个柔性层。在图5b的构造中，铰链材料100是夹在结构材料302的两个刚性层(诸如环氧树脂中的碳纤维)之间的多个kevlar层中的柔性层叠。因此，在一些情形中，采用复合层形式的刚性材料(例如，环氧树脂或聚碳酸酯中的碳纤维)被层压在柔性铰链材料100的一侧或两侧上。在这些例示的构造中，从经减轻的柔性铰链108(10)的两侧形成偏移盲通孔或部分通孔404。在各种构造中，部分通孔404可被形成在单层kevlar、多层或树脂/cf-kevlar-树脂/cf层压板中。
24.经减轻的柔性铰链108可包括单层柔性铰链材料100(图5a)或多层柔性铰链材料100(1)和100(2)(图5b)。在这些情形中，kevlar是示例柔性铰链材料。除了在柔性kevlar的两侧上都具有树脂之外，刚性复合材料层(例如浸渍在环氧树脂或聚碳酸酯中的cf)可以被层压或被夹持在柔性铰链材料周围。
25.图6-10分别示出了经减轻的柔性铰链108(11)-108(15)的附加构造。
26.图6示出了一种构造，其中经减轻的柔性铰链108(11)包括在复合区域206中形成但不在铰链材料100的中心区域208中形成的通孔104。此构造可促进复合区域206中的弯曲以伴随中心区域208中的弯曲。在此示例中，通孔104具有正方形形状。其他例示的通孔具有圆形。构想了其他通孔形状(包括规则的和不规则的)。
27.图7示出了另一经减轻的柔性铰链108(12)。在此情形中，铰链区域210是复合区域
206，而翼区域212是未涂覆的铰链材料100。经减轻的柔性铰链108(12)具有沿铰链区域210中的三行布置以限定三个铰链轴(ha)的通孔104。此构造可促进各种铰链特性。例如，通孔104可以使相对更刚性的复合材料区域206以与未涂覆的翼区域212类似的方式弯曲。
28.在第一区域702中，与第二区域704相比，每单位面积采用相对较小密度的通孔104。此类构造可促进经减轻的柔性铰链108(12)的各种特性。例如，经减轻的柔性铰链108(12)可以容易地弯曲，同时限制区域702退化。
29.图8示出了另一经减轻的柔性铰链108(13)。在此情形中，虚线被用于指示与通孔104相关联的铰链轴(ha)。在此示例中，一行相对小的通孔104插入在数行相对大的通孔104之间。此构造可促进各种期望铰链特性。例如，在此情形中，小通孔位于中心处(例如，沿着中心铰链轴)。与沿其他两个铰链轴相比，经减轻的柔性铰链可能更倾向于沿该中心轴弯曲。其他两个铰链轴的较大通孔104可能导致沿所有三个铰链轴的弯曲与原来相比会更均匀地发生。
30.图9示出了另一经减轻的柔性铰链108(14)。在此情形中，通孔104的尺寸沿铰链轴(ha)交替或以其他方式改变。在此示例中，相对较小和较大的通孔104沿单个铰链轴交替。此外，该图案在相邻的铰链轴上偏移以避免过度削弱经减轻的柔性铰链108(14)。
31.换言之，通孔104可改变与经减轻的柔性铰链108相关联的特性并且产生相对于所示轴的弯曲。从一个角度来看，通孔104可局部地削弱经减轻的柔性铰链。这种弱化可以促进沿铰链轴的弯曲/弯折。铰链轴可以由通孔104的图案和/或尺寸来限定。从另一角度来看，通孔改变铰链材料的特性，并且各种形状和/或尺寸的通孔104的组合可以导致定制的折叠曲率和机械响应。在上述构造中，由通孔104限定的铰链轴通常彼此平行。下面提供了涉及多个铰链轴的示例，其中至少一些铰链轴彼此不平行。
32.图10表现了另一经减轻的柔性铰链108(15)。在此情形中，经减轻的铰链材料106包括多个通孔104的阵列。通孔104可促进沿多个铰链轴弯曲，这些铰链轴用虚线指示。在此情形中，弯曲可以是至少沿着第一铰链轴(ha1)、第二铰链轴(ha2)和附加铰链轴(ha3)。在此示例中，第一铰链轴在绘图页上是基本垂直的(例如，平行于经减轻的铰链材料106的较长边)。存在垂直于第一铰链轴的七个第二铰链轴，以及相对于第一铰链轴和第二铰链轴形成斜角并且在这种情况下在第一铰链轴和第二铰接轴之间延伸的六个附加铰链轴。这可创建折叠构造，其会导致尺寸收缩或弯屈，如在绘图页上1002处所指示的。
33.图11a和图11b以及图12a和图12b一起例示了另一示例经减轻的柔性铰链108(16)。在此情形中，经减轻的柔性铰链108(16)可以与柔性显示器1102协作使用，柔性显示器1102从第一部分110(6)延伸穿过经减轻的铰链材料106并延伸到第二部分110(7)。柔性盖1104可以覆盖与柔性显示器1102相对的设备。经减轻的铰链材料106可包括通孔104，该通孔104被选择性地放置以促进经减轻的柔性铰链108(16)在期望位置处的柔韧性和在其他位置处的较小柔韧性，以避免当设备从图11a的打开180度取向旋转到其他较小角度(诸如图11b的100度取向)并最终处于图12a和12b的零度闭合取向时卷曲柔性显示器1102。注意，如可从图11a看出的，在此实现中，通孔104不垂直于经减轻的铰链材料106的主表面(其平行于xy-参考平面)取向，而是以斜角取向。当然，在经减轻的铰链材料106上，通孔104的其他数量、尺寸、图案和/或位置也被构想以促进期望铰链特性。
34.本文所述的一个新颖点可以是通过减轻铰链材料的部分来制造通用柔性铰链和
定制铰链以满足各种设计标准的能力。例如，在一些情形中，柔性铰链可以用一行、多行或微米或纳米通孔104(例如，孔)的图案来减轻，这些通孔可通过激光或其他方法沿长度(或其一部分)钻孔以形成经减轻的柔性铰链108。通孔104可以是从微米尺寸到毫米尺寸的任何尺寸并且对于用户来说可以是可见的或不可见的。经减轻的柔性铰链108的性能可以通过各种直径、数量和/或图案的通孔104来优化。这是制造具有指定机械性能的复合带式铰链的非常有效的方法。此外，其也是调整铰链性能和缩小生产偏差的方法。
35.本发明概念提供了开发具有优化性能的柔性铰链(例如经减轻的柔性铰链)的更有效的方法。本发明概念还提供了一种可行的方法，即使在柔性铰链完全固化后，也可以根据生产偏差将铰链性能调整回设计规范。例如，如果柔性铰链测试比设计参数公差更硬，则可在柔性铰链中策略性地形成通孔并且铰链测试可以重复。
36.本概念可用于各种类型的纤维，至少包括kevlar、碳纤维、lcp等。纤维可以具有不同的纤维模量和强度。纤维可以是编织的，例如平纹、斜纹或其他。各种类型的树脂(诸如环氧树脂、pur/tpu等)可被采用。
37.开发柔性铰链的传统方法需要大量的时间、金钱和精力来确定正确的带式铰链配方。柔性铰链的生产偏差可能会导致铰链性能发生变化。然而，传统的柔性铰链在复合层叠固化之后无法被调整。
38.相反，本实现可通过微米/纳米钻孔来增强/优化柔性铰链性能以形成经减轻的柔性铰链。一些实现可能涉及通用带式铰链的层叠，其可以基于具有合理高模量的织物、具有合理模量/硬度的树脂、单一类型的编织以及一层或多层。通用带式铰链可以通过沿复合铰链的长度方向进行微米级或纳米级激光钻孔来调整。激光钻孔切割复合铰链中的纤维。通过减少连续纤维的数量，铰链在铰链区域中的机械强度和模量可以根据需要进行调整。这种方法不仅可以简化和加速具有经定义的扭矩的柔性铰链的开发，而且可以用于缩小批量生产中的偏差。换言之，例如，在测试时具有比规范更大的抗弯曲性的铰链可以具有在其中形成的通孔和/或额外的通孔以使抗弯屈性在规范范围内。
39.本发明的经减轻的柔性铰链概念可以与任何类型的设备一起使用，诸如但不限于笔记本计算机、智能电话、可穿戴智能设备、平板、和/或其他类型的现有的、开发中的、和/或尚待开发的设备。
40.尽管已用对结构特征和/或方法动作专用的语言描述了涉及经减轻的柔性铰链的技术、方法、设备、系统等，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不限于所述具体特征或动作。相反，这些具体特征和动作是作为实现所要求保护的方法、设备、系统等的示例形式而公开的。
41.在上文中描述了各个示例。附加的示例在下文中描述。一个示例包括一种设备，该设备包括：第一部分和第二部分；以及可旋转地固定该第一部分和该第二部分的经减轻的柔性铰链，该经减轻的柔性铰链包括柔性铰链材料，该柔性铰链材料包括介于各翼区域之间的铰链区域，至少该翼区域的该柔性铰链材料涂覆有树脂并且该铰链区域的该柔性铰链材料限定多个线性布置的通孔，这些通孔削弱该柔性铰链材料以限定铰链轴，当该第一部分和该第二部分旋转通过一系列取向时，该经减轻的柔性铰链沿着该铰链轴弯曲。
42.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该通孔定义多个铰链轴。
43.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该多个铰链轴彼此平行。
44.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该多个铰链轴限定折叠形状。
45.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该铰链区域和该翼区域两者都涂覆有树脂。
46.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该柔性铰链材料包括多层柔性材料。
47.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该翼区域将该柔性铰链材料固定到该第一部分和该第二部分。
48.另一示例包括一种设备，该设备包括：第一部分和第二部分；以及可旋转地固定该第一部分和该第二部分的经减轻的柔性铰链，该经减轻的柔性铰链包括柔性铰链材料，该柔性铰链材料具有形成在其中的多个通孔，这些通孔削弱该柔性铰链材料以限定至少一个铰链轴，当该第一部分和该第二部分相对于彼此旋转通过一系列取向时，该经减轻的柔性铰链沿着该铰链轴弯曲。
49.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该通孔被线性地布置，或者其中该通孔不被线性地布置。
50.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该通孔定义多个铰链轴。
51.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该多个铰链轴彼此平行。
52.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该多个铰链轴中的一些铰链轴不彼此平行。
53.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该通孔的尺寸都相同。
54.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中限定单个铰链轴的该通孔的尺寸都相同，但与限定另一单个铰链轴的该通孔的尺寸不同。
55.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中限定单个铰链轴的该通孔的尺寸不同。
56.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中限定单个铰链轴的该通孔沿该铰链轴等间隔地位于该柔性铰链材料中。
57.另一示例包括一种设备，该设备包括：第一部分和第二部分；以及可旋转地固定该第一部分和该第二部分的经减轻的柔性铰链。
58.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该经减轻的柔性铰链包括橡胶材料、织物材料或织物-树脂复合材料。
59.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该经减轻的柔性铰链包括相对于铰链轴布置在该橡胶材料、该织物材料或该织物-树脂复合材料中的多个通孔。
60.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该经减轻的柔性铰链限定了厚度，并且其中该通孔中的至少一些通孔穿透整个厚度。
61.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该经减轻的柔性铰链限定了厚度，并且其中该通孔中的至少一些通孔不延伸穿透整个厚度。
62.另一示例可包括以上和/或以下示例中的任一者，其中该经减轻的柔性铰链限定相对于多个铰链轴布置的多个通孔。