柔性层支撑结构和可收卷装置的制作方法

1.本发明涉及一种柔性层支撑结构和可收卷装置，可用于各类柔性平面展开后的稳定支撑。


背景技术：

2.柔性屏幕能够在半径足够小的卷轴上卷曲和展开，不出现折痕或者塑性变形，必须要足够柔和薄。现有的柔性屏幕技术已经非常先进，屏幕可以薄至0.01mm，最小可卷曲半径可以达到1mm，非常柔软，可随风飘动。但如此轻薄的屏幕需要配有一定刚度、可展可收的支撑骨架才能保持稳定的形状，以便于触控操作和观看。目前柔性屏幕的支撑骨架主要采用导轨式抽拉滑杆、折叠杆、铰链等装置作为骨架，但零部件较多，结构复杂，屏幕展开幅度有限，所占用空间和自重较大。而且骨架与屏幕一般为分离式布置，不能整面的贴身保护和支撑屏幕。像画卷一样展开的卷轴屏幕显示装置目前仍处在概念设计阶段，急需一种能够整面保护、伸展后自动展平、轻质而高刚度、卷收自如的先进支撑骨架结构。
3.申请号为201310752951.x的中国专利申请公开了一种可卷曲的薄壁支撑结构，用于可卷曲柔性屏幕展开后的支撑。该专利申请方案通过第一弹性凸面薄壁件和第二弹性凸面薄壁件结合，形成一个抗弯惯性矩和抗扭惯性矩较大的薄壁结构，通过第一弹性凸面薄壁件和第二弹性凸面薄壁件自身的弹性回弹力承受较大的弯矩和轴向压力，保持装载其上的可卷曲柔性屏幕展开后的稳定，同时能够通过第一弹性凸面薄壁件和第二弹性凸面薄壁件弹性叠合后进行收卷。
4.以上方案的薄壁支撑结构能够实现柔性平面的展开和收卷，但是存在如下问题：(1)薄壁结构的两个外表面均为向外凸出的圆弧曲面，不利于与搭载的柔性平面进行可靠固定；
5.(2)柔性平面展开的状态下，第一弹性凸面薄壁件和第二弹性凸面薄壁件在自身弹性作用下形成薄壁结构的两个外表面均为向外凸出的圆弧曲面，由于第一弹性凸面薄壁件和第二弹性凸面薄壁件的中间向外拱起，使薄壁结构横向两侧结合部相向移动，此状态下的薄壁结构的横向尺寸要小于第一弹性凸面薄壁件和第二弹性凸面薄壁件展平后的横向尺寸；在将柔性屏连同薄壁结构一同收卷的状态下，第一弹性凸面薄壁件和第二弹性凸面薄壁件叠合展平，薄壁结构横向两侧结合部向外移动，薄壁结构的横向尺寸在横向方向上展开等于第一弹性凸面薄壁件和第二弹性凸面薄壁件展平的横向尺寸。可以看出，该薄壁支撑结构在展开和收卷的状态下，横向尺寸会发生变化，当多组薄壁支撑结构搭载同一柔性平面的时候，收卷展开操作会造成不同薄壁支撑结构与柔性平面的结合位置发生拉扯，影响柔性平面在薄壁支撑结构上的固定。
6.(3)第一弹性凸面薄壁件和第二弹性凸面薄壁件结构叠合弯曲的层间剪力只能在两个薄壁件的面内横向传递，在两者的接合部相互抵消。由于结构中的薄壁件较薄，结构弯曲后，越靠近结合部的部位，其剪应力就越大，且分布不均匀，局部变形不一致，以及沿纵向变形累积，因此在这种剪力传力路径较远的状态下，容易出现屈服或者变形过大而面外失
稳，很难使叠合后的结构贴合卷轴卷曲。特别是当结构的宽度较大、卷曲半径较小时，结构的层间剪力将会更大，更容易出现面外变形或者失稳，各层弹性件不能紧密叠合，即使在弹性范围内弯卷，也不能均匀的贴合卷收在卷轴上，容易造成柔性设备的不均匀变形而导致破坏。


技术实现要素：

7.本发明解决的技术问题是：针对以上可卷曲薄壁支撑结构存在的上述问题，提供一种结构稳定可靠的柔性层支撑结构和可收卷装置。
8.本发明采用如下技术方案实现：
9.柔性层支撑结构，包括至少两个叠装的薄板和至少两个并列夹装在薄板之间的折叠弹簧；所述折叠弹簧之间沿薄板的第一方向并列布置，每个所述的折叠弹簧为偶数个沿薄板第二方向延伸的曲面弹性片串联成的长条波形压簧，所述折叠弹簧具有将两侧薄板撑开的弹性趋势，所述折叠弹簧受压后所有曲面弹性片与薄板叠合成层状结构；所述折叠弹簧两外端曲面弹性片的外侧边缘与相邻的薄板平滑搭接，所述折叠弹簧和薄板之间围成具有抗弯刚度的空心薄壁层结构；所述的薄板在折叠弹簧变形方向受到足够大的叠合压力时，柔性层支撑结构所有的薄板和折叠弹簧叠合成可弯曲或者卷曲的叠合柔性层结构，卸除叠合压力后，折叠弹簧快速弹性撑开薄板恢复至原状。
10.上述的柔性层支撑结构中，进一步的，所述的薄板包括第一薄板和第二薄板；所有折叠弹簧分布在第一薄板和第二薄板叠合的投影区域内；曲面弹性片分别与第一薄板和第二薄板之间的连接位置为固定结合部，曲面弹性片之间的连接位置在第一薄板和第二薄板的投影区域内为自由结合部，所述自由结合部在折叠弹簧叠合和撑开过程中沿薄板的第一方向平移，相邻折叠弹簧的自由结合部相向或反向布置，相向设置的自由结合部之间设置供自由结合部平移的间隙。
11.上述的柔性层支撑结构中，进一步的，所述同一层所有曲面弹性片展平后的宽度与结合部间隙宽度的总和不大于与其连接的薄板宽度，所述间隙的宽度不小于其两侧的自由结合部平移的最大行程之和。而且只要同一层所有曲面弹性片展平后的宽度与结合部间隙宽度的总和等于与其连接的薄板宽度，即使存在第一薄板和第二薄板宽度不一致，或者存在折叠弹簧初始厚度不一致，使得两薄板存在小角度夹角而不完全平行，或者存在折叠弹簧中的两个曲面弹性片展平后宽度不一致，自然状态下两个曲面弹性片不沿叠合面对称等情况，柔性层支撑结构仍然可以实现叠合展平。但尽量使结构中的薄板、折叠弹簧和曲面弹性片对称布置，对称布置是可以当做优选项。
12.上述的柔性层支撑结构中，进一步的，所述曲面弹簧片在第一方向上的横截面为平滑曲线，两侧端部于固定结合部或自由结合部平滑过渡至相切连接，形成具有至少一个v字型开口的折叠弹簧。
13.上述的柔性层支撑结构中，进一步的，所述第一薄板和第二薄板沿第二方向的两条侧边分别固定结合有侧封折叠弹簧，第一薄板和第二薄板同侧的侧封折叠弹簧向外延伸并固定结合，将第一薄板和第二薄板之间的两侧缝封边。
14.上述的柔性层支撑结构中，进一步的，所述薄板、折叠弹簧和侧封折叠弹簧采用金属材料、聚合物材料、纤维增强聚合物、金属丝骨架、多孔薄板中的一种或多种。
15.上述的柔性层支撑结构中，进一步的，所述固定结合部和自由结合部的固定结合方式包括粘结、焊接、熔接、压接或者铆接。
16.上述的柔性层支撑结构中，进一步的，所述曲面弹性片截面和薄板弯曲或者卷曲后的任意点的曲率满足以下关系式：
[0017][0018]
其中：t为曲面弹性片或者薄板的厚度；
[0019]
e为曲面弹性片或者薄板的弹性模量；
[0020]
ρ为单个曲面弹性片或者薄板的中性层的曲率半径；
[0021]
σe为曲面弹性片或者薄板的弹性极限值。
[0022]
上述的柔性层支撑结构中，进一步的，所述第一薄板和第二薄板之间夹装两组以上串联连接的折叠弹簧组，折叠弹簧之间增设中间层。
[0023]
在本发明的柔性层支撑结构的优选方案中，至少两组所述薄板沿第一方向拼装，所述薄板的拼装侧边设置相互嵌合的台阶结构。
[0024]
上述的柔性层支撑结构中，进一步的，所述薄板、曲面弹性片的厚度为0.001～2mm，优选为0.01～0.5mm。
[0025]
上述的柔性层支撑结构中，进一步的，所述折叠弹簧的曲面弹性片、第一薄板和第二薄板的表面上设置有在柔性层支撑结构叠合状态下相互咬合的凹凸结构。
[0026]
上述的柔性层支撑结构中，进一步的，所述凹凸结构包括走势沿第一方向或者第二方向排布的凹凸条纹结构，或者面分布的凹凸压花结构，或者若干剪力键和键槽/孔。
[0027]
本发明还公开了一种可收卷装置，包括卷轴、压辊和收卷安装在卷轴上的柔性层，所述柔性层采用本发明上述的柔性层支撑结构；所述压辊和卷轴之间或者压辊与压辊之间设有宽度小于柔性层撑开厚度的缝隙，所述柔性层穿过该缝隙收卷安装在卷轴上，在所述柔性层收卷过程中，经过压辊与卷轴的挤压，柔性层支撑结构的折叠弹簧和薄板叠合为层状结构后收卷在卷轴上；所述柔性层支撑结构在柔性层放卷过程中，离开压辊与卷轴的结构部分，折叠弹簧撑开薄板恢复成刚性平整的空心薄壁层结构。
[0028]
本发明的柔性层支撑结构通过折叠弹簧的曲面弹性片与薄板之间围成一个抗弯惯性矩和抗扭惯性矩都较大的、可以叠合弯曲的弹性结构。当结构的薄板表面受到足够大的叠合压力时，各曲面弹性片沿叠合面展平成可以弯曲或者卷曲的叠合薄片结构。当结构上的叠合压力卸除后，结构在曲面弹性片的自身弹性作用下快速恢复致原来的空心薄壁弹性结构，折叠弹簧恢复后的曲面弹性片形成的支撑凹层为柔性层支撑结构提供足够的支撑刚度和保护。折叠弹簧的弹性变形均发生在薄板之间的空间内，不会造成柔性层支撑结构的薄板表面发生形变移位。
[0029]
本发明的可收卷装置将柔性层支撑结构的一个方向端部连接在卷轴上，通过压辊按压柔性层支撑结构的第一薄板和第二薄板叠合卷收，使用时将柔性层支撑结构从卷轴上放卷展开，离开卷轴的部分通过折叠弹簧的自动弹性恢复成刚度更大的平整空心薄壁结构的自然状态，具有非常大的收纳比，同时展开的柔性层支撑结构在两个薄板面法向方向能够承受足够大的弯矩，自然状态下的柔性层支撑结构具有更高的抗弯性能和支撑刚度。另
外，曲面弹性片和薄板之间、曲面弹性片之间在叠合状态下通过相互咬合的凹凸结构增加机械咬合和摩擦力，抵抗柔性层支撑结构在弯曲或者卷曲过程中层间剪切力，避免卷收过程中各层之间发生相对滑移，提高柔性层支撑结构叠合状态下可卷曲或者弯曲性能。
[0030]
以薄板和折叠弹簧的柔性层支撑结构为基本单元，在保证局部刚度和不改变可卷曲性能的基础上，将多个基本单元在横向拼接成面积更大的多孔可卷收支撑结构面板，便于搭载如柔性屏幕、柔性太阳能电池、卫星天线等柔性设备，实现大面积柔性屏的扩展铺装。当柔性设备需要使用时，柔性层支撑结构面板和柔性设备一同从卷轴上拉伸出或者从卷轴上取出，柔性层支撑结构面板自身的弹性回复力带动柔性设备自动展平，为柔性设备提供足够大的支撑刚度和整面的保护。当该柔性设备使用完毕后，柔性设备和柔性层支撑结构一同回卷至卷轴上。因此使用该结构的柔性设备所占用的空间较小，便于存放。
[0031]
综上所述，本发明提出的技术方案有效解决现有柔性屏幕支撑骨架存在的零部件较多、结构复杂、屏幕展开幅度有限、占用空间和自重较大等问题。本发明可以实现支撑结构与柔性设备一同收卷和展开，是一种可以整面保护、展开后自动展平、轻质而高刚度、卷收自如的支撑骨架结构，在卷轴屏、柔性太阳能电池、卫星天线等柔性设备具有很好的应用前景。
[0032]
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
[0033]
图1为实施例一中的柔性层支撑结构分解示意图。
[0034]
图2a、2b分别为实施例一中的柔性层支撑结构在薄板自然状态和叠合状态下的立体图。
[0035]
图3为实施例一中柔性层支撑结构的自然状态与叠合状态相互转换的机理图。
[0036]
图4a、4b分别为实施例一中的柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的横截面图。
[0037]
图5为实施例一中柔性层支撑结构在收卷或者展开状态下的装置示意图。
[0038]
图6a、6b分别为实施例一中的面外弯曲型和面内弯曲型柔性层支撑结构示意图。
[0039]
图7a、7b分别为实施例二中的一种柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的横截面图。
[0040]
图8a、8b分别为实施例二中的另一种柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的横截面图。
[0041]
图9a、9b分别为实施例三中的柔性层支撑结构面板在自然状态和叠合状态下的横截面图。
[0042]
图10为实施例三中的柔性层支撑结构面板在收卷或者展开状态下的装置示意图。
[0043]
图11a、11b分别为实施例四中的柔性层支撑结构面板在自然状态和叠合状态下的横截面图。
[0044]
图12a、12b分别为实施例五中的柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的轴侧图。
[0045]
图13a、13b分别为实施例五中的柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的a-a纵截面图。
[0046]
图14a、14b分别为实施例五中的柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的b-b纵截面图。
[0047]
图15a、15b分别为实施例五中的柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的c-c纵截面图。
[0048]
图16a、16b分别为实施例六中的柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的轴侧图。
[0049]
图17a、17b分别为实施例六中的柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的a-a纵截面图。
[0050]
图18a、18b分别为实施例六中的柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的b-b纵截面图。
[0051]
图19a、19b分别为实施例六中的柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的c-c纵截面图。
[0052]
图20a、20b分别为实施例七中的柔性层支撑结构在自然状态和叠合状态下的横截面图。
[0053]
图21为实施例八中的柔性层支撑结构在自然状态下的横截面图。
[0054]
图22为实施例八中的多个柔性层支撑结构横向拼接成整体效果图。
[0055]
图中标号：1-第一薄板，2-第二薄板，3-中间层，5-第一折叠弹簧，6-第二折叠弹簧，7-间隙，9-带状柔性层支撑结构，10-面板柔性层支撑结构；
[0056]
11-第一曲面弹性片，12-第二曲面弹性片，13-第三曲面弹性片，14-第四曲面弹性片，15-第五曲面弹性片，16-第六曲面弹性片，17-第七曲面弹性片，18-第八曲面弹性片，19-侧封折叠弹簧；
[0057]
21-第一结合部，22-第二结合部，23-第三结合部，24-第四结合部，25-第五结合部，26-第六结合部；
[0058]
31-凸齿，32-齿槽，33-剪力键，34-键槽，35-键孔；
[0059]
41-卷轴，42-压辊；
[0060]
51-第一搭接台阶，52-第二搭接台阶，53-第三搭接台阶，54-第四搭接台阶；
具体实施方式
[0061]
实施例一
[0062]
参见图1和图2a，图示中的一种柔性层支撑结构为本发明的一种基础方案，本实施例中的带状柔性层支撑结构9为一个长条形带状可折叠的空心薄壁结构，包括两个大小相等、平行且正对排列的薄板，以及并列夹装在两者之间的两个相同的v字型折叠弹簧。薄板和折叠弹簧均为弹性薄壁件，薄板的形状为长条矩形，折叠弹簧为长条形可折叠的片状压簧，弹簧压缩形变方向为薄板的垂直方向，变形量为两薄板内表面之间的距离。两个折叠弹簧在结构横向对称布置且开口均朝外，两者之间存在一定间距不直接相互连接，而是通过两个薄板进行连接，两者均可以向内折叠且不相互侵入和干扰。
[0063]
为了便于对本实施例的带状柔性层支撑结构9进行更加准确的描述，基于带状柔性层支撑结构9的纵向、横向和厚度方向，在图中建立一个空间三维坐标系，其中设定x轴为带状柔性层支撑结构9的横向方向(第一方向)，y轴为带状柔性层支撑结构9的纵向方向(第
二方向)，z轴为带状柔性层支撑结构9的高度方向(第三方向)。
[0064]
具体如图2a和图2b所示，本实施例的柔性层支撑结构中的两个薄板分别设为第一薄板1和第二薄板2，两个折叠弹簧分别设为第一折叠弹簧5和第二折叠弹簧6。第一折叠弹簧5和第二折叠弹簧6在带状柔性层支撑结构9的横向方向上并列布置，第一折叠弹簧5和第二折叠弹簧6本身均为沿带状柔性层支撑结构9的纵向方向连续延伸的片状压簧结构。第一折叠弹簧5的两翼边缘分别与两个薄板的左侧内表面边缘齐边并相切搭接，同样地，第二折叠弹簧6的两翼边缘分别与两个薄板的右侧内表面边缘齐边并相切搭接，这四个薄壁件依次连接围成一个上下表面平行、两侧可向内折叠的柔性层空心薄壁弹性结构。
[0065]
如图2a所示，当带状柔性层支撑结构9在没有受到外力作用时，结构处于无变形的自然状态；当结构在外力作用下压缩折叠弹簧实现第一薄板1和第二薄板2之间叠合，即结构被压缩至叠合状态，如图2b所示；当卸除结构上的外力，折叠弹簧弹性支撑开两个薄板，结构则弹性恢复致原来的形状，即自然状态，结构在自然状态与叠合状态相互转换如图3所示。可以看出，在自然状态或者叠合状态下，第一折叠弹簧5和第二折叠弹簧6在第一薄板1或者第二薄板2上的投影不超出两个薄板面的外轮廓，并且两个折叠弹簧在薄板面上的投影无叠加区域。即两个折叠弹簧无论是在压缩还是弹性撑开的状态均发生在第一薄板1和第二薄板2的投影区域内，不会造成带状柔性层支撑结构9外观尺寸的变化，保证对整个柔性设备的全面支撑。
[0066]
带状柔性层支撑结构9自然状态的横截面如图4a所示，两个折叠弹簧在第一薄板1和第二薄板2之间的具体结构如下：
[0067]
第一折叠弹簧5包括厚度一致的第一曲面弹性片11和第三曲面弹性片13，第一曲面弹性片11和第三曲面弹性片13均为与带状柔性层支撑结构9的纵向长度一致的条状弹性片。第一曲面弹性片11的横截面中心线为平滑的反向s形，第三曲面弹性片13的横截面中心线为平滑的s形，两个曲面弹性片以xy平面(中心叠合面)为对称面对称布置。两者横向的一侧边缘以中心叠合面为切面固定搭接成第五结合部25，形成开口朝左的v字形折叠弹簧；两者横向另一侧边缘(v字形折叠弹簧的自由侧边缘)与第一薄板1和第二薄板2的左侧边缘对齐相切搭接，分别形成第一结合部21和第三结合部23，两个结合部的结合面分别以第一薄板1的下表面和第二薄板2的上表面为切面。
[0068]
同样地，第二折叠弹簧6包括厚度一致的第一曲面弹性片12和第四曲面弹性片14，其中第二曲面弹性片12的横截面中心线为平滑的s形，第四曲面弹性片14的横截面中心线为平滑的反向s形，两个曲面弹性片以中心叠合面为对称面对称布置。两者横向的一侧边缘以中心叠合面为切面固定搭接成第六结合部26，形成开口朝右的v字形折叠弹簧；两者横向另一侧边缘与第一薄板1和第二薄板2的右侧边缘对齐相切搭接，分别形成第二结合部22和第四结合部24，两个结合部的结合面分别以第一薄板1的下表面和第二薄板2的上表面为切面。
[0069]
曲面弹性片的横截面中心线由凸形圆曲线与凹形圆曲线相切连接而成，整个截面中心线为无折角的s形或者反向s形的平滑曲线，其两侧结合端部呈过渡相切设置。平滑曲线除了采用曲率半径不变的圆曲线，还可以选择曲率半径变化的抛物线、缓和曲线等平滑曲线，其间还可以插入与其相切的直线段，但整个中心线必须是无折角的平滑曲线，避免曲面弹性片展平后出现塑性变形。
[0070]
本实施例的带状柔性层支撑结构9在叠合过程中，连接在薄板两侧的第一结合部21与第二结合部22、第三结合部23与第四结合部24均为薄板固定，相互之间间距保持不变，为固定结合部。折叠弹簧中的第五结合部25与第六结合部26在结构横向相对移动靠近，两者的间隙7宽度逐渐变小，而两者在结构高度方向无相对位移，卸除叠合力后两者恢复致原始间隙7。由于第五结合部25与第六结合部26在折叠弹簧叠合过程中在结构横向可以相对运动，因此又称之为自由结合部。
[0071]
带状柔性层支撑结构9叠合状态下的横截面如图4b所示，各个曲面弹性片展平后横向的实际宽度不超过与其相连接的薄板宽度的一半，或者与同一薄板连接的两个曲面弹性片展平后的宽度之和不大于该薄板宽度，即间隙7宽度不小于其两侧的第五结合部25和第六结合部26最大行程之和；或者同一层的所有曲面弹性片展平后的宽度之和 所有结合部间隙宽度＝与之对应连接的薄板宽度，就可以实现结构叠合。当间隙7宽度等于两个自由结合部的行程之和，结构叠合后，两个自由结合部之间正好相互抵接，如图4b中所示。但间隙7宽度可以适当大于两个自由结合部的行程之和，这样在折叠弹簧压缩到位后，第五结合部25和第六结合部26之间还会保留一定的空间，可以用于容纳薄板之间的灰尘杂质，避免灰尘杂质直接压印薄板造成破损。
[0072]
本实施例在具体应用中，曲面弹性片截面和薄板弯曲或者卷曲后的任意点的曲率满足以下关系式：
[0073][0074]
其中：t为曲面弹性片或者薄板的厚度；
[0075]
e为曲面弹性片或者薄板的弹性模量；
[0076]
ρ为单个曲面弹性片或者薄板的中性层的曲率半径；
[0077]
σe为曲面弹性片或者薄板的的弹性极限值。
[0078]
基于上述曲率表达式优化薄壁件的初始曲率或者变形后的曲线，从而可以降低薄壁件塑形变形的几率。所有的曲面弹性片与薄板之间的结合部、曲面弹性片与曲面弹性片之间的结合部均设置成平滑相切结合，避免结合部在结构叠合弯曲或者卷曲过程中出现过大的应力而导致局部变形不一致或者撕裂破坏。
[0079]
本实施例的带状柔性层支撑结构9中，曲面弹性片或者薄板等薄壁件采用高弹性金属、高弹性聚合物、纤维增强聚合物或者金属丝骨架增强聚合物材料，金属材料可以采用如不锈钢、记忆合金、钛合金等合金高弹性高强度材料；金属丝编织成曲面弹性片或者多孔薄板的骨架；高弹低塑聚合物如peek、tpe、pu、pet和橡胶等聚合物，纤维增强聚合物如玻璃纤维、碳纤维、金属等纤维增强高弹聚合物。
[0080]
曲面弹性片和薄板之间、曲面弹性片和曲面弹性片之间的结合部固定结合方式包括粘结、焊接、熔接、压接或者铆接。粘结剂粘结，最好采用强度高，模量与薄壁件相近的粘结剂粘合，以保证粘合质量；金属材质可采用焊接或铆接方式；高弹聚合物、纤维增强聚合物等材料可采用粘结剂粘结或高温熔合。本实施例中采用的是高温融合结合，所有结合部将曲面弹性片与曲面弹性片、曲面弹性片与薄板之间连接一体结合。
[0081]
参见图5，本实施例还公开了采用上述带状柔性层支撑结构9的一种可收卷装置，
包括卷轴41、压辊42和收卷安装在卷轴41上的带状柔性层支撑结构9，采用带状柔性层支撑结构9的柔性层部件通过卷绕在卷轴41上实现整个结构的收卷和展开。
[0082]
带状柔性层支撑结构9的柔性层部件在收卷过程中，穿过压辊42和卷轴41之间的缝隙卷绕在卷轴41上，压辊42的圆周表面与卷轴41卷绕圆周表面之间形成的间隙对应带状柔性层支撑结构9叠合状态下的厚度，小于带状柔性层支撑结构9自然状态下撑开的厚度，柔性层部件临近卷轴41的结构部位在压辊42挤压下，折叠弹簧被压缩，两个薄板逐渐靠近，越靠近卷轴41和压辊42的结构部位高度越小，最终在卷轴41和压辊42的挤压下，该结构部位的薄板和折叠弹簧被按压成叠合状态，此时该结构部位绕x轴的截面抗弯惯性矩最小，变得非常柔软，从而可以在设计的最小半径的卷轴41上卷曲，且薄壁件越薄，就越容易卷曲。
[0083]
卷轴41为柔性层的卷绕轴，压辊42对柔性层卷绕到卷轴41之前进行预压，压辊42可以和卷轴41形成预压柔性层的缝隙，也可以采用两组对辊设置的压辊42单独形成预压的缝隙。
[0084]
带状柔性层支撑结构9在放卷过程中，离开卷轴41与压辊42的结构部位，折叠弹簧的弹力撑开上下两薄板，结构自动绷直恢复成一定刚性的自然状态，即结构上下表面平整的空心薄壁结构。此时恢复至自然状态的结构部位可以承受绕横向x轴的弯矩和沿纵向y轴的轴向压力。即便结构在外荷载的作用下超出结构的极限承载力，折叠弹簧压缩叠合使带状柔性层支撑结构9整体突然失稳而叠合弯曲，以释放外部荷载的影响，避免结构破坏。
[0085]
为了能使卷曲或者弯曲后的带状柔性层支撑结构9弹性恢复到原来未卷曲的自然形状，即结构在弹性范围变形，卷轴41的半径应该大于等于结构的最小设计半径，该卷曲半径应该使结构卷曲后的每个部分都应该处在弹性变形状态，否则就会使结构出现塑性变形或者破坏，无法恢复到原来的形状。
[0086]
当本实施例的可收卷装置在使用时，卷曲叠合状态下的带状柔性层支撑结构9从卷轴41上拉伸出或者从转盘取出展开后，离开卷轴41的结构部分中的折叠弹簧弹性恢复力自动绷直，展平成一个抗弯和抗扭惯性矩较大的平直表层结构，其能承受较大的弯矩和轴向压力，而不会失稳或者破坏。当结构使用完毕后，回卷至卷轴41上，因此该可收卷装置所占用的空间较小，便于收藏。
[0087]
本实施例的带状柔性层支撑结构9的纵向为等高度长直型，该结构适用于直面屏等柔性结构。同样地，通过调整折叠弹簧和薄板的形状构建成平面内弯曲的弧线型，或者平面外弯曲的弧线型，以搭载和满足不同柔性设备要求。图6a表示带状柔性层支撑结构9的弯曲方向是在xz平面内弯曲，该结构适应于曲面屏幕等柔性设备；图6b表示带状柔性层支撑结构9的弯曲方向是在xy平面内弯曲，该结构适应于扇形屏幕等柔性设备。
[0088]
实施例二
[0089]
参见图7a、7b，图示中的一种带状柔性层支撑结构9为本发明的另一种具体实施方案，本实施例以实施例一为基础，区别在于，本实施例中的第一折叠弹簧5和第二折叠弹簧6分别由两个v字形折叠弹簧串联连接而成，构成弹簧组，即每个折叠弹簧组由4个曲面弹性片沿柔性层的高度方向串联构成，其压缩变形方向同样是结构的高度方向。所述的串联连接，弹簧组的变形是所有单个弹簧变形量的总和，载荷则与单个弹簧相同；所述并联连接，弹簧组的变形与单个弹簧变形量相同，载荷则是所有单个弹簧的载荷之和。
[0090]
更进一步描述，本实施例中第一折叠弹簧5中的第一曲面弹性片11、第二曲面弹性
片12、第三曲面弹性片13、第四曲面弹性片14的四条外侧侧边分别和第一薄板1和第二薄板2的四条侧边固定结合形成固定结合部。在第一折叠弹簧5的第一曲面弹性片11和第三曲面弹性片13之间增加第五曲面弹性片15和第七曲面弹性片17；在第二折叠弹簧6的第二曲面弹性片12和第四曲面弹性片14之间增加第六曲面弹性片16和第八曲面弹性片18。第五曲面弹性片15的一侧边和第七曲面弹性片17的一侧边分别与第一曲面弹性片11的另一侧边和第三曲面弹性片13的另一侧边固定结合形成两个自由结合部，第五曲面弹性片15的另一侧边和第七曲面弹性片17的另一侧边之间相互结合形成自由结合部；第六曲面弹性片16的一侧边和第八曲面弹性片18的一侧边分别与第二曲面弹性片12的另一侧边和第四曲面弹性片14的另一侧边固定结合形成两个自由结合部，第六曲面弹性片16的另一侧边和第八曲面弹性片18的另一侧边之间相互结合形成自由结合部。本方案的折叠弹簧布置方案中，沿带状柔性层支撑结构9的高度方向，通过增加v字形折叠弹簧或者曲面弹性片的数量，在不改变弹簧载荷的基础上提高结构截面高度，增加结构的抗弯刚度。
[0091]
进一步的，本实施例考虑到位于两组折叠弹簧中间的曲面弹性片没有与薄板直接连接，第五曲面弹性片15和第七曲面弹性片17之间的自由结合部以及第六曲面弹性片16和第八曲面弹性片18之间的自由结合部在折叠压缩过程中容易失稳向两侧移位，在两个并列的折叠弹簧组之间增设与第一薄板和第二薄板平行的中间层3，如图8a、8b所示。将第五曲面弹性片15和第七曲面弹性片17之间的自由结合部以及第六曲面弹性片16和第八曲面弹性片18之间的自由结合部分别与中间层3的两侧边固定结合，将该两个自由结合部转变成相对中间层和薄板在结构横向相对固定的固定结合部。因此，折叠弹簧组之间增加中间层相当于形成多层薄板-折叠弹簧组结构，增加多层折叠弹簧组的结构支撑稳定性。
[0092]
本实施例在折叠弹簧的形变方向增加曲面弹性片的数量，在不改变折叠弹簧的载荷条件下，增加折叠弹簧的形变量和结构的高度，增长结构的抗弯性能和刚度。
[0093]
实施例三
[0094]
参见图9a、9b，图示中的一种面板柔性层支撑结构10为本发明的另一种具体实施方案，本实施例在实施例一中的带状柔性层支撑结构9的基础上，在较宽薄板组之间沿结构横向方向夹装更多数量且并列布置的折叠弹簧，形成横向较宽的面板柔性层支撑10，其结构纵向上的尺寸可以通过调整曲面弹性片的纵向长度来适应，可适用形成面板的柔性层支撑。
[0095]
参见图10，本实施例还公开了面板柔性层支撑结构10的一种可收卷装置，包括卷轴41、压辊42和面板柔性层，面板柔性层采用本实施例的面板柔性层支撑结构10，包括叠装的第一薄板1和第二薄板2以及第一薄板1和第二薄板2之间沿结构横向夹设的若干个两两相对布置的折叠弹簧，卷轴41的轴向长度与面板柔性层支撑结构10的宽度匹配，面板柔性层支撑结构10通过卷绕在卷轴41上实现整个支撑结构的收卷和展开。各个折叠弹簧与薄板的连接方式以及压辊42和卷轴41的布置方式均可参考实施例一和实施例二。
[0096]
实施例四
[0097]
参见图11a、11b，图示中的一种面板柔性层支撑结构10为本发明的另一种具体实施方案，本实施例在实施例三的面板柔性层支撑结构10的基础上，分别在面板柔性层支撑结构10的第一薄板1和第二薄板2沿第二方向的两条侧边分别固定结合有侧封折叠弹簧19，第一薄板1和第二薄板2同侧的侧封折叠弹簧19向外延伸并固定结合，使面板柔性层支撑结
构10在第一薄板1和第二薄板2撑开状态下，对第一薄板1和第二薄板2侧边结合的曲面弹性片之间形成的侧缝进行封边。
[0098]
实施例三中的面板柔性层支撑结构10在使用过程中，其外侧的两对曲面弹性片形成的勾缝里容易夹留杂物，如果在卷收之前没有及时清理，将会影响结构弯卷性能。本实施例通过面板柔性层支撑结构10的两侧各增加一对侧封折叠弹簧19，防止面板柔性层支撑结构10外露的勾缝里夹留杂物。侧封折叠弹簧19的结构与第一薄板和第二薄板之间的折叠弹簧结构相同，与相邻的第一薄板1和第二薄板2之间最外侧的折叠弹簧对称设置，对面板柔性层支撑结构10进行封边的同时还可以对第一薄板1和第二薄板2的侧边形成辅助支撑作用。侧封折叠弹簧19全部伸出在第一薄板1和第二薄板2以外的区域，在第一薄板1和第二薄板2撑开的情况下不与薄板表面平齐，因此侧封折叠弹簧19的区域可不考虑用作面板柔性层支撑结构10的表面层。
[0099]
侧缝折叠弹簧19同样也可以设置在实施例1和实施例2的带状柔性层支撑结构9中。
[0100]
实施例五
[0101]
参见图12a、12b，图示中的一种带状柔性层支撑结构9为实施例一的进一步优选方案，在前面实施例一中，薄板和曲面弹性片表面均为光滑表面，当叠合状态下的柔性层支撑结构发生弯曲或者卷曲时，层间剪力在各曲面弹性片的面内横向传递，传递路径由曲面弹性片中心横向传递至曲面弹性片的结合部，然后横向传递至中心叠合面上的曲面弹性片与曲面弹性片接合部。由于结构中的薄板较薄，面外稳定性非常差，结构弯曲后，越靠近结构截面中合轴的曲面弹性片和结合部，其剪力就越大，且分布不均匀，导致局部变形不一致，以及沿纵向形变累积，因此在这种传力路径较远的情况下，容易出现面外失稳或者变形过大而屈服，很难使叠合后的结构贴合卷轴卷曲，大大影响结构的弯卷性能。特别是当带状柔性层支撑结构9的宽度较大、卷曲半径较小时，薄壁件的层间剪力将会更大，更容易出现面外变形或者失稳，各层曲面弹性片不能紧密叠合，即使在弹性范围内弯卷，也不能均匀的贴合卷收在卷轴41上，容易造成柔性设备的不均匀变形而导致破坏。
[0102]
本实施例在上述实施例的带状柔性层支撑结构9基础上，在折叠弹簧的曲面弹性片、第一薄板和第二薄板上设置有在带状柔性层支撑结构9叠合状态下相互咬合的凹凸结构，在第一薄板和第二薄板叠合后通过相互咬合的凹凸结构提高层与层之间的机械咬合力和摩擦力，抵消整个结构卷绕到卷轴上的层间错层剪切力。
[0103]
本实施例沿平行于柔性层yz平面纵向截切带状柔性层支撑结构9各部位，截切位置如图12a、12b所示，由于结构的横截面对称性，本实施例只截取第一折叠弹簧一侧，第二折叠弹簧的结构与第一折叠弹簧对称，在经过第一结合部21和第三结合部23竖向截切得到a-a截面，在第一结合部21和第五结合部25之间的结构上竖向截切得到b-b截面，在经过第五结合部25竖向截切得到c-c截面。
[0104]
如图13a和图13b所示，在第一结合部21和第三结合部23的a部纵截面图中，在两组曲面弹性片相对叠合的接触表面上，沿带状柔性层支撑结构9的y轴纵向方向上交替布置延伸至两端结合部的连续的凸齿31和齿槽32，凸齿31和齿槽32分别在曲面弹性片表面错开分布。第一结合部21和第三结合部23在带状柔性层支撑结构9叠合后，其上的凸齿31和齿槽32相互咬合。
[0105]
如图14a和图14b所示，同样地，在b部纵截面图中，第一薄板1和第一曲面弹性片11相对叠合的接触表面上，沿带状柔性层支撑结构9的纵向交替分布连续的凸齿31和齿槽32；第一曲面弹性片11和第三曲面弹性片13相对叠合的接触表面上，沿带状柔性层支撑结构9的纵向交替分布连续的凸齿31和齿槽32；第三曲面弹性片13和第二薄板2相对叠合的接触表面上，沿带状柔性层支撑结构9的纵向交替分布连续的凸齿31和齿槽32。相对接触表面上的凸齿31和齿槽32分别错位分布，叠合状态下，带状柔性层支撑结构9中薄壁件各接触面上相对的凸齿31和齿槽32相互咬合；
[0106]
如图15a和图15b所示，在c部纵截面图中，第一薄板1和第五结合部25相对叠合的接触表面上，沿结构纵向方向交替分布连续的凸齿31和齿槽32；第二薄板2和第五结合部25相对叠合的接触表面上，沿结构纵向方向上交替分布连续的凸齿31和齿槽32，相对接触表面上的凸齿31和齿槽32分别错位分布，在叠合状态下，带状柔性层支撑结构9中薄壁件各接触面上相对的凸齿31和齿槽32相互咬合。各层薄壁件之间通过接触表面上的凸齿和齿槽的咬合抵抗层间剪切力，由于剪力是通过垂直板面直接传递，传力路径非常短，层间剪力快速抵消，而且剪应力和不均匀变形都将变小，即使厚度极小、宽度极大的薄壁件，叠合也能弯卷自如，不容易出现面外失稳和无法正常卷曲的情况。
[0107]
实施例六
[0108]
参见图16a、16b，图示中的一种带状柔性层支撑结构9为实施例五中的凹凸结构的另一种优选实施方案。本实施例同样是在两组曲面弹性片相对叠合的表面上沿结构纵向方向上设置连续的凸齿31和齿槽32，与实施例五不同的是，本实施例中的凸齿和齿槽在曲面弹性片或者薄板表面上的布局不是紧密分布，而是存在一定间距，属于不完全齿纹。
[0109]
如图17a和图17b所示，在相对的第一结合部21和第三结合部23的a部纵截面图中，在第一结合部21和第三结合部23相对的接触表面上，沿结构纵向方向分布连续的凸齿31和齿槽32，凸齿31和齿槽32在同一表面上交替分布，相对表面上的凸齿31和齿槽32则在叠合状态下一一咬合，第一结合部21和第三结合部23随柔性层支撑结构叠合后，其上的凸齿31和齿槽32相互咬合。
[0110]
如图18a和图18b所示，在b部纵截面图中，第一薄板1和第一曲面弹性片11相对叠合的表面上，沿结构纵向方向交替分布连续的凸齿31和齿槽32；第一曲面弹性片11和第三曲面弹性片13相对叠合的表面上，沿结构纵向交替分布连续的凸齿31和齿槽32；第三曲面弹性片13和第二薄板2相对叠合的表面上，沿结构纵向方向交替分布连续的凸齿31和齿槽32，凸齿31和齿槽32在同一表面上交替分布，而且存在一定间距，相对表面上的凸齿31和齿槽32则在叠合状态下一一咬合。
[0111]
如图19a和图19b所示，在c部纵截面图中，第一薄板1和第五结合部25相对叠合的表面上，沿结构纵向方向交替分布连续的凸齿31和齿槽32；第二薄板2和第五结合部25相对叠合的表面上，沿结构纵向方向交替分布连续的凸齿31和齿槽32，凸齿31和齿槽32在同一表面上交替分布，相对表面上的凸齿31和齿槽32则在叠合状态下一一咬合。
[0112]
实施例七
[0113]
参见图20a和20b，图示中的一种带状柔性层支撑结构9为实施例五中的凹凸结构的另一种实现方案。本实施例设置在各层之间的凹凸结构为剪力键33和对应嵌合设置的键槽34和键孔35。
[0114]
具体的，本实施例在第三结合部23、第四结合部24、第五结合部25和第六结合部26的位置分别设置凸出的剪力键33，其中第三结合部23的剪力键33朝向第一结合部21的相对面凸出设置，而在第一结合部21相对第三结合部23的表面则设置在叠合状态下与该剪力键33嵌合的键槽34；第四结合部24的剪力键33朝向第二结合部22的相对面凸出设置，而在第二结合部22相对第四结合部24的表面则设置在叠合状态下与该剪力键33嵌合的键槽34；第五结合部25和第六结合部26则均设置分别朝向第一薄板1和第二薄板2凸出的剪力键33，而在第一薄板1和第二薄板2上则设置在叠合状态下分别与第五结合部25和第六结合部26上的剪力键33嵌合的键孔35。剪力键33、键槽34和键孔35在对应层上的位置均沿柔性层支撑结构纵向y轴方向等距分布。
[0115]
键槽34为盲孔结构，键孔35为通孔结构，两个结构可以根据设置的层所在位置厚度来选择设计。
[0116]
实施例中凸齿结构或者剪力键结构的横截面形状可以采用梯形、圆端形、矩形、有倒角的矩形、三角形、异形等形状，对应的齿槽、键槽或键孔则选择相对应的截面要求，凸齿和齿槽的走向之间相互平行设置，可以为沿同一方向的直线型，也可以是曲线型或折线形。
[0117]
在实际应用中，柔性层支撑结构中的层与层之间设置的凹凸结构还可以采用在层表面分布的凹凸压花结构，通过不同方向上分布的凹凸压花结构叠合增加层与层之间的咬合力和摩擦力，进而抵消对柔性层支撑结构卷曲所产生的层间剪切力。
[0118]
实施例八
[0119]
本实施例提供了一种带状柔性层支撑结构9拼装成面板柔性层的扩展实施方案。本实施例以实施例一中的带状柔性层支撑结构9为基本单元，在结构横向，采用若干个该基本单元并列连接组成更宽的面板柔性层支撑结构10。
[0120]
参见图21，本实施例在实施例一的结构基础上，至少两组薄板沿横向x轴方向拼装，在带状柔性层支撑结构9侧边的第一结合部21和第二结合部23的位置分别向外增宽该处的曲面弹簧片悬出形成第一搭接台阶51和第三搭接台阶53，在另一侧边的第二结合部22和第四结合部24的位置分别向外增宽该处的薄板悬出第一搭接台阶52和第三搭接台阶54。当两个或者多个带状柔性层支撑结构9横向拼接时，这些搭接台阶相互嵌合，增大连接处的搭接面积，增加结构横向连接的牢固性。通过图21中的带状柔性层支撑结构9为单元，通过粘结剂粘结或者焊接方式将多个带状柔性层支撑结构9相互对应的搭接平台进行搭接连接，构成的整体结构如图22中所示的面板柔性层支撑结构10。
[0121]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
[0122]
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0123]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，
除非另有明确具体的限定。
[0124]
上述仅为本发明的若干具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。