1、HINGE基礎知識,欣日興精密電子(蘇州)有限公司,講 解:R&D 蔣 璐 2010/04/13,目 錄,一、Hinge 的應用範圍 二. Hinge 的應用原理及沿革 三. Hinge 扭力計算方式 四. Hinge 常用相關名詞 五. Hinge 的相關測試 六 .各種結構之特性&優缺點,1)、傳統型結構 一般傳統型結構之特性一般傳統型結構之優缺點 凸輪型結構之特性凸輪型結構之優缺點2)、雙包結構 雙胞結構之特性雙包結構之優缺點 3)、鋅合金結構 鋅合金結構之特性 鋅合金結構之優缺點 4)、一字型結構 一字型結構之特性 一字型結構之優缺點 七. Hinge 的檢測 八. Hinge 常見之
2、問題,一、HINGE的應用範圍,HINGE應用於電子類、電器類、電腦、資訊類、通信類、照相機、儀器類等產品的連結軸，其扭力值從0.1至20公斤甚至更高，可供手提電腦、平板電腦、液晶顯示器、手機、掌上型網路通信器等商品使用。,Hinge 主要是利用干涉(一字型、雙包、鋅合金結構)及彈片反作用力(wash 結構)作用的原理，來產生扭力，以達到所需求的功能性。最初Hinge所使用範圍較為狹隘，以定義使用在 LCD 與 NB 為最大宗，且最初設計大部份均為 一字型結構及 wash 式(傳統型)結構，其所使用的功能性及結構設計、使用壽命、等等上都有其先天性結構上的限制，故後續才有其雙包及鋅合金結構等等的
3、出現。,二. HINGE的應用原理及沿革(二),Hinge 結構發展至今，除基本之功能性要求之外，隨著3C產業的蓬勃發展，也附加了越來越多的功能，越來越新穎的外型，以提供使用者更多更新更便利的使用方式。相對的，對於 Hinge 使用功能的也越來越廣泛，如 三軸旋轉式 Hinge、固定角度自動閉合、開輕關重、自動彈開等等，都是以Hinge 的設計來達到所要求的功能性。依其特性的不同，主要可以分為 一字型結構、雙包性結構、鋅合金結構、墊片結構、雙軸結構、凸輪結構等。,三. Hinge 扭力計算方式(一),依LCD上蓋重量設定扭力值，計算方式如下:,三. Hinge 扭力計算方式(二),以上蓋重量為
4、 1Kg 軸心至上蓋頂端為250 mm為例單邊扭力之最小理論值為 ：(1 X( 250/2 )XCOS 0) / 2 = 62.5 Kg/mm = 6.25 Kg/cm(COS 0 為理論上於 0時均可支撐上蓋之重量)理論扭力(動)：6.25 *1.1(修正值)*1.15(衰減率)=扭力最小值(靜) 7.90 Kg/cm 扭力最小值(靜)：7.90+0.5=扭力中心值(靜) 8.4 Kg/cm之間,故建議之扭力規格訂為 8.4 0.5 Kg/cm。,四. Hinge 常用相關名詞,1、扭力 (Torque)扭力計施力於軸上或旋轉臂所產生之旋轉力謂之；力臂長X磨擦力量之大小為扭力值，一般以kg-
5、mm或kg-cm表示之。 2、靜磨擦力（Static Torque）物體在靜止時所承受的磨擦力，靜磨擦力一定大於(或接近)動磨擦力。靜磨擦力一般是樞軸先旋轉左、右各半圈(180以上)後，再轉動時所測得之扭力值。 3、最大靜磨擦力（Max Static Torque） (Initid Torque)物體在移動前施以最大力使其移動者。最大靜磨擦力是樞軸在停止狀態下4小時後，首次轉動之最大扭力。BOSS強度設計之參考依據。 4、動磨擦力（Dynamic Torque）物體在移動時所承受的磨擦力。 5、回彈力 (Spring-Back)樞軸於旋轉時係以磨擦力支撐；經旋轉後產生扭抗力，故停止時有回彈之現
6、象，其回彈角度係以扭抗力之大小而定。,五. Hinge 的相關測試(一),1、壽命測試 : 一般測試規格由各家NB廠自行定義(1) 往復開關0180之間均可，壽命2萬次以上。(2) 往復速度一般以每分鐘415次。2、 耐振測試：振動頻率530HZ，經24小時無不良情形。 3、 落地測試：3公尺高度自然落下無不良情形。,五. Hinge 的相關測試(二),4、 儲存溫度測試:經20及70 ，放置96小時，無不良變化且滿足樞軸之基本性能。 5、 扭力長期變化性能：（放置一年每週測試）扭力值衰減7以內。 6 潤滑油脂：使用特殊油脂適合HINGE之專用油脂。耐ABS腐蝕，經一年放置無不良情形。放置於1
7、00 溫度槽內；經24小時未變化。 7、特色：R、L向可依不同顏色螺帽區別，或用字模、噴印方式，亦可用標籤區別。 8、 鹽水噴霧試驗：經由 24H 鹽水噴霧測試，試驗其抗腐蝕性,9、 各零件之硬度檢測：(1)SUS類檢測 : 一般支架以 SUS 居多，以 微小(維克式)硬度計(HV) 測試，常用支架材質為SUS 304 1/2H 硬度為 HV 260 。(2)SK7(5) 類檢測 : 一般以輔助承架、墊片、雙包承架等居多，以洛式硬度試驗機(HRC)測試，硬度範圍約在 HRC 4552之間。(3)SUM22(24) 類檢測 : 快削剛，多用於車製件居多，以洛式硬度試驗機(15N)測試，依不同需求
8、，硬度範圍約在 15N 6078之間。10、 微電腦拉力試驗：於進料時測試材料之抗拉強度與降伏點，與材質證明是否符合。 11、 三次元量測儀 ：模具品首批量完成時，會依客戶提供原圖，量測FAI，檢測各尺寸。 12、 膜厚試驗：檢測電鍍層之模厚，一般約為3-5。,五. Hinge 的相關測試(三),六 .各種結構之特性&優缺點,1)、傳統型結構一般傳統結構之特性墊片型結構，主要是以彈片搭配螺帽之鎖緊方式控制調節扭力大小，依照其墊片結構特性 可延伸出360度無段式、自動彈開式、兩段扭力式、固定角度式。,一般傳統型結構之優缺點優點：1.可使用螺帽調整扭力，增加扭力製程良品率達95%以上。2.同一HI
9、NGE可調整多種不同扭力，滿足不同PNL之需求。3.結構變化大，可製作多種不同功能之HINGE。4.可利用不同螺帽顏色管制，區分左右向與不同扭力之HINGE。5.螺帽可用铆合取代，縮短結構長度。缺點：1.磨擦面積小，結構尺寸直徑需加大。2.使用零件多，組裝工程費時。3.使用螺帽鎖附扭力，設計時需注意防止螺帽鬆脫。4.因此結構屬外露式架構，需注意漏油問題點。5.使用零件多，需注意組裝順序與數量。6.使用零件多，設計時需注意產生磨擦力之介面。7.動靜磨擦力差距大，約0.51.0 -,凸輪型結構之特性凸輪式結構，利用有彈片產生之力量推擠凸輪產生扭力，並可變化凸輪形狀來產生扭力之變化。此結構多用於NB
10、、手機、PDA、DSC、DV 等，所需扭力值較小之產品。,凸輪型結構之特性凸輪型結構之優缺點優點：1.利用凸輪形狀，便可製作多種扭力變化功能之HINGE。2.設計較人性化，理性化，使用較便捷。3.可以減少客戶段的硬性成本。 缺點：1.所使用之功能性較多變，容易造成開發瓶頸。2.模型製作較困難，樣品尺寸需仔細確認。3.凸凹輪的尺寸搭配較不易，批量生產量率有待提高。,雙包結構雙胞結構之特性雙包結構，主要是利用沖製件與轉軸干涉之原理，以產生扭力，利用控制干涉量大小，達到控制扭力大小的目的。依照其雙包結構特性可延伸出 開輕關重(上蓋開啟時扭力較輕，關閉時扭力較重)，固定角度(stopper)定位，自動
11、彈開(pop-up)等較特殊之結構。,雙包結構之優缺點優點：1.扭力值較傳統多摩擦介面之結構穩定。2.使用零件少，組裝工程簡單方便。3.結構直徑最小，可產生高扭力。4.結構變化大，可製作多種不同功能之HINGE。5.搖擺壽命試驗效果佳。缺點：1. 此結構SPRING-BACK最為嚴重；追加輔助承架可改善SPRING-BACK 之狀況。2. 承架模具困難度高，開模時間長，依其複雜度約3 4 星期。,鋅合金結構鋅合金結構之特性鋅合金結構，同雙包結構，也是利用沖製件與轉軸干涉之原理，再壓入鋅合金底座之中，藉以提昇扭力之穩定性，延長使用之壽命。 依其結構特性可延伸出開輕關重(上蓋開啟時扭力較輕，關閉時
12、扭力較重)，固定角度(stopper)定位，等結構。,鋅合金結構之優缺點優點：1.結構可置於鋅合金內，與鋅合金形成一體。2.鋅合金成型容易，可製作不規則同功能之HINGE。3.使用零件少，組裝工程簡單方便。4.搖擺壽命試驗效果佳。缺點：1.鋅合金材質較軟，經LIFE TEST 後容易產生晃動。2.鋅合金容易干涉扭力，易造成假性扭力產生。3.模具開發時間較長，依其複雜度約3 4 星期，修改不易。4.此結構屬干涉配合，固定管簧架搭配不同轉軸尺寸生產。5.管黃架尺寸要求高，穩定性很重要。6.正反轉扭力值差距須測試至0.5Kg-cm以內。,一字型結構 一字型結構之特性一字型結構，主要是利用公軸與母軸間
13、干涉之原理，產生扭力值，此結構空間最為節省，因皆為車件無須開模，故開發時間也相對最短。,一字型結構之優缺點優點：1.HINGE成一字型之形狀，最省空間。2.所有零件皆為車製品，無須再開發模具。3.使用零件少，組裝工程簡單方便。4.公軸結構部位可依需求修改，以搭配扭力為主要需求。缺點：1.此結構屬干涉配合，結構尺寸搭配精密度高。2.母軸內孔真圓度會影響整圈扭力之穩定性。3.防脫出設計須考慮能重複拆裝而不被破壞。4.扭力搭配直通率低，重工作業需列入標準流程。5.母軸可用沖製件取代，但結構長度會增長。6.公軸與母軸於投線前均須篩選分類，搭配尺寸組裝。,七. Hinge 的檢測(一),1、 扭力檢驗
14、:一般就 Hinge 而言，除特殊之功能性外，最重要即是其扭力值，一般就NB 扭力而言，所定義之扭力公差為 高扭力值 11Kg 以上則需將此公差放寬)，生產時須全檢，以確保扭力品質之穩定性。其檢測方式為，依不同機種使用其不同之測試治具，置於扭測機上作扭力值測試，先預搖3次後(0 使用角度)，做扭力值判定，此時採取最大之靜摩擦值(扭測機上之PEAK 值)，作為檢測之判定值。 2、Hinge 尺寸檢驗模具品 T1時 ，可請廠商提供 FAI 量測數據，作為參考用，生產前則可請廠商提供尺寸全檢治具，作為量測之依據，其量測標準為 最佳為 Hinge 不需施加外力，可自然落下，允收標準為 輕壓 Hinge
15、 可使其平貼全檢治具。,七. Hinge 的檢測(二),3、Hinge 外觀檢驗Life Test 前 : 表面需乾淨，不可有明顯刮傷、壓傷、變形、缺少零件等情形，亦不可有多餘油脂外溢之情形。Life Test 後 : 不可有油脂滴落之情形發生，更不可有產生裂痕或斷裂，亦或產生粉狀之鐵屑之情況。PS：送樣前必須確認hinge外觀是否有明顯刮傷、壓傷、變形、缺少零件、是否干淨。零件是否有很明顯的不良(如漏鉚鉚釘，折彎裂痕，角度不良，平面度不良等)，扭力是否在spec以內，動靜磨擦差異是否過大，以上確認ok後方可送樣給客戶確認。,八. Hinge 常見之問題,1、Freedown : Freedo
16、wn 為 Hinge 最重大issue，此為 Hinge 最基本之要求，一般而言無論於 Life Test 前後均不可有此一現象發生，一般會發生 Freedown 之情況，可能為 :設計初期扭力規格訂定過低 Hinge 製作時扭力值過低 over Spec. 動靜摩差差異過大 測試過後扭力衰減過大，超過訂定之規格 產生斷裂之情形，使得支撐扭力變低 2、漏油 :漏油主要是為了避免油脂滴落主機或塑膠蓋，導致線路腐蝕或塑膠變質，關於漏油問題，一般在廠商提供之油脂證明已有針對此一問題做保證，其所使用的油脂不會對電子線路及塑膠產生任何不良影響，但為避免後續問題，還是將此規範訂定為不可滴落於 Hinge
17、外之其他零件，依此作為檢測標準。,3、扭力值過大 over Spec.:Hinge 扭力設定除了考慮freedown 之情況外，還需考慮扭力過大之情況，一般而言，扭力過大可能使開啟時底座隨上蓋一起被抬起，或使User不易開啟，需使用較大之力量，甚至由於 Hinge 安全係數較高(一般設定為 扭力值 2.53 倍)，而塑膠無法承受其力量，導致塑膠破裂等情況。不過，此情況通常為測試後隨著油脂的減少而導致扭力值的爬昇，此時則需增加油脂之含量，方可改善此一 issue。4、支架或輔助承架斷裂 :Hinge 通常安全係數都要求為扭力值的 2.5 倍以上，通常會發生斷裂情況，皆發生在測試時，最常之原因皆為設計時因空間關係，使得安全係數降低，或是組立後因平整度問題，而產生另一側向力，使Hinge 受力增加超出其安全係數，導致斷裂或裂痕。,講解完畢! 謝謝!,
