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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。二.HINGE的應用原理及沿革(一)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1Kg軸心至上蓋頂端為250mm為例單邊扭力之最小理論值為：(1X(250/2)XCOS0°)/2=62.5Kg/mm=6.25Kg/cm(COS0°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)7.90Kg/cm扭力最小值(靜)：7.90+0.5=扭力中心值(靜)8.4Kg/cm之間,故建議之扭力規格訂為8.4±0.5Kg/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-mm或kg-cm表示之。2、靜磨擦力（StaticTorque）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（MaxStaticTorque）(InitidTorque)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（DynamicTorque）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0°～180°之間均可，壽命2萬次以上。(2)往復速度一般以每分鐘4～15次。2、耐振測試：振動頻率5~30HZ，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100℃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SUS3041/2H硬度為HV260°。(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HRC45~52°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，硬度範圍約在15N60~78°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3-5μ。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…。X4X4一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HINGE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0.5~1.0㎏-㎝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、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LIFETEST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: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可使其平貼全檢治具。七.Hinge的檢測(二)3、Hinge外觀檢驗LifeTest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。LifeTest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:Freedown為Hinge最重大issue，此為Hinge最基本之要求，一般而言無論於LifeTest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overSpec.–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外之其他零件，依此作為檢測標準。3、扭力值過大overSpec.: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2.5~3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!