第五章 實驗方法、結果、分析與檢討
5.1 專利迴避設計
透過專利資訊檢索與創新性的專利迴避設計觀念，除可建立企業日後 研發設計的基本資料庫，也大幅避免侵權的法律風險，目前修正的「專利 侵害鑑定基準」即以美國相關設計規範為主要修法方向。
「專利只是排他，而不是壟斷，」對技術後進的高科技公司而言，如 何運用迴避設計布局，以擺脫技術先進者的控制與市場獨占，更因此成為 企業重要的經營策略。專利迴避設計是一項源於美國的合法競爭行為，主 要為避免侵害先前專利的申請範圍，所進行的持續創新與設計。目前美國 專利迴避設計的原則包括：刪除前專利權人申請的元件（elements）及其 功能、選擇申請範圍中較不重要的元件而以另一不同的元件取代、設計不 同於原專利中所界定的功能結構等方式，來進行迴避設計。
無卡勾裝置原始專利及新設計如下表5-1所示，以此概念設計新轉軸 圖面及樣本。另外，雙包原始專利及新設計如下表5-2所示，將以此概念 設計新轉軸圖面及樣本。
表5-1 無卡勾裝置專利迴避設計
表5-2 雙包專利迴避設計
1.刪除專利元件 15 、17、14、19 及其功能。
2.選擇專利較不重要的元件11以另一不同的元件 a + c 取代。
3.設計不同於原專利中所界定的功能結構元件21，以元件b 加油溝及防止 Spring Back 傾角與及加入元件d 防止 Spring Back 設計。
b a
c d
原始專利 (US2002/0073508 A1) 新設計
1.專利已陸續到期。
2.設計不同於原專利中所界定的功能結構，以元件a、b 加止位平面並配 合 Spring Back 傾角設計約5度。
a
原始專利 (US00572293A) 新設計
b
5.2 基本條件及規格訂定
本實驗中為簡化複雜度，共假設以下幾個固定參數與規格：
(1).LCD模組重量仿 acer TM250 14吋系列製作重量 730g 的鋁板代替 LCD模組。
(2).雙包尺寸與材質固定不變，僅以對手件轉軸做變化。
(3).測試溫度250C。
(4).搖擺測試機每 7次/分鐘。
(5).搖擺測試的角度為5~135度。
(6).以奇美、友達、廣輝、Hitachi、LG等LCD製造商之規格比較得知，
LCD厚度介於 5.2~5.9 mm，本實驗取 5.7 mm。
(7).參考表5-4、表5-5，製定搖擺可靠度為至少25,000次。
(8).搖擺25,000次後靜置於30度角不會自動合屏。
(9).回彈角(Spring back)為5度。
表5-3 實驗測試規格表
18,000次 18,000次 18,000次 測試後可
5.3 實驗設備
本實驗使用設備有下圖5-2 HP-100型搖擺測試機每 7次/分鐘 的速 度、環溫250C、開合角度 5~1350C，每1000次以圖5-3 HP -10 扭力測試儀 器記錄靜摩擦扭力一次，以觀察扭力變化的曲線。
圖5-2：HP-100型搖擺測試機
圖5-3 HP - 10 扭力測試器
以圖5-4
ENCODER MOUNT MX5030RZII 3D顯微鏡觀測轉軸表面狀況。圖5-4：ENCODER MOUNT MX5030RZII 3D顯微鏡
5.4.繪圖與材料
新轉軸設計圖共有兩種，Type1是以最簡單經濟的方式設計，單純靠轉 軸的一個定位斜角配合雙包以-5度角設計，防止Spring Back 回彈的鬆動 現象，如下圖5-5示：
圖5-5 Type1 Auto Lock 示意圖
Type1簡圖如下圖5-6：
圖5-6 實驗之Type1轉軸結構圖
Type2如圖5-7所示，轉軸與雙包結構延用一般設計，增加定位板、盤 形彈片、平螺帽、墊片、錐形彈片等
輔助零件來達到Auto Lock的功能。
圖5-7 實驗之Type2 轉軸結構圖
實驗所需之LCD替代鋁板尺寸圖如下圖5-8：
圖5-8 實驗之替代LCD鋁板尺寸圖
定位板 1
盤形彈片 定位板 2
雙 包
轉 軸
平墊圈
平螺帽
材料的準備如下表5-6所示，左側表格為兩個Type的實驗材料明細，
右側表格為各種材料的材質說明。
表5-6 實驗所須之材料需求表
5.5 田口實驗
依據L9直交表進行組合之實驗，將兩種不同Type的轉軸分開為獨立的 兩組田口實驗，各自進行並記錄資料。實驗分成九組，以四個控制因子與 三個水準套入表4-8後，分別搜集到圖5-9、5-10及表5-7的資料。
圖5-9 Type1轉軸扭力耐久測試曲線圖
由圖5-9可以看出Type1的轉軸耐久測試於扭力衰減 +/- 15%規格內只能 達到2,000~8,000次的迴轉測試，無法符合規程要求之25,000次水準，所 得到的數據將不再進行田口分析，也說明此種型式轉軸不適用。
圖5-10 Type2轉軸扭力耐久測試曲線圖
由圖5-10中可以看出實驗組合第五及第七組很明顯可以通過設定規格 25,000次，以下之田口實驗組合將以Type2實驗數據做進一步分析。
表5-7 L9之配置與實驗數據表
表5-7之X1、X2、Y1、Y2分別代表第一次與第二次實驗之正向與負向 扭力測試數值。為了防止因實驗減少可能發生的誤差，因此每一組合重複 做二次，總共取得36 個樣本。
5.6 田口實驗結果與分析
中的最大值減去最小值後所得到的數值填入差異欄中即完成補助表。
表5-9 補助表
將補助表中各因子差異轉換成圖表後可以清楚的看出各因子的影響程度 之相互關係，如下圖5-11主效果圖及圖5-12因子效果圖所示。
圖5-11 主效果圖
圖5-12 因子效果圖
由補助表中可以判斷出因子B的影響程度最大, 但是也可以透過進一 步的變異數分析將其影響程度量化；經過計算後的變異數分析如下表 5-10。
表5-10 變異數分析表(ρ%為貢獻率)
變異數分析表可以將各參數對產品的影響程度給予量化，如表5-10 所示之B潤滑油黏度項目即可說明該項目佔總影響程度的65.44% 。
為瞭解田口分析的正確性，將最佳參數水準進行再驗證的實驗，取 實驗七的組合A3B1C3D2重新進行，得到的數據如下表5-11所示：
表5-11最佳參數水準再驗證數據表
最佳參數水準進行再驗證所得到的數據與原本實驗的結果，S/N比值 僅差距僅0.91dB，證明本次實驗結果應屬有效的實驗。
5.7 問題與檢討
由田口實驗結果分析後可以得到最佳參數組合為A3B1C3D2之實驗7。
即實驗中所得到的最佳參數分別為軸抗拉強度最大的60kg/m㎡、潤滑油黏 度最高的μ=0.11、轉軸干涉量最小的0.15mm 及軸表面硬度為鍍無電解鎳 硬度Hv550的參數組合，滿足本實驗設定的規格＂扭力誤差量 +/- 15% 及 25,000次壽命＂，實際更超出至42,000次的壽命測試。再由變異數分析後 可以清楚判定控制因子的影響程度順序如下表：
圖5-13 控制因子影響程度圖
在測試終了的同一時間將轉軸拆下做表面顯微觀查其變化後發現如 下圖5-11所示，可印證潤滑油對實驗結果之貢獻度以及熱處理後的轉軸表 面剝落的顆粒會隨硬度的增加而變大。
圖5-14 測試後轉軸表面狀況
另外，本實驗所訂定之 +/- 15%的規格是以該實驗組合的初始扭力為 依據，並非使用公稱尺寸來計算，所以會出現該最佳組合的實驗7會有超 出下限(-15%) 12.75 kgf-cm 扭力的現象；此誤差值以成本觀點來看必須 忽略且無損於品質；以轉軸特性來說，並不是非常敏感，可以將誤差量放 入初始扭力值的設計以降低成本。
Type1的實驗中，雖然說明壽命測試曲線無法符合規格，但是最佳的 實驗組合5也可以支撐到8,000次的水準，若以成本考量的觀點來看，Type1 的成本僅為Type2的三分之二，應該以產品的特性來決定所需要的規格才 是最正確的選擇。
第六章 結論與未來研究方向
6.1 結論
在實驗中所得到的結論可歸納如下：
1、 不增加成本的條件下，最佳參數組合為 A3,B1,C3,D2 的實驗七。即 實驗中所得到的最佳參數分別為軸抗拉強度最大的60kg/m㎡、潤滑 油黏度最高的μ=0.11、轉軸干涉量最小的0.15mm 及軸表面硬度為 鍍無電解鎳硬度Hv550的參數組合。
2、 本實驗扭力衰減率以起始扭力計算而非設計扭力值，若要縮小起始 扭力變異可由允差設計來縮小軸配尺寸公差，但是會增加成本。
3、 由個別因子實驗結果可以知道，藉由控制因子的局部調整也可以達 到對設計值非常接近的產品之模具及零件的共用。
4、 控制因子對產品特性的影響程度依序為潤滑油黏度>軸表面硬度>軸 徑干涉量>軸硬度。
6.2 未來研究方向
本研究為非常耗時的實驗方法，在完全沒有任何文獻可搜集資料的 情況下，必須一個個以實驗或量測方式累積數據；在有限的時間中所能搜
集到的數據必定有限，譬如說實驗中所選取的參數僅是業界目前常用的範 圍與種類，是否還有更好的選擇不得而知！期望未來有志朝筆記型電腦轉 軸研究的人能夠將各參數做更精確的驗證與整理，製成各參數間的對照表 來造福後輩，減少重覆實驗與驗證的時間。
另外，TYPE1的成本僅為TYPE2成本的2/3；未來若能找到適當材料解 決疲勞與磨損的問題，將更市場競爭力。
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