第四章 田口實驗設計法
4.2 控制因子與水準的選定
項＂Latch 材質、成型條件與塑膠結構“是影響Latch的參數，本研究為 無卡勾之設計，將直接刪除此三項因子。其餘9項因子“ 轉軸之材質、加 工、表面處理、潤滑油、模具、LCD重量、Spring back、Auto Lock扭力＂
等； ＂LCD重量＂已經被設定成信號因子15kg-cm的參數； ＂模具＂尺寸 誤差量在轉軸的尺寸公差0.01mm中可以被忽略； ＂Spring back＂是一種 抗扭轉力的回彈現象，在新日興公司近年的新設計轉軸中也已經用一塊定 位板方式來解決，可參考附錄十三的零件編號20；剩餘五個控制因子之參 數將於以下章節說明。
4.2.1 軸參數
經搜集筆記型電腦產品樞軸材料最常用如下表4-1、4-2、4-3、4-4 轉軸規格所示；但並非只有這三種材質可用，僅列表做為比較與說明。
在研究動機中曾經提過轉軸的失效原因，其中與軸本身最具代表性的 項目為初始扭力大小與衰減比率；轉換出來的參數即為軸徑的大小與 軸本身材的機械強度，對於表面粗糙度部分因為有表層鍍鎳處理,所以 本實驗中不探討這個參數。
表4-1 樞軸使用材料比較表[3]
材料 SUM43(HRc50) SUS416(HRc55) SUM24(HRc45)
通稱 中碳快削鋼 不銹鋼 快削鋼
熱處理 高溫 真空 滲碳
折斷力 強 中 弱
剪斷力 中 強 弱
切削性 難 中 易
單價 中 高 低
表4-2 快削鋼轉軸規格對照表
表4-3 不鏽鋼轉軸規格對照表 WERKSTOFF DIN
法國 NF
義大利 UNI S41600 7 416 SUS416 416S21 1.4005 X12CrS13 Z11CF13 X12CrS13
種類 Grade 化學成分 Chemical composition
AISI UNSNo. C Si Mn Ni Cr Mo 其他 Other
416 s41600 ≦0.15 ≦1.00 ≦1.25 ≦0.60 12.00~14.00 ≦0.60 S≧0.15
熱處理(℃) 機 械 的 性 質
value HB HRC
416
800~900 徐冷或 約 750 急冷
800~900 slow cooling or approx,750 rapid cooling
表4-4 轉軸軸徑與扭矩關係表[4] 單位：mm
材質 SUM43 SUS416 SUM24 備註
扭力5kg-cm以下 2.6 2.4 2.8 Min
扭力5~10 kg-cm 2.9 2.8 3.2 Min
扭力5~15kg-cm 3.1 3 3.4 Min
扭力15kg-cm以上 3.2 3.1 3.6 Min
轉軸的扭力來源為摩擦，全靠軸與雙包的緊密配合所產生的夾持力來 固定LCD模組；而影響摩擦力大小的因素有很多，如軸徑的大小、軸配干 涉量的大小、接合面的長度與面積、潤滑特性等等。為使本實驗之複雜度 縮小且具有連貫性，雙包結構固定不變如圖4-2所示且內孔徑為3.6 mm。
圖4-2 轉軸之雙包結構尺寸圖
4.2.2 潤滑油參數
潤滑油的特性在一般的使用場合中都是為了降低阻力，可是在本 實驗中其角色一百八十度轉彎，將原本要降低阻力的特性轉為增加阻 力。潤滑油黏滯力的不同而使得轉軸的扭力有顯著的變化，所以在本 實驗中將探討兩種業界常用且不會對塑膠起化學反應的潤滑油
Molykote 5-602014及 Krytox GPL 22615對扭力的影響程度，且定義其 參數為兩者間最顯著的黏度μ值。
4.2.3 軸表面鍍層參數
在邊界潤滑的重負荷表面摩擦，必須考慮到抗油脂的腐蝕及軸表 面的疲勞剝離現象，必須對表面實施適當的熱處理以解決腐蝕與延長 扭力變化的耐久性測試；在第三章中提到無電解鎳的被廣泛採用是因 為電鍍品質優良、製程快速、低成本；本實驗將以鍍無電解鎳為參數，
厚度3 μm，並討論有、無熱處理的差異。
14 附錄十四
15 附錄十五
4.2.4 Auto Lock參數
Auto Lock的設計被應用在筆記型電腦，是由小尺寸掌上型電腦開 始發展，目前已經可以廣泛應用於12.1吋的筆記型電腦，原因是小尺 寸電腦所須的轉軸扭力小，約 12kg-cm以下；業界目前設計值約為原 始扭力再加上15~25%[3]。然而本實驗是採用14.1吋的尺寸結構來設計 Auto Lock轉軸，首先面對的問題為如何設定扭力的大小！所以先將 acer TM240 與 IBM X50機器做重量分析，目的是想要知道原本設計給 LCD模組所使用的轉軸扭力到底需要增加多少！量測後得到的數據如 下表4-5所示：
表4-5 12.1吋 & 14.1吋重量分析表
機台尺寸 12.1吋 14.1吋
LCD模組重量 435 g 730 g 系統端重量 926 g 2013 g
由表4-5可知系統端重量明顯大於LCD模組重量，所以實驗比照 12.1吋方式，以增加原始扭力之比率做為實驗的參數。
4.2.5 個別參數驗證
為了瞭解個別參數的影響程度以方便進行田口實驗的組合安排，
先進行個別參數之單一實驗如表4-6所示，以決定進行田口實驗L9直交 表之參數。
表4-6 個別參數的實驗結果
由上表4-6中，可以得到以下的結論：
1. 軸干涉量：
軸干涉量愈大，初始扭力愈大；軸干涉量愈小，初始扭力愈低 且測試曲線較平滑。
2. 軸抗拉強度：
初始扭力值無明顯差異，於壽命測試後期可以看出軸強度愈高
則測試曲線變化愈小。
3. 潤滑油：
黏度愈大，初始扭力愈高；黏度於壽命測試過程中對測試曲線 的變化不大；而沒有使用潤滑油的情況下，扭力幾乎成線性下降。
4. 軸表面鍍層硬度：
為解決軸表面加工的粗糙度問題，於軸表面鍍一層無電解鎳且 厚度至少大於3μ，實驗取三個參數即無電鍍層、鍍無電解鎳硬度 Hv550、鍍無電解鎳後再熱處理硬度Hv1025。熱處理後的轉軸初始扭 力較高，且測試後期扭力有急速上昇的趨勢；而表面無鍍層之轉軸，
扭力下降的幅度太大。
5. Auto Lock：
以新轉軸設計Type2(圖5-5)為例，於實驗中看不出各參數間的 明顯變化。嘗試將參數變化的比率調昇，由15% 往上遞增後發現，
此摩擦式轉軸的結構有其上限的瓶頸約30%的變化量。
6. 不同扭力搭配：只要有一側轉軸扭力為下限，測試曲線較為平滑。