CN103786822A - 自行车车架的接头及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种自行车车架的接头及其制造方法，接头包含一本体及一补强件，本体由掺有纤维的高分子材料所制成，补强件则为由连续纤维补强材料所制成的片状体，且补强件固设于本体。制造方法可将补强件设置于用以成型出本体的模具内，使得补强件同时于本体的成型过程中固设于本体，或者亦可在本体成型后再将补强件固设于本体；由此，本发明所提供自行车车架的接头具有良好的刚性及强度，且能达到薄壁、轻量，与可适于快速生产等设计需求。
Description
技术领域
本发明与自行车车架有关，特别是关于一种自行车车架的接头及其制造方法。
背景技术
一般的自行车车架包含有上管、下管、座管、头管等管体以及用以连接前述各管体的接头，例如车首三通接头、座接四通接头、五通接头及上、下叉接头等等，该些管体系以特定角度插设于该些接头，藉以连接成现今自行车车架的形状。
传统自行车车架的接头与管体由如铁或铝的金属材料制成，金属材料的重量较重，而且须以焊接方式才能使接头与管体相互结合，制造过程不但大量仰赖人工，使得工艺耗时与成本较高，制成品也容易在焊接过程产生热变形或其他缺陷，让成品质量较不稳定。再者，若是管体改以碳纤维复合材料制成，该些管体藉由接着剂与金属接头黏结固定，但是碳纤维复合材料的管体与金属接头胶合可能产生不同材料之间的电位腐蚀问题。
公知另一种利用热固性预浸布制作的接头，例如美国第4,900,050号专利所公开的内容，虽可解决前述金属接头重量较重的缺点、电位腐蚀问题，以及焊接所产生的问题。然而，热固性预浸布制作的接头仍相当仰赖人工制造，不但产品质量不稳定且无法大量生产，材料及人工成本都相当高。
市面上有另一种由高分子复合材料制成的接头，例如中国台湾公告第316,567号专利所公开的内容，虽可由射出成型方式快速生产，但前述高分子复合材料接头在刚性、静载强度及冲击强度上仍有不足，因此需仰赖增加壁厚或补强肋的方式强化其结构，如此即无法兼顾现今自行车车架的轻量化需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自行车车架的接头。
本发明的另一目的在于提供一种用以制造出上述自行车车架的接头的制造方法。
为实现上述目的，本发明提供的自行车车架的接头，包含一本体及一补强件，该本体由掺有纤维的高分子材料所制成，该补强件由连续纤维补强材料所制成的片状体，且该补强件固设于该本体。由此，该接头可达到薄壁、轻量的设计需求，同时因设有该补强件而具有良好的刚性及强度。
本发明所提供的自行车车架的接头的制造方法包含有下列步骤：
a)提供一补强件，该补强件是由连续纤维补强材料所制成的片状体；以及
b)将该补强件设置于一模具内，并将掺有纤维的高分子材料注入该模具，进而成型出一本体，同时使该补强件固设于该本体。
本发明还提供另一种自行车车架的接头的制造方法，包含有下列步骤：
a)提供一补强件，该补强件是由连续纤维补强材料所制成的片状体；
b)提供一由掺有纤维的高分子材料所制成的本体；以及
c)将该补强件固设于该本体。
前述二种制造方法不但可制造出如上述的重量小且刚性及强度良好的自行车车架的接头，而且，该本体可由任何可自动化且快速的成型方法制成，例如射出成型、片状预浸成形材料(Sheet Molding Compound,SMC)热压成型、块状预浸成形材料(Bulk Molding Compound,BMC)热压成型等等，其具有较佳的结构刚性及强度，而且，可由任何可自动化与快速的成型方法制成，达到薄壁、轻量等设计需求，使得该自行车车架的接头更具有工艺快速、质量稳定且成本低等优点。
有关本发明所提供的自行车车架的接头及其制造方法的详细构造、特点、组装或使用方式，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域中具有通常知识者应能了解，该些详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请范围。
附图说明
图1为本发明一第一较佳实施例所提供的自行车车架的接头的外观示意图。
图2为图1的透视图。
图3为本发明该第一较佳实施例所提供的自行车车架的接头的剖视示意图，显示该接头的一补强件设于该接头的一本体的外表面与内表面之间。
图4为本发明该第一较佳实施例所提供的自行车车架的接头的制造方法的步骤方块图。
图5类同于图3，显示该接头的补强件设于该本体的外表面。
图6类同于图3，显示该接头的补强件设于该本体的内表面。
图7A为本发明一第二较佳实施例所提供的自行车车架的接头的立体图，显示该接头的补强件。
图7B为本发明一第二较佳实施例所提供掺有纤维的高分子材料所制成的本体。
图8为本发明该第二较佳实施例所提供的自行车车架的接头的立体组合图。
图9为本发明该第二较佳实施例所提供的自行车车架的接头的制造方法的步骤方块图。
图10为本发明一第三较佳实施例所提供的自行车车架的接头的立体示意图。
附图中主要组件符号说明：
10自行车车架的接头，20本体，21外表面，22内表面，23开口，24信道，30补强件，40自行车车架的接头，50补强件，60本体，61外表面，62内表面，64通道，70自行车车架的接头，80补强件。
具体实施方式
以下将由所列举的实施例配合附图详细说明本发明的技术内容及特征。
申请人首先在此说明，在以下将要介绍的实施例以及附图中，相同的参考号码表示相同或类似的组件或其结构特征。
请先参阅图1及图2，本发明一第一较佳实施例所提供的自行车车架的接头10为一车首三通接头，包含有一本体20，以及四补强件30。
该本体20的形状与公知的车首三通接头相同，且由掺有纤维的高分子材料所制成。前述纤维的材质可为各种有机纤维（例如碳纤维、石墨纤维、天然植物纤维、芳香族聚酰胺纤维及各式合成纤维等等），或者无机纤维（例如玻璃纤维、硼纤维、玄武岩纤维等等）。前述高分子材料可为热塑性高分子材料，例如聚酰胺(Polyamide；简称PA)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate；简称PET)、热塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic polyurethane；简称TPU)、聚碳酸酯(Polycarbonate；简称PC)、聚甲醛(Polyoxymethylene；简称POM)、聚苯硫醚(Polyphenylenesulfide；简称PPS)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide；简称PEI)、聚砜(Polysulfone；简称PSF)、聚醚砜(Polyethersulfone；简称PES)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(Polybutylene terephthalate；简称PBT)、聚二醚酮(Polyetherether ketone；简称PEEK)、聚醚酮酮(Polyether ketone ketone；简称PEKK)、液晶高分子(Liquid crystal polymer；简称LCP)，亦可为热固性高分子材料，例如环氧树脂(EPOXY)、乙烯基树脂(Vinyl ester resin)及不饱和聚酯树脂(Unsaturated polyester resin)等等。该本体20呈管状，具有一外表面21、一内表面22，以及一由该内表面22定义而成的具有四开口23的通道24。
该些补强件30是由连续纤维补强材料所制成的片状体，该连续纤维补强材料可为由纤维及高分子基材所构成的复合材料，亦可为仅具有纤维而无基材的连续纤维干纱。前述高分子基材可为热塑性高分子材料，例如聚酰胺(Polyamide；简称PA)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethyleneterephthalate；简称PET)、热塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic polyurethane；简称TPU)、聚碳酸酯(Polycarbonate；简称PC)、聚甲醛(Polyoxymethylene；简称POM)、聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide；简称PPS)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide；简称PEI)、聚砜(Polysulfone；简称PSF)、聚醚砜(Polyethersulfone；简称PES)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(Polybutyleneterephthalate；简称PBT)、聚二醚酮(Polyether ether ketone；简称PEEK)、聚醚酮酮(Polyether ketone ketone；简称PEKK)、液晶高分子(Liquid crystalpolymer；简称LCP)，亦可为热固性高分子材料，例如环氧树脂(EPOXY)、乙烯基树脂(Vinyl ester resin)及不饱和聚酯树脂(Unsaturated polyester resin)等等。前述纤维的材质可为各种有机纤维（例如碳纤维、石墨纤维、天然植物纤维、芳香族聚酰胺纤维及各式合成纤维等等），或者无机纤维（例如玻璃纤维、硼纤维、玄武岩纤维等等），纤维的形式可为单向纤维（unidirectional）、编织纤维（biaxial）或3D立体编织纤维。
该些补强件30固设于该本体20，且该些补强件30可设于该本体20的外表面21与内表面22之间（如图3所示），亦可设于该本体20的外表面21（如图5所示）或内表面22（如图6所示）。
由于该本体20及该补强件30的材料的比重都相当小，该补强件30的材料的刚性及强度又相当高，因此，该接头10即使壁厚很小，仍具有高刚性及高强度，并兼具重量相当小的优点。换言之，该接头10可达到薄壁、轻量的设计需求，同时因设有该些补强件30而具有良好的刚性及强度。再者，该接头10与碳纤维复合材料管体胶合不会产生电位腐蚀的问题。
前述该自行车车架的接头10可由下述的制造方法制成，但不以该方法为限。请同时参阅图4，该自行车车架的接头10的制造方法包含有下列步骤：
a)提供该些补强件30，各该补强件30是由连续纤维补强材料所制成的片状体。
b)将该些补强件30设置于一模具（图中未示）内，并将掺有纤维的高分子材料注入该模具，进而成型出该本体20，同时使该些补强件30固设于该本体20。补强件30可位于本体20的外表面21、本体20的内表面22,或本体20的外表面21与内表面22之间。
前述制造方法不但可制造出如上述的重量小且刚性及强度良好的自行车车架的接头10，而且，该本体20的成型方式可为射出成型、SMC（sheetmolding compound）模压成型、BMC（bulk molding compound）模压成型等等，使得该自行车车架的接头10的制作成本低，并可快速地大量生产，又可避免因人工制造而产生的质量不稳定的问题。
值得一提的是，本发明的重点在于利用补强件30增加高分子材料接头的刚性及强度，亦能利用可快速地大量生产的制造方法而制造出兼具前述二者优点的接头10。然而，该补强件30不限由前述的制造方法而一同成型于该本体20，由下述的另一制造方法而将补强件30固设于该本体20的外表面21（如图5所示）或内表面22（如图6所示），亦可达成前述的功效，以下将以本发明一第二较佳实施例所提供的自行车车架的接头40（如图7A、图7B及图8所示）为例说明该制造方法。
请同时参阅图9，该自行车车架的接头40的制造方法包含有下列步骤：
a)提供一如图7A所示的补强件50，该补强件50是由如该第一较佳实施例中所述的连续纤维补强材料所制成的片状体。换言之，该补强件50除了形状与前述该补强件30不同之外，该补强件50的材质及特性与前述该补强件30相同。
b)提供一如图7B由掺有纤维的高分子材料所制成的本体60。该本体60呈管状，具有一外表面61、一内表面62，以及一由该内表面62定义而成的通道64。该本体60的形状、材质及制造方法与前述该本体20类同，惟该本体60内不设有补强件，然而，该本体60内亦可设有补强件。
c)如图8所示，将该补强件50固设于该本体60。此步骤可由熔解结合、黏贴或其他方式来达成。
在本实施例中，该补强件50设于该本体60的外表面61，且由于该补强件50配合该本体60而制成特定的形状，在步骤c)中该补强件50几乎完全包覆该本体60的外表面61。
然而，前述如图9所示的制造方法亦可仅在该本体60外表面61的部分区块固设补强件，且补强件亦可固设于本体60的内表面62（亦即补强件位于该通道64内），例如可将前述该第一较佳实施例中的补强件30贴附于该本体60的外表面61或内表面62。
事实上，在前述二种制造方法中，补强件可几乎遍布于本体，或者，可仅于本体强度较差的位置或容易受到较大外力的位置设置补强件，以使小面积的补强件发挥良好的补强效果。换言之，补强件的数量、尺寸、形状及其设置于本体的位置皆无任何限制，例如图10所示的本发明一第三较佳实施例所提供的自行车车架的接头70，昌与该第一较佳实施例所提供的接头10类同，惟该接头70的补强件80的形状及数量与该接头10不同；该些补强件80亦可贴附于前述该本体60的外表面61或内表面62。
值得一提的是，前述各实施例是以车首三通接头为例说明本发明所提供的自行车车架的接头及其制造方法，然而，本发明各项技术特征皆可应用于其他不同形状的接头，例如座接四通接头、五通接头及上、下叉接头等等。
最后，必须再次说明，本发明于前述实施例中所揭示的构成组件，仅为举例说明，并非用来限制本发明的范围，其他等效组件的替代或变化，亦应为本发明申请的权利要求范围所涵盖。
Claims (10)
1.一种自行车车架的接头，包含有：
一本体，由掺有纤维的高分子材料所制成；以及
一补强件，由连续纤维补强材料所制成的片状体，且该补强件固设于该本体。
2.根据权利要求1所述的自行车车架的接头，其中，该本体具有一外表面及一内表面，该补强件位于该本体的外表面与内表面之间。
3.根据权利要求1所述的自行车车架的接头，其中，该本体具有一外表面及一内表面，该补强件设于该本体的外表面或内表面。
4.根据权利要求1所述的自行车车架的接头，其中，该本体中的纤维系由碳纤维、石墨纤维、天然植物纤维、芳香族聚酰胺纤维、合成纤维、玻璃纤维、硼纤维及玄武岩纤维组成的材料群中选择的一种材料；该本体中的高分子材料由聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、热塑性聚胺基甲酸酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚二醚酮、聚醚酮酮、液晶高分子、环氧树脂、乙烯基树脂及不饱和聚酯树脂组成的材料群中选择的一种材料。
5.根据权利要求1所述的自行车车架的接头，其中，制成该补强件的连续纤维补强材料由纤维及高分子基材所构成的复合材料；该补强件中的纤维由碳纤维、石墨纤维、天然植物纤维、芳香族聚酰胺纤维、合成纤维、玻璃纤维、硼纤维及玄武岩纤维组成的材料群中选择的一种材料；该补强件中的高分子基材由聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、热塑性聚胺基甲酸酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚二醚酮、聚醚酮酮、液晶高分子、环氧树脂、乙烯基树脂及不饱和聚酯树脂组成的材料群中选择的一种材料。
6.根据权利要求1所述的自行车车架的接头，其中，制成该补强件的连续纤维补强材料系仅具有纤维而无基材的连续纤维干纱，且该补强件中的纤维由碳纤维、石墨纤维、天然植物纤维、芳香族聚酰胺纤维、合成纤维、玻璃纤维、硼纤维及玄武岩纤维组成的材料群中选择的一种材料。
7.一种自行车车架的接头的制造方法，包含有下列步骤：
a)提供一补强件，该补强件由连续纤维补强材料所制成的片状体；以及
b)将该补强件设置于一模具内，并将掺有纤维的高分子材料注入该模具，进而成型出一本体，同时使该补强件固设于该本体。
8.根据权利要求7所述的自行车车架的接头的制造方法，其中，该本体具有一外表面及一内表面，该补强件位于该本体的外表面、该本体的内表面,或该本体的外表面与内表面之间。
9.一种自行车车架的接头的制造方法，包含有下列步骤：
a)提供一补强件，该补强件由连续纤维补强材料所制成的片状体；
b)提供一由掺有纤维的高分子材料所制成的本体；以及
c)将该补强件固设于该本体。
10.根据权利要求9所述的自行车车架的接头的制造方法，其中，该本体具有一外表面及一内表面，该补强件设于该本体的外表面或内表面。
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| US4900048A (en) * | 1987-10-02 | 1990-02-13 | Gleb Derujinsky | Integral seamless composite bicycle frame |
| CN1084469A (zh) * | 1992-09-25 | 1994-03-30 | 陈勋森 | 复合材料的自行车架及其制造方法 |
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- 2013-09-10 CN CN201310407669.8A patent/CN103786822A/zh active Pending
Patent Citations (6)
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