CN105773994B - 碳纤维轮圈的制作方法及结构 - Google Patents

Abstract

一种碳纤维轮圈的制作方法，步骤包括：制备上支撑件，将呈线状的至少一股干碳纱连续性的缠绕其上形成轮胎固定座初胚；将下支撑件设置于轮胎固定座初胚内侧、将补强件设置于下支撑件内侧；在固定座初肧、下支撑件及补强件上连续性的缠绕上至少一股呈线状的干碳纱，然后将其置于模具中进行定型作业；在定型后的轮圈外周面裁切出开口并取出上支撑件，便可制成碳纤维轮圈，该轮胎固定座初胚断面概呈U字形，内部有沟槽，外侧面有由沟槽贯通到外部的开口，补强件断面呈倒三角形，外框上部包覆于该轮胎固定座初胚的外侧面而形成轮胎固定座，下部包覆住该下支撑件与该补强件而形成轮框；上述方法及结构有提升制作效率、降低失败率及增加结构强度的功效。

Description

碳纤维轮圈的制作方法及结构

技术领域

本发明是有关一种碳纤维轮圈的制作方法及结构方面的技术领域，尤指一种具有提升制作效率、降低失败率及增加结构强度等功效的碳纤维轮圈的制作方法及结构者。

背景技术

请参阅图1、图2所示，一般公知的碳纤维轮圈主要为在补强件13的外侧包覆成型出断面呈U形或呈倒三角形的轮框10，再在该轮框10的外侧面上黏贴结合有断面呈H形的轮胎固定座11而成者。该轮框10及该轮胎固定座11则主要是分别单独利用多个预裁成长条片状的碳纤维布12一片片交错贴黏于如中国台湾公告第I434771号专利所示的模具及气袋14上，然后进行加热加压定型加工而成。

然而，在利用该碳纤维布12黏贴成型出该轮框10及该轮胎固定座11时，每一侧面皆至少需利用6至8片的碳纤维布12来交错搭接，而且贴黏碳纤维布12的工作仅只能由人工来执行而无法由机械取代，所以欲完成轮框10或轮胎固定座11便需各自利用人工重复进行至少36次碳纤维布12的铺贴动作，因此在制作上是非常的费时及费力而使制作效率非常低落，而且也会使制作成本大幅增加。尤其是，每片碳纤维布12的碳纤维方向皆不一致也不连续，而且整体结构在多片碳纤维布12端部的相互搭接处易使应力的传递产生不连续的情形，因此整体强度会因此大为降低。特别是，该多片碳纤维布12相互交叠处易产生较大、较多且不平均的间隙，所以在加热加压定型后，其表面易残存较多及较大的气泡，致使失败率因此大为提高。另外，利用分别单独制作出该轮框10及该轮胎固定座11后，再将两者贴黏结合的方式，不但会使制作过程较为繁复，而且也会因其为非一体成型的结构，而使整体的结构强度因此大幅减弱。

另有一种公知的碳纤维轮圈的轮框及轮胎固定座的制作方法，如中国台湾公告第I382926号专利所示，其主要是利用两梭子将具有相当宽度及涂设有胶的碳纤维带缠绕在环形芯轴上，再将其置入模具中进行加热加压等成型作业而成。然而，由于该碳纤维带具有相当的宽度，因此其缠绕在该环形芯轴上，并经成型作业后，易产生皱折及较多且不均匀的气泡，因此易有应力集中的情形，而使成品的制作不良率较高。

有鉴于上述现有的碳纤维轮圈的制作方法及结构存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的碳纤维轮圈的制作方法及结构，能够改进一般现有的碳纤维轮圈的制作方法及结构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

一般公知利用碳纤维布一片片贴合而成的碳纤维轮圈存在着制作较为费时费力而制作效率低落、表面易残存气泡而使制作失败率高及组成结构不连续而使整体结构强度不佳等的诸多问题。

本发明的主要目的在于，克服现有的碳纤维轮圈的制作方法存在的缺陷，而提供一种新的碳纤维轮圈的制作方法，所要解决的技术问题是使其制备上支撑件、将呈线状的至少一股干碳纱连续性且倾斜一定角度的缠绕于该上支撑件上，并缠绕数层以形成轮胎固定座初胚、将下支撑件设置于该轮胎固定座初胚的内侧、将补强件设置于该下支撑件的内侧、将呈线状的至少一股干碳纱连续性且倾斜一定角度的缠绕于该轮胎固定座初肧、该下支撑件及该补强件上，并缠绕数层以形成外框、将缠绕有干碳纱的轮胎固定座初胚、下支撑件及补强件置于模具中进行定型作业以及在定型后的轮圈的外周面裁切出开口并取出该上支撑件以完成该碳纤维轮圈的制作。其中，该上支撑件呈环状且断面制成与轮圈的轮胎固定座内侧的沟槽相同的形状。形成该轮胎固定座初胚的干碳纱是由多条细碳纤维纱集束而成，而且组成该轮胎固定座初胚的各层干碳纱的绕设角度不相同。该下支撑件是由耐热质轻的材质制成，其为呈环状且断面设成与轮圈的轮框内部的框槽相同的形状。该补强件是由耐热质硬的材质制成，其呈环状且断面呈倒三角形。该外框的上部包覆于该轮胎固定座初胚的外侧而形成轮胎固定座，该外框的下部包覆该下支撑件及该补强件的外侧而形成轮框。形成该外框的干碳纱是由多条细碳纤维纱集束而成，而且组成该外框的各层干碳纱的绕设角度不相同。在取出该上支撑件后可使该轮胎固定座内部形成沟槽。

本发明的另一目的在于，克服现有的碳纤维轮圈的结构存在的缺陷，而提供一种新型的碳纤维轮圈的结构，所要解决的技术问题是使其包括轮胎固定座初胚、下支撑件、补强件及外框。其中，该轮胎固定座初胚是由线状的至少一股干碳纱绕设数层后并进行定型作业而制成，其呈环状且断面概呈U字形，内部具有沟槽，外侧面具有由该沟槽贯通到外部的开口。该下支撑件是由耐热质轻的材质制成，其呈环状且断面概呈外侧大内侧小的梯形，外侧面贴合于该轮胎固定座初胚的内侧面，该补强件是由耐热质硬的材质制成，其呈环状且断面呈倒三角形，外侧面贴合于该下支撑件的内侧面。该外框是由线状的至少一股干碳纱绕设数层后并进行定型作业而成，其呈环状且上部包覆于该轮胎固定座初胚的外侧面而形成轮胎固定座，其下部包覆于该下支撑件及该补强件的外侧而形成轮框。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种碳纤维轮圈的制作方法，包括：制备上支撑件：该上支撑件是由耐热质硬的材质制成，其为呈环状且断面制成与轮圈的轮胎固定座内侧的沟槽相同的形状；将呈线状的至少一股干碳纱连续性的缠绕于该上支撑件上：顺着该上支撑件的外周面连续性且倾斜一定角度的绕设至少一股干碳纱，并绕设数层，使在该支撑件上缠绕出将其包覆而具有适当厚度的多层干碳纱以形成轮胎固定座初胚，其中该干碳纱是由多条细碳纤维纱集束而成，而且各层的干碳纱的绕设角度不相同；将下支撑件设置于该轮胎固定座初胚的内侧：该下支撑件是由耐热质轻的材质制成，其为呈环状且断面设成与轮圈的轮框内部的框槽相同的形状，为概呈外侧大内侧小的梯形，并使该下支撑件的外侧面贴合该轮胎固定座初胚的内侧面；将补强件设置于该下支撑件的内侧：该补强件是由耐热质硬的材质制成，其呈环状且断面呈倒三角形，其的外侧面贴合于该下支撑件的内侧面；将呈线状的至少一股干碳纱连续性的缠绕于该轮胎固定座初肧、该下支撑件及该补强件上：顺着该轮胎固定座初肧、该下支撑件及该补强件的外周面连续性且倾斜一定角度的绕设至少一股干碳纱，并绕设数层，使在该轮胎固定座初肧、该下支撑件及该补强件上缠绕出将其包覆而具有适当厚度的多层干碳纱，以形成连结成一体且未开设有沟槽的轮胎固定座与轮框的外框，其中该干碳纱是由多条细碳纤维纱集束而成，形成该外框的各层干碳纱的绕设角度不相同；将缠绕有干碳纱的轮胎固定座初胚、下支撑件及补强件进行定型作业：将缠绕有干碳纱的轮胎固定座初胚、下支撑件及补强件进行置入模具、抽真空、注胶及加热等定型作业；以及在定型后的轮圈的外周面裁切出开口并取出该上支撑件：取出该上支撑件使该轮胎固定座内部形成沟槽，即完成该碳纤维轮圈的制作。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的碳纤维轮圈的制作方法，其中所述的上支撑件为碳纤维复合材。

前述的碳纤维轮圈的制作方法，其中所述的下支撑件的材质为复合发泡材。

前述的碳纤维轮圈的制作方法，其中所述的补强件为碳纤维复合材。

前述的碳纤维轮圈的制作方法，其中所述的开口的宽度较该沟槽的宽度小。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种碳纤维轮圈的结构，包括：轮胎固定座初胚，是由线状的至少一股干碳纱绕设数层后并经过定型作业而成，其呈环状且断面概呈U字形，内部具有沟槽，外侧面具有由该沟槽贯通到外部的开口；下支撑件，是由耐热质轻的材质制成，其呈环状且断面概呈外侧大内侧小的梯形，其外侧面贴合于该轮胎固定座初胚的内侧面；补强件，是由耐热质硬的材质制成，其呈环状且断面呈倒三角形，其外侧面贴合于该下支撑件的内侧面；以及外框，是由线状的至少一股干碳纱绕设数层后并经定型作业而成，其呈环状且上部包覆于该轮胎固定座初胚的外侧面而形成轮胎固定座，其下部包覆于该下支撑件及该补强件的外侧面而形成轮框。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的碳纤维轮圈的结构，其中所述的绕设成型出轮胎固定座初胚及外框的干碳纱是由多条细碳纤维纱集束而成。

前述的碳纤维轮圈的结构，其中所述的补强件为碳纤维复合材，下支撑件为复合发泡材。

前述的碳纤维轮圈的结构，其中所述的补强件的内侧角形成圆弧导角。

前述的碳纤维轮圈的结构，其中所述的制作轮胎固定座初胚及外框的定型作业包含置入模具、抽真空、注胶及加热等制造过程。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明碳纤维轮圈的制作方法及结构可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

本发明所提供的碳纤维轮圈的制作方法及结构，其中由于该轮胎固定座初胚及该外框皆是由呈线状的至少一股干碳纱连续性绕设数层并经定型作业而成，因此可易于利用机械进行该干碳纱的绕设作业，所以可大幅的节省制作人力及时间，而可提升制作效率，而且并可降低制作成本。尤其是，由该干碳纱连续性绕设并经定型作业后所形成的轮胎固定座初胚与外框所组成的轮圈，更是可避免应力传递不连续的情形发生，所以可使整体的结构强度大为提升。特别是，利用该干碳纱连续性绕设可使各股干碳纱之间的结构较为缜密，因此可使间隙较少、较小及较均匀，进而在经过置入模具、抽真空、注胶及加热等定型作业后，可减少气泡的产生，故而可大幅降低制作失败率。另外，该外框是一体包覆在该轮胎固定座初胚、下支撑件及该补强件的外侧以使该轮胎固定座与轮框形成一体，因此可进一步提升整体结构的强韧性。而且，也无需再利用气袋来帮助成型，所以可减少气袋的充气、泄气及开槽取出等的制作过程，故而可使其制作更为简单及快速。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1是公知碳纤维轮圈的制作流程示意图。

图2是公知碳纤维轮圈的贴合制作方式示意图。

图3是本发明的轮胎固定座初胚的制作流程示意图。

图4是本发明的轮框的制作流程示意图。

图5是本发明的加热加压定型及切割成型的制作流程示意图。

图6是本发明的制作流程的剖面示意图。

图7是本发明的碳纤维轮圈结构的剖面放大示意图。

【主要组件符号说明】

10：轮框

11：轮胎固定座

12：碳纤维布

13：补强件

14：气袋

20：上支撑件

21：轮胎固定座

22：沟槽

23：开口

30：干碳纱

31：轮胎固定座初胚

32：干碳纱

33：外框

40：下支撑件

41：轮框

42：框槽

50：补强件

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的碳纤维轮圈的制作方法及结构其具体实施方式、制造方法、、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图3-6所示，显示本发明所述的碳纤维轮圈的制作方法包括：

制备上支撑件20：该上支撑件20是由耐热质硬的材质(如碳纤维复合材……等)制成，该上支撑件20呈环状且断面制成与轮圈的轮胎固定座21内侧的沟槽22相同的形状。

将呈线状的至少一股干碳纱30连续性的缠绕于该上支撑件20上：顺着该上支撑件20的外周面连续性且倾斜一定角度的绕设至少一股干碳纱30，且在该上支撑件20上缠绕出将其包覆而具有适当厚度的干碳纱30，并缠绕多层以形成轮胎固定座初胚31，其中该干碳纱30是由多条细碳纤维纱集束而成，而且组成该轮胎固定座初胚31的各层干碳纱30的绕设角度不相同。

将下支撑件40设置于该轮胎固定座初胚31的内侧：该下支撑件40是由耐热质轻的材质(如复合发泡材……等)制成，其呈与上支撑件20同圆心的环状，且断面设成与轮圈的轮框41内部的框槽42相同的形状，约概呈外侧大内侧小的梯形，且外侧面贴合于该轮胎固定座初胚31的内侧面。

将补强件50设置于该下支撑件40的内侧：该补强件50是由耐热质硬的材质(如碳纤维复合材……等)制成，该补强件50呈与该下支撑件40同圆心的环状，且断面呈倒三角形，其外侧面贴合于该下支撑件40的内侧面，该倒三角形的内侧角形成圆弧导角。

将呈线状的至少一股干碳纱32连续性的缠绕于该轮胎固定座初肧31、该下支撑件40及该补强件50上：顺着该轮胎固定座初肧31、该下支撑件40及该补强件50的外周面连续性且倾斜一定角度的绕设至少一股干碳纱32，使在该轮胎固定座初肧31、该下支撑件40及该补强件50上缠绕出将其包覆而具有适当厚度的多层干碳纱32，以形成连结成一体且未开设有沟槽22及开口23的轮胎固定座21与轮框41的外框33，其中该干碳纱32是由多条细碳纤维纱集束而成，而且组成该外框33的各层干碳纱32的绕设角度不相同。

将缠绕有干碳纱32的轮胎固定座初胚31、下支撑件40及补强件50进行定型作业：将缠绕有干碳纱32的轮胎固定座初胚31、下支撑件40及补强件50进行置入模具、抽真空、注胶及加热等定型作业。

在定型后的轮圈的外周面裁切出开口23并取出该上支撑件20：由该开口23取出该上支撑件20使该轮胎固定座21内部形成沟槽22，即完成该碳纤维轮圈的制作。

请再参阅图7所示，是显示一种由上述制作方法制成的碳纤维轮圈的结构，其指出该碳纤维轮圈的结构包括轮胎固定座初胚31、下支撑件40、补强件50及外框33，其中：

该轮胎固定座初胚31是由多层干碳纱30绕设并经置入模具、抽真空、注胶及加热等定型作业而成，其呈环状且断面概呈U字形，内部具有沟槽22，外侧面具有由该沟槽22贯通到外部且宽度较小的开口23，该干碳纱30是由多条细碳纤维纱集束而成。

该下支撑件40是由耐热质轻的材质(如复合发泡材……等)制成，其呈环状且断面概呈外侧大内侧小的梯形，外侧面贴合于该轮胎固定座初胚31的内侧面。

该补强件50是由耐热质硬的材质(如碳纤维复合材……等)制成，该补强件50呈环状且断面呈倒三角形，其外侧面贴合于该下支撑件40的内侧面，该倒三角形的内侧角形成圆弧导角。

该外框33是由多层干碳纱32绕设并经过置入模具、抽真空、注胶及加热等定型作业而成，其呈环状，且上部包覆于该轮胎固定座初胚31的外侧面而形成轮胎固定座21，其下部包覆于该下支撑件40及该补强件50的外侧面而形成轮框41，该干碳纱32是由多条细碳纤维纱集束而成。

本发明所提供的碳纤维轮圈的制作方法及结构，由于组成该轮圈的轮胎固定座初胚31及外框33皆是由呈线状的至少一股干碳纱30、32连续性绕设数层并经定型作业而成，因此可利用机械进行干碳纱30、32的绕设作业，所以可因此大幅的节省制作人力及时间，而可提升制作效率，而且也可降低制作成本。尤其是，由该干碳纱30、32连续性绕设形成的轮胎固定座初胚31与外框33所组成的轮圈，更是可避免应力传递不连续的情形发生，所以可使整体的结构强度大为提升。特别是，利用该干碳纱30、32连续性绕设可使各干碳纱30、32之间的结构较为缜密，因此可使间隙较少、较小及较均匀，进而在经过置入模具、抽真空、注胶及加热等定型作业后，可减少气泡的产生，故而可大幅降低制作失败率。另外，该外框33一体包覆在该轮胎固定座初胚31、该下支撑件40及该补强件的外侧而使该轮胎固定座21与轮框41形成一体，因此可进一步提升整体结构的强韧性。而且，也可因此而无需再利用气袋来帮助成型，所以可减少气袋的充气、泄气及开槽取出等的制作过程，故而可使其制作更为简单及快速。

Claims (9)

1.一种碳纤维轮圈的制作方法，其特征在于包括:

制备上支撑件:该上支撑件是由耐热质硬的材质制成，其为呈环状且断面制成与轮圈的轮胎固定座内侧的沟槽相同的形状；

将呈线状的至少一股干碳纱连续性的缠绕于该上支撑件上:顺着该上支撑件的外周面连续性且倾斜的绕设至少一股干碳纱，并绕设数层，使在该支撑件上缠绕出将其包覆而具有适当厚度的多层干碳纱以形成轮胎固定座初胚，其中该干碳纱是由多条细碳纤维纱集束而成，而且各层的干碳纱的绕设角度不相同；

将下支撑件设置于该轮胎固定座初胚的内侧:该下支撑件是由耐热质轻的材质制成，其为呈环状且断面设成与轮圈的轮框内部的框槽相同的形状，为呈外侧大内侧小的梯形，并使该下支撑件的外侧面贴合该轮胎固定座初胚的内侧面；

将补强件设置于该下支撑件的内侧:该补强件是由耐热质硬的材质制成，其呈环状且断面呈倒三角形，其外侧面贴合于该下支撑件的内侧面；

将呈线状的至少一股干碳纱连续性的缠绕于该轮胎固定座初胚、该下支撑件及该补强件上:顺着该轮胎固定座初胚、该下支撑件及该补强件的外周面连续性且倾斜的绕设至少一股干碳纱，并绕设数层，使在该轮胎固定座初胚、该下支撑件及该补强件上缠绕出将其包覆而具有厚度的多层干碳纱，以形成连结成一体且未开设有沟槽的轮胎固定座与轮框的外框，其中该干碳纱是由多条细碳纤维纱集束而成，形成该外框的各层干碳纱的绕设角度不相同；

将缠绕有干碳纱的轮胎固定座初胚、下支撑件及补强件进行定型作业:将缠绕有干碳纱的轮胎固定座初胚、下支撑件及补强件进行置入模具、抽真空、注胶及加热的定型作业；以及

在定型后的轮圈的外周面裁切出开口并取出该上支撑件:取出该上支撑件使该轮胎固定座内部形成沟槽，即完成该碳纤维轮圈的制作。

2.根据权利要求1所述的碳纤维轮圈的制作方法，其特征在于，其中所述的上支撑件为碳纤维复合材。

3.根据权利要求1所述的碳纤维轮圈的制作方法，其特征在于，其中所述的下支撑件的材质为复合发泡材。

4.根据权利要求1所述的碳纤维轮圈的制作方法，其特征在于，其中所述的补强件为碳纤维复合材。

5.根据权利要求1所述的碳纤维轮圈的制作方法，其特征在于，其中所述的开口的宽度较该沟槽的宽度小。

6.一种碳纤维轮圈的结构，其特征在于，包括:

轮胎固定座初胚，是由线状的至少一股干碳纱绕设数层后并经过定型作业而成，其呈环状且断面呈U字形，内部具有沟槽，外侧面具有由该沟槽贯通到外部的开口；

下支撑件，是由耐热质轻的材质制成，其呈环状且断面呈外侧大内侧小的梯形，其外侧面贴合于该轮胎固定座初胚的内侧面；

补强件，是由耐热质硬的材质制成，其呈环状且断面呈倒三角形，其外侧面贴合于该下支撑件的内侧面；以及

外框，是由线状的至少一股干碳纱倾斜的绕设数层后并经定型作业而成，其呈环状且上部包覆于该轮胎固定座初胚的外侧面而形成轮胎固定座，其下部包覆于该下支撑件及该补强件的外侧面而形成轮框，其中各层的干碳纱的绕设角度不相同；

其中，轮胎固定座初胚、下支撑件、补强件及外框是置入模具、抽真空、注胶及加热定型。

7.根据权利要求6所述的碳纤维轮圈的结构，其特征在于，其中所述的绕设成型出轮胎固定座初胚及外框的干碳纱是由多条细碳纤维纱集束而成。

8.如权利要求6所述的碳纤维轮圈的结构，其特征在于，其中所述的补强件为碳纤维复合材，下支撑件为复合发泡材。

9.根据权利要求6所述的碳纤维轮圈的结构，其特征在于，其中所述的补强件的内侧角形成圆弧导角。