CN111890704A - 自行车轮圈及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自行车轮圈及其制造方法，该自行车轮圈由该自行车轮圈制造方法所制成，且该自行车轮圈设有一轮框，该轮框为一环形中空框体且具有多个等尺寸的轮框条，各轮框条由两个半部所组成，各半部由一热塑性预浸材经叠层、加热及成型后所制成，将两相对应的半部相互结合后形成一该轮框条，形成一可同时达到轻量化且具结构强度的自行车轮圈。

Description

自行车轮圈及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种自行车轮圈及其制造方法，尤指一种可同时达到轻量化且具有结构强度的自行车轮圈及其制造方法。

背景技术

自行车为目前相当受欢迎的休闲活动之一，而为了提供使用者更方便及更轻松的骑乘效果，大部分制造厂商均会通过各种结构设计、材料组成或者传动方式等方向，对于自行车进行研发及改进；例如对于车架或轮圈等大多会选择材质较轻的材料进行使用，而复合材料为其中之一的选择，复合材料的种类繁多，其中以纤维补强的高分子复合材料最为广泛应用，高分子复合材料的基本组成为纤维及高分子树脂基材，纤维是决定复合材料的机械性质的主要因素，用以承受主要负载、提高材料刚性与抗疲劳及变形性能等，而热塑性塑胶(thermoplastic)中有众多种类，例如聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)及聚酰胺(Polyamide，PA)等；进一步，纤维具有不同的材料及形式，一般业界常用的材料有玻璃纤维、碳纤维、Kevlar纤维等几种，形式上有短纤、连续长纤、编织纤维及粉状纤维等；另外，在结构体的应用上，由于对材料强度的要求较高，所以在强化纤维的选择上，通常以连续长纤为主。

进一步，轮圈为整台自行车将能量转换成速度的重要媒介，其品质的优劣会影响骑乘速度、踩踏施力与破风性；除了轻量化之外，其惯性、顺畅度、刚性与低风阻性也都是重要的考量因素之一，因此，如何在轻量化及结构强度之间取得一平衡，是为现有产业中极力汲取的技术，所以，目前自行车轮圈的品质诚有加以改进之处。

发明内容

因此，本发明有鉴于现有自行车轮圈于实际使用时的缺失及不足，特经过不断的试验与研究，终于发展出一种能改进现有缺失的本发明，本发明的自行车轮圈及其制造方法，主要通过热塑性复合材料进行制作，并且搭配模组化及叠层设计的方式，同时考虑时间、温度与压力等参数条件，借以提供一可同时达到轻量化且具结构强度的自行车轮圈的目的。

基于上述目的，本发明在于提供一自行车轮圈，该自行车轮圈设有一轮框，其中该轮框为一环形中空框体且具有多个等尺寸的轮框条，其中各轮框条均由两个半部所组成，而各半部均由一热塑性预浸材经叠层、加热及成型后所制成，将两相对应的半部相互结合后形成一该轮框条，将前述等尺寸的轮框条相结合后形成该轮框。

进一步，如前所述的自行车轮圈，其中该自行车轮圈进一步设有多个肋条，该多个肋条呈放射状间隔地与该轮框相结合，且各肋条的一端与该轮框的内侧面相结合，而各肋条的另一端与其余的肋条一端相结合，形成该自行车轮圈，其中各肋条均由两个半体所组成，而各半体均由一热塑性预浸材经叠层、加热及成型后所制成，将两相对应的半体相互结合后形成一该肋条，将前述该多个肋条与该轮框相结合，形成该自行车轮圈。

较佳的是，如前所述的自行车轮圈，其中该轮框拆具有2个～10个等尺寸的轮框条。

较佳的是，如前所述的自行车轮圈，其中各轮框条的两相对应的半部之间或各轮框条之间通过制成各所述轮框条的材料的键结能力相结合，形成该轮框。

较佳的是，如前所述的自行车轮圈，其中各轮框条的两相对应的半部之间或轮框条之间通过一结合添加物相结合，形成该轮框。

较佳的是，如前所述的自行车轮圈，其中各所述肋条的两相对应的半体之间或各所述肋条与所述轮框之间通过制成所述肋条的材料的键结能力相结合。

较佳的是，如前所述的自行车轮圈，其中各所述肋条的两相对应的半体之间或所述肋条与所述轮框之间通过一结合添加物相结合。

进一步，本发明提供制造上述自行车轮圈的制造方法，其包含有以下的操作步骤：

准备步骤：准备一热塑性预浸材、多个模组化模具、一裁切装置、一加热装置、一成型装置及至少一加工机，将自行车轮圈依据各部位的形状及尺寸拆解成多个部位，各模组化模具分别具有与各部位相对应的外型尺寸及结构，并且依照各个所述部位的外型尺寸，通过该裁切装置进行所述热塑性预浸材的预裁切并将裁切后的所述热塑性预浸材上下层叠排列；该加热装置用以将预裁切后且上下叠层排列的多个该热塑性预浸材进行加热，使上下叠层排列的多个该热塑性预浸材结合为一热塑性复合材料，该成型装置用以对于该热塑性复合材料进行成型，而至少一加工机用于对该成型后的热塑性复合材料进行后续加工；

模组与叠层步骤：根据各部位的机械性能、尺寸及厚度要求，搭配各模组化模具的设计，决定该热塑性预浸材的叠层数量和每层的纤维角度排列方向，依序将每张经该裁切装置预裁切好的所述热塑性预浸材放置在该加热装置上，该加热装置的加热温度必须大于该热塑性预浸材的玻璃转移温度，让该上下叠层的热塑性预浸材进行材料间的预结合而形成该热塑性复合材料；

成型步骤：以多个模组化模具或该成型装置，对各部位进行成型制造，完成各部位的成型之后，再以该热塑性复合材料结合成各所述部位，完成该自行车轮圈的整体结构；以及

后续加工步骤：将前述成型步骤中成型后的自行车轮圈的整体结构，通过至少一加工机进行后续加工，得到该自行车轮圈。

进一步，如前所述的自行车轮圈制造方法，其中在准备步骤中，该热塑性预浸材通过树脂含浸连续纤维、纤维编织布或粉状性纤维所形成，其中该连续纤维、纤维编织布及粉状性纤维为碳纤维、玻璃纤维或强化型纤维。

较佳的是，如前所述的自行车轮圈制造方法，其中在模组与叠层步骤中，纤维角度介于-180度～180度，该加热装置的加热温度介于250℃～300℃；而在成型步骤中，以温度为180℃～300℃、压力为1Mpa～15Mpa和时间为5分钟～15分钟进行成型加工。

较佳的是，如前所述的自行车轮圈制造方法，其中在后续加工步骤中，在通过模组化模具进行成型加工时，能在所述自行车轮圈的整体结构成型后，对所述自行车轮圈的整体结构上多余的热塑性复合材料进行切割分离，得到该自行车轮圈。

通过上述的技术手段，本发明的自行车轮圈，主要以热塑性复合材料搭配叠层设计以及时间、温度与压力等参数条件，将自行车轮圈以模组化的概念拆解各部位，进而可以根据产品机械性能、尺寸、厚度要求并搭配模具设计，决定该热塑性预浸材的切割尺寸，叠层的热塑性预浸材张数和每层的纤维排列方向，以达到轮圈需求刚性，并让整体重量轻化，进一步，能通过多种不同的成型方式(热压、滚压、拉挤、真空加热或模具成型等)制造出自行车轮圈，最后在结合各部位的过程中，以树脂中的聚合物彼此键结的方式在一起或添加可以和此聚合物相黏和的材料(例如胶)，提供优异的结合强度，借以取得一可同时达到轻量化且具结构强度的自行车轮圈，不仅可增加自行车轮圈的实用性且可大幅提升自行车轮圈的品质。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明自行车轮圈第一较佳实施例的外观侧视示意图。

图2是本发明自行车轮圈第一较佳实施例的轮框二等份拆解示意图。

图3是本发明自行车轮圈第一较佳实施例的轮框四等份拆解示意图。

图4是本发明自行车轮圈第一较佳实施例的轮框六等份拆解示意图。

图5是本发明自行车轮圈第一较佳实施例的轮框条二等份拆解示意图。

图6是本发明自行车轮圈第一较佳实施例的轮框条另一二等份拆解示意图。

图7是本发明自行车轮圈第二较佳实施例的外观侧视示意图。

图8是本发明自行车轮圈第二较佳实施例的肋条二等份拆解示意图。

图9是本发明自行车轮圈第二较佳实施例的肋条另一二等份拆解示意图。

图10是本发明自行车轮圈制造方法的流程方块图。

图11是本发明自行车轮圈制造方法中将多个热塑性预浸材进行叠层的操作示意图。

图12是本发明自行车轮圈制造方法中进行成型步骤的其中一种方式。

图13是本发明自行车轮圈制造方法中进行成型步骤的另一种方式。

图14是本发明自行车轮圈制造方法中结合该轮圈各部位的操作示意图。

具体实施方式

为能详细了解本发明的技术特征及实用功效并可依照说明书的内容来实现，现进一步以如附图所示的较佳实施例，详细说明如后：

本发明提供一自行车轮圈10，请配合参看如图1及图7所示的第一较佳实施例及第二较佳实施例，于第一较佳实施例中，该自行车轮圈10仅设有一轮框20，而于第二较佳实施例中，该自行车轮圈10设有一轮框20及多个肋条30，其中该轮框20为一环形中空框体，且如图2、图3或图4所示由二等份、四等份或六等份等多个等尺寸的轮框条21所组成(另外，也可为三等份、五等份等)，较佳的是，本发明将该轮框20拆解成2个～10个等尺寸的轮框条21，其中各轮框条21由多个半部所组成，其中能如图5所示由一上半部211(外框)及一下半部212(内框)所组成，或者如图6所示由一左半部213及一右半部214所组成，而各半部均由一热塑性预浸材40经叠层、加热及成型后所制成，将两相对应的半部相互结合后形成一该轮框条21，将前述的轮框条21相结合后形成该轮框20，较佳的是，两相对应半部之间或各轮框条21之间通过材料本身的键结能力或是通过一结合添加物来结合各个半部及各个轮框条21，形成该轮框20。

请配合参看如图7所示的第二较佳实施例，该多个肋条30呈放射状间隔地与该轮框20相结合，且各肋条30的一端与该轮框20的内侧面相结合，而各肋条30的另一端与其余的肋条30一端相结合，借以形成该自行车轮圈10，其中各肋条30由多个本体所组成，其中能如图8所示由一上半体31及一下半体32所组成，或者如图9所示由一左半体33及一右半体34所组成，而各半体均由一热塑性预浸材40经叠层、加热及成型后所制成，将两相对应的半体相互结合后形成一该肋条30，将前述该多个肋条30与该轮框20相结合，即可形成该自行车轮圈10，较佳的是，如图14所示两相对应半体或肋条30与轮框20之间通过材料本身的键结能力或是通过一结合添加物来结合各个半体及各个肋条30与该轮框20。

本发明进一步提供制造上述自行车轮圈的制造方法，请配合参看如图10所示的制造方法的流程方块图，该自行车轮圈制造方法包含有一准备步骤、一模组与叠层步骤、一成型步骤及一后续加工步骤，各操作步骤的详细内容分别如下所述。

A、准备步骤：请配合参看如图10至图13所示，准备一热塑性预浸材40、多个模组化模具70、一裁切装置、一加热装置、一成型装置及至少一加工机，其中该热塑性预浸材40利用树脂含浸连续纤维、纤维编织布或粉状性纤维所形成，其中该连续纤维、纤维编织布及粉状性纤维可为碳纤维、玻璃纤维或强化型纤维；如图2至图6、图8及图9所示将该自行车轮圈10依据各部位的形状及尺寸拆解成多个部位(轮框20及肋条30)，各模组化模具70具有与各部位相对应的外型尺寸及结构，并且会先依照轮框20与肋条30的各个部位的外型尺寸，通过该裁切装置先进行热塑性预浸材40的预裁切；该加热装置用以将预裁切后且上、下叠层排列的多个该热塑性预浸材40进行加热，使叠层排列的多个该热塑性预浸材40结合为一体的热塑性复合材料50，该成型装置用以对于该热塑性复合材料50进行成型，而该至少一加工机对该成型加工后的后续加工。

B、模组与叠层步骤：如图2、图8及图9所示将自行车轮圈10拆解成轮框20及肋条30两模组，将各模组再拆解成多个部位，其中如图11所示根据各部位的机械性能、尺寸及厚度要求，搭配各模组化模具70的设计，将决定该热塑性预浸材40的叠层数量和每层的纤维角度排列方向，其中纤维角度介于-180度～180度，将经该裁切装置预裁切好的热塑性预浸材40，依序将每张热塑性预浸材40放置在该加热装置上，该加热装置的加热温度必须大于该热塑性预浸材40的玻璃转移温度(Glass Transition Temperature，Tg，150℃～190℃)，本发明该加热装置的加热温度介于250℃～300℃，进而利用每层热塑性预浸材40的树脂的黏度特性，让该叠层的热塑性预浸材40进行材料间的预结合，进而形成该热塑性复合材料50。

C、成型步骤：搭配温度180℃～300℃、压力1Mpa～15Mpa和时间5分钟至15分钟等参数条件，以该多个模组化模具70或该成型装置，对于各部位进行成型制造，完成各部位的成型之后，再以该热塑性复合材料50本身的键结能力或是一结合添加物来结合各个模组的各部位，完成该自行车轮圈10的整体结构，其中如图12所示通过一滚压机60对于该热塑性复合材料50进行成型加工，其设有多个滚轮61、一加热源62及至少一压轮63，借以对于该热塑性复合材料50进行热压、滚压、拉挤等的成型加工，或者如图13所示将该叠层后的该热塑性复合材料50放入该模组化模具70中，其中该模组化模具70设有一下模具71及一上模具72，且下模具71、上模具72分别设有一模穴711、模穴721，将该热塑性复合材料50置于该模穴711、模穴721中，并以上述的温度、压力及时间参数进行成型加工，其中高温的目的是让树脂流动，利用其黏度特性使层间的树脂相互扩散结合，同时压力能将层间的纤维紧密排列，待温度降至Tg以下，对于该模组化模具70进行脱模作业。

D、后续加工步骤：将前述成型加工步骤中成型完的成品，利用该至少一加工机进行如冲压或CNC等的后续加工；而若是通过模组化模具70进行成型加工时，可在成品成型后，将非成品区的材料进行切割分离，即将自行车轮圈的整体结构上连接的多余的热塑性复合材料切割分离，即可得到该自行车轮圈10。

通过上述的技术手段，本发明的自行车轮圈，主要以热塑性复合材料50搭配叠层设计以及时间、温度与压力等参数条件，将自行车轮圈以模组化的概念拆解各部位，进而可以根据产品机械性能、尺寸、厚度要求并搭配模具设计，决定该热塑性预浸材40的切割尺寸，叠层的热塑性预浸材40张数和每层的纤维排列方向，以达到轮圈需求刚性，并让整体重量轻化，进一步，能通过多种不同的成型方式(热压、滚压、拉挤、真空加热或模具成型等)制造出自行车轮圈10，最后在结合各部位的过程中，以树脂中的聚合物彼此键结的方式在一起或添加可以和此聚合物相黏和的材料(例如胶)，提供优异的结合强度，借以取得一可同时达到轻量化且具结构强度的自行车轮圈10，不仅可增加自行车轮圈10的实用性且可大幅提升自行车轮圈10的品质。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中的普通技术人员，若在不脱离本发明所提技术方案的保护范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术方案内容，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (11)

1.一种自行车轮圈，设有一轮框，其特征在于，所述轮框为一环形中空框体且具有多个等尺寸的轮框条，其中各所述轮框条均由两个半部所组成，而各所述半部均由一热塑性预浸材经叠层、加热及成型后所制成，将两相对应的所述半部相互结合后形成一所述轮框条，将等尺寸的所述轮框条相结合后形成所述轮框。

2.根据权利要求1所述的自行车轮圈，其特征在于，所述自行车轮圈进一步设有多个肋条，多个所述肋条呈放射状间隔地与所述轮框相结合，且各所述肋条的一端与所述轮框的内侧面相结合，而各所述肋条的另一端与其余的所述肋条的一端相结合，形成所述自行车轮圈，其中各所述肋条均由两个半体所组成，而各所述半体均由一热塑性预浸材经叠层、加热及成型后所制成，将两相对应的所述半体相互结合后形成一所述肋条，将多个所述肋条与所述轮框相结合，形成所述自行车轮圈。

3.根据权利要求1或2所述的自行车轮圈，其特征在于，所述轮框拆具有2个～10个等尺寸的所述轮框条。

4.根据权利要求3所述的自行车轮圈，其特征在于，各所述轮框条的两相对应的所述半部之间或各所述轮框条之间通过制成各所述轮框条的材料的键结能力相结合，形成所述轮框。

5.根据权利要求3所述的自行车轮圈，其特征在于，各所述轮框条的两相对应的所述半部之间或各所述轮框条之间通过一结合添加物相结合，形成所述轮框。

6.根据权利要求2所述的自行车轮圈，其特征在于，各所述肋条的两相对应的所述半体之间或各所述肋条与所述轮框之间通过制成所述肋条的材料的键结能力相结合。

7.根据权利要求2所述的自行车轮圈，其特征在于，各所述肋条的两相对应的所述半体之间或所述肋条与所述轮框之间通过一结合添加物相结合。

8.一种自行车轮圈制造方法，其特征在于，所述自行车轮圈制造方法包含有以下的操作步骤：

准备步骤：准备一热塑性预浸材、多个模组化模具、一裁切装置、一加热装置、一成型装置及至少一加工机，将自行车轮圈依据各部位的形状及尺寸拆解成多个部位，各所述模组化模具分别具有与各所述部位相对应的外型尺寸及结构，并且先依照各个所述部位的外型尺寸，通过所述裁切装置进行所述热塑性预浸材的预裁切并将裁切后的所述热塑性预浸材上下层叠排列；所述加热装置用以将预裁切后且上下叠层排列的多个所述热塑性预浸材进行加热，使上下叠层排列的多个所述热塑性预浸材结合为一热塑性复合材料，所述成型装置用以对所述热塑性复合材料进行成型，而至少一所述加工机用于对成型后的所述热塑性复合材料进行后续加工；

模组与叠层步骤：根据各所述部位的机械性能、尺寸及厚度要求，搭配各所述模组化模具的设计，决定所述热塑性预浸材的叠层数量和每层的纤维角度排列方向，依序将每张经该裁切装置预裁切好的所述热塑性预浸材放置在所述加热装置上，所述加热装置的加热温度必须大于所述热塑性预浸材的玻璃转移温度，让上下叠层的所述热塑性预浸材进行材料间的预结合而形成所述热塑性复合材料；

成型步骤：以多个所述模组化模具或所述成型装置，对各所述部位进行成型制造，完成各所述部位的成型之后，再以所述热塑性复合材料结合成各所述部位，完成所述自行车轮圈的整体结构；以及

后续加工步骤：将所述成型步骤中成型后的所述自行车轮圈的整体结构，通过至少一所述加工机进行后续加工，得到所述自行车轮圈。

9.根据权利要求8所述的自行车轮圈制造方法，其特征在于，在所述准备步骤中，所述热塑性预浸材通过树脂含浸连续纤维、纤维编织布或粉状性纤维所形成，其中所述连续纤维、所述纤维编织布及所述粉状性纤维为碳纤维、玻璃纤维或强化型纤维。

10.根据权利要求8或9所述的自行车轮圈制造方法，其特征在于，在所述模组与叠层步骤中，所述纤维角度介于-180度～180度，所述加热装置的加热温度介于250℃～300℃；而在所述成型步骤中，以温度为180℃～300℃、压力为1Mpa～15Mpa和时间为5分钟～15分钟进行成型加工。

11.根据权利要求10所述的自行车轮圈制造方法，其特征在于，在所述后续加工步骤中，在通过所述模组化模具进行成型加工时，能在所述自行车轮圈的整体结构成型后，对所述自行车轮圈的整体结构上连接的多余的所述热塑性复合材料进行切割分离，得到所述自行车轮圈。

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