TW201043488A - Method of manufacturing bicycle rim - Google Patents

Description

201043488 、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及自行車的輪圈（Rims)製作領域，尤 其是利用含有複素纖維（Carbon Fiber)的複合材料 製作輪圈的方法。 【先前技術】 具備耐熱性好、質量輕的碳纖維，導入高分子製 作成抗拉、抗撓曲、高韌性等機械性質的複合材料， 已廣泛應用在航太工業、交通工具、運動器材或醫療 儀器等領域。 例如台灣公告第1308527號發明專利案，係屬一 種自行車輪圈的製造方法，從第1圖不難發現此製法 概括包含以下的流程： 步驟1 a以碳纖維複合材料層疊成型一輪圈的初 胚，並在此初胚内部置入一長形且耐高溫的充氣袋； 步驟lb把具有充氣袋的輪圈初胚，放入一模穴形狀 對應於輪圈初胚的模具中，透過氣體注入而逐漸膨脹 的充氣袋，支援輪圈初胚吻合於模穴周圍的壁面，且 執行溫度約140°C〜150°C的加熱程序；步驟lc接著 在模具成型一形狀等同於模穴的輪圈成胚，從模具中 取出此輪圈成胚且除去裡面的充氣袋。 但是，此種自行車輪圈的製造方法存在下列幾個 缺點： a) 結構強度不佳：從第2圖看到，充氣袋20及管 3 201043488 件21從氣孔ii置入輪圈初胚〗的空腹部位，俟 焚熱固化為第4圖的輪圈成胚1，，鑿穿輪圈側壁 的氣孔11依然存在，對輪圈的結構強度 影響。 b)輪圈不易脫模··第3圖顯示，上、下模31、” $合的模具3G中，形成—個符合輪圈外形的模 穴33，置入此模穴33的軟性輪圈初胚丨，雖與 穴壁保持些許間距，但經過充氣和加熱流程產生 貝變現象’成為第4圖的硬性輪圈成胚1，而緊密 接觸模具30的穴壁；此刻，輪圈成胚i，外^ 稱的二支撐部12，會以突出端13卡住上模31 凹1¾成對應形狀的壁面，造成輪圈成胚j，不易脫 離模具3 0的困擾。 面對先前技術的缺點，申請人乃提出-種自行車 輪圈製法，可以有效的解決這些問題。 【發明内容】 申請人研發—種自行車輪圈製法目的之一 兩支樓部之間置人心模，且模 圈預型品的模穴，而处虻p、B丄 棋及輪 」揭八而此輕易退模取得輪圈成型品。 發明此輪圈製法& s α ^ 、 去的另一目的：改變輪圈設置氣孔 立，避免結構強度受到影響。 製法、m 述目的，本發明提供—種自行車輪圈 I法，如弟5圖所示，包括： 闯 輪二：二’以碳素纖維複合材料捲料層疊成型-™ 、、 〇口’亚在此預型品内部置入一長形且耐高 201043488 溫的充氣袋， 步驟2b，具有充氣袋的輪圈預型品置入模具的 模穴中，且在輪圈預型品配合二支撐部圍成的容納空 間成型有心模； 步驟2c，置入輪圈預型品内部的充氣袋，因為 持續注入氣體而逐漸膨脹，支援輪圈預型品吻合模穴 周圍的壁面，並執行加熱程序；以及 步驟2d，在模具成型一形狀等同於模穴的輪圈 成型品，從模具中取出此輪圈成型品，撤除充氣袋或 心模。 簡單地說，本發明有關輪圈製法，是在輪圈預型 品配合二支撐部圍成的容納空間成型有心模，置入模 具通過加熱而取得輪圈成型品。從這個製作方法可以 暸解到，本發明和先前技術最大的差異處，在於步驟 2b，雖然同樣是由多模併成的模具，但是模具内壁框 圍的模穴中，除了置入輪圈預型品以外，還必須包容 二支撐部之間所放置的心模。 申請人捨棄初胚一詞改用預型品來替代，是因為 碳素纖維複合材料宛如薄膜般捲料層疊出輪圈的基 本形體，但是質軟而無法維持具體的形體，選用輪圈 預型品作為說明，較為恰當。相對地，受熱質變而保 有既定形體的輪圈，稱其為成型品，會比較合適。 作為本發明技術核心的心模，可以是高溫收縮聚 合物，支援輪圈預型品受熱固化而具備既定形體，然 後取出高溫收縮體積的心模，幫助輪圈成型品輕易脫 離模具。製作此心模的方法相當簡易，譬如：輪圈預 201043488 型品的二支撐部之間擺放耐熔材料製成的長條形氣 袋，持續輸送熱收縮材並注入氣體至袋内，使飽滿氣 袋能夠維持兩支撐部的形體。該熱收縮材選自聚笨乙 稀（Polystyrene，簡寫PS，俗稱保麗龍）、聚氨酯 (Polyurethane，簡寫PU )及熱收縮聚合物組成族群 之一，在加熱過程中會減縮體積，同時氣袋容積會因 氣體受熱而膨脹，持續加壓輪圈預型品與二支撐部而 能緊密接觸於模具的穴壁，直到時間控制在質變固化 成既定形體為止，接著茂氣而輕鬆退模。此刻的心模 仍在氣袋裡面保留著體積縮小的熱收縮材，可以和輪 圈空腹部位的充氣袋一併除去，進而獲得優質的輪圈 成型品。 本發明的心模也可以是高溫膨脹聚合物，利用多 個熱膨脹材拼湊成合乎輪圈預型品和二支撐部所框 圍的形體。該熱膨脹材選自矽氧樹脂（Silicone，俗 稱矽膠）及熱膨脹聚合物組成族群之一，在加熱過程 中會膨脹體積，配合模具支持輪圈預型品受熱固化成 既定形體，幫助輪圈成型品輕易脫離模具，再逐一取 出熱膨脹材。 其次，本發明輪圈製作方法，是將氣孔改設在輪 圈曰後安裝輻條或氣嘴的部位，如此，充分利用同一 孔洞獲得雙重用途，才不會影響輪圈的結構強度。 接著，提供一些實施例配合圖式作詳細而具體的 陳述。這些敘述對申請專利範圍不生拘束效力，舉凡 同一手段、雷同功效或等效元件的實施，均屬本發明 之權利範圍。 6 201043488 【實施方式】 如第5圖所示，通過下述流程製作—輪圈：步驟 2a’成型輪圈預型品並置入充氣袋；步驟2b，置入 模具且在輪圈預型品配合二支撐部圍成的容納空間 成型有心模；步驟2C，執行充氣和加熱程序；步驟 2d ’取出輪圈成型品並除去充氣袋或心模。 如第6、7圖所示’本實施例的模具3〇仍由上、 下模31、32併合而成，並在模具3〇内部形成一模穴 Ο Ο 33，容許一輪圈預型品1〇和一心模5〇置入。該心模 成型於輪圈預型品1〇配合二支撐部12所圍成的 =、、、内工間40中，是將粉狀、碎屑狀或顆粒狀的熱收 縮材52輸送到耐熔材料製成的長條形氣袋51中。本 實施例的熱_材52是㈣脑，透錄送設備6〇 輸入至氣袋51内部，使體積擴大的氣袋51填補於模 具30穴壁及輪圈預型品1〇所框圍的空間中，進而抵 住二支撐部12不致變形，讓輪圈預型品⑺外圍吻人 於模具30穴壁。 口 這些熱收縮材52在溫度約H(TC〜15(rc的加埶 程序中，會由固態融溶為液態而存留在氣袋Η中； 同時’注入氣袋的氣體受熱膨脹，持續加壓輪圈 預型品10與二支撐部12而能緊密接觸於模具⑽的 穴壁’直到時間控制在質變固化成既定形體為止。接 著茂氣縮小心模50的體積，使二支撐部12的突出端 13與模具30對應形狀的六壁彼此之間不且備卡二: 係，就能輕易退開模具30而取出輪圏成型品10，= 刻的〜；k5G ’仍在氣袋51裡面保留著體積縮小的熱 7 201043488 52，可以和輪圈空腹部位的充氣袋2 去，進而獲得優質的輪圈成型品10，。 在本實施财，管件21穿入輪圈預型品 Μ腹部14，這個部位通常是絲氣嘴Ϊ :’本Ρ使官件21抽離輪圈成型品1()，而存在孔 :冓強i能安裝氣嘴或輕條，完全不會影響到輪圈的結

圖顯示心模5〇,的另一實施例，是由多個塊 狀的熱膨脹材52’，拼凑填充於輪圈預型品1〇 及一支撐部12,所框圍的容納空間4 ，服材52’是叫在加熱程序:高 '兩支撐部12’施壓而吻合於模具3〇,位於模穴33，的 壁面’直到時間控制在質變固化成既定形體為止。 —由於模具30,穴壁包容著輪圈預型品，以及膨脹 塞滿兩支撐部12，之間的心模5〇，，故模具％，穴壁與 兩支樓部12’不生卡合關係’能輕易退開模具％，而 取出成品，然後逐一抽離熱膨脹材52,，即完成自行 車輪圈的製作流程。 【圖式簡單說明】 第1圖是已知的輪圈製作流程圖，表現早期製作自行 車輪圈的步驟。 第2圖是一剖視平面圖’表示早期的輪圈初胚在側面 設置氣孔，供管件及充氣袋進入。 第3圖是—剖視平面圖，表示早期具備充氣袋的輪圈 初胚與模具的模穴關聯性。 8 201043488 第4圖是-剖視平面圖，表示第3圖充氣袋支樓輪圈 初胚外圍吻合穴壁的關聯性。 第5圖是本發明的輪圈製作流程圖，表現製作自行車 輪圈之一較佳實施例。 第6圖是-剖視平面圖，表示本實施例具備充氣袋的 輪圈預型品、心模和模具彼此間的關聯性。 第7圖是-剖視平面圖，表示心模填補輪圈成型品、 心模和模具之間。

第8圖疋一剖視平面圖，表示多塊熱膨脹材拼湊填補 輪圈預型品、心模和模具之間的容納空間。 【主要元件符號說明】 1輪圈初胚 1輪圈成胚 1〇輪圈預型品 10’輪圈成型品 11氣孔 12支撐部（12’） 13突出端（Π’） 14腹部 20充氣袋 21管件 3〇 模具（30，） 31上模 32下模 33 模穴（33，） 40容納空間（40，） 5〇 心模（50，） 51氣袋 52熱收縮材 52’熱膨脹材 60輸送設備 Ο

Claims (1)

1. 201043488 七、申請專利範圍： 1 · 種自行車輪圈製法，包括： v驟2a，成型輪圈預型品並置入充氣袋； v驟2b ’置入模具且在輪圈初胚配合二支撐部圍 成的谷納空間成型有心模； 步驟2c，執行充氣和加熱程序；以及 2 取出輪圈成型品並除去充氣袋或心模。 專利範圍第1項所述自行車輪圈製法，

   多板併合而成的模具内部併合有一模穴，容許 ::模成型在輪圈預型品外圍對稱的二支撐部： 4. 5. 6. 8. =據申請專利範圍第2項所述自行車輪圈製法， 該心模是高溫收縮的聚合物。 :據：請專利範圍第3項所述自行車輪圈製法， 二:是將熱收縮材輪送至氣袋内部，該氣袋由 的二支撐部之間。 冑而位於輪圈預型品 依據申請專利範圍第4項所述 該熱收縮材選自^皁輪圏衣法， 物組成族群2 席、錢及熱收縮聚合 ::據申請專利範圍第2項所述自行 6亥心模是高溫膨脹的聚合物。 "" 依據申請專利㈣第6項所述自 :::模是多個熱膨脹材拼凑成合乎：圈 =品 和一支撐部所框圍的形體。 口口 依據申請專利第7項所述自行車輪圈製法， 201043488 該熱膨脹材選自矽氧樹脂及熱膨脹聚合物組成 族群之一。 9. 依據申請專利範圍第1項所述自行車輪圈製法， 在輪圈預型品的腹部設置氣孔，令充氣袋通過氣 孔進入輪圈預型品内部。 10. —種自行車輪圈製法，包括： 步驟2a，以碳素纖維複合材料捲料層疊成型一輪 圈的預型品，並在此預型品内部置入一 長形且耐高溫的充氣袋； 步驟2b，具有充氣袋的輪圈預型品置入模具的模 穴中，且在輪圈預型品配合二支撐部圍 成的容納空間成型有心模； 步驟2c，置入輪圈預型品内部的充氣袋，因為持 續注入氣體而逐漸膨脹，支援輪圈預型 品吻合模穴周圍的壁面，並執行加熱程 序；以及 步驟2d，在模具成型一形狀等同於模穴的輪圈成 型品，從模具中取出此輪圈成型品，撤 除充氣袋或心模。 11. 依據申請專利範圍第10項所述自行車輪圈製 法，由多模併合而成的模具内部併合有一模穴， 容許心模成型在輪圈預型品外圍對稱的二支撐 部之間。 12. 依據申請專利範圍第11項所述自行車輪圈製 法，該心模是高溫收縮的聚合物，將熱收縮材輸 送至氣袋内部，該氣袋由耐熔材料製成的長條形 11 2〇1〇43488 袋體而位於輪圈預型品的二支撐部之間。 13·依據申請專利範圍帛12項所述自行車輪圈製 法，該熱收縮材選自聚苯乙烯、聚氨酯及熱收縮 聚合物組成族群之一。 14. 依據申請專利範圍帛u j員所述自行車輪圈製 法，該心模是高溫膨脹的聚合物，由多個熱膨= 材拼湊成合乎輪圈預型品和二支撐部所框'圍的 體。 15. 依據申請專利範圍第14項所述自行車輪圈製 法，該熱膨脹材選自矽氧樹脂及熱膨脹聚合物組 成族群之一。 α 16. 依據申請專利範圍第10項所述自行車輪圈製 法，在輪圈預型品的腹部設置氣孔，令充氣袋^ 過氣孔進入輪圈預型品内部。 12