TW201202067A - Composite rim for a bicycle wheel - Google Patents

Description

201202067 六、發明說明： C 明戶斤屬系好々員】 發明背景 本發明係有關於自行車複合輪緣，且更特別地，有關 於具有一三維強化孔之一自行車複合輪緣及製造該複合自 行車輪緣之方法。 C先前技術3 一複合輪緣係由在一層環氧樹脂或樹脂内硬化之多數 纖維片材或堆構成。在該層環氧樹脂或樹脂内之纖維可被 定向在X或γ方向且由碳、陶瓷、玻璃等構成。雖然纖維在 它們的定位方向上非常強固’但是它們在它們的交叉或垂 直方向上比較不強固。由於纖維強化複合片材之各向異性 本質，被定向在該等χ-γ方向上之片材係藉該等纖維本身補 強，這可產生及支持沿其長度延伸之負載路徑。但是，在 該片材z方向，或不在平面之方向上’該等纖維僅藉將該等 片材結合在一起之樹脂補強。此外，該樹脂在它只必須在 該等片材之間傳送剪力時最佳地工作。 因為壓力集中在該等貫穿孔邊緣之切斷纖維端，在該 樹脂本身中產生大張力及剪力，所以在該輪緣上之貫穿孔 之區域中產生問題。最後，該等大的力量使該樹脂在該等 積層之間剪斷分離，即一被稱為層間剪斷或分層之失效模 式。這在多堆強化纖維之間的裂縫邊緣產生接近無限多個 應力上升部或集中。任何後來之負載使該等裂縫非常快速 地蔓延。最後，該等片材積層喪失其承受該壓力負載之能 201202067 力且環繞該等貫穿孔四週之積層皺曲。因此，需要提供一 種具有3維強化貫穿孔之輪緣。 I：發明内容3 發明概要 本發明提供一種用於一自行車輪的複合輪緣，其包括 一徑向外輪胎接合部份，一徑向内韓條接合部份，一第一 側壁，一與該第一側壁分隔開之第二側壁。該等第一與第 二側壁延伸在該等輪胎接合與輻條接合部份之間。該輪緣 包括至少一貫穿孔及在該貫穿孔之一貫穿厚度縫綴補強件 之圖案。該等輪胎接合與輻條接合部份及第一與第二側壁 形成一環體。 在本發明之一實施例中，該至少一貫穿孔包括在該徑 向内輻條接合部份處沿一線徑呈圓周狀分隔之多數輻條貫 穿孔。該貫穿厚度縫綴補強件之圖案沿該多數貫穿孔之線 徑延伸，該貫穿厚度縫綴補強件之圖案包括多數縫綴排， 該多數縫綴排中之一排與該貫穿孔之線徑相交，該多數縫 綴排中之另一排延伸接近該貫穿孔之線徑。該貫穿厚度縫 綴補強件之圖案亦可包括一蓋縫(coverstitch)圖案，該蓋縫 圖案在該輻條接合部份之内與外表面上交織多數縫綴排。 該複合輪緣係由多數預浸纖維片材構成。該貫穿厚度縫綴 補強件之圖案係以一線材所形成。 在本發明之另一實施例中，該貫穿厚度縫綴補強件之 圖案包括該貫穿孔之一周邊縫綴圖案。該周邊縫綴圖案沿 該輻條接合部份之内與外表面且沿該貫穿孔之一邊緣交織 201202067 一徑向縫綴。 在本發明之一實施例中，該複合自行車輪緣係由積層 多數預切割纖維片材構成，該等片材包括該輻條接合部 份。該等片材被預切割以便形成所需最後輪緣形狀。該等 片材係以該貫穿厚度縫綴補強件之圖案沿在該輻條接合部 份之線徑被縫合在一起。該等片材被配列在工具中以便形 成該環體。該環體可形成任何封閉曲線形狀。該環體係在 熱與壓力下在一高壓釜中硬化。該多數貫穿孔沿該貫穿厚 度縫綴補強件之圖案的線徑被衝壓通過多數積層片材。在 以該貫穿厚度縫綴補強件之圖案沿該輻條接合部份將該等 片材縫合在一起之前，該等預切割纖維片材可以部份地硬 化。 在本發明之另一實施例中，該複合輪緣係藉積層該多 數預切割纖維片材構成，該等片材包括該輻條接合部份。 該等片材被預切割以便形成所需最後輪緣形狀。該多數貫 穿孔沿在該輻條接合部份之一線徑被衝壓通過該等預切割 纖維片材。該等片材係以該貫穿厚度縫綴補強件之圖案在 該等貫穿孔之周邊被縫合在一起。多數心軸被插入該等貫 穿孔中。該等多數預切割纖維片材被配列在工具中以便形 成該環體，該環體係在熱與壓力下在一高壓釜中硬化。 本發明之這些及其他特徵及優點將配合添附圖式由本 發明之一或多個實施例之以下說明更完整地了解。 圖式簡單說明 在圖式中： 5 201202067 第1圖是自行車輪之側視圖； 第2圖是第1圖之自行車輪之橫截面圖； 第3圖是一自行車輪之橫截面圖； 第4圖是依據本發明之一複合輪緣之立體橫截面圖； 第5圖是第1圖之複合輪緣之一部份之立體徑向内視 圖； 第6圖是第1圖之複合輪緣之一貫穿孔之放大立體圖； 第7圖是依據另一實施例之一複合輪緣之一貫穿孔的 放大立體圖； 第8圖是第7圖之複合輪緣之部份橫截面圖； 第9圖是依據另一實施例之一複合輪緣之部份橫截面 圖， 第10圖是第9圖之一貫穿孔之放大立體圖；及 第11圖是第9圖之複合輪緣之部份橫截面立體圖。 I：實施方式3 詳細說明 第1與2圖顯示一自行車輪10，該自行車輪10包括一環 體狀輪緣12，一輪胎14，一輪轂16及一輻條系統18。該輪 轂16安裝在該自行車（未顯示）之一車架上。該輻條系統18 包括多數金屬輻條20，通常大約三十二至三十六根輻條。 請參閱第2圖，該輻條20包括一具螺紋端22及一螺紋接管24 以便將該輻條20固定在該輪緣12上。 第1與2圖所示之車輪10是一管狀或縫合型者，其中該 輪胎14係膠接在該輪緣12上。該輪緣12大致包括一徑向外 6 201202067 輪胎接合部份34’ 一徑向内輻條接合部份％，一第一側壁 38及-與該[側壁38分關之第二側壁4卜該等第:與 第二側壁38、4G延伸在該輪胎接合部仙他條接合⑽ 36之間。該輪胎14_接在該輪緣12之輪胎接合部份μ 上。該輻條接合部份36包括用以容納穿過其中之該輻條加 之具螺紋端22的多數第-開孔或貫穿孔39。該輪胎接合部 份34包括多數第二開孔41，該等第二開孔41與該多數第一 開孔39對齊，用以容納將該等螺紋接管24鎖緊在該等輻條 2〇之具螺紋端22上以便將該等輻條20固定在該輪緣12上之 —工具。該等輪胎接合與輻條接合部份34、36及第一與第 二側壁38、40形成一環體。 另一種車輪顯示在第3圖中，即，其中—輪胎46之胎唇 43、44被緊箝在一輪緣48上的一緊箝式車輪42。該輪緣48 大致包括一徑向外輪胎接合部份50，一徑向内輕條接合部 份52，一第一側壁54及一與該第一側壁54分隔開之第二側 壁56。該等第一與第二側壁56、54延伸在該等輪胎接合與 幸畐條接合部份50、52之間。該輪胎接合部份5〇包括一對用 以接合該輪胎46之胎唇43、44的圓周胎唇接合構件49、51。 該輕條接合部份5 2包括用以容納穿過其中之多數輻條6 〇之 具螺紋端58的多數第一開孔或貫穿孔53。該等貫穿孔53係 在該輻條接合部份52處沿一線徑呈圓周狀分隔。該輪胎接 合部份50包括多數第二開孔55，該等第二開孔55與該多數 第—開孔53對齊，用以容納將多數螺紋接管62鎖緊在該等 輕條60之具螺紋端58上以便將該等輻條60固定在該輪緣48 201202067 上之一工具。該等輪胎接合與輻條接合部份50、52及第一 與第二側壁54、56形成一環體。 在此使用之環體或環體狀表示藉一平面封閉曲線圍繞 位在與該曲線相同平面中之一直線旋轉但不與它交叉所產 生的一表面。該環體之平面封閉曲線可以採用任何形狀。 請參閱第4圖，產生該環體狀輪緣12之平面封閉曲線實質上 呈一橢圓形，該橢圓形已經修改以便在該輪胎接合部份34 提供一凹端。請參閱第2與3圖，該環體狀輪緣12、48之長 與短橫截面尺寸界定一高寬比。該等輪緣12、48之高寬比 是該等輪緣高度Η對該等輪緣宽度W之比率。該輪緣高度係 定義為當該輪緣被定向成與一水平面垂直時之最大垂直輪 緣尺寸，該輪緣寬度是當該輪緣被定向成與一水平面垂直 時之最大水平尺寸。較佳地，該環體形輪緣12與安裝於其 上之輪胎14形成一實質橢圓形橫截面且該輪緣具有一範圍 由1.5至5之高寬比。在所示實施例中，該等輪緣12、48具 有58mm之最大高度及27mm之最大寬度，因此形成一 2.15 之高寬比。較佳地，該輪緣高度大於40mm或大於該輪緣直 徑Dr之7%。為了改善空氣動力效率，該最大輪緣寬度W對 該輪胎直徑Dt之比率係在大約1.05至1.25之範圍内。該等環 體狀輪緣12、48之最大寬度W係設置成比該等輪胎接合部 份34、50更靠近該等輻條接合部份36、52。在第2與3圖中， 該最大寬度W係設置成距離該輪緣之末端22mm。通常，該 等環體狀輪緣完全由一複合材料構成。此外，該等輪緣之 内部可以依需要是實心、中空、被填充或被補強以便獲得 201202067 所需強度、重量及成本。 «月參閱第6圖’該複合輪緣48係由多數纖維片材⑽構 成。該等片材80包括被放在一環氧樹脂或樹脂之基質中的 多數纖維，g]此職預浸漬或“職7材。找基質内之 纖維蚊向於-特殊方向，在它們之定向方向（例如，第6 圖之X方向）上提供高強度且在垂直於它們之定向方向之方 向(例如’第6圖之丫與2方向)上提供較小強度。請參閱第4_6 圖’所顯示之該輪緣48之-實施例包括用於祕貫穿孔^ 之一貫穿厚度賴觀件82之圖案，賴_強件82包括 多數縫綴排83、84,該巾央⑽與料貫穿㈣相交該 等平行鄰接排84在該等孔53之各側上延伸#近該貫穿孔53 之線徑。 請參閱第7與8圖，顯示另—貫穿厚度縫綴補強件防之 圖案。該貫穿厚度縫綴補強件86之圖案包括多數縫綴排 ⑽、90，該中央排S8與該等貫穿孔53相交，該等平行鄰接 排90在該料53之各側±延伸#賴貫穿㈣之線徑，類 似於該貫穿厚度賴補強件8 2之圖案但是包括另外的蓋縫 (C〇VerStitCh)圖案92。該褒倚縫圖案92在該輻條接合部份52 之内與外表面94、％上交織該多數縫綴排88、％。該貫穿 厚度縫綴補強件86之圖案可使用3針與5線蓋縫形成以便在 X、Y與Z方向上補強該等貫穿孔53，特別地，在該z方向上 之缝綴係以夾持或封閉貫穿孔5 3之邊緣9 8以便防止層間 剪斷及纖維分層。可使用包含Kevl祕之各_㈣料。 請參閱第9_11圖，顯示祕該貫穿孔53之—周邊1〇2的 9 201202067 貫穿厚度縫綴補強件100之圖案。該貫穿厚度縫綴補強 件100之圖案包括沿該輻條接合部份52之内與外表面94、％ /σ °玄貫穿孔53之邊緣98的交織徑向縫綴1〇4。 。亥複合自行車輪緣48係藉積層多數預切割纖維片材 80，该等片材80包括該輻條接合部份52。該等片材8〇被預 刀。丨以便形成所需最後輪緣形狀。該等片材係以貫穿厚 度縫綴補強件82或86之圖案沿在該輻條接合部份52之線徑 被縫δ在一起。該等片材被配列在工具中以便形成該環 體。s亥環體可形成任何封閉曲線形狀。該環體係在熱與壓 力下在一尚壓釜中硬化。該多數貫穿孔53沿該貫穿厚度縫 綴補強件82或86之圖案的線徑被衝壓通過多數積層片材。 在以該貫穿厚度縫綴補強件8 2或8 6之圖案沿該輻條接合部 份將該等片材80縫合在一起之前，該等預切割纖維片材8〇 可以部份地硬化。 或者’該複合輪緣48係藉積層該多數預切割纖維片材 80構成，該等片材80包括該輻條接合部份52。該等片材8〇 被預切割以便形成所需最後輪緣形狀。該多數貫穿孔53沿 在該輻條接合部份5 2之一線徑被衝壓通過該等預切割纖維 片材80。該等片材8〇係該貫穿厚度縫綴補強件1〇〇之圖案在 該等貫穿孔53之周邊1 〇2以被縫合在一起。多數心軸（未顯 示)被插入該等貫穿孔53中。該多數預切割纖維片材80被配 列在工具中以便形成該環體’該環體係在熱與壓力下在一 高壓爸中硬化。 雖然本發明已參照數個實施例說明過了，但是應了解 201202067 的是在所述本發明觀念之精神與範疇内可進行多種變化。 因此，意圖是本發明不受限於所揭露之實施例，但它具有 由以下申請專利範圍之語言所容許之全部範圍。 I：圖式簡單說明3 第1圖是自行車輪之側視圖； 第2圖是第1圖之自行車輪之橫截面圖； 第3圖是一自行車輪之橫截面圖； 第4圖是依據本發明之一複合輪緣之立體橫截面圖； 第5圖是第1圖之複合輪緣之一部份之立體徑向内視 圖； 第6圖是第1圖之複合輪緣之一貫穿孔之放大立體圖； 第7圖是依據另一實施例之一複合輪緣之一貫穿孔的 放大立體圖； 第8圖是第7圖之複合輪緣之部份橫截面圖； 第9圖是依據另一實施例之一複合輪緣之部份橫截面 圖， 第10圖是第9圖之一貫穿孔之放大立體圖；及 第11圖是第9圖之複合輪緣之部份橫截面立體圖。 【主要元件符號說明】 10.. .車輪 20...輻條 12…輪緣 22...具螺紋端 14.. .輪胎 24...螺紋接管 16.. .輪轂 34...輪胎接合部份 18.. .輻條系統 36...輻條接合部份 201202067 38.. .第一側壁 39.. .第一開孔或貫穿孔 40.. .第二側壁 41…第二開孔 42.. .緊箝式車輪 43.44.. .胎唇 46.. .輪胎 48.. .輪緣 49,51·..圓周胎唇接合構件 50.. .輪胎接合部份 52.. .輻條接合部份 53.. .第一開孔或貫穿孔 54…第一側壁 55…第二開孔 56…第二側壁 58.. .具螺紋端 60.. .韓條 62.. .螺紋接管 80.. .片材 82.. .縫綴補強件 83.84.. .縫綴排 86.. .貫穿厚度縫綴補強件 88.90.. .縫綴排 92.. .蓋縫圖案 94.. .内表面 96.. .外表面 98.. .邊緣 100.. .貫穿厚度縫綴補強件 102.. .周邊 104.. .交織徑向縫綴 Dr...輪緣直徑 Dt...輪胎直徑 H...輪緣高度 W...輪緣寬度 12

Claims (1)

1. 201202067 七、申請專利範圍： 1. 一種用於一自行車輪的複合輪緣，包含： 一徑向外輪胎接合部份； 一徑向内輻條接合部份； 一第一側壁； 一與該第一側壁分隔開之第二側壁，該等第一與第 二側壁延伸在該等輪胎接合與輻條接合部份之間；及 至少一貫穿孔；以及 在該貫穿孔處之一貫穿厚度縫綴補強件之圖案， 該等輪胎接合與輻條接合部份及第一與第二側壁 形成一環體。 2. 如申請專利範圍第1項之複合輪緣，其中該至少一貫穿 孔包括在該徑向内輻條接合部份處沿一線徑呈圓周狀 分隔之多數貫穿孔，該貫穿厚度縫綴補強件之圖案沿該 多數貫穿孔之線徑延伸。 3. 如申請專利範圍第2項之複合輪緣，其中該等多數貫穿 孔是韓條孔。 4. 如申請專利範圍第3項之複合輪緣，其中該貫穿厚度縫 綴補強件之圖案包括多數縫綴排，該等多數縫綴排中之 一排與該貫穿孔之線徑相交，該等多數縫綴排中之另一 排延伸接近該等貫穿孔之線徑。 5. 如申請專利範圍第4項之複合輪緣，其中該徑向内輻條 接合部份包括一内表面及一外表面，該貫穿厚度縫綴補 強件之圖案包括一蓋縫(coverstitch)圖案，該蓋縫圖案在 13 201202067 該等内與外表面上交織該等多數縫綴排。 6. 如申請專利範圍第5項之複合輪緣，其中該複合輪緣係 由多數預浸纖維片材所構成。 7. 如申請專利範圍第6項之複合輪緣，其中該貫穿厚度縫 綴補強件之圖案係以一線材所形成。 8. 如申請專利範圍第1項之複合輪緣，其中該貫穿孔具有 一周邊且該貫穿厚度縫綴補強件之圖案包括該貫穿孔 之一周邊縫綴圖案。 9. 如申請專利範圍第8項之複合輪緣，其中該徑向内輻條 接合部份包括一内表面及一外表面，該貫穿孔具有一邊 緣，該周邊縫綴圖案沿該等内與外表面且沿該貫穿孔之 邊緣交織一徑向縫綴。 10. 如申請專利範圍第9項之複合輪緣，其中該至少一貫穿 孔包括在該徑向内輻條接合部份處沿一線徑呈圓周狀 分隔之多數貫穿孔。 11. 如申請專利範圍第10項之複合輪緣，其中該等多數貫穿 孔是輻條孔。 12. 如申請專利範圍第11項之複合輪緣，其中該複合輪緣係 由多數預浸纖維片材所構成。 13. 如申請專利範圍第12項之複合輪緣，其中該貫穿厚度縫 綴補強件之圖案係以一線材所形成。 14. 如申請專利範圍第1項之複合輪緣，其中該複合輪緣係 由多數預浸纖維片材所構成。 15. 如申請專利範圍第14項之複合輪緣，其中該貫穿厚度縫 14 201202067 綴補強件之圖案係以一線材所形成。 16. —種製造一複合自行車輪緣之方法，包含以下步驟： 積層多數預切割纖維片材，該等片材包括—輻條接 合部份； μ 在該輻條接合部份處沿一線徑以一貫穿厚度縫綴 補強件之圖案將該等片材縫合在一起； 將該等多數預切割纖維片材配列在工具中以便形 成一環體，該環體包括一徑向外輪胎接合部份、禋向向 内設置的該輻條接合部份、一第一側壁、以及—與該第 -側壁分隔開之第二側壁，而該等第一與第二側壁延伸 在該等輪胎接合與輻條接合部份之間； 在熱與壓力下硬化該環體；並且 衝壓多數貫穿孔，鮮貫穿孔係沿該貫穿厚度縫綴 補強件之圖案之線徑呈圓周狀分隔。 17.如申請專利範圍第16項之方法，其中該貫穿厚度縫綴補 強件之圖案包括多數縫綴排，該等多數縫綴排中之一排 與該貫穿孔之線徑相交，該等多數縫綴排中之另一排延 伸接近該貫穿孔之線徑。 队如申請專利範圍第17項之方法，其中該徑向内輻條接合 部份包括一内表面及一外表面，該貫穿厚度縫綴補強件 之圖案包括一蓋縫圖案，該蓋縫圖案在該等内與外表面 上交織該等多數縫綴排。 19·如申請專利範圍第闕之方其中該等多數預切割纖 維片材係預浸片材。 15 201202067 0 ·如申4專利㈣第i 9項之方法，其中該貫穿厚度縫綴補 強件之圖案係以一線材所形成。 21. 如申請專利範圍第2〇項之方法，更包含在以該貫穿厚度 縫，，双補強件之圖案沿該輕條接合部份將該等片材縫合 在起的步驟之前、將該等預切割纖維片材部份地硬化 的步驟。 22. -種製造-複合自行車輪緣之方法，包含以下步驟： 積層多數肋纖維片材，該等片材包括_ 合部份； ~ 在該輻條接合部份處沿一線徑衝壓出貫穿過該等 預切割纖維片材的多數貫穿孔，該等貫穿孔包括多數周 邊； 在該等貫穿孔之多數周邊處以一貫穿厚度縫缀補 強件之圖案將該等片材縫合在一起； 將多數心軸插入該等貫穿孔中； 將遠等多數預切割纖維片材配列在工具中以便形 成-環體’該環體包括-徑向外輪胎接合部份、徑向向 内設置的該輻條接合部份、—第_側壁、以及—與該第 一側壁分隔開之第二側壁，而該等第—與第二㈣延伸 在該等輪胎接合與輻條接合部份之間；並且 在熱與壓力下硬化該環體。 23.如申請專利範圍第22項之方法，其令該徑向内輕條接合 部份包括-絲面及-外表面，該貫穿孔具有—邊緣， 該周邊縫綴圖案沿該等内與外表面且沿該貫穿孔之邊 201202067 緣交織一徑向缝綴。 24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該等多數貫穿孔是 輻條孔。 25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該等多數預切割纖 維片材係預浸片材。 26. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該貫穿厚度縫綴補 強件之圖案係以一線材所形成。 17