TW201412569A

TW201412569A - 碳纖維輻絲結構

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Publication number: TW201412569A
Application number: TW101134563A
Authority: TW
Inventors: Yao-Shan Xu
Original assignee: Tektro Technology Corp
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-04-01
Also published as: TWI505949B

Abstract

一種碳纖維輻絲結構，包括一碳纖維輻絲及一結合於該碳纖維輻絲第一端的輪圈端體，該輪圈端體包括一鎖固螺絲、一穿套於該鎖固螺絲外部的接合套，該碳纖維輻絲的第一端穿套固定於該接合套中，且該鎖固螺絲的一鍵結柱延伸固定於該碳纖維輻絲的軸心；一固定套穿套固定於該鎖固螺絲的外部，並包覆固定於該接合套外部。

Description

碳纖維輻絲結構

本發明與自行車之輻絲有關，更詳而言之，是一種碳纖維輻絲結構。

傳統之自行車輻絲是由金屬材質(例如鋼材、鋁材)製成的細圓柱形絲線。近年來基於自行車輕量化之推行，碳纖維輻絲逐漸取代了傳統的鋼線輻絲。在以下的專利文獻中描述了碳纖維輻絲的技術。

中華民國新型M275970專利描述的碳纖維輻絲結構，具有金屬製的輪圈端體以及花轂端體，輪圈端體及花轂端體都具有一個徑向的貫穿孔，供碳纖維絲條穿伸圈串形成一碳纖維內軸，再以碳纖維片層裹覆於碳纖維內軸的外部，從而完成輻絲結構。

中華民國新型M325932專利描述的輻條是由碳纖維製成的板片狀結構，板片狀結構的兩端分別結合勾狀的輪圈端體及花轂端體，就製造方法而言，碳纖維絲束是纏繞在輪圈端體及花轂端體的勾狀端。

中華民國新型M347300專利描述輻絲亦是碳纖維結構，在碳纖維輻絲的兩端各結合一輪圈端體和一花轂端體。輪圈端體和花轂端體的形式相同，提供了一個套管結構供碳纖維輻絲的兩端穿樞其中，套管結構與碳纖維輻絲是藉由緊配合或黏合方式固定。此文獻的主要功能是可調整碳纖維輻絲穿入套管結構的長度，據以調整輻絲的長度使其能符合輪圈至花轂的距離。

以上各文獻普遍存在著碳纖維輻絲與輪圈端體及花轂端體之結合強度不足的技術問題，此問題的肇因之一是碳纖維材料與金屬本質上的不相容，以致碳纖維輻絲與金屬製輪圈端體與花轂端體難以維持長久的結合穩定性。肇因之二是結構設計不佳的緣故，致碳纖維輻絲與金屬製輪圈端體及花轂端體之接觸結合面積不足，並且在碳纖維輻絲與輪圈端體和花轂端體的結合面產生了應力集中點。自行車於騎行過程中，輻絲承受沿著其軸方向的拉力，碳纖維輻絲與輪圈端體或花轂端體極易發生脫離或從應力集中點斷裂。

本發明之目的係在提供一種碳纖維輻絲結構，該結構增加了碳纖維輻絲與金屬製輪圈端體與花轂端體的結合接觸面積，增加結合穩定性。

本發明之目的係在提供一種碳纖維輻絲結構，該結構減少了碳纖維輻絲與金屬製輪圈端體與花轂端體的結合應力集中點，減少碳纖維輻絲脫離輪圈端體或花轂端體的機率，也減少碳纖維輻絲從應力集中點斷裂的問題。

本發明之目的係在提供一種碳纖維輻絲結構，其具有碳纖維輻絲、輪圈端體以及花轂端體等三個主體，這三個主體的中心線都保持在碳纖維輻絲的軸心位置，從而避免了任何的彎曲或轉折構造所造成的應力集中而斷損的問題。

本發明之目的係在提供一種碳纖維輻絲結構，上段所述的輪圈端體以及花轂端體的結構是一致的，僅方向上下倒置。

本發明達成上述目的之技術：一碳纖維輻絲；一結合於該碳纖維輻絲第一端的輪圈端體，該輪圈端體包括一鎖固螺絲、一接合套；該鎖固螺絲具有一圓柱體，該圓柱體的第一端具有一外螺紋段，第二端為一外徑小於該圓柱體的鍵結柱；該圓柱體與該鍵結柱之間有一擴徑環；該接合套為一空心結構，具有一與該擴徑環之外徑相同的內徑；該接合套的第一端具有一第一開口，該第一開口的內徑與上述圓柱體的外徑相同；該接合套的第二端具有一第二開口，該第二開口的內徑與該接合套的內徑相同；上述之鎖固螺絲以其圓柱體從該接合套的第二開口穿入，從第一開口穿出，該接合套的第一端與該擴徑環產生相互限位作用，該鍵結柱位於該接合套內，該鍵結柱結合於該碳纖維輻絲的軸心，該碳纖維輻絲的第一端穿入並固定於該接合套。

一結合於該碳纖維輻絲第二端的花轂端體，該花轂端體與輪圈端體為相同結構，僅上下組裝方向相反。

本發明上述之鎖固螺絲是選用不鏽鋼材製成，透過黏著劑，它可以和碳纖維輻絲產生黏著結合關係。然而，黏著結合效果與鎖固螺絲及碳纖維輻絲的接觸面積為正相關，因此若想要增加黏著接觸面積來提昇結合穩固性，那麼，加大鎖固螺絲和碳纖維輻絲接觸部位的直徑是可行的，但衍生的問題是，不鏽鋼鎖固螺絲的直徑增加，重量增加，甚至碳纖維輻絲的直徑亦增加，如此一來，每根輻絲的體積和重量都增加，這對於講究輕量化之自行車而言，實為一不利之技術方案。反過來說，如果將鎖固螺絲的直徑尺寸保持在現行的市場規格範圍中或縮小直徑尺寸，以保持或減輕鎖固螺絲的重量，那麼所要面臨的問題就是，碳纖維輻絲與鎖固螺絲接合面積不足、結合效果不佳、兩者易從接合處因拉力而脫離。

從上述的說明可知，要同時達到不增加鎖固螺絲直徑以及增加碳纖維輻絲接合面積這兩個條件，確實有技術上的困難性，而本發明之設想即為解決這個困難，在不增加不鏽鋼鎖固螺絲直徑及重量的前提下，藉由鋁合金材質(輕量化)的接合套，增加碳纖維輻絲的黏著結合面積，產生穩固的結合力，再著由接合套與鎖固螺絲的連結關係以及鎖固螺絲之鍵結柱與碳纖維輻絲的結合，將結合力傳遞至鎖固螺絲。

基於此，本發明之接合套的功能，包括：

一、增加碳纖維輻絲的黏著結合面積，產生穩固的結合力。

二、透過接合套與鎖固螺絲的連結關係，將結合力傳遞至鎖固螺絲，使鎖固螺絲與碳纖維輻絲也有穩固的連結關係。

三、透過鎖固螺絲之鍵結柱與碳纖維輻絲的結合關係，使碳纖維輻絲的接觸結合除了外部的接合套以外，更包括了內部的鍵結柱，結合力是更直接的傳遞給鎖固螺絲，如此可更進一步增加鎖固螺絲與碳纖維輻絲的結合穩固性。

四、基於上述第三點，接合套更具有提供向中心方向的收束力，從而提昇碳纖維輻絲與鎖固螺絲緊固性的作用。

為便於說明本案於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。在以下的敘述中，關於上下左右方向的描述是依據我們視圖的方向而定義的，並非用以限制本發明。

如第一圖至第三圖，本發明碳纖維輻輻絲結構，包括一碳纖維輻絲 10、一結合於該碳纖維輻絲10第一端的輪圈端體20、以及一結合於該碳纖維輻絲10第二端的花轂端體30。所述的輪圈端體20及花轂端體30是相同的結構，僅上下組裝方向相反。為便於說明，在第一圖至第三圖中我們以輪圈端體20為代表做結構性的描述，從該結構可以推知花轂端體30的結構樣態。

該輪圈端體20包括一鎖固螺絲21、一接合套22、一固定套23。

該鎖固螺絲21是金屬(鋼材)製，具有一軸向延伸長度之圓柱體211，該圓柱體211的第一端具有一外螺紋段212，第二端為一外徑小於該圓柱體211的鍵結柱213，該鍵結柱213可為等徑延伸的柱狀結構，亦可為類似鐘乳石的梭狀結構、或者是外徑具有由大漸小之特徵的錐狀結構或幾何形態之結構。在本案圖例中，該鍵結柱213是梭狀結構。另外，該圓柱體211與該鍵結柱213之間有一擴徑環214。該圓柱體211的表面相對位置各設有一平面216。

該接合套22是金屬製的空心結構，最佳的金屬材料為鋁合金。該接合套22具有一與該擴徑環214的外徑相同的內徑；該接合套22的第一端221具有一第一開口222，該第一開口222的內徑與上述圓柱體211的外徑相同；該接合套22的第二端具有一第二開口223，該第二開口223的內徑與該接合套22的內徑相同。該接合套22的具有筆直的內壁224。上述之鎖固螺絲21以其圓柱體211從該接合套22的第二開口223穿入，從第一開口222穿出，該接合套22的第一端221與該擴徑環214產生相互限位作用。

該固定套23亦為金屬製的空心結構，最佳的金屬材料為不鏽鋼。該固定套23具有一與該接合套22外徑相同的內徑；該固定套23的第一端231具有一第一開口232，該第一開口232的內徑與上述圓柱體211的外徑相同；該固定套23的第二端具有一第二開口233，該第二開口223的內徑與該固定套23的內徑相同。上述的鎖固螺絲21以其圓柱體211從該固定套23第二開口233穿入，從第一開口232穿出，該固定套23包覆於該接合套22的外部。為了使該固定套23定位該接合套22，該固定套23固定於該圓柱體211是必需的。因此，該固定套23第一開口232設有內螺紋，該圓柱體211與該第一開口232結合的對應部位設有外螺紋215。除了螺紋固定之外，該固定套23與接合套22亦可以黏膠固定。

上述鎖固螺絲21的鍵結柱213穿入該碳纖維輻絲10的端部，同時該碳纖維輻絲10的端部進入該接合套22之中，碳纖維輻絲10與該接合套22的內壁緊合，彼此之間並以黏膠黏著固定，且基於接合套22係為鋁合金材質，它與碳纖維材料的相容性較其他金屬高，因此也具有提昇結合穩定性的功效。上述結合方式，使碳纖維輻絲10有兩個環繞的接觸面，一個是在它的中心，也就是碳纖維輻絲10與鍵結柱213的結合，另一個是在它的外圍，也就是碳纖維輻絲與接合套22的內壁，這兩個環繞接觸面增加碳纖維輻絲10與輪圈端體20的鍵結面積，從而增加碳纖維輻絲10與輪圈端體20的結合穩定性。此外，該接合套22更具有提供向中心方向的收束力，提昇碳纖維輻絲10與鍵結柱214緊固性的作用。

本發明使碳纖維輻絲10與輪圈端體20的鍵結位置是在輻絲的中心與外緣面，筆直的接合套22內壁224以及梭狀的鍵結柱213大幅減少了碳纖維輻絲10的應力集中點，故可減少碳纖維輻絲10從應力集中點斷裂的問題。除此之外，梭狀的鍵結柱213以及接合套22的第二開口223，可使碳纖維輻絲10含浸的過多樹脂向外導流，而不致積存在接合套22內，如此可避免樹脂固化後的膨脹作用使接合套22變形的問題。

如第四圖，本發明之第二實施例，在此實施例中，該鎖固螺絲21並不具有上述的鍵結柱213，碳纖維輻絲10是被黏膠黏著固定於該接合套22內。此一實施例，是完全透過接合套22內壁224所提供的結合面積來固定該碳纖維輻絲10。

不論是第一實施例或第二實施例，該接合套22的軸向長度都是可視實際需要而製做適當的長度，並不以圖例所示的為限，可推知的是，隨著該接合套22的軸向長度延長時，它與碳纖維輻絲10的接觸結合面積增加，結合穩定性相對提高。

碳纖維輻絲10、輪圈端體20、花轂端體30這三個主體的中心線都保持在同一軸心位置，據此避免了任何的彎曲或轉折構造所造成的應力集中而斷損的問題。

第五圖及第六圖是以剖面圖描述本發明與輪圈40及花轂50結合之示意圖。花轂端體30包括一鎖固螺絲31、一接合套32、一固定套33。如前所述，花轂端體30的構造與輪圈端體20是相同的，僅上下方向相反。

螺帽41穿套於輪圈40與該輪圈端體20的外螺紋段212鎖結，螺帽41具有一個多角形的工具操作部42，以便工具著力於該處，旋轉該螺帽41以便與輪圈端體20螺合。該圓柱體211的表面相對位置的二平面216，亦可供工具著力於該處，透過工具提供旋轉限制力，以避免鎖固螺絲31在與螺帽41結合時跟著旋轉，而致碳纖維輻絲發生扭絞。

花轂50的輻絲環51上則設有螺紋孔52，供該鎖固螺絲31鎖結，操作工具可著力於該圓柱體211之二平面216，以避免旋轉力量作用於碳纖維輻絲

將本發明安裝於輪圈40與花轂50時，較佳的方案應先將花轂端體30安裝於花轂50，此時碳纖維輻絲10和輪圈端體20並沒有受到鎖固的限制，因此不會發生扭絞，最後，再將輪圈端體20固定於輪圈40。

10‧‧‧碳纖維輻絲

20‧‧‧輪圈端體

21‧‧‧鎖固螺絲

211‧‧‧圓柱體

212‧‧‧外螺紋

213‧‧‧鍵結柱

214‧‧‧擴徑環

215‧‧‧外螺紋

216‧‧‧平面

22‧‧‧接合套

221‧‧‧第一端

222‧‧‧第一開口

223‧‧‧第二開口

224‧‧‧內壁

23‧‧‧固定套

231‧‧‧第一端

232‧‧‧第一開口

233‧‧‧第二開口

30‧‧‧花轂端體

31‧‧‧鎖固螺絲

32‧‧‧接合套

33‧‧‧固定套

40‧‧‧輪圈

41‧‧‧螺帽

42‧‧‧工具操作部

50‧‧‧花轂

51‧‧‧輻絲環

52‧‧‧螺紋孔

第一圖為本發明第一實施例之立體分解圖。

第二圖為本發明第一實施例之組合外觀圖。

第三圖為本發明第一實施例之組合剖面圖。

第四圖為本發明第二實施例之剖面圖。

第五圖是以剖面圖表示本發明與輪圈結合之示意圖。

第六圖是以剖面圖表示本發明與花轂結合之示意圖。