TW201416287A - 自行車車架之接頭及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種自行車車架之接頭及其製造方法，接頭包含一本體及一補強件，本體係由摻有纖維之高分子材料所製成，補強件則為由連續纖維補強材料所製成之片狀體，且補強件固設於本體。製造方法係可將補強件設置於用以成型出本體之模具內，使得補強件同時於本體的成型過程中固設於本體，或者亦可在本體成型後再將補強件固設於本體；藉此，本案所提供自行車車架之接頭具有良好的剛性及強度，且能達到薄壁、輕量，與可適於快速生產等設計需求。

Description

自行車車架之接頭及其製造方法

本發明係與自行車車架有關，特別是關於一種自行車車架之接頭及其製造方法。

一般的自行車車架包含有上管、下管、座管、頭管等管體以及用以連接前述各管體之接頭，例如車首三通接頭、座接四通接頭、五通接頭及上、下叉接頭等等，該等管體係以特定角度插設於該等接頭，藉以連接成現今自行車車架的形狀。

傳統自行車車架之接頭與管體係由如鐵或鋁之金屬材料製成，金屬材料的重量較重，而且須以焊接方式才能使接頭與管體相互結合，製造過程不但大量仰賴人工，使得製程耗時與成本較高，製成品也容易在焊接過程產生熱變形或其他缺陷，讓成品品質較不穩定。再者，若是管體改以碳纖維複合材料製成，該等管體藉由接著劑與金屬接頭黏結固定，但是碳纖維複合材料之管體與金屬接頭膠合可能產生不同材料之間的電位腐蝕問題。

習用另一種利用熱固性預浸布製作之接頭，例如美國第4,900,050號專利案所提供者，雖可解決前述金屬接頭重量較重之缺點、電位腐蝕問題，以及焊接所產生之問題。然而，熱固性預浸布製作之接頭仍相當仰賴人工製造，不但產品品質不穩定且無法大量生產，材料及人工成 本都相當高。

市面上有另一種由高分子複合材料製成之接頭，例如台灣公告第316,567號專利案所提供者，係雖可藉由射出成型方式快速生產，但前述高分子複合材料接頭在剛性、靜載強度及衝擊強度上仍有不足，因此需仰賴增加壁厚或補強肋之方式強化其結構，如此即無法兼顧現今自行車車架的輕量化需求。

有鑑於上述缺失，本發明主要目的在於提供一種自行車車架之接頭，其具有較佳的結構剛性及強度，而且，可藉由任何可自動化與快速之成型方法製成，達到薄壁、輕量等設計需求。

為達成上述目的，本發明所提供自行車車架之接頭包含一本體及一補強件，該本體係由摻有纖維之高分子材料所製成，該補強件係由連續纖維補強材料所製成之片狀體，且該補強件固設於該本體。藉此，該接頭可達到薄壁、輕量之設計需求，同時因設有該補強件而具有良好之剛性及強度。

本發明之另一目的在於提供一種用以製造出前述自行車車架之接頭的製造方法。

為達成上述目的，本發明所提供之自行車車架之接頭的製造方法包含有下列步驟：a)提供一補強件，該補強件係由連續纖維補強材料所製成之片狀體；以及b)將該 補強件設置於一模具內，並將摻有纖維之高分子材料注入該模具，進而成型出一本體，同時使該補強件固設於該本體內。

為達成上述目的，本發明更提供另一種自行車車架之接頭的製造方法，包含有下列步驟：a)提供一補強件，該補強件係由連續纖維補強材料所製成之片狀體；b)提供一由摻有纖維之高分子材料所製成之本體；以及c)將該補強件固設於該本體。

前述二種製造方法不但可製造出如上述之重量小且剛性及強度良好的自行車車架之接頭，而且，該本體可藉由任何可自動化且快速之成型方法製成，例如射出成型、片狀預浸成形材料(Sheet Molding Compound,SMC)熱壓成型、塊狀預浸成形材料(Bulk Molding Compound,BMC)熱壓成型等等，使得該自行車車架之接頭更具有製程快速、品質穩定且成本低等優點。

有關本發明所提供之自行車車架之接頭及其製造方法的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

以下將藉由所列舉之實施例配合隨附之圖式，詳細說 明本發明之技術內容及特徵，其中：第一圖為本發明一第一較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的外觀示意圖；第二圖為第一圖之透視圖；第三圖為本發明該第一較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的剖視示意圖，係顯示該接頭之一補強件設於該接頭之一本體的外表面與內表面之間；第四圖為本發明該第一較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的製造方法之步驟方塊圖；第五圖係類同於第三圖，惟顯示該接頭之補強件設於該本體之外表面；第六圖係類同於第三圖，惟顯示該接頭之補強件設於該本體之內表面；第七圖為本發明一第二較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的立體分解圖；第八圖為本發明該第二較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的立體組合圖；第九圖為本發明該第二較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的製造方法之步驟方塊圖；以及第十圖為本發明一第三較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的立體示意圖。

申請人首先在此說明，在以下將要介紹之實施例以及圖式中，相同之參考號碼表示相同或類似之元件或其結構特徵。

請先參閱第一圖及第二圖，本發明一第一較佳實施例所提供之自行車車架之接頭10為一車首三通接頭，包含有一本體20，以及四補強件30。

該本體20之形狀係與習用之車首三通接頭相同，且係由摻有纖維之高分子材料所製成。前述纖維之材質可為各種有機纖維(例如碳纖維、石墨纖維、天然植物纖維、芳香族聚醯胺纖維及各式合成纖維等等)，或者無機纖維(例如玻璃纖維、硼纖維、玄武岩纖維等等)。前述高分子材料可為熱塑性高分子材料，例如聚醯胺(Polyamide；簡稱PA)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate；簡稱PET)、熱塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic polyurethane；簡稱TPU)、聚碳酸酯(Polycarbonate；簡稱PC)、聚甲醛(Polyoxymethylene；簡稱POM)、聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide；簡稱PPS)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide；簡稱PEI)、聚碸(Polysulfone；簡稱PSF)、聚醚碸(Polyethersulfone；簡稱PES)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(Polybutylene terephthalate；簡稱PBT)、聚二醚酮(Polyether ether ketone；簡稱PEEK)、聚醚酮酮(Polyether ketone ketone；簡稱PEKK)、液晶高分子(Liquid crystal polymer；簡稱LCP)，亦可為熱固性高分子材料，例如環氧樹脂(EPOXY)、乙烯基樹脂(Vinyl ester resin)及不飽和聚酯樹脂(Unsaturated polyester resin)等等。該本體20係呈管狀，具有一外表面21、一內表面22，以及一由該內表面 22定義而成之具有四開口23的通道24。

該等補強件30係由連續纖維補強材料所製成之片狀體，該連續纖維補強材料可為由纖維及高分子基材所構成之複合材料，亦可為僅具有纖維而無基材之連續纖維乾紗。前述高分子基材可為熱塑性高分子材料，例如聚醯胺(Polyamide；簡稱PA)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate；簡稱PET)、熱塑性聚胺基甲酸酯(Thermoplastic polyurethane；簡稱TPU)、聚碳酸酯(Polycarbonate；簡稱PC)、聚甲醛(Polyoxymethylene；簡稱POM)、聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide；簡稱PPS)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide；簡稱PEI)、聚碸(Polysulfone；簡稱PSF)、聚醚碸(Polyethersulfone；簡稱PES)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(Polybutylene terephthalate；簡稱PBT)、聚二醚酮(Polyether ether ketone；簡稱PEEK)、聚醚酮酮(Polyether ketone ketone；簡稱PEKK)、液晶高分子(Liquid crystal polymer；簡稱LCP)，亦可為熱固性高分子材料，例如環氧樹脂(EPOXY)、乙烯基樹脂(Vinyl ester resin)及不飽和聚酯樹脂(Unsaturated polyester resin)等等。前述纖維之材質可為各種有機纖維(例如碳纖維、石墨纖維、天然植物纖維、芳香族聚醯胺纖維及各式合成纖維等等)，或者無機纖維(例如玻璃纖維、硼纖維、玄武岩纖維等等)，纖維之形式可為單向纖維(unidirectional)、編織纖維(biaxial)或3D立體編織纖維。

該等補強件30係固設於該本體20，且該等補強件30可設於該本體20之外表面21與內表面22之間(如第三圖所示)，亦可設於該本體20之外表面21(如第五圖所示)或內表面22(如第六圖所示)。

由於該本體20及該補強件30之材料的比重都相當小，該補強件30之材料的剛性及強度又相當高，因此，該接頭10即使壁厚很小，仍具有高剛性及高強度，並兼具重量相當小之優點。換言之，該接頭10可達到薄壁、輕量之設計需求，同時因設有該等補強件30而具有良好之剛性及強度。再者，該接頭10與碳纖維複合材料管體膠合不會產生電位腐蝕之問題。

前述該自行車車架之接頭10可藉由下述之製造方法製成，但不以該方法為限。請同時參閱第四圖，該自行車車架之接頭10的製造方法包含有下列步驟：

a)提供該等補強件30，各該補強件30係由連續纖維補強材料所製成之片狀體。

b)將該等補強件30設置於一模具(圖中未示)內，並將摻有纖維之高分子材料注入該模具，進而成型出該本體20，同時使該等補強件30固設於該本體20內。

前述製造方法不但可製造出如上述之重量小且剛性及強度良好的自行車車架之接頭10，而且，該本體20之成型方式可為射出成型、SMC(sheet molding compound)模壓成型、BMC(bulk molding compound)模壓成型等等，使得該自行車車架之接頭10的製作成本低，並可快 速地大量生產，又可避免因人工製造而產生之品質不穩定的問題。

值得一提的是，本發明之重點在於利用補強件30增加高分子材料接頭的剛性及強度，亦能利用可快速地大量生產之製造方法而製造出兼具前述二者之優點的接頭10。然而，該補強件30不限藉由前述之製造方法而一同成型於該本體20內，藉由下述之另一製造方法而將補強件30固設於該本體20之外表面21(如第五圖所示)或內表面22(如第六圖所示)，亦可達成前述之功效，以下將以本發明一第二較佳實施例所提供之自行車車架之接頭40(如第七圖及第八圖所示)為例說明該製造方法。

請同時參閱第九圖，該自行車車架之接頭40的製造方法包含有下列步驟：

a)提供一如第七圖所示之補強件50，該補強件50係由如該第一較佳實施例中所述之連續纖維補強材料所製成之片狀體。換言之，該補強件50除了形狀與前述該補強件30不同之外，該補強件50之材質及特性係與前述該補強件30相同。

b)提供一由摻有纖維之高分子材料所製成之本體60。該本體60係呈管狀，具有一外表面61、一內表面62，以及一由該內表面62定義而成之通道64。該本體60之形狀、材質及製造方法係與前述該本體20類同，惟該本體60內不設有補強件，然而，該本體60內亦可設有補強件。

c)如第八圖所示，將該補強件50固設於該本體60。此步驟可藉由熔解結合、黏貼或其他方式來達成。

在本實施例中，該補強件50係設於該本體60之外表面61，且由於該補強件50係配合該本體60而製成特定之形狀，在步驟c)中該補強件50幾乎完全包覆該本體60之外表面61。

然而，前述如第九圖所示之製造方法亦可僅在該本體60外表面61的部分區塊固設補強件，且補強件亦可固設於本體60之內表面62(亦即補強件係位於該通道64內)，例如可將前述該第一較佳實施例中的補強件30貼附於該本體60之外表面61或內表面62。

事實上，在前述二種製造方法中，補強件可幾乎遍佈於本體，或者，可僅於本體強度較差之位置或容易受到較大外力之位置設置補強件，以使小面積之補強件發揮良好之補強效果。換言之，補強件之數量、尺寸、形狀及其設置於本體之位置皆無任何限制，例如第十圖所示之本發明一第三較佳實施例所提供之自行車車架之接頭70，係與該第一較佳實施例所提供之接頭10類同，惟該接頭70之補強件80的形狀及數量與該接頭10不同；該等補強件80亦可貼附於前述該本體60之外表面61或內表面62。

值得一提的是，前述各實施例係以車首三通接頭為例說明本發明所提供之自行車車架之接頭及其製造方法，然而，本發明各項技術特徵皆可應用於其他不同形狀之接頭，例如座接四通接頭、五通接頭及上、下叉接頭等等。

最後，必須再次說明，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧自行車車架之接頭

20‧‧‧本體

21‧‧‧外表面

22‧‧‧內表面

23‧‧‧開口

24‧‧‧通道

30‧‧‧補強件

40‧‧‧自行車車架之接頭

50‧‧‧補強件

60‧‧‧本體

61‧‧‧外表面

62‧‧‧內表面

64‧‧‧通道

70‧‧‧自行車車架之接頭

80‧‧‧補強件

第一圖為本發明一第一較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的外觀示意圖；第二圖為第一圖之透視圖；第三圖為本發明該第一較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的剖視示意圖，係顯示該接頭之一補強件設於該接頭之一本體的外表面與內表面之間；第四圖為本發明該第一較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的製造方法之步驟方塊圖；第五圖係類同於第三圖，惟顯示該接頭之補強件設於該本體之外表面；第六圖係類同於第三圖，惟顯示該接頭之補強件設於該本體之內表面；第七圖為本發明一第二較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的立體分解圖；第八圖為本發明該第二較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的立體組合圖；第九圖為本發明該第二較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的製造方法之步驟方塊圖；以及第十圖為本發明一第三較佳實施例所提供之自行車車架之接頭的立體示意圖。

10‧‧‧自行車車架之接頭

20‧‧‧本體

21‧‧‧外表面

22‧‧‧內表面

23‧‧‧開口

24‧‧‧通道

30‧‧‧補強件

Claims (10)

1. 一種自行車車架之接頭，包含有：一本體，係由摻有纖維之高分子材料所製成；以及一補強件，係由連續纖維補強材料所製成之片狀體，且該補強件係固設於該本體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自行車車架之接頭，其中該本體具有一外表面及一內表面，該補強件係位於該本體之外表面與內表面之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自行車車架之接頭，其中該本體具有一外表面及一內表面，該補強件係設於該本體之外表面或內表面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自行車車架之接頭，其中該本體中的纖維係由碳纖維、石墨纖維、天然植物纖維、芳香族聚醯胺纖維、合成纖維、玻璃纖維、硼纖維及玄武岩纖維組成的材料群中選擇的一種材料；該本體中的高分子材料係由聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、熱塑性聚胺基甲酸酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚醚醯亞胺、聚碸、聚醚碸、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚二醚酮、聚醚酮酮、液晶高分子、環氧樹脂、乙烯基樹脂及不飽和聚酯樹脂組成的材料群中選擇的一種材料。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自行車車架之接頭，其中製成該補強件之連續纖維補強材料係由纖維及高分子基材所構成之複合材料；該補強件中的纖維係由碳纖維、石墨纖維、天然植物纖維、芳香族聚醯胺纖維、合成 纖維、玻璃纖維、硼纖維及玄武岩纖維組成的材料群中選擇的一種材料；該補強件中的高分子基材係由聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二酯、熱塑性聚胺基甲酸酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚醚醯亞胺、聚碸、聚醚碸、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚二醚酮、聚醚酮酮、液晶高分子、環氧樹脂、乙烯基樹脂及不飽和聚酯樹脂組成的材料群中選擇的一種材料。
6. 如申請專利範圍第1項所述之自行車車架之接頭，其中製成該補強件之連續纖維補強材料係僅具有纖維而無基材之連續纖維乾紗，且該補強件中的纖維係由碳纖維、石墨纖維、天然植物纖維、芳香族聚醯胺纖維、合成纖維、玻璃纖維、硼纖維及玄武岩纖維組成的材料群中選擇的一種材料。
7. 一種自行車車架之接頭的製造方法，包含有下列步驟：a)提供一補強件，該補強件係由連續纖維補強材料所製成之片狀體；以及b)將該補強件設置於一模具內，並將摻有纖維之高分子材料注入該模具，進而成型出一本體，同時使該補強件固設於該本體內。
8. 如申請專利範圍第7項所述之自行車車架之接頭的製造方法，其中該本體具有一外表面及一內表面，該補強件係位於該本體之外表面與內表面之間。
9. 一種自行車車架之接頭的製造方法，包含有下列 步驟：a)提供一補強件，該補強件係由連續纖維補強材料所製成之片狀體；b)提供一由摻有纖維之高分子材料所製成之本體；以及c)將該補強件固設於該本體。
10. 如申請專利範圍第9項所述之自行車車架之接頭的製造方法，其中該本體具有一外表面及一內表面，該補強件係設於該本體之外表面或內表面。