TWI421174B - 複合材輪圈之製造方法 - Google Patents

Description

複合材輪圈之製造方法

本發明係有關於一種複合材輪圈之製造方法。

習知之複合材輪圈製造方法，通常係於一芯軸或一氣袋外表面纏繞或貼附複合材料，再置入模具中進行加溫加壓作業，複合材料硬化後形成輪圈。如專利US 8,070,235中所述者，藉由對氣袋充氣，複合材料能被往外撐張至模具內壁而成型，而氣袋可被一可溶或可熔芯軸取代，使得輪圈成型後能以溶劑或加熱輕鬆將芯軸移除，然而，當使用氣袋時，由於氣袋為一可撓性材料，複合材料難以緊密貼附或纏繞，造成形成的輪圈結構不夠密實而過於鬆散，影響結構強度；倘若改用可溶或可熔之芯軸，雖具有較佳的硬度與固定的形狀，但加熱加壓時，無法對複合材料進行往外撐張之作用，且芯軸製備時亦受到其模具影響而可能有尺寸上的誤差，使成型的輪圈尺寸精度不足，與模具有所差異。

專利TW I356023與公開案TW 201223788則揭示了一種空心的芯軸，氣袋係裝設於芯軸內，藉由露出於外的芯軸而希望提升纏繞複合材料之密實度，然而，由於氣袋仍須充氣撐張，為能達到撐張複合材料的效果，芯軸至少必須具有一定程度的可撓性，一旦具有可撓性，芯軸之硬度與形狀便無法固定，纏繞複合材料的緊密度仍無法提升，此外，雖芯軸具有些 一定程度的可撓性，但其撐張的自由度仍不及氣袋，故無法確實將複合材撐張定型，尺寸精度仍然不足。

本發明之主要目的在於提供一種複合材輪圈之製造方法，使製造完成之輪圈具有良好的結構強度與尺寸精度。

為達成上述目的，本發明提供一種複合材輪圈之製造方法，包含以下步驟：製備芯軸：該芯軸為實心而具有固定的形狀且可被溶劑溶化或自身可被熔化；包覆氣袋：將該芯軸穿設於一中空管狀之氣袋中，使該芯軸周圍被該氣袋所包圍；貼附複合材料：貼附一複合材料於該氣袋外表面；成型：將貼附複合材料之氣袋與芯軸置入一模具，再將該氣袋充氣使該複合材料往該模具內壁撐張，並進行加溫加壓，使該複合材料密實硬化成型為一輪圈；移除芯軸：將該模具移除，再將該氣袋內的氣體導出，並以溶劑將該芯軸溶化或對該芯軸加熱使該芯軸熔化，再使該芯軸自該氣袋流出。

因此，藉由實心而具有固定形狀之芯軸，複合材料能緊密確實地包覆，而能使複合材料結構密實而避免貼附時結構鬆散，而搭配氣袋則可進一步將複合材料往外撐張定型，以更切合該模具之形狀，增進尺寸之精度。

以下僅以實施例說明本發明可能之實施態樣，然並非用以限制本發明所欲保護之範疇，合先敘明。

請參考圖1至圖11，本發明提供之複合材輪圈之製造方法包含以下步驟：

製備芯軸：以一芯模成型為一環狀之芯軸，該芯軸1a、1b為實心而具有固定的形狀且可被溶劑溶化或自身可被熔化，可為臘質、低熔點金屬(當於其熔點溫度時不對成型之輪圈產生影響者)、經發泡成型之發泡材或水溶性樹脂等材料混合砂一同製成，但不限於上述材料，凡能經該芯模成型而具有固定形狀與一定硬度者，且可於特定條件下被轉化為液體而可流動者皆可。

包覆氣袋：將該芯軸1a、1b穿設於一中空管狀之氣袋2a、2b中，使該芯軸1a、1b周圍被該氣袋2a、2b所包圍，如圖1所示，其中該氣袋2a、2b留有一氣嘴21a、21b。更明確地說，該氣袋2a、2b包含一內壁與一外壁，該外壁與該內壁之間圍構一充氣空間，該內壁環繞圍構一空腔，該芯軸1a、1b係穿設於該空腔中而被該內壁所包圍。

貼附複合材料：貼附一複合材料3a、3b於該氣袋2a、2b外表面，如圖1所示，較佳者係以纏繞的方式將複合材料3a、3b緊密貼附於氣袋2a、2b外表面，較佳者，該複合材料為碳纖維布，且用於製備外框的氣袋2a與用於製備內框的氣袋2b 之間更可進一步貼附複合材料3c，如圖2所示，甚至，更可進一步於二氣袋2a、2b外同時纏繞複合材料3d，以求整體複合材料的密實與形狀完整，如圖3所示，纏繞完成後形成一預成型體A。

成型：將貼附複合材料3a、3b、3c、3d之氣袋2a、2b與芯軸1a、1b置入一模具4，也就是將該預成型體A置入一模具4中，其中該模具包含二模體41、42，該預成型體A位於該二模體41、42之間，如圖4與圖5所示。接著再將該氣袋2a'、2b'之充氣空間充氣使該複合材料3a、3b、3c、3d往該模具4內壁撐張，並進行加溫加壓，使該複合材料3a、3b、3c、3d密實硬化成型成為一體之複合材料3'，係為一初成型體B，如圖6所示，且可經後續處理與加工後成為一輪圈。

脫模：將該二模體41、42自該初成型體B脫離，如圖7所示。

穿設輻條孔：該初成型體B相對該氣嘴21a、21b處開設有輻條孔31、32，如圖8所示。

移除芯軸：如圖9所示，將該氣袋2a'、2b'內的氣體經由該氣嘴21a、21b與該輻條孔31、32導出至外界，並以溶劑將該芯軸溶化(例如以有機溶劑溶化發泡材或以水溶化水溶性樹脂等)或對該芯軸加熱使該芯軸熔化(例如加熱使臘質熔化或使金屬熔化)，再使該芯軸1a'、1b'自該氣袋流出，遂形成一成型體C，如圖10所示，其中，於本發明之主要實施例中，該 氣袋留置於該成型體C中，但於其他可能實施例中，氣袋亦可自該成型體C中移除。

加工形成輪圈：係對該成型體C進行其它加工以形成一輪圈D，其中可包含胎槽成型、煞車邊加工、塗層加工等工序，此為本領域一般知識，在此不再贅述。

藉此，實心而具有固定形狀之芯軸能供複合材料緊密確實地包覆握壓，而能使複合材料結構密實而避免貼附時結構鬆散，且可溶或可熔的芯軸相當便於取出，大幅降低生產時間，而氣袋充氣則可進一步將複合材料往外撐張定型，以進行微調而更切合模具之形狀，增進尺寸之精度，確保製造完成的輪圈皆具有相同之尺寸，此外，以芯軸代替大部分體積之氣袋，可減少氣袋內之氣壓，避免氣袋充氣時破袋之情形，遂能具有極佳的良率表現，有效節省成本與生產時間，實為具有進步之功效，符合本國專利法規定之專利要件，爰依法提起專利申請，鑑請 鈞局早日核予專利，實感德便。

1a、1a'、1b、1b'‧‧‧芯軸

2a、2a'、2b、2b'‧‧‧氣袋

21a、21b‧‧‧氣嘴

3a、3b、3c、3d、3'‧‧‧複合材料

31、32‧‧‧輻條孔

4‧‧‧模具

41、42‧‧‧模體

A‧‧‧預成型體

B‧‧‧初成型體

C‧‧‧成型體

D‧‧‧輪圈

圖1至圖3為本發明貼附複合材料之示意圖。

圖4至圖6為本發明入模成型之示意圖。

圖7為本發明脫模之示意圖。

圖8為本發明成型輻條孔之示意圖。

圖9為本發明移除芯軸之示意圖。

圖10為本發明之成型體之示意圖。

圖11為本發明成型之輪圈示意圖。

1a、1b‧‧‧芯軸

2a'、2b'‧‧‧氣袋

21a、21b‧‧‧氣嘴

3'‧‧‧複合材料

B‧‧‧初成型體

Claims (6)

1. 一種複合材輪圈之製造方法，包含以下步驟：製備芯軸：該芯軸為實心而具有固定的形狀且可被溶劑溶化或自身可被熔化；包覆氣袋：將該芯軸穿設於一中空管狀之氣袋中，使該芯軸周圍被該氣袋所包圍，其中該氣袋包含一內壁與一外壁，該外壁與該內壁之間圍構一充氣空間，該內壁環繞圍構一空腔，該芯軸係穿設於該空腔中而被該內壁所包圍；貼附複合材料：貼附一複合材料於該氣袋外表面；成型：將貼附複合材料之氣袋與芯軸置入一模具，再將該氣袋之充氣空間充氣使該複合材料往該模具內壁撐張，並進行加溫加壓，使該複合材料密實硬化成型為一輪圈。
2. 如請求項1所述之複合材輪圈之製造方法，於該複合材料成型為輪圈後，將該模具移除，再將該氣袋內的氣體導出，並以溶劑將該芯軸溶化或對該芯軸加熱使該芯軸熔化，再使該芯軸自該氣袋流出。
3. 如請求項1所述之複合材輪圈之製造方法，其中該芯軸係以發泡材經發泡成型而成。
4. 如請求項1所述之複合材輪圈之製造方法，其中該芯軸係為水溶性者。
5. 如請求項1所述之複合材輪圈之製造方法，其中該芯軸係為低熔點金屬製成。
6. 如請求項1所述之複合材輪圈之製造方法，其中該複合材料為碳纖維布。