TWI430897B - 自行車輪圈 - Google Patents
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Description
本發明相關於具有增進的穩定性及強勁度(stiffness)的重量輕的自行車輪圈。更明確地說，本發明相關於具有一對環狀側部的加強的重量輕的自行車輪圈，其中每一個環狀側部包含第一分立(discrete)側壁及與第一分立側壁間隔開的第二分立側壁。第一分立側壁及第二分立側壁二者均由非金屬材料例如纖維加強的複合材料製成。
自行車車輪被不斷地重新設計以求強勁、重量輕、在設計上更符合空氣動力學、以及製造及組裝簡單。目前在市面上有許多不同類型的自行車車輪。大部份的已知的一般自行車車輪具有輪轂、多個輻條、及環狀自行車輪圈。
自行車車輪的輪轂附著於自行車的車架的附著部份用以相對旋轉。輻條的內端部耦接於輪轂且從輪轂向外延伸。自行車車輪的環狀自行車輪圈經由內環狀部份而耦接於輻條的外端部，且具有用來在上面支撐及接收輪胎的外環狀部份。
已曾有數種嘗試想要來產生重量輕而又充分地強固或強勁的自行車輪圈。此種自行車輪圈的一個已知例子為由碳纖維及/或玻璃纖維加強的材料製成的管形自行車輪圈。從習知技術也已知有由此種複合材料製成的另外的重量輕的自行車輪圈設計。
例如，法國專利文件第2904581號(Salomon S.A.)揭示由複合材料構成的自行車輪圈，其包含兩個加強壁，而此兩個加強壁被膠接或結合在一起成為使得二者重疊。重疊膠接的加強壁形成自行車輪圈用來接收輪胎的上方部份，及用來接收輻條的下方部份，以及側壁。加強壁由非金屬材料組成，例如纖維與環氧樹脂的複合物。
美國專利申請案第2005/0062337A1號揭示一種自行車輪圈，其特別是由具有五疊編織碳纖維的第一主層、於輻條附著部份的由三疊構成的附加層、及由一疊編織碳纖維構成的折疊的第二主層組成。上述諸層在橫截面視圖中繞自行車輪圈延伸，並且兩束單向纖維在第一及第二主層內沿著圓周方向延伸，以增加自行車輪圈的強勁度。另外，此美國專利申請案揭示具有多個加強元件的有複雜橫截面的自行車輪圈。這些加強元件是由不同的組件層組成。
習知技術中已知的自行車輪圈具有相當大的尺寸，以符合必要的穩定性及強勁度的結構需求。另外，這些自行車輪圈的製造及組裝過程相當複雜及耗時。
因此，對於具有例如特別是在側壁的增加的剛性、具有增進的空氣動力特性、且製造較為簡單的創新或改良的重量輕的自行車輪圈有需求。
本發明滿足此技術領域中的此需求以及其他需求，此對於熟習此項技術者而言從此揭示會很明顯。
本發明提供一種自行車輪圈，其包含外環狀部份及內環狀部份。外環狀部份可接收輪胎，而內環狀部份可接收至少一個輻條。自行車輪圈另外包含一對環狀側部。此對環狀側部耦接於外環狀部份及內環狀部份。此對環狀側部中的至少一個或一個環狀側部包含至少一個第一分立側壁部份及至少一個第二分立側壁部份。此至少一個第二分立側壁部份與上述至少一個第一分立側壁部份間隔開。在本發明的一個例子中，自行車輪圈包含一對環狀側部，而每一個環狀側部具有兩個分開或分立的側壁或側壁部份，亦即彼此間隔開的第一分立側壁部份及第二分立側壁部份。第一分立側壁部份及第二分立側壁部份的此種配置形成三明治或夾層狀的組態，其大幅增加根據本發明的自行車輪圈的例如剪切強勁度、彎曲強勁度、且因而增加穩定性。
根據本發明的另一方面，該對環狀側部中的至少另外一個可包含至少一個第一分立側壁部份、及與此至少一個第一分立側壁部份間隔開的至少一個第二分立側壁部份。換句話說，該對環狀側部的每一個可包含如以上及以下所述的第一分立側壁部份及第二分立側壁部份。此導致例如對稱的自行車輪圈設計，且因而導致增加的強勁度及簡化的製造過程。另外，以此種設計，可例如避免與旋轉力及振動負荷有關的不利質量分佈。
關於本發明的另一方面，自行車輪圈可另外包含至少一個中間部份。此至少一個中間部份可被至少設置在上述的至少一個第一分立側壁部份與至少一個第二分立側壁部份之間。根據本發明的一個例子，一個第一分立側壁部份、一個中間部份、與一個第二分立側壁部份可被配置成夾層狀組態。
根據本發明的另一方面，上述的至少一個第一分立側壁部份及/或至少一個第二分立側壁部份可由不同材料構成。另外或是或者，上述的至少一個第一分立側壁部份及/或至少一個第二分立側壁部份可由與上述的至少一個中間部份不同的材料構成。換句話說，第一分立側壁部份可例如由與第二分立側壁部份及中間部份二者均不同的材料製成。或者，第一分立側壁部份及第二分立側壁部份可由相同材料製成，而此相同材料與中間部份的材料不同。
根據本發明的另一方面，上述的至少一個第一分立側壁部份及/或至少一個第二分立側壁部份可由非金屬材料製成。例如，非金屬材料可選擇自由纖維加強的複合材料所組成的群類。非金屬材料可為黏著劑例如環氧樹脂與玻璃纖維及/或碳纖維或編織材料的複合物。此種材料具有例如低密度，但是高的強勁度及韌性(tenacity)。
根據本發明的另一方面，上述的至少一個中間部份可至少部份地包含一空穴且/或可由非金屬材料例如發泡材料製成。如果中間部份是由例如高阻發泡材料例如可熟化塑膠製成，則彎曲強勁度及剪切強勁度可在只是餘量地增加(marginal increase)自行車輪圈的總重量之下進一步大幅地增加。
根據本發明的另一方面，上述的至少一個第一分立側壁部份及至少一個第二分立側壁部份可由相同材料製成，特別是由相同的非金屬材料製成。此種設計可由於避免自行車輪圈上的質量不平衡而避免例如在騎車期間使騎車者有不舒服的振動負荷。
根據本發明的另一方面，上述的至少一個中間部份可由選擇自由發泡材料例如聚苯乙烯(polystyrene)、聚丙烯(polypropylene)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、酚塑膠(phenoplastics)、聚氨基甲酸乙酯(polyurethane)等所組成的群類的材料製成。
根據本發明的另一方面，上述的至少一個第一分立側壁部份及/或至少一個中間部份及/或至少一個第二分立側壁部份可於自行車輪圈的圓周方向整個地延伸。此容許例如小型或緊湊的設計以及進一步增進的結構特性。或者，第一分立側壁部份及/或第二分立側壁部份及/或中間部份可於自行車輪圈的圓周方向至少部份地延伸，亦即於一些部份延伸。
根據本發明的另一方面，外環狀部份可包含第一金屬外壁及第二金屬外壁、以及至少一個中間金屬壁。此至少一個中間金屬壁可被設置在第一金屬外壁與第二金屬外壁之間。第一金屬外壁及/或第二金屬外壁的材料可為例如鋁、鎂、鈦、鋼等或其合金或組合。
根據本發明的另一方面，發泡材料及/或一空穴可被設置在第一金屬外壁與上述的至少一個中間金屬壁之間，及/或在第二金屬外壁與上述的至少一個中間金屬壁之間。此導致例如根據本發明的自行車輪圈有進一步增進的強勁度及穩定性。
對於熟習此項技術者而言，本發明的這些及其他目的、特徵、方面、及有利點從以下連同圖式揭示本發明的舉例說明的例子的詳細敘述會顯明。另外，對於熟習此項技術者而言很清楚，所揭示的本發明的特性及特徵可任意地互相組合。
以下會參考形成此原始揭示的一部份的圖式。
以下參考圖式說明本發明的選定的例子。對於熟習此項技術者而言從此揭示很明顯，以下的本發明的例子的敘述只是被提供來舉例說明，而非要限制由附隨的申請專利範圍及其等效物所界定的本發明。
圖1顯示根據本發明的第一例子的前車輪(圖1中未顯示)的自行車輪圈1的放大橫向剖面圖。雖然圖1中只顯示前車輪的自行車輪圈1，但是本發明可以用相同方式應用於前車輪及後車輪二者。
自行車輪圈1基本上是由纖維加強的塑膠材料製成，例如在此技術領域中已知的那些材料。較佳地，自行車輪圈1是由碳纖維加強的塑膠材料製成，但是不限於碳纖維。也可應用玻璃纖維材料及/或任何其他合適的纖維材料或這些材料的組合。
自行車輪圈1包含外環狀部份2。外環狀部份2可在其上面接收輪胎(圖1中未顯示)。自行車輪圈1另外包含內環狀部份3，其可經由至少一個輻條附著部份8而接收至少一個輻條(圖1中未顯示)。圖1所示的輻條附著部份8形成為輻條附著開口，亦即孔。
一對環狀側部4耦接於外環狀部份2及內環狀部份3。圖1所示的自行車輪圈1相對於中心平面P對稱。
該對環狀側部4的每一個環狀側部4包含形成環狀側部4的外周邊表面5a的第一分立(亦即分開的)非金屬側壁部份5、及第二分立(亦即分開的)非金屬側壁部份6。第二分立非金屬側壁部份6與第一分立非金屬側壁部份5間隔開而形成三明治或夾層狀組態。
第一分立非金屬側壁部份5及第二分立非金屬側壁部份6較佳地由相同材料製成。
在圖1所示的例子中，用於第一分立非金屬側壁部份5及第二分立非金屬側壁部份6的材料可選擇自由纖維加強材料例如碳纖維與膠接材料例如環氧樹脂的組合所組成的群類。纖維可被設置成為數疊或數層單向纖維或編織材料。
第一分立非金屬側壁部份5及間隔開的第二分立非金屬側壁部份6的平均厚度D5及D6可在從0.4mm(毫米)至1.5mm(毫米)的範圍內。在圖1所示的自行車輪圈1的例子中，平均厚度D5及D6為大約0.6mm。
第一分立非金屬側壁部份5在通至外環狀部份2之處在其外周邊表面5a上包含制動部份或制動表面9。制動部份9可包含在外周邊表面5a處的由金屬或非金屬材料製成的另外一層。換句話說，制動部份9可包含層疊在第一分立非金屬側壁部份5內部及/或在第一分立非金屬側壁部份5的外周邊表面5a上的另一制動層。
該對環狀側部4的每一個另外包含中間部份7。中間部份7被至少設置在第一分立非金屬側壁部份5與第二分立非金屬側壁部份6之間。
或者，該對環狀側部4的每一個可包含多於一個的分立側壁部份5、6及多於一個設置在分立側壁部份5、6之間的中間部份7。
較佳地，中間部份7是由選擇自由發泡材料例如聚氨基甲酸乙酯(polyurethane)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚丙烯(polypropylene)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride)、及酚塑膠(phenoplastics)所組成的群類的材料製成。或者，中間部份7可至少部份地包含一空穴或氣體，如同空氣。在自行車輪圈1的另一例子中，中間部份7可為由第一分立非金屬側壁部份5及第二分立非金屬側壁部份6封閉的分立空間，且實質上無任何的氣體及/或液體及/或固體材料。
中間部份7的平均厚度D7可在從1.5mm至2.5mm的範圍內。在圖1所示的自行車輪圈1的例子中，平均厚度D7為大約2.0mm。
第一分立非金屬側壁部份5、第二分立非金屬側壁部份6、及中間部份7於自行車輪圈1的圓周方向整個地延伸。
在圖1所示的自行車輪圈1的例子中，中間部份7從內環狀部份3的附近延伸至外環狀部份2的附近。或者，取決於自行車輪圈1的必要結構需求，例如剪切強勁度、彎曲強勁度、總重量、質量慣性矩等，中間部份7於徑向方向的此種延伸可縮短。
如上所述，本發明藉由該對環狀側部4的設計而提供創新改良的管狀自行車輪圈1。由於中間部份7被夾在第一分立側壁部份5與第二分立側壁部份6之間的態樣，自行車輪圈1的剛性(亦即強勁度)在只是餘量地增加自行車輪圈1的總重量之下進一步增加。
另外或是或者，如上所述的環狀側部4的夾層狀結構可被應用於外環狀部份2，以進一步增進自行車輪圈1於外環狀部份2的剛性。
圖2顯示根據本發明的第二例子的前車輪(圖2中未顯示)的自行車輪圈21的放大橫向剖面圖。雖然圖2中只顯示前車輪的自行車輪圈21，但是本發明可以用相同方式應用於前車輪及後車輪二者。
自行車輪圈21為複合式自行車輪圈21，其包含實質金屬部份22及實質非金屬部份23、24、29。
在圖2所示的自行車輪圈21的第二例子中，外環狀部份22形成實質金屬部份22且可在其上面接收輪胎(圖2中未顯示)。藉著例如膠接而附著於外環狀部份22的內環狀部份23、成對的環狀側部24、及上壁部份29形成實質非金屬部份23、24、29。
外環狀部份22可由任何合適的金屬材料製成，例如鋁、鎂、鈦、鋼等或其合金或組合。
如已經敘述的，非金屬部份23、24、29包含一對環狀側部24，其實質上是由例如在此技術領域中已知的纖維加強的塑膠材料及膠接材料製成。較佳地，用於該對環狀側部24的纖維材料是選擇自由碳、玻璃、或芳醯胺(aramid)纖維或其組合所組成的群類。
自行車輪圈21的非金屬部份23、24、29如已經敘述的另外包含內環狀部份23，其可經由至少一個輻條附著部份28而接收至少一個輻條(圖2中未顯示)。圖2所示的輻條附著部份28形成為輻條附著開口，亦即孔。
該對環狀側部24耦接於外環狀部份22及內環狀部份23。圖2所示的自行車輪圈21相對於中心平面P’對稱。
圖2所示的自行車輪圈21的該對環狀側部24包含與圖1所示的自行車輪圈1的該對環狀側部4幾近相同的特徵，但是不具有制動部份或制動表面9(見圖1)。
該對環狀側部24的每一個包含形成該對環狀側部24的外周邊表面25a的第一分立非金屬側壁部份25、及第二分立非金屬側壁部份26。
如相關於圖1所示的自行車輪圈1的例子所述的，第二分立非金屬側壁部份26與第一分立非金屬側壁部份25間隔開而形成三明治或夾層狀組態。
分立非金屬側壁部份25及26可由如已經相關於自行車輪圈1的第一例子的分立側壁部份5及6所述的材料製成。分立非金屬側壁部份25及26的平均厚度D25及D26在此例子中為大約0.8mm，但是不限於此數值。
類似於圖1的自行車輪圈1的例子，該對環狀側部24的每一個另外包含中間部份27。中間部份27被設置在第一分立非金屬側壁部份25與第二分立非金屬側壁部份26之間。
中間部份27可由如已經相關於自行車輪圈1的第一例子的中間部份7所述的材料製成，或是形成為如已經相關於自行車輪圈1的第一例子的中間部份7所述的。中間部份27的平均厚度D27在此例子中為大約2.5mm。
第一分立非金屬側壁部份25、第二分立非金屬側壁部份26、及中間部份27於自行車輪圈21的圓周方向整個地延伸。
在此例子中，中間部份27從內環狀部份23的附近延伸至非金屬上壁部份29的附近。或者，取決於自行車輪圈21的必要結構需求，例如剪切強勁度、彎曲強勁度、總重量、質量慣性矩等，中間部份27於徑向方向的此種延伸可縮短。
外環狀部份22包含中間金屬壁22a(亦即上方金屬壁22a)、第一金屬外壁22b、及第二金屬外壁22b。外環狀部份22另外包含另一中間金屬壁22c(亦即下方金屬壁22c)、及另一中間金屬壁22d(亦即內部金屬壁22d)。
內部金屬壁22d在上方金屬壁22a與下方金屬壁22c之間延伸，因而形成另外的中間部份30。另外的中間部份30可包含至少一個空穴及/或被非金屬材料充填，例如以上所述的發泡材料，以進一步增加自行車輪圈21的結構性質。
金屬側壁(外壁)22b在其外周邊處包含制動部份22e或制動表面22e，用來與制動塊(圖2中未顯示)接觸。
金屬側壁22b的制動表面22e可為例如經過處理的表面，例如硬化表面，或是可為在金屬側壁22b的外周邊上的另一塗覆層。
如上所述，本發明提供創新改良的複合式自行車輪圈21，其具有藉著兩個分立側壁部份25及26來加強的一對環狀側部24，使得自行車輪圈21的強勁度被進一步增加。
在瞭解本發明的範圍時，此處所用的術語「包含」及其衍生字是指明確界定所述的特徵、元件、組件、群類、整數、及/或步驟的存在但是不排除其他未述及的特徵、元件、組件、群類、整數、及/或步驟的存在的開放式術語。此也適用於具有類似意義的字眼，例如術語「包括」、「具有」、及其衍生字。並且，術語「部份」在以單數使用時可具有單一部份或零件或多個部份或零件的雙重意義。雖然只選擇選定的實施例來舉例說明本發明，但是對於熟習此項技術者而言從此揭示很明顯，在不離開附隨的申請專利範圍中所界定的本發明的範圍下，可實施各種不同的改變及修正。例如，各種不同組件的尺寸、形狀、位置、或定向可依需要及/或所想要的被改變。顯示成為互相直接連接或接觸的組件可有設置在其間的中間結構。一個元件的功能可由二個元件來實施，反之亦然。本發明的一個例子的結構及功能可被採用在本發明的另一個例子中。所有的有利點不須同時呈現在一特別的例子中。與習知技術不同的每一獨特特徵不論是單獨或與其他特徵組合也應被視為申請人的另外發明的分開敘述，包含由此種特徵所具體實施的結構及/或功能概念。因此，以上根據本發明的例子的敘述只是舉例說明用，而非以限制由附隨的申請專利範圍及其等效物所界定的本發明為目的。
1．．．自行車輪圈
2．．．外環狀部份
3．．．內環狀部份
4．．．環狀側部
5．．．第一分立非金屬側壁部份
5a．．．外周邊表面
6．．．第二分立非金屬側壁部份
7．．．中間部份
8．．．輻條附著部份
9．．．制動部份或制動表面
21．．．自行車輪圈
22．．．實質金屬部份，外環狀部份
22a．．．中間金屬壁，上方金屬壁
22b．．．第一及第二金屬外壁，金屬側壁
22c．．．中間金屬壁，下方金屬壁
22d．．．中間金屬壁，內部金屬壁
22e．．．制動部份，制動表面
23．．．實質非金屬部份，內環狀部份
24．．．實質非金屬部份，環狀側部
25．．．第一分立非金屬側壁部份
25a．．．外周邊表面
26．．．第二分立非金屬側壁部份
27．．．中間部份
28．．．輻條附著部份
29．．．實質非金屬部份，上壁部份
30．．．中間部份
D5．．．平均厚度
D6．．．平均厚度
D7．．．平均厚度
D25．．．平均厚度
D26．．．平均厚度
D27．．．平均厚度
P．．．中心平面
P’．．．中心平面
圖1為根據本發明的第一例子的前車輪的自行車輪圈的放大橫向剖面圖。
圖2為根據本發明的第二例子的前車輪的自行車輪圈的放大橫向剖面圖。
1．．．自行車輪圈
2．．．外環狀部份
3．．．內環狀部份
4．．．環狀側部
5．．．第一分立非金屬側壁部份
5a．．．外周邊表面
6．．．第二分立非金屬側壁部份
7．．．中間部份
8．．．輻條附著部份
9．．．制動部份或制動表面
D5．．．平均厚度
D6．．．平均厚度
D7．．．平均厚度
P．．．中心平面
Claims (13)
- 一種自行車輪圈(1；21)，包含：外環狀部份(2；22)，其可接收輪胎；內環狀部份(3；23)，其可接收至少一個輻條；一對環狀側部(4；24)，其耦接於該外環狀部份(2；22)及該內環狀部份(3；23)，其中該對環狀側部(4；24)中的至少一個包含第一分立側壁部份(5；25)、及與該第一分立側壁部份(5；25)間隔開的第二分立側壁部份(6；26)，而一分立空間由該第一分立側壁部份(5；25)及該第二分立側壁部份(6；26)封閉；及中間部份(7；27)，其在該第一分立側壁部份(5；25)與該第二分立側壁部份(6；26)之間被設置於該分立空間內，其中該第一分立側壁部份(5；25)及該第二分立側壁部份(6；26)是由纖維加強的塑膠材料製成，且該中間部份(7；27)是由發泡材料製成。
- 如申請專利範圍第1項所述的自行車輪圈(1；21)，其中該對環狀側部(4；24)的每一個包含該第一分立側壁部份(5；25)、及與該第一分立側壁部份(5；25)間隔開的該第二分立側壁部份(6；26)。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的自行車輪圈(1；21)，其中該第一分立側壁部份(5；25)及該第二分立側壁部 份(6；26)的每一個具有在從0.4mm(毫米)至1.5mm(毫米)的範圍內的平均厚度。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的自行車輪圈(1；21)，其中該中間部份(7；27)具有在從1.5mm(毫米)至2.5mm(毫米)的範圍內的平均厚度。
- 如申請專利範圍第3項所述的自行車輪圈(1；21)，其中該中間部份(7；27)具有在從1.5mm(毫米)至2.5mm(毫米)的範圍內的平均厚度。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的自行車輪圈(1；21)，其中該發泡材料為選擇自由聚氨基甲酸乙酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、及酚塑膠發泡材料所組成的群類的材料。
- 如申請專利範圍第3項所述的自行車輪圈(1；21)，其中該發泡材料為選擇自由聚氨基甲酸乙酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、及酚塑膠發泡材料所組成的群類的材料。
- 如申請專利範圍第4項所述的自行車輪圈(1；21)，其中該發泡材料為選擇自由聚氨基甲酸乙酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、及酚塑膠發泡材料所組成的群類的材 料。
- 如申請專利範圍第5項所述的自行車輪圈(1；21)，其中該發泡材料為選擇自由聚氨基甲酸乙酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、及酚塑膠發泡材料所組成的群類的材料。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的自行車輪圈(1；21)，其中該第一分立側壁部份(5；25)及該第二分立側壁部份(6；26)是由相同的纖維加強的塑膠材料製成。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的自行車輪圈(1；21)，其中該第一分立側壁部份(5；25)及/或該中間部份(7；27)及/或該第二分立側壁部份(6；26)於該自行車輪圈(1；21)的圓周方向整個地延伸。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的自行車輪圈(1；21)，其中該外環狀部份(2；22)包含第一金屬外壁(22b)及第二金屬外壁(22b)、以及被設置在該第一金屬外壁(22b)與該第二金屬外壁(22b)之間的至少一個中間金屬壁(22a，22d)。
- 如申請專利範圍第12項所述的自行車輪圈(1；21)，其中發泡材料及/或一空穴被設置在該第一金屬外壁(22b )與該至少一個中間金屬壁(22a，22d)之間，及/或在該第二金屬外壁(22b)與該至少一個中間金屬壁(22a，22d)之間。
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