TWI433786B - 用於自行車輪的複合輪緣 - Google Patents

Description

用於自行車輪的複合輪緣 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。

一複合輪緣係由在一層環氧樹脂或樹脂內硬化之多數纖維片材或堆構成。在該層環氧樹脂或樹脂內之纖維可被定向在X或Y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X-Y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。

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，一徑向內輻條接合部份，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。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內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內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內與外表面且沿該貫穿孔之一邊緣交織一徑向縫綴。

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：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內視圖；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。

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大致包括一徑向外輪胎接合部份34，一徑向內輻條接合部份36，一第一側壁38及一與該第一側壁38分隔開之第二側壁40。該等第一與第二側壁38、40延伸在該輪胎接合部份34與輻條接合部份36之間。該輪胎14係膠接在該輪緣12之輪胎接合部份34上。該輻條接合部份36包括用以容納穿過其中之該輻條20之具螺紋端22的多數第一開孔或貫穿孔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20之具螺紋端22上以便將該等輻條20固定在該輪緣12上之一工具。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，其中一輪胎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50，一徑向內輻條接合部份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輻條接合部份50、52之間。該輪胎接合部份50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。該輻條接合部份52包括用以容納穿過其中之多數輻條60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與該多數第一開孔53對齊，用以容納將多數螺紋接管62鎖緊在該等輻條60之具螺紋端58上以便將該等輻條60固定在該輪緣48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H對該等輪緣寬度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之範圍內。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，該等輪緣之內部可以依需要是實心、中空、被填充或被補強以便獲得所需強度、重量及成本。

請參閱第6圖，該複合輪緣48係由多數纖維片材80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，因此形成預浸漬或“預浸”片材。在該基質內之纖維被定向於一特殊方向，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Y與Z方向)上提供較小強度。請參閱第4-6圖，所顯示之該輪緣48之一實施例包括用於輻條貫穿孔53之一貫穿厚度縫綴補強件82之圖案，該縫綴補強件82包括多數縫綴排83、84，該中央排83與該等貫穿孔53相交，該等平行鄰接排84在該等孔53之各側上延伸靠近該貫穿孔53之線徑。

請參閱第7與8圖，顯示另一貫穿厚度縫綴補強件86之圖案。該貫穿厚度縫綴補強件86之圖案包括多數縫綴排88、90，該中央排88與該等貫穿孔53相交，該等平行鄰接排90在該等孔53之各側上延伸靠近該貫穿孔53之線徑，類似於該貫穿厚度縫綴補強件82之圖案但是包括另外的蓋縫(coverstitch)圖案92。該裝飾縫圖案92在該輻條接合部份52之內與外表面94、96上交織該多數縫綴排88、90。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方向上之縫綴係用以夾持或封閉貫穿孔53之邊緣98以便防止層間剪斷及纖維分層。可使用包含Kevlar之各種線材材料。

請參閱第9-11圖，顯示用於該貫穿孔53之一周邊102的另一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之內與外表面94、96且沿該貫穿孔53之邊緣98的交織徑向縫綴104。

該複合自行車輪緣48係藉積層多數預切割纖維片材80，該等片材80包括該輻條接合部份52。該等片材80被預切割以便形成所需最後輪緣形狀。該等片材80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之線徑被縫合在一起。該等片材80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82或86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80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80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52之一線徑被衝壓通過該等預切割纖維片材80。該等片材80係該貫穿厚度縫綴補強件100之圖案在該等貫穿孔53之周邊102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釜中硬化。

雖然本發明已參照數個實施例說明過了，但是應了解的是在所述本發明觀念之精神與範疇內可進行多種變化。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。

10．．．車輪

12．．．輪緣

14．．．輪胎

16．．．輪轂

18．．．輻條系統

20．．．輻條

22．．．具螺紋端

24．．．螺紋接管

34．．．輪胎接合部份

36．．．輻條接合部份

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．．．輻條

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．．．內表面

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

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內視圖；

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。

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

56．．．第二側壁

82．．．縫綴補強件

84．．．縫綴排

Claims (15)

1. 一種用於自行車輪的複合輪緣，包含：一徑向外輪胎接合部份；一徑向內輻條接合部份；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；以及與該貫穿孔相交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內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輻條孔。
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，其中該徑向內輻條接合部份包括一內表面及一外表面，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 該等內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. 一種用於自行車輪的複合輪緣，包含：一徑向外輪胎接合部份；一徑向內輻條接合部份；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，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，其中該徑向內輻條接合部份包括一內表面及一外表面，該貫穿孔具有一邊緣，該周邊縫綴圖案沿該等內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內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，其中該貫穿厚度縫綴補強件之圖案係以一線材所形成。