TWI588054B - 具有內部佈線之自行車架及其製造方法 - Google Patents

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TWI588054B
TWI588054B TW103122567A TW103122567A TWI588054B TW I588054 B TWI588054 B TW I588054B TW 103122567 A TW103122567 A TW 103122567A TW 103122567 A TW103122567 A TW 103122567A TW I588054 B TWI588054 B TW I588054B
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羅伯Ｈ 揚庫勞
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史比塞自行車組件公司
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Description

具有內部佈線之自行車架及其製造方法
本發明大體上係關於自行車之領域，且更具體言之，本發明係關於具有定位於車架構件內之致動纜線之自行車架。
諸多自行車具有用於減慢車速之煞車及用於改變齒輪之變速器。通常，由使用者分別經由煞車桿及變速桿來致動煞車及變速器。經由一傳輸構件(諸如導線、纜線、連桿、液壓流體或其他適合機構(下文中稱為「傳輸構件」))來將該等桿之移動傳輸至煞車及變速器。此等傳輸構件可包含一可移動構件(例如一編織纜線)，其定位於引導該可移動構件之一固定外殼內且可相對於該固定外殼移動。
為改良自行車之美感及空氣動力性能，通常使傳輸構件佈設穿過自行車架之內部。為此，車架可具有分別容許傳輸構件進入及退出車架之內部的入口及出口。在現有自行車中，必須自內部「摸出(fish out)」纜線，且因為車架之內部相對大於纜線之尺寸，所以此程序既耗時又複雜。
本發明提供一種製造一自行車架之一部分之方法。該方法包含：將一低摩擦心軸(例如由聚四氟乙烯製成)定位於一可撓性心軸(例如由聚矽氧製成)鄰近處，其中一第一纖維材料(例如經一未固化基質預浸之纖維)介於該低摩擦心軸與該可撓性心軸之間。接著，用第二 纖維材料(例如經一未固化基質預浸之纖維)纏繞該可撓性心軸及該低摩擦心軸，且接著將該可撓性心軸及該低摩擦心軸插入至一模具中。接著，該第二纖維材料經固化以產生一固化總成，自該模具抽取該固化總成，且自該固化總成移除該低摩擦心軸以產生一內部通道。
該可撓性心軸可包含一凹槽，且該定位步驟可包含：將該低摩擦心軸插入至該可撓性心軸之該凹槽中。較佳地，該低摩擦心軸具有實質上與該凹槽之一橫截面形狀匹配之一橫截面形狀。較佳地，該可撓性心軸包括一中空內部，且該方法進一步包含：將一可充氣囊袋插入至該中空內部中；及在該固化步驟之前，使該囊袋充氣以朝向該模具向外擠壓該第二纖維材料。
本發明亦體現為一種一自行車架之部分，例如製程期間之該車架之一部分。該自行車架之該部分包含：一可撓性心軸(例如由聚矽氧製成)；一低摩擦心軸，其定位於該可撓性心軸鄰近處；一第一纖維材料(例如一纖維-基質複合物)，其定位於該低摩擦心軸與該可撓性心軸之間；及一第二纖維材料(例如一纖維-基質複合物)，其纏繞該可撓性心軸及該低摩擦心軸。較佳地，該可撓性心軸包括一凹槽且該低摩擦心軸定位於該凹槽中。例如，該低摩擦心軸可具有實質上與該凹槽之一橫截面形狀匹配之一橫截面形狀。在一實施例中，該低摩擦心軸具有自該凹槽突出之一心軸頭部以藉此促進該低摩擦心軸之移除。
將藉由考量詳細描述及附圖而明白本發明之其他態樣。
10‧‧‧自行車
15‧‧‧前輪
20‧‧‧後輪
25‧‧‧車架
25a‧‧‧車架總成
30‧‧‧前管
35‧‧‧前叉
40‧‧‧上管
45‧‧‧下管
55‧‧‧座管
60‧‧‧座墊
65‧‧‧手把
70‧‧‧前導鏈器
75‧‧‧後導鏈器
80‧‧‧傳動系
85‧‧‧曲柄組
90‧‧‧桿
95a‧‧‧變速致動器
95b‧‧‧變速致動器
100a‧‧‧前變速纜線
100b‧‧‧後變速纜線
105‧‧‧前煞車
110‧‧‧後煞車
115a‧‧‧煞車致動器
115b‧‧‧煞車致動器
120a‧‧‧前煞車纜線
120b‧‧‧後煞車纜線
125‧‧‧纜線通道
130‧‧‧外車架壁
135‧‧‧內壁
140‧‧‧接入開口
145‧‧‧固化工具
150‧‧‧前管心軸
155‧‧‧上管心軸
160‧‧‧下管心軸
165‧‧‧佈線心軸
170‧‧‧盲凹槽
175‧‧‧第一心軸柱
180‧‧‧第二心軸柱
185‧‧‧凹槽
190‧‧‧心軸頭部
195‧‧‧第一纖維材料
200‧‧‧第二纖維材料
205‧‧‧囊袋
210‧‧‧開口
215‧‧‧半模
220‧‧‧車架凹穴
225‧‧‧孔
圖1係包含體現本發明之一車架的一自行車之一側視圖。
圖2係沿著圖1中之線2-2取得且包含前管、一上管之一部分及一下管之一部分的車架之一部分之一透視截面圖，其中纜線佈設至該下管中。
圖3係繪示下管中之佈線通道的前管及下管之一部分之一透視截 面圖。
圖4A係用纖維材料纏繞之佈線心軸之一透視圖。
圖4B係用於形成車架之一部分的佈線心軸、一前管心軸、一上管心軸及一下管心軸之一分解透視圖。
圖4C係繪示圖4A及圖4B之心軸的一透視圖，圖4A及圖4B之心軸與部分纏繞經組裝心軸之纖維材料組裝在一起以界定一預成型疊層。
圖4D係沿著線4D-4D取得之圖4C之預成型疊層之一截面圖。
圖4E係一固化工具之兩個半體及佈置於該固化工具之一半體中之預成型疊層之一分解透視圖。
圖5係固化纖維材料之後之車架部分之一透視圖，且其繪示已部分被移除之佈線心軸。
圖6係固化纖維材料之後之車架部分之一透視圖，且其繪示已部分被移除之上管心軸及下管心軸。
在詳細解釋本發明之任何實施例之前，應瞭解，本發明之應用不限於以下描述中所陳述或附圖中所繪示之組件之建構及配置之細節。本發明適用於其他實施例且能夠可依各種方式實踐或實施本發明。
圖1繪示包含一前輪15、一後輪20及一車架25之一自行車10。車架25具有一前管30及一前叉35，前叉35由前管30旋轉地支撐且將前輪15緊固至車架25。車架25亦具有：一上管40，其連接至前管30且自前管30向後延伸；及一下管45，其在上管40下方連接至前管30且大體上朝向車架25之一底部托架向下延伸。一座管55自該底部托架向上延伸且連接至上管40，且一座墊60由座管55支撐。
自行車10亦包含一手把65、一前導鏈器70、一後導鏈器75及一傳動系80，其包含由底部托架支撐之一曲柄組85。手把65藉由一桿90 而緊固至前叉35，使得手把65之移動導致桿90及前叉35之移動。參考圖1及圖2，前導鏈器70及後導鏈器75藉由沿著下管45之內部佈設之各自前變速纜線100a及後變速纜線100b而連接至定位於手把65上之各自變速致動器95a、95b(例如變速桿)。此外，一前煞車105及一後煞車110分別藉由前煞車纜線120a及後煞車纜線120b而連接至定位於手把65上之各自煞車致動器115a、115b(諸如煞車桿)。自手把65上之煞車致動器115a、115b之一者沿著下管45之內部佈設與後煞車110相關聯之煞車纜線120b。
參考圖2及圖3，所繪示之下管45被製造為中空的且包含佈置於下管45之內側上之纜線通道125。更具體言之，下管45由實質上界定中空內部之一外車架壁130界定。纜線通道125在外車架壁130之內側上沿著下管45朝向底部托架縱向延伸。由一內壁135使各纜線通道125與下管45之中空內部分離。如圖中所繪示，車架25具有定位於下管45之前端鄰近處之車架25之相對側上之接入開口140，在該前端處，下管45與前管30連接，使得纜線100b、120a、120b可佈設至下管45中。
參考圖4A至圖4E，使用協作地塑形車架25之一模具或固化工具145及心軸來由纖維材料(例如碳纖維-環氧樹脂半固化片、未固化纖維基質複合物等等)至少部分地形成車架25。如圖中所繪示，使用一前管心軸150、一上管心軸155、一下管心軸160及佈線心軸165來形成由前管30及上管40及下管45之部分界定之車架25之部分(即，車架總成25a)。參考圖4B及圖4C，前管心軸150可呈一單一心軸或兩個心軸半體之形式。前管心軸150具有佈置於前管心軸150之兩側上且自心軸150之一後端朝向心軸150之前部延伸之盲凹槽170(圖中展示一個)。所繪示之盲凹槽170相對於由後輪20界定之一中心面對稱，但盲凹槽170可相對於該中心面不對稱。上管心軸155耦合至自前管心軸150之一頂部鄰近處向後延伸之一第一心軸柱175。此外，前管心軸150(或 心軸半體)及上管心軸155之各者由可回應於壓力及熱量之任一者或兩者而膨脹及收縮之一可撓性或彈性材料(諸如聚矽氧)組成。
繼續參考圖4B及圖4C，下管心軸160耦合至自前管心軸150之一下部分鄰近處向後延伸之一第二心軸柱180。下管心軸160具有佈置於下管心軸160之相對側上之凹槽185，且由可回應於壓力及熱量之任一者或兩者而膨脹及收縮之一可撓性或彈性材料(諸如聚矽氧)組成。如圖中所繪示，當心軸150、160彼此附接時，凹槽185與前管心軸150中之盲凹槽170對準。雖然凹槽185被繪示為相對於中心面對稱，但凹槽185可相對於中心面而不對稱地定位。此外，可提供一個凹槽而非兩個凹槽(例如沿著下管45之內底部的一個凹槽)。
如圖4A、圖4B及圖4D中所繪示，各佈線心軸165由一細長體界定，該細長體具有與前管心軸150中之盲凹槽170及下管心軸160中之凹槽185之橫截面形狀匹配之一橫截面形狀。佈線心軸165由抗膨脹且抗收縮之一低摩擦材料(例如聚四氟乙烯(PTFE)或鐵氟龍)組成。即，當熱量或壓力(或兩者)施加至心軸時，佈線心軸165大體上維持其尺寸及形狀，或至少使其尺寸及形狀維持比聚矽氧心軸更佳。
如圖4A至圖4C中所繪示，各佈線心軸165之一端(佈置於前管30鄰近處之端)具有一凸起部分或心軸頭部190。參考圖1至圖3及圖4C，當佈線心軸165耦合至前管心軸150及下管心軸160時，心軸頭部190自前管心軸150之外表面向外突出。使前管心軸150之各側上之心軸頭部190保持未被覆蓋，使得在固化車架25之後，各心軸頭部190界定一接入開口140。
藉由將上管心軸155連接至第一心軸柱175且將下管心軸160連接至第二心軸柱180而組裝前管心軸150、上管心軸155及下管心軸160。經組裝之前管心軸150、上管心軸155及下管心軸160協作地界定佈線心軸165附接至其之一可撓性心軸總成。
參考圖4A，用一或多層之第一纖維材料195(例如碳纖維-環氧樹脂半固化片、未固化纖維基質複合物等等)纏繞佈線心軸165，直至達成材料之一所要厚度。在此程序期間，第一纖維材料195未纏繞心軸頭部190；相反地，使心軸頭部190之至少一部分保持曝露。
參考圖4B及圖4C，經纏繞之佈線心軸165定位於經組裝之前管心軸150及下管心軸160中之凹槽185中。在此位置中，第一纖維材料195定位於前管心軸150及下管心軸160與佈線心軸165之間。接著，用一或多層之第二纖維材料200(例如碳纖維-環氧樹脂半固化片、未固化纖維基質複合物等等)纏繞可撓性心軸總成及佈線心軸165，直至達成第二纖維材料200之一所要厚度。第一纖維材料195及第二纖維材料200在放置於固化工具145中之前未固化。如本文中所使用，術語「未固化」意謂：材料未完全固化(即，材料可未固化或部分固化)。經纏繞之心軸總成界定可放置於固化工具145中以形成車架總成25a之一預成型疊層。應瞭解，圖4C繪示纏繞程序期間(即，在完成纏繞程序之前)之心軸總成。
參考圖4D，當固化車架總成25a時，第二纖維材料200實質上界定外車架壁130，且第一纖維材料195及第二纖維材料200協作地界定外車架壁130之部分，其中該等纖維材料彼此覆疊。即，第一纖維材料195及第二纖維材料200沿著下管45之部分彼此部分重疊。如圖中所繪示，當固化車架總成25a時，定位或夾置於下管心軸160與佈線心軸165之間之第一纖維材料195界定纜線通道125之內壁135。
前管心軸150、上管心軸155及下管心軸160之各者係中空的。當組裝心軸150、155、160及165時，一可充氣囊袋205(例如尼龍袋)被插入且被供給至各心軸150、155、160之中空部中以輔助形成車架25。在疊層或纏繞程序開始之前，經由下管心軸160中之一開口210來將所繪示之囊袋205插入至心軸150、155、160中。即，可在固化第一 纖維材料195及第二纖維材料200之前之任何時間處(例如，在纏繞心軸之前或在纏繞心軸之後，在將經纏繞之心軸總成放置於固化工具145中之後且在固化第一纖維材料195及第二纖維材料200之前)將囊袋205插入至心軸150、155、160中。此外，可使用一個以上囊袋來輔助形成車架25。例如，一第一囊袋可延伸通過下管心軸160及前管心軸150之下半部，且一第二囊袋可延伸通過上管心軸155及前管心軸150之上半部。亦可使用囊袋定位之其他變動。
參考圖4E，固化工具145包含各界定一車架凹穴220之兩個半模。在固化車架25之後，車架凹穴220協作地界定車架25之外表面。半模215亦包含用於在將經纏繞之心軸總成放置於固化工具145中之後使半模215彼此對準及/或緊固之複數個孔225。圖4E繪示定位於車架凹穴220之一者中之圖4C之經部分纏繞之心軸總成，但應瞭解，當形成車架25時，心軸總成將在放置於固化工具145中之前被完全纏繞。
在將經纏繞之心軸總成定位於固化工具145之後，使半模215彼此緊固。可自固化工具145之外部接入囊袋205，使得囊袋205可經充氣以使車架凹穴220內之前管心軸150、上管心軸155及下管心軸160膨脹。下管心軸160及佈線心軸165彼此協作且具有足以在固化程序期間維持下管45之所要內部特徵的剛性。在使囊袋205充氣時，將熱量施加至固化工具145以產生固化車架總成25a。在固化程序完成之後，自固化工具145移除固化車架總成25a。
為自車架總成25a移除心軸150、155、160、165，使囊袋205放氣且自前管心軸150、上管心軸155及下管心軸160移除囊袋205。當使囊袋205放氣時，可撓性之前管心軸150、上管心軸155及下管心軸160自固化外車架壁130及內壁135收縮，使得心軸150、155、160與壁130、135之間存在一間隙以使移除心軸150、155、160更容易。
可在移除佈線心軸165之前或在移除佈線心軸165之後自車架總 成25a移除前管心軸150、上管心軸155及下管心軸160。可經由前管30中之頂部開口或底部開口來移除前管心軸150(或心軸半體)。參考圖6，藉由自車架總成25a之上管部分向後拉出心軸155而移除上管心軸155。類似地，藉由自下管45向後拉出心軸160而自車架總成25a移除下管心軸160。如圖5中所繪示，藉由不停地牽拉曝露心軸頭部190而自車架總成25a移除佈線心軸165。心軸165在很大程度上歸因於組成心軸165之低摩擦材料而自所形成之纜線通道125滑出。
在形成車架25之後，可經由接入開口140來使纜線佈設穿過纜線通道125。藉由在下管45內佈設內部纜線100a、100b、120b而使纜線100a、100b、120b免受擦傷及磨損。另外，可藉由將纜線通道125整合至下管45中且使通道125與下管45之內部分離而在車架25內更容易地佈設纜線100a、100b、120b，同時最小化可由騎行期間之纜線移動引起之噪聲。
以下申請專利範圍中陳述本發明之各種特徵。
10‧‧‧自行車
15‧‧‧前輪
20‧‧‧後輪
25‧‧‧車架
30‧‧‧前管
35‧‧‧前叉
40‧‧‧上管
45‧‧‧下管
55‧‧‧座管
60‧‧‧座墊
65‧‧‧手把
70‧‧‧前導鏈器
75‧‧‧後導鏈器
80‧‧‧傳動系
85‧‧‧曲柄組
90‧‧‧桿
95a‧‧‧變速致動器
95b‧‧‧變速致動器
100a‧‧‧前變速纜線
100b‧‧‧後變速纜線
105‧‧‧前煞車
110‧‧‧後煞車
115a‧‧‧煞車致動器
115b‧‧‧煞車致動器
120a‧‧‧前煞車纜線
120b‧‧‧後煞車纜線

Claims (20)

  1. 一種製造一自行車架之一部分之方法，其包括：定位一細長低摩擦心軸以接合一可撓性心軸，其中一第一纖維材料配置於該低摩擦心軸與該可撓性心軸之間；用第二纖維材料纏繞該可撓性心軸及該低摩擦心軸；將該可撓性心軸及該低摩擦心軸插入至一模具中；固化該第二纖維材料以產生一固化總成；自該模具抽取該固化總成；及自該固化總成移除該低摩擦心軸以產生一內部通道。
  2. 如請求項1之方法，進一步包含用該第一纖維材料纏繞該低摩擦心軸。
  3. 如請求項1之方法，其中該低摩擦心軸包括聚四氟乙烯(PTFE)。
  4. 如請求項1之方法，其中該第一纖維材料包括經一未固化基質預浸之複合纖維。
  5. 如請求項1之方法，其中該可撓性心軸包括聚矽氧。
  6. 如請求項1之方法，其中該可撓性心軸包括一凹槽且其中該定位步驟包含：將該低摩擦心軸插入至該可撓性心軸之該凹槽中。
  7. 如請求項6之方法，其中該低摩擦心軸具有實質上與該凹槽之一橫截面形狀匹配之一橫截面形狀。
  8. 如請求項1之方法，其中該第二纖維材料包括經一未固化基質預浸之複合纖維。
  9. 如請求項1之方法，其中該可撓性心軸包括一中空內部，且其中該方法進一步包含：將一可充氣囊袋插入至該中空內部中；及在該固化步驟之前，使該囊袋充氣以朝向該模具向外擠壓該第二纖維材料。
  10. 如請求項1之方法，其中該低摩擦心軸之一部分延伸超過該第一纖維材料之一端，且其中移除該低摩擦心軸包括：自該內部通道拉出該低摩擦材料。
  11. 如請求項1之方法，其中該第一纖維材料及該第二纖維材料兩者包括一未固化之纖維-基質複合物，且其中固化該第二纖維材料包含：固化該第一纖維材料及該第二纖維材料兩者。
  12. 一種一自行車架之部分，其包括：一可撓性心軸；一細長低摩擦心軸，其被定位以接合該可撓性心軸；一第一纖維材料，其配置於該低摩擦心軸與該可撓性心軸之間；及一第二纖維材料，其纏繞該可撓性心軸及該低摩擦心軸。
  13. 如請求項12之一自行車架之部分，其中該第一纖維材料包括一纖維-基質複合物。
  14. 如請求項12之一自行車架之部分，其中該可撓性心軸包括聚矽氧。
  15. 如請求項12之一自行車架之部分，其中該可撓性心軸包括一凹槽，且其中該低摩擦心軸定位於該凹槽中。
  16. 如請求項15之一自行車架之部分，其中該低摩擦心軸具有實質上與該凹槽之一橫截面形狀匹配之一橫截面形狀。
  17. 如請求項12之一自行車架之部分，其中該低摩擦心軸具有自該凹槽突出之一心軸頭部。
  18. 如請求項12之一自行車架之部分，其中該第二纖維材料包括一纖維-基質複合物。
  19. 如請求項12之一自行車架之部分，其中該第一纖維材料纏繞該低摩擦心軸。
  20. 如請求項19之一自行車架之部分，其中該第一纖維材料及該第二纖維材料彼此部分重疊。
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