TWI615290B - 碳纖維輪圈強化結構 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種碳纖維輪圈強化結構，主要設有一以碳纖維材質製成的輪圈本體，該輪圈本體設有與輪胎組接的外徑端及與花轂、幅條組設的內徑端，於內徑端至外徑端間形成有兩對應側緣段，其中於該內徑端對應幅條的位置處設有一金屬補強片，該金屬補強片受碳纖維材質所包覆，該金屬補強片對應輪圈本體徑向形成兩開口端緣及銜接兩開口端緣的中間環段，由中間環段往兩側開口端緣呈逐漸削薄，再於中間環段設有對應輪圈本體內徑端的加強部及對應兩側緣段的補強側緣部，該補強側緣部往加強部係由薄逐漸加厚者；藉此，可在幅條處有效增加拉力強度，並同時能達到輕量化功效。

Description

碳纖維輪圈強化結構

本發明係有關於一種碳纖維輪圈強化結構，尤指一種能有效增加輪圈抗拉強度，並可同時減輕整體重量的碳纖維輪圈強化結構為其應用發明者。

按，自行車係為一種極為方便之代步工具，其係利用雙腳力量踩踏使其前進，不僅具有健身之功效、於休閒運動上係為一極佳之工具。就一般常見之各種自行車車輪，其皆係由輪轂、輻條、輪圈及充氣輪胎所組成，該輪轂設於車輪中央位置，輪轂係為供與自行車車架進行結合，於輪轂周緣連接設有數根輻條，而各輻條之外端則與輪圈進行結合，再於輪圈外設有充氣輪胎，以令車輪能以輪轂為軸心進行轉動。

一般自行車車輪的輪圈有以鋁合金或碳纖維為材質製造，其二者各有優缺點，其中鋁合金具有延展性高及成本低的優點，惟具有硬度低、重量重的缺點；而碳纖維恰好相反，係具有硬度高、重量輕之優點，惟其延展性低，但成本相對較高的缺點。然而，目前高級自行車的零組件選用碳纖維複合材料已蔚為風氣。藉由碳纖維材料先天的高強度、高剛性以及輕量化的材料特性，應用在自行車零組件上，確實可以滿足自行車產業的要求。

碳纖維輪圈製造過程中，一方面要考慮成本，一方面要能減輕重量，所以目前市面上已知碳纖維輪圈，皆呈中空狀之環形結構，且須經由許多層的碳纖維布堆疊後加熱加壓製成，因此在一些部分例如幅條組裝的位置處就容易因孔洞造成折減該處之結構強度；於碳纖維在硬化成型之後，其延展性減小，中空結構加上幅條部位的受力與拉力，會讓輪圈常有強度不足而受損之問題。由其是當該碳纖維輪圈受到外力拉扯時，就非常容易導致前述之幅條組裝的位置處，因為無法承受外力而產生之斷裂、破損等影響該碳纖維輪框整體強度與正常運作之情形發生者。

因有上述缺失，故業界有研發出如公告第I374814號一種多層加強元件，用於自行車輪圈的內環狀側的至少一部份，該多層加強元件包含：輪圈側的內側部份；輻條側的外側部份；及中間部份，其被設置在該輪圈側的內側部份與該輻條側的外側部份之間，且成為角錐台狀(frustum of pyramid-like)組態，該角錐台狀組態包含至少兩層及至少四個傾斜側部區域。及公告第I341799號一種腳踏車輪圈，其包括：一環形金屬輪圈構件，其包括一對相反地面對之環形剎車表面及複數個輻條附接區域，其中該等輻條附接區域之每一者內形成有至少一個輻條附接開口；及一加強構件，其疊加該環形金屬輪圈構件之一外表面，而不疊加該對相反地面對之環形剎車表面，該加強構件包括複數個沿一圓周方向單獨佈置之輻條附接區段以疊加該等輻條附接開口，該等輻條附接區段包括：複數個分立之第一加強部件，其附接至該等輻條附接開口周圍之輻條附接區域，及複數個分立之第二加強部件，其附接至該等輻條附接區域以疊加該等第一加強部件，其中該等第二加強部件大於該等第一加強部件。

然而上述結構技術具有下列缺失，說明如下：

1.均為於外側對應幅條部位進行局部加強技術，相對地增加整體重量，同時，黏著加強件的部位對應幅條外力拉扯時，會產生應力問題，導致在黏著的部位產生斷裂現象。

2.同上，在披覆碳纖維層的過程容易有不良率產生。

3.相對地，增加成本問題。

今，發明人秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，及精益求精的精神再予以研究改良，提供一種碳纖維輪圈強化結構，以期達到更佳實用價值性之目的者。

本發明之主要目的在於提供一種碳纖維輪圈強化結構，尤其是指一種能有效增加輪圈抗拉強度，並可同時減輕整體重量的碳纖維輪圈強化結構為其目的。

本發明碳纖維輪圈強化結構主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

主要設有一以碳纖維材質製成的輪圈本體，該輪圈本體設有與輪胎組接的外徑端及與花轂、幅條組設的內徑端，於內徑端至外徑端間形成有兩對應側緣段，其中於該內徑端對應幅條的位置處設有一金屬補強片，該金屬補強片受碳纖維材質所包覆，該金屬補強片對應輪圈本體徑向形成兩開口端緣及銜接兩開口端緣的中間環段，由中間環段往兩側開口端緣呈逐漸削薄，再於中間環段設有對應輪圈本體內徑端的加強部及對應兩側緣段的補強側緣部，該補強側緣部往加強部係由薄逐漸加厚者；藉此，可在幅條處有效增加拉力強度，並同時能達到輕量化功效。

本發明碳纖維輪圈強化結構的較佳實施例，其中該金屬補強片之加強部設有一組裝幅條的透孔者。

本發明碳纖維輪圈強化結構的較佳實施例，其中該金屬補強片為採用鋁合金材質。

本發明碳纖維輪圈強化結構的較佳實施例，其中該金屬補強片為採用鎂合金材質。

本發明碳纖維輪圈強化結構的較佳實施例，其中該金屬補強片為採用鋁鎂合金材質。

本發明碳纖維輪圈強化結構的較佳實施例，其中該補強側緣部往加強部係由薄逐漸加厚，其最薄厚度至最厚厚度的比例為1：3~1：6的範圍。

藉由以上所述，本發明結構之組成與使用實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，具有下列優點：

1.本發明碳纖維輪圈強化結構，藉由於輪圈組裝幅條的位置處設有金屬補強片，能有效增加輪圈拉力強度，達到提升抗拉性能者。

2.本發明碳纖維輪圈強化結構，藉由於輪圈組裝幅條的位置處設有金屬補強片，以重點式分佈設置，除了可增加拉力強度之外，並同時能達到輕量化功效。

3.本發明碳纖維輪圈強化結構，藉由逐漸削薄的開口端緣設計，能讓製作輪圈本體時，再貼附碳纖維布可更加密合緊貼，不會產生空隙破壞強度，達到完善的結合技術者。

4.本發明碳纖維輪圈強化結構，藉由金屬補強片之補強側緣部往加強部係由薄逐漸加厚的設計，能在碳纖維材料覆合製作時作為連結輪圈側緣段的效果，可有效增加側緣段的受力效果。

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：

首先，本發明實際運用技術與手段，請參閱第一～三圖所示，為本發明碳纖維輪圈強化結構的示意圖，其包含有：

一輪圈本體（１），為採用碳纖維材質製成，該輪圈本體（１）設有與輪胎組接的外徑端（１１）及與花轂、幅條組設的內徑端（１２），於內徑端（１２）至外徑端（１１）間形成有兩對應側緣段（１３）；

數金屬補強片（２），係受輪圈本體（１）的碳纖維材質所包覆，且對應位於輪圈本體（１）內徑端（１２）組設幅條的位置處，該金屬補強片（２）對應輪圈本體（１）徑向形成兩開口端緣（２１）及銜接兩開口端緣（２１）的中間環段（２２），由中間環段（２２）往兩側開口端緣（２１）呈逐漸削薄，再於中間環段（２２）對應輪圈本體（１）內徑端（１２）設有加強部（２２１），該加強部（２２１）設有一組裝幅條的透孔（２２２），再於加強部（２２１）兩側對應輪圈本體（１）側緣段（１３）形成補強側緣部（２２３），該補強側緣部（２２３）往加強部（２２１）係由薄逐漸加厚者。

請參閱第一～三圖所示，當於實際製作碳纖維輪圈時，主要利用碳纖維布黏貼成型出該輪圈本體（１），而每一側面係皆至少需利用6至8片之碳纖維布來交錯搭接[此為一般碳纖維輪圈的製作過程，非本發明專利訴求]，而在製作過程對應欲組裝幅條的位置處，係先置入金屬補強片（２）於模具中，而該金屬補強片（２）進一步可採用鋁合金、鎂合金或鋁鎂合金材質；且金屬補強片（２）的數量細依據輪幅大小與幅條數量而定，於第四圖中表示為24幅條對應24個金屬補強片（２）。

當該金屬補強片（２）置入於模具中時，係由內而外黏貼碳纖維布，當貼覆於中間環段（２２）往開口端緣（２１）時能逐漸縮合，使內外的碳纖維布與碳纖維布間完全密合一起，形成一體狀；並且在黏貼形成側緣段（１３）時，也能經由該補強側緣部（２２３）往加強部（２２１）係由薄逐漸加厚的設計，而能服貼碳纖維布，讓該補強側緣部（２２３）與輪圈本體（１）之側緣段（１３）相互結合一起。

而為了補強輪圈本體（１）於組裝幅條部位的拉力強度，係經由多次實驗製作而獲得最佳的比例數據，該補強側緣部（２２３）往加強部（２２１）係由薄逐漸加厚，其最薄厚度至最厚厚度的比例為1：3~1：6的範圍。

然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

藉由以上所述，本發明結構之組成與使用實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，具有下列優點：

1.本發明碳纖維輪圈強化結構，藉由於輪圈組裝幅條的位置處設有金屬補強片，能有效增加輪圈拉力強度，達到提升抗拉性能者。

2.本發明碳纖維輪圈強化結構，藉由於輪圈組裝幅條的位置處設有金屬補強片，以重點式分佈設置，除了可增加拉力強度之外，並同時能達到輕量化功效。

3.本發明碳纖維輪圈強化結構，藉由逐漸削薄的開口端緣設計，能讓製作輪圈本體時，再貼附碳纖維布可更加密合緊貼，不會產生空隙破壞強度，達到完善的結合技術者。

4.本發明碳纖維輪圈強化結構，藉由金屬補強片之補強側緣部往加強部係由薄逐漸加厚的設計，能在碳纖維材料覆合製作時作為連結輪圈側緣段的效果，可有效增加側緣段的受力效果。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

本發明

（１）‧‧‧輪圈本體

（１１）‧‧‧外徑端

（１２）‧‧‧內徑端

（１３）‧‧‧側緣段

（２）‧‧‧金屬補強片

（２１）‧‧‧開口端緣

（２２）‧‧‧中間環段

（２２１）‧‧‧加強部

（２２２）‧‧‧透孔

（２２３）‧‧‧補強側緣部

第一圖：本發明之立體外觀示意圖

第二圖：本發明徑向剖視示意圖

第三圖：本發明中間環段剖視示意圖

第四圖：本發明結合於輪圈本體示意圖

(2)‧‧‧金屬補強片

(21)‧‧‧開口端緣

(22)‧‧‧中間環段

(221)‧‧‧加強部

(222)‧‧‧透孔

(223)‧‧‧補強側緣部

Claims (5)

1. 一種碳纖維輪圈強化結構，其包含有： 　　一輪圈本體，為採用碳纖維材質製成，該輪圈本體設有與輪胎組接的外徑端及與花轂、幅條組設的內徑端，於內徑端至外徑端間形成有兩對應側緣段； 　　數金屬補強片，係受輪圈本體的碳纖維材質所包覆，且對應位於輪圈本體內徑端組設幅條的位置處，該金屬補強片對應輪圈本體徑向形成兩開口端緣及銜接兩開口端緣的中間環段，由中間環段往兩側開口端緣呈逐漸削薄，再於中間環段對應輪圈本體內徑端設有加強部，該加強部設有一組裝幅條的透孔，再於加強部兩側對應輪圈本體側緣段形成補強側緣部，該補強側緣部往加強部係由薄逐漸加厚者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之碳纖維輪圈強化結構，其中該補強側緣部往加強部係由薄逐漸加厚，其最薄厚度至最厚厚度的比例為1：3~1：6的範圍。
3. 如申請專利範圍第1項所述之碳纖維輪圈強化結構，其中該金屬補強片為採用鋁合金材質。
4. 如申請專利範圍第1項所述之碳纖維輪圈強化結構，其中該金屬補強片為採用鎂合金材質。
5. 如申請專利範圍第1項所述之碳纖維輪圈強化結構，其中該金屬補強片為採用鋁鎂合金材質。