TWI723617B - 具低方向性混合纖維強化件的輪圈及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明為一種具低方向性混合纖維強化件的輪圈，主要由一輪圈本體、一強化件、一螺母及一螺栓組成，其強化件是由低方向性混合纖維製成，且螺母設於強化件內，因此能夠抵抗來自各方向的拉力，也能夠防止螺母脫離強化件。而該輪圈本體上凹設的嵌槽內，另外凹設緊迫槽，緊迫槽具有傾斜的緊迫側面，而強化件上成形有錐狀的緊迫錐，當強化件透過螺母及螺栓鎖固於輪圈本體上時，緊迫錐能夠緊迫卡固於緊迫槽內，藉此讓強化件與輪圈本體緊密接合，使強化件能夠共同承受輪圈本體所受的外力。

Description

具低方向性混合纖維強化件的輪圈及其製造方法

本發明關於輪圈的技術領域，特別係指一種具低方向性混合纖維強化件的輪圈。

本發明另外關於前述具低方向性混合纖維強化件的輪圈的製造方法。

一般精品輪圈多會在其表面鑲嵌飾片，誠如圖1、2中所示，一般輪圈10主要由一輪圈本體11及一飾片12組成，輪圈本體11凹設一嵌槽111，而飾片12嵌設於該嵌槽111內，藉此讓輪圈本體11的表層能夠有更多樣性的變化。

而一般飾片12的內層上另固接一螺母13，並由一螺栓14自輪圈本體11的內層穿過輪圈本體11並鎖設於螺母13上，進而防止飾片12脫出嵌槽111。

特別的是，該飾片12通常是由層狀纖維121疊合而成，在成形過程中，會先將螺母13置放於嵌槽111底部凹設的一螺槽112內，並將層狀纖維121層疊至嵌槽111內，利用一真空袋膜21包覆輪圈本體11及層狀纖維121，在真空袋膜21透過一抽氣機械22抽真空後，能夠使真空袋膜21緊密包覆層狀纖維121，使層狀纖維121在嵌槽111內壓實並與螺母13緊密接觸，後續再將真空袋膜21、輪圈本體11及層狀纖維121以一加熱釜進行加熱，較佳的加熱溫度需小於攝氏180度，加熱過程中，相互層疊的層狀纖維121逐漸固化並成形為飾片12，且與層狀纖維121接觸的螺母13亦在加熱過程中固接於飾片12上，因此，當螺栓14穿過輪圈本體11並鎖固於螺母13時，能夠固定飾片12以防止飾片12脫出嵌槽111。

然而，前述輪圈10通常存在以下問題： 1.         層狀纖維121與層狀纖維121之間的承受拉力較低。 2.         飾片12藉由黏接在其中一側面的螺母13及螺栓14鎖固，其承受飾片12脫出嵌槽111方向的力集中於螺母13處，容易造成螺母13與飾片12脫離。 3.         飾片12僅具裝飾功能，並無法承載輪圈受力。

另關於輪圈10於製造時的成形過程中，會在彎矩中性軸處挖凹槽，並貫穿肋部中性軸，以降低輪圈本體11的重量，然而，其加工難度高，通常需使用五軸加工機進行加工。因此，關於製造過程中亦存在有加工困難的缺陷。

有鑑於此，確有必要提出一種技術方案，以解決前述問題。

本發明第一個目的在於，解決層狀纖維與層狀纖維之間承受拉力低的問題。

本發明第二個目的在於，解決飾片的脫出的受力集中於螺母的問題。

本發明第三個目的在於，解決飾片僅具裝飾功能而無法承力的問題。

本發明第四個目的在於，解決

為達成前述目的，本發明為一種具低方向性混合纖維強化件的輪圈，包含：

一輪圈本體，具有一嵌槽，該嵌槽的一嵌槽底面凹設至少一緊迫槽，且該緊迫槽具有連接該嵌槽底面的一緊迫側面，及連接該緊迫側面的一緊迫底面，該緊迫側面與該緊迫底面之間夾有一鈍角；

一強化件，設於該嵌槽內並具有設於該緊迫槽內的至少一緊迫錐，該強化件於該至少一緊迫錐的內部設有一螺母槽及連通該螺母槽的螺母口，該螺母槽的槽徑長大於該螺母口的口徑長；

一螺母，設於該螺母槽內；以及

一螺栓，自該輪圈本體的內側穿過該螺母口鎖設該螺母。

在一較佳實施例中，該緊迫槽的數量為二個，該二緊迫槽分別位於該嵌槽內的兩側，且該緊迫側面另連接該輪圈本體的表面亦與該緊迫底面之間夾有鈍角，使該緊迫錐呈錐形。藉由緊迫錐與緊迫槽之間的配合，使該強化件能夠緊密地與輪圈本體卡固，進而承受該輪圈本體所承受的力，以達成分擔輪圈本體受力的效果。

在一較佳實施例中，該螺母具有銜接的一頭部及一頸部，該頭部具有一頭徑長，而該頸部具有一頸徑長，該頭徑長大於該頸徑長，使該螺母的剖面概呈T字形，而該螺母的頭部則具有一靠抵面，又因為該螺母槽的槽徑長大於該螺母口的口徑長，使該強化件具有朝向該螺母槽底的一抵頂面，該螺母位於該螺母槽內時，該靠抵面會靠抵於該抵頂面。由於該螺母直接成形於該強化件內，使該螺母不會脫離該強化件，進而達成防止螺母脫離的效果。

在一較佳實施例中，該強化件是由低方向性混合纖維所製成。藉由低方向性混合纖維填充於該模具成形為強化件，使該強化件內的纖維不具方向性，進而讓該強化件能夠承受來自各該方向的拉力。

為達成前述目的，本發明另外有一種具低方向性混合纖維強化件的輪圈的製造方法，包含：

一預鑄成形步驟，提供一模具、該螺母及該螺栓，該螺母置於該模具內，該螺栓自該模具外側穿過該模具並鎖固於該螺母上；

一填充纖維步驟，將低方向性混合纖維充填於該模具內，使該低方向性混合纖維覆沒該螺母；

一固化步驟，封閉該模具並固化該低方向性混合纖維，使該低方向性混合纖維成形為該強化件，且該螺母成形於該強化件內。

在一較佳實施例中，該螺母具有銜接的一頭部及一頸部，該頭部具有一頭徑長，而該頸部具有一頸徑長，該頭徑長大於該頸徑長，該模具具有一上模及一下模，該螺母在該預鑄成形步驟中，該頸部會靠抵於該下模；在該填充纖維步驟中，低方向性混合纖維會流入該頭部及該下模之間，進而形成該螺母口。由於該螺母直接成形於該強化件內，使該螺母不會脫離該強化件，進而達成防止螺母脫離的效果。

請參閱圖5及圖6，本發明為一種具低方向性混合纖維強化件的輪圈，主要由一輪圈本體30、一強化件40、一螺母50及一螺栓60組成，該具低方向性混合纖維強化件的輪圈包含：

該輪圈本體30具有一嵌槽31，該嵌槽31的一嵌槽底面311凹設至少一緊迫槽32，且該緊迫槽32具有連接該嵌槽底面311的一緊迫側面321，及連接該緊迫側面321的一緊迫底面322，該緊迫側面321與該緊迫底面322之間夾有一鈍角θ。較佳的是，該鈍角θ最佳角度為105度~135度之間；藉由該鈍角θ使該輪圈本體30與該強化件40之間是以錐度配合的方式組設。

該強化件40設於該嵌槽31內，並具有設於該緊迫槽32內的至少一緊迫錐41，該強化件40於該至少一緊迫錐41的內部設有一螺母槽42及連通該螺母槽42的螺母口43，該螺母槽42的槽徑長421大於該螺母口43的口徑長431。

該螺母50設於該螺母槽42內；該螺栓60自該輪圈本體30的內側穿過該螺母口43鎖設該螺母50。特別的是，該螺栓60為多邊形，藉此防止該螺栓60在該強化件40內轉動。

在本實施例中，該緊迫槽32的數量為二個，且如圖5中所示，該二緊迫槽32分別位於該嵌槽31內的兩側，且該緊迫側面321另連接該輪圈本體30的表面亦與該緊迫底面322之間夾有鈍角θ，使該緊迫錐41呈錐形。

值得一提的是，該螺母50具有銜接的一頭部51及一頸部52，該頭部51具有一頭徑長511，而該頸部52具有一頸徑長521，該頭徑長511大於該頸徑長521，使該螺母50的剖面概呈T字形，而該螺母50的頭部51則具有一靠抵面512，又因為該螺母槽42的槽徑長421大於該螺母口43的口徑長431，使該強化件40具有朝向該螺母槽42底的一抵頂面422，該螺母50位於該螺母槽42內時，該靠抵面512會靠抵於該抵頂面422，進而防止該螺母50脫離該強化件40。

以上為本發明於一較佳實施例中的結構組態及其連接關係，本發明的結構所能達成之功效將如下所述：

參閱圖6所示，該螺栓60自該輪圈本體30的內側貫穿並鎖設於該螺母50，當該螺母50鎖得越緊，由於該緊迫錐41為錐狀，而該緊迫槽32的緊迫側面321為傾斜面，使該強化件40的緊迫錐41會越來越緊迫地卡固於該緊迫槽32內，當緊迫錐41緊迫地卡固於該緊迫槽32內時，該緊迫錐41的斜面能夠承受來自該緊迫斜面的力，因此，當該具低方向性混合纖維強化件的輪圈被使用時，其所承受的受力傳遞至該強化件40時，受力可以被強化件40所承受，不僅分擔該輪圈本體30所受的力而防止其變形，在承受力的當下，該強化件40會更緊密的卡固於該緊迫槽32內，以更佳地防止該強化件40脫出該緊迫槽32。

特別的是，該強化件40是由複數個低方向性的短纖維所製成，由於纖維越長會導致受壓合固化後方向性越明顯，因此，最佳的纖維長度小於20mm，此長度下的纖維能夠強化該強化件40於脫出方向的承受力，更詳細地說明，該強化件40於脫出方向的承受力約落在200MPa~250MPa之間。更佳的是，由於該強化件40以重量較輕的短纖維製成，而強化件40組設於該輪圈本體30上能夠降低整體輪圈的重量。值得一提的是，纖維的材質能夠為碳纖維、染色碳纖維、克維拉纖維、玻璃纖維、玄武岩纖維等高強度纖維。

以上為本發明的結構組態，參閱圖8至圖11所示，另講述本發明具低方向性混合纖維強化件的輪圈的製造方法：

一預鑄成形步驟，提供一模具70、該螺母50及該螺栓60，該螺母50置於該模具70內，該螺栓60自該模具70外側穿過該模具70並鎖固於該螺母50上；

一填充纖維步驟，將低方向性混合纖維充填於該模具70內，使該低方向性混合纖維覆沒該螺母50；在本實施例中，混合纖維中混合了樹脂。

一固化步驟，封閉該模具70並固化該低方向性混合纖維，使該低方向性混合纖維成形為該強化件40，且該螺母50成形於該強化件40內；值得一提的是，由於該模具70封閉後，多餘的樹脂會從模具70的邊緣溢出，而如圖11所示，該模具70開啟後成形的該強化件40左右兩側具有待切除的邊料。值得一提的是，在該固化步驟中，會將電熱管埋設於該模具70的複數個加熱孔73內，且電熱管的溫度小於攝氏180度；而該加熱孔73內所埋設的加熱器並不以電熱管為限。

在本實施例中，該模具70具有一上模71及一下模72，該螺母50在該預鑄成形步驟中，該頸部52會靠抵於該下模72；在該填充纖維步驟中，低方向性混合纖維會流入該頭部51及該下模72之間，進而形成該螺母口43。值得一提的是，本發明在加工過程中，能夠先將輪圈本體30中性軸以下先加工成凸字型，再將該強化件40組合上輪圈本體30，其次如圖12A及圖12B所示，在該強化件40組合於輪圈本體30後於中性軸側邊減重(例如：貫穿)，方可完成減重的目的，特別的是，由於強化件40能夠在輪圈本體30加工完成後再組設結合，因此能夠直接以三軸加工機進行加工，不僅能夠降低輪圈的重量，更改善加工過程，使其更為簡易。再者如圖13所示，該強化件40能夠直接組設於該輪圈本體30的兩側，並在該輪圈本體30的彎曲中性軸位置挖槽減重，在該實施例中，能夠在輪圈本體30側邊做輔助強化，且該輪圈本體30只須以三軸加工即可完成。最後，如圖14所示，該強化件40組設於該輪圈本體30的其中一側，使輪圈本體30與強化件40的剖面呈現C型；上述實施例為本發明衍生應用，主要藉由輪圈本體30與強化件40的肋部彎矩受力的中性軸進行減重，但減重手段並不以此為限。

藉由低方向性混合纖維填充於該模具70成形為強化件40，使該強化件40內的纖維不具方向性，進而讓該強化件40能夠承受來自各該方向的拉力。更佳的是，由於該螺母50直接成形於該強化件40內，使該螺母50不會脫離該強化件40，進而達成防止螺母50脫離的效果。最後，藉由緊迫錐41與緊迫槽32之間的配合，使該強化件40能夠緊密地與輪圈本體30卡固，進而承受該輪圈本體30所承受的力，以達成分擔輪圈本體30受力的效果。

習知

10:輪圈

11:輪圈本體

111:嵌槽

112:螺槽

12:飾片

121:層狀纖維

13:螺母

14:螺栓

21:真空袋膜

22:抽氣機械

本發明

30:輪圈

31:嵌槽

311:嵌槽底面

32:緊迫槽

321:緊迫側面

322:緊迫底面

40:強化件

41:緊迫錐

42:螺母槽

421:槽徑長

43:螺母口

431:口徑長

50:螺母

51:頭部

511:頭徑長

512:靠抵面

52:頸部

521:頸徑長

422:抵頂面

60:螺栓

70:模具

71:上模

72:下模

73:加熱孔

θ:鈍角

圖1為習知輪圈的剖視圖； 圖2為基於圖1的局部放大圖； 圖3為習知輪圈的分解圖； 圖4為習知輪圈製造過程的示意圖； 圖5為本發明於一實施例中具低方向性混合纖維強化件的輪圈的剖視圖； 圖6為基於圖5中的局部放大圖； 圖7為預鑄成形步驟中提供一模具、螺母及螺栓的示意圖； 圖8為預鑄成形步驟中將螺母以螺栓鎖固於模具上的示意圖； 圖9為填充纖維步驟中將低方向性混合纖維充填於該模具內的示意圖； 圖10為固化步驟中封閉該模具並固化該低方向性混合纖維的示意圖； 圖11為取出強化件的示意圖； 圖12A為輪圈本體組設強化件並在彎曲中性軸挖槽減重的剖視圖； 圖12B為輪圈本體組設強化件並貫穿中性軸減重的剖視圖； 圖13為強化件組設於輪圈本體兩側並在彎曲中性軸挖槽減重的剖視圖；以及 圖14為強化件組設於輪圈本體一側件並在彎曲中性軸挖槽減重的剖視圖。

30:輪圈

31:嵌槽

311:嵌槽底面

32:緊迫槽

321:緊迫側面

322:緊迫底面

40:強化件

41:緊迫錐

42:螺母槽

50:螺母

60:螺栓

Claims (9)

1. 一種具低方向性混合纖維強化件的輪圈，包含：一輪圈本體，具有一嵌槽，該嵌槽的一嵌槽底面凹設至少一緊迫槽，且該緊迫槽具有連接該嵌槽底面的一緊迫側面，及連接該緊迫側面的一緊迫底面，該緊迫側面與該緊迫底面之間夾有一鈍角，使該緊迫錐呈錐形；一強化件，設於該嵌槽內並具有設於該緊迫槽內的至少一緊迫錐，該強化件於該至少一緊迫錐的內部設有一螺母槽及連通該螺母槽的螺母口，該螺母槽的槽徑長大於該螺母口的口徑長；一螺母，設於該螺母槽內；以及一螺栓，自該輪圈本體的內側穿過該螺母口鎖設該螺母。
2. 如請求項1所述之具低方向性混合纖維強化件的輪圈，其中該緊迫槽的數量為二個，該二緊迫槽分別位於該嵌槽內的兩側，且該緊迫側面另連接該輪圈本體的表面亦與該緊迫底面之間夾有鈍角。
3. 如請求項1所述之具低方向性混合纖維強化件的輪圈，其中該螺母具有銜接的一頭部及一頸部，該頭部具有一頭徑長，而該頸部具有一頸徑長，該頭徑長大於該頸徑長，使該螺母的剖面概呈T字形，而該螺母的頭部則具有一靠抵面，又因為該螺母槽的槽徑長大於該螺母口的口徑長，使該強化件具有朝向該螺母槽底的一抵頂面，該螺母位於該螺母槽內時，該靠抵面會靠抵於該抵頂面。
4. 如請求項1所述之具低方向性混合纖維強化件的輪圈，其中該強化件是由低方向性混合纖維所製成。
5. 如請求項1所述之具低方向性混合纖維強化件的輪圈，其中該鈍角的數值在105度~135度之間。
6. 一種如請求項1所述之具低方向性混合纖維強化件的輪圈的製造方法，包含：一預鑄成形步驟，提供一模具、該螺母及該螺栓，該螺母置於該模具內，該螺栓自該模具外側穿過該模具並鎖固於該螺母上；一填充纖維步驟，將低方向性混合纖維充填於該模具內，使該低方向性混合纖維覆沒該螺母；一固化步驟，封閉該模具並固化該低方向性混合纖維，使該低方向性混合纖維成形為該強化件，且該螺母成形於該強化件內。
7. 如請求項6所述之具低方向性混合纖維強化件的輪圈的製造方法，其中，該螺母具有銜接的一頭部及一頸部，該頭部具有一頭徑長，而該頸部具有一頸徑長，該頭徑長大於該頸徑長，該模具具有一上模及一下模，該螺母在該預鑄成形步驟中，該頸部會靠抵於該下模；在該填充纖維步驟中，低方向性混合纖維會流入該頭部及該下模之間，進而形成該螺母口。
8. 如請求項6所述之具低方向性混合纖維強化件的輪圈的製造方法，其中，該低方向性混合纖維的纖維長度小於20mm。
9. 如請求項6所述之具低方向性混合纖維強化件的輪圈的製造方法，其中，該固化步驟的溫度不超過攝氏180度。

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