TWI796186B - 碳纖維自行車構件結構及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明之碳纖維自行車構件結構及其製造方法係利用二次成型的方式，以碳纖維材料先製成一具有自行車構件外形的空心殼件，再將空心殼件設入一模具中，並在空心殼件的內部設置一同樣是碳纖維材料所製成的內構件，然後加熱加壓模具以製成自行車構件。

Description

碳纖維自行車構件結構及其製造方法

本發明與以碳纖維材料所製成的成品構件結構及其製造方法有關，特別是碳纖維自行車構件結構及其製造方法。

為了減輕自行車的重量，目前利用碳纖維材料來製造自行車的相關構件已是很常見的，例如：以碳纖維材料所製成的自行車的車架、前叉、後上叉、後下叉、輪框或手把等等。而就其製程上來說現在業界的通用做法是採用一次一體成型的方式，將多層浸泡過環氧樹酯的碳纖維布或又稱碳纖維預浸布（pre-pregs）一一纏繞包覆在一空心的內模心材上，內模心材通常是以可發性聚笨乙烯EPS（Expandable Polystyrene）所製成。再依產品結構上強度的要求包覆8-10層或10層以上的碳纖維預浸布，使碳纖維預浸布可以由多層的堆疊而達到一定的厚度與結構強度。內模心材內則設有氣袋，再將已經包覆好碳纖維預浸布的自行車構件放入一成型模具內，然後對成型模具加熱加壓並同時對氣袋充氣，利用氣袋向外撐張使這些堆疊在氣袋上的碳纖維去貼靠在模穴的壁面塑型並且硬化，成型後再開模取出該自行車構件進行後續的加工處理。

這樣的做法雖然行之多年但實務上卻存在著一個問題，因為結構強度的需求，所以包覆的碳纖維層一般會多達8~10層或10層以上，可是包覆的碳纖維層數多了就會使這些疊加的碳纖維結合成一整體時就會具有一定的厚度，不容易彎折，因此在由內向外撐張推擠的過程中最外層的碳纖維並不容易彎曲變形且完全的貼靠在模穴的表面，所以在一些較小的彎折或轉角甚至是銳角處就不容易表現出來或甚至有可能無法成型，也因受限於此一原因，在產品的外觀上就無法做出一些較為精細或角度較小的外觀造型。

本發明之主要目的在於提供一種可呈現細緻外形之碳纖維自行車構件結構及其製造方法。

為了達成上述主要目的，本發明之製造方法是利用二次成型的方式先製成一具有自行車構件形狀的二殼件，再於該二殼件內設置一內構件以補足其結構強度，完成一完整的自行車構件，所製成的自行車構件會包含有二殼件包覆一內構件。

較佳地，該殼件的厚度在0.15~1.2mm。

較佳地，該內構件的形狀對該殼件的形狀。

較佳地，該內構件的厚度大於等於該殼件的厚度

由上述結構可知，本發明之碳纖維自行車構件結構及其製造方法可以明確的改善目前傳統製法上存在已久的問題，以提升碳纖維自行車構件的精緻度。

有關本發明所提供的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

申請人首先在此說明，於本說明書中，包括以下介紹的實施例以及申請專利範圍的請求項中，有關方向性的名詞皆以圖式中的方向為基準。其次，在以下將要介紹之實施例以及圖式中，相同之元件標號，代表相同或近似之元件或其結構特徵。

請先參閱圖1至圖5所示為本發明之第一實施例，本發明之碳纖維自行車構件造方法可用於製造車架、前叉、手把等等的自行車構件，雖然這些自行車構的外形、結構與組裝位置或有不同，但是其製造方法是相同的，因此以下舉一自行車構件來做說明，在本實施例中就以自行車車架的製造做為說明例，但並不以此為限而圖式的部份也僅為方便理解本發明之參考並非為限定條件，本發明之碳纖維自行車構件1製造方法包含有：

步驟Ａ，準備一殼件成型模具10，該殼件成型模具10上設有一欲成型自行車構件外形的模穴11，以本實施例來說就是欲成型車架的模穴，該模穴可以成型該自行車構件對半剖開的外形。如果以一圓管為例，該模穴可以成型一個半圓管，而以該車架來說就是車架的左半邊或右半邊。

步驟Ｂ，於該模穴11內鋪設複數層的碳纖維預浸布，控制其厚度在0.15~1.2mm，蓋合模具，對模具加熱加壓使其硬化成型一殼件20，如圖3所示。

步驟Ｃ，開模取出成型的殼件備用，如圖2所示。

步驟Ｄ，在一內模心材表面包覆複數層碳纖維預浸布以達到所需要的厚度與尺寸形成一內構件30，該內模心材內設有氣袋40，該內構件的外形對該殼件的外形。此處所指之預定厚度係指自行車構件的總厚度扣除殼件20的厚度後所剩下的厚度。舉例來說，若要達成的自行車構件總厚度為2mm而殼件20的厚度為0.5mm，所以該內構件30的厚度就要達到1.5mm，而且該內構件30的厚度大於等於該殼件20的厚度是最好的做法。

步驟Ｅ，移除該內構件30的內模心材並將步驟Ｃ所製成的殼件20包覆蓋合在該內構件30外，以二殼件20將該內構件30包覆起來以形成一半成品。

步驟Ｆ，將該半成品置入一成型模具50的模穴51內加熱加壓，並同時對該氣袋40充氣，使該半成品硬化成型，以製成所需的自行車構件。

前述步驟Ｅ中因需要二殼件20將該內構件30包覆起來，所以在製造該殼件20時必須製造出一組可以相互蓋合的殼件，但該二殼件20並不一定要對稱。

以上述本發明之方法，其所製成的自行車構件在結構上會包含有二殼件20，各殼件20的厚度在0.15~1.2mm，該二殼件20內包覆該內構件30，該二殼件20可相互蓋合而形成該自行車構件的外形，在本實施例中即為該車架。

本發明的優點在於因在成型該殼件20時，該殼件20的厚度很薄，很容易彎曲塑型，所以可以在殼件的外表做出很細緻的形狀或轉角，這就如同一張紙可以很容易的在外觀上折出銳利的直角，但是一張很厚的厚紙板在外型上不容易折出直角，因為厚紙皮的厚度所以在轉角處會呈現圓弧的倒角而不是很精緻銳利的直角。藉此，本發明的殼件20能夠清楚且明確的表現出自行車構件外觀上的細緻結構或造形設計，另外，因為該殼件與該內構件是相同的材料所製成，所以在結合上不會有不相互或結構強度不足的問題。利用這種二次成型的方式可以提升產品的細緻度，改善了昔知製造工藝上一個長期存在的問題。

如圖4、5、6、7所示，為本發明之第二實施例，同樣的本發明之第二實施例可用於製造車架、前叉、手把等等的自行車構件，以下實施例以車架的製造做為說明例，但並不以此為限，本發明之第二實施例包含有：

步驟Ａ，準備一殼件成型模具10，該殼件成型模具上設有一預成型自行車構件外形的模穴11，以本實施例來說就是欲成型車架外形的模穴。

步驟Ｇ，在一心材表面包覆複數層的碳纖維預浸布，控制其厚度在0.15~1.2mm，以形成一殼件胚料61，該心材為中空狀，內設有氣袋62。

步驟Ｈ，移除該心材，將該殼件胚61料置件步驟Ａ的模穴11內，對模具10加熱加壓並對該氣袋62充氣，使該殼件胚料硬化成型一空心殼件60，如圖6所示。

步驟Ｉ，開模取出成型的空心殼件，取出氣袋並將該空心殼件切開，使該空心殼件60成為二可相互蓋合的殼件20，其切開的方式最好是對半切，如圖7所示。

步驟Ｄ，在一內模心材表面包覆複數層碳纖維預浸布以達到所需要的厚度與尺寸形成一內構件30，該內模心材內設有氣袋40，該內構件30的形狀對該殼件20的形狀。

步驟Ｅ，移除該內構件的內模心材並將步驟Ｉ所製成的殼件20包覆蓋合設置在該內構件30外，以二殼件20將該內構件30包覆起來以形成一半成品。

步驟Ｆ，將該半成品置入一成型模具50的模穴51內加熱加壓，並同時對該氣袋40充氣，使該半成品硬化成型，以製成所需的自行車構件。

本發明第二實施例與第一實施例的差別在於：在第一實施例的步驟Ｃ中所成型的殼件是車架的一部份，所以需要二個殼件20相互蓋合後才能構成一個完整的車架，但是在第二實施例的步驟Ｈ所成型的空心殼件則是一個外形完整但內部是空心的車架。該空心殼件60切開後可以形成二個第一實施例步驟Ｃ中所成型的殼件20。

10:殼件成型模具 11:模穴 20:殼件 30:內構件 40:氣袋 50:成型模具 51:模穴 60:空心殼件 61:殼件胚料 62:氣袋

圖1為本發明自行車構件之立體示意圖。 圖2為本發明殼件之正面示意圖。 圖3為圖2中剖線C1-C1位置放置在模具中的示意圖。 圖4為本發明該半成品之示意圖。 圖5為本發明該半成品置於模具中之示意圖。 圖6為本發明第二實施例該空心殼件在模具內之示意圖。 圖7為本發明第二實施例該空心殼件切開後之剖面示意圖。

20:殼件

Claims (10)

1. 一種碳纖維自行車構件製造方法，包含有：步驟A，準備一殼件成型模具，該殼件成型模具上設有一欲成型自行車構件外形的模穴；步驟B，於該模穴內鋪設複數層的碳纖維預浸布後，蓋合模具對模具加熱加壓使其硬化成型一殼件；步驟C，開模取出成型的殼件；步驟D，在一內模心材表面包覆複數層碳纖維預浸布以形成一內構件，該內模心材內設有氣袋；步驟E，移除該內構件的內模心材並將步驟C所製成的殼件包覆蓋合在該內構件外，以形成一半成品；步驟F，將該半成品置入一成型模具的模穴內加熱加壓，並對該氣袋充氣，使該半成品硬化成型成所需的自行車構件。
2. 如請求項1所述之製造方法，其中該殼件的厚度在0.15~1.2mm。
3. 如請求項2所述之製造方法，其中該內構件的外形對應該殼件的外形。
4. 如請求項3述之製造方法，其中該內構件碳纖維預浸布所堆疊的厚度大於等於該殼件的厚度。
5. 一種碳纖維自行車構件製造方法，包含有：步驟A，準備一殼件成型模具，該殼件成型模具上設有一欲成型自行車構件外形的模穴； 步驟G，在一心材表面包覆複數層的碳纖維預浸布以形成一殼件胚料，該心材為中空狀內設有氣袋；步驟H，移除該心材，將該殼件胚料置件步驟A的模穴內對模具加熱加壓並對該氣袋充氣，使該殼件胚料硬化成型一空心殼件；步驟I，開模取出成型的空心殼件並將該空心殼件切開，使其成為二可相互蓋合的殼件；步驟D，在一內模心材表面包覆複數層碳纖維預浸布以形成一內構件，該內模心材內設有氣袋；步驟E，移除該內構件的內模心材並將步驟I所製成的殼件包覆蓋合在該內構件外，以形成一半成品；步驟F，將該半成品置入一成型模具的模穴內加熱加壓，並對該氣袋充氣，使該半成品硬化成型成所需的自行車構件。
6. 如請求項5述之製造方法，其中該殼件的厚度在0.15~1.2mm。
7. 如請求項6所述之製造方法，其中該內構件的外形對應該殼件的外形。
8. 如請求項7述之製造方法，其中該內構件碳纖維預浸布所堆疊的厚度大於等於該殼件的厚度。
9. 一種碳纖維自行車構件結構，包含有：二殼件，以碳纖維材料所製成，各殼件的厚度在0.15~1.2mm；一內構件包覆於該二殼件內，該內構件是以碳纖維材料所製成，該二殼件相互蓋合包覆於該內構件外而形成一自行車構件。
10. 如請求項9所述之碳纖維自行車構件結構，其中該內構件的厚度大於等於該殼件的厚度。

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