TWM644526U - 碳纖維輪輻條 - Google Patents

Abstract

一種碳纖維輪輻條，包括一輻條本體，以及二個分別穿套結合於該輻條本體二端部的接頭；其主要改良在於：所述接頭內部各設置有一穿套孔，並於該穿套孔內形成一呈錐狀的迫緊壁面；該輻條本體具有一芯條及一外殼體；該芯條係由多數條克維拉纖維組成的束狀結構所構成；該外殼體係由一個交錯式的碳纖維編織布與多數個單方向布混合編織而成；二嵌釘分別自所述輻條本體的芯條二端部嵌入，可將所述芯條端部撐開擴大，進而擠壓外殼體擴張貼緊於所述接頭各相對的迫緊壁面。據此，可大幅提高該碳纖維輪輻條的使用壽命與騎乘的安全性。

Description

碳纖維輪輻條

本創作係有關於自行車構件，特別是指一種用於自行車車輪的碳纖維輪輻條。

眾所周知，傳統金屬材料製成的輪輻條存在諸多缺點，為了改善這些缺點，具備高硬度、高強度、重量輕、高耐化學性、耐高溫及低熱膨脹等優異特性的複合材料，特別是碳纖維材料，越來越廣泛地被應用於輪輻條的製作。

常見的碳纖維輪輻條，大多由一碳纖條兩端分別組裝結合一金屬接頭所組成，所述金屬接頭中的一個為輪圈固定件，用以連接於輪圈，另一個為花轂固定件，用以連接於花轂。然而，所述接頭與碳纖管彼此間通常採用膠著劑黏著膠合，在不少實際案例中發現，這些膠著劑容易在一段時間後產生質變與脆化，造成接頭與碳纖管相互脫離，不僅影響使用壽命，也潛藏騎乘的危險性。

為了解決上述接頭與碳纖管容易脫膠的問題，中華民國證書號數I641512發明專利，即揭示一種碳纖維輪框輻條，可藉由該碳維條兩端部與接頭相互穿套時，在該碳纖條兩端部各嵌入一支撐構件，將該碳纖條兩端部的擴徑段頂撐及嵌卡於各接頭相對設置的擴孔段內，而達到嵌卡固定及防脫落的效果。

惟，上述發明專利的碳纖維輪框輻條的製作與實際使用，仍存在一些缺點，例如，該碳纖條本身的剛性強，將支撐構件嵌入該碳纖條並不容易，且在嵌入過程中容易造成碳纖條兩端部往不特定方向或位置脆裂，不僅影響產品良率，若未做好品質管控，一旦流入市面，也會衍生後續產品使用上的隱患。

另外，上述碳纖條還存在一個致命性的缺陷，即其材料在遭受撞擊或過度負荷產生損傷時，不易產生肉眼可視的彎折或變形，通常是突然直接斷裂，也就是當碳纖條內部受到破壞時，即時透過定期檢查仍經常無法從外表狀態察覺發現，且難以針對不同騎乘狀況訂定一致的更換標準，加上碳纖條價格昂貴，騎乘者不易隨意或提前更換，均是導致該碳纖條經常在騎乘過程中發生突然斷裂的重要原因，令人擔心的是，如果碳纖條是在高速運轉下斷裂，斷裂的碳纖條可能對於騎乘者產生撞擊傷害，也可能阻礙車輪正常運轉，導致摔車，同樣容易造成車體受損與人員傷害。

中華民國證書號數M592396新型專利，則揭示有一種自行車輪輻條，主要利用碳纖條內部設置一內部芯條，例如以多數條克維拉纖維(Kevlar fiber)所組成的束狀結構來形成該內部芯條，再於該內部芯條外部包覆一外殼層，例如由多數層碳纖維(Carbon fiber)布包覆成型的碳纖結構，使該輪輻條得以藉由該內部芯材本身的特性，提供該外殼層在突然斷裂時所需的維繫作用，因此，可以有效避免上述發明專利及現有市面常見的碳纖條，容易在騎乘過程中發生突然斷裂的情形，而可大幅地提高騎乘的安全性。

雖然利用多數條克維拉纖維(Kevlar fiber)所組成的束狀結構來形成該內部芯條，可以有效防止該輪輻條突然斷裂，但仍然無法防止其外部由多數層碳纖維(Carbon fiber)布包覆成型的碳纖結構產生破壞。

探究其原因，發現傳統碳纖結構有三種常見做法：第一，使用含浸樹酯的碳纖維預浸布(Carbon fiber UD prepreg)捲成管狀後，再放入模具中成型。第二，利用擠型方式直接成型輻條。第三，利用擠型成型成管狀後，再放入模具成型。第一種方式的缺點是耗時費工，生產製作成本高，第二、三種方式的缺點是必須使用大量離型劑，這些離型劑會影響成型後結構的牢固性與強度。但無論採用何種製作成型方式，上述碳纖條存在共同的問題點，即碳纖條的碳纖絲均為單一方向，即纖維布均以0度橫向編織而成，又稱UD(uni-directional)布，而該單一方向編織布的缺點在於：只在沿著碳纖絲延伸方向具有較佳的抗拉力，但抗彎曲與抗扭力明顯不足。

我們都知道，當車輪在騎乘運轉中，會因為路面狀態與騎乘姿勢不同，使各輪輻條遭受拉力以外其他不同方向與形式的外力作用，特別是彎曲力與扭力，可輕易想見的是，當輪輻條的抗彎曲與抗扭強度不足時，在反覆遭受這些高強度外力作用後，便容易使碳纖維結構受到破壞，例如脆裂或爆絲，因此，如何針對上述各種傳統碳纖條結構存在的諸多缺點加以改良，以提高該產品使用壽命、耐用度與安全性，便顯得格外重要。

本創作提供一種碳纖維輪輻條，包括一輻條本體，以及二個分別穿套結合於該輻條本體二端部的接頭；其主要改良在於：所述接頭內部各設置有一穿套孔，並於該穿套孔內形成一呈錐狀的迫緊壁面；該輻條本體具有一芯條及一外殼體；該芯條係由多數條克維拉纖維組成的束狀結構所構成；該外殼體係由一個交錯式的碳纖維編織布與多數個單方向布混合編織而成；二嵌釘分別自所述輻條本體的芯條二端部嵌入，可將所述芯條端部撐開擴大，進而擠壓外殼體擴張貼緊於所述接頭各相對的迫緊壁面。

本創作所提供的碳纖維輪輻條，可以藉由該輻條本體的結構設計，大幅地提高其抗拉、抗彎曲與抗扭強度，並利用各嵌釘分別嵌入各芯條兩端部，使擴張的芯條與外殼體得以貼緊各接頭迫緊壁面形成一個相當牢固的卡扣結構，以防止輻條本體與各接頭相互鬆脫，因此，可有效地延長該碳纖維輪輻條的使用壽命，同時提高騎乘的安全性。

如圖1至3所示，本創作係提供一種碳纖維輪輻條的較佳實施例，該碳纖維輪輻條1主要包括一輻條本體10，以及二個分別穿套結合於該輻條本體10二端部的接頭20；其主要改良在於：

所述接頭20各具有一內側端21及一外側端22，如圖4、5所示，並在該內側端21與外側端22間形成有一穿套孔23，該穿套孔23自該外側端22往該內側端21方向形成有一段錐狀且孔徑漸縮的迫緊壁面231。可輕易理解的是，所述接頭20中的一個通常用以連接於一輪圈，另一個則用以連接於一花轂。

該輻條本體10具有一芯條11及一外殼體12；該芯條11係由多數條克維拉纖維(Kevlar fiber)組成的束狀結構所構成；該外殼體12係由一個交錯式的碳纖維編織布(Woven Fabric)與多數個單方向布(Uni-directional Prepreg)混合編織而成。

二嵌釘30，大致呈尖錐狀，分別自所述輻條本體10的芯條11二端部嵌入，使所述芯條11端部被撐開擴大，進而擠壓其外部相對的外殼體12向外擴張後貼緊於所述接頭20各相對的迫緊壁面231。

在本實施例中，該外殼體12各單方向布為束狀結構。

在本實施例中，該外殼體12各單方向布的束狀結構係均勻地混合編織於該交錯式的碳纖維編織布中。

在本實施例中，所述接頭20的穿套孔23在其迫緊壁面231以外的區域形成有一段牙孔232，所述牙孔232內壁面形成有內螺牙。

在本實施例中，所述接頭20的迫緊壁面231在靠近各牙孔232處形成有一段內螺牙。

在本實施例中，所述嵌釘30為一無牙釘體或一螺釘。

由以上說明可清楚得知，本創作碳纖維輪輻條1具有以下諸多特色與可達成功效。

第一，該碳纖維輪輻條1同時兼具極高的抗拉、抗彎曲與抗扭強度。該輻條本體10的芯條11係由多數條克維拉纖維(Kevlar fiber)組成的束狀結構所構成，由於克維拉纖維本身具備高抗拉強度、高硬度、低延伸率及耐衝擊等特性，可以提供良好維繫功能，進而有效地防止該輻條本體10產生斷裂的情形。該外殼體12係由一個交錯式的碳纖維編織布(Woven Fabric)與多數個單方向布(Uni-directional Prepreg)混合編織而成，由於該碳纖維編織布具有高抗彎曲與高抗扭強度的材料特性，可確保該輻條本體10承受扭力與彎曲力作用時，該外殼體12不致於遭受破壞，例如崩裂或脫絲，並藉由適當混編及保留傳統具高抗拉強度的單方向布結構，可以防止該外殼體12在遭受拉力作用時，不致於產生破壞，例如斷裂，因此，能夠承受各種不同方向與形式的外力作用，大幅地提高該碳纖維輪輻條1的耐用度與使用壽命，足以應付惡劣的騎乘環境與高強度的騎乘使用狀態，尤其可以確保騎乘者在高速騎乘下的安全性。

第二，可以有效地防止輻條本體10與各接頭20彼此間鬆脫。該碳纖維輪輻條1利用結構設計，特別是利用嵌釘30分別嵌入各芯條11兩端部，使擴張後的芯條11得以擠壓該外殼體12緊密地迫緊貼合於各接頭20內部相對的迫緊壁面231，藉以形成一個相當牢固的卡扣結構，來取代傳統膠合結構，可以有效避免發生傳統膠合結構容易脫膠的情形，進而防止輻條本體10與各接頭20產生鬆脫，同樣地，可藉以延長該碳纖維輪輻條1的使用壽命，並確保騎乘的安全性。

第三，嵌釘30植入容易。該輻條本體10中心位置設置有芯條11，因此，所述嵌釘30係嵌入該芯條11兩端部，而非嵌入傳統單方向布(Uni-directional Prepreg)所構成的碳纖條兩端部，由於該芯條11係由多數條克維拉纖維(Kevlar fiber)組成的束狀結構所構成，其質地相較於該單方向布所構成的碳纖條更為柔軟，因此，可確保所述嵌釘30更容易從端部植入，以及產生較柔和的徑向擴張力，減少其植入過程中對所述外殼體12產生衝擊與破壞，故可提高產品加工製作良率，降低加工製作成本。

第四，該輻條本體10的外殼體12外表面與各接頭20內表面結合強度高。用以形成該外殼體12主要部分的交錯式碳纖維編織布(Woven Fabric)具有交錯縱橫的外表面，搭配各接頭20穿套孔23內在該迫緊壁面231一部分形成的內螺牙，以及以外區域形成的牙孔232結構設計，可以使各接頭20的穿套孔23內表面與該外殼體12外表面彼此間產生相互咬合的效果，進而對於該輻條本體10與各接頭20間的防鬆脫效果產生良好補強作用。

需特別說明的是，該外殼體12係由一個交錯式的碳纖維編織布(Woven Fabric)與多數個單方向布(Uni-directional Prepreg)混合編織而成，若僅以多數個單方向布(Uni-directional Prepreg)利用繞捲或其他方式所製成，雖然該外殼體12在抗彎曲與抗扭強度上較差，但仍不排除可以被應用於本創作中。

如圖6、7所示，上述嵌釘30也可進一步優化，例如，可由前至後依序相連形成有一穿刺段31、一導引段32及一支撐段33。該穿刺段31呈尖錐狀，而於前端形成一尖部311，藉由該尖部311，可以使所述嵌釘30更容易地穿刺進入該芯條11兩端部，且其體徑漸擴變化較小，可以減少對於該外殼體12結構產生的衝擊，使該外殼體12得以緩慢地產生少量的擴張變形，而不致於受到破壞。該導引段32的體徑由前至後漸擴，且體徑變化大於所述穿刺段31，易於理解的是，該導引段32主要扮演導引作用，目的在於導引後側的支撐段33進入，故行程短，但外表面的斜度較大。該支撐段33的體徑由前至後漸擴，其外表面斜度吻合或至少接近於所述接頭20各迫緊壁面231的斜度，因此，可用以提供主要的支撐與卡固作用，特別可將所述外殼體12適當擴張變形，藉以貼緊於所述迫緊壁面231產生嵌卡作用，進而提高防鬆脫效果。

綜上所述，本創作在同類產品中實具極佳的創作實用性，同時遍查國內外相關技術資料或專利文獻，亦未發現相同構造揭示在先，是以，本創作實已具備新型專利要件，爰依法提出申請。惟，以上所述僅係本創作部分可行實施例而已，舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本創作之專利範圍內。

1:碳纖維輪輻條 10:輻條本體 11:芯條12:外殼體 20:接頭 21:內側端22:外側端 23:穿套孔231:迫緊壁面 232:牙孔 30:嵌釘 31:穿刺段311:尖部 32:導引段33:支撐段

［圖1］係本創作碳纖維輪輻條的局部立體外觀圖。 ［圖2］係本創作碳纖維輪輻條在嵌入各嵌釘前的側視剖面與動作示意圖。 ［圖3］係本創作圖1的側視剖面圖。 ［圖4］係本創作碳纖維輪輻條其中一個用以連接一輪圈的接頭側視剖面圖。 ［圖5］係本創作碳纖維輪輻條另一個用以連接一花轂的接頭側視剖面圖。 ［圖6］係本創作嵌釘的另一態樣立體外觀圖。 ［圖7］係本創作嵌釘的另一態樣的側視剖面圖。

1:碳纖維輪輻條

10:輻條本體

11:芯條

12:外殼體

20:接頭

21:內側端

22:外側端

23:穿套孔

231:迫緊壁面

232:牙孔

30:嵌釘

Claims (9)

1. 一種碳纖維輪輻條，包括一輻條本體，以及二個分別穿套結合於該輻條本體二端部的接頭；其特徵在於： 所述接頭各具有一內側端及一外側端，並在該內側端與外側端間形成有一穿套孔，該穿套孔自該外側端往該內側端方向形成有一段錐狀且孔徑漸縮的迫緊壁面； 該輻條本體具有一芯條及一外殼體；該芯條係由多數條克維拉纖維(Kevlar fiber)組成的束狀結構所構成；該外殼體係由一個交錯式的碳纖維編織布(Woven Fabric)與多數個單方向布(Uni-directional Prepreg)混合編織而成； 二嵌釘，分別自所述輻條本體的芯條二端部嵌入，使所述芯條端部被撐開擴大，進而擠壓其外部相對的外殼體向外擴張後貼緊於所述接頭各相對的迫緊壁面。
2. 如請求項1所述之碳纖維輪輻條，其中該外殼體各單方向布為束狀結構。
3. 如請求項2所述之碳纖維輪輻條，其中該外殼體各單方向布的束狀結構係均勻地混合編織於該交錯式的碳纖維編織布中。
4. 如請求項1所述之碳纖維輪輻條，其中所述接頭的穿套孔在其迫緊壁面以外的區域形成有一段牙孔，所述牙孔內壁面形成有內螺牙。
5. 如請求項4所述之碳纖維輪輻條，其中所述接頭的迫緊壁面在靠近各牙孔處形成有一段內螺牙。
6. 如請求項1所述之碳纖維輪輻條，其中所述嵌釘為一無牙釘體或一螺釘。
7. 如請求項1所述之碳纖維輪輻條，其中所述嵌釘由前至後依序相連形成有一穿刺段、一導引段及一支撐段；該穿刺段呈尖錐狀，且前端形成有一個用以穿刺進入的尖部；該導引段的體徑由前至後漸擴，且體徑變化大於所述穿刺段，可提供導引作用；該支撐段的體徑由前至後漸擴，其外表面斜度吻合或至少接近於所述接頭各迫緊壁面的斜度，用以提供主要的支撐與卡固作用。
8. 一種碳纖維輪輻條，包括一輻條本體，以及二個分別穿套結合於該輻條本體二端部的接頭；其特徵在於： 所述接頭各具有一內側端及一外側端，並在該內側端與外側端間形成有一穿套孔，該穿套孔自該外側端往該內側端方向形成有一段錐狀且孔徑漸縮的迫緊壁面； 該輻條本體具有一芯條及一外殼體；該芯條係由多數條克維拉纖維(Kevlar fiber)組成的束狀結構所構成；該外殼體係由多數個單方向布(Uni-directional Prepreg)所構成； 二嵌釘，分別自所述輻條本體的芯條二端部嵌入，使所述芯條端部被撐開擴大，進而擠壓其外部相對的外殼體向外擴張後貼緊於所述接頭各相對的迫緊壁面。
9. 如請求項8所述之碳纖維輪輻條，其中所述嵌釘由前至後依序相連形成有一穿刺段、一導引段及一支撐段；該穿刺段呈尖錐狀，且前端形成有一個用以穿刺進入的尖部；該導引段的體徑由前至後漸擴，且體徑變化大於所述穿刺段，可提供導引作用；該支撐段的體徑由前至後漸擴，其外表面斜度吻合或至少接近於所述接頭各迫緊壁面的斜度，用以提供主要的支撐與卡固作用。