TWI569988B - 自行車輪圈輕量化製程及其輪圈結構 - Google Patents

Description

自行車輪圈輕量化製程及其輪圈結構

本發明係有關於一種自行車輪圈輕量化製程及其輪圈結構，尤指一種可達到輕量化要求，並能保持必要的結構強度，同時未破壞整體美觀性象，而在其整體施行使用上更增實用功效特性之自行車輪圈輕量化製程及其輪圈結構為其創新應用發明者。

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，且由於其不需額外的其他燃料，使得其可以節省能源耗費、具有環保功效，加上自行車速度較慢、使用上較具有安全性。

如同上述自行車的使用除了作為基本的代步交通工具之外，更兼具有休閒、運動等複合功能。加上研發能力的提升與科技的進步，自行車的外觀、騎乘舒適感、車身強度、重量、速度等皆成為開發重點；尤其對於專業級競技比賽用的自行車而言，騎乘舒適感、車身強度、重量、速度絕對是車手追求的目標。為了讓自行車朝向輕量化結構的方向發展，近年來已發展出以碳纖維所製成的輪圈來取代傳統的金屬輪圈，以有效減輕自行車整體重量。

傳統的碳纖維輪圈的成型技術，係先設置一環狀囊袋，並對囊袋內部充氣使囊袋鼓起，再於囊袋外表面依序貼覆多層的碳纖維布材，其中碳纖維布材貼覆的層數是依據輪圈所需要的結構強度而改變，通常供輻條組設的面需要較高的結構強度，因此貼覆的碳纖維布材的層數約為7層，而輪圈其他部位的結構強度需求略低，故貼覆的碳纖維布材的層數約為5層；然而，由於該傳統的碳纖維輪圈必須透過多層的碳纖維布材層層依序貼覆，因此在製作施工上相當費時、費工；此外貼覆時必須注意相鄰的上、下層碳纖維布材間是否有殘留空氣，若殘留空氣將使相鄰的上、下層碳纖維布材之間無法完全平整貼覆，產生局部突出之瑕疵品，所以傳統的製作方式令碳纖維輪圈的不良率無法有效降低；而且碳纖維布材本身之售價高昂，貼覆多層之所需的材料成本也相對增加；而上述這些原因都是造成碳纖維輪圈售價不親民的重要因素。

因傳統碳纖維輪圈的製作過程具有上述缺失，以致發明人於先前針對上述問題而研發申請有公開第201538355號一種碳纖維輪圈之製造方法，其步驟包括：

A、成型金屬材質長條體，係將金屬基材加熱到可塑溫度再經擠壓成型以得所需形狀的長條體，該長條體包括二側壁、一連接於該等側壁相向端面間之連接壁，及一連接於該等側壁徑向內側邊緣間之內環壁，使二側壁、連接壁、內環壁之間框圍出一空間；

B、接合長條體之兩端，係將成型後之長條體兩端接合成圓圈形狀以形成輪框骨架胚體；

C、銑削透孔與輻條結合孔，於輪框骨架胚體上銑削多數個透孔與多數個輻條結合孔以形成輪框骨架；該些所述輻條結合孔係銑削成型於所述內環壁上，每一所述輻條結合孔不與任一所述透孔對應設置，且是位於兩兩所述透孔之間的所述內環壁上，每一所述輻條結合孔中設輻條結合件；

D、表面粗糙處理，係對完成銑削所述透孔與所述輻條結合孔之所述輪框骨架進行表面粗糙處理，以增加所述輪框骨架之表面粗糙度；

E、披覆碳纖維布材，將所述碳纖維布材裁切為預設型狀後，再披覆於所述輪框骨架表面，且披覆同時一併覆蓋所述透孔；

Ｆ、加熱定型，將表面已披覆所述碳纖維布材之所述輪框骨架置於一模具內，並予以加熱定型以在所述輪框骨架表面形成一碳纖維層，並據此成為碳纖維輪圈半成品；

Ｇ、表面處理，係將完成表面披覆所述碳纖維布材之所述碳纖維輪圈半成品進行表面處理，以製得一自行車碳纖維輪圈成品。

然而，經由上述的製成所獲得之碳纖維輪圈具有良好結構強度及降低製程成本等功效，但因透孔面積大導致碳纖維布材的附著性不佳；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，特再提供一種自行車輪圈輕量化製程及其輪圈結構，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自行車輪圈輕量化製程及其輪圈結構，尤其是指一種可達到輕量化要求，並能保持必要的結構強度，同時未破壞整體美觀性象，而在其整體施行使用上更增實用功效特性之自行車輪圈輕量化製程及其輪圈結構為其目的。

本發明自行車輪圈輕量化製程主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成，其步驟如下：

S1)輪框骨架－係設有一包含有內框部、包覆部及位於內框部與包覆部間之支撐部的輪框骨架，且於該輪框內框部環設有數輻條結合孔及一穿透內框部與支撐部的氣嘴孔；

S2)銑削貫孔加工－係於輪框之內框部及支撐部端面銑削加工出多數貫孔，且讓數貫孔均勻分布在內框部與支撐部，該貫孔面積約占內框部與支撐部總面積35%至85%%，且加工過程令兩相鄰貫孔間距保持在0.5～1.5mm；

S3)表面粗糙處理－係對完成銑削貫孔之所述輪框骨架進行表面粗糙處理，以增加所述輪框骨架之表面粗糙度；

S4)披覆碳纖維布材－將所述碳纖維布材裁切為預設型狀後，再披覆於所述輪框骨架表面，且披覆同時一併覆蓋所述貫孔；

S5)加熱定型－將表面已披覆所述碳纖維布材之所述輪框骨架置於一模具內，並予以加熱定型以在所述輪框骨架表面形成一碳纖維層；

S6)表面處理－係將完成表面形成碳纖維層之輪圈進行表面處理，以製得一自行車輕量化輪圈成品。

如上所述之自行車輪圈輕量化製程的較佳實施例，其中所述輪框骨架係採用鋁合金或鎂合金其中之一。

如上所述之自行車輪圈輕量化製程的較佳實施例，其中所述表面處理包括對所述形成碳纖維層之輪圈進行表面拋光工序與噴塗保護層工序。

如上所述之自行車輪圈輕量化製程的較佳實施例，其中所述碳纖維布材披覆於所述輪框骨架的層數為1～2層，且其披覆疊合之碳纖維布材的紋路為交錯疊合者。

本發明自行車輕量化輪圈結構主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：

其輪圈結構係由上述製程所製得，其包含有：一輪框骨架與一披覆於所述輪框骨架表面之碳纖維層；其中該輪框骨架包括有與輻條結合的內框部、對應組設輪胎的包覆部及位於內框部與包覆部之間的支撐部，而該輪框骨架之內框部與支撐部端面均勻分布有數貫孔，該貫孔面積約占內框部與支撐部總面積35%至85%，且兩相鄰貫孔間形成有0.5～1.5mm間距，所述碳纖維層係披覆於輪框骨架外表面，且一併覆蓋所述貫孔者；藉此，讓該自行車輪圈得以減輕重量及讓碳纖維層穩固附著於輪框，進而達到提升輪圈結構強度之功效者。

由上述之元件組成與實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，本發明具有以下之優點：

1、本發明之輪框骨架透過貫孔均勻分布排列在內框部與支撐部端面，讓貫孔與貫孔間存在有可供碳纖維層結合的間距，能提升碳纖維層附著面積，讓碳纖維層能平整服貼的效果。

2、本發明之輪框骨架透過該些貫孔的銑削，能將輪框骨架之重量減至最輕，另外透過在輪框骨架的表面披覆成型碳纖維層，能提升成型後之輪圈成品的結構強度，使該碳纖維輪圈兼具重量輕、結構強度佳之優點。

3、本發明之輕量化輪圈係先以金屬材為輪框骨架，再於輪框骨架表面貼覆碳纖維布材，因此，可大幅減少貼設碳纖維布材的層數，縮減碳纖維布材的使用量，而達降低製造成本之效果。

4、本發明之輕量化輪圈能大幅減少貼設碳纖維布材的層數，且亦能達到穩固的附著性，因此在製作所需花費的工時及工序也能縮短，使製作流程加快，提高產能及產品良率。

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，請參閱第一～六圖所示，為本發明自行車輪圈輕量化製程方塊流程示意圖，其步驟如下：

S1)輪框骨架－係設有一包含有與輻條結合的內框部（１１）、對應組設輪胎的包覆部（１２）及位於內框部（１１）與包覆部（１２）間之支撐部（１３）的輪框骨架（１），且於該輪框內框部（１１）環設有數輻條結合孔（１４）及一穿透內框部（１１）與支撐部（１３）的氣嘴孔（１５）；

S2)銑削貫孔加工－係於輪框骨架（１）之內框部（１１）及支撐部（１３）端面銑削加工出多數貫孔（１６），且讓數貫孔（１６）均勻分布在內框部（１１）與支撐部（１３），該貫孔（１６）面積約占內框部（１１）與支撐部（１３）總面積35%至85%，且加工過程令兩相鄰貫孔（１６）間距保持在0.5～1.5mm；

S3)表面粗糙處理－係對完成銑削貫孔（１６）之所述輪框骨架（１）進行表面粗糙處理，以增加所述輪框骨架（１）之表面粗糙度。然而，此步驟主要讓輪框骨架（１）表面增加粗糙度以能與碳纖維布材（２１）產生良好的結合效果；

S4)披覆碳纖維布材－將所述碳纖維布材（２１）裁切為預設型狀，且需預留出輻條結合孔（１４）及氣嘴孔（１５）的孔洞（２１１）後，再披覆於所述輪框骨架（１）表面，且披覆同時需一併覆蓋所述貫孔（１６），進一步所述碳纖維布材（２１）披覆於所述輪框骨架（１）的層數為1～2層，且其披覆疊合之碳纖維布材（２１）的紋路為交錯疊合；

S5)加熱定型－將表面已披覆所述碳纖維布材（２１）之所述輪框骨架（１）置於一模具內，並予以加熱定型以在所述輪框骨架（１）表面形成一碳纖維層（２）；

S6)表面處理－係將完成表面形成碳纖維層（２）之輪圈進行表面拋光工序與噴塗保護層工序之表面處理，以製得一自行車輕量化輪圈成品。

如本發明之自行車輪圈輕量化製程的實施例中，所述輪框骨架（１）係採用鋁合金或鎂合金其中之一。其中，鎂合金為最輕的金屬，具有高强度、高剛性，且為活潑性高的金屬，容易氧化，因此無法長期暴露在大氣中，於其表面披覆碳纖維布材（２１）使之形成碳纖維層（２），可防止鎂合金氧化，更增產品的耐用性。

而由上述本發明之自行車輪圈輕量化製程所製成之輕量化輪圈結構，請參閱第五～六圖所示，其包含有：

一輪框骨架（１），係包括有與輻條結合的內框部（１１）、對應組設輪胎的包覆部（１２）及位於內框部（１１）與包覆部（１２）之間的支撐部（１３），且於該輪框內框部（１１）環設有數輻條結合孔（１４）及一穿透內框部（１１）與支撐部（１３）的氣嘴孔（１５），而該輪框骨架（１）之內框部（１１）與支撐部（１３）端面均勻分布有數貫孔（１６），該貫孔（１６）面積約占內框部（１１）與支撐部（１３）總面積35%至85%，且兩相鄰貫孔（１６）間形成有0.5～1.5mm間距；

一披覆於所述輪框骨架（１）表面之碳纖維層（２），係以至少一層之碳纖維布材（２１）披覆於輪框骨架（１）表面，且於碳纖維布材（２１）對應輻條結合孔（１４）及氣嘴孔（１５）處設有孔洞（２１１），該碳纖維布材（２１）覆蓋所述貫孔（１６）者。

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。

由上述之元件組成與實施說明可知，本發明與現有結構相較之下，本發明具有以下之優點：

1、本發明之輪框骨架透過貫孔均勻分布排列在內框部與支撐部端面，讓貫孔與貫孔間存在有可供碳纖維層結合的間距，能提升碳纖維層附著面積，讓碳纖維層能平整服貼的效果。

2、本發明之輪框骨架透過該些貫孔的銑削，能將輪框骨架之重量減至最輕，另外透過在輪框骨架的表面披覆成型碳纖維層，能提升成型後之輪圈成品的結構強度，使該碳纖維輪圈兼具重量輕、結構強度佳之優點。

3、本發明之輕量化輪圈係先以金屬材為輪框骨架，再於輪框骨架表面貼覆碳纖維布材，因此，可大幅減少貼設碳纖維布材的層數，縮減碳纖維布材的使用量，而達降低製造成本之效果。

4、本發明之輕量化輪圈能大幅減少貼設碳纖維布材的層數，且亦能達到穩固的附著性，因此在製作所需花費的工時及工序也能縮短，使製作流程加快，提高產能及產品良率。

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。

（１）‧‧‧輪框骨架

（１１）‧‧‧內框部

（１２）‧‧‧包覆部

（１３）‧‧‧支撐部

（１４）‧‧‧輻條結合孔

（１５）‧‧‧氣嘴孔

（１６）‧‧‧貫孔

（２）‧‧‧碳纖維層

（２１）‧‧‧碳纖維布材

（２１１）‧‧‧孔洞

(S1)‧‧‧輪框骨架

(S2)‧‧‧銑削貫孔加工

(S3)‧‧‧表面粗糙處理

(S4)‧‧‧披覆碳纖維布材

(S5)‧‧‧加熱定型

(S6)‧‧‧表面處理

第一圖：本發明製程之方塊流程示意圖

第二圖：本發明之輪框骨架外觀示意圖

第三圖：本發明之輪框骨架銑削貫孔外觀示意圖

第四圖：本發明之輪框骨架披覆碳纖維布材外觀示意圖

第五圖：本發明之輕量化輪圈外觀示意圖

第六圖：本發明之輕量化輪圈剖視示意圖

(S1)‧‧‧輪框骨架

(S2)‧‧‧銑削貫孔加工

(S3)‧‧‧表面粗糙處理

(S4)‧‧‧披覆碳纖維布材

(S5)‧‧‧加熱定型

(S6)‧‧‧表面處理

Claims (8)

1. 一種自行車輪圈輕量化製程，其步驟如下： 　　S1)輪框骨架－係設有一包含有內框部、包覆部及位於內框部與包覆部間之支撐部的輪框骨架，且於該輪框內框部環設有數輻條結合孔及一穿透內框部與支撐部的氣嘴孔； 　　S2)銑削貫孔加工－係於輪框之內框部及支撐部端面銑削加工出多數貫孔，且讓數貫孔均勻分布在內框部與支撐部，該貫孔面積約占內框部與支撐部總面積35%至85%，且加工過程令兩相鄰貫孔間距保持在0.5～1.5mm； 　　S3)表面粗糙處理－係對完成銑削貫孔之所述輪框骨架進行表面粗糙處理，以增加所述輪框骨架之表面粗糙度； 　　S4)披覆碳纖維布材－將所述碳纖維布材裁切為預設型狀後，再披覆於所述輪框骨架表面，且披覆同時一併覆蓋所述貫孔；         S5)加熱定型－將表面已披覆所述碳纖維布材之所述輪框骨架置於一模具內，並予以加熱定型以在所述輪框骨架表面形成一碳纖維層； 　　S6)表面處理－係將完成表面形成碳纖維層之輪圈進行表面處理，以製得一自行車輕量化輪圈成品。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自行車輪圈輕量化製程，其中所述輪框骨架係採用鋁合金或鎂合金其中之一。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之自行車輪圈輕量化製程，其中所述表面處理包括對所述形成碳纖維層之輪圈進行表面拋光工序與噴塗保護層工序。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之自行車輪圈輕量化製程，其中所述碳纖維布材披覆於所述輪框骨架的層數為1～2層。
5. 如申請專利範圍第4項所述之自行車輪圈輕量化製程，其中所述披覆疊合之碳纖維布材的紋路為交錯疊合者。
6. 如申請專利範圍第3項所述之自行車輪圈輕量化製程，其中所述碳纖維布材披覆於所述輪框骨架的層數為1～2層。
7. 如申請專利範圍第6項所述之自行車輪圈輕量化製程，其中所述披覆疊合之碳纖維布材的紋路為交錯疊合者。
8. 一種自行車輕量化輪圈結構，係包含有如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之製程；其包含有： 　　一輪框骨架，係包括有與輻條結合的內框部、對應組設輪胎的包覆部及位於內框部與包覆部之間的支撐部，且於該輪框內框部環設有數輻條結合孔及一穿透內框部與支撐部的氣嘴孔，而該輪框骨架之內框部與支撐部端面均勻分布有數貫孔，該貫孔面積約占內框部與支撐部總面積35%至85%，且兩相鄰貫孔間形成有0.5～1.5mm間距； 　　一披覆於所述輪框骨架表面之碳纖維層，係以至少一層之碳纖維布材披覆於輪框骨架表面，且於碳纖維布材對應輻條結合孔及氣嘴孔處設有孔洞，該碳纖維布材覆蓋所述貫孔者。