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技術 自転車ホイールおよび自転車ホイール製造方法

出願人 科展材料科技股フン有限公司
発明者 邱紹禎顧家銘
出願日 2018年10月1日 (2年9ヶ月経過) 出願番号 2018-186369
公開日 2020年4月9日 (1年3ヶ月経過) 公開番号 2020-055933
状態 特許登録済
技術分野 強化プラスチック材料 車両ホイール
主要キーワード 切断サイズ ホイールフレーム 風圧抵抗 主荷重 パラメータ条件 積層ステップ 疲労抵抗 内側フレーム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年4月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (15)

課題

軽量および構造強度の効果を達成することができる自転車ホイールおよび自転車ホイール製造方法の提供。

解決手段

自転車ホイール10はホイールフレーム20を有する。ホイールフレームは中空環状フレームであり、複数の均等なサイズのホイールバーから成る。ホイールバーはそれぞれ、相互に接続されてホイールバーを形成する2つの半分を有し、2つの半分はそれぞれ、熱可塑性プリプレグの積層、加熱、および形成を通じて作製される。均等なサイズのホイールバーが相互に接続されて、自転車ホイールを形成する。

概要

背景

一般的に、自転車は、現在最も人気のある余暇活動の1つである。さらに便利で簡単な乗車効果をユーザに提供するため、ほとんどの製造業者は、様々な構造設計、材料組成、または動力伝達方法を通じて自転車の開発と向上に取り組むであろう。たとえば、自転車のフレームまたはリムの場合、製造業者らは、軽量の材料を選択する方を好み、複合材料はその選択肢の1つである。広範な複合材料の中で、繊維強化高分子複合材料が最も広く使用されている。高分子複合材料の基本組成は、繊維と高分子樹脂基材である。繊維は、複合材料の機械的特性を決定する主要因であり、主荷重に耐え、材料の剛性疲労抵抗および変形特性を向上させるために使用される。ポリカーボネート(PC)やポリアミド(PA)などの多数の種類の熱可塑性物質が存在する。さらに、繊維は様々な材料と形状を有する。業界で一般的に使用される繊維材料は、ガラス繊維炭素繊維、およびケブラー繊維である。繊維の形状は、紡糸繊維連続繊維、織繊維、および短繊維を含む。また、構造に適用する際、材料の強度要件が高いため、連続繊維が強化繊維の一番の選択肢である。

さらに、リムは、自転車全体エネルギーを速度に変換するために重要な媒体であり、リムの品質は、乗車速度、ペダル踏込み力、および風の遮断に影響を及ぼす。軽量に加えて、慣性、滑らかさ、剛性、および低風圧抵抗も重要な考慮事項である。したがって、自転車リムの品質を向上させるため、既存の業界では、軽量と機械強度とのバランスのとり方が大いに求められている。

これらの欠点を克服するため、本発明は、上記の課題を緩和または回避する自転車ホイールおよびそのアダプタを提供する。

概要

軽量および構造強度の効果を達成することができる自転車ホイールおよび自転車ホイール製造方法の提供。自転車ホイール10はホイールフレーム20を有する。ホイールフレームは中空環状フレームであり、複数の均等なサイズのホイールバーから成る。ホイールバーはそれぞれ、相互に接続されてホイールバーを形成する2つの半分を有し、2つの半分はそれぞれ、熱可塑性プリプレグの積層、加熱、および形成を通じて作製される。均等なサイズのホイールバーが相互に接続されて、自転車ホイールを形成する。

目的

本発明は、上記の課題を緩和または回避する自転車ホイールおよびそのアダプタを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

自転車ホイールであって、中空環状フレームであるホイールフレームを備え、該ホイールフレームが、複数の均等なサイズのホイールバーを有し、前記均等なサイズのホイールバーはそれぞれ、相互に接続されて前記ホイールバーを形成する2つの半分を有し、前記2つの半分はそれぞれ熱可塑性プリプレグの積層、加熱、および形成を通じて作製され、前記均等なサイズのホイールバーが相互に接続されて、前記自転車ホイールを形成する、自動車ホイール

請求項2

前記自転車ホイールが、前記ホイールフレームから離れて放射方向に相互に間隔をおいて配置される複数のリブを有し、前記リブはそれぞれ相互に接続される内端と、前記ホイールフレームの内側に接続される外端と、を有し、各リブが、相互に接続されて前記リブを形成する2つの半分を有し、前記2つの半分はそれぞれ、熱可塑性プリプレグの積層、加熱、および形成を通じて作製され、前記複数のリブが前記ホイールフレームに接続されて前記自転車ホイールを形成する、請求項1に記載の自転車ホイール。

請求項3

前記ホイールフレームが2〜10個の前記均等なサイズのホイールバーを有する、請求項1または2に記載の自転車ホイール。

請求項4

各ホイールバーまたは前記複数のホイールバーの前記2つの半分が、前記材料自体接着力によって相互に接続されて前記ホイールフレームを形成する、請求項3に記載の自転車ホイール。

請求項5

各ホイールバーまたは前記複数のホイールバーの前記2つの半分が、添加物の組み合わせによって相互に接続されて前記ホイールフレームを形成する、請求項3に記載の自転車ホイール。

請求項6

各ホイールバーまたは前記複数のホイールバーの前記2つの半分が、前記材料自体の接着力によって相互に接続されて前記ホイールフレームを形成する、請求項1または2に記載の自転車ホイール。

請求項7

各ホイールバーまたは前記複数のホイールバーの前記2つの半分が、添加物の組み合わせによって相互に接続されて前記ホイールフレームを形成する、請求項1または2に記載の自転車ホイール。

請求項8

自転車ホイール製造方法であって、熱可塑性プリプレグ、複数のモジュール式金型切断装置加熱装置成形装置、および少なくとも1つの加工機械を準備することと、前記自転車ホイールをいくつかの部分に、該部分の形状とサイズに応じて分解することと、前記自転車ホイールの前記部分に対応する外側寸法と構造を有するように前記モジュール式金型を形成することと、を含む準備ステップと、前記自転車ホイールの前記部品機械的特性、寸法、および厚さ要件と、前記モジュール式金型の設計とに応じて、前記熱可塑性プリプレグの積層の数、および前記熱可塑性プリプレグの各層の繊維角度配向を決定することと、前記切断装置によって前記熱可塑性プリプレグを予め切断し、前記加熱装置上に前記熱可塑性プリプレグを積層することと、前記加熱装置によって前記積層された熱可塑性プリプレグを加熱し、前記加熱装置の加熱温度を前記熱可塑性プリプレグのガラス転移温度よりも高く調節して熱可塑性複合材料を形成することと、を含むモジュール積層ステップと、前記モジュール式金型または前記成形装置によって前記自転車ホイールの前記部分を形成することと、前記部分を相互に接続して、前記自転車ホイールの完成品を形成することと、を含む形成ステップと、前記少なくとも1つの加工機械によって前記完成品を後続処理して前記自転車ホイールを形成することを含む後続加工ステップと、を備える方法。

請求項9

前記準備ステップで、前記熱可塑性プリプレグが、連続繊維樹脂、繊維織布、または短繊維含浸させることによって形成され、前記連続繊維、前記繊維織布、および前記短繊維を炭素繊維ガラス繊維、または強化繊維とすることができる、請求項8に記載の自転車ホイール製造方法。

請求項10

前記モジュール積層ステップで、前記繊維角度が−180〜180度であり、前記加熱装置の加熱温度が250℃〜300℃であり、前記形成ステップで、前記自転車ホイールの前記部分が、180〜300℃の温度、1〜15Mpaの圧力、5〜15分の時間下で形成される、請求項8または9に記載の自転車ホイール製造方法。

請求項11

前記後続加工ステップで、前記形成ステップの前記完成品が、前記モジュール式金型によって形成され、前記完成品が成形された後、未完成領域内の材料が切断および分離されて、前記自転車ホイールの前記完成品を取得することができる、請求項10に記載の自転車ホイール製造方法。

技術分野

0001

本発明は、自転車ホイールに関し、特に、軽量および構造強度の効果を達成することができる自転車ホイールおよび自転車ホイール製造方法に関する。

背景技術

0002

一般的に、自転車は、現在最も人気のある余暇活動の1つである。さらに便利で簡単な乗車効果をユーザに提供するため、ほとんどの製造業者は、様々な構造設計、材料組成、または動力伝達方法を通じて自転車の開発と向上に取り組むであろう。たとえば、自転車のフレームまたはリムの場合、製造業者らは、軽量の材料を選択する方を好み、複合材料はその選択肢の1つである。広範な複合材料の中で、繊維強化高分子複合材料が最も広く使用されている。高分子複合材料の基本組成は、繊維と高分子樹脂基材である。繊維は、複合材料の機械的特性を決定する主要因であり、主荷重に耐え、材料の剛性疲労抵抗および変形特性を向上させるために使用される。ポリカーボネート(PC)やポリアミド(PA)などの多数の種類の熱可塑性物質が存在する。さらに、繊維は様々な材料と形状を有する。業界で一般的に使用される繊維材料は、ガラス繊維炭素繊維、およびケブラー繊維である。繊維の形状は、紡糸繊維連続繊維、織繊維、および短繊維を含む。また、構造に適用する際、材料の強度要件が高いため、連続繊維が強化繊維の一番の選択肢である。

0003

さらに、リムは、自転車全体エネルギーを速度に変換するために重要な媒体であり、リムの品質は、乗車速度、ペダル踏込み力、および風の遮断に影響を及ぼす。軽量に加えて、慣性、滑らかさ、剛性、および低風圧抵抗も重要な考慮事項である。したがって、自転車リムの品質を向上させるため、既存の業界では、軽量と機械強度とのバランスのとり方が大いに求められている。

0004

これらの欠点を克服するため、本発明は、上記の課題を緩和または回避する自転車ホイールおよびそのアダプタを提供する。

0005

本発明の主な目的は、軽量および構造強度の効果を達成することができる自転車ホイールおよび自転車ホイール製造方法を提供することである。

0006

本発明に係る自転車ホイールはホイールフレームを有する。ホイールフレームは中空環状フレームであり、複数の均等なサイズのホイールバーから成る。ホイールバーはそれぞれ、相互に接続されてホイールバーを形成する2つの半分を有し、2つの半分はそれぞれ熱可塑性プリプレグの積層、加熱、および形成を通じて作製される。均等なサイズのホイールバーが相互に接続されて、自転車ホイールを形成する。

0007

本発明のその他の目的、利点、および新規な特徴は、添付図面と併せて以下の詳細な説明から自明になるであろう。

図面の簡単な説明

0008

本発明に係る自転車ホイールの第1の実施形態を示す透視側面図である。
2つの均等部分に分解される、図1の自転車ホイールのホイールフレームを示す動作透視側面図である。
4つの均等部分に分解される、図1の自転車ホイールのホイールフレームを示す動作透視側面図である。
6つの均等部分に分解される、図1の自転車ホイールのホイールフレームを示す動作透視側面図である。
2つの均等部分に分解される、図1のホイールフレームのホイールバーを示す動作断側面図である。
2つの均等部分に分解される、図1のホイールフレームのホイールバーを示す別の動作断側面図である。
本発明の自転車ホイールの第2の実施形態を示す透視側面図である。
2つの均等部分に分解される、図7の自転車ホイールのリブを示す動作透視図である。
2つの均等部分に分解される、図7の自転車ホイールのリブを示す別の動作透視図である。
本発明の自転車ホイール製造方法のブロックフローチャートである。
複数の熱可塑性プリプレグを相互に積層する動作透視図である。
本発明の自転車ホイールを形成する動作透視図である。
本発明の自転車ホイールを形成する別の動作透視図である。
本発明の自転車ホイールの部分を接続する動作透視図である。

実施例

0009

図1および図7は、本発明に係る自転車ホイール10の第1の実施形態と第2の実施形態をそれぞれ示す。自転車ホイール10の第1の実施形態では、自転車ホイール10はホイールフレーム20を有し、自転車ホイール10の第2の実施形態では、自転車ホイール10はホイールフレーム20と複数のリブ30を有する。

0010

ホイールフレーム20は中空の環状フレームであり、複数のホイールバー21から成る。図2図3、および図4を参照すると、ホイールフレーム20はホイールバー21の2つの均等部分、ホイールバー21の4つの均等部分、またはホイールバー21の6つの均等部分から成り、ホイールバー21はすべて均等なサイズである。さらに、ホイールフレーム20は、ホイールバー21の3つの均等部分、またはホイールバー21の5つの均等部分などから構成することもできる。また、ホイールフレーム20は、2〜10個の均等なサイズのホイールバー21から成る。ホイールバー21はそれぞれ2つの半分を有する。

0011

図5を参照すると、各ホイールバー21は上半分211と下半分212を有する。上半分211は、ホイールフレーム20の外側フレーム部とすることができる。下半分212は上半分211に接続されてホイールバー21を形成し、ホイールフレーム20の内側フレーム部であってもよい。図6を参照すると、各ホイールバー21は左半分213と右半分214を有する。右半分214は上半分211に接続されてホイールバー21を形成する。ホイールバー21の各半分211、212、213、214は熱可塑性プリプレグ40の積層、加熱、および形成を通じて作製され、2つの対応する半分211、212、213、214が組み合わされてホイールバー21を形成する。複数のホイールバー21は相互に接続されて、ホイールフレーム20を形成する。また、各ホイールバー21または複数のホイールバー21の2つの対応する半分211、212、213、214が、各ホイールバー21または複数のホイールバー21の2つの対応する半分211、212、213、214間の材料自体接着力または添加物の組み合わせによって相互に接続される。次に、ホイールフレーム20が、半分211、212、213、214とホイールバー21によって形成される。

0012

図7を参照すると、本発明に係る自転車ホイールの第2の実施形態では、リブ30がホイールフレーム20から放射方向に相互に間隔をおいて配置され、リブ30はそれぞれ内端外端を有する。リブ30の内端は相互に接続される。リブ30の外端はホイールフレーム20の内側に接続される。次に、自転車ホイール10はホイールフレーム20と複数のリブ30によって形成される。図8を参照すると、各リブ30は上半分31と下半分32を有する。下半分32は上半分31に接続されてリブ30を形成する。さらに、図9を参照すると、各リブ30は左半分33と右半分34を有することができる。右半分34は左半分33に接続されてリブ30を形成する。

0013

リブ30の各半分31、32、33、34は熱可塑性プリプレグ40の積層、加熱、および形成を通じて作製され、2つの対応する半分31、32、33、34は組み合わされてリブ30を形成する。複数のリブ30は相互に接続され、ホイールフレーム20に接続されて自転車ホイール10を形成する。また、図14を参照すると、各リブ30または複数のリブ30の2つの対応する半分213、214、33、34とホイールフレーム20は、材料自体の接着力または添加物の組み合わせによって相互に接続される。

0014

図10を参照すると、本発明に係る自転車ホイール10の製造方法は、準備ステップモジュール積層ステップ、形成ステップ、および後続加工ステップを有する。

0015

図10図13を参照すると、準備ステップは、熱可塑性プリプレグ40、複数のモジュール式金型70、切断装置加熱装置成形装置、および少なくとも1つの加工機械を準備することを含む。熱可塑性プリプレグ40は、連続繊維に樹脂、繊維織布、または短繊維を含浸させることによって形成される。また、連続繊維、繊維織布、および短繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、または強化繊維とすることができる。図2図6図8、および図9を参照すると、自転車ホイール10は、各部分の形状とサイズに応じて、いくつかの部分(ホイールフレーム20およびリブ30)に分解される。モジュール式金型70は、自転車ホイール10の各部分に対応する外側寸法および構造を有する。熱可塑性プリプレグ40の形成後、熱可塑性プリプレグ40は、ホイールフレーム20とリブ30の各部分の外側寸法に応じて、切断機によって予め切断される。熱可塑性プリプレグ40を予め切断した後、複数の熱可塑性プリプレグ40が積層され、加熱装置によって加熱されて、熱可塑性複合材料50を形成する。少なくとも1つの加工機械が、形成ステップ後に後続加工ステップで使用される。

0016

図2図8、および図9を参照すると、モジュール積層ステップは、自転車ホイール10をホイールフレーム20とリブ30の2つの部分に分解することと、ホイールフレーム20とリブ30の各部分を複数の半分211、212、213、214、31、32、33、34に分解することを含む。図11を参照すると、各種部分の機械的特性、寸法、および厚さ要件と、モジュール式金型70の設計に応じて、熱可塑性プリプレグ40の積層の数と、熱可塑性プリプレグ40の各層の繊維角度配向が決定され、繊維角度は−180〜180度である。熱可塑性プリプレグ40は、切断装置によって予め切断され、加熱装置に配置される。加熱装置の加熱温度は、熱可塑性プリプレグ40のガラス転移温度(Tg、150〜190℃)よりも高くなければならず、250℃〜300℃である。熱可塑性プリプレグ40の各層の樹脂の粘度特性により、積層されたプリプレグ40を予め接合して、熱可塑性複合材料50を形成することができる。

0017

形成ステップは、180〜300℃の温度、1〜15Mpaの圧力、5〜15分の時間、およびその他のパラメータ条件下で、モジュール式金型70または成形装置を用いて自転車ホイール10の部分を形成することを含む。自転車ホイール10の各部分を形成した後、それらの部分は、熱可塑性複合材料50または添加物の接着力によって相互に接続されて、自転車ホイール10の全体構造を完成させる。図12を参照すると、熱可塑性複合材料50は圧延機60によって加工され、圧延機60は回転ローラ61、熱源62、および少なくとも1つの加圧ローラ63を有する。次に、熱可塑性複合材料50は加熱加圧され、圧延され、引抜成形などで加工される。

0018

また、図13を参照すると、熱可塑性複合材料50がモジュール式金型70内に置かれ、モジュール式金型70は下側金型71と上側金型72を有する。金型71、72はそれぞれ間隙711、712を有する。熱可塑性複合材料50は金型71、72の2つの間隙711、712間に置かれて、上記の温度、圧力、および時間で形成される。高温が、層間樹脂拡散接着を可能にする粘度特性を用いて樹脂を流動させることを目的とする一方、圧力は層間に繊維を密に配列させることができる。温度がTg未満に低下すると、金型70が取り出され、完成品が得られる。

0019

後続加工ステップは、打抜き加工CNCなどの少なくとも1つの加工機械によって完成品を後続加工することを含む。さらに、形成ステップの完成品がモジュール式金型70によって形成される場合、完成品を成形した後、未完成領域の材料を切断および分離して、自転車ホイール10の完成品を得ることができる。

0020

上記の特徴および構造上の関係によると、本発明の自転車ホイール10は主に、積層設計の熱可塑性複合材料50、時間、温度、圧力、およびその他のパラメータ条件を利用し、自転車ホイール10をモジュール概念によって分解した後、モジュール式金型70の設計に関連付けて、機械的特性、サイズ、厚さ要件に基づき各部分を加工することができる。次に、熱可塑性プリプレグ40の切断サイズ、積層された熱可塑性プリプレグ40の数、および各層内の繊維の配向を決定して、自転車ホイール10の所望の剛性を達成し、自転車ホイール10の総重量を低減することができる。さらに、加熱加圧、圧延、引抜成形、真空加熱、または金型形成などの様々な形成方法によって、自転車ホイール10が製造される。ポリマーに接着可能な材料(など)を接合または添加することによって、樹脂内のポリマーを相互に接着して、優れた接着強度を提供することができる。次に、本発明の方法によって作製される自転車ホイール10は、軽量および構造強度の効果を実現することができ、自転車ホイール10の実用性を高め、自転車ホイール10の品質を大幅に向上させることができる。

0021

発明の構造および特徴の詳細と共に本発明の多数の特徴および利点を上記の説明に記載したが、開示は単に例示である。発明の原理の範囲内で、特に部分の形状、サイズ、および配置に関して細部に変更を加えることができ、発明の最大範囲は、添付の請求項に記載される文言の大まかな一般的意味によって示される。

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