專利名稱：：復(fù)合材料自行車架制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明系有關(guān)復(fù)合材料自行車架制造方法，尤其系有關(guān)單殼薄片型復(fù)合材料自行車架的制造方法。傳統(tǒng)鉆石型自行車架，不論是金屬車架碳纖維接頭式車架或一體成型碳纖維車架其造型不外乎由八支獨(dú)立圓管利用焊接、膠合硬化等方法結(jié)合成前三角及后三角的結(jié)構(gòu)。其中“頭管”為連接車手把及前輪機(jī)構(gòu)，“座管”則連接座墊垂直至腳踏板軸，“上管”連接頭管及座管下緣，這些則形成車架前三角部分?！昂笊喜妗眲t連接座管上緣及后輪軸勾爪，“后下叉”則連接座管下緣及后輪軸勾爪，形成車架后三角部分。不論是金屬車架，碳纖維接頭式車架或一體成型碳纖維車架，如此多接點(diǎn)的鉆石型車架，需要繁復(fù)焊接或膠合手續(xù)，例如不同尺寸車管的接合技術(shù)、接合品質(zhì)控制、復(fù)雜加工程序等，因此在接合多個(gè)結(jié)構(gòu)元件時(shí)，不僅在制造上耗時(shí)，在成本上也偏高。為了解決上述鉆石型自行車架因造型而產(chǎn)生的加工制程與成本的困擾，乃有所謂薄片單殼造型(Legaltype)之自行車架，又因其造型流線新潮，打破傳統(tǒng)車架造型模式，如前三角造型由三角形改為Y字型、T字型、V字型、Z字型等，后三角由原來的后上叉、后下叉改為僅有后上叉或后下叉，亦有整車架具有“X”造型、“十”字型、“Z”字型、“山”字型等。其由于“連接管件”的變少，相對地使尺寸也必須變粗。一九八九年七月二十五日頒給BrentJ.Trimble之美國專利第4850607號(USPNo.4850607)揭示有復(fù)合材料自行車架及其制造方法，其車架雖以復(fù)合材料制造而成，但其造型仍未脫離已知鉆石型車架具有前三角與后三角的造型，而且其制造方法是使整個(gè)車架一次一體形成。該種將自行車架以復(fù)合材料一次一體成型的制造方法雖具有不需焊接、接著劑接合成毗鄰的接合點(diǎn)，且較傳統(tǒng)金屬車架更輕的優(yōu)點(diǎn)；但其制造上所用的模具乃因而相當(dāng)復(fù)雜、厚重龐大且加工成型周期長、量產(chǎn)性低。而且其接頭管件、搭接位置多，疊層較費(fèi)時(shí)，量產(chǎn)性低。再者其造型與傳統(tǒng)鉆石型車架相同，風(fēng)阻系數(shù)大；且因是成鉆石型車架造型使垂直剛性太大，而使騎乘者感受到座管所傳來的震動(dòng)，舒適性較差。再者，其下叉為避開鏈條的傳動(dòng)路徑，設(shè)計(jì)空間較小。一九九0年二月二十日亦頒給BrentJ.Trimble的美國專利第4902458號所揭示的“復(fù)合自行車架的模造方法”為前述美國專利第4850607號的部分接續(xù)案；其揭露一種以例如結(jié)構(gòu)纖維強(qiáng)化熱硬化合成樹脂的復(fù)合材料模造大致中空的自行車架零件或總成的方法。其整個(gè)車架可以連結(jié)成一整體。其雖建議在以復(fù)合材料所卷繞尚未硬化的殼體中空內(nèi)部置入吹氣袋(inflatablebladder)以便于該尚未硬化的殼體入模加熱硬化時(shí)，得藉外部吹脹該氣袋以提高復(fù)合材料車架的制造精度與品質(zhì)；但其車架形狀仍為傳統(tǒng)鉆石型車架，其模具龐大復(fù)雜且加工困難。此外，其車架因傳統(tǒng)鉆石型車架的垂直剛性過大，而使騎乘舒適性不佳。一九八九年十二月二十六日頒予BrentJ.Trimble的美國專利第4888355號系為前述美國第4902458號的部分接續(xù)案，其揭示一種復(fù)合材料自行車架及其制造方法；其以內(nèi)浸有單向結(jié)構(gòu)纖維的熱硬化合成樹脂的復(fù)合材料入模成型一體單件式的整體自行車架，其中復(fù)合材料層可先予成型為未硬化的車架殼體，再以氣袋(inflatablebladder)置入其中空內(nèi)部，再入模吹氣加壓加熱硬化。該專利雖建議在尚未硬化的車架殼體內(nèi)部設(shè)氣袋，并提供加壓膨脹硬化的步驟以提高入模成型的精確度，惟其構(gòu)造仍為傳統(tǒng)鉆石型車架由前三角與后三角所組成，且為一次一體成型，致使模具仍龐大復(fù)雜且加工困難。而所制成的車架仍因垂直剛性過大而舒適性差。一九九一年六月二十二日亦頒給BrentJ.Trimble的美國專利第4986949號的“復(fù)合自行車架的制造方法”則為前述美國專利第4889335號的分案；其揭露的模造自行車架中空零件與總成的方法，是以諸如內(nèi)浸有單向結(jié)構(gòu)纖維熱硬化合成樹脂的復(fù)合材料形成中空的零件或總成，并在至少二相鄰壁段的相對部分予以搭接形成一殼體，并使搭接部分被壓擠在外模與內(nèi)壓力構(gòu)件(例如吹氣袋)之間，致使該車架的殼體可在加壓狀態(tài)下予以硬化，以提供一與壁段連成一體的加壓模造接頭，并形成一中空的自行車架構(gòu)件。該案雖提供搭接連接壁段成一體以加壓加熱硬化的技術(shù)，但其車架仍屬傳統(tǒng)鉆石型車架的形狀，故模具仍復(fù)雜龐大且加工困難；再者因垂直剛性大而使騎乘舒適性差。一九九一年六月八日頒給BrentJ.Trimble的美國專利第4982975號是前述美國專利第4850607號的分案，其揭露一種“具有加壓模造接頭的復(fù)合自行車架”。該案雖提供以內(nèi)浸纖維材料的搭接層搭接至少二相鄰壁段以形成接頭再予以加壓加熱一體硬化成型的技術(shù)；但其車架仍為傳統(tǒng)鉆石型車架的形狀，且為一次一體成型，故而仍存在有前述的缺點(diǎn)(諸如模具復(fù)雜龐大、加工困難、騎乘舒適性差)。前述諸已知技藝雖均涉及復(fù)合材料的自行車架；但其造型仍為前三角與后三角所組成的鉆石型車架；其在構(gòu)造上雖可提高車架的扭轉(zhuǎn)剛性與側(cè)向彎曲剛性，但也同時(shí)增加了垂直剛性，因此使車架減低吸震能力，而令騎乘者感到不舒服。本發(fā)明的主要目的是提供一種復(fù)合材料自行車架的制造方法，用以制造一具有前車架部分及一對后叉的車架，其步驟是先以纖維強(qiáng)化合成樹脂的復(fù)合材料層個(gè)別硬化形成后叉的左、右叉；再以前述的復(fù)合材料卷繞成若干管件并藉復(fù)合材料層搭接該管件連結(jié)成具有“Y”、“V”或“T”字形造型的前車架部分，或整車架具有X字型、十字型、Z字型或山字型造型。再將已個(gè)別先予硬化成型的后叉的左、右叉與該尚未硬化的前車架部分一起入模共硬化。藉此，以簡化模具，使加工更為簡便可行。本發(fā)明的另一目的為提供一種復(fù)合材料自行車架，其包含有由復(fù)合材料管件組成“Y”、“V”、“T”字形的前車架部分以及僅有一對后叉或整車架具有X字型、十字型、Z字型或山字型造型。該后叉包含有對稱的左、右叉，其可一體連接在前車架的適當(dāng)處以形成車架的一部分；藉此，不但可提高車架的扭轉(zhuǎn)剛性與側(cè)向彎曲剛性，同時(shí)亦不致提高垂直剛性，故使車架具有良好吸震能力，而提升騎乘舒適性。圖1-13為本發(fā)明所謂的薄片單殼造型車架類舉；其中圖1為“V”字型前車架部分，而后叉僅一支，位于五通與座管之間，可避開鏈條；圖2為“7”字型前車架部分，而后叉僅一支，位于五通及座管之間，可避開鏈條；圖3為“Y”字型前車架部分，而僅有后下叉；圖4為“T”字型前車架部分，而后叉僅有一支，整車架成一“X”型；圖5為“V”字型前車架部分，而僅有后上叉；圖6為“T”字型前車架部分，而僅有后上叉；圖7為“T”字型前車架部分，而僅有后上叉；圖8為“T”字型前車架部分，而僅有后下叉；圖9為“7”字型前車架部分，且僅有后上叉，整車架成一“Z”字型；圖10為“7”字型前車架部分，且僅有后上叉；圖11為“T”字型前車架部分，且僅有后上叉；圖12為“T”字型前車架部分，且僅有后上叉；圖13為“V”字型前車架部分，且僅有后下叉，整車架成一“山”字型。由上第1-13圖均可經(jīng)美學(xué)修飾斷面造型使更具流線形，并考慮空氣動(dòng)力學(xué)減低風(fēng)阻系統(tǒng)。圖14所稱“Y”字造型前車架部分，且僅有后下叉的單殼薄片造型車架；圖15、15A、15B是圖14車架的后下叉的右叉及其模具；圖16為后下叉的左、右叉接著面互補(bǔ)凹凸的“十”字形咬合機(jī)構(gòu)；圖17搭接后之后下叉與五通；圖18為全車架搭接硬化成型模具圖；圖18A為自圖18中的18A-18A剖面線所取之剖面圖；圖18B為自圖18中的18B-18B剖面線所取之剖面圖；圖18C為自圖18中的18C-18C剖面線所取之剖面圖；圖18D為自圖18中的18D-18D剖面線所取之剖面圖；圖18E為自圖18中的18E-18E剖面線所取之剖面圖；圖18F為自圖18中的18F-18F剖面線所取之剖面圖；圖18G為自圖18中的18G-18G剖面線所取之剖面圖；圖18H為自圖18中的18H-18H剖面線所取之剖面圖；圖19顯示前車架部分的中空內(nèi)部穿有一吹氣袋，其中該吹氣袋的吹氣嘴由前車架部分的頭管穿出；圖20顯示前車架部分的中空內(nèi)部穿有一吹氣袋，其中該吹氣袋的吹氣嘴由前車架部分的座管穿出；圖21顯示前車架部分的中空內(nèi)部穿有二吹氣袋，其中該吹氣袋的吹氣嘴由前車架部分的頭管與座管穿出。本發(fā)明的復(fù)合材料自行車架，其基本造型是將傳統(tǒng)鉆石型車架造型之上、下及座管由原來的獨(dú)立支撐結(jié)構(gòu)結(jié)合成一“Y”、“V”、“T”字形(如圖1至14中所示)的前車架部分1，并將傳統(tǒng)鉆石造型車架的后三角由原有的后上叉與后下叉改為僅有單一后叉2該后叉2包含大致成對稱的左右叉21、22(如圖14所示)。在制造上，本發(fā)明是先以5-30層(以8-16層為最佳)的復(fù)合材料預(yù)浸材料逐層疊于一心模(未示)而此心模的造型尺寸加上復(fù)合材料層數(shù)厚度，即為成品外型尺寸(亦即模穴尺寸扣除復(fù)合材料的層數(shù)厚度即為心模的尺寸)。此心模的材質(zhì)可為木頭、橡膠或塑膠等價(jià)廉、加工方便且抽取離型容易的輕量材質(zhì)。將復(fù)合材料逐層疊層于心模后，將心模抽出，并將吹氣袋(可為尼龍材質(zhì)的氣袋)穿入其中，或以熱膨脹型發(fā)泡材料灌制填充于其中。然后將該穿有氣袋或填充有熱膨脹發(fā)泡材料上的尚未硬化的后叉的左或右叉21、22置于模具31、32中加壓加熱成型。(如圖15所示)在本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例中，后叉的左、右叉21、22在其相對的接著面23分別設(shè)計(jì)有互補(bǔ)的凹凸十字型接合構(gòu)造24、25(如圖15，16所示)。如圖16所示，其凹凸深度或高度D以5-10毫米為宜，而十字字體粗為5-25毫米為宜。而十字字體大小以接著面23可容許面積內(nèi)愈大愈好。該后叉的左、右叉21、22(如圖14，15所示)在各別入模加壓加熱硬化成型后，是以接著劑在其接著面23予以相互粘固，并使該凹凸互補(bǔ)的十字型構(gòu)造互相卡合結(jié)合強(qiáng)化結(jié)合強(qiáng)度，以預(yù)制成一后叉2。該左、右叉21、22的末端一體設(shè)有后輪勾爪26，以利于后輪(未示)的裝設(shè)。如圖17所示，當(dāng)左、右叉21、22接著成一體時(shí)，左、右叉21、22的底部圓弧處預(yù)先設(shè)計(jì)有底2毫米高的小角形溝槽G(如圖17所示)，以利于接著劑的溢膠，并有利于避免應(yīng)力集中的設(shè)計(jì)。如圖18，18A～18H所示，前車架部分1是以頭管內(nèi)埋件11、座管內(nèi)埋件12、五通金屬內(nèi)埋件13配合疊層心模(未示)將復(fù)合材料的預(yù)浸材料逐層疊層于心模(未示)上，其中復(fù)合材料的層數(shù)一般約5-30層，而以8-16層最佳；再將心模抽出，以形成未硬化的前車架部分1。再將前述已預(yù)先硬化成型的后叉2，以復(fù)合材料層纏繞搭接于該尚未加熱硬化的前車架部分1的座管12與五通管13之間的適當(dāng)處(例如如圖14是將后叉2搭接在五通管13的部位)；該搭接的長度則最少應(yīng)有4-8公分，且最好采漸層設(shè)計(jì)，以避免應(yīng)力集中(漸層長度以5-10毫米為宜)。搭接部分最好再配合薄膜態(tài)的接著劑以增加接著的強(qiáng)度。五通內(nèi)埋件13附近與后叉2的搭接層數(shù)外最好再施以1-2層的復(fù)合材料預(yù)浸材包體薄膜狀的環(huán)氧系發(fā)泡材料于搭接的最外層，以便于成型時(shí)施以外壓而增加結(jié)構(gòu)的密合一體化。如圖19，20，21所示，再將吹氣袋41、42、43穿入尚未硬化的前車架部分1的中空內(nèi)部；其中吹氣袋41的吹氣嘴44可由頭管11或座管12進(jìn)入(如圖19、20、21所示)。如圖18所示，當(dāng)后叉2已搭接于尚未硬化的前車架部分1且該尚未硬化的前車架部分1的中空內(nèi)部穿有吹氣袋或填充有熱膨脹發(fā)泡材料后，可一體置入一模具5之內(nèi)加熱共硬化成型。若前車架部分1的內(nèi)部穿有吹氣袋41、42或43(如圖19，20，21所示)，則可在加熱硬化時(shí)，由頭管11或座管12穿出的吹氣嘴44吹氣加壓該前車架部分，使其制造精度提高，若該前車架部分1的內(nèi)部填充以熱膨脹發(fā)泡材料，則在入模具5加熱共硬化時(shí)，該發(fā)泡材料即受熱膨脹，以提供內(nèi)部膨脹壓力而使前車架部分1在熱硬時(shí)，緊貼模具5的內(nèi)壁。進(jìn)而一體形成復(fù)合材料的自行車架。有關(guān)預(yù)浸材料所選用的型式及種類，則依車架所要求的特性而有所不同，如在多向撓曲性，剛性，壓縮強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度，吸震能力及重量等等的要求下，所選用的纖維包括玻璃纖維、碳纖維、克夫拉(Kevlar)纖維、或史佩特拉(Spectra)纖維。而各纖維型式又可分低、中、高模數(shù)者。若有特別性質(zhì)要求，可混合不同纖維，如使用25、50或75重量比碳纖維，相對于使用75、50、25重量比玻璃纖維。在本發(fā)明的另一具體實(shí)施例，前述的已個(gè)別預(yù)先硬化成型的后左、右叉21、22分別以預(yù)浸材料纏繞搭接于尚未硬化的前車架部分1，再一起置入模具5中加熱共硬化一體成型。本發(fā)明的制造方法，由于是使車架僅具有一對后叉2；即左、右叉21、22，且該左、右叉21、22是分別先予預(yù)制硬化成型；故而，其制造左、右叉21、22的模具31、32(如圖15)以及制造整體車架的模具(如圖18所示)，均可予以簡化縮小而非常便利于自行車架的制造。此外，因后叉2是先予硬化成型，而且僅有一對后叉2的設(shè)計(jì)，故而后叉2可搭接在前車架部分1的座管12與五通管13之間的任何位置，以提高其造型設(shè)計(jì)的可變化空間，進(jìn)而亦可依流體力學(xué)方式設(shè)計(jì)出低風(fēng)阻系數(shù)的流線造型。尤其，因該后叉2可有許多位置搭接于前車架部分1，其乃可避開與驅(qū)動(dòng)鏈條(未示)的不良設(shè)置位置，而提高自行車的設(shè)計(jì)空間。依本發(fā)明的制造方法所制成的復(fù)合材料自行車架，其具有一前車架部分1與一對后叉2；其中該前車架部分1是以大張纖維合成樹脂的預(yù)浸材料裁成連續(xù)片或補(bǔ)片再卷繞成管件，再將若干管件配合頭管內(nèi)埋件11、座管內(nèi)埋件12，五通內(nèi)埋件13一體形成為“Y”、“V”、“T”、“7”字型的前車架部分1，再將后叉2搭接于前車架部分1的座管12與五通管13之間的適當(dāng)處，再一起入模加熱共硬化而成。該頭管11形成為一前叉支撐器，用以安裝前叉總成(未示)，座管12形成一座墊支撐器，用以安裝座熱總成(未示)；五通管13則形成為一鎖板支撐器，用以安裝鎖板總成(未示)。該自行車架由于僅具有一對后叉2，可避開傳動(dòng)鏈條(未示)的路徑，而有利于自行車造形的設(shè)計(jì)。而且其構(gòu)造可在負(fù)載的直立方向上提供適當(dāng)彈性減振特性，以減少騎乘自行車的直立方向振動(dòng)傳至騎乘者，因而提供較佳的騎乘舒適性。權(quán)利要求1.一種復(fù)合材料自行車架制造方法，用以制造一包含有一前車架部分與一對具有左右叉之后叉的車架；該制造方法包含如下的步驟(a)以熱硬化纖維合成樹脂之預(yù)浸材料(prepreg)于一心模上疊層以個(gè)別形成后叉之左、右叉，再將已疊層完成的左、右叉?zhèn)€別入模加熱硬化成型；(b)以熱硬化纖維合成樹脂的預(yù)浸材料疊層形成各中空的前車架部分；(c)將已硬化成型之后叉的左、右叉以預(yù)浸材料搭接纏繞在前述尚未硬化的前車架部分，再入模加熱共硬化一體成型為整體車架。2.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中后叉的左、右叉是個(gè)別以預(yù)浸材料纏繞搭接于尚未硬化的前車架部分，再入模加熱共硬化。3.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中已個(gè)別硬化成型的左、右叉是藉膠合先予以互相結(jié)合成為完整一體的后叉，再與前車架部分藉預(yù)浸材料纏繞搭接而入模加熱共硬化。4.根據(jù)權(quán)利要求3的制造方法，其中已硬化成型之后叉的左、右叉在其相互結(jié)合的接著面形成互補(bǔ)凹凸形狀的結(jié)合強(qiáng)化構(gòu)造。5.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中前車架部分由若干管件以纖維合成樹脂的預(yù)浸材料裁剪成長條連續(xù)片或補(bǔ)片再纏卷而成。6.根據(jù)權(quán)利要求5的制造方法，其中前車架部分由若干管件以預(yù)浸材料搭接連結(jié)形成“Y”、“V”、“T”或“7”字形造型，或整車架成“X”、“十”、“Z”或“山”字形造型。7.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中后叉的左、右叉的個(gè)別成型是藉尼龍充氣袋(Nyloninflatablebladder)置入其中空內(nèi)部吹氣成型，或以熱膨脹發(fā)泡材料置于其中空內(nèi)部發(fā)泡膨脹成型。8.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中前車架部分一體連接形成一操縱支撐器以制設(shè)前叉總成，一座墊支撐器以裝設(shè)一座墊總成，一踏板支撐器以裝設(shè)一踏板總成；后叉的末端則連接形成一后輪支撐器以裝設(shè)后輪總成。9.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中前叉支撐器由纖維合成樹脂預(yù)浸材料包裹纏繞一頭管內(nèi)埋件而成；座墊支撐器是以纖維合成樹脂預(yù)浸材料包覆纏繞一個(gè)座管內(nèi)埋件而成；踏板支撐器由纖維合成樹脂預(yù)浸材料包覆纏繞一個(gè)五通內(nèi)埋件而成，此三部分再藉由纖維疊層搭接補(bǔ)充而形成一體的前車架部分。10.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中已成型的后叉與已疊層完成但尚未硬化的前車架部分的搭接處，于后叉外型截面設(shè)計(jì)有2-4毫米之內(nèi)縮，以作為搭接厚度的預(yù)留。11.根據(jù)權(quán)利要求7的制造方法，其中已疊層好的前車架部分與已成型的后叉搭接后，當(dāng)進(jìn)行尼龍氣袋吹氣成型時(shí)，吹氣嘴可由頭管接頭或座管頭進(jìn)入模殼中。12.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中左、右叉的互相結(jié)合的接著面預(yù)留有0.1至1毫米的接著劑厚度。13.根據(jù)權(quán)利要求1的制造方法，其中已成型的后叉與已疊層完成的前車架部分的搭接長度為4-8公分，且每漸層長度為5-10毫米。14.一種根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6、7、8、9、10、11、12或13所述的制造方法所制成的復(fù)合材料自行車架。15.一種根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13所述的制造方法所制成的復(fù)合材料自行車架。全文摘要一種復(fù)合材料自行車架的制造方法，包括(a)以熱硬化纖維合成樹脂的預(yù)浸材料于一心模上疊層以個(gè)別形成后叉的左、右叉，再將已疊層完成的左、右叉?zhèn)€別入模加熱硬化成型；(b)以熱硬化纖維合成樹脂的預(yù)浸材料疊層形成各中空的前車架部分；(c)將已硬化成型的后叉的左、右叉以預(yù)浸材料搭接纏繞在前述沿未硬化的前車架部分，再入模加熱共硬化形成一體的車架。文檔編號B29C70/04GK1143010SQ9510933公開日1997年2月19日申請日期1995年8月11日優(yōu)先權(quán)日1995年8月11日發(fā)明者陳育玄,劉榮憲,林進(jìn)益,朱國棟申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院