TW202208223A - 自行車框架及製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於自行車框架及其製造方法。在一實施例中該自行車框架包含：一第一中空管部件，其包含一第一熱塑性纖維強化複合材，該第一熱塑性纖維強化複合材包含一熱塑性基質及一埋入纖維結構；及一第二中空管部件，其包含至少一第一纖維強化外殼部件及一第二纖維強化外殼部件，該第一纖維強化外殼部件及該第二纖維強化外殼部件各包含一第二熱塑性纖維複合材。依據該方法形成一熔合互連而具有在該第一中空管部件與該第二中空管部件間之一重疊，其中該第一中空管部件之該埋入纖維結構在該重疊與該等中空管部件間之一重疊交叉。

Description

自行車框架及製造方法

本揭示係有關於複合框架及其製造方法，該複合框架包含在一第一第一中空框架部件與一第二框架部件間之一熔合互連，該第一中空框架部件包含一第一熱塑性纖維強化複合材且該第二框架部件包含纖維強化外殼部件。詳而言之，本揭示係有關於自行車框架及其製造方法。該自行車框架包含在一第一中空管部件與一第二中空管部件間之一熔合互連，該第一中空管部件包含一第一熱塑性纖維強化複合材且該第二中空管部件包含纖維強化外殼部件。

由例如碳纖維複合材之纖維強化複合材製造自行車框架在所屬領域中是習知的。一完全一體(無縫)式自行車可藉由在一模中覆蓋預浸材來形成。例如，在包括一外模之一模中配合一內模來界定一最終硬化產品之形狀。為減少製造複雜性，例如模複雜性，製造商通常考慮接合預成形部件。請參考US4900048A，其揭露由分開構件製造例如框架之自行車部件，該等分開構件係在一分開之接合步驟中接合以形成例如框架之一輕量自行車部件。

接合預製部件之一習知方法包含使用熱固性複合材料。該等方法通常包括環繞該等預製部件覆蓋例如網、片或帶之預浸材料，接著在一加熱(硬化)步驟中，例如在高溫之一烘箱中互連該等部件以形成例如框架之一完全固化自行車部件。當該硬化程序完成時該等部件之形狀不可逆地固定。熱固性材料之缺點包括可再利用性及可修復性不佳及/或必須為一預定大小或形狀之產品的各部件提供一複雜且因此高成本之模具。此外，習知的是例如就剛性及/或強度而言，分開製造之部件互連的接點不利地影響形成產品之性能，因此在大負載下在該等接點可能產生例如框架之部件的例如破裂及/或故障。

另一種接合方法包含使用熱塑性材料。通常，例如揭露在WO18170084A1中之該等方法包括外殼部件之製造，例如壓製成形，該等外殼部件係在一後續接合步驟中接合。特別是相較於由硬化熱固性預浸材製成且其中纖維強化物設置成大致連續地環繞該部件的例如管之纖維強化部件，熔合熱塑性外殼部件的例如管之接合部件可不利地沿著接縫具有較低強度。WO18170084A1建議提供通過預成形外殼部件之一接縫的例如網或帶之纖維強化片，以增加一熔合部件之強度。提供該等帶可不利地負面影響最終產品在該接點之外觀，因此需要表面精製處理。此外，已發現的是提供該等帶之效果有限及/或不一致，特別是就不同直徑的例如管構件之部件間具有接點(互連)的框架而言，產生在接縫強度不足的例如框架之自行車部件。

在此揭示之製造自行車框架之方法的目的在於提供一方法及/或減少上述缺點中之至少一或多個缺點。

本發明之態樣係有關於一種製造複合框架之方法，例如通過一接縫接合二或二個以上框架部件，例如中空管部件或外殼部件。詳而言之，本揭示係有關於一種製造自行車框架之方法，該方法包含：提供一第一框架部件，例如一第一中空管部件，該第一框架部件包含一第一熱塑性纖維強化複合材，該第一熱塑性纖維強化複合材包含一熱塑性聚合物基質及一埋入纖維結構。此外，該方法包含提供至少一第一纖維強化外殼部件及一第二纖維強化外殼部件。該第一纖維強化外殼部件及該第二纖維強化外殼部件係配置成藉由接合形成一第二中空管部件而形成該第二框架部件。各強化外殼部件包含一第二熱塑性纖維複合材，該第二熱塑性纖維複合材包括一熱塑性聚合物基質及纖維。該第一與第二框架部件係在一接合步驟中接合。在一實施例中，該接合步驟包含：將該第一纖維強化外殼部件定位成通過一接縫而與該第二纖維強化外殼部件相鄰以形成一第二中空管部件；將該第一中空管部件之一端部插入該第二中空管部件，或將該第二中空管部件之一端部插入該第一中空管部件，藉此在該第一中空管部件與該等纖維強化外殼部件之間，即在該等框架部件之間形成一重疊；及使該第一纖維強化外殼部件、該第二纖維強化外殼部件及該第一中空管部件在該相對位置互相熔合，其中熔合包括：至少在該重疊之一位置加熱該第一中空管部件及該等纖維強化外殼部件至該第一與第二熱塑性纖維複合材之一軟化溫度以上的一溫度；及藉由壓力使該加熱之第一與第二熱塑性纖維複合材固化以便在該等中空管部件之間形成一熔合互連，其中在該重疊該第一中空管部件之該埋入纖維結構與該第一中空框架部件及外殼部件之該第二中空框架部件間的一邊界交叉。

可了解的是，類似於該第二框架部件，該第一纖維強化框架部件可由二或二個以上接合，例如預接合之外殼部件形成。或者，形成該第一纖維強化框架部件之部件可與形成該第二纖維強化框架部件之部件，亦即在一共同接合步驟中接合在一起。因此，在某些實施例中，該接合步驟可包含定位通過一接縫形成該第一纖維強化框架部件之該等部件以形成該第一中空管部件。形成外殼部件之框架部件可有利地使框架製造更具有彈性，例如容許製造預成形外殼部件，該等預成形外殼部件可使用在複數框架，例如需要一系列不同長度之框架部件及/或橫跨一不同角度之接點的框架設計中。在一共同接合步驟中接合形成該第一纖維強化框架部件之部件及形成該第二纖維強化框架部件之部件有利地減少處理步驟之數目。

在固化後該等框架部件不可分離地接合在一起。有利地，依據本發明之方法可製造輕量且堅硬之一硬殼框架。依據本發明之方法亦可用於有利地製造例如一整合式轉向把手之其他自行車部件及/或例如包含接合環繞一中心部件之複數纖維強化輪輻的車輪部件)。

發明人發現藉由提供該重疊使得該第一中空管部件之埋入纖維結構與該第一中空管部件及外殼部件之該第二中空管部件間的一邊界交叉可增加該互連及因此該自行車框架之強度，其中發現的是重疊越長(重疊面積越大)，產生之連接越強。可了解的是大致上該重疊之長度(或面積)沒有上限。發明人發現對自行車應用而言至少五毫米之一重疊長度便足夠了。較佳地，該重疊係更長，例如至少等於或大於大約1公分，例如在1.5與5公分之間的一範圍內，例如大約2公分。

較佳地，該埋入纖維結構亦與該第二中空管部件之外殼部件間的接縫在該重疊之一位置交叉以便進一步增加該等外殼部件間之互連的強度。較佳地，在該重疊之一位置的溫度升高至該第一與第二熱塑性纖維複合材之一軟化溫度以上的一溫度。該軟化溫度可理解為一熔化溫度。加熱至該熱塑性纖維複合材之一熔化溫度以上可改善該等熱塑性纖維複合材例如通過部件間之一界面或邊界的流動及/或混合。該等熱塑性纖維複合材通過一界面、邊界或通過部件間之一接縫的較佳流動及/或混合可又進一步增加管部件與外殼部件之間及/或該等外殼部件之間的互連強度。因此，可達成該等部件間之一強整體結合及/或該框架之一較佳整體表現。可了解的是該軟化溫度(流動溫度)可取決於施加壓力且可對應地調整。為加速接合程序，例如減少獲得一熔化物之時間，該溫度可增加至各個材料之熔化溫度以上，最好是在該等熔化溫度以上之一範圍內，例如在各個軟化溫度以上5與50度之間。

在某些實施例中第一中空管部件及/或該等外殼部件包括其他組件或部件，例如金屬部件等。在一較佳實施例中，該第一中空管部件及/或該等外殼部件大致由該熱塑性纖維複合材構成。藉由使該第一中空管部件及/或該等外殼部件分別地大致由各個熱塑性纖維複合材構成(大致由各個熱塑性纖維複合材形成或製成)，可構成一輕量但堅硬之框架。較佳地，該框架係在沒有比較重部件，例如金屬管或管段之情形下製成。

可了解的是，通常，該纖維強化複合材可理解為包含任一種適當強化纖維及/或多束強化纖維，例如鋼筋，其包括但不限於：如玻璃纖維之合成纖維、碳質、聚合物纖維、金屬纖維、如玄武岩纖維之礦物纖維及/或天然纖維。較佳纖維包括具有超過大約1，最好超過大約2之高比勁度(一勁度對重量比率)的纖維，例如碳及鋼纖維。在一較佳實施例中，使用不鏽鋼纖維與碳纖維之一組合。

可進一步了解的是該熱塑性聚合物基質材料可理解為包含任何適當熱塑性聚合物或聚合物之混合物。適當聚合物包括但不限於：聚丙烯、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚醯胺(尼龍)、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚醯亞胺、聚苯硫、(聚)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)及聚芳基醚酮(PAEK)。其他適合使用之強化纖維及熱塑性基質材料可在WO 2018/050875中找到。

該第一熱塑性纖維強化複合材及該第二熱塑性纖維強化複合材可具有相同性質或可不同，但最好具有相同性質。吾人發現使用相同性質，例如相同聚合物種類之複合材可增加接合強度。使用不同性質之複合材，例如在如膠接之情形中，可能因依據不同溫度暴露產生之一不同表現，可產生如裂縫之小視覺破壞。

本揭示之其他態樣係有關於一種自行車框架，最好是可藉由依據本發明之方法獲得及/或包含關於在此揭露之方法所述之組件的一自行車框架。該自行車框架包含在例如一第一中空管部件之一第一框架部件與例如一第二中空管部件之一第二框架部件間的一熔合互連。該第一中空管部件包含一第一熱塑性纖維強化複合材，該第一熱塑性纖維強化複合材包含一熱塑性基質及一埋入纖維結構。該第二中空管部件包含至少一第一纖維強化外殼部件及一第二纖維強化外殼部件，該第一纖維強化外殼部件及該第二纖維強化外殼部件各由一第二熱塑性纖維強化複合材形成，該第二熱塑性纖維強化複合材包含一熱塑性基質及纖維。該熔合互連，例如使用依據本發明之方法形成的互連，包括在該第一中空管部件與該第二中空管部件間之一重疊。該重疊係由與該第二中空管重疊的該第一中空管部件之一端部，或由與該第一中空管部件重疊的該第二中空管部件之一端部形成。如關於該方法所述地，該第一中空管部件之埋入纖維結構在該重疊與該等中空管部件間之一重疊交叉。

大致上，依據本發明之方法可理解為提供關於較佳可製造性；接合框架部件間之互連的較大強度；及/或特別在接點之一較佳表面精製度的多種改良。

該較佳強度被認為至少部份地有關於在該第一中空管部件與該等纖維強化外殼部件間提供重疊，其中在該重疊該第一中空管部件之埋入纖維結構與該第一中空管部件及外殼部件之該第二中空管部件間的一邊界交叉。

該較佳可製造性被認為至少部份地有關於依據如管複雜性及/或管直徑之設計準則，使用外殼部件以便由外殼部件形成該等中空管部件(框架部件)中之一中空管部件，而其他中空管部件可由外殼部件或由例如一預成形無縫中空管部件之一無縫中空管部件形成。

該較佳表面精製度被認為至少部份地有關於各包含一熱塑性基質之管部件的組成，其容許在該等管部件及/或該等外殼部件間形成一連續熔合互連。

用於說明特定實施例之術語非意圖限制本發明。除非上下文另外清楚地表示，在此使用之單數形「一」及「該」意圖亦包括複數形。該用語「及/或」包括相關列舉物件中之一或多者的任一及全部組合。應了解的是該等用語「包含」及/或「包含有」表示存在所述特徵但不排除存在或外加一或多個其他特徵。可進一步了解的是除非另外指明，當指稱一方法之一特定步驟接續另一步驟時，該特定步驟可直接地跟隨在該另一步驟後或可在實行該特定步驟前實行一或多個中間步驟。可類似地了解的是除非另外指明，當說明結構或組件間之一連接時，這連接可直接地或透過中間結構或組件來建立。

以下參照顯示本發明之實施例的附圖更完整地說明本發明。在圖中，系統、組件、層及區域之絕對及相對大小可放大以便清楚顯示。實施例可參照本發明之可能理想化實施例及中間結構的示意及/或橫截面圖說明。在該說明及圖中，類似數字表示全部類似元件。相對用語及其衍生語應被視為表示如當時說明或如說明時圖中所示的方位。這些相對用語係為了方便說明且除非另外聲明，該系統不需要以一特定方位構成或操作。

圖1及2A顯示一自行車框架，該自行車框架包含與一第二中空管部件20接合之第一中空管部件10。該第二中空管部件包含至少一第一纖維強化外殼部件21及一第二纖維強化外殼部件22。

因為本發明容許(例如數位地切割成之)框架可由複數接合框架部件(框架構件)形成，所以本發明有利地簡化自行車框架製造及/或設計。藉由用例如外殼部件之較小組件製造一框架，一框架可由一組比較小之比較容易製造的組件製成。這簡化例如框架大小或框架型式之訂製框架的製造，且各不同框架不需要一專用模。

圖1顯示由接合框架構件(A-F)形成之一自行車框架100之一實施例的示意分解圖。在可能之情況下該等框架構件係由纖維強化外殼部件製成，例如如圖2A所示地顯示外殼部件21、22與23接合地包含在一自行車框架100之一座桿中，或如圖4B中地顯示外殼部件21、22、23與24接合地包含在一框架100之一前管中。

依據本發明之方法，該第一中空管部件10可由熱塑性纖維強化複合材之外殼部件選擇地形成，且該熱塑性纖維強化複合材包含一熱塑性聚合物基質11及一埋入纖維結構12(強化纖維)。在某些實施例中，例如如圖2B所示，例如若就一預期負載而言有需要，則該埋入纖維結構宜設置成大致環繞該管。

本發明之方法更包含提供用於形成該第二框架部件之外殼部件。對該第二框架部件而言這些外殼部件包括例如圖2B所示之至少一第一纖維強化外殼部件21及一第二纖維強化外殼部件22。或者，該方法包含提供用於形成第一框架部件之外殼部件。各外殼部件包含一第二熱塑性纖維複合材，該第二熱塑性纖維複合材包括一熱塑性聚合物基質及纖維。該等外殼部件係設計成藉由熔合形成各個框架部件，例如該第二中空管部件20。一外殼部件宜例如藉由用如UD帶(單向定位強化纖維帶)之強化纖維帶製作胚料而由一熱塑性纖維強化複合材製成，該等纖維強化帶包含例如一編織、編結或成對強化纖維結構之一強化纖維結構，或可在一第二製造步驟中加壓模製成一所需外殼形式之多數對齊纖維束或其他平面結構。或者，可放置或覆蓋例如層或帶之該等複合結構成例如一模之一適當形狀而可在一適當溫度及/或壓力下固化成所需形狀。在另一種情形中，可預見該等外殼部件可藉由在一適當設計之模中用一熱塑性基質材料浸漬一乾強化纖維結構來製造，或者，可使用與一熱塑性基質材料化學地反應之一多成分混合物。

可了解的是該等外殼部件及/或該中空管部件中之一或多個部件可具有容許外部件固定在該框架上的一固體插入物。該固體插入物可為一金屬部件。例如，具有一螺紋之一鋁部件。該插入物可定位在一適當尺寸之孔中，該孔係設置在該外殼部件及/或中空管部件之一面中。該插入物可藉由固化包含在該等框架部件中之熱塑性材料而有利地錨固在該框架部件上。

如上所述，例如該第一中空管部件10之該第一框架部件可由外殼部件形成。就減少製造複雜性而言，例如該第一中空管部件10之該第一框架部件通常係一預成形中空管部件，最好是一無縫中空管部件。詳而言之，吾人發現相較於由特別在小尺寸時製造需要在熔合步驟中準確定位之互連外殼部件形成的類似尺寸中空管，具有例如＜大約3至4 cm之一小直徑之無縫中空管部件的可製造性展現較少製造複雜性。

較佳地，該第一中空管部件10係由包括加熱及固化一纖維結構之一分開製造步驟製成，該纖維結構包含熱塑性纖維及強化纖維。包含例如一編結強化纖維結構之一編結纖維結構的一中空管可有利地耐受來自不同方向之負載，例如拉伸負載。

較佳地，熱塑性纖維及強化纖維係編結成一袖或襪之形式，使得該第一中空管部件可為一連續或無縫中空管部件。在一較佳實施例中，該第一中空管部件係形成在一分開外模中，該外模界定該中空管部件之一外徑及/或一外表面精製度。較佳地，用於施加壓力之一內模或結構係配置成形成該第一中空管部件，該第一中空管部件具有一大致固定及/或大致圓形內徑。一大致固定及大致圓形內徑特別有利於收納一圓管狀自行車部件，例如座桿或一轉向管。

或者，該等第一中空管部件可藉由拉擠成型、射出成型、拉捲或其他捲繞方法或所屬技術領域中具有通常知識者習知之任何類似適當方法來製成，該等方法容許製造該等強化纖維具有足以與該接縫交叉之一長度的外殼部件。

依據本發明之方法更包含將該第一纖維強化外殼部件定位成通過一接縫S而與該第二纖維強化外殼部件相鄰以形成一第二中空管部件20。該接縫可為具有某長度之一重疊，例如具有在5與20毫米間之一範圍內之一長度的一重疊。此外該方法包含將該第一中空管部件10之一端部插入該第二中空管部件20，或將該第二中空管部件20之一端部插入該第一中空管部件10，藉此在該第一中空管部件與該等纖維強化外殼部件之間形成一重疊30，例如如圖2B所示，且圖2B示意地顯示在該製程之這階段一自行車框架之一實施例的橫截面側視圖。在該重疊30該第一中空管部件之埋入纖維結構11與第一中空管部件及外殼部件之第二中空管部件間之一邊界B交叉。

依據本發明之方法更包含使該第一纖維強化外殼部件、該第二纖維強化外殼部件及該第一中空管部件在其相對位置互相熔合。熔合較佳地包括：至少在該重疊之一位置加熱該第一中空管部件及該等纖維強化外殼部件至該第一與第二熱塑性纖維複合材之一軟化溫度以上的一溫度；及藉由壓力固化(例如冷卻)該加熱之第一與第二熱塑性纖維複合材以便在該等中空管部件之間形成一熔合互連。在固化後該等框架部件在一熔化溫度以下不可分開地接合在一起。有利地，依據本發明之方法可製造輕量且堅硬之一硬殼框架。

較佳地，該埋入纖維結構亦在該重疊之一位置與該第二中空框架部件之外殼部件間的接縫交叉，例如如圖3A所示，且圖3A示意地顯示圖2B所示之實施例的橫截面圖。發明人發現該埋入纖維結構亦在該重疊之一位置與該第二中空框架部件之外殼部件間的接縫交叉的實施例可例如在該等外殼部件間之互連的一位置具有較佳強度。

較佳地，在該重疊之一位置的溫度升高至例如各個熱塑性聚合物之該第一與第二熱塑性纖維複合材之一熔化溫度以上的一溫度。加熱至該熱塑性纖維複合材之一熔化溫度以上可改善該等熱塑性纖維複合材例如通過部件間之一界面或邊界的流動及/或混合。該等熱塑性纖維複合材通過部件間之一界面、邊界或接縫的較佳流動及/或混合可更進一步增加管部件與外殼部件之間及/或該等外殼部件之間的互連強度。因此，可較佳地形成該等部件間之一強整體結合，藉此改善該框架之整體表現。

在一較佳實施例中，該第一中空管部件及/或該等外殼部件大致由各個熱塑性纖維複合材構成。藉由使該第一中空管部件及/或該等外殼部件分別地大致由各個熱塑性纖維複合材構成，例如大致由各個熱塑性纖維複合材形成或製成，可構成一輕量但堅硬之框架。較佳地，該框架係在沒有比較重金屬管之情形下製成。

發明人發現該第一框架部件由一無縫中空管形成之實施例可特別適用於接合不同直徑之框架部件，即適用於該等接合部件之外徑D10與D20不同至少2倍的情形中。就該等情形而言，發明人發現例如如US5350556中所述地用於互連該等部件之習知方法會產生一較小強度及/或較不耐用之互連。如前所述，該第一框架部件由一無縫中空管形成之實施例可在該第一框架部件之外徑小，例如在30 mm以下或40 mm以下時由於較少製造複雜性而更佳。

在某些較佳實施例中，該等外殼部件及第一中空管部件在熔合時至少在該重疊之位置被一外模封閉。較佳地該外模係由至少二匹配外模部件形成。較佳地該外模係一可加熱模，其容許至少該管及外殼部件之該等重疊段的溫度升高至該第一與第二熱塑性纖維複合材之一軟化溫度以上。封閉該等部件可依據該模之一形狀/尺寸及/或該模之一內表面的平滑度來改善對該接點之一最終外形的控制及/或改善一表面精製度，例如提供一平滑表面精製度。例如沿著接縫或通過一邊界提供一較小表面粗糙度可減少例如拋光該框架之後續表面處理的一需求。

在其他或另外較佳實施例中，該方法包含，即，由該第一及/或第二中空管部件內提供一內壓力至該等外殼部件。壓力可藉由例如一氣體或一液體之一流體來施加。該流體被該等部件本身或被一材料收容，該材料可在固化後移除或在固化後保持結合。或者，壓力可藉由模擬一流體靜壓力的例如一對移動加壓構件之一固體裝置來施加。在某些實施例中，壓力可藉由在該重疊之一位置將一固體插入物插入該等框架部件內之空間來施加。相較於該模，該插入物具有一比較大，例如大至少1.2倍，更佳為例如大2倍之熱膨脹係數，使得該熔合步驟中該模之溫度增加時，該插入物膨脹且對該模加壓。例如，在一實施例中，該插入物可由鋁形成而該模可由例如不鏽鋼之鋼形成。通常，施加之壓力係在大約1與大約9巴間之一範圍內。用於施加壓力之較佳實施例避免該第一管部件及/或該等外殼部件之一橫截面或尺寸例如因材料在高溫回流而產生變形。維持該第一及/或第二管部件之橫截面可容許例如一座管或轉向管之後續框架部件適當地嵌入該框架部件。

替代地或另外地，如一彈性插入物或類似可變形插入物之一半固體插入物可用於施加一內壓力。該半固體插入物宜在固化後移除。類似固體插入物，該半固體插入物可因例如熱膨脹之膨脹而至少部份地施加一局部壓力在該等框架部件上。有利地，該半固體插入物可例如在該重疊與該等框架部件之一拓樸(3D幾何形狀)一致。特別相較於固體插入物，一半固體插入物改善壓力分布。配合藉由一流體施加一流體靜壓力，一半固體插入物可具有特定好處。一半固體插入物可至少部份地將一施加之流體靜壓力轉移至該框架之一標的部份同時例如在該重疊與其拓樸一致。

用於熔合之熱可使用各種手段或其組合來施加。這些手段包括：例如透過感應或微波來輻射加熱；及透過直接接觸，例如透過一加熱模及/或藉由加熱例如氣體之加壓介質來加熱。在某些實施例中，熱係至少部份地由一加熱之加壓流體來提供。藉由施加一加熱之流體，熱可由一內方向至少部份地施加至該等部件，藉此容許通過該等部件之一更快加熱及/或一更均勻溫度分布。例如水或油之一液態流體相較於一氣體可有利地具有一比較大熱容量，因此可在一段預定時間內更快熱傳送及/或傳送更多熱。

在某些較佳實施例中，例如如圖3B所示，在該第一中空管10與第二中空管20之間設置一熱塑性材料之一層40，例如一帶。設置一熱塑性材料之一層40，例如一帶可促進該等框架部件之熔合及增加在該重疊30之該等框架構件間的黏著力。較佳地，該層40包含與該第一中空管部件及/或該等外殼部件之熱塑性基質材料相同的熱塑性材料。或者，該層40具有強化纖維，例如UD帶。設置具有強化纖維之一層40產生具有更多數目之纖維，例如與接合框架構件間之一邊界交叉之纖維的一接點。

較佳地，層40具有在10與250 μm間之一範圍內的一厚度。吾人發現在該特定範圍內之一厚度可促進該中空管與該等外殼部件間之接觸。

在其他或另外較佳實施例中，包含在該埋入纖維結構中及/或包含在層40中之纖維或多束纖維以在30與90度間之一範圍內的一角度，例如45度與該第一中空管部件及該等外殼部件間之接縫交叉。發明人發現以在特定範圍內的一角度與該第一中空管部件及該等外殼部件間之接縫交叉的包含在該埋入纖維結構中(及/或在層40中)之纖維或多束纖維可增加在該框架上之一預期或計算負載的一方向上第一中空管部件與該等外殼部件間之互連的強度。可了解的是該角度可取決於該框架上之該預期或計算負載的一方向。較佳地，該等纖維以在30與90度間之一範圍內的一角度與該等外殼部件間之接縫交叉。

在某些實施例中，例如如圖4A所示，該等外殼部件中之至少一外殼部件具有一舌部25，該舌部係配置成沿著該等外殼部件21與22間之接縫提供至少一部份重疊。或者可沿著該等部件之長度提供一完全重疊。在該等外殼部件之間提供一重疊可增加形成之熔合管的強度。可了解的是不一定要設置一舌部。亦可藉由在一加熱步驟中熔合該等部件而在例如非重疊外殼部件或無舌部外殼部件之外殼部件間達成一良好連接(例如，平接)。

因此，在某些實施例中在該熔合階段中之溫度及/或壓力使得該等外殼部件基質材料可流過該等外殼部件間之一接縫以形成一整體連接。為達此目的，在該熔合步驟中之溫度宜升高至該熱塑性聚合物基質材料之一流動溫度，例如一熔化溫度以上，最好是在該熔化溫度以上至少攝氏5度，例如，在5與25℃間之一範圍內。已發現的是藉由使該外殼之熱塑性聚合物基質材料在一熔融狀態，可獲得在該外殼部件間之一致熔合。

可了解的是依據本發明之方法可應用於一自行車框架之任一部件。例如，可應用製造一自行車框架之方法以形成以下中之一或多者： 在一座桿或座管與該框架間之一連接； 在一前管與該等框架前叉構件間之一連接； 在一前叉腿與一轉向管間之一連接；及 在一後上叉或後下叉與該框架間之一連接。

請參見例如示意地顯示一自行車框架100之一前管部份的圖4B，該前管部份包含在一第一中空管部件10與由外殼纖維強化部件20至24形成之二第二中空管部件間的一熔合互連。

本發明之其他態樣係有關於一自行車框架。較佳地，該框架可使用依據本發明之製造方法獲得。按照關於該方法揭露之特徵，該自行車框架包含在一第一中空管部件與一第二中空管部件間之一熔合互連，該第一中空管部件係由一第一熱塑性纖維強化複合材形成，該第一熱塑性纖維強化複合材包含一熱塑性基質及一埋入纖維結構，該第二中空管部件包含至少一第一纖維強化外殼部件及一第二纖維強化外殼部件，該第一纖維強化外殼部件及該第二纖維強化外殼部件各由一第二熱塑性纖維複合材形成，該第二熱塑性纖維複合材包含一熱塑性基質及纖維。該熔合互連包括在該第一中空管部件與該第二中空管部件間之一重疊。該重疊宜包含與該第二中空管之一部份重疊的該第一中空管部件之至少一熔合端部，或與該第一中空管部件之一段重疊的該第二中空管部件的一端部，其中該第一中空管部件之埋入纖維結構在該重疊與該等中空管部件間之一重疊(一接縫或邊界)交叉。選擇地或另外地，包含在該埋入纖維結構中之纖維或多束纖維以在30與90度間之一範圍內的一角度與該第一中空管部件及該第二中空管部件間之接縫交叉。

如關於該製造方法所述，該第一中空管部件可較佳地為一無縫中空管。類似地，該第一中空管部件可較佳地包含設置成大致環繞該管部件之一編結纖維結構。此外，可了解的是該第一中空管部件之一外徑宜比該第二中空管部件之一外徑小至少2倍。在某些實施例中，該自行車框架包含在該等第一與第二中空管部件間的一熱塑性材料之一層，該熱塑性材料最好是與該第一中空管部件及/或該等外殼部件之熱塑性基質材料相同的熱塑性材料。該層係設置在該等中空部件間之互連以增加該等部件間之黏著力。

為了清楚顯示及簡要說明，在此說明特徵為相同或個別實施例之部件，但是，可了解的是本發明之範疇可包括具有全部或某些所述特徵之組合的實施例。

在判讀附加申請專利範圍時，應了解的是除非另外特別地聲明，該用語「包含」未排除存在一既定請求項中列舉者以外之其他元件或動作；在一元件前之用語「一」未排除存在複數該等元件；在該等請求項中之任何表示符號不限制其範疇；數個「裝置」可藉由相同或不同物件或實施結構或功能來表示；任一揭露裝置或其部份可組合在一起或分開成其他部份。當一請求項引述另一請求項時，這可表示由其各個特徵之組合達成的協同好處。但某些措施在互相不同之請求項中說明的單純事實並不表示亦無法使用這些措施之一組合來獲得好處。除非上下文清楚地排除，本實施例可因此包括該等請求項之全部工作組合，其中各請求項可大致引述任一前述請求項。

10:第一中空管部件 11:熱塑性聚合物基質 12:埋入纖維結構 13:編結纖維結構；編結或捲繞纖維結構 20:第二中空管部件 21:第一纖維強化外殼部件 22:第二纖維強化外殼部件 23,24:外殼部件 25:舌部 30:重疊 40:層 100:自行車框架；框架 A-F:接合框架構件 B:邊界 D10,D20:外徑 S:接縫

本揭示之裝置、系統及方法的這些及其他特徵、態樣及優點可由以下說明、附加申請專利範圍及附圖更佳地了解，其中： 圖1顯示由接合部件形成之一自行車框架之一實施例的示意分解圖； 圖2A示意地顯示在一製造之中間階段，一自行車框架之一實施例的一部份，該自行車框架包含在形成之一第一中空管部件與一第二中空管部件間的一熔合互連； 圖2B示意地顯示在製造一自行車框架之一實施例之一中間階段的橫截面側視圖，該自行車框架包含在形成之一第一中空管部件與一第二中空管部件間的一熔合互連； 圖3A顯示圖2B所示之實施例的示意橫截面圖； 圖3B示意地顯示在製造一自行車框架之一實施例之一中間階段的橫截面側視圖，該自行車框架包含在形成之一第一中空管部件與一第二中空管部件間的一熔合互連； 圖4A顯示一第二中空管部件之一實施例的示意橫截面圖；及 圖4B示意地顯示在一製造之中間階段，一自行車框架之一實施例的另一部份，該自行車框架包含在形成之一第一中空管部件與一第二中空管部件間的一熔合互連。

10:第一中空管部件

13:編結纖維結構；編結或捲繞纖維結構

21:第一纖維強化外殼部件

22:第二纖維強化外殼部件

23,24:外殼部件

100:自行車框架；框架

Claims (17)

1. 一種製造自行車框架之方法，該方法包含： 提供一第一中空管部件，該第一中空管部件包含一第一熱塑性纖維強化複合材，該第一熱塑性纖維強化複合材包含一熱塑性聚合物基質及一埋入纖維結構； 提供至少一第一纖維強化外殼部件及一第二纖維強化外殼部件，該第一纖維強化外殼部件及該第二纖維強化外殼部件各包含一第二熱塑性纖維複合材，該第二熱塑性纖維複合材包括一熱塑性聚合物基質及纖維； 將該第一纖維強化外殼部件定位成通過一接縫而與該第二纖維強化外殼部件相鄰以形成一第二中空管部件； 將該第一中空管部件之一端部插入該第二中空管部件，或將該第二中空管部件之一端部插入該第一中空管部件，而在該第一中空管部件與該等纖維強化外殼部件之間形成一重疊，其中該第一中空管部件之該埋入纖維結構在該重疊處與該第一中空管部件及外殼部件之該第二中空管部件間的一邊界交叉；及 使該第一纖維強化外殼部件、該第二纖維強化外殼部件及該第一中空管部件在該相對位置互相熔合，其中熔合包括：至少在該重疊之一位置處加熱該第一中空管部件及該等纖維強化外殼部件至該第一熱塑性纖維複合材與該第二熱塑性纖維複合材之一軟化溫度以上的一溫度；及藉由壓力使經加熱之該第一熱塑性纖維複合材與該第二熱塑性纖維複合材固化以便在該等中空管部件之間形成一熔合互連。
2. 如請求項1之方法，其中該第一中空管部件係一無縫中空管部件。
3. 如請求項1或2之方法，其中該第一中空管部件包含：設置成大致環繞該管之一編結或捲繞纖維結構。
4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該第一中空管部件係形成在一編結纖維結構之分開加熱及固化步驟中，該編結纖維結構包含熱塑性纖維及強化纖維。
5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該第一中空管部件之一外徑比該第二中空管部件之一外徑小至少2倍。
6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中，在熔合時，該等外殼部件及該第一中空管部件至少在該重疊之位置處被一外模封閉。
7. 如請求項1至6中任一項之方法，包含：在該第一中空管部件及/或該第二中空管部件內提供一加壓介質，及施加在大約1巴與大約9巴間之一範圍內的一流體靜壓力。
8. 如請求項1至7中任一項之方法，包含：在該第一中空管部件與第二中空管部件之間設置一熱塑性材料之一層，例如一帶，該熱塑性材料最好是與該第一中空管部件及/或該等外殼部件之該熱塑性基質材料相同的熱塑性材料。
9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中，包含在該埋入纖維結構中之纖維或多束纖維，以在30度與90度間之一範圍內的一角度，與該第一中空管部件及該等外殼部件間之該接縫交叉。
10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中該等外殼部件中之至少一外殼部件具有一舌部以便沿著該等外殼部件間之該接縫配置一重疊。
11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中應用該製造自行車框架之方法以形成以下中之一或多者： 在一座桿或座管與該框架間之一連接； 在一前管與該框架之數個前叉構件間之一連接； 在一前叉腿與一轉向管間之一連接；及 在一後上叉或後下叉與該框架間之一連接。
12. 一種自行車框架，其可較佳地藉由如請求項1至11中任一項之方法獲得，該自行車框架包含在一第一中空管部件與一第二中空管部件間之一熔合互連， 該第一中空管部件包含一第一熱塑性纖維強化複合材，該第一熱塑性纖維強化複合材包含一熱塑性基質及一埋入纖維結構， 該第二中空管部件包含至少一第一纖維強化外殼部件及一第二纖維強化外殼部件，該第一纖維強化外殼部件及該第二纖維強化外殼部件各包含一第二熱塑性纖維強化複合材，該第二熱塑性纖維強化複合材包含一熱塑性基質及纖維， 其中該熔合互連包括在該第一中空管部件與該第二中空管部件間之一重疊，該重疊係由：與該第二中空管重疊之該第一中空管部件的一端部，或與該第一中空管部件重疊之該第二中空管部件的一端部形成，其中該第一中空管部件之該埋入纖維結構在該重疊處與該等中空管部件間之一重疊交叉。
13. 如請求項12之自行車框架，其中該第一中空管部件係一無縫中空管。
14. 如請求項12或13之自行車框架，其中該第一中空管部件包含：設置成大致環繞該管部件之一編結纖維結構。
15. 如請求項12至14中任一項之自行車框架，其中該第一中空管部件之一外徑比該第二中空管部件之一外徑小至少2倍。
16. 如請求項12至15中任一項之自行車框架，包含：在該等第一與第二中空管部件之間設置一熱塑性材料之一層，該熱塑性材料最好是與該第一中空管部件及/或該等外殼部件之該熱塑性基質材料相同的熱塑性材料。
17. 如請求項12至16中任一項之自行車框架，其中，包含在該埋入纖維結構中之纖維或多束纖維，以在30度與90度間之一範圍內的一角度，與該第一中空管部件及該第二中空管部件間之該接縫交叉。

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