用於自行車的閘結構的製作方法
2023-07-29 15:06:01
專利名稱：用於自行車的閘結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於自行車的閘結構。
自行車車閘具有可通過制動手柄操縱的使其與輪圈接觸的制動元件。通常，如日本專利公開第57-26702號公開的那樣，所述制動元件由主要組分是橡膠聚合物的粘合劑和金屬化合物顆粒的混合物構成。這些制動元件甚至在溼條件時也產生一種類似幹條件下的制動作用。
為將制動元件壓在輪子或其他物體上以使其被制動，需要很大的力。例如對於自行車，在形成所需高壓力過程中，必須將較大的操縱力施加於所述制動手柄本身。對於傳統的結構，難於施加所述的高壓力以便產生足夠的制動力。
本發明目的在於提供一種閘結構，該閘結構即使在溼條件下也能產生相對較大的制動力(或稱剎車力)。
用於實現本發明上述目的的自行車車閘裝置具有一個制動手柄，制動元件，和一聯接裝置，該聯接裝置在制動手柄和制動元件之間延伸，該聯接裝置包括一操縱力放大裝置，用於放大施加於制動手柄上的用於將制動元件壓在自行車輪的被制動部件上的操縱力，所述制動元件包括橡膠狀的基料，和至少混入橡膠狀基料表面的硬質摩擦材料，所述表面與所述被制動部件接觸，以便破壞在制動元件和被制動部件之間在溼條件下形成的液層，其中，在放大的操縱力的作用下，硬質摩擦材料被壓在受制動部件上。
對於具有上述結構的閘裝置，聯接裝置具有一個改進的輸入-輸出比，與已有技術相比，當相同的操縱力施加於制動手柄時，制動元件壓於被制動部件上的力較大。在溼條件下，由於液層使得橡膠狀基料不能完成剎車功能，但硬質摩擦材料將破壞該液層，向各制動部件上施加制動力。這是對於沒有硬質摩擦材料的由橡膠狀基料形成的制動力的一種改進。通過硬質摩擦材料向受制動部件提供較大的摩擦阻力，這進一步改進了由這種閘裝置形成的制動力，這種改進是基於通過改進操縱力放大裝置的輸入-輸出比而增加壓力實現的。也就是說，通過下述兩種改進而形成較強的制動力硬質摩擦材料對液層的破壞作用，和由制動元件向受制動部件施加較強的壓力。
因此，僅僅通過較小的力操縱制動手柄，甚至在溼條件下也可提供可靠的剎車力，這樣便於剎車操縱，並且有使自行車剎車距離相對較短的優點。
下面通過參照附圖更詳細地詳述本發明的實施方案，本發明的進一步的和其他的目的、特徵和效果將變得更為清楚。
圖1是一個正視圖，用於示出懸臂型鉗閘的基本部分;
圖2是一曲線圖，用於示出在幹和溼條件下制動元件向自行車輪圈施加的剎車力與剎車作用量之間的函數關係;
圖3是一個用於示出在幹條件下計算平均剎車力的方法的圖;
圖4是一個用於示出在溼條件下計算平均剎車力的方法的圖;
圖5是一個用於示出在幹、溼和多塵條件下測量剎車力的圖;
圖6是一個曲線圖，用於示出圖5所示數據的最大和最小剎車力;
圖7是一個具有如下作用的圖，它示出了在幹和溼條件下按照本發明的制動元件和未改進的制動元件的最大剎車力;
圖8是一個具有如下作用的圖，它示出了在幹條件下按照本發明的制動元件和未改進的制動元件其剎車力的變化。
圖1示出了一種自行車的外露型制動裝置，它包括一個主制動組件B，一個閘的拉索2，和一個具有手柄3的閘柄裝置。所述組件B具有一對外露的用作制動元件的閘瓦1。通過使手柄3轉動移動來操縱該閘裝置。施加於手柄3的手動操縱力使制動元件1移到與輪圈4壓力接觸的位置，從而通過摩擦剎住車輪W。
如從圖1可清楚地看到的那樣，由手柄支架5將手柄3聯於平直的管形把手6上，手柄3可繞手柄支架5上的樞軸7轉動。
主制動組件B為一種懸臂型制動器，它包括一對用於分別支撐制動元件1的閘鉗8。閘鉗8聯於自行車車架F上，它們跨越車輪W相互對置著。閘鉗8均可相對車架F繞軸X轉動。
用於將該對制動元件1聯於手柄3的機械聯接機構E包括一個與閘鉗8聯接的拉索聯接器9;閘拉索2;和聯於手柄3的拉索聯接器10。
在使用條件下，閘拉索2具有內索2a，其一端聯於拉索聯接器9和不具有拉索聯接器9的閘鉗8，其另一端聯於拉索聯接器10。在使用中，閘拉索2將由於手柄3的轉動運動而形成的操縱力傳遞給閘鉗8，並使其轉動。這樣，聯接機構E將手柄3可操縱地聯於制動元件1，使得操作力從手柄3機械傳遞到可隨閘鉗8轉動的制動元件1上。因此，制動元件1可從與輪圈4分開的位置移至與其接觸的位置。
這就是說，當手柄3朝向把手6移動時，由閘拉索2傳遞的操縱力使得右和左閘鉗8朝向車輪W轉動。因此，兩個制動元件1都壓在輪圈4的側表面上，由此提供了摩擦剎車力。
當鬆開手柄3時，閘拉索2放鬆，在復位彈簧(未示出)的偏壓力作用下能使閘鉗8轉動並離開車輪W，所述復位彈簧裝在相應閘鉗8的鄰近區域上。因此，制動元件1從輪圈4的側表面移回，剎車力消除。
制動元件1由下述表1所示的混合的改性丁腈橡膠(以下稱之為NBR)構成，它具有至少在其整個表面上分散的氧化鋁顆粒。聯接機構E的輸入-輸出比能使得在使用時，制動元件1具有最佳的剎車特性。這樣，當輪圈4是幹的時，用這種方法可完成剎車操縱同時可避免過度剎車。當輪圈4被雨水或露水弄溼時，儘管在輪圈4表面上形成了液層，也可相對可靠地完成剎車操縱。
表1 配料表<
與由未改性丁腈橡膠(以下稱之為未改性NBR)形成的未改性制動元件相對比，由改性NBR形成的制動元件1在幹條件下產生較小的剎車力，所述未改性NBR不具有如氧化鋁那樣的硬質摩擦材料。與未改性制動元件相比，制動元件1在溼的條件下形成較大的剎車力。這就是說，在幹的狀態時，丁腈橡膠(NBR)易於與輪圈緊密接觸，藉助於氧化鋁施加較大的摩擦阻力。當在溼的狀態時，輪圈表面上形成的液層可能使NBR的摩擦阻力等於零。但是，由於氧化鋁的硬度能破壞液層，抓牢輪圈，可向其施加摩擦阻力。
在使用未改性制動元件的地方，在未改進型聯接機構Ea上提供一個操縱力放大裝置，該機構Ea將制動元件可操縱地聯於手柄3。這種裝置包括手柄3的輸入臂長LI和輸出臂長LO(圖1)的比，閘鉗8的輸入-輸出比，和當制動元件接觸輪圈4時聯接器9或內索2a相對於一個閘鉗8的聯接角A，這些被示於下表2中。這使得在預定壓力下未改性制動元件接觸輪圈4，在幹條件下產生合適的剎車力。例如在本實施方案中，在制動元件1是由改性NBR形成的地方，聯接機構E具有一個操縱力放大裝置，它包括手柄3的輸入臂長LI和輸出臂長LO的比，閘鉗8的輸入-輸出比、和當閘元件1接觸輪圈4時聯接器9或內索2a相對於一個閘鉗8的聯接角A，這些被列於下表2中。在後者情況下，聯接機構E提供的輸出大約是輸入的6.65倍。
這樣，聯接機構E的輸入-輸出比大約是未改型聯接機構Ea的1.12倍，從而當相同操縱力P施加於手柄3時，使制動元件1在較大壓力下接觸輪圈4。對於增大的輸入-輸出比，在幹條件下制動元件1施加與未改進位動元件基本相同的剎車力。在溼條件下，制動元件1比未改進位動制動元件施加更大的剎車力。
表2
>BI輸入臂長，並且BO輸出臂長(參見圖1)(聯接機構E的輸入-輸出比)/(聯接機構Ea的輸入-輸出比) ＝ 6.653/5.949 ≌1.12這就是說，儘管所用的制動元件1在幹條件下與未改進位動元件相比，剎車力較小，但由於聯接機構E的輸入-輸出比增大，因此對制動元件1提供了附加的壓力，從而補償了下降的剎車力。因此，在幹條件下制動元件1與未改進位動元件相比施加了基本相同的剎車力。在溼的條件下，所用制動元件1施加大於未改進位動元件的剎車力。聯接機構E增大的輸入-輸出比對制動元件，提供了附加的壓力，從而進一步增加了溼條件下制動元件1的壓力。因此，在溼條件下施加的壓力接近於在幹條件下施加的壓力。
從圖2所示剎車實驗的結果中可清楚地看出以上事實，該實驗在由改性NBR形成的制動元件1和未改進位動元件上進行。
剎車實驗所用被剎車體是一個鋁輪圈，在其表面形成2至6微米厚的氧化鋁膜層。
自行車總重量(包括騎者)是100Kg，速度是12.5km/h。如圖1所示，操縱力輸入P＝180N被施加於離手柄3末端25mm處。
對於溼度條件，車輪被雨量為0.3至0.4升/分的雨水弄溼。
在圖2中，水平軸表示剎車作用量(N)，而垂直軸表示剎車力F。在通過未改型聯接機構Ea將未改進位動元件聯於手柄的場合，A-A″線示出了在幹條件下的剎車力，而E-E′線示出了在溼條件下產生的剎車力。
在幹條件下，出現一個穩定的時期，其中，無論剎車作用量(N)怎樣，剎車力變化較小。在穩定時期的剎車力比在初始剎車時期略有減少。在溼的條件下，也出現一個穩定時期，其中，無論剎車作用(N)怎樣，剎車力變化較小。在此穩定時期，該剎車力超過初始剎車時期的剎車力而略微增加。
在通過未改進聯接機構Ea將由改性NBR形成的制動元件1聯於手柄的場合，B-B′線示出了在幹條件下產生的剎車力，而D-D′線示出了在溼條件下的剎車力。剎車力在溼條件下比在幹條件下低，但其是對於由未改時制動元件在溼條件下產生的剎車力(E-E′)的改進。
在幹條件下，出現一個穩定的時期，其中無論剎車作用量(N)怎樣，剎車力變化較小。剎車力在穩定時期比在初始剎車時期略有減少。在溼條件下，也出現一個穩定時期，其中，無論剎車作用量(N)怎樣，剎車力變化較小。剎車力在穩定時期比在初始剎車時期略有減少。
在通過聯接機構E將由改性NBR形成的制動元件1聯於手柄的場合，A-A′線示出了在幹條件下形成的剎車力，C-C′線示出了在溼條件下產生的剎車力。
由圖3和4所示計算方法得出圖2所示剎車力F。如圖3所示，在幹條件下，在從剎車作用開始的剎車時間「t」的時間間隔中使車輪停止，在此過程中剎車力變化較小。如圖4所示，在溼條件下，在從剎車作用開始的剎車時間「t」的時間間隔中使車輪停止，在此過程中當車輪停止時剎車力達到最大值。在幹和溼條件下，剎車作用開始0.5秒時開始側量，在從剎車作用開始至少2.5秒後結束測量。每一測量的平均值被稱作剎車力F。
圖5和6示出了在由改性NBR形成的制動元件1和未改進位動元件上進行的進一步剎車實驗的結果。
這些剎車實驗也使用鋁輪圈，在其上形成有2至6微米的氧化鋁膜層。是在幹條件(幹)、溼條件(溼)、和輪圈上附有塵的多塵條件(多塵)下剎住車輪。
自行車的總重量(包括騎者)是100Kg。剎住前輪。速度是25km/h。如圖1所示，操縱輸入P＝14Kg被施加於距手柄3末端25mm的位置處。對於溼條件，車輪用600CC/分雨量的雨水弄溼，通過聯接機構E將制動元件1聯於制動手柄，如表2所示，聯接機構E其輸入-輸出比約為6.653。通過聯接機構Ea將未改進的制動元件聯於手柄，如表2所示，聯接機構Ea其輸入-輸出比為約5.949。
在圖5和6中，水平軸表示剎車作用量(N)，而垂直軸表示剎車力F。在圖中黑圈顯示由改性NBR形成的制動元件1的實驗結果，而白圈顯示未改進位動元件的實驗結果。圖5表示了在幹條件下(幹)、溼條件下(溼)和多塵條件下(多塵)所進行的多次實驗。圖6清楚地示出了在每一條件下產生的最大剎車力和最小剎車力之間的差別。
如圖7所示，在幹條件下由改性NBR形成的制動元件1產生與未改進位動元件基本接近的相同的剎車力。在溼條件下制動元件1比未改進的制動元件產生較大的剎車力。如圖8所示，在幹條件下使用的由改性NBR形成的制動元件1其剎車性能比未改進位動元件的變化小。
圖5和6表示了由改性NBR形成的制動元件1在幹條件(幹)和溼條件(溼)下形成的剎車力。此外，該實驗條件是使施加於手柄上的操縱輸入P是14Kg(小於180N-180N＝18.37Kg)，自行車速度快於12.5km/h是25km/h。
這樣，隨著改性NBR製成的制動元件1和聯接機構E的使用，在下述實驗條件下，即自行車的總重量(包括騎者)是100Kg，施加於手柄的操縱輸入P是180N、而自行車速度是12.5km/h在溼條件下至少14.3Kg的剎車力被施加於前輪，並且至少10.2Kg的剎車力被施加於後輪，並且在幹條件下至少28.6Kg的剎車力被施加於前輪，同時至少20.4Kg的剎車力被施加於後輪。此外，在溼條件下至少22.4Kg的剎車力可被施加於前輪，並且至少14.3Kg的剎車力可被施加於後輪，在幹條件下至少34.7Kg的剎車力可被施加於前輪，而至少22.4Kg的剎車力可被施加於後輪。
表2中所示手柄的臂比是根據在平直管型把手上使用的手柄得到的，並且相應於當手柄處於開始拉拉索的位置和鄰近側置的中間位置測量的值。此外，這些比在每一制動元件被置於閘鉗安裝孔的中間位置的場合是真實可信的。
在形成制動元件1時可使用相對大量的氧化鋁。隨後，即使在鋁製輪圈被弄溼時也可產生較強的剎車力，這是基於液層破壞作用和通過聯接機構E增加施加於制動元件1上的壓力的原因。除強剎車力外，在幹條件易於避免過大的剎車作用。
這就是說，混合相對大量的硫導致了NBR強力粘合。這種粘合強度可有效地防止剎車時使氧化鋁剝落。這樣，可以混合相對大量的氧化鋁，以確保在溼的條件下高精度的剎車，這是基於液層破壞作用，和在幹條件下與未改進位動元件相比明顯減小剎車力的原因。
氧化鋁的莫氏硬度為9。即使是一個鋁圈，包括有氧化鋁的制動元件1能破壞圈表面的液層，並可靠地抓住該圈，以便向其上施加剎車作用。鐵丹比鋁圈表面上的氧化鋁膜層要軟。這樣，在幹條件下，儘管在此混合氧化鋁，該制動元件1也產生了極好的剎車力。
下面將描述本發明的其他實施方案。
制動元件除去直接剎住輪圈外，它也可以將剎車力施加於一個特別為剎車目的聯於輪上的元件。輪圈和所述特殊元件在此統稱為受制動元件4。
制動元件1可具有下列組合物;
可以用各種不同的合成橡膠替換NBR，例如丁苯橡膠(SBR)。可以使用一種合成樹脂或天然橡膠替換它。這些物質在此統稱為橡膠狀基料。
根據將要受制動的輪圈的材料，可用碳化矽(Sic)替換氧化鋁。可以使用鑽石作為替代物。如表3例舉的那樣，可以使用與受制動元件一樣硬或比其硬的物質實現液層破壞作用。這些物質在此統稱為硬質摩擦材料。如果以100份橡膠狀基料的重量為重量份數，混入的硬質摩擦材料的重量份數少於30份的話，破壞水層的作用將被減弱，因此而影響到剎車性能。如果摩擦材料的重量份數大於300時，從耐久性的觀點來看，該制動元件不適於使用。這樣，混入的硬質摩擦材料其重量份數應在30至300之間。
表3<
根據將受制動的輪圈的材料，可用氧化鈦(Tio)或二氧化錫(SnO2)替代鐵丹。換句話說，可使用比受制動元件更軟的物質。
作為硫化劑，最好使相對大量的硫與100份重量的橡膠狀基料相混合。這將增加橡膠狀基料的粘合性，從而更牢固地將硬質摩擦材料保持於橡膠狀基料中。如果混入的硫大於20重量份數，制動元件變得太硬難於使用。在使用含硫的硫化加速劑的場合，硫將完成硫化功能。可以混入0.2重量份數的硫作為硫化劑，以產生所希望的硫化作用。因此，100份重量的橡膠狀基料可混入0.2至20份重量的硫化劑。
對於聯接裝置E的改進的輸入-輸出比，在前述實施方案中僅用於手柄裝置，該裝置的手柄具有改進的輸入臂長和輸出臂長之間的比。但是，也可以使用這樣的閘鉗裝置或閘拉索裝置以替換之，即所述閘鉗裝置其每一閘鉗具有輸入臂長和輸出臂長之間的改進比，而所述閘拉索裝置具有改進的閘拉索傳動效率。可以使用手柄裝置、閘鉗裝置，和閘拉索裝置中的兩個或三個的結合。
除用在平直管型把手上使用閘裝置之外，本發明也適合用於在下降型把手上使用閘裝置。這就是說，本發明適用於僅有一個主手柄或延伸手柄的各種閘裝置。
用於操縱用在下降型把手上的傳統閘裝置的具有硬質摩擦材料的制動元件的聯接機構，當操縱一個主手柄施加剎車時，它提供體整上為4.54的輸入一輸出比。當操縱一個延伸手柄施加剎車時，這樣的聯接機構作為一個整體提供5.77的輸入-輸出比。用在平直管型把手的傳統閘裝置的聯接機構作為一個整體提供4.14的輸入-輸出比。
按照本發明的閘裝置，當被用於下降型把手時，當操縱一個主手柄施加剎車時，該聯接機構作為一個整體提供大於4.54的輸入-輸出比。當操縱一個延伸手柄施加剎車時，這種聯接機構作為一個整體提供大於5.77的輸入-輸出比。當用於平直管型把手上時，這種閘裝置的聯接機構作為一個整體提供大於4.14的輸入-輸出比。這種改進的輸入-輸出比產生了增加的壓力，從而實現了本發明的發明目的，在溼條下得到較強的剎車力。
權利要求
1.一種自行車閘裝置，具有制動手柄，制動元件，和在所述手柄和制動元件之間延伸的聯接裝置，所述聯接裝置包括一個操縱力放大裝置，用於放大施加於手柄上的用於將制動元件壓在自行車車輪的受制動元件上的操作力，所述制動元件包括橡膠狀基料；和至少混入橡膠狀基料的表面的硬質摩擦材料，所述表面接觸所述受制動元件，以便破壞在制動元件和受制動元件之間在溼條件下形成的液層；其特徵在於，在放大的操縱力的作用下，所述硬質摩擦材料被壓在所述受制動元件上。
2.如權利要求1所述的制動元件，其特徵在於所述橡膠狀基料是丁腈橡膠。
3.如權利要求2所述的制動元件，其特徵在於所述硬質摩擦材料是氧化鋁，所述氧化鋁的含量是所述的丁腈橡膠重量的20-30%。
4.如權利要求3所述的制動元件，其特徵在於它還含有硫，所述硫含量是所述丁腈橡膠重量的0.2～20%。
5.如權利要求4所述的制動元件，其特徵在於所述硫含量是所述丁腈橡膠重量的5-20%。
6.如權利要求1所述的制動元件，其特徵在於它還含有氧化鐵，所述氧化鐵含量是所述丁腈橡膠重量的30～300%。
全文摘要
一種自行車閘裝置，具有制動手柄，制動元件，和在所述手柄和制動元件之間延伸的聯接裝置。該聯接裝置具有操縱力放大功能，用於放大施加於手柄上的用於將制動元件壓在自行車輪圈上的操縱力。該制動元件包括橡膠狀基料和至少混入與受制動元件接觸的橡膠狀基料的表面的硬質摩擦材料，以便破坯在制動元件和受制動元件之間在溼條件下形成液層。在放大的操縱力作用下，硬質摩擦材料被壓在受制動元件上。
文檔編號B62L3/02GK1079700SQ9310308
公開日1993年12月22日 申請日期1993年2月13日 優先權日1992年2月14日
發明者長野正士, 上田利行, 太田勝之 申請人:株式會社島野