专利名称：特别用于脚踏车的超轻车座结构及其支撑框架的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及脚踏车领域，更具体地涉及超轻车座结构。 本发明还涉及这种结构的制造方法。
背景技术：
在脚踏车领域，对于车座结构长期以来都存在这样一种需求，即， 车座结构在仍然保持舒适和刚性的同时，能够尽可能地轻，以改善骑 车性能。
众所周知，车座结构基本包括刚性支撑体，其通常公知为"壳体"；
布置在其上面的衬垫；以及用于将该组件固定到自行车框架上的装置， 所述装置典型地包括通过夹具附连到座椅立柱上的一个或多个特殊形 状的杆。
壳体部件在骑车时特别地受到压迫，因此将具有高机械强度特性。 然而它将还是有柔软的，以维持其舒适度并且能够吸收与骑车极其相 关的振动。
传统上壳体由金属或木材制成，这导致壳体具有较重的重量和较 差的柔韧性。
于是，随着聚合物的出现，开始使用具有明显较轻重量和较高柔 韧性的聚合物基材料来制造壳体。
这种现有技术中的壳体的缺点在于虽然聚合物具有较轻的重量， 但是它们本身相当柔软，且具有较低的弯曲强度和抗压强度。
近来，低密度材料已经广泛应用于工业上，即碳、玻璃、凯夫拉 尔@纤维强化聚合物或类似物，或者颗粒或金属基纳米强化聚合物，例 如用钛、铝、镁进行纳米强化的。
为了得到可接受的刚度，这些现有技术中的结构由多个叠加层构 成。这种配置是关键的，因为这些材料本身相当柔软，而多层叠加是 能够提供刚性且坚固的结构的唯一配置。
众所周知，刚性体的弯曲强度是惯性力矩的函数，而惯性力矩在 分段区与中性轴相距最远时最大。
在本申请人的欧洲专利EP - B1-1305209中7>开了上述类型的车 座，其具有多个第一叠加层，所述叠加层被固定到具有不同构造的一 个或多个层上。
虽然这个方案提供了一种具有相当轻质的结构的刚性车座，但是 它仍然具有一些明显的缺陷。
首先，上述材料相当昂贵，这不可避免地会引起产品最终价格上涨。
此外，即使使用低密度材料，多层的叠加还是稍微会增加壳体的 重量，从而减弱骑车性能。
发明内容
本发明的目标是通过提供一种实现高效率并具有相对简单的构造 的车座结构来克服上述缺陷。
特别的目标是提供一种轻质壳体结构，其还具有足够的机械强度。 另一个目标是提供一种既具有成本效益又具有功能性的壳体结构。
本发明的又一个目标是提供一种简单的、易于再生产的用于制造 车座结构的方法。
这些目标以及将在下文中明显看出的其他目标通过提供一种如权 利要求1所述的超轻车座结构来实现，所述车座结构包括可选择地由 弹性衬垫覆盖的支撑框架，其特征在于所述框架具有第一外层和第 二外层，在第一外层与第二外层之间布置有间隔芯，其中所述第一和 第二外层中的每一个分别包括至少一个第一材料层和一个第二材料 层，所述材料选自具有预定密度且具有相对较高的压缩和剪切强度的 材料，并且其中所述间隔芯具有至少一个第三材料层，所述第三材料
的密度小于所述第一和第二材料的密度。
由于这种特殊的配置，本发明的车座结构具有良好的刚度特性以 及足够的抗拉强度、抗压强度、抗扭强度和弯曲强度，同时具有非常 轻的总重量。
根据本发明的另 一个方面，提出了 一种如权利要求25所述的制作 用于上述超轻车座结构的支撑框架的方法，其特征在于，该方法包括 以下步骤提供第一外层，其具有至少一个第一材料层，所述第一材 料具有预定密度和相对较高的机械强度；提供第二外层，其具有至少 一个第二材料层，所述第二材料具有预定密度和相对较高的机械强度；
提供中间芯，其具有至少一个第三材料层，所述第三材料的密度小于 所述第一和第二材料的密度；提供具有内腔的模具，所述内腔具有与 用于车座结构的支撑框架的外部形状对应的预定形状；打开所述模具， 并将所述第一外层叠放在模具上面；将所述中间芯铺放置在所述第一 外层上；将所述第二外层放置在所述中间芯上；密闭密封所述模具， 并将其加热至预定操作温度；将所述模具冷却至预定的最终温度；打 开所述模具，并从中取出制成的支撑框架。
通过根据本发明的车座结构的优选、非排他性实施例的详细描述， 本发明的进一步特征和优点将更加显而易见，其中所述实施例是参考 附图作为非限制性实例来描述的，其中； 图l是根据本发明的车座结构的侧视图； 图2是包括在根据本发明的结构中的支撑框架的轴视图； 图3是沿平面III - III截取的包括在本发明结构中的框架的视图； 图4是图3的详细放大图。
具体实施例方式
参见上面视图，本发明的结构(其总体上用数字l指示)包含支 撑框架2，所述支撑框架2可选择地覆盖有由诸如弹性体、凝胶体或
其组合这样的弹性材料构成的衬垫3。
保护层4最好布置于衬垫3上或在没有提供衬垫的情况下直接布 置于框架2上，该层可由人造革、莱克拉弹性纤维⑧或任何柔软的合成 或天然材料制成。
合适地，结构l可具有用于将框架2连接到诸如自行车、三轮车 等这样的脚踏车上的装置5。例如，这些设备5可由具有用于连接前 叉的空腔的外壳组成，所述前叉将车座连接到自行车的座椅立柱，前 叉本身是公知的且未示出。
根据本发明，框架2具有第一外层6和第二外层7，在它们之间 布置有间隔芯8。
第一外层6和第二外层7依次具有至少一个第一材料层9和一个 第二材料层10，所述材料选自具有预定密度和相对较高的压缩和剪切 强度的材料。
芯8具有至少一个第三材料层11，其密度低于分别至少部分地形 成第一外层6和第二外层7的第一和第二材料的密度。
预期外层6和7以及芯8可由多个相同或不同材料的叠加层构成， 并且两层外层6和7自身可分别由不同的材料制成。
根据本发明，芯8适于保持外层6和7隔开，以提高框架2的刚 度和机械强度，同时减小其总重量。
为此，第一和第二材料中的每一个都可以是复合材料或金属材料， 而第三材料可以是充分多孔的，以使其密度能最小化。
这种配置将提供一种刚性的、轻质的组件。外层6和7自身不具 有高强度，即使在像现有车座一样彼此叠放在一起的情况下。
因此，这种外层6、 7可选取极小的厚度，以限制组件的总重量。 特别地，复合外层的厚度可以是0.1mm至lmm，优选为大约0.4mm, 而金属外层的厚度可以是0.05mm至lmm,优选为大约0.2mm。由于 这样的尺寸，这些材料的使用可减到最小。这本身会影响组件的强度。
然而，通过将两外层6、 7保持足够的间距，使用超轻的芯8，可 以得到这样一种框架，其具有有限重量但是具有比由两个叠加的外层
简单构成的任何结构更高的机械强度。
为了能有效隔开外层6和7，同时限制结构的总重量，芯8的厚 度可以是lmm至10mm,优选5mm。
这种配置具有一定的优点，即除重量轻外，由于形成第一、第二 外层的贵重材料的使用最小化，极大地降低了成本。
便利地，第三材料可具有泡沫、蜂窝或网格状结构。因此，虽然 芯8具有非常轻的重量，但是它可以抵抗在正常骑车过程中作用在框 架2上的压力和剪切应力。
泡沫或蜂窝结构可以是聚合物基类的，其中所述聚合物优选地选 自环氧树脂、PVC、聚亚安酯或类似物；或者是金属基类的，其中所 述金属优选地选自多孔钛、多孔铝或类似物。
网格状结构可包括某种材料纤维，所述材料选自碳、凯夫拉尔@、 玻璃、金属或类似物。
依照另一实施例，多孔材料可以是诸如轻木或类似物这样的天然 材料，或者合成的聚合物材料。
有利地，芯可具有强化颗粒12或纤维13。纤维13可优选为碳、 凯夫拉尔@或金属纤维，而颗粒12将是玻璃或聚合物颗粒，以提供更 坚固的结构。
如上所述，形成第一外层6和第二外层7的材料可以是金属或聚
合物材料，其可选择地被强化。
合适地，这种金属材料可选自钛、铝、不锈钢、镁或类似物。 复合材料可有利地包括纤维基质以及热塑性或热固性树脂，其中
所述纤维基质优选选自碳纤维、玻璃纤维或类似物。
热塑性树脂可选自聚酰胺、聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚 苯乙烯或类似物，而热固性树脂可选自酚醛树脂、环氧树脂、乙烯基 酯树脂或类似物。
为使组件得到强化并具有增加的强度，第一外层6和/或第二外层 7可包含强化颗粒14，例如纳米或微米级颗粒。
一种用于如上文中描述的、根据本发明的超轻车座结构的支撑框 架的制作方法，包括以下步骤。
第一步骤a)为提供第一外层6，其具有至少一个第一材料层， 所述第一材料具有预定密度和相对较高的机械强度。下一步骤b)为 提供第二外层7,其具有至少一个第二材料层，所述第二材料具有预 定密度和相对较高的机械强度。下一步骤c)为提供中间芯8，其具 有至少一个第三材料层，所述第三材料的密度小于所述第一和第二材 料的密度。
然后，在步骤d)中提供模具，所述模具具有内腔，所述内腔的 预定形状与用于车座结构的支撑框架2的外部形状对应，在下一步骤 e)中，模具被打开并将第一外层6叠放在模具中，且在下面的步骤f) 和g)中分别被中间芯8和第二外层7所覆盖，其中第二表皮7覆盖 在中间芯8上。
然后，在步骤h)中，模具被密闭密封并被加热至预定操作温度， 所述温度可以为50。C至350。C,且优选地为大约120。C;接着是步骤i)， 其中将模具冷却至预定的最终温度，例如室温。
最后的步骤是步骤j)，其中模具被打开并从中取出制成的支撑框架2。
有利地，可以在将外层6和7堆叠在模具中时或更早些的时候利
用树脂、优选热塑性或热固性树脂浸渍外层6和7。
合适地，可使用树脂或胶粘剂将外层6和7附连到芯8。 在这种情况下，预定的操作温度可以接近所述树脂的玻璃化转变温度。
从上述内容中可以得知，本发明的结构证明实现了所提出的目标 且特别满足了既具有足够机械强度又重量较轻的要求。
仅通过使用两个由具有相对较高机械强度的材料制成的轻的、薄 的外层，上述多层材料的使用提供了一种具有良好机械强度的车座结 构。这些外层的简单叠加，其间没有间隔芯，将提供刚度和坚固度小 得多的组件。
在所附的权利要求所公开的发明概念中，本发明的车座结构具有
多种改变和变型。其所有的零件都可以由其它的技术上等同的部件替 代，并且材料可以根据不同需要改变，而不会脱离本发明的范围。
虽然已经特别地参考附图对车座结构进行了描述，但是在说明书 和权利要求中提及的数字仅仅是用于更好地理解本发明，而不期望以 任何方式对所要求的范围进行限制。
权利要求
1.一种超轻多层车座结构，其特别用于脚踏车，包括可选择地由弹性衬垫(3)覆盖的支撑框架(2)，其特征在于所述框架(2)具有第一外层(6)、第二外层(7)和置于它们之间的间隔芯(8)，其中所述第一外层(6)和第二外层(7)中的每一个分别包括至少一个第一材料层(9)和一个第二材料层(10)，所述材料选自具有预定密度且具有相对较高的压缩和剪切强度的材料，且其中所述间隔芯(8)具有至少一个第三材料层(11)，所述第三材料的密度小于所述第一和第二材料的密度，所述间隔芯适于保持外层(6，7)隔开以增加所述框架(2)的刚度和机械强度，同时减小其总重量。
2. 如权利要求l所述的车座结构，其特征在于所述第三材料为 充分多孔的材料。
3. 如权利要求2所述的车座结构，其特征在于所述充分多孔的 材料具有泡沫、蜂窝或网格状结构。
4. 如权利要求3所述的车座结构，其特征在于所述具有泡沫、 蜂窝结构的充分多孔的材料为聚合物基或金属基材料。
5. 如权利要求3所述的车座结构，其特征在于所述聚合物基的 泡沫或蜂窝结构选自环氧树脂、PVC、聚氨酯、酚醛树脂或类似物。
6. 如权利要求3所述的车座结构，其特征在于所述金属基的泡 沫或蜂窝结构选自多孔钛、多孔铝或类似物。
7. 如权利要求3所述的车座结构，其特征在于所述网格状结构 含有某种材料纤维，所述材料选自碳、玻璃、凯夫拉尔⑧、金属或类似 物。
8. 如权利要求2所述的车座结构，其特征在于所述多孔材料为 天然或合成的。
9. 如权利要求8所述的车座结构，其特征在于所述天然材料为 轻木或类似物。
10. 如权利要求8所述的车座结构，其特征在于所述合成材料 为聚合物材料。
11. 如前述权利要求中任一项所述的车座结构，其特征在于所 述间隔芯含有强化纤维(12)或颗粒(13)。
12. 如权利要求ll所述的车座结构，其特征在于所述强化纤维 (12)或颗粒(13)由碳、玻璃、凯夫拉尔⑧、金属或类似物制成。
13. 如权利要求1所述的车座结构，其特征在于所述第一和第 二材料中的每一个为金属或聚合物材料，其可选择地是得到强化的。
14. 如权利要求13所述的车座结构，其特征在于所述金属材料 选自钛，铝，不锈钢，镁或类似物。
15. 如权利要求13所述的车座结构，其特征在于所述可选择地 得到强化的聚合物包括纤维基质以及热塑或热固树脂。
16. 如权利要求15所述的车座结构，其特征在于所述纤维基质 选自碳纤维，玻璃纤维或类似物。
17. 如权利要求15所述的车座结构，其特征在于所述热塑树脂 选自PA， PP， PBT, PS或类似物。
18. 如权利要求15所述的车座结构，其特征在于所述热固树脂 选自酚醛树脂，环氧树脂，乙烯基酯树脂或类似物。
19. 如前述权利要求中任一项所述的车座结构，其特征在于所 述第一外层(6)和/或所述第二外层(7)含有强化纤维(14)。
20. 如前述权利要求中任一项所述的车座结构，其特征在于所 述第一外层(6)的厚度和所述第二外层(7)的厚度中的每一个都为 O.lmm至lmm，优选地为大约0.4mm，其中所述第一外层和所述笫 二外层由可选择地得到强化的聚合物材料制成。
21. 如前述权利要求中任一项所述的车座结构，其特征在于所 述第一外层(6)的厚度和所述第二外层(7)的厚度中的每一个都为 0.05mm至lmm，优选地为大约0.2mm，其中所述第一外层和所述第 二外层由金属材料制成。
22. 如前述权利要求中任一项所述的车座结构，其特征在于所 述间隔芯(8)的厚度为lmm至10mm,优选地为大约5mm。
23. 如权利要求1所述的车座结构，其特征在于其包括用于将 所述框架连接到车辆的设备(5)。
24. 如权利要求1所述的车座结构，其特征在于其包括覆盖在 所述衬垫上方的保护层(4)。
25. —种用于如权利要求l-24之一所述的、特别用于脚踏车的 超轻多层车座结构的支撑框架的制作方法，其特征在于其包括以下 步骤a) 提供第一外层(6)，其具有至少一个第一材料层(9)，所述第 一材料具有预定密度和相对较高的压缩和剪切强度；b) 提供第二外层(7),其具有至少一个第二材料层(10)，所述 第二材料具有预定密度和相对较高的机械强度；c) 提供中间芯(8)以保持外层(6， 7)隔开，其具有至少一个 第三材料层(11 )，所述第三材料的密度小于所述第一和第二材料的密 度；d) 提供具有内腔的模具，所述内腔具有与用于车座结构的支撑 框架(2)的外部形状对应的预定形状；e) 打开所述模具，并将至少所述第一外层(6)堆放于其中；f) 将所述中间芯(8)铺放在所述第一外层(6)上；g) 将所述第二外层(7)铺放在所述中间芯(8)上；h) 密封所述模具，并将其加热至预定操作温度；i) 将所述模具冷却至预定的最终温度； j)打开所述模具，并从中取出制成的支撑框架(2)。
26. 如权利要求25所述的方法，其特征在于用树脂浸渍所述第 一外层(6)和/或所述第二外层(7)。
27. 如权利要求25所述的方法，其特征在于通过使用树脂或胶 粘剂将所述第一外层(6)和/或所述第二外层(7)附着到所述芯(8) 上。
28. 如权利要求26所述的方法，其特征在于所述预定操作温度 接近所述树脂的玻璃化转变温度。
29.如权利要求26所述的方法，其特征在于所述预定操作温度 为50。C到350。C,优选为大约120'C。
全文摘要
一种超轻多层车座结构，其特别用于脚踏车，包括可选择地由弹性衬垫(3)覆盖的支撑框架(2)。框架(2)具有第一外层(6)和第二外层(7)，在它们之间布置有间隔芯(8)。第一外层(6)和第二外层(7)分别包括至少一个第一材料层(9)和一个第二材料层(10)，所述材料选自具有预定密度且具有相对较高的压缩和剪切强度的材料。间隔芯(8)具有至少一个第三材料层(11)，所述第三材料的密度小于所述第一和第二材料的密度。间隔芯(8)适于保持外层(6，7)隔开以增加所述框架(2)的刚度和机械强度，同时减小其总重量。提供了用于车座结构的框架(2)的制作方法。
文档编号B62J1/00GK101341063SQ200580052262
公开日2009年1月7日 申请日期2005年12月6日 优先权日2005年12月6日
发明者S·塞加托 申请人:塞莱皇家股份公司