改进的运动基板的制作方法

专利名称：改进的运动基板的制作方法
改进的运动基板本发明涉及制造运动基板的方法，当该运动基板在水、雪或冰的表面，或者模仿这 些表面的人工材料上运动时，其具有改进的速度和滑动特性。有许多用于在水、雪或冰，以及模仿这些的人工材料上运动的运动基板的实例，包 括例如所有类型的滑行板(包括Telemark滑雪板、高山滑雪板、越野滑雪板、单板滑雪板和 滑水板)、冲浪板、雪上滑板、平底雪橇、有舵雪橇、狗拉雪橇、无舵雪橇、机动雪橇、所有类型 的冰鞋冰刀和冰壶。在雪和冰表面上运动的情况下，经历的滑动涉及克服由空气阻力、雪或冰的位移 (将表面推到一边)以及摩擦力组合而造成的阻力。然而，当今的科学理论认为关于在雪和 冰中的摩擦力的情况被这样的事实复杂化，即除了对抗滑动并由此限制滑动之外，摩擦力 的存在还不可避免地有助于融化的水形成非常薄的层，由此提供了雪或冰的表面与运动基 板的表面之间边界润滑。因此，被长期接受的是，太光滑的运动基板或具有太低摩擦系数的 运动基板不会为水力润滑提供充足的融化的水，并且因此这将导致运动基板的滑动性能降 低。销售或管理具有上述类型的运动基板的器材的制造商、设备完善的商店和服务团 体通常通过使用带有磨砂轮的研磨机、湿式砂带机来使运动基板平滑，或者对于某些运动 基板如滑行板、雪上滑板，通过利用锋利的刮刀刮，随后利用ISOGrit (平均颗粒大小78微 米)的固结磨料砂磨并且利用尼龙垫抛光来使运动基板平滑。这些平滑化操作将为运动基 板提供具有一系列细的纵向排列的凹槽的表面，这些凹槽明显提供了足够的摩擦力，并且 因此充分地融化水，以使运动基板实现水动力润滑。特别是对于滑行板和雪上滑板，通常还 使用进一步的细沟化操作以产生更深的凹槽结构或细沟。对于高山滑雪板、Telemark滑雪 板和雪上滑板而言，这些细沟可以利用铜或钢刷或IOOGrit (平均颗粒尺寸156微米)的固 结磨料来形成，而对于越野滑雪板而言，可以使用细沟化铁或修整的砂轮。通常，细沟化铁 和修整的砂轮形成0. 25mm至0. 52mm深的凹槽。这些结构化的表面可以沿滑行板或滑雪板 的总长度均勻地形成，或者如第5，725，237号美国专利所描述的，集中在滑行板或滑雪板 的后部。这些细沟的目的在于促进融化的水的去除以防止也会妨碍滑动的抽吸现象，并且 还在于在越野滑雪的情况下提供额外的抓力。使用各种各样的细沟图案，例如纵向线和菱 形标记，有关这种图案提供了最多优点的观点盛行。当气温低于_4°C时，雪变得更干、更具 磨擦性且更硬，在这些条件下，推荐使用更细致平滑化的运动基板。通常在_20°C的条件下 使用340Grit的固结磨料，并且制造比赛滑行板领域的专家推荐使用IOOOGrit菱形固结磨 料来获得“超平滑抛光”。然而，一般公认的是，对运动基板进行比这更细的砂磨将损害水动 力润滑。值得指出的是，分级的金刚石也被用来优化滑行板和雪上滑板的金属边缘。例如， 可以使用粗糙的IOOgrit的金刚石来快速地去除硬边的毛边，这些硬边的毛边是由例如岩 石损坏或随后使用粗锉而造成的；325grit金刚石可以被用于常规的边维护；600grit的金 刚石可以用于去毛边和边缘抛光；而1200grit的金刚石可以被用于超平滑边缘的抛光。将 超平滑抛光应用于不同于金属边缘的滑行板的运动基板上还是未知的，因为如上所述，这
4将损害水动力润滑。虽然以上技术都是平常的，但是难以确保运动基板是完全平的，而这对于优化运 动速度和滑动是必不可少的。研磨和砂磨的前后运动可以造成运动基板的一些部分比其它 部分更碎或更砂，而这在沿基板的规则间隔处产生了高和低的点或横向波纹状图案。研磨 和砂磨技术的革新近来已有助于减少这样的问题，但成功大大依赖于人员对研磨机或砂磨 机的操作技术。尽管如上所述的用于砂磨和改变运动基板的表面结构的已知方法确实影响滑动 性能，但是我们已发现利用新的且到目前为止未公开的方法还可以实现更进一步的显著改 进。而且，从当今解释水动力润滑如何发生的科学理论的角度来看，我们的方法是完全令人 惊奇的。此外，我们的方法在广泛的温度条件范围内都是有利的，并且在_4°C以及更低的温 度下尤其有利。本发明通过显著地降低并且在大多数情况下基本消除在运动基板上形成的 横向波纹的问题来提供进一步的益处。而本发明进一步的优点将如下所述。冰上运动具有几种不同的形式，但其中有两种主要的冰上运动在今天非常流行 冰球和花样滑冰。一般的花样滑冰冰刀片和冰球冰刀(“运动基板”)由高质量的铬涂覆的 回火钢制成，而刀片为大约4mm厚并且可以具有轻微渐缩的横截面。从侧面来看，这些刀片 并不平且有些弯曲，弯曲部分半径从前到后大约为an。弯曲部分一定是平滑的，因为这是这 样的特征使得滑冰者在冰上自由地旋转，并且弯曲度越大，滑冰者旋转得越容易旋转，但滑 冰者从前至后不太稳定。为了补偿这种抓力的损失，冰刀还被“凹磨”利用自转的磨轮向 其中磨出弯曲的凹槽，所述磨轮已被修整，使其形成圆的部分，其半径被称为“凹陷半径”。 可以大体想象，磨轮在凹陷的内表面上产生刮损或条纹，这肉眼就看得到的；这被认为是有 助于用于动力润滑的摩擦力的产生。凹槽还出现在各个刀片的两个不同边缘，内侧和外侧 上，它们起到了咬住冰的作用。随着时间推移，刀片会变钝且磨损不平，因此利用自转磨轮 对刀片进行专业的再研磨和使其锋利是必要的，从而矫正从前至后的弯曲部分半径和凹陷 半径。在第一实施方案中，本发明提供了一种制造运动基板的方法，所述运动基板具有 在雪、冰或水上以及模仿这些表面的人工表面上改进的运动速度和滑动特性，该方法包括 第一步骤，其中利用颗粒尺寸越来越小的一种或多种磨料来相继处理运动基板的至少一部 分，其中在第一步骤中的最终磨料细于lOOOGrit。本发明还可以包括任选的第二步骤，其中 利用颗粒尺寸越来越小的一种或多种研磨磨料(lapping abrasive material)来相继处理 运动基板的至少一部分，其中在第二步骤中的最终研磨磨料具有40微米或更小的颗粒尺 寸。优选地，用于第一步骤的最终磨料细于1200Grit，更优选使用2000Grit或更细 的。用于第二步骤的最终研磨磨料优选地具有30微米或更小的颗粒尺寸，更优选为10微 米或更小。具有0. 0001微米颗粒尺寸的研磨磨料是优选的，且特别优选使用具有0. 05至 0. 01微米颗粒尺寸的最终研磨磨料。在第一实施方案中，优选地在第一步骤中使用两种或更多种磨料，而在第二步骤 中使用两种或更多种研磨磨料。在本申请中，或者明确地或者暗含地指出，“磨料”被解释为是指固结、涂覆和研磨 磨料并且包括例如由凝胶、液体、粉末和浆料负载的磨料的通用术语。
术语“固结磨料” 一般被用于描述磨料，最通常为在基质如粘土、树脂、玻璃或橡胶 中的氧化铝。术语“涂覆磨料”被用于描述被涂覆在基底材料如纸、布、橡胶等上的二氧化 硅。虽然对于这两种产品而言通常都需要指出平均颗粒尺寸以提供有关固结磨料和涂覆磨 料粗糙度的指导，但是发现颗粒尺寸的实际分布，即最大与最小颗粒尺寸之间的差异是非 常大的。相比起来，已知研磨磨料由于磨料颗粒极小的颗粒尺寸分布而具有极限性能耐性， 通常被用于珩磨和精细抛光光学仪器和宝石。鉴于此，我们已经发现用2000Grit磨料(其 具有12微米的平均颗粒尺寸)，再用40微米的研磨磨料来处理运动表面是有益的，因为后 者使由存在于2000Grit材料中的较大颗粒造成的线平滑化除掉。虽然可以使用任何研磨 磨料，但是我们已经发现使用包含涂覆在塑料(例如，聚酯)膜上的细微分级的矿物颗粒的 研磨膜是极为方便的。适合的研磨膜购自3M 公司。我们已经发现，实现在不进行使用细于IOOOGrit磨料的第一步骤的情况下使用 研磨磨料的益处是可能的。因此，在第二实施方案中，本发明提供了制造运动基板的方法，所述运动基板具有 在雪、冰或水上，以及任何模仿这些表面的任何人造表面上改进的运动速度和滑动特性，该 方法包括利用一种或多种颗粒尺寸越来越小的研磨磨料来相继处理运动基板的至少一部 分，其中最终的研磨磨料具有40微米或更小的颗粒尺寸。优选地，最终的研磨磨料具有30 微米或更小的颗粒尺寸，更优选为10微米或更小，且特别优选具有0. 0001微米的颗粒尺寸 的最终研磨磨料。当最终研磨磨料具有0. 05至0. 01微米的颗粒尺寸时，实现了显著的优 势。更优选地，可以使用两种或更多种研磨磨料。可以在干燥的条件下使用一种或多种研磨材料来处理运动基板，尽管优选地使用 切削液。可以使用任何适合的流体，如水或与添加剂，如洗涤剂、润滑剂、冷却剂或抗氧化剂 混合的水。优选地，例如利用水来清理运动基板或利用布来擦拭运动基板，之后依次用接下 来的磨料来处理运动基板。本发明的方法还可以利用参考表面连同磨料来进一步改进，其中优选对应于运动 基板的希望轮廓来形成参考表面的轮廓。设想一下，磨料要么以某种方式固定地结合至参 考表面，要么磨料可移动地固定至参考表面以使磨料按照本发明的方法与下一种磨料交 换。本发明可以以任何方便的方式进行，如人工的或利用机械操作工具，该工具例如通过 电、发条装置、空气作用、液压作用或通过任何其它的机械动力源来产生动力。本发明的方法可以在运动基板的整个表面上进行，或者在其一个或多个部分上进 行，且不必以相同的磨料顺序来处理全部部分或在全部部分上使用相同的最终磨料。对于 滑行板和雪上滑板以及其它带有金属边的运动基板，优选也根据本发明的方法来处理与 运动基板经处理部分邻近的金属边。还有利的是，利用小于1200Grit的磨料且优选小于 1500Grit的磨料来与运动基板分开处理金属边。要理解的是，本发明的方法用于提供运动基板，所述运动基板具有非常均一的微 表面形貌，其中在该水平下，峰和槽之间的差异由于使用了磨料而处于同一级别。优选地， 该级别为几微米且优选为小于1微米。如上所述，在一些应用中，有利的是，融化的水相对 于基板的运动被控制从而防止如上所述的抽吸现象。因此，本发明的方法还可以包括向运 动基板引入特定限定结构的进一步任选的步骤，例如通过细沟化来引入。已被细沟化的传 统平滑运动基板产生了非常复杂的表面形貌，这是因为由相对粗燥的砂磨或研磨以及顶部上另外的细沟结构造成的峰和槽的组合。当使用运动基板时，这些峰经水、雪或冰的作用而 被慢慢磨损，并且需要经常对运动表面进行再砂磨和再细沟化以保持良好的速度和滑动； 这尤其在_4°C或以上(例如，春天的雪条件)的温度下是准确的。相比之下，由于通过本 发明的方法平滑化的运动基板不具有由粗燥的砂磨而造成的峰，因此基板上的磨损就更少 了，且因此不太需要经常的砂磨和研磨。此外，当向经本发明方法平滑化的运动基板加入结 构时，表面的形貌看上去为一系列非常精确限定的槽，所述槽延伸进运动基板的主体中并 且被基板表面非常平的区域分隔。既然这些平的区域仅慢慢地磨损，那么切割的细沟长时 间的保持完整并且也不需要经常再细沟化。在使用本发明的方法进行平滑化之前或同时， 将运动基板细沟化也是可能的。可以使用多种细沟图案，并这些细沟可以形成在一部分运 动基板上或整个运动基板上。本发明的方法还可以用于所有类型的运动基板，包括例如所有类型滑行板(包括 Telemark滑雪板、高山滑雪板、越野滑雪板、单板滑雪板和滑水板)、冲浪板、雪上滑板、雪 橇车、平底雪橇、有舵雪橇、狗拉雪橇、无舵雪橇、机动雪橇、所有类型的冰鞋冰刀和冰壶。对于凹磨的冰鞋，如花样滑冰和冰球中使用的，这样实施本发明的方法是有利的， 首先将在刀片形成凹陷特征期间将由磨砂轮造成的刮损或条纹最小化且优选地基本消除， 并且其次使刀片边缘的锋利度最优化。通过本发明的方法制造的冰鞋，不仅受益于显著改 进的滑动表面，该表面使得用相同的力气滑动更远的距离，而且还受益于控制侧边力的边 缘锋利成度。此外，还获得了关于控制性和精确性的有益改进。所有这些改进从有关冰鞋 如何在冰上滑动的现有科学解释的角度来看是完全意料不到的所有的当今观点认为凹陷 中的条纹对于用于水动力润滑产生足够的摩擦力，即使冰滑的因素而言是必不可少的。而 且，申请人已经观察到进一步的显著优点可以通过使用本发明的方法来获得。如上所述，本 发明确保了冰鞋的边和凹陷以远远超过常规技术可实现的水平被锋利化并且被抛光，作为 这种改进的抛光的结果，申请人已观察到凹陷保持真实存在且抛光且边缘保持比传统抛光 刀片更长时间的锋利。因此，对于利用本发明的方法来抛光的刀片而言，以上提到的改进的 滑动性能和其它优点比可能的预期保持更长一些时间。如果有什么的话，该发明又一次是 意料不到的，因为可以预期的是细致微锋利化的冰鞋边缘本来是较较弱的且比传统的碎边 更容易受到损坏，而观察到的却是相反的。结果，再研磨的频率减少，而且因为冰鞋冰刀不 能无限次地被再研磨，预期它们的寿命期望将显著地提高。现在将参照以下实施例更具体地描述本发明。实施例1改进的冰刀滑动性能-人工施用磨料用于测试的冰鞋为一双10英寸的John Wilson Parabolic 99型花样滑冰冰刀， 其具有K-Pick、7/16英寸的凹陷半径，固定在Risport滑冰靴上。两个冰刀都利用本发明 的方法来制备的，即通过沿刀片展宽部分(relieved part)和凹陷的长度用一系列越来越 细的磨料来前后摩擦。水被用作切削液，而刀片在各级磨料之间清洗。在用各级磨料处理 之后，用水来洗涤刀片来去除会干扰后来的更细磨料的碎料。使用的溜冰场是奥运会级别 的。用于制造冰鞋的磨料的顺序磨料注释
3m 400Grit湿润的和干燥的2轮3m 800Grit湿润的和干燥的1轮3m IOOOGrit湿润的和干燥的1轮3m 1200Grit湿润的和干燥的1轮3m 2000Grit湿润的和干燥的1轮3m30 μ研磨膜2轮3m15 μ研磨膜2轮3m9 μ研磨膜1轮3m5 μ研磨膜1轮3m3 μ研磨膜1轮3m1 μ研磨膜1轮3m0. 3 μ 研磨膜1 轮3m0. 05 μ研磨膜2轮最终抛光[1轮=5次沿着刀片和凹陷经过]MM让顶级水平的男子花样滑冰者(年龄27，身高5’ 7”，体重140磅)来测试如上所 述制造的冰鞋，他们从冰场一侧进行一个标准的前推并使产生的滑动保持尽可能长时间。 标准的前推在正负30cm内对滑冰者的推进完全一致，因此确保了结果的重现性。在利用上 述系列的磨料处理之前，冰鞋的滑动距离被测量为溜冰场长度的0. 75倍，而在如上所述处 理刀片之后，实现的滑距离为溜冰场长度1.5倍。这样的改进表明磨擦系数显著降低以及 滑动性能得到相当的改进。实施例2改进的冰刀滑动性能一利用手持电动机械工具来施用磨料实施例2所使用的冰鞋与实施例1描述的相同。在实施例2开始之前，利用传统 的技术(作为对照来测试)对刀片进行重研磨。然后，利用渐增系列的越来越细的磨料来 制造其中一个刀片。如下所述，在施用了各个磨料之后进行测试。磨料为片状形式并且被 固定在固体塑料管心轴的外表面上，所述固体塑料管心轴长50mm，位于手持电池动力工具 内。利用低能量DC发动机驱动心轴纵向往复运动，并且效仿实施例1中所使用的人工前后 运动。在各种情况下，将磨料沿刀片的展宽部分和凹陷的长度施用2分钟。实施例2中的 研磨在干燥的条件下进行，即没有切削液，并且用布在磨料级之间擦拭刀片。使用磨料的顺序
抛光方式(PR)磨料顺序
1)对照(利用传统技术再研磨)
2)PRl)+180grit湿润的和干燥的
3)PR2)+800grit湿润的和干燥的
4)PR3) +5 μ研磨膜
5)PRl)+1_ μ研磨膜
6)PRl)+0.3 μ研磨膜
7)PRl)+0. 05 μ 研磨膜
结果
根据以上抛光方式1-7来制造其中一种冰鞋，并且由与实施例1中使用的相同顶级水平的男子花样滑冰者来进行测试。其它冰鞋自始至终作为对照。在各个实验中，滑冰者从滑冰场的一侧进行--个标准的前推并使得到的滑动保持尽可能长时间。标准化的前推与在正负30cm内对滑冰者的推进完全一致，因此确保了结果的可重复性。利用上述一系列抛光方式制造的冰鞋的滑动距离以米来测量，以下显示的结果为三个结果的平均值。
抛光方式滑动距离(m)1)(对照)202)253)234)345)426)587)70以上结果明确地显示了遵循本发明的方法来抛光刀片边缘和凹陷使滑动距离显著增加。
实施例3爾及7评白備水制禾耐劍月關撫纖卜户顿碰雕MM ( λ
工施用磨料) 让顶级水平的滑冰者考虑新的再研磨的冰鞋(他的右脚冰鞋)的滑冰感受，并且 与利用本发明方法制造的刀片的滑冰感受(他的左脚冰鞋)相比较。用于测试的冰鞋为一 双10英寸的John Wilson Parabolic 99型花样滑冰冰刀，其具有K_Pick、7/16英寸的凹陷 半径，固定在Risport滑冰靴上。在测试之前，两只冰鞋均利用传统的技术进行再研磨。右 脚冰鞋自始至终未被抛光(对照)，而左脚冰鞋则利用以下详细描述的渐增顺序的磨料来 抛光。要求滑冰者认定他的右脚冰鞋为50分，打分范围为1-100分，(0 =差；100 =超好) 来建立参考值，用来将利用如实施例1所述的人工技术抛光的冰鞋和根据以下8)至12)的 抛光方式抛光的冰鞋相对比。
权利要求
1.一种提供运动基板的方法，所述运动基板在雪、冰或水，以及任何模拟这些表面的人 工表面上具有改进的运动速度和滑动性能，所述方法包括第一步骤，其中利用颗粒尺寸越 来越小的一种或多种的磨料来相继处理运动基板的至少一部分，其中在第一步骤中最终的 磨料细于lOOOGrit。
2.根据权利要求1所述的提供运动基板的方法，所述方法还任选地包括第二步骤，其 中利用颗粒尺寸越来越小的一种或多种研磨磨料来相继处理运动基板的至少一部分，其中 在第二步骤中最终的研磨磨料具有40微米或更小的颗粒尺寸。
3.—种制造运动基板的方法，所述运动基板在雪、冰或水，以及任何模拟这些表面的人 工表面上具有改进的运动速度和滑动性能，所述方法包括利用颗粒尺寸越来越小的一种或 多种研磨磨料来相继处理运动基板的至少一部分，其中最终的研磨磨料具有40微米或更 小的颗粒尺寸。
4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，所述方法包括两种或更多种磨料和/ 或两种或更多种研磨磨料。
5.根据权利要求1、2或4所述的方法，其中所述磨料细于1200Grit。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述磨料细于2000Grit。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述最终的研磨磨料具有30微米或 更小的颗粒尺寸。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述最终的研磨磨料具有0.0001微 米的颗粒尺寸。
9.根据上述任一项权利要求所述的方法，其中使用切削液。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中在用最终磨料处理之前、同时或之 后，向运动基板的一个或多个部分引入限定的结构。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述运动基板选自滑行板、冲浪 板、雪上滑板、平底雪橇、有舵雪橇、狗拉雪橇、无舵雪橇、机动雪橇、雪橇车、所有类型的冰 鞋冰刀和冰壶。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述运动基板选自滑行板、雪上滑板和包含凹 磨刀片的冰鞋。
13.根据权利要求1、2或3所述的方法，所述方法用于抛光冰鞋冰刀的凹陷和边缘。
14.根据权利要求1、2或3所述的方法，所述方法用于抛光运动基板以及任选的滑行板 的边缘。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中以以下顺序使用磨料180Grit、800Grit、 5微米的研磨磨料和1微米的研磨磨料。
16.根据权利要求12或14所述的方法，其中以以下顺序使用磨料5微米的研磨磨料、 1微米的研磨磨料、0. 3微米的研磨磨料和0. 05微米的研磨磨料。
17.一种包含权利要求15所述的方法中使用的一种或多种磨料的盒。
18.—种包含权利要求16所述的方法中使用的一种或多种磨料的盒。
19.根据权利要求1、2和4至15中任一项所述的方法，所述方法包括第一步骤，其中以 400Grit、800Grit、lOOOGrit、1200Grit和2000Grit的顺序来利用至少一些磨料相继处理 运动基板的至少一部分，和任选的第二步骤，其中以颗粒尺寸为30μ、15μ、9μ、5μ、3μ、μ、0. 3 μ和0. 05 μ的顺序来利用至少一些研磨磨料相继处理运动基板的至少一部分。
20.一种具有与期望的运动基板轮廓相对应的轮廓的参考表面，所述参考表面包含颗 粒尺寸为40微米至0. 0001微米的磨料。
21.根据权利要求20所述的参考表面，其中所述磨料可移动地固定于所述参考表面。
22.一种利用根据权利要求1至19所述的方法处理的运动基板。
全文摘要
本发明涉及运动基板，当它们运动经过水、雪、或冰的表面或者模拟这些表面的人工材料时，具有改进的速度和滑动性能。特别地，本发明涉及方法，该方法包括利用颗粒尺寸越来越小的一种或多种磨料来相继处理运动基板的至少一部分。
文档编号A63C5/044GK102089044SQ200980126858
公开日2011年6月8日 申请日期2009年5月7日 优先权日2008年5月9日
发明者乔纳森·罗瑟·海斯特德 申请人:乔纳森·罗瑟·海斯特德