CN111111144A - 具有一体的抗碎裂/抗剥离加固层的滑板顶部 - Google Patents

具有一体的抗碎裂/抗剥离加固层的滑板顶部 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滑板，特别是一种滑板顶部，其包括用粘合剂和压力粘合的多个木材薄板制成的层压结构，其中一些木材薄板层的特定部分在两端处被移除并且用一体化在结构内的非木材加固层替代，以通过防止与磨损和冲击相关的碎裂和剥离来增加耐久性。包括以粘合剂粘合成单个层压结构的多个木材薄板层的典型滑板的使用寿命通过在常规使用期间发生的滑板的冲击碎裂和随后的剥离而缩短。本发明公开了通过移除某些木材层并且用包括热固性树脂基质和玻璃或碳或Kevlar的多层、多轴线纤维加固件的非木材纤维加固层替换，减少了冲击碎裂并且增加了耐用性和可用寿命。

Description

具有一体的抗碎裂/抗剥离加固层的滑板顶部
技术领域
本发明的公开内容涉及滑板，特别是使用者站立处的滑板的顶部部件。
背景技术
自20世纪50年代以来，滑板已经成为常见的体育用品并且以多种形式进行商业化生产。滑板包括使用者站在其上的平台(称为滑板顶部)以及固定到滑板顶部的底部表面的两个组件(称为转向架)。转向架是转向装置，并且还用于固定轮子/轴承单元。
滑板顶部必须在多个方向上坚固且坚硬，因此当使用者完成滑板组装时，需要使用称为“转向架”的2个铝和钢制成的转向装置(其包括转向架装置本身、加上8个钢制“轴承”和4个橡胶或聚氨酯“轮子”、以及8个钢制机械螺钉和螺母安装紧固件)、以及最后施加于滑板顶部层的上部主表面的增强摩擦的滑板砂。使用者可以沿着地面滑滑板，或者滑离物体并且以很大的力着陆。在产品使用的常规过程中，使用者可能从滑板上跌落。在滑板和骑手分离时，滑板会继续滚动直到其冲击到坚硬的表面(诸如墙壁、街道路缘、或街道或人行道的坚硬表面)上而停止。
滑板“顶部”(使用者将脚放置在其上并且操纵滑板的方向的表面)的最早重复使用和最常见的结构形式是平台，其包括以粘合剂粘合成单个层压结构的多个硬木旋转切割薄板层。当使用液压机中两个弯曲模具表面之间的压力将多个木材薄板层粘合并且形成为单个结构时，滑板顶部的制造即完成。通过在每个板层的内接触表面上施加粘合剂(使用诸如聚乙烯粘合剂、尿素粘合剂或环氧树脂粘合剂的粘合剂)，有助于将木材薄板粘合成单个结构。层压后的滑板顶部是单个矩形主体，其可以是平坦的或具有在压制过程中产生的三维弯曲或曲线，并且由多个粘合的矩形硬木薄板构成。在完成粘合剂的固化并且从成形液压机模具中移除后，从包括粘合层的单个矩形结构切割出最终形状。边缘可以被打磨以使其光滑和呈圆角，穿过这些层钻出安装孔以固定两个转向架，将木材密封涂料涂覆到表面，并且然后将转向架和轮子组件固定到滑板顶部的底部表面上、沿着主轴线定位于滑板的端部附近，以有助于滚动和转向，从而完成常见滑板的组装。
滑板顶部需要是坚固且轻便的，以允许使用者站在板上并且向板的任一侧施加力，从而将力传递到称为“转向架”的转向装置。滑板顶部必须轻，以允许使用者容易地操纵、控制和改变滑板组件的方向。为了达到足够的强度以允许使用者能够站在滑板顶部上而不会损坏它，而且还要薄且重量足够轻以便在转动、改变方向或表演特技(其中使用者将整个滑板踢出并且使其翻转到空中并且尝试在其上着陆)时控制板，最期望的是工程平衡。为了在使用时控制滑板组件的方向，使用者必须在脚上施加压力到板的中心线或主轴线的一侧或另一侧。为了有效且高效地将这种力传递到滑板转向架，滑板顶部必须具有足够的抗扭强度以抵抗沿其主轴线的扭转并且因此吸收一些转动力。抗扭刚度对于使用者来说是重要的，其提供通过板传送到转向架中的一致且预期的量的力，这对于转动和控制板是必需的。
木材，并且特别是硬木，可以描述为正交各向异性材料，它在三个相互垂直的轴线的方向(纵向、径向和切向)上具有独特且独立的机械性能。纵向轴线平行于纹理；径向轴线与树的年轮正交(垂直于木材纹理)；并且切向轴线垂直于纹理，但与树的年轮相切(图14)。由林产品实验室木材手册(第4章，木材的机械性能)提供的所测量的机械性能，记录的测试结果表明，品种Acer Saccharum-Sugar Maple-在纵向轴线上的抗压强度为27,000Kpa，而在切向轴线上的抗压强度仅为4,400Kpa。为了防止滑板屈曲和断裂，使用本领域公知的制造手段，即在压力粘合步骤中将每个木材薄板板层的自然发生的纵向纹理方向相对于其它的以预定角度定向。使一定量的薄板的纵向纹理方向彼此垂直地定向从而产生层压件，该层压件坚固并且在至少两个方向上抗屈曲和断裂。薄板纹理方向的这种定向对于产生抗扭强度和刚度也是不可或缺的。
从这种压制并且粘合的、多板层木材纹理定向的薄板结构切割而成的滑板顶部“形状”呈现出纵向平行于主轴线的刚度和强度、垂直于主轴线的刚度和强度，以及沿主轴线在扭转方向上的抗扭刚度和强度。
使用多个硬木薄板的滑板顶部结构在本领域中是已知的。这种构造技术始于二十世纪七十年代的美利坚合众国。设计从开始到现在几乎没有变化。从开始到现在，已经使用了层压硬木概念的变型，包括但不限于更多和更薄板层的硬木薄板以及粘合剂的改进，其产生了更坚固的板和在薄板板层之间更持久的粘合。
本领域已知的常见设计是使用7板层硬木薄板，并且使用平衡薄板定向，该定向被描述为：
·滑板顶部的最上部顶层，其中木材薄板纹理的纵向轴线平行于滑板顶部的纵向(主)轴线延伸，然后固定到这个板层的底部主表面的是第2木材薄板板层；
·第2木材薄板板层，其中木材薄板纹理的纵向轴线平行于滑板顶部的纵向(主)轴线延伸，然后固定到该第2板层的底部表面的是第3木材薄板板层；
·第3木材薄板板层，其中纹理方向垂直于滑板顶部的纵向(主)轴线延伸。固定到该第3板层的底部表面的是第4木材薄板板层；
·第4木材薄板板层，其中木材薄板纹理的纵向轴线平行于滑板顶部的纵向(主)轴线延伸，这个第4板层也称为“中心”板层并且其沿着滑板顶部的中心或中性轴线定位，直接位于顶部表面和底部表面板层之间。固定到该第4板层的底部表面的是第5木材薄板板层；
·第5木材薄板板层，其中木材薄板纹理方向的纵向轴线垂直于滑板顶部的纵向(主)轴线延伸。固定到该第5板层的底部表面的是第6木材薄板板层；
·第6木材薄板板层，其中木材薄板纹理的纵向轴线平行于滑板顶部的纵向(主)轴线延伸。固定到该第6板层的底部表面的是第7木材薄板板层；
·第7木材薄板板层，其中木材薄板纹理的纵向轴线平行于滑板顶部的纵向(主)轴线延伸。在常见的7板层硬木薄板滑板中，这个第7板层的底部主表面可以被认为是滑板顶部的底部主表面。
虽然许多常见的滑板顶部使用这种7板层双轴定向结构，但是存在使用更多板层的其他结构，并且这些板层也可以平行或垂直于主轴线定向。使用8板层、9板层、10板层制成的滑板顶部并不罕见。这些示例中的每个都将具有以平行或垂直方向定向的独特且特定的一组层，但是所有这些层都将呈现出相对于中性轴线中心板层镜像的薄板板层定向的平衡。
木材(特别是用于构成滑板的薄板)中的抗压强度和抗屈曲性在平行于纹理的方向上比在垂直于纹理的方向上更大。薄板在平行于纹理的方向上的抗拉力强度也比在垂直于纹理的方向上更大。薄板在平行于纹理的方向上的抗压力强度也比在垂直于纹理的方向上更大。而且，薄板在平行于纹理的方向上的抗剪力强度也比在垂直于纹理的方向上更大。
当薄板处于所描述的定向(其中第1层、第2层、第4层、第6层和第7层的纹理平行于滑板顶部的主轴线，而第3层和第5层的纹理垂直于主轴线)时，第3层和第5层受到更多的在常规使用过程中垂直于其纹理方向的压力或拉力，以及在最可能发生冲击的滑板顶部的端部处与地面和/或其他物体的冲击力。第3层和第5层以这样的方向被定向，使得它们在冲击应力下的拉力和压力比具有平行于滑板的主轴线的纹理定向的相邻层弱。这是本发明教导要解决的问题。
同时作用在所有7层结构上的拉力可以描述为屈曲，并且也可以描述为当滑板的主轴线端部处的底部层与地面接触时的磨损。
同时作用在所有7层结构上的压力可以描述为滑板的端部对固体物体(例如墙壁、路缘或地面本身)的冲击。对于使用滑板而言，这些力是常见的，因为使用者将滑滑板并且在滑行或表演特技或技巧时偶尔跳下或跌落。冲击区域位于通常被称为滑板顶部的端部的主轴线的端部处。冲击力来自滑板顶部的边缘与固体物体的接触。这些冲击将压力传递至层压滑板顶部结构的边缘。如所指出的平行于或垂直于木材纹理定向的木材薄板的抗压强度特性，平行于冲击力方向的5个板层抵抗压力并且沿着纹理的纵向方向使力消散。以纵向纹理方向垂直于冲击力定向的两个板层的木材薄板将被压碎、压缩和断裂。在由于重复冲击压缩和断裂时，平行于冲击力定向的5个板层的木材薄板可能与垂直于冲击力定向的两个板层分离，第2板层与第3板层与第4板层之间、和/或第4板层和第5板层和第6板层之间的界面粘合可能会断裂，并且一些层可能会从滑板顶部结构剥离，使滑板顶部严重损坏并且不可使用。
由于在使用产品时跌落和产生冲击的过程中所固有的压力，常见的7板层滑板顶部的第3板层和第5板层易于过早损坏。
本发明不同于诸如Gallo的专利(US 7,735,844B2)中描述的其他的纤维加固滑板。在Gallo的专利中，薄纤维粘合到板层的表面，而不是直接替换或代替整个木材板层。在Gallo的专利中，纹理方向垂直于滑板主轴线定向的木材薄板仍然暴露于冲击并且暴露于压力，这使得这些薄板断裂。将加固件粘合到薄板的顶部和底部主表面仍然使薄板本身暴露于力。
本申请新的滑板顶部发明是独特的，因为其不是将加固件粘合到薄板的主表面，而是完全替换薄板。Gallo没有这样做，并且因此对Gallo滑板边缘的冲击仍然允许薄板压缩和碎裂。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种滑板顶部，包括多个层的硬木薄板层。
如上所述的滑板顶部，其中所述层具有与所述滑板顶部的主轴线平行或垂直延伸的天然木材纹理定向。
如上所述的滑板顶部，其中所述层中的5层具有平行于所述主轴线延伸的纹理定向，并且所述层中的2层具有垂直于所述滑板顶部的所述主轴线延伸的纹理定向。
如上所述的滑板顶部，其中具有垂直于所述滑板顶部的所述主轴线延伸的纹理的2层已经通过在所述滑板顶部的所述主轴线的两端处放置全方向强度材料而被修改。
如上所述的滑板顶部，其中所述全方向强度材料包括非木材材料。
如上所述的滑板顶部，其中所述全方向强度材料可以是用粘合剂填充的缝合或编织的纤维层。
如上所述的滑板顶部，其中所述粘合剂可以包括热固性环氧树脂。
如上所述的滑板顶部，其中所述粘合剂可以包括热固性聚氨酯。
如上所述的滑板顶部，其中全方向强度材料可以包括玻璃纤维。
如上所述的滑板顶部，其中所述全方向强度材料可以包括尼龙、芳族聚酰胺或聚酯工程热塑性塑料。
如上所述的滑板顶部，其中所述全方向强度材料可以包括固体工程热塑性片材。
如上所述的滑板顶部，其中所述全方向强度材料的厚度尺寸与相邻的薄板相等。
如上所述的滑板顶部，其中所述粘合剂可以包括热固性环氧树脂。
如上所述的滑板顶部，其中所述粘合剂可以包括热固性聚氨酯。
根据本发明的另一方面，提供一种滑板，其包括如上所述的滑板顶部。
附图说明
图1：滑板顶部的等距视图，其组装有转向架-转向装置、以及轮子和将轮子固定到转向架以及将转向架固定到滑板顶部的底部主表面所需的部件。
1a是滑板顶部的上表面，使用者将他或她的脚放置在其上以站立和控制滑板的方向。
1b：用虚线表示的滑板顶部的主轴线。
1c：用虚线表示的滑板顶部的短轴。
图2是组装有转向架和轮子的滑板顶部的成角度等距视图。
2a：表示用于将转向架和轮子固定到滑板顶部的底部主表面的安装螺母和螺栓。
图3：滑板顶部及其底部主表面3a的等距视图，其中转向架(两个)3d沿主轴线3b安装。滑板顶部的短轴以3c表示。
图4：组装的滑板顶部以及转向架和轮子的侧视图，4a表示滑板顶部的成形端部的位置。
图5-9示出了用于制造多层滑板顶部的硬木薄板的一些但不是全部部件。
图5：组装的滑板顶部以及转向架和轮子的端视图，5a表示常发生冲击的滑板主轴线的端部附近的区域，并且也表示本发明的全方向加固件位于的区域。
图6：包括第1层、第2层、第4层、第6层、第7层的硬木薄板板层之一的俯视图。6a表示滑板顶部薄板的整体形状，6b表示平行于滑板顶部的主轴线延伸的天然木材纹理方向。
图7：包括第3层和第5层的硬木薄板板层之一的俯视图。7a表示滑板顶部薄板的整体形状，7b表示平行于滑板顶部的短轴延伸的天然木材纹理方向。图7是与常见滑板一体的层，并且是如图8所示本发明修改的层。
图8：图7中所示的硬木薄板的俯视图，其中端部在8a处移除(两端)。图8b表示滑板顶部薄板的整体形状。
图9：图8中所示的硬木薄板的俯视图，其中全方向强度材料放置在9a处表示的两端。9b表示滑板顶部薄板的整体形状。
图10：在施加粘合剂之后但在放入液压机之前薄板的分层顺序。
10a是硬木薄板的顶部层，其中天然木材纹理方向平行于滑板顶部的主轴线延伸；
10b是硬木薄板的下一层，其中天然木材纹理方向平行于滑板顶部的主轴线延伸；
10c是硬木薄板的下一层，并且是经修改的硬木薄板，其中全方向材料位于主轴线的两端，并且硬木薄板的天然木材纹理平行于滑板顶部的短轴延伸；
10d是硬木薄板的下一层，其中天然木材纹理方向平行于滑板顶部的主轴线延伸；
10e是硬木薄板的下一层，并且是经修改的硬木薄板，其中全方向材料位于主轴线的两端，并且硬木薄板的天然木材纹理平行于滑板顶部的短轴延伸；
10f是硬木薄板的下一层，其中天然木材纹理方向平行于滑板顶部的主轴线延伸；
10g是硬木薄板的底部层，其中天然木材纹理方向平行于滑板顶部的主轴线延伸。
图11：这个等距视图是薄板的定向，其中滑板的压制形状由凸起的端部表示。这个视图用于教导经修改的薄板11c和11e在所有硬木薄板板层内的位置。
11a是硬木薄板的顶部层，其中天然木材纹理方向平行于滑板顶部的主轴线延伸；
11b是硬木薄板的下一层，其中天然木材纹理方向平行于滑板顶部的主轴线延伸；
11c是硬木薄板的下一层，并且是经修改的硬木薄板，其中全方向材料位于主轴线的两端，并且硬木薄板的天然木材纹理平行于滑板顶部的短轴延伸；
11d是硬木薄板的下一层，其中天然木材纹理方向平行于滑板顶部的主轴线延伸；
11e是硬木薄板的下一层，并且是经修改的硬木薄板，其中全方向材料位于主轴线的两端，并且硬木薄板的天然木材纹理平行于滑板顶部的短轴延伸；
11f是硬木薄板的下一层，其中天然木材纹理方向平行于滑板顶部的主轴线延伸；
11g是硬木薄板的底部层，其中天然木材纹理方向平行于滑板顶部的主轴线延伸。
图12是滑板顶部的等距视图，其中固定有转向架和轮子。
12a和12b表示加固的全方向强度材料在主轴线的两端处嵌入滑板顶部形状内的区域。
图13是图12的滑板顶部的端部之一在区域12a处的放大等距视图。
13a和13b表示嵌入压制硬木薄板滑板顶部的本发明的全方向强度材料的存在，其从层压结构13c的边缘可见。
图14是一块硬木薄板的示例的等距视图，表示纹理纤维方向(14d)的3个轴线，包括径向(14a)、纵向(14b)和切向(14c)。
具体实施方式
在本发明优选实施例中使用的术语的说明中，附图的图14教导了木材中纤维纹理方向的3个轴线，其中纹理表示为(14d)，并且木材的径向轴线表示为(14a)，以及木材的纵向轴线表示为(14b)，以及最后木材的切向轴线表示为(14c)。
现在参考实施例的附图，图3描述了本发明的滑板顶部，其具有组装到滑板顶部的底部主表面(3a)上的转向架和轮子(3d)。在图2中，转向架和轮子显示为通过穿过滑板顶部中的钻孔在(2a)处安装的8个机械螺钉和螺母而固定到滑板顶部。现在重要的是要注意在图1中的滑板顶部轴线，其中主轴线(1b)在两端之间延伸，并且短轴(1c)从一侧到另一侧或垂直于主轴线(1b)延伸。
如图4以侧视图所示，本发明的具有包括非纹理全方向强度材料的一体化抗碎裂/抗剥离加固层的滑板顶部的优选实施例具有压入滑板顶部的三维弯曲表面。在纵向轴线的两端处，滑板顶部的一部分远离图3的滑板顶部的主底部表面(3a)向上弯曲(4a)。本发明位于滑板顶部的这个部分内，并且部分地在两端暴露于滑板的边缘。图5(5a)示出了组装的滑板和顶部的端视图，其中以(5a)标注的区域是常见的冲击和损坏区域。
通过分离图6和图7中所示的每个单独的部件层，可以最好地说明本发明，所述部件层包括以不同纹理定向的层压硬木薄板层。参见图6，这是切割成滑板顶部(6a)和硬木薄板的期望形状的层，其中木材的天然纹理方向(6b)平行于滑板顶部的主轴线定向。图7示出了切割成滑板顶部(7a)和硬木薄板的期望形状的层，其中木材的天然纹理方向(7b)垂直于滑板顶部的主轴线定向。
图8和图9示出了将本发明的包括非纹理全方向强度材料的一体化抗碎裂/抗剥离加固层放置到图7中所示的层中的方法。硬木薄板层的端部的部分(8a)如图8所示被移除。在图9中，非纹理全方向强度材料(9a)插入并且固定到木材薄板(7b)。然后将材料切割成滑板顶部(9b)的形状。
既然我们已经描述了包括本发明的滑板顶部7层中的两层，图10示出了滑板顶部的所有层的顺序，其使用如图6和图9中所描述的多个层。顶部层硬木薄板(10a)将固定到层(10b)，然后是层(10c)，其部分的一体化抗碎裂/抗剥离加固层包括非纹理全方向强度材料，然后是层(10d)，然后再固定到其上的是层(10e)，同样其一体化抗碎裂/抗剥离加固层包括非纹理全方向强度材料，然后固定到其上的是层(10f)，然后再固定到其上的是层(10G)，层(10G)包括滑板顶部的底部主表面。
这些层被固定并且粘合成图11的分解侧视图所示的三维形状，图11示出了滑板顶部层的远离滑板顶部的底部主表面向上弯曲的部分，以(11a)、(11b)、(11c)、(11d)、(11e)、(11f)、(11g)表示。
在使用粘合剂将单独的木材层粘合在一起并且压制成型为如图12所示的单个结构之后，包括非纹理全方向强度材料的一体化抗碎裂/抗剥离加固层的位置显示在位置(12a)和(12b)，以隐藏视图通过虚线显示。
特写视图有助于看到包括本发明的薄板的所有薄板的详细分层，本发明的薄板包括包含非纹理全方向强度材料的一体化抗碎裂/抗剥离加固层。图13显示了滑板顶部端部部分的粘合且层压薄板结构。在(13a)和13b处示出了包括非纹理全方向强度材料的一体化抗碎裂/抗剥离加固层的可见层。
本发明教导了用非纹理、全方向强度材料替换在所述常见7板层滑板顶部中的第3和第5木材薄板板层的部分，并且特别是在7板层滑板顶部中与主轴线端部处的冲击区域直接相邻的部分的替换。
在将各个层层压在一起之前，用全方向强度材料替换第3和第5木材层的端部。对第3和第5木材层进行经修改以使其比相邻的层短，并且随着将单独的薄板施加粘合剂而将全方向强度材料片设置就位，并且在放置于液压成型压力机之前将总共7个板层的堆叠组装。
通过使用本发明可以解决其他滑板结构的问题。通过在较弱的第3和第5木材层在滑板顶部的端部处沿主轴线受到压力冲击力的地方用全方向强度材料替换，可以减少或消除通过冲击使木材层碎裂或剥离的损坏问题。因为全方向强度材料的抗压强度比木材薄板更大，所以用全方向强度材料代替木材薄板增加了滑板顶部结构的耐用性、冲击强度和寿命。
优选的非纹理、全方向强度材料可以是但不限于单个层或多个层的双轴线、三轴线或四轴线玻璃纤维布或织物，其用树脂基质在玻璃纤维与其自身之间、以及玻璃纤维层与木材薄板的相邻主表面之间作为粘合剂填充。其他非纹理、全方向强度材料可以是固体工程热塑性片材、或使用诸如尼龙、芳族聚酰胺或聚酯共混物的非玻璃纤维织物编织或缝合的织物层。全方向强度材料的厚度尺寸必须与它所替换的木材层材料相同。

Claims (15)

1.一种滑板顶部，包括多个层的硬木薄板层。
2.如权利要求1所述的滑板顶部，其中所述层具有与所述滑板顶部的主轴线平行或垂直延伸的天然木材纹理定向。
3.如权利要求1所述的滑板顶部，其中所述层中的5层具有平行于所述主轴线延伸的纹理定向，并且所述层中的2层具有垂直于所述滑板顶部的所述主轴线延伸的纹理定向。
4.如权利要求3所述的滑板顶部，其中具有垂直于所述滑板顶部的所述主轴线延伸的纹理的2层已经通过在所述滑板顶部的所述主轴线的两端处放置全方向强度材料而被修改。
5.如权利要求4所述的滑板顶部，其中所述全方向强度材料包括非木材材料。
6.如权利要求4所述的滑板顶部，其中所述全方向强度材料可以是用粘合剂填充的缝合或编织的纤维层。
7.如权利要求4所述的滑板顶部，其中所述粘合剂可以包括热固性环氧树脂。
8.如权利要求4所述的滑板顶部，其中所述粘合剂可以包括热固性聚氨酯。
9.如权利要求4所述的滑板顶部，其中全方向强度材料可以包括玻璃纤维。
10.如权利要求4所述的滑板顶部，其中所述全方向强度材料可以包括尼龙、芳族聚酰胺或聚酯工程热塑性塑料。
11.如权利要求4所述的滑板顶部，其中所述全方向强度材料可以包括固体工程热塑性片材。
12.如权利要求4所述的滑板顶部，其中所述全方向强度材料的厚度尺寸与相邻的薄板相等。
13.如权利要求11所述的滑板顶部，其中所述粘合剂可以包括热固性环氧树脂。
14.如权利要求11所述的滑板顶部，其中所述粘合剂可以包括热固性聚氨酯。
15.一种滑板，其包括如权利要求1-14中任一项所述的滑板顶部。
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