Brevet FR2615406A1 — publié le 19881125

SKI A AMORTISSEMENT REPARTI La presente invention concerne les skis utilisés en sports d'hiver, et destinés à glisser sur la neige et la glace. Les skis comportent généralement une face inférieure de glisse- ment se raccordant à deux faces latérales selon deux arêtes inférieures munies de carres métalliques, les faces latérales se raccordant à une face supérieure. Les skis ont une largeur relativement petite par rapport à-leur longueur, définissant ainsi une direction longitudinale, leur extrémité avant étant recourbée vers le haut pour former une spatule. La face supérieure du ski comporte une zone intermédiaire, ou zone de fixation, pour la fixation d'une chaussure de l'utilisateur. La face inférieure du ski comprend une zone de contact, entre la ligne de contact avant et la ligne de contact arrière. Dans les skis traditionnels, l'épaisseur du corps de ski varie en fonction de la position longitudinale considérée, et présente un maximum dans la zone de montage de la fixation, zone dans laquelle les couples de flexion sont généralement les plus élevés pendant l'utilisa- tion du ski. L'épaisseur plus importante au centre et plus faible au voisinage des extrémités assure simultanément une distribution uniforme de la charge, comme l'enseigne par exemple le brevet FR-A-985 174. En ce qui concerne la structure interne du ski, les skis actuels ont généralement une structure composite dans laquelle sont combinés différents matériaux de manière que chacun d'eux intervienne de façon spécialisée, compte-tenu de la distribution des contraintes mécaniques. La structure comprend des éléments de résistance ou lames de résistance, constitués en un matériau ayant une grande résistance et une grande raideur, afin de résister aux contraintes de flexion et torsion apparaissant dans le ski. La structure comprend en outre notamment des éléments de remplissage, et parfois des éléments amortisseurs. Les deux structures composites modernes principales qui ont donné lieu à des applications à grande échelle dans le ski sont la structure en sandwich et la structure en caisson. Dans une structure en caisson, décrite par exemple dans les documents FRA-985 174 et FR-A-1 124 600 (figure 3), le ski comprend un noyau interne en matière cellulaire pouvant être partiellement creux, le noyau étant entouré par les éléments de résistance disposés en lames et cloisons constituant un caisson. Dans le cas d'une structure en sandwich, décrite par exemple dans le document US-A-4 405 149, le ski comprend un noyau central de largeur constante, en matière cellulaire pouvant être partiellement creux, renforcé dessus et dessous respectivement par une lame de résistance supérieure et une lame de résistance inférieure, les lames de résistance ayant des qualités de résistance et de raideur supérieures à celles du noyau lui-même. Des bandes discontinues de matériau viscoélas- tique contraint sont encastrées et collées dans des logements ménagés dans la face inférieure du noyau central en deux ou trois zones distinctes et écartées longitudinalement l'une de l'autre, l'une au moins étant au voisinage de la spatule, une autre étant dans la zone de patin. Dans le document CH-A-525 012, des bandes longitudinales de matériau viscoélastique sont collées sur la surface supérieure du ski à structure en sandwich. Dans tous les skis connus comportant des éléments amortisseurs en bandes de matériau viscoélastique, les bandes présentent une largeur constante selon toute leur longueur. Dans les cas o les bandes sont disposées selon sensiblement toute la longueur du ski, l'expérience montre que le confort du ski est augmenté, mais l'accrochage et la tenue en cap et en virage sont insuffisants. Il a également été envisagé de limiter la longueur de la bande amortisseur à la moitié avant de la longueur du ski, c'est-à-dire à la zone comprise entre la spatule et le patin. Il s'avère cependant que cette solution intermédiaire ne présente aucun avantage par rapport à celle avec amortisseur s'étendant sur toute la longueur du ski. Enfin, dans le cas o la bande est fractionnée en plusieurs morceaux séparés, comme le décrit le document US-A-4 405 149, l'effet d'amortissement obtenu devient très faible, et son influence est pratiquement négligeable pour les fréquences habituelles de vibrations du ski en usage normal et lorsqu'une chaussure est fixée au ski par une fixation. D'autre part, dans les structures connues, l'élément amortis- seur est un élément supplémentaire, qui complique la fabrication du ski et augmente son coût. La présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients des strutures'de ski connues, en proposant une nouvelle structure conférant au ski un amortissement tout à fait approprié pour obtenir à la fois un confort remarquable et des performances techniques augmentées. Les vibrations les plus gênantes, qui tendent à apparaître sur les skis traditionnels lors de leur utilisation, sont suffisamment réduites par la structure selon l'invention pour être imperceptibles; simultanément, l'absence de vibrations dans cette mîme gamme de fréquences produit une augmentation sensible de l'accrochage du ski sur glace ou neige dure, de sa stabilité sur les bosses, de sa stabilité en virage, et enfin de sa glisse. Selon un autre objet de l'invention, dans un ski à structure en sandwich ou à structure en caisson, l'invention vise à définir des moyens nouveaux conférant au corps du ski des propriétés d'amortissement variable selon la position longitudinale considérée. Un autre objet de la présente invention est d'obtenir une variation avantageusement continue des propriétés d'amortissement en fonction de la position longitudinale considérée du corps de ski, sans modification majeure de structure, réalisant ainsi une homogénéité de structure et de comportement, une bonne répartition des réactions le long du ski, procurant à l'utilisateur une impression de confort et de régularité des réactions du ski. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un ski dont le corps comprend un noyau longitudinal, des éléments de résistance mécanique, des éléments amortisseurs internes longitudinaux en matériau viscoélastique, et des éléments de remplissage liant les éléments de résistance aux autres éléments, les éléments amortisseurs internes en matériau viscoélastique présentant une section transversale variable le long du corps de ski en fonction de la position longitudinale considérée; les éléments amortisseurs comprennent deux volumes latéraux en matière viscoélastique disposés de part et d'autre du noyau longitudinal, chaque volume étant limité latéralement par le noyau et par la paroi latérale correspondante du ski; le noyau comprend des faces latérales formant avec la face inférieure du ski des angles d'inclinaison A, B variables en fonction de la position longitudinale considérée le long du corps de ski, conférant au corps de ski des propriétés d'amortissement mécanique variables en fonction de la position longitudinale considérée. Cette disposition confère au corps de ski des propriétés d'amortissement mécanique variable en fonction de la position longitudinale considérée, et améliore sensiblement l'amortisse- ment obtenu. On constate en particulier que l'amortissement est efficace sur une plus grande plage de fréquences. Selon un mode de réalisation avantageux, les angles d'inclinai- son des faces latérales du noyau sont déterminés de telle manière que la section des éléments amortisseurs dans la zone centrale et au voisinage des extrémités du ski est inférieure à la section des mêmes éléments amortisseurs au voisinage du quart antérieur et du quart postérieur de la zone de contact du ski. L'amortissement est alors maximum dans les zones les plus sollicitées du ski, pendant son utilisation avec une chaussure fixée au ski par une fixation. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les éléments amortisseurs sont constitués par les éléments de remplissage eux-mêmes, réalisés en une matière viscoélastique. La structure du ski se trouve ainsi considérablement simplifiée. La section variable des éléments amortisseurs peut alors être obtenue en prévoyant un noyau de largeur constante, bordé de deux éléments amortisseurs limités chacun latéralement d'une part par le noyau central et d'autre part par la face latérale du ski, et limités par les faces supérieure et inférieure du ski. La forme naturelle des faces latérales du ski, qui sont généralement plus rapprochées l'une de l'autre dans la zone centrale du ski que dans les extrémités, et les variations dtépaisseur du ski, produisent une variation de section des éléments amortisseurs, variation que l'on rend conforme à celle recherchée en la corrigeant par une variation adéquate des angles d'inclinaison des faces latérales du noyau. Lteffet de variation de la section des éléments amortisseurs est avantageusement obtenu lorsque les faces latérales du noyau sont obliques, et à inclinaison variable: l'une au moins des faces latérales du noyau présente alors, par rapport à la face inférieure du ski, un angle intérieur d'inclinaion A variable le long du corps de ski en fonction de la position longitudinale considérée. Une telle structure d'amortissement variable peut être appli- quée avec une structure résistante en sandwich. Mais il est remarquable de constater que cet amortissement variable peut également être appliqué à une structure résistante en caisson, et l'on augmente alors sensiblement les qualités d'accrochage du ski, par la combinaison des qualités intrinsèques du caisson et de l'effet anti-vibratoire de la structure selon l'invention. On pourra avantageusement prévoir une symétrie longitudinale du ski en disposant des éléments amortisseurs symétriquement par rapport à un plan vertical longitudinal médian du ski. Les propriétés d'amortissement réparti sont toutefois obtenues également lorsque les amortisseurs sont dissymétriques, la dissymétrie pouvant être réalisée par rapport au plan vertical longitudinal médian du ski, ou assortie en outre d'une dissymétrie variable en fonction de la position longitudinale considérée le long du ski. Selon un mode de réalisation, l'angle d'inclinaison A peut avantageusement prendre une valeur très voisine de 90 dans la zone centrale du corps de ski, et, au voisinage de l'une au moins des deux lignes de contact, l'angle d'inclinaison A peut être avantageusement choisi plus faible, par exemple de 45' environ. De préférence, la section des éléments amortisseurs varie de façon continue le long du corps de ski, produisant une variation d'amortissement mécanique continue. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisa- tion particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 représente une vue de côté en coupe longitudinale d'un ski selon l'invention; - la figure 2 représente une vue de dessus en coupe partielle du ski de la figure 1; - la figure 3 représente une coupe transversale détaillée du ski selon un mode de réalisation de l'invention; - les figures 4, 5, 6 représentent schématiquement des coupes transver- sales du ski de la figure 2 selon les plans verticaux C-C, D-D et E-E, dans un mode de réalisation à structure en caisson; - les figures 7, 8 et 9 représentent schématiquement des vues en coupe transversale du ski de la figure 2 selon les plans verticaux C-C, D-D, E-E, dans un autre mode de réalisation à caisson; - la figure 10 illustre la variation des angles d'inclinaison A et B selon l'invention dans le mode de réalisation des figures 4 à 6; et - la figure 11 illustre la variation des angles A et B selon l'invention dans le mode de réalisation des figures 7 à 9. Comme le représentent les figures, un ski selon la présente invention comporte de façon générale une face supérieure 1, une face inférieure 2 ou surface de glisse, une première face latérale 3, une seconde face latérale 4, une extrémité avant recourbée vers le haut en forme de spatule 5. La face inférieure 2 du ski est cambrée vers le haut entre la ligne de contact avant 6 et la ligne de contact arrière 7. Le corps du ski, ou partie du ski comprise entre la ligne de contact avant 6 et la ligne de contact arrière 7, présente une épaisseur maximale dans sa zone centrale 8, et une épaisseur qui se réduit progressivement lorsque l'on se rapproche des lignes de contact avant 6 et arrière 7. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, le ski présente une structure à caisson de résistance mécanique symétrique par rapport à l'axe vertical longitudinal médian I-I du ski. La figure 3 représente une coupe transversale du ski au voisinage de sa zone centrale 8, coupe selon le plan D-D. Sur cette coupe, on voit que le ski est constitué de quatre parties principales: un noyau 10, une coque 20, un élément inférieur 30, et une couche de remplissage 23. Le noyau 10 peut être en différents matériaux, tel que bois ou mousse synthétique, ou autres structures alvéolaires et par exemple en nid d'abeilles en aluminium; le noyau peut également être partiellement creux, constitué par exemple de tubes métalliques ou plastiques. La coque 20, dans le mode de réalisation représenté, est une coque composite comportant une couche extérieure d'aspect 21, par exemple en matière thermoplastique, et une couche de renfort 22 constituée en une matière à grande résistance mécanique telle qu'un stratifié ou un alliage d'aluminium. Par exemple, la couche extérieure 21 est en matière thermoplas- tique telle que de l'acrylonitrile butadiène styrène, communément désigné par ABS, ou en un polyamide, ou en un polycarbonate. La couche de renfort 22 peut être réalisée à partir d'une ou plusieurs feuilles de tissu de verre, de carbone ou autres, ces couches étant avantageusement préimprégnées des résines thermoplastiques telles que des polyétherimides, ou des résines thermodurcissables telles que des époxydes ou des polyuréthanes. Le tissu de verre ou similaire est du type plutôt unidirectionnel, et comprend par exemple 90 % de fibres dans le sens de la longueur du ski, et 10 % dans le sens transversal. La couche intérieure de remplissage 23 assure la liaison entre 2615 4 06 le noyau 10 et la couche de renfort 22. La couche de remplissage 23 est constituée en matière viscoélastique. L'application dans les skis d'un tel matériau viscoélastique pour réaliser un amortissement est déjà connu, et décrit dans les documents de l'art antérieur cités précédem- ment. On pourra choisir une telle matière viscoélastique parmi les matières thermoplastiques, les résines de synthèse, les élastomères silicones, les caoutchoucs, les polychloroprènes de buthyl, les nitriLes acryliques, les éthylènes, les propylènes, les ionomères. On sait qu'un matériau viscoélastique présente un comportement intermédiaire entre un solide et un liquide, et absorbe au moins partiellement l'énergie des chocs et des sollicitations de déformation. Dans un liquide, la contrainte est directement proportionnelle à la vitesse de déformation; dans un solide la contrainte est directement proportionnelle à la déformation; dans un matériau viscoélastique, la contrainte est une fonction de la vitesse de déformation et de la déformation elle-même. Dans tous les modes de réalisation, la couche de remplissage 23 en matière viscoélastique peut être étroitement solidarisée aux organes de résistance mécanique, par exemple par collage ou par tout autre procédé. - L'élément inférieur 30 comprend une semelle 31 en polyéthylène constituant la face inférieure 2 du ski ou surface de glisse, des carres latérales en acier 32 et 33, et une lame de résistance inférieure 34 en un matériau mécaniquement résistant. Par exemple, la lame de résistance inférieure 34 peut avoir une structure composite, comprenant une couche inférieure en fibres de verre et une couche supérieure en aluminium ou en stratifié. La lame de résistance inférieure 34 est solidarisée, selon ses bords latéraux, aux bords latéraux inférieurs correspondants de la couche de renfort 22 de la coque 20. La couche de renfort 22 de la coque 20 présente, comme le montre la figure, une section en U inversé, constituant une lame de résistance supérieure, se raccordant elle-même à deux parois de résistance latérales solidarisées à leurs bords inférieurs aux bords latéraux de la lame de résistance inférieure 34. De la sorte, la couche de renfort 22 de la coque et la lame de résistance inférieure 34 constituent une structure en caisson fermé, entourant le noyau 10. Dans le mode de réalisation de la figure 3, les parois latérales 3 et 4 du ski sont inclinées. Leur inclinaison peut être 26 15406 variable en fonction de la zone considérée le long du ski. Un tel mode de réalisation est compatible avec la présente invention, en associant une variation d'inclinaison des faces latérales du noyau 10, de la même façon que dans les modes de réalisation des figures 4 à 11. Dans les figures 4 à 9, les parois latérales 3 et 4 du ski sont verticales, c'est-à-dire perpendiculaires aux faces supérieure 1 et inférieure 2 du ski. Comme le représentent les figures 4 à 6, les angles d'inclinai- son A et B du noyau varient en fonction de la zone considérée le long du ski. Ainsi, dans la zone centrale représentée dans la figure 5, le noyau admet une section trapézoidale à faces latérales 100 et 101 faiblement inclinées par rapport au plan longitudinal médian I-I du ski. Ainsi, les faces latérales 100 et 101 définissent, avec la lame de résistance inférieure 34, un angle intérieur A ou B, ou angle d'inclinaison, dont la valeur est proche de 90'. Sur la figure 4, dans la zone intermédiaire arrière C-C du ski, la hauteur du caisson est plus faible, et les angles d'inclinaison A et B sont plus faibles, par exemple de l'ordre de 600 comme le représente la figure. De même, dans la zone intermédiaire avant du ski représentée sur la figure 6, ou zone selon la coupe E-E, le caisson a une hauteur réduite et les angles d'inclinaison A et B sont faibles, par exemple voisins de 45 comme le représente la figure. Dans le mode de réalisation représenté, le noyau 10 a une forme variable en fonction de la position longitudinale considérée le long du ski, mais a une largeur constante. La couche de remplissage 23 en matériau viscoélastique forme un premier volume gauche 231 à section triangulaire, un deuxième volume droit 232 à section également triangu- laire, une troisième partie supérieure 233 et une quatrième partie inférieure 234 en forme de plaques reliant les volumes 231 et 232. Comme le représentent les figures, on comprend que la variation d'inclinaison des faces latérales 100 et 101 de noyau en fonction de la position longitudinale considérée le long du ski induit une variation de forme et de section des volumes latéraux 231 et 232 en matière viscoélastique. Par exemple, la section de la matière viscoélastique est plus importante sur les figures 4 et 6, c'est-à-dire au voisinage du quart antérieur et du quart postérieur du ski, que dans la partie centrale représentée sur 2 15406 la figure 5. On considère que l'angle A ou l'angle B sont les angles aigus mesurant l'inclinaison respectivement de la face latérale 100 et de la face latérale 101 du noyau par rapport à la face inférieure du noyau, ou, ce qui revient au même, par rapport à la face inférieure 2 du ski ou à la lame de résistance inférieure 34 du ski. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 4 et 6, on choisit avantageusement une loi de variation continue des angles d'inclinaison A et B, par exemple une loi de variation illustrée sur la figure 10: les angles A et B atteignent un maximum M dans la zone centrale 8 du ski, et décroissent lorsqu'on s'écarte de cette zone vers l'avant ou vers l'arrière du ski. Il en résulte que, simultanément, la section des volumes viscoélastiques 231 et 232 est minimale au voisinage de la zone centrale du ski, et augmente lorsqu'on s'écarte de la zone centrale 8 en direction des extrémités du ski. Dans ce mode de réalisation, les faces latérales 100 et 101 du noyau sont orientées vers la face supérieure du ski, selon toute la longueur du corps de ski. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 7 à 9, les faces latérales 100 et 101 du noyau sont orientées-vers la face supérieure du ski dans la zone centrale du corps de ski, comme le représente la figure 8, et sont orientées vers la face inférieure 2 du ski au voisinage des extrémités du corps de ski, comme le représentent les figures 7 et 9. Dans ce cas, la loi de variation des angles A et B est illustrée sur la figure 11, et présente un léger creux V dans la partie centrale, le creux V étant bordé de deux sommets S et T pour lesquels les angles A et B sont égaux à 90; les angles A et B décroissent régulièrement lorsqu'on s'écarte de la zone centrale à partir des sommets S et T, en direction des extrémités du corps de ski. Dans les modes de réalisation représentés, la structure du ski est symétrique par rapport au plan longitudinal vertical médian I-I du ski. Des effets similaires d'amortissement peuvent également être obtenus selon l'invention dans des modes de réalisation dans lesquels le ski ou le noyau présentent une structure dissymétrique en coupe transversale. La présence de la couche extérieure 21 n'est pas indipensable pour obtenir les effets particuliers selon l'invention, et l'on peut définir une structure de ski dans laquelle la couche extérieure 21 et la couche de renfort 22 sont une seule et même couche de renfort. Les modes de réalisation précédents ont été décrits en relation avec une structure mécaniquement résistante en caisson. On peut toutefois appliquer la structure selon l'invention, pour la réalisation des éléments amortisseurs, dans le cas d'une structure mécaniquement résistante de type sandwich. Le ski selon la présente invention peut être fabriqué par des moyens traditionnels, par exemple par un procédé décrit dans le document FR-A-985 174. Toutefois, le ski selon l'invention peut également être fabri- qué selon un procédé décrit dans la demande de brevet français n 87 03119 déposée par la demanderesse. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendica- tions ci-après. REVENDICATIONS 1 - Ski pour évolution sur neige, dont le corps comprend un noyau (10) longitudinal, des éléments de résistance mécanique, des éléments amortisseurs internes longitudinaux en matériau viscoélastique, et des éléments de remplissage liant les éléments de résistance aux autres éléments, les éléments amortisseurs internes en matériau viscoé- lastique (231, 232) présentant une section transversale variable le long du corps de ski en fonction de la position longitudinale considérée, caractérisé en ce que - les éléments amortisseurs comprennent deux volumes latéraux en matière viscoélastique (231, 232) disposés de part et d'autre du noyau longitudinal (10), chaque volume étant limité latéralement par le noyau (10) et par la paroi latérale correspondante du ski, - le noyau (10) comprend des faces latérales (100, 101) formant avec la face inférieure du ski des angles d'inclinaison (A, B) variables en fonction de la position longitudinale considérée le long du corps de ski, conférant au corps de ski des propriétés d'amortissement mécanique variables en fonction de la position longitudinale considérée. 2 - Ski selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau (10) a une largeur constante. 3 - Ski selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les angles d'inclinaison A et B des faces latérales (100, 101) du noyau (10) dans la zone centrale du ski sont supérieurs aux angles d'inclinaison A et B au voisinage de la ligne de contact avant (6) du ski. 4 - Ski selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les angles d'inclinaison A et B des faces latérales (100, 101) du noyau (10) dans la zone centrale du ski sont supérieures aux angles d'inclinaison A et B au voisinage de la ligne de contact arrière (7) du ski. - Ski selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les faces latérales (100, 101) du noyau (10) sont symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan vertical longitudinal médian (I-I) du ski. 6 - Ski selon lrune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les faces latérales du noyau sont dissymétriques. 7 - Ski selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les angles d'inclinaison A et B sont sensiblement égaux à 90' dans la zone centrale du ski. 8 - Ski selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les angles d'inclinaison A et B varient de façon continue le long du corps de ski. 9 - Ski selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les faces latérales (100, 101) du nQyau sont orientées vers la face supérieure du ski sur toute la longueur du corps de ski. - Ski selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les faces latérales (100, 101) du noyau sont orientées vers la face supérieure du ski dans la zone centrale du corps de ski et sont orientées vers la face inférieure du ski au voisinnage des extrémités du corps de ski. 11 - Ski selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les éléments amortisseurs sont constitués par les éléments de remplissage, réalisés en une matière viscoélastique. 12 - Ski selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les volumes (231, 232) de matière viscoélastique sont reliés par une couche supérieure (233) de liaison en matière viscoélastique. 13 - Ski selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les volumes (231, 232) de matière viscoélastique sont reliés par une couche inférieure (235) de liaison en matière viscoélastique. 14 - Ski selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les éléments de résistance mécanique comprennent une lame de résistance mécanique supérieure et une lame de résistance mécanique inférieure (34) formant une structure sandwich. - Ski selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les éléments de résistance mécanique comprennent une coque (20) à section en U fermée par une lame de résistance mécanique inférieure (34), formant une structure en caisson entourant le noyau.