鞋底气垫的制作方法

专利名称：鞋底气垫的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来放于鞋底以便为脚提供缓冲和支承的气垫。更具体而言，本发明涉及一种气垫，它具有一个中心空心部分，中心空心部分置于脚轮廓边缘周围的竖向较硬的各管状部分之间并与其相连。
背景技术：
弹性的运动鞋底带有各种弹性气垫构件以便用于贮存和吸收穿鞋者的脚上所受的冲击能。已知的鞋底中包括流体软囊，流体软囊中装有加压的空气或者粘性液体或者凝胶以便吸收并贮存能量。
例如，美国专利U.S Patent No.5,406,719中公开了一种带有加压气体的软囊。软囊包括一个带有许多空气室的脚跟承座。气室位于脚跟承座的周围，其它气室位于脚跟承座的中心。当气体压力随着施加于气室上的载荷而增大时，气室中的气体为脚提供缓冲。本专利示出的中心气室与侧向气室连通，从而使得各个气室中的内部气体压力相同。
美国专利U.S.Patent No.5,353,459也示出了一种用于垫着脚跟的软囊。软囊具有一个马蹄形腔室，马蹄形腔室环绕着软囊周边延伸，绕着软囊的后部从中部向外侧延伸。在马蹄形状中是一个中央腔室。如同719′专利公开内容中一样，腔室的硬度通过改变其中的气体压力而控制。
美国专利U.S.Patent No.4,183,156中公开了一种鞋内底形内垫，内垫带有形成气垫弹簧的互连的腔室。这些腔室中有两个腔室为管状，绕鞋内底的脚跟的侧边和后部延伸。其余两个管状腔室位于绕脚跟侧边延伸的腔室之间。
利用气体或其它流体来使脚减震的缓冲软囊具有许多缺点。这些软囊常常会随时间的流逝而泄漏、而气体单元特别易于随着软囊不断地使用而发生压力损耗。而且软囊容易被尖锐的物体刺穿。一旦软囊被刺破，其内装物质就会自由逃逸，因而软囊就会停止有效地减震。此外随着时间的流逝，装有流体的软囊也易于发生弹出和/或压缩现象。由于内装流体的压力或粘度会发生变化，因而在不同温度下大多数软囊的性能会显著不同。另外，由于软囊中的流体会平衡软囊的各腔室内的压力，因而腔室的一部分发生压缩只会将流体迫向腔室的另一部分，从而削弱了对软囊的局部变形、进而对其减震作用的控制。
其它已知的鞋底利用弹性结构，该弹性结构取决于结构的壁、而非其中所装的流体，由此缓冲穿鞋者的脚上受到的冲击。例如，美国专利U.S.Patent 5,255,451中讲到了一种带有一个由多个起伏部分构成的内垫的鞋底。美国专利U.S.Patent No.4,774,774示出了一种由蜂窝状结构构成的鞋中底。此外，美国专利U.S.Patent No.4,342,158讲到了一种带有一个位于鞋底脚跟中的锥形盘簧构件的鞋底。
这些利用壁来承受减震载荷的现有技术的气垫一般位于脚的较大部分面积上。现有的气垫没有利用装满流体的软囊所提供的特定形状。
因此，就需要提供一种能克服现有技术装置的缺点的脚底气垫。例如，理想的是，利用气垫的壁而非其内盛物质来承受它所受到的大部分冲击载荷，并且可准确控制气垫的不同部分的硬度。
发明概述本发明提供了一种鞋底所用的气垫。气垫包括弹性的、承载的第一和第二空心管状壁，它们的结构形状适于支承并垫着穿鞋者的脚的边缘。管状壁构成了第一和第二管状部分，其中一个管状部分大致沿穿鞋者的脚的横侧延伸，另一个大致沿穿鞋者的脚的中间侧延伸。
气垫还具有一个弹性的承载的中心壁，它的结构形状适于支承并垫着大致位于脚宽度方向上的中心处的脚的横向中心部分，中心壁形成了一个空心中心部分，且位于管状部分之间并与该管状部分相连。
气垫的优选实施方案提供了一个连接部分，在其中中心壁和第一管状壁相连接从而使中心壁和第一壁中的其中一个的竖向变形被传递至另一个。在连接部分中，中心壁和第一壁的竖向相隔的凸起部分通过竖向相隔的连接壁相连接。至少一块连接壁将彼此相邻的凸起壁连在一起。因此，竖向变形通过连接壁在中心部分和第一管状部分的被连接壁之间传递。
气垫的优选实施方案的连接部分位于穿鞋者的脚的脚跟冲击区域，在一步踏步过程中，它首先受到所产生的集中载荷。如果气垫用于穿鞋者的脚跟，连接部分的位置就会相对于延伸穿过脚跟部分的纵向中心线横向偏心。另外，连接部分的结构和尺寸优选地也适于靠近于在踏步过程中受到最大载荷作用的穿鞋者的脚的冲击路径。
如果中心壁和管状壁并未连接，优选实施方案则具有一个将中心部分和第一管状部分连起来的凹槽部分。由于该部分下凹并且优选地根本不具有任何明显竖向相隔的壁，因此竖向变形在邻近凹槽部分设置的中心壁和第一管状壁的部分之间基本上被隔离。
本发明特别适用于鞋底的脚跟部分。在这种结构方案中，第一管状部分沿脚跟部分的侧边缘和后边缘延伸以便支承穿鞋者脚跟的侧边缘和后边缘。两个管状部分在脚跟的后部相连，一起形成了基本连续地沿脚底脚跟的整个轮廓延伸的单个管状部分。气垫的中心部分优选地在中心部分的后部与管状部分相连，使中心壁和管状壁构成了一个从水平面向上倾斜的下表面。
中心和管状壁优选为弓形。因此，中心和管状部分沿横向和竖向平面都具有椭圆形的横截面。在优选实施方案中，中心和管状部分的竖向高度基本相同。中心部分的中线到侧边的宽度比管状部分的中线到侧边的至少一个宽度要大。优选地，中心部分的宽与高的纵横比最大可达约2至4之间，而第一管状部分的纵横比大约在0.75至1.5之间。
为了使气垫的壁得到加强，管状壁和中心壁中至少有一个优选地具有横向延伸而过的肋。如果壁的厚度基本一致，在与肋相反的壁的一侧上会形成槽。
气垫优选地为由一块模制塑料材料制成的整体式结构，竖向管状部分比中心部分更硬一些。由于其形状的原因，较硬的管状部分使穿鞋者的脚稳定于中心部分上。
由于气垫的支承作用由承载的中心和管状壁自身提供，因此气垫内所留的空气优选地都未被加压，而是处于大气压下。这就减少了与现有技术的流体或气体加压软囊相关的问题。
气垫在鞋底内优选作为中底安放，而还有一个外底安放于气垫下方以与地面接触。然而在某些实施方案中，气垫自身也可用作外底。
附图简述

图1是带有本发明的气垫的一只左鞋底的一部分的剖面侧视图；图2是气垫的顶视图3是气垫沿图2的Ⅲ-Ⅲ线的剖面正视图；图4是足状的踏步脚印的顶视图；而图5是气垫的侧视图。
优选实施方案详述图1示出了一种鞋底，它在鞋底的脚跟部分16中使用了本发明的气垫10的优选实施方案。鞋底包括一个中底12和一个外底14。在这个实施方案中，气垫10是中底12的一部分，但其下侧局部露出，可以与地面接触，从而也起到外底的作用。
参照图2，气垫具有一个外管状部分24，外管状部分24包括一个中间管状部分18和一个侧边管状部分20，它们由弹性承载管状壁19构成。管状部分18和20沿鞋底足形的中间和侧缘延伸。在优选实施方案中，管状部分18和20基本沿足形的脚跟部分的中间和侧缘延伸。管状部分18和20还沿脚跟的后缘22延伸，一起优选地形成单个基本连续的外管状部分24。所形成的管状部分24沿脚跟的轮廓基本连续地呈U形延伸。形成外部分24的壁19的结构和尺寸适于支承脚的边缘并缓冲其上面所产生的冲击，例如行走、跑动或跳跃所产生的冲击。
一个空心中心部分26位于中间和侧边部分18和29之间并与其相连。中心部分26由弹性的承载中心壁28构成。优选地，中心壁28与管状壁19沿整个中心部分26与管状部分24相邻接的位置、即在中心部分26的中间、侧边和后边缘处相连。中心壁28的结构和尺寸适于支承并垫着脚、这里是指脚跟的中心部分。
壁28和19自身承担着施加于气垫10上的大多数载荷。因此，优选地，并不需依靠气垫10内的空气或其它材料来支承或垫着脚。气垫的壁28和19提供了气垫的大部分支承。尽管气垫内可能会留有空气或其它材料，但是最优选地是，这些材料并未提供显著的支承或缓冲作用。
气垫10还具有在中心和管状部分26和24之间延伸的凹槽部分30。凹槽部分30将中心和管状部分26和24连起来，却隔离了邻近于凹槽部分30的管状壁19和中心壁28的部分之间的竖向变形。
如图3所示，管状壁19具有竖向相隔的凸起部分32，而中心壁具有竖向相隔的凸起部分34。在本文中“凸起”这个词的意思包括壁的上部和下部，而并非仅仅指向气垫的顶部。由于管状壁19的凸起部分32与中心壁28的凸起部分34相隔开，因而基本上没有竖向的压缩作用通过凹槽部分30在其间传递。
再次参照图2，气垫10还包括一个连接部分36，它有至少一个从凹槽部分30上突出的壁，优选地将气垫10的凹槽部分30隔开。连接壁36将中心凸起部分34与管状凸起部分32连起来，从而使竖向变形可在管状壁19与中心壁28之间传递。
连接部分36使得当气垫10在靠近连接部分36的中心或管状部分26、18或20处受到冲击时，能量可由中心壁28和管状壁18和20二者共同存储和吸收。连接部分36的位置优选地选定成能够在靠近鞋底上冲击的公共区域处增强缓冲作用。当气垫被置于鞋底的脚跟时，连接部分36优选地置于脚跟的后部，大致与本领域内已知的脚跟冲击区域52对齐，在下文中将进行说明。
本领域内众所周知的是，在踏步过程中，特别是当穿鞋者在跑动时，穿鞋者的脚基本沿图4中所示的冲击路径66冲击着鞋底。沿鞋底的冲击路径66为S形，从脚跟向鞋底的脚形82的前脚部分延伸。该路径66最先且最大地受到作用在鞋底上的冲击所产生的载荷。脚跟冲击区域52就是鞋底脚跟处的区域，众所周知，它受到由穿鞋者的脚所施加的最先且最大的冲击。
如图2中所示，气垫被置于鞋底中，并使脚跟冲击区域52位于直线54和56后所确定的区域中。在为9.5号鞋制做的优选气垫10中，直线54和56在离气垫10的后端约23至31mm处与气垫10的中心线38相交。这个距离随鞋码不同而改变。直线54从与中心线38垂直的水平线60向前成大约25°的角度58沿横向延伸。优选地，角度58大致位于12°至36°之间，例如位于20°至30°之间，角度58最优选为25.5°左右。直线56在直线60之后与其成为5°的角度62在中间延伸。优选地，角度62介于约0°至25°之间，例如1°至10°之间，最优选为约4.5°。这样，大致相对于脚跟冲击区域52居中设置的连接部分36就侧向偏离于中心线38。
由于中心和管状部分26和24为空心，中心部分26就形成了一个中心内部腔室40，而管状部分24形成了一个管状内部腔室42。中心和管状腔室40和42通过连接部分36的内部而连通。在优选实施方案中，管状和中心壁19和28相连接，以便在其间传递竖向变形，而连接部分36已将内部腔室40和42连通。然而，在另一个实施方案中，如果需要，腔室40和42在内部可以隔开。此外，在另一个实施方案中，空心中心和管状壁28和19可以装入可变形的填充材料，如泡沫材料、凝胶或鞋底中常用的其它材料。
另外，优选地，中心和管状壁28和19还包括横向穿过中心和管状部分26和24延伸的加强肋44。应当明白为清楚起见图3中并未示出加强肋44。由于所示实施方案的气垫10的壁19和28的厚度基本均匀一致，肋44和壁19和28的相对另一侧上形成槽46。肋44增大了壁19和28的抗弯刚度。各肋44彼此相距越近、厚度越大、其从壁19和28的表面的其余部分延伸得越远，则壁19和28的刚度就越大。优选地，肋44的宽度介于大约1-4mm之间，彼此相距约6-18mm。
尽管各肋可以相互平行，但优选地，各肋沿大体与图4中所示的跑动冲击路径66垂直的方向延伸。所示实施方案的肋44与垂直于冲击路径66的直线70所成的角68优选小于约40°，更优选地小于约20°。
如图1中所示，底部中心壁28包括一个锯齿状部分64，它的深度基本与肋44相同。因此，肋44并未延伸过该锯齿状部分64.在其它实施方案中，附加的外底材料可以固定于锯齿状部分64上，或者锯齿状部分64上可展示装饰图案或商标。图2所示的锯齿状部分64为椭圆形。
沿图2的在横向与竖向穿过气垫10的平面Ⅲ-Ⅲ所剖开的气垫10的优选剖面形状在图3中清楚示出。中心和管状壁28和19均为弓形。中心壁28优选地形成一个卵形或椭圆形横截面。与中心壁28的横截面相比，管状壁19的优选的横截面大体为圆形。由于具有这样的形状，因此气垫10可以贮存能量并将能量返回至穿鞋者。中心壁28的较宽的水平凸出部分34使得中心部分的刚度要低于管状部分24。在形状适合于脚跟的气垫10的最宽部分处，中心部分26具有最大宽度74，优选地，它比从中间管状部分18的中间边缘到侧向管状部分20的侧边缘的气垫10最大宽度84大约50％左右，更优选地比气垫10的最大宽度84大约60％左右。优选地，中间和侧向管状部分18和20的其中一个的宽度至少约为气垫10最宽处的中心部分26的宽度的15％，更优选地约为20％。
另外，在优选实施方案中，中心和管状部分26和24的竖向高度72基本相同。每个气垫部分18和20的纵横比被定义为气垫部分24和26的宽度74和75与其高度72的比值。管状部分18和20的纵横比穿过其中心轴线测定。中心部分26的纵横比最大值介于大约2至3之间，优选为2.6左右。管状部分24的纵横比沿气垫10的侧向和中间边缘大约介于0.75至1.5之间，优选为1左右。
与中心部分26相比，管状部分24的刚度更高，这正是所需的，因为这可以在冲击过程中将脚朝向中心部分26稳定。由于在冲击过程中，中心壁28沿竖向的变形比管状部分19要大，因此在每次迈步过程中，气垫10都会将脚引向中心部分26，从而减少了受伤的可能性。
参照图5，气垫10的前部(包括中心和管状壁28和19)具有一个圆形前边缘76。圆形边缘76有利于在迈步过程中鞋底的纵向中心部分发生弯曲。另外，由于下部后表面76向上与水平面成约为10°的角度80，因而气垫10的后部在竖向上更薄。角度80使外底的脚跟抬起以便增大穿鞋者跑动时的舒适性。
气垫10优选地作为单块整体结构吹塑而成。HYTREL HTR 5612是一种用于吹塑的聚酯弹体，由Dupont销售，它是气垫10的结构所用的优选材料。非常适用于体吹塑气垫10的其它材料具有比较高的熔化粘度。最优选的气垫材料优选的泊松比为0.45左右，挠曲模量为124Mpa左右，硬度为D等级的50。当进行将材料压缩至原始厚度的50％并持续48小时后再释放的压缩试验时，材料优选地基本能完全恢复。优选的HYTREL材料在压缩试验后能恢复至离原始厚度1％的范围之内。中底内底和外底的其余部分安放于中底上方以便靠近于脚，它们由常规的材料制成。
由于吹塑过程的结果，留下了一个空心短柱48，在制造过程中空气通过它吹入。短柱48优选地被密封住，以防在每次迈步时由于空气通过短柱吸入和排出而使气垫10发出噪音。短柱48的密封也可防止行走路面上的水或其它流体进入气垫10。如果短柱48自身并未密封，可以利用鞋底的邻近材料50来封住短柱的开口。如上所述，尽管一旦短柱48被密封住时气垫10内会留有空气，但为脚提供主要支承和缓冲的是气垫10的壁19和28、而非所存留的空气。如果存留有空气的话，则空气优选未被加压太多。
本领域的普通技术人员可以想象出多种变形和改型。例如，替代实施方案中可以不带有加强肋，或者可以设计用于鞋底的前脚区域或其它区域。所有这些改型都包含于以下权利要求的真实思想和范围内。
权利要求
1．一种鞋底所用的气垫，气垫包括弹性的、承载的第一和第二空心管状壁，它们的结构形状适于支承并垫着穿鞋者的脚为其提供缓冲，并各自构成第一和第二管状部分，其中一个管状部分大体沿穿鞋者的脚的横侧延伸，另一个大体沿穿鞋者的脚的中间侧延伸；以及弹性的、承载的中心壁，它们的结构形状适于支承并垫着脚的横向中心部分为其提供缓冲，中心壁构成一个空心中心部分并位于第一和第二管状部分之间且与其相连。
2．权利要求1的气垫，还包括一个连接部分，它与中心壁和第一壁相联以便将中心壁和第一壁连接，从而使中心壁和第一壁中的一个的竖向变形能被传递至另一个。
3．权利要求1的气垫，其特征在于，管状壁和中心壁被设计用于为穿鞋者的脚跟提供支承和缓冲作用。
4．权利要求1的气垫，其特征在于，中心部分和管状部分的竖向高度大致相同。
5．权利要求1的气垫，其特征在于，第一和第二管状部分分别具有第一和第二宽度，而中心部分的中心宽度要大于第一和第二宽度中的至少一个。
6．权利要求1的气垫，其特征在于，中心壁和管状壁为弓形，从而使中心部分和管状部分沿在横向和竖向上延伸的平面具有椭圆形横截面。
7．权利要求6的气垫，其特征在于，中心部分的宽与高的中心纵横比的最大值可达约2至4之间；而第一管状部分的宽与高的第一纵横比大约介于0.75至1.5之间。
8．权利要求1的气垫，其特征在于，管状壁和中心壁中的至少一个带有横向延伸的肋，该肋的结构和尺寸适于增大壁的刚度。
9．权利要求8的气垫，其特征在于，管状壁和中心壁中的至少一个的厚度基本均匀一致并在其一侧上形成大致横向延伸的槽，该槽在管状壁和中心壁中的至少一个的相对一侧上形成了肋。
10．权利要求1的气垫，其特征在于，中心壁和管状壁为由单块模制塑料材料制成的整体式结构。
11．权利要求1的气垫，其特征在于，管状部分沿竖向的刚度大于中心部分以便将穿鞋者的脚朝向中心部分稳定。
12．权利要求1的气垫，其特征在于，封闭于中心部分和管状部分中的空气基本处于大气压下。
13．一种鞋底所用的气垫，气垫包括弹性的、承载的第一和第二空心管状壁，它们的结构形状适于为穿鞋者的脚的边缘提供支承和缓冲，并各自构成第一和第二管状部分，其中一个管状部分大体沿穿鞋者的脚的横侧延伸，另一个大体沿穿鞋者的中间侧延伸；弹性的、承载的中心壁，它的结构形状适于为脚的横向中心部分提供支承和缓冲，中心壁构成一个空心中心部分，其位于第一和第二管状部分之间并与其相连；以及连接部分，它与中心壁和第一壁相连以便将中心壁和第一壁连接，从而使中心壁和第一壁中的一个的竖向变形能被传递至另一个。
14．权利要求13的气垫，其特征在于，中心壁和第一壁包括竖向相隔的凸起部分，而且连接部分具有竖向相隔的连接壁，至少一个连接壁将由彼此相邻的凸起壁构成的至少一对被连接壁连接在一起，从而使竖向变形能通过连接壁在中心部分和第一管状部分的这对被连接壁之间传递。
15．权利要求13的气垫，还包括一个将中心部分和第一管状部分连起来的凹槽部分，以便在邻近于凹槽部分的中心部分和第一管状部分的各部分之间使竖向变形基本隔离开。
16．权利要求13的气垫，其特征在于，连接部分的结构形状和尺寸适于沿穿鞋者的脚的冲击路径放置。
17．权利要求13的气垫，其特征在于，连接部分的结构形状和尺寸适于安放于穿鞋者的脚的脚跟冲击区域。
18．权利要求17的气垫，其特征在于，连接部分相对于延伸穿过穿鞋者脚跟的纵向中心线横向设置。
19．权利要求13的气垫，其特征在于，连接部分相对于气垫在横向上偏心放置。
20．一种鞋底所用的气垫，气垫包括弹性的、承载的第一和第二空心管状壁，它们的结构形状适于为穿鞋者的脚跟的边缘提供支承和缓冲，并各自构成第一和第二管状部分，其中一个管状部分大体沿穿鞋者的脚跟的横侧延伸，另一个大体沿穿鞋者的脚跟的中间侧延伸；以及弹性的、承载的中心壁，它的结构形状适于为脚跟的横向中心部分提供支承和缓冲，中心壁构成一个空心中心部分，位于第一和第二管状部分之间并与其相连。
21．权利要求20的气垫，其特征在于，其中一个管状部分沿穿鞋者的脚跟的后边缘延伸以便支承着穿鞋者的脚跟的后边缘。
22．权利要求21的气垫，其特征在于，管状部分在穿鞋者的脚跟的后部连接在一起，从而使第一和第二管状部分一起构成了基本连续地沿穿鞋者脚跟的大致整个轮廓延伸的单个管状部分。
23．权利要求20的气垫，其特征在于，中心部分在其后部与管状部分相连。
24．权利要求20的气垫，其特征在于，中心壁和管状壁形成了一个下表面，它在穿鞋者的脚跟下方的后部从水平面向上倾斜。
25．一种鞋底，包括一个包括如权利要求1所述的气垫的中底；以及一个安放于中底下方以便与地面接触的外底。
26．一种鞋底，包括一个包括如权利要求13所述的气垫的中底；以及一个安放于中底下方以便与地面接触的外底。
27．一种鞋底，包括一个包括如权利要求20所述的气垫的中底；以及一个安放于中底下方以便与地面接触的外底。
全文摘要
一种鞋底所用的气垫,带有弹性的、承载的弓形第一壁(19)、第二壁(19)和中心壁(28)。第一和第二壁(19)为管状,其结构形状适于为脚的边缘提供支承和缓冲。
文档编号A43B13/20GK1283967SQ98813511
公开日2001年2月14日 申请日期1998年12月4日 优先权日1997年12月5日
发明者E·M·哈蒙－维斯, S·M·麦多维尔 申请人:新平衡运动鞋公司