專利名稱：鞋跟彈簧及穩定件的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及鞋類，具體有關運動鞋的后跟彈簧及腳的穩定件。
就多數人而言，步行或奔跑的動作涉及使用全足，從腳跟沖擊開始，然后轉到腳心，最后由前腳掌及腳趾發力。腳跟沖擊前，腳部處在旋后狀態，即腳掌相對于地面向上斜，并向外歪扭。腳跟沖擊時，相關的足踝，膝及髖關節彎曲，將沖擊的振動減緩并吸收，然后腳掌踐地，并在所謂的旋前過程中向內歪扭。
在這程序中，最好盡可能吸收腳沖擊的振動能量，同時有落地穩定性，防止對跑行者造成慢性或創傷性的損傷。如有可能，也是在高穩定跑步的情況下，最好也能儲存吸收的振動能，在步伐的發力階段中，回送到腳上，發揮能量的效率。最好還在腳部接觸地面時，為了醫療及穩定步伐的緣故，都能限制腳部的過度旋后或過度旋前的傾向。
在制鞋行業中，已知在鞋底中采用彈簧件，尤其用于鞋跟中，儲存跑步時腳沖擊施出的能量，在提腳時，至少將一部分能量送回到著鞋的腳上。同屬已知的是在鞋底中設置橫向及縱向加勁件，克服跑步時著鞋者的過旋后或過旋前的影響。
例如在美國專利第4，486，964及4，506，460號中，魯迪(M.F.Rudi)敘述了各種類型的塑料及熱處理鋼材的“彈簧緩沖件”，據稱主要目的是將腳的沖擊力較均勻而迅速分布到腳下的充氣鞋底上。據說這些緩沖件的馬蹄形鞋跟元件，與腳配合，起與貝稱維爾彈簧相似的作用，跑步時將能量儲存并回送，在一種款式中，據說還可提供足踝的垂直穩定性。
在美國專利第2，357，281及2，394，281號中，威廉斯(V.P.Williams)揭示了一種禮服鞋的抗振鞋跟組合件，內設鋼彈簧。
在美國專利第4，709，489號中，威爾特(K.F.Welter)揭示了一種鞋跟彈簧件，內有一塊鋼板，在橫端上用U形的不能壓縮的支承件支承。支承件除提供鞋跟彈簧作用外，還可為鞋跟提供橫向穩定性。
在美國專利第4，881，329號中，克勞利(K.J.Crowley)還揭示了另一形式的儲能鞋跟彈簧，據說可用高抗張材料制造，諸如石墨，和/或玻璃纖維及樹脂。
最后，美國馬薩諸塞州布洛克頓的伊湯尼克(Etonic)公司廣告中的一種“穩定系統”，其中有石墨，丙烯酸，玻璃纖維復合材料制造的各種形式的DRP+板(DRP Plus Plate)，放在鞋底內的各個位置上，補償個別著鞋者的過旋前和/或過旋后的問題。
本申請揭示一種新的部件，在運動鞋的中層底中封裝，將鞋跟彈簧的優點與穩定板的優點結合，鞋跟彈簧將跑步時的沖擊能吸收，儲存，并送回到著鞋者的腳上;穩定板在同一活動中，有助于防止腳的過旋后和過旋前。由于這種器件的制造方法及材料，部件的制造簡單而價廉，重量非常輕。
本發明的部件為一個用熱塑樹脂和碳-玻璃纖維布的結實、堅硬而有柔彈性的復合夾層材料形成的鞋跟尺寸的薄板，在運動鞋中層底跟部中封裝。鞋跟板有一對向上彎邊的側緣及前后端，一個一體的后伸、上斜的垂直作用彈簧件固定在上面。彈簧被一對從后端向前伸入板中的槽限制在板上。彈簧件停留在著鞋者腳跟骨的下面，鞋的中層底在彈簧件下面的區域挖空，使之可隨腳跟的施力反應，自由向下彎曲。可將一個“減振器”或塞墊在鞋的外底上模制，限制彈簧件的最大下彎量。
考慮了下文對理想實施方案的詳細敘述，尤其在從附圖的角度考慮時，對部件及與之相隨的優點便可更加了解，附圖內容簡述如下
圖1 為運動鞋右腳鞋跟的局部側視圖，虛線所示為本發明的部件;
圖2 為與圖1所示相同的鞋跟的局部仰視圖;如沿線2-2所揭示，本發明的部件用虛線表示;
圖3 為圖1及2中所示鞋跟及本發明的部件，沿圖2中線3-3的局部剖視圖;
圖4 為向后方觀察鞋跟及圖1-3所示部件的局部剖視圖，示出沿圖2中線4-4的剖視;
圖5 為本發明鞋跟彈簧及穩定板部件的透視圖。
圖1及2所示可清楚看出，典型的運動鞋包括有一個鞋面2和底部3。鞋1的特點可以是“網球”鞋，“跑”鞋，或“綜合訓練”鞋，以其具體的用途及款式為定。
鞋面2可有高幫或矮幫形式，可用皮革及/或包括乙烯樹脂的各種人造材料制造。底部3一般具有一個中底4和一個外底5。底部3還可以有一個內底層(未示)，與中層底成一體或分離，并且與著鞋者腳底形狀極相近，并將腳的載荷在中底上較均勻分布。
現代運動鞋的典型中底材料，包括乙烯乙酸乙烯泡沫材料(“EVA”)和聚氨基甲酸乙酯(“PU”)泡沫，可將其模制，從而具備許多理想的功能和裝飾細部及尺寸特點，并將部件，如本發明的部件，在模制過程中封裝在中底的厚度內。
外底5的典型材料包括許多人造橡膠及非泡沫PU。如為中底4的材料，這有利于通過模制，在外底5的下側或外壁上加所需的特征或圖案，諸如圖中的接地部6。可使用的外底圖案的一個舉例，如本申請人的同時待批美國外觀設計專利申請案所示，其申請號為07/505，003，申請日為1990年4月5日。
從附圖3-5可清楚地看到構成本發明主題的，作為舉例的運動鞋鞋跟彈簧及穩定件10的理想實施方案。圖示部件10在右腳的鞋1上，應理解為有一對這種部件，每雙這種鞋每只各有一個，另一個為左腳的，與圖示的部件10在人體的矢狀平面兩側對稱。
部件10是一個腳跟尺寸的薄平板12，用下文所述的結實、堅硬而有柔彈性的材料制造。如上文所述，在模制中底時，將部件以大致水平狀態，封裝在中底4的跟部的彈性材料中。
板12最好從大平片材料坯上沖切，然后按下文所述成形。分別有一對向上彎邊的側緣14A及14B，和前后端16及18，一個一體成形的后伸、上斜垂直作用彈簧件20，該彈簧件由一對從后端18向前伸入板中的敞口槽22A及22B，在板上形成。
圖示的部件10可用各種材料制造，包括熱處理過的彈簧鋼，但作為舉例，部件10的理想材料，是熱塑樹脂的夾層復合材料，有面片為碳與玻璃纖維的織造纖維或基質。該材料為醫療材料公司(Medical Materials Corporation)出品，用于生物醫療方面，商標為TL-61，商品名為諾夫特克(Novetek)，美國專利第4，778，717號中有較詳細的敘述。
理想材料以片狀材料供應，厚度范圍在0.035至0.055英寸之間。抗張強度取決于厚度，每平方英寸(“psi”)在24，000與42，000磅之間，彈性模婁知1.3至3.6×10磅/平方英寸之間。易于切割，鋸切，或者如圖示的理想實施方案，則用相當廉價的工具沖切。
材料還可進一步加熱成形，使之具有所需的形狀或外形，諸如用適當的工具，在相對低的溫度(350-500°F)下將材料加熱，形成彈簧20的上斜，和側緣14A，14B的向上彎折。當這樣成形的材料的溫度降回到室溫時，其彈性及強度完全恢復。本申請人對使用壽命循環進行了試驗，試驗樣本的部件10的構形，基本與圖示的舉例方案相似，其彈簧件20從不彎折狀態，以每秒鐘六個循環的速度彎折到與板12平齊。試驗樣本可承受一百萬次以上的這種循環而不損壞，并不出現任何斷裂，疲勞裂紋，或可測出的材料強度下降或彈性下降。于是可見理想復合材料的物理性，比熱處理的合金鋼優良，然而與等同的鋼材部件比較，重量及制造成本減低相當多。
部件10放在中底4的材料的鞋跟范圍內，使彈簧件20的最后部，基本停留在著鞋腳的大跟骨的下面，從而中底4的材料有一個層24在上面覆蓋。中底在彈簧件下面的一個區域26挖空，使彈簧件可自由向下彎折。
層24起著鞋者跟骨下面的織物墊與彈簧件20上表面之間的緩沖作用，并起將腳施加在彈簧件上的載荷較均勻分布的作用。層24的作用還在于酌量減少彈簧件對腳跟的總彈性，以及抬起腳跟時彈簧件將彎折能量回送的能力，起因主要是在壓縮與膨脹時，層24中因熱消散而能量損耗。但是據信這種些微損耗，因能提高腳的舒適性，并能防止將腳跟彈起的彈力過大，故損耗可允許。除這效果和下文所述彎量限制狀態外，在預期的全部彎幅中，彈簧件的反應一般為直線型，且在抬起腳跟時，將腳跟沖擊時儲存的彎折能量，高效率(＞85%)送回到著鞋腳上。
在理想實施方案中，圖示板12的側緣14A，14B向上彎，但在適當的設計中也可以向下彎。彎緣用于對部件在縱向上作很大的加勁，并且由于在著鞋腳的兩側，略偏向腳跟的外側，故起到像獨木舟的外伸叉架支撐的作用，防止在正常的步行或跑步中，著鞋腳在腳跟沖擊，踐地及發力向前時的旋后與旋前。假如由于任何原因部件10與中底4的材料分離，彎緣還有助于將部件10固定，防止蠕動。
在圖示的舉例理想方案中，將一個可隨意取舍的緩沖止動件28，模制在鞋的外底5中，緊靠彈簧件20及跟骨的下方放置，在腳跟作大沖擊時，諸如跳躍時，對彈簧件的向下彎量作最大極限。緩沖止動件28的垂直量度，使之在一般的站立與步行活動中不致與彈簧件20接觸，而僅在彈簧件彎量超過彈簧件的合理最大下彎量，諸如在跳躍或強力奔跑活動中出現的情況，緩沖止動件28才起作用。
熟練的從業者從上面的討論將認識到，根據當時的具體問題與用途，可對本申請揭示的鞋跟彈簧及穩定板的特點，材料及制造方法作許多改變。因此，對圖示的實施方案及本文的討論，應認為僅作舉例說明的性質，本發明的范圍應僅以文后的權利要求書作界限。
權利要求
1.一種運動鞋的減振儲能鞋跟彈簧及穩定部件，其特征是包括有一個用結實、堅硬而有柔彈性的材料制造的鞋跟尺寸的薄板，該板有一對側緣，前后端，并有一體形成的后伸、上斜垂直作用彈簧件。
2.如權利要求1所述的部件，其特征是彈簧件由至少一條通過板的材料切制的槽形成。
3.如權利要求1所述的部件，其特征是彈簧件由一對槽形成，槽向板的后端敞口，向前通入板中。
4.如權利要求1所述的部件，其特征是板的材料為熱塑樹脂和碳-玻璃纖維的纖維基質。
5.如權利要求1所述的部件，其特征是板的側緣向上彎。
6.如權利要求1所述的部件，其特征是板的側緣向下彎。
7.如權利要求1所述的部件，其特征是還包括有一個設置在彈簧件下方的彈性材料緩沖止動件，其位置可限制彈簧件的最大下彎量。
8.在一種具有一個鞋面部和一個鞋底部的運動鞋中，該鞋底部有一個跟部，和彈性中底及外底，及在跑步時將著鞋腳上的跑步能量儲存并回送，并將著鞋腳穩定的吸收腳部沖擊的改進機構，所述改進機構包括有將用結實、堅硬、而有柔彈性的材料制造的封裝在鞋的中底的鞋跟部分中的腳跟尺寸的薄板，該板具有一對側緣、前后端和一個附在該板上的后伸、上斜、垂直作用的彈簧件，該彈簧件有一個后部，大致設置在著鞋腳的跟骨下方，中底在彈簧件下方的區域挖空，使彈簧可自由向下彎曲。
9.如權利要求8所述的機構，其特征是彈簧件由通過板的切槽形成。
10.如權利要求8所述的機構，其特征是彈簧件由從板的后端向前伸入板中的一對敞口槽形成。
11.如權利要求8所述的機構，其特征是板的材料為一種碳-玻璃纖維基質和熱塑樹脂的復合材料。
12.如權利要求8所述的機構，其特征是板的側緣向上彎。
13.如權利要求8所述的機構，其特征是板的側緣向下彎。
14.如權利要求8所述的機構，其特征是鞋的外底有一個彈性材料制造的止動件，設置在彈簧件下面，限制彈簧的最大下偏量。
15.具有減振，儲能及穩定腳性能的運動鞋，包括有鞋面;與鞋面連接的鞋底，鞋底有內底，外底及鞋跟部;其特征是一個用結實、堅硬而有柔彈性的材料制造的腳跟尺寸的薄板，封裝在中底跟部材料內，使中底的材料能將其覆蓋，該板有一對側緣，前后端，至少一條槽在其上通過，形成一個附在板上的上斜、后伸、垂直作用的彈簧件，彈簧件有一個后部，大致設置在著鞋腳跟骨的下方，當腳跟沖擊時向下彎曲;一個彈性材料的止動件，在彈簧件的下面外底上，以限制彈簧件最大的下彎量。
16.如權利要求15所述的運動鞋，其特征是中底在彈簧件下方，而在外底上方的一個區域有一個挖空部，使彈簧件在向下彎時，可自由在垂直方向上彎曲。
17.如權利要求15所述的運動鞋，其特征是彈簧件由一對從板的后端向前伸展的敞口槽形成。
18.如權利要求15所述的運動鞋，其特征是板的材料為熱塑樹脂與碳-玻璃纖維織物的復合材料。
19.如權利要求15所述的運動鞋，其特征是板的側緣向上彎。
20.如權利要求15所述的運動鞋，其特征是板的側緣向下彎。
全文摘要
用熱塑樹脂與碳—玻璃纖維布夾層復合材料制成的腳跟尺寸薄板，有一對上彎側緣，前后端，并有一體形成在其上的后伸、上斜、垂直作用的彈簧件。該部件在運動鞋中底跟部彈性材料中封裝，使彈簧件處在著鞋腳跟骨的下方。中底在彈簧件下方的區域有挖空部，使彈簧可隨腳跟施力反應，自由向下彎曲。緩沖止動件可模制在鞋的外底中，限制彈簧件的最大彎量。
文檔編號A43B13/18GK1057765SQ91104659
公開日1992年1月15日 申請日期1991年7月1日 優先權日1990年7月5日
發明者R·Y·克拉弗里亞 申請人:勞·艾·吉爾有限公司