本發(fā)明涉及的是一種生活日用品領域的技術，具體是一種通過改變剛度可調(diào)裝置的剛度來調(diào)節(jié)矯形鞋墊足弓支撐曲面豎向剛度的裝置。

背景技術：

足底筋膜炎是中老年群體最為常見的足疾之一，嚴重影響中老年群體的身體健康和生活質(zhì)量。足踝外科醫(yī)生通常采用足弓支撐/足踝矯形鞋墊來治療足底筋膜炎，通過足弓支撐/足踝矯形鞋墊上的足弓支撐曲面對患者的足弓進行豎向支撐來達到治療/矯正患足的目的。隨著患者足踝功能的恢復/增強，患者足弓的高度發(fā)生變化或/和足弓的強度進一步加強，因此需要不同的支撐高度及剛度以對足弓提供適當?shù)闹?。然而傳統(tǒng)的足弓支撐/足踝矯形鞋墊是根據(jù)患者足踝底面的形狀澆模制造而成，足弓支撐曲面的高度和剛度均是確定的；那么在不同的恢復期需要制造不同的矯形鞋墊，以滿足患足對于足弓支撐高度及剛度的不同需求。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利號US5,903,985，公開(公告)日1999.5.18，公開了一種可調(diào)節(jié)的足弓支撐以及具有這種可調(diào)節(jié)足弓支撐的運動靴，運動靴包括具有鞋幫的鞋底，鞋底上的區(qū)域分為足底支撐區(qū)域以及足弓支撐區(qū)域，足弓支撐是可發(fā)生彈性變形的可調(diào)節(jié)的單元，設置在鞋底足弓支撐區(qū)域以及鞋幫側壁之間，足弓支撐具有體積可調(diào)節(jié)機制，通過對足弓支撐進行調(diào)節(jié)來改變足弓支撐的高度，進而適應足弓的高度。

美國專利號US6,804,902，公開(公告)日2004.10.19，公開了一種可調(diào)節(jié)的足弓矯形支撐，其原理是采用設置在足弓支撐下方的張拉裝置對足弓支撐曲面進行預張拉，并通過調(diào)節(jié)張拉裝置的長度來改變足弓支撐曲面的上拱高度，滿足患足在不同治療階段對于不同足弓支撐高度的需求。

上述現(xiàn)有技術均采用不同的機制/裝置來改變足弓支撐的高度，以適應足弓不同的高度需求。未發(fā)現(xiàn)任何技術通過改變足弓支撐的剛度來滿足足弓不同的剛度需求。因此有必要設計一種足弓支撐/足踝矯形鞋墊，具有剛度可調(diào)節(jié)機制，通過改變其剛度來對足弓提供不同的支撐剛度，以滿足足踝在不同運動情況下或/和不同損傷情況下的剛度需求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出一種剛度可調(diào)節(jié)的足踝矯形鞋墊，用戶可根據(jù)需要對足踝矯形鞋墊足弓支撐曲面的豎向支撐剛度進行調(diào)節(jié)，滿足足踝在不同運動情況下或/和不同損傷情況下的剛度需求。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明矯形鞋墊上設有用于對足踝縱弓進行豎向支撐的足弓支撐曲面，該矯形鞋墊足弓支撐曲面位置處的下方或足跟位置處的下方設有剛度可調(diào)節(jié)裝置。

所述的剛度可調(diào)節(jié)裝置至少一端通過連桿與所述矯形鞋墊底部固定連接。

當所述剛度可調(diào)節(jié)裝置位于矯形鞋墊底部對應足跟部分的位置處時，其側面與矯形鞋墊足跟位置處的底部固定連接且端部通過連桿與矯形鞋墊前腳掌位置處的底部固定連接。

當所述剛度可調(diào)節(jié)裝置位于矯形鞋墊足弓支撐曲面位置處的下方時，其兩端均通過連桿與矯形鞋墊足弓支撐曲面的起始端/終止端底部固定連接。

所述的固定連接采用但不限于螺栓、螺栓和墊片或螺栓和連接件相結合的方式。

所述的剛度可調(diào)節(jié)裝置包括：殼體、彈性件和調(diào)節(jié)件，其中：彈性件位于殼體內(nèi)部且一端與殼體相連，調(diào)節(jié)件活動設置于殼體內(nèi)并通過改變彈性件的有效工作長度實現(xiàn)剛度調(diào)節(jié)。

所述的彈性件的另一端設有端部裝置。

所述的調(diào)節(jié)件上設有轉軸，該轉軸位于彈性件內(nèi)且轉軸的任意一部分與調(diào)節(jié)件或殼體固定或活動連接。

所述的轉軸上設有與之相接觸的旋轉件，通過旋轉件轉動轉軸并帶動調(diào)節(jié)件實現(xiàn)剛度調(diào)節(jié)。

所述的接觸可以但不限于齒輪嚙合、螺紋緊固等方式實現(xiàn)。

所述的彈性件為至少一根螺旋彈簧。

所述的殼體為螺旋彈簧或內(nèi)壁設有螺紋的容器。

所述的矯形鞋墊上設有開口，該開口為在前腳掌前端延伸到矯形鞋墊2/3長度處或在前腳掌內(nèi)側延伸到矯形鞋墊2/3寬度處。

所述的開口的端部設置為平滑形狀以避免此處因應力集中而發(fā)生撕裂的現(xiàn)象。

技術效果

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明滿足了用戶在不同運動狀態(tài)下/不同損傷情況下的剛度需求，有利于足踝的運動及受力，避免了在不同的治療階段需要不同的矯形鞋墊，節(jié)約了材料及能源，經(jīng)濟性高；此外，本發(fā)明裝置簡單、剛度調(diào)節(jié)方便，避免了以往需要足踝外科醫(yī)生對各個治療階段需要的矯形鞋墊進行選擇/制備，節(jié)省了時間/人力；用戶/患者根據(jù)需要，可將剛度可調(diào)節(jié)的足踝矯形鞋墊從一雙鞋中取出再放入另一雙鞋使用，也可將剛度可調(diào)節(jié)的足踝矯形鞋墊和特定的鞋組成一個整體來使用，方便靈活，滿足用戶/患者不同的習慣和需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的俯視圖；

圖2為圖1的側視圖，圖示足弓支撐變形前形狀；

圖3為圖1的側視圖，圖示足弓支撐變形后形狀；

圖4為圖1的局部放大圖，圖示剛度可調(diào)節(jié)裝置的細節(jié)，圖4a中剛度可調(diào)節(jié)裝置包括：殼體、螺旋彈簧以及調(diào)節(jié)件，圖4b中剛度可調(diào)節(jié)裝置包括：殼體、兩個剛度不同的螺旋彈簧以及調(diào)節(jié)件；

圖5為本發(fā)明另一種足踝矯形鞋墊側視圖，剛度可調(diào)節(jié)裝置設置在足弓支撐曲面下方；

圖6為圖5的局部放大圖，圖示剛度可調(diào)節(jié)裝置及其與矯形鞋墊的連接細節(jié)；

圖7為本發(fā)明另一種足踝矯形鞋墊側視圖，剛度可調(diào)節(jié)裝置設置在足踝矯形鞋墊足跟下方；

圖8為圖7的局部放大圖，圖示剛度可調(diào)節(jié)裝置及其與矯形鞋墊的連接細節(jié)；

圖9為本發(fā)明另一種剛度調(diào)節(jié)件的細節(jié)，采用傘齒輪帶動調(diào)節(jié)件；

圖10為圖9的局部放大圖，圖示剛度可調(diào)節(jié)裝置及其與矯形鞋墊的連接細節(jié)；

圖11為圖5、圖7以及圖9中剛度可調(diào)節(jié)裝置的細節(jié)圖；

圖12為本發(fā)明的另一種足踝矯形鞋墊，鞋墊中間有開口；

圖13為本發(fā)明的另一種足踝矯形鞋墊，鞋墊內(nèi)側有開口；

圖14為本發(fā)明使用示意圖；

圖15為實施例彈簧的受力—變形曲線示意圖1；

圖16為實施例彈簧的受力—變形曲線示意圖2；

圖17為實施例彈簧的受力—變形曲線示意圖3；

圖18為實施例簡化模型示意圖；

圖19為實施例彈簧的伸長量以及足弓支撐曲面頂點下降程度的變化情況示意圖；

圖20為實施例足弓支撐曲面可承受豎向力的變化情況示意圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1

如圖1所示，顯示了矯形鞋墊1的形式，矯形鞋墊1上設置足弓支撐曲面10，用來支撐足弓，該足弓支撐曲面最好是根據(jù)用戶的足底形狀定做的；也可以是根據(jù)經(jīng)驗設定足弓支撐曲面的形狀尺寸，用戶通過試穿選擇適合本人足弓形狀的足弓支撐曲面。矯形鞋墊1上有兩個螺栓5及5’用來連接剛度可調(diào)節(jié)裝置。

如圖2所示，為本發(fā)明的側視圖。所述的剛度可調(diào)節(jié)裝置2位于矯形鞋墊1上足弓支撐 曲面10的下方，剛度可調(diào)節(jié)裝置2的兩端固定在連桿3上，再通過螺栓5及5’固定在矯形鞋墊1上足弓支撐曲面內(nèi)側的起始端/終止端。通過剛度可調(diào)節(jié)裝置2上面的調(diào)節(jié)件20來調(diào)節(jié)剛度可調(diào)節(jié)裝置2的剛度，進而調(diào)節(jié)矯形鞋墊1上足弓支撐曲面10的豎向剛度。

矯形鞋墊受到豎直向下的力后，變形圖如圖3。足弓支撐曲面的高度降低，剛度可調(diào)節(jié)裝置2受到水平拉力，螺栓5及5’之間的水平距離變大。增大剛度可調(diào)節(jié)裝置的剛度，足弓支撐曲面的豎向剛度增大，在受到相同的豎向力下，足弓支撐曲面高度降低的程度減小，反之亦然。當矯形鞋墊1上面的豎向力消失后，足弓支撐曲面10的形狀恢復到受力前的狀態(tài)。

圖4a為圖2的局部放大圖，顯示了剛度可調(diào)節(jié)裝置2的細節(jié)以及剛度可調(diào)節(jié)裝置2與矯形鞋墊1的連接細節(jié)，該剛度可調(diào)節(jié)裝置2包括：殼體200、彈性件201以及調(diào)節(jié)件20，其中：彈性件201的右端與殼體200固定連接，彈性件201左端是自由端并且具有端部裝置210。

本實施例中，所述的彈性件201通過螺旋彈簧實現(xiàn)，在其他情況下也可以采用不同的具有彈性的裝置實現(xiàn)。

所述的端部裝置210與調(diào)節(jié)件20之間的彈性部分為有效工作部分。

本實施例中，所述的殼體200的側壁具有螺旋彈簧形式，并且螺距和彈性件201的螺距相同。

剛度可調(diào)節(jié)裝置2固定連接在連桿3上，然后通過螺栓5及5’固定在矯形鞋墊1上足弓支撐曲面10內(nèi)側的起始端和終止端。通過對調(diào)節(jié)件20進行旋轉，促使調(diào)節(jié)件20在殼體200內(nèi)左移或右移，改變彈性件201的有效工作圈數(shù)，進而改變剛度可調(diào)節(jié)裝置2的彈性剛度，從而改變矯形鞋墊1上足弓支撐曲面10的豎向剛度。

圖4b為圖2的局部放大圖，顯示了剛度可調(diào)節(jié)裝置2的另一種構成。圖4b與圖4a的區(qū)別在于，圖4b中剛度可調(diào)節(jié)裝置2中的彈性件201替換為兩個彈性剛度不同且依次串聯(lián)的第一彈性件201及第二彈性件202。在這種情況下，剛度可調(diào)節(jié)裝置的彈性剛度可調(diào)節(jié)范圍更大，彈性件201及202可以采用螺旋彈簧或其他有彈性的裝置實現(xiàn)。

實施例2

如圖5所示，本實施例中的剛度可調(diào)節(jié)裝置2位于足弓支撐曲面10下方且分別與主連桿3、第一輔助連桿31以及第二輔助連桿32固定連接，即端部裝置201與主連桿3固定連接，殼體200則分別與第一輔助連桿31和第二輔助連桿32固定連接；然后進一步通過兩個連接件4及4’與所述螺栓5及5’固定在足弓支撐曲面10內(nèi)側的起始端和終止端。

如圖6所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于：剛度可調(diào)節(jié)裝置2的調(diào)節(jié)件20的一側設有剛度調(diào)節(jié)軸21，該剛度調(diào)節(jié)軸21端部有旋轉件25，通過對旋轉件25進行旋轉帶動剛度 調(diào)節(jié)軸21旋轉，進一步帶動調(diào)節(jié)件20在殼體200內(nèi)左移或右移，改變螺旋彈性件201的有效工作圈數(shù)，進而改變剛度可調(diào)節(jié)裝置2的彈性剛度，從而改變足弓支撐曲面10的豎向剛度。

所述的調(diào)節(jié)件20內(nèi)設有與剛度調(diào)節(jié)軸21截面匹配的卡位孔(圖中未示出)。

所述的旋轉件25位于足跟后方，所述的剛度調(diào)節(jié)軸21表面光滑，用戶根據(jù)需要調(diào)節(jié)剛度后，可以將剛度調(diào)節(jié)軸21及旋轉件25從殼體200取出或留在殼體200內(nèi)。

實施例3

如圖7所示，本實施例與實施例2的區(qū)別在于：剛度可調(diào)節(jié)裝置2固定設置于矯形鞋墊1的足跟部分位置下方。通過旋轉位于足跟后方的旋轉件25帶動剛度調(diào)節(jié)軸21旋轉，改變剛度可調(diào)節(jié)裝置2的彈性剛度，進而改變足弓支撐曲面10的豎向剛度。

圖8是圖7的局部放大圖，圖示了剛度可調(diào)節(jié)裝置的細節(jié)以及剛度可調(diào)節(jié)裝置與矯形鞋墊的連接細節(jié)。剛度可調(diào)節(jié)裝置2的殼體200表面設置兩個U型連接件220及220’，并通過對應的螺栓51(51’)及52(52’)連接在矯形鞋墊1足跟部位內(nèi)側邊緣。位于剛度可調(diào)節(jié)裝置2前端的端部裝置210與連桿3固定連接，再通過兩個螺栓5及5’連接在矯形鞋墊1的前腳掌內(nèi)側邊緣。

所述的螺栓5及5’處設置墊片300以使得剛度可調(diào)接裝置2保持水平。剛度調(diào)節(jié)方法和圖6相同。

實施例4

如圖9所示，所述的旋轉件25也可以通過錐齒輪實現(xiàn)，同樣實現(xiàn)對剛度可調(diào)節(jié)裝置的剛度進行調(diào)節(jié)。剛度可調(diào)節(jié)裝置2與矯形鞋墊1的連接方式和圖6類似。由于采用錐齒輪，用戶可以在足踝內(nèi)側對剛度進行調(diào)節(jié)。

圖10是圖9的局部放大圖，圖示了剛度可調(diào)節(jié)裝置的細節(jié)以及剛度可調(diào)節(jié)裝置與矯形鞋墊的連接細節(jié)。剛度調(diào)節(jié)軸21端部設置錐齒輪22，另旋轉軸23上設置錐齒輪24，并且錐齒輪24與錐齒輪22匹配，通過對旋轉軸23端部的旋轉件25進行旋轉，帶動剛度調(diào)節(jié)軸21轉動，進而改變剛度可調(diào)節(jié)裝置2的彈性剛度。

如圖11所示，為圖5～10中可采用的剛度可調(diào)節(jié)裝置的細節(jié)。剛度可調(diào)節(jié)裝置2的殼體200側面可以是內(nèi)壁具有螺紋形式的封閉殼體或開放殼體，如圖11a所示；殼體內(nèi)螺旋彈簧可以是單根螺旋彈簧或兩根及以上剛度不同的螺旋彈簧串聯(lián)而成，如圖11b所示；剛度調(diào)節(jié)軸可以是表面光滑且穿過調(diào)節(jié)件的光軸，在剛度調(diào)節(jié)好之后，可以留在殼體內(nèi)或從殼體取出，剛度調(diào)節(jié)軸也可以和調(diào)節(jié)件組成整體，如圖11c所示；剛度調(diào)節(jié)軸可以從螺旋彈簧自由端穿過，也可以從螺旋彈簧的固定端穿過，如圖11d所示。

如圖12所示，所述的矯形鞋墊1在鞋墊前腳掌前端設有開口100，該開口100從腳掌 前端中部一直延伸到矯形鞋墊約2/3長度處，并且開口的端部101是平滑的。該開口100能夠允許矯形鞋墊在受力時能夠自由變形，不會因為受到鞋幫側壁的限制而發(fā)生扭曲或者翹曲；所述的端部101設置為平滑形狀，目的是避免此處因應力集中而發(fā)生撕裂的現(xiàn)象。

如圖13所示，所述的矯形鞋墊1也可以是在鞋墊前腳掌內(nèi)側靠近足弓支撐曲面的起始端設有開口100，該開口100一直延伸到矯形鞋墊約2/3寬度處，并且開口的端部101是平滑的。設置開口的目的和圖12相同。

圖14圖示了剛度可調(diào)節(jié)的足踝矯形鞋墊在使用時的側面圖，所述剛度可調(diào)節(jié)的足踝矯形鞋墊1位于足踝100的底面，矯形鞋墊1的足弓支撐曲面10位于足弓下方，為足弓提供豎向支撐，通過改變剛度可調(diào)節(jié)裝置2的彈性剛度來改變足弓支撐曲面10的豎向剛度，為足弓提供不同的豎向支撐剛度。

技術效果

當采用單根鋼絲螺旋彈簧，鋼絲抗剪模量為8×10⁴MPa，彈簧長度為38.4mm，節(jié)距3.84mm，彈簧外徑10mm，線徑1.6mm，總圈數(shù)10圈，可調(diào)節(jié)圈數(shù)為1‐6圈。

彈簧的彈性剛度計算公式為：其中：k為彈簧的剛度，F(xiàn)為彈簧所受的載荷，λ為彈簧在受載荷F時所產(chǎn)生的變形量，G為彈簧材料的抗剪模量，d為彈簧線徑，D為彈簧中徑，n為彈簧有效圈數(shù)，C為彈簧旋繞比。

當螺旋彈簧的有效工作圈數(shù)從1增加到6時，彈簧的受力—變形曲線見圖15。彈簧的彈性剛度的變化范圍為110571.2～18428.5N/m。剛度變化倍數(shù)為6倍。

當采用兩個彈性剛度不同的螺旋彈簧串聯(lián)而成的彈簧組時，螺旋彈簧201的彈簧線徑為1.6mm，長度為19.2mm，彈簧圈數(shù)為5圈，可調(diào)節(jié)圈數(shù)為1‐3圈；螺旋彈簧202的彈簧線徑為0.8mm，長度為19.2mm，彈簧圈數(shù)為5圈，可調(diào)節(jié)圈數(shù)為1‐3圈。彈簧其余參數(shù)和單根鋼絲螺旋彈簧相同。

彈簧組的彈性剛度計算公式為：

其中：k₁、k₂為兩個螺旋彈簧的彈性剛度。

A大范圍粗調(diào)方式：當調(diào)節(jié)件3從螺旋彈簧201端部出發(fā)，逐漸增加螺旋彈簧201的有效工作圈數(shù)；然后調(diào)節(jié)件和螺旋彈簧202咬合，再逐漸增加螺旋彈簧202的有效工作圈數(shù)。

彈簧組的有效工作圈數(shù)從1增加到6時彈簧組的受力—變形曲線見圖16。彈簧的彈性剛度的變化范圍為110571.2～4067.8N/m。彈簧組剛度變化倍數(shù)約為27.2倍。

B小范圍精調(diào)方式：當調(diào)節(jié)件3從螺旋彈簧202端部出發(fā)，逐漸增加螺旋彈簧202的有 效工作圈數(shù)；然后調(diào)節(jié)件和螺旋彈簧201咬合，再逐漸增加螺旋彈簧201的有效工作圈數(shù)。

彈簧組的有效工作圈數(shù)從1增加到6時，彈簧組的受力—變形曲線見圖17。彈簧的彈性剛度的變化范圍為13717.4～4067.8N/m。彈簧組剛度變化倍數(shù)約為3.4倍。

將剛度可調(diào)節(jié)裝置和足踝矯形鞋墊集成后，此處采用簡化分析來說明剛度可調(diào)節(jié)的足踝矯形鞋墊的效果。將剛度可調(diào)節(jié)的足踝矯形鞋墊等效為一個具有水平拉桿的拱結構，其中，足踝矯形鞋墊等效為一個圓拱，拱高15mm，拱的橫截面為20×0.25mm；拉桿長80mm，如圖18。足踝矯形鞋墊采用玻璃纖維和環(huán)氧樹脂(E‐glass Epoxy)的合成材料制成，楊氏彈性模量為38.6GPa。拉桿的橫截面半徑為0.25mm，拉桿的等效楊氏彈性模量可通過下式得到：其中，k為剛度可調(diào)節(jié)裝置的彈性剛度，l為拉桿長度，A為拉桿的橫截面積。

假設人體重量為60kg，一只足踝承受的壓力為60×9.8×0.5＝294N，假設足弓支撐曲面承受單只足踝受力的10％，即29.4N，那么足弓支撐曲面的均布壓應力為16838.3N/m²。

剛度可調(diào)節(jié)裝置的彈性件采用單根鋼絲螺旋彈簧，鋼絲抗剪模量為8×10⁴MPa，彈簧長度為38.4mm，節(jié)距3.84mm，彈簧外徑10mm，線徑1.6mm，總圈數(shù)10圈，可調(diào)節(jié)圈數(shù)為1‐6圈。

從前面的分析可知，剛度可調(diào)節(jié)裝置的剛度增大，足弓支撐曲面的豎向剛度增大，在同等受力情況下，足弓支撐曲面的下降程度減小，反之亦然。圖19圖示了在同等受力情況下，螺旋彈簧的有效工作圈數(shù)從1增加到6時，彈簧的伸長量以及足弓支撐曲面頂點下降程度的變化情況。從圖19看出，螺旋彈簧的有效工作圈數(shù)從1增加到6時，足弓支撐曲面頂點下降量從6.8mm增大到11.2mm，彈簧的伸長量從5mm增大到6.7mm。

從另一方面來看，當足弓支撐曲面頂點的下降量相同時，隨著剛度可調(diào)節(jié)裝置彈性剛度逐漸增大，足弓支撐曲面可承受的豎向力也增大，反之亦然。圖20圖示了足弓支撐曲面頂點的下降量保持在8mm時，隨著螺旋彈簧的有效工作圈數(shù)從1增加到6，足弓支撐曲面可承受豎向力的變化情況。從圖20看出，當螺旋彈簧的有效工作圈數(shù)從1增加到6時，足弓支撐曲面可承受豎向力從950N下降到345N。這個思想在治療/緩解足踝病變時非常有用，因為醫(yī)生/患者可以根據(jù)足弓下降的合理程度來設定剛度可調(diào)節(jié)裝置的合理剛度。此外，使用者也可根據(jù)不同運動情況下受力的不同對剛度可調(diào)節(jié)裝置的剛度進行調(diào)節(jié)，促使足弓的下降量處于一個合理的范圍。