專利名稱：可存貯和回送能量的鞋底結構的制作方法
背景技術：
發(fā)明領域一般地說，本發(fā)明涉及鞋制品，具體地說，涉及一種用于制造運動鞋或插進現(xiàn)有鞋類制品中，用以吸收并存貯人在運動時產(chǎn)生之動能的鞋底結構。所述鞋底結構具有綜合功能，可使穿著者在休閑和運動時肌肉的能量得到更好的存貯、回送和導向，從而對動作效果有補充和增強的作用。
相關技術概述從很久遠的時候起，當人類開始在腳上穿鞋之后，人們一直希望所穿的鞋子能夠更適用和更舒適。于是，開發(fā)了各式各樣的鞋類制品，以滿足人們參加各種活動的特定需要，并不斷提高通用鞋和特種鞋的穿著舒適程度。
在動物王國中，人類的腳是最為獨特的，其生來具有的質量和能力遠高于其它動物。我們可以用雙足跨越崎嶇不平的地面，用單足平衡獨立，感受鞋中可能存在的微細沙粒。事實上，我們的腳上比手上有更多的神經(jīng)末梢。
我們在運動時，會伴隨有腳部骨骼結構向前、向后以及腳側向腳心部位的轉動。這里的關鍵詞是“轉動”。借助腳部骨骼結構的這種由外向里或由里向外，腳和腳踝系統(tǒng)的肌肉控制著的力的加速度。在生物力學中，將此稱為內轉和外轉作用。腳幾乎從不處于與地面絕對平行的狀態(tài)，鞋類制品設計師在工作中要不斷地考慮到這一點。
隨著人們參與活動的日益增多，為滿足人們參加各種運動的需要，所設計的鞋類制品的種類也在不斷增加。特別是針對人們參加行走、跑步、跳躍等較為激烈的體育運動而設計的鞋制品，數(shù)量上的激增更為突出。眾所周知，在典型的行走或跑步的步態(tài)中，一腳接觸支撐表面(如地面)呈“站立式”，另一腳在空中運動呈“擺動式”。進而，在“站立式”中，站在地面上的相應腳要經(jīng)歷三個連續(xù)的基本狀態(tài)腳踵觸地、腳心站立和腳趾離地。在跑得較快時，腳踵觸地的階段可以忽略，因為此時人們力求靠腳趾的力量使身體飛騰。
一般的鞋制品設計并未足夠地重視腳踝的系統(tǒng)在這三個階段中各階段的特定需要，從而使穿著者損失其腳踝系統(tǒng)較大部分的功能，這包括吸收振動的能力、肌肉和肌腱組織的承載和爆發(fā)力，以及推動人體向前的能力等；有人估計這些損失至少達百分之三十。
產(chǎn)生這種情況的原因在于現(xiàn)有走跑鞋的鞋底設計未能充分考慮運動者腳部肌肉和肌腱各自的需要。未能充分重視腳部組織各自的需要，導致對腳踝系統(tǒng)靈活性的抑制，妨礙腳踝系統(tǒng)在受力和爆發(fā)方面的最佳同步，影響立地腳在上述三階段中能量由腳踵向腳趾的平穩(wěn)和連續(xù)轉移。
此外，在各種激烈的體育運動中，運動員因跑、跳而產(chǎn)生動能。傳統(tǒng)的鞋類設計僅考慮減振運動中產(chǎn)生的振動，并使其散逸。如果不使運動員產(chǎn)生的動能受到損失，并能將其存貯起來，需要時再予取回，以加強運動的效果，那將是很有意義的。傳統(tǒng)運動鞋的生產(chǎn)沒能解決這一問題。
歷史地看，許多生產(chǎn)現(xiàn)代跑鞋的廠家都在鞋中添加了泡沫材料，以便對穿著者的腳起到緩沖墊的作用。但在長期的重復使用中這些泡沫材料會失去彈性，變成范性受壓狀態(tài)，而不再能夠起到緩沖作用。于是，后來又開發(fā)了一些替代品，以取代泡沫材料制成的緩沖墊。位于美國俄勒岡州Beaverton的Nike公司是世界最大的跑鞋生產(chǎn)廠家之一，它在其產(chǎn)品中采用壓縮氣囊對穿著者的腳提供緩沖作用。德國的生產(chǎn)廠家PumaAG提出不用泡沫而采用聚胺脂合成橡膠作為運動鞋的緩沖材料。另一家位于美國麻省Stoughton的Reebok International公司近來推出了有兩層氣墊的跑鞋。迄今為止，跑鞋的設計者均致力于折中兩方面的要求，一方面要提供足夠的緩沖，以保護穿著者的腳踵部位，但另一方面又不能做得過分，使得腳部產(chǎn)生搖擺和震顫，以及與膝蓋部分失去同步和協(xié)調。Reebok公司生產(chǎn)的運動鞋中采用了可在不同時間流動到鞋底不同部位的空氣。例如，當跑步者腳踵的外側向地面下落時，著地是踏在緩沖氣墊上。隨著跑步者的體重下壓，空氣被壓送到腳踵的內側部位，以防止腳的過度內轉，與此同時將另一充氣緩沖墊推向腳掌的前部。當跑步者的體重已轉到腳的前部時，空氣又回到后面的腳踵部位。
過去數(shù)年中，人們曾做過許多努力，以制造可向運動員回送部分能量的運動鞋，例如，嘗試采用各種氣囊系統(tǒng)，以便可在使用中產(chǎn)生“回送力”。同時，在方法和材料方面也取得不少進展，以制造更具“彈力”的鞋底和運動鞋。
研究歷史的情況可以發(fā)現(xiàn)，鞋底及鞋底中部的受壓狀態(tài)可能會是非常不穩(wěn)定的。這是由于鞋底和鞋底中部在俯仰、前后傾斜和側切中能自然產(chǎn)生反方向的回送能量，需要對此進行控制和轉移。如何存貯腳、踝系統(tǒng)在內轉和外轉運動時產(chǎn)生的能量，是鞋制品工程師需要面對的另一個復雜的問題。這種轉動時產(chǎn)生的力和能量非常難于吸收和控制。
包括上述一些在內的過去鞋制品設計，尚無一件能令人信服地從增強動作效果的角度解決了上述腳、踝系統(tǒng)在行走和跑步活動中的需求?，F(xiàn)有的方法主要涉及穿著者腳部與地面接觸時的緩沖和減振問題，尚未充分認識提供能改善穿著者肌肉能量存貯、回送和導向，以補充和增加穿著者行走、跑步和跳躍行動效果的運動鞋的問題。
專利權人為Snow的美國專利US5,595,003公開了一種包括可對作用力產(chǎn)生相應反應的鞋底的運動鞋。但它提出的鞋底包含較厚的楔子、彈性墊、“導向片”和較深的孔隙，整個鞋底厚度過大是Snow實施方式存在的一個問題。將這些組件組合在一起，會使鞋子相當笨重，這并非人們所希望的。此外，Snow實施方式中提出了許多小組件，制造和組合它們將提高生產(chǎn)成本。而且通過較多的小楔片是難以激活足夠的橡膠分子而提供有效收益的，除非把彈性墊的厚度增加到不切實際的程度。Snow實施方式提出的鞋底較厚較重，使得腳部離地面更高遠，降低了穩(wěn)定性，也有礙對神經(jīng)-肌肉的輸入。Snow實施方式中的彈性墊還需要較長的“循環(huán)”周期，即滲透吸收和回送過程需要較長的時間，這也限制了它在改善運動效果方面的有效性。
Snow實施例中的楔片需要有垂直導向，即該種實施方式提出的導向片用于防止傾斜。此外，Snow未能為腳部特定的骨骼結構提供合適的杠桿支點，未能對腳、踝系統(tǒng)內在的轉動提供適當控制和生物力學導向，未能提供產(chǎn)生垂直協(xié)調的能力，也未能保證能量在腳踵、腳掌和腳趾之間進行有效的前向和后向轉移。
1997.6.15授權的本人美國專利US5,647,145中提出一種可在幾個方面改進運動鞋性能的鞋底結構。首先，該專利中描述的結構考慮到使腳踵、腳趾、跗骨和跖骨各部位更加靈活的需要，使鞋底各部位與腳部各相應部位更好地相互配合。其次，鞋底中采用的彈性墊層同位于不同部位的腔室相互配合，從而有助于存貯能量。
在運動鞋制造方面的上述改進，包括本人的現(xiàn)有專利在內，使運動員得到很大的利益；但進一步提高運動鞋的性能仍然是一個持續(xù)的需求。特別是需要運動鞋的鞋底結構能夠存貯更多的動能，并能夠將其回送給運動員，以提高運動成績。
發(fā)明的總述本發(fā)明的一個目的是提供一種新的而且實用的鞋底結構，該結構可與鞋類制品結合在一起，或者作為鞋底襯墊插入已有鞋制品中使用。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于鞋類制品中的鞋底結構，該結構在承受壓力時可存貯動能，在壓力負荷移去后可釋放出存貯的能量。
本發(fā)明的再一目的是提供一種鞋類制品，特別是用于鞋類制品的鞋底結構，該結構能夠增強穿著者的運動效果。
本發(fā)明提供了一種可滿足上述要求的運動鞋鞋底結構。一方面，本發(fā)明提供的運動鞋鞋底結構具有綜合結構功能，可增強腳踵、腳心和腳掌部分對肌肉能量的存貯、回送和導向能力，從而可補充和增強穿著者在休閑和運動中的效果。本發(fā)明的鞋底結構可用于行走、跑步和跳躍等運動鞋中，可使運動鞋通過對腳部肌肉的自然彎曲活動的補充和增強而改善和提高運動成績。在人腳經(jīng)歷腳踵觸地、腳心站立和腳趾離地等三個連續(xù)的基本階段時，本發(fā)明具有綜合結構特點的鞋底結構為人腳能量的導向和控制提供了獨特的手段。
相應地，本發(fā)明的一個方面是針對一種運動鞋，它具有鞋幫和包括腳踵、腳心、跖骨和腳趾等部分的鞋底，所述鞋底包括一個與鞋幫相連的基襯墊層，后者由較硬材料制成并限定多個腔室；一個彈性墊層，它位于基襯墊層腔室之下，與基襯墊層連接，并且部分由彈性材料制成；以及一個沖彈墊層，它與彈性墊層連接，具有位于基襯墊層腔室之下并與其對正的較硬材料部分，所述沖彈墊層同時與位于基襯墊層和所述沖彈墊層之間的所述彈性墊層的彈性材料部分上下對正。所給出的上述結構，響應鞋底因腳踵、腳心、跖骨和腳趾部分與支撐地面的接觸所產(chǎn)生的壓力，在基襯墊層、彈性墊層和沖彈墊層之間會產(chǎn)生相互作用，從而人腳施加給鞋底腳踵、腳心、跖骨和腳趾部分的能量可以被彈性墊層拉伸進入基襯墊層腔室中的彈性材料部分，以機械拉伸的形式進行暫時的轉換和存貯。之后，所存貯的能量以彈性墊層拉伸部分和部分沖彈墊層回送的形式施被放出來。在鞋底腳踵和腳心部分的結構部件對位于其下的人腳能量臨時存貯在腳踵和腳心的中心和周邊部位，以及予以釋放時，鞋底的跖骨和腳趾部分的結構部件對人腳各跖骨和腳趾的能量在各自獨立的相應處所進行臨時存貯并予釋放。
本發(fā)明的另一方面是提供一種適于穿著者在支撐表面運動的鞋底。所述鞋底可存貯和釋放因人對支撐面的壓力而產(chǎn)生的能量。同時，這種改進的鞋底可與標準鞋幫結合使用。或者也可將這種鞋底結構作為一種鞋底襯墊插入現(xiàn)有鞋制品中使用。
按照一種實施例，所述鞋底包括具有第一和第二表面的第一彈性層。由較硬材料制成的第一墊層位于所述彈性層的第一側面。第一墊層包括位于其中的第一墊層腔室。第一墊層腔室具有開口朝向所述彈性層第一側面的內域。第一墊層和彈性層的相對位置使所述彈性層能蓋在第一墊層腔室上。第二墊層也由較硬材料制成，置于彈性層與第一側面相對的第二側面。第二墊層包括第一促動器件，它用于規(guī)定靜止狀態(tài)的朝向所述彈性層的第二表面。第一和第二墊層的相對位置布置使第一促動器件對正第一墊層腔室，并在人腳和支撐面的壓力下互相靠近。發(fā)生這種情況時，第一促動器件進入第一墊層腔室，并將彈性層拉伸到相應內域，從而限定了運動狀態(tài)。在運動狀態(tài)，能量被彈性層存貯；在壓力去掉后，彈性層釋放存貯的能量并使第一和第二墊層分開。
第二墊層最好也具有一個第二墊層腔室。第二墊層腔室內域開口朝向彈性層的第二表面，使彈性層也能蓋住該第二腔室內域。還提供一個柱塞器件，可使其位于所述第一內域。當?shù)谝缓偷诙|層在靜止態(tài)和運動態(tài)之間轉換時，該柱塞器件可進入第二內域和從中退出?；蛘撸部刹捎梦挥诘谝粌扔虻亩鄠€柱塞器件，使它們在所述第一和第二墊層于靜止態(tài)和運動態(tài)之間進行轉換時進入第二內域和從中退出。所述柱塞器件可與第一彈性層制成一體。
還可包括具有第三墊層腔室的第三墊層。所述第三墊層腔室具有第三內域，第二彈性層可蓋在該第三內域上。這里的第一墊層包括第二促動器件，在壓力作用下，第二促動器件可連同第二彈性層進入該第三腔室的內域。第一墊層也可具有多個第二促動器件，這些促動器件沿其周邊伸出，并限定第一墊層腔室。與此相應，第三墊層具有多個第三腔室，各第三腔室都可被第二彈性層蓋住。各第三腔室的位置恰可接受一個相應的第二促動器件。第二促動器件可以與第一墊層作成一體。同樣，第三墊層和柱塞器件也可作成一體。
本發(fā)明的鞋底結構中，可選擇它所包括的腳踵、跖骨和腳趾部分。最好，鞋底包括上述每個部分，從而可墊在整個腳下，但又能對腳部的三個主要部分分別單獨提供能量存貯?；蛘?，本發(fā)明的鞋底也可用于支撐腳上的一個或兩個部分。任何情況下，本發(fā)明都可使第一或第二墊層在與支撐面的接觸中發(fā)揮作用。
本發(fā)明的另一方面提供一種支撐結構，至少可存貯人腳某一部分的能量，并予釋放。這種支撐結構包括一個基本處于水平的彈性層，至少一個腔室位于彈性層第一側面附近，至少一個促動器件位于彈性層第二側面附近并與相應腔室對正。所述促動器件的尺寸小于相應腔室的尺寸。在所述支撐結構受壓時，會使促動器件推壓彈性層，并且至少將其部分地拉伸進入相應的腔室。選擇促動器件的數(shù)目和位置布置，使其可對人腳的腳踵、腳心、跖骨和腳趾各部分中的某一部分或某些部分提供支撐。
在另一實施例中，本發(fā)明為鞋類制品提供一種能量的存貯和釋放系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括至少兩個彈性層，每個彈性層具有上下兩個側面。還包括多個促動器件，其中至少一個促動器件位于彈性層的上方，至少有另一個促動器件位于彈性層的下方。還包括一些用于接納促動器件的腔室，其尺寸和位置適于在壓力使促動器件向腔室接近時接納相應的促動器件進入。接納腔室與促動器件位于彈性層的相對兩側。
本發(fā)明的又一方面為提供一種鞋類制品的能量回放系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括至少一個彈性層具有第一和第二側面，多個腔室位于彈性層的一側或另一側，以及多個與腔室對應的促動器件，它們位于與腔室相對的彈性層的另一側，其尺寸小于相應腔室的尺寸。在鞋類制品受到垂直壓力時，促動器件推動彈性層，并至少使其部分進入腔室。促動器件的布置方式與腳部結構相適應。
本發(fā)明的再一方面提供一種鞋底結構，至少可支撐腳部一個部位。所述鞋底結構包括一個彈性層，基本處于水平，并具有第一和第二側面。還包括一個具有腔室的回送層，所述腔室位于所述彈性層第一側面一側，且至少有一個開口面向彈性層的第一側面。還包括一個促動器件位于彈性層第二側面一側，其尺寸小于所述腔室的尺寸，從而在鞋底結構受到壓力時，該促動器件可壓推所述彈性層的第二側面，并至少使部分彈性層進入回送層的腔室。所述促動器件至少有一部分呈楔形結構，也即，使它在垂直或水平方向的尺寸逐漸減小。例如，可使促動器件的尺寸沿橫向變化從而形成穹窩，或者使其尺寸沿縱向變化而形成由后向前的楔形。
本發(fā)明的再一方面提供一種鞋底結構，至少可支撐腳部的一個部位。所述鞋底結構包括一個彈性層，基本處于水平并具有第一和第二側面。還包括一個具有第一腔室的第一墊層，該第一墊層位于所述彈性層第一側面一邊，所述第一腔室至少有一個開口面向所述彈性層的第一側面。第一促動器件位于彈性層第二側面一邊，其尺寸小于第一腔室的尺寸，從而在鞋底結構受到壓力時，第一促動器件可壓推彈性層的第二側面，并至少使部分彈性層進入第一墊層的第一腔室。第二腔室位于第一促動器件之中，第二腔室至少有一個開孔朝向彈性層的第二側面。第二促動器件位于彈性層第一側面一邊，其尺寸小于第二腔室的開孔尺寸，從而在鞋底結構受到壓力時，第二促動器件可壓推彈性層的第一側面，并至少使部分彈性層進入第二腔室。
本發(fā)明的再一方面提供一種用于腳踵部分的鞋底結構。所述腳踵部分的鞋底結構包括一個主推器，一個位于主推器上面的第一彈性墊層，和一個位于第一彈性墊層上面的周邊沖彈器墊層。所述周邊沖彈器墊層具有上表面和下表面，其上表面有多個向上凸起的周邊沖彈器。所述周邊沖彈器墊層還有一中心開孔。所述腳踵部分的鞋底結構還包括位于周邊沖彈器墊層上面的第二彈性層，以及一個位于第二彈性層上面的基襯墊層。所述基襯墊層具有上、下表面和一些周邊區(qū)開孔用于接受周邊沖彈器。在腳踵部分受到壓力時，主推器推壓第一彈性層。并至少使其一部分被拉伸進入周邊沖彈器層的中心開孔，同時周邊沖彈器推壓第二彈性層，并至少使其一部分進入周邊開孔。
本發(fā)明的再一方面提供一種鞋底結構，包括一個基本處于水平的彈性層，一些位于彈性層第一側面附近的腔室，和一些位于彈性層第二側面附近的相互聯(lián)系的促動器件。每個促動器件都同相應腔室垂直對齊，并且促動器件的尺寸小于相應腔室的尺寸。當這一支撐結構受到壓力時，促動器件推壓彈性層，并至少使其一部分進入相應腔室。
對照附圖詳細描述本發(fā)明實施例，將使熟悉本技術領域的人更清楚地了解本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點。
圖面的簡要說明

圖1為本發(fā)明第一實施例運動鞋鞋底結構的側視圖；圖2為圖1中鞋底結構的主視圖；圖3為所述鞋底結構中腳踵和腳心部位的分解俯視圖；圖4為所述鞋底結構中腳踵和腳心部位的分解仰視圖；圖5為放松狀態(tài)時所述鞋底結構中腳踵部位的背視圖；圖6為圖5中鞋底結構的橫切剖面圖；圖7為負荷狀態(tài)時所述鞋底結構中腳踵部位的背視圖；圖8為圖7中鞋底結構的橫切剖面圖；圖9為本發(fā)明鞋底結構中跖骨部位的分解俯視圖；圖10為放松狀態(tài)時所述鞋底結構中跖骨部位的橫切剖面圖；圖11為負荷狀態(tài)時所述鞋底結構中跖骨部位的橫切剖面圖；圖12為包含本發(fā)明第二實施例鞋底結構中腳踵部分的運動鞋實施例的的側視圖；圖13為圖12所示運動鞋腳踵部分的分解透視圖；圖14A為圖12和13所示運動鞋腳踵部位處于靜止狀態(tài)時的側向剖面圖；圖14B為圖12和13所示運動鞋腳踵部位處于運動狀態(tài)時的側向剖面圖；圖15為本發(fā)明第三實施例運動鞋的側視圖；圖16為圖15中運動鞋的主視圖；圖17為圖15所示運動鞋腳踵部分的分解透視圖；圖18為表示圖17中運動鞋腳踵部位結構的局部剖面和分解視圖；圖19A為表示圖15中運動鞋鞋底腳踵部分結構處于靜止狀態(tài)時的背視剖面圖；圖19B為表示圖15中運動鞋鞋底腳踵部分結構處于運動狀態(tài)時的背視剖面圖；圖20A為圖15中運動鞋用于形成鞋底腳趾部分的第一層墊模的俯視平面圖；圖20B為圖15中運動鞋用于形成鞋底腳趾部分的彈性層的俯視平面圖；圖20C為圖15中運動鞋用于形成鞋底腳趾部分的第二層墊模的俯視平面圖；圖20D為圖15中運動鞋用于形成鞋底腳趾部分的彈性層替代結構的俯視平面圖；圖21A為圖20所示鞋底腳趾部分處于靜止狀態(tài)時的剖面圖；圖21B為圖20所示鞋底腳趾部分處于運動狀態(tài)時的剖面圖；圖22A為圖15中運動鞋用于形成鞋底跖骨部分的第一層墊模的俯視平面圖；圖22B為圖15中運動鞋用于形成鞋底跖骨部分的彈性層的俯視平面圖；圖22C為圖15中運動鞋用于形成鞋底跖骨部分的第二層墊模的俯視平面圖23為本發(fā)明鞋底嵌入墊的側視圖；圖24為沿圖23中24-24線所取的剖面圖；圖25A為用于形成圖23中鞋底嵌入墊腳趾部分的第一層墊模的透視圖；圖25B為用于形成圖23中鞋底嵌入墊腳趾部分的第二層墊模的透視圖；圖26A為用于形成圖23中鞋底嵌入墊跖骨部分的第一層墊模的透視圖；圖26B為用于形成圖23中鞋底嵌入墊跖骨部分的第二層墊模的透視圖；圖27A為用于形成圖23中鞋底嵌入墊腳踵部分的第一層墊模的透視圖；圖27B為用于形成圖23中鞋底嵌入墊腳踵部分的第二層墊模的透視圖；圖28為本發(fā)明第五實施例運動鞋鞋底腳踵部分的分解透視圖；圖29為表示圖28中鞋底腳踵部分結構的局部剖面和分解示意圖；圖30為圖28中鞋底的仰視圖；圖31A為用于形成圖30中鞋底跖骨部分附加支撐的第一層墊模的俯視平面圖；圖31B為用于形成圖30中鞋底跖骨部分附加支撐的彈性層的俯視平面圖；圖31C為用于形成圖30中鞋底跖骨部分附加支撐的第二層墊模的俯視平面圖；圖32為本發(fā)明第六實施例運動鞋鞋底腳踵部分的分解透視圖；圖33為表示圖32中鞋底腳踵部分結構的局部剖面及分解側視圖；圖34為本發(fā)明第七實施例運動鞋鞋底結構的分解透視圖；圖35為圖34中鞋底結構主推器透視圖；圖36為圖34中鞋底結構主推器的仰視圖；圖37為圖36中鞋底結構主推器沿37-37線所取的剖面圖；圖38為圖36中鞋底結構主推器沿38-38線所取的剖面圖39為圖34第一彈性層的透視圖；圖40為圖34第一彈性層的仰視平面圖；圖41為圖40第一彈性層沿41-41線所取的剖面圖；圖42為圖34中外圍彈推層的的透視圖；圖43為圖34中外圍彈推層的的仰視平面圖；圖44為圖43中外圍彈推層沿44-44線所取的剖面圖；圖45為圖34中第二彈性層的透視圖；圖46為圖34中第二彈性層仰視平面圖；圖47為圖46中第二彈性層沿47-47線所取的剖面圖；圖48為圖34中輔助彈沖層的的透視圖；圖49為圖34中輔助彈沖層的的仰視平面圖；圖50為圖49中輔助彈沖層沿50-50線的剖面圖；圖51為圖49中輔助彈沖層沿51-51線的剖面圖；圖52為圖34中腳趾促動器墊層的透視圖；圖53為圖34中腳趾促動器墊層的仰視平面圖；圖54為圖53中腳趾促動器墊層沿54-54線的剖面圖；圖55為圖53中腳趾促動器墊層沿55-55線的剖面圖；圖56為圖34中腳趾腔穴墊層的透視圖；圖57為圖34中腳趾腔穴墊層的仰視平面圖；圖58為圖57中腳趾腔穴墊層沿58-58線的剖面圖；圖59為圖57中腳趾腔穴墊層沿59-59線的剖面圖；圖60為圖34中腳掌促動墊層的透視圖；圖61為圖34中腳掌促動墊層的仰視平面圖；圖62為圖61中腳掌促動墊層沿62-62線的剖面圖；圖63為圖61中腳掌促動墊層沿63-63線的剖面圖；圖64為圖61中腳掌促動墊層沿64-64線的剖面圖；圖65為圖34中腳掌腔穴墊層的透視圖；圖66為圖34中腳掌腔穴墊層的仰視平面圖；圖67為圖65中腳掌腔穴墊層沿67-67線的剖面圖；圖68為圖65中腳掌腔穴墊層沿68-68線的剖面圖69為腳趾牽引墊層的透視圖；圖70為圖69中腳趾牽引墊層的仰視平面圖；圖71-72為圖69中腳趾牽引墊層的側視圖；圖73為腳掌牽引墊層的透視圖；圖74為圖73中腳掌牽引墊層的仰視平面圖；圖75-76為圖73中腳掌牽引墊層的側視圖。
最佳實施例詳細描述以下將說明本發(fā)明鞋底結構的七個實施例。應當理解，每個實施例只具有舉例說明的示范意義。因此，在不超出本發(fā)明范圍的前提下，每個實施例中均可增加或減少另外一個或多個實施例中所述的結構要點。另外，在包含類似結構的情況下，某一實施例中描述的存貯和回送能量的性能也同樣適用于其它實施例。此外，本文件中使用了“彈沖器”、“柱塞”、“凸起”和“促動器”等術語，它們都用于表達存貯和回送能量中的促動或驅動器件，本質上可以互換。
一般說來，以下各實施例都提供了與腳部結構適應的帶腔室的促動器。在這些實施例中，結構的剛度使得能量在腳部平穩(wěn)轉移(能量“波”)，腔室為能量的流入提供了內域。能量總是沿阻力最小的路徑流動。可提供有效彈力支撐的促動器件和可進行能量交換的腔室組成的系統(tǒng)，它們可以對腳踵、跖骨和腳趾的內在轉動提供有效的支撐和平衡。
這里所述對能量存貯和回送的控制，不要求腳部產(chǎn)生不需要的運動，而是通過對位置、力量和速度信息的回饋使內轉和外轉，控制肌肉組織從能量的“波動”過程中存貯能量，以及釋放能量?！笆o”腳部穿過中性平面的轉動，可得到效率的收益。隨之產(chǎn)生的穩(wěn)定性有助于控制腳部復雜的能量傳送和存貯過程，可測量獲取一定效率收益所要求的回送能量的垂直向量。
許多內在的速率限制因素控制著人在自然環(huán)境中的神經(jīng)-肌肉反應速度。這些速率限制因素包括收縮蛋白肌動朊和肌漿球蛋白，神經(jīng)-肌肉輸入和反饋系統(tǒng)的速度，肌肉組織的自身阻尼效應，遺傳構造即肌肉纖維抽動速率，個人訓練環(huán)境等。
由于了解這些，可知為使肌肉從環(huán)境中獲取能量以及有關力量、位置、感受到的阻力和速度等信息存在一個最適宜的接受速度。插入腔室中的促動器為向神經(jīng)-肌肉骨骼系統(tǒng)提供環(huán)境信息和能量創(chuàng)造了一個可調整的環(huán)境。較緊的容限和較小的落差可產(chǎn)生短距離速度的效率收益；較松的容限和較大的落差可產(chǎn)生慢跑速度的效率收益。
插入腔室中的促動器還能控制膜組織向外，特別是向內的拉伸程度，從而增強抗傾斜的能力，并產(chǎn)生由外向里的支撐作用。有如下所述，插入腔室的促動器可以采用由具有相當剛度的橡膠或塑料制成的內置式的凸起結構。
彈性層凸起的凹凸連接方式，在限制增加額外重量的同時還能提供額外的厚度。插入腔室中的促動器在荷重的作用下動作，與“拉伸區(qū)”的表面比較起來，其尺寸要小得多。這有助于產(chǎn)生更高的功率、更小的重量、更短的促動器深入距離和更快的循環(huán)周期。
在了解了這些基本概念之后，以下將具體描述本發(fā)明的實施例。第一實施例參照附圖，特別是圖1和圖2，它們示出本發(fā)明的第一實施例，用于行走、跑步和跳躍等運動所設計的運動鞋10。所述運動鞋10包括鞋幫12和鞋底14，所述鞋底14包括腳踵區(qū)和腳心區(qū)14A和14B，以及跖骨區(qū)和腳趾區(qū)14C和14D，鞋底14的結構特點構成本發(fā)明的主要內容。體現(xiàn)本發(fā)明結構的鞋底14能夠提供綜合的結構性能，可以補充和增強而不是阻礙穿著者腳部肌肉的自然運動，使肌肉能量得到更有效的運用，從而改善穿著運動鞋10的運動者在行走、跑步和跳躍中的運動效果。
參照圖1和圖3-8，鞋底14的腳踵和腳心區(qū)14A和14B主要由基襯墊層16、上彈性墊層18、上回送墊層20、下彈性墊層22和下回送墊層24等墊層疊壓構成。鞋底14的基襯墊層16用作腳踵和腳心區(qū)14A和14B等墊層的基底?；r墊層16包括基板26，它由玻璃纖維等既有一定剛度又有相當柔韌性的材料制成，大體呈平面形，其厚度取決于它在負荷狀態(tài)下所能承受的彎曲程度。
基板26包括腳踵部分26A和腳心部分26B?；?6的中央有開口28，由連續(xù)的內緣26C所環(huán)繞，從而使其腳踵部分大致呈環(huán)型?；?6還有一些由相應內緣26D環(huán)繞的細長槽口30，各槽口之間有一定間距，并沿其細長方向圍繞中心開口28順序地排列，整體形成朝向基板26前端26E的U型排列。槽口30最好稍有彎曲并沿基板26的的周邊26F排列，但應位于周邊26F的里側和中心開口28的外側，使它們與基板26的周邊26F及中心開口28之間都有一定距離。槽口30本身或與位于鞋幫12底部具有相應形狀的凹槽32聯(lián)合構成基板26的多個周邊彈性空腔34。上彈性墊層18由橡膠等適當?shù)膹椥圆牧现瞥?，包括一個大體為平面形的彈性基體36和多個由彈性基體36的底面36A向下延伸并沿其周邊36B分布的可壓縮凸起38。上彈性墊層18的平面形彈性基體36的周邊輪廓與基襯墊層16的基板26的輪廓基本一致。在圖1、3、及圖5-8所述的實施例中，可壓縮凸起38(總數(shù)為譬如6個)沿平面形彈性基體36的外側成對相隔布置。在有助增加鞋底14穩(wěn)定性的前提下，也可對可壓縮凸起38做其它形式的布置。為便于制造，最好使可壓縮凸起38與平面形彈性基體36結合為一體。
位于上彈性墊層18下邊并與其對正放置的上回送墊層20包括一個大體為平面形的支撐板40，它最好由玻璃纖維等既有一定剛度又有一定柔韌性的較硬材料制造，其結構類似基襯墊層16的基板26。支撐平板40包括腳踵部分40A和腳心部分40B。支撐板40還包括連續(xù)內緣40C，它圍繞支撐板的中心開口42，使其腳踵部分40A大體呈環(huán)型。通過中心開口42可進入上彈性墊層18的平面形彈性基體36與支撐板40之間的空腔，該空腔構成所述鞋底14的中心主回送空腔44。上回送墊層20的周邊輪廓與基襯墊層16和上彈性墊層18的周邊輪廓基本一致，由此，將這些墊層彼此相接疊壓在一起，可使鞋底14具有整齊的外形輪廓。
上回送墊層20還包括多個可產(chǎn)生回送作用的回送凸起46，由塑料等柔韌的但較難壓縮的材料制成，它們位于支撐板40的頂面40D并向上突出，從而使上彈性墊層18的平面形彈性基體36與下面的支撐板40之間存在一定間隔?；厮屯蛊?6的排列方式與槽口30在基板26上的排列方式對應，各凸起之間有一定間距，并圍繞中心開口42順序排列，整體形成朝向支撐板40前端40E的U型排列?；厮屯蛊?6沿支撐板40的周邊40F排列，但應位于周邊40F的里側和中心開口42的外側，使它們與支撐板40的周邊40F及中心開口42的邊緣都有一定距離。
這樣，沿周邊排列的回送凸起46在形狀和位置上都與基板26上沿邊排列的槽口30相應，從而構成沿周邊排列的回送空腔34。為方便制作，將回送凸起46附在一個薄片上，然后再將這一薄片與支撐板40的頂面40D黏附連在一起。
上回送墊層20的支撐板40支撐回送凸起46，并使其與槽口30及運動鞋10的鞋幫12和基板26沿邊分布的回送空腔34互相對準。上彈性墊層18的平面形彈性基體36位于回送凸起46與基板26之間；因此，在鞋底14的腳踵和腳心部分14A和14B的基襯墊層16、上彈性墊層18和上回送墊層20疊壓在一起時，上彈性墊層18的平面形彈性基體36上的間隔部分36C將處于回送凸起46的頂端46A之上和沿周邊分布的回送空腔34之下。由于運動鞋10鞋底14的腳踵和腳心部分14A和14B與支撐面(地面)相互作用，當由圖5和圖6所示的松弛狀態(tài)轉向圖7和圖8所示的負荷狀態(tài)時，基襯墊層16和上回送墊層20相互疊壓，由于回送凸起46頂端46A向上運動的推動作用，使平面形彈性基體36的間隔部分36A穿過基板26上沿周邊分布之槽口30的內緣26D進入回送空腔34。這種情況的發(fā)生，是因為回送凸起46的尺寸小于槽口30的尺寸，因此能使其尖端46A連同平面形彈性基體36的36A部分通過回送凸起46的頂端46A向上穿過槽口30，并進入沿周邊分布的回送空腔34，如圖7和圖8所示。
上彈性墊層18之可壓縮凸起38的位置與環(huán)繞回送凸起46并沿基板周邊26F延伸出的實體間隔垂直對齊。可壓縮凸起38的凸起方向向下，朝向支撐墊40。在正常使用運動鞋10時，施加到基襯墊層16基板26和上回送墊層20支撐板42上的壓縮力使可壓縮凸起38受壓，在鞋底14處于松弛狀態(tài)時，其正常形狀為錐形，如圖5和圖6所示；此時在鞋底14處于負荷狀態(tài)時，壓力使其形狀產(chǎn)生壓漲變形，如圖7和圖8所示。除增加穩(wěn)定性外，可壓縮凸起38的功能還可將壓縮它的能量存貯起來，在耐用和回送質量之間取得適當?shù)钠胶?，從而提高鞋?4的質量。
由圖1和圖3可見，支撐板40腳踵部分40A處的回送凸起46比腳心部分40B的彈性凸起要高一些，這樣便在鞋底14上的腳踵部分14A和腳心部分14B形成一個由后向前的楔形，當腳部在地面上經(jīng)歷腳踵觸地等三個階段的運動時，可使穿著者的腳產(chǎn)生一個向前和向上的沖力，可對其進行有效的引導。
參照圖2、3和8，下彈性墊層22基本上是一層由橡膠等彈性材料制成的柔軟薄片48，以粘結等適當?shù)姆椒ㄅc上回送墊層20的支撐板40下表面40G黏附在一起。下回送墊層24位于下彈性墊層22的柔軟彈性薄片48下邊，包括一個回送板50，一個回送凸緣52和護環(huán)54。回送板50最好由玻璃纖維等既有一定剛度又有適當柔韌性的材料制成?；厮桶?0固定在彈性薄片48中心部分48A的下表面，并于上回送層20的支撐板40的中心孔42對齊。在相互疊壓的關系下，彈性片48位于下回送層24彈性回送板50與上回送層20的支撐板40之間，彈性片48中心部分48A的周邊48B被壓在回送板50的周邊邊緣50A與支撐板40的邊緣40C之間。
在正常運動過程中，由于運動鞋10鞋底14的腳踵和腳心部分14A和4B與支撐表面的相互作用，下回送層24被壓向上回送層20，由圖5和圖6所示的松弛狀態(tài)轉為圖7和圖8所示的負荷狀態(tài)，彈性片48的邊緣48B被回送板50的邊緣50A向上壓，通過環(huán)繞中心孔42的邊緣40C進入中央主腔室44。這種情況的產(chǎn)生，是因為回送板50的尺寸比起支撐板40中心孔42的尺寸足夠小，使支撐板50能夠連同蓋在支撐板50上的彈性片48的中心部分48A的邊緣48B向上穿過中心孔42，而進入中心主腔室44，如圖7和圖8所示。
下回送層24回送板50具有相當?shù)膭偠龋墒够厮桶?0和彈性片48中心部分48A的邊緣48B響應所加給的壓力，產(chǎn)生穩(wěn)定且一致的運動，進入中心主腔室44?；厮屯蛊?2固定在回送板50的底面50A上，最好由軟塑料或硬橡膠等材料制成，其厚度在一定程度上決定了回送板50的進入深度和回送長度。與地面接觸的回送凸起52表面52A一般呈穹狀，其尺寸小于回送板50。護環(huán)54環(huán)繞回送板50和回送凸起52，最好用與制作回送板50同樣材料制成。護環(huán)54固定在彈性片48的底面，并與支撐板40的中心孔42對齊，它環(huán)繞在回送板50的周圍，可增加彈性片48中心部分48A的拉伸阻力，同時能使下回送層24在水平面保持穩(wěn)定，從而可減少回送板50在拉伸彈性片48中心部分48A的邊緣48B通過上回送層20支撐板40的中心孔42時可能產(chǎn)生的阻塞和粘連。
在鞋底14腳踵和腳心部分14A和14B的下回送層24的回送板、下彈性層22的彈性片、以及上回送層20的支撐板40之間產(chǎn)生的上述中心區(qū)相互作用是同時發(fā)生的，并且是同發(fā)生在基襯層16、上彈性層18的彈性體36以及上回送層20的回送凸起46之間的周邊部位相互作用相互關聯(lián)的。這些發(fā)生在中心和周邊部位的相互作用，使穿著者腳部加給鞋底14的腳踵和腳心部分14A和14B的能量轉換成機械的彈性拉伸力。這樣，所加給的能量分別被下回送層22的彈性片48中心部分48A和上回送層18的彈性體36的間隔部分36C以機械能彈性拉伸的形式暫時儲存在位于中心和周邊部位的腔室44和34之中。之后，所貯存的能量被上彈性體36的被拉伸部分36C和回送凸起46及下彈性片48的被拉伸部分48A和回送板40以同時回送的形式釋放出來。產(chǎn)生這些拉伸和回送相互作用時的阻力和速度，由護環(huán)54和環(huán)繞支撐板49中心孔42的邊緣40C之間的相互尺寸關系，以及回送凸起46的頂端56A與環(huán)繞基板26槽口30的內緣26D之間的相互尺寸關系決定和控制。下回送層22的彈性片48和上回送層18的彈性體36的厚度和彈性，對這些相互作用的阻力和速度產(chǎn)生影響，因而也可對其進行調節(jié)和控制。下彈性片48的拉伸和回送還會對支撐板40產(chǎn)生扭距作用，可以通過支撐板40的厚度以及護環(huán)54的尺寸和厚度對其進行控制。
參照圖3，本發(fā)明鞋底14的腳心部分14B還包括一個曲形的腳心墊片56和一個與其互補的可壓縮腳心墊片58?；?6的腳心部分26B延伸到它的通常呈V形的前端26E為止。曲形墊片56最好由石墨制成，并作為獨立部件與基板26分別給出。曲形墊片56在形狀結構上可與基板26的前端26E很好地配合?；?6的前端26E可對腳前部的5個跖骨提供適配支撐，而曲形腳心墊片56可對鞋底14的腳踵和腳心部分14A和14B提供適配的支撐，從而使腳前骨骼可分別獨立地承受負荷。上回送層18和可壓縮腳心墊片58的周邊輪廓基本與基板26和曲形腳心墊片56相同。
參照圖1、2及圖9-11，鞋底14的跖骨和腳趾部分14C和14D基本由幾個墊層疊壓在一起，包括跖骨和腳趾接合板60A和60B、基板65A和65B、一個共用的跖骨和腳趾拉伸回送墊層64、以及跖骨和腳趾回送層65A和65B。跖骨和腳趾回送層65A和65B包括跖骨和腳心回送板66A和66B，跖骨和腳趾回送凸起68A和68B，以及跖骨和腳心護環(huán)70A和70B。除了鞋底14跖骨和腳趾部分14C和4D共用的回送層64外，在鞋底14的跖骨部分14C中穿著者的5個跖骨下另有一個數(shù)層疊壓結構，在鞋底14的腳趾部分14D中穿著者的5個腳趾下也另有一個數(shù)層疊壓結構。除上接合板60A和60B之外，鞋底14跖骨和腳趾部分14C和14D的疊壓結構中各組件之間的相互作用(拉伸和回送)與上述鞋底14腳踵和腳心部分14A和14B的疊壓結構中各組件之間的相互作用(拉伸和回送)大體類似。但是，腳踵和腳心部分14A和14B的疊壓組合結構僅在中心和周邊部位為施加的能量提供了進行暫時存貯和釋放的場所，而跖骨和腳趾部分14C和14D處的疊壓組合結構卻為穿著者腳部各跖骨和腳趾提供了許多各自獨立的、用于存貯和釋放所加給能量的場所。在跖骨和腳趾部分14C和14D新增加的組件是接合板60A和60B，它們中的每一個都具有許多相互之間存在間隔的、由接合板60A和60B的前端邊緣74A和74B向后延伸到其前端邊緣74A和74B與其后端76A和76B之間中間位置左右的橫向狹長裂口72A和72B。這些相互分隔的裂口72A和72B之間，是位于跖骨和腳趾接合板上的彼此相互獨立的可變形接合配件78A和78B，它們可對穿著者腳部各跖骨和腳趾分別作出反應，并有助于在相應的跖骨和腳趾處對加給的能量的存貯和回送。
具體地說，跖骨和腳趾部分的接合板60A和60B基本是平面形，通常由石墨等既有一定剛度又有相當柔韌性的材料制成。放在跖骨和腳趾接合板60A和60B下的跖骨和腳趾基板62A和62B基本也是平面形，由塑料等不可壓縮的柔性材料制成。跖骨和腳趾的基板62A和62B都具有許多相互連接的內槽口82A和82B，它們由內緣80A和80B環(huán)繞，其形狀可與穿著者腳部的跖骨和腳趾相互適配。內緣80A和80B在跖骨和腳趾的基板62A和62B之中，分別臨近跖骨和腳趾基板62A和62B的周邊84A和84B，但與其保持一定距離，中間留有實質材料構成的連續(xù)邊界間距86A和86B。包圍和確定穿著者腳部各跖骨和腳趾的位置及接合板60A和60B的配件78A和78B的狹窄邊界86A和86B也被狹窄裂口88A和88B分隔開來。許多相互聯(lián)系的內槽口82A和82B在各個跖骨和腳趾基板62A和62B中確定了相應的跖骨和腳趾腔室90A和90B。
共用的跖骨和腳趾回送墊層64放置在跖骨和腳趾基板62A和62B下，由橡膠等具有適當伸縮彈性的材料制成。共用的回送墊層64的外形輪廓與接合板60A和60B以及基板62A和62B的外形輪廓相同，從而在將它們彼此疊壓進行組合時，可使鞋底14具有整齊一致的外形輪廓。共用的回送墊64的上表面64A附于基板62A和62B位于內緣80A和80B與周邊84A和84B之間的相應邊界86A和86B處。
跖骨和腳趾回送板66A和66B放置在所述共用的回送層64及基板62A和62B的多個相互聯(lián)系的內槽口82A和82B之下，并與它們相互對正，形成跖骨和腳趾腔室90A和90B。跖骨和腳趾回送板66A和66B聯(lián)結在共用回送層64的下表面64B，并與多個相互聯(lián)系的內槽口82A和82B對正，形成基板62A和62B的跖骨和腳趾腔室90A和90B。當位于跖骨和腳趾回送板66A和66B與各個跖骨和腳趾基板62A和62B之間的共用回送層64處于工作狀態(tài)時，共用回送層64的92A和92B部分被壓在跖骨和腳趾基板62A和62B的內緣80A和80B與跖骨和腳趾回送板66A和66B的周邊94A和94B之間。
在正常運動中，由于鞋底14跖骨和腳趾部分14C和14D同支撐地面的相互作用，由被壓向上面的跖骨和腳趾基板62A和62B，使下面的跖骨和腳趾回送板66A和66B由圖10所示的松弛狀態(tài)轉變?yōu)槿鐖D11所示的負荷狀態(tài)，共用回送層64的92A和92B部分被跖骨和腳趾回送板66A和66B的邊緣94A和94B拉伸，向上通過跖骨和腳趾基板62A和62B的內緣80A和80B進入跖骨和腳趾腔室90A和90B。這種情況的產(chǎn)生，是因為跖骨和腳趾回送板66A和66B的尺寸比跖骨和腳趾基板62A和62B上槽口82A和82B的尺寸上足夠小，從而可使跖骨和腳趾回送板66A和66B連同被拉伸和蓋在回送板66A和66B上的共用回送層64向上運動，穿過槽口82A和82B進入跖骨和腳趾腔室90A和90B，如圖11所示。
跖骨和腳趾回送板66A和66B具有適當?shù)膭偠?，在響應外加壓力時，可使回送板66A和66B及共用回送層64的拉伸部分92A和92B穩(wěn)定一致地運動，并進入跖骨和腳趾腔室90A和90B。跖骨和腳趾回送凸起68A和68B分別由跖骨和腳趾回送板68A和68B的底面96A和96B連接，它們最好由軟塑料或硬橡膠等材料制成，它們的厚度在一定程度上決定著跖骨和腳趾回送板66A和66B的進入深度和回送長度。跖骨和腳趾護環(huán)70A和70B環(huán)繞回送板66A和66B及回送凸起68A和68B，最好用制作跖骨和腳趾回送板66A和66B同樣的材料制成。跖骨和腳趾護環(huán)70A和70B連接在共用回送層64的下表面上，環(huán)繞回送板66A和66B，并與內槽口92A和92B上下對正，它能增加共用回送層64的92A和92B部分的拉伸阻力，增加跖骨和腳趾回送板66A和66B在水平面中的穩(wěn)定性，減少回送板66A和66B在拉伸共用回送層64周邊部分92A和92B并進入跖骨和腳趾基板62A和62B上跖骨和腳趾腔室90A和90B中可能產(chǎn)生的阻塞。
如上所述，在鞋底14的跖骨和腳趾部分14C和14D疊壓結構中，發(fā)生在跖骨和腳趾基板62A和62B、共用回送層64、以及跖骨和腳趾回送板66A和66B之間的相互作用，可將穿著者腳部施加給跖骨和腳趾的能量轉換成機械彈性能量。所加給的能量被共用回送層64位于跖骨和腳趾處的被拉伸部分92A和92B以機械彈性的形式存貯在相應的跖骨和腳趾腔室90A和90B中。然后，通過回送板66A和66B及共用回送層64拉伸部分92A和92B回送的形式被釋放。護環(huán)70A和70B與跖骨和腳趾基板62A和62B內緣80A和80B之間的相互尺寸關系，決定并控制著這些拉伸相互作用的阻力和速度。選擇共用回送層64的厚度和彈性，可調節(jié)這些相互作用的阻力和速度所產(chǎn)生的影響。跖骨和腳趾回送板66A和66B的外形輪廓基本相同。以前描述的腳心墊片56和58為鞋底14腳踵和腳心部分14A和14B的構件與鞋底14跖骨和腳趾部分14C和14D的構件建立了聯(lián)系的紐帶。
第一實施例中跖骨和腳趾部分的結構采用具有單一扭轉轉樞的跖骨和腳趾回送層，較好地解決了Snow實施方式中的側傾問題。如圖9所示，回送板66A和66B及回送凸起68A和68B都有位于腳兩側之間的轉樞69。通過這一轉樞可使回送板66A和66B及回送凸起68A和68B的促動部件相互聯(lián)系，通過與腳趾和跖骨部各骨骼結構相應的各個促動部件的作用，使回送板和回送凸起具有使能量由腳側向腳心轉移。這樣，就在促動部件之間提供了較好的導向和協(xié)同，同時也為腳部的骨骼結構提供了相應的杠桿支點。
可以通過增加回送板66A和66B及回送凸起68A和68B的側面與中間邊緣的高度，來進一步控制有腳側向腳心的運動。提高外側邊緣的高度，會有助于腳部由外向里的自然運動。
對訓練有素的運動員進行了踏車比較實驗，使同一個人先后穿著帶有本發(fā)明鞋底14的運動鞋10和具有上等質量的傳統(tǒng)形式運動鞋，初步的比較實驗表明，穿著本發(fā)明樣品運動鞋，通過降低運動員的吸氧要求可明顯改善運動效果。在踏車速度相同時，樣品鞋10與傳統(tǒng)鞋相比，可使運動員少用10％到20％的氧氣。這種對氧氣需求的明顯降低，只能歸功于運動員在穿著帶有本發(fā)明鞋底結構的運動鞋10時能量利用效率的極大提高。由過去賽跑的記錄來看，有理由推論能量利用效率的明顯提高必將使運動成績得到同樣明顯的提高。第二實施例在第二實施例中，本發(fā)明的提供一種可在運動中吸收、存貯和釋放能量的鞋底結構，這樣的鞋底既可作為鞋類制品中的一個整體部分后者嵌入物，也可作為鞋墊使用。因而，本發(fā)明的鞋底可以單獨使用，將它作為鞋墊插入現(xiàn)有的鞋類制品中，也可將其作為鞋類制品中的一個改進部件。在任何一種情況下，這種鞋底都應適合人腳在支撐面上運動時穿著使用，并能夠存貯和釋放因人與支撐面之間的壓力所產(chǎn)生的能量。
參照圖12-14，以最簡單的結構說明本發(fā)明的第二實施例。如圖12所示，運動鞋110包括鞋幫112和鞋底114。鞋底114的腳踵部分116具有本發(fā)明第二實施例的結構。
參照圖13、14A和14B，可清晰地描述腳踵部分116的結構。在這些圖中可以看出，腳踵部分116包括成腳踵墊片118形式的第一斷層，所述腳踵墊片由橡膠、聚合物、塑料等較硬的材料制成。腳踵墊片118包括沿“A”軸居中布置的長圓形的第一斷層腔室120。第二斷層122構成平板124，上面帶有形狀與第一斷層腔室120類似但尺寸較小的第一促動器126。第二墊層122同樣由橡膠、聚合物、塑料等較硬的材料制成。促動器126可與平板124作成一體，也可用適當形式同平板粘結。
由彈性材料制成的第一彈性墊層128位于腳踵墊片118和第二斷層122之間，使彈性墊層128可以蓋住第一墊層腔室120。為此，可將腳踵墊片118置于第一彈性墊層128的第一側面130，而將第二墊層122置于第一彈性墊層128的另一側面132，并使促動器126面對第二側面132。此外，可以看出，第一墊層腔室120具有尺寸適于接納促動器126的內域134。
由圖14A和14B可見，腳踵墊片118和第二墊層122的位置布置可使第一促動器126與支撐表面136之間的壓力沿矢量“F”的方向推動腳踵墊片118和第二墊層122相互靠近，在這種運動過程中，第一促動器126進入第一墊層腔室120。發(fā)生這種情況時，彈性墊層128被拉伸并進入第一內域134，從而進入圖14B所示的運動狀態(tài)。在運動狀態(tài)，被拉伸的彈性層128存貯能量。去掉壓力之后，彈性層128回送，釋放所存貯的能量，并使腳踵墊片118與第二墊片彼此分開，恢復到圖14A所示的靜止狀態(tài)。因此，在行走、跑步和跳躍等運動過程中，穿著者給腳踵部分116加以重力，沖撞力被彈性墊層128的拉伸緩沖并吸收。當運動者將重力由腳踵部分116移去時，存貯的能量被釋放出來，從而有助于穿著者所從事的活動。第三實施例可以對圖12-14所示的簡單結構進行擴展，制作更有效的高彈鞋底，比如擴展為圖15-22所示本發(fā)明的第三實施例。參照圖15，運動鞋150包括鞋幫152和本發(fā)明第三實施例的鞋底154。鞋底154包括腳踵部分156、跖骨部分158和腳趾部分160，以下將詳細說明各部分。因此，當提到“鞋底”一詞時，它可能是僅指這些部分中的一個部分、幾個部分或一個置于整個腳下或部分腳下的墊片。
首先看腳踵部分156，其結構可參照圖17-19進行表述。在這些圖中，腳踵部分156包括由圓形腳踵墊片164構成的第一墊層162，沿其周邊有許多彼此分離的輔助促動器件166。由剛度較大和較硬的材料制成的促動器件166確定第一墊層腔室168的輪廓，腔室168在圓形腳踵墊片164上，具有開孔170。由彈性材料制成的彈性墊層172通過粘結等適當方式與腳踵墊片連接，它的結構使其可以蓋住腳踵墊片164的開孔170。這樣，第一墊層162位于彈性墊層172的一側，第二墊層174置于彈性墊層172的另一側，并通過粘結等適當方式連接在一起。第二墊層174的呈腳踵墊片形式，它確定與腔室170相互作用的第一促動器件。在實際應用中，“包含第一促動器件的第二墊層”這種表述可以是指第二墊層帶有獨立的促動器件，也可能是指墊層本身構成這種促動器件。
在上述任何一種情況下，第二墊層174還包括位于其中間的六瓣形第二墊層腔室176。腳踵部分156還包括帶有柱塞180的第三墊層178，柱塞180與第二墊層腔室176的形狀類似，但尺寸要小一些。第三墊層178還包含多個開孔182，開孔182的朝向和尺寸適于接納上述第二促動器件166。為此，腳踵部分156還包含中間具有長圓形開孔186的第二彈性層184。開口182確定了具有第三內域的第三墊層腔室。
由圖18和圖19A可見，上述各墊層相互疊壓組合，可以在腳踵部分形成一個極為有效的能量存貯系統(tǒng)。這里，須選擇確定柱塞180的高度，使在疊壓組合時，柱塞180的端面可與彈性墊層172的第二側面互相接觸。同時，第二促動器件166的上端面192也恰與第二彈性層184的表面194相互接觸。各第二促動器件166都與相應的開孔182對正，開孔182與促動器件166的形狀類似，但其尺寸要稍大一些。第二墊層174也與此對正，從而在第二墊層174在運動進入第一墊層腔室168的內域時，第二墊層腔室176正好位于接納柱塞的適宜位置。
這種運動被描述為由圖19A所示的靜止狀態(tài)轉為圖19B所示的運動狀態(tài)。這里可以看出，彈性層172在第一墊層162、第二墊層174和柱塞180之間，類似雙活塞的相互作用下經(jīng)歷了雙重拉伸。彈性層172相應地被拉伸到第一墊層腔室168(被第二墊層拉伸)和第二墊層腔室的內域176(被柱塞拉伸)。
與此同時，第二彈性層184受到單向拉伸，進入由開孔182構成的每個第三墊層腔室?，F(xiàn)在應能理解，由于柱塞180和第二墊層174對彈性層174的協(xié)力作用使能量得以被存貯；與此同時，由于第三墊層腔室沿垂直方向的尺寸較小，使鞋幫152的底面153對這種運動給出長度限制，從而使第二促動器件166起到周邊支撐的作用。為進一步增加側向穩(wěn)定性，可采用任選的位于第三墊層178和第二彈性墊層184之間的柔性向下凸起198及附加定位塊196。此外，需要時可采用跖骨支撐板200。
參照圖15可見，處于靜止狀態(tài)時，鞋底154相對于支撐面成一很小的銳角“a”，使得腳踵部位156高于腳趾部分160。角“a”最好在2°-6°之間。在腳掌站立和腳趾離地的過程中，通過提供這樣一個小角度，可以使由運動狀態(tài)釋放的能量不只是沿垂直方向。由于鞋底154相對腳趾部分160有一個轉動作用，因而使運動中的釋放的力輕微前傾，產(chǎn)生推動穿著者前進的分力。
參照圖20和21可見腳趾部分160的詳細結構。這里可以看出，腳趾部分160由第一墊層208構成，包括沿第一墊層208周邊的凸起內壁212。有如參照圖20A可見者，周邊壁212的結構使腔室210包括每一個都與人腳趾相應的五個內域216-220。如圖20B所示，第一彈性層222的幾何形狀與第一墊層208一致。在疊壓組合時，第一彈性層222蓋在第一墊層腔室210上。腳趾部分160的結構附帶還包括圖20A所示的第二墊層224。第二墊層224的形狀與周邊壁212的內側壁213一致，使得它可與第一墊層腔室210良好地配合，并進入其中。第二墊層224上有與腳趾內域216-219相應的開孔226-229，作為第二墊層腔室。再參照圖20A，可以看出，每個腳趾內域都有一個直立的柱塞236-239與其對應，柱塞在尺寸上可與開孔226-229良好地配合，并分別進入其中。
如圖21A和21B所示，腳趾部分160設有一個雙重有效的能量存貯系統(tǒng)。當?shù)谝缓偷诙|層208和224由圖21A所示靜止狀態(tài)轉為圖21B所示的運動狀態(tài)時，彈性墊層222經(jīng)受雙重拉伸和彎曲。作為第一促動器件的第二墊層224移入第一墊層腔室210，拉伸彈性層222進入其相應內域。與此同時，每個柱塞236-239進入第二墊層224上的相應開孔226-229，拉伸彈性層222進入開孔226-229的相應內域。
為制造方便，可將柱塞236-239作為彈性墊層222的一個部分。此時的結構如圖20D所示，圖中的彈性層222′帶有作為整體組成部分的柱塞器件236′-239′。在圖20D中，原在圖20B中所示的彈性層222的另一側面被清晰地顯示出來。
跖骨部分158與腳趾部分160類似。由圖22A-22C可見，跖骨部分158由第一墊層218構成，包括其中的第一墊層腔室250。第一墊層腔室250由沿第一墊層218邊緣分布的直立周邊壁252環(huán)繞。由圖22A可見，周邊壁252的結構使得腔室250有與每個跖骨相應的五個內域255-259。圖22B中所示第一彈性層262具有與第一墊層248一樣的周邊邊緣。在疊壓組合時，第一彈性層262蓋在第一墊層腔室250上。跖骨部分158還包括圖22C所示的第二墊層264。
第二墊層264的形狀與周邊壁252的內側壁253一致，使它可與第一墊層腔室250良好地配合，并進入其中。第二墊層264上有開孔265-270，作為第二墊層腔室。由圖22A還可見，第一墊層腔室250還配置直立的柱塞275-280，柱塞在尺寸上可與開孔265-270良好地配合，并分別進入其中。柱塞275-280朝向人腳的跖骨。
當?shù)谝缓偷诙|層248和264由靜止狀態(tài)轉為運動狀態(tài)時，彈性墊層262經(jīng)受雙重拉伸和彎曲。作為第一促動器件的第二墊層264進入第一墊層腔室250，拉伸彈性層262進入其相應內域。與此同時，每個柱塞274-280進入第二墊層264上的相應腔室265-270，拉伸彈性層262進入開孔265-270的相應內域。因此，這些動作過程與參照圖21A和21B的描述類似。
對腳趾墊片224和前腳墊片264而言，能量的焦點分別在腔室226-229和265-270的中心附近。這些腔室進一步由前、后轉樞所穩(wěn)定，前、后轉樞可使促動器件224和264互相聯(lián)系，并在前腳和腳趾部由側面向中間傳送能量。如圖20C所示，前轉樞230對墊片224的前部提供了限制，后轉樞232對對墊片224的后部進行了限制。類似地，如圖22C所示，前轉樞272對墊片264的前部進行限制，后轉樞274對墊片274的后部提供限制。第四實施例圖23-27表示本發(fā)明的第四實施例。如圖所示，鞋底襯墊310包括鞋幫312和鞋底314。鞋底314包括腳踵部分316、跖骨部分318和腳趾部分320。圖24和圖27A-B清晰地示出腳踵部分316的結構。腳踵部分包括平板323構成的第一墊層322，平板323上的多個空腔構成第一墊層腔室324?；蛘咭部梢酝ㄟ^在平板323上穿孔的方式構成腔室324。第二墊層326包括多個促動器件328，其尺寸適于與相應腔室324的內域插入配合。第一墊層322和第二墊層326將彈性墊層330夾在中間，加給壓力時，促動器件328被推入第一墊層腔室324。
腳趾部分320包括第一墊層344和作為促動器件的第二墊層346。墊層344和346的結構分別與上述墊層208和224相同，此不贅復。類似地，跖骨部分318包括第一墊層354和第二墊層356，其結構與墊層348和364相同。鞋底襯墊310結構上的面向不同處在于彈性層330是共用的，延伸于鞋底襯墊310的整個鞋底，用于存貯腳踵部分316、跖骨部分318和腳趾部分320的能量。第五實施例圖28-30表示本發(fā)明的第五實施例。本實施例與上述第三實施例類似，不同處在于腳踵部分456沒有前述圖17所示的任選柔性凸起198。如圖30的仰視圖所示，腳趾部分460和跖骨部分458分別與圖20A-20C和圖22A-22C所示結構基本相同，圖中代碼數(shù)字也基本類似，只是用400系列的代碼取代了200系列的代碼。
圖28和29分別是表示腳踵部分456結構的分解透視圖和分解的局部剖面圖。腳踵部分456包括由環(huán)形踵板464構成的第一墊層462，沿其周邊有一些相互隔開的促動器件466，它們整體成“U型”排列。促動器件466由較硬的剛性材料制成，它們限定第一墊層腔室468，腔室468具有在環(huán)型踵板464上形成的開口470。如圖29所示，促動器件466最好為朝向鞋底前方的楔形結構，以便為腳的后部提供附加支撐。彈性層472的結構使其可連同踵板464蓋在開孔470上，彈性層472通過粘結等適當方式與其連接在一起。第一墊層462位于彈性墊層472的一側，第二墊層474置于彈性墊層472的另一側，并以粘結等適當方式與之相連。第二墊層474以腳踵墊片的形式確定了與腔室470相互作用的第一促動器件。
第二墊層474還包括位于其中心部位呈六瓣形開孔的第二墊層腔室476。腳踵部分還包括帶柱塞器件480的第三墊層478，柱塞的幾何形狀與第二墊層腔室476的形狀一致，但尺寸較小。第三墊層478也包括多個開孔482，其尺寸和朝向都適于接納上述第二促動器件466。為此，腳踵部分456還包括中心部位有長圓形開孔486的第二彈性層484。開孔484確定各具有內域的第三墊層腔室。
為提高橫向穩(wěn)定性，第二彈性層484與第一墊層464之間設置定位塊496。還可在第一墊層的前面一對第二促動器件466的下邊設置其它支撐塊或運動控制柱502等。支撐塊502和第二墊片構成的這種三腳架式結構可改善穩(wěn)定性。這種結構能夠存貯轉動力產(chǎn)生的能量，產(chǎn)生有效的垂直向量。對穩(wěn)定性要求更高的運動鞋，可將控制柱之間的間距進一步加大。對平足和要求進行腳心全支撐的用戶，可選擇腳橋跨接結構。
上述各組件彼此疊壓配合，可組成腳踵部分456極為有效的能量存貯系統(tǒng)。這里的腳踵部分456與圖19A和19B所述腳踵部分156具有類似的機制和功能。
圖30為表示腳踵結構的鞋底仰視圖，圖中的腳踵部分456包括跖骨部分458和腳趾部分460。圖中示出另一個跖骨支撐部分500，其結構在圖31A-C中表達得更為清楚。如圖31A所示，跖骨支撐部分500由第一墊層504構成，第一墊層504包括由沿其周邊伸出的周邊壁512所限定的第一墊層腔室510。圖31B中所示彈性層506的周邊輪廓與第一墊層504的周邊一致。在疊壓組合時，彈性層506蓋在腔室510上。此外，跖骨支撐部分500還包括圖31C所示的第二墊層508。第二墊層508的幾何外形與第一墊層504的內側周邊壁512一致，因此它能與腔室510良好地配合，并進入其中。具體地說，第二墊層508和腔室510恰好位于支撐第一和第二跖骨的適宜位置。第六實施例圖32和33示出本發(fā)明另一實施例鞋底的結構。圖中腳踵部分556包括主彈沖器件574，第一彈性層572，帶促動器件或周邊彈沖器的第一墊層562，位于第二彈性層584上的連接橡膠凸起598，和蓋在彈性層584上的第二墊層578。此外，還包括位于墊層562之下接近彈性層572的支撐塊602。
圖32所示的實施例與圖17所示腳踵部分類似，二者之間有兩點不同一是用彈性層584下的橡膠凸起598取代了墊片578，二是圖32實施例中沒有與圖17中器件180類似的柱塞。
參照圖32和33可見，腳踵部分556包括由環(huán)型腳踵板564構成的第一墊層562，沿其周邊伸出多個彼此間隔的周邊促動器件566，它們整體上排成U型。促動器件566由具有相當剛度的較硬材料制成，它們限定在環(huán)型腳踵板564上形成開孔570的第一墊層腔室568。在通過粘結或其他適宜的方式連接彈性層572和腳踵板564時，彈性層572的結構使其可蓋在開孔570上。第一墊層562位于彈性層572的一側，第二墊層574位于彈性層572的另一側，并通過適當手段與其連接。第二墊層574的形狀與腳踵一樣，它規(guī)定了可與腔室570產(chǎn)生相互作用的第一促動器件或主彈沖器。如圖33所示，第二墊層574的尺寸最好沿向下的方向逐步減小形成錐形，與傾斜面形成穹窩。這種形狀有助于改善在腳踵觸地、腳心站立和腳趾離地等三個基本過程中對腳踵的橫向支撐。
腳踵部分556還包括第三墊層或基襯墊層578，其結構包括多個開孔582，它們的尺寸和朝向適于接納上述促動器件566。為此，腳踵部分556還包括第二彈性層584。開孔582限定各個具有內域的第二墊層腔室。促動器件566的上表面恰好觸及第二彈性層584的下表面。各第二促動器件566都和與其形狀一樣但尺寸稍大的相應開孔582垂直對齊。
一對支撐塊或運動控制柱602位于前面的一對促動器件566的下邊。像第二墊層574一樣，支撐塊602最好也為穹窩形，以增加鞋底的橫向穩(wěn)定性。
位于彈性墊層584之下的橡膠凸起598用于提高與促動器件566的連接和配合。橡膠凸起598和促動器566最好也呈向前的楔形，以便在壓力下更好地控制橫向運動。橡膠凸起598和促動器件566的側壁間最好有3°-6°的傾角，各凸起相互對稱，以提供更好的橫向支撐。橡膠凸起598與彈沖器566之間的間距最好小于0.020英寸，使大于0.020英寸的顆粒不能進入。但封口過緊會減緩回送過程。因此，相互連接時，要保證足夠的空氣流通，尤其是在因封口過緊形成的真空減緩回送過程時。為此，本設計使運動控制柱602間留有較大間距，方便空氣、水等的溢出。
促動器566最好有一個凸起的凹窩，以便與橡膠凸起598更好地配合連接。凸凹連接可提供更好的環(huán)境，改善由轉動力向垂直力的能量轉換，從而提高能量的存貯和效率回送效率。通過提高促動器566附近的板564的厚度，得以減輕重量。對促動器來說，凸凹配合的模式還可起到穩(wěn)定器和調度器的作用，可促進能量“波”向垂直向量的轉化。凸凹配合的模式增加第二墊層574的敏感性，使回送沖器的推進或驅動長度最大。它們還在插入周期結束時提供附加的力，有助于各促動器保持在適宜的位置。
改變促動器的剛度，可增加對能量“波”的控制程度和提高神經(jīng)-肌肉系統(tǒng)對它的敏感性。如果穿著者的腳有自然外轉的問題，則對前腳外側，即第五跖骨的運動提出更高的控制要求。這種額外的不希望產(chǎn)生的運動可以被插入腔室內的促動器件一如上述的促動器574很快地吸收、存貯和釋放，使這種消極的運動轉化為由腳外側向腳中間傳送的能量，從而增加中性平面的功能。插入腔室內的促動器件的剛度越大，越能夠阻止向外側的傾斜，從而越能穩(wěn)定地聯(lián)結能量的存貯過程。有關改變促動器剛度的進一步細節(jié)將在下面的第七實施例中予以說明。第七實施例圖34-68表示本發(fā)明鞋底結構的第七實施例。以下所用“鞋底結構”一詞是指用于支撐人腳的整個鞋底或部分鞋底這兩種情況。此外，在第七實施例中采用的部件有許多與前面所述實施例中采用的部件類似，前述實施例中說明類似部件的術語可與下面所用術語對照和互換。
圖34為表明鞋底結構最佳實施例的部件分解透視圖，但應注意圖中部件的位置是倒置的。具體地說，鞋底結構包括三個部分，即腳踵部分700、腳趾部分800和跖骨部分900。腳踵部分700包括主彈沖器702、第一彈性層704、周邊彈沖器層706、第二彈性層708和基板或第二彈沖器層710。腳趾部分800包括促動器層802和腔室層804。跖骨部分900包括促動器層902和腔室層904。組成各部分的每個部件都是在模塑過程中通過粘結工藝制成的，熟悉本技術領域的人都能理解這一點。在圖34-68中，所述鞋底結構的“頂”或“上”是指朝向第二彈沖器層710，所述“底”或“下”是指朝向主彈沖器702。相應的，腳踵部分700表示鞋底結構的后部，腳趾部分800表示鞋底結構的前部。
如圖35-38所示，主彈沖器702最好為向下的楔形，其底面712呈圓拱形(在圖35中示為向上)，其向前方的傾斜度更大一些，從而可提供橫向穩(wěn)定性，并便于位于其上方的人腳踵骨的轉動。如圖36所示，主彈沖器702為長圓形，其前后向長度大于橫向長度。如圖37-38所示，主彈沖器702包括由底面向上凸起并限定主彈沖器腔室716的立壁714。腔室716最好成六瓣形，與上述第五實施例中的彈沖器474類似(參照圖30)，只是它被底面712所封閉。立壁714由底面712延伸出去，并有一個不太大的向外傾斜度。主彈沖器712也設計成向足前稍有坡度，使彈沖器后端718處的立壁714高度大于前端720處立壁的高度。這種設計在適應腳踵轉動的同時可為腳踵后部提供額外的支撐。在鞋底跨越地面使鞋底結構受到壓縮時，曲面形的底面712可使能量沿側向展開，從而有助于更有效的運動。
本實施例中，主彈沖器702的后壁高0.324英寸，前端壁高約為0.252英寸。本實施例中的立壁714傾斜度約為1.5°。將立壁連在一起，并限定腔室716的底面712的厚度約為0.125英寸。主彈沖器702由立壁714頂面到底面712最低點之間的高度約為0.536英寸。如圖36所示，主彈沖器沿37-37線的長度約為2.101英寸，沿圖中38-38線的寬度約為1.561英寸。應能理解，上述各尺寸僅是一個實施例中的示范尺寸，對于鞋底結構而言，尺寸可有許多變化。制作彈沖器702的材料一般采用塑料，如杜邦公司的HYTREL，也可采用硬度比它更高或更低的其它材料。在要求硬度更高時，還可采用玻璃纖維。
圖39-41表示第一彈性層704，它在圖34所示的鞋底結構中位于主彈沖器702的上面。第一彈性層704最好用橡膠制成，形狀類似主彈沖器702，也為長圓形，但尺寸要比主彈沖器大。彈性層704還包括自其前端延伸出的舌狀結構722和位于其前端的邊角724和726。
如圖40和41所示，彈性層704的上表面728基本上為平面。彈性層704的底面730具有自彈性層周邊伸出的長圓形邊界區(qū)732。在邊界區(qū)732之內具有大體也為長圓形的中間區(qū)734，中間區(qū)的厚度比邊界區(qū)的厚度大。邊界區(qū)與中間區(qū)之間厚度的增加是漸進的，從而形成有坡度的表面736，如圖41所示。中間區(qū)734之內具有中心拉伸區(qū)738，拉伸區(qū)738相對于中間區(qū)734有稍許凹進并通過邊緣環(huán)740與中間區(qū)分開。中心拉伸區(qū)738的形狀與上述主彈沖器702一致，當鞋底結構在行走和跑動過程中受到壓力時，彈沖器702可推壓中心拉伸區(qū)，使其產(chǎn)生拉伸變形。
本實施例中，彈性層704的邊界區(qū)732厚0.06英寸，到中間區(qū)734厚度增加到0.135英寸，在中心拉伸區(qū)，厚度減小到0.125英寸。彈性層704自其后端到舌狀結構的前端長度約為3.793英寸，其最寬處的寬度約為2.742英寸。彈性層704的長度，自其后端到前邊角724和726約為3.286英寸，自其后端到中間區(qū)的前端734約為3.098英寸。邊界區(qū)的寬度隨其環(huán)繞該層的情況而變化，在彈性層的后部為0.298英寸，在側面的寬度約為0.28英寸。表面736的最佳傾斜角約為45°。同樣，這里給出的只是一個具體實施例的示范尺寸。
圖42-44對圖34鞋底結構中的周邊彈沖器層706給出更為詳細的說明。如圖42和43所示，該層706包括環(huán)型腳踵板742，腳踵板742還包括作為腔室的開孔744，在疊壓組合的鞋底結構受壓時，主彈沖器702和彈性層704可進入該開孔744。為此，開孔或腔室744也呈長圓形，并具有足夠大的尺寸，以容納主彈沖器702。
腳踵板742基本呈環(huán)型結構，包括兩個向腳前延伸的舌狀結構746和748。如圖43所示，舌狀結構746和748的形狀取決于鞋底結構究竟用于左腳還是用于右腳。圖43所示設計是用于左腳的，相應地，左側舌狀延伸748的前端面752最好向內凹，而右側的舌狀延伸746的前端面750最好向外凸?？梢酝浦?，如果設計用于右腳的鞋底結構，上述舌狀延伸的形狀應當?shù)惯^來。簡言之，無論用于那只腳，內側舌狀延伸的前端面最好向外凸，而外側延伸的端面最好向內凹。
墊層706的頂面最好帶有多個周邊彈沖器754，它們沿該層的周圍基本上排列成U形。如圖44所示，這些彈沖器754的上表面與墊層前方成傾角α。此外，在每個周邊彈沖器754上，都有多個中空孔756，以減輕彈沖器的重量。在最佳實施例中，有兩個周邊彈沖器被置于舌狀延伸746和748上，其它四個彈沖器沿開孔744的周邊布置。
在墊層706的前端、由舌狀延伸結構746和748的底面延伸出支撐塊758和760，它們最好與墊層706制成一體。如圖42所示，支撐塊的形狀與舌狀延伸746和748的形狀相同，即內側支撐塊746的前端面最好向外凸，而外側支撐塊748的前端面最好向內凹。如圖44所示，這些支撐塊與墊層706的前方成傾角β，且其前壁和后壁最好也成楔形。
如圖43和44所示，將周邊彈沖器754置于墊層706上邊的凸起配合模板762上。如圖44所示，凸起的配合模板762在基本為梯形的周邊彈沖器之間建立了空腔764。
在所述實施例中，墊層706的長度自舌狀延伸746的前端面750到板742的后端約為4.902英寸，長圓形開孔744沿其長軸的長度約為2.352英寸。墊層706橫向最寬處的寬度約為2.753英寸，最窄處寬約為1.776英寸。如圖44所示，周邊彈沖器754成楔形，其傾角α約為1.58°。支撐塊758和760的傾角β約為3°，前后壁的斜面角度約為7°。按由板742的底面到最高的周邊彈沖器的頂面，即圖44中所示的平面B計算，墊層706的高度約為0.477英寸。板742本身的最小厚度約為0.1英寸。對于最高的彈沖器，從平面B計算穿孔756的最大孔深約為0.427英寸。墊層706的高度從支撐塊758的底面算起，即圖中平面B到C之間的距離約為0.726英寸。墊層706包括周邊彈沖器754最好采用與墊層702同樣的材料制作，在本發(fā)明的一個實施例中采用了杜邦公司的HYTREL。
圖45-47表示第二彈性層708。該層最好用橡膠制造，形狀與周邊彈沖器層706一致。具體地說，墊層708像墊層706一樣，為環(huán)型結構，其中具有長圓形的開孔766和兩個向前伸出的舌狀延伸結構768和770。外側延伸770的前端面向內凹，內側延伸768的前端面向外凸。
與墊層706的周邊彈沖器754相應的拉伸區(qū)772環(huán)繞開孔760或位于延伸結構768和770上。如圖47所示，最好將拉伸區(qū)772與墊層708作成一體，其厚度比墊層708其余部分的厚度大，因而可使它形成凸起結構。拉伸區(qū)772大體成帶圓角的矩形，可與周邊彈沖器的形狀相應配合。拉伸區(qū)772的尺寸比彈沖器754的尺寸稍大，在鞋底結構受壓時可容納周邊彈沖器進入。
給墊層708的周邊配置多個可壓縮的橡膠凸起774和776，最好位于各拉伸區(qū)772之間。在最佳實施例中，有五個凸起774配置在六個周邊彈沖器之間，另外兩個凸起776位于墊層708前端的兩個延伸768和770的下邊。最好使這些橡膠凸起774和776與墊層708作成一體。凸起774和776的形狀與拉伸區(qū)772一致，也大體為矩形。如圖47所示，凸起774位于每個拉伸區(qū)772之間，它的壁面最好也向內凹，使其可同拉伸區(qū)772的形狀互相配合。如圖47所示，凸起由墊層708向下伸出，其壁面也有一定坡度。因此，這些凸起可與周邊彈沖器層706的腔室764很好地配合，從而在因鞋底結構受壓而將凸起774壓入腔室764時，可提供能量的存貯和回送。位于墊層708前部的凸起776具有與延伸結構768和770相應的形狀。
如圖46所示，墊層708的長度從其后端到延伸結構768的前端面約為5.17英寸，墊層的寬度最寬約為3.102英寸，最窄處約為2.236英寸。墊層708環(huán)形部分的尺寸自墊層后端到開孔766后端的距離約為1.02英寸，自墊層后端到開孔766前端的距離約為3.138英寸。開孔的寬度沿短軸約為1.302英寸。墊層708外緣厚度約為0.05英寸，升高的拉伸區(qū)772厚度約為0.120英寸，凸起774和776處的厚度約為0.319英寸。為與腔室764配合，凸起774最好有7°的坡度。
基襯墊層或第二彈沖器層710的結構如圖48-51所示。彈沖器層710包括其上具有多個開孔或腔室780的基板778?；?78的形狀與彈性層708和周邊彈沖器層706的形狀一致，也是與腳踵相應的長圓形，其前端也有兩個延伸結構782和784。腔室780的結構與墊層706的周邊彈沖器754相應，在鞋底結構受壓時，后者將推壓彈性層708進入腔內。所以，腔室780的形狀與彈沖器754一樣，但尺寸要稍大一些，以便能容納彈沖器754。
第二彈沖器786位于基板778之下、腔室780的中間部位，并自此向下延伸。第二彈沖器786的位置，使它在鞋底結構疊壓組合后，能夠通過彈性層708的開孔766和周邊彈沖器層706的開孔744延伸。具體地說，與主彈沖器702具有六瓣形結構的開孔716相應，彈沖器786的形狀也為六瓣形。這樣，當鞋底結構受到壓縮時，第二彈沖器786推壓彈性層704的拉伸部分734進入開孔716。如圖49和51所示，第二彈沖器786的底面788為曲面結構或大體為圓拱形，并有一對半通孔790，以減輕第二彈沖器的重量。
圖48-51所示實施例中墊層710的長度由基板778的后端到延伸結構782的前端約為5.169英寸。墊層710的最大寬度約為3.105英寸，最窄處約為2.239英寸。延伸結構782和784之間的橫向間距約為2.689英寸。前部一對腔室780的長度約為1.25英寸，寬度約為0.63英寸。基襯墊層710的厚度約為0.06英寸，第二彈沖器的高度由板頂算起約為0.71英寸。墊層710最好由杜邦公司的HYTREL制成，也可采用其他類似的材料。比如，在要求更大的剛度時，可采用玻璃纖維和石墨等材料。
圖52-55表示本發(fā)明鞋底結構第七實施例的腳趾促動器層802。該層802最好由橡膠材料制成，并與圖52-55中描述的所有器件制成一個整體。在主體806的底面設置與每個腳趾相應的腳趾促動器808、810、812、814和816。如圖54所示，腳趾促動器是在主體806底面凸起的結構。第一到第四的腳趾促動器808-814中還分別包含大體為長圓形的相應腔室818、820、822和824。如圖54和55所示，腳趾促動器層最好作成弓形的。沿腳趾促動器層802的周邊有向上伸出的周壁826，用于包容下述的腳趾腔室層804。
所示出的腳趾促動器層802兩側之間的距離約為4.165英寸，腳趾促動器層的寬度自其最前端到最后端約為2.449英寸。墊層802主體部分806的厚度約為0.12英寸，從主體806的頂面算起，促動器808-816的高度約為0.12英寸。周壁826的厚度約為0.55英寸，可從主體806的頂面伸出0.16英寸。
圖56-59表示與上述腳趾促動器層相應的腳趾腔室層804。腳趾腔室層804最好也用杜邦HYTREL制成，沿其周邊也延伸出一個直立的周邊壁828，以限定腔室830。腳趾腔室層804在幾何形狀上與腳趾促動器層類似，最好也成弓形，如圖58和59所示。由圖57可見，周邊壁828的結構使腔室830有五個區(qū)域832、834、836、838和840，它們分別與人腳的腳趾相應。柱塞842、844、846和848基本為長圓形，分別位于前四個區(qū)域832、834、836和838之中柱塞的尺寸小于墊層802與其對應的腔室。與上述情況類似，在受壓狀態(tài)，墊層802上的促動器推壓主體部分進入腔室830。這樣，腳趾促動器層和腳趾腔室層提供了雙重的能量存貯作用。腳趾部分800的能量存貯和釋放機制與上面通過圖20A-20C所做的說明相同。
在所示實施例中，周邊壁828和柱塞842-848的高度約為0.16英寸。墊層804在腔室830中最薄處的厚度約為0.03英寸。墊層804兩邊之間的長度約為4.044英寸，由前到后的寬度約為2.326英寸。
圖60-64所示的跖骨部分促動器層902被設計得與腳趾促動器層類似。具體地說，墊層902最好由橡膠材料制成，最好與圖60-64所示的所有器件制成一個整體。墊層902包括一個主彈性區(qū)906。跖骨促動器908、910、912、916和918位于主彈性區(qū)904之下。如圖62所示，跖骨促動器主彈性區(qū)904的下面凸起。跖骨促動器中包含與其對應的長圓形腔室920、922、924、926、928和930。如圖62-63所示，跖骨促動器層最好也是弓形。沿跖骨促動器層904的周邊有向上伸出的周邊壁932，以限定下面將要說明的跖骨腔室。
所示的跖骨促動器層902兩側之間的長度最好約為4.302英寸。跖骨促動器層902的寬度，由墊層902的最前端到最后端約為3.03英寸。墊層902主彈性區(qū)906的厚度約為0.12英寸，促動器908-918的高度自主彈沖器的底面算起約為0.12英寸。周邊壁932的厚度約為0.55英寸，在主彈性區(qū)906的頂面伸出0.16英寸。
圖65-68表示與上述跖骨促動器層902相應的跖骨腔室層904。跖骨腔室層904最好也用HYTREL制成，沿其周邊區(qū)延伸出立壁934，以限定腔室936。如圖67-68可見，跖骨腔室層904的幾何形狀與跖骨促動器層類似，最好也作成弓形。由圖66可見，周邊壁934的結構使腔室936包括938、940、942、944、946和948等六個區(qū)。大體為長圓形的柱塞950、952、954、956、958和960分別位于腔室936的相應區(qū)域938-948。當鞋底結構受壓時，柱塞推壓墊層902的主彈性區(qū)906進入相應的腔室920-930。柱塞950-960的尺寸小于墊層902上的響應腔室920-930。在受到壓力時，墊層902的促動器908-918推壓墊層902的主彈性區(qū)906進入腔室936。從而提供了有雙重作用的能量存貯和回送。
在所述實施例中，周邊壁934和柱塞950-960的高度約為0.16英寸。墊層904在腔室936中最薄處的厚度約為0.03英寸。墊層904的長度約為4.128英寸，墊層904自其最前端到最后端的寬度約為2.908英寸。
最好使上述實施例的鞋底結構聯(lián)結在鞋幫(圖中未示出)的下面。上述實施例還可包括一個鞋掌層，用化學的方法將它粘結在上述鞋底結構的下面，以改善同地面接觸的性能。圖69-76表示用于與地面接觸的前鞋掌。如圖69-73所示，腳趾部分鞋掌860的尺寸和形狀都與腳趾促動器層802一致。類似地，前腳掌的鞋掌層在形狀和尺寸上都與該部分的促動器層902一致。鞋掌層最好由橡膠制作，而且其外側和中間邊界區(qū)的高度約為其中心區(qū)高度的2倍，以便有助于腳、踝在中性平面的轉動。按照一種實施例，鞋掌層的厚度約為0.025-0.05英寸，邊界區(qū)的厚度約為0.05英寸，中心區(qū)約為0.025英寸。應當理解，鞋掌層同樣也可以位于腳踵、運動控制柱和鞋底結構其他部分的下面。此外，還可在整個鞋底結構的下面附加一個整個的鞋掌層。
如上所述，鞋底結構中的促動器件可具有不同剛度，以改善腳部的穩(wěn)定性和容限腳的自然轉動。如第七實施例所示，可采用剛度更大的材料，比如使用硬度為80-90的杜邦公司的HYTREL制作周邊彈沖器754和第二彈沖器786，采用更軟些的材料，并如使用硬度為40-50的杜邦公司HYTREL制作主彈沖器702。同樣可用橡膠等一類剛度較小的材料制作可壓縮凸起774。這樣鞋底結構中便包括有不同剛度的器件，從而可調節(jié)每個器件所提供的能量存貯和回送。也可以根據(jù)鞋類制品的具體使用要求，比如用于徒步長途旅行還是用于打高爾夫或短距離賽跑，來調節(jié)促動器的剛度。一般而言，為提高運動量較大的運動成績，例如賽跑、跳高、籃球、排球、網(wǎng)球等，需要剛度較大的促動器。應當理解，除了改變其尺寸、形狀、位置等方法之外，還有許多方法可改變促動器的剛性，從而獲得需要的性能。
此外，對促動器及其相應的腔室采用曲面結構，也為本鞋底結構帶來一些機械學上的優(yōu)點。特別是在工作負荷下，促動器曲面與平面的擠壓會使其產(chǎn)生壓脹作用，促動器件尺寸的膨脹會對彈性層產(chǎn)生更好的拉伸效果，從而增加對能量的存貯和回送。試驗結果對標準運動鞋和按本發(fā)明第七實施例的運動鞋(“申請人的鞋”)進行了比較試驗，試驗結果驗證了本發(fā)明所具有的優(yōu)點。除非另有說明，標準運動鞋用的是Mizuno Wave Runner Technology的產(chǎn)品。以下將對試驗結果予以說明。1．全身效能試驗結果(VO2代謝試驗)全身效能測量人體消耗和排出氣體的情況。為確定本發(fā)明運動鞋與標準鞋比較所取得的改進效果，進行了分等級的和穩(wěn)定狀態(tài)訓練試驗，采用3線或5線心電記錄儀監(jiān)測踏車運動員，并分析其呼出的氣體(確定VO2)。特別是通過VO2測度心臟輸出的供氧情況。
在兩種情況下進行了對受試運動員試驗。第一種情況，每位運動員穿著標準運動鞋進行分等級的踏車運動，然后得出VO2max。第二種情況，采用75-90％VO2max最大值分級穩(wěn)定態(tài)強度和絕對強度的約定。對本發(fā)明運動鞋和標準鞋進行比較試驗。試驗中使用Sensor Medics Vmax29新陳代謝試驗設備，還使用兩個校準氣囊、一臺裝有必要軟件的膝上型計算機、一臺打印機、一臺VGA監(jiān)視器、以及12/3線心電記錄儀等試驗設備。此外，還使用多臺流量傳感器、管道及管道接口、心電記錄儀片電源等。
按現(xiàn)行約定，在同樣的(80-90％)VO2max相對強度和絕對強度下，所有男性受試運動員都表示穿著本發(fā)明運動鞋可降低氧氣消耗。在強度為80-90％VO2max和速度為9.5、10、10.5和11英里/小時時，這種情況更為明顯。這意味著，在相當于比賽和緊張訓練的強度下，穿著本發(fā)明運動鞋可比穿著標準鞋提高全身效能。在上述強度下，全身效能平均可提高13％。但在更高的絕對和相對強度下，全身效能可平均提高15％。對某些人而言，在速度為10、10.5和11英里/小時的同樣絕對強度下，全身效能改善的平均值甚至可分別達到18％和21％。這種差異的出現(xiàn)，可能是由于運動員在運動模式、身體狀況、生物力學等方面各人之間有所不同而造成的。值得注意的是，穿著本發(fā)明運動鞋可提高效能的情況在長跑運動員身上體現(xiàn)得最差，而在短跑運動員的身上反映得最為突出。如果設想在試驗開始前，長跑運動員已比短跑運動員在訓練中更多地改進了自身的機械和生物力學效能，則上述試驗結果與這一設想是彼此符合的?？偟脑囼灲Y果是，每個穿著本發(fā)明運動鞋的受試運動員都或多或少提高了全身效能。各受試者間之所以產(chǎn)生差異，是由于運動方式、身體的機械學狀況和生物力學等方面的因素。因此可得出結論，所有受試男運動員的生理數(shù)據(jù)表明本發(fā)明運動鞋可提高運動效率。
在采用同樣的約定下，對一位優(yōu)秀女運動員進行類似的本發(fā)明運動鞋與標準鞋全身效能比較試驗，初步試驗結果與上述對男運動員的試驗一致。但對女運動員而言，在所有負荷下測量的VO2值較低，相應效能改善的幅度也較低；男女之間的這種差異也可歸因于他們之間的不同運動方式(特別是，女運動員在運動中主要使用前腳部位)。在進行非?？焖俚挠柧毝鴳妙愃频倪\動方式時，全身效能得以提高。因此可以認為，女運動員穿著本發(fā)明運動鞋對全身效能的改善與男運動員相似。
有如從男運動員所看到的那樣，在同樣的約定下，對女適當?shù)倪\動員進行試驗，在同樣的(80-90％)VO2max相對強度和絕對強度下，本發(fā)明運動鞋表明具有降低氧氣消耗的作用。特別是在強度為(80-95％)VO2max和速度為8.5、9、9.5和10英里/小時時，這種情況更為明顯。這一試驗結果意味著，在與比賽和緊張訓練類似的強度下，本發(fā)明運動鞋比標準鞋更有助于提高全身效能。雖然女運動員在不同強度下效能提高的幅度小于男運動員，但這種提高也是可見的(約為3％)。在觀察中發(fā)現(xiàn)女運動員主要用前腳著地，這可能是產(chǎn)生效果差異的一個原因。因為在這種情況下，本發(fā)明運動鞋的整體效應沒有全部反映出來，因為在本發(fā)明的鞋底結構中將主要的機制放在鞋底的腳踵部位。在踏車運動實驗中，值得注意的是測量VO2與強度等級變動的關系。從力學上看，等級速度變動到10.5英里/小時時才可使前足運動員由其腳踵部位彈離，從而對測量的全身效能改善情況作出解釋。但在加大試驗工作負荷時，測得的全身效能卻降低了5-7％。因此，可能大大低估了響應強度等級的全身效能改善情況。另一方面，就考察本發(fā)明鞋底結構對改善全身效能的作用而言，本項初步試驗的數(shù)據(jù)可在許多方面提供有價值的參考。2．全身運動學試驗申請人還進行了全身運動學試驗，以便從運動學的角度表明全身可從本發(fā)明中怎樣的受益，特別是本發(fā)明為腳踝、膝關節(jié)和髖關節(jié)提供更為適宜的角度和較小的垂直運動影響。
對兩位受試者進行跑動和跨越分析，以比較不同的鞋對瞬間運動學參數(shù)的影響。用于試驗的運動鞋為一雙通常跑鞋和兩雙有能量回送設計的跑鞋(“申請人的鞋”)。設計本發(fā)明運動鞋的設想是，碰撞時，它可吸收與地面的能量，并在后續(xù)的站立階段將能量回饋給運動員，從而提高運動的經(jīng)濟效能。試驗的假設是，能量的回饋可產(chǎn)生運動學上可以看出的變化，特別是在后續(xù)的站立階段中站立時間減少、擺動時間(在空中的時間)增加和腿部跨越距離伸長。
試驗中采集了一位男運動員(受試者1)和一位女運動員(受試者2)的數(shù)據(jù)。試驗使用了兩側對稱的互相有聯(lián)系的有關側向位置的18個指標體系，包括第五跖骨、腳踝、近似的膝部旋轉軸、髖骨旋轉軸、腸骨旋轉軸、肩部旋轉軸和肘、腕、額和頦等部位的側向位置。受試者1以10.0英里/小時(4.47米/秒)的速度踏車前進，用三臺攝象機觀察和記錄他的其運動，攝象速度為每秒30幅。試驗順序為穿著普通鞋、穿著能量回送鞋和穿著能量輕微回送鞋。對受試者2進行同樣的觀察和記錄，其運動速度為8.6英里/小時(3.84米/秒)和10.0英里/小時(4.47米/秒)。采用APAS分析系統(tǒng)分析每個受試者三次試驗中的錄象數(shù)據(jù)，得出受試者的三維圖象。試驗結果如下表所示
跨越參數(shù)的瞬間測量值被確定如下表1瞬時跨越參數(shù)測量值
跨越長度、垂直位移和右腳行程等基本矢量平面運動學參數(shù)測量如下表所示?？缭介L度假設為一常量，由上面確定的跨越速率和踏車速度進行確定。垂直位移為額部矢量平面移動的度量。右腳行程為腳部矢量平面在一個完整的站立和擺動周期中的位移。
表2基本運動學參數(shù)測量值
對身體右側測得的矢狀量平面運動學參數(shù)值較低，包括髖、膝和腳踝的角度。髖部的角度按股骨與骨盆之間的角度計算，角度較大意味著髖部的伸展較大。膝角按股骨與脛骨之間的角度計算，其大小反映膝部的伸展情況。踝角按腳掌和腳底之間的角度計算，其大小反映腳踝部位的伸展情況。
觀察看出，髖部的最大伸展發(fā)生在腳趾離地前的瞬間，髖部的最大彎曲發(fā)生在腳踵觸地前的瞬間。
表3髖部運動學參數(shù)值
膝角表明站立階段開始時膝部的彎曲程度，之后膝部在腳趾離地階段再次伸展。在擺動階段，膝部先是迅速彎曲，然后在腳踵觸地前再度伸展。站立階段膝部彎曲和伸展的運動范圍及擺動階段膝部的最大彎曲如下表所示表4膝部運動學參數(shù)值
腳踝運動的角度范圍如表5所示。腳踝部位在站立階段開始時發(fā)生底部彎曲，在向全腳站立的過渡中發(fā)生背部彎曲，從站立階段后期到擺動階段開始時再次發(fā)生底部彎曲。
表5腳踝運動學參數(shù)
本項試驗注意到對穿著兩種不同運動鞋的兩名受試者在兩種不同速度下的運動進行運動學的定量分析，抓住瞬間的變化，從中可得出一般性觀測結果。
試驗觀察可見，在對跨越長度、站立時間和擺動時間等參數(shù)的瞬時測量中，測量結果幾乎沒有差異。受試者1在第三次試驗中的跨越速率稍小一些，意味著翻滾的影響有所增強。未觀察過多的差異，可能是由于攝象速度不夠的緣故。每秒30幅的速度對于觀察腳踵觸地和腳趾離地的精確瞬間過程來說是不夠的。在本項試驗研究中，沒有能采用足部運動的轉換器件來提高觀測精度。
受試者1在第三次試驗中的垂直位移比在第一和第二次試驗中的垂直位移小，這可看作是提高運動經(jīng)濟效能的一個標志。較低的垂直位移說明用于提升人體重心的能量較少，意味著運動需要的生理成本較低。
比較受試者1在第一和第二次試驗中的數(shù)據(jù)與其在第三次試驗中的數(shù)據(jù)，可以看出，膝部和腳踝的運動學參數(shù)存在較大的差異。第三次試驗中在站立階段膝部彎曲的角度較大，以后又有較大角度范圍的伸展。這可解釋為能量在彎曲階段得到存貯并在以后的推離階段有所回饋。腳踝部位的運動情況與此類似，第三次試驗中腳踝部的運動范圍比第一和第二次試驗中的運動范圍要大。在同樣的速度下，受試者2沒有出現(xiàn)比較明顯的差異。
值得注意的是，在第一次試驗中，能量回送式運動鞋與普通鞋并沒有表現(xiàn)出明顯的差異。因此，還需要進行更深入的試驗研究，對上述第三次試驗中的運動鞋是否與其它兩次試驗中的運動鞋具有明顯的不同進行確認。3．F-掃描試驗進行了兩次F-掃描試驗，以檢驗申請人的運動鞋是否能有效擴散腳部觸地造成的高壓區(qū)。試驗對申請人的鞋與Mizuno Wave RiderTechnology的產(chǎn)品進行了比較，后者聲稱在吸收沖擊能力方面比流行的鞋類制品高22％。
申請人的運動鞋在擴散因地面反作用力而在腳上產(chǎn)生的高壓區(qū)方面具有相當潛力。比較的主要內容可以引出運動鞋對腳部偏離直立狀態(tài)的矯正作用。矯正作用可改正腳部因地面反作用力而產(chǎn)生的消極運動，使腳處于中立位置，防止腳部的過度內轉和外轉。在腳的前部或腳趾部位，腳部承受的荷重由各個跖骨更均勻的分擔。當某一或某些跖骨承受的負荷較重時，過重的負荷將由其它跖骨分擔。F-掃描試驗表明，穿著申請人的運動鞋可在各跖骨間更均勻地分攤荷重，腳踵部承受的荷重明顯減少。4．沖擊吸收試驗還對申請人的運動鞋和標準鞋進行了沖擊吸收試驗。沖擊吸收試驗中應用了ARTECH生產(chǎn)的腳踵沖擊設備，設備有一個直徑為1英寸的鋼桿，由一對平行的滾珠軸承導向。鋼桿自重8磅，再加上3磅壓板，總重11磅。把一個量程為500磅的荷重傳感器置于樣品下，以測量沖擊中產(chǎn)生的沖擊力。采用12位的、毫秒間隔的256毫秒的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由計算機記錄力和位移。
試驗中應用的ARTECH系統(tǒng)將荷重傳感器置于樣品之下，而不采用安裝在傾卸軸上的加速度計。通過從峰值荷重中減去傾卸軸的重量和彈性力可計算出G力的值，提供了比較直接和令人滿意的測量方法。
計算機軟件按上述方法計算峰值荷重G力的值，并通過比較全壓下的落差和第一回送高度計算回送能量。
對每種鞋的樣品進行10次試驗，取10次試驗的平均值作為試驗數(shù)據(jù)。一般說來，較低的荷重和較小的沖擊(G值較小)對穿著者意味著較為舒適。較高程度的能量回送對提高舒適性來說不是一個重要因素，但通過提供一個類似“彈簧“的作用可使能量損耗降低，也可防止襯墊材料因過分壓緊壓實而失去緩沖作用。
提供一些基本數(shù)據(jù)，以便對本試驗的結果進行對照比較一種包括橡膠鞋底、EVA襯墊等結構的非常舒適的運動鞋G值為5.4，非常不舒適的運動鞋G值約為8.7，男用平底便鞋G值約為16.2。
在對鞋進行本項試驗時，在試驗程序上稍做了一些改動。對樣品鞋先進行常規(guī)的11磅試驗，然后增加荷重到22磅再次試驗。還在平面和30°斜面兩種情況下對樣品鞋分別進行了試驗。
試驗結果如下表所示。
5．物理試驗從本發(fā)明發(fā)現(xiàn)三種普遍的現(xiàn)象1．垂直能量回送——這種鞋由穿著者啟動處垂直回送或回送能量。
2．導向——這種鞋垂直運動而無側向運動。
3．緩沖沖擊——這種鞋比傳統(tǒng)運動鞋繼續(xù)運動一段較長的時間，從而有更大的沖擊吸收能力。
跑動過程中，鞋與地面接觸時，運動員會減速和損失能量。然后，需要能量以克服重力，抬起腳腿，開始下一次跨越。由于申請人的運動鞋可回送相當部分的能量，有助于完成抬起腳腿的動作，從而在跑動中需要做較少的功(能量)和消費較少的氧。這種能量的回送可被看作是運動員的“失重“。
本項試驗中使用專用裝置來獲取能量回送數(shù)據(jù)，所述裝置上可安裝固定任何牌號的運動鞋并垂直撞向墻壁，然后測量處理所記錄的反彈長度和重量數(shù)據(jù)，所述反彈長度即為運動鞋撞擊強面后由墻壁反彈回來的距離，試驗中的反彈長度約為12-18英寸，重量為117磅。試驗中選用的運動鞋除本發(fā)明運動鞋外還包括Nike Air Taiwind,Nike Air Triax,AsicsGel Kayano,Asics Gel2030,Brooks Beast,Saucony Grid Hurricane等。本發(fā)明運動鞋比其它牌號的運動鞋可多回送22％的能量。6．垂直跳躍試驗和檢測使用兩種方法比較和試驗本發(fā)明運動鞋與其它運動鞋的垂直跳躍能力。
第一種方法是克羅拉多大學(University of Colorado)Boulder校園體育系訓練館所用的垂直跳高測量裝置，稱做VERTECH。在一些大學、學院和少數(shù)高中的體育訓練中心，都可看到這種裝置。VERTECH是一種自由站立的、可移動的并可進行垂直調節(jié)的桿狀裝置，帶有一些反映測量結果的彩色塑料條帶。
首先，進行站立摸高試驗，平足站立，單臂或雙臂盡力上伸用手指推動彩色條帶到最高處，此處的高度即代表受試者的站立摸高高度，也是測量垂直跳躍高度的起點。
然后，受試者通過四肢運動、跑步或跳躍等進行準備活動和熱身。每次試驗至少應有兩名受試者。
第一受試者站在VERTECH裝置下下蹲，然后盡力垂直跳起并推動彩色條帶。站立摸高(零點)與跳躍中使彩帶達到的最高處的高度差即為垂直跳躍的量度。試驗按下述順序進行第一輪受試者1穿著FILA運動鞋，進行兩次跳高(跳躍)測量。
受試者2穿著本發(fā)明運動鞋，進行兩次跳高測量。
第二輪受試者1穿著本發(fā)明運動鞋。
受試者2穿著FILA運動鞋。
繼續(xù)進行上述試驗，直到受試者筋疲力盡。
記錄和比較每個受試者在各輪的每次跳躍的情況。
目前還沒有應用VERTECH裝置對本發(fā)明運動鞋進行比較試驗。
如果VERTECH設備不適宜，可采用第二種方法。有如方法1那樣，先測站立摸高，使受試面對、背對或45°角斜對垂直墻壁平足站立，用粉筆記下他/她的中指指尖所達到的高度。然后，再用粉筆記下受試者每次垂直跳躍中指尖達到的高度。兩個高度之差，即為要測度的垂直跳躍高度。本發(fā)明申請人對受試者進行了這樣的試驗，并記錄了每個受試者各次跳高的結果。在多次的跳高試驗中，申請人的運動鞋比FILA在跳高能力上可增加10％。
應當理解，在不超出本發(fā)明范圍的情況下，各實施例中的各種部件可組合成其它的實施例；熟悉本技術領域的人可對本發(fā)明提出多種變化和修改。特別是，實施例中給出的尺寸數(shù)據(jù)僅有示范說明的意義，不能認為本發(fā)明限于所給出的尺寸和形狀。本發(fā)明的范圍不受實施例和有關說明的限制，而以各權利要求的內容為依據(jù)。
權利要求
1．一種至少對人腳某一部分提供能量存貯和回送的支撐結構，包括一個基本水平、由可彈性伸縮材料制成的墊層；至少一個位于所述墊層第一側面附近的腔室；至少一個位于所述墊層第二側面附近并與所述相應腔室垂直對正的促動器，所述促動器的足跡尺寸小于相應的所述腔室，受壓時所述支撐結構使所述促動器推壓所述墊層，至少使一部分進入相應的腔室；其特征在于每個促動器以選擇的方式配置，對人腳的選定部位提供支撐，所述人腳的被支撐部位包括腳趾、跖骨、腳心和腳踵等部分及其組合。
2．如權利要求1所述支撐結構，其特征在于，至少一個所述促動器選擇位于人腳被支撐的部位之下，并對其分別提供支撐，被支撐部位包括腳趾、跖骨、腳心和腳踵等部分及其組合。
3．如權利要求1所述支撐結構，其特征在于，至少一個所述促動器直接位于人腳的腳踵部位之下，并對其個別提供支撐。
4．如權利要求1所述支撐結構，其特征在于，至少一個所述促動器選擇配置，對人腳的某一部位提供局部支撐。
5．如權利要求4所述支撐結構，其特征在于，多個所述促動器選擇配置，對人腳的某一部位提供局部支撐。
6．如權利要求5所述支撐結構，其特征在于，所述多個促動器配置成U型，對人腳的腳踵部位提供局部支撐。
7．如權利要求4所述支撐結構，其特征在于，所述促動器具有一個腔室，對人腳的某一部位提供局部支撐。
8．如權利要求7所述支撐結構，其特征在于，所述促動器對人腳的腳踵部位提供局部支撐。
9．如權利要求1所述支撐結構，其特征在于，多個所述促動器基本互相平行地布置。
10．如權利要求9所述支撐結構，其特征在于，所述多個促動器包括分別選擇地配置于腳趾之下的五個促動器。
11．如權利要求9所述支撐結構，其特征在于，所述多個促動器包括選擇配置，以支撐人腳跖骨的六個促動器。
12．如權利要求1所述支撐結構，其特征在于，所述促動器至少有一個配置于所述墊層的上方。
13．如權利要求1所述支撐結構，其特征在于，所述促動器至少有一個配置于所述墊層的下方。
14．如權利要求1所述支撐結構，其特征在于，所述促動器至少有一個配置于所述墊層的上方，至少有一個配置于所述墊層的下方。
15．如權利要求1所述支撐結構，其特征在于，還包括一個鞋掌層，在所述彈性伸縮材料層、至少一個腔室和至少一個促動器的組合結構之下。
16．一種用于鞋制品的能量存貯和回送系統(tǒng)，其特征在于，包括至少兩個各有上下側面的彈性伸縮材料墊層；多個促動器件，其中至少一個所述促動器件位于所述墊層的上方，并且至少有一個位于所述墊層的下方；多個接納腔室，其中每個腔室與一個位于所述墊層另一側的所述促動器件對應，在所述促動器件被壓向所述接納腔室時，所述腔室的尺寸和位置至少適于接納部分所述促動器件進入其中。
17．如權利要求16所述系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性伸縮材料墊層為一個整體。
18．如權利要求16所述系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性伸縮材料墊層包括不同的伸縮材料層。
19．如權利要求16所述系統(tǒng)，其特征在于，當所述促動器件被壓向所述接納腔室時，位于所述墊層上側的所述第一促動器件與位于所述墊層下側的所述第二促動器件互鎖。
20．如權利要求19所述系統(tǒng)，其特征在于，所述第二促動器件具有限定接納所述第一促動器件之第一腔室的開孔。
21．一種鞋類制品的能量回送系統(tǒng)，包括至少一層具有第一側面和第二側面的彈性伸縮材料墊層；多個腔室，位于所述墊層第一或第二側面的；多個促動器件與所述腔室垂直對正，并位于所述墊層另一側，所述促動器件的足跡尺寸小于所述腔室的尺寸，鞋類制品受到基本為垂直的壓力時，所述促動器件推壓所述墊層，至少部分進入所述腔室；其特征在于，所述促動器件按人腳結構設計配置樣式。
22．如權利要求21所述系統(tǒng)，其特征在于，所述促動器件具有不同的剛度。
23．如權利要求21所述系統(tǒng)，其特征在于，所述促動器件向著鞋前傾斜。
24．如權利要求21所述系統(tǒng)，其特征在于，所述促動器件具有圓拱形形狀。
25．如權利要求21所述系統(tǒng)，其特征在于，所述第一促動器件位于腳踵之下
26．如權利要求21所述系統(tǒng)，其特征在于，所述多個促動器排成U型，支撐人腳的腳踵部位。
27．如權利要求21所述系統(tǒng)，其特征在于，所述促動器件配置在人腳的每個腳趾之下。
28．如權利要求21所述系統(tǒng)，其特征在于，所述促動器件適于支撐人腳的跖骨。
29．一種鞋底結構，至少置于人腳的一部分之下，包括一個基本水平具有第一和第二側面的彈性伸縮材料墊層；一個位于所述彈性墊層第一側面包含腔室的墊層，所述腔室至少有一個開孔朝向所述彈性墊層的第一側面；一個位于所述彈性墊層第二側面的促動器，所述促動器的足跡尺寸小于所述腔室的開孔，所述鞋底結構受壓時，所述促動器推壓所述彈性層的第二側面，至少使其一部分進入所述腔室；其特征在于，所述促動器至少是部分傾斜的。
30．如權利要求29所述鞋底結構，其特征在于，所述促動器的尺寸自所述彈性墊層始逐漸遞減。
31．如權利要求29所述鞋底結構，其特征在于，所述促動器大體呈外凸的形狀。
32．如權利要求29所述鞋底結構，其特征在于，所述促動器大體呈圓拱形的形狀。
33．如權利要求29所述鞋底結構，其特征在于，所述促動器向所述彈性層傾斜。
34．如權利要求29所述鞋底結構，其特征在于，所述促動器具有形成坡度的壁面。
35．如權利要求29所述鞋底結構，其特征在于，所述促動器具有大體向后傾斜的底面。
36．如權利要求29所述鞋底結構，其特征在于，所述促動器的底面大體呈圓拱形。
37．如權利要求29所述鞋底結構，其特征在于，所述促動器具有向前傾斜的頂面。
38．如權利要求29所述鞋底結構，其特征在于，所述促動器位于所述彈性層之下。
39．如權利要求29所述鞋底結構，其特征在于，所述促動器位于所述彈性層之上。
40．一種鞋底結構，至少支撐人腳的一部分，其特征在于，包括一個基本水平具有第一和第二側面的彈性伸縮材料墊層；一個位于所述彈性墊層第一側面包含第一腔室的成型墊層，所述第一腔室至少有一個開孔朝向所述彈性墊層的第一側面；一個位于所述彈性墊層第二側面的第一促動器，所述第一促動器的足跡尺寸小于所述第一腔室的開孔，所述鞋底結構受壓時，所述第一促動器推壓所述彈性層的第二側面，至少使其部分進入所述成型墊層的第一腔室；一個位于位于所述第一促動器中的第二腔室，所述第二腔室至少有一個開孔朝向所述彈性層的第二側面。一個位于所述彈性墊層第一側面的第二促動器，所述第二促動器的足跡尺寸小于所述第二腔室的開孔，所述鞋底結構受壓時，所述第二促動器推壓所述彈性層的第一側面，至少使其部分進入所述成型墊層的第二腔室。
41．如權利要求40所述鞋底結構，其特征在于，所述成型墊片位于所述墊層上面。
42．如權利要求40所述鞋底結構，其特征在于，所述第二促動器位于所述第一腔室之中。
43．如權利要求40所述鞋底結構，其特征在于，所述第一促動器中的第二腔室大體呈六瓣形形狀。
44．如權利要求43所述鞋底結構，其特征在于，所述第二促動器大體呈六瓣形形狀。
45．如權利要求40所述鞋底結構，其特征在于，所述第一促動器的底面封閉所述第二腔室。
46．如權利要求40所述鞋底結構，其特征在于，所述第一促動器中的第二腔室的底面有一個開孔。
47．如權利要求40所述鞋底結構，其特征在于，所述第一促動器和所述彈性層整體制成。
48．如權利要求40所述鞋底結構，其特征在于，所述第一促動器具有多個第二腔室，以接納多個位于所述彈性層第一側面的第二促動器。
49．如權利要求48所述鞋底結構，其特征在于，所述多個第二促動器大體位于人腳的各腳趾之下。
50．如權利要求48所述鞋底結構，其特征在于，所述多個第二促動器被配置地基本上能支撐人腳跖骨。
51．如權利要求40所述鞋底結構，其特征在于，所述第一促動器大體位于人腳的腳踵之下。
52．如權利要求40所述鞋底結構，其特征在于，還包括一個鞋掌層，它位于所述第一促動器之下，用于接觸地面的。
53．一種鞋的腳踵部分的結構，包括一個主彈沖器；一個位于所述主彈沖器之上的第一彈性伸縮材料墊層；一個位于所述第一彈性層之上、具有上表面和下表面的周邊彈沖器墊層，所述周邊彈沖器層的上表面有多個向下延伸的周邊彈沖器，所述周邊彈沖器層具有中心開孔；一個位于所述周邊彈沖器層之上的第二彈性伸縮材料墊層；以及一個位于所述第二彈性層之上的基襯墊層，所述基襯墊層具有上表面、下表面和多個位置適于接納所述周邊彈沖器的周邊區(qū)開孔；其特征在于，所述腳踵部分結構受壓時，主彈沖器推壓拉伸所述第一彈性層，并至少使其部分進入所述周邊彈沖器層的中心開孔，周邊彈沖器同時推壓拉伸所述第二彈性層，并至少使其部分進入所述周邊區(qū)開孔。
54．如權利要求53所述腳踵部分結構，其特征在于，還包括一對支撐塊，它們配置在所述周邊彈沖器下和所述主彈沖器前面。
55．如權利要求53所述腳踵部分結構，其特征在于，所述主彈沖器大體位于人腳的踵骨之下。
56．如權利要求53所述腳踵部分結構，其特征在于，所述周邊彈沖器環(huán)繞所述第一開孔，并大體成U型。
57．如權利要求53所述腳踵部分結構，其特征在于，所述主彈沖器還包括彈沖器板、彈沖器凸起和護環(huán)。
58．如權利要求53所述腳踵部分結構，其特征在于，還包括多個自所述第二彈性層向下延伸的可壓縮凸起。
59．如權利要求58所述腳踵部分結構，其特征在于，所述可壓縮凸起與所述周邊彈沖器密切配合。
60．如權利要求53所述腳踵部分結構，其特征在于，所述基襯墊層具有一個中心開孔。
61．如權利要求53所述腳踵部分結構，其特征在于，所述主彈沖器還包括其中具有一個向上開孔的腔室。
62．如權利要求61所述腳踵部分結構，其特征在于，還包括第二彈沖器，它從所述基襯墊層底面向下延伸，并與所述主彈沖器腔室垂直對正。
63．如權利要求62所述腳踵部分結構，其特征在于，所述第二彈性層具有可使所述第二彈沖器進入的中心開孔。
64．如權利要求53所述腳踵部分結構，其特征在于，還包括多個自所述基襯墊層底面向下延伸的可壓縮凸起。
65．如權利要求53所述腳踵部分結構，其特征在于，所述周邊彈沖器設在從所述周邊彈沖器層凸起的模板上。
66．一種鞋底結構，包括一個人基本水平的彈性伸縮材料墊層；多個位于所述彈性層第一側面附近的腔室；多個促動器件，它們位于所述彈性層第二側面附近并相互連接，每個促動器件與相應的腔室垂直對正，所述促動器件的足跡尺寸小于相應的腔室，受壓時，這種支撐結構可使所述促動器件推壓拉伸所述彈性層，至少使其部分進入相應的腔室。
67．如權利要求66所述鞋底結構，其特征在于，每個促動器件至少被一個扭樞連接在一起。
68．如權利要求67所述鞋底結構，其特征在于，所述促動器件和至少一個所述扭樞被制成整體。
69．如權利要求67所述鞋底結構，其特征在于，每個促動器件和至少一個所述扭樞置于同一個平板上。
70．如權利要求67所述鞋底結構，其特征在于，至少一個所述扭樞在所述鞋底結構的兩側之間伸展。
71．如權利要求66所述鞋底結構，其特征在于，每個促動器件被一個前扭樞和一個后扭樞連接在一起。
全文摘要
一種鞋類結構,用于至少支撐人腳的一部分并提供能量存貯和回送,所示鞋類結構包括一個基本水平的且由可彈性伸縮材料制成的墊層;至少一個位于所述墊層第一側面附近的腔室;至少一個位于所述墊層第二側面附近并與所述相應腔室垂直對正的促動器。每個促動器的足跡尺寸小于相應的腔室,并且其尺寸和排列對人腳的各部骨骼提供支撐。受壓時,所述支撐結構使促動器推壓所述墊層,至少使其部分進入相應的腔室。按照一種實施例,使用多個向上和向下進入相應腔室的促動器,提供雙重有效的能量存貯和回送。按照另一實施例,使用凸形的尖細促動器以適應腳的自然滾動,以提高橫向穩(wěn)定性。
文檔編號A43B13/18GK1323173SQ9981232
公開日2001年11月21日 申請日期1999年8月16日 優(yōu)先權日1998年8月18日
發(fā)明者布瑞恩·A·拉塞爾 申請人:布瑞泰克鞋業(yè)發(fā)展公司