專利名稱：絲線纏繞成的用于鞋類的u形支撐單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鞋類構(gòu)造，更具體地涉及一種用于鞋類的鞋底夾層或者鞋底的具有U 形絲線增強復(fù)合單元的構(gòu)造。
背景技術(shù)：
現(xiàn)存的傳統(tǒng)鞋墊會干擾自然的生物力和肌肉功能，可能會危害肌肉和骨骼的長期健康。典型的鞋墊機構(gòu)包括泡沫、膠體以及用于吸收在初始撞擊時(踏步時)產(chǎn)生的沖擊的卷簧裝置，不利的是，這卻影響了健康肌肉協(xié)調(diào)身體所需要的本體感受的輸入。因此，該傳統(tǒng)緩沖墊布置會危害骨骼健康并且會導(dǎo)致穿著者遭受肌肉骨骼的損傷。在峰值體重力時刻，容易觀察到在步態(tài)周期中的關(guān)節(jié)力處于其最大值，其不是發(fā)生在踏步時，而是發(fā)生在隨后的步態(tài)周期的中期時。在步行時，發(fā)生在負(fù)載響應(yīng)和步態(tài)周期的末期，而在跑步時，發(fā)生在步態(tài)周期的中期。典型的鞋墊在踏步時受到壓縮，吸收初始撞擊時的沖擊，但是當(dāng)關(guān)節(jié)力處于其峰值時緩沖墊不是及時隨著峰值體重力的升降而可測量的壓縮和釋放(或順從)。需要一種能夠有效地減少肌肉骨骼磨損撕裂的鞋類，特別是能夠有助于防止膝蓋和臀部關(guān)節(jié)炎以及其他常見肌肉骨骼損傷的發(fā)生。這樣的鞋類會包括結(jié)合柔韌 (compliant)結(jié)構(gòu)的鞋底夾層，該柔韌結(jié)構(gòu)在重量支承活動期間中，比如步態(tài)期間中，能夠隨著體重力的增減而壓縮和釋放，而不再對在初始沖擊時的振動進(jìn)行減震。這樣的鞋類只有在關(guān)節(jié)承載的力達(dá)到最大值時才會壓縮并釋放，由此減小關(guān)節(jié)承載的力。圖IA-C為用于鞋類的U形支撐單元101的一個具體實例的頂視圖、截面圖和底視圖，該支撐單元由絲線增強復(fù)合材料制成。當(dāng)在本文中使用時，術(shù)語“U形”廣義用作具有U形、V形或者C形等形狀的任何結(jié)構(gòu)的一般描述。U形支撐單元101包括大致平行于鞋類的足部支撐表平面的上部足部支撐臂102以及大致平行于鞋類的地面接觸表面的下部地面臂103。足部支撐臂102和地面臂103在中間側(cè)基部106連接到一起，每個臂的側(cè)端部104和105在朝向中心軸線107的力的作用下自由移位。U形支撐單元101置于鞋的鞋底夾層或者鞋底內(nèi)部，以提供類似彈簧的沿限定路徑柔曲即隨著體重力的升降迅速收縮并釋放、不再吸收撞擊沖擊的柔韌鞋底接觸面。這樣的用于鞋類的U形支撐單元在美國專利 7，418，790中較充分描述，在此引用其內(nèi)容。為了最好地支撐體重，這樣的U形鞋類支撐單元在理想情況下由絲線增強復(fù)合材料制成。然而，制造這樣的鞋類材料典型的生產(chǎn)工藝不充足、不一致且/或沒有成本效益。 絲線增強材料的注射成型提供自動化的一致產(chǎn)品，但是這需要縮短纖維長度，復(fù)合材料形式的縮短的纖維的剛度和耐久性都不能滿足步態(tài)期間中完全承受體重的需求。手工布置的絲線增強復(fù)合材料能夠提供足夠的剛度以支撐體重，但是需要大量的人工勞動，容易產(chǎn)生一致性錯誤，對于在鞋類生產(chǎn)中的使用沒有成本效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例涉及一種用于生產(chǎn)用于鞋類的U形支撐單元的方法。芯軸具有縱向軸線和帶至少一個U形區(qū)域的橫截面。在所述芯軸上形成復(fù)合材料的閉合形狀，所述復(fù)合材料包括一層或者多層浸漬樹脂的增強纖維。穿過閉合形狀進(jìn)行一次或多次切割，以產(chǎn)生纖維增強復(fù)合材料的至少一個開口 U形截面，然后，U形結(jié)構(gòu)分開成為U形支撐構(gòu)件，該構(gòu)件可以用于鞋類中重量支承結(jié)構(gòu)。利用自動絲線纏繞機將增強纖維纏繞在芯軸上形成閉合形狀，例如，通過使芯軸繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。通過在所述復(fù)合材料的至少部分上壓制外模制表面以形成所述閉合形狀的外表面，可以形成閉合形狀。閉合形狀還可以形成在非纖維結(jié)構(gòu)元件上，將非纖維結(jié)構(gòu)元件預(yù)先放置在所述芯軸上，所述非纖維結(jié)構(gòu)元件結(jié)合到所述復(fù)合材料中。增強纖維可以通過利用樹脂浸漬系統(tǒng)浸漬有樹脂，比如在增強纖維形成在芯軸上之前利用樹脂濕浴、噴濺或者涂刷，再或者在增強纖維形成在芯軸上之后進(jìn)行樹脂注射。閉合形狀的復(fù)合材料在切割之前至之后可以經(jīng)過一段時間的固化。


圖IA-C示出用于鞋類的絲線增強復(fù)合材料U形支撐單元的頂視圖、截面圖和底視圖。圖2是在本發(fā)明的實施例中使用的芯軸的一種形式的透視圖。圖3A-C示出三種不同的對稱形式的芯軸的截面圖。圖4A-B示出兩個U形芯軸的截面圖，所述芯軸具有放置在芯軸上的非纖維結(jié)構(gòu)元件，非纖維結(jié)構(gòu)元件變?yōu)楸话ㄔ谧罱K的已固化的U形支撐單元的復(fù)合材料中。圖5A-B示出兩個壓縮模具的實施例的截面圖，所述壓縮模具在纖維纏繞過程之后放置在復(fù)合材料和芯軸的上。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例包括自動的絲線纏繞過程，該過程允許一致地、具有成本效益地生產(chǎn)用于鞋類的鞋底夾層和鞋底的U形柔韌單元，其在體重和關(guān)節(jié)力達(dá)到最大值時壓縮和釋放，從而使關(guān)節(jié)力的峰值最小。使用絲線纏繞過程提供用于生產(chǎn)增強復(fù)合材料的自動化的和可重復(fù)的過程。纖維圍繞芯軸纏繞，芯軸繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的芯軸201的透視圖。芯軸201具有縱向軸線和如圖3A所示的U形橫截面，在芯軸201上通過一層或者多層浸漬樹脂的增強纖維形成復(fù)合材料的閉合形狀。沿著芯軸201的縱向軸線的支承桿202能夠插入絲線纏繞機的接納頸圈，絲線纏繞機使芯軸201繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。隨著芯軸201的旋轉(zhuǎn)，絲線材料纏繞在芯軸201上以形成多層復(fù)合材料。在給定時間，一個或多個任意厚度的纖維束被纏繞在芯軸上。所述束的定位、取向和厚度與現(xiàn)有技術(shù)中已存在的生產(chǎn)過程相同，其選擇并不構(gòu)成本發(fā)明的一部分。在一個實施例中，絲線在被纏繞到芯軸201上之前可通過樹脂浸漬系統(tǒng)拉出以利
4用樹脂將所述絲線充分浸漬。在其它實施例中，絲線可以利用樹脂預(yù)浸漬，或者絲線在纏繞之后可以將樹脂噴射到干燥的絲線上。根據(jù)適用于特定樹脂纖維復(fù)合物的已知操作方法， 可以在工藝的任何方便時間點存在用于固化樹脂的時間段以固化復(fù)合物。比如，組件可以在標(biāo)準(zhǔn)爐或者平壓爐中進(jìn)行加熱。可以采用各種類型的增強纖維，天然纖維或合成纖維或其組合。類似地，可以采用各種類型的樹脂材料，比如環(huán)氧樹脂、聚氨酯、聚酯或者乙烯基酯。樹脂可以是熱塑性的或熱固性的，并且可以包括將改進(jìn)的物理性質(zhì)提供給所形成的復(fù)合單元的額外的填充物或基底。當(dāng)在芯軸201的外表面上形成復(fù)合材料的閉合形狀之后，將其切割成多個用于結(jié)合到鞋類中的最終的U形元件。在一個實施例中，復(fù)合材料在仍位于芯軸201上時被直接切割成最終的U形支撐單元。例如，可以利用例如噴水鋸的裝置將復(fù)合材料從芯軸201切掉，所述裝置僅僅切穿復(fù)合材料，但不切穿芯軸201?；蛘咔懈畹镀梢员唤Y(jié)合到陰模具中使得當(dāng)陰模具被壓縮到芯軸201上時，刀片切穿復(fù)合材料。可選地，閉合形狀可以沿著軸向長度在切割線301上被切割，從而產(chǎn)生纖維增強復(fù)合材料的兩個對稱的U形截面長度。該切割形成一個或者多個長開口 U形截面元件，所述一個或者多個長開口 U形截面元件可以從芯軸201被移除，然后被切割成多個最終的用于結(jié)合到鞋類中的U形元件?；蛘撸梢詫?fù)合材料以整體從芯軸201的一端拉出，然后將復(fù)合材料切割成最終的U形支撐單元。將最終的U形支撐單元放置在鞋的鞋底夾層或鞋底中，使得單元的一個臂平行于足部支撐表面放置，另一個臂平行于地面接觸表面放置。絲線纏繞典型用于生產(chǎn)具有軸向?qū)ΨQ和閉合橫截面形狀的絲線增強結(jié)構(gòu)，比如管道、高壓容器以及火箭發(fā)動機。但是本發(fā)明的實施例可包括利用沿著其軸線不對稱的芯軸的絲線纏繞過程。圖:3B示出具有不對稱的橫截面的芯軸201的實施例，其在切割復(fù)合材料之后，形成兩個不對稱的U形截面。圖3C示出芯軸201的示例，該芯軸201適合于在沿著切割線301進(jìn)行切割之后制造單個U形截面。所示的所有實施例具有沿其縱向長度一致的橫截面，但這不是在所有實施例中必須需要的。圖4A-B示出U形芯軸201的兩個實施例的截面圖，其中端頂?shù)男螤钭優(yōu)槿菁{非纖維結(jié)構(gòu)元件401，所述非纖維結(jié)構(gòu)元件401在絲線纏繞之前被預(yù)先放置到芯軸201上。額外的結(jié)構(gòu)元件401變得一體結(jié)合到絲線纏繞復(fù)合材料中，使得最終的U形支撐單元包括復(fù)合材料和額外的結(jié)構(gòu)。在另一個實施例中，在絲線纏繞之前可以將例如織物、半剛性或者剛性結(jié)構(gòu)的材料放置在整個芯軸或者芯軸的部分的外表面上以形成最終的U形支撐單元的基層。圖5A-B示出本發(fā)明的兩個實施例，其中在固化過程中將壓縮模制表面501放置在絲線增強復(fù)合材料502的閉合形狀的一部分(如圖5A)上或者整個表面(如圖5B)上。在如圖5A所示的實施例中，夾緊裝置比如虎鉗或相對設(shè)置的加壓壓縮板在復(fù)合材料502的外表面的任一側(cè)形成模制表面501。在如圖5B所示的實施例中，閉合模具形成完全包圍復(fù)合材料502的模制表面501。在另一個實施例中，例如賽璐玢(cello)收縮帶的材料可用于將復(fù)合材料502壓縮至芯軸201，該收縮帶在固化過程之后可以被留下來或者被去除。有時候，在樹脂的完全固化期間或者之后，模制表面501也可以被去除。盡管已經(jīng)公開了本發(fā)明的各種示例性實施例，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 在不偏離本發(fā)明的真實范圍的情況下，可以做出各種變形或者改進(jìn)，這些變形或改進(jìn)會獲得本發(fā)明的一些優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)用于鞋類的U形支撐單元的方法，所述方法包括 提供芯軸，所述芯軸具有縱向軸線和帶至少一個U形區(qū)域的橫截面；在所述芯軸上形成復(fù)合材料的閉合形狀，所述復(fù)合材料包括一層或者多層浸漬樹脂的增強纖維；切穿所述復(fù)合材料的閉合形狀，以產(chǎn)生適合用作鞋類中的重量支承結(jié)構(gòu)的U形支撐單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述閉合形狀包括采用自動絲線纏繞機圍繞所述芯軸纏繞增強纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中纏繞所述增強纖維包括使所述芯軸繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述U形支撐單元作為柔韌的重量支承結(jié)構(gòu)結(jié)合到鞋類中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在將所述增強纖維形成在所述芯軸上之前，通過利用樹脂浸漬系統(tǒng)使所述增強纖維浸漬有樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在將所述增強纖維形成在所述芯軸上之后，通過樹脂噴射使所述增強纖維浸漬有樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述閉合形狀包括將外模制表面擠壓在所述復(fù)合材料的至少一部分上以形成所述閉合形狀的外表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述閉合形狀包括在進(jìn)行切割之前，對所述閉合形狀的復(fù)合材料固化一段時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在切割之后，對所述復(fù)合材料固化一段時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述閉合形狀包括將非纖維結(jié)構(gòu)元件放置在所述芯軸上，所述非纖維結(jié)構(gòu)元件變得結(jié)合到所述復(fù)合材料中。
全文摘要
本發(fā)明公開了絲線纏繞成的用于鞋類的U形支撐單元。其中描述了一種生產(chǎn)用于鞋類的U形支撐單元的方法。芯軸具有縱向軸線和帶至少一個U形區(qū)域的橫截面。在所述芯軸上形成復(fù)合材料的閉合形狀，所述復(fù)合材料包括一層或者多層浸漬樹脂的增強纖維。穿過閉合形狀進(jìn)行一次或多次切割，以產(chǎn)生適于用作鞋類中的重量支撐結(jié)構(gòu)的U形支撐單元。
文檔編號B29C53/82GK102529082SQ201110462538
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者D·凱西·凱里甘 申請人:Jkm科技有限責(zé)任公司