專利名稱：能量儲存和返回彈簧的制作方法
能量儲存和返回彈簧相關(guān)申請互相參照本申請聲明曾從基于35USC 119(e)的專利申請?zhí)枮?0/970263、60/992920、 61/016555,61/016558以及61/024898的專利中受益，以上各專利申請日依次為2007年9 月6日、2007年12月6日、2007年12月24日、2007年12月24日及2008年1月30日。
背景技術(shù)：
領(lǐng)域彈簧，特別是鞋用彈簧。通常情況下，當(dāng)使用者的重量在行走的過程中轉(zhuǎn) 移到鞋子上時，鞋子通過壓縮鞋底材料以吸收沖擊的能量。鞋底的壓縮將能量儲存后又以 垂直力的形式釋放，作用于使用者的腳底。在行走或跑步時，壓縮鞋底的力必須足夠大才 能緩沖使用者的重量。由于這種“懸浮系統(tǒng)”的低傳導(dǎo)效率，常規(guī)彈簧的反彈頻率將高于 使用者行走或跑步的自然步伐頻率。這將導(dǎo)致沖擊能量以一種較高的頻率反彈而不是像 人們所希望的那樣被消減。常規(guī)的鞋底彈簧在步行過程中過早地返回儲存的能量，這樣儲 存的能量大部分不能作用于使用者的前進(jìn)運(yùn)動中。這樣的設(shè)計應(yīng)用于大量的彈簧鞋中，如 IllustratoUS4894934、ChungUS6553692、IllustratoUS4638575、VordererUS4943737 以及 MeSChanUS6996924，本發(fā)明對這些彈簧鞋的設(shè)計提出了一種改進(jìn)的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種彈簧鞋，特別是提供了一種彈簧，同時也提供了一種將能量返 回給使用者的方法。在某個具體實例中，一種方法和裝置能將步行的能量存儲并在一個微 小的延遲后釋放出來，釋放的能量將產(chǎn)生一個向前的分力。在具體的實例中這是通過鞋底 中一根彈力漸減的彈簧來完成的，隨著彈簧被壓緊而產(chǎn)生的全部或部分壓縮位移使擠壓鞋 底的力減小。通過這種方式，使用者步行的力在擠壓鞋底的過程中被儲存在彈簧的彈性變形 中。擠壓鞋底的力的最大值越大，儲存的能量就越多，而鞋底垂直作用于使用者腳跟(或者 其它使用了該彈簧或鞋底結(jié)構(gòu)之處)的力就越小。而在走路或跑步過程中，當(dāng)使用者的重 量開始向前移動到腳的前部時，在鞋底伸展的過程中，隨著彈簧的彈力增加，此前的步行中 儲存的能量就被釋放出來，向前垂直推動使用者。在另外一個具體實例中，彈簧至少包含兩個氣囊，第一個氣囊用于對壓縮提供阻 力，第二個氣囊存儲從第一個氣囊擠出的氣體然后在一個延遲后將這些氣體返回到第一個 氣囊中。該彈簧的功能類似于復(fù)合弓(如打獵弓)，要拉開這種弓需要很大的力，但是要將 它保持在拉開的位置只需很小的力。而在弓弦被松開后，弓彈性變形的能量被釋放到箭上 將箭推出。同理，當(dāng)鞋底處于完全壓縮的位置時，能量儲存和返回彈簧允許鞋底在不施加一個很大的力的情況下從每一步中儲存大量的壓縮能。這使得使用者的重心在彈簧釋放儲存 的能量之前能有時間移至(或幾乎移至)腳跟和/或腳踝前面，釋放的能量在腳跟上提供了一個向上的力，這個向上的力包括了一個作用于使用者重心上的向前分力。在某個能量儲存和返回彈簧的具體實例中使用了一個弓形剛性構(gòu)件和一個彈性 構(gòu)件，該彈簧也可以應(yīng)用于其它需要儲存和返回能量的裝置中。關(guān)于本裝置和方法的以上各方面和其它方面在本專利申請中均有闡述，合并在此 以為參照。


與實施例相關(guān)的圖片現(xiàn)將以實例的方式介紹如下，相似的參考字符表示相似的組成原件，其中圖1以圖解的方式顯示了一個典型的彈簧鞋底，在踏步之前它的彈簧未被壓縮， 減震器處于伸展的狀態(tài)。圖2顯示了一個典型的彈簧鞋底，在踏步時它的彈簧被壓縮，減震器也被壓縮。圖3顯示了一個典型的彈簧鞋底，當(dāng)人的體重作用于鞋底時，減震器被全部壓縮 至能量存儲位置。圖4顯示了一個典型的彈簧鞋底，它的減震器在腳抬起時拖住彈簧以阻止其伸展。圖5顯示了一個典型的彈簧鞋底，在踏步之前它的彈簧未被壓縮，空氣減震器處 于延展的狀態(tài)。圖6顯示了一個典型的彈簧鞋底，在踏步時它的彈簧被壓縮，空氣減震器也被壓 縮。圖7顯示了一個典型的彈簧鞋底，當(dāng)人的體重作用于鞋底時，空氣減震器被全部 壓縮至能量存儲位置。圖8顯示了一個典型的彈簧鞋底，它的空氣減震器在腳抬起后拖住彈簧以阻止其 延展。圖9是一種常規(guī)鞋子的曲線示意圖P線是作用于使用者腳上的向上的垂直力，它 與使用者的重心相對于足跟的角度有關(guān)，在中心處角度為零，角度為負(fù)值時為無向前分力、 垂直向左的力，角度為正值時為有向前分力、垂直向右的力；Q線是鞋底壓縮的程度，它的 值與使用者重心相對于鞋跟的角度有關(guān)。圖10是圖1至圖8所示鞋子的曲線示意圖X線是作用于使用者腳上的向上的垂 直力，它與使用者的重心相對于足跟的角度有關(guān)，在中心處角度為零，角度為負(fù)值時為無向 前分力、垂直向左的力，角度為正值時為有向前分力、垂直向右的力；線V是鞋底壓縮的程 度，它的值與使用者重心相對于鞋跟的角度有關(guān)；線Y是彈簧110的作用力，它與使用者重 心相對于鞋跟的角度有關(guān)；Z線是與使用者重心相對于鞋跟的角度有關(guān)的阻力。圖11至圖16說明了鞋內(nèi)彈簧可能的布置方案。圖17至圖21說明了一個彈簧110的實施例，該實施例使用了一個拱形構(gòu)件，這個 拱形構(gòu)件是一個圓錐形的盤，圖17是它的頂視圖，圖18是它的側(cè)面透視圖，圖19是它的側(cè) 視圖，圖20是橫截面圖，圖21顯示的是圓錐盤被壓扁的狀態(tài)。圖22至圖28依次顯示了第一個和第二個使用非圓錐鉸鏈?zhǔn)侥芰看鎯头祷匮b置 的實施例。圖22至圖24依次是第一個實施例的透視圖、側(cè)視圖和頂視圖；圖25至28分別是第二個實施例的頂視圖、側(cè)視圖、端視圖和透視圖。圖29至圖30依次顯示了一個使用了圓錐盤的實施例的透視圖和頂視圖，該圓錐 盤帶有集成的彈簧元件。圖31至圖34依次顯示了一個封閉的圓錐盤和環(huán)形彈簧的頂視圖、側(cè)視圖、透視圖 和斷面視圖，在環(huán)形彈簧上附有一個封閉的底部元件，該元件用來在這個能量存儲和返回 零件中形成一個氣囊。圖35顯示了一個封閉的圓錐盤切開后的透視圖，圓錐盤內(nèi)有可控制的空氣流。圖36顯示了一個切開的實施例的特寫圖，該實施例使用了如圖31至圖34所示的 置于鞋底的盤。圖37顯示了該彈簧的一個進(jìn)一步應(yīng)用的實例的透視圖。圖38是圖37所示的實施例的斷面顯示圖。圖39和圖40依次顯示了圖37所示的實例處于零壓縮和全壓縮的狀態(tài)。圖41顯示了一種帶有氣囊壓縮系統(tǒng)的彈簧鞋。圖42顯示了一種用于圖41所示的彈簧鞋第一個位置的空氣轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)圖。圖43顯示了一種用于圖41所示的彈簧鞋第二個位置的空氣轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)圖。圖44顯示了一種包含了一個鞋根彈簧的高跟鞋的側(cè)視圖。圖45和圖46依次顯示了一種帶有凸棱而不是凹槽的圓錐盤的透視圖和剖面圖。圖47顯示了一種帶有輻射狀的腿或者伸出物的圓錐盤。圖48和圖49依次顯示了一種帶有圓周狀槽的圓錐盤的頂視圖和透視圖。圖50至圖52依次顯示了一種雙環(huán)彈簧實施例的透視圖、側(cè)視圖和頂視圖。圖53至圖55依次顯示了一個三圈彈簧的側(cè)視圖、透視圖以及旋轉(zhuǎn)側(cè)視圖，該三圈 彈簧的中心圈附件上帶有一個鉸鏈。圖56和圖57各自顯示了一種圓錐盤彈簧的側(cè)剖視圖，這種圓錐盤彈簧內(nèi)部裝有 另一個盤作為減震器；圖56中的減震盤固定在主盤上，而圖57中的減震盤固定在底部的鞋 底上。圖58顯示了一種圓錐盤彈簧剖透視圖，在這種盤的內(nèi)部包含了一個氣囊，該氣囊 是減震系統(tǒng)的一部分；在盤的中心還包含了一個閥門。圖59顯示了一種圓錐盤邊緣的剖視圖，圓錐盤的內(nèi)部包含了一個氣囊，并且盤緣 上裝有一個自激的密封圈。圖60和圖61依次顯示了一個圓錐盤的剖面透視圖和剖面透視圖的特寫圖，該圓 錐盤的內(nèi)部包含了一個氣囊，氣囊內(nèi)的隔膜壓縮一種阻尼材料以提供可變的減震率。圖62顯示了一種圓錐盤邊緣的剖視圖，該圓錐盤的內(nèi)部包含了一個氣囊，并且盤緣上裝有一個密封圈，密封力由彈簧環(huán)提供。圖63說明了一種在鞋前腳掌裝有彈簧的鞋。
具體實施例方式圖1以圖解的形式顯示了一種典型的彈簧鞋100。該彈簧鞋100有一個鞋底102， 鞋底在此處簡要地顯示為由上表面102A和下表面102B接合而成；102A可以是一個鞋內(nèi) 底，102B可以是一個鞋的外底。在102A和102B之間有一個中底。鞋底102有一個鞋跟104和鞋前腳掌106。一個鞋幫108固定在鞋底102上。彈簧鞋100可以是任意的人用鞋類， 包括但不限于涼鞋、跑步鞋、矯形鞋、各種運(yùn)動鞋，包括冰鞋、滑板鞋、滑雪靴、步行鞋或步行 靴、登山鞋或登山靴，以及正裝鞋、靴、高跟鞋、人字拖鞋或夾趾拖鞋、普通拖鞋、平底鞋、木 屐和工作靴。鞋幫108 —般至少要包括能將人的足部固定于鞋跟102上的方法，可以是各 種固定的方式中的一種，如使用一根或多根彈性帶、有搭扣或其它鈕扣的帶子、鞋帶或者是 彈性套。鞋底102上安裝了一根彈簧110。彈簧110簡要地顯示在圖1中，其精確結(jié)構(gòu)無需 說明。此處顯示的結(jié)構(gòu)旨在演示一個所需特性的彈簧的實施例。在一種鞋中可以使用多個 彈簧110。彈簧110可能是一種復(fù)式彈簧，也可能包括鞋底的零件。彈簧110應(yīng)以一種合適 的方式固定于鞋底102上。圖1所示的鞋100置于地面112上，此時的彈簧110處于零壓縮狀態(tài)，內(nèi)鞋底102A 和外鞋底102B相隔的距離為A。在圖2中，彈簧鞋100和彈簧100被完全壓縮，此時內(nèi)鞋底 102A和外鞋底102B相隔的距離為B。彈簧在相當(dāng)于全壓縮和無壓縮狀態(tài)的兩個終結(jié)點之 間的行程范圍就等于A-B。彈簧110的彈簧剛度系數(shù)隨著鞋底102的壓縮而變化，從而提供 了一個還原力，當(dāng)鞋跟102被壓縮時，這個還原力能夠至少阻止彈簧行程范圍內(nèi)的部分壓 縮。由參考文件可知，彈簧剛度系數(shù)是聯(lián)系作用于彈簧110上的力及彈簧位移的一個系數(shù)。 許多彈簧的剛度系數(shù)是常值，但在此處所用彈簧的剛度系數(shù)是變化的。當(dāng)彈簧鞋100平置 于地面并承受全部或部分使用者的重量時(如圖3所示)，鞋底102被壓縮，一部分彈簧行 程范圍提供的還原力允許能量被無限期地存儲；當(dāng)全部或部分使用者的重量不再壓縮彈簧 時，能量被返回給使用者(如圖4所示)。
因此，當(dāng)使用者的重心位于使用者的腳跟之前時(使用者向前行進(jìn))，這種典型的 彈簧鞋100就可以將部分壓縮能返回給使用者。彈簧110可由一個剛性構(gòu)件和一個可延性 構(gòu)件組成，當(dāng)剛性構(gòu)件在足部的擠壓下移動時，可延性構(gòu)件將被拉伸。在彈簧110的某些實 施例中，由于配件(或鞋底)被壓緊時產(chǎn)生的全部或部分壓縮位移，拉伸可延性構(gòu)件的主要 的力的方向變得與可延性構(gòu)件延伸的方向更加一致。在彈簧110的某些實施例中，由于配 件或鞋底被壓緊而產(chǎn)生的全部或部分壓縮位移，剛性構(gòu)件的機(jī)械效率隨著它拉伸可延性構(gòu) 件或壓緊受壓構(gòu)件而提高。當(dāng)彈簧110受到外力，如受到使用者的體重(及慣性)壓縮時，彈簧將產(chǎn)生一個振 蕩頻率，該頻率部分取決于所受的外力。如果作用力小于將彈簧110壓縮至彈簧剛度為零 的點所需的力，彈簧110將會產(chǎn)生一個比較常規(guī)的振蕩頻率。然而，當(dāng)施加的重量足夠?qū)?簧110壓縮至力減弱區(qū)，彈簧將不會振動直到壓迫鞋底的力減小到使彈簧離開該區(qū)域。由于彈簧的力隨著鞋底102的壓縮而減小，需要使用兩個不同的零件，彈簧110用 于能量存儲，減震器114用于能量損耗。作為能量存儲和返回裝置的彈簧110可由多種零件 制成，可包括多個彈簧原件。彈簧110被置于鞋底102內(nèi)鞋跟下的位置，當(dāng)它產(chǎn)生了部分或 全部壓縮位移時，彈簧內(nèi)會產(chǎn)生一個還原彈力。在某些實施例中，一個或多個彈簧110可能 被安裝在鞋前腳掌106內(nèi)。在壓縮過程中，彈簧110在被部分壓縮時施加的垂直力比它被 全部或近似全部壓縮時的垂直力要大。在力的最大值出現(xiàn)的位置(大約在整個壓縮位移或 行程范圍的三分之二處，但是也可能是壓縮過程中的其它點)，彈簧110施加的垂直力可達(dá) 到使用者全部體重的50%至80%之間。在力的最大值出現(xiàn)的位置，彈簧的剛度系數(shù)為零。當(dāng)彈簧被全部壓縮時，該零件最大的力約為使用者重量的20%至40%之間。對于獲得良好 性能來說，以上比例無需要求精確，并且通過測試已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一根彈簧就能為很大體重范圍 內(nèi)的使用者提供良好的性能。對于一種步行鞋來說，這是能最大化地返回能量更適宜的力。 特制的跑鞋更愿意有較高的能量返回比例，而對于某些只要求提供較少的能量返回功能的 低性能鞋可能會愿意這個比例較低，比如某種較便宜的鞋。在某些應(yīng)用中可能更希望最大 的壓縮力能高于60%，全壓縮力低于30%。在某些應(yīng)用中可能更希望最大的壓縮力能低于 60%，全壓縮力高于30%。上一段中所述的使用者體重的較好的比例是對于步行鞋來說的較好的比例。最大 彈力和全壓縮彈力在同一個提供彈力的裝置中也可能有不同的變化，彈力在第一部分壓縮 位移中增加然后在接下來的壓縮中減小。在全壓縮時，彈簧110也可能(獨(dú)自或與一個或 多個構(gòu)件聯(lián)合)再次提供一個增加的彈力。這種情況可能發(fā)生在相對較短的壓縮位移內(nèi)并 且起到一個“底部緩沖器”的作用，以阻止全壓縮時的有害沖擊。此處列舉了一些彈簧110的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行描述。如果單獨(dú)使用彈簧110，將它壓過 最大力出現(xiàn)位置所需的力大約為使用者體重的60%，略大于使用者站立時將其全部體重平 均分配至雙足的情況。彈簧110被全部壓縮時所受的力可能會比這個比例的使用者體重更 大或者更小，但發(fā)明者相信，對于步行鞋來說，使用者體重的60%左右是本零件在最大壓縮 位置理想的彈簧力。彈簧110在全壓縮(偏指行程范圍在5mm到20mm之內(nèi)的情況，但壓縮 行程不在此范圍內(nèi)的彈簧也可在某些實施例中使用)時的彈力為使用者體重的30%左右 為宜。彈簧110的作用是允許鞋底102在每一步的踏步(腳與地面最初的接觸)階段能 夠全部壓縮或近似全部壓縮，并且在足跟開始卸力并抬起之前，彈簧110始終保持壓縮狀 態(tài)直到使用者的重心位置超過或幾乎超過了使用者的腳跟和/或腳踝的位置。隨著使用者 開始減輕壓在腳跟(圖4)上的重量，腳跟也不再提供用來保持彈簧處于全壓縮狀態(tài)的力， 同時隨著彈簧垂直伸展回其原有形狀，一部分儲存在彈簧110中的能量就被返回給使用 者。由于此時使用者的重心在使用者的腳跟和/或腳踝前面，作用在使用者腳跟上的垂直 力將會導(dǎo)致一個向前的分力，因此能夠向前推動使用者。在某些實施例中使用了一個減震器114，它起到一種能量損耗材料的作用，可以由 一個或多個元件制成。減震器114也被安裝在鞋底102的鞋跟104上，位于腳跟的下面(在 某些實施例中也可能單獨(dú)或同時安裝在鞋前足掌的下面)。減震器114被設(shè)計用來對鞋底 102由使用者的部分重量和未被能量儲存和返回彈簧110有效反彈的慣性引起的壓縮提供 阻力。減震器114是有偏向性的，因此它僅僅或者主要是在鞋底壓縮階段和反彈階段中的 壓縮階段起作用。在反彈階段，彈簧110和減震器114的結(jié)合體允許減震器緩慢地返回到 它本來的形狀，返回的速度必須快到能使它在下一次踏步的過程中耗散能量，但是也不能 與使用者抬起腳跟時彈簧伸展的速度一樣快。
這種功能是可以實現(xiàn)的，例如通過使用美國俄亥俄州肯特Sorbothane公司制造 的Sorbothane 材料來實現(xiàn)的話，僅需將Sorbothane 材料做成的抗壓元件的頂部或底部 永久地連結(jié)在鞋底102 (或彈簧)上即可。在鞋底102的全部或部分壓縮階段，減震器114 的另一端與鞋底102接觸，但是在鞋底102的伸展階段可以允許其不接觸鞋底，這樣彈簧 110返回給使用者的能量就不會被減震器損耗。
這樣，在踏步階段彈簧110和減震器114就像常規(guī)的線性剛度彈簧或能夠減速使用者的全部重量而不是突然降至最低點的剛度遞增彈簧一樣，將會被以一個相似的力的增 量壓縮。常規(guī)剛度系數(shù)彈簧在使用者的重心位置超過使用者的足跟之前就會返回一大部分 的這種壓縮能(通過彈簧的再次伸展)。然而在鞋100中，減震器114并未增加反彈的能量 (或頻率)，因為它僅能顯著地起到減慢壓縮作用。這樣做的效果是能儲存很大一部分的步行能量到彈簧110中，并且用減震器114 提供一個合適的減速率，然后當(dāng)使用者的重心位置超過或幾乎要超過使用者的腳跟時，就 將儲存在彈簧110中的能量返回給使用者。換句話說，這些材料的結(jié)合效果能讓使用者感 覺到兩個元件(彈簧110和減震器114)在共同作用，它們提供了足夠的壓縮力和/或阻力 以逐漸在每一步的踏步階段內(nèi)緩沖使用者的重量。如圖4所示，當(dāng)使用者的重心位置移動到或幾乎移動到使用者的腳跟之前，并且 使用者開始從他們的腳跟卸力時，儲存在彈簧110中的能量被以一個作用于腳跟上的向上 的力的形式返回，這個向上的力能幫助使用者前進(jìn)。減震器114在鞋底伸展的全部或部分 過程中未與鞋底接觸(或未明顯地阻礙鞋底的伸展)，也未明顯阻礙彈簧110的伸展。如果 減震器114是一種固體構(gòu)件，比如一種由Sorbothane 材料(或其它能量損耗材料或材料 配置)制成的元件，它應(yīng)該伸展得比彈簧110更慢但是又要快到能夠回復(fù)形狀(或位移) 以使這個或這些元件在能夠下一次踏步中耗散能量。圖5至圖8所示為另外一種高能量耗散的減震器114的實施例。圖5至圖8所示 的實施例使用了由一種柔韌但不可伸展的材料做成的空氣隔膜116，隔膜116上帶有一個 閥門裝置118，該氣閥裝置能迫使空氣在受壓縮時從一個限流孔通過，并且通過打開一個更 小的單向限流閥允許空氣返回到隔膜中以使隔膜重新膨脹。閥門裝置118的簡化裝置僅使 用了一個雙向的限流孔，這個雙向的限流孔應(yīng)小到能夠在隔膜受壓緊縮的過程中提供足夠 的能量耗散，同時又要大到能夠允許空氣隔膜在兩次踏步之間完成重新膨脹。在圖5至圖8所示的結(jié)構(gòu)中，空氣隔膜116在膨脹過程中應(yīng)該能與彈簧10失去接 觸，如圖8所示，或者是雖然保持接觸但是它的變形不會明顯地阻礙彈簧10的伸展。圖58顯示了一個位于圓錐盤頂部的小孔308和一個主要起消聲作用的多孔材料 限制元件304。小孔應(yīng)足夠大，以使圓錐盤內(nèi)封閉的氣囊重新膨脹時所受的限制最小。同時 小孔也應(yīng)該足夠小，以防止在壓縮過程中可壓縮的泡沫構(gòu)件306被擠出小孔?；蛘撸】椎?開口可以更大并且用不可壓縮的多孔材料填充以阻止可壓縮的泡沫材料被擠壓變形。該實 施例也顯示了一個未被標(biāo)記的圓形凸起，它位于底部密封構(gòu)件的外面，用于安裝盤底。在壓縮過程中，主要由附著在氣囊底部的可壓縮泡沫構(gòu)件306對壓縮進(jìn)行限制。 該構(gòu)件更適宜使用開孔型泡沫，但是如果它有一個透氣的頂面的話也可以使用封閉孔型泡 沫(也可使用一種帶有透氣的頂面的開孔型泡沫，其長期功能可能更好)。泡沫材料隨著壓 縮而變得更稠密，對氣流的阻力也隨之增加。如果是封閉孔型泡沫的話，頂面與小孔區(qū)域的 接觸壓力隨著壓縮而增加，同時透氣的頂層對氣流的阻力增加。不管是使用哪種材料，氣流 的阻力都隨著盤的壓縮而增加，從而提供了 一個逐漸增加的壓縮衰減效果。可壓縮的泡沫體306適宜使用一種帶有黏彈性的開孔型結(jié)構(gòu)，這種特性可以使泡 沫在圓錐盤伸展時還可以保持短暫的壓縮狀態(tài)。這樣在彈簧伸展的過程中，氣流的限制被 最小化，阻尼僅偏壓于彈簧的壓縮上。在下一次踏步之前，泡沫應(yīng)能盡快地膨脹以回復(fù)它的原有形狀。小孔308也可設(shè)置在底部密封構(gòu)件上(貫穿于本次公開中使用的頂部和底部的概 念均與彈簧本身相關(guān)，這僅是為了便于討論，在鞋子中該盤可能被倒置使用)，而泡沫附著 在圓錐盤上。具有記憶功能的泡沫最初可以與小孔接觸或不與小孔接觸(如圖58所示)。 鞋的內(nèi)底必須設(shè)置得允許氣流進(jìn)出圓錐盤。這種氣流可能對鞋的通氣有額外的作用。該偏壓空氣阻尼器的另外一種設(shè)計方案如圖60至圖61所示，它將一層阻尼材料 316夾在隔膜314和底部密封構(gòu)件186之間，起到流量調(diào)節(jié)元件的作用，因此當(dāng)氣囊內(nèi)的壓 強(qiáng)較高時，氣囊擠壓阻尼材料以限制氣流穿過阻尼材料流出氣囊。當(dāng)空氣流向其它方向時， 由于阻尼材料未被壓縮，氣流受到的限制較??；在阻尼材料和底部密封構(gòu)件之間或是阻尼 材料和隔膜之間可能會有一個缺口，這取決于實施例的設(shè)計需要。阻尼材料可能是一種開 孔型泡沫、毛氈或是其它透氣的材料。韌性的隔膜密封圈可能是聚氨酯，但是也可以使用很 多其它材料。該阻尼器結(jié)構(gòu)集成了一個單向密封圈，通過壓力調(diào)制空氣阻尼的方式如下當(dāng)盤 被擠壓時，增強(qiáng)的空氣壓力作用于韌性隔膜314上，隨著空氣通過阻尼材料從隔膜孔或孔 群318流向底部密封孔或孔群320，在高速壓縮的過程中增強(qiáng)的氣壓壓縮阻尼器316，產(chǎn)生 一個增大的空氣阻尼。隨著壓縮變緩至接近全壓縮時，空氣壓力也會隨著使用者的重量被 緩沖而減小。這使得阻尼器不被擠壓從而減小氣流的阻力，于是空氣就可以在全壓縮狀態(tài) 時被排出而不產(chǎn)生一種氣墊的效果，在盡可能小地產(chǎn)生反彈的情況下，使用者的重量向下 完全停止。隨著圓錐盤的反彈，韌性隔膜314抬起以使得空氣能自由流入氣囊。阻尼器316 上可以任意設(shè)計一個小洞以允許空氣在彈簧伸展期間可以不受限制地流入，這個小洞最好 是與隔膜314上的孔或孔群同軸，或與底部密封構(gòu)件186上的孔或孔群同軸。使用一個可壓縮二級密封或氣流阻力構(gòu)件322可以進(jìn)一步增加空氣的阻力，甚至 在接近全壓縮時完全將氣囊密封以減小全壓縮時的運(yùn)動沖擊。圖9和圖10所示的曲線圖對比說明了常規(guī)的鞋底和使用了本發(fā)明的鞋底的能量 存儲和消散情況。簡筆畫顯示了重心的位置COG和腳踝的位置H。每一個簡筆畫被放置在 穿過它在X軸上位置的垂線上，與簡筆畫中所示的每一步的位置中重心相對于腳踝的角度 相一致。四幅簡筆畫對應(yīng)了圖1至圖4所示的四個位置。圖9中的陰影區(qū)域R表示常規(guī)的 彈簧鞋能返回給使用者的能量。圖10中的陰影區(qū)域W表示使用了彈簧的鞋110能返回給 使用者的能量。陰影區(qū)域W在重心相對于腳踝的角度大于零的步行階段內(nèi)起作用，此時彈 簧110產(chǎn)生了一個垂直力，這個垂直力在使用者重心上有一個向前的分力。圖11至圖16說明了彈簧110的一些實施例，這些實施例使用了剛性構(gòu)件122和 彈性彈簧元件124和126。彈性彈簧元件124的拉力阻礙剛性構(gòu)件122變平。彈性彈簧元 件126通過它的壓縮阻礙剛性構(gòu)件122變平。在這兩種方式中，剛性元件122都是在施加 在彈簧110的頂點C上的壓力作用下變平的。隨著剛性元件122變平，它們在元件124和 126上施加了一個遞增的高機(jī)械效益，隨著彈簧力達(dá)到最大的值然后開始降低，彈簧110的 剛度系數(shù)先降為零然后變?yōu)樨?fù)值。剛性構(gòu)件122、彈簧元件124及彈簧元件126各自通過鉸鏈或樞軸聯(lián)結(jié)。剛性構(gòu)件122的剛度應(yīng)足夠大，以使一根或多根彈簧伸展而又不會變形到被壓彎或產(chǎn)生破壞。鉸 接元件的摩擦能幫助緩沖。如果使用的是活動鉸鏈，所有鉸鏈的固有剛度系數(shù)都會影響彈簧的總體剛度系數(shù)。鉸鏈元件也需有足夠的韌性以防止鉸接元件的彈力使彈簧110的能量存儲和返回功能失效。說得更清楚些就是，鉸鏈在樞軸上轉(zhuǎn)動或彎曲的時候受到的阻力應(yīng) 小于整個彈簧組件減小的力。否則組件就不能提供一個漸減的彈簧力。圖17至圖21說明了幾個彈簧110的實施例，這些實施例使用了一個拱狀元件，即 圓錐盤130。圓錐盤按照圖11所示的設(shè)計原理來運(yùn)作。在本文中拱狀的意思是指中心處被 抬高。圓錐盤130的邊132的剛度必須足夠高，以免當(dāng)它們在彈簧壓縮承受壓縮載荷時被 壓彎或是發(fā)生機(jī)械失效，盤邊上還有擴(kuò)展槽134，在本實施例中擴(kuò)展槽是放射狀地分布的。擴(kuò)展槽134可能是盲槽(未穿透圓錐盤)或可能穿透了圓錐盤130。圓錐盤130 的邊緣連接了一個彈性元件136用來阻擋圓錐盤130在受到尖端D的壓力時變平。圓錐盤 130和邊緣的環(huán)136組成了一個彈力先漸增后漸減的彈簧110的實施例。換句話說，圓錐盤 130和環(huán)136在彈簧未被全部壓縮時比被全部或幾乎全部壓縮時施加的力更大。施加在壓 縮上的力不必遵循同樣的曲線；比如說，它可能是一個近似的常數(shù)直到彈簧伸展到某個點 后開始減小，或者甚至是在整個伸展過程中一直減小。如果圓錐盤130包含的第一種材料 具有第一種彈性，則擴(kuò)展槽包含的第二種材料的彈性應(yīng)大于第一種材料(比如說第二種材 料可以是人造橡膠、某種流體或是空氣)。彈性構(gòu)件136同時也構(gòu)成了圓錐盤130的底座。圓錐盤130加環(huán)136就是一個能量存儲和返回元件典型的實施例。其它的一些結(jié) 構(gòu)也是可行的。擴(kuò)展槽134允許圓錐盤130在圓周上伸展而幾乎對圓錐盤130的材料不產(chǎn) 生壓力。如果不組裝外環(huán)136，要壓扁圓錐盤130所需的力要比組裝了外環(huán)136時小得多。 圓錐盤130可能由聚丙烯或是其它負(fù)泊松比的材料制成，或是由其它合適的材料如金屬或 塑料制成。如果圓錐盤130由金屬材料或剛性塑料制成，就是說不是由聚丙烯或是其它負(fù)泊 松比的材料制成，擴(kuò)展槽在內(nèi)部的棱138上可能需要設(shè)計一些延長部分E，以使得在被壓扁 時圓錐盤130的材料不會受到破壞。圓錐盤130的內(nèi)部棱138構(gòu)成了一個環(huán)形鉸鏈，圓錐 盤130的邊132圍繞著鉸鏈彎曲。如果使用的是一種負(fù)泊松比的材料比如聚丙烯，但是不 限于聚丙烯，可以不設(shè)伸向中心的擴(kuò)展槽，因為在應(yīng)變較高的區(qū)域它可以起到像活動鉸鏈 一樣的作用。在某些實施例中，伸向中心的擴(kuò)展槽可能會與故意留下的裂縫線或球以及樞 軸軸承相連，以防止內(nèi)環(huán)在彈簧壓縮的過程中圍攏或是半徑減小。當(dāng)圓錐盤130被施加于頂點D的垂直壓縮力壓扁時，能量隨著環(huán)136的徑向和周 向拉伸而被存儲在外環(huán)136中。隨著圓錐盤的壓扁，盤在外環(huán)上的機(jī)械效益顯著增加，并且 作用在圓錐盤上的垂直力開始減小。外環(huán)可以由塑料制成，比如聚碳酸酯或是由Dupon公 司生產(chǎn)的Delrin 高性能聚甲醛樹脂共聚物或均聚物，這些材料具有很高的延伸特性和疲 勞壽命。對于一個供體重IOOkg的人使用的圓錐盤130來說，只需使用如下的尺寸、材料和 彈簧剛度系數(shù)即可最大受力時垂直位置7mm、在最大垂直位移上的最大受力60kg、總最大 垂直位移10mm、在總最大垂直位移時的受力30kg、組件外徑75mm。圓錐盤130可以包含一 個減震器114(圖17至圖21中未顯示)，但是包含的也可能是一個能夠自我膨脹的空氣隔 膜116，根據(jù)圖5到圖8所示，空氣隔膜上有一個用于緩沖壓縮的限流孔和一個高流動性的 單向閥以允許它在重新填充的時候受到較小的氣流限制。該空氣隔膜116可能在圓錐盤組件的內(nèi)部，或者是一種包圍著圓錐盤組件外圍的螺旋管的形狀，或者可能是包圍著圓盤的一個氣囊，又或者最好是如如圖32至圖36所示的 一個集成在彈簧110本身結(jié)構(gòu)中的氣囊。這些示例圖中的結(jié)構(gòu)適宜于將步行鞋返回的能量 最大化。在壓縮力更大的跑鞋中使用的力可能要更大。在低性能鞋中使用的力可能更小，此 時彈簧110包括了其它的鞋底元件，如一個或多個泡沫彈簧(比如說圓錐盤被裝入常規(guī)的 鞋用泡沫材料或被常規(guī)的鞋用泡沫材料包圍，或是與一個空氣彈簧相連)以使得彈簧110 返回一個更低比例的踏步壓力。在其它實施例中，使用了一個或多個額外的盤來提供緩沖力。第二個盤可以如圖 6所示的那樣固定在主盤上，也可以如圖57所示的那樣固定在底座上。減震盤300宜用具 有高黏彈性的材料制成，比如聚氨酯。這將使得減震盤施加的力在壓縮時比伸展時要大。理 想狀態(tài)下，第二個盤在主盤行程上某個點開始壓縮，主盤的力在該點處開始減小。這使得在 彈簧行程中彈力漸增的距離更長。主盤可以使用本專利描述包含的任何一種設(shè)計。減震盤 也可以使用本專利描述中的任何一種設(shè)計，其主要特性在于它最好(但非必須)是一種黏 彈性比主盤更高的材料，且其行程比主盤更短，在主盤的壓縮過程中它就開始壓縮。如圖57 所示，在某些實施例中可以選擇性地在減震盤上設(shè)計向內(nèi)或向下突出的法蘭盤302，起到全 停減震器的作用。圓錐盤130的其它益處還包括它的橫向穩(wěn)定性。雖然圓錐盤130允許有高行程， 但它只允許鞋底102在一個明確的垂直運(yùn)動中壓縮。為了使它起作用，需要將圓錐盤130 固定到上表面102A和下表面102B上以防止它發(fā)生側(cè)移。圓錐盤130也可以前后左右調(diào)整 (比如使用一個偏心凸輪)以對盤的正放或者反放進(jìn)行位置補(bǔ)償，或者是對鞋跟下的盤的 前后位置進(jìn)行調(diào)整。圓錐盤的一些其它的結(jié)構(gòu)方案、材料組合和幾何尺寸也是可行的。位于上下鞋底之間的圓盤可能被一個彈性密封圈包圍以防止泥土等物進(jìn)入盤內(nèi)。 密封圈可以使用一種非常輕的泡沫，或是一層由彈性固體材料或泡沫材料制成的彈性薄膜 或氣囊完全將盤包圍來實現(xiàn)。理想狀態(tài)下這種密封材料不會顯著地增加鞋底的彈簧剛度系 數(shù)。圖22至圖25顯示了一個拱狀的非圓錐鉸鏈?zhǔn)綇椈?40作為彈簧110的一個實施 例。這個實施例使用了一個或者多個頂部鉸接式剛性構(gòu)件142和/或一個或多個底部鉸接 式構(gòu)件143來拉伸一個最好是使用Delrin 聚甲醛樹脂(但也可使用其它一些材料)制成 的彈性構(gòu)件144。彈性構(gòu)件144可能環(huán)繞在如圖22至圖24所示的組件的外部。圖22中使 用的鉸鏈可能是一個由一個或多個鉸鏈組成的復(fù)合鉸鏈。圖25至圖28顯示了一個拱狀的非圓錐形鉸接式彈簧150作為一個帶有內(nèi)部彈性 構(gòu)件的彈簧110的例子。這個實施例使用了一個或多個頂部鉸接式剛性構(gòu)件152和/或一 個或多個底部鉸接式構(gòu)件153來拉伸一個或多個最好是使用Delrin 聚甲醛樹脂(但也可 使用其它一些材料)制成的彈性構(gòu)件154。彈性構(gòu)件154可能部分在內(nèi)部分在外。圖22至 圖28中的剛性邊142和152被鉸接到圖22中構(gòu)件的頂端F和G。使用圖22至28中的拱 形彈簧140和150的優(yōu)點在于整個組件的高度可以降低以得到一個很低的輪廓。比如說， 如果圖22至圖28中的彈簧和鉸鏈構(gòu)件厚3mm，伸展的高度為18mm，則壓縮比就會達(dá)到很高 的6:1。使用的鉸鏈可能是由一個或多個鉸鏈組成的復(fù)合鉸鏈。圖22至圖28中未顯示緩 沖的方法，但是許多單向能量消散方法或如前所述的減震器114都可以與這些能量儲存和 返回方法結(jié)合使用。
圖29和圖30顯示了一個集成了圓錐盤160和環(huán)164的彈簧110的進(jìn)一步簡化的實施例。圖29所示的實施例使用了一個圓錐盤162和一個集成的外環(huán)彈簧164。這兩個元 件可以使用同樣的材料作為一個工件來注塑成形，最好是選用Delrin 但是許多其它材料 都可替代使用。多種材料的組合也可以在兩極或多極注射成型工藝中使用。本實施例的優(yōu) 點在于結(jié)構(gòu)簡單和成本低。圖30中的圓錐盤172是盤162不帶完整邊緣的截面圖。本實施例的重要特征包括但不僅限于如下幾點如果圓錐盤構(gòu)件172與圖30中所 示的完整的外部環(huán)彈簧164分離，此時將圓錐盤壓縮成一個平面或近似平面的形狀所施加 的力要比壓扁同樣的尺寸、同樣的材料制成，但沒有設(shè)置槽和/或凹坑的圓錐盤施加的力 小。這是因為放射狀的隔斷174允許圓錐盤在被壓縮時周向伸展。這樣，隨著圓錐盤162被壓縮，就導(dǎo)致未被隔斷的外環(huán)彈簧部分164在徑向和周向 拉伸，于是環(huán)彈簧164儲存的全部施加到圓錐盤162頂部的能量比圓錐盤162未被隔斷的 情況要多，這能幫助彈簧在壓縮的某個位置得到一個漸減的彈簧力。另外一種重要的特性 是在圓錐盤162附近(如果如圖29和圖30所示，圓錐盤162有一個中心孔，則是與內(nèi)徑相 鄰的區(qū)域)必需能允許或能夠產(chǎn)生高水平的應(yīng)變。該區(qū)域受到較高的壓縮力和較高的彎曲 載荷，因而必須由聚丙烯或是不限于聚丙烯的其它負(fù)泊松比材料制成，或者它必須有裂縫、 槽或不完全的球形連接以阻止壓縮位移但是又允許高的彎曲載荷和/或位移。一種二極模 塑造型工藝適用于此處的整體盤結(jié)構(gòu)，該工藝允許內(nèi)徑大應(yīng)變區(qū)域由聚丙烯但不限于聚丙 烯的材料制成，外環(huán)彈簧區(qū)域用Delrin 材料但不限于Delrin 材料制成。圖31至圖34顯示了一個能量儲存和返回彈簧180，它使用了封閉的圓錐盤182和 環(huán)彈簧184，連同密封底部元件186 —起在能量儲存和返回彈簧180的內(nèi)部形成一個氣囊 185。氣囊185用來在踏步過程中隨著使用者的重量和慣性被減速而損耗部分的壓縮能。 圓錐盤182的一個重要特性是它在輻狀壓縮時是相對剛性的，但在周向壓縮時是相對彈性 的，以便圓錐盤182在沒有安裝環(huán)彈簧184的情況下可以被比在圓錐盤182外緣上安裝了 環(huán)彈簧時小得多的力壓平。環(huán)彈簧184可以被機(jī)械地固定在圓錐盤182的外緣上和/或 使用二極模塑造型工藝塑造在圓錐盤上。在本實施例中，隨著圓錐盤182的壓縮，外環(huán)彈簧 184伸展并從底部扭轉(zhuǎn)或呈喇叭形展開出來。這比滑動和樞軸運(yùn)動更為有利，因為摩擦力 的減小可以增加組件的能量存儲和返回能力。底部構(gòu)件186可以由一種剛性氨基鉀酸酯材 料制成，當(dāng)然也可以使用一些其它材料。底部構(gòu)件186將環(huán)彈簧184密封起來以構(gòu)成氣囊 185。底部構(gòu)件186也可以通過使用一個偏心定位器183來協(xié)助固定盤180提供穩(wěn)固的位 置。圖59顯示了一個位于圓錐盤130和底部構(gòu)件186之間的自激密封圈310，由圓錐 盤和底部構(gòu)件形成的氣囊內(nèi)的空氣壓力作用在密封圈上以增強(qiáng)密封力。在本實施例中使用 了一個剛性扣環(huán)312來防止底部密封元件186在受到空氣壓力時擴(kuò)張。圖62顯示了一個實施例，其中位于底部密封元件186和圓錐盤130中間的密封圈 被環(huán)彈簧184提供的力保持在底部密封元件上。底部密封元件可能包含一個伸展元件324 以使得密封圈在圓錐盤被壓平時更易伸展。當(dāng)圓錐盤182與環(huán)彈簧184組裝在一起時，需要用來將壓縮圓錐盤182壓至全壓 縮或近似全壓縮狀態(tài)的壓力的理想值大約在壓縮圓錐盤的最大壓力的10%至50%之間。 理想狀態(tài)下，圓錐盤182和彈簧184的構(gòu)造使得圓錐盤182在全壓縮時近似被壓平。這使得盤彈簧184不用施加一個穿過圓錐盤182的顯著的垂直力就可以得到最大的延伸。垂直力更加合適，但是圓錐盤構(gòu)件182提供的垂直力會抵抗被壓平。雖然也可以使用其它的一 些材料，但是對于圓錐盤182來說聚丙烯或是其它負(fù)泊松比材料更合適，因為這種材料能 使大應(yīng)變區(qū)域變成活動鉸鏈。放射狀的槽188或其它允許周向伸展的形狀(未顯示)被設(shè) 計成大應(yīng)變區(qū)，大應(yīng)變區(qū)允許圓錐盤構(gòu)件182從圓錐形變形到一個更平的形狀。通過使用盲槽188 (從頂部，如188A所示，或從底部，或從頂部和底部)而不是通 槽，當(dāng)圓錐盤182壓縮時，它與環(huán)彈簧184以及可能存在的單獨(dú)基座構(gòu)件186 —起能夠提供 一個密封的氣囊185。槽188也可以在盤182內(nèi)部通過一層薄膜來密封。在壓縮期間，密封 的氣囊185內(nèi)的空氣被壓縮，壓力升高，然后被迫通過一個限流裝置，比如但不僅限于，一 個或多個限流孔187，或一層多孔材料(未顯示)。這就提供了一種緊湊、輕便的方法來消 散一部分的壓縮能量。在全壓縮狀態(tài)下，氣囊185中的大部分空氣將通過限流裝置187排 出，因此踏步的沖擊將會被吸收。一旦使用者的重量被盤的彈力和空氣排出氣囊的緩沖力一起減速，空氣(指現(xiàn)在 從氣囊中被排出的空氣)將不能再對盤作用于使用者腳上的垂直力作出貢獻(xiàn)。這就使得盤 182保持被壓縮的狀態(tài)直到使用者卸載他的鞋跟(隨著重心的位置移至腳踝的前面)，然后 盤182將會垂直伸展并推動使用者前進(jìn)。隨著盤182伸展到它本來的形狀，底座構(gòu)件186 上一個或多個裝了閥門的氣流開口 189允許空氣不受限制地重新進(jìn)入氣囊，開口 189的彈 性單向閥門構(gòu)件189A安裝在底座構(gòu)件186上。開口 189在盤182收縮的過程中被彈性單向閥構(gòu)件189A密封。在盤擴(kuò)張的過程 中，某些實施例可能要求對穿過開口 189的氣流進(jìn)行一些限制，以此來稍微減緩能量的返 回。區(qū)域189B可以通過焊接或膠合作為連結(jié)點托住位于圓錐盤180的底部構(gòu)件186中的 密封圈189A。這個實施例的其它可能特征包括一個位于圓錐盤頂部和底部的偏心定位器183， 這個定位器有一個帶有止動位置調(diào)整系統(tǒng)(使用一個彈性突出物181作為止動器)以允許 圓錐盤182被精確地左右調(diào)整來補(bǔ)償圓錐盤的正放或反放。底部構(gòu)件上的定位偏心盤183 可能也有一個允許圓錐盤被移開或插入(通過將圓錐盤轉(zhuǎn)至非止動位置)但是在止動位置 能牢固地支承圓錐盤的速釋嚙合系統(tǒng)。閥門流量可調(diào)節(jié)的開口 189和限流器187也可以用 來控制緩沖氣囊185內(nèi)外的氣流。從密封的圓錐盤182的氣囊中流出的氣流可以由電腦控制的閥門根據(jù)不同的使 用者和不同的地形來進(jìn)行調(diào)整。圖35顯示了一個簡單但有效的自我調(diào)節(jié)氣流阻尼系統(tǒng)。密 封的圓錐盤192的構(gòu)造方法類似于圖31至圖34所示的圓錐盤182。密封的圓錐盤192使 用了一種可壓縮的多孔材料191作為流出氣囊195并穿過孔197和/或一個或多個剛性多 孔材料構(gòu)件191的空氣的預(yù)阻尼構(gòu)件，這種材料可以是但并不局限于一種開孔型聚氨酯泡 沫。在圓錐盤壓縮過程中，這種可壓縮材料191對穿過它的氣流的阻力隨著它被壓縮而遞 增，因此能量損耗(緩沖效果)隨著盤192接近全壓縮狀態(tài)而增加。由于這種氣流緩沖系統(tǒng)的特點，可以預(yù)計不管使用者是在散步(低速/小沖擊的 踏步)還是跑步(高速/大沖擊的踏步)，只要對相同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整就可以充分地緩沖使 用者的踏步。圖36顯示了一個圖31至圖34所示的帶有止動器181的彈簧實施例180 ；止動器被牢固地安裝在相鄰的幾個凹槽197A中的一個；凹槽197A位于鞋底上部198A的支撐部件196A上。圓頭193可以旋入鞋底下部198B的支撐部件196B上的槽197B中，止動器181在 鞋底內(nèi)支撐彈簧180，鞋底可能是圖1至圖4所示的某個鞋底102。圖36也顯示了一個圓 形間隙199，它的材料與盤182的材料相同，作用是在盤182的高應(yīng)變區(qū)域提供一個放射狀 的活動鉸鏈。圖38至圖40顯示了彈簧110更進(jìn)一步的實施例。在圖37中，剛性平板構(gòu)件202 鉸接在位置203處，它的內(nèi)部固定在一個隨著構(gòu)件202被壓縮而伸展的彈性構(gòu)件204上。平 板構(gòu)件202形成了一個穹頂，在本例中它的形狀像一個屋脊。把手206可以用來適當(dāng)?shù)刂?撐彈簧元件204。圖38是圖37所示實施例的剖視圖，用來顯示把手206。圖39顯示的是 圖37所示實施例處于零壓縮狀態(tài)，而圖40顯示的是圖37所示的實施例處于全壓縮狀態(tài)。就圖37中所示的屋脊?fàn)畹膭傂栽碚f，與彈性元件204最近的外部鉸鏈203的 鉸軸非常近似同軸并且鄰近彈簧的平面中心，以避免彈簧的某條邊壓倒其它的邊而產(chǎn)生扣 緊效應(yīng)。在更進(jìn)一步的實施例中，彈簧10是用一個空氣隔膜系統(tǒng)形成的。圖41至圖43說 明了鞋211中一個空氣隔膜系統(tǒng)210的實施例。鞋211包括鞋底212和鞋幫214。在鞋底 212內(nèi)部，空氣隔膜或氣囊220與儲存器222通過一根第一導(dǎo)管224和一根溢流管234相 連。一個單向閥226位于管224內(nèi)，一個單向閥236位于在溢流管234內(nèi)。導(dǎo)管224和234 也可以用內(nèi)置了兩個閥門226和236的一根導(dǎo)管來代替。儲存器222，導(dǎo)管224、234，以及 閥226、236被集成在鞋211中，比如說置于鞋幫214內(nèi)。使用的兩個單向閥也可由一個雙 向閥代替。彈簧空氣隔膜系統(tǒng)210利用踏步中垂直向下的能量來將部分隔膜220內(nèi)的空氣通 過導(dǎo)管224和單向閥226壓迫至空氣存儲器222中。結(jié)果，一部分使用者用來壓迫空氣隔 膜220的能量被包含和儲存在空氣儲存器220中，并且此時泄氣的空氣隔膜220保持著一 個較小的體積直到回流閥236被觸發(fā)。隨著使用者的重心位置移至使用者的腳踝前面(為了簡化說明，本例用一個平面 來代替)，使用者的重量向前移動并且不再壓在腳跟上，結(jié)果空氣隔膜220中的氣壓就會開 始迅速降低。當(dāng)空氣隔膜220中的氣壓變得遠(yuǎn)小于空氣儲存器222升高的氣壓，回流閥236 打開，空氣儲存器222中的高壓空氣迅速回流至空氣隔膜220中，這樣就產(chǎn)生了一個垂直 力，這個垂直力用一個具有向前分力的向上的力來推動使用者?；亓鏖y236被設(shè)計為空氣隔膜彈簧系統(tǒng)210的關(guān)鍵元件。理想狀態(tài)下，它被設(shè)計 成完全密封的，直到空氣隔膜220中的氣壓達(dá)到空氣儲存器222中氣壓的某個特定的百分 比(如60%，但是更高或更低也可能行得通，取決于一些其它的設(shè)計考慮)。回流閥打開時 對氣流的阻力非常小，直到空氣隔膜220中的氣壓和空氣儲存器222中的氣壓相等。當(dāng)氣 壓達(dá)到平衡后，閥236就會重新關(guān)閉。閥門236的一個首選的結(jié)構(gòu)如圖42至圖43所示。在圖42中，閥236有一個被導(dǎo) 流板240和242導(dǎo)入閥體239中的閥密封元件238。彈簧244偏壓在閥密封元件238上以 關(guān)閉閥236，直到存儲器內(nèi)的氣壓超過隔膜內(nèi)的氣壓一個預(yù)設(shè)的超額量。Rp表示閥236在 靠近儲存器一邊R點的壓力。Dp表示閥236在靠近隔膜一邊D點的壓力。Rsa是壓力Rp作 用的閥密封元件238的表面積。Dsa隔膜壓力Dp作用的閥密封元件238的表面積?？諝飧裟ひ粋?cè)密封的表面積大于空氣儲存器一側(cè)密封的表面積。當(dāng)Rsa乘Rp小于Dsa乘Dp再加上 彈簧244的力，回流閥236就處于封閉的位置。當(dāng)Rsa乘Rp大于Dsa乘Dp再加上彈簧244的 力，回流閥236就處于打開的位置。在打開的位置空氣可以從存儲器222流向隔膜220。由 于Dsa作用的表面積更大，這就使得在閥門226打開之前，存儲器222中的氣壓比隔膜220 中的氣壓要大得多，因此在隔膜220的壓縮的和重新膨脹之間產(chǎn)生了一個延遲。一旦空氣 壓力相等，復(fù)位彈簧244能提供足夠的力來使閥復(fù)位。復(fù)位彈簧244應(yīng)輕到允許閥236保 持打開的狀態(tài)直到兩邊氣囊220和222內(nèi)的氣壓近似相等并且空氣停止從儲存器222流向 隔膜220。一旦回流閥236重新關(guān)閉，隔膜就為下一次踏步做好了準(zhǔn)備。閥密封元件238可以是一個帶有一個平頭的剛性或半剛性盤或柱，平頭的密封直 徑要遠(yuǎn)大于它所密封的從存儲器222通向隔膜220的孔的直徑?；亓鏖y236的密封表面應(yīng)該是平的，但是也可以是圓錐或是其它形狀。一些其它 的彈簧和氣流結(jié)構(gòu)也是可行的，它們使用了一個相似的表面積差值原理。使用一個預(yù)設(shè)或 可調(diào)的氣流阻力機(jī)構(gòu)可以使氣流的阻力增加到足夠大以防止隔膜過快地重新膨脹。在某些實施例中可能要求氣流阻力根據(jù)系統(tǒng)中存在的壓力的大小或是空氣從儲 存器222流向隔膜220的速度的快慢來改變。這可以通過多種方式來實現(xiàn)，其中包括一種 足夠湍急的氣流路徑，使得流量越高產(chǎn)生的氣流阻力就越大；或是使用一種大流量反而減 小氣流阻力的結(jié)構(gòu)，使更多的空氣被更快地轉(zhuǎn)移。位于鞋211鞋跟下的全壓縮空氣泵246是隔膜彈簧210的一個可選但是首選的元 件。任意時刻只要空氣隔膜222達(dá)到全壓縮，全壓縮空氣泵246就將大氣(也可使用其它可 壓縮氣體，但是首選空氣，因為它可以取自大氣層并排放至大氣層)添加到隔膜220和/或 空氣存儲器222中以增加整個系統(tǒng)的壓力。在一雙彈簧鞋中可能會有一個或多個隔膜220 和儲存器222?？諝獗?46允許鞋子對不同的使用者體重和散步或跑步等方式進(jìn)行自我調(diào)整。對于使用了彈簧110的鞋類來說，最優(yōu)先考慮的設(shè)計目的一直是盡可能多的使用 可用的“行程”，不管使用者是散步、跑步、或是慢跑等等。如果使用了全壓縮空氣泵，當(dāng)使用 者不再跑步(舉例來說)并且不再使用隔膜的全“行程”的時候，就可以提供一種像排氣閥 (未顯示)一樣降低空氣壓力的方法。這樣就有必要放掉足夠多的空氣到大氣中直到使用 者再次完全壓縮隔膜220。這種功能可以使用連續(xù)排放系統(tǒng)來實現(xiàn)，但是最好是用一個由 CPU控制的電子激活微型管來實現(xiàn)。CPU探測到全壓縮不再發(fā)生后就打開排氣閥以降低系 統(tǒng)的壓力。這種傳感功能可以通過很多不同的方式來完成，其中包括在儲存器底部和頂部 之間使用一個接觸傳感器或近距離傳感器，或通過一個鞋底內(nèi)的壓力傳感器，或是通過檢 測泵是否有氣流，或是通過檢測從泵至儲存器和/或隔膜的單向閥在每一步是否被激活。這樣，踏步的沖擊就被有效地消散了，而能量被存儲起來以備使用者開始卸載其 腳跟時釋放。事實上，從儲存器222至隔膜220中理想的空氣壓力釋放可以在使用者的重 心位置移動到腳跟前面之前就開始，只要有一個短暫的延遲存在，并且存儲在儲存器中的 能量有一部分是在使用者的重心位置移至腳踝前面時被釋放的。大氣泵246的通風(fēng)口應(yīng)該被過濾，最好是通過一塊較大面積的防水或透氣的材 料，如Dupont公司生產(chǎn)的Gortex 布料來過濾，以防止任何外來物如灰塵或水進(jìn)入系統(tǒng)。 這個過濾層(或膜)最好是有一個足夠大的表面積(比如說可以作為鞋外部的一塊嵌板)以允許足夠的氣流，因為在使用過程中泵246將產(chǎn)生最高的氣流。同樣地，氣封的實施例盤應(yīng)使用某種過濾器，比如一種將鞋內(nèi)空氣排出后再通過一個過濾層吸入的過濾器，如圖32至圖36所示。隔膜220可以有許多不同的形狀和尺寸，也可以在鞋前腳掌中使用。隔膜220可 以是一種彈性的、可伸展的材料，但是最好是一種有韌性但沒有彈性的材料，比如說一種夾 布強(qiáng)化橡膠或彈性纖維，在隔膜拉伸時被存儲的壓縮能應(yīng)盡可能小。相反地，最好是將盡可 能多的能量存儲在高壓儲存器222中。高壓儲存器222可能有許多的形狀和尺寸并且最好是使用一種剛性或半剛性材 料，但可能更是一種彈性或可延性材料。它的體積最好是約等于或小于與它相連的隔膜220 的體積。理想的體積可能需要由測試來決定。高壓儲存器222也可能被集成至鞋幫214或鞋底212內(nèi)，通過使用小直徑管(最好 是1/8”ID，但是大于或小于這個尺寸也可行)塑造或粘合至鞋底內(nèi)，或是通過縫合、粘合或 其它方法集成到鞋幫上。這種管道儲存器可以安裝在鞋211的任意位置，但是最好是裹在 鞋底212的外部的上邊，并且它應(yīng)該足夠長以包含想要的能量儲存特性所要求的體積?？?氣儲存器222也可以作為鞋底212的一部分被安裝在鞋前腳掌的下面。單向閥226可以是球式或扁平下垂式，又或是其它任意形式的單向閥結(jié)構(gòu)。最好 是有一個預(yù)設(shè)或可調(diào)的流量機(jī)構(gòu)來增加氣流的阻力，防止隔膜在使用者的能量被完全存儲 之前就達(dá)到全壓縮狀態(tài)(或者換句話說，在“降至谷底”前保持“懸浮”)。在某些實施例中可能要求氣流阻力根據(jù)系統(tǒng)中存在的壓力的大小或是空氣從儲 存器222流向隔膜220的速度的快慢來改變。理想狀態(tài)下，氣流的速度應(yīng)快到能使用每一 次踏步的整個行程，但是又慢到能防止隔膜220在突然受到大的流量時被太快地壓縮。這 可以通過多種方式來實現(xiàn)，其中包括一種足夠湍急的氣流路徑，使得流量越大產(chǎn)生的氣流 阻力就越大。一旦不再需要較高的壓力，就使用排氣閥(未顯示)來減小系統(tǒng)內(nèi)的壓力。也可以 使用許多其它種類的閥，比如Parker Hannifin發(fā)明的“X閥”，或是一種微型的壓電閥。閥 可以在使用者的幾次或者更多次踏步的過程中減小系統(tǒng)的壓力，因此不需要很大的氣流。此處使用了一個簡單的延遲開啟回流閥。也可以使用其它帶有活動電控閥或不同 的壓力傳感器的方法來顯示正確的能量釋放定時。在某些應(yīng)用中可能更適宜用一個使用了一種或多種流體而不是空氣來密封的封 閉系統(tǒng)來代替從大氣中排氣和吸氣。在這種布置中也可以使用其它氣體比如氮?dú)?。其它?些能量儲存系統(tǒng)也可以被使用，比如利用不可壓縮的流體的運(yùn)動來壓縮機(jī)械彈簧、增壓的 氣體或是擴(kuò)張一個彈性腔。圖44顯示了一種使用了彈簧110的高跟鞋250。彈簧110是根據(jù)本專利文檔公開 的原則來設(shè)計的，并且以舉例的方式公開了一些特殊的設(shè)計。高跟鞋250有一個鞋跟251和 一個由上底252和下底254構(gòu)成的鞋底。盡管鞋底有許多可行的設(shè)計方案，在此處所顯示 的實施例中，上底252和下底254是由在腳趾端253處打開的單個彈性元件制成，并且有一 個空氣間隙255在上底252和下底254之間。彈簧110安裝在上底252和下底254之間， 在本例中它直接安放在鞋跟251的頂部，有效地構(gòu)成鞋250的鞋跟的一部分。鞋250有一 個前腳掌固定帶258和/或踝固定帶256。
圖45和圖46說明了一個包括了圓錐盤110和彈性元件136的彈簧110的實施例， 彈性元件136包圍在圓錐盤的邊緣以抵抗盤被壓平時引起的伸展。圓錐盤由被縫隙262隔 開的脊?fàn)钔黄鸹蜉棗l260構(gòu)成，縫隙262中可能是空的也可能包含有比脊?fàn)钔黄鸹蜉棗l更 輕或者更有彈性的材料。圖47顯示的是彈簧110的一個圓錐盤元件的實施例，其中彈簧110包含了一個由 伸出腿或伸出物272連接在內(nèi)環(huán)138上構(gòu)成的穗狀盤270。伸出腿與構(gòu)件274彈性相連。 與構(gòu)件274的連結(jié)為伸出腿提供了橫向穩(wěn)定性。為了抵抗盤的壓縮，彈簧最好還包括一個 額外的彈性元件(未顯示)，比如說一個環(huán)彈簧。圖48和圖49顯示了一個包括開槽的盤280的彈簧110的實施例，當(dāng)盤被壓平時， 圓周方向上的槽282允許盤邊284放射狀地壓縮。如圖所示，相對剛性的外環(huán)286可以被 集成在盤上或是單獨(dú)地添加到盤上。圖50至圖52顯示了一個包括兩個連接在內(nèi)連接器292和外連接器294上的環(huán) 290的彈簧110。當(dāng)彈簧被壓平時(即連接器被推到一起)，環(huán)290被壓縮。在此處所示的 實施例中，彈簧是由一種材料注模而成的單個零件；在其它實施例中它可能是一個包含多 個零件的組件。圖53至圖55顯示的彈簧110與圖50至圖52中顯示的彈簧類似，但是有三個環(huán) 290和一個位于環(huán)和內(nèi)連接器之間鉸鏈296。圖63說明了一種鞋330，可以是任意款式的鞋，它包括一個鞋底332和一個鞋幫 334，鞋底332的鞋跟內(nèi)有一根彈簧336，在鞋底332的前腳掌內(nèi)有一根彈簧383。彈簧336 和338可以根據(jù)本文檔中公開的任意一種彈簧來制造。鞋330可能安裝了某一根彈簧在鞋 跟內(nèi)、鞋前腳掌內(nèi)，或是兩者都有，又或者包含多根彈簧在鞋前腳掌內(nèi)、鞋跟內(nèi)，或者兩者都有。所有的裝置、實施例和可能的衍生產(chǎn)品(在文中提及但未詳述)可以與其它的鞋 底結(jié)構(gòu)及裝置結(jié)合使用，如氣囊、泡沫材料等。這種重量輕，外形尺寸小的還原力彈簧可能對其它非鞋類的應(yīng)用也有一定的價值。所列舉的所有例子可能包括屬性不同的不同材料的結(jié)合使用，或者這些例子中可 能包含相同材料的元件或構(gòu)件，但是通過不同的厚度和橫截面來產(chǎn)生不同的剛度和延展特 性。比如，一種半剛性的材料可以用于剛性壓縮負(fù)載構(gòu)件中，如果彈性延伸截面由波狀或摺 狀橫截面構(gòu)成的話，那它也可以用于可延伸的彈性構(gòu)件中以使彈性構(gòu)件可以在材料主要的 彎曲變形下伸展。本公開中涉及到的剛性構(gòu)件的剛度應(yīng)大到能夠承受拉伸可延性構(gòu)件所需的壓縮 載荷而又在除非必要的情況下不會使壓縮載荷構(gòu)件明顯地壓彎或折彎，通過這種設(shè)計來保 持所需的從踏步中傳送到可延構(gòu)件的力。彈簧110的這種剛性或半剛性壓縮負(fù)荷構(gòu)件使用的典型的材料是聚丙烯或其它 負(fù)泊松比的材料，如Delrin 聚甲醛樹脂，注塑模纖維強(qiáng)化尼龍，或是金屬或其它種類的塑 料或纖維強(qiáng)化復(fù)合材料。彈性延伸零件最好是使用Delrin 聚甲醛樹脂，但是也可以用其 它類型的塑料、金屬或復(fù)合材料制造。所有的這些系統(tǒng)在被出售時可以有多種彈簧組件或彈性構(gòu)件剛度可供選擇以適應(yīng)不同使用者的體重和使用者散步或跑步的風(fēng)格。能量釋放的速度也可以由可延性材料的黏彈性來控制。低黏彈性特性可能更適用于高性能的田徑鞋，而高黏彈性特性可能對能吸 收沖擊和保持一致感覺的“平庸”鞋更為有利。人們購買不同種類的鞋作不同的用途，比如說散步或跑步。使用者決定一雙特制 的步行鞋的彈簧剛度的理想起點是選擇一種當(dāng)使用者的全部重量壓在一個鞋跟上時恰好 能被完全壓縮的彈簧。這樣，步行的重量將會壓縮鞋底。對于跑步或慢跑來說，一種更硬的 彈簧可能更加合適。彈簧鞋對高沖擊的體育運(yùn)動也可能特別有幫助，比如說滑板。在這些 應(yīng)用中使用的彈簧可能要比在跑步或慢跑時使用的彈簧更硬。在某些情況下，能量返回可 能沒有益處因而可以被最小化或完全杜絕，但是能量消散和側(cè)邊穩(wěn)定性可以被最大化以防 止受傷。一些其它的鞋底結(jié)構(gòu)也是可行的，只要其中使用了一根當(dāng)鞋跟和/或鞋底的其它 部分全壓縮或部分壓縮時彈力漸減的彈簧。此處描述的方法是通過優(yōu)先考慮如簡化結(jié)構(gòu)和 降低成本等特征的彈力漸減彈簧系統(tǒng)的例子來說明的。發(fā)明者預(yù)想使用全部或部分在全部 或部分壓縮位移內(nèi)具有彈力漸減彈簧特征的鞋底來模鑄或構(gòu)造整個鞋底。彈簧110也可以 被用在鞋的其它部位的下面以提高步行和/或跑步的速度、效率和舒適性。該發(fā)明的一個 或多個實施例的結(jié)構(gòu)也可以在一個鞋底中使用多系列或多樣式的彈簧。彈簧110的其它一些優(yōu)勢還包括由于延遲的反彈響應(yīng)改進(jìn)的減震效果。所舉的例子意欲顯示彈簧110的多種結(jié)構(gòu)。其它的結(jié)構(gòu)變化不限于但包括正面朝 上的和/或倒置的盤，不完全或完全對稱的圓錐盤和/或非圓環(huán)彈簧，包括金屬在內(nèi)的多種 材料制成的圓錐盤或金屬環(huán)彈簧，為了獲得更大壓縮行程而堆垛的正面朝上和/或倒置的 盤，和位于一個或多個盤內(nèi)或盤外或?qū)⒈P包圍的單獨(dú)的減震元件(比如但不限于一個或多 個空氣隔膜)。本申請公開的其中任意一個或所有實施例可以與具有相同或不同設(shè)計的一個或 多個其它能量儲存和返回元件和能量消散元件結(jié)合使用。能量存儲和返回裝置最好是與一 個單向能量消散裝置在人用鞋類的鞋跟和/或鞋前腳掌中結(jié)合使用。多種能量存儲和返 回裝置和/或能量消散裝置也可以在特制的鞋如正裝鞋或高跟鞋中使用，以獲得與在步行 鞋、跑鞋或運(yùn)動鞋中使用時相似的益處。臨時公開的多種裝置也可以用于相關(guān)的非鞋類應(yīng) 用中，如體育用品或需要遞減彈簧力的工業(yè)機(jī)械裝置。許多可行的例子的其中之一是使用本發(fā)明的一個實施例中的彈力遞減元件來提 供遞增/遞減的彈簧剛度系數(shù)以拉伸一個弓弦。這樣可以簡化用于合成弓中的現(xiàn)有滑輪系 統(tǒng)。本發(fā)明的一些其它應(yīng)用比如但不限于懸掛系統(tǒng)元件和多種聯(lián)動裝置中使用的可變彈簧 執(zhí)行機(jī)構(gòu)也是可以想見的。在權(quán)利要求書中，“包括”一詞使用的是廣義，并不排除其它可能出現(xiàn)的元件。置于 所聲稱的特征前的不定冠詞“一個”不排除超過一個的情況。此處描述的每個獨(dú)立的特征 可以用于一個或多個實施例，但此處所描述的好處并不是如權(quán)利要求書所定義的那樣是構(gòu) 成所有實施例的要素。此處所述的實施例也可以作一些無關(guān)緊要的修改，只要不違反權(quán)利要求書中提及 的內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和一個鞋前腳掌的鞋底；一個固定于鞋底上的鞋幫；一根至少部分地放置在鞋底內(nèi)的彈簧，在彈簧鞋支撐的腳壓縮鞋底和彈簧時該彈簧有一個彈簧行程范圍；彈簧有一個隨著彈簧的壓縮而變化的彈簧剛度系數(shù)，隨著彈簧壓縮，提供了一個抵抗超過至少一部分彈簧行程范圍的壓縮的還原力；以及一個位于鞋底內(nèi)的偏壓減震器，偏壓減震器用來抵抗彈簧被壓至接近最大壓縮時鞋底的壓縮。
2.如權(quán)利要求1所述的彈簧鞋，在該彈簧鞋內(nèi)彈簧的行程范圍在彈簧的全壓縮和無壓 縮之間伸展，并且彈簧被安裝用來提供一個隨著彈簧接近全壓縮狀態(tài)而抵抗彈簧壓縮的還 原力。
3.如權(quán)利要求1所述的彈簧鞋，在該彈簧鞋內(nèi)彈簧被安裝用來提供一個隨著鞋底接近 全壓縮狀態(tài)而遞增的力來抵抗壓縮。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的彈簧鞋，在該彈簧鞋內(nèi)彈簧的行程范圍在兩個端點之間 伸展，彈簧的彈簧剛度系數(shù)在彈簧行程范圍兩個端點之間的某點處為零，且抵抗壓縮的彈 簧力隨著彈簧被壓縮至超過了剛度為零的點時就開始減小。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的偏壓減震器有一個緩沖行 程范圍，且減震器的緩沖行程范圍要小于彈簧的行程范圍。
6.如權(quán)利要求5所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的偏壓減震器包含一種能量消散可壓縮材料。
7.如權(quán)利要求5所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的偏壓減震器包含一種能量消散可變形材料。
8.如權(quán)利要求4或5所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的偏壓減震器包括一個帶有導(dǎo)管的氣 囊，導(dǎo)管允許空氣流進(jìn)或流出氣囊。
9.如權(quán)利要求8所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的氣囊有一個氣流調(diào)節(jié)器元件來限制流出 氣囊的空氣比流入氣囊的空氣要多。
10.如權(quán)利要求1至9中所任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的彈簧包括一個剛性元件 和一個彈性元件，彈性元件與剛性元件相連以防止鞋底內(nèi)的彈性元件和剛性元件中的至少 一個被壓平。
11.如權(quán)利要求10所述的彈簧鞋，其中剛性元件受到壓縮載荷，彈性元件受到拉伸載荷。
12.如權(quán)利要求10所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的彈性元件被安裝于拉伸狀態(tài)以阻止位 于鞋底內(nèi)的剛性元件被壓平。
13.如權(quán)利要求10所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的彈性元件被安裝于壓縮狀態(tài)以阻止位 于鞋底內(nèi)的彈簧被壓平。
14.如權(quán)利要求12或13所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的剛性元件是拱狀的，它有一個頂 點并且至少有一個鉸鏈，或是在頂點處具有彈性以允許剛性元件能在施加于頂點的力的作 用下被壓平。
15.如權(quán)利要求14所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的彈性元件包括一個與剛性元件相連的 外圍。
16.如權(quán)利要求14所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的剛性元件在全壓縮狀態(tài)下預(yù)加了應(yīng)力 以朝無壓縮狀態(tài)返回。
17.如權(quán)利要求13、14或15所述的彈簧鞋，該彈簧鞋的剛性元件是空氣密封的。
18.如權(quán)利要求10至17中所任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的剛性元件包括一個圓錐盤。
19.如權(quán)利要求18所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的圓錐盤包含了擴(kuò)展槽。
20.如權(quán)利要求19所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的擴(kuò)展槽的形狀由一些脊?fàn)钔黄饋泶_ 定，并且在圓周方向上至少有一部分?jǐn)U展槽比這些脊?fàn)钔黄鹨獙挕?br> 21.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的彈簧至少包括一個與彈簧 相連的可壓縮元件，它可以朝向一個剛性元件自己向內(nèi)折疊。
22.如權(quán)利要求21所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的可壓縮元件包括鉸鏈。
23.如權(quán)利要求22所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的可壓縮元件通過至少一個鉸鏈與剛性 元件相連。
24.如權(quán)利要求22或23所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的鉸鏈至少有一個是活動鉸鏈。
25.如權(quán)利要求21至24中任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的可壓縮元件包括一個環(huán)。
26.如權(quán)利要求21至25中任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的可壓縮元件和剛性元件 是由單一的一種材料構(gòu)成。
27.如權(quán)利要求10所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的剛性元件受到拉伸載荷，彈性元件受 到壓縮載荷
28.如權(quán)利要求27所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的彈性元件是拱狀的，它有一個頂點，并 且允許彈性元件能在施加于頂點的力的作用下被壓平。
29.如權(quán)利要求27或28所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)彈性元件包括一個圓錐盤。
30.如權(quán)利要求10至17中任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的剛性元件形成了一個脊 狀突起。
31.如權(quán)利要求30所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的剛性元件至少有一個活動鉸鏈。
32.如權(quán)利要求10至20或30至31中任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的剛性元件是 由負(fù)泊松比材料制成。
33.如權(quán)利要求10至20或30至32中任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的彈性元件包 含一種聚甲醛樹脂。
34.如權(quán)利要求24所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的彈性元件包含Delrin 聚甲醛樹脂。
35.如權(quán)利要求1至34中任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的彈簧從零壓縮開始算起 直至大于彈簧行程范圍30%時達(dá)到抵抗壓縮的最大彈力。
36.一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和一個鞋前腳掌的鞋底； 一個固定于鞋底上的鞋幫；一根位于鞋底內(nèi)能提供能量存儲和返回功能的彈簧，包括一個對鞋底的壓縮提供阻力的流體腔和一個用于儲存和返回從流體腔中噴出的流體的儲存器。
37.如權(quán)利要求36所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的流體是氣體并且還包括一個允許氣體在腳對鞋底的壓力作用下從氣體隔膜向氣體儲存器流動的第一閥門元 件；以及一個當(dāng)氣體儲存器中的氣壓比氣體隔膜中的氣壓高出一個預(yù)設(shè)的非零值時允許氣體 從儲存器向氣體隔膜流動的第二閥門元件。
38.如權(quán)利要求37所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的閥門由第一閥門元件和第二閥門元件 組成。
39.如權(quán)利要求1至38中任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的彈簧被置于鞋底的鞋跟內(nèi)。
40.如權(quán)利要求1至38中任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的彈簧置于鞋底的鞋前腳 掌內(nèi)。
41.一種彈簧，包括一個拱狀元件支撐在底座上的，拱狀元件有一個頂截面；拱狀元件和底座中至少其中有一個是由彈性材料制成的并且與另外一個相連以防止 拱狀元件被壓平到超過彈簧行程范圍；并且拱狀元件和底座的結(jié)合體有一個隨著由施加到拱狀元件頂截面的力產(chǎn)生的壓縮而變 化的彈簧剛度，以產(chǎn)生一個還原力來抵抗拱狀元件超過至少一部分彈簧行程范圍的壓縮。
42.如權(quán)利要求41所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的拱狀元件在頂截面處至少有一個鉸鏈，除 了在一個或多個鉸鏈處以外，拱狀元件是由能抵抗由施加在頂截面處的力或是壓縮拱狀元 件的力引起的彎曲的材料構(gòu)成的。
43.如權(quán)利要求42所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的底座包括一個彈性元件以防止拱狀元件被 彈性元件內(nèi)部的拉力壓平。
44.如權(quán)利要求43所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的彈性元件形成了拱狀元件的一個相連的外圍。
45.如權(quán)利要求41至44中任一項所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的拱狀元件和底座其中至少有 一個是由負(fù)泊松比材料制成。
46.如權(quán)利要求41中所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的拱狀元件包含一種可壓縮的材料。
47.如權(quán)利要求41中所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的拱狀包括一種可壓縮的結(jié)構(gòu)，其中拱狀 元件材料的變形導(dǎo)致了拱狀元件放射狀的壓縮。
48.如權(quán)利要求41所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的拱狀元件包括一種可壓縮的結(jié)構(gòu)，其中拱 狀元件材料的變形導(dǎo)致拱狀元件縱向的壓縮。
49.如權(quán)利要求41至46中任一項所述的彈簧，該彈簧的行程范圍包括從拱狀元件的全 壓縮到無壓縮的范圍，而彈簧的行程范圍包括拱狀元件的全壓縮，超過彈簧的行程范圍后 拱狀元件就會產(chǎn)生一個抵抗壓縮的還原力。
50.如權(quán)利要求41至49中任一項所述的彈簧，該彈簧還包括一個與拱狀元件相關(guān)聯(lián)的 偏壓減震器，偏壓減震器用于抵抗彈簧被壓至接近最大壓縮時拱狀元件的壓縮。
51.如權(quán)利要求47所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的偏壓減震器有一個緩沖行程范圍，且減震 器的緩沖行程范圍要小于彈簧的行程范圍。
52.如權(quán)利要求50或51所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的偏壓減震器包括一個有空氣流進(jìn)或流 出的氣囊。
53.如權(quán)利要求52所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的氣囊有一個氣流調(diào)節(jié)器元件來限制流出氣 囊的空氣比流入氣囊的空氣要多。
54.如權(quán)利要求41至53中任一項所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的拱狀元件在全壓縮狀態(tài)下預(yù) 加了應(yīng)力以朝無壓縮狀態(tài)返回。
55.如權(quán)利要求41至54中任一項所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的拱狀元件是空氣密封的。
56.如權(quán)利要求41至55中任一項所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的拱狀元件包括一個圓錐盤。
57.如權(quán)利要求56所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的圓錐盤包含了擴(kuò)展槽。
58.如權(quán)利要求56所述的彈簧，該彈簧內(nèi)至少有一部分的擴(kuò)展槽是盲槽。
59.如權(quán)利要求57所述的彈簧，該彈簧內(nèi)至少有一部分的擴(kuò)展槽穿透了圓錐盤。
60.如權(quán)利要求57至59中任一項所述的彈簧，其中圓錐盤包括具有第一種彈性的第一 種材料，擴(kuò)展槽包括具有第二種彈性的第二種材料的區(qū)域，第二種材料的彈性比第一種材 料的彈性更高。
61.如權(quán)利要求41至55中任一項所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的剛性元件形成了一個脊?fàn)钔黄稹?br> 62.如權(quán)利要求41至61中任一項所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的彈性元件包含一種聚甲醛樹脂。
63.如權(quán)利要求62所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的彈性元件包含Delrin 聚甲醛樹脂。
64.如權(quán)利要求41至61中任一項所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的剛性元件包含一種聚甲醛樹脂。
65.如權(quán)利要求64所述的彈簧，該彈簧內(nèi)的剛性元件包含Delrin 聚甲醛樹脂。
66.如權(quán)利要求41至65中任一項所述的彈簧，該彈簧從零壓縮開始算起直至大于彈簧 行程范圍30%時達(dá)到抵抗壓縮的最大彈力。
67.如權(quán)利要求41至66中任一項所述的彈簧，該彈簧被合并在人用鞋類中。
68.一種將踏步的能量儲存和返回給使用者方法，該方法包括如下步驟 在踏步時使用置于腳下的彈簧來吸收腳的沖擊力；隨著彈簧壓縮至穿過抵抗彈簧壓縮的最大力出現(xiàn)的位置而進(jìn)入抵抗彈簧壓縮的力隨 著彈簧壓縮而減小的區(qū)域，能量被儲存于彈簧內(nèi)；以及隨著使用者在踏步后重量不再壓在腳上，至少返回一部分儲存的能量給使用者。
69.如權(quán)利要求68所述的方法，該方法還包括提供一個隨著彈簧接近全壓縮狀態(tài)而遞 增的抵抗壓縮的力。
70.如權(quán)利要求68所述的方法，該方法中遞增的力由一個偏壓減震器提供。
71.如權(quán)利要求69所述的方法，該方法中遞增的力由彈簧提供。
72.如權(quán)利要求68至71中任一項所述的方法，該方法中的彈簧是氣壓彈簧。
73.如權(quán)利要求68、69、70或71所述的方法，該方法中彈簧的壓縮包括一個成一定角度 放置的剛性構(gòu)件被一個彈性元件提供的力壓平。
74.如權(quán)利要求73所述的方法，該方法中的彈性元件處于拉伸狀態(tài)。
75.如權(quán)利要求74所述的方法，該方法中的彈性元件包含一種聚甲醛樹脂。
76.一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和鞋前腳掌的鞋底； 一個固定在鞋底上的鞋幫；一根至少部分地放置在鞋底內(nèi)的彈簧，在彈簧鞋支撐的腳壓縮鞋底和彈簧時該彈簧有 一個彈簧行程范圍；并且彈簧有一個隨著彈簧的壓縮而變化的彈簧剛度系數(shù)，隨著彈簧壓縮，提供一個還原力 以抵抗超過至少一部分彈簧行程范圍的壓縮；
77.一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和鞋前腳掌的鞋底； 一個固定在鞋底上的鞋幫；一根至少部分地放置在鞋底內(nèi)的彈簧，在彈簧鞋支撐的腳壓縮鞋底和彈簧時該彈簧有 一個彈簧行程范圍，彈簧的行程范圍在彈簧的最大壓縮和初始壓縮之間擴(kuò)展；并且彈簧有一個隨著彈簧的壓縮而變化的彈簧剛度系數(shù)，隨著彈簧接近最大壓縮，提供一 個還原力以抵抗彈簧的壓縮；
78.一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和鞋前腳掌的鞋底； 一個固定在鞋底上的鞋幫；一根至少部分地放置在鞋底內(nèi)的彈簧，在彈簧鞋支撐的腳壓縮鞋底和彈簧時該彈簧有 一個彈簧行程范圍，彈簧的行程范圍在彈簧的最大壓縮和最小壓縮之間擴(kuò)展；彈簧有一個隨著彈簧的壓縮而變化的彈簧剛度系數(shù)，隨著彈簧壓縮，提供(a) —個抵 抗超過至少一部分彈簧行程范圍的壓縮的還原力，隨著彈簧接近最大壓縮，提供(b) —個 遞增的力抵抗壓縮；
79.一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和鞋前腳掌的鞋底； 一個固定在鞋底上的鞋幫；一根至少部分地放置在鞋底內(nèi)的彈簧，在彈簧鞋支撐的腳壓縮鞋底和彈簧時該彈簧有 一個彈簧行程范圍，彈簧的行程范圍在兩個端點之間擴(kuò)展；該彈簧有一個在兩端點之間某處為零的彈簧剛度系數(shù)，隨著彈簧被壓過剛度系數(shù)為零 的點，彈簧抵抗壓縮的力就開始減??；
80.一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和鞋前腳掌的鞋底； 一個固定在鞋底上的鞋幫；一根至少部分地放置在鞋底內(nèi)的彈簧，在彈簧鞋支撐的腳壓縮鞋底和彈簧時該彈簧有 一個彈簧行程范圍；彈簧有一個隨著彈簧的壓縮超過至少一部分彈簧行程范圍而減小的彈簧剛度系數(shù)；以及一個位于鞋底內(nèi)的偏壓減震器，偏壓減震器用來抵抗彈簧被壓至接近最大壓縮時鞋底 的壓縮。
81.一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和鞋前腳掌的鞋底； 一個固定在鞋底上的鞋幫；一根至少部分地放置在鞋底內(nèi)的彈簧，在彈簧鞋支撐的腳壓縮鞋底和彈簧時該彈簧有 一個彈簧行程范圍，彈簧的行程范圍在彈簧的最大壓縮和最小壓縮之間擴(kuò)展； 彈簧有一個隨著彈簧接近最大壓縮而減小的彈簧剛度系數(shù)；以及 一個位于鞋底內(nèi)偏壓減震器，偏壓減震器用來抵抗彈簧被壓至接近最大壓縮時鞋底的 壓縮。
82.一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和鞋前腳掌的鞋底； 一個固定在鞋底上的鞋幫；一根至少部分地放置在鞋底內(nèi)的彈簧，在彈簧鞋支撐的腳壓縮鞋底和彈簧時該彈簧有 一個彈簧行程范圍，彈簧的行程范圍在彈簧的最大壓縮和最小壓縮之間擴(kuò)展；彈簧有一個隨著彈簧的壓縮而變化的彈簧剛度系數(shù)，提供(a) —個隨著鞋底的壓縮超 過至少一部分彈簧行程范圍而減小的剛度系數(shù)，和(b) —個隨著鞋底接近最大壓縮而遞增 的抵抗壓縮的力；以及一個位于鞋底內(nèi)的偏壓減震器，偏壓減震器用來抵抗彈簧被壓至接近最大壓縮時鞋底 的壓縮。
83.一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和鞋前腳掌的鞋底； 一個固定在鞋底上的鞋幫；一根至少部分地放置在鞋底內(nèi)的彈簧，在彈簧鞋支撐的腳壓縮鞋底和彈簧時該彈簧有 一個彈簧行程范圍，彈簧的行程范圍在兩個端點之間擴(kuò)展；該彈簧有一個在兩端點之間某處為零的彈簧剛度系數(shù)，隨著彈簧被壓過剛度系數(shù)為零 的點，彈簧抵抗壓縮的就開始減?。灰约耙粋€位于鞋底內(nèi)偏壓減震器，偏壓減震器用來抵抗彈簧被壓至接近最大壓縮時鞋底的 壓縮。
84.如權(quán)利要求80或83中任一項所述的彈簧鞋，該彈簧鞋內(nèi)的偏壓減震器包括一個帶 有導(dǎo)管的氣囊，導(dǎo)管允許空氣流進(jìn)或流出氣囊。
85.一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和鞋前腳掌的鞋底； 一個固定在鞋底上的鞋幫； 一根位于鞋底內(nèi)的彈簧；一個減震器，包括一個對鞋底的壓縮提供阻力的流體腔和一個用于儲存和返回從流體 腔中噴出的流體的儲存器。
86.一種彈簧鞋，包括一個有一個鞋跟和鞋前腳掌的鞋底； 一個固定在鞋底上的鞋幫；一根位于鞋底內(nèi)的彈簧，該彈簧包括一個圓錐盤；以及一個減震器，該減震器包括一個氣囊，氣囊的邊界至少有一部分是由圓錐盤來給定的。
87.如權(quán)利要求86所述的彈簧鞋，該彈簧鞋中的彈簧有一個行程范圍，并且有一個隨 著彈簧壓縮至少在一部分彈簧的行程范圍內(nèi)減小的彈簧剛度系數(shù)；
88.如權(quán)利要求86所述的彈簧鞋，該彈簧鞋中的彈簧有一個行程范圍，并且有一個隨 著彈簧壓縮至少在一部分彈簧的行程范圍內(nèi)減小的抵抗壓縮的彈力；
89.—種包括一個盤的彈簧，該彈簧有一個行程范圍，并且有一個隨著彈簧的壓縮在彈 簧行程范圍內(nèi)某點處為零的彈簧剛度系數(shù)；
90.一種包括一個盤的彈簧，盤至少部分包括一種彈性材料，用來提供抵抗將盤壓平的力；
91.如權(quán)利要求90所述的彈簧，該彈簧有一個行程范圍，并且有一個隨著彈簧壓縮至 少在彈簧行程范圍內(nèi)的某個點處開始減小的彈簧剛度系數(shù)；
92.如權(quán)利要求89至91中任一項所述的彈簧，該彈簧鞋中的彈簧有一個行程范圍，并 且有一個隨著彈簧壓縮至少在一部分彈簧的行程范圍內(nèi)減小的抵抗壓縮的彈力；
93.如權(quán)利要求89至92中任一項所述的彈簧，該彈簧在鞋前腳掌內(nèi)使用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種彈簧鞋，特別是一種彈簧以及一種將能量返回給使用者的方法。在某個實施例中，通過一種方法和裝置將踏步的能量儲存，經(jīng)過一個短暫的延遲后釋放出來，此時它將施加一個包括一個向前分力的力在使用者身上。在某個實施例中這種功能可以通過一根位于鞋底內(nèi)的彈簧來實現(xiàn)，該彈簧有一個遞減的彈力，因此隨著彈簧的壓縮需要用來壓縮鞋底的力在彈簧的全部或部分壓縮位移內(nèi)遞減。
文檔編號F16F1/371GK101815448SQ200880110136
公開日2010年8月25日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者大衛(wèi)·W·波漢姆, 詹姆斯·B·克萊森 申請人:帕迪斯科發(fā)展有限公司