CN1152626C - 缓冲垫及其制法以及对垫充压的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于给缓冲部件充压的方法,其中的缓冲部件至少包括第一和第二腔,并且在这些腔之间存在着一个提供流体流动的内部连接通道。该方法包括:(1)限制腔中至少一个的体积,从一个注入点以一种压力向这些腔中充入一种流体,然后密闭内部连接通道,或者(2)从一个充入点以一种压力向这些腔中流入一种流体,压缩这些不同的腔中的至少一个腔,然后密闭内部连接通道。该方法特别适于制造鞋垫,这种鞋垫由具有若干密闭的不相通的小室的一个弹性材料体构成,并且这些小室带有一个充入点。共享一个密闭充入通道的至少两个小室具有不同的压力。
Description
本发明涉及一种主要用于体育设备中的带有若干独立小室的缓冲部件以及制造该缓冲部件的方法。更确切地说,本发明涉及一种由带有若干充有流体的独立小室的弹性体构成的特殊缓冲垫,其中至少有两个小室具有不同的压力。而本发明的制造方法能够通过一个流体充入点形成带有若干不同压力小室的垫。
本发明的缓冲垫特别适于在鞋中作底的一部分。这种垫特别适于运动鞋,因为若干不同压力的独立小室有利于坚固的鞋结构在运动中方便地吸收、平衡和反弹所感受到的频繁、重复及很强的力。虽然本发明将特别结合鞋来进行描述,本发明的垫还适用于其他运动,并且适于商业和工业上的相关应用,这些应用包括球拍把手、头盔、自行车座、手套、汽车衬里、地毯垫料、包装材料、医学及修复装置、垫子、布、支托等。
充入流体的缓冲垫已被使用很长时间了。例如,美国专利第302190(1884)号描述了一种早期尝试制做的气动减震鞋。但是一直到美国专利第4183156号和第4219945号所描述的垫发明之前,并没有得到能获得商业上成功的密封流体鞋垫实例。这两份专利文献描述了一种具有彼此相通的若干气体室的充气衬垫,上述若干气体室以一种舒适而有效的方式为脚底提供流体支撑。实际上,这种密封流体缓冲部件一般被认为是很好的震动吸收件,在散步、跳跃和跑步时,这种吸收件能保护脚、腿和身体各个器官的骨骼、肌肉及韧带。
在尝试对这两个专利所描述的技术进行改进的过程中,人们多次体会到将密封流体的鞋垫做成带有许多不相通的室是有利的。多次提到的此种不相通室的优点是:在一个单独的室泄漏时整个衬垫仍能继续起作用。关于这一点,台湾实用新型第33544号公开了一种空气垫叠层结构,该垫有两个充气点以便于分别对周边的空气室和中心空气单元充气。用这种方法,一个小室泄漏不完全破坏该垫的功能。
此外,人们已经认识到由不相通的并处在不同压力下的室组成的垫为穿戴者提供了显著的好处。关于这些,在涉及脚的运动的任何活动中,脚的轮廓以及脚在解剖学上的负荷支撑条件都是不断变化的。不论是活动还是变化轮廓,为了有效和可控制地运动,为了舒适也为了激发人体固有的神经/肌肉本体反应,在脚和鞋之间存在着最佳的相互配合条件,这种配合要求鞋既具有良好的缓冲性能又能使脚保持平衡状态。
一般情况下,鞋最好能起合适并舒适地使脚位于适当的位置、保持平衡状态并使向内侧和/或外侧的趋势最小的作用。从这方面来说,人们认为在垫的四周形成高压来提供横向稳定性,并且在垫中心部分形成低压(也许有几个内部相通的小室)来提供较大程度的挠度和吸震性是比较理想的。
例如,美国专利第5353459号公开了一种向至少由第一和第二不同的腔组成的囊充压的方法。通过一个带有和第一腔相通的流体注入口的内部连接部分,这些腔被连接起来。这种方法包括首先将加压流体引进入口以便使第一和第二腔加压到第一预定压力。然后,封闭内部连通部分使第一腔和第二腔隔离开。此后,对压力进行调整,使第二腔增压,并且将流体入口封闭。
尽管这种设计提供了一种形成具有不同压力的不相通小室的充入流体的缓冲垫的方法,但还存在一些限制。因为,在上述过程中,为了获得一些不同压力的腔,需要许多加压调节和按顺序密闭的内部连接部分。
相反,本发明提供了一种能够以单一的充压步骤和任选的一个密封步骤来形成具有若干处在不同压力下的不相通小室的缓冲垫的方法。此外,此方法的功效在于能让垫的充压小室的几何布置结构比前面所述的结构复杂得多。因此,可经济地生产出一种显著地改善能量反弹特性、震动吸收率、稳定性、强度和寿命的垫。
因而,本发明的目的是提供一种新型的改进了的缓冲部件以及制造该部件的方法。
本发明的有益效果在于即使在较低的充压压力下,仍能提供一种对触到底而言是较大的阻力。
本发明的另一优点在于借助于本发明垫的独特的缓冲层和技术特性,本发明的垫具有非常薄的弹性外壁。
本发明制造方法的优点在于用该方法不必采用通常制鞋工业中所需的机械型稳定装置就能够经济地形成一种包括由于较高的震动吸收率而具有高弯曲潜能的区域和由于较高稳定性而更加坚固的区域的解剖学上的支撑。
本发明的垫及其制造方法的另一个优点在于本发明的垫即使某些小室泄漏和破损也不损失整体缓冲特性。
本发明方法的再一个优点在于应用该方法能够生产一种薄壳缓冲部件,并且整个垫上小室压力的设计型式可与特殊运动的要求以及个别矫直需要相适应。
本发明的垫包括一个弹性材料体,此弹性材料体带有至少两个充入流体的密闭的独立缓冲腔,从一个充压点流体以一种压力被充入上述腔,此两个腔中至少有一个腔被充压达到高于0磅/英寸2的压力,并且两个腔处在不同的压力下。
本发明还提供了一种形成本发明鞋垫的方法,该方法包括:形成在弹性体中有一个内部连接通道的至少两个腔,并且(1)在对至少一个腔的自然状态体积进行限制的同时,从一个入口向这些腔充入压力,然后封闭入口和内部连接通道,或者(2)从一个入口向这些腔充入压力,封闭入口,限制至少一个腔的自然状态体积,然后封闭内部连接通道。这里所使用的″自然状态体积″一词指的是当充满气体时在一个给定的压力下腔的自由体积,而充满液体时,该词调指的是含有一定量液体的室的自由体积。
实际上,上述腔根据应用可以具有任何尺寸、形状或厚度,如球胆形、管形、长方形、正方形、螺旋形、鱼骨形、环形、椭圆形、蜂窝形、自由形、复合形等。而且,上述腔可以有内部定形件。这些内部定形件可以是压力支撑或非压力支撑件。同样,上述腔可以有不同的壁厚和形状,使得腔内的动力学瞬时流体压力在预定区域中引起较大的弹性形变和腔体积的变化,由此增加了对部件缓冲特性的附加控制。
一种缓冲部件包括一个具有许多充入流体且密闭成不相通的小室的弹性材料体,并且在一个充入点处,所说的这些小室是以一种压力充入流体的,其中至少两个所述小室处在不同的压力下,而且,其中所述的处在不同压力下的至少两个小室共享一个公用的密闭充注通道。
所述的垫被放在脚跟部下方的鞋制品中。
所述的垫由位于所述脚跟部的跟骨下面的若干小室组成,这些小室的压力比在垫周边处小室的压力低。
在所述垫中,至少三个密闭的不相通的小室共享一个公用的密闭充注通道,并且该至少三个小室处在三种不同的压力下。
所述的垫被放在鞋制品中脚足弓正下方。
在所述的垫中,至少一个小室被密闭但没有充压。
所述的垫包括不同尺寸的若干小室。
所述的垫包括具有各种形状的若干小室。
所述的垫包括至少一个从第二充入点充入流体的附加小室。
所述的垫由弹性材料构成,所述的弹性材料可从下述一组材料中选取,这组材料为:聚氨酯、聚酯合成橡胶、氟橡胶、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、氯磺聚乙烯、聚乙烯/乙烯醋酸乙烯脂共聚物、聚氯丁橡胶、丁二烯丙烯腈橡胶、丁二烯苯乙烯橡胶、乙烯丙烯聚合物、天然橡胶、高强度硅橡胶、低密度聚乙烯、聚集橡胶、硫化橡胶、甲基橡胶、垫塑橡胶、高腈橡胶、卤化丁基橡胶、聚乙烯甘醇、己二酸以及它们的组合物。
所述的垫还包括至少两个流体相通的小室。
所述的垫包括通常为球形的若干小室。
所述的若干小室至少部分地被封装在一种弹性泡沫中。
所述的垫还包括从第二流入点充入流体的充有流体的若干第二小室。
构成所述垫的弹性材料还包括一种部分或全部晶状的气体屏障材料。
所述的垫包括充有空气、氧气、氮气或大分子非极性气体的若干小室。
所述的垫包括充入一种液体的若干小室。
所述垫充入的液体可从下述一组物质中选取,它们是:水、半凝胶液体、油、油脂、半液体蜡、液体蜡、甘油、半液体皂、硅酮、震凝流体、触变液体、谷物浆及它们的混合物。
一种震动吸收垫包括一个充有(N)流体的弹性材料体,通过密闭通道使内部连接的若干不相通小室,所述的这些小室有一个充入点,至少两个小室具有不同的压力,其中,少于(N-1)个密闭通道与所述的若干小室相连。
所述垫包含的密闭内部通道的个数小于[N-(1/2N+1)]。
所述的垫用于网球拍的把手。
所述的垫用于头盔。
所述的垫用于手套。
所述的垫用于两轮车的车座。
所述的垫用于鞋制品中的鞋底、中间鞋底、外侧鞋底或鞋内衬垫。
所述的垫还包括若干其压力比里侧小室压力高的外围小室。
所述的垫还包括至少一个密闭的但未被充压的小室。
所述垫包含从下述一组物质中选择的所述流体,这些物质是:空气、氮气和大分子非极性气体。
一种制造缓冲部件的方法,所述方法包括如下步骤:
(a)将一个弹性件放入第一和第二联合模具组件之间;
(b)在所述的弹性件中至少形成两个具有一个流体连接通道的不同的小室;
(c)暂时以比所述其他小室大的限度来限制所述若干小室中的至少一个小室的体积;
(d)从一个注入点以一种流体压力向所述若干小室内充入流体;并且
(e)密闭所述的通道。
所述的方法包括将弹性件吹塑(blow-molded)到所述的联合模具组件中。
所述的弹性件在所述第一和第二模具件间经真空和/或加压成型。
所述的方法包括将一个预制的、至少部分密闭的弹性体放入所述第一和第二模具之间。
所述的方法包括使所述模具组件中的至少一个具有凹槽,以便容纳所述小室。
所述的方法包括向至少一个小室内充入流体,以便获得大于0磅/英寸2的压力。
以任何顺序完成所述步骤(a)到(d)。
一种制造缓冲部件的方法包括下述步骤:
(a)将一个弹性件放入第一和第二联合模具组件之间;
(b)在所述的具有一个流体连接通道的弹性体中形成至少两个不同的小室;
(c)暂时以比所述其他小室大的限度来限制所述若干小室中的至少一个小室的体积;
(d)从一个注入点以一种流体压力向所述若干小室充入流体;
(e)密闭所述通道;并且
(f)允许所述的若干小室回复到自然不受约束的体积。
所述的步骤(a)到(d)可以任何顺序完成。
一种用于对垫充压的方法,其中的垫至少包括第一室和第二室,且在所述的这些室之间存在着一条提供流体流动的内部通道,所述的方法包括将所述这些室中的至少一个室的自然状态体积减小到缩小的体积,从一个充入点以一种压力向所述的这些室中充入一种流体,密闭所述的内部通道,并且使所述的减小了的体积回复到自然状态体积。
所述的体积是通过压缩所述室来减小的。
一种用于对垫充压的方法,其中的垫至少包括第一和第二室,且在所述的两个室之间存在着一个提供流体流动的内部通道,所述的方法包括从一个充入点以一种压力向所述的这些室中充入一种流体,暂时将所述这些室中至少一个室的自然状态体积减小到缩小的体积,密闭所述的内部通道,并且使所述减小了的体积回复到一种自然状态体积。
所述的体积是通过压缩所述室来减小的。
一种用于对缓冲部件充压的方法,其中的缓冲部件至少包括具有不同压力的第一和第二室,在所述的这些室之间存在着一个提供流体流动的内部通道,所述的方法包括从一个充入点以一种压力向所述的这些室中充入一种流体,减小所述这些不同的室中至少一个室的自然状态体积,密闭所述内部通道,并且使所述体积回复到自然状态体积。
一种制造多蜂窝状缓冲部件的方法包括:在一个弹性体中形成许多流体相通的小室,从一个充入点向所述的这些小室中充入流体,并达到一个单一的压力,暂时调节所述这些小室的体积,同时封闭至少几个流体连接路径,以获得一种具有几种不同压力的许多独立小室的多室垫。
一种预制垫包括一个具有许多小室的弹性体,至少两组小室由共享一个公用充压通道的至少三个小室组成。
本发明的重点在于所示出和描述的新部件、结构、布置、结合和改进。在申请所结合的并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的几个实施例,这些附图与文字一起对本发明的原理进行了解释。
附图如下:
图1是根据本发明的教导制做的垫的顶视图,
图1A是沿图1中A-A线剖开的横截面图;
图2是用于图1中垫结构的一个未充压、未封闭的预制弹性垫的顶视图;
图3是使用了本发明垫的鞋的透视图;
图4A-4C是沿图3中4-4线剖开的横截面图,它们说明了本发明垫的压缩趋势;
图5是用于本发明方法的一个模具部件的顶视图,虚线表示预置垫的相对位置;
图6A-6C是沿线6-6剖开的图5所示模具件的横截面图,它们示出了模具件的功能;
图7图示一个具有槽形工作面的模具件,它与图5中的模具件相配合提供了两个相匹配的半室,特别适于形成球形室;
图8是用于形成本发明垫的一种优选阴模的横截面图;
图9是使用了本发明垫的一种自行车座的顶视图;
图10A-10E是根据本发明的方法制造的几种结构典型的垫的截面图;
图11是本发明的一种鞋底垫的示意性的顶视图;
图12是沿图11的12-12线剖开的横截面图;
图13A-13C是将一个含有内部连通的若干室充压并封闭的预制垫制做成一个具有不同压力的垫的方法的示意图;
图14A-14C是将一个只含有形成的室轮廓的未充压预制件制成一个具有不同压力的垫的另一种方法的示意图;
图15A-15B图示本发明垫的另一个实施例;
图16是在把手中插入用作缓冲的本发明垫的网球拍的横截面图;
图17是含有作为保持层的本发明垫的美式橄榄球头盔的横截面图;
图18是使用了本发明结构的手套的透视图;
图19是具有本发明结构的另一种后跟垫的透视图;
图20是根据本发明设计的支撑的顶视图;
图21示出本发明的另一种鞋垫。
现在仔细参见本发明的几个最佳实施例,这些实施例在附图中进行了图示。
虽然下面将结合几个最佳实施例和操作步骤对本发明及本发明步骤进行描述,但应该指出,本发明并不限于这些实施例和操作步骤。相反,本发明覆盖了由后附的权利要求限定范围之内的全部替换,改型以及等同方案。
参照示出了垫1的图1,1A和图3。如图3所示,垫1特别适于鞋制品的后跟结构体。垫1由处在形成独特蜂窝状结构的选择区中的密封地连在一起的两层弹性材料-顶层3和底层5构成(看图1A)。更确切地说,该蜂窝结构是通过熔接形成的,通过这种含有许多基本为纵向熔接点7和基本为横向熔接点9的熔接形式构成了一种具有许多内部相通小室8的预制垫部件。
该垫通常的轮廓是通过将两个形成相互适应的真空的半部分-层3和层5的周边2密封地接在一起形成的。当然,这两个相互适应的弹性半部分也可以通过空壳铸造或失蜡铸造、旋转成型、吹塑、静电粉末或气相沉积、注塑或本领域普通技术人员已知的任何其他技术接合在一起。
如图2所示,该预制部件含有使被充注介质从一个小室流向另一个小室的公用通道11。应该注意此通道11通常由几个小室共有。具体地说,通过充入管6被充注流体将进入小室A,公用地区和共享通道11有助于同时将流体注入小室B、C和D。
为了形成完整的具有不同压力的充注小室图案的垫,在有熔接点13的情况下靠一个插入充入管6的针状物或喷管向预制部件中充入流体,对某些选定的小室进行压缩使之体积减少一个预定的值,并有选择地将某些通道封闭。也可选择成使一些小室相互连通。重要的是各个小室的压力是通过下面将进一步描述的方法来预定的,用此种方法可提供一种特别牢固的后跟垫。
更详细地说,在图1所示的垫中,在垫周边附近的不相通的小室(起独立的密闭小室作用)被充压并达到一个比位于纵向轴线上的较中心的小室压力大的压力。用这种方法,后跟部位靠非常牢固的、位于周边附近的高压小室来稳定,并靠趋向中心的低压小室来缓冲。这种成凹形并支撑及稳定后跟部位的设计减少了不希望的向内侧和向外侧的扭转现象以及过分前倾和/或后倾的趋向,或减小了快速侧向运动和快速停住(如网球运动)时的脚底滑脱现象。
图4A-4C详细图示出上述垫的这种稳定和成凹形的作用,这些图示出了带有本发明垫15的鞋内左脚后跟部14。象所示的那样,对处在中部侧最外边的室17充压,使其压力大于在中心侧与其朝内相邻的室18的压力。中心处的小室19具有较小的压力。然后使这些向鞋外侧递增的小室的压力再次增加(见小室20和22)。中心小室的低压提供一种非常舒服的″浮在空气上″的感觉,并使跟骨陷进垫的比外部低的中心部分(见图4B和4C)。该垫的凹陷和支撑作用在上述图中是非常清楚的。特别是小室19变形程度最大,小室18和20次之,而小室17和22最小。此外,在负荷条件下产生中心凹陷的″U″形稳定表面。还应该注意,鞋中部侧外边的小室17被充压的压力值比鞋外侧周边小室22的压力值高。在许多种运动的急停式动作的相互作用中,这种设计提供一种很有益的″倾斜轨道″的效果。
图1示出的本发明垫的一个特别的优点在于具有大量独立的在低压下起很好的缓冲作用的压力小室结构。由于流体被密封在许多较小体积的小室内,所以与已有技术的具有较大室的并在充压时压力增加相应较慢的垫相比,该垫的负荷增加迅速。此外,本发明的垫可以在较低的充注压力下工作而不至于接触到底。与最佳的球状,半球状或部分球状的小室相结合,这些较低的压力使该垫能在气囊内的压力低得多的状态一工作,上述压力大概小于已有技术产品压力的一半。除此之外,适用于本发明的垫的膜层材料非常薄,最好厚度为0.008英寸到0.030英寸。
如下面对几个垫的实施例的综述及附图所表示的那样,本发明的垫用于制鞋工业中是极好的,这种具有可精确控制的、技术占优势的用途非常多的垫可代替传统的海绵状中间鞋底。而且,这种垫能够做成市场上畅销的带有一种360°可视垫的鞋。再者,该垫具有比非常成功的充入流体的现有产品更高的寿命和可靠性。
本发明的一个重要的特点是能够以一种很快的方式在不同的小室或联合小室中充注和密封不同压力不同质量的流体(最好是用一个充注步骤),从而使该垫的生产成本低且制造快。本发明的这种新颖的充注技术还可使本发明的多室软垫结构具有多种不同的压力,并通过一种快速、便宜且可靠的方式以一种压力从一个点将许多小室充满,而不是从多点或以多种压力充满小室。
这样,能方便地定做鞋的软垫以便提供一种具有专门的运动特性或者顾客特需的产品。例如,为了在如(a)缓冲性能,(b)后跟稳定性,(c)脚中部的稳定性,(d)前脚掌的稳定性,(e)旋前肌,(f)旋后肌,(g)特殊的医学的矫形支撑/缓冲指标,(h)理想的从后跟作用到前脚掌″指尖″的向前滚动运动的作用等关键因素之间获得最佳的动力平衡,在制造过程中,可使中间鞋底软垫在全部负荷支撑区域内具有一些独立的室。而且,可专门订做具有某种技术特性如适于广泛的各种运动的舒适的缓冲性能及反弹性能的中间鞋底软垫,上述运动如跑步、跳跃、网球、足球、三级跳、排球、橄榄球、散步、站立、跳舞、高尔夫球、有氧运动、徒步旅行等。
虽然本发明的垫和制造方法具有很显著的改进,本发明也可以与现有的鞋和垫结构技术的特点(包括许多这里所应用的材料)进行有利的结合。此外,美国专利第3,005,272;3,685,176;3,760,056;4,183,156,4,217,705;4,219,945;4,271,706;4,287,250;4,297,797;4,340,626;4,370,754;4,471,538;4,486,901;4,506,460;4,724,627;4,779,359;4,817,304;4,829,682;4,864,737;4,864,738;4,906,502;4,936,029;5,042,176;5,083,361;5,097,607;5,155,927;5,228,217;5,235,715;5,245,766;5,283,963;5,315,769;和5,353,459在本说明书作为参考文献。
用于充入本发明垫中的最佳流体是被收集的气体,如氮和无极性的大分子气体,它们可以是纯的或者是与空气混合的气体。通过扩散抽吸或机械充压这种垫能够自行充压。非常适用的大分子气体包括:六氟乙烷、硫六氟化物、全氟丙烷、全氟丁烷、全氟戊烷、全氟己烷、全氟庚烷、八氟环丁烷、全氟环丁烷、六氟丙烯、四氟甲烷、一氯五氟乙烷、1,2-二氯四氟乙烷、1,1,1,1,2-三氯-1,2,2-三氟乙烷、三氟氯乙烯、溴三氟甲烷和一氯三氟甲烷。这组物质中两种最佳气体为六氟乙烷和硫六氟化物。
另外被认为适于充入弹性体的流体是不易压缩的流体,如水、半凝胶液体、油、油脂、半液体蜡或液体蜡、甘油、半液体皂、硅酮、震凝流体、触变流体、谷物浆,上述这些为所举的例子但不限定所允许使用的不易压缩流体的类型。此外,本发明的缓冲垫还可包括可压缩气体和不易压缩液体的结合。
当用来充入小室中的流体只是不易压缩的液体时,有关用于整个申请中″压力″的主要描述更确切地可被认为是小室最大体积的压力,此体积与弹性材料的胀大(扩张)相关,并通过弹性材料的胀大而达到小室的最大体积。并且,只是部分地充入流体的小室被认为是一种低压实施例,而充入流体使外层的弹性材料进行弹性胀大的小室被认为具有高压。
此种柔软的弹性体最好由从下述材料中选择的弹性材料组成:高百分含量的腈橡胶、卤化丁基橡胶、聚氨酯、聚酯合成橡胶、氟橡胶、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、氯磺聚乙烯、聚乙烯/乙烯醋酸乙烯脂共聚物、聚氟丁橡胶、丁二烯丙烯腈橡胶、丁二烯苯乙烯橡胶、乙烯丙烯聚合物、天然橡胶、高强度硅橡胶、低密度聚乙烯、聚集橡胶、硫化橡胶、甲基橡胶、热塑橡胶。
聚氨酯是用于屏障结构的最佳材料。当希望有一种结晶的气体屏障时,弹性材料可以由结晶聚酯、尼龙、丙烯、石墨、玻璃、Kevlar(凯夫拉尔)、气化物或溅射沉积金属、绝缘金属氧化物和云母构成。选择这些材料及本领域普通技术人员已知的其他材料可减少捕集气体(例如氮气)通过垫的弹性壁扩散。
下面参照附图5、6A-6C和图7来描述构制本发明垫的一种典型方法。图5是一个模具21(一般由铝或黄铜制成)的平面图,该模具21含有RF熔接电极插入位置23和25。在这个例子中,小的环形电极23a和十字形的电极25a被用于选择性地密闭小室之间的连接通道(看图2的11)。预制垫1的轮廓(图2)由虚线绘出。模具21还含有绝缘的嵌入物26,该嵌入物最好由胶木、玻璃纤维、聚三氟氯乙烯聚合体、聚四氟乙烯、酚醛树脂等制成。
在这个实施例中,垫1首先通过随后封闭的充入管6充压到达一个预定的预置压力。然后将垫1放进基板29的凹槽27中,使其恰好对准封闭的电极位置。再将图5中的模具放在垫上面并借助基板29上的导向定位销定位。
为了确保定位准确,基板29中的凹槽27能容纳未充注的预成形部件的最宽部分,并且有充足的空间使小室在独立的小室改变压力和与之相应的体积时胀大。
一种确保定位准确的替代方法是在弹性体的周边上加工出定位孔。这些定位孔可以向上对准充注模具组件基板中的定位销。当垫是由一个第一平板侧和一个第二蜂窝侧(看图15)组成时,这样一种接触是特别有效的,因为平板部分的定位是较困难的。
特别参照图6A-6C,在模具21的内腔中具有若干最好由绝缘材料构成的可调节的凸出物或垫块26,以便以各种预定的值压缩若干独立的小室8。在保持压缩状态的同时,通过模具21,(也可选择模具29)插入熔接电极23a和25a,以便封闭预制垫中已选定的连接通道(图2中的11)。
熔接电极可以为任意形状,例如是一个矩形框或具有十字形截面,只要它们能够密闭所选定的通道就可采用。此外,尽管在这个实施例中公开的方法为RF熔接电极,本领域的普通技术人员还能够使用其他的脉冲电加热熔接机械方法、电磁的、超声波的、激光的和/或化学的熔接方法,等等。
如在图6A-6C中清楚地看到的那样,垫块26改变体积并因此改变整个独立小室的初始预定压力。这样,充压的流体被压入其他小室,因此产生一个贯穿全部小室或腔的新的最大压力。由于RF熔接电极在这种状态下封住了一些小室(图6B),当脱离了压缩状态时,若干小室胀大回到了它们的非压缩自由标准体积(即自然体积),缓冲垫的所选定的压缩小室中的压力减小到所希望的预定值,而非压缩室的压力则比其预置的压力要高。通过这种方法能够在不同的小室中得到任何密封压力。
此外,预先确定了充压的垫中所要达到的最大压力以及独立小室所要达到的不同的压缩(减小的)体积,因此,当若干小室被封闭并且随后被允许回复到其充分自由的标准体积时,每个独立的被压缩小室中的最终压力将下降到所希望的值。允许胀大而没有任何约束的、预先封闭了充入通道的那些小室将停留在其获得的最大压力水平下,这时,连接通道是封闭的。
图13A-13C和14A-14C举例说明了首先充压,然后形成蜂窝状压力和蜂窝状体积与随后胀大到达所期望的最大递增腔压力的这两种情况的区别。图13A-13C描绘了形成垫35和充压到18磅/英寸2的两层弹性材料31和33。然后该垫被放进一个模具组件34中。随后对小室充压且用组件34来减小已选定的小室的体积(图13B)。压缩时,通道被电极封闭形成了一种具有一些不同压力的成品垫(图13C)。
图14A-14C举例说明了使两层弹性材料36和38形成非充压垫39的一种方法。垫形成后被放进一个模具组件41中。然后模具凸出物对小室的自然体积进行压缩,使被压缩的垫胀大并且将通道封闭。这样最后形成的垫由一些具有不同压力的小室组成。
另一方面,通过在模具中完成全部制作步骤,该垫可以一种″单一″步骤的操作来生产。更具体地讲,与其形成一种在模具中充压和密闭的″预制″垫,不如能够在模具中直接制作缓冲垫。这样,不需要形成一个预制的弹性体。再进一步讲,使弹性体在模具中形成一种三维蜂窝形状(或者重新使薄层软化,形成压力和/或真空使薄层胀大进入模具的槽中)并在减小所选定的小室体积时充压,然后封闭适当的通道以便获得具有理想的厚度、大小、几何形状和压力的小室。
在这种情况下,排列起来形成蜂窝结构的熔接点不必在充压之前形成。更确切地说,可以使用一种两个方位的热封闭模具。在第一个方位中,模具靠压缩力来形成小室,而小室的体积是可调的并且对小室充压或不充压。此后,熔接点排列起来,靠压力暂时保持密闭状态,并且靠电极使充入通道封闭起来,然后将这种形成多种压力的室状垫从模具中取出来。
一种最佳的在一个模具中形成弹性体小室的阴模(即取消形成预制部件步骤的模具)图示在附图8中。可用真空方法使弹性材料成型或将弹性材料吹塑到模具构件中。
用本领域普通技术人员所熟悉的方法,可以对预制的、三维多室部件进行吹塑,即吹成半熔的高粘度弹性体的料泡或气泡。当气泡具有理想的尺寸和壁厚时,在气泡周围夹紧双凹室模具,将所选定的气泡的两相对的壁向一起推,形成由挤在一起的半熔态壁的固定的结合点。料泡内气体的压力同时被调高以便推动自由的半熔气泡壁,使其充入模具的槽中。然后,使这部分冷却,应用这里所描述的本发明的蜂窝加压方法,最后从模具中取出缓冲垫。
在上述的吹塑工艺或本领域普通技术人员所熟知的真空成型工艺中,阴模是最佳的,因为成锥型的模具形状使在熔接区域43中每个小室之间的拉伸薄层41最厚。由于是在熔接区域,可提高薄层41在周期压缩负荷时的弯曲疲劳寿命。而锥形部分的壁厚最好至少为薄层通常壁厚的10%。薄层较厚并最好在熔接区域附近能承受住弯曲。在传统的空气垫中几乎所有的薄层疲劳裂纹和接着发生的疲劳破坏都出现在这个区域中。此外,充注小室侧壁的锥型部分以一种便利的方式控制了侧壁的折皱和弯曲,由此减少了薄层局部的褶皱及薄层的弯曲程度。
除了前面所述的其他技术和性能指标外,在具有较好的缓冲性能的同时提供良好的能量反弹(弹力) 是良好的缓冲产品的任务。本发明提供了很好的缓冲性能。因为流体介质可被密封在独立的若干小室中,所以充入介质在四周流动不损失能量。此外,全部的碰撞震动能量以所收集气体的非绝热压缩形式和弹性材料封闭薄层的弹性变形形式被吸收并有效地储存起来。
在各种类型的缓冲部件和产品的设计中存在一个基本还未实现的目标,那就是制定这些产品的负荷/偏差指标,使这些指标与部件整个受力区所需的渐增的实际具体负荷/偏差函数相匹配。在一般应用中已经发明了许多较好的和起作用的技术。各种类型的泡沫材料、弹性橡胶、捕集气体和捕集液体系统都可在市场上买到。然而,它们都将按照产品平均的递增的实际具体缓冲技术指标进行工作。例如,在一些运动鞋的中间底中,制造者将其分成几层不同密度的楔形泡沫组件,以便在一个区域中获得较缓和的缓冲而在另一个区域中获得更坚固的支撑。一些气体和流体系统通过具有一个或两个限流通道或者在袋子之间有单向止回阀的两个或更多的大袋充注流体来完成上述任务。本发明是以一种非常独特、迅速、简单、低成本以及非常有用的方法来解决这些问题的。这样,易于得到几乎无限制的、新的并且在成本上有竞争力的产品。
图10-12,19和21描绘了几个可供选择的具有本发明垫的鞋的实施例。具体地说,可以将缓冲垫制成具有不同小室尺寸和/或压力值。例如,使周边的小室具有较高压力,而使中心小室具有较低压力,这样能获得图10A的一般形状。这样提供了一种有益的杯形结构。如果希望垫在底部是扁平的,则可以用泡沫将缓冲垫封装起来,如图10B结构。
弹性的封装泡沫通常是聚氨酯泡沫、聚醋酸乙烯酯泡沫或″家族谱系(PHYLON)″型材料。然而,在这些情况下,一种缓慢记忆、高度滞后的泡沫可被用来减缓从能量小室反弹能量,并且为与脚底轮廓相一致的泡沫模制/成型提供了一种变形量。
靠使非充注的预制底部分具有一定构形,可得到与图10C类似的形状,因此,在向所提供的扁平底部加压时,若干独立的小室以不同的量胀大。而且,处在不同压力下的小室被制成具有不同的弹性壁厚度以便各种小室不管其内部压力多么不同都胀大到相同的尺寸和形状。
图1的垫的一种有泡沫封闭的变化形式图示在图10D中。在图10D中,在中间底模制的侧壁中形成的凹室表示垫的独立小室。在图10E中,外边的大多数小室实际上伸到中间底的泡沫侧壁外。这种可见的垫提高了成品的市场吸引力。
图11和12示出了根据本发明的一种充注缓冲垫整个长度上的变化情况。上述变型垫包括有许多不同压力的小室,以便提供一种按顾客需求制做的较好的鞋垫。严格地按照任何运动的静态及动态指标、各种地面情况等能够方便地制造出各种符合顾客需求的缓冲部件。使用取自受力板的经验数据以及典型的数学模型,可确定每个压力递增的缓冲部件的最佳压力,并可为特殊的应用或者为某个特定的运动员取得全部最佳的缓冲特性和技术性能。
图11示出了缓冲垫的处在各种压力下的互不相通的全部小室。当然,为了某些应用,也可使一些小室组处于互相连通的状态。为了形成某种支撑图案,并使此种分布与脚底区域各部分的需要相适应可使充有高、低、中压介质的小室适当分布。例如使跟骨和纵向足弓处有附加支撑,而从动力学和解剖学观点考虑,趾骨处得到缓冲更为舒适。
图15A示出了半个球面或管状垫的截面图。通过将弹性材料的一个平的上部分51与一个预制的蜂窝状底层53熔接起来,就形成了图15A中所示的垫。充压时,顶部分和底部分都胀大,便顶层的胀大量小于底层。
如果希望有一个完全平的表面(如图15B),则主要通过将一个平的弹性封闭薄层55粘接到另一层具有较高弹性系数的材料57(例如可(Mobay化学公司购得的″Texin″)上来实现这种平面。随后,对该组件进行热封闭以形成预制的蜂窝状底部59。
如图9、16、17、18和20所示的那样,本发明的垫还适用于各种吸收震动的环境。具体地说,该垫可被用于自行车座、网球拍的手柄、头盔衬里和背带。
显然本发明所提供的垫及其制造方法完全能实现上述目的,并取得有益效果。虽然对本发明的描述是结合其特定的实施例进行的,但很明显本领域的普通技术人员可根据前面的描述进行许多替换、改型及改变。据此,所有落入后附的权利要求书所限定的范围内的替换、改型及改变均在本发明所包含的范围之内。
Claims (5)
1.一种吸震垫,该垫包括一个弹性材料体,所述弹性材料体具有(N)个充有流体,不相通的小室,在所述小室之间伸延的通道,所述通道是在所述小室之间的一个点上封闭的,所述的这些小室带有一个充压点,和至少两个小室具有不同的压力,其中,少于(N-1)个所述密闭的通道与所述小室相连。
2.一种制造缓冲部件的方法,所述的方法包括下述步骤:
(a)将一个弹性件放在第一和第二联合模具组件之间;
(b)在所述的弹性件中形成至少两个带有一个流体连接通道的不同的小室;
(c)暂时地以比所述其他小室大的限度限制所述这些小室中至少一个小室的体积;
(d)从一个注入点向所述的小室中注入一种压力的流体;并且
(e)密闭所述通道。
3.如权利要求2的方法,其中至少一个小室被注入所述流体以获得大于18磅/英寸2的压力。
4.一种对垫充压的方法,其中的垫至少包括第一和第二小室,且在所述的这些小室之间存在着一个提供流体流动的内部连接通道,所述方法包括以一种压力向所述这些小室充入一种流体,暂时减小所述这些小室中至少一个的自然状态体积,密闭所述的内部连接通道,使所述的减小的体积回复到自然状态体积。
5.如权利要求4的方法,其中通过压缩所述小室以减小上述体积。
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