CN1383363A - 带有可控挠曲拉件的鞋用气囊 - Google Patents

Abstract

用于鞋底组件的气囊,在其顶部与底部外层间延伸着三维的可控挠曲连接/抗拉件。此连接/抗拉件是在模塑气囊之际形成且包括在接合部合在一起的顶部与底部。由于外周边和内部连接/抗拉件是在同一时间由同一材料形成,免除了层间的结合问题,简化了制造。这些连接/抗拉件在其各个中的至少一部分之上形成有预定的挠曲点,以减少随机的疲劳应力集中。概括地说,存在两种构型:一种中的抗拉件构造成会在压缩荷载下塌缩,一种中的抗拉件构造成会在压缩荷载下于预定位置处弯曲或折合。形状、相对尺寸、长度和阻挡材料的厚度可以控制来微调成品气囊的缓冲性质。

Description

带有可控挠曲抗拉件的鞋用气囊

发明领域

本发明涉及改进的缓冲件及其制造方法，具体涉及到具有可控挠曲抗拉件的充流体气囊(气垫)，这种气囊允许形成复杂弯曲的轮廓与形状同时可使周围的泡沫塑料量减到最少。本发明还涉及到其中将这种具有可控挠曲抗拉件的气囊用作缓冲装置的鞋垫。

发明背景

为了改进利用流体充填的气囊例如用于鞋底的缓冲件的结构，已然作了大量的工作。随着近来在材料与制造方法中的发展，充流体气垫已显著地改进了它的通用性，但在求得最优缓冲性能和耐用性方面仍然存在着问题。充流体的气囊件通称作“气囊(bladder)”而此流体一般是气体而通称作“空气”，但并无对所用实际气体组成有任何限制之意。

闭腔泡沫塑料常用作鞋底的缓冲材料而乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)泡沫塑料则是这方面的公用材料。EVA泡沫塑料虽易切割成所望形状与轮廓，但其缓冲特性受到限制。充气气囊的优点之一是作为缓冲剂的气体一般比闭腔泡沫塑料更能有效利用能量。这就是说，包括充气气囊的鞋底与只包括泡沫塑料的鞋底相比对于荷载能提供更好的缓冲响应。当缓冲剂对于所给的冲击力能使其分布到较长的时间内时一般就改进了缓冲性能，这样将把较小的冲击力传递给穿用者的身体。即使是包括充气气囊的鞋底还包括有一些泡沫塑料，但泡沫塑料量的减少一般将提供更好的缓冲特性。

设计由气囊层形成的气垫中相关的主要工程问题包括：(I)获得复杂弯曲的轮廓形状而不会在横剖面中形成峰与谷，而这些峰与谷则需要用泡沫材料或板片材料充填或平匀化；(II)要确保用来给此气垫形成复杂曲线轮廓形状的装置不会显著牺牲空气的缓冲优点；以及(III)减少因气囊的一些部分循环弯折而导致气囊的疲劳断裂。

先有技术为解决上述困难已作了充分的努力，但在解决这类困难的过程中又常会出现新的问题。绝大多数先有技术公开了某种类型的抗拉件。所谓抗拉件是一种与气囊关联的部件，它当这种空气气囊已完全充满气体时，在顶部与底部阻挡层之间确保有固定的静止关系，同时经常处于张紧状态下且用作保持这种气囊一般形式的约束装置。

某些先有技术结构是包含泡沫塑料或织物抗拉件气囊的复合结构。一种这类复合结构的先有技术涉及到的气囊采用了Donzis的美国专利4874640与5235715中公开的开腔泡沫塑料芯。这类缓冲件确实在其设计中提供了自由度，这些开腔的塑料泡沫芯可使气囊取得复杂弯曲的与轮廓相符的形状而无高峰与深谷。但是带有泡沫塑料芯抗拉件的气囊则具有这种芯料对气囊层不能牢靠地粘合的缺点。泡沫塑料芯气囊的另一缺点是这种泡沫塑料芯规定了气囊的形状，因而必定起到有损于单独采用气体时优越缓冲性质的缓冲件的作用。原因之一是，为了承受住与气囊有关的高充气压力，此种泡沫塑料芯必须是高强度的因而必须采用较高密度的泡沫塑料。泡沫塑料的密度越高，气囊能用于气体的有效体积量也较少。结果就减少了气囊中的气体量，也就减小了气体的缓冲效率。

即使是采用较低密度的泡沫塑料，也会牺牲显著量的可资利用的体积，这意味着由于泡沫塑料的存在会降低气囊的偏转高度而因此加速了“触底”效应。触底效应是指缓冲装置过早的失效，不能使冲击荷载适当地减速。鞋类用的绝大多数缓冲装置是以非线性压缩系统为基础的，在它们加有载荷时会增大其刚度。所谓触底指的是到了缓冲系统不能再作任何压缩而包括有泡沫塑料的鞋底普遍失效的程度。此外，弹性泡沫塑料本身在缓冲功能方面的作用占有显著部分，同时易发生压缩永久变形。压缩永久变形是指泡沫塑料在重复加载下发生的永久性压缩，这会大大减小其缓冲本领。在泡沫塑料芯的气囊中，压缩永久变形是由于胞腔壁在循环的重压缩荷载如行走或跑步下致胞腔壁内部破损所致。组成泡沫塑料结构的各胞腔的壁在它们相互相对运动中会磨损与撕裂而破坏。泡沫塑料的损坏使穿用者暴露于更大振动力的作用下。

另一种复合结构的先有技术涉及到采用三维织物作为抗拉件的气垫，例如Rudy的美国专利4906502与5083361中所公开的已综合于此供参考的内容。Rudy这两件专利中所述的气囊在NIKE公司商品名为Tensil-Air与Zoom的品牌鞋中获得了很大的商业方面的成功。采用织物抗拉件的气囊基本消除了高峰与深谷，Rudy的专利中所述的方法已证明能在抗拉纤维与阻挡层之间形成良好的结合。此外，各抗拉纤维都很细易于在荷载下偏转，使得纤维不会干扰空气的缓冲性质。

这类气囊的缺点之一是当前尚没有周知的方法能采用织物抗拉件来制造复杂弯曲的仿随轮廓形状的气囊。这些气囊可具有不同的高度。但其顶面与底面则保持平整而无轮廓与弯曲。图3与4示明了采用三维织物作为抗拉件的先有技术气囊20的剖面图。图4以荷载前头示明气囊20的加载状态。如图3与4所示，气囊20的表面是平齐的，无轮廓或斜坡。

此种气囊的另一缺点是有可能触底。织物纤维虽然在荷载下易于弯曲且各都很细小，但是纯由许多这样的纤维来保持所需气囊形状就意味着，在高的荷载下由于气囊内的大量纤维减少了气垫的总的偏转能力，气囊就可能触底。

织物纤维所遇到的一个主要问题是这些气囊与常规的充气气囊相比，在初始载荷下开始时较不易弯曲。这使得在低的冲击荷载下有较坚硬的感觉，同时给人以较刚硬的支点感而掩盖了气囊的实际缓冲能力。这是由于织物纤维具有较低的延伸率来由张力适当地保持气囊的形状，使得成千的这些较无弹性的纤维的积累效应成为一个刚硬的整体。这种抗拉件的低延伸率或无弹性性质所造成外表面的张力导致气垫初始时有较大的刚度，直至纤维拉紧情况破坏而气垫中气体的单独的效应开始起作用，这会影响到包括有气囊20的鞋的支点感。峰值G曲线，即峰值G相对于时间(毫秒)的关系示明于图5，反映了气囊20对冲击的响应。标有26的这部分曲线对应于在拉力作用下的纤维造成的气囊的初始刚度，而标以28的点则指出织物22的纤维“断裂时”同时损害了较多的空气缓冲效应的转变点。标以30的曲线区域对应于由较柔和的气体所缓冲的荷载。此峰值G曲线是根据NIKE公司例如作为广告专利(January/February，1990)出版的Sport ResearchReview，Physical Tests中所述冲击试验结果而绘制的，此出版物的内容已综合于此供参考。

另一类先有技术涉及到的气垫乃是注射模塑、吹制模塑或真空模塑的，如Huang的美国专利4670995与Moumdjian的美国专利4845861中所述的，其内容已综合于此供参考。这些制造技术可以生产任何所需轮廓与外形的气囊同时能减少其高峰与深谷。这类空气气囊的主要缺点是形成了刚硬的垂向排列的弹性材料柱，它们形成了在内部的立柱同时干扰着空气的缓冲优点。这类空气气囊是设计用来支承穿用者的体重的。图6与7示明了先有技术气囊40的剖面，此气囊40是由注射模塑、吹制模塑或真空成形的，带有立柱42。图7示明了由荷载箭头44表示的加载状态下的气囊40。由于在垂直位置形成有或模塑出这些内部的立柱，在加载时会对压缩有着显著的阻力，而这会严重妨碍空气缓冲性质的实现。

在Huang的专利4670995中公开了形成结实的立柱，使它们形成剖面上基本为直线式的腔，其目的是为缓冲件提供实质性的垂向支承以让缓冲件能在不膨胀时基本上支承住穿用者的体重，此专利还公开了用吹制模塑法来形成圆柱。在这种先有技术的方法中，从两个于中间遇合的相对半模伸出两个同宽、同形和同长的棒状突起，因而在圆形柱的中央形成一薄的连接板。这些立柱形成一壁部，其厚度与尺寸是以能在不膨胀的条件下实质上支承住穿用者的体重。此外，没有设置促致立柱按预定方式弯曲以能减少疲劳断裂的装置。Huang的专利中的立柱也会由于压缩荷载会无法预料地迫使立柱弯曲与折叠而易疲劳断裂。在循环的压缩荷载下，这种弯曲会导致立柱疲劳断裂。

图8是类似于Huang的上述专利中所示先有技术的立柱的近视图，其中有一薄板位于由中央熔接区W形成的两个半柱的中间且具有一个相对于半柱的牵引角θ。Huang的专利中的立柱并未显示出具有牵引角，Huang给出的气囊的商品实施形式则已表明出具有类似于图8所示的牵引角。

包括在此种先有技术范畴中的模塑气囊是具有朝向内部的凹坑的气囊，如同Skaja等美国专利No.5572804中所公开的，此专利的内容已综合于此供参考。Skaja等公开的一种鞋底件包括有在其顶部件与底部件中指向内部的凹坑。由支承件或插件为材料提供某种可控的塌缩，以在鞋底件中形成若干缓冲区与稳定性。插件构造成能伸入凹坑的向外敞形的表面内。这些凹坑则可形成在顶部件与底部件的一或两个之中。凹进的部分相互邻近并且能以固定或不固定关系相互结合。在Skaja的专利中，所公开的凹坑大致为半圆形并围绕中央正交轴线对称。凹坑的外形，即气囊件表面处的轮廓形状是圆形。插件的形状与凹坑的相同。半球形的凹坑和匹配的支承件或插件通过围绕一中心点对称地塌缩对压缩作出响应。Skaja的半圆形凹坑与插件通过布置、尺寸与材料的选择可给缓冲特征提供某些变换，但却未能在加载时按所需方向偏移或是控制压缩或塌缩。这种凹坑与匹配的插件有助于气囊的缓冲响应，而这是与本发明的目标相反的，在本发明中，可控的塌缩件则专门设计成不要干扰气体或空气的缓冲响应。

还有另一类先有技术涉及到采用波纹的中间膜作为内部部件的气囊，如Reed在美国专利2677906中所述，其中描述了顶片与底片由侧向连接线连到设于它们之间的波纹状第三片上的鞋底的中底。此顶片与底片围绕着周边热密封，而连接到顶片与底片的中间第三片则是由延伸到中底的全宽的横向连接线实现的。这样便生产出带斜坡形的中底，但由于只采用了一个中片，所获得的轮廓就必须在此中底的整个宽度上均匀。通过应用附加的线，也只是中底的从前方到后方的高度可以控制而不能有复杂弯曲的轮廓形状。Reed专利的另一缺点是，由于此第三中间片是由延伸到中底全宽的连接线接附上的，所有形成的室是相互独立的而必须分别充气，这对于大规模生产来说实质上是不可能的。

Reed的专利所公开的另一实施形式用到的只是顶片与底片两者，顶片折叠到自身上并于选定的位置接附到底片上以提供增强肋和平行的袋部。这种结构的主要缺点是上述增强肋是垂直取向而类似于前述Hang和Moumdjian的专利中所述的立柱，它们在抵抗压缩的同时将干扰和减少空气的缓冲优点。与Reed的第一实施形式相同，这样形成的各平行袋必须独立充气。

采用平膜的先有气囊与构造方法公开了Potter等的美国专利No.5755001中，其内容已综合于此供参考。内部的膜层粘合到气囊的封包的膜层上，限定出单一的压力室。内部膜层起到抗拉件的作用，它们在加载下偏动。这种偏动结构减少了疲劳断裂和对压缩的阻力。此气囊包括充气到一种压力的单一气室而以抗拉件设于中间以使气囊能具有复杂的仿形轮廓。但其中未在气囊内设置许多流体层，它们却能充气到不同的压力来提供改进的缓冲特性与支点感。

另一种周知的气囊类型是用吹制模塑技术形成，例如Potter等在美国专利5353459所述，其内容已综合于此供参考。这类气囊是把液化的弹性材料置于具有气囊所需整体外形与构型的模具中形成。此模具在一处有孔口，通过它引入加压气体。加压的气体迫使液化的弹性材料压向模具的内表面，同时促使此弹性料在模具中硬化以形成具有理想外形与构型的气囊。

于是需要有这样一种具有适当抗拉件的空气气囊，它能解决所有的上述问题：复杂弯曲的仿形外形；消除了高峰与深谷；不干扰只采用空气时的缓冲优点；能在抗拉件与外阻挡层之间提供可靠的结合。如上所述，虽然先有技术已成功地解决了上述问题中的某些，但它们各有其缺点且不能全部解决问题。

本发明涉及一种气囊(或软囊)，它具有可在其顶部与底部外层间延伸的可控挠曲连接件。本发明的气囊可以装入鞋制品的鞋底组件中提供缓冲加压时，外层在张力下定位而连接件起到抗拉件的作用。这种气囊在抗拉件与外阻挡层之间提供了牢靠的结合，并能构造成具有复杂弯曲的仿形外形而不干扰空气的缓冲性质。所谓复杂仿形的外形指的是能在不止一个方向上改变气囊的表面形状。本发明解决了先有技术中的众多问题，同时避免了与先有技术工作有关的在设计上的折衷处理。

根据本发明的一个方面，由吹制模塑或旋转模塑法形成气囊。这两种方法都形成有与外周边层成整体的内部的连接/抗拉件。由于外周边和内部抗拉件是在同时形成并具有相同的材料。于是就省除了层与层之间的结合问题并简化了制造。通过将销子用于吹塑模制或旋转模制中，形成了能提供精细仿形外形的抗拉柱形件，但当此气囊含有空气或另外的流体时，它不会显著干扰空气的缓冲性质。抗拉件最好能在超过1/2体重(35kg)而最好低于25kg的较低载荷下易于压缩。为了防止抗拉件上产生疲劳应力，在各个柱件的至少一部分内模塑出一预定的挠曲点。这样就能确保抗拉件将在较低的荷载下挠曲，同时能确保这种挠曲将以预期的方式发生，消除了先有技术中立柱的疲劳断裂问题。

为了保证抗拉件不干扰空气的缓冲性质，抗拉件构造成具有充分的挠性来接收压缩荷载但是即使是在重复加荷下也能经久耐用。概括地说，存在两种构型，一种是把抗拉件构造成在压缩荷载下塌缩，一种是不把抗拉件构造成能像铰链似的在压缩荷载下于预定位置处弯曲或折合。

在本发明的另一方面中，可挠抗拉柱件的形状以及在挠曲点处的界面经处理成有助于成品气囊缓冲性质的细调。柱件不同形状的剖面如圆、椭圆、正方形、矩形、三角形、螺旋形、半月形、螺纹形、等等，会对压缩给出不同量的阻力和显示出不等的挠曲性质。此外，上述挠曲点的布置、厚度与个数也会显著影响抗拉件的弯曲、塌缩或折合性质。例如在柱件上模塑出手风琴式的许多褶会使之比相同厚度下只有一个凹槽或褶的情况下更具挠曲性。此外，这些柱件不必要垂直于气囊表面平面排列。通过以不同角度来形成这些抗拉件，可以进一步控制抗拉件的弯曲或折合方向。

本发明的又一个方面则是利用模具中不同长度的销子或棒状突起来改变抗拉柱件相对端的长度，抗拉件中的接头或节点可以偏心地形成。两个销子或棒状突起中较长的一个形成了要比较短的销或棒状突起为长的柱件部分。抗拉柱件长度的这种变动可以用来导引柱件在压缩下的挠曲方向。

在另一实施例中，抗拉柱件的挠曲点可以通过改变模具中销子或棒状突起的剖面尺寸来变换，由此可使一个半模中的销子或棒状突起在剖面上大于相对半模中的销子或棒状突起的。这样便形成了这样的抗拉柱件，它们一部分大于另一部分而能允许柱件的较小部分在加荷时嵌入或套入较大的部分内。在这种结构中，较大的部分将围绕较小部分塌缩而不是起到铰链式的作用。

在又另一实施例中，可在吹制模塑过程中对弹簧件如弹簧片进行插入模塑的控制柱件的挠曲性质。例如可把用来形成气囊主体的同一类型的热塑性氨基甲酸乙酯的薄条在模具内设置成跨接在位于同一半模具内两个柱件形成销或棒状突起之间。这样形成的一些柱件将由此薄条水平地一起系紧到中央薄片部上。这样就能防止柱件除了朝内指向共用的薄条外易向任何方向弯曲。

控制抗拉柱件挠曲性质的另一种方法是改变模具中形成柱件用的销子或棒状突起的牵引角。零度的牵引角将产生基本上是垂直壁部的柱件。为使柱件按可预期的方式挠曲，需有5～45°的牵引角。一般，加大的牵引角再结合上另外的结构上的差别如不对称性将提供所需的预期塌缩位置。依此方式设计塌缩或挠曲的位置可以防止先有技术装置中提到的断裂问题。通过在各种组合，剖面尺寸、长度、形状、节点、厚度、牵引角与对称性方面，控制某些和所有的上述因素，就能细调气囊的缓冲性质和选择最适当的挠曲特性，来防止疲劳断裂和防止抗拉柱显著地破坏或干扰空气的缓冲优点与感觉。

本发明提供了具有复杂弯曲仿形外形而无高峰与深谷的带抗拉件的气囊，它有助于利用空气的缓冲性质并在气囊的抗拉件与外阻挡层之间提供了可靠的结合。这种抗拉件是与阻挡层整体形成的柱件同时形成有预定的挠曲点，这种挠曲点构造成能在由于塌缩、弯曲或摇摆而压缩时挠曲，使得抗拉件基本上不会干扰空气的缓冲效果。这种抗拉件在不要求它们从事强力的支承工作时是不易发生疲劳断裂的，而这种挠曲点则构造成能经受重复性的压缩荷载。这样的结构保证了抗拉件将不会损害空气的缓冲性质。

根据下面结合附图对本发明最佳实施例所作的详细描述，当可更全面地理解本发明的上述的和其他的优点与特点。

图1是把开腔泡沫塑料芯用作抗拉件时的先有技术气囊的剖面图。

图2是在加荷条件下所示图1中先有技术气囊的剖面图。

图3是采用织物纤维作为抗拉件的先有技术气囊的剖面图。

图4是在加荷条件下所示图3中先有技术气囊的剖面图。

图5是图3中先有技术气囊的峰值G反应曲线。

图6是采用立柱件作为抗拉件由注射模塑、吹制模塑或真空成形所形成的先有技术气囊的剖面图。

图7是在加荷条件下示明的图6中先有技术气囊的剖面图。

图8是类似于图6所示的先有技术气囊的一部分的近视图。

图9是本发明一最佳实施例的气囊的平面图。

图10是在未加荷条件下示明的，沿图9中线10-10截取的柱形抗拉件的正视详图。

图11是在未加荷条件下示明的，本发明另一最佳实施例的柱形抗拉件的正视详图。

图12是在未加荷条件下示明的，本发明另一最佳实施例的柱形抗拉件的正视详图。

图13是在未加荷条件下示明的，本发明另一最佳实施例的柱形抗拉件的正视详图。

图14是在未加荷条件下示明的，本发明另一最佳实施例的柱形抗拉件的正视详图。

图15是在未加荷条件下示明的，图14中抗拉件的正视详图。

图16是在未加荷条件下示明的，本发明另一最佳实施例的抗拉件的正视详图。

图17是在未加荷条件下示明的，本发明另一最佳实施例的抗拉件的正视详图。

图18是在未加荷条件下示明的，本发明另一最佳实施例的抗拉件的正视详图。

图19是图18所示抗拉件的顶视平面图。

图20A是本发明的具有柱形可控挠曲件的另一气囊的顶视平面图。

图21B是图21A的气囊的侧视图。

图21C是沿图21A的线21C-21C截取的气囊的剖面图。

图22是本发明的具有鼓头形可控挠曲件的气囊的透视图。

图23是图22中气囊的顶视平面图。

图24是通过图23的线24-24截取的剖面详图。

图25是本发明的带有凹坑墩形可控挠曲件的气囊的透视图。

图26是图25的气囊的顶视平面图。

图27是通过图26中线27-27截取的剖面详图。

图28是本发明的具有高脚杯形可控挠曲件的气囊第一侧的透视图。

图29是图28的气囊的第二侧的透视图。

图30是图28的气囊的第二侧的平面图。

图31是通过图30中线31-31截取的气囊的剖面图。

图32是在未加荷状态下所示的高脚杯形可控挠曲件的示意剖面图。

图33是在压缩载荷下所示的图32中可控挠曲件的示意性剖面图。

图34是在满荷载状态下所示的图32与33的可控挠曲件的示意性剖面图。

图35是在未加载状态下所示安装于鞋底组件中气囊的高脚杯形可控挠曲件的示意性剖面图。

图36是在已加载状态下所示安装于鞋底组件中气囊的高脚杯形可控挠曲件的示意性剖面图。

图37是装有图28中气囊的鞋制品的部件分解透视图。

一般地说，附图中所示的可控挠曲连接件示意地表明了可以设在气囊中的各种构型的连接件。当气囊密封并由流体充气后，此连接件便处在张力作用下而起到抗拉件的作用。由于在最佳实施例中，此气囊是充气的，因而连接件将视之为抗拉件，但应认识到，在气囊处于未充气状态时，这样的部件则起到可控挠曲连接件的作用。在气囊中可设置一种这样许多的抗拉件或结合两或多种抗拉件以使气囊具有所需形状与轮廓以及缓冲特性。这种抗拉件是与气囊的顶部与底部外周外成为整体，并且是通过在模具的两个面对的半模之上对应地设置小直径的销子或成形件而制造出的，以使在模制气囊时就于销子或成形件所在处由气囊材料形成出抗拉件。下面详述许多可能的抗拉件结构，然后描述其中设有可控挠曲抗拉件的几个典型的可充气气囊。下述的这些气囊体现了本发明的技术的一些典型的可能形式。应该指出，有众多的不同于这里具体说明的构型是属于本发明范围之内的。带有可控挠曲抗拉件的气囊特别适用作鞋底内的缓冲装置。

这里的最佳制造方法是吹塑模制法。吹制模塑是周知的能满意地用于经济地生产大量一致的产品的方法。应用一种均质的材料能在这种制品的周边与内部抗拉件之间借助于它们的相互邻接而能实现固有的良好粘合。吹制模塑法能生产出整洁美观的只具有不引人注意的细小接缝。许多其他先有技术气囊制造方法需要多道制造工序、许多部件和多种材料，这就增加了生产的难度与成本。某些先有技术方法围绕产品的周边形成了惹人注目的大接缝而导致外观不美。能产生良好结果的两种其他已知方法是旋转模塑法与注射模塑法。

现在参考图9，其中所示的后跟气囊50沿整个气囊分布着不等直径的垂直抗拉件。后跟气囊50包括第一或顶部阻挡层53与第二或底部阻挡层55。顶部与底部阻挡层53、55沿周边57相互结合而相形密封的室。设有入口管59作为将可充气流体供给此密封室的一条通道。气囊50的抗拉件5呈柱形，将最细长的柱件52设于后部碰撞区，中等直径的柱件54设于中央区，较大直径的柱件则位于最前方的区域。柱件的直径越大，当它受到压缩加载时就会显示出较大的刚性。气囊中最需要缓冲的区域即后部冲击区具有较细长的柱件来提供更强的缓冲响应。柱件56的细节示明于图10中，其中可控的挠曲点58一般位于柱件长度的中心。柱件56的第一部分61与第一层53形成整体并延伸到气囊50的密封室。类似地，柱件56的第二部分63与第二层55形成整体，同样伸入密封室内。第一与第二柱件部的这种形成方法对于这里讨论的所有抗拉件都是首选的方法，挠曲点58形成于构成柱件56的第一和第二部分61、63的会合处，而压缩荷载则趋向于在此预定的和增强的挠曲点处扭弯。

挠曲点58为抗拉柱件56提供了反应压缩荷载的预定的挠曲位置。柱件56绕挠曲点58所作的挠曲类似于存在机械铰链，使得铰接区位于挠曲点的周围。所选定的这种挠曲点能防止绕柱件上随意的点弯折和与这种不受控的或无指向的挠曲而可能发生疲劳断裂。

一般，在设计可控的抗拉件时，必须考虑例如壁厚、柱高与直径等因素。且有较厚壁部和较大直径的较短的柱与具有较薄壁部和较小直径的较高的柱相比，在相同荷载下需要有较大的牵引角来挠曲。当调节这些参数中的一或多个，由于抗拉件有了差别就会得出有不同缓冲特性的气囊。

柱件56是以大致相等的部分沿轴向对准接合到一起而成的柱件。但可控挠曲件的这两部分可以有不同的长度、直径、形状与对准关系，以下面另外的实施例所示。

气囊50可以用回弹性的热塑性弹料阻挡膜形成，例如用聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯，例如具有肖氏A级硬度80～95的浇铸或挤压酯基的聚氨酯膜如Tetra塑料TPW-250。其他可以采用的合适材料例如Rudy的美国专利4183156中所公开的，其内容已综合于此供参考。在众多的热塑性氨基甲酸酯中，特别运用于形成这类膜层的是氨基甲酸酯类例Pellethane(商标化产品，DowChemical Company of Midland，Michigan)，Elastollan(BASF公司的注册商标)，所有这些都是酯基或醚基的，并已证明特别有用。可以采用基于聚酯、聚醚、聚己内酯与聚碳酸酯的大粒凝胶。其他的适用材料可以包括含结晶材料的热塑性膜，例如Rudy于美国专利4936029与5042176中所公开的，其内容已综合于此供参考；包括聚酯多元醇的聚氨酯，例如Bonk等于美国专利6013340中所公开的，其内容已综合于此供参考；或是由至少一种弹性热塑塑料层与由乙烯和乙烯醇的共聚物形成的阻挡材料层共同形成的多层膜，如Mitchell等美国专利中所述，其内容已综合于此供参考。

气囊50可以密封以在环境压力下存储空气和其他流体，或可以由适当的流体加压，例如无氟乙烷、无氟化硫、氮、空气或其他气体，例如在上述Rudy的专利′156、′945、′029或′176或是Mitchell等的′065专利中所公开的。加压时，流体或气体可以通过充气管59按通常的方式由针状件或空心熔接工具封入到气囊50中。充气后，气囊50可以在其体部与充气管59的接合处密封，然后将管59的其余部分切除。或者，可以由空心熔接工具围绕充气点密封。

柱形抗拉件60示明于图11中，同时示明了另一最佳实施例。柱件60的顶部62比底部64略长，且斜对向直的垂直底部。柱件60的顶部与底部之间确定出一挠曲点66。在此特定的柱件中，偏斜的顶部62的上部向右倾斜从而使柱件60在挠曲点66弯向左方，即响应压缩荷载沿前头68示向弯向左方。这是通过在气囊的模具中相对于垂直方向成一定角度给柱件顶部设置一销子而形成这样的挠曲点的。

通过上述结构，不仅可以控制挠曲点而且还能控制挠曲方向。这种可控方向的柱件特别有利于设置在气囊周边的例如可使柱件定向成让挠曲点66响应压缩荷载而向内运动处。挠曲点66的向内偏转可保证柱件60不会接触或干扰气囊的侧壁。类似于柱件60的可控方向的柱件有利于用在挠曲中需要避免与其他部件接触的任何地方。此斜向顶部相对于垂直底部的长度可以调节来控制挠曲接合点66的偏转量。顶部与底部的关系可以变换而使顶部为垂直而底部为斜向的。自然，可以通过改变相对于斜向顶部的倾斜部方向来改变方向，同时这种倾斜部的牵引角也可按照需要调节。

如图12所示，于侧面构成V形的两个倾斜部构成的抗拉件也应认为属于本发明的范围。这种抗拉件更容易响应低压缩荷载而挠曲。抗拉件的顶部与底部的布置、构型与相对长度等的选择都是可以变化的，改变这些性质能得到一系列不同的缓冲效应与不同的轮廓。

图13示明了抗拉件的另一最佳实施例，其中描绘出柱件70。柱件70的顶部72与底部74倾斜取向成使它们的纵轴线一致。在柱件70的顶部与底部的中间确定出挠曲点76。底部74如图所示向右倾斜同时顶部72在其延伸到顶部阻挡层的过程中也向右倾斜。柱件70要比垂直的柱件较易响应压缩荷载而挠曲，并可以用在任何需要较灵敏响应之处。

上述结构可以通过于气囊的模具中相对于垂向取合适角度给顶部与底部设置销子来实现。对迄今所述的所有柱件来说，顶部与底部的相对长度可以变动来进一步调节压缩响应。自然，取决于气囊的特殊结构，当不需要有偏动方向时，可以采用沿相对方向倾斜的柱件。这样一种柱件于图13中以虚线示明。

可控挠曲抗拉件柱件78的另一最佳实施例示明于图14和15中，分别表明其未加载和已加载的状态。在此实施例中，通过改变气囊模具中销子或棒状突起的直径，例如图14中所示使顶部80具有比底部82大的直径，可以控制这种挠曲点。这两部分之间确定出一接合部84。这样就形成一种一半比另一半宽的部件，使得在压缩荷载下，柱件的较窄部分将相对于这种不是用作单纯铰链部的接合部而套入较宽的部分内。图15示明了处于已加载状态下的柱件78，以其底部82相对于接合部84套入顶部80之内。自然，此较宽的部分也可用作柱件的底部。

在这一特殊的实施例中，顶部与底部在形成中有许多差异处而能实现迭套挠曲：(i)顶部80标以α的长度大于底部82标以β的长度；(ii)顶部的标以δ的牵引角大于底部的标以φ的牵引角；(iii)阻挡件周边除了在构成顶部80的部分厚2mm外，其余所有部分都是3mm厚。所有这些参数的不同都是为了使得底部能较易地套入顶部内。如图15所示，顶部80较薄的壁厚使之在受压时较易变形。此外，底部82较短的长度则使之较能抵抗变形，正是这个部分保持较不易变形而能套入柱件的可变形部分之内。对于牵引角的差别也可以作出相同的结论，增大了的牵引角使得柱件的这一部分更易塌缩。所有这些细微的差别合在一起确定了此柱件及其在压缩载荷下的行为，同时这些参数可以调节来获得所需的缓冲特性。

图16示明本发明的变型，其中的抗拉件沿水平方向栓到一起以便更好地控制立柱的挠曲方向。此抗拉件的最佳实施例具有由弹簧件88例如热塑性氨基甲酸乙酯的薄条栓到一起的柱件。这些薄条可以在吹制模塑过程中进行插入模制，以使弹簧件88能理想地展布到由位于气囊的模具半模之中的销子或棒状突起形成的相邻柱件86之间的空隙上。按这种方式沿水平方向栓到一起的相邻柱件86将如箭头90示向更容易地相互相向并朝弹簧件88挠曲。这是由于弹簧件88会阻止柱件由于弹簧件的最终的拉伸作用而相互弯离。这特别有利于气囊的周边附近结构或是与也趋向朝特定方向弯曲的其他抗拉件结合。

图17、18与19示明了本发明其他的最佳实施例，其中柱件的牵引角可在其形成时通过调节气囊模具中销子或棒状突起的牵引角而改变。一般，为了导致立柱按预期方式挠曲，牵引角应在5°与45°之间。在形成这种柱件的销子或棒状突起的底部处的牵引角也会影响到挠曲性质。销子或棒状突起的底部构成了抗拉柱件的底部并且是最接近气囊阻挡层的顶面与底面的部分。因此，加大或减小销子底部处的牵引角将加大或减小柱件底部处的壁厚，这样就会影响到柱件在何处以及在什么样的荷载下挠曲。柱件底部的最佳牵引角为5～20°。

在图17示明的本发明的最佳实施例中，柱件92是在未加载的状态下。柱件底部的牵引角以σ标记、中部的牵引角以ψ标记。在此特定的实施例中，σ最好为7°而ψ最好为5°。由牵引角σ与ψ形成的“肘部”趋向于响应压缩荷载挠曲，由此来控制挠曲的方位和防止沿柱件在其他部分发生不希望有的翘曲或弯折。

图18与19示明的本发明的另一最佳实施例中，柱件94形成为使其牵引角倾向于使挠曲发生于特定方向。柱件94的底部如图19所示呈圆形。底部牵引角σ设于柱件的两侧，而中部牵引角ψ则只设在柱件的一侧。响应压缩荷载，柱件94由于中部牵引角ψ形成的“肘部”更易挠曲而倾向于沿箭头96示向弯曲。在这一特定的实施例中，角σ最好为7°而角ψ最好为5°。这样便控制了挠曲方向与位置。

在这里所述的方式下，能够精细地调节空气气囊的缓冲性质，同时能调节各柱件的挠曲性质以同空气气囊特殊部分的冲击要求与预期的剪切荷载相匹配。通过将空气气囊设计成在进行体育活动时能改进其自然运动的方式，可使不同的体育活动受益。例如将在空气气囊中侧设有不太易挠曲的抗拉件用于跑鞋中时，将会增大对压缩的阻力而有助于减少发生俯卧的比例。另一个例子是要求快速剧烈运动的体育活动如篮球与网球。这时要是已经证明抗拉件在空气气囊中有高荷载的部位会发生疲劳断裂，则最好使抗拉件显示出在撞向剧烈运动中加载时有很高的挠曲性。自然，这时还需用其他装置来提高在这些区域的稳定性。

图20A～20C示明的后跟气囊100具有的抗拉件102是形成在有最大高度的侧周边区，而其他的抗拉件104、106则形成在过渡区与中央区。如图20B与20C所示，气囊100为具有隆起的侧边和后周边的后跟形成有渐缩的井。图20C中最高区域的高度标以l₁而最低区域例如中央区所具的高度标以l₂。在隆起的边缘内形成的抗拉件即柱件102和在过渡区内的柱件104之中，顶部阻挡层向下斜向地进入下部中央区内，而上述两种柱件高于柱件106。这种倾斜形式与所具的轮廓清楚地示明于图20B和20C中。总长为l₁的抗拉件102以剖面图示明于图19C中，可以看到顶部与底部的长度是不相等的。最短柱件的长度是l₂。气囊100所有柱件具有相等的长度，而这些柱件的组合给出了气囊100的仿形形状。气囊100的仿形形状可使其没有装入泡沫塑料内而插入鞋底组件中。从鞋底组件中尽可能去掉泡沫塑料可消除对空气缓冲性质的干扰。

图21A～21C示明了仿形的渐缩后跟气囊110的另一实施例，其中形成有部分的柱或墩112。在紧邻这些部分墩的内侧是大的墩114，大墩114具有较大的直径，沿侧边延拓；而中间的墩116具有较小的直径，在气囊的后部。气囊110的中央部分中形成有许多细小的墩118，它们对压缩的阻力最小。由于气囊110是渐缩型的，部分墩112位于周边因而是最高的。大的墩114和中间墩116在气囊顶部向下倾斜的过渡区。细小的墩在中央区并且是最短的。将大直径的墩设于周边区能给边缘提供“较刚性”的缓冲特性。

图22～24示明了另一最佳实施例，其中的气囊120设有鼓头的抗拉件或墩122。各个鼓头墩包括较大与较小的直径部124、126，它们沿垂向与轴向相互准直并于界面或接合部128处接合。这些墩之所以称作鼓头墩是因为它们的大直径部124的外形类似于鼓。在这种特殊的气囊中这些墩以交替方式排列，使得相邻的墩相互呈倒置关系。从气囊的任何一侧看，较大的直径部124与较小的直径部126交错。较小的直径部126设计成在满压缩荷载下塌缩入较大的直径部124。如图24所示，大直径部124设计成具有为小直径部结合于其上的弯曲部分。界面128允许小直径部在气囊稍微受压时通过相对于鼓头或大直径部的滚压而挠曲。为了使这种墩的小直径部能塌缩进入鼓头内，压缩荷载必须足以克服鼓头的曲率。结果，这种可控挠曲抗拉件对压缩荷载提供了较刚性的反应。

图25～27示明了另一最佳实施例，其中的气囊130设有凹坑式抗拉件或墩132。各个凹坑墩132包括各具有梯形剖面134与136在接合部138处接合的两个相对部分，凹坑则形成在梯形侧边的接合部处。结合部138有在图26中以α标明的短轴和以β标明的长轴。接合部的表面区则是确定这种墩的可控挠曲方向的一个因素。除非此表面区为完全正方形，不然凹坑的墩便趋向于平行短轴α的方向挠曲。自然，由于挠曲方向受到较好的控制，凹坑墩部接合部的表面区一般应是矩形的以便较好地利用材料的性质。如图27所示，凹坑墩132在气囊的压缩荷载下趋向于依箭头139的示向挠曲。这种凹坑式墩类似于鼓头墩对压缩载荷提供较刚性的反应。

图28～36示明了又另一最佳实施例。其中的气囊140设有可塌缩的抗拉件142。这种抗拉件在剖面上具有使人联想起高脚杯的形状，故称之为高脚杯形抗拉件。各个高脚杯形抗拉件包括通向气囊一侧的杯部144以及通向气囊另一侧的基座146。图28与29示明了气囊140的两侧，其中图28示明的是基座朝上的一侧而图29所示的是杯部朝上的一侧。从图30可以清楚地看到，杯部144与基座146之间的接合部148是圆形的。图31～36的剖面图是示意性的，并未完全表明出此界面在杯部为基座接附上的下侧中存在有微凹部。这样就保证了在压缩荷载下不会有一些部分相互相对滚压，但是抗拉件142则按其设计的那样塌缩。

抗拉件142设计成通过基座146塌缩入杯部144的底端中。图31示明的是杯部面向上的情形以说明抗拉件的形状。但在鞋底组件中，杯部一般是面向下朝地面或与地接合的部件。图32～34分别概示了未加荷状态、加荷之中和在满压缩负荷下的抗拉件142。基座部146推入杯部144内提供了抗拉件的预定塌缩。一般，抗拉件142对压缩荷载提供了较软性的响应而适合用于冲击区。

在另一种构型中，具有抗拉件142′的气囊140′可以用于有孔口的鞋底，这些孔口能让抗拉件已塌缩的下侧向下延伸，甚至到外底之外而与地面接触。图35与36分别概示了这种构型在未加荷和满荷载条件下的情形。外底150接附于气囊140′之上同时适合与地面接触。当气囊140′在压缩荷载下，基座部146′便塌缩进入杯部144′，而接合点148′便延伸到外底150之外而与地面接触。这种构型有可能特别适合来提高设计用于草地、粘土地或泥地之类软表面的鞋类的牵引力。此外，对于延伸通过外底面与地面接触的点会承受满压缩荷载，因而这种抗拉件与外底的结合可能最适用于脚的冲击区如后跟区或脚的球形部分之下。换言之，最适用于常发生满荷载压缩的区域。

图37所示气囊140是用作鞋S的鞋底夹层组件的一部分。鞋S包括鞋面U、中底Z、鞋底夹层组件M与外底O。气囊140可以用任何常规方法如泡沫塑料封装或置于泡沫塑料鞋底夹层的切口部分内加入到鞋底夹层175内。适用的泡沫塑料封装技术已公开于Rudy的美国专利4219945中。其内容已综合于此供参考。

在上面公开的实施例中，构成抗拉件的两部分之间的接合部是在气囊模塑过程中形成，因而在接合部处实为材料熔融结果。抗拉件的这两部分是分别绘出并以边界示明以供解释之用。

从以上详细说明中可知，内行人会认识到本发明众多的变化、更改与改进形式的。但是，所有这类未脱离本发明精神的变化都应视为只受后附权利要求书所限定的本发明的范围之内。

Claims (45)

1.鞋底用气囊，它包括：顶部阻挡层；底部阻挡层；形成在此顶部阻挡层与底部阻挡层之间且将它们相互连接起的许多挠曲性连接件，这些连接件具有三维剖面形状且包括预形成的挠曲点，在这种挠曲点之上，所述连接件响应此气囊上的压缩荷载于预定位置上发生挠曲。

2.权利要求1所述的气囊，其中所述预成形的挠曲点包括可塌缩结构。

3.权利要求2所述的气囊，其中所述可塌缩结构包括所述连接件的第一部分接合所述连接件的第二部分，以使此第一部分在压缩荷载下塌缩入第二部分，并在除去压缩载荷下恢复其静止状态。

4.权利要求3所述的气囊，其中所述预成形的挠曲点是形成在所述第一部与第二部的接合部。

5.权利要求4所述的气囊，其中所述第一部在上述接合部处具有较所述第二部要小的横剖面积，以使所述第一部能塌缩入所述第二部内。

6.权利要求5所述的气囊，其中所述第一与第二部都是圆柱形的。

7.权利要求6所述的气囊，其中所述第二部在所述接合部处呈弯曲形。

8.权利要求7所述的气囊，其中所述第二部在该接合部处相对于此第一部呈凸弯形。

9.权利要求5所述的气囊，其中所述第一部呈锥形。

10.权利要求9所述的气囊，其中所述第二部呈半球形。

11.权利要求10所述的气囊，其中所述第二部在该接合部处相对于此第一部呈凸弯形。

12.权利要求11所述的气囊，其中所述第二部包括微凹部，在此微凹部之上连接着该第一部而形成上述接合部。

13.权利要求1所述的气囊，其中所述连接件包括圆柱形剖面的柱状结构，而所述预成形的挠曲点包括铰链区。

14.权利要求13所述的气囊，其中所述柱状结构至少有部分是相对于垂直轴线弯成一角度，以在压缩荷载下优先围绕上述铰链区弯曲。

15.权利要求14所述的气囊，其中所述柱状结构基本上是沿其整个长度相对于垂直轴线成角度。

16.权利要求13所述的气囊，其中所述柱状结构包括相对的截头锥形墩，它们在其小直径端接合而确定出所述挠曲点铰链区。

17.权利要求16所述的气囊，其中两个相邻的上述柱状结构是由在其间延伸的薄片栓到一起，并接附到所述挠曲点上，以使所述这两个柱状结构在压缩荷载下相互弯曲。

18.权利要求16所述的气囊，其中所述截头锥形柱状结构包括至少一个具有中间弯曲部的壁部，以在压缩荷载下提供另一个挠曲点铰链区。

19.权利要求13所述的气囊，其中所述铰链区是将前述柱状连接件第一部分的平齐表面接合到此柱状连接件第二部分的弯曲表面上而形成。

20.权利要求1所述的气囊，其中所述连接件包括多边形剖面的柱状结构。

21.权利要求20所述的气囊，其中所述预成形的挠曲点包括铰接区。

22.权利要求21所述的气囊，其中所述柱状结构中的上述接合部相对于水平弯成一角度，以使所述柱状结构在压缩载荷下容易依预期的方向弯曲。

23.权利要求1所述的气囊，其中所述气囊是密封的，气囊中装盛有流体以使所述连接件处于张力的作用下。

24.权利要求23所述的气囊，其中所述流体是高于大气压力的气体。

25.权利要求23所述的气囊，它与由鞋面和包括缓冲鞋底夹层的鞋底组成的鞋类制品结合，其中所述气囊是支承于所述鞋底夹层(midsole)之中。

26.鞋底用气囊，它包括：第一可挠曲阻挡面；与此第一阻挡面成相对关系的第二可挠曲阻挡面；此第一与第二可挠曲阻挡面围绕周边结合形成的密封室；置于此密封室内的流体，以使此第一与第二可挠曲阻挡面相互承受拉力；形成在此第一与第二阻挡面之间并将它们的内部相互连接的一批可挠曲抗拉件，所述抗拉件具有几何剖面形状且包括预成形的可塌缩结构，此结构响应加到该气囊上的压缩荷载作预期的塌缩，而在除去此压缩荷载后完全恢复。

27.权利要求26所述的气囊，其中所述可挠曲抗拉件包括与所述第一阻挡面接成整体的第一部以及与所述第二阻挡面接成整体的第二部，此第一与第二部在接合部处接合。

28.权利要求27所述的气囊，其中所述预成形的可塌缩结构形成在该第一与第二部的接合部处。

29.权利要求28所述的气囊，其中所述第一部在上述接合部处具有较所述第二部要小的横剖面积，以使所述第一部能塌缩入所述第二部内。

30.权利要求29所述的气囊，其中所述第一与第二部都是圆柱形的。

31.权利要求30所述的气囊，其中所述第二部在所述接合部处呈弯曲形。

32.权利要求31所述的气囊，其中所述第二部在该接合部处相对于所述第一部呈凸弯形。

33.权利要求30所述的气囊，其中所述第一部呈锥形。

34.权利要求33所述的气囊，其中所述第二部呈半球形。

35.权利要求34所述的气囊，其中所述第一部可塌缩入所述第二部，以使所述锥形第一部的位置能延伸到所述阻挡层的使上述第二部由此延伸出的平面之外。

36.权利要求29所述的气囊，其中所述第一与第二部各有其相应的壁厚，而第二部的壁厚小于第一部的壁厚。

37.权利要求35所述的气囊，它与由鞋面和连接到此鞋面上的鞋底组成的鞋类制品相结合，此鞋底包括缓冲的鞋底夹层(中底)和接地的外底，其中所述气囊支承于此鞋底夹层之内。

38.权利要求37所述的鞋类制品，其中所述外底包括与所述半球形的第二部对准的孔口，而所述的位置在其通过上述外底的孔口之一时，在压缩荷载下适合用作接地件。

39.鞋底用气囊，它包括：第一可挠曲阻挡面；与此第一阻挡面成相对关系的第二可挠曲阻挡面；此第一与第二可挠曲阻挡面绕周边接合而形成的密封室；装盛于密封室内的流体，使此第一与第二可挠曲阻挡面相互处于拉力作用下；以及一批可挠曲抗拉件，它们形成在所述顶部与底部阻挡层之间并将这两层相互连接在一起，所述抗拉件具有几何剖面外形，同时沿所述抗拉件包括一预成形的铰链区，这一铰链区能响应作用到所述气囊上的压缩荷载而在预定位置弯曲，并在除去压缩荷载后复原。

40.权利要求39所述的气囊，其中所述可挠曲抗拉件的至少一部分可相对于垂直轴线弯成一角度，而能在压缩荷载下优先弯曲。

41.权利要求40所述的气囊，其中所述可挠曲抗拉件相对于垂直轴线整个地成一角度。

42.权利要求39所述的气囊，其中所述可挠曲抗拉件包括相对的截头锥形墩，它们在其小直径端接合而确定出作为所述铰链区的挠曲点。

43.权利要求42所述的气囊，其中两个相邻的上述可挠曲抗拉件是由在其间延伸的薄片栓到一起，并接附到所述挠曲点上，以使所述两个可挠曲抗拉件在压缩荷载下相互弯曲。

44.权利要求42所述的气囊，其中所述截头锥形墩包括至少一个具有中间弯曲部的壁部，以在压缩载荷下提供另一个挠曲点。

45.权利要求39所述的气囊，它与由鞋面和连接到此鞋面上的鞋底组成的鞋类制品相结合，此鞋底包括缓冲的鞋底夹层，其中所述气囊支承在所述鞋底夹层内。

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