АМОРТИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОРТИВНАЯ ОБУВЬ (ЕЕ ВАРИАНТЫ) Российский патент 1995 года по МПК A43B21/30 A43B5/00 

Изобретение касается обуви, в частности устройства для амортизации пятки и стабилизации стопы, устанавливаемого в спортивную обувь.

При ходьбе или беге, как правило, работает вся стопа, начиная от пятки с переходом к средней части стопы и кончая передней пальцевой ее частью. До удара пятки о поверхность стопа находится в расслабленном состоянии, т.е. ориентирована вверх под некоторым углом к поверхности и развернута наружу. При соударении пятки с поверхностью, участвующие в этой работе лодыжка, колено и бедро, изгибаясь, амортизируют и поглощают удар, а стопа перекатывается по поверхности и разворачивается вовнутрь в процессе, называемом пронацией.

При такой последовательности движений желательно, чтобы как можно больше энергии удара поглощалось при соударении пятки с поверхностью с обеспечением устойчивости на грунте во избежание получения бегуном хронического или травматического повреждения. Если это возможно, и опять-таки обеспечивая при этом надежную устойчивость бега, желательно также накапливать поглощенную энергию удара и возвращать ее стопе при отталкивании от поверхности в целях эффективного использования энергии. Кроме того, желательно ограничивать всякое стремление стопы к чрезмерной супинации или чрезмерной пронации при соприкосновении стопы с поверхностью как в медицинских целях, так и в целях обеспечения устойчивого бега.

Известно включение рессорных устройств в подошву обуви, в частности в ее каблук, с целью аккумулирования энергии удара, создаваемой при соударении стопы с поверхностью во время бега, и возвращения по крайней мере части этой энергии стопе бегуна при подъеме ноги. Известно также и внедрение в подошву обуви поперечных и продольных элементов жесткости с целью преодоления эффекта чрезмерной супинации или пронации стопы при беге.

Например, в патентах США N 4486964 и 4506460 описываются различные типы пластиковых и подвергнутых тепловой обработке пружинных смягчителей, основное назначение которых состоит в более равномерном и быстром распределении силы удара стопы по расположенным ниже заполненным газом элементам подошвы. Подковообразный каблучный компонент таких смягчителей действует как тарельчатая пружина во взаимодействии со стопой, обеспечивая накопление и возвращение энергии при беге, а при одном варианте он кроме того обеспечивает вертикальную стабилизацию лодыжки.

В патентах США NN 2357281 и 2394281 описывается оказывающее сопротивление удару наращенное каблучное устройство для выходной обуви, которое включает стальную пружину.

Наиболее близким к изобретению является патент США N 4709489, в котором описывается пружинное устройство для каблука обуви, содержащее стальную пластину, поддерживаемую на своих боковых концах П-образным несжимаемым опорным элементом. Кроме обеспечения пружинящего эффекта каблука, данный опорный элемент также обеспечивает его боковую устойчивость.

В предлагаемом изобретении описывается устройство, внедряемое вовнутрь среднего подошвенного слоя спортивной обуви, которое соединяет в себе преимущества, обеспечиваемые каблучной пружиной, поглощающей, аккумулирующей и возвращающей стопе энергию удара, создаваемую при беге, и стабилизирующую пластину, которая при той же самой деятельности способствует предотвращению чрезмерной супинации и чрезмерной пронации стопы. Благодаря применяемым способам и материалу при производстве устройства последнее просто и недорого в изготовлении и имеет очень малый вес.

Устройство содержит тонкую, выполненную по размеру каблука пластину, изготовленную из прочного, жесткого и при этом упругогибкого многослойного материала, состоящего из термопластичной смолы и стеклоуглеродного волокна, который внедряют вовнутрь пяточной части среднего подошвенного слоя спортивной обуви. Пластина имеет пару боковых кромок с направленными вверх фланцами, переднюю и заднюю кромки, а также выполненный как одно целое, простирающийся назад, отклоненный вверх и работающий в вертикальном направлении пружинящий элемент, отходящий от указанной пластины. Пружина на пластине ограничивается парой открытых щелей, простирающихся вперед с заходом в пластину от своего заднего конца. Пружинящий элемент располагают под костью пятки ноги, и средний подошвенный слой обуви облегчают в области ниже пружинящего элемента с тем, чтобы он мог свободно прогибаться вниз при передаче пятке сил. В наружную подошву может быть сформован амортизатор или вкладыш-ограничитель для ограничения максимального прогиба пружинящего элемента.

На фиг. 1 изображена часть пяточной зоны правой полупары спортивной обуви, где амортизирующее устройство показано штриховой линией, вид сбоку; на фиг.2 часть каблука обуви, показанной на фиг.1, где амортизирующее устройство показано штриховой линией, вид снизу; на фиг.3 часть каблука обуви и амортизирующего устройства, показанного в разрезе по А-А на фиг.2, вид сбоку; на фиг.4 часть каблука обуви и амортизирующего устройства в разрезе по Б-Б на фиг.2; на фиг.5 амортизирующее устройство с каблучной пружиной и стабилизирующей пластиной.

Спортивная обувь 1, как правило, содержит верхнюю 2 и нижнюю или подошвенную 3 части.

Верхняя часть 2 может включать верх, изготовленный из кожи и/или различных искусственных материалов, включая винил. Подошвенная часть 3, как правило, содержит средний подошвенный слой 4 (фиг.3) и наружный подошвенный слой 5. Подошвенная часть 3 может также включать стелечный слой (не показан), который может выполняться как одно целое со средним подошвенным слоем или как отдельный элемент и контуры которого соответствуют очертаниям следа стопы и обеспечивают возможность более равномерного распределения нагрузок на стопу по среднему подошвенному слою.

Типичными материалами для изготовления среднего подошвенного слоя для современных спортивных туфель являются вспененный этиленвинилацетат (ЭВА) и вспененный полиуретан (ПУ), из которых при формовании можно получать множество требующихся функциональных и декоративных деталей и размерных элементов, а также внедрять в толщу среднего подошвенного слоя в процессе формования устройства подобные устройству согласно настоящему изобретению.

Типичными материалами для изготовления наружного подошвенного слоя 5 являются многие искусственные резины и невспененный полиуретан. Как и в случае изготовления среднего подошвенного слоя 4, эти материалы также пригодны для формования из них требуемых деталей или декоративных элементов, прилагаемых к низу или наружным стенкам наружного подошвенного слоя 5, например, опорных элементов 6.

Пример исполнения предпочтительного варианта амортизирующего устройства 7 для спортивной обуви показан на фиг. 3-5. Это устройство 7 предназначено для правой полупары обуви 1.

Устройство 7 содержит тонкую, плоскую, выполненную по размеру каблука пластину 8, которую изготавливают из прочного, жесткого и упругогибкого материала.

Устройство горизонтально размещают внутри упругого материала каблучной части среднего подошвенного слоя 4 при формовании последнего.

Пластину 8 предпочтительно вырубают штампом из большого по площади плоского листового материала и затем придают ей нужную форму. Она имеет пару загнутых вверх боковых кромок 9А и 9В, передний и задний концы соответственно 10 и 11 и выполненный как одно целое с пластиной, простирающейся в направлении к задней части обуви и работающий в вертикальном направлении пружинящий элемент 12, ограниченный парой открытых щелей 13А и 13В, тянущихся от заднего конца 11 пластины в направлении ее переднего конца.

Устройство 7 может изготавливаться из различных материалов, включая подвергнутую термообработке рессорную сталь, но предпочтительным материалом для изготовления предлагаемого устройства 7 является композиционный материал, включающий термопластиную смолу с поверхностными листами, состоящими из тканного волокна, или полимерная матрица связующее для углеродного и стеклянного волокна. Этот материал, который поставляют фирма "Mebical Material Corporation" для применения в биомедицинской области с фабричной маркой TL 61 и для применения в промышленности с фабричной маркой "Novetek", более подробно описан в патенте США N 4778717.

Предпочтительно используют листовой материал толщиной 0,035-0,055 дюйма. Его предел прочности при растяжении, в зависимости от толщины, должен составлять 2400-42000 фунтов на кв.дюйм, а модуль упругости 1,3-3,6 миллиона фунтов на кв. дюйм. Его легко резать, пилить или вырубать штампом с помощью соответствующего недорогого инструмента.

Материал может также быть подвергнут термоформованию для получения различных элементов требуемой формы или конфигурации, например, путем нагрева материала при относительно низких температурах (350-500^оФ), на соответствующем оборудовании может быть осуществлено отклонение вверх пружинящего элемента 12 и боковых кромок 9А и 9В. После снижения температуры отформованной таким образом детали до комнатной ее прочность и упругость полностью восстанавливаются.

Устройство 7 размещают внутри пяточной зоны материала среднего подошвенного слоя 4 таким образом, чтобы самая задняя часть пружинящего элемента 12 заняла свое положение главным образом под большой костью пятки ноги и чтобы сверху него располагался слой 14 материала среднего подошвенного слоя 4. Средний подошвенный слой облегчен в зоне 15 ниже пружинящего элемента с тем, чтобы последний мог свободно отклоняться вниз.

Слой 14 функционирует как амортизатор между тканевой подушкой под костью пятки и верхней поверхностью пружинящего элемента 12, а также служит для более равномерного распределения нагрузки, сообщаемой пружинящему элементу стопой. Слой 14 кроме того служит для того, чтобы несколько снижать общую упругость пружинящего элемента пяткой, а также способность пружинящего элемента возвращать свою энергию отклонения при подъеме пятки главным образом благодаря энергии, потерянной вследствие рассеяния тепла в слое 14 при сжатии и расширении. Однако полагают, что такая потеря приемлема, если при этом обеспечивается большее удобство для стопы и она препятствует появлению излишне пружинящего действия каблука. За исключением этого эффекта и состояния ограниченного отклонения характеристика действия пружинящего элемента будет линейной на всем пути отклонения, и она высоко эффективна (>85%) при возвращении стопе на стадии подъема каблука энергии отклонения, накопленной на стадии соударения каблука с поверхностью.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения боковые кромки пластины 8 представлены загнутыми вверх, однако в соответствующей конструкции они могут быть загнуты вниз. Загнутые кромки служат для значительного упрочнения устройства в продольном направлении и, будучи расположенными несколько за пределами пятки ноги с каждой стороны, они функционируют как укосины на каноэ и предотвращают чрезмерную супинацию и пронацию стопы в последовательном процессе соударения стопы с поверхностью, ее перекатывая по поверхности и отталкивания при нормальной ходьбе или беге. Загнутые кромки кроме того способствуют закреплению и предотвращают ползучесть устройства 7 внутри материала среднего подошвенного слоя 4, если бы последнее по какой-либо причине отсоединилось от материала среднего подошвенного слоя.

В представленном предпочтительном варианте в наружный подошвенный слой 5 заформован ограничитель 16, занимающий положение непосредственно под пружинящим элементом 12 и большой костью пятки и служащий для ограничения максимального отклонения вниз пружинящего элемента при больших ударах пятки, создаваемых, например, при прыжке. Вертикальный размер ограничителя 16 выбирают таким, чтобы амортизатор не мог контактировать с пружинящим элементом 12 при нормальном состоянии на месте или ходьбе, но приходил в действие только при отклонениях пружинящего элемента, которые превышают максимальное прогибание пружинящего элемента вниз, как это могло бы происходить, например, при прыжках или энергичном беге.

Сущность изобретения: амортизирующее устройство выполнено в виде тонкой по размеру каблука пластины, изготавливаемой из многослойного материала, состоящего из термопластичной смолы и ткани из углеродистого и стеклянного волокна, имеет пару загнутых вверх боковых кромок, передний и задний концы и отходящий от пластины, выполненный с нею как одно целое, простирающийся назад, отклоненный вверх и работающий в вертикальном направлении пружинящий элемент. Устройство размещают внутри упругого материала пяточной части среднего подошвенного слоя спортивной обуви таким образом, чтобы пружинящий элемент располагался ниже большей кости ступни ноги. Средний подошвенный слой облегчен в зоне ниже пружинящего элемента с тем, чтобы последний мог свободно прогибаться вниз под действием сил, прилагаемых пяткой. В средний подошвенный слой может быть заформован вкладыш-ограничитель для ограничения максимального прогибания пружинящего элемента вниз. 3 с. и 16 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Амортизирующее устройство преимущественно для спортивной обуви, содержащее ударопоглощающий и накапливающий энергию пружинящий элемент из прочного, жесткого, упругого и гибкого материала для размещения в пяточной части подошвы обуви, выполненный с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, и опорный элемент, отличающееся тем, что пружинящий и опорный элементы выполнены за одно целое в виде тонкой пластины, имеющей переднюю, заднюю и боковые кромки, при этом ширина пластины соответствует ширине пяточной части стопы, а пружинящий элемент образован частью пластины, консольно соединенной с остальной ее частью и загнутой в сторону внутренней части подошвы обуви. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пружинящий элемент образован посредством по меньшей мере одного надреза пластины. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пружинящий элемент образован посредством пары надрезов задней кромки пластины. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пластина выполнена из композиционного материала в виде матрицы из углеродных стекловолокон и термопластичной смолы. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что боковые кромки пластины загнуты вверх. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что боковые кромки пластины отогнуты вниз. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено ограничителем перемещения пружинящего элемента вниз, выполненным из упругого материала и размещенным ниже свободного конца пружинящего элемента. 8. Спортивная обувь, содержащая верх и подошву из наружного и упругого внутреннего слоев, причем в пяточной части внутреннего слоя подошвы размещены ударопоглощающее и накапливающее энергию амортизирующее устройство в виде пружинящего элемента из прочного, жесткого, упругого и гибкого материала, и опорный элемент, под пружинящим элементом образовано углубление для обеспечения его перемещения вниз, а подошва снабжена ограничителем максимального перемещения пружинящего элемента, отличающаяся тем, что пружинящий и опорный элементы выполнены за одно целое в виде тонкой пластины, имеющей переднюю, заднюю и боковые кромки, при этом пружинящий элемент образован частью пластины, консольно соединенной с остальной ее частью и загнутой в сторону внутренней части подошвы, причем ширина пластины соответствует ширине пяточной части стопы, а свободный конец пружинящего элемента размещен под пяточной частью стопы. 9. Обувь по п. 8, отличающаяся тем, что пружинящий элемент образован посредством по меньшей мере одного надреза пластины. 10. Обувь по п. 8, отличающаяся тем, что пружинящий элемент образован посредством пары надрезов задней кромки пластины. 11. Обувь по п.8, отличающаяся тем, что пластина выполнена из композиционного материала в виде матрицы из углеродных стекловолокон и термопластичной смолы. 12. Обувь по п.8, отличающаяся тем, что боковые кромки пластины загнуты вверх. 13. Обувь по п.8, отличающаяся тем, что кромки пластины отогнуты вниз. 14. Обувь по п.8, отличающаяся тем, что ограничитель максимального перемещения пружинящего элемента выполнен из упругого материала и установлен в наружном слое подошвы. 15. Спортивная обувь, содержащая верх, подошву из наружного и упругого внутреннего слоев и стельку, при этом в пяточной части внутреннего слоя подошвы размещены ударопоглощающее и накапливающее энергию амортизирующее устройство в виде пружинящего элемента из прочного, жесткого, упругого и гибкого материала и опорный элемент, под пружинящим элементом образовано углубление для обеспечения его перемещения вниз, а подошва снабжена ограничителем максимального перемещения пружинящего элемента, отличающаяся тем, что пружинящий и опорный элементы выполнены за одно целое в виде тонкой пластины, имеющей переднюю, заднюю и боковые кромки, при этом пружинящий элемент образован частью пластины, консольно соединенной с остальной ее частью и загнутой в сторону стельки, причем ширина пластины соответствует ширине пяточной части стопы, а свободный конец пружинящего элемента размещен под пяточной костью стопы, при этом толщина внутреннего слоя подошвы превышает высоту пластины, а ограничитель максимального перемещения пружинящего элемента выполнен из упругого материала и установлен в наружном слое подошвы. 16. Обувь по п.15, отличающаяся тем, что пружинящий элемент образован посредством пары надрезов задней кромки пластины. 17. Обувь по п.15, отличающаяся тем, что пластина выполнена из композиционного материала в виде матрицы из углеродных стекловолокон и термопластичной смолы. 18. Обувь по п.15, отличающаяся тем, что боковые кромки пластины отогнуты вверх. 19. Обувь по п.15, отличающаяся тем, что боковые кромки пластины отогнуты вниз.