CN104366896B - 一种基于生物力学的童鞋鞋底 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于生物力学的童鞋鞋底，所述鞋底为前宽后窄的扇形，包括着地层、压力层、保护层，足弓支撑层，其中：所述着地层设置足弓部位和足跟部位的硬度大于前掌部位的硬度；所述压力层在第3-5趾骨、第1跖骨及后跟内侧部位，第1-2趾骨、第4-5跖骨及后跟外侧部位，第2-3跖骨部位，其它部位的硬度逐渐变小；所述保护层由慢回弹材料制成；所述足弓支撑层具有与儿童的足弓相同的形状，并且所述足弓支撑层的厚度沿着足弓横弓的方向从内侧向外侧逐渐变薄，沿着足弓内侧纵弓和外侧纵弓的方向由中间向两边逐渐变薄。其具有满足儿童的生物力学特点、舒适度高、抗冲击性强等特点。

Description

一种基于生物力学的童鞋鞋底

技术领域

本发明涉及童鞋鞋底领域，具体涉及一种根据儿童的生物力学在对应的骨骼位置处设置合适的硬度，适于儿童的足部发育的童鞋。

背景技术

足弓包括内侧纵弓、外侧纵弓和横弓(如图1所示)，其主要功能是使重力从踝关节经距骨向前分散到跖骨小头，向后传向跟骨，以保证直立时足底支撑的稳固性。当身体跳跃或从高处落下着地时，足弓弹性起着重要的缓冲震荡的作用。

目前，童鞋的研发与生产基本上是模仿成人鞋技术来实施的。通常会在鞋底或者鞋垫的足弓位置处设置简单的足弓支撑物，例如在足弓位置处设置一个凸起，用于支持足弓。然而，研究表明，2-6岁阶段的儿童足比较胖，有大量的脂肪组织，五个趾头几乎是平的，前掌部分较宽呈扇形，该阶段是形成稳定关节及有力足弓的重要阶段。然而，该阶段的儿童普遍存在生理性扁平足，如果鞋底仅仅配备简单的足弓支撑物，所述简单的足弓支撑物会导致缩小足弓的伸展空间，使正处于发育期的足弓肌肉得不到必要的锻炼，足各关节的稳定性得不到增强，长此以往变成真正的扁平足也就再所难免了。

此外，目前的鞋的鞋底硬度大都是一样的，即使存在鞋底硬度不一样的鞋，也是针对成年人的足部特点进行设计的，对于研究、设计和生产童鞋的厂商来说，其注意力还仅仅局限在童鞋的款式、颜色以及造型上的变化，现有技术中并没有出现专门针对儿童足部的生理特点以及形态特点设计的基于生物力学的童鞋鞋底。

再者，目前的童鞋鞋底接近皮肤的部分所采用的材质跟成年人的鞋底采用的材质基本一致，一般为布料、皮质等，由于儿童的足部非常脆弱，现有技术中的童鞋鞋底的材质亲肤性差、舒适度差，并且无法提供有利的缓冲，不利于儿童足部的生长发育。

研究表明，我国儿童普遍存在穿鞋不当的问题，足部不适、足部畸形，在很大程度上都是因为童鞋的鞋底设计不够合理造成的。

发明内容

针对上述技术问题，本发明根据儿童足部的生理特性、骨骼生长规律、足弓形成机制及形态特点等几个方面，从生物力学角度对儿童足部出现的主要不适症状进行分析，指出目前童鞋鞋底存在的主要误区及其成因，提出了一种基于生物力学的童鞋鞋底，其不仅能够保护脚部免受外界侵害，更重要的是具有符合足部生长发育规律及生理机能的特点。

本发明所采用的技术方案提供一种基于生物力学的童鞋鞋底，所述鞋底为前宽后窄的扇形，其特征在于所述鞋底包括三层，从下往上分别为着地层、固定在所述着地层上的压力层、可拆卸地覆盖在所述压力层上的保护层，鞋底还包括至少一个可拆卸的覆盖在所述压力层上、位于保护层下的足弓支撑层，其中：

所述着地层由能够弯折的硬制材料制成，并且设置足弓部位和足跟部位的硬度大于前掌部位的硬度；

所述压力层由硬度小于着地层但是大于保护层的材料制成，所述压力层上设置有用于固定所述足弓支撑层的压力层固定部，所述压力层中各个部位的材料硬度之间的关系为：第3－5趾骨、第1跖骨及后跟内侧部位具有第一硬度，在第1－2趾骨、第4－5跖骨及后跟外侧部位具有第二硬度，在第2－3跖骨部位具有第三硬度，其它部位具有第四硬度，所述第一硬度、第二硬度、第三硬度和第四硬度逐渐变小；

所述保护层由慢回弹材料制成，所述保护层在对应足弓的位置处设置开口，用于从所述开口取出或者放置所述足弓支撑层；

所述足弓支撑层采用与压力层相同的材料制成，具有与儿童的足弓相同的形状，并且所述足弓支撑层的厚度沿着足弓横弓的方向从内侧向外侧逐渐变薄，沿着足弓内侧纵弓和外侧纵弓的方向由中间向两边逐渐变薄，所述足弓支撑层上设置有用于固定到所述压力层或者其它足弓支撑层的足弓支撑层固定部，所述足弓支撑层从所述开口处可拆卸地覆盖在所述压力层对应足弓的位置处。

优选的，对于轻度扁平足的儿童，不使用所述足弓支撑层或者只使用一个足弓支撑层，随着儿童扁平足程度的加强，使用多于一个足弓支撑层。

优选的，所述压力层固定部为凹部，每个所述足弓支撑层固定部包括与所述压力层固定部相互匹配的凸部，以及与其它足弓支撑层固定部相互匹配的凹部。

优选的，所述鞋底的四周具有向上延伸并向足部倾斜的硬制斜坡，其中鞋底的前面斜坡、后面斜坡、以及足弓对应的斜坡高度大于其它部分的斜坡高度。

优选的，所述鞋底前边上翘，鞋底的后跟区域高于前掌区域5-20mm。

优选的，所述鞋底的着地层在跖趾部位对应的区域上设有防扭凹槽，所述鞋底的着地层在跖趾部位对应的区域以及脚跟部位对应的区域上设有防震凸起。

优选的，所述着地层的材料为橡胶或者牛筋。

优选的，所述压力层和足弓支撑层的材料为硅胶或乳胶。

与现有技术相比，本发明所述的基于生物力学的童鞋鞋底，其着地层的设置使得鞋底具备适当的硬度和柔韧度；其压力层的设置使得鞋底的硬度满足儿童的生物力学特点；其保护层的设置使得鞋底具有较高的舒适度和抗冲击性；其足弓支撑层的设置使得鞋底的足弓支撑高度可调。解决了现有技术中的上述技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是足弓的结构示意图；

图2A是足部骨头的结构示意图；

图2B是内侧纵弓的结构示意图；

图2C是外侧纵弓的结构示意图；

图3A是正常成年的足底示意图；

图3B是儿童的轻度扁平足的示意图；

图3C是儿童的重度扁平足的示意图；

图4为本发明所述的基于生物力学的童鞋鞋底的结构示意图；

图5为本发明所述的基于生物力学的童鞋鞋底的三层结构的剖面图；

图6为本发明所述的基于生物力学的压力层硬度设置的示意图。

具体实施方式

如图2A－2D所示，人足部骨骼主要分别三种，分别是踝骨、足背骨、趾骨，其中踝骨包括跟骨、距骨、足舟骨、内侧楔骨、中间楔骨、外侧楔骨、股骨各一块；足背骨包括5块跖骨，从内侧到外侧分别为第1跖骨、第2跖骨、第3跖骨、第4跖骨、第5跖骨；趾骨包括5块近节趾骨、4块中节趾骨、5块远节趾骨，从内侧到外侧分别为第1趾骨、第2趾骨、第3趾骨、第4趾骨、第5趾骨。本发明中将趾骨和其相连的跖骨一起称为跖趾部位，从内侧到外侧分别为第1跖趾部位、第2跖趾部位、第3跖趾部位、第4跖趾部位、第5跖趾部位。

正常成年人的足底如图3A所示，足弓弧度较大，因此通常需要比较大的足弓支撑物以保护如图3A所示的较大弧度的足弓；2-6岁阶段的儿童普遍存在生理性扁平足，大部分儿童为如图3B所示的轻度扁平足，也有少部分儿童是如图3C所示的重度扁平足。医学上认为生理性扁平足是不需要矫正的，可以通过锻炼肌肉来支撑足弓，以及通过穿着具有防护功能的鞋来减缓对足弓的损害。

图4所示为本发明所述的基于生物力学的童鞋鞋底的结构示意图，图5为本发明所述的基于生物力学的童鞋鞋底的三层结构的剖面图。所述鞋底1为前宽后窄的扇形，其特征在于所述鞋底包括三层，从下往上分别为着地层10、固定在所述着地层10上的压力层20、可拆卸地覆盖在所述压力层10上的保护层30，所述鞋底1还包括至少一个可拆卸的覆盖在所述压力层20上、位于保护层30下的足弓支撑层40。

由于儿童走路不太稳定，并且太硬太厚的鞋底不利于鞋底的弯折，但过软的鞋底又不能支撑脚掌，易使儿童产生疲劳感。因此，本发明所述的着地层10由能够弯折的硬制材料制成，例如通用的采用橡胶底或者牛筋底，从而使得鞋底具备适当的硬度和柔韧度。此外，本发明设计的着地层10在足弓部位硬度大而在前掌部位硬度小易弯折，从而使得儿童在穿鞋时既能对脚有稳定、保护的作用又能保持赤足时的运动状态。

由于如果童鞋鞋底的足弓部位采用如成年人的鞋底类似的足弓支撑物，则不仅不会起到保护足弓的作用，相反会限制足弓的生长发育。本发明所述的足弓支撑层40，在具体的穿着过程中可以根据儿童足弓的扁平程度来选择使用零个、一个或多个足弓支撑层40。对于轻度扁平足的儿童，不使用所述足弓支撑层40或者只使用一个足弓支撑层40，随着儿童扁平足程度的加强，使用多于一个足弓支撑层40。采用本发明所述的可调节的足弓支撑层40，可以根据儿童的生理特点提供个性化的足弓支撑层选择，能够极大的促进儿童足弓的正常生长和发育。

所述足弓支撑层40由弹性和透气性较好的乳胶或硅胶材料制成，具有与儿童的足弓相同的形状，并且所述足弓支撑层40的厚度沿着足弓横弓的方向从内侧向外侧逐渐变薄，沿着足弓内侧纵弓和外侧纵弓的方向由中间向两边逐渐变薄，所述足弓支撑层40上设置有用于固定到所述压力层20或者其它足弓支撑层40的足弓支撑层固定部。本发明采用上述足弓支撑层40的形状，从而无论从横向还是纵向都与儿童足弓的生理结构相适配。

所述压力层20的硬度小于着地层10的硬度，其由弹性和透气性较好的硅胶、乳胶等材料制成，所述压力层20上设置有用于固定所述足弓支撑层40的压力层固定部。

研究证明，儿童在赤足和穿鞋两种情况下静止站立时，足底各部位压力测试结果为：脚趾及第1跖趾部位压力大小基本一致，第2－5跖趾部位及中足部位压力为赤足状态大于穿鞋状态，后跟部位压力为穿鞋状态略大于赤足状态。儿童在赤足和穿鞋两种情况下正常步行时，第1脚趾及后跟内侧部位压力为穿鞋状态大于赤足状态，第2－5脚趾、第1跖趾及后跟外侧部位压力大小基本一致，第2－5跖趾及中足部位压力为赤足状态大于穿鞋状态。儿童在赤足和穿鞋两种情况下慢跑时，脚趾、第4－5跖趾及后跟内侧部位压力为穿鞋状态大于赤足状态，后跟内侧尤为明显，第1－3跖趾、中足及后跟外侧部位压力为赤足状态大于穿鞋状态。整体来看，在赤足及穿鞋两种状态下，儿童足底各部位压力变化趋势是一致的。随着运动速度的增加，足底各部位压力也逐渐增加。赤足状态下，跖趾部位和后跟部位主要受力，且受力部位相对比较集中；穿鞋状态下，足底受力变化幅度不明显，足底各个部位受力相对均匀，这说明穿鞋之后，鞋底会使儿童足底受力面积增大，足底各部位所受到的力相对减少。穿鞋之后，脚趾部位受力比赤足状态大，且这种变化随着速度的增大而增大，说明儿童在运动过程中，为了感觉能更好的抓地、使鞋子跟脚，脚趾会下意识的用力。基于儿童的上述生物力学研究成果，判断在站立状态下，儿童的脚后跟为主要受力部位，前掌次之，中足和脚趾几乎不受力；在运动状态下，脚趾、跖趾部位和中足部位受力明显增加。

由于2－6岁阶段的儿童在穿鞋状态下，一般处于活动状态，尤其是喜欢奔跑，因此，本发明综合儿童站立、步行和慢跑的时间情况，如图6所示，设计的鞋底1的压力层20的结构如下：第3－5趾骨、第1跖骨及后跟内侧部位的硬度最大，为第一硬度，在第1－2趾骨、第4－5跖骨及后跟外侧部位的硬度次之，为第二硬度，在第2－3跖骨部位的硬度第三，为第三硬度，其它部位的硬度最小，为第四硬度。采用所述压力层配置，可以根据儿童的生物力学特点来个性化的设置鞋底的硬度，即提供了良好的穿着舒适度，还能最大程度的保护儿童的足部。

所述保护层30由慢回弹材料制成，所述保护层30在对应足弓的位置处设置开口，用于从所述开口取出或者放置所述足弓支撑层40。所述压力层固定部为凹部，每个所述足弓支撑层固定部包括与所述压力层固定部相互匹配的凸部，以及与其它足弓支撑层固定部相互匹配的凹部。通过这样的设置，所述凹部和所述凸部互相结合，从而能够将一个或多个足弓支撑层40固定到所述压力层20上，以调节足弓支撑层40的高度。

如背景技术中所述的，现有技术中的童鞋鞋底的材质一般为布料、皮质等，亲肤性差、舒适度差，并且无法提供有利的缓冲，不利于儿童足部的生长发育。而慢回弹材料是一种具有开放式单元结构的聚氨酯高分子聚合物，该材料具有特殊的黏弹特性，体现很柔软的材料特性，并有很强的冲击能吸收能力，但是又不会表现出强烈的反弹力。这种材料在受到外力压迫时会发生“流动”而移位以贴合施压物的接触面轮廓，从而将压力均匀分散至整个接触面，而当压力消除时会慢慢恢复到原来的形状。此外，慢回弹材料具有温感效应，即能够对人体温度进行感应，会随着温度的升高而逐渐变的柔软，而对于未接触到人体温度的部分，其依然保持充分的支撑力，并且慢回弹材料的温感效应适中，冬天温度低而慢回弹材料不会感觉太硬，夏天温度高而慢回弹材料也不会太软。因此，本发明所述的基于生物力学的童鞋鞋底10的保护层30由慢回弹材料制成，不仅具有优秀的亲肤性能，而且由于慢回弹材料的软硬度可以随着温度进行适当变化，因此，慢回弹材料远离脚部的部分由于不接触脚部，温度低所以比较硬，从而能够很好的支撑足底，而慢回弹材料靠近足底的部分由于接触脚部，温度高所以相对柔软，因此能够完全的贴合到足底并且不会对足底施加强烈的挤压力，并且随着穿着的时间越长，温度越高，慢回弹材料就会越柔软，童鞋的空间就会变得越大，并且舒适性也会越大，从而能够适应脚部在运动一段时间后会发生膨胀的特性，能够保证儿童在长时间的穿着中都具有良好的舒适性体验，而不会出现穿着一段时间后产生挤脚的现象。此外，本发明采用慢回弹材料，能够在不穿着的时候，迅速恢复原来的形状，从而保证了所述童鞋鞋底的保护层30在每一次穿着中都具有良好的保护效果，具有非常持久的耐用性。再者，本发明采用慢回弹材料，使得所述童鞋鞋底具有很强的抗冲击性，当儿童从高处向下跳时，鞋底1所采用的慢回弹材料能够缓冲掉大部分冲击力，从而极大的保护了儿童的脚部。由此可见，本发明所述的护踝童鞋具有良好的包裹性、支撑性、舒适性、耐用性和抗冲击性。

进一步的，由于儿童有时间走路会不稳，本发明所述的基于生物力学的童鞋鞋底的四周具有向上延伸并向足部倾斜的具有一定硬度的斜坡，从而能够在儿童的重心不稳发生倾斜的时候，起到支撑的作用，其中鞋底的前面斜坡、后面斜坡、以及足弓对应的斜坡高度大于其它部分的斜坡高度，从而有效的防止了儿童前倾、后仰和崴脚等危险情况的发生。

进一步的，根据儿童足部的生理特点，本发明所述的基于生物力学的童鞋鞋底的所述鞋底前边上翘，鞋底的后跟区域高于前掌区域5-20mm，以提供最大程度的穿着舒适度。

进一步的，本发明所述的基于生物力学的童鞋鞋底所述鞋底的着地层10在跖趾部位对应的区域上设有防扭凹槽，所述鞋底1的着地层10在跖趾部位对应的区域以及脚跟部位对应的区域上设有防震凸起。这样的设置能够有效的防止扭伤以及缓冲掉大量的冲击力。

本发明针对儿童足部压力测试分析及行走步态特征数据，设计出如上所述的童鞋鞋底型，对于童鞋鞋底的个性化设计与研发工作，具有十分重大的意义，并且具有广阔的市场前景。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于生物力学的童鞋鞋底，所述鞋底为前宽后窄的扇形，其特征在于所述鞋底包括三层，从下往上分别为着地层、固定在所述着地层上的压力层、可拆卸地覆盖在所述压力层上的保护层，鞋底还包括至少一个可拆卸的覆盖在所述压力层上、位于保护层下的足弓支撑层，其中：

所述着地层由能够弯折的硬制材料制成，并且设置足弓部位和足跟部位的硬度大于前掌部位的硬度；

所述压力层由硬度小于着地层但是大于保护层的材料制成，所述压力层上设置有用于固定所述足弓支撑层的压力层固定部，所述压力层中各个部位的材料硬度之间的关系为：第3－5趾骨、第1跖骨及后跟内侧部位具有第一硬度，在第1－2趾骨、第4－5跖骨及后跟外侧部位具有第二硬度，在第2－3跖骨部位具有第三硬度，其它部位具有第四硬度，所述第一硬度、第二硬度、第三硬度和第四硬度逐渐变小；

所述保护层由慢回弹材料制成，所述保护层在对应足弓的位置处设置开口，用于从所述开口取出或者放置所述足弓支撑层；

所述足弓支撑层采用与压力层相同的材料制成，具有与儿童的足弓相同的形状，并且所述足弓支撑层的厚度沿着足弓横弓的方向从内侧向外侧逐渐变薄，沿着足弓内侧纵弓和外侧纵弓的方向由中间向两边逐渐变薄，所述足弓支撑层上设置有用于固定到所述压力层或者其它足弓支撑层的足弓支撑层固定部，所述足弓支撑层从所述开口处可拆卸地覆盖在所述压力层对应足弓的位置处。

2.根据权利要求1所述的基于生物力学的童鞋鞋底，其特征在于：对于轻度扁平足的儿童，不使用所述足弓支撑层或者只使用一个足弓支撑层，随着儿童扁平足程度的加强，使用多于一个足弓支撑层。

3.根据权利要求2所述的基于生物力学的童鞋鞋底，其特征在于：所述压力层固定部为凹部，每个所述足弓支撑层固定部包括与所述压力层固定部相互匹配的凸部，以及与其它足弓支撑层固定部相互匹配的凹部。

4.根据权利要求1－3中任意一项所述的基于生物力学的童鞋鞋底，其特征在于：所述鞋底的四周具有向上延伸并向足部倾斜的硬制斜坡，其中鞋底的前面斜坡、后面斜坡、以及足弓对应的斜坡高度大于其它部分的斜坡高度。

5.根据权利要求1－3中任意一项所述的基于生物力学的童鞋鞋底，其特征在于：所述鞋底前边上翘，鞋底的后跟区域高于前掌区域5-20mm。

6.根据权利要求1－3中任意一项所述的基于生物力学的童鞋鞋底，其特征在于：所述鞋底的着地层在跖趾部位对应的区域上设有防扭凹槽，所述鞋底的着地层在跖趾部位对应的区域以及脚跟部位对应的区域上设有防震凸起。

7.根据权利要求1－3中任意一项所述的基于生物力学的童鞋鞋底，其特征在于：所述着地层的材料为橡胶或者牛筋。

8.根据权利要求1－3中任意一项所述的基于生物力学的童鞋鞋底，其特征在于：所述压力层和足弓支撑层的材料为硅胶或乳胶。