CN107835730B - 一体化冲头充注和密封工具 - Google Patents

Abstract

一种用于使至少部分地由诸如热塑性层的聚合物层构成的物品中的室(50)充注的工具。该工具可以允许在聚合物层(350)中形成孔、使与孔流体连通的室(50)或容积部(130)充注以及然后焊接或密封室(50)，使得充注流体大体上保持在室(50)中和/或不经由孔逸出。在多个方面中，孔的形成、室(50)的充注以及室(50)或孔的密封可以由单个工具和/或基于热塑性物品与工具的单次配准来执行。在一些方面，孔的形成部分地通过使用具有杯状表面的冲头(100、201、205)来实现，所述具有杯状表面的冲头允许热塑性物品的顶层被打破而不在至少一个下层(350)中形成孔。

Description

一体化冲头充注和密封工具

发明领域

提供了一体化工具(unified tool)，该一体化工具用于将流体注入到至少部分地由聚合物层构成的物品内的容积部(volume)内。

发明背景

鞋类物品通常包括两个主要元件：鞋面和鞋底结构。鞋面由多种材料元件(例如，织物、泡沫、皮革以及合成皮革)形成，该多种材料元件被缝合或粘合性地结合在一起，以在鞋类的内部形成用于舒适且牢固地容纳足部的空腔。贯穿材料元件的脚踝开口提供进入该空腔的入口，从而便于足部进入该空腔和从该空腔移出。此外，鞋带用于改变该空腔的大小并且将足部固定在该空腔内。

鞋底结构定位成邻近鞋面的下部部分，并且通常定位在足部与地面之间。在许多鞋类物品(包括运动鞋)中，鞋底结构常规地包含鞋内底、鞋底夹层和鞋外底。鞋内底是位于该空腔内的薄的可压缩构件，并且邻近该空腔的下表面以增加鞋类的舒适度。可以固定到鞋面的下表面并且从鞋面向下延伸的鞋底夹层形成鞋底结构的中间层。除了衰减地面反作用力(即，为足部提供缓冲)外，例如，鞋底夹层可以限制足部运动或赋予稳定性。可以固定到鞋底夹层的下表面的鞋外底形成鞋类的地面接触部分，并通常由包括纹理(texturing)以提高附着摩擦力的耐用且耐磨的材料制成。

常规的鞋底夹层主要由贯穿鞋类的长度和宽度延伸的诸如聚氨酯或乙烯醋酸乙烯酯(ethylvinylacetate)的发泡聚合物材料形成。在一些鞋类物品中，鞋底夹层可以包括提高鞋类的舒适度或性能的多种附加的鞋类元件，该多种附加的鞋类元件包括板、调节器、流体填充室、绷帮元件(lasting element)或运动控制构件。例如，在一些构造中，这些附加的鞋类元件中的任何可以位于鞋面和鞋外底中的任一个和鞋底夹层之间、嵌入在鞋底夹层内或通过鞋底夹层的发泡聚合物材料封装。虽然许多常规的鞋底夹层主要由发泡聚合物材料形成，但是流体填充室或其它非泡沫结构也可以形成一些鞋底夹层构造的大部分。

多种技术可以被用于形成鞋类物品或其它产品的流体填充室，包括例如双膜技术、热形成技术和吹塑技术。在双膜技术中，两个单独的聚合物片材在特定的位置结合在一起。热形成技术与双膜技术类似之处在于两个聚合物片材被结合在一起，但是还包括利用被加热的模具形成聚合物片材或以其它方式使聚合物片材成形。在吹塑技术中，由熔融的或以其它方式软化的聚合物材料形成的型坯(parison)被放置在具有腔的模具内，该腔具有期望的室构造。压缩空气诱导聚合物材料以符合室的表面。然后聚合物材料冷却并保持腔的形状，由此形成室。

在上文讨论的每一种技术之后，室被加压。即，加压流体被注入到室中并且然后被密封在室内。一种加压的方法包括在聚合物片材或型坯的残留部分中形成充注导管(inflation conduit)。为了对室加压，流体被注射经过充注导管，然后充注导管被密封。然后，包括充注导管的聚合物片材或型坯的残留部分被修整或以其它方式除去以大体上完成室的制造。

美国专利8,241,450描述了一种用于使流体填充室充注的方法。在界定室的第一表面、第二表面和侧壁表面之后，孔可以被界定为在第一表面与第二表面间隔开的位置处穿过第一表面。然后可以将加压装置定位成邻近第一表面并且围绕孔。加压装置可以用于使流体穿过孔注入到室中，将第一表面压靠在第二表面上，并且围绕孔以及在第一表面和第二表面之间形成结合部。

发明概述

在多个方面中，提供了一种用于将流体引入到密封的容积部中的工具。该工具包括：电极，所述电极具有外周边和内周边，所述内周边界定电极内的容积部，电极在所述电极的第一端部处被机械地联接到基部，所述电极在第二端部处是开口的；致动器，所述致动器机械地联接到所述基部；冲头(punch)，所述冲头具有冲头头部，所述冲头被联接到所述致动器，所述冲头头部在第一冲头位置位于所述电极中的所述容积部内并且在第二冲头位置处于所述电极的容积部的外部，所述冲头头部包括界定周界的冲头边缘，所述冲头在所述冲头边缘的周界内的表面是凹形的并且界定冲头容积部，所述冲头容积部的平均深度小于所述冲头边缘的平均直径；以及第一流体输送导管，所述第一流体输送导管与所述电极中的容积部流体连通并且与所述电极的第二端部处的开口流体连通。依据该方面，冲头容积部可以是圆锥形容积部或圆锥形截头锥体状(frustum)容积部；或者冲头容积部可以是球体状(spheroid)容积部或卵形容积部；或者所述冲头容积部可以是n边的锥形容积部，其中n大于或等于三，或是基于n边的锥形容积部的截头锥体状容积部，其中n大于或等于三。可选地，对于n边的锥形容积部或基于n边的锥形容积部的截头锥体，n可以是二十或更小、或者十二或更小。依据该方面，在冲头的周边的相对点处的夹角可以为约110°至160°。例如，周边的相对点处的夹角可以为约120°至约160°，或120°至约150°，或约135°至约160°，或约135°至约150°。

另外地或替代地，根据上述方面中的任何方面的工具可以使冲头容积部的平均深度是冲头边缘的周界的平均直径的约0.2倍至约0.75倍。例如，平均深度可以是边缘的周界的平均直径的约0.2倍至约0.5倍，或约0.25倍至约0.75倍，或约0.25倍至约0.5倍，或约0.4倍至约0.75倍。

另外地或替代地，根据上述方面中的任何方面的工具可以使冲头通过可调节的机械联接而机械地联接到致动器，在第一位置的冲头头部的高度基于可调节的机械联接是可调节的。可选地，冲头的至少一部分是带螺纹的，所述冲头通过螺纹式螺旋联接被联接到致动器。

另外地或可替代地，根据上述方面中的任何方面的工具可以使致动器包括(或包含或是)气缸。可选地，冲头的轴线可以大体上对应于气缸的运动轴线。可选地，气缸的活塞容积部可以与第二流体输送导管流体连通。可选地，气缸可以是单作用气缸。在这样的可选的方面，用于单作用气缸的恢复力(restoring force)通过弹簧提供。

另外地或替代地，根据上述方面中的任何方面的工具可以具有电极的大体上圆形的内周边，或沿着电极的高度变化的内周边，或其组合。

另外地或替代地，根据上述方面中的任何方面的工具可以使冲头的轴线与电极的轴线是大体上同轴的。

另外地或替代地，根据上述方面中的任何方面的工具可以具有第一冲头位置和第二冲头位置，该第一冲头位置和该第二冲头位置沿着致动器的运动轴线被间隔开一距离。

另外地或替代地，根据上述方面中的任何方面的工具可以使致动器大体上容纳在基部内。

另外地或替代地，根据上述方面中的任何方面的工具可以具有在冲头和内周边之间的为从约0.0025英寸(0.064mm)至约0.01英寸(0.25mm)的间隙；或者在冲头头部和内周边之间的为从约0.0025英寸(0.064mm)至约0.01英寸(0.25mm)之间的间隙；或其组合。

另外地或替代地，提供了用于使用根据上述方面中任何方面的工具的方法，所述方法用于用流体充注室，例如鞋类物品中的室。

附图简述

图1a和图1b示出了根据本公开的方面的冲头的示例。

图2示出了根据本公开的方面的工具的示例。

图3a-3b示出了根据本公开的方面的用于在表面中形成孔的工具的位置上的变化的示例。

图4是鞋类物品的外侧面立视图。

图5是鞋类物品的内侧面立视图。

图6是鞋类物品的鞋底结构的透视图。

图7是鞋底结构的分解透视图。

图8是鞋底结构的流体填充室的透视图。

图9是室的俯视图。

图10a-10d是室的如由图9中的剖面线10a-10d界定的横截面视图。发明的详细描述

综述

在多个方面，提供了用于充注至少部分由诸如热塑性层的聚合物层构成的物品中的室的系统和方法。该系统和方法可以允许在聚合物层中形成孔、充注与孔流体连通的室或容积部以及然后焊接或密封室，使得充注流体大体上保持在室中和/或不经由孔逸出。在多个方面中，孔的形成、室的充注以及室或孔的密封可以由单个工具和/或基于热塑性物品与工具的单次配准来执行。通过形成孔、充注容积部并且利用单个工具和/或利用物品与工具的单次配准来密封容积部，可以获得一个或更多个潜在的制造益处，例如减少的制造时间、简化的制造工艺流程、维护周期之间增加的时间和/或热塑性物品的制造缺陷上的减少。在一些方面中，孔的形成部分地通过使用具有杯状表面的冲头来实现，该具有杯状表面的冲头允许热塑性物品的顶层被打破而不在至少一个下层中形成孔。另外，杯状孔表面可以允许原来与孔位置相关的材料的剩余物与热塑性物品保持在一起。这避免了残留块(remnant piece)积聚在工具中或工具上。

具有流体填充室的聚合物或塑料物品(包括热塑性物品)可以用于形成各种产品。例如，可以包括流体填充室的鞋类产品包括，但不限于，运动鞋类款式，例如跑步鞋、篮球鞋、交叉训练鞋、橄榄球鞋、高尔夫球鞋、登山鞋和靴子、滑雪靴和滑雪板靴、足球鞋、网球鞋和步行鞋。流体填充室还可以用于通常被认为是非运动的鞋款式，包括礼服鞋、乐福鞋(loafers)以及凉鞋。除鞋类以外，流体填充室可以并入其它类型的服饰和运动装备中，包括头盔、手套以及用于诸如橄榄球和曲棍球的运动的防护性垫料。类似的室还可以被并入垫子与家庭用品和工业产品中使用的其它可压缩结构。因此，使用包含本文公开的构思的系统和方法形成的室可以用于制造各种产品。

在由聚合物层构成的物品中形成流体填充室通常可以涉及至少三个过程。首先，可以界定或生成用于允许流体被传送到室中的孔，例如通过穿过室的壁进行冲孔。其次，流体可以被注入到室中。最后，室可以被密封(例如，通过闭合孔)，使得流体被保持在热塑性物品的室内。

用于执行上述过程的一个选择是针对每个过程使用单独的工具。无论工具是被移动到物品上还是物品被移动到工具上，在工具或物品的每次移动之后通常都需要配准或对准过程。在孔形成期间，配准过程可以允许孔被形成在提供与期望的室的流体连通的位置中。在孔形成之后，配准过程允许现有孔与用于填充室的工具和/或用于密封室的工具对准。在制造过程期间，每个配准过程都需要额外的时间和可能的设备。结果，减少或最小化对准或配准过程的次数可以减少制造时间和成本。

用于减少配准过程的次数的一个选择是使用单个工具来执行多于一个任务。例如，可以使用单个工具来形成孔并且填充室。然而，用于使用单个工具进行孔形成和室填充的常规方法已经呈现出了各种问题。一些问题已涉及当在聚合物层中形成孔时所形成的多余材料。通常，物品最初具有连续的闭合的外表面。至少该外表面被冲孔、刺破或以其它方式打破以形成用于注入流体的孔。如果通过物理方法(例如通过使用机械冲头)形成该孔，则还将形成有大致孔尺寸的聚合物材料块。对于使用常规的针式冲头形成的孔来说，这种多余的聚合物材料块常常会从主要物品分离。这些多余的聚合物材料块会对制造工艺流程造成困难。多余的聚合物材料块会潜在地积聚并污染用于制造流程的设备。另外地或替代地，多余的聚合物材料块会在制造期间沉降或嵌入在其它物品上。这会导致在物品外部上形成缺陷，潜在地降低或最小化物品的商业价值。由于维护和清洁活动的次数增加，避免这种污染和缺陷会需要增加的停机时间。

为了克服上述问题中的一个或更多个，本文提供的系统和方法允许在至少部分由聚合物层构成的物品中形成流体填充室，同时减少或最小化所涉及的工具和/或配准过程的数目。该方法部分地通过使用具有凹形杯状表面的冲头工具来实现，使得在孔的形成期间不会产生多余的聚合物材料块。在形成孔之后，冲头然后可以被撤回以允许同一工具将流体分配到室中。然后该工具可以用作射频(RF)焊接工具来密封室(例如通过闭合孔)，从而将流体保持在室中。这允许使用单个工具和/或减少或最小化的数目的配准或对准过程来形成流体填充室。

孔的形成

在多个方面，可以使用单个工具在物品中形成孔；用流体注射或充注物品内的容积部；以及然后密封物品，使得流体不通过孔逸出。

各种聚合物材料可以用于物品的层和/或用于物品的经历孔的形成和用加压流体的注入的部分。在为物品选择聚合物材料时，可以考虑聚合物材料的工程特性(例如，拉伸强度、拉伸性能、疲劳特性、动态模量和损耗因数)以及材料限制容纳在物品中的容积部内的流体扩散的能力。例如，当由热塑性聚氨酯形成时，物品的聚合物材料可以具有约0.89毫米的厚度，但是该厚度可以在例如从0.25毫米到4.0毫米或更大的范围内。除了热塑性聚氨酯之外，可以适合于物品的聚合物材料的示例包括聚氨酯、聚酯、聚酯聚氨酯、聚醚聚氨酯和包括聚酯多元醇的聚氨酯。因此，多种聚合物材料可以用于聚合物物品。

孔的形成可以通过使物品的层与工具的表面接触而开始。工具的表面可以是用于加压导管的外部环形物或其它边缘。加压导管可以是在一端固定到用于工具的基座的管或其它导管。导管的接触物品表面的端部可以是开口端，以允许导管与物品的层和/或在层中所生成的孔之间的流体连通。工具表面和物品表面之间的接触可足以使大于环境的压力相对于管外部保持在管的容积部内。在一些方面，导管还可以用作适合于输送射频(RF)能量的电极，以允许在注入流体之后对物品层进行RF焊接。例如，加压导管可以由具有足够导电性的金属来构造，以允许输送RF能量。用于管的合适材料的示例可以包括黄铜或铝。可选地，工具的表面和物品的层之间的初始接触可足以允许RF焊接，或者可以在形成孔之后或在注入流体之后并且在执行RF焊接之前通过工具施加额外的压力。

使加压导管的表面与物品的层接触可以允许在导管中的容积部内保持升高的压力。在一些方面，导管内的压力可以比导管外部的压力大约1psi(6.9kPa)至约100psi(690kPa)。例如，导管内的压力可以比导管外部的压力大至少约1psi(6.9kPa)，或大至少约3psi(20.7kPa)，或大至少约5psi(34.4kPa)，或大至少约10psi(68.9kPa)。另外地或替代地，导管内的压力可以比导管外部的压力大约100psi(690kPa)、或大约50psi(345kPa)。每个上述下限值都明确地与每个上述上限值组合在一起。相对于压力导管的外部的这种压差可以在形成孔、注入流体以及密封孔的过程中的任何或所有方便的部分期间被保持。在一些方面，其中形成孔的热塑性物品的层可以在形成孔、注入流体以及密封孔的过程中的任何或全部方便的部分期间暴露于导管内的较高压力(即，压差)。

加压导管的内部容积部与加压导管的外部之间的压差可以在过程期间变化，但是在一些或全部的过程期间可以可选地维持对应于上述压差值之一的期望差。作为一个示例，在将一种或更多种流体注入室中或接纳流体的其它容积部中期间，(导管内部的)导管压力与加压导管外部的压力之间的压差可以是至少约3psi(20.7kPa)，或上述差值中的另一个差值。另外地或替代地，这样的压差可以从在热塑性层中形成孔时连续地保持直到形成结合部以密封接纳流体的室。在一些方面，在一个或更多个过程期间或在所有过程期间，加压导管内的压力可以是约15psia(103kPaa)至约115psia(793kPaa)。例如，在一个或更多个过程期间或者在所有过程期间，加压导管内的压力可以是至少约15psia(103kPaa)，或至少约16psia(110kPaa)，或至少约18psia(124kPaa)或至少约20psia(138kPaa)，并且可选地高至115psia(793kPaa)或更小。如上所述，其中形成孔的热塑性物品的层可以类似地在过程中的这些部分期间暴露于导管内的较高压力(即，压差)。

位于管内的冲头然后可以用于在热塑性物品的表面中形成孔。一种选择可以是朝向热塑性物品手动驱动冲头。在一些方面，冲头可以通过可重复的和/或自动的过程(例如，通过致动器)来驱动。例如，可以使用诸如单作用气缸的气缸来将冲头朝向物品的表面驱动。在单作用气缸中，可以使用加压气体(例如，空气或氮气)在与冲头联接的缸上施加力。在伸出冲头以产生孔后，压力可以被释放。对于单作用缸，缸然后可以通过诸如使用弹簧的机械装置返回到初始位置。例如，驱动缸可以压缩波形弹簧，然后该波形弹簧可以扩张以将缸返回到初始位置。替代地，也可以使用在缸移动时变得延伸的弹簧机构以使冲头返回到初始位置。当然，也可以使用其它类型的致动器，例如双作用气缸或其它机械致动器或电磁致动器来控制冲头。

在形成孔之后，例如通过使用如上所述的弹簧机构将冲头从孔中撤回。然后可以通过使流体从导管传送并且经由孔进入容积部内而将流体注入到物品的容积部中。流体可以从流体源(例如，加压氮气或加压空气源)输送到导管中。由于冲头与导管的内周界之间的间隙距离，流体可以围绕导管中的冲头传送。导管内的所有位置处的间隙距离可以是约0.0025英寸(0.064mm)至约0.012英寸(0.30mm)。例如，冲头与导管的内周界之间的间隙在导管内的所有位置处可以为至少约0.0025英寸(0.064mm)、或至少约0.004英寸(0.10mm)或至少约0.005英寸(0.13mm)。另外地或替代地，冲头与导管的内周界之间的间隙可以是约0.012英寸(0.30mm)或更小、例如约0.010英寸(0.25mm)或更小。每个上述下限值都明确地与每个上述上限值组合在一起。加压导管内的冲头的间隙可以允许冲头保持充分对准，同时保持在流体源与加压导管的开口(出口)端之间的可接受压降。

应注意的是，加压导管的内周界或周边可以沿着导管的高度而变化。例如，可期望具有比冲头的其余部分更大横截面的冲头头部。为了减小维持加压导管内的压力所需的气体的体积，可以将导管成形为与第一位置中的冲头具有期望的间隙。因此，导管的内周界或周边对于冲头的主体而言会是较窄的，其中导管加宽到更大的内周界或周边以容纳冲头头部。当冲头伸出(例如，到第二位置)以形成孔时，冲头头部将从导管移出，导致冲头的一部分与导管的内周界的一部分之间的增加间隙。然而，在工具的大部分操作过程中，冲头将大体上在导管内。导管的外周界沿着导管的长度可以具有相似的尺寸变化。当然，导管的内周界和/或外周界还可以沿着导管长度针对任何其它方便的原因而变化。

输送到物品内的容积部中的加压流体可以是任何方便的流体。例如，加压流体可以是加压气体，例如氮气或空气。更一般地，输送到热塑性物品中的容积部中的流体的压力范围为从约零至约三百五十千帕(即，每平方英寸约五十一磅)或更大。除了空气和氮气以外，输送到容积部中的流体可以包括八氟丙烷(octafluorapropane)和/或在Rudy的美国专利第4,340,626号中公开的任何气体，例如六氟乙烷和六氟化硫。在一些构造中，容纳加压流体的容积部可以作为泵室或压力室并入到流体系统中，如在Passke等人的第7,210,249号美国专利中公开的。在一些构造中，容纳加压流体的容积部可以包含允许个人调整容积部内的流体的压力的阀。应注意的是，在形成孔之前用于最初使导管加压的流体不必与经由孔进入物品内的容积部中的流体相同。

在多个方面，可以使用分别的流体源来为气缸提供流体以及为加压导管提供流体。例如，用于气缸的合适压力可以在约50psig(345kPag)至约120psig(827kPag)的范围内。相比之下，用于加压导管的期望压力可以是约100psig(690kPag)或更小，或50psig(345kPag)或更小，低至刚好比环境的压力高例如1psig(7kPag)，这应对应于15psia(103kPaa)或16psia(110kPaa)的绝对压力。结果，在一些方面，用于加压导管的流体输送导管可以不与用于气缸的流体输送导管流体连通。

基于导管中的容积部内的升高压力，物品的内部不暴露于外部大气。相反，导管内的加压流体可以被注入到经由孔与工具流体连通的一个或更多个容积部中。在一些方面，冲头可以在比物品的全部层少的层中形成孔，例如仅在物品的上层和/或第一层中形成孔，同时使一个或更多个下层保持完整。

在形成孔之后，工具可以用于密封热塑性物品中的容积部，使得加压流体被保留在容积部内。这可以通过密封孔或通过密封热塑性物品中的任何其它方便的位置来实现，该热塑性物品保留至少大部分的加压流体。用于密封容积部的一种选择是在物品上执行射频(RF)焊接。对塑料层进行RF焊接以形成大体上气密的密封是众所周知的工艺。导管与物品表面的接触可以提供用于在焊接期间保持两个(或更多个)塑料层接触的必要的力(压力)。在一些方面，导管可以用作电极，使得用于焊接的RF能量可以通过导管输送到物品的层以加热所述层。RF能量然后可以加热塑料层以形成结合部，该结合部大体上防止注入到容积部中的流体从容积部中逸出。

用于形成孔的工具

在多个方面，可以使用单个工具来在物品中形成孔；用流体使该物品内的容积部加载或充注；以及然后密封物品，使得流体不通过孔逸出。

为了便于形成孔，工具可以包括用于接触表面的外部管或导管以及用于形成孔的内部冲头。在一些方面，管或导管可以具有环形形状。在其它方面，导管可以具有椭圆形或大体上椭圆形的形状。大体上椭圆形的形状是指在椭圆上的任何位置处可以从椭圆形形状变化多至短轴值或长轴值的10％。当然，圆形导管(环形)仅仅是椭圆形的特殊情况。在多个方面，用于内部冲头的运动轴线可以与导管的中心轴线同轴或大体上同轴。在一些方面，冲头或冲头头部的末端(接触聚合物层的端部)可以包括边缘，其中该边缘界定冲头头部表面的杯状或凹形部分的周界。可选地，界定表面的杯状部分的边缘可以具有足够尖锐的边缘以有利于形成孔。

冲头表面的杯状部分可以界定圆锥形形状、n边的锥形形状(其中n大于或等于三，任选地为二十或更小，或为十二或更小)、这样的圆锥形的或n边的锥形形状的截头锥体容积部或者卵形或球体形状的容积部区段。在一些方面，由杯状部分(冲头容积部)界定的容积部是与杯状部分的基部的直径(其对应于由边缘界定的形状)有关的浅的容积部。

举例来说，杯状部分的平均深度(冲头深度)可以小于由界定杯状部分的基部的边缘的两个相对点界定的平均距离(平均直径)，例如杯状部分的平均深度小于基部的平均直径的0.75倍，或小于平均直径的约0.5倍，或小于直径的约0.4倍。另外地或替代地，杯状部分的深度(冲头深度)可以是基部的平均直径的至少约0.2倍，例如该平均直径的至少约0.25倍，或该平均直径的至少约0.4倍，或该平均直径的至少约0.5倍。平均深度范围的示例包括但不限于基部的平均直径的0.2倍至0.75倍，或0.2倍至0.5倍，或0.2倍至0.4倍，或0.25倍至0.75倍，或0.25倍至0.5倍，或0.25倍至0.4倍，或0.4倍至0.75倍，或0.4倍至0.5倍，或0.5倍至0.75倍。

在一些另外的和/或替代的方面中，冲头的杯状部分的深度可以基于物品的形成孔的表面或层的厚度来选择。为了有效地开孔，杯状部分的深度可以至少约为层的厚度，例如层的厚度的约1.0倍至层的厚度的约3.0倍。例如，杯状部分的深度可以是层的厚度的至少约1.0倍，或是层的厚度的至少约1.5倍。另外地或替代地，杯状部分的深度可以是层的厚度的约3.0倍或更小，例如层的厚度的约2.5倍或更小，或壁的厚度的约2.0倍或更小，或壁的厚度的约1.6倍或更小。每个上述下限值都明确地与每个上述上限值组合在一起。杯状部分的深度的这种值可以适于使开孔之后形成的材料的残余物与热塑性物品保持在一起。

在一些进一步的另外的和/或替代的方面中，对于对应于圆锥形、锥形或截头锥体容积部的杯状部分，杯状部分相对于冲头表面的直径的浅性质可以基于杯状表面的壁相对于界定杯状表面的边缘的角度来限定。如果杯状部分的壁与冲头的长轴线对齐，则壁和平坦边缘之间的角度会是90度。在180度的角度限度内，杯状部分将被消除，并且替代地冲头的表面会是一个平面。在多个方面中，由杯状部分的壁界定的角度可以大于110度，或至少120度，或至少135度，和/或可选地小于160度，或小于150度。

图1a和图1b示出了冲头100的侧面剖视图的示例，冲头100具有边缘105，边缘105界定具有容积部130的表面的杯状部分110。如图1b中所示，由杯状部分110界定的角度115可以是90度和180度之间的角度。图1b示出了冲头的示例，其中冲头头部的表面的杯状部分的夹角在约115度与约120度之间。如图1b中所示，杯状容积部130的深度135小于界定杯状容积部130的边缘105的直径。

图2示出了一体化工具的示例，该一体化工具用于在物品的层中形成孔、将流体注入物品内的容积部中以及密封物品以将流体大体上保留在容积部内。在图2中，冲头头部201是冲头205的一部分。冲头205的至少一部分(包括冲头头部201)位于管或导管212内。可选地，冲头205的轴线可以与导管212的轴线同轴。

在第一位置，冲头205可以位于导管或管(例如，导管212)内，如图2所示。如图2所示，导管212的内周界和外周界可以沿导管的高度变化。在第一位置，导管的底部或端部表面215可以延伸经过冲头。在工具的操作期间，冲头可以被伸出成经过管的底部表面以便形成孔。冲头的最大伸出长度可以界定第二位置。可选地，冲头的伸出长度可以是可调节的，诸如通过经由螺纹式螺旋联接(threaded screw coupling)将冲头机械地联接到致动器。然后可以通过改变机械联接相对于螺旋联接的位置来调节冲头的第一位置和/或第二位置。

导管212被安装在主要结构或基部220上或以其它方式联接到主要结构或基部220。基部220还包括联接到冲头205的缸230。在图2中示出的示例中，冲头205的致动器对应于单作用气缸。在图2中，冲头205经由螺旋机构联接到缸230。螺旋机构可以用于调节冲头205相对于管212的高度。冲头205的高度调节可以基于静止位置处的期望高度来进行，冲头头部201超过导管212的端部表面215的期望的伸出长度，或高度可以出于任何其它方便的原因被调节。沿着轴线移动缸230的压力可以从流体源(未示出)经由流体导管242提供运动。致动器的缸230被定位成与弹簧机构235一起工作，该弹簧机构235可以在缸盖(cylinder head)上方的压力被释放之后提供使缸返回到第一(起始)位置的力。缸230的第一位置可以对应于弹簧机构235的自然长度或静止长度，或者第一位置可以由机械止动件限定，使得缸230通过弹簧235抵靠机械止动件偏置。当缸230被移动以压缩弹簧机构235时，冲头201相对于管212移动。这允许冲头201伸出成超过管212的端部表面215。

在用于在物品的聚合物层中形成孔的操作期间，导管212的端部表面215可以与物品的表面接触。端部表面215可以与物品的表面形成足够的密封，以保持比导管212的内部内的周围大气更大的压力。内部容积部可以基于在管212中绕过冲头205的外部的气流而被加压。在图2中，气流经由与第二流体源(未示出)流体连通的第二流体导管247引入。

冲头205然后可以伸出以在表面中形成孔。由于冲头头部201的末端的杯状性质，当形成孔时所产生的塑料层的剩余材料可以与塑料层一起保留。在形成孔之后，冲头205被撤回(例如，由于通过弹簧235提供的恢复力)。导管212内的加压流体可以用于填充或至少部分填充塑料物品中的室。注入到室中的加压流体的量可以取决于导管212内的流体的压力。

在将流体注入到室中之后，导管212的端部表面215可以用额外的力压到聚合物层的表面上以允许RF焊接。这可以允许围绕孔形成密封，使得注入的流体大体上保持在塑料物品的室内。

图3a和图3b示出了伸出冲头以在物品的层中形成孔的示例。在图3a和图3b中，工具的端部表面315被示出为与层350的顶部分离以便于观察。应理解的是，在孔的形成期间，端部表面315通常会与层350接触。当端部表面315最初与层350接触时，冲头头部301可以处于对应于图3a的第一位置。该第一位置可以用于在端部表面315和层350之间形成密封。然后冲头头部301可以伸出到诸如图3b所示的位置的位置。该位置可以导致在层350中形成孔。在一些方面中，冲头头部301的杯状表面341的深度足以允许在层350中形成孔，同时允许原始占据孔位置的材料与层350一起保留。

充注的示例：在鞋类物品的鞋底中的室

一体化冲头和充注工具的一个应用是用于鞋类物品的鞋底中的室的充注。在例如通过模制工艺形成鞋的鞋底(或其它鞋类)之后，鞋底内的室可以被充注以改善鞋底和/或鞋类的一个或更多个特性。图4-10D示出了具有可以被充注的室的鞋类物品的示例性构造。当然，具有用于室的充注的其它位置的其它类型的鞋类物品也可以使用如本文所述的工具来充注。

鞋类物品10在图4和图5中被描述成包括鞋面20和鞋底结构30。出于参考的目的，鞋类10可以被分成三个大致区域：鞋前部区域11、鞋中部区域12以及鞋跟区域13，如图4和图5中所示。鞋类10还包含外侧面14和内侧面15。鞋前部区域11大致包括鞋类10的对应于脚趾和连接跖骨与趾骨的关节的部分。鞋中部区域12大致包括鞋类10的对应于足部的足弓区域的部分，并且鞋跟部区域13对应于足部的包括跟骨的后部分。外侧面14和内侧面15延伸经过区域11-13中的每一个并且对应于鞋类10的相对的侧面。区域11-13和侧面14-15并不旨在划分鞋类10的精确的区域。而是，区域11-13和侧面14-15旨在表示鞋类10的大致区域以有助于下面的论述。除了鞋类10之外，区域11-13和侧面14-15还可以应用于鞋面20、鞋底结构30以及其个体元件。

鞋面20被描绘为具有包含多种材料元件(例如，织物、泡沫、皮革和人造皮革)的大体常规的构造，该多种材料元件被缝制或粘合性地结合在一起以形成牢固且舒适地接纳足部的内部空腔。材料元件可以被选择并相对于鞋面20定位，以便选择性地赋予例如耐用性、空气渗透性、耐磨性、柔性和舒适性的性能。鞋跟部区域13中的脚踝开口21提供通向内部空腔的入口。另外，鞋面20可以包括鞋带22，鞋带22以常规方式使用以改变内部空腔尺寸，从而将足部固定在内部空腔内并方便足部进入内部空腔和从内部空腔移出。鞋带22可以延伸穿过鞋面20中的孔，且鞋面20的鞋舌部分可以在内部空腔和鞋带22之间延伸。考虑到本申请的各个方面主要涉及鞋底结构30，鞋面20可以呈现上面讨论的大致构造或实际中任何其它常规或非常规鞋面的大致构造。因此，鞋面20的整体结构可以显著地改变。

鞋底结构30固定到鞋面20，并具有在鞋面20和地面之间延伸的构造。因此，实际上，鞋底结构30定位成在足部和地面之间延伸。除了衰减地面反作用力(即，为足部提供缓冲)之外，鞋底结构30可以提供附着摩擦力、赋予稳定性以及限制诸如内旋的各种足部运动。鞋底结构30的主要元件是板40、室50以及鞋外底60，如图6和图7中所描绘的。板40形成鞋底结构30的上部分，且邻近鞋面20定位。室50形成鞋底结构30的中间部分，且定位在板40和鞋外底60之间。另外，鞋外底60形成鞋底结构30的下部分，且定位成接合地面。板40、室50及鞋外底60中的每一个围绕鞋底结构30的周边延伸，并且具有大致对应于足部的轮廓的形状。更具体地，板40、室50以及鞋外底60从鞋前部区域11延伸到鞋跟区域13，并且还从外侧面14延伸到内侧面15。相应地，板40、室50及鞋外底60中的每一个被暴露到鞋类10的外部，且协作地形成鞋底结构30的侧表面。

分别在图8-10D中描绘的室50由为封闭流体提供密封屏障的聚合物材料形成。聚合物材料界定上表面51、相对的下表面52和围绕室50的周边并在表面51与52之间延伸的侧壁表面53。如上面所讨论的，室50具有大致对应于足部的轮廓的形状。与板40及鞋外底60一样，室50被暴露于鞋类10的外部，并且形成鞋底结构30的侧表面的一部分。更具体地，侧壁表面53围绕鞋底结构30的大体上全部侧表面暴露于鞋类10的外部。

室50包括各种结合区域54，在结合区域54中，上表面51被结合或以其它方式连接到下表面52。一般来说，结合区域54从侧壁表面53向内间隔开，且在表面51和52的每一个中形成各种凹进部或缺口。上表面51中的一些凹进部被成形为接纳从板40向下延伸的各种突出部。也就是说，板40的突出部延伸到由结合区域54的部分所形成的凹进部中。类似地，下表面52中的一些凹进部被成形为接纳从鞋外底60向上延伸的各种突出部。也就是说，鞋外底60的突出部也延伸到由结合区域54的部分所形成的凹进部中。

结合区域54还形成室50内的各种子室。例如，外围子室55围绕室50的外围延伸，以及多个内部子室56居中地位于室50中。各种导管可以连接子室55和56，使得室50内的流体可以在子室55和56之间通过。在一些构造中，导管可以是不存在的，或被密封以阻止在子室55和56之间的流体传递。当导管是不存在的或被密封时，子室55和56内的流体可以被加压至不同程度。

除了结合区域54之外，充注区域57具有其中上表面51被结合或以其它方式连接到下表面52的构造。充注区域57从侧壁表面53向内间隔开。更具体地，充注区域57位于鞋中部区域12中，居中地位于侧面14和15之间，并且延伸穿过内部子室56中的一个的中心。如下面更详细描述的，室50通过充注区域57被充注，并且具有以下优势：(a)为侧壁表面53赋予整洁的相对不间断的外观，(b)减少在制造过程期间产生的残余聚合物材料的量，以及(c)减小在制造过程期间使用的模具的尺寸。

多种聚合物材料可以用于室50。在为室50选择聚合物材料时，应该考虑到聚合物材料的工程特性(例如，拉伸强度、拉伸特性、疲劳特性、动态模数和损耗因数)以及材料限制由室50容纳的流体的扩散的能力。例如，当由热塑性聚氨酯形成时，室50的聚合物材料可以具有约0.89毫米的厚度，但是该厚度可以例如在从0.25毫米到4.0毫米或更大的范围内。除了热塑性聚氨酯之外，可以适合于室50的聚合物材料的示例包括聚氨酯、聚酯、聚酯聚氨酯、聚醚聚氨酯和包括聚酯多元醇的聚氨酯。因此，多种聚合物材料可以用于室50。

在制造室50时，利用模制过程和充注过程两者。模制过程涉及使聚合物材料成形以界定室50的总体构造。更具体地，模制过程包括使聚合物材料成形以形成表面51-53并且还形成结合区域54以界定子室55和56。尽管在一些模制过程期间未执行，但是也可以形成或以其它方式界定充注区域57的一部分。一旦完成模制过程，就可以使用如上所述的充注过程来使室50加压和密封室50。

在本描述中，对涉及多种实施方案、方面和/或权利要求中的“任何(any of)”的组合做出参考。术语“任何”被理解为包括所列举的范围中的实施方案、方面和/或权利要求中的至少一个的任何可能的组合，包括“任何一个(any one of)”。

以上描述和附图提供了多种构造。本公开所提供的目的是提供各种特征和构思的示例。相关领域的技术人员应认识到，可以对上述构造做出许多变化和修改，而不脱离如由所附权利要求限定的本公开的范围。

Claims (20)

1.一种用于将流体引入到密封的容积部中的工具，包括：电极，所述电极具有外周边和内周边，所述内周边界定所述电极内的容积部，所述电极在所述电极的第一端部处被机械地联接到基部，所述电极在第二端部处是开口的；致动器，所述致动器被机械地联接到所述基部；冲头，所述冲头具有冲头头部，所述冲头被联接到所述致动器，所述冲头头部在第一冲头位置位于所述电极中的所述容积部内并且在第二冲头位置处于所述电极的所述容积部的外部，所述冲头头部包括界定周界的冲头边缘，所述冲头在所述冲头边缘的所述周界内的表面是凹形的并且界定冲头容积部，所述冲头容积部的平均深度小于所述冲头边缘的平均直径；以及第一流体输送导管，所述第一流体输送导管与所述电极中的所述容积部流体连通并且与所述电极的所述第二端部处的开口流体连通。

2.根据权利要求1所述的工具，其中所述冲头容积部是圆锥形容积部或圆锥形截头锥体状容积部。

3.根据权利要求1所述的工具，其中所述冲头容积部是球体状容积部或卵形容积部。

4.根据权利要求1所述的工具，其中所述冲头容积部是n边的锥形容积部，其中n大于或等于三，或者是基于n边的锥形容积部的截头锥体状容积部，其中n大于或等于三。

5.根据权利要求1所述的工具，其中所述冲头容积部的圆锥角为120°至160°。

6.根据权利要求1所述的工具，其中所述冲头容积部的平均深度小于所述冲头边缘的所述周界的平均直径的0.5倍。

7.根据权利要求1所述的工具，其中所述冲头通过可调节的机械联接被机械地联接到所述致动器，在所述第一冲头位置的所述冲头头部的高度是基于所述可调节的机械联接可调节的。

8.根据权利要求7所述的工具，其中所述冲头的至少一部分是带螺纹的，所述冲头通过螺纹式螺旋联接被联接到所述致动器。

9.根据权利要求1所述的工具，其中所述致动器包括气缸。

10.根据权利要求9所述的工具，其中所述气缸的活塞容积部与第二流体输送导管流体连通。

11.根据权利要求9所述的工具，其中所述气缸是单作用气缸。

12.根据权利要求11所述的工具，其中用于所述单作用气缸的恢复力通过弹簧提供。

13.根据权利要求1所述的工具，其中所述电极的所述内周边是大体上圆形的。

14.根据权利要求1所述的工具，其中所述电极的所述内周边沿着所述电极的高度变化。

15.根据权利要求1所述的工具，其中所述冲头的轴线与所述电极的轴线是大体上同轴的。

16.根据权利要求15所述的工具，其中所述致动器是气缸，所述冲头的所述轴线大体上对应于所述气缸的运动轴线。

17.根据权利要求1所述的工具，其中所述第一冲头位置和所述第二冲头位置沿着所述致动器的运动轴线被间隔开一距离。

18.根据权利要求1所述的工具，其中所述致动器大体上被容纳在所述基部内。

19.根据权利要求1所述的工具，其中所述冲头和所述内周边之间的间隙为从0.0025英寸(0.064mm)至0.01英寸(0.25mm)。

20.根据权利要求1所述的工具，其中所述冲头头部和所述内周边之间的间隙为从0.0025英寸(0.064mm)至0.01英寸(0.25mm)。