CN110573037A - 用于鞋类的腔囊中的振动器 - Google Patents

Abstract

在一些示例中，一种用于鞋类的组件包括腔囊，其包括壳体结构，所述腔囊包括第一腔室以容纳流体。所述组件还包括：端口；以及振动器，其响应于激活而通过改变所述端口中的流体的特性，来引起通过所述第一腔室和第二腔室之间的所述端口的流体流的减少。

Description

用于鞋类的腔囊中的振动器

背景技术

各种鞋类可穿在使用者的脚上。鞋类可用于各种用途，包括步行、慢跑、进行运动等。当使用者从事各种活动时，使用者希望鞋类是舒适的并且提供足够的支撑。

附图说明

参照下面的附图来描述本公开的一些实施方式。

图1是根据一些示例的包括腔囊(cell)和致动器层的组件的分解透视图。

图2是根据一些示例的鞋类的鞋底的分解透视图。

图3是根据一些示例的鞋类的鞋底的透视图。

图4A-4C是根据一些示例的腔囊的顶视图。

图5是根据另外的示例的包括腔囊和致动器层的鞋底层的剖视图。

图6是根据替代示例的包括多个腔囊的鞋底层的透视图。

图7是根据一些示例的致动器层的框图。

贯穿附图，相同的附图标记标示相似但不一定相同的元件。附图不一定按比例绘制，并且可放大某些部分的尺寸以更清楚地图示所示的示例。此外，附图还提供了与描述一致的示例和/或实施方式；然而，描述并不限于附图中所提供的示例和/或实施方式。

具体实施方式

在本公开中，除非上下文另有明确说明，否则术语“一”、“一个”、“一种”或者“该”、“所述”的使用也意在包括复数形式。此外，当在本公开中使用时，术语“包括”、“包含”、“具有”或“具备”列举所记载的要素的存在，但并不排除存在或添加其他要素。

鞋类的示例包括鞋、凉鞋、靴子、袜子或者将穿在使用者的脚(或双脚)上的任何其他物品。鞋类的鞋底被设计成支撑使用者的脚。鞋底通常可指鞋类的底部结构，使用者的脚放置在该底部结构上，并且该底部结构为使用者的脚提供支撑。鞋类可用于不同的活动中，包括步行、慢跑、进行运动、站立等，这些活动可与不同的支撑和使用者舒适性问题相关。对使用者脚部的支撑不足可导致使用者的不适或疼痛，并且在某些情况下可导致对使用者脚部的损伤。

在使用者购买鞋类并发现其没有提供足够的支撑或舒适性(因为鞋类没有为使用者的预期活动提供足够的支撑)之后，使用者可将该鞋类退还给零售商(这导致零售商的成本增加)，或者使用者可购买额外的鞋垫(insert)来放置在该鞋类中，以增加支撑或改善舒适性(这导致使用者的成本增加)。使用者还可能发现，虽然特定鞋类对于一种类型的活动(例如，步行)是令人满意的，但是该特定鞋类对于另一种类型的活动(例如，慢跑)可能并不令人满意。结果，使用者可能为不同的活动购买不同双鞋类，这可导致使用者的成本增加。

根据本公开的一些实施方式，提供了动态地调整鞋类对使用者脚部的支撑的解决方案。调整对使用者脚部的支撑可以指调整对脚部的缓冲量。因此，当使用者从事第一活动(例如，步行或站立)时，该鞋类提供第一支撑水平。另一方面，当使用者从事第二活动(例如，慢跑、跑步或进行运动)时，该鞋类可提供不同于第一支撑水平的第二支撑水平。

在本公开的一些实施方式中，鞋类的鞋底的鞋底层可包括腔囊，该腔囊可填充有流体。流体可以指气体、液体、浸入固体颗粒的气体或浸入固体颗粒的液体。如本文所使用的，“腔囊”可以指容纳结构，例如囊、袋或其中设置有内腔的任何其他容器。另外，鞋底层还包括处于腔囊的不同腔室之间的端口。当使用者从事活动时，可动态地调整通过该端口的流体流限制。在本公开的一些实施方式中，包括振动器的致动器被设置成响应于检测到鞋类上的不同力而以不同的频率振动。

鞋底可由多层(称为“鞋底层”)形成，其中，该多个鞋底层中的一个鞋底层可包括根据本公开的一些实施方式的腔囊。在其他示例中，多于一个鞋底层可包括根据一些实施方式的腔囊。

图1是根据一些示例的组件102的透视图，该组件102可被附连到作为鞋类的一部分的鞋底层或以其他方式由该鞋底层形成。组件102具有：腔囊104，其具有壳体结构106；以及致动器层108，其具有包括振动器118的致动器。

振动器通常可指具有构件(或多个构件)的装置，该构件响应于施加在该装置上的输入刺激而来回摇动。该输入刺激可包括呈电压或电流形式的电刺激。在其他示例中，可提供不同类型的刺激，包括磁场、光信号等。改变对振动器的输入刺激可引起振动器的振动频率的改变。

在更具体的示例中，振动器可以是压电振动器，其可包括由压电材料形成的元件，其中，该元件可呈板、棒或环的形式。电极可被附接到由该压电材料形成的元件，其中，这些电极可用于以压电元件的谐振频率来激励压电元件。用输入电能来激励压电元件使压电元件振动。

在图1中，腔囊104的壳体结构106的上部被移除，以使得能够看到腔囊104的内部结构。壳体结构106是密封腔囊104内部的流体的密封结构。

在一些示例中，壳体结构106可由包括聚乙烯的材料形成。例如，壳体结构106可包括可被密封在一起的聚乙烯膜。在一些示例中，可使用超声密封工艺来密封这些膜。超声密封涉及将超声振动施加于聚乙烯膜，以将这些膜密封在一起。在其他示例中，可采用其他类型的膜或层来形成腔囊104。

图1以分解图示出了腔囊104和致动器层108，其中，致动器层108被示出为与腔囊104隔开，以更好地看到腔囊104和致动器层108中的每一者的元件。当腔囊104和致动器层108在鞋类中组装在一起时，致动器层108与腔囊104接触，或者与腔囊104的下表面接触(例如，在图1的视图中)，或者与腔囊104的上表面接触(在这种情况下，致动器层108可被设置在图1的视图中的腔囊104上方)。

腔囊104具有被隔离物114分隔的第一内部腔室110和第二内部腔室112。内部腔室110和112被密封在壳体结构106内(使得内部腔室110和112中的流体不会从内部腔室110和112流动到壳体结构106外的空间)。隔离物114可以是围绕第一内部腔室110的壁。隔离物114的壁通常可具有圆形或椭圆形的形状。在其他示例中，隔离物114的壁可具有不同的形状。

端口116被设置在隔离物114中，以允许流体在第一内部腔室110和第二内部腔室112之间流动。尽管图1仅示出了一个端口116，但要注意的是，在其他示例中，可在隔离物114中设置多于一个端口，以允许第一内部腔室110和第二内部腔室112之间的流体连通。同样，尽管图1仅示出了腔囊104中的两个内部腔室110和112，但要注意的是，在其他示例中，在腔囊104中可存在多于两个内部腔室，其中，相应的端口允许接连的腔室之间的流体连通。

由于其靠近振动器118，因此端口116是可控端口，其可被调整以控制通过端口116的流体流量。调整振动器118的激活水平会引起通过端口116的流体限制的变化。限制通过端口的流体流可以指与不施加限制或施加较少限制时的量相比减少通过该端口的流体流量。限制通过端口的流体流可以指完全切断通过该端口的流体流，或者允许某一流体流量通过该端口，其中，该量小于在不施加流体限制的情况下将正常流过该端口的量。

在隔离物114包括附加端口(或多个附加端口)的示例中，该附加端口可以不是可控端口。换句话说，流体被允许在没有可控限制的情况下流过该附加端口。在另外的示例中，该附加端口也可以是可控端口，其可由类似于致动器层108中的振动器118的相应振动器来控制。在其他示例中，一个振动器118可控制通过多个可控端口的流体流。

在本公开的一些实施方式中，振动器118的振动改变端口116中的流体的特性，其中，端口116中的流体的特性的变化会调整端口116中的流体限制。

在一些示例中，响应于振动器的振动而改变的流体的特性包括流体的粘度。该流体可具有随着振动器的振动所引起的应力的增加(或剪切的增加)而增加的粘度。例如，腔囊104中的流体是非牛顿流体。非牛顿流体的粘度取决于剪切速率。大多数流体是非牛顿流体。一种类型的非牛顿流体是胀流型流体(或剪切增稠流体)，其具有随剪切应变而增加的粘度。

在更具体的示例中，流体可包括其中散布有二氧化硅纳米颗粒的聚乙二醇(PEG)，其中，在一些示例中，这些纳米颗粒可具有处于400-600纳米(nm)的范围内的直径。在其他示例中，散布在流体中的纳米颗粒可具有不同的直径。可采用其中浸有颗粒的其他类型的胀流型流体。在其他示例中，其他类型的胀流型流体可包括PEG和氧化铝的混合物、PEG、二氧化硅和氧化石墨烯的混合物等。在另外的示例中，淀粉和水可以是胀流型流体。在又另外的示例中，可采用其他胀流型流体。

图2是用于鞋类的鞋底200中的鞋底层的分解透视图。该鞋底层包括中底层202和外底层204。在图2中所描绘的视图中，外底层204是鞋底的最底层。中底层202是设置在外底层204上方的鞋底层。中底层202可通过粘合剂或不同的紧固件来附连到外底层204。尽管仅示出了作为图2中所示的鞋底200的一部分的少量鞋底层，但要注意的是，在其他示例中，可设置不同数量的鞋底层作为鞋底200的一部分。

尽管未在图2中示出，但是在组装鞋类时，可在鞋底200之上设置鞋帮(upper)。鞋帮是指鞋类的覆盖使用者的脚的上部的上部结构。鞋帮可由织物、皮革或任何其他类型的材料形成。

如图2中所示，中底层202的后部206具有形成在中底层202的上表面中的容器208。容器208接收致动器层108中的腔囊104的组件102。当组件102被放置在容器208中时，腔囊104的顶表面可与中底层202的顶表面203齐平。容器208形成在中底层202的支撑基板中。

如图2中进一步所示，传感器210可被设置在致动器层108中，或者可替代地，可被设置为鞋底200的另一部分的一部分。当使用者站立在鞋底200上时，或者当使用者处于静止位置(例如，使用者站立起来或者坐在椅子或其他家具上)时，或者当使用者从事体育活动、例如步行、慢跑、跑步、运动等时，该传感器210用于检测使用者的脚所施加的力。

在一些示例中，当使用者穿着包括组件102的鞋类时，中底层202的其中设置有容器208的后部206与使用者的脚后跟相邻。因此，施加在传感器210上的力是由于使用者的脚后跟压靠传感器210而产生的力。在一些示例中，传感器210可以是压电传感器。压电传感器将施加在该压电传感器上的力转换成电。该压电传感器将电信号提供给振动器118。该压电传感器所提供的电信号(电压或电流)的幅度可与使用者的脚后跟所施加的力的量成比例。这进而可调整振动器118的振动。压电传感器210所检测到的较大力可对应于较大幅度的电信号，这又可引起振动器118的具有较大幅度或频率的振动。振动器118的较大振动又可进一步增加腔囊104中的流体的粘度，使得通过端口116提供增加的流体限制。

通常，振动器118响应于来自传感器210的信号而被激活，其中，振动器118当被激活时使振动器118中的构件(或多个构件)振动，以使第一内部腔室110和第二内部腔室112之间的端口116中的流体从第一状态转换成第二状态(其中，该第一状态和该第二状态对应于不同的流体粘度)，以改变通过该端口的流限制。

增加的振动量(例如，具有更大幅度或频率的振动)会导致对处于腔囊104的端口116中的流体施加的更大的剪切。增加的剪切引起流体粘度的增加。端口116中的流体粘度的增加导致通过端口116的流体流的限制量增加。如果振动器118所施加的剪切足够大，则处于端口116中的流体可将其粘度增加到一定水平，使得该流体有效地变为端口116中的塞子，这可防止内部腔室110和112之间的任何进一步的流体流动。实际上，如果剪切足够大，则端口116中的流体从液态转变成固态。

图3是鞋底200的组装透视图，该鞋底200包括外底层204、附连到外底层204的中底层202以及接收在中底层202的容器208中的组件102。

图4A-4C是腔囊104的一个示例的顶视图，其中移除了腔囊104的壳体结构的上部。在图4A的示例中，将第一内部腔室110与第二内部腔室112分隔的隔离物114包括可控端口116和另一个端口402。端口116是基于振动器118的振动的可控端口。相比之下，端口402不与任何类型的致动器相关联，并且因此，通过端口402的流体流不受限制。

图4B示出了从第一内部腔室110流动到第二内部腔室112的流体，这可由使用者的脚后跟在腔囊104上施加力引起。流体流动路径由箭头404和406描绘，其中，流体流动路径404通过无阻碍的端口402，并且流体流动路径406通过可控端口116。

随着使用者的脚后跟所施加的力增加，振动器118的振动增加对处于端口116的内部端口腔室408中的流体施加的剪切。这种增加的剪切引起内部端口腔室408内的流体粘度的增加，这可增加端口116中的流体流限制。如果该粘度被增加到足够高的水平，则内部端口腔室408中的流体可有效地充当塞子，以防止通过端口116的任何进一步的流体流。

在图4C的示例中，一旦端口116被堵塞，流体就只能通过无阻碍的端口402从内部腔室110流动到内部腔室112。在其他示例中，可移除无阻碍的端口402，使得在内部腔室110和112之间仅存在可控端口116。作为另外的示例，在内部腔室110和112之间的隔离物114中可存在附加的无阻碍端口(或多个端口)。在另外的示例中，在隔离物114中可存在类似于端口116的附加的可控端口。

当从腔囊104去除力时，偏置元件可将流体从第二内部腔室112推回到第一内部腔室110中，例如通过端口402和116。图5是中底层202以及包括腔囊104和致动器层108的组件102的剖视图。中底层202可由任何或各种不同类型的材料形成，包括例如弹性体、泡沫等。

如图5中进一步所示，设置了包括背压泡沫502的偏置元件。该背压泡沫502可被认为是中底层202或腔囊104的一部分。背压泡沫502是布置成一定形状(圆形或椭圆形形状)的泡沫，其中，该泡沫施加向内的径向力。该向内的径向力趋于通过端口116将流体从内部腔室112推到内部腔室110。

在其他示例中，代替使用背压泡沫502，可使用不同的偏置构件或元件来大致沿腔囊104的径向向内方向施加力，用于使流体从第二内部腔室112移动到第一内部腔室110。

在前述示例中，参考在中底层202中设置一个腔囊。在其他示例中，中底层202可设置有多于一个腔囊，例如图6中所描绘的腔囊602和604。腔囊602可被设置成支撑使用者的脚后跟，而腔囊604可用于支撑使用者的脚的头套(toe box)。在其他示例中，中底层202可包括另外的腔囊。腔囊602和604中的每一个可被接收在形成于中底层202的顶表面203中的相应容器(类似于容器208)中。此外，尽管未在图6中示出，但是腔囊602和604中的每一个都与类似于图6中所示的致动器层108的相应的致动器层相关联。该相应的致动器层可控制每个腔囊的相应端口中的流体限制。

在中底层202设置有多个腔囊的示例中，腔囊602和604可被注入不同类型的流体。例如，腔囊602可包括第一类型的流体，并且腔囊604可包括不同的第二类型的流体。不同类型的流体可对振动器118所施加的增加的剪切做出不同的响应。

图7是根据一些示例的致动器层108的部件的框图。致动器层108包括传感器210、振动器118和电池220，该电池220用于为传感器210和振动器118供电。在一些示例中，电池220可以是可充电电池，其可使用响应于使用者的脚所施加的力而产生的电功率来充电，例如当使用者在步行、慢跑、跑步或从事另一活动时。在传感器210是压电传感器的示例中，所施加的力(来自使用者的脚)被该压电传感器转换成电能，该电能作为信号提供，以引起振动器118的激活，并且该电能还可为电池702充电。

在其他示例中，代替使用电池702，可使用电容器，其中，该电容器可在使用者的脚移动期间通过压电传感器来充电，并且该电容器中的电荷足以操作压电传感器和振动器118。

在前面的描述中，阐述了许多细节，以提供对本文所公开的主题的理解。然而，可以在没有这些细节中的一些的情况下实践实施方式。其他实施方式可以包括来自上面论述的细节的修改和变型。意在通过所附权利要求来覆盖这样的修改和变型。

Claims (15)

1.一种用于鞋类的组件，包括：

包括壳体结构的腔囊，所述腔囊包括第一腔室以容纳流体；

端口；以及

振动器，其响应于激活而通过改变所述端口中的流体的特性，来引起通过所述第一腔室和第二腔室之间的所述端口的流体流的减少。

2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述振动器包括压电振动器。

3.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述振动器的振动使所述流体的粘度改变。

4.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述振动器的振动使得所述端口中的所述流体从液态转变成固态。

5.如权利要求1所述的组件，还包括：

传感器，其检测脚在所述腔囊上施加的力。

6.如权利要求5所述的组件，其特征在于，所述传感器响应于所检测到的力而向所述振动器提供激活信号。

7.如权利要求6所述的组件，其特征在于，所述传感器包括压电传感器。

8.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述振动器响应于检测到相应的不同力而以不同的频率振动，并且其中，所述振动器以所述不同频率的振动使得所述端口中的所述流体呈现不同的粘度。

9.如权利要求1所述的组件，还包括包含所述腔囊的鞋底层，其中，所述腔囊是第一腔囊，并且所述鞋底层还包括：

处于所述鞋底层中的第二腔囊，所述第二腔囊包括：

容纳流体的第一腔室；

第二端口，处于所述第二腔囊的所述第一腔室中的流体能够通过所述第二端口流动到所述第二腔囊的第二腔室；以及

第二振动器，其响应于激活而通过改变所述第二端口中的流体的特性，来引起通过所述第二腔囊的所述第一腔室与所述第二腔囊的所述第二腔室之间的所述第二端口的流体流的减少。

10.如权利要求9所述的组件，其特征在于，所述第一腔囊容纳第一类型的流体，并且所述第二腔囊容纳不同于所述第一类型的流体的第二类型的流体。

11.一种用于鞋类的鞋底，包括：

传感器；

多个鞋底层，所述多个鞋底层中的第一鞋底层包括：

包括第一腔室和第二腔室的腔囊；

处于所述第一腔室和所述第二腔室之间的端口；以及

响应于激活的振动器，所述激活响应于来自所述传感器的信号，所述振动器当被激活时使构件振动，以将所述第一腔室和所述第二腔室之间的所述端口中的流体从第一状态转变成第二状态，以改变通过所述端口的流限制。

12.如权利要求11所述的鞋底，其特征在于，所述流体从所述第一状态到所述第二状态的所述转变引起通过所述端口的流体流的减少。

13.如权利要求11所述的鞋底，其特征在于，所述振动器是压电振动器。

14.一种鞋类，包括：

包括多个层的鞋底，所述多个层中的第一层包括提供容器的支撑基板；以及

接收在所述第一层的所述容器中的腔囊，所述腔囊包括：

第一腔室和第二腔室；

处于所述第一腔室和所述第二腔室之间的端口；以及

靠近所述端口的振动器，所述振动器响应于通过在所述鞋类上检测到的力的激活而振动，所述振动用于增加通过所述端口的流体流限制。

15.如权利要求14所述的鞋类，其特征在于，响应于施加在所述腔囊上的力，流体通过所述端口从所述第一腔室流动到所述第二腔室，所述腔囊还包括：

偏置构件，一旦所述力从所述腔囊移除，所述偏置构件便通过所述端口将所述流体从所述第二腔室推到所述第一腔室。