CN1282551A - 软－硬结构 - Google Patents

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Abstract

包括至少一个表面的复合结构,所述结构允许在所述表面的一边弯曲,并禁止在相对边的弯曲或反向弯曲;所述结构包括一个柔性但基本不可扩展第一层(1);及一个固定在该第一层上的第二层(2),它包括至少对基本平行于所述结构方向上的力具有抗力的并置的多个部件(20)。最好,所述结构包括蓄能装置,它能够增加中立位置的恢复力,它可以由一个具有很大弹性的第三层(3)构成。

Description

软-硬结构
本发明涉及一种基本是二维的复合结构，它能够弯曲并防止反向弯曲。
文献DE3516545描述了一种足球守门员的手套，其中使用了软／硬结构。该结构由两个层构成，一个柔软的内层和一个固定在第一层上的由多个部件构成的第二层。该种结构所要达到的目的是在守门员接球时保护守门员的手指，并将手指接球时所产生的力传到手腕。该结构特别适用于手套。因此，为使得运动员手指的位置具有很大的自由度(或多或少的弯曲)，第一层可以弯曲但是不能使用太大的恢复力，该恢复力不可避免地使得手指过度张开。在这种情况下，手套的穿戴就太不舒服了。因此，重要的是该结构只具有很微弱的弹性。
该结构不能被用于运动鞋的鞋底结构。实际上，对于一件体育用品，最好具有一个底，它能够在变形之后恢复到其初始的位置。
文献FR2527428描述了一种特别适用于足球鞋底的该种结构。它一部分由直接连接在一起的很硬的材料构成，它被固定在一层柔性层之下。其柔韧性由于柔性材料的弯曲所保证。反向弯曲，也就是说向下的弯曲，由于坚硬部分之间的相互接触而受到阻止。尽管如此，如果反向弯曲的力超过了一定的值，柔性材料就会拉长，鞋底就会向下弯曲。因此该种结构只能部分地解决防止反向弯曲的问题。
文献FR889147描述了一种由反镶嵌的板所构成鞋底，在板下固定有由单一的天然木片构成的坚硬的成型部件。在图1、4、9和10所示的成型件的不同截面被选择得以避免小石子卡在连接处，并且这些部件整体上在鞋底纵轴方向上压力的抗力由此而减小。在该文献中反向弯曲的抗力基本没有被考虑，但是可以推断出它是很小的。
本发明的目的在于克服现有结构的缺陷，特另是构造一种改良的弹性结构，它自一个稳定的位置开始，允许在第一个方向或在第一边弯曲，并且防止反向弯曲，也就是说在相对的方向(这里称为第二方向或第二边)上的弯曲。
该目的在权利要求1所述的复合结构中达到。它涉及一种复合结构，包括至少一个能够在第一边弯曲并防止在另一边或第二边的弯曲(反向弯曲)，所述结构包括一个由柔性但基本不可扩展的材料构成的第一层，以及一个固定在该层之上的第二层，它包括至少对基本平行于所述结构方向上的力具有抗力的并置的多个部件。由于该构造，结构能够在第一层一边自由弯曲，因为第二层的部件是彼此分离的。相反，第二层一边的弯曲，也就是说反向弯曲，由于第二层部件将进入接触而是不可能的。实际上，第一层的不可扩展性与构成第二层的部件的不可压缩性的结合，对于反向弯曲来说是一个完全刚性的。
在一个最佳实施例中，该结构包括一些蓄能装置，它能够增加中立位置的恢复力。这些蓄能装置可以有多种形式。其中一种可以是在第一层第一方向施加一个弯曲预应力。因此，在中立或闲置位置，结构是蓄能的，也就是说在这种情况下，在第一方向上是受激励的。另一种形式是在第二层上固定一个具有很大弹性的第三层。
更好地，第一层是薄的，并且由高弹性模量的材料构成。这可以是一个金属薄片或一个高性能的复合材料，例如浸润或没浸润树脂的玻璃纤维。这是允许结构弯曲的该层的很薄的部分。
相反，第二层最好更厚一些，因为结构反向弯曲的抗力是由该层对压力的抗力而确定的，它基本与其厚度的立方成比例。为不增加结构的重量，最好使用轻的材料，例如木材或硬泡沫，它们具有很好的压力抗力。
可以很容易地理解，该结构可以具有许多的应用。这些应用中的一些包括运动材料，例如鞋、身体保护装置或在滑行器械上鞋的固定装置。
本发明还涉及的一些特征将在说明书中参照附图描述，其中：
-图1是根据本发明第一个实施例的复合结构一部分的纵剖视图，
-图2是与图1所示同一结构在弯曲位置的视图，
-图3是同一结构在弯曲位置的底视图，
-图4是本发明第一个实施例的一个变型的俯视图，
-图5是本发明的第二实施例的一个结构的立体图，
-图6到图8是与图5相似的视图，它示出了本发明第二实施例的结构的功能，
-图9和10是本发明第三和第四实施例的纵向剖视图，
-图11和12是示出了本发明结构的第一蓄能形式的纵向剖视图，
-图13是示出了本发明结构的第二蓄能形式的纵向剖视图，
-图14是使用本发明复合结构的局部切开的鞋底立体图，
-图15-18示出在鞋底中使用本发明复合结构的例子，
-图19示出了使用本发明结构的护腕，
-图20是使用本发明结构的滑雪鞋的后部立体图，
-图21是使用了本发明结构的滑雪板固定件的后部立体图，
-图22是本发明另一实施例的结构的局部纵剖视图，
-图23是一个本发明结构的底视图，其弯曲线是变化的，
-图24是一个本发明结构的纵向剖视图，其垫块具有变化的截面，
-图25是本发明结构的轮滑鞋的后部立体图。
图1和2示出了根据本发明第一个实施例的纵向剖视图。第一层1是一个厚度较薄并且具有较大弹性模量的可弯曲薄片，因此基本是不可延展的。选择弹性模量最好在10，000到100，000MPa(兆帕斯卡)之间的材料，可以是金属片或高性能纤维。第二层2由长条块20构成，它基本不可压缩，相对于结构的纵向方向被横向放置，它们相互相邻安置并粘接在第一层1的下面。不同长条块20之间的接触面P在它们之间是平行的，并且垂直与结构。这些面确定了横向延伸到结构纵向的弯曲线6(参见图3)。
图2示出了同一结构弯曲方向上的视图。当块20相互张开时，第一层在第一方向上承受一个弯曲。关于它，要注意到图1同时示出了其在中立位置的结构，也就是说没有承受任何外力，和承受反向弯曲力的位置。在该后一情况下，薄片1在与弯曲方向F相对的反向弯曲方向C上的弯曲，由于块20在它们之间的相互接触而被卡住。因而就得到了一个非常硬的结构。该硬度由第一层的不可延展性与长条块20的不可压缩性相结合而获得。
第二层的多个部件不必要由长条块20构成。图4示出了本发明第一个实施例的一个变型的部分下部视图，其中部件基本是被安置的立方或长方的块20，以使得弯曲线6之间相互平行，并且基本横向于结构的纵向方向L。
在图5到8所示的第二实施例中，安置块20，以使得相互之间垂直的两组弯曲线61、62能够被确定。因此在两个方向上(图6、7)能够获得弯曲。在小变形的情况下，结构将同时在两个方向上弯曲(图8)。在该实施例中，弯曲线61、62是直线并且相互垂直。然而对于某些应用，最好是给这些弯曲线特殊的轮廓，并且在两组弯曲线之间变化角度，所述的角度可以取10°和90°之间的所有值，特别是45°。这方面将在说明书的后面描述，特别是与运动鞋鞋帮构造的结构应用或滑行器械上鞋的固定相关联。
图9描述了第三个实施例，其中为改善性能，第二层2的部件由图1和图2所描述的轻质材料构成的条21构成，在它们之间放置有非常轻质材料的垫块4。因此第二层2的压缩抗力被改善了而不会同时显著地增加结构的重量。
在本发明的第四个实施例中(参见图10)，为改善结构的通常的机械表现，构成第二层2的部件是多层部件22。为此，给第二层一个非常坚固的皮5。该皮能够构成与第一层1相似的一个薄片，它被粘接在第二层上，然后被切开。一在图是上所示的该种结构具有反向弯曲和扭转刚性的高性能三明知结构，并且完全保留了向上(F方向)的弯曲能力。
在本发明的第五个实施例中，由于它们构成了同一片25的凸起部分24，第二层2的部件的一部分在它们之间简单地被连接起来。图22部分地示出了该实施例的结构。构成第二层2的部件的一部分形成了一个齿状结构24，它由图9中所描述的垫块4所填充。该种结构可以根据本发明按结构系列制造。实际上只需要在高弹性模量材料构成的薄片1上粘接抗压材料的单块核25。然后在该核25中加工平行的槽26，以便确定分别的部件24，并且用垫块4填满所述槽。
根据本发明的结构有利地具有蓄能装置，它能够增加中立位置的恢复力。
图11和12所示的结构的第一个蓄能方法在于给第一层施加预应力，这可以通过给结构一个凸起来达到。为此，把构成第二层的部件分成两个安装阶段。在将块23固定在第一层1之下并使两连续块之间具有一个间隔26之后，这构成了安装的第一个阶段，在第二个阶段时在该间隔26中插入比所述间隔大的多的垫块4，这就会使得两连续垫块彼此相互张开(参看图11)。在两个阶段之间最好弯曲第一层，以便简化垫块4的插入。因此就获得了一个在中立位置凸起的结构，其结果是第一层1在弯曲方向F(参见图12)上具有预应力。很显然，这里所涉及的例子并不限制给第一层施加预应力的方式。也可以选择其它各种给第一层施加预应力的方法，包括第二层与第一层安装之前施加预应力的方法，或者是在不同安装阶段采用不同温度的方法。
在闲置状态具有非平面的稳定部分的软／硬结构的可能性是本发明相对于现有技术的优点之一。本发明的这一方面当涉及到构造凸起部件，特别是滑冰鞋、滑雪板鞋、轮滑鞋的鞋帮或鞋底时特别有用。
该结构的另一个蓄能方式参照图13被描述。它在于在第二层下面应用第三层，该第三层由非常有弹性的材料构成。更好地，该第三层通过胶接被固定在第二层上。在这种情况下，第三层在反向弯曲方向C上表现出一个恢复力。当第一层是金属或复合材料薄片时，就涉及到蓄能，当薄片在方向F上弯曲时，它将补充所产生的恢复力。当第一层是非弹性材料时，该蓄能作为结构恢复到中立位置是必须的。
为进一步增加蓄能，强迫该第三层处于张力下，也就是说已经拉长。该蓄能的好处是保证了恢复到中立位置，甚至于在多次弯曲后，因而解决了疲劳变形的问题。
当然，两种结构的蓄能方法的任何一种都可以用于前述的不同实施例。
前面一直在描述具有直的并且相互平行的弯曲线6。然而，为获得可变的性能和表现，这些线6可有变化的外形。图23简要地示出了一个本发明的结构，其中弯曲线6具有变化的外形。同样，在某些实施例中使用的垫块4也可以具有变化的截面(图24)。这些弯曲线6的方向也可以相对于结构是横向的或纵向的，而并不超出本发明的范围。
图14-18描述了使用本发明的复合结构的鞋底10。在图14的实施例中，第一层1构成了鞋底10的上部分，第二层2由多个条21构成，它们确定了弯曲线6，并且在它们的下表面上覆盖有与第一层相同材料构成的硬皮5。在两个连续条21之间放置有一个垫块4。最后，胶接在层2下表面上的一个弹性材料3构成的第三层储蓄结构的能量。因而一该种鞋底10能够在方向F上根据弯曲线6弯曲，例如当允许脚的运行的行走时。相反，所有反向弯曲C将是不可能的，因而这对于特殊的应用、特别是足球鞋特别有用。在这种情况下，弯曲线6当然是与鞋底纵向方向基本横向地设置。它可以安置成具有一个与跖趾部关节对应的斜度。鞋底的该种结构可以被用作装配的第一部分或在一个外部鞋垫中被用作中间的鞋店，因而它被一个橡胶或类似材料的鞋垫所填充。以公知的方式，为了鞋垫与地面的接触，在鞋垫的上面补充第一装配部分和一个橡胶鞋垫。
在根据(图15-18)的第四个最佳实施例中，结构仅由一个插入件构成，它被埋入鞋的鞋垫中。在第一个实施例中(图16)，本发明的结构将占据鞋垫的整个表面，因而保证了脚的整体下面的弯曲性。在一个最佳的实施例中(图14、15)，结构同样占据了鞋垫的整个表面，但只是在跖趾部的关节区域放置了条21和垫块4。因此鞋的弯曲性在该区域是受到限制的，而反向弯曲的硬度将在整个鞋垫上得到保证。
图17示出了一个运动鞋的鞋垫15，其中安置了一个根据本发明的软／硬结构的插入件10。所涉及到的插入件与图14所描述的相似，其不同在于它在长度上没有占据鞋垫的整体，而是仅占据了外面部分或侧面部分。因此就获得了一个具有很大反向弯曲硬度的鞋垫，它能够根据脚的自然展开而弯曲。在中部，相对与插入件教柔软的区域7能够在加速阶段获得良好的支撑。该种鞋垫特别是用于足球运动。
图18同样示出了运动鞋的鞋垫，其中根据本发明的插入部11被放置在中央。从在脚跟区域8b与跖趾部关节区域8a相连的区域8中的硬度看，该插入件同样增加了鞋底的扭曲硬度，如果选择例如图10所描述的插入件，它将表现得更加突出。
本发明所揭示的结构对于护体的制造同样是非常有用。图19示出了特别是用于滑冰板，滑雪板或轮滑运动的护腕，在其上表面安置有一个根据本发明的插入件12。为保护腕关节，最好将该插入件12放置在腕关节下面，在前臂伸出的端部直到手掌。为满足运动的实践和不同的需求，考虑两种不同类型的护腕。在第一种类型中，插入件12对于腕9自由弯曲F，但阻止其过渡伸展E，这是在运动实践中损伤的一个主要原因。在第二种类型中，插入件相对于第一种类型是“颠倒”的，也就是说允许伸展E但阻止弯曲F。在该后一种情况下，为防止手腕过度伸长的事故，可以给蓄能插入件一个非常大的弹性，例如前面所描述的那样。更好地，被放置在该两保护类型中的插入件在其中立位置具有凸起的形状，以保证良好的舒适性。
图20示出了山地滑雪鞋30，它在后部带有一个根据本发明的插入件13。在这种情况下，插入件13的主弯曲线6是水平的，以使得弯曲F朝向腿的前部。辅助弯曲线63基本垂直地布置，以保证具有有限的侧向弯曲。要注意到的是辅助弯曲线63是弯曲的，以便对于插入件13的上、下端部减小其与基本是水平的主弯曲线6所形成的角度。山地滑雪鞋中该插入件的使用能够保证在反向弯曲C的方向上具有辅助的硬度，因而保证了良好的后支撑，使得弯曲只能朝向前方。在较少的并且是补充的情况下，侧向弯曲FL对于山地滑雪鞋特别有用，尤其是对于那些新型滑行的贡献，其中包括非常短的滑雪板或“雪刀”。该种结构与称为前面进入、后面进入或混合型的鞋的结构相兼容。当然，一个该种插入件也可以用于所有其它类型的鞋中，这些鞋都有一些区域，在这一区域中弯曲只希望在单一的方向上。
很显然，前面对于山地滑雪鞋的描述也可以用于滑行运动所有其它类型的鞋上。例如，在轮滑鞋33的情况中，将在踝骨闭锁环34中安置插入件15，以便阻止踝关节的后弯曲。
图21示出了滑雪板32的固定，其中后支撑31或减速板安置有一个根据本发明的插入件14。如同在滑雪鞋中的情况一样，由于主弯曲线6的原因，可以允许向前弯曲，而向后是禁止的。如有必要，可以安装一个辅助弯曲线64，它允许一个有限的侧向弯曲FL。
当然，上面详细描述的不同实施例仅是一些例子，而它们之间不同特性的所有结合也是显而易见的，并且也是本发明所覆盖的范围。因此，图5到8所描述的结构也可以由例如在图13中描述的第三个弹性材料层那样进行蓄能。
本发明特别适用于所有需要在一个方向上柔软、而在相对的方向上坚硬的结构。

Claims (44)

1．一种复合结构，包括至少一个表面，所述结构允许在所述表面的一边弯曲，并且禁止在其相对的边弯曲或反向弯曲；其特征在于，该结构包括：
-一个柔性但基本不可扩展第一层(1)，
-一个固定在第一层之上的第二层(2)，包括至少对基本平行于所述结构方向上的力具有抗力的并置的多个部件(20)。
2．根据权利要求1所述的复合结构，其特征在于，它包括增加中立位置上恢复力的蓄能装置。
3．根据权利要求1到2之一所述的复合结构，其特征在于，第一层(1)由高弹性模量，特别是在10，000和100，000MPa之间的材料构成。
4．根据权利要求1到3之一所述的复合结构，其特征在于，第一层(1)要比第二层薄很多。
5．根据权利要求2到4之一所述的复合结构，其特征在于，蓄能装置由第三层(3)构成。
6．根据权利要求5所述的复合结构，其特征在于，第三层(3)由弹性材料构成。
7．根据权利要求5到6之一所述的复合结构，其特征在于，第三层(3)由橡胶构成。
8．根据权利要求1到7之一所述的复合结构，其特征在于，多个部件(20)以一种相邻的方式排列，至少限定弯曲线(6)。
9．根据权利要求1到8之一所述的复合结构，其特征在于，多个部件(20)包括基本是长条形的部件，称为长条块(21，22，23，244)。
10．根据权利要求1到9之一所述的复合结构，其特征在于，多个部件(20)包括相互之间连接的部件。
11．根据权利要求10所述的复合结构，其特征在于，所述相互之间连接的部件是在与第一层(1)相邻的边上相互连接。
12．根据权利要求10或11所述的复合结构，其特征在于，相互之间连接的部件构成了同一部件(25)的凸起部分(24)。
13根据权利要求1到12之一所述的复合结构，其特征在于，多个部件(20)包括不同形状和不同材料构成的部件。
14．根据权利要求1到13之一所述的复合结构，其特征在于，多个部件(20)包括两种部件类型，称为条(21，22，23，24)和垫块(4)。
15．根据权利要求1到14之一所述的复合结构，其特征在于，多个部件(20)包括多层(22)部件。
16．根据权利要求15所述的复合结构，其特征在于，所述多层部件(22)包括一个安置于所述部件外面的皮(5)。
17．根据权利要求16所述的复合结构，其特征在于，所述皮(5)由与第一层(1)相同的材料构成。
18．根据权利要求1到17之一所述的复合结构，其特征在于，弯曲线(6)基本都是平行的。
19．根据权利要求1到18之一所述的复合结构，其特征在于，弯曲线(6)可以分成多个组(61，62)，其中的线基本相互之间是平行的。
20．根据权利要求19所述的复合结构，其特征在于，弯曲线组彼此形成一个锐角。
21．根据权利要求18或19所述的复合结构，其特征在于，弯曲线被分成两组(61，62)，它们之间形成一个基本垂直的角。
22．根据权利要求18或19所述的复合结构，其特征在于，弯曲线分成两个组，它们之间形成一个基本等于45°的角。
23．根据权利要求1到22之一所述的复合结构，其特征在于，当结构处于中立位置时，第一层(1)保持一个预应力。
24．根据权利要求1到23之一所述的复合结构，其特征在于，结构是凸起的。
25．根据权利要求1到24之一所述的复合结构，其特征在于，凸起通过安装来实现，它包括两组部件(21，4)在第一层上两个不同的安装阶段，并且在两个安装阶段之间，要进行板的弯曲。
26．根据权利要求1到25之一所述的复合结构，其特征在于，它具有一个鞋底的形状，并且弯曲线(6)基本垂直于鞋底纵轴。
27．根据权利要求26所述的复合结构，其特征在于，弯曲线只是在对应于跖趾关节区域的区域中能够弯曲。
28．一种鞋底，其特征在于，它包括至少一个权利要求1到27之一所述的结构。
29．一种鞋底，其特征在于，权利要求1到27之一所述的复合结构被插入到鞋底内。
30．根据权利要求28或29所述的鞋底，其特征在于，结构具有一个基本与鞋底相同的上表面。
31．根据权利要求28或29所述的鞋底，其特征在于，结构(11，15)有一个相似形状的轮廓，但尺寸较小。
32．一种鞋帮，其特征在于，它包括至少一个权利要求1到27之一所述结构构成的插入件(13)。
33．根据权利要求32所述的鞋帮，其特征在于，所述插入件(13)安置成阻止踝关节的后弯曲。
34．根据权利要求32或33所述的鞋帮，其特征在于，所述插入件(13)后部位于踝关节位置鞋的后部。
35．一种轮滑鞋，其特征在于，它使用了一个权利要求1到27之一所述的结构构成的插入件。
36．根据权利要求35所述的轮滑鞋，其特征在于，所述插入件安置成阻止踝关节的后弯曲。
37．根据权利要求35或36所述的轮滑鞋，其特征在于，所述插入件固定在踝部闭锁环上。
38．滑行器械上运动鞋的固定装置，其特征在于，它包括一个权利要求1到27之一的结构构成的插入件(14)。
39．根据权利要求38所述的滑行器械上运动鞋的固定装置，其特征在于，所述插入件(14)被安置成阻止踝关节的后弯曲。
40．根据权利要求38或39所述的滑行器械上运动鞋的固定装置，其特征在于，插入件(14)固定在后减速板上。
41．一种身体保护装置(9)，其特征在于，它包括一个权利要求1到27之一所述的结构构成的插入件(12)。
42．根据权利要求41所述的身体保护装置(9)，其特征在于，插入件(12)用于保护腕关节。
43．根据权利要求41所述的身体保护装置(9)，其特征在于，插入件(12)允许腕的弯曲但禁止其伸展。
44．根据权利要求41所述的身体保护装置(9)，其特征在于，插入件(12)允许腕的伸展但禁止其弯曲。
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