JPH10510744A - クッション装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 歩行中において足に加わる接触負荷を和らげるためのクッション装置（１０，５０，６０）。このクッション装置は、足のローリング運動中におけるほぼ最大接触圧点の軌跡である基本接触軌道にほぼ沿って延びる曲線状のショック吸収エレメントを有する。各ショック吸収エレメント（１６，１８）は基本接触軌道から外方に広がる面を有した断面三角形状に形成され、荷重が作用すると基本接触軌道から外側に広がるように変形する。この結果、このクッション装置（１０，５０，６０）は基本接触軌道の近傍が他の部分より大きく変形し、全面にわたって接触圧を均一化して、ショック吸収機能が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】 クッション装置およびその製造方法発明の分野および背景 本発明はクッション装置に関し、特に、足用のクッション装置に関する。す なわち、本発明は、これに限られるものではないが、例えば靴の中敷きもしくは 靴底のように、体の様々な部位に作用する衝撃を和らげるために装着されるクッ ション装置に関する。 人間は、歩行中、作業中等において常に動的な負荷を受ける環境に置かれて おり、これにより、例えば、疲労骨折、背筋痛、細胞破壊等を含む生理的な悪影 響を受けるであろうことが良く知られている このため、靴、特に靴の中敷きおよび靴底の材質および構造に関する様々な 試みがなされてきている。しかしながら、大抵の靴は、中敷きが広く用いられて いることから分かるように、フィット感およびクッション機能において快適とい えるものではなかった。 同時に、今日用いられている中敷きは歩行中での足への衝撃をあまり和らげ る役割を果たしていないことも良く知られている。実際、矯正中敷きと称されて いる精巧なデザインは生理機械的にみてほとんどサポートの役割を果たさず、た とえあったとしても、足に自然に合わせる役割をするにすぎない。さらに、現在 使用されている中敷きは、足のローリング過程と呼ばれる運動に対してサポート を行うものではない。 このため、足のローリング運動における荷重移動に対するクッション装置に 関する原理に基づいて、歩行中の足への衝撃を和らげることができるようなクッ ション装置が求められている。発明の概要 本発明は、歩行中もしくは立っているときに足に作用する接触荷重を和らげ るクッション装置のためのものである。 このため、本発明によれば、歩行中に足に作用する衝撃を和らげるクッショ ン装置が提供され、この装置は、曲線からなるショック吸収エレメントを有した 靴底面パターンを有し、このエレメントは、足のローリング運動においてほぼ最 大接触圧力を生じる点の軌跡である基本接触軌道にほぼ沿って延びる。 本発明のさらなる特徴によれば、ショック吸収エレメントは、ほぼ等圧線す なわち等接触圧線に沿って延びる。 本発明のさらなる特徴によれば、各ショック吸収エレメントは、基本接触軌 道から外方に広がる傾斜面を有した断面くさび状に形成され、足のローリング運 動に対応して基本接触軌道から外方に離れるように変形する。 本発明のさらなる特徴によれば、基本接触軌道に対して対称となる傾斜面を 有した一対のショック吸収エレメント群を有し、足のローリング運動に対応して 両エレメント群が対称に且つ基本接触軌道に沿って最も大きく変形して、作用す る接触圧力をほぼ均一化させる。 本発明のさらなる特徴によれば、各ショック吸収エレメントは、基本接触軌 道を含む水平面に対して約９０°もしくはそれ以上の角度のほぼ垂直な面を有し た断面三角形のくさび状に形成される。 本発明のさらなる特徴によれば、足が接触する上面側に、足の土踏まず部を 支持する前後方向中央部外側に隆起部が形成される。 本発明のさらなる特徴によれば、足が接触する上面側に、中足部（土踏まず と足指の間の部分）を受容して部分的に接触面積を増大させるための凹部が形成 される。 本発明のさらなる特徴によれば、足が接触する上面側に、ショック吸収エレ メントが接地状態から離脱するときでの接触圧力を伝達するための中足用パッド が設けられている。 本発明のさらなる特徴によれば、足が接触する上面側に、踵部を受容して部 分的に接触面積を増大させる凹部が形成され、この凹部はクッション装置の厚さ が厚い部分に形成される。 本発明のさらなる特徴によれば、ショック吸収エレメントパターンが踵部に おいて接地するときでの接触圧を伝達するため踵用パッドが設けられる。 本発明のさらなる特徴によれば、ショック吸収エレメントパターン用の保護 層が設けられる。 本発明のさらなる特徴によれば、この保護層には弛み部が設けられ、この弛 み部により保護層がショック吸収パターンに対して相対移動することを可能とす る。 本発明のさらなる特徴によれば、このクッション装置は中敷きとして用いら れる。 本発明のさらなる特徴によれば、このクッション装置は靴底として用いられ る。 本発明によれば、人が起立した状態での足への負担を和らげるクッション装 置が提供され、この装置は、起立した状態で発生する最大接触圧力経路である基 本接触軌道にほぼ沿って形成された曲線状のショック吸収エレメントのパターン を有する。図面の簡単な説明 添付図面を参照として、本発明の実施例を以下に示すが、ここで、 図１Ａは、歩行もしくは足のローリング運動過程における右足の等接 触圧ラインを示す等圧線マップであり、 図１Ｂは、起立した状態における右足の等接触圧ラインを示す等圧線マップ であり、 図２は、本発明に基づいて、（踵から接地してつま先が最後に離れるという ）ローリング運動に際しての接触圧を和らげるように構成され且つ作用する右足 用クッション装置の底面図であり、 図３は、線１−２により基本接触軌道を示すとともに、図２の線Ａ−Ａ’， Ｂ−Ｂ’，Ｃ−Ｃ’およびＤ−Ｄ’に沿ってクッション装置の底面側の断面（ク ッションエレメントの断面）を示す図であり、 図４Ａおよび４Ｂは、それぞれ負荷が作用する前後でのクッション装置のク ッションエレメントの断面図であり、 図５Ａおよび５Ｂは、クッションエレメント用の保護層を有したクッション エレメントの断面を、それぞれ負荷が作用する前後で示す断面図であり、 図６は、クッション装置の平面図であり、 図７は、図６の線Ｅ−Ｅ’，Ｆ−Ｆ’およびＧ−Ｇ’に沿ってクッション装 置の上面側の断面を示す図であり、 図８は、本発明に基づいて、人が起立した状態での接触圧を和らげるように 構成され且つ作用する右足用クッション装置の底面図であり、 図９Ａは、座った状態の人を支える装置の平面図であり、 図９Ｂは、図９Ａの装置を線Ｈ−Ｈ’に沿って示す断面図である。好ましい実施例の説明 本発明は、歩行中すなわち足のローリング運動中において足への荷重を和ら げるクッション装置を提供し、さらに、起立した状態での足への荷重を和らげる クッション装置も提供する。 本発明に係るクッション装置の原理および作用は、図面および以下の説明を 参照してより良く理解できるであろう。 本発明のクッション装置が有する生理−機械工学的原理をより良く理解する ために、ここで図１Ａおよび１Ｂに示す右足の等圧線マップを参照する。 図１Ａにおいて、このマップは、p＝0.00N/mm2，p＝0.030N/mm2，p＝0.060N /mm2，p＝0.090N/mm2，p＝0.215N/mm2，p＝0.340N/mm2 にそれぞれ対応する６本 の等圧線を示して、踵が接地する位置からつま先が離れる位置までの足のローリ ング運動を表す。さらに、このマップでは、太い波線（１−３−４−５−２）に より、足のローリング運動過程における右足に作用するほぼ最大接触圧点の軌跡 を示している。この足のローリング運動過程における右足に作用するほぼ最大接 触圧点の軌跡を、ここでは「基本接触軌道」と称する。なお、足のローリング運 動での接触を表す基本接触軌道は、接触領域に不均一に発生して移動する反力を 表すために用いられる圧力中心の軌跡とは同一ではない。 基本接触軌道は、踵接地スタート点１およびつま先離脱点２を有し、リア部 １−３とフロント部３−４を有すると見なすことができる。リア部１−３は、足 の土踏まずのアーチ形状における幅方向側部に沿った且つ速い動きとなるローリ ング運動過程に対応し、土踏まずが高い場合にはその一部がなくなるかも知れな い。フロント部３−４は、いわゆる中足（足根骨と指骨の中間部）に沿ったゆっ くりしたローリング運動過程に対応する。基本接触軌道１−２は最後は親指の付 け根５からつま先２を通って延び、この部分は足のローリング運動におけるつま 先が離れる部分に対応する。基本接触軌道１−２の幾何学的に重要な特徴は、足 の長手方向軸（図２において一点鎖線で示す軸）に対し、フロント部３−４が６ ０°±５°という正確な角度変化を有することである。 次に図１Ｂを参照するが、起立した状態での等圧線マップは、足がローリン グ運動するときのマップと類似するということがよく分かる。両者の最大の相違 点は、起立した状態の場合には基本接触軌道が中足部までしかないということで ある。 次に図２〜７を参照して説明する。全体を数字１０で示されるクッション装 置が示されており、これは足がローリング運動するときに足の衝撃を和らげるた めに、本発明に基づいて構成され、使用される。以下の説明で明らかとなるよう に、クッション装置１０は使い捨て型の中敷きとして用いられたり、靴底として 用いられたりする。いずれの場合でも、クッション装置１０はゴムのような材料 、例えば、ポリウレタン等から作られる。特に、剛性に関する材料選択では、使 用者の体重、靴底もしくは中敷きのいずれを目的として使用するのか等といった ことが十分に考慮される。さらに、クッション装置１０が使い捨て型の中敷きで ある場合には、当分野では良く知られているにおい消し材料を用いて作ることも できる。 ここで図２〜５を参照するが、クッション装置１０は次のような特別な特徴 を有する。すなわち、その底面（靴底）１２には曲線状のクッションエレメント １４すなわちショック吸収エレメント１４が基本接触軌道１−２にほぼ沿って延 びて設けられており、これにより、踵から接地してつま先で離れるという足の動 きが行われるときに足に作用する衝撃荷重のエネルギーを分散させる。このよう なエネルギー分散はクッションエレメント１４の変形によってなされるが、この ためクッションエレメント１４は、基本接触軌道１−２から広がる傾斜面を有し た細長い断面くさび状の形状に形成されている。くさび状クッションエレメント １４は、クッション装置１０の水平面に対して９０°以上の傾斜面を有するほぼ 三角形状断面を有する。通常は、くさび状クッションエレメント １４は、図において記号ｂで表される底辺長さが２ｍｍ〜６ｍｍで、記号ｈで表 される高さが２ｍｍ〜６ｍｍの三角形状をしている。 なお、クッションエレメントは、基本接触軌道のリア部１−３に対応する部 分においては足の長手方向軸（図２の一点鎖線）に対して小さな傾き角度（約３ ０度）を有し、フロント部３−４に対応する部分（中足が接触する部分）におい ては約６０度の傾きを有し、先端部４−５−２においては長手方向軸とほぼ平行 に延びる。 図３，図４Ａおよび図４Ｂからよく分かるように、クッションエレメント１ ４の変形は基本接触軌道１−２から離れる方向に曲がって発生し、この変形は踵 から接地してつま先で離れるという繰り返しがなされるときに荷重が移動するの に応じて長手方向に徐々に移動しながら発生する。このため、クッションエレメ ント１４は、基本接触軌道１−２から内側方向にたわむクッションエレメント１ ６と、同じ基本接触軌道１−２から外側向にたわむクッションエレメント１８と に分けられる。 上述のクッションエレメント１４は基本接触軌道１−２から左右対称に変形 するので、このクッション装置は基本接触軌道１−２に沿って変形が発生し、残 りの部分における変形は小さい。このため、足の裏の接触圧が均一化され、ショ ック吸収作用が向上する。 基本接触軌道の最初の位置１、すなわち、踵部分においては、共通の中心を 有する同心円状に形成された複数のショック吸収リングを有する。このショック 吸収リングは図４の線ＤーＤ’に沿った断面から分かるように、外側に傾斜した くさび状断面に形成され、歩行に際して踵部が最初に接地するときでの衝撃を吸 収する役割を果たす。 次に図５Ａ，５Ｂを参照するが、この例ではクッションエレメント１４は底 面１２に設けられた保護層２０によって保護される。実際には、保護層２０はク ッションエレメント１４の底面リムに接合して設けられ ている。保護層２０は基本接触軌道１−２の下側に弛み部２２を有するのが好ま しく、この弛み部により、クッションエレメント１６の下側の保護層２０は左側 に移動してクッションエレメント１６が基本接触軌道１−２から内側方向にたわ み、クッションエレメント１８の下側の保護層２０は右側に移動してクッション エレメント１８が基本接触軌道１−２から外側方向に変形することができるよう になる。 次に図６および図７を参照するが、クッション装置１０のさらなる特徴は、 足の裏の接触面２４がに、部分的にアーチ状になった支持部や、平面からなる支 持部が設けられていることであり、これにより、整形外科の専門家が特別な医療 のためなどに、部分的な支持領域を設けることが可能となる。このような特殊な 医療条件としては、これに限られるものではないが、非常な甲高、扁平足、中足 変形(metatarsal headdeformation)等がある。いずれの場合も、要求される実際 の足接触面２４は、使用者の足接触圧力マップ、基本接触軌道等を解析して決め られる。 このことは足接触面２４に四つの特徴を付加して達成される。第１に、足の 土踏まずを支持するために、前後方向中央部の横方向外側の下部に位置する隆起 部２６がある。第２に、中足部を受容する凹部２８があり、この部分には薄い中 足用パッド２９が設けられている。第３に、踵部を受容する凹部３０があり、こ の部分にはクッション装置１０の比較的厚くなったリア部に形成された踵パッド ３２が設けられている。第４に、足の前後方向中間部における片側端から反対側 の端まで踵を囲むようにして端部に沿って延びて形成されたＵ字状の支持部３４ があり、これにより靴の中で足を安定させることができる。 エレメント２６，２８，２９，３０，３２および３４の実際のデザインは上 記のようにいくつかの特殊な足構造グループに分類されるが、こ れらエレメント２６，２８，２９，３０，３２は、以下のようにある基本的な生 理機械工学原理に従う。土踏まず支持部２６は基本接触軌道１−２に沿って形成 されており、これに対して、従来の中敷きもしくは靴の土踏まず支持部では足の 前後方向中央の中間部に形成されており、この点で両者は異なり、このため、本 案のものでは足の解剖学的／生理機械工学的な構造にマッチしないような荷重伝 達が行われる。土踏まず支持部２６は、棚状隆起部２６Ａと、足接触面２４の中 間部および前部に向かって下方にテーパ形状となった部分２６Ｂとを有する。凹 部２８，３０も好ましくは中足部および踵部の各接触面積を広げるようにテーパ が設けられ、これにより接触圧力を低下させている。パッド２９，３０は好まし くは、クッション装置１０の他の部分より剛性の高いゴムのような材料から作ら れ、踵接地時および先端側が地面から離れるときでの接触圧力を底面１２に良好 に伝達する。 ここで、図８を参照するが、ここには番号５０で示されたクッション装置が 開示されており、このクッション装置は、本発明に基づき、立った状態での足の 衝撃緩和のための構成および作用を有する。この装置は、一日の大部分が立ちっ ぱなしで働くような人々にとって有用である。クッション装置５０はクッション 装置１０に類似しており、このため同様な部品は同様な番号を付与している。ク ッション装置５０とクッション装置１０との大きな相違点は、基本接触軌道が図 １Ｂの等圧線で示したような親指まで延びる線ではないことである。 次に、図９Ａおよび図９Ｂを参照するが、ここでは番号６０で示すクッショ ン装置を示しており、この装置は、本発明に基づき、二つの座骨隆起部に適した クッションにより座った状態でのクッションのための構成および作用を有する。 この装置は、一日の大部分が座ったままであるような人々にとって有用である。 この装置６０は、特殊な接触軌道に対 応して設計された構造を有するという点を除けば、前述の装置と類似する。 この装置６０では同心円状ショック吸収リングおよびショック吸収列が複数 設けられてクッションシステムが構成されており、二つの座骨隆起部のそれぞれ の下に同心円状ショック吸収リングの中心が位置するようにして座った人間の体 を、静的および動的環境のもとで保護する。実際には、この装置６０はショック 吸収リングを含む厚さが約１５ｍｍ〜３５ｍｍであるのが好ましい。 適切に修正されれば、装置６０は、人間の体のどの部位に対しても、ここに 作用する静的および動的負荷による接触圧を実質的に和らげるために用いること ができる。 なお、本発明を上記限られた実施例に基づいて説明したが、本発明に関する 多くの変形例および修正例や、他の応用例があることは理解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラドゥー アーカン アメリカ合衆国、ニューヨーク州 10523、 エルムフォード、オールドカントリーロー ド 609

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．歩行中における足への負担を和らげるためのクッション装置であって、 このクッション装置の一端側に位置して踵部を支持する部分を構成し、共通 の中心線を有する同心円状に形成された複数のショック吸収リングと、 最大接触圧力経路を示す輪郭線に沿って形成され、互いに平行に並んで形成 された複数のショック吸収列とから構成され、 前記最大接触圧力経路は、前記ショック吸収リングから中足部の直前までク ッション装置の長手方向軸に対して所定の小さな傾き角度を有して延び、中足部 においては前記長手方向軸に対して約６０°の傾き角度を有して延び、さらに、 クッション装置の他端側まで前記長手方向軸とほぼ平行に延びた経路であり、 前記最大接触圧力経路は、足が踵から接地してつま先から離れるローリング 運動を行うときに発生する最大圧力の軌跡に対応することを特徴とするクッショ ン装置。 ２．前記ショック吸収リングはそれぞれ、傾斜面と水平面に対して少なくとも９ ０°の角度をなす面とを有して形成され、前記傾斜面は中心から外側に広がるよ うに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のクッション装置。 ３．前記ショック吸収列はそれぞれ、前記最大接触圧力経路を挟んでほぼ対称に 形成された断面くさび状の内側ショック吸収列および外側ショック吸収列とから なることを特徴とする請求項１に記載のクッション装置。 ４．前記内側ショック吸収列は前記最大接触圧力経路より内側に位置し、傾斜面 と水平面に対して少なくとも９０°の角度をなす面とを有して形成され、前記傾 斜面は前記最大接触圧力経路から内側に広がるように形成されていることを特徴 とする請求項３に記載のクッション装置。 ５．前記外側ショック吸収列は前記最大接触圧力経路より外側に位置し、傾斜面 と水平面に対して少なくとも９０°の角度をなす面とを有して形成され、前記傾 斜面は前記最大接触圧力経路から外側に広がるように形成されていることを特徴 とする請求項３に記載のクッション装置。 ６．上面側における長手方向中間部に、前記最大接触圧力経路に沿って、足の土 踏まず部を支持するための隆起部が形成されていることを特徴とする請求項１に 記載のクッション装置。 ７．上面に、中足部を受容するための凹部を有した中足部用パッドを有すること を特徴とする請求項１に記載のクッション装置。 ８．上面に、踵部を受容するための凹部を有した踵部用パッドを有することを特 徴とする請求項１に記載のクッション装置。 ９．前記ショック吸収リングおよび前記ショック吸収列に保護層が形成されてい ることを特徴とする請求項１に記載のクッション装置。 １０．前記保護層に弛み部が設けられており、前記ショック吸収リングおよび前 記ショック吸収列に対して前記保護層が移動可能となっていることを特徴とする 請求項９に記載のクッション装置。 １１．前記ショック吸収リングおよび前記ショック吸収列が、足と靴底との間に 位置する中敷きとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載のクッシ ョン装置。 １２．前記ショック吸収リングおよび前記ショック吸収列が、靴の中敷きの下側 に位置する靴底として構成されていることを特徴とする請求項１に記載のクッシ ョン装置。 １３．起立した状態における足への負担を和らげるためのクッション装置であっ て、 このクッション装置の一端側に位置して踵部を支持する部分を構成し、共通 の中心線を有する同心円状に形成された複数のショック吸収リングと、 最大接触圧力経路を示す輪郭線に沿って形成され、互いに平行に並んで形成 された複数のショック吸収列とから構成され、 前記最大接触圧力経路は、前記ショック吸収リングの中心から中足部の直前 までクッション装置の長手方向軸に対して約３０°の傾き角度を有して延び、中 足部においては前記長手方向軸に対して約６０°の傾き角度を有して延びた経路 であり、 前記最大接触圧力経路は、起立状態のときに足に作用する最大圧力経路に対 応することを特徴とするクッション装置。 １４．歩行中にかける足への負担を和らげるためのクッション装置を製造する方 法であって、 踵部から接地してつま先部で離れる足のローリング運動を行わせるス テップと、 このローリング運動の間において、後部、前部およびつま先部を含む最大接 触圧力点の軌跡経路マップを作成するステップと、 この軌跡経路にほぼ沿って延び、変形によって圧力エネルギーを分散させる 曲線状のクッションエレメントの列を形成するステップとからなり、 前記軌跡経路の後部はローリング運動における足の土踏まず部の外側に沿っ た部分での高速運動相に対応し、前記軌跡経路の前部はローリング運動における 中足部に沿った部分での低速運動相に対応し、前記軌跡経路のつま先部はローリ ング運動においてつま先部が離れる運動相に対応することを特徴とするクッショ ン装置の製造方法。 １５．前記曲線状のクッションエレメントが、前記軌跡経路から外側に広がる傾 斜面と水平面に対して９０°以上の角度を有した面とからなる断面くさび状に形 成されていることを特徴とする請求項１４に記載のクッション装置の製造方法。