KR200217463Y1 - 탄력을 갖는 신발 - Google Patents

Abstract

본 고안은 보행시에 탄력을 갖는 신발에 관한 것으로서, 대표도에 표현된 바와 같이, 겉창(10)의 윗면에 적층된 신축성부재(20)에 형성된 내부공간(21)에 반원형 판스프링을 상하로 마주보게 결합시킨 원통형 스프링(30)을 매입설치하고, 그 윗면에 중창(40) 및 안창(50)을 위치시키는 구조를 제공한다.

따라서 보행중 발이 지면에 닿을 때는 체중에 의한 충격력을 상기 신축성 부재와 판스프링이 나누어 흡수하게 함으로써 충격흡수ㆍ분산이 효과적으로 이루어지게 하고, 발이 지면에서 떨어질 때는 압축되었던 스프링의 반발력으로 추진력을 증가시켜 줌으로써 보행자에게 쾌적감을 주며, 하체의 운동신경을 자극하여 혈액순환이 원활하도록 한 것이다.

Description

탄력을 갖는 신발{Resilient Shoe}

본 고안은 보행시 탄력을 갖는 신발에 관한 것이다. 신발의 구조는 사용하는 목적에 따라 다양하게 개발되어 있으나, 크게 나누어 발의 윗부분을 전체적으로 감싸주며 외관 디자인과 신발형태를 유지해 주는 신발갑피(Upper part)와 밑창(Sole part)으로 이루어져 있으며, 다시 밑창은 아래바닥부터 겉창,중창,안창 및 깔창의 순으로 적층되어 있다.

상기 신발구조에 있어 중창은 탄성이 있는 재질을 사용함으로써 보행이나 운동시 체중으로 인한 충격을 흡수하도록 고안된 것이나 충분한 효과를 얻는데 한계가 있었다. 종래의 기술에 의한 신발 중에는 이러한 문제점들을 보완하기 위하여 중창부분에 별도의 스프링이나 공기주머니(에어쿳션)를 구비한 신발이 소개되기도 하였으나 구조의 복잡함이나 고가의 비용에 비해 만족할 만한 충격흡수 효과를 얻을 수가 없었다.

상기 종래의 기술에 의한 신발이 가지는 문제점들을 보완하기 위하여 본 고안에서는 구조가 단순하면서도 충격흡수성능을 향상시킨 밑창구조를 제공하여 보행자에게 쾌적감을 주고 하체의 운동신경을 자극하여 보행만으로도 조깅 또는 구보와 같은 운동효과를 얻을 수 있도록 하는 것을 본 고안의 기술적 과제로 한다.

도1은 본 고안에 따른 신발의 분해 사시도

도2는 본 고안에 따른 결합돌기와 구멍을 구비한 원통형 스프링의 분해사시도

도3은 본 고안에 따른 경첩부 원통형 스프링의 사시도

도4는 본 고안에 따른 신발의 착용상태를 나타낸 종단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 겉창 12: 스프링 고정용 돌기

20 : 신축성 부재 21: 스프링 수납공간

30 : 스프링 40 : 중창

50 : 안창 60 : 신발본체(갑피)

본 고안은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 신발밑창(Sole part)의 구조를 개선하는데 중점을 둔다. 이를 좀더 구체적으로 설명하면 겉창(10)의 윗면에 신축성부재(20)를 적층하고 신축성부재의 내부에 형성한 2~3개의 공간(21)에 타원단면을 갖는 원통형 스프링(30)을 매입설치한 후 그 위에 중창(40) 및 안창(50)을 놓아, 보행중 발이 지면에 닿을 때는 발생하는 체중에 의한 충격을 상기 원통형스프링과 신축성부재의 탄력에 의하여 흡수하고, 발이 지면에서 떨어질 때는 눌려졌던 스프링의 반발력을 이용하여 앞으로 나가는데 필요한 추진력을 증가시켜 줌으로써 보행자에게 쾌적감을 주며, 하체의 운동신경을 자극하여 혈액순환이 원활하도록 한 것을 특징으로 하는 탄력을 갖는 신발을 제공한다.

본 고안을 첨부된 예시도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 고안에 따른 '탄력을 갖는 신발'의 분해사시도 이다. 도1에 표현된 바와 같이 본 고안은 신발갑피(Upper part)(60)와 밑창부분(Sole part)인 안창 (50),중창(40),신축성부재(20) 및 겉창(10)으로 이루어졌고, 충격흡수능력을 향상시키기 위하여 겉창과 중창사이에 신축성 부재(20)를 삽입시키고 그 내부에 형성한 공간(21)에 단면형상이 타원모양을 가진 원통형 스프링(30)을 구비한 밑창구조를 제공한다.

신발을 구성하는 부재의 기능을 부위별로 설명하면,

신발의 겉창(Out Sole)(10)은 지면과 접하는 부분으로 보행 및 운동시 그 패턴에 따라 미끄러짐을 방지하고 안정감을 주는 역할로 중창과 더불어 신발의 기능성을 결정하는 주요한 부분이다.

신축성부재(20)는 중창(40)과 겉창(10)사이에 샌드위치형으로 삽입시킨 부분으로 원통형 스프링(30)과 함께 보행 및 운동시 발에 걸리는 충격을 흡수ㆍ분산시키는 역할을 하는 기능을 수행하므로 본 고안에 의한 신발에서 스프링과 함께 가장 중요한 부분의 하나이다.

중창(Mid Sole)(40)은 상기 신축성부재(20)와 스프링(30)을 덮는 뚜껑의 역할을 함으로써 습기나 먼지 등이 침투하지 못하게 하고 체중에 의한 충격력을 신축성부재(20)와 스프링(30)에 분산하는 기능을 담당한다.

안창(In Sole)(50)은 신발 내면의 바닥 부위에 있어서 직접 신발과 접촉하며 분리 가능한 부분으로 발의 피로를 방지하고 땀으로 인해 발생하는 무좀 및 냄새를 제거하는 역할을 한다.

갑피(Upper Part)는 신발의 윗 부분을 구성하는 부재로서 발의 윗부분을 감싸서 발등 및 관절부위를 보호하는 역할을 하며 신발의 외관을 결정하는 디자인의 주된 적용부위가 된다.

본 고안은 보행 또는 운동시 발이 땅에 닿을 때 발생하는 체중에 의한 충격력을 효율적으로 흡수ㆍ분산하고 내장된 스프링의 탄성에너지를 이용한 추진력의 증가 및 쾌적감 부여 등을 실현하는 밑창구조의 안출을 기술적 과제로 하므로, 이하 본 고안에 의한 신발에 적용할 스프링의 형상ㆍ구조 ㆍ재질 및 신축성 부재에 관한 설명을 하기로 한다.

우선 본 고안에 사용될 스프링에 대하여 요구되는 형상 및 특성에 대하여 설명한다. 스프링은 일반적으로 코일스프링과 판스프링으로 대별할 수 있는데, 코일스프링의 경우 일정 굵기의 강선을 원통형 막대에 일정한 피치(Pitch)로 감은 형태를 하고 있으며 인장 또는 압축용 스프링으로 사용된다. 코일스프링에서 소정의 탄력을 얻기 위해서는 소선(素線)의 굵기와 피치를 고려하여 일정한 횟수로 코일을 감아야 하는데(코일회전수) 스프링이 바닥에 닿는 자리를 감안하면 스프링의 상하로 각각 적어도 3/4바퀴 이상 감아야 하는데 이는 스프링의 탄성을 계산하는데 필요한 '유효감김수'를 산정하는데 제외가 될 뿐만 아니라 소선의 굵기 및 스프링의 변위량(Stroke)를 감안하여 피치가 넓어지는 경우 코일을 감는 횟수에 비례하여 스프링의 높이가 더욱 높아지게 된다.

이 경우 스프링의 높이에 따라 밑창의 높이도 높아져서 보행이 불편할 뿐더러 무게중심이 높아져서 발목을 다칠 위험성도 높아진다. 또한 스프링의 자리와 관련해서 마치 밑면에 딱딱한 원판을 댄 것과 같아서 보행중에 발뒷꿈치를 들면서 앞굼치 부분이 자연스럽게 꺽어지는 것을 방해하게 되어 본 고안에 의한 신발에는 부적합하다.

반면에 판스프링의 경우에는 주로 압축용으로 사용되며 차량의 현가장치에 사용되는 것과 같이 여러장을 겹쳐 사용하는 겹판스프링의 형태로 이용된다.

본 고안과 관련하여 판스프링이 가지는 장점은 신발밑창의 높이를 낮추어서 발목부상의 위험을 적게했다는 점과 런닝시 비교적 큰 힘의 압축력(체중의 2.2~2.8배, 그러나 농구나 배구와 같은 운동에서의 도약ㆍ착지시 발생하는 충격력은 체중의 4.1~7.1배)이 충격적으로 걸린다는 점을 고려할 때, 스프링의 높이와 탄력의 조절이 스프링 재질의 선택 및 형상조절(원호의 굽어지는 정도)을 통해 일정범위 내의 조절이 가능하며, 코일스프링의 경우와는 달리 보행시 발꿈치가 들리면서 앞부분이 자연스럽게 꺽어지는 것을 방해하는 정도가 미미하다는 점을 들 수 있다.

상기 조건들을 만족시키기 위한 판스프링의 형상에 대해 살펴보면, 우선 스프링의 높이가 낮아야 한다는 점에서 도2 및 도3에 도시된 바와 같이 타원을 길이방향으로 반분한 모양의 단면을 갖는 판스프링을 상하로 마주보게 하여 결합시킨 원통형 스프링(30)을 사용하는 것이 높이를 낮추는데도 유리하고 보행시 신발의 앞부분이 꺽기는 것을 덜 방해하게 되므로 바람직하다.

스프링형상에 관하여 좀더 자세히 살펴보면, 앞꿈치에 놓이는 스프링의 경우 신발창의 높이가 뒷부분보다 상대적으로 낮으므로 스프링의 높이도 뒷꿈치 부분에 놓이는 스프링보다 낮게 하는 것이 좋다. 따라서 상ㆍ하 스프링 각편(各片)에 있어 원호가 굽어지는 정도가 상대적으로 덜 굽어지고 편편하게 퍼진 형태가 되며, 이와는 반대로 뒷꿈치 부분에 놓이는 스프링의 경우에는 충격력이 짧은 시간(0.02~0.03초) 안에 전달되므로 스프링의 변위량도 많이 발생하므로 스프링의길이도 짧고 원호의 굽은 정도도 많이 굽은 형태를 취하게 된다.

(참고도1)

런닝시의 충격력

스프링의 충격흡수성능 및 형상과 관련하여 일부 운동에서의 경우와 같이 체중의 7.1배까지 충격력이 걸릴 때 상기 충격력을 스프링의 탄성구간 내에서 모두 흡수하는 것은 스프링의 높이와 같은 제약조건들을 감안할 때 무리가 따를 것으로 판단되므로, 또 다른 실시예로서 상ㆍ하 스프링의 길이를 달리한 스프링을 사용하면 외부 충격력에 의하여 어느 한쪽의 스프링편이 다 펴진 후라도 다른 한쪽의 스프링이 덜 펴질 때 발생하는 비선형 탄성을 이용할 수 있게 되어 유리하며, 판스프링을 2장이상 겹쳐서 사용하는 것도 가능하다.

도2에서는 상ㆍ하 스프링편(片)을 조립하는 방법에 대한 바람직한 실시예로서 상ㆍ하 스프링편중 어느 하나의 양단부에 결합용 돌기(34)를 형성하고 나머지 스프링편에는 구멍(35)을 형성하여 상기 구멍에 돌기를 끼워서 조립하는 경우를 예시하고 있다. 이 조립방법은 그 구조가 간단하고 별도의 조립부재를 사용하지 않아 비용이 저렴하게 든다는 장점이 있다.

도3은 상ㆍ하 스프링편(片)을 조립하는 방법에 대한 또 다른 실시예를 도시한 것으로서 상ㆍ하 스프링이 만나는 양단부를 경첩(31)(32)과 리벳을 사용하여 결합시키는 것이다. 종래에도 판스프링을 신발밑창에 설치하여 탄력을 얻을 수 있도록 구성된 신발이 있었으나 판스프링의 양단부가 효과적으로 절첩되지 아니하여 충분한 탄력을 얻지 못하는 단점이 있었다. 본 고안의 경우에는 스프링의 양단부가 쉽게 접철되어 스프링의 탄력을 효과적으로 활용할 수 있다.

이미 전술한 바와 같이 스프링의 탄력을 높이기 위한 방법으로는 스프링의 재질을 바꾸는 방법과 스프링의 형상을 바꾸는 방법이 있는데, 이중에 스프링의 형상 즉 스프링의 원호가 굽어진 정도를 많이하여 스프링의 높이만을 높게하면 지면으로부터 발바닥까지의 높이가 높아져서 보행이 불편해지고 보행중에 발목을 다칠 위험성도 높아지므로 스프링의 높이가 어느정도 이상이 되지 않도록 하는 것이 중요하고, 이상과 같은 높이제한을 극복하기 위하여 탄성이 좋은 스프링강을 사용하는 것이 바람직하다.

스프링은 신축성부재(20)의 내부공간(21)에 설치되나 이를 고정시키지 않으면 보행중 스프링의 압축ㆍ신장 운동을 반복하는 과정에서 움직이게 되므로 이를 적당한 방법으로 고정시키는 것이 필요하다.

구체적인 고정방법으로서 밴드스트립을 하부스프링편의 윗면으로 가로질러 고정하는 방법, 겉창 위에 ㄱ자 형태의 걸이를 하부스프링편의 좌우로 형성하여 그곳에 스프링을 끼워 고정하는 방법등 여러 가지 형태가 가능하나, 본 고안에서는 하부스프링편의 중앙에 2개의 구멍(33)을 좌우로 형성하고, 겉창의 윗면에는 상기 구멍에 대응되는 위치에 둥근머리리벳의 형태를 가진 2개의 돌기(12)를 형성하여 하부스프링의 구멍(33)과 겉창의 돌기를 결합시켜 고정하는 방법을 사용한다.

스프링을 설치하는 위치는 당연히 체중에 의한 충격력을 집중적으로 받는 부위이거나 보행 등에 필요한 추진력을 얻는 부위로서, 보행시에 추진력을 발생시키는 발바닥 앞꿈치 부위(해부학적으로 제1중족골의 상단 돌출점과 제5중족골의 상단을 연결하는 보행축이 지나가는 부위)와 체중에 의한 충격을 받는 발뒤꿈치 부위가 스프링의 주요 설치부위가 된다. 충격흡수의 효과를 높이기 위해서 발의 중간부분(아치부분)에 스프링을 1개 더 추가할 수도 있으나 현실적으로 스프링의 수가 3개 이상이 되면 구조가 복잡해지고 소요비용이 많아지는 문제점이 있다.

(참고도2)

보행시 충격부위와 그에 부과되는 하중분포(족문)

스프링의 크기와 탄력은 신발의 크기와 인체의 하중 및 신발의 용도를 고려하여 결정할 수 있고, 설치하는 위치에 따라 스프링의 크기도 서로 다르게 할 수 있다.

신축성부재(20)는 체중에 의한 충격력을 스프링과 함께 흡수하는 기능을 하는데, 재료의 딱딱한 정도(Hardness)가 스프링과의 상대적인 관계에서 너무 유연한 경우에는 신발착용자가 스프링만을 밟고 있는 것과 동일한 결과를 가져와 발의 피로감을 증대시키고 보행에 지장을 줄 것이고, 반대로 너무 딱딱한 경우에는 스프링은 충격력에 의해 압축되려 하는데 주변의 신축성부재가 딱딱한 관계로 스프링에 의한 충격흡수가 원활하게 일어나지 않게 되어 본 고안의 목적을 달성할 수 없게 된다.

따라서 적당한 재료를 선정하는 것이 중요하게 되는데, 본 고안에서는 신축성부재(20)의 재료에 대한 바람직한 실시예로서 발포 폴리우레탄 소재를 가지고 프레스공정이나 사출공정을 통해 성형한 것을 단층 또는 여러 층으로 적층하여 사용한다.

한편 신축성부재(20)에 형성한 스프링공간(21)의 가로ㆍ세로 크기를 어느 정도로 하느냐는 신발의 크기나 신발의 용도 등을 기본적으로 하여 결정되는 스프링의 크기에 의하되 스프링이 체중에 의하여 눌릴 때의 길이가 길어지는 점을 고려하여 상기 공간(21)의 길이를 정하고, 공간의 폭은 스프링의 폭보다 좌우로 1~3mm정도 넓게 하여 신발조립공정에서 작업이 용이하게 한다.

도4는 본 고안에 따른 신발의 착용상태를 나타낸 종단면도로서, 신발갑피 (10)와 겉창(10),신축성부재(20),중창(40)은 접착제사용 및 봉제작업 등으로 결합시킨다.

따라서 본 고안에 의한 신발에서는 중창 및 안창이 상기 신축성 부재 윗면에 위치하며 보행시 체중에 의하여 신축성부재와 스프링이 압축되었다 신장되었다하는 것을 반복하면서 발생하는 상하운동에 따라 상기 중창 및 안창도 상하로 움직이게 된다. 즉, 본 고안에 의한 신발을 신고 발을 내디딜 때, 신발본체의 겉창(10)이 지면에 닿는 순간 체중에 의한 충격력이 중창(40)을 통해 스프링(30)과 신축성 부재(20)에 가해지면 스프링(30)은 아래방향으로 눌리게 된다. 이 때 스프링에 변형이 일어나는 만큼 충격력을 흡수하게 되므로 발목과 무릎의 관절을 보호하고 발의 변형을 방지할 수 있게 되는 것이다.

위와는 반대로, 보행시에 발이 지면에서 떨어질 때는 스프링(30)과 신축성 부재(20)의 탄성에 의해 원래의 상태로 복원되면서 중창을 밀어올리게 되며 특히 스프링의 탄력(반발력)의 도움을 받아 보행이나 구보시 필요로 하는 추진력을 증가시켜 줌으로써 보행자에게 쾌적감을 주며, 두 발이 모두 탄력을 갖게되므로 하체의 운동신경을 자극하게 된다.

상기와 같은 작용은 보행시 또는 구보시 스프링(30)의 변형정도에 차이가 있을 뿐 연속적으로 작용하게 된다.

본 고안에 의한 탄력성을 갖는 신발은 신발밑창에 신축성부재(20)와 원통형스프링(30)을 구비함으로써 보행시 체중에 의한 충격을 흡수ㆍ분산하는데 뛰어난 효과를 발휘함으로써 보행자에게 쾌적감을 주고 발목 및 무릎관절을 보호하며 내딛는 발과 몸의 중심을 지지하는 두발이 동시에 탄력을 갖게 되어 하체의 운동신경을 자극하고 혈액순환을 원활하게 하여 보행만으로도 조깅을 하는 것과 같은 운동효과를 얻을 수 있다.

또한 스프링 및 밑창의 구조를 단순화함으로써 경제적으로도 저렴한 비용으로 상기의 효과를 갖는 신발을 공급할 수 있다.

Claims (5)

1. 통상의 신발에 있어서, 겉창(10) 위에 적층된 신축성부재(20)의 내부에 앞뒤로 2개의 공간(21)을 형성하고, 상기 공간 내부에 상ㆍ하 스프링편 중 어느 하나의 양단부에 결합용 돌기(34)를 형성하고 다른 하나의 양단부에는 결합용 구멍(35)를 형성해서 조립된 원통형스프링(30)을 설치하고, 상기 신축성부재 위에 중창(40)을 고정시킨 것을 특징으로 하는 탄력을 갖는 신발.
2. 제1항에 있어서, 원통형스프링(30)이 겉창(10)의 윗면에 고정된 것을 특징으로 하는 탄력을 갖는 신발.
3. 제2항에 있어서, 원통형스프링(30)의 하부스프링편에 형성된 구멍(33)과 신발겉창(10)에 형성된 돌기(12)가 결합하는 방법으로 원통형스프링(30)이 겉창(10)의 윗면에 고정된 것을 특징으로 하는 탄력을 갖는 신발.
4. 제1항에 있어서, 원통형스프링(30)을 구성하는 상부스프링편과 하부스프링편의 길이를 각각 다르게 하는 것을 특징으로 하는 탄력을 갖는 신발.
5. 제1항에 있어서, 원통형스프링(30)을 구성하는 상·하의 판스프링이 각각 2장으로 된 것을 특징으로 하는 탄력을 갖는 신발.