KR20210092731A - Shock Absorbing Footwear Device - Google Patents
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Abstract
풋웨어 기기용 힘 흡수 디바이스는 신발 갑피와 평평한 밑창 표면을 가진 신발 밑창을 포함하여, 신발 갑피와 평평한 밑창 표면 사이의 힘이 신발 밑창에 배치된 힘 완화 구조에 의해 흡수되도록 한다. 풋웨어 물품은 운동 에너지를 저장하고 시간이 지남에 따라 방출함으로써 갑작스러운 힘을 수신하고 이러한 힘을 효과적으로 완화하기 위한 힘 완화 인터페이스를 갖는 동일 평면으로 신발 밑창을 재정의하는 분할 밑창 시스템을 포함한다. 힘 완화 구조의 탄성 필드는 수신된 힘에 응답하여 변형되도록 적응된 탄성 재료에 의해 정의된다. 상단 밑창과 하단 밑창 사이의 마찰 맞물림은 탄성 필드와의 간섭 맞물림 외에도 딤플, 공극 및 윤활유와 같은 표면 특성에 의해 또한 증강될 수 있다.A force absorbing device for a footwear appliance includes a shoe upper and a shoe sole having a flat sole surface such that forces between the shoe upper and the flat sole surface are absorbed by a force relieving structure disposed on the shoe sole. Articles of footwear include a split sole system that redefines a shoe sole to be coplanar with a force relief interface for receiving sudden forces and effectively mitigating these forces by storing kinetic energy and releasing it over time. The elastic field of the force relieving structure is defined by an elastic material adapted to deform in response to a received force. Frictional engagement between the top and bottom soles can also be enhanced by surface properties such as dimples, voids and lubricants in addition to interference engagement with elastic fields.
Description
풋웨어 기기를 위한 조정 가능한 반응 탄성 운동 에너지 컨버터 및 저장 필드 시스템이다.It is a tunable reactive elastic kinetic energy converter and storage field system for footwear devices.
과도한 스트레스를 받는 근골격 구조(musculoskeletal structure)와 같은 운동 부상은 외상을 입히고 경력을 끝낼 수 있다. ACL (anterior cruciate ligament) 부상은 특히 악명 높고 재발하기 쉽다. 이러한 부상 및 다른 부상은 종종 운동 선수의 풋웨어를 통해 발과 뼈, 인대, 연골, 힘줄 또는 다른 조직 구조와 같은 해부학적 멤버에 전달되는 일부 형태의 하중 (예를 들어, 힘 및 토크)으로 인해 발생한다. 이러한 하중 전달의 완화는 발, 발목, 하퇴(lower leg) 및 무릎의 부상 위험을 실질적으로 배제하거나 완화할 수 있다. 운동 선수의 풋웨어는 지면 인터페이스(ground interface)를 정의하기 때문에, 풋웨어는 잠재적으로 위험한 하중 전달의 초점(focal point)을 정의한다. 운동용 신발 밑창(shoe sole)은 종종 플레이(playing) 표면을 "잡기(grip)" 위해 고무 및 유연한 폴리머와 같은 고 마찰 재료를 사용하고 미끄러짐을 방지하기 위해 바닥 표면에 질감(texture), 리브(rib) 또는 돌출부를 또한 사용한다. 이러한 기존의 재료와 구조는 선수에서 플레이 표면으로의 하중 전달을 증가시키고 완화되지 않은 경우 이러한 하중을 부상 임계값으로 높아진다.Sports injuries, such as overstressed musculoskeletal structures, can be traumatic and career-ending. Anterior cruciate ligament (ACL) injuries are particularly notorious and prone to recurrence. These and other injuries often result from some form of load (e.g., force and torque) transmitted through an athlete's footwear to the foot and anatomical members such as bones, ligaments, cartilage, tendons, or other tissue structures. Occurs. This mitigation of load transfer can substantially eliminate or mitigate the risk of injury to the feet, ankles, lower legs, and knees. Because an athlete's footwear defines a ground interface, the footwear defines a focal point of potentially dangerous load transfer. Athletic shoe soles often use high friction materials such as rubber and flexible polymers to "grip" the playing surface, and texture, ribs ( rib) or protrusions are also used. These existing materials and structures increase the transfer of loads from the bow to the play surface and, if not relieved, raise these loads to the injury threshold.
쿠션, 패딩 및 공기 주머니(air bladder)는 기존 신발에 힘을 분산시키는 것으로 알려져 있지만, 이러한 디바이스는 기존의 스프링과 유사한 행동을 나타낸다. 대부분의 기존 기계식 스프링은 변위 한계치 - 이 지점에서 강성은 커지고, 비탄성 재료와 거의 비슷해진다 - 에 도달할 때까지, 변형 예를 들어, 신장(stretching) 또는 압축 전반에 걸쳐 단일의, 일관된 양의 강성 (힘/변위)을 갖는다. 기존의 일정한 힘 스프링(constant-force spring)은 진공 청소기 코드 및 줄자에서 발견되는 것과 같이 큰 변위와 작은 힘에 의해 특징 지어진다. 일정한 힘 및 다른 비선형 스프링은 일반적으로 일정한 힘에 도달하고 변위가 일정한 힘과 동일하게 계속되면 저 하중 최소 변동 또는 "쿠션(cushioning)"에 의해 특징 지어진다.Cushions, padding, and air bladders are known to distribute forces in conventional footwear, but these devices exhibit behavior similar to conventional springs. Most conventional mechanical springs have a single, consistent amount of stiffness throughout deformation, e.g., stretching or compression, until a displacement limit is reached, at which point the stiffness increases and becomes nearly inelastic. (force/displacement). Conventional constant-force springs are characterized by large displacements and small forces, such as those found in vacuum cleaner cords and tape measures. Constant force and other non-linear springs are generally characterized by low load minimal fluctuations or "cushioning" when a constant force is reached and displacement continues equal to the constant force.
풋웨어 기기를 위한 힘 제한, 에너지 흡수 디바이스는 신발 갑피(shoe upper)와 평평한 밑창 표면을 가진 신발 밑창을 포함하여 지면 접촉에서 신발 갑피와 평평한 밑창 표면 사이의 힘이 탄성 또는 탄력 필드(field)에서 운동 에너지의 흡수, 저장 및 제어된 방출에 의해 제한된다. 일부 에너지는 밑창(sole)과 디바이스 사이의 움직임에서 마찰로 인해 자연스럽게 손실되며, 이는 부분적으로 전송(transmission)을 제어할 수 있다. 신발이나 부츠와 같은 풋웨어 제품은 운동 에너지를 저장하고 시간이 지남에 따라 언로드된 구성으로 신발을 리턴시키기 위해 해제함으로써 이러한 힘을 효과적으로 완화하고 갑작스러운 힘을 수신하기 위한 힘 완화 인터페이스(force mitigating interface)를 갖는 동일 평면으로 신발 밑창을 재정의하는 분할 밑창 시스템(split-sole system)을 포함한다. 힘 완화 구조의 탄성 필드는 수신된 힘에 응답하여 변형되도록 적응된 탄성 재료에 의해 정의된다. 상단 밑창과 하단 밑창 사이의 마찰 맞물림(frictional engagement)은 탄성 필드 또는 기존의 탄성 부재와의 간섭 맞물림 외에도 딤플(dimple), 공극(void) 및 윤활유와 같은 표면 특성에 의해 증강될 수 있다.A force limiting, energy absorbing device for a footwear device includes a shoe upper and a shoe sole having a flat sole surface, wherein the force between the shoe upper and the flat sole surface in ground contact is in an elastic or elastic field. It is limited by the absorption, storage and controlled release of kinetic energy. Some energy is naturally lost due to friction in the movement between the sole and the device, which may in part control the transmission. Footwear products, such as shoes or boots, effectively relieve these forces by storing kinetic energy and releasing over time to return the shoe to its unloaded configuration, and a force mitigating interface for receiving sudden forces. ) with a split-sole system that redefines the shoe sole to be coplanar. The elastic field of the force relieving structure is defined by an elastic material adapted to deform in response to a received force. Frictional engagement between the upper and lower soles can be enhanced by surface properties such as dimples, voids and lubricants in addition to elastic fields or interference engagement with existing elastic members.
운동 부상은 예를 들어, 달리기, 트위스팅(twisting), 터닝(turning), 착지 또는 낙하 등으로 인한 갑작스럽거나 충격적인 힘으로 인해 야기될 수 있다. 힘은 일반적으로 플레이 또는 지면 표면에서 풋웨어 기기 또는 신발을 통해 이동해야 하는 골격 또는 해부학적 구조 (뼈, 힘줄, 인대)로 전달된다. 종종 부상은 측방/내측(medial) 또는 전방/후방 힘 또는 어쩌면 기존 신발의 흡수 또는 완화가 거의 없이 착용자의 발로 전달되는 밑창 표면의 바닥에 토크와 이들의 일부 조합으로 인해 발생한다. 본 출원의 구성은 신발 밑창에 분할된 공칭 평면, 수평 구조를 배치하여 하부 또는 지면 접촉 표면의 측방, 내측 전방 및 후방 힘 및 토크와 관련된 에너지는 인터페이스 층(layer)을 통해 갑피 또는 착용자에 전달되지 않고 이러한 하중을 제한하도록 흡수된다. 그 결과 공칭 동일 평면 시스템이 되고, 이는 신발 밑창에 의해 정의된 평면의 하중이 연속 또는 이산 시스템의 기계적, 공압, 유압, 전기적 또는 자기적 엘리먼트의 기계적 에너지를 저장하고 소산하는 시스템에 의해 완화되어 분할 밑창 구조를 통한 하중 전달을 제어한다.Sports injuries can be caused by sudden or shocking forces, for example, from running, twisting, turning, landing or falling, and the like. Forces are usually transmitted from the play or ground surface to the skeletal or anatomical structures (bones, tendons, ligaments) that must travel through the footwear device or footwear. Often injuries result from lateral/medial or anterior/posterior forces or perhaps some combination of these and some combination of these and torques to the bottom of the sole surface that are transmitted to the wearer's foot with little absorption or relaxation of the existing shoe. The configuration of the present application places a divided nominally planar, horizontal structure in the shoe sole so that the energy associated with the lateral, medial front and rear forces and torques of the lower or ground contacting surface is not transmitted to the upper or the wearer through the interface layer. without being absorbed to limit these loads. The result is a nominally coplanar system, in which the load in the plane defined by the shoe sole is relieved and divided by a system that stores and dissipates the mechanical energy of the mechanical, pneumatic, hydraulic, electrical or magnetic elements of a continuous or discrete system. Controls load transfer through the outsole structure.
추가 사용은 고령화 인구에서 과도한 스트레스를 받는 골격 구조의 정형 외과적 요구를 해결한다. 해결된 사회적 요구는 무릎, 발목 및 아킬레스 건에 대한 외상성 부상의 가능성을 줄이고, 반복적인 하중 부상을 줄이는 것 뿐만 아니라 발의 불편함과 피로, 당뇨병 환자의 발 자극, 재활을 촉진하고 족저 근막염(plantar fasciitis) 과 같은 질병 가능성을 줄이는 것이다. 본 출원에서 힘 완화 기술은 모든 차원 성분 예를 들어, 힘 완화가 예시된 차원에 관계없이 측방, 내측, 앞, 후미 및 수직에 적용할 수 있다는 점에 더 유의해야 한다.Further use addresses the orthopedic needs of overstressed skeletal structures in an aging population. Addressed social needs include reducing the likelihood of traumatic injuries to the knee, ankle, and Achilles tendon, reducing repetitive load injuries, as well as promoting foot discomfort and fatigue, foot stimulation in diabetic patients, rehabilitation, and preventing plantar fasciitis. ) to reduce the likelihood of diseases such as It should be further noted that the force relaxation techniques in this application are applicable to all dimensional components, eg, lateral, medial, anterior, aft and vertical, irrespective of the dimension in which the force relaxation is illustrated.
본 출원의 구성은 풋웨어가 종종 최소 하중 흡수 재료 또는 구조를 포함하고 존재하는 것은 종래의 스프링 응답을 따른다는 관찰에 부분적으로 기초한다. 불행하게도, 종래의 접근법은 실질적으로 선형인 힘/변위 곡선을 갖는 종래의 스프링 응답이 최대 변위에 빠르게 접근하여 높은 충격력(impact force)이 종종 거의 완화 없이 착용자에게 전달된다는 단점이 있다. 즉, 기존의 신발 구조에 자주 사용되는 고무 또는 발포체(foam) 층을 사용하는 기존의 활동적인 풋웨어는 잠재적으로 유해한 하중의 전달을 완화하기에 충분하지 않다. 최대 압축 임계값에 빠르게 도달하고 신발 밑창은 완화 능력이 거의 또는 전혀 없이 하중을 전달하기 위한 실질적으로 중실(solid)의, 비탄성적인 재료 역할을 한다.The construction of the present application is based, in part, on the observation that footwear often includes minimal load absorbing materials or structures and that what is present follows a conventional spring response. Unfortunately, the conventional approach has the disadvantage that the conventional spring response with a substantially linear force/displacement curve approaches the maximum displacement quickly so that high impact forces are often transmitted to the wearer with little relief. That is, conventional active footwear using rubber or foam layers often used in conventional shoe construction is not sufficient to mitigate the transfer of potentially harmful loads. The maximum compression threshold is quickly reached and the shoe sole serves as a substantially solid, inelastic material to transfer the load with little or no relief capacity.
본 출원의 구성은 힘을 흡수하고 갑작스럽거나 최대 충격을 피하기 위해 시간이 지남에 따라 저장된 힘을 천천히 방출하는 변형 가능한 재료에 의해 정의된 탄성 필드(elastic field)를 사용한다. 탄성 필드는 종방향(longitudinal direction)을 따라 변형 또는 "벤딩(bend)"되는 변형 가능한 부재를 사용하거나 수축 채널 및 압축성 재료 스프링 시스템 (CSS)을 사용하여 채널 지오메트리에 의해 제어되는 변형 구역이 있도록 깔때기 유사 전이 구간(funnel-like transition)으로 좁아지는 채널로 폴리머 발포체(polymer foam)와 같은 압축성 재료를 인출(draw), 끌어 당기거나(pull) 밀어 넣을 수(push) 있다. 구성은 탄성 재료의 일부가 층 사이의 이동에 의해 변형되고 탄성의 다음 부분이 유사한 양만큼 변형될 때 거의 동일한 변형으로 유지되도록 될 수 있다. 또는 캠 시스템(cam system)을 사용하여 층 사이의 이동으로 스프링을 변형하여 비선형 하중 변위 동작을 달성할 수 있다. The configuration of the present application uses an elastic field defined by a deformable material that absorbs the force and slowly releases the stored force over time to avoid sudden or maximum impact. The elastic field uses a deformable member that deforms or “bends” along the longitudinal direction, or funnels such that there is a zone of deformation controlled by the channel geometry using a retractable channel and a compressible material spring system (CSS). A channel that narrows with a funnel-like transition allows drawing, pulling, or pushing of a compressible material such as a polymer foam. The configuration may be such that when a portion of the elastic material is deformed by movement between the layers and the next portion of the elastic material is deformed by a similar amount, it remains at about the same deformation. Alternatively, a cam system can be used to deform the spring as it moves between layers to achieve a non-linear load displacement action.
개시된 시스템은 분할 밑창 신발 구조 사이 또는 이를 통해 힘을 조절하도록 적응되고, 저장 에너지의 압축 및 방출의 적시성 (속도) 및 크기에 대해 수정되거나 튜닝될 수 있다. 따라서, 본 출원의 구성은 신발 밑창에 캡슐화되도록 패키징된 탄성 필드 또는 스프링 구조를 포함하는 힘 흡수 및 완화 시스템을 개시함으로써 상기 단점을 실질적으로 극복한다. 마찰과 결합할 수 있는 탄성 필드,스프링 시스템은 초기 변위 비례 응답에 이은 증가된 강성보다는 평탄하거나 다른 비선형 응답을 나타내므로 갑작스럽거나 충격적인 하중은 부상과 관련된 경향이 있는 하중을 완화하기 위한 변위와 같이 일정하거나 제어된 힘 응답으로 충족된다.The disclosed systems are adapted to modulate forces between or through split sole shoe structures, and can be modified or tuned for timing (rate) and magnitude of compression and release of stored energy. Accordingly, the configuration of the present application substantially overcomes the above disadvantages by disclosing a force absorbing and relieving system comprising an elastic field or spring structure packaged to be encapsulated in a shoe sole. An elastic field that can be combined with friction, a spring system exhibits a flat or other non-linear response rather than an initial displacement proportional response followed by increased stiffness, so sudden or shock loads are constant, such as displacements to relieve loads that tend to be injured. or a controlled force response.
본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적, 피처 및 이점은 유사한 참조 문자가 상이한 도면에 걸쳐 동일한 부분을 지칭하는 첨부 도면에 예시된 바와 같이 본 발명의 특정 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면은 반드시 축척에 맞게 도시된 것은 아니며, 대신 본 발명의 원리를 설명할 때 강조되어있다.
도 1은 둘레 기반(perimeter-based) 신발 밑창 힘 완화 접근법의 사시도이다.
도 2는 본 출원의 접근에 의해 완화된 해로운 힘의 힘/성능 그래프이다.
도 3a-3b는 도 1에서와 같이 탄성 필드(elastic field)에 의해 구현된 힘 완화 곡선을 도시한다.
도 4는 본 출원에 개시된 힘 완화 구조를 포함하는 분할 밑창 신발 시스템(split sole shoe system)의 측면도이다.
도 5는 일정한 힘 탄성 필드 힘 스프링 저장에 대한 경사 평면 접근을 도시한다.
도 6a-6d는 도 4의 분할 밑창 인터페이스의 힘 완화 구조에서 도 5에서와 같은 경사 표면을 도시한다.
도 7a 및 7b는 도 4의 분할 밑창 인터페이스에서 힘 완화 구조에 대한 딤플 접근법을 도시한다.
도 8은 핀서 엘리먼트(pincer element)를 사용하는 대안적인 힘 완화 구조를 도시한다.
도 9a-9e는 도 4의 분할 밑창 인터페이스에서 힘 완화 구조에 핀서 구현을 도시한다.The foregoing and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of specific embodiments of the invention, as illustrated in the accompanying drawings in which like reference characters refer to like parts throughout different drawings. The drawings are not necessarily drawn to scale, emphasis instead being placed upon illustrating the principles of the invention.
1 is a perspective view of a perimeter-based shoe sole force relief approach;
2 is a force/performance graph of detrimental forces mitigated by the approach of the present application.
Figures 3a-3b show force relaxation curves realized by an elastic field as in Figure 1;
4 is a side view of a split sole shoe system including a force relief structure disclosed herein;
5 shows an oblique plane approach to constant force elastic field force spring storage.
Figures 6a-6d show the inclined surface as in Figure 5 in the force relief structure of the split sole interface of Figure 4;
7A and 7B illustrate a dimple approach to the force relief structure at the split sole interface of FIG. 4 ;
8 shows an alternative force relief structure using a pincer element.
9A-9E show a pincer implementation in the force relief structure at the split sole interface of FIG. 4 ;
아래 구성은 스프링 구조 또는 이의 시스템의 변위에 의해 신발을 통해 발로의 하중 전달을 제어하는 디바이스, 구조 및 메커니즘을 구성하는 접근 방식을 보여준다. 본 출원의 구성은 원하는 응답 특성을 가진 스프링 시스템을 형성하기 위해 스프링 조합을 사용한다. 동시에 출원된 "FOOTWEAR FORCE MITIGATION ASSEMBLY"라는 제목의 출원중인 출원 <Insert WPI18-19 App. #>에 논의된, 힘 완화 구조 및 다른 구조는 슬라이딩 가능한 밑창 컴포넌트를 함께 홀딩하고 캡슐화하는 밑창 시스템에 사용된다.The configuration below shows an approach to constructing devices, structures, and mechanisms that control the transfer of load through a shoe to the foot by displacement of a spring structure or system thereof. The configuration of the present application uses a combination of springs to form a spring system with the desired response characteristics. Simultaneously filed, pending application entitled "FOOTWEAR FORCE MITIGATION ASSEMBLY" <Insert WPI18-19 App. #>, force relief structures and other structures are used in sole systems that hold and encapsulate slidable sole components together.
아래 설명은 일반적인 사용에 필요한 하중을 전달하면서, 신발 밑창에서 전달되는 측방 및 비틀림 (트위스팅) 힘의 유해한 전달을 완화하기 위해 일정한 힘, 실질적으로 일정한 힘 또는 비선형 스프링 구조를 사용하여 분할 밑창 신발 구성을 구현하기 위한 풋웨어 기기 또는 신발의 예를 제공한다. 일정한 그리고 비선형 힘 스프링 시스템을 포함하는 어셈블리는 반력(counterforce)이 세장(elongated)되거나 수축된 스프링의 길이가 아닌 맞물린 탄성 필드의 영역을 기반으로 하는 탄성 필드 접근 방식을 구현한다. 선형 힘 응답을 발휘하기 위한 개시된 탄성 필드 일정 힘 스프링은 청구된 접근 방식에서 벗어나지 않고 대안적인 상황에서도 적용 가능하다.The description below describes the construction of a split sole shoe using a constant force, substantially constant force, or non-linear spring structure to mitigate the deleterious transmission of lateral and torsional (twisting) forces transmitted from the shoe sole, while carrying the load required for normal use. An example of a footwear device or shoe to implement is provided. Assemblies comprising constant and non-linear force spring systems implement an elastic field approach where the counterforce is based on the area of the meshed elastic field rather than the length of the elongated or retracted spring. The disclosed elastic field constant force spring for exerting a linear force response is also applicable in alternative situations without departing from the claimed approach.
도 1은 둘레 기반(perimeter-based) 신발 밑창 힘 완화 접근법의 사시도이다. 도 1에서, 신발 밑창 표면 주위에 원주 방향으로 배열된 탄성 빔(resilient beam)의 형태로 주변 빔 구조의 사시도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 주변 빔 구조 (100)는 풋웨어 기기의 형태로 주변 (112) 둘레에 배치된 복수의 빔(beam) (120)을 갖는 하단 평면 표면 (110)을 포함한다. 대안적으로, 빔의 다양한 길이, 단면, 곡률 및 합성물을 포함하는 재료가 원하는 응답의 티어(tier) 임계값 및 속성에 따라 사용될 수 있다. 빔 (120)은 하단 평면 (110)으로부터 직각으로 연장되고, 아래에서 더 논의되는 상단 평면과 슬라이드 식으로 맞물리도록 적응되며, 풋웨어 형상이 절단될 수 있는 탄성 재료 시트 또는 균질한 몰딩 (102)으로 형성될 수 있다.1 is a perspective view of a perimeter-based shoe sole force relief approach; 1 , a perspective view of a peripheral beam structure is shown in the form of a resilient beam arranged circumferentially around a shoe sole surface. Referring to FIG. 1 , a
도 2는 본 출원의 접근법에 의해 힘을 완화하기 위해 흡수된 잠재적으로 유해한 에너지의 하중 변위, 성능 그래프이고, 본 출원의 구성에서 구현된 제어 및 부상 임계값을 보여준다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 힘 그래프 (168)는 수직 축 (174) 상의 하중과 수평 축 (176) 상의 대응하는 변위 사이의 관계를 보여준다. 부상 임계값 (170)은 하단 평면 (110) (지면 또는 플레이 표면)에 맞닿은 신발 밑창의 과도한 힘에 의해 정의되며, 여기서, 과도한 하중 또는 하중들의 조합은 바람직하지 않는 수준의 하중을 착용자 인터페이스로 전달한다. 이러한 임계값은 개념적이며 정량화하기 어렵지만, 높은 에너지와 스포츠는 착용자가 뛰고, 방향을 바꾸고, 점프하고, 트위스트 할 때 신발과 플레이 표면 사이에 하중을 부과할 수 있다. 보통 수준의 하중은 밑창을 통해 플레이 표면으로 확고한 전달을 유지한다. 일부 임계값에서, 이러한 힘은 완화되지 않을 경우, 발, 발목 또는 다리 뼈, 근육, 인대, 반월상 연골(meniscus) 또는 힘줄과 같은 해부학적 구조에 하중을 전달하여 부상을 일으킬 수 있기에 충분하다. 이는 개시된 하중 완화 구조가 해결하고자 하는 하중이다.2 is a load displacement, performance graph of potentially harmful energy absorbed to relieve force by the approach of the present application, and shows the control and levitation thresholds implemented in the configuration of the present application. 1 and 2 , a force graph 168 shows the relationship between the load on the
제어 임계값 (172)은 잠재적인 외상성 부상에 대한 완화가 발생하기 시작하는 하중을 정의한다. 지속적인 에너지 전달은 외상성 부상 임계값 (170)에 미치지 못하게 힘을 완화하여 외상성 부상을 방지하도록 외상성 부상 임계값 아래로 점진적으로 더 큰 변위를 일으킨다. 완화는 제어 임계값 (172)보다 작은 측방-내측, 전방-후방 및 회전 하중이 허용되도록 하는 것이고, 제어 임계값 (172) 보다 큰 공칭 수직 축에 대한 공칭 수평 하중 및 회전 토크는 (177)에서 부상 임계값을 교차할 때까지 라인 (175’)에 의해 도시된 부상 임계값 (170)에 도달하는 하중에 도달하기 전에 라인 (175)로 표시된 하중 완화 구조에 의해 흡수된다.
본 출원에 정의된 신발은 착용자의 발과 신발이 전개되는 표면 사이에 배치되는 임의의 종류의 풋웨어를 포함한다. 운동 예가 본 출원에 묘사되어 있지만, 전개는 걷기, 달리기, 하이킹, 등반과 같은 임의의 보행 활동 또는 바닥, 지면 또는 플레이 표면과의 하중을 견디는 상황에서 착용자의 발과 발목을 배치하는 임의의 사용일 수 있다. 본 출원의 예에 의해 명백한 바와 같이, 발과 발목은 임의의 보행 활동 동안 착용자의 골격 프레임에 대한 힘의 초점을 정의하고, 따라서 본 출원에 개시된 힘 완화의 타겟이 된다. 특히, 본 출원의 구성은 이러한 활동이 인간 능력의 극한 임계값을 추구하는 힘을 생성하기 때문에 고 충격 운동에 유익하다. 특히 대학 및 전문직 수준에서 스포츠 관련 부상에 대한 언론의 상당한 관심이 집중되고 있으며, 결과적으로 재활 및 불법적 누락에 대한 금전적 측면이 스포츠 관리 기관의 관심을 끌었다. 반복적인 하중 부상으로 이어질 수 있는 낮은 하중을 완화하기 위해 동일하거나 유사한 구조가 조정될 수 있다.A shoe as defined in this application includes any kind of footwear disposed between the wearer's foot and the surface on which the shoe is deployed. Although examples of motion are depicted in this application, deployment can be any gait activity, such as walking, running, hiking, climbing, or any use of positioning the wearer's feet and ankles in a load-bearing situation with the floor, ground, or play surface. can As is evident by the examples in this application, the foot and ankle define the focus of force on the skeletal frame of the wearer during any gait activity, and thus are the target of force relaxation disclosed herein. In particular, the configuration of the present application is beneficial for high-impact exercise because these activities generate forces that seek the extreme thresholds of human ability. Significant media attention has been focused on sports-related injuries, especially at the university and professional level, and consequently the financial aspects of rehabilitation and illegal omissions have attracted the attention of sports management agencies. Identical or similar structures can be adapted to mitigate low loads that can lead to repetitive load injuries.
도 3a 및 3b는 도 2에서와 같이 탄성 필드에 의해 구현된 힘 완화 곡선을 도시한다. 도 3a는 종래 기술의 힘 변위 성능의 그래프이다. 종래의 스프링 접근법에서, 연장된 스프링의 힘 (210)은 스프링의 변위 (212)에 따라 증가한다 (라인 (214)). 스프링에 연결된 물체의 계속적인 변위를 위해서 증가하는 수준의 힘이 필요하며 해제시 상보적인 복원력이 발생한다.Figures 3a and 3b show the force relaxation curves realized by the elastic field as in Figure 2; 3A is a graph of prior art force displacement performance. In the conventional spring approach, the force 210 of the extended spring increases with the displacement 212 of the spring (line 214 ). An increasing level of force is required for the continuous displacement of an object connected to the spring, and a complementary restoring force is generated upon release.
도 3b는 본 출원에 정의된 일정한 또는 비선형 하중 스프링 응답의 그래프이다. 도 3a의 스프링과 대조적으로 탄성 필드는 변위 (222)에 필요한 힘 (220)이 라인 (224) 그래프로 표시된 (초기 압축 기간 이후) 변위 거리에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지되도록 일정하거나 비선형 하중 스프링을 정의한다.3B is a graph of a constant or non-linear load spring response as defined herein; In contrast to the spring of Figure 3a, the elastic field is a constant or non-linear load spring such that the
개시된 분할 밑창 (층상화된(layered)) 신발 시스템은 두 개의 컴포넌트로 구상될 수 있는데, 하나는 외부 환경과 인터페이스하기 위한 것이고 다른 하나는 발을 홀딩하기 위한 것이다. 이 두 컴포넌트 사이에는 하중 전달을 제어하는 시스템이 있다. The disclosed split sole (layered) footwear system can be envisioned as two components, one for interfacing with the external environment and one for holding the foot. Between these two components is a system that controls the load transfer.
두 개의 독립적인 시스템이 있다.There are two independent systems.
하나의 시스템은 공칭 수직 축에 대한 토크를 포함하여 공칭 수평 하중을 제어하기 위해 신발 밑창에 있는 두 개의 상호 슬라이딩 가능한 층 사이에 있다. 발 아래에 있는 슬라이딩 가능한 층은 저 마찰 인터페이스를 통해 수직 하중을 전달해야 한다.One system is between two mutually slidable layers on the sole of a shoe to control a nominal horizontal load, including torque about a nominal vertical axis. The slidable layer under the foot must transmit the vertical load through the low friction interface.
또 다른 시스템은 신발 밑창과 풋베드(footbed) 사이의 공칭 수직 하중 전달을 제어한다. 이 수직 시스템은 일종의 서스펜션 시스템(suspension system)이다. 풋베드를 지지하는 이 수직 스프링 시스템은 뒤꿈치 측면에 위치하거나 앞쪽, 내측 및 측방에 위치하거나 이들의 조합일 수 있다.Another system controls the nominal vertical load transfer between the shoe sole and the footbed. This vertical system is a kind of suspension system. This vertical spring system supporting the footbed may be located on the side of the heel, anteriorly, medially and laterally, or a combination thereof.
내측 및 측방에 배치된 이러한 비선형 스프링 시스템은 현재 신발의 수직 흡수 시스템보다 수직 하중을 측방 및 내측에 더 유사하게 유지함으로써 풋베드를 회전으로 틸팅하고 고르지 않은 지형을 평평하게 하는 역할을 할 수 있다. 기존의 접근 방식은 이러한 뱅킹(banking) 및 평준화 능력을 다루지 않는다.These non-linear spring systems placed on the medial and lateral sides can serve to rotationally tilt the footbed and flatten uneven terrain by keeping vertical loads more similar to the lateral and medial side than the vertical absorbent systems in current shoes. Existing approaches do not address these banking and leveling capabilities.
이 수직 시스템은 또한 외상성 부상을 유발하거나 원인이 될 수 있거나 또는 낮은 하중에서 비선형 스프링 시스템으로 반복적인 하중 부상을 유발할 수 있는 수직 하중을 완화할 수 있다.This vertical system can also relieve vertical loads that can cause or contribute to traumatic injuries or that can cause repetitive load injuries with non-linear spring systems at low loads.
이 두 시스템은 본질적으로 독립적이며 별도로 또는 함께 사용할 수 있다. 일부 실시예에서 풋베드를 지지하는 수직 스프링 시스템은 수평 시스템의 최상부에 위치될 수 있다. 이러한 시스템은 외부 치수, 밑창 두께 또는 무게를 현저하게 증가시키지 않고 신발 밑창에 통합되는 것이 바람직하다.These two systems are essentially independent and can be used separately or together. In some embodiments, the vertical spring system supporting the footbed may be located on top of the horizontal system. It is desirable for such a system to be integrated into a shoe sole without significantly increasing external dimensions, sole thickness or weight.
외상성 부상 가능성을 줄이기 위한 대응은 일상적인 놀이나 작업에 필요한 하중을 제한해야 한다. 이러한 상황에서 신발은 모든 평범한 놀이, 기동 및 작업에 대해 평범한 신발처럼 느껴질 수 있다. 반복적인 하중 부상을 줄이고 편안함, 재활, 당뇨병 환자 및 족저 근막염을 위해, 대응은 낮은 하중에서 단기간 충격을 흡수하기 위해 더 낮은 하중에 있을 수 있다.Responses to reduce the likelihood of traumatic injury should limit the load required for daily play or work. In these situations, the shoe can feel like an ordinary shoe for all ordinary play, maneuvers and tasks. For reducing repetitive load injuries and for comfort, rehabilitation, diabetics and plantar fasciitis, the response can be at lower loads to absorb short-term shocks at lower loads.
도 4는 본 출원에 개시된 힘 완화 구조를 포함하는 분할 밑창 신발 시스템의 측면도이다. 도 4는 풋웨어 물품 (151) (신발)에서 동일 평면 이동을 조절하기 위해 배치된 하나 이상의 힘 완화 구조 (150-1..150-3) (전체적으로 150))를 포함하는 밑창 평면 (80)을 도시한다. 도 1에 도시된 원주 방향 힘 완화 빔과 대조적으로, 밑창에 배치된 힘 완화 구조 (150)는 풋웨어에 과도한 높이 제약을 부과하는 것을 피하기 위해 높이가 제한된다. 힘 완화 구조 (150)는 임의의 적절한 탄성 필드 배열, 구조 또는 어셈블리, 예를 들어, 아래에서 더 논의되는 딤플 및 범프, 채널 스프링, 핀서(pincer) 등을 포함한다. 또한, "스프링"의 정의는 힘과 거리에 따라 운동 에너지를 저장하고 방출하는 데 적합한 물체 또는 디바이스를 의미하며, 코일형 또는 나선형 금속일 필요가 없고 오히려 본 출원에 개시된 바와 같이 탄성 필드와 조정 가능한 응답을 포함한다. 4 is a side view of a split sole shoe system including a force relief structure disclosed herein; 4 shows a
풋웨어 물품 (151)은 착용자와 연통하는 상단 밑창 (80-1), 및 지면에 맞닿은 풋웨어의 움직임에 응답하여 지면으로부터 힘을 수신하도록 적응된 하단 밑창 (80-2)을 포함하는 충격 흡수 풋웨어 기기를 정의한다. 힘 완화 구조 (150-N)는 변형될 때 탄성 필드를 정의하는 변형 가능한 부재 (50)를 포함하여 상단 밑창과 하단 밑창 사이의 탄성 필드 인터페이스 (62)를 정의한다. 상단 밑창 (80-1) 및 하단 밑창 (80-2)은 동일 평면 배열이고 마찰 슬라이딩 및/또는 힘 완화 구조 (150)를 통해 평행 변위에 적응되며, 여기서 탄성 필드 인터페이스 (62)가 수신된 힘을 상단 밑창과 하단 밑창 사이에 전달하기 위해 배치된다. 즉, 상단 밑창 (80-1)은 하단 밑창 (80-2) 위에 지탱되고, 밑창 영역의 어떤 부분 또는 영역이 특정 힘 완화 구조에 의해 지지되지 않는 것은 마찰 맞물림에 의해 가이드되는 하단 밑창의 일부에 놓인다. 운동의 모든 성분 (전방, 후방, 왼쪽 및 오른쪽 측방 및 수직)를 처리할 수 있지만 탄성 필드 인터페이스는 지면으로부터 받은 힘에 응답하여 변형 가능하며, 여기서 수신된 힘은 밑창 (80)에 의해 정의된 평면에서 탄성 필드 인터페이스의 변형에 의해 상단 밑창 및 하단 밑창을 정렬되지 않게 배치하는 경향이 있다. 이것은 일반적으로 지면에 평행한 실질적인 성분을 갖는 힘의 측면 성분으로 특성화되지만, 수직 힘에 대항하기 위해 탄성 필드가 배치될 수 있다.The article of
하나 이상의 변형 가능한 부재 (50)는 높이가 아니라 재료의 단면 및 탄성에 의해 조절되는 탄성 필드(elastic field)를 정의한다. 다시 말하면, 콤팩트 한 변형 가능한 부재 (50)는 더 넓고, 반드시 더 높지 만은 않은 단면을 통해 힘 완화를 달성할 수 있고, 따라서 분할 밑창의 층 (80) 사이에 장착하기에 적합한 낮은 프로파일에서 적절한 반력(counterforce)을 달성할 수 있다. The one or more
추가 피처는 하중 완화 후 변형되지 않은 위치로의 복귀를 수반한다. 이 피처는 슬라이딩 인터페이스에서 마찰 및 선형 리턴 스프링의 조합을 통해 하중을 제한하는 것을 조합한다. 예를 들어, 이것은 상단 층 및 하단 층에 부착되거나 일체화된 클리트(cleat)에 부착된 고무 밴드를 조합할 수 있으며, 슬라이딩 가능한 인터페이스를 확장하여 설계된 특정 마찰 계수를 갖도록 설계된 인터페이스와 조합될 수 있고, 인터페이스 또는 특히 선택된 재료의 특정 거칠기가 있을 수 있다. 많은 경우, 변형된 부재가 변형되지 않은 상태로 자연스럽게 복귀하면 이를 달성할 수 있다. 하중은 비선형 스프링 시스템에서 처럼 제한되지 않는다. 마찰 계수를 제한하면 슬라이딩 가능한 인터페이스에 수직 및 접선 하중 비율이 제한되며 이는 하중 제한과 동일하지 않다. 이상적으로는, 이러한 마찰 시스템은 플레이어의 체중에 "자체 조정(self adjust)"된다. 얇아서 체조나 축구와 같은 스포츠에 유용하다.An additional feature entails a return to an undeformed position after load relaxation. This feature combines limiting the load through a combination of friction and linear return springs at the sliding interface. For example, it may combine a rubber band attached to a cleat that is attached to or integrated with a top layer and a bottom layer, and it can be combined with an interface designed to have a specific coefficient of friction designed to extend the slidable interface, There may be a specific roughness of the interface or in particular of the selected material. In many cases, this can be achieved if the deformed member naturally returns to its undeformed state. The load is not limited as in non-linear spring systems. Limiting the coefficient of friction limits the normal and tangential load ratios on the slidable interface, which is not the same as load limiting. Ideally, this friction system would "self adjust" to the player's weight. Because it is thin, it is useful for sports such as gymnastics and soccer.
도 5를 참조하면, 탄성 필드 (42)는 변형 부재 (444)를 형성하는 압축성 발포체와 같은 탄성 및/또는 변형 가능한 재료에 의해 정의된다. 탄성 필드에서 재료의 압축 또는 변형은 각각의 증분 변위로 변형되는 탄성 필드의 속성과 크기에 의해 정의된 일정한 저항 또는 스프링과 같은 힘을 생성한다. 힘 완화 구조 (150)는 경사 표면 (452)에 의해 정의되는 테이퍼진 영역 (442)을 더 포함한다. 탄성 필드 (42)는 변형 부재 (444)가 압축되는 테이퍼진 영역 (442) 내의 변형 부재 (444)의 일부를 포함한다. 따라서 테이퍼진 영역 (442)은 더 큰 단면의 영역과 경사 표면 (452)에 의해 측정된 축소된 단면의 영역을 갖는다. 테이퍼진 영역 (442)에 위치된 변형 부재 (44)는 수신된 힘 (446)에 응답하여 더 큰 단면의 영역으로부터 감소된 단면의 영역으로 배치되도록 적응된다. 탄성 필드 크기를 일정하게 유지함으로써, (인가된 힘 (446)에 대한) 반력도 일정하다. 따라서, 변형 부재 (444)를 정의하는 비 압축 발포체가 경사진 표면 (452)에 맞닿은 강성 채널을 통해 당겨질 때, 일정하거나 원하는 비선형, 반력이 변위에 응답하여, 그렇지 않으면 유해한 하중에 원인이 될 수 있는 에너지를 흡수한다. Referring to FIG. 5 , the
도 6a-6d는 도 4의 분할된 밑창 인터페이스의 힘 완화 구조에서 도 5에서와 같은 경사 표면을 도시한다. 도 6a-6d는 도 4의 구조에서 일정한 힘 탄성 필드 힘 스프링 저장소에 대한 경사면 접근을 보여준다. 상단 밑창 (80-1)과 하단 밑창 (80-2)는 대향 평행 평면을 정의하고, 탄성 인터페이스는 액츄에이터가 변형 부재를 변형하기 위해 수신된 힘을 전달하는 데 반응하도록 대향 평행 평면 중 하나에 부착된 액추에이터 및 반대 평행 평면 중 다른 하나에 부착된 변형 부재에 의해 정의된다.6a-6d show the inclined surface as in FIG. 5 in the force relief structure of the segmented sole interface of FIG. 4 ; Figures 6a-6d show an inclined plane approach to the constant force elastic field force spring reservoir in the structure of Figure 4; The upper sole 80-1 and the lower sole 80-2 define opposing parallel planes, and the resilient interface attaches to one of the opposing parallel planes such that the actuator responds to transmitting a received force to deform the deformable member. defined by an actuator and a deformable member attached to the other of opposing parallel planes.
도 4 내지 도 6d를 참조하여, 액추에이터를 정의하는 중실 부재(solid member) (450)는 경사 표면 (452)에 의해 둘러싸인 원주 방향 오목부(recession) (460)에 존재한다. 중실 부재 (450)는 상단 밑창 (80-1)에 접착되고, 오목부 (460)는 하단 밑창 (80-2)에 있다. 테이퍼진 영역 (442)은 수신된 힘 방향 (46)에 응답하여 압축을 위해 중실 부재 (450)와 슬라이드 가능하게 연통하는 적어도 하나의 경사 표면 (452)을 갖는 공동(cavity)에 의해 정의된다. 상단 밑창 (80-1)과 하단 밑창 (80-1) 사이의 슬라이드 가능한 인터페이스는 또한 마찰 성분으로 탄성 필드 인터페이스를 보완하기 위해 사용될 수 있다.4-6D , a
도 6a-6d의 접근법은 압축이 발생하는 탄성 필드를 정의하는 순응성 영역에 의해 둘러싸인 비교적 변형 불가능한 돌출부를 묘사한다. 아래의 다른 딤플 접근법은 압축이 발생하는 변형 가능한 베드에 장착된 상태에서 오목부로 이동하는 강성 돌출부를 묘사한다.The approach of FIGS. 6A-6D depicts a relatively undeformable protrusion surrounded by a conformable region that defines an elastic field in which compression occurs. Another dimple approach below depicts a rigid projection moving into a recess while mounted on a deformable bed where compression occurs.
딤플 캠과 범프의 버전은 이전에 신발에 대해 개시되었으며 향후 개시될 다른 스프링 시스템과 함께 사용될 수 있다. 딤플 캠 및 범프 시스템은 높은 초기 강성을 가질 수 있으며 딤플 캠의 중심에서 범프의 초기 변위 후 제어된 하중 전달 기능을 제공하여 분리할 수 있다.Versions of the dimple cam and bumps have been previously disclosed for footwear and may be used with other spring systems to be disclosed in the future. The dimple cam and bump system can have a high initial stiffness and can be separated by providing a controlled load transfer function after the initial displacement of the bump from the center of the dimple cam.
두 종류의 스프링의 조합, 하나는 인장력과 변위에 대해 거의 선형이고, 두 번째는 처음에는 뻣뻣하고, 아마도 조정 가능하며, 초기에는 작은 변위로 하중이 크게 증가한 다음 더 부드럽거나 심지어 음이 되도록 조정할 수 있고, 즉, 변위가 증가함에 따라 감소하는 하중과 조합할 수 있는 가능성을 포함한다. 두 스프링의 조합은 초기에 뻣뻣하고 그런 다음 실질적으로 일정한 스프링 시스템에 응답하여 발생할 것이다. 이 시스템 응답은 처음에는 원하는 제어 하중을 전달하기 위해 뻣뻣할 수 있으며, 그런 다음 에너지를 흡수하고 과하중으로 인한 외상성 부상을 유발할 수 있는 하중을 줄이기 위해 일반 제어 하중 바로 위에서 거의 일정하다. 반복적인 유형의 부상과 피로로 이어질 수 있는 작은 충격을 흡수하도록 조정될 수도 있다.A combination of two kinds of springs, one that is almost linear with respect to tension and displacement, the second is stiff at first, possibly adjustable, initially with a small displacement that increases the load significantly and then can be adjusted to be softer or even negative. that is, including the possibility of combining with a load that decreases as the displacement increases. The combination of the two springs will occur in response to a spring system that is initially stiff and then substantially constant. This system response can be stiff at first to transmit the desired control load, then is almost constant just above the normal control load to absorb energy and reduce the load that can cause traumatic injury due to overloading. It can also be adapted to absorb small shocks that can lead to repetitive types of injuries and fatigue.
형상화된 딤플 캠 및 범프, 비선형, 공칭 수평 스프링은 두 개의 인터페이싱, 맞물림 컴포넌트로 구성된다. 한쪽에는 특수한 형상의 딤플 또는 일종의 캠 표면 역할을 하는 함몰이 있는 공칭 평면 또는 규칙적인 곡면이 있는 엘리먼트가 있다. 이 딤플 캠(dimple-cam)은 유사 평면이거나 규칙적으로 곡면이 있는 카운터 면에 돌출부 또는 범프를 포함하는 엘리먼트와 인터페이스한다. 두 엘리먼트의 대향 표면은 Teflon®과 같이 마찰이 적고 비교적 뻣뻣해야 한다. 범프는 딤플 방향으로 탄력이 있고, 하나는 딤플 캠이 있고 다른 하나는 범프가 있는 두 개의 슬라이딩 가능한 표면에 수직이다. 범프는 딤플에 맞닿아 예압(preload)을 가질 수 있다. 스프링은 범프를 함유하는 엘리먼트에 통합될 수 있다. 예를 들어, 엘리먼트를 통해 거의 평행한 두 개의 슬롯을 포함하거나 범프의 어느 한쪽에 딱딱한 표면 층을 포함하여 리프 스프링(leaf spring)이 될 수 있다. 나머지 컴포넌트에 링크하는 여러 개의 브리지(bridge), 밧줄(tether) 또는 인대가 있을 수 있으며, 각각의 브리지 또는 인대는 트램폴린(trampoline)에서 스프링처럼 작동한다. 범프는 웨이브 스프링과 같은 스프링 또는 단독으로 또는 리프 또는 브리지 인대 스프링과 조합하여 작동할 수 있는 발포체와 같은 스프링 재료에 의해 뒤에서 지지될 수도 있다. 이들 스프링은 공칭 수직으로 반응하는 반면 범프는 딤플에 맞닿아 공칭 수평으로 변위된다.A shaped dimple cam and bump, non-linear, nominally horizontal spring consists of two interfacing, engaging components. On one side are elements with a nominally flat or regular curved surface with specially shaped dimples or depressions that act as a kind of cam surface. This dimple-cam interfaces with an element comprising protrusions or bumps on a counter-surface that are pseudo-planar or regularly curved. The opposing surfaces of the two elements should be relatively stiff with low friction, such as Teflon®. The bumps are resilient in the dimple direction, perpendicular to two slidable surfaces, one with the dimple cam and the other with the bump. The bump may have a preload against the dimple. A spring may be incorporated into the element containing the bump. For example, it can be a leaf spring that includes two slots that are nearly parallel through the element or includes a hard surface layer on either side of the bump. There may be multiple bridges, tethers or ligaments that link to the rest of the components, each bridge or ligament acting like a spring on a trampoline. The bumps may be supported on the back by a spring such as a wave spring or a spring material such as a foam that can act alone or in combination with a leaf or bridge ligament spring. These springs respond nominally vertically while the bumps are displaced nominally horizontally against the dimples.
딤플과 범프에 대한 공칭 수평 하중-변위 관계는 주로 딤플의 형상과 범프 형상에 의해 조정되거나 제어될 수 있다. 일 실시예는 범프의 적어도 일부의 곡률 또는 형상과 일치하는 딤플에 비교적 꼭 맞는(tight-fitting) 포켓을 가질 수 있다. 이것을 변위시키기 위한 측방 하중은 상대적으로 높을 것이고, 스프링의 초기 고 강성 부분을 제공한다. 이것은 인터페이스의 딤플 캠과 범프의 꼭 맞는 영역의 범위에 의해 조정될 수 있다. 후속 하중-변위 관계는 초기 포켓을 넘어선 딤플 캠의 곡률 또는 형상에 의해 조정될 수 있다. 형상은 방향의 함수로서 하중-변위 관계에 대한 다양한 튜닝 가능성을 제공하여 다른 방향에서 다를 수 있다. 더 작은 경사는 공칭 수평 변위에 대한 더 낮은 강성에 해당한다. 딤플에서 범프의 변위 방향에서 경사의 가파른 정도와 범프를 지지하는 공칭 수직 스프링의 강성은 시스템의 강성을 제어한다. 곡률은 대략적인 경사 변화이다. 변위 방향의 딤플 곡률, 범프 접촉 부분의 대략적인 최대 곡률, 범프를 지지하는 스프링 시스템의 수직 강성 변화는 변위 동안에 강성 변화를 제어한다.The nominal horizontal load-displacement relationship for dimples and bumps can be adjusted or controlled mainly by the shape of the dimples and the bump shape. One embodiment may have a relatively tight-fitting pocket in the dimple that matches the curvature or shape of at least a portion of the bump. The lateral load to displace it will be relatively high, providing the initial high stiffness portion of the spring. This can be adjusted by the extent of the fit area of the bump and the dimple cam of the interface. The subsequent load-displacement relationship can be adjusted by the curvature or shape of the dimple cam beyond the initial pocket. The shape can be different in different directions, providing various tunability of the load-displacement relationship as a function of direction. A smaller slope corresponds to a lower stiffness to the nominal horizontal displacement. The steepness of the slope in the direction of displacement of the bump at the dimple and the stiffness of the nominal vertical spring supporting the bump control the stiffness of the system. Curvature is the approximate slope change. The dimple curvature in the direction of displacement, the approximate maximum curvature of the bump contact portion, and the vertical stiffness variation of the spring system supporting the bump control the stiffness variation during displacement.
도 7a 및 7b는 도 4의 분할 밑창 인터페이스에서 힘 완화 구조에 대한 딤플 접근을 도시한다. 도 7a 및 7b를 참조하여, 분할 밑창 구현을 위한 탄성 필드는 상단 밑창 (80-1) 및 하단 밑창 (80-2)을 정렬함으로써 힘을 흡수한다. 탄성 필드는 변형 가능한 베드 (450)에 장착된 강성 센터링(centering) 엘리먼트 (350) 및 센터링 엘리먼트 (350)에 맞닿아 배치되고 상단 밑창 (80-1)와 하단 밑창(80-2) 사이의 측방 변위에 응답하여 탄성 필드 (변형 가능한 베드 (450))를 압축하도록 배향된 경사 표면 (352)을 더 포함한다. 도시된 예에서, 변형 가능한 부재는 센터링 엘리먼트 (350) 위에 변형 가능한 베드 (450)를 포함하고 경사 표면 (352)은 중심에서 오목부 (360)에 의해 정의된다. 오목부 (360)는 상단 밑창 및 하단 밑창 (80-1, 80-2)에 의해 정의된 평면 방향에서 수신된 힘에 응답하여 경사 표면 (352)과 맞물리는 센터링 엘리먼트 (350) 주위에 경사를 갖는 원형 딤플 영역이다. 7A and 7B show dimple access to the force relief structure at the split sole interface of FIG. 4 ; 7A and 7B , the elastic field for the split sole implementation absorbs forces by aligning the upper sole 80 - 1 and the lower sole 80 - 2 . The elastic field is disposed against a rigid centering
따라서 센터링 엘리먼트 (350)는 상단 밑창 (80-1)과 하단 밑창 (80-2) 표면 사이의 "딤플형(dimpled)" 배열에서 오목부 (360)에 존재한다. 경사 표면 (352)은 측방 또는 전방/후방 힘에 의해 배치될 때까지 오목부 (360)에서 센터링 엘리먼트 (350)를 유지하는 역할을 하며, 중심 배열을 편향시키기 위해 탄력 밧줄(354) 또는 밴드에 의해 보조된다. 도 7b는 경사 표면 (352) 위에 슬라이드 가능하게 배치된 변위된 센터링 엘리먼트 (350)를 도시하는 한편, 신장된 밧줄 (354')은 중심 위치로 복귀하기 위해 장력을 부과한다. 오목부 크기와 경사 평면의 편차는 적당한 힘에 대한 확고한 제어를 유지하기 위해 상단 밑창(80-1)과 하단 밑창(80-2) 사이에 센터링 편향을 부과할 수 있다.The centering
따라서 탄성 필드 인터페이스는 상단 밑창 (80-1)와 하단 밑창 (80-2) 사이에 배치된 센터링 엘리먼트 (350)가 중심에서 벗어나 압축될 때, 변형 가능한 베드 (450)의 힘 완화 구조 (150) 및 딤플 센터링 엘리먼트 (350)에 의해 정의된다. 변형 가능한 베드 (450)는 힘 완화 구조 (150)의 변형 가능한 부재 (50)이다.Accordingly, the elastic field interface forms the force relief structure 150 of the
딤플은 360 도의 힘을 처리하기 위해 원형 영역을 점유할 수 있다. 상단 밑창 및 하단 밑창 (80-1, 80-2) 사이의 영역에서, 탄성 필드 인터페이스 (62)는 복수의 힘 완화 구조 (150)를 포함할 수 있어서, 각각의 힘 완화 구조는 유효 완화 각도와 복수의 힘 완화 어셈블리를 가져서 상단 밑창 및 하단 밑창 주위의 360도에서 발생하는 수신된 힘을 총괄적으로 커버한다. 다시 말해, 일부 힘 완화 구조는 밑창 (80)을 정의하는 평면의 360도 어디에서나 힘에 대해 작동할 수 있다. 다른 것들은 서브 세트 범위의 힘을 처리할 수 있으며, 모든 방향이 수용되도록 집성될 수 있다.The dimple can occupy a circular area to handle 360 degrees of force. In the region between the upper sole and the lower sole 80 - 1 , 80 - 2 , the elastic field interface 62 may include a plurality of force relief structures 150 , such that each force relief structure has an effective relief angle and an effective relief angle. It has a plurality of force relief assemblies to collectively cover the received force generated in 360 degrees around the upper sole and the lower sole. In other words, some force relieving structures may act on forces anywhere 360 degrees of the plane defining the sole 80 . Others can handle a subset range of forces and can be aggregated to accommodate all directions.
도 6a-6d 및 7a-7b에서 탄성 필드는 상단 밑창 (80-1)과 하단 밑창 (80-2)의 정렬에 의해 정의된 평형 위치를 나타낸다. 탄성 필드는 층 (80-1과 80-2)가 서로에 대해 변위될 때 인터페이스에 수직으로 하중을 받는 스프링이다. 액추에이터/돌출부의 정렬 또는 "센터링(centering)"동안, 탄성 필드는 사용되는 경우 의도된 예압 이상으로 변형되지 않으며 층 사이의 슬라이딩 가능한 인터페이스를 가로 지르는 공칭 수평 상대 변위로 인해 에너지를 저장하지 않는다. 수신된 힘에 의해 작용하면, 탄성 필드를 정의하는 변형 가능한 부재는 변형에 의해 수신된 힘에 반응한다. 탄성 필드는 변형에 반응하여 변환되고, 탄성으로 변환된 운동 에너지를 저장하도록 적응된다. 이 탄성 에너지는 하중 사건이 끝났을 때 평형 위치로 돌아가는 데 사용된다.The elastic field in FIGS. 6A-6D and 7A-7B represents an equilibrium position defined by the alignment of the upper sole 80-1 and the lower sole 80-2. The elastic field is a spring loaded perpendicular to the interface when the layers 80-1 and 80-2 are displaced relative to each other. During alignment or "centering" of the actuator/projection, the elastic field, if used, does not deform beyond the intended preload and does not store energy due to the nominal horizontal relative displacement across the slidable interface between the layers. Acting by the received force, the deformable member defining the elastic field responds to the received force by the deformation. The elastic field is transformed in response to deformation and adapted to store kinetic energy converted into elasticity. This elastic energy is used to return to the equilibrium position at the end of the loading event.
도 8은 다수의 운동 컴포넌트에 대한 힘 완화 구조를 포함하는 핀서 시스템의 대안적인 배열을 도시한다. 도 8은 "핀서(pincer)"형태의 변형 가능한 부재를 도시한다. 핀서는 뭉툭한 오목한 턱(jaw) 또는 확장부(extension)로 정의할 수 있으며, 엄지와 집게 손가락처럼 거의 동일한 길이로 배치되어 잡거나 당기는 데 사용된다.8 shows an alternative arrangement of a pincer system including force relief structures for multiple motion components. 8 shows a deformable member in the form of a “pincer”; A pincer can be defined as a blunt, concave jaw or extension, positioned about the same length as the thumb and forefinger and used to grab or pull.
도 8의 구성에서, 정의된 변형 가능한 부재는 측면 환형 부재 (55)가 상대적으로 강성의 중앙 포스트 (40)를 감싸거나 꼬집는 것을 정의한다. 복수의 탄성 측면 암 (55)은 단단한 포스트 (40) 주위로 연장된다. 탄성 암은 단단한 포스트 주위의 90도 및 270도에서 다른 단단한 정지부 또는 핀에 의해 구속될 수 있다. 0도에서 핀이 하중이 거의 또는 전혀없는 상태에서 단단한 포스트 쪽으로 이동할 수 있도록 하는 힌지가 있는 슬라이딩 중앙 포스트 53 (슬라이더)에 부착되어, 핀서의 바깥쪽으로 이동은 핀서의 환형 부재 (55)의 탄성 변형이 필요하다. 수신된 힘에 응답하여 측면 암은 수신된 힘에 응답하는 변형을 위해 액추에이터의 환형 표면과 슬라이드 가능하게 맞물린다. 도 8에 도시된 구성에서, 대향하는 한 쌍의 핀서 시스템 및 대응하는 중앙 포스트 (53)가 사용되어, 측면 암이 각각 이하에서 추가로 설명되듯이, 360도에서 동일 평면 이동을 흡수하기 위해 대향 액추에이터를 향해 연장되도록 한다.In the configuration of FIG. 8 , the defined deformable member defines that the side annular member 55 wraps around or pinches the relatively rigid
힘 완화 구조 (150)는 슬라이딩 중앙 포스트 (53)를 갖는 핀서 형상의 변형 가능한 부재 (50)를 포함하고 측면 부재는 상단 밑창(80-1) 및 하단 밑창(80-2)에 의해 정의된, 공통 평면을 따라 연장되는 대향하는 환형 부재 (55-1..55-2)에 의해 정의된다. 또한, 바닥 밑창 (80-2)은 환형 부재 (55)에 실질적으로 평행한 종방향 치수를 갖는 하나 이상의 릴리프 슬롯(relief slot) (84)을 포함한다. 강성 부재 (40-1 .. 40-2)는 액추에이터를 정의하고 공통 평면에 수직으로 연장하고 환형 부재 (55-1..55-2) (전체적으로 55) 사이에 배치되어 마치 핀서에 의해 "꼬집히는"것처럼 보인다.The force relief structure 150 includes a pincer-shaped
계속해서 도 8을 참조하여, 슬라이딩 중앙 포스트 (53)는 착용자 인터페이스 또는 밑창 표면 중 하나에 결합되고, 강성 부재 (40-1)는 착용자 인터페이스 또는 밑창 표면 중 다른 하나에 결합된다. 즉, 중앙 포스트 (53) 및 강성 부재 (40)는 수신된 힘에 의해 배치된 대향하는 상단 및 하단 밑창 (80-1..80-2)에 부착된다. 베이스(base) (57)는 릴리프 슬롯(84)에서 중앙 포스트 (53)와 맞물린다. 이동이 릴리프 슬롯 (84)에 의해 수용될 때, 중앙 포스트 (53)가 강성 부재 (40)와의 간섭에 의해 차단될 때, 슬롯 (84)은 강성 부재 (40)의 중심을 통과하는 방향으로 강성 부재 (40)에 의해 정의된 방향을 제외하고 중앙 포스트 (40)와 함께 이동한다. 수용하기 위해, 도 9의 구성에서, 다른 힘 완화 구조 (150-2)가 대향하는 원통형 강성 부재 (40-2)에 의해 정의된다. 대향하는 원통형 강성 부재 (40-2)는 역방향으로 중앙 포스트 (53) 및 갭 (85)을 갖는 핀서에 의해 맞물리며, 따라서 중앙 포스트를 "차단"하는 움직임의 경우, 대향하는 강성 부재 (40) 및 핀서는 릴리프 슬롯 (84)으로부터 제공되는 이동을 통해 힘에 반대한다.With continued reference to FIG. 8 , the sliding
환형 부재 (55)는 수신된 힘에 응답하여 강성 부재 (40) 주위에서 슬라이딩 가능하게 변형되도록 적응된다. 도시된 바와 같이, 강성 부재 (40)는 원통형이고 환형 부재 (55)는 강성 부재 (40)의 원주에 동시에 맞물리기 위해 실질적으로 반원형이다. 환형 부재 (55)는 원주 주위에 호(arc)를 정의하고 환형 부재 (55)가 연장되는 중앙 포스트 (53)으로부터 반대되는 갭 또는 슬롯 (85)에서 종단된다.The annular member 55 is adapted to slidably deform around the
도 8의 힘 완화 구조 (150-1..150-2)는 더 넓은 범위의 방향으로부터 힘을 흡수한다. 일반적으로, 좌측 및 우측 측방 힘, 그리고 전방 또는 후방 힘은 변형 가능한 부재 (150)를 탄력적으로 변형시킬 것이다. 강성 부재 (40)에 맞닿게 중앙 포스트 (53)를 배치하는 힘은 대향하는 변형 가능한 부재 (150-2)에 의해 완화될 수 있다. 이 구성은 대향하는 원통형 강성 부재 (40-2)를 포함하여, 대향하는 원통형 강성 부재 (40-2)가 반대 방향으로 중앙 포스트 및 갭 또는 슬롯 (84)을 갖는 핀서에 의해 맞물린다. 따라서 360도 힘 완화가 달성될 수 있다.The force relief structure 150-1..150-2 of FIG. 8 absorbs forces from a wider range of directions. In general, left and right lateral forces, and forward or backward forces will elastically deform deformable member 150 . The force to place the
도 8 및 도 9a-9f의 예에서, 힘 완화 구조 (150)는 중앙 포스트 (53) 및 그로부터 공통 평면을 따라 연장되는 대향하는 환형 부재 (55)를 갖는 핀서를 더 포함하고 강성 부재(40)는 공통 평면에 수직으로 연장되고 환형 부재 사이에 배치된다.In the example of FIGS. 8 and 9A-9F , the force relief structure 150 further includes a pincer having a
환형 부재는 측면에 있고 수신된 힘에 반응하는 강성 부재 (40) (액추에이터) 주위에 원형 또는 실질적으로 원형으로 연장된다. 중앙 포스트 (53)는 착용자 인터페이스 또는 밑창 표면 중 하나에 결합되고, 강성 부재 (40)는 착용자 인터페이스 또는 밑창 표면 중 다른 하나에 결합된다. 따라서 대향하는 환형 부재 (55)는 중앙 포스트 (53)와 강성 부재 (40)가 분리되고 환형 부재 (55)가 강성 부재 (40)에 대한 중앙 포스트 (53)의 상대적인 이동을 허용하기 위해 변형될 필요가 있을 때 수신된 힘에 응답하여 강성 부재 (40) 주위에서 슬라이딩 가능하게 변형되도록 적응된다.The annular member is lateral and extends circularly or substantially circularly around the rigid member 40 (actuator) that is responsive to the received force. The
예시적인 배열에서, 강성 부재 (40)는 원통형이고 환형 부재 (55)는 강성 부재 (40)의 원주에 동시에 맞물리기 위해 실질적으로 반원형이다. 따라서, 환형 부재 (55)는 원주 주위에 호(arc)를 형성하고 환형 부재 (55)가 연장되는 중앙 포스트 (53)와 반대되는 갭 (85)에서 종단된다. In the exemplary arrangement, the
도 9a-9e는 도 4의 분할 밑창 인터페이스에서 도 8의 힘 완화 구조의 반응을 도시한다. 도 8 및 9a-9e를 참조하여, 대향하는 한 쌍의 핀서는 환형 부재 (55)의 변형의 조합을 통해 상단 밑창 및 하단 밑창 (80-1, 80-2)를 변위시키는 경향이 있는 360도의 힘을 처리한다. 도 9a는 휴지 또는 평형 위치를 도시한다. 힘 완화 구조 (150-1..150-2)는 각각 대향하는 힘 완화 구조 (150)의 환형 부재 (55)에 대해 실질적으로 반대 방향으로 연장되는 환형 부재 (55)를 갖는 대향되는 힘 완화 구조의 쌍을 정의한다. 즉, 핀서 구조의 "개구(opening)"는 각각이 개별 강성 부재 (40)를 둘러싸기 때문에 대향 핀서의 다른 개구를 마주한다.9A-9E show the response of the force relief structure of FIG. 8 at the split sole interface of FIG. 4 ; 8 and 9A-9E , an opposing pair of pincers has a 360 degree angle that tends to displace the upper sole and lower sole 80-1, 80-2 through a combination of deformation of the annular member 55. handle power. 9A shows the resting or equilibrium position. The force relief structures 150-1..150-2 each have opposing force relief structures having annular members 55 extending in a direction substantially opposite to the annular member 55 of the opposing force relief structure 150, respectively. define a pair of That is, the "openings" of the pincer structure face the other openings of the opposing pincer structure as each encloses a respective
도 9b 및 도 9c를 참조하여, 힘 (946)의 전방 또는 후방 성분에 응답하여, 대향하는 한 쌍의 힘 완화 구조 중 하나의 환형 부재 (55)는 강성 부재 (40)를 따라 바깥쪽으로 슬라이드 가능하게 변형된다. 변형된 환형 부재 (55')는 강성 부재로부터의 이동을 수용하도록 확장되는 반면, 대향 핀서의 중앙 포스트 (53')는 전진할 수 없기 때문에 강성 부재 (40)와 완전히 맞물려 슬롯 (84)에 배치된다.9B and 9C , in response to the forward or posterior component of the
도 9d 및 도 9e는 측 방향 (946)으로 수신된 힘의 성분에 응답하여 측 방향 (좌측 또는 우측) 힘으로부터의 편향을 도시하고, 대향하는 쌍의 대응 측면 상의 환형 부재 (55')는 강성 부재 (40)에 맞닿아 바깥쪽으로 변형된다.9D and 9E show the deflection from a lateral (left or right) force in response to a component of the received force in the
도 9f는 회전 방향 또는 대각선 방향으로 받은 힘에 응답하여, 대향 쌍 중 하나의 환형 부재 (55')가 강성 부재 (40)에 맞닿아 바깥쪽으로 변형되고, 다른 환형 부재의 반대측에 있는 환형 부재는 힘 (946)의 방향 및 축에 따라 강성 부재에 맞닿아 바깥쪽으로 55''(점선) 변형되거나 변형되지 않은 상태로 남아 있을 수 있다.FIG. 9f shows that in response to a force applied in a rotational or diagonal direction, one annular member 55' of the opposing pair abuts the
본 명세서에 정의된 시스템 및 방법이 그 실시예를 참조하여 특히 도시되고 설명되었지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 첨부된 청구 범위에 포함되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부 사항의 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. While the systems and methods defined herein have been particularly shown and described with reference to embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that they may vary in form and detail without departing from the scope of the invention, which is encompassed by the appended claims. It will be understood that changes may be made.
Claims (19)
착용자와 연통하는 상단 밑창(upper sole);
지표면에 맞닿은 상기 풋웨어의 움직임에 응답하여 상기 지표면으로부터 힘을 수신하도록 구성된 하단 밑창(lower sole); 및
상기 상단 밑창과 상기 하단 밑창 사이의 탄성 필드 인터페이스(elastic field interface)로서, 상기 상단 밑창과 상기 하단 밑창은 동일 평면 배열(coplanar arrangement)이고 평행 변위에 적합하며, 상기 탄성 필드 인터페이스는 상기 상단 밑창과 상기 하단 밑창 사이에서 수신된 힘을 전달하도록 배치된, 장치.A shock absorbing footwear device comprising:
an upper sole communicating with the wearer;
a lower sole configured to receive a force from the ground surface in response to movement of the footwear against the ground surface; and
an elastic field interface between the upper sole and the lower sole, wherein the upper sole and the lower sole are in a coplanar arrangement and are suitable for parallel displacement, the elastic field interface with the upper sole and a device disposed to transmit a received force between the lower sole.
중앙 포스트와 그로부터 공통 평면을 따라 연장되는 대향하는 환형 부재를 갖는 핀서(pincer); 및
상기 공통 평면에 수직으로 연장되고 상기 환형 부재 사이에 배치된 강성 부재(rigid member);를 더 포함하고,
상기 중앙 포스트는 상기 착용자 인터페이스 또는 상기 밑창 표면 중 하나에 결합되고, 상기 강성 부재는 상기 착용자 인터페이스 또는 상기 밑창 표면 중 다른 것에 결합되고;
상기 대향하는 환형 부재는 상기 수신된 힘에 응답하여 상기 강성 부재 주위에서 슬라이딩 가능하게 변형되도록 적응된, 장치.According to claim 1, wherein the force relief structure,
a pincer having a central post and opposing annular members extending therefrom along a common plane; and
a rigid member extending perpendicular to the common plane and disposed between the annular members;
the central post is coupled to one of the wearer interface or the sole surface and the rigid member is coupled to the other of the wearer interface or the sole surface;
wherein the opposing annular member is adapted to slidably deform about the rigid member in response to the received force.
상기 지표면에 맞닿은 상기 풋웨어의 움직임에 응답하여 상기 지표면으로부터 힘을 수신하도록 적응된 하단 밑창에서 배치력(diposing force)을 수신하는 단계; 및
상기 배치력에 응답하여, 상기 하단 밑창과 착용자와 연통하는 상단 밑창사이의 탄성 필드 인터페이스를 변형시키는 단계로서, 상기 상단 밑창 및 하단 밑창은 동일 평면 배열이고, 평행 변위에 적합하며, 상기 탄성 필드 인터페이스는 상기 상단 밑창과 상기 하단 밑창 사이에서 수신된 힘을 전달하도록 배치된, 상기 변형시키는 단계를 포함하는, 방법.
A method of alleviating harmful forces between the sole of a footwear and the ground surface, comprising:
receiving a disposing force at a lower sole adapted to receive a force from the ground surface in response to movement of the footwear against the ground surface; and
in response to the placement force, deforming an elastic field interface between the lower sole and an upper sole in communication with a wearer, wherein the upper sole and the lower sole are in a coplanar arrangement, suitable for parallel displacement, and wherein the elastic field interface is suitable for parallel displacement; wherein the deforming step is arranged to transmit a received force between the upper sole and the lower sole.
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