TWI708573B - 動態控壓鞋 - Google Patents

Abstract

一種動態控壓鞋，包含鞋主體、控制盒及複數個動態控壓組件。鞋主體包含鞋面及氣囊部分，氣囊部分設置在鞋面上。控制盒包含微處理器。複數個動態控壓組件定位於氣囊部分上，且包含基板、致動泵及壓力感測器，致動泵及壓力感測器封裝於基板上。基板定位於氣囊部分，並透過導體與微處理器電性連接。致動泵連通氣囊部分，以使該氣囊部分充氣膨脹。壓力感測器偵測該氣囊部分之內部氣壓，以產生氣壓資訊並傳輸至微處理器，微處理器依據氣壓資訊控制致動泵之啟動或關閉，藉此調節該氣囊部分內部氣壓。

Description

動態控壓鞋

本案關於一種動態控壓鞋，尤指一種鞋本體上結合調控氣壓組件之動態控壓鞋。

一般而言，大部分的傳統鞋類是以鞋帶作為鬆綁及固定足部的工具，然而，具有鞋帶的鞋類在穿著上會有許多問題。舉例來說，當於穿著活動的過程中造成鞋帶脫落，必須重新繫緊鞋帶才能繼續活動，造成活動上的不便與時間的浪費。再者，穿著具有鞋帶的鞋類亦具有潛在的危險性。舉例來說，當鞋帶不慎鬆開時，容易造成他人踩踏而致絆倒，亦有可能被捲入自動電扶梯的縫隙、自行車鏈或摩托車腳栓等等，容易造成意外的發生。此外，長期穿著具有鞋帶的鞋類容易對足部施加過大的壓力，導致穿著者的不適。，又，少部分的傳統鞋類係以其他方式作為鬆綁及固定足部的工具，例如：魔鬼氈或襪套式鞋體，然魔鬼氈固定性不足、容易脫落，長時間使用會使魔鬼氈的氈黏性下降，造成活動上的不便，亦不適合運動用時穿著。襪套式鞋體對足部的固定性亦不足，且無法依據需求進行鬆緊調整，長時間的使用亦容易造成襪套式鞋體鬆弛，而無法滿足固定足部的需求；另一方面，一般的傳統鞋類僅能依據足部長度對應尺寸進行選擇，然此並無法滿足每個人足部形狀的需求。當足部相對於所穿著鞋類之鞋身寬度過寬或過窄時，或者鞋身高度過高或過扁時，易造成足部的不適，於活動時更有可能造成傷害的發生。

有鑑於此，如何發展一種可改善前述習知技術之缺失，而研發出一種可適應個人足部形狀而調整，且可舒適地包覆固定足部之動態控壓鞋，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之主要目的係提供一種動態控壓鞋，藉由鞋面氣墊進行充氣膨脹至與使用者之足緊密貼合，俾實現適應個人足部形狀而調整，且可舒適地包覆固定足部之穿著，並具有氣壓調節功能，可依據使用狀態自動調節內部之氣壓，達到於最舒適之壓力下穿著鞋子。

本案之一廣義實施態樣為一種動態控壓鞋，包含：一鞋主體，包含一鞋面及一氣囊部分，該氣囊部分設置在該鞋面上；一控制盒，包含一微處理器，該控制盒設置在該鞋面之頂面區域；以及複數個動態控壓組件，定位於該氣囊部分上，且包含由一基板以半導體製程封裝之一致動泵及一壓力感測器，該基板定位於該氣囊部分上，並透過一導體與該控制盒之該微處理器電性連接，該致動泵連通該氣囊部分，並接收該微處理器所傳輸之一驅動訊號而實施一致動導氣作業，使該氣囊部分充氣膨脹，以及該壓力感測器偵測該氣囊部分之內部氣壓，並產生一氣壓資訊並傳輸至該微處理器，且該微處理器依據該氣壓資訊，控制該致動泵之啟動或關閉，藉此調節該氣囊部分內部氣壓。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第1圖及第2圖所示，本案提供一種動態控壓鞋，包含一鞋主體1、一控制盒2以及複數個動態控壓組件3。其中鞋主體1包含一鞋面11及一氣囊部分12，其中氣囊部分12設置在鞋面11上，且包覆的穿著者足部；控制盒2包含一微處理器2a，控制盒2設置在鞋面11最頂面區域。複數個動態控壓組件3，編織定位於氣囊部分12上，包含由一基板3a以半導體製程封裝之一致動泵3b及一壓力感測器3c，基板3a編織定位於氣囊部分12上，並透過導體A與控制盒2之微處理器2a電性連接。致動泵3b連通氣囊部分12，當致動泵3b接收微處理器2a所傳輸之一驅動訊號時，而致動泵3b實施一致動導氣作業，將氣體導入氣囊部分12，使氣囊部分12充氣膨脹，俾將使用者之足部固定於鞋中，達到類似於繫緊鞋帶之效果。壓力感測器3c係架構於偵測氣囊部分12之氣壓，並產生一氣壓資訊，壓力感測器3c將該氣壓資訊傳輸至微處理器2a，微處理器2a依據該氣壓資訊控制致動泵3b之啟動或關閉。複數個動態控壓組件3之致動泵3b可對氣囊部分12作氣壓充氣，並依據壓力感測器3c之偵測來自動調節氣囊部分12內部氣壓，以適應個人足部形狀之使用狀態，達到於最舒適之壓力下穿著鞋子。在本實施例中，基板3a為一矽基材。如第3B圖所示，致動泵3b的長度L介於300~800微米(μm)，寬度W介於300~800微米(μm)，長度L為500~700微米(μm)為最佳，寬度W為500~700微米(μm)為最佳。

上述之致動泵3b如何實施致動導氣操作，以下做詳細說明。本案的致動泵3b為一微機電泵浦，請參閱第3A圖及第3B圖，包含有一第一基板31、一第一氧化層32、一第二基板33、一壓電組件34以及一閥層35。本實施例的微機電泵浦是透過半導體製程中的磊晶、沉積、微影及蝕刻等製程一體成型製出，為了詳述其內部結構，特以第3B圖所示的分解圖詳述之。

第一基板31為一矽晶片(Si wafer)，第一基板31具有複數個流入孔311。於本實施例中，流入孔311的數量為4個，但不以此為限，且每個流入孔311貫穿第一基板31，而流入孔311為了提升流入效果，將流入孔311設置呈現漸縮的錐形。

第一氧化層32為一二氧化矽(SiO2)薄膜，疊設於第一基板31一表面上，第一氧化層32具有複數個匯流通道321以及一匯流腔室322，匯流通道321與第一基板31的流入孔311其數量及位置相互對應。於本實施例中，匯流通道321的數量同樣為4個，4個匯流通道321的一端分別連通至第一基板31的4個流入孔311，而4個匯流通道321的另一端則連通於匯流腔室322，讓氣體分別由流入孔311進入之後，通過其對應相連的匯流通道321後匯聚至匯流腔室322內。

第二基板33為一絕緣層上覆矽的矽晶片(SOI wafer)，包含有：一矽晶片層331、一第二氧化層332以及一矽材層333。矽晶片層331具有一致動部3311、一外周部3312、複數個連接部3313以及複數個流體通道3314；致動部3311位於中心部分，外周部3312環繞於致動部3311的外圍，複數個連接部3313分別位於致動部3311與外周部3312之間，並且連接兩者，提供彈性支撐，而複數個流體通道3314環繞形成於致動部3311與外周部3312之間，且分別位於複數個連接部3313之間。

第二氧化層332為一氧化矽層，生成於矽晶片層331上，呈中空環狀，並與矽晶片層331定義一振動腔室3321。矽材層333生成於第二氧化層332上後，再以第二基板33與第一氧化層32對位結合。矽材層333為二氧化矽(SiO2)薄膜，具有一穿孔3331、一振動部3332及一固定部3333。穿孔3331形成於矽材層333的中心，振動部3332位於穿孔3331的周邊區域，且垂直對應於振動腔室3321，固定部3333則為矽材層333的周緣區域，且固定部3333生成於第二氧化層332上。

上述的壓電組件34生成疊加於矽晶片層331的致動部3311上，包含一下電極層341、一壓電層342、一絕緣層343及一上電極層344，下電極層341生成疊加於矽晶片層331的致動部3311，而壓電層342生成疊加於下電極層341，上電極層344及下電極層341皆透過接觸區域做電性連接。此外，壓電層342的寬度小於下電極層341的寬度，使得壓電層342無法完全遮蔽住下電極層341，在於壓電層342的部分區域以及下電極層341未被壓電層342所遮蔽的區域上生成疊置絕緣層343，最後在於絕緣層343以及未被絕緣層343遮蔽的壓電層342的區域上生成疊置上電極層344，讓上電極層344得以與壓電層342接觸電性連接，同時利用絕緣層343阻隔於上電極層344及下電極層341之間，避免兩者直接接觸造成短路。

上述的閥層35生成疊加於第一基板31上，並於對應於流入孔311處微影蝕刻製程製出一閥單元351。請繼續參閱第2圖及第5A圖所示，閥單元351包含一閥導電層3511、一閥基層3512以及一柔性膜3513可為但不限為石墨烯材料所製成，以形成微型化之結構。其中閥導電層3511為通電荷之壓電材料，透過導體A與控制盒2之微處理器2a電性連接，促使微處理器2a接收壓力感測器3c之偵測訊號而運算輸出一驅動訊號來控制閥導電層3511產生形變，又閥導電層3511與閥基層3512之間保持一段容置空間3154，而閥導電層3511未接收驅動訊號時不受形變而保持在容置空間3154內與閥基層3512形成間距，以及柔性膜3513為一可撓性材料所製成，貼附於閥導電層3511之一側面而置於容置空間3154內，又閥導電層3511、閥基層3512、柔性膜3513上分別形成複數個通孔3511a、3512a、3513a，而閥導電層3511的複數個通孔3511a與柔性膜3513的複數個通孔3513a相互對準，閥基層3512的複數個通孔3512a與閥導電層3511的複數個通孔3511a相互錯位不對準。當閥導電層3511未接收驅動訊號時，閥導電層3511保持在容置空間3154內與閥基層35122形成間距，且閥基層3512的複數個通孔3512a與閥導電層3511的複數個通孔3511a相互錯位不對準，構成閥單元351的開啟，此時致動泵3b外部氣體可由閥基層3512的複數個通孔3512a進入容置空間3154內，而閥導電層3511的複數個通孔3511a與柔性膜3513的複數個通孔3513a相互對準，再經過柔性膜3513的複數個通孔3513a與閥導電層3511的複數個通孔3511a進入第一基板31之流入孔311(如第3A圖所示)。

如請參閱第5B圖所示，當閥導電層3511接收驅動訊號時，閥導電層3511產生形變而朝閥基層3512靠近貼合，進而使柔性膜3513的複數個通孔3513a與閥基層3512的複數個通孔3512a不對位，讓柔性膜3513封閉閥基層3512的複數個通孔3512a，以構成閥單元351之關閉，此時致動泵3b外部氣體被閥單元351擋住，無法進入第一基板31之流入孔311。

至於致動泵3b如何實施致動導氣作業，請參考第4A圖所示，當壓電組件34的下電極層341及上電極層344接收控制盒2的微處理器2a所傳遞的驅動訊號(未圖示)，同時微處理器2a控制閥單元351的開啟後，如此驅使壓電層342因逆壓電效應的影響開始產生形變，進而帶動矽晶片層331的致動部3311開始位移，致動泵3b外部氣體可通過閥單元351進入流入孔311，再進入第一氧化層32的匯流腔室322內，而當壓電組件34帶動致動部3311向上位移拉開與第二氧化層332之間的距離，此時，第二氧化層332的振動腔室3321的容積將提升，讓振動腔室3321內形成負壓，用於將第一氧化層32的匯流腔室322內的氣體通過穿孔3331吸入其中。請繼續參閱第4B圖，當致動部3311受到壓電組件34的牽引向上位移時，矽材層333的振動部3332會因共振原理的影響向上位移，當振動部3332向上位移時，壓縮振動腔室3321的空間並且推動振動腔室3321內的氣體往矽晶片層331的流體通道3314移動，讓氣體能夠通過流體通道3314向上排入氣囊部分12(未圖示)，在振動部3332向上位移來壓縮振動腔室3321的同時，匯流腔室322的容積因振動部3332位移而提升，其內部形成負壓，將吸取致動泵3b外的氣體由流入孔311進入其中。最後如第4C圖所示，壓電組件34帶動矽晶片層331的致動部3311向下位移時，將振動腔室3321的氣體往流體通道3314推動，並將氣體排入氣囊部分12(未圖示)，而矽材層333的振動部3332亦受致動部3311的帶動向下位移，同步壓縮匯流腔室322的氣體通過穿孔3331向振動腔室3321移動，後續再將壓電組件34帶動致動部3311向上位移時，其振動腔室3321的容積會大幅提升，進而有較高的汲取力將氣體吸入振動腔室3321，再重複以上的動作，以至於透過壓電組件34持續帶動致動部3311上下位移且來連動振動部3332上下位移，透過改變致動泵3b的內部壓力，使其不斷地汲取外部氣體及排入氣囊部分12內(未圖示)，如此完成致動泵3b實施致動導氣作業。

由上述說明可知，致動泵3b接收微處理器2a的驅動訊號實施致動導氣作業，讓氣囊部分12充氣膨脹，以及壓力感測器3c偵測氣囊部分12內部氣壓，並將測得之氣壓資訊傳輸給微處理器2a，複數個壓力感測器3c可以預先設定一閥值；當壓力感測器3c偵測氣囊部分12內部氣壓達到適當讓個人足部形狀都貼合之壓力時，微處理器2a控制致動泵3b之關閉運作，同時微處理器2a控制閥單元351的關閉，或者在某處一個動態控壓組件3之致動泵3b之壓力感測器3c感測到比預先設置閥值過大時，微處理器2a即可控制該處動態控壓組件3之閥單元351的開啟，以調節該處氣囊部分12內部氣壓，如此複數個動態控壓組件3之致動泵3b可對氣囊部分12作作氣壓充氣，並依據壓力感測器3c之偵測來自動調節氣囊部分12內部氣壓，以適應個人足部形狀之使用狀態，達到於最舒適之壓力下穿著鞋子。

綜上所述，本案提供一種動態控壓鞋，藉由鞋主體之氣囊部分設置複數個動態控壓組件，並搭配控制盒之微處理器控制複數個動態控壓組件之致動泵及壓力感測器之操作，使致動泵可對氣囊部分作氣壓充氣，並依據壓力感測器之偵測來自動調節氣囊部分內部氣壓來適應個人足部形狀之使用狀態，達到於最舒適之壓力下穿著鞋子穿著性，極具產業利用性。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1:鞋主體

11:鞋面

12:氣囊部分

2:控制盒

2a:微處理器

3:動態控壓組件

3a:基板

3b:致動泵

31:第一基板

311:流入孔

32:第一氧化層

321:匯流通道

322:匯流腔室

33:第二基板

331:矽晶片層

3311:致動部

3312:外周部

3313:連接部

3314:流體通道

332:第二氧化層

3321:振動腔室

333:矽材層

3331:穿孔

3332:振動部

3333:固定部

34:壓電組件

341:下電極層

342:壓電層

343:絕緣層

344:上電極層

35:閥層

351:閥單元

3511:閥導電層

3511a:通孔

3512:閥基層

3152a:通孔

3513:柔性膜

3153a:通孔

3154:容置空間

3c:壓力感測器

A:導體

L:長度

W:寬度

第1A圖為本案動態控壓鞋實施例之側視示意圖。 第1B圖為本案動態控壓鞋實施例之俯視示意圖。 第2圖為本案動態控壓鞋之控制盒與動態控壓組件實施連接控制示意圖。 第3A圖為本案動態控壓組件之致動泵剖面示意圖。 第3B圖為本案動態控壓組件之致動泵相關部件分解示意圖。 第4A圖至第4C圖為本案動態控壓組件之致動泵作動示意圖。 第5A圖為本案致動泵之閥層之閥單元開啟示意圖。 第5B圖為本案致動泵之閥層之閥單元關閉示意圖。

1:鞋主體

11:鞋面

12:氣囊部分

2:控制盒

3:動態控壓組件

3a:基板

3b:致動泵

3c:壓力感測器

A:導體

Claims (7)

1. 一種動態控壓鞋，包含：一鞋主體，包含一鞋面及一氣囊部分，該氣囊部分設置在該鞋面上；一控制盒，包含一微處理器，該控制盒設置在該鞋面之頂面區域；以及複數個動態控壓組件，定位於該氣囊部分上，且包含由一基板以半導體製程封裝之一致動泵及一壓力感測器，該基板定位於該氣囊部分上，並透過一導體與該控制盒之該微處理器電性連接，該致動泵為一微機電泵浦，包含一第一基板、一第一氧化層、一第二基板、一壓電組件以及一閥層，依序對應堆疊設置定位；其中，該致動泵連通該氣囊部分，並接收該微處理器所傳輸之一驅動訊號而實施一致動導氣作業，使該氣囊部分充氣膨脹，以及該壓力感測器偵測該氣囊部分之內部氣壓，並產生一氣壓資訊並傳輸至該微處理器，且該微處理器依據該氣壓資訊，控制該致動泵之啟動或關閉，藉此調節該氣囊部分內部氣壓。
2. 如請求項1所述之動態控壓鞋，其中該微機電泵浦，其中：該第一基板，具有複數個流入孔；該第一氧化層，堆疊於該第一基板上，並具有複數個匯流通道以及一匯流腔室，複數個該匯流通道連通於該匯流腔室及複數個該流入孔之間；該第二基板，對位結合於該第一氧化層上，包含：一矽晶片層，具有一致動部、一外周部、複數個連接部以及複數個流體通道，其中該致動部位於中心部分，該外周部環繞於該致動部的外圍，複數個該連接部分別連接於該致動部 與該外周部之間，而每一該流體通道分別連接於該致動部與該外周部之間，且分別位於每一該連接部之間；一第二氧化層，生成於該矽晶片層上，並與該矽晶片層定義一振動腔室；以及一矽材層，生成於該第二氧化層上，具有一穿孔、一振動部及一固定部，其中該穿孔形成於該矽材層的中心，該振動部位於該穿孔的周邊區域，該固定部位於該矽材層的周緣區域；該壓電組件，生成疊設於該矽晶片層的該致動部上，包含有一下電極層、一壓電層、一絕緣層及一上電極層，其中該壓電層生成疊置於該下電極層，該絕緣層生成疊加於該壓電層之部分表面及該下電極層之部分表面，而該上電極層生成疊加於該絕緣層及該壓電層未設有該絕緣層之其餘表面，用以與該壓電層電性連接；以及該閥層，生成疊加於該第一基板上，並於對應於該流入孔處微影蝕刻製程製出一閥單元。
3. 如請求項2所述之動態控壓鞋，其中該致動泵之長度介於300~800微米(μm)，寬度介於300~800微米(μm)。
4. 如請求項2所述之動態控壓鞋，其中該致動泵之長度為500~700微米(μm)，寬度為500~700微米(μm)。
5. 如請求項2所述之動態控壓鞋，其中該閥單元包含一閥導電層、一閥基層以及一柔性膜，該閥導電層為通電荷之壓電材料，且透過該導體與該控制盒之該微處理器電性連接，促使該微處理器接收該壓力感測器之偵測訊號而運算輸出該驅動訊號來控制該閥導電層產生形變，又該閥導電層與該閥基層保持一容置空間，該柔性膜為一可撓性材料所製成，貼附於該閥導電層之一側面而置於該容置空間 內，以及該閥導電層、該閥基層及該柔性膜上分別形成複數個通孔，而該閥導電層之該通孔與該柔性膜之該通孔相互對準，該閥基層之該通孔與該閥導電層之該通孔相互錯位不對準。
6. 如請求項5所述之動態控壓鞋，其中當該閥導電層未接收該驅動訊號時，該閥導電層保持在該容置空間內與該閥基層形成間距，且該閥基層之該通孔與該閥導電層之該通孔相互錯位不對準，構成該閥單元之開啟。
7. 如請求項5所述之動態控壓鞋，其中當該閥導電層接收該驅動訊號時，該閥導電層產生形變而朝該閥基層靠近貼合，且該柔性膜之該通孔與該閥基層之該通孔不對位，讓該柔性膜封閉該閥基層之該通孔，以構成該閥單元之關閉。

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