[发明专利]鞋的机械减震系统

说明书

背景技术

鞋类，尤其是运动鞋，要求在剧烈运动时，例如跑步或跳跃时，可以为脚提供适当的减震和稳定性从而防止潜在的有害作用。鞋类工业已经开发出了各种运动鞋，以便在最大化减震和稳定性的同时最大化了鞋的舒适度和耐久性。遗憾的是，这些目标之间是潜在地彼此对立的。例如，可提供适当的减震作用和舒适度的鞋无法提供足够的稳定性。为进一步促进运动鞋的发展，对跑步的动力学特性和跑步损伤机理的基本了解是很重要的。

典型的步行或跑步的步态循环包括两个状态：(1)站立姿势状态和(2)摆动状态。在站立姿势状态，一只脚接触支撑表面例如地面并承受重量，而在摆动状态，另一只脚在空中移动并前进。这两个状态是反复的。跑步和步行的步态循环之间的区别是在跑步循环中的某一点人是在空中的无需承受任何重量的，而步行循环中不具有这样的在空中的点。

跑步的步态循环的站立姿势状态可以被进一步划分为三个阶段：(1)承载阶段，也被称为碰撞和支撑阶段，或脚后跟冲击阶段，(2)中间站立阶段，也被称为中间站立和推进阶段，以及(3)脚趾离地阶段，也被称为回复阶段。对典型的“脚后跟到脚趾”跑步类型的跑步者，承载阶段起始于脚后跟第一次与跑步表面接触时，随后，前足被控制地下降至跑步表面。脚后跟的第一次接触典型的出现在脚后跟的后、外部分。一旦前足接触跑步表面就进入中间站立阶段。在中间站立阶段，腿部肌肉组织收缩产生动力推进身体向前。脚后跟逐渐抬起并且前足在跖骨-指骨连接处弯曲。随后在脚趾离地阶段，脚与跑步表面脱离并且脚成为悬空状态。

内旋(Pronation)动作是脚的正常动作，出现在步态循环的站立姿势状态中的载荷和中间站立阶段。在承载阶段脚后跟冲击时，脚的脚后跟转动并且与跑步表面进行如前所述的初次接触。在站立姿势状态的承载阶段的前足下降过程中，被称为距下关节的脚骨之间的接合点解锁，以允许脚的内旋，协调的三平面(triplane)运动。脚的协调的三平面运动包括三个平面的动作：(1)外展，在此动作中脚的前部转向外侧并远离跑步者的行进线路；(2)背屈，在此动作中脚的前部相对于脚的后脚跟成角度的抬起；以及(3)外翻，在此动作中脚的脚底相对于脚的脚后跟向外转。通过结合这三个动作，脚从脚的外侧或侧面转至里侧或内侧，导致脚的内侧(弓形区域)与跑步表面相接触，因此允许脚适应跑步表面并且将一些加载力转移到跑步表面，从而减少在跑步中的站立姿势状态的受伤风险。在中间站立阶段始终保持脚的内旋位置。

反掌动作典型的紧跟在内旋动作之后。当身体通过脚向前移动，距下关节锁定。这就允许在承载阶段出现的事件反向地出现在中间站立阶段。反掌动作是脚的协调的三平面动作，其包括三个平面的动作：(1)并拢动作，在此动作中距下关节的锁定允许脚向内转向行进线路；(2)足底弯曲，在此动作中前足相对于脚后跟向下弯曲；以及(3)内翻，在此动作中脚的脚底相对于脚后跟向内转。结合这三个动作，脚连续的向前转至脚趾。在拇指球(ball)和脚趾接触的动作中，在脚趾刚刚开始离开地面之前，脚向外转动。这三个动作的结合允许脚从一个可活动的接头转变成一个刚性的杠杆，而这正是向前推进身体所必需的。脚在步间离开地面时保持反掌。

尽管内旋动作是一个正常的动作，并被认为是对大量强烈的施加于脚的冲击的一个重要和健康的反应，生物力学表明，额外的内旋和高内旋速度导致了跑步者或其他运动员在踝关节、膝盖和髋部的多种伤害。许多现有技术的鞋底被设计成控制内旋和反掌。但是，随着提高鞋底的稳定性以控制脚的侧向运动量以防止过度内旋，用于减小脚上的撞击力影响的减震性能通常会降低。因此，在设计鞋底时，鞋类产业一直在寻找稳定性和减震性能之间的适当的平衡。

例如，授予Lyden等人的美国专利No.5,625,964，公开了一种运动鞋，其鞋底具有通过一挠性衬里从剩余的脚后跟区域分割出来的后脚冲击区域，其允许在跑步者最初的脚后跟冲击的过程中将冲击区域连接起来。这挠性衬里的设置用于划分出一个能反映出跑步者人群中的大多数的从脚后跟到脚趾的跑步风格的后脚冲击带。除了允许后脚冲击区域绕挠性衬里连接之外，鞋底结合减震元件，包括一个弹性气囊，在脚后跟的不同部分提供有差异的减震特性，以削弱与脚后跟冲击有关的施力和冲击，且在步态循环的随后的阶段中不会降低鞋的稳定性。挠性衬里可以通过各种方法形成，包括深凹槽，相对柔软的鞋底夹层材料衬里，以及分段的流体囊的相对柔软的部分。