模块化鞋垫组件及其制造方法与流程

模块化鞋垫组件及其制造方法
1.相关申请的交叉引证
2.本技术要求2020年6月16日提交的标题为“模块化鞋垫组件及其制造方法(“modular footbed assemblies and method of manufacturing same)”的美国临时申请第63/039,779号的优先权，其全部内容通过引证结合于此，如同在本文中完全阐述一样。
技术领域
3.本公开总体上涉及在鞋类中使用并且与包括休闲鞋、礼服鞋、工作鞋和运动鞋在内的所有类型的鞋类一起使用的鞋垫。更具体地，本公开涉及提供优越的舒适性和性能的模块化鞋垫及其制造方法。


背景技术：

4.鞋垫(通常也称为鞋垫或鞋内底)是许多类型的鞋类的常见部件，其在设计、形状、材料、成本和总体质量上存在很大差异。在鞋类类别和鞋类品牌之间存在很大差异，以使鞋垫的设计适应鞋的设计、预期消费者(运动员、休闲服等)、以及鞋类产品的价格点。
5.鞋垫是鞋类的舒适性和功能的主要来源，因为其与实现高负荷和压力的脚的脚底表面直接接触。通常，鞋垫由相对薄(3.0-5.0mm)的泡沫层制成，该泡沫层的顶部是粘附到泡沫的薄聚酯织物(顶盖)。
6.鞋垫通常是一块扁平的泡沫，其不能为脚提供足够的缓冲、减压和支撑。仅由廉价泡沫模制的鞋垫将很快破裂并承受压缩形变。这种压缩形变改变了鞋垫的形状，并且使缓冲能力降低了多达75％，从而影响了脚的总体舒适性和支撑。另外，由于脚的形状和尺寸不同，标准鞋垫提供较差的性能。相反，共模制的鞋垫通常制造昂贵。
7.本公开的概述
8.在至少一些实例中，脚掌弓形片(arch cookie)包括：脚跟部；一对足弓支撑件，从脚跟部朝向脚趾区域延伸，这对足弓支撑件具有不等的长度，脚跟部和这对足弓支撑件是连续的；以及至少一个窗口，设置在脚跟部和这对足弓支撑件中的至少一者中。
9.本公开的简述
10.本文参考附图示出了本公开的装置和方法的各种实施例，其中：
11.图1是鞋垫组件的示意性等距俯视图；
12.图2是鞋垫组件的底部的示意性底视图；
13.图3是在脚掌弓形片中具有单个窗口的鞋垫组件的示意性底视图；
14.图4是图3的脚掌弓形片的示意性底视图；
15.图5是在脚掌弓形片中具有多个窗口的鞋垫组件的示意性底视图；
16.图6是具有多个窗口的脚掌弓形片的示意性底视图；
17.图7是在脚掌弓形片中具有多个窗口的鞋垫组件的示意性侧视图；
18.图8是示出了具有泡沫层和脚掌弓形片的鞋垫组件的一个实例的示意图；以及
19.图9a至图9c示出了泡沫层与脚掌弓形片的联接的横截面。
20.现在将参考附图描述本发明的各种实施例。应理解，这些附图仅描绘了本发明的一些实施例，因此不应被认为是对本发明范围的限制。
21.详述
22.尽管已经对鞋类及其制造方法进行了各种改进，但是传统的装置具有如上所述的一些缺点。
23.鞋垫可以包括试图与脚的轮廓相匹配的顶表面的形状。这些鞋垫可由更耐用的材料制成，例如聚氨酯泡沫，并且支撑结构由复合材料制成，例如注射塑料和碳纤维，因此保持鞋垫形状。来自诸如spenco医疗公司和superfeet全球的公司的鞋垫就是实例。
24.更高质量的材料可以用于生产这种鞋垫，包括更耐用、更硬且成形为匹配脚的材料。应理解，使用更耐用、更高质量的材料将减少材料的损坏并保持类似的新性能。
25.在美国专利10,653,204中公开了一种用于鞋类物品的鞋垫，其表现出用于舒适性、脚控制和稳定性以及步行效率的理想几何形状，该专利的公开内容整体通过引证结合于此。在
‘
204专利中描述的鞋垫是对成千上万人的脚进行广泛研究、开发和数学建模的结果。使用在
‘
204专利中公开的几何形状的鞋垫在稳定性和舒适性方面提供了极好的性能，并且使用对扫描数据做出贡献的大量人类对象确保了鞋垫代表大多数人群的理想几何形状。
26.包括在
‘
204专利中公开的特定鞋垫的传统鞋垫通常是泡沫和半刚性塑料的共模制复合材料。结合泡沫和半刚性塑料的共模制工艺以对于某些鞋模型可能太昂贵的价格点来生产。具体地，在一个尺寸范围内的每个尺寸的鞋垫需要用于半刚性塑料和匹配泡沫的单独模具。这些模具的成本然后以鞋垫的成本转嫁给消费者。与在
‘
204专利中描述的鞋垫类似的鞋垫的共模制也增加了鞋类制造商的成本和复杂性。具有昂贵鞋垫的鞋类物品需要用于整个鞋的特定成本结构，并且预先设定了价格点、销售量要求和用于模具的资本分配。
27.相反，较便宜的鞋类物品利用诸如鞋垫的便宜部件。这通常意味着鞋垫由通常称为板材泡沫的单片非模制泡沫制成。板材泡沫通常是均匀的，具有恒定的厚度。虽然它们较便宜，但是在使用由复合材料制成的模制鞋垫时，它们不能提供舒适性和稳定性。
28.因此，提供这样一种鞋垫将是有益的，该鞋垫提供了用如在
‘
204专利中描述的共模制方法产生的鞋垫的舒适性和稳定性特征，但是价格点较低和/或在供应计划和模具成本分配上具有更大的灵活性。通过允许鞋类制造商在鞋制造接近完成时选择鞋垫特征和成本的最终选择，并且具有灵活的产品供应计划，这种产品可以允许舒适性、稳定性、成本、供应计划和模具成本分配的甚至更大的灵活性。
29.因此，需要对形成鞋垫的装置、系统和方法进行进一步改进。除了其他优点之外，本公开可以解决这些需求中的一个或多个。
30.在一些实施方式中，鞋垫10包括泡沫层20，其从脚趾到脚跟延伸鞋垫10的长度，其中刚性或半刚性的脚跟板30附接到全长泡沫20，并且从鞋垫10的后部延伸到中足r2中的一个点，如图1和图2所示。中足r2点可以接近脚的第一跖骨头和第五跖骨头的位置。脚跟板30具有这样的几何形状，其设计成通过改进缓冲和减少脚底表面上的压力来为脚的脚跟和中足r2区域提供支撑和舒适性。
31.该形状类似于脚的脚底表面的形状。脚跟板30的刚性有助于保持几何形状的形状。在鞋垫10的前脚r3和脚趾区域中，防滑材料50粘附到全长泡沫20的下部以增加泡沫的
刚性，从而防止泡沫在使用期间起皱。另外，防滑材料50通过增加鞋垫10和鞋的楦板之间的摩擦来防止鞋垫10在鞋中向前滑动。理想地，脚跟板30包括在脚跟板的底部上的切口80，该切口允许全长泡沫70穿过半刚性脚跟板突出，使得泡沫与鞋的楦板接触，从而提供减震。另外，穿过脚跟板突出的泡沫70将增加鞋的楦板和鞋垫10之间的摩擦，从而提供额外的摩擦并帮助防止鞋垫10在使用期间移动。由于其顺应性，当泡沫70在半刚性脚跟板30接触楦板之前在加载期间压缩时，突出的泡沫70还提供额外的减震。
32.根据本公开的鞋垫的一些部件在图1和图2中示出，并且在整个说明书中可以使用命名法来描述这些部件中的一些：
[0033][0034][0035]
鞋垫基底20可以由弹性泡沫材料制成，该弹性泡沫材料通过例如注射或压缩模制的技术生产，并且由例如泡沫聚氨酯或泡沫乙烯醋酸乙烯酯(eva)的材料制成。也可以使用工业上已知的其他和较不常见的泡沫，例如泡沫橡胶或聚乙烯(pe)泡沫。泡沫的比重(sg)通常在0.15-0.40的范围内，其中材料硬度按阿斯克c级在15-50之间。这些类型的泡沫在鞋类工业中是常见的，并且已知为穿着者提供优质的缓冲和舒适特性。鞋垫基底20在整个鞋
垫10中具有相对一致的厚度，其中在中足r2中具有较厚的部分以容纳足弓区域40，并且其成形为与脚底表面相匹配。脚跟板30由比用于鞋垫基底20的泡沫20更硬的材料制成，并且通常由经由注射或压缩模制技术生产的塑料材料制成。用于脚跟板30的塑料可以包括尼龙、聚氨酯、eva、聚碳酸酯和peebax。这些塑料的比重在1.0-1.2的范围内，并且当用上述技术模制时，其硬度按肖氏a级为50-90。也可以使用具有与上述塑料类似的物理特性的复合材料，例如碳纤维。
[0036]
脚跟板30在脚跟区域r3中粘附到鞋垫基座20的底表面，并且防滑材料50在鞋垫10的前脚r1区域中粘附到鞋垫基座20的底表面。材料可以使用工业中已知的粘合剂或通过经由热和压力共模制材料而彼此粘附，该热和压力有效地将每种材料的外层彼此熔化。
[0037]
脚跟板30为鞋垫10的主要形状提供了抵抗长期变形的硬度和材料。脚跟板30使用工业中已知的标准粘合剂附接到鞋垫基底泡沫20。在鞋垫基底20泡沫粘附到脚跟板30的情况下，泡沫呈现脚跟板30的形状，并且因此具有最佳的几何形状以匹配脚底表面。从脚跟中最远的点到中足r2中靠近脚的第1跖骨头和第5跖骨头的点，脚跟板粘附到并定位在鞋垫基底20上，以确保脚的弯曲关节处的舒适性和顺应性。
[0038]
提供鞋垫10的主要形状的脚跟板30的轮廓对于脚的舒适性和支撑是关键的。该形状内对鞋垫10的功能重要的区域包括脚跟垫深度、脚跟垫直径、中间脚跟垫壁角度、侧脚跟垫壁角度、后脚跟垫壁角度、中间脚跟垫壁高度、侧脚跟垫壁高度、后脚跟垫壁高度、足弓高度和鞋底足弓部。
[0039]
在至少一些实例中，模块化系统可以用于形成鞋垫并且改进产品计划、成本和可配置性。这种鞋垫可以使得制造商能够延迟鞋垫的供应计划，并且选择性地选择用于合适的鞋类物品的鞋垫构造(及其价格点)，而不改变鞋垫的成本结构和制造方法。这允许制造商将鞋垫的一个部件流用于多种鞋款和价格点，从而在制造鞋类物品时增强供应效率和部件灵活性。
[0040]
在至少一些实例中，通过利用两个单独的制造流来产生上段中所述的效率。第一制造流可以用于使用例如在
‘
204专利中描述的技术来产生包括各种形状和/或尺寸的半刚性脚跟垫和足弓的脚掌弓形片。术语“脚掌弓形片”在本文可以用来包括半刚性部件。术语“半刚性”可以包括通过astm d790测试弯曲模量的合适材料。在至少一些实例中，“半刚性”包括弯曲模量在0.01至4.50gpa的范围内的材料。脚掌弓形片可以包括脚跟垫的至少一部分和足弓的至少一部分。第二制造流产生形成鞋垫的顶部的模制泡沫。熟悉鞋类制造领域的技术人员将理解，选择性地选择包括或排除鞋垫的半刚性脚跟垫和足弓将改变鞋垫的总成本。具体地，从鞋垫中排除材料将减少材料的总体积，从而影响鞋垫的体积和鞋的接纳用户的脚的内部部分的配合。下面描述的是独特的方法和特征，其允许此鞋垫构造为具有或没有半刚性足弓和脚跟垫，而不会对整体配合和舒适性产生负面影响。包括脚跟垫和足弓支撑件的选择可在设计、开发或供应计划步骤期间的任何时候进行。消费者还可在购买时或在使用期间通过将脚掌弓形片与鞋垫泡沫联接和脱离来进行选择，以满足他们期望的舒适性需求。
[0041]
半刚性脚掌弓形片可以由普通的模制材料和技术制成，例如碳纤维、塑料和其他复合材料，并且与例如eva或聚氨酯的泡沫聚合物结合以形成鞋垫结构，当鞋垫组件用于鞋类物品时，该鞋垫结构可以提高用户的舒适性、步行效率和稳定性。
[0042]
鞋类制造、生物力学、整形医学和足病医学领域的技术人员可以对包括在鞋类物品中的鞋垫的最佳材料和几何形状达成一致。然而，市场可能对不同品牌的鞋的成本、材料、特征和益处存在担忧和限制。为此，允许部件的质量和结构变化的灵活工艺将是有益的。此外，个人口味、风格、价格与质量、以及功能要求可随消费者有很大差异。
[0043]
图3至图7示出了根据本公开的实施方式的模块化鞋垫的实例。所述鞋垫组件通过允许半刚性脚掌弓形片与泡沫层的联接和脱离而提供柔性特征、益处和成本。鞋垫的主体设计成接纳可拆卸的半刚性脚掌弓形片，使得如果半刚性脚掌弓形片联接到鞋垫主体或如果移除脚掌弓形片，则其有效地起作用。本领域技术人员将理解，可以实现某些测量、体积和公差以便鞋垫有效地工作。无论是否包括半刚性足弓和脚跟垫，都可以实现这些特定的几何形状和公差。
[0044]
图3是鞋垫的背面的视图，并且因此示出了与鞋类物品的楦板相互作用的表面。相对表面(未示出)与脚相互作用，并且通常遵循脚的脚底表面的形状。鞋类组件300示出了具有全长弹性泡沫330和半刚性脚掌弓形片360的鞋垫。脚掌弓形片360可以包括足弓部362a、362b和脚跟垫364。足弓部362a、362b可以是从脚跟垫朝向脚趾延伸的侧向分支的形式。在所示的实例中，足弓部362a比足弓部362b长。三个部件(即，脚跟垫和两个足弓部)可以是连续的，但是应理解，三个部件也可以是不连续的，并且三个部件可以单独地附接到泡沫层。在一些实例中，脚掌弓形片配置和布置成支撑第一跖骨，朝向纵向足弓向下延伸，弯曲以提供设计成缠绕在跟骨垫周围的延伸的脚跟支撑件。
[0045]
在一个实例中，半刚性脚掌弓形片360位于内侧足弓下方，并且围绕脚跟缠绕到鞋垫300的外侧。脚掌弓形片360可以包括一个或多个空隙或窗口350，该空隙或窗口允许弹性泡沫330穿过窗口突出。可设计切口穿透窗口350的尺寸和位置以提供不同水平的舒适性和支撑。其还为用户提供视觉吸引力并减小鞋垫组件300的重量。本领域技术人员可理解，可以确定不同的构造，其中改变切口穿透窗口350的尺寸、形状和位置以实现不同的结果。半刚性吉他拨片(guitar pick)特征370也可以邻近脚跟设置，脚掌弓形片360配置为缠绕在吉他拨片特征周围。
[0046]
图4是具有单个切口穿透窗口350的半刚性脚掌弓形片360的详细底视图。内侧足弓区域中的单个切口穿透窗口350允许聚合物弹性体鞋垫泡沫330穿过切口穿透窗口350突出。半刚性脚掌弓形片360可以由各种塑料和复合材料制成，其可经由注射成型或热成型来模制。在至少一些实例中，可以使用增材制造技术(例如，3d打印等)来形成脚掌弓形片。在至少一些实例中，脚掌弓形片是订做的(即，其是定制生产的并且针对特定个体定制的)。或者，基于从群体中选择的扫描来形成脚掌弓形片的几何形状，并且至少部分地基于美国专利10,653,204的方法和技术来选择形状(例如，长度、宽度、厚度、轮廓、曲率等)，该专利通过引证结合于此。例如，脚掌弓形片几何形状可以至少部分地基于在
‘
204专利中描述的七个代表性测量中的一个或多个。
[0047]
半刚性脚掌弓形片360可以具有与聚合物弹性体泡沫330相同或更高的模量/刚度。具体地，泡沫330可以具有在8至50的范围内的阿斯克c硬度，而脚掌弓形片360可以具有根据astm d790在0.01至4.5gpa的范围内的弯曲模量。
[0048]
半刚性脚掌弓形片360和鞋垫聚合物弹性体泡沫330部件可以用各种共模制工艺永久地模制在一起。如果需要，非永久性附接可以通过使用非永久性方法来实现，例如粘性
贴纸(剥离-粘贴)或钩-环附接。永久性附接也可以通过使用永久性粘合剂(例如水泥)来实现。
[0049]
图5是由聚合物和弹性体泡沫530以及半刚性脚掌弓形片560构造的鞋垫组件500。脚掌弓形片560类似于脚掌弓形片360，并且包括一对足弓部562a、562b和脚跟部564，但是其包括大量的切口或窗口550。如图所示，窗口550设置在足弓部562a、562b和脚跟部564两者中。然而，应理解，窗口可以限于三个部分中的任何一个或两个，或者不限于其中的任何一个。
[0050]
多个切口穿透窗口550可以允许鞋垫以两种不同的构造使用。在第一构造中，聚合物弹性体鞋垫泡沫与半刚性脚掌弓形片560结合在一起。脚掌弓形片560可以为穿着者提供额外的结构、支撑和舒适性。这两个部件可利用通常用于“剥离-粘贴”应用的普通的非永久性粘合剂结合。这种“剥离-粘贴”机构允许用户或制造商根据诸如成本和个人偏好的因素选择期望的构造。如果穿着者或制造商决定省略半刚性脚掌弓形片560，则将仅由聚合物弹性体泡沫530组成的鞋垫放置在鞋类物品中。与聚合物弹性体鞋垫泡沫530的设计相关联的脚掌弓形片560的多个切口穿透窗口550使得鞋垫可能适当地装配到鞋类物品中，而不改变鞋类物品的内部体积，从而保持配合一致。在一些实例中，泡沫530具有与脚掌弓形片460的窗口550对准的多个互补突起531。每个突起531可以与一个窗口互补。也就是说，每个突起可以具有与一个窗口相等或相似的形状和/或尺寸，并且与该窗口对准。当突起531穿过互补窗口550延伸时，其提供两个部件之间的互锁以将它们更好地固定在一起。在至少一些实例中，突起的长度等于窗口的长度，使得固定组件的底部与鞋的底部齐平。
[0051]
图6是具有窗口550的脚掌弓形片560的底视图。此部件可以使用通常用于将形状模制成半刚性形式的各种材料和制造工艺来制造。模制工艺包括注射模制、热成形、碳纤维铺设和3d打印。可以使用多种塑料和复合材料，包括聚合物塑料，例如聚氨酯、eva、尼龙、碳纤维、以及适于此结构的其他材料。多个切口穿透窗口550定位成允许鞋垫聚合物、弹性体泡沫530作为突起531经由切口穿透窗口550穿过。此构造允许一致地定位和配合到鞋腔中。经由粘合剂(永久的或非永久的)加入半刚性脚掌弓形片可以提供额外的支撑和舒适性，但是将不会改变鞋垫在鞋腔中的位置，因此不会改变鞋垫在鞋腔中的配合。
[0052]
图7是具有脚掌弓形片560和泡沫530的鞋垫组件500的侧视图。脚掌弓形片560包括如前所述的多个窗口550。该多个穿透窗口550允许聚合物弹性体泡沫530在某些突起531处突出穿过并与鞋的楦板相互作用。此特征意味着鞋垫可以在存在或不存在脚掌弓形片的情况下一致地定位在鞋腔中。
[0053]
图8是鞋垫组件800的一个实例的示意图，其具有带窗口850的脚掌弓形片860和具有突起831的泡沫830。如图9a至图9c的剖视图所示，某些技术可以用于将泡沫联接到脚掌弓形片。具体地，机械互锁可以形成在泡沫和塑料/复合脚掌弓形片之间。在图9a所示的实施方式中，互锁示出为在泡沫930和脚掌弓形片930之间。在一些变型中，穿过脚掌弓形片960突出的泡沫柱930a可以具有用于增强两个部件的锁定的形状。这可以用于作为半永久性粘合剂和/或钩-环附接的补充或替代。
[0054]
在图9b中，泡沫的泡沫柱930a可以具有负拔模角，该负拔模角保持脚掌弓形片960a向上抵靠鞋垫的基底。或者，如图9c所示，柱930b包括具有加宽基底的凹口，使得一旦脚掌弓形片960b被推到柱上就将其卡入。塑料脚掌弓形片将相应地模制成与泡沫柱配合并
增强机械锁定。在一些实例中，机械锁可以由用户安装和/或替换。在一些实例中，出售包括泡沫基底和不同刚度的多个脚掌弓形片的套件，并且用户可以选择为他们提供期望性能(例如，舒适性、支撑等)的脚掌弓形片。在至少一些实例中，用户可以选择适当的脚掌弓形片或根本不选择脚掌弓形片，以获得他们期望的性能和/或刚度。在这些实例中，将理解，脚掌弓形片可以具有类似的形状、尺寸和/或几何形状，其例如可以仅在刚度上变化。另外，由于泡沫的几何形状，鞋垫在鞋内的配合和/或体积可以与任何可用的脚掌弓形片或根本没有脚掌弓形片保持基本上相似或恒定。
[0055]
以上描述了一种产生用于类似于在
‘
204专利中描述的鞋垫的鞋垫的灵活的制造和穿着者选择的设计和方法。这种柔性构造允许用户或制造商选择性地选择使用半刚性足弓和脚跟垫。脚掌弓形片可以经由类似于在“剥离-粘贴”情况下使用的粘合剂的粘合剂与聚合物鞋垫泡沫结合，并且当决定最终鞋垫构造时为鞋类品牌和消费者提供更多选择，而不改变制造工艺或鞋内适配性。
[0056]
应理解，各种从属权利要求和其中阐述的特征可以与初始权利要求中呈现的不同的方式组合。还应理解，结合各个实施方式描述的特征可以与其他描述的实施方式共享。