专利名称：用于鞋类物品的动态控制减震系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于鞋类物品的减震系统，特别是一种包括具有独立储存库的流体填充气囊的减震系统，其中，各腔彼此之间流体连通，控制装置基于检测值和用户输入标准动态地分配和调节腔内的压力。
背景技术：
鞋类物品，例如现代运动鞋，是由许多具有特殊功能的元件十分精确地的组合而成，所有元件一起工作用来支撑和保护脚。今天的运动鞋随着鞋子运动时磨损规律的变化而在设计和目的上各不相同。网球鞋、壁球鞋、篮球鞋、跑鞋、棒球鞋、足球鞋、步行鞋等都被设计成用于非常特殊的、不同的方式。它们也被设计成具有一种独特且专门的助推、保护和支持相结合的组合功能，从而提高性能。
此外，在特定鞋子的穿着者之间身体上的差别，例如每个用户的重量、脚的尺寸、体形、活动水平以及行走与跑步类型上的差别，使得要让大批量制造的鞋的性能对于一个特定的个人来说尽可能为最佳，是非常困难的。
封闭单元泡沫常被用作鞋底的减震材料，聚醋酸乙烯(EVA)泡沫也是一种常用的材料。在许多运动鞋中，整个misdeal都由EVA组成。尽管EVA泡沫能被切割成预期的形状和轮廓，但它的减震特性是有限的。流体，特别是气体填充气囊的优点之一是气体作为一减震部件，通常比封闭单元泡沫更加能源充足。当减震部件对于一给定的冲击力，能够扩散冲击力通过一段更长的时间，使得一较小的冲击力被传送到穿鞋者的身体时，减震作用通常就得到了提高。因此，流体填充气囊在这些鞋子中通常被用作减震器以提高鞋子的舒适度、增强鞋子的支撑力，降低穿鞋者的疲劳，减少受伤及其他伤害的可能。通常，这些气囊由弹性材料组成，该弹性材料做成至少一个压力袋或腔的形状，通常包括多个以设计成能够实现上述一个或多个特性的模式排列的多个腔。这些腔室可以通过各种不同的介质，包括空气、各种气体、水或其他液体来施压。
通过试着优化腔室的方向、构造和设计，人们已经作出无数的尝试来提高与流体填充气囊相关的预期特性。在Gilbert的美国专利第2080469号中，构造了具有一在整个鞋底区域延伸的单独的腔的气囊。另一种选择是气囊包含了多个彼此相互连接的腔。这些类型的例子在Rudy的美国专利第4183156和Miller的美国专利第900867号中被公开了。然而，人们已经了解到了，当这些类型的气囊结构受到高强度的压力时，它们会变平且“底部泄露(bottom out)”，如在体育运动中所实际出现的那样。这些失败否定了提供气囊所预期的益处。
在克服这一问题的一种尝试中，开发出了具有彼此通过受限制的开口流体相通的腔的气囊。这些气囊的例子在Donzis的美国专利第4217705号，Petrosky的美国专利第4129951号，以及Spinney的美国专利第1304915号中表示出来。然而，这些气囊有可能或者是在克服不受限制的气囊的缺陷中失去了效果，或者是制造起来过于昂贵。
在许多专利中还披露了包含若干彼此不流体相通的分离腔的气囊。因此，装在任何一个腔中的流体都避免了流入另外一个腔。这种结构的一个例子在Reed的美国专利第2677906中被公开了。尽管这种设计避免了气囊的“底部泄露(bottoming out)”，它却还需要对每个腔单独充压，因此制造的成本可能会变高。
这些已知的气囊设计中的另一个问题是它们不为用户提供一种单独调整各腔室中压力的方式，以优化他们的鞋子在他们的特定运动或使用中的性能。一些发明者尝试了通过加入使腔内压力可调的装置来达到这个目的。例如，Huang的美国专利第4722131号披露了开放系统式的气垫。该气垫具有两个腔，每个腔有一个单独的空气阀。这样，每个腔就可通过泵送入或释放出预期的空气来充气到一个不同的压力。
然而，在这些系统中，需要一独立的泵来增加腔中的压力。这样一个泵当需要在离开家时给腔室充气时，就不得不由使用者随身携带，这给使用者产生了不便。另外，泵可以被构造进鞋内，这就增加了鞋的重量，也提高了成本和复杂度。此外，开放式系统有可能由于通过气囊薄膜的散射或通过阀门的泄漏而大幅失去压力。因此，压力必须经常被调整。
在这种类型基础上的一个重大的改进出现在Potter的美国专利第5406719号(即“Potter”)，该专利披露的内容作为参考引入这里。“Potter”通过至少一个容量可变的流体库可控制地连接了一个气囊内的若干个腔，这样每个腔中的压力可被人工调整，通过一用户调整所选择的连接和流体库的容量。腔室可被定位成使得在对应足部不同区域的区域上具有不同压力的腔室。例如，要纠正足部过于朝内，在位于鞋子朝中间一侧的腔的压力可以由用户选择性地增加。
“Potter”中的系统也是封闭于大气的。相应地，系统的压力可以高于外界压力。此外，尘土和其他碎片都不能进入系统。
然而，由于“Potter”需要人工调整，各个腔内的压力不能在鞋子的使用中动态地调节或调整。相应地，对于一特定的使用和单独的个体来说，需要用户花费相当大的努力来“细微调节”鞋子的性能，这种调节在运动和活动改变时还必须由用户重新进行。
在最近一些年中，用户电子技术变得日益地更可靠、更耐用、重量更轻、更经济和更简洁。作为结果，一个小型化的基础控制系统的基本部件，例如一中央处理单元，输入/输出装置，数据检测装置，电源，以及微执行器，现在在工业上都可以以合理的价钱获得。这些系统足够小、重量轻、耐用，以便装到一种鞋类，例如一只鞋子上，而不会降低鞋子的性能。
允许对一单腔减震气囊中的压力进行动态调整的控制系统在Demon的美国专利第5813142号中被披露了(即“Demon”)。该专利披露的内容作为参考引入这里。在“Demon”中，若干个单腔独立气囊被紧闭在一鞋内，通过流体输送管与外界大气保持流体相通。一控制系统监控每个气囊中的压力。每个输送管包含一流量调节器，能由控制系统驱动到任何位置，以便流体输送管能够被调整到包括全开和全关的全开到全关之间的任何位置。控制系统监控每个气囊的压力，基于检测到的每个气囊的压力值，按照程序打开流量调节器。
尽管使用一个在线控制系统以动态调整“Demon”中每个气囊的气囊压力有许多好处，由Demon传授的这一概念的具体实施却相反地影响了气囊作为减震器的性能，因此也严重限制了这一概念的工业可行性。例如，在“Demon”中的多个气囊每个都有自己的储存库，其中最好是外界空气。相应地，在每个气囊中的静态压力不能超过外界压力。而实际上，对于气囊中的静态压力来说，高于外界压力是最好不过的了。这种更高的压力迫使气囊在受到冲撞之后回到它中间的位置上，从而防止气囊的底部泄露，提高减震能力或气囊的触感。
而且，象其他通入外界空气的气囊结构一样，“Demon”的气囊也易于通过它们的出入口收集尘土和其他颗粒，尤其是当一名使用者在户外穿鞋，如在湿的公路上跑步时。此外，“Demon”既没有教授也没有建议如何在同一气囊的至少两个腔之间动态调整压力，从而允许控制系统优化气囊各区域内的性能，而不会损失系统的完整性，不需要在同一鞋中设置多个气囊。
相应地，尽管已知了对气囊设计的多种改进，仍然存在对一种成本合理的、封闭系统的、多腔室的气囊的需求，该气囊允许每个腔内的压力可被动态分配、调整，和在各个腔之间基于实时检测值与用户输入标准来调节，以便在鞋子由其自身的用户穿着时，能够优化气囊的预期特性。
除了在下面公开的内容中将清楚说明的其他优点以外，本发明也满足了上述这一需求。
本发明是用于一种包含具有多个单独密封减震腔的流体填充气囊的鞋类的减震系统。单独的储存库也可以设置成与减震腔流体相通。各腔之间彼此流体相通，控制装置基于检测值和用户输入标准，通过调节各腔室、以及储存库(如果安装了的话)之间流体传送的状态来动态分配和调节腔内压力。
在优选实施例中，控制系统包括一中央处理单元(CPU)、压力检测装置、以及电致动的且由CPU控制的阀，这些阀共同作用来控制腔室之间的流体连通，并根据需要改变储存库的容积，从而优化用于特定穿着者和活动的减震系统的性能。
优选实施例的具体描述用在鞋9中的减震系统8显示在
图1到图9中。减震系统8包括一个具有在通风口20处彼此流体连接的多个腔12a-j的气囊10，其中各腔的入口具有一独立可操作调节器，如一调节阀29。一控制系统监控腔中的压力，并动态操作调节器以改变各腔之间流体传送的状态，从而改变它们各自的压力，以优化该鞋在使用中的气囊的性能。
A.气囊装置在发明的一优选实施例中(图1-3)，一气囊10是一细长的弹性部件，即多个腔12或袋。腔12被充压以提供一弹性支撑。气囊10尤其适于用在鞋的鞋底中部，但也能被包含在鞋底的其他部分或在尝试的其他区域也具有适用性。在一鞋底中，气囊最好被包在一弹性泡沫11中(图1)。如本领域所公知的，泡沫不需要完全包裹气囊。此外，气囊可被用来形成整个鞋底的中部或鞋底的部件。
优选地，气囊10由一种包含聚酯聚氨酯(polyesterpolyurethane)、聚醚聚氨酯(polyether polyurethane)的弹性塑料材料构成，如一铸压或模压的具有80到95的“A”级肖氏硬度的酯基聚氨酯(ester base polyurethane)薄膜(如Tetra塑料TPW-250)，该薄膜是用六氟乙烷(hexafluorethane)(如杜邦F-116)或sulferhexafluoride来充气的。其他具有需要的特性的适合材料及流体也能被使用，如在Rudy的美国专利第4183156号中披露的材料，在此作为参考引入。在形成薄膜层中尤其适用的无数热塑氨酯(urethane)中，就有氨酯(urethane)产品如Pellethane(位于密歇根州，Midland的陶氏化学公司的一种已注册商标的产品)，和Elastollan(BASF公司注册商标)，所有这些或者是酯，或者是酯基，都已被证明是非常有用的。基于聚酯、聚醚、聚己内酰胺(polycaprolactone)和聚碳酸酯的大粒凝胶(macrogel)都可以被使用。更适合的材料还包括包含了晶体材料的热塑薄膜，如在Rudy的美国专利第4936029号和5042176中所披露的，在此也参考并入；或是由至少一层弹性热塑材料层形成的多层薄膜，以及由乙烯和乙烯醇的共聚物形成的一障碍材料层，如Mitchell等人的美国专利第5952065号中所披露的，在此也参考并入。此外，气囊10也可由吹塑或真空成型技术来制造。
作为鞋底中部的气囊，气囊10限定了一前足支撑14，一足跟支撑16，一相互连接两个支撑的中段18。每个腔12限定了一支撑部分13和一通道部分15。支撑部分13的出现是为人的脚提供一弹性抵抗力。通道部分15与支撑部分13相比相对狭窄，用来促进下面所述的独立制造过程。前足和后跟支撑14、16主要由支撑部分组成，这样鞋子在使用过程中受到冲击压力时，减震支撑就提供在脚底区域下。部分延伸到前足和后跟支撑14和16的通道部分15集中在中段18处。
在前足支撑14中，支撑部分13被排列成在穿过鞋底的横向方向上彼此平行，以便在前鞋底部分提供适当的弹性，并且分摊预期的缓冲阻力。尽管如此，也还可以使用不同的腔室排列。
在图示的运动鞋中，前足部分14包括腔12a-g。腔12a-g尺寸不同，更靠近前部的腔(例如腔12a)具有比那些更靠近中段18(例如腔12g)更大的容量。正如下面将要作更充分描述的，所有腔12a-g最初都被充压到同样水平。然而，由于腔的不同容量，它们每个都具有一独立的抵抗力。换句话说，具有更小容量的腔将比具有更大容量的腔提供一更有力的支撑，因为更小容量的腔的侧壁的移动比在一更大容量的腔中发生同样的移动将占据被移动的空气体积的更大百分比。因此，例如，腔12g就会比腔12a提供一更有力的支撑。
腔12a-g的通道部分15a-15g通常从支撑部分13a-g向后延伸到横穿过中段18的充压部分20。通道部分15对于Potter的美国专利第5406719号描述的独立制造过程是必须的，它所披露的内容因此被参考引入在此。更好地，通道部分15沿着前足部分14设置，这样所需要的缓冲支撑就不会在鞋底中部最需要它的地方有所降低。在图示的实施例中，相邻的腔12的通道部分15被设置在鞋底的相对侧。当然，也可能使用其他排列。
此外，在前足部分14，设置了与大多数向后腔12e-g相邻的空腔22。空腔22是未被充压的腔。空腔22的存在是因为需要对腔12e-g的容量作限制以便在气囊的这些部分提供一确定的坚固性。尽管如此，空的空间并不是本发明所必需的，能够被排除。在一鞋底中部的使用中(图1)，弹性泡沫11会填充在空的空间中，为用户的足部提供足够的支撑。
以与前足支撑14相类似的方式，足跟支撑16也包括一排腔12h-j。在图示的气囊中，提供了三个腔12h-j。这些腔的支撑部分13h-j排列成在穿过鞋底的大致纵向方向上彼此平行，以便确保三个腔对于针对用户足跟的所有冲击提供缓冲支撑。尽管如此，如在前足部分，不同的腔室排列也可被使用。此外，每个腔12h-j包括一通道部分15，它从支撑部分13延伸到充压部分20。以与前足支撑14相同的方式，腔12h-j在足跟支撑中提供了不同的抵抗力。例如，更小的腔12h比更大的腔12i或12j提供一更有力的抵抗作用。更有力的腔12h在减少脚底向下卧的过程中作为中间支柱。
腔12h-j最初以与腔12a-g相同的压力被充压，运动鞋内部压力的一个优选例是30psi(磅/平方英寸)。当然，也可使用各种其他压力。另外地，腔12a-j能被充压到不同的内部压力。作为一优选例，在前足部分的压力可被设为35psi，同时足跟部分可被充压到30psi。在每个部分的特定压力尽管将依靠可能的活动及腔的尺寸，却也能从给定的例子中作广泛的变化。最终，通过在充气期间单独地控制控制阀门，各个腔就能被充气到不同的压力。
在气囊10的构造中，两块弹性薄片24，26最好是被固定在一起以形成如图2-3所示的连接模式；也就是说，两个相对的薄片24，26被封到一起以形成以一特定模式排列的壁部分28(图2A)。该连接最好是通过无线频率熔接的使用来实施，该过程是公知的。当然，其他封住薄片的方法也可以被使用。另外地，气囊也能由吹制模塑、真空成型、或注入模塑来制成，这些过程也都是公知的。
当气囊被初始熔接(或其他成形方式)，充压部分20与所有腔12a-j的通道部分流体相连，这样所有腔都彼此流体相通。每个通道部分包括一调节阀29a-k，该阀最好是电子驱动的，可被指令打开、关闭或固定到这两点之间的无数位置，从而能够调节其各腔12a-j进入或出去的压力变化。
一注入袋32用来为气囊10提供一定数量的流体。注入袋32与充压通道34流体相通，该通道依次与充压部分20流体相连(图2A和2B)。因此，腔12a-j最初通过插入一针(未示出)穿过注入袋32的其中一壁，注入一受压流体来充压。受压流体从注入袋流出，通过通道34，进入充压部分20，再经过通道部分15a-j，进入所有腔12a-j的支撑部分13a-j。一旦预定数量的流体被注入气囊，或另外地当预期压力已达到，通道34就暂时被夹住。流体最好包括，例如，六氟乙烷、sulfer hexafluoride、氮气、空气，或如前所述的Rudy的156、945、029或176专利，或者Mitchell等人065专利中所披露的其他气体。
壁24，26被熔接，或另外地热密封，形成一环绕充压部分20的一密封部分(图1)，以完全密封在充压部分20处彼此流体相通的各腔。一旦实施密封，针就被移出，通道34维持在未充气的空区域。因此，正如很容易所意识到的，这种独特的独立腔设计能以一种方便、快捷且经济的方式通过新的过程来制造。
B.控制系统装置特别参考图9，控制系统200被示出，它包括了一中央处理单元(“CPU”)202，电源204，多个压力传感装置206a-k，以及调节阀29a-k。更好地，系统也包括一输入装置208，但它不是必需的。
压力传感装置206a-k被定位于与每个调节阀29a-k相邻，这样在相邻腔12a-k中的压力被检测出来。压力传感装置206a-j传送传感信息到CPU202，在那里它根据预设的程序被处理，以调节各自的调节阀，响应每个腔中检测到的压力。这种控制系统和编程逻辑是已知的。例如，在美国专利第5,813,142号中，压力传感装置206a-k包括压力传感电路，它将由可变电容检测到的压力的变化量转换成数字数据。每个可变电容构成一传统的频率-压力转换器(FVC，frequency-to-voltage)的一部分，该转换器输出一与可变电容电阻值成比例的电压值。一振荡器与每个FVC电连接，还提供了一可调整的参考振荡器。每个压力传感装置产生的电压作为一多路复用器的输入被提供，该多路复用器通过按顺序连接各个从FVC电压到模拟-数字(A/D)转换器的通道来循环操作，该A/D转换器将模拟电压转换成数字数据以便通过数据线被传送到CPU。这些部件和这种电路对于本领域技术人员来说是公知的，还有许多适当的部件或电路也可用来执行同样的功能。
控制系统200也包括一具有传统RAM和ROM的可编程微计算机，接收来自压力传感装置206a-j的信息，该信息指示了每个压力传感装置206a-j所检测到的相关压力。CPU202从压力传感电路接收与压力传感装置检测到的相关压力成比例的数字数据。控制系统200也与调节阀29a-j相连接，以改变各调节阀的开口，从而也改变了每个腔与其他腔之间流体传送的情况。由于调节阀最好是螺线管式的(因此是电气控制的)，因此控制系统与调节阀电气连接。
在一优选实施例中，控制系统也包括一用户输入装置208，它允许用户控制鞋子的减震水平。这种装置在本领域是已知的。例如，如图8所示，鞋类物品9上的一旋钮210a-c由用户调节，来指示配合用户的特定的运动或活动、用户体重，或者预期要被纠正的平足(pronation)类型。
CPU编程可在制造过程中预先设定，或包括了一通讯接口212用于遥控接收更新的程序信息。这种通讯口及相关系统在工业中是已知的。例如，接口212可为一无线频率收发器，用于发射更新程序到CPU。一相关接收器要被安装在鞋上，与CPU电路连接。接口可替换地，或附加地具有一串行或并行数据口，红外收发器或类似物。
C.可变容量储存库如果需要的话，一个或多个如美国专利第5406719号中详细披露的可变容量储存库516可被插入到气囊中，被放置成与充气部分20流体相通。这种储存库516最好包含一压力传感装置206l-o和一调节阀29l-o，在通道内连接储存库与充气部分20。储存库的容量可通过螺线管517a-d电气调节，该螺线管使得平头螺钉526执行动作。控制系统200检测被传感的储存库中的压力，并能指令螺线管517a-d和调节阀29l-o按需要地增加腔512a-d中任一个的压力。
特别地，最好如图4-7所示，各个腔512a-d的充压过程能以一种在封闭减震系统中已知的方式选择性地不同。特别参考图4，一替换的更好的减震元件或气囊被表示出来。气囊510最好包括四个充满气体的后支撑存储腔512a-d。为了提供缓冲但又不会自己塌陷，当一压力被施加时，腔512被压缩并变硬。向前的中部支撑腔512b和向后的中部支撑腔512c被设置在后跟区的中部，并延伸了气囊宽度的近1/2。侧向腔512d也被设置在后跟区，从中部延伸了气囊宽度的近2/3。腔512b-d彼此被间隔开。
腔512b和512c通过可由夹断阀(pinch-off valve)518g选择性地打开或关闭的相互连接管或口514g连接在一起，该操作将在下面进行更详细的讨论。腔512c和512d也可通过口515被连接以促进腔的初始充压。然而，如图4所示，如果预期的话，口515可被永久地密封以阻止腔512c和512d之间的流体相通。腔512a形成减震单元510的向前部分，并通常跨过鞋底宽度延伸。腔512a作为一与腔512b-d相分离的元件来形成，泡沫元件513被设置在它们中间，如果预期的话，可通过与512b-d的任何腔流体相通的方式来直接连接。
泡沫元件513形成减震单元的脚弓部分，并包括部分或全部穿过它的圆柱形开口520a-d。可变容量储存库516a-d分别设置在开口520a-d内。腔516a-d具有一波纹形状，允许腔自身折叠以缩小容量。前中部储存库516a通过相互连接管或口514a与前支撑腔512流体相通地连接，通过相互连接管514c与后中部可压缩储存库516c相连。后中部储存库516c通过相互连接管514e与向前的中部后腔512b流体相通地连接。前侧向储存库516b通过相互连接管514b与前支撑腔512a流体相通地连接，通过相互连接管514d与后侧向储存库516d相连。后侧向储存库516d进一步通过相互连接管514f与侧向支撑腔512d流体相通地连接。每个相互连接管514a-g的打开与关闭都如下面将进一步描述的，由相应的阀518a-g来控制。
减震由腔512a-d中被封闭的气体来提供，施加在给定腔的任何部分上的负载将立即在全部所有腔上同等地增加压力。腔将被压缩，并提供缓冲、变硬作用，但同时由于其内含气体压力的增加而不会塌陷。当相互连接管514被打开时，它不会限制支撑腔512和储存库516之间的流体输送，两个由一开口管相连的支撑腔及/或储存库就作为一单独腔来动态运作。这样，当所有管514被打开时，减震单元510作为一实质上的整体气囊为整个misdeal提供缓冲。
阀518a-g可由任何本领域已知的适当的阀构成，例如，包括如图5和6所示螺纹的夹断阀(pinch-off valve)。参考图4，阀518a-g，如阀518c，包括中空的铆钉522，被设置在一个从一端点局部地穿过泡沫元件513而延伸的洞中，还包括了一个与CPU202电气相通、并由其控制的执行器519a-g。铆钉522设置在一个从一端点522a局部地穿过泡沫元件513而延伸的洞中，且从内部端点放射状地向外延伸。铆钉522的内壁为螺纹，可调节的螺杆524设置在其中，该内壁包括与CPU电气相通、并由其控制的执行器525。螺杆524最好由重量较轻的塑料制成。
相互连接管514被设置在预期的部分522a。流体传输可通过调节螺杆524在区域522b中延伸的程度来控制。当螺杆524被放置在与管514的接触点以外，在储存库516和/或支撑腔512之间就有了一个实质上开放的流体传输。当螺杆524被放在最靠内的位置，它们完全接触上并夹断(pinch-off)了管514，几乎完全地阻止了流体传输。
如所讨论的，储存库516a-d被设置在形成于泡沫元件513中的圆柱形洞520a-d中。洞520的内部是丝杠的，形成储存库516的容纳部分。平螺丝526被设置在各自的洞520a-d中。螺丝526的向下旋转就该螺丝带到与储存库516相接触，并压缩该储存库。相应地，每个储存库516被调节并维持在预期的容量，通过使储存库折叠的对应螺丝的简单旋转。当储存库516在其最大容量时，螺丝526的顶部与洞520的顶部相平。螺丝526由轻重量材料如塑料制成，由与CPU202电气相通、并由其命令的执行器527操纵。压力传感装置206k-n被设置在每个储存库中，传送压力信息给CPU202。
由于各螺丝526、腔518和泡沫元件513重量较轻的性质，只需要一很小的向下力来使储存库516被折叠以及恢复储存库516到预期的容量上。这样，只需要一很小的扭矩来旋转螺丝526到预期的水平。如果配备了一鞋垫，也应配备一相应的挂钩，通过它也能提供方便的使用。
通过使用储存库516a-d和管514，充压的程度及因此的每个支撑腔512a-d的硬度能被调整，使得在鞋子不同的使用场合能够提供专用化的缓冲，而不需要气体再从气囊中加入或放出。例如，如果需要在鞋子中后部增加对压缩的抵抗性，支撑腔512b和512c的两个或其中一个的压力可被增加，通过CPU202以下述方式指令适当的执行器，直到在对应的腔中获得预期的压力。阀518a的螺杆524由CPU指令旋转到与连接管514a相接触，完全压缩了该管，并阻止了通过它的流体传输，这样就隔绝了中前储存库516a和支撑腔512a。储存库516a可由CPU202控制相应的平螺丝526的旋转来被压扁，迫使气体从那儿进入储存库516c和中支撑腔512b和512c。因此，储存库516c也会被压扁从而迫使气体从那儿进入中支撑腔512b和512c。夹断阀518e的螺杆524可由CPU控制旋转从而压迫连接管，将储存库516a和516c与支撑腔512b和512c隔绝起来。
腔512b和512c中气体的质量被增加了，且由于腔512b和512c现在与气囊的其他支撑腔隔绝起来，它们的有效容积就被缩减了。这样，腔512b和512c中的压力就被增加了。作为结果，当腔512b和512c受到压力时，减震元件510在支撑腔512b和512c的位置上就具有了一个增大的对压迫的抵抗力，变得更坚硬。如果预期的话，腔512b和512c对压迫的抵抗力还可进一步增加，通过由CPU202控制管514c的关闭，使这些腔彼此独立，进一步减小其有效容积。这样，当一压力被定位在腔512b和512c中的一个或另一个时，受压的腔的硬度由于它与其他腔的流体输送被阻止而增加。对于大多数人来说，在行走和跑步时，足部是从后跟向前推进。因此，腔512c独立于腔512b而受到了最大的压力。当足部向前走动时，每个腔受到的硬度得到了增加，由于其受到了对应于腔相通时最大硬度的最大压力。相应地，穿着者感受到的整体硬度也增加了。
两个腔512b和512c中的压力能被进一步增加，通过CPU202控制相互连接管514a的重新打开和平螺丝526的转到其最上端位置，以允许从支撑腔512a到可折叠储存库516a和516c的流体传输。上述过程于是再重复以迫使气体从储存库516a和516c进入腔512b和512c以进一步增加其硬度。当鞋子被其使用者穿着时，CPU202可动态调整该过程，直到获得预期的硬度。以一种类似的方式，腔512a和/或512d的有效容积也可由CPU202调节，通过命令和执行与储存库516b和516d类似的操作。实际上，通过利用所有四个储存库16，气体可从腔512中的任一个被传送到另一个中，以在一预期的位置增加或减小其硬度，从而对于一特定活动或对于穿着者一特定的步态特点来调整鞋底的整体缓冲特性。
例如，一可能在足中部或前部击打地面的穿着者可能会喜欢前足的腔512a更舒适。在这种情况下，流体压力可被传送到三个向后的腔中。类似的，一在脚的侧后部击打地面的穿着者可能会喜欢腔512d抵抗力较小，而前足腔512a更具有抵抗力，在这种情况，流体压力可从腔512d传输到腔512a中去。
而且，腔512a-d的整体压力(因而减震元件510作为一整体)能够通过增加包括储存库516a-d的可变的容积来减小。例如，连接管514a，514b，514e和514f可被关闭从而将储存库516a-d与支撑腔512a-d隔绝开来。储存库516a-c可受压而迫使流体进入储存库516d。然后，连接管514d就可被关闭而隔绝储存库516d。重新打开连接管514a，514b和514e，并通过转动平螺丝526到其最上端位置来使储存库516a-c扩张，会降低支撑腔512a-c中的压力。该过程然后再对储存库516c重复实施以进一步降低气囊510的整体压力。
尽管如图4所示，减震元件510包括两个独立的气囊元件，也就是说，腔512a形成了与腔512c-d相独立的元件，减震元件510仍是一单一整体的元件，在其中，腔512a可向后延伸到腔512b和512d的前部界面，同时泡沫元件513则被消除了。然而，腔512a设置在鞋的足弓区域的部分会比腔512a的其他部分更细，这样就使得夹断阀518要被设置在腔512a的上部或下部，并且该部分还要包括圆柱形孔，穿过它设置了储存库516。具有内部丝杠的隔离壁元件可被设置在孔中供平螺丝526使用。在这种结构中，腔512a仍被一内壁隔离了与腔512b和512d的流体传输。当然，气囊510也可被形成一包括储存库516的单一元件。
D.减震系统的操作用户穿着包含了动态控制减震系统的鞋子与穿着一双普通鞋子非常类似。然而，他或她能通过操作一个或多个控制旋钮210a-c而很快地调节鞋子的减震特性。
例如，在一跑鞋的应用中，随着人们提高速度，冲击力也会增加。受到增大冲击力的腔可提高其硬度，通过增加来自可变储存库516的压力或关闭那些腔的阀，或二者兼用。类似地，在一篮球鞋中，当跳跃后后部腔接触地面时，那些腔中的压力也可被增加，通过使用可变储存库或通过关闭通向那些腔的阀，或二者兼用。
要降低如前足和足跟腔的硬度，例如在一步行鞋的应用中，前足和足跟腔可被流体连接，这样增加了总的容积，从而产生一不太硬的感觉。一用户可通过调节一个或多个控制旋钮来控制柔软度水平。
类似地，各侧边的硬度也能很容易地被调节，来纠正穿着者的足弓过低(over-pronation)或足弓过高(under-pronation)。例如，如果一穿着者行走或跑步在平足状态，中侧腔中的压力可被增加，或者由CPU202自动调节，或由一使用者在一控制旋钮210c上选择一适当的设定(图8)，来使该侧的缓冲支撑更坚硬，从而减小穿着者平足的趋势。要纠正足弓过高，鞋子侧边腔中的压力可以以一种类似的方式来增加。
本发明提供了鞋底中一非常多的压力变化从而提供了各种场合下鞋底的各种硬度，而不需要气体加入到气囊或从气囊放出。也就是说，压力的变化可在封闭系统中完成。这样，开放式空气系统中潜在的缺陷如泄漏或对外部泵的需求就可避免了。更好的是，储存库516如所示的被设置在足中部区域的足弓处。这一区域受到相对小的压力，在这一只会产生有限缓冲的位置处，封闭储存库不会发生问题，尤其是在该处使用泡沫元件513的情况下。然而，也可能将储存库和控制系统组件放置在其他一些便利的位置上，甚至在鞋底之外，如上部。尽管各种支撑腔、储存库和控制系统的一特定结构被表示出来，其他结构也可能被使用。例如，腔512a或512d可被分成若干通过连接管流体传输连接的更小的腔。
由于本发明的原理可被应用于多种实施例中，显然，具体实施例只是用于示意而不应被视为对本发明范围的限制。更恰当地说，请求保护的发明包括了如下面所述权利要求的范围及同等范围之内的所有修改例。
权利要求
1.一种具有动态控制减震系统的鞋类物品，该系统包括一安装在鞋类物品上的控制系统；一容纳在鞋类物品的鞋底中的流体填充气囊，所述气囊与外界空气相封闭，并具有多个单独的彼此流体连通的减震腔，所述每个腔具有一与所述控制系统相连的压力检测器，用于检测所述腔中的压力；以及一与所述控制系统相连、并由所述控制系统驱动的调节器，用于调节该腔与其他腔之间的流体传输水平；所述控制系统通过按一预定顺序驱动所述调节器来调节所述腔之间的流体传输水平，以保持每个腔内的预定压力。
2.根据权利要求1所述的具有动态控制减震系统的鞋类物品，进一步包括一与所述减震腔流体相通的可变容量的储存库，所述可变容量的储存库具有一与所述控制系统相连、并由所述控制系统驱动的调节器，用于调节储存库与其他腔之间的流体传输水平；一与所述控制系统相连的压力检测器，用于检测所述储存库中的压力；一用于调节所述储存库容量的执行器，所述执行器与所述控制系统相连，其中所述控制系统按一预定顺序调节所述储存库的容量和调节器，以便在每个腔中获得一预定的压力。
3.根据权利要求1所述的具有动态控制减震系统的鞋类物品，其中所述控制系统进一步包括一容纳在所述鞋类物品中的中央处理单元；一用于为所述中央处理单元提供能量的电源；以及其中所述压力检测器是一种容纳在每个所述腔中的转换器，与所述中央处理单元电气相通。
4.根据权利要求3所述的具有动态控制减震系统的鞋类物品，其中所述调节器是一与所述中央处理单元电相通的电致动阀。
5.根据权利要求3所述的具有动态控制减震系统的鞋类物品，进一步包括一用户输入装置，用于选择性地指令中央处理单元来选择每个所述腔中的多个所述预定压力中的一个。
6.根据权利要求1所述的具有动态控制减震系统的鞋类物品，进一步包括一与所述腔流体连接的充气部分。
7.一种用于动态控制鞋类物品的减震系统中的压力的方法，该减震系统具有一容纳在鞋类物品的鞋底中、与外界空气相封闭的流体填充气囊，该流体填充气囊具有多个彼此流体连通的单独的减震腔，每个腔具有一用来调节该腔与其他腔之间流体传输水平的调节器，所述方法包括下列步骤确定每个所述腔的需要压力；检测每个所述腔的压力；当该鞋类物品被穿着时，以一预定方式动态调节所述调节器，从而获得每个所述腔中的需要压力。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述确定需要期压力的步骤进一步包括从用户处获得表示预期活动水平的输入值，并为所示活动确定每个腔中的需要压力。
全文摘要
本发明公开了一种具有动态控制减震系统(8)的鞋类物品(9)。该减震系统包括一密封的、流体填充的气囊(10)，该气囊形成有多个单独的减震腔(12a－k)；以及一个控制系统。该控制系统(200)包括CPU(202)，压力传感器(206a－k)和阀，并控制腔(12a－k)之间的流体传输，从而为各种情况，如鞋子所用于的活动、人的重量以及人的跑步类型等来动态地调节减震腔中的压力。当鞋子(9)被使用时，可以进行某种调整。
文档编号A43B13/20GK1430476SQ01809819
公开日2003年7月16日 申请日期2001年4月12日 优先权日2000年4月18日
发明者丹尼尔·R·波特, 阿伦·M·施罗克 申请人:耐克国际有限公司