高效缓冲的仿生运动鞋大底的制作方法

本发明涉及运动鞋领域，具体涉及一种高效缓冲的仿生运动鞋大底。

背景技术：

人们在行走或者参加体育活动时，足部与地面的碰撞会在垂直方向产生较大的冲击力，该冲击力可以高达人体体重的2-4倍。冲击力沿着骨骼向上传递，会对人体关节造成伤害，导致各种关节炎症。研究表明鞋子可以帮助人们缓冲这种冲击力，降低冲击力对关节造成的伤害。目前市场上带有缓冲功能的鞋底，缓冲区域主要为中底，而带有缓冲功能的大底则比较少见。因此设计一种高效缓冲的运动鞋大底具有广阔的市场前景。

四足动物如猫、狗等动作敏捷、善于奔跑，在运动中表现出较好的缓冲特性。爪垫作为四足动物与地面直接接触的唯一部位，其在四足动物缓冲几倍于自身体重的瞬时冲击力的过程中起着非常重要的作用。通过对四足动物爪垫的研究发现，角质层作为爪垫的最外层具有非常好的抗冲击与缓冲特性，其是由很多个等距类蜂窝状排列的内部凹陷外部凸出的结构组成，并且凹坑内部填充有粘弹性基质。受此启发，设计了一种高效缓冲仿生运动鞋大底。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的运动鞋大底缓冲能力不足，容易出现应力集中的问题。

为了解决上述技术问题，通过模仿猫、狗的爪垫角质层结构，并进行了相应的优化改良，设计了两种仿生缓冲储能结构单元，采用与猫、狗爪垫角质层结构相同的排列方式，分别分布在本发明的运动鞋大底前脚掌部和后脚跟部，能够有效的解决上述问题。

所述的前脚掌部包括多个等距排列的前脚掌部缓冲储能结构单元，前脚掌部缓冲储能单元主要分布于人前脚掌的主要受力部位，前脚掌部缓冲储能结构单元间的距离大于前脚掌部凹坑的六边形内切圆半径并且小于前脚掌部凹坑的六边形内切圆直径。

所述的前脚掌部缓冲储能结构单元是由前脚掌部凹坑、前脚掌部凸出部和前脚掌粘弹性材料填充物组成，所述的前脚掌部凹坑和前脚掌部凸出部的形状为倒立的正六棱台，前脚掌部凹坑斜面和前脚掌部凸出部斜面与水平面所成角度范围为45°～75°。

所述的前脚掌部凸出部采用斜面设计是考虑到人在蹬地时主要依靠前脚掌部，前脚掌部既要承受很大的垂直方向的力，还要承受一定的前后方向的力，具有一定倾斜角度的前脚掌部凸出部斜面能够提高前脚掌部的抓地能力。

所述的后脚跟部包括多个等距排列的后脚跟部缓冲储能结构单元，所述的后脚跟部缓冲储能单元是由后脚跟部凹坑、后脚跟部凸出部和后脚跟粘弹性材料填充物组成，人在行走的过程中，通常都是脚后跟先着地，而且主要承受的是垂直方向的地反力，前后方向和侧向的摩擦力比较小，因此所述的后脚跟部凹坑和后脚跟部凸出部的形状为六棱柱，所述的后脚跟部缓冲储能结构单元间的距离大于后脚跟部凹坑的内切圆半径的二分之一并且小于后脚跟部凹坑的内切圆半径。

所述的前脚掌部凹坑和后脚跟部凹坑用粘弹性材料填充物填充，材质较软的粘弹性材料填充物与材质较硬的大底组成软硬结合的仿生耦合结构，粘弹性材料填充物在该结构中能够耗散部分冲击能量，降低人足部受到的瞬时冲击力，随着变形的增加粘弹性材料填充物的刚度也逐渐增加，能有效避免该结构产生过度变形，因此使前脚掌部和后脚跟部具备较好的缓冲功能，同时又能提供稳定支撑，在离地阶段，变形储存的能量又能够有效释放，提高能量利用效率；粘弹性材料在前脚掌部和后脚跟部所占的比重可以根据需要，通过改变前脚掌部缓冲储能结构单元的间距离和后脚跟部缓冲储能结构单元间的距离进行调整，比如老年人身体状况相对柔弱，运动强度较小，所以可以尽量的减少后脚跟部缓冲储能结构单元间的距离，使后脚跟部的缓冲减震能力更强，年轻人运动较为剧烈，在考虑后脚跟部缓冲能力的同时，还要兼顾后脚跟部的支撑稳定性，鞋底寿命等问题，可适当增加后脚跟部缓冲储能结构单元间的距离。

所述的前脚掌部凹坑和后脚掌部凹坑具有相同的深度，所述的凹坑深度大于大底本体厚度，能够有效降低鞋底整体刚度，有利于运动鞋大底受到瞬时冲击力时产生形变，提高缓冲能力；

所述的前脚掌部缓冲储能结构单元和后脚跟部缓冲储能结构单元的均匀排列，可以使运动鞋大底的前脚掌部、后脚跟部受力均匀，避免触地过程中的应力集中现象，让穿着者感觉非常舒适，同时还能延长运动鞋大底使用寿命。

所述的前脚掌部缓冲储能结构单元间的距离和后脚跟部缓冲储能结构单元间的距离不同是考虑到前脚掌部和后脚跟部的功能不同，前脚掌部既要缓冲，同时还要防滑，后脚跟部主要功能是缓冲与支撑。

本发明的有益效果：

1、本发明的缓冲储能结构单元设计来源于工程仿生学原理，模仿猫、狗爪垫角质层微观结构，该缓冲储能结构单元为软硬结合的仿生耦合结构，在受到瞬时冲击力时，能够高效变形缓冲，其内部的粘弹性材料填充物还能够耗散部分冲击能量，降低人足部受到的瞬时冲击力，在离地阶段，变形储存的能量能够有效释放，提高能量利用效率。

2、本发明设计的缓冲储能结构单元采用等距排列的方式，运动鞋大底能够使人体足部受力均匀，避免应力集中对足部造成伤害，让穿着者感觉非常舒适，同时还能延长运动鞋大底的使用寿命。

3、本发明可以通过调节仿生缓冲储能结构单元的尺寸，来满足不同人群如老年人、青年人、小孩等，以及不同种类的运动鞋如足球鞋、篮球鞋、跑步鞋、网球鞋、登山鞋等。

4、本发明底部的具有斜面的凸出部能够提高运动鞋的防滑特性，提高运动鞋大底在蹬地时的抓地能力。

附图说明

图1为本发明的立体示意图。

图2为本发明不包含粘弹性材料填充物的立体示意图。

图3为本发明的俯视图。

图4为本发明的仰视图。

图5为图3的A-A视图。

图6为图3的B-B视图。

其中：1-前脚掌部；2-前脚掌部缓冲储能结构单元；3-后脚跟部；4-后脚跟部缓冲储能结构单元；5-前脚掌部凹坑；6-前脚掌部凹坑斜面；7-后脚跟部凹坑；8-后脚跟部凸出部；9-前脚掌部凸出部；10-前脚掌部凸出部斜面；11-前脚掌粘弹性材料填充物；12-后脚跟粘弹性材料填充物。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3、图4、图5及图6所示，本实施例是由前脚掌部1和后脚跟部3等组成，运动鞋大底的材料为弹性耐磨材料。

所述的前脚掌部1包括多个等距排列的前脚掌部缓冲储能结构单元2，前脚掌部缓冲储能结构单元2分布于人前脚掌的主要受力部位，前脚掌部缓冲储能结构单元2间的距离大于前脚掌部凹坑5的六边形内切圆半径并且小于前脚掌部凹坑5的六边形内切圆直径。

所述的前脚掌部缓冲储能结构单元2是由前脚掌部凹坑5、前脚掌部凸出部9和前脚掌粘弹性材料填充物11组成，所述的前脚掌部凹坑5和前脚掌部凸出部9的形状为倒立的正六棱台，前脚掌部凹坑斜面6和前脚掌部凸出部斜面10与水平面所成角度范围为45°～75°。

所述的前脚掌部凸出部9采用斜面设计是考虑到人在蹬地时主要依靠前脚掌部，前脚掌部1既要承受很大的垂直方向的力，在水平面上，还要承受一定的前后方向的力，具有一定倾斜角度的前脚掌部凸出部斜面10能够提高前脚掌部1的抓地能力。

所述的后脚跟部3包括多个等距排列的后脚跟部缓冲储能结构单元4，所述的后脚跟部缓冲储能结构单元4是由后脚跟部凹坑7、后脚跟部凸出部8和后脚跟粘弹性材料填充物12组成，人在行走的过程中，通常都是脚后跟先着地，而且主要承受的是垂直方向的地反力，前后方向和侧向的摩擦力比较小，因此所述的后脚跟部凹坑7和后脚跟部凸出部8的形状为正六棱柱，所述的后脚跟部缓冲储能结构单元4间的距离大于后脚跟部凹坑7的六边形内切圆半径的二分之一并且小于后脚跟部凹坑7的六边形内切圆半径。

所述的前脚掌部凹坑5和后脚跟部凹坑7分别用前脚掌粘弹性材料填充物11和后脚跟粘弹性材料填充物12填充，所述的前脚掌粘弹性材料填充物11和后脚跟粘弹性材料填充物12为同一种材料，材质较软的粘弹性材料填充物与材质较硬的大底组成软硬结合的仿生耦合结构，该结构受到瞬时冲击力时能够高效变形缓冲，粘弹性材料填充物还能够耗散部分冲击能量，降低人足部受到的瞬时冲击力，随着变形的增加粘弹性材料填充物的刚度也逐渐增加，能有效避免该结构产生过度变形，因此使前脚掌部1和后脚跟部3具备较好的缓冲功能，同时又能提供稳定支撑，在离地阶段，变形储存的能量又能够有效释放，提高能量利用效率；粘弹性材料在前脚掌部1和后脚跟部3所占的比重可以根据需要，通过改变前脚掌部缓冲储能结构单元2间的距离和后脚跟部缓冲储能结构单元4间的距离进行调整，比如老年人身体状况相对柔弱，运动强度较小，所以可以尽量的减少后脚跟部缓冲储能结构单元4间的距离，使后脚跟部3的缓冲减震能力更强，年轻人运动较为剧烈，在考虑后脚跟部3缓冲能力的同时，还要兼顾后脚跟部3的支撑稳定性，鞋底寿命等问题，所以应该适当增加后脚跟部缓冲储能结构单元4间的距离。

所述的前脚掌部凹坑5和后脚掌部凹坑7具有相同的深度，所述的凹坑深度大于大底本体厚度，能够有效降低鞋底整体刚度，有利于前脚掌部凸出部9和后脚跟部凸出部8在受到冲击力时产生缓冲变形，提高缓冲能力；

所述的前脚掌部缓冲储能结构单元2和后脚跟部缓冲储能结构单元4的均匀排列，使整个前脚掌部1、后脚跟部3受力均匀，避免触地过程中的应力集中现象，让穿着者感觉非常舒适，同时还能延长运动鞋大底使用寿命。

所述的前脚掌部凹坑5间的距离和后脚跟部凹坑7间的距离不同是考虑到前脚掌部1和后脚跟部3功能不同，前脚掌部1既要缓冲，同时还要防滑，后脚跟部3主要功能是缓冲与支撑。