专利名称：丝线缠绕成的用于鞋类的u形支撑单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及鞋类构造，更具体地涉及一种用于鞋类的鞋底夹层或者鞋底的具有U 形丝线增强复合单元的构造。
背景技术：
现存的传统鞋垫会干扰自然的生物力和肌肉功能，可能会危害肌肉和骨骼的长期健康。典型的鞋垫机构包括泡沫、胶体以及用于吸收在初始撞击时(踏步时)产生的冲击的卷簧装置，不利的是，这却影响了健康肌肉协调身体所需要的本体感受的输入。因此，该传统缓冲垫布置会危害骨骼健康并且会导致穿着者遭受肌肉骨骼的损伤。在峰值体重力时刻，容易观察到在步态周期中的关节力处于其最大值，其不是发生在踏步时，而是发生在随后的步态周期的中期时。在步行时，发生在负载响应和步态周期的末期，而在跑步时，发生在步态周期的中期。典型的鞋垫在踏步时受到压缩，吸收初始撞击时的冲击，但是当关节力处于其峰值时缓冲垫不是及时随着峰值体重力的升降而可测量的压缩和释放(或顺从)。需要一种能够有效地减少肌肉骨骼磨损撕裂的鞋类，特别是能够有助于防止膝盖和臀部关节炎以及其他常见肌肉骨骼损伤的发生。这样的鞋类会包括结合柔韧 (compliant)结构的鞋底夹层，该柔韧结构在重量支承活动期间中，比如步态期间中，能够随着体重力的增减而压缩和释放，而不再对在初始冲击时的振动进行减震。这样的鞋类只有在关节承载的力达到最大值时才会压缩并释放，由此减小关节承载的力。图IA-C为用于鞋类的U形支撑单元101的一个具体实例的顶视图、截面图和底视图，该支撑单元由丝线增强复合材料制成。当在本文中使用时，术语“U形”广义用作具有U形、V形或者C形等形状的任何结构的一般描述。U形支撑单元101包括大致平行于鞋类的足部支撑表平面的上部足部支撑臂102以及大致平行于鞋类的地面接触表面的下部地面臂103。足部支撑臂102和地面臂103在中间侧基部106连接到一起，每个臂的侧端部104和105在朝向中心轴线107的力的作用下自由移位。U形支撑单元101置于鞋的鞋底夹层或者鞋底内部，以提供类似弹簧的沿限定路径柔曲即随着体重力的升降迅速收缩并释放、不再吸收撞击冲击的柔韧鞋底接触面。这样的用于鞋类的U形支撑单元在美国专利 7，418，790中较充分描述，在此引用其内容。为了最好地支撑体重，这样的U形鞋类支撑单元在理想情况下由丝线增强复合材料制成。然而，制造这样的鞋类材料典型的生产工艺不充足、不一致且/或没有成本效益。 丝线增强材料的注射成型提供自动化的一致产品，但是这需要缩短纤维长度，复合材料形式的缩短的纤维的刚度和耐久性都不能满足步态期间中完全承受体重的需求。手工布置的丝线增强复合材料能够提供足够的刚度以支撑体重，但是需要大量的人工劳动，容易产生一致性错误，对于在鞋类生产中的使用没有成本效益。
发明内容
本发明的实施例涉及一种用于生产用于鞋类的U形支撑单元的方法。芯轴具有纵向轴线和带至少一个U形区域的横截面。在所述芯轴上形成复合材料的闭合形状，所述复合材料包括一层或者多层浸渍树脂的增强纤维。穿过闭合形状进行一次或多次切割，以产生纤维增强复合材料的至少一个开口 U形截面，然后，U形结构分开成为U形支撑构件，该构件可以用于鞋类中重量支承结构。利用自动丝线缠绕机将增强纤维缠绕在芯轴上形成闭合形状，例如，通过使芯轴绕其纵向轴线旋转。通过在所述复合材料的至少部分上压制外模制表面以形成所述闭合形状的外表面，可以形成闭合形状。闭合形状还可以形成在非纤维结构元件上，将非纤维结构元件预先放置在所述芯轴上，所述非纤维结构元件结合到所述复合材料中。增强纤维可以通过利用树脂浸渍系统浸渍有树脂，比如在增强纤维形成在芯轴上之前利用树脂湿浴、喷溅或者涂刷，再或者在增强纤维形成在芯轴上之后进行树脂注射。闭合形状的复合材料在切割之前至之后可以经过一段时间的固化。
图IA-C示出用于鞋类的丝线增强复合材料U形支撑单元的顶视图、截面图和底视图。图2是在本发明的实施例中使用的芯轴的一种形式的透视图。图3A-C示出三种不同的对称形式的芯轴的截面图。图4A-B示出两个U形芯轴的截面图，所述芯轴具有放置在芯轴上的非纤维结构元件，非纤维结构元件变为被包括在最终的已固化的U形支撑单元的复合材料中。图5A-B示出两个压缩模具的实施例的截面图，所述压缩模具在纤维缠绕过程之后放置在复合材料和芯轴的上。
具体实施例方式本发明的实施例包括自动的丝线缠绕过程，该过程允许一致地、具有成本效益地生产用于鞋类的鞋底夹层和鞋底的U形柔韧单元，其在体重和关节力达到最大值时压缩和释放，从而使关节力的峰值最小。使用丝线缠绕过程提供用于生产增强复合材料的自动化的和可重复的过程。纤维围绕芯轴缠绕，芯轴绕其纵向轴线旋转。图2是根据本发明的一个具体实施例的芯轴201的透视图。芯轴201具有纵向轴线和如图3A所示的U形横截面，在芯轴201上通过一层或者多层浸渍树脂的增强纤维形成复合材料的闭合形状。沿着芯轴201的纵向轴线的支承杆202能够插入丝线缠绕机的接纳颈圈，丝线缠绕机使芯轴201绕其纵向轴线旋转。随着芯轴201的旋转，丝线材料缠绕在芯轴201上以形成多层复合材料。在给定时间，一个或多个任意厚度的纤维束被缠绕在芯轴上。所述束的定位、取向和厚度与现有技术中已存在的生产过程相同，其选择并不构成本发明的一部分。在一个实施例中，丝线在被缠绕到芯轴201上之前可通过树脂浸渍系统拉出以利
4用树脂将所述丝线充分浸渍。在其它实施例中，丝线可以利用树脂预浸渍，或者丝线在缠绕之后可以将树脂喷射到干燥的丝线上。根据适用于特定树脂纤维复合物的已知操作方法， 可以在工艺的任何方便时间点存在用于固化树脂的时间段以固化复合物。比如，组件可以在标准炉或者平压炉中进行加热。可以采用各种类型的增强纤维，天然纤维或合成纤维或其组合。类似地，可以采用各种类型的树脂材料，比如环氧树脂、聚氨酯、聚酯或者乙烯基酯。树脂可以是热塑性的或热固性的，并且可以包括将改进的物理性质提供给所形成的复合单元的额外的填充物或基底。当在芯轴201的外表面上形成复合材料的闭合形状之后，将其切割成多个用于结合到鞋类中的最终的U形元件。在一个实施例中，复合材料在仍位于芯轴201上时被直接切割成最终的U形支撑单元。例如，可以利用例如喷水锯的装置将复合材料从芯轴201切掉，所述装置仅仅切穿复合材料，但不切穿芯轴201。或者切割刀片可以被结合到阴模具中使得当阴模具被压缩到芯轴201上时，刀片切穿复合材料。可选地，闭合形状可以沿着轴向长度在切割线301上被切割，从而产生纤维增强复合材料的两个对称的U形截面长度。该切割形成一个或者多个长开口 U形截面元件，所述一个或者多个长开口 U形截面元件可以从芯轴201被移除，然后被切割成多个最终的用于结合到鞋类中的U形元件。或者，可以将复合材料以整体从芯轴201的一端拉出，然后将复合材料切割成最终的U形支撑单元。将最终的U形支撑单元放置在鞋的鞋底夹层或鞋底中，使得单元的一个臂平行于足部支撑表面放置，另一个臂平行于地面接触表面放置。丝线缠绕典型用于生产具有轴向对称和闭合横截面形状的丝线增强结构，比如管道、高压容器以及火箭发动机。但是本发明的实施例可包括利用沿着其轴线不对称的芯轴的丝线缠绕过程。图:3B示出具有不对称的横截面的芯轴201的实施例，其在切割复合材料之后，形成两个不对称的U形截面。图3C示出芯轴201的示例，该芯轴201适合于在沿着切割线301进行切割之后制造单个U形截面。所示的所有实施例具有沿其纵向长度一致的横截面，但这不是在所有实施例中必须需要的。图4A-B示出U形芯轴201的两个实施例的截面图，其中端顶的形状变为容纳非纤维结构元件401，所述非纤维结构元件401在丝线缠绕之前被预先放置到芯轴201上。额外的结构元件401变得一体结合到丝线缠绕复合材料中，使得最终的U形支撑单元包括复合材料和额外的结构。在另一个实施例中，在丝线缠绕之前可以将例如织物、半刚性或者刚性结构的材料放置在整个芯轴或者芯轴的部分的外表面上以形成最终的U形支撑单元的基层。图5A-B示出本发明的两个实施例，其中在固化过程中将压缩模制表面501放置在丝线增强复合材料502的闭合形状的一部分(如图5A)上或者整个表面(如图5B)上。在如图5A所示的实施例中，夹紧装置比如虎钳或相对设置的加压压缩板在复合材料502的外表面的任一侧形成模制表面501。在如图5B所示的实施例中，闭合模具形成完全包围复合材料502的模制表面501。在另一个实施例中，例如赛璐玢(cello)收缩带的材料可用于将复合材料502压缩至芯轴201，该收缩带在固化过程之后可以被留下来或者被去除。有时候，在树脂的完全固化期间或者之后，模制表面501也可以被去除。尽管已经公开了本发明的各种示例性实施例，对于本领域的技术人员应当理解， 在不偏离本发明的真实范围的情况下，可以做出各种变形或者改进，这些变形或改进会获得本发明的一些优势。
权利要求
1.一种生产用于鞋类的U形支撑单元的方法，所述方法包括 提供芯轴，所述芯轴具有纵向轴线和带至少一个U形区域的横截面；在所述芯轴上形成复合材料的闭合形状，所述复合材料包括一层或者多层浸渍树脂的增强纤维；切穿所述复合材料的闭合形状，以产生适合用作鞋类中的重量支承结构的U形支撑单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述闭合形状包括采用自动丝线缠绕机围绕所述芯轴缠绕增强纤维。
3.根据权利要求2所述的方法，其中缠绕所述增强纤维包括使所述芯轴绕其纵向轴线旋转。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述U形支撑单元作为柔韧的重量支承结构结合到鞋类中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述增强纤维形成在所述芯轴上之前，通过利用树脂浸渍系统使所述增强纤维浸渍有树脂。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述增强纤维形成在所述芯轴上之后，通过树脂喷射使所述增强纤维浸渍有树脂。
7.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述闭合形状包括将外模制表面挤压在所述复合材料的至少一部分上以形成所述闭合形状的外表面。
8.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述闭合形状包括在进行切割之前，对所述闭合形状的复合材料固化一段时间。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在切割之后，对所述复合材料固化一段时间。
10.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述闭合形状包括将非纤维结构元件放置在所述芯轴上，所述非纤维结构元件变得结合到所述复合材料中。
全文摘要
本发明公开了丝线缠绕成的用于鞋类的U形支撑单元。其中描述了一种生产用于鞋类的U形支撑单元的方法。芯轴具有纵向轴线和带至少一个U形区域的横截面。在所述芯轴上形成复合材料的闭合形状，所述复合材料包括一层或者多层浸渍树脂的增强纤维。穿过闭合形状进行一次或多次切割，以产生适于用作鞋类中的重量支撑结构的U形支撑单元。
文档编号B29C53/82GK102529082SQ201110462538
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者D·凯西·凯里甘 申请人:Jkm科技有限责任公司