可变压力受计算机处理器控制的可拆卸的圆弧形鞋底夹层结构和舱室的制作方法

专利名称：可变压力受计算机处理器控制的可拆卸的圆弧形鞋底夹层结构和舱室的制作方法
技术领域：
本发明的技术领域这项发明一般地涉及鞋底包括至少一个由鞋底夹层部件形成的可拆卸的非矫形的插件的鞋类，例如包括运动鞋在内的各种鞋。这个可拆卸的鞋底夹层部件被插入鞋帮上脚的出入口，鞋帮的侧面使它保持在适当位置，这可以是底部鞋底或鞋底夹层的其它部分。鞋底包括可以部分地由可拆卸的鞋底夹层部件形成的凹面圆弧形侧面或者底层部分。可拆卸的鞋底夹层部件可以延伸到鞋底的长度或者仅仅形成鞋底的一部分长度，并且可以与缓冲垫或结构上的分隔室或零部件合并。可拆卸的鞋底夹层部件提供允许更换等级下降或已磨损的鞋底夹层材料的能力，以使鞋底保持最佳特性。另外，可拆卸的鞋底夹层部件允许为个体穿鞋者定制，以便提供经过调整的缓冲或支撑特性。
本发明进一步涉及包括至少一个可拆卸的非矫形的鞋底夹层插件、至少一个包含流体的舱室或分隔室、流动调节器、用来监视分隔室压力的压力传感器以及能够对鞋底对地面的冲击作出响应自动调节舱室或分隔室中的压力的控制系统的鞋底，其中包括通过使用计算机(例如，微处理器)实现这种功能的实施方案。
本发明的现有技术许多现有的运动鞋原本是不安全的。许多现有的鞋设计严重地损害或者破坏自然的人体生物力学。这样的鞋最终产生的不自然的脚和踝关节运动将导致异常高水平的运动损伤。
许多现有的鞋设计的不自然的效果的证据非常出乎意料地来自下述发现没穿鞋的赤脚在其正常运动范围的极端位置是自然稳定的而且几乎不可能扭伤，而穿上传统的鞋(运动鞋或其它)的脚人为地变得不稳定，踝关节反而易于扭伤。因此，即使这样的踝关节扭伤相当普遍，最平常的踝关节扭伤也必须被看作是以非自然现象为主。强制的证据表明赤脚的稳定性完全不同于、而且远远优于穿上鞋的脚的稳定性。
造成鞋几乎普遍地不稳定的根本原因是可纠正的重大设计缺陷。那个如此根深蒂固地隐藏在现有的鞋设计中的缺陷是如此异常地原始，以至于直到现在它仍然未受到注目。这个缺陷是通过新颖的生物力学试验揭示的，该试验就其极端简单而言可能是无先例的。该试验模拟静止站立期间踝关节的横向扭伤。它易于重复，并且可以由任何人用一两分钟独立地检查，而且不用任何特殊的装备或专门知识。试验的简单性使其令人吃惊地有说服力的结果被误解。它证明在稳定性方面赤脚和穿运动鞋的脚之间存在显著差异，这种差异是如此出乎意料地显著，以致试验毫无疑问地证明许多现有的鞋如此不稳定而且不安全。
这个发现更广泛的影响可能十分深远。在现有的鞋中通过新试验明显地暴露出来的同样基本的缺陷似乎也是引起慢性的过劳损伤的主要原因，这种损伤在跑步过程中以及在其它慢性的运动损伤中是异乎寻常地共同的。现有的鞋设计引起慢性损伤的方式与引起踝关节扭伤方式是相同的；即损伤都由于严重地破坏自然的脚和踝关节的生物力学引起的。
本申请人已经把理论上理想的稳定性平面的概念作为鞋底设计的结构基础并入该技术。体现在诸如逛街鞋和运动鞋之类的鞋中的那个概念是在1991年2月5日授权的美国专利第4,989,349号、1994年6月7日授权的美国专利第5,317,819号和1996年8月13日授权的美国专利第5,544,429号中以及在1989年7月14日归档的PCT申请第PCT/US89/03076号和许多后来的U.S.和PCT申请中提出的。
在这些申请中描述的理论上理想的稳定性平面的目的主要是提供一种在不严重地干扰许多现有的鞋中固有的鞋设计的情况下考虑到自然的脚和踝关节的生物力学的中性的鞋设计。
因此，本发明的一个或多个实施方案的一般目的是详细说明有关赤脚的支撑、稳定性和缓冲的自然基础的原则在鞋设计的应用。
本发明的一个或多个实施方案的另一个目的是提供鞋底具有自然稳定性的鞋，该鞋底使鞋帮的侧面处于绷紧状态，使引起不稳定的侧向力的反作用力作用在倾斜的鞋上。
本发明的一个或多个实施方案的另一个目的是使鞋帮侧面上的作用力本质上达到平衡，以便凭借鞋帮侧面的拉伸抵消引起不稳定的侧向运动。
本发明的一个或多个实施方案的另一个目的是制作一种用填充了象液体、气体或凝胶那样的压力传送介质的鞋底分隔室提供支撑和缓冲的鞋底，这些分隔室在结构上类似于脚的脂肪垫，并且同时提供稳固的支撑和渐进的缓冲。
本发明的一个或多个实施方案进一步的目的是详细说明理论上理想的稳定性平面的原则对其它鞋结构的应用。
本发明的一个或多个实施方案进一步的目的是提供鞋底的轮廓在结构方面偏离理论上理想的稳定性平面的鞋。
本发明的一个或多个实施方案的进一步的目的是提供一种鞋底轮廓，该鞋底轮廓具有类似于人脚形状的自然形成圆弧形的形状，但鞋底厚度在大部分鞋底轮廓上或者在预先选定的鞋底部分增加到稍微超出理论上理想的稳定性平面所规定的厚度。
本发明的一个或多个实施方案的另一个目的是提供自然形成圆弧形的鞋底，其厚度近似于理论上理想的稳定性平面，但是该厚度沿着整个鞋底或者在预先选定的部分逐渐变大或变小。
本发明的一个或多个实施方案的另一个目的是通过使用鞋的可拆卸的非矫形的鞋底夹层部件实现一个或多个上述目的。
本发明的一个或多个实施方案的另一个目的是把一个或多个上述目的与为特定的穿鞋者的脚定制鞋的能力结合起来。
本发明的一个或多个实施方案进一步的目的是把一个或多个上述目的与更换鞋的一个或多个部分的能力结合起来，以便用新部分代替被磨损的部分或者为特定的活动定制鞋设计。
本发明的这些和其它目的通过下面结合附图的概述和详细说明将变得明显。
本发明的概述一方面，本发明试图尽可能接近地复制赤脚提供稳定性、支撑和缓冲的有效的自然结构。更具体地说，本发明涉及可拆卸的鞋底夹层插件，该鞋底夹层插件是由鞋底夹层部件形成的并且与运动鞋之类的鞋结为一体。本发明的鞋底夹层插件是非矫形的。更进一步具体地说，这项发明涉及提供一种具有拟人鞋底的鞋，其中包括鞋底夹层插件，该鞋底夹层插件真实地复制人脚的底层支撑结构、稳定性结构和缓冲结构的特征。自然的稳定性是这样提供的，即在大体平衡的状态下使鞋帮侧面上的张力如此平衡，以致破坏稳定性的侧向运动被张力抵消。
再进一步具体地说，这项发明涉及由填充了象液体、气体或凝胶那样的压力传递介质的鞋底分隔室提供的支撑和缓冲。与类似的现有系统不同，直接的物理接触发生在所述分隔室的上下表面之间，因此提供坚实的稳定支撑。缓冲作用是借助压力传递介质在鞋底的柔软、半弹性的侧面上渐进地引起张力提供的。提供支撑和缓冲的分隔室在结构上类似于同时提供稳固的支撑和渐进的缓冲的脚的脂肪垫。
以实现上述目标和解决现有技术的鞋存在的问题为方向，依据本发明的一个或多个实施方案的鞋包括至少有一部分自然形成圆弧的鞋底，借此鞋底的上表面不提供形成破坏稳定性的扭矩的本质上得不到支撑的部分而底部表面不提供本质上不自然的绕轴转动边缘。
本发明的另一个方面，鞋包括自然形成圆弧的鞋底结构，该鞋底结构在同样的载荷下呈现严格地水平行于脚的自然变形的自然变形。这种鞋底呈自然形成的圆弧形，平行于脚的形状的，以便平行于脚的自然的变形，而且是由用某种材料制成的，这种材料在鞋底承受载荷朝侧面倾斜时以严格地类似于穿鞋者的脚的方式发生变形同时保持几乎与鞋底在直立状态承载时相同的触地面积。
另一方面，这项发明的一个或多个实施方案涉及这种鞋底轮廓既把理论上理想的稳定性平面作为基本概念又为了在自然稳定性方面提供局部变化偏离该稳定性平面的鞋在结构上的变化。本发明的这个方面可以用来为天生脚踝的生物力学功能由于一生使用有缺陷的现有的鞋已经退化的个人提供自然稳定性方面的变化。
这项新发明是对申请人在前面陈述的早期专利申请中揭示并提出权利要求的各项发明的修改并且进一步把其中揭示的概念应用于其它的鞋结构。在这方面，申请人在早期申请中揭示的一个或多个特点和/或概念可以通过提供可拆卸的非矫形的鞋底夹层部件在本发明中得以实现。作为替代，本发明的一个或多个特点和/或概念可以与本身可能已实现或尚未实现申请人在早期申请中揭示的概念之一的可拆卸的鞋底夹层部件相结合。此外，本发明的可拆卸的鞋底夹层部件可以是作为鞋上被磨损部分的替换品提供的和/或为了为特定的穿鞋者、特定的活动或两者定制鞋设计提供的，因此它也可以与申请人在早期申请中揭示的一个或多个特点或概念相结合。
本发明的这些和其它的特点通过下面关于本发明的详细说明变得明显。
附图简要说明

图1-10和图12-75代表类似于本申请人在已授权的美国专利和早期申请中揭示的实施方案的实施方案。图11图解说明本发明的可拆卸的凹面圆弧形鞋底夹层插件和可变压力受微处理器控制的舱室或内胆的各个方面。
图1是适合采用本发明的现有技术的传统的运动鞋的透视图。
图2用脚后跟在踝关节处的正面图的典型剖面特写图解说明技术上已知的典型的鞋，这种鞋在侧向倾斜时没有体重在底部边缘上造成的变形。
图3用与图2相同的横截面特写展示也侧向倾斜的自然形成圆弧的鞋底设计。
图4展示横向倾斜20度的赤脚的脚后跟的后视图。
图5用脚后跟踝关节区域的正面图的典型剖面表明施于自然形成圆弧的鞋底的张力使侧面稳定。
图6用正面图的典型剖面展示图5的设计在向边缘倾斜但没有因负载发生变形时的状况。
图7用脚后跟踝关节区域的正面图的典型剖面展示图5的设计在向其边缘倾斜并且因体重发生自然变形时的状况。
图8说明赤脚的脚后跟在踝关节区域的正面图的典型剖面的一系列变化。
图8A是不加载的直立赤脚的脚后跟。
图8B是用整个身体重量适度加载的直立的脚后跟。
图8C是在奔跑时以最大的蹬踏力加载的直立的脚后跟。
图8D是沉重地加载的脚后跟，它表明脚后跟横向外倾大约20度，脚后跟最大的倾斜角度。
图9展示踝关节区域脚后跟的鞋底设计的正面图的典型剖面与上述的图8系列一一对应的一系列变化。
图10展示鞋底部分的两个透视图和一个特写视图，这个鞋底部分具有类似于人类脚后跟的脂肪细胞群的结缔组织的结构。
图10A展示鞋底的一个90度扇形部分，其结构包括若干要素，这些要素与下面带脂肪垫舱室的跟骨相对应。
图10B展示鞋底中个体舱室的内部结构的水平平面特写。
图10C展示鞋底的水平部分，其结构与跟骨下面的脂肪垫的轮生排列相对应。
图11A-11C是正面图的典型剖面，它表明按照本发明的可拆卸的鞋底夹层插件的三种不同的变化。
图11D是按照本发明的可拆卸的鞋底夹层的实施方案的分解图。
图11E-11F是用来可分离地固定本发明的可拆卸的鞋底夹层的互锁界面的替代实施方案的截面图。
图11G是用不对称的侧面高度形成的可拆卸的鞋底夹层的正面图的典型剖面。图11H-11J展示正面图的其它典型剖面。图11K展示纵分平面的剖视图，而图11L展示水平平面的俯视图。
图11M-11O是正面图的典型剖面，展示包括一个或多个用胶囊包裹的压力受控的鞋底夹层部件以及诸如微处理器之类的控制系统的鞋底夹层插件的三种变化。
图11P是可拆卸的鞋底夹层的实施方案的分解图，其中所述鞋底夹层包括用胶囊包裹的压力受控的鞋底夹层部件和诸如微处理器之类的控制系统。
图12A-12C用脚后跟处的正面图展示利用纵分平面和水平平面两种刀槽花纹的传统鞋底的一系列横截面，其中一些或全部刀槽花纹不从任何鞋底外表面开始，完全在内部。
图12D展示被应用于全圆弧设计的与图12A-12C所展示者相似的途径。
图13A-13B用脚后跟区域的正面图的典型剖面展示鞋底结构，这种鞋底结构类似于用图5A-B展示的那些，但更详细而且底部鞋底进一步向上延伸到鞋底夹层的侧面。
图14用鞋后跟部分的正面图的典型剖面展示具有基于理论上理想的稳定性平面的自然形成圆弧的侧面的鞋底。
图15用正面图的典型剖面展示全圆弧形的鞋底的最一般的情况，这种鞋底以理论上理想的稳定性平面为基础沿着脚底及其侧面的自然轮廓展开。
图16A-16C用脚后跟处的正面图的典型剖面展示基于理论上理想的稳定性平面的具有90度扇形侧面的鞋底。
图17展示具有象图14展示的那些自然形成圆弧的侧面的鞋后跟部分的正面图的典型剖面，其中一部分鞋底厚度增加到超出理论上理想的稳定性平面。
图18是类似于图17的视图，但是这种鞋具有全圆弧形的侧面，其中鞋底厚度随着至鞋底触地部分的中心线的距离增加而增加。
图19是类似于图18的视图，其中两侧的全圆弧形鞋底的厚度变化都是连续地增加的。
图20是类似于图17-19的视图，其中鞋底厚度按多种顺序变化。
图21是正面图的典型剖面，它展示鞋底夹层中的密度变化。
图22是类似于图21的视图，其中最坚硬的密度材料在鞋底夹层轮廓最外面的边缘。
图23是类似于图21和图22的视图，它们展示另一种密度变化，其中之一是不对称的。
图24就图16A-16C所示的有90度扇形侧面的鞋底实施方案而言展示鞋底厚度的变化，该厚度变化大于理论上理想的稳定性平面。
图25展示图24所示的有90度扇形侧面的实施方案，其中鞋底密度是变化的。
图26展示鞋底底部的鞋底花纹设计，该设计提供与图23所示的密度变化相似的密度变化。
图27展示与图14-16所示的实施方案相似的实施方案，但是其中一部分鞋底厚度被减少到比到比理论上理想的稳定性平面还小。
图28展示本发明的实施方案，其中鞋底侧面具有比理论上理想的稳定性平面大和小的两种厚度。
图29是正面图的典型剖面，它展示与人脚的自然形状相符的厚度均匀的鞋底。
图30A-30D展示鞋底上平坦的承载部分和自然形成圆弧的侧面部分，以及鞋底平坦的承载部分的优选的水平周界。
图31A-31B是展示按照本发明后跟垫可变的圆弧形侧面鞋底的设计草图。
图32是按照本发明的稳定的呈圆弧形的鞋的侧视图。
图33A是沿着图32和33D中的线33A截取的鞋底的前脚掌部分的剖视图。
图33B是沿着图32和33D中线33B截取的剖视图。
图33C是沿着图32和33D中的线33C截取的脚后跟部分的剖视图。
图33D是用图32展示的鞋底的俯视图。
图34A-34D是依据本发明的鞋底的正面图的典型剖面，它展示理论上理想的稳定性平面以及为了减小鞋的体积鞋底侧面轮廓的割舍情况。
图35A-35C展示应用于各种鞋底花纹和防滑钉分布时依据本发明的圆弧形鞋底设计。
图36是在正常运动以及极端的倒置和外翻运动期间作用在踝关节及其与依据本发明的鞋底有关的位置上的静态力的图解正面图的剖视图。
图37是与传统的鞋的可比的运动相对照依据本发明的鞋底在不同程度的倒置时重心的多种力矩曲线在正面图中的图解视图。
图38展示一种自然形成圆弧形的侧面在承载脚下面延伸到其它结构轮廓(例如，主要的纵向脚弓)的设计。
图39图解说明延伸到整个不承载脚底的全圆弧形鞋底设计。
图40展示沿着侧面被缩减到只剩下基本的结构支撑要素和推进要素的全圆弧形鞋底设计。
图41图解说明鞋底依据本发明正确地形成圆弧形、侧边垂直于地面的逛街鞋。
图42展示几个实施方案，其中底部鞋底包括设计的大部分或全部特殊轮廓但保留平坦的上表面。
图43是脚后跟的后视图，它用来解释静态扭伤模拟试验的用法。
图44是传统的运动鞋的后视图，这种运动鞋在鞋底向外侧倾斜时围绕着其鞋底边缘不稳定地转动。
图45A-45C从功能上图解说明适用于本发明的鞋底的自然变形原则。
图46展示为了使鞋底自然变形的能力增加到最大限度鞋底(包括鞋内底)在相对密度方面的变化。
图47展示一种具有自然形成的圆弧形侧面的鞋，其中圆弧形侧面这样偏离传统的设计向内弯曲，以致鞋穿在脚上几乎象定做的那样合脚。
图48展示一种不仅具有全圆弧形设计和被缩减到只剩下基本的结构稳定性要素和推进要素的侧面而且在脚底下与模拟脚的那些不连续的结构要素合并成一体的鞋底。
图49展示适用于脚后跟区域的厚度比鞋底的其余部分薄的负后跟鞋底(例如鞋底包括前脚掌垫)的理论上理想的稳定性平面的概念。
图49A是沿着图49D的线49A截取的前脚掌部分剖视图。
图49B是沿着图49D的线49B截取的视图。
图49C是沿着图49D的线49C截取的脚后跟视图。
图49D是前脚掌部分(用阴影线表示)比较厚的鞋底的俯视图。
图50A-50E展示众多可以采用图49A-49D所示的一般方法(垫高前脚掌的)负后跟鞋底厚度变化实例的纵分平面的侧视剖面图。
图51说明由于保持鞋底厚度始终如一和提供缩减到只剩下基本的结构支撑要素的鞋底适用于脚后跟不垫高的平鞋底的理论上理想的稳定性平面概念的运用。
图51A是沿着图51D的线51A截取的前脚掌部分的剖视图。
图51B是沿着图51D的线51B截取的视图。
图51C是沿着图51D的线51C截取的脚后跟视图。
图51D是侧面被缩减到只剩下基本的结构支撑要素(用阴影线表示)的鞋底的俯视图。
图51E是图51D所示鞋底的纵分平面的剖视图。
图52用脚后跟处的正面图的典型剖面说明为了减少侧面宽度在自然形成圆弧形的侧面上使用高密度(d′)的鞋底夹层材料而在其它地方处处使用低密度(d)的鞋底夹层材料。
图53展示天生的赤脚脚底和鞋底的足迹。
图53A表示脚直立，脚底在地面上放平。
图53B表示脚向外倾斜20度，到其正常的极限位置附近。
图53C表示同样大小的鞋底外倾20度，达到与图53C相同的位置。被展示的是右侧的脚和鞋。
图54与图53A和53B一样展示赤裸的右脚直立和外倾20度时的足迹，并且还展示了随着高脚弓的脚从直立向外滚到外倾20度足迹的实际相对位置。
图55展示具有呈垂直的狭长切口形式的横向稳定性刀槽花纹的鞋底。
图55A是传统鞋底的俯视图，为了识别横向稳定性刀槽花纹对穿鞋者的脚的相对位置相应的穿鞋者的足迹轮廓叠印在该俯视图上。
图55B是具有横向稳定性刀槽花纹的鞋底的横断面。
图55C是类似于图55A的俯视图，但是它展示具有横向稳定性刀槽花纹的鞋底在向外倾斜20度时的鞋底印。
图56展示中间的稳定性刀槽花纹，它类似于横向刀槽花纹，但提高了旋前稳定性。第一跖骨的头部和第一趾骨与脚后跟一起被包括在内，以便形成中间的支撑部分。
图57与图54那样展示赤裸的右脚直立和向外倾斜20度时的足迹37和17，从而表明低弓形的脚向外摇摆从直立到向外倾斜20度时实际的彼此相对位置。
图58A-D说明以编织的或无纺的(例如压制的片材)线绳形式镶嵌在鞋底夹层和底部鞋底材料中的柔软的和弹性比较低的纤维的使用。
图59A-D说明使用编织的或无纺的(例如，压制的)柔软的无弹性的纤维或纤维线绳制作在装有气体、凝胶或液体之类的压力传送介质的缓冲分隔室161周围的嵌入胶囊的外壳。
图60A-D说明嵌入的柔软的无弹性的纤维或编织的或无纺的纤维线绳在类似于图58A-D所示实施方案的各种实施方案中的运用。
图60E展示纤维胶囊外壳191的正面图的典型剖面，该外壳直接包围着鞋底夹层部件188的表面。
图61展示底部鞋底结构149，但没有侧面部分。
图62展示类似于图61的结构，但只有前脚掌126下面被拆开的即未被牢固连接的部分，底部鞋底149(或其大部分)的其余部分被胶合即被牢固地连接。
图63C将传统的鞋35形成的足迹与穿鞋者的右脚鞋底的相对位置在最大的向上翻转位置37a和最大的向下翻转位置上进行比较。
图63D展示用图63C表示的脚的实际骨架结构的俯视透视图。
图64在右侧展示圆弧形侧面的鞋底上表面，它与穿鞋者的脚底的形状是互补的；在左侧图64展示不接触地面的鞋底的圆弧形侧面的互补且平行于地面的上表面和下表面。
图65指明鞋底的圆弧形侧面的角度测量结果从0度到180度。
图66展示没有圆弧形的稳定性侧面的鞋底。
图67-68也展示没有圆弧形的稳定性侧面的鞋底。
图69A-E说明在前脚掌、跗骨间和脚后跟区域之间运动范围方面的相对差异对申请人的自然圆弧形的侧面发明的意义。
图70展示用于鞋底的一项发明，它覆盖穿鞋者右脚底的整个运动范围。
图71展示赤裸的脚底处在图62中37a所示的最大的向上翻转位置时在脚底的不同区域存在的相关的力的电子图象；这些力是在站立模拟最常见的踝关节扭伤位置期间测量的。
图72G-H展示只有一个或多个基本的稳定性要素的鞋底，但是根据图71它们仍然代表对现有鞋类的稳定性的主要改进。脚后跟区域的变化全部被省略。
图72G展示与附加的稳定性校正96a、96b和98相结合的鞋底，它支撑第一和第五跖骨头和末梢趾骨头。
图72H展示具有对称稳定性追加部分96a和96b的鞋底。
图73A-73D用鞋底的特写部分展示各种新形式的刀槽花纹，其中包括裂缝和沟槽两者。
图74用图74A-74E展示众多纵分平面的侧视剖面图，从而说明类似于图50A-E所示的前脚掌垫高的那些实例的后跟垫高厚度变化的实例。
在图75用图75A-75C展示在现有技术中已知的用来组装本发明带鞋底夹层的鞋底结构的方法。
本发明的详细说明本发明涉及在鞋底中提供可拆卸的鞋底夹层插件或可拆卸的鞋底夹层部件。下面参照图11A-11P更充分地阐述本发明的可拆卸的鞋底夹层概念。本发明的可拆卸的鞋底夹层或可拆卸的鞋底夹层部件是非矫形的。术语“非矫形的”意味着可拆卸的鞋底夹层或鞋底夹层部件既不用于矫正、治疗和肢体修复，又不是保健专家指定的。
可拆卸鞋底夹层或者鞋底夹层部件可以与在这项申请的附图中展示的申请人的早期发明的任何特征结合使用或者替换它们。可拆卸的鞋底夹层或鞋底夹层部件的这种用途还可以包括在本申请的任何其它附图中展示的特征的组合。例如，本发明的可拆卸的鞋底夹层可以代替在本申请的各个附图中展示的各种鞋底夹层、内底和底部鞋底的全部或任何部分或某些部分，并且可以与参照这些附图中的任何附图与这些形式中的任何形式介绍的各种其它特征中的一种或多种特征相结合，或用于实现这种结合。
所有在本文中包含的附图中使用的参考数字都遵从下面的定义
图1展示依据现有技术的鞋(例如，运动鞋)的透视图，其中运动鞋20包括鞋帮21和鞋底22。
图2用在地面43上的现有技术的(不因体重变形的)典型的鞋在鞋底22的底部外边缘23上倾斜时的横截面特写图解说明即使产生反常扭矩的刚性后跟和其它运动器件被拆除，固有的稳定性问题仍然保留在现有的鞋设计中。问题是剩余的鞋帮21(用加粗加黑的线表示)尽管由于它是柔软的而不是刚性的不提供杠杆臂延伸，但是在鞋底上形成不自然的摇摆扭矩。举例说，这个扭矩是脚27对侧面的压缩力150(身体的重力和侧向运动的力的合力)沿着鞋底22的顶面引起的拉紧力155a造成的，而所述的压缩力是简单地由于鞋向侧面倾斜造成的。由此产生的摇摆力起拉着鞋底围绕着杠杆臂23a旋转的作用，该杠杆臂是鞋底在边缘处的宽度。粗略地说，脚作用于鞋帮上的力在鞋向侧面倾斜时在鞋的侧面把鞋往上拉。压缩力150还形成拉紧力155b，后者是拉紧力155a的镜面图象。
图3用圆弧形鞋底28的自然圆弧形设计(也表现出不因体重变形)的横截面特写说明在底部边缘上倾斜时固有的稳定性问题同样保留在自然圆弧形的鞋底设计中，虽然达到减少的程度。问题比较小是由于沿着鞋帮21的下表面的力矢量150在鞋底外边缘32处平行于地面43，而不是象在图2中展示的传统设计那样朝地面形成角度，所以由鞋底外边缘32形成的杠杆臂所产生的最终扭矩比较小，而且圆弧形的鞋底28在倾斜时提供直接的结构支撑，这不同于传统的设计。
与此形成对照，图4(用后视图)表明赤裸的脚自然是稳定的，因为在由于体重引起变形并且向其大约20度的自然的横向极限倾斜时，它不由于拉紧力形成任何摇摆扭矩。即使鞋帮上平行于那个力的张力在外表面29上形成，赤脚的底部和侧面两者也被没有摇摆扭矩的承载重量的压缩力形成，因为张力下的下表面(即用暗淡的线表示的脚的底部脚底)直接接触地面是静止的。因此，没有人为形成的不自然的杠杆臂拉什么东西。身体的重量牢固地把鞋底的外表面锚定在脚下，以致对脚的外侧表面29的相当大的压力都不导致破坏稳定的运动。当脚倾斜的时候，象跟骨那样脚的支撑结构向脚的强壮但柔软的外表面一侧滑动，并且在脚的侧面对那个外表面形成非常大的压力。但是，那个压力沿着脚的外表面受到张力精确的抵抗并且被该张力平衡，从而导致稳定的平衡。
图5用因体重变形的直立的脚后跟的横断面说明应用于自然圆弧形的鞋底设计的脚的侧面通过张力稳定的原则。同样的原则可以应用于传统的鞋，但是未被展示。相对于现有技术的关键变化是鞋帮21的侧面(表示成暗淡的线)必须围绕着圆弧形鞋底28的外边缘32，而不是象传统的作法在脚底下附着到鞋底的上表面30上。如同展示的那样，鞋帮的侧面可以叠合并且附着到底部鞋底的内表面(展示在左侧)或外表面(展示在右侧)上，因为那些侧面并非异乎寻常地承受载荷。作为替代，底部鞋底(最理想的是薄的和逐渐变薄的)可以围绕着鞋底的外边缘32向上延伸，以便叠合并附着到鞋帮的侧面上(用图5B表示)。它们的最佳位置与理论上理想的稳定性平面相符，以致鞋侧面上拉紧力全部被直接向下传送到鞋的底部表面，在没有人为的杠杆臂的介入的情况下把它锚定在地面上。就只有一个鞋底层的鞋而言，鞋帮侧面的连接应该在或接近鞋底的下部表面即底部表面。
图5所示的设计根据迥然不同的概念，即鞋帮被结合到鞋底中，而不是附着在它的顶面上，而鞋底被视为脚底的自然延伸而不是分离地附着于它。
鞋帮的织物(或其它柔软的材料，例如皮革)将优选不伸长的材料或相对如此，以便由于脚和鞋倾斜而被压缩时不因作用于其侧面的张力过分地变形。在张力特别高的区域，例如申请人在早期的申请中定义的基本的结构支撑要素和推进要素(跟骨的底部和横向结节、第五跖骨的根部、诸跖骨的头部和第一末梢趾骨的底部)，织物可以被增强。增强可以采取许多种形式，例如象竞技帆船的三角帆线绳索那样的东西或更简单的带子。它应该尽可能接近地具有与习惯赤脚的布满老茧的脚底皮肤相同的性能特征。优选的是鞋底的相对密度象在本申请的图46中描述的那样，最接近脚底的部分最柔软，穿过鞋底逐渐变得不那么柔软，最外层的鞋底最坚硬和最不柔软。这种安排允许鞋底的侧面适应环境，以避免提供破坏稳定性的刚性杠杆臂。
为了提供图5所示的靠张力稳定的侧面，源于现有技术的变化是鞋帮在功能上直接与鞋底相结合，而不是简单地附着在它的顶面上。靠张力稳定的侧面设计的优点是它提供尽可能接近赤脚的自然的稳定性，而且如此经济，鞋底侧面的宽度可能最小。
结果是以类似于赤脚稳定的方式使鞋底自然地稳定，如同在图6中看到的那样，这张图展示自然圆弧形的鞋底28(不因体重发生变形的鞋底)在朝边缘倾斜时的横截面特写。用图2表示的作用于鞋的侧面的相同的破坏稳定的力现在受到在鞋帮向下延伸到鞋底侧面的表面上的平衡张力的稳定的抵抗，以致当鞋和脚倾斜时它被体重锚定。
为了避免在鞋底上形成不自然的扭矩，鞋帮可以仅仅被连接或粘接到底部鞋底上，而不与鞋底夹层粘接，以致在鞋帮侧面上展示的压力仅仅产生侧向张力，而不产生类似于用图2描述的来自牵引的破坏稳定的扭矩。但是，为了避免不自然的转矩，鞋底夹层上边的区域147(它形成尖细的拐角)应该由比较柔软的鞋底夹层材料组成。在这种情况下，把鞋帮粘接到鞋底夹层上将不形成非常大的破坏稳定性的扭矩。底部鞋底149优选是薄的，至少在稳定性侧面上是薄的，以致它与鞋帮连接的交叠部分尽可能严格地与理论上理想的稳定性平面相符，所以力由鞋底的外表面传送到地面。
扼要地说，图5的设计是为鞋的构造准备的，其中包括鞋帮和鞋底，前者至少在鞋帮接触人脚的骨骼结构要素区域的地方是由柔软且比较缺乏弹性的组成的，而后者具有比较柔软的侧面；而且至少有一部分鞋帮的侧面直接附着到底部鞋底上，同时在外侧包裹鞋底的其余部分。这种构造既可以应用于传统的鞋底结构，也可以应用于申请人早期的鞋底发明，例如与理论上理想的稳定性平面保持一致的自然圆弧形的鞋底。
图7用脚后跟处的横断面说明当鞋和脚充分地向外倾斜并且因体重自然而然地发生变形(尽管恒定的鞋底厚度被表示成不变形)时应用于自然圆弧形的鞋底28的靠张力稳定的概念。这张图表明鞋底和鞋帮的形状和稳定性功能几乎确切地反映了人脚的形状和稳定性功能。
图8A-8D用脚后跟处的横断面展示赤裸的人脚27的自然的缓冲作用。
图8A表示赤裸的脚后跟直立而且未承受载荷，极少的压力作用在跟骨下的脂肪垫158上，该脂肪垫均匀地分布在跟骨159(它是脚后跟里的骨头)和脚底160之间。
图8B表示赤裸的脚后跟直立，但在整个体重的中等压力之下。跟骨压缩跟骨下的脂肪垫在跟骨下的脂肪垫范围内产生均衡的平衡压力，因为它被伸长能力比较差的纤维性包囊(即脚的底部脚底)所包容。在脚的下面，在那里底部脚底直接接触地面，在跟骨下受到压缩的脂肪垫上的跟骨引起的压力被直接传送到地面。同时，由于周围有比较坚韧的纤维性包囊相当大的张力在脚的底部脚底的侧面上形成。那个底部压力和侧面的张力相结合是脚在支撑结构(例如脚的跟骨和其它的骨头)接触地面时天生的减震系统。
在功能上同等重要的是象跟骨和其它的骨头那样的脚的支撑结构的下表面167通过比较薄且不被压缩的脂肪垫的介入与脚下面的底部脚底的上表面168形成稳固的接触。实际上，脚的支撑结构在地面上着陆并且得到稳固的支撑；它们不是象在某些现有的专利鞋底的缓冲系统中那样以模拟水床或充气轮胎的飘浮方式悬浮在弹性材料的顶部。这种由鞋底提供的既稳固又带缓冲的支撑必须不同于某些在移动的着陆和支撑阶段以牺牲起跳期间的稳固支撑为代价提供减震缓冲垫的传统的鞋底设计对能量效率(也被称作能量回复(energy return))具有相当有益的影响。
脚的自然系统的难以置信的独特的特点是一旦跟骨完完全全直接接触底部脚底并因此提供稳固的支撑和稳定性，增大的压力就产生更坚硬的纤维性包囊，该包囊保护跟骨并且在侧面产生更大的减震张力。所以，在某种意义上，即使在脚的悬浮系统在正常的体重压力下似乎以传统的方式降到最低点时，它也继续与某种机构反应，以便为脚提供保护和减震，即使在比极端压力高得非常多的情况下也是如此。这在图8C中可以看到，这张图展示在日常奔跑期间处在大约3倍于体重的沉重压力下时人的脚后跟。这可能很容易得到证实当人赤脚站在硬地板上时脚后跟感觉到非常稳固的支撑而且能被抬起然后实在地蹬踏到地板上，而在稳固性的感觉方面只有很少的增加；脚后跟随着压力增加仅变得比较硬。
此外，应该注意这个系统允许跟骨比较狭窄的底面在正常的使脚掌向下/向上运动时自由地左右旋转，没有任何阻碍扭矩作用在它上面，尽管提供保护和缓冲的受压缩的脚底的宽度要大得多。这在维持踝关节上方的关节(例如，膝关节、髋关节和背部)的自然对齐方面(尤其是在水平平面中)是至关重要的，所以，整个身体得到适当地调整，以便正确地减震。与此相反，现有的鞋底设计为了提供稳定性通常都比较宽，它在跟骨上产生不自然的主平面扭矩，限制其自然的运动并且引起在它上方操作的关节错位，从而导致因过度劳损引起的扭伤，这在穿这样的鞋时是异常普遍的。一些现有的鞋底设计在试图提供足够的稳定性的尝试中由于缺乏其它的取舍被迫使用刚性比较强的侧面来抵消以其它方式无法控制的浮力和空气或凝胶的缓冲垫在稳固支撑方面的不足，而不是象脚那样在压力引起的张力下使柔软的侧面变硬。
图8D展示在整个体重下变形并且横向倾斜到正常运动范围的大约20度的极限的赤脚。我们再一次清楚地看到天生的系统在通过侧面张力和跟骨下的脂肪垫的压力同时提供缓冲机制时通过比较直接的接触地面来提供稳固的横向支撑和稳定性。
图9A-9D也用脚后跟处的横截面展示自然圆弧形的鞋底设计，该设计尽可能严格水平行于用图8描述的赤脚天生的缓冲和稳定性系统，其中包括在脚的支撑结构下面的缓冲分隔室161，该缓冲分隔室包含气体、凝胶或液体之类的压力传递介质，这类似于在脚的跟骨和其它骨骼下面的跟骨下的脂肪垫。因此，图9A-D与图8A-D直接对应。最适当的压力传送介质是最接近脚的脂肪垫的那种介质。硅树脂凝胶或许是当前容易买到的最佳材料，但是将来可能有所改进。由于气体间接地传递压力，在压力下体积被压缩，所以不是最佳的。气体，凝胶、液体或者任何其它有效的材料都能本身除了用鞋底的侧面包裹之外可以象传统工艺中常见的那样进一步用胶囊包裹，以便控制泄漏和维持均一性，而且可以在分隔室范围内被细分成任何实际数量的用胶囊包裹区域，这在传统工艺中也是常见的。缓冲分隔室161的相对厚度可以随着底部鞋底149和鞋底夹层的上半部147的变化而改变，而且在鞋底的各个区域中可以是一致的也可以是不同的。最适当的相对尺寸应该是那些最严格地近似于人脚平均尺寸的相对尺寸，这意味着与图9所示的相比鞋底的上层和下层两者都比较小而缓冲分隔室尺寸最比较大。缓冲分隔室或缓冲垫161可以被置于任何地方，从直接在脚底下面的某个位置(例如，内底)到直接在底部鞋底的上方的某个位置。最佳选择是给定载荷在任何缓冲分隔室161中引起的压缩量应该被调整到尽可能接近地近似在脚的相应的脂肪垫下的压缩。
跟骨下脂肪垫的功能用现有专利的缓冲系统，甚至用那些以气体、凝胶或液体作为压力传送介质的缓冲系统也并非令人满意地得到满足。与那些人工系统形成对照，图9所示的设计与脚的自然轮廓一致，并且与在鞋底的柔软但弹性比较低(实际的最佳弹性将需要通过实验确定)的侧面上将底部压力转换成侧面张力的自然方法一致。
某些现有的缓冲系统在中等载荷下底部不向外鼓起，而且即使在极端的载荷下也难得这样鼓起。更确切地说，缓冲装置的上表面仍然悬浮在下表面的上方。与此形成对照，图9中的设计在中等体重压力下(如同在图9B中描述的那样)或在奔跑期间最大的正常着陆力下(如同在图9C中描述的那样)全面加载时通过在鞋底夹层上半部分147的下表面165和底部鞋底149的上表面166之间提供实际接触对脚的支撑结构提供稳固的支撑，就如同图8B和8C所示的人脚那样。通过脚向下传送到鞋的力量越大，缓冲分隔室161中的压缩压力就越大，在鞋底侧面上由此产生的张力也越大。
图9D展示同样鞋底设计象图8D那样在全面加载并且倾斜到自然的20度横向极限时的状态。图9D表明自然的缓冲系统附加给鞋底的稳定性优势在于鞋底的有效的厚度由于压缩在侧面上被减少，以致用鞋底厚度表示的可能破坏稳定性的杠杆臂也被减小，因此脚和踝关节的稳定性得以增加。图9设计的另一个优势在于为了吸收剪切力鞋底夹层的上表面可以在任何水平方向上侧向或前后移动。这种剪切运动受侧面张力的控制。请注意，图9A-D的右侧被改为提供自然的皱褶或朝上的锥体162，这个部分在鞋底的上半部分和下半部分147、148和149之间没有粘接或束缚的情况下允许完成侧向压缩。鞋底的皱褶162严格地平行于人脚中类似的皱褶或锥体163。此外，201代表通过鞋底上表面30的最低点的水平线。
连接鞋帮和鞋底的另一种可能的变化是用图9A-D的右侧(横向)表示的，这种变化利用下述事实，即最佳的状况是吸收张力的鞋底侧面(无论是鞋帮还是底部鞋底)在鞋倾斜到脚的自然极限时达到的那个点外面沿着鞋底侧面与理论上理想的稳定性平面相符以致在鞋如同图9D所示的那样完全倾斜时没有破坏稳定性的鞋底杠杆臂形成。这个结合点可以略微向上移动，以使织物侧面不接触地面，或者它可以被涂层覆盖以便提供牵引和织物保护。
应该注意，图9的设计为鞋底提供非常容易与人脚的自然形状一致并且容易平行于在对地面施加载荷的运动期间使脚变平的自然变形的结构基础。只要不使用象鞋帮后跟部位的坚硬的部分和运动控制器件那样的刚性结构即使鞋底按传统的方法被做成平底这也是真实的；尽管不是最佳的，但象图9那样制作的传统的平底将提供本发明的基本特征，从而导致大幅度改进的缓冲性能和稳定性。图9的设计还可能应用于既不与平坦的地面一致也不与自然形成圆弧的脚一致的过度形状的鞋底。此外，图9的设计可以应用于申请人的其它设计，例如用本申请的图14-28描述的那些。
扼要地说，图9的设计展示一种鞋的构造，其中包括鞋底，该鞋底在人脚的结构要素(至少包括脚后跟)的下面有一个或多个分隔室；所述分隔室装有液体、气体或凝胶之类的压力传递介质；在承担正常载荷期间，鞋底分隔室的上表面的一部分稳固地接触所述分隔室的下表面；而来自承担载荷的压力至少部分地逐渐传递到鞋底分隔室的弹性比较差的侧面、顶部和底部，从而产生张力。
图9的设计以简化的方式复制脚的宏观结构，而图10A-C则更注重在脚的自然结构后面模塑的鞋底的精确细节，包括微观水平的细节。图10A和10C是结构类似于人的脚后跟的圆弧形鞋底28的一部分的横截面的透视图，其中鞋底结构的诸要素类似于脚164中紧密地包裹着脂肪细胞的弹性的结缔组织基体的舱室。脚里的舱室构成从跟骨向外辐射的轮生体。这些纤维组织束牢固地附着在跟骨的下表面上并且延伸到皮下组织中。它们通常呈字母U的形式，U的开口端指向跟骨。
因为最自然，这种特殊舱室结构的近似作为用于鞋底缓冲分隔室161的结构的准确的模型似乎是最佳的。ErichBlechschmidt在1982年3月的“Foot and Ankle”杂志中提供的对跟骨填塞结构的描述(从1933年的德语原文翻译的)是如此地详细和全面，以致在鞋底设计中复制与模型一样的结构在技术上没有困难，一旦制作出关键的连接，这种自然系统的副本对于克服现有的鞋设计中固有的薄弱环节是必不可少的。轮生体的其它布局和取向是可能的，但可能不是最佳的。
为了追求这种几乎准确的设计，鞋底夹层上半部分147的下表面165将对应于跟骨159的外表面167并且将是上述的U形轮生体舱室164的原点。
图10B展示图10A和10C所示的圆弧形鞋底28中大舱室内部结构的特写，而微型舱室180类似于脚中的微型舱室。从脚中微型舱室180的精细的内部结构和压缩特征可以清楚地看到那些直接在跟骨下面的舱室由于它们的局部压力高而它们的弹性有限所以非常容易变得非常坚硬，因此它们能够为跟骨和脚底的其它骨骼提供非常稳固的支撑。由于它们的弹性相当差，那些分隔室上的压缩力被驱散到在脚的任何给定的支撑结构(例如，跟骨)下面的脂肪垫的网络的其它区域。因此，如果缓冲分隔室161(例如，图9所示的脚后跟下面的分隔室)被细分会更小的舱室〔象图10所示的那些〕，那么只要这些分隔室以及装在其中的压力传递介质具有与脚的那些上述特征类似的材料特征，在鞋底夹层上半部分165的下表面和底部鞋底166的上表面之间的实际接触将不再是提供稳固支撑所必需的。在这种方法中使用气体可能不令人满意，因为它的可压缩性可能不为适当的稳固性创造条件。
扼要地说，图10的设计展示了一种鞋的构造，其中包括鞋底，该鞋底在人脚的诸结构要素(至少包括脚后跟)下具有分隔室；这些分隔室装有液体、气体或凝胶之类的压力传递介质；这些分隔室象人的脚底的脂肪垫那样具有轮生结构；承担载荷的压力至少部分地被逐渐传送到鞋底分隔室的弹性比较差的侧面、顶面和底面，在这些部位产生张力；分隔室材料和压力传递介质的弹性是这样的，以致承担正常重量的载荷在分隔室结构范围内产生充分的张力，以便提供象赤脚的脂肪垫所提供的那种允许稳固地自然支撑脚的结构要素的适当的结构刚性。那种鞋底构造可以象脚底的脂肪垫那样有细分成微型舱室的鞋底分隔室。
由于从不穿鞋的赤脚得到穿鞋的脚缺乏的非常坚硬的老茧(叫做“胼胝(seri boot)”)的保护，由此推断穿鞋的脚的自然保护和冲击吸收系统由于它没有按照自然规律(在脚骨支撑结构下面的跟骨下脂肪垫和其它脂肪垫周围)形成发达的纤维包囊而受到不利的影响似乎是合理的。解决方案将是生产一种打算在不穿袜子时使用的鞋(即在脚的底部脚掌下面有平滑表面的鞋)，这种鞋使用与脚的底部脚底(包括其侧面)一致的内底。那些内底与脚的底部脚底(及其侧面)接触的上表面将足够粗糙，足以刺激赤脚自然产生老茧。这种内底将是可拆卸的并且可以象沙纸那样按不同的粗糙度等级购买，以致用户可以在用它使他的脚底变得坚韧时从比较细的等级逐步过度到比较粗的等级。
同样，可以生产具有同样功能的袜子，其中袜子与脚的底部脚掌(和底部脚掌的侧面)相对应的区域是用足以刺激脚掌在脚的底部脚掌上产生老茧的粗糙材料制成的，而且具有从细腻到粗糙的不同粗糙度等级可以利用，从而与脚从柔软到自然坚韧相对应。使用具有均匀的粗糙度的筒袜而不是前面假定的传统的袜子设计将允许用户在他的脚上旋转袜子，以消除可能发展的任何“热斑”疼痛点。另外，由于脚趾最倾向于起水泡，而脚后跟在减震方面是最重要的，所以袜子的脚趾区域与脚后跟区域相比磨蚀作用可能比较少。
用图11A-11C展示的本发明是可拆除并且可再次插入的非矫形鞋底夹层部件145。作为替代，非矫形鞋底夹层部件145可以在最初插入之后用胶水或其它常见形式的连接物永久地附着到圆弧形鞋底28的邻接部分上。圆弧形鞋底28具有上表面30和下表面31，而且如同在正面图上从内部看到的那样，在不承受载荷的直立状态下两个表面都至少有一部分呈凹面的圆弧形。优选的是鞋底夹层部件145的全部或一部分能够经由任何实际数目的插入/拆除周期仍然是可拆卸的。可拆卸的鞋底夹层部件145还可以非必选地包括如同用图11A表示的凹面圆弧形侧面或者凹面圆弧形的底部或者是用传统方法制成的，而鞋底的其它部分包括在侧面或底部或某些部分上的凹面圆弧。优选的内底2的全部或一部分也可以是可拆卸的，或者可以与鞋底夹层部件145的上半部分合并成一体。
鞋底夹层部件145的一个或多个可拆卸部分可以包括圆弧形鞋底28上垫高的后跟(未示出)的全部或一部分，或者垫高的后跟38的全部或一部分可以采用底部鞋底的材料，或鞋底夹层的材料或其它适当的材料被永久地并入底部鞋底149。垫高的后跟38通常是由柔软的材料(例如在本文中描述的鞋底夹层材料)制成的并且可以与鞋底夹层的上半部分147或鞋底夹层148或它们的任何部分(包括可拆卸的鞋底夹层部件145)结合成一体。
鞋底夹层部件145的可拆卸部分如同在图11K和11L中展示的那样可以延伸鞋底的全长，或者仅仅延伸一部分长度，例如在图11G中用横截面表示的脚后跟区域，在图11H中用横截面表示的跗骨间的区域，或者在图11I和11J中用横截面表示的前脚掌区域，或者这些区域的某个部分或组合。可拆卸部分和/或鞋底夹层部件145可以用任何适合用来加工鞋底夹层或其它类似的结构的传统方法来制作。
鞋底夹层部件145的可拆卸部分以及鞋底的其它鞋底夹层部件(例如，似鞋底夹层148和鞋底夹层的上半部分147)可以用任何适当的材料(例如弹性体泡沫材料)来制造。对于弹性体泡沫材料当前技术实例包括聚醚型氨基甲酸酯、聚酯型氨基甲酸酯、聚氨酯泡沫塑料、乙烯基乙酸乙酯、乙烯基乙酸乙酯/聚乙烯的共聚物、聚酯弹性体(例如，Hytrelt)、含氟弹性体、氯化聚乙烯、氯磺酰化聚乙烯、丙烯腈橡胶、乙烯基乙酸乙酯/聚丙烯的共聚物、聚乙烯、聚丙烯、氯丁橡胶、天然橡胶、聚酯Dacron、聚氯乙烯、热塑性橡胶、腈橡胶、异丁烯橡胶、硫化橡胶、聚乙烯基乙酸酯、甲基橡胶、丁纳橡胶N、丁纳橡胶S、聚苯乙烯、乙烯丙烯共聚物、聚丁二烯、丁二烯苯乙烯橡胶和硅氧烷橡胶。在鞋底的鞋底夹层材料的当前技术中最优选的弹性体泡沫材料是聚氨基甲酸酯，乙烯基乙酸乙酯、乙烯基乙酸乙酯/聚乙烯的共聚物、乙烯基乙酸乙酯/聚丙烯的共聚物、氯丁橡胶和聚酯弹性体。适当的材料是根据其它性质当中使脚得到缓冲的耐久性、柔韧性和弹性选定的。
如图11D所示，鞋底夹层部件145本身可以与缓冲分隔室或零部件或者结构分隔室或零部件合并。如同在正面图的典型剖面中看到的那样，图11D展示用鞋底夹层部件145的一部分以及底部鞋底149胶囊化的缓冲分隔室或舱室161。图11D是表示缓冲材料的圆盘或胶囊的布局透视图。缓冲材料的圆盘或胶囊可以用上述的任何一种鞋底夹层材料制作，优选包括柔软有弹性的鞋底夹层材料，例如乙烯基乙酸乙酯(EVA)，该材料可以比其它鞋底材料更柔软或更稳固，或者可以提供特殊的冲击吸收、能量效率、磨损或稳定性特征。圆盘或胶囊可以包括气体、凝胶、液体或任何其它适当的缓冲材料。缓冲材料本身可以非必选地用适当的材料制成的薄膜(例如，聚氨酯薄膜)包封。其它类似的材料也可以使用。包封可以用来把缓冲材料以传统的方法制成可插入的胶囊。用图11D展示的实例说明这样的缓冲圆盘161定位在脚后跟区域和前脚掌两侧居中的区域，在穿鞋者的脚的第一个和第五个跖骨的头部附近。如图11D所示，缓冲材料(例如，圆盘或分隔室161)可以形成鞋底夹层部件145的上半部分的上表面的一部分。缓冲分隔室或圆盘161一般可以放在可拆卸的鞋底夹层部件145中的任何地方或者仅仅放在鞋底夹层部件145的某个部分中。缓冲分隔室或圆盘161的一部分可以延伸到外层鞋底149或鞋底的其它部分，或者作为替代，一个或多个分隔室或圆盘161可以构成鞋底夹层部件145的全部。如图11L所示，其它适当的传统位置当中，缓冲圆盘或分隔室也可以适当地定位在其它的基本支撑要素的位置上，例如，第五跖骨97的底部、第一末梢趾骨98的头部或跟骨95的横向结节。此外，象鞋芯垫片169那样的结构零部件也可以部分地或完全合并到鞋底夹层部件145中，例如在中间的跗骨间的区域，如图11D所示，在穿鞋者的脚的主要的纵向脚弓下面，和/或在穿鞋者的第五跖骨的根部下面，或者其它适当的替代位置。
在一个实施方案中，图11D所示的发明可以全部用批量生产的标准尺寸的零部件制作，而不是定做的，但是可以针对分隔室161中材料的稳固性方面有变化的左右鞋进行个别调整，以适应特殊的应用，例如，运动鞋、高尔夫球鞋、或其它可能要求左右鞋底的稳固性有所不同的鞋。
本发明的可拆卸的鞋底夹层部件145提供的优点之一是它允许在鞋的寿命期间在必要时用新的鞋底夹层材料更换因磨损迅速降级失去其回弹设计水平的鞋底夹层的泡沫塑料部分，借此维持圆弧形鞋底28的本质上最佳的冲击吸收和能量回复特性。
可拆卸的鞋底夹层部件145还可以从通常由鞋帮和底部鞋底组成的象图11C那样的一双鞋转移到象图11C的另一双鞋上，借此节约成本。
除了为了用新的零部件代替磨损的零部件使用可拆卸的鞋底夹层部件145之外，备用鞋底夹层部件145还可以提供另一个优点，即允许在象图11C那样制作的一只或一双鞋中采用不同的缓冲和支撑特征，例如，采用鞋底夹层中比较硬或比较软的部分、或鞋底夹层中比较厚或比较薄的部分、或比较硬、比较软、比较厚或比较薄的整个鞋底夹层作为鞋底夹层部件145的各个分层或某个完整的部分。这样，可以为参加特定的活动或不同水平的活动定制一双提供预期的缓冲或支撑特征的鞋。例如，跑步鞋、训练鞋或比赛鞋。图11D以圆盘或胶囊161的形式展示鞋底夹层的这样的可拆卸部分的实例，但是鞋底夹层或内底诸层或整个鞋底夹层部件145可以被临时地或永久地拆除和更换。
这样的备用鞋底夹层部件145可以是为了包括象21-23和25表示的那些密度或坚固性变化而制作的。鞋底夹层的密度或坚固性变化在右脚鞋和左脚鞋之间可以有所不同，例如，图21作为左脚的鞋，图22作为右脚的鞋，展示对等的部分。
这样的可拆卸的备用鞋底夹层部件145可以是为了包括厚度变化而制作的，其中包括用图17-20、24、27或28表示的那些厚度变化。前面展示的密度或坚固性变化与厚度变化的组合也可以在备用鞋底夹层部件145中得到体现。
可拆卸的备用鞋底夹层部件145至少可以部分地通过包封鞋帮21和/或底部鞋底149的侧面保持在适当的位置上。作为替代，一部分鞋底夹层材料可以被固定在鞋底中并且向上延伸到侧面，以便提供用来保持可拆卸的鞋底夹层部件145就位的支撑。如果毗连的圆弧形鞋底28具有一个或多个图11L所示的缩减的侧面，那么可拆卸的鞋底夹层部件也可以凭借在一个或多个凹面圆弧形侧面与毗邻的缩减部分之间形成的锯齿形缺口顶住纵分平面中的相对运动保持在适当位置。这些不同的实施方案的组合也可以使用。
可拆卸的鞋底夹层部件145有一个与底部鞋底149的上表面相邻的下表面界面8。界面8通常将始终是拆开的，以使反复拆除鞋底夹层部件145变得容易，也可以象可拆开的自粘便笺那样用粘性差的胶粘上，这种胶不把鞋底夹层部件145永久地固定在适当的位置上。
界面8还可以受不滑动的或滑落受控的表面的束缚。
形成界面8的两个表面可以有互锁的互补几何形状，例如，如图11E-11F所示，具有相互配合的突出部和缺口；可拆卸的鞋底夹层部件145也可以用其它传统的临时连接物(例如，Velcro条)保持在适当的位置。不提供制止在界面8的两个表面之间滑移的手段在某些情况下反而可以提供额外的扭伤保护。因此，界面8处受控的促进滑移可以在某些实例中予以描述并且可以在本发明的范围内利用。
本发明的可拆卸的鞋底夹层部件145可以以与传统的可拆卸的内底或传统的鞋底夹层同样的方式插入和拆除，换言之，可以以与穿鞋者把他的脚插入鞋相同的方式插入和拆除。可拆卸的鞋底夹层部件145的插入在某些情况下可能要求松开鞋带或其它把鞋固定到穿鞋者的脚上的机构。例如，鞋底夹层部件145可以被插入鞋帮内部的空腔，并且被粘贴到鞋底最高的侧面上或者与该侧面邻接。
在特别优选的实施方案中，底部鞋底149首先被插入成为鞋帮21内部的空腔，如同在图75A中用箭头表示的那样。底部鞋底149被这样插入空腔，以致任何圆弧形稳定性侧边28a都被插入鞋帮21上对应的开口并且向外突出。然后，底部鞋底149优选借助围绕着开口的外边缘迂回行进的缝合方法附着到鞋帮21上，借此把鞋帮21连接到底部鞋底149上。此外，可以在把底部鞋底149插入鞋帮21之前把胶粘剂涂到将与底部鞋底149接触的鞋帮21的表面上。
一旦底部鞋底149被固定，可拆卸的鞋底夹层部件145就可以插入鞋帮21内部的空腔并且粘贴到底部鞋底149的最高的侧面上，如图75C所示。鞋底夹层部件145可以借助任何适当的方法(包括机械钩扣、胶粘剂、揿扣、能重新盖紧的分隔室、互锁的几何形状和其它类似的结构)可分离地固定。此外，可拆卸的鞋底夹层部件145优选包括与底部鞋底149呈邻接关系放置的突出部，这些突出部将占据底部鞋底149上相应的凹槽。
作为替代，可拆卸的鞋底夹层部件145可以是涂胶的，以便把鞋底夹层部件145粘贴在底部鞋底149上的适当位置。在这样的实施方案中，为了把鞋底夹层固定到底部鞋底149上，胶粘剂可以涂在鞋底夹层部件145的底面上。
凹面圆弧形侧面仅仅为狭窄的侧向运动范围提供支撑或比较高的凹面弧形侧面为非常宽的侧向运动范围提供支撑的可拆卸的备用鞋底夹层部件145可以用于使同样的鞋适应象奔跑或篮球运动那样的不同的运动，就这些运动而言较少或较多的对踝关节扭伤的保护被认为是必不可少的，如图11G所示。不同的可拆卸的鞋底夹层部件145也可以被分别用在左侧或右侧。有比较高的弯曲侧面在内侧为倾向于鼓励有旋前倾向的穿鞋者的体育运动或在外侧为倾向于鼓励有旋后倾向的穿鞋者的体育运动提供额外的运动范围的可拆卸的备用鞋底夹层部件145是其它可能有益的实施方案。
个人的可拆卸的鞋底夹层部件145可以是为特定类别的穿鞋者定做的，或者可以由个人根据凹面圆弧形侧面的高度方面的标准变化从批量生产的标准尺寸中选定。
图11M-11P展示具有一个或多个用来容纳气体、液体、凝胶之类的流体或其它适当的材料的胶囊化的鞋底夹层部件或舱室(例如，内胆188)、导管、流动调节器、传感器和象微处理器那样的控制系统的鞋底。现有技术是通过1998年9月29日授权给Demon的美国专利第5,813,142号以及在此引证的参考文献介绍的。
图11M-11P还包括发明人在这份申请中其它地方(例如，图11A-11L)描述的凹面圆弧形侧面(和/或凹面圆弧形底部)。此外，图11M-11P展示在胶囊化的鞋底夹层部件或舱室/内胆188之间或在胶囊化的鞋底夹层部件或内胆188的各个部分范围内起连通作用的导管。其它适当的传统实施方案也可以与申请人的凹面圆弧形部分结合使用。另外，图11N-11P展示可拆卸的鞋底夹层部件145。图11M展示与本发明的压力受控的内胆或胶囊化部件188相结合的不可拆卸的鞋底夹层。内胆或部件188相对于胶囊化它们的鞋底夹层可以是任何尺寸，包括本质上或全面地取代胶囊化鞋底夹层。
另外，在申请人的发明中包括但未展示的是为了影响胶囊化在鞋底夹层部件、内胆或其它鞋底夹层部件188中的材料的硬度或坚固性利用受微处理器控制系统控制压电效应。例如，圆盘形鞋底夹层或其它适当的材料部件161可以受电流控制，而不是受流体流动控制，其中普通的电气元件将代替下面介绍的那些用于在压力下引导和控制流体流动的零部件。
图11M展示采用上述附图中介绍的申请人的发明即凹面圆弧形侧面的鞋底实施方案，其中包括凹面圆弧形鞋底的内表面和外表面，而内胆或胶囊化的鞋底夹层部件188在内侧和外侧以及在两侧之间的中部或底部。内胆或胶囊化的鞋底夹层部件188仅仅定位在一侧和中部的实施方案与内胆或胶囊化的鞋底夹层部件188定位在内侧和外侧而中部没有的实施方案一样也是可能的，但未被展示。每个内胆188都借助导管206通过位于鞋底夹层部件145中的流体阀门210(尽管这个位置可能在单层或多层圆弧形鞋底28中的任何地方)接到毗邻的内胆188上。图11M是建立在图13A左侧的基础上的。在使用鞋底夹层部件188的压电实施方案中，部件之间的流体导管将被适当的有线(wired)或无线连接代替。一个或多个内胆188与一个或多个鞋底夹层部件相结合也是可能的，但没有展示。
如同在申请人的图11M中展示的那样，申请人的发明的一个优点是通过使用圆弧形侧面提供更好的横向或左右摇摆稳定性，以便在站立或运动期间补偿过度的脚掌旋前或旋后倾向或两者。图11M的实施方案还展示了流体保持系统，该系统是完全封闭的并且利用其它的内胆188作为贮器，以便提供独特的优点。图11M所示的实施方案的优点是提供一种结构装置，借助这种装置可以相对一个或两个其它侧面或鞋底部分的硬度或稳固性改变鞋底的每个侧面和中部或底部的硬度或稳固性，例如，如同在所示的正面图或纵分平面(未示出)中所看到的那样。
尽管图11M作为非常有效的实施方案展示每个内胆或鞋底夹层部件188在正面图(或者纵分平面)内彼此都是连通的，但是考虑到重量或其它的设计这种连通也可以仅仅在两个毗邻的或非毗邻的内胆或鞋底夹层部件188之间。除了在本文中用特别指明的例外介绍的操作之外申请人的发明的操作在早期的技术中是已知的，尤其是Demon的142号专利，其中相关的部分(例如用Demon的142号专利的图2、6和7中的示意性表达展示的适当的系统和电气电路系统和用图5展示的压敏可变电容器以及与那些附图相关联的文本说明书)在此通过引证被并入。
每个流体内胆或鞋底夹层部件188都可以与相关联的压敏器件一起提供，后者测量用户的脚对流体内胆或鞋底夹层部件188施加的压力。随着压力增加到门限值以上，控制系统打开(或许仅仅部分地打开)流量调节器，以便允许流体从流体内胆或部件188选出。因此，从流体内胆或部件188释放流体可以被用来减少用户的脚对地面的冲击。例如，一个内胆188下面的点-压力可以由于流体受控地流出到另一个内胆或其它内胆的任何组合而被降低。
优选的是鞋的鞋底被分为若干个区域，这些区域大体上对应于打算穿鞋者的脚的基本结构支撑要素和推进要素，包括跟骨的底部、跟骨95的横向结节、跖骨96(尤其是第一和第五跖骨)的头部、第五跖骨的根部，主要的纵向拱(非必选)和第一个末梢趾骨98的头部。每个个别要素下面的区域都可以与毗邻的区域合并，例如横向趾骨的头部区域96e与中间趾骨的头部区域96d合并。
压敏系统优选测量每个区域中压力的相对变化。借此，流体压力系统通过控制流体从位于鞋底的每个区域中的流体内胆或鞋底夹层部件188中逸出减少用户的脚经受的冲击。控制系统300接收来自压敏系统的压力数据并且按照可以借助电子电路、软件或其它传统的手段得以实现的预定的标准控制流体压力系统。
压敏系统可以包括配置在鞋底中每个区域的压敏器件104。在优选的实施方案中，压敏器件104是对压力敏感的可变电容器，该电容器可以由配置在可压缩的电介质两侧的一对平行的柔软的导电板制成。电介质可以用任何适当的材料制成，例如橡胶或另一种适当的弹性材料。柔软的导电板的外侧优选用柔软的护套(例如，橡胶)覆盖，以便提供附加的保护。
由于平行板电容器的电容量与板间距离成反比，所以通过施加递增的压力压缩电介质将导致压敏可变电容器的电容量增加。当压力被释放时，电介体本质上膨胀到它最初的厚度，因此，压敏可变电容器本质上恢复其最初的电容量。所以，电介质必须具有比较高的压缩极限和高弹性，以便在变化的负载下提供理想的功能。
该压敏系统还包括压敏电路120，它把可变电容器检测到的压力变化转换成数字数据。每个可变电容器都形成传统的频率-电压转换器(FVC)的一部分，它输出与可变电容器的电容量成正比的电压。可调的基准振荡器可以被电连接到每个FVC上。每个FVC产生的电压都作为输入提供给多路转换器，后者通过信道周而复始地按顺序把来自每个FVC的电压接到模—数(A/D)转换器上，以便把模拟电压转换成经由数据线传送给控制系统300的数字数据，其中每条数据线都接在控制系统300上。控制系统300能够控制多路转换器，以便按任何符合要求的顺序有选择地接收来自每个压敏器件的数据。这些元器件和电路对于熟悉这项技术的人都是众所周知的，任何适当的元器件或电路都可以被用来实现同样的功能。
流体压力系统有选择地减少用户的脚在每个区域中的冲击。与每个区域中的每个压敏器件104相关联并被埋入鞋底的是至少一个内胆或鞋底夹层部件188，它形成流体压力系统的一部分。流体导管206以其第一端接在其各自的内胆或部件188上，以其另一端接在流体贮器上。流体导管206在这个实施方案申把内胆或鞋底夹层部件188与起流体贮器作用的大气连接，或者在某个不同的实施方案中，与同样起流体贮器作用的另一个内胆188连接。流量调节器在这个实施方案里是流体阀门210，它配置在流体导管206中以便调节通过流体导管206的流体的流量。流体阀门210在开度范围内是可调的(即可变的计量供应)以便控制从内胆或部件188流出流体的流量，并且可以是任何适当的传统阀门，例如，这个实施方案中的电磁阀。
控制系统300优选包括具有传统的RAM和/或ROM的可编程的微处理器，它接收来自压敏系统的表示每个压敏器件104检测到的相对压力的信息。控制系统300接收来自压敏电路120的与压敏器件104检测到的相对压力成正比的数字数据。控制系统300还与流体阀门210通信，以便改变流体阀门210的开度并借此控制流体的流量。因为这个实施方案的流体阀门是电磁阀(并因此是电控的)，所以控制系统300与流体阀门210进行电通信。采用其它模拟元件的模拟电控系统300也是可能的。
控制系统300优选的可编程的微处理器(借助控制线)选择一个数—模转换器(D/A)，以便接收来自微处理器的数据，控制流体阀门210。被选定的D/A转换器接收数据并且产生与收到的数字数据成正比的模拟电压。每个数-模转换器的输出在被微处理器改变之前一直保持恒定(这可以利用未示出的传统的数据锁存器来完成)。每个数-模转换器的输出都分别提供给各自的流体阀门210，以便有选择地控制阀门210的开度。
控制系统300还包括缓冲调整控制，以便允许用户控制来自鞋的缓冲响应水平。鞋上的控制装置可以由用户调整，以便提供在无附加缓冲(流体阀门210决不打开)到最大的缓冲(流体阀门210敞开)范围内变化的缓冲调整。这是通过比例缩放待传送给数-模转换器的数据(它控制流体阀门210的开度)借助控制系统300从缓冲调整控制收到的预期的缓冲量完成的。但是，任何适当的调整缓冲的传统手段都可以使用。
照明装置(例如，传统的发光二极管(LED))可以安装在内藏控制系统300的电子器件的电路板上，以便为用户提供该装置操作状态的指示。
本发明的这个实施方案的操作对于某些应用是最有用的，在这些应用中用户持续行走或奔跑延长的一段时间，在这个时间里重量以循环的模式轮流分布在脚的各个区域当中。系统从完成用来为每个区域设置压力门限值的初始化过程开始。在初始化期间，流体阀门210完全关闭时候，而内胆或部件188处于它们未被压缩的状态(例如，在用户穿上鞋之前)。在这种配置下，包括象空气那样的气体在内没有流体能从内胆或部件188中选出，与用户的脚施加给内胆或部件188的压力的大小无关。当用户开始穿着鞋行走或奔跑时，控制系统300接收并且储存来自压敏系统的每个区域的压力变化的测量结果。在这个期间，流体阀门210被关闭。
接下来，控制系统300根据对给定的步数实测的压力计算每个区域的门限压力。在这个实施方案中，系统数出预定的步数，即10步(通过数出压力变化的次数)，但是另一种系统可能简单地储存在给定的时间周期(例如，20秒)内的数据。步数被预先编成微处理器程序，但是在其它的实施方案中可能是由用户输入的。然后，控制系统300核查储存的压力数据并且针对每个区域计算门限压力。在这个实施方案中，门限压力的计算值将低于实测的平均峰值压力并且是部分地借助相关的内胆或部件188减少冲击力的能力确定的，下面予以更详细的解释。
初始化之后，控制系统300将继续监视来自在压敏系统的数据并且将来自每个区域的压力数据与那个区域的压力门限值进行比较。当控制系统300检测到比那个区域的压力门限值高的实测压力时，控制系统300(以前面讨论过的方式)打开与那个压力区相关联的流体阀门210，以便允许流体以受控的速度从内胆或部件188逸出到流体贮器中。在这个实施方案中，空气从内胆或部件188通过流体导管206(和配置在其中的流体阀门210)逸出到周围的空气中。从内胆或部件188中释放流体将允许内胆或部件188变形并借此减少内胆的“反推力”。用户经受那个区域中鞋底的“变软”或增强的缓冲，从而在那个区域中减少对用户的脚的冲击。
流体阀门210的开度应该允许流体以受控的方式从内胆或部件188中选出。流体不应该如此迅速地从内胆或部件188中选出，以致在内胆或部件188在用户施加的压力峰值之前完全瘪下去(并因此失去附加的缓冲)。但是，必须允许流体与足够高的速率从内胆或部件188中逸出，以便提供符合要求的缓冲。将对流量调节器的开度施加影响的因素包括流体的粘度、流体内胆的尺寸、流体贮器内流体施加的压力、施加的峰值压力以及维持这个压力的时间长度。
当用户的脚离开行走表面时，象空气那样的流体随着内胆或部件188返回到其不受压缩的尺寸和形状由于内胆或部件188的内部空气压力降低(即形成真空)而被迫回到内胆或部件188中。
在控制系统300从压敏系统收到表明没有压力(或者最低限度的压力)施加在各个区域上并且持续时间超过了预定的时间长度(该预定的时间长度足够长，足以表明鞋没有接触行进表面并且内胆或部件188已经回到它们不受压缩的尺寸和形状)的压力数据之后，控制系统300再一次关闭所有的流体阀门210，为用户的脚下一次冲击行进表面作准备。
在压敏电路120和控制系统300安装在鞋上并且是用传统的普通电池供电的。由于压敏器件104和流动系统通常位于鞋底中，所以所述的电连接优选埋入鞋帮和鞋底。
图11M所示的实施方案还可以修改，以便省略申请人的凹面圆弧形侧面，并且可以与包括在这项申请中的其它附图的一个或多个不同的特征相结合，例如可以与图11N-11P的特征相结合。压敏器件104也用图11M表示。与上述的微处理器类似的控制系统300形成用图11M(和图11N-11O)表示的实施方案的一部分，但不是用正面图的典型剖面表示的。
图11N说明上述的图11M的概念的应用并且是与可拆卸的鞋底夹层部件145相结合实现的。除了改进的横向稳定性外，这个实施方案的一个主要的优点是鞋底中可能最昂贵的组成部分—可拆卸的插件—可以被移到另一对鞋帮/底部鞋底上，不管是否是新的或是否具有不同的类型或功能。在这种情况下，特别是就功能和/或类型而言从运动鞋变化到逛街鞋时，独立的可拆卸的内底或许是有用的。
图11N展示一种简化的实施方案，该实施方案使用两个内胆或胶囊化部件188，每个内胆或胶囊化部件都从凹面圆弧形侧面延伸到中心部分。图11N的基础是图13A的右侧。
图11O所示实施方案类似于图11N所示的实施方案，但是只展示了一个内胆或胶囊化的部件188，该内胆或部件在中心被壁面189分开并且包括一个流体阀门在该部件或内胆188的两个分开的部分之间沟通。分割壁面189的角度提供从左侧分隔室到右侧分隔室的压力逐渐过渡，但并非是必不可少的。如同技术上已知的那样，为了支撑或其它目的，可以在部件或内胆188之内或之外提供其它结构。
图11P是申请人的发明的透视图，其中包括控制系统300(例如，微处理器)和压敏电路120，它们可以放在所示的可拆卸的鞋底夹层插件中的任何地方，以便该整体单元可以作为一体是可拆卸的，在这张图中展示它们被放在靠近穿鞋者主要的纵向脚弓的胫部中，或者作为替代位于鞋中的其它地方，它们可能采用有线或无线连接并且可能采用独立的附着手段。用图11P展示的脚后跟处的内胆188类似于图11O中展示的内胆，有外侧和内侧两个舱室。
类似于图11M，图11N-11P以上述的技术上已知的方式操作，但是所展示的其它方式或申请人在此介绍的方式除外，申请人所描绘的实施方案是优选的但不必不可少的。
虽然没有展示，但是用图11A-11O展示的各种实施方案中的可拆卸的鞋底夹层部件145可以包括它自己的完整的鞋帮或靴筒(例如，用有弹性的可伸长的纤维制成的鞋帮或靴筒)及其用来保护鞋底夹层和提供摩擦力的外侧鞋底，以致鞋底夹层部件145可以在没有鞋帮21和外层鞋底149的情况下就可以穿，尤其是在室内。这样的可拆卸的鞋底夹层部件145仍然可以象前面介绍的那样插入11C所示的鞋帮和鞋底，以适应户外或其它严酷的用途。
图11M-11P所示的实施方案还可以包括非常迅速地觉察不稳定的鞋底条件(例如，开始滑倒、绊倒或跌倒)并作出反应的能力，以便促进试图防止跌倒或至少试图减轻相关的扭伤的稳定或更稳定的鞋底条件，例如，通过迅速地降低鞋底内一个区域中的高点压力使所有区域中的压力迅速相等从而恢复鞋底的稳定性。
就图11A-11P所示的实例而言，可拆卸的鞋底夹层部件145还可以用于与这份申请中用其它附图表示的申请人的任何早期发明中的一个或多个特征相结合，或者实现这些特征。这样的用途还可以包括在本申请的任何其它附图中展示的特征组合。例如，本发明的可拆卸的鞋底夹层可以代替用本申请的附图展示的鞋底夹层、内底和底部鞋底的全部或任何一个或多个部分，并且可以以这些形式中的任何形式与参照这些附图中的任何附图描述的各种其它特征相结合。
图11A-11P所示的可拆卸的鞋底夹层145并入或可以代替任何传统的鞋底夹层、插件或它们的某个部分。例如，如果可拆卸的鞋底夹层被用来代替大批上市或“柜台上”的传统的鞋底插件，那么这些传统插件的任何特征都可以由可拆卸的鞋底夹层部件145中某个等价特征提供，其中包括结构支撑或缓冲或其它。
图12A-C利用纵分平面181和水平平面刀槽花纹182两者展示一系列传统鞋底的正面图的典型剖面，并且其中一些或全部刀槽花纹不是起源于鞋底的外表面，而是完全在内部。因此，内表面之间的相对运动使鞋底的自然变形变得容易变成可能的。
图12A展示一组3层的鞋底夹层部件或层压结构。优选的是中心层188不胶合到与它接触的其它表面上。那些表面反而是纵分平面181和水平平面182中的内部变形刀槽花纹，它们给中心层188彻底或局部地包胶。在变形刀槽花纹181和182处鞋底夹层部件各层之间的相对运动可以借助任何粘度的润滑剂(象硅油那样的湿润滑剂或象特氟隆那样的干润滑剂)得到增强。如果需要，鞋的鞋底材料可以是容纳润滑剂的密闭单元，或者涂上无孔的表面涂层或润滑剂层。变形刀槽花纹可以被放大成沟槽或任何其它实际的几何形状，例如用最宽的可能条件定义的刀槽花纹。
相对运动可以通过采用粗糙表面或其它增加鞋底夹层部件各层之间的摩擦系数的传统方法来减少。如果希望对中心层188的相对运动实施更大的控制，可以在内部的变形刀槽花纹181和182上的任何地方把为数不多的一个或多个点胶合到一起，使它们变成不连续的，而胶可以有任何程度的弹性或者没有弹性。
在图12A中，纵分平面上变形刀槽花纹181外部的结构是鞋帮21，它通常是柔软而且比较有弹性的织物或皮革。在没有任何象图12A所示的鞋帮那样的外部连接材料时，水平平面上变形刀槽花纹182的外边缘正好可以被胶合到一起。
图12B用脚后跟处正面图的典型剖面展示另一种传统的鞋底，其中为中心部件188包胶的水平平面和纵分平面上变形刀槽花纹的组合类似于图12A所示的组合。象图12A那样，图12B的结构允许具有包围着其侧面和顶面的鞋底夹层外层包胶部分184的中心部件188和附着在它们的共同边界8上的底部鞋底149的相对运动。
图12B所示的这种方法类似于申请人的具有容纳象硅油那样的压力传递介质的包胶的鞋底夹层舱室的全圆弧形的鞋底发明；但是在这种传统鞋底的情况下，压力传递介质是典型的鞋底缓冲材料中象PV或EVA那样的更传统的部分，它们也提供缓冲作用。
图12C是用脚后跟处的正面图的典型剖面展示的另一种传统的鞋底，其中的组合类似于用图12A和12B展示的水平平面和纵分平面上变形刀槽花纹的组合。但是，在图12C中鞋帮部件187代替包胶的中心部件188被变形刀槽花纹局部包裹着，以致它的行为非常象中心部件188，但是更稳定而且更接近人脚的实际结构。
上半部分187将类似于整块的脂肪垫，呈U形并且附着在跟骨或脚后跟的骨头上。同样，变形刀槽花纹的形状如图12C所示呈U形，而且上半部分187通过鞋帮附着在脚后跟上，所以它应该以类似于脂肪垫的集合行动的方式起作用。图12C所示的发明的主要的好处在于这种方法比前面用图10展示的非常复杂的拟人设计简单得多，因此更容易迅速实现。用图12C展示的鞋底夹层的侧面185非常象图12B中包胶的鞋底夹层184的侧面部分。
图12D用脚后跟处的正面图的典型剖面展示应用于申请人的完全圆弧形的设计的类似的方法。图12D展示一种设计，其中包括包胶的舱室和用来把鞋帮固定到底部鞋底上的连接方法的变化。
图12D的左侧展示图12B所示的中心部分188在包胶方面的变化，其中包胶仅仅是局部的，中心部分188中心的上半部分与鞋底夹层的外层包胶部分184或者贴在一起或者是连续的。
图12D的右侧展示类似于图12C的变形刀槽花纹的结构，其中鞋底夹层的上半部分187具备相对底部鞋底和鞋底夹层侧面移动的能力。
图12D的结构是从图12C的结构演变出来的，其中大体上在纵分平面中的变形刀槽花纹仅仅是局部的并且不象图12C那样延伸到鞋底夹层147的上表面30。
图13A和13B用脚后跟区域的正面图的典型剖面展示类似于图5A和图5B的鞋底结构，但是更详细并且有进一步向上延伸到鞋底夹层侧面的底部鞋底。
图13A和13B的右侧展示优选的实施方案，该实施方案是底部鞋底使大部分鞋底夹层向上延伸的比较薄的锥形部分并且附着在鞋底夹层和鞋帮21上，它还优选首先附着到鞋底夹层147上(在两者在3处相会)，然后附着到底部鞋底上(两者在4处相会)。底部鞋底还附着在上边的鞋底夹层147上(它们在5处结合)并且在6处附着到鞋底夹层148上。
图13A和13B的左侧展示更传统的连接方式，其中鞋底附着在充分楦过的鞋帮21上。底部鞋底149附着到鞋底夹层148(在6处它们的表面一致)、鞋底夹层上半部分147(在6处)和鞋帮21(在4处)上。
图13A展示包胶部分188有另一种变化的鞋底。包胶部分188被展示成在线8处以底部鞋底149为边界，在线9处以鞋底夹层147和148的其余部分为边界。
图13A与前面的附图相比展示更多的细节，其中包括内底(也叫衬垫)2，它恰好象鞋底的其余部分那样按穿鞋者的脚掌形状形成圆弧形、以致脚掌在其整个侧向运动范围内从最大的旋后到最大的旋前总能得到支撑。
内底2在13处与鞋帮21重叠。这种方法保证穿鞋者的脚掌不与可能引起磨损的任何接缝接触。虽然在这张附图中仅仅展示了脚后跟部分，但是同样的内底结构将优选被用于别的地方，尤其是前脚掌。优选的是内底将与穿鞋者脚底的整个承载表面(包括足尖的前表面)一致，以便提供适合前后运动和侧向运动的支撑。图13的设计通过大体上给鞋底比较厚的根部的中间部分(或者鞋底其它区域的中间部分，例如，任何一个或全部脚的基本支撑要素，包括第五跖骨的根部、各个趾骨的头部和第一末梢趾骨)充分地或局部地包胶提供稳固的柔韧性。所述的一个或多个包胶部分的外表面由于包胶部分未胶合到周围的鞋底上故而可以比较自由地移动。
图13设计的稳固性是这样提供的，即在运动期间数倍于体重的负载下在所述的包胶部分范围内形成的高压，从而使它在极端的压力下变得比较坚硬，大体上类似于脚的脚后跟。与柔韧性比较差并因此形成局部点压力(尤其是在鞋底的外边缘)的传统的鞋底不同，图13的设计倾向于把压力均匀地分布在所有的包胶部分上，所以穿鞋者的脚掌的自然的生物力学得以维持，而剪切力得到更有效的处理。
在图13A的设计中，稳固的柔韧性是这样提供的，即给鞋底比较厚的根部或鞋底的其它区域的中间部分粗略地包胶，同时通过不按照惯例把包胶部分胶合到周围的鞋底上允许那些部分的外表面比较自由地移动。稳固性是这样提供的，即在体重负载下在包胶部分范围内形成高压，从而使它大体上象脚后跟那样在极端的压力下变得比较坚硬，因为它被柔软但弹性比较差的材料包围着，尤其是底部鞋底149(和连接到也可以用柔软但弹性比较差的材料构成的鞋底的上半部分)。因此，同样的U形结构借助在微观水平上按人的脚掌构成的鞋底在宏观水平上被形成，如同Erich Blechschmidt在“Foot and Ankle(1982年3月)”中最后描述的那样。
扼要地说，图13A的设计展示鞋的构造，其中包括在人脚的结构要素下有至少一个分隔室的鞋底；装有压力传递介质的分隔室是由鞋底夹层材料的独立部件组成的，它不牢固地附着到周围的鞋底上；来自正常承载的压力至少部分地逐渐传递到所述鞋底分隔室的弹性比较差的侧面、顶面和底面，从而产生张力。
图13A的设计可以与图58-60表示的设计相结合，以致分隔室被比较柔软但弹性比较差的织物的增强层包围。
图13A和13B用正面图的典型剖面展示恒定不变的鞋底厚度但是，那个厚度在正面图的各个典型剖面中可以稍有变化(一些情况下不超过大约25％)。图13B展示与图13A非常相似的设计，但是用胶囊包起来的部分被缩小到只剩下鞋底夹层148和底部鞋底149之间的承载边界层。简单地说，底部鞋底的大部分或全部上表面和鞋底夹层的下表面不被粘合，至少不被牢固地粘合，它们在线8处重合。底部鞋底和鞋底夹层仅仅沿着鞋底夹层不承载的侧面被牢固地粘合。这种方法既简单又容易。承载的边界层8类似于前面用图12描述的内部的水平刀槽花纹。刀槽花纹可以是用柔软的材料填充的沟槽，它也可以仅仅是比较薄的舱室。
边界区8可以被掰开，以致两个表面之间的相对运动仅仅由于它们在侧面结构上被粘合到一起而受到控制。此外，边界区可以涂上润滑油，以使表面之间的相对运动变得容易，或者用限制运动的各种液体作为润滑油。或者边界区8可以用控制相对运动但仍然允许某种相对运动的半弹性或者半粘着的胶粘接。这种半弹性或者半粘着的胶也将为减震功能服务。
扼要地说，图13B的设计展示一种鞋的构造，包括鞋帮和鞋底，其中鞋底具有侧面比较柔软但无弹性的底部；至少有一部分底部鞋底的侧面牢固地直接附着到鞋帮上；鞋帮至少在鞋帮附着到底部鞋底上的地方是由柔软但弹性比较差的材料制成的；包封鞋底的其它部分的附着部分；以及鞋底至少有一个水平边界区在鞋底范围内作为内部的刀槽花纹起作用。图13B的设计可以与图58-60相结合，以便把用至少一个比较柔软但无弹性并且按水平平面取向的纤维层增强的材料制成的鞋底底部包括在内；图14、15和16展示依据申请人根据理论上理想的稳定性平面的早期发明的鞋底正面图的典型的剖视图，这些剖视图是在踝关节附近截取的，以便展示鞋的后跟截面。贯穿图17至26展示申请人强化那项发明的相同的视图。在这些附图中，脚27被置于具有鞋帮21和圆弧形鞋底28的自然形成圆弧形的鞋中。如同在图17中展示的那样，鞋底通常在其中心较低的脚后跟部分与地面43接触。理论上理想的稳定性平面的概念按照鞋底厚度定义的各个点的位置定义平面51。
图14用后部的剖视图表明鞋底内表面与脚的自然轮廓一致而鞋底厚度在正面图中保持恒定不变，以致外表面与理论上理想的稳定性平面重合。
图15展示充分呈圆弧形的鞋底设计，该设计追求脚、底部以及侧面全部的自然轮廓，同时在正面图中保持恒定不变的鞋底厚度。
充分呈圆弧形的鞋底假定不承载时略呈圆弧形的底部在载荷下将发生变形并且变平，就象人的脚底不承载时略呈圆弧形但在载荷下变平那样。所以，鞋底材料必须属于这样的构成，以便允许随着脚的变形自然变形。这种设计尤其适用于脚后跟部分，但也适用于鞋底的其余部分。通过提供最接近脚的自然形状的匹配，充分呈圆弧形的设计允许脚尽可能自然地起作用。在载荷下，图15将变形，变平到本质上象图14那样的外观。就此而论我们将看到图14中的自然形成圆弧形的侧面设计是更传统的保守的设计，该设计是图15所示的最接近人脚的自然形状但最不符合惯例的更一般的呈圆弧形的设计的特殊的情况。在图14的设计中所使用的变平时的变形量(该变形量在不同的载荷下将发生明显的变化)不是申请人的发明的基本要素。
图14和15两者用正面图的典型剖面展示理论上理想的稳定性平面，该平面对于各种类型的有效的自然运动(包括奔跑、慢跑或者行走)在理论上也是理想的。图15展示最一般的情况——充分呈圆弧形的设计，该设计与不承载的脚的自然形状一致。就任何给定的个人而言，理论上理想的稳定性平面51首先是由在正面图的典型剖面中预期的鞋底厚度决定的，其次是由个人的脚表面29的自然形状决定的。
就用图14表示的特殊情况而言，适合任何特定的个人的理论上理想的稳定性平面(或者个人的尺寸平均值)首先是由给定的正面图的典型剖面的鞋底厚度决定的；其次是由个人的脚的自然形状决定的；第三是由个人的承载足迹30b的正面图的典型剖面宽度决定的，该足迹被定义为实际接触人的脚底并提供支撑的鞋底上表面。
适合特殊情况的理论上理想的稳定性平面在概念上是由两个部分组成的。如图14所示，第一部分是以等于鞋底厚度的恒定距离平行于线30b的等长度的线段31b。这不仅对应于直接在人脚底下的传统鞋底，而且对应于承载鞋底28b的底部被弄平的部分。第二部分是位于第一部分(线段31b)两侧的自然形成圆弧形的稳定性侧面的外边缘31a。在圆弧形侧面的外边缘31a上每个点都按距圆弧形侧面的内边缘30a上最近的点的距离精确地等于鞋底厚度定位。
扼要地说，理论上理想的稳定性平面被用来根据与脚的轮廓一致的顶部轮廓决定几何学上精确的鞋底底部轮廓。
可以明确地声明任何超出理论上理想的稳定性平面的鞋底轮廓(即使属于类似的轮廓)都将限制脚自然地运动，而任何比那个平面小的轮廓将降低自然的稳定性，并且两者都直接与偏差量成正比。理论上理想的指的是最接近自然的。
图16用正面图的典型剖面图解说明鞋底的另一种变化，该鞋底在在传统鞋底28b(通常以参考数字28予以图解说明)的外边缘采用起稳定作用的90度扇形26。在实际的实施方案中起稳定作用的90度扇形将被缩减。
图17图解说明逐渐增加的鞋底侧面的厚度超出理论上理想的稳定性平面，以便超出其自然水平稍微增加稳定性。由此产生的不可回避的权衡是自然运动将稍微受到限制，而鞋底的重量将稍微增加。
图17展示一种状况，其中在每个相对的侧面处鞋底的厚度由于厚度从厚度(s)经厚度(s+s1)连续地逐渐变化到厚度(s+s2)都是在鞋底31a的各个部分比较厚。这些设计承认现有的鞋的设计具有固有的缺陷(即连续地破坏自然的人体生物力学)，因此终生使用这种鞋在人的脚和踝中所产生的实际的结构变化达到了必须予以补偿的程度。具体地说，现存固有的缺陷最共同的反常响应之一是削弱长脚弓，从而增加旋前。所以，这些设计提供比自然的稳定性更大的稳定性，并且对于脚弓通常比较低倾向于过分地旋前的个人应该尤为有用，而且可能仅仅用在中间的侧面上。同样，脚弓高倾向于旋后并且易于横向踝关节扭伤的个人也将受益，而且这种设计可能仅仅用在中间的侧面上。在同样的鞋上两个薄弱环节予以补偿的供给普通民众的鞋将在两个侧面上把补偿设计的改良的稳定性并入。
图17象图14和15那样展示一种实施方案，该实施方案允许鞋底自然地变形，从而近乎平行于在负载下赤脚的自然变形。此外，鞋底材料必须具有这样的构成性质，以便允许类似于脚的自然变形。
这种设计保持使鞋底的形状与人脚的形状具有等高线轮廓的概念。差异是允许鞋底厚度在正面图中变化而不是一律保持恒定不变。更具体地说，图17、18、19、20和24用脚后跟处正面图的典型剖面表明鞋底厚度可以增加到超出理论上理想的稳定性平面51，以便提供比自然的稳定性更大的稳定性。这样的变化(以及下述的变化)可以在所有的正面图的典型剖面中自始至终保持一致，以致从鞋底的前面到后面对于理论上理想的稳定性平面有成比例地均等的增加。两者择一，厚度可以变化，优选从一个前沿平面到下一个前沿平面连续变化。
超出理论上理想的稳定性平面的鞋底厚度的准确增量是借助经验确定的。理想情况是左右两只鞋底将是针对每个个人根据他或她的脚踝机能障碍程度的生物力学分析设计定制的，以便提供最佳的支撑。预计任何这样设计定做的鞋一般都将具有超出理论上理想的稳定性平面达5％或10％的厚度。但是，该厚度可能超出理论上理想的稳定性平面达25％。厚度增加后的最佳轮廓也可以凭经验确定。
图18展示改良后全圆弧形的设计的变化，其中鞋底超出稍微向两侧偏移的理论上理想的稳定性平面51开始变厚。
图19如同图17和18那样展示左右对称的厚度变化，但是其中鞋底在鞋底的中心线附近直接从脚后跟27下面超出理论上理想的稳定性平面51开始变厚。实际上，在这种情况下鞋底的厚度仅仅在直立的脚底下的起始点与理论上理想的稳定性平面是一样的。就鞋底厚度变化的实施方案而言，理论上理想的稳定性平面是由鞋底的直接承载部分(意味着那个部分直接踩到地面上)中最薄的厚度决定的。鞋底的外边缘或周界显然被排斥在外，因为在那里的厚度总是减少到零。请注意，自然变形设计的能力可以使鞋底的某些部分在它们实际处于载荷下(尤其是行走或奔跑时)时承受载荷，即使它们在鞋底并非处于载荷下时可能不承受载荷。
图20表明厚度可以先增加，然后减少。其它的厚度变化顺序也是可能的。侧面轮廓厚度的变化既可以左右对称也可以不对称，尤其是在内侧比外侧更多地提供稳定性的情况下，尽管可能有许多其它不对称的变化。另外，右脚的图案可以依据左脚变化。
图21、22、23和25展示在鞋底夹层(鞋底区域没有被展示的其它部分)的密度方面类似的变化可以提供与前面用图17-20描述的鞋底厚度变化相类似但有所降低的效果。这种方法的主要优点是从结构上保持理论上理想的稳定性平面，以致很自然地把最佳的稳定性和有效的运动保持在可能的最大范围。
用这些附图展示的两种密度和三种密度的鞋底夹层形式在运动鞋的现有技术中极为常见，尽管用图21展示的那种恰好两种密度按某种角度交替提供连续变化的复合材料密度，但是密度的任何种类数目在理论上都是可能的。然而，鞋底夹层中采用多种密度并非是优选的，因为只有始终如一的密度才提供不以通过对脚的不同部分提供不同的支撑量的多密度鞋底的行为方式妨碍自然脚踝的生物力学的鞋底设计。在这些附图中，用图例(d′)指明的鞋底材料的密度比(d)坚硬，而(d2)是所示的三种有代表性的密度中最坚硬的。在图21中，双重密度鞋底被展示，其中(d)具有硬度比较低的密度。
需要注意，鞋底采用比理论上理想的稳定性平面大的鞋底厚度和类似于刚刚介绍过的那种鞋底夹层密度变化两者的组合也是可能的，但是没有展示。
图26展示底部鞋底的鞋底花纹设计，这种设计提供的总鞋底密度变化几乎与图23中通过鞋底夹层密度变化所提供的相同。在鞋底的任何特定部分下面鞋底花纹的支撑面越小，总鞋底密度的影响也就越小，因为在那个部分上面的鞋底夹层将比它受到全面支撑时更容易变形。
图27展示与图17至26中的那些实施方案相似的实施方案，但是其中一部分鞋底厚度被减少到比理论上理想的稳定性平面还小。我们预料一些由于穿现有的鞋脚踝生物力学已遭损害的个人可以从这样的实施方案中获益，这些实施方案将提供比自然稳定性低的稳定性但比较大的运动自由度以及比较小的鞋底重量和体积。具体地说，我们预料双脚过分僵硬的个人、那些运动范围受到限制的个人和那些倾向于过分旋后(over-supinate)的个人可以从图14的实施方案中获益。更具体地说，我们期待这项发明将有益于两只脚的功能明显不对称的个人，即一只脚有旋前倾向而另一只有旋后倾向的个人。因此，我们预料这个实施方案将仅仅用在旋后的脚的鞋底上，并且仅仅用在内侧部分上，而且可能只在其中的一部分上。我们预计比理论上理想的稳定性平面小的范围将是大约5～10％的最大值，虽然高达25％的最大值对于某些个人可能是有益的。
图27A展示类似于图17和20的实施方案，但是自然形成圆弧形的侧面比理论上理想的稳定性平面小。图27B展示象图18和19中的全圆弧形设计那样的实施方案，但是鞋底厚度随着距鞋底中心部分的距离增加而减少。图27C展示象图24的90度扇形侧面设计那样的实施方案，但是该90度扇形侧面从理论上理想的稳定性平面被缩小得越来越多。
图27所示的侧面比较小的设计也将应用于图21-3和25所示的密度变化方法和图26所示的采用鞋底花纹踩设计近似密度变化的方法。
图28A-28C用横截面说明在采用图16、24、25和27C所示的90度扇形侧面设计的情况下在同一鞋底上具有比理论上理想的稳定性平面大和小的两种鞋底侧面是可能的。在(s2)处(在图28B中的第五跖骨的根部)获取的中间鞋底厚度的半径在鞋底的包括脚后跟(28C)和前脚掌(图28A)在内的整个90度扇形侧面上始终保持恒定不变，所以侧面的厚度在脚后跟小于理论上理想的稳定性平面，但在前脚掌则大于所述稳定性平面。虽然可能，但是这不是优选的方法。
同样的方法可以应用于用图14、15、17-23和26描述的自然形成圆弧形的侧面或全圆弧形设计，但它也不是优选的。此外，如图28D-28F所示，象图28A-28C那样在同一鞋底上具有比理论上理想的稳定性平面大和小的两种鞋底侧面是可能的，但是其中侧面的厚度(或半径)既不象图28A-28C那样恒定不变，又不直接随着鞋底厚度变化，而是相当间接地随着鞋底厚度变化。如同用图28D-28F表示的那样，鞋底侧面的厚度从脚后跟处稍微小于鞋底厚度变化到在前脚掌稍微大于鞋底厚度。这种方法虽然可能但是仍然不是优选的，并且可以应用于90度扇形的侧面设计但也不是优选的。
图29用脚后跟(踝关节的中心)处的正面图的典型剖面说明与人脚27的自然形状一致并且在正面图的典型剖面中具有恒定不变的厚度的鞋底28的一般概念。脚27的底部和侧面的表面29应该确切地对应于圆弧形鞋底28的上表面30。鞋底的厚度被定义为在圆弧形鞋底28的上表面30上的任何点和下表面31之间的最近距离(s)。实际上，申请人的一般概念是包裹着并且顺从脚27的自然轮廓的圆弧形鞋底28，就好象圆弧形鞋底28是用假设的一片厚度相同的平的鞋底材料制成的，它包裹着脚而且在那片材料被弯曲到脚的轮廓时没有扭曲或变形。为了解决与这种围绕轮廓弯曲或缠绕相关联的现实世界的变形问题，厚度均匀的鞋底轮廓的实际构造将优选包括多片层压或注塑成形技术的使用。
图30A、30B和30C用正面图的典型剖面图解说明自然形成圆弧形的稳定性侧面28a在通常以参考数字28予以说明的鞋底28b的外边缘处的运用。这消除了不自然的底部锐边，尤其是呈喇叭形的鞋的底部锐边，有利于用图29表示的自然形成圆弧形的鞋底外表31。鞋底稳定性侧面28a的侧面或内边缘30a象在人脚的侧面或边缘上的自然形态那样呈圆弧形，如同鞋底稳定性侧面28a的外表或者外边缘31沿着理论上理想的稳定性平面展开一样。圆弧形鞋底28的厚度(s)被严格地维持恒定不变，即使鞋底朝两侧或朝前或朝后倾斜也是如此。因此，自然形成圆弧形的稳定性侧面28a具有与鞋底28的厚度33相同的定义，所以在横截面中鞋底包括稳定的圆弧形鞋底28，它在其外边缘有自然形成圆弧形的稳定性侧面28a，其表面31a代表理论上理想的稳定性平面并且是用等于圆弧形鞋底28的厚度(s)的自然形成圆弧形的侧面描述的。鞋底30b的顶部与穿鞋者的承载足迹一致，因为在图示的情况下假定脚是承载的，所以沿着底部变平。自然形成圆弧形的稳定性侧面28a的顶部边缘32可以沿着脚29的外表面的圆弧形侧面定位在任何一个点上，而自然形成圆弧形的侧面28a的内边缘33与承载鞋底28b的垂直侧面34一致。在实践中，圆弧形鞋底28优选用部分28b和28a整体成形。因此，理论上理想的稳定性平面包括并入圆弧形鞋底28的下表面31b的轮廓31。
优选的是鞋底28b的承载部分的范围36包括全部脚的支持结构但不延伸到用承载足迹定义的脚底37的外边缘之外，如图30D所示，这张图是鞋底上表面30b的俯视图。这样，图30D图解说明在数字37处的脚的轮廓和为它推荐的鞋底轮廓36。因此，鞋底的承载部分的顶部水平平面的轮廓(因此不包括圆弧形的稳定性侧面)应该优选在可实行的范围内尽量接近地与接触它的脚掌的承载部分一致。这样的水平轮廓(在图30D和33D中看得最清楚)应该保持整个鞋底厚度始终如一，从而消除鞋底向内或向外倾斜，以致所有的侧面都精确地垂直于水平平面，如图30B所示。优选的是鞋底材料的密度是均匀一致的。
如同图31中示意地表示那样，优选的是当厚度(s1)的后跟垫或楔38的在鞋的船尾方向上增加厚度(s)的鞋底夹层和外层鞋底39组合后的总厚度(s+s1)时，自然形成圆弧形的侧面28a按照结合图30讨论的原则在厚度上精确地增加同样的数量。因此，自然形成圆弧形的侧面的内部边缘33的厚度在正面的剖视平面中总是等于承载鞋底28b的恒定不变的厚度(s)。
如图31B所示，就追求更传统的水平平面轮廓的鞋而言，鞋底可以通过追加伴随鞋底28a的厚度变化并且根据鞋后跟垫38在正面图中变化的自然形成圆弧形的侧面得到相当大的改善。因此，如同用图31B图解说明的那样，在脚后跟部分自然形成圆弧形的侧面28a的厚度等于圆弧形鞋底28的厚度(s+s1)，该厚度比图31A所示的鞋底39的厚度(s)厚等价于后跟垫38的厚度(s1)的量。因此，泛泛地说，圆弧形侧面的厚度(s)总是等于鞋底的厚度(s)。
图32图解说明已采用在图33中用俯视图展示的本发明的鞋的侧视剖面图。
因此，图33A、33B和33C代表在第五跖骨的根部和在脚后跟沿着前脚掌截取的正面图的典型剖面，借此图解说明在每个正面图的典型剖面中鞋底厚度即使厚度如图32所示由于后跟垫38从前到后变化也都是不变的，以及在图33A-33C所示的每个横截面中自然形成圆弧形的侧面的厚度等于鞋底的厚度。此外，在图33D(左脚的水平平面示意图)中，人们可以看到鞋底的轮廓在接近实际地与图30D所示的承载的鞋底印匹配时遵循优选的原则。
图34图解说明本发明的实施方案，该实施方案为了减少鞋底的重量和体积在自然形成圆弧形的侧面28a中利用理论上理想的稳定性平面51的变化部分同时在鞋的稳定性方面作出一些牺牲。因此，图34A图解说明优选的实施方案，象前面结合图31所描述的那样，其中自然形成圆弧形的侧面28a的外边缘31沿着理论上理想的稳定性平面51展开。如同在图29和30中那样，圆弧形表面31和鞋底31b的下表面沿着理论上理想的稳定性平面51展开。如图34B所示，工程学的折衷方案导致在理论上理想的稳定性平面51范围内缩减，其方法是相对圆弧形鞋底28上边的平面以某个角度形成与脚的自然轮廓近似的(或较少优选的几何形状更规则的)自然形成圆弧形的侧表面53a，以致只有用恒定不变的厚度定义的沿着表面31a展开的一小部分圆弧形侧面28a是与理论上理想的稳定性平面51共面的。图34C和34C展示类似的实施方案，其中每个工程学折衷方案都导致沿着理论上理想的稳定性平面51展开的圆弧形侧面28a的某些部分逐渐变得比较小。表面31a的这个部分并入自然形成圆弧形的侧面28a上边的侧表面53a。
图34的实施方案对于不怎么频繁使用以致其侧面的附加部分也不怎么频繁使用的鞋底部分可能是符合要求的。例如，在倒置模式中，鞋可能典型地横向摇摆到大约20°，相当于每一次它摇摆到40°的100倍。就图34B所示的篮球鞋而言，额外的稳定性是需要的。然而，为了覆盖那个运动中偶尔触及的范围而附加的鞋的重量大体上相当于覆盖频繁触及的范围的重量。由于在比赛鞋上这个重量可能是不符合要求的，所以有可能采用图34D所示的那种类型的工程学折衷方案。典型的运动鞋/慢跑鞋是用图34C展示的。可能的变化范围是无限的。
图35展示在定义具有不同的鞋底花纹或防滑钉图案的鞋底实施方案时使用的理论上理想的稳定性平面51。因此，图35图解说明本发明适用于具有传统的底部鞋底花纹的鞋底。然而，图35A类似于图34B，但进一步包括鞋底花纹部分60，而图35B也类似于图34B，但其中鞋底包括防滑钉部分61。固定防滑钉底部的表面应该优选在同一平面上并且平行于理论上理想的稳定性平面51，因为在柔软的地面上是那个表面承受载荷而不是防滑钉承受载荷。图35C所示实施方案类似于图34C，它依然展示替代的鞋底花纹构造62。在每种情况下，鞋底花纹或防滑钉图案60-62的承载外表面都是沿着理论上理想的稳定性平面51展开的。
图36用曲线70图解说明来自用正面图在踝关节处的典型剖面展示的鞋的踝关节重心71的左右倒置/外翻运动的范围。因此，在静态情况下(重心71大致落在鞋底中点)，并且假定鞋从0°逆转或外翻到20°至40°，如同用动作过程36A、36B和36C表示的那样，于是重心的运动点的轨迹定义曲线70，其中重心71在没有垂直分量通过40°的倒置或外翻的情况下维持稳定水平的运动。就所示的实施方案而言，鞋底稳定性的平衡点在28°(点74)，而且没有存在定义旋转点的旋转边缘的情况。该设计固有的优秀的左右晃动的稳定性提供旋前(或旋后)控制以及横向(或倒置)控制。与传统的鞋底设计形成显著对照，这种鞋的设计事实上没有形成抵抗自然的倒置/外翻运动或者破坏踝关节稳定性的反常的扭矩。
因此，图37将本发明用曲线70表示的重心的运动范围与传统的喇叭形宽后跟的曲线80和相当于人的脚后跟宽度的窄长方形的曲线82进行比较。由于鞋在倒置模式中的稳定性极限是28°，所以鞋底在近似于赤脚倒置极限的20°下是稳定的。那个支撑要素和支撑的宽底(而不是现有技术的陡峭的底部边缘)通过在正面图的典型剖面中提供恒定不变的鞋底厚度使该轮廓设计即使在36A-36C所示的最极端的情况下也是稳定的，而且不同于现有的设计允许赤脚固有的稳定性在不受干预的情况下占主导地位。当人们观察到圆弧形侧面设计的重心曲线70与当前流行的宽喇叭形设计80相比平坦得多得多的时候，其稳定性优势是如此显而易见。该曲线证明圆弧形边的设计与相当于人的脚后跟宽度的窄长方形设计相比意味深长地具有更有效的7°自然倒置/外翻运动，而且比传统的宽喇叭形设计有效得非常多。同时，圆弧形侧面设计由于没有破坏稳定性的扭矩在极端的情况下比两种传统设计中任何一种都更稳定。
图38A-38D用正面图的典型剖面图解说明在承载脚底下延伸到其它自然轮廓(例如，主要的纵向脚弓、跖骨(或前脚掌)的脚弓和在跖骨(前脚掌)的头部与末梢趾骨(足尖)的头部之间的隆起)的自然形成圆弧形的侧面设计。如图所示，当鞋底的轮廓沿着承载脚的侧面和底部的轮廓展开时鞋底厚度保持恒定不变。图38E展示与承载脚的底部轮廓一致的鞋底的纵分平面的典型剖面，其中厚度依据后跟垫38变化。图38F展示左脚的水平平面的俯视图，这张图展示与承载时接触地面的脚底变平的区域相对应的鞋底的各个区域85。等高线86和87近似地展示大体上在图30所示的鞋底30的上表面的周界范围35内鞋底轮廓在变平的承载区域85上方的相对高度。图38F的水平平面仰视图(未示出)将是与图38F精确地互补或相反的视图(即峰和谷的轮廓将精确地被颠倒过来)。
图39A-39D用正面图的典型剖面展示延伸到整个不承载的脚底的全圆弧形的鞋底设计。图39E展示纵分平面的典型剖面。脚底下的鞋底轮廓与图38A-38E是相同的，但是没有与承载脚的变平区域相对应的变平区域。鞋底独有的圆弧形轮廓沿着不承载脚的轮廓展开。后跟垫38和鞋底夹层和外层鞋底39与图38中的那些一样被并入这个实施方案，但是在图39中没有展示。
图40展示与在图39A-39E中描述过但沿着侧面被缩减到只剩下基本的结构支撑要素和推进要素的全圆弧形设计相对应的左脚的水平平面的俯视图。在未被缩减的基本要素中可以增加鞋底材料的密度以补偿在那里增大的压力载荷。基本的结构支撑要素是跟骨95的底部和横向结节、跖骨96的头部和第五趾骨97的底部。就稳定性而言，它们必须得到两种支撑，即在下面的支撑和对外侧的支撑。基本的推进要素是第一末梢趾骨98的头部。支撑跟骨底部的中间的(内部)和横向的(外部)侧面是在图40中展示的，它们大体上沿着水平平面跗骨下的(subtalar)踝关节轴的两侧取向，但是也可以更传统地沿着鞋底的纵轴定位。图40表明除了已识别的基本区域之外没有必要使用自然形成圆弧形的稳定性侧面。通过省略非基本的稳定性侧面可以节约重量和改善柔韧性。等高线85至89近似地展示大体上在图17中展示的鞋底30的不变形的上表面的周界范围(35)内鞋底轮廓的相对高度。图40的水平平面的仰视图(未示出)将是与图40精确地互补或相反的视图(即峰和谷的轮廓将精确地颠倒过来)。
图41A展示具有与依据本发明的特点合并的自然形成圆弧形的鞋底侧面的逛街鞋的开发。如同前面描述的那样，图41A为这样的逛街鞋开发了理论上理想的稳定性平面51，其中自然形成圆弧形的侧面的厚度等于鞋的鞋底厚度。因此，由此产生的带正确地形成圆弧形的鞋底的逛街鞋是在图41A中用正面图中脚后跟的典型剖面展示的，其中侧边垂直于地面，这是典型的情况。图41B展示采用全圆弧形的设计的类似的逛街鞋，包括鞋底的底部。因此，本发明可以适用于采用象简单的楔子那样的非传统的后跟垫的鞋，或者脚后跟与前脚掌被脚背下的凹陷分开的典型的步行鞋的最传统的设计。本发明恰好可以在鞋后跟处得到应用，或者被应用于整个鞋底。采用本发明，在如此应用时，除了高跟鞋或女高跟鞋的后跟之外任何现有的鞋设计的稳定性和自然运动都能通过自然形成圆弧形的鞋底设计得到相当大的改善。
图42展示一种并非最佳但成本居中或比较低的鞋底构成方法，借此鞋底夹层148和后跟垫38可以用传统的方法生产，或者几乎如此(虽然侧面可以是圆弧形的，但是至少保留鞋底夹层的底面是平的)，而底部或外部的鞋底149包括该设计的大部分或全部特殊轮廓。这种方法不仅把特殊的轮廓完全或大部分限定到专门模塑的底部鞋底，而且容易组装，因为鞋底夹层底部和底部鞋底顶端的两个平坦的表面可能比两个圆弧形表面更容易合到一起。
这种方法的优点在用图42A图解说明的自然形成圆弧形的设计实例中可以看到，这张图展示比较柔软的鞋底夹层侧面上的一些轮廓，这些比较柔软的鞋底夹层侧面受磨损的影响比较少但从比较大的附着摩擦力中为稳定性和易于变形获益，而比较坚硬的圆弧形底部鞋底为承载区域提供良好的磨损特性。
图42B用90度扇形侧面设计说明应用于传统的逛街鞋后跟的概念，该后跟通常借助在主要的纵向脚弓下面的空心脚背区与前脚掌分开。
图42C用正面图的典型剖面说明应用于90度扇形侧面或单一平面设计的概念并且在图42D中用底部鞋底的阴影区129指出那个部分，该部分应该是蜂窝状的(水平平面上的轴线)以便将比较坚硬的外层鞋底的密度降低到鞋底夹层材料的密度以提供比较均匀一致的鞋密度。
一般地说，内底或短袜衬层(sock liners)在结构和功能上应该作为鞋底的一部分看待，它应该象slip-lasted shoe(拖鞋)上的鞋帮底部或board-lasted shoe(趿拉板)上的板那样在脚和地面之间的任何制鞋材料。
图43用后视解说明处在适合新的生物力学试验的位置上的脚27，该试验是用来发现赤脚实际上不自然的踝关节扭伤的基础。这个试验模拟横向踝关节扭伤，在这种情况下脚27在地面43上向外摇摆或倾斜到它的正常运动范围的极限位置，这个位置象在图43中用(右脚)裸露的脚后跟的后视图展示的那样在脚的外表面29处通常是大约20度。横向(倒置)扭伤是最常见的踝关节扭伤，占全部踝关节扭伤的大约四分之三。
这种试验方法特别新颖的方面是在静止站立期间完成踝关节扭伤模拟。没有朝前运动是试验获得戏剧性的成功的关键，因为以其它方式不可能在横向踝关节扭伤期间为试验目的再次进行实际的脚踝运动和在以正常速度奔跑、或者慢慢地慢跑、或者步行期间以受控的方式同时进行试验。在不通过把朝前的运动全部减缓到零的方式实现关键性的控制的情况下，任何试验课题都将以扭伤的踝关节告终。
这是因为在现实世界中实际的奔跑是动态的并且涉及在每一步期间承受三倍于自身整个体重的反复的力量最大值，而且在引起踝关节扭伤时可能经历的骤停、错步和改变方向期间将突然达到大约五倍或六倍的峰值。反之，在静态模拟试验中，力受到严格的控制和调节，从全然没有力变化到感到舒适的任何最大值。
静止的扭伤模拟试验(SSST)仅仅由站立不动构成，其中一只脚赤裸着而另一只脚穿任何鞋。让两只脚交替地朝外侧小心地倾斜到它的运动范围的极限位置，以便模拟横向踝关节扭伤。
SSST清楚地识别在现有的鞋设计中什么东西可能基本上是不够完美的。它确实证明大自然的生物力学系统(赤脚)在稳定性方面远远优于模拟人的鞋设计。令人遗憾的是它也证明鞋的不稳定性严重地破坏了人脚的自然稳定性并且综合地形成一种人为造成不稳定的组合生物力学系统。鞋是薄弱环节。
试验表明如同在图43中见到的那样，由于赤裸的脚后跟29为踝关节提供宽阔而稳固的基础，所以赤脚原本在正常接合范围的大约20度的极限位置是稳定的。事实上，赤裸的脚后跟29与地面43实际接触的区域在全部外倾到20度时不比在0度直立时小得多。
SSST提供直到现在完全空缺的确定任何给定的鞋是否允许脚在其范围内自然地起作用的自然标准。如果鞋不能通过这个简单的试验，那么那双特定的鞋肯定妨碍自然脚踝的生物力学。唯一的问题是妨碍的准确程度是否在SSST证明的那个程度之外。因此，申请人的设计使用在SSST中象赤脚一样足以提供缓冲和自然稳定的性能的鞋底厚度(薄底无跟的软帮鞋通过试验，但不提供缓冲和仅仅适度的保护)。
图44表明穿着通常用参考数字20指明的有鞋帮21的传统的运动鞋的脚则全然相反，虽然在地面上完全放平时最初非常稳定，但是当鞋底22向外侧倾斜时立即变得不稳定。倾斜运动使整个鞋底22除了底部外侧人为的陡峭边缘之外都从与地面接触的位置抬起。鞋底的不稳定性增加使脚横向摇摆到更远的地方。最终，鞋本身引起的不稳定性是如此之大，以致整个体重的正常承载压力如果不受控制将能动地迫使踝关节扭伤。如同在图44中可以从鞋后跟的45度倾斜看到的那样，鞋的反常倾斜运动在赤脚自然的20度极限位置并不停止。
鞋越过20度继续向外旋转将引起脚在鞋的范围内移动，从而使其位置在鞋底范围内朝外侧边缘偏移，进一步增加鞋的结构不稳定性。脚在鞋的范围内滑移是由脚向下滑行到倾斜鞋底的通常平坦的表面的自然倾向引起的；倾斜越严重，这种倾向越强。脚后跟是用图44展示的，因为它由于直接地物理连接到踝关节扭伤时被撕裂的踝关节韧带上而在扭伤中具有突出的重要性，而且因为脚后跟在承担体重时在脚的范围内起主导作用。
在这两张图(图43和44)中人们很容易看到赤脚天生的物理形状与传统的人造鞋底的形状相比较是多么全然不同。两个明显地具有相同的生物力学功能的对象却具有完全不同的物理形状，这一点着实令人惊奇。此外，鞋底显然由于其不同的形状不以与人的脚底变形相同的方式发生变形。
图45A-45C清楚地图解说明自然变形的原则，因为它适用于申请人的设计，尽管设计图(象先前的那些)通常是在没有任何功能变形的情况下用理想状态表示的，以便明显地展示它们用于适当的构造的确切形状。轮廓与脚平行的自然的结构形状使鞋底能够象脚一样自然地变形。自然变形的特点形成如此重要的功能优势，在此将对它进行充分地图解说明和讨论。请注意，在这些附图中即使在鞋底形状发生变形时，仍然在本发明的正面图的特点中保持恒定不变的鞋底厚度。
图45A展示前面用图15简单陈述过的直立的不承载的并因此未变形的全圆弧形的鞋底设计。图45A展示全圆弧形的鞋底设计，这种设计沿着整个脚掌(脚底以及侧面)的自然轮廓展开。全圆弧形的鞋底假设没有负载时由此产生的略微呈圆弧形的底部在负载下将变形(如图45B所示)和变平，就象人的脚底没有负载略微呈圆弧形但在负载下象前面的图14那样变平一样。因此，鞋底材料必须属于这样的构成，以便为跟随着脚的变形的自然变形创造条件。该设计特别适用于脚后跟，但是也适用于鞋底的其余部分。通过提供与脚的自然形状尽可能最接近的匹配，全圆弧形的设计允许脚尽可能自然地起作用。在负载下，图45A将由于变平变形到本质上象图45B那样的形状。
图45A和45B用正面图的典型剖面展示理论上理想的稳定性平面，这个理论上理想的稳定性平面在理论上对于各种类型有效的自然运动(包括奔跑、慢跑或步行)也是理想的。就任何给定的个人而言，理论上理想的稳定性平面51首先是由正面图的典型剖面中符合要求的鞋底厚度(s)决定的，其次是由个人的脚表面29的自然形状决定的。
就图45B展示的情况而言，适合任何特定的个人的理论上理想的稳定性平面(或者个人的尺寸平均值)首先是由正面图的典型剖面中的鞋底厚度(s)决定的；其次是由人脚的自然形状决定的；第三是由正面图的典型剖面中个人的承载足迹的宽度决定的(其中承载足迹定义为与人的脚底实际接触并且提供支撑的鞋底的上表面)。
图45B展示同样全圆弧形的设计在正常的负载(体重)下直立并且因此以非常接近地平行于脚在同样的负载下的自然变形的方式发生自然变形时的情况。脚底在变形中变平的部分与鞋底中变形时变平的部分几乎完全一样。图45C展示同样的设计在横向朝外倾斜20度(赤脚的正常极限位置)时的状况；它以实际相等的精度展示相反的脚在相当严重的旋前时向内倾斜20度。如图所示，圆弧形鞋底28的变形即使在它倾斜时也再一次非常接近地平行于脚的变形。正象脚的接触面积几乎与倾斜20度时一样大，变形鞋底变平的面积也几乎与直立时相同。因此，结构上得到充分支撑的赤脚及其自然稳定性不管鞋是否倾斜都保持不被缩减。与此形成鲜明的对照，用图2表示的传统的鞋倾斜时仅仅用其比较陡峭的边缘与地面接触，因此本质上是不稳定的。
假定鞋底材料允许自然变形，虽然全圆弧形的设计是最佳的和最自然的一般情况，但是自然变形的能力才是申请人的自然形成圆弧形的鞋底设计(无论是全圆弧形的还是仅仅在侧面呈圆弧形的)的设计特点。这是一个重要的特点，因为通过效仿人脚的自然变形，自然变形的鞋底可以避免妨碍脚踝的自然生物力学。
图45C还以合理的精度表示与图45B相对应的鞋底设计，一种自然形成圆弧形的鞋底，它除了在146处将有轻微的皱缩之外还如同前面用图14表示的那样具有传统的内置的展平的变形。从这个观点看来，图45B中的自然形成圆弧形的侧面设计是更传统的保守的设计，它是用图45A表示的最接近脚的自然形态但最脱离传统的更一般的全圆弧形设计的特殊情况。申请人的鞋底设计的自然变形非常接近地效仿脚的变形，以致两者提供几乎相等的变平的底部以使脚稳定。
图46展示为了使鞋底变形自然而然地效仿脚底自然变形的能力达到最大限度优选的鞋底(包括作为其一部分的内底在内)的相对密度。不管总共使用多少不同材料密度和柔软性的鞋底层(包括内底)或层压结构，最柔软且挠性最好的材料147应该最接近脚底，并且经不大柔软的材料148(例如，鞋底夹层或后跟垫)过渡到在最外面的鞋底层(底部鞋底)位置的最坚硬最缺乏挠性的材料149。这种安排有助于避免用先前的几幅附图陈述的不自然的侧边杠杆臂/扭矩问题。那个问题象大多数传统的逛街鞋那样遍及整个鞋底，因为坚硬的材料通过提供刚性的杠杆臂最有效地传递破坏稳定性的扭矩。
用图46展示的相对密度还有助于允许鞋底重复在图43中赤裸的脚底呈现的同一类型的自然变形，因为最接近脚并因此轮廓最严格的鞋底层为了象赤脚那样变平不得不变形最大并且理所当然地需要柔软的材料以便容易这样变形。这种鞋底安排还大体上重现在原始的赤脚群体当中被非常坚韧的“胼胝(Seriboot)”外表面覆盖着(保护脂肪垫中比较柔软的起缓冲作用的内部)的自然的赤脚。
最后，用这张图表示的自然的相对密度的运用将为申请人的设计的更拟人的实施方案创造条件(图46的左右侧展示不同程度的变化)，其中两侧围绕着侧面轮廓变得越来越高并且借此更自然地与脚的侧面融合。这些褙合成形的侧面作为破坏稳定性的杠杆臂将是无效的，因为在那里鞋底材料将是柔软的并且在传递扭矩时由于杠杆臂将弯曲所以将没有反应。
作为澄清点，优选的相对密度的前述原则指的是贴近脚，并且与连同申请人的某些实施方案一起使用的术语“均匀一致的密度”并非不一致。均匀一致的鞋底密度在维持象地面提供的那种对脚的平坦和自然的支撑的意义上是严格地优选的，所以中性的起点可以确定，针对那个起点所谓的改进是可以测定的。优选的均匀一致的密度与今天在鞋底密度递增或递减的运动鞋方面的共同实践形成鲜明的对照，尤其是超出廉价或“露骨”的模型的那些，特别是在鞋底夹层中，在脚下的各个区域中可以在被认为有必要地方提供额外的支撑和特殊的柔软性。借助底部鞋底的鞋底花纹图案在得到支撑或未得到支撑的区域附近也能获得同样的效果。这种实践中最普通的实例是在脚后跟的内侧部分下面采用密度较高的鞋底夹层材料，以便抵消过度的旋前作用。
图47图解说明申请人的自然形成圆弧形的鞋底侧面可以提供如此紧密的配合以致近乎为顾客定做的那样合脚。通过模塑侧面从位置29起稍微弯曲的每种批量生产的鞋码，它们通常将与那个标准尺寸的鞋楦头一致，这样生产的鞋底将非常温和地抱住每个个人的脚的侧面。由于鞋底如同结合图46描述的那样是为了象赤脚那样容易和自然地变形而设计的，所以它将容易变形，以便在这种设计范围内使顾客合脚。鞋底侧面的柔韧性越大，个人的脚码变化范围就越大，因此可以用标准尺码使顾客合脚。这种方法适用于本文中用图45A和图15描述的全圆弧形的设计，这种设计将比用图47展示的自然形成圆弧形的侧面更有效。
除了提供更好的配合之外，故意使图47的柔软的鞋底侧面不够大为利用人脚真实的实际轮廓的几何近似的简化设计提供条件。这种几何近似在通过灵活地缩小上述的标准鞋楦头的尺寸得到补偿时将是足够紧密的，足以使顾客感到非常合脚。
如同前面用与脚底下自由接合的结构要素合并的图11G-L展示的那样，图48图解说明一种全圆弧形设计，但是沿着侧面被缩减到只剩下鞋底的基本结构稳定性要素和推进要素。统一的概念是如果打算使鞋底的柔韧性类似于脚的自然柔韧性以致鞋底不妨碍脚的自然运动，则只有脚的重要的结构要素(即骨骼)应该在两个侧面上和在鞋底的主要承载部分下面得到鞋底的支撑。从某种意义上说，鞋底应该由与脚相同的主要的结构要素组成，而且它们应该象脚的主要关节一样彼此铰接。
图48E展示与前面介绍过但沿着侧面被缩减到只剩下基本的结构支撑要素和推进要素的全圆弧形设计相对应的右脚的水平平面底部视图。可以增加未被缩减的基本要素中的鞋底材料的密度，以便补偿在那里被增大的压力载荷。基本的结构支撑要素是跟骨95的底部和横向结节、跖骨96的头部和第五跖骨97的底部(以及某些个人的相邻的骰骨)。它们必须从脚底和脚的外侧边缘两个方向得到支撑，以便提供稳定性。基本的推进要素是第一末梢趾骨98的头部。图48表明除了已识别的基本区域之外没有必要使用自然形成圆弧形的稳定性侧面。通过省略非基本的稳定性侧面可以节约重量和改善柔韧性。
用图48展示的直接在脚底下的鞋底部分的设计通过沿着轴线124(尤其是在跟骨125(脚后跟)的底部和趾骨头部(前脚掌)126之间)提供最大的鞋底柔韧性为跟骨的无障碍的自然倒置/外翻运动提供条件。如果柔韧性不足以致由于受到限制传统的鞋底妨碍倒置/外翻运动，那么不自然的扭曲将围绕着那条轴线发生。设计的目的是允许相对而言更容易移动的跟骨(在倒置和外翻时)独立于相对而言更固定的前脚掌自由地通过关节连接，以代替传统设计中两者之间的固定或融合的结构或缺乏稳定性的结构。从某种意义上说，自由地铰接起来的接缝是在鞋底上形成的，它们平行于脚的那些关节。该设计是把脚后跟和前脚掌之间的鞋底材料几乎全部去除，只留下前面介绍过的一个基本的结构支撑要素(第五跖骨97的底部)下面的部分。为主要的纵向脚弓121准备的非必选的支撑也可以为脚旋前相当严重的赛跑运动员保留，尽管对于许多赛跑运动员将是不必要的。
前脚掌可以被细分为其组成部分的基本结构支撑要素和推进要素(未展示)，各个跖骨的头部和末梢趾骨的头部，以致脚的每组主要的关节都平行于某个自由铰接的鞋底支撑推进要素，一种拟人的设计；细分的各种集合也是可能的。
图48中的设计为了把骰骨(就某些个人而言在脚弓加压下它也可能接触地面)包括在内是以在第五跖骨底部加大结构支撑为特征的。此外，该设计可以在脚后跟区域提供一般的侧面支撑(如图48E所示)，或者作为替代可以慎重地使脚后跟区域中的稳定性侧面朝跟骨的横向结节108的确切位置和跟骨109主要的底部取向，如图48E′所示(仅仅展示右脚的脚后跟区域)。图48A-48D展示左侧鞋的正面图的典型剖面，而图48E展示右脚的底部视图，其中用122，124，111，112和113表示柔韧性轴线。图48F展示纵分平面的剖面图，它表明诸结构要素是用非常薄而且比较柔软的上边的一层鞋底夹层连接起来的。图48G和48H展示类似的横断面，这些略有差别的设计分别以耐用的织物(拖鞋(slip-lasted shoe))或结构上健全的脚弓设计为特色。图48I展示鞋底中间的侧视图。
图48J展示适合为脚后跟准备的拟人的鞋底支撑要素95的简单的过渡或者低成本的构造(仅仅展示右脚的脚后跟区域)；尽管它对于脚后跟的支撑要素95是最关键和最有效的，但是它也可以与其它要素(例如，第五跖骨97的底部和长脚弓121)一起使用。图中展示的脚后跟的鞋底要素95可以是柔软的单层或多层层压结构。在按所示的图案剪裁平整的片材或模塑时，外边缘可以很容易地沿着脚的轮廓(尤其是侧面)弯曲。所示的形状允许平坦的或略呈圆弧形的脚后跟要素95附着弧度相当大的圆弧形鞋帮或象图48F表示的那种非常薄的上层鞋底层上。因此，非常简单制造技术就能产生非常完善鞋底设计。中心部分119的尺寸为了与全圆弧形或者几乎全圆弧形的设计一致可以是小的，为了与圆弧形侧面设计一致可以比较大，在后一种情况脚后跟下面有大面积的平展的鞋底区域。柔韧性是由被除掉的对角线部分提供的，尺寸和形状的精确比例可以改变。
图49说明运用理论上理想的稳定性平面概念在脚后跟区域的厚度比鞋底的其余部分薄的负后跟鞋底中提供自然的稳定性；具体地说，是前面用图14展示的与承载脚一致的自然形成圆弧形的侧面设计的负后跟版本。
图49A、49B和49C表现沿着前脚掌在第五跖骨底部和脚后跟处截取的正面图的典型剖面，因此它们图解说明即使由于纵分平面变化40使脚后跟比前脚掌低造成厚度从前到后变化在每个正面图的典型剖面上鞋底厚度也是不变的，以及自然形成圆弧形的侧面的厚度在图49A-49C的每个横截面中都等于鞋底的厚度。此外，在图49D(左脚脚底的水平平面概观或俯视图)中，人们可以看到鞋底的水平轮廓在尽可能接近实际地与承载脚掌的足迹匹配的过程中遵守优选的原则。
基本结构支撑要素的缩减也可以应用于负后跟鞋底(例如用图49表示的那种情况)并且引人注目地改善了它们的柔韧性。负后跟鞋底(诸如图49)也可以通过内含在本文中揭示的其它实施方案的各个方面得到修改。
图50用图50A-50D展示就负后跟的鞋而言可能出现的纵分平面的鞋底厚度变化。阴影区表示前脚掌垫或楔40。在沿着鞋底在纵分平面的典型剖面中看到的每个点，厚度如同图50A-50D表示的那样变化，而自然形成圆弧形的侧面28a的厚度如同在正面图中实测的那样等于并因此直接随着那些纵分平面的厚度变化而变化。图50A展示与图49相同的实施方案。
图51说明理论上理想的稳定性平面的概念在平鞋底中的应用，这种平鞋底没有为自然稳定性准备得到后跟垫，始终保持同样的厚度，而且圆弧形的稳定性侧面被缩减到只剩下基本的结构支撑要素以便为鞋底提供类似于人脚的自然柔韧性。
图51A、51B和51C表现沿着前脚掌、在第五跖骨的根部和在脚后跟处截取的正面图典型剖面，因此它们图解说明在每个正面图的典型剖面中鞋底的厚度是不变的，在纵分平面中从前到后也是不变的，所以脚后跟和前脚掌有相同的鞋底厚度，而且在图51A-51C所示的每个横截面中自然形成圆弧形的侧面厚度等于鞋底厚度。此外，在图51C(左脚脚底的水平平面的概观或俯视图)中，人们可以看到鞋底的水平轮廓在尽可能接近实际地与实际承载脚的足迹相配的过程中遵守优选的原则。图51E(纵分平面的剖视图)说明在那个平面中鞋底厚度是不变的。
图51表明申请人早期发明的轮廓在应用于平鞋底时侧面被缩减到基本的支撑要素。图51展示沿着侧面被缩减到只剩下基本的结构支撑要素和推进要素(用阴影线表示)的左脚的全圆弧形鞋底的水平平面俯视图。可以在未被缩减的基本要素中增加鞋底材料的密度，以便补偿的那里增大的压力负载。基本的结构支撑要素是跟骨95的底部和横向结节、跖骨96的头部和第五跖骨97的底部。为了提供稳定性，它们必须得到来自下面和外侧的支撑。基本的推进要素是第一末梢趾骨98的头部。
支撑跟骨的底部和横向结节的中间(内侧)和横向(外侧)侧面是用图51表示的。它以传统的方式沿着鞋底的纵轴取向，以便为跟骨的底部和横向结节提供直接的结构支撑，但是也可以沿着水平平面跗骨下的(subtalar)踝关节轴线的两侧定位。图51表明自然形成圆弧形的稳定性侧面除了已识别的基本区域之外没有必要使用。通过省略非基本的稳定性侧面可以节约重量和改善柔韧性。图51的水平平面的底部视图(未示出)将是图51的准确的互补或倒置视图，其中峰谷轮廓被准确地颠倒过来。
象图51那样的平鞋底还可以通过内含本文中揭示的其它实施方案的各个方面得到修改。
图12中的中心鞋底夹层部件188和鞋帮部件187必须履行缓冲功能，这往往需要比较柔软的鞋底夹层材料。在图12的实施方案中，当柔软的中心部分在承重压力下变形程度比坚硬的侧面大时鞋底厚度将有效地减少。
为了控制这种效应，对它进行测量是必要的。必不可少的是在静止状态中测量静态鞋底部分的方法，该方法将指出变形下的总厚度。简单的方法是在任何点取实际的最小距离厚度并且用变形或“弹性”因子把它放大数倍，以便得到标准变形负载下作为结果产生的厚度，其中所述因子通常是用硬度计(在Shore A刻度上)测量的。假设呈线性关系(这在实践中可以凭经验进行调整)，这种方法将意味着1英寸厚并且相当柔软(硬度计读数30)的鞋底中部在功能上将大体上相当于在同样的承载变形下1/2英寸厚并且比较坚硬(硬度计读数60)的鞋底夹层部件；它们两者都将等于30英寸-硬度计读数的因子。精确的方法可以凭经验改变或得到改善，但是，基本的点是静态的鞋底厚度需要有等价负载下的动态等价物，取决于鞋底材料的密度。
由于理论上理想的稳定性平面51通常已经被部分地定义为具有不变的正面图厚度并且优选均匀一致的材料密度，以避免随意改变脚的自然运动，开发把对鞋底材料密度的补偿包括在内的非静态定义是合乎逻辑的。用动态条件定义的理论上理想的稳定性平面将把不变的厚度变成不变的厚度乘以密度的乘积。
使用这个重新阐述的理论上理想的稳定性平面的定义提出一种有趣的设计可能性在理论上理想的稳定性平面的静态定义下必不可少的稍微拓宽的鞋底侧面的宽度可能由于在自然形成圆弧形的侧面中采用密度比较高的鞋底夹层材料而被减小。
图52用脚后跟处的正面图的典型剖面展示在自然形成圆弧形的侧面上使用高密度(d′)的鞋底夹层材料而在其它地方到处使用低密度(d)的鞋底夹层材料，以便减少侧面的宽度。为了图解说明这个原则，在图52中假设密度(d′)是密度(d)的两倍，所以该效应被稍微夸大了一些，但是基本点是鞋底宽度通过使用厚度定义对动态作用力载荷予以补偿的理论上理想的稳定性平面量负担可以大幅度地减少。在图52所示的实例中，在修订后的定义下每个侧面的宽度大约节省四分之一英寸，总宽度减少大约半英寸，同时应该维持功能上大体等价，犹如正面厚度和密度都没有被改变似的。
如图52所示，密度不同的各部分之间的边界是用线45和线51′表示的，线51′平行于线51，它到脚29的外表面的距离是线51的一半。
请注意，图52中的设计使用低密度鞋底夹层材料，这种材料对于在运动期间最大的正常运动范围(从大约10度的倒置到大约10度的外翻)内将直接处于承载状态的那部分鞋底到处提供缓冲是有效的；密度比较高的鞋底夹层材料在两侧以大约10度到30度的角度逐渐变得尖细，在这个角度范围提供缓冲与提供稳定支撑相比前者不那么重要。
图53展示自然的赤脚脚底和鞋底的足迹。这些足迹是在承受正常体重的条件下脚底或鞋底的底部和地面的水平平面之间的接触区域。图53A展示当脚直立、脚底平放在地面上时典型的右脚足迹轮廓37。
图53B展示当同一只脚向外倾斜20度达到其正常的限度时的足迹轮廓17；这个足迹对应于前面用图43表示的脚的位置。对于赤脚固有的自然稳定性至关重要的是脚后跟和地面之间的接触区域实际上是不变的，以及在第五跖骨和骰骨的底部下面的区域仅仅略微变窄。因此，赤脚即使在倾斜到它最极端的横向位置时也保持宽阔的底部支撑。
用图53B展示的主要差异显然是在前脚掌，在那里第一至第四跖骨的头部以及与它们相对应的趾骨都不再接触地面。前脚掌中只有第五跖骨的头部在它相对应的趾骨接触地面(尽管该趾骨仅仅轻微地接触地面)时继续接触地面。与脚后跟的运动相比，前脚掌的运动比较大。
图53C展示尺码与图53A和53B中的赤脚相同的鞋底在向外倾斜20度达到与图53B相同的位置时的鞋底印轮廓；这个鞋底位置对应于前面用图44表示的那个位置。该鞋底仅仅维持非常窄的底部边缘与地面接触，接触面积比赤脚小许多倍。
图54展示两种足迹，它们分别象图53A中直立的赤脚的足迹37和图53B中向外倾斜20度的赤脚的足迹17，而且展示当脚从直立向外摇摆到外倾20度时它们彼此的实际相对位置。倾斜的赤脚的足迹是用阴影表示的。倾斜足迹17的位置到直立足迹37外侧如此远证明在鞋的横向侧面上比较大的鞋底宽度是防止脚简单地离开鞋底摇摆的必要条件；这个问题不仅仅是传统鞋底的刚性造成的固有的问题。该足迹属于高脚弓的脚。
图55展示申请人发明的鞋底，该鞋底具有呈垂直的狭长切口状的横向稳定性刀槽花纹11。这种横向稳定性刀槽花纹允许鞋底以类似于脚底的方式弯曲，象在图53和54中看到的那样。横向稳定性刀槽花纹11允许鞋底的前脚掌在穿鞋者的脚向外横滚时与穿鞋者的前脚掌一起绕轴旋转离开地面。同时，它允许鞋底的剩余部分在穿鞋者承载的倾斜足迹17下面的地面上仍然是平的，以便为穿鞋者的脚后跟、他的第五跖骨的根部和头部以及骰骨和第五趾骨和相关的比较柔软的组织提供稳固的、自然的结构支撑基础。这样，横向稳定性刀槽花纹甚至为鞋底为传统鞋底的穿鞋者提供象赤脚那样的横向稳定性。所有类型的鞋(甚至女式高跟鞋)都可以利用这项发明获得明显的改善。
采用侧横向稳定性刀槽花纹，脚的自然旋后(即在承载期间脚向外旋转)可以在大大地减少障碍的情况下发生。功能上的效果类似于用轴线对齐的独立的悬浮体装备汽车。同时，原则上脚的承载结构在没有刀槽花纹直接在下面的情况下被稳固地支撑。
图55A是传统鞋底的俯视图，其中相应的穿鞋者足迹轮廓叠印在这张附图上以便识别横向稳定性刀槽花纹11的位置，该位置相对于穿鞋者的脚是固定的，因为它除去了起因于传统鞋底的对脚自然的横向柔韧性的障碍。
采用垂直的狭长切口状的横向稳定性刀槽花纹11，在脚底直立放平时，鞋底提供稳固的结构支撑，犹如刀槽花纹不存在一样。在采用狭长切口状的刀槽花纹的情况下没有超出平面位置的旋转是可能的，因为狭长切口两边的鞋底都防止进一步的运动。
为了在功能上同样达到沿着图55展示的普通轴线提供鞋底柔韧性的独特目的，横向稳定性刀槽花纹11有许多变化是可能的。例如，狭长切口可以根据所用的鞋底材料鞋的柔韧性具有不同的深度；深度可以完全贯穿鞋底，只留下一些柔软的材料作为象完全被楦开的布鞋面一样的联结绞链，这个部分包括脚掌的底部以及侧面。狭长切口可以是多条平行的或斜的狭长切口。它们可以偏离垂直线。它们可以是直线、锯齿线、曲线或不连续的线。
虽然狭长切口是优选的，但是其它刀槽花纹形式(例如沟槽)或者上述的材料密度上的变化也可以使用，可是许多这样的形式将允许超出平面位置不同程度地使脚掌进一步向旋前转，这可能是不符合要求的，至少对于某些类别的赛跑运动员是如此。现有技术中的其它方法可以被用来提供类似于横向稳定性刀槽花纹沿着图55所示的轴线提供的那种鞋底柔韧性。
用图55展示的轴线也可以在水平平面中稍有变化。例如，图55所示的足迹轮廓37被置于适当位置，以便支撑高脚弓的脚的脚后跟；就倾向于过度旋前的低脚弓的脚而言，横向稳定性刀槽花纹内侧的原点14将向前移动，以适应旋前者脚后跟的更向内或内侧的位置。
轴线位置也可以为了针对个人或一类人进行裁剪的矫正目的而被改变轴线可以向僵硬的高脚弓的脚的脚后跟移动以便促进旋前和柔韧性，轴线也可以远离柔软的低脚弓的脚以便增加支撑和减少旋前。
应该注意，各种形式的通用的硬鞋跟和运动控制装置都可能由于妨碍沿着其轴线运动而妨碍横向稳定性刀槽花纹的使用；所以应该避免使用这样的鞋跟和运动控制装置。横向稳定性刀槽花纹还可以补偿鞋后跟引起的膝盖向外倾斜。
图55B是带横向稳定性刀槽花纹11的鞋底22的横截面。鞋底厚度是不变的，但是在制作许多技术上已知的传统的和非传统的鞋底时可能变化。鞋底按传统可能象地面那样是平的，或者与穿鞋者的脚形状一致。
图55C是象图55A那样的俯视图，但是它展示带横向稳定性刀槽花纹的鞋底在向外倾斜20度时的鞋底印，这样，鞋底的前脚掌不再接触地面，而鞋后跟和外侧部分在地面上仍然是平的。
图56展示带中间的稳定性刀槽花纹12的传统鞋底，它类似于横向的刀槽花纹11但以提高中间的或旋前的稳定性为目的，而不是提高横向稳定性；第一跖骨的头部和第一趾骨与脚后跟一起被包括在内，为的是由中间的稳定性刀槽花纹12定义的柔韧性轴线内侧形成中间的支撑部分。中间的稳定性刀槽花纹12可以单独使用(如图所示)，或者与横向的稳定性刀槽花纹11一起使用，后者没有展示。
图57象图54那样展示直立和外倾20度的赤裸的右脚的足迹37和17，从而说明在低脚弓的脚从直立向外摇摆到外倾20度时彼此实际的相对位置。脚弓低的脚尤其值得注意，因为它与图54所示的高脚弓的脚相比呈现更宽的运动范围，所以20度横向倾斜的足迹17更远离直立足迹37的外侧。此外，低脚弓的脚向里旋前到足迹的内边界18；阴影区19是由于旋前增加的足迹面积，而阴影区16是由于旋前减少的面积。
在图57中，横向的稳定性刀槽花纹11清楚地沿着叠印在鞋底顶面上的横向足迹17的内边缘定位在鞋底上并且是直线以使柔韧性最容易达到最大值。图57的基本设计当然也可以在没有横向稳定性刀槽花纹11的情况下被单独使用。
为了给脚的整个自然运动范围(包括旋前和旋后两者)准备结构支撑，极宽的鞋底由于脚过度旋前的共同倾向变成必不可少的，如图57所示。如果鞋底的两侧不是平的(象传统的鞋底那样)而是向上弯曲，与穿鞋者的脚底自然形状一致，那么极宽的鞋底最实用。
图58A-58D说明以线绳、编织材料或无纺材料(例如，压制的片材)的形式镶嵌在鞋底夹层和底部鞋底材料中的柔软的弹性差的纤维的用途。最理想的是在图58A-58C所示的自然形成圆弧形的设计中纤维线绳平行于(至少大体上平行于)穿鞋者脚底的平表面，而在图58D中平行于平坦的地面，其中图58D展示传统的非圆弧形鞋底的截面。纤维相对这个平行位置以某个角度取向还将提供优于没有纤维增强的传统鞋底的改善，如果角度比较小尤其如此；但是，纤维的角度非常大或者无方向性将导致刚性增加或柔软性增加。
这种平行于穿鞋者的脚底平面的优选的纤维线绳取向考虑到鞋底变形，以便在压力下与脚底的自然变平类似地变平。同时，纤维的抗张强度抵抗通常把鞋底材料朝两侧挤的向下的体重压力，以致鞋底的侧壁将不向外凸出(或者将向外凸出得如此之少)。结果是鞋底材料既柔软又坚固。这种功能特征的独特组合与传统的鞋底材料形成鲜明的对照，在那种材料中增加柔韧性不可避免地引起柔软度增加，而提高坚固性也将使刚性增大。图58A是图5A的改进型，图58B是修改过的图6，而图58C是修改过的图7。即使鞋底材料是由一种均匀一致的材料制成的或者是由不同于在此展示的那些层的多个其它鞋底层制成的，所展示的纤维位置也将是相同的。
使用纤维线绳(尤其是机织织物)将防止尖细的物体刺入，非常象在汽车的子午线轮胎中的纤维。纤维可以是任何尺寸的，可以是单根的也可以结合成线绳；并且可以由任何弹性比较差(以便抵抗张力)但柔韧性好的材料制成。纤维组成的线绳既可以短又可以长，既可以是连续的又可以是不连续的。纤维将促进任何使用它们的鞋底有能力象脚底那样柔软但在压力下变得坚硬。
另外，应该注意在内底覆盖层和Dellinger Web(德林杰网)中使用的纤维象毛线一样松散地编成缏而不是并非优选的机织织物，因为这样的纤维线绳被设计成在抗张力下伸展，以致它们与被个别地(即用纱拧成的线)编织的或者被压成片的并非象毛线一样的纤维线绳相比抵抗侧向变形的能力将被大大地减小。
图59A-59D是修改过的图9A-D，以便说明被埋入包围着装有象气体、凝胶或液体那样的压力传递介质的缓冲分隔室161的胶囊外壳的柔软但没有弹力的纤维或纤维线绳(编织的或无纺的(例如压制的)的用途。含纤维的胶囊外壳还可能直接包封比较容易建造的缓冲分隔室的表面，尤其是在组装期间。图59E是展示直接包封缓冲分隔室161的表面的含纤维的胶囊外壳191的图形；鞋底结构不是象图59A那样的全圆弧形的，而是自然形成圆弧形的，并且具有对应于穿鞋者的承载脚底变平部分的平坦的中间部分。
图59F展示前面图9和图10展示的设计的独特组合。上表面165和下表面166包含缓冲分隔室161，该缓冲分隔室被细分成两个部分。缓冲分隔室161的下半部分象前面用图9展示的那样构成和发挥作用。上半部分类似于前面的图10，但是被细分成数个舱室192，这些舱室在几何形状上更规则，以致构造更简单；舱室192的结构可以是蜂巢结构。这种设计的优点是它比图9的设计更接近地复制了穿鞋者脚底的实际结构，另一方面比建造图10的设计简单得多。象穿鞋者的脚底那样，图59F的设计在舱室161的下半部分将比较柔软和易弯曲，但在上半部分将比较坚硬并且给予更多的保护，在那里微舱室192在承载压力下将迅速变硬。其它的多层布局也是可能的。
图60A-60D展示埋入的柔软但没有弹力的纤维或(编织的或无纺的)纤维线绳在各种类似于用图58A-58D展示的实施方案中的运用。图60E展示直接包封鞋底夹层部件188的表面的含纤维的胶囊外壳191的正面图的典型剖面。
图61C将传统的鞋35形成的足迹与处于最大的旋后位置37a和最大的旋前位置37b的穿鞋者右脚的相对位置进行比较。图61C补充说明与脚后跟区域相比更多的侧向相对运动发生在前脚和跖骨区域。
如图61C所示，在脚的旋后和旋前运动极限位置，跟骨109的底部和外侧跟骨粗隆108滚到略微超出鞋底外部边界线35的侧边。但是，在同样的旋后极限位置，第五跖骨的根部97和第五跖骨的根部94以及第五末梢趾骨93都已完全滚出鞋底的外部边界线35。
图61D展示脚的实际骨骼结构的透视图。
图62类似于前面的图57，它展示在有或没有刀槽花纹11的情况下覆盖穿鞋者右脚脚掌的整个运动范围的鞋底。但是，在覆盖那个完整的运动范围的同时，如同在本文中曾经讨论过的那样，把鞋底的圆弧形侧面缩减到只剩下脚底的基本结构支撑要素和推进要素是可能的。
图63展示在赤脚脚底处在前面在图62中表示成37a的最大的旋后位置时，在其不同的区域中存在的相关的力的电子图象；这些力是在站立模拟最常见的踝关节扭伤位置期间测定的。最大的力集中在第五跖骨的头部，次大的力集中在第五跖骨的根部。脚后跟区域中的力本质上都比较小，而且较少集中在任何特定的点上。
图63表明在前面用图40表示的基本的结构支撑要素和推进要素中各个要素的重要程度是相对的。就防止踝关节扭伤(最常见的运动损伤(大约三分之二发生在图62所示的极端旋后位置37a))而言，图63表明第五跖骨的头部94是一个最关键的区域，这个区域必须得到鞋底的支撑，以便维持类似于赤脚的横向稳定性。图63表明第五跖骨的根部97是仅次于第五跖骨头部的重要位置。一般地说，第五跖骨的根部和第五的头部全然没有受到传统鞋底的支撑。
图64A-64B证明理论上理想的稳定性平面上的变化。在前面描述过的实施方案中，理论上理想的稳定性平面的内表面与穿鞋者的脚的形状(尤其是其侧面)如此一致，以致申请人发明的鞋底的内表面在用正面图或横断平面的典型剖面测量时与穿鞋者脚掌的外表面(尤其是其侧面)一致。为了图解说明，图64的右侧明确地图解说明这样的实施方案。
图64的右侧包括鞋底的上表面，该表面与穿鞋者的全部或一部分脚底形状是互补的。此外，这份申请介绍一些圆弧形鞋底侧面设计，其中理论上理想的稳定性平面的内表面落在介于与穿鞋者的脚底一致或互补(即大体上平行于脚底(包括其侧面))和与平坦的地面平行之间的一些点上；理论上理想的稳定性平面的那个内表面在作为正常的侧向或横向运动的脚倒置和外翻期间与脚底接触时变成承载表面。
再者，为了图解说明，图64B的左侧描述一些鞋底侧面设计，其中在鞋底侧面部分中与鞋底底部或外部的承载表面等同的理论上理想的稳定性平面的下表面在用正面图或断面图的典型剖面进行测量时位于鞋底的底层部分所在平面的上方；理论上理想的稳定性平面的那个下表面在作为正常的侧向或者横向运动的脚倒置和外翻期间与地面接触时变成承载表面。
尽管在这份申请中描述的发明也许在某些情况下不是最佳的，但是它们仍然明显地优于所有的现有技术并且确实提供了超过现有鞋类的重大的稳定性改进，因此与现有鞋类相比它们在预防损伤方面有显著增加的好处。
图65提供测定被并入前面介绍的申请人的发明的圆弧形鞋底侧面的手段。图65使鞋底的圆弧形侧面部分的高度或范围与从0度到180度的角度精确测量结果相关。那个角度测量结果如同前面定义的那样至少就靠近任何一个或多个或全部脚的基本的稳定性或推进要素的这样的圆弧形侧面而言大体上与圆弧形鞋底侧面提供的对侧向倾斜的任何角度(从0度到180度)的支撑相对应。在这份申请中介绍的圆弧形鞋底的侧面可以有任何角度测量结果，从0度到180度。
图66A-66F、图67A-67E和图68描述各种鞋底结构发明，这些发明是由与穿鞋者全部或者大部分或者至少一部分脚底形状一致或至少互补的上表面形成的，不管是否承受体重负载，但是没有申请人定义的圆弧形稳定性侧面。例如，图66-68类似于前面的图38-40，但是其中没有在基本的结构支撑要素和推进要素部位(这些部位是跟骨的根部和横向粗隆、第一和第五跖骨的头部、第五跖骨的根部和第一末梢趾骨)的圆弧形稳定性侧面，却有用在这份申请和早期申请中定义的正面图的典型剖面测量的鞋底圆弧形侧面的厚度变化。
图66A-66F、图67A-67E和图68象在这份申请中描述的申请人的自然形成圆弧形的设计的许多其它变化那样展示一种鞋底发明，其中鞋底接触脚底的上表面和鞋底接触地面的底面反映出穿鞋者脚底的底面轮廓，因此实际上形成那个脚底赤裸时承载部分的柔软的三维镜象。
用图66-68展示的鞋底优选包括一层内底、一层鞋底夹层和一层底部鞋底以及在纵分平面的各个横截面中测定的鞋底厚度变化(例如大部分鞋都有的那种后跟垫)和鞋帮。
图69A-69D说明在前脚掌区域、跗骨间的区域和脚后跟区域之间与运动范围有关的差异的本质。图69A-D是前面的图33的修改，图的左侧展示每个区域必不可少的运动范围。
图69A展示前脚掌区域的横截面，因此在左侧展示(与前脚掌区域的鞋底厚度相比)最高的圆弧形侧面，以便适应前脚掌最大的运动范围。这个圆弧形侧面相当高，足以支撑穿鞋者脚底的整个运动范围。请注意，短袜衬层或内底2被展示出来了。
图69B展示大约在第五跖骨根部的跖骨区域的横截面，它具有稍微小一些的运动范围，因此圆弧形侧面(与跖骨区域的鞋底厚度相比)不高。图69C展示脚后跟区域的横断面，在那里运动范围是最小的，所以圆弧形侧面(与脚后跟区域的鞋底厚度相比时)的相对高度是这三个一般的区域中最小的。
这三个一般的区域(前脚掌、跖骨和脚后跟)中每一个区域都具有圆弧形侧面，这些圆弧形侧面与同一区域的鞋底厚度相比具有不同的相对高度。同时，请注意，圆弧形侧面的绝对高度就全部三个区域而言大体上是相同的，而且轮廓具有类似的外观，即使如同在横截面中展示的那样实际结构差异非常大，依然如此。
此外，用图69A-D展示的圆弧形侧面为了仅仅支撑曾经图40所确定的那些基本的结构要素和推进要素可以被缩减。基本的结构支撑要素是跟骨95的根部和横向粗隆、跖骨96的头部和第五跖骨97的根部。基本的推进要素是第一末梢趾骨98的头部。
图70展示底部鞋底结构149的类似的视图，但没有侧面部分。在前脚掌126、脚后跟125和第五跖骨97的根部下面的区域将不被胶合或者牢固地固定，而其它区域(或其大部分)将被胶合或牢固地固定。图70还展示对传统鞋底36的外边缘的修改在第五跖骨根部的典型的缺口被去除，用相当笔直的线100代替。
图71展示类似于图70的结构，但在前脚掌126下面只有一部分未被胶合或牢固地固定；底部鞋底149的剩余部分(或其大部分)将被胶合或被牢固地固定。
图72G-72H展示只有一个以上(但不是全部)基本的结构支撑要素的鞋底(使用所有的基本支撑要素仍然是优选的)，但是根据图63该鞋底仍然代表超过现有鞋类的主要的稳定性改善。这种把结构支撑缩减到两三个要素的方法具有能够利用传统的鞋底材料平片构成的经济优势，因为各个要素可以以合理的精度毫无困难地向上弯曲到穿鞋者脚的轮廓。然而，全部(或即使只有主要部分)围绕着穿鞋者脚底延伸的连续的自然形成圆弧形的侧面由于平表面不能精确地与圆弧形表面吻合将局部地变形；因此，为了精确注塑成形是必不可少的。
图72G-72H的特点可以与这份申请展示各种设计结合使用。进一步说，除了用附图具体地图解说明过的，各种缩减结构支撑要素的组合都可以利用。
图72G展示把支撑第一和第五跖骨头部和末梢趾骨头部的附加的稳定性矫正96a、96b和98a并入的鞋底。虚线98a′代表在横向侧面上给对于稳定性不那么重要的第二至第五末梢趾骨准备的左右对称的非必选的稳定性追加部分。
图72H展示带左右对称的稳定性追加部分96a和96b的鞋底。除了是在稳定性方面超过现有鞋类的主要的改进方案之外，这种设计在美学上是令人愉快的并且甚至可能被用于高跟鞋(尤其是适合妇女的那些)，而且在希望保留比较传统的外形；或者由于侧面必要的厚度极大，后跟或后跟垫的剪切高度把在脚后跟或第五趾骨根部处的稳定性侧面矫正排除在外的场合也可能被用于任何其它形式的鞋类。倘若由于在脚后跟区域提供稳固性和柔韧性两者比在鞋底的其它区域更困难(因为在那里鞋底厚度通常大得多)，保留传统的脚后跟区域是符合要求的，那么这种方法也可能被采用；因此，从充分理解现有技术出发仅仅为前脚掌和/或第五趾骨根部区域提供追加的稳定性矫正是比较容易的、就变化而言也比较便宜，而且风险比较小。
由于即使后跟非常高，前脚掌的鞋底厚度也可以保持比较薄，所以追加的稳定性矫正可以保持比较难以觉察。它们甚至可以延伸到穿鞋者的脚掌运动的承载范围之外，甚至严格地用装饰的方法围绕着脚的上半部分全包起来(尽管它们也可以在鞋帮结构上发挥作用)，例如，象修改在传统的懒汉鞋上经常看到的带子那样。
图73A-73D展示用申请人用于变形刀槽花纹的发明修改过的鞋底的横截面特写。
图73A展示某种设计的剖面图，该设计包括呈沟槽形式的变形刀槽花纹，但大部分沟槽用足够柔软的材料170填充，以致它仍然允许鞋底象人脚那样变形。图73B展示类似的横截面，该横截面上有完全贯穿鞋底的沟槽式刀槽花纹但插入的空间也象图37A那样用柔软的材料170填充；柔软的连接顶层123也可以使用，但没有展示。刀槽花纹的相对尺寸和形状可以几乎无限地变化。柔软材料170的相对比例可以变化，它可以填充的全部或几乎全部的刀槽花纹，或者只填充一小部分，并且可以在刀槽花纹之间按一致图案变化、甚至按随机图案变化。如以前，刀槽花纹和填充材料170的精确结构依然可以大范围地变化，并且仍然提供同样的好处，尽管某些变化将比其它变化更有效。除了填充材料170的柔软连接效用之外，它还起抵挡可能用刀槽花纹捕捉的卵石和其它碎片进入的作用，从而允许比较正常底部鞋底的鞋底花纹图案得以形成。
图73C展示某种设计类似的横截面，其中包括呈沟槽形式的变形刀槽花纹，这些沟槽完全贯穿鞋底并且被尚未到达圆弧形鞋底28的上表面30的柔软材料170连接起来。这种制作方法可以形成类似于Maseur牌凉鞋的鞋底上表面，但鞋底上表面的各个部分的相对位置在鞋底上下弯曲时将发生变化，以便与脚的自然变形一致。沟槽形状应该是这样的，以致由此产生的鞋底各部分的形状将类似，但都呈圆弧形；事实上，象Maseur牌凉鞋那样，上表面呈圆弧或斜面的圆柱形或许是最佳的。柔软的连接材料170的相对位置可以大范围地变化，并且仍然提供基本的好处。优选的是鞋帮的连接物将到柔软的连接材料170的上表面上。
图73C的设计的好处是鞋底最终产生的上表面30可以由于脚在正常运动期间自然变形而相对脚底表面发生变化。这种相对运动使鞋底和脚底之间的直接接触在没有鞋垫或袜子介入的情况下成为实际的，即使在运动鞋中也是如此。这种在两个表面之间恒定不变的运动允许鞋底的上表面变粗糙，以便象前面在图10的末尾介绍的那样刺激坚韧的老茧(被称为“胼胝(Seriboot))的发展，但不由于持续的无变化的摩擦形成与鞋底和脚底的接触点相对应的疼痛点。
图73C展示一种包括变形刀槽花纹的设计的类似的横截面，这种刀槽花纹是由大体上呈倒V字形的成角度的沟槽组成的。这样的结构允许上上下下自由弯曲的变形；与此形成对照，变形狭长切口只能向上弯曲，而有平行的侧壁151的沟槽通常只提供有限的向下运动范围。为了允许鞋底与先向上卷缩再向下卷缩的足尖的自然轮廓一致，图73D中成角度的沟槽在前脚掌区域将特别有用。成角度的沟槽的精确结构依然可以大范围地变化，并且仍然提供同样的好处，尽管某些变化将比其它的变化更有效。最后，虽然没有展示，但是变形狭长切口可以在变形沟槽上方对齐，从某种意义上使沟槽以被包围的形式得以延伸。
图74展示纵分平面上鞋底厚度的变化(例如后跟垫38和前掌垫40)以及圆弧形侧面28a是怎样象结合图31讨论的那样等于那些变化的厚度并因此随之变化的。
图75在图形75A-75C中展示从现有技术中了解到的用来组装本发明的带鞋底夹层鞋的鞋底结构的方法，用图75C展示以非常简单的方法象想穿鞋的人把他的脚插入鞋帮和鞋底的组合物那样把可拆卸的鞋底夹层插件145插入鞋帮和鞋底的组合物的一般概念。图75A和75B展示用于底部鞋底149的类似的插入方法。
申请人的发明在前面的附图中引入的许多要素的组合被展示出来了，因为那些实施方案被认为至少在最有用的实施方案之列。但是，许多其它有用的组合实施方案显然也是可能的，但无法被简单地展示，因为在保持合理的简明扼要的同时全面地展示它们是不可能的；由于本发明固有的关联性非常高，本文中展示的每个实施方案都可以单独操作或者作为其它组合的一部分，所以简明扼要的介绍已经就无法避免长篇大论。
因此，前面没有明确介绍的任何组合都隐含在这份申请的总发明之中，所以前面的图1-75和/或文本说明书中的任何部分都可以与图1-75和/或文本说明书中的任何一个或多个其它部分相结合，形成超过穿过现有技术的有用的新改进方案。
此外，前面的图1-75和/或相关的文本说明书的任何部分中的任何独特的新部分都可以被单独看成是超过现有技术的独立的改进方案。
上述的各种鞋底设计都满足这项发明的上述目标。但是，熟悉这项技术的人应该理解前面的介绍是根据各种优选实施方案完成的，而各种变化和修改可以在不脱离权利要求书定义的本发明的范围的情况下完成。
权利要求
1.一种鞋，其中包括鞋帮和鞋底，至少包括底部鞋底；所述的鞋底至少有一部分是由可拆卸的非矫形的鞋底夹层部件构成的；所述鞋帮的侧面至少有一部分直接附着到底部鞋底上，以致鞋帮至少在外侧包裹所述鞋底的可拆卸的非矫形的鞋底夹层部件；以及鞋底的内表面和外表面至少有一部分如同在鞋底直立不加载的条件下从正面看到的那样在鞋内侧相对穿鞋者的脚的位置形成凹面圆弧。
2.根据权利要求1的鞋，其中所述的可拆卸的非矫形的鞋底夹层部件可以通过鞋帮上为穿鞋者的脚穿鞋准备的鞋口插入所述的鞋帮。
3.用于诸如运动鞋或逛街鞋之类的鞋或其它鞋类的鞋底，其中包括至少一个底部鞋底、鞋底夹层、内表面和外表面；所述的外表面至少有一部分如同鞋底在直立不加载的条件下从正面看到的那样相对穿鞋者的脚在鞋内部的位置形成凹面圆弧；以及其中所述的鞋底包括非矫形的鞋底夹层部件，该部分可以从所述的鞋底中拆除并且至少形成所述外表面的所述凹面圆弧部分的一部分。
4.根据权利要求3的鞋底，其中所述的可拆卸的非矫形的鞋底夹层部件通过选自机械钩扣、按扣、胶粘剂、互锁表面以及它们的组合的固定结构至少被可分离地固定到所述鞋底或所述鞋底构成其一部分的鞋上。
5.根据权利要求1的鞋底，其中鞋底进一步包括至少一个装有流体的分隔室、流动调节器、监视分隔室压力的压力传感器和与所述的分隔室和所述的流动调节器通信的控制系统；而其中所述的控制系统有能力在感测所述分隔室中由鞋底对地面的冲击产生的预定压力的基础上自动调整所述分隔室中的压力。
6.根据权利要求5的鞋底，其中所述的控制系统是与所述的流动调节器和所述的传感器电通信的计算机处理器，而其中所述的计算机处理器接收和储存来自所述的传感器的压力数据并且计算所述的预定压力。
7.根据权利要求6的鞋底，其中所述的可拆卸的非矫形的鞋底夹层部件能够被永久地固定在所述的鞋底中。
8.根据权利要求5的鞋底，其中所述的鞋底包括至少两个分隔室和在所述的至少两个分隔室之间的连通导管。
9.根据权利要求6的鞋底，其中所述的鞋底包括至少两个分隔室和在所述的至少两个分隔室之间的连通导管。
10.根据权利要求7的鞋底，其中所述的鞋底包括至少两个分隔室和在所述的至少两个分隔室之间的连通导管。
全文摘要
鞋包括鞋帮(21)和鞋底,其中鞋底包括可拆卸的鞋底夹层部件(145)的底部鞋底(149)。鞋底的内外表面都是圆弧形凹面。鞋底包括至少一个装有流体的分隔室(188)、流动调节器(140)、用来监视分隔室压力的压力传感器(104)和根据鞋底对地面(43)的冲击自动调整分隔室(188)压力的控制系统。
文档编号A43B7/22GK1372441SQ00807239
公开日2002年10月2日 申请日期2000年3月16日 优先权日1999年3月16日
发明者弗艾普托·E·埃利斯 申请人:解剖学研究公司