具有减震功能的支撑板、鞋底及鞋的制作方法

1.本发明涉及鞋的技术领域，尤其涉及一种具有减震功能的支撑板、鞋底及鞋。


背景技术：

2.随着人民生活水平不断提升，人们对运动鞋的专业性、功能性及舒适性的需求逐步提升。在跑步时人的双脚需要反复承受大约相当于人自身体重1.5至3倍的冲击力，短时间内高强度的跑步量或者日积月累的跑步累积，对下肢造成的负担不容小觑。因此，减震是跑鞋设计中最重要的元素之一，减震的目的是减缓足部接触地面时地面冲击力上升的速度与幅度。
3.目前，现有的具有减震功能的运动鞋主要通过材料减震和结构减震来实现减震功能，材料减震是利用发泡材料、eva、e-tpu、pebax等较软的材料自身地形变来达到减震的功能；结构减震是利用波浪、拱桥、反曲弓等形状来起到支撑和减震的功能。
4.但是，人体足部在跑步运动过程中的周期性姿态变化复杂，现有的支撑板结构难以充分适应足部的运动状态，不能为足部提供足够的减震，以减轻对整个下肢肌骨系统造成的负担，降低如骨性关节炎等风险，舒适性和稳定性也难以达到跑者的需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种具有减震功能的支撑板、鞋底及鞋，通过设计具有双曲结构的支撑板，使后足着地时受到的地面冲击反力向中足和后跟上部转移，以达到降低地面反力峰值、减震的效果，减轻冲击对整个下肢肌骨系统造成的负担。
6.为实现上述目的，本发明的具有减震功能的支撑板、鞋底及鞋的具体技术方案如下：
7.本发明提供一种具有减震功能的支撑板，包括支撑板主体，支撑板主体包括中足段和后跟段，中足段对应人体足部的中足部位设置，后跟段对应人体足部的后跟部位设置，中足段和后跟段设置有弯曲结构，中足段沿靠近人体中足部位弯曲设置，后跟段沿远离人体后跟部位弯曲设置，以使后跟段受到的冲击应力转移至中足段。
8.作为本发明提供的优选实施例，后跟段包括后跟支撑区域和后跟连接区域，后跟支撑区域和后跟连接区域相连，后跟连接区域在竖直方向上的位置高于后跟支撑区域的位置，以使后跟支撑区域受到应力冲击转移至后跟连接区域。
9.作为本发明提供的优选实施例，后跟段还包括后跟纵向支撑区域，后跟纵向支撑区域和后跟连接区域相连，后跟纵向支撑区域在竖直方向上的位置高于后跟连接区域，以使后跟支撑区域受到应力冲击转移至后跟连接区域和后跟纵向支撑区域。
10.作为本发明提供的优选实施例，后跟纵向支撑区域沿竖直方向设置，以使后跟纵向支撑区域和后跟支撑区域垂直设置。
11.作为本发明提供的优选实施例，后跟纵向支撑区域连接有后跟固定区域，后跟固定区域设置在支撑板主体的末端。
12.作为本发明提供的优选实施例，后跟段的弯曲弧度大于或等于中足段的弯曲弧度。
13.作为本发明提供的优选实施例，中足段连接有前掌段，中足段设置在前掌段和后跟段之间，前掌段设置在中足段朝向人体足部的足尖部位的一端，对应人体足部的前掌部位设置。
14.作为本发明提供的优选实施例，前掌段包括前掌支撑区域、跖趾关节弯折起翘区域和前翘支撑区域依次连接。
15.本发明还提供一种鞋底，包括如以上所述的具有减震功能的支撑板。
16.作为本发明提供的优选实施例，支撑板主体的底部设置有防滑结构。
17.作为本发明提供的优选实施例，防滑结构包括前掌止滑结构和后跟止滑结构，前掌止滑结构和后跟止滑结构分别设置在支撑板主体的底部。
18.作为本发明提供的优选实施例，支撑板主体的上表面设置有前掌下层中底，前掌下层中底的上表面设置有前掌上层中底。
19.作为本发明提供的优选实施例，具有减震功能的支撑板的后跟段的上表面设置有后跟中底，后跟中底和前掌上层中底相连，以使后跟中底和前掌上层中底的连接处对足部提供支撑力。
20.作为本发明提供的优选实施例，后跟中底和后跟固定区域固定连接，以使后跟中底和后跟固定区域对足部提供支撑力。
21.本发明还提供一种鞋，包括鞋底和鞋面，鞋底中设置有如以上所述的具有减震功能的支撑板。
22.本发明的具有减震功能的支撑板、鞋底及鞋具有以下优点：
23.本发明提供的具有减震功能的支撑板、鞋底及鞋，通过在具有减震功能的支撑板上设置有沿不同方向弯曲的弧形结构，以使后跟段着地时受到的地面冲击反力通过具有减震功能的支撑板向具有减震缓冲功能的足弓转移，以达到降低地面反力峰值、减震的效果，减轻对下肢肌骨系统造成的冲击。
附图说明
24.图1为本发明的具有减震功能的支撑板的整体结构示意图；
25.图2为本发明的具有减震功能的鞋底的爆炸结构示意图；
26.图3为本发明的具有减震功能的鞋底整体结构示意图；
27.图4为本发明的具有减震功能的鞋底的应力分布结果示意图；
28.图5为本发明的啄木鸟的头骨部分的整体结构示意图；
29.图6为本发明的啄木鸟的头骨部分的应力分布结果示意图。
30.图中标记说明：
31.1、支撑板；11、前翘支撑区域；12、跖趾关节弯折起翘区域；13、前掌支撑区域；14、中足段；15、后跟支撑区域；16、后跟连接区域；17、后跟纵向支撑区域；18、后跟固定区域；19、中槽；2、后跟止滑结构；3、前掌止滑结构；4、前掌下层中底；5、前掌上层中底；6、后跟中底；7、眼眶骨骼结构；8、颅骨；9、舌骨结构；10、喙部；101、上喙；102、下喙。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
34.本发明提供的具有减震功能的支撑板1可以设置在鞋底中，可以由金属材料制成，作为优选的实施例通常采用碳纤维复合材料制成，能够充分适应足部的运动状态，并为足部提供足够的减震，以减轻对整个下肢肌骨系统造成的负担，降低如骨性关节炎等风险，同时提高舒适性和稳定性。
35.如图5和图6所示，本发明提供的具有减震功能的支撑板1的设计来源主要参考啄木鸟的舌骨结构9。啄木鸟的头部由眼眶骨骼结构7、颅骨8、舌骨结构9和喙部10组成，舌骨结构9位于头骨的后部和眼眶骨骼7的上方，固定在啄木鸟的右鼻孔，然后环绕头骨到达喙部10位置。舌头上的肌肉可以帮助啄木鸟的大脑避免反复啄食的影响，减少大脑严重受损的机会。整个舌骨结构9就像一个头盔，固定一切，吸收每次喙部10的力量，从而保护头骨免受脑损伤。舌骨结构9能够把啄木鸟冲击树木时产生的冲击力传递至头骨上部，而不是直接冲击力作用到头骨上，减少头部损伤。通过有限元模拟也能发现，在啄木鸟冲击树木时，上喙101和下喙102所受冲击力最大，其次是舌骨结构9，然后是颅骨8，同时弯曲型舌骨结构9也会分担一部分冲击力。舌骨结构9大幅度降低了颅骨8内部所受到的冲击，避免了头部的频繁性冲击力带来的损伤。
36.根据上述啄木鸟舌骨结构9的启示，本发明实施例提供的具有减震功能的支撑板将后跟部位受到地面的冲击反力进行转移，以使地面的冲力反力转移至其他部位，使得人体足部的后跟段的骨骼不受冲击，降低如骨性关节炎等风险，在运动的过程中提高舒适性和稳定性。
37.如图1所示，本发明中的具有减震功能的支撑板包括前掌段、中足段14和后跟段，前掌段与人体足部的前掌相对应，中足段14与人体足部的中足相对应，后跟段与人体足部的足跟相对应，前掌段、中足段14和后跟段顺次连接，以与人体足部的足底全掌相对应。其中，前掌段朝向地面方向弯曲设置，中足段14朝向人体足部方向弯曲设置，后跟段朝向地面方向弯曲设置；将前掌段和后跟段的弯曲方向设置一致，中足段14的弯曲方向和前掌段、后跟段的弯曲方向设置为相反方向，以使中足段14的弯曲方向和人体中足部位的足弓区域弯曲方向一致。人体在跑步的过程中，人体足部的足弓区域与中足段14相贴合，人体足部的根骨和后跟段相对应，由于后跟段设置为弯曲结构，人体的足部与地面接触的过程中，人体足部的跟骨受到地面的冲击反力，如果采用普通的跑鞋结构，地面的冲击反力将直接作用在人体的跟骨上，使得人体跟骨受到损伤。但是，本发明提供的具有弯曲结构的后跟段，将地面受到的冲击反力转移至中足段14，也就是人体足弓区域对应的位置，将原本集中在后跟段的高应力进行转移，从而减轻人体足部跟骨受到的冲击。
38.进一步，啄木鸟的舌骨结构9设置在啄木鸟的头部骨骼之中，舌骨结构9也是弯曲结构，类似本发明实施例中的具有减震功能的支撑板1的弯曲结构，通过作用力作用在头部
骨骼，使得冲击反力本应直接作用在啄木鸟的喙部10和颅骨8，但是冲击反力被具有弯曲结构的舌骨结构9进行转移，使得冲击反力传递至头骨上部，上喙101和下喙102所受冲击力最大，其次是舌骨结构9，然后是颅骨8，同时弯曲型舌骨结构9也会分担一部分冲击力，避免啄木鸟最容易受伤的头部受到损伤。同样地，通过在具有减震功能的支撑板上设置具有弯曲结构，以使冲击反力作用在具有减震功能的支撑板1上，通过弯曲结构将冲击反力转移，从而实现避免冲击反力的作用点直接作用在人体的跟骨部位，损伤人体的下肢肌骨系统。
39.进一步，根据人体足部对应的不同骨骼的特点设计具有减震功能的支撑板1，在跑步以及运动的过程中对运动员或者经常跑步的人群提供帮助，能够有效缓解人体在长期跑步运动过程中，地面冲击反力对人体足部尤其是跟骨造成损伤。具体的，人体足部在跑步的过程中，人体足部后跟会与地面进行接触，同时对地面施加力的作用，由于力的作用是相互的，人体的足部后跟段会受到地面的冲击反力，此时，地面的冲击反力垂直朝向跟骨的方向。由于设置了本发明提供的具有减震功能的支撑板1，将地面的垂直冲击反力作用至后跟段的弯曲结构，后跟段的弯曲结构将地面的垂直冲击反力转移为水平方向的作用力，同时作用在人体足部的足弓区域，足弓有较好的减震作用，有利于力的分解和能量的耗散。由此，根据力的转移效应，能够将地面对跟骨的冲击反力转移至具有减震作用的足弓区域，能够有效减轻对下肢肌骨系统造成的负担。
40.如图1所示，本发明实施例提供的具有减震功能的支撑板，其中，后跟段包括后跟支撑区域15和后跟连接区域16，后跟支撑区域15和后跟连接区域16相连，后跟连接区域16在竖直方向上的位置高于后跟支撑区域15的位置，以使后跟支撑区域15受到应力冲击转移至后跟连接区域16。
41.具体的，后跟支撑区域15靠近地面设置，后跟连接区域16较后跟支撑区域15远离地面设置，以使后跟支撑区域15设置在弯曲结构的最低端，当然，可以理解的是，根据弯曲结构的弯曲弧度不同，后跟支撑区域15与后跟连接区域16的位置也可以设置为后跟支撑区域15和后跟连接区域16形成的弯曲弧度不同。作为优选的实施例，后跟连接区域16的曲率半径大于后跟支撑区域15的曲率半径，以使后跟支撑区域15受到地面的冲击反力可以转移至后跟连接区域16，提高力的转移效果。
42.进一步，后跟段还包括后跟纵向支撑区域17，后跟纵向支撑区域17和后跟连接区域16相连，后跟纵向支撑区域17在竖直方向上的位置高于后跟连接区域16，以使后跟支撑区域15受到应力冲击转移至后跟连接区域16和后跟纵向支撑区域17。
43.具体的，具有减震功能的支撑板1的后跟段包括后跟支撑区域15、后跟连接区域16和后跟纵向支撑区域17依次连接，后跟纵向支撑区域17的上方设置后跟固定区域18，以使具有减震功能的支撑板1固定在鞋底上，从而实现具有减震功能的支撑板1的固定。
44.作为优选的实施例，后跟段形成圆弧段，为了更好的将后跟支撑区域15受到的底面冲击反力进行转移，后跟连接区域16和后跟纵向支撑区域17以及后跟固定区域18的弯曲程度接近于垂直地面设置。通常，在跑步的过程中，地面接近水平面设置，后跟连接区域16、后跟纵向支撑区域17接近于垂直水平面设置，以使后跟支撑区域15受到处置的地面反冲力转移至后跟连接区域16和后跟纵向支撑区域17，降低地面反力对下肢的冲击。
45.当然，可以理解的是，后跟连接区域16作为后跟支撑区域15和后跟固定区域18的连接段，后跟支撑区域15可以为接近水平面设置，后跟纵向支撑区域17沿竖直方向设置，以
使后跟纵向支撑区域17和后跟支撑区域15垂直设置，后跟连接区域16为过渡段设置有一定的弯曲弧度，以使后跟支撑区域15、后跟连接区域16和后跟纵向支撑区域17形成弯曲结构。
46.作为优选的实施例，中足段14的结构设计类似于人体足部的足弓区域的形状，后跟段的弯曲弧度大于或等于中足段14的弯曲弧度，能够将地面垂直的冲击反力作用在中足段14以及后跟连接区域16和后跟纵向支撑区域17，因此，避免在跑步的运动过程中持续的地面冲击反力对跟骨造成损伤。
47.综上所述，具有减震功能的支撑板1的中足段14和后跟段形成有弯曲方向相反的双曲结构，在跑步运动过程中，足部后跟段受到的地面冲击反力主要作用于后跟支撑区域15，而具有双曲结构的支撑板1可以将此地面冲击反力转移至中足段14、后跟连接区域16和后跟纵向支撑区域17，从而达到降低地面反力峰值、减震的效果，减轻冲击对整个下肢肌骨系统造成的负担。
48.进一步，中足段14连接有前掌段，中足段14设置在前掌段和后跟段之间，前掌段设置在中足段14朝向人体足部的足尖部位的一端，对应人体足部的前掌部位设置。前掌段包括前掌支撑区域13、跖趾关节弯折起翘区域12和前翘支撑区域11依次连接。
49.具体的，前掌段的前掌支撑区域13和中足段14相连接，以使中足段14和前掌支撑区域13的弯曲方向相反，前掌支撑区域13和跖趾关节弯折起翘区域12相连接，跖趾关节弯折起翘区域12朝向地面的方向弯曲，以使跖趾关节弯折起翘区域12和后跟支撑区域15、后跟连接区域16的弯曲方向相同，由此使得具有减震功能的支撑板1的弯曲方向类似于波浪线的形状，中足段14和后跟段的弯曲方向类似于双曲结构的形状。
50.在跑步的运动过程中，人体的足部的前掌会进行蹬伸，由于前掌段的前翘支撑区域11远离地面设置，因此可以提高蹬伸效率。
51.进一步，跖趾关节弯折起翘区域12对应人体足部的跖趾关节部位设置，前翘支撑区域11对应人体足部的趾骨部位设置，跖趾关节弯折起翘区域12在纵向方向上具有较大的弯折刚度，有利于足部快速向前过渡，前翘支撑区域11的整体弯折刚度较低，有利于脚趾部位的弯曲，提高运动的舒适感和流畅感。
52.本发明实施例提供的具有减震功能的支撑板包括的前掌段、中足段14和后跟段依次设置，为一体成型结构，可以设置在任何具有减震功能的设计产品中。
53.进一步，中足段14和后跟段的支撑板主体上设置有中槽19，中槽19为长条形孔状结构，可以减轻整体的重量，同时提升美观度。具体的，中槽19开设在支撑板主体的中足段14、后跟支撑区域15、后跟连接区域16，以使中槽19的弯曲弧度和支撑板主体的弯曲弧度一直，从而提升整体的美观度。
54.如图2所示，本发明还提供一种鞋底，包括如以上所述的具有减震功能的支撑板1，通过将具有减震功能的支撑板1设置在鞋底上，以使用户在跑步的过程中或者运动员在比赛训练的过程中能够最大程度的减轻地面冲击反力对人体足跟部位的损伤，减轻运动带给人们的伤害。
55.进一步，本发明提供的鞋底包括前掌止滑结构3和后跟止滑结构2，前掌止滑结构3设置在前掌段，后跟止滑结构2设置在后跟段，防止具有减震功能的支撑板1与地面接触的过程中发生打滑。
56.具体的，前掌止滑结构3和后跟止滑结构2也同样具有弯曲弧度，前掌止滑结构3的
弯曲弧度和前掌段的弯曲弧度一致，以使前掌止滑结构3能够完全贴合前掌段的底面设置。同样的，后跟止滑结构2弯曲弧度和后跟段的弯曲弧度一致，以使后跟止滑结构2能够完全贴合后跟段的底面设置。当然，可以理解的是，后跟止滑结构2可以包括两部分，这两部分的后跟止滑结构2对称设置，分别设置在中槽19的两侧，以使后跟止滑结构2能够更好的贴合后跟支撑区域15。后跟支撑区域15接近于椭圆形的中间直线段区域，以使后跟支撑区域15能够紧密的和后跟止滑结构2粘接。
57.作为优选的实施例，前掌止滑结构3和后跟止滑结构2包括但不限于橡胶、gcu等的耐摩擦材料。当然，可以理解的是，前掌止滑结构3和后跟止滑结构2还可以设置为其他的耐摩擦材料，能够使得前掌止滑结构3和后跟止滑结构2起到提高鞋底和地面的摩擦力即可。
58.进一步，具有减震功能的支撑板1的上表面设置有前掌下层中底4，前掌下层中底4的弯曲弧度和支撑板主体的前掌段相同，以使前掌下层中底4和支撑板主体的前掌段相贴合。作为优选的实施例，前掌下层中底4可以由3d打印或者吹塑制成，材料可为聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)、聚氯乙烯(pvc)、聚甲醛(pom)、聚酰胺(俗称尼龙)(pa)、聚碳酸酯(pc)、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物(abs)、聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃)(pmma)等常见工程塑料，也可为聚乳酸(pla)及其聚合物等新型可降解材料，目前最常见的是发泡材料、eva、tpu、e-tpu、pebax等减震材料。
59.进一步，前掌下层中底4的上表面设置有前掌上层中底5，前掌弯曲弧度和支撑板主体的前掌段相同，以使前掌上层中底5和支撑板主体的前掌段相贴合。
60.作为优选的实施例，前掌下层中底4具有容置槽，容置槽内容置前掌上层中底5，以使前掌上层中底5和前掌下层中底4贴合固定。
61.进一步，后跟段设置有后跟中底6，后跟中底6的下表面的弯曲弧度和后跟段的弯曲弧度相同，以使后跟连接区域16、后跟纵向支撑区域以及后跟固定区域18和后跟中底6的外壁相连接固定。同时，后跟中底6的外壁和支撑板主体的后跟固定区域18固定，在跑步运动过程中，后跟受到的地面冲击反力主要作用于后跟支撑区域15，而具有减震功能的支撑板1可以将此地面冲击反力转移至中足段14、后跟连接区域16和后跟纵向支撑区域17，从而在后跟中底6与后跟固定区域18和前掌上层中底5与后跟中底6连接处为足部提供支撑力，达到降低地面反力峰值、减震的效果，减轻冲击对整个下肢肌骨系统造成的负担。
62.作为优选的实施例，前掌上层中底5和后跟中底6均可以由3d打印或者吹塑制成，材料可为聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)、聚氯乙烯(pvc)、聚甲醛(pom)、聚酰胺(俗称尼龙)(pa)、聚碳酸酯(pc)、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物(abs)、聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃)(pmma)等常见工程塑料，也可为聚乳酸(pla)及其聚合物等新型可降解材料，目前最常见的是发泡材料、eva、tpu、e-tpu、pebax等减震材料。
63.为了验证本发明中具有减震功能的支撑板1的实际工效，建立了具有减震功能的支撑板1嵌入鞋底的有限元模型，以探究具有减震功能的支撑板1在标准载荷下的力学性能。有限元不仅计算精度高，而且能应对足弓区域这一复杂结构在跑步运动过程中与鞋的交互作用。通过对3d结构模型进行有限元网格划分后，并在有限元分析软件中设定具有减震功能的支撑板1为碳纤维、前掌止滑结构3和后跟止滑结构2为橡胶、前掌下层中底4和前掌上层中底5为eva、后跟中底6为pebax，赋予对应的材料属性，并在有限元分析软件中模拟计算整体结构在承受1500n压力作用下的动态变形情况。
64.如图3和图4所示，示出了鞋底在跑步的运动状态下对应的应力分布结果示意图。图中的标识a代表中足段14对应的区域，图中的标识b代表后跟纵向支撑区域，中足段14和后跟段的后跟纵向支撑区域的形变和应力数值最高，原本应该是后跟高应力区的鞋底的高应力集中在了后跟段的部位，这块人体有坚固的跟骨，力的传导方向也由垂直向上变成了水平向前，不容易造成损伤。另外一部分向前传导至足弓部位，足弓有较好的减震作用，有利于力的分解和能量的耗散。
65.本发明还提供一种鞋，包括以上所述的鞋底。本发明实施例提供的鞋，鞋底的具有减震功能的支撑板1的中足段14和后跟段外露设置，仅在后跟段的底部设置后跟止滑结构2，具有减震功能的支撑板1的后跟支撑区域15和后跟连接区域16与后跟中底6的底部具有一定间隙，而且，中足段14上对应设置前掌上底中层5和后跟中底6的交界处，以使后跟段受到的冲击反力通过具有减震功能的支撑板1的双曲结构进行力的转移，转移至中足段14以及后跟纵向支撑段17，也就是图3所示的a和b区域，以达到降低地面反力峰值、减震的效果，减轻对下肢肌骨系统造成的冲击。
66.本发明提供的具有减震功能的支撑板、鞋底及鞋，通过在具有减震功能的支撑板1上设置有沿不同方向弯曲的弧形结构，以使后跟段着地时受到的地面冲击反力通过具有减震功能的支撑板1向中足段14和后跟段上部转移，以达到降低地面反力峰值、减震的效果，减轻对下肢肌骨系统造成的冲击。
67.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。