[发明专利]能量回归运动鞋

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量回归运动鞋。

背景技术

近年来，国内外在改善鞋的运动防护功能方面取得了举世瞩目 的科技进步，诸多关于吸震减震和舒适合脚的技术广泛应用于运动 鞋设计之中，包括阿迪达斯、耐克在内的体育用品公司都开发了一 种吸收足跟撞击地面时产生动能的鞋垫，能吸收各步态周期里产生 的冲击动能从而实现减震平衡。运动生物力学的研究表明，过分强 调鞋垫的减震作用会极大降低穿着者的跑步效率，足弓的作用相当 于弹簧，该部位能将冲击动能转化为形变势能并在足部再次抬升时 高效释放出来以助力行走，各种功能鞋垫的运动鞋可吸收高达67％ 的冲击动能，但由于鞋垫不具有弹簧的类似功能，这些能量完全被 浪费掉。所以对鞋产品的功能设计，不仅要考虑吸收冲击动能，也 要考虑如何利用所吸收的能量，并在步态周期中合适的时间释放 它，从而达到回弹助力、增强舒适性的要求。

根据生物力学的研究成果，运动鞋的能量回归需要考虑三个因 素：时间效应、频率效应和位置效应；时间效应是指能量的释放必 须是在对应时刻，例如在跑步过程中，运动员的每步支撑时间假设 在200ms左右，那么在0～100ms内，运动员的脚做前蹬运动， 此时鞋子受压变形储存了弹性能，而在100～200ms时间段内， 运动员着地脚后蹬，鞋子若在此时释放弹性能则有助于增加人体 的动能，或人体能利用鞋子的弹性能，如果鞋子在0～50ms内储 存了弹性能，而在50～100ms内就释放了弹性能，那么该弹性能 是无助于人体动能的增加的；频率效应是指能量的释放必须对应频 率，例如，在马拉松项目上，人体的支撑时间在250ms，则在前 125ms段鞋子应储存弹性能，而在后125ms段，鞋子应释放弹性 能，一个周期包括250ms或4Hz，对于短跑，人体的支撑时间在 100ms左右，则在前50ms时间段鞋子应该储存弹性能，而在后 50ms鞋子释放能量，频率为10Hz；位置效应是指能量的释放必 须是在相应的位置点上鞋子受压时储存了能量，受压点是在鞋的后 跟上，而在后蹬时，脚的着地点已在脚的前脚掌，若鞋子弹性能的 释放部位在脚后跟上，则该能量对前脚掌作为支点的人体的运动是 没有帮助的，所以鞋子的设计最好是能在脚后跟储存能量，而又 能在脚尖部位释放能量。

运用运动生物力学基本理论和方法，对运动鞋的能量回归功 效，从能量来源、回归途径和回归部位以及中底材料结构等多个方 面进行了应用研究。根据美国专利检索，公开号为US4627621的专 利公开了一种由多层石墨纤维组成的具有一定刚性的矫正鞋垫，鞋 垫形状为一个中间微拱的长条状并直接置于大底上部，但我们知道 鞋垫和中底吸收多达67％的冲击动能，这就意味着很多能量在未能 到达这种特殊设计的衬垫之前就已经被吸收了，衬垫的吸能回弹功 效难以发挥。还有，美国专利公开号为US4476964公开了一种所谓 双衬弹性缓冲垫，其中一个放置在足跟区域，杯状设计使其对跟骨 形成良好的包裹和平衡，在足跟撞击地面时通过弹性变形完成撞击 动能到形变势能的转换，随着步态周期的延续，足跟与缓冲垫之间 作用力逐渐减小，缓冲垫能像弹簧那样恢复原来形状，从而将势能 转换为动能，实现足跟向上的驱动助力；另一个缓冲垫放置在前脚 掌位置，具有足跟缓冲垫类似的功能；但是，US4476964发明不能 实现能量的传导，即后足跟部位储存的能量只能转换成后足跟的动 能，前脚掌的能量只能转换成脚掌区域的动能，而事实上在正常步 态中我们大多是后脚跟着地，前脚掌离地，离地时主要靠前脚掌发 力来推动前进，存储在后脚跟鞋中底中的弹性势能只能在脚后跟离 地时返还一部分能量，而在离地时起主要发力作用的前脚掌却往往 得不到返还的能量，如果能够把后脚跟存储的能量返还到前脚掌， 那么能量返回率可以得到很大的提高。

发明内容

本发明旨在提供一种能量回归运动鞋，能够解决在正常步态 中，我们通常是后脚跟着地前脚掌离地，当离地时主要靠前脚掌发 力来推动前进，存储在后脚跟鞋中底中的弹性势能只能在脚后跟离 地时返还一部分能量，而在离地时起主要发力作用的前脚掌却往往 得不到返还能量等问题。

在本发明的实施例中，提供了一种能量回归运动鞋，包括：外 底；中底，设置在外底上；复合材料层，设置在中底上，且复合材 料层由玻璃纤维层、石墨纤维层及辅助层组成；模制层，设置在复 合材料层上；其中，外底、中底、复合材料层及模制层均具有杠杆 式或弧形结构。