專利名稱：吸震結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及吸震的通用型支承結(jié)構(gòu)，更具體而言，涉及由聚合體單絲制成的支承結(jié)構(gòu)。一根連續(xù)長度的單絲被卷繞成一個具有多個所需形狀的同軸繞圈的管狀結(jié)構(gòu)。圓形為一種特別有利的形狀。圓形繞圈能夠在受到負(fù)載時獨立變形，并且能夠彈回至其最初形狀，從而同時提供支承和吸震作用。
現(xiàn)有技術(shù)吸震裝置的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)有多年歷史并且發(fā)展良好。舉例來說，在汽車領(lǐng)域，通常利用鋼來形成包括于卡車和汽車的懸架系統(tǒng)中的片簧和螺旋彈簧。鋼彈簧的工作原理是，當(dāng)金屬物體從其自然狀態(tài)而發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，就產(chǎn)生一個彈性力，使得該物體在偏轉(zhuǎn)力除去后將會恢復(fù)至其先前位置。偏轉(zhuǎn)力可為例如作用于車輛上的重量，其中該重量使得螺旋彈簧或片簧受到壓縮。對于螺旋彈簧，加載力沿軸向施加，即力矢量與彈簧軸線平行或者同軸。
泡沫材料產(chǎn)品為另一類吸震裝置。舉例來說，在鞋類中，內(nèi)墊由多孔聚合體泡沫材料制成。泡沫材料為震動提供緩沖，否則的話震動就會從地面移至穿鞋者的腳上。盡管泡沫材料具有若干優(yōu)點，包括比較輕便并且制造成本不高的優(yōu)點，但是它們易于經(jīng)受長時間的壓縮因而舒適性和吸震能力將會減弱。造成這種現(xiàn)象的原因部分或者全部在于泡沫材料多孔結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂因而聚合體材料的結(jié)構(gòu)整體性受到損害。
運動鞋中所用的另一類吸震裝置為充有流體的緩沖。這些裝置包括可充有空氣或充有吸震凝膠或液體的囊，安裝于鞋的鞋底中。在某些情況下，穿鞋者可以使用包括于鞋中的小型抽氣風(fēng)箱，來在使用期間對囊充氣。
盡管這些囊能夠提供充分的吸震能力，但它們制造成本昂貴并且易于發(fā)生機械失效。舉例來說，一旦囊發(fā)生泄漏，整只鞋就會不能使用，從而給穿鞋者造成不菲的財政損失。同樣，與其它吸震裝置相同，充有空氣或流體的囊使用壽命有限，其使用壽命由震動周期的數(shù)目或者吸震介質(zhì)置于應(yīng)力狀態(tài)下的次數(shù)決定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種由聚合體單絲條制成的全新類型的吸震材料，該單絲條被盤繞成圓柱形吸震器，吸收側(cè)向的震動或者大致垂直于吸震器的軸線所施加的力。
用于構(gòu)成單絲的一種特別適用的聚合體材料為尼龍。這些單絲用來制作各種產(chǎn)品，包括刷子硬毛、釣魚線以及網(wǎng)球拍線。當(dāng)這些材料卷繞成多個相隔的環(huán)時，這些環(huán)就能夠從基本為圓形壓縮為扁圓形。一旦變形力例如重量除去后，單絲環(huán)就會彈回至其最初形狀。
單絲環(huán)的優(yōu)點是它們可以反復(fù)經(jīng)受加載與卸載循環(huán)而不會發(fā)生結(jié)構(gòu)整體性的降級。
相應(yīng)地，吸震結(jié)構(gòu)包括由多個相鄰的線圈所限定的主體，其中主體具有一個縱向軸線，其中當(dāng)受到沿大致離軸的方向所施加的負(fù)載時，至少其中一些線圈為彈性和柔性，并且其中在使用過程中，主體的定位使得線圈沿大致垂直于主體的縱向軸線的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
特別地，主體由卷繞成多個線圈的連續(xù)長度的材料制成。這些線圈的形狀優(yōu)選為圓形，但是也可為其它形狀，包括卵形、三角形或者實際上可為多面體形。由一定長度的材料盤繞而成的線圈結(jié)構(gòu)可以用于多種應(yīng)用場合，包括鞋類物品和車輛所用的吸震器、沖擊緩沖器、振動阻尼墊，等等。用于制作線圈結(jié)構(gòu)的優(yōu)選材料為聚合體單絲，并且在這類材料中，優(yōu)選縮醛、聚酯和尼龍。
本發(fā)明的另一個方面在于由塑料材料，例如縮醛、聚酯和尼龍制作傳統(tǒng)的、軸向承載的螺旋彈簧。在這個意義上，本發(fā)明為已知材料(任一種能夠提供吸震特征的塑料材料)的新用途(彈簧或吸震器)。
通過結(jié)合附圖中的示例性實施例進(jìn)行的以下詳細(xì)描述，將會對本發(fā)明的這些及更多特征有更為清楚的理解。


圖1a-1c為一種螺旋彈簧的側(cè)視圖，依次示出了承受壓縮負(fù)載的彈簧、處于未承載狀態(tài)的彈簧以及承受拉伸負(fù)載的彈簧；圖2為根據(jù)本發(fā)明的線圈結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
圖3為圖2的線圈結(jié)構(gòu)的端視圖；圖4A和4B為端視圖，依次示出了未承載狀態(tài)的本發(fā)明的線圈結(jié)構(gòu)和承載狀態(tài)的本發(fā)明的線圈結(jié)構(gòu)；圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的線圈結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖6為圖5的線圈結(jié)構(gòu)的端視圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的吸震(或振動阻尼)結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖8為圖7的吸震結(jié)構(gòu)的端視圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明的鞋類物品的側(cè)視圖；圖10為本發(fā)明的一個實施例的端視圖，其中線圈結(jié)構(gòu)嵌入泡沫材料中并且用于鞋類物品的鞋底，盡管根據(jù)本發(fā)明圖示可為各種吸震或振動阻尼物品；圖11為根據(jù)本發(fā)明的吸震器的側(cè)視圖；圖12為圖11的吸震器的端視圖；圖13為圖11的吸震器的側(cè)視圖，正在承受大致垂直于吸震器軸線的壓縮外力；圖14為圖11的吸震器的端視圖，正在承受著圖13所示的壓縮外力；圖15為圖11的吸震器的側(cè)視圖，正在承受并非垂直于吸震器軸線的外力，從而產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)回復(fù)力；圖16為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的螺旋彈簧的局部側(cè)視圖；圖17為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的吸震結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖；圖18為圖17的吸震結(jié)構(gòu)的橫向剖面圖，沿圖17的直線18-18剖開；圖19為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的變型吸震結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖，利用螺旋盤繞的結(jié)構(gòu)代替了直的線圈結(jié)構(gòu)；圖20為圖19的吸震結(jié)構(gòu)的橫向剖面圖，沿圖19的直線20-20剖開；圖21為能夠用作根據(jù)本發(fā)明的吸震結(jié)構(gòu)的單絲梯形結(jié)構(gòu)的透視圖；圖22為圖21的梯形結(jié)構(gòu)的端視圖；圖23為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的拱形吸震結(jié)構(gòu)的端視圖；圖24為輪胎與根據(jù)本發(fā)明的拱形吸震結(jié)構(gòu)的徑向局部剖視圖；
圖25為輪胎與根據(jù)本發(fā)明的線圈吸震結(jié)構(gòu)的徑向局部剖視圖；以及圖26為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的吸震結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中一定長度的梯形結(jié)構(gòu)軸端首尾相接，從而形成一個環(huán)。
具體實施例方式
圖1A-1C示出了處于壓縮狀態(tài)(圖1A)的螺旋彈簧10，當(dāng)在彈簧10的任一端加上向內(nèi)的軸向負(fù)載時，就會產(chǎn)生這種狀態(tài)。在這種情況下，單個線圈12處于一種“緊密盤繞”狀態(tài)，其相鄰的線圈互相接觸。當(dāng)除去壓縮負(fù)載，因而彈簧處于一種無負(fù)載狀態(tài)時，彈簧就會呈現(xiàn)如圖1B所示的長度，也稱作彈簧的“自由長度”。當(dāng)如圖1C所示，彈簧10在壓縮負(fù)載或拉伸負(fù)載的作用下而偏離其自由長度時，就可以產(chǎn)生吸震力。一般來說，彈簧的伸縮剛度系數(shù)提供了彈簧10的吸震特征；這個特征稱作彈簧常數(shù)，或者剛度常數(shù)，用字母“k”表示。
彈簧10的軸線“A”通常與壓縮負(fù)載或力F1及拉伸負(fù)載或力F2平行或同軸。市場上銷售的具有上述形狀和功能的螺旋彈簧一般由金屬線制成，例如由鉻硅彈簧鋼金屬線制成，以便承受較大負(fù)載。
本發(fā)明采用傳統(tǒng)的螺旋彈簧并將其改為側(cè)部承載，以便使得當(dāng)負(fù)載沿大致垂直于線圈軸線的方向施加時，每個線圈都能起吸震器的作用。如圖2中所示，本發(fā)明的線圈結(jié)構(gòu)14具有多個線圈16，這些線圈置于緊密盤繞的無負(fù)載狀態(tài)。這些線圈繞著線圈結(jié)構(gòu)的縱向軸線“B”同軸放置。根據(jù)本發(fā)明，如圖3中所示，線圈結(jié)構(gòu)14接收沿垂直于線圈結(jié)構(gòu)的軸線B的方向的負(fù)載或力F3。當(dāng)力的方向朝向軸線B時，例如當(dāng)物體推向結(jié)構(gòu)14時，力F3起壓縮力的作用。另一方面，如果力的方向背離該機構(gòu)，例如如果物體拉著結(jié)構(gòu)14的側(cè)面，則力F3起拉伸力的作用。
如圖4A和4B所示，在無負(fù)載情況下，線圈16通常是圓形。當(dāng)加上沿圖4B所示方向的負(fù)載時，在力的影響下圓形就會變扁平。線圈扁平后產(chǎn)生一個彈性力，它在負(fù)載除去后可使線圈恢復(fù)原形。可以選擇適當(dāng)?shù)牟牧弦员闶沟妙A(yù)期的力不會超出材料的彈性極限。這樣，線圈結(jié)構(gòu)14就起到吸震器的作用，以吸收加在線圈結(jié)構(gòu)上的負(fù)載的沖擊力，而線圈結(jié)構(gòu)實際上可以包括于任何吸震應(yīng)用中。
在圖5和圖6所示的一個特別優(yōu)選的實施例中，線圈結(jié)構(gòu)18由一根連續(xù)長度的聚合體單絲構(gòu)成，它被盤繞成多個線圈20。為了保證盤繞的單絲能夠保持其線圈形狀，可以在一個連續(xù)熱結(jié)合過程中將至少一根支撐條22通過超聲方法結(jié)合于各個線圈20上，該熱結(jié)合過程采用受讓人先前的待審申請所述的用于制造硬毛子裝置的方法和設(shè)備所使用的類型。這些申請包括1999年十二月6日提交的序號為09/455,308的美國專利申請和1998年6月5日提交的序列號為09/092,092的美國專利申請，它們在此作為參考。
在本人的待審申請中所述的這些制造技術(shù)描述了將一根單絲股卷繞于一根多邊形心軸上的方法。為了制作線圈，心軸可為圓柱形。一種替代使用基條來使線圈保持其線圈形狀的方法是利用下游的熱定形步驟來使單絲保持線圈形狀。對于較大直徑的線圈，也可以使用線圈形的模子并將熱塑性或熱固性材料在液體狀態(tài)下注入模子中，并且隨后使材料固化。
為方便制造，支撐條22由一種聚合材料制成，該聚合材料在超聲加熱的作用下，在流動區(qū)域與單絲線圈的材料結(jié)合，從而使線圈和支撐條機械地互連起來。還可以采用其它結(jié)構(gòu)來將線圈保持于一起，而且起單個一體式結(jié)構(gòu)的作用。例如，如圖7和圖8所示，吸震結(jié)構(gòu)23包括一個第一構(gòu)件24和一個第二構(gòu)件26，而在兩個構(gòu)件之間置有多個線圈結(jié)構(gòu)28，這些線圈結(jié)構(gòu)可以連接或者簡單安裝于第一和第二構(gòu)件24和26之間。構(gòu)件24和26可為剛性或半剛性，這樣在沿任一構(gòu)件上的任何一點所施加的負(fù)載都可以在多個線圈結(jié)構(gòu)28中分布，并且沿著各個結(jié)構(gòu)的長度分布。相反，構(gòu)件24和26也可為柔性，這樣，當(dāng)所施加的具有不規(guī)則表面的負(fù)載與任一構(gòu)件24或26接觸時，每一個線圈28都可以獨立而直接的對“本地化”的負(fù)載做出反應(yīng)。此外，當(dāng)構(gòu)件24或26或者兩者都是柔性，而且在線圈結(jié)構(gòu)28的某一部分長度上施加不規(guī)則負(fù)載時，則線圈結(jié)構(gòu)的那部分長度上的每個線圈段都將會對直接加于其上的負(fù)載做出獨立而直接的反應(yīng)。
一般來說，單絲可為任何當(dāng)施加適當(dāng)?shù)呢?fù)載時能夠產(chǎn)生所需彈性力的材料。對于輕負(fù)載，可以采用較小直徑的“硬”單絲或較大直徑的低模量單絲。相反，對于較大負(fù)載，可以采用較大直徑的硬單絲。已經(jīng)認(rèn)識到，除了單絲的直徑外，線圈的曲率半徑與形成此結(jié)構(gòu)的螺旋的節(jié)距之間存在一定關(guān)系。例如，圖2所示的彈簧結(jié)構(gòu)中每個線圈結(jié)構(gòu)基本都互相接觸，因而使得此結(jié)構(gòu)具有最小的節(jié)距。相反，圖11所示的彈簧結(jié)構(gòu)中，其節(jié)距使得每個線圈都相互隔開。在所有其它的參數(shù)都相同的情況下，圖11所示的結(jié)構(gòu)由于具有較大的節(jié)距因而剛度較小。基本上，隨著半徑的減小或螺旋節(jié)距變化減慢，線圈的剛度就增加。此外，剛度還隨著單絲的直徑的增大而增加。在所有的直徑和半徑范圍內(nèi)，聚合體材料的準(zhǔn)確選擇對所有線圈的剛度都有影響。這樣，可以通過選擇合適的單絲直徑，線圈半徑，線圈節(jié)距和包括單絲的材料類型來得到預(yù)期的減震或吸震效果。換句話說，可以通過改變這些參數(shù)來得到所需的剛度或軟度。
有三種聚合體材料特別適合制作單絲，分別是尼龍、聚酯和縮醛樹脂。尼龍單絲已被用來制作很多產(chǎn)品，包括刷子硬毛、釣魚線和網(wǎng)球拍線。當(dāng)這些材料被卷繞成多個相鄰的線圈時，這些環(huán)可以從一個基本為圓的形狀被壓縮至扁圓形。一旦變形力，例如重力除去后，單絲線圈又會彈回至其最初形狀。一種特別適合制作這種單絲的尼龍是市場上有售的名為TYNEX的尼龍纖維絲，由E.I.Dupont de Nemoursand Company of Wilmington，Delaware USA公司生產(chǎn)。一種特別有用的TYNEX產(chǎn)品是一種由聚己二酰十二胺制作的6，12尼龍纖維絲。它的熔點在208到215℃之間，比重是1.05-1.07，而且可以在市面上買到多種截面形狀和直徑的制品。其它適用的材料包括HYTREL，一種聚酯和DELRIN，一種縮醛樹脂。HYTREL和DELRIN都是由E.I.Dupont de Nemours and Company of Wilmington，Delaware USA公司制造，而且市場上皆有出售?；瘜W(xué)上，乙縮醛是醇和醛之間兩步反應(yīng)的產(chǎn)物。1960年在市場上出現(xiàn)的乙縮醛均聚物是由無水甲醛聚合后制作的甲氧基為單體單元的鏈狀聚合體。來自Hoechst TechnicalPolymers(HTP)的Celcon(r)乙縮醛共聚物出現(xiàn)于1961年，它是通過將三惡烷與環(huán)乙醚共聚合而得到的以甲氧基和氧化乙烯基為單體單元的耐化學(xué)腐蝕性更好的鏈狀聚合體。別的制造商也提供這種共聚物。
圖7所示的這種吸震結(jié)構(gòu)的一個特殊應(yīng)用是用于鞋類中。按照傳統(tǒng)，鞋類制造商在地面和腳之間使用一層或多層泡沫材料以吸收走動或跑動過程中產(chǎn)生的沖擊和震動。事實上每一種鞋類都需要某種形式的吸震；通常區(qū)別就在于吸震材料的種類和厚度。更近一段時間，運動鞋采用可充氣的囊和/或填有液體或凝膠的囊來吸震。盡管其中一些可能有效，但它們都有有限的使用周期，此后它們的吸震功能都會下降到可以接受的水平之下。
使用本發(fā)明的側(cè)向承載的線圈結(jié)構(gòu)制作的吸震器可能經(jīng)過更多的使用周期，這樣鞋類物品就可以有更長的使用壽命。參考圖9，鞋類物品30具有上體32和鞋底34。鞋底34包含一個經(jīng)過填充的吸震結(jié)構(gòu)，此吸震結(jié)構(gòu)中包括多個線圈結(jié)構(gòu)36，它們可以置于鞋底的較低牽引表面與物品30內(nèi)的較高承腳表面之間。當(dāng)穿鞋者將他或她的重量加在物品的鞋底上時，例如站起，走動或跑動過程中的加速而加載時，作為所加負(fù)載的重量沖擊可以被線圈結(jié)構(gòu)減震。各個線圈將會根據(jù)所加力的大小和位置，通過某種程度的壓縮來而做出反應(yīng)；一旦負(fù)載除去，線圈又會恢復(fù)到它們最初的形狀。
如圖10所示，并參照鞋類物品，多個線圈結(jié)構(gòu)38可被嵌于傳統(tǒng)的制鞋工藝中所用類型的泡沫材料40中。它們包括開孔聚合體泡沫材料和閉孔聚合體泡沫材料。在這些實例中，線圈結(jié)構(gòu)改善了泡沫材料的吸震能力，而且可以加強從而延長泡沫材料的使用壽命。圖示中的線圈結(jié)構(gòu)置于上層構(gòu)件和下層構(gòu)件42和44之間，就鞋類的范圍而言，這些構(gòu)件可為構(gòu)成鞋底的一部分的聚合體材料或者其它材料的柔性薄板。在鞋類以及其它應(yīng)用中，帶有內(nèi)嵌線圈結(jié)構(gòu)38的泡沫材料40也可以制成單個吸震體，而不帶其它支承構(gòu)件如42和44。層、薄板、泡沫材料的精確組合，和線圈結(jié)構(gòu)的數(shù)量和位置，以及它們的尺寸和剛度都是根據(jù)需要的吸震量或振動阻尼量來進(jìn)行選擇。在聚合體單絲實施例中，也有可能通過周圍注塑的泡沫材料來保持線圈的方位。正確保持線圈的方位這一點非常重要，因為當(dāng)所施加的力與線圈的軸線垂直或正交時吸震效果最為有效。否則，所施加的力可能會使線圈偏離力的方向，而不是使線圈自身沿著所施加的力的方向發(fā)生彎曲，從而產(chǎn)生一個使線圈恢復(fù)至其未承載位置的彈性回復(fù)力。
本發(fā)明中的線圈結(jié)構(gòu)實際上可以用在任何吸震環(huán)境中，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的，軸向承載的彈簧，片簧或者實際上任何其它類型的彈簧。它們可以用來在使用氣動活塞和/或液壓缸的環(huán)境中取代氣動活塞和/或液壓缸。例如，汽車上的緩沖器過去采用一種氣動吸震器，用來吸震并利用震動力來產(chǎn)生在沖擊力消失后使緩沖器回復(fù)至其最初位置的回復(fù)力。相對于鞋類而言，這些應(yīng)用可能需要更粗的單絲。
如上所述，主要回復(fù)力，也就是使線圈回復(fù)到它們未承載狀態(tài)的作用力，是一種通過沿大致垂直于線圈的縱向軸線的方向施加拉伸或壓縮作用而產(chǎn)生的彈性力。圖11-14再次說明了這一原理。一個雙線圈吸震器42具有一縱向軸線“A”，以及一限定了第一物體44與第二物體46之間的距離“D1”的外徑。這些物體，例如，可以鞋子的內(nèi)底板作為第一物體42，而以通過鞋子的外底板起作用的地面作為第二物體44。
當(dāng)在吸震器42上施加一負(fù)載時，如穿鞋者在走動、跑動或站立時擊向地面的體重，該負(fù)載與吸震器42的軸線A大致正交或垂直，如力矢量“FW”所示。(當(dāng)沿FW的反方向沒有作用力時，結(jié)構(gòu)將只會發(fā)生平移。當(dāng)?shù)孛鏇]有主動提供一反向力時，地面會產(chǎn)生一個使吸震器被壓縮在44和46之間的反作用力。)這使吸震器42稍稍變扁平，如圖14所示，但在此過程中，產(chǎn)生了一個彈性回復(fù)力“SR”，當(dāng)負(fù)載除去后該彈性回復(fù)力可以使吸震器恢復(fù)到其初始形狀。用力矢量FW表示的施加在吸震器上的負(fù)載使距離D1變成了一個更短的距離D2，而在負(fù)載除去后，彈性回復(fù)力SR又使距離恢復(fù)為D1。
另一方面，假如力矢量偏離了法線方向，如圖15所示，也有可能由單絲的扭力作用產(chǎn)生一個回復(fù)力，此回復(fù)力再產(chǎn)生一個扭矩“T”使吸震器回到其初始位置。鞋類結(jié)構(gòu)中的另一個實例是，假如穿鞋者突然停下，從而使物體44相對于物體46發(fā)生平移。在這個實例中，至少有一部分回復(fù)力可能為扭力，盡管也有可能存在壓縮力分量。盡管如此，這種組合力仍然使吸震器或者壓縮，或者傾斜，或者兩者兼而有之。當(dāng)線圈發(fā)生傾斜時，回復(fù)力可能還有一部分T分量。
無論是通過壓縮線圈還是傾斜線圈，本發(fā)明的吸震器的工作原理都與傳統(tǒng)的吸震器有根本區(qū)別，傳統(tǒng)的原理是吸震作用由彼此相關(guān)的線圈的位移產(chǎn)生，也就是說在縱向的壓縮力的作用下相互靠近，以及在縱向的拉伸力的作用下相互遠(yuǎn)離。
盡管本發(fā)明參照吸震作用進(jìn)行了描述，但線圈結(jié)構(gòu)也可以用于基本的振動阻尼應(yīng)用中以便提供減弱甚至是最微弱的受迫機械運動。本發(fā)明實際上可以用于以前采用防震墊和防震襯的環(huán)境中。
盡管上述實施例，以及以下的其它實施例描述的結(jié)構(gòu)與螺旋彈簧相似，但負(fù)載沿徑向施加以便利用在負(fù)載的沖擊點處或其附近形成的拱形。當(dāng)考慮徑向施加的負(fù)載時，本文中的說明描述的是使用塑料柔性材料。然而，也可以使用金屬材料?？梢赃x擇金屬材料以便達(dá)到所需的彈簧常數(shù)或者所需的吸震效果。
本發(fā)明的另一個方面在于利用前述的塑料材料制造一種傳統(tǒng)的，軸向加載的螺旋彈簧。參照圖16，所示的螺旋彈簧50受到用雙箭頭表示的沿傳統(tǒng)的軸向的負(fù)載。這表示加于螺旋彈簧50上的負(fù)載可為壓縮或者拉伸。螺旋彈簧50與傳統(tǒng)的螺旋彈簧的一個重要區(qū)別在于傳統(tǒng)的彈簧由金屬，如鋼制作，而本發(fā)明的彈簧由盤旋的單絲材料如尼龍或者聚酯或者其它合成樹脂制作。可以選擇適當(dāng)直徑與節(jié)距的線圈來確定彈簧的相關(guān)剛度或軟度。此外，還可以將精確的材料作為另一個決定彈簧剛度的參數(shù)。
當(dāng)制造法線方向加載的螺旋彈簧時，制作線圈的方法可以包括一個成型過程，如制作一個線圈形狀的模子并用液體塑料材料如尼龍或聚酯填充模子，然后將液體材料固化?？梢允褂脽峁绦曰蛘邿崴苄圆牧?。
另外，可以將一定長度的預(yù)先成型的單絲卷繞在心軸上而制作線圈結(jié)構(gòu)，然后通過隨后的加熱步驟使線圈機械定型，或者用結(jié)合條或者膠縫等保持于位置。舉例來說，而是塑料材料制成的傳統(tǒng)螺旋彈簧，可以通過和制作圖5中所示的徑向或側(cè)向加載力的彈簧相似的方法制作，只是線圈的節(jié)距允許相鄰的線圈之間進(jìn)行相對運動，并且支撐條22具有一定的彈性性能以便相鄰線圈進(jìn)行相對運動?；蛘?，可以將線圈加熱以使材料熱固成所需的線圈形狀，而不需使用支撐條22。
本發(fā)明的另一方面是使用徑向加載的線圈結(jié)構(gòu)來制作作活塞型吸震器?，F(xiàn)在參照圖17和18，吸震器包括一個有一根縱向軸線的主體54，第一和第二相對軸向端部以及介于第一和第二軸向端部之間的側(cè)壁。主體可以由任何適用的材料制成。至少一個帶有縱向軸線的線圈結(jié)構(gòu)56置于主體54中，而線圈結(jié)構(gòu)56的縱向軸線大致垂直于主體54的縱向軸線。
活塞58在第一和第二軸向端部中的一個端部處由主體54帶動而進(jìn)行軸向移動，而且至少部分位于主體54內(nèi)。在第一和第二相對的軸向端部中的另一個端部處則置有一個貼靠件60，這樣至少有一個線圈結(jié)構(gòu)56被約束于活塞和貼靠件之間。當(dāng)外力施加在活塞58或貼靠件60上時，該至少一個線圈結(jié)構(gòu)56彎曲，從而提供一個彈性回復(fù)力。如圖17所示，該至少一個線圈結(jié)構(gòu)包括多個在主體54內(nèi)按照縱向相隔的各段布置的線性線圈結(jié)構(gòu)。每個段由隔板62隔開，以免每個線圈結(jié)構(gòu)的各個線圈會與相鄰線圈結(jié)構(gòu)的線圈纏結(jié)。盡管每個段可以只包括一個線性線圈結(jié)構(gòu)，但圖示的實施例中每個段包括兩個線性線圈結(jié)構(gòu)。可以根據(jù)具體應(yīng)用和所需的彈性力來選擇每個段中線圈結(jié)構(gòu)的數(shù)目和段的數(shù)目。
在圖17和18所示的實施例中，活塞58在主體54的引導(dǎo)下在主體中進(jìn)行往復(fù)運動。貼靠件60可為固定式，例如作為主體的端蓋，也可為活動式，例如貼靠件為另一個活塞，從而使裝置具有“雙重作用”?？梢圆捎萌魏芜m用的方法來將貼靠件或者活塞安裝在主體內(nèi)。如果為雙端式，則可以將活塞58和貼靠件60安裝在外加負(fù)載和一個受保護的結(jié)構(gòu)之間。例如，可以將貼靠件60固定連接于汽車車架上，而活塞則可以固定連接于緩沖器上。當(dāng)對緩沖器施加沖擊時，活塞向內(nèi)運動(如單向箭頭C所示)，從而壓縮直的線圈結(jié)構(gòu)56。主體54可以密封起來以便在活塞58向內(nèi)運動時利用氣體阻尼；但是，吸震器52也可以完全只依賴于通過壓縮每個線圈結(jié)構(gòu)中的各個線圈而產(chǎn)生的彈性力。吸震器的行進(jìn)總量為每個段中所容許的行進(jìn)量的和。這樣，為了增加行進(jìn)量，可以增加段的數(shù)目。而且，為了得到非線性彈性力，各段可以具有不同直徑的線圈，或不同的節(jié)距，或不同的材料，或所有這些參數(shù)的組合，這樣每個段就可具有不同的彈性力。
圖17和18所示的實施例示出了一個具有矩形截面的主體。圖19和20示出了一個變型的吸震器64，其主體66的橫截面為圓形。每個段包括一個螺旋形盤繞的線圈結(jié)構(gòu)68，并且每個段由一個隔板69隔開。只要簡單地采用一個線性線圈結(jié)構(gòu)并將其彎曲成螺旋形就可以得到螺旋形盤繞的線圈結(jié)構(gòu)。這點很容易實現(xiàn)，因為優(yōu)選的材料無論是塑料還是鋼，都為柔性。
盡管前述的實施例描述的吸震結(jié)構(gòu)在端視圖或徑向截面中基本上為圓形，但發(fā)明也可以采用具有任何通用的拱型構(gòu)型的材料。例如，在1999年二月9日提交的序號為09/247,093的共同待審申請中描述了一種梯型結(jié)構(gòu)，其在此作為參考。參照圖21-23，梯形結(jié)構(gòu)70包括多個置于兩根基條74和76之間的單絲72?；鶙l通過超聲加熱的方式與單絲結(jié)合在一起。單絲優(yōu)選由尼龍或聚酯制成，基條亦然。然而，也可以采用其它的材料和結(jié)合技術(shù)。
當(dāng)基條74和76放到一起時，如圖22中的單向箭頭所示，單絲72彎曲而成拱形78，其頂點正好處于承受負(fù)載的位置。這樣，在任何相應(yīng)的吸震結(jié)構(gòu)中，可以利用拱形梯結(jié)構(gòu)來取代線圈結(jié)構(gòu)。為了利用拱形結(jié)構(gòu)彎曲而產(chǎn)生的彈性力，梯形機構(gòu)基條-端部應(yīng)當(dāng)受到約束或者連接于相應(yīng)的結(jié)構(gòu)上。
在圖23的吸震結(jié)構(gòu)中，柔性股布置為平行陣列，并具有大致共同終止的相對端部?；鶙l74和76將共同終止的相對端部結(jié)合在一起；然而，也可以采用任何其它適用的方式，包括夾子、粘合劑、或者其它結(jié)構(gòu)。當(dāng)相對端部未受約束時，這些股大致為線性，但是當(dāng)相對端部放到一起時，這些股又彎曲成拱形。這些股響應(yīng)于所加的負(fù)載而向內(nèi)彎曲，從而產(chǎn)生一彈性回復(fù)力，在除去負(fù)載后將各股恢復(fù)為拱形?？梢酝ㄟ^利用任何適用的方法將端部與由吸震器所保護的結(jié)構(gòu)連接在一起而使其受到約束。
圖24示出了拱形結(jié)構(gòu)應(yīng)用的一個實例，圖中拱形吸震器80置于一個輪胎82中。為了裝配輪胎，可以選擇一定長度的梯形結(jié)構(gòu)以沿圓周環(huán)繞著輪胎的內(nèi)部延伸?？梢圆捎眠m當(dāng)?shù)姆绞?，包括粘合劑，來將吸震器的相對端部與輪胎82的內(nèi)部連接在一起。圖24的實施例中是一個無內(nèi)胎輪胎，但是這種原理同樣可以應(yīng)用于有內(nèi)胎輪胎。拱形結(jié)構(gòu)將會通過輪胎接收來自車輛的負(fù)載，從而與輪胎充氣后所提供的氣體緩沖一起幫助減少汽車行使過程中的震動。在完全沒有壓力，或輪胎充氣不足的情況下，拱形結(jié)構(gòu)可足以支承輪胎，這樣即使當(dāng)充氣不足會阻礙安全操作時，也可以操縱車輛。換言之，拱形結(jié)構(gòu)可具有足夠的剛度或強度，以防止輪胎變得扁平，同時，拱形的柔性又使輪胎能夠緩沖行駛。輪胎可為任何車輛所用的任何類型的輪胎，包括自行車和摩托車，其中輪胎的扁平和充氣不足都會造成特別嚴(yán)重的安全問題。
關(guān)于輪胎，本文中所述的線圈結(jié)構(gòu)也可以與輪胎組合使用，如圖25所示。如圖所示，基本為圓形的線圈84的尺寸使其大致介于在輪圈與輪胎86的沿徑向向外的延伸部分之間，即胎面內(nèi)部。為了裝配輪胎86，線圈結(jié)構(gòu)的長度使得當(dāng)其首尾相接時，其長度大致與輪胎內(nèi)腔的周長吻合。和拱形構(gòu)型中一樣，線圈結(jié)構(gòu)可以在正常操作中幫助吸震，而且可以防止輪胎在發(fā)生刺破從而可能導(dǎo)致壓力迅速泄掉或者甚至緩慢泄漏的情況下變得扁平。
圖26示出了梯形結(jié)構(gòu)的另一個應(yīng)用，可以稱之為“鳥籠”吸震器。吸震結(jié)構(gòu)88包括多個布置為平行陣列的柔性股90，如圖21所示，并且具有末端大致共同終止的第一相對端部和第二相對端部。這些端部利用適當(dāng)?shù)姆绞蕉Y(jié)合在一起，例如利用基條92和94，它們與圖21中的基條74和76相一致。
為了制作鳥籠，將圖21的梯形結(jié)構(gòu)卷動以將基條92的相對端部放到一起，同時將基條94的相對端部也放在一起，而不是象制作圖23的拱形那樣，將基條92與基條94移得更近。基本上，卷動梯形結(jié)構(gòu)，然后將基條的相對端部連接起來，就可以形成一個弓形的圓柱體，該圓柱體的端部由相對的基條所限定，而側(cè)壁則由各股形成。
這樣，當(dāng)相對端部未受約束或卷動之前，各股90基本為直股；當(dāng)柔性股被卷成一個環(huán)時，股稍微向外彎曲而變成拱形，其中第一相對端部大致位于第一平面，而第二相對端則位于第二平面。股的第一相對端部形成第一連續(xù)環(huán)，由基條92保持在一起，而第二相對端部則形成第二連續(xù)環(huán)，由基條94保持在一起。第二環(huán)與第一連續(xù)環(huán)相隔開，并且柔性股則響應(yīng)于加在第一和第二相對端部中的任一個或兩者之上的負(fù)載而向外彎曲。
盡管本文中所示的的彈簧的線圈皆為圓形，但也可以制成其它形狀，如三角形和矩形。
盡管上文參照示出了特定產(chǎn)品的特定實施例進(jìn)行了描述，但是制造任何一種其它類型或者不同的產(chǎn)品和物品也都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，包括不需要彎曲或者吸震的這些產(chǎn)品。舉例來說，在形成線圈結(jié)構(gòu)后，這些結(jié)構(gòu)可具有較大的剛性或者基本為剛性結(jié)構(gòu)，以便使得物品可以在制造其它物品時用作支承或組件。
盡管本發(fā)明參照一個特定實施例進(jìn)行了描述，但是對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，應(yīng)當(dāng)理解在所附權(quán)利要求的精神范圍之內(nèi)，本發(fā)明能夠具有多種替代實施方案。
權(quán)利要求
1.一種吸震結(jié)構(gòu)，包括一個由多個相鄰的線圈所限定的主體，其中，主體具有一個縱向軸線，其中當(dāng)受到沿大致離軸的方向所施加的負(fù)載時，至少其中一些線圈為彈性和柔性，并且其中在使用過程中，主體的定位使得線圈沿大致垂直于主體的縱向軸線的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，主體由卷繞成多個相鄰線圈的連續(xù)長度的材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，線圈的形狀大致為圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，線圈的形狀為卵形、橢圓形和多面體形中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，材料選自聚合體單絲材料和金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，聚合體單絲材料選自尼龍樹脂、縮醛樹脂和聚酯樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸震結(jié)構(gòu)，還包括至少一個支承構(gòu)件，與該多個線圈相連接從而有助于將線圈保持于所需的方位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，支承構(gòu)件為一根條。
9.一種鞋類物品，包括一個具有至少一個鞋底部分的主體；以及至少一個吸震器，置于鞋底部分中或者其附近，介于穿鞋者的腳與地面之間，其中，該至少一個吸震器至少部分由多個相鄰的線圈所限定，其中當(dāng)受到沿大致離軸的方向所施加的負(fù)載時，至少其中一些線圈為彈性和柔性，并且其中在使用過程中，該至少一個吸震器的定位使得線圈沿大致垂直于主體的縱向軸線的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的物品，其特征在于，該至少一個吸震器嵌于泡沫材料中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的物品，其特征在于，該至少一個吸震器置于鞋底部分的至少兩層之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的物品，其特征在于，吸震器由卷繞成相鄰線圈的連續(xù)長度的材料制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的物品，其特征在于，線圈的形狀大致為圓形。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的物品，其特征在于，線圈的形狀為卵形和多面體形中的一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的物品，其特征在于，材料為聚合體單絲材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的物品，其特征在于，聚合體單絲材料選自尼龍、聚酯和縮醛。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的物品，還包括至少一個支承構(gòu)件，與該多個線圈相連接從而有助于將線圈保持于所需的方位。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的物品，其特征在于，該至少一個支承構(gòu)件為一根條。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的物品，其特征在于，該條是由聚合體材料制成的單絲。
20.一種物品，包括一定長度的聚合體單絲，盤旋成限定了具有中心軸線的主體的側(cè)壁。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的物品，其特征在于，主體大致為圓柱形。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的物品，其特征在于，聚合體單絲材料選自尼龍、聚酯和縮醛。
23.一種使用聚合體單絲的方法，包括由單絲制成一個螺旋彈簧，所述螺旋彈簧具有在使用過程中接收軸向施加的負(fù)載的相對的軸向端部。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，制作步驟包括提供一定長度的聚合體單絲，將該一定長度的聚合體單絲卷繞于一根心軸的周圍，從而使得單絲長度具有與心軸形狀相對應(yīng)的形狀，以及將該單絲長度定形于其成形狀態(tài)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，定形步驟包括加熱聚合體單絲的卷繞長度。
26.一種吸震器，包括一個主體，具有一縱向軸線、第一和第二相對軸向端部以及一個介于第一和第二相對軸向端部之間的側(cè)壁；至少一個線圈結(jié)構(gòu)，具有一根縱向軸線，并且至少部分置于主體之內(nèi)，并使得線圈結(jié)構(gòu)的縱向軸線大致垂直于主體的縱向軸線；一個活塞，在第一和第二相對軸向端部中的一個端部處由主體引導(dǎo)而進(jìn)行軸向移動，而且至少部分位于主體內(nèi)，一個貼靠件，置于第一和第二相對的軸向端部中的另一個端部處，以便將至少一個線圈結(jié)構(gòu)約束于活塞和貼靠件之間，并且在施加于貼靠件或者活塞上的力的作用下沿徑向彎曲。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的吸震器，其特征在于，該至少一個線圈結(jié)構(gòu)由選自聚合體和金屬的材料制成。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的吸震器，其特征在于，聚合體選自尼龍、聚酯和縮醛。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的吸震器，其特征在于，該至少一個線圈結(jié)構(gòu)包括多個在主體內(nèi)按照縱向相隔的各段中的至少一個布置的線性線圈結(jié)構(gòu)，其中每個段由隔板隔開，并且其中每個段包括至少一個線性線圈結(jié)構(gòu)。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的吸震器，其特征在于，該至少一個線圈結(jié)構(gòu)包括多個在主體內(nèi)按照縱向相隔的各段布置的螺旋盤繞的線圈結(jié)構(gòu)，其中每個段由隔板隔開，并且其中每個段包括至少一個螺旋盤繞的線圈結(jié)構(gòu)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的吸震器，其特征在于，主體的形狀選自圓柱形、卵形、橢圓形和多邊形。
32.一種吸震結(jié)構(gòu)，包括多個柔性股，它們布置為平行陣列，并具有大致共同終止的相對端部；用于將共同終止的相對端部結(jié)合在一起的裝置；其中，當(dāng)相對端部未受約束時，這些股大致為線性，并且當(dāng)相對端部放到一起時，這些股彎曲成拱形，并且其中這些股響應(yīng)于所加的負(fù)載而向內(nèi)彎曲，從而產(chǎn)生一彈性回復(fù)力，在除去負(fù)載時將各股恢復(fù)為拱形。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，這些股由選自聚合體和金屬的材料制成。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，聚合體選自尼龍、聚酯和縮醛。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，結(jié)合條由選自尼龍、聚酯和縮醛的材料制成。
36.一種設(shè)備，包括一個輪胎，具有一個內(nèi)腔并可安裝在輪圈上，并且可進(jìn)行充氣以產(chǎn)生反抗震動和其它負(fù)載的內(nèi)部氣壓力；一個拱形結(jié)構(gòu)，大致在內(nèi)腔中連續(xù)地環(huán)繞著輪胎而延伸。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于，拱形結(jié)構(gòu)包括多個布置為平行陣列并具有大致共同終止的相對端部的柔性股，以及用于將共同終止的相對端部結(jié)合在一起的裝置，其中當(dāng)相對端部未受約束時，這些股大致為線性，并且當(dāng)相對端部放到一起時，這些股彎曲成拱形，并且其中這些股響應(yīng)于所加的負(fù)載而向內(nèi)彎曲，從而產(chǎn)生一彈性回復(fù)力，在除去負(fù)載時將各股恢復(fù)為拱形。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其特征在于，這些柔性股由選自聚合體和金屬的材料制成。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其特征在于，聚合體選自尼龍、聚酯和縮醛。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于，拱形結(jié)構(gòu)包括一個主體，主體由一根卷繞成多個相鄰線圈的連續(xù)長度的材料制成，并且其中線圈大致在輪圈與輪胎的胎面區(qū)域的內(nèi)側(cè)之間延伸。
41.一種吸震結(jié)構(gòu)，包括多個柔性股，它們布置為平行陣列，并具有大致共同終止的第一相對端部和第二相對端部；以及用于將共同終止的相對端部結(jié)合在一起的裝置；其中，當(dāng)相對端部未受約束時，這些股大致為線性，其中第一相對端部大致位于第一平面，而第二相對端部則位于第二平面，并且第一相對端部形成第一連續(xù)環(huán)，而第二相對端部則形成第二連續(xù)環(huán)，第二連續(xù)環(huán)與第一連續(xù)環(huán)相隔開，并且其中這些股響應(yīng)于加在第一和第二相對端部中的任一個或兩者之上的負(fù)載而彎曲，從而產(chǎn)生一個彈性回復(fù)力，使得這些股在負(fù)載除去時恢復(fù)至最初位置。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，這些股由選自聚合體和金屬的材料制成。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，聚合體選自尼龍、聚酯和縮醛。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，結(jié)合裝置包括連接于這些股的第一相對端部的第一基條和連接于這些股的第二相對端部的第二基條。
45.根據(jù)權(quán)利要求41所述的吸震結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)這些柔性股卷成一個環(huán)時，這些股稍微彎曲成一個拱形。
全文摘要
一種吸震結(jié)構(gòu)，包括一個由多個相鄰的線圈所限定的主體。當(dāng)受到沿大致離軸或者垂直于主體軸線的方向所施加的負(fù)載時，這些線圈為彈性和柔性。在使用過程中，主體的定位使得線圈沿大致垂直于主體的縱向軸線的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這樣，主體就起吸震器的作用，但是與螺旋彈簧不同，震動通過線圈沿橫向向內(nèi)或者向外的偏轉(zhuǎn)作用而吸收，而非線圈自身沿其軸線的拉伸或壓縮作用吸收。主體可通過由聚合體材料，例如尼龍制成的單絲股盤旋而成。通過包括本發(fā)明的吸震結(jié)構(gòu)可以制造任意數(shù)目和類型的物品，包括例如鞋類物品、抗沖擊緩沖器、輪胎、以及振動阻尼墊。
文檔編號F16F7/00GK1516557SQ02804190
公開日2004年7月28日 申請日期2002年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月26日
發(fā)明者M·S·愛德華茲, M S 愛德華茲 申請人:納幕爾杜邦公司