Brevet FR2664135A1 — publié le 19920110

RESSORT DE TALON DE CHAUSSURE ET DISPOSITIF DE STABILISATION DU PIED Cette invention concerne les chaussures en géné- ral, et en particulier un ressort de talon et un dispositif de stabilisation du pied pour chaussure de sport. Pour la plupart des gens, le fait de marcher ou de courir implique l'utilisation de tout le pied et commence par une attaque du talon, suivie d'un roulement sur le milieu du pied, puis finalement d' une propulsion sur l'avant du pied et les orteils Avant l'attaque du talon, le pied se trouve dans une position de "supination", c'est-à-dire qu'il forme un angle vers le haut par rapport au sol et qu'il est tourné vers l'extérieur Lors de l'attaque du talon, la che- ville, le genou et la hanche fléchissent ensemble pour amor- tir et absorber le choc de l'impact et le pied roule et tourne vers l'intérieur dans un processus dit de "pronation". Au cours de cette séquence, il est souhaitable d'absorber dans toute la mesure du possible l'énergie de choc due à l'attaque du pied, compatible avec la stabilité au sol, pour éviter une lésion chronique ou traumatique pour le coureur. Lorsque c'est possible, et, de nouveau,compatible avec une bonne stabilité de course, il est également souhaitable d'emmagasiner l'énergie de choc absorbée et de la rendre au pied pendant la partie propulsion de la foulée, pour des rai- sons de rendement énergétique Il est également souhaitable de limiter toute tendance du pied à la "sur-supination" ou à la "sur-pronation" au cours du contact du pied avec le sol, pour des raisons aussi bien médicales que de stabilité de course. Les spécialistes de la chaussure savent incorpo- rer des dispositifs à ressort aux semelles des chaussures, et en particulier aux talons des chaussures, pour emmagasiner l'énergie de choc transmise par l'attaque du pied pendant la course et pour restituer au moins une partie de cette énergie au pied du coureur pendant le soulèvement du pied On sait de même munir la semelle d'une chaussure de raidisseurs transver- saux et longitudinaux pour vaincre l'effet d'une sur-supina- tion ou d'une sur-pronation du pied du coureur pendant la course. Par exemple, dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 4 486 964 et 4 506 460, sont décrits divers types de "modérateurs à ressort" en matière plastique et en acier traité thermiquement, dont il est dit que le but pre- mier est de répartir les forces d'attaque du pied plus régu- lièrement et plus rapidement sur les éléments de la semelle, emplis de gaz, qui se trouvent en dessous Il est dit qu'un élément de talon, en forme de fer à cheval, de ces modérateurs agit comme une rondelle Belleville, en coopérant avec le pied pour emmagasiner et restituer l'énergie pendant la course,et dans une version de cet élément, il est également dit qu'il assure une stabilisation verticale de la cheville. Dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 2 357 281 et 2 394 281, il est décrit un talon compensé résis- tant au choc pour chaussures de ville, auquel est incorporé un ressort en acier. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 4 709 489, il est décrit un dispositif à ressort pour talon de chaussure qui comprend une plaque d'acier supportée à ses extrémités latérales par un élément de support non compres- sible en forme de U Il est dit que cet élément de support non seulement procure un effet de ressort de talon, mais aussi assure la stabilisation latérale du talon. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 881 329, il est décrit encore une autre forme de ressort de talon emmagasinant l'énergie, dont il est dit qu'il peut être moulé dans des matériaux ayant une grande résistance à la traction, tels que les fibres de graphite et/ou de verre et les résines. Enfin, la société Etonic de Brockton, Massachu- sets, Etats-Unis d'Amérique, vante un "Stability System" qui comporte diverses configurations d'une "DRP Plus Plate" faite d'un composite de graphite, de résine acrylique et de fibre de verre, et qui est disposée en divers endroits à l'intérieur des semelles de ses chaussures pour compenser les problèmes de sur-pronation et/ou de sur-supination des personnes qui portent ces chaussures. La présente demande de brevet révèle un dispo- sitif nouveau destiné à être encapsulé dans la semelle inter- médiaire d'une chaussure de sport, qui combine les avantages d'un ressort de talon pour absorber, emmagasiner et restituer au pied du coureur l'énergie de choc transmise pendant la course, et d'une plaque de stabilisation qui, toujours pen- dant la course, contribue à empêcher une sur-supination et une sur-pronation du pied Grâce à ses procédés de fabrica- tion et aux matériaux dont il est fait, ce dispositif est simple et peu coûteux à fabriquer et très léger. Le dispositif comprend une plaque mince,de la taille du talon, formée d'un "sandwich" composite résistant et rigide, mais élastiquement souple, de résine thermoplastique et de toile de fibres de carbone-verre, qui est encapsulée dans la partie talon de la semelle intermédiaire d'une chaus- sure de sport La plaque comporte deux bords latéraux à rebords dirigés vers le haut, des extrémités antérieure et postérieure, et un élément de ressort à action verticale, incliné vers le haut, dirigé vers l'arrière,d'une seule pièce,qui est attaché à la plaque Le ressortest délimité sur la plaque par deux fentes ouvertes s'enfonçant vers l'avant dans la plaque à partir de son extrémité postérieure L'élé- ment de ressort est disposé de façon à se trouver au-dessous du calcanéum du pied de l'utilisateur, et la semelle inter- médiaire de la chaussure est allégée dans une zone située au- dessous de l'élément de ressort pour lui permettre de fléchir librement vers le bas sous l'effet de forces transmises par le talon Un manchon " 1 bloqueur"' ou arr 9 toir peut être moulé dans la semelle extérieure de la chaussure pour limiter la flexion maximale vers le bas de l'élément de ressort. On va maintenant décrire plus en détail les for- mes de réalisation préférées de l'invention, en se référant aux dessins ci-joints, sur lesquels: La figure 1 est une vue de côté partielle du talon d'une chaussure de sport (pied droit) à l'intérieur de laquelle le dispositif de la présente invention est repré- senté en pointillé; la figure 2 est une vue de dessous partielle du talon de la même chaussure représentée sur la figure 1, sui- vant la ligne 2-2 de cette figure, sur laquelle le dispositif de la présente invention est également représenté en pointillé; la figure 3 est une vue de côté en coupe par- tielle du talon de chaussure et du dispositif de la présente invention qui sont représentés sur les figures 1 et 2, suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe partielle,lors- qu'on regarde vers l'arrière dans le talon de chaussure et le dispositif des figures 1 à 3, suivant la ligne 4-4 de la figure 2; et la figure 5 est une vue en perspective du res- sort de talon et de la plaque de stabilisation selon la pré- sente invention. Comme le montrent le mieux les figures 1 et 2, une chaussure de sport 1 comprend généralement une partie supérieure 2, et une partie inférieure, ou semelle, 3 La chaussure peut être dite "de tennis", de"course à pied" ou de "cross", suivant sa destination et sa configuration particu- lières. La partie supérieure 2 peut avoir une configu- ration haute ou basse, et peut être faite de cuir et/ou de diverses matières artificielles, y compris les polymères vinyliques La semelle 3 comprend généralement une semelle intermédiaire 4 et une semelle extérieure 5 La semelle 3 peut également comporter une couche de semelle intérieure (non représentée) qui fait corps avec, ou est séparée de la semelle intermédiaire et qui est profilée de façon à épouser étroitement le dessous du pied de l'utilisateur et à répartir plus uniformément les efforts du pied sur la semelle inter- médiaire. Des matériaux de semelle intermédiaire typiques pour les chaussures de sport modernes comprennent des copo- lymères expansés d'éthylène et d'acétate de vinyle ("EVA") et les polyuréthanes expansés ("PU"), qui peuvent être moulés de façon à inclure de nombreux détails fonctionnels et ornemen- taux souhaitables et de nombreuses caractéristiques dimen- sionnelles, ainsi que pour encapsuler des dispositifs, tels que le dispositif de la présente invention, dans l'épaisseur de la semelle intermédiaire au cours du processus de moulage. Des matériaux typiques pour la semelle exté- rieure 5 comprennent de nombreux caoutchoucs artificiels et polyuréthanes non expansés Comme dans le cas des matériaux de la semelle intermédiaire 4, ceux-ci aussi se prêtent bien à l'incorporation, par moulage, de caractéristiques ou de configurations souhaitables sur le dessous ou sur les parois extérieures de la semelle extérieure 5, telles que les parties 6 que l'on voit sur les figures. Un exemple de mode de réalisation préféré de ressort de talon et de dispositif stabilisateur 10 pour chaus- sure de sport qui fait l'objet de cette invention est mieux visualisé sur les figures 3 à 5 des dessins Le dispositif 10 qui est représenté est destiné à une chaussure 1 pour le pied droit, et il va de soi qu'il fait partie d'une paire de tels dispositifs, allant chacun dans l'une des chaussures d'une paire, l'autre, celui de la chaussure gauche, étant symétri- que du dispositif 10 qui est représenté, par rapport à un plan sagittal de l'utilisateur. Le dispositif 10 comprend une plaque 12 mince et plate, de la tallte du talon, qui est formée d'un matériau résistant et rigide, mais élastiquement souple, décrit ci- dessous Ce dispositf est encapsulé, en position généralement horizontale, dans le matériau élastique de la partie talon de la semelle intermédiaire 4 pendant le moulage de cette dernière, comme décrit ci-dessus. La plaque 12 est de préférence découpée à l'em- porte-pièce dans une grande feuille de matière plate, puis mise en forme de la façon décrite ci-dessous Elle comporte deux bords latéraux 14 A et 14 B à rebords dirigés vers le haut, une extrémité antérieure 16 et une extrémité postérieure 18, et un élément de ressort 20 à action verticale, incliné vers haut, dirigé vers l'arrière, d'une seule pièce, qui est déli- mité par deux fentes ouvertes 22 A et 22 B qui s'enfoncent vers l'avant dans la plaque à partir de son extrémité postérieure 18. Le dispositif 10 qui est représenté peut être fabriqué dans des matériaux très divers, y compris l'acier à ressorts traité thermiquement, mais le matériau préféré pour le dispositif 10 donné à titre d'exemple est un sandwich composite d'une résine thermoplastique dont les faces sont constituées par des feuilles de fibres tissées, ou par une matrice de fibres de verre et de carbone Ce matériau, qui est vendu par la Medical Materials Corporation pour les applications biomédicales sous la marque TL-61, et pour les applications commerciales sous la marque Novetek, est décrit plus en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 4 778 717. Le matériau préféré est disponible en feuilles dont les épaisseurs vont de 0,9 mm à 1,4 mm environ Sa résis- tance à la traction, qui dépend de l'épaisseur, est comprise entre 1680 et 2940 kg/cm, et son module d'élasticité entre 9100 et 25200 kg/cm Il est facile à couper, à scier, ou, comme dans le cas de la forme de réalisation préférée qui est représentée, à découper à l'emporte-pièce à l'aide de machi- nes relativement peu coûteuses. On peut en outre thermoformer ce matériau pour qu'il comporte diverses formes ou contours souhaitables, tels que l'inclinaison vers le haut de l'élément de ressort et les bords latéraux 14 A et 14 B à rebords dirigés vers le haut, en chauffant le matériau à des températures relativement peu élevées ( 180 à 2600 C) dans des machines appropriées Lors- que le matériau ainsi formé est revenu à la température ambiante, son élasticité et sa résistance mécanique sont entiè- rement rétablies Les auteurs de cette invention ont procédé à des essais cycliques de longévité sur des éprouvettes du dispositif 10 ayant sensiblement la même configuration que la forme de réalisation illustrée à titre d'exemple, en fai- sant fléchir l'élément de ressort 20, à partir de son état non fléchi jusqu'à une position au ras de la plaque 12, à la cadence de 6 cycles par seconde Les éprouvettes ont résisté à plus d'un million de ces cycles sans se rompre et sans faire apparaitre de fractures, de fissures de fatigue ou de pertes mesurables de résistance mécanique ou d'élasticité On peut donc voir que les propriétés physiques du matériau composite préféré se comparent très favorablement à celles des allia- ges d'acier traités thermiquement, et sont pourtant obtenues avec une réduction notable de poids et de coût de fabrication, par rapport à des pièces en acier équivalentes. Le dispositif 10 est disposé à l'intérieur de la zone du talon du matériau de la semelle intermédiaire 4, de sorte que la partie la plus en arrière de l'élément de res- sort 20 se trouve généralement au-dessous du gros os du talon, ou calcanéum, du pied de l'utilisateur, et qu'une couche 24 du matériau de la %emelle intermédiaire 4 le recouvre La semelle intermédiaire est allégée dans une zone 26 située au- dessous de l'élément de ressort pour permettre à ce dernier de fléchir librement vers le bas. La couche 24 joue le r 8 le d'un coussin entre le rembourrage de tissu qui se trouve au-dessous de l'os du talon de l'utilisateur et la surface supérieure de l'élément de res- sort 20 et sert également à répartir plus également l'effort exercé par le pied sur l'élément de ressort La couche 24 a également pour effet de réduire quelque peu l'élasticité totale de l'élément de ressort telle qu'elle est éprouvée par le talon, ainsi que l'aptitude de l'élément de ressort à res- tituer son énergie de flexion pendant le soulèvement du talon, du fait principalement de l'énergie perdue par dissipation de chaleur dans la couche 24 pendant la compression et la dila- tation On pense toutefois que cette légère perte est accep- table en raison d'un confort accru pour le pied, et qu'elle empêche un effet trop brutal du ressort de talon Exception faite de cet effet et de l'état de flexion limitée qui est décrit ci-dessous, la réponse de l'élément de ressort est pra- tiquement linéaire sur toute sa plage prévue de flexion et est extrêmement efficace (plus de 85 %) dans la restitution au pied de l'utilisateur, lors du soulèvement du talon, de l'énergie de flexion emmagasinée en son sein lors de l'attaque du talon. Dans la forme de réalisation préférée,les bords latéraux 14 A et 14 B de la plaque 12 sont représentés avec des rebords dirigés vers le haut, mais ces rebords pourraient tout aussi bien être dirigés vers le bas dans une configuration appropriée Les bords à rebords servent à raidir considéra- blement le dispositif dans le sens longitudinal et, comme ils sont disposés légèrement à l'extérieur du talon du pied de l'utilisateur de part et d'autre, ils agissent comme des balanciers sur une pirogue en empêchant une sur-supination et une sur-pronation du pied de l'utilisateur au cours de la séquence: attaque du talon, roulement du pied, et poussée, qui se produit lors d'une marche ou d'une course normales. Les bords à rebords contribuent également à immobiliser et à empêcher le fluage du dispositif 10 à l'intérieur du matériau de la semelle intermédiaire 4, au cas o le dispositif vien- drait, pour une raison quelconque, à se décoller du matériau de la semelle intermédiaire. Dans la forme de réalisation préférée qui est illustrée à titre d'exemple, un "bloqueur" ou arrêtoir facul- tatif 28 est moulé dans la semelle extérieure 5 de la chaus- sure et est disposé juste au-dessous de l'élément de ressort 20 et du calcanéum, de façon à limiter la flexion maximale vers le bas de l'élément de ressort lorsque des chocs impor- tants sont transmis au talon, comme cela serait le cas lors d'un saut en hauteur La dimension verticale du bloqueur 28 est telle qu'il ne vient pas en contact avec l'élément de res- sort 20 pendant la station debout ou la marche normales,mais qu'il n'entre en action que pour des flexions de l'élément de ressort excédant une flexion maximale souhaitable,vers le bas, de l'élément de ressort, telles celles qui se produiraient au cours d'un saut en hauteur ou d'une course dure. REVEND I CAT IONS i 1 Dispositif ( 10) à ressort de talon et de stabilisation, emmagasinant l'énergie et absorbant les chocs, pour chaussure de sport, comprenant: une plaque mince ( 12), de la taille du talon, formée d'un matériau résistant et rigide, mais élastiquement souple, cette plaque comportant deux bords latéraux ( 14 A,14 B), des extrémités antérieure ( 16) et postérieure ( 18), et un élément de ressort ( 20) à action verticale, incliné vers le haut, dirigé vers l'arrière, d'une seule pièce, qui dépend de la plaque ( 12). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de ressort ( 20) est délimité par au moins une fente découpée dans le matériau de la plaque ( 12). 3 Dispositif sel-on la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de ressort ( 20) est délimité par deux fentes ( 22 A,22 B) qui s'ouvrent sur l'extrémité postérieure ( 18) de la plaque ( 12) et s'enfoncent vers l'avant dans celle-ci. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de la plaque ( 12) comprend un composite de résine thermoplastique et d'une matrice de fibres de carbone et de verre. 5 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bords latéraux ( 14 A,14 B) de la plaque ( 12) comportent des rebords dirigés vers le haut. 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bords latéraux ( 14 A,14 B) de la plaque ( 12) comportent des rebords dirigés vers le bas. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un bloqueur ( 28) en matériau élastique qui est disposé au- dessous de l'élément de ressort ( 20), dans une position propre à limiter la flexion maximale vers le bas de l'élément de ressort. 8 Chaussure de sport ( 1) du type comportant une partie supérieure ( 2) et une partie inférieure ou semelle ( 3), la semelle comportant une partie talon et une semelle intermédiaire ( 4) et une semelle extérieure ( 5) élastiques, et un mécanisme ( 10) destiné à absorber les chocs transmis par le pied, à emmagasiner et restituer l'énergie de la course au pied de l'utilisateur, et à stabiliser le pied de l'utilisateur pendant la course, caractérisée en ce que ledit mécanisme comprend: une plaque mince ( 12), de la taille du talon, formée d'un matériau résistant et rigide, mais élastiquement souple, qui est encapsulée dans la partie talon de la semelle intermédiaire ( 4) de la chaussure, cette plaque comportant deux bords latéraux ( 14 A,14 B), des extrémités antérieure ( 16) et postérieure ( 18), et un élément de ressort ( 20) à action verticale, incliné vers le haut et dirigé vers l'extérieur, qui dépend de la plaque ( 12), cet élément de ressort comportant une partie postérieure disposée de façon à se trouver généralement au-dessous du calcanéum du pied de l'utilisateur, et la semelle intermédiaire ( 4) étant allégée dans une zone située au-dessous de l'élément de ressort pour lui permettre de fléchir librement vers le bas. 9 Chaussure selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'élément de ressort ( 20) est délimité par une fente découpée dans la plaque ( 12). Chaussure selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'élément de ressort est délimité par deux fentes ouvertes ( 22 A,22 B) qui s'enfoncent vers l'avant dans la plaque ( 12) à partir de son extrémité postérieure ( 18). 11 Chaussure selon la revendication 8, caractérisée en ce que le matériau de la plaque comprend un composite d'une matrice de fibres de carbone et de verre et d'une résine thermoplastique. 12 Chaussure selon la revendication 8, caractérisée en ce que les bords latéraux ( 14 A,14 B) de la plaque ( 12) comportent des rebords dirigés vers le haut. 13 Chaussure selon la revendication 8, caractérisée en ce que les bords latéraux ( 14 A,14 B) de la plaque ( 12) comportent des rebords dirigés vers le bas. 14 Chaussure selon la revendication 8, caractérisée en ce que la semelle extérieure ( 5) de la chaussure ( 1) comporte un arrêtoir ( 28) en matériau élastique qui est disposé au-dessous de l'élément de ressort ( 20) de façon à limiter la flexion maximale vers le bas du ressort. Chaussure de sport ayant des propriétés d'absorption des chocs, d'emmagasinage d'énergie et de stabilisation du pied, comprenant une partie supérieure ( 2); une semelle ( 3) fixée à la partie supérieure, cette semelle comportant une semelle intérieure, une semelle extérieure ( 5) et une partie talon; une plaque mince ( 12), de la taille du talon, formée d'un matériau résistant et rigide, mais élastiquement souple, encapsulée dans le matériau de la partie talon de la semelle intermédiaire ( 4) de telle sorte qu'une épaisseur de la semelle intermédiaire la recouvre, la pl-aque comportant deux bords latéraux ( 14 A,14 B), des extrémités antérieure ( 16) et postérieure ( 18) et au moins une fente qui la traverse et qui délimite un élément de ressort ( 20) à action verticale, dirigé vers l'arrtère et incliné vers le haut, qui dépend de la plaque ( 12), cet élément de ressort comportant une partie postérieure disposée de façon à se trouver généralement au-dessous du calcanéum du pied de l'utilisateur et à être fléchie vers le bas par celui-ci lorsque le pied attaque le sol par le talon; et un arrêtoir ( 28) en matériau élastique disposé sur la semelle extérieure au-dessous de l'élément de ressort ( 2 C) de façon à limiter sa flexion maximale vers le bas. 16 Chaussure selon la revendication 15, caractérisée en ce que la semelle intermédiaire ( 4) est allégée dans une zone située au-dessous de I 'élément de ressort ( 20) et au-dessus de la semelle extérieure ( 5) de façon à permettre à l'élément de ressort de fléchir librement dans le sens vertical lorsqu 'il est fléchi vers le bas. :,: ,, : Y, X -* j