(57)【要約】かかと持ち上げの改良に基づく真のエネルギー還元をもたらす未来的靴は、靴のバネの最適化（最大足衝撃の40パーセント低減）、実用的な精密自動電子ギアチェンジャー、斬新で強力な靴衝撃チャージャー、改良された滑車電子作動装置、斬新な低衝撃のより強力なバネ（ケブラー、スペクトラシールド、ガラス繊維などの新規使用材料を特徴とする）、斬新で驚くほど強力で、より柔軟性が高く、より丈夫な構造、およびかかと持ち上げと過剰なつま先の沈み防止のための複数の設計を有する。これらの設計には結合部と二つの改良された蝶番を必要とする。一つは自然蝶番、もう一つは固定歯車式蝶番である。固定歯車蝶番と組み合わされることにより、最適な折り畳み配列部の外部スペースへの配備をもたらす回転式アームの改良された最適なバネがある。またそれはスマートエネルギー還元ニーブレースをもたらす。これらの新しい機能は、ロボット工学、人工装具、矯正器具、バネ、宇宙工学、自動車、防護服、地震補修などの幅広い追加用途を約束する。【選択図】図１
2018515305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間及びロボットの歩行及び走行用のエネルギー完全還元靴であって、人間への適用は人間による通常の使用、人工装具、ロボット、及び矯正器具を含み、立脚期は圧縮期と拡張期に分けられ、完全とは電池交換の必要なく全ての走行及び歩行速度での自動的な使用に実用できるように対応製品が全ての設計要件を満たすことをいい、靴を装着し使用する対象をユーザーといい、前記拡張期はかかと上昇期とつま先離地期を含み、前記エネルギー完全還元靴はヒールポップ靴（かかと持ち上げを改良した靴ともいう）を有し、ヒールポップ靴は、
前記圧縮性靴底上側のp-トップともいうフットプレートと、前記フットプレートは足前部セクションとかかとセクションを有し、
つま先蝶番によって前記フットプレートに蝶番結合されたつま先プレートと、
前記圧縮可能な靴底の下側にp-底部とも呼ばれる靴底プレートを備え、前記圧縮可能な靴底は、4つのp-要素を含むp-構造と称される汎用前方傾斜の平行四辺形状構造有しているとも説明され、4つのp-要素は、
前記p-トップ、
前記p-底部、
汎用前側であるp-前部と、
汎用後側であるp-後部と、
前記p-要素が4つの前記p-蝶番を介して枢動可能に（蝶番で）相互接続されており、前記圧縮可能な靴底は、
つま先平行四辺形、
つま先p-前部、
つま先p-後部、
つま先p-トップ、
つま先p-底部を含み、前記つま先p-トップは前記つま先プレートと同一であり、前記つま先p-後部は前記p-前部と同一であり、前記つま先p-底部は前記p-蝶番によって相互接続されており、
前記p-構造の靴底の圧縮に耐え、圧縮の衝撃エネルギーを蓄積し、前記p-構造の靴底の圧縮期間に前記靴底プレートに対して前記フットプレートの前進を許容するバネシステムと、
かかと持ち上げを改良した構造とも呼ばれるヒールポップ構造は、前記p-蝶番は、従来のシャフト蝶番、ネックダウン式自然蝶番、および固定歯車付蝶番の組み合わせを優先的に含み、各カテゴリーは、ゼロを含む任意の数の前記p-蝶番に使用することができ、前記固定歯車付蝶番は、
歯車の端部が丸くなった二つの歯車端部リンクを有し、前記歯車端部リンクが互いに対して回転（折り畳み）し、
前記丸端の中心に固定的に取り付けられたケーブルシャフトと、
スリットケーブルは、2つの前記歯車端部リンクの前記シャフトに張って結合され、
前記歯車端部リンクは例えばp-要素または中央リンクであり、前記スリットケーブルが前記丸端部の固形部に差し込まれることを可能にするために、前記スリットケーブルが前記丸い端部で切断され、 前記スリットケーブルが自由に動くように歯車端部リンクが回転し、前記バネシステムは前記p-蝶番の間に直接作用するバネを備えていないので、前記p-蝶番に応力をかけることになり、前記バネシステムの有効荷重耐力が自動的に変化することを防止することができるからである。前記バネシステムは、前記両方の完全に最適化された靴が最適化することを妨げ、前記バネシステムは、前記フットプレートと前記靴底プレートとの間に直接作用し、平行四辺形作用による前記靴底プレートに対する前記フットプレートの前方運動を可能にする直接バネを備え、この負荷は前記p-蝶番上の負荷を減少させ、前記ヒールポップ構造、以下のように機能し、前記かかと上昇期の開始時に、前記バネシステムが前記p-構造をp-拡張するように作用している間であっても前記ユーザーの体重が前記p-前部を押さえつける前記つま先プレートを押し下げ、このp-拡張は、前記圧縮期間中の前記かかとセクションの圧縮距離（前記向上距離は、改良されたかかと持ち上げと呼ばれる）よりも実質的に大きい向上距離だけ前記ユーザーのかかとを上方に持ち上げるように作用する。前記ヒールポップ構造の目的は、前記ヒールポップ構造が、走行および歩行時のふくらはぎの筋肉動作と並行して作用して前記ユーザーを空中に戻す持ち上げを増大させるためのエネルギ還元を提供する、前記改良されたかかと持ち上げによって達成される。このエネルギー還元は、前記ヒールポップ構造を有していない単純なバネのみを有する従来の靴のエネルギー還元よりも実質的に大きい。この前記バネシステムは対向する前記p-蝶番の間に直接かつ斜めに作用せず、そのような作用により前記つま先沈み防止が適切に機能することが妨げられるので、このエネルギー還元は歩行と走行の代謝エネルギーコストを実質的に低減する。
【請求項２】
請求１の完全最適靴は、前記圧縮可能な靴底が前記圧縮期間中に部分的にのみ圧縮する場合の前記つま先離地期間中のつま先の沈み防止のためのつま先止め機能をさらに備え、前記つま先の沈みは、前記つま先プレートの前端が、前記つま先離地期中に実質的に沈むことを意味し、それは砂中を歩行または走行するようなものであり、歩幅が苛立たしいほど減少し、前記ユーザーにとっては好ましくない。前記つま先沈み防止機能は、任意で、かつ優先的に、前記圧縮可能な靴底が各ステップ毎にでかろうじて十分な底圧縮を得るように、前記バネシステムの実効的な荷重強度を一歩一歩変換させる自動ギアチェンジャーを備え、これは、1つのステップ内に完全な圧縮があるのでつま先の沈みを防止し、前記自動ギアチェンジャーは、交差同期滑車作動装置ギアチェンジャーを有し、それは
前記フットプレートに剛結された横向きガイドと、
前記フットプレートに剛結された前向きガイドと、                  
はしご蝶番で後部はしご結合に蝶番結合された前部はしご結合を含むはしご結合と、前記はしご結合は両側にあり、互いに左右対称であり、前記前部及び後部はしご結合の前記はしご蝶番から離れた端部は、前記前向きガイドにより前後方向に動きを規制された蝶番を有し、前記はしご蝶番は前記横向きガイドにより横方向に動きを規制され、
前記はしご結合が収縮した時、前記前部及び後部はしご連結がともに外側に動いて前記バネスライス上部により徐々に噛み合い、前記バネシステムの有効バネ強度を変更してギアを変更するように、適切な高さで前記前向きガイドの外側に配置された1つ以上のバネスライスと、
かかとの外側に配置され、前記フットプレートの固着された同期モーターと、
前記同期モーターのモーターシャフトと、
前記モーターシャフトに固定的に取り付けられた同期滑車と、
同期滑車ラインと、
前記同期滑車ラインを前記ユーザーの足の外側にある前記後部はしご結合の底部蝶番に固結する外部ライン留め具と、前記同期滑車ラインが前記フットプレートの真下を交差できるように、前記同期滑車の底部（そしてこれにより前記同期モーターの高さ位置が決定する）は前記フットプレートの真下にあり、
前記同期滑車ラインを前記ユーザーの足の内側にある前記後部はしご結合の底部蝶番に固結する内部ライン留め具と、
前記足の内側と外側の前記後部はしご結合の後端部の動きが従属（同期）するように、前記同期滑車ラインが前記外部ライン留め具を経て前向きに通り（前記フットプレートの下をいくらか交差した後）前記内部ライン留め具を経て前向きに通る交差靴のライン構成と、前記足の両側のギアチェンジが同期するように両側の前記後部はしご結合の後端部の動きにより前記バネスライスの係合数が決まり、内側と外側のギアチェンジの同期を確実にするために前記交差靴のライン構成には多数の方向変換滑車が含まれ、
前記フットプレートの留め具位置センサーと、
前記靴底プレート底部の衝撃力センサーと、
前記同期モーター近くのマイクロプロセッサーと、
上記電気装置を制御する電気回路と、
電源とを備え、全てのこれらの電気装置が電気接続され、前記衝撃力センサーは1ステップの最大衝撃力を測定し、これを前記マイクロプロセッサーに送ると、次のステップでかろうじて十分な底圧縮を得るように、前記マイクロプロセッサーは参照テーブルを用いて前記バネスライスの適切数を決定し、直ぐ次のステップに最適なかろうじて十分な底圧縮を得るために前記バネスライスの適切数に係合するように前記はしご蝶番が横向きに動くよう、前記マイクロプロセッサーは前記同期モーターに対し前記内部及び外部ライン留め具が適切な距離を動くように信号を出し、前記はしご蝶番が横方向に移動して適切な数の前記バネスライスと係合して、次のステップのために最適にかろうじて十分な圧縮を得るように、このギアチェンジは連続的に自動であり、前記バネスライスの数がギアの数、すなわち前記ギアチェンジの精度を決定し、前記電源は電池であってもよいが、好ましくは足衝撃を利用して各ステップ毎に前記電力を発生させる衝撃チャージャーであり、前記電源はバッテリであってもよいが、好ましくは、足踏み衝撃を利用して各ステップ中に前記電力を発生させる衝撃充電器であり、前記電源は、簡素衝撃チャージャーを有し、簡素衝撃チャージャーは、
前記フットプレートと、
前記靴底プレートと、  
簡素ポストと
前記靴底プレートに剛結された支持ポストと、
前記簡素ポストに剛結された発生機滑車サポートと、
片道クラッチ・巻き戻しバネ組み立てと
二つのラインの第一滑車と第二滑車を含む発生機二重滑車発生機組み立てを含む
発生機組み立てと、
小型化電子発生機と、
発生機シャフトと、
発生機シャフトに剛結されたはずみ車と、
電池と、
前記フットプレートに取り付けられ、前記フットプレートが下方に圧縮されたときに前記滑車を第一滑車の方向に旋回させるように前記発生機二重滑車の前記第一滑車に取り付けられたフットプレート側部発生機滑車ラインと、
前記片側の前記簡素巻上げバネと他方側の前記発生機二重滑車の前記第二滑車に取り付けられたバネ側発生機滑車ラインとを備え、前記フットプレートが前記フットプレート側発生機滑車ライン引っ張って前記発生機二重滑車を前記第一滑車方向に旋回させるとき、前記バネ側部発生機滑車ラインは、前記簡素巻上バネを伸張させ、前記巻上プレートが靴底膨張中に上方に移動すると、前記第二滑車の方向に前記発生機二重滑車を回転させる。これらの二つの対向する引っ張りは、これらの二つの滑車ラインの緩みを防止する。この反対の引っ張りは、対向する二重滑車の緩み防止手段と呼ばれ、基本的な考え方は、足の衝撃の使用を最適化して、小型の発電機を回転させて電池を充電し、電池の代わりに蓄電器を使用することができる。前記小型発電機は、前記発生機滑車サポートに固定的に収容され、前記発電機シャフトは、前記発生機二重滑車、前記はずみ車、および一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを回転可能にサポートし、前記発生機二重滑は、前記一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを介して前記発電機シャフトに取り付けられているので、靴底の圧縮中に前記フットプレートが前記フットプレート側発生機滑車ラインを引き下げているときに、前記発電機シャフトを前記第一滑車方向にのみ回転させる。前記発生機二重滑車が前記第二滑車の方向に回転されると、前記一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを介して前記発電機軸から係合解解除され、靴底の膨張時および靴が遊脚期で空中にあるときに、前記はずみ車が継続的に発電機シャフトを自由に回転させるため、電力を発生し続ける。各ステップでこの回転が増強され、追加の機械的な利点なしに前記簡素一体型衝撃チャージャーを使用することができるように前記フットプレートの十分な靴底の移動があり、前記簡素一体型衝撃チャージャーを、 靴底構造と一体化できる。
【請求項３】
請求項2に記載の完全に最適化された靴は、互いに固定的に取り付けられて、同じシャフトを共有する第一滑車と第二滑車を含む1つ以上の二重滑車を含む、改良された一体型衝撃チャージャーを含み、 それらが一緒に回転する。前記一体型衝撃チャージャーは、
前記フットプレートと、
前記靴底プレートと、
前記靴底プレートに剛結されたサポートポストと、
前記発生機滑車サポートに取り付けられた前記発生機組み立てを含み、
そして、
追加の機械的利点構造は、
前記サポートポストに剛結された発生機滑車サポートと、
レバーシャフトを介してかかとのやや外側の前記フットプレートに蝶番結合された巻き上げレバーと、
前記巻き上げレバーの頂部の巻き上げられた延長部分である渦巻状レバー延長部と、
前記巻き上げレバーの下端部に設けられ、前記下端部を表面に沿っての転動を可能にし、前記レバーシャフトの周りを回転している間に衝突するレバーローラーと、
チャージャーギア二重滑車と、
前記チャージャー二重滑車に固着され、同じシャフトを共有する内部ギア二重滑車と、
靴底プレートに剛結された巻き上げサポートと、
巻き上げサポートに取り付けられた巻き上げ滑車と、
巻き上げサポートに取り付けられた逆巻き上げ滑車と、
ギア巻上げラインと、
ギア逆巻上げラインと、
発生機巻上げラインと、
発生機逆巻上げラインを含み、
前記ギア巻上げラインは緊張を継続させる手段を持ち、前記ギヤ逆巻き上げライン、前記発生機巻き上げラインおよび前記発生機逆巻き上げラインを含み、前記チャージャー二重滑車は、前記内部ギア二重滑車に一緒に回転するように固着され、前記共用シャフトは、前記靴底プレートに固着された巻き上げサポートに取り付けられ、前記フットプレートの下方運動により、前記巻き上げレバーの下端部が前記レバーローラーを介して前記靴底プレートに衝突し、前記巻き上げレバーが最終的にほぼ水平になるまで反時計回りに回転し、前記ギア巻き上げラインは前記巻き上げレバーの頂部によって引っ張られて前記内部ギア二重滑車を回転させ、前記ギア巻き上げラインは前記巻き上げレバーの直線部分の頂部に取り付けられているので、前記内部ギア二重滑車は （その第一滑車を介して）反時計回りに回転させる -前記巻き上げ滑車を介して、前記巻き上げレバーによって引っ張る方向を最適化し、前記ギア逆巻き上げラインは、前記渦巻状レバー延長部の頂部に連結され、前記ギア巻上げラインによって逆方向に前記逆巻き上げ滑車の回りを通過して前記内部ギア二重滑車の前記第二滑車の周りを巻き上げ、前記逆巻き上げ滑車の位置は、前記渦巻状レバー延長部の頂部によって引っ張り方向を最適化するように選択され、前記靴底の膨張期間中に前記ギア二重滑車を時計回りに回転させながら、 前記ギア逆巻き上げラインおよび前記ギア逆巻上げラインを反対側が引っ張り、これらの滑車ラインの緩みを防止するための最初の手段として、二つの方向に調整して内部ギア二重滑車を回転し、前記ギア巻き上げラインの各々を緊張させる前記手段は、この緩みを完全に防止するのに必要な追加で要求される措置を提供し、これらの要素の寸法は、各ラインの引っ張りの長さがほぼ同じになるように調整され、前記発生機巻上げラインと前記発生機逆巻き上げラインは、前記発電機組み立ての前記発生機二重滑車を回転させるための反対の張力を提供するように、前記発生機ギア二重滑車の前記第一滑車と第二滑車に取り付けられ、占有し、前記二つの方向への回転を達成するためのこれらの反対方向の引っ張りは、前記発生機巻き上げラインおよび前記発生機逆巻き上げラインによって達成され、前記発電機組み立ての要素は、前記と同様に機能し、前記チャージャーギア二重滑車および内部ギア二重滑車を含む前記追加の機械的利点構造によってもたらされる前記付加的機械的利点のために、前記発電機シャフトは、桁違いに多く各ステップ毎に回転し、前記改良された一体型衝撃チャージャーは、十分な電力を提供し、これらの種々の二重滑車による対向する引張りは、対向する二重滑車の弛緩防止手段の例である。
【請求項４】
請求項1に記載の完全に最適化された靴の前記バネシステムは、拡張結合蝶番リングバネと、力曲線調整のための1つ以上の補助バネとを含む、調整された拡張結合蝶番リングバネを備え、前記拡張結合蝶番リングバネは、
左右対称半分リングセクションを有する蝶番リングバネと、
前記半リングセクションを連結する前記蝶番リングバネのいずれかの側のリング蝶番と、
左右対称部分を有する内部結合を含み、
前記リンク面に設けられた拡張結合蝶番リングバネに荷重をかけるための左右対称荷重面のための荷重構造は、前記上部荷重面が前記フットプレートであり、前記底部荷重面が前記靴底プレートであり、前記負荷構造は、前記上部負荷面および前記下部負荷面に固着され    差し込まれた中央リンク負荷要素を備え、前記差し込まれた中央リンク荷重要素は、前記蝶番リングバネの頂部および底部に対して、前記蝶番リングバネの頂部および底部に接触することなく前記荷重を前記内部結合に（したがって前記リング蝶番に）直接伝達できるように差し込まれ、この配置は、拡張結合蝶番リングバネの力曲線が最初に上昇し、次に屈曲し、次いで前記内部結合のリンクが一直線になるにつれてゼロに減少することを保証し、これは、前記頂部荷重面および前記底部荷重面が前記蝶番リングバネの頂部または底部に直接衝突しない（蝶番リングバネの前記第一の力曲線を直線にする）ためであり、前記リング蝶番は優先的に自然蝶番であり、その場合、前記蝶番リングバネは単一であり、前記内部結合は前記蝶番リングバネを荷重し、この荷重は前記蝶番リングバネの頂部または底部ではなく、前記リング蝶番のみで起こり、前記拡張結合蝶番リングバネの力曲線は、最初に増加し、次いで、屈曲し、完全に広がると最終的にゼロになり、前記補助バネは補助力曲線を形成し、前記圧縮可能な靴底が部分的に圧縮されるときに前記拡張結合蝶リングバネが屈曲し、減少し始めるとき、前記フットプレートと前記靴底プレートとの間に寸法決めされて配置され、前記補助バネの強度および厚さは、（前記拡張結合蝶番リングバネおよび前記補助バネの）結合力曲線が靴底圧縮の後半部分についてほぼ一定になるように選択され、前記内部結合は、
上部および底部の両側に左右対称の中央リンクと、
上部および底部の両側に左右対称の大部分は垂直リンクと、
対抗する前記リング蝶番の間の前記蝶番リングバネに位置する突当リンクと、
前記中央リンクと前記大部分は垂直リンクに接続された角蝶番を含み、
そして、
突当蝶番は、前記突当リンクと前記大部分は垂直リンクに接続し、前記角蝶番および前記突蝶番は、軸受を備えた従来の金属性シャフト蝶番であってもよいが、自然蝶番が好ましく、前記固定歯車蝶番は、靴底の小さなサイズ範囲のバネに最も好ましい。前記補助バネは、前記左右対称の前記中央リンクの間に配置されているか、または前記拡張結合蝶番リングバネの外側に配置されており、前記突当リンクが前記リング蝶番に対して外側に押して前記拡張結合蝶番リングバネを平らにし、前記補助バネは、優先的に主蝶番リングバネのより小さい変形であり、この場合、調整された拡張結合蝶番リングバネの全ての要素は、完全圧縮時に平坦化されて、初期高さから完全圧縮時の高さまでの圧縮比を最大にし、前記主蝶番リングバネは、互いに入れ子にされた一つ以上の蝶番リングバネを任意に備えることができ、その厚さは僅かしか減少しないので、前記拡張結合蝶番リングバネの強度は、各追加の入れ子式蝶番リングバネの追加によって著しく増加し、前記蝶番リングバネの頂部および底部は、前記靴底プレートに対して前記フットプレートの前進運動を可能にするように丸みを帯びており、前記蝶番リングバネは、靴底の圧縮が始まる前に後方に傾斜して配向され、それにより完全な靴底圧縮時に垂直に配向される。      
【請求項５】
請求項4に記載の完全に最適化された靴の前記リング蝶番は、多層複合リングおよび改良された自然蝶番を含み、前記改良された自然蝶番は、前記リング蝶番の上方および下方に小さな距離だけ延長し、バネ圧縮が進むと同時に前記突当リンクを包み、以下の方法のうちの1つ以上を使用して、前記改良された自然蝶番をより撓曲性にして、疲労による破損なしに高い屈曲作業サイクルに耐えることができる。第一の方法は、前記突当リンクの丸い端部の半径を増加させることであり、第二の方法（より柔軟な巻き付け突当セクションに関して）は、マトリックスの可塑性または可撓性を増加させることであり、第三の方法は、層の数を減らすことであり、第四の方法は、樹脂またはマトリックスを全く使用せず、ゴム状の注入によって「裸の層」を保護する選択肢を用いることで、第五の方法は、前記改良された自然蝶番の内側および外側に蝶番カバーを付着させて、それをほこりおよび摩耗から保護することであり、第六の方法は、減少した数の層の外側を徐々に長くし、その結果、それらが前記突当リンクを包み込むときに壊れないようにすることである。
【請求項６】
請求項4に記載の完全に最適化された靴に関し、前記蝶番リングバネの弾性要素は、高い伸び限界を有し、弾性率が高い繊維複合体である可能性が最も高い、バネの強度が高い材料でできており、非線形有限要素解析は、ケブラー複合材が最高のリングバネ強度を与えるために好ましい材料であることを示している - 靭性（貯蔵されたバネエネルギー）が損なわれ、引張強度と比較してそれほど高くはない。スペクトラシールド複合材はケブラーと比較して23％強く、続いて、Eガラス繊維はケブラーと比較して16％強く、ケブラーのの1％強であるPEBAX 5533が続くが、PEBAX 5533のような注入形成可能な材料を使用する従来の靴のバネは全く最適ではない。熱可塑性ポリウレタン（例えば、ペレタン2363またはPEBAX5533）のような注入形成可能な材料の約20〜50パーセントと比較して、繊維複合材料は約1〜2％という非常に低い機械的ヒステリシス損失を有することもまた好ましい。 ケブラーのものと同様の柔軟性および曲げ強度のための重要な要因を有する他の材料も使用することができ、他の適切な材料には、高い引張強度および高い伸長限度の両方を有するベクトラン、新規炭素繊維複合材料および炭素ナノチューブ複合材料、またくもの糸に由来する複合材が含まれる。これらの新規材料を低コストで大量生産することができる。
【請求項７】
請求項4に記載の完全に最適化された靴に関し、前記拡張結合蝶番リングバネは併合アーム蝶番リングバネをさらに含み、それは
上部マルチアームアーチと、
下部マルチアームアーチを含み、これらのマルチアームは両側の自然蝶番を介して蝶番結合され、これらのマルチアームアーチの各々は、2つ以上の隣接するアーチ状アームを備え、これらのアーチアームは、互いに隣接するアーチアームから膨出して分離し、前記隣接するアーチアームは、前記併合アーム拡張結合リングバネの完全圧縮の過程で互いに徐々に併合し、前記隣接するアーチアームの間の空間は、圧縮中の内部アームの併合中に大きさが減少するアーム間空隙と呼ばれ、圧縮中に前記隣接するアーチ状アームの曲げが著しく増強されているためおよび曲げ要素の実効強度がその厚さの3乗であり、n個の厚さ分併合したアーチ状アームの数は、隣接する各アーチ状アームの厚さのn倍であるため、強度および靱性（衝撃エネルギーがどれだけ吸収されるかを示す）著しく増強される。前記隣接するアーチ状アーム間の摩擦を任意的に追加または減らすことが可能であり、前期内部アーム間空隙の併合を遅らせる等の前記アーム間空隙の形状が前記併合アーム拡張結合蝶番リングバネの力曲線を変化させるための多数の戦略が存在する。
【請求項８】
拡張結合蝶番リングバネと、力曲線調整のための一つ以上の補助バネとを含む調整された拡張結合蝶番付リングバネである、前記拡張結合蝶番リングバネは、
左右対称半分リングセクションを有する蝶番リングバネと、
前記蝶番付リングバネのいずれかの側に前記半分リングセクションを接続するリング蝶番と、
左右対称部分を含む内部結合部と、
前記拡張結合蝶番付リングバネに荷重をかける左右対称荷重表面のための荷重構造とを含み、前記負荷構造は、上部及び下部の両方に、前記上部荷重表面及び前記下部荷重表面に固着され差し込まれた中央リンク負荷要素を含み、前記差し込まれた中央リンク荷重要素は、前記蝶番付リングバネの頂部と底部に対して差し込まれ、前記蝶番付リングバネの上部および底部に接触することなく、前記荷重が前記内部結合構造（その結果前記リング蝶番に）に伝達され、この配置は、前記拡張結合蝶番付リングバネの力曲線が最初に上昇し、次に屈曲し、次いで前記内部結合のリンクが一直線になるにつれてゼロに減少し、これは、前記上部荷重表面および前記下部荷重表面が前記蝶番付リングバネの上部または底部に直接衝突しない（蝶番付リングバネの前記第一の力曲線を直線にする）ためである。前記リング蝶番は優先的に自然蝶番であり、その場合、前記蝶番付リングバネは単一であり、前記内部結合は前記蝶番付リングバネを荷重し、この荷重は前記蝶番付リングバネの上部または底部ではなく、前記リング蝶番でのみ起こる。前記圧縮可能な靴底が部分的に圧縮されて前記拡張結合蝶番付リングバネの力曲線が増加した後に屈曲して減少し完全拡張時に最終的にゼロに達し、前記補助バネは補助力曲線を提供し、前記拡張結合蝶番付リングバネが屈曲し、減少し始めるまで前記圧縮可能な靴底が部分的に圧縮されているときに、前記フットプレートと前記靴底プレートとの間に寸法決めされてそれらの荷重を受けるように配置される。前記補助バネの強度及び厚さは、（前記拡張結合蝶番付リングバネおよび前記補助バネの）結合力曲線が靴底圧縮の後半部分についてほぼ一定になるように選択され、前記内部結合は、
上部および底部と両側に左右対称の中央リンクと、
上部および底部の両側に左右対称の大部分は垂直リンクと、
対抗する前記リング蝶番の間の前記蝶番リングバネに位置する突当リンクと、
前記中央リンクと前記大部分は垂直リンクに接続された角蝶番と、
前記突当リンクと前記大部分は垂直リンクを接続する突当蝶番を含み、前記角蝶番および前記突当蝶番は、従来型のシャフト蝶番、ネックダウン式自然蝶番、および固定歯車蝶番の組み合わせを優先的に含む。それぞれの種類の蝶番はゼロを含む何個でも前記角蝶番および前記突当蝶番を使用することができる。前記固定歯車蝶番は、小さなサイズ範囲に対して最も好ましく、前記固定歯車蝶番は、
丸端の歯車を有する二つの歯車端部リンクを含み、前記歯車端部リンクは互いに対して回転（折り畳まれ）し、前記歯車端部リンクは、前記突当リンクまたは前記大部分は垂直リンクまたは前記中央リンクであり、
前記丸端部の中心に固着されたケーブルシャフトと二つの前記歯車端部リンクの前記シャフトを張って接続するスリットケーブルと、前記スリットケーブルが前記丸端部の固体部分に差し込まれ、前記歯車端部リンクが回転するときに前記スリットケーブルが自由に動くことを可能にするために、丸端部にループスリットが切り込まれ、前記補助バネは、左右対称の前記中央リンクの間に配置されているか、または前記拡張結合蝶番付リングバネの外側に配置されており、前記突当リンクが前記リング蝶番に対して外側に押され前記拡張結合蝶番付リングバネを平坦化し、前記補助バネは、優先的に主蝶番リングバネのより小さい変形であり、この場合、調整された拡張結合蝶番リングバネの全ての要素は、完全圧縮時に平坦化されて、初期高さから完全圧縮時の高さまでの圧縮比を最大にし、前記主蝶番リングバネは、互いに入れ子にされた1つ以上の蝶番リングバネを任意に備えることができ、その厚さは僅かしか減少しないので、前記拡張結合蝶番リングバネの強度は、各追加の入れ子式蝶番リングバネの追加によって著しく増加し、前記調節された拡張結合蝶番付リングバネは、従来の靴及び改良されたかかと持ち上げ靴を含む広範囲のバネ用途に使用することができる。
【請求項９】
請求項8に記載の調整された拡張結合蝶番付リングバネに関し、リング前記蝶番は、多層複合リングと、改良された自然蝶番とを含み、前記改良された自然蝶番は、前記リング蝶番の上方および下方に小さな距離だけ延長し、バネ圧縮が進むにつれて前記突当リンクの周りを包み込み、以下の方法のうちの1つ以上を使用して、前記改良された自然蝶番をより撓曲性にして、疲労による破損なしに高い屈曲作業サイクルに耐えることができる。第一の方法は、前記突当リンクの丸い端部の半径を増加させることであり、第二の方法（より柔軟な巻き付け突当セクションに関して）は、マトリックスの可塑性または可撓性を増加させることであり、第三の方法は、層の数を減らすことであり、第四の方法は、樹脂またはマトリックスを全く使用せず、ゴム状の注入によって「裸の層」を保護する選択肢を用いることで、第五の方法は、前記改良された自然蝶番の内側および外側に蝶番カバーを付着させて、それをほこりおよび摩耗から保護することであり、第六の方法は、減少した数の層の外側を徐々に長くし、その結果、それらが前記突当リンクを包み込むときに壊れないようにすることである。
【請求項１０】
請求項 8に記載された調整された拡張結合蝶番付リングバネに関し、前記蝶番リングバネの弾性要素は、高い伸び限界を有し、弾性率が高い繊維複合体である可能性が最も高い、バネの強度が高い材料でできており、非線形有限要素解析は、ケブラー複合材が最高のリングバネ強度を与えるために好ましい材料であることを示している - 靭性（貯蔵されたバネエネルギー）が損なわれ、引張強度と比較してそれほど高くはない。スペクトラシールド複合材はケブラーと比較して23％強く、続いて、Eガラス繊維はケブラーと比較して16％強く、ケブラーのの1％強であるPEBAX 5533が続くが、PEBAX 5533のような注入形成可能な材料を使用する従来の靴のバネは全く最適ではない。熱可塑性ポリウレタン（例えば、ペレタン2363またはPEBAX5533）のような注入形成可能な材料の約20〜50パーセントと比較して、繊維複合材料は約1〜2％という非常に低い機械的ヒステリシス損失を有することもまた好ましい。 ケブラーのものと同様の柔軟性および曲げ強度のための重要な要因を有する他の材料も使用することができ、他の適切な材料には、高い引張強度および高い伸長限度の両方を有するベクトラン、新規炭素繊維複合材料および炭素ナノチューブ複合材料、またくもの糸に由来する複合材が含まれる。これらの新規材料を低コストで大量生産することができる。
【請求項１１】
前記隣接する可撓性層が最初に隣接する可撓性層と接触してから分離し、次いで再び接触するように、層間に空隙を有する1つ以上の隣接する可撓性層を含む併合アーム湾曲バネは、前記併合アーム湾曲バネとして、前記隣接する可撓性層を折り曲げ、前記層間空隙が消滅し、前記併合アーム湾曲バネを、同等の厚さの固体材料を有する頑丈なバネと比較すると、著しく多くのエネルギーを吸収することが可能であり、破断することなく著しく大きな曲げを達成することが可能であり、前記層間空隙は、前記隣接する可撓性層の構造が曲げの外側に向かって進むにつれて、次第に大きな幅になる。前記併合アームの曲げはさらに併合アーム蝶番リングバネを含み、併合アーム蝶番リングバネは、
上部マルチアームアーチと、
下部マルチアームアーチを含み、これらのマルチアームは両側の自然蝶番を介して蝶番結合され、これらのマルチアームアーチの各々は、2つ以上の隣接するアーチ状アームを備え、これらのアーチアームは、互いに隣接するアーチアームから膨出して分離し、前記隣接するアーチアームは、前記併合アーム拡張結合リングバネの完全圧縮の過程で互いに徐々に併合し、前記隣接するアーチアームの間の空間は、圧縮中の内部アームの併合中に大きさが減少するアーム間空隙と呼ばれ、圧縮中に前記隣接するアーチ状アームの曲げが著しく増強されているためおよび曲げ要素の実効強度がその厚さの3乗であり、n個の厚さ分併合したアーチ状アームの数は、隣接する各アーチ状アームの厚さのn倍であるため、強度および靱性（衝撃エネルギーがどれだけ吸収されるかを示す）著しく増強される。前記隣接するアーチ状アーム間の摩擦を任意的に追加または減らすことが可能であり、前期内部アーム間空隙の併合を遅らせる等の前記アーム間空隙の形状が前記併合アーム拡張結合蝶番リングバネの力曲線を変化させるための多数の戦略が存在する。
【請求項１２】
請求項 11に記載された併合アーム湾曲バネに関し、前記改良された自然蝶番は、
一つ以上の内部アーチ状アームと、
一つ以上の内部継続蝶番層と、
一つ以上の外部アーチ状アームと、
一つ以上の外部継続蝶番層と、
外側および（または）内側の蝶番カバーを含み、前記隣接するアーチ状アームは今、前記内部アーチ状アームと前記外部アーチ状アームを含み、各アームは多層を有する複合材ラミネートであり、前記内部アーチ状アームの層のうちの一つは前記継続蝶番層であり、前記外部アーチ状アームの層のうちの一つは前記外部継続蝶番層であり、これらは拡張結合蝶番付リングバネの周り全体に広がる層の継続であることを意味し、目標は、前記のさらに改良された自然蝶番の屈曲のための高疲労作業サイクルを達成することであり、前記突当リンクを包み込むために二つの層を使用することによって厚さを減少させることは、第一の改善であり、前記外側継続蝶番層の長さを増加させることは、第二の改善であり、前記のさらに改良された自然蝶番を保護および包囲するために前記蝶番カバーを組み込むことは、第三の改善であり、また、マトリックスまたはより柔軟なゴム状のマトリックス材料を使用しないことは第四の改善であり、前記内部継続蝶番層および前記外部継続蝶番層は、これらの増加した層が依然として十分に可撓性であるという条件で、より多くの層を任意に含み得る。
【請求項１３】
請求項 11に記載の併合アーム湾曲バネは、二つ以上の隣接する継続併合ラミネートを含む上敷き継続併合ラミネートビームを含み、それらは波打って繰り返され、それらが二つである場合、例えば、上側のものの最も高い点が下側のものの最も低い点に面するように、それらは互いにずらして配置され、あたかも180度位相がずれているかのように、上側の最も低い点は、下側の一番高い点よりも上にある。各隣接する継続併合ラミネートは、それが荷重されるにつれて平らになり、併合され、さまざまな構成および種類の併合荷重が可能であり、前記複数の隣接する継続併合ラミネートビームが、荷重の際に曲がるように湾曲してもよく、荷重下でほぼ平坦化および圧縮されるように平坦であっても、またはわずかに湾曲していてもよく、荷重下でわずかに湾曲するように、防護服の場合のようなスペースを囲い込むことがあり、重なり合った構造のため弱い継ぎ目が存在せず、任意の数の隣接する継続併合ラミネートを同様の方法で組み合わせることができ、圧縮中に前記隣接するアーチ状アームの曲げが著しく増強されていること、および曲げ要素の実効強度がその厚さが3乗であり、隣接する併合アーチ状アームのn枚分の厚さは、隣接する各継続併合ラミネートの厚さのn倍であるので、強度および靱性（衝撃エネルギーがどれだけ吸収されるかを示す）は著しく増強されている。
【請求項１４】
靴、人工装具靴、矯正靴、またはロボット足用を含むユーザーのための汎用ギアチェンジャーは、
フットプレートと、
靴底プレートと、
圧縮可能な靴底と、
ギアチェンジバネシステムを含み、前記汎用ギアチェンジャーは、
靴底圧縮時に圧縮圧縮されることなく係合解除されるために、前記フットプレートのすぐしたに位置しない一つ以上の側部バネを含む側部バネセクションと、
靴底圧縮時に常に圧縮されることを必要とする一つ以上の足下バネを含む前記圧縮可能な靴底の足下バネセクションと、
側部バネの係合および係合解除を目的とする側部バネ係合・係合解除を含み、前記ユーザーは人間またはロボットであり、前記人間の用途は通常、矯正器具および人工装具であり、前記側部バネは、ユーザーの足の両側でバランスをとらなければならず、これを行うための一つの方法は、ユーザーの足の両側に側部バネを使用することであり、ギアの変換をする表現は、前記バネシステムの有効強度を変更することと同等であり、前記側部バネ係脱構造は、一つまたは二つの側部ギア設定構造と、二つの側部可変バネシステムとを備え、前記側部可変バネシステムは、前記ユーザーの足を横切るバネの力を平衡させるために前記ユーザーの足の両側に配置されなければならず、前記側部ギア設定構造は両側に配置することができるが、重量を減らし、内側の装置の側部突出を減少させ、装置のコストを低減するために外側にのみ優先的に配置され、その場合、前記ユーザーの足の内側の前記側部可変バネシステムの設定を、前記ユーザーの足の外側の前記側部ギア設定構造の設定に従属させるための同期構造が必要とされる。
【請求項１５】
請求項 14に記載の汎用ギアチェンジャーは任意に優先的に前記圧縮可能靴底が、各ステップ毎にかろうじて十分に圧縮されるように、各ステップ毎に前記バネシステムの有効荷重強度が変更されるために自動ギアチェンジャーを含み、前記自動ギアチェンジャーは交差同期滑車さどうそうちギアチェンジャーを含み、それは、
前記フットプレートに剛結された横向きガイドと、
前記フットプレートに剛結された前向きガイドと、                  
はしご蝶番で後部はしご結合に蝶番結合された前部はしご結合を含むはしご結合と、前記はしご結合は両側にあり、互いに左右対称であり、前記前部及び後部はしご結合の前記はしご蝶番から離れた端部は、前記前向きガイドにより前後方向に動きを規制された蝶番を有し、前記はしご蝶番は前記横向きガイドにより横方向に動きを規制され、
前記はしご結合が収縮した時、前記前部及び後部はしご連結がともに外側に動いて前記バネスライス上部により徐々に噛み合い、前記バネシステムの有効バネ強度を変更してギアを変更するように、適切な高さで前記前向きガイドの外側に配置された1つ以上のバネスライスと、
かかとの外側に配置され、前記フットプレートの固着された同期モーターと、
前記同期モーターのモーターシャフトと、
前記モーターシャフトに固定的に取り付けられた同期滑車と、
同期滑車ラインと、
前記同期滑車ラインを前記ユーザーの足の外側にある前記後部はしご結合の底部蝶番に固結する外部ライン留め具と、前記同期滑車ラインが前記フットプレートの真下を交差できるように、前記同期滑車の底部（そしてこれにより前記同期モーターの高さ位置が決定する）は前記フットプレートの真下にあり、
前記同期滑車ラインを前記ユーザーの足の内側にある前記後部はしご結合の底部蝶番に固結する内部ライン留め具と、
前記足の内側と外側の前記後部はしご結合の後端部の動きが従属（同期）するように、前記同期滑車ラインが前記外部ライン留め具を経て前向きに通り（前記フットプレートの下をいくらか交差した後）前記内部ライン留め具を経て前向きに通る交差靴のライン構成と、前記足の両側のギアチェンジが同期するように両側の前記後部はしご結合の後端部の動きにより前記バネスライスの係合数が決まり、内側と外側のギアチェンジの同期を確実にするために前記交差靴のライン構成には多数の方向変換滑車が含まれ、
前記フットプレートの留め具位置センサーと、
前記靴底プレート底部の衝撃力センサーと、
前記同期モーター近くのマイクロプロセッサーと、
上記電気装置を制御する電気回路と、
電源とを備え、全てのこれらの電気装置が電気接続され、前記衝撃力センサーは1ステップの最大衝撃力を測定し、これを前記マイクロプロセッサーに送ると、次のステップでかろうじて十分な底圧縮を得るように、前記マイクロプロセッサーは参照テーブルを用いて前記バネスライスの適切数を決定し、直ぐ次のステップに最適なかろうじて十分な底圧縮を得るために前記バネスライスの適切数に係合するように前記はしご蝶番が横向きに動くよう、前記マイクロプロセッサーは前記同期モーターに対し前記内部及び外部ライン留め具が適切な距離を動くように信号を出し、前記はしご蝶番が横方向に移動して適切な数の前記バネスライスと係合して、次のステップのために最適にかろうじて十分な圧縮を得るように、このギアチェンジは連続的に自動であり、前記バネスライスの数がギアの数、すなわち前記ギアチェンジの精度を決定し、前記電源は電池であってもよいが、好ましくは足衝撃を利用して各ステップ中に前記電力を発生させる衝撃チャージャーであり、前記電源はバッテリーであってもよいが、好ましくは、足衝撃を利用して各ステップ毎に前記電力を発生させる衝撃チャージャーである。
【請求項１６】
請求項 14に記載の汎用ギアチャージャーに関し、前記bはロボット用足を有するロボットであり、前記側部バネは、前記ロボット用足の中央領域部にある中央に位置するセクションを任意に含み、これは、人間の足の場合とは違い、前記ロボット用足が、前記ロボット用足を完全にかつ継続的に覆われない部分に分割されるからであり、前記ロボット用足の前記圧縮可能な靴底は、前記中央に配置された部分が圧縮されることなく圧縮されることができる。
【請求項１７】
請求項 14に記載の汎用ギアチャージャーに関し、前記側部バネおよび足下バネは2Dバネであり、前記2Dバネはその幅にわたって均一であり、前記2Dバネのバネ強度はその幅に線形に比例し、前記2Dバネのバネ強度は非常に正確に選択することができ、前記2Dバネは、その幅を横切って横方向に延びるシャフトの周りを回転することができ、前記2Dバネは、前記シャフトに垂直な任意の平面で切断され、前記2D平面は切断面としても知られており、ギアを変換する一つの方法は、前記外部バネを切断し、前記側部バネ係合・係合解除構造を使って、それらを係合・係合解除することである。
【請求項１８】
請求項 17に記載の最適化された靴に関し、前記汎用ギアチェンジャーは前記精密電子自動ギアチェンジャーを含み、前記ギア設定構造は精密自動側部ギア設定構造を含み、前記側部可変バネシステムは精密自動側部可変バネシステムを含み、前記精密自動側部ギア設定構造は、
前記靴底プレートに固着された電子作動装置と、
マイクロプロセッサーと、
前記マイクロプロセッサーのプログラムの中の早見表と、
前記靴底プレートの底部に取り付けられた力センサーと、
位置センサーと、
電源を含み、前記電子要素はワイヤーを介して接続され、前記マイクロプロセッサーおよび前記位置センサーは前記靴底プレートから上方に延びる延長部に接続され、前記精密自動側部可変バネシステムは、
レバーポストと、
レバー蝶番と、
前記フットプレートの底部表面上の前記フットプレートおよびフットプレートラチェットと、
前記レバー蝶番を介して前記レバーポスト上部に蝶番結合されたレバーとを含み、前記フットプレートが靴底の圧縮中に下方にそれを回転させるときを除いて、前記レバーが水平に配向され、
前記レバーの下側の歯付面であるレバーラチェットと、
前記靴底プレートに固着され、靴底プレート上に縦方向に向けられたポストガイドとを備え、前記レバーポストは、前後にスライドするように誘導され、
前記リング蝶番を備えた前記調節された拡張結合蝶番付リングバネであり、後方に傾けられ、その底部が前記ランプに固着された主要バネと、
前記調整された拡張結合蝶番付リングバネの傾斜した後方上部に取り付けられた係合バネボルトと、
前記主要バネが前記ランプに固着され、前記主要バネが後方に傾けられ、
硬いキャッチホルダーと、
前記レバーに前記キャッチホルダーを介して回転可能に取り付けられた端部レバーキャッチとを備え、前記端部レバーキャッチは上部側に歯を有し、前記フットプレートラチェットの真下に位置して、前記フットプレートがかかとの衝撃で圧縮を開始したときにのみ、
前記フットプレートにラチェットよって係合されかつ引っ張られ、
前記レバーが前記フットプレートラチェットによって引き下げられたときにのみ前記レバーによって係合されるように前記キャッチホルダーを介して前記係合バネボルトに回転可能に結合された移動レバーキャッチと、
前記ユーザーの足の内側ギアチェンジを前記ユーザーの足の外側ギアチェンジに従属するための任意の同期組み立てとを備え、前記精密自動側部ギア設定構造は、前記ユーザーの足の外側にのみ必要であり、ギアチェンジは下記のように達成される−第一の前記力センサは、ステップ中に最大衝撃力を記録し、この値は、前記位置センサーによって測定された前記レバーポストの位置とともに前記マイクロプロセッサに送信され、前記マイクロプロセッサーは、前記早見表を使用して前記レバーポストの適切な次の位置を計算して完全靴底圧縮を保証し、つま先離地期直後の遊脚期において、前記マイクロプロセッサーは、前記レバーを前記適切な次の位置に移動させるために前記電子作動装置に信号を送り、前記レバーポストの位置は、前記レバーの回転が前記係合バネボルトをどれだけ下に引っ張って前記主要バネを圧縮するかを決定し、それが有効ギアの設定方法であり、この設定は、前記レバーポストの位置決めほど正確であり、前記レバーポストは、前記主要バネに力がかからないときに遊脚期でのみ移動可能であり、前記端部レバーキャッチと前記移動レバーキャッチがそれぞれのラチェットから離脱して保持されるとき、前記ランプの前記傾きは、前記係合バネボルトを引っ張っている前記レバーの端部の回転運動が、前記フットプレートがわずかに前方および下方に移動するときに、前記ヒールポップ靴用または従来の靴用の前記係合バネボルトの動きと最適に位置合わせされることを保証し、前記電源は、バッテリーまたは大容量の蓄電器または小型のバッテリーを充電する衝撃チャージャーによって提供される。
【請求項１９】
請求項 18 に記載の最適化された靴に関し、精密電子自動ギアチェンジャーは足上部精密電子自動ギアチェンジャーを備え、それは、
靴底プレートサポートと、
フットプレートサポートと、
作動装置バーを含み、前記精密自動側部可変バネシステムおよび前記精密自動側部可変バネシステムは、前記靴底プレートから上方に延長し、前期ユーザーの足上部を横切って前記ランプおよび前記ポストガイドを支え、前記靴底プレートを介して前記ユーザーの足上部に位置し、前記フットプレートサポートは、フットプレートのいずれかの側から上方に延び、次いで、前記フットプレートラチェットをその底面に沿って有し、前記係合バネボルトを下降させる水平要素を提供するために後方へ延び、前記作動装置バーは、前記ユーザーの足の上部を横切って延びて前記レバーポストを前後に移動させてギアを変換し、前記足上部精密電子自動ギアチェンジャーは前記精密電子自動ギアチェンジャーと同様に機能し、その利点は、足の両側に前記精密電子自動ギアチェンジャーを設ける必要がなく、中央に位置する主要バネ一つのみが必要であるということである。
【請求項２０】
請求項 17 に記載の最適化された靴に関し、前記汎用ギアチェンジャーは、機械式自動ギアチェンジャーを含み、それは機械式自動ギアを含み、さらにそれは、
前記2Dバネでもある前記側部バネが二つ以上にスライスされた側部スライスバネ組み立てと、
前記フットプレートに取り付けられたプラス組み立てと、
前記フットプレートに取り付けられたマイナス組み立てと、
解除・リセット組み立てと、
前記フットプレートに取り付けられた歯止め・ガイド組み立てと、
前記靴底プレートに剛結され、上方に延長したワンド組み立てと含み、
ラック＆子歯車組み立ては、
前方ラックと、
前記前方ラックの上のラックピンと、
二重ラック＆子歯車と
回転式ボルトピン係合と、
ラックボルトを含み、その目標は、フットプレートが現在のステップでどのくらい圧縮されているかを示す圧縮マークを作成し、それによって、前記靴底圧縮に抵抗し、膨張時に前記衝撃エネルギーを吸収して還元するように係合された前記スライスバネのスライス係合数を加算または減算または保持することである。前記係合スライスバネが圧縮されていない次の遊脚期に、前記係合スライス数の変化または変化なしに行われ、次のステップで前記フットプレートがかろうじて十分に圧縮され最適な靴底圧縮が行なわれ、前記スライスバネを係合および解放するために前記ラックボルトが横に動かされ、前記プラス組み立ては、前記靴底圧縮がより少なくなるように前記係合スライス数を増加させるように機能し、前記マイナス組み立ては、 前記靴底圧縮が増加するように前記係合スライスすを減少するように機能し、前記圧縮マークは、前記歯止め・ガイド組み立ておよび前記ワンド組み立てによって作られ、前記歯止め・ガイド組み立ては、湾曲レバーと、プラスガイドに沿って移動するプラス歯止めおよびマイナス歯止めと、セットバネの長さを変更するためのマイナスガイドとを含み、前記ワンド組み立ては、前記圧縮マークを実施するための特定位置にワンドが配置され、前記フットプレートが所定の圧縮距離まで圧縮されると、前記湾曲レバーが回転し、前記マイナス歯止めまたは前記プラス歯止めが移動して前記セットバネの長さを変化させて維持し、前記前方ラックが前記次の遊脚期まで前記セットバネによって移動することができないため、前記セットバネの長さを維持することが必要であり、前記解除・リセット組み立ては、前記プラス歯止め、前記マイナス歯止めおよび前記セットバネを前記靴底圧縮の開始時に解放し、前記機械式自動ギアチェンジャーがニュートラル構造にリセットされ、前記現在のステップのための前記圧縮マークの決定を開始し、前記回転可能なボルトピン係合部が前記前方ラックのラックピンと係合しているので、前記次の遊脚期の間に前記前方ラックは前記セットバネによって移動され、前記二重ラック＆子歯車は、前記前方ラックの縦方向運動を前記ラックボルトの横方向運動に変換して、前記スライスバネを係合したり係合解除したりして、前記解放・リセット組み立ては、前記靴底圧縮の開始時に前記回転可能なボルトピン係合部を解除し、前記機械式自動ギアチェンジャーは、前記係合スライス数の増分に対応する少数の個別のギアを有する。
【請求項２１】
任意の衝撃力を蓄積電力に変換する汎用衝撃チャージャーであり、前記汎用衝撃チャージャーは、ユーザーの足の地面に対する衝撃力を変換して貯蔵電力に変換する靴衝撃チャージャーを備え、前記靴衝撃チャージャーは、
発生機車夫とを備えた小型電子発生機と、
前記発生機シャフトを前記衝撃力を利用して回転させる回転構造と、
電子力を貯蔵する電子貯蔵システムと、
前記回転構造によって生成された前記電力を前記貯蔵システムに伝送する電気伝送システムと、
前記貯蔵システムへの前記電力の伝送を制御する制御回路とを含み、前記貯蔵された電力は、前記靴の有効バネ強度を変更するためにギアチェンジャーに動力を供給して、常にかろうじて完全な靴底圧縮があるようにして、前記貯蔵された電力は、携帯電話または足温器のような他の電気装置を充電または運転するために使用することができる。
【請求項２２】
請求項 21の汎用衝撃チャージャーに関し、靴衝撃チャージャーは、かかとの外側に位置する簡素一体型衝撃チャージャーを含み、それは、
フットプレートと、
靴底プレートと、
簡素ポストと、
前記靴底プレートに剛結されたサポートポストと、
前記簡素ポストに剛結された発生機滑車サポートと、
前記簡素ポストに取り付けられた簡素巻き上げバネと、
第一滑車および第二滑の二つのラインを含む車前記回転構造と、
前記小型電子発生機と、
前記発生機シャフトと、
発生機車夫とに固着されたはずみ車と、
電池を有する前記電子貯蔵システムと、
フットプレートに取り付けられ、前記フットプレートが下方に圧縮されているときに第一滑車方向に回転するために前記発生機二重滑車の前記第一滑車に取り付けられたフットプレート側部発生機滑車ラインと、
片側の前記簡素巻上げバネと他方の側の前記発生機二重滑車の前記第二滑車とに取り付けられたバネ側部発生機滑車ラインとを含み、前記フットプレートが前記フットプレート側部滑車ラインを引っ張り、前記発生機二重滑車を前記第一滑車方向に旋回させるとき、前記バネ側部発生機滑車ラインが前記簡素巻き上げバネを伸長させ、その結果、前記フットプレートが靴底膨張中に上方に移動するとき、前記第二滑車内で前記発生機二重滑車を回転させ、これらの対向する二つの引っ張りは、これら二つの滑車ラインの緩みを防止し、この反対の引っ張りは対向する二重滑車緩み防止策と呼ばれ、基本的な考え方は、バッテリーを充電するために前記小型発電機を回転させる足衝撃の使用を最適化することであり、前記小型発電機は、前記発生機滑車サポートに固定的に収容され、前記発電機シャフトは、前記発生機二重滑車、前記はずみ車、および一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを回転可能にサポートし、前記発生機二重滑は、前記一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを介して前記発電機シャフトに取り付けられているので、靴底の圧縮中に前記フットプレートが前記フットプレート側発生機滑車ラインを引き下げているときに、前記発電機シャフトを前記第一滑車方向にのみ回転させる。前記発生機二重滑車が前記第二滑車の方向に回転されると、前記一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを介して前記発電機軸から係合解解除され、靴底の膨張時および靴が遊脚期で空中にあるときに、前記はずみ車が継続的に発電機シャフトを自由に回転させるため、電力を発生し続ける。各ステップでこの回転が増強され、追加の機械的な利点なしに前記簡素一体型衝撃チャージャーを使用することができるように前記フットプレートの十分な靴底の圧縮移動があり、前記簡素一体型衝撃チャージャーを、 靴底構造と一体化できる。
【請求項２３】
請求項 22に記載の最適化された靴に関し、前記簡素一体型衝撃チャージャーは改良された一体型衝撃チャージャーを含み、それは、一つ以上の二重滑車のそれぞれがさらに相互に固着され、同じシャフトを共有し、一緒に回転する第一滑車および第二滑車を含み、前記改良された一体型衝撃チャージャーは、
前記フットプレートと、
前記靴底プレートと、
前記発生機滑車サポートに取り付けられたサポートポストを含み、
そして、
サポートポストに剛結された発生機滑車サポートを含む追加の機械的利点構造と、
レバーシャフトを介してわずかにかかとの外側に取り付けられた前記フットプレート巻き上げレバーと、
前記巻き上げレバーの頂部の巻き上げられた延長部分である渦巻状レバー延長部と、
前記巻き上げレバーの下端部に設けられ、前記下端部を表面に沿っての転動を可能にし、前記レバーシャフトの周りを回転している間に衝突するレバーローラーと、
チャージャーギア二重滑車と、
前記チャージャー二重滑車に固着され、同じシャフトを共有する内部ギア二重滑車と、
靴底プレートに剛結された巻き上げサポートと、
巻き上げサポートに取り付けられた巻き上げ滑車と、
巻き上げサポートに取り付けられた逆巻き上げ滑車と、
ギア巻上げラインと、
ギア逆巻上げラインと、
発生機巻上げラインと、
発生機逆巻上げラインを含み、
前記ギア巻上げラインは緊張を継続させる手段を持ち、前記ギヤ逆巻き上げライン、前記発生機巻き上げラインおよび前記発生機逆巻き上げラインを含み、前記チャージャー二重滑車は、前記内部ギア二重滑車に一緒に回転するように固着され、前記共用シャフトは、前記靴底プレートに固着された巻き上げサポートに取り付けられ、前記フットプレートの下方運動により、前記巻き上げレバーの下端部が前記レバーローラーを介して前記靴底プレートに衝突し、前記巻き上げレバーが最終的にほぼ水平になるまで反時計回りに回転し、前記ギア巻き上げラインは前記巻き上げレバーの頂部によって引っ張られて前記内部ギア二重滑車を回転させ、前記ギア巻き上げラインは前記巻き上げレバーの直線部分の頂部に取り付けられているので、前記内部ギア二重滑車は （その第一滑車を介して）反時計回りに回転させる -前記巻き上げ滑車を介して、前記巻き上げレバーによって引っ張る方向を最適化し、前記ギア逆巻き上げラインは、前記渦巻状レバー延長部の頂部に連結され、前記ギア巻上げラインによって逆方向に前記逆巻き上げ滑車の回りを通過して前記内部ギア二重滑車の前記第二滑車の周りを巻き上げ、前記逆巻き上げ滑車の位置は、前記渦巻状レバー延長部の頂部によって引っ張り方向を最適化するように選択され、前記靴底の膨張期間中に前記ギア二重滑車を時計回りに回転させながら、 前記ギア逆巻き上げラインおよび前記ギア逆巻上げラインを反対側が引っ張り、これらの滑車ラインの緩みを防止するための最初の手段として、二つの方向に調整して内部ギア二重滑車を回転し、前記ギア巻き上げラインの各々を緊張させる前記手段は、この緩みを完全に防止するのに必要な追加で要求される措置を提供し、これらの要素の寸法は、各ラインの引っ張りの長さがほぼ同じになるように調整され、前記発生機巻上げラインと前記発生機逆巻き上げラインは、前記発電機組み立ての前記発生機二重滑車を回転させるための反対の張力を提供するように、前記発生機ギア二重滑車の前記第一滑車と第二滑車に取り付けられ、占有し、前記二つの方向への回転を達成するためのこれらの反対方向の引っ張りは、前記発生機巻き上げラインおよび前記発生機逆巻き上げラインによって達成され、前記発電機組み立ての要素は、前記と同様に機能し、前記チャージャーギア二重滑車および内部ギア二重滑車を含む前記追加の機械的利点構造によってもたらされる前記付加的機械的利点のために、前記発電機シャフトは、桁違いに多く各ステップ毎に回転し、前記改良された一体型衝撃チャージャーは、十分な電力を提供し、これらの種々の二重滑車による対向する引張りは、対向する二重滑車の弛緩防止手段の例である。
【請求項２４】
請求項 21に記載の汎用衝撃チャージャーに関し、前記靴衝撃チャージャーはクリップオン式足衝撃チャージャーを含み、それは、
靴底部と、
クリップオン式あぶみと、
クリップオン式タブと、
外部あぶみサポートと、
片道クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを含み、発生機組み立てを有する前記回転構造と、
第一滑車および第二滑車の二つのラインを含む発生機二重滑車と、
前記小型発電機と、
前記発生機シャフトと、
前記発生機シャフトに剛結されたはずみ車および
バッテリーを有する前記電子貯蔵システムを含み、前記靴衝撃チャージャーはさらに、
クリップオン式ポストと、
クリップオン式レバーと、
前記クリップオン式レバーのクリップオン式レバーシャフトと
前記クリップオン式レバーの下端に設けられ、前記クリップ式レバーシャフトを中心に回転している間に前記下端部が前記表面に沿って転がることを可能にするクリップオン式レバーローラと、
クリップオン式方向転換滑車と、
クリップオン式ラインと、
逆クリップオン式ラインと、
靴底部を含み、前記クリップオン式衝撃チャージャーは靴のかかとの外側にできるだけ後部まで、靴のかかとの後ろに突き出ることなく設けられ、前記クリップオン式ポストは、前記外部あぶみサポートに固着され、その左側のアームは、その上部から前方に延び、前期クリップオン式方向転換滑車を収容し、それは、前記クリップオン式レバーの前端部によって引っ張られ、靴衝撃時に前記発生機シャフトを回転させ、前記クリップオン式ラインを方向転換し、前記クリップオン式ラインの他端は、前記クリップオン式レバーが前記クリップオン式ライン上を下降するとき反時計回りに回転するように前記発生機二重滑車の前記第一滑車に巻き付き、前記逆クリップオン式ラインは、前記ユーザーのかかとが持ち上げられているつま先離地期間に（前記クリップオン式あぶみに取り付けられた）前記簡素巻き上げバネが収縮したときに、前記発生機二重滑車の前期第二滑車の回りに巻き付き、時計回りに回転させ、かかとの衝撃によって水平に回転しないため、それはもはや反時計回りではないので、クリップオン式レバーは時計回りに回転し、前記クリップオン式あぶみが、前記靴底のかかとをしっかり包み込み、その両側にクリップオン式タブを有するクリップオン式あぶみが、かかとの衝撃時に前記クリップオン式あぶみがかかとの間に前記靴底に対して上方に移動するのを防止し、前記クリップオン式あぶみはかかとの後ろに巻き付けられ、前記クリップオン式あぶみは、靴のかかとの後部をしっかりとつかむように柔軟性があり、前記クリップオン式あぶみを靴のかかとに良好に取り付けるために、前記ユーザーの足首の前部に前記クリップオン式あぶみの側面からストラップを容易に組み込むことができ、前記クリップオン式ポストは、前記クリップオン式あぶみの堅固な上方延長部であり、前記クリップオン式ポストは、前記発生機組み立てを収容し、前記発生機組み立ての機能は、前記発生機シャフトを回転させることによって電力を発生することであり、基本的な考え方は、前記発生機シャフトを回転させて前記電池を充電するために足衝撃の使用を最適化し、前記小型化発電機は前記外側あぶみサポートの上に固定的に収容され、前記発生機シャフトは回転的に前記発生機二重滑車、前記はずみ車、および片道クラッチ・巻き戻しバネ組み立てをサポートし、前記発生機二重滑車は、前記クリップオン式レバーが前記クリップオン式ラインを引っ張っている靴底衝撃時に、前記発生機シャフトを第一滑車の方向にのみ回転させるために前記片道クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを介して前記発生機シャフトに取り付けられ、前記発生機二重滑車が第二滑車の方向に回転されると、片道クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを介して前記発生機シャフトから解放され、靴底膨張時および靴が遊脚期で空中にあるときに発生機シャフトを回転させ続けて電力を生成するために前記はずみ車を自由にしておき、各ステップでこ回転が増強される。
【請求項２５】
請求項 24に記載の最適化された靴に関し、前記クリップオン式衝撃チャージャーは、各ステップで発生する電力量を増加させる前記機械的利点構造を追加した、改良されたクリップオン式衝撃チャージャーを含み、前記改良されたクリップオン式衝撃チャージャーは、
前記レバーシャフトの上方にある部分の長さが、前記追加の機械的利点構造の機械的利点を増加させるために任意に長くされている改良された巻き上げレバーと、
前記外側あぶみサポートに剛結された巻き上げサポートと、
前記巻き上げサポートに取り付けられた巻き上げ滑車と、
前記巻き上げサポートに取り付けられた逆巻き上げ滑車と、
前記改良された巻き上げレバーのクリップオン式レバーシャフトが、前記外側あぶみサポートに回転可能に接続され、
前記改良された巻き上げレバーの頂部の巻き上げられた延長部である渦巻状レバー延長部と、
前記巻き上げレバーの下端部に設けられ、前記下端部の表面に沿っての転動を可能にし、前記レバーシャフトの周りを回転している間に衝突するレバーローラーと、
前記巻き上げサポートにそのシャフトによって取り付けられたチャージャーギア二重滑車と、
内部ギア二重滑車と、
ギア巻上げラインと、
ギア逆巻上げラインと、
発生機巻上げラインと、
発生機逆巻上げラインを含み、
前記ギア巻上げラインは緊張を継続させる手段を持ち、前記ギア逆巻き上げライン、前記発生機巻き上げラインおよび前記発生機逆巻き上げラインを含み、前記チャージャー二重滑車は、前記内部ギア二重滑車に一緒に回転するように固着され、前記共用シャフトは、巻き上げサポートに取り付けられ、前記靴底の下方運動により、前記改良された巻き上げレバーの下端部が前記レバーローラーを介して地面に衝突し、前記改良された巻き上げレバーが最終的にほぼ水平になるまで反時計回りに回転し、前記ギア巻き上げラインは、前記改良された巻上げレバーの上部によって前記内部ギア二重滑車を回転させ、前記ギア巻き上げラインは、前記内部ギア二重滑車を反時計回りに回転させるように、前記改良された巻き上げレバーによって引っ張り方向を最適化する前記巻き上げ滑車を介して、前記改良された巻上げレバーの直線部分の頂部に取り付けられ、前記ギア逆巻き上げラインは、前記渦巻状レバー延長部の頂部に接続され、前記ギヤ巻き上げラインによって生じる方向とは反対の方向に、前記逆巻き上げ滑車の回りを通過して前記内側ギア二重滑車の前記第二滑車の回りに巻きつき、前記逆巻き上げ滑車の位置は、靴底の膨張期間に前記内側ギア二重滑車を時計方向に回転させるとともに前記渦巻状レバー延長部の頂部によって引っ張り方向を最適化するように選択され、これらの滑車ラインの緩みを防止するための第一の手段として、前記ギア巻き上げラインおよび前記ギア逆巻き上げラインの反対側の引っ張りが、前記内側ギア二重滑車を反対側の方向に回転させ、前記ギア巻き上げラインの各々を緊張させる前記手段は、この緩みを完全に防止するのに必要な追加の必要な措置を提供し、これらの要素の寸法は、各ラインの引っ張りの長さがほぼ同じになるように調整され、前記発生機巻上げラインと前記発生機逆巻き上げラインは、前記発電機組み立ての前記発生機二重滑車を回転させるための反対の張力を提供するように、前記発生機ギア二重滑車の前記第一滑車と第二滑車に取り付けられ、占有し、前記2つの方向への回転を達成するためのこれらの反対方向の引っ張りは、前記発生機巻き上げラインおよび前記発生機逆巻き上げラインによって達成され、前記発電機組み立ての要素は、前記と同様に機能し、前記チャージャーギア二重滑車および内部ギア二重滑車を含む前記追加の機械的利点構造によってもたらされる前記付加的機械的利点のために、前記発生機シャフトは、桁違いに多く各ステップ毎に回転し、前記追加の機械的利点構造のために、前記改良された内部衝撃チャージャーは桁違いにさらなる電力を提供する。
【請求項２６】
結合張力リンク回転アームカーブ状バネシステムは、張力リンク回転アームカーブ状バネおよび折り畳み抵抗補助バネとを含み、前記張力リンク回転アームカーブ状バネは、
上部アームと、
前記回転アームが前記上部アームと前記底部アームである底部アームと、
前記上部アームおよび前記底部アームに接続されるアーム蝶番と、
鏡像構造を形成し、前記アーム蝶番の周りの折り畳みに抵抗する一対の拡張結合カーブ状バネとを含み、前記折り畳み抵抗補助バネは、部分的に折り畳まれた後にのみ、前記アーム蝶番の回りの折り畳みにも抵抗し、前記拡張リンクカーブ状バネは、
カーブ状アーム蝶番と、
前記カーブ状アーチ蝶番によって中央端部で蝶番結合されたカーブ状バネと、
一方の端部にバネ蝶番によって相互接続された二つの二重リンクを含む
左右対称の一対の二重リンクの各々とを含み、その自由端は前記カーブ状バネの自由端に蝶番結合しており、前記左右対称カーブ状バネはまた、（それらの同じ自由端で）前記上部アームおよび下部アームに蝶番結合されており、前記バネ蝶番は、バームの折り畳み中に互いに衝突し、折畳み中に、左右対称の前記拡張結合部は、左右対称の前記カーブ状バネを真っ直ぐにするように作用し、前記負荷された折り畳みのトルク曲線はトルク曲線と呼ばれ、前記負荷された折り畳みの際に最初に増加し、次に湾曲してゼロになり、前記折り畳み対抗補助バネが前記負荷された折り畳みに抵抗するように作用するトルクは、前記トルク曲線が減少するにつれて増大して、前記合併されたトルク曲線をほぼ一定にし、前記アーム蝶番、前記カーブ状アーチ蝶番および前記バネ蝶番などの様々な回転アーム蝶番は、従来のシャフト蝶番、ネックダウン式自然蝶番、および固定歯車蝶番の組み合わせを優先的に含み、各カテゴリーは、ゼロを含む任意の数の前記回転アーム蝶番に使用されてもよく、前記固定歯車蝶番は、
歯車の端部が丸くなった二つの歯車端部リンクを有し、前記歯車端部リンクが互いに対して回転（折り畳み）し、
前記丸端の中心に固定的に取り付けられたケーブルシャフトと、
スリットケーブルは、二つの前記歯車端部リンクの前記シャフトに張って結合され、前記歯車端部リンクが回転するとき、前記スリットケーブルを前記丸端部の固形部と相互作用させて前記スリットケーブルの自由な動きを可能にするために前記丸端部のループスリットを切断し、前記歯車端部リンクは回転アームまたは前記二重リンクであるかもしれない。
【請求項２７】
請求項 26に記載の張力リンク回転アームカーブ状バネシステムは、周期的負荷を受け、電子作動装置および制御システムをさらに含み回転ギア変換組み立てを含む回転ギア変換アームカーブ状バネシステム備え、前記電子作動装置は、
モーターと、
モーターシャフトと、
前記モーターシャフトに個着された滑車と、
二つの交差プレート方向転換滑車と、
滑車ラインと、
ライン・突当取り付けと、
電源を含み、前記制御システムは、
マイクロプロセッサーと、
前記マイクロプロセッサーのプログラムの中の早見表と、
前回の荷重力を測定するための力センサーと、
電子力源を含み、前記カーブ状バネは二つ以上に切断されたスライスバネになっており、前記スライスバネの任意の数が前記回転アームカーブ状バネ系の有効バネ強度を変化させるように係合可能であり、前記制御システムの要素は、ワイヤーまたは無線装置を介して接続され、二つの前記二重結合は、今
対角線リンクプレートと、
移動式突当プレートと、
突当シャフトを含み、前記対角線リンクは互いに左右対称となっており、前記移動式突当プレートは前記突当シャフトを介して二つの前記対角線リンクプレートを共有し、前記電子作動装置は前記対角線リンクプレートの上部に固着され、前記移動式突当プレートは前記突当シャフトの上を横方向に自由に滑ることができ、この滑りは可変数の前記バネスライスを係合させ、前記ライン・突当取り付けは、前記移動式突当プレートを前記滑車ラインで取り付け、前記移動式突当プレートを移動させて所望数の前記スライスバネを係合させるために前記交差プレート方向転換滑車は前記ライン・突当取り付けを位置決めし、前記マイクロプロセッサーは、前の負荷力の前記力センサーからの通信を受信し、前記早見表を使用して前記所望の前記有効バネ強度を計算し、前記滑車ラインと前記ライン・突当取り付けとを回転させて移動させ前記所望の前記有効バネ強度を選択するように前記モーターに指示する。        
【請求項２８】
請求項 27に記載の結合張力リンク回転アームカーブ状バネシステムに関し、前記ギア変換回転アームカーブ状バネシステムは、さらにパッド付結合カフを有するスマートニーブレースを含み、簡素レッグ、簡素膝、および簡素フットは前記スマートニーブレースに対応する脚を表すために使用され、前記簡素レッグの上部結合部が前記上部アームとして機能し、前記簡素レッグの膝が前記アーム蝶番として機能し、前記簡素レッグの脚下部が前記底部アームとして機能し、前記制御システムは、前記ギア変換回転アームカーブ状バネシステムと同等に作用し、歩行または走行のための追加要件は、前記簡素フットが地面に接触していないときに前記簡素膝が遊脚期に自由に曲がらないといけないということであり、ここで前記マイクロプロセッサーは、つま先離地期に地面負荷力がゼロになると直ちに前記スライスバネを解除するように前記モーターに指示し、前記マイクロプロセッサーは、前記力センサーおよび前記早見表からの以前の負荷力を使用して、最適な次のギアチェンジを計算し、前記モーターに前記次のステップの前記スライスバネの正しい数を解放するよう指示し、前記パッド付カフは、前記上脚部および下脚部上にあり、前記スライスバネおよび前記対角線リンクプレートを前記上脚部および前記下脚部に接続するために使用され、前記スマートニーブレースは任意で、
補助レッグ結合と、
カフサポートと、
前部膝バンドを含み、それは前記パッド付結合カフの上部が荷重下に滑り上がるのを防ぎ、前記補助レッグ結合は、膝に対する荷重力を軽減するために上部脚リンク、膝リンク、および下部脚リンクを有して脚を擬態し、前記カフサポートは、前記下部脚リンクを前記下部パッド付き結合カフに取り付け、その結果、ギア変換回転アームカーブ状バネシステムに負荷力を伝達し、前記上部脚リンクは、前記簡素膝の負荷力を低減するように作用する前記上部パッド付き結合カフに荷重力を直接伝達し、それはユーザーの膝の上であり、前記簡素レッグが完全にまたはほぼ完全に延長したときに、前記スライスバネがつま先離地期の直後に係合解除されることを確実にするために、係合され始める前に、前記簡素レッグが幾分まっすぐに折り畳まれる。
【請求項２９】
請求項 4に記載の完全に最適化された靴に関し、前記調整された拡張結合蝶番リングバネは長さと幅について任意の大きさであり、足の下、または足の外側、または足の上の任意の位置、また任意の方向にあり得る。
【請求項３０】
最適化された従来の靴は、
圧縮可能な靴底と、
フットプレートと呼ばれる前記圧縮可能な靴底の上側にある上部荷重表面と、
靴底プレートと呼ばれる圧縮可能な靴底の下部にある底部荷重表面と、
底部荷重表面を含み、これは、かかと持ち上げ期間中に前記かかとセクションを持ち上げるための改良されたかかと持ち上げ構造がないことを意味し、靴底の圧縮期間中に前記かかとセクションが圧縮される距離よりも実質的に大きく、前記圧縮可能な靴底は、一つ以上の圧縮に耐える最適化されたバネを備え、圧縮の衝撃エネルギーを貯蔵し、最適な力曲線を特徴とする最適化されたバネシステムをさらに備え、前記最適な力曲線の力曲線最適化目標は、所与の前記最大力点に対する吸収エネルギー量（すなわち、力曲線下の面積）を最大にすることであり、最適バネ圧縮の開始時の力が所定値（例えば、全バネ圧縮時の力値の三分の一）になるように、前記最適バネシステムの構成要素が予荷重されており、前記最適化されたバネシステムによって行われる作業は、バネのたわみに対する力曲線下の領域であり、前記作業は、予荷重がなく、線形力曲線と比較して、最大力値点と比較して最大力点値の値を小さくして達成され、前記予荷重は、鎖などの物理的拘束具または構造拘束具などで達成され、前記最適な力曲線の第一の基準は前記バネシステムに予荷重をかけることであり、前記最適な力曲線の第二の基準は、後者の靴底圧縮を通して力曲線の傾きが減少するか、またはゼロに近づくように幾何学的形状を作り出すことである。
【請求項３１】
請求項 30に記載の最適化された従来の靴に関し、前記最適化されたバネは、前記最適化された従来の靴の任意の位置、また任意の方向にあってもよく、前記圧縮可能な靴底の幅または長さにわたって任意の位置に分布するように、十分に小さい幅を有することができ、前記最適化されたバネは、任意の角度に配向されてもよく、前記最適化されたバネシステムの強度は、前記圧縮可能靴底の幅および長さの両方にわたって変化してもよく、前記圧縮可能靴底は一定の厚さまたは先細りの厚さであり、前記最適化されたバネは挿入可能または永久的に取り付けられる。
【請求項３２】
請求項 30に記載の最適化された従来の靴に関し、前記最適化されたバネは、拡張結合蝶番リングバネを含む調整された拡張結合蝶番リングバネと、力曲線の調節のための一つ以上の補助バネを含み、前記拡張結合著番リングバネは、
左右対称半分リングセクションを有する蝶番リングバネと、
前記蝶番付リングバネのいずれかの側に前記半分リングセクションを接続するリング蝶番と、
水平方向および垂直方向の両方に左右対称の四重パーツを含む内部結合部と、
前記拡張結合蝶番付リングバネに荷重をかける左右対称荷重表面のための荷重構造とを含み、前記負荷構造は、上部及び下部の両方に、前記上部荷重表面及び前記下部荷重表面に固着され差し込まれた中央リンク負荷要素を含み、前記差し込まれた中央リンク荷重要素は、前記蝶番付リングバネの頂部と底部に対して差し込まれ、前記蝶番付リングバネの上部および底部に接触することなく、前記荷重が前記内部結合構造（その結果前記リング蝶番に）に伝達され、この配置は、前記拡張結合蝶番付リングバネの力曲線が最初に上昇し、次に屈曲し、次いで前記内部結合のリンクが一直線になるにつれてゼロに減少し、これは、前記上部荷重表面および前記下部荷重表面が前記蝶番付リングバネの上部または底部に直接衝突しない（蝶番付リングバネの前記第一の力曲線を直線にする）ためである。前記リング蝶番は優先的に自然蝶番であり、その場合、前記蝶番付リングバネは単一であり、前記内部結合は前記蝶番付リングバネを荷重し、この荷重は前記蝶番付リングバネの上部または底部ではなく、前記リング蝶番でのみ起こる。前記圧縮可能な靴底が部分的に圧縮されて前記拡張結合蝶番付リングバネの力曲線が増加した後に屈曲して減少し完全拡張時に最終的にゼロに達し、前記補助バネは補助力曲線を提供し、前記拡張結合蝶番付リングバネが屈曲し、減少し始めるまで前記圧縮可能な靴底が部分的に圧縮されているときに、前記フットプレートと前記靴底プレートとの間に寸法決めされてそれらの荷重を受けるように配置される。前記補助バネの強度及び厚さは、（前記拡張結合蝶番付リングバネおよび前記補助バネの）結合力曲線が靴底圧縮の後半部分についてほぼ一定になるように選択され、前記内部結合は、
上部および底部と両側に左右対称の中央リンクと、
上部および底部の両側に左右対称の大部分は垂直リンクと、
対抗する前記リング蝶番の間の前記蝶番リングバネに位置する突当リンクと、
前記中央リンクで前記大部分は垂直リンクに接続された角蝶番と、
前記突当リンクで前記大部分は垂直リンクに接続された突当蝶番とを含み、前記角蝶番および前記突当蝶番は、軸受を備えた従来の金属シャフト蝶番あってもよいが、自然蝶番が好ましく、固定歯車蝶番は、靴底の小さな大きさのバネに最も適しているが、前記補助バネは、前記左右対称の前記中央リンクの間に配置されているか、または前記拡張結合蝶番リングバネの外側に配置されていてもよく、前記突当リンクが前記リング蝶番対して外側に押して前記拡張結合蝶番リングバネを平らにし、前記補助バネは、主要蝶番リングバネのより小さい変形であり、この場合、調整された拡張結合蝶番リングバネの全ての要素は、完全圧縮時に平坦化されて、初期の高さから完全圧縮時の高さまでの圧縮比を最大にし、主要の前記蝶番リングバネは、互いに入れ子にされた一つ以上の蝶番リングバネを任意に備えることができ、前記拡張結合蝶番リングバネの強度は、前記拡張結合蝶番リングバネが2D幅である場合に、それらの幅にわたって均一に構成されており、その厚みがわずかに減少するので、追加の各入れ子式蝶番リングバネを追加することによって著しく増加する。
【請求項３３】
請求項32に記載の最適化された従来の靴に関し、拡張結合蝶番リングバネは、多層複合リングと、強化された自然蝶番とを含み、前記改良された自然蝶番は、前記リング蝶番の上方および下方に小さな距離だけ延長し、バネ圧縮が進むと同時に前記突当リンクを包み、以下の方法のうちの1つ以上を使用して、前記改良された自然蝶番をより撓曲性にして、疲労による破損なしに高い屈曲作業サイクルに耐えることができる。第一の方法は、前記突当リンクの丸い端部の半径を増加させることであり、第二の方法（より柔軟な巻き付け突当セクションに関して）は、マトリックスの可塑性または可撓性を増加させることであり、第三の方法は、層の数を減らすことであり、第四の方法は、樹脂またはマトリックスを全く使用せず、ゴム状の注入によって「裸の層」を保護する選択肢を用いることで、第五の方法は、前記改良された自然蝶番の内側および外側に蝶番カバーを付着させて、それをほこりおよび摩耗から保護することであり、第六の方法は、減少した数の層の外側を徐々に長くし、その結果、それらが前記突当リンクを包み込むときに壊れないようにすることである。
【請求項３４】
請求項 32に記載の最適化された従来の靴に関し、前記蝶番リングバネの弾性要素は、高い伸び限界を有し、弾性率が高い繊維複合体である可能性が最も高い、バネの強度が高い材料でできており、非線形有限要素解析は、ケブラー複合材が最高のリングバネ強度を与えるために好ましい材料であることを示している - 靭性（貯蔵されたバネエネルギー）が損なわれ、引張強度と比較してそれほど高くはない。スペクトラシールド複合材はケブラーと比較して23％強く、続いて、Eガラス繊維はケブラーと比較して16％強く、ケブラーのの1％強であるPEBAX 5533が続くが、PEBAX 5533のような注入形成可能な材料を使用する従来の靴のバネは全く最適ではない。熱可塑性ポリウレタン（例えば、ペレタン2363またはPEBAX5533）のような注入形成可能な材料の約20〜50パーセントと比較して、繊維複合材料は約1〜2％という非常に低い機械的ヒステリシス損失を有することもまた好ましい。 ケブラーのものと同様の柔軟性および曲げ強度のための重要な要因を有する他の材料も使用することができ、他の適切な材料には、高い引張強度および高い伸長限度の両方を有するベクトラン、新規炭素繊維複合材料および炭素ナノチューブ複合材料、またくもの糸に由来する複合材が含まれる。これらの新規材料を低コストで大量生産することができる。
【請求項３５】
請求項 32に記載の最適化された従来の靴に関し、前記拡張結合蝶番リングバネはさらに併合アーム蝶番リングバネを含み、それは、
上部マルチアームアーチと、
両側の改良された自然蝶番を介して前記上部マルチアームアーチに蝶番結合された下部マルチアームアーチとを含み、これらのマルチアームアーチの各々は、二つ以上の隣接するアーチアームを備え、これらのアーチアームは、膨出して互いに隣接する他のアーチアームからそれぞれ離れており、前記隣接するアーチアームは、前記併合アーム拡張結合蝶番リングバネの完全圧縮の過程で互いに徐々に併合し、前記隣接するアーチアームの間の空間は、圧縮中の内部アームの併合中に大きさが減少するアーム間空隙と呼ばれ、圧縮中に前記隣接するアーチ状アームの曲げが著しく増強されているためおよび曲げ要素の実効強度がその厚さの3乗であり、n個の厚さ分併合したアーチ状アームの数は、隣接する各アーチ状アームの厚さのn倍であるため、強度および靱性（衝撃エネルギーがどれだけ吸収されるかを示す）著しく増強される。前記隣接するアーチ状アーム間の摩擦を任意的に追加または減らすことが可能であり、前期内部アーム間空隙の併合を遅らせる等の前記アーム間空隙の形状が前記併合アーム拡張結合蝶番リングバネの力曲線を変化させるための多数の戦略が存在する。
【請求項３６】
最適な力曲線方法は、人間、人工装具、矯正器具、およびロボット工学のための靴のバネシステムのための最適な力曲線法である、前記最適な力曲線方法は、さらに、
靴の衝撃中に吸収される総衝撃エネルギーがユーザーの靴底エネルギーとユーザーの脚エネルギーの合計であり、靴底がより厚い場合、または靴底が最適なエネルギー還元のために設計されている場合に、より多くの相対的衝撃エネルギーをユーザーの靴底に貯蔵することができ、前記ユーザーの靴底のエネルギーは、完全靴底圧縮のために定義され、前記ユーザーの靴底のエネルギーは、バネシステムによって吸収される最適なユーザーの靴底エネルギーを決定する第一の手段と、
前記ユーザーの足のエネルギーが吸収された所与の前記全衝撃エネルギーに対して減少する間にその相対値が増加するように前記精密調整方法で前記ユーザー靴底エネルギーを調整し、走行のための代謝エネルギーの低下に対応する第二の手段とを含む。全バネ圧縮で吸収され得る単位面積当たりの最大靴エネルギーは、前記全バネ圧縮のたわみ値に線形に比例する。この場合、靴底の厚さを最大化しなければならず、科学的研究によってユーザーが快適に歩行して効果的に走れるという最大の厚さを決定しなければならない。
【請求項３７】
請求項 36に記載の最適化された力曲線方法に関し、前記精密調整方法は2Dバネを単にスライスすることによって前記最適な靴底エネルギーの正確な値を実現する精密製造手段を含み、2Dバネはその幅を横切って均一であり、前記2Dバネのバネ強度は、前記精密製造手段が精密な切断によって容易に達成されるようにそれらの幅によって決定され、所与の靴のサイズに対して、多様な前記ユーザーに対する前記ユーザーエネルギー値の範囲に対する前記バネ強度の多様性が存在し得る。
【請求項３８】
請求項 37に記載の最適な力曲線方法に関し、前記精密調整方法はさらに可変前記2Dバネの製造を含み、それは前記調整バネシステムから取り外して挿入することができ、前記2Dバネは可変2Dバネのように用意に製造できる。
【請求項３９】
請求項 36に記載の最適な力曲線方法に関し、前記精密調整方法はさらに走行または歩行の地面反力を測定するための衝撃力測定方法を含み、前記衝撃力測定方法は、ユーザーの体重、ユーザの歩行範囲、および床反力測定盤の測定結果をさらに含む。
【請求項４０】
請求項 36に記載の最適な力曲線方法に関し、前記精密調整方法は自動ギアチェンジ構造を含み、前記自動ギアチェンジとは、各ステップの後に前記バネシステムの有効バネ剛性がリセットされ、靴底の衝撃力が変化するときに前記圧縮性靴底が連続的に完全に圧縮されることを意味する。
【請求項４１】
請求項 36に記載の最適な力曲線方法に関し、前記バネシステムは、足の下または足の外側のいずれかに配置された一つまたは複数の構成要素の組立体を備え、各前記構成要素バネは、それ自身の別個の剛性値および力曲線を有し、組み立て内の各構成要素バネの使用方法の決定は、構造最適化、安定性、および回内運動などの機能性問題の考慮事項に依存し、前記要素バネは、ブリッジプレートによって互いに結合されて挿入可能なカートリッジを形成することができる。
【請求項４２】
人間及びロボットの歩行及び走行用の最適化された靴であって、人間への適用は人間による通常の使用、人工装具、ロボット、及び矯正器具を含み、立脚期は圧縮期と拡張期に分けられ、完全とは電池交換の必要なく全ての走行及び歩行速度での自動的な使用に実用できるように対応製品が全ての設計要件を満たすことをいい、靴を装着し使用する対象をユーザーといい、前記拡張期はかかと上昇期とつま先離地期を含み、前記エネルギー完全還元靴はヒールポップ靴（かかと持ち上げを改良した靴とも言う）を有し、ヒールポップ靴は、
前記圧縮性靴底上側のp-トップともいうフットプレートと、前記フットプレートは足前部セクションとかかとセクションを有し、
つま先蝶番によって前記フットプレートに蝶番結合されたつま先プレートと、
前記圧縮可能な靴底の下側にp-底部とも呼ばれる靴底プレートを備え、前記圧縮可能な靴底は、4つのp-要素を含むp-構造と称される汎用前方傾斜の平行四辺形状構造有しているとも説明され、4つのp-要素は、
前記p-top、
前記p-底部、
汎用前側であるp-前部と、
汎用後側であるp-後部と、
蝶番であるp-枢軸とを含み、前記p-要素が4つの前記p-枢軸を介して枢動可能に（蝶番で）相互接続されており、前記圧縮可能な靴底は、
つま先平行四辺形、
つま先p-前部、
つま先p-後部、
つま先p-トップ、
つま先p-底部を含み、前記つま先p-トップは前記つま先プレートと同一であり、前記つま先p-後部は前記p-前部と同一であり、前記つま先p-底部は前記p-蝶番によって相互接続されており、
前記p-構造の靴底の圧縮に耐え、圧縮の衝撃エネルギーを蓄積するバネシステムと、
かかと持ち上げを改良した構造とも呼ばれるヒールポップ構造と、
前記つま先離地期に前記つま先プレートの前方が沈むのを防止するつま先沈み防止機能を含み、前記つま先沈み防止機能は、前記圧縮可能な靴底が前記圧縮期間中に部分的にしか圧縮しない場合、前記つま先の沈みは、前記つま先プレートの前端が、前記つま先離地期中に実質的に沈むことを意味し、それは砂中を歩行または走行するようなものであり、歩幅が苛立たしいほど減少し、前記ユーザーにとっては好ましくない。前記ヒールポップ構造は下記のように機能する。前記かかと上昇期の開始時に、前記バネシステムが前記p-構造をp-拡張するように作用している間であっても前記ユーザーの体重が前記p-前部を押さえつける前記つま先プレートを押し下げ、このp-拡張は、前記圧縮期間中の前記かかとセクションの圧縮距離（前記向上距離は、改良されたかかと持ち上げと呼ばれる）よりも実質的に大きい向上距離だけ前記ユーザーのかかとを上方に持ち上げるように作用する。前記ヒールポップ構造の目的は、前記ヒールポップ構造が、前記ヒールポップ構造は、ヒールポップ構造を有していない簡素バネを有する従来の靴のエネルギー還元よりも実質的に大きいエネルギーの還元を提供するために、走行および歩行のふくらはぎの筋肉動作と並行して作用し、前記エネルギー還元の重要性は、走行の代謝エネルギーコストが実質的に低減されていることであり、前記バネシステムは、対向する前記枢軸の間に直接的かつ斜めに作用しない。なぜなら、そのような作用により前記つま先沈み防止構造が適切に機能しないからである。
【請求項４３】
請求項 42に記載の最適化された靴に関し、前記バネシステムの弾性要素は、高い伸び限界を有し、弾性率が高い繊維複合体である可能性が最も高い、バネの強度が高い材料でできており、非線形有限要素解析は、ケブラー複合材が最高のリングバネ強度を与えるために好ましい材料であることを示している - 靭性（貯蔵されたバネエネルギー）が損なわれ、引張強度と比較してそれほど高くはない。スペクトラシールド複合材はケブラーと比較して23％強く、続いて、Eガラス繊維はケブラーと比較して16％強く、ケブラーのの1％強であるPEBAX 5533が続くが、PEBAX 5533のような注入形成可能な材料を使用する従来の靴のバネは全く最適ではない。熱可塑性ポリウレタン（例えば、ペレタン2363またはPEBAX5533）のような注入形成可能な材料の約20〜50パーセントと比較して、繊維複合材料は約1〜2％という非常に低い機械的ヒステリシス損失を有することもまた好ましい。 ケブラーのものと同様の柔軟性および曲げ強度のための重要な要因を有する他の材料も使用することができ、他の適切な材料には、高い引張強度および高い伸長限度の両方を有するベクトラン、新規炭素繊維複合材料および炭素ナノチューブ複合材料、またくもの糸に由来する複合材が含まれる。これらの新規材料を低コストで大量生産することができる。
【請求項４４】
請求項 42に記載の最適化された靴に関し、前記つま先沈み防止機能はギアチェンジャーを有し、それは、前記バネシステムの有効バネ強度を連続的に変化させて、各ステップ毎に前記圧縮性靴底のバネが最も低い位置になることなく完全に圧縮するようにするために、優先的に自動ギアチェンジャーである。ボトミングアウトという用語は、前記有効バネ強度が弱すぎて、その特定のステップのための走行または歩行の完全な衝撃エネルギーを吸収することができないことを意味し、前記圧縮可能な靴底が完全に圧縮される限り、前記つま先の沈みの可能性はなく、前記改良されたかかと持ち上げは、靴底の圧縮が低減されるにつれて、革新的かつ劇的に低減され、それは、前記エネルギー還元も低減されるということであり、前記衝撃エネルギーが連続的に変化しているので、前記有効バネ強度も靴底の完全圧縮、完全に高められたかかと持ち上げおよび完全なエネルギー還元を確実にするために連続的に変化しなければならない。
【請求項４５】
請求項 42に記載の最適化された靴に関し、前記つま先沈み防止機能はつま先沈み防止構造を有し、それは、
つま先平行四辺形と、
はしご止めと、
前記つま先プレートの底部の両側にあるつま先止めと、
つま先バネを含み、前記つま先平行四辺形は、
上面の上部つま先リンクと、
前面の後部つま先リンクと、
底面の底部つま先リンクとを含み、前記はしご止めはその前面にあるはしごステップを特徴とし、前記はしごステップの形状は、圧縮中（前方及び下方）に前記つま先蝶番のトラックからずれた経路に従い、前期つま先沈み防止構造は下記のように機能する。前記圧縮可能靴底の圧縮中に、前記かかと上昇期間の開始直前に前記ユーザーが前記つま先プレートに体重をかけるまで前記つま先バネが前記上部つま先リンクの上にとどまるように前記つま先プレートを弱く付勢するが、その時点で前記つま先止めが最も近い前記はしごステップに突き当たり、それによりつま先の沈みを防止し、この予防は、前記圧縮可能な靴の部分的な圧縮の任意および全てのレベルで行われ、前記ユーザーは、過度の前記つま先の沈みなしに、自分またはつま先で自由に走ることができる。
【請求項４６】
請求項 45に記載の最適化された靴に関し、前記ヒールポップ靴は平行四辺形ヒールポップ靴を含み、それは、
前記前方傾斜した平行四辺形のような構造の全ての側部がリンク、すなわち前記pトップ、前記p-底部、前記p-前部および前記p-後部にリンクされている単一構造である平行四辺形構造と、
優先的に単一である前記つま先平行四辺形構造と、
前記バネシステムと、
前記ヒールポップ構造と、
前記つま先沈み防止機能とを含み、前記平行四辺形構造は、
前記p-前部の前部単一リンクと、
前記p-後部の後部単一リンクと、、
（前記後部カーブ状バネの頂部と前記中間フットプレートリンクとの間の接続部を提供する）前記p-枢軸のさらに後方の延長部を特徴として、p-トップとして機能する前記フットプレートと、
p-底部のための前記靴底プレートを含み、前記前部モノリンクと前記後部モノリンクとの間の接続のための前記p-枢軸は、前記前部単一リンクと前記後部単一リンクとがネックダウン式に湾曲している（それらの端部に近い）前記靴底プレートリンクと併合するよう水平になり、同様に前記フットプレートに接続し、シャフト及び軸受を備えた従来のシャフト付き蝶番は、これらの全ての併合された単一枢軸に使用でき、前記単一汎用つま先平行四辺形状構造は、
底部つま先リンクと、
前部つま先リンクと、
上部つま先リンクと、
後部つま先リンクを含み（前記前部単一リンクと同一である）、このリンクの共有は、前記改良されたかかと持ち上げには必要条件であり、前記平行四辺形ヒールポップ靴のリンクの全ての接続に単一蝶番が優先的に使用されるが、シャフト及び軸受を備えた従来のシャフト蝶番も同様に使用することができ、前記従来のシャフト付き蝶番の前記使用は、足の衝撃がかかとからつま先まで動くときに、前記圧縮可能靴底のシーソー動作が存在しないことを保証し、前記バネシステムは、前記上部負荷面が前記下部負荷面に対して前方に並進することを可能にし、前記バネシステムのための一定の力曲線を達成するために使用することができる一つ以上の強化された最適バネを備える。
【請求項４７】
請求項 44に記載の最適化された靴は、さらにギア変換の手段およびギア変換のための力を有するため完全に最適化された靴を含み、平行四辺形のような構造は、
平行四辺形構造を含み、それは前記前方傾斜した平行四辺形のような構造の全ての側部がリンク、すなわち前記pトップ、前記p-底部、前記p-前部および前記p-後部にリンクされている単一構造である平行四辺形構造を有し、前記自動ギアチェンジャーは、交差同期滑車作動装置ギアチェンジャーを有し、それは
前記フットプレートに剛結された横向きガイドと、
前記フットプレートに剛結された前向きガイドと、                  
はしご蝶番で後部はしご結合に蝶番結合された前部はしご結合を含むはしご結合と、前記はしご結合は両側にあり、互いに左右対称であり、前記前部及び後部はしご結合の前記はしご蝶番から離れた端部は、前記前向きガイドにより前後方向に動きを規制された蝶番を有し、前記はしご蝶番は前記横向きガイドにより横方向に動きを規制され、
前記はしご結合が収縮した時、前記前部及び後部はしご連結がともに外側に動いて前記バネスライス上部により徐々に噛み合い、前記バネシステムの有効バネ強度を変更してギアを変更するように、適切な高さで前記前向きガイドの外側に配置された1つ以上のバネスライスと、
かかとの外側に配置され、前記フットプレートの固着された同期モーターと、
前記同期モーターのモーターシャフトと、
前記モーターシャフトに固定的に取り付けられた同期滑車と、
同期滑車ラインと、
前記同期滑車ラインを前記ユーザーの足の外側にある前記後部はしご結合の底部蝶番に固結する外部ライン留め具と、前記同期滑車ラインが前記フットプレートの真下を交差できるように、前記同期滑車の底部（そしてこれにより前記同期モーターの高さ位置が決定する）は前記フットプレートの真下にあり、
前記同期滑車ラインを前記ユーザーの足の内側にある前記後部はしご結合の底部蝶番に固結する内部ライン留め具と、
前記足の内側と外側の前記後部はしご結合の後端部の動きが従属（同期）するように、前記同期滑車ラインが前記外部ライン留め具を経て前向きに通り（前記フットプレートの下をいくらか交差した後）前記内部ライン留め具を経て前向きに通る交差靴のライン構成と、前記足の両側のギアチェンジが同期するように両側の前記後部はしご結合の後端部の動きにより前記バネスライスの係合数が決まり、内側と外側のギアチェンジの同期を確実にするために前記交差靴のライン構成には多数の方向変換滑車が含まれ、
前記フットプレートの留め具位置センサーと、
前記靴底プレート底部の衝撃力センサーと
前記同期モーター近くのマイクロプロセッサーと、
上記電気装置を制御する電気回路と、
電源とを備え、全てのこれらの電気装置が電気接続され、前記衝撃力センサーは1ステップの最大衝撃力を測定し、これを前記マイクロプロセッサーに送ると、次のステップでかろうじて十分な底圧縮を得るように、前記マイクロプロセッサーは参照テーブルを用いて前記バネスライスの適切数を決定し、直ぐ次のステップに最適なかろうじて十分な底圧縮を得るために前記バネスライスの適切数に係合するように前記はしご蝶番が横向きに動くよう、前記マイクロプロセッサーは前記同期モーターに対し前記内部及び外部ライン留め具が適切な距離を動くように信号を出し、前記はしご蝶番が横方向に移動して適切な数の前記バネスライスと係合して、次のステップのために最適にかろうじて十分な圧縮を得るように、このギアチェンジは連続的に自動であり、前記バネスライスの数がギアの数、すなわち前記ギアチェンジの精度を決定し、前記電源は電池であってもよいが、好ましくは足衝撃を利用して各ステップ毎に前記電力を発生させる衝撃チャージャーであり、前記電源はバッテリであってもよいが、好ましくは、足踏み衝撃を利用して各ステップ中に前記電力を発生させる衝撃充電器であり、前記電源は、簡素衝撃チャージャーを有し、簡素衝撃チャージャーは、
前記フットプレートと、
前記靴底プレートと、  
簡素ポストと
前記靴底プレートに剛結された支持ポストと、
前記簡素ポストに剛結された発生機滑車サポートと、
片道クラッチ・巻き戻しバネ組み立てと
二つのラインの第一滑車と第二滑車を含む発生機二重滑車発生機組み立てを含む
発生機組み立てと、
小型化電子発生機と、
発生機シャフトと、
発生機シャフトに剛結されたはずみ車と、
電池と、
前記フットプレートに取り付けられ、前記フットプレートが下方に圧縮されたときに前記滑車を第一滑車の方向に旋回させるように前記発生機二重滑車の前記第一滑車に取り付けられたフットプレート側部発生機滑車ラインと、
前記片側の前記簡素巻上げバネと他方側の前記発生機二重滑車の前記第二滑車に取り付けられたバネ側発生機滑車ラインとを備え、前記フットプレートが前記フットプレート側発生機滑車ライン引っ張って前記発生機二重滑車を前記第一滑車方向に旋回させるとき、前記バネ側部発生機滑車ラインは、前記簡素巻上バネを伸張させ、前記巻上プレートが靴底膨張中に上方に移動すると、前記第二滑車の方向に前記発生機二重滑車を回転させる。これらの2つの対向する引っ張りは、これらの2つの滑車ラインの緩みを防止する。この反対の引っ張りは、対向する二重滑車の緩み防止手段と呼ばれ、基本的な考え方は、足の衝撃の使用を最適化して、小型の発電機を回転させて電池を充電し、電池の代わりに蓄電器を使用することができる。前記小型発電機は、前記発生機滑車サポートに固定的に収容され、前記発電機シャフトは、前記発生機二重滑車、前記はずみ車、および一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを回転可能にサポートし、前記発生機二重滑は、前記一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを介して前記発電機シャフトに取り付けられているので、靴底の圧縮中に前記フットプレートが前記フットプレート側発生機滑車ラインを引き下げているときに、前記発電機シャフトを前記第一滑車方向にのみ回転させる。前記発生機二重滑車が前記第二滑車の方向に回転されると、前記一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを介して前記発電機軸から係合解解除され、靴底の膨張時および靴が遊脚期で空中にあるときに、前記はずみ車が継続的に発電機シャフトを自由に回転させるため、電力を発生し続ける。各ステップでこの回転が増強され、追加の機械的な利点なしに前記簡素一体型衝撃チャージャーを使用することができるように前記フットプレートの十分な靴底の移動があり、前記簡素一体型衝撃チャージャーを、 靴底構造と一体化できる。
【請求項４８】
請求項 44に記載の最適化された靴に関し、前記ヒールポップ靴はカーブ状バネヒールポップ靴を含み、それはまた、
単一汎用平行四辺形状構造と、
単一汎用つま先平行四辺形状構造と、
前記つま先沈み防止構造とを含み、前記単一汎用平行四辺形状構造は、
前記p-前部用の前部カーブ状バネと、
前記p-後部用の後部カーブ状バネと、
前記後部カーブ状バネの頂部と前記中間フートプレートリンクとの間の連結のために前記p-枢軸のさらに後方の延長部を特徴とし、前期p-上部として機能する前記中間部フートプレートリンクと、
p-底部のための前記靴底プレートリンクを含み、前記前部カーブ状バネと前記後部カーブ状バネとの間の接続のための前記p-枢軸は、前記前部カーブ状バネと前記後部カーブ状バネとが水平になって前記靴底プレートと併合する簡素併合単一枢軸であり、前部カーブ状バネと前記後部カーブ状バネと前記フットプレートリンクとの間の連結に同じ併合単一枢軸が使用され、前記シャフト付蝶番および軸受は、前記フートプレートリンクへのこれらの接続にも使用することができ、前記単一汎用つま先平行四辺形状構造は、前記カーブ状バネ平行四辺形状構造を含み、前記カーブ状バネヒールポップ靴の力曲線は直線的であり、その構造は最適に簡単である。
【請求項４９】
請求項 44に記載の最適化された靴に関し、前記ヒールポップ靴は拡張結合カーブ状バネヒールポップ靴を含み、それは、
単一汎用平行四辺形状構造と、
単一汎用つま先平行四辺形状構造と、
前記自動ギアチェンジャーと、
一つまたは複数の補助p-バネを含み、前記単一は尿平行四辺形状構造は、
任意でp-張力バンドにも代替できるp-前部用の前部二重リンク拡張バネと、
任意でp-張力バンドにも代替できるp-後部用の後部二重リンク拡張バネと、
前記p-上部用の中間フットプレートリンクと、
前記p-底部用の前記靴底プレートリンクと、
端部フットプレートリンクとを含み、
前述の全てのリンクは単一蝶番と呼ばれる単一のネックダウン式のリビングヒンジを介して相互接続されており、前記各二重リンク拡張バネは、二重結合とカーブ状バネを有し、前記補助pバネは、第一に、前記上部リンク蝶番と前記上部荷重表面との間に位置する前記上述の上部リンク蝶番部分バネを一つまたは複数含み、それらは第二に、前部および後部の拡張結合部に隣接して配置され一つまたは複数の前記調整バネを備えて、前記上部負荷表面と前記底部負荷表面との間に直接荷重され、前記上述の上部リンク部分バネは、前記カーブ状バネの初期拡がりを制御して緩和し、リンクが広がっている前記カーブ状バネ上の垂直圧縮力の力曲線は、p-力曲線と呼ばれ、圧縮の間に最初に増加し、次に曲げられてゼロになり、前記上述の上部リンク蝶番部分バネの力は、前記p-力曲線が減少するにつれて増加して、前記結合されたp-力曲線を前記一定の最適バネシステムの要件を満たすほぼ一定にし、前記第二の補助p-バネは優先的に前記渦巻状V型バネであり、この場合、前記内部結合左右対称アーチ状バネの全ての要素が完全圧縮時に、完全に圧縮された高さに対する初期の高さの圧縮比を最大にするために平坦化され、前記単一汎用つま先平行四辺形状構造は、
前部フットプレートリンクと、
つま先カーブ状バネと、
底部のバネプレートと、
前記前部二重リンク拡張バネの前記カーブ状バネと同一である後部つま先カーブ状バネとを含み、これは前記単一汎用平行四辺形状構造と前記単一汎用つま先平行四辺形状構造との間の共有されたp-要素であり、この共有は、前記改良されたかかと持ち上げを可能にし、前記単一つま先平行四辺形状構造のp-前部要素およびp-後部要素は、構造リンクとして機能する前記カーブ状バネならびに機能を組み合わせるバネ要素を特徴とし、前記圧縮可能な靴底のシーソー揺動があるが、バネシステムに加えて別個の平行四辺形の必要性を排除するという利点と比較して十分に無視できる程度である。
【請求項５０】
請求項 49に記載の最適化された靴に関し、拡張結合カーブ状バネ靴は、改訂版拡張結合カーブ状バネ靴を含み、それは、
上部拡張リンクと、
底部拡張リンクと、
拡張リンク枢軸と、
前部単一上部3-リンク枢軸と、
上部リンクからバネ接続と、
底部リンクからバネ接続と、
前記前部カーブ状バネと、
前記後部カーブ状バネとを含み、
前記上部拡張リンクは、前記底部拡張リンクに前記拡張リンク枢軸を介して枢動連結され、前記後部カーブ状バネと前記前部カーブ状バネの両方が、上端部で前記上部リンクからバネ接続を介して前記上部拡張リンクに枢動連結され、前記後部カーブ状バネと前記前部カーブ状バネの両方が、底端部で前記底部リンクからバネ接続を介して前記底部拡張リンクに枢動連結され、前記拡張リンク枢軸は、前記拡張リンク連結の上方延長部であり、前記フットプレートに固着されるリンク枢軸連結を含み、前記上部リンクからバネ接続は、
枢軸ロッドと、
上部巻き付けフォームと、
上端部ループと、
底端部ループと、
上端部湾曲セクションと、
底端部湾曲セクションと、
前記改訂版拡張カーブ状バネを含み、前記改訂版結合カーブ状バネは、前記全部カーブ状バネと前記後部カーブ状バネの両方に使用され、前記改訂版結合カーブ状バネは、内部層カーブ状バネ部と、継続ループ外部層カーブ状バネとを含み、前記内部層カーブ状バネ部は、前記カーブ状バネの前記継続ループ外部層カーブ状バネ内に構成されており、前記継続ループ外部層カーブ状バネは、前記改訂版結合カーブ状バネの頂部および底部で一緒に引っ張られて前記上端部湾曲セクションおよび前記下端部湾曲セクションを形成し、前記上端部湾曲セクションは、前記上部巻き付けフォームの周りに曲がり、次いで前記上端部ループを形成するように拡張し、前記上部巻き付けフォームは、圧縮サイクル中に前記上端部湾曲セクションがいかに鋭く曲がるかを減少させ、底端部湾曲セクションは、前記底部巻き付けフォームの周りで曲がり、次いで前記底端部ループを形成するように拡張し、前記底部巻き付けフォームは、圧縮サイクル中に前記底端部湾曲セクションがいかに急激に曲がるかを低減し、前記枢軸ロッドが前記上部端ループと前記上部拡張リンクの孔との両方を側方から通れるように前記上部拡張リンクの端部が前記上端部ループと交互配置されるので、前記上部拡張リンクが上端部ループに押し付けることができ、前記改訂版拡張結合カーブ状バネの力曲線が増加し、次いで屈曲して負になり、前記フットプレートと前記靴底プレートとの間に作用する前記補助p-バネは、前記改訂版二重リンク拡張バネの減少する力を補償するように、改訂版二重拡張バネの圧縮の後半部分全体にわたって総結合力曲線がほぼ一定になるように、増加する力で作用し始めるような寸法にされており、前記底部拡張リンクは、実質的に前部において前記p-前部として、後部において後部で前記p-後部として機能し、前記前部カーブ状バネおよび後部カーブ状バネの上端部の両方に対する前記フットプレートの唯一の接触は、前記拡張リンク枢軸を介してであり（それは直接接触または衝突がないことである）この荷重力は、前部カーブ状バネと後部カーブ状バネとを広げるためにのみ作用し、それにより、前記総力曲線cは、ほぼ一定である。
【請求項５１】
最適化されたバネシステムは、
改良された最適アーチ状バネのセットを有し、それはさらに一つまたは複数のアーチ状バネタイプから構成される改良された最適アーチ状バネのセットと、
好ましい材料構成を有し、前記最適バネシステムは、最適な力曲線を有し、前記最適な力曲線のための力曲線の最適化の目標は、所与の前記最大力点に対する吸収されるエネルギーの量（すなわち、力曲線の下の面積）を最大にすることであり、前記最適な力曲線を達成する一つの方法は、より柔らかい力曲線を達成するように、バネ構造および形状を変化させることであり、前記改良されたアーチ状バネのセットは、前記最適な力曲線を有するときに前記改良された最適アーチ状バネのセットになり、前記改良されたアーチ状バネの弾性要素は、高い伸張限界と高い張力強度を有する繊維複合材である可能性が最も高いバネ強固な材料でできており、引っ張り強度に比べて弾性率が高くないため、非線形有限要素解析は、ケブラー複合材が最高のリングバネ強度を与えるために好ましい材料であることを示している ‐ 靭性（貯蔵されたバネエネルギー）が損なわれ、引張強度と比較してそれほど高くはない。スペクトラシールド複合材はケブラーと比較して23％強く、続いて、Eガラス繊維はケブラーと比較して16％強く、ケブラーのの1％強であるPEBAX 5533が続くが、PEBAX 5533のような注入形成可能な材料を使用する従来の靴のバネは全く最適ではない。熱可塑性ポリウレタン（例えば、ペレタン2363またはPEBAX5533）のような注入形成可能な材料の約20〜50パーセントと比較して、繊維複合材料は約1〜2％という非常に低い機械的ヒステリシス損失を有することもまた好ましい。 ケブラーのものと同様の柔軟性および曲げ強度のための重要な要因を有する他の材料も使用することができ、他の適切な材料には、高い引張強度および高い伸長限度の両方を有するベクトラン、新規炭素繊維複合材料および炭素ナノチューブ複合材料、またくもの糸に由来する複合材が含まれる。これらの新規材料を低コストで大量生産することができ、各前記アーチ状バネタイプは、異なる方向の要素的カーブ状バネの組み合わせを表し、前記要素的カーブ状バネは、カーブ状アームとも呼ばれ、完全圧縮下で実質的に平坦化された平らなプレートになるカーブ状バネであり、前記カーブ状アームの端部（水平で隣接する基部荷重表面にほぼ平行である）は基端部と呼ばれ、前記カーブ状アームの端部は、先端である隣接する先端荷重表面に対してほぼ垂直または対角線上にあり、前記要素的カーブ状バネの完全圧縮時の全圧縮厚さは、前記カーブ状アームの厚さであり、前記要素的カーブ状バネの近似形状は四分円であり、前記要素的完全圧縮の厚さは、要素バネの高さよりも実質的に10倍から20倍小さく、第一のアーチ状バネタイプは単純に前記要素的カーブ状バネであり、前記先端荷重表面は、前記要素的カーブ状バネの基部荷重表面に対して水平方向に自由に並進する。
【請求項５２】
請求項 51の最適バネシステムの前記改良された最適アーチ状バネは前記力曲線を最適化するために予荷重され、最適バネ圧縮の開始時の力は、所定の値（例えば、完全バネ圧縮時の力の値の三分の一）であり、前記バネシステムにより行われる機能は、バネのたわみに対する力曲線下の面積であり、前記機能は、予荷重が存在しないときの最大力値点と比較して最大力値点の減少値で吸収され、この改善は、前記最適力曲線と線形力曲線の両方に適用され、予荷重による改善は、一定の力曲線による改善とは無関係であるため、いずれかの改善が前記最適な力曲線に適用され、両方の改善の組み合わせが前記最適な力曲線にも適用され、前記予荷重は、鎖などの物理的拘束手段または構造拘束手段により達成され、前記最適バネシステムの第一の基準は、前記最適バネシステムを予荷重することであり、前記最適なバネシステムの第二の基準は、前記最適な力曲線の勾配が減少するか、または前記靴底の圧縮全体を通してほぼ一定になるような幾何形状を作り出すことである。
【請求項５３】
請求項 52に記載の最適バネシステムに関し、前記最適バネシステムは一つまたは複数のアーチ状バネタイプにより構成された改良されたアーチ状バネの各セットを含み、各前記アーチ状バネタイプは、異なる向きの要素カーブ状バネの組み合わせを表し、前記要素的カーブ状バネは、カーブ状アームとも呼ばれ、完全圧縮下で実質的に平坦化され平らなプレートになるカーブ状バネであり、第一のアーチ状バネタイプは、前記要素的カーブ状バネであり、前記要素的カーブ状バネは、カーブ状アームとも呼ばれ、完全圧縮下で実質的に平坦化された平らなプレートになるカーブ状バネであり、前記カーブ状アームの端部（水平で隣接する基部荷重表面にほぼ平行である）は基端部と呼ばれ、前記カーブ状アームの端部は、先端である隣接する先端荷重表面に対してほぼ垂直または対角線上にあり、前記要素的カーブ状バネの完全圧縮時の全圧縮厚さは、前記カーブ状アームの厚さであり、曲率が若干異なるが、前記要素的カーブ状バネの近似形状は四分円であり、前記要素的完全圧縮の厚さは、要素バネの高さよりも実質的に10倍から20倍小さく、第一のアーチ状バネタイプは単純に前記要素的カーブ状バネであり、前記先端荷重表面は、前記要素的カーブ状バネの基部荷重表面に対して水平方向に自由に並進する。
【請求項５４】
請求項 53に記載の最適バネシステムに関し、前記最適バネシステムは一つまたは複数のアーチ状バネタイプを有し、第二の前記アーチ状バネは、二つの前記要素的カーブ状バネがアーチ形状を形成するように併合したアーチ状バネと呼ばれ、前記要素的カーブ状バネの左側は、対向する前記基端部の接合部における垂直線の周りに構成された前記要素的カーブ状バネの右側の鏡像であり、中央アーチは、対向する前記要素的カーブ状バネの基端部が接合する位置にあり、前記第三の前記アーチ状バネタイプは、左右対称アーチ状バネと呼ばれ、この場合、前記アーチ状バネの下方に向かう上部の凹状部は、前記上部アーチ状バネの対向する前記先端部の直下の水平線付近で左右対称になっており、上部および下部アーチ状バネの前記中央アーチは、それらの隣接する左右対称荷重表面によって荷重され、前記左右対称アーチ状バネが完全に平坦化すると前記先端部が水平方向外側に移動し、前記左右対称荷重表面は、互いに対して水平に並進せず、代わりに、前記バネ圧縮の間に互いに垂直方向に直接移動し、前記第四の前記アーチ状バネタイプは、回転式左右対称アーチ状バネと呼ばれ、この場合、前記左右対称アーチ状バネの上部および下部が円形形状を有し、よって前記回転式左右対称アーチ状バネが、互いに対して水平方向に並進する二つの表面によって荷重されているので、いくらか回転し、第五の前記アーチ状バネタイプは半左右対称アーチ状バネと呼ばれ、この場合、前記左右対称アーチ状バネは、側面から見てその中心を通って垂直線に沿って半分に切断され、第六の前記アーチ状バネタイプは、渦巻状V型バネと呼ばれ、この場合、前記要素的カーブ状バネは反転された前記要素的カーブ状バネとも呼ばれる鏡像と組み合わされ、そのアームの各々が要素的カーブ状バネの形状に渦巻いているその側面では、文字Vのように見える前記渦巻状V型バネを形成し、第七の前記アーチ状バネタイプは、一つ以上の前記アーチ状バネタイプが、別のアーチ状バネタイプ内に入れ子にされて一つ以上の入れ子レベルで入れ子式アーチ状バネを形成する入れ子式アーチ状バネと呼ばれ、前記要素的アーチ状バネの基部が互いに対して垂直方向にずらされており、前記入れ子式アーチ状バネが完全に圧縮するとき、前記要素的アーチ状バネの各構成要素は、その全長に沿ってほぼ水平であり、前記入れ子式アーチ状バネの全バネ強度は、完全圧縮時の前記入れ子式アーチ状バネの厚さの増加を犠牲にしてではあるが、単一アーチ状バネのそれに比べて増加し、上記の全てのアーチ状バネタイプおよびそれによって形成されたより複雑なバリエーションは、より複雑なバリエーションに結合部が含まれていない限り、それらが構成されている前記要素的カーブ状バネの力曲線に類似する力曲線および挙動を有する。
【請求項５５】
請求項 54に記載の最適バネシステムに関し、前記アーチ状バネタイプは、
バネ要素と、
結合要素と、
蝶番とを含み、前記バネ要素および前記結合要素は、蝶番によって互いに接続され、一つまたは複数の前記蝶番は、シャフトおよび軸受を備える従来の円筒形の蝶番である。
【請求項５６】
請求項 53に記載の最適バネシステムは、前記アーチ状バネによって構成された改良された最適バネシステムを含み、前記改良された最適バネシステムは、前記ユーザーに前記力曲線に沿った最大力点（特に衝撃力がある場合）を最小にすることが有利である履物のような装置の力曲線を最適化するように設計され、 前記バネシステムの構造要素上に配置され、その中の装置に組み込まれ、前記力曲線最適化バネの力曲線最適化目標は、所与の前記最大力点に対するエネルギー吸収量（すなわち、力曲線下の面積）を最大にすることであり、所望の最適化された力曲線を達成する方法の第一の部分は、そのバネシステムに予荷重をかけることであり、第二の部分は、より柔らかくより一定の力曲線を達成するように、バネの構造および形状を変化させることであり、力曲線のこれらの変化は、線形力曲線を有するバネシステムと比較して、前記最大力値を25％〜約40％減少させることができ、改良された最適バネシステムには二つのクラス、すなわち、圧縮曲線が圧縮の後半部分の間にほぼ一定になる改良された完全最適バネシステムと、力曲線の勾配が圧縮の後半部分の初期値に比べ約半分に減少する改良された部分的最適バネシステムがあり、前記最適な力曲線の第一の基準は前記バネシステムに予荷重をかけることであり、前記最適な力曲線の第二の基準は、後者の靴底圧縮を通して力曲線の傾きが減少するか、またはゼロに近づくように幾何学的形状を作り出すことであり、前記カーブ状アームが作られた材料の応力限界内で前記カーブ状アームの最大許容厚さ（したがって最大可能力）を決定するために非線形有限要素解析が行われるときに、個々の前記アーチ状バネによる単位面積当たりに吸収されるエネルギー全体（作業完了）は、全圧縮時のたわみである全たわみ値に線形的に比例するので、対応する前記全たわみ値を単に選択することによって吸収される特定の総エネルギーを達成することは容易であり、単位面積当たりに吸収される全エネルギー（作業完了）を変化させる一つの方法は、前記完全たわみ値を変更することであり、走行による衝撃エネルギーは、靴底の圧縮エネルギーを有する前記圧縮性靴底の圧縮によって、また前記脚の圧縮エネルギーを有する前記ユーザーの脚の圧縮によって吸収され、前記靴底の圧縮エネルギーを最適化するための第三の基準は、実験によって最適な靴底の圧縮エネルギーを決定し、次いで、対応する特定の前記たわみ値を選択することによって前記最適な靴底の圧縮エネルギーを実現することであり、一つ以上の前記蝶番は、前記結合要素と前記バネ要素の隣接する要素との間に継続単一構造を可能にするネックダウン式リビングヒンジである。
【請求項５７】
請求項 56に記載の最適バネシステムに関し、前記改良されたバネシステムは隣接拡張結合蝶番リングバネを含み、それは、拡張結合蝶番リングバネと力曲線調節のための一つまたは複数の補助バネを含み、前記拡張結合蝶番リングバネは、
左右対称半リングセクションを含む蝶番リングバネと、
前記半リング部分を連結する前記蝶番リングバネのいずれかの側のリング蝶番と、
左右対称パーツを含む内部結合と、
前記拡張結合蝶番リングバネに荷重をかけるための左右対称荷重表面のための荷重機構を含み、前記上部荷重表面が前記フットプレートであり、前記底部荷重表面が前記靴底プレートであり、前記荷重機構は、前記上部荷重表面および前記底部荷重表面に固着されたインターリーブ中央リンク荷重要素を含み、前記差し込まれた中央リンク荷重要素は、前記蝶番リングバネの頂部および底部に対して、前記蝶番リングバネの頂部および底部に接触することなく前記荷重を前記内部結合に（したがって前記リング蝶番に）直接伝達できるように差し込まれ、この配置は、拡張結合蝶番リングバネの力曲線が最初に上昇し、次に屈曲し、次いで前記内部結合のリンクが一直線になるにつれてゼロに減少することを保証し、これは、前記頂部荷重面および前記底部荷重面が前記蝶番リングバネの頂部または底部に直接衝突しない（蝶番リングバネの前記第一の力曲線を直線にする）ためであり、前記リング蝶番は優先的に自然蝶番であり、その場合、前記蝶番リングバネは単一であり、前記内部結合は前記蝶番リングバネを荷重し、この荷重は前記蝶番リングバネの頂部または底部ではなく、前記リング蝶番のみで起こり、前記拡張結合蝶番リングバネの力曲線は、最初に増加し、次いで、屈曲し、完全に広がると最終的にゼロになり、前記補助バネは補助力曲線を形成し、前記圧縮可能な靴底が部分的に圧縮されるときに前記拡張結合蝶リングバネが屈曲し、減少し始めるとき、前記フットプレートと前記靴底プレートとの間に寸法決めされて配置され、前記補助バネの強度および厚さは、（前記拡張結合蝶番リングバネおよび前記補助バネの）結合力曲線が靴底圧縮の後半部分についてほぼ一定になるように選択され、前記内部結合は、
上部および底部の両側に左右対称の中央リンクと、
上部および底部の両側に左右対称の大部分は垂直リンクと、
対抗する前記リング蝶番の間の前記蝶番リングバネに位置する突当リンクと、
前記中央リンクと前記大部分は垂直リンクに接続された角蝶番を含み、
そして、
突当蝶番は、前記突当リンクと前記大部分は垂直リンクに接続し、前記角蝶番および前記突蝶番は、軸受を備えた従来の金属性シャフト蝶番であってもよいが、自然蝶番が好ましく、前記固定歯車蝶番は、靴底の小さなサイズ範囲のバネに最も好ましい。前記補助バネは、前記左右対称の前記中央リンクの間に配置されているか、または前記拡張結合蝶番リングバネの外側に配置されており、前記突当リンクが前記リング蝶番に対して外側に押して前記拡張結合蝶番リングバネを平らにし、前記補助バネは、優先的に主蝶番リングバネのより小さい変形であり、この場合、調整された拡張結合蝶番リングバネの全ての要素は、完全圧縮時に平坦化されて、初期高さから完全圧縮時の高さまでの圧縮比を最大にし、前記主蝶番リングバネは、互いに入れ子にされた1つ以上の蝶番リングバネを任意に備えることができ、その厚さは僅かしか減少しないので、前記拡張結合蝶番リングバネの強度は、各追加の入れ子式蝶番リングバネの追加によって著しく増加し、前記蝶番リングバネの頂部および底部は、前記靴底プレートに対して前記フットプレートの前進運動を可能にするように丸みを帯びており、前記蝶番リングバネは、靴底の圧縮が始まる前に後方に傾斜して配向され、それにより完全な靴底圧縮時に垂直に配向される。    
【請求項５８】
請求項 57に記載の最適バネシステムに関し、前記リング蝶番は、多層複合リングと改良された自然蝶番とを含み、前記改良された自然蝶番は、バネ圧縮が進むにつれて前記突当リンクを包み込むように前記リング蝶番の上方および下方にわずかな距離だけ延び、以下の方法のうちの一つ以上を使用して、前記改良された自然蝶番をより撓曲性にして、疲労による破損なしに高い屈曲作業サイクルに耐えることができる。第一の方法は、前記突当リンクの丸い端部の半径を増加させることであり、第二の方法（より柔軟な巻き付け突当セクションに関して）は、マトリックスの可塑性または可撓性を増加させることであり、第三の方法は、層の数を減らすことであり、第四の方法は、樹脂またはマトリックスを全く使用せず、ゴム状の注入によって「裸の層」を保護する選択肢を用いることで、第五の方法は、前記改良された自然蝶番の内側および外側に蝶番カバーを付着させて、それをほこりおよび摩耗から保護することであり、第六の方法は、減少した数の層の外側を徐々に長くし、その結果、それらが前記突当リンクを包み込むときに壊れないようにすることである。
【請求項５９】
請求項 56に記載の最適バネシステムに関し、前記改良された最適バネシステムは第二の改良された完全最適化バネシステムを有し、それは拡張リンクバネシステムとも呼ばれ、それは、拡張リンクカーブ状バネおよび一つまたは複数の第二補助バネを有し、前記拡張リンクカーブ状バネは、
二〜三のリンクを含む第二拡張結合と、
第二カーブ状バネと、
リンク蝶番を含み、前記リンクは、前記リンク蝶番によって互いに枢動可能に接続され、いずれかの端部で、前記第二カーブ状バネの端部にバネ蝶番を介して枢動可能に接続されて、前記リンクのうちの上部のものは上部リンクと呼ばれ、上部リンク蝶番によって次のリンクに接続され、前記第二拡張結合を含むリンクの全長は、前記第二のカーブ状バネの長さに等しく、前記拡張リンクカーブ状バネは完全圧縮時に完全に平坦化され、前記上部リンク蝶番が前記接触圧縮距離で前記上部荷重表面に接触し、前記接触圧縮距離は、前記第二の拡張結合のリンクの長さを変更することによって調整することができ、前記第二の補助バネは、前記上部リンク蝶番と上部荷重表面との間に位置する上部リンク蝶番部分バネと、前記上部荷重表面と前記底部荷重表面との間に直接的に荷重されるように前記第二拡張結合に隣接して配置された調整バネを含み、前記上部リンク蝶番部分バネは、前記第二カーブ状バネの初期拡張を制御して緩和し、前記拡張リンクカーブ状バネ上の垂直圧縮力の力曲線は第二の力曲線と呼ばれ、圧縮の間に最初に増加し、次いで屈曲してゼロになり、前記上部リンク蝶番部分バネの力は、前記第二の力曲線が減少するにつれて増加して、前記第二の総力曲線をほぼ一定にし、前記完全に最適化された前記バネシステムの要件を満たし、前記第二の補助バネは優先的に前記渦巻状V型バネであり、その場合、前記内部結合左右対称アーチ状バネの全ての要素が完全圧縮時に平坦化されて初期の高さから完全圧縮時の高さへの圧縮比が最大になる。
【請求項６０】
請求項 56に記載の最適バネシステムに関し、前記改良された最適バネシステムは、単一張力左右対称カーブ状バネと、前記上部荷重表面および前記底部荷重表面によって部分的圧縮により直接荷重される一つまたは複数の第三の補助バネとを含む、結合単一張力左右対称カーブ状バネを備える、第三の改良された完全最適バネシステムを有し、前記単一張力左右対称カーブ状バネは、ひし形のように配向された外部四重リンクを含み、それは単一垂直ネックダウン式頂点によって接続された上部および下部に単一であり、単一水平ネックダウン式頂点により二つの側面が接続された四つの四重リンクをさらに含み、二重左右対称渦巻状V型張力要素はさらに四つの多二つ張力カーブ状バネを含み、各単一張力カーブ状バネは、側面頂点接続を介して単一水平ネックダウン式頂点に単一に接続され、それぞれが垂直に近づいて、前期単一垂直ネックダウン式頂点を介して中央の鏡像に接続するまで湾曲（または下降）し、前記単一水平ネックダウン式頂点は任意で、
第一ネックダウン式拘束と、
単一ループと、
拘束ピンとを含み、前記単一ループは、前記単一四重リンクと前記側部頂点接続との間の単一継続部であり、前記拘束ピンは、前記単一ループの側部から挿入され、前記第一ネックダウン式拘束部は前記単一ループを取り囲み、前記側部頂点および前記単一四重リンクによって前記単一水平ネックダウン式頂点を介して及ぼされるかなりの力を抑えるようにし、前記二重左右対称渦巻状V型バネ張力要素を引き離すのに必要な垂直力の第三の力曲線は、最初に増加し、次にゼロに減少し、前記第三の補助バネによって付与された垂直方向の力は、前記改良された完全最適バネシステムの要求を満たす、前記第三の総力曲線をほぼ一定にするように、前記第三の力曲線が減少するにつれて増加し、前記第三の補助バネが優先的に前記左右対称アーチ状バネであり、その場合、前記結合単一張力左右対称カーブ状バネの全ての要素が完全圧縮時に平坦化されて、その初期の高さから完全圧縮時の高さへの圧縮比を最大化する。
【請求項６１】
請求項 56に記載の最適バネシステムに関し、前記改良された最適バネシステムは第四の改良された完全最適バネシステムを含み、それは併合されたバンド張力結合バネを含み、それは、バンド張力結合バネと一つまたは複数の第四補助バネを含み、それは前記上部荷重表面と上記底部荷重表面から部分圧縮で直接荷重され、前記バンド張力結合は、
ひし形のように配向され、垂直蝶番によって上下に接続され、水平蝶番によって両側に接続されたた四つの四重リンクをさらに含む四重結合と、
いずれかの端部にバンド端部ループを有する張力バンドと、
前記バンド端部ループと前記四重リンクの両方（前記水平蝶番に接続されている付近）は、前記シャフトが前記水平蝶番に挿入されて前記四重結合を張力バンドに連結することができ、互いに差し入れられるように細長い穴に通されており、前記張力バンドを引き離すのに必要な垂直力の第四の力曲線が最初に増加し、次にゼロに減少し、前記第四の補助バネによって付与された垂直力は、前記改良された完全最適バネシステムの要件を満たす、第四の総力曲線をほぼ一定にするように前記第四の力曲線が減少するにつれて増加し、前記第四の補助バネは、優先的に前記左右対称アーチ状バネであり、この場合、前記併合されたバンド張力結合バネの全ての要素が完全圧縮時に平坦化されてその初期の高さから完全圧縮時の高さへの圧縮比が最大になる。
【請求項６２】
請求項 56に記載の最適バネシステムに関し、前記改良された最適バネシステムは第五の改良された部分的最適バネシステムを含み、それは単一張力左右対称アーチ状バネと呼ばれ、それは、
頂部延長アーチと底部延長アーチとを備え、各頂部延長アーチと底部延長アーチは、その中央に延長平面部を有し、他端部に接続する外側先端部を備える外部天井荷重アーチ状バネと、
内側先端部および内部アーチセクションを介して前記外側先端部の両端部に接続された内部側面荷重アーチ状バネの上半分と、
内部渦巻状V型バネ先端部を介して中央で互いに接続され、前記内側先端部および前記内部アーチセクションを介して前記両端の前記外側先端部に接続されている内部張力荷重渦巻状V型バネの下半分と、
外部天井荷重アーチ状バネが前記内部側面荷重アーチ状バネまたは前記内部張力荷重渦巻状V型バネと干渉することなく完全に平坦化できるように前記外部先端部を離間させる一対の外部先端スペーサーとを含み、前記外側先端部は、外部締め具によって前記外側先端スペーサーに留められ、前記内側先端部は、前記内部締め具を介して前記内側先端部の鏡像に留められ、前記内部側面荷重アーチ状バネと前記内部張力荷重渦巻状V型両方のバネは、内部張力要素と同等であり、他方を代替することができるが、前記内部側面荷重アーチ状バネのみがここでのさらなる説明を述べられ、前記内部側面荷重アーチ状バネは、前記内部アーチセクションを介して前記外部天井荷重アーチ状バネの内側に位置して引っ張り、これらの三つの要素は継続単一構造を形成し、それらはネックダウン式リビングヒンジを介して相互接続され、前記外部天井荷重アーチ状バネを曲げ、前記内部側面荷重アーチを引き離すのに必要な垂直圧縮力に対して、第五の力曲線の勾配は、前記改良され部分的最適バネシステムの要求を満たすように、圧縮の後半部分の間にその初期値の約半分まで減少し、前記バンド張力結合バネの全ての要素は、完全圧縮時に平坦化され、その初期の高さから完全に圧縮された高さまでの圧縮比を最大にする。
【請求項６３】
請求項 56に記載の最適バネシステムに関して、前記改良された最適バネシステムは第六の改良された部分的最適バネシステムを含み、それは張力バンド左右対称アーチ状バネを含み、それは、
第二バンド端部ループを有する第二張力バンドと、
それぞれが中央アーチセクションと、前記第二の張力バンドを介して左右対称アーチ先端部に当たるアーチ先端部とを含む一対の左右対称バンドアーチと、
第二バンド拘束ピンと、
一対のバンド枢軸とを含み、前記第二バンド拘束ピンは、前記第二バンド端部ループが側方を通って摺動して、第二バンド端部ループが前記第二張力バンドを圧縮している前記アーチ先端を滑り落ちるのを防止し、前記第六の力曲線の勾配は、前記左右対称バンドアーチを曲げ、前記第二の張力バンドを伸ばすのに必要な垂直圧縮力に対して、圧縮の後半部分の間に、最適バネシステムの要件を満たすようにその初期値の約半分に減少し、前記張力バンド左右対称アーチ状バネの全ての要素が完全圧縮時に平坦化されて、その初期の高さから完全に圧縮された高さまでの圧縮比を最大にする。
【請求項６４】
請求項 56に記載の最適バネシステムに関し、前記拡張リンクカーブ状バネシステムは第七の改良された完全最適バネシステムを含み、それは併合された張力リンク回転アームカーブ状バネシステムを含み、それは張力リンク回転アームカーブ状バネと第七補助バネを有し、前記張力リンク回転アームカーブ状バネは、
上部アームと、
底部アームと、
前記上部アームおよび底部アームと接続するアーム蝶番と、前記渦巻状V型バネと類似の構成を形成し、それぞれが互いの鏡像である一対の前記結合リンクカーブ状バネを含み、前記第七の補助バネは、前記上部アームと前記底部アームとの間に位置して、前記第七の補助バネが部分的に折り畳まれたときにそれらに係合し、前記バネ蝶番の一方の端部は、前記上部アームと前記底部アームとを左右対称の位置で蝶番結合し、前記バネ蝶番の他方の端部は蝶番結合して互いに衝突し、これらの第二カーブ状バネの枢動連結は、ネックダウン式リビングヒンジであるカーブ状アーチ枢軸によって優先的に達成され、前記上部リンク蝶番のうちの左右対称のものが、前記上部アームと前記底部アームの前記アーム蝶番に対する負荷付き折り畳みによって互いに衝突したときに、左右対称の前記拡張結合が左右対称の前記第二のカーブ状バネを真っ直ぐにして、前記負荷付き折り畳みのトルク曲線は第一トルク曲線と呼ばれ、前記負荷付き折り畳みの間に最初に増加し、次に曲がり、ゼロになり、前記第七の補助バネによって前記負荷付き折り畳みに抵抗するように作用するトルクは、前記トルク曲線が減少するにつれて増加して、前記改良された完全最適バネシステムの要件を満たすように前記総トルク曲線をほぼ一定にし、前記第七の補助バネが優先的に渦巻状V型バネであり、この場合、前記併合された張力リンク回転アームカーブ状バネシステムの全ての要素が完全圧縮時に平坦化してその初期の高さから完全圧縮時の高さまでの圧縮比を最大化する。
【請求項６５】
請求項 56に記載の最適バネシステムに関し、改良されたバネシステムは第八の改良された最適バネシステムを有し、それは、端部精製カーブ状バネを有し、それは固体初期セクションと剛性変更端部セクションを含み、固体初期セクションは、その基部が主に水平方向に配向されており、前記固体初期セクションは、前記剛性変更端部セクションに剛性又は単一的に取り付けられるように前記要素バネの高さの中実部に対して上向きに湾曲しており、前記端部精製カーブ状バネは、その底部荷重表面によってその底部に荷重され、またその上部荷重表面によってその上部に荷重され、前記底部荷重表面に対して水平に自由に並進し、前記バネ圧縮の初期部分の間に、前記バネのたわみは、主として、前記固体初期セクションの平坦化によるものであり、前記バネ圧縮の後半部分において、前記バネのたわみは、主として、前記剛性変更回転端部セクションが回転するときの圧縮及び平坦化によるものであり、前記剛性変更回転端部セクションの剛性を独立にパラメータ化してより弱くすることができ、前記端部精製カーブ状バネの圧縮のための力曲線は、前記圧縮初期部分の間に急激に増加し、前記固体初期セクションの平坦化に主として起因し、その後、前記改良された部分的最適バネシステムの要件を満たすように前記力曲線が曲がり、より柔らかくなる。
【請求項６６】
請求項 65に記載の最適バネシステムに関して、前記端部精製バネシステムは、第九の改良された部分的最適バネシステムを含み、それは、凧型端部カーブ状バネを含み、前記剛性変更回転端部セクションは、前記固体初期セクションの途中まで（下部頂点において）前記要素的バネの高さの上部の上部頂点で凧型上端部に再結合し、凧型アーム左右対称アーチを形成し、二つの凧型アーチアームに分割する凧型端部セクションを含み、凧型アーム左右対称アーチは、前記凧型アームの中心が二つの凧型アームの中心間の凧型中心線に沿って直接荷重されると最終的に平坦になるように閉鎖され、前記凧型端部セクションは、前記下部頂点と前記上部頂点との間に頂点軸を有し、前記頂点軸は、前記バネ圧縮の開始時に主に垂直方向（幾分対角線上にあってもよい）に向けられており、前記頂点軸は、前記バネ圧縮の終了時に完全に水平になるように回転し、前記凧型端部の曲げに対する剛性は、前記バネ圧縮の前記初期部分の間にその曲がりがわずかに又は全く生じないように十分であり、前記凧型端部セクションは、前記凧型端部セクションを圧縮するのに必要な力が低減されるように、前記凧型端部が前記凧型ライン中心に沿ってより直接的に荷重されるように、前記頂点軸が回転するときに圧縮の後半部分の間に圧縮し、前記凧型端部カーブ状バネの圧縮のための力曲線は、前記圧縮初期部分の間に急激に増加し、それは、前記初期固体セクションの平坦化に主として起因する一方、圧縮の後半部分の力曲線は主に前記凧型端部セクションの圧縮によるものであり、圧縮の後半部分で力曲線が曲がってより柔らかくなり、前記改良された部分的最適バネシステムの要件を満たすように、より弱くなるように独立的にパラメータ化することができ、前記凧型端部カーブ状バネは、前記渦巻状V型バネのような前記アーチ状バネ構成の組を、前記要素的カーブ状バネを構成した方法と同様に構成するために使用することもできる。
【請求項６７】
請求項 65に記載の最適バネシステムに関し、端部精製バネは、第十の改良された部分的最適バネシステムを含み、それは、矢じり型カーブ状バネを有し、前記剛性変更回転端部セクションは、前記剛性端部に剛結された固体初期セクションと、前記剛性端部の先端に固着されたカーブ状バネとを含む矢じり端部セクションを備え、矢じり型カーブ状バネはその取付け点で前記剛性端部に平行であり、前記矢型カーブ状バネは、前記剛性端部から前記矢じり端部まで延在するように湾曲し、前記矢型カーブ状バネは、前記剛性端部の片側または両側にあり得、前記矢型カーブ状バネは、バネ圧縮の開始時に隣接する荷重表面と接触していないが、その先端部は、前記バネ圧縮の後半部分の間にその隣接荷重表面に衝突し、 前記剛性端部が水平になるように回転したときに前記完全剛性端部に対して完全に圧縮されて平坦化され、前記矢型カーブ状バネの圧縮のための力曲線は、前記圧縮初期部分の間に主に前記固体初期セクションの平坦化により急激に増加し、圧縮の後半部分の力曲線は主に前記矢じり型端部の圧縮によるものであり、圧縮の後半部分で力曲線が曲がってより柔らかくなり、前記部分的最適バネシステムの要求を満たすように、より弱くなるように独立的にパラメータ化することができ、前記矢じり型カーブ状バネは、前記渦巻状V型バネのような前記一連のアーチ状バネ構造を、前記要素的カーブ状バネのために構成された方法と同様に構成するのに使用することができる。
【請求項６８】
請求項 56に記載の最適バネシステムに関して、前記改良された最適バネシステムは、一つ以上の側部があり、各側部がバネ力を最大にするように優先的にくさび形にされた多面構造であるように構成されている。
【請求項６９】
請求項 57に記載の最適化靴に関し、前記内部結合左右対称アーチ状バネシステムは調整された拡張結合蝶番リングバネとも呼ばれ、それは、併合アーム拡張結合蝶番リングバネを有し、それは、さらに
上部マルチアームアーチと、
下部マルチアームアーチとを含み、これらは前記改良された自然蝶番を介し、両側で蝶番結合され、これらのマルチアームアーチの各々は、二つ以上の隣接するアーチアームを備え、これらのアーチアームは、膨出して互いに隣接する他のアーチアームからそれぞれ離れており、前記隣接するアーチアームは、前記併合アーム拡張結合蝶番リングバネの完全圧縮の過程で互いに徐々に併合し、前記隣接するアーチアームの間の空間は、圧縮中の内部アームの併合中に大きさが減少するアーム間空隙と呼ばれ、圧縮中に前記隣接するアーチ状アームの曲げが著しく増強されているためおよび曲げ要素の実効強度がその厚さの3乗であり、n個の厚さ分併合したアーチ状アームの数は、隣接する各アーチ状アームの厚さのn倍であるため、強度および靱性（衝撃エネルギーがどれだけ吸収されるかを示す）著しく増強される。前記隣接するアーチ状アーム間の摩擦を任意的に追加または減らすことが可能であり、前期内部アーム間空隙の併合を遅らせる等の前記アーム間空隙の形状が前記併合アーム拡張結合蝶番リングバネの力曲線を変化させるための多数の戦略が存在し、前記補助バネは、前記併合アーム拡張結合蝶番リングバネと並列に選択的に使用されて、前記バネ圧縮の終わり部分全体にわたって前記総力曲線を一定にし、それによって最適な一定の力曲線を達成することができる。
【請求項７０】
請求項 69に記載の最適化された靴の前記改良された自然蝶番は、
一つ以上の内部アーチ状アームと、
一つ以上の内部継続蝶番層と、
一つ以上の外部アーチ状アームと、
一つ以上の外部継続蝶番層と、
外側および（または）内側の蝶番カバーを含み、前記隣接するアーチ状アームは今、前記内部アーチ状アームと前記外部アーチ状アームを含み、各アームは多層を有する複合材ラミネートであり、前記内部アーチ状アームの層のうちの一つは前記継続蝶番層であり、前記外部アーチ状アームの層のうちの一つは前記外部継続蝶番層であり、これらは拡張結合蝶番付リングバネの周り全体に広がる層の継続であることを意味し、目標は、前記のさらに改良された自然蝶番の屈曲のための高疲労作業サイクルを達成することであり、前記突当リンクを包み込むために二つの層を使用することによって厚さを減少させることは、第一の改善であり、前記外側継続蝶番層の長さを増加させることは、第二の改善であり、前記のさらに改良された自然蝶番を保護および包囲するために前記蝶番カバーを組み込むことは、第三の改善であり、また、マトリックスまたはより柔軟なゴム状のマトリックス材料を使用しないことは第四の改善であり、前記内部継続蝶番層および前記外部継続蝶番層は、これらの増加した層が依然として十分に可撓性であるという条件で、より多くの層を任意に含み得る。
【請求項７１】
左右対称上敷き継続併合ラミネートビームは二つまたは複数の隣接継続併合ラミネートを有し、それらは波打って繰り返され、それらが二つである場合、例えば、上側のものの最も高い点が下側のものの最も低い点に面するように、それらは互いにずらして配置され、あたかも180度位相がずれているかのように、上側の最も低い点は、下側の一番高い点よりも上にある。各隣接する継続併合ラミネートは、それが荷重されるにつれて平らになり、併合され、さまざまな構成および種類の併合荷重が可能であり、前記複数の隣接する継続併合ラミネートビームが、荷重の際に曲がるように湾曲してもよく、荷重下でほぼ平坦化および圧縮されるように平坦であっても、またはわずかに湾曲していてもよく、主に圧縮するだけでなく、荷重下でわずかに湾曲するように、防護服の場合のようなスペースを囲い込むことがあり、重なり合った構造のため弱い継ぎ目が存在せず、任意の数の隣接する継続併合ラミネートを同様の方法で組み合わせることができ、圧縮中に前記隣接するアーチ状アームの曲げが著しく増強されていること、および曲げ要素の実効強度がその厚さが3乗であり、隣接する併合アーチ状アームのn枚分の厚さは、隣接する各継続併合ラミネートの厚さのn倍であるので、強度および靱性（衝撃エネルギーがどれだけ吸収されるかを示す）は著しく増強されている。
【請求項７２】
請求項 14に記載の最適靴に関し、前記汎用ギアチェンジャーは、電子自動ギアチェンジャーを有し、それは、前記係合スライス数の増分に対応する少数の前記別個のギアを有し、前記電子ギアチェンジャーは、
前記2Dバネでもある前記側部バネが、二つ以上に切断されたスライスバネである側部スライスバネ組み立てと、
前記靴底プレートに固着された電子作動装置を含む、
前記靴底プレートに付随する電子組み立てと、
マイクロプロセッサーと、
前記マイクロプロセッサーのプログラムの中の早見表と、
前記靴底プレートの底部に取り付けられた力センサーと、
横向き位置センサーと、
電源とを含み、これらのさまざまな電子要素はワイヤーを介して接続されており、前記電子自動ギアチェンジャーはさらに、
ラック＆子歯車組み立てと、
前向きラックと、
前向きラックの上のラックピンと、
二重ラックと子歯車と、
回転ボルトピン係合機と、
ラックボルトを含み、前記ラックボルトは、横向きに動いてスライスバネを係合し、解除し、ギアチェンジは以下のように達成される - 第一に、前記力センサーは、ステップ中に最大衝撃力を記録し、この値は、前記横向き位置センサーによって測定された前記ラックボルトの位置と共に前記マイクロプロセッサーに送信され、前記マイクロプロセッサーは、前記早見表を使用して、前記スライスバネの正しい係合数に対応する前記ラックボルトの適切な次の位置を計算し、つま先離地期のすぐあとの遊脚期には、前記マイクロプロセッサーは、前記電子作動装置に信号を送り、前記ラックボルトを移動させる前記前部ラックを動かし、前記次のステップにおける完全な靴底圧縮のために正しい係合数の前記スライスバネを係合、前記二重ラック＆子歯車は、前記前部ラックの縦方向運動を前記ラックボルトの横方向運動に変換する。
【請求項７３】
請求項 14に記載の最適靴に関し、前記側部バネ係合と係合解除構造は、滑車作動装置を有する電子作動装置を備え、滑車作動装置は、
前記靴底に剛結された第一滑車作動装置ポストと、
前記靴底に剛結された第二滑車作動装置ポストと、
前期第一滑車作動装置ポストに取り付けられた発生機引き上げ滑車と、
前記第二滑車作動装置ポストに取り付けられた対向引き上げ滑車と、
ギアチェンジのために動かされなくてはならないギア要素に固着され、前記滑車ラインに取り付けられた分岐ラインキャッチと、
前記発生機引き上げ滑車のシャフトと同様のシャフトを有する二方向作動装置発生機とを含み、前記二方向作動装置発生機は、前記ユーザーの次のステップで前記圧縮性靴底を完全圧縮するように前記ギア要素を適切な位置に移動させるために電子信号を受信する。
【請求項７４】
請求項 1に記載の完全に最適化された靴はさらにスマートニーブレースを有し、それは結合張力リンク回転アームカーブ状バネシステムを含み、またそれは、張力リンク回転アームカーブ状バネおよび折り畳み抵抗補助バネを含み、前記張力リンク回転アームカーブ状バネは、
上部アームと、
前記回転アームが前記上部アームと前記底部アームである底部アームと、
前記上部アームおよび前記底部アームに接続されるアーム蝶番と、
鏡像構造を形成し、前記アーム蝶番の周りの折り畳みに抵抗する一対の拡張結合カーブ状バネとを含み、前記折り畳み抵抗補助バネは、部分的に折り畳まれた後にのみ、前記アーム蝶番の回りの折り畳みにも抵抗し、前記拡張リンクカーブ状バネは、
カーブ状アーム蝶番と、
前記カーブ状アーチ蝶番によって中央端部で蝶番結合されたカーブ状バネと、
一方の端部にバネ蝶番によって相互接続された二つの二重リンクを含む
左右対称の一対の二重リンクの各々とを含み、その自由端は前記カーブ状バネの自由端に蝶番結合しており、前記左右対称カーブ状バネはまた、（それらの同じ自由端で）前記上部アームおよび下部アームに蝶番結合されており、前記バネ蝶番は、バームの折り畳み中に互いに衝突し、折畳み中に、左右対称の前記拡張結合部は、左右対称の前記カーブ状バネを真っ直ぐにするように作用し、前記負荷された折り畳みのトルク曲線はトルク曲線と呼ばれ、前記負荷された折り畳みの際に最初に増加し、次に湾曲してゼロになり、前記折り畳み対抗補助バネが前記負荷された折り畳みに抵抗するように作用するトルクは、前記トルク曲線が減少するにつれて増大して、前記合併されたトルク曲線をほぼ一定にし、前記アーム蝶番、前記カーブ状アーチ蝶番および前記バネ蝶番などの様々な回転アーム蝶番は、従来のシャフト蝶番、ネックダウン式自然蝶番、および固定歯車蝶番の組み合わせを優先的に含み、各カテゴリーは、ゼロを含む任意の数の前記回転アーム蝶番に使用されてもよく、前記固定歯車蝶番は、
歯車の端部が丸くなった二つの歯車端部リンクを有し、前記歯車端部リンクが互いに対して回転（折り畳み）し、
前記丸端の中心に固定的に取り付けられたケーブルシャフトと、
スリットケーブルは、二つの前記歯車端部リンクの前記シャフトに張って結合され、前記歯車端部リンクが回転するとき、前記スリットケーブルを前記丸端部の固形部と相互作用させて前記スリットケーブルの自由な動きを可能にするために前記丸端部のループスリットを切断し、前記歯車端部リンクは回転アームまたは前記二重リンクであるかもしれない。
【請求項７５】
請求項 74に記載の最適靴に関し、前記併合張力リンク回転アームカーブ状バネシステムは、さらに回転ギアチェンジ組み立てを有し、それは
周期的負荷を受け、電子作動装置および制御システムをさらに含み回転ギア変換組み立てを含む回転ギア変換アームカーブ状バネシステム備え、前記電子作動装置は、
モーターと、
モーターシャフトと、
前記モーターシャフトに個着された滑車と、
二つの交差プレート方向転換滑車と、
滑車ラインと、
ライン・突当取り付けと、
電源を含み、前記制御システムは、
マイクロプロセッサーと、
前記マイクロプロセッサーのプログラムの中の早見表と、
前回の荷重力を測定するための力センサーと、
電子力源を含み、前記カーブ状バネは二つ以上に切断されたスライスバネになっており、前記スライスバネの任意の数が前記回転アームカーブ状バネ系の有効バネ強度を変化させるように係合され、前記制御システムのこれらの要素は、ワイヤーまたは無線装置を介して接続され、前記二つの二重結合は、対角線リンクプレートと、突当シャフトを介して前記二つの対角線リンクプレートによって共有される可動突当プレートとを含み、前記電子作動装置は、前記対角線リンクプレートの上部に固着され、前記可動突当プレートは、前記突当シャフト上を横方向に自由に滑ることができ、この滑りは可変数の前記バネスライスを係合させ、前記ライン・突当取り付けは前記可動突当プレートを前記滑車ラインによって取り付け、前記交差プレート方向転換滑車は前記ライン・突当取り付けを位置決めして前記可動突当プレートを移動させて前記所望の数の前記スライスバネを係合させ、前記マイクロプロセッサーは、前の負荷力の前記力センサーからの通信を受信し、前記早見表を使用して前記所望の前記有効バネ強度を計算し、前記滑車ラインと前記ライン・突当取り付けとを回転させて移動させ前記所望の前記有効バネ強度を選択するように前記モーターに指示する。
【請求項７６】
請求項 75に記載の完全最適靴に関し、前記ギア変換回転アームカーブ状バネシステムはスマートニーブレースを有し、それはさらにパッド付き結合カフを有し、簡素レッグ、簡素膝、および簡素フットは、スマートニーブレースに対応する脚を表すために使用され、前記簡素レッグの上部結合部が前記上部アームとして機能し、前記簡素レッグの膝が前記アーム蝶番として機能し、前記簡素レッグの下部結合部が前記下部アームして機能し、前記制御システムは、前記ギア変換回転アームカーブ状バネシステムと全く同じ働きをし、歩行または走行のための追加の要件は、前記簡素フットが地面と接触していないときに前記簡素膝が遊脚期に自由に曲がることができなければならないことであり、前記マイクロプロセッサーは、地面負荷力がつま先離地期でゼロになると直ちに前記スライスバネを係合解除するように前記モーターに指示し、前記パッド付きカフは、前記上脚部および下脚部にあり、前記スライスバネおよび前記対角線リンクプレートを前記上脚部および前記下脚部に連結するために使用され、前記スマートニーブレースは任意で、
補助レッグ結合と、
カフサポートと、
前部膝バンドを含み、それは前記パッド付結合カフの上部が荷重下に滑り上がるのを防ぎ、前記補助レッグ結合は、膝に対する荷重力を軽減するために上部脚リンク、膝リンク、および下部脚リンクを有して脚を擬態し、前記カフサポートは、前記下部脚リンクを前記下部パッド付き結合カフに取り付け、その結果、ギア変換回転アームカーブ状バネシステムに負荷力を伝達し、前記上部脚リンクは、前記簡素膝の負荷力を低減するように作用する前記上部パッド付き結合カフに荷重力を直接伝達し、それはユーザーの膝の上であり、前記スマートニーブレースを真っ直ぐではなく僅かに曲げ始めることが可能であり、前記スライスバネの全てがつま先離地期の直後に係合解除されることを確実にするために、前記可動突当プレートに荷重しないようにすることができる。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、CIP特許に開示されているように、未来的で最適化された靴の発明のための能力の配列を発表する。それは、2015年4月16日に出願された親USPTO実用特許出願第14 / 545,274号（本発明者のレネックス《Rennex》も開示）に開示されている、強化されたかかと持ち上げ設計靴に対する新しいデザイン、拡張及びエネルギー帰還の改良を追加する。ここでは、この親出願についての参照は、単に「親出願」として記される。1980年代以来、靴における聖杯は実質的なエネルギー帰還であった。それは、ランナーが走り出すときにランナーの重心を上げて前進させるために、足の裏の貯蔵衝撃エネルギーを効果的に結合することによって、走行の代謝エネルギーコストの実質的な低減が達成されることを意味する。これらの単純なバネの反発係数がどれほど高かったとしても、単に足の裏のどこかにバネを置くことにより、わずか数パーセントのエネルギーコスト削減が実現する。かかと - つま先動作、足首および膝の動作、シリーズサポート、およびタイミングの問題は、この効果的な結合を理解し達成するのを困難にする。靴底に単純なバネのみを持つ従来の靴は、実質的なエネルギー帰還をもたらさない。むしろ、実質的なエネルギー帰還は、本発明の目的であるかかと持ち上げを高めることを必要とする。しかしながら、かかと持ち上げを高めるための直接的な設計は非常に複雑である。この中のヒールポップデザインは、実用的かつ安価に製造するのに十分シンプルである。また、つま先が沈むことを防ぐ構造、または自動ギアチェンジャーを使用することによって、かかと持ち上げを高め、前回のデザインにおける既存の欠陥を克服する。
【０００２】
本発明の別の機能は、ランナーが感じる最大衝撃力を低減するために低衝撃バネを使用する。これらの最適なバネは、高性能エネルギー帰還靴および従来の靴の両方で使用することができる。図1〜3を参照すると、図28〜図30の代替設計の目標は、最適な力曲線を達成する機能をより安定させることである（これは、靴底が圧縮されている間に力曲線が曲がることが必要となる）。これは、拡張結合部がどのようにカーブ状のバネに接続されているかの調整によって達成される。改良された結合部からカーブ状のバネ蝶番の詳細、結合部の構造、またカーブ状のバネ自体は図31に示されている。図13〜15を参照すると、本仮特許の発明の図32の代替設計の目的は、リングバネをその側部に広げることによってのみ荷重することである。この結合部とバネの構造の詳細は図32に示されている。特に、図47の固定歯車蝶番は、図7〜9の平行四辺形の角の蝶番、図13、15、と32の内部結合蝶番、図27と49の回転式結合アームに使用することができる。
【０００３】
本仮出願の図33〜36の併合アームの具現化の設計目的は、図32のリングバネを、より強くかつより頑丈になるように修正することである。より頑丈なという用語は、新しいリングバネが壊れる前に、かなり多くのエネルギーを吸収することができることを意味する。この目標は、外側のアームをわずかに弓なりにして長くすることによって達成される。これは、完全にリングバネが圧縮されたときに併合するような方法である。枢軸の改善には2つのタイプがある。第1の種類は、より柔軟なマトリックス素材による複合脆性の問題に対処する改良された新しいネックダウン自然蝶番を特徴とする。第2の種類は、自然蝶番を使用しないが、靴に必要とされる小さな結合部サイズであっても、依然として安価に製造することができる固定歯車蝶番を特徴とする。この設計は併合アーム内部結合リングバネと呼ばれる。この設計の変形は上敷き併合ラミネートビームと呼ばれ、正弦波状の異相に隣接するラミネートが、ビームが曲がったときに併合する。これらの両方の設計で、二つの独立したラミネートを追加した場合よりも、はるかに強く、より頑丈な併合された構造が得られる。 これは、併合されたラミネート構造が二倍の厚さの凝集構造に移行し、バネ強度が厚さの三乗になるからである。比較が二つの併合ラミネートの場合においては、重量あたりの強度が二乗（四倍）の利点がある。積層数が増加するにつれて、この利点は積層数の二乗になる。また、膨出した積層体（ラミネート）は、例えば、より多くの撓みによって、より多くのエネルギーを吸収するので、これらの構造はより頑丈である。
【０００４】
また、最適な性能には、すべての衝撃力（走行速度）に対して大きな靴底圧縮が必要である。図26の第1のギアチェンジ機構は、バネシステムの堅さを自動的に変化させ、常に完全な靴底圧縮に近くなるようにする。ギアチェンジのための追加の単純化された設計が、図37〜44および図46と48に示されている。これらには、厳密に機械式であるか電子作動装置を使用するバージョンが含まれている。特に、自転車や車のようないくつかの個別のギアレベルだけでなく、連続的な範囲で正確なギアチェンジを行うための設計がある。特に、図48の交差シンクロナイザー滑車作動式自動ギアチェンジャーは、内側組立体のギアチェンジを内側組立部で最適に簡単かつ容易に製造する方法で同期させる。また、ギアチェンジの精度（ギア数に相当）は、図37および図38の理論上完全に正確なギアチェンジに相当するところまで改善することができる。また、靴の新しい衝撃吸収用電子チャージャーの設計もある。かかと持ち上げを大きくしたかかと持ち上げ靴と、全ての靴をクリップオン式デザインにした両方がある。これらのチャージャーは、従来技術のチャージャーよりも安価であり、はるかに多くの電力を供給する。また、従来技術のものよりも軽く、安価で、簡単で、高速である新しい滑車作動装置もある。最後に、この最適な低衝撃バネは改善されたため、著しく頑丈で強い。効果的なバネ力（ギア）が靴衝撃チャージャーによって駆動される自動ギアチェンジャーによって一歩一歩自動的に変更されるという事実により、これらの機能全体は、力バネによって40パーセント衝撃を低くし、すべての歩行および走行速度での約20パーセントのエネルギー還元をする、未来的なランニング/ウォーキングシューズである。ジョイントの周りを回転する最適なバネのバリエーションもある。これを電子ギアチェンジャーと組み合わせることにより、軽く安価なエネルギー還元ニーブレースが得られる。これらそれぞれ二つの機能強化（スマートエネルギー還元靴ニーブレース）は、走行時の代謝エネルギーコストを25パーセント削減できると考えられる。従って、それらのエネルギー還元の合計は50パーセントになることができる。
【発明の概要】
【０００５】
最適化された靴の発明は、人々およびロボット、人工装具および装具用途のために歩きおよび走る履物の性能および快適性の両方を最適化するための多くの実施形態および二つの方法を含む。第一に、従来の靴で達成可能なレベルよりもはるかに高い、大幅なエネルギー還元のための改良されたかかと持ち上げ靴（ここではヒールポップ靴とも呼ばれる）のいくつかのバージョンがある。本発明におけるエネルギー還元とは、単に靴底のバネ自体の反発係数だけではなく、代謝エネルギーコストの低減を指すこと（靴の世界ではあまりにも一般的な誤解を全て訂正する）ことに留意されたい。つまり、靴底のエネルギーはランナーの重心を空中に押し戻すために使用される。このエネルギー還元は理解するのが難しいく、これを達成するのも非常に難しい。第二に、足の衝撃を最低限にするために改良された十個の最適なバネがある。第三に、足首および膝関節のための回転式アーム改良型最適化バネがあるが、固定歯車蝶番は外部スペースの折り畳まれた配列に最適で簡素でありながら頑丈な蝶番として使用できる。第四に、改良された最適なバネは従来の靴に組み込まれている。第五に、靴底が常に完全圧縮状態に近くなるように、靴底バネの堅さを有効に変えるためのいくつかの自動ギアチェンジ構造がある。そのため、性能と快適性が常に最適である。この有効な靴底バネの堅さの変換をここでは「ギアチェンジ」と呼ぶ。この短いフレーズは簡単に理解できる。足の衝撃を最小限にする最適な力曲線方法は、予荷重一定力カーブを持つ最適なバネを必要とし、特定のユーザーのための特定なタイプの走行または歩行時における最適な全靴底のエネルギーを計算、測定、調整する手段を必要とする。靴調整方法は、靴の製造中に2D靴底バネを正確に切り込むことによって、また挿入可能な正確な2Dバネを使用することによって、靴底のエネルギーを計算および調整する手段を提供する。本発明の最適化されたバネの完全なたわみ時に吸収される靴底のエネルギーは、科学的に選択された靴底の厚みと線形的に比例するという事実に基づいている。走者または歩行者はここからはユーザーと呼ぶ。
【０００６】
ヒールポップ設計の三つのバージョンでは、衝撃の瞬間に足の衝撃エネルギーの全てをとらえ、保存し、かかとを持ち上げるときに、改良されたかかと持ち上げによってエネルギーの還元を保証する。改良されたかかとの持ち上げとは、衝撃時の靴底とかかとの圧縮距離よりも実質的に大きい（二〜三倍）距離だけ、ユーザーのかかと（つま先ではなく）のみを（または主に）持ち上げる構造を意味する。ヒールポップ靴の重要な設計上の特徴は、つま先接続部の下側および後側の靴底構造がバネ式であることである。そしてこの靴底構造は靴底圧縮時に平らになる。走者の体重が走者のつま先部に行くに従って、その設計は保存されたエネルギーがレバーを上げたり、走者のかかとのみをかかとの圧縮距離よりも実質的に持ち上げるのに使われることを保証する。この改良されたかかとの持ち上げはここからはヒールポップと呼ぶ。それは実質的なエネルギー還元を達成できる一番の方法である。これらのヒールポップ設計はシンプルで簡単に製造でき、靴技術において新しいものである。すなわち、多種タイプの従来のバネを靴底に入れ、エネルギー還元を特徴づけることを請求する多くの靴の特許が存在するが、そのような先行技術は、かかと持ち上げを強化しておらず、結果実質的なエネルギー還元は得られない。ヒールポップの利点は、ふくらはぎの筋肉がヒールリフト機能を使ってかかとを持ち上げているときに得られる距離が、従来の靴のバネによって得られるかかとの圧縮および拡張の距離よりも約三倍大きいという事実に起因する。従来の靴ではかかとのバネはヒールリフトに比べて三分の一（通常それ以下）に過ぎない。従って、ユーザーの重心がかかと持ち上げ時に上方および前方へ加速することに対し、かかとバネが結果的に、本来の不十分な結合のために、保存されたかかとの衝撃エネルギーの大部分が無駄になる。本発明の改良されたかかと持ち上げ動作が大部分を行なっているので、ふくらはぎの筋肉をそれほど使う必要がない。つまり、ふくらはぎから放出される代謝エネルギーは相当減少される。よって、相当なエネルギー還元が得られる。ヒールポップ構造はつま先プレートがフットプレートに対して結合されている必要がある。その圧縮可能な靴底は従来の靴底に比べてより大きく圧縮する（望ましくは1〜3インチ）。そして靴底のフットプレート部は四つの側面から成る。前側および後側部は、前方に傾斜し、圧縮時に前方に回転して、圧縮性靴底が平坦になる。初めの二つのバージョンのヒールポップ実施様態は前側および後側部にカーブ状バネがあり、三つ目の実施様態はバネ式の四つの面が平行四辺形を形取り、下方と上方へ圧縮される。
【０００７】
図1,2および3のエネルギー帰還靴の設計における最適な力曲線の信頼性を保証するために、図28〜31ではカーブ状のバネを拡張する結合部が、図1〜3に比べ違く接続されている。また、カーブ状のバネとその拡張結合部の構造と接続方法の詳細が示されている。これは、これら三つの図の片側のカーブ状バネを指す。また、図13と15の拡張結合リングバネは変更され、詳細が図32に示されている、これはまた最適な強度のカーブを保証するためである。この左右対称旋回半球バネは、旋回リングバネとして拡張リングバネ結合に使われ、著しく頑丈で（それはより多くのエネルギーを壊れることなく吸収することである）強力な併合ラミネート（アーム）を特徴とする旋回リングバネの変化型が図33〜36で紹介されている。この併合アーム内部結合リングバネはより強い強度カーブを持っている。つまり、拡張結合として使われたとき強度カーブは曲がりゼロとなるので、結果としてバネの強度カーブはより一定の強度カーブとなる。この併合アームの考えは上敷き併合ラミネートビームとして、柔軟性のある、強い、軽量構造要素、または防護服などの他の分野でも使用できる。
【０００８】
改良されたかかと持ち上げについて、レネックス（Rennex）は、2004年2月3日の米国第 6,684,531に図21の中で考えを述べている。しかし、その設計はとても異なり、非実用的であった。また、それはいくらかの足の衝撃エネルギーをつま先に還元した。本発明では  最適なエネルギー還元のために実質的に全ての衝撃エネルギーが、改良されたヒールリフトに使われ、本設計は著しく実用的である。フレッシ（Freschi）は2012年3月23日の米国特許出願 20140165428にて平行四辺形を基礎とする靴の設計はかかと持ち上げを高めると公表している。これは、平行四辺形蝶番を接続する二つの対角線のうち、短い方を圧縮バネに接続し使用することに限定される。それはすばらしく簡単な解決策であるが、残念なことに設計には本質的に欠陥がある。実際にギアを変換するためには （特許およびその米国親特許出願第14 / 545,274号にも報告されている能力）着用者は下に向かって手を伸ばし、手動で圧縮バネがある対角線（平行四辺形の）の長さを変えるダイアルを調整しなければならない。これは平行四辺形の高さを減少させ、靴底の高さが低くなるにつれて、靴のエネルギー還元を著しく減少させる。また着用者が常に止まり、ひざまずいてこの調整をしなければならないことも容認できない。この調整が行われている場合でも、この調整が最高の靴底の高さにされたときと、ランナーが靴底を完全に圧縮したときにのみ、最適なエネルギー還元がある。さもなければ、かかと持ち上げと、それに対応するエネルギー還元は大幅に減少する。同時に、平行四辺形靴底が完全に圧縮するための衝撃力が小さ過ぎると、着用者のつま先が下に沈むという深刻な問題があり、これは砂の中を走っているときのつま先の沈みに匹敵する 。これは容認できない。従って、この設計は、ユーザーの靴衝撃値範囲の大部分において、完全なエネルギー還元または適切なつま先離地動作を与えない。走行速度が変わるたびに、ユーザーがひざまずいて手動で靴を調整しなければならないことに加えてである。さらに、フレッシ（Freschi）の設計ではこの欠点を修正する方法がない。反対に、本特許出願者の設計は、親出願第14 / 545,274および本特許両方で、これらの設計が非常にかつ明らかに異なるという事実から、この欠点を克服する。つまり、これら二つの設計を台無しにする問題を最初から克服するつもりであった。初めに親特許出願第14/545,274で公開された設計は、特許出願者は自動的に過度なつま先の沈みを防ぐ、つま先沈み防止構造を公開した。フレッシ（Freschi）の設計よりもこの解決策は自動であり、フレッシの（Freschi）（ランナーが止まって手で靴を調整する必要がある）設計に対してはっきりとした改良があるにもかかわらず、靴底の移動率が減少するとエネルギー還元が減少するという欠点がある。本特許の改善された設計の中ではこの様な欠点がない。図37〜43の自動ギアチェンジ機能は一歩以内（正確なギアチェンジ設計のための）そして、機械的ギアチェンジ設計のためには数歩内で常に完全靴底圧縮が行われることを保証する。この場合、つま先が沈む問題はない。そしてランナーが手で効果的なギアを調整する必要もない。ちなみに、つま先が沈まないようにする特性も必要ない。それは本発明のエネルギー帰還靴の設計を単純化する。手���に言えば、本特許出願者のエネルギー帰還靴の設計は、フレッシ（Freschi）の設計とはまったく異なっており、機能と実用性においてはるかに優れている。これらはより軽量で、製造コストも安い。
【０００９】
2005年12月1日の米国特許出願第2005/0262725の図9および12でレネックス（Rennex）は平行四辺形靴底のような連結された圧縮可能な靴底における多くの種類のバネの使用を予想している。これらは平坦になるカーブ状のバネ、V型の流動的蝶番バネ、カーブ状の張力バネ、また問う特許の左右対称アーチ状バネに似た円すい状のバネが含まれる。また1990年6月26日の米国第4, 936,030でレネックス（Rennex）は平行四辺形を基礎とした圧縮可能な靴底を公表しているが、それは明らかではなく、または見やすくない。レネックス（Rennex）の特許で図2および4を参照して、前部に16、後部に25曲げた垂直アームは、実際には平行四辺形の前面および背面として機能する。関節式トープレートがないため、かかと持ち上げ改良には使用できなかった。2015年5月19日の米国第9032646ペレニク（Perenich）は平行四辺形蝶番の間に様々な張力バネを使用した後方に傾いた平行四辺形を公表した。ペレニク（Perenich）は平行四辺形は前方にも圧縮するかもしれないとも述べいているが、彼はそれがなぜヒールポップに有効であるかもしれないということについては何も教示していない。実際、たった今述べた、レネックス（Rennex）の二つ特許は、ペレニク（Perenich）の請求を完全に取り除いている。さらに、ペレニク（Perenich）に言及されたバネは、これらがあまりにも弱すぎるという点で完全に実行不可能であり、圧縮されていない靴底の厚さが容認できないという点も追加される。彼は平行四辺形が前方にも傾けられると述べているが、なぜ前方に傾くかということについては何も教示していない。それはかかとを持ち上げるためのヒールポップの考えについて何も述べていない。そして彼はつま先が沈まない構造の必要性についてもつま先が沈む問題を克服するためのギアチェンジャーについても何も述べていない。最後に、彼の靴底プレートは、足の下からつま先までが固く、ヒールポップの特性が機能しない。それは、彼の設計ではつま先部分と足全体が同時に拡張しなければならず、ヒールポップを不可能にする。また、関節式トープレートがない。かかと持ち上げを高めることについても、また沈まない構造についても何も述べていない。これらの全ての理由から、彼の特許出願はヒールポップ発明を見込めず、彼の発表には何も新しいものがない。菅原は2004年4月13日の米国特許出願第6,718,655で靴の後部が曲がるようにバネ式である（図21Aおよび図21B）「V型蝶番」を発表している。そして彼は図25Aおよび25Bでつま先とかかとの両方が曲がる二つのV型蝶番を発表している。
これはかかと持ち上げを高めるための賞賛すべき努力であるが、実用性について深刻な問題がある。第一に、靴底が完全に平らになったときのみ機能する。そうでなければ、靴はつま先離地期に、つま先が下がり、結合部（またはいくつかの結合部）の周りを揺り動かす。これは本発明のつま先が沈まない構造の必要性に関連している。もう一つの欠点は、彼のバネの先端が上面に擦れ、また、バネの曲がる距離が非常に短いことであり、これは、本発明において多数の最適化されたバネと比較して、そのバネがいかに強くなり得るかを深刻に制限する。
【００１０】
本発明の最適化されたバネに関しては、チューブバネの靴への使用がルシ（Luthi）の1998年10月20日の米国特許第5,822,886号にて発表されている。その他のチューブの発表はキーティング（Keating）の2011年12月1日の米国特許出願第2011/0289799号と2011年6月16日の米国特許出願第2011/0138652号が含まれる。楕円形のバネの靴への使用はクロウリー（Crowley）1989年11月の米国特許第4,881,329号で発表されている。その他のチューブの発表はリンド（Lindh）の1990年3月の米国特許第4,910,884号、サイモン（Simon）の1992年4月7日の米国特許第5,102,107号、ハン（Hann）の2010年9月7日の米国特許第7,788,824号、西脇の2010年8月24日の米国特許第7,779,558号と2011年6月16日の米国特許出願第2011/0138651号が含まれる。 円すい状のバネの靴への使用はコブリー（Cobley）の1970年1月の米国特許第3,489,402号とマクマーホン（McMahon）の1982年8月3日の米国特許第4,342,158号で発表されている。コブリー（Cobley）は円すい状のバネを内部ゴムと一緒に発表しており、「h」がバネの大きさ、「t」がバネアームの厚みとして、ゴムなしでh/t = 平方根（2）、ゴムを使えば h/t > 平方根（2）で平らなバネ比率を得ることができると主張している。つまり、平らなバネ比率の主張は技術的に古いものである。マクマーホン（McMahon）は、靴の円すい状のバネの可能性について非常に学問的で、賞賛に値する説明をしている。彼はバネ比率の湾曲を発表しているが、それはh/t は 1から3である。彼は内部エラストマーバネを使用して、バネ比率がゼロになるのを防ぐ初めての発明家であったが、彼の目標は継続的に線形力カーブを得ることであり、定力カーブを得ることではなかった。マクマーホンは偉大なる科学者であり、エネルギー還元を探求する父であった。また彼は本発明者にエネルギー還元靴の概念をもたらした。彼の円すい型バネは本発明の左右対称アーチ状バネと最近の多数の靴特許において、これに似たバネを先取りしていた。しかし、彼は本発明における最適な力カーブを達成するために、これらの円すい型のバネをどのように修正することができるかは教示していない。
【００１１】
アディダス（有名な板バネを使用した靴）のルーカス（Lucas）による2011年6月16日の米国特許出願第2011/0138652号で、靴底に適合し得る数の板バネを発表している。この靴底は最小限、〜1/4インチ圧縮し、足面積に対し多くの曲げ板バネを収めることを可能にする。しかし、本発明は、より厚い靴底圧縮で最小限の数のバネを使用することがはるかに優れているという事実を利用しており、以下の理由から本発明では1〜3インチである。これらのバネは（通常、本発明では二つ使用している）軽量で簡単に製造できる。板バネ靴に関しては、靴底全長に沿ったバネの分布は、後方のバネがエネルギーをより早く還元するのでエネルギー還元量が少なくなる。従って、エネルギーの大部分は無駄になる。なぜなら、ユーザの重心の移動と前述のバネ作用との結合は、二つのバネが使用された場合よりもさらに悪くなるからである（一つは中央部、もう一つはかかとに）。これは従来の靴の設計で最も一般的に行われている。
【００１２】
カースティック（Krstic）は2006年8月15日の米国特許第7,089,690号で傾斜が円すいの途中で変化する興味深く注目すべき二重傾斜円すいバネを発表している。実際には、中心平面から上に来る最初の円すい部分はスペーサーとして働き、ベレビル（Belleville）バネの力曲線の屈曲は圧縮の初期に起こる。このスナップスルー効果が機能する唯一の方法（靴底に必要とされるより高い高さ、すなわちベルビル金属バネの比較的小さい高さ）は、柔軟なTPUs（熱可塑性ポリウレタン）のような材質を使うことである。これは、相対的なバネの高さが増加するにつれて、円すいの周辺部（中心面で）が円周方向にますます（〜50パーセント）拡張しなければならないためである。残念ならが、このTPU素材は左右対称アーチ状バネのガラス繊維よりも桁違いに弱い（本発明の表1〜3を参照）。また、円すい部分の事実上のスペーサー（第一の傾斜のある第一の円すい部分に対応する）の使用は、彼のバネの圧縮比を損なう。最後に、事実上の張力要素（周辺部）は円形の構成に起因する。この場合、本発明の2D（円筒形構造）の左右対称バネの利点は実現されない。この2Dの利点は、2Dバネを正確に切り込むだけで、靴のバネの堅さを正確に選択して変更することができることである。さらに、これらの2Dバネは、円筒形構造の場合よりも、使用されるスペースおよび重量に対してはるかに強力である。
【００１３】
本発明は、図10で示す通り、円すいバネの円形構成とは区別されるように、円筒形構造の円すいバネの2Dに相当するものを記述するために、2Dバネおよび左右対称アーチ状バネの用語を使用する。左右対称アーチ状バネはエリオット（Eliot）の1870年6月28日の米国特許第2011/0289799号以来、自動つるしバネとして発表されている。これらは中央で枢軸を併合または挟み込んでいる。ワットリー（Whatley）は1994年1月18日の米国特許第5,279,051号で単一左右対称アーチ状バネを図4Eで示している。これは靴で使われる初めての実例である。ペレニク（Perenich）の2007年11月6日の米国特許第7,290,354号は、2002年11月21日の最も早い相互参照として2004年4月19日に提出された。彼は、図16で炭素繊維製の反対の板バネを示している。彼はまた2011年5月31日の米国特許第7,950,166号で同等のものを示している。本発明は、張力左右対称アーチ状バネの記述的用語を使用する。これはコーエン（Cohen）の1986年9月16日の米国特許第4,611,412号の図11に初めて単一形態で示されている。それは、レクトマン（Lekhtman）の1985年1月8日の米国特許第4,492,374号に初めて個別の張力要素と共に示されている。これは巨大な足の長さと同等の足の下のバネとして示されているが。これらは重過ぎて厚すぎるため、実用的ではなかった。ボーデラー（Vorderer）は1989年7月4日の米国特許第4,843,737号でらせん状のバネを使って張力左右対称アーチ状バネをかかとに入れた。彼はまた図8で張力バネのための平面的な弾性バンドを発表している。このボーデラー（Vorderer）の発明は大変重要である。なぜならそれは以下のグリーン（Greene）の一般的な主張を取り除くからである。ルーカス（Lucas）は2006年3月21日の米国特許7,013,582号、また2008年7月22日の米国特許7,013,582号でも再び、単一張力左右対称アーチ状バネを図6で示している。注目すべきことに、彼はTPU素材の約20パーセントと思われる測定された内部エネルギーヒステリシス値を報告している。この素材を使った彼のバネの圧縮比率は悪い。
【００１４】
グリーン（Greene）は2014年7月29日の米国特許8,789,293号で平面張力バネ要素を有する「差動剛性衝撃減衰部材」を発表しているが、平面張力バネ要素を備えた「衝撃減衰部材」のみを不適切に一般的な請求をしている。私は、本発明の用語で、彼女のバネを広がった張力左右対称アーチ状バネと呼ぶ。壁が広がっているので（外に広がっている）、上面図ではくさび状のように見える。彼女のバネは、外に広がっていること以外は、ボーデラー（Vorderer）の米国特許第4,843,737号で発表された張力バンド左右対称アーチ状バネと同じである。つまり、彼女のバネは本発明の図20に示されている張力バンド左右対称アーチ状バネ292の変形型である。彼女は、本発明における2Dバネの幅（外に広がっている部分）に対応する、バネの長さに沿った固さの変化を発表している。彼女はアーチの側面の長さが長さ寸法に沿って変化している左右対称アーチ状バネのみを発表している（図1Aおよび図1B参照）。これは前述した長さに沿って堅さが変わることに対応している。実際には、堅さを変える他の方法があり、彼女はこれらを教示することなく請求することは許されるべきではない。再び述べる−彼女のバネの幅と固さは彼女のバネの永さに沿って変わる。これは彼女の特許の中で唯一の新しい教示であるが、これらの二つの関連する発表（幅と堅さの変化）彼女の基本的な請求を限定するために使用されていない。従って、上記のボーデラー（Vorderer）の見地から、不適切に一般的で無効である。加えて、グリーン（Greene）は張力要素は少しカーブまたゆるやかに波打つかもしれないと述べている。しかし、このような張力要素は従来技術に多数の例がある。つまり、彼女は適切に彼女の幅（堅さ）の変更を請求できるが、単一（単一バネ）のみである。実際に、これと同じ系列の相互参照特許、すなわちグリーン（Greene）の2013年9月24日の米国特許第8,539,696号の以前の特許では、彼女は差動剛性の特徴を持つ彼女の基本的な請求を限定している。これは上記の米国特許第8,789,293号より有効であるが、単一作動剛性バネについてのみ請求するべきだ。その場合、同様の結果を達成し、この適正な請求さえも克服するために別々のバネを使うことができる。それほど明白ではないが、グリーン（Greene）の請求が無効である正当な理由は、以下のことと関連している。 ハー（Herr）は2000年2月29日の米国特許6,029,374号で、図25および図29の議論では、靴の様々な場所で異なる堅さでの一つまたは複数のバネの使用について発表している（下記と同様の「堅さの変更」は従来技術）。ハー（Herr）は幅の全域で同一の断面形状を有する2Dバネの一例である板バネを発表している。2Dバネは横に並べたとき、切り込みを入れた数々の2Dバネと同様である、と主張することができる。その場合、グリーン（Greene）のバネの長さ（または私の2Dバネの幅）によって堅さが変更するという発表は明らかに特許性がない。なぜならバネは横に配列された細長い一片であり、それぞれがその幅（長さ）に渡って一定の堅さであり、またそれぞれが固有の堅さを有することができるかもしれない。従って、これは、彼女のバネが一体的（単一）であるときに、グリーン（Greene）が剛性の変化さえも請求できないという議論である。さらに、グリーン（Greene）は彼女の請求が個別のバネも含んでいると発表している。これはハー（Herr）（上記）の見地から明確に間違っている。実際には、本発明の2D左右対称アーチ状バネを製造する方が、バネの（本発明）幅にわたって側壁の寸法が一定であるため、より便利である。
靴の幅に亘って堅さを変えるためには、靴幅全体に分散された異なる堅さの別個のバネのストリップを単に使用することが好ましい。この堅さは、形状、素材、または側壁の厚さのいずれかによって変化し得る。最後に、ハー（Herr）は2000年2月29日の米国特許第6,029,374号で図25および図29の議論では、靴の様々な場所で異なる堅さでの一つまたは複数のバネの使用について発表している。つまり、グリーン（Greene）の円すい状のバネの長さに沿って堅さが変更するという発表は明らかに特許性がない。なぜならバネは横に配列された細長い一片であり、それぞれがその幅（長さ）に渡って一定の堅さであるからである。さらに、グリーン（Greene）は彼女の請求で新しい事項（差動剛性変更）を述べていないだけでなく、張力要素を備えた任意の凹状のバネとしての張力バネにも請求も広げている。それはボーデラーによって明らかに無効にされている。その場合、グリーン（Greene）は張力左右対称アーチ状バネの特定の新しいバージョンについてのみ請求するべきである。
【００１５】
スモールダン（Smaldone）の2014年5月13日の米国特許8,720,08号はスモールダン（Smaldone）の2008年1月1日の米国特許7,314,125号の続きである。それは2004年9月27日に出願された。彼女は軸を中心とした枢軸を備えた左右対称張力設計のほんの数種類を発表している。彼女は一般的な張力左右対称アーチ状バネを請求しているが、これはボーデラーの所見からは無効である。ここで唯一新しい事項は、彼女が、平面張力要素を保持するためのポケット容器を有する単一枢軸を発表していることだけだ。これには、ポケットの縁部がくるみ割り機のように共に作用して平面張力要素に突き当たり、それが破損する恐れがあり、結果壊れるという欠点がある。また、彼らが使用しているTPUの様な平面素材は大変柔軟なため、端が引っ張られる可能性がある。そして、彼女は張力要素の役割をする左右対称アーチ状バネ部分の周りを包む張力バンド要素を発表している。これは不必要に垂直スペースを使い切る。しかし、この新規事項のいずれも請求されていない。この特許は基本的な請求が無効であるため、本発明の張力左右対称アーチ状バネを禁止しない。彼女の特許は明らかに（1）張力要素を支える他の手段、（2）他の張力要素、または（3）本発明の新しい張力左右対称アーチ状バネの様々なアーチおよび張力要素を接続する他の枢軸を特許取得を妨げない。
【００１６】
アベニ（Aveni）は2012年7月24日の米国特許8,225,531号で特徴的な設計の数々のバネを発表している。このうちいくつかは特定の方向へのせん断抵抗力を持っている。彼の基本的な請求は、一つ、靴の様々な場所で異なる堅さでの一つまたは複数のバネの使用についてである。彼の全基本的な請求は、以下の「堅さの変更」の従来技術を考慮して無効にされており、これはまた、靴底の様々な位置における様々な剛性値のせん断抵抗性バネを発表している。彼の唯一の新規特徴は特定のタイプののせん断抵抗性バネのみである。そして彼はそれらのバネそれぞれについて、適切に狭い請求で特許を書かなればならない。彼は特定のせん断抵抗が一つの方向にのみある、せん断抵抗性バネも発表している。実際に、靴技術において、他のせん断抵抗性バネがある。本発明において発表されている全ての2Dバネは、その幅に渡ってせん断抵抗性である。従って、せん断抵抗性バネについてアベニ（Aveni）がするかもしれない一般的な請求は無効である。彼は、新規であると思われる彼の特定の設計のものだけを請求することができる。本発明の全ての改良された最適なバネは、アベニ（Aveni）に発表されたどのバネよりも優れており、明らかに性質が異なっている。よって、彼の特許は本発明を無効にはしない。異なる剛性値を有する様々な場所における複数のバネの従来技術は、以下の通りである：
1988年11月8日に出願された、1990年6月26日の米国特許第4, 936,030号でレネックス（Rennex）は様々な剛性を有する靴底の側部および前後の複数のバネを発表している（彼は、回内運動に対処するためにその使用を述べている）。1995年6月7日に出願された、ミラー（Miller）1997年5月13日の米国特許第5, 628,128号（彼の主張6）；1994年11月1日に出願された、ミラー（Miller）1997年5月6日の米国特許第5, 625,963号（彼の請求3）；2000年2月24日に出願された、2003年2月24日に出願された、ハーリー（Healy）2003年5月27日の米国特許第6, 568,102号（彼の請求7）；2001年1月22日に出願された、クラリー（Crary）2002年10月1日の米国特許第6, 457,261号；ハー（Herr）2000年2月29日の米国特許第6, 029,374号；ハウザー（Houser）2002年4月4日の米国特許第20020038522号（これは様々な向きのバネも有する）。この先行技術は、従来技術の「堅さの変更」と呼ばれる。これらのうち、せん断抵抗性もあるものはミラーのものである。これらは全て以前から存在するアバンティ（Avanti）の特許である。最後に、アバンティ（Avanti）は2006年7月21日に出願された、2012年9月11日の米国特許第8,261,469号で異なる角度に適応させた複数のバネを請求している。この請求は明らかに決して許可されるべきではなかった。実際に、ハウザー（Houser）は2002年4月4日の米国特許第20020038522号（これはアバンティ《Avanti》の2006年7月21日の出願よりも前である）で様々な向きおよび様々な剛性値のバネを発表している。さらに重要なのは、様々な場所や向きでのバネの位置付けが、必然的かつ完全に明らかであることだ。これらの明らかな請求を許可することによって、審査官は、他の発明者が、これらのバネが様々な角度に向いている場合、将来的には貴重な、明らかに特徴性のあるバネを特許に組み込むことを妨げる。さらに悪いことに、これらの請求は、以前に特許を得たハウザー（Hauser）の様々な場所および向きのバネとさかのぼって衝突する。そして、様々な角度に位置づけられたいたかもしれない他の以前のバネは、遡及的に許可されない。それは間違っており、裁判で持ちこたえられない。上記で議論しているグリーン（Greene）、スモールダン（Smaldone）、アベニ（Aveni）による数々の相互参照特許（27）と特許に繋がる特許出願がある。これらは事実上同じ内容と形態を持っているため、関連特許の妥当性に関して同じ結論が適用される。それらは、本発明の出願情報開示フォームに示されている。
【００１７】
クラッセン（Klassen）は2014年4月29日の米国特許第8,707,582号でいくつかの「トグル結合」のバネを発表している。これは2007年9月6日の仮特許を元に2008年5月30日に出願された。これらの構造を見るために、本発明の図19を参照されたい。全般の考えは、剛性結合蝶番とそれらが接続されている弾性要素の動きに対応するペア（またはペアになった結合部が左右対称で四面ある場合は四つの結合部）の動作である。そしてそれらの構造は圧縮可能または引っ張られた状態である。トグル結合バネが平らになるにつれて、結合要素および弾性要素の対応する力は、垂直バネ力がゼロになるまでより整列するようになる。この基本的な設計は古く、あるいは技術的には古来のものである。クラッセン（Klassen）張力弾性バネについてのみ教示しているが、本発明は完全に新しい圧縮性弾性バネを教示している。クラッセン（Klassen）の主要な具現化されたもの（偶然にもこの一つのみ請求している）は円筒形構造である。張力要素は必要でさえないが、張力要素は、剛性の対向する組み立てディスクの外側周辺の弾性リングである。それはベルビルバネ（これは技術的には古い）を参照すると、円筒形構造では、バネの円周方向の拡張は、円すい状のディスクの平坦化に対する抵抗力を提供する。この円周方向の拡張は、クラッセン（Klassen）がなぜ放射状スロットを必要とする理由でもあるが、これは彼が請求したディスクの実施形態の製造を困難かつ高価にする。彼の同じ基本的な請求では、バネが最も低い位置になり、エネルギーを浪費させないようにする調整弁がある。クラッセン（Klassen）の図9および10を参照すると、調整弁の利点についての彼の議論は、下記の理由から間違っており、また誤解を招くものである。走行時の膝および足首の動作に関連する（かかとからつま先まで）の時間依存性力分布の分析は、本発明のエネルギー還元に適用されるように、非常に困難で複雑である。彼の議論はそのような徹底した分析を反映していないので、彼の結論が間違っていることは驚くことではない。衝撃エネルギー浪費（放出）は利点ではなく、欠点である。彼のかかとバネの遅れたエネルギー還元は、空気中で膨張すると完全に無駄になる。また、ランナーを空中に戻すためにかかとのバネを結合した彼の分析は完全に間違えである。最後に、かかと（または靴底全体）にかかる力が立脚相の中間部分でゼロになる必要はない。ヒールポップ靴は、フットプレートが水平である間に、靴底の前部と後部が一緒に圧縮されなければならないという幾何学的制約を提供するので、このような遅延はさらに不要である。むしろ、力の曲線は一定のままであるべきである。または圧縮の間にわずかに増加するはずである。本発明のヒールポップ構造は、実際には、エネルギー帰還のための膝と足首の動作と最適に結合する。またそれは本発明の図1〜9の議論で詳細に説明されている。また、弾性リングのために言及されたクラッセン（Klassen）の素材は、有害でヒステリシスエネルギー損失をするデルリンである。クラッセン（Klassen）はネックダウン枢軸と結合部を持つ円筒形構造のトグル結合バネ設計を発表している（またこれも請求されていない）。これらのうちの一つ（クラッセン《Klassen》の図50〜52）は、枢軸結合バネの圧縮要素として二つのループ290を使用している。これらは、衝撃エネルギーを蓄えるためにバネが平らになると圧縮するリングです。これは有効で興味深い設計であるが、靴底の単位面積当たりのバネ強度は、（リングの）小さな体積だけが衝撃エネルギーを蓄えるために使用されているので、非常に限られている。従って、これらのバネの高さは、非常に高くなければ、圧縮比はよくならない。また、クラッセン（Klassen）が言及していたデルリン素材は最適に強くなく、ヒステリシスエネルギー損失がある。最後に、バネの圧縮はエネルギー保存のために最適な設計ではない。彼の図37〜40のほかの設計は張力バンドを弾性要素として使用している。これは彼の特許の中で一番いい設計であるが、彼は請求さえしていない。さらに、力の曲線が一定だからと言って、靴底の圧縮の最後の部分で、足の衝撃エネルギーがまだ吸収されているというわけではない。それは靴底用途にとって非常に重要である。本発明の補助バネは、結合伸張バネがもはやこのエネルギーを蓄えていない間でも、靴底の衝撃エネルギーを蓄積し続けることに留意されたい。そして、クラッセン（Klassen）は最適なバネを使用して最大衝撃力点の減少について説明したり、言及したりしていない。この低減は、本発明の主要な利点である。またクラッセン（Klassen）はスモールダン（Smaldone）が2014年5月13日の米国特許第8,720,085号で発表しているものと同じ、平面張力要素を保持するためのポケット容器のある単一枢軸を発表している。（このスモールダン《Smaldone》のポケット容器設計の批評については、上記の所見を注釈を参照されたい。）最後に、クラッセン（Klassen）のバネは本発明のガラス繊維やケブラー（Kevlar）最適バネほど強くない。そして、それらの構造ははるかに複雑で難しく、圧縮されていない靴底を地面からずっと高く引き離す。他の設計には、レクトマン（Lekhtman）の2010年9月9日の米国特許第US 2010/0223810号の浮動蝶番バネが単一で靴底プレートに結合されているものである。これらは本発明の渦巻き状V型バネに似ているが、浮動蝶番バネは技術的には古く、この特許は、本発明の渦巻きV型バネの使用を制限しない。
【００１８】
靴の剛性を製造または調整する能力に関して、以下の従来技術が見出された。チュー（Chu）の2006年4月13日の米国特許第出願US 2006/0075657号に調整可能なかかとバネがある。ディベネデット（DiBenedetto）の2012年8月7日の米国特許第8,234,798号には、靴の上にあるマイクロプロセッサーに送り込まれた衝撃センサー情報に基づいて電子ウォームギアによって圧縮されるかかとバネがある。剛性を増加させ、靴の衝撃を大きくするためにバネを圧縮すると言う考えは、完全に欠陥にバネを圧縮して剛性を高めるというアイデアは、完全に欠陥がある。なぜならそれは、圧縮距離を減少し、ランナーの足および脚に対するストレスを増加させ有害な結果を招く。対照的に、本発明の最適な力曲線法は、圧縮距離が常に最大にされることを必要とし、本発明の自動「ギアチェンジ」は自動かつ瞬間的である。ライデン（Lyden）は、2008年3月13日の米国特許出願第2008/0060220号で、靴を履くどの個人にも靴をカスタマイズする一般的な方法を持っていることを示すために莫大な長さに渡り示しているが、これを可能にする詳細の教示に欠けており、本発明において規定されているように最適なものは何であるかを定義していない。ナース（Nurse）は、2011年3月3日の米国特許出願第2011/0047816号で、これらの調整可能な部材が何であるか、どのように調整されるか、またはどのような基準で調整されるかについて何も教示することなく、「硬化部材」および「調整可能部材」を調整するための一般的な方法を発表している。上記のリンデン（Lyden）の場合と同様に、これは本当の発明を実際に設計するのに必要な苦労をせずに、過度に一般的かつ明白な発明（能力）を請求しようとする試みである。このように、実際に機能する教示のために必要な知識や本当の発明に必要な設計基盤基づいた特許を勤勉な発明者に与えないようにする試みである。ウィルキンソン（Wilkinson）の 2006年8月10日の米国特許出願第2006/0174515号は、バネ剛性を変化させる可動支柱を使用したレバーを有する。これは立派な目標であるが、実用的な設計ではない。差込可能な「カートリッジタイプ」の靴のバネの使用に関しては、リンドビスト（Lindqvist）が2011年11月15日の米国特許出願第8,056,262号で差し込み式板バネを発表している。ウェイス（Weiss）は、2010年9月28日の米国特許第7,802,378号で圧縮可能な信を挿入しており、メスチャン（Meschan）は、2010年6月1日の米国特許第7,726,042号でねじ込み可能ならせん状バネを挿入してる。またリーディ（Leedy）は、2011年8月30の米国特許第8,006,408号で円形のプラグバネを挿入している。スモールダン（Smaldone）は2006年8月1日の米国特許第7,082,698号で挿入可能なプラグインバネを発表している。これらのいずれも、本発明の挿入可能な最適なバネの利点を有していない。また瞬発的かつ自動的に「ギアチェンジ」をしない。これは靴のバネ剛性値を変更することを指す。センサーによって自動ギア調整を可能にすることに関しては、ライリー（Riley）が2010年8月10日の米国特許第7,771,320号で運動の適正化のための靴センサーを発表している。バーナー（Berner）は2010年2月18日の米国特許出願第2010/0037489号でセンサーをどの様に靴に挿入、または組み込むかについて発表している。これら特許は両方ナイキに譲渡されている。靴自体にセンサーを組み込んだり、挿入したりすることに関しては、上記のライデン（Lyden）とナース（Nurse）へのコメントがここでも当てはまる。これらは、実際の教示事項を伴う本当の発明が特許を取ることを阻止する試みである。靴センサーの使用は技術的に明らかで古い。運動の適正化のための靴センサーの使用についての問題は、本発明の範囲外である。
【００１９】
上記先行技術のバネは、本発明のガラス繊維およびケブラー最適バネの様にはあまり強くない。そして、この従来技術は、ガラス繊維およびケブラー（およびスペクトラシールド）がなぜ靴用途のために、強さに関して最良の材料であるのかについて何も教示していない。 むしろ、上記先行技術の教示は、熱可塑性エラストマーPEBAX 5533のような注入成形可能な材料の議論に限定される。つまり、彼らはガラス繊維（またはケブラー、またはスペクトラシールド）製品も大量生産できるという事実を無視している。本発明の表1〜4の議論は、本発明のバネ用の好ましい材料として、ガラス繊維（または、現在ではケブラーまたはスペクトラシールド）の使用を実証している。しかし、柔軟性および曲げ強度のための重要なパラメータを有するガラス繊維に似た他の材料も使用することができる。すなわち、弾性要素の柔軟性のための重要なパラメータは、その伸びの限界である。従って、他の適切な材料を、本発明のバネのための最良の材料の中に含めることができる。これらには、ケブラー、スペクトラシールド、伸び限界値が高いカーボンナノチューブ複合材、クモの巣に由来する複合材などがある。実際、ケブラーとスペクトルシールドの最新の非線形有限要素解析では、ケブラーのリングバネ強度がケブラーの方がガラス繊維よりも6.2倍強く、スペクトルシールドの方がガラス繊維よりも1.45倍強かった。従って、ケブラーは、本発明の最適なバネのための新規の好ましい材料である。別の問題は、ここで言う最適なバネは、一般にアーチ状バネと呼ばれる一種のバネを構成することである。これらのバネの各アームは、最初は湾曲し、圧縮中に直線状になるまで平坦化される。これらの湾曲したアームがどのように組み合わされているかに関しては、片面、両面（アーチ）、左右対称なものを含む多くの配列がある。      しかし、これらの配列はすべて同じ力曲線を持つ。ここで焦点を当てたアーチ状バネは円筒形状であり、靴の幅にわたって大幅に改善された横方向の安定性を提供し、靴底全体にわたってより均一にバネの歪エネルギーを分配する。しかし、最適な力曲線を達成するために必要な本発明の修正は、ある意味、当業者には明らかな方法で円形形状に容易に適用することができる。ここでのアーチ状バネの他の特徴は、アーチ状バネのアームが、材料、形状、テーパー、接続手段、および内部形状の点で変化して、最適な力曲線を得ることができることである。要するに、本発明の改良された最適アーチ状バネのようなものは、従来技術には何もない。
【００２０】
また、改良された自動ギアチェンジ設計は、本明細書では、上述の改良されたかかと持ち上げ靴の設計を改善するために示されている。これらは、図1〜9の初期の靴の設計のつま先の沈み防止機能の必要性を排除する。電子式自動ギアチェンジャーは非常に安価であり、この設計の1つのアプローチは、ギアチェンジが足で一歩踏むだけで達成されるギアの範囲にわたって正確なギアチェンジをもたらす。もちろん、ギアチェンジという用語は、靴の効果的なバネの強度を変化させ、かろうじてバネが最も低い位置になることなく、常に靴底の圧縮があるということを指す。これらのギアチェンジの設計は改良されたかかと持ち上げのない従来の靴にも使用することができる。電子式自動ギアチェンジャーには、電子力が必要なので二つの新しい電子靴チャージャーが発表されている。一つは大きな靴底圧縮距離のある改良されたかかと持ち上げ靴用、もう一つはクリップオン式の最小限の靴底移動距離がある従来靴用である。これらの実施形態の各々は、簡単なバージョンと改良されたバージョンがあり、改良されたバージョンは、滑車ギアを利用して、一桁分発電機シャフトの回転を増加させる。このような滑車ギアを機能させるための鍵は、滑りがないように滑車ラインの巻き戻しを管理することである。この重要な機能を達成するための新しい方法が導入されている。これらの改良された電子靴チャージャーは、従来技術のものよりもはるかに多くの電力を、提言された価格で生成する。従って、本特許の改良された設計は、強化されたかかと持ち上げおよび一定の力のカーブ状バネによる足への衝撃も最小限に抑えながら、本物のエネルギー還元をする未来的な靴を保証する。 
自動ギアチェンジャーでは、着用者がどの程度速く歩行または走行しているかに関係なく、これらの最適な機能が継続的に提供される。
【００２１】
本特許の足衝撃チャージャーのための先行技術も存在する。スタントン（Stanton）およびその他の者は2015年3月3日の米国特許第8970054号で非常に薄い水平空間である挿入式インソール内に閉じ込められた構造を備えた足衝撃発生機を発表している。これは足の衝撃があるときに、このインソールの非常に小さな凹みを使用して、発生機を回す非常に複雑な仕組みを駆動する。この仕組みが、この特許の図および説明に基づいてどのように機能するかは、まったく明らかではない。しかし、メディアの報告によると、この仕組みは非常に小さい水平空間に限定されていることが明らかであり、これは不必要に困難で製造に費用がかかる。この制約はまた、蓄えられる電気エネルギーの量を大幅に制限する。様々な構成要素が異なる場所や方向に配置されるかもしれないという曖昧で根拠のない言及がなされたが、どのように、なぜこれを行うべきであるかについての教示は全くなかった。対照的に、本特許は、ここにすべての構成要素が衝撃発生機設計の単純さおよび実用性を最適化するようにどこにあるかを示し、明確に説明する。イェ（Yeh）は2008年8月12日の米国特許第7409784号で、靴のかかとに限定された仕組みの足衝撃発電機を発表している。垂直に配置されたラックは、2つの回転式ギアを回して発電機を急回転させる。この設計は、かかとの靴底が非常にかさばり、靴のかかとの靴底の適合性が損なわれる。レ（Le）は2001年7月3日の米国特許第6255799号で、靴のかかとに限定された仕組みの足衝撃発電機を発表している。レバータブは、複数のギアを回して発電機を急回転させます。やはり、この設計は、かかとの靴底が非常にかさばり、靴のかかとの靴底の適合性を損なう。チェン（Chen）は、1996年3月5日の米国特許第5495682号でもまた、複数のギアを回して発電機を急回転させるかかとの靴底がかさばる仕組みを発表している。
【００２２】
本発明はもっと簡単に、しかしより強力な足衝撃発電機を発表している。本発明のかかと持ち上げが改良された設計は、従来の靴に典型的に見られるもの（〜四分の一インチ）よりもずっと大きな靴底の移動（1〜3インチ）を特徴とする。この場合、靴の下に延長するレバーは必要ない。靴底の上部のフットプレートの動き（靴底プレートに関して）は単に滑車を急回転させて発生機シャフトを回転させるだけである。滑車と発生機は同じシャフトを共有しており、滑車の直径は、かかとの外側の地面の上に位置するため、大きくすることができる。従って、靴底の大きな移動と、滑車直径とシャフト直径との大きな比による機械的な利点の両方が組み合わされて、従来技術の場合よりも発生機シャフトのより速い回転速度を確実にする（そしてとらえた電力がより多くなる。）本発明の第二の衝撃発生機は従来の靴用に意図されており、クリップオン式である。今回は、靴底の下に突出したレバーが必要であるが、滑車ケーブルを１インチ引く余裕がある。これは、従来の技術に比べより大きな靴底（レバー）の移動がある。従って、生成される電気エネルギーは、従来技術の衝撃発生器の場合の5〜10倍である。他の利点は、滑車が一つだけ使われていることである。また、滑車はギアに比べてより安価で静かである。最後に、本特許の靴の設計は大きな靴底の移動を特徴としている。先行技術の靴衝撃チャージャーに関して上述したように、靴底のかさばる構成要素は、不必要に靴底の高さを増加させる。これは望ましくない。
【００２３】
図37および図38の設計は、靴のための精密な電気自動ギアチェンジ機能を詳述している。最適なバネ強度の基準は、靴底のバネが最も低い位置になることなく完全に圧縮することである。従って、足の衝撃が変化すると、有効なバネの強度も変化しなければならない（ギアを変える）。この設計は、車の場合のように数段のギアだけでなく、自動的に、非常に正確で継続的に全ての範囲に渡ってギアを変える。例えば、電気の使用は設計を簡素化するが、純粋に機械的な設計が図39〜42に示されている。機械的アプローチと電子的アプローチの両方を、正確なアプローチと正確ではないアプローチの両方に対して実施することができる（これはギアを数段だけ変える）。これらのギアチェンジ設計は、改良されたかかと持ち上げを特徴とする高性能、エネルギー還元設計の靴と従来の靴設計の両方に使用できる。図44は、1インチまたは2インチ以上の実質的な靴底の移動がある場合の靴用衝撃発電機を示す。この場合、全ての要素は靴底の上にあってもよい。図45は、従来の靴用の衝撃発電機を示しており、その場合、四分の一インチ程度の最小の靴底の移動ががある。この場合、レバーは靴底よりわずかに下に伸びていなければならない。小型でありながら従来型の発電機が使用されている。これは、靴衝撃発電機に現在利用可能な最大の電力を最小重量の犠牲で提供する。これらの設計は、靴衝撃の場合よりも幅広い有用性がある。これらの設計は、上述の精密な電子自動ギアチェンジのための十分な電力を提供するだけでなく、ラップトップ、携帯電話、小型電池のような限られた電力需要の装置の持ち運び用電源としても使用できる。図46の歯車作動装置は、従来技術の作動装置よりも改良されているが、図48の自動交差シンクロナイザー滑車作動式ギアチェンジ装置は、本発明の最も実用的なギアチェンジャーを表している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
図1は、本質的なエネルギー還元のために改良されたかかと持ち上げを備えた本発明の第一の実施形態の第一バージョンである、拡張結合カーブ状バネヒールポップ靴における、かかとが当たったときの概略側面図を示す。
図2は、拡張結合カーブ状バネのヒールポップ靴の中間部での圧縮時の概略側面図を示す。
図3は、拡張結合カーブ状バネのヒールポップ靴のつま先離地期における概略側面図を示す。
図4は、実質的なエネルギー還元のために改良されたかかと持ち上げを有する本発明の第一の実施形態の第二バージョンである拡張結合カーブ状バネのヒールポップエネルギー還元靴のかかとが当たったときの概略側面図を示す。
図5は、拡張結合カーブ状バネのヒールポップエネルギー還元靴の中間部圧縮時の概略側面図を示す。
図6は、拡張結合カーブ状バネのヒールポップエネルギー還元靴のつま先離地期の概略側面図を示す。
図7は、本発明の第一の実施形態の第三バージョンである平行四辺形ヒールポップ靴のかかとが当たったときの概略側面図であり、実質的なエネルギー還元のために改良されたかかと持ち上げを有する。
図8は、平行四辺形ヒールポップ靴の中立姿勢時の圧縮の概略側面図を示す。
図9は、平行四辺形ヒールポップ靴のつま先離地期の概略側面図を示す。
図10は、左右対称アーチ状バネと渦巻状V型バネの概略側面図を示す。
図11は、カーブ状予荷重バネの概略側面図を示す。
図12は、バネの最適な力曲線の研究を示している。
図13は、内部結合左右対称アーチ状バネの概略側面図を示す。
図14は、拡張結合カーブ状バネの概略側面図を示す。
図15は、単一左右対称拡張結合部を切り抜いた概略的な側面図を示す。
図16は、様々な圧縮レベルでの凧型端部カーブ状バネの概略側面図を示す。
図17は、矢じり型、凧型端部、二重リンクの拡張カーブ状バネの構造の概略側面図を示している。
図18は、単一張力左右対称アーチバネの概略側面図を示す。
図19は、最適なバネのトルク持ち上げ構造の概略側面図を示しています。
図20は、張力バンド左右対称アーチ状バネの概略側面図を示す。
図22は、単一張力結合構造の概略側面図を示す。
図21は、二つの張力結合構造の概略側面図を示す。
図23は、単一入れ子式張力結合バネの概略側面図である。
図24は、従来の靴における最適なバネの概略側面図および上面図を示す。
図25は、靴の可能なバネの位置の概略上面図を示す。
図26は、靴の「ギアチェンジ」の概略図を示しています。
図27は、張力結合回転アームカーブ状バネの概略側面図を示す。
図28は、改良された結合のある拡張結合カーブ状バネヒールポップ靴のかかとが当たったときの概略側面図を示す。
図29は、改良された結合のある拡張結合カーブ状バネのヒールポップ靴をほぼ完全に圧縮したときの概略側面図を示す。
図30は、改良された結合のある拡張結合カーブ状バネのヒールポップ靴のつま先離地期の概略側面図を示す。
図31は、改良された片面カーブ状バネ結合の詳細の概略側面図を示す。
図31Aは、圧縮されていないトップリンクからバネの結合部分の拡大図を示す。
図31Bは、圧縮されていない底部リンクからバネの結合部分の拡大図を示す。
図31Cは、圧縮されたトップリンクからバネの結合部分の拡大図を示す。
図31Dは、圧縮された底部リンクからバネ結合部分の拡大図を示す。
図32は、改訂された拡張結合リングバネの概略側面図を示す。
図33は、圧縮されていない併合アーム内部結合リングバネの概略側面図を示す。
図34は、圧縮された併合アーム内部結合リングバネの概略側面図を示す。
図35は、併合アーム内部結合リングバネのための改良された自然蝶番と空間オプションの概略側面図を示す。
図36は、上敷き併合ラミネートビームの概略側面図を示す。
図37は、靴用の精密な電気自動ギアチェンジャーの概略図を示す。
図38は、靴用の精密な電気自動ギアチェンジャーの概略上面図を示す。
図39は、靴用機械式自動ギアチェンジャーの構成部品の概略側面図を示す。
図40は、靴用機械式自動ギアチェンジャーのセット、リセット、および解除棒の構造の概略図を示す。
図41は、靴用機械式自動ギアチェンジャーの構造の配列サンプルの概略側面図を示す。
図42は、靴用機械式自動ギアチェンジャーの外側ギアチェンジ組み立てに内側ギアチェンジ組み立てを従属させる様々な方法の概略上面図を示す。
図43は、足の上の精密電子自動ギアチェンジャーの概略図を示す。
図44は、大圧縮靴用の衝撃発電機の概略図を示す。
図45は、従来の靴のためのクリップオン式衝撃発電機の概略図を示す。
図46は、小型電気モータを使用する改良された滑車作動装置の概略側面図を示している。
図47は、スチールシャフトおよび軸受の使用を避けるための新規な方法である、固定歯車蝶番の概略側面図を示している。
図48は、自動でギアチェンジを二つの面からできる、簡単で安価な上、製造可能な交差シンクロナイザー滑車作動装置ギアチェンジャーの概略上面図を示している。
図49は、最適なバネおよびギアチェンジの回転式結合部の組み立て概略側面図および上面図を示し、スマートニーブレース適用例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図1、図2および図3は、より多くのエネルギー還元と改良されたかかと持ち上げを提供する拡張連結カーブ状バネヒールポップ靴の、かかとが当たっているとき、中立姿勢時、およびつま先離地期の概略側面図を示している。これは、本発明の第一の実施形態の第一バージョン、すなわちヒールポップエネルギー還元靴（改良されたかかと持ち上げを特徴とする）である。走行による衝撃力で起きる靴底の圧縮は、バネシステムによって阻止される。靴底が圧縮された後、ランナーのつま先の重量は靴底のつま先プレートに押さえつけられるが、バネシステムと靴底の平行四辺形のような形状の組み合わせによって、かかと部分が空中に持ち上げられ、かかとが当たっているときと中立姿勢のときの間の期間のかかとの圧縮距離が2〜3倍になる。
【００２６】
拡張結合カーブ状バネヒールポップ靴の基本構造51は、以下の要素を含む拡張結合カーブ状ヒールポップ靴底73を特徴とする（ネックダウン式のリビングヒンジの蝶番付き単一構造）。 
前方フットプレートリンク67は、中間フットプレートリンク53に蝶番で結合され、それは靴底プレートリンク57に蝶番で結合され、前部カーブ状バネ60に蝶番で結合され、前方単一トップ4リンク枢軸61から前方フットプレートリンク67と中間フットプレートリンク53が滑車で結合されて閉じられ四面結合が完了する。これらの枢軸結合は、後方単一トップ３リンク枢軸59、後方底面併合枢軸63、および前方底面併合枢軸 65を介して行われる。最終フットプレートリンク55は中間フットプレートリンク53の単一継続である。これらの様々なリビング蝶番はシャフトと軸受を使用する従来の円筒形蝶番でも達成することができるが、重量、スペース、ノイズ、価格を設計上犠牲にする。負荷力が大きいため、シャフトと軸受は靴底の高さを高くしてしまう。そして軸受の直径が大きくなる。これらの図には、ネックダウン式リビングヒンジの形状が示されている。これらは、様々な要素の必要な回転をそれぞれの要素に対して許すように設計されている。後で図25および表1,2,3および4の議論で示されるように、ガラス繊維複合材は、炭素複合材よりも10倍強く、PEBAX5533よりも16倍強い。ここで2Dカーブ状バネは平坦化する。しかし、ケブラーはガラス繊維よりも6.35倍強く、スペクトラシールドは（ガラス繊維よりも）1.49倍強い。ケブラーの方がガラス繊維よりも6.2倍強く、スペクトルシールドの方がガラス繊維よりも1.45倍強かった。従って、強度の利点は、軽量の利点に対応するため、ケブラー（スペクトラシールドに続いてガラス繊維）複合材が好まれる。従って、これらの複合材は、リンクとしてのみ使用され、バネとしては使用されない二重結合131を除いて、図1の単一結合バネ/リンクの好ましい材料である。この場合、TPUの様な素材は注入成形可能なので好ましい。単一結合バネ/リンクのリンク部分の長さ部分をより厚くすることにより、リンクとして機能することができる。二重結合131は注入成形可能なペレタン（ポリウレタンと同意語）PEBAX 5533の様な材料で作ることができる。後に開発されたシャフトのない蝶番、すなわち図47の固定歯車つき蝶番920が今は好ましい。
【００２７】
二重結合131は、後方カーブ状バネ62と前方カーブ状バネ60の両方を広げて、靴底圧縮中にまっすぐになるように作用する。この結合部とカーブ状のバネとの組合せは、ここでは内部結合片側カーブ状バネと呼ばれ、以下の図14について詳細に説明する。ここで言及しておきたいのは、結合部の拡張動作が、この靴底バネシステムの力曲線を曲げる役割を果たすことであり、図11および図12において最適なバネについてさらに詳細に論じる。これらの最適なバネは、最大衝撃力点を40パーセントも低減することができる。上部調節バネ132は、この結合部の広がりの開始を制御し、調節し、最終的にバネシステムの力曲線をゼロに近づけるように曲げることができる。1つまたは複数の調整バネ133により、前部および後部における上述した内部結合片側カーブ状バネによる力曲線がゼロになるので、全力曲線が靴底が完全に圧縮された状態に近いままほぼ一定にとどまることが可能になる。
【００２８】
つま先が沈まないための構造74は、はしご止め35に固定可能な状態で取り付けられたバネプレート52を備えている。バネプレート52は、靴底プレートリンク57の仮想的な連続として機能するが、それらは実際には別個であることに留意されたい。これにより、かかと上昇期中に図3に示すように靴底プレートリンク57が上方に回転することが可能となり、つま先離地期のランナーのつま先によって与えられる力の重さによってバネプレート52は地面に押さえつけられたままである。はしご止め35は、その前側にはしごステップ36を有する。 前方フットプレートリンク67は、つま先カーブ状バネ69およびつま先バネ併合枢軸71を介してバネプレート52に蝶番結合されている。つま先プレート7は、前方単一トップ4リンク枢軸61を介して中間フットプレートリンク53に蝶番結合され、つま先止め20がその中間部分に固定可能に取り付けられ、つま先止め20が下方に突出する。つま先プレート7はつま先バネ21によって上方に付勢されており、つま先バネ21は前方フットプレートリンク67に接続している。
【００２９】
図1をかかとが当たっているとき、図2を中立姿勢のとき、図3をつま先離地期を示している。従って、拡張結合カーブ状バネヒールポップ靴51は、以下のように機能する。足に衝撃がある間、拡張結合カーブ状バネヒールポップ靴底73が圧縮すると、後方カーブ状バネ62および前方カーブ状バネ60が曲がり、靴底プレートリンク57に対して徐々に平坦になる。上部調整バネ132（オプション）は迅速に圧縮して二重結合131を徐々に広げ、後方カーブ状バネ62および前方カーブ状バネ60をまっすぐにする。所定の圧縮時には、中間フットプレートリンク53が、後方カーブ状バネ62および前方カーブ状バネ60の負荷と並行して調整バネ133に荷重を加え始め、それにより、残りの圧縮期間に、力曲線がほぼ一定に維持される。後方カーブ状バネ62と前方カーブ状バネ60との二重結合131による拡張結合荷重は、二重結合131の中心と中間フットプレートリンク53との間の垂直力がゼロになるように調整バネ133による調整が必要となる。二重結合131の作用の機械的利点は、真っ直ぐになるにつれ無限に進むことである。
【００３０】
また、中立姿勢になるまでの圧縮の間、つま先バネ21は、つま先プレート7を前方フットプレートリンク67の上でわずかに回転させて、つま先止め20がはしごステップ36に衝突しないように維持する。つま先カーブ状バネ69は前方カーブ状バネ60と同じ形状およびピボットを有するので、前方フットプレートリンク67は、ほぼ水平のままであり、中間フットプレートリンク53に沿って整列される。つま先カーブ状バネ69は、この整列を維持するのに十分なだけの強さであることに留意されたい。つま先カーブ状バネ69に蓄えられた圧縮エネルギーを最小限に抑え、かかと持ち上げを高めるエネルギーを提供する他の主要なバネ要素に最大の圧縮エネルギーが蓄積されるようにすることである。
【００３１】
図2では、様々なバネが可能な限り圧縮（または平坦化）された最大圧縮（この例では完全圧縮ではない）に留意されたい。また、前部フットプレートリンク67を含むトップリンク要素の全体が前方に移動している。従って、つま先止め20は、はしごステップ36の上にとどまっている。また、靴の上のランナーの足の総合力のベクトルも連続的に前進する。ランナーがつま先を押し下げると、つま先プレート7が下降して、つま先止め20が隣接するはしごステップ36の一部に衝突し、つま先プレート7が下に動くことができなくなる。かかと上昇期中、バネシステムが足プレートリンク53の中間フットプレートリンク57から離れるように押し離すと、靴底組み立ての後部のみが膨張する。ランナーの重量がつま先プレート7に前進しているので、前方カーブ状バネ60の上部は、地面に押し付けられた状態で、バネプレート52に固定されたままである。しかし、前方カーブ状バネ60の後部は自由にカールする。その結果、ランナーのかかとが持ち上げられ、持ち上げが向上する。すなわち、貯蔵された衝撃エネルギーのほぼ全てが、かかと持ち上げのために使用される。つま先離地期後、靴底は、図1に示すように、バネシステムの様々な要素の膨張により、元の拡張構造に戻る。このシステムは、バネプレート52を靴底プレートリンク57に隣接して整列し直すためのつま先カーブ状バネ69を含む。この改良されたかかと持ち上げは、本発明のヒールポップの実施形態の全てのバージョンの一つの本質的な機能である。
【００３２】
はしご止め35は、つま先カーブ状バ69および前方カーブ状バネ60と同様に、その圧縮を妨げないように、つま先プレート7の外側に位置しなければならないことに留意されたい。また、様々なバネの要素が靴の幅方向に延在している。従来の靴用に図25について以下に説明するように、これらのバネの要素は非常に強いので、靴の幅全体にわたって完全に伸びる必要はない。この場合、ブリッジプレートは、拡張連結カーブ状バネヒールポップ靴底73の上に組み込まれ、固定的に取り付けられて、バネシステム要素の様々な別個の幅部分を固定的に位置決めする。同様に、これらのバネシステム要素の底面にも当てはまる。また、拡張連結カーブ状バネヒールポップ靴底73の上面がその底面に対して前方に並進するので、上面と底面との間に直接作用する任意のバネがこの前方移動を可能にしなければならない。これは、圧縮を開始する前に、わずかに後方に回転した向きに調整バネ133を配置することによって達成される。図1に示される特定の種類のバネは、図10の左右対称アーチ状バネ80である。そして、走行または歩行の衝撃力が常にほぼ同じである場合には、つま先が沈まない構造74は必要ではないが、依然としてヒールポップ動作が行われる。この事例は、本発明の請求に含まれる。最後に、このヒールポップ実施形態のいずれのバージョンについても、つま先を押し下げる以外の代替の引き金を使用してつま先止め20を回転させ、下に向けてはしごステップ36に衝突させることができる。この代替引き金はかかと持ち上げの始まりであり、それは、いわばつま先の「筋肉」を持たないランニングロボットにとっては効果的である。靴底プレートリンク57の底部後端の簡単なバネ式レバーを、つま先プレート7の回転動作に接続して、つま先プレート7が靴底プレートリンク57の底部後端部が持ち上げられたときに下方に回転させることができる。
【００３３】
図4,5および6は、本発明の第一の実施形態の第二バージョンであるカーブ状バネヒールポップ靴50のかかとが当たったとき、中立姿勢圧縮時、およびつま先離地期の概略側面図を示す。前方カーブ状バネ60および後方カーブ状バネ62は、バネの基礎70を含む単一ガラス繊維（または、ケブラーまたはスペクトラシールド）バネ構造を備えており、バネの基礎70はこれらのバネを接続し、付属の靴底プレート5によって強化され、地面から保護される。前方カーブ状バネ60および後方カーブ状バネ62の底部を靴底プレート5にしっかりと締め付けることも可能であり、その場合、それらは単一バネ構造を形成しない。上記要素の全ては、従来の靴に使用するのに最適なバネを議論する図24に示されるように、靴の幅にわたって又は靴の小さい方の幅にわたって延びる。それでも、これらの全ての最適なバネ（アーチ状バネ、左右対称アーチ状バネ、および渦巻状V型バネについては下記にて詳細に説明する）は、靴底の幅全体にわたって二つ以上の場所で切って使用することができます。
【００３４】
前方蝶番64および後方蝶番66は、これらのカーブ状バネをフットプレート3に接続する。
かかとが当たっているときに、図5に示すように、これらのカーブ状バネが平坦になり、フットプレート3は、靴底プレート5に対して前方と下方に移動する。靴上部1は、ランナーがつま先を自由に曲げることができるように、フットプレート3に取り付けられている。つま先プレート7はフットプレート3に蝶番で結合されている。つま先止め20は、つま先プレート7の中間部分に固定的に取り付けられ、つま先プレート7の下方にある程度延びている。つま先平行四辺形54は、以下の要素：つま先トップリンク68および前方カーブ状バネ69を含む。前方カーブ状バネ60はつま先平行四辺形54の後方要素として働く。このように、かかと持ち上げの強化を可能にする共有リンクである。つま先カーブ状バネ69の形状は、つま先トップリンク68が圧縮中に水平に保たれるように、また、つま先止め20が早期にはしごステップ36に係合しないことを確実にするために、前方カーブ状バネ60の形状と同じである。バネプレート52はつま先平行四辺形54の底部要素として働く。この底部要素であるバネプレート52は、靴底プレート5から分離され、従って、つま先後部の平行四辺形要素（前方カーブ状バネ60）から分離されても、圧縮の間、バネプレート52および靴底プレート5は地面に対してしっかりと押し下げられ、 これら二つの要素は、あたかも一つの連続した剛性要素であるかのように作動する。これは、つま先平行四辺形54が平行四辺形のように作動することを意味する。
【００３５】
図1〜図3のヒールポップシューと同様に、図4〜6の現在のバージョンでは、図25に示すように、つま先が沈まないようにする要素がつま先プレート7の外側の両面に位置している。はしご止め35は、つま先プレート7に隣接して配置されており、つま先プレート7は、靴底のの圧縮中に自由に降下できる。つま先止め20は、つま先板7の上に隣接して配置されているので、つま先止め20ははしご止め35の真上にある。つま先バネ21は、つま先プレート7を弱く偏り上部つま先リンク19の上方に留まる。バネプレート52は、はしごストップ35の底部に固定的に取り付けられ、靴底圧縮の最中に、前方カーブ状バネ60を地面から保護するように、前方靴底の底部にわたって延びる。バネプレート52は靴底プレート5に取り付けられていないことに留意されたい。 これは、かかと上昇期中にバネプレート52を靴底プレート5から離すことができるので重要である。つま先平行四辺形54およびはしご止め20は、前方蝶番64およびつま先バネ21によってのみ、フットプレート3およびつま先プレート7の両方に蝶番で結合される。
【００３６】
従って、第二のつま先沈み防止構造75は、つま先バネ21、つま先プレート7、つま先止め20、つま先平行四辺形54、およびはしご止め35を含む。その目的は、靴底が完全に圧縮されていない場合のつま先離地期最中にランナーのつま先が沈むのを防ぐことである。つま先が沈むことが許されるのであれば、それは砂中を走っているようなものであり、非常に好ましくない。このように、つま先沈み防止構造は本発明の重要な機能を提供する。 以下のように動作する。つま先立ち姿勢の前半（ランナーのかかとが最初に着地する場合）、足の衝撃は、かかとと母指球（つま先の関節のすぐ後ろ）で分散される。しかし、つま先はつま先離地期まで重み付けされない。圧縮中、つま先バネ21は、つま先止め20が回転して下降し、はしご止め35に最も近い段に衝突てないように十分に強い。はしご止め35のはしごステップ36は、つま先プレート7がつま先トップリンク68の下に回転するときにのみ、つま先止め20がはしごステップ36の最も近いものに当たるように配置され、つま先の沈みをを防止する。この方式は、靴底の圧縮中にフットプレート3が靴底プレート5に対して前方に移動した場合にのみ機能することに留意されたい。また、第二のつま先沈み防止構造75は、ランナーがかかとの上だけでなく、つま先で走ることを可能にする。
【００３７】
図6は、エネルギー還元がどのように達成されるかを示す。まず、完全に靴底が圧縮されている図5を見ていただきたい。前方つま先カーブバネ69は、地面上でほぼ平坦であることに留意されたい。かかと上昇期直前に、使用者の体重がつま先プレート7上に移行し、つま先バネ21の偏りを克服して下側に回転し、つま先止め20が一番近いはしごステップ36に突き当たり、つま先の沈みを防止する。同時に、前方蝶番64は、圧縮されたバネシステムの作用によってさらに下方に移動することが防止されている。また、がつま先トップリンク68が一番下まで押されている。そして、つま先プレート7は、この場合、その降下の終わりに水平になることから、はしご止め35の下側のはしごステップ36によって止められていることに留意されたい。この選択肢はランナーがわずかに高い点を押しやって、歩幅をわずかに増やすことを可能にする。もちろん、一番下のステップを下げることはオプションです。つま先離地期が始まると同時に、ランナーのかかとが持ち上がり始める。これにより、前方カーブ状バネ60および前方カーブ状バネ62の両方を巻き上げて元の圧縮されていない形状に戻すことができる。これが起こると、ランナーのかかとだけが空中に推進される。 従って、かかと持ち上げを高め、最適で実質的なエネルギー還元を実現した。足の衝撃エネルギーは全て二つのカーブ状のバネ蓄えられており、すべての衝撃エネルギーはかかとを持ち上げるために還元されることに留意されたい。このかかと持ち上げ力はつま先離地期中にランナーのふくらはぎの動作と並行して作用するので、エネルギー還元は最適化される。また、このかかと上昇距離は、かかと圧縮中のかかとのたわみ距離（2〜3倍）よりも実質的に大きい。
【００３８】
靴底の厚さの外形を先細りにすることが可能であり、その結果、靴底の厚さは前面でいくらか低くなる。これは、かかと圧縮の最中に、前方カーブ状バネ60の曲率を後方カーブ状バネ62の曲率に対して増加させて、フットプレート3の全体が同じ距離だけ前方に移動し、二つのバネが互いに完全に拘束されず完全に平坦化しないようにすることにより達成することができる。しかし、前方の靴底の厚みが薄くなると、かかと持ち上げ量が少なくなる。また、図1〜図3のカーブ状バネヒールポップ靴の厚さは、1.5インチまたはさらには1インチに減少させることができる。しかし、かかと持ち上げ量（ひいてはエネルギー還元量）は小さくなる。 そして、究極のパフォーマンスシューズのためには、厚さを大きくすることができる - おそらく3〜4インチまで。
【００３９】
図1〜図3のバージョンの場合のように、本発明のヒールポップ実施形態のこの第二バージョン、すなわち図4〜図6のカーブ状バネヒールポップ靴50は、 まだない図7〜図9の平行四辺形のカーブ状バネシューズ2（第三バージョン）よりも以下の理由により優れている。図7〜9の平行四辺形は二つの機能を果たす。第一に、シーソー動作はエネルギー還元を低減するので、ランナーの体重がかかとからつま先に移行する際に靴底のシーソー動作を防止する。第二に、平行四辺形は、エネルギー還元に必要なヒールポップ（強化されたかかと持ち上げ）動作を可能にする。しかし、図1〜図3のバージョンのカーブ状バネの特徴（カーブ状バネ）と図4〜6のバージョンの両方がこれら両方の機能を達成することが判明し、この場合、第二の構造、すなわちフット平行四辺形は無関係である。つまり、前後のカーブ状バネは、平行四辺形の前後のリンクの代わりとなる。しかしながら、この一対のカーブ状バネはいくらかのシーソー変形を許すが、余分な平行四辺形構造を排除するので、これは取るに足らず、それ以上の価値がある。それにもかかわらず、図4〜6のバージョンの欠点は、前方カーブ状バネ60および後方カーブ状バネ62がバネシステムのすべての抵抗を提供し、これらが線形力曲線を有する線形バネであることである（図1〜3）。しかし、図1〜6の設計の欠点は、後述する自動ギアチェンジャーの特徴を組み込むことがより困難であることである。
【００４０】
図7,8および9は、本発明の第一実施形態の第三バージョンである平行四辺形ヒールポップ靴2のかかとが当たっているとき、中立姿勢での圧縮、およびつま先離地期の概略側面図を示す。すなわちこれをヒールポップエネルギー還元靴と呼ぶ。基本構造は、足の下で前傾姿勢で圧縮されるフット平行四辺形4と合致する、つま先の下の前方平行四辺形6を含む靴底を特徴とする。これらの平行四辺形はリンクを共有している。これにより、それらの上部リンクが一緒に圧縮される。これらの平行四辺形の二つの設計を使用することができる。そしてここに示す。単一結合40のコピーは、かかとが当たっているとき、完全圧縮時、およびつま先離地期の別々に示されている。これらのコピーは、靴全体図のすぐ上にあり、非常に多くの要素が互いに接近しているので、それらの要素は別々にラベル付けされている。蝶番結合42の図は、全ての蝶番34が従来のものであることを示すためにかかとが当たっているときのみ示されている。すなわち、それらは設計および構造が当業者には明白であり、シャフトおよび軸受を含むことができる。しかしながら、シャフト及び軸受の使用は、以下の欠点を伴う。 重量が増え、必要な垂直スペースが靴底の高さを増し、構造が複雑になり、コストが高くなる。
【００４１】
単一結合40の設計は、枢軸およびリンクが単一結合されているので困難である。リンクは枢軸の近くでネックダウン式になっている。このネックダウン式の部分は、多くの負荷サイクルの後に破損しないように曲がらなければならない。これは、リンク材料が強く剛性であるという要件が、枢軸材料が非常に柔軟でなければならないという要件によって損なわれることを意味する。本発明において初めて詳細に教示された一つの解決策は、単一材料にガラス繊維（またはケブラーまたはスペクトラシールド）を使用し、剛性リンク部分から可撓性枢軸部分に変換するために厚さを変更することである。 単一結合40の要素のいずれもバネとして使用されないので、注入成形可能な熱可塑性ポリウレタンまたは同様のかなり柔軟性のある材料を使用することも可能である。PEBAX 5533およびペレタン（ポリウレタンと同意語）はその例である。 これらのリンクから枢軸への結合の詳細な形状は、単一結合40についての図面に示されている。まず、蝶番結合42を見てみよう。理解しやすいからである。前方平行四辺形6は、上部つま先リンク19、前方つま先リンク18、底部つま先リンク17、およびフット平行四辺形4との共有リンクである前方リンク28を含む。これら全てのリンクは蝶番34によって蝶番結合されている。フット平行四辺形4は、後方リンク27と、上部リンク29と、底部リンク30と、前方平行四辺形6との共有リンクである前方リンク28を含む。張力バンド302は、前面平行四辺形6の圧縮に抵抗するために使用することができる一種のバネであり（これは蝶番にあまりにも大きな力を加えるが）、この図にのみ示されていることに留意されたい。張力バンド302に起因する力曲線は、完全な圧縮に近づくにつれてゼロになるので、図12および図13の最適バネについて議論された一定全力曲線を得るためには、補助線状バネ（図7の平行四辺形ヒールポップ靴2に見られる圧縮渦まき状V型のような）を使用しなければならない。次に単一結合40を見ると、後方単一リンク9は底部後方単一枢軸16を介して底部単一リンク12に結合し、底部前方単一枢軸16は底部前方単一枢軸15を介して前方単一リンク10に結合し、 それは前方単一リンク10にも結合され、上部前方単一枢軸14を介して上部単一リンク11に結合される。上部単一リンク11は、上部後方単一枢軸13を介して後方単一リンク9に接続し、回路を完成させる。 前方単一リンク10は、前方平行四辺形6の後方リンクとしても機能する。つま先底部後方単一枢軸25を介して底部つま先リンク17に接続されている。底部つま先リンク17はつま先底部前方単一枢軸24を介して前方つま先リンク18に結合されており、これはつま先上部前方単一枢軸22を介して上部つま先リンク19に結合している。最終的につま先上部後方単一枢軸23を介して前方単一リンク10に結合され、前方平行四辺形6のための回路が完成する。前方単一リンク10の底部は三方向接続を有することに留意されたい。 これは、二つの枢軸が示されている理由である。単一結合40は、蝶番結合42のような完全な結合ではないが、十分に良好であり、量産するのがはるかに容易である。
【００４２】
図7,8,9を参照すると、平行四辺形ヒールポップ靴2は、上述したバネ荷重を受ける単一結合40を備えている。 前方平行四辺形6をさらに含む第三のつま先沈み防止構造8を備えている。フットプレート3は、上部単一リンク11と同一であってもよいし、フット平行四辺形4が側部にのみ配置されていれば、靴の幅を横切るブリッジプレートであってもよい。 靴底プレート5および底部単一リンク12についても同様である。図8に示すように、一つ以上のひし形結合張力バネ38を、例えば、フット平行四辺形4の内部に配置して、これらのバネを完全な靴底圧縮で完全に平らにすることができる。すなわち、図7に示すように、それらはわずかに後方に傾いているので、図8のように完全に圧縮することができる。これらは、図11、図12、および図21（これらは、ひし形結合張力バネ38の一例である張力カーブ状バネ330と呼ばれる）の議論で説明した最適なバネである。フットプレート3が靴底プレート5に対して前方に並進することが可能であれば、図13の内部結合左右対称アーム部バネ107（特に図15に記載された単一バージョン）、または図18の単一張力左右対称アーチ状バネ200、図20の張力バンド左右対称アーチ状バネ292、または図22に示す二つの例のような、ここで説明された他の最適なバネのいずれかを使用することもできる。
【００４３】
最適化された力曲線とその図について図12の議論で後に説明されるが、様々な種類の最適化されたバネのための本明細書の図での説明において、これらのバネは、後半の圧縮範囲にわたって一定の力曲線を有する力曲線を達成することによって、最大衝撃力を軽減する。後に図10について詳述するように、圧縮渦巻状V型バネ37は、浮動蝶番を備えているので、この前方移行要求を満たす。 図16の凧型端部カーブ状バネ144または図17の矢じり型カーブ状バネ145などの他のバネも、図17に示すように浮動蝶番で構成されている場合に使用することができる。これらのバネのいずれも、図7〜図9のような圧縮性位置決め装置39を用いて特定の向きで特定の位置に配置することができる。これらは、バネを所定の位置に維持するのに十分なほど強固だが、圧縮されたときにエネルギーを吸収しない程度に弱くて柔軟である。ヒールポップ靴の議論を終わる前に、特定のタイプの使用には、かかと沈み防止構造は必要ないことに注意することが重要である。すなわち、衝撃力が常に同じである場合、バネシステムの強度は、その特定の衝撃力で靴底が常にかろうじて十分な底圧縮を得るように選択することができる。そして、つま先沈み防止機能は不要である。 衝撃が一定である歩行靴が一例である。もう一つの例は、ユーザーは常にほぼ同じ速度でジョギングするので、ジョギングシューズである。このオプションは、本発明の請求に含まれる。
【００４４】
図10の左右対称アーチ状バネ80および図12〜17の様々な改良バージョンも使用することができ、中央上部および底部がわずかに盛り上がって丸められている場合、これらのバネは図7〜9のひし形結合張力バネ38と同様に前方に回転でき、完全圧縮時に図8の下側頂点の真上に上部頂点が位置するように、図7の後方に傾斜して回転する。しかしながら、左右対称アーチ状バネ80は、後述する最適な力曲線と比較して線形の力曲線を有するので、衝撃低減の利点は実現されない。ここで論じられる他のバネは、より完全に後述するように、様々な角度での最適な力曲線の要件を満たす。
【００４５】
他のより従来的な種類のバネに関しては、フットプレート3が靴底プレート5に対して実質的に前方に移動していることに留意されたい。これは、ヘリカルまたはスパイラルバネのような従来のバネは機能しないことを意味する。実際には、バネの底部または上部のいずれかが隣接面に沿って摺動することができる場合使用できるが、それは摺動摩擦のため非常に好ましくない。蝶番のねじりバネは機能するが、靴底が四分の一インチ程度の非常に薄い厚さに圧縮しなければならないという事実を考慮すると、それらはあまりにも弱い。すべての方法またはカーブ状バネおよび正弦バネは、前部パラ蝶番18とその反対側のフット平行四辺形4の蝶番付き頂点との間で張力を作用させることができるが、これらの解決策は非常に弱く、例え強力であっても、 フット平行四辺形4のリンク要素に大きな圧縮力を与えすぎる。図13のひし形結合張力バネ38または内部結合左右対称アーム部バネ107の使用の方がはるかに最適である。
【００４６】
フット平行四辺形4は、靴底の外周側にのみ優先的に配置されてもよいことに留意されたい。この場合、フットプレート3は、足の両側と外側にサポート要素を備え、その底部には、靴底の中心を横切って延びる最小限の薄いプレートを備える。このようにして、バネは、ランナーの足に隣接するこの中央プレートに対して直接作用する。これにより、フット平行四辺形4の側部要素の強度および重量の必要条件が最小限に抑えられる。靴底プレート5でも同じことができる。フットプレート3および靴底プレート5のこれらのバリエーションは詳細には示されていないが、当業者には明白である。この場合、フット平行四辺形4の種々の蝶番はまた、靴底の側部にのみ優先的に配置される。第三のつま先沈み防止構造8は、その構造がわずかに異なるが、図1〜図3の場合とほぼ同じように機能する。これは、図9に見ることができ、前方平行四辺形6がかかと上昇期に開くと、前方平行四辺形6が圧縮されたままである。
【００４７】
歩行または走行のどちらの衝撃力がかなり一定であるかを想像することは可能であることに留意されたい。 それは歩行である。その場合、適切に調整された靴底は常に完全に圧縮される。適切に調整されるという用語は、靴底がでかろうじて十分に圧縮されるようにバネシステムの力が選択または調整されることを意味する。この場合、つま先沈み防止構造は不要である。たとえそうであっても、つま先沈み防止構造を備えていないこのようなヒールポップ靴は、改善された一定力バネシステムを備えた強化されたかかと持ち上げを提供するので、依然として新規で特許取得可能である。また、つま先プレート7の下にバネを組み込むことは容易であるが、ヒールポップ発明の主な目的は、足の衝撃エネルギーの全てを実質的に強化されたかかと持ち上げに還元することである。どのようなつま先のバネもその目標を損なう。 この設計目標の理由は、このつま先バネが動作するまでには、ランナーの重心がほとんど上方と前方に移行することであり、この場合、つま先バネはエネルギー還元にほとんど影響しない。
【００４８】
本発明の第二の実施形態は、それらの力曲線が最適化されるという点で、ここでは最適バネと呼ばれる一種の新しいバネである。これらは、複雑なバネまたはバネシステムにすることができる。最適なバネクラスは、カーブ状バネとアーチ状バネのバリエーションを含む。これらのバリエーションは、フットウェアおよび他の多くの用途のための力曲線を最適化するように設計されており、装置構造要素および、またはランナーのような装置の使用者の最大の力（特に衝撃力がある場合）を最小にすることが有利である。最適化基準は、吸収されたエネルギーの量、すなわち、その曲線上の所与の最大力点に対する力曲線の下の面積を最大にすることである。バネのサイズに幾何学的制約がない場合、様々な従来のバネを用いて、力曲線最適化バネまたはバネシステムを達成することができる。しかし、本発明における力曲線最適化バネは、バネ全体の完全圧縮時に最小の厚さを達成する。また、シャフト付き蝶番や滑り摩擦要素を排除することで、摩擦損失を最小限に抑えられる。最後に、ガラス繊維または他の繊維強化複合材（ケブラーまたはスペクトラシールドなど）を使用することで、内部エネルギーヒステリシス損失を最小限に抑え、十分に伸縮する。
【００４９】
アーチ状バネは、図4の前方カーブ状バネ60のような要素的にカーブしたバネを含む。 これらのカーブ状のバネは、完全にバネが圧縮されたとき完全に平らになるように負荷される。つまり、これらのバネは、圧縮されていない高さのうち、最適な割合で平坦化される。完全に圧縮された厚さの値は、例えば、圧縮されていない厚さの数パーセント、例えば五パーセント程度と容易に小さくすることができる。圧縮されていない厚さと完全に圧縮された厚さとの比は、ここでは圧縮比と呼ばれる。従って、この五パーセントに対応する圧縮比は二十の値を有する。これらの要素バネを組み合わせて、様々な種類のアーチ状バネおよび複雑なアーチ状バネを構成する。図10は、左右対称アーチ状バネ80の概略側面図を示す。基本的なカーブ状バネから構築することができる可能な構成の例には、図10のすべての上部アーチ状アーム84、左右対称アーチ状バネ80、および渦巻き状V型バネ96が含まれる。これらのバネはすべて、完全に圧縮され最小の厚さに平坦化されている。このように、圧縮されていない状態の靴底の厚さが実際にどれほど厚いかという厳しい制約がある靴用バネとして用いられるヘリカルバネのような他の従来のバネよりも大きな利点がある。さらに、それらはバネシステムではるかに多様性を可能にする。より詳細には、靴の目標は、靴底の厚さを最小にすることである。典型的には、靴における従来のバネでは、完全に圧縮された厚さは、おそらく圧縮されていない厚さの半分である。アーチ状バネまたはアーチ状バネに基づく複雑なバネの場合、完全に圧縮された厚さは、圧縮されていない厚さの約十パーセントになる。これは、所与の所望のバネのたわみに対して、靴底の厚さをほぼ半分にすることができることを意味する。図10に戻って、左右対称アーチ状バネ80は、上方および下方からの荷重表面90によって圧縮されたときに下部アーチ状アーム86に衝突する上部方アーチ状アーム84を含む。アーチ状頂点鎖88は、バネ先端92を、上部アーチ状アーム84および下部アーチ状アーム86の端部に結合する。上部アーチ状アーム84と下部アーチ状アーム86の別の頂点が接続頂点94に接合されており、この場合、二つのアームは左右対称アーチ状バネ80が完全に圧縮できるようにネックダウン式に結合する。ここでヒールポップ靴に使用するために左右対称アーチ状バネ80を修正して利用することが可能であることに留意されたい。ヒールポップ靴は、靴底の上面、例えば図7のフットプレート3が図7の底面、すなわち靴底プレート4に対して前方に移動することを必要とする。これを相対運動の問題と呼ぶ。 それは、ヘリカルバネのような最も従来のバネの使用を排除する。しかし、図10の左右対称アーチ状バネ80は、その上部と下部が円形の形状になるように修正することができ、この場合、回転距離が小さい場合には、単に前記相対運動に適応して転動することができる。左右対称アーチ状バネ80は、最初に、完全に圧縮された状態で対称的に荷重されるように配置されるべきである（わずかに後方に回される）。すなわち、上部アーチ状アーム84が下部アーチ状アーム86に回転可能に接続される頂点間の線は、 完全圧縮時に水平である。これは幸いである。なぜなら、そのような「回転する」左右対称アーチ状バネは、靴底プ��ートに対するフットプレートの相対的な前進運動のために従来のバネが機能しないヒールポップの靴底に挿入することが特に容易であるからである。
【００５０】
アーチ状バネの別の利点は、アーチ状アームの長さに沿って厚さのプロファイルを変化させることが可能であり、その結果、そのアームの平坦になった領域全体にわたる応力エネルギー密度が一定であることである。これはエネルギー貯蔵の最適化を構成する。第三の利点は、アーチ状アームの力曲線を調整し、それによって最適化することが可能であるという事実に関連する。図10において、左右対称アーチ状バネ80は四つのカーブ状バネ97を含み、各バネは完全な圧縮状態で真っ直ぐなプレートの様に平らになっていることに留意されたい。ここでは、それぞれのカーブ状バネを単にカーブ状バネと呼ぶ。また、図10に示されているように、上部渦巻状アーム98は、単にカーブ状バネ97の一例である。いくつかの個々のカーブ状バネ97を組み合わせて、図10の左右対称アーチ状バネのようなより精巧なバネを構成すると、結果として得られる力曲線は各カーブ状バネ97の曲線と同じ形状を有することに留意されたい。ここで使用される別の組み合わせは、渦巻状V型バネ96である。最後に、左右対称アーチ状バネ80は、（側面から見たときに）中央に分割することができ、スペースが限られている場合には、半分だけが使用される。これは、ここでは片面左右対称アーチ状バネと呼ばれる。また、カーブ状バネ97の構造及び形状の両方を変化させて、力曲線をより最適にすることもできる。より重要なことに、このような各要素バネの幾何学的構成は、以下の図面の多くを参照して、より最適な力曲線を得るために変更することができる。
【００５１】
力曲線最適化バネと、その曲線上の所与の最大衝撃力点において吸収されるエネルギー量（すなわち、力曲線下の面積）を最大にするという基準に戻る。アーチ状を基礎としたバネの別の重要な利点は、例えば、それらの最終的な最大力の三分の一まで容易に最初から組み込まれている状態にすることができることである。図11は、基本的なカーブ状バネおよび左右対称アーチ状バネの両方が、予荷重鎖106を介してどのように容易に荷重され得るかの概略側面図を示す。予荷重ではないカーブ状バネ102は、荷重表面90の下側に固定的に取り付けられたその基部から上端に延び、予荷重ではないカーブ状バネ102が下側と左側に荷重し始めるに従って、荷重表面90の上側のものは、荷重表面90の上側のものに衝突する。予荷重表面103によって示されるような選択されたレベルの予荷重のもの、荷重表面90の上の一つが予荷重鎖106によって拘束される。これにより、負荷表面90の上端が上方に移動するのを防止する一方で、上部負荷表面90を下方に移動させて、予荷重カーブ状バネ101をさらに負荷することができる。
【００５２】
同様に、予荷重ではない左右対称アーチ状バネ104は、左右対称アーチ状バネタイプのアーチ状バネの一種を形成するように示されたように四つの基本的な予荷重ではないカーブ状バネ102を備える。その上面および下面は、圧縮を開始するために上下の荷重表面に当たる。予荷重表面103によって示されるような選択された予荷重レベルでは、予荷重鎖106によって上部および下部負荷表面90が繋がれ、予荷重左右対称アーム状バネ105が選択された予荷重状態に維持される。アーチ状バネの先端部を互いに緊密に接触させて維持する様々な方法は、他の箇所に記載されている。 次に、どのように予荷重が力曲線を最適化するのに役立つかが示される。
【００５３】
図12は、二種類のバネ、すなわち、軟らかい（回帰的な）力曲線と予荷重線形バネを備えた予荷重バネの力曲線を示している。各力曲線下の面積は、バネによって吸収されるエネルギーであることに留意されたい。 バネが予荷重されると、必要なエネルギーは最大の力のより低い値で保存される。図12の線形バネの曲線の例では、予荷重で25パーセント低い反力がある。 非線形のソフトバネの曲線の例では、予荷重のない線形バネと比較して、予荷重による反力が40パーセント低く、同じエネルギーが保存されています。最適な一定の力曲線に近づくように、または場合によっては達成するために、バネアームの長さに沿って形状、幾何学的構造、および厚さを変えることが可能であることが分かる。図12に示された例では、予荷重は最大力値の約三分の一から開始する。それは急激に増加し、全たわみ量の約三分の一になる。 一定の最大力値に漸近的に近づく。従って、曲線上の最大の力に対する最小値を有する所望の最適化された力曲線を達成するための方法の第一の部分は、それを予め荷重することである。第二の部分は、より柔らかく、より一定の力曲線を達成するように、バネ構造および形状を変化させることである。この方法の第3の部分については後で説明する。 靴底に貯蔵する最適エネルギーを決定する必要性が高まり、表1、表2、および表3を用いてこの最適な靴底エネルギーを実現できることを指摘している。もう一つの重要な洞察は、力曲線が一定であるという理由が足の衝撃エネルギーが靴底圧縮の最後の部分でまだ吸収されているということではないということである。事実、本発明の様々な拡張結合およびアーチ状張力または圧縮バネでは、圧縮力の関数として定力曲線の下の領域を単純に使用することによって誤った低い量の衝撃エネルギーが蓄積される 。本発明の設計における種々の補助バネは、完全なバネ圧縮が達成されたときに、衝撃エネルギーの最適量が吸収され、エネルギー還元のために貯蔵されることを確実にする。
【００５４】
表1を参照すると、靴底のサイズ範囲（バネの高さが二分の一〜三インチ）に関して、ガラス繊維で作られた左右対称アーチ状バネは、炭素繊維バネより10.5倍強力であり、本発明の要約の先行技術において言及された熱可塑性エラストマーPEBAX 5533のような注入成形可能な材料作られたアーチバネよりも16倍強力である。この科学的結論に至るには、非線形有限要素解析が必要であった。特に、この結果は明白ではなく、本発明者による広範な調査に基づいて先行技術で言及されていない。従って、ヒールポップ靴及び従来の靴の両方に使用されるアーチ状およびカーブ状のバネのために、ガラス繊維（またはより好ましくはケブラー又はスペクトラシールド）が選択された材料としてここで請求されている。さらに、本発明者は、ガラス繊維を選択材料として言及したり、ガラス繊維が靴の用途においてはるかに優れた材料であることを証明するのに必要な科学的データを教示したり（円形または円筒形状のいずれかに）蝶番結合された二つの対向する半球の基本的なバネ構造を開示する従来技術を見出さなかった。 あらゆる要素にどのような材料も使用できる」という包括的声明が出されたかもしれないが、これは有用であるほど具体的なことを教えるものではない。そういうわけで、それは訴訟で持ちこたえないだろう。むしろ、この先行技術は、熱可塑性エラストマーPEBAX 5533のような注入形成可能なプラスチックの使用に完全に焦点を当てている。また、これらの従来技術のバネは、本発明のアーチ状バネの最適で最小限の厚さまで圧縮しない。なぜならば、半球側面の側部が非常に大きいからであり、この材料は曲げ用途のために非常に弱いからである。しかしながら、本発明者の直近の非線形有限分析は、ケブラー29、スペクトラシールドおよびステンレススチール302（完全硬質、基礎B）を含んでいた。表1〜4に導かれた非線形有限要素法の研究で使用される機械的パラメータを示す表4を参照してください。また、計算されたガラス繊維のバネ強度に対する様々な材料の計算されたバネ強度の比も与える。この研究は、ケブラー29のバネ強度がガラス繊維よりも6.35倍強かったことを示し、スペクトラシールドのバネ強度はガラス繊維よりも1.49倍強かった。これは、単にバネ強度値に基づいて、ケブラーは、本発明の最適なバネにとってはるかに好ましい材料であり、スペクトラシールドはガラス繊維よりも45パーセント強力であることを意味する。これはまた、ケブラーが使用されている場合、次の四つのパラグラフのバネ強度値に6.2の係数が乗算されることを意味する。これにより、バネ重量をほとんど無視できる点や、ギアチェンジャーの設計にサイドバネを使用できるという点で、靴の設計者にかなりの余裕ができる。結論として、蝶番付きリングバネおよびカーブ状バネの弾性要素は、バネの強度が高く、弾性率が高い繊維複合体である可能性が最も高い、張力の高い材料で作られるべきである。 非線形有限要素解析は、ケブラー複合材が最高のリングバネ強度を与えるために好ましい材料であることを示している - 靭性（貯蔵されたバネエネルギー）が損なわれ、引張強度と比較してそれほど高くはない。スペクトラシールド複合材はケブラーと比較して23パーセント強く、続いて、Eガラス繊維はケブラーと比���して16パーセント強く、ケブラーのの1パーセント強であるPEBAX 5533が続くが、PEBAX 5533のような注入形成可能な材料を使用する従来の靴のバネは全く最適ではない。熱可塑性ポリウレタン（例えば、ペレタン2363またはPEBAX5533）のような注入形成可能な材料の約20〜50パーセントと比較して、繊維複合材料は約1〜2パーセントという非常に低い機械的ヒステリシス損失を有することもまた好ましい。 ケブラーのものと同様の柔軟性および曲げ強度のための重要な要因を有する他の材料も使用することができ、他の適切な材料には、高い引張強度および高い伸長限度の両方を有するベクトラン、新規炭素繊維複合材料および炭素ナノチューブ複合材料、またくもの糸に由来する複合材が含まれる。これらの新規材料を低コストで大量生産することができる。
【００５５】
表1および表2および表3に使用されたバネ強度の結果は、以下の材料仕様を使用している。 ANSYS FEAモデルは、ゴードン複合材から入手可能な「GC-70-UL：単方向ガラス繊維ミネート」Eガラスの機械的性質を使用した。 
ウェブサイト参照(http://www.gordoncomposites.com/products/TDS/GC-70-UL.pdf) 
もちろん、Sガラスの弾性率はEガラスよりも約20パーセント強であり、強度は約30パーセント強くなる。これは、ガラス繊維を使用したアーチ状が基礎のバネの場合、それらの強度が、本発明の概要で述べた従来技術のPEBAX 5533製のバネよりも二十倍以上の強力があることを示している。これは非常に重要である！ ガラス繊維の靴底バネが炭素繊維複合材よりもはるかに強い理由は、歪み限界が四倍（炭素繊維ラミネートやチタンなどよりも）高く、この増加した歪み限界が このサイズ範囲にとって重要な要因である。そして今、ケブラーバネははるかに強力である。
【００５６】
非線形有限要素解析のために、図10の渦巻状V型バネ96を使用した。このモデルを用いて、表1〜4の値を計算した。 渦巻状バネの表1の最初のセクションでは、次のパラメータが報告されている。二つのアームのそれぞれ、渦巻状アーム98および底部渦巻状アーム100は、特定の半径を有する円の四分の一である。たわみdは、半径の二倍からアームの厚さtの二倍を引いた値に等しい。力fは80パーセント圧縮である。これらの結果は、一インチのバネ幅を仮定している。完全圧縮では、アームは完全に平らになる。厚さの値は、半径値のわずか5パーセント、またはたわみ値の2.5パーセントであることに留意されたい。従って、ガラス繊維複合材の第一の重要な利点は、完全に圧縮された厚さが、20の圧縮比に対応するたわみのわずか5パーセントであることである。これは、ガラス繊維製の基本的なカーブ状バネに基づいた複雑なバネの第一の利点を示している。第二の重要な利点は、四つの材料の相対的なバネ負荷力値と関係がある。 ガラス繊維複合材のバネ荷重は、これまでのところ最高である。これは、炭素繊維複合材料の値よりも10.5倍高い。 それはチタンの値より9.3倍高くなり、 PEBAX 5533の値の16倍である。従って、ガラス繊維はこれらのバネにとってはるかに好ましい材料である。 すなわち、第二の重要な利点は、ガラス繊維がはるかに強いことである。また、密度の違いを考慮に入れて、これらのガラス繊維バネのバネ重量は炭素繊維バネの場合よりも12.3倍軽く、PEBAX 5533の場合の8.2倍軽い。従って、第三の重要な利点は、バネの幅が小さいため、ガラス繊維がより軽量であることである。注入形成可能な材料の利点は、それらがより安価で製造が容易であることであるが、ガラス繊維バネまたはケブラーバネも、安価に量産することができる。再び、最近の研究に基づいて、ケブラーはガラス繊維よりもはるかに好ましい。
【００５７】
表1は、靴に適用する場合とその他の用途の応用の場合に、力曲線を最適化する方法の別の部分につながる非常に興味深い特徴を示している。綿密な検査は、たわみdに対する力fの比、およびたわみに対するアームの厚さの比が、各材料について示されたたわみの全範囲にわたって一定であることを明らかにする。これは予期しないことではない。なぜなら、上部渦巻状アーム98は、カンチレバーまたは四分の一の円の形状で始まり、平らになるように曲がる（圧縮する）ダイビングボードのように動作するからである。従って、荷重力は、長さの三乗より厚さの三乗に比例するので、これらの二つの荷重力比は一定のままであると予想される。 同様に、dとtとの比は一定のままである。
【００５８】
しかし、渦巻状V型バネの上半分または下半分に対応するカーブ状バネの表1の第二部分を見ると、所与のたわみd、例えば二インチの場合、力fは 渦巻状V型バネの場合の2倍である（92ポンドと比較して184ポンド）。 厚さt（0.048インチと比較して0.096インチ）についても同様である。従って、カーブ状バネアームは渦巻状バネアームよりも厚く、達成可能な力は倍増する。そのため、ヒールポップ靴バネシステム（カーブ状バネを使用）は、左右対称アーチ状バネを使用する従来の靴（図24を参照）に使用されるバネの二倍の強度、従って二倍の軽さである（この議論の目的のための渦巻状V型バネと同様）。驚くように思えるかもしれない結論がここにある。 これらのV型バネの場合、たわみを十倍に増加させると、荷重力が十倍増加することに留意されたい。しかし、より小さいたわみ値のために同じ面積（足面積）に十倍のバネを取り付けることができる。これは、達成可能な面積当たりの総力が、すべてのバネ高さ（〜d）の全たわみ範囲にわたって一定であることを意味する。これは重要な洞察である。 力曲線が線形であると仮定すると、完全圧縮時のバネによって蓄えられた衝撃エネルギーは、最大力とたわみの半分との比に等しい。従って、吸収される可能性のあるエネルギーは、たわみに線形に比例する。次に、この洞察は、走ることに適応するためのバネを最適化する疑問にどのように関連しているのか？
【００５９】
ランニングの衝撃エネルギーは、脚と靴底の二つの要素によって吸収される。直列の二つのバネと同様に、衝撃エネルギーは、脚部と靴底の両方の抵抗されたたわみを介して蓄積される。直列のバネの場合、一方の要素が非常に剛性である場合、他方の要素にはより多くの衝撃エネルギーが吸収される。 靴底が非常に堅い場合、脚がほぼ全ての衝撃エネルギーを、ほとんどが膝で吸収しなければならない。従って、靴底にはより多くのたわみがあル場合、靴底にはより多くのエネルギーが蓄積され、エネルギーを吸収するために脚部がしなければならない負担が少なくなる。しかし、ランナーを空中に押し戻す膝と足首の組み合わせによる動作が、最適な結合の決定を複雑にするため、靴底の厚さがどれぐらいになるかには限界がある。そうであっても、靴底のたわみが実質的に可能な限り大きくされれば、ランナーのエネルギーコストが大幅に低減される可能性があり、その場合、ランナーは膝の曲がりを少なくして走ることができ、その結果、大腿四頭筋で吸収するエネルギーを低減できる。加えて、図12について論じたような力曲線を最適化することによって、最大衝撃力は、線形で予荷重のないバネを使用した、通常、たわみが四分の一インチほどしかない従来技術の靴の場合よりも依然として少なくてよい。靴底の厚さ、ひいては靴底に蓄えられたエネルギーを最大にするためのこの考察は、最適なバネのための方法の第三の基準である。それは、曲線上の最大の力の最小値で所望の最適化された力曲線を達成することである。先に議論された図12を参照願いたい。
【００６０】
これらの考察を念頭に置いて、脚部/足首の動作と連結動作のタイミングを損なうことなく、靴底に蓄えることができる最大のエネルギーを決定するために、ランニングの衝撃エネルギーを決定し、次いで靴底のたわみを変化させることが理にかなっている。この最適な靴底エネルギーが決定された後、表1を使用して、方程式を元に最適なたわみを計算する簡単な練習になる。バネの荷重量は、線形バネの場合、たわみの半分の2乗に相当する。バネの力曲線が非線形である場合、力曲線を容易に決定し、それを使用して同じ結果を達成することができる。 要約すると、図12について論じた力曲線を最適化する方法の別の部分は以下の通りである。靴底のバネに蓄えられる最適なエネルギーを決定しなければならず、この靴底のエネルギーを実現するために最適なたわみを決定するためには表1のような表を使用しなければならない。この事実を考慮すると、本発明の最適なバネについては、蓄えられたエネルギーがこのたわみに直線的に依存する。
【００６１】
図13は、内部結合左右対称アーチ状バネ107の概略側面図を示す。このバネは、直線的に始まり、次に一定になるように曲がる力曲線を有する最適なバネであるように設計されている。実際には、その力曲線は曲がり、最終的にゼロになるが、前述した力曲線が減少し始めるときに圧縮を開始する補助線形バネを組み込むことは容易である。その結果、結合力曲線は完全圧縮までほぼ一定である 。まず、張力結合構造、特に張力ひし形バネ282の図19を見てみよう。垂直荷重（荷重力矢印258によって示される）は、垂直頂点256を一緒に圧縮する。この動作は、側部頂点254を介して汎用張力バネ250によって抵抗される。四面結合252が圧縮されると、汎用張力バネ250を引き離すのに必要な垂直力が最初に増加し、次いでゼロに減少する。すなわち、完全な圧縮では、結合部はは水平であり、従って、垂直力はゼロになる。図13の設計は、実際には、図19の圧縮ひし形バネ286に基づいており、四面結合252が荷重力矢印258によって示される垂直荷重によって圧縮されるとき、この運動は、汎用張力バネ250によって抵抗され、 それは固定アンカー272に向かって圧縮される。再び、汎用圧縮バネ274を押し離すのに必要な垂直力は、最初に増加し、次いで、ゼロに減少する。図13を再度参照して、内部結合左右対称アーチ状バネ107について、幾分異なる構造であっても同じ力の曲線がどのように達成されるかを見てみよう。
【００６２】
図13は概略的な側面図を示しており、本命の強化された最適なバネ、すなわち以下の要素を含む内部連結左右対称アーチ状バネ107を示している。 荷重表面90は、単一左右対称アーチ108を圧縮する。左右対称拡張結合115は、角蝶番120を介して大部分は垂直リンク114まで両側で枢動可能に接続された（上下の）中央部リンク113を備えており、突当結合112に突当蝶番119を介して両側で枢動可能に接続されている。内部結合部分的バネ117は、中央部リンク113の上部と下部の間に配置され、互いに離間して配置され、圧縮時に中央部リンク113を水平に保つための復元力を提供する。 同様のことが、外部結合部分的バネ116にも当てはまる。この復元力の必要性の理由は、左右対称拡張結合115の上半分および下半分が本質的に不安定であり、外部結合部分的バネ116による荷重が、中央部リンク113の中心にあれば、この半分の結合部が横に移行して一つの隣接する角蝶番が他より高くなる可能性があることである。
【００６３】
今、興味深い洞察のために、図19の圧縮ひし形バネ286を思い出してみよう。単一左右対称アーチ108は、図19の汎用圧縮バネ274として機能する。すなわち、それは、圧縮バネであるかのように、左右対称拡張結合115の外側への膨張に抵抗する。そして、図19の固定アンカー272に対して圧縮して押すのではなく、単一左右対称アーチ108の単一枢軸に対して押し付け、単一アーチ状蝶番187として図15に詳細に示す。従って、図19の圧縮ひし形バネ286がどのようにして最適な力のカーブを有する最適なバネであるかについてのコメントの全ては、内部結合左右対称アーチ状バネ107に適用され、これは、（1）単一左右対称アーチ108の最初の広がりを、左右対称拡張結合によって制御して緩和する外部結合部分的バネ116 の作用（2）完全圧縮時に力曲線が完全にゼロにならないようにする内部結合部分的バネ117の作用によりさらに最適化される。つまり、力曲線は線形で始まり、完全な圧縮までずっと一定になる。これは、（内部結合部分的バネ117が含まれている限り）完全に最適なバネとして、内部結合左右対称アーチ状バネ107を適格とする。圧縮された内部結合左右対称アーチ状バネ109は、圧縮中の動作を示す。 圧縮率を最大にするために、すべての要素が完全圧縮時にで平坦化されることに留意されたい。突当蝶番119および角蝶番120は、シャフトおよび軸受を備えた従来の円筒形の蝶番とすることができるが、好ましくは、下記の図15に示されるようにネックダウン式のリビングヒンジまたは図47の固定歯車つき蝶番920である。単純な四面ひし形結合は、その平坦化された長さが上部アーチ110の平坦化された長さよりも短いので機能しないことに留意されたい。従って、上部アーチ110を完全に広げるためには、余分なリンク（中央部リンク113および突当結合112）が必要である。
【００６４】
図14は、内部連結カーブ状バネの様々な構成の概略側面図を示す。 なお、第一二重リンク拡張カーブ状バネ122は、拡張結合カーブ状バネ121の一例であり、二重蝶番126によって接続された二つの二重リンク125からなる二重結合131を含む。二重結合131は、バネ蝶番124を介して両側で垂直方向から左に傾斜したカーブ状バネ127に蝶番結合している。上部調節バネ132は、二重蝶番126とその隣接する荷重表面90との間に配置される。調節バネ133は、荷重表面90によってのみ負荷されるように配置されている。この設計の目的は、二重結合131がカーブ状バネ127を広げてまっすぐにして、力曲線が部分的な圧縮で曲がるようにすることである。上部調節バネ132および調節バネ133は任意であるが、より最適な力曲線を達成するように働く。 上部調節バネ132は、荷重表面90による二重蝶番126の荷重の開始を制御する。調節バネ133は、カーブ状バネ127の連結の広がりに起因する力曲線が、調節バネ133なしでゼロに向かうにつれて、全体の力曲線をほぼ一定に維持する働きをする。荷重表面90の上部が圧縮するにつれて最終的に二重蝶番126はバネ蝶番124の上部より高くなり、このとき、カーブ状バネ127は、拡張によってだけ荷重され、そのため力曲線が曲がり、最終的にゼロになる（調節バネ133なしで）。純粋な拡張荷重の開始は、圧縮第一二重リンク拡張カーブ状バネ123の図によって示されている。二つの二重リンク125の相対的な長さを選択し、カーブ状バネ127を短くすることも可能であり、これにより二重蝶番126のみが荷重表面90の上部に衝突する（上部調整は使用されない）。ここで、カーブ状バネ127の上端は荷重表面90の上部に接触していないので、カーブ状バネ127は張力のみが負荷され、それにより完全なバネ圧縮が達成されると二つの負荷面間の力が曲がりゼロになる。
【００６５】
拡張結合カーブ状バネ121の別の例は、第二二重リンク拡張カーブ状バネ135である。ここで、二重結合131の構成要素リンクの長さおよび角度は、二重蝶番126がバネ圧縮中に早期に荷重表面90の上部に衝突するように変更されている。これにより、力曲線がより早く曲がるようになる。二つの二重リンク125の合計の長さは、全ての要素が完全圧縮時に完全に平らになるように、カーブ状バネ127の長さに等しくなければならない。第二二重リンク拡張カーブ状バネ135の二つの表現が示されており、第一は圧縮開始時であり、第二は二重蝶番126が負荷表面90に衝突するときである。この第二の表現は、圧縮第二二重リンク拡張カーブ状バネ136である。この二重結合バージョンおよび次の三重結合バージョンでは、上部調節バネ132および調節バネ133は図示されていないが、それらは力曲線をより良く改良するために使用することができる。先端経路130は、カーブ状バネ127の先端の経路を圧縮して平坦化するときにその経路をたどる。
【００６６】
次の二つの図は、三つのリンクからなる結合部の二つのバージョンを示している。ここでも、力曲線が曲がり、二つの圧縮レベルが示されているときに、要素リンクの長さおよび角度が変更されて修正される。第一三重リンク拡張カーブ状バネ137は、二つの三重蝶番129によって接続された三つの三重リンク128を含む。また、圧縮中にカーブ状バネ127を広げる。任意選択の上部調節バネ132および調節バネ133は図示されていないが、力曲線をより良く改良するために使用することもできる。圧縮第一三重リンク拡張カーブ状バネ138は、三重蝶番129の上部が荷重表面90の上部に衝突する圧縮を示す。別のバージョンは、第二三重リンク拡張カーブ状バネ139と圧縮第二三重リンク拡張カーブ状バネ140とで示されており、三重蝶番129の上部が圧縮中に早く荷重表面90の上部に衝突する。ここでの全てのバージョンは、垂直中心線の左右対称バージョンに組み合わせてアーチ状構成にすることができる。アーチ状構成は、左右対称化されたアーチ状構成を作成するために水平中心線で左右対称にすることができる。
【００６７】
図15は、図13の左右対称拡張結合115の単一でネックダウン式リビングヒンジバージョンを詳細に描写した、カットアウト単一左右対称拡張結合183の切り抜き概略側面図を示す。枢軸部分をよりよく見えるように完全なリンクは表示されていないが、欠落している中央リンク部分は波線で示されている。この省略された表示は、ここではカットアウトと呼ばれる。カットアウト単一左右対称拡張結合183は単一角蝶番182を介して単一大部分垂直リンク186に接続する単一中央部リンク185を含み、それは単一突当蝶番181を介して単一突当結合184に接続し、それは単一アーチ状蝶番187に接続し、それはまた上部アーチ110を下部アーチ111（図13参照）と接続する。 前に述べたように、カットアウト単一左右対称拡張結合183のような結合部に好ましい材料は、PEBAXまたはペレタンのような適切な硬度のTPUである。なぜなら、これらの材料は注入形成可能または同様の材料であるためでる。また、ここでのカーブ状バネの好ましい材料は、ケブラーであり、スペクトラシールドおよびガラス繊維がこれに続く。 あるいは、より好ましくは、図47の固定歯車つき蝶番920を使用することができる。
【００６８】
図16は、第一レベル圧縮凧型カーブ状バネ146、第二レベル圧縮凧型端部カーブ状バネ147、および完全圧縮凧型端部カーブ状バネ148を含む様々な圧縮レベルでの凧型端部カーブ状バネ144の概略側面図を示す。凧型端部カーブ状バネ144は、荷重表面90の間で圧縮され、荷重表面90の上部が荷重表面90の下部に対して水平に自由に動く。固体初期部152は、荷重表面90の下部に始め（ベース）に固定的に取り付けられる。凧型端部セクション149は下記を含む単一構造を形成する：内部アーチ153、外部アーチ154、凧型端部セクション149、バネ端部151、および任意頂点鎖150。これらの二つのアーチは、圧縮される左右対称アーチを形成する。任意頂点鎖150は、空間制限を考慮して圧縮されていない図でのみ示されている。その第一の目的は、内部アーチ153および外部アーチ154が圧縮の初期段階中に離れることを防止することである。その第二の目的は、凧型端部セクション149を予荷重することである。
【００６９】
凧型端部カーブ状バネ144の背後にある考えは、圧縮中に凧型端部セクション149の負荷の性質が変化することである。最初は、荷重表面90の上部に対して斜めに向けられ、その間に主にバネ端部151を介して曲げ荷重を受ける。次に、第一レベル圧縮凧型端部カーブ状バネ146の図は、凧型端部カーブ状バネ144が反時計回りに回転していることを示し、その結果、荷重表面90の上部は、凧型端部セクション149に直接的に荷重を加え始め、 このとき、荷重は曲げられるよりもむしろ主に圧縮となる。この圧縮レベル（第一レベル圧縮凧型端部カーブ状バネ146のこの例では約60パーセント）で、固体初期部152はほぼ平坦化されている。このレベルのたわみまで、凧型端部カーブ状バネ144の初期力曲線は、主として、固体初期部152の平坦化によるものであった。しかしながら、凧型端部カーブ状バネ144の残りの40パーセント圧縮のための力曲線は、凧型端部セクション149の圧縮によるものであるため、傾斜が減少する。この凧型端部セクション149の圧縮の第一部分では、それは斜めに負荷されるため、より剛性が高い。これは、第二レベル圧縮凧型端部カーブ状バネ147の第三の図に見ることができる。完全な圧縮が達成されると、凧型端部セクション149がより直接的に荷重され、力曲線が軟化する。これは、完全圧縮凧型端部カーブ状バネ148の第四の図に見ることができる。これらの詳細な考察を念頭に置いて、凧型端部カーブ状バネ144の力曲線は、曲がるように設計され、かなり柔らかく（より逸脱的に）なるように設計できることが明らかである。従って、最大の衝撃力を最小限に抑えて力のカーブを最適化するという目標が達成された。当然のことながら、バネ端部151は、荷重表面90の上部に蝶番結合されていてもよく、また以前に詳述されたように、圧延接続されてもよい。別の選択肢は、任意頂点鎖150を使用して凧型端部セクション149を予荷重することである。
【００７０】
図17は、矢じり、凧型端部、二重リンク拡張カーブ状バネの構造の概略側面図を示している。まず、左右対称凧型カーブ状バネ169の非圧縮状態の概略側面図が示されている。凧型端部カーブ状バネ144（図16からの）の四つの組み合わせは、左右対称凧型カーブ状バネ169の形成をもたらす。この組み合わせは、図10の左右対称アーチ状バネ80と同様の左右対称アーチ状バネを形成する。従って、左右対称凧型カーブ状バネ169の要素は、凧型端部カーブ状バネ144の要素と同じ要素を含む。従って、左右対称凧型カーブ状バネ169は、上部凧型端部アーチ172と下部凧型端部アーチ173とを含み、このそれぞれは固形アーチ状中央セクション170と凧型端部セクション171とをさらに含む。図17は、矢じり型カーブ状バネ145の概略側面図も示している。これは、圧縮中に端部が回転するときに荷重の性質が変化するカーブ状バネの端部の構造を利用することにより、より最適な力曲線を得るためのさらに別のアプローチを示す。矢じり型カーブ状バネ145は、その基部で荷重表面90の下部に剛結され、矢型固定端部158に単一的に取り付けられた固体初期部152を含む。内部矢型アーム156および外部矢型アーム157は、矢型固定端部158に固定的に取り付けられ、これらは板バネである。バネ端部151は、矢型固定端部158の端部を形成し、それは荷重表面90の上部に衝突する。従って、矢頭端部159は、内側矢印アーム156、外側矢印アーム157、矢印剛性端部158、およびバネ端部151を備える。大部分が圧縮された矢じり型端部セクション159の図は、バネ端部151が最初に荷重表面90に当たることを示している。しかし、最終的に圧縮矢じり型端部セクション159は反時計回りに回転するので、外側矢印アーム157および内側矢印アーム156の先端は、荷重表面90の上部および下部に衝突する。完全圧縮時に、固体初期部152のバネ作用は、内側矢印アーム156と外側矢印アーム157のバネ作用と直列に作用する。直列バネの剛性は相互に加算されるので、これは、これらの二つのバネ作用の合計力が、固体初期部152のみの力よりも小さいことを意味する。従って、力曲線は曲がっており、ここで定義されるようにより最適である。
【００７１】
凧型端部V型バネ165は、図10の渦巻状V型バネ96と同様に、浮動蝶番を有するという意味で動作し、これにより、荷重表面90の上部が荷重表面90の底部に対して左側に自由に移動することが保証される。これは天井荷重表面矢印168によって示される。そして、力曲線は凧型端部カーブ状バネ144の力曲線に類似している。図17はまた、凧型端部V型頂点166によって連結された上部凧型端部カーブ状バネ162と底部凧型端部カーブ状バネ164を含む凧型端部V型バネ165の概略側面図を示す。同様に、左右対称拡張結合カーブ状バネ163は、渦巻状V型バネ96と似ているが、力曲線は、図14の拡張結合カーブ状バネ121のそれに類似している。それは二つの左右対称部分で構成される。ここでも、これらの力曲線は、渦巻状V型バネ96の線形力曲線よりも最適である（一定の力）。
【００７２】
図18は、以下の要素を含む単一張力左右対称アーチ状バネ200の圧縮時および非圧縮時の概略側面図を示す。内部側面荷重アーチ状バネ204は、内部アーチセクション208を介して外部天井荷重アーチ状バネ206の内側に配置されており、外部天井荷重アーチ状バネ206を引っ張る。これらの三つの要素は、連続的な単一構造を形成し、ネックダウン式リビングヒンジを介して相互接続される。また、この連続単一構造の下半分は、上の半分の鏡像であるが、内部張力荷重渦巻状V型バネ220が、図の内側張力要素の代わりに使用されて代替バージョンを示している。外部天井荷重アーチ状バネ206は、拡張された平面セクション224と外部先端セクション210を含む。内部側面荷重アーチ状バネ204および外部天井荷重アーチ状バネ206の湾曲部分は、円のほぼ四分の一の形状の部分を含む。拡張された平面セクション224の延長により、これらの内側および外側のアーチ要素は、互いに衝突することなく、両方とも完全に平坦化される。曲線の形状は必ずしも四分円である必要はないが、これは必要な完全平坦化を保証する便利な方法である。完全な平坦化を保証するための他の条件は、圧縮単一張力左右対称アーチ状バネ202の図に見ることができるように、外部先端スペーサー218である。外部先端スペーサー218の高さは、見やすくするために誇張されているが、全てのアーチ要素が完全圧縮時にそれらの長さにちょうど接触するように最小化されることに留意されたい。外部締め具216は、左右対称の外部先端セクション210を外部先端スペーサー218に共に固定し、内部締め具214は、左右対称の内部先端セクション212を共に固定する。内側張力要素の別の可能性を示すために、内部張力荷重渦巻状V型バネ220が代わりに構造の下側半分に示され、完全圧縮時に完全に平坦化される。その左右対称部の半分は、内部渦巻状V型先端セクション222によって接続されている。ネックダウン式リビングヒンジが、内部渦巻状V型先端セクション222、外部先端セクション210、および内部先端セクション212によって描写されている。
【００７３】
図20は、左右対称アーチ状バネが張力バネ要素を組み込んだ別の設計を示しており、この場合、20〜50パーセントのエネルギーヒステリシス損失を有する従来技術のTPUの様な材料で作られた伸縮可能なバンドである。しかしながら、図18の単一張力左右対称アーチ状バネ200には、図20の設計よりも二つの明確な利点がある。すなわち、張力バネ要素、図18の内部側面荷重アーチ状バネ204または内部張力荷重渦巻状V型バネ220は、エネルギーヒステリシス損失（〜1パーセント）を最小限に抑えるガラス繊維（またはケブラーまたはスペクトラシールド）で構成することができ、張力バネ要素間の接続を単一にすることができる。外部天井荷重アーチ状バネ206は、より好ましくは、TPUの様な材料よりも格段に強いガラス繊維（またはケブラー、またはスペクトラシールド）で作られる。また、前術の張力バネ要素は、外部天井荷重アーチ状バネ206の圧縮に抵抗するように働き、その結果、組み合わされたバネ作用はより強くなることに留意されたい。しかしながら、組み立てられたバネ全体が圧縮するにつれて、張力バネ要素の作用は、外部天井荷重アーチ状バネ206の作用とより揃うので、これらの対向する力の垂直成分（これは、対向する荷重表90）が減少し、最終的にゼロになる。従って、総力曲線は減少するが、外部天井荷重アーチ状バネ206の曲げ力が依然として圧縮に対抗しているので、ゼロにはならないことに留意されたい。従って、内側アーチと外側アーチの強度がほぼ同じであれば、全体のバネの値（全体の力のカーブの傾斜）は外側アーチバネの値の二倍から始まり、外側アーチ要素によってのみ減少する。従って、図18の結論は、総力曲線が水平にならないために「半最適」になることである。さらに、図13、図14、図15、図19、図21、図22、図23および図27の拡張結合カーブ状バネ設計、および特に図32の拡張結合カーブ状バネ設計の場合はそうではなく、完全に最適である。なぜなら、拡張結合アーチ状バネ（図27のカーブ状バネ）に起因する「全部の」力がゼロになるので、補助バネを使用して、補助バネがバネシステムに含まれているときに完全な総力曲線が一定になるようにすることができる。これは、曲がらないリンクからの力曲線への働きがないためである。
【００７４】
図19の説明は、ランニングの最大衝撃力点を完全に最小限に抑えることができる最適なバネの目標に関係している。これらの最適なバネは、本発明の第2の実施形態である。図19は、ここでは最適バネのためのトルクリフト構造と呼ばれる様々な構成の概略側面図を示しており、張力要素が、組み立てられた張力バネ結合部の力曲線が最適であり、結合部の圧縮に抵抗するために使用される。その最適さとは、力の曲線が直線的に始まり、次いでそれが実質的に一定になるように屈曲するが、より低い傾斜で増加し続けることができるという基準によって定義される。張力ひし形バネ282において、垂直荷重（荷重矢印258によって示される）は、垂直頂点256と一緒に圧縮する。この動作は、側部頂点254を介して汎用張力バネ250によって抵抗される。四面結合252が圧縮されると、汎用張力バネ250を引き離すのに必要な垂直方向の力が最初に増加し、次いでゼロに減少する。すなわち、完全な圧縮時には、結合部は水平であり、従って、垂直力はゼロになる。圧縮ひし形バネ286は、四面結合252を含み、これは、荷重矢印258によって示される垂直荷重によって圧縮される。この動作は、固定アンカー272に対して圧縮する汎用張力バネ250によって抵抗される。再び、汎用圧縮バネ274を押し離すのに必要な垂直力は、最初に増加し、次いで、ゼロに減少する。 では、結合部に基づかず、左右対称アーチに基づくバネシステムを、なぜこれらが「最適な半分」であるのかを説明するために考えてみる。張力左右対称アーチ状バネ284は、荷重表面90によって負荷される。 それは、枢軸接続260を介して、その鏡像である外側下部アーチ状バネ270に枢軸で接続された外側上部アーチ状バネ268を含む。同様に、内側上部アーチ状バネ264は、枢軸接続260を介して内側下部アーチ状バネ266に枢軸で接続され、それはコード262を介してこれら内側と外側の左右対称のアーチを共に接続する。これらの接続のおかげで、内側左右対称アーチ状バネは、外側上部アーチ状バネ268と外側下部アーチバネ270とを接続する枢軸接続260の外向き運動に抵抗する。これは、組み立てバネ全体を圧縮するために必要とされる力を、外側左右対称アーチ状バネによってのみ加えられる垂直圧縮力よりも増加させる。実際には、バネ全体の剛性が増加し、約二倍になる。コード262は水平の張力のみを発し、内側左右対称アーチ状バネが完全な平坦化に近づくにつれてゼロになる。これは、内側左右対称アーチ状バネの寄与がゼロになることを意味するので、垂直バネの全体の力の傾斜は、その初期値の半分になる。これにより、張力左右対称アーチ状バネ284が「半分最適」になる。これは、完全に最適な拡張結合カーブ状バネシステムほど良くはないが、力曲線が一定の値に近づくので、線形の力曲線を有するバネよりもまだ改善されている。内側上部アーチ状バネ264および内側下部アーチ状バネ266がコード262を介して水平方向にのみ荷重されるように注意する必要があることに留意されたい。これらの内部アーチが、それらの中央部分に外側アーチを衝突させることによって垂直に荷重される場合、力曲線の傾斜はその初期値、すなわち約二倍に増加し、バネはもはや「半分最適」ではない。ここに示されるこの設計の別の問題は、内側アーチの長さが外側アーチの長さよりも短く、外側アーチが完全に圧縮されないことである。
【００７５】
圧縮分離左右対称アーチ状バネ288は、外側アーチを分離することによって完全に平坦化するという問題を解決する。これは、張力左右対称アーチ状バネ284に非常に類似している。これは、左半分外側アーチ状バネ278と、右半分外側アーチ状バネ280とを含み、これらのアーチバネも中心に枢軸接続260を有し、コード262を介して内側の左右対称のアーチ、すなわち内側上部アーチ状バネ264と内側下部アーチ状バネ266に接続する 。しかしながら、左半分外側アーチ状バネ278および右半分外側アーチ状バネ280は、今、コード262によって接続されていることに留意されたい。垂直力は、荷重矢印258によって示されるように、穴あきスペーサー276によって加えられる。コード262と穴あきスペーサー276との間の衝突は、コード262の通過を可能にする穴あきスペーサー276の縦方向に向けられたスロットにより防止される。これらの規定により、分離された左右対称アーチ状バネは完全に圧縮して平坦化することができる。 それはまた、「半最適」の力曲線を有する。
【００７６】
図20は、張力バンド左右対称アーチ状バネ292の概略側面図を示す。ここでは、テンション要素は張力バンド302であり、左右対称アーチ要素を荷重する。それは球状先端カーブ状アーム296を左側に、ネックダウン先端カーブ状アーム298を右側に示されている。これは、これらの左右対称アーチ要素の先端に枢軸の二つのオプションを表示している。これらの先端はカーブ状アームに過度のストレスをかけることなく90度回転させることが重要である。 圧縮の間、左側の球状先端カーブ状アーム296と右側のネックダウン先端カーブ状アーム298は、それらの鏡像を張力バンド302の端部を介して垂直に突き当てる。これらの衝突先端部の間で張力バンド302が滑るのをさらに防止するために、バンド端部ループ304は、空洞長方形バンド保持ピン300を囲み、この部品は左側の球状先端カーブ状アーム296と右側のネックダウン先端カーブ状アームの左右対称な衝突先端の空間を引っ張ることができない。これは、張力バンド302を圧迫して引き抜くことができないように、取り付けのための最も簡単な絶対確実な方法であると思われる。この方法は新規であり、製造が容易である。空洞長方形バンド保持ピン300は、バンド端部ループ304を通って側面から単に挿入される。この組み立て部をステッチコード306で締め付けた後、空洞長方形バンド保持ピン300は、バンド端部ループ304を通って側面から単に挿入される。圧縮張力バンド左右対称アーチ状バネ294の図は、荷重表面90による完全圧縮時のバネの組み立てを示す。ステッチコード306は、折り畳みが容易でなければならないことに留意されたい。 バンドループは注入形成可能な材料で作るのが簡単である。
【００７７】
予荷重ステッチ構造312の図は、ステッチコード306を製造する方法を示す。球状先端カーブ状アーム296（またはそのバージョンが使用されている場合はネックダウン先端カーブ状アーム298）の中央上部を横切ってアーム予荷重ホール308が作られ、張力バンド302のバンド予荷重ホール310も同様である。次に、ステッチコード306は、張力バンド左右対称アーチ状バネ292の幅に沿って縦方向の中心を通される。張力バンド302に適切な材料が見出されれば、図22の設計は、張力要素取り付けに適した解決策である。熱可塑性ポリウレタンは十分に強いと思われ、必要な60パーセント伸縮するが、ヒステリシスの損失は約20〜50パーセントと顕著である。バネのエネルギー還元が最適化する必要がない場合、これらのTPUを図20の設計に使用することができる。最適なエネルギー還元が必要な場合、図18の設計は、98〜99パーセントのエネルギー効率がある張力要素に湾曲ガラス繊維カーブ状アームを使用するので好ましい。すなわち、そのヒステリシス損失はわずか1〜2パーセントである。 ルーカス（Lucas）は2008年7月22日の米国特許第7,401,419で、TPUのヒステリシス損失が20〜30パーセントであると思われるヒステリシス損失の数値を示している。その他の文献データでは、これらの材料のヒステリシス損失が40パーセントであることを示している。 予荷重ステッチング構成312の技術は、バネシステムが予め荷重されるかまたは所定位置に保持される必要があるときはいつでも使用できることに留意されたい。例えば、図11、図13、図18、または図21〜23を参照願いたい。
【００７８】
図21は、二つの張力結合構造の概略側面図を示す。張力結合バネ320は、湾曲ガラス繊維カーブ状バネを張力要素として使用し、バンド張力結合バネ340は、引張バンド302を使用する。張力結合バネ320は、垂直蝶番323および水平蝶番324によって枢軸によって相互接続されてひし形状の連結部を形成する四重リンク322を含む。 負荷表面90は、垂直蝶番323を負荷する。張力要素は、四面に対称的に配置された張力カーブ状バネ330からなり、最初に垂直に置かれた張力バネ先端332は、先端コード326を介して相互に接続する。この配置の中央の他端では、張力カーブ状バネ330が蝶番コード328を介して水平蝶番324に接続され、蝶番コード328は張力締め具334によって張力カーブ状バネ330に留められる。蝶番コード328は、水平蝶番324の周りに張力に耐えるように巻きつけられる。 この巻きつけは、水平蝶番324がシャフトを使用する場合に容易に行われ、この場合、一つ以上の縦方向スロットが四重リンク322の幅にわたって切り込まれる。次いで蝶番コード328のループがこれらのスロットを通って押し込まれ、前述したシャフトがループを通って押し込まれ、当業者には明らかな張力接続が達成される。圧縮張力結合バネ321の図は、圧縮中に張力カーブ状バネ330がどの様に引っ張られて真っ直ぐになるかを示している。この設計は、完全な圧縮に近づくにつれて総力曲線がゼロになるのを防ぐために補助バネが使用される場合、ここで数回定義されたように完全に最適なバネである。 例えば図7を参照願いたい。これらの補助バネは、偏向距離の部分的な高さであり、それらは荷重表面によって直接的に負荷される必要があることに留意されたい。また、この図では、張力カーブ状バネ330を例として使用したことに留意されたい。 張力結合バネ320は、図7のひし形張力結合バネ38に使用された例であったが、その他の最適なバネの多く（好ましくは単一構造のもの）も使用することができる。
【００７９】
図21には、バンド張力結合バネ340も示されている。これは張力結合バネ320と同じ四面結合を使用するが、代わりに張力バンド302を張力要素として使用する。圧縮バンド張力結合バネ342の図は圧縮された状態を示す。張力結合バネ320のための上述の説明は、バンド張力結合バネ340のための接続および機能を説明する。図20で与えられた張力バンド302のヒステリシスエネルギー損失の警告は、TPU線材料で作られている場合にもここで適用される。図22は、単一張力結合構造の概略側面図を示す。これらは、様々な要素の接続が単一でネックダウン式リビングヒンジを利用してある点を除いて、図21の設計と似ている。単一張力結合バネ350は、単一垂直ネックダウン頂点356および単一水平ネックダウン頂点358によって接続された単一四重リンク354を含む四面のひし形状の結合部を含む。単一構造は、単一水平ネックダウン頂点358と、側面頂点接続セクション370との結合によって継続され、この併合部分が分かれ、単一張力カーブ状バネ366を形成し、単一先端接続セクション368を介してそれらの左右対称部分に接続する。側部連結部を補強するために使用される任意の要素は、第一ネック拘束部364、単一ループ360、および保持ピン362を含む。単一ループ360は、連続的なリンク/バネ構造の一部である。 保持ピン362は、これらのループを通って側部から挿入され、単一張力カーブ状バネ366の作用によって単一水平ネックダウン頂点358に及ぼされる相当な圧縮力に耐えるために、第一ネック拘束部364と組み合わせて作用する。単一構造はバネ要素およびリンク要素として機能しなければならないので、ガラス繊維が好ましい材料である。これはネックダウン式リビングヒンジ要素にも当てはまる。圧縮単一張力結合バネ352の図は、この設計で荷重表面90によって圧縮された状態を示す。
【００８０】
単一張力結合バネ350は、完全に最適な力曲線を有する完全に最適なバネを達成するために使用できるので、本発明における第二の最も好ましい最適張力バネである。そのバネ要素である単一張力カーブ状バネ366の高いエネルギー効率（99パーセント）を特徴とし、図1〜9の圧縮前に後方に傾くヒールポップ設計を含む、どんな靴設計においても挿入可能なバネとして大量生産することができる。これは図24に示すように従来の靴でも同様である。しかし、ここでも重要な点として、図15のカットアウト単一左右対称拡張結合183によって示されるように、図13の内部結合左右対称アーチ状バネ107が単一化された、ここで最も好ましい最適バネである。なぜなら、この内部結合が、外部左右対称アーチ状バネに衝突するためである。また外部接続を必要としないという明確な実用上の利点がある。この結合部は注入形成できるという事実と、外部左右対称アーチ状バネ要素がガラス繊維（TPUよりも格段に強い/軽い）で容易に製造できるという事実と組み合わせて、単一バージョンの内部結合左右対称アーチ状バネ107が明確に優れている。ここでも、図12で説明したように、力曲線は完全に最適にすることができる。この設計は簡単に予荷重を与えることができ、完全圧縮に近い状態で一定の総力曲線を確保するための補助バネを備えているからである。
【００８１】
図21のバンド張力結合バネ340に類似の設計は、図22の単一バンド張力結合バネ372であり、圧縮単一バンド張力結合バネ374の図においてその圧縮状態で示されている。単一四重リンク354は、単一垂直ネックダウン頂点356を介して、それらの左右対称部分に接続する。第二ネック拘束部376、バンド端部ループ304（および右側の空洞長方形バンド保持ピン300）を含む側部接続部は、図20のそれらの要素または同等の要素に対応する。同様に、左側の第三ネック拘束部378、バンド端部ループ304、および空洞長方形バンド保持ピン300を含む側部接続部は、図20におけるそれらの要素または同等の要素に対応する。この設計では、リンク要素は、TPU（例えば、ペレタンまたはPEBAX）のような注入形成可能な材料から優先的に製造され、バネ要素は優先的にガラス繊維で作られる。これは、上で説明したように組み込まれた補助バネがあれば、ここで定義される意味において完全に最適なバネである。単一張力結合バネ350の単一側の枢軸の配置は、単一バンド張力結合バネ372で行われたように、張力バンドと共に使用することもできることに留意されたい。基本的には、張力バンド302は単一張力カーブ状バネ366を置き換え、結合要素は単一のバネ張力要素である。この場合、両方とも、付随するエネルギーヒステリシス損失を伴うTPUなどのより柔軟な材料である必要がある。
【００８２】
図23は、二つの入れ子状のカーブ状バネが使用されることを除いて、図22の単一張力結合バネ350に非常に類似している単一入れ子張力結合バネ380の概略側面図である。側頂点連結部370は、第一入れ子カーブ状バネ382と第二入れ子カーブ状バネ384とに分岐し、その各々は、単一先端接続セクション368によってその左右対称部分に枢軸で接続されている。そうでない場合、要素は図22と同様に図23の場合と同じであり、説明も同じである。カーブ状バネを入れ子にする理由は、バネシステムが実際には2〜3倍の強さを持つことができるからである。欠点は、バネの全高が高く圧縮比が低いことである。しかし、この比は、本発明で好ましい湾曲ガラス繊維カーブ状バネの場合、アームの厚さが非常に薄い（表1に示すように0.05インチから0.2インチ程度）という事実を考慮すると、著しく変化しない。この入れ子式バネ強度の増加は、図26のギアチェンジ能力にとって重要である。
【００８３】
図24は、かかと持ち上げを強化するためのヒールポップ機能を備えていないということを意味する従来の靴における最適なバネの概略側面図および上面図を示す。従来の靴での最適な靴の使用は、すべての靴に使用することができ、著しく低減された最大衝撃力によって世界の人々にの健康上の利益を提供する、本発明の第四実施形態である。一定の厚さの靴411は、一定の厚さの靴底405の上部に固定的に取り付けられた靴上部1を含む。一定の厚さの靴411は、一定の厚さの靴底405の上部に固定的に取り付けられた靴上部1を含む。先細りの靴413は、先細りの厚さの靴底407の上部に固定して取り付けられた靴上部1を含む。一つまたは複数の内部結合左右対称アーチ状バネ107は、一定の厚さの靴底405および先細りの厚さの靴底407の両方に配置することができる。同様に、側面内部結合左右対称アーチ状バネ401は、内部結合左右対称アーチ状バネ107と同じであり、鉛直線を中心に90度回転しているが、その場合、側面内部結合左右対称アーチ状バネ401は、靴底プレート5に対してフットプレート3の前方移動に対抗する。両方の図は、一定の厚さの靴底405と先細りの厚さの靴底407の両方がつま先の結合部で結びつくことができるように、つま先枢軸403を有する。先細りの厚さの靴底407では、側面内部結合左右対称アーチ状バネ401の特徴は、その上側の硬質エラストマー頂部上にあり、側面内部結合左右対称アーチ状バネ401の前側から後側への靴底の高さのわずかな差を補償する。使用することができる別のタイプのバネは、左右対称アーチ状バネ80である。しかしながら、これは線形の力曲線を有する。 ここでの新規な側面は、最適なバネの使用である。 本発明に示された多くの最適なバネが存在している。 渦巻状V型バネおよび左右対称アーチ状バネの変形であるここで示されている最適なバネは、これらが垂直方向に圧縮されるので、一定の厚さの靴底405または先細りの厚さの靴底407に使用することができる。
【００８４】
靴底が厚く（すなわち靴底の移動距離が大きい）、一定の厚さの場合、図1〜9について説明したように、つま先の沈みの問題がある。この問題を解決するにはいくつかのことができる。 残念なことに、図のヒールポップ靴のつま先沈み防止構造は、靴底プレート5に対するフットプレート3の前方への移動を必要とするため使用できない。先細りの靴底を使用することにより、または従来のつま先止め412をつま先プレート7の下、だいたい靴底の高さの半分に配置することができる。これは、一定の厚さの靴底405に対してのみ示されているが、先細りの厚さの靴底407でも使用することができる。また、つま先プレート7の最前部の下には堅いバネを使用することができる。どちらの場合でも、ランナーのつま先は完全な圧縮時に折り上がっている。つま先が折り上がっていることは許容され、つま先離地期にはつま先の沈みは絶対にない。
そして、実際には、つま先離地期間に、つま先が高い位置から押し離れることができるという利点がある。また、図37〜図43の自動ギアチェンジを使用すると、つま先の沈みの問題がなくなる。
【００８５】
最適バネのある従来の靴409（一定の厚さの靴411と先細りの靴413の両方に対応する）の図24における上面図は、様々なバネの可能な位置を示している。ここでは最適なバネは全てカーブ状バネ要素に基づいているので、それらはすべて任意の幅に切ることができる。これは、その幅が靴全体を横切るか、またはより小さい幅の一か複数のバネの組み合わせであることを意味する。一例として、内部結合左右対称アーチ状バネ107は、四つ並んで示され、次に三つ並んで示される。側方の側面内部結合左右対称アーチ状バネ401も示されている。圧縮がゼロのときには、これは、縦方向に向けられた中心線に沿ってフットプレート3および靴底プレート5に接触している。左右対称アーチ状バネ80は、つま先プレート7の下に示されているが、任意の最適なバネであってもよい。図24または図1〜9のヒールポップ靴、または靴のギアチェンジのための図26（および図37〜43）の靴用バネの組み立てにおける構成要素バネのいずれも、（1）足の外側または足の周りのどこにでも配置することができ、（2）力曲線の任意の剛性値を有することができ、また（3）任意の角度に向けることができる。組み立てでの各構成要素バネの使用方法の決定は、構造最適化、安定性、および回内などの機能の問題を考慮して決定される。さらに、これらの構成要素バネは、当業者には自明なやり方で、カートリッジとして靴底に挿入することができるように、ブリッジプレートによって相互に容易にまとめることができる。
【００８６】
最適なバネの実施形態が、本発明の最適なバネとこれらの最適なバネを構成する方法の両方を含む本発明の第二および第四の実施形態の本質的な利点は（第二は最適なバネであり、第四はその従来の靴での使用である）図12で説明したように、最大衝撃力の値が40パーセントも減少することである。本発明に開示された最適なバネは、任意の靴、従来型またはヒールポップでの使用が新規である。また、図11、図12および表1について説明した曲線上の最大力の最小値（最適な靴底のエネルギー貯蔵用）を有する所望の最適化された力曲線を達成する方法も新規であり、任意の靴、従来の靴とヒールポップの両方の靴に使用できる。また、従来の靴でも最適なバネのためのエネルギー還元はいくらかあるが、前に説明した通り、ヒールポップ靴には到底およばない。これらの設計は全て予荷重することができる。また、これらの設計の多くは、互いに等しく最適な力曲線を用いて、様々な組合せで使用することができる。そして、各設計は、バネ要素の形状、様々な厚さの外形、蝶番手段、幾何学的形状、および構造を変えることによって、精緻化および最適化することができる。これらの最適なバネを製造するために様々な材料を使用することができるが、殆どの用途、特に靴用途のためのバネ要素に好ましい材料は現在ケブラーであり、続いてスペクトラシールドおよびガラス繊維である。これは上記の議論に当てはまる。
【００８７】
表2と3の入れ子式バネの項目を理解するには、次の点を考慮していただきたい。例えば、図23は、単一入れ子張力結合バネ380を示す。また、同様の方法で、ここに記載された全ての最適なバネを入れ子式にすることが可能であることに留意されたい。アーチ状バネの全てのバリエーションのアームの厚みは薄く（渦巻状V型バネと左右対称アーチ状バネは両方とも〜十六分の一インチ、片側カーブ状バネでは1.8インチ）、入れ子式バネの圧縮比はまだかなり高いので、より大きなバネ強度が必要とされるときにバネを入れ子式にすることは理にかなっている。表2および表3のバネ強度の項目に関しては、入れ子式バネは、入れ子式でないバネの二倍の強度であると仮定されている。実際には、二つ以上のレベルの入れ子が行われた場合、それは、完全に圧縮された靴底の厚さを増加させる代償として、二倍以上強力であり得る。これらの表はまた、三種類の靴の様々なバネが靴底幅全体を満たす必要がないことも示している。例えば、カーブ状バネヒールポップ靴のバネシステムは、必要以上に2.8倍強力である。これは、靴底の幅のわずか38パーセントが使用される必要があることを意味する。おそらくどちら側でも18パーセント、中央に64パーセントの幅のギャップがある。また、片側のバネ強度を（単に片側のバネの幅を変えることによって）簡単に変化させることができ、バネ強度を非対称にすることができる。
【００８８】
同様の方法で、上記の手順を従来の靴に使用することができ、その場合、バネシステムは必要分の三倍（表2に300パーセントとして示されている）である。バネを入れ子式にすると、バネシステムに必要な靴底の幅はさらに小さくなる。例えば、カーブ状バネヒールポップ靴の場合、一つの入れ子で靴底の幅の〜19パーセントのみを使用する必要がある。どちら側でも9.5パーセントである。さらに、バネ材料がガラス繊維であるという事実を考慮すると、各靴のバネ重量は非常に軽く、カーブ状バネヒールポップ靴では四オンス、従来の靴では3.5オンスである。従来のランニングシューズが四分の一インチ以上にたわむことはまれであり、それでもたわむのはかかとだけである。ここに記載した新規なアーチ状バネの場合、二インチの靴底のたわみは靴底全体にわたって八倍大きく、バネ重量はわずか3.5オンスである。それはかなり有利である。狭いバネをどちらか側に配置する代わりに、その狭い帯状のバネを中央領域に配置することもできることにも留意されたい。これにより、中央領域（横方向に）が陥没することが防止され、フットプレート構造をより軽くすることが可能になる。もちろん、ケブラーやスペクトラシールドを使って、これらのバネをもっと軽くすることができる。
【００８９】
ここで、本発明の第四の実施形態に対処するために必要な情報、すなわち、バネシステムの強度を製造中に個々のユーザーの要求に調整する方法がある。この方法は、靴に使用される任意のバネに適用されるが、ここに説明されるアーチ状バネは、それらの強度を特定の幅に切断することによって細かく選択（調整）することができるので好ましい。言い換えると、この方法は、特定のユーザーの要求に細かく調整された特定の固定バネ強度を提供するために製造に使用することができる。さらに、靴会社は、靴の靴底内の両側に位置するバネを使用して、特定の最小限のバネ強度を有する靴を製造することができる。次いで、個人のニーズに合わせて靴を調整するために、様々な強度の追加バネを靴底の空いている中央部分に挿入することができる。このように、今行われているように、限定された範囲のバネ強度のために標準的な靴を量産することができ、後に挿入可能バネを販売して個人の靴を調整することができる。これらの挿入部は、当業者に明らかな方法で靴底の中央領域に容易にはめ込むことができる。あるいは、靴所有者は、歩行、ジョギング、ランニング、スプリントなどのさまざまな用途を網羅するために様々なバネを購入することができる。または、所有者の体重が大きく変わる場合、単に中央のバネを変更して靴を新しい体重に合わせて微調整することができる。さまざまな測定基準を使用して、ユーザーのためのバネシステムを調整することができる。まず、体重、または歩行かジョギングかによる歩き方の範囲、または各個人の地上反力要求についてのプラットフォームにかかる力の調査の結果などである。この装置は、ここに記載されているバネの調整方法を実行する靴屋の標準装備である必要がある。
【００９０】
本発明の第二の（最適なバネ）実施形態には、バネシステムの強度を製造中に個々のユーザーの要求に合わせる方法が含まれる。バネシステムを調整する方法をよりよく理解するために、これらのバネの位置と強さを詳細に調べる必要がある。まず、この方法の非常に重要な部分を理解する必要がある。この靴発明は、ほとんどの従来のランニングシューズ（〜1/8〜3/8インチ）に見られるものよりも実質的に大きな靴底のたわみ（〜1〜3インチ）で最も機能する。足衝撃低減とエネルギー還元の点で、靴の完全な利点を達成するためには、靴底が完全に（例えば2インチ）たわむべきであることに留意されたい。また、圧縮された靴底が最も低い位置にあるか、部分的にしかたわまない場合、靴は、衝撃軽減とエネルギー還元の両方の利点をユーザに提供しない。言うまでもなく、従来の靴のどれも、上記の利点をユーザーに最大限に提供しない。
【００９１】
図25は、靴の可能なバネ位置の概略上面図を示す。特に、これは、最適なバネの実施形態のための正確なバネ調整に使用されるカーブ状バネの可能な足下の位置および面積、ならびにギアチェンジのための第五実施形態の側部位置を示す。それでもなお、図25は、平行四辺形ヒールポップ靴や従来の靴など、ここに記載されている他の靴のためのバネの位置を説明するのに役立つ。バネの場所は、足の下（靴底）と足の側面の二つの可能なタイプの場所にある。靴は、前から後ろにつま先セクション400、足上部セクション402、かかとセクション404の三つの部分に分けられる。足418は公称サイズ 8 US（米国サイズ8）である。このように、前方カーブ状バネ展示410の公称幅は4インチであり、後方カーブ状バネ展示408の公称幅は3インチである。内部カーブ状バネ412および外部カーブ状バネ406の公称幅は1インチである。内部かかとの隙間との境界線416は、歩行または走行中に空中にある足（および特にかかと）が地面についている足を通過するとき、かかとの隙間があるその境界内の領域を画定する。ベースインセット414は、かかとが足上部よりも狭いことを示している。つま先蝶番420は、前方カーブ状バネ展示410の前縁を画定し、それは隣接する内部カーブ状バネ412および隣接する外部カーブ状バネ406の前面を画定する。靴のバネシステム強度を最適化するために使用されるバネ強度のデータを提供する三つの表がある：表1。様々な材料のバネ強度とたわみの比較、表2。  ヒールポップ靴と従来の靴のばねの強度のまとめ、表3。ヒールポップ靴と従来の靴のバネ強度の計算。
【００９２】
従って、図25に示されるように図1〜9のヒールポップ靴では、足上部セクション402で利用可能な足下のバネ幅は4インチであり、かかとセクション404で利用可能な足下のバネ幅は3インチである。これは合計7インチの足下のバネ幅である。同時に、足上部セクション402で利用可能な側面バネ幅は2インチであり、かかとセクション404で利用可能な側面バネ幅は2インチである。表2に示すように、ヒールポップ靴および従来の靴のバネ強度の要約は、三種類の靴、すなわち、カーブ状バネヒールポップ靴、平行四辺形ヒールポップ靴、また従来の靴の使用可能な強度を計算するために、バネの幅の値を使用する。これらのバネ強度の計算は、足下のバネおよび側部のバネに対して行われる。例えば、表の最初の項目は、カーブ状バネを使用するカーブ状バネヒールポップ靴である（図4〜6を参照）。非線形有限要素解析（fea）は、これらのバネに対して、1インチ幅のバネに対して2インチのバネたわみ（高さ）で達成可能な最大バネ力を180ポンドとして計算した。表1〜4に示すように、好ましい材料は現在断然、ケブラーであり、続いてスペクトラシールドとガラス繊維が続く。従って、7インチの利用可能なバネ幅に対するガラス繊維のバネ強度は、表3に示すように1260ポンドである。150ポンドのランナーが3 geesの最大地面反力で動いていると仮定すると、450ポンドのバネ力が必要である。使用可能な力は2.8ポンド掛ける450ポンド、つまり280パーセントである。同様に、図7〜図9の渦巻状V型バネ96または前述の左右対称アーチ状バネ80の回転バージョンを使用する平行四辺形ヒールポップ靴と、左右対称アーチ状バネ80および渦巻状V型バネ86の組み合わせを使用する従来の靴の利用可能なバネ強度を計算する。
【００９３】
表2のバネ強度計算の結果を表3に要約する。ギアチェンジに関連するこれらの項目は、ギアチェンジを記述する流れで以下に説明される。図7〜図9を参照して、三つの渦巻状V型バネ96または前述の回転バージョンの左右対称アーチ状バネ80のいずれかを使用することができる平行四辺形ヒールポップ靴については、図25を参照すると、足上部セクション402の二つの渦巻状V型バネ96で利用可能なバネ幅4インチと、かかとセクション404で利用可能なバネ幅の3インチとの合計11インチがある。バネ幅の1インチあたりが90ポンドを提供するので、合計バネ強度は990ポンド（必要な量の220パーセント）である。従来の靴の場合と同様に、図25、表2および3を参照すると、バネは、つま先セクション400の足の下側および側部の両方に配置することができる。左右対称アーチ状バネ80は足上部セクション402に用いられ、渦巻状V型バネ96はつま先セクション400とかかとセクション404に用いられる。従って、足上部セクション402には4インチの利用可能なバネ幅があり、つま先セクション400およびかかとセクション404には7インチの利用可能なバネ幅がある。これは合計1350ポンドのバネ強度、または必要とされるものの300パーセントを提供する。
【００９４】
本発明の第五実施形態は、ユーザーが走行中または歩行中に靴のバネ剛性を自動的に変化させる構造および方法である。これは、その用語がより容易に理解されるので、靴の「ギアチェンジ」という簡単な用語によって言及される。図25の説明で側面バネが靴底の外側のどこに配置できるかは既に確認している。前方カーブ状バネ展示410および後方カーブ状バネ展示408は足の下にあるため、これらのみを使用してギアチェンジを達成することはできない。これは、これらのバネが常に靴底の圧縮に抵抗するように動作しなければならないことを意味する。側面バネの場合、ランナーの足がフットプレート3を介してそれらに作用しないように、それらを離すことが可能である。従って、これらの側面バネを係合、係脱することにより、靴のギア（効果的な剛性）を変更することができる。
【００９５】
ギアチェンジを三倍に変更するのに必要な側部バネの強度の例を考える。基本的に、これは、バネ強度全体の三分の二が側部バネによって供給される必要があることを意味する。総バネ力は450ポンド（150ポンドのランナーの場合3 gees）である。従って、側部バネは300ポンドの力を供給しなければならない。表3を参照すると、そこに使用されている300ポンドの値が説明されている。これは側部バネによって支えられなければならない。カーブ状バネヒールポップ靴と従来の靴の両方に必要なバネ力の2.4倍、従来の靴に必要なバネ力の1.8倍のバネ力があることに再度留意されたい。特に、これらの値は入れ子式バネの場合4.8と3.6に倍増する。従って、これらのバネにガラス繊維を使用すると、これらの値が上記の3倍を超えるため、十分に許容可能なギアチェンジ比が可能になる。今、十分なバネ強度があることがわかったが、ギアチェンジはどう行なうのか？図26は、この目標を達成するための構造の概略図を、靴の片側の三つの図で示している。もちろん、この構造は靴の両側にあり、ギアチェンジは両側で一致していなければならない。ケブラーまたはスペクトラシールドは、ガラス繊維よりもさらに優れた結果を出す。
【００９６】
図26は、ギアチェンジ側部バネ組み立て450の側面図、上面図、および正面図を概略的に示し、圧縮ギアチェンジ側部バネ組み立て452の側面図および正面図を概略的に示す。これらは、図25に示す側部拘束部の靴の両側に配置されている。バネフレーム458は、フットプレート3の側面に剛結されているている。それは上方に延びて、側方に伸びるドライブシャフト468に剛結されて、それは側方に伸びる。三つのドライブバー472は、バーホール460を介してドライブシャフト468に回転可能に接続され、これらはドライブシャフト468から垂れ下がる。各ドライブバー472の直下には、アーチ状バネ枢軸464によって互いに回転可能に接続された上半分と下半分とを含む、側面左右対称アーチ状バネ462が靴底プレート5の上に取り付けられている。例えば、幅1インチのバネは、幅三分の一インチの三つのバネに切ることができる。ロックホール466は、バーホール460のすぐ上のドライブバー472の上部にあり、バーホール460に垂直に向けられている。
【００９７】
圧縮ギアチェンジ側部バネ組み立て452は、三つの側面左右対称アーチ状バネ462のうちの二つが圧縮され、一方、第三のバネが圧縮解除され、圧縮されていない構造を示す。言い換えれば、選択された特定のギアに対応する特定の全バネ強度が選択されている。特に、二つの外側のドライブバー472は、それらの下にある二つの外側の圧縮左右対称アーチ状バネ476を下方に駆動する。圧縮左右対称アーチ状バネ476は、単に圧縮された側面左右対称アーチ状バネ462であることに留意されたい。同時に、内側のドライブバー472は、その側面左右対称アーチ状バネ462が圧縮されないように、係合解除されている。係合解除の方法は、圧縮ギアチェンジ側部バネ組み立て452の上面図と側面図の組み立て図で示されている。
【００９８】
ハウジング480は、バネフレーム458の頂部に剛結され、長さ作動装置482を収容し、長さ作動装置482は、シャフトバー478を前方および後方に移動させる。三つのロックシャフト470があり、各ドライブバー472に一つずつ設けられている。各ロックシャフト470は、シャフトバー478が前後に移動するときに、（ドライブバー472の）それぞれのロックホール466を異なる時間に通過するように、ずらした長さでシャフトバー478に剛結されている。ロックシャフト470がロックホール466に入るとき、ドライブバー472は、側面左右対称アーチ状バネ462の方向から回転することができず、この場合、ドライブバー472は、側面左右対称アーチ状バネ462を、圧縮左右対称アーチ状バネ476の圧縮状態まで下方に駆動する。さもなければ、ドライブバー472は、回転ドライブバー474の構造で自由に回転する。この場合、その側面左右対称アーチ状バネ462は圧縮されない。 すなわち、ギアは係合していない。
【００９９】
このギアチェンジ構造の他の要素は、マイクロプロセッサー484および力センサー486である。これらは、長さ作動装置アクチュエータ482に電気的に接続されている。これらの要素は、上面図と側面図にのみ概略的に示されている。マイクロプロセッサー484は、長さ作動装置482の動きを制御してギアを変え、いくつかの場所に配置することができるが、恐らくそれはハウジング480に近いバネフレーム458に取り付けられる。靴電源488は、ハウジング480内に配置することもできる。力センサー486は、走行または歩行の地面反力を測定できるように、靴底プレート5の底に配置されている。ギアチェンジ方法は以下のように進行する。その機能は、全体のバネ強度を、たわみが最大になるレベルに維持することである。マイクロプロセッサー484は、測定された力を見る早見表を有し、信号を長さ作動装置482に送信して、すぐ次の歩みのために選択された最適ギア（係合ドライブバー472の最適数と同等）の位置に移動する。係合されたドライブバー472は、圧縮左右対称アーチ状バネ476に対応することに留意されたい。示されている例では、三つの側部バネによって、次のギアが可能である。最も弱いギア（総バネ強度）は、足底のバネの強度である。 それは1 geeである。次に、個々の側部バネは0.7 gees 追加できる。この場合、4ギアは1 gee、1.7ギアは2.4 gees と 3.1 geesになる。表2と表3から、ここに記載されているアーチ状バネの様々な組み合わせで、これらのバネ強度を達成するのに十分な強度があることを忘れないでいただきたい。従って、ギアチェンジは、靴底が四つのレベルの衝撃力に対して完全に圧縮することを可能にし、靴の性能は、走行中の衝撃力の範囲にわたって自動的に最適化される。
【０１００】
図27は、張力結合回転アームカーブ状バネの概略側面図を示す。すなわち、本発明の第三実施形態である回転アームジョイントのための最適なバネの概略側面図を示す。張力リンク回転アームカーブ状バネ500は、アーム蝶番514によって底部アーム512に蝶番結合された上部アーム510を含む。圧縮左右対称二重結合カーブ状バネ516は、底部アーム512および上部アーム510に蝶番で接続されており、それは左右対称の二重結合131を含む。またそれはカーブ状バネ127を含み、蝶番によって上部アーム510（例えば）に接続され、二つの内一つの二重リンク125に蝶番で接続される。二つの二重リンク125は、二重蝶番126によって蝶番結合され、他の二重リンク125は、カーブ状バネ127の他端に蝶番結合され、上部アーム510に蝶番連結される。調節バネ133は、調節鎖504によってアーム蝶番514に繋がれ、アーム鎖508によって、渦巻状V型アームの一つを介して上部アーム510に繋がれる。図10の渦巻状V型バネ96を参照のこと。最適バネの他の渦巻状V型バージョンのいずれも同様に使用することができる。カーブ状枢軸518は、左右対称のカーブ状バネ127を接続する。図15の単一アーチ状蝶番187は、シャフトおよび軸受を備えた従来の蝶番と同様にここで使用することができる。圧縮左右対称二重結合カーブ状バネ516の図は、二重結合131が圧縮されて左右対称の二重蝶番が衝突することを示し、二重結合131がカーブ状バネ127を広げて底部アーム512に対する上部アーム510のアーム蝶番514の回りの折り畳みに抵抗する。また、調節バネ133が上部アーム510と底部アーム512に係合し、張力リンク回転アームカーブ状バネ500が（アーム蝶番514の回りの折り畳みに抵抗するように）作用するトルクがゼロにならないようにする。調節鎖504は、圧縮中に調整バネ133がアーム蝶番514から滑り落ちることを防止する。従って、図14の力曲線が第一二重リンク拡張カーブ状バネ122に対してどのように一定のままであるかと同様に、トルク力曲線を一定にすることができる。様々な最適バネの利点は、張力リンク回転アームカーブ状バネ500にも適用される。最大トルク値は、アームを折り畳むのに必要な所与のエネルギーに対して最小化される。これにより、装置の磨耗を低減し、足関節または膝関節の適用のための走行時の衝撃力を最小にする。義肢装具、プロテーゼ、ロボットおよび機械全般などが含まれる。
【０１０１】
図26のギアチェンジ能力に類似したやり方で、複数の張力リンク回転アームカーブ状バネ500をトルク要素として並べて配置することができ、その結果、一つまたは複数のバネが係合および係合解除され、バネに抵抗した折り畳み装置（すなわち、張力リンク回転アームカーブ状バネ500）でギアチェンジすることができる。同様に、バネ抵抗式折り畳み装置がいつ抵抗要素を係合させるかを決定するためにセンサーを使用することができる。足首関節または膝関節のような用途では、ランナーの足が地面に接触していない遊脚相の間に、全てのカーブ状バネ127を係合解除しなければならない。マイクロプロセッサーは、このセンサー情報を使用して、足の衝撃の直前にこれらの抵抗要素をいつ再係合すべきか、そしてどれだけの抵抗要素が再係合されるべきかを決定する。折り畳み式ジョイントが足の衝撃の前に常に同じ量だけ真直ぐにしない場合には、つめ車装置を組み込むことができる。すなわち、膝はかかとが当たるときにより曲がったままである。あるいは、より実際的には、ランナーの膝がすでに幾分曲がった後でなければ、これらのバネを係合することはできない。図26のギアチェンジ装置のこれらの全ての適応は、当業者によってなされ得るものであり、図26のギアチェンジ装置の全ての特徴は、張力リンク回転アームカーブ状バネ500のギアチェンジに適応することができる。また、図37〜図42のギアチェンジャーの設計は、図27のアームジョイントを回転させるための最適なバネに適合させることができる。図37および図38の精密な自動自動歯車チェンジャーの設計は、エネルギー源を使い果たす前にロボットの範囲を広げるためのエネルギー効率が鍵であるロボット用とに非常に価値がある。同様に、図44および図45の衝撃発生機は、この範囲を拡張するために使用することができる。最後に、図46および図48の滑車作動装置は、おそらく、回転アーム設計のための「ギア」の変更に最も適用可能であり、図47は、この点に関して最適な蝶番を示している。
【０１０２】
このギアチェンジ（効果的なバネ強度）は、力のレベルが変化するにつれて、人の関節に対して作用する可変量の筋肉繊維を補充する人間の脳に類似している。
【０１０３】
図28、図29および図30は、改良された結合を有する拡張結合カーブ状バネヒールポップ靴のかかとが当たっている時、中立姿勢時およびつま先離地期時の概略側面図を示しており、これはかかと持ち上げを高め、結果、相当なエネルギー還元が得られる。これらは図1,2および3に対応する。そして、二重結合131、前方カーブ状バネ60および後方カーブ状バネ62の両方を含む図1〜3のバネ結合システムは、以下の要素を含む改良された拡張リンク/カーブ状バネ結合521に置き換えられる：上部拡張リンク520、底部拡張リンク522、拡張リンク枢軸524、前部単一トップ３-リンク枢軸526、圧縮されていない上部リンクからバネ接続528、圧縮上部リンクからバネ接続530、圧縮されていない底部リンクからバネ接続532、圧縮底部リンクからバネ接続534、および前方カーブ状バネ60および後方カーブ状バネ62のための二つの改良された結合カーブ状バネ540。前部に一つ、後部に一つの、二つの同等の改良された拡張リンク/カーブ状バネ結合521がある。図28〜図30は、拡張結合カーブ状バネヒールポップソール73が圧縮する際に、改良された結合カーブ状バネ540、上部拡張リンク520、底部拡張リンク522、および拡張リンク枢軸524がどのようにしてまっすぐに伸びるかを示す（図29 ）、次いで、これらの連結要素は、つま先離地期時に図30の元の形状に展開される。
【０１０４】
図28〜図30の新しいバネ結合システムは、中間フットプレートリンク53と端部フットプレートリンク55両方の間の靴底プレートリンク57に対する垂直荷重力が、前方カーブ状バネ60または後方カーブ状バネ62の両方を広げるためにのみ作用することを保証する。両方の場合において改良された結合カーブ状バネ540が指定されている。その理由は、その構造がより洗練されているからである。そうでない場合、力曲線はより線形になる。上部拡張リンク520および底部拡張リンク522（前方カーブ状バネ60の端部間の線に垂直である）によって及ぼされる力の成分は、拡張結合カーブ状バネヒールポップ靴底73の完全圧縮時にゼロになることに留意されたい。これは、力曲線が曲がる条件である。つまり、傾きがゼロになり、負になるためである。図1〜図3について詳細に説明したように、調節バネ133のような補助バネも組み込まれているので、結合バネシステムの力曲線を一定の力曲線に近似させることができる。これにより、結合バネシステムの最大の力を最小限にするために、最も最適な力曲線が得られる。図1〜図3のバネ結合システムに関しては、最適な力曲線を提供しなければならないが、二重結合131の長さは非常に慎重に選択されなければならず、拡張力が力曲線を支配することを確実にする大きさにする必要がある。また、これらの長さが大きすぎると、圧縮率がどれだけ大きくできるかが損なわれる。図28〜30の改良により、設計がより頑丈になる。
【０１０５】
この設計がどのようにしてかかと持ち上げを向上させ、つま先の沈みをを防止するために機能するかについての説明は、先に図1〜3に提供された説明と同じである。上部拡張リンク520は、ネックダウン式の拡張リンク枢軸524によって底部拡張リンク522に枢軸で接続されている。圧縮されていない構造と圧縮された構造のリンクからバネ接続が図28および図29に示されている。すなわち圧縮されていない上部リンクからバネ接続528、圧縮上部リンクからバネ接続530、圧縮されていない底部リンクからバネ接続532と、圧縮底部リンクからバネ接続534とを含む。これらのリンクからバネ接続の詳細は、図31に拡大図として示されている。改良された片側カーブ状バネ結合の詳細。図28〜図30の改良された結合カーブ状バネ540の詳細な構造が、その構成部品、すなわち内部層カーブ状バネ部分542および継続ループ外部層カーブ状バネ544を介して示されている。最初に、改良された結合カーブ状バネ540を作製する一つの方法は、内部層カーブ状バネ部分542を作製した後、それを継続ループ外部層カーブ状バネ544に挿入することである。このようにして、継続ループ外部層カーブ状バネ544の接合部をその頂部または底部から離して配置することができ、端部ループ連結は最適に強くなる。図31Aにおいて、 圧縮されていない上部リンクからバネ接続の場合、上部拡張リンク520の端部は、継続ループ外部層カーブ状バネ544の上端部ループ554と（その幅を横切って）交互配置する（枢軸ロッド546は横方向から滑り込み、上部拡張リンク520の端部の穴を通り、そして継続ループ外部層カーブ状バネ544の上端部ループ554を通り）、上部拡張リンク520は、改良された結合カーブ状バネ540の上端を改訂された結合カーブ状バネ540の底端部から離す （すなわち、カーブ状のバネがまっすぐにされている）。継続ループ外部層カーブ状バネ544は、その外部層によって形成されるループの上端および下端を特徴とすることに留意されたい。これらの層が一緒になる場所には、改良された結合カーブ状バネ540がより圧縮されなくなるにつれて（よりカーブした）、上部巻き付けフォーム548の周りに巻き付いたり解かれたりする継続ループ外部層カーブ状バネ544のセクションがある（上端部湾曲セクション558）。圧縮トップリンクからバネ接続は、改良された結合カーブ状バネ540がこれらの上部拡張リンク520および底部拡張リンク522の反対の力による拡張作用の下で圧縮する（より真っ直ぐになる）際に、どのようにして上端部湾曲セクション558が真っ直ぐになるかを示す。継続ループ外部層カーブ状バネ544の上部および下部ループ部分を含む。この設計の要点は、完全に圧縮されていない状態と完全に圧縮されている状態との間でどのように鋭く上端部湾曲セクション558が曲がるかを制限することである。上部巻き付けフォーム548の半径が大きくなるほど、この曲がりはあまり鋭くなくなる。 また、上端部湾曲セクション558が薄いほど、破損することなく曲げることができる疲労サイクルが多くなる。それがどれだけ薄くてもよいかの限界は、その伸張強度が、完全に圧縮されたときに上部拡張リンク520の端部の引っ張りに耐えるのに十分に大きくなければならないということである。上端部湾曲セクション558の疲労サイクル数を増加させる第三の方法は、このガラス繊維複合材に、より柔軟性のあるまたはプラスチックまたはゴムのマトリックス材料を組み込むことである。これは複合材料が主として引っ張り（完全圧縮時）に応力を受けていること、およびガラス繊維複合材料が曲げおよび特に張力の両方においてより強いことから実行可能である。これらの曲げおよび張力の状態は、カーブ状バネ端部力矢印552に対してリンク端部力矢印550の反対の方向に加えることが分かる。図31Bにおいても同様のことが当てはまる。圧縮されていない底部リンクからバネ接続、および図31D。リンクからバネ接続の底端部枢軸のための圧縮底部リンクからバネ接続。この場合、底端部湾曲セクション560は、底部巻き付けフォーム549の周りに僅かに曲げられ、圧縮上部リンクからバネ接続530の場合よりも、完全な圧縮状態で真っ直ぐになることが分かる （図29）。また、ここで行われるリンクは、底端部ループ556に接続する底部拡張リンク522であり、これらもまた交互配置されなければならない。このパラグラフのこれらの要素の全てが、靴の幅の少なくとも一部を横切って延びていることに留意されたい。また、図28を参照すると、底部拡張リンク522が靴底平行四辺形構造の前部および後部として機能し、中間フットプレートリンク53が上側として作用し、靴底プレートリンク57が底側として作用することに留意されたい。明らかに、これらの四つの側面の間に蝶番結合が必要である。従って、前後の改良された拡張リンク/カーブ状バネ結合521は、拡張リンク枢軸524を中間フットプレートリンク53に上方へ伸長させたリンク枢軸連結536によって、上部から中間フットプレートリンク53に接続される 。そして、前後の改良された拡張リンク/カーブ状バネ結合521は、底部巻き付けフォーム549の靴底プレートリンク57への下方延長部である巻き付けフォーム連結538によって、底部で靴底プレートリンク57に接続される 。これらの連結は、当業者に自明の方法で、ステッチまたは接着剤または機械的手段を用いて様々な方法で作製することができる。要約すると、これらの詳細は、図28〜図31のバネ結合システムが十分に多数の作業サイクルに耐えることを可能にする。図1に関して、改良された拡張リンク/カーブ状バネ結合521が今、中間フットプレートリンク53と靴底プレート57に対して必要な旋回を実行しているので、前方単一トップ4リンク枢軸61が前部単一トップ３-リンク枢軸526に変更されていることに留意されたい。これは、後方底面併合枢軸63にも当てはまる。
【０１０６】
図32は、圧縮されていない状態（内部結合左右対称アーチ状バネ107）と圧縮状態（圧縮内部結合左右対称アーチ状バネ109）の両方について、改良された結合リングバネ561の概略側面図を示す。図13からの唯一の変更点は、今度は、中央部リンク113が、多層複合リング564に対してインターリーブ中央リンク荷重要素562を介して（上端と下端にある）荷重表面90を押すことであり、その結果、今度は上部アーチ110と下部アーチ111を構成する。中央リンク荷重力矢印570は、この垂直力を示す。重要な点は、荷重表面90が上部アーチ110の頂部または下部アーチ111の底部に直接作用しないことであり、これにより、（左右対称拡張結合115の作用のみにより単一左右対称アーチ108を開く）垂直荷重力曲線は線形ではないことを保証する。むしろ、それは曲がってから減少する。ここで、荷重表面90は、上部アーチ110および下部アーチ111を含むリングバネを広げるためにのみ作用する、インターリーブ中央リンク荷重要素562を介して、中央部リンク113（上部および下部）に直接作用する。図13の内部結合部分的バネ117は、この描写を簡略化するために、図32には示されていない。もちろん、それらは図32に含まれ、中央部リンク113の上下間に配置される。または、それらは、内部結合左右対称アーチ状バネ107に隣接して配置することができる。それらの目的は、内部結合部分バネと内部結合左右対称アーチ状バネ107両方による合計の力曲線を増加させることであり、内部結合左右対称アーチ状バネ107による力が減少し始めるにつれてほぼ一定に留まる。もちろん、荷重表面90と中央部リンク113との間の間隔は最小限に抑えられる。
【０１０７】
図32の注釈の他の特徴は、多層複合リング564として示される多層構造である。図13および図15で長きに渡り説明したように、ひずみの上限が最も大きいため、好ましい材料はガラス繊維であるが、それは候補材料の非線形有限要素研究に基づいて10倍強くなる。それでもなお、疲労破壊の前に枢軸（圧縮）作業サイクルの数を最大限にするためには、新しい対策を使用しなければならない。表1〜3の非線形有限要素研究は、靴の適用に必要とされる多層複合リング564全体の曲げの量に対応することが完全に可能であることを示している。しかしながら、水平な側部（枢軸位置）における曲げの量は、疲労破壊を防止するための追加の措置を必要とする。柔軟巻き付け突当セクション566は、バネ圧縮の間に、突当リンク112の円筒状の丸い表面の周りを包み込む。この巻き付け部分の直径は、柔軟巻き付け突当セクション566が完全圧縮時にどれだけ鋭く曲がらなければならないかを制限する。曲げ疲労を低減する別の方法は、ネックダウン式自然蝶番572で示されるように、柔軟巻き付け突当セクション566の層を少なくすることである。最後に、上述したように、この部分により柔軟な、またはプラスチックまたはゴムのマトリックス材料をガラス繊維複合材に組み込むことも可能である。より柔軟なマトリックス材料の他の候補には、ポリウレタンエラストマー、シリコンエラストマー、またはナイロンが含まれる。柔軟巻き付け突当セクション566が、主として完全圧縮時に緊張状態で応力が加えられており、ガラス繊維複合材は、曲げおよび特に張力の両方においてより強いので、この設計は実行可能である。上述したように、図32および図13の両方の結合は、好ましくは、図15のカットアウト単一左右対称拡張結合183によって置き換えられる。図13、図15、図28、図29、図30、図31、および図32の設計の非常に重要な利点は、これらの拡張結合カーブ状バネシステムの枢軸の構造においてシャフトおよび軸受がなくなることである。これにより、構造が簡略化され、かなり軽量化される。図13の内部結合部分的バネ117と組み合わされると、結合枢軸にシャフトまたは軸受が必要とされないため、製造が容易な最適で一定の力のバネが得られる。この最適なバネは、業界の多くの用途に使用できる。最大の力を40パーセントも低減することにより、快適性が劇的に改善され、靴の用途においての負傷の減少が劇的に達成される。また、産業用途のための製品の寿命が長くなる。そして、ガラス繊維を使用することによって強度が「一桁分」増加すると、劇的な軽減につながる。最後に、これらの最適なバネは安価に製造することができる。 もちろん、スペクトラシールドに続くケブラーは、ガラス繊維よりもさらに良い結果を出す。
【０１０８】
本出願の図33〜36の可撓性/剛性な実施形態の設計の目的は、図32のリングバネをより強くて丈夫にするように修正することであり、丈夫であるということの意味は、新しいリングバネは破壊される前にかなり多くのエネルギーを吸収することができるということである。重要な動機となるのは、カーブ状のまたは真っ直ぐな（ダイビングボード）プレートの曲げ強度が、厚さを3乗した値になることである。 従って、ここでの動機づけの目標は、実際にこの形状を使用してプレートを厚くすることである。この目標は、図33に示すように、中立の非圧縮状態で、バネの隣接するアームが互いに分離している成層で達成される。しかし、これらのアームは圧縮中に徐々に併合する。各アームの厚さは完全圧縮時に最大限になっており、そのためかろうじて十分に平坦化されるように、許容可能な応力レベルを維持することができる。この一つのアームでリングバネを完全に圧縮したときの最大強度をSiと呼ぶ。二つの独立して分離したアームリングバネの場合、それらの総合圧縮強度は2Siでである。プレートが曲がるときはいつでも、一方の側は引っ張り状態にあり、他方の側は圧縮状態にある。また、引張り状態でも圧縮状態でもない中央付近に中立面があることに留意されたい。リングバネの場合、外面の層は次第に圧縮され、内側の層はリングバネが圧縮するにつれて徐々に張力がかかる。 これは、示されている二本のアーム、すなわち、内部アーチ状アーム609および外部アーチ状アーム611のそれぞれに当てはまる。可撓性/剛性な構造の基本的な考え方は、独立した二つのアーム（またはマルチアーム）構造（この場合はリング）が、圧縮中に各アームの厚さの二倍の単一のアーム構造に移行することである。各アームは、リングバネの平坦化に対する屈曲のためのそれ自体の最大の厚さであるが、各アームは、融合されるよりもはるかに個別に曲がることができることに留意されたい。二倍の厚さのリングバネは、完全に圧縮された状態で「ストレスがかかっている」（破損している）ので長い。しかし、二つのアームは完全圧縮時にだけ完全に併合するので、併合中には壊れない（さらに曲がる）。その結果、完全圧縮時には、併合されたバネ強度は、二倍のアーム幅のもとと同様になり、これは名目上は普通のアーム幅の強度の8倍、すなわち強度Siである。従って、単に二つの結合されていないアームに対する図33の完全に圧縮された併合されたアームの強度の比は8Si ÷ 2Si = 4である。すなわち、この比はラミネート（アーム）の数が二乗したものになる。 従って、三つのラミネートある場合、帰納法よって、バネ強度比は三の平方= 9となる。 これは帰納法によるもので、n層のこの比は2乗である。もちろん、バネをさらに圧縮すると破損する可能性もあるが、それが平坦になったときにはさらに圧縮することはできない。事実、このバネにはより多くのストレスエネルギーが蓄えられている。 それゆえ、それはずっと丈夫である。アームが完全に併合するにつれてアームがより柔軟になるように、この構造ではいくぶん薄いアームを使用することが有益であることに留意されたい。
【０１０９】
従って、併合アーム内部結合リングバネ600は、以下のように構成されている。第一に、内部結合左右対称アーチ状バネ107の基本的な構成要素および機能は、図32の説明で既に議論されていることに留意されたい。そこで、図33の変更点についてのみ説明する。ここでリングバネの特徴は、どちら側でも改良された自然蝶番606を介して枢軸結合された上部マルチアームアーチ602および下部マルチアームアーチ604を含む。上部マルチアームアーチ602および下部マルチアームアーチ604の各々は、内部アーチ状アーム609および外部アーチ状アーム611を含む。外部アーチ状アーム611は、内部アーチ状アーム609から外側に曲がって分離するので十分に長くなる。そのため、上部マルチアームアーチ602および下部マルチアームアーチ604が、図34の部分圧縮によって示されるように、完全なバネ圧縮状態で併合するが、ここではすでにかなりの併合が行われている。すなわち、アーム間空隙614は既にかなり収縮している。アーム間空隙614の片側または両側の隣接する表面上の任意の頂上部空間616-は、内部アーチ状アーム609および外部アーチ状アーム611の隣接する表面の滑りを防止するように作用することに留意されたい。これは、併合アーム内部結合リングバネ600の力曲線をより急にするのに役立つ。あるいは、任意選択的に、低摩擦コーティングは、頂上部空間616-を置き換えて、併合中にこれらの隣接する表面の滑りを許容することによって前記の力曲線力をより緩やかにすることができる。
【０１１０】
改良された自然蝶番606の詳細は、図35の拡大概略側面図、すなわち非圧縮状態の図35Aおよび圧縮状態の図35Bに示されている。 すなわち、図35Aは、圧縮されていない、改良された自然蝶番618を拡大図35Aを示し、図35Bは、図33および図34に示されるように、圧縮された自然蝶番620の拡大図を示す。従って、改良された自然蝶番606は、外部アーチ状アーム611の補助層の内側の一層の連続であり、内部アーチ状アーム609と外部アーチ状アーム611の隣接端部の間の領域において部分的に折り畳まれた外部継続蝶番層612を含む。上部マルチアームアーチ602を下部マルチアームアーチ604に接続する他の補助層は、内部アーチ状アーム609の補助層のうちの最も内側のものである内部継続蝶番層610である。突当リンク112は、圧縮状態について図35Bを見ることによって分かるように、（突当荷重力矢印568によって示される方向に）第一の内部継続蝶番層610および外部継続蝶番層612に衝突し、 その間これらの二つの層は突当リンク112を包み込む。外部継続蝶番層612はこの衝突の外側にあるので、それがより長いという事実を除いてより多く伸ばされる。このようにして、内部継続蝶番層610と外部継続蝶番層612は共に、この衝突に抵抗する負荷を共有し、後者がより伸びて破損することはない。計算は、これらの二つの層だけの伸張強度が、破損することなくこの衝突力に耐えるのに十分大きいことを示している。ここでより薄い層を使用する理由は、ガラス繊維が本質的に脆いが、巻き付け層が薄ければ薄いほど脆くないからである。他の対策としては、枢軸のすぐ近くにある内部継続蝶番層610および外側の連続蝶番層612のガラス繊維マトリックスを実際に排除することであり、その場合、それらはさらに脆くなくなる。あるいは、摩耗からの保護のために、より柔らかくよりゴム状のマトリックスを含浸（注入）することができる。同時に、これらの二つの層は、併合アーム内部結合リングバネ600の周りに延在し、リングバネの本体と枢軸領域の結合要素との間に張力がかかっていても問題はない。繰り返しになるが、この連続的な接続と、枢軸要素を作るための準備は、多数の作業サイクルでも破損しない枢軸部分を作る困難な問題を解決する。また、蝶番カバー608は、摩耗を防ぎ、改良された自然蝶番606の内側領域に塵や埃が入るのを防止するために、枢動に隣接する併合アーム内部結合リングバネ600の外側及び内側に任意に接着することができる。これらの拡大図は、併合中のアーム空間614および頂上部空間616を示すことにも留意されたい。左右対称拡張結合115および突当リンク112の動作は、図32の議論で説明した。最後に、図33〜図35に示す枢軸の改良を、図13、図15、図32のリングバネに用いることもできる。これらには、図35の改良された自然蝶番606および図32のより柔軟巻き付け突当セクション566が含まれる。また、バネの好ましい繊維複合材料はケブラーである。
【０１１１】
図35Cは、内部アーチ状アーム609と外部アーチ状アーム611との間に空隙を形成する三つの選択肢の非圧縮状態における、図35Aのリングバネの左上象限を示す。また、内部アーチ状アーム609と外部アーチ状アーム611との間に空隙を形成するために、後発空間オプション634の非圧縮状態とほぼ完全に圧縮された状態の上半分を示している。図33および図34に示すオプションは、中間ボイド628が中央にあり、内側アーチアーム609および外側アーチアーム611の隣接表面がいずれかの端部に接触する中央空間オプション622である。上部空間オプション624において、上部空間630は象限の頂部にあり、側部空間オプション621では側部空間626は象限の側面にある。後発空間オプション634（後発空間632を示す）の背後にあるアイデアは、後発空間オプション636に示すように、併合アーム内部結合リングバネ600がほぼ完全に圧縮されるまで、内部アーチ状アーム609を外部アーチ状アーム611と併合するのを遅らせることである。この遅延は、二つのアームのカーブ形状を精緻化することによって達成される。ここでの利点は、内部アーチ状アーム609および外部アーチ状アーム611が、合流が起こる前に（この併合アーム内部結合リングバネ600が完全に圧縮するのと同じように、その長さの大部分に沿って遅れて）曲がり、より多くのエネルギーが吸収されることである。これらの空間オプションのすべての場合と同様に、併合されるアームの長さの部分については、曲げ強度（および対応する荷重能力）が厚さの三乗に比例して大きく増加する。すなわち、二つのラミネートアームが使用される場合、増加は8倍である。数nのラミネートをさらに使用することができ、この場合、この増加は、n乗の係数である。もちろん、併合が完了すると、その長さの部分はそれ以上に曲がることはできないが、依然としてはるかに強い。これらのオプションのそれぞれは、わずかに異なる力曲線を与え、オプションの選択は用途によって異なる。要約すると、構造をより柔軟かつ強固にするためのこの併合アプローチは、完全圧縮時の強度と、エネルギー吸収を大幅に向上させる。
【０１１２】
図36は、（圧縮されていない）上敷き継続併合ラミネートビーム668および圧縮上敷き継続併合ラミネートビーム670の概略側面図を示す。これはビームと呼ばれるが、圧縮可能なプレートと呼ばれることもあれば、圧縮された状態または圧縮されていない状態で湾曲するように構成することもできる。また、さまざまな方法で荷重される。 また、初期および/または最終構成は、曲げられているか圧縮されているかのある組み合わせを含んでいてもよい。基本的な考え方は、図33〜図35の実施形態と同じである。上敷き継続併合ラミネートビーム668は、上に重なった二つの継続併合ラミネートビーム672を含み、上の最も高い点が下の最も低い点に面するように波打ち、互いに対してずらされている。また、上の最も低い点は、あたかもそれらが180度位相がずれているかのように、下の最も高い点よりも上にある。各連続的な合体ラミネートビーム672は、繰返しセクション（併合ラミネートビームセクション651）を含み、その各々は圧縮併合ラミネートビームセクション650に完全圧縮状態で移行する。下部および上部継続併合ラミネートビーム672は、各上部併合ラミネートビームセクション651の最下点に対応する相互ラミネート連結セクション678で互いに固定的に取り付けられている。併合ラミネートビームセクション651の各々は、二つ以上の層、この場合は三つの層を含む。図面ではこれを見ることは困難であるが、二つ以上の併合層を各ラミネートに使用することができ、これらは徐々に分離していることが明らかである。併合ラミネートビームセクション651の最下端を結ぶ架空の構造直線を描く。それぞれの隣接する層は、圧縮されていない状態で、各膨らみの中心で隣接する各層がさらに離れていくように、前述の構造線から遠ざかるにつれて徐々に上方に膨らんでいる。上敷き継続併合ラミネートビーム668が圧縮されて、圧縮上敷き継続併合ラミネートビーム670となり、各層がその隣接する層に併合する。これは一つの併合動作である。もう一つは、二つの継続併合ラミネートビーム672の併合であり、完全に圧縮されたとき、六つの層の幅を有する単一のビームとして作用する。 ビーム強度は厚さの三乗に比例するので、この全幅ストレートビームのビーム強度は（六乗）より大きく、単層幅のビームの強度の216倍である。6つの独立した層によるビーム強度の比較は、層数、6、二乗、または36である。これは、図33〜図35の実施形態の場合と同じn乗比（ここではn = 6）である。各層がたわむ量は、6倍の幅の単一のビームがたわれる量よりもはるかに多いことに留意されたい。従って、6つの層の間にはるかに多くの応力エネルギが蓄積され、上敷き継続併合ラミネートビーム668は圧縮上敷き継続併合ラミネートビーム670に移行するので、この結果の圧縮されたビームは一層の幅の六倍の単純ビームよりもずっと丈夫である。二つのラミネート層（それぞれ三つの層を含む）のビーム強度の比較のために、比の値は二の二乗または四であることに留意されたい。最後に、重ねられた構成は、非常に重要な考慮事項である防護服のような用途に弱い継ぎ目がないことを保証する。図36の上部には、左右対称上敷き継続併合ラミネートビーム674が示されており、これは左右対称上敷き継続併合ラミネートビーム674に対して圧縮する。この構造は、上敷き継続併合ラミネートビーム668の単純な組み合わされた鏡像である。従って、構造体が「真っ直ぐ」の圧縮状態に圧縮されるため、すぐ上のコメントがここに適用される。所与の用途の実用性に応じて、そのようなラミネート層の数を無限に増加させることができ、それに対応してビーム強度および靭性が増加する。図35Cに示す後期併合空間オプションと同様の方法で、図36の設計で遅れて併合が発生し、この「遅れ」を改善して、完全圧縮時にそれが非常に強く堅くなる前に、さらに多くのエネルギーを吸収できるようにする。これは防護服などの用途に適している。また、構造全体を非常にうまく曲げることができる。重ねられ併合ラミネート構造は、縦方向に、またマネキン型の周りに配置して、弱い継ぎ目がないようにできる。さらに、この構造は、曲がるようにIビームのウェブおよびフランジの両方の構成に使うことができる。同様の方法で、他の典型的なタイプのビームに対しても同様に行うことができる。
【０１１３】
図37は、最大有効バネ力の場合および部分的有効バネ力（〜三分の一）の場合について、圧縮されていない状態および圧縮状態の両方についての側部電子自動ギア組み立て680の概略側面図を示す。図26に電子式ギアチェンジャーがあるが、図37の設計は明確な改善である。まず、完全バネ強度（ギア）構造677および圧縮完全バネ強度（ギア）構造678（図37の下半分に示す）の全バネ強度構造を説明する。この設計は、側部電子自動ギア組み立て680と呼ばれ、図37にはその四つの構造がある。ランナーの靴の外側に優先的に配置されているが、内側に配置することもできる。靴のギアチェンジに使用されるバネはランナーの足の下に配置することはできない。なぜなら、バネを解除して有効なバネ強度を低下させることができないからである。フットプレート3と靴底プレート5は、圧縮されていない靴底の厚さを定義する。 ランプ696は、靴底プレート5に固定的に取り付けられている。リングバネ708は、本発明の図32に示されているように、バネタイプの一般的な名称であり、改良された結合カーブ状バネ540、または内部結合左右対称アーチ状バネ107として図13に示されている。リングバネ708はランプ696に固定可能に取り付けられており、その頂部で後方に傾斜している。 （図37の右側は靴の裏側である。）レバーポスト692は、その底部に水平部分を有し、この水平部分はポストガイド694内を前方および後方に滑動し、ポストガイド694は靴底プレート連結695を介して靴底プレート5に固定可能に取り付けられる。これが「ギア」の変更方法である。 レバー688は、レバーポスト692の頂部に位置するレバー蝶番706を中心に下方に回転する。レバー歯止め装置690は、レバー688の底部に配置される。端部レバーキャッチ700は、レバー688が足衝撃時にフットプレート3の動作によって水平位置から下方に引っ張られない限り、端部レバーキャッチ700がレバー歯止め装置690に係合しないように十分に堅いキャッチホルダー704によってレバー688の端部に回転可能に接続される。端部レバーキャッチ700は、フットプレート歯止め装置691（フットプレート3の底部分）に係合するので、フットプレート3の下方運動は、フットプレート3が完全に圧縮されたときに、常にレバー688の端部を一番下まで引っ張る（これはギアチェンジ最適化の目標である）。レバー688が水平を超えて上方に回転することを防止するストッパー（表示なし）があり、足衝撃の後にレバー688を水平に戻すように付勢するバネ（表示なし）があることに留意されたい。係合バネボルト686は、リングバネ708の上部に固定可能に取り付けられ、リングバネ708の幅にわたって延びている。リングバネ枢軸710は、リングバネ708の上半分と下半分とを蝶番結合する。係合バネボルト686が接続されているリングバネの上部は、この上部からリングバネ708の中心を通る直径構造線がランプ696の面に対して垂直になるように時計回りに回転されていることに留意されたい。この傾動およびこの傾斜の理由は、リングバネ708が圧縮されるときに、レバー688の端部の動き（円弧）を係合バネボルト686の直線運動とよりよく位置合わせすることである。移動式レバーキャッチ702は、レバーポスト692が走行中、衝撃がない期間に前後に移動するときに、キャッチホルダー704をレバー歯止め装置690に位置させるのに十分な剛性を有するキャッチホルダー704を介して、係合バネボルト686をレバーラチェット690に回転可能に接続する。電子作動装置698のケースは、靴底プレート連結695を介して靴底プレート5に固定的に取り付けられている。電気作動装置698の可動部分は、レバーポスト692の底部に固定的に接続されており、レバーポスト692は、前後に動いてギアを変更する。
【０１１４】
従って、ギアチェンジは以下のように達成される。レバーポスト692の作動された水平運動（前方及び後方）は、足が空中にあるとき、および端部レバーキャッチ700及び移動式レバーキャッチ702がそれぞれの歯止め装置から係合解除されたときに遊脚期においてのみ自由に達成される。 歯止め装置という用語はよく知られているので使用されている。しかしながら、歯止め装置の表面では、典型的には、相対運動が一方向のみに許容されることを意味する。この用途では、この相対運動はいずれの方向にも許されないので、三角形の歯の形状も同様に使用することができる。ここでは、これらの二つのキャッチが遊脚期に「歯止め装置の歯」から離されているため、この相対運動が可能である。図37の下の二つの補足図では、レバーポスト692は移動式レバーキャッチ702がレバー688の端部にあるように移動されている。これは、リングバネが完全に圧縮されているときの最も強いギアに対応する。圧縮完全バネ強度（ギア）構造678に示されるように、リングバネ708を完全に圧縮するために、移動式レバーキャッチ702が係合バネボルト686を下方に引っ張る。上の二つの補足図では、レバーポスト692が前方に移動され、部分的バネ強度（ギア）構造679および圧縮部分的バネ強度（ギア）構造681に示されるように、移動式レバーキャッチ702がレバー蝶番706により近づく。ここで、レバー688が完全に下方に引っ張られているにもかかわらず、移動式レバーキャッチ702の動きは、それがレバー688のさらに上方に配置されているので、はるかに小さい。従って、リングバネ708は、はるかに小さく圧縮される。これは、バネ強度の三分の一の弱い有効バネ力（ギア）に相当する。 これはギアチェンジャーの本質を実証している。
【０１１５】
図38は、正確な電気自動ギアチェンジャーの実施形態の三つの概略図であり、側面、前面、および上面を示している。正面図は、靴底圧縮中に互いに邪魔をしないように様々な構成要素がどのように配置されるかを示す。上面図は、側部電子自動ギア組み立て680のおおよその位置を示す。同期組み立て682が、レバー要素の構成要素の位置を外側のそれらの位置に従属するために使用されるならば、内部に電子作動装置698を有さなくてもよい。図42は、この従属が機械式自動ギアチェンジャーに対してどのように行なわれ得るかの例を示しているが、類似の設計も正確な電子式自動ギアチェンジャーの実施形態に使用することができる。これは、電気作動装置698が占有する側部空間と同様にコストを節約し、これは特に靴の内側で重要である。図38はまた、靴底プレート側部タブ684が、側部電子自動ギア組み立て680を支えるために靴底プレートの本体から外に延びる必要があることを示している。内部かかとの隙間との境界線416の境界は、側部電子自動ギア組み立て680用の靴の内側に十分な空間があることを示している。
【０１１６】
今、説明されたこの自動ギアチェンジャーの非常に重要な点は、それが正確であることである。これは、車や自転車などのギアチェンジャーのほとんどの例では当てはまらない。三つまたは四つのギアを有する代わりに、レバーポスト692の各範囲に対応する別個のギア
が、その運動範囲に沿って存在する。すなわち、各位置は、歯止め装置の歯の間の距離または電子作動装置の距離分解能（いずれか小さい方）に応じて、装置の分解能内の別個の有効バネ力（ギア）に対応する。そして、このギアチェンジは全てのステップの後に実施され、効果的に瞬間的に行われる。側部電子自動ギア組み立て680は、以下の追加構成要素と協働して以下のように動作する。これらの構成要素は、マイクロプロセッサー、靴底プレート5の底部に配置された衝撃変換器、および発電機（図44および図45でさらに説明される）である。マイクロプロセッサーは、靴の衝撃力ごとにレバーポスト692の正しい位置を与える早見表を有する。前のステップに基づいて、衝撃変換器は、前のステップの最大衝撃力を測定する。レバーポスト692の位置を測定するために、レーザー距離測定器または電位差計などの様々な位置装置を使用することができる。これらのデータは、瞬時衝撃力がつま先離地期状態でゼロになるとすぐにワイヤーを介してマイクロプロセッサーに送られる。次に、マイクロプロセッサーはこのデータポイントを電子作動装置に送り、レバーポスト692を前の衝撃力に対応する最適位置に移動させる。そして、電子作動装置は遊脚期でこの動きを行い、そのすぐ次のステップで、最適なギア基準でバネが最も低い位置になることなく完全な靴底圧縮が行われるようにする。電力は、バッテリーによって、または大きな蓄電器を有する発電機によって、または小さなバッテリーを有する発電機によって供給される。最後の2つのオプションは、電池を入れる必要がないので魅力的である。実行可能な発電機の設計は、図44および図45の説明で与えられている。この設計を達成するための詳細な回路は、当業者には容易かつ明白である。
【０１１７】
図39〜図41は、機械式自動変速機の実施形態の様々な要素、シーケンス、および構造の概略側面図を示す。図42は、同様の概略上面図を示しており、様々な数の係合されたバネスライス768がラックボルト812によってどのように係合されているか、および側面図の前方ラック722のギアチェンジ運動がラックボルト812の直接のギアチェンジ運動にどのように変換されるかを示す。基本的な考え方は、靴の効果的なばね強度を変化させるために、衝撃エネルギーの少量を利用または活用し小さなボルトを動かすことである。靴の衝撃力が変化すると、靴底がかろうじて十分に圧縮されるようにバネが最も低い位置になることなく、効果的なバネの強度を変更することが「ギアチェンジ」の基準であることに留意されたい。実際には、図37および図38の電子的な解決策と比較して、機械的解決策にはより複雑な設計が必要であるが、その利点は電池および、または発電機が不要であることである。機械式自動ギア776は、靴底圧縮量または距離（0〜100パーセント）を少量で測定するために要素を使用する。それぞれ25パーセントの4つの部分がある。それはプラス組み立て778およびマイナス組み立て78を含み、この両方はフットプレート3と一緒に上下に動く。また、プラス組み立て778は、下記の要素を含む：マイナス歯止めガイド734、歯止めリセットバネ744、マイナスキャッチ738、歯止めマウント737、マイナス歯止め736、歯止めバネ742、リセットバネ745、歯止め延長741、およびフットプレートマウント773。マイナス歯止めガイド734とリセットバネ745の両方がフットプレートマウント773を介してフットプレート3に取り付けられている。図40について説明するように、ワンド770は、マイナス歯止め736およびプラス歯止め750を、それぞれに歯止め延長741を突き当てることによって回転させる。これは次に、それらをそれぞれのキャッチ（マイナスキャッチ738とプラスキャッチ751）から外して、それらを移動させてギアを変換することができる。マイナス歯止めガイド734は、マイナスキャッチ738を含む。マイナス歯止めガイド734の左端部から、延長する歯止めリセットバネ744はマイナスキャッチ738から外すときに、マイナス歯止め736の歯止めマウント737に左方向に付勢する。マイナス歯止め736は、歯止めマウント737に取り付けられている。歯止めバネ742は、歯止めマウント737が最終的に右に戻って再係合するときに、マイナス歯止め736を時計方向に回転させて、マイナスキャッチ738に再び係合する。
【０１１８】
プラス歯止めガイド748は、歯止めマウント737に固定的に取り付けられ、二つのプラスキャッチ751を含む。それはまた、歯止めリセットバネ744を含み、これは、プラス歯止め750がリセットされた後に歯止めマウント737を右に戻すように付勢する。従って、プラス歯止め750用の歯止めマウント737は、プラス歯止めガイド748上を前後に移動する。蝶番可動子730は、プラス歯止め750の歯止めマウント737に固定的に取り付けられた移動ガイド729内を前後に移動する。プラス歯止めガイド748はまた、プラス歯止めガイド748の右端部からプラス歯止め750の歯止めマウント737まで伸びる歯止めリセットバネ744を含み、蝶番可動子730をプラス歯止め750の歯止めマウント737に対して前後に移動させることができる。回転式ボルトピン係合731は、蝶番可動子730の左端に回転可能に取り付けられている。図40に示すように、ワンド770が解除延長部739を持ち上げるときに、ピン係合バネ727が回転式ボルトピン係合731を上方に付勢してラックピン723から離脱させるための垂直方向の延長部を有する。プラス歯止め750の歯止めマウント737とマイナス歯止め736の歯止めマウント737がそれらの関連するワンド770の作用によって位置決めされたとき、セットバネ764は、回転式ボルトピン係合731を、次のステップのためにギアを設定するために動かされる。しかし、この運動は、図42にあるように、現在係合しているバネスライス768とラックボルト812との間の摩擦力のために、靴が空中にあるときまでは起こり得ない。すなわち、この摩擦によりラックボルト812がギアを変えるために動くのを防止するとき、それはまた、前方ラック722が移動することも防止する。混乱を避けるために（この過度に複雑な構造に対して可能な範囲で）、図39〜41の前方ラック722の図は、前方ラック722から垂直方向に上方に延び、前方ラック22を前後に移動させてギアを変換するラックピン723の特徴のみを示している。前方ラック722の他の特徴または態様は、ラックボルト812を駆動する滑車小歯車806を回転させるために、側面に歯を有するラックとして機能することである。前進運動から横運動へのこの変換の理由は、機械式自動ギア776がどの程度横に伸びているかを制限するためである。すなわち、図39〜図41に示す機械式自動ギア776の部分は、前側方向に約2.5インチ、横方向には約0.25インチしか取らない。従って、バネスライス768の係合および係合解除によってギアを変換するために、ギアチェンジ動作をラックボルト812の横方向の動きに変換する必要がある。
【０１１９】
簡単な復習として、プラス歯止め750とマイナス歯止め736が前後に動いて正しい伸縮レベルでセット（セットバネ764）して、前方ラック722を正しい位置に移動させ、正しい数のバネスライス768が次のステップで係合される。図39のプラス組み立て778およびマイナス組み立て780は、プラス歯止め750およびマイナス歯止め736がどのようにギアチェンジのために正しく動かされるかを示している。マイナス組み立て780は、有効強度を低下させるのに役立つ。この変換は、靴底プレート5上に剛結され、そこから上方に延びるワンドポスト772に取り付けられた折り曲げレバー720およびワンド770によって達成される。ワンド770は、一方向には剛性を有するが他方向には屈曲するように構成されている。これを達成する一つの方法は、可撓性薄板を薄い剛性板でバックアップして、可撓性部分がさらに伸びるようにすることである。また、二つのプレートは、ワンドポスト772に取り付けられている場合を除いて、互いに付着していない。図39の二つの並列マイナス組み立て780の例では、左側のマイナス組み立て780は、靴底圧縮中にワンド770を通過して、下方移動する。ワンド770は、折り曲げレバー720の短辺に衝突して、反時計回りに回転する。これにより、折り曲げレバー720の長い方の端部が歯止めマウント737の頂部に小さなピンを突き当て、これを右側に、マイナスキャッチ738を通過して移動させ、右側に示されたマイナス組み立て780のように、左側に戻ることを防ぐ。ここで、リセットバネ745とセットバネ764の両方が長くなる。遊脚期の間、マイナス歯止め736をその中立位置に戻すために、リセットバネ745が使用されることに留意されたい。また、折り曲げレバー720は、マイナス歯止めガイド734からの垂直延長部である折り曲げポスト719に取り付けられている。
【０１２０】
プラス組み立て 778は、有効バネ力を増加させる働きをする。二つの「並列」マイナス組み立て780の直下には、二つのプラス組み立て 778があり、互いに上下に配置されている。一番上の部分を見ると、上方に移動するにつれて（フットプレート3が上方に移動すると）、折り曲げレバー720の短辺がワンド770によって衝突される。これにより、折り曲げレバー720が回転し、長辺が歯止めマウント737の指定されたピンに突き当たり、下のプラス組み立て778に示すように、左に移動する。ここで、プラスキャッチ751は、プラス歯止め750が右に戻るのを防止し、歯止めリセットバネ744は、リセットバネ745が短縮されている間に長くなっている。フットプレート3が十分に圧縮されているかどうかに応じて、別のワンド770は、プラス歯止め750を再び左に移動させる。これについては、図40の説明で以下でさらに説明する。基本的には、フットプレートの圧縮量に応じて、有効なバネ強度は減少する場合（圧縮が最小の場合）、変更されない場合、または増加する場合（圧縮されたバネが最も低い位置にある場合）のいずれかにすることができる。そして、これは、セットバネ764の長さの変化が、マイナス歯止め736およびプラス歯止め750の位置によって定位置に保持され、セットバネ764が最終的にラックピン723を介して前方ラック722を遊脚期に動かすからである。ここで、折り曲げレバー720は、プラス歯止めガイド748からの垂直延長部である折り曲げポスト719に取り付けられている。
【０１２１】
図39の下部には、二つの2倍プラス組み立て782が上下にある。プラス歯止めガイド748上にプラスキャッチ751が一つだけ存在する場合には、2倍（x2）プラス組み立て782（x2は2倍を表す）が使用され、この場合、プラス歯止め750が移動しなければならない距離は2倍である。この場合、効果的なバネ力は、フットプレート3の圧縮されたバネが一番低い位置にならない限り、常に減少する。この場合、有効なバネ強度が増加する。従って、有効バネ強度が変化しない場合はない。プラス歯止め750の位置を移動および保持する方法は、2倍のサイズの2倍湾曲レバー774を使用する場合を除いて、前の段落で説明したものと全く同じである。折り曲げレバー720は、プラス歯止めガイド748の垂直延長部である折り曲げポスト719に取り付けられる（2倍の高さ）。折り曲げレバー720または2倍湾曲レバー774のこれらの全ての使用について、バネポスト725から引っ張られる折り曲げ湾曲バネ718は、これらの曲がったレバーをそれらの以前の衝突位置に戻すために使用される。
【０１２２】
図40は、様々な折り曲げレバー720または2倍湾曲レバー774を回転させてギアチェンジを達成するワンド770の位置のいくつかの構成を示す。ワンド770は、靴底圧縮または靴底拡張時に、二つのタイプの折り曲げレバーに衝突するかどうかによって、可撓性プレートと共に上または下に配向されることに留意されたい。典型的なワンド770の拡大図では、剛性ワンド薄型プレート769は一方の側にあり、柔軟ワンド薄型プレート771は反対側にあり、わずかに長い。 
折り曲げレバー720を一方向に回転させないように曲がるが、剛性ワンド薄型プレート769によってバックアップされ、湾曲レバー774を垂直方向に動かしながら回転させる。上方または下方バネ止めの方向に置いたワンド770の拡大図が、図40の右下に示されている。「セットマイナス」矢印およびその指定は、ワンド770が、折り曲げレバー720または2倍湾曲レバー774を、フットプレート3が圧縮（下降）している間に回転させることを意味し、逆もまた同様である。ワンド770の二つの構成要素は、剛性ワンド薄型プレート769および柔軟ワンド薄型プレート771であり、湾曲レバー774を、フットプレート3の二つの垂直方向の一方（湾曲レバー774が動いている）に対して回転させないように曲げる。ワンド770は、図40の左側にラベル付けされていない。なぜなら、ワンド770は、それらの拡大図と同じであることが明らかであるからである。
【０１２３】
解除・リセット組み立て775は、特定のワンド770が回転式ボルトピン係合731（左側）およびマイナス歯止め736またはプラス歯止め750（右側）の解除延長部739をどのように回転させるかの詳細を示す。この解除・リセットは、フットプレート3がちょうど圧縮を開始したばかりの足衝撃時に発生し、その目的は、歯止めリセットバネ744、リセットバネ745、およびセットバネ764を含む回転式ボルトピン係合731、マイナス歯止め736、およびプラス歯止め750をリセットすることである。下向きの矢印732は、歯止めマウント737がワンド770を越えて下方に（フットプレート3と共に）移動していることを示す。足衝撃時の図40の右上の部分を見ると、ワンド770は、解除延長部739を介して回転式ボルトピン係合731を回転させ、それによって前方ラック722のラックピン723から外れる。この解除の直後に、ピン係合バネ727は、回転式ボルトピン係合731をラックピン723の下に係合させる。同時に、ワンド770は、マイナス歯止め736およびプラス歯止め750を回転させるので、それらの組み立ては、マイナスキャッチ738およびプラスキャッチ751からそれぞれ離脱することにより中立形状に戻すことができる。衝撃・リセット構造788、マイナスワンド構造786、プラスワンド構造784、および簡素プラス・マイナス構造783は、歯止め要素がどのようにして、前方ラック722を前後に動かして「ギアを変換する」ように設定されるかを示す。フットプレート3が圧縮された量のパーセント値は、左側に示されている。今、説明したように、リセット・解除は、靴底の衝撃（衝撃・リセット構造788）で起こる。マイナス歯止め736が左に移動された場合のマイナス設定（図39）は、圧縮が始まって少しして（マイナスワンド構造）生じ、特に下降途中で発生する。次に、プラスワンド構造784のより洗練されたオプションまたは簡素プラス・マイナス構造783の単純オプションの二つのオプションがある。最初に簡単なオプションを見てみよう。完全圧縮時にのみ、プラス歯止めが左に動く。図39の2倍プラス組み立て782を参照願いたい。そして、マイナス歯止め736が移動する距離の2倍移動する。その場合、有効バネ強度が増加する。すなわち、完全な圧縮が達成されない場合は、有効バネ強度が増加する。従って、各ステップの後に二つのギアチェンジオプションしかない。有効バネ強度を増減または減少して、靴の衝撃力が変化すると完全な靴底圧縮に近づくようにする。最適な完全靴底圧縮に近づくために、プラスワンド構造784は事実上より多くのギアを提供する。図39から、プラス歯止め750が変更できる位置は二つあることを留意されたい。第一のプラスキャッチ751のみに移動する場合、プラスの歯止め750のプラスの動きは、マイナスの歯止め736のマイナスの動きによってキャンセルされるので、「ギア」の変換はない。これは、靴底の圧縮が完全に近いことに対応する。プラスワンド構造784の注意深い研究は、靴底の圧縮が50パーセント、67パーセント、および85パーセントで、ワンド770の位置にちょうど来たときにギアの変換が生じないことを示す。百パーセントの完全な圧縮がある場合のみ、プラス歯止め750を二回回転させるように配置されたプラスワンド構造784の左側のワンド770の作用によって、プラス歯止め750を2回左に移動することが可能である。今、有効なバネ強度が増加���るように、左に正味の動きがある。プラスワンド構造784に対応する構造は、全バネ強度の半分のバネ強度を足の下に配置することによって実現される。次に、三つのバネスライス768が靴の両側に配置される。対応する各スライスのペアは、全バネ強度の六分の一である。従って、ウォーキングギア、ジョギングギア、ランニングギア、スプリントギアができる。プラス動作は全て、フットプレート3が靴底拡張時に上に移動しているときに発生することに留意されたい。そして、靴が空中にあり、前方ラック722が自由に動く遊脚期では、図42のラックボルト812は、より多くの、またはより少ない、または同じ数のバネスライス768と自由に係合する。
【０１２４】
図41は、有効なバネ強度が、一つのステップ（靴底圧縮と遊脚期で足が空中にある）の間に一つのバネスライス768だけ増加される順序の例を概略側面図に示す。すなわち、図39の機械式自動ギア776の変化は、靴底圧縮の五つの状態で示されている。確かに、これは非常に複雑な設計なので、うまくいけば、読者がステップサイクルを通してギアチェンジを理解するのを助けるだろう。全サイクルは機械式自動ギア連鎖790と呼ばれる。簡単な説明が、ギア設定の以下のステップの横に提供される：リセット・衝撃構造792、ニュートラル構造794、マイナス・プラス構造796、空中・移動ラック構造798、および第二衝撃・リセット構造800。リセット・衝撃構造792は、衝撃時に、図40に示すように、回転式ボルトピン係合731が（ワンド770によって）持ち上げられ、マイナス歯止め736とプラス歯止め750の両方が（ワンド770によって）係合解除されることを示す。そして、三つの適切なバネ、すなわち歯止めリセットバネ744、リセットバネ745、およびセットバネ764は、今、その中立の長さにある。ニュートラル構造794は、回転式ボルトピン係合731が最も近いラックピン723に再係合し、マイナス歯止め736およびプラス歯止め750の歯止めバネ742がそれぞれ、マイナス歯止めガイド734およびプラス歯止めガイド748に対してそれらを付勢していることを示す。マイナス・プラス構造796は、図40のプラスワンド構造784に示すように、マイナス歯止め736がマイナスキャッチ738に係合するように右に移動されたことを最初に示している。また、図40のマイナスワンド構造786に示すように、プラス歯止め750は、靴底の移動距離が一番低い位置になっているという事実により、左端のマイナスキャッチ751を係合するために二回移動されている。これは、前方ラック722を一つのバネスライス768を追加するために左に移動させる必要があることを意味する。マイナス歯止め736およびプラス歯止め750の移動の結果、セットバネ764が圧縮される。靴が空中に持ち上がると直ちに、前方ラック722は、セットバネ764によって、隣接するラックピン723の間の距離に対応する距離だけ自由に左に移動することができる。次に、効果的なバネ強度は、靴の両側の一対のバネスライス768の量だけ増加されている。もう一対のバネスライスが追加され、前方ラック722が左に移動されたことを除いて、上の要素が衝撃時にリセットされたので、第二衝撃・リセット構造800はリセット・衝撃構造792に対応する。前方ラック722がその範囲のいずれかの端にあるとき、それ以上移動することはないが、その範囲内で移動する必要があるとすぐに、また移動することに留意されたい。 
【０１２５】
図42は、靴の内側の「ギアチェンジ」を靴の外側のギアチェンジに従属（同期）させる三つの設計の上面図を示している。これらは、二重滑車設計801、二重ラック設計803、左右対称従属結合設計805である。これは左足のため、左側は靴の外側である。足418が示され、靴がそれを取り囲む。足418はフットプレート3に乗っている。いくつかのバネを直接足の下に置くことは可能だが、靴のギアを外すことができないため、靴のギアを交換するために使用することはできない。三つのバネスライス768が両側に示され、これらは、係合解除されることができる。この従属は、正確なギアチェンジャー（図37および図38など）と機械式ギアチェンジャー（図39〜42）の両方で実行できる。二重滑車設計801は、機械式ギアチェンジャーがあると仮定している。その構成要素のいくつかのおおよその位置は、足418の左側（外側）に示されている。歯止め・ガイド組み立て814は、バネスライス768に隣接し、その内側にある。ワンド組立体816は、歯止め・ガイド組み立て814のすぐ内側にあり、フット平行四辺形4のすぐ外側にある。滑車小歯車806はフートプレート3に取り付けられ、前方ラック722によって回転駆動される。次に、その回転は、外部交差ラック802の外側を横方向に移動させて前後に移動し、バネスライス768を足418の内側に係合し、係合解除する。前方ラック722および外部交差ラック802の両側には、ラックと子歯車能力を達成するためのギアの歯が設けられている。交差ラックガイド818は、外部交差ラック802の横方向の動きを先導し、フットプレート3の真下に取り付けられる。滑車ライン810は、足418の外側の滑車小歯車806の周りを足418の内側の滑車小歯車806を走行させ、内部交差ラック804を駆動して、バネスライス768を足418の内側で係合、係合解除させる。二重ラック・子歯車従属836は、フットプレート3の真下に位置するこれらの上述した要素を含む。この挿し込みには、二重ラックと小歯車819の詳細が表示されている。二重ラック・子歯車従属834を特徴とする二重ラック設計803については、ラックおよび子歯車のみが示されているが、靴の外側の他の構成要素は二重滑車設計801と同じである。外部交差ラック802は、交差ラックガイド818の子歯車822によって駆動される。中央子歯車824は、交差ラックガイド818によって駆動されるように配置され、次に、バネスライス768を足418の内側で係合し、係合解除させるために、第二の交差ラックガイド818内のオフセット内部交差ラック820を駆動させることに留意されたい。おそらく、これらの三つのデザインの中で最高のものは、左右対称従属結合830を特徴とする左右対称従属結合設計805である。再び、外部交差ラック802は、子歯車822によって（交差ラックガイド818内で）駆動される。しかし、今度は左側に左右対称従属リンク826に蝶番結合される。これらの両方は、それらの下端で互いが蝶番結合され、その接続枢軸は従属ガイド828内を垂直に移動するように拘束される。その結果、外部リンク832は、外部交差ラック802と協働して横方向に移動するように従動する。足の内側のギアチェンジを足の外側のギアチェンジに従属するこれらの方法は、明らかに図37および38の正確な電子ギアチェンジャーに適合させることができることに留意されたい。
【０１２６】
図39〜図42の機械式自動歯車チェンジャーは、前方ラック部722の縦方向の動きが機械式自動歯車の構成要素によって作動されることを除いて、図36および図37の正確な電気自動歯車チェンジャーのアプローチに適合させることができることに留意されたい。同様に、図39〜42の機械式自動変速装置のアプローチは、ラックボルト812を側方に移動させてバネスライス768を係合および係合解除する電子作動装置で実施することができる。また、図37〜図43の自動ギアチェンジャーは、従来の靴に加えて、改良されたかかと持ち上げを有する高性能エネルギー還元靴にも使用することができる。それらはまた、フレッシ（Freschi）の米国特許出願第20140165428号の手動で行われるギアチェンジを達成するような他のタイプの靴にも使用することができる。
【０１２７】
図43は、足上部精密電子自動ギアチェンジャー843の概略正面図および概略側面図を示す。これは、ギアチェンジャーがランナーの靴上部の上に配置されることを除いて、図37および38の側部電子自動ギア組み立て680の単なる変形である。ここで、靴は、平行四辺形に従来の枢軸が使用されているバリエーションを使用して、基本的に図8-7-9の平行四辺形靴1である。しかし、ヒールポップ靴の他のバージョンも、便利ではないが、使用することもできる。ここでは、この平行四辺形の要素を簡単に説明する。フットプレート3は、蝶番34を介して上部つま先リンク19 に蝶番結合されている。後部リンク27および前部リンク28は、蝶番34を介してフットプレート3に蝶番結合され、蝶番34を介して底部リンク30に接続される。底部リンク30は、靴底プレート5の一部である。前部つま先リンク18は、蝶番34を介して上部つま先リンク19 に、また蝶番34を介してフットプレート3に蝶番結合されている。つま先プレート7 は、蝶番34を介してフットプレート3に接続されている。蝶番結合42は、これらの先ほど説明した要素を含む。靴上部1はフットプレート3に固定的に取り付けられている。
【０１２８】
足の上には、精密電子自動ギアチェンジャー843が、足上部の上にそれを配置することを可能にする二つのサポート部分を有する。第一は、靴底プレートから靴上部1の上を横切って延びてランプ696とポストガイド694をサポートする靴底プレートサポート838である。フートプレートサポート840はフットプレートの両側から上方に延び、また反対に延び、フットプレート歯止め装置 691を底部側に有する水平要素を提供し、係合バネボルト686を下方に引っ張る。いずれの側にも作動装置を設けることは可能であるが、ランプ696の中心間隙に、中央に位置する作動装置を一つ有することが好ましい。作動装置バー842は、レバーポスト692の両側に延びており、前後に移動させて、ギアを交換する。この頂部への再配置では、上部電気自動歯車アセンブリ843は、図37および38の側部電子自動ギア組み立て680と同じように機能する。利点は、足の両側に装置を設ける必要がなく、中央に位置する衝撃吸収バネが一つだけ必要であるということである。
【０１２９】
図44は、かかとの外側に配置された一体型衝撃チャージャーのバージョンの概略背面図および概略側面図を示す。基本的な考え方は、靴衝撃を使用してバッテリーを充電する小型発電機を回転させることである。この充電のための回路は当業界では古く、当業者には明らかであるので、ここでは、充電器設計で使用される小型発電機のシャフトを回転させるための最適な構造に焦点を当てる。本発明の高性能シューズでは、一インチまたは二インチ以上の実質的な靴底の圧縮距離がある。この場合、衝撃吸収構造を靴の底部（靴底プレート）の下に延ばす必要はなく、衝撃機構は本質的に靴底構造と一体化することができる。また、靴底プレート5とフットプレート3の両方には小さなタブが必要であり、一体型衝撃チャージャーの要素が靴底の圧縮を妨げないように、わずかに外側に伸びている。圧縮簡素一体型衝撃チャージャー869およびその圧縮バージョン、圧縮簡素一体型衝撃チャージャー868が示されている。圧縮されているということは、フットプレート3が靴底プレート5に触れるように下がったことを意味する。圧縮されていない状態の背面図は、後続の回転要素が電子発生機863の発生機シャフト864上にどのように配置されているかを示している。発生機シャフト864は発生機滑車サポート862に固定されて収容されている。次に、サポートポスト845を介して靴底プレート5に固定的に取り付けられている。発生機シャフト864は、はずみ車847を通って右側に延び、一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立て865および発生機二重滑車861を通って延びている。はずみ車847は発生機シャフト864に固定的に取り付けられているが、発生機二重滑車861は一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立て865を介して発生機シャフト864に取り付けられているので、発生機シャフト864は、 靴底の圧縮中にフットプレートがフットプレート側部発生機滑車ライン867を引き下げているときに、それを回転させている。もちろん、フットプレート側部発生機滑車ライン867は、フットプレート3に固定的に取り付けられている。しかし、発生機二重滑車861が他の方向に回転すると、発生機二重滑車861は、一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立て865を介して発生機シャフト864から外れる。これにより、はずみ車847は、靴底が膨張しているとき、および靴が遊脚期で空中にあるときに発生機シャフト864を回転させ続けることができる。一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立て865は、図に概略的に示されているが、その詳細は当業者には明らかであることに留意されたい。側面図は、靴底の圧縮中にフットプレート側部発生機滑車ライン867がフットプレート3によってどのように引き下げられるかを示している。また、フットプレート側部発生機滑車ライン867が、靴底圧縮中にシンプル巻上げバネ871（簡素ポスト870に取り付けられる）をどのように膨張させるかを示す。次に、靴底圧縮中に巻上げバネ871が後退して、靴底膨張中に発生機二重滑車861を反対方向に回転させる。これは、実際には二つの滑車ラインのそれぞれに対して一つずつ、発生機二重滑車861内に2つの滑車があるので可能である。これらの各々は、それを反対方向に回転させるために発生機二重滑車861に固定的に取り付けられていることに留意されたい。また、はずみ車847および発生機シャフト864は、連続的に回転し発電���ていることにも留意されたい。各ステップで、この回転は押され、従って増強される。 本発明の改良されたかかとの靴の場合、フットプレート3の十分な移動距離があるので、追加の機械的利点なしにこの簡単な設計を実現することが可能である。示されている寸法では、発生機シャフト864は各ステップに三回回転する。
【０１３０】
しかし、より多くの電力を生成することが望ましい場合には、必要な機械的利点を提供するために付加的な機構を追加しなければならない。これは、図44の下半部に、改良一体型衝撃チャージャー844と圧縮改良一体型衝撃チャージャー841とで示されている。ここで、発生機組み立て846は、簡素一体型衝撃チャージャー869と同様に、サポートポスト845上に取り付けられる。しかし、付加的な機械的利点機構は、巻き上げレバー848、レバーローラー849、チャージャーギア二重滑車850、内部ギア二重滑車851、巻き上げサポート852、巻き上げ滑車854、逆巻き上げ滑車855、渦巻状レバー延長856、 857、ギア逆巻き上げライン858、発生機巻き上げライン859、発生機逆巻上げライン860、および緊張バネ872を含む。巻き上げレバー848は、靴と衝突しないで自由に回転できるように、かかとのわずかに外側のフットプレート3に蝶番接続されている。チャージャーギア二重滑車850は、内部ギア二重滑車851に一緒に回転するように固定的に取り付けられ、シャフトは、靴底プレート5に固定的に取り付けられた巻き上げサポート852に回転可能に取り付けられる。フットプレート3の下方への動きにより、巻き上げレバー848の下端部がレバーローラー849を介して靴底プレート5に突き当たる。巻き上げレバー848は、最終的にほぼ水平になるまで反時計回りに回転する。 歯車ワインドアップライン857は、巻き上げレバー848の直線部分の頂部に取り付けられているので、巻き上げレバー848によって引っ張る方向を最適化する巻き上げ滑車854を介して（その溝を介して）内部ギア二重滑車851を反時計回りに回転させる。ギア逆巻き上げライン858は、渦巻状レバー延長856の頂部に接続され、逆巻き上げ滑車855を回り、内部ギア二重滑車851の他方の溝の周りをギア巻上げライン857の反対方向に回る。ここでも、逆巻き上げ滑車855の位置は、渦巻状レバー延長856の頂部によって引っ張り方向を最適化するように選択され、靴底の膨張時に内部ギア二重滑車851を時計回りに回転させる。このようにして、二つの方向に内部ギア二重滑車851を回転させるように、歯車巻取り線857とギア逆巻き上げライン858との反対の引っ張り力が調整され、これらの滑車ラインの緩みが防止される。緊張バネ872が巻き上げ滑車854および逆巻き上げ滑車855を引っ張ったり押したりして、全線が締め付けられ緩み防止の機能をする。もちろん、これらの要素の寸法は、各線の引っ張りの長さがほぼ同じになるように最初に調整される。これらの二つの滑車運動のためには、バネ荷重を受けた軌道が必要であるが、これは図面の限られたスペースには示されていない。あるいは、これらのラインシステムの剛性張力バネ要素を使用して、それらを緊張状態に維持することができる。発生機巻き上げライン859および発生機逆巻上げライン860は、発生機組み立て846の発生機二重滑車861に対向する引っ張りを提供し回転するように、チャージャーギア二重滑車850の二つの溝に取り付けられてこれを占有する。圧縮簡素一体型衝撃チャージャー868の詳細は図44の上面図に示される。唯一の違いは、二つの方向への回転を達成するための反対方向の引っ張りが、今、発生機巻き上げライン859と発生機逆巻上げライン860で達成されていることである。さもなければ、発生機組み立て846要素は、上記と同様に機能する。ここ��の相違点は、チャージャーギア二重滑車850と内部ギア二重滑車851によってもたらされる機械的な利点のために、各ステップにつき3回ではなく、30回回転することである。もちろん、この機械的利点は、様々な滑車の寸法を変えることによって調整することができる。 従って、図44の衝撃チャージャーは、図37および図38の側部電子自動ギア組み立て680の電子作動装置698およびユーザが携帯する他の携帯電子機器のための十分な電力を提供する。
【０１３１】
上面図はクリップオン式衝撃チャージャー874を示し、底面図は改良されたクリップオン式衝撃チャージャー888を示す。これらの二つの実施形態は、0.5インチ以下の靴底の圧縮を有する任意の靴またはブーツを意図している。この要件は、基本的にすべての従来の靴に適用される。 そして、この実施形態は、任意の靴またはブーツにクリップオン式に留めることができる。これはまた、ロボットを歩行させるために使用することもできる。 図44の実施形態の場合ではないように、この実施形態は、要素が靴の底部の下に延びることを必要とする。これは、発生機シャフト864を適切に回転させるためにクリップオン式ライン892を十分に移動させる唯一の方法である。従来の靴の靴底はそれほど厚くなく、通常はあまり圧縮しないので、図45には靴底プレート5のみが示されており、これは従来の靴のかかとの靴底を表す。靴底部896はまた、このかかとの靴底を表す。 発生機の組み立ては図44と同様である。従って、クリップオン式衝撃チャージャー874は以下の要素を含む：クリップオン式あぶみ876、クリップオン式タブ878、外側あぶみサポート880、クリップオン式ポスト882、クリップオン式レバー884、クリップオン式方向転換滑車886、クリップオン式ライン892、逆向きクリップオン式ライン894、靴底部896およびクリップオン式シャフト898。これらは、靴のかかとの外側に配置され、靴のかかとの後ろにはみ出ることなく、できるだけ後方に配置されている。クリップオン式ポスト882は、外側あぶみサポート880（底面図に示すように）に固定的に取り付けられ、その左側のアームは、靴衝撃時に、クリップオン式レバー884によって引っ張られるときに、クリップオン式ライン892を方向転換するクリップオン式方向転換滑車886を収容し、発生機組み立て846の発生機シャフト864を回転させる。図44の場合と同様に、逆向きクリップオン式ライン894は、（クリップオン式あぶみ876に取り付けられた）簡素巻き上げバネ871を拡張させ、靴底の膨張中に発生機組み立て846の内部ギア二重滑車851を巻き戻すことができる。底面図は、靴底部896のかかとをしっかりと包み込んでつかんだクリップオン式あぶみ876を示す。クリップオン式あぶみ876は、図45の下部にある改良されたクリップオン式衝撃チャージャー888の方が長い。クリップオン式あぶみ876は、かかとの衝撃の際にクリップオン式あぶみ876が靴底部896に対して上方に移動するのを防止するために、両側にクリップオン式タブ878を有する。かかとの後ろを包む部分は、靴のかかとの後部をしっかりとつかむように柔軟性がある。ストラップ（図示せず）をクリップオン式あぶみ876の側面から足首の前部に取り付けることが容易に可能であり、これを靴のかかとにしっかりと取り付けることができる。そして、またはクリップオン式あぶみ876（図示せず）の内側の鋭い突出部は、靴のかかとのグリップを向上させることができる。ストップ（図示せず）が、上部衝撃レバー884の下方への回転を制限するために、（クリップオン式シャフト898を介して）外側あぶみサポート880とクリップオンレバー884との蝶番結合に組み込まれることに留意されたい。外部滑車サポート880は、クリップオン式あぶみ876の堅固な上方延長部であり、クリップオン式ポスト882が取り付けられて、発生機組み立て846を収容する。電���を生成する発生機組み立て846の機能は、図44について説明したものと同じである。
【０１３２】
改良されたクリップオン式衝撃チャージャー888の、靴の衝撃の直前の瞬間が、図45の下部に示されている。これは、巻き上げレバー848が今度は靴底のレベルより下に延在していることを除いて、図44の改良一体型衝撃チャージャー844に非常に類似している。しかし、それはとても短い距離だけ延長している（ 一インチ）。それ以外は、充電器要素の位置決めは本質的に同じである。巻き上げレバー848の上端はより長いので（ 二インチ）結果は依然として内部ギア二重滑車851を各ステップで30回回転させる。 もう一つの違いは、サポートポスト845および巻き上げサポート852が、外側あぶみサポート880に固定的に接続されていることである。この場合もまた、発生機組み立て846の発生機シャフト864を回転させるための機械的利点のこの方法は、従来技術の靴の電気充電器よりもはるかに多くの回転をもたらし、従って非常に多くの電力を生成する。これは、ギア滑車を使用すること、および巻き上げレバー848がかかと上昇期に下方に戻って回転するときの滑車ラインの緩みを防止するという問題を解決することによるものである。この解決策は、この回転の各方向に別々の滑車ラインを使用することは新規であり、そのような大きな機械的利点がある場合は唯一の手段である。クリップオン式実施形態の他の利点は、電力が必要でないときに容易に取り外すことができることである。また、既存のどの靴にも使用できる。最後に、図44および図45の衝撃チャージャーは、（靴またはブーツだけでなく）反復的な上下運動または前後運動がある用途に電力を発生させるように容易に変更し、適合させることができ、その方法は当業者には明らかである。また、これらの衝撃チャージャーは、携帯電話、ラップトップ、電気、熱などの他の電力需要のためにバッテリーを充電することもできる。もう一つの選択肢は、電池が不要となるように蓄電器に十分な電荷を蓄えることである。
【０１３３】
図46は、図37の電子作動装置698の代替物である滑車作動装置900の概略側面図である。従来のリニア作動装置に勝る利点は、二つの滑車と一つの小型電動モーターのみを必要とすることである。従って、安価で軽量で、はるかに高速である。また、滑車を図37の電子作動装置698の他の要素から離して配置することができるので、ギアチェンジャーの全体的な側面構成を狭くすることができる。この場合、作動装置滑車ライン914の幅のみが関与するが、それは無視することができる。従って、滑車作動装置900は、滑車作動装置900と、モーター引き上げ滑車902と、対向プーリ904と、分岐ラインキャッチ906と、第一滑車作動装置ポスト908と、第二滑車作動装置ポスト910と、作動装置モーター912と、作動装置滑車ライン914と、ポストガイド694と、ポスト 692、およびモーターシャフト913を含む。モーター引き上げ滑車902は、靴底プレート5にしっかりと取り付けられた第一滑車作動装置ポスト908に剛結されている。そして、対抗滑車904の第二滑車作動装置ポスト910は、靴底プレート5にしっかりと取り付けられた第二滑車作動装置ポスト910に剛結されている。作動装置滑車ライン914は、これらの二つの滑車間およびその周りに緊密に延びている。作動装置モーター912は双方向性である。作動装置モーター912は、第一滑車作動装置ポスト908に取り付けられ、そのモーターシャフト913は、固定的に取り付けられたモーター引き上げ滑車902のシャフトとして機能する。分岐ラインキャッチ906は、作動装置滑車ライン914およびポスト692に固定的に取り付けられている。従って、モーターシャフト913が作動装置モーター912によっていずれかの方向に回転すると、作動装置滑車ライン914およびポストガイド694を介して分岐ラインキャッチ906をポスト692が動かされると同時に前後に引っ張る。図37と図38の説明によれば、これが「ギア」がどのように変更されるかである。また、この議論のように、前述の構成要素、すなわちマイクロプロセッサと衝撃変換器はポストガイド694と共にポスト692用の位置決め装置を特徴とする。マイクロプロセッサー692がポスト692の次の位置を計算するとき、マイクロプロセッサーは正しい方向に向くようにポスト692の作動装置モーター912 に信号を送り、この次の位置に達したとき、マイクロプロセッサーは位置装置からのリアルタイムの信号を任意に使用して作動装置を停止させる。再び、作動装置モーター912の方向をどのように切り替えるか、それをどのように停止するかについての回路は、当業界では古くて明らかである。図43の足上部精密電子自動ギアチェンジャー843のための図43に示されたような他の電子ギアチェンジャーまたはサイドバネスライスと係合するための可能な電子ギアチェンジャーのために、滑車作動装置900を使用することもできる。
【０１３４】
図47は、固定歯車つき蝶番920の様々な描写の概略側面図を示す。真っ直ぐに整列された描写922は、二つの歯車端部リンク932を有する左側の固定歯車つき蝶番920を反対側に示し、次いで中央で部分的に回転し、次に右側に整列させる。すなわち、頂部歯車端部リンク932の丸い端部の歯車931は、歯車端部リンク932と噛み合う。シャフト固定交差ループ936は、上部ケーブルシャフト934を下部ケーブルシャフト934に接続する。固定歯車つき蝶番920上の荷重に関係なく、二つの歯車端部リンク932が噛み合ったままである。すなわち、従来の主軸が回転軸受内に旋回していなくても、実用的な蝶番として機能する。単純なループまたは単一のケーブルが各ケーブルシャフト934に結合して使用することができるが、これらの二つの場合のそれぞれにおいて、必然的にケーブルとケーブルシャフト934との間に摩擦が起こる。二つの歯車端部リンク932が互いに対して横方向（紙の中へ）に移動するのを防止するために、単純な止め部をこれらの各々に取り付けて横方向の相対運動を防止することができる。これらは示されていないが、当業者には明らかである。しかしながら、シャフト固定交差ループ936については、ケーブルが上側のシャフトとともに回転し、ループが交差するため、ケーブルは底部側のシャフトと共に自然に回転するので摩擦は起こらない。ケーブルシャフト934は、歯車端部リンク932に固定的に取り付けられていることに留意されたい。また、ループスリット描写926に見られるように、ループスリット944は、シャフト固定交差ループ936が歯車端部リンク932の挿し込まれた部分と交互配置されることが必要となる。これは、ループスリット描写926にのみ描かれているが、ループスリット944は、すべての歯車端部リンク932に必要であることを理解されたい。また、シャフト固定交差ループ936の通過側も、ある意味では、それぞれ相互位置されなければならない。歯車キャップ描写928は、歯車931が第一歯車キャップ940または第二歯車キャップ942としてリンクに取り付けることができることを示している。このようにして、リンクおよび歯車のための最適な材料の選択が可能であり、歯車はより剛性でより重い材料である。ストップ＆キャッチ描写図930は、固定歯車つき蝶番920を真っ直ぐな構成に固定する方法を示す。ここでは、固定歯車つき蝶番920は、一方向にのみ折り畳まれるように拘束されている。停止機能は、歯車931が片側のみに必要であることに注目することによって実現される。上部および下部の両方のリンク上の他側面の特徴は、他の方向への折り畳みを防止するために互いに衝突するストップ929である。上下の歯車端部リンク932を互いに直接対向させて完全に展開させるために、回転式キャッチアーム948は歯車端部リンク932の下部に固定的に取り付けられ、展開が完了すると、回転式キャッチアーム948が回転して、回転式キャッチ946が係合する。回転式キャッチアーム948は、上部コグ端リンク932に固定的に取り付けられている。キャッチバネ950は、回転式キャッチアーム948が展開中にキャッチ946をずり上げるとき、この回転を付勢してキャッチ946に係合する。このキャッチ動作を解除可能にするか否かは、当業者には明らかな簡単な事項である。突当蝶番描写924は、突当リンク938が、他端に二つの円形歯車端部933を組み込むこ���によって鏡面歯車端部リンク932に蝶番式に係合するようにどのように設計できるかを示す。このバージョンの蝶番は、図13の突当蝶番119用、または図15の単一角蝶番181用とすることができる。また、固定歯車つき蝶番920は、図13の角蝶番120または図15の単一角蝶番182用に使用することができ、蝶番結合に従来のシャフトおよび回転軸受を使用することは望ましくない場合にも平行四辺形結合のような設計の蝶番の多くに用いることができる。また、ストップ＆キャッチ描写930の蝶番は、本明細書の図27のアーム蝶番514に使用できることにも留意されたい。この組合せは、折り畳み可能な整列部がロケットを介して空間に配置される場合に特に魅力的である。なぜなら、折り畳みが完了したとき、図27の折り畳み張力リンク回転アームカーブ状バネ502の折り畳みによる力は完全なゼロになるからである。他の利点は、第一に、固定歯車つき蝶番920が最適に単純であるが強固であり、第二に、回転式キャッチアーム948により整列部が完全に展開された位置に固定されたままであることである。最後に、固定歯車つき蝶番920の要素の幅を変えることができる。基本的に、歯車端部リンク932は、歯車931が丸い端部にある任意の幅のプレートとすることができる。 次いで、設計が必要とする数の挿し込みループスリット944をいくつでも組み込むことができる。
【０１３５】
図48は、足418の両側に位置し、足418の下に延在する同期ラインを有する交差同期滑車作動装置ギアチェンジャー960の概略上面図を示す。これは、図37および図38の魅力的であるがより複雑な精密ギアチェンジ構造を利用する代わりに、バネスライス768を単に係合するだけであるため、最も実行可能なギアチェンジャーである。それはまた、図46の滑車作動の考え方を、ギアチェンジを作動させるだけでなく、足の両側のギアチェンジを同期させるためにも広げる。多くのバネスライス768を有することによって多くのギアを有することが可能なので、図37および図38の理想的な精密ギアチェンジに近づけることが可能である。また、任意の数のバネスライス768を一歩毎に選択することによって、所望のギアに直接変換することも可能である。従って、交差同期滑車作動装置ギアチェンジャー960は、バネスライス768が係合されていない左側の第一ギア構造962と、三つのバネスライス768が係合する第3の歯車構成964として右側に示されている。同期モーター977は、足の外側で靴底プレート5（図示されていないが、作動装置モーター912について図46に示されているのと同様の方法で）に取り付けられている。そして、そのモーターシャフト913は、同期滑車974に固定的に取り付けられている。同期滑車ライン988は、同期滑車974の周りを延び、下側では、第二滑車（外部水平）978に向かって前方に延びる。この最初のラインセクションでは、外側ラインキャッチ984で同期滑車ライン988が後部はしごリンク972の後端に接続される。これは、後部はしごリンク972の前端が横方向に押し出されるので、バネスライス768の係合がどのように作動するかである。同期滑車ライン988の下側は、第二滑車（外部水平）978の周りを継続して、フットプレート3のすぐ下をわずかに通過するように方向転換され、次いで第三滑車（内部水平）980によって前方に方向転換され、フットプレート3のすぐ下をわずかに通過するように後方に方向転換され、第四滑車（内部水平）982の周りを継続して通過し、第五滑車（外部水平）983によって直接後方に向け直され、その後第六滑車（引き上げライン）976によって上方に向け直され、同期滑車974の頂部を上昇させて巻き上げることができ、最終的に回路を完成させることができる。第三滑車（内部水平）980と第四滑車（内部水平）982との間のセクションにおいて、内側ラインキャッチ986は、後部はしごリンク972の後端を接続して同期滑車ライン988を同期させることに留意されたい。また、この足下の交差は、外側ラインキャッチ984の前方運動が外側ラインキャッチ984の前方運動と同期することを保証することにも留意されたい。これは、内側のギアチェンジが外側のギアチェンジと同期する方法である。 同期滑車ライン988の自由な足下の動きは、フットプレート3の底部にあるスパゲッティ管または溝によって保証される。
【０１３６】
第三ギア構造964は、外部はしご結合973および内部はしご結合975の動作を示す。前方ラダーリンク970および後部はしごリンク972は、はしご蝶番971によって蝶番結合されている。前側ラダーリンク970と後部はしごリンク972の端部の動きは、同期滑車ライン988が外側ラインキャッチ984および内側ラインキャッチ986を前進させるとき、はしご蝶番971が横方向かって外側に延び、側方ガイド966および前方ガイド968によって拘束される。前部はしごリンク970および後部はしごリンク972は、それらがバネスライス768を圧縮するのに十分に強くなるように構造的に補強される。また、バネスライス768の頂部に剛性プレートを組み込み、その上部（中央）部分が圧縮される。外部はしご結合973の設計は、今や、係合ボルトがフットプレート3の下に延在することを必要としないことに留意されたい。これにより、さまざまな側部組み立て部分の幅が狭くなる。また、バネプレート768をフットプレート3の高さよりも上に延ばすことができる（側部バネがより高いことが望まれる場合には明らかな枠組みを用いて）。また、足の外側には一つの同期モーター977しか必要ではないので、足の内側の装置の幅が減少することに留意されたい。もちろん、同期モーター977を備えた別個のギアチェンジャーを使用することができる（滑車ラインが足を横切ることなく）が、それは不利である。精密ギアチェンジの場合と同様に、同じまたは同等の電子部品が使用される。ここで、位置センサーは、外側ラインキャッチ984の位置を読み取り、力センサー486は、次のステップのためにいくつのバネスライス768を係合させる必要があるかをマイクロプロセッサー484に伝える。そして、同期モーター977の作動は、（同期滑車ライン988を介して）外側ラインキャッチ984を所望の位置に移動させる。同期モーター977には、モーター、ステッピングモーター、また自動制御モーターに至るまで、小型モーターの選択肢が数多くある。しかし、位置精度の要求はあまり厳しくないため、より安価な解決策で切り抜けることができる。 例えば、位置のリアルタイム更新により、マイクロプロセッサー484からの信号が所望の位置で外側ラインキャッチ984の動きを止めることを可能にするならば、安価なモーターを使用することができる。最適モータの決定は、当業者に明らかな方法で行うことができる。交差同期滑車作動装置ギアチェンジャー960は、その説明で述べたように、図27の回転式アーム設計に容易に適合させることができることに留意されたい。ギアチェンジャー要素が足の両側に取り付けられている代わりに、回転式アームの両側に取り付けられている。これらの要素は完全に同等の方法で機能する。この考え方は次の段落で展開される。人工装具、矯正装具、ロボット工学への適用は明らかである。そして、この蝶番周辺でのアームの回転に抵抗する有効バネ強度の変化は、例えば、走っているときや持ち上げているときなど、人間の筋肉の強さがどのように変化するかと全く類似している。
【０１３７】
図49は、最適バネおよびギアチェンジを伴う回転結合部の組み立ての概略側面図および上面図を示す。最適化バネ付回転リンクとギアチェンジ組み立て979は、折りたたまれた構造で右下に示されており、最適化バネ付展開回転リンクとギアチェンジ組み立て969は、展開された構造（直線）で示されている。ギアチェンジ組み立て994は、右上の図に示されている。同じ角度に向けられた回転上部リンクプレート983の上部に取り付けられていることを示すように回転される。最後に、左側の図は、ギアチェンジ最適バネニーブレース996を示している。ギアチェンジ能力がギアを変更するだけでなく、遊脚期にバネ抵抗を止めることができるため、ランナーが自由に膝を曲げることができ、ギアチェンジ最適バネニーブレース996への適応は非常にうまくいく。もちろん、図49の発明は、産業用機構および矯正器具またはロボット用途における回転式アームを有する任意の関節に適用される。再び、図27の回転式アーム関節の徹底的な考察から、トルクレベルは、一定のトルク曲線のために最小にされる。これにより、人間のユーザーやロボットなどの機械ユーザーの消耗、エネルギーコストが削減される。 ここでの目標は、図46および図48のギアチェンジャーを図27の最適な回転式アーム関節に組み込むことである。問題は、ギアチェンジの要素をどこに置くか、バネのどこを荷重するかである。その答えは、ギアチェンジャー要素を回転する上部リンクプレート983の上に置くことであり、これにより移動式突当プレート981を横方向に移動させて不定の数の未延伸スライスカーブ状バネ993と係合することができる。始める前に、リンク要素はプレートと呼ばれている。なぜなら、それらは、組み立て部の幅にわたって横に並んで配置された未延伸スライスカーブ状バネ993を収容するのに十分な幅でなければならないからである。従って、回転上部リンクプレート983と回転下部リンクプレート985は回転突当蝶番987の周りで折り畳まれる。この折り畳みは、以下の結合部によって抵抗される。回転上部リンクプレート983と回転下部リンクプレート985は、未延伸スライスカーブ状バネ993の上下に衝突する回転突当蝶番987を介して、移動式突当プレート981と互いに蝶番結合する。これらは、内部リンケージ左右対称アーチ状バネ107のために示さるリングバネの右半分として構成されている。図32に改訂されているように、上半分と下半分の間の蝶番（ リングバネの半分の）のための柔軟巻き付け突当セクション566を有する。回転上部リンクプレート983と回転下部リンクプレート985の他端部は、上部結合部プレート988と底部結合部プレート989に、結合部蝶番990から短い距離だけ蝶番結合されている。それは、未延伸スライスカーブ状バネ993の上端および下端が接続する同じ蝶番の位置にある。目標は、この結合部が、事実上の半分リングバネの中央リングに衝突して、これらのバネの上下半分を真っ直ぐに引き伸ばすことであり、これらは今、延伸スライスカーブ状バネ992と呼ばれている。ここで、拡張結合カーブ状バネの通常の特性は、結合部蝶番990に関するトルク曲線が最初に増加し、すべての結合部およびバネ要素が直線で整列しているときに完全に折り畳まれると屈曲してゼロになることに留意されたい。一定のトルク曲線を達成するために、中��調節バネ991は、このトルク曲線が曲がり、減少し始めるときに折り畳みに抵抗し始めるので、完全な折り畳み（バネ圧縮）に近づくと、合併されたトルク曲線はほぼ一定になる。従って、中央調節バネ991は、部分的な折り畳み時に折り畳みに抵抗し始めるように寸法決めされ配置される。最適化バネ付回転リンクとギアチェンジ組み立て979の二つの延伸スライスカーブ状バネ992が、ギアチェンジ組み立て994によって係合されるように選択されており、一方の延伸スライスカーブ状バネ992は係合されていない。この場合、それらは単に回転し、折り畳みに抵抗することなく折り畳むことができる。 これらは破線で示されている。
【０１３８】
ギアチェンジ組み立て994は、回転上部リンクプレート983の上部に固定的に取り付けられ、突当シャフト959を組み込んだ回転突当蝶番987を介して蝶番結合される移動式突当プレート981を含む。そして、移動式突当プレート981は突当シャフト959に沿って摺動し、図46および図48のように簡単な方法で行われたようにギアを変換する。作動装置モーター912は、回転上部リンクプレート983の上部に取り付けられ、そのモーターシャフト913は、モーター引き上げ滑車902に固定的に取り付けられる。それは、作動装置滑車ライン914を利用して作動装置滑車ライン914に固定的に取り付けられたライン・突当取り付け995を移動させる。交差プレート方向転換滑車997はライン・突当取り付け995を正しい位置に配置し、移動式突当プレート981を突当シャフト959に沿って前後に動かし、延伸スライスカーブ状バネ992および未延伸スライスカーブ状バネ993を係合および係合解除させる。ギアチェンジ最適バネニーブレース996は、走行または歩行のためのニーブレースの適用を示す。大腿部は上部結合部プレート988として機能し、下腿は底部結合部プレート989として機能し、ランナーの膝は結合部蝶番990として機能する。パッド付き結合カフ998は、回転上部リンクプレート983および回転下部リンクプレート985に取り付け、簡素レッグ965の上下結合部として機能する。最適なバネ及び歯車の変更979の組み立ては、簡素レッグ965の後ろではなく横に配置することもできることに留意されたい。任意の前方膝バンド963は、パッド付結合カフ998がランナーの膝から滑り落ちることを防止し、カフの力を簡素レッグ965の表面に対してより垂直にし、折り畳みに対する抵抗を増す。補助結合部999は、剛性リンクを備え、ランナーの脚と同じリンクおよび膝蝶番を有する。それは、簡素フット967により底面で支えられている。このようにして、パッド付結合カフ998がカフ支持部961を介して滑り落ちることを防止する。これは、パッド付結合カフ998を補助結合部999の下部セクションに固定的に取り付ける。これにより、ランナーの膝への負担も軽減される。図46および図48と同じ電子構成要素は、適性な数の未延伸スライスカーブ状バネ993を選択して、負荷力が変化するときに適性な量の折り畳みが達成されることを保証するように機能する。これらには、マイクロプロセッサー、力センサー（またはその代わりに加速度計）、回路、次のステップにかかるバネの適切な数を選択する早見表、電源、およびバッテリーが含まれる。靴用途の主な違いは、ランナーの足が空中にある遊脚期中に、そのようなすべてのバネを外す必要があることである。従って、力センサーはマイクロプロセッサーに信号を送り、足が空中に持ち上がるとすぐにそれら全てのバネを解除する。次に、足がどれくらいの間、空中にあるかのデータを使用して、マイクロプロセッサーは足の衝撃の直前に必要なバネの数を係合させるよう指示する。特に注目すべきは、上述のスマートニーブレースは、図48および図7〜9のギアチェンジされた、衝撃チャージ靴、改良されたかかと持ち上げ靴で使用でき、使用するべきであることである。これらの二つの強化（改良された靴および改良されたニーブレース）のそれぞれが、走行の代謝エネルギーコストをそれぞれ25パーセント減少させることができると考えられる���従って、それらの組み合わせられたエネルギー還元は50パーセントになる。また、図44の衝撃チャージャーは、図49の作動装置モーター912に電力を供給することができる。この設計の一つの欠点は、そのバネが離脱するために、ランナーの脚部が走り出したときに、真っ直ぐに伸びなければならないことである。これに対する解決策は、膝が少し曲がったときにバネ力がゼロになるように構成要素の寸法を決めることである。また、バネは、後方にむしろ側面に伸びるように取り付けて、位置しやすくする。
【０１３９】
ここで多くのデザインバリエーションの中から、将来の靴のためのさまざまな機能の好きな組み合わせをまとめておくことが理にかなっている。ギアチェンジの重要性は、図7,8,9のヒールポップ靴の選択に繋がる。ギアチェンジャーは、第三のつま先沈み防止構造8の必要性を排除する。さて、好みの蝶番34およびこの設計の他の蝶番は、図47の固定歯車つき蝶番920である。これらは頑丈で安価な上、製造が容易で、鋼製のシャフトと軸受は使用しない。第二の選択肢は、上部後方単一枢軸13、上部前方単一枢軸14、底部前方単一枢軸15、および底部後方単一枢軸16などの狭められた枢軸である。前方平行四辺形6のための同等の狭められた蝶番も使用することもできる。この解決策の難点は、蝶番曲げのための高い疲労作業サイクル能力を達成するために適切な材料を開発しなければならないことである。最後に、スチールシャフトおよび軸受を備えた従来の蝶番は、靴のバネが平行四辺形の上面と底面の間、すなわちフットプレート3および靴底プレートプレート5の間に作用しているとき、これらの平行四辺形蝶番の力が最小であるため可能性がある。あるいは、何も欠点がないかに思われる図47の固定歯車蝶番を使用することもできる。だから、基本的な平行四辺形の靴がある。好きなバネは、一定の力曲線を得るために補助バネと共に使用されたときに最適な低衝撃のバネである図32の改良された拡張結合バネである。この改良された拡張結合バネは、丸みを帯びた上面および底面を備えているので、靴底の圧縮中にフットプレート3が靴底プレート5に対して前方に並進すると、前方に傾くことができる。自動ギアチェンジャーは、つま先沈み防止機能に使用されている。
最適な靴底圧縮ではかろうじて十分な圧縮を得ることが必要であることを留意されたい。これは最適な適合性と最適なエネルギー還元のために必要である。ギアチェンジャーの選択は、図48の交差同期滑車作動装置ギアチェンジャー960であり、シンプルで実行可能であり、一ステップ内で完全な靴底圧縮を達成することができる。第二の選択肢は、図形37および38の精密な電気自動歯車チェンジャーであり得るが、これは設計をより複雑にする。これらのギアチェンジャーは、靴の外側および内側にバネを必要とする。これらの側面組み立ての幅を縮小するためには、バネは非常に強くなければならない。表1〜4の議論では、ここでのリングバネはガラス繊維を使用しても十分に強いが、スペクトルシールドを使用するとより強く、ケブラーを使用すると六倍強くなることを報告している。このような強いバネの発見と認識は新規である。これらのギアチェンジャーは電子式であるため、バッテリーまたは足衝撃チャージャーが必要である。図44は最適設計を示している：簡素一体型衝撃チャージャー869および改良一体型衝撃チャージャー844（発生する電力の桁違いの量を必要とする場合）。特に、好きなギアチェンジャーと衝撃チャージャーの幅と重量は足の両側に一緒にフィットするほど小さい。また、特に、これらの構成要素の全ては、単純で、安価、軽くて組み立てが容易である。従って、未来的な靴の全体的な設計は、市場において実行可能である。
【０１４０】
表1,2,3および4のバネ強度に関する先の考察を参照すると、非線形fea（有限要素解析）研究はバネ強度の以下の比較を示した。第一に、表4は、本発明の親USPTO実用特許出願第14 / 545,274号の特許にはなかったことに留意されたい。表1において、ガラス繊維（Eガラス）は、厚さ二インチのリングバネに対して92ポンドのバネ強度で最も強かった。これは表1の最初の部分に相当し、全体のバネの厚みdは二インチだが、バネアームの厚さがバネの厚さから減算されることを考慮すると三パーセントの小さな調整がある。この強度の値は、リングバネの場合は二倍になることに留意されたい。これは、渦巻状バネモデルが左右対称アーチ（リングバネ）構成の半分に相当するためである。表1を参照すると、他の三つの材料に対するバネの比は、炭素繊維が0.10、チタンが0.11、PEBAXX5533が0.06である。すなわち、ガラス繊維バネは10倍から16倍強い。本発明の提出の直前に、ケブラー29複合材料、スペクトラシールド、およびステンレススチール301（完全硬質、基礎B）の三つの材料について、別の非線形 fea 試験が行われ、非常に興味深い結果が得られた。表4を参照すると、ケブラー29のバネ強度は、ガラス繊維のバネ強度よりも6.2倍強い。スペクトルシールドの比較は、ガラス繊維の場合の1.45倍で、ステンレススチールの場合の比較は、ガラス繊維の0.03倍である。ケブラーは明らかな勝者であるので、本発明の最適なバネのための可能な複合材料には、ケブラー、スペクトルシールド、およびガラス繊維が含まれる。しかし、これらの研究は、本発明の最適バネのバネ強度における伸び限界の重要性を指摘している。その場合、使用可能な伸び限界値が高いスパイダーシルク材料と共に、炭素繊維やカーボンナノチューブ材料が報告されている。しかし、これらのエキゾチックな材料は、バルクで、かつ妥当なコストでまだ製造することができない。ケブラーとスペクトラシールドの比較では、主な違いはケブラーの係数が非常に小さいことである（17.4 msiと比較して10.2 mis）。従って、バネ材料の選択における別の要因は、伸張歪み値が同等であるので、弾性率がより低くなければならないことである。金属は明らかに適切ではなく、PEBAXX 5533などの注入形成可能な材料は金属と同じぐらい適切ではない。特に、これらの注入形成可能な材料は、従来技術の靴のバネのために選択される材料である。従って、ケブラー、スペクトラシールドおよびガラス繊維の選択は新規で特許可能である。この知識は、非線形有限要素解析の結果であり、従って明らかではない。また、従来技術では言及されていない。 弾性率、伸張強度、および伸張歪み（伸び限界）の適切な値を有する他の新規材料もまた適切であろう。高い値の伸び限界値を有する炭素繊維複合材料および炭素カーボンナノチューブ複合材料または絹複合材料のような候補材料も、本発明の最適なバネのために適切であり特許性がある。最後に、図33〜図36の併合アーム構造は、ここでの最適なバネの重要な候補である。
【０１４１】
要約すると、最適化された靴の発明は、本当に未来的な靴に必要な能力を備えている。これらの機能には、かかと持ち上げの向上によるかかと20パーセントのエネルギー還元が含まれる。これは、最大靴衝撃力を1パーセントのヒステリシスエネルギー損失で40パーセントも削減する最適なバネシステムである。改良されたかかと持ち上げのアイデアと過度のつま先沈み防止のための複数の設計がある。これらには蝶番との連結が必要である。従来のシャフトと回転軸受けを必要としない二つの基本的な種類の新規な蝶番がある。第一の種類は、より柔軟なマトリックス材料による複合脆性の問題に対処する新規な自然蝶番を強化したものである。第二の種類は、自然蝶番を使用しないが、靴に必要とされる小さな結合サイズであっても、依然として安価に製造することができる固定歯車付蝶番を特徴とする。特に、この固定歯車付蝶番は、図27の回転式アームのための最適なバネと共に使用することができ、折り畳まれた配列部が最適に単純でありながら頑丈な蝶番を提供して外部スペースに配備される。あらゆるステップで最適化された、そのギアチェンジ範囲内で正確な靴用の自動電子ギアチェンジャーがあり、エネルギー還元が常に最大になるようにしている。また、両側のギアチェンジを同期させ、完全に精密なギアチェンジャの精度に近づく自動同期滑車作動装置ギアチェンジャーがある。特に、この最後のギアチェンジャーは、製造が簡単で、安価で、実用的である。これらのギアチェンジ設計は、膝または肘関節付近で回転する結合部にも適用することができ、スマートエネルギー還元ニーブレースに繋がる。また、従来技術のものよりも軽く、安価で、簡単で、高速である新規な滑車作動装置がある。改良されたかかと持ち上げエネルギー還元靴および従来の靴（すなわちすべての靴）のための新規でより強力な靴衝撃チャージャーがある。これらはギアチェンジャーの電子作動装に電力を供給することができ、携帯電話やラップトップなどの他の携帯機器に充電することもできるここでのバネの技術革新からの副産物して、新しく改良されたバネと、柔軟で強固な構造要素がある。これらは、破損するまでにどれだけのエネルギーが吸収されるかという点では非常に頑丈なものであり、完全圧縮時で数倍の強度がある。最後に、これらの製品は非常に軽量であり、その設計は安価に製造できるように十分に単純である。また、軽量でシンプルな低衝撃バネは業界で幅広く適用でき、可撓性/剛性構造の副産物的な発想は、航空宇宙や防護服などの産業分野に適用される可能性を持っている。足首および膝関節用には、改良された回転式アーム最適バネがある。これらの新しい機能全ては、ロボット工学、人工装具、矯正器具、バネ、航空宇宙産業、自動車、胴体防護具、地震補修などの幅広い追加用途に役立つ。
【０１４２】
歩行と走行のための人の履物やロボット、人工装具、矯正器具用途のための性能と快適性を最適化する二つの方法がある。予過重の一定力曲線を有し、最適なバネを必要とする足の衝撃を最小限に抑える最適な力曲線方法がある。特定のユーザーの特定なタイプの走行または歩行のための最適な靴底全体のエネルギーを計算し、測定し、調整する。靴調整方法は、靴底によって吸収される最適エネルギーを決定するための理論と実験に基づいた科学的分析を提供する。本発明の最適化されたバネによる完全なたわみで吸収された靴の衝撃エネルギーが靴底の厚さに線形に比例するという事実に基づいて、靴の製造中に2D靴底バネを正確にスライスすることにより、 特定の個人の靴にこの正確に計算された衝撃エネルギーのための靴のバネを提供することを可能にする。最後に、ここで開示される本発明の様々な設計は、本特許に取り上げられた多くの技術分野の当業者には明らかな方法で多くの変形を包含するように組み合わせることができる。
表１．各種材料のバネ強度とたわみの比較
d =たわみ（インチ）； f =荷重力（ポンド）； t =厚さ（インチ）
バネの幅を一インチと仮定する。
渦巻状V型バネの第一部分
ガラス繊維          炭素繊維        PEBAX 5533        チタン
d      f      t | d     f     t  | d      f      t | d     f     t       
.5    23  .012 | .5    2.2  .004 | .5    1.44  .031| .5    2.5   .004   
1     46  .024 | 1    4.4   .008 | 1    2.88   .061| 1     5     .009   
2     92  .048 | 2    8.8   .015 | 2   5.73    .123| 2    9.9    .018  
5    230  .121 | 5    22    .038 | 5   14.3    .31 | 5    24.9   .044  
20   920  .484 | 20  87.8   .154 | 20   57.3  1.2  | 20   99.5   .177 
50  2300  1.21 | 50  220    .384 | 50   143   3.1  | 50   249    .443 
100 4600 2.42  |100  439    .769 | 100  287   6.1  | 100   497    .885              
第二部分: カーブ状バネ（カーブ状V型バネの下半分）
ガラス繊維    炭素繊維     PEBAX 5533     チタン
d   f    t   |d   f   t    |d    f    t  | d    f    t 
.5 46  .024  |.5 4.4  .008 |.5  2.88 .061| .5  5   .009 
1  92  .048  |1  8.8  .015 | 1  5.73 .123| 1  9.9  .018
2  184 .096  |2 17.6  .030 | 2 11.5  .24 | 2  19.8 .036 
5  460 .242  |5  44   .076 | 5 28.6  .61 | 5  49.7 .089 
10 920 .484  |10 87.8 .154 |10 57.3 1.2  | 10 99.5 .177 
20 1840 .968 |20 176  .308 | 20 115 2.4  | 20  199 .354  
50 4600 2.42 |50 439  .769 | 50 287 6.1  | 50  497   .885 
100 9200 4.84|100 878 1.538|100 574 12.2 |100  995  1.77    
表２．ヒールポップ靴のバネ強度のまとめと従来の靴の場合
足下の利用可能な強度（％）    ギアチェンジの利用可能な強度（％）
============================================
カーブ状バネ            280%                          240%
ヒールポップ靴
（入れ子式）            560%                          480%
-------------------------------------------------------------------------------
平行四辺形              220%                          180%
ヒールポップ靴  
（入れ子式）            440%                          360%
-------------------------------------------------------------------------------
従来の靴                300%                          240%
（入れ子式）            600%                          480%
=======================================
これは最大地上反力として150ポンドのランナーと3 gees（450ポンド）を想定している。 バネ材料はガラス繊維である。 靴底のたわみは公称2インチである。
表３．ヒールポップ靴のバネ強度の計算と従来の靴の場合
カーブ状バネヒールポップ靴のための
足下のバネは450ポンド支えなければならない
片側アーチ状バネ        1” > 180 lbs     7” >       F = 1260 lbs
% = 1260/450    = 280%
平方四辺形ヒールポップ靴用
渦巻状V型バネ           1” > 90 lbs            11” >      F = 990 lbs
% = 990/450 F = 220%
従来の靴のための
左右対称アーチ状バネ    1” >180 lbs            4” >       F = 720 lbs
（足上部セクション）
渦巻状V型バネ           1” > 90 lbs            7” >       F = 630 lbs
（つま先とかかとセクション）                            Sum = 1350 lbs
% = 1350/450       = 300%
ギアチェンジ付側部バネは３０ポンド支えなければならない
カーブ状バネヒールポップ靴
片側アーチ状バネ        1” > 180 lbs     4” >       F = 720 lbs
% = 720/300 = 240% 
平行四辺形ヒールポップ靴用
渦巻状V型バネ           1” > 90 lbs            6” >        F = 540 lbs
% = 540/300 = 180%
従来の来るのための
左右対称アーチ状バネ    1” >180 lbs            2” >             F =  360 lbs
（足上部セクション）
渦巻状V型バネ           1” > 90 lbs            4” >       F = 360 lbs
（つま先とかかとセクション）                              Sum = 720 lbs
% = 720/300 = 240%
=======================================
これは最大地上反力として150ポンドのランナーと3 gees （450ポンド）を想定している。 バネ材料はガラス繊維である。靴底のたわみは公称2インチである。
表4. 完全圧縮時の左右対称渦巻状バネの非線形有限要素解析に使用される材料機械的パラメータ {これは、バネアームをどれだけ厚くしてバネを完全に平坦にすることができるかを報告し、完全圧縮時のバネ強度を与える。
表1は、ガラス繊維、炭素繊維、PEBAXX 5533、およびチタンの結果を示す。
三つの材料のバネ強度比は同じ高さ（d）である。
弾性率      伸張  圧縮伸張    ポアソンバネ強度
強度    強度    引っ張り  比率    ガラス繊維との比率
msi         ksi      ksi       %    %
ガラス繊維  6.93     255      172   3.68  .29   1
複合材      
炭素繊維    21.6     350      167   1.36  .40   0.10
複合材
PEBAXX      0.024    6.38     6.38  500   .30   0.06
5533
チタン            16.0     160      160   5     .31   0.11
6-Al-4V                                   
ステンレス  27.0     186      186   8     .30   0.03
スティール301                       
ケルバー29  10.2     424      424   4.2   .36   6.35  
スペクトラ   17.4    372      372   3.5   .35   1.49
シールド S1000
表1を見ると、バネの強さFは、バネの高さdとバネのアームの厚さtとの関係で線形になる。
したがって、これらの値の1つのセットについてd、t、およびFを知っているなら、{d、t}の任意の値に対してこれらの強度値を計算できる。つまり、未知のt値と既知のt値 既知のFを倍にする - 未知のFを得る。
同様に、d（左右対称渦巻状バネの厚さ。）
d = 2rここで、rは円の4分の1の渦巻状バネの半径である。
ヒンジ付きリングは、2つの鏡映された鏡筒ばねに相当するので、そのばね強度は、ミラー鏡筒ばねの表1に示される2倍であることにも留意されたい。三つの新しい材料について、以下の値{d、t、F}を計算した。
ステンレススティール    { d = 2”   t = 0.01”        F = 3 lbs    }
ケブラー   29           { d = 2”   t = 0.078”       F =585 lbs }
スペクトラシールド      { d = 2”   t = .041”        F = 137 lbs  }
【図１】
2018515305.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年2月28日(2018.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間及びロボットの歩行及び走行用のエネルギー完全還元靴であって、人間への適用は人間による通常の使用、人工装具、ロボット、及び矯正器具を含み、立脚期は圧縮期と拡張期に分けられ、完全とは電池交換の必要なく全ての走行及び歩行速度での自動的な使用に実用できるように対応製品が全ての設計要件を満たすことをいい、靴を装着し使用する対象をユーザーといい、前記拡張期はかかと上昇期とつま先離地期を含み、前記エネルギー完全還元靴はヒールポップ靴（かかと持ち上げを改良した靴ともいう）を有し、ヒールポップ靴は、
圧縮性靴底と、
前記圧縮性靴底の底圧縮に抵抗し圧縮の衝撃エネルギーを蓄積するバネシステムとを備え、前記圧縮性靴底は、
前記圧縮性靴底上側のp-トップともいうフットプレートと、前記フットプレートは足前部セクションとかかとセクションを有し、
前記フットプレートにつま先蝶番で蝶番結合されたつま先プレートと、
前記圧縮性靴底下側のp-底部ともいう靴底プレートとを備え、前記圧縮性靴底の各部とp-構造と称される汎用前傾平行四辺形状構造との対応の解明が重要であり、前記p-構造は、
前記p-トップと、
前記p-底部と、
汎用前側であるp-前部と、
汎用後側であるp-後部と、
蝶番であるp-枢軸との4つのp-要素を備え、前記p-要素はp-枢軸を介して枢動可能に（蝶番的に）相互連結され、前記圧縮性靴底はまたつま先平行四辺形を有し、前記つま先平行四辺形は、
前記p-枢軸により相互連結されたつま先p-前部と、
つま先p-後部と、
つま先p-トップと、
つま先p-底部とを更に備え、平行四辺形状構造とは平行四辺形の辺がリンクまたは湾曲状バネでよいことをいい、前記圧縮性靴底は、前記ユーザーの足の中部と後部の下にある前記p-構造と前記ユーザーの足のつま先の下にある前記つま先平行四辺形である2つの平行四辺形状構造を有し、前記つま先p-トップは1つで前記つま先プレートと同一であり、前記つま先p-後部は1つで前記p-前部と同一であり、この前述の前記つま先平行四辺形と前記p-構造の後部及びつま先部の兼用によりかかと持ち上げを改良した構造ともいうヒールポップ構造が形成され、前記ヒールポップ構造は次にように機能し、（前記かかと上昇期初期に）前記バネシステムが前記p-構造をp-拡張する一方、前記ユーザーの体重によりつま先プレートが押下されて前記p-前部が押下され、このp-拡張により前記圧縮期に前記ユーザーのかかとが前記かかとセクションの圧縮距離よりもはるかに大きい拡張距離（ここでは前記拡張距離を拡張かかと持ち上げともいう）分上方に持ち上げられ、前記かかと持ち上げにより前記ヒールポップ構造の目的が達成され、前記ヒールポップ構造は走行及び歩行の腓筋の動きと平行して作動して、前記ヒールポップ構造を有さない単純バネのみの従来の靴よりもはるかに大きなエネルギーを還元し、前記エネルギー還元の重要性は走行の代謝エネルギーコストが大幅に低減されることであり、前記バネシステムは、前記エネルギー完全還元靴を全ての走行及び歩行速度での自動的な使用に実用するために不可欠な前記バネシステムの強度が自動的に調整されないため、対向する前記p-枢軸間で直接及び対角線上に作動しないことを特徴とするエネルギー完全還元靴。
【請求項２】
前記圧縮性靴底は、前記つま先離地期に前記つま先プレートの前部の沈みを防止するつま先が沈まないための構造を有し、前記つま先が沈まない機能により、前記圧縮期に前記圧縮性靴底が部分的にのみ圧縮する場合、前記つま先離地期につま先の沈みを防ぎ、前記つま先の沈みとは、砂中の歩行や走行のごとく歩幅が非常に縮小されるためユーザーにとって不快となる、前記つま先離地期の前記つま先プレート前端の著しい沈みをいうことを特徴とする、請求項1に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項３】
つま先が沈まない機能は、前記バネシステムの有効バネ強度が連続的に変化して前記圧縮性靴底が最低に達せずにかろうじて十分に圧縮することを確実にするための自動ギアチェンジャーを含み、最低に達するとは前記有効バネ強度が特定のステップの走行または歩行のための十分な衝撃エネルギーを吸収するには弱く、衝撃エネルギーが十分に取り込まれ蓄積されないことをいい、前記圧縮性靴底が十分に圧縮すれば底圧縮が十分であるため前記つま先の沈みの可能性がなく、底圧縮の減少に伴い前記持ち上げ改良は累進的かつ飛躍的に減少して前記エネルギー返還も減少し、前記衝撃エネルギーは走行速度とともに連続的に変化でき、十分な底圧縮を確実にするために前記有効バネ強度が連続的に変化しなければならないことを特徴とする、請求項1に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項４】
前記p-構造の側面、トップ、及び底部要素と前記つま先平行四辺形の全てが、前記p-トップ、前記p-底部、前記p-前部、及び前記p-後部を含むリンクを有することを特徴とする、請求項1に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項５】
前記バネシステムは1つ以上の拡張結合蝶番リングバネを有し、前記拡張結合蝶番リングバネはそれぞれが、
バネ荷重手段と、
必ずしも半円ではないが、前記バネシステムの力曲線を最適化する様々な方法で湾曲してもよい形状を有する二つの半シェル（半リングセクションともいう）と、前記半シェルの形状は基本的に肉厚により特徴付けられる半チューブの形状であり、
二つの左右対称の前記半シェルを連結する前記半シェルのいずれかの側面上のシェル蝶番（リング蝶番ともいう）と、
左右対称内部結合とを備える蝶番リングバネを有し、それぞれの前記左右対称内部連結は、
二つ以上の水平リンクと、
二つ以上の対角リンクとを備え、前記水平リンクと前記対角リンクの角度と長さは、前記バネ荷重手段による十分な前記定荷重バネシステム圧縮を確実するため、十分な前記定荷重バネシステム圧縮時の前記拡張結合蝶番リングバネの幅に対する総合長が、前記左右対称半シェルそれぞれの扁平長とほぼ等しくなるように選ばれ、前記定荷重バネシステム圧縮中に前記対角リンクが回転してより水平になり、前記水平リンクの2つの対向リンク（作用リンクという）が前記リンク蝶番に作用するに従い、前記左右対称半シェルは真っすぐになり（扁平化）、この作用により前記左右対称半シェルが真っすぐになり、前記拡張結合蝶番リングバネが圧縮して完全扁平状態になり、圧縮中に前記半シェルが扁平化するにつれて、前記シェル蝶番は相互に圧縮かつ扁平化し、相互に対して旋回するように前記左右対称半シェルの端部を相互結合し、前記対角リンクと前記水平リンクの形状は基本的に、前記半シェルの幅に対応するよう定めれらた幅の棒状であることを特徴とする、請求項1に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項６】
前記バネ荷重手段は、前記左右対称内部結合を介して前記拡張結合蝶番リングバネに負荷を与える荷重構造を有し、
前記荷重構造は、
上部荷重面と、
底部荷重面と、
前記上部荷重面と前記底部荷重面に固着された差込中央リンク荷重要素とを備え、前記差込中央リンク荷重要素は、前記蝶番リングバネの上部と底部に接触せずに負荷力が前記左右対称内部結合（よって前記リング蝶番）へ伝わるように、前記蝶番リングバネの上部と底部に対して差し込まれ、この配置により、前記左右対称内部結合の全てのリンクが揃うため、前記拡張結合蝶番リングバネの力曲線がまず立ち上がり、折れ曲がり、零まで下がることが確実となり、この力曲線の形状は、前記上部荷重面と前記底部荷重面が前記蝶番リングバネの上部または底部に直接作用しないことによることを特徴とする、請求項5に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項７】
前記半シェルは複数の複合層を有することを特徴とする、請求項5に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項８】
前記リング蝶番は、前記半シェル間の蝶番の隙間に渡って延びる1つ以上の蝶番層を更に含む改良された自然蝶番セクションを有し、前記蝶番の隙間は、前記蝶番層が前記作用リンクに巻き付くことができるように十分に大きくなければならず、前記蝶番層は、疲労なく多数の負荷サイクルに耐える十分な柔軟性があり、極僅かに伸び、高い引張強度を有さなければならないことを特徴とする、請求項5に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項９】
前記バネシステムは、線状力曲線を有し、前記圧縮性靴底の圧縮の後期に前記バネシステム力曲線がより一定であるように、前記圧縮性靴底の圧縮の後期に前記バネシステムのバネシステム力曲線が低下し始めると前記圧縮性靴底の圧縮に抵抗し始める大きさに形成かつ配置された1つ以上の補助バネを有し、合力曲線を改良一定力曲線ということを特徴とする、請求項5に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項１０】
前記バネシステムは1つ以上の予荷重のバネを有し、前記予荷重のバネの力曲線は、前記圧縮性靴底の圧縮の開始時に零よりも大きい値から開始し、前記改良一定力曲線は、前記圧縮性靴底の圧縮の前記に更に改良がみられることを特徴とする、請求項1に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項１１】
前記リンク蝶番と前記バネ端蝶番はネックダウン式自然蝶番を有し、ネックダウン式自然蝶番の使用により、コストがより高く、回転軸受けが必要で、より重く、小型装置には次第に非実用的な従来の軸ヒンジをなくすことを特徴とする、請求項5に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項１２】
前記リンク蝶番と前記バネ端蝶番はひも付き歯車蝶番を有し、前記ひも付き歯車蝶番は小型範囲に最も好ましく、前記ひも付き歯車蝶番は、
丸端に歯車を有する二つの歯車末尾結合と、
前記円筒形丸端の中心に固着されたケーブルシャフトと、
二つの前記歯車末尾結合の前記シャフトに張って結合するスリットケーブルとを備え、前記歯車末尾結合が回転すると前記スリットケーブルが自由に動くように前記スリットケーブルが前記丸端の中実部分に差し込まれるよう、前記丸端にはループスリットが切り込まれ、前記ひも付き歯車蝶番は容易に機械加工で小型化でき、高圧縮力に耐える安価で硬い軽量プラスチックで形成できることを特徴とする、請求項5に記載のエネルギー完全還元靴。 
【請求項１３】
前記バネシステムの弾性要素（前記半シェルなど）は、伸び限界が大きく、靭性（蓄積バネエネルギー）が損なわれるほど引張強度よりも係数が高くなく引張強度が比較的高い材料特性を有する繊維複合材料で形成され、前記定荷重バネシステム圧縮中に曲げ伸ばされるため、前記バネシステムの強度は弾性要素の材料特性の機能であり、非線形有限要素解析によると、バネ強度が最も高いためケブラー複合材が最も好ましい材料であり、次いでケブラーの23%の強度であるスペクトラシールド、ケブラーの16%の強度であるE-ファイバーグラスであり、PEBAXX 5533などの材料はケブラーの1%の強度であり、先行技術の靴ではPEBAXX 5533などの成形可能材料が使用されているが決して最適ではなく、上記繊維複合材は、熱可塑性ポリウレタン（例えば、ペレセン2363またはPEBAX 5533）などの射出成形材料の機械的ヒステリシス損失が約20〜50%であるのに比べて約1〜2%と非常に低いことからも好ましく、ケブランと同様の柔軟性と曲げ強度の臨界パラメーターを有する他の材料も使用でき、他の適切な材料には、安価に量産できれば、べクトラン、高い引張強度と高い伸び限界を有しクモの糸から得られる新炭素繊維複合材と炭素ナノチューブ複合材が含まれることを特徴とする、請求項 5に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項１４】
前記自動ギアチェンジャーはギアチェンジバネシステムを有し、前記ギアチェンジバネシステムは、
前記圧縮性靴底の圧縮中に外れ圧縮しないように前記フットプレートの直下に配置されない一つ以上の側面バネを有する側面バネセクションと、
前記圧縮性靴底の圧縮中に必ず常に圧縮する一つ以上の足の下のバネを有する前記圧縮靴底の足の下のバネセクションと、
前記側面バネ着脱のための側面バネ着脱機構とを備え、前記ユーザーは人間またはロボットでよく、人間への適用は通常の歩行と走行、矯正器具、及び人工装具であり、前記側面バネの力はユーザーの足の両側で釣り合わなければならず、このための一方法は前記側面バネをユーザーの足の両側で使用することであり、ギアの変更式は前記バネシステムの有効強度の変更と等しく、前記側面バネ着脱機構は、
一つまたは二つの側面ギア設定機構と、
二つの側面可変性バネシステムと、
シンクロナイザー機構とを備え、前記側面可変性バネシステムは、前記ユーザーの足全体にバネの力の均衡がとれるように前記ユーザーの足の両側に配置されなければならず、前記側面ギア設定機構は両側に配置できるが、軽量化、装置内側の側面突出の減少、及び装置のコスト削減のため選択的に外側にのみ配置され、前記シンクロナイザー機構は前記ユーザーの足の内側の前記側面可変性バネシステムの設定を前記ユーザーの足外側の前記側面ギア設定機構に従属させる必要があることを特徴とする、請求項3に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項１５】
前記自動ギアチェンジャーは交差同期滑車作動ギアチェンジャーを有し、前記交差同期滑車作動ギアチェンジャーは、
前記フットプレートに剛結された横向きガイドと、
前記フットプレートに剛結された前向きガイドと、
はしご蝶番で後部はしご結合に蝶番結合された前部はしご結合を含むはしご結合と、前記はしご連結は両側にあり、互いに左右対称であり、前記前部及び後部はしご連結の前記はしご蝶番から離れた端部は、前記前向きガイドにより前後方向に動きを規制された蝶番を有し、前記はしご蝶番は前記横向きガイドにより横方向に動きを規制され、
前記はしご連結が収縮した時、前記前部及び後部はしご連結がともに外側に動いて前記バネスライス上部により徐々に噛み合い、前記バネシステムの有効バネ強度を変更してギアを変更するように、適切な高さで前記前向きガイドの外側に配置された1つ以上のバネスライスと、
かかとの外側に配置され、前記フットプレートの固着された同期モーターと、
前記同期モーターのモーターシャフトと、
前記モーターシャフトに固着された同期滑車と、
同期滑車ラインと、
前記同期滑車ラインを前記ユーザーの足の外側にある前記後部はしご結合の底部蝶番に固結する外部ライン留め具と、前記同期滑車ラインが前記フットプレートの真下を交差できるように、前記同期滑車の底部（そしてこれにより前記同期モーターの高さ位置が決定する）は前記フットプレートの真下にあり、
前記同期滑車ラインを前記ユーザの足の内側にある前記後部はしご結合の底部蝶番に固結する内部ライン留め具と、
前記足の内側と外側の前記後部はしご結合の後端部の動きが従属（同期）するように、前記同期滑車ラインが前記外部ライン留め具を経て前向きに通り（前記フットプレートの下をいくらか交差した後）前記内部ライン留め具を経て前向きに通る交差靴のライン構成と、前記足の両側のギアチェンジが同期するように両側の前記後部はしご結合の後端部の動きにより前記バネスライスの係合数が決まり、内側と外側のギアチェンジの同期を確実にするために前記交差靴のライン構成には多数の方向変換滑車が含まれ、
前記フットプレートの留め具位置センサーと、
前記靴底プレート底部の衝撃力センサーと、
前記同期モーター近くのマイクロプロセッサーと、
上記電気装置を制御する電気回路と、
電源とを備え、全てのこれらの電気装置が電気接続され、前記衝撃力センサーは1ステップの最大衝撃力を測定し、これを前記マイクロプロセッサーに送ると、次のステップでかろうじて十分な底圧縮を得るように、前記マイクロプロセッサーは参照テーブルを用いて前記バネスライスの適切数を決定し、直ぐ次のステップに最適なかろうじて十分な底圧縮を得るために前記バネスライスの適切数に係合するように前記はしご蝶番が横向きに動くよう、前記マイクロプロセッサーは前記同期モーターに対し前記内部及び外部ライン留め具が適切な距離を動くように信号を出し、このギアチェンジは連続的に自動であり、前記バネスライスの数がギアの数、すなわち前記ギアチェンジの精度を決定し、前記電源は電池であることを特徴とする、請求項14に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項１６】
前記ユーザーはロボット足を有するロボットであり、前記側面バネは前記ロボット足の中心部に位置する中心にあるセクションを有し、これは人間の足とは異なり、前記ロボット足が十分かつ連続的に覆われない部分に前記ロボット足が分割されるためであり、前記中心にあるセクションが圧縮されずに前記ロボット足の前記圧縮性靴底が圧縮されることを特徴とする、請求項14に記載のエネルギー完全還元靴。
【請求項１７】
請求項 15に記載の最適エネルギー還元靴に関し、前記電源は、簡素衝撃チャージャーを備え、それは、
前記フットプレートと、
前記靴底プレートと、
簡素ポストと、
前記靴底プレートに剛結されたサポートポストと、
簡素ポストに剛結された発生機滑車サポートと、
簡素ポストに取り付けられた簡素巻上げバネとを含み、
発生機組み立ては、
一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てと、
二つのラインのための第一滑車と第二滑車を有する発生機二重滑車と、
小型化発電機と、
発生機シャフトと、
発生機シャフトに固定されたはずみ車と、
蓄電池と、
前記フラグトが取り寄せ、前記靴底プレートが下方に圧縮されたときに、第一滑車方向に旋回させるように前記発生機二重滑車の前記第一滑車に取り付けられ、靴底に取り付けられた靴底プレート側発生機滑車ラインと、
前記一方が前記簡素巻き上げバネに、他方が前記発生機二重滑車の前記第二滑車に取り付けられたバネ側発生機滑車ラインとを含み、前記フットプレートが前記フットプレート側発生機滑車ラインを引っ張り、前記発生機二重滑車を前記第一滑車方向に旋回させるとき、前記バネ側発生機滑車ラインは、前記簡素巻き上げバネを伸長させ、その結果、前記単一巻き上げバネは緊縮して、前記フットプレートが上方に移動する靴底膨張期に、前記第二滑車方向に前記発生機二重滑車を回転させ、これらの二つの対向する引っ張りは、これらの二つの滑車ラインの緩みを防止し、この反対の引っ張りは対向二重滑車緩み防止手段と呼ばれ、基本的な考え方は、足衝撃の使用を最適化して小型化発電機を回転させて前記蓄電池を充電することであり、前記蓄電池の代わりに蓄電器を使用することができ、前記小型化発電機は、前記発生機滑車サポート内に固定的に収容され、前記発電機シャフトは、前記発生機二重滑車、前記はずみ車、および一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを回転可能にサポートし、前記発生機二重滑は、前記一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを介して前記発電機シャフトに取り付けられているので、靴底の圧縮中に前記フットプレートが前記フットプレート側発生機滑車ラインを引き下げているときに、前記発電機シャフトを前記第一滑車方向にのみ回転させ、前記発生機二重滑車が前記第二滑車の方向に回転されると、前記一方クラッチ・巻き戻しバネ組み立てを介して前記発電機軸から係合解解除され、靴底の膨張時および靴が遊脚期で空中にあるときに、前記はずみ車が継続的に発電機シャフトを自由に回転させるため、電力を発生し続け、各ステップでこの回転が増強され、追加の機械的な利点なしに前記簡素一体型衝撃チャージャーを使用することができるように前記フットプレートの十分な靴底の移動があり、前記簡素一体型衝撃チャージャーを、 靴底構造と一体化できる。
【請求項１８】
請求項 15に記載の完全最適靴に関し、前記電源は、改良一体型衝撃チャージャーを含み、それは
それぞれがさらに第一滑車および第二滑車を含む、相互結合され、同じシャフトを共用し、共に回転する一つか複数の二重滑車を含み、前記改良一体型衝撃チャージャーは、
前記フットプレートと、
前記靴底プレートと、
靴底プレートに剛結された前記サポートポストと、
前記発生機滑車サポートに取り付けられた前記発生機組み立てとを含み、
追加の機械的利点構造は、
前記サポートポストに剛結された発生機滑車サポートと、
レバーシャフトを介してわずかにかかとの外側に位置する前記フットプレートの上に蝶番結合された巻き上げレバーと、
前記巻き上げレバーの頂部の巻き上げられた延長部分である渦巻状レバー延長部と、
前記巻上げレバーの下端部に設けられ、前期下端部を表面に沿っての転動を可能にしＭ前期レバーシャフトの周りを回転している間に衝突するレバーローラーと、
チャージャーギア二重滑車と、
前記チャージャー二重滑車に固着され、同じシャフトを共有する内部ギア二重滑車と、
靴底プレートに剛結された巻き上げサポートと、
巻き上げサポートに取り付けられた巻き上げ滑車と、
巻き上げサポートに取り付けられた逆巻き上げ滑車と、
ギア巻上げラインと、
ギア逆巻上げラインと、
発生機巻上げラインと、
発生機逆巻上げラインを含み、
前記ギア巻上げラインは緊張を継続させる手段を持ち、前記ギヤ逆巻き上げライン、前記発生機巻き上げラインおよび前記発生機逆巻き上げラインを含み、前記チャージャー二重滑車は、前記内部ギア二重滑車に一緒に回転するように固着され、前記共用シャフトは、前記靴底プレートに固着された巻き上げサポートに取り付けられ、前記フットプレートの下方運動により、前記巻き上げレバーの下端部が前記レバーローラーを介して前記靴底プレートに衝突し、前記巻き上げレバーが最終的にほぼ水平になるまで反時計回りに回転し、前記ギア巻き上げラインは前記巻き上げレバーの頂部によって引っ張られて前記内部ギア二重滑車を回転させ、前記ギア巻き上げラインは前記巻き上げレバーの直線部分の頂部に取り付けられているので、前記内部ギア二重滑車は （その第一滑車を介して）反時計回りに回転させる。前記巻き上げ滑車を介して、前記巻き上げレバーによって引っ張る方向を最適化し、前記ギア逆巻き上げラインは、前記渦巻状レバー延長部の頂部に連結され、前記ギア巻上げラインによって逆方向に前記逆巻き上げ滑車の回りを通過して前記内部ギア二重滑車の前記第二滑車の周りを巻き上げ、前記逆巻き上げ滑車の位置は、前記渦巻状レバー延長部の頂部によって引っ張り方向を最適化するように選択され、前記靴底の膨張期間中に前記ギア二重滑車を時計回りに回転させながら、 前記ギア逆巻き上げラインおよび前記ギア逆巻上げラインを反対側が引っ張り、これらの滑車ラインの緩みを防止するための最初の手段として、二つの方向に調整して内部ギア二重滑車を回転し、前記ギア巻き上げラインの各々を緊張させる前記手段は、この緩みを完全に防止するのに必要な追加で要求される措置を提供し、これらの要素の寸法は、各ラインの引っ張りの長さがほぼ同じになるように調整され、前記発生機巻上げラインと前記発生機逆巻き上げラインは、前記発電機組み立ての前記発生機二重滑車を回転させるための反対の張力を提供するように、前記発生機ギア二重滑車の前記第一滑車と第二滑車に取り付けられ、占有し、前記二つの方向への回転を達成するためのこれらの反対方向の引っ張りは、前記発生機巻き上げラインおよび前記発生機逆巻き上げラインによって達成され、前記発電機組み立ての要素は、前記と同様に機能し、前記チャージャーギア二重滑車および内部ギア二重滑車を含む前記追加の機械的利点構造によってもたらされる前記付加的機械的利点のために、前記発電機シャフトは、桁違いに多く各ステップ毎に回転し、前記改良された一体型衝撃チャージャーは、十分な電力を提供し、これらの種々の二重滑車による対向する引張りは、対向する二重滑車の弛緩防止手段の例である。
【請求項１９】
請求項 5に記載の完全最適化靴に関し、前記ハーフシェルは、マルチアームハーフシェルを含み、それは前記アーチ状アームからそれぞれ分離して外側に膨らんだ二つ以上の隣接するアーチ状アームを含み、前記隣接するアーチ状アームは、前記蝶番リングバネの完全圧縮の過程で互いに徐々に併合し、前記隣接するアーチ状アームの間の空間は、圧縮期間中の内部アーム併合中にサイズが減少するアーム間空隙と呼ばれ、圧縮中に前記隣接するアーチ状アームの曲げが著しく増強されているためおよび曲げ要素の実効強度がその厚さの3乗であり、n個の厚さ分併合したアーチ状アームの数は、隣接する各アーチ状アームの厚さのn倍であるため、強度および靱性（衝撃エネルギーがどれだけ吸収されるかを示す）著しく増強される。
【請求項２０】
請求項 19の完全最適化靴に関し、前記マルチアームハーフシェルは、波状に反復される二つ以上の隣接する継続併合ラミネートを有する上敷き継続併合ラミネートビームを含み、それらが二つである場合、例えば、上側のものの最も高い点が下側のものの最も低い点に面するように、それらは互いにずらして配置され、あたかも180度位相がずれているかのように、上側の最も低い点は、下側の一番高い点よりも上にあり、各隣接する継続併合ラミネートは、それが荷重されるにつれて平らになり、併合され、さまざまな構成および種類の併合荷重が可能であり、前記複数の隣接する継続併合ラミネートビームが、荷重の際に曲がるように湾曲してもよく、荷重下でほぼ平坦化および圧縮されるように平坦であっても、またはわずかに湾曲していてもよく、荷重下でわずかに湾曲するように、防護服の場合のようなスペースを囲い込むことがあり、重なり合った構造のため弱い継ぎ目が存在せず、任意の数の隣接する継続併合ラミネートを同様の方法で組み合わせることができ、圧縮中に前記隣接するアーチ状アームの屈曲が著しく増強されているので、強度および靭性（衝撃エネルギーがどれだけ吸収されるかを示す）が実質的に向上する。
【請求項２１】
請求項 1に記載の完全最適化靴に関し、前記完全エネルギー還元靴は、人間の靴、人工装具、矯正器具、およびロボット工学のバネシステムのための最適な力曲線方式を有し、前記最適な力曲線方式はさらに、
靴に衝撃があるときに吸収される総衝撃エネルギーが、ユーザーの靴底エネルギーとユーザーの脚エネルギーとの和であり、靴底がより厚い場合、または靴底が最適なエネルギー還元のために設計されている場合に、より多くの相対的衝撃エネルギーをユーザーの靴底に格納することができ、前記ユーザーの靴底のエネルギーは、前記バネシステムによって吸収される完全な圧縮可能な靴底の圧縮のために定義され、最適なユーザーの靴底エネルギーを決定するための靴底エネルギー決定手段と、
前記ユーザーの靴底エネルギーを調整するための靴底のエネルギー精密調整手段を含み、前記ユーザーの靴底エネルギーの相対値が前記吸収された所与の前記総衝撃エネルギーに対する前記ユーザーの脚エネルギーに対して増加するように、走行のための代謝エネルギーに対応する減少がみられ、全バネ圧縮時に吸収され得る単位面積当たりの最大靴エネルギーは、前記圧縮可能靴底の完全圧縮時のたわみ値に線形に比例する。この場合、靴底の厚さを最大化または最適化しなければならず、ユーザーが快適かつ自然に歩き回ることができるように、この最大または最適の厚さが何であるかを科学的研究によって決定しなければならない。
【国際調査報告】
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