技术领域
[0001] 本
发明提供了一种利用形状记忆
聚合物(SMPs)既有的形状固定和形状恢复特性在
鞋类中执行自动系鞋带功能的鞋闭合装置。
背景技术
[0002] 系鞋带可能不方便。传统的系鞋带的方法大多是手动的。但是，这对于不能弯腰与跪下系鞋带的人不方便，走路时鞋带经常松脱，需要重新系鞋带。此外，系鞋带需要额外的时间，或者鞋带松了可能会发生意外。因此，寻找一种值得做的自动系鞋带的方法。
[0003] 在过去的十年中，人们提出了各种方法来收紧鞋类制品。
[0004] US20080086911A1公开了一种重量驱动系鞋带，其中使用者在鞋内滑动脚时，将压下可移动内底。这将驱动一个侧面机制，该机制由一个
绞盘和一个缆绳系统组成，该缆绳系统用于将
鞋舌朝向用户的脚闭合，从而系住鞋。
[0005] US5117567A公开了一种具有中央闭合装置的鞋，特别是运动鞋、休闲鞋或康复鞋，其由柔软的
鞋面材料制成的鞋面，并具有
覆盖脚背的脚背护板。脚背护板的设计使其能够固定在鞋面上部两侧的鞋侧部分，在某种程度上，从而能够以简单的方式将脚背护板和鞋面上部的侧部分紧固在整个闭合区域上，并尽可能均匀地施加闭合
力或拧紧力，确保沿制整个鞋喉部区域的压力分布尽可能均匀。
[0006] US9204690B1公开了一种自动系鞋带和解开鞋带的装置。该装置包括用于
定位鞋舌的
齿轮箱，齿轮箱具有
滑轮，滑轮周围可以缠绕鞋带。齿轮箱中包括一个
电动机，用于有选择地转动滑轮来卷起和松开鞋带。通过鞋舌可接近的控制装置用于启动电动机。鞋带包括通过鞋带孔和滑轮缠绕。
[0007] WO2016191123A1教导鞋类物品可以包括改进与该物品相关的各种系统的操作和使用规定。自动拉伸系统可以通过电动机的操作来拧紧和松开鞋类物品。自动拉伸系统还可以存储和记忆预设的拉伸度。
[0008] 然而，这些传统的鞋闭合装置的主要缺点包含鞋尺寸大、电动机声音大、维护性差等，针对现有自动鞋闭合装置的缺点，有必要寻找更轻，更便宜，更容易处理的一种材料、装置或其组合。本发明的目的是提供一种具有成本效益和环境友好的鞋类系统，利用形状记忆聚合物固有的形状固定和形状恢复特性在鞋类中执行自动系鞋带功能。
发明内容
[0009] 根据本发明，提供一种鞋闭合装置，其包括：一壳体，其包括一顶盖部分和一底盖部分；一种形状记忆鞋
紧固件，一第一电力加热器，其位于形状记忆鞋紧固件上方；一第二电力加热器，其位于形状记忆鞋紧固件下方；一可充电
电池，其位于所述壳体内并与每一个所述第一和所述第二电力加热器电连通；一
控制器，其位于所述壳体内并与所述可充电电池电连通，所述控制器包括
微处理器、电池充电控制
电路和无线充电接收器，所述控制器被配置成加热所述形状记忆鞋紧固件，使每个所述形状记忆鞋紧固件回到所述形状恢复构型以闭合鞋；一
致动器，其与所述控制器连通，用于驱动所述控制器加热所述形状记忆鞋紧固件。
[0010] 形状记忆鞋紧固件包括多个形状记忆聚合物条带、至少一部分的每个形状记忆聚合物条带位于所述壳体内和至少一部分的每个形状记忆聚合物条带从所述壳体延伸。所述延伸部分被配置成与一个或多个一鞋带、一鞋舌或一鞋身接合。每个所述形状记忆聚合物条带具有一拉长构型，其对应于松开的、打开的鞋状态，以及一形状恢复构型，其对应于拧紧的、关闭的鞋状态。
[0011] 在本发明第一方面的第一
实施例中，提供了一种鞋闭合装置，其中所述形状记忆鞋紧固件包括多个通孔，所述通孔被配置成接收一鞋带。
[0012] 在本发明第一方面的第二实施例中，提供了一种鞋闭合装置，其中所述壳体进一步包括一个或多个冷却孔。
[0013] 在本发明的第一方面的第三实施例中，提供了一种鞋子闭合装置，其中每个所述第一和第二电力加热器是
电阻加热元件。
[0014] 在本发明第一方面的第四实施例中，提供一种鞋闭合装置，其中所述形状记忆聚合物条带选自一个或多个形状记忆聚
氨酯，聚酯，聚乙烯醇,聚降
冰片烯,聚对苯二
甲酸乙二醇酯(PET)和聚环
氧乙烷(PEO)嵌段共聚物,含聚苯乙烯和聚丁二烯的嵌段共聚物。
[0015] 在本发明第一方面的第五实施例中，提供了一种鞋闭合装置，进一步包含一个或多个对准元件位于无线充电接收器附近。
[0016] 在本发明第一方面的第六实施例中，提供了一种鞋闭合装置，其中所述形状记忆聚合物条带具有熔点或
玻璃化转变
温度在约20℃到约80℃之间的范围。
[0017] 在本发明第一方面的第七实施例中，提供了一种鞋闭合装置，进一步包含一热
传感器与所述控制器接通，其用于向所述控制器提供温度反馈。
[0018] 在本发明第一方面的第八实施例中，提供了一种鞋闭合装置，其中所述控制器进一步包括一
电压步进集成电路。
[0019] 在本发明第一方面的第九实施例中，提供了一种鞋闭合装置，进一步包含一分隔板位于所述第一电力加热器和所述控制器之间。
附图说明
[0020] 下面参照附图更详细地描述本发明的实施例，其中：
[0021] 图1描绘了配备有鞋闭合装置的鞋的透视图。
[0022] 图2描绘了鞋闭合装置的俯视图。
[0023] 图3描绘了鞋闭合装置的底视图。
[0024] 图4描绘了鞋闭合装置的内部分解等轴测视图。
[0025] 图5描绘了控制器的电路的示意图。
[0026] 图6描绘了鞋闭合装置的顶盖部分的分解等距上部结构视图。
[0027] 图7描绘了加热器和形状记忆聚合物条带的侧视图。
[0028] 图8描绘了加热器和形状记忆聚合物条带的俯视图。
[0029] 图9描绘了配备有鞋闭合装置的鞋的变体实施例的透视图。
[0030] 图10描绘了鞋闭合装置的变型实施例的俯视图。
[0031] 图11描绘了鞋闭合装置的变型实施例的内部分解等轴测视图。
[0032] 图12描绘了控制器的电路的示意图。
[0033] 图13描绘了鞋闭合装置的底盖部分的俯视图。
[0034] 图14描绘了加热器和形状记忆聚合物条带的变体实施例的俯视图。
[0035] 图15描绘了加热器和形状记忆聚合物条带的变体实施例的侧视图。
[0036] 图16描绘了循环拉伸过程中的
应力-应变行为。
[0037] 图17描绘了配备有鞋闭合装置的鞋的变体实施例。定义
[0038]
说明书中对“一个实施例”等的引用表明，所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特征，但每个实施例不一定包括特定特征、结构或特征。此外，这些短语不一定指同一实施例。此外，当与一个实施例相关地描述一个特定特征、结构或特征时，无论是否明确描述，应顺从在本领域技术人员的知识范围内影响与其他实施例相关的该特征、结构或特征。
[0039] 术语“一”或“一个”是用来包含一个或更多而术语“或”用于指非排他性“或”除非另有说明。此外，应理解，本文中使用的措辞或术语(未另行定义)仅用于描述，而不用于限制。此外，本文件中提及的所有出版物、
专利和专利文件均以引用方式并入本文中，如同单独以引用方式并入。如果本文件与通过引用合并的文件之间的用法不一致，则合并引用中的用法应视为对本文件的补充；对于不可调和的不一致，则本文件中的用法控制。
[0040] 本文使用的术语“形状记忆聚合物”或“形状记忆聚合物组分”(或者有时它们可互换使用)是指一类独特的聚合物或材料，其具有固定临时形状的能力，然后因外部刺激(例如，热、
辐射、
溶剂、
电流、光、
磁场或酸
碱度的变化)而回复到先前状态。用于本发明的形状记忆聚合物的实例包括但不限于聚酯型或者聚醚型的形状记忆聚氨酯，其中基于聚酯的形状记忆聚合物包括但不限于基于聚己内酯的形状记忆聚合物。
[0041] 这里使用的术语“鞋”指的是脚部覆盖物。本发明中使用的鞋的实例包括但不限于鞋、运动鞋、运动鞋、网球鞋或拖鞋。可由形状记忆聚合物打开和关闭的任何脚部覆盖物被认为在本规范和
权利要求中使用的术语“鞋”的范围内。
具体实施方式
[0042] 在下面的描述中，本鞋闭合装置被列为优选实例。本领域技术人员将显而易见的可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下进行
修改，包括添加和/或替换。可省略特定细节以不使本发明模糊不清；然而，本发明旨在使本领域技术人员能够在不进行不必要实验的情况下实践本文中的教导。
[0043] 鞋闭合装置2位于鞋1的鞋舌上部和外部，形状记忆聚合物条带3延伸穿过鞋闭合装置2并被配置成与鞋舌或鞋身接合。如本文所使用的鞋身是位于鞋的任一侧和鞋舌上方的鞋部分；可选地，鞋身延伸到鞋的脚踝区域周围。
[0044] 一致动器使得使用者可以启动鞋的闭合功能。在一个方面中，致动器可以是一按钮4，也可以是任何可以与一控制器12通信的使用可控装置来闭合鞋。按钮4位于鞋闭合装置2的顶盖部分10上，一旦按下按钮4，按钮4上的两个红色
LED灯将点亮，指示其已通电与加热器14开始加热。一旦达到一静态温度，其中一个LED将变为闪烁，形状记忆聚合物条带5开始拉回到设备中(图2)。多个孔6位于鞋闭合装置2的底盖部分16的前侧和后侧，用于自然冷却(图2)。
[0045] 多个开口槽7位于鞋闭合装置2的底盖部分16上，用于帮助
加速将加热器冷却到室温。可通过开口槽7直接观察加热器14(图3)。
[0046] 如图4所示，鞋闭合装置2包括顶盖部分10和底盖部分16。电力加热器14可为柔性印刷电路(FPC)板，用于加热形状记忆聚合物条带5。当通电时，FPC上狭长的线路会产生热量。FPC可选地包括一热传感器用于反馈感测和热控制。形状记忆聚合物条带5位在两个加热器部分14内，细节在图7和图8中描述。内部分隔板13位于加热器14的顶部，并被配置成接合底盖部分16。内部分隔板13用于防止灰尘和
水接触各个电气部分，保护电池和
电子设备免受电气
短路危险。控制器12包括微处理器15、无线充电接收器19、电池充电和保护电路17、电压步进集成电路20、电压驱动电路21和未描述的可选附加组件(图5)。电池11位于内部分隔板13和控制器12的顶部。在另一实施例中，电池是可充电的。可能有一个或多个电池
11，这取决于加热器的功耗。更多的电池有助于电流放电，提高放电效率和电池寿命。
[0047] 图6是鞋闭合装置2的顶盖部分10的分解等距上部结构视图。可选按钮4用于启动鞋闭合装置2，并开始加热形状记忆聚合物条带5或关闭鞋闭合装置的电源。如图所示，按钮的一端可穿过
导管18，另一端可接触控制器12。无线充电接收器19用于耦合放置在无线充电接收器线圈附近的无线充电线圈22的
能量。磁
铁26和27是可选的定位
磁铁，用于牵引在充电
位置附近的无线充电器设备。
[0048] 图7和图8分别是加热器14和形状记忆聚合物条带5的侧视图和俯视图。形状记忆聚合物条带5位于加热器14之间。形状记忆聚合物条带5有两种构型：对应于松开的、打开的鞋状态的拉长构型24和对应于拧紧的、关闭的鞋状态的形状恢复构型25。在室温下，通过在形状记忆聚合物条带5上施加手动
张力以将材料拉伸至其伸长长度来实现拉长构型24。当从加热器14加热时，以实现形状恢复构型25，并且形状记忆聚合物返回其原始长度，从而导致鞋闭合。
[0049] 在图9所示的实施例中，鞋闭合装置33位于鞋31的鞋舌上部和外部，形状记忆聚合物条带34延伸穿过鞋闭合装置33，并且被配置成与鞋带32或鞋舌接合。
[0050] 一致动器,例如,可以是一触摸感测装置36可选择的位在鞋闭合装置33上(图10)。一旦感测到触摸，两个红色LED指示灯亮起，表示设备已通电，加热器43和45开始加热。一旦达到预定的静态温度，其中一个LED将闪烁，并且形状记忆鞋紧固件34开始收縮回设备中，以便通过与形状记忆鞋紧固件34接合的鞋带来拧紧鞋。
[0051] 鞋闭合装置33包括顶盖部分38、内分隔板42、形状记忆鞋紧固件34和底盖部分46。内部分隔板42位于加热器43的顶部，并且被配置成接合底盖部分46。内部分隔板42用于防止灰尘和水进入设备核心，保护电池和电子设备免受电器短路危险，并
支撑电池41和无线充电线圈39(图11)。
[0052] 形状记忆鞋紧固件34包括多个记忆形状聚合物条带。至少一部分的每个形状记忆聚合物条带位于所述壳体内并且至少一部分的每个形状记忆聚合物条带从所述壳体延伸。延伸部分被配置成与一个或多个一鞋带、一鞋舌或一鞋身接合。电池41位于内部分隔板42的顶部。可能有一个或多个电池；根据加热器的功耗，多个电池可能有助于电流放电，并提高放电效率和电池寿命。
[0053] 底盖部分46支撑控制器40、加热器43和45以及形状记忆鞋紧固件34。控制器40包括微处理器51、无线充电接收器52、电池充电和保护电路53、电压步进集成电路54、电压驱动电路55和未描述的可选附加组件(图12)。加热器43和45可以是柔性印刷电路(FPC)板，用于加热形状记忆鞋紧固件34。当通电时，FPC上的狭长的线路产生热量。FPC可选地包括一热传感器用于反馈感测和热控制。形状记忆鞋紧固件34位于两个加热器部分43和45内，其细节在图14和图15中阐述。
[0054] 如图13所示，底盖部分46的上部47被配置成容纳控制器40，底盖部分46的下部48被配置成容纳加热器45和形状记忆鞋紧固件34。支撑结构49位于底盖部分46上，并且被配置成用来保持形状记忆鞋紧固件34。支撑结构49的高度可以与形状记忆鞋紧固件34的厚度相同或稍高一点，以防止形状记忆鞋紧固件34从底盖部分46中被拉出。
[0055] 图14和图15分别是加热器43、45和形状记忆鞋紧固件34的侧视图和俯视图。形状记忆鞋紧固件34位于加热器43和45内。形状记忆鞋紧固件34有两种构型：一种是对应于松开的、打开的鞋状态的拉长构型51，另一种是对应于拧紧的、关闭的鞋状态的形状恢复构型52。在室温下,通过向形状记忆鞋紧固件34施加手动张力以将聚合物拉伸至其伸长长度来实现拉长构型51。当从加热器43和45加热时，以实现形状恢复构型52。在高于恢复温度的温度下，形状记忆聚合物恢复到原来的形状恢复长度。
[0056] 图16示出了形状记忆聚合物在循环拉伸试验下的应力-应变行为，其中可逆应变对应于松开的、打开的鞋状态和拧紧的、关闭的鞋状态。循环拉伸试验的详细设置记载于(Zhu,Y.,Hu,J.,&Yeung,K.(2009),“The effect of soft segment crystallization and hard segment physical crosslinking on shape memory function in antibacterial segmented polyurethane ionomers,”(Acta Biomaterialia,5(9),3346.),其公开内容通过引用并入本文件。
[0057] 本发明的另一种变体如图17所示，其中形状记忆聚合物条带固定在鞋体或鞋舌上。由一个或多个可挠性加热器触发的形状恢复以提供自动系带功能。
