减震元件及其制造方法

摘要

一种具有一对面板的减震元件,这对面板的上、底面板有多个内陷的凹坑。这些凹坑在面板间相对延伸而形成减震元件的支撑构件。至少部分凹坑是半球形的,所述面板可由网格材料制成,以允许气体或流体在其间流动。在凹坑中可设置一个或多个插塞。该减震元件可这样制成:在适于在上、底面板上形成凹坑的模具中模压形成减震元件的上下半边,然后将上下半边结合在一起而完成整个减震元件。

说明书

本发明涉及一种减震元件以及制造该减震元件的方法。具体来说，本发明涉及一种柔性减震元件，该减震元件可应用于多种需要消震的表面，这些减震元件包括用于医疗上的插塞、包装材料、运动防护插塞、鞋靴制品、训练器材插塞、座椅、工业防护插塞、练习垫席和硬表面弹性蒙皮等等。

目前对吸震材料的改进工作已集中在减轻其质量、提高其减震性、柔软性和坚固性等几个方面。而应用在鞋靴制品和运动器材场合的减震材料则尤其致力于改善其冲击分散性能。此外，现代的吸震材料设计还要考虑某些具体活动形式对填衬和插塞的特定要求。虽然吸震材料的功能特性重要性是第一位的，但为了使消费者完全满意，其他一些因素例如价格、外观等也必须加以考虑。

通常，鞋靴制品和运动器材中所用的吸震材料是发泡塑料，这些材料可用很多方法来形成适合应用需求的形状。在某些应用场合，由于在材料的外面还加上一层橡胶或其它的材料，因而需要在其进行粘接的两个面上设置一层粘合剂，然后对所要处理的表面进行加热来使其活化。但将表面粘接在一起的方法有造价、重量和外观方面的缺点。

减震元件还通过用一个热塑性弹性材料制成的壳罩封装一些人工合成的泡沫材料来制成，这些泡沫材料例如是聚醚、聚氨脂或聚脂聚氨脂。其他类型的减震元件一般包括一个内部以合适压力充涨了气体或流体的气垫或气胆。

本发明中的柔性减震元件是由柔性高聚树脂材料制成的。该减震元件的特征在于其包括两个相对的板件，从而形成了元件的上面板和底面板。该减震元件最好不进行充气、加压，但却在两个面板间设置内部支撑构件。减震元件的内部支撑件是由上面板和底面板这两个构件或其中之一上的多个凹坑实现的。至少有部分凹坑是半球形的。半球形的凹坑在上、底面板间相对延伸并相互分离，或可以和相对的元件面板上延伸出的其它半球形凹坑接触或联结。在柔性减震元件中由半球状凹坑所形成的支撑构件对作用在元件上的挤压力产生柔性的阻抗作用。减震元件还可包括一个和上、底面板共同延展的侧壁构件。本发明的减震元件可应用于很多场合，尤其适用于运动器械的插塞、鞋靴制品、包装材料、医疗插塞、垫板以及其它的相关物体上。

该减震元件可通过将塑性树脂板在一个模具中进行模压来制造，其中该模具的结构适于形成对应具体运动器械、填垫或包装件的形状。模具中设置了在材料中形成凹坑形式支撑构件的突起部位。用于形成本发明减震元件的一个机理是热成型。一般来说，热成型工艺对塑性树脂材料的成型是这样完成的：通过将树脂板材加热到一个某一温度而使树脂具有足够的柔性，该柔性足以使材料变形成任何所要求的形状，然后将材料压入到一个单面模具中。本发明的减震元件最好是由以下几步制成：(1)将第一片热塑性材料加热到其造型温度；(2)将第二片热塑性材料加热到其造型温度；(3)将第一片热塑性材料压入到一个第一模具中，该模具的结构可形成元件的上半部分，并将第二片热塑性材料压入到一个第二模具中，该模具的结构可形成元件的下半部分；以及(4)将两个模压形成的半元件通过粘接、胶接、焊接、熔接、联接等类似方法连接到一块。两个模具半边结构适于在上、底面板中的任一个或两个上的选定点处设置内陷以形成内部支撑构件。一种特别优选的制造方法是当材料还在其造型温度时就将两个模具半边合在一起，从而使得半减震元件上的多个凹坑在其接触点处可熔合在一起。

作为可选方案，该减震元件还可通过中空注模法进行制造。中空注模工艺一般用于制造热塑性材料的中空结构。该工艺一般可被分成两类：挤压中空注模和喷射中空注模。挤压中空注模适用于制造本发明的减震元件。在挤压中空注模生产本减震结构的过程中，一个称为型坯的浇铸的塑料管从一个挤压机中降下或向下延伸出。两个半模具将型坯夹住合拢，该型坯然后在喷射气流作用下发生膨胀从而将相对的上、底面板挤靠在模具相对的上下腔壁上。在中空注模工艺中，型坯是由一种气体通常是空气来充胀的，直到使塑性材料紧贴在模腔中，在模腔中材料被冷却保型。和成对板件热成型工艺相同的是，在半模具中设置了突起以在型坯相对两面的选定点处进行刻印来形成内部支撑构件。

支撑构件是由一些内陷的凹坑构成，这些凹坑可被设计成多种形状和尺寸，从而使不同的区域具有不同的柔性以提高坚固性和减震性能。内陷的凹坑最好是采用半球形状，它从吸震结构的相对面板向腔的内部延伸。在此处采用了“半球”和“半球形”这两个词汇，对本领域技术人员来说显而易见的是，本发明范围内的凹坑只是大致的半球形形状。例如，具有椭球状的凹坑以及其它和真正的半球形有较小差别的形状均应被认为是在本发明的范围内。减震元件在使用时，受力最大的区域需要有更大的阻抗作用，在这些区域的半球状凹坑将以更密集的间隔成组设置，或在承重区设置尺寸更大的球凹来增加缓冲性。上面板的凹坑可和底面板上的对应凹坑接触或分隔设置。那些对应的凹坑可在热成型工艺过程中熔接或焊接在一起，以形成搭桥连接了减震元件的上、底面板的内部支撑构件。

由两片热塑性树脂来形成减震元件的方法有一个好处：这可以允许用两种不同性质的材料来构成元件，从而形成只使用一种材料难以取得的多个功能响应。例如，底面板可由较厚的热塑性材料制成，从而相应地具有更大的刚性，而上面板则由薄的热塑性材料制成，从而较柔软。此外，从由不同材料制得的上、底面板延伸的凹坑可形成具有双特性的支撑构件。例如，支撑构件的下半部分可由刚硬的热塑性材料制成，来形成支撑部分的刚性部分，从而对作用在减震元件底部的力具有更大的阻抗。而支撑构件的上部则由较薄的柔性材料制成的凹坑来形成，从而表现出较高的柔曲性，因而对作用在减震元件上面板的压力具有更好的缓冲作用。通过改变支撑构件的形状、尺寸以及所采用热塑性材料的特性，设计者可控制整个减震元件的缓冲性能。

本发明的减震元件还可用具有网格格式、或在材料中有孔洞或切口的热塑性板材进行制造。这样制造的优点是减轻了重量并能允许介质在面板间传送。减震元件中的凹坑还在其中具有孔洞，或由网格材料制成，这可减低凹坑部位的平均刚度。其它用于改变减震结构刚度的措施包括在安装到凹坑内的插塞外壁上模压成型一些沟槽。其它的方案还包括使凹坑和／或插塞具有不均匀的壁厚，从而使结构随位移的变化有不同的刚度。

图1是根据本发明一优选实施例的减震元件的上面板和底面板的一立体图；

图2是图1中的上、底面板的一立体图，图中的上面板中的半球形凹坑对抵着底面板的半球形凹坑；

图3是根据一优选实施例的上、底面板的一剖视图，图中上面板中的半球形凹坑对抵着底面板的半球形凹坑；

图4是上、底面板的一个立体图，其中一侧壁构件沿周边部位设置；

图5表示了用网格材料制成面板的一优选实施例中的上、底面板的一立体图；

图6是图5所示的上、底面板的一立体视图；

图7示意表示了成对板热成型工艺过程；

图8是根据一优选实施例的减震元件的一立体图，该元件某一面板的一个或多个凹坑中设置了插塞；

图9是根据一种优选实施例在一凹坑中的一球形插塞的剖视图；

图10是用一个孔板结构连接在一起的多个插塞的一立体图；

图11是一对其中具有开孔或孔洞的相对的半球形凹坑的一立体图；

图12是一对其中是有切口的相对半球形凹坑的一立体图；

图13是一对在其表面设置了纵向沟槽的相对半球形凹坑的一立体图；

图14是在其表面上刻有圆环沟槽的一对相对半球形凹坑的一立体图；

图15是一对壁厚不均匀的相对半球形凹坑的一立体图；

图16是根据本发明的另一种实施例的一对相对凹坑和插塞的局部剖视图；

图17中的图线表示本发明减震结构的力-位移关系曲线；

图18是根据本发明一优选实施例的用于在底面板上形成凹坑的模具的俯视图以及一对用于在上、底面板形成凹坑的模具的剖视图；

图19是根据本发明一优选实施例用一个垂直侧壁连接起来的一对上、底面板的后视剖视图。

本发明是一种由柔性高聚物塑性树脂制成的减震元件。该元件的形状一般取决于该元件应用在什么样的装置中。例如，该减震元件可结合其它材料来形成一个插塞或垫板的一部分，这些材料包括普通的乙烯基醋酸纤维素共聚物(EVA)泡沫或其它材料。

减震元件一般包括一种或多种高聚合物，这些高聚合物一般是人工合成的，并可通过加热或加压进行成型。高聚物最好是热塑性聚合物或者是那些在成型后转变成热固性聚合物的热塑性聚合物。用该聚合物形成减震元件的一个构架部件。不论减震元件的具体作用是什么，构架部件一般包括两个相对的面板，我们称之为一个上面板和一个相对的底面板。其中底面板和上面板至少是部分共同延展的。上、底面板间的共同延展关系在这两个面板间限定了相互对应的部位。上、底面板最好能设置成至少在部分区域有相互间隔。上、底面板可以是大致的平行平面关系，或两面板斜向相对并最终相交。如果两相对面板有至少部分区域是相互间隔开的，则该间隔就在两面板间形成了一个隔腔。

在上、底面板间设置了多个支撑构件。这些支撑构件是由上、底面板中的一个或两个板上的一些内陷凹坑形成的。在一个面板上延伸向某一点的凹坑和相对面板上的对应凹坑相邻接。在本发明的描述中，“邻接”一词意味着凹坑延伸到至少靠近相对面板上对应部分的某一点处，并可能和相对的凹坑相互抵接上。该接合关系可以是固定的也可以是非固定的。在本发明的一个实施例中，一个或多个支撑构件被固定地连接或接合到相对支撑构件的对应部分上，来使上、底面板保持共同延展以及间隔关系。在本发明的另一个实施例中，上面板中的凹坑可和底面板中的凹坑间隔开，但在作用于减震元件的外力作用下可发生对抵。

在本发明的另一种实施例中，构架元件还包括一个侧壁构件，该构件和上、底面板的至少部分周边是共同延展的。在该实施例中，侧壁构件可将上、底面板连接起来以保持上、底面板处于间隔开的共同延展关系。此外，如果侧壁构件和上、底面板的周边连续设置，它就形成了一个具有内部支撑构件的壳罩，其中的内部支撑件是由内陷延伸到壳罩内的凹坑形成的。

如上所述，支撑构件是减震元件的有机部分，该减震元件在构成其上、底面板的聚合材料上设置了内陷的凹坑。支撑构件使材料实现了有限度的塌陷，来形成减震元件中的缓冲区并保证了元件的坚固性。支撑构件被设置成在上、底面板之间延伸，且相对面板上的对应部分相互邻近。凹坑部分可设置在上、底面板的其中之一上，也可设置在两个面板上。上、底面板的对应凹坑应至少相互靠近，并能以固定或非固定的关系相互接合。上、底面板上的凹坑部分在任何情况下都应能完全支撑上、底面板的其余非凹坑区域，从而为减震元件提供足够支撑的作用，例如在元件具有50％凹坑部分的情况下。

参照图1，在一优选实施例中，减震元件1包括一个上面板2和一个底面板3，上、底面板基本处于彼此平行平面的关系状态，或是一种相互坡斜状态而直到在某一点处二者相交。上、底面板为共同延展关系并保持部分区域相互分离，从而在上、底面板间形成一个间隔或隔腔。在上、底面板上设置了多个内陷的半球状凹坑4、5，这些凹坑延伸向所相对的面板，从而形成了减震元件结构中的内部支撑。

图2和图3表示了内陷延伸的凹坑在上下板间抵触。如图所示，用于形成内部支撑构件的凹坑可以有多种形状。在一个优选实施例中，每个凹坑都是一个半球形的结构，它延伸到上、底面板间的空间间隔内。

如图所示，通过减震元件上下两面板上对应凹坑间的接触，支撑构件能一起发挥作用。图2和图3表示了根据本发明的一种实施方式减震元件的上下两半被连接到一起时，对应的凹坑间的接触点形成了协作的支撑构件。形成于上半减震元件2上的上半球形凹坑4和形成于下半减震元件3上的下半球形凹坑5相接触。接触点可以是固定的也可以是非固定的。如果是固定的，可在其接触点处通过粘接、熔接或其它的类似手段将凹坑连接在一起。

在一些实施例中，虽然内陷的凹坑接触或顶靠在所对的减震元件部件上或相对面板的对应凹坑上，但并不连接或固接到相对面板的对应凹坑上。在其它一些实施例的设计方案中，平时凹坑并不和相对的面板接触，直到有足够大的压力作用在减震元件的上、底面板上，才使得凹坑和其相对面的对应凹坑发生接触。

在考虑了所采用的热塑性材料的一般物理特性之后，支撑构件的尺寸、类型以及设置个数就是由所制减震结构的功能要求来决定了。因而，通过对材料、支撑构件和支撑构件位置的选择可使减震结构的某些区域具有更好的缓冲性和坚固性。类似地，减震结构中需要较大刚度的区域可采用那些可产生较大刚性或刚度的材料和具有大刚性的支撑构件和支撑构件位置设置。例如，在上、底面板预计将受最大压力从而需要较大阻抗的区域上，可设置较密的凹坑；通过增加沿上、底面板的周边延伸的侧壁可增强横向坚固性。

如上所述，可被选来制成本发明元件的聚合物必须具有足够的柔性，以满足多用途减震元件的要求。一般来讲，“柔性”一词意味着成型后固化状态的聚合物元件在外力的作用下可发生挠曲而不会折断或断裂。特别适用于本发明使用的最佳聚合物是具有很高延展性的弹性材料。一般来讲，减震元件的延展性越好其柔性寿命越长、阻抗越大。良好的延展性还是减震结构具有足够的缓冲行程所需的。例如，按照ASTM(美国材料试验学会)D 638测试规程测试的延伸断裂率在250％或300％左右或更高的聚合材料是本发明所希望的典型材料。减震元件最好能具有至少50000次左右的弯曲疲劳寿命。该所需疲劳寿命值例如可通过用一台折弯试验机来测得，其中的弯曲机例如是由英格兰北安普敦郡的凯特灵Satra鞋靴制品技术中心制造的Ross Flex设备和Satra／Bata带弯折机。

此外，材料的硬度对减震元件所需的诸如整体性、横向坚固性等特性也是很重要的。较硬的材料允许用较薄的材料来构成减震元件，从而减小了元件的重量。一般来说，理想的聚合物应具有的硬度应当是在肖氏A级硬度70到肖氏D级硬度55的范围左右(ASTM D2240测试规程)。减震元件材料的其它应具有的特性包括：(1)成型性，即材料经模压形成所需部件形状的能力；(2)耐磨性；(3)透明度；(4)良好的抗扯强度；(5)低密度；(6)良好的拉伸强度；(7)材料和现有生产工艺的兼容能力；(8)材料的染色能力；以及(9)价格。在大强度使用时，还需要高的拉伸强度来应付所受到的大剪切力。此外，高拉伸强度允许模压的底板可设计得更薄。清亮性对实现色彩的明艳对比非常重要，在某些应用场合，这一点对能否达到可以接受的美学效果是致关重要的。在减震结构的外观设计中，如果元件包括一个透明的部分，则透明度是材料另一个需要考虑的方面。和现有技术工艺的兼容能力包括元件和其它材料的结合难易程度等一些因素。附着力和湿附着力也是制造本发明减震元件的材料的关键指标。

如上述，减震元件最好是由一种热塑性树脂制成的。该材料最好是那些易于通过热成型来加工成所需的柔性部件结构的材料。这些优选的热成型材料包括那些应用在本发明减震元件中、在模压后发生热固化并能保持柔性特性的材料。热固性树脂在加热时，由于在聚合链之间发生了交联，从而发生不可逆转的固化或定形。交联过程可通过使用成核剂或用高于材料造型温度的模压温度以及辐射手段等来实现。热固型树脂一旦发生固化或硬化则不能再通过加热的方法来进行软化。热固性树脂一般的特性是具有较高的热稳定性、高的几何尺寸稳定性和高的刚性和硬度，该种树脂包括例如聚脂和聚氨基脂等类型。

热塑性树脂可以是结晶体或非晶体，并可通过加热来重复软化。非晶热塑性树脂包括丙烯氰-丁二烯-苯乙烯(ABS)聚合物，聚苯乙烯、纤维素塑料以及聚氨脂等材料。结晶热塑性树脂包括尼龙、聚乙烯、聚丙烯和聚氨脂等材料，应用在本发明中的特别理想的材料例如是热塑性聚氨脂、尼龙、聚脂纤维、聚乙烯、聚酰胺等。

下文的描述进一步说明了用于本发明的理想材料。热塑性的聚氨脂具有良好的弯曲寿命，特别是在较高硬度条件下，还具有良好的耐磨性、粘接容易、良好的延展性和透明度。热塑性聚氨脂中特别推荐的类型例如为新泽西州Parsippany地方的BASF公司生产的Elastollan^_1100系列材料，下表给出了Elastollan(R)聚合物的典型参数指标：

参数指标  ASTM测试规程    单位    型号    1190A 1154D 1154D    比重    硬度 拉伸强度延展断裂率  耐摩性    D-792    D-2240    D412    D412    D-1044 克/立方厘米  肖氏D级    兆帕    ％    毫克    1.13    42±2    32    575    45 1.16 53±2  40  460  75 1.19 73±2   40   350   75

尼龙材料具有高的拉伸强度，从而可模压得较薄。此外，它们的密度低，因而很轻，并具有良好的弯曲疲劳寿命。适于本发明使用的推荐尼龙聚合物是由特拉华州Wilmington地方的E．I．DuPont deNemours公司生产的Zytel 714材料，典型的Zytel 714材料的参数表示在下表中：

参数指标ASTM测试规程    单位ZYTEL 714    比重    硬度 拉伸强度延展断裂率    D-792    D-2240    D638    D412 克/立方厘米   肖氏D级    兆帕    ％    1.02    55    27.2    260

聚脂纤维具有理想的低密度、粘接容易性、拉伸强度和延展性。最佳的一种聚脂纤维聚合物例如是由E．I．DuPont de Nemours公司生产的Whittler系列多种热塑性弹性材料，Hytrel聚合物是聚合丁烯、对苯二酸脂和长链乙二醇的块状共聚物。典型几种Hytrel聚合物的指标参数表示在下表中：

参数指标ASTM测试规程    单位             型号 4056  5555HS  G-4774    比重    硬度 拉伸强度延展断裂率    D-792    D-2240    D638    D638克/立方厘米 肖氏D级   兆帕    ％ 1.16  40  28  550   1.16   55   40   500    1.20    47    20.7    275

聚酰胺具有很好的抗扯强度、高的弹性、低的密度、长的柔性寿命和透明度。推荐的聚酰酸类型是由法国巴黎的Atochem生产的Pebax聚酰酸，它是一种聚醚嵌段酰胺热塑性弹性材料。典型Pebax聚酰胺聚合物的指标参数表示在下表中：

参数指标  ASTM测试规程    单位          型号  533   4033 3533    比重    硬度 拉伸强度延展断裂率    D-792    D-2240    D638    D638克/立方厘米  肖氏D级   兆帕    ％  1.01   55   44   455    1.01    40    36    485   1.01   35   34   710

另一种推荐的聚合物是由E．I．DuPont de Nemours公司生产的Surlyn，Surlyn是一种由铁离子对乙烯和甲基丙酸烯酸性共聚物交联而形成的热塑性聚合物(即离子键共聚物)，它具有良好的抗扯强度、低密度、长的柔性寿命，典型Surlyn聚合物的指标参数表示在下表中：

参数指标  ASTM测试规程    单位            型号    9020    9450    比重    硬度拉伸强度延展断裂率    D-792    D-2240    D638    D638克/立方厘米  肖氏D级    兆帕     ％    0.96    55    26.2    510    0.94    54    21.4    500

如上所述，对几种特定聚合物指标参数的描述是为了说明哪几种聚合物具有适用于本发明减震元件的理想性能。其它许多具有类似性质的聚合物也适用于本发明。此外，上述的数据只是基于可以获得的资料，当需要进行直接的聚合物比较或进行精确的规格设计时，这些数据是不能直接应用的。例如，ASTM测试规程也允许用其它的测试方法来扩充材料的性能数据。另外，聚合物中添加的其它成分，例如填料、增强剂、着色剂等都能使性能参数发生一定的变化。

制造本发明的减震元件的优选方法是将柔性高聚物塑性树脂模压成元件的上下两面板，然后将两面板接合起来以制成整个减震元件。如上所述，最好采用那些可加热模压形成减震元件所需形状的柔性热塑性树脂板材。尤其理想的热塑性板料例如是硬度为肖氏A级94的聚氨脂板，该种聚氨脂板可从马里兰州Greenfield地方的Argotec公司购得，这些板材一般为0．010英寸厚。板材厚度是根据设计标准来选定的，但一般可根据具体的材料参数大致在0．040英寸到0．010英寸之间进行变动。例如，对于肖氏A级硬度为94的热塑性聚氨脂板最佳厚度应大约是在0．060英寸到0．080英寸之间。

在本发明的一个实施例中，将第一片柔性热成型材料加热到其造型温度，然后在一个对应的第一模具中进行模压，其中该模具的结构可将材料压成减震元件的上半面板。将第二片柔性热成型材料加热到其造型温度，然后在一个对应的第二模具中进行模压，该模具的结构可用材料形成减震元件的下半面板。在这两个模具的一个或两个中设置了用于在上、底面板的一个或两个面上形成凹坑的对应突起部分。一旦模压完成，完全冷却之后减震元件的上下两面就可从模具中取出，然后接合到一起。

采用成对热成型板件来制成减震元件有一个好处，即可采用具有不同性能的两种材料来实现用一种材料不可能达到的性能指标。例如，减震元件可由具有不同厚度的材料制成。此外，在模压过程中还可将用于产生吸震功能的凹坑全部都连接起来，这样，在制造需要足够的缓冲性和坚固性的减震元件时，由于不需要再增加使成本增加的其它工作步骤，所以也是一个非常有利的特点。举例来说，特别推荐的用于制造本发明减震元件的方法就是通过采用具体设计的成对热成型模具及其工艺来实现的。

一般来讲，热成型工艺就是一个通过将热塑性树脂板件加热到足够的温度而使树脂具有足够的延展性来变形成所需形状的过程。通常来说，整个材料被均匀地加热到其正常造型温度，其中的正常造型温度是这样确定的：将材料加热到某一最高温度，在该温度材料仍然具有足够的高温强度以便进行工艺处理，但该温度低于使材料变性劣化的温度。材料最好具有足够的高温拉伸强度，以使得材料可以均匀一致地在模具中延展盘曲。然后在边缘部位钳夹住处于其造型温度的材料，并压入到一个通常为可调温的铝质单面模具中，并用在材料向着模具那一侧的真空作用将材料吸入到模具中，通常在材料背对模具的那一侧的表面上还施加一个正的气压来促使材料紧密地贴入到模具中。当板材处于其造型温度时，材料实际上是在进行退火(即消除应力状态)。为了避免产生内应力，高温板材应尽可能地在真空和气压作用下紧固地贴挤在模具中。一旦模压完成，就将部件冷却到其固化温度，其中在固化温度下部件具有足够的硬化程度以使得在不损坏成型部件外形的条件可将部件从模具中取出。然后对模压后的部件进行剪边以除去通常出现在模压工件边缘处的多余材料，因为部件是在此部位进行钳夹的。如果需要，这些多余的材料可进行回收利用。

具体来讲，双板成型方法使用了两块被加热到其造型温度的材料板，上板被压入到一个上半模具中，下板被挤入到一个对应的下半模具中。这两个半模具被挤压到一起，而且两个半模具的挤压力将处于造型温度的板件碾压在一起，从而有效地使两块材料在它们的接触点处联成了一体。接触点位于上下减震元件半部的周边位置，并位于凹坑和相对部件上的对应部分之间。此外，相触点还可设置在对应的两个凹坑之间。如所述的那样，在两板件之间可施加气压来促使材料紧固地贴入到模具中。用于双板热成型方法的材料尤其要有理想的比热，也就是说，在工艺过程中热的板件可将其温度保持足够的一段时间，以便容易地将两个面板在它们的接触点处接合起来。例如热塑性聚氨脂就具有理想的比热系数。

本发明中减震元件的热成型方法大致可参照图7所示。参见图7，从滚筒32和33引出的原料板30和31通过滚筒34引到料板加热器35中，以将料板基本加热到其正常造型温度。然后将料板输送到成型工作台36中，该工作台具有一个上模具部件37和一个下模具部件38。作为选择方案，也可以采用分隔开的热塑性板材，而不是连续的料板滚筒。在这样的工艺中，板件从一个工作台输送到另一个工作台(即从加热过程流向成型过程)。将半模具封合在一起，并在半模具中抽成真空以促使上料板陷入到上模具37中，而下模具陷入到下模具38中。还可在两板件间通入压缩空气来将材料更紧密地压入到模具中。半模具保持封合状态一段足够长的时间来将上下材料板在接触点处粘合在一起。举例来讲，对于厚度为0．060英寸到0．080英寸之间的肖氏A级硬度为94的热塑性聚氨脂，板件的成型温度大约为华氏400度，一个工作行程的时间大约为20秒。然后回缩半模具，经过一段足够长的冷却时间后，将成型的减震元件39从模具中取出，并沿生产线流向下一步的切边工艺。

在本发明减震元件的制造过程中，发现在两个半模具间的空腔进行加压有利于防止相对的面板坍塌在一起而形成其它不必要的粘接点。最好是在脱模过程中在两模具间加压来防止类似的坍塌和不希望的粘接。此外，在两半模具件的空间内加压还有助于促使相对的两个面板挤靠到半模具上，从而每个板件的形状都能和模具表面完全精确地一致，并有助于使面板上的凹坑和模具中的插塞相结合。

如上所述，上下减震元件的面板可由不同的热塑性材料制得。相应地，这样的元件就可实现很多优点。举例来讲，上面板可由较厚较重的热塑性材料制成，而底面板则由较薄较轻的热塑性材料制成。类似地，用不同的材料来制成相对应的支撑构件也增加了设计者在使减震元件的不同部位具有不同柔性程度或阻抗时的选择余地。通过采用具有不同指标参数诸如拉伸强度、材料厚度和延展率的材料，以及通过改变构成支撑构件的凹坑部位的结构，就可以稳定地成批制出满足具体要求、部分区域具有希望的阻抗和柔性的减震元件。例如，可采用一种又厚又硬的材料来制造上面板，而采用既薄又柔的材料来做底面板。由硬材料制成的、从上面板向下陷入的凹坑将形成一个更刚性的上支撑部分，而从底面板延伸出的凹坑则形成了更柔、更软的下部支撑构件。相应地，组合起来的支撑构件具有双特性，使支撑构件的力学响应特性更精确的。此外，如果元件中还包括一个侧壁构件的，该侧壁构件也可以由两种材料形成，即侧壁也可以按照减震元件面板的上、底面板来分成两部分。

作为选择方案，减震元件也可以通过中空注模法、特别是挤压中空注模法来制造。在挤压中空注模法中，先由熔融的热塑性树脂挤压形成一个型坯(或一个圆的中空管)。然后再将该型坯拢闭在两个半模具中，该型坯在气压的作用下发生膨胀而挤靠在模具间的型腔中，从而形成了减震结构相对的两个面板。在型坯成型、并在相对的面板上形成了凹坑之后就将减震结构进行冷却，然后从模具中取出。

在一优选实施例中，相对面板上的一个或多个内陷的凹坑是半球形的。如图4所示，上部件2和下部件3连接在一起，且最好是由位于它们周边位置的侧壁部件8将它们连接起来。在上下部件间的空隔内有多个顶起的内陷凹坑4、5形成了减震元件的内部支撑。如上文所述，一个或多个凹坑部分是半球形的。在此优选实施例中，每个半球形凹坑的直径可以是1／8英寸到1／2英寸左右的任何数值。上下部件上的半球形凹坑可以相互邻近和／或通过粘接或其它的措施而连接在一起。

上下部件上的半球形凹坑最好是由柔性高聚物塑性树脂板制成的，对这些树脂板加热模压而形成了减震元件。作为其它的选择方案，半球形的凹坑也可以通过对热塑性树脂的中空注模来形成。这些半球形的凹坑是每个减震元件的一个有机部分，从而实现材料的可控凹陷，由此产生了具有理想缓冲性的区域和理想的坚固性。

设置减震结构的凹坑成半球形具有一个显著的优点，即改善了结构的抗疲劳寿命。当受到挤压时，半球形状比其它形状的凹坑具有更好的抗断裂能力。半球形凹坑的其它优点包括：在整个受力变形循环中均具有很好的性能表现；减小了上下部件的材料中的应力和应变、并易于模压成型。在该场合下所述的“半球形”一词包括的含义是指基本为半球形状，而并不仅限定于那些具有精确球形的形状，还包括半椭球形。

半球形的优点是具有平滑的载荷限界曲线，从而增加了消震系统可达到的工作效能。此外，半球形状减小了形成凹坑部分的材料中的结构诱发应力和应变。相应地，使用半球形设计的凹坑比由同种材料用其它设计方法设计的缓冲部件具有更长的寿命。半球形凹坑的应力分布增强了吸震结构的寿命，并无需在上、底面板间插入泡沫或其它填料、或在上下面间的空隔内充入空气或其它气体或流体的前提下、控制了缓冲性和舒适性。半球形凹坑可和上、底面板上的其它凹坑配合来满足不同工作条件所需的缓冲特性。

在一优选实施例中，至少在减震结构的一个或两个面板上穿通了一个通道，该通道为结构内外的气体或其它介质的流通提供了通道。因而，在上下减震部件间的内部空腔最好不封闭空气或其它任何的气体、流体，而是在挤压过程中允许它们从内部流出，从而不影响元件的缓冲性。如果需要，还可在上、底面板上设置其它的气流通道，从而提供了另外的气体通道。

如图8和图9所示，还可在上面板106或底面板107上的一个或多个凹坑109中设置插塞117、118。举例来说，每个插塞都可以是一个半球形的橡胶塞117，它可和每个半球形的凹坑相配合。这些半球形的橡胶衬套最好是中空的。插塞被用来调节减震元件的缓冲性能。

如图10所示，作为其它的选择方案，所有的半球形插塞116可通过一个孔板110来安装在一起。该孔板结构产生了一种类似弹簧蹦床的效果，该孔板结构可由制造上下部件的同种材料制成，或根据需要由一种比那种材料更软的材料制成。

最好是，每个插塞117、118都由诸如SBR橡胶、或肖氏A级硬度大约在35到95之间的橡胶材料制得。在一个优选实施方式中，插塞是中空的橡胶塞。每个插塞最好在其内部有一个空腔。然而，插塞也可以是实心橡胶塞或按照需要设置其它形式的内部结构来满足特定的需求。插塞的形状应能和基底结构上多种类型的凹坑相匹配，这些凹坑例如是半球形、锥形或其它形状。插塞可通过胶接安装到每个凹坑中，或如上文讨论的那样，在减震结构的热成型过程中将插塞连接到每个凹坑上。

在优选实施例中，插塞通过下述的方法连接到上、底面板上：第一步，通过喷沙法或其它的工艺对橡胶插塞的外表面进行预处理。然后，在要和凹坑接触的橡胶表面上涂覆底剂和粘接剂，底剂最好是一种氯基底剂，而粘接剂是一种脲脂基热活化粘接剂。下一步，将插塞放置在有切口部位的模具中，其结构对应于插塞的形状。如图7所示，热塑性的成对板件被加热到理想的温度(最好是从350度到400度范围)并置于上下模具中，每个插塞最好都具有一个贯通的气体通道，而且，如说明书中上面部分所讨论的那样，模具也包括一个贯通其间的气体通道，当插塞被放置在模具中时，模具中的通道就和插塞中的通道连通了。这样真空负压作用就可通过模具和插塞中连通的气体通道来施加了，以促进加热的热塑性板紧贴在模具中，从而使热塑性板的形状和模具中的各种凹陷的形状一致，并将插塞挤靠定位在模具中。在上下部件的一个或多个气体通道中还可穿过一个针，这样就可在两半模具间通入正压的压缩空气来促进上下部件上的凹坑紧贴在模具中的插塞上。这也提供了一种在每个凹坑中固定插塞的方法。

如上所述，已经发现通过在模具和插塞中的连通通道施加负压有助于将插塞紧固地连接到热塑性板上。此外，在插塞的外表面使用热活化粘接剂也有助于将插塞连接到板件上。

凹坑和插塞可适于使减震结构其中一个部件比另一个部件具有更大的抗压刚度。有很多种方法可形成这样不同的抗压刚度。在结构的某一部件上可采用半径较小的半球形凹坑，也可在结构某一部件的凹坑中使用由较大弹性模量的材料制成的插塞，还可选择在某一部件的凹坑中的插塞有较大的壁厚的方案。

如图5、6所示，在另外的一个的实施例中，用于制造减震元件的热塑性材料可以是一种网格材料，或者在模压成型凹坑之后或之前在减震元件上穿出一些孔洞或切口。通过采用网格材料或在热塑性材料上穿孔或切口的方案，减震结构中的介质能以一个可控的节率和／或方向在其中进行流通，从而对结构的缓冲性或其它关键功能参数有所贡献。介质的传输率可通过对孔洞大小、网格尺寸的设计来进行控制。同样，减震结构的重量也可比不采用网格结构获得减小或降低。可在在模压形成凹坑之前在热塑性材料上形成网格格式或穿孔、切口，但在用模具模压之后再形成网格格式或穿孔、切口的方案也是可以考虑的。

可在制造减震结构的所有或部分热塑性树脂上形成网格格式或穿孔、切口。举例来讲，可以只在某一特定的区域设置网格结构，从而只在减震结构的某一部件中介质可发生传输流动。网格格式或穿孔、切口的尺寸最好是这样设置的：使得诸如空气、气体、其它流体或颗粒的介质可在整个结构中以可控的节率和／或方向进行流动。同样，网格格式或穿孔、切口的设置还可使得温度、湿度、以及其它结构环境参数可在结构中进行传导。

本发明的减震结构还可以由例如热塑性脲脂的透明层压片材来制成。还可以在热塑性树脂中设置纤维束来有助于防止板件或型坯在模压过程中发生松弛。最好是，纤维束是由尼龙或其它比板件或型坯具有较高熔点的其它材料制成。

还可以考虑这样的技术方案：在减震结构的凹坑中还设置了孔眼。举例来讲，如图11、12所示的那样，在一优选实施例中的半球形凹坑的半球表面上可设置一些孔眼或切槽。这些孔眼的效果是减小了凹坑的平均刚度并改变了其受力-位移关系曲线的形状。每个结构最好都应保持半球形或半椭球形形状，并比其中的开口空间具有更多的实体材料。在另一种实施例中，一个或多个半球形的凹坑在其上具有网格格式。类似于半球上的孔眼，网眼的采用也减小了凹坑的平均刚度。

在另一种实施例中，一个或多个插塞是由网格材料形成的，或者是在插塞上制出了一些孔洞或切口，插塞被设计得适于装配到减震结构的一个或两个相对面板的凹坑中。通过用网格材料制造插塞，或采用板件上制出穿孔或切口的材料，可改变减震结构的刚性。

如图13、14所示，在本发明的另一个实施例中，每个插塞在其外壁上都模压出一个或多个沟槽。对应的凹坑在热成型过程中也在其侧壁上模压出一个或多个沟槽。每个沟槽都具有增加减震结构的平均刚度的效果，并改变了力-位移关系图线的形状。所有沟槽的方向可以是从半球形凹坑的顶部引向其底部，或环绕半球体设置。也可以定向在其它的方向，例如螺旋形地环绕每个半球形进行设置，或组合使用几种具有不同定向的沟槽都是可以的。

在图15所示的另一种实施例中，凹坑或插塞具有不均匀的壁厚。举例来说，半球形底部的厚度大于、或小于顶冠部的厚度。设置不均衡的壁厚使结构具有特定的非线性载荷位移特性。图16表示了安装在半球形凹坑85中的梢部或冠部被切去的一对中空插塞84，或者用更薄的一层橡胶来构成插塞的梢部或冠部。这样设计的插塞具有的优点是减震结构在小载荷时表现得较软，而受力增大时则刚性增大。

在设计中通过改动结构部件，就可能控制减震结构的载荷-位移特性，这包括控制减震结构的非线性特征。非线性意味着减震结构在小位移时有一个刚度系数，而在大位移时则为另一个不同的刚度系数，或更一般地说：刚度系数本身就是位移的函数。图17表示了载荷位移曲线的几个示例。图线A的线性关系可用线性方程F=kx来说明，其中的k是直线的斜率或“刚度”。图线B是一个非线性关系，在该图线中，刚度随位移的增大而增大。该图线是泡沫材料或其它缓冲材料的典型受力特性，这些材料当应变大于0．5时(即超出其原始厚度的一半时)，位移量就到底了。图线B的缺点在于它对冲击能量的吸收能力有限。这是由于冲击能量的大部分是在大作用力水平阶段吸收的(而该阶段位移有限)。其优点在于冲击过程中的峰值载荷相对较低。图线C也表示了一种非线性关系，其中的刚度随减震装置位移的增加而减少。一个具有类似该特性曲线的减震结构的优点是：冲击能量的吸收发生在受力相对较小的区间。在此情况下，其缺点在于峰值载荷发生在冲击起始时刻且数值较高。

图18是根据本发明一优选实施例在底面板形成凹坑的模具的俯视图。下半模具50具有多个半球形的突起52，这些突起在横竖方向成组排列以在压到其上的热塑性材料底面板上形成凹坑。下半模具50还包括多个沿一条第一轴线设置的直条状突起54，和沿垂直于第一轴线的一条第二轴线设置的直条状突起55。每个直线状突起54和55的相交部位56最好具有圆弧的拐角。当热塑性材料被压入到模具中时，直线突起54、55被用来在面板上形成直线状的凹坑。最好是下半模具50可在底面板上形成半球形和直线形的凹坑，而上半模具51则可在上面板上形成半球形的凹坑。直线状的凹坑在底面板上隆起了沟槽。这些顶部对着相对面板的内陷直线形凹槽最好具有足够的高度来接触或靠近相对的面板。如剖视图所示，在一优选实施例中直线状的凹坑和半球形的凹坑相间设置，从而使得每个半球形的凹坑都位于相邻的两个直线形凹槽之间。直线形的凹坑最好能设计得用横竖方向的多个相交部位形成两面板间的支撑构件。底面板上的半球形凹坑52最好能对抵着上面板的半球形凹坑53。在一个或两个相对的面板上设置内陷的直线凹坑的优点在于：凹坑构成了柔性的沟槽，它可增加减震结构的挠曲性。在该实施例中，最好使每个线形凹坑的顶部和底面板位于同一平面。这样，在底面板上的每个半球形凹坑都可由横向凹槽和竖向凹槽间相交处的一个凹陷所围绕。

图19表示了上板61和下板62间的一个垂直侧壁的一个优选实施例的后视剖视图。下板62的边板64在半模具中形成，并使其由下板垂直向上伸出，上板的边板63也用类似的方法模压成型，其也伸向上方，但却和垂直方向有一个锐角，从而使得其可向外延伸而和下板的边板64相接触。下板边板64的尺寸最好略大于上板的边板63。两块边板相对接而形成一个连接了上下部件边缘的垂直侧壁65。

上述的描述只是为了解释说明本发明，对本领域的普通技术人员来说还可以有很多种变型，但所有这些变型都包括在本发明的范围内。