KR20210127013A - Insole for preventing fallen arches - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고압 영역과 저압 영역에 따라 다른 기능을 제공할 수 있는 경사기능구조체를 구비하는 평발화 예방용 신발 안창을 제공한다.The present invention provides an insole for preventing flat shoes having an inclined functional structure capable of providing different functions depending on the high-pressure region and the low-pressure region.
Description
본 발명의 기술적 사상은 의료 기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평발화 예방용 신발 안창에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a medical device, and more particularly, to a shoe insole for preventing flat shoes.
현대사회는 어느 때보다 물질적 풍요와 전문적인 의료 시스템이 갖춰지게 되어, 세계적으로 인구 구조에 큰 변화가 일어나고 있다. 그 변화는 바로 고령화라는 키워드로 설명된다. 세계적인 변화 속에서도 특히, 한국은 한국 전쟁 직후의 베이비붐 세대의 고령화와 현재 세대들의 저출산 기조와 맞물려 세계 평균을 훨씬 웃도는 노인 인구 비율을 유지하고 있으며, 더 나아가 고령화 비율은 크게 더 증가할 추세로 예상된다. 따라서 미래에는 노인 인구가 시장에 더 큰 영향력을 행사하고 또한 중요성이 점차 증가할 것이라 예상된다.The modern society is equipped with material affluence and a professional medical system more than ever, and a major change is taking place in the global population structure. The change is explained by the keyword of aging. In particular, despite global changes, Korea maintains a proportion of the elderly population that far exceeds the global average due to the aging of the baby boom generation immediately after the Korean War and the low birth rate of the current generation. Furthermore, the aging rate is expected to increase significantly. . Therefore, in the future, it is expected that the elderly population will have a greater influence on the market and will also gradually increase in importance.
인간은 나이가 들어감에 따라 여러 질병이 나타날 확률이 늘어나며, 이중에서 흔히 관찰되는 질병으로 평발화 질환이 있다. 이러한 평발화 질환은 성인 인구 4명 중, 1명이 가지고 있는 질환으로 조사된 바, 예상보다 많은 사람이 경험하는 질환이다. 상기 평발화 질환은 단기간에는 신체에 큰 영향을 미치지 않지만, 장기간 방치하면 하체의 근육과 골격에 여러 가지 복합적인 문제를 일으키게 된다. 특히, 인대나 연골의 마모 등으로 인한 신체 기능이 저하된 노인들은, 이러한 평발화 질환이 오랜 기간 방치되면 더욱 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 평발화 질환의 원인은 해부학적으로 발 구조와 연관된다. 일반적인 사람의 발은 측면에서 관찰하면, 중앙 부분이 아치형 구조를 가진다. 이러한 아치형 구조 안에 인대가 위치하여 바닥에 착지할 때 충격을 흡수하고, 움직이거나 서 있을 때 균형을 잡는 데 도움을 준다. 그러나, 나이가 들면서 이러한 아치형 구조를 유지하는 인대가 늘어나게 되고 또한 탄력성을 잃어버리면서, 아치형 구조가 붕괴되는 평발화 질환이 발생한다. 아치형 구조가 붕괴된 발은 제 역할을 해내지 못하여, 불균형한 충격 분배와 비정상적인 직립 자세를 유발하게 되고, 발이 안쪽으로 구부러지는(Overpronation) 증상 등과 같은 복합적인 문제를 일으킨다.As humans age, the probability of appearing various diseases increases, and among them, flatfoot disease is one of the most commonly observed diseases. This flat-footed disease is a disease that 1 out of 4 adult population has, and is a disease experienced by more people than expected. The flatfoot disease does not have a significant effect on the body in a short period of time, but if left unattended for a long period of time, it causes various complex problems in the muscles and skeleton of the lower body. In particular, elderly people whose physical functions are deteriorated due to abrasion of ligaments or cartilage, etc., can lead to more fatal results if such flatfoot disease is left unattended for a long period of time. The cause of flatfoot disease is anatomically related to the structure of the foot. When viewed from the side, a typical human foot has an arcuate structure in the center. Ligaments are located within these arched structures to absorb shock when landing on the floor and help balance when moving or standing. However, as the ligaments that maintain the arch structure increase with age and lose elasticity, flatfoot disease occurs in which the arch structure collapses. A foot with a collapsed arch structure does not function properly, causing unbalanced shock distribution and abnormal upright posture, and complex problems such as overpronation of the foot.
이러한 평발화 질환을 예방 및 보완하기 위해서 평발화 예방용 또는 교정용 신발 안창(Insole) 등을 이용할 수 있다. 상기 신발 안창은 신발 내에서 발의 아치형 구조를 지지하여 발의 원래 모양을 유지할 수 있도록 도와주고, 이를 통해 하체가 균형을 찾도록 도와주는 기능을 한다.In order to prevent and supplement such flatfoot disease, an insole for preventing or correcting flatfoot shoes may be used. The shoe insole supports the arch structure of the foot in the shoe to help maintain the original shape of the foot, and thus serves to help the lower body find balance.
종래의 평발화 예방용 신발 안창은 발과 안창의 접촉 면적을 최대화하여 압력 재분배를 이루는 구조를 가지고 있다. 착용자의 발바닥 형상을 스캔하여 얻은 후에, 접촉 면적을 최대화할 수 있는 안창 곡면을 형성함으로써, 접촉 면적을 증가시킴에 따라 압력이 발바닥에 고르게 유도하는 것이다.The conventional shoe insole for preventing flat shoes has a structure in which pressure is redistributed by maximizing the contact area between the foot and the insole. After obtaining by scanning the shape of the wearer's sole, the pressure is uniformly induced on the sole of the foot as the contact area is increased by forming an insole curved surface that can maximize the contact area.
그러나, 종래의 신발 안창은 단순히 압력을 고르게 분산하는 기능만을 수행하므로, 발의 형성에 따라 형성된 고압 영역과 저압 영역에서 각각 요구되는 개별적 기능을 만족시키진 못하는 한계가 있다.However, since the conventional shoe insole simply performs a function of evenly distributing pressure, there is a limitation in not satisfying individual functions required in the high-pressure region and the low-pressure region formed according to the formation of the foot.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 고압 영역과 저압 영역에 따라 다른 기능을 제공할 수 있는 경사기능구조체를 구비하는 평발화 예방용 신발 안창을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide an insole for preventing flat shoes having an inclined functional structure that can provide different functions depending on the high-pressure region and the low-pressure region.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 관점에 의하면, 경사기능구조체를 구비하는 평발화 예방용 신발 안창이 제공된다. According to one aspect of the present invention, there is provided a shoe insole for preventing flat shoes having an inclined functional structure.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 평발화 예방용 신발 안창은, 제1 압력이 인가되는 제1 영역에 배치된 복수의 제1 단위체들; 및 상기 제1 압력에 비하여 낮은 제2 압력이 인가되는 제2 영역에 배치된 복수의 제2 단위체들;을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the shoe insole for preventing flat shoes may include: a plurality of first units disposed in a first area to which a first pressure is applied; and a plurality of second units disposed in a second region to which a second pressure lower than the first pressure is applied.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 단위체들은 상기 제1 단위체들에 비하여 높은 강성을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the second units may have higher rigidity than the first units.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 단위체들 및 상기 제2 단위체들은 각각 중공을 구비하는 구조를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the first units and the second units may have a hollow structure.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 단위체들 및 상기 제2 단위체들은 각각 중공 원기둥 구조, 벌집 구조, 또는 삼중 주기적 최소곡면 구조를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, each of the first units and the second units may have a hollow cylindrical structure, a honeycomb structure, or a triple periodic minimum curved structure.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 단위체들은 상기 제2 단위체들에 비하여 큰 높이를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first units may have a greater height than the second units.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 단위체들은 상기 제2 단위체들에 비하여 작은 두께를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first units may have a smaller thickness than the second units.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 단위체들과 상기 제2 단위체들은 동일한 물질로 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first units and the second units may be made of the same material.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 단위체들 및 상기 제2 단위체들 중 적어도 어느 하나는, 0.01 GPa 내지 0.04 GPa 범위의 영률을 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, at least one of the first units and the second units may have a Young's modulus in the range of 0.01 GPa to 0.04 GPa.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 단위체들 및 상기 제2 단위체들 중 적어도 어느 하나는, 열가소성 폴리우레탄 또는 에틸렌초산비닐을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, at least one of the first units and the second units may include thermoplastic polyurethane or ethylene vinyl acetate.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 단위체들 및 상기 제2 단위체들은 3-D 프린터를 이용하여 동시에 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first units and the second units may be simultaneously formed using a 3-D printer.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 평발화 예방용 신발 안창은, 미세 구조를 변화시켜, 영역에 따라 다른 강성을 제공하는 경사기능구조체를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the shoe insole for preventing flat shoes may have an inclined functional structure that provides different stiffness depending on the region by changing the microstructure.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 상기 본 발명에 따른 평발화 예방용 신발 안창의 기대효과를 두 가지로 나누어 설명할 수 있다. 경제적 측면에서는 건강에 관심이 많은 노인 인구의 증가로 인해 걸음걸이의 불편을 해소하고자 이러한 평발화 예방용 신발 안창에 자금을 투자하는 노인이 늘어날 것이고, 이는 의료용 신발 안창 시장에서의 시장성을 보일 것으로 예상한다. 한편, 기술적 측면에서는 기존 신발 안창 제작 방식이 경사기능구조체를 쉽게 구현하지 못하는 단점을 3-D 프린터를 이용해서는 극복할 수 있으므로, 주문 제작이 가능한 효과가 있다. 또한, 3-D 프린팅을 이용한 경사기능구조체로서 중공 원기둥 구조를 이용하면, 신발 안창 뿐만 아니라 다양한 충격 흡수구조체 제작에도 사용될 수 있다.According to the technical idea of the present invention, the expected effect of the shoe insole for preventing flat shoes according to the present invention can be divided into two and explained. From an economic point of view, due to an increase in the elderly population who are interested in health, the number of elderly people who invest money in these insoles for prevention of flat shoes to solve the inconvenience of walking will increase, which is expected to show marketability in the medical shoe insole market. do. On the other hand, from a technical point of view, the disadvantage that the existing shoe insole manufacturing method does not easily implement an inclined functional structure can be overcome by using a 3-D printer, so there is an effect that can be made to order. In addition, if the hollow cylindrical structure is used as a tilted functional structure using 3-D printing, it can be used not only for shoe insoles but also for manufacturing various shock-absorbing structures.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 적용되는 열가소성 폴리우레탄의 화학 구조를 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 포함된 제1 단위체 및 제2 단위체를 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 포함된 단위체에 대하여 내부 충진율에 따른 경도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창의 경성 특성을 분석하기 위한 시뮬레이션 모델을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 적용되는 중공 원기둥 구조에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 적용되는 중공 원기둥 구조의 중공 직경에 따른 강성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 적용되는 중공 원기둥 구조의 높이에 따른 강성 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창을 3-D 프린터를 이용하여 구현한 사진이다.1 is a schematic view showing a shoe insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the chemical structure of the thermoplastic polyurethane applied to the shoe insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a first unit and a second unit included in an insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the hardness change according to the internal filling rate with respect to the unit included in the shoe insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
5 shows a simulation model for analyzing the rigidity characteristics of an insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
6 shows a simulation result for a hollow cylindrical structure applied to an insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating a change in stiffness according to a hollow diameter of a hollow cylindrical structure applied to an insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating a change in stiffness according to a height of a hollow cylindrical structure applied to an insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
9 is a picture of a shoe insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention implemented using a 3-D printer.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the technical spirit of the present invention to those skilled in the art. In the present specification, the same reference numerals refer to the same elements throughout. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.
직립보행을 하는 인간의 발은 시간이 흐르면 서서히 발뼈 사이의 인대가 늘어나, 아치가 무너지면서 평발이 된다. 평발은 우리가 걸을 때 생기는 충격을 효율적으로 분산시키지 못해 그 충격을 무릎 관절과 척추 기관으로 전하게 된다. 또한, 관절의 비정상적인 운동을 유발해 무릎 관절이나 아킬레스건에 무리를 줄 수 있다. 세계적으로 평발은 평균 인구의 20% 내지 30%이며, 이를 교정하기 위한 수요가 존재한다. The human foot, who walks upright, gradually stretches the ligaments between the bones of the foot over time and the arch collapses and becomes flat. Flat feet do not effectively dissipate the shock that occurs when we walk, so the shock is transmitted to the knee joint and spinal organs. In addition, it can cause abnormal movement of the joint, which can put strain on the knee joint or the Achilles tendon. Globally, flat feet account for 20% to 30% of the average population, and there is a need to correct them.
발의 아치형 구조를 지탱하면서 평발화 질환의 예방하거나 또는 교정하기 위하여는, 인체의 몸무게에 의하여 발에 가해지는 압력의 재분배를 적절하게 구현할 필요가 있다. 특히, 걷거나 뛰는 동작에서, 발의 앞꿈치(Metatarsal)와 뒤꿈치(Heel)에 큰 압력이 가해지게 되므로, 이 두 부위에 가해지는 압력을 감소시켜야 아치형 구조의 인대에 가해지는 충격을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 아치형 구조를 지지하기 위하여 높은 강도를 가지는 지지 구조체가 필요하다. 평발의 교정은 걷는 자세를 강제적으로 바꾸는데, 개인별로 제작되는 맞춤형 신발 안창이 사용된다. 종래의 평발화 예방용 신발 안창은 발과 안창의 접촉 정도, 즉 정합성(conformity)을 최대화하여 압력 재분배를 구현하였다. 그러나, 이러한 종래의 신발 안창은 높은 압력이 가해지는 고압 부분과 낮은 압력이 가해지는 저압 부분에 동일한 물질 또는 구조로서 형성시키므로, 압력 감소와 구조 지지의 상충되는 기능을 수행하기 어렵다.In order to prevent or correct flatfoot disease while supporting the arch structure of the foot, it is necessary to appropriately implement redistribution of pressure applied to the foot by the body weight. In particular, in walking or running, a large pressure is applied to the metatarsal and heel of the foot, so it is necessary to reduce the pressure applied to these two areas to reduce the impact applied to the ligament of the arcuate structure. In addition, a support structure having high strength is required to support the arcuate structure. Correction of flat feet forcibly changes the walking posture, and custom shoe insoles made for each individual are used. The conventional shoe insole for preventing flat shoes realizes pressure redistribution by maximizing the degree of contact between the foot and the insole, that is, conformity. However, since the conventional shoe insole is formed as the same material or structure in the high-pressure part to which high pressure is applied and the low-pressure part to which low pressure is applied, it is difficult to perform the conflicting functions of reducing pressure and supporting the structure.
이러한 맞춤형 신발 안창을 제작하는 데 있어서 3-D 프린팅 기술은 큰 이점이 있으며 걷기 장애로 고통 받는 사람들에게 적절한 솔루션을 제공하리라 예상한다. 3-D 프린터는 기존의 제조 기법의 한계를 뛰어넘는 많은 장점이 있다. 그 중 3-D 프린터의 가장 큰 장점은 바로 개별 상품마다 독자적인 디자인을 적용할 수 있다는 것이다. 이러한 특징은 사람 개인의 신체 구조를 커버하는데 쉽다. 예를 들어, 신발 안창은 발바닥과 닿는 표면적이 넓을수록 안정성과 착용감을 상승시키며, 3-D 프린터를 이용한다면 개인의 맞춤형 신발 안창을 제작하여 그 효용을 극대화할 수 있다.3-D printing technology has great advantages in making these custom shoe insoles and is expected to provide a suitable solution for people suffering from walking disabilities. 3-D printers have many advantages that go beyond the limitations of conventional manufacturing techniques. Among them, the biggest advantage of 3-D printer is that it can apply a unique design to each product. These features are easy to cover the human body structure. For example, a shoe insole increases stability and fit as the surface area in contact with the sole is wider, and if a 3-D printer is used, it is possible to maximize its utility by making a personalized shoe insole.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창(1)을 도시하는 개략도이다.1 is a schematic view showing a
도 1을 참조하면, 평발화 예방용 신발 안창(1)은 제1 영역(10)과 제2 영역(20)을 포함한다. 제1 영역(10)은 상대적으로 높은 제1 압력이 인가되는 영역으로서, 예를 들어 발의 앞꿈치가 접촉하는 영역이거나 또는 발의 뒷꿈치가 접촉하는 영역일 수 있다. 제2 영역(10)은 상기 제2 압력에 비하여 상대적으로 낮은 제2 압력이 인가되는 영역으로서, 예를 들어 발의 장심(掌心)이 접촉되는 영역일 수 있다. Referring to FIG. 1 , the
제1 영역(10)에는 복수의 제1 단위체들(110)이 배치될 수 있다. 제2 영역(20)에는 복수의 제2 단위체들(120)이 배치될 수 있다. 제2 단위체들(120)은 제1 단위체들(110)에 비하여 높은 강성(stiffness)을 가질 수 있다. 여기에서 강성은 응력(stress)을 변형율(strain)로 나눈 값으로서, 강성이 높을수록 딱딱한 특성을 나타낸다. 이러한 배치에 의하여, 발의 앞꿈치 또는 발의 뒷꿈치는 상대적으로 유연한 제1 단위체들(110)과 접촉하게 되어 압력 분산을 효과적으로 구현할 수 있다. 또한, 발의 장심은 상대적으로 단단한 제2 단위체들(120)과 접촉하게 되어, 발을 더 견고하게 지지할 수 있다.A plurality of
제1 단위체들(110) 및 제2 단위체들(120)은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 단위체들(110) 및 제2 단위체들(120)은 각각 중공(中空)을 구비하는 구조를 가질 수 있다. 또한, 제1 단위체들(110) 및 제2 단위체들(120)은 각각 중앙부가 비어있는 중공(中空) 원기둥 구조를 가질 수 있다. 그러나, 이러한 구조는 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 단위체들(110) 및 제2 단위체들(120)은 각각 벌집 구조(honeycomb) 또는 삼중 주기적 최소곡면 구조(Triply Periodic Minimal Surface, TPMS)를 가질 수 있다.The
상술한 강성 조건을 만족하면서, 제1 단위체들(110) 및 제2 단위체들(120)은 다양한 치수를 가질 수 있다. 제1 단위체들(110)은 제2 단위체들(120)에 비하여 큰 높이를 가질 수 있다. 또한, 제1 단위체들(110)은 제2 단위체들(120)에 비하여 작은 두께를 가질 수 있고, 이러한 경우에는 제1 단위체들(110)의 중공의 직경은 제2 단위체들(120)의 중공의 직경에 비하여 클 수 있다.While satisfying the above-described rigidity condition, the
상술한 강성 조건을 만족하면서, 제1 단위체들(110)과 제2 단위체들(120)는 다양한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 단위체들(110)과 제2 단위체들(120)은 동일한 물질로 구성될 수 있거나, 서로 다른 물질로 구성될 수 있다. 제1 단위체들(110) 및 제2 단위체들(120)은 0.01 GPa 내지 0.04 GPa 범위의 영률을 가질 수 있다. 또한, 제1 단위체들(110) 및 제2 단위체들(120) 중 적어도 어느 하나는 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane, TPU) 또는 에틸렌초산비닐(ethylene-vinyl acetate, EVA)을 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며 다른 물질로 구성되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The
평발화 예방용 신발 안창(1)은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있고, 예를 들어 3-D 프린터를 이용하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 단위체들(110)과 제2 단위체들(120)은 상기 3-D 프린터를 이용하여 동시에 형성될 수 있다.The
이하에서는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 평발화 예방용 신발 안창(1)의 실험예를 설명하기로 한다. 하기의 실험예는 발명의 이해를 돕기 위해 제시되는 것이며, 본 발명의 하기 실험예로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, an experimental example of the
본 실험예에서는, 평발화 예방용 신발 안창을 3-D (three dimensional) 프린터를 이용하여 제조하였다. 또한, 제1 및 제2 단위체들의 강성 특성 분석을 위하여 시뮬레이션 방법을 사용하였다. 본 실험예에서는 하나의 평발화 예방용 신발 안창을 동일한 물질로서 다른 구조를 가지게 하여 경사기능구조체를 구현하였으나, 이는 예시적이며 다른 물질로서 경사기능구조체를 구현하거나 다른 물질과 다른 구조로서 경사기능구조체를 구현하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.In this experimental example, a shoe insole for preventing flat shoes was manufactured using a 3-D (three dimensional) printer. In addition, a simulation method was used to analyze the stiffness characteristics of the first and second units. In this experimental example, the insole for preventing flat shoes was made of the same material and had a different structure to implement the inclined functional structure. The case of implementing is also included in the technical spirit of the present invention.
상기 평발화 예방용 신발 안창을 3-D 프린터를 이용하여 제조하면, 정합성(conformity)을 제공할 뿐만 아니라, 상기 신발 안창의 부위에 따라 물리적 성질을 다르게 구현하는 경사기능구조체(functionally graded structure)를 가질 수 있다. 상기 경사기능구조체는 상기 신발 안창의 미세 구조를 변화시켜, 영역에 따라 다른 강성을 제공하는 구조체이다.When the shoe insole for preventing flat shoes is manufactured using a 3-D printer, a functionally graded structure that not only provides conformity but also implements different physical properties depending on the part of the shoe insole can have The inclined functional structure is a structure that provides different rigidity depending on the area by changing the microstructure of the shoe insole.
상기 3-D 프린터를 이용한 3-D 프린팅 방식은 캐드(CAD) 도면만으로도 별도의 금형 등과 같은 제조 장치가 없어도 형태를 구현할 수 있는, 높은 자유도를 갖는 제조 방법이므로, 상기 경사기능구조체를 구현하기에 적합하다. 따라서, 발바닥과 신발 안창의 접촉면적은 최대화함과 동시에, 앞꿈치와 뒷꿈치에 접촉하는 영역은 약한 강성을 가지고, 장심에 접촉하는 영역은 강한 강성을 가지는 구조를 형성하기에 상기 3-D 프린터를 이용하는 것이 효과적이다. 3-D 프린팅 방식을 이용하여 평발화 예방용 신발 안창을 제작하는 것은 증가되는 평발화 질환으로 고통받는 사람들에게 유용하할 수 있고, 또한 발 교정 장치 시장에서 경쟁력을 갖출 수 있다.The 3-D printing method using the 3-D printer is a manufacturing method with a high degree of freedom that can implement a shape without a manufacturing device such as a separate mold with only CAD drawings, so it is difficult to implement the inclined functional structure. Suitable. Therefore, while maximizing the contact area between the sole and the shoe insole, the area in contact with the forefoot and heel has weak rigidity and the region in contact with the long core has strong rigidity. it is effective Manufacturing a shoe insole for preventing flat shoes by using the 3-D printing method may be useful for people suffering from increasing flat foot disease, and may also be competitive in the foot orthodontic device market.
상기 평발화 예방용 신발 안창은 고분자를 포함할 수 있다. 상기 고분자는 성질이 다양하고, 여러 형태의 인쇄 방식에 사용할 수 있으므로, 3-D 프린팅 방법에 많이 사용되는 재료이다. 상기 고분자 중에서 ABS(Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer) 및 PLA(Polyacetic Acid)가 많이 사용되고 있으나, 상기 ABS는 1.1 GPa 내지 2.9 GPa, 상기 PLA는 3.7 GPa 내지 4.1 GPa 범위의 높은 영률(Young's Modulus)을 가지는 단단한 물질이며, 따라서 신발 안창으로 사용되기에는 강성이 높은 한계가 있다. 반면, 에틸렌초산비닐(EVA)은 0.01 GPa 내지 0.04 GPa 범위의 낮은 영률을 가지므로, 충격 흡수의 기능을 잘 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 따른 평발화 예방용 신발 안창은 상기 에틸렌초산비닐을 포함하여 구성될 수 있다.The shoe insole for preventing flat shoes may include a polymer. Since the polymer has various properties and can be used in various types of printing methods, it is a material widely used in 3-D printing methods. Among the polymers, ABS (Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer) and PLA (Polyacetic Acid) are widely used, but the ABS has a high Young's Modulus (Young's Modulus) in the range of 1.1 GPa to 2.9 GPa, and the PLA is 3.7 GPa to 4.1 GPa. It is a hard material, and therefore has a high rigidity limit to be used as a shoe insole. On the other hand, since ethylene vinyl acetate (EVA) has a low Young's modulus in the range of 0.01 GPa to 0.04 GPa, it can perform a function of absorbing shock well. Therefore, the shoe insole for preventing flat shoes according to the technical idea of the present invention may be configured to include the ethylene vinyl acetate.
또한, 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 약 0.025 GPa 정도의 영률을 가지므로, 본 발명의 기술적 사상에 따른 평발화 예방용 신발 안창은 상기 열가소성 폴리우레탄을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 열가소성 폴리우레탄은 면간 접착력이 우수하여 3-D 프린팅 용이하므로, 3-D 프린팅 필라멘트용 재료로서 사용되고 있다.In addition, since the thermoplastic polyurethane (TPU) has a Young's modulus of about 0.025 GPa, the shoe insole for preventing flat shoes according to the technical idea of the present invention may include the thermoplastic polyurethane. The thermoplastic polyurethane is used as a material for 3-D printing filaments because it is easy to 3-D printing due to excellent interfacial adhesion.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 적용되는 열가소성 폴리우레탄의 화학 구조를 도시하는 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the chemical structure of the thermoplastic polyurethane applied to the shoe insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 열가소성 폴리우레탄은 상온에서 유연기지 공중합체(soft matrix copolymer)를 강성기지 공중합체(hard matrix copolymer)가 가교(Cross-link)하는 미세 구조를 가지므로, 이들의 조성을 조절함으로써 기계적 특성을 조절할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 상기 열가소성 폴리우레탄은 상기 에틸렌초산비닐에 비하여도 열적 안정성이 높고 마모 저항성이 우수하므로 넓은 온도 범위에서 작업이 가능하고, 수명이 긴 장점이 있다.2, since the thermoplastic polyurethane has a microstructure in which a soft matrix copolymer and a hard matrix copolymer cross-link at room temperature, their composition is controlled This has the advantage of being able to control the mechanical properties. In addition, the thermoplastic polyurethane has high thermal stability and excellent abrasion resistance compared to the ethylene vinyl acetate, so that it can be operated in a wide temperature range and has a long lifespan.
평발화 예방용 신발 안창(1)은 제1 단위체들(110)과 제2 단위체들(120)이 각각 반복하여 배치되는 격자구조를 가질 수 있다. 이러한 격자구조는 간단한 구조가 반복되어 배치되므로, 설계가 간편하기도 하고, 연결부에서 발생하는 마찰(friction)이나 좌굴(buckling) 등으로 인해 충격 흡수가 용이할 수 있다. 상기 격자구조를 형성하기 위하여, 제1 단위체들(110)과 제2 단위체들(120)은 중공(中空) 원기둥 구조, 벌집 구조, 또는 삼중 주기적 최소곡면 구조를 가질 수 있다.The
상기 벌집 구조는 육각형 코어(core)를 기본으로 한 구조로서, 충격이 가해지면 상기 코어에서 고리형 플라스틱 변형을 통하여 충격을 흡수할 수 있다. 충격을 흡수하는 정도는 단위체의 두께, 코어의 형상 및 바의 굵기 등 여러 가지 파라미터들을 조절하여 제어할 수 있다. 상기 삼중 주기적 최소곡면 구조(TPMS)는 보다 복잡한 구조로서, 불연속적인 부위가 없어 응력 집중을 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 상술한 벌집 구조 또는 삼중 주기적 최소곡면 구조는 근본적으로 필라멘트를 녹여서 쌓는 FDM(Fused deposition modeling)을 이용하는 3-D 프린팅 방식에서는 구현이 어려울 수 있다. 특히, 층간 구조에서 아래층에 대해 위층이 이루는 각도가 45도 이상이 되면 붕괴를 방지하기 위해 구조물을 받쳐줄 지지 구조체가 추가적으로 필요하므로, 사용되는 재료 양이 증가하고, 시간도 더 오래 걸리며, 이후에 지지 구조체를 제거할 필요가 있다. 특히, 작은 구조체가 반복되어 구성되는 격자 구조에서는 지지 구조체를 제거하기가 더욱 어려워진다. 따라서, 상기 중공(中空) 원기둥 구조가 평발화 예방용 신발 안창에의 적용되는 것이 상대적으로 용이할 수 있다.The honeycomb structure is a structure based on a hexagonal core, and when an impact is applied, the core can absorb the impact through the cyclic plastic deformation. The degree of absorbing the shock can be controlled by adjusting various parameters such as the thickness of the unit, the shape of the core, and the thickness of the bar. The triple periodic minimum curved structure (TPMS) is a more complex structure, and has an advantage that stress concentration can be minimized without discontinuous portions. The above-described honeycomb structure or triple periodic minimum curved structure may be difficult to implement in a 3-D printing method using fused deposition modeling (FDM) in which filaments are basically melted and stacked. In particular, when the angle formed by the upper layer with respect to the lower layer in the interlayer structure is 45 degrees or more, a support structure to support the structure is additionally required to prevent collapse, so the amount of material used increases, it takes longer, and it takes longer to support the structure later. The structure needs to be removed. In particular, in a lattice structure in which small structures are repeated, it becomes more difficult to remove the support structure. Therefore, it may be relatively easy to apply the hollow cylindrical structure to the shoe insole for preventing flat shoes.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 포함된 제1 단위체(110) 및 제2 단위체(120)를 도시하는 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating a
도 3을 참조하면, 제1 단위체(110) 및 제2 단위체(120) 각각은 중공(中空) 원기둥 구조를 가질 수 있다. 상기 중공 원기둥 구조는 전체 직경(D), 중공 직경(G), 두께(H), 및 높이(H) 등의 치수를 가질 수 있다. 상기 중공 원기둥 구조는 상대적으로 간단한 구조이며, 또한 상술한 치수들을 변경하여 기계적 특성을 제어할 수 있다. 또한, 충격 흡수 특성을 가지면서 동시에 마모 저항성이 큰 장점이 있다.Referring to FIG. 3 , each of the
본 발명의 기술적 사상에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 있어서, 착용자의 발바닥 각 부위의 압력 분포(Plantar pressure distribution)를 기준하여, 서로 다른 기계적 특성을 가지는 단위체들을 배치하여, 결과적으로 발의 아치형 구조를 유지할 수 있는 최적의 변형 분포와 압력 분포에 대한 정보를 취득할 필요가 있다. 이를 위하여, 단위체의 치수 변화에 따른 강성 변화를 분석할 필요가 있다. 단위체의 치수들 중에 중공 직경(G)과 높이(H)의 변화에 따른 강성 변화를 수치해석을 이용하여 시뮬레이션 하기로 한다.In the shoe insole for preventing flat shoes according to the technical idea of the present invention, based on the plantar pressure distribution of each part of the sole of the wearer, units having different mechanical properties are arranged, resulting in an arcuate structure of the foot It is necessary to acquire information about the optimal strain distribution and pressure distribution that can be maintained. To this end, it is necessary to analyze the stiffness change according to the dimensional change of the unit body. Among the dimensions of the unit, the change in stiffness according to the change of the hollow diameter (G) and the height (H) will be simulated using numerical analysis.
중공 직경(G)과 높이(H)를 변수로 선택한 이유는 다음과 같다. 다른 조건이 모두 동일한 경우에, 중공 직경이 커질수록 힘을 받는 면적이 작아지게 되어 결과적으로 압력이 증가된다. 그런데, 상기 TPU와 같은 점탄성(viscoelastic) 물질은 응력-변형율 곡선이 탄성 영역에서도 완전한 직선이 아니므로, 가해준 응력과 측정된 변형율의 비로 나타내지는 강성(stiffness)이 변화될 것임을 예상할 수 있다. 이와 유사하게 단위체의 높이 또한 변수가 될 수 있고, 즉 높이에 따라 강성이 변화될 수 있으며, 정합성을 위하여도 높이는 변화되는 요소로서 필요하게 된다.The reason for choosing the hollow diameter (G) and height (H) as variables is as follows. All other things being equal, the larger the hollow diameter, the smaller the area subjected to the force, resulting in an increase in pressure. However, since the stress-strain curve of a viscoelastic material such as TPU is not a perfect straight line even in the elastic region, it can be expected that the stiffness represented by the ratio of the applied stress and the measured strain will change. Similarly, the height of the unit may also be a variable, that is, the rigidity may be changed according to the height, and the height is required as a variable element for consistency.
중공 원기둥 구조의 강성에 영향을 미치는 요인 중에 중공 직경 및 높이에 대하여 검토하기로 한다.Among the factors affecting the rigidity of the hollow cylindrical structure, the hollow diameter and height will be reviewed.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 포함된 단위체에 대하여 내부 충진율에 따른 경도 변화를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the hardness change according to the internal filling rate with respect to the unit included in the shoe insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 격자가 공간을 채우는 비율인 내부 충진율(infill percentage)가 증가할수록 경도가 증가한다. 이러한 결과로부터, 내부 충진율과 유사하게 기공도(porosity)를 조정하여 경도를 변경할 수 있다. 따라서, 상기 중공 원기둥 구조에서 중공의 크기를 변화시키면 경도를 변경시킬 수 있으며, 예를 들어 중공의 크기를 증가시키면 경도를 감소시킬 수 있다.Referring to FIG. 4 , the hardness increases as the infill percentage, which is the rate at which the grating fills the space, increases. From these results, it is possible to change the hardness by adjusting the porosity similar to the internal filling rate. Therefore, if the size of the hollow in the hollow cylindrical structure is changed, the hardness may be changed, for example, if the size of the hollow is increased, the hardness may be decreased.
높이를 고려하는 이유는 힐컵(heel cup)을 형성하거나 장심을 지탱하기 위해서는 단위체들이 다른 높이를 가질 필요가 있다. 또한, 발과 신발 안창 사이의 접촉 면적이 증가할수록 정합성이 증가하고 동시에 발뒤꿈치에 작용하는 압력은 감소된다. 예를 들어 접촉 면적이 7.1% 더 큰 경우에는, 뒤꿈치에 작용하는 압력이 26.2% 감소된다.The reason for considering the height is that units need to have different heights in order to form a heel cup or support the long core. In addition, as the contact area between the foot and the shoe insole increases, the fit increases and the pressure acting on the heel decreases at the same time. For example, for a 7.1% larger contact area, the pressure on the heel is reduced by 26.2%.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창의 경성 특성을 분석하기 위한 시뮬레이션 모델을 도시한다.5 shows a simulation model for analyzing the rigidity characteristics of an insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 중공 원기둥 구조를 가로 5개, 세로 5개, 높이 3개로 쌓아올린 시뮬레이션 모델이 도시되어 있다. 중공 직경(G)의 영향을 분석하기 위하여, 도 3의 중공 원기둥 구조에서, 전체 직경(D)을 5 mm 및 높이(H)를 5 mm 로 고정하고, 중공 직경(G)을 0 mm(즉, 중공 없음), 1 mm, 2 mm, 및 3 mm 로 변화시켜 시뮬레이션하였다. 또한, 높이(H)의 영향을 분석하기 위하여, 전체 직경(D)을 5 mm 및 중공 직경(G)을 2 mm 로 고정하고, 높이(H)를 1 mm, 3 mm, 및 5 mm 로 변화시켜 시뮬레이션하였다. Referring to FIG. 5 , a simulation model in which a hollow cylindrical structure is stacked with 5 horizontal, 5 vertical, and 3 heights is shown. To analyze the influence of the hollow diameter (G), in the hollow cylindrical structure of Fig. 3, the total diameter (D) was fixed at 5 mm and the height (H) was fixed at 5 mm, and the hollow diameter (G) was set at 0 mm (i.e., , no hollow), 1 mm, 2 mm, and 3 mm were simulated. In addition, to analyze the effect of height (H), the total diameter (D) was fixed at 5 mm and the hollow diameter (G) was set at 2 mm, and the height (H) was changed to 1 mm, 3 mm, and 5 mm. was simulated.
참고로, 전체 직경(D)은 중공 원기둥의 크기가 너무 작으면 3-D 프린터의 해상도가 이를 따라가지 못하여 실제 제작하였을 때 예상한 성능을 발휘하지 못할 수 있고, 너무 크다면 정합성에 영향을 줄 것이므로, 이를 고려하여 5mm 로 설정하였다. 중공 직경(G)의 크기와 높이(H)는 종래의 신발 안창의 치수가 0.6 mm 내지 2.0 mm 임을 고려하여 선택하였다. 추가로, 중공 원기둥의 사이를 삽입된 평판의 두께는 균일하게 1 mm 로 설정하였다.For reference, as for the overall diameter (D), if the size of the hollow cylinder is too small, the resolution of the 3-D printer cannot keep up with it, so it may not exhibit the expected performance when actually manufactured. Therefore, considering this, it was set to 5 mm. The size of the hollow diameter (G) and the height (H) were selected in consideration of the size of the conventional shoe insole being 0.6 mm to 2.0 mm. In addition, the thickness of the flat plate inserted between the hollow cylinders was uniformly set to 1 mm.
상기 시뮬레이션을 위하여 물질로서 열가소성 폴리우레탄을 선택하였고 또한, 구체적인 물질 특성을 결정하기 위하여 상기 열가소성 폴리우레탄으로서 BASF Elastollan 1185A를 선택하였다. 상기 열가소성 폴리우레탄은 1.12 g/cm3 의 밀도, 0.0250 GPa의 탄성계수, 0.0100 GPa의 전단 탄성계수, 및 0.25의 포아송 비를 가진다. 이어서, 상기 열가소성 폴리우레탄의 응력-변형률 곡선을 종래 자료를 통하여 얻은 후에, 'Plot Digitizer' 프로그램을 이용하여 168개의 좌표를 획득한 뒤 시뮬레이션 툴에 대입하여 원하는 상기 열가소성 폴리우레탄의 데이터를 취득하였다. 이어서, 상기 데이터와 디자인한 CAD 샘플을 Autodesk사의 'NASTRAN' 구조해석 프로그램을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. For the simulation, a thermoplastic polyurethane was selected as the material, and BASF Elastollan 1185A was selected as the thermoplastic polyurethane to determine the specific material properties. The thermoplastic polyurethane has a density of 1.12 g/cm 3 , an elastic modulus of 0.0250 GPa, a shear modulus of 0.0100 GPa, and a Poisson's ratio of 0.25. Then, after obtaining the stress-strain curve of the thermoplastic polyurethane through the conventional data, 168 coordinates were obtained using the 'Plot Digitizer' program and then substituted into the simulation tool to obtain the desired data of the thermoplastic polyurethane. Then, the data and the designed CAD sample were simulated using Autodesk's 'NASTRAN' structural analysis program.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 적용되는 중공 원기둥 구조에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한다.6 shows a simulation result for a hollow cylindrical structure applied to an insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 도 5의 시뮬레이션 모델의 격자 구조에 150 N 내지 1500 N 범위로 150 N의 일정한 간격으로 힘을 인가하는 시뮬레이션을 수행하였으며, 결과적으로 구조의 변형 정도가 나타나있다. 이때, 힘이 인가되는 면적을 이용하여 응력 데이터를 취득할 수 있으며, 또한 변형 전의 구조의 치수를 알고 있으므로, 변형율 데이터를 취득할 수 있다. 이에 따라, 응력-변형률 곡선을 취득할 수 있고, 훅크의 법칙(Hooke's law)을 만족한다고 가정하면, 상기 곡선의 기울기에 해당하는 강성을 취득할 수 있다.Referring to FIG. 6 , a simulation of applying a force at regular intervals of 150 N in a range of 150 N to 1500 N to the lattice structure of the simulation model of FIG. 5 was performed, and as a result, the degree of deformation of the structure is shown. At this time, stress data can be acquired using the area to which the force is applied, and since the dimensions of the structure before deformation are known, strain data can be acquired. Accordingly, a stress-strain curve can be obtained, and assuming that Hooke's law is satisfied, the stiffness corresponding to the slope of the curve can be obtained.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 적용되는 중공 원기둥 구조의 중공 직경에 따른 강성 변화를 나타내는 그래프이다. 7 is a graph illustrating a change in stiffness according to a hollow diameter of a hollow cylindrical structure applied to an insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 벌크(bulk)에 대한 중공 원기둥 구조의 강성 변화가 나타나있다. 중공 직경이 2 mm 이하인 경우에는 강성이 약 2% 이하로 감소되는 것으로 나타났고, 중공 직경이 3mm 인 경우에는 약 2.8% 의 강성 감소가 나타났다.Referring to FIG. 7 , the stiffness change of the hollow cylindrical structure with respect to the bulk is shown. When the hollow diameter was 2 mm or less, the stiffness was reduced by about 2% or less, and when the hollow diameter was 3 mm, the stiffness decreased by about 2.8%.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창에 적용되는 중공 원기둥 구조의 높이에 따른 강성 변화를 나타내는 그래프이다. 8 is a graph illustrating a change in stiffness according to a height of a hollow cylindrical structure applied to an insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 벌크에 대한 중공 원기둥 구조의 강성 변화가 나타나있다. 높이가 5 mm 인 경우에는 강성이 약 2% 이하로 감소되며, 높이가 3 mm 인 경우에는 강성이 약 1.25% 이하로 감소되며, 반면 높이가 1 mm 인 경우에는 강성이 약 1.1% 증가된 것으로 나타났다.Referring to FIG. 8 , the stiffness change of the hollow cylindrical structure with respect to the bulk is shown. When the height is 5 mm, the stiffness is reduced to about 2% or less, when the height is 3 mm, the stiffness is reduced to about 1.25% or less, whereas when the height is 1 mm, the stiffness is increased by about 1.1%. appear.
도 1에 도시된 평발화 예방용 신발 안창(1)에 적용하면, 제1 단위체들(110)은 상대적으로 낮은 강성을 요구하므로, 제2 단위체들(120)과 비교하면, 제1 단위체들(110)은 중공 직경이 크고(즉, 두께가 작고), 높이가 클 수 있다.When applied to the
이와 같이, 설정한 두 가지 변수로 실험을 해 본 결과, 적은 양이긴 하지만 변수에 따른 강성 변화가 존재하므로, 선택한 변수의 크기를 조절하여 영역마다 특성이 다른 경사기능구조체를 구현할 가능성이 있다. 상기 실험을 통해 취득한 강성의 차이가 크지 않기 때문에 변수에 따른 변화를 좀 더 명확하게 얻기 위해서 중공 원기둥의 층수와 같은 추가적인 구조적 변수를 조사하고, 중공 원기둥의 옆면에 다른 중공을 추가하는 등의 더욱 복잡한 구조를 설계하거나 또는 물질의 조성을 변화시키는 등과 같은 재료적 변수를 추가할 필요가 있다.As a result of experimenting with the two set variables as described above, although there is a small amount, there is a change in stiffness according to the variable, so there is a possibility to implement a sloped functional structure with different characteristics for each area by adjusting the size of the selected variable. Since the difference in stiffness obtained through the above experiment is not large, additional structural variables such as the number of layers of the hollow cylinder are investigated in order to obtain a more clear change according to the variables, and more complex methods such as adding other hollows to the side of the hollow cylinder It is necessary to add material parameters such as designing the structure or changing the composition of the material.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 평발화 예방용 신발 안창을 3-D 프린터를 이용하여 구현한 사진이다.9 is a picture of a shoe insole for preventing flat shoes according to an embodiment of the present invention implemented using a 3-D printer.
도 9를 참조하면, 상술한 시뮬레이션 결과를 바탕으로 다른 강도를 가지는 중공 원기둥 구조를 적용하여 3-D 프린터를 이용하여 형성한 평발화 예방용 신발 안창이 도시되어 있다.Referring to FIG. 9 , a shoe insole for preventing flat shoes formed by using a 3-D printer by applying a hollow cylindrical structure having different strengths based on the above-described simulation results is shown.
중공 원기둥 구조의 중공의 크기를 다르게 하고, 높이를 조절하여 위치마다 다른 크기의 압력이 작용하는 것에 대응할 수 있고, 동시에 정합성을 확보할 수 있는 구조를 설계하였다. 이러한 방식으로 중공의 크기와 높이를 조절하여 강도가 다른 격자들을 해당 특성이 있어야 하는 위치에 적절히 배치하여 기계적, 구조적 특성이 부분마다 연속적으로 변화하는 경사기능구조체를 가지는 신발 안창을 구현하였다.By varying the size of the hollow of the hollow cylindrical structure and adjusting the height, a structure that can respond to pressures of different sizes for each location and at the same time ensure consistency was designed. In this way, by adjusting the size and height of the hollow, lattices with different strengths were appropriately placed at the positions where the corresponding characteristics should be, and a shoe insole having an inclined functional structure in which mechanical and structural characteristics continuously change for each part was realized.
구체적으로, 상기 3-D 모델을 이용하여 지-코드(g-code)를 만들고, 3-D 프린터(신도리코사의 3DWOX 7X)를 이용하여 열가소성 폴리우레탄으로 3-D 프린팅을 수행하였다. 상기 프린팅은 235℃의 인쇄 노즐의 온도와 20시간 동안 수행하였다.Specifically, a g-code was made using the 3-D model, and 3-D printing was performed with a thermoplastic polyurethane using a 3-D printer (3DWOX 7X manufactured by Sindoh Corporation). The printing was performed at a temperature of the printing nozzle of 235° C. for 20 hours.
한편, 사용한 3-D 프린터에 따라 설계한 중공의 크기가 너무 작은 경우에는 해상도의 한계로 프린팅이 구현되지 않을 수 있으므로, 적절한 크기 차이를 설정할 필요가 있다. 이어서. 시뮬레이션을 수행하고 그 결과를 바탕으로 3-D 프린팅 신발 안창 CAD 디자인을 제작하고, 제작한 CAD 파일을 이용하여 3-D 프린터를 이용하여 평발화 예방용 신발 안창을 형성하였다.On the other hand, if the size of the hollow designed according to the 3-D printer used is too small, printing may not be realized due to the limitation of resolution, so it is necessary to set an appropriate size difference. next. Based on the simulation results, a 3-D printing shoe insole CAD design was produced, and a 3-D printer was used to form a shoe insole for preventing flat shoes using the CAD file.
이후, 착용자의 사용자의 평가를 통해 제품의 특성을 파악하고 보완할 수 있다. 사용자의 주관적 만족도 평가를 위해서는 정지 시, 보행 시 만족감을 1 단계 내지 7 단계에 걸쳐서 평가하는 항목들을 포함한 설문 조사를 이용해 통계적으로 평가하는 방법 등이 있다. 또한, 제품 착용 시 실제 발바닥 각 부위의 압력 분포(Plantar pressure distribution)을 얻을 수 있는 압력평가시스템(PedarX in-shoe pressure measurement system)을 이용하여 실제로 신발 안창이 잘 기능하고 있는지 평가할 수 있다.Thereafter, the characteristics of the product may be identified and supplemented through the user's evaluation of the wearer. In order to evaluate the subjective satisfaction of the user, there is a method of statistically evaluating the satisfaction when stopping and walking using a questionnaire including items for evaluating the satisfaction in
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical spirit of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is the technical spirit of the present invention that various substitutions, modifications and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this belongs.
Claims (11)
상기 제1 압력에 비하여 낮은 제2 압력이 인가되는 제2 영역에 배치된 복수의 제2 단위체들;을 포함하는,
평발화 예방용 신발 안창.a plurality of first unit bodies disposed in a first region to which a first pressure is applied; and
A plurality of second units disposed in a second region to which a second pressure lower than that of the first pressure is applied;
Foot insoles for preventing flat shoes.
상기 제2 단위체들은 상기 제1 단위체들에 비하여 높은 강성(stiffness)을 가지는, 평발화 예방용 신발 안창.The method of claim 1,
The second unit body has a higher stiffness than the first unit body, the shoe insole for preventing flat shoes.
상기 제1 단위체들 및 상기 제2 단위체들은 각각 중공(中空)을 구비하는 구조를 가지는,
평발화 예방용 신발 안창.The method of claim 1,
Each of the first units and the second units has a hollow structure;
Foot insoles for preventing flat shoes.
상기 제1 단위체들 및 상기 제2 단위체들은 각각 중공(中空) 원기둥 구조, 벌집 구조, 또는 삼중 주기적 최소곡면 구조를 가지는,
평발화 예방용 신발 안창.The method of claim 1,
The first units and the second units each have a hollow cylindrical structure, a honeycomb structure, or a triple periodic minimum curved structure,
Foot insoles for preventing flat shoes.
상기 제1 단위체들은 상기 제2 단위체들에 비하여 큰 높이를 가지는,
평발화 예방용 신발 안창.The method of claim 1,
The first units have a greater height than the second units,
Foot insoles for preventing flat shoes.
상기 제1 단위체들은 상기 제2 단위체들에 비하여 작은 두께를 가지는,
평발화 예방용 신발 안창.The method of claim 1,
The first units have a smaller thickness than the second units,
Foot insoles for preventing flat shoes.
상기 제1 단위체들과 상기 제2 단위체들은 동일한 물질로 구성된,
평발화 예방용 신발 안창.The method of claim 1,
wherein the first units and the second units are made of the same material;
Foot insoles for preventing flat shoes.
상기 제1 단위체들 및 상기 제2 단위체들 중 적어도 어느 하나는, 0.01 GPa 내지 0.04 GPa 범위의 영률을 가지는,
평발화 예방용 신발 안창.The method of claim 1,
At least one of the first units and the second units has a Young's modulus in the range of 0.01 GPa to 0.04 GPa,
Foot insoles for preventing flat shoes.
상기 제1 단위체들 및 상기 제2 단위체들 중 적어도 어느 하나는, 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane, TPU) 또는 에틸렌초산비닐(ethylene-vinyl acetate, EVA)을 포함하는,
평발화 예방용 신발 안창.The method of claim 1,
At least one of the first units and the second units includes thermoplastic polyurethane (TPU) or ethylene-vinyl acetate (EVA),
Foot insoles for preventing flat shoes.
상기 제1 단위체들 및 상기 제2 단위체들은 3-D 프린터를 이용하여 동시에 형성된,
평발화 예방용 신발 안창.The method of claim 1,
The first units and the second units are simultaneously formed using a 3-D printer,
Foot insoles for preventing flat shoes.
상기 평발화 예방용 신발 안창은, 미세 구조를 변화시켜, 영역에 따라 다른 강성을 제공하는 경사기능구조체를 가지는,
평발화 예방용 신발 안창.The method of claim 1,
The shoe insole for preventing flat shoes has a sloped functional structure that provides different rigidity depending on the area by changing the microstructure,
Foot insoles for preventing flat shoes.
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