專利名稱：導熱和導電的元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種導熱和導電的元件，特別涉及一種用于包括但不限于手柄的裝置的導熱和導電元件。
背景技術(shù)：
暖手器，襪子以及手柄是當今市場上使用加熱元件或材料的裝置中一些。這些加熱材料特別用于讓使用者在低溫環(huán)境下保持溫暖。盡管本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了在手柄中的特殊應用并且將會特別提到手柄，但應該理解的是，本發(fā)明的加熱材料具有廣泛的應用，并不限于手柄。手柄和運動手柄經(jīng)常用于減少由使用施加沖擊工具帶來的碰撞沖擊。這些工具的例子包括高爾夫球桿、壁球拍以及網(wǎng)球拍等。碰撞沖擊在使用者揮動工具并與的物體(例如高爾夫球)接觸時發(fā)生。碰撞沖擊可以對人體產(chǎn)生危害，并可導致不適以及關(guān)節(jié)和/或組織損傷。加熱手柄對那些即便在溫和溫度下依舊會感到不適的使用者起作用，諸如患關(guān)節(jié)炎的使用者。目前市場上有很多的加熱手柄。這些手柄使用嵌入的線或箔來產(chǎn)生熱量，讓電流通過并由于電路電阻產(chǎn)生熱量。所述線或箔給手柄表面提供熱輻射源。現(xiàn)有技術(shù)中的這些線或箔都存在缺陷。例如，這些線或箔很難制造。每片線或箔都必須按規(guī)格剪裁并且機械地連接至手柄。此外，這些線或箔手柄還存在如下缺陷，即當其足夠疲勞時這些線可能會折斷。疲勞可能通過物理位移發(fā)生，比如當線或箔彎曲的時候。需要一種柔性的并且相對容易制造的加熱手柄。并進一步需要一種適合使用并能減少擊打工具帶來的碰撞沖擊的加熱高爾夫手柄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種導熱和導電的元件來解決前述的以及其他的現(xiàn)有技術(shù)的不足，該導熱和導電的元件使用電源借助其自身的電阻來加熱。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種導熱和導電的加熱手柄。根據(jù)本發(fā)明的導熱和導電的元件包括電源以及配置成選擇導通或關(guān)斷電源的控制開關(guān)。該導熱和導電的元件還包括由電和熱絕緣材料組成的內(nèi)層。該加熱元件進一步包括在該內(nèi)層的外表面上成間隔布置/間隔線路地設(shè)置的導熱和導電的聚合物材料。該線路配置成電連接至電源。該線路配置成在控制開關(guān)導通電源并且電流過該線路時散熱。該加熱元件可進一步包括布置在該內(nèi)層上的外層。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種手柄包括電源和配置成可選擇的導通或關(guān)斷該電源的控制開關(guān)。該手柄還包括由電和熱絕緣材料組成的大致圓筒形的內(nèi)芯。該手柄進一步包括以線路形式布置在該內(nèi)芯的外表面上的導熱和導電的聚合物材料。該線路配置成電連接至電源。該線路配置成在控制開關(guān)導通電源并且電流過該裝置時散熱。該手柄可包括設(shè)置在該內(nèi)芯上的外層。這些以及其他的特征和優(yōu)點，通過閱讀后續(xù)示例性實施例的詳細描述以及附圖，將變得更為清楚。


圖1為高爾夫球桿的透視圖，該球桿在手柄中具有根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中的導熱和導電的元件。圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的手柄的側(cè)視圖，其示出了在手柄上的覆蓋外層之前的導熱和導電的元件。圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的手柄的部分縱向截面圖，該手柄具有設(shè)置在其內(nèi)層和外層之間的導熱和導電的元件。圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的手柄的截面圖，該手柄具有穿過層突出的導熱和導電的元件。圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于形成加熱手柄的方法流程圖，該手柄具有導熱和導電的元件。圖6為覆蓋層形式的加熱元件的部分截面圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種廣泛應用的導熱和導電的元件?？梢岳斫獾氖?，在此描述的該導熱和導電的元件(在此也簡稱為“元件”或“加熱元件”)可以用于為從平坦墊子或毯子到大的圓形套筒(包括但不限于手柄、手套、襪子等)物體的表面加熱。此外，在此描述的加熱元件可以用于加熱多種不同的設(shè)備，包括但不限于儲存罐、座椅、把手手柄、運動手柄、 槍托以及魚竿。當以高爾夫手柄來詳細描述本發(fā)明時，應該理解的是本發(fā)明所要保護的并不僅限于高爾夫手柄。參照附圖，其中在這些圖中，相同的附圖標記表示相同或類似的特征，現(xiàn)在參照圖 1，其示出了一個高爾夫球桿，其包括了安裝在高爾夫球桿的軸桿的近端上的高爾夫手柄。 在此使用的術(shù)語“近”和“遠”是從高爾夫球手的角度看的。高爾夫球桿100包括設(shè)置在其遠端的頭部110，以及一細長的軸桿120。在細長的軸桿120的近端的是手柄130。盡管所示手柄130包括具有比球桿遠端更大直徑的近端，但應該理解的是，手柄 130可以采用多種不同的形狀，包括但不限于近端和遠端具有基本相同直徑的圓柱形。一個這樣的例子是倒錐形。高爾夫手柄130僅僅是適合本發(fā)明的加熱元件的手柄的一個例子。手柄130包括位于細長軸桿120的近端或粗端的端蓋150。每一個所述端蓋150 均為標準高爾夫手柄端蓋。手柄130和端蓋150可以組裝成一個單元?？商鎿Q的，手柄和端蓋可以為分開的單元。電源可以設(shè)置在手柄130或端蓋150中的任意位置。該電源可以為電池或類似的電源。如使用電阻發(fā)生器(resistance generator)，該電阻發(fā)生器可以由磁體和線圈組成， 類似于那些在手表中使用的電阻發(fā)生器。參照圖2，示出了具有根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的加熱元件的手柄的側(cè)截面圖。該手柄可以為高爾夫手柄或用于其他設(shè)備的手柄。手柄210安裝在軸桿220上。該實施例中的加熱元件包括位于手柄210之上或之中的由導熱和導電材料250、260制成的成形線路， 該線路類似于一個或多個可具有線圈形狀的帶或線。在此使用的該術(shù)語“帶”或“線”或“線圈”是指由導電和導熱的聚合材料的制成的分立的線路，該聚合材料為諸如可以從位于 1670-C Enterprise Parkway, Twinsburg，Ohio 44087 的 Silicone Solution 公司商業(yè)米購到的SS-26S或SS-27材料。這些術(shù)語將與加熱元件或元件交互使用。手柄210上的加熱元件250、260可由其他材料配方組成，只要該材料是導熱和導電的。其他材料可以包括熱塑性或彈性聚合物。該材料可以模制或形成一個或多個材料線， 輪廓樣式為使得每一個線250 J60的端部電連接至具有正極端(或接線柱)240和負極端 244的電源M0。如在該配置中示出的，每個線250 J60的正極端242可在正極接頭246處相連接或直接連接至電源240的正極端M2。類似的，線250、260的每個負極端244可以通過負極接頭248相互連接或直接連接至電源MO的負極端M4。電連接可以通過任何合適的電接頭來實現(xiàn)。電源240提供電流給加熱元件250 J60。這種電能通過加熱元件250 J60的材料的電阻轉(zhuǎn)換成熱量。手柄210使用的電源240可以為低電壓的。因此，在決定可用于手柄 210產(chǎn)生熱量的元件250 J60的電阻的大小的時候，需要考慮到這一點。該材料的電阻越高，加熱該材料所需的能量也就高。消耗的能量加熱連接至電源的元件250 J60。盡管以“線”(其可以為線圈)來描述本發(fā)明的實施例，但是材料可以設(shè)置成任意數(shù)量的構(gòu)造，只要該材料可以電連接至為其提供電流的電源。例如，該材料可以設(shè)置成一條或多條直線，該直線從手柄的近端到手柄的末端橫過手柄210的表面，并電連接至電源 2400盡管前述的實施例披露了兩個線或元件250 J60，但在另一個實施例可以僅采用一個元件250。元件250可以環(huán)繞整個手柄布置，或者策略性的布置在手柄的一個或多個位置。電源240可以在使用者按開/關(guān)按鈕245時有選擇地導通或關(guān)斷，或借助熱傳感器(未示出)而自動地導通或關(guān)斷。在本實施例中，開/關(guān)按鈕245設(shè)置在端蓋230近端的背面。由于開/關(guān)按鈕245設(shè)置在端蓋230的背面，這減少了使用者在握持手柄210時誤壓開/關(guān)按鈕M5的機會。元件250 J60的電壓傳輸能力可以從1. 5伏特到數(shù)百伏特，這取決于線的截面尺寸和長度、以及對于熱傳輸和升溫時間的使用要求。該材料的疲勞壽命可以超過常用的箔或線元件。此外，聚合物型手柄可以具有更低的制造和材料成本，并具有更高的生產(chǎn)循環(huán)次數(shù)，從而導致更高效的生產(chǎn)工藝。在圖2中，電源240設(shè)置在端蓋230中。端蓋230可以使用摩擦力或干涉配合或諸如橡膠膠水的粘結(jié)劑來連接至手柄210。然而，應該理解到，電源240可以設(shè)置在其他位置。例如，感應電源可以設(shè)置在與圖2中的手柄210—起使用或相關(guān)聯(lián)的袋子中，例如高爾夫袋。電源也可以位于軸桿220中。手柄210可以具有多于兩個的元件250 J60。多個元件可以位于手柄的每一側(cè)或完全的環(huán)繞手柄或只位于手柄上的選定位置。接下來參照圖3，其示出圖2中手柄的部分縱向截面圖，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該手柄加設(shè)有外層208。該手柄包括內(nèi)芯或內(nèi)層206。該內(nèi)芯206可以是用于如美國專利7，458，902中的高爾夫手柄的underlisting。內(nèi)芯206可以設(shè)計成在高爾夫軸桿220上滑動或環(huán)繞高爾夫軸桿220。內(nèi)芯206基本為圓筒形，并由諸如熱塑性材料、硅樹脂或橡膠等非導電或絕緣材料組成。在手柄接觸導電軸桿(軸桿有時候由導電材料制成)時，這種
5非導電材料有助于降低短路的風險。該內(nèi)芯206可通過本領(lǐng)域已知的任何合適的方式連接至軸桿220，例如，使用雙面粘結(jié)膠帶或者也可采用噴霧或液體粘結(jié)劑。線250 J60設(shè)置在內(nèi)芯206上。這些線可通過多種方式連接到內(nèi)芯。例如，這些線可以通過擠壓導熱和導電材料的套管并以期望或設(shè)定的線路將它施加到內(nèi)芯206。可替換的，可以使用諸如絲網(wǎng)印刷(其采用噴涂沉積材料)的技術(shù)。另一種用來將導熱和導電的材料施加到內(nèi)芯206的可用的技術(shù)是化學鍵接。例如，硅樹脂元件材料可以在沒有化學結(jié)合助劑的情況下化學地結(jié)合到未硫化的硅樹脂內(nèi)芯。同樣例如，橡膠材料可以使用諸如 Chemlok. RTM的化學結(jié)合助劑化學地結(jié)合到其他材料，Chemlok. RTM為橡膠-基底粘結(jié)劑， 其可以從賓夕法尼亞州伊利的Lord Chemical Company獲得。內(nèi)芯206甚至可以具有切入表面部分的槽狀圖案以在槽內(nèi)保持導熱和導電材料，直到它被充分地硫化/硬化或固化成預先設(shè)定的線路。外層208是手柄表面，在其下面的是加熱元件250 J60，使得使用者在溫暖手的同時還具有良好的手柄感覺。外層208可以由任意數(shù)量的材料構(gòu)成，包括但不限于硅樹脂、橡膠或熱塑性材料，或上述材料的結(jié)合。盡管如此，應該理解到，外層208應該至少具有一些導熱性，因為熱量需要從外層208傳遞到使用者手中。為了進一步幫助使來自線的熱量傳輸?shù)酵鈱?08，外層208可以比內(nèi)芯206相對更薄。在本實施例中，線直接模制在外層208的表面之下。這種配置可以有效的用于避免對加熱元件250 J60的操作損傷。還需要注意的是，這種構(gòu)造可以用于其他的間接加熱應用，例如以毯子或薄片的形式施加輻射加熱源至罐、管狀瓶、盤或其他類似的間接加熱應用，所述毯子或薄片由絕緣內(nèi)層270、本發(fā)明的加熱元件250以及如圖6中虛線所示的可選的外層280組成。還應進一步理解到的是，加熱元件可以用于直接加熱應用，其中在使用者手中和加熱元件之間沒有或幾乎沒有外層。參照圖4，其示出了實施例310的橫截面圖，其中加熱元件350從手柄310的內(nèi)層306突出，以在使用者的手和手柄之間提供更直接的接觸路徑。內(nèi)芯306構(gòu)造成在軸桿320上滑動。位于內(nèi)芯306中的是加熱元件350，其從內(nèi)芯306的外表面突出，提供與使用者的直接接觸，從而使用者能夠溫暖自己的手。還應注意的是，除了保持使用者的手溫暖之外，使用者還可以通過測量線的電導率來確認施加到手柄的壓力值。該突出的加熱元件350還有助于提升手柄感覺并幫助使用者更穩(wěn)固地握持手柄，同時提供減震性能。加熱元件350可以直接與使用者的手接觸，因為熱量環(huán)繞分布在由元件制成的線上。由于根據(jù)本發(fā)明的加熱元件的材料不具有和導線一樣的本地熱量，該加熱元件不會變的和導線和箔一樣熱。因此，使用者可以直接與加熱元件接觸。與導線不同的是，加熱元件的材料可具有相對大的體積。此外，該元件的材料可以具有高的諸如400華氏度的熔點。因此，其設(shè)計成在一個適合于使用者的不會熔化的溫度范圍。手柄310可以包括一個以虛線示出的可選的外層308。在加熱材料中可以形成許多的突起部分或凹陷，以使加熱材料從外層突出。盡管本發(fā)明揭示了環(huán)狀的加熱元件250、 沈0，但應該理解的是，其他形狀，諸如十字狀、方塊狀或矩形狀也可以采用以有助于形成從外層308的突起。其他的突起或凹陷的例子包括但不限于肋狀、波紋、球形突出或槽。
參照圖5，其提供了用于制造根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的導熱和導電手柄的工藝步驟的流程圖。從步驟510開始，加熱元件化學地粘合或施加到內(nèi)層，或可以替換的，施加到由部分硫化的聚合物材料組成的內(nèi)層。例如，導電硅樹脂可以不需要化學粘合劑而化學地結(jié)合到未硫化的絕緣硅樹脂內(nèi)芯上。同樣通過舉例的方式，可以使用諸如Chmlok. RTM的化學粘合劑將橡膠化學地粘合到其他導熱或?qū)щ姷牟牧稀８鶕?jù)所需的應用，內(nèi)層或內(nèi)芯可以采用用于手柄的初始形態(tài)或甚至是最終形態(tài)。在步驟520中，具有加熱元件的預定線路的內(nèi)層被設(shè)置在壓模的芯桿上。在步驟530中，內(nèi)層、加熱元件以及芯桿被插入到整形模具/模型中，例如可以參見美國專利 7，798，912中的壓模?？商鎿Q地，加熱元件、內(nèi)層和芯桿可以平放進模腔，以使得其可以借助過度模壓而被硫化，或外層由諸如聚合物或彈性體(例如橡膠或硅樹脂)組成，其具有至少一些導熱性以有助于將熱量傳給使用者。在步驟M0，在模制期間或在后續(xù)的步驟期間，加熱元件的線的端部被連接起來， 并且一個端部連接至電源(用于提供通過加熱元件的電流)的正極和負極端。在步驟550，可以模制材料的外層(諸如硅樹脂和橡膠)，使得導熱和導電材料 (制造元件的線)的全部或部分被封裝，并變成手柄的一部分。手柄可以使用液體和/或固體注射、壓縮或傳遞模塑技術(shù)來制造。外表面可以包括織物或合成纖維，并在手柄從磨具取出后拋光或不拋光。除了使用模制表面的圖案設(shè)計，紋理和/或印刷區(qū)域也可以包含在最終產(chǎn)品中。僅為了描述的目的，以下例子能夠幫助更好地理解本發(fā)明。24V電源產(chǎn)生接近 102W的熱功率并對SS-26S材料產(chǎn)生4A的電流。該材料的圓線直徑接近0. 15cm,并具有接近0. 01767cm2的面積。圓線的長度大約20cm。電阻接近5. 658842歐姆，電阻率為0. 005000 歐姆-cm。具有大約0. 15cm的圓線直徑、大約0. 01767cm2的面積、大約20cm長度的SS-27 材料，具有接近11. 317685歐姆的電阻。該材料的電阻率為0.010000歐姆-cm。MV電源以2A的電流供電產(chǎn)生5IW的熱量。盡管說明書描述了本發(fā)明的特定實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不偏離本發(fā)明概念的情況下設(shè)計出本發(fā)明的變形。
權(quán)利要求
1.一種導電加熱元件，包括電源；配置成選擇性的導通和關(guān)斷該電源的控制開關(guān)；由電和熱的絕緣材料組成的內(nèi)層；導熱和導電的聚合物以間隔線路的方式設(shè)置在該內(nèi)層的外表面上，其中所期望線路的至少兩端配置成電連接至該電源，并且其中該間隔線路被配置成在該控制開 關(guān)導通該電源時散發(fā)熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱元件，其特征在于，還包括設(shè)置在該內(nèi)層和該間隔線路之上的外層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱元件，其特征在于，該導熱和導電的聚合物被化學地粘結(jié)至該內(nèi)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱元件，其特征在于，該聚合物是硅樹脂或熱塑性材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱元件，其特征在于，設(shè)置在該內(nèi)層上的導熱和導電聚合物的間隔線路包括突起部分，所述突起部分導致一些部分突出于該外層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱元件，其特征在于，該間隔線路的形式為一構(gòu)件，該構(gòu)件選自由帶、線和線圈組成的組。
7.一種具有導熱和導電的加熱元件的手柄，包括電源；配置成選擇性的導通和關(guān)斷該電源的控制開關(guān)；由熱和電的絕緣材料組成的基本上為圓筒形的內(nèi)芯；以及以間隔線路的形式設(shè)置在該內(nèi)芯的外表面上的導熱和導電的聚合物，其中該間隔線路配置成電連接至該電源，并且其中該間隔線路配置成在該控制開關(guān)導通該電源時散發(fā)熱量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手柄，其特征在于，還包括設(shè)置在該內(nèi)芯上的外層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手柄，其特征在于，該導熱和導電的聚合物化學地粘結(jié)到該內(nèi)芯。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手柄，其特征在于，還包括用于該手柄的軸桿，并且所述電源設(shè)置在該軸桿中。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的手柄，其特征在于，該手柄為高爾夫球桿手柄。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手柄，其特征在于，該聚合物為硅樹脂或熱塑性材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的手柄，其特征在于，該間隔線路包括突起部分，借此使一些部分突出于該外層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的手柄，其特征在于，還包括端蓋；并且該電源為設(shè)置在該端蓋中的電源。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的手柄，其特征在于，該手柄為高爾夫球桿手柄，并且該間隔線路設(shè)置在該內(nèi)芯和該外層之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手柄，其特征在于，該間隔線路的形式為一構(gòu)件，該構(gòu)件選自由帶、線和線圈組成的組。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的手柄，其特征在于，該間隔線路包括具有設(shè)置在該高爾夫球桿手柄上的多條線的形式。
全文摘要
一種加熱元件，包括以成形線路或間隔線路的方式設(shè)置的導熱和導電聚合物。該間隔線路具有至少一條材料線，其端部被配置成電連接至電源。第一端連接至該電源的正極端，而另一端則連接至該電源的負極端。一種手柄，包括設(shè)置在內(nèi)層上的加熱元件，并且可以包括外層。該間隔線路可設(shè)置在該內(nèi)層和外層之間以用于間接加熱?？商鎿Q地，該間隔線路的一部分可以從內(nèi)層或外層突出以用于直接加熱。該加熱元件可以用于多種設(shè)備，包括但不限于高爾夫球桿手柄、手柄、加熱墊、毯子或其他設(shè)備。
文檔編號H05B3/10GK102548063SQ20111045695
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者B·D·伍德, D·K·吉爾 申請人:伊頓公司