模制的刺激垫片的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于向人体或动物体施加刺激的垫片(1)，该垫片(1)包括导电构件(6a,6b)，该导电构件(6a,6b)包括表面(9)及邻近该表面(9)的凹槽(7)。该垫片(1)进一步包括成型于导电构件(6a,6b)的所述表面(9)上的第一部分(2)。导电构件(6a,6b)可具有椭圆形状。
【专利说明】模制的刺激垫片
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种向人体或动物身体施加刺激的垫片。
【背景技术】
[0002]本领域目前已知几种用于各种治疗应用的治疗方式，包括电刺激法、热疗以及热刺激法。电刺激包括通过一个或多个临时贴附于皮肤的刺激垫片而向一块单独的肌肉或一组肌群施加电流。导胶通常用于改善刺激垫片与皮肤之间的导电性。由施加的电流引起的肌肉收缩可在增强受损肌肉、减轻水肿、缓解疼痛以及促进愈合等各方面产生效果。热疗法包含向身体施加热量。热治疗具有如减轻肌肉痉挛和增强血液流通而促进愈合等多种效果，因而该疗法极为实用。而人们已发现联合疗法(即协同使用其他方式，如按摩、超声波和/或电刺激)比单一的热疗法更具疗效。热刺激即为其中一种联合疗法，包括同时使用热疗法及电刺激。随着热刺激作用，在电刺激的增强、调理、镇痛和康复疗效之外还伴有热治疗的康复疗效。而且，人们发现热疗法还可起到能让病人承受较大电流的功用。同未协同热疗法的电刺激相比，这种疗法所产生的电场强度更大且穿透深度更深，由此产生更积极的效果。可利用临时贴附于皮肤的垫片进行热刺激。
[0003]发明人发现当先现有的刺激垫片具有诸多不足之处。人们需要改进用于电刺激、热疗及热刺激的刺激垫片。发明人认为改进的刺激垫片应当满足以下几方面:能够输送强度足够高的电流，从而为患者肌肉带来有效刺激；能够传递足够的热量，以使患者皮肤的温度恒定地保持在不高于43°C的温度；具有高品质的外观；可以清洗；其柔韧性足以与患者皮肤保持良好的接触；不会对患者皮肤造成刺激；具有防水性；并且结实耐用。
[0004]现有的模制方法不能制出满足这些严格要求的刺激垫片。特别地，发明人发现，在现有的模制方法用于模制物件的一部分时(该部分包括柔软聚合物，紧贴同样包括柔软聚合物的物件另一部分)，则会趋于在两部分之间的对接面形成溢料(有损于物件的外观)，使这两部分变形(有损于物件的功能及外观)，或者两部分不能适当地相互联接(有损于防水性及耐久性)。此外，在电子元件嵌入物件内的情况下，存在由模制过程中受到的热量及压力损坏元件的风险。
[0005] 申请人:较先的第W02011/064527号专利申请阐述一种解决常规刺激垫片某些缺陷的技术方案。第W02011/064527号专利申请描述一种热刺激垫片，所述垫片具有两个基本平行的用于电刺激的细长电极，每一电极均优选为由填碳硅成型。然后对电极进行超模压成型，使两电极之间保持恰当的相位位置，由此提供单成型组件。加热件置于成型组件上，利用一层硅胶将加热件固定于适当位置。
【发明内容】
[0006]本发明的第一方面提供一种向人体或动物体施加刺激的垫片，该垫片包括导电构件，该导电构件包括表面及邻近该表面的凹槽；该垫片还包括模制于导电构件的所述表面上的第一部分。如下述，凹槽可增加垫片的柔韧性和/或耐久性。
[0007]较佳地，凹槽可使导电构件收缩。通过使导电构件靠近与其与第一部分的对接面的部分收缩，凹槽降低了第一部分在作用力使垫片弯曲时与导电构件脱离的风险。降低脱离的风险即可提高垫片的耐久性及防水性。较佳地，凹槽基本上平行于导电构件的所述表面。更佳地，对于大体上整个表面，凹槽基本上平行于导电构件的所述表面。这确保导电构件可在与第一部分黏合的每一处收缩。
[0008]较佳地，凹槽构造于导电构件的内表面上。这使导电构件与皮肤接触的表面平滑，由此使用于向躯体导电的表面区域最大化且易于清洁刺激垫片。
[0009]较佳地，导电构件及第一部分由不同材料制成，其中形成导电构件的材料的硬度大于形成第一部分的材料的硬度。凹槽增加了形成导电构件的较硬材料的柔韧性，由此降低第一部分与导电构件脱离的风险。
[0010]垫片优选进一步包括第二部分，该第二部分与凹槽的内表面黏合。凹槽增加了导电构件适于与垫片第二部分黏合的表面区域，由此提高黏合的强度。这改善了垫片的耐久性。
[0011]垫片优选进一步包括置于所述第一部分与所述第二部分之间的电路，该电路包括基片，该基片具有贯穿其中的狭槽，其中凹槽与所述狭槽对齐并且第二部分穿过所述狭槽。垫片的第二部分由此使电路保持在适当位置，这提高了刺激垫片的耐久性。
[0012]凹槽优选适于与形成第一部分的模具的凸脊啮合。由此，在第一部分成型后，该凸脊加固导电构件。这会减小导电构件的变形，并由此有助于避免在导电构件与第一部分的对接面形成溢料。
[0013]导电构件优选由一种材料制成，该材料包括炭黑、碳纳米管及钢丝中的一种或多种成分。较佳地，导电构件及第一部分均包括热塑性聚氨酯。热塑性聚氨酯(TPU)特别适于注射模塑，可制成相对较软，并且呈现良好的机械及化学性能。
[0014]导电构件优选具有椭圆形状。这一特征尤为重要且独立提出。
[0015]本发明的另一方面提供一种向人体或动物体施加刺激的垫片，该垫片包括导电构件，该导电构件具有椭圆形状；该垫片还包括模制于导电构件上的第一部分。椭圆形的导电构件并不容易在第一部分模制于其上时经受压缩力而发生变形。
[0016]较佳地，第一部分模制在导电构件的表面上，其中导电构件包括邻近所述表面的凹槽。凹槽优选可使导电构件收缩。较佳地，凹槽基本上平行于导电构件的所述表面。更佳地，对于大体上整个表面，凹槽基本上平行于导电构件的所述表面。凹槽优选构造于导电构件的内表面上。垫片优选进一步包括第二部分，该第二部分与凹槽的内表面黏合。垫片优选进一步包括置于所述第一部分与所述第二部分之间的电路，该电路包括基片，该基片具有贯穿其中的狭槽，其中凹槽与所述狭槽对齐并且第二部分穿过所述狭槽。凹槽优选适于与形成第一部分的模具的凸脊啮合。较佳地，导电构件及第一部分由不同材料制成，其中形成导电构件的材料的硬度大于形成第一部分的材料的硬度。导电构件优选由一种材料制成，该材料包括炭黑、碳纳米管及钢丝中的一种或多种成分。导电构件及第一部分优选均包括热塑性聚氨酯。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]现参照附图，通过举例方式对本发明的优选特征加以说明，其中类似附图标记表示相似元件。
[0018]图1是刺激垫片的俯视轴测图；
[0019]图2是如图1所示刺激垫片的仰视轴测图；
[0020]图3是如图1及图2所示刺激垫片的分解图；
[0021]图4是如图1至图3所述刺激垫片的俯视轴测图，其中突出显示凸缘；
[0022]图5是如图1至图4所示刺激垫片的模制方法的流程图；
[0023]图6是如图5所示方法的第一步中的第一模具的剖视图；
[0024]图7是如图6所示第一模具的第一板的轴测图；
[0025]图8是如图6所示第一模具的第二板的轴测图；
[0026]图9是第一模具闭合时的剖视图；
[0027]图10是如图5所示方法的第二步中的第一模具的剖视图；
[0028]图11是图10的放大图；
[0029]图12是如图5所示方法的第二步中的刺激垫片的平面图；
[0030]图13是由如图5所示方法的第二步制成的刺激垫片的第一部分的俯视轴测图；
[0031]图14表示如图13所示刺激垫片的第一部分的俯视轴测图，
[0032]接着添加电子元件；
[0033]图15是如图5所示方法的第三步中的第二模具的剖视图；
[0034]图16是如图15所示第二模具的第一板的轴测图；
[0035]图17是如图15所示第二模具的第二板的轴测图；
[0036]图18是如图5所示方法的第四步中的第二模具的剖视图；
[0037]图19是图18的放大图；
[0038]图20是如图5所示方法的第五步中的第二模具的剖视图；
[0039]图21是图20的放大图；
[0040]图22是如图1至图3所示刺激垫片的导电构件的轴测图；
[0041]图23是如图1至图3所示刺激垫片的导电构件的部分截面透视图；
[0042]图24是如图1至图4所示刺激垫片的剖视图；
[0043]图25是包括如图1至图4所示刺激垫片的刺激系统的原理图；
[0044]图26是如图3所示电路的俯视图；
[0045]图27是如图3所示电路的仰视图；以及
[0046]图28是用于如图3所示电路的连接器的原理图。
【具体实施方式】
[0047]本发明涉及一种模制物件的方法以及由该方法制出的物件。本文将通过引用实施例阐述该方法，其中模制的物件是用于向人体或动物体施加刺激的垫片。然而，该方法可用于模制其他类型的物件。
[0048]现参照图1至图4描述刺激垫片I。图1和图2分别是刺激垫片I的俯视和仰视轴测图。图3是刺激垫片I的分解图。刺激垫片I包括第一部分2及第二部分4。通过下文所述的模制方法将第一部分2黏合至第二部分4。刺激垫片I具有第一表面3 (在图1中朝上)，其由第一部分2及第二部分4共同限定。刺激垫片I还具有第二表面5 (在图2中朝上)，其主要由第一部分2限定。第一表面3的方向确定为基本上与第二表面5的方向相反。
[0049]刺激垫片I的第一部分2包括凸缘8。在图3中由阴影部分表示该凸缘8。凸缘8构成刺激垫片I的部分第一表面3。凸缘8环绕刺激垫片I的第二部分4的至少部分周长。
[0050]各元件12、14、16、18、20、22、24、26位于刺激垫片I的内部且封装于第一部分2与第二部分4之间。这些元件包括电路16，该电路16用于产生可对人体或动物体提供的刺激。例如，电路16可产生电刺激和/或热。电路16可包括第一连接器24，用于连接至电缆12的对应的第二连接器22。电缆12伸出刺激垫片1，从而仅其部分长度容纳于刺激垫片I之内。电缆12包括由外包皮围绕的缆芯，该缆芯包括一条或多条导电线。电缆12可操作用于提供电力，可选地，可提供一个或多个由控制台(在图25中以标号210表示)至电路16的控制信号。电缆12还可操作用于提供一个或多个由电路16至控制台的反馈信号。
[0051]防拉接头10优选在电缆12进入刺激垫片I的位置围绕电缆。防拉接头10限制了电缆12的弯曲，并由此降低弯曲对电缆12本身或对第一及第二连接器22和24造成损坏的风险。防拉接头10优选与刺激垫片I的第二部分4 一体成型。防拉接头10优选通过下文所述的模制方法与电缆12黏合。
[0052]电路16还可包括视觉指示器14。视觉指示器14例如可包括发光二极管(LED)。视觉指示器14可操作用于提供电路16的状态的可视指示。例如，视觉指示器14可指示正向电路16提供电力并且/或者可指示电路16准备好向人体或动物体施加刺激。由于视觉指示器14置于刺激垫片16内部，第二防护罩20可包括透过第二部分4的透明区28，由此可从刺激垫片I的外部看见由视觉指示器提供的可视指示。整个第二防护罩20优选由透明材料制成，从而由在第二防护罩表面上形成的凸出部限定透明区28。
[0053]第一连接器24、第二连接器22及视觉指示器14优选置于第一防护罩18与第二防护罩20之间。第一防护罩18及第二防护罩20使连接器22和24及视觉指示器14免于由下述模制方法形成第二部分4的过程中受热或受压。此外，第一防护罩18及第二防护罩20使连接器22和24免受可能会通过电缆12施加的张力的损坏(如下详述，参见图24的局部放大图B)。一个或多个螺钉可设置用于将第一防护罩18固定于第二防护罩20。
[0054]刺激垫片I包括两个导电构件6a和6b。导电构件6a和6b设于第二表面5上。刺激垫片I的第一部分2环绕各导电构件6a和6b。第一部分2通过下文所述的模制方法黏合至导电构件6a和6b。导电构件6a和6b的目的在于通过由电路16向与导电构件6a和6b接触的人体或动物体导电而产生电刺激。刺激垫片I可仅包括一个导电构件、两个以上导电构件或在刺激垫片不提供电刺激的情况下完全不包括导电构件。各导电构件6a和6b均包括凹槽7。各导电构件6a和6b均优选进一步包括一个或多个销27。
[0055]电路16成形于基片上，该基片包括一个或多个孔29和/或一个或多个穿过基片的狭槽30。在组装刺激垫片时，孔29与导电构件6a和6b上的销27对齐。在组装刺激垫片时，狭槽30与导电构件6a和6b上的凹槽7对齐。虽然狭槽30优选在基片的平面上呈细长状(如图3所示)，但狭槽30亦可具有圆形截面(即狭槽30可以是圆孔)。
[0056]现参照图5至图21描述制造刺激垫片I的方法100。
[0057]方法100始于步骤102，其中将元件6和18插入第一模具61内。由图6表示步骤102。第一模具61包括第一板60和第二板62。在图7和图8中分别表不第一板60和第二板62的轴测图。第二板62的表面对应于待插入第一模具61的元件的形状。因此，通过将导电构件6a和6b及第一防护罩18置于第二板62的表面上而将其插入第一模具61 (如图6中箭头所示)。在步骤102之前，优选通过成型工艺形成导电构件6a和6b及第一防护罩18。
[0058]然后将第一模具61闭合(如图9所不)。在第一模具61闭合后，由第一板60、第二板62、导电构件6a和6b及第一防护罩18限定出型腔66。由第一板60及第二板62的端接面限定出分型线68。将第一模具61的形状制成可在第一部分2上形成凸缘8。更具体地，第二板62包括在将材料注入型腔66后限定出凸缘8的凹部63。
[0059]在步骤104中，将第一材料50注入第一模具61的型腔66内，由此形成第一部分
2。由图10至图12表示步骤104。图10中的阴影线部分表示刺激垫片I的第一部分2。图10表示在将第一材料50注入第一模具61的型腔66后形成凸缘8，其形状对应于凹部63的形状。
[0060]图11是图10的放大图，表示在步骤104中将第一材料50注入型腔66时，空气如何离开第一模具61。第二板62包括一个或多个嵌件64a和64b。在嵌件64与第二板62的环绕区域之间存在狭缝65。将第一材料注入型腔66时，空气可通过狭缝65离开型腔66。由箭头70表示空气从型腔66逸出。然而，狭缝64很狭窄，不会使第一材料50排出型腔66。例如，狭缝65的宽度为0.005毫米，但其他适当的宽度亦可。通过这种方式使空气逸出避免空气存于型腔66内，可使第一材料50填满整个型腔66并提高第一材料50与导电元件6a和6b间的黏合。使空气逸出还可避免狄塞尔效应(Diesel effect)，由于这一效应，存于型腔66内的压缩空气会使第一材料50发生燃烧。
[0061]各嵌件64a和64b均包括凸脊72。各凸脊72的形状对应于各导电构件6a和6b中凹槽7的形状，从而在步骤102中将导电构件6a和6b插入第一模具61后,各凸脊72与各凹槽7啮合。如图8所示，各凸脊72均具有椭圆形状，由此可与同样具有椭圆形状的凹槽7整体啮合。凸脊72加固导电构件6a和6b，由此使导电构件6a和6b免于在步骤104中将第一材料50注入型腔66时由于施于其上的力而发生变形。图11中的箭头71表示在步骤104中由第一材料施加于导电构件6a和6b上的力的方向。另外，导电构件6a和6b可压紧于第一模具61的第一板60与第二板62之间，以便增加导电构件6a和6b的硬度并由此使它们免于在步骤104中将第一材料50注入型腔66时由于受力而发生变形。这些防止导电构件6a和6b变形的方法还有助于防止注入第一材料50时在导电构件6a和6b的周围形成溢料(即不理想的余料)。
[0062]图12表示在步骤104中的第一材料50的流动路径82。将第一材料50注入第一模具61时,第一材料50处于熔融状态。在注入点80将第一材料50注入第一模具61。立式注塑机优选用于喷注第一材料50。注入点80优选位于靠近型腔66的中心，以便减小第一材料需流经的距离，由此降低完全填满第一模具61所需的压力。在标号84所示区域中的流动路径82表示导电构件6a和6b的椭圆形状有助于减小第一材料的接近角，由此使第一材料50呈更多层环绕导电构件6a和6b层流。这有助于在注入第一材料50时尽量减少导电构件6a和6b的变形。
[0063]第一材料50在注入第一模具61后黏合至导电构件6a和6b及第一防护罩18。这使导电构件6a和6b于第一部分2的环绕区域之间形成防水密封。这有利地防止由于汗液或导胶在使用中进入刺激垫片I而造成电路16的故障。第一防护罩18的每一侧均优选包括多个孔19(如图3所示)。孔19增加了第一防护罩18与第一材料50的黏合强度，并由此降低第一防护罩18由于在步骤110中注入第二材料时受力而发生位移的风险。
[0064]在步骤104中注入第一材料50的最佳压力、流速及温度取决于多种因素，如第一材料50的属性、型腔66的几何结构或空气排出型腔66的能力。一般而言，较高的压力、流速及温度会提高第一材料50与导电构件6a和6b间的黏合，但也增加了在导电构件6a和6b周围形成溢料的风险。因此，经过反复试验找出最佳压力、流速和温度，以便得出不会造成溢料的参数最大值。
[0065]在第一材料50冷却后,将第一部分2移出第一模具61。图13表不紧接步骤104后的第一部分2。通过成型工艺将第一材料50黏合至导电构件6a和6b及第一防护罩18。然后将电路组件(包括电路16、第一连接器24、第二连接器22及电缆12)置于第一部分2上。然后通过螺钉26将第二防护罩24固定至第一防护罩18，由此形成如图14所示的组件。然后方法进行到步骤106。
[0066]在步骤106中，将第一部分2置入第二模具91中。由图15表示步骤106。第二模具91包括第一板90和第二板92。在图16和图17中分别表示第一板90和第二板92的轴测图。第一板90的表面对应于刺激垫片I的第二表面5的形状。因此，通过将第一部分2 (其构成第二表面5的主要部分)置于第一板90的表面上而将其置入第二模具91 (如图15中箭头所示)。
[0067]在步骤108中，将凸缘8压紧于第二模具91的第一板90与第二板92之间。由图18和图19表示步骤108。通过闭合第二模具91压紧凸缘8。在第二模具91闭合时，第二板92在位置93邻接凸缘8，在该位置93测量第一板90与第二板92间的距离，该距离小于第一部分2在凸缘8的厚度。因此，闭合第二模具91使凸缘压紧于第一板90与第二板92之间。在图19(图18的放大图)中显然可以看出这一点。虚线95表示在没有压缩力情况下凸缘8的轮廓。在第二模具91闭合时施加于凸缘8的压缩力97使凸缘8发生变形。压紧凸缘8在第一部分2与第二板92之间形成密封。压紧凸缘8还会使第二部分2的硬度增大(如下详述)。第二模具91闭合后，在第二板92邻接凸缘8的各位置93，凸缘8的表面基本上平行于第二板92的表面。压缩力97基本上垂直于凸缘8的表面。
[0068]第二模具91闭合后，由第一板90、第二板92及第一部分2限定出型腔96。由第一板90及第二板92的端接面限定出分型线98。
[0069]在步骤110中，将第二材料55注入第二模具91的型腔96中，同时将凸缘压紧于第一板90与第二板92之间，由此形成第二部分4。由图20和图21表示步骤110。图20和图21的阴影线部分表示第二部分4。图21是图20的放大图，表示在步骤110中将第二材料55注入型腔96时，空气如何排出第二模具91。如前所述，压紧凸缘8在第一部分2与第二板92之间形成密封。该密封防止第二材料55漏出型腔96，由此降低在分型线98形成溢料的风险。然而，该密封允许空气经过凸缘8与第二板92之间流出型腔96 (如箭头99所示)。这避免空气存于型腔96内，可使第二材料55填满整个型腔96并提高第一材料50与第二材料55之间的黏合。使空气逸出还可避免狄塞尔效应，由于这一效应，存于型腔96内的压缩空气会使第二材料55发生燃烧。
[0070]在注入点86将第二材料55注入第二模具91。将第二材料55注入型腔96时，第二材料55处于熔融状态。立式注塑机优选用于喷注第二材料55。注入点86位于尽量远离电路16的位置，以便降低电路16的电子元件受到第二材料55的热及压力损坏的风险，这种热及压力在靠近注入点的位置最大。因此，注入点86优选位于第二防护罩20之上。此夕卜，注入点86的方位优选为可使第二材料55在首先进入型腔96后指向第二防护罩20。第一防护罩18及第二防护罩20使连接器22和24及视觉指示器24免于在第二材料55注入时受热或受压的损坏。此外，通过将注入点86设于第二防护罩20之上，在流进的第二材料55与电路16接触后，由其施加的压力将电路16推向第一部分2。这降低了第二材料55流到电路16下面的风险，以免产生阻碍电路16与导电构件6a和6b形成良好电接触的不良效应。注入点86最优选置于第二防护罩20环绕电缆12的区域之上。电缆12的存在使第二防护罩20的这一区域变硬，由此提供第二防护罩20承受流入的第二材料55所施压力的能力。此外，将注入点86设置成靠近电缆12有助于减小流动距离并由此确保第二材料55接触外包皮时相对较热，从而提高第二材料55与电缆12的外包皮之间的黏合。
[0071]第二材料55注入第二模具91之后黏合至第一材料50。这在第一部分2与第二部分4之间形成防水密封。这有利地防止由于汗液或导胶在使用中进入刺激垫片I而造成电路16的故障。第二材料55还黏合至第二防护罩20。由于一个部件(即第二部分4)的成型是基于另一部分(即第一部分2)，步骤110可称为二次成型过程。与步骤104类似，经过反复试验找出在步骤110中喷注第二材料55的最佳压力、流速和温度，以便得出不会造成溢料的参数最大值。
[0072]如前所述，导电构件6a和6b的凹槽7与电路16的基片中的狭槽30对齐。在步骤110中注入第二材料55后，第二材料55流经狭槽30并与凹槽7的内表面黏合。这可使第二部分4黏合至导电构件6a和6b并使电路16保持在适当位置，由此提高刺激垫片I的耐久性。凹槽7增加了导电构件6a和6b的可与第二材料黏合的可用表面区域。
[0073]由第二模具91的形状限定出防拉接头10。因此，通过在步骤110中将第二材料55注入第二模具91形成防拉接头10。第二材料55黏合至电缆12在防拉接头10区域内的外包皮。这在电缆12与防拉接头10之间形成防水密封。
[0074]在第二材料55冷却后，将刺激垫片I移出第二模具91。这制成如图1至图3所示的刺激垫片I。
[0075]图24表示可能提供的刺激垫片I的优选实施方案。如局部放大图B所示，第一防护罩18及第二防护罩20的内表面均包括一个或多个肋状物120，用于啮合电缆12的外包皮。肋状物120夹住外包皮并使电缆12保持在适当位置。因此，可由外包皮及肋状物120承受施加于电缆12的张力，而并非由连接器22和24承受这一张力。这使连接器22和24免受由施加于电缆12的张力所造成的损坏，并降低电缆12从刺激垫片I脱离的风险。肋状物120还与电缆12形成密封，防止第二材料55在步骤110中进入第一防护罩18及第二防护罩20，并由此防止对连接器22和24造成损坏。第一防护罩18及第二防护罩20的形状制成可使其锚固于第二材料55。例如,如局部放大图B所第一防护罩18及第二防护罩20可包括构形部分122。如局部放大图C所示的另一实施例，第一防护罩18的外表面包括一个或多个用于接合第一材料50及第二材料55的凸脊124。类似的凸脊可设置于第二防护罩20上。
[0076]如局部放大图D所示，第二防护罩20包括用于啮合第二连接器22的凸唇126。凸唇126防止电缆12受力时使第二连接器22与第一连接器24分开。
[0077]如局部放大图E所示，第一防护罩18及第二防护罩20包括一个或多个细长的波浪形部分134。波浪形部分134在电路16的基片各侧形成密封，以便防止第二材料55在步骤110中流入第一防护罩18及第二防护罩20。电路16优选具有柔性基片，波浪形部分134会引起柔性基片变形，由此提高密封质量。图E还表示出透明区28，由第二防护罩20的表面上形成的凸出部确定该透明区28。除可由刺激垫片I外部看见视觉显示器14之外，该凸出部优选具有在步骤110中将第二材料55注入第二模具91时使第二防护罩20保持在适当位置的附加目的。为实现这一附加目的，凸出部的形状制成在第二模具91闭合后邻接第二板92的内表面。
[0078]如局部放大图F所示，刺激垫片I的第二表面5包括一个或多个凹槽136，用于增加垫片I的柔韧性，由此提高垫片贴合身体轮廓的能力。凹槽136还减少汗液及导胶在导电构件6a和6b间形成短路的趋向，以免降低电刺激的功效。
[0079]如局部放大图G所示，第一部分2及导电构件6a和6b包括一个或多个销27。销27与电路16中的对应孔29 (如图3所示)啮合。销27与孔29的啮合有助于在步骤110中电路16由于第二材料55的注入而承受巨大压力时使电路16保持在适当位置。此外，销27与第二材料55接合。销27与第二材料55的接合特别有利，其原因在于电路16的基片(如下参照图26和图27所述)通常由不会黏合至第一材料50或第二材料55的材料制成。因此，销27在第而部分4与第一部分2或导电构件6a和6b之间提供了额外的接合点，由此提高刺激垫片I的耐久性。图G还表示出导电构件6b中的凹槽7。
[0080]如局部放大图H所示，第二部分4的表面包括凹部142，该凹部邻近其与凸缘8的对接面。凹部142降低在步骤110中形成溢料的风险。然而，倘若在步骤110中产生任何溢料，该凹部142可减小溢料的能见度。第二模具91的形状制成可在第二部分4的表面上确定凹部142。
[0081]第一材料50及第二材料55均为电气绝缘材料。这可确保导电构件6a和6b是刺激垫片I的外表面上仅有的导电区域。第一材料50可与第二材料55相同。或者,第一材料50可不同于第二材料55。
[0082]第一材料50及第二材料55各包括软质聚合物。在本文中，术语“软质”优选理解为意指可在邵氏A型硬度计刻度尺上测量聚合物的硬度。属于“软质”跟优选理解为意指聚合物的硬度低于85邵氏A硬度。由于第一材料50的柔软度，存在第一材料50在注入第二材料55时受到压缩力而发生变形的风险。第一材料50的变形将会不利于由该模制方法所制成物件的外观及功能性，并且还会在步骤100中注入第二材料55时增加形成溢料的风险。通过在步骤108和110中压紧凸缘8使第一材料50发生变形的风险得以缓解。压紧凸缘8使第一部分2的硬度(尤其是其邻近凸缘8部分的硬度)暂时增大且可恢复。压缩释放后，第一部分2恢复其原有硬度(即变得更柔软)。硬度的增大使第一材料50承受注入第二材料55时受到的压缩力，从而通过该模制方法指出优质物件。
[0083]在步骤108和110中压紧凸缘8在第一材料50不同于第二材料55时尤显优势。第一材料50及第二材料55可包括相同的软质聚合物，但每一材料均可包括不同的添加剂。例如，第一材料50及第二材料55可包括不同的填充剂或增塑剂，以使第一部分2的特性有别于第二部分4。如另一实施例，第一材料50及第二材料55可包括不同的着色剂，以使第一部分2的颜色有别于第二部分4。或者，第一材料50及第二材料55可包括不同的软质聚合物。在步骤108和110中压缩凸缘8可防止第二材料55在注入第二模具91时超出第一材料50。这可使第一部分2及第二部分4保持由于其不同组成材料50和55而不同的特性。
[0084]第一材料50和/或第二材料55优选包括热塑性聚氨酯(TPU)。TPU的有利之处在于其对油、脂及醇类具有良好的耐化学性。对于与皮肤接触时会触及油脂且在使用后会用消毒剂(通常为异丙醇)进行清洁的刺激垫片，这点尤为重要。因此，采用TPU可使刺激垫片经久耐用。TPU的另一优势在于其相对较软，由此可使刺激垫片I的柔韧性足以在使用中符合身体轮廓。TPU较富有弹性，以使第一部分2在步骤108和110中受到压缩时硬度增大，并使第一部分2在压缩释放后恢复其原有柔软度。此外，TPU是优质的电绝缘体。TPU的特定成分并非至关重要，本文所述的技术方案适用于各种市售的TPU合成物。
[0085]或者，第一材料50和/或第二材料55可包括苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)。SEBS的优势在于其可用于极软的软度(低至10邵氏A硬度)并易于处理。然而，SEBS对油脂及醇类的化学抗性有限。
[0086]电缆12的外包皮优选包括第二材料55。这使电缆12的外包皮在步骤110中注入第二材料55时与其黏合，提高刺激垫片I的防水性并降低电缆与刺激垫片I脱离的风险。优选地，电缆12的外包皮及第二材料55均包括TPU。
[0087]现参照图22和图23描述导电构件6a和6b。图22是导电构件6的轴测图，而图23是导电构件的局部剖视图。
[0088]各导电构件6具有椭圆形状。椭圆形的原因在于可在步骤104中减少导电构件6的变形。作为说明，导电构件6的形状趋于在第一材料50注入第一模具61时由于受到压缩力而发生变形。发明人证实导电构件6在椭圆形状的情况下不易变形。此外，椭圆形状还有助于在第一材料50注入时促进层流(如上述参见图12的区域84)。相比之下，发明人发现环形或方形的导电构件变形明显并不能与第一材料50紧密黏合。因此，导电构件6a和6b的最佳形状是椭圆形。
[0089]导电构件6a和6b包括导电聚合物。在较佳实施例中，导电构件6包括TPU及导电添加剂。由TPU制成导电构件6的优势在于，在第一材料50也包括TPU的情况下，导电构件6与第一材料50之间可实现良好的粘合。导电添加剂优选包括炭黑。炭黑的优势在于，其价格低廉、容易在聚合物基体中扩散且不会在导电构件置于人体或动物体上给予刺激时导致皮肤过敏。通过向TPU添加炭黑可获得小于5 Ω.m的体积电阻率。
[0090]如次优的可选方案，导电添加剂可包括碳纳米管或不锈钢纤维。碳纳米管的导电性高于炭黑，由此与采用炭黑的情况相比，利用较少量碳纳米管可制成具有特定导电率的导电构件6，造成更软质的导电构件。然而，难以将碳纳米管均匀地分散于聚合物各处。不锈钢纤维的导电性比碳纳米管更强，由此可指出较软质且高导电性的导电构件。然而，钢纤维在形成导电构件的注射模塑时容易折断并且难以均匀地分散于聚合物各处。
[0091]存在导电添加剂通常会使聚合物的硬度增大，导致导电构件6a和6b比第一材料50更硬。例如，在导电添加剂包括炭黑的情况下，导电构件6a和6b的硬度为85邵氏A硬度，而第一材料50的硬度可能是70邵氏A硬度或更小。因此，导电构件6a和6b的柔韧性比第一部分2更低，从而存在导电构件6a和6b与第一材料50脱离的风险。通过导电构件6a和6b中的凹槽7使这一风险得以缓解。凹槽7提高了导电构件6a和6b与第一材料50交界的周围部分的柔韧性。这改善了刺激垫片I的耐久性。凹槽7优选具有U形截面(如图23及图G所示)。
[0092]导电构件6a和6b包括表面9,第一材料50黏合至该表面9。在邻近表面9的位置形成凹槽7。对于大体上整个表面9，凹槽7优选基本上平行于表面9。这确保导电构件6a和6b可在与第一材料50黏合的每一处收缩。凹槽7构造于导电构件6的内表面上。换言之，凹槽7构造于导电构件6面向刺激垫片I内部的一侧上，即与刺激垫片I在使用中同皮肤接触的表面5相反的一侧。这使导电构件6a和6b与皮肤接触的表面平滑，由此使用于向人体或动物体导电的表面区域最大化且易于清洁刺激垫片I。
[0093]第一防护罩18及第二防护罩20各包括硬质聚合物。例如，第一防护罩18及第二防护罩20优选包括具有TPU，其硬度可在邵氏D型硬度计刻度尺上测量。更佳地，第一防护罩18及第二防护罩20包括约为75邵氏D硬度的TPU。有利地，第一防护罩18及第二防护罩20可在均有TPU制成的情况下黏合至第一部分2及第二部分4。可选地，可对第一防护罩18和/或第二防护罩20进行密封(例如通过填充环氧树脂)之后将电路组件置于刺激垫片I的第一部分2上，以便增加罩18和20的强度。可选地，若需额外的机械强度来承受在步骤110中注入第二材料55时所受的压力，则可通过玻璃纤维加固第一防护罩18及第二防护罩20。或者，若仍需更大的机械强度，则第一防护罩18及第二防护罩20可包括聚碳酸酯。
[0094]可在步骤102之前处理导电构件6a和6b的表面，以便提高其在步骤104中与第一材料50的黏合。同样地，可在步骤106之前处理第一部分2和/或电缆12的表面，以便提高其在步骤110中与第二材料55的黏合。等离子或电晕处理可用于处理表面。或者，可用甲基乙基酮(MEK)或异丙醇清洁表面。
[0095]第一模具61及第二模具91优选具有粗糙的表面光洁度。
[0096]这降低了第一部分2或第二部分4在脱模时粘着模具61和91的风险。造成第一表面3和第二表面5的纹理粗糙还有助于防止刺激垫片I在使用中发生滑动。用于第一模具61和第二模具91的适当表面光洁度是VD1-33(MT-11530 MoldTech/Standex)。
[0097]图25表示刺激系统200。刺激系统200包括控制台210及刺激垫片I。刺激垫片I通过电缆12电气连接(优选可拆式连接)至控制台210。在使用中，将刺激垫片置于人或动物身体上。操作台210可操作用于通过导电构件6a和6b向身体施加电刺激。除向身体施加电刺激之外，刺激系统200还能够对身体施热。换言之，刺激系统200可以是热刺激系统。优选地，这种热刺激系统可操作为同时或彼此独立地对身体施加热及电刺激。
[0098]现参照图26至图28描述电路16的实施例。图26是如图3所示电路的俯视图。图27是电路16的仰视平面图。图28是如图3所示第一连接器的原理图。电路16包括基片500。基片500具有第一表面53(如图27所示)和第二表面52(如图26所示)，其中第一表面53与第二表面52的方向相反。电路16进一步包括加热件502以及一个或多个电极514。电路16可进一步包括电子元件，这些电子元件包括温度传感器510、视觉指示器14和第一连接器24。
[0099]导电体511、512模制于基片500的每一表面52、53上,从而在电路16的各兀件间形成电气连接。如本文所用，术语“模制”最好理解为描述将具有预定形状的导电区域成型于基片500表面上的过程的结果。在图26和图27中通过灰色阴影区域表示导体。在图27中通过标号511表不第一表面53上的导体；图26中通过标号512表不第二表面52上的导体。一个或多个电极514亦模制于基片500的第一表面53上。优选地，电极514由与导体511相同的导电材料构成，因此电极514亦可通过图27中的灰色阴影区域来表示。在图26和图27中通过标号513所表示的无阴影区域来表示出不包括导体的绝缘区域。
[0100] 电子元件502、505、507、510、导体511、512和电极514设于基片500的两面52、53上。电极514形成于第一表面53上；加热件502形成于第二表面52上。使用中，加热件502背向用户皮肤，电极514面向皮肤。温度传感器510、视觉指示器505和第一连接器24亦优选设于第二表面52上。由于电子元件502、505、507、510、导体511、512和电极514设于基片500的两个表面上，基片500应当具有电绝缘性，以防不同表面上的元件和导体间产生不必要的电导。
[0101 ] 电路16包括第一连接器24，可使电路与电线12电气连接，进而电路与控制台210相连接(如图25所示)。第一连接器24优选设于第二表面52上。第一连接器24优选为表面贴装连接器。第一连接器24包括连接销，连接销可连接至控制台12上的对应连接器。在一实施例中，第一连接器24包括六个连接销(如图28所示)。标记为“Heat+”和“Heat-”的销连接至加热件502。标记为“Temp+”和“Temp-”的销连接至温度传感器510。标记为“EM1”和“EM2”的销连接至电极514。
[0102]优选地，加热件502包括多个电阻器503以及一个或多个导体512。电阻器503分布于基片500的第二表面52上。清晰起见，在图26中仅标记出三个电阻器503，然而可看出，电路包括更多的电阻器，在图26中用黑色的小矩形表示出各电阻器。借由导体512使电阻器503彼此电气连接。在如图26所示的实施例中，导体512a连接至第一连接器24的销“Heat-”，从而在使用中导体512a起到负压供电轨的作用。同样地，导体512b连接至第一连接器24的销“Heat+”，从而在使用中导体512b起到正压供电轨的作用。
[0103]在电阻器503间施加电压时，功率作为热量散失。由第一连接器24中标记为“Heat+”和“Heat-”的销分别为电阻器503提供正负供电电压。电阻器503焊接至导体512，进而电气连接至第一连接器24。各电阻器503所散逸的功率定义为:
[0104]P = I2R (I)
[0105]其中P是散逸的功率(测量单位为瓦特)，1是流经电阻器的电流(测量单位为安培)，R是电阻器的电阻(测量单位为欧姆)。
[0106]在一示例中，三十个电阻器503遍布于第二表面52区域。电阻器503的阻值范围优选为3.3千欧至6.8千欧，以免局部区域比周边区域产生更多热量。电阻器503优选为并联，但仍可理解，这些电阻器亦可串联或者串联和并联的组合连接。在一示例中，24伏直流输入电压作用于电阻器503间。本发明不限定于任何特定的输入电压或阻值。
[0107]温度传感器510利用表面贴装工艺安装于基片500的第二表面52上。优选地，温度传感器510安装的位置到电极514a和514b间的距离相等。这种配置是旨在对电刺激施加位置附近区域的温度作出指示，而温度传感器510可置于第二表面52上任何其他适当的位置。由第一连接器24中标记为“Temp+”和“Temp-”的销分别为温度传感器510提供正负供电电压。温度传感器510通过基片500的第一表面53上模制的导体511连结至第一连接器24。基片500的贯穿孔将第一表面53上的导体511连接至成型于第二表面52上的温度传感器510和第一连接器24。温度传感器510可以是电阻温度计或热电偶。
[0108]优选地，温度传感器是钼电阻温度计(PRT);更优选地，温度传感器是PtlOOO元件。PtlOOO元件作为优选的原因在于其精确度高。
[0109]可选地，步骤104后，在将电路组件(包括电路16、第一连接器24、第二连接器22及电缆12)置于刺激垫片的第一部分2上之前，电阻器503及温度传感器510可涂覆一薄层TPU。可将该TPU薄层喷射于电阻器503和510之上。这提供了一种使这些元件免于在步骤110中注入第二材料55时受热及受压而损坏的简单方法。
[0110]电刺激电流分别通过由“EM1”和“EM2”标记的第一连接器24的销从控制台20流向电极514a和514b。电极514通过第一表面53上模制的导体511连结至第一连接器24。基片500的贯穿孔将第一表面53上的导体511连接至成型于第二表面52上的第一连接器24。
[0111]其他电子元件可安装于基片500上；优选地，其他电子元件可安装于基片的第二表面52上。例如，逻辑元件(如可编程逻辑器、微处理器或微控制器)可安装于基片500上。这种逻辑元件可用于控制向用户施加的热和/或电刺激。再如，除温度传感器510之夕卜，还可将一个或多个传感器安装于基片500上。视觉指示器14可安装于基片500的第二表面52上。优选地，可视指示器14是发光二极管。
[0112]使用中，加热件502背向用户皮肤，电极514面向皮肤。因此，第二表面52上的加热元件502中产生的热量通过基片500传导至第一表面53，并随后通过刺激垫片I的外壳100传导至用户身体。
[0113]优选地，基片500具有柔性，因而在刺激垫片I置于身体上后，基片500与身体轮廓相符。优选地，基片500包括塑性材料；优选地，选择塑性材料使基片500具有柔性。适用材料的示例包括聚酰亚胺和聚醚醚酮(PEEK)。本领域技术人员可以理解基片500可包括任何其他适用材料。因此，基片500、电子元件502、505、507、510、导体511、512和电极514共同构成柔性电路。一些工业标准(如IPC标准IPC-T-50、IPC-2223A及IPC-4202)对柔性电路技术有所定义。尽管基片500具有柔性，但基片500优选为在不受力的情况下基本平坦。
[0114]综上所述，本文所述的模制方法可用于模制其他类型的物件。据设想，本文所述的模制方法能够减少所制物件的变形、减少溢料并确保材料间的紧密黏合，因此该方法特别有益于其他需将一种软质材料模压于另一软质材料的情况。由于可将一种软质材料模压至另一软质材料，有利地，最终产品柔软且具有柔韧性。另据设想，所述的模制方法还有益于其他需将电路包封防水覆层的情况。例如，所述的模制方法会有益于制造传感器、软质和/或柔性消费品(如耳机)、抗震且/或防水的消费品(如相机、手表和电话)以及医疗器材(如助听器、除纤颤器、心率监视器、超声设备和脑电图(EEG)传感器)。
[0115]可以理解，本发明仅通过举例方式对本发明进行说明，对其细节所做的修改均包含于本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种用于向人体或动物体施加刺激的垫片，该垫片包括: 一导电构件，该导电构件包括一表面及一邻近该表面的凹槽；以及 一第一部分，该第一部分模制于所述导电构件的所述表面上。
2.根据权利要求1所述的垫片，其中所述凹槽可使所述导电构件收缩。
3.根据权利要求1或2所述的垫片，其中所述凹槽基本上平行于所述导电构件的所述表面。
4.根据任一前述权利要求所述的垫片，其中所述凹槽构造于所述导电构件的内表面上。
5.根据任一前述权利要求所述的垫片，其中所述导电构件及所述第一部分由不同材料制成，并且形成所述导电构件的材料的硬度大于形成所述第一部分的材料的硬度。
6.根据任一前述权利要求所述的垫片，其中所述垫片进一步包括一第二部分，该第二部分与所述凹槽的内表面黏合。
7.根据权利要求6所述的垫片，其中该垫片进一步包括一置于所述第一部分与所述第二部分之间的电路，该电路包括一基片，该基片具有一贯穿其中的狭槽，其中所述凹槽与所述狭槽对齐并且所述第二部分穿过所述狭槽。
8.根据任一前述权利要求所述的垫片，其中所述凹槽适于与一用于形成所述第一部分的模具的一凸脊哨合。
9.根据任一前述权利要求所述的垫片，其中所述导电构件由一材料制成，该材料包括炭黑、碳纳米管及钢丝中的一种或多种成分。
10.根据任一前述权利要求所述的垫片，其中所述导电构件及所述第一部分均包括热塑性聚氨酯。
11.根据任一前述权利要求所述的垫片，其中所述导电构件具有椭圆形状。
12.一种用于向人体或动物体施加刺激的垫片，该垫片包括: 一导电构件，该导电构件具有椭圆形状；以及 一第一部分，该第一部分模制于所述导电构件上。
13.根据权利要求12所述的垫片，其中所述第一部分模制在所述导电构件的表面上，并且所述导电构件包括一邻近该表面的凹槽。
14.根据权利要求13所述的垫片，其中所述凹槽可使所述导电构件收缩。
15.根据权利要求13或14所述的垫片，其中所述凹槽基本上平行于所述导电构件的所述表面。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的垫片，其中所述凹槽构造于所述导电构件的内表面上。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的垫片，其中所述垫片进一步包括一第二部分，该第二部分与所述凹槽的内表面黏合。
18.根据权利要求17所述的垫片，该垫片进一步包括: 一置于所述第一部分与所述第二部分之间的电路，该电路包括一基片，该基片具有一贯穿其中的狭槽，其中所述凹槽与所述狭槽对齐并且所述第二部分穿过所述狭槽。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的垫片，其中所述凹槽适于与一用于形成所述第一部分的模具的一凸脊啮合。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的垫片，其中所述导电构件及所述第一部分由不同材料制成，并且形成所述导电构件的材料的硬度大于形成所述第一部分的材料的硬度。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的垫片，其中所述导电构件由一材料制成，该材料包括炭黑、碳纳米管及钢丝中的一种或多种成分。
22.根据权利要求12至21中任一项所述的垫片，其中所述导电构件及所述第一部分均包括热塑性聚氨酯。
【文档编号】A61F7/00GK104244877SQ201380016373
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】路易斯·莫恩, 奥利·布里克斯, 埃斯彭·奥拉埃德, 斯塔莱·诺达斯, 扬·阿特勒·卢塞斯·埃林森, 巴德·亨里克森, 英奇·克莱普斯维克 申请人:路易斯·莫恩