专利名称：导热和导电的元件的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种导热和导电的元件，特别涉及一种用于包括但不限于手柄的装置的导热和导电元件。
背景技术：
暖手器，袜子以及手柄是当今市场上使用加热元件或材料的装置中一些。这些加热材料特别用于让使用者在低温环境下保持温暖。尽管本发明发现了在手柄中的特殊应用并且将会特别提到手柄，但应该理解的是，本发明的加热材料具有广泛的应用，并不限于手柄。手柄和运动手柄经常用于减少由使用施加冲击工具带来的碰撞冲击。这些工具的例子包括高尔夫球杆、壁球拍以及网球拍等。碰撞冲击在使用者挥动工具并与的物体(例如高尔夫球)接触时发生。碰撞冲击可以对人体产生危害，并可导致不适以及关节和/或组织损伤。加热手柄对那些即便在温和温度下依旧会感到不适的使用者起作用，诸如患关节炎的使用者。目前市场上有很多的加热手柄。这些手柄使用嵌入的线或箔来产生热量，让电流通过并由于电路电阻产生热量。所述线或箔给手柄表面提供热辐射源。现有技术中的这些线或箔都存在缺陷。例如，这些线或箔很难制造。每片线或箔都必须按规格剪裁并且机械地连接至手柄。此外，这些线或箔手柄还存在如下缺陷，即当其足够疲劳时这些线可能会折断。疲劳可能通过物理位移发生，比如当线或箔弯曲的时候。需要一种柔性的并且相对容易制造的加热手柄。并进一步需要一种适合使用并能减少击打工具带来的碰撞冲击的加热高尔夫手柄。
发明内容
本发明通过提供一种导热和导电的元件来解决前述的以及其他的现有技术的不足，该导热和导电的元件使用电源借助其自身的电阻来加热。根据本发明的一个实施例，提供了一种导热和导电的加热手柄。根据本发明的导热和导电的元件包括电源以及配置成选择导通或关断电源的控制开关。该导热和导电的元件还包括由电和热绝缘材料组成的内层。该加热元件进一步包括在该内层的外表面上成间隔布置/间隔线路地设置的导热和导电的聚合物材料。该线路配置成电连接至电源。该线路配置成在控制开关导通电源并且电流过该线路时散热。该加热元件可进一步包括布置在该内层上的外层。根据本发明的一个实施例，一种手柄包括电源和配置成可选择的导通或关断该电源的控制开关。该手柄还包括由电和热绝缘材料组成的大致圆筒形的内芯。该手柄进一步包括以线路形式布置在该内芯的外表面上的导热和导电的聚合物材料。该线路配置成电连接至电源。该线路配置成在控制开关导通电源并且电流过该装置时散热。该手柄可包括设置在该内芯上的外层。这些以及其他的特征和优点，通过阅读后续示例性实施例的详细描述以及附图，将变得更为清楚。
图1为高尔夫球杆的透视图，该球杆在手柄中具有根据本发明的一个实施例中的导热和导电的元件。图2为根据本发明的一个实施例的手柄的侧视图，其示出了在手柄上的覆盖外层之前的导热和导电的元件。图3为根据本发明的一个实施例的手柄的部分纵向截面图，该手柄具有设置在其内层和外层之间的导热和导电的元件。图4为根据本发明的另一个实施例的手柄的截面图，该手柄具有穿过层突出的导热和导电的元件。图5为根据本发明的一个实施例的用于形成加热手柄的方法流程图，该手柄具有导热和导电的元件。图6为覆盖层形式的加热元件的部分截面图。
具体实施例方式本发明提供了一种广泛应用的导热和导电的元件。可以理解的是，在此描述的该导热和导电的元件(在此也简称为“元件”或“加热元件”)可以用于为从平坦垫子或毯子到大的圆形套筒(包括但不限于手柄、手套、袜子等)物体的表面加热。此外，在此描述的加热元件可以用于加热多种不同的设备，包括但不限于储存罐、座椅、把手手柄、运动手柄、 枪托以及鱼竿。当以高尔夫手柄来详细描述本发明时，应该理解的是本发明所要保护的并不仅限于高尔夫手柄。参照附图，其中在这些图中，相同的附图标记表示相同或类似的特征，现在参照图 1，其示出了一个高尔夫球杆，其包括了安装在高尔夫球杆的轴杆的近端上的高尔夫手柄。 在此使用的术语“近”和“远”是从高尔夫球手的角度看的。高尔夫球杆100包括设置在其远端的头部110，以及一细长的轴杆120。在细长的轴杆120的近端的是手柄130。尽管所示手柄130包括具有比球杆远端更大直径的近端，但应该理解的是，手柄 130可以采用多种不同的形状，包括但不限于近端和远端具有基本相同直径的圆柱形。一个这样的例子是倒锥形。高尔夫手柄130仅仅是适合本发明的加热元件的手柄的一个例子。手柄130包括位于细长轴杆120的近端或粗端的端盖150。每一个所述端盖150 均为标准高尔夫手柄端盖。手柄130和端盖150可以组装成一个单元。可替换的，手柄和端盖可以为分开的单元。电源可以设置在手柄130或端盖150中的任意位置。该电源可以为电池或类似的电源。如使用电阻发生器(resistance generator)，该电阻发生器可以由磁体和线圈组成， 类似于那些在手表中使用的电阻发生器。参照图2，示出了具有根据本发明的一个实施例的加热元件的手柄的侧截面图。该手柄可以为高尔夫手柄或用于其他设备的手柄。手柄210安装在轴杆220上。该实施例中的加热元件包括位于手柄210之上或之中的由导热和导电材料250、260制成的成形线路， 该线路类似于一个或多个可具有线圈形状的带或线。在此使用的该术语“带”或“线”或“线圈”是指由导电和导热的聚合材料的制成的分立的线路，该聚合材料为诸如可以从位于 1670-C Enterprise Parkway, Twinsburg，Ohio 44087 的 Silicone Solution 公司商业米购到的SS-26S或SS-27材料。这些术语将与加热元件或元件交互使用。手柄210上的加热元件250、260可由其他材料配方组成，只要该材料是导热和导电的。其他材料可以包括热塑性或弹性聚合物。该材料可以模制或形成一个或多个材料线， 轮廓样式为使得每一个线250 J60的端部电连接至具有正极端(或接线柱)240和负极端 244的电源M0。如在该配置中示出的，每个线250 J60的正极端242可在正极接头246处相连接或直接连接至电源240的正极端M2。类似的，线250、260的每个负极端244可以通过负极接头248相互连接或直接连接至电源MO的负极端M4。电连接可以通过任何合适的电接头来实现。电源240提供电流给加热元件250 J60。这种电能通过加热元件250 J60的材料的电阻转换成热量。手柄210使用的电源240可以为低电压的。因此，在决定可用于手柄 210产生热量的元件250 J60的电阻的大小的时候，需要考虑到这一点。该材料的电阻越高，加热该材料所需的能量也就高。消耗的能量加热连接至电源的元件250 J60。尽管以“线”(其可以为线圈)来描述本发明的实施例，但是材料可以设置成任意数量的构造，只要该材料可以电连接至为其提供电流的电源。例如，该材料可以设置成一条或多条直线，该直线从手柄的近端到手柄的末端横过手柄210的表面，并电连接至电源 2400尽管前述的实施例披露了两个线或元件250 J60，但在另一个实施例可以仅采用一个元件250。元件250可以环绕整个手柄布置，或者策略性的布置在手柄的一个或多个位置。电源240可以在使用者按开/关按钮245时有选择地导通或关断，或借助热传感器(未示出)而自动地导通或关断。在本实施例中，开/关按钮245设置在端盖230近端的背面。由于开/关按钮245设置在端盖230的背面，这减少了使用者在握持手柄210时误压开/关按钮M5的机会。元件250 J60的电压传输能力可以从1. 5伏特到数百伏特，这取决于线的截面尺寸和长度、以及对于热传输和升温时间的使用要求。该材料的疲劳寿命可以超过常用的箔或线元件。此外，聚合物型手柄可以具有更低的制造和材料成本，并具有更高的生产循环次数，从而导致更高效的生产工艺。在图2中，电源240设置在端盖230中。端盖230可以使用摩擦力或干涉配合或诸如橡胶胶水的粘结剂来连接至手柄210。然而，应该理解到，电源240可以设置在其他位置。例如，感应电源可以设置在与图2中的手柄210—起使用或相关联的袋子中，例如高尔夫袋。电源也可以位于轴杆220中。手柄210可以具有多于两个的元件250 J60。多个元件可以位于手柄的每一侧或完全的环绕手柄或只位于手柄上的选定位置。接下来参照图3，其示出图2中手柄的部分纵向截面图，根据本发明的一个实施例，该手柄加设有外层208。该手柄包括内芯或内层206。该内芯206可以是用于如美国专利7，458，902中的高尔夫手柄的underlisting。内芯206可以设计成在高尔夫轴杆220上滑动或环绕高尔夫轴杆220。内芯206基本为圆筒形，并由诸如热塑性材料、硅树脂或橡胶等非导电或绝缘材料组成。在手柄接触导电轴杆(轴杆有时候由导电材料制成)时，这种
5非导电材料有助于降低短路的风险。该内芯206可通过本领域已知的任何合适的方式连接至轴杆220，例如，使用双面粘结胶带或者也可采用喷雾或液体粘结剂。线250 J60设置在内芯206上。这些线可通过多种方式连接到内芯。例如，这些线可以通过挤压导热和导电材料的套管并以期望或设定的线路将它施加到内芯206。可替换的，可以使用诸如丝网印刷(其采用喷涂沉积材料)的技术。另一种用来将导热和导电的材料施加到内芯206的可用的技术是化学键接。例如，硅树脂元件材料可以在没有化学结合助剂的情况下化学地结合到未硫化的硅树脂内芯。同样例如，橡胶材料可以使用诸如 Chemlok. RTM的化学结合助剂化学地结合到其他材料，Chemlok. RTM为橡胶-基底粘结剂， 其可以从宾夕法尼亚州伊利的Lord Chemical Company获得。内芯206甚至可以具有切入表面部分的槽状图案以在槽内保持导热和导电材料，直到它被充分地硫化/硬化或固化成预先设定的线路。外层208是手柄表面，在其下面的是加热元件250 J60，使得使用者在温暖手的同时还具有良好的手柄感觉。外层208可以由任意数量的材料构成，包括但不限于硅树脂、橡胶或热塑性材料，或上述材料的结合。尽管如此，应该理解到，外层208应该至少具有一些导热性，因为热量需要从外层208传递到使用者手中。为了进一步帮助使来自线的热量传输到外层208，外层208可以比内芯206相对更薄。在本实施例中，线直接模制在外层208的表面之下。这种配置可以有效的用于避免对加热元件250 J60的操作损伤。还需要注意的是，这种构造可以用于其他的间接加热应用，例如以毯子或薄片的形式施加辐射加热源至罐、管状瓶、盘或其他类似的间接加热应用，所述毯子或薄片由绝缘内层270、本发明的加热元件250以及如图6中虚线所示的可选的外层280组成。还应进一步理解到的是，加热元件可以用于直接加热应用，其中在使用者手中和加热元件之间没有或几乎没有外层。参照图4，其示出了实施例310的横截面图，其中加热元件350从手柄310的内层306突出，以在使用者的手和手柄之间提供更直接的接触路径。内芯306构造成在轴杆320上滑动。位于内芯306中的是加热元件350，其从内芯306的外表面突出，提供与使用者的直接接触，从而使用者能够温暖自己的手。还应注意的是，除了保持使用者的手温暖之外，使用者还可以通过测量线的电导率来确认施加到手柄的压力值。该突出的加热元件350还有助于提升手柄感觉并帮助使用者更稳固地握持手柄，同时提供减震性能。加热元件350可以直接与使用者的手接触，因为热量环绕分布在由元件制成的线上。由于根据本发明的加热元件的材料不具有和导线一样的本地热量，该加热元件不会变的和导线和箔一样热。因此，使用者可以直接与加热元件接触。与导线不同的是，加热元件的材料可具有相对大的体积。此外，该元件的材料可以具有高的诸如400华氏度的熔点。因此，其设计成在一个适合于使用者的不会熔化的温度范围。手柄310可以包括一个以虚线示出的可选的外层308。在加热材料中可以形成许多的突起部分或凹陷，以使加热材料从外层突出。尽管本发明揭示了环状的加热元件250、 沈0，但应该理解的是，其他形状，诸如十字状、方块状或矩形状也可以采用以有助于形成从外层308的突起。其他的突起或凹陷的例子包括但不限于肋状、波纹、球形突出或槽。
参照图5，其提供了用于制造根据本发明的一个实施例的导热和导电手柄的工艺步骤的流程图。从步骤510开始，加热元件化学地粘合或施加到内层，或可以替换的，施加到由部分硫化的聚合物材料组成的内层。例如，导电硅树脂可以不需要化学粘合剂而化学地结合到未硫化的绝缘硅树脂内芯上。同样通过举例的方式，可以使用诸如Chmlok. RTM的化学粘合剂将橡胶化学地粘合到其他导热或导电的材料。根据所需的应用，内层或内芯可以采用用于手柄的初始形态或甚至是最终形态。在步骤520中，具有加热元件的预定线路的内层被设置在压模的芯杆上。在步骤530中，内层、加热元件以及芯杆被插入到整形模具/模型中，例如可以参见美国专利 7，798，912中的压模。可替换地，加热元件、内层和芯杆可以平放进模腔，以使得其可以借助过度模压而被硫化，或外层由诸如聚合物或弹性体(例如橡胶或硅树脂)组成，其具有至少一些导热性以有助于将热量传给使用者。在步骤M0，在模制期间或在后续的步骤期间，加热元件的线的端部被连接起来， 并且一个端部连接至电源(用于提供通过加热元件的电流)的正极和负极端。在步骤550，可以模制材料的外层(诸如硅树脂和橡胶)，使得导热和导电材料 (制造元件的线)的全部或部分被封装，并变成手柄的一部分。手柄可以使用液体和/或固体注射、压缩或传递模塑技术来制造。外表面可以包括织物或合成纤维，并在手柄从磨具取出后抛光或不抛光。除了使用模制表面的图案设计，纹理和/或印刷区域也可以包含在最终产品中。仅为了描述的目的，以下例子能够帮助更好地理解本发明。24V电源产生接近 102W的热功率并对SS-26S材料产生4A的电流。该材料的圆线直径接近0. 15cm,并具有接近0. 01767cm2的面积。圆线的长度大约20cm。电阻接近5. 658842欧姆，电阻率为0. 005000 欧姆-cm。具有大约0. 15cm的圆线直径、大约0. 01767cm2的面积、大约20cm长度的SS-27 材料，具有接近11. 317685欧姆的电阻。该材料的电阻率为0.010000欧姆-cm。MV电源以2A的电流供电产生5IW的热量。尽管说明书描述了本发明的特定实施例，但本领域技术人员能够在不偏离本发明概念的情况下设计出本发明的变形。
权利要求
1.一种导电加热元件，包括电源；配置成选择性的导通和关断该电源的控制开关；由电和热的绝缘材料组成的内层；导热和导电的聚合物以间隔线路的方式设置在该内层的外表面上，其中所期望线路的至少两端配置成电连接至该电源，并且其中该间隔线路被配置成在该控制开 关导通该电源时散发热量。
2.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，还包括设置在该内层和该间隔线路之上的外层。
3.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，该导热和导电的聚合物被化学地粘结至该内层。
4.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，该聚合物是硅树脂或热塑性材料。
5.根据权利要求2所述的加热元件，其特征在于，设置在该内层上的导热和导电聚合物的间隔线路包括突起部分，所述突起部分导致一些部分突出于该外层。
6.根据权利要求1所述的加热元件，其特征在于，该间隔线路的形式为一构件，该构件选自由带、线和线圈组成的组。
7.一种具有导热和导电的加热元件的手柄，包括电源；配置成选择性的导通和关断该电源的控制开关；由热和电的绝缘材料组成的基本上为圆筒形的内芯；以及以间隔线路的形式设置在该内芯的外表面上的导热和导电的聚合物，其中该间隔线路配置成电连接至该电源，并且其中该间隔线路配置成在该控制开关导通该电源时散发热量。
8.根据权利要求7所述的手柄，其特征在于，还包括设置在该内芯上的外层。
9.根据权利要求7所述的手柄，其特征在于，该导热和导电的聚合物化学地粘结到该内芯。
10.根据权利要求7所述的手柄，其特征在于，还包括用于该手柄的轴杆，并且所述电源设置在该轴杆中。
11.根据权利要求8所述的手柄，其特征在于，该手柄为高尔夫球杆手柄。
12.根据权利要求7所述的手柄，其特征在于，该聚合物为硅树脂或热塑性材料。
13.根据权利要求8所述的手柄，其特征在于，该间隔线路包括突起部分，借此使一些部分突出于该外层。
14.根据权利要求11所述的手柄，其特征在于，还包括端盖；并且该电源为设置在该端盖中的电源。
15.根据权利要求8所述的手柄，其特征在于，该手柄为高尔夫球杆手柄，并且该间隔线路设置在该内芯和该外层之间。
16.根据权利要求7所述的手柄，其特征在于，该间隔线路的形式为一构件，该构件选自由带、线和线圈组成的组。
17.根据权利要求14所述的手柄，其特征在于，该间隔线路包括具有设置在该高尔夫球杆手柄上的多条线的形式。
全文摘要
一种加热元件，包括以成形线路或间隔线路的方式设置的导热和导电聚合物。该间隔线路具有至少一条材料线，其端部被配置成电连接至电源。第一端连接至该电源的正极端，而另一端则连接至该电源的负极端。一种手柄，包括设置在内层上的加热元件，并且可以包括外层。该间隔线路可设置在该内层和外层之间以用于间接加热。可替换地，该间隔线路的一部分可以从内层或外层突出以用于直接加热。该加热元件可以用于多种设备，包括但不限于高尔夫球杆手柄、手柄、加热垫、毯子或其他设备。
文档编号H05B3/10GK102548063SQ20111045695
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月18日 优先权日2010年11月19日
发明者B·D·伍德, D·K·吉尔 申请人:伊顿公司