专利名称：静电控制护腕的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及防止静电放电的器件，更具体地说涉及静电控制腕带和传导(接地)系绳，其中腕带和系绳主要是由聚合物借助模塑方法制成的，以便减少器件中的零件数目。
本发明的现有技术静电放电以及单纯地存在静电场都可能极大地损害敏感的电子(固态)器件。现代的半导体和集成电路可能会由于这种静电累积而降级或损坏。控制静电放电和累积的常用工具是为排放过剩的静电荷而设计的导电的接地线。在美国专利第4,677,521、5,018,044和5,184,274号中可以找到关于这类器件的一般性讨论。
在上述专利中揭示的腕带和系绳具有许多增加器件成本的零件。尽管那些器件具有一些有利于它们的具体应用的特征，但是就其最基本的功能…安全有效的接地而言这些器件比较昂贵。不太昂贵且比较简单的带已被设计出来，例如美国专利第3,857,397和4,698,724号揭示的那些，但是，那些设计由于某些固有的局限而受到损害。例如，这些设计都是单一的腕带和系绳，这意味着如果器件的系绳部分断裂腕带就变成无用的，反之亦然，而且还意味着如果使用者需要离开他或她的工作站，他或她必须完全摘掉腕带或必须拖着系绳部分，与允许系绳可拆分地与腕带连接的设计恰好相反。这些设计也不适合在双导体系统(如044号专利所示系统)中使用。最后，调节腕带有效尺寸的装置必须单独施加到带上，例如397号专利中的钩环扣紧固带或在724号专利中的粘接层。这种单独施加步骤将增大加工成本，而且至关重要的是该器件获得适当的精确调节，因为它们必须与皮肤保持良好的接触以充分导电又不宜太紧以致影响血液循环或引起其他的不适。所以，发明一种零件数少成本低的耐用的腕带克服上述局限是符合需要的。
本发明的概述本发明提供一种静电控制腕带，该腕带通常包括具有第一聚合物绝缘层和与第一层整体模塑的第二导电层的腕带、实现第二层与导电系绳相互连接的接触装置、以及用于调整腕带有效长度以适应使用者肢体粗细的调节装置。借助提供与第一层整体模塑的第三导电层以及提供用于第三导电层与第二导电系绳相互连接的与第一接触装置电绝缘的第二接触装置可以构成双导体型腕带，以便象美国专利第5,057,965号教导的那样允许在接地路径中连续监测并且在腕带或系绳不继续接地时向带腕带者发送报警信号。调节装置可以包括附着在所述腕带末端的搭扣，也可以借助提供包含一系列波纹形成闭环状的弹性带使腕带变成自动调整的。接触装置可以包括穿过第二层部分的导电的孔眼以及适合连接系绳的按扣部分，或者简单地在带上形成容纳系绳塞孔的孔，该孔具有一个至少部分地由导电层形成的内表面。
腕带可以借助在导电层上重叠注塑绝缘层来制造，在导电层是聚合物时还可以与绝缘层一起共挤、共模塑或嵌入模塑。这些膜层可以共挤成薄片形状，或共挤成管状构件以提供闭环状腕带的实施方案。
本发明还提供新颖的接地线，其中接地线的系绳是由柔软的补强构件构成的，在补强构件周围有导电层，在这种场合补强构件可以是绞合铜线、或拉伸缠绕在聚合物绝缘纤丝周围的箔、或镀金属的纤维。导电层是由填充了导电填料的柔软的弹性体构成，而绝缘层在导电层的周围，该绝缘层也是由柔软的聚合物构成的。为了附着到具体的接头结构上在系绳给定端形成导电层。为了在使用期间消除多余的长度，优选将一部分系绳盘成螺旋状。
附图简要说明参照下述附图将更好地理解本发明，其中
图1是本发明的一个静电控制腕带实施方案的透视分解图；图2是一张透视图，它描述一种制造方法，该方法适合依据本发明的腕带的另一个实施方案；图3是一张透视图，它描述类似于图2的另一种制造方法，但该方法适合静电控制腕带的双导体实施方案；图4是一张透视图，它描述一种制造方法，该方法适合依据本发明的腕带的闭环状实施方案；图5是一张透视图，它描述类似于图4的另一种制造方法，但该方法适合闭环状腕带的双导体实施方案；图6是一张透视图，它描述依据本发明制作的接地线的分层结构；
图7是图6接地线的透视图，该接地线被做成在任一端有接头的系绳；图8是用于本发明的静电控制腕带的另一种调节装置的透视图；以及图9是可以按照部分制作的静电控制踵带的透视图。
本发明的详细叙述现在参照附图中的图1，该图描述本发明的静电控制腕带的一个实施方案10。腕带10通常是由电绝缘的柔软的聚合物材料制成的含整体模塑导电层14的带12组成的。正象下面将进一步讨论的那样，导电层14可以借助诸如重叠注塑、共模塑、嵌入模塑或共挤之类的方法永久地附着在带1 2上。带12优选由Hytrel构成，其中Hytrel是一种耐用的热塑弹性体(聚醚-聚酯的嵌段聚合物)，购自E.I.DuPont de Nemours公司。可以添加颜料以给腕带提供色码。导电层14可以是金属材料，但更优选的是填充了导电填料使之至少局部导电(表面电阻小于1×106Ω/sq.)的聚合物材料，以便能够消除腕带10的携带者身上的静电累积。适当的材料是填充导电碳粉的Hytrel，填充量依据颗粒的质量和粒度在15-40％(重量百分比)之间。
沿着带12将导电层14置于带12的增厚部分16。一导电的孔眼18穿过在导电层14上形成的孔和在带12的增厚部分16上形成的孔20并且被固定到用于腕带10与接地系绳相互连接的按扣的插入性部分22上。不同尺寸的按扣(例如4mm、5mm、7mm或10mm)可以这样装配到带12上。在带12的增厚部分16可以提供一凹槽23以容纳该按扣。孔眼和按扣可以非必选地模塑到腕带上。非必选的膜层24可以用作适合洁净室应用的导电的亲水壁垒置于填充碳的膜层上面。对于这种高端应用，可以使用不大可能崩脱(颗粒或纤维)或脱气的材料。
将若干特征模塑到带12的形状中。为了允许调整腕带，在一端可以形成定位销或凸头，例如一对小凸头26和一个大凸头28，它们将分别与在另一端形成的对应孔30和32咬合。由于这将提供离散地调整长度的能力，借助形成诸如可拉伸的链34之类的卸载特征可以提供更大的允差。在凸头26和28附近提供第一导轨36，以使带12形成插孔的另一端就地卡在凸头上，并且提供第二导轨38以卡住腕带多余的长度。另一端40带锥度，以便容易在导轨36和38下插入。沿着带12可以形成其它卸载特征(例如肋或槽42)以改善腕带的柔韧性和与使用者手腕的一致性。
上述设计有几个优点。除了提供接地腕带全部的基本特征之外，腕带10是如此周到地可调，以致一种尺寸就适合所有人，并提供与皮肤的全面接触。它的制作成本低，特别是在只采用4个零件(带12、导电层14、孔眼18和按扣22)时。在制造过程中还可以更换颜料，以便轻松地选择适当的颜色。正象下面讨论的那样，腕带10比较容易借助为一体化的带和导电层的简单制造创造条件的叠模塑或共挤方法来制造，并且容易迅速地装配补充零件。
图2是透视图，它描述依据本发明的腕带的另一个实施方案44的制造方法。腕带44是借助将(填充碳的)导电材料片重叠注塑到大片的聚合物绝缘材料上，形成一体化的片46，再由片46形成个体腕带44。在加工片46的步骤中，可以在片上划一些线以定义腕带44的带部分48的边界，并且可以通过带的增厚部分打一个孔。在下一个装配步骤中，装配孔眼50和按扣52。在最后的步骤中可以将搭扣54装配到带48的一端。可以在带48的那端形成凹槽或凹痕56，以便与搭扣54的紧固零件配合。在带48的那端可以有引导段58，该引导段有锥度，以便为穿过搭扣54创造条件，在将搭扣固定后将引导段58切除。
用图3表示类似的方法和设计。其中唯一的区别在于绝缘层被重叠注塑到两片导电层上，而且两片导电层稍微分开，以致在完工的腕带60上，沿着带的内表面有两个分开的导电段62和64。两个按扣66和68被固定在腕带上各自的孔眼上，以致它们分别与两个导电段62和64接触。双导体腕带60可以与此项技术中已知的双导体监测系统结合使用。
图4描述依据本发明的另一种制造方法，该方法适合闭环状腕带的另一种实施方案。如同图2和图3的方法，塑造腕带70的方法也是从导电层已与绝缘层形成一体的大块材料上切下来，但是在图4中腕带70是由管状构件72形成的，而不是由片材制成的，这样使腕带70呈闭环状，即没有必要将搭扣或其它零件固定到腕带的末端。可以借助导电层74与聚合物绝缘材料共挤形成管状构件72。在挤塑过程中可以在带的增厚部分上形成孔76，以容纳在接地系绳末端的插头。孔76有一内表面，该内表面至少是部分地由导电层形成的。以这种方式形成孔76进一步器件成本，因为它不添加任何零件(如孔眼或按扣)就提供与系绳的相互连接。腕带70可以由弹性材料制成，而且带有弯曲或波纹78，以使它是自动调整的，即它能够牢固地箍紧不同粗细的手腕获得令人满意的皮肤接触，而不需要提供任何附加的调节零件，如搭扣。可以在一段带上加工一系列小的横向切口来代替波纹78，以提供自动调整。
图5类似于图4，但是它说明依据本发明的另一种双导体腕带的实施方案80，该腕带是借助如同图3的方法提供分开的导电层82和84而形成的。图5还说明在这个设计中仍然可以使用按扣86来代替图4中容纳插头的孔76。
翻到图6和图7，这两张图描述一种可以与本发明的腕带结合使用的新颖的接地系绳90。系绳90分享上述腕带的某些共同的设计特征，即具有主要的聚合物结构并且包括与绝缘层一道共挤的导电层。具体地说，系绳90有聚合物(如Hytrel)的绝缘外层92和导电材料(仍然优选填充碳粉的Hytrel)的内层94。当碳的填充量为32％时由系绳90制成的典型的接地线(10英尺长)将具有大约2MΩ的电阻。导电层94用圆截面表示，但是熟悉此项技术者将明白这种形状并非是必须遵守的。这些层可以利用抗拉的丝重叠挤塑或共挤成形。在导电层94的中心附近是补强构件，优选由聚酯或Kevlar(一种购自E.I.DuPont de Nemours公司的芳香族聚酰胺)制作的补强纤维96。补强构件还可以是一根或多根实心的金属线、缠绕在聚酯或Nomex纤维(Nomex也是购自E.I.DuPont de Nemours公司的聚酰胺)补强条上的金属箔等。
图7描述系绳90是如何被制成每端都有接头的接地线的。在需要或希望有香蕉插头98的应用中，这种插头可以利用在香蕉插头上形成的卷曲管直接固定到在系绳90一端裸露的导电层上。香蕉插头也可以是由聚合物模塑的零件。对于那些需要与按扣(如按扣22)相互连接的应用，在系绳90一端裸露的导电层可以通过挤压将末端弄扁，以便将聚合物热冲压或热合到金属按扣100上。末端可以不连接到电阻上，而是将电阻连接到金属按扣上。另外，可以由导电的Hytrel模塑成带扣紧系绳末端的叉形物的承插按扣。此外，重叠注塑的绝缘体和应变消除靴可以用于增强末端。
图7还表示如果系绳的材料是弹性体，系绳90的一部分102可以在芯轴上盘成螺旋，该芯轴先被加热然后迅速冷却，以记忆螺旋形状，使多余的系绳长度最小。为了耐用绝缘层92优选硬度较高的材料(在45-80 Shore D范围内)，导电层94的硬度优选在25-50 Shore D范围内。纤维96优选具有0.003”-0.015”的直径，导电层94具有大约0.070”的外径，而绝缘层92具有大约0.095”的外径。
图8描述静电控制腕带104的另一种替代实施方案，它具有不同的调节装置。具体地说，铰接的搭扣106整体模塑到带上，该搭扣有第一稍微拱起的部分108和第二稍微拱起的部分110，后者在搭扣处于闭合位置时叠在部分108上。活铰链112在108和110两部分之间形成。部分108有锁定爪114，以将部分110就地锁定。其它零件(如凸起116和棱118)可以用于帮助108和110两部分定位，即有在110部分的底面形成的相应的孔或缺口。
图9说明本发明如何应用于类似腕带的静电控制器件上，具体地说是如何用于踵带120。踵带120类似于上述的腕带包括带整体模塑的导电层124的电绝缘的聚合物主带122。但是，踵带120适合穿戴，以致导电层124面朝下，与地面或静电控制地毯接触。导电层124可以用防滑表面(如滚花表面)模塑。带120有在顶部周围缠绕的正面重叠段126和128，将带120固定到穿戴者身上的足或鞋的拱起部分。另一部分130缠绕在踵的后侧周围。部分130借助另一个孔眼或铆钉132保持在这样的组态中。孔眼132与电阻134保持电接触，该电阻的另一端连接到另一个孔眼136上。孔眼136依次将另一条导电带138连到带120上。导电带138被塞到穿戴者的鞋里，以便与穿戴者的脚保持实际接触。
尽管参照具体的实施方案已对本发明做了介绍，但是这种介绍并非意味着构成某种限制。已揭示的实施方案的各种改进方案以及本发明的替代方案对于本领域的技术人员参照本发明的说明将变成显而易见的。所以，这些改进方案是没有脱离在本发明的权利要求书中定义的精神和范围的。
权利要求
1．一种用于控制静电放电的制品，该制品包括具有第一聚合物绝缘层和与所述第一层整体模塑的第二导电层的腕带；接触装置，该装置用于使所述第二层与导电的系绳相互连接；调整装置，该装置用于调整所述腕带的长度，以适应使用者肢体的粗细。
2．根据权利要求1的制品，该制品进一步包括第三导电层，该导电层也与所述第一层整体模塑，以及第二接触装置，该装置用于使所述第三层与第二导电系绳相互连接。
3．根据权利要求1的制品，其中所述调节装置包括一附着在腕带末端的搭扣。
4．根据权利要求1的制品，其中所述腕带是一个闭环并且所述第一聚合物层是由弹性材料制成的所述调节装置包括在所述腕带中的一系列波纹或造型，以使所述腕带是自动调整的。
5．根据权利要求1的制品，其中所述接触装置包括在所述腕带上形成的孔以容纳系绳塞孔，所述孔有一内表面，该内表面至少部分地是由所述第二层形成的。
6．根据权利要求1的制品，其中所述接触装置包括穿过所述第二层部分的导电孔眼，有按扣部分永久性地附着在在所述孔眼上，以便连接所述系绳。
7．一种静电控制腕带，该腕带包括第一聚合物绝缘弹性层和与所述第一层整体模塑的第二聚合物导电层，所述第一和第二层形成一闭环并且具有一系列的波纹以使所述腕带是自动调整的，所述腕带进一步包括一容纳系绳塞孔的孔，所述孔具有一内表面，该内表面至少有一部分是由所述的第二层形成的。
8．一种制造静电控制腕带的方法，该方法包括下述步骤获得第一聚合物绝缘材料带；获得第二导电材料带；将所述的第一带永久性地施加到所述第二带上；以与所述第二带的电接触形成使所述第二带与导电系绳相互连接的装置；在所述第一带上提供调节所述第一带有效长度的装置，以适应使用者手腕的粗细。
9．根据权利要求8的方法，其中所述第一带重叠注塑在所述第二带上。
10．根据权利要求8的方法，其中所述第二带由聚合物制成并且与所述第一带一起共挤成形。
11．根据权利要求8的方法，该方法进一步包括获得第三导电材料带；将所述的第一带永久性地施加到所述第三带上，以使所述第二和第三带是电绝缘的；以及以与所述第三带的电接触形成使所述第三带与另一条导电系绳相互连接的第二装置；
12．根据权利要求8的方法，其中所述调节装置是通过将一搭扣附着到所述第一带的末端提供的。
13．根据权利要求8的方法，其中所述相互连接装置是通过在腕带上形成一适合容纳系绳塞孔的孔形成的，所述孔有一内表面，该内表面至少部分地由所述第二带构成。
14．根据权利要求8的方法，其中所述相互连接装置是借助使导电的孔眼穿过所述第二带部分形成的，其中所述孔眼有一连接所述系绳的按扣部分。
15．根据权利要求10的方法，其中所述第一带是由聚合物制成的并且被共挤成片。
16．根据权利要求10的方法，其中所述第一带是由聚合物制成的并且被共挤成闭环状。
17．根据权利要求12的方法，其中所述第一带的所述末端形成凹槽，以与所述搭扣上的紧固零件匹配。
18．一种接地线，包括系绳，该系绳具有柔软的补强构件，在所述补强构件的周围的导电层，所述导电层是由填充了导电填料的柔软聚合物构成的，在所述导电层周围的绝缘层，所述绝缘层是由柔软的聚合物构成的；第一导电体，该导电体位于所述系绳的第一端并且被电连接到所述导电层上；以及第二导电体，该导电体位于所述系绳的第二端并且被电连接到所述导电层上。
19．根据权利要求18的接地线，其中在所述系绳的给定端形成适合附着到导电体上的所述导电层。
20．根据权利要求18的接地线，其中所述补强构件是导电的。
全文摘要
静电控制腕带(10)包括具有第一聚合物绝缘层和用第一层整体模塑的第二导电层(14)的带(12)、适合将第二层与导电系绳相互连接的接触装置(22)、以及为了适应用户肢体尺寸调整腕带有效长度的装置。为了在接地路径中提供恒定的监视器件可以包括第三导电层(24)。接触装置可以包括常规孔眼,该孔眼穿过带按扣的导电层部分以与系绳连接。绝缘层可以重叠注塑到导电层(14)上,或在导电层也是聚合物的场合被共模塑或共挤成片或筒膜形状,或用用绝缘层嵌入模塑。系绳包括接地线,它可以由在柔软的补强零件周围的导电层构成,其中补强零件可以是绞合的铜线、拉伸缠绕在绝缘的聚酰胺纤丝周围的箔、或镀金属的纤维。系绳的导电层可以由填充了导电填料的柔软的弹性体构成,而柔软的聚合物绝缘层包裹着导电层。为了缩短系绳长度在使用时可以将系绳盘成螺旋形状。
文档编号A61N1/00GK1222092SQ97195591
公开日1999年7月7日 申请日期1997年5月21日 优先权日1997年5月21日
发明者布瑞恩·M·考克斯 申请人:明尼苏达矿业和制造公司