TW201233228A - Thermally and electrically conductive element - Google Patents

Description

201233228 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體係關於一種導熱及導電元件，且更特定言之 本發明係關於一種用於包含（但不限於）把手之應用的導熱 及導電元件。 【先前技術】 在當今市場上，暖手器、襪子及把手是一些使用加熱元 件或材料之應用》此等加熱材料對於在低溫環境中使一使 用者保持溫暖是尤其有用的。雖然本發明尋求把手中之特 定實用並將具體參考之，但應瞭解根據本發明之加熱材料 具有各種應用且不應僅僅限於把手。把手及運動握把通常 用以減小與震動賦予工具之使用相關聯之衝擊震動。此等 工具之實例包含高爾夫球桿、回力球拍及短柄球拍等等。 虽一使用者擺動該工具並與一物體（例如，一高爾夫球）接 觸時會出現衝擊震動。衝擊震動對於身體可能是有害的並 可造成不舒適感以及關節及/或組織損傷。 加熱握把對於經歷不舒適感（甚至是較暖溫度中）之使用 者（諸如，患關節炎之使用者）可能是有用的。目前可在市 場上貝到許多加熱把手。此等握把可使用嵌入式電線或線 圈、使一電流通過該等嵌入式電線或線圈產生熱量並由於 電路之電阻而產生熱量。該電線或線圈為握把表面提供輻 射熱量之一源。 此等先前技術之電線或線圈握把具有諸多缺點。例如， 此等電線或線圈握把製造起來較為複雜。電線或線圈之各 160317.doc 201233228 單件必須經預切割並實體附接至握把。再者，此等電線或 線圈握把具有當充分疲勞時該等電線最終可能斷裂的缺 點。疲勞可通過實體移位（諸如，當該等電線或線圈彎曲 時）而發生。 需要一種具撓性且相對容易地製造的加熱把手。進一步 需要一種可舒適地使用並減少與擊打工具相關聯之衝擊震 動的加熱高爾夫球握把。 【發明内容】 本發明係藉由提供由於使用一電源引起的電阻而可電加 熱之一種導熱及導電元件來解決先前技術之上述缺陷以及 其他缺陷。根據本發明之一實施例，提供一種導熱及導電 加熱把手。 根據本發明之導熱及導電元件包括一電源及經組態以選 擇性地啟動及關閉該電源之一控制開關。該導熱及導電元 件亦包括由一電絕緣及熱絕緣材料組成之一内層。該加熱 元件進一步包括呈一間隔配置佈置於該内層之一外表面上 之一導熱及導電聚合物材料。該配置經組態以電連接至一 電源。該配置經組態以當該控制開關啟動該電源及電流流 過該配置時分散熱量。該加熱元件可進一步包含佈置於該 内層上方之一外層。 根據本發明之一實施例，一把手包括一電源及經組態以 選擇性啟動及關閉該電源之一控制開關，該握把亦包括由 一電絕緣及熱絕緣材料組成之一實質上圓柱形内芯體。該 握把進一步包括呈一配置佈置於該内芯體之一外表面上之 160317.doc 201233228 一導熱及導電聚合物材料。該配置經組態以電連接至該電 源。該配置經組態以當該控制開關啟動該電源及電流流過 該配置時分散熱量。該握把可包含佈置於該内芯體上方之 一外層。 現從以下說明性實施例之詳細描述及附圖之檢視中將清 晰地明白此等以及其他特徵及益處。 【實施方式】 本發明提供一種用於各種應用之導熱及導電元件。應瞭 解如文中所述之該導熱及導電元件（文中亦簡單地稱為 「元件」或「加熱元件」）可用於為平墊或毛氈至大型圓 形套筒（包含（但不限於）握把、手套、襪子等等）之範圍内 之物體提供表面加熱。再者，文中所述之該加熱元件可被 用以加熱許多不同器件，包含（但不限於）儲存槽、座位、 手桿握把、運動握把、搶托及釣魚竿。雖然本發明以一高 爾夫球桿握把之形式進行詳細描述，但應瞭解本發明所主 張之發明並非意欲僅僅限於此。 參考圖式，全部若干視圖中相同之數字指示相同或相似 之特徵，且現參考圖1，圖中顯示包含安裝於高爾夫球桿 軸近端上之一高爾夫球握把的一高爾夫球桿。文中係從高 爾夫球手之視角使用術語近端及遠端。該高爾夫球桿1〇〇 包含佈置於其遠端處之一頭部110及一細長軸12〇。握把 13〇處於細長軸120之近端處。 雖然所繪示之握把130包含具有比其遠端更大之一直徑 的一近端，但應瞭解該握把130可採用許多不同的組態， 160317.doc 201233228 包含（但不限於）該近端及該达端皆具有實質上相同直徑之 一圓柱形組痞。此一實例為一倒置的錐形。高爾夫球握把 130僅僅是適用於本發明之加熱元件之一把手之一實例。 握把130包含位於該細長軸120之近端或對接端處之一端 蓋150。端蓋150為一標準高爾夫球握把端蓋。握把及 端蓋丨50可組裝成為一單一單元。或者，該握把及該端蓋 可為分離單元。 一電源可佈置於握把130内或端蓋15〇内之任意地方。該 電源可為一電池或相似電源。在使用一電阻產生器之情況 下，該產生器可由一磁鐵及線圈組成，類似於手錶中使用 之電阻產生器。 現參考圖2，圖中顯示根據本發明之一實施例之具有加 熱70件之一把手之一剖面側視圖。該把手可為一高爾夫球 握把或用於另一應用之一握把。該握把21〇安裝於一軸22〇 上。在此實施例中，該加熱元件包括像可具有定位於握把 210上或握把210中之一線圈形狀之導熱及導電材料25〇、 260之一條或多條帶或繩之一定形配置。如文中所使用之 術浯帶」或「繩」或「線圈」指一導電及導熱聚合材料 之離散配置，諸如可從〇hi〇 44〇87之Twinsburg之i67〇c

Enterprise Parkway之 Silicone Solutions 購得之 SS-26S 或 SS- 27材料》此等術語可與加熱元件交換使用。 握把210上之加熱元件250、260可由其他材料調配物組 成，只要該材料導熱且導電。其他材料可包含一熱塑性或 彈性體聚合物°該材料可模製或形成為以容許該等繩 160317.doc

I 201233228 * 250 260之各者之一端電連接至具有一正極端或負極端子 242及一負極端或負極端子244之一電源24〇之一方式分佈 的一個或多個材料繩。 如此組態中所示，各繩250、260之正極端242可接合於 一正極連接器246處或直接連接至電源24〇之正極端242。 同樣地，繩250、260之負極端244之各者可藉由一負極連 接器248彼此連接或直接連接至電源24〇之一負極端244。 該等電連接可由任何適合電連接器實現。 電源240將電流供應至該等加熱元件25〇、26〇。此電能 通過組成該等元件250 ' 260之材料之電阻轉化成熱量。與 握把210—起使用之電源240可為低電壓。因此，當判定該 等元件250、260之電阻之程度可與該握把21〇一起使用以 產生熱量時應將其考慮於内。該材料之電阻越高，加熱該 材料所需之能量越大。所消散之電能會加熱連接至該電源 之該等元件250、260。 雖然本發明之實施例係以可為線圈之繩之形式而描述， 但是只要該材料可電連接至提供電流至該材料之一電源就 可以任思'數量之組態配置該材料β例如，該材料可被配置 成從其近端至其遠端橫貫握把210之表面並電連接至該電 源240之一個或多個直線。雖然上述之實施例描繪兩個繩 或元件250、260，但是在另一實施例中可僅僅使用一個元 件250 該元件250可圓周地定位於整個握把周圍或在戰略 上置於該握把上之一個或多個位置處。 當使用者按壓開/關按鈕245時可選擇性地啟動或關閉電 160317.doc 201233228 源240 ’或者利用一熱感測器（圖中未顯示）自動啟動或關閉 該電源240。在此實施例中，該開/關按紐245佈置於其近 端處之端蓋230之背部中。由於該開/關按鈕245佈置於該 端蓋230之背部中，所以此可降低當使用者握持該握把210 時無意按到該開/關按鈕245之概率。 該等元件250、260之電壓傳輸能力可根據該繩截面之大 小及長度以及對於熱量傳輸及變熱時間之應用要求而處於 1.5伏特至高達幾百伏特之範圍内。此材料之疲勞壽命可 超過習知之線圈及電線元件。再者，該聚合物類型握把 210*J具有較低的製造及材料成本，且具有更長地生產週 期時間’從而導致更有效率的生產製程。 在圖2中，該電源240佈置於端蓋230中。端蓋230可利用 一摩擦或干涉配合或一黏著劑（例如，橡膠膠合劑）附接至 握把210。然而，應瞭解電源24〇可佈置於其他位置中。例 如’一感應電源可佈置於與圖2之握把210 —起使用或相關 聯之一袋囊（如，一高爾夫球袋囊）中。該電源亦可位於該 軸220中。 握把210可具有兩個以上的元件25〇、26〇。此多個元件 可位於該握把之各側邊上或完全環繞該握把而定位或者甚 至位於該握把上之選定位置中。 接著參考圖3，圖中描繪根據本發明之一實施例之附有 一外層208之圖2之握把之一部分縱向戴面圖。該握把包含 一内芯體或層206。該内芯體2〇6可為如美國專利第 7,458,902號中所見之一高爾夫球桿握把之一下邊材。該内 160317.doc -9- 厶 201233228 心體206可經設計以滑入高爾夫球桿軸22〇上或捲繞高爾夫 球桿軸220。内芯體206實質上為圓柱形並由一非導電或絕 緣材料（諸如，熱塑性材料、聚矽氧或橡膠）組成。此類型 之非導電材汁斗有助於降低當該握把與在一些險況下由金屬 構成之一導電軸相接觸時短路之風險。 該内芯體206藉由此項技術中已知之任何適合構件（例 如，使用雙面膠帶）附接至該轴22〇,或者亦可使用一喷霧 或液體黏合劑。 繩250、260佈置於該内芯體2〇6上。此等繩可以許多方 式附接至該内芯體。例如，該等繩可藉由擠壓一導熱及導 電材料之管並將其以所需或設定配置施加至内芯體2〇6而 附接至該内芯體。或者，可使用併入該材料之喷射沈積之 技術（諸如網版印刷）。用於將該導熱及導電材料施加至該 内芯體206之另一可能技術是化學結合。例如，聚矽氧元 素材料可在無一化學結合劑之情況下化學地結合至一未固 化聚矽氧内芯體。另外舉實例，可使用可從美國賓夕法尼 亞州之Erie之Lord Chemical Company購得之一化學接合劑 (諸如’ 一橡膠基板黏著劑之Cheml〇k RTM)將一橡膠材料 化學地結合至其他材料。該内芯體206甚至可具有切入一 表面部分中之一凹槽型圖案以將該導熱及導電材料保持於 該凹槽中直到其充分固化或凝固成所需之設定配置。 外層208為握把之表面，該加熱元件25〇、26〇可駐留於 其下方使得使用者可溫暖其手並仍具有良好的握持感。外 層208可由任意數量之材料（包含（但不限於）聚矽氧、橡膠 160317.doc • 10 - 201233228 或一熱塑性材料或其之組合）組成。然而，應瞭解由於熱 量應向上穿過外層208至該使用者之手所以該外層2〇8應至 少略具導熱性。為了進一步有助於熱量從該等繩傳輸至外 層208，外層208相比於内芯體206可能是一相對薄的層。 在本發明之實施例中，該等繩可直接模製於外層2〇8之 表面下方。此組態在避免對加熱元件2〇5、26〇之操作損壞 方面可能是有用的。亦應注意到此組態在其他間接加熱應 用中可能是有用的，諸如用於為貯藏槽、管燒瓶、托盤或 呈由一絕緣内層270、本發明之加熱元件250及如圖6中虛 線中所示之一可選外層280組成之一毛氈或薄片形式之其 他類似間接加熱應用供應一輻射熱源。 應進一步瞭解該加熱元件可用於直接加熱應用中，其中 該使用者之手與該加熱元件之間幾乎不存在或不存在外 層。現參考圖4，圖中顯示加熱元件35〇從握把31〇之内層 3〇6大出以於該使用者之手與該握把之間提供一更直接路 徑之一實施例3 10之一截面圖。 内心體306經構造以滑入一軸32〇上。該加熱元件35〇定 位於該内芯體3〇6中，該加熱元件35〇突出穿過該内芯體 3 〇6之外表面從而提供與使用者之直接接觸使得該使用者 可溫暖其手。亦應注意除了使一使用者保持手暖和之外， "亥使用者亦可藉助於量測通過該等繩之導電率來識別施加 至忒握把之壓力量。該突出加熱元件35〇亦可利於握把感 並在提供一更平穩的握把固持以及提供減震品質方面幫助 使用者。 160317.doc 201233228 因為熱量遍及組成該元件之繩而分佈，所以該加熱元件 350可與該使用者之手直接接觸。因為根據本發明之加熱 元件並不會如一電線一樣局部化受熱，所以該加熱元件不 可能變得如電線或線圈一樣熱。因此，該使用者可直接觸 摸該加熱元件。與一電線不同，該加熱元件之材料可具有 一相對大的體積。再者，該元件之材料可具有諸如華氏 400度之一高熔點。因此，其經設計不會在適用於一使用 者之一溫度範圍内熔化。 以虛線所示之一可選外層3〇8可包含於握把31〇中。各種 凸出區段及/或凹口可形成於該加熱材料中使得該加熱材 料從該外層中突出。雖然本發明描繪呈圓形形態之加熱元 件250、260，但應瞭解可使用其他形狀（諸如十字形、菱 形正方形或矩形）以利於突出物穿過該外層3〇8。凸起或凹 陷特徵之其他實例包含（但不限於）翼肋、凹坑、旋鈕或凹 槽。 現參考圖5，其係用於產生根據本發明之一實施例之導 熱及導電握把提供製程步驟之一流程圖。以步驟51〇開 始，將加熱元件化學地結合或施加至—内層或替代地至由 一部分固化聚合材料組成之一内層。例如，可在無一化學 . 接合劑之情況下將一傳導性聚矽氧材料化學地結合至一2 固化非傳導性聚矽氧内芯體。另外舉實例，可使用一化學 接合劑（諸如，Chemlok.RTM)將橡膠化學地結合至其他導 熱及導電材料。該内層或&體可根據所需之應用採用該握 把之初始形式或甚至是成品形式。 160317.doc -12- 201233228 在v驟520中，冑具有该加熱元件之所需配置之内層置 於一壓縮模具之-芯棒上。在步驟53()中，將該内層、加 熱元件及芯棒***一成品模具（例如，如美國專利第 7,798,912號中所見之一壓縮模具)中。或者，可將該加熱 疋件、内層及芯棒平放於一模製空腔中使得其可與由（例 如）至少略導熱以有助於熱量傳輸至該使用者之一聚合物 或彈性體（如橡膠或聚矽氧）組成之一覆模或外層一起固 化。 在步驟540中，該加熱元件之該等繩之末端在模製製程 期間或一隨後步驟期間相互連接且一端連接至一適合電源 之一正極端及負極端用於提供通過該加熱元件之電流。 在步驟550中，一材料（諸如，聚矽氧或橡膠）外層可經 模製使得該導熱及導電材料（即，組成該加熱元件之繩）整 體或部分地囊封並成為該握把之部分。可使用液體及/或 固體注射、壓縮或轉移模製技術生產該握把。外表面可包 含織物或合成纖維，且一旦該握把從該模具中移除外表面 係拋光或不拋光的。額外地，在成品中亦可包含使用模製 表面紋理及/或經續·製區域之圖形設計。 僅僅出於說明之目的’以下之實例有助於更好地理解本 發明。對於一 SS-26S材料，二十四伏特（24V)之電源在四 安培（4A)之電流下產生約一百零二瓦特（1〇2 W)之熱量。 該材料之一輪緣直徑約為0.15厘米（cm)並具有約〇.〇1767平 方厘米之一面積。該輪緣之長度約為二十（20)厘米。電阻 約為5.658842歐姆及電阻率為每厘米0.005000歐姆。 160317.doc •13- 201233228 具有約0.15厘米之一輪緣直徑 '約〇 〇1767平方厘米之一 面積及約20厘米之一長度的88_27材料具有約u 317685歐 姆之一電阻《該材料具有每厘米〇 〇1〇〇〇〇歐姆之一電阻 率。處於2A下之一 24V電源產生S1 |之熱量。 雖然說明書描述本發明之特定實施例，但一般技術者可 在不脫離本發明之理念下設計出本發明之變化。 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明之一實施例將一導熱及導電元件併入 握把中之一高爾夫球桿之一透視圖。 圖2係描繪根據本發明之一實施例之在利用一外層覆蓋 導熱及導電元件之前之握把上之該元件之一所繪示握才巴 之一側視圖。 圖3係根據本發明之一實施例之具有佈置於其内層與外 曰之間之導熱及導電元件之一握把之一部分縱向截面圖。 圖4係根據本發明之另一實施例之具有經一層突出之導 電及導熱元件之一握把之一截面圖。 圖5係根據本發明之一實施例之用於形成具有一導熱及 導電tl件之一加熱把手之一方法之一流程圖。 圖6係呈一毛氈之形式之加熱元件之一部分截面圖。 【主要元件符號說明】 100 南爾夫球桿 110 頭部 120 細長軸 130 握把 160317.doc 201233228 150 端蓋 206 内芯體/内層 208 外層 210 握把 220 轴 230 端盖 240 電源 242 正極端/正極端子 244 負極端/負極端子 245 開/關按紐 246 正極連接器 248 負極連接器 250 加熱元件/繩 260 加熱元件/繩 270 絕緣内層 280 外層 306 内層/内芯體 308 可選外層 310 握把 320 轴 350 加熱元件 160317.doc -15-

Claims (1)

1. 201233228 七、申請專利範圍： !.一種導電加熱元件，其包括： 一電源； 控制開關’其經組態以選擇性地啟動及關閉該電 源； ψ . 一内層’其由一導電及導熱絕緣材料組成；及 -導熱及導電聚合物，其以一間隔配置佈置於該内層 卜表面上’其中該所需配置之至少兩端經組態以電 連接至該電源，及其中該間隔配置經組態以當該控制開 關啟動該電源時分散熱量。 2.如明求項1之加熱元件，其進一步包括佈置於該内層及 該間隔配置上方之一外層。 3·如請求項1之加熱元件，其中該導熱及導電聚合物化學 地結合至該内層。 4. 如請求項1之加熱元件，其中該聚合物為聚矽氧或熱塑 性材料。 5. 如請求項2之加熱元件，其中佈置於該内層上之該導熱 及導電聚合物之該間隔配置包含凸起部分，造成一些部 刀大出於該外層上方〇 * 6.如請求項1之加熱元件’其中該間隔配置具有為選自由 一條帶、一繩及一線圈組成之群之一成員的一形式。 7. 一種具有一導熱及導電加熱元件之把手，其包括： 一電源； 一控制開關，其經組態以選擇性地啟動及關閉該電 160317.doc 201233228 源； 實質上圓柱形内芯體，其由一電絕緣及熱絕緣材料 組成；及 -導熱及導電聚合物，其以一間隔配置佈置於該内芯 體之—外表面上，其中該間隔配置經組態以電連接至該 電源’且其中該間隔配置經組態以當該控制開關啟動該 電源時分散熱量。 8.如請求項7之把手’其進-步包括佈置於該内芯體上方 之一外層。 9·如請求項7之把手 結合至該内芯體。 10.如請求項7之把手 且其中該電源佈置 U.如請求項8之把手， 12.如請求項7之把手 料。 ，其中該導熱及導電聚合物係化學地 ，其進一步包括用於該把手之一軸， 於該轴中。 其中該把手為一高爾夫球桿握把。 ’其中該聚合物為聚矽氧或熱塑性材 凸起部分，藉 13·如：求項8之把手，其中該間隔配置包含 此1^成一些部分突出於該外層上方。 14·如請求仙之把手H步包括： 一端蓋；及 其中該電源為佈置於該端蓋中之一電源。 15. 如請求項8之把手，盆中該 」'、° 該間隔配置你署# 、 〇 為一局爾夫球桿握把及 置佈置於該内芯體與外層之 16. 如請求項7之把 B 其中該間隔配置具有為選自由一條 160317.doc 201233228 帶、一繩及一線圈組成之群之一成員的一形式。 17.如請求項14之把手，其中該間隔配置包括具有佈置於該 高爾夫球桿握把上之複數條繩的一形式。 160317.doc