靜電控制護腕的製作方法
2023-06-02 18:39:11
專利名稱：靜電控制護腕的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及防止靜電放電的器件，更具體地說涉及靜電控制腕帶和傳導(接地)繫繩，其中腕帶和繫繩主要是由聚合物藉助模塑方法製成的，以便減少器件中的零件數目。
本發明的現有技術靜電放電以及單純地存在靜電場都可能極大地損害敏感的電子(固態)器件。現代的半導體和集成電路可能會由於這種靜電累積而降級或損壞。控制靜電放電和累積的常用工具是為排放過剩的靜電荷而設計的導電的接地線。在美國專利第4,677,521、5,018,044和5,184,274號中可以找到關於這類器件的一般性討論。
在上述專利中揭示的腕帶和繫繩具有許多增加器件成本的零件。儘管那些器件具有一些有利於它們的具體應用的特徵，但是就其最基本的功能…安全有效的接地而言這些器件比較昂貴。不太昂貴且比較簡單的帶已被設計出來，例如美國專利第3,857,397和4,698,724號揭示的那些，但是，那些設計由於某些固有的局限而受到損害。例如，這些設計都是單一的腕帶和繫繩，這意味著如果器件的繫繩部分斷裂腕帶就變成無用的，反之亦然，而且還意味著如果使用者需要離開他或她的工作站，他或她必須完全摘掉腕帶或必須拖著繫繩部分，與允許繫繩可拆分地與腕帶連接的設計恰好相反。這些設計也不適合在雙導體系統(如044號專利所示系統)中使用。最後，調節腕帶有效尺寸的裝置必須單獨施加到帶上，例如397號專利中的鉤環扣緊固帶或在724號專利中的粘接層。這種單獨施加步驟將增大加工成本，而且至關重要的是該器件獲得適當的精確調節，因為它們必須與皮膚保持良好的接觸以充分導電又不宜太緊以致影響血液循環或引起其他的不適。所以，發明一種零件數少成本低的耐用的腕帶克服上述局限是符合需要的。
本發明的概述本發明提供一種靜電控制腕帶，該腕帶通常包括具有第一聚合物絕緣層和與第一層整體模塑的第二導電層的腕帶、實現第二層與導電繫繩相互連接的接觸裝置、以及用於調整腕帶有效長度以適應使用者肢體粗細的調節裝置。藉助提供與第一層整體模塑的第三導電層以及提供用於第三導電層與第二導電繫繩相互連接的與第一接觸裝置電絕緣的第二接觸裝置可以構成雙導體型腕帶，以便象美國專利第5,057,965號教導的那樣允許在接地路徑中連續監測並且在腕帶或繫繩不繼續接地時向帶腕帶者發送報警信號。調節裝置可以包括附著在所述腕帶末端的搭扣，也可以藉助提供包含一系列波紋形成閉環狀的彈性帶使腕帶變成自動調整的。接觸裝置可以包括穿過第二層部分的導電的孔眼以及適合連接繫繩的按扣部分，或者簡單地在帶上形成容納繫繩塞孔的孔，該孔具有一個至少部分地由導電層形成的內表面。
腕帶可以藉助在導電層上重疊注塑絕緣層來製造，在導電層是聚合物時還可以與絕緣層一起共擠、共模塑或嵌入模塑。這些膜層可以共擠成薄片形狀，或共擠成管狀構件以提供閉環狀腕帶的實施方案。
本發明還提供新穎的接地線，其中接地線的繫繩是由柔軟的補強構件構成的，在補強構件周圍有導電層，在這種場合補強構件可以是絞合銅線、或拉伸纏繞在聚合物絕緣纖絲周圍的箔、或鍍金屬的纖維。導電層是由填充了導電填料的柔軟的彈性體構成，而絕緣層在導電層的周圍，該絕緣層也是由柔軟的聚合物構成的。為了附著到具體的接頭結構上在繫繩給定端形成導電層。為了在使用期間消除多餘的長度，優選將一部分繫繩盤成螺旋狀。
附圖簡要說明參照下述附圖將更好地理解本發明，其中
圖1是本發明的一個靜電控制腕帶實施方案的透視分解圖；圖2是一張透視圖，它描述一種製造方法，該方法適合依據本發明的腕帶的另一個實施方案；圖3是一張透視圖，它描述類似於圖2的另一種製造方法，但該方法適合靜電控制腕帶的雙導體實施方案；圖4是一張透視圖，它描述一種製造方法，該方法適合依據本發明的腕帶的閉環狀實施方案；圖5是一張透視圖，它描述類似於圖4的另一種製造方法，但該方法適合閉環狀腕帶的雙導體實施方案；圖6是一張透視圖，它描述依據本發明製作的接地線的分層結構；
圖7是圖6接地線的透視圖，該接地線被做成在任一端有接頭的繫繩；圖8是用於本發明的靜電控制腕帶的另一種調節裝置的透視圖；以及圖9是可以按照部分製作的靜電控制踵帶的透視圖。
本發明的詳細敘述現在參照附圖中的圖1，該圖描述本發明的靜電控制腕帶的一個實施方案10。腕帶10通常是由電絕緣的柔軟的聚合物材料製成的含整體模塑導電層14的帶12組成的。正象下面將進一步討論的那樣，導電層14可以藉助諸如重疊注塑、共模塑、嵌入模塑或共擠之類的方法永久地附著在帶1 2上。帶12優選由Hytrel構成，其中Hytrel是一種耐用的熱塑彈性體(聚醚-聚酯的嵌段聚合物)，購自E.I.DuPont de Nemours公司。可以添加顏料以給腕帶提供色碼。導電層14可以是金屬材料，但更優選的是填充了導電填料使之至少局部導電(表面電阻小於1×106Ω/sq.)的聚合物材料，以便能夠消除腕帶10的攜帶者身上的靜電累積。適當的材料是填充導電碳粉的Hytrel，填充量依據顆粒的質量和粒度在15-40％(重量百分比)之間。
沿著帶12將導電層14置於帶12的增厚部分16。一導電的孔眼18穿過在導電層14上形成的孔和在帶12的增厚部分16上形成的孔20並且被固定到用於腕帶10與接地繫繩相互連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)可以這樣裝配到帶12上。在帶12的增厚部分16可以提供一凹槽23以容納該按扣。孔眼和按扣可以非必選地模塑到腕帶上。非必選的膜層24可以用作適合潔淨室應用的導電的親水壁壘置於填充碳的膜層上面。對於這種高端應用，可以使用不大可能崩脫(顆粒或纖維)或脫氣的材料。
將若干特徵模塑到帶12的形狀中。為了允許調整腕帶，在一端可以形成定位銷或凸頭，例如一對小凸頭26和一個大凸頭28，它們將分別與在另一端形成的對應孔30和32咬合。由於這將提供離散地調整長度的能力，藉助形成諸如可拉伸的鏈34之類的卸載特徵可以提供更大的允差。在凸頭26和28附近提供第一導軌36，以使帶12形成插孔的另一端就地卡在凸頭上，並且提供第二導軌38以卡住腕帶多餘的長度。另一端40帶錐度，以便容易在導軌36和38下插入。沿著帶12可以形成其它卸載特徵(例如肋或槽42)以改善腕帶的柔韌性和與使用者手腕的一致性。
上述設計有幾個優點。除了提供接地腕帶全部的基本特徵之外，腕帶10是如此周到地可調，以致一種尺寸就適合所有人，並提供與皮膚的全面接觸。它的製作成本低，特別是在只採用4個零件(帶12、導電層14、孔眼18和按扣22)時。在製造過程中還可以更換顏料，以便輕鬆地選擇適當的顏色。正象下面討論的那樣，腕帶10比較容易藉助為一體化的帶和導電層的簡單製造創造條件的疊模塑或共擠方法來製造，並且容易迅速地裝配補充零件。
圖2是透視圖，它描述依據本發明的腕帶的另一個實施方案44的製造方法。腕帶44是藉助將(填充碳的)導電材料片重疊注塑到大片的聚合物絕緣材料上，形成一體化的片46，再由片46形成個體腕帶44。在加工片46的步驟中，可以在片上劃一些線以定義腕帶44的帶部分48的邊界，並且可以通過帶的增厚部分打一個孔。在下一個裝配步驟中，裝配孔眼50和按扣52。在最後的步驟中可以將搭扣54裝配到帶48的一端。可以在帶48的那端形成凹槽或凹痕56，以便與搭扣54的緊固零件配合。在帶48的那端可以有引導段58，該引導段有錐度，以便為穿過搭扣54創造條件，在將搭扣固定後將引導段58切除。
用圖3表示類似的方法和設計。其中唯一的區別在於絕緣層被重疊注塑到兩片導電層上，而且兩片導電層稍微分開，以致在完工的腕帶60上，沿著帶的內表面有兩個分開的導電段62和64。兩個按扣66和68被固定在腕帶上各自的孔眼上，以致它們分別與兩個導電段62和64接觸。雙導體腕帶60可以與此項技術中已知的雙導體監測系統結合使用。
圖4描述依據本發明的另一種製造方法，該方法適合閉環狀腕帶的另一種實施方案。如同圖2和圖3的方法，塑造腕帶70的方法也是從導電層已與絕緣層形成一體的大塊材料上切下來，但是在圖4中腕帶70是由管狀構件72形成的，而不是由片材製成的，這樣使腕帶70呈閉環狀，即沒有必要將搭扣或其它零件固定到腕帶的末端。可以藉助導電層74與聚合物絕緣材料共擠形成管狀構件72。在擠塑過程中可以在帶的增厚部分上形成孔76，以容納在接地繫繩末端的插頭。孔76有一內表面，該內表面至少是部分地由導電層形成的。以這種方式形成孔76進一步器件成本，因為它不添加任何零件(如孔眼或按扣)就提供與繫繩的相互連接。腕帶70可以由彈性材料製成，而且帶有彎曲或波紋78，以使它是自動調整的，即它能夠牢固地箍緊不同粗細的手腕獲得令人滿意的皮膚接觸，而不需要提供任何附加的調節零件，如搭扣。可以在一段帶上加工一系列小的橫向切口來代替波紋78，以提供自動調整。
圖5類似於圖4，但是它說明依據本發明的另一種雙導體腕帶的實施方案80，該腕帶是藉助如同圖3的方法提供分開的導電層82和84而形成的。圖5還說明在這個設計中仍然可以使用按扣86來代替圖4中容納插頭的孔76。
翻到圖6和圖7，這兩張圖描述一種可以與本發明的腕帶結合使用的新穎的接地繫繩90。繫繩90分享上述腕帶的某些共同的設計特徵，即具有主要的聚合物結構並且包括與絕緣層一道共擠的導電層。具體地說，繫繩90有聚合物(如Hytrel)的絕緣外層92和導電材料(仍然優選填充碳粉的Hytrel)的內層94。當碳的填充量為32％時由繫繩90製成的典型的接地線(10英尺長)將具有大約2MΩ的電阻。導電層94用圓截面表示，但是熟悉此項技術者將明白這種形狀並非是必須遵守的。這些層可以利用抗拉的絲重疊擠塑或共擠成形。在導電層94的中心附近是補強構件，優選由聚酯或Kevlar(一種購自E.I.DuPont de Nemours公司的芳香族聚醯胺)製作的補強纖維96。補強構件還可以是一根或多根實心的金屬線、纏繞在聚酯或Nomex纖維(Nomex也是購自E.I.DuPont de Nemours公司的聚醯胺)補強條上的金屬箔等。
圖7描述繫繩90是如何被製成每端都有接頭的接地線的。在需要或希望有香蕉插頭98的應用中，這種插頭可以利用在香蕉插頭上形成的捲曲管直接固定到在繫繩90一端裸露的導電層上。香蕉插頭也可以是由聚合物模塑的零件。對於那些需要與按扣(如按扣22)相互連接的應用，在繫繩90一端裸露的導電層可以通過擠壓將末端弄扁，以便將聚合物熱衝壓或熱合到金屬按扣100上。末端可以不連接到電阻上，而是將電阻連接到金屬按扣上。另外，可以由導電的Hytrel模塑成帶扣緊繫繩末端的叉形物的承插按扣。此外，重疊注塑的絕緣體和應變消除靴可以用於增強末端。
圖7還表示如果繫繩的材料是彈性體，繫繩90的一部分102可以在芯軸上盤成螺旋，該芯軸先被加熱然後迅速冷卻，以記憶螺旋形狀，使多餘的繫繩長度最小。為了耐用絕緣層92優選硬度較高的材料(在45-80 Shore D範圍內)，導電層94的硬度優選在25-50 Shore D範圍內。纖維96優選具有0.003」-0.015」的直徑，導電層94具有大約0.070」的外徑，而絕緣層92具有大約0.095」的外徑。
圖8描述靜電控制腕帶104的另一種替代實施方案，它具有不同的調節裝置。具體地說，鉸接的搭扣106整體模塑到帶上，該搭扣有第一稍微拱起的部分108和第二稍微拱起的部分110，後者在搭扣處於閉合位置時疊在部分108上。活鉸鏈112在108和110兩部分之間形成。部分108有鎖定爪114，以將部分110就地鎖定。其它零件(如凸起116和稜118)可以用於幫助108和110兩部分定位，即有在110部分的底面形成的相應的孔或缺口。
圖9說明本發明如何應用於類似腕帶的靜電控制器件上，具體地說是如何用於踵帶120。踵帶120類似於上述的腕帶包括帶整體模塑的導電層124的電絕緣的聚合物主帶122。但是，踵帶120適合穿戴，以致導電層124面朝下，與地面或靜電控制地毯接觸。導電層124可以用防滑表面(如滾花表面)模塑。帶120有在頂部周圍纏繞的正面重疊段126和128，將帶120固定到穿戴者身上的足或鞋的拱起部分。另一部分130纏繞在踵的後側周圍。部分130藉助另一個孔眼或鉚釘132保持在這樣的組態中。孔眼132與電阻134保持電接觸，該電阻的另一端連接到另一個孔眼136上。孔眼136依次將另一條導電帶138連到帶120上。導電帶138被塞到穿戴者的鞋裡，以便與穿戴者的腳保持實際接觸。
儘管參照具體的實施方案已對本發明做了介紹，但是這種介紹並非意味著構成某種限制。已揭示的實施方案的各種改進方案以及本發明的替代方案對於本領域的技術人員參照本發明的說明將變成顯而易見的。所以，這些改進方案是沒有脫離在本發明的權利要求書中定義的精神和範圍的。
權利要求
1．一種用於控制靜電放電的製品，該製品包括具有第一聚合物絕緣層和與所述第一層整體模塑的第二導電層的腕帶；接觸裝置，該裝置用於使所述第二層與導電的繫繩相互連接；調整裝置，該裝置用於調整所述腕帶的長度，以適應使用者肢體的粗細。
2．根據權利要求1的製品，該製品進一步包括第三導電層，該導電層也與所述第一層整體模塑，以及第二接觸裝置，該裝置用於使所述第三層與第二導電繫繩相互連接。
3．根據權利要求1的製品，其中所述調節裝置包括一附著在腕帶末端的搭扣。
4．根據權利要求1的製品，其中所述腕帶是一個閉環並且所述第一聚合物層是由彈性材料製成的所述調節裝置包括在所述腕帶中的一系列波紋或造型，以使所述腕帶是自動調整的。
5．根據權利要求1的製品，其中所述接觸裝置包括在所述腕帶上形成的孔以容納繫繩塞孔，所述孔有一內表面，該內表面至少部分地是由所述第二層形成的。
6．根據權利要求1的製品，其中所述接觸裝置包括穿過所述第二層部分的導電孔眼，有按扣部分永久性地附著在在所述孔眼上，以便連接所述繫繩。
7．一種靜電控制腕帶，該腕帶包括第一聚合物絕緣彈性層和與所述第一層整體模塑的第二聚合物導電層，所述第一和第二層形成一閉環並且具有一系列的波紋以使所述腕帶是自動調整的，所述腕帶進一步包括一容納繫繩塞孔的孔，所述孔具有一內表面，該內表面至少有一部分是由所述的第二層形成的。
8．一種製造靜電控制腕帶的方法，該方法包括下述步驟獲得第一聚合物絕緣材料帶；獲得第二導電材料帶；將所述的第一帶永久性地施加到所述第二帶上；以與所述第二帶的電接觸形成使所述第二帶與導電繫繩相互連接的裝置；在所述第一帶上提供調節所述第一帶有效長度的裝置，以適應使用者手腕的粗細。
9．根據權利要求8的方法，其中所述第一帶重疊注塑在所述第二帶上。
10．根據權利要求8的方法，其中所述第二帶由聚合物製成並且與所述第一帶一起共擠成形。
11．根據權利要求8的方法，該方法進一步包括獲得第三導電材料帶；將所述的第一帶永久性地施加到所述第三帶上，以使所述第二和第三帶是電絕緣的；以及以與所述第三帶的電接觸形成使所述第三帶與另一條導電繫繩相互連接的第二裝置；
12．根據權利要求8的方法，其中所述調節裝置是通過將一搭扣附著到所述第一帶的末端提供的。
13．根據權利要求8的方法，其中所述相互連接裝置是通過在腕帶上形成一適合容納繫繩塞孔的孔形成的，所述孔有一內表面，該內表面至少部分地由所述第二帶構成。
14．根據權利要求8的方法，其中所述相互連接裝置是藉助使導電的孔眼穿過所述第二帶部分形成的，其中所述孔眼有一連接所述繫繩的按扣部分。
15．根據權利要求10的方法，其中所述第一帶是由聚合物製成的並且被共擠成片。
16．根據權利要求10的方法，其中所述第一帶是由聚合物製成的並且被共擠成閉環狀。
17．根據權利要求12的方法，其中所述第一帶的所述末端形成凹槽，以與所述搭扣上的緊固零件匹配。
18．一種接地線，包括繫繩，該繫繩具有柔軟的補強構件，在所述補強構件的周圍的導電層，所述導電層是由填充了導電填料的柔軟聚合物構成的，在所述導電層周圍的絕緣層，所述絕緣層是由柔軟的聚合物構成的；第一導電體，該導電體位於所述繫繩的第一端並且被電連接到所述導電層上；以及第二導電體，該導電體位於所述繫繩的第二端並且被電連接到所述導電層上。
19．根據權利要求18的接地線，其中在所述繫繩的給定端形成適合附著到導電體上的所述導電層。
20．根據權利要求18的接地線，其中所述補強構件是導電的。
全文摘要
靜電控制腕帶(10)包括具有第一聚合物絕緣層和用第一層整體模塑的第二導電層(14)的帶(12)、適合將第二層與導電繫繩相互連接的接觸裝置(22)、以及為了適應用戶肢體尺寸調整腕帶有效長度的裝置。為了在接地路徑中提供恆定的監視器件可以包括第三導電層(24)。接觸裝置可以包括常規孔眼,該孔眼穿過帶按扣的導電層部分以與繫繩連接。絕緣層可以重疊注塑到導電層(14)上,或在導電層也是聚合物的場合被共模塑或共擠成片或筒膜形狀,或用用絕緣層嵌入模塑。繫繩包括接地線,它可以由在柔軟的補強零件周圍的導電層構成,其中補強零件可以是絞合的銅線、拉伸纏繞在絕緣的聚醯胺纖絲周圍的箔、或鍍金屬的纖維。繫繩的導電層可以由填充了導電填料的柔軟的彈性體構成,而柔軟的聚合物絕緣層包裹著導電層。為了縮短繫繩長度在使用時可以將繫繩盤成螺旋形狀。
文檔編號A61N1/00GK1222092SQ97195591
公開日1999年7月7日 申請日期1997年5月21日 優先權日1997年5月21日
發明者布瑞恩·M·考克斯 申請人:明尼蘇達礦業和製造公司