УЗЕЛ ЯКОРЯ ТАТУИРОВОЧНОЙ МАШИНЫ
TATTOO MACHINE ANCHOR ASSEMBLY

Узел якоря татуировочной машины как составная часть индукционной татуировочной машины может применяться для нанесения художественных и опознавательных татуировок на кожные покровы человека и животных, а также для внутрикожного введения вакцин и лекарственных препаратов. Изобретение относится к рубрике А61М 37/00 МПК.
Из уровня техники известны технические решения, аналогичные предлагаемому, как, например, «цанговый зажим рамы», описание которого приводится в патенте США №6772656 В2, от 10.08.2004. Данная конструкция представляет собой классическую индукционную татуировочную машину и конструктивно наиболее близка к предложенному изобретению. Узел якоря данной машины содержит якорь, пружину якоря и контактную пружину, при этом якорь установлен на пружине якоря с возможностью колебательного движения. Кроме того, устройство содержит также раму, стойку, фиксатор рукоятки, электромагнит и контактный винт, при этом зажим, регулировочный узел, пружина якоря и электромагнит установлены на раме, контактный винт установлен с возможностью взаимодействия с контактной пружиной, а эластичный демпфер выполнен в виде резинового кольца и установлен на якоре с возможностью взаимодействия с контактной пружиной и частичного поглощения энергии колебаний якоря.
Достоинствами классической индукционной татуировочной машины являются относительная конструктивная простота, надежность и долговечность, высокая производительность, а главным недостатком - низкочастотные негармонические колебания мощности удара и нестабильность амплитудно-мощностной характеристики. В основе колебаний мощности лежит нежелательный в любом техническом устройстве конструктивный принцип «маятник на маятнике», то есть консольная установка контактной пружины на колеблющемся относительно рамы якоре. В результате, при работе устройства, колебания контактной пружины относительно якоря накладываются на колебания якоря относительно рамы. В свою очередь, это приводит к тому, что колебания свободного конца контактной пружины относительно рамы приобретают негармонический характер, и замыкание электрической цепи от цикла к циклу происходит при различном воздушном зазоре, что и вызывает колебание мощности устройства.
На практике с негативными последствиями применения конструкции типа «маятник на маятнике» принято бороться за счет расклинивания основания контактной пружины относительно якоря при помощи резинового кольца, однако эта мера помогает лишь частично, сводя колебания мощности удара с неприемлемого на приемлемый уровень, но не устраняя их концептуально.
Вторым недостатком классической индукционной татуировочной машины является вызванное медленным нарастанием воздушного зазора постоянное искрение контактов, приводящее к быстрой эрозии контактных поверхностей и, следовательно, к нарушению стабильности работы машины. В свою очередь, низкая скорость нарастания воздушного зазора также вызвана консольным креплением контактной пружины, то есть конструкцией «маятник на маятнике».
О том, что проблема наладки татуировочной машины на наиболее стабильный режим работы волновала и волнует разработчиков, свидетельствует татуировочная машина, описание которой приводится в патенте США №4159659 от 3.07.1979. Татуировочная машина согласно данному изобретению содержит раму, зажим, электромагнит, якорь, пружину якоря, контактную пружину, контактный винт, крепежные виты и контактные площадки. Кроме того, к машине прилагаются сменные элементы подвижной системы: якоря и контактные пружины. По принципу функционирования данная машина ничем не отличается от описанной выше конструкции, а ее главным отличием следует считать сложную регулируемую раму, которая выполнена на основе двух боковых пластин и трех бобышек, одна из которых служит для крепления зажима и катушек индуктивности, вторая служит для установки пружины якоря, а третья - регулировочного винта. Благодаря продолговатым прорезям, выполненным в боковых пластинах рамы, конструкция машины допускает много вариантов взаимного смещения бобышек. Эти подвижки, по замыслу автора изобретения, должны способствовать идеальной настройке устройства на максимально устойчивый режим работы, что, скорее всего, так ни разу и не удалось реализовать на практике, ввиду полной невозможности понять закономерности влияния на работу устройства такого количества регулировок. Кроме того, в данном случае нерешенной остается главная проблема индукционной татуировочной машины классического типа - рассогласования механических колебаний якоря и колебаний напряжения в цепи питания машины из-за врожденных недостатков принятой конструкции подвижной системы типа «маятник на маятнике».
Известно также «трафаретное перо», описание которого приводится в патенте США № 196747 от 6.11.1877, выданного знаменитому изобретателю Томасу Эдисону. Данное устройство изначально предназначено для офисных копировальных работ и содержит раму, электромагнит, якорь, контактную пружину, регулировочный и контактный винты. Наиболее интересной особенностью конструкции Эдисона является то, что контактная пружина установлена не на якоре, а на раме и может взаимодействовать с двумя конструктивными элементами - контактным винтом, который установлен на раме, и регулировочным винтом, установленном на якоре.
В результате применения подобного решения, при работе устройства контактная пружина может постоянно находиться в поджатом состоянии, так как ее свободный конец попеременно упирается либо в неподвижный упор - при замкнутом контакте, либо в подвижный упор - при разомкнутом контакте. Это полностью исключает возникновение собственных маятниковых колебаний контактной пружины, которые могут накладываться на колебания якоря и приводить к рассогласованию работы устройства. Кроме того, перехват контактной пружины регулировочным винтом, происходящий при максимальной линейной скорости перемещения якоря, уменьшает искрообразование между контактными поверхностями, так как воздушный зазор между контактами в этом случае нарастает с максимально возможной скоростью.
Недостатками «трафаретного пера» Эдисона следует признать большие габариты и массу вследствие неудобной конструкции рамы, при которой свободные концы якоря и контактной пружины направлены навстречу друг другу, размещение регулировочного винта на якоре, а также крайне короткий ход иглы, не позволяющий успешно использовать это устройство для нанесения татуировки.
Исходя из сделанных в ходе изучения известных конструкций выводов, основной задачей, на решение которой было направлено предложенное изобретение, было достижение максимально возможной точности синхронизации подаваемых на электромагнит электрических импульсов и механических колебаний якоря татуировочной машины, а также обеспечение максимально быстрого нарастания воздушного зазора между контактными поверхностями при размыкании электрической цепи устройства.
Цель изобретения - повышение потребительских свойств татуировочной машины за счет повышения стабильности ее работы, упрощения регулировочных операций и повышения долговечности основных деталей.
Для этого в известную конструкцию узла якоря индукционной татуировочной машины, содержащего якорь, пружину якоря и контактную пружину, при этом якорь установлен на пружине якоря с возможностью колебательного движения, были внесены следующие конструктивные изменения: якорь выполнен с зацепом, а верхний конец контактной пружины заведен под зацеп якоря.
Благодаря введенным конструктивным признакам резко повышается стабильность работы татуировочной машины, упрощается ее регулировка и отладка, продлевается срок службы отдельных деталей.
Устройство, согласно изобретению, иллюстрируется фигурами чертежей, на которых обозначено:
На фиг.1 - Вид сзади узла якоря.
На фиг.2 - Вид сбоку узла якоря.
На фиг.3 - Вид сбоку татуировочной машины при среднем положении якоря.
На фиг.4 - Вид сбоку татуировочной машины при переднем положении якоря.
На фиг.5 - Вид сбоку татуировочной машины при заднем положении якоря.
На фиг.6 - Поперечный разрез татуировочной машины.
Татуировочная машина с узлом якоря согласно изобретению содержит раму (1), стойку (2), зажим (3), катушки индуктивности (4) и магнитопровод (5), якорь (6) с зацепом (7) и скосом (8), пружину якоря (9), контактную пружину (10), контактные площадки (11), контактный винт (12), крепежные винты (13), изолирующие прокладки (14), стопорный винт (15) и резиновое кольцо (16). При этом магнитопровод (5), стойка (2), пружина якоря (9) и контактные площадки (11) установлены на раме (1) при помощи крепежных винтов (14), а одна из контактных площадок (11) и стойка (2) изолированы от рамы (1) при помощи изолирующих прокладок (14). Якорь (6) установлен на пружине якоря (8) с возможностью колебательного движения, контактная пружина (10) установлена на якоре (6), а предварительное поджатие контактной пружины (10) при разомкнутой электрической цепи обеспечивается зацепом (7) якоря (6). Резиновое кольцо (16) расклинено между скосом (8) якоря (6) и пружиной якоря (9) и удерживается в натянутом состоянии крепежным винтом (13). Контактный винт (12) установлен на стойке (2) с возможностью взаимодействия с контактной пружиной (9). Стопорный винт (15) установлен на стойке. Зажим (3) служит для фиксации рукоятки с наконечником, необходимой для удержания машины в процессе работы с ней.
Татуировочная машина с узлом якоря согласно изобретению работает следующим образом. В исходном положении электрическая цепь машины замкнута, поскольку контактный винт (12) упирается в контактную пружину (10).
При подаче на контактные площадки (11) татуировочной машины постоянного напряжения от источника питания по обмоткам катушек индуктивности (4) проходит электрический ток, индуцируя магнитный поток, который, замыкаясь через якорь (6), притягивает последний к магнитопроводу (5) и сгибает пружину якоря (9). При этом, как только контактный винт (12) перестает контактировать с контактной пружиной (10), ее верхний конец сразу же перехватывается зацепом (7) якоря (6).
Надо также отметить, что контактная пружина (9) заведена под зацеп (7) с предварительным поджатием, и поэтому при перехвате контактной пружины (9) зацепом (7) собственные колебания контактной пружины (10) относительно якоря (6) очень быстро прекращаются и якорь (6) в сборе с контактной пружиной (10) колеблется относительно рамы (1) и контактного винта (12) как целостная, монолитная конструкция. Дойдя до крайнего переднего положения и нанеся (при работе машины на холостом ходу) удар по магнитопроводу (5), якорь (6) начинает движение назад под действием пружины якоря (9). При наборе якорем (6) близкой к максимальной скорости вблизи средней точки колебаний контактная пружина (10) наталкивается на контактный винт (12), что приводит к замыканию электрической цепи и возникновению магнитного поля, которое начинает постепенно тормозить якорь (6) вместе со вновь сгибающейся контактной пружиной (10) и пружиной якоря (9). Исчерпав накопленный запас кинетической энергии, якорь (6) останавливается и начинает двигаться вперед к точке размыкания электрического контакта. Далее цикл повторяется до тех пор, пока не прекращается подача постоянного напряжения на контактные площадки (11).
При этом важно отметить, что поскольку перехват контактной пружины (10) зацепом (7) происходит при максимальной скорости якоря (6), нарастание воздушного зазора между контактными поверхностями происходит настолько быстро, что электрическая дуга в рабочем диапазоне напряжений визуально не наблюдается, а это, в свою очередь, резко уменьшает эрозию контактов.
Кроме того, резкий перехват контактной пружины (10) зацепом (7) и стабильное положение контактной пружины (10) относительно якоря (6) при замыкании контакта обеспечивают исключительно точную фазовую синхронизацию положения якоря (6) и подающихся на катушки индуктивности (4) электрических импульсов, что гарантирует машине безупречно ровную и плавную работу вне зависимости от величины подаваемого на обмотки напряжения и приложенной к якорю (6) механической нагрузки.
Кроме того, при перемещении вперед якоря (6) его скос (8) прижимает к пружине якоря (9) участок резинового кольца (16), что приводит к поглощению некоторой части энергии колебаний якоря (6), при этом доля поглощаемой эластичным демпфером энергии увеличивается с увеличением амплитуды колебаний якоря (6) и падает с ее уменьшением. Эта зависимость эффективности работы эластичного демпфера от амплитуды выравнивает амлитудно-мощностную характеристику машины, что положительно сказывается на качестве наносимого с ее помощью изображения.
Таким образом, введение в классическую конструкцию узла якоря татуировочной машины упомянутых выше технических признаков резко повышает стабильность ее работы, упрощает регулировку и отладку, продлевает срок службы деталей.