УЛЬТРАЗВУКОВОЙ НОЖ

Предлагаемая полезная модель предназначена для резки упругих и/или вязких материалов, таких как резина, каучук, сыр, горячий хлеб и т.д., то есть таких материалов, разделение или формование которых вызывает трудности из-за их вяжущих или упругих свойств.
Известен ультразвуковой хирургический инструмент (SU, А.С №133149), который содержит ультразвуковой блок, размещенный в корпусе, соединенный с концентратором, в котором выполнен осевой канал. Ультразвуковой блок является источником продольных колебаний для возбуждения рабочего органа и насоса перестальтического типа. Концентратор передает продольные колебания от ультразвукового блока к рабочему органу, например к скальпелю. В рассматриваемом устройстве происходят значительные потери ультразвуковой энергии, так как конструкция предполагает несколько соединительных участков, в которых происходит затухание ультразвуковых колебаний. Недостатком также является сложность закрепления скальпеля в концентраторе и согласование параметров ультразвукового блока со скальпелем.
Известен ультразвуковой нож (SU, А.С. №1355487), который предназначен для обрезки книжных блоков в полиграфическом производстве. Он содержит ультразвуковой блок, концентратор которого соединен с режущей пластиной, заточенной с режущей стороны. Режущая сторона пластины расположена под углом 15° к направлению распространения продольных колебаний. Практически это означает, что устройство работает не как нож, а как очень медленно рубящий инструмент. Недостатком такой конструкции являются большие потери ультразвуковой энергии, вызванные несимметричностью конструкции режущей пластины, которая приводит к ее рассеянию в материале режущей пластины. К тому же, линейное изменение расстояния между режущим краем и концентратором делает невозможным получение резонансных условий.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является ультразвуковой хирургический инструмент (SU, А.С. №797675), который содержит ультразвуковой блок, помещенный в корпус, и соединенный с ним в точке нулевых колебаний, ручку и концентратор, выполняющий функцию режущего инструмента, имеющего форму, проекция которой на плоскость имеет форму скальпеля, ручка скальпеля выполнена с утолщенным концом, толщина которого позволяет выполнить разъемное резьбовое соединение с ультразвуковым блоком. Поскольку известное устройство предназначено для разделения костных тканей, то рабочая режущая часть концентратора снабжена зубьями. В известном устройстве ультразвуковой блок
генерирует продольные ультразвуковые колебания, которые распространяются по концентратору - режущему инструменту, а его режущая сторона расположена параллельно направлению распространения этих колебаний, поэтому направление колебаний будет совпадать с режущими движениями ножа. Учитывая назначение инструмента, для того, чтобы устранить заклинивание его в кости, поперечное сечение режущего инструмента выполнено в форме конуса.
Недостатком известного устройства является большие потери ультразвуковой энергии, вызванные несимметричностью режущей части инструмента, так как при распространении по ней ультразвуковых колебаний возникают дифракционные явления.
Технической задачей, решаемой полезной моделью является уменьшение ультразвуковых потерь.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство, также, как и известное содержит ультразвуковой блок, помещенный в корпус, и соединенный с ним в узловой плоскости, концентратор, выполняющий функцию режущего инструмента, часть которого выполнена с утолщенным концом, толщина которого позволяет выполнить разъемное резьбовое соединение с ультразвуковым блоком, а длина режущего инструмента кратна целому числу полуволны ультразвуковых колебаний, генерируемых ультразвуковым блоком. Но, в отличие от известного, в предлагаемом устройстве концентратор имеет два режущих края, расположенных параллельно направлению распространения продольных колебаний, и выполнен с утолщением вдоль центральной части, расположенным на одинаковом расстоянии от режущих краев, а толщина его выбрана из условия отсутствия изгибных колебаний инструмента.
Достигаемый технический результат - уменьшение потерь ультразвуковой энергии. Потери в предложенной конструкции уменьшены за счет выполнения концентратора - режущей части устройства, полностью симметричной формы. Из теоретических основ ультразвука известно, что отступление от симметрии в форме звукопроводящего элемента вызывает увеличение его дифракционных свойств и, соответственно, увеличение потерь. Для обеспечения симметрии два противоположных края ножа выполняют одинаковыми, а утолщение выполняют на равных расстояниях от этих краев. Этим устройство отличается от известных ультразвуковых ножей, в которых один край режущего элемента толще другого. Толщина обеспечивает не только прочность, которая необходима для выполнения ножом своих функций, но и обеспечивает отсутствие в концентраторе изгибных колебаний, которые разрушающе
действуют на сам концентратор и ухудшают его функциональные свойства - качество реза.
Совокупность признаков, сформулированных в пункте 2 формулы, характеризуют ультразвуковой нож, в котором корпус выполнен в форме, позволяющей использовать его как рукоятку ножа.
Совокупность признаков, сформулированных в пункте 3 формулы, включающей все признаки пункта 1, характеризуют ультразвуковой нож, который снабжен рукояткой, установленной перпендикулярно продольному направлению корпуса, в плоскости расположения режущих краев.
Сформулированные выше частные случаи выполнения ультразвукового ножа являются практически функционально эквивалентными, но при работе вызывают напряжения разных групп мышц.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 и 2 приведен пример выполнения ножа в двух проекциях, а на фиг.3 - сечение режущего инструмента.
Ультразвуковой нож содержит корпус 1, в котором установлен ультразвуковой блок 2. Этот блок может быть выполнен как на основе магнитострикционного, так и на основе пьезокерамического преобразователей. Корпус закреплен на ультразвуковом блоке в узловой плоскости. В этой плоскости амплитуда колебаний равна нулю, поэтому они не могут предаваться на корпус. Ультразвуковой блок соединен с концентратором 3 - режущим инструментом с помощью резьбового элемента 4 - шпильки. Для этого торец режущего инструмента 3 выполнен с утолщением, которое позволяет выполнить в нем отверстие под шпильку. Длина концентратора кратна целому числу полуволн для обеспечения эффективного использования ультразвуковой энергии. Таким образом, длина режущего инструмента будет определяться используемой частотой и материалом, из которого он изготовлен. Выбор этих параметров определяется назначением ножа. Режущие края 5 концентратора расположены параллельно направлению ультразвуковых продольных колебаний. Центральная часть ножа имеет большую толщину по сравнению с режущими краями (фиг.3). Толщина выбирается эмпирически, исходя из условия отсутствия изгибных колебаний в теле режущего инструмента. Устранение изгибных колебаний снижает уровень максимальных осевых напряжений, возникающих при колебаниях, и за счет этого увеличивается срок службы инструмента в несколько раз. При этом значительно улучшаются функциональные свойства ножа, т.е. улучшается качество разрезанных поверхностей. Благодаря тому, что режущий инструмент выполнен в виде
симметричной конструкции, потери энергии ультразвуковых колебаний в теле режущего инструмента сведены к минимально возможным..
В зависимости от местоположения разрезаемого объекта возможное разное конструктивное выполнение режущего инструмента. В частности, корпус 1 может иметь форму, которая позволяет его использовать как ручку. Возможен такой вариант выполнения, при котором корпус 1 снабжен дополнительной ручкой 6, которая установлена перпендикулярно ему, и расположена в плоскости, проходящей через режущие края
Режущий край ножа подводят к объекту, который нужно разрезать и начинают процесс разрезания. Нож при этом двигают вперед-назад с легким надавливанием. При возбуждении ультразвуковым блоком колебаний добавляются усилия продольной моды ультразвуковых колебаний, также имеющих направление вперед-назад. Поэтому процесс резки проходит легко и быстро.