EA001251B1

EA001251B1 - Растягивающийся зажим

Info

Publication number: EA001251B1
Application number: EA199800982A
Authority: EA
Inventors: Весли Д. Джонсон
Original assignee: Ортопедик Инновейшионс Инк.
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 2000-12-25
Also published as: WO1997046166A3; US5683404A; WO1997046166A2; CA2257379A1; BR9709549A; AU738126B2; CN1226146A; KR20000016381A; AU3300597A; NO985691D0; NO985691L; EP0909144A2; EA199800982A1; JP2001502559A

Abstract

Предусматривается зажим для прикрепления к изделию, имеющему прикрепляемую часть заранее заданной формы и размера. Корпус зажима, по меньшей мере, частично изготавливается из сверхэластичного сплава и имеет в себе отверстие несколько меньшее, чем прикрепляемая часть. Корпус зажима содержит присоединительное средство, которое может быть в виде небольших отверстий, к которому может прилагаться внешнее растягивающее усилие, по величине и направлению достаточное для того, чтобы принять прикрепляемую часть изделия. Когда растягивающее усилие прекращает действовать, отверстие эластично стремиться к своему исходному размеру, сжимаясь на прикрепляемой части. Рассматривается также инструмент, присоединяемый к корпусу зажима для передачи корпусу растягивающего усилия.

Description

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к области крепежных и соединительных устройств и, в частности, к таким устройствам, которые полезны в области медицины для закрепления костей и протезов.

Существующий уровень техники

В современных хирургических методах, включающих установку протезов или скрепление костей и фрагментов кости, хирургу доступны различные виды соединителей. Возможно, самым широко используемым соединителем является костный винт, врезаемый в заранее просверленные направляющие отверстия в различных костях и протезах. К примеру, см. патенты США № 5466238 и 5474533.

Костные винты являются основными механическими соединителями. Обычно они дороги и должны запасаться во множестве размеров, чтобы быть готовыми к использованию при оперировании пациента. Костные винты являются инвазивными и, хотя они могут служить для усиления кости путём прикрепления к кости усиливающей шины или стержня, сама кость ослабляется в результате создания концентрации давления вокруг отверстия для винта и в долговременном аспекте из-за сжимающего экранирования кости имплантатом. Хирург должен приложить значительные усилия, чтобы правильно определить, где следует расположить костный винт, и когда винт ввинчен в кость, его положение нельзя изменить. Если требуется другое расположение, нужно сверлить отдельное отверстие в кости.

В частности, при процедуре по стабилизации сломанной кости или места сращения обычно используются костные винты для прикрепления к костной структуре пластины или стержня и для обеспечения взаимного соединения между костным винтом и пластиной или стержнем. Соединение между винтами и пластиной или стержнем обычно является механическим и включает в себя резьбовые соединители, шайбы и/или обжатые сочленения. Для обеспечения правильного прижима и долговечности соединения должно быть приложено значительное вращательное или иное усилие. Некачественные соединительные системы могут вызвать ослабление и разрушение соединения, что приведёт к нарушению перелома, фиксации или сращения. Следовательно, успех в применении соединительных устройств такой природы в высшей степени зависит от знаний и мастерства хирурга.

Другие соединители включают в себя использование цементов, например, такого типа, как используемый для закрепления имплантированных бедренных штоков в проксимальном внутримедуллярном канале пациента при имплантации искусственного бедра. Иные соединители включают в себя металлические тросики, которые, к примеру, проходят вокруг раско лотой или сломанной кости, чтобы удерживать на месте части кости, причём концы тросика скрепляются путём обжатия или с помощью резьбовых соединителей.

Ясно, что требуется соединительная система, которая обеспечивает предсказуемое надёжное и прочное взаимное соединение для прикрепления конструкций из металла, пластика, композитов и/или керамики к кости или к ним самим. Также требуется соединительная система для стабилизации общего смещения сочленения к кости и прикрепления добавок к имплантату для того, чтобы избежать потери кости или костных дефектов, возникающих при хирургическом вмешательстве.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает зажим, который в широком смысле слова способен жёстко, но с возможностью освобождения, крепиться к изделию, имеющему прикрепляемую часть определённой формы и размера. В области медицины этот зажим может использоваться совместно с лентой, которая охватывает кость для удерживания вместе фрагментов кости, или может использоваться для скрепления вместе частей протеза и т.д. Зажим содержит эластичный корпус, предпочтительно изготавливаемый, по меньшей мере, частично из сверхэластичного сплава. Корпус имеет отверстие, проходящее внутри, и предпочтительно сквозь него, причём это отверстие имеет несколько меньший размер, чем прикрепляемая часть. Зажим содержит присоединительное средство, к которому может прилагаться внешнее растягивающее усилие, направление и величина которого приводят к эластичному расширению отверстия настолько, чтобы принять прикрепляемую частью. Механизм для растяжения зажима может быть неотъемлемой частью конструкции имплантата, внешнее усилие может прилагаться для сдвигания зажима относительно запирающего механизма. Когда растягивающее усилие перестает действовать, отверстие эластично сжимает прикрепляемую часть.

Предпочтительно корпус в первом ортогональном направлении имеет размер, значительно меньший, чем размеры в любом из двух других измерений, присоединительное средство располагается так, чтобы отверстие расширялось в направлении, перпендикулярном первому ортогональному направлению. В одном выполнении отверстие проходит внутри корпуса в направлении, перпендикулярном первому ортогональному направлению, а в другом выполнении отверстие проходит внутри корпуса в направлении, параллельном первому ортогональному направлению.

В предпочтительном выполнении изобретения предусмотрен набор, содержащий изделие, имеющее прикрепляемую часть с первой и второй секциями определённой формы и размера, и зажим для жёсткого, но освобождаемого скрепления изделия. Зажим содержит эластичный корпус с отверстием, проходящим внутри корпуса, причём это отверстие имеет размер, несколько меньший, чем первая прикрепляемая секция прикрепляемой части, но несколько больший, чем вторая секция прикрепляемой части. Зажим содержит присоединительное средство, к которому может прилагаться внешнее усилие, направление и величина которого заставляют упомянутый зажим сдвигаться от первой секции ко второй секции с одновременным эластичным расширением отверстия зажима, после чего упомянутый зажим эластично сжимается на упомянутой прикрепляемой части.

В более предпочтительном выполнении изобретение обеспечивает ленточный зажимающий набор, содержащий зажим с корпусом, по меньшей мере, частично сделанным из сверхэластичного сплава, и отверстием, проходящим сквозь корпус. Набор содержит удлинённую ленту и фиксатор зажима с поверхностью, сцепляющейся с лентой, причём фиксатор зажима содержит первую часть, несколько большую в поперечном сечении, чем отверстие в зажиме, вторую часть, несколько меньше в поперечном сечении, чем отверстие в зажиме, и промежуточную часть с клиновидной скользящей поверхностью между упомянутыми первой и второй частями. Скользящая поверхность позволяет зажиму двигаться вдоль клиновидной скользящей поверхности от второй части по направлению к первой части с одновременным эластичным расширением зажима, после чего, когда усилие, направляющее зажим вдоль скользящей поверхности, перестаёт действовать, зажим эластично сжимается на упомянутой ленте.

Изобретение, в частности, может использоваться в области медицины, где оно может применяться для удерживания вместе концов опоясывающей ленты для стабилизации фрагментов кости, и помогать при сборке различных костных протезов, таких как стебельчатые вин товые устройства, устройства фиксации травм, устройства внешней фиксации, и для прикрепления к имплантату дополнительных средств при замене потерянной кости.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 является видом в перспективе фиксирующего устройства по настоящему изобретению, фиксирующего вместе концы ленты;

фиг. 2 - видом в перспективе ленты, показанной также на фиг. 1;

фиг. 3 - корпусом зажима такого типа, как зажим, используемый на фиг. 1;

фиг. 4 - видом сверху зажима по фиг. 3, причём корпус зажима показан в поперечном разрезе;

фиг. 5 - поперечным разрезом по линии 5-5 на фиг. 3;

фиг. 6 - видом в перспективе ручного создающего усилие устройства для использования с зажимом по настоящему изобретению;

фиг. 6А и 6Б - видами в перспективе элементов устройства, показанного на фиг. 6;

фиг. 7 - видом в перспективе зажима по настоящему изобретению, показанного вместе с плечами стебельчатого винта, прикреплённого к поддерживающему стержню;

фиг. 8 - разобранным видом устройства по фиг. 7, частично данным в поперечном сечении;

фиг. 9 - видом в перспективе модифицированного корпуса зажима;

фиг. 10 - видом в плане ленты с присоединённым зажимом, как показано на фиг. 9;

фиг. 11 - разобранным видом в перспективе части инструмента, полезного в использовании с зажимом по фиг. 9;

фиг. 12 - разобранным видом в перспективе зажимного устройства по настоящему изобретению;

фиг. 13 - видом в плане устройства по фиг. 12 в незафиксированном положении на ленте;

фиг. 14 - видом в плане устройства по фиг. 12 в зафиксированном положении.

Подробное описание

Как станет очевидно из последующего описания, зажим по настоящему изобретению использует эластичный корпус зажима, который предпочтительно делается, по меньшей мере, частично, а предпочтительно целиком из сверхэластичного сплава, такого как нитинол, причём корпус содержит в себе отверстие. Эластичные характеристики материала корпуса позволяют корпусу растягиваться так, чтобы увеличиваться в одном или нескольких направлениях в плоскости, перпендикулярной оси отверстия, позволяя отверстию принимать ленту или шнур или другую прикрепляемую часть изделия (в том числе несколько изделий, подлежащих скреплению друг с другом зажимом), которая в противном случае не проходит через отверстие. После прекращения действия усилия, стремящегося расширить отверстие, стенки отверстия сжимаются на прикрепляемой части, зажимая её на месте.

Используемый здесь по отношению к корпусу зажима термин «эластичный» описывает способность корпуса деформироваться из начальной конфигурации после приложения внешнего усилия, и возвращаться обратно в начальную конфигурацию, когда это усилие перестает действовать.

Фиг. 1-5 описывают зажим по настоящему изобретению, который используется для удержания концов ленты вместе. Комбинация зажима и ленты показана позицией 10 на фиг. 1, как содержащая корпус 12 зажима обычно в виде параллелепипеда, причём корпус имеет толщину («1» на фиг. 3), которая является наименьшим из трёх ортогональных размеров, два других размера - высота и ширина - приблизительно равны. В направлении ширины корпуса 12 зажима проходит обычно прямоугольное отверстие 14. Присоединительное средство в виде отверстий 16 образовано по четырём углам корпуса зажима, при этом отверстия проходят, по меньшей мере, частично в направлении толщины корпуса зажима. В эти отверстия 16 будут вставляться штыри устройства приложения усилия, такого как показано на фиг. 6, что будет описано ниже.

Металлическая лента показана под цифрой 18, причём эта лента имеет удлинённый корпус 20 (фиг. 2), обычно прямоугольного сечения. Лента 18 предпочтительно имеет одинаковый размер практически на всём своем протяжении, но может иметь расширенную секцию 22 на одном конце.

Размеры ленты таковы, что она не может свободно проходить через отверстие 14, поскольку высота («11» на фиг. 2) несколько меньше, чем соответствующая высота отверстия 14 в корпусе зажима. Лента может изготавливаться из любого подходящего материала, такого как титан. В качестве материала ленты может быть использован нитинол или другой сверхэластичный сплав.

По фиг. 6 создающее усилие устройство 30 может использоваться для приложения большого растягивающего усилия к корпусу зажима для расширения отверстия в корпусе зажима. Устройство 30 содержит две удлиненные секции 32, 34. Секция 32 имеет продолговатую открытую вперёд прорезь 35 вдоль части своей длины, причём прорезь заканчивается в задней части сжимающим рельефным отверстием 36. Рядом с его передним концом прорезь 35 расширяется в удлинённое отверстие 33, имеющее обычно овальную или трековую конфигурацию. Секция 32 заканчивается спереди носовой частью с выступающими вперёд штырями 37, 40, ориентированными и расположенными так, чтобы попадать в присоединительные отверстия корпуса зажима, показанные на фиг. 2 и 3. Штыри 37, выходящие из плеча 38, должны входить в верхние два отверстия корпуса зажима, а штыри 40, выходящие из плеча 39, должны входить в нижние отверстия корпуса зажима. Отверстия 16 предпочтительно имеют прямоугольную форму, как и штыри 37, 40, с целью максимизации поверхностного контакта между штырями и отверстиями, а также максимизации площади плоскости сдвига корпуса между отверстиями и соседними с ними краями корпуса.

Секция 34 имеет кулачковый выступ 41, выходящий сбоку рядом с её передним концом и подходящий по размеру для приёма овального отверстия 33 секции 32. Выступ 41 также является овальным, и его размеры таковы, что его внешние поверхности зацепляют и раздвигают противоположные стенки отверстия 33, когда задние части секций 32 и 34, которые служат рукоятками, сводятся, как показано стрелками на фиг. 6. Сжатием рукояток происходит раздвигание штырей 37, 40, растягивающее корпус зажима по фиг. 3 вертикально, как показано на этом чертеже, тем самым высота отверстия 14 слегка увеличивается в достаточной степени для того, чтобы принять ленту 18. Пока отверстие 14 удерживается таким образом в расширенном положении, лента может быть пропущена через отверстие до тех пор, пока расширенная часть 22 не упрётся в поверхность корпуса зажима рядом со входом в отверстие, и лента из этого положения может быть обведена вокруг кости, протеза или других изделий, которые следует соединить или поддержать, а затем может быть снова пропущена через отверстие 14, как показано на фиг. 1 и 4. При удалении растягивающего усилия высота отверстия 14 эластично стянется к его начальной высоте, чтобы сильно и надежно сжать пропущенные в отверстия части ленты.

Понятно, что устройство по фиг. 1, будучи установлено на месте, может легко регулироваться путём повторного вставления штырей 42 растягивающего устройства, лёгкого растягивания отверстия 14 для освобождения ленты, а когда зажимное устройство перемещено правильно, усилие снимается, чтобы снова надёжно зажать ленту в корпусе 12 зажима. Кроме того, если лента сделана из сверхэластичного сплава, такого как нитинол, сама лента может эластично растягиваться вокруг кости или иного зажимаемого объекта, причём концы ленты надёжно зажаты в корпусе зажима, благодаря чему лента прикладывает постоянное сжимающее давление на объект.

Как подробнее объяснено ниже, сверхэластичные сплавы могут эластично деформироваться за пределами их так называемой области закона Гука. Изготавливая корпус зажима из сверхэластичного сплава, такого как нитинол, можно эластично деформировать корпус, обеспечивая большие отклонения размеров отверстия в корпусе и изделия, которое должно быть зажато в этом отверстии.

Фиг. 7 описывает позицией 50 стебельчатый винт. Костные стебельчатые винты могут располагаться в нескольких позвонках и соединяться стержнями, чтобы стабилизировать позвоночник и способствовать сращиванию костей. Соединительные стержни (показано позицией 58) размещаются в соответствующим образом сконструированной хомутовой конструкции головки каждого стебельчатого винта. На фиг. 7 винт 50 имеет резьбовую часть 52 и хомут, образованный парой разнесённых ручек 54, 56, между которыми проходит стержень 58. Как станет ясно из фиг. 7 и 8, стержень 58 зажимается между плечами 54, 56, когда сами плечи сдвигаются друг к другу, и это является функцией зажима 60, который будет теперь описан.

Зажим 60 аналогичен зажиму по фиг. 3 за исключением того, что отверстие 62 для приёма прикрепляемой части изделия образуется в направлении меньшей толщины корпуса зажима, а не в направлении его несколько большего размера по ширине, как в случае отверстия 14 по фиг. 3. Крепёжные отверстия 64 находятся вблизи углов корпуса 60 зажима, и для растягивания корпуса 60 зажима для расширения отверстия в направлении стрелки В по фиг. 7 может использоваться такое устройство вырабатывания усилия, как показанное на фиг. 6. Отверстие 62 имеет такой размер, что оно должно расширяться в направлении стрелки В, чтобы принять верхние концы обеих ручек 54, 56. Верхние концы этих ручек могут иметь несколько выдающиеся наружу выступы 66, как лучше всего показано на фиг. 8, чтобы помочь корпусу 60 зажима фиксировать вместе плечи 54, 56 и стержень 58. В любом случае, после того, как растягивающее усилие перестает действовать, отверстие 62 эластично сжимается до своего начального состояния и сильно сжимает концы ручек 54, 56, заставляя эти плечи также зажимать между собой стержень 58. По фиг. 8 можно также отметить, что корпус 60 зажима, будучи установлен на место, имеет нижнюю поверхность 68, которая может располагаться так, чтобы контактировать со стержнем 58, дополнительно закрепляя таким образом стержень на месте.

Данное изобретение имеет частное применение для прикрепления дополнительных средств к корпусу костного протезного имплантата. К примеру, в случае полной замены колена, иногда требуются дополнительные средства под верхнюю суставную поверхность большеберцовой кости или внутри бедренного приёмника для заполнения или замещения костных дефектов или потерянной кости в поддерживающей костной структуре. В одном выполнении дополнительное средство конструируется с вырезом в его обращенной к имплантату поверхности, чтобы скользить по цилиндрическому штифту, выступающему из поверхности имплантата в том месте, где необходимо дополнительное средство. Фиксирующая лента, предпочтительно изготовленная из нитинола или другого сверхэластичного сплава, растягивается и закрепляется вокруг дополнительного средства и протеза и удерживается на месте корпусом зажима, таким как показанный на фиг. 3. Когда перестаёт действовать растягивающее усилие, используемое для растягивания ленты, лента стремится сократиться и передать дополнительному средству сжимающее усилие, закрепляя его на имплантате. Подобным же образом дополнительные средства могут легко прикрепляться посредством настоящего изобретения к бедренным стержням или вертлужным впадинам при полной замене бедра.

Дополнительным примером применения является использование настоящего изобретения при сборке устройств фиксации травмы. В примерном выполнении костная пластина известной конструкции формируется из двух или более секций, которые связаны между собой с помощью скользящего механизма. Части скользящего механизма могут быть скреплены между собой для предотвращения от скользящего движения путём растягивания зажима по изобретению так, что части скользящего механизма входят в отверстие в корпусе зажима. После прекращения действия растягивающего усилия зажим надёжно фиксирует части скользящего механизма.

В качестве ещё одного примера изобретение может использоваться в сочетании с наружными фиксирующими устройствами, часто используемыми со сломанными костями. Наружная фиксация включает в себя размещение введённых чрескожно штырей в сегментах сломанной кости и присоединение штырей к внешней конструкции для стабилизации сломанной кости. Внешняя конструкция использует зажимающий механизм, связывающий чрескожные штыри с соединительными стержнями. Соединительные стержни обычно являются телескопическими и используют зажимы для застопоривания телескопических секций. Зажим по настоящему изобретению может быть сконструирован так, чтобы надёжно зажимать друг с другом штыри и стержни и зажимать друг с другом секции телескопических стержней, препятствуя их относительному сдвиганию.

На фиг. 9-11 показана зажимающая ленту система, содержащая зажим 80, формируемый в общем случае плоской пластиной. Эта пластина в общем случае выполнена в форме параллелепипеда и имеет широкое, в общем случае прямоугольное центральное отверстие 82, проходящее через его толщину, при этом углы 84 отверстия слегка закруглены, как показано на чертеже. Как там представлено, зажим 80 имеет форму в общем случае прямоугольной рамки с боковыми стенками 88 и более короткими торцевыми стенками 90. Отверстие 86 для приёма ленты делается, как показано, в обеих боковых стенках 88. Зажим по фиг. 9 используется в сочетании с лентой 92 (фиг. 10), ширина которой несколько больше ширины отверстий 86 зажима.

Точно так же, как описано выше в связи с фиг. 1-6, приложение растягивающего усилия к зажиму 90 в направлении стрелки, показанной на фиг. 10, заставляет отверстия 86 удлиняться так, что лента может входить в отверстия. На фиг. 10 лента 92 показана со свободным концом 94, причём эта лента проходит через отверстие 86, вокруг объекта, который следует зажать, такого как кость, а затем снова проходит в отверстие 86 в том же направлении.

Фиг. 11 показывает часть растягивающего инструмента, аналогичного показанному на фиг. 6, 6А и 6Б, со ссылкой на эти чертежи и сопровождающее их описание того, как «челюсти» этого устройства расходятся, когда рукоятки 34, 32 вручную сближаются. Устройство по фиг. 11 идентично устройству, показанному на фиг. 6, за исключением того, что штыри 37, выходящие из носовых частей на фиг. 6, заменены слегка скругленными выступами 96 на фиг. 11. Каждый выступ имеет внешнюю поверхность 98 такой конфигурации и формы, чтобы она входила в поверхностный контакт с внутренними поверхностями 100 торцевых стенок зажима, показанного на фиг. 9 и 10. Т.е. выступы 96 по фиг. 11 имеют обращённые наружу плоские поверхности 97, которые контактируют с плоскими поверхностями 100 зажима по фиг. 9, и слегка закруглённые углы 98, которые контактируют со слегка закруглёнными углами 84 зажима. Предпочтительно внешние поверхности выступов 96 и внутренние поверхности торцевых стенок зажимов аккуратно изготавливаются так, чтобы обеспечивался широкий поверхностный контакт без появления значительных концентраций давления при растягивании зажима. Желательно, чтобы боковые стенки 88 подвергались практически равному напряжению, когда зажим растягивается.

Иное выполнение изобретения показано на фиг. 12-14. На фиг. 12 показан зажим 110, выполненный в общем случае в форме параллелепипеда и имеющий удлинённое центральное отверстие 112. Концы отверстия слегка закруглены, как показано позицией 114. Подобно зажиму по фиг. 9, зажим по фиг. 12 содержит в общем случае прямоугольную рамку с длинными боковыми стенками 116 и более короткими торцевыми стенками 118, при этом ширина отверстия 112 между боковыми стенками такова, чтобы соответствовать ширине ленты, проходящей один или два раза через отверстие.

Фиксатор зажима показан в целом позицией 120 на фиг. 12. Он содержит пару в общем случае параллельных прутков 122 с закругленными внешними поверхностями 124, сконфигурированными так, чтобы контактировать со скольжением со скругленными торцами 114 отверстия 112 в зажиме. Прутки 122 соединены на одном своем конце подпорками 126. Прутки и подпорки предпочтительно изготавливаются из металла и могут быть приварены друг к другу.

На фиг. 13 позицией 130 показана металлическая лента, проходящая через отверстие в зажиме 110. Фиксатор 120 зажима показан в положении, когда лента 130 проходит между подпорками 126, а также между прутками 122, причём свободные концы прутков 122 ориентированы по направлению к отверстию в зажиме. Фиг. 13 иллюстрирует, как внешние искривлённые поверхности 124 стержней имеют слегка клиновидную форму, чтобы расходиться в направлении подпорок 126. Противоположные поверхности 125 (фиг. 12) прутков 122 могут находиться прямо напротив краёв ленты 130, как показано на фиг. 13, или могут сами расходиться в направлении подпорок 126. В любом случае следует понять, что после вставки свободных концов стержней 122 в отверстие 112 зажима и силового смещения зажима влево по фиг. 13 отверстие 112 зажима расширится; т.е. стенки 114 зажима будут раздвинуты наружу внешними поверхностями 124 фиксатора зажима. Движение зажима 110, таким образом, может быть достигнуто при использовании плоскогубцев, губки которых могут размещаться так, чтобы контактировать с внешними поверхностями 127 прутков 122 и внешней поверхностью 117 зажима у каждого края отверстия 112, как показано на фиг. 13. Зажим может предпочтительно сдвигаться таким способом влево по фиг. 13 до тех пор, пока не остановится у противоположных стенок подпорок 126, как показано на фиг. 14. В этом положении зажим передаёт сдавливающее усилие стержням 122, фиксируя стержни по отношению к ленте 130.

Следует понимать, что растягивающее усилие, прилагаемое к корпусам зажимов по изобретению, может быть направлено так, чтобы расширять отверстие более чем в одном направлении, чтобы подстраиваться к различным зажимаемым структурам. К примеру, растягивающие усилия могут прилагаться к корпусу зажима в двух направлениях, перпендикулярных друг к другу и перпендикулярных к оси отверстия, для более или менее равномерного расширения отверстия так, чтобы в это отверстие могли входить цилиндрический стержень или трубка. Когда растягивающие усилия перестают действовать, стенки, образующие отверстие, сжимаются на стержне или трубке равномерно по окружности, обеспечивая надёжный захват.

Хотя корпус зажима может быть сделан из любого подходящего эластичного материала, такого как полимеры, композиты, нержавеющая сталь и другие металлы и металлические сплавы, наиболее предпочтительны сверхэластичные сплавы. Сверхэластичными являются такие сплавы, которые могут быть деформированы до гораздо большей степени, чем другие металлы или металлические сплавы, без перехода в другую постоянную конфигурацию. Сверхэластичными характеристиками обладают различные сплавы. Среди них наиболее широко и успешно используется почти стехиометрическая смесь никеля и титана, общеизвестная как «нитинол».

Вдобавок к обладанию требуемыми механическими характеристиками, нитинол также обладает прекрасной биологической совместимостью.

Сверхэластичностью называется фазовый переход, появляющийся в сверхэластичном сплаве, когда извне приложено деформирующее давление. Нитинол, как и другие сверхэластичные сплавы (иногда называемые сплавами с памятью формы), обычно существует в одной из двух кристаллографических форм. В какой форме будет находиться сплав, зависит от нескольких переменных, в том числе температуры окружающей среды, химического состава и термомеханической истории. Аустенит является исходной фазой, характеризующейся центрированной кубической структурой. Мартенсит является переходной фазой и характеризуется моноклинической кристаллической структурой. Обычно аустенит представлен при более высоких температурах, чем мартенсит.

Для настоящего изобретения важно, что аустенит будет преобразовываться в мартенсит, когда сплав деформируется внешним усилием. Участок сплава, деформированного таким образом, будет оставаться в мартенситовой фазе до тех пор, пока поддерживается деформирующее усилие. Когда давление снимается, деформированная часть стремится восстановить свою исходную форму и при этом возвратится обратно в аустенитовую фазу. Этот феномен является основой сверхэластичности. Настоящее изобретение использует сверхэластичные сплавы, которые при температуре использования (обычно температура тела или окружающего помещения) находятся в аустенитовой фазе и формируют под давлением мартенсит при деформировании с помощью внешнего усилия. Дополнительная выгода сверхэластичности состоит в способности сверхэластичных сплавов подвергаться большой упругой деформации при практически постоянном давлении. Сплавы, не являющиеся сверхэластичными, обычно демонстрируют приблизительную пропорциональность между увеличивающимся давлением и результирующей деформацией (закон Гука) только до тех пор, пока не начнётся пластическая деформация. Если давление убрано после значительной пластической деформации, происходит небольшое восстановление формы. Сверхэластичные сплавы демонстрируют пропорциональность между усилием и деформацией в пределах зоны действия закона Гука до тех пор, пока не достигнут предел текучести, но после этого при практически постоянном давлении появляется эластично восстанавливаемая дополнительная деформация (когда формируется возникший в результате давления мартенсит). После прекращения давления сплав эластично возвращается в свое начальное состояние.

Несмотря на то, что было описано предпочтительное выполнение настоящего изобретения, следует понимать, что в нём могут быть сделаны различные замены, адаптации и модификации без отхода от духа изобретения и объёма прилагаемой формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Растягивающийся зажим, содержащий эластичный корпус с проходящим внутри него отверстием, причём это отверстие имеет заранее заданный размер, зажим содержит присоединительное средство, к которому может быть приложено внешнее растягивающее усилие такой величины и направления, чтобы заставлять упомянутое отверстие эластично расширяться для приёма в него изделия с несколько большим размером, чем упомянутый заранее заданный размер, так что упомянутое изделие может входить в отверстие в то время, когда приложено растягивающее усилие, а когда это растягивающее усилие прекращает действовать, отверстие эластично сжимается на изделии.
2. Зажим по п.1, в котором корпус в первом ортогональном направлении имеет размер, существенно меньший, чем размеры в любом из двух других ортогональных направлений, и в котором присоединительное средство размещается так, чтобы обеспечивать расширение отверстия в направлении, перпендикулярном первому ортогональному направлению.
3. Зажим по п.2, в котором упомянутое отверстие проходит сквозь корпус в направлении, перпендикулярном первому ортогональному направлению.
4. Зажим по любому из предыдущих пунктов, в котором эластичный корпус, по меньшей мере, частично сделан из сверхэластичного сплава.
5. Зажим и изделие, к которому зажим должен крепиться жёстко, но с возможностью освобождения, при этом изделие имеет прикрепляемую часть заранее заданной формы и размера, зажим содержит эластичный корпус с отверстием, проходящим в корпусе, причём это отверстие имеет размер несколько меньший, чем упомянутая прикрепляемая часть изделия, и зажим содержит присоединительное средство, к которому может прилагаться внешнее растягивающее усилие такой величины и направления, чтобы упомянутое отверстие эластично расширялось достаточно для приёма прикрепляемой части, а когда упомянутое растягивающее усилие перестаёт действовать, - чтобы эластично сжаться на упомянутой прикрепляемой части.
6. Зажим по любому из предыдущих пунктов и изделие с прикрепляемой частью заранее заданной формы и размера, отверстие в корпусе эластично расширяется достаточно для приёма упомянутой прикрепляемой части, когда приложено внешнее растягивающее усилие, а когда упомянутое растягивающее усилие перестаёт действовать, - для эластичного сжатия на упомянутой прикрепляемой части.
7. Зажим и изделие по п.5 или 6, в которых изделие содержит удлинённую плоскую ленту, имеющую часть вдоль своей длины, образующую прикрепляемую часть, и в которых отверстие имеет размер, позволяющий прохождение прикрепляемой части через отверстие только после эластичного расширения отверстия в направлении, перпендикулярном как толщине, так и длине ленты.
8. Зажим и изделие по п.1, в которых упомянутое отверстие имеет ширину, измеряемую параллельно первому ортогональному направлению, достаточную для приёма, по меньшей мере, двух толщин ленты, вследствие чего лента может быть пропущена через отверстие, вокруг второго изделия и снова через упомянутое отверстие, чтобы зажать второе изделие.
9. Зажим и изделие по п.8, в которых лента имеет одинаковую ширину и толщину практически по всей своей длине.
10. Зажим и изделие по п.9, в которых лента имеет расширенную часть на одном конце, предотвращающую прохождение упомянутого конца сквозь отверстие, когда отверстие расширено.
11. Зажим по п.5 или 6, в котором изделие имеет пару ручек с концевыми частями, образующими прикрепляемые части, при этом концевые части разнесены на расстояние, позволяющее им обеим входить в отверстие только после эластичного расширения этого отверстия в направлении, перпендикулярном первому ортогональному направлению, посредством чего после прекращения действия растягивающего усилия концевые части ручек фиксируются в отверстии.
12. Зажим для жёсткого, но с возможностью освобождения, крепления к удлинённой ленте, при этом лента имеет по всей длине заранее заданную конфигурацию и размер поперечного сечения, зажим содержит корпус, образованный, по меньшей мере, частично из сверхэластичного сплава, и отверстие, проходящее сквозь корпус, причём это отверстие имеет размер, несколько меньший, чем упомянутый размер поперечного сечения ленты, зажим содержит присоединительное средство, к которому может прилагаться внешнее растягивающее усилие такой величины и направления, чтобы упомянутое отверстие эластично расширялось достаточно для приёма упомянутой ленты, после чего, когда упомянутое растягивающее усилие перестаёт действовать, упомянутое отверстие эластично сокращается до своего исходного размера, чтобы сжаться на упомянутой ленте.
13. Зажим по любому из пп.1-3 и 12 или зажим и изделие по любому из пп.4-11 в сочетании с инструментом для приложения к корпусу упомянутого внешнего растягивающего усилия, инструмент содержит пару удлинённых элементов, каждый из которых имеет обращенную назад рукояточную часть, инструмент имеет переднюю часть, содержащую два плеча, каждое плечо содержит крепёжное средство для прикрепления к дополнительному приспособлению упомянутого корпуса зажима, чтобы после разведения упомянутых плеч зажим растягивался в направлении разведения этих плеч, удлинённые части инструмента содержат взаимодействующие механические связывающие средства, заставляющие плечи расходиться в ответ на сближение друг с другом рукояточных частей.
14. Инструмент для приложения растягивающей силы к растягивающемуся зажиму, инструмент содержит пару удлинённых элементов, каждый из которых имеет сзади рукояточную часть, инструмент имеет переднюю часть, содержащую два плеча, каждое плечо имеет крепёжное средство для прикрепления к зажиму, чтобы при разведении упомянутых плеч зажим растягивался в направлении разведения этих плеч, удлинённые части инструмента содержат взаимодействующие механические связывающие средства, заставляющие плечи расходиться в ответ на сближение друг с другом рукояточных частей.
15. Инструмент по п. 14, в котором один из упомянутых удлинённых элементов оканчивается спереди парой плеч и в котором механическое связывающее средство содержит средство для кулачкового разведения плеч в ответ на сближение друг с другом рукояточных частей.
16. Инструмент по п.15, в котором упомянутое механическое связывающее средство содержит овальное отверстие, образованное в упомянутом одном удлинённом элементе между упомянутыми плечами, и овальный выступ на другом удлинённом элементе для введения в упомянутое овальное отверстие.
17. Способ зажатия изделия с прикрепляемой частью заранее заданной формы и размера, содержащий

а) обеспечение зажима, содержащего эластично формируемый корпус с отверстием несколько меньшего размера, чем прикрепляемая часть, зажим содержит присоединительное средство, к которому может прилагаться внешнее растягивающее усилие такой величины и направления, чтобы отверстие эластично расширялось;

б) приложение к дополнительному приспособлению растягивающего инструмента для приложения к корпусу растягивающего усилия, чтобы эластично увеличить размер корпуса для приёма им прикрепляемой части;

в) приём прикрепляемой части в это отверстие; и

г) удаление растягивающего усилия.
18. Способ по п. 17, в котором упомянутое изделие представляет собой удлинённую ленту для прижатия к зажимаемому объекту, способ содержит шаг пропускания ленты через упомя нутое отверстие, вокруг объекта и снова через упомянутое отверстие перед удалением растягивающего усилия.