RU78724U1

RU78724U1 - ULTRASONIC KNIFE

Info

Publication number: RU78724U1
Application number: RU2008122762/22U
Authority: RU
Inventors: Николай Петрович Коломеец (RU); Николай Петрович Коломеец; Алена Александровна Новик (RU); Алена Александровна Новик; Алексей Александрович Новик (RU); Алексей Александрович Новик
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Ультразвуковая техника-инлаб"
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2008-12-10

Abstract

1. Ультразвуковой нож, содержащий 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, отличающийся тем, что инструмент 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.2. Ультразвуковой нож по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в форме, позволяющей использовать его как рукоятку ножа.3. Ультразвуковой нож по п.1, отличающийся тем, что на корпусе перпендикулярно его продольной части в плоскости расположения режущих краев установлена рукоятка.1. An ultrasonic knife containing an ultrasonic unit, placed in the housing and connected to it in a nodal plane, a hub that performs the function of a cutting tool, part of which is made with a thickened end, the thickness of which allows you to perform detachable threaded connection with the ultrasonic unit, and the length of the cutting tool is a multiple an integer half-wave of ultrasonic vibrations generated by the ultrasonic unit, characterized in that the tool has two cutting edges parallel to the direction of propagation longitudinal vibrations, and is made with a thickening along the central part located at the same distance from the cutting edges, and its thickness is selected from the condition that there are no bending vibrations of the tool. 2. The ultrasonic knife according to claim 1, characterized in that the body is made in a form that allows you to use it as a knife handle. The ultrasonic knife according to claim 1, characterized in that a handle is mounted on the housing perpendicular to its longitudinal part in the plane of the location of the cutting edges.

Description

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.The proposed utility model is intended for cutting elastic and / or viscous materials, such as rubber, rubber, cheese, hot bread, etc., that is, materials whose separation or molding is difficult due to their binding or elastic properties.

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.Known ultrasonic surgical instrument (SU, A.C. No. 133149), which contains an ultrasonic unit located in the housing, connected to a hub in which the axial channel is made. The ultrasonic unit is a source of longitudinal vibrations for excitation of the working body and peristaltic pump type. The concentrator transmits longitudinal vibrations from the ultrasound unit to the working body, for example to a scalpel. In the device under consideration, significant losses of ultrasonic energy occur, since the design involves several connecting sections in which the attenuation of ultrasonic vibrations occurs. The disadvantage is the difficulty of fixing the scalpel in the concentrator and matching parameters of the ultrasonic unit with the scalpel.

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.Known ultrasonic knife (SU, AS No. 1355487), which is intended for trimming book blocks in the printing industry. It contains an ultrasonic unit, the concentrator of which is connected to a cutting plate sharpened on the cutting side. The cutting side of the insert is located at an angle of 15 ° to the direction of propagation of longitudinal vibrations. In practice, this means that the device does not work like a knife, but like a very slow chopping tool. The disadvantage of this design is the large loss of ultrasonic energy caused by the asymmetry of the design of the cutting insert, which leads to its scattering in the material of the cutting insert. In addition, a linear change in the distance between the cutting edge and the concentrator makes it impossible to obtain resonant conditions.

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 The closest set of essential features to the proposed device is an ultrasonic surgical instrument (SU, AS No. 797675), which contains an ultrasonic unit placed in the housing and connected to it at the point of zero vibrations, a handle and a hub that performs the function of a cutting tool having a shape, the projection of which on the plane has the shape of a scalpel, the handle of the scalpel is made with a thickened end, the thickness of which allows you to make a detachable threaded connection with the ultrasonic unit. Since the known device is intended for the separation of bone tissue, the working cutting part of the hub is equipped with teeth. In a known device, an ultrasonic unit

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.generates longitudinal ultrasonic vibrations that propagate along the concentrator - the cutting tool, and its cutting side is parallel to the direction of propagation of these vibrations, so the direction of oscillation will coincide with the cutting movements of the knife. Given the purpose of the tool, in order to eliminate jamming it in the bone, the cross section of the cutting tool is made in the shape of a cone.

Недостатком известного устройства является большие потери ультразвуковой энергии, вызванные несимметричностью режущей части инструмента, так как при распространении по ней ультразвуковых колебаний возникают дифракционные явления.A disadvantage of the known device is the large loss of ultrasonic energy caused by the asymmetry of the cutting part of the tool, since when the propagation of ultrasonic vibrations through it, diffraction phenomena occur.

Технической задачей, решаемой полезной моделью является уменьшение ультразвуковых потерь.The technical problem solved by the utility model is to reduce ultrasonic losses.

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.The problem is solved due to the fact that the proposed device, as well as the known one, contains an ultrasonic unit placed in the housing and connected to it in the nodal plane, a hub that performs the function of a cutting tool, part of which is made with a thickened end, the thickness of which allows you to perform detachable threaded connection with the ultrasonic unit, and the length of the cutting tool is a multiple of an integer half-wave of ultrasonic vibrations generated by the ultrasonic unit. But, unlike the known one, in the proposed device the hub has two cutting edges parallel to the direction of propagation of longitudinal vibrations, and is made with a thickening along the central part located at the same distance from the cutting edges, and its thickness is selected from the condition that there are no bending vibrations of the tool.

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 Achievable technical result - reducing the loss of ultrasonic energy. Losses in the proposed design are reduced due to the implementation of the hub - the cutting part of the device, a completely symmetrical shape. From the theoretical foundations of ultrasound it is known that a deviation from symmetry in the form of a sound-conducting element causes an increase in its diffraction properties and, consequently, an increase in losses. To ensure symmetry, the two opposite edges of the knife are the same, and the thickening is performed at equal distances from these edges. This device is different from the known ultrasonic knives, in which one edge of the cutting element is thicker than the other. The thickness provides not only the strength that is necessary for the knife to perform its functions, but also ensures the absence of bending vibrations in the hub that are destructive

действуют на сам концентратор и ухудшают его функциональные свойства - качество реза.act on the concentrator itself and worsen its functional properties - the quality of the cut.

Совокупность признаков, сформулированных в пункте 2 формулы, характеризуют ультразвуковой нож, в котором корпус выполнен в форме, позволяющей использовать его как рукоятку ножа.The combination of features formulated in paragraph 2 of the formula characterize an ultrasonic knife in which the body is made in a form that allows it to be used as a knife handle.

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.The combination of features formulated in paragraph 3 of the formula, which includes all the features of paragraph 1, characterizes an ultrasonic knife, which is equipped with a handle mounted perpendicular to the longitudinal direction of the body, in the plane of the cutting edges.

Сформулированные выше частные случаи выполнения ультразвукового ножа являются практически функционально эквивалентными, но при работе вызывают напряжения разных групп мышц.The particular cases formulated above for performing an ultrasonic knife are practically functionally equivalent, but when working, they cause stresses of different muscle groups.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 и 2 приведен пример выполнения ножа в двух проекциях, а на фиг.3 - сечение режущего инструмента.The utility model is illustrated by drawings, where Figs. 1 and 2 show an example of a knife in two projections, and Fig. 3 is a sectional view of a cutting tool.

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 An ultrasonic knife contains a housing 1 in which an ultrasonic unit 2 is mounted. This unit can be made both on the basis of magnetostrictive and piezoelectric transducers. The housing is mounted on an ultrasonic unit in a nodal plane. In this plane, the amplitude of the oscillations is zero, so they can not be transmitted to the body. The ultrasonic unit is connected to the concentrator 3 - cutting tool using a threaded element 4 - studs. For this, the end face of the cutting tool 3 is made with a thickening, which allows you to make a hole in it for the stud. The hub length is a multiple of an integer half-wavelength to ensure the efficient use of ultrasonic energy. Thus, the length of the cutting tool will be determined by the frequency used and the material from which it is made. The choice of these parameters is determined by the purpose of the knife. The cutting edges 5 of the hub are parallel to the direction of ultrasonic longitudinal vibrations. The central part of the knife has a greater thickness compared to the cutting edges (figure 3). The thickness is chosen empirically, based on the condition of the absence of bending vibrations in the body of the cutting tool. Elimination of bending vibrations reduces the level of maximum axial stresses arising from vibrations, and due to this, the tool service life is increased several times. At the same time, the functional properties of the knife are significantly improved, i.e. improves the quality of cut surfaces. Due to the fact that the cutting tool is made in the form

симметричной конструкции, потери энергии ультразвуковых колебаний в теле режущего инструмента сведены к минимально возможным..symmetrical design, the energy loss of ultrasonic vibrations in the body of the cutting tool is reduced to the minimum possible ..

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 краяDepending on the location of the object being cut, a different design of the cutting tool is possible. In particular, the housing 1 may have a shape that allows it to be used as a handle. This embodiment is possible in which the housing 1 is equipped with an additional handle 6, which is installed perpendicular to it, and is located in a plane passing through the cutting edges

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.The cutting edge of the knife is brought to the object to be cut and the cutting process begins. The knife is then moved back and forth with a slight pressure. When excited by the ultrasonic vibrations unit, the forces of the longitudinal mode of ultrasonic vibrations are added, also having a forward-backward direction. Therefore, the cutting process is quick and easy.

Claims

1. An ultrasonic knife containing an ultrasonic unit, placed in the housing and connected to it in a nodal plane, a hub that performs the function of a cutting tool, part of which is made with a thickened end, the thickness of which allows you to perform detachable threaded connection with the ultrasonic unit, and the length of the cutting tool is a multiple an integer half-wave of ultrasonic vibrations generated by the ultrasonic unit, characterized in that the tool has two cutting edges parallel to the direction of propagation longitudinal vibrations, and is made with a thickening along the central part located at the same distance from the cutting edges, and its thickness is selected from the condition that there are no bending vibrations of the tool.

2. The ultrasonic knife according to claim 1, characterized in that the body is made in a form that allows you to use it as a knife handle.

3. The ultrasonic knife according to claim 1, characterized in that a handle is mounted on the housing perpendicular to its longitudinal part in the plane of the location of the cutting edges.