一种刀具表面上可自润滑的结构 |
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| 申请号 | CN201710285900.9 | 申请日 | 2017-04-27 | 公开(公告)号 | CN107175694A | 公开(公告)日 | 2017-09-19 |
| 申请人 | 北京航空航天大学; | 发明人 | 陈华伟; 刘光; 张鹏飞; 张德远; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种刀具表面自润滑结构，所述的刀具可以为医疗手术刀具、 切削刀具 、生活用刀，该自润滑结构具体为在上述刀具的表面按照一定规则加工出一系列沟槽结构，利用沟槽结构毛细作用 力 引导液体定向运输，并形成液膜，从而润湿刀面，达到润滑冷却作用，减少粘连。所述沟槽结构包括但不限于楔形槽、梯形槽、燕尾槽、锥形沟槽以及高度梯度沟槽。本发明一种刀具表面自润滑结构，它利用沟槽内毛细作用力引导液体定向输运，并形成液膜，实现刀具表面可持续的自润滑，达到润滑和防粘，减少手术过程中的组织粘连、提高切削刀具耐用度、方便生活用刀具使用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种刀具表面自润滑结构，所述的刀具可以为医疗手术刀具、切削刀具、生活用刀，其特征在于：该自润滑结构具体为在上述刀具的表面按照一定规则加工出一系列沟槽结构，利用沟槽结构毛细作用力引导液体定向运输，并形成液膜，从而润湿刀面。 |
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| 说明书全文 | 一种刀具表面上可自润滑的结构技术领域背景技术[0002] 医疗手术过程中，使用手术刀、手术镊、手术剪进行组织切割时，由于手术器械表面与软组织直接接触，经常出现软组织粘连在手术器械上，这种粘连易引发组织撕裂、出血，给患者带来痛苦，引发后遗症。而且，软组织的粘连还会影响手术的进行，增大手术风险，带来潜在危险。在手术器械表面加入润滑液体，防止软组织与手术器械表面的直接接触可以有效降低软组织的粘连。但是，直接在手术器械表面涂覆的润滑油容易在手术切割时脱落，且难以长久使用。因而，设计能够实现自润滑的手术器械对解决手术器械的软组织的粘连很有必要。 [0003] 在使用刀具切削金属或非金属时，刀具前刀面与切屑之间会摩擦产生切削热，这会增加刀具的磨损，降低刀具的使用寿命。而且，粘着在刀具表面的切屑会阻碍切削的进行，降低切削效率。对切削刀具进行润滑降温，可以有效的降低刀具表面的温度与切屑粘连。使用喷射冷却液和润滑液可以实现润滑降温的功能，但是会大量消耗冷却液或润滑液，效率低。而且这些液体在刀具间断、接触间隙处，不能实现有效润滑和降温。因而，设计一种新型的润滑降温方式，对于延长刀具的使用寿命，增大切削效率，降低成本具有很大现实意义。 [0004] 日常生活中，使用刀具切割食物时，食物易粘附在刀面上，给实际操作过程中带来很大困扰。多数情况下，需要动手分离粘附在刀面上的食物，不卫生并且容易被刀刃划伤。设计具有自润滑功能的生活用刀可以有效减少这些不便，使人们的生活更便捷、更卫生。 [0005] 本发明申请通过对瓶子草的仿生研究，借鉴瓶子草表面沟槽结构实现液体传输的功能特征，提出一种新的刀具自润滑结构。该结构可大幅增加表面润滑作用，减少医疗手术中由粘连引起的损伤、提高切削刀具耐用度、方便生活用刀具使用。 发明内容[0006] 1、目的：本发明的目的是提供一种刀具表面上可自润滑的结构，该结构通过毛细作用力引导液体朝指定方向搬运，实现特定区域的润滑。该润滑液膜在刀具表面形成后可有效防止医疗手术刀、手术镊、手术剪等的软组织粘连，有效降低切削刀具表面温度，达到冷却和润滑的功效，降低切削刀具前刀面磨损，提高使用寿命；减少生活用刀刀具表面的食物粘附，使其使用更便捷卫生。 [0007] 2、技术方案：本发明一种刀具表面自润滑结构，该结构可描述为：所述的刀具可以为医疗手术刀具、切削刀具、生活用刀，该自润滑结构具体为在上述刀具的表面按照一定规则加工出一系列沟槽结构，利用沟槽结构毛细作用力引导液体定向运输，并形成液膜，从而润湿刀面，达到润滑冷却作用，减少粘连。 [0008] 所述沟槽结构包括但不限于楔形槽、梯形槽、燕尾槽、锥形沟槽以及高度梯度沟槽。 [0009] 其中，锥形沟槽开口宽为30～100μm；锥形沟槽锥顶角度≤90°；沟槽阵列间距为30～100μm； [0010] 其中，楔形阵列沟槽槽深为5～100μm；楔形沟槽沿刀具表面轮廓阵列分布，最大槽宽为50μm；沟槽阵列间距为30～100μm； [0011] 其中，高度梯度沟槽阵列为高低棱交错排列沟槽，槽宽30～100μm；高度梯度沟槽阵列高棱与槽底高度为30～100μm，低棱与槽底高度为5～50μm，且高低棱高度差≥5μm；高度梯度沟槽阵列槽间距为30～100μm； [0012] 其中，燕尾槽开口宽为30～100μm；沟槽阵列间距为30～100μm； [0013] 其中，梯形槽开口宽为30～100μm；沟槽阵列间距为30～100μm。 [0014] 其中，医疗手术刀具包括但不限于高频电刀、超声刀、医疗手术刀、手术镊、手术剪。 [0016] 其中，医疗手术刀、切削刀具和生活用刀表面可以是平面或曲面等。 [0018] 其中，利用沟槽结构毛细力引导液体定向输运，医疗手术刀沟槽内液体为生物相容液体，具有生理惰性、无毒、难挥发、耐高温，可以是水、硅油、聚乙二醇、聚环氧乙烯等中的一种。切削刀具沟槽内液体可为水、润滑油等中的一种，生活用刀具沟槽内液体为水、食用级润滑油、食用酒精等中的一种。 [0019] 3、优点及功效：设计了一种刀具表面自润滑结构，它利用沟槽内毛细作用力引导液体定向输运，并形成液膜，实现刀具表面可持续的自润滑，达到润滑和防粘，减少手术过程中的组织粘连、提高切削刀具耐用度、方便生活用刀具使用。附图说明 [0020] 图1a：是医疗手术刀中的一种载能微创手术刀示意图。 [0021] 图1b：是医疗手术刀中的一种普通手术刀示意图。 [0022] 图1c：是一种医疗手术剪示意图。 [0023] 图1d：是一种医疗手术镊示意图。 [0024] 图2：是一种切削刀具示意图。 [0025] 图3：是一种生活用刀示意图。 [0026] 图4：是一种医疗手术刀刀面上的锥形汇聚沟槽结构示例。 [0027] 图5：是一种医疗手术刀刀面上的楔形平行沟槽结构示例。 [0028] 图6a：是一种医疗手术刀刀面上的沟槽结构示例。 [0029] 图6b：是一种医疗手术刀刀面上的高度梯度沟槽截面示例。 [0030] 图6c：是一种医疗手术刀刀面上的燕尾槽截面示例。 [0031] 图6d：是一种医疗手术刀刀面上的梯形沟槽截面示例。 [0032] 图7a：是医疗手术剪剪刀面上的锥形沟槽结构示例。 [0033] 图7b：是医疗手术剪剪刀面上的楔形沟槽结构示例。 [0034] 图7c：是医疗手术剪剪刀面上的高度梯度沟槽结构示例。 [0035] 图7d：是医疗手术剪剪刀面上的燕尾槽结构示例。 [0036] 图7e：是医疗手术剪剪刀面上的梯形沟槽结构示例。 [0037] 图8a：是切削刀具前刀面上的锥形沟槽结构示例。 [0038] 图8b：是切削刀具前刀面上的楔形沟槽结构示例。 [0039] 图8c：是切削刀具前刀面上的高度梯度沟槽结构示例。 [0040] 图8d：是切削刀具前刀面上的燕尾槽结构示例。 [0041] 图8e：是切削刀具前刀面上的梯形沟槽结构示例。 [0042] 元件符号说明如下： [0043] 1…医疗手术刀中的一种载能微创手术刀 11…载能手术刀具刀面[0044] 2…医疗手术刀中的一种普通手术刀 21…普通手术刀刀面 [0045] 3…一种医疗手术剪 31…医疗手术剪刀面 [0046] 4…一种医疗手术镊 41…医疗手术镊镊面 [0047] 5…一种切削刀具 51…切削刀具前刀面 [0048] 6…一种普通生活用刀 61…生活用刀刀面 [0049] 111…刀面上锥形沟槽结构 112…刀面上楔形沟槽结构[0050] 113…刀面上高度梯度沟槽结构 114…刀面上燕尾槽结构[0051] 115…刀面上梯形沟槽结构 311…剪刀面锥形沟槽结构[0052] 312…剪刀面楔形沟槽结构 313…剪刀面高度梯度沟槽结构[0053] 314…剪刀面燕尾槽结构 315…剪刀面梯形槽结构[0054] 511…前刀面锥形沟槽结构 512…前刀面上楔形沟槽结构[0055] 513…前刀面高度梯度沟槽结构 514…前刀面上燕尾槽结构[0056] 515…前刀面梯形沟槽结构 具体实施方式[0057] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。 [0058] 图1a是医疗手术刀中一种载能微创手术刀1，图1b是医疗手术刀中的一种普通手术刀2，图1c是一种医疗手术剪3，图1d是一种医疗手术镊4，图2是一种切削刀具5，图3是一种生活用刀6。载能手术刀具刀面11、普通手术刀刀面21、医疗手术剪面31、医疗手术镊镊面41为手术过程中发生组织粘连的主要部位，切削刀具前刀面51在参与切削时与切屑发生接触摩擦磨损，降低刀具使用寿命，生活用刀刀面61在使用时易出现食物粘连在刀面上。在上述刀具表面上按照一定规则加工出一系列沟槽结构，以实现其防粘减磨作用。 [0059] 图4-图6是在一种载能微创手术刀刀面11上加工的几种沟槽示例，其中图4为刀面上锥形沟槽结构111示例，图5为刀面上楔形沟槽结构112示例，图6a：是一种医疗手术刀刀面上的沟槽结构示例，其中图6b为刀面上高度梯度沟槽结构113示例，图6c为刀面上燕尾槽结构114示例，图6d为刀面上梯形沟槽结构115示例。 [0060] 图7a-图7e是医疗手术剪剪刀面上几种沟槽示例，其中图7a为医疗手术剪剪刀面锥形沟槽结构311示例，图7b为医疗手术剪剪刀面楔形沟槽结构312示例，图7c为医疗手术剪剪刀面高度梯度沟槽结构313示例，图7d为医疗手术剪剪刀面燕尾槽结构314示例，图7e为医疗手术剪剪刀面梯形槽结构315示例。 [0061] 图8a-图8e是切削刀具前刀面上几种沟槽示例，其中图8a为切削刀具前刀面锥形沟槽结构511示例，图8b为切削刀具前刀面上楔形沟槽结构512示例，图8c为切削刀具前刀面高度梯度沟槽结构513示例，图8d为切削刀具前刀面上燕尾槽结构514示例，图8e为切削刀具前刀面梯形槽结构315示例。 [0062] 医疗手术刀表面的生物相容液体以及切削刀具前刀面的润滑液通过外部连接通道引入表面沟槽阵列,在表面作用力引导下沿沟槽搬运铺展,形成自润滑液膜。医疗手术剪、医疗手术镊以及生活用刀表面通过沟槽结构固持润滑液的方式形成自润滑液膜，达到自润滑防粘效果。 |
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