KR100482769B1 - 초음파 치석제거기 - Google Patents

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KR100482769B1
KR100482769B1 KR10-2002-0055502A KR20020055502A KR100482769B1 KR 100482769 B1 KR100482769 B1 KR 100482769B1 KR 20020055502 A KR20020055502 A KR 20020055502A KR 100482769 B1 KR100482769 B1 KR 100482769B1
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    • A61C17/0202—Hand-pieces

Abstract

본 발명은 초음파 치석제거기에 관한 것으로, 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 압전 현상을 이용하여 전원 입력으로부터 기계적 진동을 발생시켜 생성한 초음파를 이용해 치석을 제거하고, 물을 분사하여 세척하도록 한 초음파 치석제거기의 구동회로부가 핸드피스로부터 피드백(Feedback)되는 신호의 주파수 대비 임피던스 특성으로부터 공진주파수를 추적하여 공진주파수 검출시에는 핸드피스의 정상상태로 판단하여 검출된 공진주파수를 핸드피스의 구동주파수로 설정하고, 공진주파수 비검출시에는 핸드피스의 비정상상태로 판단하여 핸드피스 및 물 펌프의 동작을 중지시키도록 제어함으로써 핸드피스가 정상적으로 연결되지 않았을 경우 데드 타임 제어(Dead Time Control)를 행하여 핸드피스 및 물 펌프의 동작을 중지시켜 안전사고 및 불필요한 물의 분사를 방지할 수 있게 한 것이다.

Description

초음파 치석제거기 {Ultrasonic scaler driver}
본 발명은 초음파 치석제거기에 관한 것으로, 초음파 치석제거기의 데드 타임 제어(DTC : Dead Time Control) 및 물 펌프 제어 기술에 관련된 것이다.
초음파 치석제거기(Ultrasonic scaler driver)는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 압전 현상을 이용하여 전원 입력으로부터 기계적 진동을 발생시켜 초음파를 생성하고, 이 초음파를 이용해 치석을 제거할 수 있도록 하는 장치이다.
도 1 은 초음파 치석제거기의 장치 개요도이다.
도면에 도시한 바와같이, 통상적으로 초음파 치석제거기는 핸드피스(Hand piece)(10), 리드와이어(Lead wire)(20), 구동회로부(Drive circuit unit)(30), 물 펌프(Water pump)(40), 튜브(Tube)(50), 케이블(Cable)(60), 발판 스위치(Foot switch)(70), 파워조절부(Volume control unit)(80)를 포함하고 있다.
상기 핸드피스(10)는 기계적 진동에 의해 초음파를 생성하는 부분으로, 그 끝단에 치석제거시 초음파를 출력하고, 물을 분사하는 팁(Tip)(11)이 결합된다.
상기 리드와이어(20)는 상기 핸드피스(10)를 착탈할 수 있게 한다.
상기 구동회로부(30)는 상기 핸드피스(10)의 구동을 제어한다.
상기 물 펌프(40)는 상기 핸드피스(10)로 물을 전달하는 부분으로, 물 펌프 동작을 온/오프하기 위한 솔레노이드밸브(41)와, 전달되는 물의 량을 제어하기 위한 유량조절밸브(42)를 포함하고 있다.
상기 튜브(50)는 상기 물 펌프(40)내의 물을 상기 핸드피스(10)로 전달하는 경로이다.
상기 케이블(60)은 상기 구동회로부(30)로부터 출력되는 제어신호를 상기 핸드피스(10)로 전달한다.
상기 발판 스위치(70)는 상기 구동회로부(30) 및 물 펌프(40)로 전원을 인가하여 그 동작을 조작한다.
상기 파워조절부(80)는 상기 핸드피스(10)에 의해 생성되는 초음파의 파워를 조절한다.
따라서, 초음파 치석제거기는 상기 발판 스위치(70)를 발로 밟으면 상기 구동회로부(30) 및 물 펌프(40)로 전원이 인가되고, 사용자의 핸드피스(10) 조작에 따라 초음파를 이용해 치석을 제거하고, 물을 분사하여 세척하는 동작을 한다.
그러나, 종래의 경우 상기 초음파 치석제거기의 제어시 상기 발판 스위치(70)가 온(ON)된 상태에서 상기 구동회로부(30)가 핸드피스(10)를 찾지 못하면 즉, 핸드피스(10)가 상기 리드와이어(20)에 연결되지 않았을 경우 초음파 치석제거기의 동작을 멈추는 데드 타임 제어(Dead Time Control)를 행해야 함에도 불구하고 주기적으로 핸드피스(10)를 찾으려고 신호를 보냄으로써 초음파 치석제거기가 전기에 노출되어 감전 등의 안전사고를 유발할 가능성이 있었다.
또한, 상기 발판 스위치(70)가 온(ON)된 상태에서 상기 구동회로부(30)가 핸드피스(10)를 찾지 못했을 경우 물 펌프(40)의 동작을 멈추어야 함에도 불구하고 계속 물 펌프(40)가 작동하여 물이 분사되므로 핸드피스(10) 접속부위가 물에 노출되어 단락(Short circuit)이 발생하여 초음파 치석제거기의 고장을 초래하거나, 감전 등의 안전사고를 유발할 가능성이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 핸드피스가 정상적으로 연결되지 않았을 경우 핸드피스를 데드 타임 제어(Dead Time Control)하여 안전사고를 방지할 수 있는 초음파 치석제거기를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 핸드피스가 정상적으로 연결되지 않았을 경우 물 펌프의 동작을 중지시켜 불필요한 물의 분사를 방지할 수 있는 초음파 치석제거기를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 본 발명에 따른 초음파 치석제거기는 기계적 진동에 의해 초음파를 생성하되, 그 끝단에 치석제거시 초음파를 출력하고, 물을 분사하는 팁(Tip)이 결합되는 핸드피스(Hand piece)와; 상기 핸드피스의 구동을 제어하는 구동회로부(Control circuit unit)와; 상기 핸드피스로 물을 전달하되, 물 전달 동작을 온/오프하기 위한 솔레노이드밸브와, 전달되는 물의 량을 제어하기 위한 유량조절밸브를 포함하는 물 펌프(Water pump)와; 상기 물 펌프내의 물을 상기 핸드피스로 전달하는 경로인 튜브(Tube)와; 상기 구동회로부로부터 출력되는 제어신호를 상기 핸드피스로 전달하는 케이블(Cable)과; 상기 구동회로부 및 물 펌프의 동작을 조작하는 발판 스위치(Foot switch)와; 상기 핸드피스에 의해 생성되는 초음파의 파워를 조절하는 파워조절부(Volume control unit)를 포함하는 초음파 치석제거기에 있어서, 상기 구동회로부가 상기 핸드피스로부터 피드백(Feedback)되는 신호의 주파수 대비 임피던스 특성으로부터 공진주파수를 추적하여 공진주파수 검출시에는 핸드피스의 정상상태로 판단하여 검출된 공진주파수를 핸드피스의 구동주파수로 설정하고, 공진주파수 비검출시에는 핸드피스의 비정상상태로 판단하여 상기 핸드피스 및 물 펌프의 솔레노이드밸브로 핸드피스 및 물 펌프의 동작을 중지시키는 제어신호를 각각 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 본 발명에 따른 초음파 치석제거기는 상기 구동회로부가 상기 발판 스위치가 온(ON)인 상태에서 상기 핸드피스가 정상상태를 유지하는 동안만 상기 핸드피스를 구동주파수로 PWM 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 본 발명에 따른 초음파 치석제거기는 상기 구동회로부가 핸드피스가 비정상상태라 판단되어 핸드피스 및 물 펌프의 동작을 중지시켰을 경우 상기 발판 스위치를 다시 온(ON)함에 의해 동작을 초기화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 본 발명에 따른 초음파 치석제거기는 상기 공진주파수의 추적시 소정 주파수 대역에서 최소 임피던스에 해당하는 주파수를 구동주파수로 선택하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 초음파 치석제거기는 도 1 에 도시한 통상의 초음파 치석제거기와는 구동회로부가 상이하다.
즉, 본 발명에 따른 초음파 치석제거기 역시 핸드피스(Hand piece)(10), 리드와이어(Lead wire)(20), 구동회로부(Drive circuit unit)(30), 물 펌프(Water pump)(40), 튜브(Tube)(50), 케이블(Cable)(60), 발판 스위치(Foot switch)(70), 파워조절부(Volume control unit)(80)를 포함하고 있다.
상기 핸드피스(10)는 기계적 진동에 의해 초음파를 생성하는 부분으로, 그 끝단에 치석제거시 초음파를 출력하고, 물을 분사하는 팁(Tip)(11)이 결합된다.
상기 리드와이어(20)는 상기 핸드피스(10)를 착탈할 수 있게 한다.
상기 구동회로부(30)는 상기 핸드피스(10) 및 상기 핸드피스의 비정상상태시 상기 물 펌프(40)의 구동을 제어한다.
상기 물 펌프(40)는 상기 핸드피스(10)로 물을 전달하는 부분으로, 물 펌프 동작을 온/오프하기 위한 솔레노이드밸브(41)와, 전달되는 물의 량을 제어하기 위한 유량조절밸브(42)를 포함하고 있다.
상기 튜브(50)는 상기 물 펌프(40)내의 물을 상기 핸드피스(10)로 전달하는 경로이다.
상기 케이블(60)은 상기 구동회로부(30)로부터 출력되는 제어신호를 상기 핸드피스(10)로 전달한다.
상기 발판 스위치(70)는 상기 구동회로부(30) 및 물 펌프(40)로 전원을 인가하여 그 동작을 조작한다.
상기 파워조절부(80)는 상기 핸드피스(10)에 의해 발생되는 초음파의 파워를 조절한다.
본 발명에 따른 초음파 치석제거기의 기술적 특징은 핸드피스가 정상적으로 연결되지 않았을 경우 핸드피스 및 물 펌프의 동작을 중지시켜 안전사고 및 불필요한 물의 분사를 방지할 수 있도록 함에 있다.
따라서, 본 발명에 따른 초음파 치석제거기의 구동회로부(30)는 상기 핸드피스(10)로부터 피드백(Feedback)되는 신호의 주파수 대비 임피던스 특성으로부터 공진주파수를 추적하여 공진주파수 검출시에는 핸드피스의 정상상태로 판단하여 검출된 공진주파수를 핸드피스(10)의 구동주파수로 설정하고, 공진주파수 비검출시에는 핸드피스의 비정상상태로 판단하여 상기 핸드피스(10) 및 물 펌프(40)의 솔레노이드밸브(41)로 핸드피스(10) 및 물 펌프(40)의 동작을 중지시키는 제어신호를 각각 출력한다.
이 때, 상기 구동회로부(30)는 상기 발판 스위치가 온(ON)인 상태에서 상기 핸드피스(10)가 정상상태를 유지하는 동안만 상기 핸드피스(10)를 구동주파수로 PWM 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초음파 치석제거기는 핸드피스(10)가 있을 경우 공진주파수를 찾고, 공진주파수를 찾으면 이 공진주파수를 구동주파수로 설정한다. 즉, 상기 피드백 신호는 동작 초기에는 공진주파수 추적에 사용되고, 공진주파수를 찾은 후에는 상기 핸드피스(10)를 PWM 제어하기 위한 신호로 사용된다. 부하의 유무에 따라 이 피드백 신호의 값이 달라지며, 부하가 걸리면 피드백 신호의 레벨이 작아져 이를 보상해 주기 위해 펄스폭을 증대시킨다.
상기 공진주파수의 추적시 소정 주파수 대역에서 최소 임피던스에 해당하는 주파수를 공진주파수로 선택한다. 만약, 최소 임피던스가 존재하지 않으면 공진주파수를 못찾아 상기 구동회로부(30)의 데드타임제어(DTC)에 의해 핸드피스의 동작이 멈춘다.
한편, 상기 구동회로부(30)는 핸드피스(10)가 비정상상태라 판단되어 핸드피스(10) 및 물 펌프(40)의 동작을 중지시켰을 경우 상기 발판 스위치(70)를 다시 온(ON)함에 의해 동작을 초기화한다.
도 2 는 본 발명에 따른 초음파 치석제거기의 일 실시예에 따른 동작 흐름도이다.
본 발명에 따른 초음파 치석제거기의 동작을 도 2 를 참조하여 설명한다. 도면에 도시한 바와같이, 이 실시예에 따른 초음파 치석제거기는 사용자가 초음파 치석제거기의 발판 스위치(70)를 밟으면 초음파 치석제거기의 구동회로부(30) 및 물 펌프(40)로 전원이 인가된다.
전원이 인가되면 초음파 치석제거기의 구동회로부(30)는 먼저, 출력되는 초음파(Ultrasonic)의 출력 파워 설정값을 검출한다.
즉, 초음파 치석제거기의 파워조절부(80)는 장치내에서 일종의 저항 역할을 하게 되므로, 이 파워조절부에 걸리는 전압을 측정하고 이 측정된 전압값에 따라 메모리에 저장된 레퍼런스 데이타와 비교하여 초음파 치석제거기에서 출력되는 초음파의 출력 파워 설정값 즉, 상기 파워조절부에 의해 설정된 값을 알아낸다.
상기 구동회로부(30)는 출력 파워 설정값에 따라 일정한 크기의 신호를 상기 핸드피스(10)로 입력하고, 상기 핸드피스(10)로부터 피드백(Feedback)되는 신호를 읽는다.
상기 구동회로부(30)는 발판스위치가 온(On)인 상테에서 초기 구동시에만 피드백(Feedback)되는 신호의 주파수 대비 임피던스 특성으로부터 공진주파수를 추적한다. 만일 공진주파수가 찾아지면 이후 피드백 신호는 핸드피스를 PWM 제어하기 위한 신호로 사용된다.
이 때, 상기 피드백(Feedback)되는 신호의 주파수 대비 임피던스 특성을 조사하여 소정 주파수 대역에서 최소 임피던스에 해당하는 주파수를 공진주파수로 선택한다.
좀더 구체적으로는, 소정 주파수 대역에서의 임피던스값이 소정 범위내에 존재하면 해당 주파수를 공진주파수로 선택한다.
도 3 은 핸드피스의 주파수 대비 임피던스 특성도의 일예이다.
도면에서 좌측은 무부하시, 우측은 부하가 걸렸을 경우(핸드피스가 치아에 닿았을 경우)를 도시한 것으로, 부하시에는 구동주파수(공진주파수 부근) 영역에서의 임피던스가 상승되었음을 알 수 있다. 이 임피던스 상승은 에너지 저하의 요인이 되므로 이 에너지 감소분을 보상해주기 위해서 상기 초음파 치석제거기의 구동회로부는 출력되는 신호의 펄스폭을 강제적으로 늘려서 즉, PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 신호를 출력한다.
본 발명에 따른 초음파 치석제거기는 상기 공진주파수의 검출 유무에 따라 핸드피스가 정상적으로 연결되었는지 비정상적으로 연결되었는지를 판단하게 된다. 그 이유는 핸드피스(10)는 초음파 치석제거기 전체적으로 볼때, 정상적으로 연결되었을 때 일종의 저항으로 작용하므로 고유의 주파수 대비 임피던스 특성을 가진다. 만일, 핸드피스(10)가 정상적으로 연결되지 않았을 경우 즉, 핸드피스(10)가 연결되지 않았거나 제대로 연결되지 않은 경우의 비정상상태시는 상기 고유의 주파수 대비 임피던스 특성과는 상이한 양상으로 나타나게 된다.
상기 구동회로부(30)는 공진주파수 검출시에는 핸드피스(10)의 정상상태로 판단하여 검출된 공진주파수를 핸드피스(10)의 구동주파수로 설정한다. 그 이유는 핸드피스가 공진주파수 대역에서 최대의 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 따라서, 핸드피스의 구동주파수와 공진주파수를 일치시키는 것이 바람직하며, 이를위해 주파수 대비 임피던스 특성으로부터 공진주파수를 구하여 이를 핸드피스의 구동주파수로 설정한다.
이 때, 상기 구동회로부(30)는 상기 발판 스위치(70)가 온(ON)인 상태에서 상기 핸드피스(10)가 정상상태를 유지하는 동안 즉, 핸드피스(10)가 정상적으로 연결된 동안에는 주기적으로 상기 핸드피스(10)로부터 피드백(Feedback)되는 신호로부터 얻어지는 주파수 대비 임피던스 특성을 통해 핸드피스(10)가 정상상태인지를 판단한다.
상기 구동회로부(30)는 공진주파수 비검출시에는 핸드피스(10)의 비정상상태로 판단하여 핸드피스(10)의 동작을 중지시키는 제어신호를 상기 핸드피스(10)로 출력하여 데드 타임 제어(DTC : Dead Time Control)한다.
동시에, 종래와는 달리 상기 물 펌프(40)의 솔레노이드밸브(41)로 물 펌프(40)의 동작을 중지시키는 제어신호를 출력한다.
즉, 상기 구동회로부(30)는 상기 핸드피스(10)가 비정상상태를 유지하는 동안 즉, 핸드피스(10)가 정상적으로 연결되지 않은 동안에는 본 발명에 따른 초음파 치석제거기의 동작이 초기화 될때까지 상기 핸드피스(10) 및 물 펌프(40)의 동작을 중지시킨다.
따라서, 본 발명에 따른 초음파 치석제거기는 핸드피스(10)가 비정상상태시 핸드피스(10)와 물 펌프(40)의 구동을 동시에 멈추도록 제어하여 전기 노출 위험이 거의 없어 안전사고 및 불필요한 물의 분사를 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 구동회로부(30)는 핸드피스(10)가 비정상상태라 판단되어 핸드피스(10) 및 물 펌프(40)의 동작을 중지시켰을 경우 상기 발판 스위치(70)를 다시 온(ON)함에 의해 동작을 초기화하여 상기의 동작을 반복한다.
본 발명에 따른 초음파 치석제거기는 상기 발판 스위치(70)에 의해 조작 구동되는 구동회로부(30)를 통한 핸드피스(10) 구동과, 물 펌프(40) 구동 동작은 원칙적으로 핸드피스가 정상적으로 연결된 상태를 유지하는 동안은 독립적이다.
그러나, 핸드피스가 정상적으로 연결되지 않았을 경우에는 상기 물 펌프의 구동 동작은 상기 구동회로부에 의해 제어되어 그 구동이 중지되게 된다.
따라서, 위와같이 함에 의해 상기에서 제시한 본 발명에 따른 초음파 치석제거기의 목적을 달성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와같은 본 발명에 따른 초음파 치석제거기는 핸드피스가 정상적으로 연결되지 않았을 경우 데드 타임 제어(Dead Time Control)를 행하여 핸드피스 및 물 펌프의 동작을 중지시켜 안전사고 및 불필요한 물의 분사를 방지할 수 있는 유용한 효과를 가진다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
도 1 은 초음파 치석제거기의 장치 개요도
도 2 는 본 발명에 따른 초음파 치석제거기의 일 실시예에 따른 동작 흐름도
도 3 은 핸드피스의 주파수 대비 임피던스 특성도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 핸드피스 20 : 리드와이어
30 : 구동회로부 40 : 물 펌프
50 : 튜브 60 : 케이블
70 : 발판 스위치 80 : 파워조절부

Claims (4)

  1. 기계적 진동에 의해 초음파를 생성하되, 그 끝단에 치석제거시 초음파를 출력하고, 물을 분사하는 팁(Tip)이 결합되는 핸드피스(Hand piece)와;
    상기 핸드피스의 구동을 제어하는 구동회로부(Control circuit unit)와;
    상기 핸드피스로 물을 전달하되, 물 전달 동작을 온/오프하기 위한 솔레노이드밸브와, 전달되는 물의 량을 제어하기 위한 유량조절밸브를 포함하는 물 펌프(Water pump)와;
    상기 물 펌프내의 물을 상기 핸드피스로 전달하는 경로인 튜브(Tube)와;
    상기 구동회로부로부터 출력되는 제어신호를 상기 핸드피스로 전달하는 케이블(Cable)과;
    상기 구동회로부 및 물 펌프의 동작을 조작하는 발판 스위치(Foot switch)와;
    상기 핸드피스에 의해 생성되는 초음파의 파워를 조절하는 파워조절부(Volume control unit)를;
    포함하는 초음파 치석제거기에 있어서,
    상기 구동회로부가:
    상기 핸드피스로부터 피드백(Feedback)되는 신호의 주파수 대비 임피던스 특성으로부터 공진주파수를 추적하여 공진주파수 검출시에는 핸드피스의 정상상태로 판단하여 검출된 공진주파수를 핸드피스의 구동주파수로 설정하고, 공진주파수 비검출시에는 핸드피스의 비정상상태로 판단하여 상기 핸드피스 및 물 펌프의 솔레노이드밸브로 핸드피스 및 물 펌프의 동작을 중지시키는 제어신호를 각각 출력하는 것을 특징으로 하는 초음파 치석제거기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동회로부가 상기 발판 스위치가 온(ON)인 상태에서 상기 핸드피스가 정상상태를 유지하는 동안만 상기 핸드피스를 구동주파수로 PWM 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 치석제거기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구동회로부가 핸드피스가 비정상상태라 판단되어 핸드피스 및 물 펌프의 동작을 중지시켰을 경우 상기 발판 스위치를 다시 온(ON)함에 의해 동작을 초기화하는 것을 특징으로 하는 초음파 치석제거기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공진주파수의 추적시 소정 주파수 대역에서 최소 임피던스에 해당하는 주파수를 구동주파수로 선택하는 것을 특징으로 하는 초음파 치석제거기.
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