KR100843070B1 - 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스 - Google Patents

Abstract

핸드피스의 사용 시에 발생되는 소음의 원인에 대한 대책을 제시하여 보다 정숙한 조건에서 핸드피스의 사용이 가능토록 한 치과용 핸드피스가 게시된다. 상기 치과용 핸드피스는 이중 동심원 형태의 압축공기 공급관로, 공기터빈 블레이드 간의 확장부재, 핸드피스 몸체 내부에 설치되는 흡음재, 능동소음제어시스템의 액추에이터와 센서를 탈착 가능토록 설치하기 위한 설치부 및 상기 액추에이터와 센서의 신호를 전달하기 위하여 핸드피스 몸체 내부에 설치되는 전선을 포함한다. 상기 치과용 핸드피스는 사용 중에 필연적으로 발생하는 난류소음과 가공소음을 감소시키기 위하여 압축공기 공급관로를 이중동심원으로 설치하고 흡음재를 삽입하며 능동소음제어를 적용하면 일반적인 핸드피스를 사용하는 것에 비하여 보다 조용한 환경에서 치료를 수행할 수 있다.

핸드피스, 난류, 가공, 소음, 소음제어

Description

소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스{A DENTAL HANDPIECE HAVING ANTI-NOISE DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 치과용 핸드피스의 부분 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 치과용 핸드피스 가운데 손잡이부의 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시한 치과용 핸드피스 가운데 공기터빈의 사시도이다.

도 4는 도 1에 도시한 치과용 핸드피스 가운데 능동소음제어장치 및 제어부의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100：핸드피스 105：손잡이부

110：헤드부 115：공기터빈

120：능동소음제어장치 125：제어부

130：고압관 135：저압관

140：배출관 145：냉각수관

150：전선부 155：흡음재층

160：날개 165：확장부재

170：몸체 175：스피커

180：마이크 185：소음 분석부

190：소음 출력부

본 발명은 방음장치를 갖춘 치과용 핸드피스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 핸드피스의 사용 시에 발생되는 소음의 원인에 대한 대책을 제시하여 보다 정숙한 조건에서 핸드피스의 사용이 가능토록 한 치과용 핸드피스에 관한 것이다.

압축공기를 작동유체로 공기터빈(air turbine)을 회전시켜 절삭에 필요한 토크를 얻는 일반적인 치과용 핸드피스는 200,000rpm 이상의 고속으로 회전하기 때문에 소음의 발생은 필연적이다. 조사한 바에 따르면 이러한 소음은 80dB를 넘는 것이 보통으로, 이러한 정도의 음압레벨(sound pressure level)은 이러한 소음에 노출되는 환자 또는 치과의사들로 하여금 청력손실의 가능성을 유발한다. 또한, 이러한 소음은 치과의사들로 하여금 고도의 집중력이 요구되는 치료행위의 효과를 반감시키는 원인이 될 뿐만 아니라, 매일 일정시간 이상 이러한 소음에 반복적으로 노출되는 치과의사들은 지속되는 청력손실의 누적으로 인하여 완전한 청력손상의 가능성도 배제할 수 없다.

따라서 이와 같은 문제의 해결을 위하여 몇 가지 방법들이 제안된바 있으나 핸드피스 소음의 각종 원인에 대한 소음감소 대책을 모두 고려하지 않은 것이 대부분으로 소음감소 효과가 그리 크지 않을 것으로 예상된다.

치과용 핸드피스의 소음원인은 크게 세 가지로 나눌 수 있는데, 첫 번째 원인은 압축공기가 압축공기 공급관로를 통하여 공기터빈 블레이드(air turbine blade)로 분출될 때 급작스런 유동조건의 변화에 의하여 생성된 난류(turbulent flow)로 인하여 발생되는 난류소음(turbulent noise)이며, 두 번째 원인은 공기터빈의 고속회전에 의한 진동에 기인하여 발생된 고체음(structure borne noise)이며, 세 번째 원인은 치아 가공공구가 치아를 가공하는 동안 발생되는 가공소음(cutting noise)이다.

지금까지 제안된 핸드피스 소음감소 방안으로 앞서 열거한 핸드피스 소음원인 가운데 고체음을 감소시키기 위하여 방진지지(resilient mounting)를 설치하는 것에 대한 방법이 주로 제안되었고, 난류소음 및 가공소음에 대한 대책은 아직 제안된 바가 없는 실정이다.

따라서 본 발명의 일 목적은 치과용 핸드피스에 공급되는 압축공기에 의한 난류소음의 크기를 결정하는 압축공기 속도분포를 변화시키고 생성되는 난류의 주기를 불규칙하게 하여 생성된 난류를 서로 상쇄시켜 난류소음을 감소시키고 또한 핸드피스 몸체 내부에 흡음재를 설치함으로서 핸드피스 내부에서 발생된 고주파 성분의 난류소음이 핸드피스 외부로 전달되는 것을 최소화 할 수 있는 소음감소장치 를 구비한 치과용 핸드피스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 치아 가공시 발생하는 가공소음과 반대되는 위상을 갖는 소음을 인위적으로 발생시켜 두 소음의 소멸간섭에 의하여 소음을 감소시키는 능동소음제어(active noise control)가 가능한 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 헤드부, 손잡이부 및 상기 헤드부의 내부에 설치되며 적어도 2개 이상의 날개를 갖는 공기터빈을 포함하는 치과용 핸드피스에 있어서 상기 손잡이부의 내부에 결합되어 2kg/㎠ 이상의 압력을 갖는 고압의 압축공기를 상기 헤드부로 공급하는 원통형의 고압관 및 상기 고압관의 외측에 상기 고압관과 동심원 형태로 결합되어 상기 고압관을 통하여 공급되는 상기 고압의 압축공기 보다 낮은 압력을 갖는 저압의 압축공기를 상기 헤드부로 공급하는 원통형의 저압관을 포함하는 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스가 제공된다.

바람직하게는, 상기 손잡이부 및 헤드부에는 적어도 하나 이상의 흡음재층이 삽입된다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 헤드부 및 손잡이부를 포함하는 치과용 헨드피스에 있어서 상기 헤드부의 일측에 결합되는 몸체, 상기 몸체 내부에 상기 헤드부에 인접하게 설치되며, 치아 가공시 발생하는 소음을 검출하는 마이크, 상기 몸체 내부 일측에 설치되며, 치아 가공시 발생하는 상기 소음과 크기는 갖고 위상이 반대인 상쇄 소음을 출력하는 스피커 및 상기 핸드피스의 외부에 설치되고, 상기 손잡이부의 내부를 통하여 상기 마이크 및 스피커와 전기적으로 연결되어 상기 마이크에서 검출된 소음의 크기 및 주파수를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 소음과 크기가 갖고 위상이 반대인 신호를 생성하여 상기 신호를 상기 스피커로 전송하는 제어부를 포함하는 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스가 제공된다.

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바람직하게는, 상기 공기터빈의 각 날개 사이에는 날개와 수직한 방향으로 연장되도록 형성되며, 상기 고압관 및 저압관을 통하여 상기 공기터빈으로 공급되는 상기 고압의 압축공기 및 저압의 압축공기에 의한 난류를 상호 상쇄하여 난류에 의한 소음을 감소시키는 확장부재를 더 포함한다.

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본 발명에 따른 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스에 의하면, 치과용 핸드피스에 공급되는 압축공기에 의한 난류소음의 주파수 범위를 감쇠가 용이한 고주파 영역을 갖도록 유동조건을 형성하고 핸드피스 몸체 내부에 흡음재를 설치함으로서 핸드피스 내부에서 발생된 고주파 성분의 난류소음이 핸드피스 외부로 전달되는 것을 최소화 할 수 있다. 또한, 치아 가공시 발생하는 가공소음과 반대되는 위상을 갖는 소음을 인위적으로 발생시켜 두 소음의 소멸간섭에 의하여 소음을 감소시키는 능동소음제어가 가능하게 된다. 따라서 상기 치과용 핸드피스는 종래 핸드피스에 비하여 발생하는 소음이 적으므로 환자나 치과의사의 청력손상의 가능성을 줄일 수 있으며, 보다 정숙한 환경에서 치료를 수행할 수 있으므로 치과의사의 집중력 향상에 의한 치료효과 증대를 기대할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스를 상세하게 설명하지만 본 발명이 하기의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 치과용 핸드피스의 부분 단면도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1에 도시한 치과용 핸드피스 가운데 손잡이부의 단면도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 핸드피스(100)는 손잡이부(105), 헤드부(110), 공기터빈(115), 능동소음제어장치(120) 및 제어부(125)를 포함한다.

상기 손잡이부(105)의 내부에는 핸드피스(100)의 외부로부터 공급되는 고압의 압축공기를 헤드부(110)로 공급하여 공기터빈(115)을 회전시키는 원통형의 고관(130)이 설치되며, 고압관(130)의 외측에는 핸드피스(100)의 외부로부터 공급되는 저압의 압축공기를 헤드부(110)로 공급하여 공기터빈(115)을 회전시키는 저압관(135)이 고압관(130)과 동심원 형태로 설치된다. 이 때, 저압관(135)의 외부 일측에는 고압관(130) 및 저압관(135)을 통하여 헤드부(110)로 공급된 압축공기를 다시 외부로 배출하기 위한 배출관(140)이 설치된다. 또한, 저압관(135)의 외부 타측에는 상기 압축공기에 의하여 고속으로 회전하는 공기터빈(115)을 냉각시키기 위하여 핸드피스(100)의 외부로부터 냉각수가 공급되는 냉각수관(145)이 설치된다. 더욱이, 손잡이부(105)의 내부에는 능동소음제어장치(120)와 제어부(125)를 전기적으로 연결하기 위한 전선부(150)가 설치된다.

핸드피스(100)의 구동에 사용하는 통상적인 압축공기 발생장치(도시되지 않음)에 발생된 압축공기가 헤드부(110)의 공기터빈(115)으로 분출되면, 난류가 형성되어 난류소음이 발생하게 된다. 이 때, 상기 압축공기를 고압과 저압으로 분리하여 상기 고압 및 저압의 압축공기를 각기 고압관(130) 및 저압관(135)을 통하여 헤드부(110)의 공기터빈(115)으로 분출하게 되면 난류 형성에 의한 상기 난류소음이 크게 감소하게 된다. 다시 설명하면, 난류소음의 크기는 유체가 배출되는 배출구에서의 유체의 속도크기와 속도분포에 따라 결정된다. 즉, 속도의 크기가 클수록 그리고 속도구배가 클수록 난류소음은 커지게 되는데, 고압관(130) 및 저압관(135)을 통하여 고압 및 저압의 압축공기를 각기 공급하게 되면 상기 압축공기가 배출되는 고압관(130) 및 저압관(135)의 끝단에서의 속도구배가 통상적인 핸드피스에서의 속도구배에 비하여 완만하게 형성되어 난류소음이 감소하게 된다.

또한, 손잡이부(105) 및 헤드부(110)의 내측에는 흡음재층(155)을 형성하여, 압축공기의 유동에 의한 난류소음 및 공기터빈(115)의 회전에 의한 소음을 흡수하여 손잡이부(105) 및 헤드부(110)의 외부로 방사되는 소음을 감쇠시킬 수 있도록 한다.

상기 능동소음제어장치(120)는 압축공기의 유동에 의한 난류소음, 공기터빈(115)의 회전에 의한 소음 및 핸드피스(100)를 이용하여 치아 가공시 발생하는 가공소음을 능동제어 하기 위하여 헤드부(110)의 일측에 결합된다. 이 때, 능동소음제어장치(120)를 제어하는 제어부(125)는 핸드피스(100)의 외부에 별도로 구비되며, 손잡이부(105)의 내부에 설치된 전선부(150)를 통하여 서로 연결된다.

도 3은 도 1에 도시한 치과용 핸드피스 가운데 공기터빈의 사시도를 도시한 것이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 공기터빈(115)은 적어도 두개 이상의 날개를 갖는 형태로 형성된다.

이 때, 각 날개(160)의 사이에는 날개(160)와 수직한 방향으로 소정 크기를 갖는 확장부재(165)가 형성된다. 바람직하게는, 확장부재(165)는 고압관(130) 및 저압관(135)의 중심축에 일치하는 높이에 위치하도록 형성된다. 즉, 고압관(130) 및 저압관(135)을 통하여 고압 및 저압의 압축공기가 공기터빈(115)으로 공급될 경 우 확장부재(165)에 의하여 난류가 불규칙적으로 생성되며, 상기와 같이 불규칙한 난류는 상호 상쇄효과를 발생시키게 되어 난류소음이 감소하게 된다.

도 4는 도 1에 도시한 치과용 핸드피스 가운데 능동소음제어장치 및 제어부의 동작을 설명하기 위한 블록도를 도시한 것이다.

도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 능동소음제어장치는 몸체(170), 스피커(175) 및 마이크(180)를 포함하며, 상기 제어부(125)는 소음 분석부(185) 및 소음 출력부(190)를 포함한다.

능동소음제어란 소음의 음파(sound wave)와 크기는 같고 위상이 반대인 음파를 인위적으로 발생시켜 음파의 중첩 원리에 의하여 소음을 제거하는 것을 말하며, 상기 능동소음제어의 구현을 위한 알고리듬 또한 다양한 분야에 많이 적용되고 있다.

상기 몸체(170)는 헤드부(110)의 일측에 결합된다. 이 때, 몸체(170)의 내부 일측에는 스피커(175)가 설치되며, 마이크(180)는 헤드부(110)에 인접하도록 몸체(170)의 내부에 설치된다. 또한, 스피커(175) 및 마이크(180)는 손잡이부(105)의 내부에 설치된 전선부(150)를 통하여 핸드피스(100)의 외부에 별도로 구비된 제어부(125)와 전기적으로 연결된다.

상기 마이크(180)는 핸드피스(100)를 이용하여 치아의 절삭과 같은 작업을 수행할 경우에 발생하는 가공소음의 음파를 검출하여 전기신호로 바꾸어 전선부(150)를 통하여 제어부(125)의 소음 분석부(185)로 전송한다. 상기 소음 분석부(185)는 마이크(180)로부터 전송된 신호를 분석 및 연산하게 된다. 이어서, 소 음 출력부(190)는 소음 분석부(185)에서 분석 및 연산된 결과에 따라 상기 가공소음과 크기가 같고 위상이 반대인 신호를 출력하게 된다. 계속하여, 소음 출력부(190)에서 출력된 신호는 전선부(150)를 통하여 스피커(175)로 전송되며, 스피커(175)를 통하여 상기 가공소음을 상쇄시키기 위한 소음으로 출력된다. 이 때, 스피커(175)에서 생성된 소음은 마이크(180)에서 측정된 가공소음의 피크 값(peak value)을 갖는 주파수 성분을 상쇄시킬 수 있도록 함으로서 소음 분석부(185)의 분석 및 연산 속도를 단축시킬 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스에 의하면, 치과용 핸드피스에 공급되는 압축공기에 의한 난류소음의 주파수 범위를 감쇠가 용이한 고주파 영역을 갖도록 유동조건을 형성하고 핸드피스 몸체 내부에 흡음재를 설치함으로서 핸드피스 내부에서 발생된 고주파 성분의 난류소음이 핸드피스 외부로 전달되는 것을 최소화 할 수 있다. 또한, 치아 가공시 발생하는 가공소음과 반대되는 위상을 갖는 소음을 인위적으로 발생시켜 두 소음의 소멸간섭에 의하여 소음을 감소시키는 능동소음제어가 가능하게 된다. 따라서 상기 치과용 핸드피스는 종래 핸드피스에 비하여 발생하는 소음이 적으므로 환자나 치과의사의 청력손상의 가능성을 줄일 수 있으며, 보다 정숙한 환경에서 치료를 수행할 수 있으므로 치과의사의 집중력 향상에 의한 치료효과 증대를 기대할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스에 대해 설명 및 도시하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되지 않고 하기의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경 실시함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

1. 헤드부, 손잡이부 및 상기 헤드부의 내부에 설치되며 적어도 2개 이상의 날개를 갖는 공기터빈을 포함하는 치과용 핸드피스에 있어서,

   상기 손잡이부의 내부에 결합되어 2kg/㎠ 이상의 압력을 갖는 고압의 압축공기를 상기 헤드부로 공급하는 원통형의 고압관; 및

   상기 고압관의 외측에 상기 고압관과 동심원 형태로 결합되어 상기 고압관을 통하여 공급되는 상기 고압의 압축공기 보다 낮은 압력을 갖는 저압의 압축공기를 상기 헤드부로 공급하는 원통형의 저압관을 포함하는 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 손잡이부 및 헤드부에는 적어도 하나 이상의 흡음재층이 삽입되는 것을 특징으로 하는 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스.
3. 헤드부 및 손잡이부를 포함하는 치과용 헨드피스에 있어서,

   상기 헤드부의 일측에 결합되는 몸체;

   상기 몸체 내부에 상기 헤드부에 인접하게 설치되며, 치아 가공시 발생하는 소음을 검출하는 마이크;

   상기 몸체 내부 일측에 설치되며, 치아 가공시 발생하는 상기 소음과 크기는 갖고 위상이 반대인 상쇄 소음을 출력하는 스피커; 및

   상기 핸드피스의 외부에 설치되고, 상기 손잡이부의 내부를 통하여 상기 마이크 및 스피커와 전기적으로 연결되어 상기 마이크에서 검출된 소음의 크기 및 주파수를 분석하고, 상기 분석 결과에 따라 상기 소음과 크기가 갖고 위상이 반대인 신호를 생성하여 상기 신호를 상기 스피커로 전송하는 제어부를 포함하는 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스.
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5. 제 1 항에 있어서,

   상기 공기터빈은 공기터빈의 각 날개 사이에는 날개와 수직한 방향으로 연장되도록 형성되며, 상기 고압관 및 저압관을 통하여 상기 공기터빈으로 공급되는 상기 고압의 압축공기 및 저압의 압축공기에 의한 난류를 상호 상쇄하여 난류에 의한 소음을 감소시키는 확장부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소음감소장치를 구비한 치과용 핸드피스.
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