KR101081769B1

KR101081769B1 - 소형 공압 의료 장치 및 그 어댑터

Info

Publication number: KR101081769B1
Application number: KR1020080138126A
Authority: KR
Inventors: 임중연; 김용원
Original assignee: 동국대학교 산학협력단
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2011-11-09
Also published as: KR20100079593A; WO2010076957A1

Abstract

본 발명은 현재 일반적으로 사용되는 추진 터빈 공압 핸드피스와 관련하여, 실질적인 소음 감소를 나타내는 반면 의료용 버에 대해서는 충분한 토크를 제공하는 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은, 챔버를 구비한 하우징과, 축회전하도록 하우징 내에 설치되는 허브와, 상기 축에 실질적으로 직교하며, 상기 허브에 연결되어진 복수개의 디스크를 포함하되, 상기 하우징은 버를 수용하기 위해 축을 따르는 단부홀을 형성함과 아울러 유체가 축에 대해 실질적으로 접선방향을 이루며 챔버로 유입되도록 안내하는 입력포트를 형성하고, 상기 허브는 버와의 선택적인 맞물림을 위한 축방향 채널을 형성하며, 상기 복수개의 디스크들과 유체 사이에서의 경계층 효과의 작용력은 허브와 버가 축 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치가 제공된다.

소형, 공압, 의료, 치과, 어댑터, 경계층, 디스크, 유체

Description

소형 공압 의료 장치 및 그 어댑터{SMALL SIZE MEDICAL APPARATUS USING AIR PRESSURE AND ADAPTOR THEREOF}

본 발명은 공압의 소형 의료 장치에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 공압의 치과 핸드피스에 의해 야기되는 소음 감소를 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 작동 소음 저감을 위하여 공기 유체에서 버로의 에너지 전달에 있어서의 경계층 효과를 활용하는 공압의 치과 핸드피스에 특히 유용하지만 반드시 이에 한정되지 않는다.

주지된 바와 같이, 치과의사들은 종종 드릴(drill)이나 버(bur)가 회전하는 핸드피스를 이용하여 드릴링(drilling)과 버핑(buffing)과정을 수행한다.

또한, 외과의(外科醫)는 비(非)-치과적 수술을 위해서 유사한 핸드피스를 사용한다. 통상, 이러한 핸드피스는 전기 혹은 공압에 의해 동력을 얻는다. 여러가지 이유로, 공압 핸드피스가 치과의와 외과의들에 의해 일반적으로 선호된다.

하지만, 일반적으로 공압 핸드피스는 사용시에 높은 피치(pitch)의 소음을 만들어내게 되고, 이는 종종 치료 도중에 환자의 신경을 건드려 초조하게 만든다.

특히, 이러한 공압 핸드피스는 압축된 공기 유체와 로터 사이간의 충격작용 에 의존하는 추진 터빈을 사용한다. 그 결과, 이러한 공압 핸드피스는 귀청을 찢는 고 피치의 노이즈를 임의의 회전속도에서 다양하게 발생시킨다.

조작하는 사람에게 있어서는, 오랜동안 이러한 높은 노이즈 레벨에 노출될 경우 영구 청각 손실을 야기할 수 있다. 사실상, 이러한 고 피치의 노이즈와 관련된 직업상의 위험 가능성에 관해 최근 치과의사들과 치위생사들 사이에서 논의가 이루어지고 있다.

그럼에도 불구하고, 공압 핸드피스는 소형이면서 고 토크를 전달하는 성능상의 잇점으로 인해 실체 치과 치료에 여전히 선호되고 있다.

상기한 관점에서, 본 발명은 현재 일반적으로 사용되는 추진 터빈 공압 핸드피스와 관련하여, 실질적인 소음 감소를 나타내는 반면 의료용 버에 대해서는 충분한 토크를 제공하는 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. 보다 상세하게는, 현재의 추진 터빈 핸드피스와 관련하여, 자유 회전 상태에서 12 내지 15 데시벨 감소를, 부하 상태에서는 8 내지 10의 데시벨 감소를 나타내는 치과용 핸드피스를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 전체 운전 속도에서 위험한 노이즈 부산물을 제거한 공압 핸드피스를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 임의의 로터 면에의 유체의 충돌에 앞서 공기 유체로부터 다수개의 디스크로 에너지를 전달하는 치과용 핸드피스를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 공기 유체에서 회전 버로의 에너지 전달에 있어서 경계층 효과를 활용하는 치과 핸드피스를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 현저히 감소된 소음 레벨에서 요구되는 최소 파워 레벌을 생산하기 위해 특정된 공기 회로에서 회전을 위해 장착된 복수개의 얇은 디스크들을 채용한 공압 핸드피스를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 쉽게 실시할 수 있고, 사용이 간편하고, 상대적으로 비용면에서 효율적인 치과용 핸드피스를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 챔버를 구비한 하우징과, 축회전하도록 하우징 내에 설치되는 허브와, 상기 축에 실질적으로 직교하며, 상기 허브에 연결되어진 복수개의 디스크를 포함하되, 상기 하우징은 버를 수용하기 위해 축을 따르는 단부홀을 형성함과 아울러, 유체가 축에 대해 실질적으로 접선방향을 이루며 챔버로 유입되도록 안내하는 입력포트를 형성하고, 상기 허브는 버와의 선택적인 맞물림을 위한 축방향 채널을 형성하며,상기 복수개의 디스크들과 유체 사이에서의 경계층 효과의 작용력은 허브와 버가 축 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치가 제공된다.

전술한 구성에 있어서, 상기 하우징은 축 주위로 기부측 개구를 형성하고, 상기 허브는 버와의 맞물림을 위한 기부측 개구에 위치하는 기부측 맞물림부 및 버와의 맞물림을 위한 단부측 개구에 위치하는 단부측 맞물림부를 맞물림부를 포함하며, 버와 기부측 맞물림부를 상호 결합시키는 척과, 기부측 맞물림부에 장착되는 로터와, 기부측 개구에 장착되는 스테이터와, 기부측 개구내에서의 버의 회전을 돕기위해 기부측 로터와 기부측 스테이터 사이에 장착되는 복수개의 베어링과, 단부측 맞물림부재에 장착되는 로터와, 단부측 개구상에 장착되는 스테이터와, 단부측 개구내에서의 버의 회전을 돕기위해 단부측 로터와 단부측 스테이터 사이에 장착되는 복수개의 베어링을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 상기 하우징은 단부측 케이싱과 기부측 케이싱으로 형성되고, 상기 단부측 케이싱은 단부측 개구와 입력포트 및 배출포트를 형성 하며, 상기 기부측 케이싱은 기부측 개구를 형성하며, 상기 단부측 케이싱과 기부측 케이싱은 결합하여 챔버를 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 각 디스크는 기부측 및 단부측 표면을 가지며, 상기 표면들은 경계층 효과의 증대를 위해 거친 표면으로 된 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 각 디스크는 모서리가 깎인 아웃터에지를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 인접하는 디스크들의 각 쌍들 사이에는 갭이 형성되고, 유체는 입력포트로 부터 상기 갭으로 유입된 다음, 하우징에 형성된 배출포트를 통해서 챔버 밖으로 빠져나가게 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 각 디스크는 허브에 직접적으로 장착되고, 상기 입력포트와 배출포트는 축에 대해 수직한 반경방향의 동일 면상에 구비되며, 유체는 입력포트로부터 각 갭속으로 반경방향으로 유동하고 나서, 각 갭과 배출포트의 반경방향 밖으로 나가는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 상기 복수개의 디스크는 기부측 디스크, 단부측 디스크 및 이들 사이에 등간격으로 위치하는 중간부 디스크를 포함하며, 기부측 헤드스페이스는 기부측 디스크와 하우징 사이의 챔버내에 구비되고, 단부측 헤드스페이스는 단부측 디스크와 하우징 사이의 챔버 내에 구비됨을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 상기 허브는 버로 부터 이격되어 그 사이에 중앙공간을 형성하는 중간부를 포함하고, 상기 허브의 중간부에는 갭들과 중앙공간을 상호연결함과 아울러 입력포트로부터 상기 디스크 갭을 통과하여 반경방향 내측으 로 유동하고, 상기 중앙공간을 지나서 배출포트로 가는 유동경로가 만들어지도록 중앙공간과 헤드스페이스를 상호 연결하는 적어도 하나의 통로가 형성되는 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 각 디스크의 중앙공간은 디스크 외경의 약 25% 내지 75%의 직경을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 적어도 두개의 디스크는 허브에 직접적으로 장착되고, 나머지 디스크들은 직접 허브에 장착된 디스크를 통해서 허브에 연결되며, 중앙공간은 허브와 나머지 디스크들 사이에 구비되고, 입력포트로부터 상기 디스크 갭을 통과하여 반경방향 내측으로 유동한 다음 상기 중앙공간을 지나서 배출포트로 가는 유동경로가 만들어지도록, 직접적으로 장착된 디스크들에는 중앙공간과 적어도 하나의 헤드스페이스를 상호 연결되도록 하는 적어도 하나의 통로가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 상기 각 디스크의 중앙공간은 디스크 외경의 약 35% 내지 75%의 직경을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 상기 허브는 원통형인 중앙부와, 디스크들과 허브의 상기 중앙부를 상호 결합시키는 복수개의 베인을 구비한 외측부를 포함하며, 각 베인은 허브와 버의 회전력을 증가시키기 위해 갭을 통한 반경방향의 유체 유동에 기인한 충돌을 위한 표면을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 전술한 구성에 있어서, 인접 베인의 각 쌍 사이에는, 입력포트로부터 상기 디스크 갭들을 통과하여 반경방향 내측으로 유동한 다음 각각의 통로를 지나 서 배출포트로 가는 유동경로가 만들어지도록, 디스크 갭들로부터 허브의 중앙부에 이르는 통로가 형성됨을 특징으로 하는 소형 의료 장치.

또한, 전술한 구성에 있어서, 상기 각 디스크의 내경은 디스크 외경의 약 45% 내지 85%의 직경을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 공압으로 버를 축회전시키는 소형 의료 장치에 있어서, 챔버를 구비하는 하우징과, 축회전하도록 하우징내에 장착되는 허브와, 허브와 버를 맞물리게 하는 수단과, 상호간에 갭을 가지며 허브에 연결되어지는 실질적으로 평면인 복수개의 디스크와, 챔버로의 유체 유동을 실질적으로 축에 접선인 방향으로 안내하기 위한 수단을 포함하되, 상기 하우징은 버를 수용하는 단부측 개구를 구비하고, 상기 각 디스크는 실질적으로 축에 대해 직교하는 아웃터에지를 가지며, 상기 디스크들과 각 갭들을 지나는 유체 사이의 경계층 효과의 작용력은 허브와 버가 축회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치용 어댑터가 제공된다.

전술한 구성에 있어서, 상기 디스크는, 디스크의 아웃터에지로부터 중앙공간으로의 나선형 유동로를 만들기 위해 축 주위에 집중된 중앙공간을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한 전술한 구성에 있어서, 상기 디스크는 인너에지를 구비하며, 상기 허브는 원통형인 중앙부와, 디스크들과 허브의 상기 중앙부를 상호 결합시키는 복수개의 베인을 구비한 외측부를 포함하며, 각 베인은 허브와 버의 회전력을 증가시키기 위해 갭을 통한 반경방향의 유체 유동에 기인한 충돌을 위한 표면을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 실질적인 소음 감소를 나타내는 반면 의료용 버에 대해서는 충분한 토크를 제공하는 의료용 핸드피스 장치를 제공할 수 있다.

보다 상세하게는, 자유 회전 상태에서 12 내지 15 데시벨 감소를, 부하 상태에서는 8 내지 10의 데시벨 감소를 나타내는 치과용 핸드피스를 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 전체 운전 속도에서 위험한 노이즈 부산물을 제거한 공압 핸드피스를 제공할 수 있으며, 쉽게 실시할 수 있고, 사용이 간편하고, 상대적으로 비용면에서 효율적인 치과용 핸드피스를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명 그 자체에 더하여, 본 발명의 구성과 작용 등 본 발명의 신규한 특징들은 상세한 설명과 이와 관련된 참조 도면으로부터 잘 이해되어질 것이며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 참조 부호가 부여된다.

먼저, 도 1을 참조하면, 소형 공압 핸드피스는 부호 10으로 나타내어져 있다. 상기 핸드피스는 치과의사가 환자(14)에 대해 치과적 의료행위를 수행하기 위해 사용되어지는 치과용 핸드피스이다.

기존의 공압 핸드피스처럼, 본 발명의 핸드피스(10)는 유체라인(20)을 통한 공압유체의 공급을 위해 압축되어진 유체 소스에 연결되어져 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명 핸드피스(10)의 구조는 보다 분명히 설명된다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 핸드피스(10)는 유체라인(20)을 수용하기 위한 내부공 간(24)을 가지는 손잡이부(22)를 포함한다. 또한, 상기 핸드피스(10)는 상기 내부공간(24)과 연통하는 실린더형 챔버(28)를 형성하는 하우징(26)을 포함한다.

구조 개선을 위하여, 상기 하우징(26)은 현재의 손잡이부(22)에 부착되도록 준비되어진다. 그렇지 않으면, 핸드피스(10)는 전용의 손잡이부(22)와 하우징(26)으로 만들어질 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 챔버(28)는 축(30)을 정의하며, 상기 챔버(28)는 치과적 치료의 수행을 위해 축(30)에 대해 회전하는 드릴 또는 버(32)를 수용한다.

도 3은 본 발명 핸드피스의 내부 구조를 보여주는 것으로서, 하우징(26)은 선택적인 결합을 위해 서로 대응하는 나사산(38)을 포함하는 기부측 케이싱(34)과 단부측 케이싱(36)을 포함한다.

두 케이싱(34)(36)은 챔버(28)를 형성하며, 기부측 케이싱(34)에는 축(30)에 대해 센터가 맞추어진 개구(40)가 형성된다. 마찬가지로 단부측 케이싱(36)에는 축(30)에 대해 센터링된 개구(42)가 형성된다.

또한, 단부측 케이싱(34)에는 실질적으로 축에 접선 방향으로 작용하도록 챔버(28)속으로 유체(18)를 분사하기 위해 내부공간(24)와 연통된 입력포트(44)가 형성된다.

또한, 단부 케이싱(36)의 상기 입력포트(44)에 대해 축방향으로 360도 약간 못미친 위치에 배출포트(46)가 구비된다. 본 실시예에서 입력포트(44)와 배출포트(46)는 축에 대해 수직한 방향으로, 동일 방사상 평면(48)에 위치되어진다.

도 3에 도시된 바와 같이, 핸드피스(10)는 챔버(28)내에 장착되어 축(30) 둘레로 회전하는 실린더형 허브(50)를 포함한다. 구조적으로, 상기 허브(50)에는 버(32)를 선택적으로 수용하고 맞물리도록 하기 위해 축방향 채널(52)가 구비된다.

상기 허브(50)는 버(32)에 맞물리게 하기 위해 하우징(26)의 기부측 개구(40)에 위치된 기부측 맞물림부(54)를 구비하며, 상기 허브(50)는 버와의 맞물림을 위해 하우징(26)내의 단부측 개구(42)에 단부측 맞물림부(56)를 구비한다.

도 3에 있어서, 상기 허브(50)는 기부측 맞물림부(54)와 단부측 맞물림부(56)가 일체화된 실린드형 슬리브를 이룬다.

한편, 도 3을 참조하면, 핸드피스(10)는 버(32)를 허브(50)에 고정시키는 척(58)을 구비한다.

또한, 상기 핸드피스(10)는 각각 기부측 및 단부측 맞물림부(54),(56)에 장착되는 기부측 로터(60)와 단부측 로터(62)를 포함한다.

도시된 바와 같이, 상기 로터(60),(62)에 대응하는 기부측 스테이터(64)와 단부측 스테이터(66)는 하우징(26)상에서 기부측 개구(40)와 단부측 개구(42)에 각각 장착된다.

허브(50)와 버(32)의 회전을 용이하게 하기 위해, 상기 핸드피스(10)는 로터(60),(62)와 스테이터(64),(66)의 경계면에 베어링(68)을 구비한다.

상기 핸드피스(10)의 유체 기밀을 확실히 하기 위해, 오-링(67)은 단부 스테이터(66)와 하우징(26) 사이에 위치하고, 실링기구(69)는 기부측 개구(40)에 구비된다.

허브(50)와 버(32)의 회전 구동을 위해, 상기 핸드피스(10)는 허브(50)에 직접적으로 장착되는 복수개의 디스크(70)를 구비한다. 보다 상세히, 각 디스크(70)는 허브(50)에 장착되는 각 원형의 인너에지(72)를 포함한다.

상기 디스크(70)는 기부측 터미널 디스크(70a)와 단부측 터미널 디스크(70b)까지 서로 동일간격으로 위치하게 된다.

도 3에서, 상기 핸드피스(10)는 두개의 터미널 디스크(70a),(70b)와 12개의 중간 디스크(70c)를 포함하고 있지만, 적당한 토크를 낼 수 있다면 선택되는 디스크의 수는 제한이 없다.

또한, 각 디스크(70)는 실질적으로 축(30)에 수직하게 설치되고, 거의 하우징(26)에 닿을 정도로 인너에지(72)로부터 원형의 아웃터에지(74)까지 반경방향으로 연장된다.

도 3의 확대부에 도시된 바와 같이, 인접하는 한쌍의 터미널 디스크(70)는 디스크 간의 갭(76)을 가진다.

상기 디스크(70)들은 인접한 갭(76)들 사이에 완전한 장벽을 형성한다. 즉, 디스크의 각 면(78)은 인너에지(72)와 아웃터에지(74) 간의 간섭없이 연속된다.

이러한 구조에 의해, 유체(18)가 입력포트(44)를 지나 챔버(28)속으로 분사되었을 때, 유체(18)는 축(30)에 접선방향으로 이동하여 디스크 갭(76)으로 들어간다.

이후, 유체(18)는 디스크 갭(76)에서 디스크의 아웃터에지(74) 가까이에서 얼마간 원형의 경로로 흐른다.

그리고 나서, 유체(18)는 배출포트(46)를 통하여 반경방향으로 챔버(28)를 빠져나가게 된다.

유체(18)가 얼마간 원형의 경로를 따라 흐르는 동안, 경계층 효과로 인한 작용력이 유체(18)로부터 디스크(70)로 에너지를 전달한다.

그 결과, 유체(18)는 디스크(70), 허브(50), 버(32)를 축(30) 주위로 회전시킨다.

유체(18)와 디스크(70) 사이의 에너지 전달을 최대화하기 위해, 디스크(70)의 면(78)은 샌드블래스팅 혹은 기타 다른 기계적 처리에 의해 거칠게 하는 것이 바람직하다.

도 3의 확대부를 통해 알 수 있듯이, 유체(18)와 아웃터에지(74) 간의 충돌을 제거하고 핸드피스(10)의 기능을 향상시키기 위해 디스크(70)의 아웃터에지(74)의 모서리가 깎여져 있다.

또한, 각 디스크(70)의 두께(Lt)는 약 0.003 인치이고, 각 갭(76)의 축방향 길이(Lg)는 약 0.005 인치이다.

도 3에는 다른 바람직한 치수가 표시되어 있다. 예컨대, 기부측에서 단부측까지의 디스크(70)들의 길이(Lp)는 대략 0.18인치이다.

그리고, 버의 직경(Db)(즉, 채널(52)의 직경)은 약 0.062인치이고, 허브의 외경(Dh)(즉, 디스크의 내경)은 0.125인치이며, 디스크의 외경(Dd)은 약 0.425인치이고, 챔버(28)의 직경(Dc)은 약 0.427인치이다.

따라서, 하우징(26)과 디스크(70)의 아웃터에지(74) 사이에는 약 0.01인치의 간격이 있다.

한편, 도 4A에는 본 발명 핸드피스의 다른 실시예가 도시되어 있다.

도 4A에 따르면, 하우징(26)은 도 3에 도시한 하우징과 실질적으로 동일하고, 다만 배출포트(46)의 위치만 다르다.

도 4A에서 배출포트(46)는 입력포트(44)에 인접하게 위치한다.

또한, 하우징(26)의 기부측 터미널 디스크(70a)와 기부측 개구(40) 사이에는 헤드스페이스(80)가 형성된다.

무엇보다도, 배출포트(46)는 헤드스페이스(80)과 연통되어 있으며, 헤드스페이스(80)과의 연통이 유지되는 한 하우징의 어떤 위치에 배출포트(46)가 형성되어도 무방하며, 원하는 바에 따라 복수개의 배출포트가 구비될 수 있다.

도 4A는 허브(50)가 원통부(50a)와 중간부(50b)를 포함하는 것을 보여준다.

도시된 바와 같이 원통부(50a)는 기부측 맞물림부(54)와 단부측 맞물림부(56)를 구비하는데, 이는 도 3의 허브(50)와 유사하지만, 중간부(50b)는 도 3의 허브와의 주요 차이점이다.

중간부(50b) 역시 원통형이지만, 원통부(50a)와는 달리, 그 내경이 버(32)의 외경보다 크다.

이에 따라, 버(32)와 중간부(50b) 사이에는 원형포켓, 즉 중앙공간(82)이 형성된다.

도 4A에서, 허브(50)의 중간부(50b)의 외경(Dh)은 약 0.15인치이고, 중앙공간(82)의 직경(Dv)(또는 허브의 내경)은 0.125인치이다.

허브 중간부(50b)의 직경 증가에 따라, 디스크(70)의 인너에지(72)는 직경 Dh를 가지게 되고, 중앙공간(82)을 구비하게 된다.

도 4A에 도시되지는 않았지만, 각 디스크(70)의 두께 Lt는 약 0.003 인치이고, 각 갭(76)의 축방향 길이 Lg는 약 0.005 인치이다.

또한, 기부측에서 단부측까지의 디스크(70)들의 길이(Lp)는 대략 0.18인치이다.

그리고, 버의 직경(Db)은 약 0.062인치이고, 허브의 외경(Dh)(즉, 디스크의 내경)은 0.125인치이며, 디스크의 외경(Dd)은 약 0.425인치이고, 챔버(28)의 직경(Dc)은 약 0.427인치이다.

도 4B 및 도 4C를 참조하면, 허브(50)의 중간부(50b)와 디스크(70)의 연결관계를 이해할 수 있다. 도시된 바와 같이, 각 디스크(70)는 허브(50)에 견고히 연결되도록 하는 축방향으로 연장된 레그(84)를 구비한다.

또한 각 레그(84)는 허브(50)상에서의 디스크의 적절한 설치가 쉽게 이루어지도록 인접한 디스크(70)에 접하게 된다.

허브(50)의 중앙부(70b)는 복수개의 통로(86)를 포함한다.

도 4B에서 허브(50)의 중앙부(50b)는 축(30)에 대해 서로 반대 방향에 위치하는 두개의 통로(86)를 구비하며, 이에 따라 디스크(70)의 대응하는 두 레그(84)의 장착을 위한 두개의 축방향 스트립88이 구비된다.

이와는 달리, 도 4C에 도시된 허브(50)의 중앙부(50b)에는 축(30)에 대해 120도 간격으로 3개의 통로(86)가 위치한다. 이에 따라 디스크(70)의 대응하는 세개의 레그(84)의 장착을 위한 세개의 축방향 스트립(88)이 구비된다.

상기한 허브(50)의 중앙부(50b) 구조를 고려하면, 핸드피스(10)를 지나는 유체의 경로를 이해가능하다. 먼저, 유체(18)는 입력포트(44)에 의해 안내되어 축(30)에 대해 접선을 따라 챔버(28)로 들어온다.

실질적으로 챔버(28)로 유입되는 유체(18)는 전부 디스크간의 갭(76)으로 들어간다.

경계층 효과로 인한 작용력이 유체(18)로부터 디스크(70)로 에너지를 전달함에 따라, 디스크간의 갭(76) 속을 통과하여 축을 향하여 반경방향 내측으로 속도를 늦추면서 나선형 유동을 한다.

유체(18)가 허브의 중간부(50b)에 도달하면, 유체는 통로(86)를 통과하여 중앙공간(82)으로 들어가고, 그 이후 유체(18)는 통로(86)를 지나 기부측 헤드스페이스(80)를 지나게 되고, 그 시점에서 유체는 배출포트(46)를 지나 챔버(28)를 빠져나가게 된다.

도 5A는 본 발명 핸드피스(10)의 또 다른 실시예로서, 도 3 및 도 4A와는 달리, 두개의 배출포트(46)을 가진다.

그리고, 단부측 디스크(70b)와 단부측 개구(42) 사이에는 단부측 헤드스페이스(92)가 형성된다. 각 배출포트(46)에는 각각의 헤드스페이스(80)(92)가 각각 연통된다.

도 5A의 허브는 원통형으로서, 도 3과 마찬가지로, 기부측 맞물림부(54) 및 단부측 맞물림부(56)가 각각 구비되고, 기부측 및 터미널 디스크(70a), (70b)는 허브(50)에 직접 장착된다.

하지만 중간부 디스크(70c)는 어느것도 허브(50)에 장착되지 않는다.

대신, 각 중간부 디스크(70c)의 내경은 허브(50)의 외경Dh 보다 크고, 특히 중간부 디스크(70c)의 내경(Di)은 약 0.20 인치이고, 허브의 외경(Dh;도 3참조)은 약 0.125이다.

이에 따라 중간부 디스크(70c)와 허브(50) 사이에는 중앙공간(82)이 형성된다.

중간부 디스크(70c)와 허브(50)의 결합을 위해, 핸드피스(10)는 실질적으로 축(30)에 평행한 복수개의 지지로드(94)를 구비한다.

바람직하게는, 지지로드(94)는 중간부 디스크(70c)의 인너에지(72)로부터 반경방향 외측으로 약 0.125 인치 떨어져 위치된다.

도 5B 및 도 5C를 참조하면, 핸드피스(10)는 축(30) 둘레로 등간격으로 위치한 3개의 지지로드(94)를 포함한다.

도 5B에 중간부 디스크(70c)의 구조가 보다 명확히 나타나 있는데, 도시된 바와 같이 중간부 디스크(70c)는 약 0.20인치의 내경 Di로 규정되는 인너에지(72)를 가진다.

마찬가지로, 중간부 디스크(70c)는 약 0.425인치의 외경 Dd로 규정되는 아웃터에지(74)를 가진다.

도 5A에 도시되지는 않았지만, 각 디스크(70)의 두께(Lt)는 약 0.003 인치이고, 각 갭(76)의 축방향 길이(Lg)는 약 0.005 인치이다. 또한, 기부측 터미널에서 단부측 터미널까지의 전체 디스크의 길이(Lp)는 대략 0.2인치이다.

그리고, 버의 직경(Db)(즉, 채널(52)의 직경)은 약 0.062인치이고, 챔버(28)의 직경(Dc)은 약 0.427인치이다.

따라서, 하우징(26)과 디스크의 아웃터에지(74) 사이에는 약 0.01인치의 간격이 있다.

도 5C를 참조하면 터미널 디스크(70a), (70b)를 이해가능한데, 예를 들어 디스크(70a)에 6개의 통로(86)가 형성된 것이 도시되어 있다.

도 5B 및 도 5C를 서로 참조하면, 상기 통로(86)은 중간부 디스크(70c)의 중앙 공간(82)과 포개어진다는 것을 알 수 있다.

다시 도 5A를 참조하면, 본 실시예에 따른 핸드피스(10)의 유체 유동경로를 이해할 수 있다.

다시, 유체(18)는 입력포트(44)에 의해 안내되어 축(30)에 대해 접선을 따라 챔버(28)로 들어온다.

경계층 효과로 인한 작용력이 유체(18)로부터 디스크(70)로 에너지를 전달함에 따라, 유체(18)는 디스크간의 갭(76) 속을 통과하여 축(30)을 향하여 반경방향 내측으로 속도를 늦추면서 나선형 유동을 한다.

유체(18)가 중간부 디스크(70c)의 인너에지(72)를 지남에 따라, 유체는 중앙공간(82)으로 유입되고, 그 이후 유체(18)는 기부측 헤드스페이스(80)나 단부측 헤드스페이스(92)로 유동하게 되고, 그리고 나서 유체(18)는 상기 기부측 및 단부측 헤드스페이스(80)(92)를 지나 각 배출포트(46)를 빠져나가게 된다.

한편, 도 6A를 참조하면 본 발명 핸드피스의 마지막 실시예에 대해 이해가능하다.

도시된 바와 같이, 도 6A에 도시된 핸드피스(10)는 각각의 헤드스페이스(80,92)에 연통되는 두개의 배출포트(46)를 포함한다.

도 6A에 도시된 핸드피스(10)는 변경된 허브(50)를 구비한다.

원통부(50a)는 기부측 맞물림부(54) 및 단부측 맞물림부(56)를 형성하고, 허브(50)는 복수개의 베인(96)을 구비한 외측부(50c)를 포함한다.

각 베인(96)은 기부측 터미널 디스크(70a)로부터 단부측 터미널 디스크(70b)까지 축방향을 따라 설치되어 있다.

도 6B를 참조하면, 베인(96)은 유체의 유동방향으로 경사진 표면(98)을 포함한다. 도 6A 및 도 6B를 통해 알 수 있듯이, 전체 디스크(70)의 인너에지(72)는 각 베인(96)에 직접 결합되며, 허브(50)의 중앙 원통부(50a)로부터 이격되어 있다.

따라서 축방향으로 연장된 통로(86)는 인접한 각 쌍의 베인(96) 사이에 형성된다.

그리고, 베인(96)은 약 0.355인치의 외경(Dv)(즉, 디스크(70)의 내경)을 갖는다.

도 6A에 도시되지는 않았지만, 각 디스크(70)의 두께(Lt)는 약 0.005 인치이고, 각 갭(76)의 축방향 길이(Lg)는 약 0.016 인치이다. 또한, 기부측 터미널에서 단부측 터미널까지의 전체 디스크의 길이(Lp)는 대략 0.11인치이다.

따라서, 하우징(26)과 디스크(70)의 아웃터에지(74) 사이에는 약 0.01인치의 간격이 있다. 또한, 허브부(50a)는 약 0.125인치의 외경(Dh)을 갖는다.

도 6A 및 도 6B를 참조하여 동작을 설명하면 다음과 같다.

유체(18)는 입력포트(44)에 의해 안내되어 축(30)에 대해 접선을 따라 챔버(28)로 들어온다.

유체(18)가 중간부 디스크(70c)의 인너에지(72)를 지나면서, 각 베인(96)의 표면(98)에 충돌한다.

이에 따라, 유동 유체에 남아 있던 에너지는 베인(96)과의 충돌을 통해 허브(50)로 전달된다.

그 후, 유체(18)는 통로(86)를 지나서 기부측 헤드스페이스(80)나 단부측 헤드스페이스(92)로 유동하게 되고, 그리고 나서 유체(18)는 배출포트(46)를 통과하여 챔버(28)를 빠져나가게 된다.

상기에서 알 수 있듯이, 본 실시예는 베인(96)에서의 유체(18)의 충돌을 통한 또 다른 에너지 전달 메커니즘을 제공한다.

이러한 충돌을 통해 만들어지는 소음은 낮은 레벨로서, 이는 경계층 효과로 인한 작용력으로 인해 유체(18)의 흐름이 매우 느리기 때문이다.

도 5A 내지 도 5C 와 도 6B를 상호 참조하면, 지지로드(94)를 유체와의 충돌을 제공하는 베인(96)과 같은 형태를 이루도록 할 수 있으며, 상기 지지로드(94)는 허브(50)에 연결되도록 반경방향으로 연장될 수 있다.

이 경우, 기저측 및 단부측 터미널 디스크(70a)(70b)는 허브(50)에 직접 결합될 필요가 없으며, 대신 상기 디스크(70a),(70b)들은 중간부 디스크(70c)와 동일한 형태를 이룰 것이다.

도 7에는 본 발명의 핸드피스(10)와 종래의 추진 터빈 핸드피스의 성능을 비교한 것으로서, 본 발명은 중요한 주파수 범위인 3000~4000Hz에서 우수한 소음 저감 효과를 보이고 있다.

자유 회전 상태에서 12 내지 15 데시벨 감소를, 또한 부하 상태에서는 8 내지 10의 데시벨 감소를 나타내고 있다.

상기에서 소음을 감소시킬 수 있는 공압의 소형 의료기기에 대해 개시하고 그 효과 및 목적을 달성할 수 있도록 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예들로 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

본 발명은 현재 일반적으로 사용되는 추진 터빈 공압 핸드피스와 관련하여, 실질적인 소음 감소를 나타내는 반면 의료용 버에 대해서는 충분한 토크를 제공하는 장치를 제공하는 한편, 쉽게 실시할 수 있고, 사용이 간편하고, 상대적으로 비용면에서 효율적인 치과용 핸드피스를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 소형 공압 치과용 핸드피스를 이용하여 환자에 대한 치과 치료를 수행하는 것을 보여주는 사시도

도 2는 도 1의 치과용 핸드피스의 내부 구조를 보여주는 정면도

도 3은 본 발명에 따른 치과용 핸드피스의 제1실시예를 나타낸 횡단면도

도 4a는 본 발명에 따른 치과용 핸드피스의 제2실시예를 나타낸 횡단면도

도 4b는 도 4a의 실시예에 적용된 디스크와 허브의 중간부분을 나타낸 사시도

도 4c는 도 4a의 실시예에 적용된 디스크와 허브의 중간부분의 다른 실시예를 나타낸 사시도

도 5a는 본 발명에 따른 치과용 핸드피스의 제3실시예를 나타낸 횡단면도

도 5b는 도 5a의 실시예에 적용된 디스크와 허브의 중간부분을 나타낸 사시도

도 5c는 도 5a의 실시예에 적용된 터미널 디스크의 정면도

도 6a는 본 발명에 따른 치과용 핸드피스의 제4실시예를 나타낸 횡단면도

도 6b는 도 6a의 실시예에 있어서 복수개의 베인을 통해 허브에 연결되는 복수개의 디스크를 나타낸 사시도

도 7은 본 발명의 치과용 핸드피스와 종래기술에 따른 기존의 추진 터빈 핸드피스의 소음 레벨을 비교하여 나타낸 그래프

Claims

챔버를 구비한 하우징과,

축회전하도록 하우징 내에 설치되는 허브와,

상기 허브 중심을 관통하는 축선에 실질적으로 직교하며, 상기 허브에 연결되어진 복수개의 디스크를 포함하되,

상기 하우징은 버를 수용하기 위해 축을 따르는 단부홀을 형성함과 아울러, 유체가 축에 대해 실질적으로 접선방향을 이루며 챔버로 유입되도록 안내하는 입력포트를 형성하고,

상기 허브는 버와의 선택적인 맞물림을 위한 축방향 채널을 형성하며,

상기 복수개의 디스크들과 유체 사이에서의 경계층 효과의 작용력은 허브와 버가 축 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 하우징은 축 주위로 기부측 개구를 형성하고, 상기 허브는 버와의 맞물림을 위한 기부측 개구에 위치하는 기부측 맞물림부 및 버와의 맞물림을 위한 단부측 개구에 위치하는 단부측 맞물림부를 포함하며,

버와 기부측 맞물림부를 상호 결합시키는 척과,

기부측 맞물림부에 장착되는 로터와,

기부측 개구에 장착되는 스테이터와,

기부측 개구내에서의 버의 회전을 돕기위해 기부측 로터와 기부측 스테이터 사이에 장착되는 복수개의 베어링과,

단부측 맞물림부재에 장착되는 로터와,

단부측 개구상에 장착되는 스테이터와,

단부측 개구내에서의 버의 회전을 돕기위해 단부측 로터와 단부측 스테이터 사이에 장착되는 복수개의 베어링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 2 항에 있어서,

하우징은 단부측 케이싱과 기부측 케이싱으로 형성되고, 상기 단부측 케이싱은 단부측 개구와 입력포트 및 배출포트를 형성하며, 상기 기부측 케이싱은 기부측 개구를 형성하며, 상기 단부측 케이싱과 기부측 케이싱은 결합하여 챔버를 이루는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 1 항에 있어서,

각 디스크는 기부측 및 단부측 표면을 가지며, 상기 표면들은 경계층 효과의 증대를 위해 거친 표면으로 된 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각 디스크는 모서리가 깎인 아웃터에지를 구비하는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 1 항에 있어서,

인접하는 디스크들의 각 쌍들 사이에 갭이 형성되고, 유체는 입력포트로 부터 상기 갭으로 유입된 다음, 하우징에 형성된 배출포트를 통해서 챔버 밖으로 빠져나가게 되는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 6 항에 있어서,

각 디스크는 허브에 직접적으로 장착되고, 상기 입력포트와 배출포트는 축에 대해 수직한 반경방향의 동일 면상에 구비되며, 유체는 입력포트로부터 각 갭속으로 반경방향으로 유동하고 나서, 각 갭과 배출포트의 반경방향 밖으로 나가는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 복수개의 디스크는 기부측 디스크, 단부측 디스크 및 이들 사이에 등간격으로 위치하는 중간부 디스크를 포함하며, 기부측 헤드스페이스는 기부측 디스크와 하우징 사이의 챔버내에 구비되고, 단부측 헤드스페이스는 단부측 디스크와 하우징 사이의 챔버 내에 구비됨을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 허브는 버로 부터 이격되어 그 사이에 중앙공간을 형성하는 중간부를 포함하고, 상기 허브의 중간부에는 갭들과 중앙공간을 상호연결함과 아울러 입력포트로부터 상기 디스크 갭을 통과하여 반경방향 내측으로 유동하고, 상기 중앙공간을 지나서 배출포트로 가는 유동경로가 만들어지도록 중앙공간과 헤드스페이스를 상호 연결하는 적어도 하나의 통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 9 항에 있어서,

각 디스크의 중앙공간은 디스크 외경의 25% 내지 75%의 직경을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 8 항에 있어서,

적어도 두개의 디스크가 허브에 직접적으로 장착되고, 나머지 디스크들은 직접 허브에 장착된 디스크를 통해서 허브에 연결되며,

중앙공간은 허브와 나머지 디스크들 사이에 구비되며,

입력포트로부터 상기 디스크 갭을 통과하여 반경방향 내측으로 유동한 다음 상기 중앙공간을 지나서 배출포트로 가는 유동경로가 만들어지도록, 직접적으로 장착된 디스크들에는 중앙공간과 적어도 하나의 헤드스페이스를 상호 연결되도록 하는 적어도 하나의 통로가 구비되는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 각 디스크의 중앙공간은 디스크 외경의 35% 내지 75%의 직경을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 허브는 원통형인 중앙부와, 디스크들과 허브의 상기 중앙부를 상호 결합시키는 복수개의 베인을 구비한 외측부를 포함하며,

각 베인은 허브와 버의 회전력을 증가시키기 위해 갭을 통한 반경방향의 유체 유동에 기인한 충돌을 위한 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 13 항에 있어서,

인접 베인의 각 쌍 사이에는

입력포트로부터 상기 디스크 갭들을 통과하여 반경방향 내측으로 유동한 다음 각각의 통로를 지나서 배출포트로 가는 유동경로가 만들어지도록,

디스크 갭들로부터 허브의 중앙부에 이르는 통로가 형성됨을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
제 14 항에 있어서,

상기 각 디스크의 내경은 디스크 외경의 45% 내지 85%의 직경을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치.
공압으로 버를 축회전시키는 소형 의료 장치에 있어서,

챔버를 구비하는 하우징과,

축회전하도록 하우징내에 장착되는 허브와,

허브와 버를 맞물리게 하는 수단과,

상호간에 갭을 가지며 허브에 연결되어지는 실질적으로 평면인 복수개의 디스크와,

챔버로의 유체 유동을 실질적으로 축에 접선인 방향으로 안내하기 위한 수단을 포함하되,

상기 하우징은 버를 수용하는 단부측 개구를 구비하고,

상기 각 디스크는 실질적으로 축에 대해 직교하는 아웃터에지를 가지며,

상기 디스크들과 각 갭들을 지나는 유체 사이의 경계층 효과의 작용력은 허브와 버가 축회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치용 어댑터.
제 16 항에 있어서,

상기 디스크는,

디스크의 아웃터에지로부터 중앙공간으로의 나선형 유동로를 만들기 위해 축 주위에 집중된 중앙공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 소형의료 장치용 어댑터.
제 16 항에 있어서,

디스크는 인너에지를 구비하며,

상기 허브는 원통형인 중앙부와, 디스크들과 허브의 상기 중앙부를 상호 결합시키는 복수개의 베인을 구비한 외측부를 포함하며,

각 베인은 허브와 버의 회전력을 증가시키기 위해 갭을 통한 반경방향의 유체 유동에 기인한 충돌을 위한 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 소형 의료 장치용 어댑터.