KR101171090B1 - 가변 정합 기능을 갖는 치과 응용 대기압 알에프(ｒｆ) 플라즈마 치료장치 - Google Patents

가변 정합 기능을 갖는 치과 응용 대기압 알에프(ｒｆ) 플라즈마 치료장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 10~30㎒ 대역의 알에프(RF) 전력을 사용하여 플라즈마를 발생시킴과 동시에, 하나의 플라즈마 치료장치에 복수의 질환에 대응할 수 있는 복수의 플라즈마 노즐을 착탈시킬 수 있도록 한 가변 정합 기능을 갖는 치과 응용 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 치과 응용을 위한 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치는, 비활성가스를 공급하는 가스공급부와; RF 전원을 공급하는 전원공급부와; 상기 전원공급부 및 가스공급부와 연결되어 RF 전원을 인가받음과 동시에 비활성가스를 공급받는 플라즈마 헤드와; 상기 플라즈마 헤드의 일단부에 선택적으로 착탈 결합되면서 상기 플라즈마 헤드와 전기적으로 연결되어, 플라즈마 헤드를 통해 공급된 비활성가스의 플라즈마 방전을 일으켜 플라즈마 가스를 외부로 방출하는 서로 다른 종류의 복수개의 플라즈마 노즐부재와; 상기 전원공급부와 상기 플라즈마 헤드 사이에서 상기 전원공급부와 전기적으로 연결되는 고정커패시터와, 일측이 접지되고 다른 일측이 상기 플라즈마 헤드와 전기적으로 연결되는 가변커패시터와, 상기 고정커패시터와 가변커패시터 사이를 전기적으로 연결하는 인덕터를 포함하는 정합부와; 상기 플라즈마 헤드에 장착되는 플라즈마 노즐부재에 대응하여 상기 정합부의 가변커패시터의 헤드를 회전시켜 커패시턴스(capacitance) 값을 가변시키는 정합조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가변 정합 기능을 갖는 치과 응용 대기압 알에프(ＲＦ) 플라즈마 치료장치{Atmospheric Pressure RF Plasma Generating Medical System for Dental Having Variable Matching Function}
본 발명은 치과 질환이나 치아 미백 등에 이용되는 의료용 플라즈마 치료장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 10~30㎒ 대역의 알에프(RF) 전력을 사용하여 플라즈마 가스를 발생시켜 치과 질환 또는 피부 질환 등에 적용하는 대기압 플라즈마 치료장치에 있어서, 플라즈마 헤드에 장착되는 전극에 따라 임피던스 정합(matching)을 효과적으로 조정할 수 있는 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치에 관한 것이다.
세계 의료 시장은 지속적인 성장세를 보이고 있으며, 의료 시장 중 의료 장비의 비중이 가장 높은 것으로 확인되었다. 특히 치과 의료 시장은 세계 치료장치 시장의 약 11% 로 수조 원에 달하는 거대한 시장이며, 최근들어 고령화 사회 도래 및 삶의 질 향상에 대한 높은 욕구 등 사회적 변화는 이러한 추세를 더욱 가속화할 것으로 예상되고 있다.
최근 대기압 플라즈마를 이용한 살균, 지혈, 치아 미백 등 생의학 응용 분야에 대한 연구가 국내외 연구 기관에 의해 활발히 연구되고 있으며 탁월한 효과가 증명되고 있다.
그러나, 종래에 개발된 의료용 대기압 플라즈마 치료장치들은 한 종류의 질환에만 적용할 수 있도록 구성되어 있기 때문에 다양한 질환에 대응하기 위해서는 많은 종류의 플라즈마 치료장치가 필요하게 되며, 이는 비용의 상승과 사용상의 불편을 초래하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 저주파 대역의 플라즈마에 비하여 안전성이 높은 10~30㎒ 대역의 알에프(RF) 전력을 사용하여 플라즈마를 발생시킴과 동시에, 하나의 플라즈마 치료장치에 복수의 질환에 대응할 수 있는 복수의 플라즈마 노즐을 착탈시킬 수 있도록 하여 플라즈마 치료장치의 설비 비용을 절감하고, 사용 편의성을 향상시킬 수 있는 가변 정합 기능을 갖는 치과 응용 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 비활성가스를 공급하는 가스공급부와; RF 전원을 공급하는 전원공급부와; 상기 전원공급부 및 가스공급부와 연결되어 RF 전원을 인가받음과 동시에 비활성가스를 공급받는 플라즈마 헤드와; 상기 플라즈마 헤드의 일단부에 선택적으로 착탈 결합되면서 상기 플라즈마 헤드와 전기적으로 연결되어, 플라즈마 헤드를 통해 공급된 비활성가스의 플라즈마 방전을 일으켜 플라즈마 가스를 외부로 방출하는 서로 다른 종류의 복수개의 플라즈마 노즐부재와; 상기 전원공급부와 상기 플라즈마 헤드 사이에서 상기 전원공급부와 전기적으로 연결되는 고정커패시터와, 일측이 접지되고 다른 일측이 상기 플라즈마 헤드와 전기적으로 연결되는 가변커패시터와, 상기 고정커패시터와 가변커패시터 사이를 전기적으로 연결하는 인덕터를 포함하는 정합부와; 상기 플라즈마 헤드에 장착되는 플라즈마 노즐부재에 대응하여 상기 정합부의 가변커패시터의 헤드를 회전시켜 커패시턴스(capacitance) 값을 가변시키는 정합조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 정합 기능을 갖는 치과 응용 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치를 제공한다.
본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 정합조절부는, 사용자가 플라즈마 노즐부재의 종류에 따라 선택하여 조작하는 조작부를 구비하는 컨트롤러와, 사용자가 상기 조작부를 조작함에 따라 상기 컨트롤러로부터 인가되는 제어 신호에 의해 동작하는 모터와, 상기 모터의 동력을 상기 가변커패시터의 헤드에 전달하여 헤드를 원하는 양만큼 회전시키는 동력전달유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 저주파 대역의 플라즈마에 비하여 안전성이 높은 RF 대역의 플라즈마를 이용하여 치과 질환을 치료할 수 있으며, 특히 피치료자의 치과 질환에 적합한 플라즈마 노즐부재를 플라즈마 헤드에 선택적으로 장착하여 사용할 수 있고, 상기 선택된 플라즈마 노즐부재에 대응하여 정합부의 가변커패시터를 자동으로 조절하여 전원공급부로부터 인가되는 RF 전원의 정합을 조정하여 안정된 플라즈마 가스 치료를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 치과 응용을 위한 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치의 플라즈마 헤드의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 헤드의 종단면도이다.
도 4는 도 2의 플라즈마 헤드에 장착되는 플라즈마 노즐부재들의 실시예들을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1의 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치의 정합부를 나타낸 회로도이다.
도 6은 도 4의 정합부 및 이 정합부를 조절하는 정합조절부를 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가변 정합 기능을 갖는 치과 응용 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 치과 응용을 위한 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도로, 본 발명의 플라즈마 치료장치는 크게 비활성가스를 공급하는 가스공급부(10)와, RF 전원을 공급하는 전원공급부(20), 상기 전원공급부(20) 및 가스공급부(10)와 연결되어 RF 전원을 인가받음과 동시에 비활성가스를 공급받는 플라즈마 헤드(50), 상기 플라즈마 헤드(50)의 일단부에 선택적으로 착탈 결합되는 서로 다른 종류의 복수개의 플라즈마 노즐부재(60), 상기 플라즈마 헤드(50)에 장착되는 플라즈마 노즐부재(60)에 대응하여 상기 전원공급부(20)에서 플라즈마 헤드(50)로 인가되는 RF 전원의 임피던스를 정합(matching)하는 정합부(30) 및 정합조절부(40)를 포함한 구성으로 이루어진다.
상기 가스공급부(10)와 플라즈마 헤드(50) 사이에는 플라즈마 헤드(50)로 공급되는 비활성가스의 양을 제어하는 유량제어기(12)가 설치된다. 상기 가스공급부(10)로부터 공급되는 비활성가스는 아르곤이나 헬륨, 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스일 수 있다.
상기 전원공급부(20)는 상기 정합부(30)를 통해서 플라즈마 헤드(50)로 10~30㎒ 대역(바람직하기로 13.56㎒)의 RF 전원을 인가한다.
도 2와 도 3은 상기 플라즈마 헤드(50)의 구성을 개략적으로 나타낸 것으로, 플라즈마 헤드(50)는 후단부에 상기 가스공급부(10)와 연결되어 비활성가스를 공급받는 가스유입구(52)가 형성되며 절연체로 이루어진 원통관 형태의 케이스(51)와, 상기 케이스(51)의 내측에 설치되며 도전성 금속으로 된 원통관 형태의 접지전극부(53)와, 상기 접지전극부(53)의 내측에 일정 간격 이격되게 설치되며 도전성 금속으로 된 원통관 형태의 전원전극부(54)와, 상기 접지전극부(53)와 전원전극부(54) 사이에 설치되는 원통관 형태의 유전체부(55)와, 상기 접지전극부(53) 및 전원전극부(54)를 상기 정합부(30)와 연결하는 전원컨넥터(56)를 포함한 구성으로 이루어진다.
상기 전원전극부(54)는 상기 유전체부(55)보다 작은 길이를 갖도록 되어 유전체부(55)의 선단부 내주면이 외부로 노출되도록 되어 있는데, 이 유전체부(55)의 선단부에는 상기 플라즈마 노즐부재(60)를 착탈 결합시키기 위한 복수개의 나선형 결합홈(55a) 또는 나사산(미도시)이 형성된다.
상기 플라즈마 노즐부재(60)들은 상기 플라즈마 헤드(50)의 선단부에 착탈이 용이하게 결합되며, 플라즈마 헤드(50)와 전기적으로 연결되면서 플라즈마 헤드(50)를 통해 공급된 비활성가스를 플라즈마화하여 외부로 방출한다.
상기 플라즈마 노즐부재(60)들은 도 4에 도시된 것과 같이 치아우식증이나 치주질환, 구강점막에 발생하는 질환 등 서로 다른 치과 질환에 대응하여 최적화된 구조를 갖는다. 도 4의 (A) 도면에 도시된 플라즈마 노즐부재(60)는 도면에 도시된 다른 플라즈마 노즐부재(60)에 비하여 상대적으로 큰 가스배출 면적을 갖는 대면적용 플라즈마 노즐부재(60)이며, 도 4의 (B) 도면에 도시된 플라즈마 노즐부재(60)는 도면에 도시된 다른 플라즈마 노즐부재(60)들중 중간 정도의 가스배출 면적을 갖는 중면적용 플라즈마 노즐부재(60)이고, 도 4의 (C) 도면에 도시된 플라즈마 노즐부재(60)는 도면에 도시된 다른 플라즈마 노즐부재(60)에 비하여 상대적으로 작은 가스배출 면적을 갖는 소면적용 플라즈마 노즐부재(60)로서, 각각의 플라즈마 노즐부재(60)에 대해서 다른 RF 전원이 인가된다.
도 5는 상기 전원공급부(20)에서 플라즈마 헤드(50)로 인가되는 RF 전원의 임피던스를 정합(matching)하는 정합부(30)의 구성을 개략적으로 나타낸 회로도로, 정합부(30)는 상기 전원공급부(20)와 상기 플라즈마 발생기 케이스(51) 사이에 설치되며 상기 전원공급부(20)와 전기적으로 연결되는 고정커패시터(31)와, 일측이 접지되고 다른 일측이 상기 플라즈마 헤드(50)와 전기적으로 연결되는 가변커패시터(32)와, 상기 고정커패시터(31)와 가변커패시터(32) 사이를 전기적으로 연결하는 인덕터(33)를 포함한 구성으로 이루어진다.
이와 같이 구성된 정합부(30)는 상기 고정커패시터(31)의 커패시턴스(capacitance) 값을 고정시킨 상태에서 상기 가변커패시터(32)의 커패시턴스 값을 변화시킴으로써 상기 플라즈마 노즐부재(60)의 종류에 적합한 정합 조건으로 조정한다.
그리고, 도 6은 상기 정합부(30)의 가변커패시터(32)의 헤드(32a)를 회전시켜 커패시턴스 값을 가변시키는 정합조절부(40)의 구성의 일례를 나타낸 것으로, 이 실시예의 정합조절부(40)는 사용자가 플라즈마 노즐부재(60)의 종류에 따라 선택하여 조작하는 조작부(42)를 구비하는 컨트롤러(41)와, 사용자가 상기 조작부(42)를 조작함에 따라 상기 컨트롤러(41)로부터 인가되는 제어 신호에 의해 동작하는 모터(43)와, 상기 모터(43)의 동력을 상기 가변커패시터(32)의 헤드(32a)에 전달하여 헤드(32a)를 원하는 양만큼 회전시키는 동력전달유닛을 포함하여 구성된다.
이 실시예에서 상기 동력전달유닛은 상기 가변커패시터(32)의 헤드(32a)에 축결합되는 종동기어(46)와, 상기 모터(43)에 축결합되어 회전하는 구동기어(44)와, 상기 구동기어(44) 및 종동기어(46)에 치합되어 구동기어(44)의 회전력을 감속하여 종동기어(46)에 전달하는 감속기어세트(45)로 구성된다.
상기 조작부(42)는 컨트롤러(41)에 설치되는 버튼이나 회전노브(rotary knob) 등으로 구성될 수 있다. 상기 모터(43)는 스텝모터와 같이 회전수와 회전각도를 정밀하게 제어할 수 있는 모터를 사용하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치는 다음과 같이 작동한다.
치료자가 도 4에 도시된 3개의 플라즈마 노즐부재(60) 중 어느 하나를 피치료자의 치과 질환에 대응하는 것으로 선택한 다음, 선택한 플라즈마 노즐부재(60)를 플라즈마 헤드(50)의 선단부에 장착한다.
그리고, 컨트롤러(41)에 구비된 조작부(42)에서 상기 플라즈마 헤드(50)에 장착된 플라즈마 노즐부재(60)에 대응하는 버튼을 선택하면, 컨트롤러(41)로부터 정합조절부(40)의 모터(43)로 소정의 제어신호가 인가된다.
상기 모터(43)의 회전에 의해 구동기어(44)가 일정량 회전하게 되고, 구동기어(44)의 회전은 감속기어세트(45)를 통해서 종동기어(46)에 전달되어 정합조절부(40)의 가변커패시터(32)의 헤드(32a)가 원하는 양만큼 회전하게 된다. 이에 따라 정합부(30)를 통해 플라즈마 헤드(50)로 인가되는 RF 전원의 정합이 원하는 대로 조절된다.
상기 전원공급부(20)를 통해 인가된 10~30㎒ 대역(바람직하기로 13.56㎒)의 RF 전원은 상기 정합부(30)에 의해 정합되어 플라즈마 헤드(50)의 전원전극부(54)로 인가된다.
이와 동시에 상기 가스공급부(10)로부터 상기 플라즈마 헤드(50)의 가스유입구(52)에 비활성가스가 공급된다. 상기 플라즈마 헤드(50) 내로 공급된 비활성가스는 전원전극부(54)로 인가된 RF 전원에 의해 플라즈마화되어 플라즈마 노즐부재(60)의 선단부를 통해서 외부로 배출된다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 저주파 대역의 플라즈마에 비하여 안전성이 높은 RF 대역의 플라즈마를 이용하여 치과 질환을 치료할 수 있으며, 특히 피치료자의 치과 질환에 적합한 플라즈마 노즐부재(60)를 플라즈마 헤드(50)에 선택적으로 장착하여 사용할 수 있고, 상기 선택된 플라즈마 노즐부재(60)에 대응하여 정합부(30)의 가변커패시터(32)를 자동으로 조절하여 전원공급부(20)로부터 인가되는 RF 전원의 정합을 조정하여 안정된 플라즈마 가스 치료를 수행할 수 있다.
10 : 가스공급부 20 : 전원공급부
30 : 정합부 31 : 고정커패시터
32 : 가변커패시터 33 : 인덕터
40 : 정합조절부 41 : 컨트롤러
42 : 조작부 43 : 모터
44 : 구동기어 45 : 감속기어세트
46 : 종동기어 50 : 플라즈마 헤드
51 : 케이스 52 : 가스유입구
53 : 접지전극부 54 : 전원전극부
55 : 유전체부 56 : 전원컨넥터
60 : 플라즈마 노즐부재

Claims (4)

  1. 비활성가스를 공급하는 가스공급부(10)와;
    RF 전원을 공급하는 전원공급부(20)와;
    상기 전원공급부(20) 및 가스공급부(10)와 연결되어 RF 전원을 인가받음과 동시에 비활성가스를 공급받는 플라즈마 헤드(50)와;
    상기 플라즈마 헤드(50)의 일단부에 선택적으로 착탈 결합되면서 상기 플라즈마 헤드(50)와 전기적으로 연결되어, 플라즈마 헤드(50)를 통해 공급된 비활성가스의 플라즈마 방전을 일으켜 플라즈마 가스를 외부로 방출하는 서로 다른 종류의 복수개의 플라즈마 노즐부재(60)와;
    상기 전원공급부(20)와 상기 플라즈마 헤드(50) 사이에서 상기 전원공급부(20)와 전기적으로 연결되는 고정커패시터(31)와, 일측이 접지되고 다른 일측이 상기 플라즈마 헤드(50)와 전기적으로 연결되는 가변커패시터(32)와, 상기 고정커패시터(31)와 가변커패시터(32) 사이를 전기적으로 연결하는 인덕터(33)를 포함하는 정합부(30)와;
    상기 플라즈마 헤드(50)에 장착되는 플라즈마 노즐부재(60)에 대응하여 상기 정합부(30)의 가변커패시터(32)의 헤드를 회전시켜 커패시턴스(capacitance) 값을 가변시키는 정합조절부(40)를 포함하며;
    상기 정합조절부(40)는, 사용자가 플라즈마 노즐부재(60)의 종류에 따라 선택하여 조작하는 조작부(42)를 구비하는 컨트롤러(41)와; 사용자가 상기 조작부(42)를 조작함에 따라 상기 컨트롤러(41)로부터 인가되는 제어 신호에 의해 동작하는 모터(43)와; 상기 가변커패시터(32)의 헤드(32a)에 축결합되는 종동기어(46)와, 상기 모터(43)에 축결합되어 회전하는 구동기어(44)와, 상기 구동기어(44) 및 종동기어(46)에 치합되어 구동기어(44)의 회전력을 감속하여 종동기어(46)에 전달하는 감속기어세트(45)를 구비하여, 상기 모터(43)의 동력을 상기 가변커패시터(32)의 헤드(32a)에 전달하여 헤드(32a)를 원하는 양만큼 회전시키는 동력전달유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 정합 기능을 갖는 치과 응용 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 헤드(50)는 후단부에 상기 가스공급부(10)와 연결되어 비활성가스를 공급받는 가스유입구(52)가 형성되며 절연체로 이루어진 원통관 형태의 케이스(51)와, 상기 케이스(51)의 내측에 설치되며 도전성 금속으로 된 원통관 형태의 접지전극부(53)와, 상기 접지전극부(53)의 내측에 일정 간격 이격되게 설치되며 도전성 금속으로 된 원통관 형태의 전원전극부(54)와, 상기 접지전극부(53)와 전원전극부(54) 사이에 설치되는 원통관 형태의 유전체부(55)와, 상기 접지전극부(53) 및 전원전극부(54)를 상기 정합부(30)와 연결하는 전원컨넥터(56)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 정합 기능을 갖는 치과 응용 대기압 알에프(RF) 플라즈마 치료장치.
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KR1020110093281A KR101171090B1 (ko) 2011-09-16 2011-09-16 가변 정합 기능을 갖는 치과 응용 대기압 알에프(ｒｆ) 플라즈마 치료장치

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