KR101283517B1 - 초음파 진동자 모듈 - Google Patents

초음파 진동자 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파 진동자와 부스터 사이에 절연 구조를 취할 수 있는 초음파 진동자 모듈에 관한 것으로, 본 발명의 초음파 진동자 모듈의 구성은 부스터와; 상기 부스터에 고정수단을 매개로 장착되는 초음파 진동자와; 상기 초음파 진동자에 전원을 인가하는 양극판 및 음극판과; 상기 부스터와 상기 초음파 진동자 사이에 개재되어 상기 양극판과 상기 음극판을 통해 공급되는 전원이 상기 초음파 진동자로만 인가되도록 하는 절연체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 진동자 모듈{Ultrasonic vibration element module}
본 발명은 초음파 진동자 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 진동자 부분과 다른 부품 사이에 절연 구조를 구비할 수 있어서 완벽한 절연형으로 사용이 가능한 초음파 진동자 모듈에 관한 것이다.
초음파 진동자는 전기를 인가하면, 초음파 주파수대(약 20000 Hz 이상)의 진동을 일으킬 수 있는 소자로서, 이러한 진동을 이용하여 세정기, 세척기, 피부 안마기, 치솔 등에 활용되고 있으며, 더 나아가 의료 수술용 컷터와 같은 의료 용품 등에도 널리 활용되고 있다. 즉, 초음파 진동자는 전기를 인가하였을 때에 기계적인 초음파 진동으로 변환되는 것으로, 식기세척기를 비롯한 각종 세척장치는 물론 초음파 치료기와 같은 각종 의료장치와 건강보조기구 등도 이러한 초음파 진동자의 원리를 이용하여 만들게 된다. 초음파 진동자는 주로 압전 소자(Piezo electric element)인 경우가 많은데, 상기 압전 소자는 전기를 인가하면, 초음파 주파수대인 초당 약 20,000회 이상의 진동을 발생시키므로, 이러한 기계적인 초음파 진동을 발생시키는 초음파 진동자는 초음파 세척기, 수술용 의료기기 등과 같이 광범위한 분야에서 널리 활용되고 있는 것이다. 예를 들어, 초음파 세척기의 저수조에 담긴 물을 초음파 진동자에 의해 초음파 진동시켜서 세척을 필요로 하는 물건을 세척하게 된다. 또한, 의료 수술시에는 초음파 진동자에서 발생하는 초음파 진동에 의해 의료 절단용 컷터를 미세 진동시켜서 미세한 수술 부위를 절개하거나 신장 결석 등을 분쇄하는 것과 같이 의료 분야에서도 많이 이용하고 있는 실정이다.
한편, 초음파 진동자를 이용하는 의료 기기로는 초음파 진동자 모듈에 부스터(booster)를 연결하고, 이러한 부스터에는 호온(horn)을 연결하며, 호온에는 절개용 컷터를 장착한 의료 기기가 있다. 이때, 초음파 진동자 모듈은 복수개로 적층된 초음파 진동자(통상 압전 소자를 채용함)와, 이러한 초음파 진동자에 연결된 양극 단자로 구성되며, 상기 부스터에는 음극 단자를 연결(콘택)시키는 구조를 가지는 것이 보통이다.
따라서, 상기 양극 단자와 음극 단자를 통해 초음파 진동자에 전원을 인가하면, 초음파 진동자가 초당 20000~25000Hz로 초음파 진동하고, 이러한 초음파 진동자의 진동은 부스터를 매개로 호온에 전달되고, 이처럼 호온이 초음파 진동할 때에는 호온에 달려 있는 수술용 컷터 역시 초음파 진동하면서 환자의 수술 부위를 절단하는 등의 수술을 시행할 수 있게 되는 것이다.
그런데, 종래에는 초음파 진동자 모듈을 제작함에 있어서, 초음파 진동자에 물리적으로 연결된 부스터에 음극 신호가 콘택되는 구조이기 때문에, 절연형으로 사용할 수 없으며, 이처럼 절연형으로 사용할 수 없음으로 인하여 다른 부분으로 전기가 통해서 사용자에게 좋지 않은 영향을 끼칠 염려가 상존하고 있다. 즉, 상기 부스터에 음극이 콘택되어 있어서, 예를 들어, 초음파 진동자의 진동의 의해 컷터로 환자의 수술 부위를 절단하는 경우, 수술 중에 전기가 환자의 신체 부위로 흐르는 위험이 따르며, 이처럼 환자 신체 부위로 전기가 흐르게 되면, 미세한 근육의 수축이 일어나서 수술 중에 근육이 다치거나 기타 다른 신체 부위에 손상을 가져올 수 있는 등의 여러 가지 심각한 문제를 초래할 수도 있는 것이다. 즉, 의료 분야에서 초음파 진동자를 채용하는 경우, 종래에는 부스터와 초음파 진동자 사이의 전기적 절연 구조가 보장되지 못하므로, 사용중에 전기가 사용자의 신체로 흘러버려 수술 중의 위험이 초래될 수 있는 등의 여러 가지 문제를 가지고 있는 것이다. 그리고, 초음파 진동자에만 전기가 인가되지 않고 다른 부품(상기 부스터 등)에까지 전기가 통하여 초래될 수 있는 문제는 비단 의료 기기에만 국한되는 것은 아니고 초음파 진동자를 활용하는 다른 모든 제품에 있어서도 마찬가지의 문제가 초래될 수 있는 것이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 초음파 진동자 부분과 다른 부품 사이에 절연 구조를 구비할 수 있어서 절연형으로 사용이 가능하고, 이처럼 절연형으로 사용이 가능함으로써 사용중에 초음파 진동자 이외의 다른 부분으로 전기가 흘러서 초래될 수 있는 각종 위험 요소 등을 미연에 방지할 수 있는 새로운 초음파 진동자 모듈을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 초음파 진동자 모듈은, 부스터와; 상기 부스터에 고정수단을 매개로 장착되는 초음파 진동자와; 상기 초음파 진동자에 전원을 인가하는 양극판 및 음극판과; 상기 부스터와 상기 초음파 진동자 사이에 개재되어 상기 양극판과 상기 음극판을 통해 공급되는 전원이 상기 초음파 진동자로만 인가되도록 하는 절연체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고정수단은 선단부측 외주면에 나사부가 형성되고 기단부에는 헤드가 구비된 볼트 구조로 이루어지고, 상기 고정수단의 외주면에는 상기 초음파 진동자가 끼워지고, 상기 고정수단의 상기 나사부가 상기 부스터의 기단부에 나사식으로 결합되어 상기 고정수단의 상기 헤드와 상기 부스터의 기단부 사이에 상기 초음파 진동자가 배열되며, 상기 절연체는 상기 고정수단의 외주면에 끼워짐과 동시에 상기 고정수단의 상기 헤드와 상기 초음파 진동자 사이에 배치된 제1절연체와, 상기 고정수단의 외주면에 끼워짐과 동시에 상기 부스터의 기단부와 상기 초음파 진동자 사이에 배치된 제2절연체로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제1절연체와 상기 제2절연체의 재질은 알루미나인 것을 특징으로 한다.
상기 초음파 진동자에 연결된 양극판과 음극판 및 상기 초음파 진동자는 케이스에 내장되고, 상기 초음파 진동자와 상기 양극판 및 음극판은 튜브형의 절연체 내측에 배치되어 상기 케이스와 격리되는 것을 특징으로 한다.
상기 고정수단의 상기 헤드와 상기 초음파 진동자 사이에 배치된 슬립링을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 슬립링의 외표면에는 적어도 두 개의 그루브가 더 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 초음파 진동자 모듈에 의하면, 종래와 달리 초음파 진동자에 연결된 부스터에 음극 신호가 콘택되는 구조가 아니라, 초음파 진동자의 전후 양쪽 위치에 각각 알루미나 재질의 절연체가 배치되어, 초음파 진동자 부분과 다른 부분(특히, 부스터) 사이의 절연 구조를 취하고 있으므로, 절연형으로 사용할 수 있게 되며, 이처럼 초음파 진동자 모듈을 절연형으로 사용할 수 있으므로 다른 부분으로 전기가 통해서 사용자에게 좋지 않은 영향을 끼칠 염려를 미연에 방지하는 효과가 있다. 다시 말해, 부스터에는 전류가 흐르지 않고, 초음파 진동자 부분에만 전류가 인가되는 절연 구조라서, 예를 들어, 의료 분야에서 초음파 진동자의 진동에 의해 컷터로 환자의 수술 부위를 절단하는 경우, 수술 중에 전기가 환자의 신체 부위로 흐르는 위험은 전혀 없는 것이며, 이처럼 환자 신체 부위로 전기가 흐르는 여지를 완전 방지함으로써 미세한 근육의 수축이 일어나서 수술 중에 근육이 다치거나 기타 다른 신체 부위에 손상을 가져올 수 있는 등의 여러 가지 심각한 문제를 미연에 방지하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에 의하면, 의료 기기 등의 초음파 진동자 모듈 응용 기기의 몸체부인 케이스에 관형상의 절연체가 내장되고, 이러한 관형상의 절연체 내부에 본 발명의 주요부인 초음파 진동자와 양극판 및 음극판이 배치되어 케이스와 물리적으로 격리되는 구조를 취하고 있으므로, 초음파 진동자로 인가되는 전류가 케이스의 콘택되면서 외부와 통전되는 현상을 방지할 수 있으므로, 의료 기기와 같은 초음파 진동자 응용 기기를 보다 안전하게 사용할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명은 볼트 구조의 고정수단을 조여서 초음파 진동자와 절연체를 부스터에 조립하는 구조인데, 고정수단의 조임시 압력을 받게 되는 절연체 부분에 별도의 슬립링을 추가로 배치함으로써 고정수단을 돌려서 초음파 진동자와 절연체를 부스터에 조립시, 누르는 힘은 가해지더라도 비틀리는 힘(Twist pressing force)이 가해지는 것을 방지할 수 있으므로, 조립시 절연체에 크랙이 생기는 현상을 방지할 수 있으며, 이처럼 주요 부분의 조립시에 절연체에 크랙이 생기는 현상을 방지하므로, 조립 불량이 유발되거나 초음파 진동자 모듈 제품으로서의 신뢰성이 저하되는 것을 미연에 방지하는 효과를 취득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 초음파 진동자 모듈과 부스터의 분해된 상태를 보여주는 사시도
도 2는 본 발명의 주요부인 양극판과 음극판의 구조를 보여주는 사시도
도 3은 도 1의 조립된 상태를 보여주는 사시도
도 4는 본 발명의 초음파 진동자 모듈에 부스터를 매개로 호온이 결합된 상태를 보여주는 사시도
도 5는 본 발명의 초음파 진동자 모듈을 수용하는 케이스의 분해된 단면도
도 6은 본 발명의 초음파 진동자 모듈을 도 5에 도시된 케이스에 내장한 상태를 보여주는 단면도
도 7은 본 발명의 초음파 진동자 모듈 응용 기기의 외관 사시도
도 8은 본 발명의 주요부인 초음파 진동자와 절연체 조립시 작용하는 압력 관계를 보여주는 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 진동자 모듈에 대해 상세히 설명한다.
단, 이하에서는 이해의 편의를 위해서 본 발명에 따른 초음파 진동자 모듈은 치료나 수술용 의료 기기에 응용된 경우를 설명하는 것이지만, 본 발명은 이러한 의료 기기 이외에도 각종 세척장치는 물론 초음파 치료기와 같은 각종 의료장치와 건강보조기구, 충전기 등을 비롯한 다양한 분야에 광범위하게 응용될 수 있음은 당업자 수준에서 자명할 것이다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 초음파 진동자 모듈은 부스터(10)에 장착되는 초음파 진동자(20)와, 이러한 초음파 진동자(20)와 부스터(10) 사이를 전기적으로 격리시키는 절연체(30)를 포함한다.
상기 부스터(10)는 통전성 금속 재질의 바아 형상으로 구성되는데, 부스터(10)의 선단부측 내부와 기단부측 내부에 각각 전방 나사홈(10a)과 후방 나사홈(10b)이 구비되어 있다. 또한, 부스터(10)의 기단부측 외주면에는 반경 방향 외측으로 연장된 플랜지부(12)가 구비되어 있다.
상기 부스터(10)에는 고정수단(40)을 매개로 초음파 진동자(20)가 장착된다. 이때, 고정수단(40)은 선단부측 외주면에 나사부(42)가 형성되고 기단부에는 헤드(44)가 구비된 볼트 구조로 이루어져서, 고정수단(40)의 외주면에는 초음파 진동자(20)가 끼워지고, 고정수단(40)의 나사부(42)는 부스터(10)의 기단부에 형성된 후방 나사홈(10a,10b)에 나사식으로 결합됨으로써, 고정수단(40)의 헤드(44)와 부스터(10)의 기단부 사이에 초음파 진동자(20)가 배열된다. 구체적으로, 상기 초음파 진동자(20)는 중앙부에 결합공이 구비된 링형상으로 구성되어, 고정수단(40)의 외주면에 초음파 진동자(20)의 결합공이 끼워진 상태에서 고정수단(40)의 나사부(42)가 부스터(10)의 기단부에 구비된 후방 나사홈(10b)에 나사식으로 결합됨으로써 고정수단(40)의 헤드(44)와 부스터(10)의 기단부 사이에 초음파 진동자(20)가 배열되는 것이다. 본 발명에서는 복수개의 초음파 진동자(20a 내지 20f)가 적층된 구조인데, 초음파 진동자(20)는 통상의 압전 소자(Piezo electric element)로 구성될 수 있다.
상기 초음파 진동자(20)에는 양극판(50)과 음극판(60)이 연결되어 초음파 진동자(20)에 전원을 공급하게 된다. 이때, 양극판(50)은 복수개의 링판 형상의 콘택트편(52)과, 이러한 콘택트편(52)을 연결하는 복수개의 브릿지편(54)으로 구성되고, 음극판(60)도 복수개의 링판 형상의 콘택트편(62)과, 이러한 콘택트편(62)을 연결하는 복수개의 브릿지편(64)으로 구성되는데, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 두 개의 초음파 진동자 사이에 양극판(50)의 각 콘택트편(52)이 개재됨과 동시에 각 브릿지편(54)이 초음파 진동자(20)의 외주면에서 이격된 상태로 배치되고, 음극판(60)의 각 콘택트편(62)은 양극판(50)의 각 콘택트편(52)이 접촉된 두 개의 초음파 진동자 사이에 배치됨과 동시에 각 브릿지편(64)은 초음파 진동자(20)의 외주면에서 역시 이격된 상태로 배치된다. 구체적으로, 초음파 진동자(20)는 제1열 초음파 진동자(20a), 제2열 초음파 진동자(20b), 제3열 초음파 진동자(20c), 제4열 초음파 진동자(20d), 제5열 초음파 진동자(20e) 및 제6열 초음파 진동자(20f)가 복수개로 적층된 구조를 취하고 있으며, 양극판(50)의 각 콘택트편(52)은 제1열 초음파 진동자(20a)와 제2열 초음파 진동자(20b) 사이, 제3열 초음파 진동자(20c)와 제4열 초음파 진동자(20d) 사이, 제5열 초음파 진동자(20e)와 제6열 초음파 진동자(20f) 사이에 배치되며, 음극판(60)의 각 콘택트편(62)은 제1열 초음파 진동자(20a)와 후술할 제1절연체(30A) 사이, 제2열 초음파 진동자(20b)와 제3열 초음파 진동자(20c) 사이, 제4열 초음파 진동자(20d)와 제5열 초음파 진동자(20e) 사이, 제6열 초음파 진동자(20f)와 후술할 제2절연체(30B) 사이에 배치된 구조를 가진다. 또한, 양극판(50)의 종단 브릿지편(54)에는 전선을 매개로 커넥터(미도시)가 연결되고, 음극판(60)의 종단 브릿지편(64)에도 전선을 매개로 커넥터(미도시)가 연결되며, 이러한 커넥터는 후술할 플러그캡(96)에 구비된 플러그(99)(도 6 참조)와 접속되어, 외부의 전원이 초음파 진동자(20)로 인가될 수 있도록 한다.
상기 절연체(30)는 고정수단(40)의 외주면에 끼워짐과 동시에 고정수단(40)의 헤드(44)와 초음파 진동자(20a) 사이에 배치된 제1절연체(30A)와, 상기 고정수단(40)의 외주면에 끼워짐과 동시에 부스터(10)의 기단부와 초음파 진동자(20f) 사이에 배치된 제2절연체(30B)로 구성된다. 구체적으로, 상기 고정수단(40)은 볼트 구조를 이루고, 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)는 중앙부에 결합공이 구비된 링형상으로 이루어져서, 제1절연체(30A)의 결합공과 제2절연체(30B)의 결합공이 고정수단(40)의 외주면에 끼워진 상태에서 고정수단(40)의 헤드(44)와 초음파 진동자(20a) 사이 및 초음파 진동자(20f)와 부스터(10)의 기단부 사이에 배치된다. 제1절연체(30A)는 제1열 초음파 진동자(20a)와 고정수단(40)의 헤드(44) 사이에 배치되고, 제2절연체(30B)는 제6열 초음파 진동자(20f)와 부스터(10)의 기단부 사이에 배치된 구조를 취할 수 있다. 이때, 상기 고정수단(40)의 헤드(44)와 제1열 초음파 진동자(20a) 사이에는 별도의 슬립링(70)이 구비되어, 이러한 슬립링(70)과 제1열 초음파 진동자(20a) 사이에 제1절연체(30A)가 배치되는 것이 바람직하다. 결국, 볼트 구조의 고정수단(40)을 부스터(10)의 기단부에 나사 결합식으로 조여주면, 복수개의 초음파 진동자(20)가 적층 배치되고, 초음파 진동자(20)에는 양극판(50)과 음극판(60)이 통전 가능하게 연결되며, 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)는 초음파 진동자(20)의 양쪽 위치에 배치되어, 초음파 진동자(20)와 부스터(10) 사이의 절연 구조를 가지게 되므로, 초음파 진동자(20)로만 전원이 인가되고 부스터(10)에는 전원이 인가되는 것을 방지하게 된다.
한편, 본 발명에서 절연체(30)의 재질은 알루미나이다. 다시 말해, 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)는 알루미나 재질로 이루어진다. 알루미나 분말을 적절한 힘으로 압착시킴으로써 중앙부에 전후단으로 연통되는 결합공이 있는 링블록 형상의 제1절연체(30A)와 제2절연체(30A)를 형성한 것이라 할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 본 발명에서는 고정수단(40)의 헤드(44)와 초음파 진동자(20) 사이(본 발명에서는 고정수단(40)의 헤드(44)와 제1열 초음파 진동자(20a) 사이)에 배치된 슬립링(70)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 슬립링(70)의 외표면에는 적어도 두 개의 그루브(72)가 형성될 수 있다. 두 개의 그루브(72)가 슬립링(70)의 중심부를 기준으로 슬립링(70)의 대칭되는 외주면 위치에 구비될 수 있다.
본 발명의 초음파 진동자 모듈은 케이스에 내장될 수 있다. 즉, 상기 초음파 진동자(20)에 연결된 양극판(50)과 음극판(60) 및 절연체(30)는 케이스(본 발명에서 도시된 의료 기기의 케이스를 의미함)에 내장되고, 초음파 진동자(20)와 양극판(50) 및 음극판(60)은 튜브형의 절연체(104) 내측에 배치되어 케이스와 물리적으로 격리되는 구조를 취하고 있다.
도 5와 도 6을 참조하면, 본 발명의 초음파 진동자 모듈은 의료 기기의 케이스에 내장된다. 이때, 케이스는 초음파 진동자(20)와 양극판(50) 및 음극판(60)을 수용하는 관형상의 바디(80), 프론트 커버(84), 백커버(88), 커넥션 하우징(92) 및 플러그캡(96)을 포함한다.
상기 바디(80)는 대략 일자형 튜브 구조를 이루는데, 바디(80)의 내부는 부스터(10)를 수용하기 위한 전방 공간부(80a)와 초음파 진동자(20)와 양극판(50) 및 음극판(60) 수용을 위한 후방 공간부(80b)로 이루어진다. 또한, 바디(80)의 전방 공간부(80a) 내주면에는 패킹홈(80c)이 구비되고, 바디(80)의 전방 공간부(80a) 외주면에는 나사부(80d)가 구비되어 있으며, 바디(80)의 후방 공간부(80b)의 기단부측 내주면에도 나사부(80e)가 구비되어 있다.
상기 바디(80)의 선단부에는 프론트 커버(84)가 결합된다. 프론트 커버(84)는 내부에 전후단으로 연통된 공간부가 구비되고, 프론트 커버(84)의 기단부측 내주면에는 나사부(84a)가 구비되어, 프론트 커버(84)의 기단부측 나사부(84a)가 바디(80)의 전단부측 외주면의 나사부(80d)에 결합됨으로써, 바디(80)의 전단부에 프론트 커버(84)가 착탈 가능하게 결합된다.
상기 바디(80)의 기단부에는 백커버(88)가 결합된다. 백커버(88) 역시 내부에 전후단으로 연통된 공간부를 갖는 단관 형태인데, 백커버(88)의 선단부측 외주면의 나사부(88a)가 바디(80)의 기단부측 나사부(80e)에 결합됨으로써, 백커버(88)가 바디(80)의 기단부에 착탈 가능하게 결합된다. 또한, 백커버(88)의 기단부측 내주면에도 나사부(88b)가 구비되어 있다.
상기 백커버(88)의 기단부에는 커넥션 하우징(92)이 결합된다. 커넥션 하우징(92)의 선단부측 외주면에는 순차적으로 환형의 패킹홈(92a)과 나사부(92b)가 형성되어 있어서, 커넥션 하우징(92) 외주면의 나사부(92b)를 백커버(88)의 기단부측 내주면의 나사부(88b)에 결합함으로써, 커넥션 하우징(92)이 백커버(88)의 기단부에 착탈 가능하게 결합되는 것이다.
상기 커넥션 하우징(92)에는 플러그캡(96)이 결합된다. 플러그캡(96)은 선단부에 플러그(99)가 구비되고, 플러그캡(96)의 선단부측 외주면에는 나사부가 구비되어, 플러그캡(96) 외주면의 나사부가 커넥션 하우징(92) 내주면의 나사부(92b)에 결합됨으로써 플러그캡(96)이 커넥션 하우징(92)에 착탈 가능하게 결합된다. 플러그캡(96)의 기단부는 내부와 연통되어 플러그캡(96)의 기단부로 투입된 외부의 전선이 플러그(99)에 전기적으로 접속된 구조를 가질 수 있으며, 상기한 바와 같이, 양극판(50)과 음극판(60)에 전선을 매개로 연결된 커넥터에 플러그(99)가 접속됨으로써, 양극판(50)과 음극판(60)을 통해 초음파 진동자(20)에 전원을 인가할 수 있게 된다. 도 5와 도 6의 미설명 부호 80c는 부스터(10)와 바디(80)의 내주면 사이를 밀봉 지지하는 패킹이다.
한편, 상기 케이스의 구성 요소인 바디(80)의 후방 공간부(80a.80b)에는 관형상의 절연체(104)가 내장되고, 이러한 관형상의 절연체(104) 내부에 본 발명의 주요부인 초음파 진동자(20)와 양극판(50) 및 음극판(60)과, 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)가 배치됨으로써, 상기와 같이, 초음파 진동자(20)와 양극판(50) 및 음극판(60)이 케이스와 물리적으로 격리되는 구조를 취할 수 있으며, 이로 인하여 초음파 진동자(20)와 양극판(50) 및 음극판(60)이 케이스의 내주면(구체적으로, 바디(80)의 후방 공간부(80b) 내주면)에 콘택되면서 외부와 통전되는 현상을 방지할 수 있게 된다. 즉, 상기 관형상의 절연체(104)가 초음파 진동자(20)와 양극판(50) 및 음극판(60)을 의료 기기의 케이스(물론, 의료 기기의 케이스 이외의 다른 기기의 케이스이 될 수 있음)과 격리시키는 쉴드(shield)의 역할을 하게 된다.
한편, 상기 부스터(10)는 기단부측 외주면에 플랜지부(12)가 구비되어, 케이스의 구성 요소인 바디(80)의 지지턱(80d)과 관형상의 상기 절연체(104) 선단부 사이에 배치된다. 이때, 지지턱(80d)은 바디(80) 내주면의 패킹홈(80c) 아래 위치, 다시 말해, 바디(80)의 패킹홈(80c)과 절연체(104)의 선단부 사이의 위치에 형성되어 있는데, 부스터(10)의 플랜지부(12) 전후 위치와 둘레부에는 소프트한 재질의 완충부재(14)가 구비되는 것이 바람직하다. 초음파 진동자(20)의 체적의 수축과 팽창에 의해 발생되는 초음파 진동에 의해 부스터(10)도 전후 방향(즉, 케이스의 길이 방향)으로 초음파 진동하는데, 상기 플랜지부(12)의 전후단 위치에 배치된 소프트한 재질의 완충부재(14)가 부스터(10) 진동시 생기는 소음이나 충격을 흡수하는 기능을 하기 위함이다. 본 발명에서 완충부재(14)는 실리콘으로 구성될 수 있는데, 실리콘 이외에도 소프트한 재질이면 모두 완충부재(14)로 채용할 수 있을 것이다.
또한, 상기 케이스을 구성하는 프론트 커버(84)에는 호온(horn)(110)의 기단부측 일부가 관통하고, 이러한 호온(110)의 기단부측은 부스터(10)의 선단부에 연결되어, 의료 기기의 몸체부를 이루는 케이스의 전단부로 호온(110)이 노출된 구조를 이루고 있다. 본 발명의 경우, 호온(110)의 기단부에는 외주면에 나사부가 있는 결합축(112)이 구비되어, 이러한 결합축(112)이 부스터(10)의 선단부측 내부에 구비된 전방 나사홈(10a)에 볼트식으로 결합됨으로써, 호온(110)의 기단부측 일부는 의료 기기의 케이스에 내장되고 호온(110)의 나머지 부분은 상기 케이스의 선단부측 외부(구체적으로, 프론트캡(84)의 외부)로 노출된 구조를 취하고 있다. 또한, 호온(110)의 선단부에는 수술용 또는 치료용 컷터 등을 장착하여, 초음파 진동자(20)가 구동(즉, 초음파 진동)함에 따라 컷터 역시 초음파 진동되도록 함으로써 컷터에 의해 치료 혹은 수술 부위를 절단하거나 하는 등의 작업을 할 수 있을 것이다. 물론, 호온(110)의 선단부에 컷터 외에 다른 필요한 기구를 달아서 사용할 수 있는 것은 당연하다.
이러한 구성의 본 발명에 의하면, 상기 양극판(50)과 음극판(60)을 통하여 초음파 진동자(20)에 전원을 인가하면, 초음파 진동자(20)의 체적이 늘어나므로, 전원을 인가하고 차단하도록 컨트롤하면, 초음파 진동자(20)의 체적이 늘어났다 줄었다 하면서 초당 20000~25000회(즉, 주파수 20000~25000Hz) 정도 초음파 진동이 생기고, 부스터(10)를 통해 초음파 진동이 상대물(본 발명에서 설명한 의료 기기의 경우에는 호온(110)과 이 호온(110)에 장착된 컷터 등을 의미함)에 전달되므로, 신체의 미세 혈관을 자르거나 하는 등의 수술 또는 치료 행위를 할 수 있을 것이다.
이때, 본 발명에서 중요한 사항은 초음파 진동자(20a) 부분과 다른 부품 사이에 절연 구조를 구비할 수 있어서 절연형으로 사용이 가능하고, 이처럼 절연형으로 사용이 가능함으로써 사용중에 초음파 진동자(20) 이외의 다른 부분(특히, 부스터(10) 부분)으로 전기가 흘러서 초래될 수 있는 각종 위험 요소 등을 미연에 방지할 수 있다는 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 경우, 종래와 달리 초음파 진동자(20)에 물리적으로 연결된 부스터(10)에 음극 신호가 콘택되는 구조가 아니라, 초음파 진동자(20)의 전후 양쪽 위치에 각각 알루미나 재질의 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)가 배치되어, 초음파 진동자(20) 부분과 부스터(10) 사이의 절연 구조를 취하고 있으므로, 절연형으로 사용할 수 있게 되며, 이처럼 초음파 진동자 모듈을 절연형으로 사용할 수 있음으로 인하여 다른 부분으로 전기가 통해서 사용자에게 좋지 않은 영향을 끼칠 염려를 미연에 방지하는 효과가 있다. 즉, 상기 부스터(10)에는 전류가 흐르지 않고, 초음파 진동자(20) 부분에만 전류가 흘러서, 초음파 진동자(20)의 진동의 의해 컷터로 환자의 수술 부위를 절단하는 경우, 수술 중에 전기가 환자의 신체 부위로 흐르는 위험은 전혀 없는 것이며, 이처럼 환자 신체 부위로 전기가 흐르는 여지를 완전 방지함으로써 미세한 근육의 수축이 일어나서 수술 중에 근육이 다치거나 기타 다른 신체 부위에 손상을 가져올 수 있는 등의 여러 가지 심각한 문제를 미연에 방지하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
이를테면, 본 발명에서는 부스터(10)와 초음파 진동자(20) 사이의 전기적 절연 구조가 보장되어 있으므로, 사용중에 전기가 사용자의 신체로 흘러버려 수술 중의 위험이 초래될 수 있는 등의 여러 가지 문제를 해소한 장점이 있는 것이다. 그리고, 초음파 진동자(20)에만 전기가 인가되는 절연 구조를 확보함으로 인한 효과는 비단 의료 기기에서만 발휘되는 것은 아니고 초음파 진동자(20)를 활용하는 다른 모든 제품에 있어서도 마찬가지의 효과가 발휘될 것이다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 케이스의 구성 요소인 바디(80)의 후방 공간부(80b)에는 관형상의 절연체(104)가 내장되고, 이러한 관형상의 절연체(104) 내부에 본 발명의 주요부인 초음파 진동자(20)와 양극판(50) 및 음극판(60)이 배치되어 케이스와 물리적으로 격리되는 구조를 취하고 있어서, 초음파 진동자(20)와 양극판(50) 및 음극판(60)이 케이스의 내주면(구체적으로, 바디(80)의 후방 공간부(80b) 내주면)에 콘택되면서 통전되는 현상을 방지할 수 있으므로, 의료 기기 등의 초음파 진동자(20) 응용 기기를 보다 안전하게 사용할 수 있다. 즉, 케이스 내부의 절연체(104)는 외부 통전을 방지하여, 본 발명의 초음파 진동자 모듈 응용 기기(상기 의료 기기 등을 의미)를 보다 안전하게 사용하는데 기여하는 것이다.
또한, 본 발명은 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)를 초음파 진동자(20)와 함께 부스터(10)에 조립할 때에 제1절연체(30)와 제2절연체(30B)에 크랙이 생기는 것을 방지함으로써, 제품의 신뢰성 등을 높일 수 있다는 것에서도 특징이 있다.
본 발명에서 절연 구조를 확보하는 주요부인 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)는 알루미나 분말을 적절한 힘으로 압착시킴으로써 중앙부에 전후단으로 연통되는 결합공이 있는 링블록 형상으로 제작되어, 상기 결합공에 의해 볼트 구조의 고정수단(40) 외주면에 끼워진 상태에서 고정수단(40) 선단부의 나사부(42)를 부스터(10)의 후방 나사홈(10b)에 볼트식으로 조여주면, 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)가 일정한 압력을 받은 상태로 초음파 진동자(20)와 함께 부스터(10)에 조립된다.
이때, 고정수단(40)을 볼트식으로 부스터(10)에 조여주면 고정수단(40) 기단부의 헤드(44) 부분과 부스터(10)의 기단부 사이에서 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)가 압력을 받게 되는데, 이러한 조임 압력이 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)에 직접 가해지고, 이에 더하여 고정수단(40)을 돌려서 회전시킬 때에 작용하는 비틀림 압력까지 절연체(30)에 가해지면, 절연체(30) 자체에 크랙이 생겨서 조립 불량 등이 유발되고 초음파 진동자 모듈 제품으로서의 신뢰성이 저하될 여지가 있다. 절연체(30)는 알루미나 분말을 적절한 힘으로 압착시키는 방식으로 제작되어, 절연체(30) 자체가 브리틀(brittle)한 성질이 있는데, 이러한 브리틀한 성질의 절연체(30)에 누름 압력에 더하여 비틀림 압력까지 가해지면 절연체(30) 자체가 깨져서 크랙이 생길 수 있는 것이다. 특히, 고정수단(40)의 헤드(44)가 직접 닿아서 누름 압력과 비틀림 압력을 상대적으로 더 많이 받는 제1절연체(30A)에 크랙이 생길 여지가 상대적으로 더 많다. 절연체(30)에 비틀리는 힘까지 작용하면 길이 방향에 대해 대략 45° 각도로 크랙이 생길 수 있다.
그런데, 본 발명에서는 고정수단(40)의 헤드(44)와 초음파 진동자(20) 사이에 별도의 슬립링(70)을 배치함으로써 고정수단(40)을 돌려서 초음파 진동자(20)와 절연체(30)를 부스터(10)에 조립할 때에 누르는 힘만 가해지고 비틀리는 힘은 가해지는 것을 방지함으로써 절연체(30)에 크랙이 생기는 현상을 방지하는 효과를 가져올 수 있다. 다시 말해, 슬립링(70)은 링형상의 블록으로 구성(이때, 슬립링(70)은 금속 재질로 구성하는 것이 바람직함)되어, 고정수단(40)의 외주면에 끼워짐과 동시에 고정수단(40)의 헤드(44)와 초음파 진동자(20) 사이(본 발명에서는 제1열 초음파 진동자(20a) 사이와 제6열 초음파 진동자(20f)와 부스터(10)의 기단부 사이)에 배치되고, 이러한 상태에서 고정수단(40)을 볼트를 체결하듯이 부스터(10)에 조여주면, 슬립링(70)에 의해 절연체(30) 부분(특히, 제1절연체(30A) 부분)에는 누르는 힘만 가해지고 비틀리는 힘이 가해지지 않기 때문에, 상기 절연체(30)와 초음파 진동자(20)를 부스터(10)에 조립하는 과정에서 절연체(30)에 크랙이 가해지는 현상을 방지할 수 있는 것이며, 이처럼 조립 과정 중에 절연체(30)에 크랙이 생기는 것을 방지함으로 인하여 조립 불량 등이 유발되거나 초음파 진동자 모듈 제품으로서의 신뢰성이 저하되는 것을 미연에 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 슬립링(70)과 절연체(30) 사이의 슬립 작용에 의해 절연체(30) 자체에는 비틀리는 힘이 작용하지 않으므로, 결과적으로, 고정수단(40)을 조여서 조립할 때에 절연체(30)에 크랙이 생기는 현상을 방지하게 되는 것이다.
한편, 본 발명에서는 복수개의 초음파 진동자(20)들 사이에 별도의 슬립링(미도시)을 추가로 배치하는 구성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 제1열 초음파 진동자(20a)와 제2열 초음파 진동자(20b) 사이, 제2열 초음파 진동자(20b)와 제3열 초음파 진동자(20c) 사이에 별도의 슬립링을 개재시켜 양극판(50)의 링형상 콘택트편(52) 부분(또는 음극판(60)의 링형상 콘택트편(62) 부분)에 슬립링이 콘택되도록 할 수 있다. 그리고, 슬립링(70)의 재질은 양극판(50) 부분(또는 음극판(60) 부분)의 재질과는 다른 것으로 구성하는 것이 바람직하다.
따라서, 볼트 구조의 고정수단(40)을 돌려서 주요부를 조립할 때에 슬립링(70)이 양극판(50)의 콘택트편(52) 부분(또는 음극판(60)의 콘택트편(62) 부분)에 대해 상대 슬립되면서 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)에 누르는 힘만 작용하고 비틀리는 힘까지 작용하는 것은 방지함으로써, 초음파 진동자(20)와 제1절연체(30A) 및 제2절연체(30A)를 부스터(10)에 조립시 절연체(30)에 크랙이 생기는 것을 더욱더 확실하게 방지할 수 있게 된다. 본 발명에서 슬립링(70)은 금속의 일종인 알루미늄으로 구성하고, 양극판(50)(또는 음극판(60))은 동판 재질로 구성하여, 이들의 친화력을 낮춤으로써 상기 고정수단(40)을 돌려서 조일 때에 알루미늄 재질의 슬립링(70)이 동판 재질의 양극판(50)의 콘택트편(52) 부분(또는 음극판(60)의 콘택트편(62) 부분)에서 원활하게 상대 슬립되도록 함으로써 결과적으로 초음파 진동자(20)와 제1절연체(30A) 및 제2절연체(30B)를 볼트 구조의 고정수단(40)을 조여서 부스터(10)에 조립할 때에 절연체(30)에 크랙이 생기는 현상을 더욱더 확실하게 방지할 수 있도록 한 것이다.
또한, 본 발명에 의하면, 볼트 구조의 고정수단(40)을 돌려서 조립할 때에 편리성을 높이는 효과와 절연체(30)에 비틀림 힘이 작용하는 현상도 보다 확실하게 차단하는 효과가 있다. 본 발명에서 슬립링(70)은 외표면에 적어도 두 개의 그루브(72)(평판면 형태의 그루브를 의미함)가 형성되고, 부스터(10)의 외주면에도 적어도 두 개의 그루브(16)(역시, 평탄면 형태의 그루브를 의미함)가 형성되어 있어서, 별도의 지그(jig)로 부스터(10) 외주면의 그루브(16) 부분을 그립핑하고, 역시 지그로 슬립링(70) 외주면의 그루브(72) 부분을 그립핑한 상태에서 볼트 구조의 고정수단(40)만을 돌려서 초음파 진동자(20)와 제1절연체(30A) 및 제2절연체(30B)를 부스터(10)에 조립할 수 있으므로, 조립시의 편리성을 높이는 효과가 있는 것이다. 즉, 슬립링(70)은 지그 등으로 잡아서 고정시키고 고정수단(40)만 돌려서 조립하므로, 주요 부분의 조립시 편리성을 보다 높이게 된다. 그리고, 상기 슬립링(70)은 외주면의 그루브 부분을 지그 등으로 잡아서 고정한 상태가 될 수 있으므로, 볼트 구조의 고정수단(40)을 돌리더라도 슬립링(70)은 지그 등에서 미끄러지지 않고 확실하게 물려서 고정된 상태를 유지하므로, 조립시 슬립링(70)이 회전될 여지가 없으며, 이처럼 슬립링(70)이 회전될 여지를 차단함으로써 고정수단(40) 조임시 절연체(30)에 비틀림 힘이 작용할 여지를 완전히 차단할 수 있으므로, 조립중 절연체(30)에 크랙이 생기는 현상을 완전히 방지하고, 이로 인하여 초음파 진동자 모듈 제품으로서의 신뢰성을 완벽하게 보장할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 특수한 방법으로 부스터(10)에 초음파 진동자(20)와 제1절연체(30A) 및 제2절연체(30B)를 조립함으로써, 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)에 크랙이 생기는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 주요부인 제1절연체(30A)와 제2절연체(30B)는 알루미나 분말을 압착하는 방식으로 제작되어 브리틀한 성질이 있으므로, 외부에서 누르는 힘이 갑자기 크게 작용하면 절연체(30) 자체가 깨져서 크랙이 생길 여지가 없지 않다.
다시 말해, 상기 볼트 구조의 고정수단(40)을 조여주면, 도 7에 도시된 바와 같이, 절연체(30)에 가해지는 프레싱 압력이 점차적으로 증가하는데, 이러한 프레싱 압력(또는 조립 토크)이 한계점(즉, 절연체(30)가 깨지게 되는 한계 압력점)을 넘어가면 절연체(30) 자체에 크랙이 생겨서 급속하게 부스러지는 현상(드롭 현상: drop)이 초래될 수 있다.
그런데, 본 발명에서는 볼트 구조의 고정수단(40)을 일정 시간 돌려서 조여주었다가 일정 시간 휴지시키고, 다시 고정수단(40)을 일정 시간 돌려서 조여주었다가 일정 시간 다시 휴지시키는 방식으로 주요 부분을 조립한다. 그러면, 볼트 구조의 고정수단(40)을 조여줄 때에 절연체(30)에 가해지는 프레싱 압력이 최고 한계점(도 8 참조)을 넘어가지 않게 되므로, 조립중에 절연체(30) 자체에 크랙이 생겨서 급속하게 부스러지는 현상(드롭 현상: drop)이 방지될 수 있는 것이다. 즉, 상기 고정수단(40)을 쉬지 않고 계속 돌려서 조여주면 절연체(30)에 가해지는 프레싱 압력(조립 토크)가 도 7에 도시된 프레싱 압력 한계치를 초과하면서 급속하게 절연체(30)에 크랙이 생길 수 있으나, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 고정수단(40)을 일정 시간 조이고 일정 시간 쉬어주는 과정을 반복함으로써, 도 8에 도시된 바와 같은 프레싱 압력 한계치를 넘어가지 않으므로, 조립중에 절연체(30)가 깨지는 현상은 발생되지 않는 특수한 조립 방식을 취한 것이다. 도 8에서는 고정수단(40)을 조여주면 시간 T1에서 압력 P1만큼 작용하고, 시간 T1에서 시간 T2에 도달할 때까지 쉬어준 다음, 다시 고정수단(40)을 조여주면, 시간 T2에서 압력 P2가 작용하는 것과 같은 과정을 반복하여 절연체(30)와 초음파 진동자(20)를 부스터(10)에 조립함으로써 상기한 한계치 압력(Pmax)을 넘어가지 않고 한계치 압력(Pmax) 아래에서만 압력이 작용하는 방식을 보여주고 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
10. 부스터 12. 플랜지부
14. 완충부재 16. 그루브
20. 초음파 진동자 30. 절연체
30A. 제1절연체 30B. 제2절연체
40. 고정수단 42. 나사부
44. 헤드 50. 양극판
52. 콘택트편 54. 브릿지편
60. 음극판 62. 콘택트편
64. 브릿지편 70. 슬립링
72. 그루브 80. 바디
84. 프론트 커버 88. 백커버
92. 커넥션 하우징 96. 플러그캡
99. 플러그 104. 절연체
110. 호온 112. 결합축

Claims (6)

  1. 부스터와;
    상기 부스터에 고정수단을 매개로 장착되는 초음파 진동자와;
    상기 초음파 진동자에 전원을 인가하는 양극판 및 음극판과;
    상기 부스터와 상기 초음파 진동자 사이에 개재되어 상기 양극판과 상기 음극판을 통해 공급되는 전원이 상기 초음파 진동자로만 인가되도록 하는 절연체를 포함하며,
    상기 고정수단은 선단부측 외주면에 나사부가 형성되고 기단부에는 헤드가 구비된 볼트 구조로 이루어지고, 상기 고정수단의 외주면에는 상기 초음파 진동자가 끼워지고, 상기 고정수단의 상기 나사부가 상기 부스터의 기단부에 나사식으로 결합되어 상기 고정수단의 상기 헤드와 상기 부스터의 기단부 사이에 상기 초음파 진동자가 배열되며, 상기 절연체는 상기 고정수단의 외주면에 끼워짐과 동시에 상기 고정수단의 상기 헤드와 상기 초음파 진동자 사이에 배치된 제1절연체와, 상기 고정수단의 외주면에 끼워짐과 동시에 상기 부스터의 기단부와 상기 초음파 진동자 사이에 배치된 제2절연체로 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 진동자 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연체의 재질은 알루미나인 것을 특징으로 하는 초음파 진동자 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 진동자와 상기 양극판과 음극판은 케이스에 내장되고, 상기 케이스에는 튜브형의 절연체가 내장되어 상기 초음파 진동자와 상기 양극판 및 상기 음극판이 상기 절연체의 내측에 배치되며, 상기 튜브형의 절연체에 의해 상기 초음파 진동자와 상기 양극판 및 상기 음극판이 상기 케이스와 격리되는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정수단의 헤드와 상기 절연체 사이에 배치된 슬립링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진동자 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 진동자는 복수개로 적층되어 상기 고정수단에 의해 상기 부스터에 장착되며, 상기 복수개의 초음파 진동자 사이에는 슬립링이 개재된 것을 특징으로 하는 초음파 진동자 모듈.
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