KR101431713B1 - 의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 의료용 핸드피스의 소음을 저감할 수 있는 의료용 쏘우 핸드피스의 저감장치를 개시한다.
본 발명에 따른 의료용 쏘우 핸피스의 소음 저감 장치는, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치는, 회전축에 장착되는 동력전달기어를 포함하는 구동 모터와, 상기 동력전달기어와 결합되어 상기 구동 모터의 회전 운동을 원호 운동으로 변환하도록 연결로드가 내설되는 동력 전달체와, 상기 동력 전달체를 통해 전달되는 원호 운동을 블레이드로 전달하는 블레이드 진동체를 포함하는 의료용 쏘우 핸드피스의 소음을 저감 장치에 있어서, 상기 동력전달기어는 단면이 별(*) 형상으로, 9개 내지 11개의 돌기가 마련된 금속재질의 성형체이고; 상기 동력전달기어에 대응하도록 상기 연결로드의 종단에 음각기어가 음각 성형되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 구동 모터의 회전 운동을 받은 동력 전달체의 편심 회전으로 헤더에 진동이 발생할 때, 구동 모터와 동력 전달체의 체결부에서 전방향의 진동을 잡아주도록 함으로써, 진동으로 인한 소음을 저감하여, 수술 중의 의료진들이 소음에 방해받지 않고 수술을 할 수 있어서, 더욱 집중력 있고 안전한 수술 환경을 조성할 수 있는 효과가 있다.

Description

의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치 {Noise reduction device for medical saw handpiece}

본 발명은 의료용 쏘우 핸드피스(Handpiesce)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외과 수술에서의 골 절개용으로 적용되는 의료 핸드피스로써, 수술 중 발생하는 소음을 줄일 수 있는 의료 핸드피스의 소음 저감 장치에 관한 것이다.

일반적으로 수술용 핸드피스 예컨대, 드릴(Drill), 리머(Reamer), 쏘우(Saw)는 외과 수술 과정에 통상적으로 사용되는 동력 추진의 수술용 도구이다. 이러한 수술용 핸드피스는 일반적으로 모터와, 모터의 가동을 조절하는 상보적인 제어회로를 하우징하는 핸드피스를 포함한다.

상기한 핸드피스의 구조를 살펴 보기 위해 쏘우(Ssw) 즉 시상 톱을 일 예로할 때, 핸드피스로부터 전방, 선단으로 연장하는 헤드를 포함한다. 상기 헤드의 내부에는 요동하는 샤프트가 있으며, 상기 요동하는 샤프트에 제거 가능하게 톱 블레이드가 부착된다. 상기 블레이드의 노출된 최전방 가장자리는 톱니(이빨)로 형성된다. 상기 톱니는 블레이드가 적용되는 조직을 절단한다. 하우징 내부의 구동 기구는 동력을 생성한다.

이와 같은 동력이 인가되어 상기 샤프트 및 부착된 블레이드가, 블레이드가 정렬된 전후 패턴(back-and-forth pattern)으로 이동하도록 요동 샤프트를 가동한다. 상기 톱이 그와 같이 가동될 때, 상기 블레이드 톱니는 이것이 적용되는 조직에 대해 전후 패턴으로 이동한다.

그러면, 종래 쏘우 핸드피스를 첨부된 특허문헌을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래 쏘우 핸드피스의 하우징 구조를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 쏘우 핸드피스는 하우징을 구성하는 제1 케이스(101) 및 제2 케이스(131)를 포함하여, 각 케이스(101, 131)의 단면 외주면은 외벽(105)과 내벽(109)으로 구성된 이중 차단 구조를 갖는다. 이러한 쏘우 핸드피스는 손잡이의 상단으로 구동모터를 동작시키는 버튼(113), 스위치(115)와 전원 공급을 연결하는 커넥터(117)를 구비하고, 쏘우 핸드피스의 전단부에는 구동모터의 회전 동력을 전달받아 소정 각도를 반복 회동시키는 쏘우 구동부(141)가 장착되고, 상기 쏘우 구동부(141)의 전면부로 블레이드(143)가 장착된다. 상기 블레이드(143)는 쏘우 구동부(141)의 상단으로 구비된 체결돌기(145)에 안착되고, 체결돌기(145)는 탄성부재와 연동되는 고정커버(147)에 의해 안착 고정된다.

이러한 종래의 쏘우 핸드피스의 구동부는, 모터에서 발생한 동력을 모터와 결합 된 구동축에서 요동 샤프트로 인가하여 톱 블레이드가 소정의 각도로 반복 회동하는 형태를 갖는다. 또한, 구동축과 결합을 이루는 모터의 결합 돌기가 일(一)자의 형태로써, 모터의 회전 운동을 요동 샤프트의 직선 운동으로 전환하는 과정에서, 모터의 회전 운동을 받은 구동축의 편심 회전으로 요동 샤프트에 진동이 발생하는데 이때, 힘의 분산이 적은 일(一)자의 형태인 상기 결합 돌기로는 이 진동을 잡아주지 못하며, 이로 인해 소음이 발생하는 문제가 있다. 따라서, 이러한 소음으로 인해, 수술 중 의료진의 집중력을 저하시키게 되고, 의료진들간의 의사소통에도 방해가 되므로, 수술 중 실수를 유발할 수 있는 위험이 있다.

대한민국 등록실용신안 20-0456081, 등록일자 2011년 10월 05일, 발명의 명칭 '의료 핸드피스의 일회용 하우징 구조'

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 헤더에 동력을 인가하는 동력 전달체와 결합을 이루는 구동 모터의 결합 돌기를 별(*)의 형태로 형성하여 전방향으로 힘을 분산시킴으로써, 구동 모터의 회전 력을 받은 동력 전달체의 편심 회전으로 헤더에 진동이 발생할 때, 구동 모터와 동력 전달체의 결합 부위에서 전방향의 진동을 잡아주어 진동으로 인해 발생되는 소음을 저감할 수 있는 의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치는, 회전축에 장착되는 동력전달기어를 포함하는 구동 모터와, 상기 동력전달기어와 결합되어 상기 구동 모터의 회전 운동을 원호 운동으로 변환하도록 연결로드가 내설되는 동력 전달체와, 상기 동력 전달체를 통해 전달되는 원호 운동을 블레이드로 전달하는 블레이드 진동체를 포함하는 의료용 쏘우 핸드피스의 소음을 저감 장치에 있어서, 상기 동력전달기어는 단면이 별(*) 형상으로, 9개 내지 11개의 돌기가 마련된 금속재질의 성형체이고; 상기 동력전달기어에 대응하도록 상기 연결로드의 종단에 음각기어가 음각 성형되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 음각기어는 텅스텐/아연 합금으로 성형되며, 상기 아연은 조성비 10wt% 내지 15wt%인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 동력전달기어 및 음각기어는 원통형 구조이거나 콘 형상의 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치는, 동력 전달체와 체결되는 구동 모터의 체결 나사의 돌기를 별(*)의 형태로 형성하여 전방향으로 힘을 분산 시키도록 하며, 구동 모터의 회전 운동을 받은 동력 전달체의 편심 회전으로 헤더에 진동이 발생할 때, 구동 모터와 동력 전달체의 체결부에서 전방향의 진동을 잡아주도록 함으로써, 진동으로 인한 소음을 저감하여, 수술 중의 의료진들이 소음에 방해받지 않고 수술을 할 수 있어서, 더욱 집중력 있고 안전한 수술 환경을 조성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 의료용 핸드피스를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 의료용 쏘우 핸드피스의 구동부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4은 본 발명에 따른 소음 저감을 위한 실험한 데이터이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 핸드피스의 구동부를 나타낸 사시도이다. 도시된 바와 같이, 핸드피스의 구동부(200)는 회전동력을 발생시키는 구동 모터(220)와, 상기 구동 모터(220)의 회전 운동을 전달하는 동력 전달체(210)와, 상기 동력 전달체(210)를 통해 전달되는 회전 운동을 블레이드의 원호 운동으로 전환하는 블레이드 진동체(230)로 구성된다. 여기서, 상기 핸드피스는 일회용 핸드피스를 지칭함이 바람직한데, 이는 저가의 일회용 제품을 고가의 성능으로 구현하기 위함이다.

한편, 상기 구동 모터(220)의 회전축의 종단에는 동력을 전달하기 위한 동력 전달기어(221)가 마련되며, 상기 동력전달체(210)는 동력 전달기어(221)와 대응하는 음각기어가 장착됨에 따라, 상기 동력 전달체(210)는 구동모터(220)의 회전력을 전달함에 있어 소음을 최소화한다. 상기 음각기어 및 동력전달기어(221)는 원기둥 형태이지만, 폭이 좁아지는 콘형의 기어로 성형될 수 있을 것이다.

여기서, 상기 동력 전달기어(221) 및 음각기어는 텅스텐/아연 합금으로 성형되는 것이 바람직하며, 아연의 성분비는 10wt% 내지 15wt%가 적절하다. 이는 아연이 텅스텐 대비 10wt% 미만일 경우 연성이 낮고 강도가 높아 소음이 증가하며, 15wt% 이상일 경우에는 연성이 높아 돌기 형상이 왜곡되어 내구성이 저하되는 문제가 있다. 본 발명에서는 아연의 조성비를 13wt%로 설정하고 있으며, 이하의 실험에서 적용되는 제품의 조성비이다.

도 3은 도 2의 동력전달체 및 블레이드 진동체에 대한 분해 사시도이다.

상기 브레이드 진동체(230)는 상부에 쏘우 블레이드를 장착하기 위한 블레이드 고정헤드(231)가 마련되고, 상기 블레이드 고정헤드(231)의 회전축에 수직으로 연장되는 진동 플레이트(233)와, 상기 진동 플레이트(233)의 종단부에 회전 각도를 제한하기 위한 가이드 홈(235)이 형성된다.

상기 동력전달체(210)는 상기 진동 플레이트(233)를 수용하는 본체(211)와, 상기 본체(211)로부터 연장되어 구동모터(220)의 동력 전달을 위한 연결로드(320)가 수용되는 체결관(213)으로 이루어진다.

상기 연결로드(320)는 그 일단으로 구동모터(220)의 동력전달기어(221)와 대응하여 체결되도록 별(*) 형상의 음각기어(325)가 마련된 기어봉(323)과, 연결로드(320)의 타단에 마련되어, 상기 가이드 홈(235)으로 안착된 후 동력전달기어(221)의 회전력에 따라 상기 진동 플레이트(233)의 좌우 진동을 유도하는 편심추(321)가 구비된다.

따라서, 상기 블레이드 진동체(230)의 진동 플레이트(233)가 본체(211)로 수용되도록 결합된 후, 상기 연결로드(320)가 체결관(213)의 삽설구(215)를 통해 인입되되, 상기 편심추(321)가 진동 플레이트(233)의 가이드 홈(235)으로 안착되도록 결합된다.

이후, 상기 구동모터(220)의 동력전달기어(221)는 상기 연결로드(320)의 음각기어(325)로 인입 결합됨에 따라, 동력전달기어(221)의 회전력은 연결로드(320)의 편심추(321)를 회전시킨다. 이는 편심추(321)를 수용하는 가이드 홈(235)에 의해 진동 플레이트(233)가 좌우 진동을 유도하는 것으로, 상기 블레이드가 장착된 블레이드 고정헤드(231)를 좌우 진동시켜 의료용 쏘우의 고유 기능을 수행한다.

한편, 상기 음각기어(325)는 동력전달기어(221)의 숫 기어 돌기와 대응하도록 기어봉(323)의 내부로 음각되는 별(*) 모양의 형상을 갖는데, 다수의 돌기가 음각되는 암기어 형태이다. 상기 음각기어(325)는 상기 구동 모터(220)의 회전력을 전달하는 과정에서 발생하는 소음을 격감시키기 위한 것이다.

여기서, 쏘우 핸드피스의 소음이 발생하는 것은 연결로드(320)의 편심추(321)가 가이드 홈(235)의 양측 단부를 반복적으로 가압하여 진동 플레이트(233)를 좌우 진동시킬 때 발생하는 것으로, 편심추(321)가 가이드 홈(235)의 일측 단부를 가압하는 순간에 편심추(321)는 역방향의 힘이 가해지고, 구동모터(220)의 동력을 전달하는 연결로드(320) 또한 역방향으로 가압 된다.

이때, 상기 구동모터(220)는 역방향의 가압력이 부하로 작용함에 따라, 순간적으로 연결로드(320)의 회전력 전달이 상실되어 편심추(321)가 가이드 홈(235)의 양측 단부를 순간 가압 즉, 때리는 현상이 발생한다. 이는 소음으로 작용하는데, 본 발명에서와 같이 다수 개의 음각 돌기가 형성된 음각기어(325)는 동력전달기어(221)와 결합되어 구동모터(220)의 동력 전달을 선형적으로 유지시켜 순간 가압력 즉, 때리는 현상을 방지한다.

이는 상기 편심추(321)가 가이드 홈(235)의 일측 단부를 때리는 것이 아니라, 미는 힘으로 작용하는 것으로서 편심추(321)와 가이드 홈(235)의 양측 단부 간 금속 충돌현상을 방지하는 것이다.

그 원리로서, 상기 동력전달기어(221) 및 이에 대응하는 음각기어(325)의 돌기 수가 적을 경우 예컨대, 9개 미만일 경우에는 구동모터(220)의 회전력 전달이 소수 개의 돌기에 의해 이루어지기 때문에, 구동모터(220)의 동력이 일부 돌기에 한정되어 편심추(321)와 가이드 홈(235)의 일측 단부 간 충돌 시 구동모터(220)로 순간 부하가 작용한다.

이러한 순간 부하는 편심추(321)를 순간적으로 정지시켜 편심추(321)가 가이드 홈(235)의 일측 단부를 가격하는 것으로서 핸드피스의 소음을 유발한다. 본 발명을 통해 동력전달기어(221) 및 이에 대응하는 음각기어(325)의 돌기 수를 증가시켜 소음을 억제하는 것이다.

그러나, 상기 동력전달기어(221) 및 음각기어(325)의 돌기 수가 크게 증가할 경우 예컨대, 12개 이상이 될 경우에는 음각기어(325)의 돌기 간 간격이 협소하여 그 형상이 변형되는 문제가 있다. 이러한 문제는 실질적으로 기어봉(323)의 재질이 텅스텐/아연 합금으로 성형됨에 따른 것으로, 아연의 성분비가 10wt% 내지 15wt%로서 연성이 증가하기 때문이다.

전술한 바와 같이, 아연의 성분비가 낮아 강도가 높을 경우에는 재질에 의한 소음을 줄이기 어렵다. 즉, 상기 음각기어(325)의 재질로 인해 편심추(320)와 가이드 홈(235)의 단부 간 충돌 시, 충돌흡수로 인한 소음을 격감시켜야 하는데 재질의 강도가 높을 경우에는 소음이 발생하게 된다. 또한, 아연의 성분비가 높아 연성이 높을 경우에는 금속의 변형을 우려해야 한다.

따라서, 본 발명에서 제시하는 동력전달기어(221) 및 음각기어(325)의 돌기 수는 9개 내지 11개가 적절하며, 이로부터 구동모터(220)의 동력전달이 안정적으로 이루어지고 가이드 홈(235)과 편심추(321) 간의 충돌로 인한 충격흡수가 적절하여 소음이 줄어들게 된다.

도 4는 본 발명에서 제시하는 돌기의 개수에 따른 소음도를 실험한 결과이다. 본 실험에서는 소음의 방해가 없는 환경에서 상기 동력전달기어(221) 및 음각기어(325)의 돌기 개수를 하나씩 증가시키며 실험하였고, 각 실험은 핸드피스의 1분 경과 후의 소음도, 3분 경과 후의 소음도, 5분 경과 후의 소음도를 측정하여, 그 결과의 평균 수치를 구함으로써 실험의 신뢰성을 높였다. 평균 수치 값은 소수점 첫째 자리에서 반올림하였다. 여기서, 일정 시간 간격을 갖고 소음도를 측정하는 것은 음각기어(325)의 훼손 상태를 검출하기 위한 것으로, 음각기어(325)의 변형에 의한 훼손이 발생할 경우 소음도가 높아지기 때문이다.

먼저, 도시된 바와 같이 3개의 돌기를 갖는 동력전달기어(221) 및 음각기어(325)가 장착된 핸드피스를 1분 경과 후에 소음도를 측정한 결과, 69데시벨(dB)이 측정되었고, 같은 조건에서 3분 경과 후에 소음도를 측정한 결과, 73데시벨(dB)이 측정되었으며, 또다시 같은 조건에서 5분 경과 후에 소음도를 측정한 결과, 76데시벨(dB)이 측정되었다. 따라서 평균 수치 73데시벨(dB)의 결과 값을 도출했으며, 이는 전화벨 정도의 높은 소음으로써, 4개의 돌기는 소음의 방해가 없는 수술 환경을 위한 핸드피스에 적합하지 않음을 알 수 있었다.

다음으로 5개의 돌기를 갖는 동력전달기어(221) 및 음각기어(325)가 구비된 핸드피스로 같은 실험을 한 결과, 평균 72데시벨(dB)의 결과 값을 도출했으며, 소음도가 조금 낮아지기는 했으나 소음의 방해가 없는 수술 환경을 위한 소음 저감에는 효과가 미비함을 알 수 있었다.

또한, 상기 동력전달기어(221) 및 음각기어(325)의 돌기 개 수를 7개로 증가한 경우, 1분 경과 후의 소음도는 100회 평균 63데시벨(dB)로 측정되었고, 3분 경과 후의 소음도는 69데시벨(dB), 5분 경과 후의 소음도는 71데시벨(dB)로 검출되어 최종 평균 68데시벨(dB)로 산출되었다. 이와 같이 검출된 소음 측정결과는 높지 않으나 제품의 질적 향상을 위해 설정된 60데시벨(dB) 미만 기준을 통과하지 못한 결과이다.

한편, 상기 동력전달기어(221) 및 음각기어(325)의 돌기 개 수를 9개로 증가한 경우, 1분 경과 후의 소음도는 평균 84데시벨(dB)로 측정되었고, 3분 경과 후의 소음도는 평균 57데시벨(dB), 5분 경과 후의 소음도는 평균 61데시벨(dB)로 검출되어 최종 평균 57데시벨(dB)로 산출되어 설정된 기준치 이하임을 확인하였다.

또한, 상기 동력전달기어(221) 및 음각기어(325)의 돌기 개 수를 11개로 증가한 경우, 1분 경과 후의 소음도는 평균 51데시벨(dB)로 측정되었고, 3분 경과 후의 소음도는 평균 52데시벨(dB), 5분 경과 후의 소음도는 평균 56데시벨(dB)로 검출되어 최종 평균 53데시벨(dB)로 산출되어 만족스러운 결과를 확인하였다.

이어서, 돌기의 개 수를 13개로 증가하여 실험을 하였으나 도시된 바와 같이, 최초 1분 경과 후의 소음도가 48데시벨(dB)로 측정되었으나, 3분 경과 후의 소음도는 64데시벨(dB)로 급격히 증가하였고, 5분 경과 후의 소음도는 77데시벨(dB)로 매우 불안정한 결과를 초래하였다. 그 이유로서, 돌기의 개 수가 13개인 경우 3분 동작 후에 기어의 손상이 발생한 것으로 판단되었으며, 이로 인한 소음 증가가 원인으로 인지되었다.

이는 기어 돌기의 개 수가 증가함에 따른 음각기어(325)의 훼손이 발생한 것으로, 돌기의 개 수를 15개로 증가한 경우에도 최초 1분 경과 후의 소음도가 42데시벨(dB)로 안정적인 데이터를 측정하였으나, 3분 경과 후의 소음도는 78데시벨(dB)로 급격히 증가하였고, 5분 경과 후의 소음도는 76데시벨(dB)로 매우 불안정하였다.

결국, 본 실험에서는 기어 돌기의 개 수를 증가한다고 하여 소음도가 낮아지는 것이 아님을 확인하였고, 기어 돌기가 9개 내지 11개로 이루어질 경우 소음도가 가장 낮음을 인지하였다.

한편, 본 발명에서는 기둥의 직선이 평행한 원기둥 형태의 동력전달기어(221) 및 음각기어(325)를 제시하였으나, 종단부의 폭이 좁아지는 콘 형상의 기어 형태가 적용될 수 있을 것이다. 이와 같이, 폭이 좁아지는 콘 형상의 기어 형태를 사용할 경우, 조립 과정에서 동력전달기어(221) 및 음각기어(325) 간 결합이 용이할 뿐만 아니라, 동일 조건에서 동력전달기어(221)와 음각기어(325) 간 결합 면적을 높여 소음을 줄이는 또 다른 원인으로 작용한다.

즉, 상기 동력전달기어(221)가 음각기어(325)로 진입 설치될 때 동력전달기어(221) 및 음각기어(325) 간의 밀착력이 높아져 연결로드(320)의 동력 전달 효율을 높이며, 편심추(321)와 가이드 홈(235)의 단부 간 충돌에 의한 구동모터(220)의 일시적 부하 증가 현상을 감소시켜 소음을 줄이게 되는 것이다.

200 : 구동부 210 : 동력 전달체
211 : 본체 213 : 체결관
215 : 삽설구 220 : 구동모터
221 : 동력전달기어 230 : 블레이드 진동체
231 : 블레이드 고정헤드 233 : 진동 플레이트
235 : 가이드 홈 320 : 연결로드
321 : 편심추 323 : 기어봉

Claims (6)

1. 회전축에 장착되는 동력전달기어를 포함하는 구동 모터와, 상기 동력전달기어와 결합되어 상기 구동 모터의 회전 운동을 원호 운동으로 변환하도록 연결로드가 내설되는 동력 전달체와, 상기 동력 전달체를 통해 전달되는 원호 운동을 블레이드로 전달하는 블레이드 진동체를 포함하는 의료용 쏘우 핸드피스의 소음을 저감 장치에 있어서,
   상기 동력전달기어는 단면이 별(*) 형상으로, 9개 내지 11개의 돌기가 마련된 금속재질의 성형체이고;
   상기 동력전달기어에 대응하도록 상기 연결로드의 종단에 음각기어가 음각 성형되는 것을 특징으로 하는 의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 음각기어는 텅스텐/아연 합금으로 성형되며,
   상기 아연은 조성비 10wt% 내지 15wt%인 것을 특징으로 하는 의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 아연은 조성비 13wt%인 것을 특징으로 하는 의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 동력전달기어 및 음각기어는 원통형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 동력전달기어 및 음각기어는 콘 형상의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 쏘우 핸드피스는 일회용 핸드피스인 것을 특징으로 하는 의료용 쏘우 핸드피스의 소음 저감 장치.
   
   

Images