KR101472704B1 - 인덕션 방식의 근관 충전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피가열체를 수용하는 금속 파이프에 고주파 전류에 의한 와전류를 유도하여 피가열체가 가열되도록 하는 소형화된 배터리 환경 기반의 무선 인덕션 근관 충전 장치를 개시한다.

Description

인덕션 방식의 근관 충전 장치{APPARATUS FOR CHARGING ROOT CANAL USING INDUCTION TYPE}

본 발명은 근관 충전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피가열체를 수용하는 금속 파이프에 고주파 전류에 의한 와전류를 유도하여 피가열체가 가열되도록 하는 인덕션 방식의 근관 충전 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 치과 병원에서 썩은 치아를 치료하는 방법으로 치아의 썩은 부위를 천공 기구를 이용하여 제거하고 치료 부위인 근관을 충전 물질을 이용하여 충전시킨 상태 하에서 이를 밀폐 시키는 방법을 이용하고 있다.

근관을 충전할 때는 보통 거타-퍼차 콘으로 하게 되는데, 거타-퍼차 콘은 말레이 군도에서 자생하는 사포타과(Sapotaceae)의 Palaguim속과 Payena속의 나무에서 추출한 상온에서는 반고체이나 압을 가하거나 열을 가해서 딱딱한 형태의 고무가 된다. 이것을 보통 화이트 거퍼-퍼차(White Gutta Percha)라고 부른다.

화이트 거퍼-퍼차에 산화아연, 황산바륨, 왁스, 색소 등을 넣고 롤이나 믹서기 등에서 조합을 하여 판상으로 뽑아낸 후 이것을 절단하여 각 사이즈별로 원추형의 모양으로 만들게 된다.

거타-퍼차 콘은 근관 충전 물질로서는 오늘날 가장 많이 사용하는 재료로서 생체에 가장 적합하여 치근단에 대한 독성이 거의 없는 것으로 알려져 있다.

종래의 전기 저항 열을 이용한 근관 충전 장치의 경우, 피가열체를 가열하기 위해 1차적으로 가열된 물체의 열을 피가열체에 접촉해서 열을 전달하는 방식이기 때문에 효율이 떨어지는 단점이 존재하였다. 또한, 휴대 가능성을 기반으로 경제적인 장치의 제작이 가능하였음에도 불구하고, 열선이 단선되는 것과, 국부적인 가열에 대한 충진 고분자의 변성, 및 국부적인 용융에 의해 발생하는 용융 고분자 흐름이 어려운 문제점들이 있었다.

또한, 인덕션 방식으로 근관을 충전하는 종래의 장치는 피가열체(충전재)에 와전류(eddy current)를 이용하여 직접적으로 가열하는 방식으로 효율이 높고 가열시간이 빠르다는 장점이 있으나, 피가열체인 충전재를 수용하는 금속 소재의 부재에 대한 종류, 재질, 코일의 종류를 고려하지 않고, 배터리 기반의 저전력 환경을 고려하지 않아 최적화된 발열 특성을 얻기가 용이하지 않으며, 저전력 운영 및 소형화에 문제점이 존재하였다.

전술한 문제점을 해결하고, 배터리와 같은 전원을 기반으로 한정된 전압 및 한정된 전류를 인덕션 방식으로 피가열체(충전재)를 가열하는 인덕션 방식의 근관 충전 장치에서 최적화할 필요성이 대두 되었다.

대한민국 등록특허 제10-0614628호(2006.08.21), "배터리의 착탈이 용이한 치과용 근관 충전장치" 대한민국 공개특허 제2010-0137986호(2010.12.31), "근관충전장치" 대한민국 등록특허 제10-0668424호(2007.01.08), "치과용 무선 복합 근관 충전장치"

본 발명은 피가열체를 빠르고, 균일하게 가열하고, 저전압 및 저전력의 배터리 환경에서 최대 효율을 얻을 수 있는 근관 충전 장치를 제공한다.

본 발명은 피가열체(충전재)의 열적 특성에 최적화한 무선 발열 발진 드라이브 및 발열 카트리지를 통하여, 소형화 및 저전력을 기반으로 하는 근관 충전 장치를 제공한다.

본 발명은 피가열체를 수용하는 금속 부재에서 발생하는 열에 대한 안전성이 존재하고, 인체에 무해한 자기장을 발생하는 발진 드라이브를 통하여 인체에 대한 안전성이 확보되는 근관 충전 장치를 제공한다.

본 발명의 인덕션 방식을 이용한 근관 충전 장치는 내부에 전원 유닛이 수용되는 파지부와, 상기 파지부의 상단에 형성되는 상단 케이스를 갖는 본체; 상기 상단 케이스의 앞단에 배치되어, 피가열체를 수용하며, 상기 피가열체를 외부로 배출시키는 배출부가 형성되는 금속소재로 구성된 금속 파이프; 상기 금속 파이프의 외측을 감싸고, 상기 상단 케이스 내부에 구비되는 보빈에 권취된 리츠와이어 형태의 인덕션 코일과, 상기 인덕션 코일의 외측을 포위하고 상기 상단 케이스 내부에 구비되는 열차폐링을 갖는 발열카트리지; 상기 상단 케이스의 후단에 배치되어, 상기 전원 유닛을 기반으로 상기 인덕션 코일에 고주파 전류를 공급하는 발진 드라이브; 및 상기 금속 파이프의 후단을 가압하여 상기 피가열체가 상기 배출부의 외부로 배출되도록 제어하는 피스톤부를 포함하고, 상기 발진 드라이브는 200kHz 내지 350kHz의 주파수 범위를 갖는 상기 고주파 전류를 공급하며, 상기 인덕션 코일은 에나멜 와이어를 기설정된 횟수로 꼬은 리츠와이어로, 상기 보빈에 다수회 감긴 것이고, 상기 고주파 전류는 상기 금속 파이프의 표면에 와전류를 발생시켜 상기 와전류에 의해 상기 피가열체가 가열되는 것을 특징으로 한다.

상기 인덕션 코일은 직경 0.05mm 내지 0.09mm 의 에나멜 와이어의 50 내지 150 가닥을 꼬은 리츠와이어일 수 있다.

상기 금속 파이프는 구리 5 내지 15% 및 알루미늄 85 내지 95% 를 함유하는 알루니늄 함금으로 구성될 수 있다.

상기 발진 드라이브는, 상기 전원 유닛으로부터 200kHz 내지 350kHz의 주파수 범위를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 마이크로 컨트롤러 유닛; 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로부터 상기 생성된 PWM 신호를 인가 받아 상기 PWM 신호에 대응하는 전계효과 트랜지스터를 구동하기 위한 구동 전압을 생성하는 트랜지스터 드라이버; 및 증폭된 고주파 신호를 출력하는 하프 브릿지(half bridge) 타입의 전계효과 트랜지스터부와, 상기 인덕션 코일과 직렬 공진을 형성하고 상기 증폭된 고주파 신호가 상기 직렬 공진을 통하여 상기 인덕션 코일로 상기 고주파 전류가 인가되도록 하는 공진 캐패시터를 포함하는 하프브릿지 컨버터를 포함할 수 있다.

상기 공진 캐패시터는 몸체 내에 캡슐화된(encapsulated) 용량 소자(capacitive element)를 구비한 표면 실장형(Surface mount type) 캐패시터일 수 있다.

상기 발진 드라이브는 상기 전원 유닛과 전기적으로 연결되어, 상기 전계효과 트랜지스터부, 상기 트랜지스터 드라이버부 및 상기 마이크로 컨트롤러 유닛에 공급되는 입력 전압의 레벨을 일정하게 유지시키는 레귤레이터; 및 상기 인덕션 코일에 공급되는 상기 고주파 전류에 대응하는 피드백 전압을 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로 전달하는 정류부를 더 포함할 수 있다.

상기 발진 드라이브는 상기 본체의 외부에 형성되는 스탠드 어론(stand alone) 디바이스일 수 있다.

본 발명에 따르면, 피가열체를 빠르고, 균일하게 가열하고, 저전압 및 저전력의 배터리 환경에서 최대 효율을 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 피가열체(충전재)의 열적 특성에 최적화한 무선 발열 발진 드라이브 및 발열 카트리지를 통하여, 소형화 및 저전력을 기반으로 하는 근관 충전 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 피가열체를 수용하는 금속 부재에서 발생하는 열에 대한 안전성과, 인체에 무해한 자기장을 발생하는 발진 드라이브를 통하여 인체에 대한 안전성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 근관 충전 장치의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A를 절개하여 바라본 단면구성을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에서 열차폐관은 분리한 모습을 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 근관 충전 장치의 발진 드라이브에 대한 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 근관 충전 장치의 금속 파이프의 재료 종류에 따른 열용량을 인덕션 가열 시간에 따라 도시한 결과이다.
도 6은 EDS(에너지 분산법)로 측정한 본 발명의 일 실시예에 따른 근관 충전 장치의 금속 파이프의 알루미늄 조성 비율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 금속 파이프의 재질 및 두께에 따른 금속 파이프에서의 발열 차이를 도시하는 그래프이다.
도 8은 리츠 와이어의 꼬인 가닥수 별로 시간에 따라서 리츠 와이어에 발열량의 변화를 도시하는 그래프이다.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.

또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에 사용된 "및/또는"이라는 용어는 열거된 관련 아이템들 중 하나 이상의 아이템의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징, 단계, 동작, 모듈, 구성요소 및/또는 컴포넌트가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 단계, 동작, 모듈, 구성요소, 컴포넌트 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 근관 충전 장치의 구성을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 근관 충전 장치(100)는 건(gun) 형상을 구비하는 본체(110), 본체(110)의 상부 앞단에 배치되어, 피가열체를 수용하며, 상기 피가열체를 외부로 배출시키고, 금속 소재로 구성되는 금속 파이프(120), 금속 파이프(120)의 외측을 감싸고, 피가열체를 가열하도록 유도하는 발열카트리지(130), 본체(110)의 상단의 후단에 배치되어 전원 유닛을 기반으로 발열카트리지(130)에 고주파 전류를 공급하는 발진 드라이브(단면 도시로 인한 미도시), 및 금속 파이브(120)의 후단을 가압하여 피가열체가 금속 파이프(120)의 외부로 배출되도록 제어하는 피스톤부(150)를 포함한다.

본체(110)는 내부에 전원 유닛이 수용되는 파지부(111)와, 파지부(111)의 상단에 형성되는 상단 케이스(112)를 포함한다.

금속 파이프(120)는 상단 케이스(112)의 앞단에 배치되어, 피가열체를 수용하며, 상기 피가열체를 외부로 배출시키는 배출부(121)를 구비한다. 또한, 금속 파이프(120)는 금속 소재로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 금속 파이프(120)는 구리 5 내지 15% 및 알루미늄 85 내지 95% 를 함유하는 알루니늄 함금으로 구성될 수 있다. 발열카트리지(130)는 금속 파이프(120)의 외측을 감싸고, 상단 케이스(112) 내부에 구비되는 보빈(131)에 권취된 리츠와이어 형태의 인덕션 코일(132), 인덕션 코일(132)의 외측을 포위하고, 상단 케이스(112)의 내부에 구비되는 열차폐링(133)을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 인덕션 코일(132)은 직경 0.05mm 내지 0.09mm 의 에나멜 와이어의 50 내지 150 가닥을 꼬은 리츠와이어 형태로, 보빈(131)에 감긴 것일 수 있다.

발진 드라이브(미도시)는 상단 케이스(112)의 후단에 배치되어, 전원 유닛을 기반으로 인덕션 코일(132)에 고주파 전류를 공급한다. 본 발명의 일측에 따른, 상기 발진 드라이부는 200kHz 내지 350kHz의 주파수 범위를 갖는 상기 고주파 전류를 인덕션 코일(132)로 공급한다.

인덕션 코일(132)에 공급되는 고주파 전류의 주파수 범위를 200kHz 내지 350kHz로 한정한 이유는, 주파수가 200kHz 이하일 경우 제한된 크기의 금속파이프(120)에 리츠 와이어를 감는 횟수가 상대적으로 증가하게 되어 에너지 효율이 떨어지고, 주파수가 350kHz 이상인 경우 주파수가 증가할수록 금속파이프(120)의 표면에서 발생하는 표면 효과(Skin effect)는 낮아지며 이것은 금속파이프(120)의 바람직한 두께 0.5mm에서 효과적인 발열을 얻을 수 없기 때문이다.

표 1은 인덕션 코일(132)에 공급되는 고주파 전류의 주파수 범위에 따른 적정 와이어 지름 및 고주파 전류가 전류가 인가되었을 때 금속파이프에서의 겉보기 저항값을 직류에서 측정한 저항값(DC resistance, 직류 저항)을 나타내는 표로서, 하기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 근관 충전 장치는 주파수가 200kHz 이하의 경우 적정 와이어의 지름이 0.06mm 보다 커서 금속파이프(120)에 리츠 와이어를 감는 횟수가 상대적으로 증가하게 되고, 주파수가 350kHz 이상인 경우 겉보기 저항값이 1801 OHMS/M 보다 커서 금속파이프(120)의 표면에서 발생하는 표면 효과(Skin effect)는 낮아져서 효과적인 발열을 얻을 수 없게 된다.

[표 1]

실시예에 따라서는 상기 발진 드라이브는 본체(110)의 외부에 독립적으로 형성되는 스탠드어론(stand-alone) 디바이스일 수도 있다.

인덕션 코일(132)로 공급된 고주파 전류는 금속 파이프(120)의 표면에 와전류를 발생시키고, 발생한 와전류에 의해 피가열체가 가열된다.

피스톤부(150)는 금속 파이프(120)의 후단을 가압하여 피가열체가 배출부(121)의 외부로 배출되도록 제어한다. 이하에서는 도 2를 참고하여, 본 발명의 발열카트리지를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 도 1의 A-A를 절개하여 바라본 단면구성을 도시한 단면도이다.

금속 파이프(120)에 생성되는 고주파 전류는 도체의 표피에 흐르는 표면 효과(Skin Effect)의 성질을 갖는다. 따라서, 인덕션 코일(132)을 굵은 가닥의 단선을 사용하게 되면, 상기 고주파 전류는 금속 파이프(120)의 표면에 잘 흐르지 못하게 되어 근관 충전 장치의 효율이 떨어진다.

본 발명의 발열카트리지(130)는 고주파 기반의 인덕션 방식의 가열 및 수 밀리 두께의 금속 파이프의 구조체를 고려하여 리츠 와이어 형태의 인덕션 코일(132)을 포함한다.

도 1의 확대된 구성 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 발열카트리지(130)는 금속 파이프(120)의 외측을 감싸고, 본체(110)의 상단 케이스(112) 내부에 구비되는 보빈(131)에 권취된 리츠와이어 형태의 인덕션 코일(132)과, 인덕션 코일(132)의 외측을 포위하고, 상단 케이스(112)의 내부에 구비되는 열차폐링(133)을 포함한다.

도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 금속 파이프(120)는 길이 22mm, 내경 3.0mm 의 금속 튜브 형태로서, 금속 파이프(120)의 표면에 유도되는 와전류는 인덕션 코일(132)에서 발생되는 주파수 범위와 금속 파이프(120)의 재료에 따라 가열되는 효율이 달라질 수 있다. 이하에서는 도 5 내지 도 8을 참고하여, 본 발명의 근관 충전 장치(100)의 금속 파이프(120)에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 근관 충전 장치의 금속 파이프의 재료 종류에 따른 열용량을 인덕션 가열 시간에 따라 도시한 결과이고, 도 6은 EDS(에너지 분산법)로 측정한 본 발명의 일 실시예에 따른 근관 충전 장치의 금속 파이프의 알루미늄 조성 비율을 나타내는 그래프이고, 도 7은 금속 파이프의 재질 및 두께에 따른 금속 파이프에서의 발열 차이를 도시하는 그래프이며, 도 8은 리츠 와이어의 꼬인 가닥수 별로 시간에 따라서 리츠 와이어에 발열량의 변화를 도시하는 그래프이다.

참고로, 도 6 및 도 7은 인덕션 코일에서 발생하는 주파수 범위가 300kHz이고, 리츠 와이어의 단선 직경이 0.06mm이고 100가닥 꼬은 경우를 기준으로 실험한 결과이다.

금속 파이프(120)의 표면에 유도되는 와전류는 인덕션 코일(132)에서 발생하는 주파수 범위와, 금속 파이프(120)의 재료에 따라 효율이 달라 질 수 있다.

도 5를 참조하면, 발열 특성만을 고려하는 경우, 본 발명의 근관 충전 장치의 금속 파이프(120)는 순수한 구리를 사용하는 경우, 다른 금속과 비교하여 상대적으로 열 발생의 효율이 높음을 알 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 근관 충전 장치(100)의 금속 파이프(120)는 발열 특성만을 고려하여 구리를 금속 파이프(120)의 재료로 사용하는 경우, 금속 파이프(120)의 표면에 발생하는 산화로 인하여 근관 충전 장치의 용도 상 인체를 대상으로 사용이 필수적이어서 적합하지 않다.

또한, 금속 파이프(120)는 피스톤부(150)에 의해 가압되는 20N 가량의 힘을 견딜 수 있어야 하고, 발진 드라이브의 저전력 소모를 위하여 최적화된 두께를 가져야 할 필요가 있다.

전술한 점을 고려하여 본 발명의 실시예에 따른 근관 충전 장치(100)의 금속 파이프(120)는 구리 5 내지 15% 및 알루미늄 85 내지 95%를 함유하는 알루미늄 함금으로 구성될 수 있고, 보다 바람직하게는 구리 10% 및 알루미늄 90%를 함유하는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.

금속 파이프(120)을 구성하는 구리 및 알루미늄의 비율을 구리 5 내지 15% 및 알루미늄 85 내지 95%의 비율로 한정하는 것은, 실험 결과 구리 5 내지 15% 및 알루미늄 85 내지 95%를 함유하는 알루미늄 합금의 경우 산화의 문제점이 없으며, 적동(순수한 구리)만큼의 효율적인 발열 특성을 보였기 때문이다. 도 6를 참조하면, 일 실시예에 따른 근관 충전 장치(100)의 금속 파이프(120)는 상술한 구리 5 내지 15% 및 알루미늄 85 내지 95%의 범위에 포함되는 92.14%의 알루미늄과, 7.86%의 구리로 구성되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 근관 충전 장치(100)의 금속 파이프(120)는 배터리 기반의 발진 드라이브의 저전력 소모 및 피스톤부(150)의 가압되는 압력을 견딜 수 있는 0.4 내지 0.8 mm 의 두께를 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 0.5mm 두께를 포함할 수 있다.

도 7을 참조하면, 금속 파이프(120)의 두께의 범위를 0.4 내지 0.8mm로 한정하는 것은, 0.4mm 이하의 금속 파이프의 경우 피스톤부(150)에 의해 가압되는 20N 가량의 힘을 견디지 못해 부서지고, 0.8mm 이상의 경우 리츠 와이어 턴수의 증가에 따른 소비 에너지의 증가로 본 실시예와 같은 배터리 기반에 적합하지 않기 때문이다.

일례로, 구리가 함유된 금속 파이프(120) 사용시에 금속 파이프(120)이 평균 소비 에너지는, 실험 결과 금속 파이프(120)의 두께가 0.5mm 인 경우에 1.9A/h이고, 0.75mm 인 경우에 2.2A/h이며, 1mm 인 경우에 2.6A/h 인 것으로 측정되었다. 본 실시예와 같은 배터리 기반의 근관 충전 장치(100)에서, 배터리에서 평균적으로 소비되는 에너지가 2.2A/h 이상인 경우 본 실시예와 같은 배터리 기반에서는 배터리가 상대적으로 빨리 소비되는 것이므로 금속 파이프(120)의 두께는 0.75mm 이하인 것이 바람직하다.

다시 도 2를 참조하면, 인덕션 코일(132)은 금속 파이프(120)의 얇은 금속 튜브 형태의 구조체에 대응하여 직경 0.05mm 내지 0.09mm 의 에나멜 와이어의 50 내지 150 가닥을 꼬은 리츠와이어 형태로, 보빈(131)에 감긴 것일 수 있다.

리츠 와이어 형태의 인덕션 코일(132)은 표면 효과의 극대화를 유도하고, 교류저항의 증가를 억제하여, 고주파 전류에 의한 인덕션 코일(132)의 온도 상승을 방지할 수 있다.

도 8을 참조하면, 리츠 와이어의 꼬인 가닥수를 50 내지 150 가닥으로 한정하는데 고려된 사항은, 1) 배터리 소모량과, 2) 피가열체(Gutta Percha)를 녹이는데 필요한 20초 내외의 시간이다.

보다 상세히, 리츠 와이어의 꼬인 가닥수가 50가닥 이하인 경우(리츠 와이어의 두께는 0.06mm), 배터리에서의 소비 에너지가 1.42A/h 이하로서 적절하지만, 20초 동안 인덕션 가열하였을 때 0.5mm 두께의 구리 파이프에서 발생된 열에너지가 대략 60 J 이하로서 Gutta Percha를 완전히 녹이기에는 부족하다. 또한, 리츠 와이어의 꼬인 가닥수가 150가닥 이상인 경우(리츠 와이어의 두께는 0.05mm) 20초 동안 인덕션 가열하였을 때 0.5mm 두께의 구리파이프에서 발생된 열에너지가 대략 85 J로서 Gutta Percha를 완전히 녹이는데 충분하지만, 배터리에서의 소비 에너지가 2.67A/h로서 본 실시예와 같은 배터리 기반에서는 배터리가 상대적으로 빨리 소비되므로 적절하지 않다.

따라서, 리츠 와이어의 꼬인 가닥수는 50 내지 150 가닥인 것이 바람직하다. 또한, 리츠 와이어의 꼬인 가닥수가 100가닥인 경우에는 배터리에서의 소비 에너지가 1.9A/h이고, 20초 동안 인덕션 가열하였을 때 0.5mm 두께의 구리 파이프에서 발생된 열에너지가 대략 80 J로서 Gutta Percha를 완전히 녹이는데 충분하므로 보다 바람직하다고 할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같은 보빈(131) 및 인덕션 코일(132)을 포함하는 발열카트리지(130)의 구성을 통하여 금속 파이프(120)에 수용된 피가열체에 대한 빠른 가열이 가능하다.

또한 본 발명의 근관 충전 장치(100)는 최대의 효율로 자기장을 발생시키는데 적합하다. 보다 구체적으로는 본 발명의 일측에 따른 발열카트리지(130)는 외부 자기장 영향을 차폐하기 위한 뮤메탈(Mumetai) 및 퍼몰로이(Permalloy)와 같은 고투자율 합금 재료로 구성된 자기장 차폐 물질을 더 포함할 수 있다.

ICNIRP(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection)에서 자기장 발생 강도에 대한 인체 안전 유무에 대하여 제시된 바에 의하면, 312 kHz 의 발진 드라이브의 경우, 인체에 무해한 자기장 세기는 3? 이하를 만족해야 한다.

표 2은 직경 0.05mm 내지 0.09mm 의 에나멜 와이어의 50 내지 150 가닥을 꼬은 리츠와이어 형태의 본 발명의 실시예에 따른 인덕션 코일(132)에 자기장 차폐 물질을 포함하여 150가닥의 인덕션 코일의 대조군과 비교한 것으로서, 하기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 근관 충전 장치는 ICNIRP 의 자기장 발생 강도에 대한 인체 안전 기준을 만족한다.

[표 2]

상기 측정 포인트 1 내지 4 는 발열카트리지(130)의 본체(110)의 상단 케이스(112)의 앞단 상부의 임의의 측정 포인트이다.

본 발명에 따른 근관 충전 장치(100)의 보빈(131)은 리츠 와이어 형태의 인덕션 코일(132)을 고정하는 것으로서, 길이 22mm, 직경 4mm로 형성될 수 있고, 금속 파이프(120)에서 발생하는 최대 200℃ 에 이르는 열에 대한 안전성을 확보하기 위해 테프론 재질로 구성될 수 있다.

또한, 인덕션 코일(132)의 외측을 포위하는 열차폐링(133)은 인덕션 코일(132)의 외부로의 열 손실을 방지하기 위해 테프론 재질로 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면 테프론 재질의 보빈(131) 및 태프론 재질의 열차폐링(133)을 통하여, 열적 안전성(Thermal safety)을 확보할 수 있다.

도 4은 본 발명의 근관 충전 장치의 발진 드라이브에 대한 구성을 도시한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 근관 충전 장치의 발진 드라이브(140)는 본체(110)의 상단 케이스(112)의 후단에 배치되어, 전원 유닛을 기반으로 인덕션 코일(132)에 고주파 전류를 공급한다.

실시예에 따라서는, 발진 드라이브(140)는 본 발명의 근관 충전 장치(100)의 본체(110) 외부에 구성되는 스탠드-어론 디바이스(Stand-alone device)일 수 있다.

본 발명의 발진 드라이브(140)는 마이크로 컨트롤러 유닛(141), 트랜지스터 드라이버(142) 및 하프브릿지 컨버터(143)를 포함한다.

마이크로 컨트롤러 유닛(MCU, Micro Controller Unit)(141)는 전원 유닛으로부터 200kHz 내지 350kHz의 주파수 범위를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성한다.

본 발명의 근관 충전 장치(100)는 마이크로 컨트롤러 유닛(141)을 통하여 생성된 200kHz 내지 350kHz의 범위의 고주파 PWM 신호를 기반으로 인덕션 코일(132)에 인가되는 고주파 전류를 이용하여 금속 파이프(120)의 표면에 와전류를 발생시킨다.

또한, 본 발명의 근관 충전 장치(100)는 200kHz 내지 350kHz의 주파수 범위를 갖는 PWM 신호를 생성하는 마이크로 컨트롤러 유닛(141)을 통하여 별도의 발진 회로 없이 고 정밀도를 가지는 간단한 회로로써, PWM 신호를 생성할 수 있다.

트랜지스터 드라이버(142)는 마이크로 컨트롤러 유닛(141)으로부터 생성된 PWM 신호를 인가 받아, PWM 신호에 대응하는 전계효과 트랜지스터(FET, Field Effect Transistor)를 구동하기 위한 구동 전압을 생성한다.

하프브릿지 컨버터(143)는 전계효과 트랜지스터부(153) 및 공진 캐패시터(163)를 포함할 수 있다.

전계효과 트랜지스터부(153)는 하프 브릿지(half bridge) 방식으로 증폭된 고주파 신호를 출력하기 위한 전계효과 트랜지스터로 형성되는 전류 증폭 회로이다. 저전압에서 우수한 전기적 특성을 보이며, 턴온 저항(turn on resistance)이 낮은 본 발명의 전계효과 트랜지스터부(153)를 통하여 배터리 기반의 전원 환경에서 공급되는 전압으로부터 하프 브릿지 방식으로 최대의 효율을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 근관 충전 장치는 저전력에서 구동이 가능하다.

공진 캐패시터(163)는 인덕션 코일(132)과 직렬 공진을 형성하고, 증폭된 고주파 신호가 상기 직렬 공진을 통하여 인덕션 코일(132)로 고주파 전류가 인가되도록 한다. 보다 구체적으로는 공진 캐패시터(163) 및 인덕션 코일(132)이 형성하는 직렬 공진에 의하여 최소 임피던스를 통해 인덕션 코일(132)에 최대의 고주파 전류가 인가될 수 있다.

상이한 캐패시터의 소자 구성은 상이한 용량 성능을 보이게 되고, 용량 소자의 성질은 캐패시터의 크기를 결정할 수 있다. 예를 들면, 고전압을 다룰 필요가 있는 경우, 상대적으로 큰 용량 소자를 사용해야만 하고, 이는 상대적으로 큰 소자의 케이스 크기를 요구한다.

본 발명의 근관 충전 장치는 저전압으로 구동할 수 있는 배터리 환경의 소형화가 요구되고, 이로 인하여 캐패시터의 크기는 회로 설계에서 중요하다. 그러므로 캐패시터의 용량 성능을 유지하면서 커패시터가 실장되는 케이스 크기 및 이의 부피를 감소하는 것은 본 발명의 근관 충전 장치에서 필수적으로 요구된다.

이를 위해 본 발명의 일측에 따른 공진 캐패시터(163)는 몸체 내에 캡슐화된(encapsulated) 용량 소자(capacitive element)를 구비한 표면 실장형(Surface mount device) 캐패시터일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 공진 캐패시터(163)는 표면 실장형의 높은(고) 허용 리플 전류 형(High Allowable Ripple Current Type)으로서, 부품의 크기를 1/10 로 줄여 본 발명의 근관 충전 장치(100)의 소형화를 가능하게 한다.

본 발명의 발진 드라이브(140)는 전원 유닛과 전기적으로 연결되어, 전계효과 트랜지스터부(153), 트랜지스터 드라이버(142) 및 마이크로 컨트롤러 유닛(141)에 공급되는 입력 전압의 레벨을 일정하게 유지시키는 전압 안정화 회로(145) 및 인덕션 코일(132)에 공급되는 고주파 전류에 대응하는 피드백 전압을 마이크로 컨트롤러 유닛(141)으로 전달하는 정류부(146)를 더 포함할 수 있다.

정류부(146)는 금속 파이프(120) 및 인덕션 코일(132)이 최적의 상태로 공진 되어 있는 지 여부를 확인하기 위해 인덕션 코일(132)에 흐르는 고주파 전류를 정류하여 전압의 크기로 변환하여 마이크로 컨트롤러 유닛(141)에 피드백 한다.

마이크로 컨트롤러 유닛(141)은 피드백 되는 피드백 전압으로부터, 주변온도, 각 부품간의 미세한 공차 등의 이유로 최대 공진으로부터 벗어나는 경우, 200kHz 내지 350kHz의 주파수 범위를 스위핑(sweeping)하여 최대 공진 점이 되는 주파수를 분석하여 분석된 주파수에 대응하는 PWM 신호를 출력한다.

또한, 본 발명의 근관 충전 장치(100)는 피스톤부(150)가 동작하거나 가열되는 상황과 같은 공진점의 변화 요인이 발생하는 외부 요인이 존재하는 경우, 상기 피드백 전압을 분석하여 최대 공진 점에 대응되는 변경된 주파수의 PWM 신호를 출력한다.

또한, 본 발명의 발진 드라이브(140)는 설정 온도를 입력하고 기타 조작을 하기 위한 적어도 하나 이상의 입력 버튼이 구비된 설정 제어부(148) 및 설정 온도, 현재 온도 또는 현재 상태 등의 정보를 표시할 수 있는 디스플레이부(147)를 더 포함할 수 있다.

실시예에 따르면 설정 제어부(148) 및 디스플레이부(147)는 본체(110)의 외측으로 노출될 수 있다.

마이크로 컨트롤러 유닛(141)는 설정 제어부(148)로부터 사용자 또는 시술자가 요구하는 설정온도를 수신하고, 수신된 설정온도에 대응하는 주파수 범위를 갖는 PWM 신호를 출력한다.

트랜지스터 드라이버(153)는 마이크로 컨트롤로 유닛(141)으로부터 출력된 PWM 신호에 대응하는 구동 전압을 생성하고, 생성된 구동 전압을 기반으로 전계효과 트랜지스터부(153)와 공진 캐패시터(163)를 거쳐 인덕션 코일(132)로 고주파 전류가 인가된다

또한, 마이크로 컨트롤러 유닛(141)는 설정 제어부(148)를 통하여 수신한 정보 및 이를 이용하여 진행상황을 표시하도록 디스플레이부(147)를 제어한다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

100: 근관 충전 장치 110: 본체
111: 파지부 112: 상단 케이스
120: 금속 파이프 130: 발열카트리지
131: 보빈 132: 인덕션 코일
133: 열차폐링 150: 피스톤부
141: 마이크로 컨트롤러 유닛 142: 트랜지스터 드라이버
143: 하프브릿지 컨버터 145: 전압 안정화 회로
146: 정류부 147: 디스플레이부
148: 설정 제어부 153: 전계효과 트랜지스터부
163: 공진 캐패시터

Claims (7)

1. 인덕션 방식을 이용한 근관 충전 장치에 있어서,
   내부에 전원 유닛이 수용되는 파지부와, 상기 파지부의 상단에 형성되는 상단 케이스를 갖는 본체;
   상기 상단 케이스의 앞단에 배치되어, 피가열체를 수용하며, 상기 피가열체를 외부로 배출시키는 배출부가 형성되는 금속소재로 구성된 금속 파이프;
   상기 금속 파이프의 외측을 감싸고, 상기 상단 케이스 내부에 구비되는 보빈에 권취된 리츠와이어 형태의 인덕션 코일과, 상기 인덕션 코일의 외측을 포위하고 상기 상단 케이스 내부에 구비되는 열차폐링을 갖는 발열카트리지;
   상기 상단 케이스의 후단에 배치되어, 상기 전원 유닛을 기반으로 상기 인덕션 코일에 고주파 전류를 공급하는 발진 드라이브; 및
   상기 금속 파이프의 후단을 가압하여 상기 피가열체가 상기 배출부의 외부로 배출되도록 제어하는 피스톤부
   를 포함하고,
   상기 발진 드라이브는 200kHz 내지 350kHz의 주파수 범위를 갖는 상기 고주파 전류를 공급하며,
   상기 인덕션 코일은 에나멜 와이어를 기설정된 회수 꼬은 리츠와이어로, 상기 보빈에 다수회 감긴 것이고,
   상기 고주파 전류는 상기 금속 파이프의 표면에 와전류를 발생시켜 상기 와전류에 의해 상기 피가열체가 가열되는 것을 특징으로 하는 근관 충전 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 인덕션 코일은 직경 0.05mm 내지 0.09mm 의 에나멜 와이어의 50 내지 150 가닥을 꼬은 리츠와이어인 것을 특징으로 하는 근관충전장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 금속 파이프는 구리 5 내지 15% 및 알루미늄 85 내지 95% 를 함유하는 알루니늄 함금으로 구성된 것을 특징으로 하는 근관 충전 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 발진 드라이브는,
   상기 전원 유닛으로부터 200kHz 내지 350kHz의 주파수 범위를 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성하는 마이크로 컨트롤러 유닛;
   상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로부터 상기 생성된 PWM 신호를 인가 받아 상기 PWM 신호에 대응하는 전계효과 트랜지스터를 구동하기 위한 구동 전압을 생성하는 트랜지스터 드라이버; 및
   증폭된 고주파 신호를 출력하는 하프 브릿지(half bridge) 타입의 전계효과 트랜지스터부와, 상기 인덕션 코일과 직렬 공진을 형성하고 상기 증폭된 고주파 신호가 상기 직렬 공진을 통하여 상기 인덕션 코일로 상기 고주파 전류가 인가되도록 하는 공진 캐패시터를 포함하는 하프브릿지 컨버터
   를 포함하는 근관 충전 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 공진 캐패시터는 몸체 내에 캡슐화된(encapsulated) 용량 소자(capacitive element)를 구비한 표면 실장형(Surface mount type) 캐패시터인 것을 특징으로 하는 근관 충전 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 발진 드라이브는
   상기 전원 유닛과 전기적으로 연결되어, 상기 전계효과 트랜지스터부, 상기 트랜지스터 드라이버부 및 상기 마이크로 컨트롤러 유닛에 공급되는 입력 전압의 레벨을 일정하게 유지시키는 레귤레이터; 및
   상기 인덕션 코일에 공급되는 상기 고주파 전류에 대응하는 피드백 전압을 상기 마이크로 컨트롤러 유닛으로 전달하는 정류부;
   를 더 포함하는 근관 충전 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 발진 드라이브는 상기 본체의 외부에 형성되는 스탠드 어론(stand alone) 디바이스인 것을 특징으로 하는 근관 충전 장치.

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