KR101521738B1 - 휴대용 의료 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 휴대용 의료 디바이스, 특히 혈당 계측기에 관한 것으로서, 상기 휴대용 의료 디바이스는, 시험 테이프 카세트 (16) 를 수용하기 위한 카세트 구획 (14) 을 갖는 하우징 (12), 및 상기 시험 테이프 카세트 (16) 의 테이프 스풀 (20) 을 회전시키도록 되어 있는 기어 장치 (40) 및 전기 모터 (32) 를 포함하는 구동 조립체를 포함하고, 상기 기어 장치 (40) 는 웜 드라이브 (52) 및 다단 감속 유닛 (54) 을 갖고, 상기 웜 드라이브 (52) 내에서 웜 (56) 이 웜 휠 (58) 과 치합되고, 상기 다단 감속 유닛 (54) 은 상기 웜 휠 (58) 과 출력 기어 (72) 사이에 배치되는 여러 개의 평기어들 (60 ~ 66) 을 포함하고, 상기 출력 기어 (72) 는 상기 테이프 스풀 (20) 에 직접 커플링될 수 있다.

Description

휴대용 의료 디바이스{MEDICAL HAND-HELD DEVICE}

본 발명은, 카세트 구획을 갖는 하우징, 상기 카세트 구획 내에 수용되는 교체가능한 시험 테이프 카세트, 및 상기 시험 테이프 카세트의 시험 테이프가 전방으로 감길 수 있고 그곳에서 시험 요소가 연속 사용을 위해 제공될 수 있도록, 상기 시험 테이프 카세트의 테이프 스풀을 회전시키도록 되어 있고 기어 장치 및 전기 모터를 구비하는 구동 조립체를 포함하는 휴대용 의료 디바이스, 특히 혈당 계측기에 관한 것이다.

그러한 디바이스는 실제로 당뇨병 환자의 자가 진단을 위한 혈당 계측기로서 사용된다. 테이프 카세트 내의 스풀가능한 (spoolalbe) 시험 테이프에 복수의 시험 필드 (test field) 가 제공된다. 혈당 함량을 가능한 한 정확하게 그리고 신뢰할 수 있게 결정하기 위해, 소량의 혈액 샘플의 적용 후에, 반응성 (reactive) 시험 필드가 측광적으로 (photometrically) 검사된다. 그러한 테이프 카세트는, 필요한 분석 단계를 자동으로 그리고 신속하게 행할 수 있게 하기 위해, 콤팩트한 휴대용 디바이스 하우징 내에 일회용 부분으로서 삽입되도록 의도된다. 시험 요소의 신뢰할 수 있는 위치결정 외에도, 실용적인 목적을 위해, 시험 요소의 현장 사용이 과도한 소음 발생에 의해 손상되지 않는 것이 또한 필요하다. 이와 관련하여, 문헌 WO 2010/046323 A1 은 감속 기어 유닛과 조합된 콤팩트한 고속 모터의 사용을 제안한다.

이에 근거하여, 본 발명의 목적은, 공지된 시험 디바이스를 더 향상시키고 콤팩트한 구성에서 적은 간섭 소음으로 위치결정되는 신뢰가능한 시험 요소를 획득하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 특징들의 조합이 제안된다. 본 발명의 유리한 실시형태 및 다른 국면은 종속 청구항으로부터 유도된다.

본 발명은, 크기를 줄이고 회전 운동을 정확하게 제어하기 위해, 웜 드라이브 및 후속 평기어 (spur gear) 를 사용한다는 아이디어에 기초한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 기어 장치는 웜이 웜 휠과 치합되는 웜 드라이브, 및 웜 드라이브 하류의 다단 감속 유닛을 갖고, 상기 다단 감속 유닛은 상기 웜 휠과 출력 기어 사이에 배치되는 여러 개의 평기어들을 포함하고, 상기 출력 기어는 상기 테이프 스풀에 직접 커플링될 수 있는 것이 제안된다. 바람직하게는, 웜은 모터 샤프트에 직접 설치된다. 이러한 조합은 테이프 스풀의 회전을 위한 충분한 회전 모멘트를 보장하는 동시에, 크기 및 작동 소음을 현저히 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 작은 구성 공간에서 높은 기어비가 행해질 수 있고, 트랜스미션은 비가역적으로 그리고 낮은 백래시로 유지될 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 감속 유닛은 웜 드라이브와 출력 기어 사이의 회전 속도를 감소시키기 위하여, 적어도 2 개, 바람직하게는 3 개의 치합 기어 쌍들을 갖는다.

다른 특히 유리한 실시형태에 있어서, 출력 기어와 전기 모터의 회전 속도 사이의 감속비가 300 초과, 바람직하게는 400 초과, 가장 바람직하게는 400 ~ 500 이다. 놀랍게도, 그러한 기어비는 디바이스 설계에서 중요한 여러 경계 조건에 대해 최적의 것을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 그러한 휴대용 의료 디바이스에 있어, 특히 소형-전력 DC 모터와 조합된 충분한 출력 토크뿐만 아니라 크기 감소 및 소음의 제거가 중요하다.

작동 소음을 더 막기 위해, 평기어 각각은 적어도 10 개, 바람직하게는 적어도 14 개의 치형부 (teeth) 를 갖는 것이 유리하다.

출력 기어가 테이프 스풀에 20 mNm 초과, 바람직하게는 약 50 mNm 의 토크를 제공할 수 있는 것이 또한 유리하다. 이는 테이프의 원하지 않는 변형을 피하는 동시에, 심지어 차폐 (shielding) 시일을 통한 신뢰할 수 있는 테이프 전달을 허용한다.

다른 유리한 실시형태에 있어서, 테이프 카세트는, 미사용된 테이프를 위한 제 1 테이프 스풀, 사용된 테이프를 위한 제 2 테이프 스풀, 및 상기 스풀들 사이에서 시험 테이프가 관통하여 운반되는 시일을 포함하고, 그곳에서 출력 기어는 제 2 테이프 스풀에 작용한다. 이런 식으로, 사용자가 폐기물을 처리할 필요없이 다수의 시험이 테이프에 저장될 수 있다.

웜 드라이브는 자가 잠금형 (self-locking) 이어서, 테이프 스풀에 토크가 가해지는 때에 웜 휠이 웜을 구동할 수 없다는 점에서, 안전성 및 신뢰할 수 있는 핸들링에서의 추가 향상이 달성될 수 있다. 이와 관련하여, 웜 드라이브의 자가 잠금력이 10 mNm 보다 더 크고, 바람직하게는 14 mNm 보다 더 크다는 것이 보장되어야 한다.

콤팩트한 구성을 달성하기 위해, 평기어들의 회전축들이 테이프 스풀의 회전축에 평행한 것이 유리하다. 이러한 방향으로의 추가 향상은, 전기 모터의 회전축이 평기어들의 회전축들에 수직하거나 또는 비스듬하다는 사실에 기인한다.

총 구성 치수의 추가 감소를 위해, 평기어들이 단차형 휠들 (stepped wheels) 의 중첩되는 쌍들을 포함하는 것과, 평기어들이 비선형 구성으로 배치되어서, 평기어들의 중심들이 다각형, 특히 삼각형 또는 사각형으로 걸쳐 있는 것이 또한 유리하다.

구동 조립체가 기어박스의 상부 커버와 저부 커버 사이에 설치되는 때, 추가적인 제조 단순화 및 구성상의 향상이 달성될 수 있다. 평기어들의 회전축들이 기어박스의 저부 커버로부터 상부 커버까지 연장되고, 전기 모터의 축이 상기 커버들 사이에 수평으로 놓이는 것이 또한 유리하다.

조립체의 추가 향상을 위해, 기어박스의 상부 커버 및 저부 커버가, 바람직하게는 나사에 의해, 함께 탈착가능하게 연결되는 것이 유리하다.

이하에서, 도면에 개략적으로 도시된 일 실시형태에 기초하여 본 발명에 대해 더 설명한다.

도 1 은 커버가 제거된 상태의 카세트-타입 혈당 계측기의 평면도로서, 카세트 구동 조립체의 위치를 보여준다.
도 2 는 카세트 구동 조립체의 확장된 사시도이다.
도 3 은 카세트 구동 조립체의 분해도이다.
도 4 는 커버가 제거된 상태의 카세트 구동 조립체의 평면도로서, 감속 평기어 유닛과 조합된 웜 드라이브를 보여준다.

도면들은 혈당의 자가 모니터링을 위한 휴대가능한 혈당 계측기 (10) 로서 구성된 의료 디바이스를 보여주고, 본 의료 디바이스는 카세트 구획 (14) 을 가진 하우징 (12), 카세트 구획 내에 교체가능하게 탑재되는 일회용 테이프 카세트 (16), 및 테이프 카세트 (16) 의 테이프 스풀 (20) 을 회전시키기 위한 구동 조립체 (18) 를 포함하여서, 카세트의 분석 시험 테이프 (22) 가 전방으로 감길 수 있고, 혈액 샘플의 적용 및 조사를 위한 적용 팁 (24) 에 반응성 시험 필드가 제공될 수 있다. 분석물의 온보드 측광 검출 (on-board photometric detection) 은 그 자체로 종래 기술에 공지되어 있으므로, 더 상세히 설명할 필요는 없다.

도 1 은 하우징 커버가 제거된 보드 측으로부터의 혈당 계측기 (10) 를 보여준다. 샘플 적용을 위한 하우징 개구는 가동 보호 커버 (26) 에 의해 폐쇄된 것으로 도시되어 있다. 테이프 스풀 (20) 은 시험 테이프 (22) 의 사용된 부분을 감기 위한 것인 반면, 미사용된 테이프를 위한 테이프 스풀 (28) 은 시일 (30) 에 의해 폐쇄되는 챔버 내에서 보호되고, 테이프는 시일 (30) 을 통해 당겨질 수 있다. 구동 조립체 (18) 는, 필요한 설치 공간 및 작동 소음을 현저히 줄이면서 시일 (30) 을 통한 신뢰할 수 있는 테이프 수송을 보장하도록 되어 있다. 그러한 목적을 위해, 구동 조립체 (18) 는 배터리 (36) 와 같은 동력 공급부와 관련하여 회로 기판 (34) 에서 제어 로직을 통해 동력을 공급받을 수 있는 고속 DC 마이크로 모터 (32) 를 포함한다.

도 2 는 기어박스 (38), DC 모터 (32), 및 테이프 스풀 (20) 의 적당한 회전을 보장하기 위해 회전 속도를 줄이고 그에 상응하게 토크를 증가시키도록 되어 있는 후속 기어 장치 (40) 를 포함하는 구동 조립체 (18) 를 보여준다. 기어박스 (38) 는 저부 커버 (42) 및 나사 (46) 를 통해 저부 커버에 고정되는 상부 커버 (44) 로 구성된다. 저부 커버 (42) 는 모터 샤프트 (50) 가 커버들 (42, 44) 사이에 수평으로 놓이는 배향으로 DC 모터 (32) 를 위치시키기 위한 챔버 (48) 를 형성한다. 따라서, 총 높이가 감소하고 조립이 콤팩트해진다.

도 3 의 분해도가 더 보여주는 바와 같이, 기어 장치 (40) 는 웜 드라이브 (52) 및 다단 감속 트랜스미션 유닛 (54) 을 포함한다.

웜 드라이브 (52) 는 원통형 나사 형태의 웜 (56) 및 웜 휠 (58) 을 갖는다. 조립된 상태에서, 웜 (56) 은 모터 샤프트 (50) 에 설치되므로, 웜은 웜 휠 (58) 과 90°로 치합된다. 개별적으로 모터 샤프트 (50) 와 나선형 웜 (56) 의 축은 웜 휠 (58) 의 축과 평행하지도 교차하지도 않는다.

트랜스미션 유닛 (54) 은, 웜 휠 (58) 을 뒤따르고 감소된 기어비를 위한 3 개의 치합 기어 쌍들을 형성하는 구동 트레인 (drive train) 내의 여러 개의 평기어 (60, 62, 64, 66) 를 포함한다. 평기어 (62, 64) 는 동축 구성으로 대직경 및 소직경 치형 휠 (62', 62"; 64', 64") 을 갖는 단차형 휠을 포함한다. 기어 (60, 62, 64, 66) 를 지지하기 위해, 저부 커버 (42) 는, 서로 평행하고 상부 커버의 구멍 (70) 에 결합하는 4 개의 직립 축 저널 (68) 을 갖는다.

도 4 는 설치된 상태의 완전한 구동 조립체를 보여주며, 이 구동 조립체는 DC 모터 (32), 웜 드라이브 (52), 트랜스미션 유닛 (54), 및 테이프 스풀 (20) 을 지지하고 중앙 구동 저널에 의해 테이프 스풀에 직접 커플링될 수 있는 출력 기어 (72) 를 포함한다.

웜 (56) 및 웜 휠 (58) 은 서로 90°를 이루는 회전축을 갖는다. 웜 (56) 의 각각의 풀 턴 (full turn) 동안, 원주방향 치형 웜 휠 (58) 은 단 하나의 치형부만큼 전진한다. 22 개의 치형부 웜 휠 (58) 이 주어지면, 웜 드라이브 (52) 는 22 : 1 의 비만큼 DC 모터 속도를 감소시킬 것이다. 이는 보통의 평기어에 비해 훨씬 더 작은 체적으로 달성될 수 있다. 동시에, 웜 휠과 일체형인 기어 (60) 의 각도상 위치 (angular position) 및 궁극적으로 테이프 위치가 정밀하게 제어될 수 있다. 그렇지만, 웜 드라이브 (52) 는, 웜 나선형부 (worm spiral) 의 얕은 각도 및 관련된 더 큰 마찰로 인해, 웜 (56) 이 웜 휠 (58) 을 용이하게 회전시킬 수 있지만, 웜 휠은 웜을 회전시킬 수 없다는 특성을 갖는다. 따라서, 트랜스미션 방향은 가역적이지 않고 웜 드라이브 (52) 는 자가 잠금형 (self-locking) 이다. 자가 잠금력이 10 mNm (Milli-Nm), 바람직하게는 14 mNm 을 초과하는 때, 실용적인 목적을 위해 시험 테이프 (22) 가 아이들 모드에서 이동할 수 없다는 것이 보장된다.

웜 드라이브 (52) 를 뒤따르는 트랜스미션 유닛 (54) 에서, 모든 평기어는 낮은 소음 작동을 보장하기 위해 적어도 14 개의 치형부를 갖는다. 평기어의 회전축들 (68) 은 서로 평행하고 출력 기어 (72) 및 테이프 스풀 (20) 의 축들 (74) 에 각각 평행하다. 제한된 공간 내에서 높은 기어비를 달성하기 위해, 트랜스미션 유닛 (54) 은 단차형 휠들 (60, 62, 64) 의 중첩되는 쌍들을 포함한다. 그리고, 길이방향 총 길이를 감소시키기 위해, 평기어 (60 ~ 66) 의 축 (68) 은 비선형 구성으로 배치되어서, 평기어들의 중심들은 도시된 장치에서 사다리꼴 사각형 (trapezoid quadrangle) 으로 걸쳐 있다.

바람직한 실시형태의 경우, 기어 장치 (40) 의 기어 파라미터를 하기 표 1에 나타내었고, 여기서 n 은 치형부의 개수이고, m 은 모듈이고, PD, OD, ID 는 피치 직경, 외경 및 내경 (단위: ㎜) 이고, CC 는 첫째 줄의 도면부호에 의해 식별되는 평기어들의 중심간 거리이다:

표 1 에서 알 수 있는 것처럼, 총 기어 비는 438 이고, 따라서 초당 수천 회전의 범위의 DC 모터 속도를 10/s 미만의 출력 기어의 출력 속도로 감소시킨다. 이러한 높은 기어 비로 인해, 20 mNm 초과의 출력 기어 (72) 에서의 출력 토크가 여전히 달성될 수 있으면서, 비교적 약하고 조용하고 콤팩트한 마이크로 모터 (32) 가 채용될 수 있다.

Claims (15)

1. 휴대용 의료 디바이스로서,
   a) 카세트 구획 (14) 을 갖는 하우징 (12),
   b) 상기 카세트 구획 (14) 내에 수용되는 교체가능한 시험 테이프 카세트 (16), 및
   c) 상기 시험 테이프 카세트 (16) 의 시험 테이프 (22) 가 전방으로 감길 수 있고 시험 테이프 상의 시험 요소가 연속 사용을 위해 제공될 수 있도록, 상기 시험 테이프 카세트 (16) 의 테이프 스풀 (20) 을 회전시키도록 되어 있고, 전기 모터 (32) 및 기어 장치 (40) 를 구비하는 구동 조립체 (18) 를 포함하고,
   d) 상기 기어 장치 (40) 는 웜 드라이브 (52) 및 다단 감속 유닛 (54) 을 갖고, 상기 웜 드라이브 (52) 에는 웜 (56) 이 웜 휠 (58) 과 치합되며, 상기 다단 감속 유닛 (54) 은 상기 웜 휠 (58) 과 출력 기어 (72) 사이에 배치되고, 여러 개의 평기어들 (spur gears; 60 ~ 66) 을 포함하고, 상기 출력 기어 (72) 는 상기 테이프 스풀 (20) 에 직접 커플링될 수 있고,
   e) 상기 전기 모터 (32) 의 회전축 (50) 은 상기 평기어들 (60 ~ 66) 의 회전축들 (68) 에 수직하고,
   f) 상기 평기어들 (60 ~ 66) 은 비선형 구성으로 배치되어서, 상기 평기어들 (60 ~ 66) 의 중심들이 다각형으로 배치되는, 휴대용 의료 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 감속 유닛 (54) 은, 상기 웜 드라이브 (52) 와 상기 출력 기어 (72) 사이의 회전 속도를 감소시키기 위하여, 적어도 2 개의 치합 기어 쌍들 (60, 62'; 62", 64'; 64", 66) 을 갖는, 휴대용 의료 디바이스.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력 기어 (72) 와 상기 전기 모터 (32) 의 회전 속도 사이의 감속비가 300 초과인, 휴대용 의료 디바이스.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평기어 (60 ~ 66) 의 각각은 적어도 10 개의 치형부 (teeth) 를 갖는 휴대용 의료 디바이스.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 출력 기어 (72) 는 상기 테이프 스풀 (20) 에 20 mNm 초과의 토크를 제공할 수 있는, 휴대용 의료 디바이스.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 테이프 카세트 (16) 는, 미사용된 테이프를 위한 제 1 테이프 스풀 (28), 사용된 테이프를 위한 제 2 테이프 스풀 (20), 및 상기 스풀들 사이에서 시험 테이프 (22) 가 관통하여 운반되는 시일 (30) 을 포함하고, 상기 출력 기어 (72) 는 상기 제 2 테이프 스풀 (20) 에 작용하는, 휴대용 의료 디바이스.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 웜 드라이브 (52) 는 자가 잠금형 (self-locking) 이어서, 상기 테이프 스풀 (20) 에 토크가 가해지는 때에 상기 웜 휠 (58) 은 상기 웜 (56) 을 구동할 수 없는, 휴대용 의료 디바이스.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 웜 드라이브 (52) 의 자가 잠금력이 10 mNm 보다 더 큰, 휴대용 의료 디바이스.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 평기어들 (60 ~ 66) 의 회전축들 (68) 은 상기 테이프 스풀 (20) 의 회전축 (74) 에 평행한, 휴대용 의료 디바이스.
10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평기어들 (60 ~ 66) 은 단차형 휠들 (stepped wheels) 의 중첩되는 쌍들을 포함하는, 휴대용 의료 디바이스.
11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평기어들 (60 ~ 66) 의 중심들이 삼각형 또는 사각형으로 배치되는, 휴대용 의료 디바이스.
12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 조립체 (18) 는 기어박스의 상부 커버 (44) 와 저부 커버 (42) 사이에 설치되는, 휴대용 의료 디바이스.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 평기어들 (60 ~ 66) 의 회전축들 (68) 은 상기 기어박스의 상기 저부 커버 (42) 로부터 상기 상부 커버 (44) 까지 연장되고, 상기 전기 모터 (32) 의 회전축 (50) 은 상기 커버들 사이에 수평으로 놓이는, 휴대용 의료 디바이스.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 기어박스의 상기 상부 커버 (44) 및 상기 저부 커버 (42) 는 함께 탈착가능하게 연결되는, 휴대용 의료 디바이스.
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