KR101748042B1 - 치아미백기용 노즐 구조 및 휴대용 플라즈마 치아 미백기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 플라즈마 플룸이 원활하게 생성될 수 있는 플라즈마 치아미백기 노즐 구조를 제공하고자 하며, 이를 기반으로 휴대성, 전기적 안전성, 열적 안전성 등을 모두 구비한 플라즈마 치아미백기를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 니들 전극을 밀착하여 에워싸는 유전체 튜브와 유전체 튜브 외측에 밀착되는 금속 노즐을 구성하되, 금속노즐 단부의 개구부 직경에 비해, 유전체 튜브 단부에 형성되는 개구부의 직경을 더 작거나 같게 구성함으로써 플라즈마 플룸의 발생을 원활하게 하였다.
또한, 니들전극의 단부는 금속노즐 단부의 개구부와 1mm에서 3mm의 간격을 형성함으로서 플라즈마 플룸의 발생을 원활하게 하였다.
상기 노즐 구조에 따라 플라즈마 플룸이 원활하게 생성됨에 따라, 전압 인가를 단속적으로 함으로써 열적 안전성을 도모하였고, 저전압의 휴대용 배터리의 직류전압을 높은 교류전압으로 바꿔주는 차폐형 변압기를 사용한 인버터를 구성하여 전기적 안정성도 부여하였다.

Description

치아미백기용 노즐 구조 및 휴대용 플라즈마 치아 미백기{NOZZLE STRUCTURE FOR TEETH WHITENING MACHINE AND PORTABLE TEETH WHITENING MACHINE}

본 발명은 플라즈마를 이용한 치아 미백기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 플라즈마 플룸(plume)이 원활하게 발생 될 수 있는 치아미백기 노즐 구조에 관한 것이다.

플라즈마를 치아에 적용하여 플라즈마에 의해 생성되는 산소 라디칼, 수산화 라디칼 등이 변색된 치아에 미백 작용을 일으킨다는 점이 알려져 플라즈마가 발생되는 치아미백기를 상용화하는 연구가 이루어지고 있다. 종래, 과산화수소수를 치아에 바르고 실시하는 치아미백 치료방법은 암 발병등의 건강상의 위해성을 가지고 있느나, 플라즈마 치아미백은 과산화 수소수를 사용하지 않고, 물을 치아에 바르고 실시하기 때문에 건강상의 안정성을 보장할 수 있다. 이 플라즈마 치아미백기는 병원에 설치되는 장비 외에 각 가정에서 개인이 스스로 실시할 수 있는 휴대형 치아미백기 형태로 공급되도록 개발되고 있다.

이러한 휴대형 플라즈마 치아 미백기는 플라즈마 발생 특성상 고전압을 요한다는 점에서 전기적 안전성을 구비해야 하고, 플라즈마 발생 시간이 치아미백에 필요한 정도로 지속 될 때 발생 되는 열에 대해서도 안전하게 방열 처리될 수 있어야 한다. 또한, 휴대형으로 되려면, 부피를 최소화하여야 하며, 이러한 모든 조건을 만족시키려는 특별한 설계는 플라즈마 플룸(plume)이 원활하게 발생 되어야 한다.

대한민국 등록특허 10-1150382호의 경우도 휴대형 플라즈마 치아미백기를 제안하고 있다. 그러나 상기 공보에 도시된 바와 같은 안쪽 니들전극과 바깥쪽의 원뿔형 그라운드 전극이 서로 마주보는 노즐 구조로 실제 치아 미백기를 제작할 경우, 공기 및 수증기를 포함한 공기플라즈마의 플룸이 원활하게 나오지 않아 문제된다.

또한 상기 특허는 노즐부와 구동회로 및 공기펌프가 분리되어 있어 일체형의 휴대용으로 제작하기에 어려움이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 플라즈마 플룸이 원활하게 생성될 수 있는 플라즈마 치아미백기 노즐 구조를 제공하고자 하며, 이를 기반으로 휴대성, 전기적 안전성, 열적 안전성 등을 모두 구비한 플라즈마 치아미백기를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은 니들 전극외측을 밀착하여 에워싸는 유전체 튜브와 유전체 튜브 외측에 밀착되는 금속 노즐을 구성하되, 유전체 튜브 단부에 형성되는 개구부의 직경에 비해, 금속 노즐 단부에 형성되는 개구부의 직경을 더 크거나 같게 구성함으로써 플라즈마 발생시 유전체 장벽 표면방전을 발생하여 플라즈마 플룸의 발생을 원활하게 하였다.

상기 노즐 구조에 따라 플라즈마 플룸이 유전체 장벽을 따라 원활하게 생성시키고, 또한 펄스 형태의 구동전압을 단속적으로 인가함으로써 열적 안전성을 도모하였고, 저전압의 휴대용 배터리에서 직류전압을 높은 교류전압으로 바꿔주는 차폐형 인버터를 일체형으로 설계하여 휴대가능하며 전기적 안정성도 확보한 플라즈마 치아미백기를 구성하였다..

본 발명에 따르면, 플라즈마 발생을 위해 전압이 인가되는 니들 전극과 이를 밀착하여 에워싸는 유전체 튜브의 직경에 비해 이를 밀착하여 에워싸는 금속 노즐 단부의 개구부 직경을 더 크거나 같게 구성함으로써 유전체 표면을 따라 발생 된 플라즈마의 이온이 주변으로 소실되지 않게하여 플라즈마 플룸을 원활하게 생성한다.

그와 같이 충분한 플룸 생성을 바탕으로, 펄스형태의 전압을 인가할 때, 전압을 단속적으로 차단하여 과열을 방지할 수 있으면서도 동작에 문제가 없도록 하였다.

또한, 본 발명은 대기중의 공기를 방전 가스로 사용하여 별도의 가스공급통을 설치할 필요가 없어 휴대성이 매우 좋다. 대기를 방전 가스로 할 경우, 플룸의 발생이 끊기는 문제 역시 상술한 노즐 구조로 해결하였다.

또한, 본 발명은 수 V의 직류 전압을 인버터를 사용하여 높은 교류 전압으로 변환하는 차폐형 변압기 회로를 메인 보드에 탑재시켜 치아 미백기에 내장시켰기 때문에 전기적 안전성이 우수하다. 플라즈마를 발생하는 인가전압은 단속적인 펄스형태의 교류전압으로 상기 노즐 구조로 인해 방전된 플라즈마의 이온들이 소실되지 않고 플룸을 형성하므로 안정적인 플라즈마를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 플라즈마 치아 미백기의 노즐 구조를 보여주는 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 플라즈마 미백기에 의한 치아미백 시험을 보여주는 사진이다.
도 3은 도 2의 시험 결과를 나타내는 표들이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

플라즈마를 방전하여 치아미백을 실시하는 치아미백기는 플라즈마 플룸이 물기에 젖은 치아에 닿아 공기 중의 산소, 수증기 등으로부터 발생기 산소, 수산화기와 같은 라디칼을 만들어 변색 물질을 제거하여 치아를 하얗게 만든다. 따라서 치아미백기에서 플라즈마 플룸이 원활하게 발생 되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 치아 미백기의 전극과 노즐의 구성을 보여주는 단면도이다.

전원이 인가되는 플라즈마 발생 전극으로서 니들 전극(100)을 준비하고 이를 밀착하는 유전체 튜브(200) 안에 내장시킨다. 유전체 튜브(200)는 금속 노즐(300)에 의해 밀착되게 둘러싸인다. 금속 노즐(300)은 유전체 튜브(200)의 단부에만 씌워질 수 있으나, 튜브 형상으로 만들어져 유전체 튜브(200) 전체를 둘러쌀 수 있다. 특히, 금속 노즐(300)의 개구부는 유전체 튜브(200)의 단부에 형성되는 개구부를 정면에서도 에워싸되, 유전체 튜브의 개구부 보다 크거나 같게 설계하여, 유전체 장벽을 따라 플라즈마 플룸을 원활하게 방출하도록 한다.

니들 전극(100)은 속이 빈 원통형으로 내부를 통해 플라즈마 방전 가스인 대기중의 공기가 주입된다. 방전 가스를 아르곤, 질소 등으로 할 경우, 별도의 가스 공급통을 설치해야 하므로, 휴대형 치아 미백기의 부피를 키워 바람직하지 못하다. 그에 따라 본 발명은 공기를 방전 가스로서 이용하였다. 공기를 방전 가스로 사용하는 경우는 아르곤 등의 불활성 가스를 사용하는 경우와 달리 플라즈마에 이온과 더불어 수산화기, 원자산소종과 같은 들뜬 상태의 중성종도 다수 포함된다고 알려져 있다.

본 발명자들은 공기 및 다른 기체를 방전 가스로 할 경우, 인가 전압의 파형, 니들 전극(100)과 금속노즐(300)의 간격, 유전체 튜브(200) 및 금속 노즐(300)의 개구부 직경이 플라즈마 방전 및 플룸 형성에 중대한 영향을 미친다는 것을 알아냈다. 인가 전압을 가능한 한 낮게 하면서도 플라즈마 방전이 잘 일어나게 하려면 펄스형으로 인가하는 것이 바람직하다. 방전된 플라즈마가 치아미백을 위해 유전체 튜브(200)의 표면을 따라 금속노즐(300) 외부로 플룸을 형성하기 위해서는 이온이 소실되지 않게 하여야 하는데, 이러한 현상을 제어할 수 있는 것이 유전체 튜브(200)와 금속노즐(300)의 개구부의 상대적인 크기이다.

또한, 플롬의 길이를 형성하는데 있어서 니들전극(100)과 금속노즐(300) 개구부의 간격이 중요하다.

즉, 금속노즐(300)의 직경 A에 비해 유전체 튜브(200)의 개구부 직경 d는 작거나 같아야 한다. 여기서 본 발명은 금속 노즐(300)의 개구부 직경도 A로 하였다. 도 1에서 유전체 튜브(200) 및 금속 노즐(300)의 단부를 오므린 형태로 구성하였다. 니들 전극(100)이 유전체 튜브(200) 안에 밀착하여 내장되어야 하므로, 니들 전극(100) 자체의 몸체가 유전체 튜브(200) 몸체에 비해 같거나 가늘어야 한다. 금속 노즐(300)은 니들 전극(100)에 대해 일종의 상대전극 내지는 접지 전극의 역할을 하며, 유전체 튜브(200) 및 이의 단부에 밀착하여 둘러싸여 표면방전의 형태인 DBD(Dielectic Barrier Discharge) 방전을 일으키게 한 것이다.

이와 같은 노즐 구조로 인해, 니들 전극(100) 내부를 타고 들어온 공기가 방전되어 생성된 플라즈마의 이온 종의 대기 중 손실을 막아 플룸을 길게 형성하며 끊어지지 않게 한다. 금속노즐(300)의 개구부 A가 유전체 튜브(200)의 개구부 직경 d보다 작을 경우, 플라즈마의 이온 종들이 금속노즐(300)의 개구부로 흡수 및 소실되어 플룸이 짧거나 단속적이거나 금방 사라지는 문제가 생긴다.

본 발명과 같이, 금속 노즐 단부의 개구부가 유전체의 개구부에 비해 더 넓을 경우, 이온 종의 소실을 막아 플룸이 길게 지속 되며, 이로 인해 발생기 산소, 수산화기 등의 래디칼을 형성하여 치아미백 작용을 잘 일어날 수 있다.

니들 전극(100)의 단부는 뾰족한 형태로 만들어 인가 전압에 대해 플라즈마 방전이 잘 일어나게 하였다. 이러한 니들 전극의 첨단 구조는 인가 전압이 상대적으로 낮아져도 방전을 잘 일으키게 하므로 전기적 안전성에 기여한다.

니들 전극(100)의 뾰족한 단부는 도 1과 같이 유전체 튜브(200) 개구부보다 1mm ~ 3mm정도 후퇴하여 원활한 방전과 플룸을 형성한다.

니들 전극(100)과 금속 노즐(300)은 도체로 구성되며, 알루미늄, 스테인레스스틸 등을 사용할 수 있다. 유전체 튜브(200)는 유리, 플라스틱, 테플론 ,세라믹등일 수 있다. 본 실시예에서는 니들 전극(100)은 스테인레스스틸을. 금속 노즐(300)은 스테인레스스틸을, 유전체 튜브는 유리또는 석영으로 사용하였다.

본 실시예에서, 금속노즐(300)의 직경 A는 1.0 내지 2.0mm, 유전체 튜브(200) 개구부 직경 d는 0.5 내지 1.0mm로 하였다.
또한, 상기 치아 미백기 노즐 모듈의 니들 전극의 내부에 소형펌프를 장착하여 소형펌프로부터 공기가 주입되어 별도의 가스 공급기 없이 공기를 플라즈마 방전 가스로 사용할 수 있게 하였다.

상기와 같은 노즐 구조를 통해 플라즈마 플룸을 안정되게 형성한 후, 치아미백기의 열적/전기적 안전성을 위한 설계를 하였다.

전기적 안전성 및 휴대성을 위해 치아 미백기 내부에 5 내지 12V의 직류 전압 생성 배터리를 내장시켰다. 배터리는 충전이 가능하며, 가정용 전원을 위한 아답터를 연결할 수 있다. 플라즈마 방전을 위한 전압은 교류전압으로 1 kV 내지 2 kV를 생성하는 차폐형 소형 변압기(DC/AC 인버터) 소자를 메인 보드에 심었다.

또한, 펄스형태의 교류전압은 단속형으로 만들어 인가하여 방전 효율 및 열적 안전성을 높였다. 교류 펄스 지속시간은 10 내지 100 ms로, 휴지시간은 120 내지 200 ms로 하였다.

교류 전압을 펄스파로 형성하는 전압 모듈부는, 과열방지를 위해, 니들 전극에 인가되는 교류 전압을 일정 시간 간격으로 조절하여 구동하게 하였고, 상기 구동시간 조절시간은 20초 내지 30초동안 구동하고, 이후 1 내지 2초 동안 구동을 멈추게 하였다.

또한, 본 발명은, 금속 노즐의 단부의 외부에 부착하여 사용될 수 있는 실리콘 캡을 구비하여 안전성과 편리 및 위생성을 더하였다.

도 2는 착색된 치아 시편에 대한 본 발명의 치아미백기 미백 시술시험을 나타내는 사진이고 도 3은 그에 대한 결과를 보여주는 표들이다.

1군 (제일 많이 염색된 시편)에서 5군 (제일 염색이 안된 시편으로 설정)으로 갈수록 염색 정도의 차이가 있도록 장비를 사용해서 분류했다. 선별된 25개의 전체 시편을 하루에 30분씩 2회로 총 1시간 동안 플라즈마 처리하였다. 치아 시편에는 분무기를 사용해서 항상 습윤 상태를 유지하였다.

미백 처리된 치아 시편을 광도분광계 (Spectrophotometer)을 이용하여 L*, a*, b*의 값을 산출하고, ΔE*의 값은 도 3 하단에 보인 식으로 계산된다.

도 3의 결과와 같이 플라즈마를 처리하지 않았을 때와 6시간 처리 후를 비교했을 때, 모든 군에서 ΔL*은 양의 값으로 명도가 증가하는 양상을 보였고, Δa*는 음의 값으로 적색이 엷어지는 양상을 보였으며, Δb* 또한 음의 값으로 황색이 엷어지는 양상을 보였다. 인간의 눈으로 인지 가능한 변색은 ΔE*가 3.3 이상일 때이며, ΔE*가 3~8이면 보통 인지가 가능하다고 알려져 있고 본 실험에서는 동일한 양상을 나타내는 것을 확인했다.

결과를 종합하면 플라즈마를 사용하기 전과 6시간 후를 비교해봤을 때 이들 그룹 간의 통계적인 유의한 차이(p<0.05)를 나타내어 본 발명의 플라즈마 미백기가 치아미백에 효과가 있음이 확인되었다.

한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 니들 전극
200: 유전체 튜브
300: 금속 노즐

Claims (8)

1. 속이 빈 니들 전극;
   상기 니들 전극을 에워싸는 유전체 튜브; 및
   유전체 튜브 외측에 밀착되는 금속 노즐;을 포함하고,
   상기 유전체 튜브의 단부 및 상기 금속 노즐의 단부는 오므린 형태로 구성되고,
   상기 금속 노즐 단부의 개구부 직경은, 상기 유전체 튜브 단부에 형성되는 개구부의 직경 보다 크거나 같게 구성되고,
   상기 니들 전극은 끝이 뾰족한 첨단 구조이고, 니들 전극의 단부는 상기 유전체 튜브의 개구부로부터 1 mm 내지 3 mm 안쪽으로 후퇴된 지점에 위치되게 한 것을 특징으로 하는 치아 미백기 노즐 모듈.
2. 제1항에 있어서, 금속 노즐의 직경 A는 1.0 내지 2.0mm, 유전체 튜브 개구부 직경 d는 0.5 내지 1.0mm로 구성된 것을 특징으로 하는 치아 미백기 노즐 모듈.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 금속 노즐은 유전체 튜브 단부에 형성된 개구부를 정면에서 감싸되, 유전체 튜브 단부에 형성된 개구부 직경을 유지하면서 감싸는 것을 특징으로 하는 치아 미백기 노즐 모듈.
5. 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 4 중 어느 한 항의 치아 미백기 노즐 모듈;
   상기 치아 미백기 노즐 모듈의 니들 전극에 전압을 인가하기 위해, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 DC/AC 인버터;
   직류 전압을 공급하는 배터리; 및
   교류 전압을 펄스 파로 형성하는 전압 모듈부;를 포함하고,
   상기 치아 미백기 노즐 모듈의 니들 전극의 내부에 장착된 소형펌프로부터 공기가 주입되어 별도의 가스 공급기 없이 공기를 플라즈마 방전 가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 휴대형 치아 미백기.
6. 제5항에 있어서, 교류 전압을 펄스 파로 형성하는 전압 모듈부는,
   공급되는 전압 펄스 파에서 펄스 지속시간은 10 내지 100 ms로 하고 펄스 휴지시간은 120 내지 200 ms로 하는 펄스 파를 형성하는 것을 특징으로 하는 휴대형 치아 미백기.
7. 제5항에 있어서, 교류 전압을 펄스파로 형성하는 전압 모듈부는, 과열방지를 위해, 니들 전극에 인가되는 교류 전압을 일정시간 간격으로 조절하여 구동하는 것을 특징으로 하는 휴대형 치아 미백기.
8. 제7항에 있어서, 니들 전극에 인가되는 교류 전압의 구동 시간은 20초 내지 30초 동안 이루어지고, 이후 1 내지 2초 동안 구동을 멈추게 하는 것을 특징으로 하는 휴대형 치아 미백기.
   
   
   
   
   

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