KR101927492B1

KR101927492B1 - 레이저 치료장치의 스프링 암 및 이를 포함하는 레이저 치료장치

Info

Publication number: KR101927492B1
Application number: KR1020170074248A
Authority: KR
Inventors: 이희철; 윤현웅; 배종외
Original assignee: 주식회사 루트로닉
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2018-12-10
Also published as: US11432901B2; US20200100861A1; WO2018230937A1

Abstract

본 발명은, 일단이 본체에 마운트 되며, 내측으로 레이저의 이동경로가 형성되는 마스트, 마스트의 타단에 연결되며, 내측으로 레이저의 이동경로가 형성되며, 마스트와 연결된 연결부를 중심으로 상하방향으로 회전운동 가능하도록 구성되는 암, 연결부를 중심으로 회전하며, 연결부를 중심으로 일측은 암을 지지할 수 있도록 구성되는 암 지지부, 타측은 소정길이로 연장되어 구성되는 탄성부 지지부를 포함하는 지지 링크 및 암이 수직방향의 회전각에 따라 다른 지지력을 암에 전달할 수 있도록 일측이 탄성부 지지부의 일 지점과 연결되며, 타측은 마스트와 연결되는 탄성부를 포함하는 레이저 치료장치의 스프링 암 및 이를 포함하는 레이저 치료장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 레이저 치료장치의 스프링 암 및 이를 포함하는 레이저 치료장치는 회전각에 따라 초기 고각 및 사용중 저각일 때에 링크의 무게중심 변화에 따라 적절한 지지력을 제공할 수 있으므로 사용자의 피로도를 줄일 수 있으며, 사용시 정확도가 향상되는 효과가 있다.

Description

레이저 치료장치의 스프링 암 및 이를 포함하는 레이저 치료장치{THE SPRING ARM OF TREATMENT APPARATUS USING LASER AND THE APPARATUS OF TREATING MEDICAL HAVING THAT}

본 발명은 레이저 치료장치의 스프링 암 및 이를 포함하는 레이저 치료장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 일측에 사용자가 파지하여 사용하는 핸드피스가 연결되는 스프링 암 및 이를 포함하는 레이저 치료장치에 관한 것이다.

최근에는 레이저를 이용한 치료 기술이 널리 사용되고 있다. 이러한 레이저를 이용한 치료장치는 안과, 치과, 외과 수술 및 피부과 등에 사용되고 있다.

일반적으로 피부에 발생되는 피부 질환 또는 혈관 질환 같은 병변에 사용되는 레이저 치료장치는 일정한 파장 및 세기를 갖는 레이저를 피부에 조사하여 치료 목적을 달성한다.

이때 병변부위에 인접하여 치료하기 위하여 사용자의 파지 및 파지상태로 유지하는 시간이 상당시간 소요되며, 사용자의 피로도 감소 및 수술의 정확도를 위해 사용 각도에 따라 적절한 힘으로 지지할 수 있어야 한다.

이와같은 레이저 치료장치의 암 구조에 대하여 대한민국 등록특허 제1,322,658호에 나타나 있다. 그러나 종래기술에는 지지되는 마스트를 중심으로 핸드피스의 반대측에 카운터 웨이트가 구비되어 있으나, 암의 회전각에 따른 적절한 지지력을 제공하지 못하는 문제점이 있었다. 도 1에는 이러한 카운터 웨이트가 적용되었을 때 각도에 따른 토크 값이 나타나 있다. 도시된 바와 같이, 카운터 웨이트는 암의 회전시 함께 회전하여 지지력이 기구적으로 결정되며, 사용 초기에 고각에서 저각으로 이동시의 필요한 힘과 저각에서 사용 중일 때의 필요힘의 차이를 줄이기 어려운 한계점이 있었다.

대한민국 등록특허 제1,322,658호(2013년10월22일)

본 발명은 전술한 레이저 치료장치의 암이 적절한 지지력을 제공하지 못하는 문제점을 해결하기 위한 레이저 치료장치의 스프링 암 및 이를 포함하는 레이저 치료장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기 과제의 해결 수단으로서, 일단이 본체에 마운트 되며, 내측으로 레이저의 이동경로가 형성되는 마스트, 마스트의 타단에 연결되며, 내측으로 레이저의 이동경로가 형성되며, 마스트와 연결된 연결부를 중심으로 상하방향으로 회전운동 가능하도록 구성되는 암, 연결부를 중심으로 회전하며, 연결부를 중심으로 일측은 암을 지지할 수 있도록 구성되는 암 지지부, 타측은 소정길이로 연장되어 구성되는 탄성부 지지부를 포함하는 지지 링크 및 암이 수직방향의 회전각에 따라 다른 지지력을 암에 전달할 수 있도록 일측이 탄성부 지지부의 일 지점과 연결되며, 타측은 마스트와 연결되는 탄성부를 포함하는 레이저 치료장치의 스프링 암이 제공될 수 있다.

여기서 탄성부는, 탄성부 지지부의 일 지점과 연결되는 제1 힌지부 및 마스트의 중심축으로부터 소정거리 이격된 지점과 연결되는 제2 힌지부를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 제2 힌지부는 암이 연장된 방향으로 상기 마스트의 중심축으로부터 소정거리 이격된 지점에 연결될 수 있다.

또한, 탄성부는, 스프링 암에 외력이 작용하지 않을 때 암이 최대 고각으로 위치하며, 암이 최대 고각으로 위치한 경우에도 지지력을 전달하도록 구성될 수 있다.

나아가 탄성부는, 암이 최대 고각으로부터 최저 저각으로 회전함에 따라 각도에 따른 지지력의 변화량이 점차 감소하도록 구성될 수 있다.

그리고, 탄성부는 하우징, 하우징의 일측에서 삽입되는 로드, 하우징 내측에 구비되어 하우징과 로드 사이에서 탄성력을 전달하는 스프링을 포함할 수 있다.

한편, 스프링은, 신장됨에 따라 압축될 수 있도록 로드 중 하우징 내측에 구비된 플랜지와 하우징 중 로드가 삽입되는 개구가 형성된 면 사이에 배치되어 지지될 수 있다.

그리고, 탄성부는, 스프링의 복원력이 조절될 수 있도록 하우징의 양측 내면간의 거리를 조절하는 탄성조절부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 제1 힌지부가 연결되는 지점은 탄성부 지지부 중 암 지지부와 연결부를 잇는 직선으로부터 소정거리 이격된 지점이 될 수 있다.

한편, 지지 링크는 직선상으로 형성되며, 제1 힌지부가 직선상으로부터 소정거리 이격된 지점에 연결될 수 있도록 구성되는 제1 힌지부 체결부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한 탄성부는, 암 지지부의 회전각이 수평을 기준으로 0 도 내지 90도로 구속할 수 있는 길이로 구성될 수 있다.

한편, 마스트는 높이 방향으로 연장되어 형성되며, 마스트의 중심축을 기준으로 암, 지지 링크 및 탄성부가 함께 회전 가능하도록 구성될 수 있다.

나아가, 마스트는 측면으로 소정길이 형성된 암의 연결부와 연결되며, 지지 링크는 연결부가 삽입될 수 있도록 연결부 홀이 형성될 수 있다.

한편, 제1 힌지부는, 탄성부 지지부 중 암 지지부의 연장된 축을 기준으로 소정각도 및 소정거리 내의 제1 연결영역에 연결될 수 있다.

또한 제2 힌지부는, 마스트의 축으로부터 제1 힌지부와 반대방향의 소정거리 이내의 제2 연결영역에 연결될 수 있다.

여기서, 탄성부는 암 지지부의 고각을 제한할 수 있도록 최소 길이가 결정될 수 있다.

추가로, 레이저 발진부를 포함하여 구성되는 본체, 사용자가 파지하여 병변부위에 레이저를 조사할 수 있도록 구성되는 핸드피스 및 일단이 본체에 마운트 되며, 타측이 핸드피스와 연결되어 레이저의 이동경로가 형성되는 스프링 암(100)을 포함하며, 스프링 암(100)은, 일단이 본체의 일측에 마운트되는 마스트, 마스트의 타단에 연결되며, 내측으로 레이저의 이동경로가 형성되며, 마스트와 연결된 연결부를 중심으로 상하방향으로 회전운동 가능하도록 구성되는 암, 연결부를 중심으로 회전하며, 연결부를 중심으로 일측은 암을 지지할 수 있도록 구성되는 암 지지부, 타측은 소정길이로 연장되어 구성되는 탄성부 지지부를 포함하는 지지 링크, 및 암이 수직방향의 회전각에 따라 다른 지지력을 암에 전달할 수 있도록 일측이 탄성부 지지부의 일 지점과 연결되며, 타측은 마스트와 연결되는 탄성부를 포함하는 레이저 치료장치가 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 치료장치의 스프링 암 및 이를 포함하는 레이저 치료장치는 회전각에 따라 초기 고각 및 사용중 저각일 때에 링크의 무게중심 변화에 따라 적절한 지지력을 제공할 수 있으므로 사용자의 피로도를 줄일 수 있으며, 사용시 정확도가 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래 레이저 치료장치의 암 및 각도에 따른 토크값을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 치료장치 중 스프링 암 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스프링 암의 정면도 및 측면도이다.
도 4는 탄성부의 확대사시도이다.
도 5는 스프링 암의 분해 사시도이다.
도 6은 탄성부의 단면도이다.
도 7은 탄성부의 연결영역이 도시된 도면이다.
도 8은 암과 탄성부의 관계를 나타낸 도면이다.
도 9는 각도에 따른 각각의 힘 및 모멘트를 나타낸 그래프이다.
도 10은 탄성부에 의한 토크 값을 나타낸 그래프이다.
도 11은 제2 실시예의 탄성부의 확대도시도이다.
도 12는 제1 실시예의 탄성조절부의 위치가 변형된 실시예이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 치료장치의 스프링 암 및 이를 포함하는 레이저 치료장치에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 레이저 치료장치 중 스프링 암의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 스프링 암(100)의 정면도 및 측면도이며, 도 4는 탄성부(400)의 확대사시도이고, 도 5는 스프링 암(100)의 분해 사시도이며, 도 6은 탄성부(400)의 단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 치료장치는 본체(10), 스프링 암(100), 핸드피스를 포함하여 구성될 수 있다.

본체(10)는 피부의 병변에 조사되는 치료용 레이저를 발진하는 레이저 발진부(미도시)를 수용한다. 여기서, 본체(10) 내부에는 도시되지는 않았지만 입력부, 구동부 및 제어부 등이 수용된다.

핸드피스(미도시, 도 1 참조)는 스프링 암(100)의 일측에 연결되고 시술자에 의해 파지되어 치료용 레이저의 조사가 필요한 환자의 피부로 이동된다. 그리고, 핸드피스는 본체(10)의 레이저 발진부로부터 제공된 치료용 레이저를 환자의 피부로 조사한다

핸드피스는 레이저 발진부에서 발진된 치료용 레이저를 암을 통해서 입사 받고 입사된 치료용 레이저가 피부 등과 같은 시술대상으로 조사하도록 시술자에 의해 파지된다. 핸드피스는 레이저 발진부로부터 발진된 제1파장의 치료용 레이저를 제2파장의 치료용 레이저로 변환하여 출력하는 파장변환수단(미도시)과 파장변환수단에서 출력되는 치료용 레이저 중에서 제2파장의 광만을 투과시키는 필터(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다

핸드피스에 치료용 레이저를 제공하는 본체(10)의 레이저 발진부는 1064nm 대역의 파장을 발진하는 의료용 Q-스위칭 Nd:YAG 레이저로 구성되고, 제2파장은 2700~3000nm(더욱 바람직하게 2936nm)인 것을 특징으로 한다. 의료용 Q-스위칭 Nd: YAG 레이저로 사용되는 레이저 발진부는 본원발명의 출원 전에 이미 공지된 것으로 그 상세 설명은 생략한다

스프링 암(100)은 본체(10)와 핸드피스를 상호 연결한다. 스프링 암(100)은 핸드피스를 파지한 시술자에 의해 핸드피스의 위치가 조절될 수 있도록 복수의 링크를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 레이저의 이동경로를 포함하여 구성되어, 본체(10)로부터 발생된 레이저를 핸드피스로 전달하는 경로가 된다. 스프링 암(100)은 사용자가 핸드피스를 파지하여 위치를 변화시킬 때 핸드피스를 적절한 힘으로 지지할 수 있도록 구성된다. 사용자는 핸드피스를 일 지점에 위치하여 사용한 뒤 다음위치로 이동시킬 수 있는데, 스프링 암(100)이 핸드피스를 고정시 또는 이동시에 적절한 힘으로 지지하여 사용자의 피로감을 감소시키고, 정밀하게 위치를 변화시킬 수 있도록 도움을 준다.

스프링 암(100)은 상하방향의 회전 및 좌우방향의 회전이 가능하도록 복수의 링크를 포함하여 구성되며, 최소 3 자유도를 갖도록 구성될 수 있다. 스프링 암(100)은 배치 효율을 위하여 핸드피스를 사용하지 않을 때 최고각으로 배치되며, 사용시에는 저각에서 사용될 수 있도록 구성된다.

스프링 암(100)은 마스트(220), 암(200),지지 링크, 탄성부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

마스트(220)는 전술한 본체(10)에 스프링 암(100)이 마운트 될 수 있는 구성으로 이루어질 수 있다. 마스트(220)는 높이방향으로 소정길이 연장되어 구성되며, 내측에는 레이저가 이동하는 경로가 될 수 있도록 중공이 형성된다. 마스트(220)는 마스트(220)가 높이방향의 중심축을 기준으로 마스트(220)에 연결된 암(200), 암 지지부(310), 탄성부(400)가 소정각도로 회전할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한 마스트(220)에는 마스트(220)의 중심축으로부터 소정거리 이격된 지점에 탄성부(400)가 연결되도록 구성된다.

암(200)은 마스트(220)와 연결되며, 내부는 레이저가 이동하는 경로가 될 수 있도록 중공이 형성되며, 길이방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 암(200)은 복수로 구성되어 먼 거리까지 레이저를 전달할 수 있도록 구성되며, 암(200)의 끝단에는 전술한 핸드피스가 연결될 수 있다. 암(200)은 암(200)이 상하로 회전하더라도 레이저가 연속적으로 통과할 수 있도록 회전 축방향으로 소정거리 연장된 후 마스트(220)와 연결된다. 즉 마스트(220)로부터 암(200)으로 진입시 두 번의 수직하는 경로가 형성된다. 암(200)에는 마스트(220)의 측면상으로 연결되어 레이저가 통과될 수 있도록 상하방향의 회전시 회전중심에 연결부(210)가 형성되어 마스트(220)와 연결될 수 있다.

지지 링크는 암(200)이 연결부(210)를 중심으로 상하방향으로 움직일 때 암(200)을 지지할 수 있도록 구성된다. 이때 암(200)은 자체의 무게에 따라 저각으로 치우치려는 힘과 외부에서 사용자가 사용을 위해 잡아당기는 힘이 동시에 작용하게 되는데, 이때 반대방향에서 발생된 힘을 암(200)에 전달할 수 있도록 구성된다.

지지 징크는 길이방향으로 연장되어 형성되며, 연결부(210)를 중심으로 암(200)과 함께 상하 방향으로 회전할 수 있도록 구성될 수 있다. 지지 링크는 연결부(210)가 삽입되는 연결부 홀(330)이 형성되며, 연결부 홀(330)에 암(200)의 연결부(210)가 삽입된 상태에서 암(200)과 고정된다.

지지 링크는 연결부 홀(330)을 기준으로 암(200)을 지지하는 암 지지부(310)와 반대편에 구비된 탄성부 지지부(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 암 지지부(310)는 암(200)과 복수의 지점에서 연결되어 암(200)을 안정적으로 지지할 수 있도록 구성될 수 있다. 탄성부 지지부(320)는 후술할 탄성부(400)와 힌지연결되며, 탄성부(400)로부터 발생하는 지지력을 전달받도록 구성된다. 암 지지부(310)는 탄성부 지지부(320)보다 다소 긴 형상으로 구성될 수 있으며, 암 지지부(310)와 탄성부 지지부(320)는 연결부 홀(330)을 기준으로 소정각도를 이루어 형성되도록 구성될 수 있다. 구체적으로 탄성부 지지부(320)는 후술할 탄성부(400)와 연결되는 제1 힌지부(410)가 연결되는 지점은 연결부 홀(330)을 중심으로 소정각도로 이격되어 형성될 수 있다. 즉, 제1 힌지부(410)는 암 지지부(310)와 연결부(210) 홈을 연결하는 직선으로부터 소정거리 이격되어 구비될 수 있다.

탄성부(400)는 핸드피스 및 암(200)을 포함한 구조물이 중력 및 사용자에 의해 발생하는 힘에 의해 암 지지부(310)에 작용하는 토크를 상쇄할 수 있도록 구성된다. 탄성부(400)는 지지 링크의 탄성부 지지부(320)와 연결되는 제1 힌지부(410) 및 마스트(220) 측에 연결되는 제2 힌지부(420)를 포함하여 구성될 수 있다. 탄성부(400)는 암(200)이 최고각의 위치에 있는 경우에도 지지력을 제공할 수 있도록 구성되며, 암(200)의 회전각에 따라 다른 지지력으로 지지할 수 있도록 구성된다. 한편, 이러한 지지력 및 힌지부의 연결위치에 대하여는 차후 상세히 설명하도록 한다.

탄성부(400)는 하우징(430), 로드(440), 플랜지, 스프링(450), 제1 힌지부(410) 및 제2 힌지부(420), 탄성조절부(460)를 포함하여 구성될 수 있다. 하우징(430)은 스프링(450)이 수용되는 공간을 형성하며, 외부의 일면에 제1 힌지부(410)가 구비된다. 로드(440)는 일측이 하우징(430)의 내측에 삽입된 상태로 직선운동을 하며 타측은 마스트(220) 측의 제2 힌지부(420)가 구비된다. 로드(440) 중 하우징(430) 내측에 위치한 일단에는 플랜지가 구비된다. 스프링(450)은 플랜지와 하우징(430) 중 로드(440)가 삽입된 개구가 형성된 일 면 사이에 구비되며, 제1 힌지부(410)와 제2 힌지부(420) 사이가 멀어질수록 스프링(450)이 압축되면서 복원력이 발생하도록 구성될 수 있다. 탄성조절부(460)는 로드(440)가 삽입된 개구가 형성된 일 면과 타측면 사이의 거리를 조절할 수 있도록 구성된다. 따라서 스프링(450)의 최대 신장 길이를 구속하게 되어 전체 각도에 대한 복원력의 세기를 조절할 수 있게 된다.

이하에서는 힌지부의 연결 영역에 대하여 도 7을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 7은 탄성부(400)의 연결영역이 도시된 도면이다. 도시된 바와 같이 탄성부(400)의 제1 힌지부(410)는 탄성부 지지부(320) 중 제1 연결영역(500)에 연결되며, 제2 힌지부(420)는 제2 연결영역(600)에 연결될 수 있다. 제1 연결영역(500)은 탄성부 지지부(320) 측의 영역 중 연결부 홀(330)로부터 소정거리 및 소정각도로 형성될 수 있다. 이때, 제1 연결영역(500)은 암 지지부(310)가 연장된 직선을 기준으로 상측으로 결정될 수 있다. 제1 힌지부(410)가 연결부 홀(330)로부터 멀어질수록 탄성부(400)에 의한 토크값이 커지게 되며, 동시에 각도 변화에 따른 토크의 변화량도 커지게 된다. 소정각도는 암(200)의 상하회전각에 따라 중력에 의한 토크의 영향이 달라지게 되며, 이때 소정각도를 변화시킴에 따라 탄성부(400)의 복원력 사이클이 달라지게 된다. 이때 제2 연결영역(600)은 마스트(220)를 기준으로 암(200)이 연장방향으로 결정될 수 있다.

탄성부(400)의 제2 힌지부(420)는 제2 연결영역(600)에 연결되며, 암(200)의 회전중심으로부터 수직방향으로 소정거리 이격되며, 또한 수평방향으로 소정거리 이격된 지점이 될 수 있다. 제2 연결영역(600) 중 수직방향의 거리는 멀어질수록 암(200)의 회전에 따른 반발력의 변화가 둔화되며, 수평방향의 이동은 반발력의 변화량 및 복원력 사이클에 동시에 영향을 미치게 된다.

한편, 암(200)의 구체적인 크기, 모양, 재질에 따라 중력에 의한 토크값이 달라질 수 있으므로, 암 지지부(310)의 크기, 탄성부 지지부(320)의 크기 및 길이, 그리고 탄성부(400)의 길이 및 구체적인 수치와 탄성계수는 생략하도록 한다.

도 8은 암(200)과 탄성부(400)의 관계를 나타낸 도면이며, 도 9는 각도에 따른 각각의 힘 및 모멘트를 나타낸 그래프이다. 회전중심인 연결부(210)를 중심으로 암 지지부(310)가 간략하게 도시되어 있으며, 제1 힌지부(410)와 제2 힌지부(420)의 연결지점이 도시되어 있다. 한편, 이하에서 제1 힌지부(410)와 제2 힌지부(420)의 위치라 함은 힌지부의 회전중심을 전제로 설명하도록 한다.

이하에서 변수는 다음과 같다.

T1= 암 지지부(310) 측에 작용하는 토크

T2= 탄성부 지지부(320) 측에 작용하는 토크

θ: 수직 축으로부터의 암(200)의 회전각

θ1: 암 지지부(310)와 탄성부 지지부(320) 간의 각도차이

L: 암(200)의 무게중심과 회전중심과의 직선거리

ℓ: 제1 힌지부(410)의 중심과 회전중심과의 거리

P1(

): 제1 힌지부(410)의 연결위치

P2, P2',P3": 제2 힌지부(420)의 연결위치

d: 탄성부(400)의 길이

여기서, 연결부(210)를 중심으로 암(200)의 회전각은 90도 내지 180도가 될 수 있으며, 수직축을 기준으로 할 때 0도 내지 90도의 작동각도를 가질 수 있다. 한편, 사용자는 암(200)을 수직축으로부터 수평축으로 회전시켜 사용하게 되므로, 이에 대하여 수직축 주변각도를 '초기위치'라 하며, 수평축의 주변각도를 '후기위치'로 칭하여 설명하도록 한다.

중력에 의해 암(200)의 무게중심에 작용하여 발생되는 토크는 암(200)의 회전각도에 따라 달라지게 된다. 여기서 무게중심은 암(200) 및 지지 링크 및 핸드피스의 중량(M)을 모두 포함하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

T1=MgLsinθ

이에 대한 값은 도 9 (a)에 도시된 바와 같이, 암(200)이 수평에 인접할수록 그 크기가 커지게 된다.

한편, 탄성부(400)는 작동범위 내에서 탄성부(400)의 길이가 증가함에 따라 복원력이 선형적으로 커지게 된다. 증가하는 복원력이 토크에 미치는 영향은 탄성부 지지부(320)와 탄성부(400) 사이의 각도에 따라 달라지게 된다. 특 탄성부(400)가 배치된 각도로 직선힘이 작용하기 때문에, 제1 힌지점에서 탄성부 지지부(320)와 수직성분의 힘이 탄성부 지지부(320)에 작용하는 토크(T2)에 관여하게 된다. 결국 암(200)이 초기위치에서 후기위치로 변화되는 동안 탄성부(400)의 길이 증가에 따른 탄성력은 지속적으로 증가하게 되나, 탄성부 지지부(320)와 수직 방향의 성분은 지속적으로 작아질 수 있다. 따라서 탄성부(400)의 연결위치에 따라 이러한 값들이 달라지게 되며, 사용자의 사용시 급격한 토크의 변화를 방지하며, 사용위치로 유지하기 위해 필요한 힘을 최소화 할 수 있도록 탄성부(400)의 연결위치가 결정된다.

이하에서는 제2 힌지부(420)의 위치에 따른 영향을 도 9(b)를 참조하여 설명한다. 도 9(b)에는 ℓ=100, y1=-150, θ1=20도, x1=-40, x2=0, x3=+40 일 때의 각도에 따른 탄성부(400)의 길이의 변화가 나타나 있다.

한편, 제1 힌지부(410)가 연결되는 지점의 좌표는 다음과 같이 정의될 수 있다.

P1(ℓsin(θ+θ1), -ℓcos(θ+θ1))

한편, 제2 힌지부(420)의 위치는 P2, P2',P2"가 될수 있으며, 이때의 좌표는 다음과 같다.

P2(x1,y1), P2'(x2.y1), P"(x3,y1)

이때 각각의 탄성부(400)의 길이의 변화에 따라 적용되는 복원력의 크기가 달라질 수 있으며, 제1 힌지부(410)의 위치가 동일할 때 제2 힌지부(420)까지의 각각의 거리는 다음과 같다.

d1=(x1-ℓsin(θ+θ1))^2+(y1+ℓcos(θ+θ1)^2)^0.5

d2=(x2-ℓsin(θ+θ1))^2+(y1+ℓcos(θ+θ1)^2)^0.5

d3=(x3-ℓsin(θ+θ1))^2+(y1+ℓcos(θ+θ1)^2)^0.5

이에 대한 결과를 살펴보면, 마스트(220)를 중심으로 제2 힌지부(420)가 제1 힌지부(410)와 반대방향에 배치되는 경우 초기위치에서 변화량이 크며 후기위치에서는 변화량이 작아지는 경향이 커진다. 반대로, 제1 힌지부(410)와 제2 힌지부(420)가 마스트(220)를 중심으로 동일한 방향에 위치한 경우, 초기의 길이변화량이 작아 바람직하지 않다. 따라서 제2 힌지부(420)의 위치를 적절하게 선택하여 초기에 발생되는 토크의 변화량을 선택할 수 있다. 이때, 초기에 탄성부(400)의 급격한 길이의 변화가 있는 경우 사용자가 잡아당겨 사용시에 요구되는 힘이 급격하게 증가하게 되므로, 초기에 토크의 변화량이 크지 않는 위치로 선택하는 것이 바람직하다. 다시 도 9 (b)를 살펴보면, 마스트(220)를 중심으로 제1 힌지부(410)와 제2 힌지부(420)가 다른 방향으로 선택되는 경우 초기위치에서 급격한 길이변화를 방지할 수 있다.

이하에서는 도 9 (c)를 참조하여 제2 힌지부(420)가 P2에 위치할 때, 암 지지부(310)와 제1 힌지부(410) 간의 각도변화에 의한 영향을 살펴본다. 도시된 바와 같이, 암 지지부(310)와 제1 힌지부(410) 간 각도 차이가 0도, 10도, 20도 및 30도 일 때 탄성부(400)의 길이변화가 나타나 있으며, 변화경향은 초기위치와 후기위치에서 차이가 발생하게 되며, 이는 원운동을 하는 제1 힌지부(410)의 위상에 따라 달라지게 된다. 한편, 이러한 제1 힌지부(410)의 위상은 탄성부(400)에서 발생하는 복원력 중 토크에 영향을 미치는 접선방향 성분에 영향을 미치게 된다.

이하에서는 탄성부(400)에 의한 토크값에 대하여 도 10을 참조하여 설명하기로 한다. 도 10은 탄성부(400)에 의한 토크 값을 나타낸 그래프이다.

제1 힌지부(410)에서 탄성부(400)에 의해 발생되는 토크는 각도에 따라 달라지게 되며, 그 값은 다음과 같다.

이때, 암 지지부(310)와 제1 힌지부(410)의 각도에 따른 토크값(T2)과 암(200)의 토크값(T1)을 비교해보면 다음과 같다.

이때 암(200)의 각도가 40도 내지 60도 사이에서 탄성부(400)에 따른 토크가 가장 큰 구간으로 나타나며, 이후에는 다시 감소하는 경향을 띄게 된다. 이는 암(200)의 각도가 커지는 경우 탄성부 지지부(320)에 의해 탄성부(400)가 지속적으로 신장되나, 토크를 발생시키는 수직방향의 힘의 성분이 점차 줄어들기 때문이다.

다시 도 10 (a)를 살펴보면 암 지지부(310)와 탄성부 지지부(320) 사이의 각도(θ1)가 각각 0도, 10도, 20도, 40도인 경우의 토크(T2)가 나타나 있다. 암 지지부(310)와 제1 힌지부(410) 사이의 각도(θ1)가 커질수록 토크 감소 시기가 빨라지게 된다. 한편, 암(200)의 길이와 암(200)의 형상에 따른 관성모멘트 등을 종합적으로 고려하여 탄성부(400)에서 적절한 지지력이 발휘될 수 있도록 암 지지부(310)와 제1 힌지부(410)의 각도가 선택되어질 수 있다.

도 10(b)를 살펴보면, 암(200)에 작용하는 중력에 의한 토크(T1)와 탄성부(400)에 의한 토크(T2)의 차이가 나타나 있다. 여기서 두 토크의 차이(T2-T1)가 조작시 사용자로부터 필요로 하는 힘이 된다. 스프링 상수값을 조절하여 초기에 발생하는 토크(T2)값이 동일하게 설정한 뒤 토크값의 차이(T2-T1)에 대한 그래프가 도시되어 있다. 이를 보면, 각도가 점점 커질수록 그 전체적인 변화량이 감소하는 경향을 갖다가 소정범위 내에서는 각도변화량이 작아진후 이후 다시 변화량이 커지는 경향을 볼 수 있다. 전술한 기구적인 예에서 살펴보면 암 지지부(310)와 제1 힌지부(410) 사이의 각도(θ1)는 5도 내지 15도 사이에서 암(200)을 작동하기 위해 사용자가 필요로 하는 힘이 소정범위 내로 제한됨을 알 수 있다. 다만, 전술한 예는 암 지지부(310)의 길이, 탄성부 지지부(320)의 길이, 제2 힌지부의 위치에 따라 다소 달라질 수 있다.

한편, 그 경향은 유지하면서 전체적인 토크값(T2-T1)의 차이는 스프링 상수를 달리하여 조절이 가능하며, 또한 탄성조절부(460)를 통하여 조절이 가능하다. 결국 사용자는 후기 위치에서 핸드피스를 파지하여 사용하며, 따라서 후기 위치에서는 위치 고정을 위해 필요로 하는 힘을 최소로 하는 것이 바람직하다.

한편, 탄성부(400)의 탄성력은 스프링(450)의 특성에 따라 달라질 수 있어 적절한 세기로 선택될 수 있으며, 또한 탄성조절부(460)의 조작으로도 조작이 가능하다. 한편 다른 스프링(450)을 선택하더라도 도 10에 나타난 경향은 유지될 수 있다.

이하에서는 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 다른 실시예에 대하여 설명하도록 한다. 본 실시예에서도 전술한 실시예와 동일한 구성요소를 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 대하여는 중복기재를 피하기 위하여 설명을 생략하고 차이가 있는 부분에 대하여만 설명하기로 한다.

도 11은 제2 실시예의 탄성부(400)의 확대도시도이다. 도시된 바와 같이, 탄성부(400)의 제1 힌지부(410)의 위치 및 탄성부 지지부(320)의 각도 및 제2 힌지부(420)의 위치가 변화될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한 본 실시예에서도 제1 힌지부(410)는 제1 연결영역(500)에, 제2 힌지부(420)는 제2 연결영역(600) 내에 연결되도록 구성된다. 이때, 암 지지부(310)와 탄성부 지지부(320)는 상대적으로 회전가능하도록 구성될 수 있다. 제1 힌지부(410) 및 제2 힌지부(420)는 슬릿(470)에 체결되어 체결위치가 변화시켜 사용자의 필요 힘을 사용자의 요구에 맞게 설정할 수 있도록 구성된다.

본 실시예에서 사용자는 각 체결위치를 조절하여 토크값의 피크가 발생하는 구간을 변화시킬 수 있고, 초기 토크값의 변화경향을 변화시킬 수 있게 된다. 또한 사용위치에서 적절한 토크값을 설정할 수 있게 된다.

도 12는 제1 실시예의 탄성조절부의 위치가 변형된 실시예이다. 도시된 바와 같이, 탄성조절부(460)는 탄성부(400)의 상단에 구비될 수 있으며, 사용자가 탄성조절부(460)를 조절할 때 암 또는 마스트에 의한 간섭을 일으키지 않고 조작이 용이해질 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 치료장치의 스프링 암(100)은 하나의 탄성부(400)를 사용하여 컴팩트하게 구성되며, 기구적으로 최대 토크 발생각도 및 초기 토크 발생경향을 변화시킬 수 있으며, 암(200)의 각도 변화에 따라 탄성부(400)에서 발생하는 지지력이 달라지게 된다. 따라서 사용자는 초기위치에서 약한 지지력으로 인해 발생하는 급격한 각도변화 및 사용위치에서 지속적으로 힘이 요구되는 것으로부터 자유로울 수 있으며, 과도한 힘을 가하지 않더라도 사용위치로 쉽게 변화시킬 수 있어 사용자의 피로도가 감소될 수 있고, 또한 수술의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.

10: 본체
100: 스프링 암
200: 암
210: 연결부
220: 마스트
300: 지지링크
310: 암 지지부
320: 탄성부 지지부
330: 연결부 홀
400: 탄성부
410: 제1 힌지부
420: 제2 힌지부
430: 하우징
440: 로드
450: 스프링
460: 탄성조절부
470: 슬릿
500: 제1 연결영역
600: 제2 연결영역

Claims

일측이 본체에 마운트 되며, 내측으로 레이저의 이동경로가 형성되는 마스트;
상기 마스트의 타측에 연결되며, 내측으로 레이저의 이동경로가 형성되며, 상기 마스트와 연결된 연결부를 중심으로 상하방향으로 회전운동 가능하도록 구성되는 암;
상기 연결부를 중심으로 회전하며, 일측에 상기 암을 지지하는 암 지지부, 타측에 탄성부 지지부를 포함하여 구성되는 지지 링크; 및
일측이 상기 탄성부 지지부의 일 지점과 연결되며, 타측은 상기 마스트와 연결되는 탄성부를 포함하며,
상기 탄성부 지지부는 상기 지지 링크의 회전 중심으로부터 소정거리 연장되어 형성되는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제1 항에 있어서,
상기 탄성부는,
제1 힌지부 및 제2 힌지부를 포함하며,
상기 암이 수직방향의 회전각에 따라 다른 지지력을 상기 암에 전달할 수 있도록 상기 제1 힌지부는 상기 탄성부 지지부의 일 지점과 연결되며,
상기 제2 힌지부는 상기 마스트의 중심축으로부터 소정거리 이격된 지점과 연결되는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제2 항에 있어서,
상기 제2 힌지부는,
상기 암이 연장된 방향으로 상기 마스트의 중심축으로부터 소정거리 이격된 지점에 연결되는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제3 항에 있어서,
상기 탄성부는, 상기 스프링 암에 외력이 작용하지 않을 때 상기 암이 최대 고각으로 위치하며, 상기 암이 최대 고각으로 위치한 경우에도 지지력을 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제4 항에 있어서,
상기 탄성부는,
상기 암이 최대 고각으로부터 최저 저각으로 회전함에 따라 각도에 따른 지지력의 변화량이 점차 감소하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제3 항에 있어서,
상기 탄성부는,
하우징;
상기 하우징의 일측에서 삽입되는 로드;
하우징 내측에 구비되어 상기 하우징과 상기 로드 사이에서 탄성력을 전달하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제6 항에 있어서,
상기 스프링은,
신장됨에 따라 압축될 수 있도록 상기 로드 중 하우징 내측에 구비된 플랜지와 상기 하우징 중 상기 로드가 삽입되는 개구가 형성된 면 사이에 배치되어 지지되는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제7 항에 있어서,
상기 탄성부는,
상기 스프링의 복원력이 조절될 수 있도록 상기 하우징의 양측 내면간의 거리를 조절하는 탄성조절부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제3 항에 있어서,
상기 제1 힌지부가 연결되는 지점은 상기 탄성부 지지부 중 상기 암 지지부와 연결부를 잇는 직선으로부터 소정거리 이격된 지점인 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제9 항에 있어서,
상기 지지 링크는 직선상으로 형성되며,
상기 제1 힌지부가 상기 직선상으로부터 소정거리 이격된 지점에 연결될 수 있도록 구성되는 제1 힌지부 체결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제2 항에 있어서,
상기 탄성부는,
상기 암 지지부의 회전각이 수평을 기준으로 0 도 내지 90도로 구속할 수 있는 길이로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제2 항에 있어서,
상기 마스트는 높이 방향으로 연장되어 형성되며,
상기 마스트의 중심축을 기준으로 상기 암, 상기 지지 링크 및 상기 탄성부가 함께 회전 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제12 항에 있어서,
상기 마스트는 측면으로 소정길이 형성된 암의 연결부와 연결되며,
상기 지지 링크는 상기 연결부가 삽입될 수 있도록 연결부 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제2 항에 있어서,
상기 제1 힌지부는,
상기 탄성부 지지부 중 상기 암 지지부의 연장된 축을 기준으로 소정각도 및 소정거리 내의 제1 연결영역에 연결되며,
상기 제2 힌지부는,
상기 마스트의 축으로부터 상기 제1 힌지부와 반대방향의 소정거리 이내의 제2 연결영역에 연결되는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
제14 항에 있어서,
상기 탄성부는 상기 암 지지부의 고각을 제한할 수 있도록 최소 길이가 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치의 스프링 암.
레이저 발진부를 포함하여 구성되는 본체;
사용자가 파지하여 병변부위에 레이저를 조사할 수 있도록 구성되는 핸드피스; 및
일측이 본체에 마운트 되며, 타측이 상기 핸드피스와 연결되어 레이저의 이동경로가 형성되는 스프링 암을 포함하며,
상기 스프링 암은,
상기 일측이 상기 본체의 일측에 마운트되는 마스트,
상기 마스트의 타측에 연결되며, 내측으로 레이저의 이동경로가 형성되며, 상기 마스트와 연결된 연결부를 중심으로 상하방향으로 회전운동 가능하도록 구성되는 암,
상기 연결부를 중심으로 회전하며, 일측에 상기 암을 지지하는 암 지지부, 타측에 탄성부 지지부를 포함하여 구성되는 지지 링크, 및
일측이 상기 탄성부 지지부의 일 지점과 연결되며, 타측은 상기 마스트와 연결되는 탄성부를 포함하며,
상기 탄성부 지지부는 상기 지지 링크의 회전 중심으로부터 소정거리 연장되어 형성되는 레이저 치료장치.
제16 항에 있어서,
상기 탄성부는,
제1 힌지부 및 제2 힌지부를 포함하며,
상기 암이 수직방향의 회전각에 따라 다른 지지력을 상기 암에 전달할 수 있도록 상기 제1 힌지부는 상기 탄성부 지지부의 일 지점과 연결되며,
상기 제2 힌지부는 상기 마스트의 중심축으로부터 소정거리 이격된 지점과 연결되는 것을 특징으로 하는 레이저 치료장치.