KR101975715B1

KR101975715B1 - 압전 선형모터를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치용 카트리지

Info

Publication number: KR101975715B1
Application number: KR1020180113632A
Authority: KR
Inventors: 윤만순; 이경선; 이명우
Original assignee: 에코디엠랩 주식회사
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2019-05-07

Abstract

본 발명은 고강도 집속 초음파(HIFU) 장치용 카트리지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카트리지 내에 압전 선형모터를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치용 카트리지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 HIFU 장치용 카트리지는 물속에서 구동가능한 압전 선형모터에 트랜스듀서 모듈이 결합되어 내장됨으로써, 종래 스텝모터 구동시 발생하는 열을 근본적으로 제거하고, 따라서 부가적인 냉각팬을 필요로하지 않으며, 초절전, 초정밀 이송이 가능하여 효율적인 시술을 가능하게 한다.

Description

압전 선형모터를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치용 카트리지{Cartridge for high intensity focused ultrasound device comprising piezoelectric linear motor}

본 발명은 고강도 집속 초음파(HIFU) 장치용 카트리지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카트리지 내에 압전 선형모터를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치용 카트리지에 관한 것이다.

초음파기술은 의료 및 산업, 환경처리분야에 널리 사용되고 있으며, 최근에는 미용에 대한 관심이 높아지면서, 피부 노화 방지, 주름 개선 또는 피부 탄력 유지를 위해 초음파를 이용한 기기들이 다양하게 소개되고 있다.

주름 부위에 조사된 초음파는 주름의 근본 원인인 피부근막층(superficial muscular aponeurotic syste, SMAS)에 열을 전달하여, 전달된 열에 의해 피부 조직을 수축 또는 응고시킴으로써 주름을 개선시킬 수 있다. 피부관리 기기들은 이러한 원리를 이용하기 때문에, 시술하고자 하는 특정 부위에만 초음파를 집속시켜 개선효율을 향상시킬 수 있는 장치가 시판되고 있다. 최근에는 고강도 집속 초음파(High Intensity Focused Ultrasound(이하, HIFU라 한다))를 이용한 초음파 장치를 통하여 의료용 또는 에스테틱을 목적으로 비침습적으로 이용되고 있다.

이러한 HIFU를 발생시키는 초음파 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 트랜스듀서를 포함하는 카트리지(1) 및 상기 카트리지가 결합되는 핸드피스(본체)(2)로 구성된다. 카트리지는 교체가 가능하고, 카트리지 내부에는 물과 같은 음향 액체로 채워진다.

도 2는 HIFU 장치에 있어서, 종래 사용되던 카트리지의 내부구조를 나타낸다.

도 2에서 (a)는 종래 HIFU 장치용 카트리지의 전체적인 내부 구조를 나타내고, (b)는 상기 종래 카트리지의 상부 구조를 나타내며, (c)는 상기 종래 카트리지의 일측면을 나타낸다. 도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 종래 HIFU 장치용 카트리지는 카트리지 하우징(10)으로 둘러싸여 있고, 상기 카트리지 하우징(10)의 하부에는 피부와 접촉시 초음파 에너지를 피부에 전달하기 위한 초음파 투과 필름이 부착되는 투과창(11)이 형성되어 있다. 상기 카트리지 내부에는 HIFU 발생용 트랜스듀서(12)가 지지대(13)에 고정되어 있으며, 상기 지지대(13)는 수평으로 이동하기 위해 이송축(14)에 연결되어 있다. 상기 이송축(14)은 물과 접촉하지 않도록 고무 자바라(15)로 둘러싸여 있으며, 누수 방지를 위하여 상기 고무 자바라(15)는 외부 케이스(10)의 양단에 접착제로 실링된다. 또한. 외부에 장착된 DC 모터에 의해 트랜스듀서(20)를 지지하는 지지대(13)가 카트리지 내에서 이동할 때, 좌우로 흔들리는 현상을 제어하기 위해 지지대(13) 측면에 금속 가이드핀(16)이 설치된다.

또한, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상기 카트리지의 외부 일측면에는 스텝 모터와 체결되는 연결부(17)가 형성되어 있다.

도 3은 상기 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 HIFU 발생용 트랜스듀서의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 트랜스듀서는 돔 형태의 HIFU 압전소자(a), 압전소자의 하우징(b), PCB 기판(c) 및 도선으로 구성된다.

구체적으로, 도 3의 (a)는 일반적인 HIFU 압전소자를 나타낸다. 상기 HIFU 압전소자는 집속 초음파(HIFU)를 발생하는 돔형 압전 액츄에이터(20)에 전기를 인가하기 위한 은(Ag)전극(21a, 21b)이 앞뒤면에 도포되어 있고, 상기 은전극(21a, 21b)에는 도선(22)이 납땜되어 있다.

일반적으로, 상기 HIFU 압전소자는 광학 원리를 이용한 것으로, 주로 구면렌즈 형상으로 가공하여 사용되고 있다. 통상적으로, 구면렌즈를 통과한 빛은 파장에 따라 다른 초점거리를 가지며, 장파장일수록 초점 거리가 감소한다. 이러한 광학 원리로 인해 HIFU 압전소자에 전압을 인가하면, 두께 모드 진동에서 발생하는 초음파 에너지가 곡률반경의 중심에 집중되면서 초음파 진동의 집속이 이루어진다.

이렇게 구성된 HIFU 압전소자(20)는 카트리지 용기 내의 물과 격리하기 위하여 플라스틱 하우징(23) 내부에 안착된다.

도 3의 (b)는 상기 압전소자의 하우징(23)의 구성을 나타낸다. 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상기 하우징(23)의 내벽은 하단과 상단에 턱이 설치되어 있으며, 하단의 턱(24)은 압전소자(20)가 에폭시로 접착되어 안착되며, 상단의 턱(24')은 PCB 기판(c)이 에폭시로 안착된다.

도 3의 (c)는 상기 트랜스듀서에 사용되는 PCB 기판을 나타낸다. 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상기 PCB 기판에는 압전소자와 결합시 압전소자에 부착된 도선이 PCB 기판을 통과하여 외부로 인출될 수 있도록 PCB 홀(25)이 형성되어 있다.

상기 트랜스듀서의 제조는 다음과 같다.

상기 하우징(23)의 하단의 턱(24)에 에폭시를 이용하여 HIFU 압전소자를 안착한다. 이후, 상기 하우징(23)의 상단의 턱(24')에 에폭시를 이용하여 PCB 기판을 안착한다. 다음으로, 상기 PCB 홀(25)을 통해 HIFU 압전소자의 도선(22)을 외부로 인출시킨 후, 상기 PCB 홀(25)에서 회로와 연결되는, 절연피복이 되어 있는 도선(26)과 납땜으로 연결한다. 마지막으로, 방수와 절연을 위하여 상기 PCB 기판 상에 액상 실리콘(27)을 도포하고, 경화시킴으로써 상기 트랜스듀서를 제조할 수 있다. 제조된 트랜스듀서의 최종 형상을 도 3의 (d)에 나타내었다.

이렇게 제조된 트랜스듀서(20)는 지지대(13)와 체결되어 카트리지 용기에 설치된다.

도 4는 HIFU 장치용 카트리지의 개방부에 부착되는 초음파 투과 필름(30)을 나타낸다. 상기 폴리머 필름은 상기 트랜스듀서에서 방사되는 초음파에너지를 피부로 전달하기 위하여 집속된 초음파에너지 감쇄를 최소화하고, 용기 내의 물이 누출되지 않도록 하기 위해 카트리지의 개방부에 부착된다. 상기 초음파 투과 필름(30)의 테두리에는 카트리지의 개방부와의 접착을 위한 접착부재(31)가 형성되어 있다.

종래의 HIFU 장치용 카트리지는 내부에 음파 전달 매체로서 물과 트랜스듀서가 내장되며, 상기 트랜스듀서의 정밀한 이송을 위해 외부에 스텝모터가 장착된다. 그런데 상기 스텝모터는 구동시 열이 발생되기 때문에, 부대장치로 냉각팬을 사용해야 하며, 따라서, 부피가 증가하고, 전력 소비 또한 증가하는 문제가 있었다.

이에, 부피가 감소하고, 절전 효과를 나타내는 새로운 HIFU 장치용 카트리지의 개발이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1648837호

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 제1 목적은 물속에서 구동가능한 압전 선형모터가 내장된 HIFU 장치용 카트리지를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 상기 카트리지와, 상기 카트리지가 결합되는 핸드피스를 포함하는 HIFU 장치를 제공하는 것이다.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 음파 전달 매질이 보관되고, 하부에는 초음파 투과 필름에 의해 밀폐되는 투과창이 형성된 카트리지 하우징; 상기 카트리지 하우징에 내장되고, 본체에 의해 제어되며, 고강도 집속 초음파를 발생시키는 트랜스듀서; 및 상기 카트리지 하우징에 내장되고, 본체에 의해 제어되며, 상기 트랜스듀서를 이송시키기 위한 압전 선형모터를 포함하는 고강도 집속 초음파 장치용 카트리지를 제공한다.

또한 바람직하게는, 상기 트랜스듀서는 트랜스듀서 하우징; 상기 트랜스듀서 하우징의 하단에 설치되며, 고강도 집속 초음파를 발생시키는 돔형의 압전 액츄에이터; 상기 압전 액츄에이터의 상하면에 코팅된 은전극 및 상기 은전극에 연결된 도선을 포함하고, 상기 트랜스듀서는 이송을 위해 지지대에 내장될 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 압전 선형모터는 돔형의 압전 액츄에이터; 상기 압전 액츄에이터의 볼록면 중앙에서 수직 방향으로 배향되어 일정 길이로 형성된 이송축; 상기 압전 액츄에이터와 이송축을 연결하는 연결부; 상기 압전 액츄에이터의 상하면에 코팅된 은전극 및 상기 은전극에 연결된 도선을 포함하고, 상기 압전 액츄에이터는 방수를 위해 하우징에 의해 커버될 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 트랜스듀서 및 압전 선형모터는 카트리지 하우징에 볼트로 체결되어 탈부착이 가능할 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 트랜스듀서는 지지대를 통해 압전 선형모터의 이송축에 결합하여 일체형으로 형성될 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 트랜스듀서와 압전 선형모터의 일체형 결합은 트랜스듀서의 지지대의 내부 공간에 이송자가 삽입되고, 상기 이송자 및 지지대의 홀을 압전 선형모터의 이송축이 통과함으로써 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 트랜스듀서 및 압전 선형모터를 포함하는 카트리지; 및 상기 카트리지가 결합되는 본체를 포함하고, 상기 본체는 회로부와 전원부를 포함하고, 상기 회로부는 카트리지의 트랜스듀서 및 압전 선형모터와 도선으로 연결되는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 장치를 제공한다.

또한 바람직하게는, 트랜스듀서 및 압전 선형모터와 회로부의 배선은 카트리지 내에서 매체와 접촉하는, 이송축에 연결된 압전 선형모터의 압전 액츄에이터의 상부에 형성된 도선과 트랜스듀서의 압전 액츄에이터의 하부에 형성된 도선을 회로부의 공통접지단에 연결하고, 나머지 도선은 회로부의 전원단에 연결함으로써 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 HIFU 장치용 카트리지는 물속에서 구동가능한 압전 선형모터에 트랜스듀서 모듈이 결합되어 내장됨으로써, 종래 스텝모터 구동시 발생하는 열을 근본적으로 제거하고, 따라서 부가적인 냉각팬을 필요로하지 않는다. 또한, 상기 압전 선형모터는 1 와트(watt) 이하의 소비전력으로도 구동되므로 초절전이 가능하다. 또한, 상기 압전 선형모터는 초음파를 피부재생에 효과적인 1mm 이내의 간격으로 일정하게 이송시킬 수 있으므로, 초정밀 이송이 가능하여 효율적인 시술을 가능하게 한다. 또한 상기 압전 선형모터와 트랜스듀서 모듈은 탈부착이 가능하므로, 교체가 용이하다. 본 발명에 따른 카트리지는 이러한 장점들로 인해 HIFU 장치에 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 일반적인 고강도 집속 초음파(HIFU) 장치의 개략도이다.
도 2는 종래 HIFU 장치용 카트리지의 내부 구조를 나타내는 개략도이다((a) 카트리지의 내부 정면도, (b) 카트리지의 내부 평면도 및 (c) 카트리지의 측면 사시도).
도 3은 종래 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 일반적인 HIFU 트랜스듀서의 구성을 나타낸다.
도 4는 종래 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 일반적인 초음파 투과 필름을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지의 내부 구조를 나타낸다((a) 상판 구조 및 (b) 하판 구조).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 압전 선형모터의 구성재료를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 선형모터의 구성재료들로 제조된 최종 구조 형태를 나타낸다((a)는 측면에서, (b)는 하부에서 본 형태).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 압전 선형모터 하우징의 구조를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 압전 선형모터 하우징 내에 압전 선형모터를 결합한 형태를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 압전 선형모터 하우징을 덮는 덮개를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 이송자의 구조를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 압전 선형모터에 하우징과 이송자가 결합된 형태를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 트랜스듀서 지지대의 구조를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 있어서, 압전 선형모터 모듈에 트랜스듀서 지지대가 결합된 형태를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지의 상판과 하판이 결합된 형태를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치의 모식도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치에 있어서, 카트리지 내의 트랜스듀서 및 압전 선형모터의 도선의 배선에 따른 트랜스듀서의 압전소자의 변화를 나타낸다((a) 일반적인 트랜스듀서의 모습, (b) 도선 배선이 잘못되어 트랜스듀서의 전극박막이 박리된 모습)
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치에 있어서, 카트리지 내의 트랜스듀서 및 압전 선형모터의 도선이 외부 회로에 배선된 형태를 나타낸다.

이하에서, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 하기에 설명하는 실시예는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명은 압전 선형모터가 내장된 HIFU 장치용 카트리지를 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 카트리지를 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지의 내부 구조를 나타낸다((a) 상판 구조 및 (b) 하판 구조).

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지는 (a) 상판 및 (b) 하판으로 구성되고, 내부에 음파 전달 매질이 보관되고, 하부에는 초음파 투과 필름에 의해 밀폐되는 투과창이 형성된 카트리지 하우징, 상기 카트리지 하우징 내부에 구비된 HIFU 발생용 트랜스듀서 및 압전 선형모터를 포함한다.

도 5의 (a)는 본 발명의 HIFU 장치용 카트리지의 상판 구조를 나타낸다.

본 발명의 특징은 카트리지 내에 HIFU 발생용 트랜스듀서와 상기 트랜스듀서를 이송시키기 위한 압전 선형모터를 함께 구비한다는 점이다. 상기 압전 선형모터는 물 속에서도 구동이 가능하고, 1 와트(watt) 이하의 소비전력으로도 구동되므로 초절전이 가능하다. 또한, 상기 압전 선형모터는 초음파를 피부재생에 효과적인 1mm 이내의 간격으로 일정하게 이송시킬 수 있으므로, 초정밀 이송이 가능하다.

상기 트랜스듀서는 상기 압전 선형모터의 이송축에 결합되어 일체형으로 형성되어 상판에 결합된다. 이때, 상기 트랜스듀서 및 압전 선형모터 내의 압전소자는 카트리지 내의 물과 격리하기 위하여 플라스틱 하우징으로 감싸는 것이 바람직하다.

상기 트랜스듀서는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다.

상기 트랜스듀서는 도 3에 나타낸 바와 같이, 트랜스듀서 하우징; 상기 트랜스듀서 하우징의 하단에 설치되며, 고강도 집속 초음파를 발생시키는 돔형의 압전 액츄에이터; 상기 압전 액츄에이터의 상하면에 코팅된 은전극 및 상기 은전극에 연결된 도선을 포함하고, 이송을 위해 지지대에 내장될 수 있다. 자세한 사항은 상기 도 3에서 상술한 바와 같으므로 생략한다.

상기 압전 선형모터에 있어서, 자세한 사항은 이하 도 6에서 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 카트리지에 있어서, 상기 트랜스듀서 및 압전 선형모터는 상기 상판과 탈부착이 가능하도록 볼트로 체결되어 있다. 따라서 상기 트랜스듀서 및 압전 선형모터가 개별적으로 손상이나 파손되어 교체가 필요한 경우에는 이들을 탈부착시켜 용이하게 교환하여 사용할 수 있다.

도 5의 (b)는 본 발명의 HIFU 장치용 카트리지의 하판 구조를 나타낸다.

상기 하판에는 음파 전달 매질, 바람직하게는 물이 들어 있으며, 상기 HIFU로 인한 초음파 에너지를 피부로 효율적으로 전달하기 위한 투과창이 형성되고, 상기 투과창에 부착되는 초음파 투과 필름을 포함한다. 이때, 상기 초음파 투과 필름으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 폴리머 필름을 사용할 수 있다. 상기 초음파 투과 필름의 테두리에는 투과창에 접착하기 위해 접착부가 형성되어 있다.

본 발명의 카트리지의 상판과 하판은 너트와 볼트 체결을 통하여 결합될 수 있으며, 상기 상판과 하판 사이에는 실링용 고무패킹을 삽입하여 누수를 방지할 수 있다. 본 발명의 카트리지의 결합된 상태는 도 15에 나타내었다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 압전 선형모터의 구성재료를 나타낸다.

도 6의 (a)는 상기 압전 선형모터의 구성을 나타낸다. 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 압전 선형모터는 대변위를 발생하는 돔형 압전 액츄에이터(200), 발생된 변위를 이송력으로 전달하는 이송축(201) 및 상기 압전 액츄에이터와 이송축을 연결하는 연결부(202)로 구성된다. 상기 압전 선형모터는 먼저 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 돔형 압전 액츄에이터(200) 볼록면 중앙에 링타입의 연결부(202)를 에폭시로 접착하고, 연결부 중앙의 홀(203)에 접착제를 이용하여 이송축 역할을 하는 탄소봉(201)을 연결한다. 상기 돔형 압전 액츄에이터(200)에는 전기를 인가하기 위한 은(Ag)전극(200a, 200b)이 앞뒤면에 도포되어 있고, 상기 은전극(200a, 200b)에는 전기신호를 인가하기 위하여 상부도선과 하부도선이 납땜되어 있다.

추가적으로, 상기 압전 선형모터에 질량을 부여하여 선형모터의 전진력을 상승시키고, 음파 전달 매체(물)과 접촉시 상부 및 하부의 은전극의 절연을 목적으로 상기 도선의 두께와 동일한 크기의 홀(204)이 중앙에 형성된 하부세라믹(205)(도 6의 (c) 참조)이 압전 액츄에이터 하부에 결합될 수 있다. 이때, 상기 하부세라믹의 홀을 통해 하부도선이 외부로 유도된다.

위와 같은 방법으로 제조된 압전 선형모터를 도 7에 나타내었다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 선형모터의 구성재료들로 제조된 최종 구조 형태를 나타내며, 이때, (a)는 측면에서, (b)는 하부에서 본 형태이다.

도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 압전 선형모터의 압전 액츄에이터(200) 하부 전극에 연결된 하부도선(207)은 하부세라믹(205)의 홀(204)을 통하여 외부로 유도되며, 상기 하부세라믹의 홀(204)과 도선 사이에는 실리콘 접착제 등으로 누수를 방지하기 위한 처리를 수행할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 압전 선형모터 하우징의 구조를 나타낸다.

구체적으로 도 8은 상기 압전 선형모터의 진동발생부인 압전 액츄에이터를 음향액체로부터 격리하기 위한 압전 액츄에이터의 하우징 구조의 (a) 배면도와 (b)상면도를 나타낸다. 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 압전 액츄에이터의 하우징의 하단부는 상기 압전 액츄에이터가 안착되도록 턱(302)이 형성되어 있고, 상기 압전 액츄에이터의 상부 전극 및 하부 전극에 연결된 도선이 유도되는 홈(303)과, 덮개의 조립을 위한 홈(304)이 마주보며 형성되어 있다. 상단 중앙에는 이송축인 탄소봉이 통과할 수 있는 홀(301)이 형성되어 있으며, 상기 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상기 탄소봉 통과 홀에는 돌출부(306)가 형성되어 있다. 또한, 상기 압전 선형모터 하우징(300)은 카트리지 상판에 장착하기 위해, 하우징 외측에 볼트를 삽입할 수 있는 돌출부(305)를 형성할 수 있다.

도 9는 상기 압전 선형모터 하우징 내에 압전 선형모터를 결합한 형태를 나타낸다. 이때, (a)는 측면에서, (b)는 하부에서 본 형태이다.

이때, 도 9의 (a)에서 이송축이 통과하는 하우징 덮개의 중앙의 돌출부(306)를 확대한 도면을 점선으로 이루어진 원(307) 안에 나타내었다. 구체적으로, 상기 하우징 상부의 돌출부의 내부는 경사면으로 형성되는 것이 바람직한데, 이는 탄소축(201)이 하우징의 홀을 통과하여 장착된 후, 상기 탄소축과 하우징의 내부 공간의 사이에 방수를 위한 실리콘 도포(308)를 용이하게 수행하기 위함이다.

도 10은 상기 압전 선형모터 하우징을 덮는 덮개를 나타낸다.

상기 하우징에 압전 선형모터의 압전 액츄에이터를 안착한 후, 방수를 위하여 상기 하우징을 덮는 덮개(309)를 사용할 수 있다. 상기 하우징 덮개는 도 10의 (a)에 나타내었다.

이때, 상기 덮개의 한쪽 돌출부(310)는 하우징의 홈(303)에 삽입되며, 마주보고 형성된 홈(311)을 통하여 도선이 외부로 유도된 후, 실리콘 접착제로 마감됨으로써 상기 압전 액츄에이터는 하우징에 의해 카트리지의 물과 접촉을 피할 수 있다. 상기 압전 선형모터 하우징 내에 압전 선형모터를 결합한 후 덮개를 덮은 모습을 도 10의 (b)에 나타내었다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 이송자의 구조를 나타낸다.

본 발명에 따른 카트리지에 있어서, 상기 압전 선형모터의 탄소축에는 이송자가 형성된다. 상기 이송자는 트랜스듀서와 결합되어 트랜스듀서를 이송시키는 역할을 한다. 상기 이송자는 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 두 개의 스테인레스 편(401)으로 구성되며, 상기 이송자의 일 편의 중앙에는 탄소축의 직경과 동일한 내경을 갖는 홈(404)이 형성되어 있다. 상기 이송자의 두 편을 결합한 형태는 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같으며, 결합된 두 편의 이송자 결합체의 측면에는 홈(402)이 형성되어 있고, 상기 홈에 도 11의 (c)에서 나타낸 바와 같은 실리콘 링(403)이 장착된다. 이와 같이 조립된 이송자의 최종형태를 도 11의 (d)에 나타내었다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 압전 선형모터에 하우징과 이송자가 결합된 형태를 나타낸다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 상기 이송자는 압전 선형모터의 탄소축의 일부분에 결합된다. 이후, 상기 이송자에 트랜스듀서를 고정시키는 지지대가 결합되어 이송자의 이동에 따라 상기 이송자에 결합된 지지대가 이동하고, 그 결과 상기 지지대에 고정된 트랜스듀서가 이송되어 원하는 위치에 HIFU를 전달할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 사용되는 트랜스듀서 지지대(500)의 구조를 나타낸다.

도 13에 있어서, (a)는 상기 트랜스듀서 지지대의 정면도이고, (b)는 상기 트랜스듀서 지지대의 평면도이다.

상기 지지대(500)는 HIFU 트랜스듀서를 고정하는 역할을 하며, 상기 압전 선형모터의 이송자에 결합하여 HIFU 트랜스듀서를 이동시킬 수 있다.

도 13을 참조하면, 상기 지지대(500)는 압전 성형모터의 탄소축에 장착되는 이송자와 하나의 결합체가 되어 움직일 수 있도록, 이송자가 삽입되는 내부공간(502)과, 축이 통과할 수 있는 홀(503)이 양측에 형성되어 있으며, 이송축의 흔들림을 방지하기 위하여 상기 지지대의 하단부에는 가이드핀이 통과하는 두 개의 홀(504)이 설치되어 있다. 또한, 상기 지지대의 상단부에는 HIFU 트랜스듀서가 장착되도록 후크 형태의 HIFU 트랜스듀서 장착부(505)가 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치용 카트리지에 있어서, 압전 선형모터 모듈에 트랜스듀서 지지대가 결합된 형태를 나타낸다.

구체적으로, 도 14의 (a)는 상기 트랜스듀서 지지대 내부에 이송자가 삽입된 모습을 나타내는 평면도이고, (b)는 상기 트랜스듀서 지지대 내부에 이송자가 삽입된 결합체가 압전 선형모터의 탄소축과 결합된 모습을 나타내는 사시도이다.

상기 압전 선형모터와 트랜스듀서 지지대의 결합 방법은 다음과 같다.

먼저, 도 14의 (a)에 나타낸 바와 같이 상기 지지대의 내부 공간에 이송자(401)가 삽입된다. 이후 상기 이송자의 중앙에 형성된 홀과 상기 지지대의 측면에 형성된 홀을 통해 압전 선형모터의 이송축(201)을 통과시킴으로써 지지대(500)와 압전 선형모터가 결합될 수 있다. 압전 선형모터의 이송축에 상기 지지대가 결합된 형태를 도 14의 (b)에 나타내었다.

이후, 상기 지지대의 상단부의 장착부에 트랜스듀서를 장착할 수 있다.

이와 같은 방법으로 형성된 트랜스듀서와 압전 선형모터의 결합체는 본 발명의 카트리지의 상판에 장착되고, 카트리지의 하판의 투과창에는 초음파 투과 필름이 부착된다. 상기 카트리지 상판에는 추가적으로, 이송축의 흔들림을 방지하기 위해, 지지대의 하단부의 홀을 통해 가이드핀(미도시)을 통과시켜 지지대를 고정시킬 수 있다.

이후, 상판과 하판을 조립함으로써 본 발명에 따른 카트리지를 제조할 수 있다. 제조된 카트리지의 형상을 도 15에 나타내었다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 카트리지에 있어서, 압전 선형모터 및 트랜스듀서의 구동을 위해 내부에 배선된 도선(206, 207, 26a, 26b)은 상판에 구성된 홀을 통하여 외부로 인출되고, 상기 홀의 틈새는 실리콘으로 실링된다.

또한, 본 발명은 상기 HIFU 카트리지를 포함하는 HIFU 장치를 제공한다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치의 모식도이다.

도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 HIFU 장치는 피부에 직접 접촉되는 카트리지(1) 및 상기 카트리지(1)가 결합되는 본체(2)로 구성된다.

상기 카트리지(1)에는 HIFU 트랜스듀서(122)와 압전 선형모터(121)가 일체형으로 결합되어 구비되어 있고, 상기 본체(2)에는 회로부(111)와 전원부(112)가 구비되어 있으며, 상기 회로부(111)는 상기 카트리지의 HIFU 트랜스듀서(122) 및 압전 선형모터(121)와 전기적으로 연결된다.

상기 카트리지에 대한 설명은 상술한 바와 같으므로, 중복 기재를 피하기 위하여 생략한다.

상기 회로부(111)는 상기 카트리지의 HIFU 트랜스듀서(122) 및 압전 선형모터(121)와 전기적으로 연결되도록 배치되어, 상기 HIFU 트랜스듀서 및 압전 선형모터에 전압을 인가하여 이들을 구동시키기 위한 역할을 수행한다. 이때, 상기 회로부(111)는 통상의 기기 내에 배치된 회로부의 형태를 모두 적용할 수 있으며, 특별히 한정하지는 않는다.

상기 전원부(112)는 상기 회로부(401)와 도선을 통해 전기적으로 연결된 것으로, 상기 회로부(111)에 전력을 공급하는 역할을 한다. 상기 외부전원부(112)는 실시예에 따라, 외장 배터리(battery), 무선형 배터리 또는 교류 전원일 수 있다.

본 발명에 따른 HIFU 장치의 구동 방법은 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 HIFU 카트리지를 핸드피스의 회로부와 연결한 후, 전원부를 통해 전력을 공급하면, 상기 전원부와 전기적으로 연결된 회로부에 전류가 흐르며, 상기 회로부와 전기적으로 연결된 카트리지의 상기 HIFU 트랜스듀서와 압전 선형모터에 전류가 흐름으로써 상기 HIFU 트랜스듀서와 압전 선형모터가 구동된다.

이때, 상기 압전 선형모터(121)의 탄소축(201)은 압전 액츄에이터의 은전극(200a)과 연결되어 인가된 전기가 흐르는 전도체이다. 또한, 트랜스듀서(122) 내의 압전 액츄에이터(20) 하부에 코팅된 은전극(21b)은 통상 전원부의 접지단과 연결되어 있다.

그런데, 본 발명에 따른 카트리지에서 상기 압전 선형모터의 탄소축에 트랜스듀서가 결합되어 있고, 이들은 카트리지 내에서 물과 접촉하고 있으므로, 만약 상기 압전 선형모터의 탄소축(201)에 전원이 인가되면 접지인 트랜스듀서(122) 내의 압전 액츄에이터(20) 하부에 코팅된 은전극(21b)에 물을 매개로 하여 전압이 형성되며, 형성된 전압에 의하여 물의 전기분해 현상이 발생하여 상기 트랜스듀서(122)의 압전 액츄에이터(20)에서 하부 은전극(21b)이 박리되는 현상이 나타난다.

다시 설명하면, 물의 전기분해는 하기 반응식 1과 같다.

[반응식 1]

상기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 물의 전기분해시 기전력은 1.23V이므로, 1.23V 이상의 전압이 걸리면 전기분해가 발생한다. 상기 전기분해에 의해 생성된 양성자(proton)는 Ag/압전 액츄에이터 계면으로 확산되며, 상기 양성자는 전자를 만나 수소 가스로 환원된다. 이 수소 가스에 의해 상기 트랜스듀서(122)의 압전 액츄에이터(20)에서 하단에 코팅된 은전극(21b)이 분리되어 부풀어 박리되는 현상이 발생하여 더 이상 초음파를 발생시킬 수 없게 된다(도 17의 (b) 참조).

따라서, 본 발명에 따른 HIFU 장치에 있어서, 상기 카트리지 내의 트랜스듀서 및 압전 선형모터의 도선을 외부 회로에 배선하는 방법은 매우 중요하다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 HIFU 장치에 있어서, 카트리지 내의 트랜스듀서 및 압전 선형모터의 도선이 외부 회로에 배선된 형태를 나타낸다.

도 18에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 HIFU 장치에 있어서, 상기 카트리지 내의 트랜스듀서 및 압전 선형모터의 도선을 외부 회로에 배선하는 방법은 압전 선형모터의 탄소축(201)에 연결된 압전 액츄에이터(200)의 상부에 코팅된 은전극(200a)에 연결된 도선(206)을 회로부(401)의 공통접지단(113)에 연결하고, 압전 선형모터의 압전 액츄에이터(200) 하부에 코팅된 은전극(200b)에 연결된 도선(1707)을 회로부(401)의 전원단(114)에 연결한다.

또한, 트랜스듀서(122)의 물과 접촉하는 압전 액츄에이터의 하부에 코팅된 은전극(21b)에 연결된 도선(26a)을 공통접지단(113)에 연결하고, 상기 트랜스듀서의 압전 액츄에이터의 상부에 코팅된 은전극(21a)에 연결된 도선(26)을 회로부(401)의 전원단(115)에 연결한다.

이렇게 구성하면, 카트리지 내에서 물과 접촉하는 탄소축(201)과 양쪽 초음파 집속 소자의 접지단이 공통으로 되어, 전압이 근본적으로 형성되지 않으므로, 트랜스듀서의 압전소자에 있어서, 물과 접촉하는 하단부의 은전극(21b)의 박리를 근본적으로 방지할 수 있다.

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.

1: 카트리지 2: 본체
10: 카트리지 하우징 11: 투과창
12, 122: 트랜스듀서 13, 500: 트랜스듀서 지지대
14: 이송축 15: 고무 자바라
16: 금속 가이드 핀 17: 연결부
20, 200: 압전 액츄에이터 21a, 21b, 200a, 200b: 은전극
22, 26, 206, 207: 도선 23, 300: 압전 액츄에이터 하우징
30: 초음파 투과 필름 31: 접착부재
111: 회로부 112: 전원부
113: 공통접지단 114: 전원단
121: 압전 선형모터 201: 이송축
309: 압전 액츄에이터 하우징 덮개

Claims

내부에 음파 전달 매질이 보관되고, 하부에는 초음파 투과 필름에 의해 밀폐되는 투과창이 형성된 카트리지 하우징;
상기 카트리지 하우징에 내장되고, 본체에 의해 제어되며, 고강도 집속 초음파를 발생시키는 트랜스듀서; 및
상기 카트리지 하우징에 내장되고, 본체에 의해 제어되며, 상기 트랜스듀서를 이송시키기 위한 압전 선형모터를 포함하고,
상기 압전 선형모터는
돔형의 압전 액츄에이터;
상기 압전 액츄에이터의 볼록면 중앙에서 수직 방향으로 배향되어 일정 길이로 형성된 이송축;
상기 압전 액츄에이터와 이송축을 연결하는 연결부;
상기 압전 액츄에이터의 상하면에 코팅된 은전극; 및
상기 은전극에 연결된 도선을 포함하고,
상기 압전 액츄에이터는 방수를 위해 하우징에 의해 커버되는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 장치용 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 트랜스듀서는
트랜스듀서 하우징;
상기 트랜스듀서 하우징의 하단에 설치되며, 고강도 집속 초음파를 발생시키는 돔형의 압전 액츄에이터;
상기 압전 액츄에이터의 상하면에 코팅된 은전극; 및
상기 은전극에 연결된 도선을 포함하고,
상기 트랜스듀서는 이송을 위해 지지대에 내장되는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 장치용 카트리지.
삭제
제1항에 있어서,
상기 트랜스듀서 및 압전 선형모터는 카트리지 하우징에 볼트로 체결되어 탈부착이 가능한 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 장치용 카트리지.
제1항에 있어서,
상기 트랜스듀서는 지지대를 통해 압전 선형모터의 이송축에 결합하여 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 장치용 카트리지.
제5항에 있어서,
상기 트랜스듀서와 압전 선형모터의 일체형 결합은 트랜스듀서의 지지대의 내부 공간에 이송자가 삽입되고, 상기 이송자 및 지지대의 홀을 압전 선형모터의 이송축이 통과함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 장치용 카트리지.
트랜스듀서 및 압전 선형모터를 포함하는 제1항의 카트리지; 및
상기 카트리지가 결합되는 본체를 포함하고,
상기 본체는 회로부와 전원부를 포함하고,
상기 회로부는 카트리지의 트랜스듀서 및 압전 선형모터와 도선으로 연결되는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 장치.
제7항에 있어서,
트랜스듀서 및 압전 선형모터와 회로부의 배선 방법은 카트리지 내에서 매체와 접촉하는, 이송축에 연결된 압전 선형모터의 압전 액츄에이터의 상부에 형성된 도선과 트랜스듀서의 압전 액츄에이터의 하부에 형성된 도선을 회로부의 공통접지단에 연결하고, 나머지 도선은 회로부의 전원단에 연결함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 집속 초음파 장치.