KR20140001143A - 전동 공구 내의 모터 보호를 제공하기 위한 시스템과 장치 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

전동 공구 내의 모터 보호를 제공하기 위한 시스템과 장치 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

외과용 장치를 신뢰성 있게 밀봉하기 위한 시스템 및 장치가 본 명세서에 개시된다. 구체적으로, 구동 샤프트에 커플링된 구동 샤프트 튜브를 포함하는 외과용 장치가 개시된다. 구동 샤프트 튜브가 구동 샤프트에 커플링되기 때문에, 구동 샤프트 튜브는 구동 샤프트와 동일한 회전 속도에서 회전하며, 이 회전 속도는 캐뉼러형 모터 샤프트의 회전 속도보다 낮다. 구동 샤프트 튜브는 캐뉼러형 모터 샤프트를 통해 연장할 수 있다. 또한, 밀봉 부재는 모터 샤프트(더욱 빠르게 회전함)와 모터 사이 대신에 구동 샤프트 튜브(느리게 회전함)와 모터 사이를 밀봉하도록 제공될 수 있다. 밀봉 부재는 캐뉼러형 모터 샤프트를 지나서 연장하는 구동 샤프트 튜브의 일부분의 외부 표면과 모터 사이에 한정된 간극 내에 제공될 수 있다.

Description

전동 공구 내의 모터 보호를 제공하기 위한 시스템과 장치 및 이를 제조하는 방법{SYSTEMS AND APPARATUS FOR PROVIDING MOTOR PROTECTION IN A POWER TOOL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
의료 환경에서 사용되는 전동 공구(power tool)(즉, 외과용 전동 공구)의 신뢰성 있는 밀봉이 중요하다. 예를 들어, 신뢰성 있는 밀봉은 전동 공구의 무균 상태를 보장하는 데 필수적이다. 특히, 체액과 같은 액체는 환자를 오염시키는 것을 방지하기 위해 전동 공구의 내부 구성요소 내로 누출되는 것이 방지되어야 한다. 또한, 신뢰성 있는 밀봉은 전동 공구의 신뢰성을 보장하는 데 필수적이다. 가압 멸균기(autoclave) 내에서의 멸균 동안, 전동 공구는 높은 온도 및 압력에 노출된다. 따라서, 특히 전기 구성요소에 대한 손상을 방지하도록 습기가 전동 공구의 내부 구성요소 내로 누출되는 것을 방지하기 위해 신뢰성 있는 밀봉이 필요하다.
의료 환경에서 사용되는 전동 공구를 위한 다양한 구동 구성이 존재한다. 일부 구성에서, 전동 공구는 인-라인 모터 및 구동 샤프트(in-line motor and drive shaft)를 갖는다. 달리 말하면, 모터 및 구동 샤프트는 공통 회전 축을 공유한다. 이는 도 4에 도시되어 있으며, 여기서 모터(402)가 모터 샤프트(406)를 구동시키며, 이는 기어 박스 장치(gear box device)(404)를 통해 구동 샤프트(408)에 연통식으로 연결된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 모터 샤프트(406) 및 구동 샤프트(408)는 공통 회전 축(401)을 공유한다. 또한, 전동 공구는 흔히, 전형적으로 전동 공구 자체보다 긴 K-와이어(K-wire)를 수용할 것이 요구된다. 따라서, 모터 및 구동 샤프트는 K-와이어를 수용하기 위해 캐뉼러형(cannulated)이거나 중공형 채널(hollow channel)을 갖는다.
유체가 내부 구성요소(예컨대, 모터(402)) 내로 누출되는 것을 방지하기 위해, 전동 공구에는 모터 샤프트(406)와 고정자 사이에 립 시일(lip seal)(412a, 412b)이 제공된다. 립 시일(412a, 412b)은 모터 샤프트(406)의 대향하는 단부들에 제공된다. 또한, 모터 샤프트(406) 및 구동 샤프트(408)가 상이한 회전 속도에서 회전하기 때문에, 간극이 모터 샤프트(406)와 구동 샤프트(408) 사이에 제공된다. 립 시일(412b)은 유체가 간극 내로 누출되는 것을 방지한다.
립 시일을 모터 샤프트에 대항하여 제공할 때, 전동 공구 내에서 신뢰성 있는 밀봉을 제공하는 것은 어렵다. 특히, 모터 샤프트는 전형적으로 원하는 출력 동력을 제공하기 위해 고속(예를 들어, > 15,000 RPM)으로 회전하도록 구성된다. 그러나, 립 시일의 신뢰성 및 밀봉 성능은 모터 샤프트의 원주 속도에 좌우된다. 따라서, 립 시일의 신뢰성은 더 높은 속도에서 저하된다. 또한, 동력 손실이 모터 샤프트의 원주 속도와의 비례 이상으로(over-proportionally) 증가한다. 따라서, 전동 공구의 신뢰성 있는 밀봉이 필요하다.
전동 공구에서 모터 보호를 제공하기 위한 시스템 및 장치가 본 명세서에 개시된다. 시스템과 장치는 외과용 장치를 신뢰성 있게 밀봉하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 구동 샤프트에 커플링된 구동 샤프트 튜브를 포함하는 외과용 장치가 개시된다. 구동 샤프트 튜브가 구동 샤프트에 커플링되기 때문에, 구동 샤프트 튜브는 구동 샤프트와 동일한 회전 속도에서 회전하며, 이 회전 속도는 캐뉼러형 모터 샤프트의 회전 속도보다 낮다. 구동 샤프트 튜브는 캐뉼러형 모터 샤프트를 통해 연장할 수 있다. 또한, 밀봉 부재는 모터 샤프트(더욱 빠르게 회전함)와 모터 사이 대신에 구동 샤프트 튜브(더욱 느리게 회전함)와 모터 사이를 밀봉하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 밀봉 부재는 캐뉼러형 모터 샤프트를 지나서 연장하는 구동 샤프트 튜브의 일부분의 외부 표면과 모터 하우징 사이에 한정된 간극 내에 제공될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 구현예에 따른 외과용 장치는 캐뉼러형 모터 샤프트를 갖는 모터; 기어 박스 장치; 구동 샤프트; 구동 샤프트 튜브 및 밀봉 부재를 포함할 수 있다. 구동 샤프트는 기어 박스 장치를 통해 캐뉼러형 모터 샤프트에 연통식으로 연결될 수 있다. 구동 샤프트는 기어 박스 장치로부터 원위방향으로 연장할 수 있고, 캐뉼러형 모터 샤프트는 기어 박스 장치로 원위방향으로 연장할 수 있다. 또한, 캐뉼러형 모터 샤프트 및 구동 샤프트는 공통 회전 축을 가질 수 있다. 또한, 구동 샤프트 튜브는 구동 샤프트에 커플링될 수 있고, 기어 박스 장치로부터 캐뉼러형 모터 샤프트를 통해 근위방향으로 그리고 캐뉼러형 모터 샤프트의 근위 단부를 지나서 연장할 수 있다. 밀봉 부재는 캐뉼러형 모터 샤프트의 근위 단부에 인접하게 배열될 수 있고, 구동 샤프트 튜브와 모터 사이에 시일을 제공할 수 있다.
선택적으로, 외과용 장치는 캐뉼러형 모터 샤프트의 근위 단부에 인접하게 배열된 지지 부재를 포함할 수 있다. 구동 샤프트 튜브는 구동 샤프트 튜브와 캐뉼러형 모터 샤프트 사이에 공간이 제공되도록 지지 부재 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 지지 부재는 볼 베어링일 수 있다.
일부 구현예에서, 기어 박스 장치는 캐뉼러형 모터 샤프트의 더 높은 회전 속도를 구동 샤프트의 더 낮은 회전 속도로 변환하도록 구성될 수 있다.
또한, 구동 샤프트 튜브는 구동 샤프트 튜브가 구동 샤프트의 더 낮은 회전 속도에서 회전하게 구성되도록 구동 샤프트에 커플링될 수 있다. 대안적으로, 구동 샤프트 튜브 및 구동 샤프트는 구동 샤프트 튜브가 구동 샤프트의 더 낮은 회전 속도에서 회전하게 구성되도록 단일편의 재료로부터 형성될 수 있다.
또한, 밀봉 부재의 적어도 일부분은 구동 샤프트 튜브의 외부 표면과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 밀봉 부재는 동심 링(concentric ring) 및 립을 포함할 수 있다. 립은 동심 링으로부터 반경방향으로 연장할 수 있으며, 동심 링은 구동 샤프트 튜브의 외부 표면 둘레에 배치될 수 있고, 립의 적어도 일부분은 구동 샤프트 튜브의 외부 표면과 접촉할 수 있다.
일부 구현예에서, 외과용 장치는 모터를 지지하는 모터 하우징을 포함할 수 있다. 모터 하우징의 근위 부분의 내부 표면과 구동 샤프트 튜브의 외부 표면 사이에 간극이 제공될 수 있으며, 밀봉 부재 및 지지 부재 중 적어도 하나가 간극 내에 배치될 수 있다.
다른 구현예에서, 외과용 장치와 함께 사용하기 위한 밀봉 시스템은 캐뉼러형 모터 샤프트를 통해 연장하는, 구동 샤프트에 커플링된 긴 구동 샤프트 튜브; 및 긴 구동 샤프트 튜브의 적어도 일부분과 접촉하도록 배치된 밀봉 부재를 포함할 수 있다. 또한, 긴 구동 샤프트 튜브는 구동 샤프트의 회전 속도에서 회전하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 캐뉼러형 모터 샤프트는 근위 단부 및 원위 단부를 가질 수 있고, 긴 구동 샤프트 튜브의 적어도 일부분은 캐뉼러형 모터 샤프트의 근위 단부를 지나서 연장할 수 있으며, 밀봉 부재는 캐뉼러형 모터 샤프트의 근위 단부를 지나서 연장하는 긴 구동 샤프트 튜브의 일부분과 접촉하도록 배치될 수 있다.
일부 구현예에서, 구동 샤프트의 회전 속도는 대략 3,000 RPM 이하일 수 있다.
또한, 긴 구동 샤프트 튜브는 구동 샤프트에 일체형으로 커플링될 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 긴 구동 샤프트 튜브 및 구동 샤프트는 단일편의 재료로부터 형성될 수 있다.
예를 들어, 밀봉 부재는 동심 링 및 립을 포함할 수 있다. 립은 동심 링으로부터 반경방향으로 연장할 수 있으며, 동심 링은 구동 샤프트 튜브의 외부 표면 둘레에 배치될 수 있고, 립의 적어도 일부분은 구동 샤프트 튜브의 외부 표면과 접촉할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 외과용 장치를 제조하는 방법은 캐뉼러형 모터 샤프트를 포함하는 모터를 제공하는 단계; 기어 박스 장치를 제공하는 단계; 구동 샤프트를 제공하는 단계; 및 밀봉 부재를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 구동 샤프트는 기어 박스 장치를 통해 캐뉼러형 모터 샤프트에 연통식으로 연결될 수 있다. 구동 샤프트는 기어 박스 장치로부터 원위방향으로 연장할 수 있고, 캐뉼러형 모터 샤프트는 기어 박스 장치로 원위방향으로 연장할 수 있다. 또한, 캐뉼러형 모터 샤프트 및 구동 샤프트는 공통 회전 축을 가질 수 있다. 또한, 구동 샤프트 튜브는 구동 샤프트에 커플링될 수 있고, 기어 박스 장치로부터 캐뉼러형 모터 샤프트를 통해 근위방향으로 그리고 캐뉼러형 모터 샤프트의 근위 단부를 지나서 연장할 수 있다. 밀봉 부재는 캐뉼러형 모터 샤프트의 근위 단부에 인접하게 배열될 수 있고, 구동 샤프트 튜브와 모터 사이에 시일을 제공할 수 있다.
방법은 또한 캐뉼러형 모터 샤프트의 근위 단부에 인접하게 지지 부재를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 구동 샤프트 튜브는 구동 샤프트 튜브와 캐뉼러형 모터 샤프트 사이에 공간이 제공되도록 지지 부재 상에 장착될 수 있다.
일부 구현예에서, 기어 박스 장치는 캐뉼러형 모터 샤프트의 더 높은 회전 속도를 구동 샤프트의 더 낮은 회전 속도로 변환하도록 구성될 수 있다.
또한, 밀봉 부재의 적어도 일부분은 구동 샤프트 튜브의 외부 표면과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 밀봉 부재는 동심 링 및 립을 포함할 수 있다. 립은 동심 링으로부터 반경방향으로 연장할 수 있으며, 동심 링은 구동 샤프트 튜브의 외부 표면 둘레에 배치될 수 있고, 립의 적어도 일부분은 구동 샤프트 튜브의 외부 표면과 접촉할 수 있다.
일부 구현예에서, 방법은 모터를 지지하는 모터 하우징을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 모터 하우징의 근위 부분의 내부 표면과 구동 샤프트 튜브의 외부 표면 사이에 간극이 제공될 수 있으며, 밀봉 부재 및 지지 부재 중 적어도 하나가 간극 내에 배치될 수 있다.
다른 시스템, 방법, 특징 및/또는 이점이 하기 도면 및 상세한 설명의 검토에 의해 당업자에게 명백할 것이거나 명백하게 될 수 있다. 모든 그러한 추가의 시스템, 방법, 특징 및/또는 이점은 본 명세서에 포함되며 첨부된 특허청구범위에 의해 보호되는 것으로 의도된다.
도면의 구성요소들은 서로에 대하여 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다. 동일한 도면 부호는 여러 도면 전체에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.
<도 1>
도 1은 외과용 장치의 단면도.
<도 2>
도 2는 외과용 장치의 다른 단면도.
<도 3a>
도 3a는 도 1 및 도 2의 외과용 장치의 근위 부분의 단면도.
<도 3b>
도 3b는 도 3a의 선 I-I'를 따른 외과용 장치의 근위 부분의 단면도.
<도 4>
도 4는 관련 분야의 외과용 장치 내의 모터 샤프트의 단면도.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기술된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있다. 외과용 전동 공구 내에 신뢰성 있는 시일을 제공하기 위한 구현예가 기술될 것이지만, 구현예는 그에 제한되는 것이 아니라, 다른 유형의 전동 공구에 또한 적용가능할 수 있다는 것이 당업자에게 명백하게 될 것이다.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 외과용 장치(100)의 단면도가 도시되어 있다. 외과용 장치(100)는 다양한 외과적 시술 동안 사용되는 전동 공구이다. 외과용 장치(100)는 근위 단부(105) 및 원위 단부(103)를 갖고, 외과용 장치(100)는 내부 구성요소를 수용하는 장치 케이싱(118)을 갖는다. 외과용 장치(100)는 모터(102)를 포함한다. 모터(102)는 모터(102) 및 긴 모터 샤프트(106)를 지지하는 모터 하우징(116)을 포함한다. 모터 하우징(116)은 고정되며, 모터 샤프트(106)는 회전할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 모터 하우징(116)의 근위 부분은 단부 부품(150)을 수용한다. 단부 부품(150)은 장치 케이싱(118)을 제위치로 유지한다. 예를 들어, 단부 부품(150)은 모터 하우징(116) 내로 나사결합될 수 있다. 본 명세서에 논의된 구현예에서, 모터(102)는 외과용 공구를 구동시키도록 작동가능한 임의의 유형의 전기 모터일 수 있다. 모터(102)의 특성은 외과용 장치(100)의 원하는 작동 특성에 기초하여 선택될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 외과용 드릴, 톱 등과 같은 하나 이상의 외과용 공구 부착물이 커플링 헤드(coupling head)(130)를 통해 외과용 장치(100)에 부착될 수 있다. 일부 구현예에서, 커플링 헤드(130)는 외과용 공구를 수용하는 추가의 구동 부착물을 수용할 수 있다. 예를 들어, 추가의 구동 부착물은 원동력(motive force)을 변환하여 외과용 공구로 전달할 수 있다. 또한, 외과용 장치(100)는 K-와이어를 구동시키도록 작동가능하다. 특히, K-와이어를 수용하는 K-와이어 부착물은 커플링 헤드(130)를 통해 외과용 장치(100)에 부착될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 작동자는 핸들(120)에 의해 외과용 장치(100)를 파지할 수 있고, 트리거(122)를 사용하여 모터(102)를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 트리거(122)들 중 하나는 모터(102)가 제1 방향(즉, 전방 방향)으로 회전하게 할 수 있고, 트리거(122)들 중 다른 하나는 모터(102)가 제2 방향(즉, 후방 방향)으로 회전하게 할 수 있다.
모터(102)는 긴 모터 샤프트(106)를 포함하며, 이는 기어 박스 장치(104)를 통해 긴 구동 샤프트(108)에 연통식으로 연결된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 모터 샤프트(106)는 모터(102)를 통해 기어 박스 장치(104)로 원위방향으로 연장한다. 기어 박스 장치(104)는 모터 샤프트(106)의 회전 속도 및 토크를 변환하여 구동 샤프트(108)로 전달하도록 구성된다. 전형적으로, 외과용 전동 공구에 사용하기에 적합한 모터는 비교적 소형이고 경량일 것이 요구된다. 더 소형이고 더 경량이며 더욱 강력한 모터가 더 높은 속도를 요구한다는 것을 이해하여야 한다. 그러므로, 모터(102)는 원하는 출력 토크를 달성하기 위해 부착가능한 외과용 공구의 원하는 회전 속도보다 높은 회전 속도에서 회전하며, 기어 박스 장치(104)는 모터 샤프트(106)의 회전 속도 및 토크를 변환하여 구동 샤프트(108)로 전달하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 모터 샤프트(106)는 대략 15,000 내지 20,000 RPM으로 회전할 수 있는 반면, 구동 샤프트(108)의 원하는 회전 속도는 대략 3,000 RPM(즉, 모터 샤프트(106)보다 5 내지 6배 더 느림)일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 추가의 구동 부착물은 회전 속도를 외과용 공구의 원하는 회전 속도로 추가로 감소시킬 수 있으며, 이는 대략 1,000 RPM 이하일 수 있다. 또한, 추가의 구동 부착물은 회전 속도를 외과용 공구의 원하는 회전 속도(예컨대, 15,000 RPM)로 증가시킬 수 있으며, 이는 예를 들어 버어(burr)와 같은 고속 절단 공구를 구동시키기 위해 대략적으로 구동 샤프트(108)의 회전 속도를 초과할 수 있다. 모터(102), 모터 샤프트(106), 구동 샤프트(108), 외과용 공구 등에 대해 상기 논의된 회전 속도는 외과용 장치(100)의 원하는 작동 특성에 기초하여 선택될 수 있으며, 따라서 다른 값을 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 구동 샤프트(108)의 원하는 회전 속도는 외과용 장치(100)의 원하는 작동 특성에 따라 3,000 RPM 초과 또는 미만일 수 있다. 따라서, 구동 샤프트(108)의 원하는 회전 속도는 3,000 RPM으로 제한되지 않으며, 이는 원하는 회전 속도의 단지 일례이다.
기어 박스 장치(104)는 모터(102)의 회전 속도 및 토크를 하나 이상의 단계로 변환 및 전달할 수 있는 임의의 유형의 기어 박스일 수 있다. 예를 들어, 기어 박스 장치(104)는 유성 기어 시스템(planetary gear system)일 수 있다. 예를 들어, 모터 샤프트(106)는 선 기어(sun gear)(104A)에 연결될 수 있고, 구동 샤프트(108)는 하나 이상의 유성 기어(104B)에 연결될 수 있다. 일부 구현예에서, 구동 샤프트(108)는 구동 샤프트(108)를 통해 유성 기어(104B)들 중 하나 내로 가압되는 핀(들)(104C)을 사용하여 하나 이상의 유성 기어(104B)와 연결될 수 있다. 대안적으로, 구동 샤프트(108)는 구동 샤프트(108)와 일체형인 핀(104C)을 사용하여 하나 이상의 유성 기어(104B)와 연결될 수 있다. 그러므로, 기어 박스 장치(104)는 모터 샤프트(106)의 더 높은 회전 속도를 구동 샤프트(108)의 더 낮은 회전 속도로 변환한다. 또한, 기어 박스 장치(104)는 토크를 모터 샤프트(106)로부터 구동 샤프트(108)로 전달한다. 일부 구현예에서, 모터 샤프트(106)의 더 낮은 토크는 더 높은 토크로 변환되어 구동 샤프트(108)로 전달된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 모터 샤프트(106) 및 구동 샤프트(108)는 인-라인이다. 또한, 모터 샤프트(106)는 모터(102)를 통해 기어 박스 장치(104)로 원위방향으로 연장하며, 구동 샤프트(108)는 기어 박스 장치(104)로부터 원위방향으로 연장한다. 본 명세서에 논의된 구현예에서, 모터 샤프트(106) 및 구동 샤프트(108)는 동축이거나, 예를 들어 공통 회전 축(101)을 공유한다. 모터 샤프트(106) 및 구동 샤프트(108)가 동축인 경우, 외과용 장치(100)는 모터 샤프트(106) 및 구동 샤프트(108)가 공통 회전 축(101)을 공유하지 않는 경우와 비교할 때 더 소형으로 제조될 수 있다. 또한, 모터 샤프트(106) 및 구동 샤프트(108)는 캐뉼러형 샤프트일 수 있다. 달리 말하면, 모터 샤프트(106) 및 구동 샤프트(108)는 각각의 샤프트의 길이를 통해 연장하는 중공형 중심 채널을 가질 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 외과용 장치(100)는 K-와이어를 구동시키도록 작동가능하며, K-와이어는 전형적으로 외과용 장치(100) 자체보다 길다. 따라서, K-와이어는 외과용 장치(100)를 통해 전체적으로 삽입되어(즉, 원위 단부(103)로부터 근위 단부(105)까지), 외과용 장치(100)의 장치 하우징(118)을 통해 빠져나올 수 있다.
구동 샤프트 튜브(110)가 구동 샤프트(108)에 커플링될 수 있다. 구동 샤프트 튜브(110)는 기어 박스 장치(104)로부터 근위방향으로 연장할 수 있다. 예를 들어, 구동 샤프트 튜브(110)는 기어 박스 장치(104)로부터 모터 샤프트(106) 내로 근위방향으로 연장할 수 있다. 모터 샤프트(106)가 캐뉼러형일 때, 구동 샤프트 튜브(110)는 모터 샤프트(106)의 중공형 채널을 통해 연장할 수 있다. 특히, 구동 샤프트 튜브(110)는 모터 샤프트(106)를 통해 그리고 모터 샤프트(106)의 근위 단부를 지나서 연장할 수 있다. 예를 들어, 구동 샤프트 튜브(110)의 일부분이 모터 샤프트(106)의 근위 단부를 지나서 근위방향으로 연장할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 구동 샤프트 튜브(110)는 기어 박스 장치(104)로부터 모터 샤프트(106)의 전체 길이를 통해 근위방향으로 연장한다. 모터 샤프트(106) 및 구동 샤프트(108)와 유사하게, 구동 샤프트 튜브(110)는 외과용 장치(100)를 통한 K-와이어 삽입을 수용하기 위해서 캐뉼러형일 수 있다. 또한, 구동 샤프트 튜브(110)는 모터 샤프트(106) 및 구동 샤프트(108)와 공통 회전 축(101)을 공유할 수 있다.
구동 샤프트 튜브(110)는 구동 샤프트 튜브(110)가 구동 샤프트(108)와 동일한 회전 속도에서 회전할 수 있도록 구동 샤프트(108)에 커플링될 수 있다. 일부 구현예에서, 구동 샤프트 튜브(110) 및 구동 샤프트(108)는 예를 들어 기어 박스 장치(104)에 인접한 위치에서 함께 일체형으로 커플링된 별개의 부품이다. 다른 구현예에서, 구동 샤프트 튜브(110) 및 구동 샤프트(108)는 단일의 일체형 부품(즉, 단일편의 재료로부터 형성됨)이다. 상기 논의된 두 경우 모두에서, 구동 샤프트 튜브(110) 및 구동 샤프트(108)는 동일한 회전 속도에서 회전할 수 있다. 특히, 구동 샤프트 튜브(110)는 모터 샤프트(106)와 비교할 때 더 낮은 회전 속도에서 회전할 수 있다. 또한, 구동 샤프트 튜브(110) 및 구동 샤프트(108)는 구동 샤프트 튜브(110) 및/또는 구동 샤프트(108)의 중공형 채널로부터 모터(102)로 유체가 누출될 간극 또는 공간이 존재하지 않도록 커플링된다. 선택적으로, 구동 샤프트(108)의 벽 두께가 구동 샤프트 튜브(110)의 벽 두께보다 클 수 있는데, 이는 구동 샤프트 튜브(110) 상에 본질적으로 토크가 없는 상태에서 토크가 모터 샤프트(106)로부터 구동 샤프트(108)로 전달되기 때문이다.
유체가 모터(102) 내로 누출되는 것을 방지하기 위해 밀봉 부재(112)가 모터 샤프트(106)의 근위 단부에 인접하게 제공될 수 있다. 일부 구현예에서, 밀봉 부재(112)는 모터 하우징(116)과 구동 샤프트 튜브(110) 사이에 제공될 수 있다. 대안적으로, 다른 구현예에서, 밀봉 부재(112)는 단부 부품(150)과 구동 샤프트 튜브(110) 사이에 제공될 수 있다. 이제 도 3a를 참조하면, 간극(124)이 고정되어 있는 모터 하우징(116)의 근위 부분과, 회전할 수 있는 구동 샤프트 튜브(110) 사이에 제공된다. 간극(124)은 모터 샤프트(106)의 근위 단부를 지나서 연장하는 구동 샤프트 튜브(110)의 부분을 둘러싸는 환상 링(annular ring)일 수 있다. 대안적으로, 간극(124)은 모터 샤프트(106)의 근위 단부를 지나서 연장하는 구동 샤프트 튜브(110)의 부분을 둘러싸는 임의의 형상을 가진 공간일 수 있다. 구체적으로, 간극(124)은 모터 하우징(116)의 근위 부분의 내부 표면(116A)과 구동 샤프트 튜브(110)의 외부 표면(110A) 사이에 제공된다. 간극(124)은 구동 샤프트 튜브(110)가 회전할 수 있는 틈(또는 공간)을 제공한다. 유체가 간극(124)을 통해 누출되는 것을 방지하기 위해, 밀봉 부재(112)는 간극(124) 내에 제공될 수 있다. 밀봉 부재(112)의 적어도 일부분은 구동 샤프트 튜브(110)의 외부 표면(110A)과 접촉할 수 있다. 구동 샤프트 튜브(110)의 외부 표면(110A)과 접촉하는 밀봉 부재(112)의 부분은 구동 샤프트 튜브(110)의 전체 외부 표면(110A) 둘레로 원주방향으로 연장할 수 있다. 예를 들어, 밀봉 부재(112)는 립 시일, O-링, 또는 임의의 다른 유형의 시일일 수 있다. 밀봉 부재(112)는 예를 들어 고무(즉, NBR, 실리콘 등)와 같은, 유체가 모터(102) 내로 누출되는 것을 방지하기에 적합한 임의의 유형의 재료로부터 제조될 수 있다.
밀봉 부재(112)는 구동 샤프트 튜브(110)의 외부 표면(110A) 둘레에 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 밀봉 부재(112)는 동심 링(112A) 및 립(112B)을 가질 수 있다. 립(112B)은 동심 링(112A)으로부터 반경방향으로 연장할 수 있으며, 립(112B)은 동심 링(112A)으로부터 테이퍼질 수 있다. 립(112B)을 테이퍼지게 함으로써, 구동 샤프트 튜브(110)의 외부 표면(110A)과 접촉하는 립(112B)의 부분이 감소될 수 있다. 동심 링(112A)은 립(112B)의 적어도 일부분이 구동 샤프트 튜브(110)의 외부 표면(110A)과 접촉하도록 구동 샤프트 튜브(110)의 외부 표면(110A) 둘레에 제공될 수 있다. 그러므로, 밀봉 부재(112)는 유체가 모터(102) 내로 누출되는 것을 방지한다.
밀봉 부재(112)에 더하여, 지지 부재(114)가 모터 샤프트(106)의 근위 단부에 인접하게 제공될 수 있다. 일부 구현예에서, 지지 부재(114)는 모터 하우징(116)과 구동 샤프트 튜브(110) 사이에 제공될 수 있다. 대안적으로, 다른 구현예에서, 지지 부재(114)는 단부 부품(150)과 구동 샤프트 튜브(110) 사이에 제공될 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(114)는 모터 하우징(116)의 근위 부분과 구동 샤프트 튜브(110) 사이에 제공되는 간극(124) 내에 제공될 수 있고, 밀봉 부재(112)와 모터 샤프트(106)의 근위 단부 사이에 배치될 수 있다. 구동 샤프트 튜브(110)는 지지 부재(114)를 통해 장착될 수 있다. 지지 부재(114)는 구동 샤프트 튜브(110)가 모터 샤프트(106)와 접촉하지 않도록 구동 샤프트 튜브(110)를 위한 지지체를 제공한다. 상기 논의된 바와 같이, 모터 샤프트(106)는 구동 샤프트 튜브(110)보다 높은 회전 속도에서 회전할 수 있다. 따라서, 구동 샤프트 튜브(110) 및 모터 샤프트(106)는 접촉하게 되지 않아야 한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 공간(126)이 구동 샤프트 튜브(110)와 모터 샤프트(106) 사이에 제공된다. 구체적으로, 공간(126)은 구동 샤프트 튜브(110)의 외부 표면(110A)과 모터 샤프트(106)의 내부 표면 사이에 제공된다. 공간(126)은 예를 들어 구동 샤프트 튜브(110)의 외부 표면(110A) 둘레로 연장하는 환상 링일 수 있다. 지지 부재(114)는 구동 샤프트 튜브(110)와 모터 샤프트(106) 사이의 공간(126)을 유지하도록 구성될 수 있다. 또한, 지지 부재(114)는 구동 샤프트 튜브(110)가 지지 부재(114) 내에서 회전하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 지지 부재(114)는 볼 베어링일 수 있다.
상기 논의된(그리고 외과용 장치(100)의 근위 단부 부근에 제공된) 밀봉 부재(112) 및 지지 부재(114)와 유사하게, 원위 밀봉 부재(132) 및 원위 지지 부재(134)가 외과용 장치(100)의 원위 단부 부근에 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 원위 밀봉 부재(132) 및 원위 지지 부재(134)는 구동 샤프트(108)의 원위 단부에 인접하게 제공될 수 있다. 원위 밀봉 부재(132) 및 원위 지지 부재(134)는 외과용 장치(100)의 고정된 구성요소와 회전할 수 있는 구동 샤프트(108) 사이의 공간 내에 제공될 수 있다. 예를 들어 볼 베어링일 수 있는 원위 지지 부재(134)는 구동 샤프트(108)가 원위 지지 부재(134) 내에서 회전하는 것을 가능하게 하면서 구동 샤프트(108)를 위한 지지체를 제공할 수 있다. 또한, 예를 들어 립 시일일 수 있는 원위 밀봉 부재(132)는 유체가 구동 샤프트(108)와 모터(102) 사이에서 누출되는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 논의된 구현예에 따르면, 외과용 장치 내에 더욱 신뢰성 있는 밀봉을 제공하는 것이 가능하다. 예를 들어, 밀봉 부재는 모터 샤프트(더욱 빠르게 회전함)와 모터 사이 대신에 구동 샤프트 튜브(더욱 느리게 회전함)와 모터 사이를 밀봉하기 때문에 더욱 신뢰성 있는 밀봉이 제공된다. 또한, 모터 샤프트와 구동 샤프트 사이를 밀봉하기 위해 추가의 밀봉 부재가 요구되지 않기 때문에, 외과용 장치의 모터를 보호하는 데 필요한 밀봉 부재의 개수를 감소시키는 것이 가능하다. 또한, 더 빠르게 회전하는(그리고 더 낮은 토크의) 모터 샤프트 상에보다 더 느리게 회전하는(그리고 더 높은 토크의) 구동 샤프트 상에 존재하는 마찰이 더 작기 때문에, 모터 상의 항력 모멘트(drag moment)를 감소시키는 것이 가능하다. 또한, K-와이어와 구동 샤프트 튜브 사이의 속도 차이를 감소시킴으로써, K-와이어 및 회전 샤프트 둘 모두에 대한 마모 및 소음을 감소시키는 것이 가능하다.
구조적 특징 및/또는 방법론적 실시에 특정된 언어로 기술적 요지가 설명되었지만, 첨부된 특허청구범위에 한정된 기술적 요지는 반드시 전술된 특정한 특징 및 실시로 제한되지는 않는다는 것을 이해하여야 한다. 오히려, 전술된 특정한 특징 및 실시는 특허청구범위를 구현하는 예시적인 형태로서 개시된다.

Claims (10)

  1. 외과용 장치로서,
    근위 단부 및 원위 단부를 갖는 캐뉼러형 모터 샤프트(cannulated motor shaft)를 포함하는 모터;
    기어 박스 장치(gear box device);
    상기 기어 박스 장치를 통해 상기 캐뉼러형 모터 샤프트에 연통식으로 연결된 구동 샤프트로서, 상기 구동 샤프트는 상기 기어 박스 장치로부터 원위방향으로 연장하고 상기 캐뉼러형 모터 샤프트는 상기 기어 박스 장치로 원위방향으로 연장하며, 상기 캐뉼러형 모터 샤프트 및 상기 구동 샤프트는 공통 회전 축을 갖는, 상기 구동 샤프트;
    상기 기어 박스 장치로부터 상기 캐뉼러형 모터 샤프트를 통해 근위방향으로 그리고 상기 캐뉼러형 모터 샤프트의 상기 근위 단부를 지나서 연장하는, 상기 구동 샤프트에 커플링된 구동 샤프트 튜브; 및
    상기 캐뉼러형 모터 샤프트의 상기 근위 단부에 인접하게 배열되고, 상기 구동 샤프트 튜브와 상기 모터 사이에 시일(seal)을 제공하는 밀봉 부재를 포함하는, 외과용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캐뉼러형 모터 샤프트의 상기 근위 단부에 인접하게 배열된 지지 부재를 추가로 포함하고, 상기 구동 샤프트 튜브는 상기 구동 샤프트 튜브와 상기 캐뉼러형 모터 샤프트 사이에 공간이 제공되도록 상기 지지 부재 상에 장착되는, 외과용 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기어 박스 장치는 상기 캐뉼러형 모터 샤프트의 더 높은 회전 속도를 상기 구동 샤프트의 더 낮은 회전 속도로 변환하도록 구성되는, 외과용 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구동 샤프트 튜브는 상기 구동 샤프트 튜브가 상기 구동 샤프트의 상기 더 낮은 회전 속도에서 회전하게 구성되도록 상기 구동 샤프트에 커플링되는, 외과용 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 구동 샤프트 튜브 및 상기 구동 샤프트는 상기 구동 샤프트 튜브가 상기 구동 샤프트의 상기 더 낮은 회전 속도에서 회전하게 구성되도록 단일편의 재료로부터 형성되는, 외과용 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 부재의 적어도 일부분은 상기 구동 샤프트 튜브의 외부 표면과 접촉하는, 외과용 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 밀봉 부재는 동심 링(concentric ring) 및 립(lip)을 포함하고, 상기 립은 상기 동심 링으로부터 반경방향으로 연장하며, 상기 동심 링은 상기 구동 샤프트 튜브의 외부 표면 둘레에 배치되고, 상기 립의 적어도 일부분은 상기 구동 샤프트 튜브의 상기 외부 표면과 접촉하는, 외과용 장치.
  8. 외과용 장치와 함께 사용하기 위한 밀봉 시스템으로서, 상기 외과용 장치는 기어 박스 장치를 통해 구동 샤프트에 연통식으로 연결된 캐뉼러형 모터 샤프트를 갖는 모터를 포함하고, 상기 구동 샤프트는 상기 기어 박스 장치로부터 원위방향으로 연장하며 상기 캐뉼러형 모터 샤프트는 상기 기어 박스 장치로 원위방향으로 연장하고, 상기 밀봉 시스템은,
    상기 캐뉼러형 모터 샤프트를 통해 연장하는, 상기 구동 샤프트에 커플링된 긴 구동 샤프트 튜브; 및
    상기 긴 구동 샤프트 튜브의 적어도 일부분과 접촉하도록 배치된 밀봉 부재를 포함하고, 상기 긴 구동 샤프트 튜브는 상기 구동 샤프트의 회전 속도에서 회전하도록 구성되는, 밀봉 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 캐뉼러형 모터 샤프트는 근위 단부 및 원위 단부를 갖고, 상기 긴 구동 샤프트 튜브의 적어도 일부분은 상기 캐뉼러형 모터 샤프트의 상기 근위 단부를 지나서 연장하며, 상기 밀봉 부재는 상기 캐뉼러형 모터 샤프트의 상기 근위 단부를 지나서 연장하는 상기 긴 구동 샤프트 튜브의 상기 일부분과 접촉하도록 배치되는, 밀봉 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 밀봉 부재는 동심 링 및 립을 포함하고, 상기 립은 상기 동심 링으로부터 반경방향으로 연장하며, 상기 동심 링은 상기 긴 구동 샤프트 튜브의 외부 표면 둘레에 배치되고, 상기 립의 적어도 일부분은 상기 긴 구동 샤프트 튜브의 상기 외부 표면과 접촉하는, 밀봉 시스템.
KR1020130073429A 2012-06-26 2013-06-26 전동 공구 내의 모터 보호를 제공하기 위한 시스템과 장치 및 이를 제조하는 방법 KR102200635B1 (ko)

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