KR20200032310A - 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조 - Google Patents

휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조 Download PDF

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KR20200032310A
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Abstract

본 발명은 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조에 관한 것으로, 약물을 저장하며 내부에는 이동이 가능한 피스톤(11)을 구비하는 약물 카트리지(10); 와, 상기 약물 카트리지(10)에 저장된 약물을 주입하도록 구동하는 구동 모터(20); 와, 상기 구동 모터(20)의 구동에 연동하여 회전 구동하는 구동 스크류 축(30); 과, 상기 구동 스크류 축(30)의 회전 구동에 의하여 선형 구동되도록 작동하며 일 측 말단이 상기 피스톤(11)에 접촉되어 상기 피스톤(11)을 압축 구동하는 플런저(40); 와, 상기 플런저(40)의 선형 작동이 유도되도록 가이드하는 플런저 가이드 프레임(40); 을 포함하여 구성되는 휴대형 자동 주사장치(1)에 있어서,
상기 구동 모터(20)의 구동축(21)에 구동축 연결부(111)를 통하여 결합되며, 다수 개의 구동축 클러치 돌기(112)가 상기 구동축(21)을 중심축으로 하여 방사상으로 대칭되도록 형성된 구동축 클러치(110); 와, 상기 구동 스크류 축(30)에 스크류 축 연결부(121)를 통하여 결합되며, 다수 개의 스크류 축 클러치 돌기(122)가 상기 구동 스크류 축(30)을 중심축으로 하여 상기 구동축 클러치 돌기(112)에 각각 대응하여 접촉 결합될 수 있게 방사상으로 대칭되도록 형성된 스크류 축 클러치(120); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조(100)에 관한 것이다.

Description

휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조{Clutch Structure for Portable Injection Apparatus}
본 발명은 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조에 관한 것으로, 약물을 저장하며 내부에는 이동이 가능한 피스톤(11)을 구비하는 약물 카트리지(10); 와, 상기 약물 카트리지(10)에 저장된 약물을 주입하도록 구동하는 구동 모터(20); 와, 상기 구동 모터(20)의 구동에 연동하여 회전 구동하는 구동 스크류 축(30); 과, 상기 구동 스크류 축(30)의 회전 구동에 의하여 선형 구동되도록 작동하며 일 측 말단이 상기 피스톤(11)에 접촉되어 상기 피스톤(11)을 압축 구동하는 플런저(40); 와, 상기 플런저(40)의 선형 작동이 유도되도록 가이드하는 플런저 가이드 프레임(40); 을 포함하여 구성되는 휴대형 자동 주사장치(1)에 있어서,
상기 구동 모터(20)의 구동축(21)에 구동축 연결부(111)를 통하여 결합되며, 다수 개의 구동축 클러치 돌기(112)가 상기 구동축(21)을 중심축으로 하여 방사상으로 대칭되도록 형성된 구동축 클러치(110); 와, 상기 구동 스크류 축(30)에 스크류 축 연결부(121)를 통하여 결합되며, 다수 개의 스크류 축 클러치 돌기(122)가 상기 구동 스크류 축(30)을 중심축으로 하여 상기 구동축 클러치 돌기(112)에 각각 대응하여 접촉 결합될 수 있게 방사상으로 대칭되도록 형성된 스크류 축 클러치(120); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조(100)에 관한 것이다.
당뇨병은 현재 전 세계적으로 약 2억 명 정도가 앓고 있을 정도로 흔한 질환으로 알려져 있으며, 당뇨병과 관련된 합병증 및 동반 질환은 인적, 사회적, 경제적 손실을 수반하여 중요한 보건 문제 중의 하나로 대두되고 있다.
우리나라도 예외가 아니어서 건강보험 심사평가원의 최근 10년간 건강 보험 자료를 분석한 결과 2020년경에는 국민 7명당 1명꼴인 722만 명(전 국민의 14.4%)이 당뇨병환자가 될 것으로 추정되고 있으며, 이에 동반하는 사회경제적 비용의 손실도 막대할 것으로 예상되고 있다.
당뇨병을 치료하고 관리하는데 있어서 환자의 혈당관리, 즉 혈당조절이 가장 중요한데, 인슐린은 보통 인슐린주사기, 인슐린 펜, 인슐린 펌프를 이용하여 환자에게 주입한다.
인슐린주사기는 인슐린 투여에 있어서 가장 일반적인 방법으로, 매우 저렴하게 인슐린을 투여할 수 있고, 사용이 쉽고, 사용법 습득이 간편한 장점이 있다.
인슐린 펜은 자체 카트리지에 내장된 인슐린을 주입하기 위한 장치로서, 수많은 종류의 상품과 모델이 있다. 대부분의 인슐린 펜은 재사용 펜과 1회용 펜 두 종류로 나누어진다. 인슐린 펜은 인슐린 주사기에 비해 외출도중 주입이 간편하고 편리하며, 간편한 다이얼 조작으로 정확한 사용량을 주입 가능하게 하는 등의 장점이 있다.
인슐린 펌프는 췌장과 같은 구실을 하는 의료기기로 환자의 체외에 부착하여 인슐린을 적절히 공급해 정상혈당을 유지하고 그동안 췌장기능을 서서히 회복시키는 기능을 한다. 인슐린펌프는 인슐린 펜보다도 더 정교하게 인슐린을 24시간 연속 피하 주입한다.
이러한 인슐린 주입 수단 중 가장 널리 사용되는 인슐린 펜은 통상적으로 하기 특허문헌 1의 "펜형 휴대용 인슐린 주입 장치(대한민국 등록 특허 제10-1217147호)"에 개시된 것과 같이, 인슐린이 수용된 카트리지를 장착하여 인슐린을 인체 내에 주입하기 위한 펜형 휴대용 인슐린 주입 장치로서, 케이스와, 상기 케이스 내부에 고정 설치된 모터와, 상기 케이스 내부에 고정 설치되고 상기 모터의 구동축에 연결되어 모터의 회전력을 전달하기 위하여 맞물린 복수의 기어가 설치된 기어박스를 포함하는 구동유닛과; 길이방향으로 관통구멍이 형성되어 있고 관통구멍이 형성된 일단이 상기 케이스에 회전 가능하게 연결된 푸셔하우징과, 상기 기어박스로 부터 회전력을 전달받도록 일단이 기어박스에 연결되고 상기 푸셔하우징의 관통구멍에 삽입된 전동축과, 상기 푸셔하우징의 관통구멍 내부에 설치되고 상기 전동축의 회전력을 전달받아 푸셔하우징의 관통구멍 내부에서 길이방향으로 슬라이딩하도록 구속된 푸셔를 포함하는 피스톤푸싱유닛을 포함하여 구성된다. 이 경우, 주입된 인슐린의 양을 측정할 수 있는 주입량 측정 모듈이 상기 모터에 설치되는 엔코더 등의 구성을 통하여 추가되는 것이 일반적이다.
이러한 기존 발명의 경우, 상기 전동축을 구성하는 스크류 축과 상기 푸셔 하우징을 구성하는 플런저의 나사산은 이상적인 경우 도 1에 나타낸 것과 같이 그 회전 중심축이 일치하도록 설치되는 것이 바람직하며, 이러한 경우 상기 스크류 축의 회전 각도와 상기 플런저의 선형 이동량은 정확하게 비례하게 된다. 따라서, 이러한 경우에는 상기 모터의 회전을 측정하는 엔코더만으로도 충분히 정확하게 상기 플런저의 선형 이동량을 측정할 수 있고, 상기 플런져의 선형 이동에 따라 구동된 상기 푸셔의 이동에 의한 인슐린 등의 약물의 주입량을 정확히 측정할 수 있다.
그러나 작동 중의 부하 또는 스크류 축의 변형이나 구성 요소들이 장착되어 설치되는 하우징(본체)의 변형 등 여러 가지 요인에 의하여 실제로는 도 2에 나타낸 것과 같이 플런져의 회전 중심축과 스크류 축의 회전 중심축은 서로 각도가 어긋나게 결합되어 있는 경우가 많다. 이러한 경우에는 도 3에 나타낸 것과 같이 결합 각도의 기울기에 따라 상기 스크류 회전 각도와 이동거리 사이는 정확한 정비례관계를 가지지 못하고 동요에 의한 편차(Fluctuation)을 나타내게 된다. 이러한 편차는 도 3에서 확인할 수 있는 것과 같이 상기 결합 각도의 기울기가 클수록 더욱 크게 나타난다. 또한, 이러한 편차는 도 4에 나타낸 것과 같이 상기 스크류의 회전 각도에 따라 계속적으로 나타나게 된다.
따라서, 기존 발명과 같이 모터의 회전을 탐지하는 엔코더를 이용하여 인슐린의 주입량을 측정하고자 하는 경우, 이와 같은 비정상적인 플런저와 스크류의 결합 상태에서는 언제나 정확한 주입량을 측정할 수 없다는 문제가 있었다.
한편, 상기한 바와 같이 플런져의 회전 중심축과 스크류 축의 회전 중심축이 서로 정확히 일치하도록 제작하기 위해서는, 각각의 구성요소의 제작 정밀도를 높게 유지하는 것과 동시에, 제작 공정에서의 조립 정밀도를 함께 높게 유지하여야 하는 등, 제작 공정 전체의 정밀도를 극히 높게 유지하여야 하기에, 공정 비용 및 공정 소요 시간이 극히 높게 요구된다는 문제점이 있었다.
대한민국 등록 특허 제10-1217147호
본 발명은 상기한 기존 발명의 구동 모터에 직결된 스크류 축과 플런저의 중심축의 정렬이 어려운 문제점 및 이에 따라 파생되는 문제점을 해결하여, 다 수개의 구동축 클러치 돌기와 스크류 축 클러치 돌기가 각각 형성된 구동축 클러치와 스크류 축 클러치를 채택하는 구조에 의하여, 스크류 축과 플런저의 중심축의 정렬이 정확하지 않은 경우에도 언제나 다수 개의 접촉점에 의하여 구동력이 균일하게 전달될 수 있는 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
또한, 스크류 축과 플런저의 중심축의 정렬이 어느 정도의 범위 안에 있는 경우에도 안정적이고 균일한 작동이 가능하도록 하여, 각각의 구성요소의 제작 정밀도와 제작 공정에서의 조립 정밀도를 적정한 수준으로 낮출 수 있도록 하여, 공정 비용 및 공정 소요 시간을 절감하는 것을 그 과제로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조는, 약물을 저장하며 내부에는 이동이 가능한 피스톤(11)을 구비하는 약물 카트리지(10); 와, 상기 약물 카트리지(10)에 저장된 약물을 주입하도록 구동하는 구동 모터(20); 와, 상기 구동 모터(20)의 구동에 연동하여 회전 구동하는 구동 스크류 축(30); 과, 상기 구동 스크류 축(30)의 회전 구동에 의하여 선형 구동되도록 작동하며 일 측 말단이 상기 피스톤(11)에 접촉되어 상기 피스톤(11)을 압축 구동하는 플런저(40); 와, 상기 플런저(40)의 선형 작동이 유도되도록 가이드하는 플런저 가이드 프레임(40); 을 포함하여 구성되는 휴대형 자동 주사장치(1)에 있어서,
상기 구동 모터(20)의 구동축(21)에 구동축 연결부(111)를 통하여 결합되며, 다수 개의 구동축 클러치 돌기(112)가 상기 구동축(21)을 중심축으로 하여 방사상으로 대칭되도록 형성된 구동축 클러치(110); 와, 상기 구동 스크류 축(30)에 스크류 축 연결부(121)를 통하여 결합되며, 다수 개의 스크류 축 클러치 돌기(122)가 상기 구동 스크류 축(30)을 중심축으로 하여 상기 구동축 클러치 돌기(112)에 각각 대응하여 접촉 결합될 수 있게 방사상으로 대칭되도록 형성된 스크류 축 클러치(120); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동축 클러치 돌기(112)와 상기 스크류 축 클러치 돌기(122)는, 돌기 말단부(113,123); 와, 상기 돌기 말단부(113,123)의 일 측면에서 사선으로 형성되는 제 1 사선부(114,124);와, 상기 돌기 말단부(113,124)의 타 측면에서 사선으로 형성되는 제 2 사선부(115,125); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동축 클러치 돌기(112)와 상기 스크류 축 클러치 돌기(122)는, 상기 제 1 사선부(114,124)와 상기 제 2 사선부(115,125) 사이에 상기 돌기 말단부(113,123)의 반대 방향으로 형성되는 절개부(116,126); 를 각각 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발에 의하는 경우, 다 수개의 구동축 클러치 돌기와 스크류 축 클러치 돌기가 각각 형성된 구동축 클러치와 스크류 축 클러치를 채택하는 구조에 의하여, 스크류 축과 플런저의 중심축의 정렬이 정확하지 않은 경우에도 언제나 다수 개의 접촉점에 의하여 구동력이 균일하게 전달될 수 있는 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조를 제공하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 스크류 축과 플런저의 중심축의 정렬이 어느 정도의 범위 안에 있는 경우에도 안정적이고 균일한 작동이 가능하도록 하여, 각각의 구성요소의 제작 정밀도와 제작 공정에서의 조립 정밀도를 적정한 수준으로 낮출 수 있도록 하여, 공정 비용 및 공정 소요 시간을 절감하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
도 1: 휴대형 주사 장치의 바람직한 플런저와 스크류 축의 결합 상태를 나타내는 도면.
도 2: 휴대형 주사 장치의 비정상적인 플런저와 스크류 축의 결합 상태를 나타내는 도면.
도 3: 휴대형 주사 장치의 비정상적인 플런저와 스크류 축의 결합 상태에서, 결합 각도의 기울기에 따른 스크류 회전 각도와 이동거리 사이의 편차를 나타내는 도면.
도 4: 휴대형 주사 장치의 비정상적인 플런저와 스크류축의 결합 상태에서, 스크류 회전 각도와 이동거리 사이의 편차를 나타내는 도면.
도 5: 본 발명의 일 실시예에 의한 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조를 나타내는 도면.
도 6: 본 발명의 일 실시예에 의한 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조를 상세히 나타내는 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조가 적용되는 휴대형 자동 주사기(1)의 구조에 관하여 간략히 설명한다.
상기 휴대형 자동 주사기(1)는 도 5에 나타낸 것과 같이, 약물을 저장하며 내부에는 이동이 가능한 피스톤(11)을 구비하는 약물 카트리지(10)와, 상기 약물 카트리지(10)에 저장된 약물을 주입하도록 구동하는 구동 모터(20)와, 상기 구동 모터(20)의 구동에 연동하여 회전 구동하는 구동 스크류 축(30)과, 상기 구동 스크류 축(30)의 회전 구동에 의하여 선형 구동되도록 작동하며 일 측 말단이 상기 피스톤(11)에 접촉되어 상기 피스톤(11)을 압축 구동하는 플런저(40)와, 상기 플런저(40)의 선형 작동이 유도되도록 가이드하는 플런저 가이드 프레임(40)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조(100)를 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조(100)는 도 5에 나타낸 것과 같이 크게, 구동축 클러치(110)와 스크류 축 클러치(120)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 구동축 클러치(110)는 도 5 또는 도 6에 나타낸 것과 같이, 상기 구동 모터(20)의 구동축(21)에 구동축 연결부(111)를 통하여 결합되며, 다수 개의 구동축 클러치 돌기(112)가 상기 구동축(21)을 중심축으로 하여 방사상으로 대칭되도록 형성된다.
한편, 상기 스크류 축 클러치(120)는 도 5 또는 도 6에 나타낸 것과 같이, 상기 구동 스크류 축(30)에 스크류 축 연결부(121)를 통하여 결합되며, 다수 개의 스크류 축 클러치 돌기(122)가 상기 구동 스크류 축(30)을 중심축으로 하여 상기 구동축 클러치 돌기(112)에 각각 대응하여 접촉 결합될 수 있게 방사상으로 대칭되도록 형성된다.
이와 같은 구성의 상기 구동축 클러치(110)와 상기 스크류 축 클러치(120)는, 도 6에 나타낸 것과 같이 서로 맞물려 구동되는 경우, 다수 개의 접촉점(P)을 통하여 서로 접촉하여 연동하여 구동되므로, 구동력이 효율적이고도 균일하게 전달될 수 있다.
한편, 구동축 클러치(110)와 스크류 축 클러치(120)는 부품의 호환성 확보 및 제작 단가 절감을 위하여 서로 동일한 형상으로 제작되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 구동축 클러치 돌기(112)와 상기 스크류 축 클러치 돌기(122)는 도 6에 나타낸 것과 같이, 돌기 말단부(113,123)와, 상기 돌기 말단부(113,123)의 일 측면에서 사선으로 형성되는 제 1 사선부(114,124)와, 상기 돌기 말단부(113,124)의 타 측면에서 사선으로 형성되는 제 2 사선부(115,125)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하는 경우, 상기 구동축 클러치(110)와 상기 스크류 축 클러치(120)의 중심축이 정확히 정렬되지 않은 경우라 하여도, 다 수 개의 상기 구동축 클러치 돌기(112)와 상기 스크류 축 클러치 돌기(122) 중 일부의 상기 돌기 말단부(113,124)는 다 수 개의 상기 구동축 클러치 돌기(112)와 상기 스크류 축 클러치 돌기(122) 중 일부의 상기 제 1 사선부(114,124) 또는 제 2 사선부(115,125)에 언제나 접촉되어 있을 수 있다. 따라서, 상기 구동축 클러치(110)와 상기 스크류 축 클러치(120)의 중심축이 정확히 정렬되지 않은 경우라 하여도 상기한 일부의 여러 개의 접촉점(P)을 통하여 서로 접촉하여 연동하여 구동되므로 구동력은 편차 없이 효율적이고도 균일하게 전달될 수 있다.
한편, 상기 구동축 클러치 돌기(112)와 상기 스크류 축 클러치 돌기(122)는 도 6에 나타낸 것과 같이 상기 제 1 사선부(114,124)와 상기 제 2 사선부(115,125) 사이에 상기 돌기 말단부(113,123)의 반대 방향으로 형성되는 절개부(116,126)를 각각 더 포함하여 구성되도록 하여, 외부의 충격이나 갑작스러운 작동 등에 의하여 발생할 수 있는 무리한 부하를 일정 부분 완충할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이상에서는 도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 휴대형 자동 주사장치
10: 카트리지
11: 피스톤
20: 구동 모터 21: 구동축
30: 구동 스크류축
40: 플런저
50: 플런저 가이드 프레임
100: 구동 연결 클러치 구조
110: 구동축 클러치
111: 구동축 연결부 112: 구동축 클러치 돌기
120: 스크류 축 클러치
121: 스크류 축 연결부 122: 스크류 축 클러치 돌기

Claims (3)

  1. 약물을 저장하며 내부에는 이동이 가능한 피스톤(11)을 구비하는 약물 카트리지(10);
    상기 약물 카트리지(10)에 저장된 약물을 주입하도록 구동하는 구동 모터(20);
    상기 구동 모터(20)의 구동에 연동하여 회전 구동하는 구동 스크류 축(30);
    상기 구동 스크류 축(30)의 회전 구동에 의하여 선형 구동되도록 작동하며 일 측 말단이 상기 피스톤(11)에 접촉되어 상기 피스톤(11)을 압축 구동하는 플런저(40);
    상기 플런저(40)의 선형 작동이 유도되도록 가이드하는 플런저 가이드 프레임(40); 을 포함하여 구성되는 휴대형 자동 주사장치(1)에 있어서,
    상기 구동 모터(20)의 구동축(21)에 구동축 연결부(111)를 통하여 결합되며, 다수 개의 구동축 클러치 돌기(112)가 상기 구동축(21)을 중심축으로 하여 방사상으로 대칭되도록 형성된 구동축 클러치(110);
    상기 구동 스크류 축(30)에 스크류 축 연결부(121)를 통하여 결합되며, 다수 개의 스크류 축 클러치 돌기(122)가 상기 구동 스크류 축(30)을 중심축으로 하여 상기 구동축 클러치 돌기(112)에 각각 대응하여 접촉 결합될 수 있게 방사상으로 대칭되도록 형성된 스크류 축 클러치(120); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조(100).
  2. 청구항 제 1항에 있어서,
    상기 구동축 클러치 돌기(112)와 상기 스크류 축 클러치 돌기(122)는,
    돌기 말단부(113,123);
    상기 돌기 말단부(113,123)의 일 측면에서 사선으로 형성되는 제 1 사선부(114,124);
    상기 돌기 말단부(113,124)의 타 측면에서 사선으로 형성되는 제 2 사선부(115,125); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조(100).
  3. 청구항 제 2항에 있어서,
    상기 구동축 클러치 돌기(112)와 상기 스크류 축 클러치 돌기(122)는,
    상기 제 1 사선부(114,124)와 상기 제 2 사선부(115,125) 사이에 상기 돌기 말단부(113,123)의 반대 방향으로 형성되는 절개부(116,126); 를 각각 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 자동 주사 장치의 구동 연결 클러치 구조(100).
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