KR20210119418A - 방사상 압축 기계 - Google Patents

Abstract

방사상 압축 기구는 복수의 압축 다이에 감기는 스트링을 이용하여, 다이를 안쪽으로 이동시키고, 다이의 작업 표면에 의해 획정된 중앙 원통형 캐비티를 폐쇄한다. 스트링은 사용자가 스트링에 원하는 장력을 인가하고, 이에 의해 중앙 원통형 캐비티 내에 있는 물품을 압축할 수 있게 하는 스트링 장력 기구에 결합될 수 있다. 압축 다이는 베이스에 결합되고 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 다이 가이드 슬롯을 따라서 이동할 수 있다. 스프링은 압축 다이를 강제로 개방하고, 스트링에 약간의 역-장력을 제공하도록 구성될 수 있다. 스트링은 압축 기구의 양쪽 측면에 있는 풀리 둘레로 연장될 수 있고, 스트링의 양쪽 단부는 스트링 장력 기구에 결합될 수 있다.

Description

방사상 압축 기계

본 발명은 방사상 압축 기구(radial compression mechanism)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스텐트, 카테터, 벌룬(balloon) 등과 같은 디바이스를 압축하기 위한 기구에 관한 것이다.

의료 디바이스의 제조 및 테스트 시에, 스텐트, 벌룬 및 카테터와 같은 원통형 디바이스를 방사상으로 압축하는 기구가 사용된다. 예를 들어, 카테터 벌룬에서의 스텐트의 설치는 전형적으로 스텐트를 더 작은 직경으로 영구적으로 변형하고 플라스틱 벌룬 내로 금속 스텐트를 약간 끼워넣기에 충분한 압력으로 방사상으로 내향하여 스텐트를 벌룬으로 압축하는 것에 의해 행해진다. 다른 예에서, 중합체 카테터 벌룬은 카테터 샤프트 둘레에 카테터 벌룬을 단단히 감기 위해 주름을 잡은 후에 방사상으로 압축된다. 다른 예에서, 자가 확장 스텐트는 외피 또는 전달 시스템 내로 삽입되기 위해 방사상으로 압축된다. 다른 예에서, 스텐트 또는 금속 프레임의 인공 심장 판막은 판막의 금속 구조를 변형시켜 축소하고 이를 전달 벌룬 카테터와 함께 조립하기 위해 방사상으로 압축된다.

동물 조직으로 만들어진 부분을 포함하는 인공 심장 판막과 같은 일부 유형의 디바이스에 대해, 크림핑 프로세스(crimping process)는 통상적으로 의료 디바이스를 사용하기 직전에 병원의 수술실에서 수행된다.

대동맥 스텐트 또는 인공 심장 판막과 같은 대구경 스텐트 및 벌룬은 크림핑 프로세스 동안 많은 양의 방사상 힘을 요구하는 경향이 있다. 제품에 인가되는 방사상 힘은 크림핑된 제품의 표면적에 표면 압력을 곱한 것과 같다. 예를 들어, 전형적인 관상 동맥 스텐트는 1㎜ 직경, 20㎜ 길이의 크기로 크림핑되는 반면에, 전형적인 인공 대동맥 심장 판막은 6㎜ 직경, 20㎜ 길이의 크기로 크림핑된다. 심장 판막은 관상 동맥 스텐트보다 표면적이 약 6배 더 넓다. 그러므로, 동일한 표면 압력에 도달하기 위해, 방사상 힘의 약 6배가 요구되었다.

사람의 손 또는 에어 실린더와 같은 선형 액추에이터에 의해 작동되는 방사상 압축 기구에 대해, 처리된 제품에 인가된 방사상 힘의 비율을 손 또는 액추에이터에 의해 인가된 작동력으로 나누어진 값으로서 "기계적 이점"이 설명될 수 있다.

제1 유형의 종래 기술의 디바이스는 방사상 압축 기구를 포함하며, 여기에서, 평면 표면을 가진 몇몇 유사한 쐐기 형상 다이가 대략 원통형 중앙 캐비티를 형성하도록 배열되고, 쐐기는 캐비티의 직경을 변경하기 위해 힌지 연결되고 일제히 구동된다. 이러한 기구의 예는 Machine Solutions Incorporated의 수동식 HV500 크림퍼(crimper)가 있으며, 이러한 크림퍼는 저비용의 사출 성형 구조 때문에 무균 수술실에서 사용하기 위해 일회용 스텐트 또는 인공 심장 판막 크림퍼로 적합하여야 한다. 그러나, 이러한 크림퍼에는 상당한 단점이 있다. 힌지 또는 선회 다이는 다이를 지지하고 힘을 전달하는 작은 핀들을 갖고, 그래서 집중된 기계적 응력이 디바이스의 방사상 힘 능력을 감소시킨다. 개구가 약 30㎜로부터 약 6㎜로 감소함에 따라서, 핸들이 약 45㎜의 작은 거리를 통과하기 때문에 방사상 힘은 또한 제한되어, 매우 낮은 기계적 이점을 초래하고, 그러므로 스텐트 또는 심장 판막에 인가되는 부적절한 방사상 힘과 압력을 초래한다.

제2 유형의 종래 기술의 디바이스는 방사상 압축 기구를 포함하며, 여기에서, 내향 표면을 가지는 몇몇 유사한 방사상으로 이동 가능한 다이가 대략 원통형의 중앙 캐비티를 형성하도록 배열되고, 다이는 방사상 라인을 따라서 이동하도록 구속되고, 캐비티의 직경을 변경하기 위해 다이에 대한 핀/슬롯 맞물림으로 회전 캠 플레이트에 의해 일제히 구동된다. 이러한 유형의 기구의 예는 미국 특허 제7530253B2호에 설명되어 있으며, Edwards Lifesciences Corporation에서 무균 수술실에서 사용하기 위해 사출 성형된 일회용 인공 심장 판막 크림퍼로서 판매하고 있다. 대략 200°의 큰 각도로 회전하는 캠 플레이트의 사용은 Machine Solutions 크림퍼보다 향상된 기계적 이점을 초래한다. 그러나, 기계적 이점에서의 추가 개선이 유리하였을 것이며 심장 판막이 더 높은 방사상 힘 또는 압력으로 크림핑되는 것을 가능하게 하여, 판막 이식 절차를 위해 더 쉽고 덜 침습적인 보다 작은 크기를 초래하였을 것이다. 이들 크림핑 디바이스의 또 다른 결점은 방사상 힘이 캠 플레이트의 슬롯과 다이의 핀 사이의 상대적으로 작은 접촉 영역을 통해 전달되어야만 하며, 이는 또한 디바이스의 방사상 힘 능력을 제한한다는 것이다.

방사상 압축 기구 또는 크림퍼의 다른 많은 예가 있으며, 여기에서, 방사상 힘은 캠 표면에서 구르는 작은 핀 및/또는 볼 베어링을 통해 전달되어야만 하며, 여기에서, 처리된 디바이스에 인가될 수 있는 방사상 힘은 캠 추종 핀, 부싱 또는 볼 베어링을 통해 안전하게 전달될 수 있는 힘에 의해 제한된다.

그러므로, 종래 기술에 내재된 전술한 결함 및 다른 결함을 개선하는 것이 매우 유리할 것이다.

예시적인 방사상 압축 기구는 다이를 안쪽으로 이동시키고 다이의 작업 표면들에 의해 획정된 중앙 원통형 캐비티를 폐쇄하기 위해 복수의 압축 다이 둘레에 감긴 스트링을 이용한다. 스트링은 사용자가 스트링에 원하는 장력을 인가하는 것을 가능하게 하는 스트링 장력 기구에 결합되고, 이에 의해 중앙 원통형 캐비티 내에서 물품을 압축할 수 있다. 압축 다이는 베이스에 결합되고, 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 다이 가이드 슬롯을 따라서 이동할 수 있다. 스프링은 압축 다이를 강제로 개방하고 스트링에 일부 역-장력(back-tension)을 제공하도록 구성될 수 있다. 복수의 스프링이 복수의 압축 다이 사이에 구성될 수 있고, 포스트 또는 오목부와 같은, 압축 다이 상에 구성된 스프링 시트에 의해 적소에서 유지될 수 있다.

예시적인 방사상 압축 기구는 중앙 캐비티 주위에서 원형 어레이로 배열된 복수의 다이를 포함한다. 예시적인 방사상 압축 기구는 3개 이상, 5개 이상, 7개 이상, 10개 이상, 15개 이상 및 제공된 다이의 수 사이 및 이를 포함하는 임의의 범위를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 압축 다이를 가질 수 있다. 복수의 다이의 각각은 내향 작업 표면을 포함하고, 이들 작업 표면은 중앙 원통형 캐비티를 획정한다. 작업 표면은 서로에 대해 이동하며, 서로를 가로질러 접촉하고 슬라이딩하거나 또는 1㎜ 이하, 500㎛ 이하, 250㎛ 이하, 100㎛ 이하, 50㎛ 이하, 25㎛ 이하 및 제공된 갭 치수 사이 및 이를 포함하는 임의의 범위와 같이 그 사이에 매우 작은 갭을 가질 수 있다. 압축 다이의 원형 어레이는 다이의 외부 표면을 따라서 외주를 형성한다. 스트링은 다이를 안쪽으로 이동시키도록 외부 표면과 접촉한다.

방사상 압축 기구의 예시적인 베이스는 압축 다이의 운동을 제어하기 위한 다이 가이드 특징부 또는 슬롯을 포함한다. 다이 가이드 슬롯은 베이스 부재에 있는 구멍, 베이스 부재에 있는 오목부 또는 그 사이에 슬롯을 형성하는 한 쌍의 레일 또는 돌출부일 수 있다. 예시적인 베이스 부재는 압축 다이의 양쪽 측면에 구성될 수 있고, 각각에서 대응하는 다이 가이드 슬롯을 가질 수 있다. 또한, 다이 운동을 가이드하기 위한 시스템은, 1) 위에 표시된 바와 같이 정지된 플레이트에 있는 슬롯과 맞물리는 다이 상의 탭 또는 핀, 또는 2) 다이 상의 슬롯과 맞물리는 정지된 플레이트 상의 탭 또는 핀, 또는 3) 캠 표면과 맞물리는 캠-추종형 볼 베어링 또는 플레인 베어링, 또는 4) 다이 운동을 위한 힌지점이 베어링 자체이도록 다이가 직접 장착되는 볼 베어링 또는 플레인 베어링을 포함하지만 이에 제한되지 않는 광범위한 설계 요소로 달성될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

예시적인 스트링은 코드(cord), 로프, 스트링, 밴드 등과 같은 탄력적인 세장형 부재이다. 그러나, 일부 실시형태에서, 스트링은 직사각형 또는 불규칙한 단면 형상을 가질 수 있다. 예시적인 스트링은 폴리에틸렌, Honeywell International Inc.에서 입수 가능한 Spectra 섬유, 나일론, 플루오린화 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 불소 중합체와 같은 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하지만 이에 제한되지 않는 플라스틱과 같은 중합체, 금속 스트링 또는 가닥, 스테인리스강 등과 같은 저마찰 재료로 만들어질 수 있다. 예시적인 스트링은 서로의 둘레에서 비틀리거나, 감기거나, 꼬이거나, 꼬인 복수의 가닥을 포함할 수 있다. 예시적인 스트링은 한 유형의 재료의 코어와 다른 유형의 재료의 외피를 가지는 코어-외피형 스트링일 수 있다. 저마찰 코팅 또는 윤활제는 스트링과 함께 사용되거나 또는 스트링 및/또는 압축 다이의 외부 표면에 도포될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

예시적인 스트링은 2회 이상, 3회 이상, 4회 이상, 6회 이상 및 제공된 감김 횟수 사이 및 이를 포함하는 임의의 범위와 같이 1회 이상 압축 다이의 원형 어레이의 외주에 감길 수 있다. 예시적인 압축 다이는 스트링이 다이로부터 이동하는 것을 방지하고 스트링을 정렬된 상태로 유지하기 위해 외부 표면을 따라서 구성된 스트링 가이드를 가질 수 있다. 스트링 가이드는 스트링이 그 사이에서 슬라이딩되는 것을 가능하게 하도록 이격된 오목한 영역 또는 한 쌍의 돌출부일 수 있다. 압축 다이 둘레에서 스트링의 회전(revolution) 또는 감김의 수는 기계적 이점 또는 주어진 스트링 장력에 대해 제품에 부여되는 방사상 힘을 증가시킨다. 그러나, 총 스트링-다이 마찰은 회전의 수에 따라 증가하여서, 더욱 많은 회전이 추가될수록 이점이 감소한다. 기계적 이점에서의 상당한 이득은 약 4 내지 5회 회전 또는 감김까지 계속된다. 또한, 작동 스트링은 풀리(pulley)를 제거하고, 스트링의 다른쪽 단부만을 당기면서 스트링의 한쪽 단부를 고정된 베이스에 고정하고; 또는 스트링의 2개 이상의 세그먼트를 사용하여 각각의 세그먼트의 한쪽 또는 양쪽 단부를 당기는 것과 같은 다양한 배열로 설계될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한 스트링은, 스트링을 당기고 이에 의해 스트링 루프의 주변을 감소시키는 것이 중앙 캐비티가 직경을 감소시키게 하는 한, 외부 표면을 따라서 슬롯 내에, 또는 외부 표면을 따라서 또는 다이의 구멍을 통하는 것과 같이 다양한 방식으로 다이와 접촉할 수 있다는 점에 유의해야 한다.

예시적인 방사상 압축 기구는 사용자가 스트링에 장력을 인가하고 중앙 원통형 캐비티를 폐쇄하기 위해 접속하는 스트링 장력 기구를 포함할 수 있다. 예시적인 스트링 장력 기구는 사용자가 스트링을 신장시키기 위해 조작할 수 있는 핸들을 갖는다. 예시적인 스트링 장력 기구는 선회부에 결합된 레버일 수 있으며, 레버를 선회시키는 것은 캐비티를 폐쇄하기 위해 스트링에 장력을 인가할 수 있다. 예시적인 스트링 장력 기구는 스트링이 부착되는 윈치 샤프트를 가지는 윈치 기구(winch mechanism)일 수 있다. 윈치는 사용자가 윈치 샤프트를 돌리거나 회전시켜 스트링에 장력을 인가할 수 있는 윈치 크랭크를 가질 수 있다. 스트링은 중앙 캐비티가 폐쇄됨에 따라서 윈치 샤프트 둘레에 감길 수 있다.

예시적인 방사상 압축 기구는 풀리를 포함하고, 스트링은 스트링 장력 기구로부터 압축 다이의 외주로 스트링을 가이드하기 위해 풀리 둘레로 연장될 수 있다. 풀리는 방사상 압축 기구의 반대편 측면에 구성될 수 있으며, 스트링은 스트링 장력 기구로부터 풀리 둘레로, 이어서 압축 다이 둘레로, 이어서 스트링 장력 기구로 다시 연장될 수 있으며, 이에 의해 스트링의 양쪽 단부는 윈치 샤프트와 같은 스트링 장력 기구에 부착된다. 이러한 배열은 스트링이 양쪽 단부에 의해 당겨지거나 신장됨에 따라서 압축 다이에 대해 더욱 균일한 힘을 만들 수 있다. 여기에 수동식 크랭크가 도시되어 있을지라도, 예를 들어 기어 박스가 있거나 없는 전기 모터 또는 에어 모터에 의해 윈치 샤프트가 더욱 유리하게 작동될 수 있는 적용이 있을 수 있다는 점을 또한 유의해야 한다.

중앙 캐비티는 압축을 위한 물체를 수용하기에 충분히 큰 개방 직경을 가질 수 있고, 개방 중앙 캐비티 직경은 약 25㎜ 이상, 약 50㎜ 이상, 약 100㎜ 이상, 약 150㎜ 이상 및 제공된 개방 중앙 캐비티 직경 사이 및 이를 포함하는 임의의 범위일 수 있다. 중앙 캐비티는 완전히 폐쇄된 구성으로 폐쇄될 수 있거나, 또는 약 5㎜와 같은 특정 직경 또는 삽입된 물품을 적절하게 압축하기에 충분한 직경으로 제한될 수 있다.

예시적인 실시형태에서, 압축 다이는 스프링 또는 스프링들에 의해 강제로 개방된다. 스프링 또는 스프링들은 외경 둘레와 같이 압축 다이 둘레에 구성될 수 있고, 압축 다이를 당겨 개방할 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 압축 스프링은 복수의 다이 사이에 구성될 수 있고, 다이는 스프링을 유지하기 위한 스프링 시트를 가질 수 있다. 스트링이 이완될 때, 다이를 바깥쪽으로 이동시켜 중앙 캐비티를 개방하도록 다양한 방법이 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 것들은, 1) 본 명세서에 도시된 바와 같이 다이 사이의 코일형 압축 스프링, 또는 2) 다이 사이의 판형 압축 스프링, 또는 3) 각각의 다이와 압축, 신장 또는 토션형일 수 있는 정지된 프레임 부재 사이의 스프링을 포함할 수 있다. 스프링은 도시된 바와 같은 또는 부하에 의해 본래의 형상으로부터 신장 또는 압축되고 부하의 제거시에 상기 본래의 형상으로 복귀할 코일 스프링이거나, 탄성중합체 또는 고무 재료와 같은 탄성 재료일 수 있다.

다이, 베이스 및 스트링 장력 기구를 포함하는 예시적인 방사상 압축 기구는 플라스틱으로 만들어질 수 있고, 이러한 것들은 많은 심장 판막 이식 전에 수술에서 사용되는 심장 판막 방사상 압축 기구과 같은 방사상 압축 기구가 일회용 부품이 되는 것을 가능하게 하도록 사출 성형된 플라스틱 부분일 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 새롭고 개선된 방사상 압축 기구를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 높은 방사상 힘을 요구하는 대형 스텐트 및 인공 심장 판막과 같은 압축 디바이스를 위한 새롭고 개선된 방사상 압축 기구를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 높은 방사상 힘을 인가할 수 있고 저비용의 구조 방법으로 구축될 수 있는 새롭고 개선된 방사상 압축 기구를 제공하는 것이다.

본 발명의 요약은 본 발명의 일부 실시형태에 대한 일반적인 소개로서 제공되며 제한하도록 의도되지 않는다. 본 발명의 변형 및 대안적인 구성을 포함하는 추가적인 예시적인 실시형태가 본 명세서에에 제공된다.

첨부된 도면은 본 발명의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되고 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성하며, 본 발명의 실시형태를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 부분적으로 개방된 구성의 예시적인 방사상 압축 기구의 수용측(receiving side)의 사시도를 도시한다.
도 2는 폐쇄 구성의 예시적인 방사상 압축 기구의 수용측의 사시도를 도시한다.
도 3은 베이스 부재가 압축 다이의 외주에 감긴 스트링을 드러내도록 제거된, 부분적으로 개방된 구성의 예시적인 방사상 압축 기구의 수용측의 사시도를 도시한다.
도 4 및 도 5는 작업 표면, 외부 표면 및 스프링 시트를 가지는 예시적인 압축 다이의 사시도를 도시한다.
도 6 내지 도 8은 중앙 원통형 캐비티를 폐쇄하기 위해 다양한 유형의 경로를 따라서 이동하도록 구성된 압축 다이를 도시한다.
대응하는 참조 문자는 도면에서의 여러 도면에 걸쳐서 대응하는 부분을 나타낸다. 도면은 본 발명의 일부 실시형태의 예시를 나타내며, 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, 도면은 반드시 축척 일 필요는 없으며, 일부 특징부는 특정 구성 요소의 세부 사항을 보여주기 위해 과장될 수 있다. 그러므로, 본 명세서에 개시된 특정 구조적 및 기능적 세부 사항은 제한적인 것으로 해석되어서는 안되며, 단지 당업자에게 본 발명을 다양하게 사용하도록 교시하기 위한 대표적인 기초로서 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "포함하다", "포함하는", "구비하다", "구비하다", "갖는다", "가지는" 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비배타적인 포함을 커버하도록 의도된다. 예를 들어, 요소의 목록을 포함하는 프로세스, 방법, 물품 또는 장치는 반드시 이러한 요소로만 제한되는 것은 아니지만 명시적으로 나열되지 않거나 이러한 프로세스, 방법, 물품 또는 장치에 고유하지 않은 다른 요소를 포함할 수 있다. 또한, 단수 표현의 사용은 본 명세서에 설명된 요소 및 구성 요소를 설명하는데 이용된다. 이러한 것은 단지 편의를 위해, 그리고 본 발명의 범위에 대한 일반적인 의미를 제공하기 위해 수행된다. 이러한 상세한 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하도록 읽어야 하며, 단수는 다른 의미가 분명하지 않는 한 복수도 포함한다.

본 발명의 특정 예시적인 실시형태가 본 명세서에서 설명되고 첨부 도면에 예시되어 있다. 설명된 실시형태는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 다른 실시형태 및 설명된 실시형태의 특정 변형, 조합 및 개선이 당업자에게 발생할 것이며, 이러한 모든 대안적인 실시형태, 조합, 변형, 개선은 본 발명의 범위 내에 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 예시적인 방사상 압축 기구(10)는, 베이스(30)에 결합되고 압축을 위한 물체를 수용하기 위해 중앙 원통형 캐비티(28) 주위에 원형 어레이로 배열된 복수의 압축 다이(20)를 포함한다. 베이스는 압축 다이의 양쪽 측면 상의 제1 베이스 부재(30) 및 제2 베이스 부재(30')를 포함하고, 각각의 베이스 부재는 다이를 대략 방사상으로 내향하여 이동시키도록 구속하는 다이 가이드 슬롯(34)을 포함한다. 베이스 부재(30')는 압축을 위해 중앙 원통형 캐비티 내로 물체를 수용하기 수용 구멍을 갖는다. 10개의 압축 다이는 원형 어레이로 배열되어, 원통형으로 형상화된 중앙의 제품 수용 캐비티를 형성한다. 각각의 다이는 중앙 원통형 캐비티를 형성하기 위해 다른 다이들과 협력하는 내향 작업 표면(22), 및 배열된 복수의 압축 다이의 외주(26)를 형성하는 외부 표면(24)을 갖는다. 도 1은 압축 다이가 개방 캐비티 직경을 형성하기 위해 개방되는 개방 위치에 있는 방사상 압축 기구를 도시한다. 도 2는 압축 다이가 폐쇄된 캐비티 직경을 형성하기 위해 폐쇄되는 폐쇄 위치에서의 방사상 압축 기구를 도시한다. 스트링(50)은 압축 다이의 외주(26) 둘레에 감기고, 스트링 장력 기구(60)와 결합된다. 예시적인 스트링 장력 기구는 스트링에 장력을 인가하기 위해 회전하는 윈치 샤프트(72)를 가지는 윈치 기구(70)이다. 스트링의 제1 단부(52)는 윈치 샤프트에 부착된다. 사용자는 윈치 핸들(76)로 윈치 크랭크를 회전시켜, 스트링에 장력을 인가하고 중앙 원통형 캐비티(28)를 폐쇄할 수 있다. 스트링은 다이 어레이 둘레에 감겨, 그 외부면(24) 상의 각각의 다이와 접촉한다. 예시적인 실시형태에서, 스트링(50)은 다이의 어레이 둘레에서 2회 이상 완전히 회전한다. 스트링이 당겨질 때, 스트링 장력은 모든 다이에 거의 동일하게 인가되는 내향력을 초래하여, 다이가 다이 가이드 슬롯(32)에 의해 획정된 경로를 따라서 안쪽으로 이동하게 하여, 중앙 캐비티(28)의 직경을 감소시킨다. 중앙 캐비티에 있는 제품에 인가되는 방사상 힘은 대략 스트링에서의 장력에 비례한다. 스트링은 비교적 넓은 표면적에 걸쳐서 다이와 접촉하고, 이에 의해 다이에 큰 방사상 내향 힘을 부여하는 수단을 제공하고, 이러한 힘은 차례로 다이로부터 중앙 캐비티에 있는 제품으로 전달된다. 핀 또는 베어링 볼을 통해 힘을 전달하는 종래의 기구과 비교하여, 본 발명은 기구를 손상시키지 않고 더욱 큰 방사상 힘을 부여할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스트링 가이드(58)는 스트링이 다이로부터 미끄러지는 것을 방지하기 위해 다이의 외부 표면을 따라서 구성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 방사상 압축 기구(10)는 압축 다이(20)의 외주(26)를 둘러싸는 작동 스트링을 드러내기 위해 제거된 베이스 부재 중 하나를 갖는다. 스트링(50)은 압축 다이 둘레, 풀리 둘레로 연장되고 스트링 장력 기구(60)로 다시 연장된다. 스트링은 윈치 샤프트(72)로부터 풀리(90) 둘레로 연장되고, 이어서 윈치 샤프트로 복귀하기 전에 압축 다이 둘레에 감긴다. 스트링(54)의 제1 단부(52) 및 제2 단부는 모두 윈치 샤프트에 부착된다. 스트링은 스트링의 두 단부를 윈치 크랭크(74)로 작동되는 회전 가능한 윈치 샤프트에 감는 것에 의해 당겨진다. 풀리는 2개의 스트링 단부 중 하나의 방향을 변경하여서, 스트링의 두 단부는 양쪽 방향으로부터 다이의 어레이에 접근한다. 이러한 배열은 복수의 압축 다이에 보다 균일한 힘을 제공할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 작업 표면(22)들은 중앙 원통형 캐비티(28)를 만들도록 서로 교차하거나 또는 인접한 다이의 작업 표면과 중첩된다. 다이가 가이드 슬롯(32) 내에서 일제히 이동함에 따라서, 중앙 캐비티의 직경이 변경된다. 가이드 슬롯은 다이가 중앙 캐비티의 주변에서 매우 작은 다이간 갭(die-to-die gap)을 유지하는 경로를 따라서 이동하도록 형상화된다. 작업 표면과 슬롯은 응용의 요건에 의존하여 중앙 캐비티 직경의 임의의 크기와 기능으로 다이간 갭을 만들도록 설계될 수 있지만, 대부분의 응용에 대해, 부품의 달성 가능한 제조 공차에 따라서 다이 팁의 직접 마찰 접촉을 방지하면서 가능한 작아야 한다. 일부 응용에서, 인접한 다이 팁의 직접 마찰 접촉이 허용되거나 필요할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 압축 스프링(40)은 다이 사이에 배치되어, 다이를 스트링에 대고 바깥쪽으로 밀고, 스트링이 이완됨에 따라서 중앙 캐비티가 개방되게 한다. 스프링은 스트링이 정확한 위치를 떠나지 않도록 스트링에서 약간의 장력을 만든다. 다이는 스프링을 적소에서 유지하기 위해 스프링 시트(29), 다이로부터의 오목부 또는 돌출부를 가질 수 있다. 스트링이 당겨지고 중앙 캐비티가 폐쇄됨에 따라서, 스트링이 다이의 외부 표면(24)을 가로질러 슬라이딩될 때 스트링과 각각의 다이 사이에 마찰이 발생한다. 이러한 마찰은 제품에 전달되어 최소화되어야 하는 힘을 제한한다. 바람직한 실시형태에서, 스트링은 대부분의 재료에 대해 매우 낮은 마찰 계수를 가지는 꼬인 섬유질의 초고분자량 폴리에틸렌으로 만들어진다.

이제 도 4 및 도 5를 참조하면, 예시적인 압축 다이(20)는 작업 표면(22)으로부터 외부 표면(24)까지의 길이를 갖는다. 압축 다이는 스프링을 적소에서 유지하기 위해 스프링 시트(29), 오목부를 갖는다. 예시적인 압축 다이는 제1 면(21)으로부터 반대편의 제2 면(23)까지의 폭을 갖는다. 다이의 면들은 곡선화되고, 중앙 원통형 캐비티 주위에서 이동하기 위한 다이 어레이를 생성하기 위해 다이의 중첩을 허용하는 기하학적 형상을 갖는다. 예시적인 압축 다이는 중앙 원통형 캐비티의 깊이를 획정하는 제1 측면(25)으로부터 제2 측면(27)까지의 깊이를 갖는다. 또한, 예시적인 다이는 각각의 측면으로부터 연장되는 한 쌍의 가이드 포스트(34)를 갖는다. 가이드 포스트는 다이 가이드 슬롯 내로 삽입되는 것과 같이 다이 가이드 슬롯과 결합하도록 구성된다.

바람직한 실시형태에서, 가이드 슬롯은 나선형 형상의 곡률 방향과 반대되는 곡률 방향을 가져, 가상의 힌지점을 중심으로 회전하도록 다이를 구속하는 것은 다이의 외피(envelope) 외부에 놓일 수 있지만, 작업 표면과 "배후" 표면에 의해 형성된 쐐기 형상 내부에 놓일 수 있다. 이러한 것은 도 6에 도시된 바와 같이 다이의 "뒤를 향한" 곡선 운동을 초래한다. 이 실시형태에서, 작업 표면은 개방 및 폐쇄 운동을 통해 다이간 갭을 거의 0으로 유지하기 위해 약간 볼록한 형상을 가져야만 한다. 이러한 실시형태는 또한 미국 특허 제8220307호에 기술된 기구의 실시형태이다.

다른 실시형태에서, 가이드 슬롯은 선형이고, 도 7에 도시된 바와 같이 선형 경로에서 이동하도록 다이를 구속한다. 이 실시형태에서, 작업 표면은 개방 및 폐쇄 운동 내내 다이간 갭을 거의 0으로 유지하기 위해 평평해야만 한다.

다른 실시형태에서, 가이드 슬롯은 나선형 형상과 동일한 방향으로 곡률을 갖고, 가상 힌지점을 중심으로 회전하도록 다이를 구속하는 것은 다이의 외피 외부에 놓일 수 있지만, 작업 표면과 "배후" 표면에 의해 형성된 쐐기 형상의 반대편에 놓일 수 있다. 이러한 것은 도 8에 도시된 바와 같이 다이의 "전방을 향한" 곡선 운동을 초래한다. 이 실시형태에서, 작업 표면은 개방 및 폐쇄 운동 내내 다이간 갭을 거의 0으로 유지하기 위해 약간 오목한 형상을 가져야만 한다. 이 실시형태는 또한 미국 특허 제7963142호에 설명된 기구의 실시형태이다.

또한, 윈치 샤프트 또는 드럼은 스트링의 하나 이상의 단부를 당길 수 있는 유일한 방법이라는 점에 유의해야 한다. 1) 사람의 손으로 스트링을 수동으로 당기는 것, 또는 2) 에어 실린더 또는 리드 스크루를 가지는 전기 모터와 같이 일반적으로 이용 가능한 선형 액추에이터, 또는 3) 핀치 롤러 또는 캡스턴(capstan)으로 스트링을 파지하고 당기는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 설계가 가능하다.

그러므로, 새롭고 신규한 방사상 압축 기구가 개시되었다. 새롭고 신규한 방사상 압축 기구는 다이의 어레이 둘레에 감기는 스트링 또는 케이블로 구성되며 스트링에서의 장력은 다이 및 캐비티에 있는 제품에 방사상 내향 힘을 유발한다. 그러므로, 종래의 디바이스의 제한된 힘 용량이 극복되었다.

다양한 변경, 조합 및 변형이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 발명에서 만들어질 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 본 명세서에서 설명된 특정 실시형태, 특징부 및 요소는 임의의 적절한 방식으로 변경 및/또는 조합될 수 있다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 경우 본 발명의 변경, 조합 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (21)

1. 방사상 압축 기구(radial compression mechanism)로서,
   a) 베이스;
   b) 중심축을 중심으로 원형 어레이로 배열된 복수의 압축 다이로서, 각각의 압축 다이는,
   i) 내향 작업 표면; 및
   ⅱ) 외부 표면
   을 포함하고; 상기 복수의 압축 다이는 상기 복수의 다이의 외부 표면을 따르는 외주와 상기 작업 표면에 의해 획정되는 중앙 원통형 캐비티를 형성하는, 상기 복수의 다이;
   c) 상기 복수의 압축 다이의 외주 주위에서 1회 이상의 회전으로 감기며, 상기 복수의 다이의 각각의 외부 표면과 접촉하는 스트링
   을 포함하되; 상기 복수의 압축 다이는 상기 베이스와 결합되고, 상기 중앙 원통형 캐비티가 방사상으로 내향하는 개방 캐비티 직경을 가지는 개방 위치로부터, 상기 원통형 캐비티가 폐쇄 캐비티 직경을 가지는 폐쇄 위치로 일제히 이동하도록 구성되며;
   상기 스트링을 당기는 것은 상기 복수의 압축 다이를 일제히 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 강제로 이동시키며;
   상기 개방 캐비티 직경은 상기 폐쇄 캐비티 직경보다 큰, 방사상 압축 기구.
2. 제1항에 있어서, 상기 스트링은 상기 복수의 압축 다이의 외주 둘레에 4회 이상 감기는, 방사상 압축 기구.
3. 제1항에 있어서, 스트링 장력 기구를 더 포함하며, 상기 스트링은 상기 스트링 장력 기구에 결합되고, 상기 스트링 장력 기구를 작동시키는 것은 상기 중앙 원통형 캐비티를 폐쇄하기 위해 상기 복수의 압축 다이를 방사상으로 내향하여 이동시키도록 상기 스트링을 당기는, 방사상 압축 기구.
4. 제3항에 있어서, 상기 스트링은 제1 및 제2 단부를 갖고, 상기 스트링의 제1 및 제2 단부는 모두 상기 스트링 장력 기구에 결합되는, 방사상 압축 기구.
5. 제4항에 있어서, 풀리(pulley)를 더 포함하되, 상기 스트링은 상기 스트링 장력 기구로부터 상기 풀리 둘레로, 이어서 상기 복수의 압축 다이 둘레로 연장되는, 방사상 압축 기구.
6. 제3항에 있어서, 상기 스트링 장력 기구는,
   a) 윈치 샤프트;
   b) 윈치 크랭크
   를 포함하는 윈치 기구(winch mechanism)이며;
   상기 스트링은 윈치에 결합되고, 상기 윈치를 작동시키는 것은 상기 중앙 원통형 캐비티를 폐쇄하기 위해 상기 복수의 압축 다이를 방사상으로 내향하여 이동시키도록 상기 스트링을 당기는, 방사상 압축 기구.
7. 제6항에 있어서, 상기 스트링은 제1 및 제2 단부를 갖고, 상기 스트링의 제1 및 제2 단부는 모두 상기 윈치 기구에 결합되는, 방사상 압축 기구.
8. 제7항에 있어서, 풀리를 더 포함하되, 상기 스트링은 상기 스트링 장력 기구로부터 상기 풀리 둘레로, 이어서 상기 복수의 압축 다이 둘레로 연장되는, 방사상 압축 기구.
9. 제3항에 있어서, 상기 스트링 장력 기구는,
   a) 레버 선회부; 및
   b) 상기 레버 선회부를 중심으로 회전하는 레버 아암
   을 포함하는 레버 기구이며, 상기 스트링은 레버에 결합되고, 상기 레버를 작동시키는 것은 상기 중앙 원통형 캐비티를 폐쇄하기 위해 상기 복수의 압축 다이를 방사상으로 내향하여 이동시키도록 상기 스트링을 당기는, 방사상 압축 기구.
10. 제9항에 있어서, 상기 스트링은 제1 및 제2 단부를 갖고, 상기 스트링의 제1 및 제2 단부는 모두 상기 레버 기구에 결합되는, 방사상 압축 기구.
11. 제10항에 있어서, 풀리를 더 포함하되, 상기 스트링은 상기 스트링 장력 기구로부터 상기 풀리 둘레로, 이어서 상기 복수의 압축 다이 둘레로 연장되는, 방사상 압축 기구.
12. 제1항에 있어서, 상기 스트링은 제1 및 제2 단부를 갖고, 상기 제1 및 제2 단부 중 적어도 하나가 상기 베이스에 결합된 상태에서, 상기 스트링은 상기 복수의 압축 다이의 외주에 감기는, 방사상 압축 기구.
13. 제1항에 있어서, 상기 중앙 원통형 캐비티를 강제로 개방하기 위하여 상기 복수의 압축 다이에 결합된 스프링을 더 포함하는, 방사상 압축 기구.
14. 제1항에 있어서, 상기 복수의 압축 다이를 강제로 이격시키고 상기 중앙 원통형 캐비티를 강제로 개방하기 위하여 상기 복수의 압축 다이의 각각 사이에 구성되는 스프링을 더 포함하는, 방사상 압축 기구.
15. 제14항에 있어서, 상기 복수의 압축 다이의 각각은 상기 스프링의 단부를 수용하여 유지하는 시트를 포함하는, 방사상 압축 기구.
16. 제1항에 있어서, 적어도 3개의 압축 다이를 포함하는, 방사상 압축 기구.
17. 제1항에 있어서, 상기 원통형 캐비티는 상기 개방 및 폐쇄 위치로부터 인접한 다이 작업 표면 사이에 500㎛ 이하의 갭을 가지는 실질적으로 연속적인 표면을 가지는, 방사상 압축 기구.
18. 제1항에 있어서, 상기 베이스는 다이 가이드 슬롯을 갖고, 상기복수의 압축 다이의 각각은 상기 다이 가이드 슬롯에 결합되고 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 상기 다이 가이드 슬롯을 따라서 이동하는, 방사상 압축 기구.
19. 제1항에 있어서, 상기 복수의 다이는 후방을 향해 곡선화된 다이인, 방사상 압축 기구.
20. 제1항에 있어서, 상기 복수의 다이는 선형 다이인, 방사상 압축 기구.
21. 제1항에 있어서, 상기 복수의 다이는 전방을 향해 곡선화된 다이인, 방사상 압축 기구.

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