KR101054072B1 - 임플란트 시술용 전동기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 개의 핸드피스를 이용하고도 임플란트 시술용 전동기구의 치과용 드릴의 회전속도를 자유롭게 조절하여 사용하고, 전원 백업기능을 구비하여 정전시에도 계속적으로 시술이 가능하도록 하며, 시술에 관련된 각종 정보를 실시간으로 디스플레이하는 기술에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 상용전원을 공급받아 시스템 각부에서 필요로 하는 전압을 공급하고, 전원 백업기능을 구비하여 정전시에도 계속적으로 전원을 공급하는 전원부와; 다양한 듀티비의 펄스폭변조 제어신호를 이용하여 마이크로 모터의 회전속도를 다양하게 조절하여 한 개의 핸드피스를 이용하고도 치과용 드릴의 회전속도를 자유롭게 조절할 수 있도록 하는 메인 컨트롤 유닛과; 상기 메인 컨트롤 유닛에서 출력되는 펄스폭변조 제어신호에 의해 동작하여 회전력을 발생하는 마이크로 모터와; 상기 마이크로 모터와 드릴을 결합시키는 매개체 역할을 수행하는 핸드피스와; 임플란트 시술 시 상기 메인컨트롤 유닛의 제어를 받아 시술에 필요한 각종 정보를 실시간으로 디스플레이하는 표시장치;를 구비함을 특징으로 한다.

임플란트, 임플란트 시술용 전동기구, 핸드피스, 치과용 드릴

Description

임플란트 시술용 전동기기{ELECTROMOTIVE APPARATUS FOR OPERATING A DENTAL IMPLANT}

본 발명은 임플란트 시술용 전동기기의 구동 제어기술에 관한 것으로, 특히 한 개의 핸드피스를 사용하고도 치과용 드릴의 회전속도를 자유롭게 조절하여 사용할 수 있도록 하고, 백업용 전원장치를 구비하여 정전시에도 임플란트 시술용 전동기기를 계속 사용할 수 있도록 하며, 임플란트 시술에 필요한 정보를 표시하고 환자의 시술이력 관련 정보를 관리하는데 적당하도록 한 임플란트 시술용 전동기기에 관한 것이다.

일반적으로, 치과에서 손상된 자연치아를 대체하기 위하여 치과용 임플란트(dental implant)를 시술할 경우 인공치근의 역할을 하는 나사형상의 인공치아고정체(Fixture)를 사용하게 되는데, 이러한 인공치아고정체를 구강내의 턱뼈에 설치하기 위해서는 도 1에서와 같이 내부에 마이크로 모터(Micro-Motor)가 내장된 구동장치(15)와 이의 전단부에 착탈결합되고 전단부가 경사지게 형성되며 헤드부에 치과용 드릴(또는 드라이버)(31)가 착탈되는 핸드피스(Contra-angle handpiece)(2)로 이루어져 있는 임플란트 시술용 전동기구(1)를 사용하게 된다.

이와 같이 치과용 임플란트의 시술에 널리 사용되고 있는 종래의 임플란트 시술용 전동기구의 구성 및 작용관계를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래 기술에 의한 임플란트 시술용 전동기구의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 내부에 베어링(5)에 의해 지지되는 수평전동축(4)이 설치되며 후단부에 결합공(3a)이 관통형성된 몸통부(3)의 전단부에는 내부에 상기 수평전동축(4)과 베벨기어(7)에 의해 연동되도록 베어링(10)에 의해 지지되는 경사전동축(9)이 설치된 경사목부(8)가 일체로 형성되고, 상기 경사목부(8)의 전단부에는 내부에 상기 경사전동축(9)과 베벨기어(14)에 의해 연동되도록 베어링(13)에 의해 지지되는 공구결합축(12)이 설치된 헤드부(11)가 일체로 형성되어 있는 핸드피스(2)와, 상기 핸드피스(2)와의 결합시 결합구(6)(20)에 의해 상기 수평전동축(4)과 연결되는 마이크로 모터(18)가 내장된 케이스(16)의 전단부에는 상기 핸드피스(2)의 결합공(3a)에 삽입결합되는 결합가이드부(17)가 설치되며 후단부에는 상기 마이크로 모터(18)에 전원을 공급하는 도선(21)이 연결되어 있는 구동장치(15)로 이루어지며, 상기 구동장치(15)의 케이스(16)에 내장된 마이크로 모터(18)가 일체로 결합설치되도록 구성되어 있다.

상기 마이크로 모터(18)는 작은 전력으로 안정된 동작을 하여 각종 통신기, 측정기, 자동제어장치 등에 통상적으로 사용되고 있는 공지된 마이크로 모터를 사용하게 된다.

상기 핸드피스(2)와 구동장치(15)를 연결하는 결합구(6)(20)는 통상의 임플란트 시술용 전동기구에 사용되던 결합구와 동일한 것으로, 각각 핸드피스(2)의 수 평전동축(4)의 후단부와 구동장치(15)에 설치된 주축(19a)에 고정설치되며, 상기 핸드피스(2)와 구동장치(15)의 결합시 핸드피스(2)의 결합공(3a)에 구동장치(15)의 결합가이드부(17)를 삽입한 후 결합구(6)의 홈부에 결합구(20)의 결합돌기가 삽입됨으로써 서로 결합되도록 형성된다.

상기와 같이 구성된 임플란트 시술용 전동기구의 작용관계를 설명하면 다음과 같다.

임플란트 시술용 전동기구(1)는 구동장치(15)의 결합가이드부(17)에 핸드피스(2)를 결합한 후 핸드피스(2)의 헤드부에 치과용 드릴을 장착한 다음 구동장치(15)의 전원스위치를 켜게 되면, 상기 구동장치(15)의 후단부에 연결되어 있는 도선(21)을 통해 마이크로 모터(18)에 전기가 공급되면서 강한 회전력을 발생시키게 된다.

이와 같이 발생된 강한 회전력은 마이크로 모터(18)의 주축(19a)으로부터 결합구(20)(6)를 통해 핸드피스(2)의 수평전동축(4)으로 전달된다.

상기 핸드피스(2)의 수평전동축(4)으로 전달된 회전력은 베벨기어(7)에 의해 연동되는 경사전동축(9)에 전달되고, 경사전동축(9)에 전달된 회전력은 다시 베벨기어(14)에 의해 연동되는 공구결합축(12)으로 전달되며, 이렇게 공구결합축(12)에 전달된 회전력은 최종적으로 공구결합축(12)에 삽입된 치과용 드릴을 회전시켜 턱뼈에 구멍을 내거나 인공치아고정체를 체결할 수 있게 된다.

한편, 종래의 임플란트 시술용 전동기구는 핸드피스(2)내에 설치된 베벨기어(7)(14)가 장시간 사용으로 마모되거나 다른 이유로 인하여 핸드피스(2)의 사용 수명이 다한 경우, 그 핸드피스(2)를 구동장치(15)로부터 분리한 다음 새로운 핸드피스(2)로 교체하여 사용하게 된다.

이와 같이 종래의 임플란트 시술용 전동기구는 치과용 드릴의 회전속도를 베벨기어를 통해 조절하게 되어 있어 1:1, 16:1, 20:1, 32:1, 64:1, 256:1 등의 기어비를 갖는 다양한 핸드피스를 보유해야 되고, 이로 인하여 유지 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 임플란트 시술 중 정전사고가 발생되는 경우 임플란트 시술용 전동기기를 사용할 수 없게 되어 의료사고가 발생되는 등의 문제점이 있었으며, 임플란트 시술에 필요한 정보를 표시하거나 관리하는 장치가 구비되어 있지 않아 시술하는데 불편함이 있고, 환자의 이력을 관리하는데 많은 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 임플란트 시술용 전동기기에서 마이크로 모터의 회전속도를 자유롭게 조절할 수 있도록 하여, 한 개의 핸드피스를 이용하고도 치과용 드릴(또는 드라이버)의 회전속도를 자유롭게 조절하여 사용할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 임플란트 시술용 전동기구에 백업용 전원회로를 구비하여 정전시에도 계속하여 임플란트 시술용 전동기구에 전원을 공급할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 임플란트 시술에 필요한 각종 정보를 표시하고, 데이터베이스를 이용하여 환자의 시술이력 관련 정보를 체계적으로 관리하는데 있다.

본 발명의 목적들은 앞에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래 설명에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

상용전원을 공급받아 시스템 각부에서 필요로 하는 전압을 공급하고, 전원 백업기능을 구비하여 정전시에도 계속적으로 전원을 공급하는 전원부;

다양한 듀티비의 펄스폭변조 제어신호를 이용하여 마이크로 모터의 회전속도를 다양하게 조절하여 한 개의 핸드피스를 이용하고도 치과용 드릴의 회전속도를 자유롭게 조절할 수 있도록 하는 메인 컨트롤 유닛;

상기 메인 컨트롤 유닛에서 출력되는 펄스폭변조 제어신호에 의해 동작하여 회전력을 발생하는 마이크로 모터;

상기 마이크로 모터와 드릴을 결합시키는 매개체 역할을 수행하는 핸드피스;

임플란트 시술시 상기 메인컨트롤 유닛의 제어를 받아 시술에 필요한 각종 정보를 실시간으로 디스플레이하는 표시장치;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 임플란트 시술용 전동기기에 관한 것이다.

상기 임플란트 시술용 전동기기에 있어서 상기 전원부는,

평상시 전원공급부에서 출력되는 전원을 충전하는 백업용 전원충전부;

평상시에는 상기 전원공급부에서 출력되는 전원을 선택하고 정전시에는 상기 백업용 전원충전부에서 출력되는 전원을 선택하여 출력하는 정전감지 및 전원절환부;

상기 정전감지 및 전원절환부에서 선택출력되는 전원을 임플란트 시술용 전동기구의 구동전원으로 전달하는 스위치부;

파워스위치 또는 중앙처리장치의 제어에 따라 상기 스위치부의 턴온동작을 제어하는 스위치 제어부;

상기 스위치부를 통해 상기 구동전원으로 출력되는 전압을 검출하여 상기 중앙처리장치에 전달하는 출력전압 검출부;

를 구비한다.

상기 전원부에 있어서 상기 정전감지 및 전원절환부는,

애노드가 상기 전원공급부의 출력단과 백업용 전원충전부의 출력단에 각기 접속되고, 이들의 캐소우드가 공통접속된 제1,2다이오드를 포함하여 구성한다.

상기 스위치부는 모스트랜지스터로 구성한다.

상기 스위치 제어부는,

애노드가 파워스위치의 타측단자와 중앙처리장치의 출력포트에 각기 접속된 제3,4 다이오드와;

베이스가 상기 제3,4다이오드의 캐소우드 공통접속점에 접속되고, 콜렉터가 상기 스위치부의 제어단자에 접속된 제2트랜지스터를 포함하여 구성한다.

상기 출력전압 검출부는 상기 스위치부를 통해 출력되는 전압을 소정 비율을 분압하여 출력하기 위해 직렬접속된 제3,4저항을 포함하여 구성한다.

또한, 상기 임플란트 시술용 전동기기에 있어서 상기 메인 컨트롤 유닛은,

사용자가 요구하는 회전속도에 상응되는 3상 펄스폭변조 제어신호를 출력하고, 후술할 위치신호 및 전류에 따라 그 3상 펄스폭변조 제어신호를 보상처리하는 중앙처리장치;

상기 3상 펄스폭변조 제어신호에 상응되는 듀티비의 펄스폭변조신호를 생성하여, 그에 상응되는 전력이 마이크로 모터에 공급되게 하는 PWM 전력제어부;

상기 마이크로 모터로부터 위치신호를 검출하여 상기 중앙처리장치에 전달하는 위치센서 및, 상기 PWM 전력제어부로부터 상기 마이크로 모터에 공급되는 전류를 검출하여 상기 중앙처리장치에 전달하는 전류센서;

로 구성한다.

상기 메인 컨트롤 유닛에 있어서 상기 중앙처리장치는,

상기 위치센서로부터 검출된 위치신호에 상응되는 속도에러값을 출력하는 스피드에러 연산부;

상기 전류센서로부터 검출된 전류량에 상응되는 토크 에러값을 출력하는 토크에러 연산부;

현재 출력되고 있는 속도지령값을 상기 스피드에러 연산부에서 출력되는 속도에러값으로 보상하여 출력하는 속도보상기;

현재 출력되고 있는 토크지령값을 상기 토크에러 연산부에서 출력되는 토크에러값으로 보상하여 출력하는 토크 보상기;

를 포함하여 구성한다.

바람직하게 상기 중앙처리장치는 사용자에 의해 요구된 핸드피스의 회전속도에 대응하여 펄스폭변조신호의 듀티비를 결정하기 위한 테이블을 구비한다.

또한, 상기 임플란트 시술용 전동기기에 있어서 상기 메인 컨트롤 유닛은 데이터베이스를 구비하여 환자별 시술자료를 의사별로 구분하여 관리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 임플란트 시술용 전동기기에 있어서 상기 마이크로 모터는 3상 브러시리스 모터로 구현하며, 300~40,000 RPM으로 동작하도록 한다.

또한, 상기 임플란트 시술용 전동기기에 있어서 상기 표시장치는 800×480 컬러 TFT 엘씨디로 구현하며, 임플란트 시술에 필요한 각종 정보를 실시간으로 표 시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 임플란트 시술용 전동기기에서 마이크로 모터의 회전속도를 자유롭게 조절할 수 있도록 하여, 한 개의 핸드피스를 이용하고도 치과용 드릴(또는 드라이버)의 회전속도를 자유롭게 조절하여 사용할 수 있게 되므로, 임플란트 시술용 전동기구의 유지관리비용이 절감되고, 보다 편리하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 임플란트 시술용 전동기구에 백업용 전원회로를 구비하여 정전시에도 계속하여 임플란트 시술용 전동기구에 전원을 공급할 수 있도록 함으로써, 정전에 관계없이 언제든지 사용할 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 임플란트 시술에 필요한 각종 정보를 표시하고, 환자의 시술이력 관련 정보를 관리함으로써, 시술에 도움을 주고 의료사고 등에 적절히 대응할 수 있게 되는 이점이 있다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a는 본 발명에 의한 임플란트 시술용 전동기기의 전체 블록도이고, 도 3b는 본 발명에 의한 임플란트 시술용 전동기기의 전체 구성도이다.

도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 임플란트 시술용 전동기기는 전원부(100)와, 풋스위치(200A)와, 메인 컨트롤 유닛(200)과, 마이크로 모터(300)와, 핸드피스(400)와, 표시장치(500)와, 주수장치(600)로 구성한다.

전원부(100)는 상용전원을 공급받아 시스템 각부에서 필요로 하는 전압을 공급하는데, 본 발명에 따라 전원 백업기능을 구비하여 정전시에도 자체적으로 전원을 공급하는 역할을 수행한다.

풋스위치(200A)는 시술자(의사)의 손동작을 원할하게 하기 위하여 발동작으로 메인컨트롤 유닛(200)을 제어하기 위한 스위치이다.

메인 컨트롤 유닛(200)은 다양한 듀티비의 펄스폭변조 제어신호를 이용하여 마이크로 모터(300)의 회전속도를 다양하게 조절하여 한 개의 핸드피스를 이용하고도 치과용 드릴의 회전속도를 자유롭게 조절할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

마이크로 모터(300)는 상기 메인 컨트롤 유닛(200)에서 출력되는 펄스폭변조 제어신호에 의해 동작하여 회전력을 발생한다. 이는 고속의 회전력과 높은 토크량을 얻기 위해 3상 브러시리스(BLDC) 모터로 구현하였으며, 300~40,000 RPM으로 동작한다.

핸드피스(400)는 상기 마이크로 모터(300)와 드릴을 결합시키는 매개체 역할을 수행하며, 토크의 힘을 증가시키기 위해 리덕션 기어를 구비한다.

임플란트 시술시 상기 메인컨트롤 유닛(200)에 의해 표시장치(500)에 시술에 필요한 각종 정보를 실시간으로 디스플레이하여 시술능력이 향상되도록 하였는데, 이 정보들에 대하여 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 본 실시예에서는 시술자의 시인성 확보를 위해 상기 표시장치(500)를 800×480 컬러 TFT LCD로 구현하였다.

스피드(speed)는 프로그램된 내용의 스피드와 실시간 마이크로 모터(300)의 회전속도를 표시한다.

토크(Torque)는 프로그램된 내용의 토크와 실시간 모터의 토크를 디스플레이 한다.

알람(Alarm)은 시술에 필요한 각종 알람 정보로서 사용자가 셋팅할 수 있으며, 설정된 값에서 벗어날 때 경고음을 출력하고, 경고음 자체를 on, off시킬 수 있다.

배터리(Battery)는 전원전압으로 기기가 작동될 때에는 배터리 충전상황을 표시하며, 정전시 충전용 배터리를 사용할 때 배터리 전원의 잔량을 표시하는 것으로, 시술자는 이를 근거로 전동기구의 동작 가능 시간을 예측할 수 있다.

주수량(Irrigation)은 치주 냉각을 위해 주입되는 물의 양을 표시하는 것으로, 사용자가 조정할 수 있다.

상용 전원(AC power)은 상용전원의 입력 여부를 표시하는 것으로, 정전시에는 표시가 사라진다.

프로그램 셋팅 메뉴(Program setting menu)는 장비 운용상 필요로 하는 모든 설정값을 변화시킬 수 있도록 하기 위해 표시되는 메뉴이다.

혈중산소 포화도(SpO2)는 임플란트 시술 중 환자의 안전을 위해 표시되는 항목으로서, 이 항목의 표시를 위해 혈중산소 포화도 측정기능을 추가하였다.

모터 방향(Motor direction)은 마이크로 모터(300)의 회전 방향을 나타내는 것으로, 정회전 시에는 녹색으로 표시하고, 역회전시에는 빨간색으로 표시한다. 또한, 마이크로 모터(300)의 실제 회전 속도에 따라 표시되는 회전속도를 변화시켜 시각적 효과가 상승되도록 하였다.

도 4b에 도시된 바와 같이 시술 스텝별 프로그램(Program 01......)은 시술에 필요한 스텝별 스피드, 토크, 주수량을 일목요연하게 나타낸 메뉴이다. 프로그램은 두 가지 형태로 구분하여 표현할 수 있다. 첫째는 제품의 제조회사에서 제공하는 자동모드로 사용자는 데이터를 조작할 수 없고, 오직 선택만 할 수 있다. 둘째는 사용자의 필요에 따라 내용을 설정 저장하여 시술할 수 있는 구동모드이다. 수동모드(Manual)의 화면 구성 요소로서 5 스텝의 스피드, 토크, 주수량을 10개의 프로그램으로 저장할 수 있다.

본 발명에서는 상기 메인 컨트롤 유닛(200)으로 하여금 환자별 시술자료를 데이터베이스화하여 관리하도록 하였다. 상기 데이터베이스에서는 환자의 시술자료를 의사별로 구분하여 관리하도록 하였다. 이렇게 함으로써, 시술 능력이 배양되고, 시술 사고분쟁이 발생될 때 분쟁해소의 자료로 활용할 수 있다. 도 4d는 상기 데이터베이스에 저장 관리되는 시술자료의 한 예를 나타낸 것이다.

주수장치(600)는 임플란트 시술시 치주에 발생되는 열을 식히기 위해 치주에 일정량의 물을 지속적으로 공급하는 역할을 수행한다.

도 5는 상기 메인 컨트롤 유닛(200)의 상세 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 중앙처리장치(210)와, PWM 전력제어부(220)와, 위치센서(230)와, 전류센서(240)로 구성한다.

중앙처리장치(210)는 사용자가 스위치 등을 조작하여 선택출력하는 회전속도에 상응되는 3상 펄스폭변조 제어신호를 PWM 전력제어부(220)에 출력한다.

상기 PWM 전력제어부(220)는 상기 3상 펄스폭변조 제어신호에 상응되는 듀티비의 펄스폭변조신호를 생성하고, 이에 의해 인버터부의 파워 스위칭 소자들이 스위칭되어 그에 상응되는 전력이 마이크로 모터(300)에 공급된다. 이에 따라, 상기 마이크로 모터(300)가 해당 속도로 회전된다. 상기 마이크로 모터(300)에서 발생되는 회전력이 전동축 및 베벨기어를 통해 핸드피스(400)에 전달되어 치과용 드릴이 해당 속도로 회전된다.

이때, 위치센서(230)는 상기 마이크로 모터(300)로부터 위치신호를 검출하여 상기 중앙처리장치(210)에 전달하고, 전류센서(240)는 상기 PWM 전력제어부(320)로부터 상기 마이크로 모터(300)에 공급되는 전류를 검출하여 상기 중앙처리장치(210)에 전달한다.

상기 중앙처리장치(210)는 상기 위치센서(230) 및 전류센서(240)를 통해 검출된 위치신호 및 전류에 따라 상기 3상 펄스폭변조 제어신호를 보상처리하여 상기 마이크로 모터(300)가 사용자에 의해 요구된 속도로 회전하게 된다.

도 6을 참조하여 상기 중앙처리장치(210)의 3상 펄스폭변조 제어신호의 보상처리과정에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 스피드 및 토크지령을 출력하여 상기 마이크로 모터(300)가 회전되기 시작한 후 스피드에러 연산부(211)는 상기 위치센서(230)로부터 검출된 위치신호에 상응되는 속도에러값을 출력하고, 토크에러 연산부(212)는 상기 전류센서(240)로부터 검출된 전류량에 상응되는 토크 에러값을 출력한다.

그리고, 속도보상기(213)는 현재 출력되고 있는 속도지령값을 상기 스피드에러 연산부(211)에서 출력되는 속도에러값으로 보상하여 출력한다. 토크 보상기(214)는 현재 출력되고 있는 토크지령값을 상기 토크에러 연산부(212)에서 출력되는 토크에러값으로 보상하여 출력한다. 이렇게 하여, 상기 토크 보상기(214)에서는 에러 보상된 3상 펄스폭변조 제어신호가 출력된다.

그런데, 상기 중앙처리장치(210)는 도 7에서와 같이 약 3000개 정도의 각기 다른 듀티비를 갖는 펄스폭변조신호를 사용하여 상기 마이크로 모터(300)의 회전속도를 다양하게 제어하므로, 한 개의 핸드피스를 이용하고도 치과용 드릴의 회전속도를 자유롭게 조절할 수 있게 된다.

예를 들어, 상기 마이크로 모터(300)의 최고 속도가 40,000RPM인 경우 상기 중앙처리장치(210)가 상기와 같이 3000개의 각기 다른 듀티비를 갖는 펄스폭변조신호를 사용하여, 1 Duty당 고정된 Duty에서 13.3RPM 단위로 회전속도를 변경하여 구동할 수 있다. 임플란트 시술 중 탭핑(Tapping)의 경우 적정 회전속도는 15~20RPM이 요구된다. 만약, 감속비율이 20:1인 한 개의 핸드피스를 고정 사용하는 경우, 메인 컨트롤 유니트에서 300RPM으로 출력한다면 핸드피스는 15RPM으로 회전하게 된다. 본 실시예에서 200~40,000RPM으로 속도를 가변할 수 있으므로 한 개의 핸드피 스를 사용하고도 원하는 회전속도를 얻을 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 중앙처리장치(210)는 사용자에 의해 요구된 핸드피스의 회전속도에 대응하여 펄스폭변조신호의 듀티비를 결정하기 위한 테이블을 구비하는 것이 바람직하다.

대형 병원의 경우, 정전에 대비하여 자체 발전설비를 보유하고 있으므로 임플란트 시술용 전동기구를 위해 별도로 백업용 전원회로를 구비할 필요가 없지만, 소형 병원의 경우 그와 같은 발전설비를 보유하고 있지 않으므로 정전 대비 백업업 전원회로를 필요로 하는데, 이에 대한 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 8은 본 발명에 의한 임플란트 시술용 전동기구의 백업용 전원회로의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 전원공급부(110)와, 백업용 전원충전부(120)와, 정전감지 및 전원절환부(130)와, 스위치부(140)와, 스위치 제어부(150)와, 출력전압 검출부(160)를 포함하여 전원부(100)를 구성한 것으로 이의 작용을 도 9를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

평상시 임플란트 시술용 전동기구를 사용하기 위해 파워스위치(SW1)를 누르면, 전원공급부(110)로부터 입력되는 전원(A/D Power)이 퓨즈(F1), 파워스위치(SW1) 및 다이오드(D3)를 통해 트랜지스터(Q2)의 베이스측에 전달된다. 이에 따라, 상기 트랜지스터(Q2)가 턴온되고, 이에 의해 스위치부(140)의 트랜지스터(MOS 트랜지스터)(Q1)의 게이트가 로우 상태가 되어 그 트랜지스터(Q1)가 턴온된다.

이에 따라, 한번의 스위치 온 동작으로 중앙처리를 동작시켜 상기 입력전 원(A/D Power)이 다이오드(D1) 및 상기 트랜지스터(Q1)를 통해 PWM 전력제어부(220) 측으로 전달되어 상기 설명에서와 같이 마이크로 모터(300)를 구동시킬 수 있게 되고, 이에 의해 핸드피스(400)가 회전되어 임플란트 시술을 할 수 있게 된다.

이때, 출력전압 검출부(160)는 상기 스위치부(140)를 통해 PWM 전력제어부(220) 측으로 출력되는 전압을 저항(R3),(R4)의 저항값 비율로 분배하여 그 분배 전압을 중앙처리장치(210)의 입력포트(PI)에 전달한다. 이에 대하여, 상기 중앙처리장치(210)는 출력포트(PO)를 통해 세트 온 전압을 지속적으로 출력하고, 이에 의해 상기 트랜지스터(Q2)가 계속 온 상태로 유지되며, 이에 의해 상기 트랜지스터(Q1)가 계속하여 온 상태로 유지된다. 따라서, 상기 입력전원(A/D Power)이 상기 경로를 통해 계속 PWM 전력제어부(220) 측으로 전달된다.

이와 같은 상태에서 상기 입력전원(A/D Power)이 상기 퓨즈(F1)를 통해 충전용 배터리(BT1)에 전달되어 충전된다. 상기 배터리(BT1)의 정극성 단자가 퓨즈(F2) 및 다이오드(D2)를 통해 직접 상기 트랜지스터(Q1)의 소오스에 접속되고, 저항(R1)을 통해서는 그 트랜지스터(Q1)의 게이트에 연결 모오스 트랜지스터(Q1의 바이어스 전압을 공급하고 있다. 다이오드 (D1)과 (D2)는 역전류의 흐름을 방지하는 용도로 사용되어 진다. 입력전원(A/D Power)을 이용한 제품 구동시 인가된 입력전원(A/D Power)은 제품을 구동 시킴과 동시에 배터리(BT1)을 충전 시킨다 이때 배터리(BT1)을 보호하기 위한 목적으로 일정 전류를 유지시켜야 한다. 다이오드(D1)의 목적은 배터리(BT1)동작 모드시 입력전원(A/D Power)측으로 흐를 수 있는 전류를 막기 위 함이고, 다이오드 (D2)의 목적은 다이오드(D1)을 통하여 배터리(BT1)로 흘러 들어올 수 있는 전류를 막기 위함이다. 만일 배터리(BT1)충전시 다이오드(D2)측을 통하여 제한되지 않은 전류가 유입 된다면 배터리(BT1)는 폭발하게 될 것이다.

배터리(BT1)의 전압은 입력전원(A/D Power)의 전압보다 낮게 설정되어 있어 입력전원(A/D Power)이 유입될 경우 배터리(BT1)의 전압은 방전되지 않으며 충전의 상태를 유지 한다.

만일 어떠한 이유로 인하여 정전이 발생되어 상기 입력전원(A/D Power)이 차단되어지면 상기 다이오드(D2)를 통하여 충전용 배터리(BT1)의 충전된 전원이 모오스 트랜지스터(Q1)의 소오스에 공급, 저항(R1)을 통한 바이어스 전압과 트랜지스터(Q2)의 동작으로 인하여 모오스 트랜지스터(Q1)은 계속 턴온 상태를 유지하며, 배터리(BT1)의 전압은 드레인을 통하여 PWM 전력제어부(320) 측으로 전달된다.

따라서, 정전이 발생된 상황에서도 상기 마이크로 모터(300)를 계속 구동시켜 임플란트 시술을 계속할 수 있게 된다.

이와 같은 상태에서도 상기 출력전압 검출부(160)는 상기 스위치부(140)를 통해 PWM 전력제어부(220) 측으로 출력되는 충전전압을 저항(R3),(R4)의 저항값 비율로 분배하여 그 분배 전압을 중앙처리장치(210)의 입력포트(PI)에 전달한다.

상기 출력전압 검출부(160)가 충전전압을 저항(R3),(R4)의 저항값 비율로 분배하여 중앙처리장치(210)으로 전송하는 주된 목적은 밧데리 모드에서 일정전압 이하로 밧데리의 방전을 막기 위함이다.

즉, 모든 리챠져블 밧데리는 밧데리 종지접압이라는 전기적 특성을 갖고 있 는데, 만일 밧데리 종지전압을 무시한 전압을 과도히 사용할 경우 최악의 순간에는 리챠져블 밧데리의 주된 용도(재충전, 재사용)로 사용될 수 없는 상황이 되기 때문에 이를 방지하기 위하여 상기 출력전압 검출부(160)에서 밧데리 전압 레벨을 검출하게 되는 것이며, 이를 이용하여 밧데리의 잔량을 확인할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 중앙처리장치(210)는 상기 출력전압 검출부(160)에 의해 검출된 충전전압의 레벨을 계속 체크하여 기 설정된 레벨 이하로 판명될 때 출력포트(PO)를 통해 출력하는 전압을 하이에서 로우로 절환한다. 이에 따라 상기 트랜지스터(Q1),(Q2)가 턴오프되어 임플란트 시술용 전동기구가 셧다운된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 종래의 임플란트 시술용 전동기구를 나타낸 측면도.

도 2는 종래의 임플란트 시술용 전동기구의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도.

도 3a은 본 발명에 의한 임플란트 시술용 전동기기의 블록도

도 3b는 본 발명에 의한 임플란트 시술용 전동기기의 전체구성도

도 4a 내지 도 4d는 임플란트 시술 관련정보의 표시 예시화면.

도 5는 본 발명에 의한 임플란트 시술용 전동기구의 마이크로 모터 제어장치의 블록도.

도 6은 도 5에서 중앙처리장치에 대한 상세 블록도.

도 7은 본 발명에 적용되는 듀티비의 가지수를 나타낸 그래프.

도 8은 본 발명에 의한 임플란트 시술용 전동기구의 백업용 전원회로의 블록도.

도 9는 본 발명에 의한 임플란트 시술용 전동기구의 백업용 전원회로도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

100 : 전원부 110 : 전원공급부

120 : 백업용 전원충전부 130 : 정전감지 및 전원절환부

140 : 스위치부 150 : 스위치 제어부

160 : 출력전압 검출부 200 : 메인 컨트롤 유닛

200A : 풋스위치 210 : 중앙처리장치

211 : 스피드 제어부 212 : 토크 제어부

213 : 속도보상기 214 : 토크보상기

220 : PWM 전력제어부 230 : 위치센서

240 : 전류센서 300 : 마이크로 모터

400 : 핸드피스 500 : 표시장치

600 : 주수장치

Claims (12)

1. 상용전원을 공급받아 시스템 각부에서 필요로 하는 전압을 공급하고, 전원 백업기능을 구비하여 정전시에도 계속적으로 전원을 공급하는 전원부;

   다양한 듀티비의 펄스폭변조 제어신호를 이용하여 마이크로 모터의 회전속도를 다양하게 조절하여 한 개의 핸드피스를 이용하고도 치과용 드릴의 회전속도를 자유롭게 조절할 수 있도록 하는 메인 컨트롤 유닛;

   상기 메인 컨트롤 유닛에서 출력되는 펄스폭변조 제어신호에 의해 동작하여 회전력을 발생하는 마이크로 모터; 및

   상기 마이크로 모터와 드릴을 결합시키는 매개체 역할을 수행하는 핸드피스; 및

   임플란트 시술 시 상기 메인컨트롤 유닛의 제어를 받아 시술에 필요한 각종 정보를 실시간으로 디스플레이하는 표시장치;

   를 포함하되,

   상기 메인 컨트롤 유닛은,

   사용자가 요구하는 회전속도에 상응되는 3상 펄스폭변조 제어신호를 출력하고, 후술할 위치신호 및 전류에 따라 그 3상 펄스폭변조 제어신호를 보상처리하는 중앙처리장치;

   상기 3상 펄스폭변조 제어신호에 상응되는 듀티비의 펄스폭변조신호를 생성하여, 그에 상응되는 전력이 마이크로 모터에 공급되게 하는 PWM 전력제어부; 및

   상기 마이크로 모터로부터 위치신호를 검출하여 상기 중앙처리장치에 전달하는 위치센서 및, 상기 PWM 전력제어부로부터 상기 마이크로 모터에 공급되는 전류를 검출하여 상기 중앙처리장치에 전달하는 전류센서;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트 시술용 전동기기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 중앙처리장치는,

   상기 위치센서로부터 검출된 위치신호에 상응되는 속도에러값을 출력하는 스피드에러 연산부;

   상기 전류센서로부터 검출된 전류량에 상응되는 토크 에러값을 출력하는 토크에러 연산부;

   현재 출력되고 있는 속도지령값을 상기 스피드에러 연산부에서 출력되는 속도에러값으로 보상하여 출력하는 속도보상기; 및

   현재 출력되고 있는 토크지령값을 상기 토크에러 연산부에서 출력되는 토크에러값으로 보상하여 출력하는 토크 보상기;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트 시술용 전동기기.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 중앙처리장치는,

   사용자에 의해 요구된 핸드피스의 회전속도에 대응하여 펄스폭변조신호의 듀티비를 결정하기 위한 테이블을 구비한 것을 특징으로 하는 임플란트 시술용 전동기기.
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