KR20240012844A - 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치에 관한 것으로, 원통형상으로 형성되며, 내부에 복수 개의 부품들이 장착되는 수용 공간이 형성된 본체와, 상기 본체의 전단에 체결되며, 피시술자의 피부와 직접 접촉되는 접촉패드를 포함하는 헤드부와, 상기 본체의 내부 수용공간에 장착되어, 상기 수용공간을 분할하는 격벽과, 상기 격벽의 전면에 전방으로 돌출되게 형성되는 지지로드와, 상기 지지로드의 전단에 고정되는 고정프레임과, 상기 고정프레임에 설치되는 압전모터와, 상기 압전모터에 연결되며 압전모터의 구동력을 전달받아 상기 본체의 길이방향을 따라 전후방으로 이동되는 압점위치부와, 초음파를 출력하는 것으로, 상기 압점위치부에 연결되어 상기 압점위치부가 이동됨에 따라 함께 전후방으로 이동되는 압전소자와, 상기 압점위치부의 상부에 결합되며 자기장을 발생하는 자석모듈과, 상기 본체 장착되며 상기 자석모듈에서 발생하는 자기장을 감지하는 홀센서 및 상기 본체에 장착되어 본체의 동작을 감지하는 6축 자이로센서를 포함하는 것으로, 본 발명에 따른 초음파 핸드피스 장치는 압전모터의 기전력에 의해 압전소자가 전후진하여 집속깊이가 조절되도록 함으로써 카트리지를 교체하지 않고 집속점 깊이를 조절하여 사용성이 향상된 현저한 효과가 있다.

Description

압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치 {Ultrasonic handpiece device}

본 발명은 압전 모터를 활용하여 집속점 깊이 조절이 가능하며, 자이로센서를 활용하여 사용자의 움직임이 일정시간 멈추면 출력을 정지하는 초음파 핸드피스 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하기는, 압전 모터의 유도 기전력을 활용하여 하나의 핸드피스로 피부 미용에 주로 사용되는 1.5mm, 3.0mm, 4.5mm, 6.0mm의 깊이의 집속이 가능하도록 압전 소자의 위치를 이송하고, 자이로 센서를 사용하여 핸드피스의 움직임이 일정시간 이상 감지되지 않으면 초음파 출력이 제한되도록 하여 사용자 부주의에 의해 발생되는 사고를 예방하는 초음파 핸드피스 장치에 관한 것이다.

피부 미용 기기 관련 시장이 지속 성장하고 있으며, 펜데믹 사태 이후 가정용 피부 미용기기에 관한 수요와 관심이 증대되고 있다.

일반적으로 집속 초음파 치료(high intensity focused ultrasound, HIFU)란, 고강도의 초음파 에너지를 한곳에 모을 때 초점에서 발생하는 65~100℃의 고열을 이용해 조직을 태워 없애는 시술이며, 진단할 때 사용하는 초음파의 세기보다 약 십만 배 정도 강한 초음파를 한곳에 집속시켜 초점 부위에서 열을 발생하는데 이는

볼록렌즈로 태양빛을 모으면 초점 부위에서 열이 발생하는 것과 비슷한 원리이다.

초음파 자체는 인체에 무해하고 초음파가 집중되는 초점에서만 열이 발생하므로 칼이나 바늘을 사용하지 않고 전신 마취가 필요 없이 몸속에 있는 병변을 치료할 수 있으며, 비 외과술로 암 치료 등에 사용되고 있으며, 피부 리프팅, 잡티 제거, 비만 치료 등 피부 치료에 널리 활용되고 있다.

그러나, 종래의 초음파 핸드피스 장치는 시술 횟수에 따라 압전소자가 소모되어 새로운 카트리지를 교체해야 하는 불편함이 있었다.

즉, 종래의 집속 초음파 미용기기는 미리 설정된 카트리지를 활용하여 단일 깊이에 초음파 에너지를 조사하고, 사용 깊이를 변경하고자 할 때는 카트리지를 교체하여야 하며, 시술자 또는 사용자의 부주의가 발생시 단일점에 과도한 에너지가 조사되어 피부에 화상이 발생하는 등의 문제점이 있다.

또한, 피시술자에 따라 시술에 필요한 깊이가 다르므로, 피시술자에 따라 필요한 카트리지를 각각 구비하고 있어야 하는 등 다수의 카트리지를 보유하고 있어야 하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보, 제10-1828747호 대한민국 등록특허공보, 제10-2118017호

본 발명은 이를 해결하고자 안출된 것으로 핸드피스 내 압전 모터의 유도 기전력을 활용하여 압전 소자의 위치를 이송시킴으로써 하나의 핸드피스로 다양한 깊이의 집속이 가능한 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 본체에 6축 자이로 센서를 장착하고, 6축 자이로 센서에서 감지된 본체의 모션 변이량을 토대로 핸드피스의 움직임 없는 상태가 일정시간을 초과할 경우 초음파 출력을 제한하여 안전사고를 방지하는 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치에 관한 것으로, 원통형상으로 형성되며, 내부에 복수 개의 부품들이 장착되는 수용 공간이 형성된 본체와, 상기 본체의 전단에 체결되며, 피시술자의 피부와 직접 접촉되는 접촉패드를 포함하는 헤드부와, 상기 본체의 내부 수용공간에 장착되어, 상기 수용공간을 분할하는 격벽과, 상기 격벽의 전면에 전방으로 돌출되게 형성되는 지지로드와, 상기 지지로드의 전단에 고정되는 고정프레임과, 상기 고정프레임에 설치되는 압전모터와, 상기 압전모터에 연결되며 압전모터의 구동력을 전달받아 상기 본체의 길이방향을 따라 전후방으로 이동되는 압점위치부와, 초음파를 출력하는 것으로, 상기 압점위치부에 연결되어 상기 압점위치부가 이동됨에 따라 함께 전후방으로 이동되는 압전소자와, 상기 압점위치부의 상부에 결합되며 자기장을 발생하는 자석모듈과, 상기 본체 장착되며 상기 자석모듈에서 발생하는 자기장을 감지하는 홀센서 및 상기 본체에 장착되어 본체의 동작을 감지하는 6축 자이로센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정프레임은, 상기 압전모터가 결합되는 제1 구동프레임, 상기 제1 구동프레임의 후단에 장착되어 압전모터를 보호하는 탑커버, 제1 구동프레임의 전방에 이격되게 배치되며 중심에 홀이 형성되어 구동모터와 연결된 샤프트의 끝단을 지지하는 제2 구동프레임, 양끝단부가 상기 제1 구동프레임과 제2 구동프레임의 상단에 결합되어 상기 제1 구동프레임과 제2 구동프레임을 연결하는 연결프레임, 상기 연결프레임 상면에 연결프레임의 길이방향을 따라 장공으로 형성된 위치이동홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치는, 상기 6축 자이로센서로부터 전송되는 본체의 움직임이 기설정된 정지 범위에 속할 경우, 초음파가 출력되지 않도록 하고, 상기 6축 자이로센서로부터 전송되는 본체의 움직임이 기설정된 이동범위에 속할 경우, 초음파가 출력되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 6축 자이로 센서에서 감지된 핸드피스 본체의 모션 변이량을 토대로 핸드피스가 기설정된 시간이상으로 정지된 상태에서는 초음파 출력을 제한하여 안전사고를 방지하는 현저한 효과가 있다.

따라서 본 발명에 따른 초음파 핸드피스 장치는 압전모터의 기전력에 의해 압전소자가 전후진하여 집속깊이가 조절되도록 함으로써 카트리지를 교체하지 않고 집속점 깊이를 조절하여 사용성이 향상된 현저한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 압전구동부의 확대 사시도이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일례에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 초음파 핸드피스 장치(100)는 피부에 직접 접촉되어 피부에 초음파를 전달하기 위한 장비이다.

도 1은 본 발명에 따른 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치의 단면도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 핸드피스 장치(100)는, 본체(120), 상기 본체 내부에 장착되어 집속점 깊이를 조절하는 압전구동부(140), 상기 본체의 전단에 체결되며 피시술자의 피부와 직접 접촉되는 헤드부(160)를 포함한다.

먼저, 상기 본체(120)는, 본 발명에 따른 핸드피스 장치의 외관을 구성하는 요소이다.

상기 본체(120)는 원통형상으로 형성되며, 내부에 복수 개의 부품들이 장착되는 공간부가 형성된 수용부(부호미표시)가 형성된다.

상기 본체(120)는 시술자가 손으로 잡기 편리하도록 적당한 직경을 가지는 원통형상으로 형성되며, 그립감 향상을 위해 곡면으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 본체(120)의 외주면 일측에는 고주파 발생장치를 작동시키는 스위치(122)가 구비된다.

상기 스위치(122)는 후술할 압전구동부(140)와 전기적으로 연결된 PCB 기판(124)과 연결되는 것으로, 시술자는 상기 스위치를 조작하여 고주파 발생장치의 고주파신호의 주파수를 제어하고 피시술자의 시술 목적에 따라 고주파의 집속점 높이를 설정할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 PCB 기판의 상면에 덮개(121)를 장착하여, PCB 기판이 외부에 노출되지 않도록 한다.

그리고 상기 본체의 후단측 내부 공간부에는 압전구동부에서 초음파가 출력되는데 필요한 전기에너지를 제공하는 리튬이온 배터리가 장착될 수 있으며, 상기 본체에는 상기 리튬이온 배터리와 연결되는 충전 단자가 마련되어 충전 단자를 통해 유무선충전이 가능하도록 마련되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 본체의 내부에는 본체 내부 공간부가 분할되도록 수직방향으로 격벽(126)이 장착된다.

상기 격벽에 의해 분할된 하나의 공간부에는 압전구동부가 장착되며, 상기의 공간부에는 압전구동부와 함께 후술할 압전구동부의 구성들이 과열되지 않도록 하는 유체(냉각수)가 함께 수용된다.

상기 압전구동부(140)는 본체(120) 내부 공간부에 설치되되, 유체에 잠기도록 설치되어, 유체에 의해 후술할 압전소자(144)에서 발생하는 열이 효과적으로 냉각되도록 한다.

덧붙여, 상기 격벽(126)에는 압전구동부(140)를 헤드부(160)측 방향으로 지지하는 지지로드(127)가 장착된다.

상기 지지로드(127)는 소정의 길이를 가지는 막대형상으로 형성되며, 상기 격벽에 대해 직교하는 방향으로 장착되어, 상기 압전구동부가 헤드부측으로 가압되도록 한다.

이어서, 도 3은 본 발명에 따른 압전구동부의 사시도이다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 압전구동부(140)는, 고정프레임(141), 압전모터(M), 샤프트(S), 압점위치부(142), 브릿지가이드(143), 압전소자(144), 자석모듈(145)을 포함한다.

상기 고정프레임(141)은 상기 지지로드(127)의 전단에 고정되는 요소이다.

상기 고정프레임은 본체 내부에 삽입되며, 상기 압전구동부가 본체 내부에 안정적으로 고정되도록 하는 요소이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고정프레임은, 압전모터가 결합되는 제1 구동프레임(42), 제1 구동프레임의 후단에 장착되어 압전모터를 보호하는 탑커버(41), 제1 구동프레임의 전방에 이격되게 배치되며 중심에 홀이 형성되어 압전모터와 연결된 샤프트(S)의 끝단을 지지하는 제2 구동프레임(44), 상기 제1 구동프레임과 제2 구동프레임의 상단에 양끝단이 결합되어 상기 제1 구동프레임과 제2 구동프레임을 연결하는 연결프레임(46), 연결프레임 상면에 연결프레임의 길이방향을 따라 장공으로 형성된 위치이동홀(48)을 포함한다.

상기 제1 구동프레임(42)은 압전모터를 지지하기 위한 요소이며, 압전모터의 결합 위치에 따라 상기 제1 구동프레임에도 샤프트가 관통하는 관통구가 형성될 수 있다.

상기 탑커버(41)는 제1 구동프레임의 후단에 장착되어 압전모터를 보호하며, 제1 구동프레임에 결합되는 탑커버의 일면에는 실링(sealing)부재가 장착된다.

상기 제2 구동프레임(44)은 샤프트의 끝단을 지지하여 샤프트가 수직을 유지할 수 있도록 하는 요소이다. 상기 제2 구동프레임의 중앙부에는 샤프트가 관통되는 관통구가 형성되며, 상기 샤프트의 회전력이 제2 구동프레임에 전달되지 않도록 마련된다.

상기 연결프레임(46)은, 상기 제1 구동프레임과 제2 구동프레임을 연결하여 제1, 2 구동프레임을 보강하는 요소이다. 상기 연결프레임의 상면에는 상기 연결프레임의 길이방향을 따라 장공의 위치이동홀(48)이 형성된다.

상기 위치이동홀(48)은 후술할 자석모듈(145)의 이동을 가이드하기 위한 요소인 것으로, 상기 자석모듈은 위치이동홀의 형상을 따라 전후방으로 이송 가능하게 마련된다.

덧붙여, 상기 고정프레임의 외주면에는 소정의 돌기(부호미표시)가 형성되고, 상기 돌기와 대응되는 본체의 내주면에는 걸림턱이 형성되며, 이로 인해 상기 압전구동부는 본체에 걸려 밀착 고정된다.

또한, 고정프레임의 하부에는 키홀이 형성되고, 이와 대응되는 본체의 하면에는 키가 형성되며, 상기 키홀과 키가 암수 결합됨에 따라 상기 고정프레임은 본체에 안정적으로 체결된다.

상기 압전모터(M)는 고정프레임 일측에 결합되며 집속점의 높이에 따라 압전소자(144)의 위치를 전후방으로 이동시키는 요소이다. 상기 압전모터(M)는 제1 구동프레임에 설치되고, 상기 압전모터의 전방에는 압전모터의 기전력에 의해 전후방으로 이송되는 샤프트(S)가 결합된다.

상기 압점위치부(142)는, 상기 샤프트(S)를 관통하도록 결합되며 상기 샤프트와 함께 전후방으로 이동한다.

덧붙여, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 구동프레임과 제2 구동프레임 사이공간에는 하나 이상의 레일(R)이 설치되고, 상기 압점위치부는 상기 레일에 의해 전후방으로의 이동이 가이드되도록 마련된다.

이어서, 상기 압점위치부의 상부에는 자기장을 발생하는 자석모듈(145)이 고정된다.

상기 자석모듈은 압점위치부가 샤프트의 길이방향을 따라 전후방으로 이동되면, 위치이동홀의 길이방향을 따라 전후방으로 이동하도록 마련된다.

상기 자석모듈은 상기 위치이동홀을 전후방향으로 이동하면서 자기장을 발생하며, PCB 기판의 저면에는 복수 개의 홀센서가 소정의 간격으로 장착되어 자석모듈의 위치를 감지할 수 있도록 마련된다. 이때, 홀센서의 간격은 설계에 따라 유동적으로 바뀔 수 있으며 홀센서의 간격을 한정하지 않는다.

그리고 상기 자석모듈에는 자석의 녹을 방지하기 위해 실리콘이 본딩(bonding)된다.

덧붙여, 상기 압점위치부(142)의 전면에는 샤프트와 나란하게 브릿지가이드(143)가 장착된다.

상기 브릿지가이드(143)는 길이부재인 것으로, 상기 압점위치부의 전면에 전방으로 길게 체결되며, 상기 브릿지가이드의 끝단에는 압전소자(144)가 배치된다.

상기 압전소자(144)는 고주파 신호에 따라 초음파를 출력하는 요소이다.

상기 압전소자는 상기 압전모터가 구동됨에 따라 전후진하도록 마련되는 것으로, 상기 압전소자(초음파 진동자)는 압전모터에 의해 헤드부(160)의 접촉패드(162)에 가까워지거나 멀어짐에 따라 집속깊이를 조절하는 효과를 가진다.

한편, 상기 본체(120)의 전단에는 헤드부(160)가 장착된다.

상기 헤드부는 본체의 전단에 나사결합되도록 마련되며, 상기 본체의 전단 외주연과 헤드부의 후단측 내주연에는 각각 나선면이 형성된다.

상기 헤드부의 전단에는 피시술자의 피부에 접촉되는 접촉패드(162)가 장착된다. 상기 접촉패드는 피시술자의 피부에 접촉되는 요소이며, 상기 압전구동부에서 발생된 초음파를 피시술자의 피부에 전달하는 역할을 한다.

아울러, 상기 본체와 헤드부가 기밀되기 위해 상기 본체와 헤드부 사이에는 금속재질의 부싱, 와셔, 오링 등이 장착되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 본체(또는 헤드부)에는 상기 본체의 가속도 및 각속도를 측정하는 6축 자이로센서를 장착하여 본체의 움직임이 감지되도록 하였으며, 상기 6축 자이로센서를 통해 측정된 값은 I2C(Inter Integrated Circuit) 통신을 이용하여 제어부로 전송된다.

상기 제어부는, 상기 본체의 스위치를 통해 입력된 입력값 및 상기 6축 자이로센서를 통해 수신된 본체의 모션 변이량값을 토대로 제어부의 마이컴에 프로그램화되어 기설정된 제어정보와 비교하여 상기 압전소자에서 출력되는 초음파 전류를 제어하는 요소이다.

또한, 본 발명의 제어부는 본체가 이동하는 동안에만 초음파가 발생되도록 하여, 핸드피스가 정지된 상태에서 초음파가 발생됨에 따라 피부의 어느 한 부분에 집중적으로 초음파가 출력되는 것을 방지한다.

상기 제어부는, 상기 6축 자이로센서로부터 수신된 측정값에 의해 본체가 정지했다고 판단되면 압전소자에서 전류가 출력되지 않도록 하고, 본체가 이동상태인 것으로 판단되면 압전소자에서 전류가 출력되도록 한다.

또한, 상기 제어부는 6축 자이로센서에 의해 감지되는 본체의 이동속도에 따라 초음파 전류의 출력이 자동 조절되도록 한다.

본체가 기설정된 속도보다 빠르게 이동되는 경우에는 초음파 전류의 출력을 증가시키고, 본체가 기설정된 속도보다 느리게 이동되는 경우에는 초음파 전류의 출력을 감소시켜 피부에 초음파 전류량이 일정하게 방출되도록 하는 것이다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 초음파 핸드피스 장치
120: 본체
121: 덮개
122: 스위치
124: PCB 기판
126: 격벽
127: 지지로드
140: 압전구동부
141: 고정프레임
41: 탑커버
42: 제1 구동프레임
44: 제2 구동프레임
46: 연결프레임
48: 위치이동홀
142: 압점위치부
143: 브릿지가이드
144: 압전소자
145: 자석모듈
160: 헤드부
162: 접촉패드
M: 압전모터
S: 샤프트
R: 가이드레일

Claims (2)

1. 원통형상으로 형성되며, 내부에 복수 개의 부품들이 장착되는 수용 공간이 형성된 본체;
   상기 본체의 전단에 체결되며, 피시술자의 피부와 직접 접촉되는 접촉패드를 포함하는 헤드부;
   상기 본체의 내부 수용공간에 장착되어, 상기 수용공간을 분할하는 격벽;
   상기 격벽의 전면에 전방으로 돌출되게 형성되는 지지로드;
   상기 지지로드의 전단에 고정되는 고정프레임;
   상기 고정프레임에 설치되는 압전모터;
   상기 압전모터에 연결되며 압전모터의 구동력을 전달받아 상기 본체의 길이방향을 따라 전후방으로 이동되는 압점위치부;
   초음파를 출력하는 것으로, 상기 압점위치부에 연결되어 상기 압점위치부가 이동됨에 따라 함께 전후방으로 이동되는 압전소자;
   상기 압점위치부의 상부에 결합되며 자기장을 발생하는 자석모듈;
   상기 본체 장착되며 상기 자석모듈에서 발생하는 자기장을 감지하는 홀센서; 및
   상기 본체에 장착되어 본체의 동작을 감지하는 6축 자이로센서;를 포함하되,
   상기 고정프레임은,
   상기 압전모터가 결합되는 제1 구동프레임,
   상기 제1 구동프레임의 후단에 장착되어 압전모터를 보호하는 탑커버,
   제1 구동프레임의 전방에 이격되게 배치되며 중심에 홀이 형성되어 구동모터와 연결된 샤프트의 끝단을 지지하는 제2 구동프레임,
   양끝단부가 상기 제1 구동프레임과 제2 구동프레임의 상단에 결합되어 상기 제1 구동프레임과 제2 구동프레임을 연결하는 연결프레임,
   상기 연결프레임 상면에 연결프레임의 길이방향을 따라 장공으로 형성된 위치이동홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치는,
   상기 6축 자이로센서로부터 전송되는 본체의 움직임이 기설정된 정지 범위에 속할 경우, 초음파가 출력되지 않도록 하고,
   상기 6축 자이로센서로부터 전송되는 본체의 움직임이 기설정된 이동범위에 속할 경우, 초음파가 출력되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 모터와 자이로센서를 활용한 집속점 변경 고강도 집속 초음파 핸드피스 장치.