KR101725419B1 - 약물 주입을 위한 연동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 체내에 약물과 같은 액체를 주입하기 위한 연동장치에 관한 것이며, 약물의 역류를 방지하고 일정속도로 약물을 주입할 수 있는 연동장치에 관한 것으로서, 구동모터와, 상기 구동모터에 의해 신축 왕복운동을 하는 액츄에이터를 갖는 구동부와; 상기 액츄에이터의 신축운동에 따라 일 방향으로만 회전하는 래치기어와, 상기 래치기어의 회전축에 동축으로 결합하여 상기 래치기어와 함께 회전하는 구동기어를 갖는 동력전달부와; 상기 구동기어의 회전에 의해 회전하면서 약물관을 일방향으로 가압하는 연동캠을 갖는 연동부를 포함하는 약물 주입을 위한 연동장치를 제공한다.

Description

약물 주입을 위한 연동장치 {PERISTALTIC DEVICE FOR MEDICINE INJECTION}

본 발명은 체내에 약물과 같은 액체를 주입하기 위한 연동장치에 관한 것으로서, 약물의 역류를 방지하고 일정속도로 약물을 주입할 수 있는 연동장치에 관한 것이다.

이식용 약물 주입기에 이용되는 펌핑 장치는 환자의 체내에 이식되어 척수 또는 정맥 내로 일정한 약물을 공급하는 장치이다. 이러한 약물주입기는, 약물을 환자의 체내에 일정 속도로 주입시킬 필요가 있다. 예컨대, 환자의 상태나 약물의 성분에 따라 분당 수 마이크로리터의 속도로 극소량을 주입해야 하는 경우가 있을 수 있고, 분당 수밀리리터의 볼러스(bolus) 단위 주사량까지 약물 주입 속도는 제어될 필요가 있다.

약물을 펌핑하는 방식은 마이크로액츄에이터, 전기영동, 전기삼투압, 모세관 유동법 등 다양하게 사용될 수 있으나, 의사에 처방에 따라 정밀하게 약물 주입량을 제어하는 연동장치가 필요하다.

도 1 내지 도 3은 종래기술에 따른 연동장치의 일 예를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 연동장치는 구동모터(10)에 회전하는 구동축에 축합된 구동기어(12)와, 구동기어(12)에 치합되어 연동되는 종동기어(20) 및 종동기어(20)에 결합되어있는 감속기어(30)에 의해 구동기어(12)의 회전속도에 비례하는 속도로 감속되는 캠축(34) 및 캠축(34)에 축합되어 회전하는 캠(32)을 포함한다. 이 실시예에서 캠(32)은 편심운동하면서 탄력적인 재질로 이루어지며 약물이 통과하는 약물관(40)을 일정속도로 가압한다. 이 예에서 캠(32: 32a, 32b, 32c)과 약물관(40: 40a, 40b, 40c)은 세 개가 구비된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 캠(32)은 캠축(34)을 중심으로 편심회전하며, 캠축(34)에서 장반경 부분인 가압부(32)와 단반경 부분인 비가압부(32')로 이루어진다. 즉, 캠(32)의 회전시 장반경 부분인 가압부(32)가 약물관(40) 측으로 이동한 경우 가압부(32)가 약물관(40)을 누르고, 단반경 부분인 비가압부(32')는 약물관(40)을 누르지 않고 통과한다.

세 개의 캠(32a, 32b, 32c)는 각각 120도 간격으로 구비되므로 캠축(34)이 회전하면 약물관(40)이 캠에 의해 눌러지는 변위는 도 3과 같이 나타난다. 캠(32)은 약물관(40)을 회전하는 방향으로 가압하기 때문에, 캠의 회전속도를 조절하여 투약량을 설정한다.

그러나, 전술한 바와 같은 종래의 연동장치는 구동모터로서 회전모터를 사용하고, 회전모터의 회전축과, 기어축, 그리고 캠축을 통해 동력을 전달하므로 메커니즘이 복잡하다. 따라서 메커니즘이 단순하고 소형화된 형태의 연동장치가 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 액츄에이터를 이용하여 기어축을 회전시킴으로써, 모터의 구동축을 제거하여 소형화된 약물 주입을 위한 연동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 구동모터와, 상기 구동모터에 의해 신축 왕복운동을 하는 액츄에이터를 갖는 구동부와; 상기 액츄에이터의 신축운동에 따라 일 방향으로만 회전하는 래치기어와, 상기 래치기어의 회전축에 동축으로 결합하여 상기 래치기어와 함께 회전하는 구동기어를 갖는 동력전달부와; 상기 구동기어의 회전에 의해 회전하면서 약물관을 일방향으로 가압하는 연동캠을 갖는 연동부를 포함하는 약물 주입을 위한 연동장치를 제공한다.

상기 액츄에이터는, 상기 구동모터에 결합되어 직선왕복 운동하는 로드와; 상기 로드의 단부에 결합되며 상기 로드의 직선왕복운동에 따라 상기 래치기어의 기어치를 하나씩 밀어 회전시키는 클릭부재를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 클릭부재는, 상기 로드의 단부에 일단부가 회전가능하게 결합된 제1 클릭부재와 제2 클릭부재로 이루어진 집게부재이며, 상기 제 1 및 제2 클릭부재 각각의 일단부는 상기 로드의 단부에서 동일한 회전축에서 회전가능하게 결합하고, 상기 회전축에는 스프링이 구비되어 제1 및 제2 클릭부재의 타단부가 서로 가까워지는 방향으로 바이어스(bias)되는 것이 바람직하다.

상기 래치기어의 기어치는 일방향으로 경사진 형태의 치형을 갖고, 상기 제2클릭부재의 상기 타단부는 상기 래치기어의 치형에 대응하는 돌기를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 구동모터는 상기 액츄에이터를 직선 왕복운동 시킬 수 있는 삼투압펌프인 것이 바람직하다.

상기 동력전달부와 상기 연동부사이에 감속부를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 감속부는, 상기 구동기어와 치합되는 감속기어와; 상기 감속기어와 상기 연동캠이 함께 회전하도록 연결하는 회전축을 구비할 수 있다.

상기 감속기어는 함께 회전하는 감속기어회전축과 고정되고, 상기 감속기어회전축에는 회전부재가 구비되어 함께 회전하고, 상기 회전부재의 단부에 상기 연동캠이 하나 이상 장착되어 상기 회전부재가 회전하면서 그 단부에 장착된 상기 연동캠이 상기 약물관을 가압할 수 있다.

상기 연동캠은 상기 회전부재의 단부에 회전가능하게 결합될 수 있다.

전술한 바와 같이, 소형의 직선운동하는 액츄에이터를 이용하여 정확한 속도로 약물을 주입할 수 있으며 모터의 회전축이 제거될 수 있으므로 장치의 소형화가 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 약물 주입을 위한 연동장치의 일예를 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 연동장치에 사용되는 캠의 형상을 도시한 도면,
도 3은 도 1의 연동장치에 의해 약물관이 가압되는 정도를 도시한 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 약물 주입을 위한 연동장치를 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 약물 주입을 위한 연동장치의 액츄에이터를 도시한 사시도,
도 6는 본 발명에 따른 약물 주입을 위한 연동장치의 래치기어를 도시한 사시도,
도 7은 도 6의 래치기어와 치합되는 감속기어와 감속기어와 함께 회전하는 연동부를 도시한 단면도, 그리고
도 8은 도 7의 연동부에 가압되어 약물을 연동시키는 약물관을 도시한 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별이 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 따른 약물 주입을 위한 연동장치의 일 실시예는 구동모터(111)와 구동모터(111)에 의해 신축 왕복운동을 하는 액츄에이터(112)를 갖는 구동부(110)와; 액츄에이터(112)의 1회 신축운동에 따라 일정 방향으로으로 1클릭(본 명세서에서 해당 기어 치 하나의 단위)씩 회전하는 래치기어(122)와 래치기어(122)에 동축으로 연결된 구동기어(120)를 갖는 동력전달부와; 구동기어(120)와 치합되는 감속기어(130)와; 감속기어(130)에 동축으로 결합되어 함께 회전하면서 약물관(도시하지 않음)을 일방향으로 가압하는 연동캠(132)을 포함한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 구동모터(111)는 액츄에이터(112)를 직선 왕복운동 시킬 수 있는 동력원, 예컨대, 서보모터, 삼투압펌프, 솔레노이드 펌프이면 무방하다. 이 실시예에서는 구동모터(111)는 에너지 소모량과 사이즈를 고려하여 삼투압펌프를 사용하였다. 삼투압펌프의 상세 구성은 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

액츄에이터(112)는 구동모터(111)에 결합되는 로드(113)와 클릭부재(114, 115)를 포함한다. 클릭부재(114, 115)는 로드(113)의 단부에 회전가능하게 결합된 집게 형태 부재로서, 제1 클릭부재(114)와 제2 클릭부재(115)로 이루어진다. 제 1 및 제2 클릭부재(114, 115) 각각의 일단부는 동축에서 회전가능하게 결합한다. 따라서 각각의 타단부들이 회전에 의해 서로 멀어지거나 가까워질 수 있어서 집게와 같이 작동한다. 제1 및 제2 클릭부재(114, 115) 회전축에는 스프링(도시하지 않음)이 구비되어 제1 및 제2 클릭부재(114, 115)의 타단부가 서로 가까워지는 방향으로 바이어스(bias)되어 있다.

도 5 및 도 6을 참조하여 동력전달부의 작동과정을 설명한다.

전술한 제1 및 제2 클릭부재는 래치기어(122)와 동일 면상에 배치된다. 액츄에이터(112)의 1회 직선운동시 제1 및 제2 클릭부재(114, 115)는 래치기어의 기어치를 하나를 밀어낸다. 도 3에서 직선 화살표는 클릭부재의 이동 경로를 의미하며, 구동기어의 회전방향을 곡선의 화살표로 표시하였다.

래치기어(122)의 기어치는 일방향으로 경사진 형태의 치형을 갖는다. 제2 클릭부재(115)의 타단부는 래치기어(122)의 치형에 대응하는 돌기가 형성되어, 래치기어(122)의 치형 사이에 삽입될 수 있다. 따라서, 액츄에이터(112)의 운동에 의해 제1 및 제2 클릭부재(114, 115)의 타단부가 래치기어(122) 측으로 이동하면서 제2 클릭부재(115)의 돌기가 래치기어(122)의 치형에 맞물리며 래치기어(122)를 밀어낸다. 이때 제1 클릭부재(114)는 래치기어(122) 치의 경사를 타고 벌어지므로 래치기어(122)의 회전을 방해하지 않는다. 반대로, 액츄에이터(112)의 운동에 의해 제1 및 제2 클릭부재(114, 115)의 타단부가 래치기어(122)에서 멀어지는 방향으로 이동하면 제2 클릭부재(115)의 돌기가 래치기어(122)의 치의 경사를 타고 빠져나온다. 이때, 제2 클릭부재(115)와 래치기어(112)의 치형 경사부분의 마찰력에 의해 역방향 회전력이 발생하지만, 제1 클릭부재(114)와 래치기어(122)의 치형은 경사의 역방향으로 마찰하기 때문에 상기 마찰력을 상쇄하여 래치기어(122) 역방향 회전이 방지된다.

래치기어(122)는 래치기어회전축(121)에 래치기어베어링(124)으로 회전가능하게 결합되며, 래치기어(122)에 고정된 구동기어(120)는 래치부재(122)의 회전에 의해 함께 회전한다.

구동모터(111)에 의한 구동기어(120)의 회전속도가 약물관의 연동운동속도와 현저히 다른 경우에는 약물관의 연동운동속도를 정밀히 제어하기 위하여 회전속도를 변경할 필요가 있다. 이를 위해 구동기어(120)는 기어비가 다른 감속기어(130)와 치합된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 감속기어회전축(131)은 감속기어(130)에 고정되어 함께 회전한다. 하우징(134, 137)은 감속기어회전축(131)을 회전가능하게 지지하기 위한 베어링(133)을 구비한다. 회전축(131)에는 회전플레이트(136)와 회전부재(135)가 구비되어 함께 회전하고, 회전플레이트(136) 상에서 회전부재(135)의 단부에 복수개의 연동캠(132)이 장착된다. 한편, 하우징(134, 137)에는 약물관이 거치될 수 있는 트레이가 장착될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 약물관(140)은 연동캠(132)이 회전하면서 가압할 수 있도록 트레이(도시하지 않음)상에 일부가 고정된다. 회전부재(135)의 회전에 따라 연동캠은 화살표방향으로 약물관(140)을 가압하면서 회전한다. 따라서 약물(142)이 약물관(140) 내에서 짜지듯 유동한다. 연동캠(132)은 회전부재(135)에 회전가능하게 결합하여 연동캠(132)과 약물관(140)을 가압할 때 회전하면서 마찰을 최소화한다.

전술한 래치기어(122)와 제1 및 제2 클릭부재(114, 115)의 동작에 의해, 결과적으로 회전부재(135)는 일방향으로만 회전하고 역방향으로 회전하지 않기 때문에 약물(142)이 화살표 방향으로 유동하며 역류하지 않는다.

한편, 액츄에이터(112)의 속도를 조절하여 연동부재(132)가 약물관(140)을 가압하는 속도를 조절하여 약물의 투입량을 조절할 수 있다.

본 발명의 명세서 내에서 약물이라는 표현은 질병을 치료하기 위한 액체 약품만을 의미하는 것이 아니라, 치료용, 실험용, 검사용 등 용도를 한정하지 않고 사람의 인체에 주입되는 모든 액체를 포함하는 의미이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

110: 구동부 111: 구동모터
112: 액츄에이터 113: 로드
114: 제1 클릭부재 115: 제2 클릭부재
120: 구동기어 122: 래치기어
121: 래치기어회전축 130: 감속기어
131: 감속기어회전축 132: 연동캠
134, 137: 하우징 136: 회전플레이트
140: 약물관 142: 약물

Claims (10)

1. 구동모터와, 상기 구동모터에 의해 신축 왕복운동을 하는 액츄에이터를 갖는 구동부와;
   일방향으로 경사진 형태의 치형을 갖는 기어치를 가지고 상기 액츄에이터의 신축 왕복운동에 따라 일 방향으로만 회전하는 래치기어와, 상기 래치기어의 제1 회전축에 동축으로 결합하여 상기 래치기어와 함께 회전하는 구동기어를 갖는 동력전달부와;
   상기 구동기어의 회전에 의해 회전하면서 약물관을 일방향으로 가압하는 연동캠을 갖는 연동부를 포함하고,
   상기 액츄에이터는,
   상기 구동모터에 결합되어 직선왕복 운동하는 로드;
   상기 로드의 단부에 제2 회전축을 중심으로 일단부가 회전가능하게 결합되며 타단부는 상기 래치기어의 경사에 역방향으로 마찰력을 작용시키는 제1 클릭부재; 및
   상기 로드의 단부에 상기 제2 회전축을 중심으로 일단부가 회전가능하게 결합되며 타단부는 상기 래치기어의 치형에 대응하는 돌기를 구비하여 상기 로드의 직선왕복운동에 따라 상기 래치기어의 기어치를 하나씩 밀어 회전시키는 제2 클릭부재를 구비하며,
   상기 제2 회전축에는 스프링이 구비되어 제1 및 제2 클릭부재 각각의 타단부가 서로 가까워지는 방향으로 바이어스(bias)되는 약물 주입을 위한 연동장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 구동모터는 상기 액츄에이터를 직선 왕복운동 시킬 수 있는 삼투압펌프인 약물주입을 위한 연동장치.
7. 청구항 1 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 동력전달부와 상기 연동부 사이에 감속부를 더 포함하는 약물주입을 위한 연동장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 감속부는,
   상기 구동기어와 치합되는 감속기어와;
   상기 감속기어와 상기 연동캠이 함께 회전하도록 연결하는 회전축
   을 구비하는 약물주입을 위한 연동장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 감속기어는 함께 회전하는 감속기어회전축과 고정되고,
   상기 감속기어회전축에는 회전부재가 구비되어 함께 회전하고,
   상기 회전부재의 단부에 상기 연동캠이 하나 이상 장착되어 상기 회전부재가 회전하면서 그 단부에 장착된 상기 연동캠이 상기 약물관을 가압하는
   약물주입을 위한 연동장치.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 연동캠은 상기 회전부재의 단부에 회전가능하게 결합되는 약물주입을 위한 연동장치.

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