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KR102007526B1 - 압전소자 분극 방법 - Google Patents

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KR102007526B1
KR102007526B1 KR1020180167500A KR20180167500A KR102007526B1 KR 102007526 B1 KR102007526 B1 KR 102007526B1 KR 1020180167500 A KR1020180167500 A KR 1020180167500A KR 20180167500 A KR20180167500 A KR 20180167500A KR 102007526 B1 KR102007526 B1 KR 102007526B1
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이상민
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Abstract

압전소자 분극 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 초음파 트랜스듀서 내 압전소자를 분극시키는 방법에 있어서, 기 설정된 환경에서 압전소자에 기 설정된 크기의 DC 전원을 인가하는 인가과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자 분극 방법을 제공한다.

Description

압전소자 분극 방법{Method for Polarizing Piezoelectric Element}
본 발명은 압전소자를 분극시키는 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
장기(Organ) 또는 조직(Tissue)을 끊거나 절개하기 위해 종래에 외과용 메스를 사용해왔는데, 부정확한 시술에 의해 혈관손상에 의한 출혈이 동반되고 혈관 손상으로 인한 감염에 노출될 우려가 존재하였다. 또한, 별도의 봉합 과정이 필요하여 수술 시간이 증가하게 된다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해, 에너지를 이용한 수술 장치들이 개발되었다. 사용되는 에너지로 초음파 에너지, Radio Frequency(RF), 레이저, 플라즈마 등을 이용하는 수술 장치가 알려져 있다.
그 중 초음파 에너지를 이용한 초음파 수술 장치는 일반외과, 정형외과, 안과, 성형외과, 비뇨기과 또는 신경외과 등 다양한 수술분야에서 사용되는 수술 장비로서, 조직의 절개, 분열(Fragmentation), 절제(Ablation) 및 봉합 등의 기능을 수행한다.
초음파 수술 장치는 조직을 절단 및 봉합하기 위해 초음파 주파수에서 진동하는 블레이드(Blade)를 갖는 엔드 이펙터(End Effector)를 포함한다. 초음파 수술 장치는 전력을 초음파 진동으로 변환시키는 압전소자를 포함하고, 초음파 진동은 음향 도파관을 따라 블레이드 요소로 전달된다. 트리거의 동작으로 엔드 이펙터가 조직을 파지하거나 조직으로부터 분리되며, 전달되는 초음파 진동으로 절제 및 봉합을 수행한다.
이때, 압전소자는 최초 제작시 성질(예를 들어, 공진 주파수나 임피던스 등)과 핸드 피스 내 장착되어 기 설정된 기간 동안 동작된 이후의 성질이 가변된다. 압전소자의 성질 변화는 주로 압전소자의 외부에서 압전소자로 가해지는 스트레스에 기인한다. 압전소자는 볼트와 같은 고정소자에 의해 핸드 피스 내에 장착되는데, 이러한 고정소자는 어느 정도 압전소자에 압축력을 가하며 압전소자를 고정한다. 이는 압전소자의 동작 중에 압전소자로 과도한 인장력이 작용할 가능성이 존재하며, 과도한 인장력으로 인해 압전소자에 물리적인 (악)영향을 가하는 것을 방지하기 위함이다. 다만, 이처럼 고정소자가 압전소자로 압축력을 가하기 때문에, 압전소자의 성질은 최초 제작시 그것과는 상이해진다.
문제는 고정소자가 압전소자에 가하는 압축력이 각각 상이한 점에 있다. 핸드피스 제작과정에서 압전소자를 고정하기 위해 고정소자에 가해지는 토크는 매 핸드피스 제작과정마다 미세하게 달라질 수 있다. 이러한 미세한 변화는 결국, 매 압전소자마다 상이한 성질을 갖도록 하기 때문에, 핸드 피스 내 장착되어 기 설정된 기간 동안 동작된 압전소자의 최종 특성을 보장할 수 없는 문제를 야기한다. 이는 핸드피스와 전원장치 간 정합의 어려움을 불러일으킬 수 있다. 이에 따라, 전체적인 초음파 수술장치의 동작이 불안정해지고, 출력 효율이 떨어지며, 핸드피스의 성능 열화를 초래한다.
본 발명의 일 실시예는, 압전소자를 단시간 내 에이징시킴으로써, 압전소자의 특성을 미리 확인하고 압전소자의 에이징을 방지하는 고정소자 체결장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 초음파 트랜스듀서 내 압전소자를 분극시키는 방법에 있어서, 기 설정된 환경에서 압전소자에 기 설정된 크기의 DC 전원을 인가하는 인가과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자 분극 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 환경은 상기 압전소자의 큐리온도 이하의 온도를 갖는 환경인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 압전소자는 단결정 압전소자인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 압전소자는 상기 인가과정에 의해 공진 주파수 및 반공진 주파수가 가변하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 압전소자는 공진 주파수와 반공진 주파수의 대역이 좁아지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 초음파 트랜스듀서 내 진동자에 있어서, 기 설정된 크기의 DC 전원이 기 설정된 환경에서 인가되어 분극된 압전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동자를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 환경은 상기 압전소자의 큐리온도 이하의 온도를 갖는 환경인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 압전소자는 단결정 압전소자인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 압전소자는 상기 인가과정에 의해 공진 주파수 및 반공진 주파수가 가변하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 압전소자는 공진 주파수와 반공진 주파수의 대역이 좁아지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 압전소자를 단시간 내 에이징시킴으로써, 압전소자의 특성을 미리 확인하고 압전소자의 에이징을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 수술 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드 피스의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 압전소자가 최초 제작되었을 때의 내부 전기 쌍극자의 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 압전소자가 전원이 인가되었을 때의 내부 전기 쌍극자의 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 압전소자가 전원이 인가된 후의 내부 전기 쌍극자의 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 최초 제작되었을 때의 압전소자의 성질을 측정한 도면이다.
도 8은 분극된 후의 압전소자의 성질을 측정한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 압전소자를 분극시키는 방법을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정소자 체결 시스템을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 고정소자를 체결하는 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 수술 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 수술 장치(100)는 전원장치(Generator, 110), 핸드피스(120), 핸드 인스트루먼트(130), 샤프트 조립체(140), 엔드 이펙터(150) 및 핸들 조립체(160)를 포함한다.
전원장치(110)는 핸드피스(120)가 진동할 수 있도록 하는 전원을 공급한다.
핸드피스(120)는 전원장치(110)로부터 전원을 공급받아 진동 에너지를 생성하며, 초음파 진동을 샤프트 조립체(140)로 전달한다.
핸드피스(120)는 전원장치(110)로부터 전원을 공급받아 진동 에너지를 생성한다. 핸드피스(120)는 전기 에너지를 진동 에너지로, 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전 소자를 포함한다. 압전소자는 전원장치(110)로부터 공급되는 전원을 인가받아, 진동 에너지로 변환한다.
핸드 피스(120)는 생성된 초음파 진동을 샤프트 조립체(140)로 전달한다. 핸드 피스(120)는 핸드 인스트루먼트(130)로 결합되어 샤프트 조립체(140)와 연결된다. 핸드 피스(120)는 생성된 진동 에너지가 엔드 이펙터(150)까지 전달될 수 있도록, 샤프트 조립체(140)로 진동 에너지를 전달한다.
핸드 인스트루먼트(130)는 핸드피스(120) 및 샤프트 조립체(140)를 고정하며, 초음파 수술 장치(100) 내 각 구성의 동작을 제어한다.
핸드 인스트루먼트(130)는 핸드피스(120) 및 샤프트 조립체(140)를 고정한다. 핸드 인스트루먼트(130)는 핸드피스(120) 및 샤프트 조립체(140)의 삽입구를 구비하여, 핸드피스(120) 및 샤프트 조립체(140)가 핸드 인스트루먼트(130) 내부로 삽입될 수 있도록 한다. 핸드 인스트루먼트(130)는 삽입된 핸드피스(120) 및 샤프트 조립체(140)를 고정시키며, 핸드피스(120)에서 생성된 진동 에너지를 샤프트 조립체(140)로 전달하여, 진동에너지가 샤프트 조립체(140)를 거쳐 엔드 이펙터(150)까지 전달될 수 있도록 한다.
핸드 인스트루먼트(130)는 내부에 제어부(미도시)를 포함하여, 초음파 수술 장치(100) 내 각 구성의 동작을 제어한다. 핸드 인스트루먼트(130)는 사용자로부터 엔드 이펙터(150)의 동작 방법 등의 입력을 수신하는 입력부(미도시)를 구비하여, 제어부(미도시)는 사용자의 입력에 따라 각 구성의 동작을 제어한다. 예를 들어, 사용자의 입력이 엔드 이펙터를 이용하여 조직을 절개하도록 하는 입력인 경우, 제어부(미도시)는 전원장치(110)의 전원을 증가시켜 핸드 피스(120)에서 생성되는 진동 에너지량을 증가시킬 수 있다.
샤프트 조립체(140)는 핸드 인스트루먼트(130)로부터 전달되는 진동 에너지를 엔드 이펙터(150)로 전달한다. 샤프트 조립체(140)의 일 끝단은 엔드 이펙터(150)와 연결되고, 다른 일 끝단은 핸드 인스트루먼트(130)의 삽입구에 삽입되어 고정된다. 샤프트 조립체(140)는 핸드 인스트루먼트(130)에 고정되어, 핸드 인스트루먼트(130)로부터 전달되는 진동 에너지를 인가받으며, 인가받은 진동 에너지를 엔드 이펙터(150)로 전달한다. 이와 함께, 샤프트 조립체(140)는 핸드 인스트루먼트(130)의 삽입구 내에서 회전할 수 있으며, 회전함으로써 엔드 이펙터의 방향을 제어할 수 있다.
엔드 이펙터(150)는 조직을 파지하며, 전달받은 진동 에너지를 이용하여 조직을 절단하고 봉합한다. 엔드 이펙터(150)는 핸들 조립체(160)의 동작에 따라, 조직을 파지하거나 조직으로부터 멀어진다. 조직을 파지하고 있는 경우, 엔드 이펙터(150)는 전달되는 진동 에너지를 이용해 조직을 절단하고 봉합한다.
핸들 조립체(160)는 사용자가 초음파 수술장치(100)를 파지하고, 엔드 이펙터(150)의 동작을 제어할 수 있도록 한다. 핸들 조립체(160)는 사용자가 초음파 수술장치(100)를 파지할 수 있도록 하는 핸들부와 엔드 이펙터(150)의 파지 동작을 제어하는 트리거부를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드 피스의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자의 단면을 도시한 도면이다.
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드 피스(120)는 하우징(210)과 진동자(220)를 포함한다.
진동자(220)는 하우징(210) 내부에 배치되어, 전원장치로부터 인가되는 전원을 공급받아 진동한다.
진동자(220)는 고정소자(222), 테일 매스(Tail Mass, 224), 압전소자(226) 및 헤드 혼(Head Horn, 228)을 포함한다.
고정소자(222)는 압전소자(226)를 거쳐 헤드 혼(228)과 결합되어 압전소자(226)를 고정하며, 헤드 혼(228)으로 압전소자(226)의 진동에너지가 온전히 전달될 수 있도록 한다.
고정소자(222)는 압전소자(226)를 거쳐 헤드 혼(228)과 결합되기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, 압전소자(226)는 고정소자(222)와 헤드 혼(228)의 사이에서 고정된다. 고정소자(222)로 외부에서 토크가 작용함으로써, 고정소자(222)와 헤드 혼(228)은 결합될 수 있다.
이때, 고정소자(222)에 작용하는 토크에 의해, 고정소자(222)는 압전소자(226) 방향으로 힘을 가하게 되고, 고정소자(222)가 작용하는 힘의 반작용으로 헤드 혼(228)도 압전소자(226) 방향으로 같은 크기의 힘을 가한다. 압전소자(226)는 고정소자(222)에 의해 고정되나, 그와 동시에 고정소자(222)와 헤드 혼(228)에 의해 스트레스를 받는다. 분극이 완료되어 더 이상 압전소자의 성질에 변화가 일어나지 않기 전까지, 압전소자(226)에 작용하는 스트레스는 압전소자의 성질 변화를 유발한다. 압전소자의 성질에는 압전소자의 공진 주파수, 반공진 주파수 또는 임피던스를 포함한다. 압전소자의 성질변화는 압전소자가 다결정질이라면 크게 문제가 되지 않는다. 다결정 압전소자의 분극은 단시간(예를 들어, 수 시간) 내 완료되기 때문에, 압전소자의 성질변화에 유동적으로 대처할 수 있다. 그러나 단결정 압전소자의 분극은 통상적으로 수일에서 많게는 수십일까지 소모되기 때문에, 압전소자가 핸드피스내 장착되어 동작하면서도 지속적으로 성질이 변화하게 되어, 초음파 수술장치 내 다른 구성, 특히, 전원장치와의 정합에 어려움을 유발하고 있다.
압전소자(226)는 전원장치로부터 전원을 인가받아, 진동 에너지를 생성한다.
압전소자(226)는 단결정질 소재로 형성된다. 단결정질 소재의 압전소자는 다결정질 소재의 압전소자에 비해 압전상수가 수배 높은 장점을 갖는다. 이에 따라, 동일한 전력이 압전소자에 가해지더라도, 단결정질 소재의 압전소자의 진동변위가 커져 보다 우수한 성능을 가질 수 있다. 다만, 전술한 대로, 다결정 압전소자와 달리, 단결정 압전소자는 분극이 완료되어 더 이상 외부의 요인에 의해 성질변화가 일어나지 않기까지 상당한 시간이 소모된다. 이러한 특징에 따라, 최초 제작된 (단결정) 압전소자는 스트레스를 받으며 지속적으로 성질변화가 일어난다. 성질변화가 일어나는 과정과 성질변화의 결과는 도 4 내지 8에 도시되어 있다.
도 4는 압전소자가 최초 제작되었을 때의 내부 전기 쌍극자의 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 압전소자가 전원이 인가되었을 때의 내부 전기 쌍극자의 상태를 도시한 도면이며, 도 6은 압전소자가 전원이 인가된 후의 내부 전기 쌍극자의 상태를 도시한 도면이다.
도 4(a)는 최초 제작된 (단결정) 압전소자의 단면이며, 도 4(b)는 그것의 바이스 도메인(Weiss Domain) 상에서의 쌍극자의 상태를 도시한 도면이다. 최초 제작된 압전소자 내부에서 쌍극자들은 특정 방향성없이 무질서하게 배열되어 있다.
이때, 압전소자에 DC 전원이 인가될 경우, 각 쌍극자들은, 도 5에 도시된 바와 같이, 전원의 방향에 따라 정렬한다.
압전소자에 DC 전원의 인가가 중단된다 하더라도, 별도의 외부 스트레스가 없는 한, 압전소자 내 쌍극자들은 정렬한 방향을 대체로 유지한다. 그러나 외부 스트레스가 압전소자로 가해질 경우, 압전소자 내 쌍극자들의 정렬 방향은 가변한다. 쌍극자들의 정렬방향이 180˚변한다면, 압전소자의 성질변화는 최소가 되나, 쌍극자들의 정렬방향이 90˚변한다면, 압전소자의 성질은 상당히 변하게 된다. 예를 들어, 압전소자의 공진주파수가 커지거나, 반공진 주파수가 작아지거나, 임피던스가 가변한다.
전술한 대로, 압전소자는 고정소자에 의해 고정되는데, 고정되는 과정에서 압전소자로 스트레스가 가해진다. 이 때문에, 분극이 모두 완료되기 전까지, 압전소자의 성질변화는 지속적으로 발생한다. 이는 도 7 및 8에서 확인할 수 있다.
도 7은 최초 제작되었을 때의 압전소자의 성질을 측정한 도면이고, 도 8은 분극된 후의 압전소자의 성질을 측정한 도면이다.
도 7에는 최초 제작된 압전소자의 공진 주파수(710), 반공진 주파수(715)가 도시되어 있으며, 측정된 임피던스(720)값이 도시되어 있다. 임피던스(720)는 약 4Ω 정도가 측정된다.
반면, 수일 또는 수십일이 경과하여 분극이 모두 완료된 압전소자의 공진 주파수(810)는 상대적으로 커졌으며, 반공진 주파수(815)는 상대적으로 작아졌다. 이에 따라, 공진주파수와 반공진주파수 대역이 협대역으로 변하였다. 또한, 임피던스(820)는 약 5.7Ω 정도가 측정되어 임피던스가 가변한 것을 확인할 수 있다.
다시 도 2 및 3을 참조하면, 전술한 것처럼, 오랜시간 분극이 진행되며 압전소자의 성질이 변화함에 따라, 다른 구성(특히, 전원장치)와의 정합이 틀어져버리는 문제를 해소하고자, 압전소자(226)에 기 설정된 환경에서 기 설정된 크기의 DC전압이 인가되어 급속하게 분극이 진행된다. 기 설정된 환경은 압전소자(226) 또는 압전소자(226) 주변의 온도가 큐리온도(TC) 이하의 온도가 되도록 설정될 수 있다. 압전소자(226) 또는 압전소자(226) 주변의 온도가 (큐리온도 내에서) 상승할수록, 압전소자(226)의 분극효율은 상승하기 때문이다. 압전소자(226) 또는 압전소자(226) 주변의 온도가 큐리온도(TC) 이하의 온도가 되도록 가열하며, 압전소자(226)로 일정 크기의 DC 전압을 인가한다. 이때, 압전소자(226)에 인가되는 DC 전압의 크기는 다결정 압전소자의 그것보다 현저히 낮다. 단결정 재질로 구현되는 압전소자(226)는 1KV 내지 2KV만이 인가되면 되나, 다결정 압전소자는 3KV 내지 4KC가 인가되어야 하여 분극에 요구되는 전압은 2배 내지 3배 가량 차이가 난다. 이처럼, 기 설정된 크기의 DC 전압이 기 설정된 환경에서 압전소자(226)로 인가될 경우, 압전소자(226)의 분극은 수십분 내지 수시간 내에 이루어진다. 즉, 압전소자(226)의 분극이 완료되기 까지의 시간이 약 수십배에서 수백배까지 단축되는 장점을 갖는다. 이에 따라, 핸드피스 내에 배치되어 수일 내지 수십일 동안 동작할 때마다 조금씩 성질이 변하여 동작시마다 임피던스 매칭 및 주파수 매칭을 해야만 했던 종래의 압전소자와는 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자(226)는 단시간 내에 분극이 완료됨으로써 임피던스 매칭 및 주파수 매칭 등의 추가조정이 불필요한 장점을 갖는다.
헤드 혼(228)은 압전소자(226)의 진동에 따라 함께 진동하며, 핸드피스(120) 외부로 진동 에너지를 전달한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 압전소자를 분극시키는 방법을 도시한 순서도이다.
압전소자(226)에 DC 전극을 연결한다(S910). 압전소자(226)에 기 설정된 크기의 DC 전원을 인가하여 분극을 유도하기 위해, 압전소자(226)에 DC 전극을 연결한다.
기 설정된 환경에서 압전소자(226)에 기 설정된 크기의 DC 전원을 인가한다(S920). 큐리온도보다 낮은 온도만큼 압전소자(226) 또는 압전소자(226) 주변을 가열한 후, 압전소자(226)에 기 설정된 크기의 DC 전원을 인가한다. 이에 따라, 압전소자(226)가 단결정 재질로 구현되더라도, 분극은 수십분 내지 수시간 내에 이루어진다
도 9에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 9에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 9는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 9에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 초음파 수술장치
110: 전원장치
120: 핸드피스
130: 핸드 인스트루먼트
140: 샤프트 조립체
150: 엔드 이펙터
160: 핸들 조립체
210: 하우징
220: 진동자
222: 고정소자
224: 테일 매스
226: 압전소자
228: 헤드 혼

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  6. 고정소자, 압전소자 및 헤드 혼(Head Horn)을 포함하는 초음파 트랜스듀서 내 진동자에 있어서,
    테일 매스(Tail Mass);
    상기 압전소자를 거쳐 상기 헤드혼과 결합되어 상기 압전소자를 고정하며, 상기 헤드혼으로 상기 압전의 진동에너지가 전달될 수 있도록 하는 고정소자;
    기 설정된 크기의 DC 전원이 기 설정된 환경에서 인가되어 분극되어, 외부로부터 전원을 인가받아 진동에너지를 생성하는 압전소자; 및
    상기 압전소자의 진동에 따라 함께 진동하며, 외부로 진동 에너지를 전달하는 헤드 혼을 포함하며,
    상기 압전소자는 상기 고정소자와 상기 헤드 혼의 사이에 고정되고,
    상기 고정소자는 외부에서 작용하는 토크에 의해 압전소자 방향으로 힘을 가하고, 상기 고정소자가 작용하는 힘의 반작용으로 상기 헤드 혼도 압전소자 방향으로 동일한 크기의 힘을 가함으로써, 상기 압전소자는 상기 고정소자와 상기 헤드혼에 의해 스트레스를 받아, 분극이 완료되기 전까지 성질변화가 유발되며,
    상기 압전소자의 성질은 상기 압전소자의 공진 주파수, 반공진 주파수 또는 임피던스를 포함하며,
    분극이 완료되면, 상기 압전소자의 공진 주파수는 증가하고 상기 압전소자의 반공진 주파수는 감소하여 상기 압전소자의 공진 주파수와 반공진 주파수 대역이 협대역으로 변하고, 상기 압전소자의 임피던스는 증가하며,
    상기 압전소자는 단결정질 소재로 형성되며, 상기 기 설정된 크기의 DC 전원이 인가될 경우, 상기 압전소자 내 쌍극자들은 전원의 방향에 따라 정렬하고, 상기 압전소자로 외부 스트레스가 가해지면 상기 압전소자 내 쌍극자들의 정렬방향이 가변하며 상기 압전소자의 성질이 가변하게 되고,
    상기 압전소자의 분극은 상기 압전소자의 온도가 큐리온도 이하의 온도를 갖는 환경에서 다결정질 압전소자의 분극을 위해 인가되어야 할 DC 전압보다 상대적으로 낮은 전압이 상기 압전소자로 인가되어 진행됨으로써, 상기 압전소자의 분극이 기 설정된 시간 내에 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동자.
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