[논문]의료용 가이드 와이어의 테프론 코팅 장치 개발

최정주

doi:10.5762/kais.2018.19.11.344

의료용 가이드 와이어의 테프론 코팅 장치 개발
Development of Teflon Coating Equipment Used in Medical Treatment 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.19 no.11, 2018년, pp.344 - 349

초록
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본 논문은 의료용 시술에 사용되는 가이드 와이어의 테프론 코팅 장치의 주요 설계변수 설정방법에 대해 제안하였다. 제안된 장치는 가이드 와이어가 코팅 및 열처리 등을 연속적으로 수행하는 릴투릴(Reel to reel)방식으로 진행되도록 제작되었다. 이때 이송되는 가이드 와이어는 롤러 사이에서 진동을 하게 되고 이는 코팅 품질에 영향을 주게 된다. 따라서 본 논문에서는 길이방향으로 이송되는 가이드 와이어의 동역학 식을 제안하고 이를 바탕으로 이송 시 가이드 와이어의 진동 진폭이 최소화 될 수 있는 이송 속도 및 와이어를 지지하는 롤러의 간격을 설계하였다. 제안된 방법에 의해 제작된 코팅 장치를 바탕으로 의료용 가이드 와이어의 테프론 코팅을 진행하였다. 본 연구에서는 가이드 와이어의 코팅 두께 목표를 원주방향으로 $10{\mu}m$ 이내로 제작될 수 있도록 설정하였고 광학현미경을 사용하여 그 결과를 검토하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a method of designing the main parameters of the Teflon coating equipment of a guide wire used in medical treatment. The proposed device was designed to be guided by a reel-to-reel method in which the guide wire performs all processes continuously, such as Teflon coating and heat treatment. At this time, the conveyed guide wire vibrates between the rollers, which affects the quality of the coating. Therefore, this paper proposes a dynamic equation of the guide wire to be transported in the longitudinal direction, and design parameters setting method of the feed speed and the interval of the roller supporting the wire is proposed to minimize the vibration amplitude of the guide wire during transport. The Teflon coating of the medical guide wire was carried out based on the developed coating equipment. The target coating thickness of the guide wire was set to less than $10{\mu}m$ in the circumferential direction, and the results were examined by optical microscopy.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Structure of core and guide wire
그림 Fig. 2. Concept design for the proposed coating equipment
그림 Fig. 3. Tension control unit
그림 Fig. 4. Teflon coating equipment
그림 Fig. 5. Heat treatment device
그림 Fig. 6. Schematic diagram of axially moving wire
그림 Fig. 7. Vibration according to time
그림 Fig. 8. Maximum variation of axially moving wire
표 Table 1. Estimated parameters for vibration
그림 Fig. 9. Vibration properties
그림 Fig. 10. Determine the design parameters
그림 Fig. 11. Thickness of coated wire

AI 본문요약
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문제 정의

제작된 코팅 장치는 연속적으로 공정이 이루어지므로 와이어의 이송에 따라 진동이 발생하게 되고 이는 코팅 품질에 영향을 미치게 된다. 따라서 본 논문에서는 제안된 코팅 장치의 진동을 최소화 할 수 있는 방안을 제안하였다. 이를 위해 진동에 영향을 미치는 주요 변수를 처짐 방지 및 이송을 돕기 위해 장착한 롤러(Roller)사이의 거리와 와이어의 이송 속도로 선정하였다
따라서 본 논문에서는 테프론 코팅의 두께가 4.0 ∼10.0µm이하의 극박막 테프론 코팅이 가능한 릴투릴(Reel-to-reel) 코팅 장치 개발에 대하여 연구하였다.
이동 현의 수학적 모델링에 근거하여 적응제어기와 최적제어기의 적용 또한 제안되었다[7,8]. 본 논문에서는 가이드 와이어의 코팅 성능 향상을 위해 가이드 와이어를 이동하는 현으로 간주 하고 이를 무차원화된 분포매개변수 시스템으로 고려하여 그 동특성을 파악하였다. 이를 바탕으로 이송 중 발생하는 와이어의 진동 진폭에 영향을 미치는 주요변수를 와이어의 이송 속도와 롤과 롤 사이의 거리로 간주하여 진동이 최소화 될 수 있는 설계 변수를 선정하여 릴투릴 코팅 장치를 제작하였다.
의료용 가이드 와이어는 시술용으로 사용하기 위해 테프론 코팅을 한다. 이러한 테프론 코팅을 위해 본 논문에서는 릴투릴 방식의 테프론 코팅 장치를 제안하였다. 제안된 장치의 주요 설계변수를 결정하기 위해 축 방향으로 이송되는 가이드 와이어의 운동 방정식을 고려하였다.

가설 설정

8의 해석 결과는 Eq. (8)의 함수로 가정하여 응답시간과 진동의 감쇠정도를 추정하였다.
(7)과 같이 차분화된 시스템에 대하여 코팅 장치의 주요 설계 변수인 롤러간 거리와 이송 속도를 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 바탕으로 선정하였다. 시뮬레이션을 위해 초기 와이어는 최대 1mm 처짐을 가지는 것으로 가정하였다. 또한 코팅 장치의 설계 변수인 롤러와 롤러사이 거리 와 이송 속도는 700~1300mm 와 15~35m/min 구간에 대해 3레벨 수준으로 나누어 수행하였다.

제안 방법

Eq. (7)과 같이 차분화된 시스템에 대하여 코팅 장치의 주요 설계 변수인 롤러간 거리와 이송 속도를 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 바탕으로 선정하였다. 시뮬레이션을 위해 초기 와이어는 최대 1mm 처짐을 가지는 것으로 가정하였다.
제안된 장치의 주요 설계변수를 결정하기 위해 축 방향으로 이송되는 가이드 와이어의 운동 방정식을 고려하였다. 가이드 와이어의 동특성을 분석하기 위해 이송 와이어를 분포매개변수시스템으로 간주하였고, 운동방정식을 차분화하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다. 코팅 장치의 주요 설계 변수는 와이어의 이송 속도와 와이어를 지지하는 롤간 거리로 선정하였다.
코팅 장치의 주요 설계 변수는 와이어의 이송 속도와 와이어를 지지하는 롤간 거리로 선정하였다. 각 설계 변수는 15m/min ~ 35m/min와 700mm ~ 1300mm의 범위 내에서 3레벨 수준으로 구분하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 진동의 최대진폭 감쇠를 나타내는 함수식을 제안하였고 이를 바탕으로 코팅 장치의 롤러간 거리와 이송 속도를 결정하였다.
개발된 코팅장치의 성능은 가이드 와이어의 외측에 코팅된 테프론의 두께를 계측하여 그 평균이 10.0µm이내가 되도록 설정하고 그 품질을 검증하였다.
따라서 와이어의 이송에 따른 진동을 최소화할 수 있는 장치개발이 주요한 변수이다. 길이 방향으로 이동하는 가이드 와이어는 와이어 직경이 0.5mm이하이로 길이 방향에 비해 그 직경이 상당히 작으므로 가이드 와이어를 길이방향으로 이동하는 현으로 간주하여 그 동특성을 분석하였다.
시뮬레이션을 위해 초기 와이어는 최대 1mm 처짐을 가지는 것으로 가정하였다. 또한 코팅 장치의 설계 변수인 롤러와 롤러사이 거리 와 이송 속도는 700~1300mm 와 15~35m/min 구간에 대해 3레벨 수준으로 나누어 수행하였다. 이중롤러사이 거리 1300mm와 이송속도 35m/min에 대한 시뮬레이션 결과를 Figs.
본 논문에서 제안된 가이드 와이어 코팅 장치는 전처리, 테프론 코팅 및 열처리 등의 공정이 연속적으로 이루어지므로 와이어의 처짐과 이송을 돕기 위해 공정 중간에 롤을 설치하였다. 그러나 롤러 간 거리 및 이송 속도에 따라 이송되는 가이드 와이어의 진동 특성이 상이하고 이는 코팅 품질에 영향을 미치므로 이에 대한 고려가 필요하다.
각 설계 변수는 15m/min ~ 35m/min와 700mm ~ 1300mm의 범위 내에서 3레벨 수준으로 구분하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로 진동의 최대진폭 감쇠를 나타내는 함수식을 제안하였고 이를 바탕으로 코팅 장치의 롤러간 거리와 이송 속도를 결정하였다. 이때 고려된 설계사양은 최대 진폭의 감소가 2%이내에 도달하는 시간이 0.
2s이내가 되도록 하였다. 시뮬레이션 결과와 더불어 현장작업의 노하우를 바탕으로 설계변수를 최종 결정하여 코팅 장치를 제작하였다. 제안된 코팅 장치를 통해 생산된 와이어의 코팅품질은 전자현미경을 이용하여 검증하였다.
가이드 와이어의 테프론 코팅공정은 크게 와이어표면에 대한 전처리, 테트론코팅 및 열처리 공정을 거쳐 최종적으로 제작된 와이어를 권취한다. 이러한 연속 공정을 일괄 진행하기 위해서는 릴에 권취된 원소재를 연속적으로 코팅 및 전후공정을 수행하고 다시 권취하여야 함으로 이를 위한 연속 공정 시스템을 Fig. 2와 같이 제안하였다.
본 논문에서는 가이드 와이어의 코팅 성능 향상을 위해 가이드 와이어를 이동하는 현으로 간주 하고 이를 무차원화된 분포매개변수 시스템으로 고려하여 그 동특성을 파악하였다. 이를 바탕으로 이송 중 발생하는 와이어의 진동 진폭에 영향을 미치는 주요변수를 와이어의 이송 속도와 롤과 롤 사이의 거리로 간주하여 진동이 최소화 될 수 있는 설계 변수를 선정하여 릴투릴 코팅 장치를 제작하였다. 개발된 코팅장치의 성능은 가이드 와이어의 외측에 코팅된 테프론의 두께를 계측하여 그 평균이 10.
따라서 본 논문에서는 제안된 코팅 장치의 진동을 최소화 할 수 있는 방안을 제안하였다. 이를 위해 진동에 영향을 미치는 주요 변수를 처짐 방지 및 이송을 돕기 위해 장착한 롤러(Roller)사이의 거리와 와이어의 이송 속도로 선정하였다
이러한 테프론 코팅을 위해 본 논문에서는 릴투릴 방식의 테프론 코팅 장치를 제안하였다. 제안된 장치의 주요 설계변수를 결정하기 위해 축 방향으로 이송되는 가이드 와이어의 운동 방정식을 고려하였다. 가이드 와이어의 동특성을 분석하기 위해 이송 와이어를 분포매개변수시스템으로 간주하였고, 운동방정식을 차분화하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다.
시뮬레이션 결과와 더불어 현장작업의 노하우를 바탕으로 설계변수를 최종 결정하여 코팅 장치를 제작하였다. 제안된 코팅 장치를 통해 생산된 와이어의 코팅품질은 전자현미경을 이용하여 검증하였다. 전자현미경을 통한 테프론 코팅의 두께는 원주 방향으로 코팅된 두께를 계측하였고, 측정결과 평균 두께 5.
2s 이내에 진동이 감쇠되는 조건을 추가로 고려하여 코팅 장치의 롤 간 거리는 950mm, 와이어의 이송 속도는 35m/min으로 선정하였다. 제작된 코팅 장치를 통해 생산된 가이드 와이어의 코팅 품질은 전자 현미경을 통해 검토하였다. Fig.

대상 데이터

가이드 와이어의 동특성을 분석하기 위해 이송 와이어를 분포매개변수시스템으로 간주하였고, 운동방정식을 차분화하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다. 코팅 장치의 주요 설계 변수는 와이어의 이송 속도와 와이어를 지지하는 롤간 거리로 선정하였다. 각 설계 변수는 15m/min ~ 35m/min와 700mm ~ 1300mm의 범위 내에서 3레벨 수준으로 구분하여 시뮬레이션을 수행하였다.

이론/모형

진동의 감쇠를 나타내는 Eq. (8)의 파라미터는 Matlab nonlinear curve fitting 함수를 이용하여 추정하였고 이때 각 조건에 대한 시뮬레이션 조건과 추정 파라미터는 Table 1과 Fig. 7에 나타내었다.

성능/효과

전자현미경을 통한 테프론 코팅의 두께는 원주 방향으로 코팅된 두께를 계측하였고, 측정결과 평균 두께 5.05µm로 본 연구의 목표치인 10µm이내 임을 확인하였다.

후속연구

05µm로 본 연구의 목표치인 10µm이내 임을 확인하였다. 그러나 본 논문에서 제시한 코팅장치의 설계변수 선정 방법은 이송되는 와이어의 진동 진폭이 코팅 품질에 직접적인 영향을 미칠 것으로 가정하여 진행하였으나, 진동 특성이 실제 코팅 품질의 직접적인 상관관계를 규정하지 못하였다. 향후, 개발된 장치의 수정 보완 시 이에 대한 상호 영향도를 추가적으로 분석할 필요가 있을 것으로 사료된다.
그러나 본 논문에서 제시한 코팅장치의 설계변수 선정 방법은 이송되는 와이어의 진동 진폭이 코팅 품질에 직접적인 영향을 미칠 것으로 가정하여 진행하였으나, 진동 특성이 실제 코팅 품질의 직접적인 상관관계를 규정하지 못하였다. 향후, 개발된 장치의 수정 보완 시 이에 대한 상호 영향도를 추가적으로 분석할 필요가 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	릴투릴 코팅기술이란 무엇인가?	0µm이하의 극박막 테프론 코팅이 가능한 릴투릴(Reel-to-reel) 코팅 장치 개발에 대하여 연구하였다. 릴투릴 코팅기술은 릴 상태로 공급된 와이어를 절단하지 않고 연속적으로 코팅 및 열처리하여 다시 릴에 감기도록 하는 생산 방식이다. 릴투릴 코팅 시 와이어는 테프론 용액이 담긴 용탕을 통과하므로 테프론 코팅의 두께가 4.
	와이어 제조 시 와이어의 이송에 따른 진동을 최소화할 수 있는 장치개발이 주요한 변수인 이유는?	릴투릴 코팅기술은 릴 상태로 공급된 와이어를 절단하지 않고 연속적으로 코팅 및 열처리하여 다시 릴에 감기도록 하는 생산 방식이다. 릴투릴 코팅 시 와이어는 테프론 용액이 담긴 용탕을 통과하므로 테프론 코팅의 두께가 4.0 ∼ 10.0µm이하로 시술용에 적합한 가이드 와이어의 제조가 가능하다. 이때 가이드 와이어는 전처리, 테프론 코팅 및 열처리 등의 공정을 롤 위에서 연속적으로 수행하며 이송됨으로 그 진동을 최소화하여야 와이어 표면에 균일한 코팅 품질을 가질 수 있다. 따라서 와이어의 이송에 따른 진동을 최소화할 수 있는 장치개발이 주요한 변수이다.
	의료 시술용 가이드 와이어의 테프론 코팅을 위해서 일반적으로 사용되는 생산 방법에는 무엇이 있나?	가이드 와이어는 의료 시술 중 인체 기관과 직접 접촉하는 관계로 금속과의 접촉 및 반응을 차단하기 위하여, 가이드 와이어 외측부에 테프론(PTFE) 코팅 작업을 한다. 의료 시술용 가이드 와이어의 테프론 코팅을 위해서 일반적으로 사용되는 생산 방법은 가이드 와이어를 절단 후 테프론을 분사하여 코팅하는 스프레이 방식과, 압출기계로 테프론을 코팅하는 압출방식이 사용되고 있다. 이러한 기존의 테프론 코팅 방법은 15.

참고문헌 (8)

J. A. Wickert and C. D. Mote, "On the Energetics of Axially Moving Continua", Journal of Acoustic Society of America, Vol.85, No.3, pp.1365-1368, 1988. DOI: https://dx.doi.org/10.1121/1.397418
B. Yang and C. D. Mote, "Active Vibration Control of the Axially Moving String in the S domain", Journal of Applied Mechanics, Vol.58, pp.198-196, 1991. DOI: https://dx.doi.org/10.1115/1.2897147
G. Chen, "Energy Decay Estimates and Exact Boundary Value Controllability for the Wave Equation in a Bounded Domain", Journal of Math, Vol.58, pp.249-273, 1979.
O. Morgul, "Dynamics Boundary Control of an Euler-Bernoulli Beam", Transactions on Automatic Control, Vol.37, No.5, pp.249-261, 1992. DOI: https://dx.doi.org/10.1109/9.135504
Y. Li, D. Aron and C. D. Rahn, "Adaptive Vibration Isolation for Axially Moving Strings: Theory and Experiment", Automatica, Vol.38, No.3, pp.379-389, 2002. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/S0005-1098(01)00219-9

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Y. Li and C. D. Rahn, "Adaptive Vibration Isolation for Axially Moving Beams", Transactions on Mechanics, Vol.5, No.4, pp.419-428, 2000. DOI: https://dx.doi.org/10.1109/3516.891053

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R. F. Fung, J. H. Chou and Y. L. Kuo, "Optimal Boundary Control of an Axially Moving Material System," Vol.124, No.1, pp.55-61, 2002. DOI: https://dx.doi.org/10.1115/1.1435364

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R. F. Fung, J. W. Wu and P. Y. Lu, "Adaptive Boundary Control of an Axially Moving String System", Journal of Vibration and Acoustics, Vol.124, No.3, pp.435-440, 2002. DOI: https://dx.doi.org/10.1115/1.1476381

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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