[논문]세침의 예리도 시험에서의 정렬 오차 영향 평가

이종길

세침의 예리도 시험에서의 정렬 오차 영향 평가
Evaluation of the Influence of Alignment Error in the Sharpness Test of a Micro-Needle 원문보기

이종길 (한국산업기술대학교 기계공학과)

Sharpness of the tip of micro needle is very Important quality that should be controlled in the manufacturing processes. Acupuncture needle is one of the most widely used micro-needle. And the tip sharpness of acupuncture needle Is usually checked by the magnitude of resisting force obtained through sharpness test. In this study, some sharpness tests of acupuncture needle were done and the relationship between the misalignment of specimen and the magnitude of resisting force. The diameter of the needle used in the test was $250\;{\mu}m$ and the length of it was 40 mm.

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문제 정의

본 연구에서는 마이크로 인장시험기를 개발하여 예리도 시험을 수행하였다. 개발된 시험기는 구조부, 정밀구동부, 로드셀, 제어부 그리고 시편 장착용 각종 그립들로 구성된다.
본 연구에서는 자체 제작한 마이크로 인장 시험기를 사용하여 의료용 세침의 예리도 평가 시험을 수행하고, 침의 정렬 오차가 시험 결과에 미치는 영향을 평가하였다. 본 연구에서 제작 .
침체의 휨에 의하여 발생하는 정렬오차가 측정되는 예리도 시험에서 측정되는 침의 압입 하중치에 미치는 영향을 평가하는 것이 본 시험의 목표였다. 따라서 동일한 침에 대하여 침의 휨량을 변화시킨 후, 실리콘 막을 관통시키는 시험을 반복하였다.

제안 방법

(1) 세침의 예리도 평가를 위한 시험 장치를 개발하였다. 개발된 시험장치의 측정 가능 하중은 최대 ±50N 이며, 하중 정밀도는 5.
예리도 시험을 수행하였다. 개발된 시험기는 구조부, 정밀구동부, 로드셀, 제어부 그리고 시편 장착용 각종 그립들로 구성된다. 시험 시 하중이 수 g 정도라는 점을 감안하여 분해능이 5E-4 N 인 압전형의 정밀 로드셀을 사용하였고, 변위의 측정 정밀도를 확보하기 위하여 0.
2 에 나타낸 것과 같이 진직성이 보장된 침으로 중심점을 찾고, 매 시험마다 그 중심과 관통된 위치 사이의 거리를 측정해야 한다. 그런데 진직성이 보장된 시편은 존재하지 않으므로 하나의 시편에 대하여 중심을 찾기 위한 예비 시험을 수행한 후, 본 시험을 수행하였다.
본 연구에서는 직경 250 ㎛인 세침의 예리도 시험을 수행하고, 침체의 휨에 의한 정렬오차로 발생하는 압입 저항치 측정상의 오차를 실험을 통하여 분석하였으며, 결론은 다음과 같다.
개발된 시험기는 구조부, 정밀구동부, 로드셀, 제어부 그리고 시편 장착용 각종 그립들로 구성된다. 시험 시 하중이 수 g 정도라는 점을 감안하여 분해능이 5E-4 N 인 압전형의 정밀 로드셀을 사용하였고, 변위의 측정 정밀도를 확보하기 위하여 0.05 ㎛의 정밀도를 가지는 광학스케일을 적용하였다.
그러나 동일한 침으로 반복 시험을 할 경우에는 윤활막의 손상 정도가 오차로 작용할 가능성이 높다. 이러한 문제의 발생을 막기 위하여 본 실험에서는 윤활 막 처리를 하지 않은 침을 가지고 시험을 수해하였다.
이송계는 LM 가이드와 볼나사로 구성된 구조부를 서보 모터를 이용하여 구동하도록 하였다. 그런데 서보 모터가 안정적으로 구동하는 회전 수영역에서 감속없이 그대로 시험을 수행할 경우, 시험 속도가 너무 빨라질 가능성이 높아 감속기를 채용하여 약 1/100 가량으로 감속한 후 볼나사를 구동하도록 하였다.

대상 데이터

로 하였다. 시험에 사용된 침은 Fig.2 에서 L 로 표시된 침체의 길이가 40mm 이며, 침의 직경은 250㎛인 스테인레스 강 재질의 것이다.

성능/효과

(2) 윤활 코팅막이 없는 침의 예리도 시험에서 침체의 휨에 의해 발생하는 정렬 오차가 측정되는 압입 하중 값의 크기에 미치는 영향이 매우 작은 것으로 평가되었다. 일부 구간에서 하중-변위 곡선의 기울기에는 다소 영향을 미치는 것으로 나타났으나 그 편차가 크기 않았으며, 특히 세 침의 정렬 오차 각이 3° 이내인 경우에는 거의 차이를 발견할 수 없을 정도로 작은 차이만을 보였다.
(3) 윤활막이 있는 침의 예리도 시험에서도 윤활 코팅막이 없는 경우와 마찬가지로 침체의 정렬 오차로 인해 발생하는 압입 하중 측정치의 오착가 매우 작은 것으로 평가되었다. 최대 압입 하중의 절대값은 윤활 코팅막이 없는 경우에 비하여 약 40% 가량 감소하는 추세를 보였다.
(4) 예리도 시험 시, 윤활 코팅 막의 존재 여부와 상관 없이, 침체의 정렬 오차에 의한 압입 하중 측정 오차는 매우 작다. 더구나 실제 양산되는 침의 경우 침체의 휨 각이 최대 1°안팎인 점을감안하면, 이로 인한 시험 오차는 고려하지 않아도 침체의 가공정도를 평가하는데 문제가 없을 것으로 판단된다.
전체적인 양상은 코팅이 없었던 경우와 거의 비슷함을 알 수 있으며, 코팅이 없는 경우보다 전체적으로 하중의 최대값이 약 40%가량 감소한 것을 확인 할 수 있다. 윤활 막 코팅이 환자의 통증을 감소시키는 효과를 낼 것이라는 것을 예측할 수 있고, 침의 정렬 오차에 의한 시험 오차는 매우 작음을 알 수 있다.
것으로 평가되었다. 일부 구간에서 하중-변위 곡선의 기울기에는 다소 영향을 미치는 것으로 나타났으나 그 편차가 크기 않았으며, 특히 세 침의 정렬 오차 각이 3° 이내인 경우에는 거의 차이를 발견할 수 없을 정도로 작은 차이만을 보였다.
4 에 나타내었다. 전체적인 양상은 코팅이 없었던 경우와 거의 비슷함을 알 수 있으며, 코팅이 없는 경우보다 전체적으로 하중의 최대값이 약 40%가량 감소한 것을 확인 할 수 있다. 윤활 막 코팅이 환자의 통증을 감소시키는 효과를 낼 것이라는 것을 예측할 수 있고, 침의 정렬 오차에 의한 시험 오차는 매우 작음을 알 수 있다.
매우 작은 것으로 평가되었다. 최대 압입 하중의 절대값은 윤활 코팅막이 없는 경우에 비하여 약 40% 가량 감소하는 추세를 보였다.

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