KR100539415B1

KR100539415B1 - 치과용 임플란트의 어버트먼트 및 그 표면의 심미적 표면처리방법

Info

Publication number: KR100539415B1
Application number: KR10-2004-0010308A
Authority: KR
Inventors: 김수홍; 이윤복
Original assignee: (주) 코웰메디
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-12-27
Also published as: US20050181330A1; KR20050081978A

Abstract

본 발명은 치과용 임플란트의 어버트먼트 및 그 표면의 심미적 표면 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 치과용 임플란트의 크라운 어버트먼트(crown abutment)와 브릿지 어버트먼트(bridge abutment)의 상부 구조인 티타늄 합금 소재의 어버트먼트 스크류(abutment screw)가 양극산화법에 의해 갈색으로 표면 처리되고, 연결 구조인 숄더 서페이스(shoulder surface)가 백색을 갖는 지르코니아 세라믹스 소재로 제조되어져 치아의 자연스런 색상과 빛의 투과도를 유지하면서 충분한 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 어버트먼트 및 그 표면의 심미적 표면 처리방법에 관한 것이다.

본 발명은 임플란트 어버트먼트의 상부 구조인 어버트먼트 스크류(abutment screw)의 소재로서 티타늄 합금을 사용하고, 그 표면을 양극산화법에 의한 높은 전압으로 짧은 시간에 금속성 이온의 용매를 이용하여 처리함으로서, 자연 치아의 누런 색상에 가까운 밝은 갈색을 낼 수 있도록 티타니아 세라믹의 산화 피막을 형성시켰을 뿐만 아니라 어버트먼트 스크류(abutment screw)의 표면에 형성된 티타니아 세라믹이 균열이 없고, 우수한 생체 적합성과 함께 초기 조직 적응성을 높일 수 있는 다공성을 갖는 피막을 갖는다는데 그 특징이 있다.

또한 본 발명의 치과용 임플란트 어버트먼트의 연결 구조인 숄더 서페이스(shoulder surface)는 백색을 갖는 지르코니아 세라믹스 소재를 사용하여 자연스런 잇몸의 색상을 낼 수 있다는데 그 장점이 있다.

Description

치과용 임플란트의 어버트먼트 및 그 표면의 심미적 표면 처리방법{A the upper part of abutment of Dental Implant and Method of Aesthetic Surface Treatment of the same}

본 발명은 치과용 임플란트의 어버트먼트 및 그 표면의 심미적 표면 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 치과용 임플란트의 크라운 어버트먼트(crown abutment)와 브릿지 어버트먼트(bridge abutment)의 상부 구조인 티타늄 합금 소재의 어버트먼트 스크류(abutment screw)는 양극산화법에 의해 갈색으로 표면 처리하고, 연결 구조인 숄더 서페이스(shoulder surface)는 백색을 갖는 지르코니아 세라믹스 소재를 사용하여 치아의 자연스런 색상과 빛의 투과도를 유지하면서 충분한 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 어버트먼트 및 그 표면의 심미적 표면 처리방법에 관한 것이다.

최근 티타늄이 인체 내에서 유해한 작용이 없이 뼈와 결합하여 치근의 역할을 할 수 있다는 것이 발견됨으로써, 세계적으로 사용되고 있는 인공 치아의 소재는 주로 티타늄 금속이 사용되고 있다. 이와 같이 인공 치근의 대체물로서 사용되고 있는 치과용 임플란트는 턱뼈 속에 매식되어 치근의 역할을 대신하기 때문에 표현에 다양한 처리를 하여 뼈와의 결합을 증진시키고자 하는 연구는 다양하게 계속되고 있고 있지만 치아의 심미적 감각을 고려하여 자연적인 치아의 색상을 낼 수 있는 임플란트의 표면 개질에 관한 연구는 제대로 이루어지지 않고 있다.

그 예로서, 대한민국 특허공보 특1996-0010743호의 복합 임플란트재 및 그의 제조방법, 대한민국 특허공보 10-0292621호의 임플란트의 표면처리방법, 대한민국 공개특허공보 특 2003-0031664호의 티타늄 금속 또는 티타늄 합금으로 구성된 임플란트의 전기 화학적 기능성 표면처리방법, 대한민국 공개특허공보 특 2003-0036244호의 이중 생체 친화성 칼라를 갖는 치아 임플란트 등에 관한 발명들은 치아의 심미적 감각을 고려하여 임플란트의 색상을 개선하기 위한 표면처리에 관한 기술이 아니고, 임플란트와 뼈와의 접합성 및 생체 안정성을 높이기 위한 기술에 관한 것들이다.

일반적으로 자연적인 치아의 색상은 미백색이나 치아가 내부 구조의 변화로 색조가 어두워지고, 그리고 흡연이나 음료 섭취 등의 외부의 영향으로 인해 미백색에서 누런색으로 색조가 변화하고 있으며, 이러한 치아에 생체용 티타늄 또는 그 합금에 의해 제조되어진 치과용 임플란트를 이식시키면 오랜 기간이 지난 후 티타늄 소재의 검은 색상이 치아와 잇몸을 배어 나와 검게 변하여 외관상 흉하게 보이는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 회백색으로 제조되어진 인공치아는 도 1 및 도 2에 도시되어진 바와 같이 치과용 임플란트는 크게 턱뼈에 매식되는 매식체(fixture)(550, 650)와 인공치아(510, 610)와 결합되는 어버트먼트(520, 620)로 구성되고, 그리고 상기 어버트먼트는 인공 치아(510, 610)가 결합되어지는 어버트먼트 스크류(530, 630)와 잇몸 속에 심겨지는 숄더 서페이스(540, 640)로 구성되어진다. 상기에서 브리지 타입의 경우에는 숄더 서페이스(640)의 전체가 잇몸 속에 심겨지지만 크라운 타입의 경우에는 숄더 서페이스(640)의 하부만 잇몸 속에 심겨지고 그 상부는 인공치아와 결합되어진다. 인공치아(510, 610)는 그 하부의 중앙에 안쪽 상단으로 약간 좁게 경사진 원주형의 구멍이 형성되어 있고, 상기 어버트먼트 스크류(530, 630)의 돌출부가 그 인공 치아의 원주형 구멍에 삽입되어 결합되어지는데, 이때 인공치아의 미관을 고려해 어버트먼트의 어버트먼트 스크류(530, 630)와 결합되는 부분인 원주형 구멍의 외면에 별도의 세라믹스 재질을 사용하여 갈색을 띄도록 소결 처리함으로서, 자연적인 천연 치아 색상을 살리도록 하였으나 상기와 같은 종래의 인공 치아는 인공 치아의 외면과 원주형 구멍의 외면 부분의 색상을 달리 하기 위하여 세라믹 원료의 조성 성분을 달리 함으로써 그 제조 방법이 복잡할 뿐만 아니라 잇몸 속에 심겨지는 어버트먼트의 하부 구조인 숄더 서페이스(shoulder surface)의 검은 색상이 잇몸에 배어 나오기 때문에 여전히 외관상 흉하게 보이는 문제점들이 있었다.

치아 색상의 심미적 감각을 고려한 특허로는 치과 보철물에 관한 특허인 일본 공개특허공보 평6-78935호에 Aℓ₂O₃, MgO, SiO₂ 등과 같은 화합물들을 혼합하여 자연 치아의 색상에 가까운 오팔(opal) 색상을 내는 세라믹 소결체 소재의 치과 보철물에 관한 기술이 알려져 있으나 상기 특허는 치과용 임프란트가 아닌 치과 보철물에 관한 것으로서 조성 성분과 조성비의 범위 차이 및 소결의 정도에 따라 원하고자 하는 색상을 쉽게 낼 수 없을 뿐만 아니라 소결 조건이 맞지 않을 경우에는 도리어 기존 제품인 티타늄 임플란트에 비해 보철물의 강도가 떨어질 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 순수 티타늄 소재 또는 티타늄 합금 소재를 사용한 임플란트의 표면을 양극산화법으로 처리시 전해조 내에 흐르는 인가된 전류에 의한 형성 전압과 산화 피막의 두께에 따라 다양한 색상을 얻을 수 있다는 것을 발견하고 자연 치아의 미백색 색상에 가장 적합한 색상인 회백색을 낼 수 있는 임플란트의 표면 개질에 대한 기술을 2003. 9. 6일 특허 제2003-0062396호로 이미 출원한 바 있으나 상기 특허는 미백색 치아를 갖고 있는 사람에게만 적합한 심미적 감각을 갖는 기술이고, 이미 누런색으로 변한 치아에는 적합하지 않는 기술이라는 것을 알게 되었다.

따라서, 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 연구 개발한 끝에 임플란트의 상부 구조인 어버트먼트 스크류를 순수 티타늄 소재보다는 티타늄 합금 소재를 사용하여 양극산화법에 의해 갈색으로 표면 처리하고, 연결 구조인 숄더 서페이스는 백색을 갖는 지르코니아 세라믹스 소재를 사용함으로서, 치아의 자연스런 색상과 빛의 투과도를 유지하면서 충분한 기계적 강도를 가질 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 임플란트 어버트먼트의 상부 구조인 어버트먼트 스크류(abutment screw)의 소재로서 티타늄 합금을 사용하고, 그 표면을 양극산화법에 의한 높은 전압으로 짧은 시간에 금속성 이온의 용매를 이용하여 처리함으로서, 자연 치아의 누런 색상에 가까운 밝은 갈색을 낼 수 있도록 티타니아 세라믹의 산화 피막을 형성시켜는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 어버트먼트 및 그 표면의 심미적 표면 처리방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 치과용 임플란트 어버트먼트의 상부 구조인 어버트먼트 스크류(abutment screw)의 표면에 형성된 티타니아 세라믹이 균열이 없고, 우수한 생체 적합성과 함께 초기 조직 적응성을 높일 수 있는 다공성을 갖는 피막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 어버트먼트 및 그 표면의 심미적 표면 처리방법을 제공함에 있다.

발명의 또 다른 목적은 치과용 임플란트 어버트먼트의 연결 구조인 숄더 서페이스(shoulder surface)를 백색을 갖는 지르코니아 세라믹스 소재를 사용하여 백색의 숄더 서페이스에 의해 자연스런 잇몸의 색상을 낼 수 있는 것을 특징으로 치과용 임플란트의 어버트먼트 및 그 표면의 심미적 표면 처리방법에 관한 것이다.

본 발명은 치과용 임플란트의 어버트먼트 및 그 표면의 심미적 표면 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 치과용 임플란트의 크라운 어버트먼트(crown abutment)와 브릿지 어버트먼트(bridge abutment)의 상부 구조인 티타늄 합금 소재의 어버트먼트 스크류(abutment screw)는 양극산화법에 의해 미백색에서 누런색으로 변화된 치아의 자연 색상에 가까운 색상인 밝은 갈색을 띄는 산화 피막을 형성시키고, 연결 구조인 숄더 서페이스(shoulder surface)는 백색을 갖는 지르코니아 세라믹스 소재를 사용하여 자연적인 잇몸의 색상과 빛의 투과도를 유지하면서 충분한 기계적 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 어버트먼트 및 그 표면의 심미적 표면 처리방법에 관한 것이다.

본 발명의 치과용 임플란트의 크라운 어버트먼트와 브릿지 어버트먼트의 상부 구조인 어버트먼트 스크류는 티타늄 합금 소재인 Ti-6Al-4V를 사용하는데, 그 조성비는 티타늄 90중량%, 알루미늄 6중량%, 바나듐 4중량%로 구성되어진다.

이하에서 본 발명에 따른 치과용 임플란트 어버트먼트의 심미적 표면 처리방법에 대하여 공정별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

ⅰ) 어버트먼트 스크류를 순도 90% 이상의 트리클로로에탄 용액으로 10분간 초음파 세척하여 그 표면에 오염된 물질을 제거한 후, 다시 순도 95%의 노르말헥산 용액으로 상기와 같은 방법에 의해 초음파 세척한 후 그 표면을 탈지하고, 건조시키는 전처리 공정;.

ⅱ) 별도로 95% 황산 용액과 85% 인산 용액을 5 대1 의 비율로 혼합시켜 제조한 0.5mol의 혼합용액 1ℓ에 2% 과산화수소수 2㎖를 첨가하여 전해액을 제조하는 공정;

ⅲ) 상기 ⅱ)단계에서 제조한 전해액 400㎖를 전해욕조에 넣고, 전해욕조에서 음극에는 티타늄 합금봉, 양극에는 어버트먼트 스크류를 각각 연결하여 극간 거리를 5cm로 고정시키고, 전류밀도를 1.5 A/dm²범위로 하여 240V 전압에 도달시키는 양극 산화 공정;

ⅳ) 어버트먼트 스크류의 표면에 형성된 산화 피막에 남아 있는 전해액을 세척하기 위하여 에탄올 용액으로 10분간 초음파 세척한 후 다시 증류수로 상기와 같은 방법에 의해 초음파 세척하는 후처리 공정;.

을 거쳐 임플란트의 상부 구조물인 어버트먼트 스크류의 표면을 심미적으로 처리하여 자연적인 치아 색상인 누런색에 가까운 밝은 갈색의 산화 피막을 형성시킨다.

상기 ⅱ)단계에서 전해액의 온도는 20℃이다.

본 발명에 따른 임플란트 상부 구조물인 어버트먼트 스크류의 심미적 표면 처리에 있어서, 양극 산화법에 의한 산화 피막의 두께 및 표면 양상은 인가된 전류에 의한 형성 전압과 전해질의 조건에 영향을 받는다. 도 3은 양극산화법에 의한 산화 과정을 나타내었다. 도 3a는 양극산화 과정시 티타늄과 티타늄 산화 피막층으로 산소의 확산으로 인한 산화 피막의 성장 과정을 나타낸 것이다. 도 3b는 산화 피막의 높은 전기적 저항으로 인하여 전압이 떨어져 산화 피막의 두께와 인가전압이 일정한 관계를 나타낸 것이다. 도 3c는 시간에 따른 전류와 전압의 변화를 나타낸 것이다. 산화 피막은 전해질과 티타늄 합금에 비하여 상대적으로 높은 전기적 저항을 나타내기 때문에 산화 피막의 형성 과정시 인가전압은 떨어지게 된다. 그러나 산화 피막층으로부터 전기장이 충분히 강하다면 이온이 산화 피막층으로 이동하여 전류는 흘러 산화 피막은 계속하여 성장한다. 이러한 경우 최종 산화 피막의 두께(d)는 전해질의 종류에는 관계없이 다음 식(1)과 같이 전압(U)에 따라 비례한다.

d = a U (a : 1.5-3nm/V 범위에서 성장 속도 상수) (1)

상기의 관계는 절연파괴(dielectric breakdown) 한계 이하에서 성립하며, 그것은 100V의 범위이며, 전해질과 반응 조건에 따라 다소 차이가 있다. 양극산화 과정은 정전류 조건 혹은 정전압 조건 하에서 행하게 되는데, 도 1b에서 전압이 일정하게 유지되는 것은 전류가 떨어진 후 형성된 전압에 도달하게 될 때까지 전류제어가 가능한 공정을 설명한다. 만약, 절연파괴(dielectric breakdown) 한계 이상의 전압 하에서 양극 산화하는 경우 산화 피막은 더 이상 전류의 흐름을 막지 않고 산화 피막의 성장을 진행시킬 것이다. 즉, 높은 전압 하에서는 가스 방출이 증가하면서 스파크가 발생하게 된다. 이러한 유형의 양극산화를 스파크 양극산화처리(spark anodizing)라고 한다. 절연파괴(dielectric breakdown) 한계 이하보다 거칠고 다공성을 갖는 산화 피막이 얻어진다. 즉, 다시 말하면 낮은 전압에서는 장벽층(barrier layer)이 형성되다가 전압이 높아지면 절연파괴(dielectric breakdown)에 의한 방전을 일으켜서 거칠고 뼈와의 접합성 및 생체 안정성이 우수한 다공성의 산화 피막이 피막표면에 형성되어진다.

본 발명에 의한 치과용 임플란트 어버트먼트의 상부 구조인 어버트먼트 스크류의 심미적 표면처리방법은 양극산화처리에 의한 방법으로 처리되기 때문에 미세한 부분까지 산화 피막을 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라 짧은 시간이지만 높은 전압과 티탄 금속성 이온의 용매를 이용하여 티타니아 세라믹의 산화 피막을 형성시킴으로써, 티타니아 고유의 색상인 밝은 갈색을 낼 수 있을 뿐만 아니라 임플란트 상부 구조물인 어버트먼트 스크류의 모양이나 크기에 제약을 받지 않는 것이 특징이다.

본 발명에 의한 치과용 임플란트 어버트먼트의 연결 구조인 숄더 서페이스(shoulder surface)는 백색을 갖는 고순도 초미립자의 지르코니아가 90.0 중량%이상 함유된 원료를 사용하여 금형몰드로 가압 성형시켜 1,400 내지 1,500℃로 소성하여 제조한 지르코니아 소재의 세라믹스를 사용하였기 때문에 잇몸의 자연스런 색상을 나타낼 수 있고, 충분한 기계적 강도를 갖도록 하였다. 상기 지르코니아 세라믹스 소재는 겉보기 비중 5.7g/㎤으로서, 흡수율은 0.6이고, 압축강도는 400 MPa 이상을 갖는 높은 기계적 강도와 파괴 인성을 갖고 있다.

상기 지르코니아 세라믹스 소재의 화학 조성은 다음 [표 1]과 같다.

[표 1]

구 성 성 분)	조 성 비(중량%)
ZrO₂(HfO₂)	94.4
YO₂O₃	5.2
SiO₂	-
Al₂O₃	0.1
Fe₂O₃	-
H₂O	0.1
Ignition loss	0.2

본 발명의 치과용 임플란트의 상부 구조인 크라운 어버트먼트와 브릿지 어버트먼트는 인공 치아와 결합되는 어버트먼트 스크류가 티타늄 합금(Ti-6Al-4V) 소재로서 양극산화법에 의해 갈색으로 표면처리되고, 잇몸에 심겨지는 숄더 서페이스가 지르코니아 소재의 세라믹스로 제조되어진다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 브리지용 및 크라운용 임플란트 어버트먼트의 단면도에 관한 것으로, 본 발명에 따른 치과용 임플란트는 크게 인공치아(10, 110)를 받쳐주는 어버트먼트(20, 120)와 턱뼈에 매식되는 매식체(fixture)로 구분되고, 상기 어버트먼트의 구조에 따라 브리지용 임플란트와 크라운용 임플란트로 구분되어진다.

도 4는 본 발명에 따른 브리지용 임플란트 어버트먼트의 단면도에 관한 것으로, 인공 치아(10)와 결합되는 어버트먼트(20)의 어버트먼트 스크류(30)는 티타늄 합금(Ti-6Al-4V) 소재로서 양극산화법에 의해 갈색으로 표면처리되고, 잇몸에 심겨지는 숄더 서페이스(40)는 지르코니아 소재의 세라믹스로 제조되어진다.

도 5는 본 발명에 따른 크라운용 임플란트 어버트먼트의 단면도에 관한 것으로, 크라운용 임플란트 어버트먼트의 숄더 서페이스(140)는 상기 브라운용 임플란트 어버트먼트의 숄더 서페이스(40)의 형상과는 달리 숄더 서페이스(140)의 상부가 인공 치아(110)와 결합되고, 그리고 그 하부가 잇몸에 심겨지게 된다. 크라운용 임플란트 어버트먼트의 숄더 서페이스(40)도 지르코니아 소재의 세라믹스로 제조되어진다.

상기 브리지용 및 크라운용 임플란트 어버트먼트의 어버트먼트 스크류(30, 130)는 모두 티타늄 합금(Ti-6Al-4V) 소재로서 그 표면을 양극산화법에 의해 갈색으로 표면처리를 함으로서, 자연적인 천연 치아의 색상을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 잇몸에 심겨지는 숄더 서페이스(40, 140)를 지르코니아 재질의 세라믹스를 사용하여 제조함으로서, 브리지용의 경우에는 자연적인 잇몸의 색상을 낼 수 있고, 크라운용의 경우에는 잇몸뿐만 아니라 인공 치아(110)까지 자연적인 천연 치아의 색상을 유지할 수 있다.

이하 실시 예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 다음의 실시 예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

1. 어버트먼트 스크류의 양극산화처리

가. 양극 산화 실험

1) 시험편의 제조

먼저 티타늄 합금 소재의 임플란트 어버트먼트의 상부 구조인 어버트먼트 스크류(abutment screw)를 대신해서 티타늄 합금판(Ti-6Al-4V)을 20×5×5mm의 크기로 절단, 가공하여 시험편을 준비하였다. 티타늄 합금 시험편의 표면에 묻어 있는 오염물을 제거하고, 표면의 거칠기를 조정하기 위하여 #400, #800 사포로 연마하였다. 연마한 후 아세톤으로 10분간 초음파 세척하고 증류수로 잘 세정하여 건조 후 데시케이트에 보관하였다.

상기에서 티타늄 합금 소재의 조성비는 티타늄이 90중량%, 알루미늄이 6중량%, 바나듐이 4중량%로 구성되어진다.

2) 양극 산화 실험

(실시 예)

티타늄 합금판의 시험편에 산화 피막을 형성시키기 위한 전해액으로 95% 황산 용액과 85% 인산 용액을 5 대1의 비율로 혼합시킨 0.5mol의 혼합용액 1ℓ에 2% 과산화수소수 2㎖를 첨가하여 전해액을 제조한다. 이 전해액 400㎖를 전해욕조에 넣고, 정류기의 전압을 240V로 조절한 뒤 전해욕조에서 음극에는 티타늄 합금봉, 양극에는 티타늄 합금판의 시험편을 각각 연결하여 극간 거리를 5cm로 고정시키고, 전류밀도를 1.5 A/dm²로 정전류를 공급시키면 티타늄 합금판의 시험편의 표면에 산화 피막이 완성된다. 이때 전해액의 온도는 20℃이다.

상기에서 티타늄 합금봉의 소재는 Ti-6Al-4V를 사용한다,

(비교 예)

상기 실시 예의 방법과 같게 하되, 실시예에서 사용한 티타늄 합금봉 대신 순수 티타늄봉을 사용하며, 전류밀도를 0.5 A/dm²로 조정하여 정전류를 공급시킨다.

나. 측정 분석 방법

상기의 각 조건에서 형성된 산화 피막의 표면거칠기는 표면조도계를 사용하여 최대 거칠기와 평균 거칠기(Ra)를 구하였다.

다. 실험 결과

1) 정전류 조건하에서 산화 피막의 형성

양극산화 실험 결과 티타늄 합금판의 시험편의 표면에 형성된 산화 피막의 색상은 [표 2]에 나타난 실험 결과와 같이 실시 예가 자연 색상의 누런 치아 색상에 가까운 밝은 갈색이고, 비교 예가 미백색의 자연 치아의 색상과 차이가 나는 회색이었다. 아래 [표 2]의 실험 결과와 같이 각 예에서 사용되어진 티타늄 소재의 종류, 전해액의 성분과 전류밀도의 조건에 따라 티타늄 소재의 표면에 형성되는 산화 피막의 색상이 달라지는 것을 알 수 있다.

[표 2]

구 분	전해액의 조성		재 질	전해 조건	피막의 색
구 분	혼합용액¹⁾	2% 과산화수소	재 질	전해 조건	피막의 색
실시예	1ℓ	2㎖	Ti 합금	1.5A/240V	밝은 갈색
비교예	1ℓ	2㎖	Ti	0.5A/240V	회색

비고 1) 95% 황산 용액과 85% 인산용액을 5 대 1의 비율로 혼합시킨 0.5mol의 혼합용액임.

2) 시험편의 표면 조직

양극 산화법은 불꽃 방전(spark discharge)에 의하여 거친 다공성 산화 피막을 티타늄 합금 표면에 형성하는 방법으로 형성된 산화 피막의 두께 및 표면 양상은 인가된 전류에 의하여 형성된 전압과 전해질의 조건에 의하여 영향을 받는다. 이렇게 형성된 산화 피막의 결정구조는 전해질 및 형성 전압에 의하여 다양하고 산화 피막의 두께도 달라진다. 양극산화법을 통한 티타늄이 갖고 있는 우수한 생체적합성과 함께 초기 조직 적응성을 높일 것으로 기대할 수 있다. 본 발명에서는 정류전하에서 양극산화법에 의하여 산화 피막의 두께를 증가시키고 표면의 거칠기, 기공, 기공율을 변화시킴으로써 임플란트와 뼈와의 결합이 우수한 표면을 얻을 수 있는 최적 조건을 찾고자 조사하였다.

정전류 조건하에서 전류밀도가 0.5~1.5A/dm²에서는 시간에 따라 전압이 증가하여 스파크가 발생하면서 약 240V 전압에서는 거의 일정하게 유지되었는데 이러한 현상을 장벽층(barrier layer) 표층부에서 절연파괴(dielectric breakdown)에 의한 스파크가 일어나기 때문에 피막의 성장이 아주 느리거나 증가하지 않는 것으로 생각된다. 따라서 전류밀도의 변화에 의하여 형성되는 산화 피막의 표면 양상이 달라지게 된다. 이와 같이 양극 산화 피막의 성장과정은 금속의 표면에 먼저 매우 치밀한 초기 산화 피막이 생겨 이 층과 함께 시간이 경과함에 따라 전류의 흐름을 방해하는 장벽층(barrier layer)이 되고, 그 이후 전압이 증가하면서 다공성 표면층을 생성시키면서 계속 성장해 하는 것으로 생각된다. 치밀한 산화 피막 층이 형성된 후 불꽃 방전(spark descharge)에 의해 초기 피막이 파괴되고 동시에 복원되면서 초기 산화 피막이 국부적으로 가열되어 피막 표면에서 용해 작용이 일어나고 이에 따라 이러한 장벽층(barrier layer)의 밖에 불꽃 방전(spark descharge)의 흔적이라 할 수 있는 무수한 기공이 생기면서 전체피막의 두께는 증가하게 된다. 이때 전해질 내의 음이온은 전장에 의하여 피막내부로 혼입되어진다.

3) 시험편의 표면 거칠기

[표 3]은 양극산화법에 의하여 얻어진 시험편을 알루미나 그리드 블라스팅 (grids blasting) 전· 후의 표면 거칠기 값을 나타내었다. 양극 산화시험 전의 시편은 표면 거칠기는 0.35㎛이었다. 양극산화시험 후 실시예 및 비교예의 시편에 대한 표면 거칠기는 0.84㎛~1.05㎛ 범위이었고 시편에 대하여 알루미나 그리드 블라스팅(grids blasting) 후 표면 거칠기 값은 약 20 내지 30% 정도 증가하여 그리드 블라스팅(grids blasting)이 표면 거칠기에 다소 영향을 주고 있음을 알 수 있다.

[표 3] 양극산화법에 의한 시험편의 표면 거칠기 값(Ra)

알루미나 그리드 블라스팅 (전)			알루미나 그리드블라스팅 (후)
시험전	실시예	비교예	실시예	비교예
-	1.5A	0.5A	1.5A	0.5A
0.35㎛	1.05㎛	0.84㎛	1.21㎛	0.98㎛

상기의 실험 결과에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 임플란트 상부 구조물의 어버트먼트 스크류(abutment screw)의 표면을 양극산화 처리하면 그 표면의 색상이 자연 치아의 색상인 누런색에 가까운 밝은 갈색을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 그 표면의 외형도 다소 매끈한 표면을 가지는 것을 알 수 있었다.

2. 숄더 서페이스(shoulder surface)의 제조

(실시예)

가. 지르코니아 소재 세라믹 지주의 제조

세라믹 지주는 지르코니아가 90 중량% 이상 함유된 원료를 사용하여 금형몰드로 가압 성형한 후 전기로를 사용하여 1,400 내지 1,500℃로 소성하여 제조하였다.

나. 지르코니아 소재 세라믹 지주의 물성

개발품에 대한 기계적 물성은 다음 [표 4]에 나타내었다. 세라믹 지주의 겉보기 비중은 겉보기 비중 5.7g/㎤으로서 이론밀도(5.71g/㎤)에 가까운 값이며, 기공율 3.2%, 흡수율은 0.6로서 아주 치밀한 구조임을 알 수 있다. 또한 상온(25℃)에서 압축강도 및 곡강도는 각각 425 MPa, 19.1 MPa 로서 아주 높았다. 압축강도 시험을 행한 후 본 개발품은 이상을 갖는 높은 기계적 강도와 파괴 인성을 갖고 있기 때문에 인공 치아 세라믹 지주용으로 대단히 양호한 것이란 것을 알 수 있다.

[표 4]

구 분	기계적 물성
겉보기 비중(g/㎤)	5.7
겉보기 기공율(%)	3.2
흡수율(%)	0.6
상온 압축강도(MPa)	425
상온 곡강도(MPa)	19.1

다. 지르코니아 소재 세라믹 지주 물성의 시험방법

1) 겉보기 비중, 겉보기 기공율, 흡수율

상기 시험 항목은 KS L ISO 18754(파인세라믹스-파인세라믹스의 밀도 및 겉기공율 측정 방법) 및 KS L 3114(내화벽돌의 겉보기 기공율·흡수율 및 비중 측정 방법)의 시험 방법에 따른다.

2) 상온 압축강도

상기 시험 항목은 KS L 1601(단일체 세라믹스의 상온 압축강도 시험 방법)의 시험 방법에 따른다.

3) 상온 곡강도

상기 시험 항목은 KS L 1591(파인세라믹스-단일체 세라믹스의 상온 꺾임강도 시험방법)의 시험방법에 따른다.

또한 본 발명의 치과용 임플란트 어버트먼트의 숄더 서페이스(shoulder surface)는 백색을 갖는 지르코니아 세라믹스 소재를 사용하여 자연스런 잇몸의 색상을 낼 수 있다는데 그 장점이 있다.

도 1은 종래의 브리지용 임플란트 어버트먼트의 단면도.

도 2는 종래의 크라운용 임플란트 어버트먼트의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 양극산화법에 의한 산화 과정을 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 브리지용 임플란트 어버트먼트의 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 크라운용 임플란트 어버트먼트의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

510, 610 : 인공 치아 512, 612 : 갈색층 인공치아

520, 620 : 어버트먼트(abutment)

530, 630 : 어버트먼트 스크류(abutment screw)

540, 640 : 숄더 서페이스(shoulder surface)

550, 650 : 매식체(fixture) 10, 110 : 인공 치아

20, 120 : 어버트먼트(abutment)

30, 130 : 어버트먼트 스크류(abutment screw)

40, 140 : 숄더 서페이스(shoulder surface)

50, 150 : 매식체(fixture)

Claims

치과용 임플란트의 어버트먼트에 있어서, 인공 치아(10, 110)와 결합되는 어버트먼트(20, 120)의 어버트먼트 스크류(30, 130)는 티타늄 합금 소재로서 양극산화법에 의해 갈색으로 표면처리되고, 잇몸에 심겨지는 숄더 서페이스(40, 140)는 지르코니아 소재의 세라믹스로 제조되어지는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 어버트먼트.
제 1항에 있어서, 상기 어버트먼트 스크류(30, 130)의 티타늄 합금 소재는 Ti-6Al-4V인 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 어버트먼트.
제 1항에 있어서, 상기 숄더 서페이스(40, 140)의 지르코니아 소재의 세라믹스는 지르코니아의 함량이 90 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 어버트먼트.
치과용 임플란트 어버트먼트의 상부 구조인 어버트먼트 스크류(abutment screw)의 심미적 표면 처리방법에 있어서,

ⅰ) 어버트먼트 스크류(abutment screw)는 순도 90% 이상의 트리클로로에탄 용액으로 10분간 초음파 세척하여 그 표면에 오염된 물질을 제거한 후, 다시 순도 95%의 노르말헥산 용액으로 상기와 같은 방법에 의해 초음파 세척한 후 그 표면을 탈지하고, 건조시키는 전처리 공정;.

ⅱ) 별도로 95% 황산 용액과 85% 인산 용액을 5 대1 의 비율로 혼합시켜 제조한 0.5mol의 혼합용액 1ℓ에 2% 과산화수소수 2㎖를 첨가하여 전해액을 제조하는 공정;

ⅲ) 상기 ⅱ)단계에서 제조한 전해액 400㎖를 전해욕조에 넣고, 전해욕조에서 음극에는 티타늄 합금봉, 양극에는 어버트먼트 스크류(abutment screw)를 각각 연결하여 극간 거리를 5cm로 고정시키고, 전류밀도를 1.5 A/dm²범위로 하여 240V 전압에 도달시키는 양극 산화 공정;

ⅳ) 어버트먼트 스크류(abutment screw)의 표면에 형성된 산화 피막에 남아 있는 전해액을 세척하기 위하여 에탄올 용액으로 10분간 초음파 세척한 후 다시 증류수로 상기와 같은 방법에 의해 초음파 세척하는 후처리 공정;.

을 거쳐 임플란트의 상부 구조물인 어버트먼트 스크류(abutment screw)의 표면에 치아의 자연 색상인 누런색에 가까운 밝은 갈색의 산화 피막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 어버트먼트 표면의 심미적 표면 처리방법.
제 4항에 있어서, 상기 티타늄 합금봉의 소재는 Ti-6Al-4V로서, 그 조성비는 티타늄이 90중량%, 알루미늄이 6중량%, 바나듐이 4중량%로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 어버트먼트 표면의 심미적 표면 처리방법.
제 4항에 있어서, 양극산화 공정은 정류기의 전압을 240V로 조절한 뒤 전해욕조에서 음극에는 티타늄 합금봉, 양극에는 어버트먼트 스크류(abutment screw)를 각각 연결하여 극간 거리를 5cm로 고정시키고, 정전류를 1.5 A/dm²로 공급하여 어버트먼트 스크류(abutment screw)의 표면에 티타니아 세라믹의 밝은 갈색의 산화 피막을 형성시키는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 어버트먼트 표면의 심미적 표면 처리방법.
치과용 임플란트 어버트먼트의 연결 구조인 숄더 서페이스(shoulder surface)의 심미적 표면 처리방법에 있어서,

상기 숄더 서페이스(40, 140)는 백색을 갖는 초미립자의 지르코니아가 90.0 중량%이상 함유된 원료를 사용하여 금형몰드로 가압 성형시켜 1,400 내지 1,500 ℃로 소성하여 제조한 지르코니아 소재의 세라믹스를 사용한 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 어버트먼트 표면의 심미적 표면 처리방법.