KR100934702B1

KR100934702B1 - 코발트계 합금을 이용한 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트

Info

Publication number: KR100934702B1
Application number: KR1020090035464A
Authority: KR
Inventors: 장대규
Original assignee: 장대규
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2009-12-31

Abstract

본 발명은 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재를 이용하여 제조한 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트(Abutment)에 관한 것으로, 종래의 치과용 임플란트의 어버트먼트(Abutment)의 소재로서 사용되는 고가의 귀금속인 금, 백금, 파라듐 합금의 대체소재로서 코발트와 크롬이 주성분인 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재를 사용함으로써, 주조용 골드(Casting Gold),도재용 귀금속(PFG) 또는 도재용 금속(PFM)과 같은 보철물 소재와의 접합성이 좋고, 우수한 강도, 연성, 부식 저항성, 생체 친화성 및 가공성 양호한 특성을 갖으며, 저가의 코발트 합금을 어버트먼트(Abutment) 소재로 사용하여 치과용 임플란트에 사용하는 어버트먼트(Abutment)를 제공하여 저렴한 비용에 임플란트 시술을 할 수 있는 파급효과가 기대된다.

치과용 임플란트, Abutment, 코발트, 크롬, 몰리브덴, 주조용 골드, 도재용 귀금속(PFG), 도재용 금속(PFM)

Description

코발트계 합금을 이용한 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트{Dental Implant Abutment by Using Co-Based Alloys}

본 발명은 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재를 이용하여 제조한 치과용 임플란트의 어버트먼트(Abutment)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주조용 골드(CG), 도재용 귀금속(PFG) 또는 도재용 금속(PFM)과 같은 보철물 소재와의 접합성과 가공성이 좋은 저렴한 합금소재를 이용하여 우수한 강도, 연성, 부식 저항성 및 생체 친화성을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 코발트계 합금을 이용한 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트(Abutment)에 관한 것이다.

일반적으로 치과용 임플란트(implant)는 치아가 상실된 부분의 치조골에 매식되어 결합되는 인공치아 고정체(fixture)와, 이 인공치아 고정체(fixture)에 결합되어 인공치아(crown)를 고정하기 위한 어버트먼트(Abutment) 등의 보철물을 구비하여 이루어진다.

그리고 통상적인 치과용 임플란트의 어버트먼트(1)는 도 1 내지 도 3에 도시 되어 있는 바와 같이 있는 인공치아(2)인 보철물을 지지하고, 고정용 볼트(3)가 삽입되어 인공치아 고정체(4)와 결합되도록 관통공이 형성된 구조로서 그 소재가 귀금속 합금으로 이루어져 있다.

상기와 같은 골드 어버트먼트(Abutment)를 이용한 인공치아인 보철물을 보철하는 방법은 보철물의 구조와 소재에 따라 캐스팅 골드(casting gold), 도재용 금속(PFM, Porcelain Fused to Metal), 도재용 귀금속(PFG, Porcelain Fused to Gold)으로 구분되어지며, 캐스팅 골드 보철물은 도 1에 도시된 바와 같이 골드 어버트먼트(1)의 외부에 금, 백금, 파라듐과 같은 귀금속의 주성분에 소량의 이리듐을 혼합시킨 합금소재를 사용하여 캐스팅한 인공치아(2)로서 가격이 너무 고가여서 경제적인 부담이 된다. 따라서 보철물 제작 비용의 절약을 위해 도 2에 도시된 바와 같이 내부 프레임 구조물로서 코발트계 합금(2a)을 보강하고, 그 외부에 치아와 같은 색조를 나타낼 수 있는 포세린(2b) 도재를 입힌 도재용 금속(PFM) 보철물과 도 3에 도시된 바와 같이 내부 프레임 구조물로서 골드(2a')를 보강하고, 그 외부에 치아와 같은 하얀 색조를 나타낼 수 있는 포세린(2b') 도재를 입힌 도재용 귀금속(PFG) 보철물로 구분된다.

상술한 바와 같이 캐스팅 골드방식, 도재용 금속(PFM) 방식 또는 도재용 귀금속(PFG) 방식 등에 사용하는 통상적인 어버트먼트(1)는 UCLA대학에서 내식성이 우수하고, 인체에 무해한 귀금속 소재인 골드를 이용하여 제조한 제품으로 '골드 UCLA Abutment'라 알려져 있고, 그 소재가 귀금속 합금으로 되어 있어 고가의 가격에 유통되고 있었음에도 불구하고, 그동안 대체소재의 연구개발보다는 어버트먼트(Abutment)의 구조 개선에 대한 연구개발들에만 주로 치중되고 있었다.

치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트(Abutment) 소재의 개발에 대한 특허로는 국내 등록특허 제539415호의 티타늄 합금 소재의 어버트먼트 스크류와 백색을 갖는 지르코니아 세라믹스 소재의 숄더 서페이스로 이루어진 크라운용 어버트먼트와, 국내 등록특허 제561877호의 지르코늄(Zirconium) 소재의 어버트먼트와, 일본 공개특허 특개평6-78935호의 Al₂O₃, MgO, SiO₂ 등과 같은 화합물들을 혼합하여 자연 치아의 색상에 가까운 오팔(opal) 색상을 내는 세라믹 소결체 소재의 치과 보철물 등과 같은 특허들이 알려져 있지만 상기와 같은 특허들의 경우에는 어버트먼트의 소재에 대한 연구개발이 치골과의 접합성 또는 생체 안정성 등의 특성을 개선하기 보다는 치아의 미적 감각을 고려하여 임플란트의 색상을 개선하기 위한 표면처리에 관한 기술에 한정된 문제점이 있었다.

한편, 의료용 임플란트 소재로서, 그동안 ASTM(미국재료시험협회)의 F75, 스텔라이트(Stellite) 합금 번호 21. 바이탤륨(Vitalliun)으로 명명된 Co-Cr-Mo 합금소재들이 의료 장치, 특히 히프, 무릎, 어깨 등의 골 이식재 용도로 사용되는 외과용 임플란트로 사용되어 왔지만 상기와 같은 코발트계 합금소재들은 니켈의 함량이 1~3 중량%가 함유되어 있어 생체 내에서 알러지 반응을 일으키기 쉬울 뿐만 아니라 주조에 의해 의료용 임플란트 부품으로 주조에 의해 외과용 임플란트 부품을 성형함으로써 치과용 임플란트의 어버트먼트 삽입공 내부에 형성시킨 나사산 등과 같은 구조를 제대로 가공할 수 없을 뿐만 아니라 이와 같은 주조품들은 기공 및 탄화물 편석과 같은 미세조직 결함이 생겨 주조 임플란트의 기계적 물성저하와 함께 부식에 의한 불량의 원인이 되므로 이를 방지하기 위하여 열처리를 함으로써 주조 임플란트의 경도와 기계적 강도가 저하하는 문제점이 발생하였다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 방안으로 미국 등록특허공보 제5,462,575호에 주요 합금 원소로서 코발트, 크롬 및 몰리브덴의 합금을 이용하여 외과용 임플란트에 적용시키기 위한 소재가 개발되었지만, 상기와 같은 소재의 경우에는 주로 정형외과용 소재로서 즉 히프, 무릎, 어깨 등의 골 이식재 용도로 시술하기 위한 외과용 임플란트 소재로만 한정되어 있었다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 본 발명자는 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재를 이용하여 치과용 임플란트의 어버트먼트(Abutment)를 제조함으로써, 합금소재의 가공성이 우수하고 주조용 골드(CG), 도재용 귀금속(PFG) 또는 도재용 금속(PFM)과 같은 보철물 소재와의 접합성이 좋으며, 우수한 강도, 연성, 부식 저항성 및 생체 친화성을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트(Abutment)를 제공함을 과제로 한다.

따라서 본 발명자는 외과용 임플란트의 합금소재가 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재를 이용하여 주조에 의해 제조하고 있는 점에 착안하여 외과용 임플란트의 용도로 사용되고 있는 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재를 개량하여 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트(Abutment)를 제조함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 캐스팅 골드(casting gold), 도재용 금속(PFM, Porcelain Fused to Metal) 또는 도재용 귀금속(PFG, Porcelain Fused to Gold)으로 이루어진 인공치아 보철물을 지지하는 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트에 있어서,
상기 치과용 임플란트의 어버트먼트(Abutment)는 코발트 62.80~68.85 중량%, 크롬 26~30 중량%, 몰리브덴 5~7 중량%, 질소 0.15~0.20 중량%로 이루어진 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재인 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트를 과제 해결 수단으로 한다.

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상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명은 종래의 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트의 소재로서 사용되는 고가의 귀금속인 금의 대체소재로서 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재를 사용함으로써, 주조용 골드(CG), 도제용 귀금속(PFG) 또는 도재용 금속(PFM) 보철물 소재와의 접합성이 좋고, 우수한 강도, 연성, 부식 저항성, 생체 친화성 및 가공 특성을 갖으며, 저가의 코발트 합금을 어버트먼트 소재로 사용하여 저렴한 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트를 제공하여 저렴한 비용에 임플란트 시술을 할 수 있는 파급효과가 기대된다.

이하, 본 발명에 따른 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트의 구성을 상세히 설명하면 아래의 내용과 같다.

본 발명은 인공치아 보철물을 지지하는 치과용 임플란트에 사용되는 어버트 먼트에 있어서,

상기 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트는 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트에 관한 것이다.

그리고 본 발명에 따른 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재는 캐스팅 골드(casting gold), 도재용 금속(PFM, Porcelain Fused to Metal), 도재용 귀금속(PFG, Porcelain Fused to Gold)의 보철물 소재에 모두 적용되어 질 수 있도록 상기 보철물을 구성하고 있는 소재인 금, 코발트 합금 금속 등과의 접합성이 좋은 합금소재이다.

현재 사용되고 있는 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트는 통상적으로 '골드 UCLA Abutment'라고 불리우는 바와 같이 금과 같은 귀금속 소재를 이용하여 제조하고 있지만 이에 대한 대체소재가 개발되지 않고 있는 실정이며, 그리고 외과용 임플란트 합금소재로서 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재가 개발되어 있지만 이와 같은 외과용 임플란트의 합금소재에는 니켈이 1~3 중량%가 함유되어 있어 생체 내에서 알러지 반응을 일으킬 수 있는 문제가 발생할 우려가 있을 뿐만 아니라 주조에 의해 성형품을 제조하여야 하므로 정밀 가공이 불가하였고, 주로 그 용도도 무릎, 어깨 등의 골 이식재 용도로 시술하기 위한 외과용 임플란트 소재로만 한정되어 있었다.

따라서 본 발명에 따른 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재는 코발트 62.80~68.85 중량%, 크롬 26~30 중량%, 몰리브덴 5~7 중량%, 질소 0.15~0.20 중량%로 이루어지는 합금소재를 개발함으로써, 합금소재에 니켈 성분이 함유되지 아니하여 생체 적합성이 우수할 뿐만 아니라 치과용 임플란트의 어버트먼트 제조시 정밀 기계가공(CNC선반, CNC밀링 등의 CNC공작기계 및 머시닝센터 등)을 통해 제조가 가능하도록 하였다.

본 발명에 따른 합금소재에서 크롬과 몰리브덴은 기계적 강도와 내부식성을 향상시키기 위해 코발트 62.80~68.85 중량%, 크롬 26~30 중량%, 몰리브덴 5~7 중량%를 함유시키는 것이 바람직하며, 되도록 철 함유량은 주조시 산화막의 형성으로 인한 접합성에 취약하므로 거의 미량으로도 있어서는 안된다. 또한 질소는 카본은 주조시 높은 온도에서 질화물 및 탄화물을 형성하여, 부식 및 크랙을 유도하기 때문에 0.2%에서 0.35중량 %이하로 존재하여야 한다.

따라서, 상기와 같은 구성성분을 갖는 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트는 가공이 용이하고, 다양한 종류의 보철물 소재와의 접합성이 좋고, 우수한 강도, 연성, 부식 저항성 및 생체 친화성을 갖는다.

이하 본 발명의 구성을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 하기의 실시예에 의해서만 반드시 한정되는 것은 아니다.

1. 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재를 이용한 어버트먼트의 개발

( 실시예 1)

코발트 62.8 중량%, 크롬 30 중량%, 몰리브덴 7 중량%, 질소 0.2 중량%로 이루어진 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재를 이용하여 Abutment를 제조하였다.

(실시예 2)

코발트 68.85 중량%, 크롬 26 중량%, 몰리브덴 5 중량%, 질소 0.15 중량%로 이루어진 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재를 이용하여 Abutment를 제조하였다.

2. 어버트먼트의 기계적 물성 및 부식저항성 평가

상기 실시예 1, 2의 어버트먼트 시료를 '의료기기의 생물학적 안전에 관한 공통기준 규격'(식품의약품안정청 고시)에 의거 기계적 물성 및 부식저항성을 평가한 결과는 아래 [표 1]의 내용과 같다.

평가항목	식약청 기준	실시예 1	실시예 2
항복강도(0.2%) MPa(최소)	500	585	560
파단연신율 (%)최소	18	25	23
부식저항성 37±1^oC 에서 7±0.1일 동안	200μg/cm²	178μg/cm²	185μg/cm²

상기 [표 1]에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1, 2의 어버트먼트는 항복강도, 파단연신율 및 부식 저항성의 평가에서 모두 식약청 기준을 만족시킴을 확인할 수 있었다.

3. 어버트먼트와 인공치아 보철물과의 접합 평가

상기 실시예 1의 어버트먼트를 사용하여 캐스팅 골드 보철물과 내부 플레임이 코발트 합금 소재인 도재용 금속(PFM) 보철물에 각각 접합시킨 후 그 단면을 절단하여 광학 현미경으로 관찰한 결과 도 4에 나타난 바와 같이 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재의 어버트먼트의 산화막이 박리되지 않고, 캐스팅 골드 보철물의 소재인 귀금속 합금과의 접착면에 기포 등일 발생하지 않고 균일하게 잘 접착된 것을 확인할 수 있었다. 도 4에서 (A)는 코발트계합금의 어버트먼트이고 (B)는 주조용 골드합금을 나타낸 것이다.

상기에서 어버트먼트와 보철물의 소재가 접착되는 면에서 어버트먼트의 산화막이 박리될 경우에는 어버트먼트와 보철물의 접착력이 저하되고, 그리고 이 접착면에 기공들이 형성될 경우 인공치아의 보철물을 장기간 사용할 경우 접착면의 기공에 음식 찌꺼기 등의 이물질이 침투하여 부식이 발생하면서 접착력이 약해지면서 접착부위가 떨어지는 문제점이 발생한다.

그리고 실시예 1의 어버트먼트를 내부 플레임 소재가 코발트 합금이고, 그 외부에 포세린 도재를 입힌 도재용 금속(PFM) 보철물과 접착시킨 후 그 단면을 절단하여 관찰한 결과 도 5에 나타난 바와 같이 어버트먼트의 산화막이 박리되지 않고, 실시예 1의 어버트먼트와 보철물의 내부소재인 코발트 합금과의 접착면에 기포 등일 발생하지 않고 균일하게 잘 접착된 것을 확인할 수 있었다. 도 5에서 (A)는 코발트계 합금의 어버트먼트이고, (B)는 도재용 코발트계 합금을 나타낸 것이다.

또한 실시예 2의 어버트먼트를 사용하여 내부 플레임 소재가 금이고, 그 외부에 포세린 도재를 입힌 도재용 귀금속(PFG) 보철물과 접합시킨 후 그 단면을 절단하여 관찰한 결과 실시예 2의 어버트먼트와 내부 플레임의 합금 소재와 균일하게 잘 접합되었음을 확인할 수 있었다. 도 6에서 (A)는 코발트계 합금의 어버트먼트, (B), 도재용 귀금속 합금을 나타낸 것이다.

참고로 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트가 캐스팅 골드 보철물과 접합된 상태의 단면을 찍어 나타낸 광학현미경 사진이고, 도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트가 도재용 금속(PFM) 보철물과 접합된 상태의 단면을 찍어 나타낸 광학현미경 사진이며, 도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트가 도재용 귀금속(PFG) 보철물과 접합된 상태의 단면을 광학현미경 사진으로 나타낸 것이다.

따라서, 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재로 이루어진 본 발명에 따른 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트는 보철물의 내부 소재에 관계없이 캐스팅 골드(casting gold), 도재용 금속(PFM: Porcelain Fused to Metal), 도재용 귀금속(PFG: Porcelain Fused to Gold)의 보철물에 모두 균일하게 잘 접착되는 것을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같은, 본 발명에 따른 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트는 상기한 실시예에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 캐스팅 골드 보철물 구조의 임플란트 단면을 나타낸 것이고,

도 2는 일반적인 도재용 금속(PFM) 보철물(2a) 구조의 임플란트 단면을 나타낸 것이며,

도 3은 일반적인 도재용 귀금속(PFG) 보철물(2a') 구조의 임플란트 단면을 나타낸 것이며,

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트가 캐스팅 골드 보철물과 접합된 상태의 단면을 찍어 나타낸 광학현미경 사진이며,

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트가 도재용 금속(PFM) 보철물과 접합된 상태의 단면을 찍어 나타낸 광학 현미경 사진이며,

도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트가 도재용 귀금속(PFG) 보철물과 접합된 상태의 단면을 찍어 나타낸 광학현미경 사진에 관한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 어버트먼트(Abutment) 2 : 인공치아 보철물

3 : 고정용 볼트(Abutment Screw) 4 : 인공치아 고정체(Fixture)

Claims

캐스팅 골드(casting gold), 도재용 금속(PFM, Porcelain Fused to Metal) 또는 도재용 귀금속(PFG, Porcelain Fused to Gold)으로 이루어진 인공치아 보철물을 지지하는 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트에 있어서,

상기 치과용 임플란트의 어버트먼트(Abutment)는 코발트 62.80~68.85 중량%, 크롬 26~30 중량%, 몰리브덴 5~7 중량%, 질소 0.15~0.20 중량%로 이루어진 코발트-크롬-몰리브덴계 합금소재인 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트에 사용되는 어버트먼트.
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