KR101198965B1 - 치과용 임플란트 보철물 소성을 위한 가압형 소성로 - Google Patents

치과용 임플란트 보철물 소성을 위한 가압형 소성로 Download PDF

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Abstract

보철물의 산화를 최소화할 수 있는 소성로를 제공하기 위하여, 본 발명은 상기 보철물이 안착되는 스테이지; 상기 스테이지 상에 배치되어 상기 보철물을 외부로부터 차단하는 챔버; 및 상기 스테이지 및 상기 챔버에 대하여 상대적으로 이동가능하도록 형성되어 상기 챔버에 소정의 열을 가하는 가열부;를 포함하는 가압형 소성로를 제공한다.

Description

치과용 임플란트 보철물 소성을 위한 가압형 소성로{A pressurized furnace for baking dental implant abutment}
본 발명은 치과용 임플란트 보철물에 포세린(Porceain)을 소성하는 소성로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 소성로와는 달리 보철물을 소성하는 공간이 밀폐형으로 되어 있어 여러 가지 가스 분위기에서 가압하면서 소성을 시행함으로써 보철물의 산화를 최소화할 수 있는 소성로에 관한 것이다.
최근 상실된 치아를 수복하기 위한 치료법으로써 치과용 임플란트가 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래 치과용 임플란트를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 치과용 임플란트는 상실된 치아를 수복하기 위해 치조골에 인공치근(Fixture)(11)을 이식한 후, 인공치근(Fixture)(11)에 지대주(Abutment)(12)를 고정하고, 그 위에 치관(Crown)(13)을 만들어 치아의 기능을 복원시켜 주는 구조물을 의미한다. 여기서 치아에 해당하는 부위를 보철물이라 부르며, 보철물은 아래쪽의 지대주(Abutment)(12)와 위쪽의 치관(Crown)(13)으로 구성된다. 그리고 치관(13)은 다시 하부 구조물인 뇌관(Corping)(13a)과 상부 포세린층(13b)으로 구성된다.
이와 같은 임플란트 보철물은 인공치근(11)이 치아 상실부에 식립된 다음, 2~6개월간 턱뼈와 골융합 기간을 거친 후 제작되며 그 과정은 다음과 같다. 먼저, 피시술자의 구강 형상을 본뜨는 인상 채득 단계를 수행한 후, 이를 바탕으로 구강 모형을 제작한다. 그리고, 이를 바탕으로 치아 형상을 제작한 후, 이를 매몰 및 소환한다. 다음으로 임플란트 보철물을 주조(Casting)한 후, 그 위에 포세린을 도포 및 소성하고 이를 검수하여 피시술자의 구강 내에 임플란트 보철물을 형성하는 것이다.
도 2 및 도 3은 종래의 치과용 임플란트 보철물의 포세린 소성을 위한 소성로를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 치과용 임플란트 보철물의 포세린 소성을 위한 소성로(100)는 스테이지(110), 가열부(121)를 포함하는 챔버(120) 및 감압 장치(130)를 포함한다.
이와 같은 종래의 기공소에서 사용되는 소성로의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 보철물이 놓이는 스테이지(110)가 대기 중에 노출되어 있다. 이 상태에서, 온도를 상승시키고자 할 경우, 도 2의 화살표 A방향으로 스테이지(110)를 상승시킨다. 그러면, 도 3에 도시된 바와 같이 보철물이 놓여 있는 스테이지(110)가 가열부(121)가 설치된 챔버(120) 속으로 들어감과 동시에, 로터리 펌프 등으로 구성된 감압 장치(130)로 감압(약 10-2 Torr)을 수행하여, 고온에서 포세린을 소성하게 된다. 이때, 하나의 임플란트를 제작하기 위해서는 이러한 소성 과정이 여러 번 반복하여 수행되어야 하며, 이 과정에서 보철물이 고온에서 대기 중에 노출이 됨으로써 산화가 진행된다. 그리고 이와 같은 보철물의 산화가 축적되어, 도 4에 도시된 바와 같이 보철물의 표면에 검은 색의 산화막이 형성된다. 이러한 산화막은 포세린과의 접착능력을 저하시키고 심미성을 저하시키게 되어 품질 저하를 초래하게 된다.
본 발명은 보철물의 산화를 최소화할 수 있는 치과용 임플란트 보철물 소성을 위한 가압형 소성로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 치과용 임플란트 보철물 소성을 위한 가압형 소성로에 있어서, 상기 보철물이 안착되는 스테이지; 상기 스테이지 상에 배치되어 상기 보철물을 외부로부터 차단하는 챔버; 상기 스테이지 및 상기 챔버에 대하여 상대적으로 이동가능하도록 형성되어 상기 챔버에 소정의 열을 가하는 가열부; 및 상기 챔버 내부로 가스를 가압할 수 있는 가압장치;를 포함하는 가압형 소성로를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 챔버 내부는 Ar, N2, CO, NH3 중 적어도 하나 또는 혼합가스를 포함하는 가스에 의해 가압될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 스테이지 및 상기 챔버가 상기 가열부 내에 수용될 때 상기 가열부가 상기 챔버에 소정의 열을 가할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 챔버에는, 소정의 유체가 유동할 수 있는 냉각수 공급관이 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 챔버 내부를 감압시키는 감압 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 챔버의 일측에 연결되어 상기 챔버 내부의 가스 압력을 제어하는 자동 압력 조절장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보철물은 티타늄 합금(Titanium alloy)을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 보철물은 치관 하부 구조물과 지대주(Abutment)가 일체형으로 형성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 보철물의 산화가 최소화되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 치과용 임플란트를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 종래의 치과용 임플란트 보철물의 포세린 소성을 위한 소성로를 나타내는 도면이다.
도 4는 반복 소성에 따른 보철물의 산화 정도를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 치과용 임플란트 보철물의 포세린 소성을 위한 소성로를 나타내는 도면이다.
도 7은 보철물의 재료를 Ar 및 N2 분위기에서 가압한 상태에서 1000℃로 한 시간 동안 열처리한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 Ar및 N2 가스 분위기에서 가압을 하여 열처리를 한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상술한 바와 같이 치과용 임플란트는 상실된 치아를 수복하기 위해 치조골에 인공치근(Fixture)(도 1의 11 참조)을 이식한 후, 인공치근(Fixture)(도 1의 11 참조)에 지대주(Abutment)(도 1의 12 참조)를 고정하고, 그 위에 치관(Crown)(도 1의 13 참조)을 만들어 치아의 기능을 복원시켜 주는 구조물을 의미한다.
이와 같은 임플란트 보철물 제작시, 다양한 임상 케이스에 대응하기 위해서는, 이른바 로스트 왁스법(Lost Wax Method)에 의한 주조방식으로 치관 하부를 제작하는 방법이 일반적으로 사용되었다. 이때 사용되는 주조 재료로는, 치과 재료로서 오랫동안 사용되어 와서, 그 안전성과 유효성이 검증되었고 생체친화성이 우수하고 주조성이 양호한 금 합금(Gold alloy)이 선호되고 있다. 그러나 이러한 금 합금(Gold alloy)을 사용한 주조법은 다음과 같은 한계를 가진다.
먼저 주조 공정 자체로부터 발생하는 문제점들이 존재한다. 첫째, 시간이 과도하게 소모된다. 즉, 주조 전 준비 과정인 치아 형상 제작, 매몰, 매몰재 경화 대기, 소환, 주조(Casting), 주조(Casting) 후 냉각 대기 등, 작업 특성상 최대 8시간가량 시간이 소모된다. 둘째, 주조 수축에 의한 부적합 현상이 발생한다. 상세히, 주조(Casting) 방법은 고체의 금속을 액체로 용융시켜 용탕에 주입한 뒤 다시 냉각 되는 공정을 거치므로, 필연적으로 냉각 과정에서 오는 수축 오차가 발생하며, 특히 여러 개의 치아가 상실된 환자의 임플란트 보철물(다수치, Long Bridge)을 제작할 경우, 이와 같은 주조 수축은 부적합 현상을 야기하는 주요소가 된다. 셋째, 품질 관리가 용이하지 아니하다. 즉, 치관(Crown)과 지대주(Abutment) 사이에는 정밀한 적합이 요구됨에도 불구하고, 현재의 주조 공정에서는 기공작업자의 경험 및 손 기술 등에 그 품질이 좌우되고 있어, 보철물의 품질 편차를 야기하고 이는 장기사용시 파손의 원인이 된다는 문제점이 존재하였다.
또한, 금 합금(Gold alloy) 소재 사용으로 인한 문제점들도 존재한다. 상세히, 고가의 금 재료는 임플란트 보철물 제작원가에 상당한 부담으로 작용하고 있다. 특히 최근 10여 년간 금 시세의 급격한 상승으로 보철물 제작 비용의 부담이 더욱 가중되고 있는 추세이다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, PFT(Porcelain Fused Titanium) 임플란트 보철 시스템이 개발되고 있다.
상세히, PFT(Porcelain Fused Titanium) 임플란트 보철 시스템은 치관 하부구조물과 지대주를 일체형으로 제작하여 임플란트 보철물의 구조를 단순화하고, 보철물 제작공정을 주조에서 기계가공으로 대체하고, 보철물의 재료를 금 합금에서 티타늄 합금(Titanium alloy)으로 대체함으로써, 보철물 제작시간과 비용을 획기적으로 단축하고 정밀도와 장기 안정성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 신개념의 임플란트 보철물 제작 시스템이다.
즉, 현재 임플란트 보철물의 구조는 임플란트 제조사에서 기계가공에 의해 특정 규격의 지대주(Abutment)를 대량 생산하고, 그 위에 환자의 임상 상황에 맞추어 기공소에서 주조에 의해 제조된 치관 하부 구조물을 추가하는 것인데 반하여, PFT 임플란트 보철 시스템은 치관 하부 구조물과 지대주를 일체형으로 설계하고 이를 티타늄 합금(Titanium alloy)으로 기계가공에 의해 제작하는 방식이다.
이와 같이 지대주가 티타늄 합금일 경우, 보철물 제작시간과 비용을 단축하고 정밀도와 장기 안정성을 향상시킬 수 있는 반면, 포세린 소성 과정에서 표면에 급격한 산화 반응이 일어나고 이에 따라 포세린 접착 성능의 저하와 심미성의 저하가 일어나게 된다는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 치과용 임플란트 보철물 소성을 위한 가압형 소성로는, 소성 중 발생하는 보철물의 산화를 최소화하기 위해서 보철물이 놓이는 챔버를 밀폐형으로 형성하고 여러 가지 가스 분위기에서 가압을 하여 보철물과 산소의 반응을 최소화하는 것을 일 특징으로 한다. 또한, 가열 및 냉각 속도를 빠르게 하기 위하여, 가열부와 챔버를 분리하는 동시에, 챔버 주위에 냉각수를 흐르게 하여 냉각 속도를 더욱 빠르게 할 수 있다. 나아가, 가압하에서 온도를 상승시킬 경우 내부의 압력이 급격히 상승을 하는 것을 방지하기 위하여, 자동 압력 조절장치를 더 부착할 수 있다.
이에 대하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 치과용 임플란트 보철물의 포세린 소성을 위한 소성로를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 치과용 임플란트 보철물 소성을 위한 가압형 소성로(200)는 스테이지(210), 챔버(220), 가열부(230), 감압 장치(240) 및 자동 압력 조절장치(250)를 포함한다. 도면에는 표시되어 있지 않지만, 여러 가지 가스를 가압할 수 있는 가압 장치를 포함하고 있으며, 상기 가압 장치는 가압을 위한 일반적인 장치 모두를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 고압 봄베, 콤프레셔 등을 포함할 수 있다.
상세히, 상기 스테이지(210) 상에는 소성이 수행되어야 하는 보철물(10)이 배치된다. 상술한 바와 같이, 상기 보철물(10)은 기계가공에 의해 제작된 티타늄 합금(Titanium alloy) 재질의 PFT(Porcelain Fused Titanium) 임플란트 보철물일 수 있다.
상기 스테이지(210) 상에는 챔버(220)가 배치된다. 상기 챔버(220)는 스테이지(210) 상에 배치된 보철물(10)이 외부로부터 차단되도록 밀폐형으로 형성된다.
여기서, 상기 챔버(220) 내에는 냉각수 공급관(221)이 더 구비될 수 있다. 이와 같이 챔버(220) 내에 냉각수 공급관(221)을 구비하여 챔버 주위에 냉각수를 흐르게 함으로써 보철물(10)의 냉각 속도를 더욱 빠르게 할 수 있다. 도면에는 냉각수 공급관(221)이 챔버(220) 내에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 챔버(220) 내부를 냉각할 수 있는 다양한 위치에 냉각수 공급관(221)이 배치될 수 있다 할 것이다.
상기 스테이지(210) 및 상기 챔버(220) 상부에는 가열부(230)가 형성된다. 여기서 가열부(230)는 상기 스테이지(210) 및 상기 챔버(220)에 대하여 화살표 B 방향으로 상대적으로 이동할 수 있도록 형성된다. 이와 같이 가열부(230)와 챔버(220)를 분리하고, 챔버(220)를 밀폐형으로 형성하여 보철물(10)이 산소와 반응하는 것을 최소화함으로써, 포세린 접착 성능 및 심미성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
감압 장치(240)는 챔버(220) 내부를 감압시키는 역할을 수행한다. 즉, 로터리 펌프 등으로 구성된 감압 장치(240)로 챔버(220) 내부의 감압(약 10-2 Torr)을 수행하게 된다.
자동 압력 조절장치(250)는 챔버(220)의 일측에 연결되어, 승온 과정에서 챔버(220) 내부의 가스 압력의 급격한 상승을 방지하는 역할을 수행한다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 치과용 임플란트 보철물 소성을 위한 가압형 소성로(200)를 이용하여 보철물을 소성하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 스테이지(210) 상에 보철물(10)을 배치한 후, 그 상부에 밀폐형의 챔버(220)를 배치하여 보철물(10)을 외부로부터 차단한다.
다음으로, 로터리 펌프 등으로 구성된 감압 장치(240)를 이용하여 챔버(220) 내부를 감압(약 10-2 Torr 이하)한 후, Ar, N2, CO, NH3 등의 여러 가지 가스 또는 혼합가스로 챔버(220) 내부를 대기압 이상으로 가압한다.
다음으로, 가열부(230)를 스테이지(210) 및 챔버(220)에 대하여 화살표 B 방향으로 하강시켜서 스테이지(210) 및 챔버(220)가 가열부(230) 내에 위치하도록 한 후, 가열부(230)를 소성 온도로 승온하여 소성 공정을 진행한다.
이때, 승온 과정에서 챔버(220) 내부의 가스 압력의 급격한 상승을 방지하기 위하여, 자동 압력 조절장치(250)가 챔버(220) 내부의 압력을 조절할 수 있다.
소성이 완료된 후, 가열부(230)를 스테이지(210) 및 챔버(220)에 대하여 화살표 B 방향으로 상승시켜서 챔버(220)와 가열부(230)를 분리함과 동시에, 냉각수 공급관(221)을 통해 냉각수가 챔버(220) 주위에 흐르게 함으로써 냉각 속도를 극대화시켜 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 보철물(10)이 배치되는 밀폐형 챔버(220)를 감압한 후, 여러 가지 가스(Ar, N2, CO, NH3 등)로 가압(대기압 이상)하여 고온에서 소성을 하기 때문에, 보철물과 산소와의 반응을 최소화할 수 있다. 또한 보철물이 배치되는 챔버(220)와 가열부(230)가 분리가능하도록 형성됨으로써, 냉각 및 가열 효율을 극대화할 수 있다. 특히 냉각시 챔버(220)와 가열부(230)가 분리되면서 챔버(220) 주위에 냉각수가 흐르게 하여 냉각 효율을 극대화할 수 있다.
도 7은 현재 보철물의 재료인 cp Ti(grade 4)와 Ti-6Al-4V(grade 5)을 Ar 및 N2 분위기에서 1.1㎏/㎠ ~ 2.0㎏/㎠으로 가압한 상태에서 1000℃로 한 시간 동안 열처리한 결과를 나타내고 있다. 여기서, 가로축은 단위면적당(㎠) 무게 증감(Mass gain)을 나타내고 있고 있다. 이러한 단위 면적당 무게 증감은, 산화로 인한 산화막의 증가를 나타내는 지표이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 대기압에서는 산화막 생성이 8㎎/㎠ ~ 11㎎/㎠정도이나, 가압 하에서는 약 1㎎/㎠ 전후로, 가압 하에서 현저하게 산화막 생성이 감소하였음을 알 수 있다.
한편, 도 8은 Ar및 N2 가스 분위기에서 가압을 하여 열처리를 한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8을 참조하면, Ar분위기에서보다는 N2분위기에서 열처리하였을 경우 산화막의 생성이 적음을 알 수 있다. 또한 Cp Ti(grade 4)보다는 Ti-6Al-4V(grade 5)합금에서 산화막 생성이 적음을 알 수 있다.
현재까지의 임플란트 제작은 보철물의 산화를 최소화하기 위하여 보철물 위에 금 합금(Gold alloy)을 주조로 일차 형(Corping)을 떠서 그 위에 포세린을 소성하는 방법을 사용하였다. 하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 가압형 소성로로 소성을 할 경우, 소성 시 발생하는 보철물의 산화를 최소화할 수 있어, 보철물과 금 합금을 일체화하여 임플란트를 제작할 수 있게 된다. 즉, 금 합금(Gold alloy)을 일반 보철물 재료인 티타늄 합금으로 대체해 제조 원가를 낮출 수 있고, 또한 금 합금의 주조 공정이 생략이 되어 친환경적인 방법으로 임플란트를 제작할 수 있으며, 주조시 발생하는 응고 수축으로 인한 오차를 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
200: 가압형 소성로 210: 스테이지
220: 챔버 230: 가열부
240: 감압 장치 250: 자동 압력 조절장치

Claims (8)

  1. 치과용 임플란트 보철물 소성을 위한 가압형 소성로에 있어서,
    상기 보철물이 안착되는 스테이지;
    상기 스테이지 상에 배치되어 상기 보철물을 외부로부터 차단하는 챔버;
    상기 스테이지 및 상기 챔버에 대하여 상대적으로 이동가능하도록 형성되어 상기 챔버에 소정의 열을 가하는 가열부; 및
    상기 챔버 내부로 가스를 가압할 수 있는 가압장치;를 포함하고,
    상기 챔버에는, 소정의 유체가 유동할 수 있는 냉각수 공급관이 형성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 가압장치를 이용하여 상기 챔버 내부가 Ar, N2, CO, NH3 중 적어도 하나를 포함하는 가스 또는 혼합가스에 의해 가압되는 것을 특징으로 하는 가압형 소성로.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지 및 상기 챔버가 상기 가열부 내에 수용될 때 상기 가열부가 상기 챔버에 소정의 열을 가하는 것을 특징으로 하는 가압형 소성로.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 내부를 감압시키는 감압 장치를 더 포함하는 가압형 소성로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 일측에 연결되어 상기 챔버 내부의 가스 압력을 제어하는 자동 압력 조절장치를 더 포함하는 가압형 소성로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보철물은 티타늄 합금(Titanium alloy)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가압형 소성로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 보철물은 치관 하부 구조물과 지대주(Abutment)가 일체형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가압형 소성로.
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