KR101896995B1

KR101896995B1 - 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치

Info

Publication number: KR101896995B1
Application number: KR1020170139982A
Authority: KR
Inventors: 김원기; 고재완
Original assignee: 대구보건대학교산학협력단; 고재완
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2018-10-22

Abstract

본 발명은 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주조 성형된 티타늄계 덴탈 합금블록을 후가공시켜, 티타늄계 덴탈 합금블록 조직 내 기공 발생을 방지하고 조직의 밀도를 균일화시켜서, 이를 통해 성형된 치과 보철물의 품질 균일성과 안정성이 확보되도록 하는 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치에 관한 것이다.

Description

티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치{Post-processing apparatus for titanium-based dental alloy blocks}

주지하는 바와 같이 치과 분야에서 임플란트란, 구강 내에서 부분적으로 또는 전체적으로 치아가 상실된 부위의 치조골(齒槽骨)에 식립함으로써 치조골과 유착되어 인공 치근으로서 역할을 하는 금속 구조물을 말한다.

상기 임플란트는 기존의 보철물이나 틀니와 달리, 주변 치아 조직을 상하지 않게 하며, 그 기능이나 형태가 자연 치아와 비슷하면서도 비교적 장기간의 수명을 가지고 있어서, 현재 각광받고 있는 인공 치아용 보철물이다.

게다가 임플란트는 인접 치아를 깎을 필요가 없고, 치조골이 흡수되는 것을 막아 기능 및 심미적으로 우수한 보철물을 만들 수 있으며, 말하거나 웃을 때, 또는 식사시 틀니가 탈락되는 일이 없는 등의 장점이 있다.

통상적인 임플란트는, 고정체(fixture)와 지대주(abutment) 및 인공 치아의 외관을 형성하는 치관(齒冠, crown)으로 구성되며, 상기 고정체는 잇몸 피부로 덮여 있는 치조골에 삽입되어 고정되고, 상기 지대주는 상기 고정체의 상부에 결합되어 잇몸의 위쪽으로 노출되도록 설치된다.

이러한 고정체의 소재로는 적절한 기계적 강도와 생체 적합성, 뛰어난 내부식성, 우수한 골 유착 능력을 가진 티타늄이 가장 널리 사용되고 있다.

한편, 최근에는 상기 치과 보철물을 수가공을 통해 제작하지 아니하고, 3D 구강 스캐너 장치를 통해 구강을 3차원 스캐닝하여 치과 보철물의 형상을 설계한 다음, 상기 설계값에 따라 덴탈용 합금블록을 CAD/CAM을 이용한 3차원 절삭장치를 통해 절삭 가공하여서, 요하는 치과 보철물을 성형하는 형태가 점차 확대되고 있다.

따라서, 상기 덴탈용 합금블록의 품질은 이를 3차원 절삭 가공하여 성형되는 치과 보철물의 품질을 좌우하는 중요한 요인이다.

그런데, 종래에는 원재료를 용해시킨 다음, 용해된 원재료를 주조 성형틀에 투입시켜 주조 성형틀의 형상에 따른 주조블록을 성형하고, 상기 성형된 주조블록의 표면을 폴리싱하여서 덴탈용 합금블록의 제조하고 있다.

그런데, 상기 주조블록을 폴리싱처리한 덴탈용 합금블록은, 주조 성형과정에 내부에 기공이 발생될 수 있고, 또 조직의 밀도가 균일하지 아니한 관계로, 이를 3차원 절삭 가공하여 성형된 치과 보철물의 품질의 균일성을 담보하기 어려운 한계성을 갖는다.

KR 10-2013-0110677 A KR 10-1133677 B1 KR 10-0534243 B1

상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 주조 성형된 티타늄계 덴탈 합금블록을 후가공하여, 티타늄계 덴탈 합금블록 조직 내 기공 발생을 방지하고 조직의 밀도를 균일화시켜서, 이를 통해 성형된 치과 보철물의 품질의 균일성과 안정성이 확보되도록 하는 것으로, 특히 단조 프레스 펀치를 개량하여 티타늄계 덴탈 합금블록이 입체적으로 압착되어 단시간 내에 후가공이 이룩되도록 한 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치는,

주조 성형된 티타늄계 덴탈 합급블록을 수납하는 단조 성형틀과; 상기 단조 성형틀의 상부에 승강구조로 배치되어 단조 성형틀 내에 배치된 덴탈 합금블록을 압착시켜 형상을 교정하고 조직의 밀도를 균일화시키는 단조 프레스 펀치를 포함하여 구성되고,

상기 덴탈 합금블록에는 복수의 분할 압착공들이 상하 관통되게 형성되고, 상기 단조 프레스 펀치의 압착면에는 분할 압착공과 대응되는 분할 압착코어가 하향 돌출되게 형성되어서,

상기 단조 성형틀 내에 배치된 덴탈 합금블록은, 하강하는 단조 프레스 펀치의 압착면에 하방향으로 압착되는 한편, 분할 압착공 내에 진입되는 분할 압착코어에 의해 분할 압착공의 내측벽이 측방향으로 압착되어서, 상기 단조 성형틀 내에 배치된 덴탈 합금블록은 단조 프레스 펀치에 의해 입체적으로 압착되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 분할 압착코어는 상하로 절개된 복수의 절개편들이 방사구조로 형성된 중공관체로 구성되어,

상기 분할 압착코어는 덴탈 합금블록의 분할 압착공 내에 진입되면서 절개편들을 통해 분할 압착공의 내측벽을 탄력적으로 압착하도록 구성된다.

보다 바람직하게는, 상기 분할 압착코어의 중공부에는 코일형의 지지 스프링이 배치되어, 각 절개편은 내접된 지지 스프링에 의해 탄력적으로 지지되도록 구성한다.

그리고, 상기 덴탈 합금블록에 형성된 분할 압착공과, 상기 분할 압착공에 진입되는 분할 압착코어는 쇄기형으로 이루어져, 분할 압착코어는 외측벽을 분할 압착공의 내측벽에 경사진 빗면구조로 지지하여, 분할 압착공의 내측벽을 측방향으로 압축하도록 구성된다.

또한, 상기 단조 성형틀의 바닥면에는, 덴탈 합금블록의 분할 압착공의 중심과 상하로 정렬되는 가이드핀들이 상향 돌출되게 형성되어, 분할 압착공을 따라 하강하는 분할 압착코어는 가이드핀을 중공부에 진입시켜, 중심이 정렬된 상태로 하강하도록 구성된다.

전술한 바와 같이, 단조 프레스 펀치의 압착면에, 덴탈 합금블록에 형성된 분할 압착공들의 내측벽을 측면 압착하는 분할 압착코어를 하향 돌출되게 형성함으로써, 단조 프레스 펀치의 압착면에 의한 하방향 압착과, 분할 압착코어에 의한 덴탈 합금블록의 측방향 압착이 동시에 이룩되도록 한다.

이와 같이, 단조 프레스 펀치를 개량하여 주조 성형된 티타늄계 덴탈 합금블록을 입체적으로 압착하도록 구성하면, 티타늄계 덴탈 합금블록 조직 내 발생된 기공이 삭제되고 조직의 밀도를 균일화되고, 결과적으로 이를 3차원 절삭 가공하여 성형된 치과 보철물은 품질의 균일성과 안정성이 확보된다.

특히, 상기 분할 압착코어는 복수의 분할 압착편들이 방사구조로 형성된 중공관체로 구성되고, 또 지지 스프링에 의해 분할 압착편들이 지지되도록 구성하면, 티타늄계 덴탈 합금블록의 측방향 압축과정에 분할 압축코어가 물리적으로 변형되거나 파손되는 현상이 예방될 수 있다.

도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치에 의해 성형되는 티타늄계 덴탈 합금블록의 주조 성형상태를 보여주는 것이고,
도 2는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치에 의해 성형된 티타늄계 덴탈 합금블록의 후가공 장치의 전체 구성을 보여주는 것이고,
도 3은 상기 도 1에 도시된 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치에 있어, 'A'부분과 'A'부분에 형성된 분할 압착코어의 세부 구성을 보여주는 것이고,
도 4와 도 5는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치를 통한 티타늄계 덴탈 합금블록의 후가공 상태를 보여주는 것이고,
도 6은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치를 통해 후가공된 티타늄계 덴탈 합금블록의 절단 분할 상태를 보여주는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 의해 후가공되는 티타늄계 덴탈 합금블록(100)은, 3D 구강 스캐너 등을 통해 측정 및 수집된 치아 보철물 설계값에 따라 다축식 3차원 절삭 가공장치가 3차원 절삭 가공하여서, 임플란트 등 다양한 치과 보철물로 성형되는 일종의 금속절편이다.

상기 덴탈용 티타늄계 합금블록(100)은, 도 1에서 보는 바와 같이 티타늄을 주원료로 한 원재료를 배합하는 배합공정과; 상기 배합된 원재료를 융융로에 주입시켜 용해시키는 용해공정; 및 용해된 원재료를 주조 성형틀(200)에 주입시켜 티타늄계 주조블록(100)을 주조 성형하는 주조블록 성형공정을 통해 성형된 주조 성형물로 이루어진다.

그리고, 상기 주조 성형되는 덴탈용 티타늄계 합금블록(100)은 높은 비강도와 우수한 생체 적합성 및 부식 저항성이 높아 공기나 체액에 접촉되더라도 산화되지 아니하는 재질특성을 갖는 티타늄을 주원료로하여 제작된다.

본 발명에서는 일예로, 16~20 원자%의 니오브와, 잔부의 티타늄 및 기타 불순물을 함유하는 티타늄을 혼입시킨 주원료를 통해 덴탈용 티타늄계 합금블록(100)을 성형한다.

상기 티타늄에는 산소와 질소, 탄소, 수소 등의 불순물 등이 혼입되며, 상기 티타늄에 배합되어 성형되는 니오브(Nb)는 티타늄 합금의 가공성을 개선시키는 원소로서, 니오브(Nb)의 첨가시 가공성을 저하시키는 α상의 형성이 억제되고 β상의 형성이 촉진되어 합금블록의 조직을 안정화시키는 긴요한 역할을 수행한다.

그리고, 상기 덴탈 합금블록(100)에는 도 1에서 보는 바와 같이 주조 성형틀(200) 내에 배치된 성형코어(210)에 의해 복수의 분할 압착공(110)들이 상하 관통되게 형성되고, 본 발명은 분할 압착공(110)들을 이용하여 하방향으로 압착되는 덴탈 합금블록(100)의 측방향 압착을 도모하여, 덴탈 합금블록의 하방향 압착과 측방향 압착을 포함하는 입체적인 압착을 도모함으로써, 티타늄계 덴탈 합금블록 조직 내 기공 발생을 방지하고 조직의 밀도를 균일화시켜서, 결과적으로 이를 3차원 절삭 가공하여 성형된 치과 보철물의 품질 균일성과 안정성이 확보되도록 한다.

한편, 이와 같이 주조 성형된 티타늄계 덴탈 합금블록을 후가공하는 본 발명에 따른 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치(1)는, 도 2 내지 도 6에서 보는 바와 같이 주조 성형된 티타늄계 덴탈 합급블록(100)을 수납하는 단조 성형틀(10)과; 상기 단조 성형틀(10)의 상부에 승강구조로 배치되어 단조 성형틀(10) 내에 배치된 덴탈 합금블록(100)을 압착시켜 형상을 교정하고 조직의 밀도를 균일화시키는 단조 프레스 펀치(20)를 포함한다.

상기 단조 프레스 펀치(20)는, 저면에 압착면이 형성된 압착 베이스(21)와, 상기 압착 베이스(21)를 승강시키는 승강로드(22)를 포함하여 구성되어, 도 4와 도 5와 같이 단조 성형틀(10) 내에 배치된 덴탈 합금블럭(100)의 상부면을 압착 베이스(21)를 통해 하방향으로 반복하여 압착한다.

특히, 본 실시예에서는 상기 단조 프레스 펀치(20)에 압착 베이스의 압착면에 의해 하방향으로 평면 압착되는 티타늄계 덴탈 합금블록(100)을 측방향으로 동시 분할 압착하는 구조를 마련하여, 단조 성형틀(10) 내에 배치된 덴탈 합금블록(100)은 하방향 압착과 함께 측방향 압착을 포함하는 입체적인 압착이 이룩되도록 하고 있으며, 이를 본 발명의 기술적 특징으로 예정하고 있다.

상기 단조 프레스 펀치(20)에 마련되는 측방향 압착구조는, 상기 단조 프레스 펀치(20)를 구성하는 압착 베이스(21)의 압착면(21a)에 하향 돌출되게 형성되어 티타늄계 덴탈 합금블록에 형성된 분할 압착공에 진입되는 분할 압착코어(23)들을 포함한다.

따라서, 도 5와 같이 상기 단조 성형틀(10) 내에 배치된 덴탈 합금블록(100)은 하강하는 단조 프레스 펀치(20)의 압착면(21a)에 하방향으로 평면 압착되는 한편, 분할 압착공(110) 내에 진입되는 분할 압착코어(23)에 의해 분할 압착공(110)의 내측벽이 측방향으로 압착하고, 결과적으로 상기 단조 성형틀(10) 내에 배치된 덴탈 합금블록(100)은 단조 프레스 펀치(20)에 의해 입체적인 압착이 이룩된다.

이때, 상기 덴탈 합금블록(100)에 형성된 분할 압착공(110)과, 상기 분할 압착공(110)에 진입되는 분할 압착코어(23)는 상부에서 하부로 갈수록 점차 직경이 좁아지는 쇄기형으로 이루어져, 각 분할 압착코어(23)는 경사진 외측벽을 경사진 분할 압착공(110)의 내측벽에 빗면구조로 지지하여 분할 압착공(110)의 내측벽을 측방향으로 압착한다.

이때, 상기 분할 압착공(110)의 내측벽과, 이와 빗면구조로 지지되는 분할 압착코어(23)의 외측벽은 2° 내지 5°의 경사각을 갖도록 구성되어, 분할 압착공(110)의 내측벽은 분할 압착코어(23)의 외측벽에 빗면구조로 지지되어 내측벽이 측방향으로 압착된다.

이와 같이 분할 압착코어(23)가 형성된 압착 베이스(21)를 통해 덴탈 합금블록(100)의 하방향 평면 압착과 측방향 압착을 포함하는 입체적인 압착을 반복적으로 실시하면, 티타늄계 덴탈 합금블록(100)은 조직 내에 발생된 기공이 삭제되고 또 조직의 밀도가 균일화된다.

한편, 상기 분할 압착코어(23)는 티타늄계 덴탈 합금블록(100)에 형성된 분할 압착공(110)의 내측벽에 반복적으로 충돌하며, 이러한 과정에 분할 압착코어(23)는 응력이 집중되어 파손되거나 변형이 야기될 수 있다.

이를 해소하기 위해, 본 실시예에서는 도 3에서 보는 바와 같이 상기 분할 압착코어(23)의 형태를 개량하고 분할 압착코어(23)에 독특한 지지구조를 마련하여 도 6b와 같이 분할 압착코어(23)가 분할 압착공(110)의 내측벽을 탄력적으로 압착하도록 구성함으로써, 분할 압착코어(23)의 파손이나 변형을 포함하는 물리적인 손상을 억제한다.

이를 위해, 본 실시예에서는 상기 분할 압착코어(23)를 도 3과 같이 복수의 절개홈(23a-a)을 통해 상하로 절개된 복수의 분할 압착편(23a)들이 방사구조로 형성된 중공관체로 구성한다.

그리고, 상기 분할 압착코어(23)의 중공부에는 코일형의 지지 스프링(24)을 배치하여, 각 분할 압착편(23a)들은 내접된 지지 스프링(24)에 의해 탄력적으로 지지되도록 한다.

따라서, 상기 분할 압착코어(23)는 도 5와 같이 덴탈 합금블록(100)의 분할 압착공(110) 내에 진입되면서, 지지 스프링(24)의 외경에 지지된 분할 압착편(23a)들을 통해 분할 압착공(110)의 내측벽을 측방향으로 탄력적으로 압착한다.

이러한 과정에, 상기 분할 압착공(110)과 분할 압착편(23a) 사이에 생성된 응력은 지지 스프링(24)과 분할 압착편(23a) 자체 탄력에 의해 완충된다.

즉, 상기 분할 압착코어(23)는 절개에 의해 자체 탄력을 갖고 또 지지 스프링(24)에 의한 완충작용에 의해, 과도한 응력의 집중없이 덴탈 합금블록(100)의 분할 압착공(110)의 내측벽을 측방향으로 안정되게 압착한다.

이와 더불어, 본 실시예에서는 상기 분할 압착코어(23)를 중공관체로 구성함에 있어, 분할 압착코어(23)가 덴탈 합금블록(100)의 분할 압착공(110)의 중심이 정렬된 상태로 하강하도록 구성함으로써, 분할 압착코어(23)가 비정상적인 경로로 하강함에 따라 분할 압착코어(23)가 손상되거나 파손되는 현상이 방지되도록 한다.

이를 위해, 본 실시예에서는 도 2와 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 상기 단조 성형틀(10)의 바닥면에, 덴탈 합금블록(100)의 분할 압착공(110)의 중심과 상하로 정렬되는 가이드핀(11)들을 상향 돌출되게 형성하여, 분할 압착공(110)을 따라 하강하며 중공관체로 이루어진 분할 압착코어(23)는 도 5와 같이 가이드핀(11)을 중공부(23b)에 진입시켜 중심이 정렬된 상태로 하강하도록 한다.

따라서, 상기 압착 베이스(21)의 저면에 하향 돌출되게 배치된 분할 압착코어(23)들은, 분할 압착공(110)의 중심에 상향 돌출되게 형성된 가이드핀(11)에 의해 단조 성형틀(10) 내에 배치된 티타늄계 덴탈 합금블록(100)의 분할 압착공(110)에 중심이 정렬된 상태로 하강한다.

그리하여, 상기 각 분할 압착코어(23)가 비정상적인 경로로 하강하면서, 덴탈 합금블록(100)에 비정상적으로 간섭되거나 충돌하여 물리적으로 손상되는 현상이 예방된다.

이와 같이, 본 발명에서 제공되는 후처리 장치(1)에 의해 후가공되어 덴탈용 티타늄계 합금블록(100)이 치수 정밀도와 조직의 균일한 밀도를 갖고, 후처리된 티타늄계 합금블록(100)은 도 6과 같이 단위 크기로 절단하여 분리되어 단위 크기의 덴탈용 티타늄계 합금블록(100')을 형성한다.

그리고, 상기 절단된 단위 크기의 덴탈용 티타늄계 합금블록(100')들은 3차원 절삭가공을 통해 정밀한 절삭이 이루어져 치수 정밀도가 확보되고 또 균일한 강도를 갖는 치과용 보철물로 제작된다.

전술한 바와 같이 특정 내용과 일부 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 구체적인 예로써 제시한 설명일 뿐임을 밝혀 둔다.

본 발명은 전술한 실시 형태들로만 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 실시 형태에 대하여 다양한 수정 및 변형을 할 수 있고, 이러한 수정 및 변형도 본 발명의 기술 사상 속에서 망라하고 있다.

따라서 앞에서 설명한 실시 형태들과 후술하는 특허 청구의 범위는 물론, 이 특허 청구 범위의 모든 균등물이나 등가인 변경 실시 형태들도 본 발명 기술 사상의 범주에 속한다.

1. 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치
10. 단조 성형틀 11. 가이드핀
12. 취출핀
20. 단조 프레스 펀치
21. 압착 베이스 21a. 압착 베이스 부재
21b. 압력 분산부재 21c. 팽창부재
22. 승강로드
23. 분할 압착코어 23a. 분할 압착편
23a. 절개부 23b. 중공부
24. 지지 스프링
100. 티타늄계 덴탈 합금블록 110. 분할 압착공
200. 주조 성형틀 210. 성형코어

Claims

주조 성형된 티타늄계 덴탈 합금블록을 수납하는 단조 성형틀과; 상기 단조 성형틀의 상부에 승강구조로 배치되어 단조 성형틀 내에 배치된 덴탈 합금블록을 압착시켜 형상을 교정하고 조직의 밀도를 균일화시키는 단조 프레스 펀치를 포함하여 구성되고,
상기 덴탈 합금블록에는 복수의 분할 압착공들이 상하 관통되게 형성되고, 상기 단조 프레스 펀치의 압착면에는 분할 압착공과 대응되는 분할 압착코어가 하향 돌출되게 형성되어서,
상기 단조 성형틀 내에 배치된 덴탈 합금블록은, 하강하는 단조 프레스 펀치의 압착면에 하방향으로 압착되는 한편, 분할 압착공 내에 진입되는 분할 압착코어에 의해 분할 압착공의 내측벽이 측방향으로 압착되어서, 상기 단조 성형틀 내에 배치된 덴탈 합금블록은 단조 프레스 펀치에 의해 입체적으로 압착되도록 구성한 것을 특징으로 하는 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치.
제 1항에 있어서, 상기 분할 압착코어는 절개된 복수의 분할 압착편들이 방사구조로 배치된 중공관체로 이루어져,
상기 분할 압착코어는 덴탈 합금블록의 분할 압착공 내에 진입되면서 절개편들을 통해 분할 압착공의 내측벽을 탄력적으로 압착하도록 구성된 것을 특징으로 하는 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치.
제 1항에 있어서, 상기 덴탈 합금블록에 형성된 분할 압착공과, 상기 분할 압착공에 진입되는 분할 압착코어는 쇄기형으로 이루어져,
상기 분할 압착코어는 외측벽을 분할 압착공의 내측벽에 경사지게 지지하여 분할 압착공의 내측벽을 측방향으로 압축하도록 구성된 것을 특징으로 하는 티타늄계 덴탈 합금블록용 후가공 장치.