KR102231622B1 - 유도로 및 치아 대체품의 열처리 수행 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 치아 대체품(7)의 열처리를 수행하기 위한 유도로(1)로서, 유도 코일(2), 방사 히터(3), 절연층(4) 및 노실(5)을 포함하는 유도로에 관한 것이다. 유도로(1)는 노실의 내부 온도를 제어하기 위해 액체 냉각 시스템이 구비된 냉각 시스템(17)을 갖는다.

Description

유도로 및 치아 대체품의 열처리 수행 방법
본 발명은 치아 대체품의 열처리를 수행하기 위한 유도로(inductive furnace)로서, 유도 코일, 방사 히터, 절연층 및 노실(furnace chamber)을 포함하는 유도로에 관한 것이다.
치아 대체품의 열처리를 수행하기 위한 다수의 소결로(sintering furnace)가 당업계에 공지되어 있다.
DE 10 2014 202 575 A1은 치과 분야의 구성품을 위한 소결로로서, 방열기를 포함하는 가열 장치 및 노실을 포함하는 소결로를 개시하고 있다. 방열기는 유도식으로 가열될 수 있으며, 권선형 코일이 도가니 형태의 방열기를 가열한다.
DE 10 2012 213 279 A1은 세라믹으로 만들어진 치아 대체품용 소결로로서, 컴퓨터 제어 방식으로 작동될 수 있고 로딩 순서를 가능하게 할 수 있는 구동 수단을 포함하는 소결로를 개시하고 있다. 다수의 온도 프로파일이 소결로의 메모리에 저장되어 있으며, 맞춤 온도 프로파일은 치아 대체품의 크기의 함수로서 선택된다. 온도 프로파일은 가열 속도 및 유지 시간에 따라 상이하다.
DE 10 2006 032 655 A1은 치아 대체품용 소결로로서, 치아 대체품을 위치시키기 위한 개폐판을 포함하며, 내부 온도를 측정하기 위한 측정 시스템이 연소 챔버 내에 배치된 소결로를 개시하고 있다. 치과용 노(furnace)와 관련된 개폐판을 위치시키는 것은 온도 의존 방식으로 컴퓨터 시스템에 의해 제어된다.
DE 10 2013 226 497 A1은 치아 대체품의 열처리를 계획하는 방법으로서, 열처리를 위한 온도 프로파일이 치아 대체품의 기하학적 파라미터 및 재료 파라미터의 함수로서 컴퓨터에 의해 자동적으로 결정되는 방법을 개시하고 있다. 온도 프로파일은 가열 단계 동안의 가열 속도, 유지 온도, 유지 시간 및 냉각 단계 동안의 냉각 속도에 따라 상이하다.
DE 10 2008 013 555 A1은 치아 대체품 생산용 소결로로서, 치아 대체품의 소결이 소결 경로를 따라 이루어지는 소결로를 개시하고 있다. 치아 대체품은 소결 경로를 따라 이동할 때 상이한 온도에 노출된다. 따라서, 소결 경로는 상이한 온도로 설정될 수 있는 개별적인 소결 경로 세그먼트로 구분된다. 소결 대상 치아 대체품이 담긴 캐리어는 슬라이드의 도움으로 소결 경로를 따라 이동된다. 소결 경로 세그먼트 각각에 대해 상이한 온도가 설정될 수 있다. 따라서, 상이한 세라믹의 소결을 위한 상이한 온도 프로파일이 설정될 수 있다.
상기 방법 및 소결로의 한 가지 단점은, 연소실의 열식 질량이 상대적으로 높아서, 노 도어를 폐쇄한 상태로 소결한 후의 냉각 단계에 아주 긴 시간이 소요될 수 있다는 것이다. 결과적으로, 소결 공정의 전체 지속 시간이 늘어난다.
통상적인 소결로의 다른 단점은, 특히 냉각 단계 동안에, 노실(furnace chamber)의 내부 온도가 충분히 정확하게 제어될 수 없다는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 소결로 및 제어 가능한 냉각 속도로 신속한 냉각 단계를 가능하게 하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 치아 대체품의 열처리를 수행하기 위한 유도로로서, 유도 코일, 방사 히터, 절연층 및 노실을 포함하는 유도로에 관한 것이다. 유도로는 액체 냉각 시스템이 구비된 냉각 시스템을 포함하며, 냉각 시스템은 유도 코일을 냉각하여 유도 코일에 인접하게 배치된 방사 히터를 냉각함으로써, 노실의 내부 온도가 냉각 시스템에 의해 제어된다.
유도로는 다양한 치과 재료로부터 치아 대체품이 소결될 수 있도록 설계된다. 노실에서 1600℃의 내부 온도가 달성될 수 있게 하는 것은 필수적인 특징이다. 추가적인 전제 조건은 신속한 가열과 신속한 냉각이 가능하도록 노실의 체적이 비교적 작은 것이다.
치아 대체품의 재료는 세라믹 산화물, 특히 이산화 지르코늄과 같은 산화 지르코늄, 또는 산화 알루미늄일 수 있고, 코발트크롬몰리브덴(CoCrMo) 합금이나 코발트계 합금과 같은 비귀금속 합금일 수 있다. 투명 산화 지르코늄으로 만들어진 치아 대체품은 베니어(veneer)를 포함할 수 있다. 치아 대체품은 사전 착색된 반투명 산화 지르코늄으로부터 생산될 수도 있으며, 여기에는 밝은 색소나 어두운 색소가 혼합될 수 있다. 치과 진료에서는 치아 대체품의 생산을 위해 사전 착색된 블록의 색상이 몇 가지 색상(A1, A2, A3, A4, B2, B3, C2, C3 및 D3)으로 세분화된다(VITA 색상 클래스 참조). DE10346465A1에 인용된 VITA 색상 키(Vita Lamin 셰이드 가이드)의 색상이 널리 사용된다. 색상 A1, A2 및 A3은 가장 자주 사용되는 밝은 착색제 중 일부이다. 다른 색상들은 더 어두우며 치아 대체품 생산용으로는 자주 사용되지 않는다. 이들 유형의 블랭크(blanks)는 "inCoris TZI C" 또는 "CEREC Zirconia"라는 명칭으로 제공된다.
생산될 치아 대체품은, 예를 들어, 임플란트용 완전 틀니, 치과 보철물, 골격 구조물, 완전 크라운, 부분 크라운, 몇 개의 온전한 치아로 이루어지는 브리지, 또는 인레이(inlay)일 수 있다.
열처리는 치아 대체품의 소결, 결정화 또는 광택화, 또는 결정화와 광택화의 조합뿐만 아니라 소결과 광택화의 조합일 수 있다.
소결 시, 치아 대체품은 산화 지르코늄 및 이산화 알루미늄과 같은 산화 세라믹, 및 코발트크롬(CoCr) 합금과 같은 비귀금속 합금으로부터 완전히 소결된다. 가열 단계 내에서, 치아 대체품은 특정 가열 속도로 유지 온도까지 가열된다. 이어서, 1600℃ 정도까지 올라갈 수 있는 이러한 유지 온도는 설정된 유지 시간 동안 유지되는데, 이는 예를 들어 5분 내지 40분일 수 있다. 추가적인 단계에서, 냉각 단계는 도어가 폐쇄된 상태로 특정 냉각 속도로 수행될 수 있으며, 냉각 속도는 분당 30℃ 내지 300℃일 수 있다. 도어가 폐쇄된 상태에서의 냉각 단계는 설정된 개방 온도에 도달할 때까지 지속되며, 개방 온도에 도달했을 때 및 외부로부터의 공기가 노실에 유입될 수 있을 때 노 도어가 개방된다. 클래스 A1, A2 또는 A3 착색제를 갖는 산화 지르코늄의 경우, 예를 들어, 개방 온도는 1300℃까지 높아질 수 있고, 더 어두운 착색제를 갖는 산화 지르코늄의 경우는 개방 온도가 1100℃까지 높아질 수 있다. 산화 지르코늄에 대한 개방 온도는 700℃로 설정될 수도 있는데, 이는 산화 지르코늄의 확산 개방도가 이 온도에서 급격히 감소하기 때문이다. 700℃를 초과하는 온도에서는, 산화 지르코늄의 확산 개방도가 너무 높아서 산소와 같은 공기 분자가 산화 지르코늄과 반응할 수 있다. 이러한 반응은 일반적으로 치아 대체품의 착색이 의도했던 것보다 더 밝아지게 한다.
결정화는 특히 리튬 디실리케이트 재료 시스템을 갖는 유리 세라믹의 경우에 발생한다.
모든 금속계 및 세라믹계 재료는 소결 이후의 추가적인 소성 과정에 의해 덧씌워지거나 광택화될 수 있다. 동일한 노 공정에서 소성되는 페인팅은 소위 표면 마감으로서의 광택화와 함께 수행될 수도 있다. 또한, 유리 세라믹은 동일한 소성 공정에서 결정화, 페인팅 및 광택화될 수 있다는 장점을 갖는다.
교류가 유도 코일을 통해 흘러 유도 코일 내부에 교류 장기장이 형성된다. 결과적으로, 유도 코일 내에 배치되어 노실의 내벽을 형성하는 도전성 방사 히터가 가열된다. 이에 따라 노실 내의 내부 온도가 상승하고, 노실 내부에 위치된 치아 대체품이 가열된다. 유도 코일에는 액체 냉각 시스템이 구비되는데, 냉각액으로서 물이 사용될 수 있다.
통상적인 소결로와 비교하여 이러한 유도로의 한 가지 장점은, 교류 자기장을 제어함으로써 방사 히터의 온도, 및 이에 따라 노실의 내부 온도를 더 정확하게, 무엇보다도 더 높은 가열 속도 또는 냉각 속도에서 신속하게 제어할 수 있다는 것이다.
이러한 유도로의 다른 장점은, 액체 냉각 시스템을 사용하여 유도 코일을 냉각시키고 이에 따라 유도 코일 내에 배치된 방사 히터를 냉각시킬 수 있다는 것이다. 따라서, 노실 내의 내부 온도, 특히 냉각 단계 동안의 내부 온도는 액체 냉각 시스템에 의해 제어될 수 있다. 냉각 단계에서는 교류가 완전히 차단어 액체 냉각 시스템이 고성능으로 작동할 수 있으므로, 노실 내부 온도의 최대 냉각이 달성될 수 있다.
유도 코일은 유리하게는 교류에 의해 작동될 수 있고, 방사 히터는 유도 코일의 교류 자기장에 의해 가열될 수 있다.
유도 코일을 사용하면, 열선(heating wires)을 갖는 소결로와 비교하여 반응 시간이 증가한다.
이는, 동시에 노실의 내벽을 형성하는 방사 히터가 자성 교류에 의해 직접 가열되기 때문이다.
방사 히터는 유리하게는 노실의 내벽을 형성하며, 처리 대상 치아 대체품은 노실 내에 배치된다.
결과적으로, 전도성 방사 히터가 교류 자기장에 의해 직접 가열되어, 노실의 내부 온도가 상승하고, 이에 의해 치아 대체품이 원하는 온도까지 신속하게 가열될 수 있다.
방사 히터는 유리하게는 원통형으로 형성될 수 있으며, 방사 히터의 직경은 최대 90 mm이고 방사 히터의 높이는 최대 50 mm이다.
노실의 체적이 비교적 작아서 유도로의 열식 질량이 비교적 낮으므로, 노실은 통상적인 소결로에 비해 매우 신속하게 액체 냉각 시스템에 의해 냉각될 수 있다. 노실의 체적은, 비록 작기는 해도, 여러 개의 치아로 이루어지는 브리지와 같은 심지어 큰 치아 대체품이 소결될 수 있도록 치수를 갖는다.
방사 히터는 유리하게는 전도성 비산화물 세라믹 또는 이규화 몰리브덴으로부터 생산될 수 있다.
방사 히터는 실리콘 카바이드와 같은 전도성 비산화물 세라믹 또는 이규화 몰리브덴으로부터 생산될 수 있다. 실리콘 카바이드의 장점은, 이러한 재료가 도전성일 지라도, 2730℃의 융점을 갖는다는 것이다. 따라서, 요구되는 내부 온도가 결과적으로 달성될 수 있다. 이규화 몰리브덴은 1870℃ 내지 2030℃의 융점을 갖는 규화물 군의 몰리브덴의 금속간 화합물이다.
냉각 시스템은 유리하게는 팬, 라디에이터 및 펌프를 포함할 수 있으며, 유도 코일은 냉각액이 이를 통해 흐르는 중공 금속 튜브로 형성되고, 냉각액은 펌프에 의해 냉각 회로 내로 이동되고, 냉각액을 냉각시키기 위해 라디에이터는 활성 팬에 의해 냉기로 냉각된다.
유도 코일은, 가령 구리 합금으로 이루어 진 중공 금속 튜브로부터 생산될 수 있다. 따라서, 냉각 단계에서, 냉각 시스템은 교류가 차단될 때 고성능으로 작동될 수 있다. 활성 팬은 라디에이터를 향해 냉기를 송풍하고, 결과적으로 냉각액(예: 물)을 냉각시킨다. 이어서, 냉각액은 펌프에 의해 냉각 회로 내로 이동되어 유도 코일을 냉각시킨다.
유도로는 유리하게는 냉각 시스템의 냉각 제어부를 포함할 수 있으며, 노실의 내부 온도를 알아내는 온도 센서가 노실 내에 배치되고, 냉각 제어부는 유도 코일의 온도를 제어하고 이에 따라 노실의 내부 온도가 제어되도록 하는 방식으로 팬과 펌프를 제어한다.
온도 센서는, 예를 들어, 1700℃ 이상의 고온용으로 설계된 열전대일 수 있다. 온도 센서는 예를 들어 노실의 상부 내벽 상에 배치된다. 따라서, 냉각 제어부는 컴퓨터의 도움으로 실행될 수 있으며, 내부 온도는 온도 센서에 의해 획득되고, 팬과 펌프는 냉각을 위해 제어되고, 특정 교류가 가열을 위해 유도 코일에 인가된다. 따라서, 노실 내의 원하는 내부 온도는 냉각 제어부의 도움으로 임의의 시간에, 완전 자동으로 달성될 수 있다.
절연층은 유리하게는 방사 히터와 유도 코일 사이에 배치될 수 있으며, 절연층은 최대 5 mm의 두께를 갖는다.
절연층은 노실이 가열될 때 열 손실을 막는다. 그러나, 절연층은 매우 얇으며, 유도 코일이 냉각될 때 방사 히터도 냉각되도록 하는 방식으로 배치된다. 또한, 절연층은 구리 합금으로 이루어지는 유도 코일이 방사 히터의 과도한 고열에 의해 손상되는 것을 방지한다.
유도로는 유리하게는 노 도어를 포함할 수 있으며, 노 도어는 처리 대상 치아 대체품이 놓이는 지지 표면을 갖고, 지지 표면은 노 도어가 폐쇄될 때 노실의 하부 내부 표면을 형성한다.
따라서, 노 도어는 치아 대체품이 놓이는 지지 표면을 갖는 상부 도어 스톤을 갖는다. 소결로는 방사 히터에 대해 노 도어가 상대적으로 조정되도록 하는 구동 수단을 추가로 포함한다. 따라서, 유도로는 컴퓨터에 의해 노 도어를 개폐하도록 제어될 수 있다. 따라서, 소결 전의 제1 단계에서 치아 대체품이 지지 표면 상에 놓이다. 제2 단계에서, 노 도어가 폐쇄되는데, 여기서 상부 도어 스톤은 구동 수단을 사용하여 컴퓨터에 의한 방식으로 노실 내로 이동한다. 소결 공정 이후, 다음 단계에서, 지지 표면을 갖는 상부 도어 스톤을 노실 밖으로 이동시킴으로써 노 도어가 개방된다. 노실은 가령 원통의 형상을 가질 수 있으며, 노실의 측면은 방사 히터로 형성되고, 노실의 상부 표면은 절연층으로 덮이며, 노실의 하부 내부 표면은 노 도어의 지지 표면에 의해 실질적으로 형성된다. 방사 히터와 유도 코일 사이에도 절연층이 배치된다.
본 발명은 유도로를 사용하여 열처리를 수행하는 방법으로서, 냉각 시스템이 유도 코일을 냉각시켜 이를 통해 유도 코일에 인접하게 배치된 방사 히터를 냉각시킴으로써 노실의 내부 온도가 냉각 시스템에 의해 제어되는, 방법에 더 관한 것이다.
상기 방법은 전술한 유도로를 사용하여 열처리를 수행하는 것을 가능하게 한다.
이러한 방법의 하나의 장점은, 노실의 내부 온도가 냉각 시스템을 사용하여 정확하게 제어될 수 있다는 것이다. 가열 코일을 갖는 소결로와 비교하여, 방사 히터의 낮은 열식 질량은 내부 온도의 급속한 냉각을 가능하게 한다.
이러한 가열 속도와 냉각 속도에 의해 매우 신속한 소결 공정이 가능해진다. 대조적으로, 나선형 또는 U자형 저항 가열체를 갖는 통상적인 소결로에서는, 노 도어가 폐쇄된 상태에서 분당 20℃ 미만의 냉각 속도가 달성된다. 따라서, 1600℃에서 800℃로의 냉각 단계에는 50분이 소요된다. 본 방법에서, 본 유도로로는 이러한 냉각 단계에 4분 내지 15분이 소요된다. 특히 체적이 큰 치아 대체품의 경우, 과도하게 높은 가열 속도 또는 냉각 속도는 열응력을 유발함으로써 치아 대체품에 균열이 발생할 수 있다. 이러한 이유로, 냉각 시스템을 사용하여 가열 속도 또는 냉각 속도를 정확하게 제어하는 것이 필수적이다.
본 방법의 다른 장점은, 냉각 단계 동안에 노 도어가 닫힌 상태로 유지되어 외부로부터 새로운 공기가 노실에 들어올 수 없다는 것이다. 이는 외부로부터의 냉기가 가열된 치아 대체품을 너무 급속히 냉각시켜 원하지 않는, 예를 들어, 녹색 변색을 일으키는 것을 방지한다. 이는, 700℃를 초과하는 온도에서 산화 지르코늄의 확산 개방도가 증가하여, 공기 중의 산소 분자와의 반응성이 증가가 나타나기 때문이다.
노실의 내부온도는, 노 도어가 폐쇄되어 있을 때의 가열 단계에서 노실의 내부 온도가 분당 30℃ 내지 분당 300℃로 설정된 가열 속도로 증가하거나, 노 도어가 폐쇄되어 있을 때의 냉각 단계에서 노실의 내부 온도가 분당 30℃ 내지 분당 200℃로 설정된 냉각 속도로 감소하도록 하는 방식으로 냉각 시스템의 냉각 조절부에 의해 제어될 수 있다.
열처리는 유리하게는 소결하는 것일 수 있으며, 냉각 단계의 냉각 속도는 소결 대상 치아 대체품의 기하학적 파라미터의 함수로서 설정되고, 단일 치아의 크라운과 같은 작은 치아 대체품에 대한 냉각 속도는 분당 100℃ 내지 200℃이며, 적어도 3개의 치아로 이루어지는 다품 브리지와 같은 큰 치아 대체품에 대한 냉각 속도는 분당 30℃ 내지 60℃이다.
소결 대상 치아 대체품의 기하학적 파라미터는, 예를 들어, 최대 측벽 두께, 최대 교합면벽 두께와 최대 측벽 두께의 비율, 치아 대체품의 최대 단면적, 치아 대체품의 총 용적, 치아 대체품의 최대 전장 및/또는 치아 대체품의 최대 단면적 변화이다. 이들 기하학적 파라미터는 CAD/CAM 방법을 사용하는 경우 치아 대체품의 계획 단계에서부터 알려지거나, 컴퓨터에 의해 자동적으로 결정될 수 있다.
최대 측벽 두께는, 예를 들어 절치(incisor)의 입술쪽 표면 또는 대구치(molar)의 구강쪽 표면 상에서 치아 대체품의 측벽 두께를 지칭한다. 최대 교합면벽 두께는 치아 대체품의 교합면의 벽 두께를 지칭한다. 치아 대체품의 최대 단면적은 치아 대체품의 치아 축에 수직한 단면적을 지칭한다.
치아 대체품 내에 임의의 열응력을 유발하지 않는 적절한 냉각 속도는 따라서 기하학적 파라미터에 기초하여 결정된다.
추가의 컴퓨터 보조 방법에서, 계획된 치아 대체품의 체적 이내에서 가상의 가능한 최대 구체가 검색 알고리즘에 의해 결정된다. 이어서, 계획된 치아 대체품의 체적 이내에서 이러한 가능한 최대 구체의 직경은 소결 공정에 대한 적절한 온도 프로파일의 선택 또는 결정을 위한 추가적인 기하학적 파라미터로서 사용된다. 가능한 최대 구체의 직경이 4.5 mm보다 큰 경우, 예를 들어, 산화 지르코늄에 대한 가열 속도 및 냉각 속도는 분당 80℃를 초과하지 않을 수 있다. 이는 높은 가열 속도가 열응력이 야기할 수 있고, 이에 따라 치아 대체품에 균열을 발생시킬 수 있기 때문이다. 가능한 최대 구체의 직경이 3 mm 미만인 경우, 예를 들어, 가열 속도는 분당 200℃까지 높아질 수 있다.
적절한 온도 프로파일은 치아 대체품의 알려진 기하학적 파라미터 및 치아 대체품의 원하는 색상을 사용해 컴퓨터에 의해 자동적으로 결정될 수 있거나, 적절한 온도 프로파일은 데이터베이스의 광범위한 온도 프로파일로부터 선택될 수 있으며, 온도 프로파일은 특정 가열 속도로 이루어지는 가열 단계, 특정 유지 온도로 이루어지는 유지 단계, 노 도어가 폐쇄되어 있을 때 특정 냉각 속도로 이루어지는 제1 냉각 단계, 및 노 도어가 개방되어 있을 때의 제2 냉각 단계로서 그의 시작은 노 도어의 개방 온도에 의해 결정되는 제2 냉각 단계를 포함하고, 적절한 가열 속도 또는 냉각 속도는 치아 대체품의 알려진 기하학적 파라미터를 사용해 얻어지고, 냉각 시스템의 냉각 조절부는 원하는 가열 속도 또는 냉각 속도를 달성하도록 이에 따라 제어된다.
따라서, 적절한 온도 프로파일은 알려진 기하학적 파라미터 및 치아 대체품의 원하는 색상의 함수로서 결정되거나 선택된다. 가열 속도 및 냉각 속도의 높이는 치아 대체품의 기하학적 파라미터의 함수이다. 개방 온도의 높이는 치아 대체품의 색상에 영향을 미친다. 산화 지르코늄의 경우, 개방 온도가 너무 높으면 산화 지르코늄이 공기 중의 산소 분자와 반응하게 되어, 치아 대체품의 색상이 계획된 것보다 더 밝게 생성된다.
따라서, 원하는 냉각 속도는 냉각 제어를 사용해 달성된다. 노실을 냉각시키기 위해, 유도 코일의 교류가 차단되고, 액체 냉각 시스템의 팬과 펌프가 켜진다. 노실을 가열하기 위해, 유도 코일의 교류가 켜지고, 액체 냉각 시스템의 팬과 펌프가 차단되거나 낮춰진다.
노 도어는 유리하게는 설정된 개방 온도에서 개방될 수 있으며, 개방 온도는 치아 대체품의 원하는 색상의 함수로서 설정된다.
이는, 개방 온도에 도달할 때까지 치아 대체품의 원하는 색상을 달성하도록, 설정된 냉각 속도로 및 제어된 방식으로 치아 대체품이 냉각되는 것을 보장하다. 노 도어가 개방된 후, 이어서 치아 대체품은 냉기의 유입에 의해 매우 급속히 냉각된다.
치아 대체품은 착색제로 사전 착색된 산화 지르코늄으로 유리하게 이루어질 수 있으며, 노 도어는 설정된 개방 온도에서 개방되고, 밝은 착색제로 착색된 산화 지르코늄에 대한 개방 온도는 최대 1300℃이고, 어두운 착색제로 착색된 산화 지르코늄에 대한 개방 온도는 최대 1100℃이다.
따라서, 노 도어는 사용된 재료에 따라 설정된 개방 온도에서 개방된다.
노 도어는 유리하게는 설정된 개방 온도에서 자동적으로 개방될 수 있다.
따라서, 노 도어는 컴퓨터에 의해 자동으로 개방되며, 내부 온도는 온도 센서에 의해 측정되고, 설정된 개방 온도에 도달하는 즉시 구동 수단이 작동되어 노 도어를 개방한다.
유리하게는, 개방 온도에 도달했음을 나타내기 위해, 음향 신호 또는 광학 신호가 설정된 온도에서 제공될 수 있다.
따라서, 개방 온도에 도달했음은 음향 수단이나 광학 디스플레이 수단에 의해 나타날 수 있다. 이어서, 사용자는 노 도어를 수동으로 개방하거나 노 도어의 구동 수단을 작동시켜 개방할 수 있다.
사용되는 재료는 치아 대체품의 계획 단계 동안 사용자에 의해 입력될 수 있으므로, 사용되는 재료에 적절한 개방 온도는 컴퓨터에 의해 자동적으로 설정된다.
산화 지르코늄에 대한 개방 온도는 최대 700℃로 설정될 수도 있다. 이는, 700℃ 아래의 온도에서는 산화 지르코늄의 확산 개방도가 매우 낮아서, 산소와 같은 공기 분자가 산화 지르코늄과 더 이상 반응할 수 없기 때문이다. 결과적으로, 700℃ 아래에서, 산화 지르코늄으로 만들어진 치아 대체품은 높은 냉각 속도에서, 원하지 않는 변색(예: 녹색)없이 훨씬 더 빨리 냉각될 수 있다.
치아 대체품용 소결 재료로서 사용된 착색된 산화 지르코늄은 산화철로 만들어진 착색제를 일반적으로 함유한다. 소결 재료는 소결 조제로서 0.05 내지 0.35 vol%의 산화 알루미늄을 추가적으로 함유할 수 있다. 산화 지르코늄 격자의 확산 개방도가 높은 경우, 산화 지르코늄 격자 내의 산화철은 공기 중의 산소 분자와 반응하여 산화철에 의한 원하지 않는 변색이 발생할 수 있다. 이어서, 산화철의 체적 분율에 의해 소결 재료의 색상이 결정된다.
치아 대체품의 열처리는 유리하게는 소결, 결정화, 광택화, 소결과 광택화의 조합 또는 결정화와 광택화의 조합일 수 있으며, 노 도어가 폐쇄된 상태에서의 가열 단계에서, 노실의 내부 온도는 설정된 가열 속도로 증가한다.
결과적으로, 가열 단계 동안 및 냉각 단계 동안, 특정 열처리의 원하는 내부 온도가 변할 수 있다.
도면들을 참조하여 본 발명을 설명한다. 도면들 중:
도 1은 본 방법을 도시하는 스케치이고,
도 2는 온도 프로파일의 다수의 냉각 단계이다.
설계 예
도 1은 유도로(1)를 사용하여 열처리를 수행하기 위한 본 방법을 도시하기 위한 스케치를 보여주며, 유도로(1)는 수냉식 유도 코일(2), 방사 히터(3), 절연층(4) 및 노실(5)을 포함한다. 유도 코일(2)은 구리 합금으로 만들어진 중공 튜브로 생산되며, 유도 코일(2)은 방사 히터(3)의 둘레에 배치된다. 유도 코일(2)은 교류로 작동되어, 유도 코일(2) 내부에 교류 자기장(6)이 생성된다. 결과적으로, 비산화물 세라믹 또는 이규화 몰리브덴으로 이루어질 수 있는 도전성 방사 히터(3)가 가열된다. 그러므로, 노실(5) 내의 내부 온도도 증가하고, (본 경우에는 3개의 치아로 이루어지는 브리지인) 치아 대체품(7)이 마찬가지로 가열된다. 이렇게 함에 있어서, 치아 대체품(7)은 노실(5) 내의 지지 표면(8) 상에 비치된다. 노실(5)의 내부 온도는 온도 센서(9)에 의해 획득된다. 지지 표면(8)은 상부 도어 스톤(11)과 하부 도어 스톤(12)으로 이루어지는 노 도어(10)의 상부 표면이다. 노 도어는 전기 모터와 같은 구동 수단(13)을 사용하여 화살표(14)로 표시된 바와 같이 개폐될 수 있다. 노 도어(10)가 개방되면, 노 도어(10)는 노실(5)에 대해 상대적으로 하방으로 이동되어, 외부로부터 새로운 공기가 유입될 수 있고, 치아 대체품(7)이 제거될 수 있다. 노 도어(10)가 폐쇄되면, 노 도어(10)는 하부 도어 스톤(12)이 방사 히터(3)와 접촉될 때까지 구동 수단(13)에 의해 상방으로 이동되어, 노실(5)의 폐쇄 체적을 형성한다.
절연층(4)은 유도 코일(2)과 방사 히터(3) 사이에 배치된다. 절연층(4)의 두께는 비교적 작으며, 최대 5 mm이다. 이는 구리 합금으로 이루어지는 유도 코일(2)이 과열되는 것을 방지한다. 그러나, 이와 동시에, 절연층(4)은 너무 얇아서 유도 코일(2)의 냉각이 방사 히터(4)의 냉각으로 이어져, 노실(5)의 내부 온도를 감소시킨다. 방사 히터(3)는 원통형으로 형성될 수 있으며, 노실(5)의 직경이기도 한 방사 히터(3)의 내경(15)은 예를 들어 최대 90 mm일 수 있다. 노실의 높이(16)는 예를 들어 최대 50 mm일 수 있다. 소결로(1)는 액체 냉각 시스템이 구비된 냉각 시스템(17)을 가지며, 액체 냉각 시스템은 제1 팬(18), 제2 팬(19), 라디에이터(20), 및 물 펌프(21)를 포함한다. 열처리의 냉각 단계에서, 냉각 시스템(17)은 따라서 유도 코일(2)의 교류가 차단될 때 고성능으로 작동될 수 있다. 공정에서, 활성 제1 팬(18)은 제2 팬(19)을 향해 기류(23)을 따라 냉기(22)를 송풍하는데, 이는 소결로의 냉각에도 기여한다. 제2 팬(19)은 라디에이터(20)를 통해 냉기를 송풍하는데, 이는 결과적으로 물과 같은 냉각액(24)을 냉각시킨다. 냉각액(24)는 이어서 물 펌프(21)에 의해 냉각 회로(25) 내로 이동되어 유도 코일(2)을 냉각시키는데, 이는 화살표에 의해 표시되어 있다. 유도 코일(2)은 방사 히터(3)의 근위에 배치되어 있으므로, 유도 코일(2)의 냉각은 방사 히터(3)도 냉각시키고, 따라서 노 체적(5)의 내부 온도도 낮춘다. 그러므로, 교류가 차단될 때, 유도 코일(2)은 노실(5)에 대한 액체 냉각 시스템으로서 작용한다.
치아 대체품(7)의 계획은 컴퓨터(26)의 도움으로 수행될 수 있으며, 치아 대체품(7)의 3D 모델(27)이 생성되고, 3D 모델(27)은 디스플레이 장치(28)에 의해 디스플레이된다. 소결 처리를 위한 온도 프로파일(29)는 치아 대체품(7)의 기하학적 파라미터 및 계획된 색상의 함수로서 특정된다. 온도 프로파일(29)은 시간(31)의 함수로서 온도(30) 그래프로서 도시되어 있다. 제1 단계(32)에서, 노실(5)은 사전 건조 온도(33)까지 가열된다. 제2 단계에서, 사전 건조 온도는 제1 유지 시간 동안 유지된다. 제3 단계(34)에서, 노실(5) 내의 온도는 로딩 온도(예: 300℃)까지 증가한다. 온도가 약간 떨어질 결과, 제4 단계에서, 노실(5)에 소결 대상 치아 대체품(7)이 로딩된다. 제5 단계(35)에서, 노실(5) 내의 온도는 제2 유지 온도(36)까지 제2 가열 속도로 증가한다. 제6 단계에서, 유지 온도(36)가 특정 유지 시간동안 유지되도록 유도 코일(2)과 팬(18, 19) 및 물 펌프(21)를 포함하는 액체 냉각 시스템(17)이 제어된다. 제7 단계에서, 치아 대체품(7)의 냉각 단계는 설정된 냉각 속도로, 및 노 도어(10)가 폐쇄된 상태에서 이루어진다. 특정 개방 온도보다 아래인 제8 단계(38)에서, 외부로부터 새로운 공기가 노실(5)에 유입되고 치아 대체품(7)이 더 신속하게 냉각되도록 노 도어(10)가 개방된다. 후속하여, 도어(10)가 개방되어 있을 때 치아 대체품이 유도로(1)로부터 제거된다. 가열 단계(35) 동안의 가열 속도 및 냉각 단계(37) 동안의 냉각 속도는 특히 계획된 3D 모델(27)의 기하학적 파라미터에 따라 달라진다. 예를 들어, 3D 모델의 치아 축(40)에 평행한 최대 교합면 벽 두께(39)가 결정된다. 추가적인 방법에서, 3D 모델(27)의 전체 체적(42) 이내의 가능한 최대 구체(41)가 결정된다. 이러한 가능한 최대 구체(41)의 직경은 적절한 온도 프로파일(29)을 결정하기 위한 중요한 기하학적 파라미터이다. 가능한 최대 구체(41)의 직경이 4.5 mm보다 큰 경우, 예를 들어, 산화 지르코늄에 대한 가열 속도 및 냉각 속도는 분당 80℃를 초과하지 않을 수 있다. 소결에 앞서, 치아 대체품(7)은 CAM 가공 기계(44)에 의해 블랭크(43)로부터 완전히 자동으로 밀링(milled)된다. 블랭크(43)는 색상과 관련하여 적절한 소결 재료로 이루어진다. 소결 도중의 수축 효과는 3D 모델(27)을 계획할 때 고려된다. 밀링된 치아 대체품(7)은 이어서 유도로(1)의 도움으로 소결되며, 유도로(1), 구체적으로는 유도 코일(2) 및 냉각 시스템(17)은, 노실(5)의 내부 온도가 시간의 함수로서의 계획된 온도 프로파일(29)에 따라 변경되도록 컴퓨터(26)에 의해 제어된다. 이는 치아 대체품의 소결 도중에 열응력에 의해 야기되는 원하지 않는 변색이나 균열이 방지되도록 한다.
도 2는 온도 프로파일의 여러 냉각 단계를 도시하며, 온도(50)는 시간(51)의 함수로서 표시되어 있다. 제1 냉각 단계(52)는 치아 대체품용 통상적인 소결로로서, 나선형 또는 U자형 저항 가열체로 작동되는 소결로를 지칭한다. 그러므로, 노 도어가 폐쇄되어 있을 때, 1600℃에서 800℃까지인 이러한 통상적인 소결로의 냉각 단계에는 45분 이상이 소요된다. 그 결과, 냉각 속도는 분당 20℃ 미만이 된다.
이에 비해, 파선으로 표시된, 노 도어가 폐쇄된 상태에서의 제2 냉각 단계(53)는 4분 정도만 소요되며, 냉각 속도는 대략 분당 200℃이다. 제2 냉각 단계(53)는 얇은 인레이와 같은 매우 작은 치아 대체품에 특히 적합하다.
제3 냉각 단계(54)는 쇄선으로 표시되어 있고, 도 1의 유도로(1)의 노 도어(10)가 폐쇄된 상태에서의 냉각 단계(55) 및 노 도어(10)가 개방된 상태에서의 냉각 단계(56)를 포함한다. 따라서, 설정된 개방 온도(57)에서, 소결로(1)의 노 도어(10)는 도 1의 구동 수단(13)에 의해 자동적으로 개방된다. 본 경우에, 개방 온도(57)는 1200℃이다. 이러한 개방 온도는 밝은 착색제, 가령 클래스 A1, A2 또는 A3를 갖는 산화 지르코늄에 특히 적합하다. 원하지 않는 변색을 방지하기 위해서는, 어두은 착색제를 갖는 산화 지르코늄의 경우 약 1000℃의 더 낮은 개방 온도가 더 적합하다. 노 도어(10)가 폐쇄된 상태에서의 냉각 단계(55)는 대략 분당 30℃의 냉각 속도를 갖는다. 노 도어(10)가 개방된 상태에서의 냉각 단계(56)는 대략 분당 200℃ 내지 300℃의 더 높은 냉각 속도를 갖는다. 제3 냉각 단계(54)는 3품 브리지와 같은 더 큰 치아 대체품에 더 적합하다. 이는, 낮은 냉각 속도가 원하는 않는 열응력 및 이로 인한 치아 대체품(7) 내에서의 균열을 방지하기 때문이다.
통상적인 소결로의 냉각 단계(52)와 비교하면, 작은 치아 대체품용 냉각 단계(53)의 지속 시간은 4분으로 단축되었고, 큰 치아 대체품용 냉각 단계(54)의 지속 시간은 12분으로 단축되었다는 것을 분명히 알 수 있다. 따라서, 유도로(1)를 사용하면 소결 공정의 전체 지속 시간 또한 단축된다.
1 유도로, 소결로
2 유도 코일
3 방사 히터
4 절연층
5 노실, 노 체적
6 교류장
7 치아 대체품
8 지지면
9 온도 센서
10 노 도어
11 상부 도어 스톤
12 하부 도어 스톤
13 구동 수단
14 화살표
15 내경
16 높이
17 냉각 시스템, 액체 냉각 시스템
18 제1 팬
19 제2 팬
20 라디에이터
21 물 펌프
22 냉기
23 기류
24 냉각액
25 냉각 회로
26 컴퓨터
27 3D 모델
28 디스플레이 장치
29 온도 프로파일
30 온도
31 시간
32 제1 단계
33 사전 건조 온도
34 제3 단계
35 제5 단계
35 가열 단계
36 온도 유지
37 냉각 단계
38 제8 단계
39 최대 교합면 벽 두께
40 치아축
41 가능한 최대 구체
42 체적
43 블랭크
44 CAM 가공 기계
50 온도
51 시간
52 제1 냉각 단계
53 제2 냉각 단계
54 제3 냉각 단계
55 노 도어가 폐쇄된 상태의 냉각 단계
56 노 도어가 개방된 상태의 냉각 단계
57 개방 온도

Claims (19)

  1. 치아 대체품(7)의 열처리를 수행하기 위한 유도로(1)로서, 교류 전류에 의해 교류 자기장(6)을 형성하는 유도 코일(2), 상기 교류 자기장(6)에 의해 가열되는 방사 히터(3), 상기 방사 히터(3)와 상기 유도 코일(2) 사이에 배치되는 절연층(4), 및 열처리될 치아 대체품이 배열되는 노실(5)을 포함하고, 유도로(1)는 액체 냉각 시스템이 구비된 냉각 시스템(17)을 가지고, 냉각 시스템(17)이 유도 코일(2)을 냉각하여 유도 코일(2)에 인접하게 배치된 방사 히터(3)를 냉각함으로써, 노실(5)의 내부 온도가 냉각 시스템(17)의 도움으로 제어될 수 있고, 유도로(1)는 노 도어(10)를 포함하고, 노 도어(10)가 설정된 개방 온도(57)에서 자동적으로 개방되게 하는 수단이 제공되는 것 및 설정된 개방 온도(57)에서 개방 온도(57)에 도달했음을 나타내기 위해 음향 또는 시각 신호가 생성되게 하는 수단이 제공되는 것 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도로(1).
  2. 제1항에 있어서, 방사 히터(3)는 상기 노실의 내벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 유도로(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 방사 히터(3)는 원통형으로 형성되되, 방사 히터(3)의 직경은 최대 90 mm이고, 방사 히터(3)의 높이(16)는 최대 50 mm인 것을 특징으로 하는 유도로(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 방사 히터(3)는 전도성 비산화물 세라믹 또는 이규화 몰리브덴으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 유도로(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각 시스템(17)은 팬(18, 19), 라디에이터(20) 및 펌프(21)를 포함하되, 유도 코일(2)은 냉각액(24)이 이를 통해 흐르는 중공 금속 튜브로 형성되고, 냉각액(24)은 펌프(21)에 의해 냉각 회로 내로 이동되고, 라디에이터(20)는 냉각액(24)을 냉각시키기 위한 활성 팬(18)에 의한 냉기(22)로 냉각되는 것을 특징으로 하는 유도로(1).
  6. 제5항에 있어서, 유도로(1)는 냉각 시스템(17)의 냉각 제어부를 포함하되, 노실(5)의 내부 온도를 획득하는 온도 센서(9)는 노실(5) 내부에 배치되고, 냉각 제어부(17)가 팬(18, 19) 및 펌프(21)를 제어하여, 유도 코일(2)의 온도가 조절되고, 따라서 노실(5) 내의 내부 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 유도로(1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 절연층(4)은 최대 5 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유도로(1).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 노 도어는 처리 대상 치아 대체품(7)이 놓이는 지지면(8)을 포함하고, 지지면(8)은 노 도어(10)가 폐쇄될 때 노실(5)의 하측 내부 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는 유도로(1).
  9. 제1항 또는 제2항에 따른 유도로(1)를 사용하여 열처리를 수행하는 방법으로서, 냉각 시스템(17)이 유도 코일(2)을 냉각하고, 따라서 유도 코일(2)에 인접하여 배치된 방사 히터(3)를 냉각함으로써, 노실(5)의 내부 온도가 냉각 시스템(17)에 의해 제어되고, 노 도어(10)가 설정된 개방 온도(57)에서 자동적으로 개방되는 것 및 설정된 개방 온도(57)에서 개방 온도(57)에 도달했음을 나타내기 위해 음향 또는 시각 신호가 생성되는 것 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 노실(5)의 내부 온도는, 노 도어(10)가 폐쇄되어 있을 때의 가열 단계(35)에서는 노실(5)의 내부 온도가 분당 30℃ 내지 분당 300℃로 설정된 가열 속도로 증가되거나, 노 도어(10)가 폐쇄되어 있을 때의 냉각 단계(37)에서는 노실(5)의 내부 온도가 분당 30℃ 내지 분당 200℃로 설정된 냉각 속도(37)로 감소하도록 냉각 시스템(17)의 냉각 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 열처리는 소결하는 것이며, 냉각 단계(37)의 냉각 속도는 소결 대상 치아 대체품(7)의 기하학적 파라미터의 함수로서 설정되고, 작은 치아 대체품에 대한 냉각 속도는 분당 100℃ 내지 200℃이고, 큰 치아 대체품(7)에 대한 냉각 속도는 분당 30℃ 내지 60℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 적합한 온도 프로파일은 치아 대체품(7)의 알려진 기하학적 파라미터 및 치아 대체품(7)의 원하는 색상을 사용해 컴퓨터에 의해 자동적으로 결정되거나, 적합한 온도 프로파일은 데이터베이스의 광범위한 온도 프로파일로부터 선택되되, 상기 온도 프로파일은 특정 가열 속도로 이루어지는 가열 단계(35), 특정 유지 온도로 이루어지는 유지 단계(36), 노 도어(10)가 폐쇄되어 있을 때의 특정 냉각 속도로 이루어지는 제1 냉각 단계, 및 노 도어(10)가 개방되어 있을 때의 제2 냉각 단계로서 그의 시작은 노 도어(10)의 개방 온도(57)에 의해 결정되는 제2 냉각 단계를 포함하고, 적절한 가열 속도 또는 냉각 속도는 치아 대체품(7)의 알려진 기하학적 파라미터를 사용해 얻어지고, 냉각 시스템(17)의 냉각 조절부는 원하는 가열 속도 또는 냉각 속도를 달성하도록 이에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 작은 치아 대체품은 단일 치아의 크라운이고, 상기 큰 치아 대체품은 적어도 3개의 치아로 이루어지는 다품 브리지인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제9항에 있어서, 치아 대체품(7)은 착색제로 사전 착색된 산화 지르코늄으로 이루어지되, 밝은 착색제의 산화 지르코늄에 대한 개방 온도(57)는 최대 1300℃이고, 어두운 착색제의 산화 지르코늄에 대한 개방 온도(57)는 최대 1100℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 개방 온도(57)는 최대 700℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제9항에 있어서, 노 도어(10)는 설정된 개방 온도(57)에서 자동적으로 개방되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제9항에 있어서, 설정된 개방 온도(57)에서, 개방 온도(57)에 도달했음을 나타내기 위해 음향 또는 시각 신호가 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제9항에 있어서, 치아 대체품(7)의 열처리는 소결, 결정화, 광택화, 소결과 광택화의 조합 또는 결정화와 광택화의 조합이되, 노 도어(10)가 폐쇄되어 있을 때의 가열 단계에서는 노실(5)의 내부 온도는 설정된 가열 속도로 증가되고, 노 도어(10)가 폐쇄되어 있을 때의 냉각 단계(37)에서는 노실(5)의 내부 온도가 설정된 냉각 속도로 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
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