KR20080017665A - 다양한 형상을 갖는 다공성 치과용 임플란트 픽스쳐 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 형상을 갖는 다공성 치과용 임플란트 픽스쳐 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명은 크기별로 티타늄 또는 티타늄 합금의 분말을 준비하는 티타늄분말분류공정과, 성형몰드 역할을 하는 석영관 내부를 가공하여 원하는 형상을 제작하는 성형몰드제조공정과, 상기 석영관에 상기 픽스쳐코아를 삽입하고,상기 픽스쳐코아 주위에 분류된 티타늄 또는 티타늄합금 분말을 장입한 후 고진공 로에서 설정된 온도로 상승시킨 후 일정시간 유지하고 냉각시키는 가소결공정과, 상기 가소결한 후 석영관을 제거하여 상기 고진공 로에서 다른 압력, 온도와 시간으로 2차 소결하여 픽스쳐코아에 분말이 코팅되도록 하는 최종소결공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

임플란트, 티타늄, 티타늄 합금, 고진공 소결, 다공성, 기공, 석영관, 치과용,

Description

다양한 형상을 갖는 다공성 치과용 임플란트 픽스쳐 및 그 제조방법 {Porous Implant Fixture with multiplicity shapes}

도1은 본 발명의 실시예에 따른 제조공정 개략도이다

도2는 다양한 형상을 갖는 치과용 임플란트 픽스쳐(fixture)성형에 사용되는 여러 석영관의 모식도이다.

도3은 기계 가공에 의해 제조된 임플란트 픽스쳐코아(fixture core)의 실제 사진이다.

도4은 다양한 석영관에 기계 가공된 픽스쳐코아를 삽입하고 분말을 장입한 모식도이다.

도5는 도 3에서 1차 가소결 후 석영관을 제거한 임플란트 픽스쳐의 모식도이다.

도6는 가소결 및 최종 소결을 통해 제조된 다양한 다공성 임플란트 픽스쳐의 실제 사진이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1: 석영관 2: 픽스쳐코아

3: 티타늄분말

본 발명은 순수 티타늄(cp Ti) 또는 티타늄 합금(Ti alloy) 분말을 이용하여 다공성 치과용 임플란트 픽스쳐(fixture)를 제조하는 방법에 관한 것으로,구체적으로는 여러 형상을 갖는 석영관, 기계 가공된 티타늄 또는 티타늄 합금 픽스쳐코아(fixture core), 구형의 티타늄 또는 티타늄 합금 분말 등을 이용하여 고진공 로에서 가소결 단계 및 최종소결 단계를 통하여 제조되며 최대 표면적과 일률적인 기공을 형성하여 최상의 골 결합력을 창출할 수 있는 치과용 인공치근(Dental implant fixture)에 사용되는 다공성 치과용 임플란트 픽스쳐에 관한 것이다.

일반적으로, 치과용 임플란트에는 골막하 임플란트, 골관통 임플란트, 골내 임플란트 등이 있다. 1960년 중반 스웨덴의 정형외과 의사인 Branemark가 골내 혈액순환을 알아보기 위하여 토끼의 비골에 투과 현미경과 바이탈 마이크로스코피(vital microscopy)가 들어있는 티타늄 챔버(chamber)를 매식한 후 나중에 제거하면서 티타늄 챔버가 토끼 뼈와 단단히 부착되어 있는 것을 발견하고 라틴어로 골조직을 의미하는 "Osseo"와 결합을 의미하는 "Integration"을 합쳐서 "Osseointegration(골융합)"이라 명명하였는데 그 이후로 골내 임플란트에 대한 연구가 활발히 이루어지게 되었다.

티타늄과 티타늄 합금 등은 생체적합성이 뛰어나 주위 조직에 대해 양호한 생체 친화성을 보일 뿐 아니라 부식에 대한 저항이 크고, 생체에 대한 독성이 거의 없는 것으로 알려져 있다. 이러한 티타늄의 생체 적합성은 안정된 부동태 피막에 의한 것으로 이 부동태 피막이 생체와 이루는 계면이 골 유착에 중요하다고 보고되고 있으며, 티타늄과 티타늄 합금은 넓은 면적을 갖는 임플란트에 가장 적합한 재료라고 알려져 있다.

티타늄과 티타늄 합금은 대표적인 금속재료인 철강재에 비해 아주 짧은 역사를 가지고 있지만, 최근 신 합금에 대한 기대가 매우 커지면서 활발한 연구 개발을 하고 있으며, 상당한 결과도 얻어지고 있다. 그에 따라 티타늄의 응용도 이전의 항공 우주 산업부터 다양한 분야로 옮겨지고 있는 추세이다. 이처럼 티타늄에 대한 관심이 고조되는 이유는 티타늄이 다른 금속재료에 비해 비중이 낮고, 탄성계수가 높으며, 내 부식성이 우수하고, 생체적합성이 우수하기 때문이다.

티타늄은 온도에 따라 존재하는 상이 달라지는 동소변태를 하는 금속재료이다. 온도가 내려감에 따라 고온상인 정방정계(BCC)의 결정격자를 가지는 베타(β) 상에서 저온상인 육방정계(HCP)의 알파(α) 상으로 동소변태가 일어나며, 변태 온도는 순수한 티타늄의 경우 882℃이다. 녹는점은 순수한 티타늄의 경우 1670℃로 다른 금속에 비해 비교적 높은 편이다.

대표적인 치과 임플란트 들은 티타늄 소재에 나사형식으로 기계 가공된 형태이며, 골과의 강한 결합력을 유도하기 위해 표면처리에 관한 연구들이 많이 진행 중이다. 골과의 접촉면적을 늘리는 방법으로 티타늄 플라즈마 분사법, 산 부식법, 샌드 블라스팅법, 양극산화법, 열산화법 등이 있고 불활성의 타타늄 표면에 활성을 부여하기 위한 코팅법, 이온빔 주입법, 용액 침전법 등이 있다.

일반적으로 자연치의 치근은 악골과 직접 연결되지 않으며, 치근의 백악질 외부로 치근막이 둘러싸여 있고 여러 치주인대와 섬유상 결합조직이 존재하므로 저작압을 분산시키는데 효과적이다. 그러나 티타늄 또는 티타늄 합금 등의 임플란트 픽스쳐 들은 골과 직접 연결되고 저작압이 전달되므로 강한 결합력이 요구된다. 또한 치밀골인 하악골에서 보다 해면골인 상악골 에서는 더욱 그러하다.

본 발명의 목적은 티타늄 또는 티타늄 합금 등의 분말을 이용하여 기존의 나사식 임플란트에 비해 표면적이 증가된 무수히 많은 기공을 갖는 다공성층으로 구성된 다양한 형태를 갖는 치과용 임플란트 픽스쳐를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 다공성 코팅층의 표면적과 일률적인 기공의 형성은 티타늄 또는 티타늄 합금 등의 분말 크기에 의해 조절되고 다양한 임플란트 fixture의 형상은 석영관의 형상에 의해 좌우된다. 티타늄 또는 티타늄 합금 등의 분말을 기계 가공된 티타늄 또는 티타늄 합금 fixture core에 코팅하는 방법은 석영관을 이용하여 2단계의 소결과정을 통해 가능하다.

결국 본 발명을 통해 제조된 다공성 치과용 임플란트 fixture는 골모세포의 흡착과 분화공간을 제공하여 빠른 신생골 형성과 강한 골 결합을 유도하여 치유기간 단축과 치과 임플란트 시술에 안정성과 대중화를 이루고자 함이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 다양한 형태를 갖는 치과용 임플란트 픽스쳐 제조공정은 티타늄 또는 티타늄 합금의 분말(3)을 이용하여 소결공정을 거쳐 제 조되는 다공성 치과용 임플란트 제조방법에 있어서, 크기별로 티타늄 또는 티타늄 합금의 분말을 준비하는 티타늄분말분류공정과, 성형몰드 역할을 하는 석영관 내부를 가공하여 원하는 형상을 제작하는 성형몰드제조공정과, 상기 석영관에 상기 픽스쳐코아를 삽입하고,상기 픽스쳐코아 주위에 분류된 티타늄 또는 티타늄합금 분말을 장입한 후 고진공 로에서 설정된 온도로 상승시킨 후 일정시간 유지하고 냉각시키는 가소결공정과, 상기 가소결한 후 석영관을 제거하여 상기 고진공 로에서 다른 압력, 온도와 시간으로 2차 소결하여 픽스쳐코아에 분말이 코팅되도록 하는 최종소결공정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 다양한 형태를 갖는 치과용 임플란트 픽스쳐는 치과용 임플란트 픽스쳐에 있어서, 픽스쳐코아(2)의 주변에 크기별로 분류된 티타늄 또는 티타늄 합금의 분말(3)이 몰드의 형상에 따라 소결된 다양한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형태를 갖는 치과용 임플란트 픽스쳐 및 그 제조공정을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서는 우선 제조하고자 하는 최종 임플란트 픽스쳐와 같은 형상의 치수를 갖는 석영관(1)을 준비한다 (도 2). 일률적인 fixture의 기공 형성을 위해 티타늄 또는 티타늄 합금 분말(3)을 일정 크기를 갖도록 체가름한다.

기계 가공된 티타늄 또는 티타늄 합금 픽스쳐코아(2)를 준비된 석영관(1)에 삽입하고 티타늄 또는 티타늄 합금 분말(3)을 장입한 후 고온에서 진공소결을 거치 게 한다.

이러한 과정을 통해 일률적인 기공을 형성하면서 티타늄 및 티타늄 합금의 본래 특성을 지닌 다공성 치과용 임플란트 fixture를 제조하였다.

이는 악골에 형성된 hole에 큰 저항 없이 삽입이 가능하며 골모세포가 흡착하기 유리한 표면 환경과 분화공간을 제공한다.

본 발명은 50~450㎛ 크기를 갖는 티타늄 또는 티타늄 합금 분말(3)을 50~100㎛, 100~150㎛, 150~200㎛, 200~250㎛, 250~300㎛, 300~350㎛, 350~400㎛, 400~450㎛의 크기로 분류하고 석영관(1)에 기계 가공된 픽스쳐코아(2)를 삽입하고 분류된 분말(3)을 장입한 후 1×10^-7torr의 고진공 로에서 900℃ 까지 승온시켜 2시간 유지하는 가소결 단계를 거친 다음 석영관(1)을 제거하고 최종적으로 고진공 로에서 1250℃ 까지 승온시키고 2시간을 유지하여 임플란트를 제조한다.

상기 2차소결 단계는 몰드의 역할을 하는 석영관(1)이 최종소결 온도인 1250℃에 견디지 못하기 때문에 1차적으로 가소결을 통하여 몰드를 제거한 후에 최종소결을 한다. 여기에서 너무 낮은 온도에서 가소결을 하게 되면 석영관(1)의 분리 시에나 분리 후에도 소결체가 부서질 수 있고, 너무 높은 온도에서 가소결을 실행하면 석영관(1) 내부의 undercut 등에 의해 소결체가 분리되지 않을 수 있으므로 적절한 가소결 온도는 800~900℃가 바람직하다.

또한 상기 다공성 치과용 임플란트 fixture는 50~200㎛ 정도의 일률적인 기공을 형성함으로서 수~수십㎛에 해당하는 골모세포가 내부 기공에서의 분화를 가능 케 하며 양방향으로의 신생골 생성이 기대되어 악골과 치과용 임플란트와의 강력한 골결합을 형성할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제 1 단계: 크기별 티타늄 또는 티타늄 합금의 분말 준비

티타늄 또는 티타늄 합금 분말(3)의 크기 범위가 크게 되면 상대적으로 큰 입자 사이의 공간을 작은 입자들이 채우게 되므로 일률적인 공간을 확보하기 어렵다. 이에 본 발명에서는 다공성 임플란트 제조에 앞서 분말(3)의 크기 범위를 제한할 수 있도록 체가름법을 이용하여 일정 크기(50~100㎛, 100~150㎛, 150~200㎛, 200~250㎛, 250~300㎛, 300~350㎛, 350~400㎛, 400~450㎛)로 분류하였다.

제 2 단계: 성형 몰드 제작

도 2에서 보는 바와 같이 제조하고자 하는 다공성 임플란트 fixture의 형상은 성형 몰드 역할을 하는 석영관(1) 내부를 기계 가공하여 원하고자 하는 형상으로 제조한다.

제 3 단계: 가소결

준비된 석영관(1)에 도면 3에 보이는 기계 가공된 티타늄 또는 티타늄 합금 픽스쳐코아(2)를 삽입하고 픽스쳐코아(2)주위에 분류된 티타늄 또는 티타늄 합금 분말(3)을 도면 4와 같이 장입한다. 이때 바이브레이터를 이용하여 고르게 충진시 킨다. 가소결은 4×10^-2torr, 1×10^-9torr 의 진공 분위기에서 900℃까지 상승시킨 뒤 1~2시간 유지한 후 냉각하는 방식으로 수행 하였다.

제 4 단계 : 최종소결

도 5에 가소결 단계를 거친 후 석영관(1)을 본체로부터 제거한 임플란트 fixture의 모식도를 나타내었고, 가소결된 다공성 임플란트 fixture를 1×10^-4torr 1× 110^-9torr 의 진공 분위기에서 1250℃까지 상승시킨 뒤 1~2시간 유지한 후 냉각하여 픽스쳐코아(2)에 분말(3)이 완전히 코팅된 다공성 치과용 임플란트 fixture를 제조하였다. 본 발명을 통해 실제 제조한 다공성 치과용 임플란트 fixture의 사진을 도 6에 나타내었다.

본 발명에서는 임플란트의 요건에서 가장 중요한 골융합(Osseointegration)에 유리한 무수히 많은 기공을 갖는 여러 형상을 갖는 치과용 임플란트 fixture를 제공할 수 있다. 또한 본 발명은 최적의 표면적 생성 외에도 세포 흡착 및 분화공간 부여로 인해 fixture 내부에까지 신생골을 형성시켜 저작시 하중이 분산되는 면적을 증가시키기 때문에 임플란트 성공률을 높인다

Claims (6)

1. 티타늄 또는 티타늄 합금의 분말(3)을 이용하여 소결공정을 거쳐 제조되는 다공성 치과용 임플란트 제조방법에 있어서,

   크기별로 티타늄 또는 티타늄 합금의 분말(3)을 준비하는 티타늄분말분류공정;

   성형몰드 역할을 하는 석영관(1) 내부를 가공하여 원하는 형상을 제작하는 성형몰드제조공정;

   상기 석영관(1)에 상기 픽스쳐코아(2)를 삽입하고,상기 픽스쳐코아(2) 주위에 분류된 티타늄 또는 티타늄합금 분말(3)을 장입한 후 고진공 로에서 설정된 온도로 상승시킨 후 일정시간 유지하고 냉각시키는 가소결공정; 및

   상기 가소결한 후 석영관(1)을 제거하여 상기 고진공 로에서 다른 압력, 온도와 시간으로 2차 소결하여 픽스쳐코아(2)에 분말(3)이 코팅되도록 하는 최종소결공정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다양한 형상을 갖는 다공성 치과용 임플란트 픽스쳐 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 티타늄분말분류공정은 상기 분말크기의 제한은 체가름법을 이용하며, 입자크기는 50~100㎛, 100~150㎛, 150~200㎛, 200~250㎛, 250~300㎛, 300~350㎛, 350~400㎛, 400~450㎛로 분류하는 것을 특징으로 하는 다양한 형상을 갖는 다공성 치과용 임플란트 픽스쳐.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가소결공정은 소결은 온도: 750~950 ℃, 시간: 30~180분, 분위기: 진공 또는 불활성 분위기에서 소결하는 것을 특징으로 하는 다양한 형상을 갖는 다공성 치과용 임플란트 픽스쳐 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 최종소결공정은 여러 형상을 갖는 석영관(1)을 이용하여 티타늄 또는 티타늄 합금 분말(3)을 픽쳐스코아(2)에 코팅할 수 있도록 소결하되,

   온도: 1000~1300 ℃, 시간: 30~180분, 분위기: 진공 및 불활성 분위기에서 소결하는 것을 특징으로 하는 다양한 형상을 갖는 다공성 치과용 임플란트 픽스쳐 제조방법.
5. 치과용 임플란트 픽스쳐에 있어서,

   픽스쳐코아(2)의 주변에 크기별로 분류된 티타늄 또는 티타늄 합금의 분말(3)이 몰드의 형상에 따라 소결된 다양한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다양한 형상을 갖는 다공성 치과용 임플란트 픽스쳐.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 소결된 임플란트 픽스쳐의 형상은 테이퍼진 형상, 테이퍼지며 나사식인 형상, 다공성층 윗부분이 나사식인 형상 또는 다공성 층 사이에 solid type의 띠를 갖는 형상중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다양한 형상을 갖는 다공성 치과용 임플란트 픽스쳐.

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