KR20090017718A - 전자파를 이용한 인공치아 소결 방법 - Google Patents

Abstract

단일 치과병원 차원에서도 저렴한 비용으로 손쉽게 인공치아 코어를 소결할 수 있는 방법. 본 발명의 인공치아 소결 방법은 예컨대 지르코니아와 같은 세라믹 재질의 인공치아를 소결하는데 적합한 것이다. 인공치아 코어를 소결함에 있어서는, 먼저 (a) 적어도 어느 하나에 피가공물을 삽입하기 위한 피가공물 수용공간이 형성되어 있는 제1 및 제2 단열재 틀을 마련한다. 그리고, (b) 상기 피가공물 수용공간에 제1 발열체를 설치하고, 상기 제1 발열체의 주위에 인공치아 코어를 위치시킨다. 그 다음, (c) 제1 및 제2 단열재 틀을 결합시킨 후, (d) 단열재 틀 결합체를 전자레인지에 설치하고, 전자레인지를 일정 시간 가동시켜 인공치아 코어에 열을 가하여 소결시키게 된다.

전자레인지, 인공치아, 소결, 세라믹

Description

전자파를 이용한 인공치아 소결 방법{Method for Sintering Artificial Tooth Using Electromagnetic Wave}

도 1은 본 발명에 의한 인공치아 소결 방법의 일 실시예를 보여주는 흐름도.

도 2 내지 도 5는 제1 및 제2 단열재 틀의 실시예들을 보여주는 도면.

본 발명은 세라믹 재료 등을 소결하는 인공치아 가공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 예컨대 CAD/CAM 방식으로 가공된 인공치아 코어를 소결시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로파의 가열은 마그네트론 이라 불리는 진공관에서 발진하는 극초단파에 의해 물질의 입자가 높은 파장을 가지는 마이크로파에 의해 진동하면 진동회로에 의해 얻어지는 대출력을 이용하여 소결한다. 그러나 소결시 제품을 고체화하기 위해서는 갑작스런 온도상승으로 불꽃반응이 발생해 온도편차가 심하고 상기 온도편차로 인한 문제점으로 인해, 소결시간이 보통 8시간 이상 걸리는 게 통상적이었다. 따라서 상기 마이크로파 소결로에서 이러한 온도편차와 소결시간을 줄이기 위한 노력이 계속 되어 왔다.

통상 마이크로파 소결이라 함은 원자 단위에서 발생하는 물질이동을 통해 입자를 일치시켜 고체구조가 되게 하는 열처리 방법으로서, 물질을 녹는점 이하의 온도에서 열처리를 한 경우 물질 입자 간에 결합이 생겨 고체화되는 현상으로서 가열처리를 하면 표면 에너지를 감소시키는 방향 즉 표면적이 감소하는 방향으로 물질이동이 일어나 서로 결합한다. 따라서 이를 이용한 산업이 발달함에 따라 그 중요성이 상당히 인식되고 있으며, 여러 분야에서 그 용도 또한 다양해지고 있는 추세이다.

그러나 종래의 마이크로파 소결로는 소결로 내부 환경에 의하여 소결시 폭주(불꽃반응) 현상이 종종 일어나 제품에 크랙 및 틸팅이 발생하고, 이로 인해 열전대가 파손될 뿐 아니라, 마그네트론에 의한 온도 상승 및 하강은 매우 급격하게 진행되기 때문에 사용시 제품의 가치를 극대화하지 못하였을 뿐 아니라 또한 한곳에만 집중되는 마이크로파로 인하여 불균일한 온도 편차가 생기고, 또한 이러한 온도 편차를 줄이면서 소결하는데도 느린 속도로 수행되어 상당한 시간이 걸렸다, 일반적으로는 온도 편차를 줄이면서 소결하는 데는 8시간 이상이 필요하게 됐다. 따라서 상기 온도 편차 및 소결 시간을 줄이기 위한 방법으로 종래 방식에서는 4 내지 8방향에서 마이크로파 열원을 사용하였으나 이러한 여러 방향의 마이크로파 열원은 소결로 제작시 소결로 자체의 값이 고가인 것이 문제점으로 대두 되었다.

통상적으로 마이크로파 소결로는 전기로나 가스로에 비해 소결시간이 상당히 짧고 전력 소모도 적어 비용이나 시간 면에서 유리한 점이 있고 소결시 치밀하게 소결되는 데에도 불구 하고 상기와 같은 여러 가지 문제점을 해결하지 못해 아직까지는 여러 분야에서 광범위하게 보편화하지 못했다. 즉, 상기와 같은 폭주(불꽃반응) 현상, 온도편차, 가열시간 등의 문제로 인해 기계적, 전기적 특성이 저하되어 소결로에 대한 신뢰성이 떨어지므로 이를 해결하기 위해 소결로 내에 가열체(마이크로파가 접촉하여 열을 내는 용기를 칭함)를 마이크로파 소결로에 맞게 개발하여 값싸고 안정적으로 제공할 필요성이 있었고 이에 알맞은 소결로를 개발하기 위한 노력이 계속되었다.

그러나 이러한 노력에도 불구 하고 전술한 단점을 완전히 해결하지 못해 소비자들의 욕구를 따라주지 못하였다.

즉, 종래의 소결로는 제품을 고체화시키기 위한 온도인 1500℃까지 온도를 천천히 올리지 않고 갑자기 올리면 전체적으로 고르지 못한 가열이 발생하여 불꽃반응이 발생하고 이로 인해 크랙 이나 틸팅이 발생하므로 완성 제품이 고르지 못하거나 완전하지 않은 소결이 발생할 수도 있었다. 이러한 불꽃 반응, 크랙, 틸팅을 제거하기 위해 통상 8시간 정도의 시간을 가지고 온도를 1500℃까지 천천히 올려야만 불꽃 반응, 크랙, 틸팅이 없는 소결이 가능했으나 본 발명의 마이크로파 소결구성품은 통상적인 소결로 개념을 벗어나 단순하게 전자렌지에 소결구성품만을 넣어 1600도까지 온도상승시켰으며, 8시간 기준 4번이상의 소결을 할 수 있는 장점이 있다. 소결구성품은 전자파량, 단열재의 단열량, 전자파투과량, 가열체의 중량과 면적, 가열공간의 비례함수에 시간의 비례에의해 온도가 조정될 수 있게 만들어졌다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단일 치과병원 차원에 서도 저렴한 비용으로 손쉽게 인공치아 코어를 소결할 수 있는 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 인공치아 소결 방법은 예컨대 지르코니아와 같은 세라믹 재질의 인공치아를 소결하는데 적합한 것이다.

인공치아 코어를 소결함에 있어서는, 먼저 (a) 적어도 어느 하나에 피가공물을 삽입하기 위한 피가공물 수용공간이 형성되어 있는 제1 및 제2 단열재 틀을 마련한다. 그리고, (b) 상기 피가공물 수용공간에 제1 발열체를 설치하고, 상기 제1 발열체의 주위에 인공치아 코어를 위치시킨다. 그 다음, (c) 제1 및 제2 단열재 틀을 결합시킨 후, (d) 단열재 틀 결합체를 전자레인지에 설치하고, 전자레인지를 일정 시간 가동시켜 인공치아 코어에 열을 가하여 소결시키게 된다.

바람직한 실시예에 있어서, 제1 및 제2 단열재 틀로는 세라믹 소재가 사용되며, 특히 바람직한 실시예에 있어서는 알루미나가 사용된다. 그리고, 제1 가열체로는 세라믹 복합소재가 사용되는 것이 바람직하며, 탄화규소(SiC)를 주성분으로 하는 소재가 사용되는 것이 특히 바람직하다.

전자레인지 가동시간은 4시간 이내인 것이 바람직하고, 20분∼1시간30분의 범위 내에서 가동시키는 것이 특히 바람직하다.

제1 발열체는 링 형상, 판상, 기둥 형상, 다수의 불규칙한 과립 형상이 될 수 있고, 이들이 복합적으로 사용될 수도 있다.

제1 발열체의 주위에는 제2 발열체가 추가적으로 설치될 수 있는데, 이러한 경우 인공치아 코어는 제2 발열체 내에 설치된다. 제2 발열체로는 열전도성 세라믹 소재가 사용되는 것이 바람직하다. 제2 발열체가 볼 형상, 판상, 기둥 형상, 다수의 불규칙한 과립 형상으로 되어 있을 수 있으며, 이들 형상들의 소재들이 복합적으로 사용될 수도 있다.

제1 발열체가 제1 또는 제2 단열재 틀에 직접 접촉해서 영향을 주어 제1 또는 제2 단열재 틀이 파손되는 것을 방지할 수 있도록, 제1 발열체는 제1 또는 제2 단열재 틀과 이격되도록 설치되는 것이 바람직하다. 일 실시예에 있어서는, 제1 발열체가 제1 또는 제2 단열재 틀과 접촉할 수 있는 부위에 단열재 가루을 뿌린 후 제1 및 제2 단열재 틀을 결합시키게 된다.

일 실시예에 있어서, 제1 단열재 틀은 상부면에 상기 피가공물 수용공간이 형성되어 있는 판상의 구조로 되어 있고, 제2 단열재 틀은 제1 단열재 틀과 밀착될 수 있는 판상의 부재로 되어 있다. 이와 같은 실시예에 있어서, 제1 발열체의 주위에 제2 발열체를 설치하고 제2 발열체 내에 인공치아 코어를 설치할 수 있다. 제2 발열체로는 열전도성 세라믹 소재가 사용될 수 있다. 제2 발열체는 볼 형상, 판상, 기둥 형상, 다수의 불규칙한 과립 형상으로 되어 있을 수 있으며, 이러한 형상들의 소재가 복합적으로 사용될 수도 있다.

위와 같이 제1 및 제2 단열재 틀이 판상의 부재로 되어 있는 실시예에 있어서, 제1 발열체는 횡단면이 원형, 사각형, 또는 여타의 다각형인 링 형상으로 되어 있을 수 있다. 이러한 경우 제1 단열재 틀의 피가공물 수용공간 저면에 상기 단열재 분말을 뿌린 후, 제1 발열체를 제1 단열재 틀의 피가공물 수용공간 내벽과 소정 거리만큼 이격되도록 설치하고, 제1 발열체의 내측에 상기 제2 발열체를 설치하고, 제2 발열체 내에 인공치아 코어를 위치시킨 후, 전자레인지로 소결시키게 된다.

단열재는 1600도에 견딜 수있는 소재를 사용하였으며 발열체는 탄화규소를 주성분으로 알루미나, 지르코니아를 첨가하여 제작하였으며 발열체와 단열재와의 열충격에 의한 크랙등을 방지하기위해 내화물과 직접적으로 접촉되지 않게 설계하였으며, 균일한 온도 분배를 위하여 회전이 가능한 전자렌지를 사용하였으며, 전자파량은 최소 700W이상의 마이크로파를 사용하고 가열공간은 최대 가로 12cm 세로 12cm 높이 6cm 이하로 하였으며 단열재는 전자파 투과량이 좋은 단열재를 사용하였으며 가열체안에 세라믹을 넣어 자체 발열량에 의한 2차온도 상승및 온도 유지를 하여 1600도까지 가장 단시간에 되는 것을 본 출원인은 수십 번의 실험을 통해 알아냈다. 또한 균일한 온도보정을 위하여 주기적으로 온도 체크링으로 온도측정, 별도로 온도센서를 투입하여 시간대비 온도를 측정, 파이로메타를 이용하여 현재 온도를 측정하여 소결구성품의 성능을 시간대비로 조정할 수 있다. 또한 별도로 전기장치를 설치하여 온도 콘트롤을 할 수 있게 구성하였음.

상기 마이크로파 소결구성품은 8시간 기준 4번이상의 소결을 특징으로 한다..

상기 전자파량은 700W 이상의 고주파를 사용을 특징으로 한다.

상기 단열재는 전자파 투과량이 좋은 단열재를 특징으로 한다.

상기 가열체는 전자파량, 단열도, 가열공간에 비례하여 가열체의 중량이 정해지며 2차가열체로 가열체안에 세라믹을 넣어 온도 상승 및 온도유지 되며 이 함 수에 시간을 대비하여 상승시간을 결정하는 기능을 특징으로 한다.

제품의 틸팅을 방지하기위해 회전이 가능한 전자렌지 또는 하부에 회전기능을 탑재한 형태의 구조물을 특징으로 한다.

다수의 소결이 진행됨에 따라, 주기적으로 온도체크링, 온도센서, 파이로메타를 이용하여 온도를 측정하여 전자파 투과 시간을 결정할 수 있다.

지속적인 온도 콘트롤을 요구시 가변으로 콘트롤시스템을 체결할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 인공치아 소결 방법의 일 실시예를 보여준다. 인공치아 코어를 소결함에 있어서는, 먼저 적어도 어느 하나에 피가공물을 삽입하기 위한 피가공물 수용공간이 형성되어 있는 제1 및 제2 단열재 틀(20, 40)을 마련한다(제10단계). 도 2는 제1 및 제2 단열재 틀의 일 실시예를 보여준다. 본 실시예에 있어서, 제1 단열재 틀(30)은 상부면에 상기 피가공물 수용공간(22)이 형성되어 있는 판상의 구조로 되어 있다. 제2 단열재 틀(40)은 제1 단열재 틀(20)과 밀착될 수 있는 판상의 부재로 되어 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 및 제2 단열재 틀(20, 40)은 알루미나 소재로 되어 있으며, 각각 한변이 20 센티미터인 정방향으로 되어 있고, 높이가 2.5 센티미터의 크기를 갖는다. 그리고, 피가공물 수용공간(22)은 깊이가 1.5 센티미터인 원형 단면의 홈으로 되어 있다.

이와 같이 제1 및 제2 단열재 틀(20, 40)이 마련된 상태에서, 제1 단열재 틀 (20)의 피가공물 수용공간(20)에 제1 발열체(50)를 설치한다(제12단계). 본 실시예에 있어서, 제1 발열체(50)는 수직단면이 대략 사각형이고 수평 단면이 원형으로 되어 있는 링 형태로 되어 있으며, 열전도성 세라믹 소재 예컨대 탄화규소(SiC) 또는 탄화규소를 주성분으로 하는 소재로 되어 있다. 제1 발열체(50)를 설치함에 있어서는, 먼저 피가공물 수용공간(20) 저면에 단열재 분말을 뿌려서, 소결 과정에서 제1 발열체(50)의 열이 제1 단열재 틀(20)로 전달되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 아울러, 제1 발열체(50)의 외경이 피가공물 수용공간(20)의 내경보다 적게 하여, 제1 단열재 틀(20)과 제1 발열체(50)가 직접 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 제1 발열체(50)가 설치된 상태에서, 제1 발열체(50) 내부에 제2 발열체(60)를 충진하고, 제2 발열체(60) 내부에 인공치아 코어(90)를 설치한다. 제2 발열체(60)로는 열전도성 세라믹 소재가 사용되는 것이 바람직하다. 제2 발열체는 볼 형상, 판상, 기둥 형상, 다수의 불규칙한 과립 형상으로 되어 있을 수 있으며, 이들 형상들의 소재들이 복합적으로 사용될 수도 있다.

제1 발열체(50)와 인공치아 코어(90)가 충진된 후에는, 제1 단열재 틀(20) 상부에 제2 단열재 틀(40)을 밀착시켜 얹어서 결합시킨다(제14단계).

그리고, 단열재 틀 결합체를 전자레인지에 설치하고, 전자레인지를 일정시간 가동시켜 인공치아 코어에 열을 가하여 소결시키게 된다. 전자레인지 가동시간은 4시간 이내, 예컨대 20분∼1시간30분의 범위 내에서 가동시키는 것이 바람직하며, 1시간 동안 가동시키는 것이 특히 바람직하다.

도 3 내지 도 5는 제1 및 제2 단열재 틀의 다른 실시예들을 보여준다. 도 3에 도시된 바와 같이 하측의 제1 단열재 틀(20a)가 판상으로 되어 있고, 피가공물 수용공간이 제2 단열재 틀(40a)의 저면에 마련될 수도 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 단열재틀(20b, 40b)가 횡방향으로 결합되도록 제작될 수도 있으며, 특히 도 5에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 단열재틀(20c, 40c)의 일측에 밀착 결합을 위해 슬리브가 마련될 수도 있다.

본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 당업자에게 자명하다.

본 발명은 상기와 같은 소결구성품을 이용하여 단순설치 사용이 가능하며 폭주현상도 없으며, 가열시 크랙이나 틸팅 현상도 없고, 종래의 소결로가 4 내지 8방향의 마이크로파 열원을 사용하는데 비해 본 발명은 손쉽게 구할 수 있고 가격이 저렴한 전자레인지에 의하여 손쉽게 인공치아를 소결할 수 있다. 따라서, 인공치아 코어를 가공할 수만 있다면, 개별 치과병원 차원에서 인공치아 가공을 완료하여 환자의 검사 당일에 인공치아를 신속하게 시술할 수 있다는 효과가 있다.

전자레인지에 인공치아 코어를 간단한 지지체에 넣어 시간을 변수로 하여 불꽃반응이 없고 온도편차를 극소화하며 소결하고자 하는 제품의 소결시간을 획기적으로 줄일 수 있다.

Claims (19)

1. 세라믹 재질의 인공치아 코어를 소결하는 방법으로서,

   (a) 적어도 어느 하나에 피가공물을 삽입하기 위한 피가공물 수용공간이 형성되어 있는 제1 및 제2 단열재 틀을 마련하는 단계;

   (b) 상기 피가공물 수용공간에 제1 발열체를 설치하고, 상기 제1 발열체의 주위에 인공치아 코어를 위치시키는 단계;

   (c) 상기 제1 및 제2 단열재 틀을 결합시키는 단계; 및

   (d) 상기 단열재 틀 결합체를 전자레인지에 설치하고, 상기 전자레인지를 일정 시간 가동시켜 상기 인공치아 코어에 열을 가하는 단계;

   를 포함하는 인공치아 코어 소결 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 단열재 틀이 세라믹 소재로 되어 있는 인공치아 코어 소결 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 단열재 틀이 알루미나로 되어 있는 인공치아 코어 소결 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 가열체가 세라믹 복합소재로 되어 있는 인공치아 소결 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1 가열체가 탄화규소(SiC)를 주성분으로 하는 소재로 되어 있는 인공치아 코어 소결 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 (d)단계에서 상기 전자레인지 가동시간이 4시간 이내인 인공치아 코어 소결 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 (d)단계에서 상기 전자레인지 가동시간이 20분∼1시간30분의 범위 내에 있는 인공치아 코어 소결 방법.
8. 제1항에 있어서,

   제1 발열체가 링 형상, 판상, 기둥 형상, 다수의 불규칙한 과립 형상으로 구성된 형상 조합에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 되어 있는 인공치아 코어 소결 방법.
9. 제1항 또는 제8항에 있어서, 상기 (b)단계가

   상기 제1 발열체의 주위에 제2 발열체를 설치하고 상기 제2 발열체 내에 상기 인공치아 코어를 설치하는 단계;

   를 포함하는 인공치아 코어 소결 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2 발열체가 열전도성 세라믹 소재로 되어 있는 인공치아 코어 소결 방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 제2 발열체가 볼 형상, 판상, 기둥 형상, 다수의 불규칙한 과립 형상으로 구성된 형상 조합에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 되어 있는 인공치아 코어 소결 방법.
12. 제1항 또는 제8항에 있어서,

    상기 제1 발열체가 상기 제1 및 제2 단열재 틀과 이격되도록 결합되는 인공치아 코어 소결 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제1 발열체가 상기 제1 및 제2 단열재 틀과 접촉할 수 있는 부위에 단열재 가루을 뿌린 후 상기 제1 및 제2 단열재 틀이 결합되는 인공치아 코어 소결 방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 제1 단열재 틀이 상부면에 상기 피가공물 수용공간이 형성되어 있는 판상의 구조로 되어 있고, 상기 제2 단열재 틀이 상기 제1 단열재 틀과 밀착될 수 있는 판상의 부재로 되어 있는 인공치아 코어 소결 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 (b)단계가

    상기 제1 발열체의 주위에 제2 발열체를 설치하고 상기 제2 발열체 내에 상기 인공치아 코어를 설치하는 단계;

    를 포함하는 인공치아 코어 소결 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 제2 발열체가 열전도성 세라믹 소재로 되어 있는 인공치아 코어 소결 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 제2 발열체가 볼 형상, 판상, 기둥 형상, 다수의 불규칙한 과립 형상으로 구성된 형상 조합에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 되어 있는 인공치아 코어 소결 방법.
18. 제15항에 있어서, 상기 제1 발열체가 링 형상으로 되어 있고,

    상기 (b)단계가

    (b1) 상기 제1 단열재 틀의 상기 피가공물 수용공간 저면에 상기 단열재 분말을 뿌리는 단계;

    (b2) 상기 제1 발열체를 상기 제1 단열재 틀의 피가공물 수용공간 내벽과 소정 거리만큼 이격되도록 설치하는 단계;

    (b3) 링 형상으로 되어 있는 상기 제1 발열체의 내측에 상기 제2 발열체를 설치하는 단계; 및

    (b4) 상기 제2 발열체 내에 상기 인공치아 코어를 위치시키는 단계;

    를 포함하는 인공치아 코어 소결 방법.
19. 제14항에 있어서, 상기 제1 발열체가 링 형상으로 되어 있고,

    상기 (b)단계에서, 상기 제1 단열재 틀의 상기 피가공물 수용공간 저면에 상기 단열재 분말을 뿌린 후, 상기 제1 발열체를 상기 제1 단열재 틀의 피가공물 수용공간 내벽과 소정 거리만큼 이격되도록 설치하는 인공치아 코어 소결 방법.

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