KR20140147121A

KR20140147121A - 치과용 보철물 제작을 위한 밀링 방법

Info

Publication number: KR20140147121A
Application number: KR1020147031026A
Authority: KR
Inventors: 랄프 후프슈미드
Original assignee: 후프슈미드 쩨어슈파눙스시스테메 게엠베하
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2014-12-29
Also published as: US20150097305A1; IL235447A; EP2844183A1; JP2015519110A; DK2844183T3; CA2869875C; US9693840B2; CN104302242B; HK1202041A1; DE102012009038A1; WO2013164068A1; KR101617632B1; CN104302242A; CA2869875A1; AU2013257025B2; JP5963946B2; ES2616779T3; EP2844183B1; RU2669983C1; AU2013257025A1

Abstract

본 발명은 다축 CNC 머신에서 선소결된 세라믹 화이트 바디를 기계가공하기 위한 치과용 밀링 도구에 관한 것으로, 최대 외경(Dk)이 1~4mm이고 반구형으로 둥근 볼 헤드 부분(1), 외주에서 일정하게 상기 외경을 가지고 축상으로 신장되며 볼 헤드 부분과 이어지는 축상 절단 부분(2), 축상 절단 부분에서 이어지면서 그 이상의 외경(Ds)를 가지는 자루 부분(3)을 가진다. 세 개나 두 개의 나선홈(4)과 그에 대응하는 숫자의 절단 날(5)이 고체로 원형 단면을 갖는 중심 영역(9)을 둘러서 와형으로 볼 헤드 부분부터 축상 절단 부분을 따라 신장된다. 축 방향에서 볼 때 볼 헤드 부분에서 원호 형태로 뻗고, 축상 절단 부분의 최대 외경의 방사상 좌표에서 뻗어나가는 블레이드(6)는 각각의 절단 날에서 오른손 회전 방향의 나선홈(4)과 면하는 끝단으로 제공된다. 본 발명은 절단 날과 나선홈이 왼손 나선을 가진 와형으로 뻗음을 특징으로 한다. 본 발명은 치과 보철물을 제작하는 밀링 방법과 관련되며, 향후 완전 소결될 치과용 보철물 화이트 바디가 선소결 세라믹 화이트 바디 특히 지르코늄 산화물 화이트 바디로부터, 다축 CND 밀링 머신 상의 도출된 이동경로를 따르는 삼차원 자유형태 밀링을 사용하여, 앞선 청구항들 가운데 어느 한 항의 치과용 밀링 도구를 가지고 밀 가공된다.

Description

치과용 밀링 도구 및 치과용 보철물 제작을 위한 밀링 방법 {dental milling tool and milling method for the manufacture of dental prostheses}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 치과용 밀링 도구와 청구항 9의 전제부에 따른 밀링 방법에 관한 것이다.

통상적인 치과용 밀링 도구(dental milling tool) 혹은 치과용 밀링 커터는 곡선 칼날부(portions of blades) 혹은 절단 에지(cutting edges)를 가진 볼 엔드 부분(ball end portion)과 그에 인접되는, 나선 칼날부(helical portions of blades) 혹은 절단 에지를 가진 축상 절단 부분(axial cutting portion)을 가지며, 그들의 직경 내에서 치아 대체물이나, 선소결(pre-sintered)된 세라믹 블랭크 혹은 화이트 바디, 특히, 산화 지르코늄 화이트 바디로 만들어지는 치과용 보철물에 적용된다.

다시 말하면, 치과용 임플란트나 그와 유사한 것들이 관련되는 볼 엔드(end: 단부)의 직경은, 3차원 곡면과 노치(notch)들을 가진 채로 주어지며 단순히 하나의 전형에 따르지 않는 치아의 기하 형태가, 요청된 완만한 표면의 형태를 가지고 창출될 수 있도록 선택된다.

그러나, 기계적 강도 등의 이유로 그러한 직경은 너무 작게는 선택될 수 없다. 치과용 노즈 엔드 밀(nose end mill)은 지르코늄 산화물이나 알루미늄 산화물과 같은 비소성(unfired) 고기능 세라믹의 가공을 위해 의도된 것으로, 다트론 에이지 컴퍼니(Datron AG Company)의 카타로그 2009, S. 70에서 "DATRON-VHM-Zirkonoxid-Dentalfraser"라는 명칭으로 그 예를 찾을 수 있다.

치과용 임플란트와 같은 치과용 보철물의 준비를 위해, 훌륭한 위생적 특성과 강도로 인하여 세라믹 재료가 채택되고, 이것들은 소결될 수 있는데, 근래에는 지르코니아 올세라믹 재료(완전도재관)이 채택되고 있다. 거기에, 미소결 세라믹 블랭크, 소위 말하는 그린 바디(green body)가 일정한 단단한 경도로 다시 말하면 소위 화이트 바디(혹은 선소결된 바디)로 선소결되고(pre-sintered), 치과용 버(dental burs) 혹은 밀링 도구로 그 위에 이루어지는 가공은 여전히 쉽게 이루어질 수 있다. 그러나, 화이트 바디의 경도에 이르기까지의 소결 중에 이루어지는 수축은 최종 성형(shaping) 전에 완료된다. 그리고, 치과용 임플란트 화이트 바디의 소결이 완료되는데, 이는 충분히 전체적으로 소결되어야 한다는 것이고, 그러나, 이미 최종적 치과용 임플란트 형태를 갖추고 있어야 한다.

치과용 임플란트에 더하여, 같은 방법으로, 브리지(bridges)나 다른 치과용 보철물 혹은 치과용 복원물이, 상세하게는 지르코늄 산화물의 특히 기존의 다결정 지르코늄 산화물에 더하여 추가되는 안정화 산화물, 가령 이트륨 혹은 마그네슘 등, 3Y-TZP, YSZ 혹은 TZ-3Y와 같은 것들을 포함하는 크라운용 지지 프레임웍(frameworks)이 만들어지고 있다. 선소결된 화이트 바디에 대한 자유형태의 밀링(freeform milling)에 의한 성형 후, 결과물인 선소결 보철물 준비물 혹은 결과물인 치과용 보철물 화이트 바디는 완료 소결 혹은 완전 소결이 되며, 여기서 발생하는 소결 수축 혹은 가끔 대략 50%에 달하기도 하는 부피 수축은 전 성형 밀링 처리에서 반드시 고려되어야 하는데, 이는 단단한 소결 물질은 세라믹 구조가 손상을 입지 않도록 하는 좁은 한도 내에서만 가공되거나, 가공이 가능하지 않을 수 있기 때문이다.

치과용 보철물 화이트 바디의 밀링 가공을 위한 것으로, 수제 복제 밀링과 같은 수제 처리 방법이 알려져 있다.

여기서는, 치과의사에 의해 얻어진 치과적 인상(dental impression)으로부터 치생 상태(dentition)의 플라스틱 혹은 플라스터(회반죽) 모형이 먼저 치과 랩(laboratory) 등에서 먼저 만들어진다. 상대적으로 부드러운 그러나 가끔은 끈적이며 달라붙는 재질로 이루어진 그런 모형을 완성하는 과정에서의 물질의 과잉을 단절하기 위해, 수동 공기 터빈 그라인더가 치기공사(dental technician)에게 적합한 것일 수 있다. 대부분의 경우, 밀링 도구는 봉오리 형태(bud shaped)를 가지고, 가끔은 스태거드 투스(staggered toothing)를 가지고, 오른손 방향 혹은 왼손 방향으로 비틀리거나(twisted) 회전되고(spinned)(오른 나선 혹은 왼 나선을 가지고), 치아 단위(크기)의 상대적으로 커다란 그라인딩 헤드를 가지는 것이 사용되며, 고장을 방지하기 위한 넓고 깊은 틈새를 가진다. 그라인딩 헤드는 실질적으로 얇은 축 혹은 자루 부분에 씌워지고, 주변부 전체에서 절단이 가능하다. 그런 도구는 가령 Brasseler GmbH & Co. KG 컴퍼니의 생산품 정보 "Hartmetallfraser SGFA, 2007"에서 볼 수 있다.

다음으로, 이 모형은 주사되고(scanned) 그에 병행하여, 관련된 치과용 보철물 화이트 바디가 선소결된 지르코늄 산화물의 곡면의 혹은 평판 형태의 블랭크로부터의 밀(mill)가공으로 형성될 수 있다. 그와 관련하여, 치과용 밀링 도구와 스캐너는, 가령 슈츠 게엠베하(Schutz GmbH)의 티티안 밀(Titian Mill)과 같은 대응 복제 밀링 머신(correspondig copy milling machine)에서 서로 병행되게 결합될 수 있는데, 이 머신에서는 보철물 화이트 바디에 대한 언더컷(under cut)은 가공대(worktop)의 피봇(회전)동작에 의해 만들어질 수 있으나, 거칠고 정교한 가공 및 수공 재작업(manual rework)을 위해서 도구 교체 및 가공대의 다양한 설비가 요구된다.

치과 분야에서는 또한, 점점 더 씨엔씨(CNC:computer numerical control) 밀링이 대세를 이루고 있으며, 여기(CNC 밀링)에서는 이동 경로가 캐드/캠(CAD/CAM:computer aid design/ computer aid manufacturing) 데이타를 사용하여 산출될 수 있고, 그 데이타에 따라 CND 밀링 머신은 3차원에서 이 머신에 의해 다축을 따라 이동할 수 있으며, 이러한 3개의 동작 축에 더하여 최근의 CNC 밀링 머신은 대개 두 개의 추가적 피봇 축을 가져서 언더컷이 이루어질 수 있다. 이 CAD/CAM 데이타는 주사된 모형 혹은 예를 들면 치과의사에 의해 주사된(scanned) 의치로부터 도출되어, 여기서는 컴퓨터화된 복제 밀링을 언급할 수 있고, 모형 제작 노력은 절약될 수 있고, 밀링에서 수작업은 할 것이 점차 없어진다.

가령, 독일 특허 DE 696 25 012 T2로부터, 치과적인 에나멜층, 쉐이드층(shade layer), 백킹층(backing layer)과 같은 다른 층들을 가진 인조 치아를 형성하기 위해, CAD/CAM에 의해 산출된 이동 경로를 수단으로 적절한 기판으로부터 치과용 금형(dental molds)을 만들고, 이들 금형 쌍들 사이에 중합성 아크릴레이트(polimerizable acrylate)를 충진하는 것이 알려져 있다. 그런 형성을 위한 기판으로서 세라믹이 제안된다. 인공 치아 자체는 기판으로부터 밀 가공되지 않지만, 중합성 아크릴레이트로 치아 모형 사이에 형성된다.

다른 자동화된 3차원 형상 밀링 가공 혹은 자유형태 밀링 가공은 선소결된 세라믹 화이트 바디로부터 치과용 보철물의 밀링에 의해 (화이트 소결된) 치과용 세라믹의 직접적 제작에 기여하며, 여기서 순서에 따라 치과용 보철물은 완전히 혹은 전적으로 소결된다. 이런 목적을 위해, 대개 둥그런 반구형 볼 엔드와 하나에서 넷까지의 우측 비틀림 나선 홈을 가지는 통상적 엔드 밀이 사용되며, 나선 홈은 따라서 나선 홈들 사이에 정렬된 절단 날(cutter teeth)의 외측 날들 위에 하나에서 넷까지의 절단 에지들을 가진다. 치과용 보철물 화이트 바디의 정밀한 가공을 위해, 커터(cutter)는 통상적으로 위로부터 각각의 선소결된 세라믹 곡면 블랭크의 고체 혹은 전체 재료 위에 놓이고, 단계적으로 고체 내로 진행한다.

그러나, 벗겨짐, 잘게 쪼개짐 혹은 파열은 것은 부분적으로 소결되어서 상대적으로 부숴지기 쉬운 세라믹에서 자주 발생한다. 치기공사들에게, 이런 화이트 바디 위에서의 파열은 동시에 도구를 위한 변화 영역이 된다. 이는 도구가 무딘 것인지 혹은 벗겨짐이 밀링에 의해 세라믹에 인가되는 힘으로부터의 오는 결과인지가 확실성을 가지고 결정될 수 없기 때문이다.

비록 프라스틱이나 목재나 위에서 언급된 석고 같은 부드러운 재료의 가공으로부터지만, 왼손 방향 비틀림 밀링 도구도 알려져 있는데, 이는 밀링이 이루어지는 동안 작업물에 장력이 작용하지 않는다는 장점을 가질 수 있고, 한편 화이트 소결 혹은 선소결 상태에서조차 위에서 언급된 세라믹들은 상대적으로 낮은 장력을 가지므로, 특히 장력이 벗겨짐을 유발하는 세라믹의 기계가공(machining)에서 장점을 가질 수 있다. 프라스틱, 알루미늄, 황동 혹은 구리의 가공을 위한 왼손 방향 비틀림 밀링 도구의 예시가 가령, Datron AG 컴퍼니의 2009년 카타로그 14페이지에 "DATRON-VHM-Einschneider, Linksspiral rechtsschneidend"라는 명칭으로 제공된다. 이 밀링 도구는 단일 나선홈 혹은 단일 에지(edge) 도구의 형태를 가지며, 나선홈의 넓은 너비와 깊이를 가지며, 이런 나선홈은 이들 재질을 기계가공 하는 데에는 통상적인 것이다. 그러나, 그러한 도구는 하측 방향으로 쇄설물 배출이 가능한 경우에만 사용될 수 있다. 즉, 고체 재료 위에 놓이는 밀링 도구를 가지는 3차원 자유형태(free form) 가공의 경우가 아니고, 작업대상이 그 수직 외측에 대해 기계가공되는 그리고 쇄설물이 아래로 배출되는 경우에만 사용될 수 있다. 정말로, 나선홈의 왼손 방향 비틀림에 의해 기계가공은 장력 없이 유리하게 수행될 수 있다. 이로써, 쇄설물은 아래로 눌러지고, 만약 쇄설물의 배출이나 제거가 아래 방향으로 가능하지 않다면 도구의 고장을 유발시킬 수 있다.

이런 전제로부터, 본원 발명은 도구 수명을 연장시키고 밀링이 이루어지는 동안에 더 높은 진행상의 안정성을 가질 수 있는 방향으로 통상적 형태의 치과용 밀링 도구와 밀링 방법을 개선하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적은 청구항 1의 특징을 가지는 치과용인 밀링 도구 및 청구항 9의 특징을 가진 방법에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 치과용 밀링 도구는 왼손 방향으로 비틀린 와형 혹은 왼손 방향 비틀림을 가진 와형에 의해 특징 지워지며, 이는 볼 엔드 부분으로부터 축상의 절단부를 따라 뻗은, 셋 혹은 바람직하게는 두 나선홈과 절단 날(cutting teeth) 혹은 스플라인(spline)이 밀링 도구의 웹(web)이나 코어(core) 주위에 코일 형상으로 감기고, 이때, 밀링 도구는 왼손 방향 비틀림을, 다시 말하면 회전 방향에 대하여, 특히 밀링 도구의 축에 대해 1° 내지 45°, 바람직하게는 5° 내지 30°의 비틀림을 가진다.

본 발명의 밀링 방법은 밀링이 그러한 왼손 방향 비틀림의 치과용 밀링 도구를 가지고 이루어지고, 평판형 세라믹 화이트 바디가 고정되고 그리고 치과용 밀링 도구가 위로부터 그 위에서 그리고 평판 형상의 세라믹 화이트 바디의 고체 재료 속으로 구동되고, 그리고 순차적으로 평판 형태의 세라믹 화이트 바디로부터 얻은 치과용 보철물 화이트 바디의 밀링이 CAD/CAM에서 도출된 이동 경로를 따라 층에서 층으로 물질층을 제거함에 의해 이루어진다.

이는 아래 방향으로의 쇄설물 제거가 확보되지 않는 때의 경우들에서 특히 치과 세공에 사용되는 소결 세라믹이 왼손 방향 비틀림을 가진 밀링을 허용한다는 놀라운 발견에 근거한 것이다. 이들 세라믹들은, 가령 지르코니아 화이트 바디의 형태에서, 밀링에 의해 부숴지기 쉬운 쇄설물이고 따라서, 왼쪽 비틀림된 치과용 밀링 도구를 위로부터 고체 물질 내부로 구동할 때, 선소결된 세라믹 디스크나 둥근 블랭크로부터 치과용 보철물 화이트 바디를 밀링하는 경우와 같이, 그런 경우에도 천공된 혹은 밀 가공된 구멍을 막히게 하지 않게 된다. 나선홈에 쇄설물이 달라붙거나 쇄설물이 정체되는 현상은 발생하지 않는다. 장력이 발생하지 않고, 이는 라운드 블랭크나 혹은 평판 형태의 블랭크를 들어올릴 수 있고, 그러나 압력이 작용할 수 있어서, 화이트 바디 라운드 블랭크의 고정이 기존보다 적은 힘만 필요로 한다는 것은 긍정적 부수 효과라고 할 수 있다. 지금까지 빈번히 사용된 그러나 상대적으로 비싼, 라운드 혹은 평판형 블랭크의 석션(suction)에 의한 진공 고정은 보다 간단한 설치로 대체될 수 있다.

왼손 방향 비틀림에 의해, 어떤 장력도 절단 에지에 의해 가공될 화이트 바디에 대해 적용되지 않고 단지 압력만 적용된다. 마모 한계에 도달하기 전의 화이트 바디에 대한 빈번한 분쇄와 빈번한 도구 교체는 더 이상 허용되지 않는다. 지르코늄 산화물 치아 세라믹과 같은 소결가능한 치과용 세라믹은 그들의 낮은 장력에 비해 매우 높은 압축강도를 가지고, 분쇄가 발생하는 것은 작업대상에 대한 얇은 형태 변형 조차도 회피될 수 있다. 따라서, 치과용 보철물이 자유형태 밀링 과정에서 제작될 수 있을 뿐만 아니라, 현재에는, 비록 이러한 파열이 아직 마모되지 않은 도구에서도 발생할 수 있지만, 도구의 마모 때문에 작업 대상에 대한 마멸이 초래된 것이라고 가정되었던 것과 달리, 이제는 (도구) 교체가 도구상의 마멸이 실제로 이루어진 경우에만 필요하기 때문에 도구들의 수명도 급격히 상승하게 된다. 동시에, 쇄설물이 달라붙는 문제는 분말 혹은 먼지 상의 기계가공 때문에 발생되지 않게 된다. 밀링 다음에, 고도의 밀링의 정교성 때문에, 치과용 보철물 화이트 바디는 완전히 소결되어 직접 완성된 치과용 보철물될 수 있다. 즉, 재작업(rework)이 필요가 없게 된다.

볼 앤드 기하형태와 관련하여, 접촉 영역이나 접촉점은 치과용 밀링 도구의 자유단에 있는 전체 반구에 걸쳐서 이동하며, 볼 앤드 부분의 접촉 너비는 치과용 밀링 도구의 가장 큰 외경의 0.1 내지 0.8 배에서 최선의 실시가 이루어질 수 있다는 것이 발견되었다. 따라서 전면 절단을 수행하는 것이 아니고 적용 폭(접촉 폭)으로서 최대 외경의 단지 0.1 내지 0.8 배의 부분적 절단이 유리하고, 적용 면적(접촉 면적), 즉, 절단 에지가 재료에 머무는 영역은 볼 앤드 부분에 해당하는 전체 반구 및, 축상의 절단 부분에 해당하는 이어지는 실린더 부분에 걸쳐서 이동할 수 있다.

예리한 절단 에지의 길이와 관련하여, 3차원 형상 밀링 과정에서 층에 익숙한 제거에서 더 큰 절단 깊이는 예상하기 어렵기 때문에 최대 외경의 0.5 내지 1.5 배의 값이면 충분한 것으로 밝혀졌다.

한편으로 제작 정밀성에 대한 요구에 부합하고, 다른 한편으로 세라믹 화이트 바디의 밀링 가공 중에 도구 강도에 대한 요구에 부합하기 위해, 특히 전체의 치과용 밀링 도구가, 솔더 조인트 형태로 미리 예정된 절단 조인트를 가지지 않는 경금속(hard metal)과 같은 하나의 재료로부터 일체적으로(integrally) 기본 성형된 것이라면, 볼 앤드 부위의 최대 외경, 그리고 동시에 볼 앤드 부분과 인접하는 축상 절단 부분의 일정한 외경에 대해 대략 1mm 내지 4mm, 바람직하게는 2mm 내지 3mm의 수치가 적합한 것이 밝혀졌다. 치과용 보철물 화이트 바디를 밀링할 때 더 이상의 추가적 마감작업은 필요하지 않다.

바람직하게는 각 절단 에지에서 어떤 클리어런스(여분: clearance) 혹은 클리어런스 절단부(clearance cut) 또는 자유 절단부(free cut)가 주어지며, 폭 0.1mm 혹은 그 이하, 그리고 여분 각(clearance angle) 12°내지 25°가 바람직하다. 이는 전체 최대 절단 길이가 지르코늄 산화물 화이트 바디에 대한 정밀한 세부를 기계가공하는 데 사용될 수 있도록 허용하며, 최대 절단 길이는, 최선의 표면 재질을 가진 치과용 보철물 화이트 바디에 대한 CAD/CAM 데이타의 고도로 정밀한 복제물 형성이 가능하고 따라서 마감이 필요하지 않도록, 바람직하게는 최대 외경의 0.5 배 이하 내지 1.5 배이다.

개략적 윤곽이 주어진 적용례에서 바른 방향과 크기로 절단력을 주기 위해, 레이크 각(갈퀴 각:rake angle) 혹은 절단 각(cutting angle) 또는 쇄설물 각(chip angle)을 위한 적절한 수치는 8° 내지 25°이다. 부숴지기 쉬운 혹은 먼지와 같은 화이트 선소결 세라믹 재료라는 점을 고려하고, 도구 강도의 유리함을 고려할 때, 축상 절단 부분의 웹(web) 직경이 최외각 혹은 외측 직경의 40 내지 65%, 바람직하게는 50 내지 65% 혹은 55 내지 65%의 직경을 가지는 것이라면, 이는 나선홈의 깊이에 대해 충분한 것이다. 다시 말하면, 쇄설물 나선홈에서 벗어난 둥근, 도구의 웹 부분이, 축상 절단 부분과 볼 엔드 부분으로의 전이부(transition)에서의 외각 원주의 40 내지 65%, 바람직하게는 50 내지 65% 혹은 55 내지 65%에 달하는 외각 원주 직경을 가질 때, 그에 의해 치과용 밀링 도구는 단단함을 얻을 수 있고, 한편, 선소결된 세라믹 재료의 부숴지기 쉬운 쇄설물 혹은 가공으로 인하여 충분한 쇄설물 제거 혹은 재료 제거가 쇄설물 나선홈의 얕은 깊이에도 불구하고 얻어질 수 있다는 것이다.

높은 도구 경도라는 관점에서의 설계 및 선소결된 세라믹 재료의 부숴지기 쉬운 쇄설로 인한 쇄설물 부피에 관한 한정된 요구를 고려할 때, 특히 이중 에지(double edgeed) 혹은 이중 나선홈 도구로 설계되는 치과용 밀링 도구에 대해 적어도 축상 절단 부분 내에서 절단 에지에서의 외경으로부터 나선홈 내의 웹 직경으로의 후방 전이는 전이부를 지나는 것이 유리하고, 이때 전이부는 특히 원호 부분 형태로 만들어진다. 그런 경우, (전이부에서) 외측 직경은 절단 에지(6) 위에서 최대 외경에 대하여 원주 방향으로 90°이동한 것으로, 전이부에서 최대 외경의 65 내지 85% 영역 특히 대략 75% 이고, 도구는 추가적으로 강화된다. 그러한 도구로, 지르코늄 산화물 치과용 세라믹의 자유형태 밀링에서는 회전속도를 50,000 r.p.m.으로 하는 것이 가능하다.

더욱이, 어떤 적용례에서는 치과용 밀링 도구가 작은 횡단하는 절단 에지 혹은 사점(센터)을 가지는 것이 유리하다는 것이 발견되었다. 그에 따라 재료 내로의 함입이 용이하게 되고 함입 과정에서의 압력이 다소 완화된다. 이는 특히 매우 깊은 Z축 방향으로의 공급(Z축 배송)에서 명확하다. 횡단하는 절단 에지가 없이 테스트에서 지르코늄 분말은 도구의 끝단 주변의 중심부에 모여들고 조악한 표면을 초래한다. 그러나, 횡단하는 절단 에지를 치과용 밀링 도구에 구비시키는 것뿐만 아니라 적절한 CAM 전략, 다시 말하면, 원형 함입 혹은 담금에 의해, 이런 문제는 회피될 수 있다.

도1은 본 발명의 유리한 실시예에 따른 치과용 밀링 도구의 측면도를 나타낸다.
도2는 도1에 나타난 치과용 밀의 끝단으로부터 본, 커터 자루부분을 생략하고 확대한 도면을 나타낸다.

본 발명의 보다 많은 효과와 개선은 본 발명의 유리한 실시예를 나타내는 동반된 도면을 참조하여 설명된다.

도1 및 도2를 참조하면, 도시된 치과용 밀링 도구는 볼 엔드 부분(1)을 가지고, 축상 절단 부분(2)과 자루 부분(3)을 가진다. 자루 부분(3)은 축상 절단 부분(2)의 일정 외경 Dk보다, 즉, 축상 절단 부분(2)에서 치과용 커터의 외측 원주의 직경 Dk보다 더 큰 외경 Ds를 가진다. 치과용 밀의 볼 엔드 부분(1)은 둥근 반구 및 축상 절단 부분(2)으로의 이행부이며, 축상 절단 부분(2)의 직경 Dk에도 대응되는 자체 최대 외경을 가진다.

반구형 곡면 볼 엔드 부분(1) 위의 치과용 밀(mill)의 자유단으로부터 살펴보면, 치과용 밀링 도구는 그 축상 절단 부분(2)을 따라 와형 혹은 나선형으로 감겨지고 비틀린 채로 뻗는 두 나선홈(4)과 이 나선홈에 의해 서로 분리된 두 절단 날(cutting teeth: 5)을 구비하는데, 이들은 왼손 방향으로 비틀린 상태, 즉, 치과용 커터에 대해 제공된 시계 회전 방향과 반대이고, 실시예에 나타난 바로는 25°의 비틀림각(b)을 가진다. 시계 회전 방향에서 앞쪽 나선홈(4)을 바라보는 절단 날(5)의 외측 날에서, 절단 에지(cutting edge: 6)가 뻗어 있다. 치과용 밀링 도구의 자유단에서, 두 개의 절단 에지(6)는 하나의 짧은 횡단하는 절단 에지 혹은 중심(사점: dead center:10)에 의해 연결된다.

본 발명의 범위 내에서 만약 반구형 곡면의 볼 엔드 부분을 언급하자면, 이는 치과용 밀링 도구의 절단 에지(6: 실시예에서는 이중 에지로 표시됨)를 따라서 진행하는 곡면, 혹은 다른 말로 두 에지의 적절한 방사상 배치를 가지고, 측면에서 본 치과용 밀링 도구는 볼 엔드 부분에서 대략 반원 윤곽을 가진다. 여기서, 치과용 밀링 도구의 자유단에서 횡단 방향으로 뻗는 절단 에지(6)는 축방향 주위로 축상 절단 부분(2)의 치과용 밀의 외경 Dk의 대략 절반인 반경을 가지고 와형을 이루는 절단 에지 부분으로 이어진다.

이는 치과용 밀링 도구가, 볼 엔드 부분(1)에 걸쳐서 이동하는 적용 영역을 가진 가공 대상물에 대해 어떤 바람직한 각도로 사용될 수 있다는 것을 보증한다. 여기서, 예리한 절단 에지(6)는 도1에 도시된 길이 L보다 작은 축상 절단 부분의 영역에 걸쳐 확장되고, 여기서 길이 L은 나선홈 길이에 자루 부분(3)으로 전이되기까지 뻗어 있는 런아웃(runout)을 더한 길이를 나타낸다.

예리한 에지(6)는 도시된 실시예에서 볼 엔드 부분(1)의 최대 외경 즉 축상 절단 영역(2)의 외측 원주의 직경 Dk의 세 배에 해당하는 길이에 걸쳐 연장되고, 쇄설물 나선홈(4)의 왼손 방향 비틀림을 가지고 연장되는 절단 에지(6)의 코일 형태로 감겨진 부분 위에 상대적으로 큰 길이에 걸쳐 밀 가공이 될 수 있다. 도2에서 볼 수 있듯이, 도시된 실시예의 20°의 클리어런스 각(a)을 가지는 클리어런스(7: clearance)가 절단 에지(6)의 후방부에 제공된다. 비록 클리어런스(7)가 예리한 에지(6)의 상대적으로 긴 길이에 걸쳐있지만, 고도의 표면 품질은 기계가공될 세라믹 화이트 바디에 관하여 보증되며, 클리어런스(7)에 뒤쪽으로 인접한 클리어런스 표면(8)과, 각각의 나선홈으로 가는 전이부를 형성하고 따라서 클리어런스 표면(8)에 인접하는 외측으로 볼록한 전이 영역의 형태를 가지는 원호 부분은 도구의 낮은 진동과 고경도의 이점을 가지는 것으로 판명된다.

실제로, 쇄설물 부피로서 사용가능한 나선홈 내 공간은 다소 작다. 이는, 작업될 선소결된 세라믹 물질 특히 지르코니아는 부쉬지기 쉽게 기계가공되므로, 위에서 언급된 도구의 경도 덕분에 허용될 수 있다. 밀링 도구 웹 부분 직경 dk, 즉, 나선홈(4)의 가장 낮은 점에서의 치과용 밀링 도구의 직경을 축상 절단 부분의 외경 Dk와 비교하여 본다면, 나선홈(4)의 최대 깊이도 상대적으로 작다. 여기서, 실시예에 나타난 이 비율은 대략 55%로 나타난다. 이는 또한 치과용 밀링 도구의 수명을 높인다. 도2에만 그려진 내측 원은 웹 직경 dk를 나타내기 위한 것이고 물리적으로 실제하는 형태를 나타내는 것은 아님을 주의해야 한다.

치과 분야에서 지르코늄 산화물 화이트 바디를 기계가공하는 바라는 바의 목적을 위하여, 비록 3 에지의 변형된 실시예도 상당하지만, 저진동의 측면에서 치과용 밀링 도구의 2 에지 디자인이 유리한 것으로 판명된다.

나선홈(4)의 왼손 방향 비틀림과 절단 날(5: cutting teeth)에서의 절단 에지(6: cutting edges)에 의해 기계가공된 세라믹 화이트 바디의 장력은 회피되며, 치과 분야의 통상의 오른손 방향 비틀림의 드릴들과 비교할 때, 그에 의해 의미있게 향상된 표면 품질을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 단위 시간당 더 높은 재료 제거 혹은 쇄설물 부피를 실현할 수 있다.

도면들은 정확한 비율을 반영하는 것은 아니다. 엔드 밀은 축상 절단 부분(2) 혹은 볼 엔드 부분의 단부에서 외경 Dk가 1 내지 2mm가 된다. 화이트 소결된 지르코늄 산화물 세라믹의 3차원 자유 성형 밀링을 위해 1 내지 4mm, 바람직하게는 2 내지 3mm, 가령 2mm의 값이, 표면 품질과 치과용 임플란트, 브리지 혹은 유사한 물품과 같은 치과용 보철물을 위해 요구되는 입체적 정밀성 및 동시에 단위 시간당 높은 쇄설물 부피를 달성하기 위해, 외경 Dk 값으로서 유리한 것으로 판명된다.

도시된 도구를 가지고 모든 작업 단계가 수행될 수 있다. 즉, 위로부터 세라믹 화이트 바디 위에 놓이는 치과용 밀링 도구에 의해 층별 물질 제거가 이루어진 후에 별도의 부가적 마감이 더 이상 필요하지 않게 된다. 다시 말하면, 치과용 보철물은 도구 교체가 없이, 따라서 적은 제작 시간으로 생산될 수 있고, 여기서 특히 왼손 방향 비틀림과 그에 따른 부하되는 장력의 부재로 인하여 박리(벗겨짐) 경향을 낮추고 따라서 높은 표면 품질을 가져온다. 절단 에지의 활처럼 뻗는 부분을 가지는 볼 엔드 부분(1)을 가지고, 만약 엔드 밀이 예를 들어 대응되는, 기계가공시에 작업대상에 대해 상대적으로 치과용 밀링 도구의 기울어짐을 허용하는, 5축 CNC 밀링 머신에 사용된다면, 생산될 물품이 언더컷을 가지는 물품이라도 치과용 보철물 생산이 가능하다.

치과용 밀링 도구가 가공할 대상이 되는, 세라믹 화이트 바디에 대한 부숴지기 쉬운 기계가공 덕분에, 위로부터의 고체 물질로의 구동이 수행된다면, 왼손 방향 비틀림에도 불구하고 아래 방향으로의 쇄설물 제거 없이 나선홈(4)이 고장을 일으키지 않는 것이 가능하다.

본 발명의 핵심을 벗어나지 않고 도시된 실시예의 변형과 수정이 가능하다.

따라서, 예를 들면, 자루 부분(3)의 직경 Ds를 볼 엔드 부분(1)의 최대 외경 Dk와 같도록 선택하고, 거의 전체 길이에 걸쳐 같은 외경으로 엔드 밀을 생산하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 도구의 안정성을 위협하지 않도록 더 작은 직경을 선택하는 것은 허용되지 않는다. 비틀림 각(b)를 25°로 하거나 5° 내지 30° 범위 내에서 그 주변 값으로 할 때, 지르코늄 산화물 곡면 블랭크에서 실험적으로 특히 좋은 결과를 얻을 수 있었지만, 이 비틀림 각을 넓은 범위 내에서 변화시키는 것도 치과용 밀의 왼손 방향 비틀림과 우측 절단 방향(right cutting direction) 범주에 있는 한 가능하고, 위로부터 고체 물질로 치과용 밀링 도구가 잠입되는 동안 가공될 대상 선소결 세라믹 곡면 블랭크에 대한 압력 부하에서도 가능하다.

Claims

다축 씨엔씨(CNC) 밀링 머신에서 선소결된 세라믹 화이트 바디, 특히 지르코늄 산화물 화이트 바디 가공을 위한 치과용 밀링 도구이며, 특히, 향후 완전 소결될 치과용 보철물 화이트 바디를 선소결된 원재료 화이트 바디로부터 밀링하여 얻기 위한 치과용 밀링 도구로서,
최대 외경(Dk)이 1~4mm이고 바람직하게 2~3mm이고 반구형으로 둥근 볼 엔드 부분(1)이, 외주(outer circumference)에서 이 직경(Dk)을 가지고 일정하게 축상으로 뻗는 축상 절단 부분(2)으로 연결되고, 상기 축상 절단 부분(2)은 이 직경보다 크거나 최소한 같은 자루 직경(Ds)을 가지는 자루(shank) 부분(3)과 접속되며,
상기 볼 헤드 부분(1)으로부터 상기 축상 절단 부분(2)을 따라 세 개 바람직하게는 두 개의 쇄설물 나선홈(4)과 대응되는 숫자의 절단 날(5)이 고체 재료로 구성되고 원형 단면을 가지는 웹 부분(9) 주위로 코일형태로 감져지고, 시계 회전 방향에 있는 상기 쇄설물 나선홈(4)과 대면하는 각각의 절단 날(5)의 외측 단부에 절단 에지(6)가 주어져, (상기 절단 에지가) 축 방향으로 볼 때 볼 엔드 부분(1)에 있고, 축상 절단 부분에서 최대 외경(Dk)의 원주 좌표에 있으며,
상기 쇄설물 나선홈(4)과 절단 날(5)은 왼손 방향 비틀림을 가지고 코일형태로 감겨지며, 상기 비틀림의 각은 1° 내지 45°, 특히 5° 내지 30°인 것을 특징으로 하는 치과용 밀링 도구.
제 1 항에 있어서,
상기 볼 엔드 부분(1), 상기 축상 절단 부분(2) 및 상기 자루 부분(3)은 하나의 재질로, 특히 경금속(단단한 금속: hard metal)으로 일체로 기본 성형(모재 성형:master formed)됨을 특징으로 하는 치과용 밀링 도구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
각각의 상기 절단 에지(6)에는 클리어런스(여분: 7)가 제공되고, 특히 대략 0.1mm 폭의, 특히 클리어런스 각 12°내지 25°의 클리어런스가 제공되는 것을 특징으로 하는 치과용 밀링 도구.
제 1 항 내지 제 3 항 가운데 어느 한 항에 있어서,
각각의 상기 절단 에지(6)는 적어도 축상 절단 부분(2)에서 레이크 각(rake angle)이 8°내지 25°로 주어지는 것을 특징으로 하는 치과용 밀링 도구.
상기 청구항들 가운데 어느 한 항에 있어서,
상기 쇄설물 나선홈으로부터 벗어남에 의해 정의되는 둥근 웹(web) 부분은, 상기 축상 절단 부분과 상기 볼 엔드 부분으로의 전이부에서 상기 도구의 상기 외경의 40 내지 65%, 바람직하게는 50 내지 65% 혹은 55 내지 65%의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 치과용 밀링 도구.
상기 청구항들 가운데 어느 한 항에 있어서,
각각의 절단 에지(6)의 대응되는 쇄설물 나선홈으로의 시계회전 방향에 대향 방향으로의 전이는 상기 클리어런스의 후방에 접속되는 클리어런스 표면(8)을 통하거나 후방과 직접 연결되는 클리어런스 표면을 통하는 것을 특징으로 하는 치과용 밀링 도구.
상기 청구항들 가운데 어느 한 항에 있어서,
치과용 밀링 도구는 이중 나선홈 밀(mill)로서 형성되고, 축상 절단 부분(2)에서 절단 에지(6)의 외경(Dk)으로부터 상기 쇄설물 나선홈(4) 내의 웹 직경(dk)으로의 후방 전이부는 특정한 원호 부분 형상의 전이 영역이고, 상기 전이 영역은 만약 존재한다면, 클리어런스나 클리어런스 표면(8)과 접속되고 외경(Dm)은 절단 에지(6) 위에서 최대 외경(Dk)에 대하여 원주 방향으로 90도 이동한 것으로, 상기 전이부에서 상기 최대 외경(Dk)의 65 내지 85% 영역 특히 대략 75% 인 것을 특징으로 하는 치과용 밀링 도구.
상기 청구항들 가운데 어느 한 항에 있어서,
특히 상기 클리어런스와 함께 주어지는 상기 절단 에지(6)는 축 방향으로 상기 최대 외경(Dk)의 적어도 50% 에서 150% 특히 100% 내지 150%에 해당하는 길이(L)를 가지는 것을 특징으로 하는 치과용 밀링 도구.
상기 청구항들 가운데 어느 한 항에 있어서,
적어도 상기 볼 엔드 부분에서 마모 방지 코팅이 제공되고, 특히 다이아몬드 혹은 큐빅 보론 나이트라이드(cubic boron nitride)와 같은 단단한 재질의 코팅이 제공되는 것을 특징으로 하는 치과용 밀링 도구.
다축 CND 밀링 머신 상의 도출된 이동경로를 따르는 삼차원 자유형태 밀링을 사용하여, 상기 청구항들 가운데 어느 한 항의 치과용 밀링 도구를 가지고, 치과용 보철물 화이트 바디가 선소결된 세라믹 화이트 바디, 특히 선소결된 지르코늄 산화물 화이트 바디로부터 밀 가공되고, 상기 선소결된 치과용 보철물 화이트 바디는 향후 완전 소결로 완성된 치과용 보철물이 되는 것을 특징으로 하는 치과용 보철 제작을 위한 밀링 방법.
제 9 항에 있어서,
평판이나 라운드 블랭크의 형태로 주어지는 상기 세라믹 화이트 바디는 클램핑되고 그리고 상기 치과용 밀링 도구가 위로부터 상기 도출된 경로를 따른 재료의 층상의 제거에 의해 상기 세라믹 화이트 바디의 고체 재료 내로 이동되고, 상기 치과용 보철물 화이트 바디는 상기 세라믹 화이트 바디로부터 밀 가공되는 것을 특징으로 하는 치과용 보철 제작을 위한 밀링 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
향후에 완전 소결되어 완성된 치과용 보철물이 될 치과용 보철물 화이트 바디는 하나의 치과용 밀링 도구로 밀 가공되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 치과용 보철 제작을 위한 밀링 방법.
제 9 항, 제 10 항, 제 11항에 있어서,
상기 밀 가공된 치과용 보철물 화이트 바디는 순서에 따라 완전 소결되어 완성된 치과용 보철물이 되는 것을 특징으로 하는 치과용 보철 제작을 위한 밀링 방법.