KR20160017898A - 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본발명은 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법에 관한 것으로, 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법에 있어서, 코팅대상물을 세척액에 담그고 초음파세척을 통하여 세척하는 단계; 챔버에 장입한 후 진공상태에서 Ar에 의한 표면 세척과 활성화를 동시에 시행하는 에칭 단계; 상기 에칭 단계 후, 스퍼터링 방법으로 산화지르코늄타겟을 이용하여 산화지르코늄층을 코팅하는 산화지르코늄층 코팅 단계;를 포함하는 것으로,
본발명은 임플란트 픽쳐 표면이 고경도, 고윤활성, 내구성이 있는 현저한 효과가 있다.

Description

임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법{the zirconium oxide lay coating method for implant fixture}

본발명은 임플란트 픽쳐에 스퍼터링 방법으로 산화지르코늄타겟을 이용하여 산화지르코늄층을 코팅하는 것을 특징으로 하는 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법에 관한 것이다.

일반적으로 등록특허공보 등록번호 10-0598937호에 종래기술로 기재된 바와 같이, 치근형 임플란트란, 치조골에 나사모양의 티타늄으로 된 인공치근, 즉 픽쳐를 심은 후 매식된 픽쳐의 주위에 뼈가 융합되어 단단해지면 그 위에 어버트먼트를 결합하고, 여기에 인공치아인 보철물을 만들어 넣게 되는 것으로, 가장 보편적인 치아수복방법인 브릿지와 비교할 때 인접치아나 주위의 연조직 또는 골조직을 손상시키지 않고 오로지 손상된 부분에만 시술이 가능하며, 골조직에 의해 유지되고 지지받게 되므로 계속적으로 골조직에 힘이 가해져 골조직의 흡수속도가 지연되고 음식을 씹는 저작력도 자연치아와 동등수준으로 회복될 수 있음은 물론 심미적으로도 자연치아와 거의 유사하게 회복할 수 있어 최근에는 임플란트가 치아 수복에 있어 세계적인 추세가 되고 있다.

이러한 임플란트에 있어 픽쳐는 그 자체로 임플란트라고도 불리워지는 가장 중요한 부재로서, 치조골과의 융합성향성을 위해 티타늄으로 구성되고, 상단부에서부터 하단부까지 나사가 형성되어 치조골에 박힐 때에는 나사를 내면서 박히게 되고, 박힌 후에는 그 재질적인 특성상 접촉되는 뼈와 융합되어 단단하게 고정될 수 있는 특징이 있으나, 이 경우 환자의 치조골이 단단한 경우에는 하자가 없으나 치조골이 단단하지 못한 경우에는 매우 조심스럽게 박하야 하나 이중 나사산을 갖는 픽쳐는 식립되는 과정에는 토크가 발생되므로 무리한 힘을 가하여 치조골이 파손되는 문제점과 또한 픽쳐의 나사산에 접촉 면적이 적어 식립후 흔들리는 경우가 발생하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 개선하여, 상기 종래기술에는 내부에 소정의 깊이로 암나사가 형성되고 외면에는 나사산의 크기가 서로 상이하도록 이중구조로 이루어진 치근형 임플란트 시술용 픽쳐에 있어서, 내부에 소정의 깊이로 홈이 형성되고 홈 내벽에는 암나사가 구비되며, 외면이 다각형으로 형성된 헤드부와; 외면 상단부에 제1 숫나사가 형성되고 그 하단부에 제1 숫나사산 보다 크게 제2 숫나사가 형성된 몸체와; 몸체의 제2 숫나사의 나사산과 나사산 사이에 내곡면으로 형성된 제1 컷팅 에지와; 몸체의 제1 숫나사와 제2 숫나사 외면에 설(舌) 형상으로 다수 형성된 제2 컷팅 에지와; 몸체의 제2 숫나사 하단부에 일측 방향으로 회전각 90~360도를 갖도록 다수 형성된 제3 컷팅 에지로 구성된 것을 특징으로 하는 컷팅 에지를 갖는 치근형 인공치아 시술용 픽쳐가 공개되어 있다.

또한, 픽쳐에 대하여 등록번호 10-1037890호에는 임플란트 어버트먼트에 있어서, 픽쳐의 상부에 형성된 상부고정홈에 삽입되며 하부로 갈수록 직경이 좁아지며 외부에 숫나사선이 구비된 어버트먼트하부와, 상기 어버트먼트하부의 상부에 위치되어 역삼각뿔 형태의 어버트먼트몸체와, 상기 어버트먼트몸체의 외측 하부에 위치되는 세라믹 재질인 링형상의 어버트먼트외측하부를 포함하여 구성되어 있으며, 상기 세라믹재질인 링형상의 어버트먼트외측하부은 내부에 통공이 구비된 원통형상이며, 상부보다 하부의 직경이 넓은 하광상협 형상의 구조임을 특징으로 하는 임플란트 어버트먼트가 공개되어 있다.

또한, 등록특허공보 등록번호 10-0534243호에는 2005년12월01일 티타늄 금속 또는 티타늄 합금으로 구성된 임플란트의 표면을 트리클로로에탄올 용액과 노르말헥산 용액으로 세척하는 전처리 공정과 전처리한 임플란트의 표면을 95% 황산 용액과 85% 인산 용액을 5 대 1의 비율로 혼합시켜 제조한 0.5M의 혼합 용액 1ℓ에 2% 과산화수소수 2㎖를 첨가하여 제조한 전해액으로 전압 240V, 전류밀도 0.5 내지 1.5 A/dm2 범위에 서 회백색의 티타니아 세라믹 산화 피막을 형성시키는 양극산화 공정과 임플란트의 표면에 형성된 산화피막을 에탄올 용액과 증류수로 세척하는 후처리 공정의 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 심미적 표면 처리방법이 공개되어 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본발명은 고경도, 고윤활성, 내구성이 있는 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법에 관한 것으로, 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법에 있어서, 코팅대상물을 세척액에 담그고 초음파세척을 통하여 세척하는 단계; 챔버에 장입한 후 진공상태에서 Ar에 의한 표면 세척과 활성화를 동시에 시행하는 에칭 단계; 상기 에칭 단계 후, 스퍼터링 방법으로 산화지르코늄타겟을 이용하여 산화지르코늄층을 코팅하는 산화지르코늄층 코팅 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 임플란트 픽쳐 표면이 고경도, 고윤활성, 내구성이 있는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본발명 진공증착장치 배치도
도 2는 본발명의 Sputter module, Linear ion source가 설치된 진공증착장
치 내부개략도
도 3은 본발명의 Sputte rmodule, Linear ion source가 설치된 진공증착장
치 절개개략도
도 4는 본발명의 Sputter module, Linear ion source가 설치된 진공증착장
치 분해개략도
도 5는 본발명의 Sputter module, Linear ion source가 설치된 진공증착장
치 평면개략도
도 6은 도 5의 부분확대도

본발명은 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법에 관한 것으로, 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법에 있어서, 코팅대상물을 세척액에 담그고 초음파세척을 통하여 세척하는 단계; 챔버에 장입한 후 진공상태에서 Ar에 의한 표면 세척과 활성화를 동시에 시행하는 에칭 단계; 상기 에칭 단계 후, 스퍼터링 방법으로 산화지르코늄타겟을 이용하여 산화지르코늄층을 코팅하는 산화지르코늄층 코팅 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에칭 단계와 산화지르코늄층 코팅단계 사이에는 스퍼터링 방법으로 크롬타겟을 이용하여 중간층인 크롬층을 코팅하는 중간층 코팅단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 코팅대상물을 세척액에 담그고 초음파세척을 통하여 세척하는 단계 이전에 상기 픽쳐를 TiC 입자로 표면을 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본발명 진공증착장치 배치도, 도 2는 본발명의 Sputter module, Linear ion source가 설치된 진공증착장치 내부개략도, 도 3은 본발명의 Sputte rmodule, Linear ion source가 설치된 진공증착장치 절개개략도, 도 4는 본발명의 Sputter module, Linear ion source가 설치된 진공증착장치 분해개략도, 도 5는 본발명의 Sputter module, Linear ion source가 설치된 진공증착장치 평면개략도, 도 6은 도 5의 부분확대도이다.

상기 임플란트 픽쳐는 티타늄을 절삭가공한 후, TiC입자로 쇼트닝(입자를 불어서 표면을 연마하는 관용의 방법)한 후, 산화지르코늄박막을 표면에 형성되게 된다.

상기 산화지르코늄박막은 0.5 ~ 1.5㎛ 두께로 형성되며, 2100 ~ 3000 kgf/㎟의 경도를 가지도록 형성된다.

그리고, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 산화지르코늄(ZrO₂) 코팅된 코팅대상물의 제조방법은, 임플란트 픽쳐 제품을 챔버 내부에 장입하는 준비단계와; 챔버의 내부에 아르곤가스를 주입하고, 일정압력 하에서 플라즈마를 생성시켜 챔버 내부와 케이스 제품을 세정하는 세정단계와; 챔버의 내부에 장착되어 있는 텅스텐, 크롬 타겟에 스퍼터링방법에 의하여 중간층을 증착시키는 단계와, 중간층 위에 스퍼터링방법에 의하여 산화지르코늄 박막을 형성하는 코팅단계와; 산화지르코늄 박막이 형성된 임플란트 픽쳐를 상기 챔버로부터 꺼내는 취출 단계로 이루어진다.

상기 준비단계에서 상기 임플란트 픽쳐는 아세톤으로 20~40분간 초음파 세척된 후 상기 챔버의 내부에 장입된다.

상기 세정단계에서는 상기 챔버의 내측으로 아르곤가스를 70 sccm유량으로 주입시켜 진공도를 조절하고, 전력(DC Power)을 400W ~ 500W로 공급하여 아르곤플라즈마를 생성시켜 40 ~ 60분 동안 세정을 실시하는 것을 특징으로 한다.

상기 챔버의 내부온도가 90 ~ 150℃ 사이로 유지되도록 한다.

상기 중간층 코팅 단계에서는 상기 챔버내 측으로 아르곤가스를 40sccm 유량으로 주입시켜 진공도를 조절하고 텅스텐 또는 크롬 타겟에 물리적인 힘을 가하여 이온을 증착시키게 된다.

상기 코팅단계 후, 스퍼터링 공정을 통해 크롬박막을 증착시킨다.

이하에서는 본 발명에 의한 산화지르코늄 코팅된 코팅대상물의 제조방법에 관하여 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

본 발명에 의한 산화지르코늄코팅된 코팅대상물의 제조를 위한 장치는 스퍼터링 스에 의해 상기 임플란트 픽쳐 표면에 산화지르코늄박막을 형성하기 위한 장치로서, 챔버, 진공펌프, 가스탱크, 전원공급부 등으로 구성된다.

상기 임플란트 픽쳐에 산화지르코늄박막을 형성하기 위해서는 우선, 별도로 구비된 초음파세척기를 이용하여 산화지르코늄코팅을 위한 임플란트 픽쳐를 세척하게 된다.

이때, 아세톤을 사용하여 세척하게 되며, 상기 초음파세척기를 20 ~40분간 가동하여 상기 임플란트 픽쳐를 세척하는 것에 의해 전처리를 완료하게 된다. 세척을 위해 사용되는 초음파세척기는 일반적으로 사용되는 초음파세척기와 동일한 구성으로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 세척된 임플란트 픽쳐는 전원이 인가된 챔버 내에 수용되는데, 이를 보다 상세하게 살펴보면, 상기 임플란트 픽쳐는 지그에 장착되고, 상기 지그는 스퍼터 타겟 및 이온소스를 바라보게 위치한다. 그리고 지그가 공, 자전을 한다. 상기 챔버를 측방에서 차폐하여 밀폐시키게 된다. 따라서, 상기 임플란트 픽쳐는 자연스럽게 상기 챔버의 내부에 위치하게 된다. [준비단계]

상기 임플란트 픽쳐는 상기 챔버의 내측에 위치하게 되고 상기 챔버가 밀폐상태가 되면, 상기 챔버와 연통된 진공펌프가 작동되어 상기 챔버 내부의 진공도가 조절된다. 그리고, 상기 챔버내부의 임플란트 픽쳐가 움직이지 않도록 잠겨진 상태의 진공밸브를 풀어 챔버 내부의 압력을 조절하게 되는데, 이때의 챔버 내부 압력이 10-4 torr ~ 10-5 torr 가 되도록 진공도가 조절된다.

상기 챔버 내부의 진공도가 조절된 후에는 가스탱크에서 아르곤(Ar)가스를 상기 챔버의 내부로 주입하게 된다. 이때, 상기 아르곤가스는 상기 챔버의 내부로 대략 70 sccm (㎤/min)의 유량으로 유입되고, 진공밸브의 개도를 조작하는 것에 의해 상기 챔버의 내부진공도은 10-3 torr ~ 10-4 torr 정도의 진공을 유지하게 된다.

이와 같은 상태에서 전원공급부의 전력을 대략 400W ~ 500W만큼 올려주게 되면, 상기 챔버의 내부에는 아르곤플라즈마가 생성되고, 이때 발생하는 이온충격에 의해 상기 챔버의 내측과 임플란트 픽쳐 표면을 세정하게 된다. 상기 챔버과 임플란트 픽쳐의 세정은 대략 40~60분 동안 진행되며, 이때, 챔버의 내부온도는 90 ~ 150℃가 된다. [세정단계]

세정이 완료된 후에는 박막의 증착력 향상을 위하여, 스퍼터링 시스템에 전력을 공급하고, 아르곤 가스의 이온화를 통하여 타겟에 물리적인 힘을 가하게 된다. 물리적인 힘에 의해 튕겨져 나온 크롬이나 산화지르코늄 이온들이 증착하게 된다[코팅단계].

상기 임플란트 픽쳐의 표면에 대략 0.5 ~ 1.5㎛ 두께의 산화지르코늄박막이 형성되면, 상기 아세틸렌가스의 공급을 중지하고, 동시에 전원공급부에서 공급되는 전력을 끈 후 챔버 내부의 온도를 낮추고 진공을 해제하게 된다. 상기 챔버의 내부온도가 충분히 낮추어진 이후 사용자는 상기 지그를 내려 상기 산화지르코늄박막이 형성된 임플란트 픽쳐를 꺼내게 된다. [취출단계]

상기와 같은 과정에 의해 제조되는 임플란트 픽쳐에 형성되는 산화지르코늄박막의 두께와 경도 등은 상기 전원공급부에서 공급되는 전력에 따라 조절 가능하게 된다.

공급되는 전력이 높을수록 챔버의 내부온도가 높아지게 되며, 이에 따라 산화지르코늄박막의 경도가 높아지고, 두께가 두꺼워지게 된다.

하지만, 상기 챔버의 내부에 수용된 임플란트 픽쳐는 접합력의 향상을 위하여 내부온도는 90~150℃ 를 유지 되어야만 한다.

한편, 본 발명에서 사용되는 코팅장치는 기존의 널리 사용되는 sputter진공코팅장치를 그대로 사용하면 되나, 기존의 sputter진공코팅방식에 chamber 중앙에 저항가열식 증발원(thermal evaporation source)을 장착한 것을 사용할 수 있다. 본발명에서 저항가열식 증발원(thermal evaporation source)은 사용하지 않아도 되나, 다른 용도의 작업을 병행하기 위하여 주로 sputter 증착 방식에 chamber 중앙에 저항가열식 증발원(thermal evaporation source)을 장착한 것을 사용한다.

본발명의 Linear ion source는 chamber 벽면에 설치한다.

그리고 본 발명에서 사용되는 스퍼터링 방법은 관용의 스퍼터링(sputtering) 기술을 말하는 것으로, 구체적으로 설명하면 스퍼터링(sputtering)이란 plasma 상태에서 형성된 Ar 양이온(positive ion)이 sputter module에 장착된 cathode에 인가된 전기장에 의해 cathode 위에 놓여있는 target 쪽으로 가속되어 target과 충돌함으로써 target을 구성하고 있는 원자가 튀어나오는 현상이다.

이 스퍼터링은 가열과정이 없기 때문에 텅스텐과 같은 고용점금속이라도 증착이 가능하다. 일반적인 진공증착에서는 금속을 고온으로 가열하여 증발시키기 때문에 합금인 경우 그 성분 금속 각각의 증기압이 서로 달라 문제가 생긴다. 그러나 스퍼터링은 금속뿐만 아니라 석영 등 무기물이라도 박막을 용이하게 만들 수 있다.

스퍼터링 장치는 간단한 2극 전극으로 구성되어 있으며 아르곤(Ar) 가스를 흘리면서 글로우(glow) 방전을 시킨다. 증착하고자하는 물질을 원형 또는 직사각형의 타겟(target)으로 만들어 여기에 음의 고전압을 인가하면 Ar+ ion의 충돌에 의해 튀어나온 타겟 원자가 마주 보고 있는 기판에 쌓여 박막이 형성된다.

스퍼터링은 진공증착방법인 이베퍼레이션(Evaporation)과 비교하면 날아가는 타깃 원자의 속도가 100배 정도 빠르기 때문에 박막과 기판의 부착강도가 크다. 2극 스퍼터링 이외에 기판과 타깃 사이에서 음극과 양극으로 플라즈마를 발생시키는 4극 스퍼터링 방식, 그리고 고주파를 이용하는 RF 방식, 최근에는 전기장 이외에 자기장을 이용한 마그네트론 스퍼터링 방식 등이 있다.

그리고 상기 스퍼터링방식과 저항가열방식에 대한 기본원리는 특허등록공보 등록번호 20-0185068호에는 스퍼터링방식과 저항가열방식의 기본 원리에 대하여 기재되어 있다. 그 구성을 인용하면, 스퍼터링되는 타겟은 sputter module의 cathode에 clamp로 장착되어 있다.

여기서 상기 이베퍼레이터는 저항가열식 또는 전자빔 방식으로 코팅물질을 용융증발시켜 코팅하고, 상기 스퍼터링 타겟은 코팅물질을 스퍼터하여 분산시켜 피코팅체를 코팅하게 된다.

상기 저항 가열방식은 저항체에 전류를 흘려 주울열을 발생하는것을 이용한 가열방식을 사용한다. 여기서는 물체에 직접 전류를 흘려서 가열하는 직접식과 발열체의 열을 복사 대류 전도등으로 피가열물에 전달하는 간접식의 양자 방식을 모두 채택할 수 있다.

플라즈마 또는 글로우 방전은 상기한 방전 수단 사이에서 상기한 불활성 주입가스와 전원 공급장치로부터 공급된 고압 전압의 스파크에 의해서 플라즈마 또는 글로우 방전대가 형성된다. 이러한 상태에서 상기 내통이 회전하면서 치구에 안착되어 있는 피코팅체의 코팅부위에 상기한 방전대를 거치면서 에칭이 이루어지고, 이와 동시에 스퍼터링 타겟 및/또는 이베퍼레이터에 의해서 용융된 코팅물질이 비산 또는 스퍼터되어 상기한 피코팅체에 다층의 전도성 실드막이 형성되게 된다.

이상과 같이 피코팅체의 코팅 공정을 요약하면, 코팅하고자 하는 기판(피코팅체)을 내통의 치구에 장착한 후, 진공배기 장치를 통하여 진공증착 챔버를 진공배기하고, 챔버내가 일정한 진공상태에 도달하면 치구가 장착된 내통을 회전시켜 피코팅체의 코팅할 부분이 상기 플라즈마 또는 글로우 방전대에서 에칭이 이루어지는 동시에, 상기 스퍼터링 타겟 또는 이배퍼레이터로부터 용융 비산 또는 스퍼터되는 코팅물질이 피코팅체로 균일하게 코팅이 이루어 지는 것이다.

400 : 챔버
500 : 선형 이온 소스(Linear ion source)
100 : 스퍼터 110 : 저항가열식 증발원

Claims (3)

1. 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법에 있어서, 코팅대상물을 세척액에 담그고 초음파세척을 통하여 세척하는 단계; 챔버에 장입한 후 진공상태에서 Ar에 의한 표면 세척과 활성화를 동시에 시행하는 에칭 단계; 상기 에칭 단계 후, 스퍼터링 방법으로 산화지르코늄타겟을 이용하여 산화지르코늄층을 코팅하는 산화지르코늄층 코팅 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법
2. 제1항에 있어서, 상기 에칭 단계와 산화지르코늄층 코팅단계 사이에는 스퍼터링 방법으로 크롬타겟을 이용하여 중간층인 크롬층을 코팅하는 중간층 코팅단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법
3. 제1항에 있어서, 상기 코팅대상물을 세척액에 담그고 초음파세척을 통하여 세척하는 단계 이전에 상기 픽쳐를 TiC 입자로 표면을 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임플란트 픽쳐의 산화지르코늄층 코팅방법

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