KR20170077948A - 치과용 분말합금 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융합금의 응고를 방지하기 위해 고주파 유도가열 코일을 설치함으로써 양질의 분말합금을 제조할 수 있도록 하는 치과용 분말합금 제조장치를 제공한다. 본 발명은 튜브를 감싸도록 나선형의 고주파 유도가열 코일을 형성함으로써 튜브 내부로 주입되는 용융합금의 용융상태가 유지되기 때문에 용융합금의 응고를 방지하여 튜브의 막힘 형상을 방지할 수 있고, 양질의 분말합금을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

치과용 분말합금 제조장치{Apparatus for producing an alloy powder for dental}

본 발명은 치과용 분말합금 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 용융합금의 응고를 방지하기 위해 고주파 유도가열 코일을 설치함으로써 양질의 분말합금을 제조할 수 있도록 하는 치과용 분말합금 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 치과용 분말합금은 치과용 선택용융가공(Selective Laser Melting, SLM)에 사용되는 분말합금 소재로써, 치과용 SLM은 치과보철 중 금속구조물을 제작하기 위하여 사용되며 일반산업용으로 사용되는 SLM기기에 비하여 보다 정밀성이 요구된다.

치과용 SLM에 사용되는 분말합금은 사이즈가 50㎛ 이하의 구형(globular type)으로 제조가 되어야 정밀도가 높은 가공체가 만들어진다.

분말합금을 제조하는 방법 중의 하나로 잘 알려진 분무법(atomization process)은 냉각매체의 종류에 따라 가스 분무법, 고압수분사법 및 혼합 분무법으로 구분되며, 그 중 가스 분무법은 냉각매체로 불활성 가스(N2,Ar,He)나 공기(air) 등을 사용하므로 분말합금 제조 시 산화 및 불순물 혼입문제가 적어 고품질의 분말합금제조가 가능하지만, 냉각효과가 낮기 때문에 분말합금의 경우 미세편석이 발생하여 균질한 분말합금을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 사용 가스의 가격이 비교적 고가이기 때문에 생산코스트 상승의 문제점이 있고, 또한 고압수분사법(water atomization process)은 상기한 가스나 공기 대신에 비교적 저가인 물(H2O)을 주요 냉매로 사용하기 때문에 제조하는 분말합금의 산화문제가 클 수 있지만, 산화문제가 적거나 후처리 공정으로 산화문제를 해결할 수 있는 경우에는 경제적으로 매우 유리할 뿐만 아니라, 냉각효과가 매우 크다는 장점 때문에 최근 철(Fe)계 연자성 비정질 분말합금, 센더스트(SENDUST), 스테인레스강(Stainless steel) 등 분말합금 제조에 효율적이며 경제적인 제조법으로 적용되고 있으며, 또한 혼합 분무법은 냉각 매체로 상기한 가스(N2,Ar,He), 공기 및 물(H2O) 등을 적절한 비율로 혼합하여 사용하는 제조방법으로 상기한 가스 분무법이나 고압수분사법의 장단점을 고려한 제조방법으로 적용되고 있다.

그러나 상기한 가스분무법으로 비정질 합금분말을 제조하기 위해 분사매체(N2,Ar,He,공기 및 그 혼합물)를 30kgf/㎠(약29.42bar) 이상의 고압으로 분사하면 분말합금이 생성되면서 1차적으로 냉각되지만, 그 후 대형의 챔버내에서 비산되면서 비교적 낮은 속도로 냉각되므로 합금성분의 미세편석의 방지가 어렵고 미세조직을 얻을 수가 없는 문제점이 있었다.

한편 가스 분무법보다 냉각효과가 우수한 고압수 분사법의 분말합금 제조장치가 제안되었는 바, 특허문헌 1의 고압수 분사법을 적용한 분말합금 제조장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 용탕 도가니(2), 수 분무기(3), 및 챔버(4) 를 주체로 구성되어 있다. 이 고압수 분무장치(1)는 대기 분위기 중에 배치되어 있다. 용탕 도가니(2)의 내부에는 합금 용탕(5)이 충전되어 있다. 또한, 용탕 도가니(2)에는 가열수단인 코일(2a)이 구비되어 있고, 합금 용탕(5)을 가열하여 용융상태로 유지하도록 구성되어 있다. 그리고, 용탕 도가니(2)의 저부에는 용탕 노즐(6)이 설치되어 있고, 합금 용탕(5)은 용탕 노즐(6)로부터 챔버(4)의 내부로 적하된다. 수 분무기(3)는 용탕 도가니(2)의 하측에 설치되어 있다. 이 수 분무기(3)에는 도입유로(7)와, 이 도입유로(7)의 선단부인 수 분사노즐(8)이 설치되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래기술은 용탕 도가니(2)에서 챔버(4)로 합금 용탕(5)이 적하될 시 용탕 노즐(6)을 통해 이동되는데, 합금 용탕(5)이 용탕 노즐(6) 상에서 식으면서 합금 용탕(5)이 응고되어 용탕 노즐(6)이 막히는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

특허문헌 1 : 국내등록특허공보 등록번호 제10-0561891호 "비정질 연자성 합금분말 및 이를 이용한 압분 코어와 전파흡수체"

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 용융합금의 응고를 방지하기 위해 고주파 유도가열 코일을 설치함으로써 양질의 분말합금을 제조할 수 있도록 하는 새로운 형태의 치과용 분말합금 제조장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

특히, 튜브를 감싸도록 나선형의 고주파 유도가열 코일을 형성함으로써 튜브 내부로 주입되는 용융합금의 용융상태가 유지되기 때문에 용융합금의 응고를 방지하여 튜브의 막힘 형상을 방지할 수 있고, 양질의 분말합금을 제조할 수 있도록 하는 새로운 형태의 치과용 분말합금 제조장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 용융합금이 주입되어 이송되는 튜브를 종래의 튜브에 비해 직경은 줄이고, 길이는 늘려 용융합금의 주입량을 줄여 주입되는 용융합금의 양에 비해 필요한 사이즈 50㎛ 이하의 구형(globular type)의 분말 회수량을 높일 수 있도록 하는 새로운 형태의 치과용 분말합금 제조장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 금속을 용융시켜 용융합금으로 형성하기 위한 용융로(20)와; 상기 용융로(20)에 의해 용융된 용융합금이 주입되어 이송되는 튜브(30)와; 상기 튜브(30)를 감싸도록 형성되고, 상기 튜브(30)를 통해 이송되는 용융합금의 용융상태를 유지시키기 위한 고주파 유도가열 코일(40)과; 상기 용융로(20)의 하부에 설치되고, 내부에 상기 튜브(30)를 감싸도록 형성되는 고주파 유도가열 코일(40)이 위치되며, 상기 튜브(30)의 하부로 배출되는 용융합금에 고압수를 분사하기 위한 턴디쉬(50)와; 상기 턴디쉬(50)의 하부에 설치되고, 상기 턴디쉬(50)의 고압수가 분사되어 낙하하는 과정에서 응고되어 형성된 분말합금을 포집하기 위한 포집부(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 치과용 분말합금 제조장치에서 상기 턴디쉬(50)는 상기 튜브(30)와 대응되는 길이를 갖는 파이프 형상으로 이루어져 상부가 상기 용융로(20)의 하부에 설치되며, 하부단(52b)은 상부단(51a)에 비해 좁은 통로를 갖도록 내측으로 경사지게 형성되는 몸체(52)와; 원통형상으로 이루어져 상기 몸체(52)의 외주면상에 결합되고, 외주면에 고압수가 주입되는 고압수 주입구(542)를 갖고, 상기 몸체(52)의 하부 외주면과 이격되어 상기 고압수 주입구(542)를 통해 주입된 고압수가 배출되는 고압수 배출구(542)를 갖는 고압수 노즐(54)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 치과용 분말합금 제조장치에서 상기 고압수 노즐(54)의 고압수 배출구(544)는 상기 몸체(52)의 하부단(52b)과 대응되도록 경사지게 형성되어 상기 튜브(30)의 하부로부터 배출되는 용융합금에 고압수가 분사되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 치과용 분말합금 제조장치에서 상기 고압수 배출구(544)는 상기 몸체(52)의 하부단(52b)의 외주면을 따라 설정 각도의 통로 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 치과용 분말합금 제조장치에서 상기 턴디쉬(50)는 몸체(52)의 외주면 상에 결합되는 고압수 노즐(54)의 몸체단(54a)의 하부로 돌출되는 노즐 돌출단(54b) 및 고압수 노즐(54)의 내부에 형성되는 내부 경사판(54c)을 통해 고압수 배출구(544)가 길게 형성되도록 하여 고압수의 분사 효율이 증가되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 치과용 분말합금 제조장치에 의하면, 용융합금의 응고를 방지하기 위해 고주파 유도가열 코일을 설치함으로써 양질의 분말합금을 제조할 수 있는 효과가 있다.

특히, 튜브를 감싸도록 나선형의 고주파 유도가열 코일을 형성함으로써 튜브 내부로 주입되는 용융합금의 용융상태가 유지되기 때문에 용융합금의 응고를 방지하여 튜브의 막힘 형상을 방지할 수 있고, 양질의 분말합금을 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 수분사법을 이용한 분말합금 제조장치를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 치과용 분말합금 제조장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 치과용 분말합금 제조장치에서 턴디쉬에 설치된 튜브 및 고주파 유도가열 코일을 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 치과용 분말합금 제조장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하며, 도 2 내지 도 4에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 치과용 분말합금 제조장치(10)는 용융로(20), 튜브(30), 고주파 유도가열 코일(40), 턴디쉬(50), 포집부(60)를 포함하여 이루어진다.

용융로(20)는 금속을 용융시켜 용융합금으로 형성하기 위한 것으로, 금속을 용융점 이상으로 가열하여 용융합금으로 형성하는 방법은 다양하게 제안되어 있으므로 생략하도록 한다.

튜브(30)는 용융로(20)에 의해 용융된 용융합금이 주입되어 이송되는 것으로, 용융로(20)의 하부에 설치된다. 한편, 튜브(20)는 세라믹 튜브로 이루어지는 것이 바람직하다.

고주파 유도가열 코일(40)은 튜브(30)를 감싸도록 나선형으로 형성되고, 튜브(30)의 내부에 주입되어 이송되는 용융합금의 용융상태를 유지시키기 위한 것이다.

고주파 유도가열 코일(40)의 고주파 유도가열 방식의 원리는 고주파 전류가 흐르는 유도코일의 중간에 위치한 유도체가 전자유도작용으로 일어나는 과전류 및 일부의 히스테리시스(Hysterisis)의 열손실에 의해서 급속히 가열되는 것이며, 또한 주파수가 높은 고주파전류를 사용하기 때문에 전류의 표피작용(물체의 표면에만 전류가 흐르는 현상) 및 근접효과(코일에 흐르는 1차전류가 피 가열물에 유도되어 Coil에 가까운 표면층에 흐르는 현상)에 의해서 피 가열물의 표면층에 자속 및 과전류가 집중하며 이때 발생하는 열손실(과전류손; Hypersys손)이 피 가열물의 표면층을 가열하게 되는 원리이다.

상기와 같은 고주파 유도가열의 장점은 무공해 에너지 절약을 기본으로 하는 전기가열의 한 방법으로 환경보호와 공정의 자동화 또는 성력화가 요구되는 현대사회에 제품손상 및 주변 오염이 전혀 없는 깨끗한 청정에너지를 제품에 짧은 시간에 공급하여 가열 할 수 있으며, 가열시간과 온도분위기를 정밀하게 제어할 수 있고, 연기 및 주위로 발산되는 열이 적어 오염이 없고, 다양한 출력과 폭넓은 주파수를 선택할 수 있음과 동시에 설치면적을 최소화 할 수 있다는 장점으로 가열수단으로 폭넓게 이용되고 있다.

턴디쉬(50)는 용융로(20)의 하부에 설치되고, 내부에 튜브(30)를 감싸도록 형성되는 고주파 유도가열 코일(40)이 위치되며, 튜브(30)의 하부로 배출되는 용융합금에 고압수를 분사하기 위한 것이다.

턴디쉬는(50)는 튜브(30)와 대응되는 길이를 갖는 파이프 형상으로 이루어져 상부가 용융로(20)의 하부에 설치되며, 하부단(52b)은 상부단(52a)에 비해 좁은 통로를 갖도록 내측으로 경사지게 형성되는 몸체(52)와, 원통형상으로 이루어져 몸체(52)의 외주면상에 결합되고, 외주면에 고압수가 주입되는 고압수 주입구(542)를 갖고, 몸체(52)의 하부 외주면과 이격되어 고압수 주입구(542)를 통해 주입된 고압수가 배출되는 고압수 배출구(544)를 갖는 고압수 노즐(54)을 포함하여 이루어진다. 이때, 고압수 주입구(542)는 고압수가 저장된 고압수 저장탱크(100)와 연결되어 고압수 저장탱크(100)로부터 고압수가 주입되는 것이다.

한편, 고압수 노즐(54)의 고압수 배출구(544)는 몸체(52)의 하부단(52b)의 외주면을 따라 설정 각도의 통로 구조로 형성되어 튜브(30)의 하부로부터 배출되는 용융합금에 고압수가 분사되도록 한다.

이와 같이 턴디쉬(50)는 몸체(52)의 외주면 상에 결합되는 고압수 노즐(54)의 몸체단(54a)의 하부로 돌출되는 노즐 돌출단(54b) 및 고압수 노즐(54)의 내부에 형성되는 내부 경사판(54c)을 통해 고압수 배출구(544)가 길게 형성되도록 하여 고압수의 분사 효율이 증가되도록 한다.

포집부(60)는 턴디쉬(50)의 하부에 형성되고, 턴디쉬(50)의 고압수가 분사되어 낙하하는 과정에서 응고되어 형성된 분말합금을 포집하기 위한 것으로, 바람직하게는 2~8m의 높이를 갖는 원뿔형의 용기로 이루어진다. 이는 턴디쉬(50)의 고압수가 용융합금에 분사되어 용융합금이 낙하하는 과정에서 대류 및 복사 열 손실에 의하여 응고되는데, 용융합금이 응고된 후 포집부(60)에 떨어지면 구형과 불규칙한 형태의 분말이 형성되기 때문에 용융합금이 낙하하는 과정에서 완전히 응고되는 것을 확보하기 위함이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 치과용 분말합금 제조장치(10)에 의하면, 용융합금의 응고를 방지하기 위해 고주파 유도가열 코일(40)을 설치함으로써 양질의 분말합금을 제조할 수 있는 효과가 있다.

특히, 튜브(30)를 감싸도록 나선형의 고주파 유도가열 코일(40)을 형성함으로써 튜브(30) 내부로 주입되는 용융합금의 용융상태가 유지되기 때문에 용융합금의 응고를 방지하여 튜브의 막힘 형상을 방지할 수 있고, 양질의 분말합금을 제조할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 치과용 분말합금 제조장치의 동작 상태를 설명하면, 용융로(20)에서 금속이 용융되고, 용융된 용융합금은 튜브(30)로 주입되어 이송되어 진다. 이때, 튜브(30)를 감싸고 있는 고주파 유도가열 코일(40)에 의해 이송되는 용융합금은 응고되지 않고 이송된다. 한편, 용융합금이 이송됨에 따라 고압수 저장탱크(100)로부터 고압수가 주입되어 고압수 배출구(544)를 통해 고압수가 배출되어 튜브(30)를 통해 이송되는 용융합금에 분사하게 된다. 용융합금에 고압수가 분사되어 충돌이 일어나게 되고, 고압수가 분사된 용융합금은 포집부(60) 내부에서 낙하하고, 이 과정에서 대류 및 복사 열 손실에 의하여 응고되는데, 용융합금이 응고된 후 포집부(60)에 떨어지면 구형과 불규칙한 형태의 분말합금이 형성되어 진다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 치과용 분말합금 제조장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10 : 치과용 분말합금 제조장치
20 : 용융로 30 : 튜브
40 : 고주파 유도가열 코일 50 : 턴디쉬
52 : 몸체 54 : 고압수 노즐
542 : 고압수 주입구 544 : 고압수 배출구
60 : 포집부

Claims (5)

1. 금속을 용융시켜 용융합금으로 형성하기 위한 용융로(20)와;
   상기 용융로(20)에 의해 용융된 용융합금이 주입되어 이송되는 튜브(30)와;
   상기 튜브(30)를 감싸도록 형성되고, 상기 튜브(30)를 통해 이송되는 용융합금의 용융상태를 유지시키기 위한 고주파 유도가열 코일(40)과;
   상기 용융로(20)의 하부에 설치되고, 내부에 상기 튜브(30)를 감싸도록 형성되는 고주파 유도가열 코일(40)이 위치되며, 상기 튜브(30)의 하부로 배출되는 용융합금에 고압수를 분사하기 위한 턴디쉬(50)와;
   상기 턴디쉬(50)의 하부에 설치되고, 상기 턴디쉬(50)의 고압수가 분사되어 낙하하는 과정에서 응고되어 형성된 분말합금을 포집하기 위한 포집부(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 분말합금 제조장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 턴디쉬(50)는 상기 튜브(30)와 대응되는 길이를 갖는 파이프 형상으로 이루어져 상부가 상기 용융로(20)의 하부에 설치되며, 하부단(52b)은 상부단(51a)에 비해 좁은 통로를 갖도록 내측으로 경사지게 형성되는 몸체(52)와;
   원통형상으로 이루어져 상기 몸체(52)의 외주면상에 결합되고, 외주면에 고압수가 주입되는 고압수 주입구(542)를 갖고, 상기 몸체(52)의 하부 외주면과 이격되어 상기 고압수 주입구(542)를 통해 주입된 고압수가 배출되는 고압수 배출구(542)를 갖는 고압수 노즐(54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 분말합금 제조장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 고압수 노즐(54)의 고압수 배출구(544)는 상기 몸체(52)의 하부단(52b)과 대응되도록 경사지게 형성되어 상기 튜브(30)의 하부로부터 배출되는 용융합금에 고압수가 분사되도록 하는 것을 특징으로 하는 치과용 분말합금 제조장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 고압수 배출구(544)는 상기 몸체(52)의 하부단(52b)의 외주면을 따라 설정 각도의 통로 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 치과용 분말합금 제조장치.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 턴디쉬(50)는 몸체(52)의 외주면 상에 결합되는 고압수 노즐(54)의 몸체단(54a)의 하부로 돌출되는 노즐 돌출단(54b) 및 고압수 노즐(54)의 내부에 형성되는 내부 경사판(54c)을 통해 고압수 배출구(544)가 길게 형성되도록 하여 고압수의 분사 효율이 증가되도록 하는 것을 특징으로 하는 치과용 분말합금 제조장치.

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