KR20220170150A - 덴탈 퍼니스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로웨이브의 조사 방향과 각도에 의해 상부 및 하부 발열체들 간의 온도 편차를 최소화하는 덴탈 퍼니스에 관한 것이다.
본 발명인 덴탈 퍼니스는 내부에 가열실을 구비하는 본체부와, 가열실에 배치되는 단열 구조체와, 발열체가 장착되고 내부에 소결 대상물이 안착되며 단열 구조체 내부에 배치되는 발열체 어셈블리와, 가열실 상측에 설치되어 발열체 어셈블리로 마이크로웨이브를 조사하는 제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리들과, 발열체 어셈블리의 온도를 감지하는 온도감지센서 및 온도감지센서의 감지신호를 수신하고, 제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리들을 각각 제어하는 제어 유닛으로 구성된다.
본 발명인 덴탈 퍼니스는 내부에 가열실을 구비하는 본체부와, 가열실에 배치되는 단열 구조체와, 발열체가 장착되고 내부에 소결 대상물이 안착되며 단열 구조체 내부에 배치되는 발열체 어셈블리와, 가열실 상측에 설치되어 발열체 어셈블리로 마이크로웨이브를 조사하는 제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리들과, 발열체 어셈블리의 온도를 감지하는 온도감지센서 및 온도감지센서의 감지신호를 수신하고, 제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리들을 각각 제어하는 제어 유닛으로 구성된다.
Description
본 발명은 덴탈 퍼니스에 관한 것으로서, 특히 마이크로웨이브의 조사 방향과 각도에 의해 상부 및 하부 발열체들 간의 온도 편차를 최소화하는 덴탈 퍼니스에 관한 것이다.
신터링(sintering) 퍼니스는 가압 성형된 분말체를 밀착시켜 열을 가해 소결하는 고온 가열로이다. 최근, 치과 분야에서 세라믹 계열 재료들이 강도와 생체친화성 등 여러 장점으로 기존 재료를 대신하는 보철물로 대체되면서 밀링머신과 신터링 퍼니스의 수요도 증가하고 있다.
특히, 크라운, 인레이 등 치과용 보철물 시술에 있어서 세라믹 계열 재료들이 광범위하게 사용되고 있으며, 이러한 세라믹 계열 재료 보철물들은 환자 치아 형태로 수제작 혹은 기계 가공 등을 통해 형상이 제작된다. 형상 제작 과정에서는 가공 편의성을 위해 열처리되지 않은 세라믹 재료를 사용하고, 형상 제작 이후에는 강도 보강, 표면처리 등을 위해 열처리 과정을 거치게 된다.
이러한 세라믹 치과 보철물들을 열처리하기 위해서는 1600도 수준까지 가열이 가능한 고온 가열로가 필요하다. 이러한 고온 가열을 위해서 SiC 혹은 MoSi2 계열 발열체가 주로 이용되며, 발열체는 마그네트론이 조사하는 마이크로웨이브에 의하여 발열된다.
종래 기술에 따른 덴탈 퍼니스는 내부에 가열실을 구비하는 본체부, 가열실에 배치되는 단열 구조체, 발열체가 장착되고 내부에 소결 대상물이 안착되며 단열 구조체 내부에 배치되는 발열체 어셈블리, 가열실 상측에 설치되어 발열체 어셈블리로 마이크로웨이브를 조사하는 마그네트론 어셈블리, 발열체 어셈블리의 온도를 감지하는 온도감지센서 및 온도감지센서의 감지신호를 수신하고, 마그네트론 어셈블리를 제어하는 제어 유닛 등을 포함하여 구성된다.
발열체 어셈블리는 상부 발열체가 장착된 상부 히팅부와, 하부 발열체가 장착된 하부 히팅부와, 소결 대상물이 내부에 삽입 안착되며 상부 히팅부와 하부 히팅부 사이에 위치되는 소결로로 구성된다, 상부 발열체와 하부 발열체가 마이크로웨이브에 의해 발열되어 소결로에 열이 전달되어 소결 대상물을 소결시킨다.
이러한 덴탈 퍼시스에서 상부 히팅부와 하부 히팅부 간의 온도차는 소결 대상물의 품질에 영향을 크기 미치기 때문에, 그 온도차를 최소화시키는 것이 요청된다.
본 발명은 마이크로웨이브의 조사 방향과 각도에 의해 상부 및 하부 히팅부들 간의 온도 편차를 최소화하는 덴탈 퍼니스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 덴탈 퍼니스는 내부에 가열실을 구비하는 본체부와, 가열실에 배치되는 단열 구조체와, 발열체가 장착되고 내부에 소결 대상물이 안착되며 단열 구조체 내부에 배치되는 발열체 어셈블리와, 가열실 상측에 설치되어 발열체 어셈블리로 마이크로웨이브를 조사하는 제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리들과, 발열체 어셈블리의 온도를 감지하는 온도감지센서 및 온도감지센서의 감지신호를 수신하고, 제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리들을 각각 제어하는 제어 유닛으로 구성되며, 제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리들 각각은 마이크로웨이브를 생성하여 조사하는 제 1 및 제 2 마그네트론들과, 제 1 및 제 2 마그네트론들 각각을 냉각시키는 제 1 및 제 2 냉각팬들과, 내부 통로가 형성되며 제 1 측면은 제 1 및 제 2 마그네트론들 각각에 연결되며 내부 통로를 통하여 제 1 및 제 2 마그네트론들 각각에 의해 생성된 마이크로웨이브를 가열실 내부로 전송시키는 제 1 및 제 2 도파관들로 구성되며, 제 1 및 제 2 도파관의 단면들은 수직 방향으로 서로 150°를 이루며, 제 1 마그네트론이 장착된 제 1 측면의 반대측면에 있는 제 1 도파관의 단면의 장축의 연장 방향과 본체부의 전면 방향 간의 각도와, 제 2 마그네트론이 장착된 제 1 측면의 반대측면에 있는 제 2 도파관의 단면의 장축의 연장 방향과 본체부의 전면 방향(O) 간의 각도 각각은 수평 방향으로 45°이다.
또한, 제어 유닛은 온도감지센서로부터의 감지 온도에 따라 제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리를 제어하되, 제 1 예열 과정과, 제 2 예열 과정과, 가열 과정 및 냉각 과정을 순차적으로 수행하되, 제 2 예열 단계에서의 온도 상승률이 제 1 예열 과정의 온도 상승률보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명은 상부 히팅부와 하부 히팅부 간의 온도차는 소결 대상물의 품질에 영향을 크기 미치기 때문에, 그 온도차를 최소화되면서 상부 히팅부와 하부 히팅부의 온도가 높도록 하며, 목표 온도로의 상승 과정에서 열충격을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 덴탈 퍼니스의 부분 사시도이다
이하에서, 본 발명은 실시예와 도면을 통하여 상세하게 설명된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
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어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성(또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)"것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 덴탈 퍼니스의 부분 사시도이다
덴탈 퍼니스는 내부에 가열실을 구비하는 본체부(10), 가열실에 배치되는 단열 구조체(미도시), 발열체가 장착되고 내부에 소결 대상물이 안착되며 단열 구조체 내부에 배치되는 발열체 어셈블리(미도시), 가열실 상측에 설치되어 발열체 어셈블리로 마이크로웨이브를 조사하는 한 쌍의 마그네트론 어셈블리(20a, 20b), 발열체 어셈블리의 온도를 감지하는 온도감지센서(미도시) 및 온도감지센서의 감지신호를 수신하고, 한 쌍의 마그네트론 어셈블리(20a, 20b)를 각각 제어하는 제어 유닛(미도시) 등을 포함하여 구성된다. 다만, 사용자로부터의 입력(예를 들면, 가열 시작 및/또는 종료 등)을 획득하여 제어 유닛에 인가하는 입력부(미도시), 표시부(미도시), 단열 구조체, 발열체 어셈블리, 온도감지센서 등은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 이미 널리 알려진 정도에 해당되어, 그 상세한 설명이 생략된다.
본체부(10)는 내부에 가열실이 형성하며 가열실 상측에 커버(14)가 장착된 바디(12)를 포함하여 구성된다. 커버(14)는 중앙에서 측면으로 각각 경사지는 제 1 플레이트(14a)와 제 2 플레이트(14b)로 구성되며, 제 1 플레이트(14a)와 제 2 플레이트(14b) 각각의 일측은 커버(14)의 중앙에서 접한다. 제 1 및 제 2 플레이트(14a, 14b) 각각의 중앙부에는 관통홀(미도시)이 형성되어 마그네트론 어셈블리(20a, 20b) 각각으로부터 조사되는 마이크로웨이브가 관통홀들을 통하여 가열실로 전송된다.
마그네트론 어셈블리(20a, 20b) 각각은 제 1 및 제 2 플레이트(14a, 14b) 각각의 상측에 형성된 관통홀들 각각에 대응하여 장착된다. 마그네트론 어셈블리(20a)는 제어 유닛에 의해 제어되며 마이크로웨이브를 생성하여 조사하는 마그네트론(22a)과, 마그네트론(22a)을 냉각시키는 냉각팬(24a)과, 내부 통로가 형성되며 제 1 측면은 마그네트론(22a)에 연결되며 제 2 측면은 제 1 플레이트(14a)의 관통홀에 대응하여 제 1 플레이트(14a)의 상측에 결합되며, 내부 통로를 통하여 마그네트론(22a)에 의해 생성된 마이크로웨이브를 가열실 내부로 전송시키는 도파관(26a)으로 구성된다. 마찬가지로, 마그네트론 어셈블리(20b)는 제어 유닛에 의해 제어되며 마이크로웨이브를 생성하여 조사하는 마그네트론(22b)과, 마그네트론(22b)을 냉각시키는 냉각팬(24b)과, 내부 통로가 형성되며 제 1 측면은 마그네트론(22b)에 연결되며 제 2 측면은 제 2 플레이트(14b)의 관통홀에 대응하여 제 2 플레이트(14b)의 상측에 결합되며, 내부 통로를 통하여 마그네트론(22b)에 의해 생성된 마이크로웨이브를 가열실 내부로 전송시키는 도파관(26b)으로 구성된다
도파관(26a, 26b) 각각은 마이크로웨이브의 전송 또는 조사 방향에 수직인 직사각형 단면을 지닌 내부 통로를 지니며, 내부 통로의 단면(마이크로웨이브의 전송 방향의 수직인 단면)의 넓이는 관통홀의 넓이보다 작도록 되어, 내부 통로로 전송되는 마이크로웨이브가 커버(14)에 충돌되거나 반사됨이 없이 가열실로 전송되거나 조사된다.
발열체 어셈블리의 구조는 상부 발열체가 장착된 상부 히팅부와, 하부 발열체가 장착된 하부 히팅부와, 소결 대상물이 안착되며 상부 히팅부와 하부 히팅부 사이에 위치되는 지르코니아 플레이트로 구성되며, 소결 대상물이 지르코니아 플레이트 위에 안착된다. 상부 발열체와 하부 발열체가 마이크로웨이브에 의해 발열되어 열이 전달되어 소결 대상물을 소결시킨다. 본 실시예에서, 상부 발열체와 하부 발열체는 SiC 섬유를 포함하여 구성된다.
상부 히팅부와 하부 히팅부 각각에서의 균일한 발열을 위해서, 마그네트론 어셈블리(20a, 20b)의 조사(전송) 방향 및 조사 각도가 중요하다. 본 명세서에서 상부 히팅부와 하부 히팅부가 위치되는 위치나 영역을 발열 구역으로 지칭된다. 발열 구역에 대한 도파관(26a)와 도파관(26b) 각각으로부터의 마이크로웨이브 조사(전송) 방향들 간의 각도는 130~170°의 범위에서 이루어져야 마이크로웨이브의 집중에 유효하다. 이러한 조사 각도를 위해, 제 1 및 제 2 플레이트(14a, 14b) 각각이 수평면과 이루는 각도는 동일하며, 제 1 및 제 2 플레이트(14a, 14b) 사이의 각도(A1)는 150°인 것이 바람직하다. 즉, 도파관(26a)의 내부 통로의 단면과 도파관(26b)의 내부 통로의 단면 간의 수직 방향에서의 각도는 각도(A1)와 동일하다.
또한, 도파관(26a)의 내부 통로의 단면에서의 장축 방향(M1)(마그네트론(22a)이 장착된 측면의 반대측면에 있는 단면의 장축의 연장 방향)과 본체부(10)의 전면 방향(O) 간의 각도(A2)와, 도파관(26b)의 내부 통로의 단면에서의 장축 방향(M2)(마그네트론(22b)이 장착된 측면의 반대측면에 있는 단면의 장축의 연장 방향)과 본체부(10)의 전면 방향(O) 간의 각도(A3)도 발열 구역에서의 온도차에 영향을 미친다. 본 실시예에서, 전면 방향(O)은 커버(14)의 중앙부인 제 1 및 제 2 플레이트(14a, 14b)의 접합 부분의 연장 방향이다. 하기의 표 1 은 각도(A2)와 각도(A3)에 따른 상부 히팅부(발열체)의 온도(T1)와 하부 히팅부(발열체)의 온도(T2)를 포함한다.
| A2(°) | A3(°) | T1(℃) | T2(℃) | A2(°) | A3(°) | T1(℃) | T2(℃) |
| O | 0 | 947 | 799 | 90 | 0 | 848 | 835 |
| 45 | 0 | 921 | 991 | 135 | 0 | 866 | 667 |
| 0 | 45 | 903 | 932 | 90 | 45 | 963 | 831 |
| 45 | 45 | 968 | 986 | 135 | 45 | 926 | 990 |
| 135 | 90 | 1066 | 868 | 45 | 90 | 945 | 807 |
| 0 | 90 | 882 | 872 | 90 | 90 | 1063 | 690 |
| 0 | 135 | 937 | 1021 | 90 | 135 | 990 | 808 |
| 45 | 135 | 1304 | 839 | 135 | 45 | 978 | 890 |
본 실시예에서, 발열체는 SiC 섬유 발열체이며, 가열실은 500mm × 400mm × 320mm이며, 마그네트론(22a, 22b) 각각에는 전류값 4.5A까지 전류가 인가되며 각각의 온도들은 전류값이 4.5A에 도달된 시점부터 2분간 발열 후 측정된 값들이다.
표 1에서, 온도(T1)와 온도(T2) 간의 온도차는 각도(A2, A3)가 (90°, 0°), (135°, 0°)인 경우에 작으나, 온도(T1), (T2)가 다소 낮다. 도 1에서와 같이 각도(A2, A3)가 (45°, 45°)인 경우, 온도(T1), (T2)도 상당히 높으면서 온도차가 작기에, 가장 바람직한 범위에 해당된다.
제어 유닛은 마그네트론 어셈블리(20a, 20b) 각각을 제어하여 가열실 내의 발열체 어셈블리에서의 가열이 수행되도록 하며, 온도감지센서로부터의 감지 신호(온도)를 기준으로 하여 마그네트론 어셈블리(20a, 20b)의 동작을 제어하는 프로세서(예를 들면, CPU, MCU 등)와, 온도 제어 데이터 등을 저장하는 메모리 등을 포함하여 구성된 전기 또는 전자적 회로로 구성된다.
온도 제어 데이터는 소결 대상물의 가열 또는 소결을 수행함에 있어서의 예열, 가열 및 냉각을 위한 기준 온도들을 포함하여 구성되며, 제어 유닛은 온도감지센서로부터의 감지 신호와 온도 제어 데이터를 비교하여 마그네트론 어셈블리(20a, 20b) 각각을 제어한다. 이러한 제어 과정이 하기의 표 2와 관련해서 상세하게 설명된다.
| 제어 과정 | 제어 시간 | 목표 온도 |
| 제 1 예열 단계 | 20분 | 800℃ |
| 제 2 예열 단계 | 110분 | 1587℃ |
| 가열 단계 | 80분 | 1587℃ |
| 냉각 단계 | 90분 | 상온 또는 0℃ |
제어 유닛은 온도 제어 데이터와 감지 신호를 이용하여 마그네트론 어셈블리(20a, 20b) 각각을 제어하여 제 1 예열 과정, 제 2 예열 과정, 가열 과정 및 냉각 과정 등을 순차적으로 포함하는 온도 제어 과정을 수행한다.
제 1 예열 과정에서, 제어 유닛은 마그네트론 어셈블리(20a, 20b) 각각을 제어하여 가열을 시작하여 20분 동안 목표 온도인 800℃에 도달되도록 한다.
제 1 예열 과정의 수행 이후의 제 2 예열 과정에서, 제어 유닛은 마그네트론 어셈블리(20a, 20b) 각각을 제어하여 가열을 시작하여 110분 동안 목표 온도인 1587℃에 도달되도록 한다. 제 2 예열 과정에서 제 1 예열 과정보다 더 고온의 목표 온도에 감지 온도가 도달하도록, 제어 유닛이 마그네트론 어셈블리(20a, 20b) 각각을 제어하되, 소결 대상물에 대한 열 충격을 감소시키기 위해서, 제 1 예열 과정의 온도 상승률에 비하여 보다 작은 온도 상승률로 제 2 예열 과정을 수행한다.
제 2 예열 과정의 수행 이후의 가열 과정에서, 제어 유닛은 마그네트론 어셈블리(20a, 20b) 각각을 제어하여 가열을 시작하여 80분 동안 목표 온도인 1587℃로 유지되도록 한다.
가열 과정의 수행 이후의 냉각 과정에서, 제어 유닛은 마그네트론 어셈블리(20a, 20b) 각각을 오프 동작 제어하여 가열을 중단하여 냉각시킨다.
표 2에서의 제어 시간과 목표 온도 각각은 온도 제어 데이터에 포함되며, 가변 설정 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 본체부
20a, 20b: 마그네트론 어셈블리
Claims (2)
- 내부에 가열실을 구비하는 본체부와;
가열실에 배치되는 단열 구조체와;
발열체가 장착되고 내부에 소결 대상물이 안착되며 단열 구조체 내부에 배치되는 발열체 어셈블리와;
가열실 상측에 설치되어 발열체 어셈블리로 마이크로웨이브를 조사하는 제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리들과;
발열체 어셈블리의 온도를 감지하는 온도감지센서; 및
온도감지센서의 감지신호를 수신하고, 제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리들을 각각 제어하는 제어 유닛으로 구성되며,
제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리들 각각은 마이크로웨이브를 생성하여 조사하는 제 1 및 제 2 마그네트론들과, 제 1 및 제 2 마그네트론들 각각을 냉각시키는 제 1 및 제 2 냉각팬들과, 내부 통로가 형성되며 제 1 측면은 제 1 및 제 2 마그네트론들 각각에 연결되며 내부 통로를 통하여 제 1 및 제 2 마그네트론들 각각에 의해 생성된 마이크로웨이브를 가열실 내부로 전송시키는 제 1 및 제 2 도파관들로 구성되며,
제 1 및 제 2 도파관의 단면들은 수직 방향으로 서로 150°를 이루며,
제 1 마그네트론이 장착된 제 1 측면의 반대측면에 있는 제 1 도파관의 단면의 장축의 연장 방향과 본체부의 전면 방향 간의 각도와, 제 2 마그네트론이 장착된 제 1 측면의 반대측면에 있는 제 2 도파관의 단면의 장축의 연장 방향과 본체부의 전면 방향(O) 간의 각도 각각은 수평 방향으로 45°인 것을 특징으로 하는 덴탈 퍼니스. - 제 1 항에 있어서,
제어 유닛은 온도감지센서로부터의 감지 온도에 따라 제 1 및 제 2 마그네트론 어셈블리를 제어하되, 제 1 예열 과정과, 제 2 예열 과정과, 가열 과정 및 냉각 과정을 순차적으로 수행하되,
제 2 예열 단계에서의 온도 상승률이 제 1 예열 과정의 온도 상승률보다 작은 것을 특징으로 하는 덴탈 퍼니스.
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