KR102585073B1 - 플라즈마 용융 분사법을 이용한 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은 종래의 티타늄으로만 구성된 임플란트 식립체가 아닌, 티타늄으로 구성된 임플란트 식립체에 플라즈마 용융분사방식을 적용하여 원래 모양을 유지하면서 산화방지를 위한 탄탈룸(Ta)을 용융, 도포하는 플라즈마 용융 분사법을 이용한 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법에 대한 것이다.
Description
본 발명은 플라즈마 용융 분사법을 이용한 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 용융 분사법을 이용하여 치과 임플란트 식립체의 주성분을 이루는 이산화티타늄의 표면을 탄탈룸(Ta)으로 코팅하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 티타늄은 임플란트의 식립체로서의 주성분으로 우수한 기계적 특성과 표면 산화막층의 생체 적합성 때문에 치과 분야에서 임플란트 재료로써 널리 사용되고 있다. 티타늄은 비강도가 높으며 전기적, 화학적 부식 저항성이 크고 표면에 자연적으로 산화막을 형성하여 금속이온의 용출을 막아주기 때문에 생체적합성이 우수하다.
그러나 표면에 형성된 티타늄의 자연 산화막은 그 두께가 얇고 약하기 때문에 음식물을 섭취할 때 외부환경에 노출되기 쉬운 이유로 상온에서 쉽게 산화되는 단점이 있다.
이러한 임플란트 식립체의 주성분인 티타늄의 산화막 방지를 위해 다양한 금속 재료를 이용하여 코팅하는 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
종래 한국등록특허 제10-2116955호(“탄탈룸 코팅된 나노구조를 갖는 제조산물, 이를 제조 및 사용하는 방법에서의 참조”, 2020.05.25., 이하 ‘선행문헌’)에서는 스퍼터링을 이용하는 물리적 증착방법과 화학적 에칭방법에 의해 티타늄 구조로 된 기판 또는 형상에 탄탈룸의 나노구조를 형성하는 방법에 대하여 개시되어 있었다.
그러나 기존 임플란트 식립체는 나사형태로 구성되어 있어 종래 기술은 스퍼터링 후 화학적 에칭 방법으로 구성되어 있어 나사형태의 임플란트 식립체의 형상을 유지하면서 간단하게 탄탈룸의 코팅막을 형성하는데에 시간이 오래걸리고 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 티타늄 기판 또는 형상에 스퍼터링과 화학적 에칭방법으로 탄탈룸 코팅막을 형성하는 방법이 아닌, 티타늄으로 구성된 임플란트 식립체에 플라즈마 용융분사방식을 적용하여 원래 모양을 유지하면서 산화방지를 위한 탄탈룸(Ta)을 용융, 도포하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 용융 분사법을 이용한 사용자의 턱뼈에 식립되는 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법은 상기 임플란트 식립체를 지그에 장착시켜 선반척에 고정시킨 후 회전시키는 단계; 및 상기 회전하는 임플란트 식립체의 표면 상에 플라즈마 용융 분사법으로 탄탈룸(Ta) 분말을 고열로 용융시켜 탄탈룸(Ta) 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층을 형성하는 단계는, 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층의 표면 온도를 100℃ 내지 200℃로 낮게 유지하여 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층이 상기 임플란트 식립체에 안정적으로 접착되어 코팅될 수 있도록 상기 플라즈마 용융 분사법으로 상기 탄탈룸(Ta) 분말을 8,000℃ 내지 12,000℃의 플라즈마 열원으로 용융하는 것을 특징으로 하고, 상기 플라즈마에 의해 용융된 탄탈룸이 임플란트 식립체 표면에 고르게 분사되도록, 상기 플라즈마 용융 분사법의 코팅 시간은 20 내지 40초 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 임플란트 식립체의 회전은 40 내지 80rpm의 속도로 회전시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층은 그 두께가 20 내지 60㎛로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 임플란트 식립체의 회전은 40 내지 80rpm의 속도로 회전시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층은 그 두께가 20 내지 60㎛로 형성되는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 의하면, 플라즈마 용융 분사법을 사용하여 짧은 시간에 용융점이 높은 탄탈룸(Ta)을 효율적으로 고르게 도포함으로서 인체 발암성이 없는 인체에 안전한 코팅막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 플라즈마 용융 분사법을 사용하여 티타늄으로 구성된 임플란트 식립체에 탄탈룸(Ta)을 고르게 도포함으로써 이산화티타늄의 생성을 방지 할 수 있어 지속적이고 안정된 코팅막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 용융 분사법을 이용한 탄탈룸(Ta)이 코팅된 임플란트 식립체
도 2는 플라즈마 용융 분사법을 이용한 임플란트 식립체의 표면 코팅 단계
도 3은 지그에 장착시켜 선반척에 고정시킨 임플란트 식립체
도 2는 플라즈마 용융 분사법을 이용한 임플란트 식립체의 표면 코팅 단계
도 3은 지그에 장착시켜 선반척에 고정시킨 임플란트 식립체
본 발명은 기존의 티타늄 임플란트 식립체의 산화문제로 인한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 용융 분사법을 사용하여 임플란트 식립체의 본래 형태를 유지하면서 산화방지를 위해 탄탈룸(Ta)을 용융, 도포하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 플라즈마 용융 분사법을 이용한 사용자의 턱뼈에 식립되는 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법은 상기 임플란트 식립체를 지그에 장착시켜 선반척에 고정시킨 후 회전시키는 단계; 및 상기 회전하는 임플란트 식립체의 표면 상에 플라즈마 용융 분사법으로 탄탈룸(Ta) 분말을 고열로 용융시켜 탄탈룸(Ta) 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층을 형성하는 단계는, 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층의 표면 온도를 100℃ 내지 200℃로 낮게 유지하여 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층이 상기 임플란트 식립체에 안정적으로 접착되어 코팅될 수 있도록 상기 플라즈마 용융 분사법으로 상기 탄탈룸(Ta) 분말을 8,000℃ 내지 12,000℃의 플라즈마 열원으로 용융하는 것을 특징으로 하고, 상기 플라즈마에 의해 용융된 탄탈룸이 임플란트 식립체 표면에 고르게 분사되도록, 상기 플라즈마 용융 분사법의 코팅 시간은 20 내지 40초 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 플라즈마 용융 분사법을 이용한 사용자의 턱뼈에 식립되는 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법은 상기 임플란트 식립체를 지그에 장착시켜 선반척에 고정시킨 후 회전시키는 단계; 및 상기 회전하는 임플란트 식립체의 표면 상에 플라즈마 용융 분사법으로 탄탈룸(Ta) 분말을 고열로 용융시켜 탄탈룸(Ta) 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층을 형성하는 단계는, 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층의 표면 온도를 100℃ 내지 200℃로 낮게 유지하여 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층이 상기 임플란트 식립체에 안정적으로 접착되어 코팅될 수 있도록 상기 플라즈마 용융 분사법으로 상기 탄탈룸(Ta) 분말을 8,000℃ 내지 12,000℃의 플라즈마 열원으로 용융하는 것을 특징으로 하고, 상기 플라즈마에 의해 용융된 탄탈룸이 임플란트 식립체 표면에 고르게 분사되도록, 상기 플라즈마 용융 분사법의 코팅 시간은 20 내지 40초 인 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 용융 분사법을 이용한 탄탈룸(Ta)이 코팅된 임플란트 식립체를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 탄탈룸(Ta)이 코팅된 임플란트 식립체는 나사형태로 구성된 티타늄 재질의 임플란트 식립체와 상기 임플란트 식립체 표면에 금속분말로 코팅된 금속 코팅층으로 형성될 수 있다.
여기에서, 상기 임플란트 식립체는 치근의 복구 또는 대치를 위한 핀 또는 막대 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 임플란트 식립체는 틀니를 윗턱과 아래턱에 고정시키기 위해 식립하는 핀, 메쉬 또는 막대 형태로 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 금속분말은 탄탈룸(Ta) 또는 산화탄탈룸(Ta2O5), 결정성탄탈룸(Ta), 무정형탄탈룸(Ta)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상으로 코팅 또는 적층될 수 있다.
여기에서, 탄탈룸(Ta)는 공기 중에서 산화반응이 매우 낮은 편이므로 산에 의한 부식이 거의 발생하지 않으므로 이산화티타늄의 생성을 막을 수 있다.
또한, 상기 탄탈룸(Ta)의 순도는 99.99% 이상일 수 있다.
또한, 상기 탄탈룸(Ta) 분말의 입자는 10 내지 50㎛일 수 있다. 여기에서, 여기에서, 탄탈룸(Ta) 분말의 입자가 상기 적정치인 10㎛ 보다 작을 경우 플라즈마 열원으로 분말형태의 입자가 과열되어 기화할 수 있다. 또한, 분말의 입자가 상기 적정치인 50㎛보다 클 경우 분말형태의 입자가 적당한 열에너지를 공급받지 못하므로 코팅 시 증착효율이 저하될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법은 플라즈마용사코팅장비를 이용한 것으로, 탄탈룸(Ta) 분말을 플라즈마 용융분사법으로 용융시켜 탄탈룸(Ta) 코팅층이 형성될 수 있다.
여기에서, 용사란, 분말 형태의 재료를 고온의 열원을 이용하여 용액 상태로 만들어 분사하는 기술로써, 화염이나 플라즈마 등 고온의 열원을 발생시키는 용사장치에 분말 형태의 용사재료를 주입하여 용융시킴으로써, 피막층을 형성하는 것이다.
상기 플라즈마 용융분사 방식은 코팅 두께와 표면 특성을 효과적으로 제어하면서 모든 형태의 재료를 코팅 할 수 있는 공정으로, 에너지 밀도가 높아 재료의 형태나 모양에 제한받지 않고 코팅이 가능할 수 있다.
도 2는 플라즈마 용융 분사법을 이용한 임플란트 식립체의 표면 코팅 단계를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 용융 분사법을 이용한 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법은 상기 임플란트 식립체를 지그에 장착시켜 선반척에 고정시킨 후 회전시키는 단계 및 상기 회전하는 임플란트 식립체의 표면 상에 플라즈마 용융 분사법으로 탄탈룸(Ta) 분말을 고열로 용융시켜 탄탈룸(Ta) 코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 3은 지그에 장착시켜 선반척에 고정시킨 임플란트 식립체를 도시한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 임플란트 식립체를 지그에 장착시켜 선반척에 고정시킨 후 회전시키는 단계에서는 상기 임플란트 식립체를 지그에 장착시켜 선반척에 고정시킨 후 40 내지 80rpm의 속도로 회전시킨다. 여기에서, 상기 임플란트 식립체가 나사형태로 구성되어 있어 코팅 공정 진행 시 40 내지 80rpm의 적절한 속도로 회전시킴으로써 탄탈룸이 상기 임플란트 식립체의 표면에 고르게 분사되어 코팅될 수 있다.
다음으로, 상기 회전하는 임플란트 식립체의 표면 상에 플라즈마 용융 분사법으로 탄탈룸(Ta) 분말을 고열로 용융시켜 탄탈룸(Ta) 코팅층을 형성하는 단계에서는 플라즈마 용사코팅장비 내부에 플라즈마 가스가 투입되고 양극과 음극 사이에 강한 아크(arc)가 발생되어 플라즈마 열원이 형성될 수 있다. 이때 발생되는 플라즈마 열원은 8,000 내지 12,000℃일 수 있다. 또한, 플라즈마를 점화하기 위해 사용되는 가스의 종류로는 아르곤(Ar), 질소(N2) 수소(H2) 헬륨(He)일 있다. 여기에서, 탄탈룸 분말 입자는 플라즈마 열원의 온도에 영향을 받을 수 있다. 플라즈마 열원의 온도가 8000℃ 이하일 경우 탄탈룸 분말 입자의 코팅이 제대로 이루어지지 않아 접착강도 및 접착밀도가 떨어질 수 있으며, 12000℃이상일 경우 탄탈룸 분말 입자의 물리적, 화학적 특성이 변화될 수 있다.
또한, 여기에서, 플라즈마 열원은 8,000 내지 12,000℃의 고온이지만, 동시에 코팅 재료로 사용되는 탄탈룸(Ta)은 약 100 내지 200℃로 낮게 유지할 수 있어 재료의 변형없이 코팅이 가능하다.
또한, 일반적으로 임플란트의 식립체의 코팅은 전기영동방식을 이용하여 코팅에 소요되는 시간은 30분으로, 전기영동방식과 비교 시, 상기 플라즈마 용융분사 방식으로 코팅 진행 시 코팅에 소요되는 시간이 20 내지 40초로, 짧은 시간에 효율적으로 코팅이 가능하다.
상기 분말상태의 탄탈룸(Ta)을 플라즈마 용사코팅장비의 플라즈마 분사구에 위치시켜 분말 탄탈룸(Ta)을 용융시키고, 플라즈마 분사구에서 발생하는 플라즈마에 의해 용융된 탄탈룸이 회전하는 임플란트 식립체의 표면에 고르게 분사되어 탄탈룸(Ta) 표면이 형성될 수 있다.
또한, 티타늄 임플란트 식립체를 모체로 하여 탄탈룸(Ta)으로 코팅된 임플란트 식립체는 코팅된 두께가 20 내지 60㎛로 형성될 수 있다. 여기에서, 임플란트 식립체의 구조가 나사형태이기 때문에 두께가 20 이하일 경우 두께가 너무 얇아 코팅막 형성이 제대로 되지 못할 수 있으며, 두께가 60 이상일 경우 코팅막이 코팅의 두께가 균일하지 못할 수 있으므로 임플란트 식립체의 본래 나사형태가 유지되지 않을 수 있다.
따라서 본 발명의 플라즈마 용융 분사법을 이용한 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법을 적용하여 기존의 나사형태를 가지는 티타늄 임플란트 식립체의 원래 모양이 유지될 수 있는 효과가 있으며, 공기 중에서 산화반응이 매우 낮아 이산화티타늄의 생성을 막을 수 있는 탄탈룸(Ta)이 코팅될 수 있는 효과가 있는 것이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
Claims (8)
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- 플라즈마 용융 분사법을 이용한 사용자의 턱뼈에 식립되는 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법은,
상기 임플란트 식립체를 지그에 장착시켜 선반척에 고정시킨 후 회전시키는 단계; 및
상기 회전하는 임플란트 식립체의 표면 상에 플라즈마 용융 분사법으로 탄탈룸(Ta) 분말을 고열로 용융시켜 탄탈룸(Ta) 코팅층을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 탄탈룸(Ta) 코팅층을 형성하는 단계는,
상기 탄탈룸(Ta) 코팅층의 표면 온도를 100℃ 내지 200℃로 낮게 유지하여 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층이 상기 임플란트 식립체에 안정적으로 접착되어 코팅될 수 있도록 상기 플라즈마 용융 분사법으로 상기 탄탈룸(Ta) 분말을 8,000℃ 내지 12,000℃의 플라즈마 열원으로 용융하는 것을 특징으로 하고,
상기 플라즈마에 의해 용융된 탄탈룸이 임플란트 식립체 표면에 고르게 분사되도록,
상기 플라즈마 용융 분사법의 코팅 시간은 20 내지 40초 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 용융 분사법을 이용한 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 임플란트 식립체의 회전은,
40 내지 80rpm의 속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 용융 분사법을 이용한 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법.
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- 제 4항에 있어서, 상기 탄탈룸(Ta) 코팅층은,
그 두께가 20 내지 60㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 용융 분사법을 이용한 임플란트 식립체의 표면 코팅 방법.
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2022
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