KR20030006793A - 다이아몬드계 치(齒)공구의 제조방법 및 이에 의해 제조된치(齒)공구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 다이아몬드를 이용한 치(齒)공구 제조에 이용되는 전기도금법(electroplating)이 가지는 가장 취약한 문제인 사용중에 발생하는 다이아몬드 입자의 탈락에 의한 수명의 단축현상을 방지하여 다이아몬드 치공구(burs)의 수명을 대폭 향상시킨 새로운 치공구 제조방법 및 그 제조된 공구에 관한 것이다.

본 발명에서는 기존의 전기도금법과는 다른 진공분위기 또는 진공의 불활성 분위기에서 다이아몬드 입자를 금속의 용접합금에 부착시켜 금속의 용접합금의 녹는 온도까지 상승시킴으로써 액상을 이룬 금속의 용접합금에 의해 다이아몬드 입자가 공구를 이루는 모재(샹크)에 강하게 접착하도록 하는 진공접합법을 이용한 치공구의 제조방법 과 이에 의해 제조된 치공구에 관한 것이다.

Description

다이아몬드계 치(齒)공구의 제조방법 및 이에 의해 제조된 치(齒)공구{Diamond burs and manufacturing method thereof }

본 발명은 치아를 치료하기 위해 외과적으로 사용하는 여러 형태의 전기도금법으로 제조되는 다이아몬드 치공구(diamond burs)를 기존과는 다른 진공접합법으로 제조하여 수명을 대폭 향상시킨 새로운 방법 및 이에 의해 제조된 치공구에 관한 것이다.

치과에서 치아 치료시 사용되는 치공구는 치료 목적에 따라 다양한 형태가 있다. 이들 치공구의 사용은 치료가 필요한 치아를 원하는 형태로 연마하거나 또는 절단하여 치아의 일부를 제거하거나, 제거된 치아 위에 덧씌워진 금속 및 세라믹스로 이루어진 인공 치아의 일부분을 보정하거나 가공, 그리고 절단하기 위해 이용되는 공구이다. 대부분이 철합금이나 초경으로 이루어져 있으나 필요에 따라서는 전기도금법 (전착다이아몬드라 불리움)을 이용해 철합금과 초경합금으로 이루어진 공구표면에 다이아몬드 입자가 부착되어 있는 다이아몬드 치공구를 사용하게 된다. 다이아몬드는 현재 지구상에 존재하는 물질중에 가장 경도가 우수하여, 치아 및 인공치아를 구성하는 재료의 가공에 최상의 특성을 보이게 된다. 이러한 다이아몬드 특성을 이용한 치공구의 제조는 지금까지 전기도금법으로 제조되었다.

전기도금법은 코팅되는 원료 금속을 양극에, 코팅(도금)을 입히고 자 하는 제품을 음극으로 하여 코팅되는 원료금속이 녹을 수 있는 용액속에 넣어 전압을 걸어주면 양극쪽의 금속입자가 용액에 녹아 양전하를 띄면서 용액속에 녹아 음극에 연결된 도금하고자 하는 제품에 균일하게 들러 붙어 코팅이 되도록 하는 방법이다. 이러한 전기도금법은 매우 공정이 손쉽고 간단하나, 용액을 녹이기 위해 강산 또는 강알카리등의 용액사용으로 폐용액에 의한 공해문제가 심각하며, 무엇보다도 전하를 띈 입자의 이동에 의해 코팅막이 형성되므로 도금층과 제품간의 접합력이 매우 약하다.

다이아몬드계 치공구에 사용되는 다이아몬드 입자는 약 수십에서 수백마이크론의크기를 가지는데, 다이아몬드 자체는 부도체로 전기적인 전하를 띄지 못하는 물질이므로 다이아몬드 자체에 의한 도금은 불가능하다. 따라서, 전기도금시 도금액중에 적당량의 다이아몬드 입자를 혼합하여 금속 양이온이 도금하고자 하는 제품으로 이동하여 코팅될 때 다이아몬드 입자도 함께 붙어 제품에 입혀지는 방법을 사용하게 된다. 따라서, 다이아몬드 입자와 다이아몬드 입자가 입혀진 철합금 또는 초경재료, 즉 제품과는 어떠한 화학적 결합도 없이 부착되어 그 부착력이 매우 약하게 된다.

치공구의 사용시 치아를 연마 또는 절삭하는 부분은 도금된 금속층이 아니라 도금층에 부착된 다이아몬드 입자가 담당하게 되므로 많은 연마부하가 다이아몬드 입자에 걸리게 되며, 그에 따라 손쉽게 다이아몬드 입자의 탈락이 일어나 공구의 수명이 급격히 단축된다.

전기도금법이 가지는 약한 부착력을 개선할 수 있는 방법은 금속의 용접합금을 이용하여 용접합금이 액상이 되는 녹는점까지 온도를 상승시켜 완전히 용해시킨 후 철합금 또는 초경합금으로 이루어진 제품(샹크)에 화학적으로 반응시켜 그 사이에 다이아몬드 입자를 부착하는 방법이다. 이러한 금속의 용접합금을 이용한 재료간의 접합은 일반적으로 금속간의 접합에 널리 이용되고 있으며 이러한 방법을 용접법이라 불리운다. 기존의 가장 간편하고 널리 이용되는 대표적인 용접법으로는 산소와아세틸렌 가스를 이용한 토치법이 있으며, 그 밖에 유도가열법이나 첨단의 레이져 용접법등이 있다. 그런데, 이러한 기존의 용접법은 수십마이크론의 다이아몬드 입자를 철합금이나 초경등으로 이루어진 제품(샹크)에 부착하는데에는 부적합하거나, 불가능하다. 즉, 기존의 용접방식은 모두 덩어리로 이루어진 재료의 접합에 용이한 것으로 근본적으로 수십마이크론 크기의 다이아몬드 분말을 샹크에 균일하게 용접하는 것은 불가능하다. 한예로, 토치의 경우 용접시 수십마이크론의 다이아몬드 분말은 토치에 의해 모두 쉽게 날려 버리게 될 것이다. 그러나, 무엇보다도 다이아몬드 자체의 물성이 기존의 용접법에 의한 다이아몬드 분말의 용접을 불가능하게 한다.

다이아몬드는 고온의 공기분위기에 노출되면 열화현상이 급격히 진행된다. 따라서, 기존의 일반적인 용접방식으로 수십마이크론의 다이아몬드 입자가 제품의 표면에, 실제적으로는 불가능하겠지만, 부착되었다고 하더라도 다이아몬드 입자의 물성이 급격히 열화되어 그 성능을 발휘할 수 없게 될 것이다. 즉, 고온의 산화 현상으로 다이아몬드 자체의 우수한 경도 물성을 잃어버리게 될 것이다.

본 발명에서는 분말형태의 재료간 용접이 가능하고 무엇보다도 다이아몬드의 물성을 유지시키며 다이아몬드 입자의 탈락을 방지하여 수명을 대폭 향상시킨 새로운 방법을 고안한 것이다.

즉, 다이아몬드 입자의 탈락을 방지할 수 있는 높은 접착력을 얻기 위해 금속의 용접합금을 사용하고 용접법을 적용하였으나, 기존과 다르게 새롭게 분위기 조절이 가능한 진공용접법을 적용하여 치공구를 제조하는 것이다. 특히, 다이아몬드가 열전달 능력이 현존하는 물질중 가장 우수하다는 물성을 이용하여 수십마이크론의 다이아몬드 입자가 급속히 가열된 열원에 위해 진공 또는 불활성의 분위기 중에서 수분안에 용접이 이루어지도록 하였으며, 이러한 제조방법의 적용으로 기존 대비 5배 이상의 성능을 발휘하는 치공구 제조가 가능하였다.

도 1은 치공구 재료위에 금속의 용접합금이 도포된 모양

도 2는 다이아몬드 분말이 입혀진 직후의 다이아몬드 치공구

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

① : 초경재료 또는 철합금으로 이루어진 치공구의 샹크

② : 금속의 용접합금

③ : 다이아몬드 분말 또는 입방정질화붕소계 분말

본 발명은 다이아몬드 치공구를 제조하는데 있어 전기도금법을 사용하지 않고 금속의 용접합금을 이용한 용접법을 적용하는 것을 특징으로 하며, 특히, 진공 또는 불활성분위기에서 치공구의 표면에 다이아몬드 분말을 접합하는데 그 특징이 있다.

제조 방법은 매우 간단하다. 우선, 치아의 치료 목적에 적합한 철합금 또는 초경재료로 만들어진 치공구(도1-①)에 금속의 용접합금(도1-②)을 도포한다. 이후, 사용목적에 적합한 크기의 다이아몬드 분말을 도포된 금속의 용접합금 위에 균일하게 분산시켜 입힌다.(도 2) 이렇게 다이아몬드 입자가 부착된 치공구를 별도의 열원에 의해 온도가 올라가는 장치에 넣어 금속의 용접합금이 진공의 압력(0.01 torr에서 5 torr 이내) 또는 수소, 질소, 알곤등의 불활성 또는 환원분위기에서 (0.01 torr에서 상압까지) 의 압력에서 금속의 용접합금이 액상을 형성하는 온도까지 상승 시킨후 수분후 냉각시켜 다이아몬드 치공구를 완성한다.

실 예 1

초경재료로 만들어진 치공구의 표면에 금속의 용접합금을 도포한다. 약 0.1 mm 의 두께로 도포된 금속용접합금위에 평균 50 마이크론 크기의 다이아몬드 입자를 입힌다. 이후, 200℃가 유지되는 건조기에 넣어 다이아몬드 입자를 초경으로 이루어진 치공구의 표면에 고정시키다. 별도의 열원이 존재하는 진공이 유지되는 챔버에 다이아몬드 입자가 고정된 치공구를 넣고 800℃ 까지 온도를 상승시킨다. 이때, 치공구가 넣어진 용접기 내의의 입력은 0.01 torr를 유지시키다. 0.01 torr 이하의 고진공도를 유지시키는 경우 액상의 용접합금이 모두 증발하여 다이아몬드 입자의 부착력이 급격히 떨어진다. 20 torr 이상의 저진공을 유지시키면 진공내에 존재하는 산소에 의해 산화가 진행되어 역시 접착력이 급격히 떨어진다. 800℃의 온도까지 100℃/min의 속도로 상승시킨 후 2분간 유지하고 냉각시키면 다이이몬드 분말이 용접된 다이아몬드 치공구가 완성된다.

실 예 2

철합금재료로 만들어진 치공구의 표면에 금속의 용접합금을 도포한다. 약 0.1 mm 의 두께로 도포된 금속용접합금위에 평균 100 마이크론 크기의 다이아몬드 입자를 입힌다. 이후, 200℃가 유지되는 건조기에 넣어 다이아몬드 입자를 철합금으로 이루어진 치공구의 표면에 고정시키다. 별도의 열원이 존재하는 진공이 유지되는 용접기 내부에 다이아몬드 입자가 고정된 치공구를 넣고 800℃ 까지 온도를 상승시킨다. 이때, 치공구가 넣어진 용접기 내부의 입력은 0.001 torr 이하의 고진공을 위지 시킨후, 질소를 넣어 1 torr를 유지시킨다. 질소 분위기중에 0.01 torr 이하의고진공도를 유지시키는 경우에는 액상의 용접합금이 모두 증발하여 다이아몬드 입자의 부착력이 급격히 떨어진다. 질소와 같은 불활성 분위기를 사용한 경우에는 상압(1기압)까지 압력을 유지시켜도 용접이 가능하다. 800℃의 온도로 상승시킨 후 2분간 유지후 냉각시키면 다이아몬드 분말이 용접된 다이아몬드 치공구가 완성된다.

기존의 전기도금법으로 제조된 다이아몬드 치공구(diamond burs)는 사용중 손쉽게 다이아몬드 입자의 탈락이 발생하여 수명이 매우 짧은 단점이 있었다. 이것은 다이아몬드 입자의 물성저하에 기인한 것이 아니라, 단지, 다이아몬드 입자가 치공구의 표면에서 쉽게 탈락되는, 접착력이 매우 약하기 때문에 일어나는 것이다.

본 발명에서는 금속의 용접합금을 이용하여 진공분위기 또는 불활성의 분위기에서 진공접합법을 다이아몬드 치공구의 제조에 적용하여 다이아몬드 치공구의 수명을 대폭 향상시키는 것을 가능하게 하였다. 또한, 기존의 전기도금법에 의한 다이아몬드 치공구의 제조시 필연적으로 발생하는 폐용액에 의한 공해의 발생도 전혀 없으며, 매우 간단한 공정으로 대폭 수명이 증가된 치공구를 제조할 수 있는 특징을 가진다.

Claims (2)

1. 다이아몬드 분말 또는 입방정질화붕소계 분말을 금속의 용접합금을 사용하여 , 금속의 용접합금이 액상을 형성하는 온도까지 상승시키고, 액상이된 금속의 용접합금에 의해 다이아몬드 분말을 초경재료나 철합금이나 세라믹스로 이루어진 치(齒)공구의 표면에 부착시키는 접합법을 이용하여 제조된 다이아몬드계 치(齒)공구
2. 청구항 1에 있어 다이아몬드 분말이 치공구의 표면에 부착되는 용접이 이루어지는 곳은 진공분위기이며, 그 분위기 압력은 0.01 torr에서 20 torr까지 이며, 또는, 질소, 알곤, 수소의 분위기를 사용하여 그 분위기 압력 0.01 torr에서 상압까지로 하는 진공접합법.