JP7653001B1 - 磁石式義歯アタッチメントとその磁石構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で製造しやすい厚み０．８ｍｍ以下の薄型磁性アタッチメントを提供する。
【解決手段】磁性ステンレス鋼製のキャップ１１のホール部をリング形状として、そこにリング形状の希土類焼結磁石１２を収納して、マルテンサイト組織の１８Ｃｒ－８Ｎｉ系ステンレス鋼からなるリング形状のシールド板で蓋をして、篏合部をレーザー溶接して溶融凝固部と改質非磁性部を形成し、着磁して希土類焼結磁石とステンレス磁石のシールドプレートからなる簡単な構造を実現する。
【選択図】図６

Description

本発明は、歯科医療分野において磁石吸引力を利用して義歯を維持固定するために用いるキャップ状の薄型の磁石式義歯アタッチメントに関する。

近年義歯は、Ｘ線画像解析装置や３次元の形状測定を使って、口腔内の歯列状態を診断して、コンピュータで義歯を設計し、設計したデジタルデータをもとに、３次元プリンターで製作され始めている。つまり義歯は、精密鋳造デンチャーからデジタルデンチャーへと変わりつつある。デジタルデンチャーの維持装置として、磁石式義歯アタッチメントが期待されている。
磁石式義歯としては、図１１に示す磁石式入れ歯と図１２に示す磁石式ブリッジとがある。

磁石式義歯アタッチメントは、特許文献１に開示されている図１に示すように、磁石構造体とキーパーとからなっており、磁石構造体は義歯内に装着され、キーパーは支台歯側に埋設される。両者の吸着面・被吸着面を介して、磁力で両者は吸着される。磁石構造体とキーパーを合わせた厚みは、２ｍｍから４ｍｍである。磁石は磁石構造体に内蔵されているが、磁石の防錆対策技術は特許文献２に開示されている。

有髄歯を支台歯としたクラウンブリッジなどに適用して磁石式ブリッジを製作するためには、磁石式義歯アタッチメントの厚みを１ｍｍ以下にすることが求められている。図２に示すように吸着力は厚みを小さくすると、大幅に減少するという欠点があった。この欠点を解決する対策が、特許文献３および特許文献４に開示されている。
特許文献３においては、厚み０．３～１ｍｍの薄板形状タイプが開発されているが、これは小さな磁石複数個をキャップ底面に設置（図３）し、複数個のステンレス鋼と非磁性部の複合磁性プレートを組み合わせて溶接する構造（図４）である。ただし、複雑な構造で製造性やコストの点で難点があった。

特許文献４においては、中央部にリング形状のホール部を持つキャップ（図５）に、リング形状の磁石とリング形状の磁性ステンレス製のシールドプレートを組み合わせると、厚みを１．５ｍｍから１．０ｍｍへと２／３程度に薄くできたことが開示されている。磁気回路を形成するために、キャップとシールドプレートの境界部を非磁性にする必要がある。本発明は、２つの非磁性リングを境界部に介挿するとしている。しかし２つの微小な非磁性リング（例えば、外径１．１ｍｍ×内径０．５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ）を製作し、それをキャップとシールドプレートの境界部に取り付けて、４か所の隙間を溶接・接合するという複雑な構造は製造性やコストの点で難点があった。

また、特許文献４の明細書の段落番号００１７には、「別の方法として、非磁性リング２０,２１は磁性材料をレーザー等による改質手段によって改質できるので、蓋ヨーク１９で磁石体１６を覆った後に外側及び内側の間隙位置にレーザー等を照射することにより形成してもよい。」との記載があるが、キャップとシールドプレートはともに、１９Ｃｒ－２Ｍｏ－Ｔｉ組成の磁性ステンレス鋼であり、両者を接合した溶接部は同じく磁性材料となり、どのようにすれば非磁性に改質できるのか技術が開示されていない。この記載は将来の可能性を指摘したに過ぎないと言えよう。
従って、特許文献４の発明は製造方法に難点があり、実用的ではないと思われる。実際のところ本発明は具体的な開示はなく単なるアイデアにとどまり、加えて実際の商品として提供されたという事実はない。

そこで、本発明は、上記薄型磁石式義歯アタッチメントの磁石構造体の構造を簡素化し、製造性に優れ、かつ吸着力を４００ｇ～８００ｇの性能を有する薄型の磁石式義歯アタッチメントを実現するものである。

特開平６－ ７３８０号公報 特開平４－２２７２５３号公報 特許第７１２５６８６号公報 特開平１０－１２７６６２号公報 特許第７１２５６８４号公報

日本金属学会講演概要集（１９９６年９月２９日第４０８頁）

特許文献３および４に記載された従来の薄型の磁石式義歯アタッチメントは、構造が複雑で製造性に劣り、優れた品質を確保することが容易ではなかったという欠点および製造コストが高くなって商品化する上で、課題が残っていた。
また、薄型の磁石式義歯アタッチメントは、シールドプレートも薄くなり、十分な強度を確保するためには、シールドプレートとキャップ先端部との接合部の溶接深さをシールドプレートの厚みと同じ程度に大きくする必要があり、そのことは溶接熱による希土類焼結磁石への損傷の危険が増すので、その対策が必要になる。

本発明は、磁石構造体に設置する希土類焼結磁石の形状をリング形状とした特許文献４を参考に、ステンレス磁石を利用して、吸着力を５０％程度大きくすると同時に非磁性リングを省略することにより構造の簡素化を図ったものである。
しかし、特許文献５の図３に開示されているステンレス磁石と非磁性の複合磁性材料製のシールドプレートの利用を検討したが、加熱量を微妙に調整してリングの内周部をわずかな部分を非磁性改質することは非常に困難であった。そこで、周辺部を非磁性に改質した複合磁性材料に替えて、ステンレス磁石だけのシールドプレートを利用する方法を検討して、構造の簡素化を図ることにした。

本発明者らは、吸着力と厚みの関係の鋭意研究した結果、第１に、中央部にリング状のホール部を持つキャップ（図５）に、リング形状の希土類焼結磁石を組み込み、ステンレス磁石のリング状のシールドプレートでその希土類焼結磁石を封入し、シールドプレートとキャップのホール部との境界部を溶接・接合する。その際に、レーザー溶接するだけで溶接部の近傍を非磁性に改質できる条件が存在することを発見した。その条件とは、レーザー溶接部の溶け込み量をシールドプレート厚みに一致させ、最大限の溶け込み量を確保して接合強度が確保すると同時に、大きなレーザー溶接熱で凝固部周辺の熱影響部に非磁性部を形成する。磁石とシールドプレートの空隙を設けて、レーザー熱によって磁石がダメージを受けないようにするという条件である。
そして磁石構造体を試作した。試作品の断面図を図６に、シールドプレートを図７に示す。直径４ｍｍの試作品の吸着力と厚みの関係を調査した。その結果、図８に示すように、丸形タイプの場合、高さを０．６ｍｍまで小さくすると吸着力は４０％も低減するが、リングタイプの場合、厚みを０．６ｍｍまで小さくしても吸着力は１０％程度減少するだけであることを確認した。

第２に、シールドプレートの材質をＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石を採用した場合、図８に示すように、吸着力は磁性ステンレス鋼に比べてＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石を採用した方が増加すること、および吸着力はステンレス磁石の残留磁気の強さに比例して増加することを見出した。

第３に、リング希土類焼結磁石の製造方法について、特許文献４には、厚み０．４ｍｍのリング磁石が開示されているが、本発明者らが調査した範囲では、厚み０．５ｍｍ未満のリング磁石は製造されておらず、その製造方法は開示されていない。そこで、本発明者らは、厚み０．５ｍｍ未満の円盤状の希土類焼結磁石を製作し、ドリル穴加工単独で検討したが、厚みが薄くなるほど破損や欠けを生じて加工できないことが判明した。そこで、放電加工により粗い穴加工をおこない、熱による加工変質層をドリルによる研削・研磨加工により除去すると同時に穴精度を改善する方法を新たに考案し、本発明に必要なリング磁石の加工を可能にした。
また、磁石構造体組立時の溶接熱による損傷対策として、リング磁石のシールドプレート側のコーナー部はＲ形状にしてコーナー部とシールドプレートとの間に所定の空隙を設けることにした。

以上の発見・発明を基礎にした薄型の磁石式義歯アタッチメントの構成は、次のとおりである。
磁石式義歯アタッチメントは、義歯に配設される磁石構造体と支台歯の上に配設される軟磁性材料よりなるキーパーとからなり、磁石構造体の吸着面とキーパーの被吸着面とを当接させることにより両者が磁力による自己吸引力によって互いに吸着するように構成されている。
磁石構造体は、キャップと希土類焼結磁石とシールドプレートとを備え、
キャップは、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼よりなる円板形状で、中央部には円柱と円柱の外周部には開口部を有するリング形状のホール部とを備え、
希土類焼結磁石は、薄型のリング形状で、リングの下面の内外のコーナー部はＲ形状からなり、キャップのホール部に収納され、
かつ、希土類焼結磁石のコーナー部とシールドプレートとの間には希土類焼結磁石の高さ方向に１０μｍ以上、径方向に１００μｍ以上からなる空隙を有してなり、
シールドプレートは、薄型リング形状で、コア部と、コア部およびキャップとの境界部とからなり、
コア部は、６０％以上のマルテンサイト組織と４０％以下のオーステナイト組織との２相組織よりなるＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石からなり、
境界部は、レーザー溶接による溶融凝固部とレーザー溶接の熱影響による改質非磁性部とからなり、
かつ、溶融凝固部の深さはシールドプレートの厚さと同一にし、
溶融凝固部を含む磁石構造体の吸着面は平滑化されており、
４００ｇｆ以上の吸着力を有する。

ここで、上記磁石構造体は、直径は２．０ｍｍ～４．５ｍｍ、厚み０．３～１ｍｍの薄型形状からなることが好ましい。さらに、Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石は、１２ｋＧ以上の飽和磁化、５０～２００Ｏｅの保磁力、かつ６ｋＧ以上の残留磁気を有することが好ましい。

磁石式義歯アタッチメントの磁石構造体の製造方法において、
（１）まず、磁石構造体を構成する３つの部品であるＣｒ系磁性ステンレス鋼よりなるホール中央部に突起を持つキャップ、リング形状の希土類焼結磁石およびリング形状のステンレス磁石製のシールドプレートの母材であるシールド板を製作する。その工程は、
工程ａ）キャップは、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼板を冷鍛プレスで打ち抜き・絞り加工によりホール中央部に突起を持つ凹形状に形成する。
工程ｂ）シールド板は、Ｃｒ－Ｎｉ系非磁性ステンレス棒鋼を母材にして、冷間加工率５０％以上の冷間加工を加えて、６０％以上のオーステナイト組織をマルテンサイトに誘起変態させた後、張力熱処理を施したのち、機械加工によりリング形状に形成する。
また、Ｃｒ－Ｎｉ系非磁性ステンレス鋼板を母材にして、冷間加工によりマルテンサイト誘起変態し、張力熱処理後に板を打ち抜き加工によりリング状のシールド板を作製してもよい。
工程ｃ）希土類焼結磁石は、厚みは０．２ｍｍ～０．４９ｍｍ、外径は１．６ｍｍ～４ｍｍの円板状磁石の中央部に放電加工により内径０．５ｍｍ～２ｍｍの穴あけ加工を行った後に、ドリルにより仕上げ穴加工をし、リング磁石の内外周のコーナー部は研磨加工によるＲ部からなるリング形状に形成する。
（２）次に、キャップとシールド板と希土類焼結磁石の３つの部品からなる磁石構造体を組み立てる。その工程は、
工程ｄ）キャップのホール部に希土類焼結磁石を挿入し、シールド板で蓋をして３部品を組み立て、
工程ｅ）キャップとシールド板との２か所の篏合部をレーザー溶接して、レーザー溶接の際に生じる溶融凝固部は微量のδフェライトを含む微磁性部を形成し、シールドプレート側のレーザー溶接の熱影響部は改質非磁性部を形成し、
工程ｆ）レーザー溶接部を含む吸着面を研磨して平滑にし、
（３）そして、組み立てた前記磁石構造体の着磁において、
工程ｇ）２Ｔ～４Ｔの磁界を印加して磁石構造体を着磁する、
工程からなることを特徴とする磁石構造体の製造方法である。

本発明は、構造が簡単で安価で高い磁気吸引力を有する薄型の磁石式義歯アタッチメントに関するものである。それは、有髄歯を支台歯とした可撤性の磁石式クラウンやブリッジの製作に役立つものと期待されている。

従来の磁石式義歯アタッチメントの構造を示す図である。 従来の磁石式義歯アタッチメントの磁気吸着力と厚みの関係を示す図である。 従来の薄型の磁石式義歯アタッチメントのキャップ（磁石が４個タイプ）の上面図である。 従来の薄型の磁石式義歯アタッチメントの断面図である。 本発明のキャップの構造を示す図である。 本発明の磁石構造体の断面の構造を示す図である 本発明の（ａ）シールドプレートを磁石構造体の下面から示す図、（ｂ）シールドプレートの断面図である。 本発明のリング磁石の厚みと吸着力の関係を示す図である。 本発明のステンレス磁石の残留磁気と吸着力の関係を示す図である。 本発明のリング状のシールド板を示す図である。 シールド板の内外端部とキャップの先端部のレーザー溶接の境界部を示す図である。 磁石式義歯アタッチメントの維持装置としての使用法を示す図である。 有髄歯を支台歯とした磁石式ブリッジの磁石式義歯アタッチメントの薄さを示す図である。

本発明の第１の実施形態は次の通りである。
本発明の磁石式義歯アタッチメントは、
義歯に配設される磁石構造体と支台歯の上に配設される軟磁性材料よりなるキーパーとからなり、前記磁石構造体の吸着面と前記キーパーの被吸着面とを当接させることにより両者が磁力による自己吸引力によって互いに吸着するように構成された磁石式義歯アタッチメントにおいて、
前記磁石構造体は、キャップと希土類焼結磁石とシールドプレートとを備え、
前記キャップは、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼よりなる円板形状で、中央部には円柱と前記円柱の外周部には開口部を有するリング形状のホール部とを備え、
前記希土類焼結磁石は、薄型のリング形状で、リングの下面の内外のコーナー部はＲ形状からなり、前記キャップの前記ホール部に収納され、
かつ、前記希土類焼結磁石の前記コーナー部と前記シールドプレートとの間には前記希土類焼結磁石の高さ方向に１０μｍ以上、径方向に１００μｍ以上の空隙を有してなり、
前記シールドプレートは、薄型リング形状で、コア部と、前記コア部と前記キャップとの境界部とからなり、
前記コア部は、６０％以上のマルテンサイト組織と４０％以下のオーステナイト組織との２相組織よりなるＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石からなり、
前記境界部は、レーザー溶接による溶融凝固部とレーザー溶接の熱影響による改質非磁性部とからなり、
かつ、前記溶融凝固部の深さは、前記シールドプレートの厚さと同一にし、
前記溶融凝固部を含む前記磁石構造体の吸着面は平滑化されており、
前記キーパーは、Ｃｒ系ステンレス鋼よりなり、その吸着面は平滑化されており、
４００ｇｆ以上の吸着力を有することを特徴とする。

また、磁石式義歯アタッチメントは、次のとおりである。
磁石構造体は、直径２．０ｍｍ～４．５ｍｍ、厚み０．３ｍｍ～０．８ｍｍの薄板形状からなることを特徴とする。

また、磁石式義歯アタッチメントは、次のとおりである。
Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石は、組成としては少なくともＣｒ量は１８～２０％、Ｎｉ量は８％～１０％を含有し、好ましくはＭｏ量を０．１％～３％含有する。磁石特性としては１２ｋＧ以上の飽和磁化、５０Ｏｅ～２００Ｏｅの保磁力、かつ６ｋＧ以上の残留磁気を有することを特徴とする。

また、磁石式義歯アタッチメントは、次のとおりである。
キャップは、被吸着面の硬さＨｖ２００以上を有し、キーパーは、厚み０．０５ｍｍ～０．４ｍｍ、直径２．０ｍｍ～４．５ｍｍ、被吸着面の硬さＨｖ２００以上を有することを特徴とする。

第２の実施形態である磁石構造体の製造方法は、次のとおりである。
（１）まず、磁石構造体を構成する３つの部品であるＣｒ系磁性ステンレス鋼よりなるホール中央部に突起を持つキャップ、リング形状の希土類焼結磁石よりなる希土類焼結磁石およびリング形状のステンレス磁石製のシールドプレートの母材であるシールド板の製作において、
工程ａ）前記キャップは、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼板を冷鍛プレスで打ち抜き・絞り加工によりホール中央部に突起を持つ凹形状に形成し、
工程ｂ）前記シールド板は、Ｃｒ－Ｎｉ系非磁性ステンレス鋼を母材にして、冷間加工率５０％以上の冷間加工を加えて、６０％以上のオーステナイト組織をマルテンサイトに誘起変態させた後、張力熱処理を施したのち、機械加工によりリング形状に形成し、
工程ｃ）前記希土類焼結磁石は、厚みは０．２ｍｍ～０．４９ｍｍ、外径は１．６ｍｍ～４ｍｍの円板状磁石の中央部に放電加工により内径０．５ｍｍ～２ｍｍの穴あけ加工を行った後に、ドリルにより仕上げ穴加工をし、リング磁石の内外周のコーナー部は研磨加工によるＲ部からなるリング形状に形成し、
（２）次に、前記キャップと前記シールド板と前記希土類焼結磁石の３つの部品からなる前記磁石構造体の組み立てにおいて、
工程ｄ）前記キャップのホール部に前記希土類焼結磁石を挿入し、前記シールド板で蓋をして３部品を組み立て、
工程ｅ）前記キャップと前記シールド板との２か所の篏合部をレーザー溶接して、レーザー溶接の際に生じる溶融凝固部は微量のδフェライトを含む微磁性部を形成し、シールドプレート側のレーザー溶接の熱影響部は改質非磁性部を形成し、
工程ｆ）レーザー溶接部を含む吸着面を研磨して平滑にし、
（３）そして、組み立てた前記磁石構造体の着磁において、
工程ｇ）２Ｔ～４Ｔの磁界を印加して磁石構造体を着磁する、
工程からなることを特徴とする。

以下、実施形態について、図５～図７、図１０および図１１を用いて詳細に説明する。
＜磁石式義歯アタッチメントの構造と機能＞
磁石式義歯アタッチメント１は、図６に示すように、磁石構造体１ａとキーパー１ｂとから構成されている。磁石構造体１ａは義歯床に配設されて磁気吸引力を発揮している。一方、キーパー１ｂは支台に配設される軟磁性材料からなる。両者の関係は、一方は磁石構造体１ａに吸着面１３０が設けられ、他方はキーパー１ｂには被吸着面１４０が設けられており、吸着面１３０と被吸着面１４０とは当接されることにより両者が磁気吸引力によって互いに吸着し、吸着されるように構成されている。

＜磁石構造体１ａ＞
磁石構造体１ａは、図６および拡大図である図１１に示すように、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼よりなるキャップ１１と、希土類焼結磁石１２と、並びにシールド板１３１が着磁されたステンレス磁石１３２、溶接凝固部である微磁性部１３１ａおよび溶接の熱影響部である改質非磁性部１３１ｂよりなるシールドプレート１３と、からなる。

＜キャップ１１＞
キャップ１１は、図５に示すように、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼からなる。形状は円形の浅いホールを持つ小型の容器よりなるカップ形状（円筒形状）にて、カップ底面には中央部に円柱１１１があり、円柱１１１の外周部はリング形状のホール部１１Ｈがあり、円柱の外周部とカップの内周面との間はリング状の開口部となっている（以下、所定の形状という。）。
また、磁石構造体が使用中に義歯から脱落しないようにキャップ側面に０．１ｍｍ～０．２ｍｍのフランジをつけてもよい。
なお、円形状のキャップおよびリング状のホール、希土類焼結磁石、シールドプレートは楕円状、扁平状、あるいは矩形状でもよい。

Ｃｒ系磁性ステンレス鋼の磁性特性は、透磁率２０００程度で、飽和磁気量Ｂｓは１１６ｋＧ程度とする。耐腐食性を阻害しない範囲で、Ｃｒ量やＭｏ量を減らして透磁率および飽和磁気量を高めて、磁気吸引力の向上を図る方が好ましい。

Ｃｒステンレス鋼製のキャップは、１８Ｃｒステンレス鋼、１８Ｃｒ－２Ｍｏステンレス鋼などの軟磁性Ｃｒステンレス鋼板を所定の形状に打ち抜き、それを絞り加工により円筒上の容器を作製する。そのまま使用して硬さＨｖ２００以上として使用することが好ましい。その後熱処理して使用することも可能である。

＜希土類焼結磁石１２＞
希土類焼結磁石１２は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系焼結磁石（Ｎｄ磁石）などの希土類焼結磁石が好ましい。形状は、薄板のリング形状からなり、コーナー部はＲ形状とする。外形は、厚み０．２ｍｍ～０．４９ｍｍで、外径１．６ｍｍ～４ｍｍの円板状磁石の中央部に内径０．５ｍｍ～２ｍｍのホールを放電加工による穴あけ加工を行った後に、ドリルによる研削・研磨加工で仕上げ穴加工をし、リングの下面、すなわちシールドプレートと接する面のコーナー部は所定のＲ形状からなるリング磁石を形成する。
キャップ１１のホール部１１Ｈへの収納が容易となるからである。

リング磁石の所定のＲ形状は、図１１に示すように、希土類焼結磁石１２の高さ方向に１０μｍ以上、径方向に１００μｍ以上からなる空隙を確保できる丸みからなる。溶融凝固部１３１ａ（溶融部）の上端と希土類焼結磁石１２と非接触かつ一定の隙間を考慮して希土類焼結磁石１２の高さ方向に１０μｍ以上とし、溶融凝固部１３１ａ（溶融部）および改質非磁性部１３１ｂ（改質させるほどの高熱影響部）の幅を考慮して希土類焼結磁石１２の径方向に１００μｍ以上とした。空隙を大きくして希土類焼結磁石１２のサイズが小さくなると吸着力の低下を招くので、空隙の上限はそれぞれ２０μｍ程度、２００μｍ程度とする。これにより、レーザー溶接により溶融凝固部１３１ａ、改質非磁性部１３１ｂを形成する際の希土類焼結磁石１２への熱影響による吸着力の低下を防止できる。

Ｎｄ磁石では、最大エネルギー積は大きいほど好ましく、ＢＨｍａｘが４０～５５ＭＧＯｅとする。ＢＨｍａｘ４０ＭＧＯｅ未満のＢＨｍａｘでは十分な磁気吸引力を得ることができない。汎用的なＮｄ磁石として上限はＢＨｍａｘ５５ＭＧＯｅとする。保磁力は１０ｋＯｅ～２０ｋＯｅとする。保磁力が１０ｋＯｅ以下だと十分な磁気吸引力を得ることができない。２０ｋＯｅ以上だと、着磁に要する磁界の強さが大きくなりすぎて着磁が困難となる。

＜シールドプレート１３＞
シールドプレート１３は、図７に示すように薄型のリング形状にて、コア部（１３２）と、コア部およびキャップとの境界部（１３１ａ＋１３１ｂ）とからなる。
コア部は６０％以上のマルテンサイト組織と４０％以下のオーステナイト組織との２相組織よりなるＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石１３２からなる。

境界部（１３１ａおよび１３１ｂよりなる。）は、リング状のコア部１３２の外周部とキャップ１１の先端内周部とのリング形状の接合部およびコア部１３２の内周部とキャップ１１の円柱１１１の先端外周部とのリング形状の接合部の２部分からなる。

境界部は、キャップ１１（先端内周部および円柱１１１の外周部の２ケ所）のＣｒ系磁性ステンレス鋼とシールド板１３１（１３ａ）の６０％以上のマルテンサイト組織と４０％以下のオーステナイト組織との２相組織よりなるＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼とからなる篏合部がレーザー溶接により溶融して混ざり合い、その後、冷却により微量のδフェライトが析出した微磁性部よりなる溶融凝固部１３１ａを形成している。このレーザー溶接による大きな溶接熱の影響により、レーザー溶接部の近傍は６０％以上のマルテンサイト組織と４０％以下のオーステナイト組織との２相組織から１００％のオーステナイト組織に変態され、非磁性である改質非磁性部１３１ｂが形成される。

Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石からなるコア部１３２は、希土類焼結磁石１２を腐食環境から防護するとともに希土類焼結磁石１２との複合磁石化（１２＋１３２）による吸着力の向上を図ることができる。
Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石１３２は厚み方向に着磁されており、その性能は、１３ｋＧ以上の飽和磁化、５０～２００Ｏｅの保磁力、かつ６ｋＧ以上の残留磁気を有している（図８）。特に残留磁気を大きくするほど、磁気吸引力は増加するので、６ｋＧ以上確保することが重要である。
これにより、Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石１３２は、キャップ１１のホール部１１Ｈに収容されている希土類焼結磁石１２と複合磁石を形成して大きな吸着力を実現している。

溶融凝固部は、レーザー溶接によりキャップ１１とシールド板１３１との篏合部の全面が溶融して形成されているため、篏合部の隙間が消滅して希土類焼結磁石１２を口腔内の唾液などから保護し腐食から守っている。
さらに溶融凝固部の深さはシールドプレートの厚さと同じになっているためキャップ１１とシールドプレート１３との接合強度は十分にある。

溶融凝固部の周辺部に形成される非磁性改質部の深さは、シールドプレートの厚さと同じとなり、改質非磁性部は、複合磁石（１２＋１３２）とキャップ１１とを完全に磁気的に遮断し、吸着力の低下を防止している。

＜ステンレス磁石の製造方法＞
ステンレス磁石の製造方法は、オーステナイト相のＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼薄板を冷間加工により５０％以上のマルテンサイト変態を生ぜしめ、そこから、図１０に示すように、所定のリング形状に打ち抜いてシールド板１３ａを作製する。またはオーステナイト相のＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼棒を冷間加工により５０％以上のマルテンサイト変態を生ぜしめ、棒の中央部に穴あけ加工を施し、それを切断して、図１０に示すように、所定のリング形状に打ち抜いてシールド板１３ａを作製する。

このマルテンサイト組織よりなるＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼のシールド板１３ａは、キャップ１１のホール１１Ｈに希土類焼結磁石１２を収納した後、蓋として篏合される。
次に、キャップ１１の円柱１１１の外周部とシールド板１３ａのリング内周部との篏合部をレーザー溶接し、次いでキャップ１１の先端内周部とリング外周部との篏合部をレーザー溶接する。これらのレーザー溶接の際に、レーザー熱により溶融した篏合部の溶融凝固部は微磁性部１３１ａとなり、また溶融凝固部周辺のシールド側は熱影響を受け、シールド板１３ａの熱影響部はマルテンサイト組織から相変態によりオーステナイト組織となり非磁性となり、改質非磁性部１３１ｂが形成される。
なお、溶融凝固部１３１ａのサイズは、幅０．０８～０．１８ｍｍが好ましい。深さはシールドプレートの厚さと同じで、０．０３ｍｍ～０．１０ｍｍが好ましい。
その後、溶接部１３１ａは研磨されて平坦面となる。平坦面の凹凸度は１μｍ以下にすることが好ましい。
こうして磁石構造体は出来上がる。

＜磁石構造体の着磁＞
磁石構造体１に組み込まれた希土類焼結磁石２、例えばＮｄ磁石の保磁力は１０ｋＯｅ～２０ｋＯｅを有している。このＮｄ磁石を着磁するためには少なくとも保磁力以上の磁界を印加する必要があり、高すぎる磁界による印加は不要であり設備的にも困難である。そこで通常はその保磁力１０ｋＯｅの場合は、１．０Ｔ～３．０Ｔの磁界を印加して行っている。歯科用義歯アタッチメントの磁石構造体に使用するＮｄ磁石の保磁力ｉＨｃは、１０ｋＯｅ～２０ｋＯｅであるので、着磁においては２Ｔ～４Ｔの磁界とすれば十分である。しかし設備の制約上４Ｔ以下とすべきである。
したがって、この構造体について、２Ｔ～４Ｔの磁力で磁性アタッチメントの厚み方向にＮｄ磁石と一緒にシールド板１３１（１３１ａ、１３１ｂは除く）も着磁して、Ｎｄ磁石１２とステンレス磁石１３２の複合磁石として、歯科用義歯アタッチメントの所定の吸着力を得る。

＜キーパー１ｂ＞
キーパー１ｂは、Ｃｒ系軟磁性ステンレス鋼板を所定の形状・サイズに打ち抜いて作製する。サイズ的には厚み０．０５ｍｍ～０．４ｍｍ、直径２．０ｍｍ～４．５ｍｍにて吸着面積は磁石構造体の吸着面と同じか、やや広い１．７～２４ｍｍ^２とすることが好ましい。キーパーとしては、磁石構造体との吸着面である上面は研磨により平滑にして、凹凸度は１μｍ以下にすることが好ましい。キーパーの硬さは、冷間成形状態で使用する場合は、硬さＨｖ２００以上、熱処理を施す場合は硬さＨｖ２００以下とする。

＜磁石構造体１ａのサイズ＞
磁石構造体のサイズは、直径２．０ｍｍ～４．５ｍｍ、厚み０．３ｍｍ～１．０ｍｍの薄板形状からなる。これらの寸法と形状は有髄歯を支台歯としたブリッジに適用できるものである。

＜Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石＞
Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石の特性は、１３ｋＧ以上の飽和磁化、５０～２００Ｏｅの保磁力、かつ６ｋＧ以上の残留磁気よりなる特性を有している。特に残留磁気を６ｋＧ以上とすることで、磁気吸引力（吸着力）を強くすることができる。

＜キーパー１ｂの硬さ＞
キーパーの硬さは、Ｈｖ２００以上となるように、冷間成形して硬くして、耐摩耗性を改善する。
吸着力は、冷間成形により硬くして素材の透磁率を熱処理状態の２０００から２００程度に低下させても、吸着力は低下しないことを確認した。この理由としては、キーパーの吸着面の磁極Ｓ極とＮ極は非常に近くて反磁界係数が大きいので、素材の透磁率が２０００から２００に低下しても、有効透磁率は２０程度とあまり変わらない為と考えられる。または、Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石を採用する本発明の磁石構造体の場合、起磁力が大きくなって、キーパー部の磁気抵抗が少し大きくなっても吸着力に影響しないとも考えられる。

［実施例１］
本発明にかかる磁石式義歯アタッチメントおよびその製造方法について、図５、図６、図９および図１０を用いて説明する。
本例の磁石式義歯アタッチメント１は、磁石構造体１ａとキーパー１ｂとから構成され、磁石構造体１ａはリング状の希土類焼結磁石１２と、それを収納する中央部に突起部を有するホール部１１Ｈを有する容器であるキャップ１１と、キャップ１１の凹所開口部の蓋となるリング状のシールドプレート１３とからなる。

磁石構造体１ａの構成について、説明する。
希土類焼結磁石１２は、組成はＮｄ系磁石にて、そのＢＨｍａｘは５２ＭＧＯｅ、Ｍｓは１．３３Ｔ、保磁力は１２ｋＯｅである。サイズは直径３．６ｍｍ、内径０．８ｍｍ、厚み０．３５ｍｍにて、コーナーにはＲ部が形成されている。
キャップ１１は、１８Ｃｒ－２Ｍｏステンレス鋼にて、その透磁率は２０００Ｏｅ、飽和磁束密度Ｂｓは１６ｋＧである。サイズは円筒形状にて直径４ｍｍ、高さ０．６ｍｍである。
その製造方法は、厚さ０．２ｍｍの１８Ｃｒ－２Ｍｏステンレス鋼板から冷間プレス加工法によ
り直径４ｍｍで、深さ０．４ｍｍのホール（ホール部１１Ｈ）を有する容器として形成したものであ
る。なお、ホールの中央部の円柱１１１は直径０．８ｍｍ、高さ０．３５ｍｍである。

シールドプレート１３は、リング形状の薄板で１８Ｃｒ－８Ｎｉ系ステンレス磁石（１３２）からなっている。１８Ｃｒ－８Ｎｉ系ステンレス磁石１３２は厚み方向に着磁されており、その性能は、１３ｋＧ以上の飽和磁化、５０～２００Ｏｅの保磁力、かつ６ｋＧ以上の残留磁気を有している。

１８Ｃｒ－８Ｎｉ系ステンレス磁石１３２は、キャップ１１に収容されている希土類焼結磁石１２と複合磁石を形成し大きな吸着力を実現している。

同時にリング状のシールドプレート１３は、キャップ１１との境界部を溶接して、溶接凝固部１３１ａは微量なδフェライトが析出した微磁性で、熱影響部１３１ｂは非磁性となる。溶接部１３１は、希土類焼結磁石１２を口腔内の唾液などから保護し腐食から守っている。さらにシールドプレート１３の非磁性部１３１ｂは、複合磁石（１２および１３２）とキャップ１２とを磁気的に遮断し、磁気吸引力の低下を防止している。

希土類焼結磁石１２をキャップ１１のホール部１１Ｈに収納し、次いでキャップ１１の凹所開口部に蓋となるリング状のシールド板１３ａを篏合して、Ｃｒ系磁性ステンレスのキャップ１２とシールド板の１８Ｃｒ－８Ｎｉ系ステンレス鋼との篏合部の表面側をレーザー溶接する。その際溶融凝固部は微磁性部１３１ａなり、熱影響により改質非磁性部１３１ｂに改質される。溶融凝固部１３１ａの幅は０．１５ｍｍ、深さは０．０５ｍｍとした。
この組み立てた磁石構造体を３Ｔの磁界で着磁した。

次に、キャップ１１は、１８Ｃｒ－２Ｍｏステンレス鋼にて、その透磁率は２０００，飽和磁束密度Ｂｓは１６ｋＧである。キーパー１ｂは、同じく１８Ｃｒ－２Ｍｏステンレス鋼で、透磁率は１０００，硬さはＨｖ２３０であった。
その結果、磁石構造体の吸着面は１２．５ｍｍ^２にて、吸着力８２０ｇを得ることができた。

［実施例２］
実施例１において、キャップの硬さをＨｖ２７０にし、同時にキーパー１ｂの硬さをＨｖ２７０にし、厚みは、０．１０ｍｍ、吸着面積は磁石構造体の吸着面と同じ１２．５ｍｍ^２、磁石構造体とキーパーの吸着面の両方を研磨により平滑にして、凹凸度は１μｍ以下とした。
その結果、実施例１の磁石式義歯アタッチメントと同じ吸着力８２０ｇを得ることができた。

本発明は、シールドプレートにＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石を採用し、かつ複希土類焼結磁石を採用することにより、吸着力を４００ｇ以上に向上し、かつ磁石式義歯アタッチメントの厚みを０．８ｍｍ以下とすることができ、有髄歯を支台歯とするブリッジに適用でき、これにより幅広い普及が期待される。

１；磁石式義歯アタッチメント
１ａ；磁石構造体
１１；キャップ
１１Ｈ；ホール部（希土類焼結磁石の収納部）
１２；希土類焼結磁石
１３；シールドプレート（複合磁性材料）
１３ａ；シールド板
１３０；吸着面
１３１；シールド板
１３１ａ；溶融凝固部からなる微磁性部
１３１ｂ；熱影響部からなる改質非磁性部
１３１ａ＋１３１ｂ；境界部
１３２；Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石（コア部）
１ｂ；キーパー
１４０；被吸着面
２；磁石式義歯アタッチメント（従来）
２ａ；磁石構造体
２ｂ；キーパー
３；薄型の磁石式義歯アタッチメント（従来）
３ａ；磁石構造体
３１；キャップ
３１Ｈ；複数のホール部
３２；複数の希土類焼結磁石
３３；シールドプレート
３３０；吸着面
３ｂ；キーパー
３４０；被吸着面
４０；磁石式義歯アタッチメント（従来）
４４；磁石式アタッチメント
４５；キーパー
５０；磁石式ブリッジ
５１；磁石式アタッチメント
５２；有髄歯

Claims (5)

1. 義歯に配設される磁石構造体と支台歯の上に配設される軟磁性材料よりなるキーパーとからなり、前記磁石構造体の吸着面と前記キーパーの被吸着面とを当接させることにより両者が磁力による自己吸引力によって互いに吸着するように構成された磁石式義歯アタッチメントにおいて、
   前記磁石構造体は、キャップと希土類焼結磁石とシールドプレートとを備え、
   前記キャップは、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼よりなる円板形状で、その中央部には円柱と前記円柱の外周部には開口部を有するリング形状のホール部とを備え、
   前記希土類焼結磁石は、薄型のリング形状で、リングの下面の内外のコーナー部はＲ形状からなり、前記キャップの前記ホール部に収納され、
   かつ、前記希土類焼結磁石の前記コーナー部と前記シールドプレートとの間には前記希土類焼結磁石のＲ形状によって生じる空隙を有し、空隙の大きさは、高さ方向に１０μｍ以上、径方向に１００μｍ以上で、
   前記シールドプレートは、薄型リング形状で、コア部と、前記コア部と前記キャップとの境界部とからなり、
   前記コア部は、６０％以上のマルテンサイト組織と４０％以下のオーステナイト組織の２相組織よりなるＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石からなり、
   前記境界部は、レーザー溶接による溶融凝固部とレーザー溶接の熱影響による改質非磁性部とからなり、
   かつ、前記溶融凝固部の深さは、前記シールドプレートの厚さと同一にし、
   前記溶融凝固部を含む前記磁石構造体の吸着面は平滑化されており、
   前記キーパーは、Ｃｒ系ステンレス鋼よりなり、その吸着面は平滑化されており、
   ４００ｇｆ以上の吸着力を有することを特徴とする磁石式義歯アタッチメント。
2. 請求項１において、
   前記磁石構造体は、直径は２．０ｍｍ～４．５ｍｍ、厚みは０．３ｍｍ～０．８ｍｍの薄板形状からなることを特徴とする薄型の磁石式義歯アタッチメント。
3. 請求項１または２において、
   前記Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石は、組成としては少なくともＣｒ量は１８～２０％、Ｎｉ量は８％～１０％を含有し、磁石特性としては１２ｋＧ以上の飽和磁化、５０Ｏｅ～２００Ｏｅの保磁力、かつ６ｋＧ以上の残留磁気を有することを特徴とする磁石式義歯アタッチメント。
4. 請求項１または２において、
   前記キャップは、被吸着面の硬さＨｖ２００以上を有し、
   前記キーパーは、厚み０．０５ｍｍ～０．４ｍｍ、直径２．０ｍｍ～４．５ｍｍとし、被吸着面の硬さＨｖ２００以上を有することを特徴とする磁石式義歯アタッチメント。
5. 磁石式義歯アタッチメントの磁石構造体の製造方法において、
   （１）まず、磁石構造体を構成する３つの部品であるＣｒ系磁性ステンレス鋼よりなるホール中央部に突起を持つキャップ、リング形状の希土類焼結磁石およびリング形状のステンレス磁石製のシールドプレートの母材であるシールド板の製作において、
   工程ａ）前記キャップは、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼板を冷鍛プレスで打ち抜き・絞り加工により前記ホール中央部に突起を持つ凹形状に形成し、
   工程ｂ）前記シールド板は、Ｃｒ－Ｎｉ系非磁性ステンレス鋼を母材にして、冷間加工率５０％以上の冷間加工を加えて、６０％以上のオーステナイト組織をマルテンサイトに誘起変態させた後、張力熱処理を施したのち、機械加工によりリング形状に形成し、
   工程ｃ）前記希土類焼結磁石は、厚みは０．２ｍｍ～０．４９ｍｍ、外径は１．６ｍｍ～４ｍｍの円板状磁石の中央部に放電加工により内径０．５ｍｍ～２ｍｍの穴あけ加工を行った後に、ドリルにより仕上げ穴加工をし、希土類焼結磁石の内外周のコーナー部は研磨加工によるＲ部からなるリング形状に形成し、
   （２）次に、前記キャップと前記シールド板と前記希土類焼結磁石の３つの部品からなる前記磁石構造体の組み立てにおいて、
   工程ｄ）前記キャップのホール部に前記希土類焼結磁石を挿入し、前記シールド板で蓋をして３部品を組み立て、
   工程ｅ）前記キャップと前記シールド板との２か所の篏合部をレーザー溶接して、レーザー溶接の際に生じる溶融凝固部は微量のδフェライトを含む微磁性部を形成し、シールドプレート側のレーザー溶接の熱影響部は改質非磁性部を形成し、
   工程ｆ）レーザー溶接部を含む吸着面を研磨して平滑にし、
   （３）そして、組み立てた前記磁石構造体の着磁において、
   工程ｇ）２Ｔ～４Ｔの磁界を印加して磁石構造体を着磁する、
   工程からなることを特徴とする磁石構造体の製造方法。

Images