DE4027681C2

DE4027681C2 - Befestigungsvorrichtung für mindestens einen künstlichen Zahn

Info

Publication number: DE4027681C2
Application number: DE4027681A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Matusi; Kazuhiko Fukamachi
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1989-09-04
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2010-09-01
Also published as: US5161972A; DE4027681A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Befestigungsvor richtung für mindestens einen künstlichen Zahn.

Weltweit werden heute Entwicklungen auf dem Gebiet der Zahnersatz-Befestigung vorangetrieben, nicht nur in Japan. Nach einer bekannten Vorgehensweise wird ein Magnet, be stehend aus Verbindungen Seltener Erden der, SmCo₅ oder Sm₂Co₁₇ Typus, an die innere oder untere Oberfläche eines künstlichen Zahnes befestigt und an der Wurzelkappe befe stigt, welche aus einem auf Fe-Cr basierenden korrosions beständigen, rostfreien Stahl mit weichen magnetischen Ei genschaften besteht und welche in die Zahnwurzel im Mund eingepflanzt werden kann (siehe FINITE ELEMENT ANALYSIS OF MAGNET DEVICES WITH A CUP YOKE FOR RETAINING A DENTURE, Y. Kinouchi et al., Paper Nr. 17 S. 0407 at the 10th Interna tional Workshop on Rare-earth Magnets and Their Applicati ons, Kyoto, Japan 16-19, May 1989, Seiten 157-158). Eine solche Befestigungsvorrichtung ist auch aus der EP 0289 892 A1 bekannt.

Zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung dient Fig. 1. Diese zeigt eine erprobte Befestigungsvorrichtung für ei nen künstlichen Zahn mittels eines Seltene-Erde Magneten.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird nun der Stand der Technik be schrieben, wie er beispielsweise auch aus der EP 0 289 892 A1 bekannt ist. Ein Seltene-Erde Magnet 1 (im folgenden mit Magnet 1 bezeichnet) ist fest in einer Kammer 2 befe stigt. Die Kammer 2 besteht aus einem Kammerkörper 2a in Form einer Tasse, welche auch als Joch und zur Sicherstel lung der Korrosionsbeständigkeit dient. Nachdem der Magnet 1 in den künstlichen Zahn 3 eingebracht ist, wird die of fene untere Seite des Kammerkörpers 2a an die Abdeckung 2b am Rand angeschweißt. Sowohl der Kammerkörper 2a als auch die Abdeckung 2b bestehen aus korrosionsbeständigem, rost freien Stahl mit weichmagnetischen Eigenschaften. Die Kam mer 2 ist an der inneren Oberfläche des künstlichen Zahnes 3 befestigt. Der Zahn 3 kann als oberer Zahnersatz be zeichnet werden. Die Basis des künstlichen Zahnes 3 ist mit 4 bezeichnet. Die Wurzelkappe (Kappe 5) ist aus korro sionsbeständigem, rostfreien Stahl mit weichmagnetischen Eigenschaften gefertigt. Die Wurzelkappe 5 ist mit einem Gewinde versehen und in die Zahnwurzel 6 eingeschraubt. Das Zahnfleisch ist mit 7 bezeichnet. Bevor der Zahn 3 an der Wurzelkappe 5 befestigt wird, ist eine Lücke 8 dazwi schen geformt. Der Magnet 1 und die Wurzelkappe 5 werden durch die magnetische Retention fest miteinander verbun den. Der Nord- und Südpol des Magneten 1 sind an der obe ren und unteren Oberfläche (Kopf und Boden) des Magneten angeordnet und umgekehrt. Der magnetische Fluß, zwischen den Nord- und Südpolen, läuft durch die Wurzelkappe 5 und den Kammerkörper 2a. Die Abdeckung 2b kann wahlweise in festem Kontakt mit der Wurzelkappe 5 sein, da der magneti sche Fluß, welcher durch das Joch 2a und die Wurzelkappe 5 läuft, die Bindungskräfte erzeugt.

Die oben beschriebenen Seltene-Erden Magnete sind zwar klein und stark, beinhalten aber andere Probleme. Seltene- Erde Magnete zeigen eine beträchtlich niedrigere Korrosi onsbeständigkeit, verglichen mit anderen metallischen Ma gneten, so daß die Seltene-Erden Magnete der ernstlich korrosiven Umgebung im Mund keinen Widerstand leisten kön nen, ohne daß die Oberfläche des Magneten beschichtet ist. Darüber hinaus sind die Seltene-Erden Magnete selbst sprö de und brüchig, so daß sie während ihrer Bearbeitung und Befestigung am Zahnersatz leicht zerbrechen.

Es wurden Untersuchungen angestellt, diese Probleme durch eine Nickelbeschichtung auf der Oberfläche des Seltene- Erden Magneten oder durch Verschluß des Magneten in einer kleinen Kammer, welche aus korrosionsbeständigem rostfrei en Stahl besteht, zu beseitigen. Der Magnet wird in eine Kammer aus rostfreiem Stahl gesetzt, und eine Abdeckung aus rostfreiem Stahl wird auf den Kammerkörper geschweißt.

Nickel, welches zur oben beschriebenen Beschichtungsmetho de verwendet wird, beinhaltet ein Problem insofern, als es bei einigen Patienten allergische Reaktionen hervorruft; Sm und Co, welche Bestandteile des Magneten sind, können aus dem Magnet herausgelöst und vom menschlichen Körper absorbiert werden, wenn eine Korrosion des Magneten infol ge von kleinen Löchern und Brüchen in der Schutzschicht auftritt. Es steht vom medizinischen Standpunkt aus noch nicht fest, ob Samarium und Cobalt für den menschlichen Körper toxisch sind. Darüber hinaus nimmt die Funktion, im Besonderen die Koerzitivkraft des Magneten, rasch ab, wenn die Korrosion des Magneten beginnt, so daß der Magnet zur Zahnersatzbefestigung nicht länger wirksam ist.

Wird ein Magnet in einer Kammer aus rostfreiem Stahl ein geschlossen, entsteht ein ernsthaftes Problem insoweit, als die Technik zur Befestigung des Magneten in der Kammer schwierig ist; die magnetische Kraft zwischen dem Magneten in dem Zahnersatz und der Wurzelkappe aus weichmagneti schem Material, welche im Zahnfleisch eingebettet ist wird geschwächt, weil der Abstand dazwischen durch die entspre chende Größe (Dicke) der Kammer erhöht ist. Des weiteren wirkt der Teil der Kammer, welcher durch die Schweißhitze betroffen ist, als Ausgangspunkt für die Korrosion.

Obwohl Magnete vom SmCo₅- oder Sm₂Co₁₇-Typus eine ausrei chende magnetische Leistung für gewöhnliche Anwendungen haben, ist ihre Anwendung zur Befestigung eines künstli chen Zahnes in Folge des Korrosionsproblems außerordent lich schwierig.

Am Anfang der Untersuchungen wurden auch Eisenmagnete und Alnicomagnete in Betracht gezogen. Es stellte sich jedoch heraus, daß deren magnetische Retention nachteiligerweise schwach ist. Dieser Nachteil konnte nur kompensiert wer den, indem die Größe des Magneten erhöht wurde. Ein Magnet solcher Größe konnte jedoch nicht in dem künstlichen Zahn untergebracht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Be festigungsvorrichtung für mindestens einen künstlichen Zahn zur Verfügung zu stellen, welche obige Probleme nicht aufwirft. Insbesondere sollte dazu ein Magnet zur Verfü gung gestellt werden, der nicht beschichtet oder in eine Kammer eingeschlossen werden muß, um seine Korrosion zu verhindern.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Platinmagnet ein gesetzt, welcher die gleiche magnetische Stärke aufweist wie ein Seltene-Erden Magnet auf der Basis von Sm-Co und welcher für den menschlichen Körper nicht toxisch ist. Der Erfindung liegen Korrosionsbeständigkeitstests an Platin magneten in einer stark korrosiven Umgebung zugrunde, wel che das Innere des menschlichen Mundes simuliert.

Die Befestigungsvorrichtung für mindestens einen künstli chen Zahn besteht aus einem in dem künstlichen Zahn ange ordneten Magneten und einer in einer Zahnwurzel angebrachten Kappe aus weichmagnetischem, auf Fe-Cr basierendem, rostfreien Stahl, wobei der Magnet an der der Kappe zuge wandten Oberfläche des künstlichen Zahnes angebracht ist, 33-47 Atom % Platin und dem Rest Eisen enthält und weder beschichtet noch eingekapselt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Befestigungsvorrichtung nach dem Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er findung enthält der Magnet des weiteren 0,1-10 Atom % wenigstens eines Elementes, das aus der Gruppe be stehend aus Ti, Mo, Nb, Ta, W, Cr, V ausgewählt wird und wobei der Rest Eisen ist.

Ein solcher Magnet weist beispielsweise eine Flußdichte von 10-11 kGauss 4,5-5,5 kOe (Kilo-Oersted) Koerzitivkraft und ein maximales Energieprodukt zwischen 20-25 MGOe (Mega Gauss Oersted) auf. Diese Werte sind tatsächlich so hoch wie die eines Seltene-Erden Magneten des Sm-Co Typus. Die Zusammensetzung des Magneten wird unter dem Licht seiner Anwendbarkeit zur Befestigung künstlicher Zähne spezifi ziert. Beträgt der Platingehalt weniger als 33 Atom %, so beträgt das maximale Energieprodukt etwa 4 MGOe, so daß der Zahnersatz nicht in befriedigender Weise befestigt werden kann. Ist der Platingehalt größer als 47 Atom %, beträgt die sich ergebende Flußdichte nur etwa 6 kG, so daß der Zahnersatz wiederum nicht in befriedigender Weise befestigt werden kann.

Der sogenannte Platinmagnet, welcher gemäß der vorliegen den Erfindung verwendet wird, zeigt eine beträchtlich hohe Korrosionsbeständigkeit. Eine Oberflächenbeschichtung, wie die Nickelbeschichtung im Falle der Seltene-Erden Magnete, ist nicht notwendig.

Der wichtigste Vorteil der vorliegenden Erfindung ist in den fundamentalen Elementen des Platinmagneten zu sehen, das heißt, Platin und Eisen sind für den menschlichen Kör per überhaupt nicht toxisch. Platin und Eisen haben eine lange Geschichte in der medizinischen Verwendung. Es kann daraus geschlossen werden, obwohl ihre Anwendungsgebiete verschieden voneinander sind (Platin wurde für Kronen für Zähne verwendet, Eisen wurde seit langem in der Arzneimit telmedizin verwendet), daß ihre kombinierte Verwendung in einem Magneten gänzlich untoxisch ist.

Platinmagnete werden wie folgt hergestellt: zunächst wird eine Hochfrequenz-Induktionsschmelze unter Vakuum durchge führt, und dann wird das erhaltene geschmolzene Metall zur Herstellung eines Barrens mit einem quadratischen Quer schnitt in einen kleinen Barrenformling gegossen. Der Bar ren wird einer Homogenisierungsglühbehandlung unter Vakuum oder in einer Inertgas-Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen 900-1400°C für 1 Minute bis 100 Stunden unterwor fen. Danach wird er in Wasser oder Öl abgeschreckt. Dann werden Stücke von dem wie oben behandelten Barren abge schnitten und einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 450-800°C während 1 Minute bis 200 Stunden im Va kuum oder in einer Inertgas-Atmosphäre unterworfen. Danach erfolgt Kühlung. Die Stücke werden dann durch spanabheben de Formgebung fertiggestellt. Die fertiggestellten Stücke werden dann in einem Gleichstrom-Magnetfeld von 2 Tesla oder mehr magnetisiert.

In einer bevorzugten Zusammensetzung, mit zwischen 0,1-10 Atom % wenigstens eines Elements aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Mo, Nb, Ta, W, Cr und V, kann die Zeit der Homoge nisierungsglühbehandlung verkürzt werden. Sie beträgt im Falle der bevorzugten Zusammensetzung zwischen 1-10 Stun den. Zusätzlich treten weniger Veränderlichkeiten in der Leistungsfähigkeit des Magneten auf, und daher wird die erforderlich hohe Leistungsfähigkeit zur Befestigung des Zahnersatzes stabil erhalten.

Es zeigen Fig. 2 und 3:

Fig. 2 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung der magnetischen Retention;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail mit Bezug auf ausgewählte Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Eine Legierung mit einer Zusammensetzung von 39,0 Atom % Platin, der Rest Eisen, wurde im Vakuum in einem Hochfre quenz-Induktionsofen geschmolzen. Ein Barren mit einem quadratischen Querschnitt wurde hergestellt. Der Barren wurde im Vakuum bei einer Temperatur von 1250°C während 5 Stunden geglüht und danach in Öl abgeschreckt. Ein Stück von 4 Millimeter Länge, 4 Millimeter Breite und 3 Millime ter Dicke wurde von dem Barren abgeschnitten und im Vakuum bei einer Temperatur von 36°C während 10 Stunden wärmebe handelt und dann im Ofen abgekühlt. Das Stück wurde dann in einem magnetischen Feld von 2 Tesla in Richtung der Hö he magnetisiert. So wurde der Platinmagnet hergestellt. Ein weiteres Stück zur Messung der magnetischen Eigen schaften wurde von dem Barren abgeschnitten und wie oben beschrieben behandelt. Die magnetischen Eigenschaften wa ren die folgenden: 10,3 kG resultierende Flußdichte, 4,7 kOe Koerzitivkraft und 21 MGOe maximales Energieprodukt. Der Platinmagnet wurde einem Korrosions-Widerstands-Test unter den folgenden Bedingungen unterworfen, wobei die Testprobe vor dem Test mit Schmirgelpapier Nr. 1200 po liert wurde, um die Oberfläche zu glätten.

1) Eintauchen in 0,1% Na₂S Lösung (37°C) für 3 Tage; Untersuchung der äußeren Erscheinung mit bloßem Auge.
2) Eintauchen in eine 5% NaCl + 2% H₂O₂ Lösung (40°C); Untersuchung der äußeren Erscheinung mit blo ßem Auge und Messung des Korrosions- Gewichtsverlustes.

Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Ergebnisse des Korrosions-Tests

Vergleichsbeispiele

Die Vergleichsbeispiele wurden aus den folgenden Materia lien hergestellt: (1) Sm₂Co₁₇-Seltene-Erde Magnet ohne Oberflächenbeschichtung; (2) Sm₂Co₁₇-Seltene-Erde Magnet mit einer 20 µm dicken Nickelbeschichtung; (3) reines Nic kel; (4) Spinodal-Hartmetallegierungsmagnet enthaltend 25 Gew.-% Cr, 26 Gew.-% Co und der Rest Eisen. Die 4 mm lan gen, 4 mm breiten und 3 mm hohen Proben wurden von jedem Magneten abgeschnitten. Die Nickelbeschichtung des Sm₂Co₁₇- Magneten wurden wie folgt ausgeführt:

Elektrolytische Entfettung der Oberfläche des Magneten; Wasserspülung; Aufrauhen; Wasserspülung; 1. Nickelbe schichtung; Wasserspülung; 2. Nickelbeschichtung; Wasser spülung und Trocknung. Das elektrolytische Entfetten wurde durchgeführt, indem die Probe als Anode während 30 Sekun den in einer Lösung (50°C), welche 45 g/l der Entfettungs flüssigkeit unter einer Gleichstromdichte von 5A/dm2 elek trolysiert wurde. Das Aufrauhen wurde durchgeführt, indem die Proben bei Raumtemperatur in eine Flüssigkeit getaucht wurden, welche durch Verdünnen konzentrierter Salzsäure mit dem zweifachen Volumen an Wasser hergestellt worden war. Die 1. Nickelbeschichtung wurde in einem Bad welches 200 g/l NiCl₂ 6 H₂O und 100 ml/l an HCl enthielt, bei ei ner Stromdichte von 5 A/dm² während 90 Sekunden durchge führt. Die 2. Nickelbeschichtung wurde in einem sogenann ten Watt-Bad bei einer Stromdichte 5 A/dm² durchgeführt. Das Bad enthielt 280 g/l NiSO₄ 6 H₂O, 50 g/l NiCl₂ 6 H₂O und 45 g/l Borsäure. Die 20 µm dicke Nickelschicht wurde elektrolytisch abgeschieden.

Alle Proben mit Ausnahme der nickelbeschichteten Probe, wurden mit dem Schmirgelpapier Nr. 1200 poliert, um die Oberfläche vor dem Korrosionstest zu glätten.

Beispiel 2

Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wie derholt, daß die Zusammensetzung 39,1 Atom % Platin, 0,5 Atom % Niob und den Rest Eisen enthielt. Die magnetischen Eigenschaften waren die folgenden: 10,0 kG resultierende Flußdichte, 4,5 kOe Koerzitivkraft und 20 MGOe maximales Energieprodukt.

Zusätzlich zu den Versuchen, welche in Beispiel 1 durchge führt wurden, wurde eine genaue Analyse unter Verwendung eines induktivitätsgekoppelten Plasma (ICP)-Emissionsspek trometer durchgeführt. Die Proben wurden in die verschie denen korrosiven Lösungen, welche die Umgebung im Mund si mulieren, getaucht, um die Wirksamkeit der Korrosionsbe ständigkeit des gemäß der vorliegenden Erfindung verwende ten Magneten zu bestätigen. Die Menge der in den Lösungen gelösten Ionen wurde mit dem ICP-Emissionsspektrometer ge messen.

Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2 und 3 gezeigt.

Tabelle 2

Menge an gelösten Ionen in den korrosiven Lösungen (µg/cm²/27 Hr)

1) "<" bedeutet, daß die Menge geringer ist, als der quan titative Minimuswert.
2) Der künstliche Speichel war Greenwood Flüssigkeit und wurde durch Auflösen von 2,4 g KCl, 0,6 g Ca₃(PO₄)₂, 0,9 g K₂SO₄, 1,4 g K₂HPO₄, 0,8 g Na₃PO₄ und 5,0 g Albumin in 1000 ml destilliertem Wasser hergestellt. Vor der Verwendung wurde CO₂-Gas in die so hergestellte Flüssigkeit eingebla sen, um den pH-Wert auf 6,7 einzustellen.
3) Die Proben wurden einer Naß-Polierung mit Schmirgelpa pier Nr. 800, Wasserspülung, Ultraschall-Entfettung in Aceton und Trocknen unterworfen.
4) Die Proben wurden einer Korrosion bei 37 ± 2°C während 72 Stunden unterworfen.

Tabelle 3

Menge der gelösten Ionen im Zustand magnetischer Retention (µm/cm²/72 Hr)

Die Korrosionsbedingungen waren Eintauchen der Proben wäh rend 72 Stunden bei 37 ± 2°C.

Tabelle 4 zeigt die Menge der gelösten Ionen des Sm-Co Ma gneten ohne Plattierung. Die Menge ist sehr hoch.

Tabelle 4

Proben der Menge gelöster Ionen (µg/cm²/72 Hr)

Die Korrosionsbedingungen sind dieselben wie in Tabelle 2.

Diese Daten sind aus T. NAKANO; O. OKUNO, H. HAAANAKA: REPORTS OF THE INSTITUTE FOR MEDICAL & DENTAL ENGINEERING 22, (1989), S. 17 entnommen.

Der Tabelle 2, welche die Ergebnisse des Korrosionstests mit dem Platinmagneten und dem rostfreien Stahl zeigt, ist zu entnehmen, daß die aus dem Platinmagneten und dem rost freien Stahl mit 26% Cr und 1% Mo, welcher als Wurzelkappe verwendet wird, gelösten Ionen nur Spurenmengen von etwa 2 µg/cm²/72 h sind.

Aus Tabelle 3, welche das Ergebnis des Korrosionstest mit dem magnetisierten Platinmagneten und dem rostfreien Stahl zeigt, geht hervor, daß die aus dem Platinmagneten und dem rostfreien Stahl mit 26% Cr - 1% Mo, welcher als Wurzel kappe verwendet wird, herausgelösten Ionen eine Spurenmen ge von etwa 2 µm/cm² sind und tatsächlich die Menge sehr klein ist, sogar für den Fall, daß die zwei Materialien miteinander retentioniert werden.

Um die Wirksamkeit der Zahnersatzbefestigung gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen, wurde die Retention durch die in Fig. 2 gezeigte Methode gemessen. Der rost freie Stahl mit 26% Cr und 1% Mo 10 und der Platinmagnet 2 wurden so zugeschnitten, daß sie in einem künstlichen Zahn befestigt werden konnten. Die beiden Teile (1, 10) wurden derart in Kontakt miteinander gebracht, daß der Magnet 1 and die Wurzelkappe befestigt wird. Die Retention zwischen beiden wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.

1) Bei der Messung im offenen Kreis ist die gemessene Re tention diejenige, welche zur Ablösung des Magneten von der Wurzelkappe erforderlich ist, an dem der Magnet di rekt retentioniert ist. In diesem Fall wird der Fluß der magnetischen Kraft nicht zur Retention verwendet, sondern breitet sich am oberen Ende des Magneten aus, so daß die Retentionswirksamkeit niedrig ist.
2) Die Messung im geschlossenen Kreis ist in Fig. 3 darge stellt. Die Joche 9 bestehen aus demselben Material wie die Wurzelkappe 5, d. h. aus rostfreiem Stahl mit 26% Cr-1% Mo. Die Joche 9 sind 1,5 mm dick, 4 mm breit und 5 mm hoch. Der Magnet 1 befindet sich zwischen den Jo chen 9. Die Nord- und Südpole sind an den Seiten des Magneten 1, welche an die Joche 9 angrenzen, ausgebil det.
Ein organisches Bindemittel kann zur Befestigung des Magneten an dem Zahnersatz verwendet werden. Die gemes sene Kraft ist diejenige, welche erforderlich ist, um die Joche 9 von der Wurzelkappe 5 zu trennen. Da der Fluß der magnetischen Kraft gänzlich in die Wurzelkappe 5 über die Joche 9 eintritt, ist die Retentionswirksam keit hoch. Da der magnetische Kreis geschlossen ist, kann ein magnetisches Leck, welches für den Menschen schädlich wäre, nicht auftreten.
3) Die Daten der Vergleichsbeispiele C und D sind aus Ron Highton et al.: The Journal of Prosthetic Dentistry, Bd. 56, Nr. 1, S. 104 (1986) entnommen.

Claims

1. Befestigungsvorrichtung für mindestens einen künstli chen Zahn (3), bestehend aus einem in dem künstlichen Zahn (3) angeordneten Magneten (1) und einer in einer Zahnwurzel (6) angebrachten Kappe (5) aus weichmagne tischem auf Fe-Cr basierendem, rostfreiem Stahl, wo bei der Magnet (1) an der der Kappe (5) zugewandten Oberfläche des künstlichen Zahnes (3) angebracht ist, aus 33-47 Atom% Platin und dem Rest Eisen besteht und weder beschichtet noch eingekapselt ist.

2. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Magnet (1) des weiteren zwischen 0,1-10 Atom% we nigstens eines Elements enthält, das aus der Gruppe, bestehend aus Ti, Mo, Nb, Ta, W, Cr und V ausgewählt wird und der Rest Eisen ist.

3. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei sich gegenüberliegende Oberflächen des Magneten (1) mit Jochen (9) bedeckt sind, welche aus dem gleichem Material wie die Wurzelkappe (5) beste hen und mit dieser in Kontakt gebracht werden können, wobei der Magnet (1), die Joche (9) und die Kappe (5) einen geschlossenen Magnetkreis bilden.