JP2023129754A

JP2023129754A - 磁石式義歯アタッチメント

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Publication number: JP2023129754A
Application number: JP2022034000A
Authority: JP
Inventors: 義信本蔵; Yoshinobu Motokura; 永喜菊池; Nagayoshi Kikuchi; 晋平本蔵; Shimpei Motokura
Original assignee: Magnedesign Co Ltd
Current assignee: Magnedesign Co Ltd
Priority date: 2022-03-06
Filing date: 2022-03-06
Publication date: 2023-09-19
Anticipated expiration: 2042-03-06
Also published as: JP7125686B1

Abstract

【課題】８００ｇ程度の高い吸着力と、０．５ｍｍ～１ｍｍの小さな厚みを有し、有髄歯を支台歯とするブリッジの応用を可能な磁性アタッチメントを開発する。【解決手段】磁石構造体のシールドプレートは、残留磁気６ｋＧ以上の１８Ｃｒ－８Ｎｉ系ステンレス磁石が複数個からなり、キャップはカップ状のホール部を複数個有するとともにそれぞれに永久磁石を装入して、複合磁石化による磁気吸引力の向上を図る。【選択図】図３

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。

現行の磁石式義歯アタッチメントは、図８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～４ｍｍである。
それゆえ、現行の磁石式義歯アタッチメントを、有髄歯を支台歯としたクラウンブリッジなどに適用しようとした場合、図９に示すように厚みは１．０ｍｍ以下が必要で、現行のそれは、厚みが２～４ｍｍと大きく、有髄歯の治療には使えない。

また、現行の磁石式義歯アタッチメントの磁石構造体の構造は、図１０に示すように、Ｎｄ磁石と磁性キャップ、磁性キーパー、磁性プレートおよび磁性プレートと磁性キャップの間の非磁性部からなる磁気回路を形成している。この構造のままで部品の厚みを半減していき、厚みを０．５～１．０ｍｍとすると、吸着力が大幅に減少し、十分な維持力を確保することができなかった。

そこで、本発明は、磁石構造体の吸着面積は１．７～２０ｍｍ^２と現行品よりさらに小さくしつつ、厚み０．３～１．０ｍｍの薄型形状で、吸着力を４００ｇから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４－２２７２５３号公報特開２００４－１５４５９６号公報

日本金属学会講演概要集（１９９６年９月２９日第４０８頁）

従来の磁石式義歯アタッチメントは、図１に示すように吸着力は厚みを小さくすると、大幅に減少するにという欠点があった。本発明は、この欠点を解決したものである。

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にプレート材質をＣｒ系磁性ステンレスに代えて、Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石に代えた場合には図２に示すように吸着力はＣｒ－Ｎｉ系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いだした。

第２に、磁石構造体の設置する磁石の数を１個から４個まで増やして、磁石構造体およびキーパーの形状とサイズを相似形に変化させてた複数個の磁石式義歯アタッチメントを２個から４個横方向に並べて組み合わせた磁石構造体を試作してその吸着力と厚みの関係を調査した。
その結果、図３に示すように、吸着面積を一定として、磁石の数を２個、３個、４個と変化させ、かつ高さを１／２、１／３、１／４とした時の吸着力（ｇｆ）は、Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石プレートの場合、吸着力は厚みを小さくしてもほとんど減少しないことが分かる。他方Ｃｒ磁性ステンレスプレートの場合、吸着力は厚みを小さくすると大幅に減少することが分かる。

以上の発見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、キャップと永久磁石とシールドプレートとからなり、キャップは複数個の開口部を有するカップ状の形状を有し、その底部と側面部はＣｒ系磁性ステンレス鋼よりなる。永久磁石はキャップの開口部と同数の複数個がキャップの凹部にそれぞれ収納され、シールドプレートはキャップの開口部と同数の複数個がキャップの開口部の蓋をそれぞれにする。
シールドプレートは、Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼製の開口部と同じ形状の一枚の薄板で、外縁部は非磁性のＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼で、外縁部以外は厚み方向に飽和着磁したＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石の複合磁性材料からなり、かつ、キャップ側面部の最端部とシールドプレートとの境界部は溶接によって接合されて、その溶接部は平滑化された吸着面を形成している。
キーパーは、Ｃｒ系軟磁性ステンレス鋼からなる。

ここで、上記磁石構造体は、吸着面積は１．７～２０ｍｍ^２、厚みは０．３～１ｍｍの薄板からなることが好ましい。さらに、上記Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石は、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することが好ましい。

本発明は、小型・薄型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。

磁気吸着力とＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石の残留磁気の強さの関係を示す図である現行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。磁気吸引力に及ぼすプレート材質と磁石個数の影響を示す図である。本発明の実施例１（４個タイプ）の断面図である。４個の永久磁石を収納するキャップのホール部の上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。本発明の実施例１のプレートのシールド板（Ａ）および非磁性改質部を有する複合シールド板（Ｂ）である。本発明の溶接部で、キャップ側面部の最端部と複合シールド板の非磁性改質部よりなる境界部との接合状態を示す図である。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。磁石式義歯アタッチメントの断面を示す図である。

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からなるキーパーとからなり、前記磁石構造体の吸着面と上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、複数個の開口部を有するカップ状の形状を有し、その底部と側面部はＣｒ系磁性ステンレス鋼よりなるキャップと前記キャップの凹部に収納する開口部と同数の複数個の永久磁石と前記キャップの開口部に蓋する開口部と同数の複数個のシールドプレートとからなり、
前記シールドプレートは、Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼製の開口部と同じ形状の一枚の薄板にて、外縁部は非磁性のＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼で、外縁部以外は厚み方向に飽和着磁したＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石の複合磁性材料からなり、
かつ、前記キャップ側面部の最端部と前記シールドプレートとの境界部は溶接によって接合されて、その溶接部は平滑化された吸着面を形成しており、
前記キーパーは、Ｃｒ系軟磁性ステンレス鋼からなることを特徴とする。

磁石式義歯アタッチメントの構造と機能を、図４および図５に示す磁石４個の例を用いて説明する。
磁石式義歯アタッチメント１は、磁石構造体１０とキーパー２０とから構成されている。磁石構造体１０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２０は支台歯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１０に吸着面１３０が設けられ、他方はキーパー２０には被吸着面２００が設けられており、吸着面１３０と被吸着面２００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。

先ず磁石構造体１０の構造について説明する。
磁石構造体１０は、４個の永久磁石１１と永久磁石を収容する４個のホール部１１Ｈを持つキャップ１２とキャップの開口部の蓋をする４個のシールドプレート１３とから構成される。

永久磁石１１は、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系磁石（Ｎｄ磁石）など希土類磁石が好ましい。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。

キャップ１２は、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼からなる。形状は、楕円形を含む円形状、正方形や長方形などの方形および方形の角部に丸みを有するものなどよりなり、以下所定の形状という。また、キャップのホール部の形状も同様である。図４では、キャップ１２およびホールド部１１Ｈの形状は正方形状にてコーナーにＲ部を有している。
その特性は、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。

シールドプレート１３は、ホール部１１Ｈと同じ形状のＣｒ－Ｎｉ系ステンレス製の薄板で、外縁部（外周部）は非磁性で、外縁延部以外はＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石からなっている。Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石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。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系ステンレス磁石は、キャップ１２のホール部１１Ｈに収容されている永久磁石１１と複合磁石を形成して大きな磁気吸引力を実現している。
同時にシールドプレート１３は、キャップとの境界部を溶接して、永久磁石１１を口腔内の唾液などから保護して腐食から守っている。さらにシールドプレート１３の非磁性部は、複合磁石とキャップとを磁気的に遮断し、磁気吸引力の低下を防止している。

ここで、ステンレス磁石の製造方法は、シールドプレート１３の形状に応じて次の方法がある。
まず、円板状のシールドプレートの場合には、
ア）オーステナイト相のＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼棒を冷間引抜加工して８０％以上のマルテンサイト変態を生ぜしめ、そこから薄板を所定の形状に輪切りして厚み方向の繊維状組織を有するシールド板１３１（図６（Ａ））を作製する。
イ）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、そこから所定の形状に打ち抜いてシールド板１３１（図６（Ａ））を作製する。
次に、方形状のシールドプレートの場合には、
ウ）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、そこから所定の形状に打ち抜いてシールド板１３１（図６（Ａ））を作製する。
なお、ア）において方形状の異形棒に冷間引抜加工して製造してもよい。

以上のマルテンサイト変態状態のシールド板１３１の外周部を加熱してオーステナイト相に戻して、Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼の非磁性改質を行なう。その幅は０．１５～０．３ｍｍ、厚みは０．０５～０．１０ｍｍが好ましい。これにより、中央部は半硬質磁性材料からなるとともに外周部は非磁性材料（非磁性部）からなる複合シールド板１３２（図６（Ｂ））を作製する。
キャップにＮｄ磁石を設置してからこの複合シールド板で蓋をして溶接をして、その後３万Ｏｅ
以上の磁力で磁性アタッチメントの厚み方向にＮｄ磁石と一緒に着磁して永久磁石とする。

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。そのまま使用してもよいし、その後熱処理して使用してもよい。

磁石構造体の製造方法は、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼よりなるキャップ１２に４個の永久磁石１１を装入し、キャップ１２の開口部に蓋としてのＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼とＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石よりなる複合シールド板１３２を圧入して磁石構造体を組み立てる。次に複合シールド板１３２とキャップ１２との境界部を一体的に溶接する。

溶接については、図６に示すように、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼のキャップ１２と複合シールド板１３２のリング状のＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼１３１ｂとの境界部（接合部）の表面側をレーザー溶接する。レーザー溶接により形成される溶接部１３３は、Ｃｒ系磁性ステンレス鋼とＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼を溶け込ました合金にて少量のδフェライト相が析出はしているが、非磁性部１３１ｂにまで至らないので磁気的遮断は完全にすることができる。
なお、溶接部１３３のサイズは、幅０．１０ｍｍその公差は０．０１ｍｍが好ましい。溶接深さはシールドプレートの厚みと同じで、０．０５ｍｍ～０．１０ｍｍが好ましい。
その後、溶接部１３３は研磨されて平坦面となる。

キーパー２０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から０．２ｍｍ、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。

磁石構造体のサイズは、吸着面積は１．７～２０ｍｍ^２、厚み０．３ｍｍ～１ｍｍ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。

さらに、第２の実施形態としては、キーパーの硬さをＨｖ２５０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ている。

［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３～７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１０とキーパー２０とから構成され、磁石構造体１０は永久磁石１１と、４個の永久磁石１１を収納する４個のホール部１１Ｈを有する容器であるキャップ１２と、キャップ１２の凹所開口部の蓋となる４個のシールドプレート１３とからなる。

磁石構造体１０の構成について、説明する。
永久磁石１１は、組成はＮｄ系磁石にて、そのＢＨｍａｘは５２ＭＧＯｅ、Ｍｓは１．３３Ｔである。サイズは直径１．５ｍｍ、高さ０．４５ｍｍにて、コーナーにはＲ部が形成されている。
キャップ１２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。サイズは方形で６×６ｍｍ、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４×４ｍｍ方形状で、深さ０．４ｍｍの４つの窪み（ホール部１１Ｈ）を有する容器として形成
したものである。

シールドプレート１３は、方形状薄板で、外縁部は非磁性で、外縁部以外は１８Ｃｒ－８Ｎｉ系ステンレス磁石からなっている。１８Ｃｒ－８Ｎｉ系ステンレス磁石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系ステンレス磁石は、キャップ１に収容されている永久磁石１１と複合磁石を形成し大きな磁気吸引力を実現している。

同時に４個のシールドプレート１３は、キャップ１２との境界部を溶接して、それぞれ永久磁石１１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。

４個の永久磁石１１をキャップ１２に装入し、次いでキャップ１の凹所開口部に蓋となる４個のシールドプレート１３を圧入して、Ｃｒ系磁性ステンレスのキャップ１２と４個のシールドプレート１３の１８Ｃｒ－８Ｎｉ系ステンレス鋼１３１ｂとの接合部の表面側をレーザー溶接する。溶接部１３３の幅は０．１５ｍｍ、深さは０．０５ｍｍとした。

次に、キャップ１２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２０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。

Ｃｒ系磁性ステンレスのキャップ１２および１８Ｃｒ－８Ｎｉ系ステンレス磁石から構成される本実施例１の磁石式義歯アタッチメントと、従来の軟磁性ステンレス鋼のキャップおよびシールプレートから構成される義歯アタッチメントとを比較する。キーパーは同一として、吸着力の比較試験を行なった。両者ともにサイズおよび永久磁石等は同じで、磁石式か軟磁性ステンレス鋼式かの相違のみである。
その結果、従来の義歯アタッチメントは６００ｇｆに対して、磁石式義歯アタッチメントは８２０ｇｆと吸着力は３６％の向上が得られた。

［実施例２］
実施例１において、キーパー２０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１６ｍｍ^２、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、かつ複数個の磁石を採用することにより、吸着力を６００ｇ以上に向上し、かつ磁石式義歯アタッチメントの厚みを１ｍｍ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
１０；磁石構造体
１１；永久磁石
１１Ｈ；ホール部（永久磁石の装入部）
１２；キャップ
１３；シールドプレート（複合磁性材料）
１３０；吸着面
１３１；シールド板
１３１ａ；半硬質磁性材料よりなる外縁部以外／中央部（磁性のＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼）
１３１ｂ；非磁性材料よりなる外縁部／リング部（非磁性のＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼）
１３２；複合シールド板
２０；キーパー
２００；被吸着面
４；磁石式ブリッジ
４１；磁石式アタッチメント
４２；有髄歯

Claims

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からなるキーパーとからなり、上記磁石構造体の吸着面と上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、複数個の開口部を有するカップ状の形状を有し、その底部と側面部はＣｒ系磁性ステンレス鋼よりなるキャップと前記キャップの凹部に収納する開口部と同数の複数個の永久磁石と前記キャップの開口部に蓋する開口部と同数の複数個のシールドプレートとからなり、
前記シールドプレートは、Ｃｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼製の開口部と同じ形状の一枚の薄板にて、外縁部は非磁性のＣｒ－Ｎｉ系ステンレス鋼で、外縁部以外は厚み方向に飽和着磁したＣｒ－Ｎｉ系ステンレス磁石の複合磁性材料からなり、
かつ、前記キャップ側面部の最端部と前記シールドプレートとの境界部は溶接によって接合されて、その溶接部は平滑化された吸着面を形成しており、
前記キーパーは、Ｃｒ系軟磁性ステンレス鋼からなることを特徴とする磁石式義歯アタッチメント。
請求項１において、
前記磁石構造体は、吸着面積は１．７ｍｍ^２～２０ｍｍ^２、厚み０．３ｍｍ～１ｍｍ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。
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、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することを特徴とする磁石式義歯アタッチメント。
請求項１～３のいずれか一項において、
前記キーパーは厚み０．０５ｍｍ～０．２ｍｍ、吸着面積は１．７ｍｍ^２～２４ｍｍ^２で、被吸着面の硬さＨｖ２５０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。