【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、人工歯を口腔内に固定するために用いられる、小型、軽量で高吸引力を有する歯科用磁気アタッチメントに関する。 【０００２】 【従来の技術】人工歯を口腔内に固定するために用いられる歯科用磁気アタッチメントは、小型、軽量で高吸引力の特性が望まれている。 図１は、従来技術による歯科用磁気アタッチメントの断面構造を示す。 １は永久磁石、２は軟磁性材料よりなるヨーク、３は非磁性体、４
はキーパーと呼ばれる軟磁性体である。 永久磁石１を含む上部の組立体は人工歯に取り付けられ、キーパーは口腔内に埋め込まれる。 永久磁石１はキーパー４に対向する面に対して垂直方向に単極着磁されており、口腔内のキーパーにクーロン力により吸引される。 図中の矢印５
は永久磁石の着磁方向を示す。 また、永久磁石１は通常希土類磁石よりなるため、酸化され易く、口腔内で使用する場合、耐食性の良好な物質で完全に密閉する必要がある。 図１の構造では、ヨーク２と非磁性体３はレーザ溶接等により密封接合され、永久磁石１は完全に外界と遮断されている。 人体に直接接触するヨーク２、非磁性体３、キーパー４は、耐食性に優れた、非磁性ステンレス及び磁性ステンレスが用いられる。 特に、高吸引力を得ようとする場合、ヨーク２とキーパー４には、耐食性に優れた飽和磁化の大きい軟磁性材料が要求される。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】図２は従来技術の原理を説明する図である。 従来技術による歯科用磁気アタッチメントの構造は、単極着磁された永久磁石１が高透磁率を有する軟磁性材料（キーパー）の無限平面６に対向しているモデルで考えることができる。 図１に示すように、実際のキーパー４は有限の大きさを有するので、厳密にはこのモデルとは異なるが、吸引力の定性的な理解を得るためには充分な近似である。 この場合、磁荷影像法の考え方を導入し、永久磁石１の影像１'が前記軟磁性材料（キーパー）６の内部に現れると考える。 軟磁性材料の透磁率がきわめて大きければ、永久磁石１の上下面の磁荷±σと同じ大きさの磁荷の影像±σが現れる。
このとき、永久磁石１が軟磁性材料６に吸引される力Ｆ
は、点磁荷の粗い近似を用いると次のようになる。 【数１】 【数２】 ここで、Ｓは永久磁石の吸着面の面積、σは永久磁石の表面磁荷である。 また、δは永久磁石１の吸着面とその影像との間隔であり、図１で非磁性体３とキーパー４が接触している場合、非磁性体３の厚みの約２倍に相当する。 ｄは磁石の厚みである。 図２から分かるように、一般にδ＜＜ｄである。 数２から分かるように、吸引力Ｆ
はδが小さく、ｄが大きいほど強くなる。 δは非磁性体３の厚みをできるだけ薄くすることにより小さくできるが、耐食性と機械的強度を保つためには、自ずと限界がある。 従って、δを一定とすると、吸引力を増すためには、ｄを大きくすること、すなわち磁石の長さを長くすることである。 無限の長さの永久磁石を用いたとすると、吸引力の理論上の限界値は数３のようになる。
【数３】 このように従来技術の図２の構造では、できるだけ大きな吸引力を得ようとすると、磁石の厚みｄを大きくする必要がある。 これは、小型化、軽量化に反する。 一方、
小型化を実現しようとして、永久磁石１の厚みｄを小さくし、δのオーダーに近づくと吸引力Ｆは急激に低下する。 これは、永久磁石の上の面に生じている磁荷−σが吸引力を弱めるように作用するからである。 このように従来技術の図２の構造は、小型化は吸引力とお互いに強い相反関係にあり好ましくない。 これに対して、改良された従来技術においては、図３に示すようにヨーク２a
を利用する方法が使われている。 この考え方は軟磁性体（キーパー）６とヨーク２aにより閉磁路を形成し、実質上永久磁石１の上面の磁荷−σを消してしまうことである。 これが実現できれば、薄い永久磁石でも理論的には無限の長さを持った永久磁石を使用したことと等価になる。 しかし、現実には磁荷−σを打ち消すためには、
永久磁石１と同じ程度の飽和磁化を有するヨーク２aを磁気回路的に磁束漏洩のないように設計する必要があり、必然的にヨーク２aが永久磁石の外周部で飽和しないように厚く設計しなければならない。 また、優れた耐食性を有する磁性材料の飽和磁化は一般にかなり小さく、この点からも従来の単極着磁の構造では小型化のヨーク設計に限界があることが分かる。
【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術の上記欠点に鑑みなされたものであり、永久磁石と軟磁性体よりなるキーパーの吸引力を利用して人工歯を口腔内に固定する歯科用磁気アタッチメントにおいて、前記永久磁石が多極着磁されていることを特徴としている。 【０００５】 【作用】上記多極着磁の構成によれば、従来構造より小型軽量で高吸引力を有する歯科用磁気アタッチメントを実現できる。 【０００６】本発明の理論的背景次に、本発明の基本となった理論的背景について述べる。 図４は、本発明の原理を説明するために、２極着磁された永久磁石を用いた歯科用磁気アタッチメントのモデル断面図である。 永久磁石１は同じ表面積Ｓ／２の二つの領域に２分割されてそれぞれ反対方向に着磁されている。 きわめて大きな透磁率を有する無限平面の軟磁性体（キーパー）６の内部に、同じように２極着磁された影像が現れると考える。
このときの永久磁石１が軟磁性体に引き寄せられる力Ｆ
は次のようになる。 【数４】 請求項１は極着磁されたそれぞれの領域における影像との吸引力であり、結果的には、数２と同じになる。 請求項２は、永久磁石１の２極着磁された吸着面の磁荷±σ
と２極着磁された上面の磁荷の隣接影像との相互作用８
a,８bによるものであり、これは吸引力を増加させる方向に作用する。 請求項３は永久磁石の２極着磁された上面の磁荷±σとその隣接影像との相互作用によるものであり、吸引力を減少させる方向に作用させる。 ここで、
ηとξは、１〜２の大きさを有するほぼ同じ大きさのパラメータである。 請求項２は請求項３に比較して約２倍の大きさがあり、２分割着磁することにより吸引力が増加することが分かる。 ここで、吸着面の磁荷±σとその隣接影像間の相互作用も考えられるが、これは横方向に反発する反対向きの力となり、それぞれ打ち消し合って結果的に吸引力には全く寄与しないと考えられる。 このように、本発明の多極着磁の一つの例である２極着磁においてヨークがない場合でも吸引力が増加することが理論的に示された。 図５は、本発明における２極着磁の場合のヨーク２bの効果を説明する図である。 この場合、
ヨーク２bは永久磁石１の上面のみに装着されており、
図３の従来構造と異なり、永久磁石１の側面にはない。
磁荷の打ち消し合いは上面のヨーク２bの中でのみ行われる。 完全に磁荷が打ち消されれば、数４においてｄを含む項がなくなり、吸引力は理論上の値に近づく。 このとき、ヨーク２bを通過する磁束７aは、永久磁石１の断面積Ｓの１／２に相当する磁束が対象となり、従来構造に比較すると１／２と見積れる。 これにより、従来構造に比較し約１／２厚みのヨーク２bで同じ性能を実現することができる。 本発明の構造では、永久磁石１の側面にヨ−クを装着する必要がないので、同じ寸法で従来構造と比較すると、永久磁石１の横方向の占有率を大きくでき、その分吸引力は強くなる。 これらのことから、本発明の多極着磁の方法を用いると、きわめて小型軽量の歯科用磁気アタッチメントを設計できることが分かる。
図６は、本発明の例の一つである３極着磁の場合のヨーク２bの効果を説明する図である。 二つの着磁方向の異なる領域の表面積が同じとすると、永久磁石の上面の磁荷±σは磁石上面に取り付けられたヨーク２b内部で打ち消される。 このときヨーク２bを通過する磁束は図５
よりさらに小さくできるので、ヨーク２bの小型薄型設計はさらに可能となる。 本発明の考え方をさらに発展させて４極、５極とすることにより、ヨーク設計をさらに小型薄型にできることは明かであろう。 しかし、現実問題としては、多極着磁の極数が極端に多くなった場合、
隣接磁極間の境界領域の面積比率が無視できなくなり、
これが吸引力が低下する原因となる。 また、製造上の問題としては多極着磁させる場合、極数が多くなると永久磁石を完全に飽和まで磁化できないという問題もあるので、極数には自ずと制限がある。 これまでの説明図では、軟磁性体（キーパー）６は無限平面を考えたが、図１のキーパー４に示すように、実際には永久磁石１と同じ程度の大きさを有する軟磁性体である。 この場合は、
影像として現れる磁荷はσではなく、１より小さい係数αをかけた磁荷ασが現れると考えると全く同じ議論を展開することができる。
【０００７】 【実施例】図７は、本発明の一つの実施例であり、円柱状の永久磁石１が同心円状に２極着磁された状態の平面図とＡＡ'断面図を示す。 永久磁石の外径Ｄoに対して、２極着磁の境界領域の直径ＤiはＤi＝Ｄo／√２の関係にあり、異なる二つの磁化領域５a,５bの面積が同じになるように設計されている。 図８は、本発明の一つの実施例であり、図７の２極着磁された永久磁石を用いた歯科用磁気アタッチメントの組立断面図である。 同心円状に２極着磁された永久磁石１の上面は耐食性のある磁性ステンレス製のヨーク２b、残りの部分は非磁性ステンレス製のカバー３aで覆われている。 ヨーク２bとカバー３aの接合部はレーザ溶接により密閉されている。
永久磁石１の側面の非磁性ステンレス製のカバ−３aの厚みは、従来構造のヨ−クの厚みの１／４にすることができ、その分永久磁石の半径方向の占有率を増加させることができた。 また、キーパー４は従来技術と同じように磁性ステンレスにより構成されている。 本発明の構造を採用することにより、従来構造に比較して吸引力を約２割向上させることができた。 図９は、本発明の一つの実施例であり、円柱状の永久磁石１が半月状に２極着磁された状態の平面図とＡＡ'断面図を示す。 異なる二つの磁化領域５a,５bの面積が同じである。 図１０は、本発明の一つの実施例であり、図９の２極着磁された永久磁石を用いた歯科用磁気アタッチメントの組立断面図である。 半月状に２極着磁された永久磁石１の上面は耐食性のある磁性ステンレス製のヨーク２b、残りの部分は非磁性ステンレス製のカバー３aで覆われている。 ヨーク２bとカバー３aの接合部はレーザ溶接により密閉されている。 本発明の構造を採用することにより、前の実施例と同じように吸引力を飛躍的に向上させることができた。 図１１は、本発明の一つの実施例であり、円周方向を４分割して着磁された円柱状磁石の４極着磁状態の平面図とＡＡ'断面図を示す。 異なる二つの磁化領域の面積は同じである。 図１２は、正方形の表面形状を有する永久磁石１aを縞状に４極着磁された場合の本発明の他の実施例を示す。 これまで述べた実施例では、磁石形状として円柱状、長方体の２種類しか示さなかったが、断面形状が他の多角形でも多極着磁の本発明の効果が同じであることは明白である。 また、多極着磁の方法として、これまでの実施例では、同心円状、縞状、円周分割の３種類しか示さなかったが、他の任意の多極分割法でも本発明の効果が有効であることは、本技術分野の専門家であれば容易に理解できるであろう。 【０００８】 【発明の効果】本発明によれば、歯科用磁気アタッチメントの磁気回路を永久磁石の多極着磁で構成することにより、従来技術に比較して、きわめて小型軽量の高吸引力を有する歯科用磁気アタッチメントを提供し得る。 【図面の簡単な説明】 【図１】従来技術による歯科用磁気アタッチメントの構造断面図 【図２】従来技術の原理説明図 【図３】従来技術の原理説明図 【図４】本発明の原理説明図 【図５】本発明の原理説明図 【図６】本発明の原理説明図 【図７】本発明の実施例である永久磁石の平面図と断面図 【図８】本発明の実施例である歯科用磁気アタッチメントの構造断面図 【図９】本発明の実施例である永久磁石の平面図と断面図 【図１０】本発明の実施例である歯科用磁気アタッチメントの構造断面図 【図１１】本発明の実施例である永久磁石の平面図と断面図 【図１２】本発明の実施例である永久磁石の平面図と断面図 【符号の説明】 １ 永久磁石 ２ ヨ−ク ２a ヨ−ク ２b ヨーク ３ 非磁性体 ３a 非磁性体 ４ 軟磁性体（キーパー） ５ 着磁方向 ５a 着磁方向 ５b 着磁方向 ６ 無限平面の軟磁性体 ７ 磁束の流れ ７a 磁束の流れ ７b 磁束の流れ ８a 吸引力 ８b 吸引力 |
