专利名称：两软磁体材料焊接处的非磁性焊接方法
技术领域：
本发明涉及义齿磁性固位体的磁体部分之理想的焊接技术。
以往的焊接技术，为在实开平6-86713号专利公报所叙述的制造义齿磁性固位体时使用的焊接方法。
此种义齿磁性固位体1′如
图14所示，是具有中心轴对称形的磁体，由垂直于吸着面15经磁化了的永磁体11′，和凹部镶嵌有永磁体11′磁性材料制成的磁轭12′所组成。磁轭12′凹部镶嵌的永磁体11′由软磁性金属密封板14＇和非磁性密封圈131′所密封。非磁性密封圈131′嵌装于软磁性金属密封板14′的外周面与磁轭12′的内周面之间。以防止引起作为吸着面15，相当于S极的软磁性金属密封板14＇，和相当于N极的磁轭12′之间磁气回路短路。相当于第1软磁体的软磁性金属密封板14＇，其外周面和非磁性密封圈131′的内周面焊接，形成焊缝W1。同样，非磁性密封圈131′的外周面，和相当于第2软磁体磁轭12′的端部内周面相互焊接，在焊缝W1的外侧形成同心圆状焊缝W2。
然而，使用上述焊接技术制成的义齿磁性固位体1′，两个焊缝W1，W2的透磁率，与非磁性密封圈相比急剧升高。两焊缝W1、W2被软磁性化。因此，当非磁性密封圈半径方向变狭时，导致两焊缝W1、W2之间，相互连成一体，产生磁气回路短路的不良影响。尽管如此；当非磁性密封圈131′的半径方向幅宽增大时，从软磁体金属密封板14′周围，露出永磁体11′的另一磁极。其结果，相对于吸着面15的磁极沿圆周方向的磁气回路短路增大。如此仍不理想。亦即，用上述焊接技术制造的义齿固位体1′，非磁性密封圈131′的幅宽无论是大是小，都会产生磁气回路短路，导致磁力下降的不良后果。
再者，为完成两道焊缝W1、W2的焊接需进行两次激光或其它种类的焊接，增加了加工工时。
本发明采用的焊接方法，使工时减半的同时，可有效防止磁气回路短路，并解决了确保磁性材料连接处非磁性的焊接方法的课题。
解决此课题采用的焊接方法特征如下相当于N极和S极中任一磁极的第1软磁体和相当于另一磁极的第2软磁体之间，存在有非磁性材料夹层，焊接后能确保存在于两软磁体之间的非磁性，防止磁气回路短路。
本发明所叙述软磁体连接处非磁性焊接方法包括如下工序准备工序将上述第1软磁体、非磁性材料和第2软磁体焊接前准确邻接放置，随后的焊接工序中，加入可进行非磁性改质的添加材料，将第1软磁体和非磁性材料及第2软磁体焊接成一体，焊接时改质添加材料熔入非磁性材料中，使焊缝部分成为非磁性合金。
在本发明中，由于非磁性改质用改质材料熔入焊缝中，防止出现无改性材料时焊缝的软磁性化，从而确保焊缝的非磁性化。其结果，消除了焊缝软磁性化产生的磁气回路短路。因此，采用本发明软磁体连接处非磁性焊接方法，可有效防止第1软磁体和第2软磁体之间，因有焊缝存在引起的磁气回路短路。
其次，本发明与以往焊接方法不同的是，第1软磁体、非磁性材料和第2软磁体，在添加改质材料参与下焊接成一体，焊缝单一，并且一次焊接即可完成。与以往需要同心圆状两处焊接的方法相比，焊接工时减少一半。
因此，本发明软磁体连接处非磁性焊接方法的效果为相当于一磁极的第1软磁体和相当于另一磁极的第2软磁体焊接时，工时减半，并能有效防止磁气回路短路。
本发明的一种实施方案是上述软磁体采用铬钢，上述非磁性材料采用不锈钢，上述非磁性材料采用镍，使用激光或电子束焊接，焊缝经非磁性该改质，形成非磁性焊缝，经实验确认，可有效防止磁气回路短路。
本发明的另一实施方案是准备工序中，上述改性材料镀在上述第1软磁体、非磁性材料和第2软磁体任意两个被焊接面上，如此可使用激光或电子束等各种精密焊接法，有利于制造小型、精密的磁构造体。
相反也可采用使用含改质材料的焊条，进行惰性气体保护电弧焊接的实施方案，此时无需将改质材料事先装入焊接部位，减少了准备工序的工时，实施本发明更加容易。
作为本发明的再一种实施方案是上述非磁性材料围在第1软磁体的端面，而第2软磁体则围住非磁性材料的端面。此时，就准备工序而言，第1软磁体和非磁性材料之间，在夹有改质材料且在非磁性材料表面形成改质材料层的状态下，有可能进行一体拉伸或挤压加工成形。如此，由于非磁性材料和第1软磁体一体加工成形，非磁性材料的半径方向宽度即使相当小，也易于达到。再者，因为非磁性材料半径方向有可能作成极小，未被第1软磁体覆盖的永磁体磁极的外周部减小，因而减少了从第1软磁体露出磁极的外周部和第2软磁体之间的磁气回路短路。
以下本发明软磁体连接处非磁性焊接方法以应用于义齿固位体为例，参照图面具体加以说明。
图1为实施例1的义齿固位体配置断面图；图2为实施例1的义齿固位体构造断面图；图3为实施例1的变形1准备工序后的扩大断面图；图4为实施例1的变形1焊接工序后的扩大断面图；图5为实施例1的金属密封板等一体制造方法斜视图；图6为实施例1的义齿固位体各部尺寸断面图；图7为实施例1的支撑板各部尺寸断面图；图8为实施例1的义齿固位体作用断面图；图9为实施例1的支撑板变形状态断面图；图10为以往的义齿固位体和支撑板配置断面图；图11为实施例1的义齿固位体和支撑板配置断面图；图12为实施例2的义齿固位体构造断面图；图13为实施便3的义齿固位体构造断面图；图14为以往的义齿固位体构造断面图。
本发明实施例一的软磁体连接处非磁性焊接方法，是用于具有磁构造体，借磁力于口中固定义齿的义齿固位体实例。义齿固位体1，如图1所示，嵌装于装有人造齿4的树脂义齿床(树脂制的义齿床)3的凹部，并用齿科用粘接剂固定在树脂义齿床3上，支撑板2埋设并固定于根面板5的端面上，根面板5埋设于支持齿的齿根部6内，支撑板2以义齿固位体的磁力吸着义齿固位体，由于义齿固位体和支撑板2相互吸引，由人造齿4，树脂义齿床3，和义齿固位体1组成的义齿被固定在口中。
义齿固位体如图2所示，由磁极垂直于吸着面15的永磁体11，和凹部嵌装有永磁体11的磁轭12，及密封永磁体11的软磁性金属密封板14所组成。吸着面15中央部分的软磁体金属密封板14，其外周面和磁轭12端面附近的内周面之间，有非磁性密封层13。亦即，永磁体11埋设于磁轭12的凹部中，经软磁性金属密封板14，和非磁性密封层13密封并固定。
另外，永磁体11为高度略低的圆柱状，义齿固位体11整体构成为中心轴对称形。详细言之，在永磁体11与吸着面相背的肩部锐边被倒成适当的R，永磁体11形成倾斜面111，永磁体11肩部不是锐边，是由于磁轭12凹部内周角形成了适当的R，因而永磁体11肩部，也必须形成与磁轭12凹部的R同等或略大的R。由此永磁体11的一极与磁轭12凹部底面紧密接触的同时，永磁体的外周面也与磁轭12的内周面紧密接触，永磁体才可能紧密(亦即无间隙)嵌装在磁轭12的凹部内。
义齿固位体肩部由吸着面15的背面16，和连接吸着面15及背面16的侧周面17之间，以平缓的二次曲面相连形成倾斜面121。其次如图2下半部所示，义齿固位体1侧周面17接近吸着面15的下半部分表面，形成圆锥面122。亦即，磁轭12离开吸着面15的肩部为倾斜面121，接近吸着面15的下半部为圆锥面122。倾斜面121连接着背面16和圆锥面122。
本例所用的永磁体11为，最大能积(BH)max=44MGOe的Nd-Fe-B系稀土类磁体。磁轭12和金属密封板14为饱和磁通密度Bs=1.7T的软磁性铬钢。金属密封板14的外周面，镀有厚10μm以上的非磁性改质用改质材料镍层130(参照图3)。非磁性材料制成的非磁性密封圈131为透磁率μ=1.02的Fe-Cr-Ni合金(相当于SUS361不锈钢)。软磁性金属密封板14和非磁性密封圈厚度131皆为0.1mm。
本实施例的软磁体连接处非磁性焊接方法是在相当于S极的第1软磁体软磁性金属密封板14，和相当于N极的第2软磁体制成的磁轭12之间，存在有非磁性材料制成的非磁性密封圈131(参看图3)，在此种状态下进行焊接的焊接方法。本实施例的软磁体连接处非磁性焊接方法，其目的在于，焊接非磁性密封圈131，确保非磁性密封圈131和磁轭12之间的非磁性部分，以防止磁气回路的短路。
本发明的软磁体连接处非磁性焊接方法具有准备工序和焊接工序。
在准备工序中，永磁体11嵌装于磁轭12的凹部之后，为覆盖永磁体11的S极表面，配有软磁性金属密封板14和非磁性密封圈131。亦即所谓准备工序，就是焊接前将软磁性金属密封板14、非磁性密封圈131和磁轭12相互搭接在一起。此处存在非磁性改性材料镀镍层130的剥离的问题。需经热处理，促使镀镍层130扩散，使其能牢固地附着在软磁性金属密封板14的外周面。
焊接工序，是在非磁性改质用改质材料镀镍层存在状态下，将软磁性金属密封板14、非磁性密封圈131和磁轭12，以激光焊接成一体的工序。在焊接工序中，改质材料镍熔于非磁性密封圈131中，使焊缝13处为非磁性合金。非磁性改质使焊缝13保持原有的非磁性。此后进行研磨，以除去吸着面15上的金属珠粒。吸着面15加工成无凸出部分的平面。因而焊缝13与磁轭12和软磁性金属密封板14，同样具有良好的耐蚀性。
采用本实施例的软磁体连接处非磁性焊接方法，由于非磁性改质用改质材料镍被熔入焊缝13中，防止了易于软磁性化的焊缝13被软磁性化。确保了焊缝的非磁性。其结果，由于防止了焊缝13的软磁性化，因而消除了焊缝13产生的磁气回路短路。
为使软磁性金属密封板14，非磁性密封圈131和磁轭12的端面一次焊接成一体，需要使非磁性部件半径方向宽度足够小。采用本发明的焊接方法，焊缝13不被软磁性化，可有效防止了经焊缝13引起的磁气回路短路，起到提高磁力的效果。
在本实施例中，因为只有单一焊缝，与上述以往技术不同，能一次焊接完成。与以往需要两处同心圆状焊缝的技术比较，可以说起到焊接工时减半的效果。因此，采用本实施例的软磁体连接处非磁性焊接方法，焊接相当于N极的磁轭12，和相当于S极的软磁性金属密封板14，可谓焊接工时减半，同时并能有防止磁气回路短路的效果。
作为实施例1的变形制作实例，软磁体连接处非磁性焊接方法，也可如下实施。
永磁体11与上述实施例1相同，是最大磁能积(BH)max=44MGOe的Nd-Fe-B系稀土类磁体。磁轭12和金属密封板14，为饱和磁束密度Bs=1.6T的19 Cr-2 Mo铬钢(相当于爱知制钢AUM20=JIS的SUS444)。
此处如图3所示，为准备工序完了的状态，亦即圆盘状软磁性金属密封板14的外周面，镀有20μm厚的改性材料镍层。在其外侧配有与之成为一体，半径方向宽度等于0.2mm的非磁性密封圈131。非磁性密封圈131与上述实施例1相同，为透磁率μ=1.02的Fe-Cr-Ni合金(相当于=SUS361L不锈钢)。软磁性金属密封板14和非磁性密封圈131的厚度皆为0.1mm。
此变形实例在焊接工序中，也与实施例1相同，用垂直于吸着面15的激光进行激光焊接，其结果如图2所示，形成了含有非磁性焊缝132的非磁性密封层13。
亦即如图4左半部所示，焊缝深度达到软磁性金属密封圈14，和非磁性密封圈131的厚度时，非磁性密封层13完全由非磁性焊缝132形成。此时由于非磁性焊缝132、磁轭12和软磁性金属密封板14，紧密熔接牢固地结合在一体。此处非磁性焊缝132最大宽度为0.4mm。焊接过程中，软磁性金属密封圈14的外缘和磁轭12的内缘各被熔融0.1mm。
另一方面，如图4右半部所示，焊接深度达不到软磁性金属密封板14，和非金属密封圈131厚度时，一部分由非磁性焊缝132形成。而焊缝深度达不到的部分，残留一部分非磁性密封圈131，阻止磁轭12和软磁性金属密封板14之间的磁气回路短路。亦即在此场合，非磁性密封层13是由相互连续的非磁性密封圈131，和非磁性焊缝132所组成。如此非磁性密封层13也阻止了磁轭12，和软磁性密封圈14之间的磁气回路短路。此处由于非磁性焊缝132，磁轭12和软磁性金属密封板14，也能紧密牢固地焊接在一体。
就准备工序而言，如图5所示，经过拉伸和切片加工软磁性金属密封圈14，和非磁性密封圈131，在镀镍层130存在状态下一体加工成形。亦即软磁性金属密封板14，和非磁性密封圈131，在二者之间夹有改性材料镀镍层130状态下，进行拉伸加工一体成形。而后上述一体成形品进行切片加工，经过必要的研磨加工，软磁性金属密封板14，镀镍层130，和非磁性密封圈131，作成0.1mm厚的圆盘。因此由于非磁性密封圈131，和软磁性金属密封板14一体加工成形，非磁性密封圈131的半径方向宽度即使很小，准备工作也能容易进行。
非磁性密封圈131半径方向宽度因能做到极小，故永磁体11的S极未被软磁性金属密封板14覆盖的外周部谈得极小，减少了由软磁性金属密封板14露出的永磁体11S极外周部，从而减少了和磁轭12之间的磁气回路短路。
本实施例1义齿固位体的各尺寸按如下设计，参照图6加以说明。永磁体11直径DM=3.1mm，高HM=0.6mm，肩部的R为0.2R(曲率半径约等于0.2mm)。磁轭12上部外径D1=3.5mm，最大外径D=2=4.4mm，下部外径DS1=40mm，与吸着面相接的内径DS2=3.3mm，最大高度H1=1.3mm，肩部高H2=0.8mm。软磁性金属密封板14最小直径D3=2.5mm，最大直径D4=2.7mm，厚度H3=0.1mm。
与义齿固位体1的吸着面15相吸的支撑板2，如图7所示，断面形状呈轴对称形，与软磁性金属密封板14和磁轭12同样，为17Cr钢，支撑板2的尺寸为最大直径K1=4.0mm，最小直径K2=3.4mm，最大厚度h1=0.8mm，最小高度h=0.5mm，中央凹部22的直径K3=1.0mm，中央凹部深度h3=0.2mm。中央凹部22略带锥度，底面直径约为0.8mm。
支撑板2的被吸着面24，其背面25和侧周面26相连的腰部，形成0.3R的倾斜面21。有此圆角0.3R，埋设支撑板2的根面板5凹部易于形成。而且腰部几乎无磁束通过。0.3R的形成对吸力几乎无影响。
以上述尺寸、材料、和形状制成的义齿固位体1，和支撑板2之间的吸力，经拉力实验器测定为840gf。得到如此高的吸力，原因如图8中点线所示，是因为形成了永磁体11的N极→磁轭12→支撑板2→软磁性金属密封板14→永磁体11S极的磁气回路所致。由于焊缝132或非磁性密封层13保持了非磁性。如图8中点线所示，可以认为软磁性金属密封板14与磁轭12之间的磁气回路短路，被抑制到最低限度。
再如图1所示，义齿固位体1，以齿科粘接剂固定于树脂义齿床3上。义齿固位体，自树脂义齿床3上拉下，所需拉力，定名为脱落防止度，经拉力实验器测定，其结果本实施例1的义齿固位体，其脱落防止度为18kgf。之所以能得到如此之高的脱落防止度，可以认为是义齿固位体的侧周面下半部形成的锥面122起作用的结果。以比较实验用，和本实施例1相同最大尺寸的圆筒形义齿固位体，进行比较实验，以同样方式测定比较用义齿固位体，脱落防止度只有5kgf。
再如图6所示，背面16的延长面与最大外径D2延长线交于A点，设想吸着面中心点B，和点A连线AB，线段AB和磁轭12肩部倾斜面121的交点为C，线段BC长度为R，表示吸着面15中心点B到倾斜面121的距离。本实施例1的R值约为2.2mm，而比较用义齿固位体R值约2.5mm。
上述差异结果如何，再如图1所示，由于减小义齿固位体肩部凸出，使树脂义齿床3的最薄部分301凸出减小，可减轻口中树脂义齿床3凸出部分产生的不适感。另外，本实施例1，义齿固位体1的肩部外形，由于形成平缓的倾斜面121，缓和了树脂义齿床3中由于内周角R小而产生的应力集中。其结果，从强度方面考虑，与减小R值的效果相反，也消除了树脂义齿床3中的最薄部分301的凸出，因之也消除了口中的不适感。
另方面，支撑板2设置中央凹部22，也能起到上述效果。
亦即，如图10所示，作为圆筒状比较用义齿固位体1′，与圆盘状比较用支撑板2′组合使用。在根面板5作成两叉的状态下，由于根面板5凹部51的原因，比较用支撑板2′被抬高了。其结果，义齿80中的比较用义齿固位体1′必须深埋。由于和人工齿4表面最接近部分421、422，不能确保足够的厚度，产生了强度问题。
相反，在本实施例的义齿固位体1和支撑板2的场合，如图11所示，支撑板2中央和根面板5兼有凹部22和51，支撑板2能深埋于根面板5中。由于义齿固位体1无需深埋于树脂义齿床3中，人工齿4和表面最接近部分421和422，能确保人工齿4有足够的强度，消除了强度问题。再者，由于上述义齿固位体1肩部形成平缓的倾斜面121，树脂义齿床3中内周角可作成适当R的圆角，以避免应力集中，有利于解决强度问题。
支撑板2中央形成凹部22，几乎不降低吸力，可经实验证实。其原因再如图8所示，是因为磁气回路呈环状，中央凹部几乎无磁束通过。同理，磁轭12的背面16中央部分形成凹部，也可认为对吸力无影响。
此处如因和根面板5相互干涉等问题，需要支撑板2形成更深的中央凹部22时，如图9所示，极端情况下，可形成贯通孔23，也可认为对吸力无影响。
本实施例1的变形1，是将实施例1磁轭12的材料，改为饱和磁束密度Bs=1.6T的19Cr-2Mo-Ti钢，制成义齿固位体1，其它尺寸，材料，以及制造方法，皆与实施例1相同，并与实施例1同样进行拉力实验，结果，测定其吸力为780gf。
此变形1的吸力，较实施例1的840gf降低约7％，是因为磁轭12的材料饱和磁通密度减少了6％，其它，估计是由磁轭12溢出，由磁气回路短路引起。此结果说明实施例1的磁轭12，几乎通过最大磁束密度，其设计最为有效。
按本发明实施例2的方法制作的义齿固位体1，如图12所示，永磁体11肩部作成0.2R的倾斜面111。与实施例1不同，永磁体11作成圆筒体。与永磁体11肩部相对应的磁轭12凹部内周角部分，形成近似于锐角。其它尺寸，材料，以及制造方法(包括软磁体连接处非磁性焊接方法)，与实施例1相同。以与实施例1同样方法测定吸力为750gf。
本实施例的吸力较实施例1的840gf减低约11％。原因据推测可能是磁轭12凹部内周角形成锐角，其磁束密度饱和，磁束由永磁体11内部溢出，在永磁体内部引起磁气回路短路，以致降低了吸力。磁轭12凹部锐角部分磁束密度之所以增高达到饱和，如理解成磁轭12作为能量转换场所，势能场束缚磁场的结果，就易于推断出上述结论。
如上述推论属实，与其相反，形成较高磁体11倾斜面111，和磁轭12凹部内周角更大的R，以减低永磁体11内部磁束的泄漏，能更大的增加吸力。下述实施例3可证实这一推论的正确性。
按本发明实施例3的方法制作的义齿固位体1，如图13所示，永磁体11和磁轭12的形状皆与实施例1的义齿固位体1不同。
即永磁体11从肩部到侧周面以大R(0.6R)形成倾斜面111。永磁体11倾斜面111达到S极的端面。因此永磁体11的体积，也较实施例1减小。
与此相应磁轭12凹部形状，也按永磁体11表面，与磁轭12内表面实现无间隙连接而形成。而且，磁轭12外形也被改变，肩高H2(参照图6)由0.8mm缩小到0.6mm，上部外径D1也从3.5mm缩小到2.7mm。而背面16与倾斜面121之间，相互平缓地连接，磁束向磁轭12内部弯曲的肩部厚度，也大于背面16的厚度。
其它尺寸，材料，以及包括软磁体连接处非磁性焊接等制造方法，与实施例1相同。
其结果，用与实施例1同样的拉力实验，测得本实施例义齿固位体1的吸力为850gf，大于实施例1的吸力840gf。另外，R值由2.2mm大幅减低到1.9mm。本实施例的义齿固位体1，与树脂义齿床3的装配也较容易。防止脱落度与实施例1和实施例2相同，皆为18kgf。
此处本实施例所得吸力，稍大于实施例1的吸力，据推测其理由为磁轭12的肩部，形成平缓的曲面，几乎完全抑止住磁束的泄漏。
因而，本实施例的义齿固位体1，不仅充分发挥了磁气吸引力，与树脂义齿床3装配容易，而且还减少了高价的永磁体使用量，降低了成本。
权利要求
1．一种将两软磁体材料焊接在一起，并确保焊缝处为非磁性的两软磁体材料焊接处非磁性焊接方法，其特征在于相当于磁体N极或S极的第1软磁体和相当于另1磁极的第2软磁体之间，夹有非磁性材料，确保两软磁体之间有非磁性材料层，可以防止磁气回路短路，这种焊接方法包括以下工序即将上述第1软磁体、非磁性材料和第2软磁体相互邻接设置的准备工序和确保焊缝的非磁性的焊接工序，在焊接工序中，加入可进行非磁性改质的添加材料，将第1软磁体和非磁性材料及第2软磁体焊接成一体，焊接时改质添加材料熔入非磁性材料中，使焊缝部分成为非磁性合金。
2．权利要求1所述的两软磁体材料焊接处非磁性焊接方法，其中两磁性材料为铬钢，非磁性材料为非磁性不锈钢，改质的添加材料为镍。
3．权利要求1所述的两软磁体材料焊接处非磁性焊接方法，其准备工序中，改质材料镀在上述第1软磁体、上述非磁性材料和上述第2软磁体任意两个被焊接面上。
4．上权利要求1所述的两软磁体材料焊接处非磁性焊接方法，其中非磁性材料围绕在第1磁性材料周围，而第2磁性材料则包围前述围有非磁性材料的外端面周围，上述准备工序中第1软磁体和非磁性材料之间，夹有改质材料，在非磁性材料表面形成改质层的状态下，进行整体拉伸或挤压加工而成形。
全文摘要
一种能工时减半,有效防止磁气回路短路,确保软磁体焊接处的非磁性焊接方法。其中,准备工序将第1软磁体14、非磁性材料131和第2软磁体12焊接前准确邻接放置。随后的焊接工序中,加入可进行非磁性改质的添加材料,将第1软磁体14、非磁性材料131和第2软磁体焊接成一体。焊接时改质添加材料13熔入非磁性材料焊缝132中,使焊缝132成为非磁性合金,焊接工序由两道工序减为一道工序。
文档编号B23K31/00GK1235887SQ9810848
公开日1999年11月24日 申请日期1998年5月14日 优先权日1998年5月14日
发明者本蔵义信, 荒井一生, 度会亚起, 田蕾, 木村一诚 申请人:爱知制钢株式会社