(57)【要約】【課題】吸引力及び耐久性は従来と同等以上で、製造コストが低く、かつニッケルを含まない歯科用磁性アタッチメント磁石構造体を提供する。【解決手段】一方に開口部を有する実質的にNiを含有しないフェライト系ステンレス鋼のカップ型ヨークと、前記カップ型ヨークの凹部に収容される永久磁石と、前記カップ型ヨークの開口部を密封するシール部材と、前記シール部材と前記カップ型ヨークとの突き合わせ部を固着する溶接部とからなる歯科用磁性アタッチメント磁石構造体であって、前記シール部材が、実質的にNiを含有しないフェライト系ステンレス鋼の中央部と、窒素を0.5質量％以上含有し、実質的にNiを含有しないオーステナイト系ステンレス鋼の外周部とからなり、前記溶接部の位置が、前記シール部材と前記カップ型ヨークとの突き合わせ部から、前記カップ型ヨーク側にずれていることを特徴とする歯科用磁性アタッチメント磁石構造体。【選択図】図１
2014073302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方に開口部を有する実質的にNiを含有しないフェライト系ステンレス鋼のカップ型ヨークと、前記カップ型ヨークの凹部に収容される永久磁石と、前記カップ型ヨークの開口部を密封するシール部材と、前記シール部材と前記カップ型ヨークとの突き合わせ部を固着する溶接部とからなる歯科用磁性アタッチメント磁石構造体であって、
前記シール部材が、実質的にNiを含有しないフェライト系ステンレス鋼の中央部と、窒素を0.5質量％以上含有し、実質的にNiを含有しないオーステナイト系ステンレス鋼の外周部とからなり、
前記溶接部の位置が、前記シール部材と前記カップ型ヨークとの突き合わせ部から、前記カップ型ヨーク側にずれていることを特徴とする歯科用磁性アタッチメント磁石構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の歯科用磁性アタッチメント磁石構造体において、前記カップ型ヨーク及びシール部材のNi含有量が0.2質量％以下であることを特徴とする歯科用磁性アタッチメント磁石構造体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の歯科用磁性アタッチメント磁石構造体において、前記カップ型ヨーク及びシール部材のCr含有量が17〜32質量％であることを特徴とする歯科用磁性アタッチメント磁石構造体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の歯科用磁性アタッチメント磁石構造体において、前記外周部の半径方向の平均長さが100〜400μmであることを特徴とする歯科用磁性アタッチメント磁石構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の歯科用磁性アタッチメント磁石構造体において、前記外周部のオーステナイト系ステンレス鋼と前記中央部のフェライト系ステンレス鋼との境界部において、前記外周部のオーステナイト系ステンレス鋼の一部が加熱されることによりフェライト化又はフェライトとCr窒化物との混合相化していることを特徴とする歯科用磁性アタッチメント磁石構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は永久磁石による磁気吸引力を利用して義歯を保持する歯科用磁性アタッチメント磁石構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯科用磁性アタッチメント磁石構造体400（以下、単に「磁石構造体」と呼ぶ場合がある。）は、図13に示すように、軟磁性ステンレス鋼製のカップ型ヨーク401の開口部に軟磁性ステンレス鋼製のディスクヨーク414と非磁性ステンレス鋼製のシールドリング415とが同心状に配置され、ディスクヨーク414とシールドリング415との間及びシールドリング415とカップ型ヨーク401との間が全周溶接されて永久磁石402が密封された構造を有する。この磁石構造体400は、図12に示すように、義歯床420に埋め込まれ、歯槽421に埋設された根面板422に設置された軟磁性キーパー423との磁気吸引力により根面板422に保持される。磁石構造体400は、人体に対し無害であること、長期間化学的に安定であること、吸着力が大きいこと等の要求を満足する必要がある。
【０００３】
歯科用磁性アタッチメント磁石構造体400は、例えば特開平5-95965号（特許文献１）に記載されたように、カップ型ヨーク401の中央に開けた円柱状の穴に永久磁石402（例えば、ネオジム磁石）を挿入し、さらにこの穴にディスクヨーク414とシールドリング415とからなるディスク状シール部材413を挿入し、カップ型ヨーク401とシールドリング415との突き合わせ部、及びシールドリング415とディスクヨーク414との突き合わせ部をそれぞれ溶接により封止し、さらにこの溶接部を研磨又は研削により平滑にする方法により製造される。この磁石構造体400は、キーパー423と吸着させる際オーステナイト系ステンレス鋼でできたシールドリング415がディスク状シール部材413の外周部に存在することにより磁路の一部を遮断し、永久磁石402の磁束をキーパー423、カップ型ヨーク401及びディスクヨーク414から構成される磁気回路に効率的に流すことができ、大きな吸着力を発生させることができる。
【０００４】
前記ディスク状シール部材413は、一般的に、オーステナイト系ステンレス鋼製鋼管にフェライト系ステンレス鋼製の丸棒を挿入後、引き抜き加工を行い、オーステナイト系ステンレス鋼からなる外周部と、フェライト系ステンレス鋼からなる中央部とを有するクラッド材の丸棒とし、これを切断することにより製造される。シールドリング415の素材に使用されるオーステナイト系ステンレス鋼は、従来ニッケルを溶解させることによりオーステナイト相を生成させたものが使用されてきたが、ニッケルを含有するため磁性アタッチメント磁石構造体をニッケルによる金属アレルギーを発症する患者には適用することができなかった。このため、ニッケルを含まないステンレス鋼を用いた歯科用磁性アタッチメント磁石構造体が望まれている。
【０００５】
ニッケルを含まないオーステナイト系ステンレス鋼として、例えば特開2012-92413号（特許文献２）は、ステンレス鋼組成に窒素を固溶させた窒素固溶型オーステナイト系ステンレス鋼を開示しており、窒素固溶型オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法として、大気圧程度の窒素雰囲気下（窒素分圧：80〜86.7 kPa）でフェライト系ステンレス鋼を1100〜1250℃で加熱することによりステンレス鋼表面から窒素を吸収させ、オーステナイト系ステンレス鋼を生成させる方法を提案している。
【０００６】
しかしながら、窒素を固溶させたオーステナイト系ステンレス鋼は、700℃程度以上の高温及び大気圧の条件において、フェライト相とCr窒化物相との混合組織に変態する特性を持っているため、この材料の板を製管する際に行われる突き合わせ部の溶接や押し出しによる製管時や管材の歪み取り焼鈍において加熱を行うことができず、前記シールドリングに用いる管材を製造することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平5-95965号公報
【特許文献２】特開2012-92413号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、吸引力及び耐久性は従来と同等以上で、製造コストが低く、かつニッケルを含まない歯科用磁性アタッチメント磁石構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、実質的にNiを含有しないフェライト系ステンレス鋼からなる丸棒材の外周部に窒素を固溶させてなる、フェライト系ステンレス鋼の芯部とオーステナイト系ステンレス鋼の外皮部とが一体に形成された丸棒材から円板を切り出すことにより、実質的にNiを含有しないフェライト系ステンレス鋼の中央部と、実質的にNiを含有しないオーステナイト系ステンレス鋼の外周部とからなるディスク状シール部材が得られること、及び前記ディスク状シール部材と永久磁石を収納したカップ型ヨークとの溶接位置をそれらの境界線からカップ型ヨーク側にずらすことにより、前記オーステナイト系ステンレス鋼の外周部が溶接時の熱によりフェライト系ステンレス鋼に変態する際に発生する窒素ガスによる溶接欠陥を抑制でき、その結果、磁石吸引力に優れ、かつニッケルを実質的に含まない歯科用磁性アタッチメント磁石構造体が得られることを見出し、本発明に想到した。
【００１０】
すなわち、本発明の歯科用磁性アタッチメント磁石構造体は、一方に開口部を有する実質的にNiを含有しないフェライト系ステンレス鋼のカップ型ヨークと、前記カップ型ヨークの凹部に収容される永久磁石と、前記カップ型ヨークの開口部を密封するシール部材と、前記シール部材と前記カップ型ヨークとの突き合わせ部を固着する溶接部とからなり、
前記シール部材が、実質的にNiを含有しないフェライト系ステンレス鋼の中央部と、窒素を0.5質量％以上含有し、実質的にNiを含有しないオーステナイト系ステンレス鋼の外周部とからなり、
前記溶接部の位置が、前記シール部材と前記カップ型ヨークとの突き合わせ部から、前記カップ型ヨーク側にずれていることを特徴とする。
【００１１】
前記フェライト系ステンレス鋼とオーステナイト系ステンレス鋼の外周部のNi含有量は0.2質量％以下であるのが好ましい。前記カップ型ヨーク及びシール部材のCr含有量は17〜32質量％であるのが好ましい。
【００１２】
前記外周部の半径方向の平均長さは100〜400μmであるのが好ましい。
【００１３】
前記外周部のオーステナイト系ステンレス鋼と前記中央部のフェライト系ステンレス鋼との境界部において、前記外周部のオーステナイト系ステンレス鋼の一部が加熱されることによりフェライト化又はフェライトとCr窒化物との混合相化しているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の歯科用磁性アタッチメント磁石構造体は、高い吸引力及び耐久性を有し、かつニッケルを含まないので、ニッケルによる金属アレルギーを発症する患者にも適用が可能である。また本発明の歯科用磁性アタッチメント磁石構造体は、従来の方法よりも簡便に製造できるので、安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】(a)本発明の磁性アタッチメント磁石構造体の一例を示す模式断面図、及び(b)(a)の溶接部を拡大して示す模式断面図である。
【図２】シール部材の一例を示す模式図である。
【図３】シール部材の外周部の半径方向の平均長さを測定する方法を示す模式図である。
【図４】(a)シール部材のオーステナイト系ステンレス鋼部分とフェライト系ステンレス鋼部分との境界領域A1をレーザーで加熱する方法を示す模式図、及び(b)(a)の境界領域A1を示す模式断面図である。
【図５】本発明で使用するカップ型ヨークの形状を説明するための模式図である。
【図６】レーザー照射装置を用いて、シール部材とカップ型ヨーク1との突き合わせ部を溶接する様子を示す模式断面図である。
【図７】(a)参考例１の磁性アタッチメント磁石構造体の一例を示す模式断面図、及び(b)(a)の溶接部を拡大して示す模式断面図である。
【図８】参考例１の磁性アタッチメント磁石構造体（研磨加工前）の溶接部を示す断面写真である。
【図９】参考例４の磁性アタッチメント磁石構造体（研磨加工前）の溶接部及び熱処理部を示す断面写真である。
【図１０】実施例１の磁性アタッチメント磁石構造体（研磨加工前）の溶接部を示す断面写真である。
【図１１】実施例２の磁性アタッチメント磁石構造体（研磨加工前）の溶接部を示す断面写真である。
【図１２】磁性アタッチメント磁石構造体を有する義歯を歯槽に埋設された根面板に設置されたキーパーに装着した状態を示す模式断面図である。
【図１３】従来の磁性アタッチメント磁石構造体を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
(1)全体構成
磁性アタッチメント磁石構造体10は、図1(a)及び図1(b)に示すように、一方に開口部を有する実質的にNiを含有しないフェライト系ステンレス鋼のカップ型ヨーク1と、前記カップ型ヨーク1の凹部1aに収容される永久磁石2と、前記カップ型ヨーク1の開口部を密封するシール部材3と、前記シール部材3と前記カップ型ヨーク1との突き合わせ部4aを固着する溶接部4とからなり、前記シール部材3は、実質的にNiを含有しないフェライト系ステンレス鋼の中央部3aと、窒素を0.5質量％以上含有し、実質的にNiを含有しないオーステナイト系ステンレス鋼の外周部3bとからなり、前記溶接部4の位置が、前記シール部材3と前記カップ型ヨーク1との突き合わせ部4aから、前記カップ型ヨーク1側にずれていることを特徴とする。前記カップ型ヨーク1及びシール部材3のCr含有量は17〜32質量％であるのが好ましく、24〜32質量％であるのがより好ましい。前記カップ型ヨーク1及びシール部材3のNi含有量は0.2質量％以下であるのが好ましく、0.1質量％以下であるのがより好ましい。
【００１７】
(2) シール部材
シール部材3は、永久磁石2をカップ型ヨーク1の凹部1aに封止するとともに、磁気回路を構成する部材であり、図２に示すように、フェライト系ステンレス鋼からなる中央部3aと窒素を0.5質量％以上含有するオーステナイト系ステンレス鋼からなる外周部3bとからなる。前記シール部材3は、実質的にNiを含有しないステンレス鋼からなり、Cr含有量は17〜32質量％であるのが好ましく、24〜32質量％であるのがより好ましい。なおカップ型ヨーク1及びシール部材3の外形は円形に限らず、楕円形でも四角形等の多角形でも良い。この場合、永久磁石2の形状も、必要に応じてカップ型ヨーク1及びシール部材3の外形に合わせて変更してもよい。
【００１８】
前記外周部3bの半径方向の平均長さLは、100〜400μmであるのが好ましく、200〜300μmであるのがより好ましい。シール部材3は、後述するように、フェライト系ステンレス鋼からなる丸棒材に窒素固溶処理を施し、外皮部をオーステナイトしてから円板を切り出すことにより得られるため、その前記中央部3aのフェライト系ステンレス鋼部分31aと、外周部3bのオーステナイト系ステンレス鋼部分31bとの境界は、図２に示すように、複雑に入り組んでいる。従って、前記平均長さLは、図３に示すように、周方向に等角度間隔に10カ所半径方向の直線を引き、各直線部分において、オーステナイト系ステンレス鋼部分31bの長さ（外周端3cからフェライト系ステンレス鋼部分31aに交差するまでの長さ）L1〜L10を測定し、それらを平均して求める。
【００１９】
（窒素固溶処理）
シール部材3は、耐食性軟磁性のフェライト系ステンレス鋼の丸棒に窒素固溶処理を施して、それを所定厚さにスライスすることにより作製される。窒素固溶処理は、フェライト系ステンレス鋼を窒素雰囲気下（50 kPa以上）、及び1150〜1250℃で、例えば真空加熱装置中で加熱処理することにより行う。前記真空加熱装置内は、大気圧程度の窒素雰囲気とするのが操作上好ましく、800〜1200 kPa程度の窒素雰囲気が好ましい。酸化物が生成するのを防ぐため、使用する窒素ガスには酸素や水を含有しないことが好ましい。加熱処理の温度が1150℃よりも低い場合、十分に窒素が固溶しにくくなり、1250℃よりも高い場合、窒素固溶速度を制御することが難しくなり、窒素固溶オーステナイト系ステンレス鋼の深さ（前記シール部材3の外周部3bの径方向幅）を一定に保つのが難しくなる。窒素固溶オーステナイト系ステンレス鋼は、窒素を0.5質量％以上含有するのが好ましく、１質量％以上含有するのがより好ましい。
【００２０】
窒素固溶処理は、炉の加熱室内にフェライト系ステンレス鋼を予め設置し加熱する方法と所定の温度になってから炉の加熱室内にフェライト系ステンレス鋼を挿入する方法とがあるがいずれでも構わない。ステンレス鋼を予め設置してから加熱する方法の場合、加熱室内に裁置されたフェライトステンレス鋼が均一に加熱昇温されるように、５〜20℃/min程度とするのが好ましい。また窒素ガスは加熱開始から炉内に充填しても、所定温度になってから充填しても構わない。
【００２１】
加熱処理の時間（最高温度での保持時間）は、窒素固溶処理によってフェライト系ステンレス鋼をどの程度の深さまでオーステナイト化するかによって適宜調節する。例えば、大気圧の窒素雰囲気下及び1200℃の条件で、300 μm程度の深さまでのオーステナイト化は、２〜４時間程度の加熱処理を施すことによって可能である。
【００２２】
加熱処理後の、オーステナイト化されたステンレス鋼は急冷する。急冷することにより、得られたオーステナイト相の組織を室温においても維持できる。徐冷した場合には、生成したオーステナイト相の組織が、フェライト相又はフェライト相とCr窒化物とが混合した組織へと変態してしまう。ステンレス鋼を急冷する方法としては、加熱装置内に冷却部を設置し窒素吸収処理後の素材をこの冷却部に移動し窒素ガス、希ガス等の冷却用ガスを吹き込む方法やこの冷却部を水冷する方法等が挙げられる。
【００２３】
窒素を固溶させるフェライト系ステンレス鋼丸棒素材の長さは、炉の加熱室の均熱部長さより短くすることが望ましい。炉の加熱室の均熱部より素材の長さが長くなると温度のバラツキにより均一な深さで窒素を固溶させることができなくなる。このため加熱室の均熱部長さは温度バラツキが10℃以内とすることが望ましい。
【００２４】
窒素固溶操作の前に700℃以上窒素固溶温度以下、及び大気圧の水素ガス雰囲気中でフェライト系ステンレス素材を処理し、表面の酸化物等を除去するのが望ましい。素材表面に酸化物等があるとそれらが窒素ガスの浸透をバリアし、窒素固溶処理の速度が低下するとともに、窒素固溶処理の深さが均一でなくなってしまう。
【００２５】
窒素固溶操作の前に固溶処理温度で１〜３時間予備加熱処理を行うと、素材が粒成長し均一な厚さでのオーステナイト相を形成することができる。予備加熱の処理時間は素材の結晶粒の大きさに依存するため、素材に応じて設定すればよい。
【００２６】
（熱処理）
前述のように、窒素固溶処理によってオーステナイト系ステンレス鋼を形成した場合、図２に示すように、シール部材3のオーステナイト系ステンレス鋼部分31b（外周部3b）は、フェライト系ステンレス鋼部分31a（中央部3a）に複雑に入り込んだ状態となる。このようにシール部材3の中央部3aに非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼が部分的に入り組んだ状態となると、永久磁石2、カップ型ヨーク1及びシール部材3から構成される磁気回路の効率が低下することにより、磁石吸引力が低下するとともに、製品ごとに磁石吸引力の違いが生じ安定な性能を有する製品が得られなくなる。これらを改善するために、図4(a)及び図4(b)に示すように、シール部材3のオーステナイト系ステンレス鋼部分31bとフェライト系ステンレス鋼部分31aとの境界領域A1をレーザーで加熱しフェライト系ステンレス鋼に戻すことが望ましい。なお前記境界領域A1の加熱は、熱による永久磁石2の磁石特性の低下を招かないように、前記シール部材3の表面にのみ施すのが好ましい。これにより製品ごとの磁気回路の不均一さを低減し吸引力を安定化させることができる。
【００２７】
(3) カップ型ヨーク
カップ型ヨーク1は、永久磁石2を収容するための凹部1aを有する。前記凹部1aは、収容する永久磁石2の大きさに合わせた寸法とするが、シール部材3が挿入される部分（開口端付近）の直径eは、式：
(Br×S)×0.8≦Sc×Bs≦(Br×S)×1.2 
［ただし、Bsはカップ型ヨーク1の飽和磁化、Brは永久磁石2の飽和磁束密度、Sは永久磁石2の磁化方向に直交する断面積、Scはカップ型ヨーク1の吸着面の実効面積（磁性部分面積）を表す。ここで、前記カップ型ヨークの吸着面の実効面積Scは、カップ型ヨーク1とシール部材3とを溶接することによりシール部材3の周縁部（溶接部4）がフェライト化しシール部材3側の溶接幅分だけ磁性領域が増加したことを考慮し、カップ型ヨーク1の吸着面の面積Sc0(=π×(E2-e2)/4)とシール部材3側溶接幅分の面積Sc1(=π×(e2-f2)/4)とを足した値（ただし、Eはカップ型ヨーク1の外径(直径）、eはカップ型ヨーク1の凹部開口端付近の直径、及びfは溶接部の内側直径である。図５を参照。)、すなわち前記実効面積ScはSc0+Sc1=π×(E2-f2)/4で求められる値となる。］を満たすように設定するのが好ましい。前記開口端付近の直径e及び前記シール部材側の溶接幅[(e-f)/2]を、前記式を満たすように設定することで十分な吸着力と、低い漏洩磁束密度を得ることができる。従って、シール部材が挿入される部分の直径ｅはこのように溶接後の磁性領域の増加を考慮し決定するのが望ましい。このように開口端付近が拡径された形状の凹部1aとすることにより、カップ型ヨーク1とシール部材3との突き合わせ部分を溶接したときに、シール部材3の溶接部4がフェライト系ステンレス鋼に戻った場合でも、シール部材3の中央部3a（オーステナイト系ステンレス鋼の部分）を前記永久磁石2に対して最適な位置に配置することができる。
【００２８】
カップ型ヨーク1には耐食性軟磁性のフェライト系ステンレス鋼（SUS447J1、SUSXM27、SUS444等）を用いるのが好ましい。カップ型ヨーク1のCr含有量は17〜32質量％であるのが好ましく、24〜32質量％であるのがより好ましい。
【００２９】
(4)溶接部
シール部材3とカップ型ヨーク1との突き合わせ部を固着する溶接部4は、その中心が、図１(b)に示すように、前記シール部材3と前記カップ型ヨーク1との突き合わせ部4aから、前記カップ型ヨーク1側にずれている。すなわち、図６に示すように、レーザー照射装置5から放射されたレーザー光5aの光軸中心Cを、前記シール部材3と前記カップ型ヨーク1との突き合わせ部4aから、前記カップ型ヨーク1側に距離dずれた位置を中心として照射し、前記突き合わせ部4aの溶接を行う。前記距離dは前記レーザー光5aの照射径の３〜40％の距離であるのが好ましく、５〜30%の距離であるのがより好ましい。
【００３０】
レーザー光5aが照射された部分は、高温に加熱されることによって金属が融解し、それが急冷される際に、窒素固溶オーステナイト系ステンレス鋼はフェライト化し、固溶していた窒素ガスが放出される。前記シール部材3の外周部3bがフェライト化し磁性体となると、永久磁石2、カップ型ヨーク1及びシール部材3から構成される磁気回路の効率が低下することにより、磁石構造体の吸引力が低下してしまう。さらに固溶していた窒素ガスが放出される際に、溶接部4に亀裂が発生したり、溶接部4の一部が消失（図7(a)及び図7(b)を参照）したりして、均一な面を形成できなくなる場合がある。このように溶接部4に亀裂や消失が発生した場合、その亀裂又は消失部を基点として腐食が進行し、磁石構造体の耐久性が著しく低下してしまう。
【００３１】
前述のように、前記突き合わせ部4aから前記カップ型ヨーク1側にずれた位置で溶接を行い、窒素固溶オーステナイト系ステンレス鋼の外周部3bが加熱される範囲を極力小さくすることで、前記シール部材3の外周部3bがフェライト化する領域を最小限にとどめ、かつ溶接部4に発生する亀裂及び溶接部4の消失を防止することができる。その結果、磁石吸引力に優れ、かつ耐食性及び耐久性に優れた磁石構造体を得ることができる。
【００３２】
前記溶接部4は、凹凸が残らないように所定の深さに平面加工されているのが好ましい。前記平面加工は、カップ型ヨーク1、シール部材3及び前記溶接部4を、溶接強度が低下しない程度の深さに研磨して行うのが好ましい。
【００３３】
(5) 永久磁石
永久磁石2としては、飽和磁束密度Brが他の永久磁石より大きく、より大きな吸引力が得られるネオジム磁石を用いるのが好ましい。ネオジム磁石の飽和磁束密度Brは磁気回路を飽和させる必要があるため、13 kG以上であるのが好ましく、13.5 kG以上であるのがより好ましい。永久磁石2は、磁石構造体に組み込んだ後着磁される。
【実施例】
【００３４】
参考例１
26質量％のCr、1質量％のMo及び残部Fe（不純物として0.08質量%のNiを含む）組成を有するフェライト系ステンレス鋼(SUSXM27相当)の丸棒（直径2.7 mm及び長さ60 mm）を1200℃に保持した炉の冷却部に挿入し、炉内雰囲気を大気圧の窒素ガス雰囲気とした後、素材を炉の加熱室内に移動させ3時間保持後、冷却部に戻し冷却することにより、前記フェライト系ステンレス鋼の丸棒に窒素固溶処理を施した。取り出した丸棒の軸方向に垂直な断面を確認したところ、外周面から約300μmの深さまでオーステナイト系ステンレス鋼が生成しているのが確認された。この丸棒を軸方向厚さ0.25 mmに切断し円板状のシール部材とした。
【００３５】
前記シール部材に用いたのと同じ組成のフェライト系ステンレス鋼を用いて、直径3.5 mm及び高さ1.35 mmの円柱状の外形と、ネオジム磁石が挿入される部分の穴径が2.6 mm、前記シール部材が挿入される部分の穴径が2.7 mm及び深さ0.75 mmの凹部とを有するカップ型ヨークを作製した。前記カップ型ヨークの凹部に、直径2.6 mm及び厚さ0.5 mmのネオジム磁石を挿入し、その上に前記シール部材を、ふたをするように挿入した。
【００３６】
図7(a)及び図7(b)に示すように、カップ型ヨーク1とシール部材3との突き合わせ部4aに、レーザー照射装置5から放射されたレーザー光5a（照射径200μmφ）の光軸中心を合わせて照射し、前記突き合わせ部4aを全周にわたって溶接し封止した。溶接部の断面を飽和シュウ酸水溶液中で電解エッチング処理し、光学顕微鏡によって観察した結果を図８に示す。このようにレーザー光の光軸中心を前記封止部に一致させて溶接した場合、窒素固溶相からの急激な脱窒素が起こり、キーホールの溶融した金属の一部が飛び跳ねる現象が生じ、前記溶接部表面が凹んでいた。また、前記溶接部にクラックが入りやすく、5個中4個の試料にクラックが認められた。
【００３７】
溶接後、溶接した面を0.05 mm研磨加工し平滑に仕上げ、直径3.5 mm、高さ1.3 mmの磁石構造体を作製した。この磁石構造体の磁石吸引力は、5.1〜5.2 N（５回測定）であった。直径と高さがこの参考例１と同一サイズで、シール部材を特許文献１に記載のディスクヨークとシールドリング（300μm幅）とからなるディスク状シール部材に変更した従来の磁石構造体の磁石吸引力は、5.0〜5.2 N（５回測定）であった。
【００３８】
参考例２
30質量％のCr、2質量％のMo及び残部Feの組成を有するフェライト系ステンレス鋼(SUS447J1相当)を用いた以外は参考例１と同様にして、直径3.5 mm、高さ1.3 mmの磁石構造体を作製した。この磁石構造体の磁石吸引力を測定したところ、4.6〜4.7 N（５回測定）であった。直径と高さがこの参考例２と同一サイズで、シール部材を特許文献１に記載のディスクヨークとシールドリング（300μm幅）とからなるディスク状シール部材に変更した従来の磁石構造体の磁石吸引力は、4.6〜4.8 N（５回測定）であった。
【００３９】
参考例３
レーザー溶接工程において、前記突き合わせ部4aを溶接封止した後に、図4(a)に示すように、シール部材3の中心から半径1.05 mmの部分にレーザー光5a（照射径200μmφ）の光軸中心Cを合わせて、全周にわたってレーザー光5aを照射し領域A1を加熱した以外は参考例１と同様にして、磁石構造体を作製した。この加熱により、中央部と外周部との境界部の幅0.2 mm深さ約0.15 mmの部分がフェライト化していた。この磁石構造体の磁石吸引力は、5.2〜5.4 N（５回測定）であった。シール部材のオーステナイト系ステンレス鋼部とフェライト系ステンレス鋼部との境界部分を加熱することにより、前記境界部分の不均一さが低減され、吸着面表面の磁路が適切な状態となったため磁石吸引力が向上したものと考えられる。
【００４０】
参考例４
レーザー溶接工程において、前記突き合わせ部4aを溶接封止した後に、図4(a)に示すように、シール部材3の中心から半径1.05 mmの部分にレーザー光5aの光軸中心Cを合わせて、全周にわたってレーザー光5aを照射し領域A1を加熱した以外は参考例２と同様にして、磁石構造体を作製した。この磁石構造体の研磨加工前の溶接部断面を図９に示す。この熱処理により、中央部と外周部との境界部の幅0.2 mm深さ約0.15 mmの部分がフェライト化していた。この磁石構造体の磁石吸引力は、4.8〜4.9 N（５回測定）であった。シール部材のオーステナイト系ステンレス鋼部とフェライト系ステンレス鋼部との境界部分を加熱することにより、前記境界部分の不均一さが低減され、吸着面表面の磁路が適切な状態となったため磁石吸引力が向上したものと考えられる。
【００４１】
参考例５
26質量％のCr、1質量％のMo及び残部Fe（不純物として0.06質量％のNiを含む）組成を有するフェライト系ステンレス鋼(SUSXM27相当)の丸棒（直径4.5 mm及び長さ60 mm）を参考例１と同様に窒素固溶処理を施したところ、丸棒の外周面から約300μmの深さまでオーステナイト系ステンレス鋼が生成しているのが確認された。この丸棒を軸方向厚さ0.25 mmに切断し円板状のシール部材とした。
【００４２】
前記シール部材に用いたのと同じ組成のフェライト系ステンレス鋼を用いて、直径5.5 mm及び高さ1.35 mmの円柱状の外形と、ネオジム磁石が挿入される部分の穴径が4.4 mm、前記シール部材が挿入される部分の穴径が4.5 mm及び深さ0.75 mmの凹部とを有するカップ型ヨークを作製した。前記カップ型ヨークの凹部に、直径4.4 mm及び厚さ0.5 mmのネオジム磁石を挿入し、その上に前記シール部材を、ふたをするように挿入した。
【００４３】
参考例１と同様にして、カップ型ヨーク1とシール部材3との突き合わせ部4aに、レーザー照射装置5から放射されたレーザー光5aの光軸中心を合わせて照射し、前記突き合わせ部4aを全周にわたって溶接し封止した。溶接後、溶接した面を0.05 mm研磨加工し平滑に仕上げ、磁石構造体を作製した。この磁石構造体の磁石吸引力は、11.8〜11.9 N（５回測定）であった。同一サイズの従来品吸引力は、11.7〜11.8 N（５回測定）であった。
【００４４】
参考例６
レーザー溶接工程において、前記突き合わせ部4aを溶接封止した後に、図4(a)に示すように、シール部材3の中心から半径2.0 mmの部分にレーザー光5a（照射径200μmφ）の光軸中心Cを合わせて、全周にわたってレーザー光5aを照射し領域A1を加熱した以外は参考例５と同様にして、磁石構造体を作製した。この熱処理により、中央部と外周部との境界部の幅0.2 mm深さ約0.15 mmの部分がフェライト化していた。この磁石構造体の磁石吸引力は、11.8〜12.1 N（５回測定）であった。シール部材のオーステナイト系ステンレス鋼部とフェライト系ステンレス鋼部との境界部分を加熱することにより、前記境界部分の不均一さが低減され、吸着面表面の磁路が適切な状態となったため磁石吸引力が向上したものと考えられる。
【００４５】
実施例１
カップ型ヨークとシール部材の突き合わせ部を溶接封止する際、図６に示すように、レーザー光5aの光軸中心Cを突き合わせ部から距離d=20μmカップ型ヨーク側すなわち外側にずらした以外は参考例１と同様にして、磁石構造体を作製した。この磁石構造体の研磨加工前の溶接部断面を図10に示す。前記溶接部に凹み又はクラックが発生していなかった。この磁石構造体の磁石吸引力を測定したところ、5.1〜5.2 N（５回測定）であった。
【００４６】
前述したように、レーザー光の光軸中心を前記封止部に一致させて溶接した参考例１の溶接部は、窒素固溶相からの急激な脱窒素により表面が凹んでおり（図８参照）、5個中4個の試料にクラックが生じていたのに対して、実施例１の磁石構造体は、10個作製した試料の中に溶接部に凹み又はクラックが発生したものは1個も認められなかった。
【００４７】
実施例２
カップ型ヨークとシール部材の突き合わせ部を溶接封止する際、レーザー光5aの光軸中心を突き合わせ部から距離d=40μmカップ型ヨーク側すなわち外側にずらした以外は参考例１と同様にして、磁石構造体を作製した。この磁石構造体の研磨加工前の溶接部断面を図11に示す。10個作製した試料の中に溶接部に凹み又はクラックが発生したものは1個も認められなかった。この磁石構造体の磁石吸引力を測定したところ、5.1〜5.2 N（５回測定）であった。
【００４８】
実施例３
レーザー溶接工程において、前記突き合わせ部4aをカップ型ヨークとシール部材の突き合わせ部を溶接封止する際、レーザー光5aの光軸中心を突き合わせ部から距離d=40μmカップ型ヨーク側すなわち外側にずらした以外は参考例１と同様にして溶接封止した後に、図4(a)に示すように、シール部材3の中心から半径1.05 mmの部分にレーザー光5a（照射径200μmφ）の光軸中心Cを合わせて、全周にわたってレーザー光5aを照射し領域A1を加熱した以外は参考例１と同様にして、磁石構造体を作製した。この加熱により中央部と外周部との境界部の幅0.2 mm及び深さ約0.15 mmの部分がフェライト化していた。この磁石構造体の磁石吸引力は、5.2〜5.4 N（５回測定）であった。シール部材のオーステナイト系ステンレス鋼部とフェライト系ステンレス鋼部との境界部分を加熱することにより、前記境界部分の不均一さが低減され、吸着面表面の磁路が適切な状態となったため磁石吸引力が向上したものと考えられる。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・カップ型ヨーク
1a・・・内部
２・・・永久磁石
３・・・シール部材
3a・・・中央部
3b・・・外周部
3c・・・外周端
31a・・・フェライト系ステンレス鋼部分
31b・・・オーステナイト系ステンレス鋼部分
４・・・溶接部
4a・・・突き合わせ部
10・・・磁石構造体
A1・・・境界領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014073302.tif 000007
【図６】
2014073302.tif 000008
【図７】
2014073302.tif 000009
【図８】
2014073302.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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