DE3009171C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahlungs-Polymerisations­ gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Polymerisationsgeräte der oben erwähnten Art sind seit einiger Zeit in der Bundesrepublik Deutschland im Handel.

Ähnliche Polymerisationsgeräte sind auch in der DE-OS 26 07 249, insbesondere Fig. 2 und in der DE-OS 24 06 424 beschrieben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wir­ kungsgrad der bekannten Polymerisationsgeräte zu verbessern, also die Strahlungsleistung zu erhöhen, die bei gegebener elek­ trischer Eingangsleistung der Strahlungsquelle und bei gegebenem Durchmesser des Lichtleiters am Ausgang der Lichtaustrittsanord­ nung des Geräts zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird bei einem Gerät mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gemäß der vorliegenden Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination läßt sich der optische Wirkungsgrad des Strahlungs-Polymerisationsgerätes in überraschender Weise erhöhen. Bei sonst gleichen Parametern läßt sich eine Verkürzung der Polymerisationsdauer für eine vorge­ gebene Polymerisationstiefe oder bei vorgegebener Polymerisa­ tionsdauer eine Erhöhung der Polymerisationstiefe um bis zu 50% erreichen. Trotz dieser vorteilhaften Eigenschaften ist die Blend­ wirkung der austretenden Strahlung noch gut erträglich.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungs­ gemäßen Strahlungs-Polymerisationsgerätes sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform des Strahlungs-Polymerisationsgerätes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles einer bevorzugten Lichtaustrittsanordnung für das Gerät gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine bevorzugte Filterkennlinie;

Fig. 4 ein Diagramm zum Vergleich der in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufgetragenen Intensität der Ausgangsstrah­ lung für eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Strahlungs-Polymerisationsgerätes und für ein entsprechendes bekanntes Strahlungs-Polymerisationsgerät, und

Fig. 5 ein Diagramm zum Vergleich der spektralen Leistungs­ dichte der Ausgangsstrahlung eines Strahlungspolymeri­ sationsgerätes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und bekannter, handelsüblicher Strahlungs- Polymerisationsgeräte.

Das in Fig. 1 stark vereinfacht dargestellte Strahlungs-Polymeri­ sationsgerät gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Gerätekasten 10, einem flexiblen Lichtleiter 12 und einer als Strahlungsapplikator dienenden Lichtaustrittsanordnung 14.

Der Gerätekasten enthält eine Strahlungsquelle 16 in Form einer handelsüblichen Wolfram-Halogen-Projektionslampe mit ellipsoid­ förmigen Kaltlichtreflektor 18. Lampen dieser Art sind als Licht­ quellen für Diaprojektoren im Handel. Die Lampe 16 hat vorteil­ hafterweise eine Nennleistung zwischen 75 und 250 Watt, vorzugs­ weise 150 Watt.

Der Gerätekasten 10 enthält ferner ein nicht näher dargestelltes unstabilisiertes Netzteil 20, das eine etwas unter der Nennspan­ nung der Lampe 16 liegende Spannung liefert.

Die Lampe 16 ist in einem Gehäuse 22 so gehaltert, daß die von ihr emittierte und durch den Kaltlichtreflektor gefilterte und reflektierte Nutzstrahlung in eine Lichteintrittsfläche 24 des Lichtleiters 12 fokussiert wird.

Der Lichtleiter 12 besteht im wesentlichen aus einem Schlauch 26 aus einem polymeren Werkstoff auf der Basis von Kohlenstoff und Fluor, z. B. PFEP oder PTFE-PFA. Die Enden des Schlauches 26 sind durch stopfenartige Fenster 28 bzw. 30 aus Quarz verschlos­ sen. Das Innere des Schlauches 26 ist mit einer das Material des Schlauches nicht benetzenden, vorzugsweise ionischen Flüssigkeit 32 gefüllt, wie einer Salzlösung, z. B. einer wäßrigen Kalzium­ chloridlösung. Die Flüssigkeit 32 ist ferner vorzugsweise hygro­ skopisch.

Die Enden des Lichtleiters sind in Hülsen 34 bzw. 36 ge­ haltert. Die Hülse 34 ist als Stecker ausgebildet und in eine entsprechende Buchse 38 des Gerätekastens 10 einsteckbar. Der Schlauch 26 ist mit einem schwarz eingefärbten Kunststoff­ schlauch 40 umgeben. Die Hülse 34 und die Buchse 38 sind mit einer nicht dargestellten, üblichen Rast- oder Verriegelungs­ vorrichtung versehen.

Die Lichtaustrittsanordnung 14 ist in das freie Ende der Hülse 36 einsteckbar und in dieser durch eine nicht dargestell­ te Rast- oder Verriegelungsvorrichtung so fixierbar, daß sie bezüglich des Lichtleiters gedreht werden kann. Die Lichtaus­ trittsanordnung 14 enthält einen gekrümmten Lichtleiterstab 42, der aus hochreinem, optisch transparentem Quarz besteht. An der dem Lichtaustrittsende des Lichtleiters zugewandten Ende des Lichtleiterstabes 42 ist ein optisches Filter 44 angeordnet. Das optische Filter 44 ist ein dielektrisches Dünnschichtfilter mit einem Durchlässigkeitsbereich, der eine möglichst steil abfallen­ de Kante (50% Wert) bei etwa 515 nm hat. Es ist für die Nutzstrahlung ab etwa 350 nm durchlässig. Das Filter 44 kann in einer Hülse 46 gelagert sein, in der auch der Lichtleiterstab 42 be­ festigt ist, vorzugsweise ist es jedoch mit dem Lichtleiter­ stab durch eine Schicht 48 aus einem transparenten Kleber, ins­ besondere einem Silikonkleber, verbunden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Das dielektrische Dünnschichtfilter 44 hat vor­ zugsweise einen etwas größeren Durchmesser als der im wesentli­ chen zylindrische Lichtleiterstab 42. Vorteilhafterweise ist das dielektrische Dünnschichtfilter 44 auf beiden Seiten einer aus Quarz bzw. Borosilikatglas bestehenden Substratplatte 50 mit einem System von dielektrischen Schichten 52 a bzw. 52 b versehen. Es können beispielsweise auf jeder Seite der Sub­ stratplatte 50 bis zu 12 dielektrische Schichten vorgesehen sein. Überraschenderweise wird die Filterwirkung durch die Kleberschicht 48 nicht wesentlich beeinträchtigt.

Der Lichtleiterstab 42 ist durch einen aufgeschrumpften Kunst­ stoffschlauch 54 geschützt.

Der Durchmesser des Lichtleiterstabes 42 beträgt bei dem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel etwa 6 mm.

Zwischen der Strahlungsquelle 16 und der Lichteintrittsfläche 24 des Lichtleiters 12 ist vorteilhafterweise außer dem selektiv reflektierenden Kaltlichtreflektor 18 kein optisches Filter vor­ gesehen.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Filterkennlinie und in Fig. 3 ist längs der Abszisse die Wellenlänge in Nanometer und längs der Ordinate die Transmission in Prozent aufgetragen. Durch die Kom­ bination des Dünnschichtfilters mit dem Flüssigkeitslichtleiter 12 bleibt die Steilheit des Abfalles der Transmission erhalten, da der Flüssigkeitslichtleiter eine Ausgangsstrahlung mit ver­ hältnismäßig geringer Divergenz liefert. Durch den steilen Ab­ fall der Transmission ergeben sich zwei Vorteile: Erstens wird ein hoher Prozentsatz der für die Polymerisation wirksamen Nutzstrahlung bis zu möglichst langen Wellenlängen ausgenutzt und zweitens bleibt trotzdem die Blendwirkung gering. Da dentale Kunststoffmassen im allgemeinen sehr feinteilige, die Strah­ lung streuende Füllstoffe enthalten, ergibt sich wegen der be­ kannten Wellenlängenabhängigkeit der Streuung eine umso grö­ ßere Eindringtiefe, je langwelliger die Strahlung ist. Das er­ findungsgemäß verwendete Filter unterdrückt auch die unerwünschte vom Flüssigkeitslichtleiter nicht vollständig gedämpfte, IR-Strah­ lung besser, was deshalb vorteilhaft ist, da die gesamte Strahlen­ belastung des Patienten trotz der erhöhten Nutzstrahlungsintensi­ tät immer noch gering gehalten wird.

Fig. 4 zeigt vergleichsweise die spektrale Intensitätsvertei­ lung der Ausgangsstrahlung eines bekannten Gerätes, bei dem das optische Filter 44 ein Farbfilter ist und der Lichtleiterstab 42 aus Borosilikatglas besteht.

Die ausgezogene Kurve 2 gilt für das oben beschriebene Strah­ lungs-Polymerisationsgerät gemäß Fig. 1 und 2.

Fig. 5 zeigt die Leistungsdichte der Ausgangsstrahlung verschie­ dener Geräte. Die Kurve 1 gilt für das beschriebene Ausführungs­ beispiel der Erfindung, die Kurve 2 für ein entsprechendes Ge­ rät mit Farbfilter und Borosilikatglas-Lichtleiterstab. Die Kurve 3 gilt für ein bekanntes Gerät mit einem 5 mm dicken Faserbündel­ lichtleiter. Die Strahlungsquelle hatte bei diesen drei Geräten jeweils eine Nennleistung von 150 Watt.

Die Kurven 4 und 5 gelten für handgeführte Geräte mit kurzem, starren Lichtleitstab, wie sie im Prinzip in Fig. 1 der DE-OS 26 07 249 beschrieben sind. Man sieht, daß durch die erfindungs­ gemäße Kombination eine überraschend hohe Leistungsdichte er­ reicht wird.

Durch die erhöhte Leistungsdichte des erfindungsgemäßen Gerätes konnte im Vergleich zu den bekannten die Polymerisations­ tiefe für ein lichthärtendes Kompositionsmaterial mit Mikrofüller und der ungünstigen Einfärbung gelb bei gleichbleibender Be­ strahlungsdauer (20 s) von etwa 2 mm auf etwa 3 mm erhöht werden.

Die Flüssigkeit 32 ist vorteilhafterweise ungefärbt, so daß das Filter 44 das einzige optische Filter im Wege der durch den Kaltlichtreflektor 18 in den Lichtleiter 12 fokussierten Strah­ lung ist.

Die durch die Erfindung erzielte Erhöhung des optischen Wirkungs­ grades kann ganz oder teilweise auch für eine Verringerung des Querschnitts des Lichtleiters ausgenutzt werden, so daß dieser dann eine höhere Biegsamkeit aufweist. Normalerweise hat der Schlauch 26 einen Innendurchmesser von 5 mm und eine Wandstärke von 0,5 mm. Der Innendurchmesser kann also z. B. auf 4 oder sogar 3 mm herabgesetzt werden.

Claims (7)

1. Strahlungs-Polymerisationsgerät für Dentalkunststoffe, die durch Nutzstrahlung im kurzwelligen sichtbaren und nahen UV- Spektralbereich aushärtbar sind, mit einer eine Wolfram-Halogen- Lampe enthaltenden Strahlungsquelle, einem Lichtleiter, der einen Schlauch aus einem Kohlenstoff-Fluor-Polymer, welcher mit einer letzteren nicht benetzenden, strahlungsdurchlässigen Flüs­ sigkeit gefüllt und an den Enden durch stopfenartig ausgebildete Fenster aus transparentem Material verschlossen ist, enthält und mit seinem Lichteintrittsende durch einen selektiv reflektieren­ den Spiegel optisch an die Lampe angekoppelt ist, und mit einer Lichtaustrittsanordnung, die einen am Lichtaustrittsende des Lichtleiters angeordneten gebogenen Lichtleiterstab enthält, an dessen dem Lichtaustrittsende des Lichtleiters zugewandten Ende ein optisches Feld angeordnet ist, das Strahlung in einem über den Nutzstrahlungsbereich liegenden Spektralbereich dämpft, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter (44) ein dielektrisches Dünnschichtfilter mit einem Nenndurchlaßbereich bis zu einer Wellenlänge von 530 nm ist und daß der gebogene Lichtleiterstab (42) der Lichtaustrittsanordnung aus Quarz be­ steht.

2. Strahlungs-Polymerisationsgerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Strahlungs­ quelle einen Kaltlichtreflektor (18) zur Fokussierung der Nutz­ strahlung in eine Lichteintrittsfläche (24) des Lichtleiters (12) enthält und daß das optische Dünnschichtfilter (44) das einzige optische Filter im Strahlengang der vom Kaltlichtreflektor in den Lichtleiter fokussierten Strahlung ist.

3. Strahlungs-Polymerisationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dielek­ trische Dünnschichtfilter (44) ein transparentes Substrat (50), das auf beiden Seiten mit einer Anordnung dielektrischer Schich­ ten (52 a, 52 b) versehen ist, enthält.

4. Strahlungs-Polymerisationsgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dielek­ trische Dünnschichtfilter (44) mit einer Lichteintrittsfläche des Lichtleiterstabes (42) durch eine transparente Kleber­ schicht (48) verbunden ist.

5. Strahlungs-Polymerisationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle durch ein unstabilisiertes Netzteil (20) ge­ speist ist.

6. Strahlungs-Polymerisationsgerät nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Filter (44) einen größeren Durchmesser hat als das Lichteintrittsende des Lichtleiterstabes (42).

7. Strahlungs-Polymerisationsgerät nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Dünnschichtfilter mindestens 10 dielektri­ sche Schichten enthält.