JP3645149B2

JP3645149B2 - レジン硬化装置

Info

Publication number: JP3645149B2
Application number: JP2000133706A
Authority: JP
Inventors: 正博大塚
Original assignee: Toei Electric Co Ltd
Current assignee: Toei Electric Co Ltd
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2020-05-02
Also published as: JP2001314425A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光硬化性の樹脂すなわち光重合型レジンを硬化するための所定の波長の光を硬化対象に向けて照射するレジン硬化装置、特に歯科用に用いられ、口腔内の切削部の保護および防湿に用いられるレジンを短時間で硬化するための歯科用のレジン硬化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯科用のレジン硬化装置としては、例えば特開平６−３０２７５号公報に開示されているように、電源装置とＬＥＤと光ファイバと光照射ヘッドを有するものが知られている。
【０００３】
上述した公報に開示されているレジン硬化装置（レジン硬化用光源装置）は、波長４５５ｎｍの光を放射するＬＥＤを複数個光源に用い、その光を光ファイバを介して光照射ヘッドに供給して、光照射ヘッドから口腔内の所定の位置（照射対象）に光を照射するものである。
【０００４】
なお、上述した公報によれば、光源としてのＬＥＤは、光出力が１２００μＷのＬＥＤチップを２０個程度配列したとの記載がある。
【０００５】
また、特開平９−２８７１９号公報には、電池を電源とし、固体輻射線放出器と光伝送路とともに一体型として、取り扱いを容易とした重合装置が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レジン硬化装置においては、レジンの硬化特性から、ＬＥＤチップが放射する光の波長は、４３０〜４８０ｎｍの青色である。しかしながら、周知の通り青色の光を放出するＬＥＤの光出力は、今日でも、例えば赤色（波長６８０ｎｍ）やオレンジ色（波長５８０ｎｍ）に比較して数分の１であり、口腔内の所定の位置に位置された光重合型のレジンを完全に硬化させるためには、数十秒を要する。
【０００７】
このため、口腔内の処置、特に虫歯の治療に訪れている患者に対して、比較的長い時間、口を閉じないように、窮屈な姿勢を要求する問題がある。
【０００８】
また、レジンを硬化させようとしている医師に対しても、同様にレジンが硬化するまでの間、レジンが位置されている部分に、光が継続して照射されるよう、同じ姿勢で所定の波長の光を照射するよう、特定の光照射姿勢を要求する問題がある。
【０００９】
このことは、医師に対しては、労働条件（治療姿勢）を過酷なものとし、患者に対しては、治療時間が長く、歯科治療は大変であるとの認識を増大させる問題がある。
【００１０】
この発明の目的は、レジン硬化用の光を照射してから僅かな時間（数秒）で光重合型のレジンを硬化することのできるレジン硬化装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述した問題点に基づきなされたもので、複数の発光素子を有し、それぞれの発光素子が放射する光の進行方向が同一の方向になるように配列されていて、所定の波長の光を放射する光源と、前記光源の前記それぞれの発光素子が密着もしくは近接して配列される第１の曲面と、前記第１の曲面に比較して狭い光出射域を有し、前記第１の曲面に入射された光を、所定の方向に出射する第２の曲面とを有し、前記第１の曲面と前記第２の曲面との間に満たされ、前記それぞれの発光素子が放射する光の波長に対して光学的に透明な材質からなり、前記光源の前記それぞれの発光素子からの進行方向が同一の方向の光の進行方向を変化させ、前記第１の曲面に入射した際の進行方向と平行に、かつ入射時の断面積に比較して狭い面積に集めて、前記第２の曲面から出射させることで前記第１の曲面に入射された時点よりも狭い領域に集光して前記第２の曲面に案内する光屈折部材とを有する集光装置と、この集光装置により集光された光を所定の位置に案内するガイド部材と、を有することを特徴とするレジン硬化装置を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、この発明のレジン硬化装置を説明する概略図である。
【００１４】
図１に示すように、レジン硬化装置１は、装置本体２と、装置本体２の一端に設けられたライトガイド接続部３と、装置本体２の握り部２ａを介して装置本体２と接続された電源線４からなる。なお、ライトガイド接続部３は、カプラー３ａを含み、任意の開口部断面形状が与えられたライトガイド（光ファイバを所定形状に集合させた光ファイバ集合体）１１が着脱可能に形成されている。これにより、用途や患者の年齢に応じて、異なる大きさのライトガイド１１を任意に交換可能である。
【００１５】
また、装置本体２の握り部２ａの内側には、図２を用いて後段に説明するように、電源線４を介して供給される商用電源から所定の電圧および電流を取り出す電源装置が収容されている。なお、電源装置への通電および光源のオン／オフのための２連スイッチ、または２組のスイッチであって一方がオンされると残りがオンされ、それらの一方が所定時間経過後に遮断される時限機能つきのスイッチ５ａ，５ｂが握り部２ａの任意の位置に設けられている。
【００１６】
図２は、図１に示したレジン硬化装置の内部構成を説明する概略図である。
【００１７】
図２に示されるように、ライトガイド１１の一端部の近傍には、所定の間隔であるいはライトガイド１１に密着されて、ＬＥＤアレイ１３の個々のＬＥＤ素子１３ａ，・・・，１３ｎが放射する光を、個々のＬＥＤ１３ａ，・・・，１３ｎにより定義される直径よりも小さな直径の領域に集光する集光装置１２が設けられている。
【００１８】
ＬＥＤ１３の各ＬＥＤ１３ａ，・・・，１３ｎには、電源回路１５により所定の電圧に変圧され、所定のＬＥＤ駆動電流が供給可能なＬＥＤ駆動ユニット１４が接続され、スイッチ５ａ，５ｂがオンされることにより、所定の電圧で所定の大きさの電流が供給される。なお、電源回路１５およびＬＥＤ駆動ユニット１４は、例えば図１に示した装置本体２の握り部２ａに収容可能な所定の形状に形成されるとともに、握り部２ａに適度な荷重を与え、装置本体２の取り扱いを容易にする。また、スイッチ５ａ，５ｂは、２連スイッチ、または２組のスイッチであって一方がオンされると残りがオンされ、一方が所定時間経過後に遮断される図示しない時限機能つきの（タイマー）スイッチであって、スイッチ５ａ，５ｂがオンされた後、所定時間、例えば５秒経過後に少なくともＬＥＤ駆動ユニット１４側への通電を遮断することができる。
【００１９】
電源回路１５には、直流駆動または交流駆動のファンモータ１６およびファンモータ１６と一体的に形成された冷却ファン１７が接続されている。このファン１７は、例えば図１に示した装置本体２のファイバ接続部３と離れた側の排気口２ｂの側に収容され、ファンモータ１６が回転されることで、装置本体２の長手方向の概ね中央部に設けられた吸気口２ｃから冷却風を取り入れ、ＬＥＤアレイ１３の各ＬＥＤ１３ａ，・・・，１３ｎおよびモータ１６を冷却して、排気口へ抜ける冷却風を起こす。
【００２０】
図３は、図１および図２に示したレジン硬化装置において、ＬＥＤアレイの各ＬＥＤ素子から放射された光を、入射時に比較して狭い領域に変換し、光強度を高めて出射する集光装置の原理を説明する概略図である。
【００２１】
図３に示すように、複数の平行平板を接続した集光装置１２に対し、入射面が入射光（矢印で示す）に対して直交する部分１２−１に入射した光は、そのまま出射される。
【００２２】
これに対して、入射面が入射光に対して所定の角度となるよう、平行四辺形状に形成された部分１２−２，１２−３に入射した光は、それぞれ、平行四辺形状の部分で、屈折の法則により所定の角度で折り曲げられ、平行四辺形の部分から出射する際に、入射した光と平行に戻される。これにより、集光装置１２を出射した光は、入射時の断面積に比較して狭い面積に集められる。また、光強度は、集光装置による損失を除いても、入射時に比較して強められる。
【００２３】
なお、集光装置１２による集光の程度は、集光装置１２の材質ならびに厚さにより、任意に設定できる。
【００２４】
図４は、図１，図２に示したレジン硬化装置に適用される集光装置を説明する概略図である。
【００２５】
図４に示されるように、集光装置１２は、ＬＥＤアレイの個々のＬＥＤ１３ａ，・・・，１３ｎが密着または所定の間隔をおいて配列される第１の曲面（入射面）１２ａと、第１の曲面から入射された光が出射される第２の曲面（出射面）１２ｂと、それぞれのＬＥＤ素子１３ａ，・・・，１３ｎが放射する光の波長に対して透明な集光部材（本体）１２ｃからなり、第１の曲面１２ａに入射した光の光路を本体１２ｃで変更して、第１の曲面１２ａよりも狭い第２の曲面１２ｂに集光する。なお、集光部材（本体）１２ｃは、例えば光学ガラスや石英ガラスあるいはアクリル等により形成される。
【００２６】
また、第１の曲面１２ａは、図示の通り、ＬＥＤアレイ１３の各ＬＥＤ１３ａ，・・・，１３ｎが放射する光が概ね同一の方向となるように、第１の曲面１２ａに沿って配列されているとき、それぞれのＬＥＤ１３ａ，・・・，１３ｎからの光のほとんどが、本体１２ｃの中心側に向かって屈折するような所定の曲率が与えられている。
【００２７】
一方、第２の曲面１２ｂは、図示の通り、本体１２ｃ内を通過した光をライトガイド１１に効率よく入射させる（集光装置１２を通った光をライトガイド１１に結合する）ための集光レンズ（凸レンズ）として機能するための曲率が与えられている。
【００２８】
なお、第１の曲面１２ａには、個々のＬＥＤ１３ａ，・・・，１３ｎからの光が第１の曲面で反射されて集光装置１２の外部に戻ることを低減する図示しない反射防止膜（反射防止コーティング）が、同様に、第２の曲面１２ｂには、本体１２ｃを通過した光が第２の曲面で反射されて本体１２ｃに戻されることを低減する反射防止膜（反射防止コーティング）が、それぞれ形成されている。
【００２９】
図５は、図１，図２に示したレジン硬化装置において、光源として用いられるであるＬＥＤアレイのＬＥＤ素子の配列を説明する概略図である。
【００３０】
図５に示されるように、ＬＥＤアレイ１３の個々のＬＥＤ素子１３ａ，・・・，１３ｎは、ＬＥＤ素子の円筒状またはテーパ状の外周部のうちの最大の部分が相互に接して個々のＬＥＤ素子１３ａ，・・・，１３ｎの中心を結ぶ線分が概ね三角形（通常は正三角形）となるように、最密充填で、配列されている。
【００３１】
また、各ＬＥＤ素子１３ａ，・・・，１３ｎが配列される面積は、例えば概ね円形に定義されている。なお、各ＬＥＤ素子１３ａ，・・・，１３ｎの直径を、例えば３ｍｍとすると、図５に示した配列において、すべてのＬＥＤ素子により求められるＬＥＤアレイ１３の大きさ（直径）は、２５ｍｍ程度となる。
【００３２】
なお、各ＬＥＤ素子１３ａ〜１３ｎが発光する光の波長は、例えば４３０ｎｍ〜４８０ｎｍである。
【００３３】
これにより、出力する光強度が、例えば口腔内に投入される所定量の光重合型のレジンを数秒で硬化させることのできる大きな出力であるＬＥＤアレイ１３が得られる。
【００３４】
図６は、図１，図２に示したレジン硬化装置における冷却風の流れを説明する概略図である。
【００３５】
図６に示されるように、装置本体２の、例えば図１に示した装置本体２のファイバ接続部３と離れた側の排気口２ｂの側に収容されたファンモータ１６が回転されることで、装置本体２の長手方向の概ね中央部に設けられた吸気口２ｃから取り入れられた冷却風がＬＥＤアレイ１３の各ＬＥＤ１３ａ，・・・，１３ｎおよびモータ１６を冷却して、排気口２ｂへ抜ける冷却風となる。これにより、ＬＥＤアレイ１３の発熱により、装置本体２やＬＥＤアレイ１３が加熱されることなく、安定な発光動作が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレジン硬化装置においては、複数の発光素子を有し、それぞれの発光素子が放射する光の進行方向が同一の方向になるように配列されていて、所定の波長の光を放射する光源と、前記光源の前記それぞれの発光素子が密着もしくは近接して配列される第１の曲面と、前記第１の曲面に比較して狭い光出射域を有し、前記第１の曲面に入射された光を、所定の方向に出射する第２の曲面とを有し、前記第１の曲面と前記第２の曲面との間に満たされ、前記それぞれの発光素子が放射する光の波長に対して光学的に透明な材質からなり、前記光源の前記それぞれの発光素子からの進行方向が同一の方向の光の進行方向を変化させ、前記第１の曲面に入射した際の進行方向と平行に、かつ入射時の断面積に比較して狭い面積に集めて、前記第２の曲面から出射させることで前記第１の曲面に入射された時点よりも狭い領域に集光して前記第２の曲面に案内する光屈折部材とを有する集光装置により、各発光素子からの光を、第１の曲面に入射された時点よりも狭い領域に集光して第２の曲面から、ライトガイドに向けて案内することから、光強度が高く、歯科用のレジンを数秒で硬化させることのできるレジン硬化装置が提供される。
【００３７】
このレジン硬化装置によれば、口腔内の治療に当たる医師に求められる光照射姿勢をとらなければならない時間が短縮され、また治療を受ける患者においても、口を閉じないように、窮屈な姿勢を求められる時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のレジン硬化装置を説明する概略図。
【図２】図１に示したレジン硬化装置の内部構成を説明する概略図。
【図３】図１および図２に示したレジン硬化装置において、ＬＥＤアレイの各ＬＥＤ素子から放射された光を、入射時に比較して狭い領域に変換し、光強度を高めて出射する集光装置の原理を説明する概略図。
【図４】図１，図２に示したレジン硬化装置に適用される集光装置を説明する概略図。
【図５】図１，図２に示したレジン硬化装置において、光源として用いられるであるＬＥＤアレイのＬＥＤ素子の配列を説明する概略図。
【図６】図１，図２に示したレジン硬化装置における冷却風の流れを説明する概略図。
【符号の説明】
１・・・レジン硬化装置、
２・・・装置本体、
２ａ・・・握り部、
２ｂ・・・排気口、
２ｃ・・・吸気口、
３・・・ライトガイド接続部、
３ａ・・・カプラー、
４・・・電源装置、
５ａ・・・スイッチ、
５ｂ・・・スイッチ、
１１・・・ライトガイド、
１２・・・集光装置、
１２ａ・・・入射面（第１の曲面）、
１２ｂ・・・出射面（第２の曲面）バックアップローラ、
１３・・・ＬＥＤユニット（光源）、
１３ａ〜１３ｎ・・・ＬＥＤ素子、
１４・・・ＬＥＤ駆動ユニット、
１５・・・電源回路、
１６・・・ファンモータ、
１７・・・冷却ファン。

Claims

複数の発光素子を有し、それぞれの発光素子が放射する光の進行方向が同一の方向になるように配列されていて、所定の波長の光を放射する光源と、
前記光源の前記それぞれの発光素子が密着もしくは近接して配列される第１の曲面と、前記第１の曲面に比較して狭い光出射域を有し、前記第１の曲面に入射された光を、所定の方向に出射する第２の曲面とを有し、前記第１の曲面と前記第２の曲面との間に満たされ、前記それぞれの発光素子が放射する光の波長に対して光学的に透明な材質からなり、前記光源の前記それぞれの発光素子からの進行方向が同一の方向の光の進行方向を変化させ、前記第１の曲面に入射した際の進行方向と平行に、かつ入射時の断面積に比較して狭い面積に集めて、前記第２の曲面から出射させることで前記第１の曲面に入射された時点よりも狭い領域に集光して前記第２の曲面に案内する光屈折部材とを有する集光装置と、
この集光装置により集光された光を所定の位置に案内するガイド部材と、
を有することを特徴とするレジン硬化装置。
前記光源と前記集光装置と前記ガイド部材は、一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載のレジン硬化装置。
前記光源の前記それぞれの発光素子は、波長が４３０〜４８０ｎｍの光を放射するＬＥＤ素子であり、前記光源は、前記ＬＥＤ素子が複数個配置されたＬＥＤアレイであることを特徴とする請求項１または２記載のレジン硬化装置。
前記集光装置の前記第１の曲面は、前記光源の前記それぞれの発光素子が放射する光を、前記第１の曲面の曲率中心側に向かわせることを特徴とする請求項１または２記載のレジン硬化装置。
前記光源を駆動する電源装置がさらに一体的に組み込まれていることを特徴とする請求項２記載のレジン硬化装置。