CN100569194C - 具有改进的散热器的牙科发光装置 - Google Patents

具有改进的散热器的牙科发光装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及散热器材料，与导热材料，例如金属的固体块制成的散热器相比时，它可在散热器材料的给定重量下，更有效地从一个或更多个光源中除去或转移热量。本发明进一步涉及散热器，其中当使用降低重量的散热器材料时，它可更加有效地从固化光装置中除去或者转移热量。本发明的散热器具有至少一个合适的相变材料，所述相变材料包括有机材料、无机材料及其结合。这些材料可进行显著的可逆相转变，且在没有损失其效率的情况下，可典型地进行大的循环，如果不是无限数量循环的话。

Description

具有改进的散热器的牙科发光装置
发明领域
本发明一般地涉及适合于光固化或光漂白的任何装置。特别地，本发明涉及具有改进的散热器的、分别适合于固化牙科复合材料或者在增白凝胶上起作用的光固化或光漂白装置。
发明背景
复合树脂填充物已成为当今牙科填充口腔的标准物。这些复合填充物使用必须在施加之后固化的树脂。手提固化光广泛用于这一固化目的。可在紧密地靠近位于患者嘴巴内的复合树脂材料处保持光。固化复合材料所要求的曝光时间取决于所使用的复合树脂的类型。因此，手柄越轻，则不得不原地把持这一装置进行固化的牙科专家越轻松。
与此同时，也常规地由牙科专家进行牙齿的漂白。一类漂白组合物被光活化。在光漂白的过程中，使用漂白光。
在操作过程中通过任何固化光生成的热可能产生问题。工业安全标准表明，固化光的外表面温度不能超过50℃。另外，在固化光过热并切断之前的持续时间或者运行时间取决于可从固化光中除去多少热以及如何快速地除热。在光漂白光中也遇到这一类同样的问题。因此，希望任何有效的除热方式以供固化和光漂白光二者。
已尝试了各种方式除去所生成的热。一种常见的方式是通过使用包含在固化或光漂白光内的金属散热器，例如铜块，和冷却风扇。一些装置使用散热器和冷却风扇的组合以加速除热。
金属块可以是有效的，但它们也可显著增加任何手提固化光的重量。所增加的重量反过来可有助于使用固化光的牙科专家增加的疲劳。当在同一固化光中还使用风扇时，它增加额外的重量，可能具有噪声，且可能有助于降低该装置的电池寿命和可靠度。噪声也增加常常不配合且担心牙科程序的患者的焦虑。
尽管光漂白和一些固化光所使用的装置在使用过程中受到支撑，以便任何增加的重量与便携式固化光装置一样不会成为问题，但更有效的散热器也可以是有益的，从而有助于更紧凑装置的设计。因此，仍需要在没有额外重量的情况下，更有效地从光源中转移或除去热的装置。
发明概述
本发明涉及散热器材料，其中当与导热材料，例如金属的固体块料制成的散热器相比时，在给定散热器材料的情况下，它可更加有效地从一个或多个光源中除去或者转移热量。
本发明进一步涉及散热器，其中当使用降低重量的散热器材料时，它可更加有效地从固化光装置中除去或者转移热量。
本发明包括具有至少一个合适相变材料的散热器，所述相变材料包括有机材料、无机材料及其结合。这些材料可进行显著的可逆相转变，且在没有损失其效率的情况下，可典型地进行大的循环，如果不是无限数量循环的话。
在一个实施方案中，公开了一种可充电的牙科固化光源，其包括具有至少一种相变材料的至少一块散热器。该散热器包括至少部分用相变材料填充的导热金属材料块，例如具有洞或孔隙空间的金属。
在另一实施方案中，公开了一种漂白光源，其包括具有至少一种相变材料的至少一块散热器。该散热器包括至少部分用相变材料填充的导热金属材料块，例如具有洞或孔隙空间的金属。
可通过掏空导热材料，例如金属，并用至少一种相变材料至少部分填充该孔隙，之后封闭它，将相变材料固定在内部，以便在常规的散热器的制造中常用的导热材料，例如金属基本上容纳或者包围至少一种相变材料。
或者，可用包围洞或孔隙的导热材料，例如金属壁浇铸或者机械加工散热器。用至少一种相变材料部分填充洞或孔隙，之后封闭，将该材料固定在内部。
在一个实施方案中，可使用本发明的散热器本身。在另一实施方案中，除了风扇以外，它还可与常规金属块散热器或其组合结合使用。
可以与常规的金属块散热器安装相同的方式，例如通过将本发明的散热器固定到热源，即光源上，或者通过将其固定到另一散热器上，从而将本发明的散热器安装在牙科固化光或者漂白光内，所述光源可以是气体填充的弧光，例如卤素光源、氙光、金属卤化物、荧光光源半导体发光器件、激光发光源、发光芯片，例如发光二极管(LED)、固态LED、LED阵列或其结合。
附图简述
图1示出了本发明散热器的一个实施方案的透视图；
图Ia示出了图1散热器实施方案的底部透视图；
图2示出了本发明散热器的另一实施方案的部件分解图；
图2a示出了不具有顶盖情况下，图2的实施方案的底部透视图；
图3示出了本发明图1的散热器的实施方案的侧面轮廓视图；
图4示出了图1散热器的实施方案的顶盖的透视图；
图4a示出了图4实施方案的侧视图；
图4b示出了图4顶盖的实施方案的顶视图；
图4c示出了图4顶盖的实施方案的底部视图；
图5示出了图1的散热器的截面视图；
图6示出了本发明散热器的另一实施方案的截面视图；
图7示出了本发明散热器的实施方案的分解透视的底部侧面视图；和
图8示出了根据本发明一个实施方案的固化光的截面视图。
发明详述
以下列出的详细说明拟作为本发明目前例举实施方案的说明且不打算代表其中可制备或者利用本发明的唯一形式。该说明列出了实践本发明的特征与步骤，然而，要理解可通过同样打算包括在本发明精神与范围内的不同实施方案来实现相同或相当的功能和组件。
除非另有说明，此处所使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。尽管在实践或测试本发明中可使用与此处所述的那些类似或相当的任何方法、装置和材料，但现在描述例举的方法、装置和材料。
可用于固化光活化的复合材料的固化光系统或可用于使牙齿增白的光系统典型地包括安放在外壳(encasement)或外壳(housing)内的光模件。
使用密闭在基本上中空、导热材料，例如金属而不是常规固体金属散热器内的相变材料可降低固化光的重量并增加散热器达到“切断(shut off)”温度所花费的时间，正如牙科固化光工业中所称的一样。在达到切断温度之前的时间被称为“运转时间”。增加“运转时间”，即当光可继续维持的时间时，将增加当牙科医生可进行其固化工序时的时间。
相变材料可包括有机材料，例如石蜡、2，2，-二甲基正二十二烷(C24H50)、甘油三肉豆蔻酸酯((O13H2VCOO)3C3H3)、1，3-甲基二十五烷(C26H54)、其它聚乙烯蜡、亚乙基-双硬脂酰胺、N，N-亚乙基-双硬脂酰胺，或类似物，它们可单独或以混合物形式使用。无机材料，例如水合盐，其中包括十二水合磷酸氢钠(Na2HPO4-12H2O)、十水合硫酸钠(Na2SO4-10H2O)、六水合氯化铁(FeCl3-6H2O)、TH29(熔融温度为29℃的一种水合盐，获自TEAP Energy of Wangara，澳大利亚)或类似物，它们可单独或以混合物形式使用。其它无机材料可包括金属合金，例如Ostalloy 117或UM47(获自Umicore Electro-Optic Materials)也可以考虑。例举的材料在环境温度下为固体，其熔点为约30℃至约50℃，更典型地为例如约35℃至约45℃。此外，例举的材料，当它们在环境温度下的状态时，其比热可以是例如至少约1.7，更典型地例如至少约1.9。另外，相变材料，当它们在升高的温度的状态时，其比热可以是例如至少约1.5，更典型地例如至少约1.6。
以上提及的一些相变材料可以循环，因为它们可几乎无限次数地进行相变。其它可以是更加吸热的试剂，因此可具有有限的寿命循环，除非在控制的环境下处理。甚至当在控制的环境下处理时，这些吸热剂作为相变材料可损失其有效性。
对于一些金属合金来说，尽管它们的熔融热可能低，但与具有较高熔融热的其它相变材料相比，它们可能是更好的导热体。因此，可使用金属合金与一种或更多种其它无机或有机相变材料的混合物，以增加该相变材料内部的导热率。
材料的导热率是在测定散热速度中使用的因子。例如，在环境温度下的状态中，相变材料的导热率为至少约0.5W/m℃，而在升高的温度的状态中，为至少约0.45W/m℃。
一般地，相变材料可包含在导热外壳或外壳，例如金属外壳内。外壳确定洞，所述洞可以是任何形状，但例如是圆形或矩形截面。洞的金属外壳或壁起到包含相变材料的作用，且还辅助传导热量到达并离开相变材料。对于给定尺寸的散热器来说，壁越薄，则可存在越多的相变材料，且它对固化光的重量的贡献越小。然而，壁越薄，则在将热量传导离开相变材料中壁的效率越低，且将花费更长的时间使相变材料返回到环境温度及其起始状态，结果它可再次充散热器。例如，为了性能的平衡，壁的厚度范围典型地为约1mm-约2.5mm，更典型地例如约1mm-约1.5mm。
此外，可以制造外壳具有大的表面积。例如，在其外表面上具有翼片或其它特征的结构可起到增加表面积的作用以供热传导或对流。因此，球形结构可能不那么所需。这种翼片或增加该特征的其它表面积也可掺入到洞内，以增加导热外壳和相变材料之间的导热，从而允许在导热外壳与相变材料之间更快和更有效的传热。此外，如上所述，有机或无机相变材料与金属合金的混合物也可增加在相变材料内部的传热效率。
对于导热外壳来说，同样可能所需的是处于良好的热接触下以供从光源处传热。这可采用接触面积大的光滑、导热的表面来实现。此外，可采用导热界面材料，例如热环氧或其它导热粘合剂来实现热电偶。在电学意义上，电绝缘的界面材料也可用于隔离光源与散热器且没有损失导热率。
如上所述，一些相变材料也可具有高的熔化潜热，以储存显著量的热能。希望至少约30kJ/kg的熔化潜热，其中更希望至少约200kJ/kg的熔化潜热。
在一个实施方案中，散热器100可具有基本上圆柱形，正如图1所示。外壳101可由铜、铝或具有良好导热率的任何其它相对轻质的金属组成。外壳包括基本上中空的内部107，且用固体相变材料108，例如十二水合磷酸氢钠(Na2HPO4-12H2O)或以上提及的任何材料部分填充到中空内部107的至少约50％的体积内，正如图5所示。取决于所选相变材料的蒸汽压，可存在最多约80％中空内部107的体积容量的相变材料。密闭外壳101的一端，并以101a形式示出了密闭端。外壳101的另一端开放，以促进用相变材料填充散热器。开口端101b(同样如图5所示)可用加盖装置103覆盖，所述加盖装置103可由与散热器外壳其余部分相同的材料制成。散热器也可包括与至少一个产热源，例如光源接触的界面特征102。
在所示的实施方案中，若通过模塑形成外壳的话，则界面特征102可与基本上圆柱形的外壳一体化成形。若通过机械加工制造外壳的话，则它也可机械加工。
在一个实施方案中，界面特征102包括基本上平坦的表面102a以提供安装表面和与产热源，例如光源，例如LED良好的热界面。平坦的表面102a此处例举倾斜表面，从而与外壳101的密闭端101a的顶端部分成角度。该界面特征可以与外壳101的密闭端的直径具有相同的直径，从而留下至少一个肩部1000。在另一实施方案中，界面特征102可以具有其它形状和尺寸，只要这些其它形状同样提供安装表面或者一个或多个光源用表面即可。
可制造具有至少一个沟谷(valley)或通道101c的外壳101的外表面，所述沟谷或通道101c基本上沿着外壳101的外表面的长度延伸。所述沟谷或通道101c起到布置线材组件的位置的作用以供连接到一个或多个光源处。沟谷或通道可以沿着外壳101的长度具有均匀的形状，或者可以具有不规则的宽度。沟谷101c也可以光滑或粗糙。正如所例举的，外壳101包括彼此大致直接相对的两个平行的通道或沟谷。除了起到布线位置的作用以外，沟谷101c还增加散热器的表面积以及起到减轻散热器重量的作用。
图Ia示出了图1中散热器的实施方案的底部透视图，其中借助加盖装置103密闭开口端，所述加盖装置103可以具有简单的盖子形状，或者具有如图4所示的更加复杂的结构，正如以下更详细地描述的。
正如所例举的，使加盖装置103成型，以适配到外壳101的开口端101b内部。加盖装置包括为布置热敏电阻或者其它热传感器而匹配(adapt)的通道或者凹部(dent)110。加盖装置103可通过许多方式原地保持在外壳101的开口端101b内部。例如，它可借助为贴着外壳101的内壁压缩配合加盖装置的周围而匹配的一种构造(formation)111保持在原地，正如以下更加详细地描述的。
图2示出了本发明散热器的另一实施方案的部件分解图。散热器200包括基本上圆柱形的外壳外部201，基本上中空的内部201c和布置在其外壳201内部的刮刀状隔板202。刮刀状隔板202可基本上沿着外壳201的内部201c的长度延伸，或者它可具有任何其它长度。
外壳201可以由与以上所述的相同导热材料制造。在一个实施方案中，刮刀状隔板202可由与外壳201相同的材料制造。在另一实施方案中，刮刀状隔板可以由与外壳201不同的导热材料制造。
在例举的实施方案中，刮刀状隔板202起到隔开中空内部203的作用，正如图2a所示。刮刀状隔板，与图1所示的在外壳外部上的沟谷或通道一样，也可起到增加导热材料与相变材料之间接触面积的作用以供以上和以下所述的更加有效的导热。在另一实施方案中，如上所述，金属合金，例如以上提及的那些可与一种或刮刀状其它无机或有机相变材料混合，以增加相变材料内的导热率。
加盖装置203可配合到外壳201的开口端内，正如以上所述，以包含相变材料。
图3示出了图1的散热器100的实施方案的侧面轮廓视图。界面特征102示出了具有两个独特尺寸的基本上平坦的表面，较大的表面102a和较小的表面102b，其中匹配它们以便提供安装表面和视需要与产热源良好的热界面。
正如图3所示，界面特征102具有比外壳101的密闭端的直径小的直径，从而导致从界面特征102下方突出的肩状部分1000。
图4示出了为配合到散热器内而匹配的加盖装置103外部的透视图，正如图1、2、6和7所示。匹配终端部分105以插入到散热器的中空内部107内，例如如图1所示，且第二端部104暴露在散热器100的外侧上。周围的沟槽106a可包括在垂直壁部分106内。匹配这一沟槽，以容纳O-形环、垫圈或者其它密封特征，以提供空气和/或湿气的气密封接。
图4a示出了图4例举的加盖装置103的侧视图。所示的加盖装置包括为布置热敏电阻或者其它热传感器而匹配的通道或者凹部110。凹部110可存在于加盖装置103的突出部分或者护堤(mound)120内。护堤120的直径小于加盖装置的其余部分。
如上所述，加盖装置103可通过许多方式原地保持在外壳101b的开口端内部。在图5所示的实施例中，它可借助为贴着外壳101的内壁压缩配合加盖装置103的端部105的较大周围而匹配的一种构造111保持在原地。此处以具有降低直径的基本上垂直部分的形式示出了周围的沟槽106a。沟槽106a可模塑或机械加工成加盖装置。正如所述的，匹配这一沟槽以配合O-形环、垫圈或其它密封特征以供密封外壳的开口端。
加盖装置103的底部或者暴露端104具有与外壳101的开口端的直径或尺寸基本上相同的直径或尺寸，以便加盖装置可与外壳101的外部侧壁贴合无缝。在另一实施方案中，加盖装置103的底端104的直径可以比外壳101的开口端的直径或尺寸大，以便加盖装置从散热器一侧突出，视需要加速加盖装置103的取出。
图4b示出了图4的加盖装置103的顶视图。正如这一视图所例举的，清晰地示出了与垂直壁部分106的直径相比，底端104较大的直径。
图4c示出了图4的加盖装置103的底部视图，其中清晰地示出了为保持热敏电阻或者其它热传感器而匹配的凹处(depression)110。所示的凹处具有圆形界面，但任何其它形状可以是合适的。
图5示出了本发明散热器100的截面视图。中空内部107包括开口端101b，图示用加盖装置103b盖着和密闭端101a。示出了基本上用固体相变材料108填充的中空内部107，所述相变材料108可包括以上所述的任何一种材料。原地示出了加盖装置103，其借助O形环109密封中空内部107。加盖装置103可借助贴着外壳101的内壁压缩配合加盖装置的周围而匹配的一种构造111(如图4a所示)保持在原地。盖子也可包括例如为容纳热敏电阻或其它热传感器而匹配的通道110。可采用导热粘合剂，例如结构或永久粘合剂，或者反应性粘合剂，例如环氧、硅氧烷粘合剂、接触水泥或氰基丙烯酸酯基粘合剂、丙烯酸基、聚氨酯基、聚酰胺基、苯乙烯共聚物基、聚烯烃基或者类似物，将热敏电阻或其它热传感器固定到通道上，以便允许传感器提供固化光系统温度信息，避免固化光太热以致于无法处理或者过热。
在一些实施方案中，也可使用结构粘合剂，例如以上关于热敏电阻所提及的那些粘合剂，来密封加盖装置103到外壳的开口端上。粘合剂密封可能存在的任何针孔。在其它实施方案中，针孔或洞的空穴可能是所需的，以允许气体逃逸。为了最小化任何液体相变材料逃逸，可使用蒸汽不可渗透/湿气可渗透的层或膜来覆盖空穴。
在一些实施方案中，散热器包括孔，且LED或一块或多块激光二极管芯片可安装在该孔内。从LED或一块或多块激光二极管芯片中发出的光可从孔壁反射离开以所需的方向行进。在其它实施方案中，孔可以较深，正如下图6所示。
图6示出了本发明散热器300的另一实施方案的截面视图。在这一实施方案中，外壳301包括孔312而不是以上所述的突出特征，例如界面特征。例举的实施方案示出了延长或基本上圆柱形的散热器300，所不同的是它具有曲线结构，例如孔或凹部312。孔312可以较深，它具有邻近端312b位于孔顶部和远端312a位于孔底部的侧壁320，其中匹配所述侧壁320用以在或者孔或凹部312的邻近端312b或者其远端312a处提供至少一种光源，例如LED或LED阵列313，以扩散生成的热的浓度。
孔312的邻近端可包括例如位于彼此大致相对位置的两个安装的平台313a，和朝延长的散热器的远端312a布置的至少一个安装平台313a以供安装至少一种光源313。这些安装平台可以是如前所述在散热器外壳上的表面。
散热器300也可包括至少一个通道或沟谷，如上所述，所述通道或沟谷可以或者可以没有沿着外壳301的长度延伸。通道或沟谷(未示出)也可沿着用于布线组件的内部侧壁302b存在。
光源313能发射出相同或者不同的波长。这一散热器结构能通过使热产品不在一个位置集中，从而更有效地耗散热量。
在一个实施方案中，每一光源313可包括发光二极管(LED)，或者LED阵列。每一LED(或LED阵列)发射出可用于引发光活化材料固化的光。在一个实施方案中，组合光源313可发射多种波长的光以供活化一种光引发剂或多种光引发剂。
在一个实施方案中，孔312可在该孔内和/或在邻近端312b处容纳LED 313的位置。来自LED 313的热量可通过外壳301传导离开。孔的侧壁可以是固体导热的或者金属的材料。该材料可以是与不具有中空内部的外壳301的其余部分相同的导热或者金属材料。在另一实施方案中，侧壁包括内部侧壁320a和包围孔312的部分中空内部的外部侧壁320b。这一空间同样可用一些相变材料填充，或者当它从占据一个空间的一相变化为占据较大空间的一相时，可提供的膨胀空间。
也可使用加盖装置303，在开口端301b处用O形环309和用于压缩配合的结构111密封中空内部307。热敏电阻或其它热传感器可布置在通道310内并采用导热粘合剂，例如以上提及的那些固定，以便再次允许温度信息通过固化光控制系统。如上所述，也可用粘合剂密封加盖装置303，以密封可能存在的任何针孔。在其它实施方案中，针孔或者排气孔隙可能是所需的，以允许气体逃逸。再者，为了最小化任何液体相变材料逃逸，可使用蒸汽不可渗透/湿气可渗透的层或膜覆盖孔隙。
图7示出了本发明散热器的另一实施方案。散热器400具有正方形的截面，其具有外壳401和基本上中空的内部402。该散热器可以是所示的延长的散热器，且内部可以是或者基本上矩形形状或者圆柱形状。
可再次用加盖装置403，用在加盖装置顶部的凹部配合这一散热器。弹性垫圈409可再次布置在加盖装置内通道409a的周围。
在一个实施方案中，外壳的内部也可包括隔板，和在另一实施方案中，可不包括隔板。
也可用如上所述的相变材料填充这一散热器。
垫圈或O形环可由提供密封的任何弹性或橡胶材料制造，以最小化相变材料暴露于外壳外部环境下。
在一个实施方案中，如上所述，外壳也可具有排气孔隙，以允许气体逃逸。在这一实施方案中，散热器的可循环性可能下降，除非使用完全可循环的相变材料。在一个实施方案中，这些排气孔隙也可用以上提及的蒸汽可渗透、湿气不可渗透的层覆盖，从而在外壳内部上包围相变材料。在另一实施方案中，蒸汽可渗透、湿气不可渗透的层可包围在外壳的外侧上具有排气孔隙的至少一部分外壳。蒸汽可渗透且湿气不可渗透的层的实例可包括由含有至少一个异氰酸酯官能的聚氨酯的热熔湿气固化粘合剂形成的水蒸气可渗透的聚氨酯膜(它可以是含有NCO基团和二元醇组分的组分与至少一个直链二羟基聚酯的反应产物，其中所述直链二羟基聚酯由二元酸成分和二元醇成分形成，所述二元醇成分可以是重均分子量为至少1000且在异氰酸酯官能的聚氨酯内的OH∶NCO之比为1.0∶1.6至1.0∶2.6的二羟基聚醚)(在美国专利No.5851661中公开，其内容在此通过参考引入)；由非固化的热塑性组合物形成的膜层，所述非固化的热塑性组合物含有乙烯甲基丙烯酸共聚物或聚醚嵌断酰胺和至少一种稀释剂，例如增塑剂(在美国专利No.6432547中公开，其内容在此通过参考引入)；具有用非接触涂布方法制造的热塑性组合物的基底，以产生各种粘合剂的基本上连续的涂层(例如聚乙烯、聚丙烯，烯烃，特别是乙烯和(甲基)丙烯酸酯的(甲基)丙烯酸衍生物的共聚物；烯烃，例如乙烯，和乙烯基羧酸酯，例如乙酸乙烯酯之类乙烯基化合物的共聚物；热塑性橡胶(或合成橡胶)，例如以商品名
Figure C20058002174300201
和
Figure C20058002174300202
商购的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯和苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯嵌段共聚物；茂金属催化的聚合物，特别是基于乙烯和/或丙烯的那些，例如乙烯、聚丙烯和无定形聚烯烃(无规立构聚-α-烯烃)，例如
Figure C20058002174300203
703(HuIs)；聚酯；聚酰胺；离聚物和相应的共聚物；及其混合物)，正如在美国专利No.6843874中所公开的，其内容在此通过参考引入。
可以以模件形式制造以上所述的散热器的任何实施方案，以便它视需要可以改变或互换。
可在固化光系统中使用以上所述的散热器的实施方案。固化光可以是用电池操作的手持便携式固化光系统，或者通过AC功率操作的椅子侧面固化光系统。含相变材料的散热器可以与安装常规的金属块散热器相同的方式安装在固化光或者光漂白光装置内。如上所述，一些固化光和光漂白光通常在使用中受到支撑，因此装置的重量不成为问题。然而，更有效的散热器可能是有益的，且可导致更紧凑的漂白光结构。
可使用包括至少一种相变材料的散热器本身或者结合常规的金属散热器或风扇使用。在增白牙齿所使用的光源情况下，也可使用额外的冷却系统，例如液体冷却剂。
图8示出了本发明的固化光1000的一个实施方案，其具有光模件外壳1010，其中包括远端1110，邻近端1120，朝向其远端的柄1020，以及在其邻近端与柄部分1020成一定角度的头颈部分1030。光模件外壳1010具有基本上圆柱形状，该形状具有基本上中空的内部1010a和位于该光模件外壳1010内的至少一块散热器1200。散热器1200可具有纵轴，或者可以是在固化光1000内促进有效的热管理而匹配的任何结构。在一个实施方案中，头颈部分1030也可包括光导管，例如此处图8所示的内部光导管1700。在其它实施方案中，固化光可包括外部光导管。
在一些实施方案中，透镜覆盖物1650可朝光模件外壳1010的邻近端布置，正如所示的。在一个实施方案中，透镜覆盖物1650可以是在触发复合材料固化或者增白材料在其上起作用之前，光行进通过其中的透明窗。外壳的一些实例包括具有窗口的密封的塑料和密封的金属端。
在其它实施方案中，覆盖物1650可以是聚焦装置，它可包括聚焦透镜或圆顶(dome)1740用于将光聚焦到目标表面上。在其它实施方案中，外壳1010可具有一体化粘结到外壳或者与之一起成形或模塑的聚焦圆顶1740，将激光二极管或发光二极管发射出的光聚焦，之后输送到遥远的位置处。因此，可制造外壳不仅起到保护光源，而且起到聚光的作用。聚焦透镜或圆顶1740也可充当改性轨迹或者改变从外壳1010的邻近端1120发射的光束直径的装置，以便或者在较小的目标区域内或者在较宽的目标区域内更加准确地校正光束。光模件外壳1010还容纳并保护例如电路1420和DC电池封装件1440。
再次参考图8，一个实施方案包括具有远端1200a和邻近端1200b的延长的散热器1200。散热器1200可位于光模件外壳1010内，且邻近端1200b比较接近外壳1010的邻近端1120布置。散热器1200也可以是任何其它形状。至少一个安装平台(未示出)或简单地表面可位于延长的散热器1200的远端1200a，和邻近端1200b处。当在本发明中包括散热器的其它形状时，安装平台可位于邻近或远距离的表面或部分处。
光源1300安装在每一安装平台或表面上。光源例如是LED或LED阵列。在一个实施方案中，光源可位于外壳1010的邻近端处，以便它们靠近目标区域。在另一实施方案中，该装置配有光导管1700，以保持一个或更多个光源远离目标。此处的光导管1700可以是外壳1010的延长部分。
在一些实施方案中，光源的芯片，当使用时，可统统位于单一的散热器上以供散热或者单独地位于它自己的散热器上。在一些实施方案中，光源可位于具有电极通道的较大散热器上。
此外，在一些实施方案中，当使用芯片时，含本发明相变材料的散热器可直接或间接地与一块或更多块发光芯片接触。在相变材料吸收芯片生成的热量时，则可散热。可与含至少一种相变材料的本发明的散热器相邻地，或者在其旁边或者在其下方安装常规的金属散热器。也可替代常规的金属散热器提供风扇，或者除了常规的金属散热器以外，还提供风扇。
在一个实施方案中，单一或多个LED芯片或激光二极管可位于常规的金属块散热器上，所述散热器直接吸收一个或多个光源生成的热量，且含至少一种相变材料的散热器吸收来自于导热或金属块的热量。含至少一种相变材料的散热器可耗散来自于与常规的金属块散热器相邻地安装，或者在其侧面或者在其下方的导热或金属块的热量。
在另一实施方案中，光源的芯片或者统统位于含相变材料的单一的散热器上以供散热或者单独地位于含相变材料的它自己的散热器上。
在本发明的其它实施方案中，含LED或激光二极管芯片的光源可位于散热器的一面上以及散热器该面的周围处。在这一结构中，更多的LED或激光二极管芯片可布置在散热器上，以实现更有力的光或者容纳希望产生的所需波数的光。
另外，提供给激光或LED芯片功率的电极也可包括在外壳内。
在操作开始时，相变材料在环境温度下可以是例如固体状态，但若采取特殊的措施容纳在相变过程中产生的气体，则也可使用液体。当通过一个或多个光源产生热时，它通过导热或金属外壳或者金属壁传导离开，并被相变材料吸收。固体或液体吸收来自外壳的热量并进行相变分别成为液体或气体。也可发生某些升华。当显著比例的材料进行相变成为新的状态或者相时，可提供内部的热传感器，在给定的温度下进行固化光或漂白光的切断。在达到这一切断温度之后，液化或气化的相变材料开始散热，当从任何产热源中除去导热或金属外壳时，则例如关闭光源。这一散热再次通过导热或金属外壳，以便尝试使相变材料分别返回到其起始的固体或液体状态。当大多数相变材料基本上接近于环境温度时，它仍保持固体或液体，直到它再次进行温度升高到其熔融或者气化点并重复该过程。由于相变材料进行显著可逆的相变，则它可典型地进行较大数量(如果不是无限次数)的循环且没有损失其有效性。
在一个实施方案中，来自光源的光离开外壳并直接行进到固化表面，而没有首先通过光导管或者纤维光电缆。在其它实施方案中，光首先通过光导管或者纤维光电缆，从光源行进到固化表面。
光源可以是例如位于柄内，但也可由使用者控制，以便将光源发出的光导引到待固化的复合材料上。在一些实施方案中，至少一部分柄是柔性的，它可在任何所需的方向上弯曲以便容易使用。柔性部分包括围绕至少一个可弯曲线材的至少一种柔软的保护材料。
从外壳中出来的热可通过位于柄内的含相变材料的散热器、常规的金属块或风扇，或者仅仅通过大气耗散。
如前所述，当使用多种光源时，它们可发射多种波长的光，以便具有对不同波长敏感的光引发剂的复合材料可采用单一的光源完全固化。在一些实施方案中，二极管激光或者发光二极管可位于在合适的底座或者固定装置上的阵列内，以便提供较大的光强度或者若使用同心阵列的话，提供可变直径的光源。此外，当使用激光或发光二极管芯片的阵列时，可通过将具有不同波长的芯片放置在阵列内，从而实现具有单一或多个波长的光。
此外，固化或光漂白的光系统可配有具有AC或DC电源的控制模件。控制模件供给动力并控制固化或光漂白光系统，以便在所需的光强下经任何所需的持续时间产生固化复合材料或者漂白光活性漂白组合物用的合适光。也可提供接通/断开开关和低电池功率用指示器。
在本发明的一些实施方案中，提供电池充电器，给光源供给动力所使用的一个或更多个电池充电。当电池充电时，仍然可使用固化或光漂白光以供处理，这是因为可从充电器中引出功率，供给固化光动力。
在下述实施例中进一步例举本发明。
实施例
如下所述制造包埋在牙科固化光内的散热器：
所使用的相变材料的组合物和性能：
相变材料(PCM)：使用具有下述性能的十二水合磷酸氢钠(Na2HPO4-12H2O)：
熔点：36℃
热焓：280kJ/kg
比热：1.94kJ/kg℃(固体)，1.60kJ/kg℃(液体)
密度：1520kg/m3(固体)，1450kg/m3(液体)
导热率：0.514W/m℃(固体)，0.476W/m℃(液体)
导热外壳：壁厚为约1.5mm的铜外壳(碲铜145)。
制备：
在55℃下，在烘箱内加热相变材料45分钟，直到熔融。使用注射器，将处于液相的1.2ml相变材料装载到散热器的中空的铜外壳内。用风扇冷却散热器30分钟，之后将盖子压挤到合适的位置，密封该腔室。将热敏电阻置于盖子的通道内并用热环氧树脂密封在原地。还施加额外的热环氧树脂到盖子的内部，以提供进一步的密封。
试验：
根据本发明，在固化光内测试所制造的以上规定结构的散热器。该测试包括与不具有相变材料的散热器相比，当使用含相变材料的散热器时，测定固化光的持续时间。持续时间测试测定在固化光切断温度之前的操作时间。获得从25℃的环境温度升高到40℃的温度。使用含相变材料的散热器的固化光的平均持续时间大于20分钟(测试总计在大致相同浓度下的20个样品)，和使用相当的散热器，但不具有相变材料的固化光的平均持续时间为约8分钟(总计测试67个样品)。
当与常规的固体金属块散热器相比时，甚至在较低的重量下，本发明的散热器证明也具有优异的性能。
尽管参考一些实施方案详细地描述了本发明，但本领域的普通技术人员要理解，本发明也可用其它形式来体现，且没有脱离本发明的精神或基本特征。本发明的说明因此在所有方面上被视为例举而不是限制。本发明的范围通过所附权利要求来定义，且落在本发明的相当含义和范围内的所有变化打算包括在其内。

Claims (67)

1.用于光固化或光漂白光系统的散热器，它包括：
含开口端、闭合端和基本上中空内部的导热外壳；和
加盖装置，所述加盖装置包括为在导热外壳的开口端内压缩配合而匹配的结构；
其中所述外壳用至少一种相变材料部分填充，所述相变材料适用于吸收光源生成的热和进行基本上可逆的相变。
2.权利要求1的散热器，其中所述相变材料基本上被所述导热外壳包围。
3.权利要求1的散热器，其中所述外壳包括刮刀状隔板用以隔离基本上中空的内部。
4.权利要求1的散热器，其中所述散热器包括适合于安装光源的含基本上平坦表面的界面特征。
5.权利要求1的散热器，其中所述相变材料基本上被蒸汽可渗透且湿气不可渗透的膜包围。
6.权利要求1的散热器，其中所述散热器包括排气孔隙。
7.权利要求6的散热器，其中含排气孔隙的至少一部分散热器基本上被蒸汽可渗透且湿气不可渗透的膜包围。
8.权利要求1的散热器，其中所述散热器包括沿其外侧，在散热器的长度上延伸的至少一个通道，其中所述通道适合于布置线材组件。
9.权利要求1的散热器，其中所述散热器包括基本上位于中心的深孔，所述深孔具有至少一个侧壁，在该孔顶部的两个相邻部分，和在孔的底部的远端部分，其中这些部分适合于安装至少一个光源。
10.权利要求1的散热器，其中所述相变材料在环境温度下为固体。
11.权利要求1的散热器，其中所述相变材料的熔点为30-50℃。
12.权利要求11的散热器，其中所述相变材料的熔点为35-45℃。
13.权利要求1的散热器，其中所述相变材料的比热在环境温度下大于1.7。
14.权利要求13的散热器，其中所述相变材料的比热在升高的温度下大于1.5。
15.权利要求1的散热器，其中所述相变材料的导热率在环境温度下为至少0.5W/m℃。
16.权利要求15的散热器，其中所述相变材料的导热率在升高的温度下为至少0.45W/m℃。
17.权利要求1的散热器，其中所述相变材料选自有机材料、无机材料及其结合。
18.权利要求17的散热器，其中所述有机相变材料选自石蜡、2，2-二甲基正二十二烷(C24H50)、三甘油三肉豆蔻酸酯((C13H27COO)3C3H3)、1，3-甲基二十五烷(C26H54)、聚乙烯蜡、亚乙基-双硬脂酰胺、N，N-亚乙基-双硬脂酰胺及其混合物。
19.权利要求17的散热器，其中所述无机相变材料包括无机水合盐。
20.权利要求17的散热器，其中所述无机相变材料选自十二水合磷酸氢钠(Na2HPO4·12H2O)、十水合硫酸钠(Na2SO4·10H2O)、六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)、TH29、金属合金及其混合物。
21.权利要求1的散热器，其中所述相变材料的熔化潜热为至少30kJ/kg。
22.权利要求21的散热器，其中所述相变材料的熔化潜热为至少200kJ/kg。
23.权利要求1的散热器，其中所述外壳包括圆柱形或者矩形的截面。
24.权利要求9的散热器，其中所述侧壁包括固体导热材料。
25.权利要求9的散热器，其中所述侧壁包括内部侧壁和外部侧壁以及在内部与外部侧壁之间的基本上中空的空间。
26.用于光固化或光漂白光系统的轻质散热器，它包括：
导热块，所述导热块具有用至少一种相变材料至少部分填充的洞，所述相变材料能进行基本上可逆的相变；和
给所述洞加盖的加盖装置，以供在所述洞内部容纳所述相变材料。
27.权利要求26的散热器，其中所述相变材料基本上被蒸汽可渗透且湿气不可渗透的膜包围。
28.权利要求26的散热器，其中所述块料包括排气孔隙。
29.权利要求28的散热器，其中所述含排气孔隙的至少一部分块料基本上被蒸汽可渗透且湿气不可渗透的膜包围。
30.权利要求26的散热器，其中所述块料包括沿其外侧，在块料长度上延伸的至少一个通道，其中所述通道适合于布置线材组件。
31.权利要求26的散热器，其中所述块料包括基本上位于中心的深孔，所述深孔具有至少一个侧壁，在该孔顶部的两个相邻部分，和在孔的底部的远端部分，其中这些部分适合于安装至少一个光源。
32.权利要求31的散热器，其中所述侧壁包括固体导热材料。
33.权利要求31的散热器，其中所述侧壁包括内部侧壁和外部侧壁以及在内部与外部侧壁之间的基本上中空的空间。
34.一种用于固化光活化的复合材料的轻质、便携式固化光系统，它包括：
光源外壳，所述光源外壳包括安装在至少一块散热器上的至少一个光源，所述散热器能从所述至少一个光源中引出热量，所述至少一块散热器包括：
具有开口端、闭合端和基本上中空内部的导热外壳；
加盖装置，所述加盖装置包括适合于在导热外壳的开口端内压缩配合的构造；和
能基本上可逆地相变的至少一种相变材料包含在所述外壳内部；和
可位于所述光源外壳上的电源，所述电源起到提供给所述光源电力的作用。
35.权利要求34的固化光系统，其中至少一个孔位于所述至少一块散热器上，精压加工所述孔并成型，以容纳发光二极管。
36.权利要求35的固化光系统，其中所述孔具有在所需方向上起到反射光作用的环形壁。
37.权利要求34的固化光系统，其中所述导热外壳用至少一种相变材料部分填充。
38.权利要求34的固化光系统，其中所述相变材料选自有机材料、无机材料及其结合。
39.权利要求34的固化光系统，其中所述相变材料的熔点为35-45℃。
40.权利要求34的固化光系统，其中所述相变材料的比热在环境温度下大于1.7。
41.权利要求40的固化光系统，其中所述相变材料的比热在升高的温度下大于1.5。
42.权利要求34的固化光系统，其中所述相变材料的导热率在环境温度下为至少0.5W/m℃。
43.权利要求42的固化光系统，其中所述相变材料的导热率在升高的温度下为至少0.45W/m℃。
44.权利要求35的固化光系统，其中所述孔具有至少一个侧壁，在该孔顶部的两个相邻部分，和在孔的底部的远端部分，其中这些部分适合于安装至少一个光源。
45.权利要求34的固化光系统，其中所述光源外壳包括：
位于所述光源外部周围的主体，所述主体起到包含所述光源的作用；
位于所述主体上的光出口；和
覆盖所述光出口的覆盖物，所述覆盖物允许从所述光源发出的光通过所述光出口并行进到固化表面。
46.权利要求35的固化光系统，其中所述孔包括具有内部侧壁和外部侧壁的侧壁，以及在所述内部侧壁和所述外部侧壁之间的基本上中空的空间。
47.权利要求46的固化光系统，其中所述孔包括实心侧壁。
48.权利要求46的固化光系统，其中所述孔具有至少一个侧壁，在孔的顶部的两个相邻部分，和在孔的底部的远端部分，其中各部分适合于安装至少一个光源。
49.权利要求34的固化光系统，它包括多个发光芯片，其中至少一些所述芯片能发射不同于所述芯片中的其它芯片发出的光的波长。
50.权利要求34的固化光系统，其中来自所述光源的光通过光输送装置行进。
51.权利要求34的固化光系统，其中所述散热器包括下述材料：当与由导热材料的实心块料制造的散热器相比时，采用给定重量的散热器材料，可更加有效地从一个或多个光源中除去或者转移热量。
52.一种光固化或光漂白的光系统，它包括：
光源外壳，所述光源外壳包括安装在至少一块散热器上的至少一个光源，所述散热器能从所述至少一个光源中引出热量，所述至少一块散热器包括：
包括开口端、闭合端和基本上中空内部的导热外壳；
加盖装置，所述加盖装置包括适合于在导热外壳的开口端内配合的构造；其中用至少一种相变材料部分填充所述导热外壳中所述基本上中空的内部，以吸收光源生成的热量。
53.权利要求52的光系统，其中所述相变材料选自有机材料、无机材料及其结合。
54.权利要求53的光系统，其中所述有机相变材料选自石蜡、2，2-二甲基正二十二烷(C24H50)、三甘油三肉豆蔻酸酯((C13H27COO)3C3H3)、1，3-甲基二十五烷(C26H54)、聚乙烯蜡、亚乙基-双硬脂酰胺、N，N-亚乙基-双硬脂酰胺及其混合物。
55.权利要求53的光系统，其中所述无机相变材料包括无机水合盐。
56.权利要求53的光系统，其中所述无机相变材料选自十二水合磷酸氢钠(Na2HPO4·12H2O)、十水合硫酸钠(Na2SO4·10H2O)、六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)、TH29、金属合金及其混合物。
57.权利要求52的光系统，其中所述相变材料基本上被导热壁包围。
58.在便携式牙科光系统中使用的轻质散热器，它包括：
导热块，所述导热块具有至少部分用至少一种相变材料填充的洞，所述相变材料能进行基本上可逆的相变；和给所述洞加盖的加盖装置以供在所述洞内部容纳所述相变材料。
59.权利要求58的散热器，其中所述相变材料选自有机材料、无机材料及其结合。
60.权利要求58的散热器，其中所述相变材料的熔点为30-50℃。
61.权利要求58的散热器，其中所述块料包括基本上位于中心的深孔，所述深孔具有至少一个侧壁，在该孔顶部的两个相邻部分，和在孔的底部的远端部分，其中这些部分适合于安装至少一个光源。
62.用于牙科光系统中的散热器，它包括：
含开口端、闭合端和基本上中空内部的外壳；和
加盖装置，所述加盖装置包括适合于在导热外壳的开口端内配合用以密封中空内部的构造；
其中用至少一种相变材料部分填充所述导热外壳的所述基本上中空的内部，和在相变过程中所述材料包含在所述外壳内。
63.权利要求62的散热器，其中所述相变材料选自有机材料、无机材料及其结合。
64.权利要求63的散热器，其中所述无机相变材料选自十二水合磷酸氢钠(Na2HPO4·12H2O)、十水合硫酸钠(Na2SO4·10H2O)、六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)、TH29、金属合金及其混合物。
65.权利要求62的散热器，其中所述相变材料在环境温度下为固体。
66.权利要求62的散热器，其中所述相变材料的比热在环境温度下大于1.7。
67.权利要求66的散热器，其中所述相变材料的比热在升高的温度下大于1.5。
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