DE3009171A1 - Short-wave hardening dental plastics - using radiation-polymerisation equipment contg. quartz photoconductor rod and dielectric thin layer optical filter - Google Patents
Short-wave hardening dental plastics - using radiation-polymerisation equipment contg. quartz photoconductor rod and dielectric thin layer optical filterInfo
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Abstract
Description
Strahlungs-Polymerisationsgerät für den Dentalkunststoffe Radiation polymerization device for dental plastics
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahlungs-Polymerisationsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a radiation polymerization apparatus according to the preamble of claim 1.
Polymerisationsgeräte der oben erwähnten Art sind seit einiger Zeit in der Bundesrepublik Deutschland im Handel.Polymerizers of the type mentioned above have been around for some time in the Federal Republic of Germany in trade.
Ähnliche Polymerisationsgeräte sind auch in der DE-OS 26 07 249, insbesondere Fig. 2 und in der DE-OS 24 06 424 beschrieben.Similar polymerization devices are also in DE-OS 26 07 249, in particular Fig. 2 and in DE-OS 24 06 424 described.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad der bekannten Polymerisationsgeräte zu verbessern, also die Strahlungsleistung zu erhöhen, die bei gegebener elekfrischer Eingangsleistung der Strahlungsquelle und bei gegebenem Durchmesser des Lichtleiters am Ausgang der Lichtaustrittsanordnung des Geräts zur Verfügung steht.The present invention is based on the problem of efficiency to improve the known polymerization devices, so the radiation output to increase that for a given electrical input power of the radiation source and for a given diameter of the light guide at the exit of the light exit arrangement of the device is available.
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.This task is in a device with the preamble of the claim 1 specified features according to the present Invention by the in the characterizing part of claim 1 listed features solved.
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 vorgegegebene Polymerisationstiefe oder bei vorgegebener Polymerisationsdauer eine Erhöhung der Polymerisationstiefe um bis zu 50% erhöhen. Trotz dieser vorteilhaften Eigenschaften ist die Blendwirkung der austretenden Strahlung noch gut erträglich.The combination of features according to the invention allows the optical Increase the efficiency of the radiation polymerization device in a surprising manner. If the parameters are otherwise the same, the polymerization time can be shortened for a given depth of polymerisation or for a given duration of polymerisation increase the depth of polymerization by up to 50%. Despite this beneficial Properties, the dazzling effect of the emerging radiation is still tolerable.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strahlungs-Polymerisationsgerätes sind Gegenstand von Unteransprüchen.Developments and advantageous embodiments of the invention Radiation polymerization device are the subject of subclaims.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.In the following, an embodiment of the invention is referred to explained in more detail on the drawing.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Strahlungs-Polymerisationsgerätes gemäß der Erfindung; Figur 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles einer bevorzugten Lichtaustrittsanordnung für das Gerät gemäß Figur 1; Figur 3 eine bevorzugte Filterkennlinie; Figur 4 ein Diagramm zum Vergleich der in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufgetragenen Intensität der Ausgangsstrahlung für eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlungs-Polymerisationsgerätes und für ein entsprechendes bekanntes Strahlungs-Polymerisationsgerät, und Figur 5 ein Diagramm zum Vergleich der spektralen Leistungsdichte der Ausgangsstrahlung eines Strahlungspolymerisationsgerätes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und bekannter, handelsüblicher Strahlungs-Polymerisationsgeräte.They show: FIG. 1 a schematic representation of a preferred one Embodiment of the radiation polymerization device according to the invention; figure 2 is an enlarged view of part of a preferred light exit arrangement for the device according to Figure 1; FIG. 3 shows a preferred filter characteristic; Figure 4 a Diagram to compare the intensity plotted as a function of the wavelength the output radiation for a preferred embodiment of the invention Radiation polymerization device and for a corresponding known radiation polymerization device, and FIG. 5 shows a diagram for comparing the spectral power density the output radiation of a radiation polymerization device according to a preferred Embodiment of the invention and known, commercially available radiation polymerization devices.
Das in Fig. 1 stark vereinfacht dargestellte Strahlungs-Polymerisationsgerät gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Gerätekasten 10, einem flexiblen Lichtleiter 12 und einer als Strahlungsapplikator dienenden Lichtaustrittsanordnung 14.The radiation polymerization device shown in greatly simplified form in FIG. 1 according to the invention consists essentially of a device box 10, a flexible one Light guide 12 and a light exit arrangement serving as a radiation applicator 14th
Der Gerätekasten enthält eine Strahlungsquelle 16 in Form einer handelsüblichen Wolfram-tialogen-Projektionslampe mit ellipsoidförmigen Kaltlichtreflektor 18. Lampen dieser Art sind als Lichtquellen für Diaprojektoren im Handel. Die Lampe 16 hat vorteilhafterweise eine Nennleistung zwischen 75 und 250 Watt, vorzugsweise 150 Watt.The equipment box contains a radiation source 16 in the form of a commercially available one Tungsten-halogen projection lamp with ellipsoidal cold light reflector 18. Lamps of this type are commercially available as light sources for slide projectors. The lamp 16 has advantageously a nominal power between 75 and 250 watts, preferably 150 Watt.
Der Gerätekasten 10 enthält ferner ein nicht näher dargestelltes unstabilisiertes Netzteil 20, das eine etwas unter der- Nennspannung der Lampe 16 liegende Spannung liefert.The equipment box 10 also contains an unstabilized one, not shown in detail Power pack 20, which is a slightly below the nominal voltage of the lamp 16 lying voltage supplies.
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.The lamp 16 is held in a housing 22 so that of her useful radiation emitted and filtered and reflected by the cold light reflector is focused in a light entry surface 24 of the light guide 12.
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 verschlossen. Das Innere des Schlauches 26 ist mit einer das Material des Schlauches nicht benetzenden, vorzugsweise ionischen Flüssigkeit a2 38 gefüllt, wie einer Salzlösung, z.B. einer wässrigen-Kalziumchloridlösung. Die Flüssigkeit 32 ist ferner vorzugsweise hygroskopisch.The light guide 12 consists essentially of a tube 26 a polymeric material based on carbon and fluorine, e.g. PFEP or PTFE-PFA. The ends of the hose 26 are through plug-like windows 28 and 30, respectively sealed from quartz. The interior of the hose 26 is one of the material the hose is filled with non-wetting, preferably ionic liquid a2 38, such as a saline solution such as an aqueous calcium chloride solution. The liquid 32 is also preferably hygroscopic.
Die Enden des Lichtleiters sind in Ilülsen 34 bzw. 36 gehaltert. Die Hülse 34 ist als Stecker ausgebildet und in eine entsprechende Buchse 38 des Gerätekastens 10 einsteckbar.The ends of the light guide are held in sleeves 34 and 36, respectively. the Sleeve 34 is designed as a plug and into a corresponding socket 38 of the equipment box 10 insertable.
Der Schlauch 26 ist mit einem schwarz eingefärbten Kunststoffschlauch 40 umgeben. Die Ilülse 34 und die Buchse 38 sind mit einem nicht dargestellten , üblichen Rast- oder Verriegelungsvorrichtung versehen.The tube 26 is made of a black colored plastic tube 40 surrounded. The sleeve 34 and the socket 38 are provided with a usual latching or locking device provided.
Die Lichtaustrittsanordnung 14 ist in das freie Ende der Hülse 36 einsteckbar und in dieser durch eine nicht dargestellte Rast- oder Verriegelungsvorrichtung so fixierbar, daß sie bezüglich des Lichtleiters gedreht werden kann. Die Lichtaustrittsanordnung 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 abfallende Kante(50 % uJert) bei etwa 515 nm hat.Esist für die Nutzstrahlung ab etwa 350 nm durchlässig. Das Filter 44 kann in einer Hülse 46 gelagert sein, in der auch der Lichtleiterstab 42 befestigt ist, vorzugsweise ist es jedoch mit dem Lichtleiterstab durch eine Schicht 48 aus einem transparenten Kleber, insbesondere einem Silikonkleber, verbunden, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Das dielektrische Dünnschichtfilter hat vorzugsweise einen etwas größeren Durchmesser als der im wesentlichen 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 52a bzw. 52b versehen. Es können beispielsweise auf jeder Seite der Substratplatte 50 bis zu 12 dielektrische Schichten vorgesehen sein. Überraschenderweise wird die Filterwirkung durch die Kleberschicht 48 nicht wesentlich beeinträshtigt.The light exit arrangement 14 is in the free end of the sleeve 36 insertable and in this by a latching or locking device, not shown fixable so that it can be rotated with respect to the light guide. The light exit arrangement 14 contains a curved light guide rod 42 made of high purity, optically transparent Quartz is made of. At the end of the facing the light exit end of the light guide An optical filter 44 is arranged on the light guide rod 42. The optical filter 44 is a dielectric thin film filter having a transmission range equal to has as steep an edge as possible (50% uJert) at about 515 nm the useful radiation is transparent from about 350 nm. The filter 44 can be in a sleeve 46, in which the light guide rod 42 is also attached, preferably However, it is connected to the light guide rod through a layer 48 of a transparent one Adhesive, in particular a silicone adhesive, connected, as shown in FIG is. The dielectric thin film filter preferably has a slightly larger diameter than the substantially cylindrical light guide rod 42. Advantageously the dielectric thin film filter 44 on either side of one made of quartz and borosilicate glass, respectively existing substrate plate 50 with a system of dielectric layers 52a and 52b, respectively. For example, on each side of the substrate plate 50 up to 12 dielectric layers can be provided. Surprisingly, the The filter effect is not significantly impaired by the adhesive layer 48.
Der Lichtleiterstab 42 ist durch einen aufgeschrumpften Kunststoffschlauch 54 geschützt.The light guide rod 42 is through a shrunk-on plastic tube 54 protected.
Der Durchmesser des Lichtleitstabes 42 beträgt bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 6 mm.The diameter of the light guide rod 42 is in the preferred one Embodiment about 6 mm.
Zwischen der Strahlungsquelle 16 und der Lichteintrittsfläche 24 des Lichtleiters 12 ist vorteilhafterweise außer dem selektiv reflektierenden Kaltlichtreflektor 18 kein optisches Filter vorgesehen.Between the radiation source 16 and the light entry surface 24 of the Light guide 12 is advantageously in addition to the selectively reflecting cold light reflector 18 no optical filter is provided.
Figur 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 Kombination des Dünnschichtfilters mit dem Flüssigkeitslichtleiter 12 bleibt die Steilheit des Abfalles der Transmission erhalten, da der Flüssigkeitslichtleiter eine Ausgangsstrahlung mit verhältnismässig geringer Divergenz liefert. Durch den steilen Abfall 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 Strahlung streuende Füllstoffe enthalten, ergibt sich wegen der bekannten Wellenlängenabhängigkeit der Streuung eine umso grössere Eindringtiefe, je langwelliger die Strahlung ist. Das erfindungsgemäß verwendete Filter underdrückt auch die unerwünschte vom Flüssigkeitslichtleiter nicht vollständig gedämpfte, IR-Strahlung besser, was deshalb vorteilhaft ist, da die gesamte Strahlenbelastung des Patienten trotz der erhöhten Nutzstrahlungsintensität immer noch gering gehalten wird.FIG. 3 shows a preferred filter characteristic and FIG. 3 is longitudinal the abscissa is the wavelength in nanometers and the ordinate is the transmission applied in percent. By combining the thin-film filter with the liquid light guide 12, the steepness of the drop in transmission is retained, since the liquid light guide supplies an output radiation with a relatively low divergence. Through the steep drop in transmission results in two advantages: First, there is a high Percentage of the useful radiation effective for the polymerization up to as much as possible long wavelengths are exploited and, secondly, the glare effect remains low. Since dental plastic compounds are generally very finely divided, the radiation scattering Contain fillers, arises because of the known wavelength dependence of the Scattering, the greater the depth of penetration, the longer the wavelength of the radiation. That Filters used according to the invention also suppress the undesired ones from the liquid light guide not completely attenuated, IR radiation better, which is therefore advantageous because the total radiation exposure of the patient despite the increased useful radiation intensity is still kept low.
Figur 4 zeigt vergleichsweise die spektrale Intensitätsverteilung der Ausgangsstrahlung eines bekannten Gerätes, beidem das optische Filter 44 ein Farbfilter ist und der Lichtleiterstab 42 aus Borosilikatglas besteht.FIG. 4 comparatively shows the spectral intensity distribution the output radiation of a known device, both the optical filter 44 a Is color filter and the light guide rod 42 is made of borosilicate glass.
Die ausgezogene Kurve 2 gilt für das oben beschriebene Strahlungs-Polymerisationsgerät gemäß Figur 1 und 2.The solid curve 2 applies to the radiation polymerization device described above according to Figures 1 and 2.
Figur 5 zeigt die Leistungsdichte der Ausgangsstrahlung verschiedener Geräte. Die Kurve 1 gilt für das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung, die Kurve 2 für ein entsprechendes Gerät mit Farbfilter und Borosilikatglas-Lichtleiterstab. Die Kurve 3 gilt für ein bekanntes Gerät mit einem 5 mm dicken Faserbündellichtleiter. Die Strahlungsquelle hatte bei diesen drei Geräten jeweils eine Nennleistung von 150 Watt.Figure 5 shows the power density of the output radiation of various Devices. Curve 1 applies to the described embodiment of the invention, curve 2 for a corresponding device with a color filter and borosilicate glass light guide rod. Curve 3 applies to a known device with a 5 mm thick fiber bundle light guide. The radiation source for these three devices each had a nominal power of 150 watts.
Die Kurven 4 und 5 gelten für handgeführte Geräte mit kurzem, starren Lichtleitstab, wie sie im Prinzip in Figur 1 der DE-OS 26 07 249 beschrieben sind. Man sieht, daß durch die erfindungsgemäße Kombination eine überraschend hohe Leistungsdichte erreicht wird.Curves 4 and 5 apply to hand-held devices with short, rigid ones Light guide rod, as described in principle in Figure 1 of DE-OS 26 07 249. It can be seen that the combination according to the invention results in a surprisingly high power density is achieved.
Durch die erhöhte Leistungsdichte des erfindungsgemäßen Gerätes konnte im Vergleich zu den bekannten die Polymerisationstiefe für ein lichthärtendes Kompositonsmaterial mit Mikrofüller und der ungünstigsten Einfärbung gelb bei gleichbleibender Bestrahlungsdauer (20 s) von etwa 2 mm auf etwa 3 mm erhöht werden.Due to the increased power density of the device according to the invention compared to the known, the depth of polymerization for a light-curing composite material with micro-filler and the most unfavorable coloration yellow with constant exposure time (20 s) can be increased from about 2 mm to about 3 mm.
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 Strahlung ist.The liquid 32 is advantageously uncolored, so that the filter 44 the only optical filter by way of the cold light reflector 18 in the Light guide 12 is focused radiation.
Die durch die Erfindung erzielte Erhöhung des optischen Wirkungsgrades 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 LeerseiteThe increase in optical efficiency achieved by the invention can also be used in whole or in part to reduce the cross section of the light guide be used, so that this then has a higher flexibility. Normally the tube 26 has an inside diameter of 5 mm and a wall thickness of 0.5 mm. The inside diameter can therefore be reduced to 4 or even 3 mm, for example Blank page
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