DE3009171C2

DE3009171C2 -

Info

Publication number: DE3009171C2
Application number: DE19803009171
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr. Nath; Albert Dipl.-Phys. 8000 Muenchen De Kreitmair
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-03-11
Filing date: 1980-03-11
Publication date: 1989-02-02
Also published as: DE3009171A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahlungs-Polymerisations gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to radiation polymerization device 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 trade in the Federal Republic of Germany.

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 described in DE-OS 24 06 424.

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.The present invention is based on the task that we to improve the degree of efficiency of the known polymerization devices, So to increase the radiant power, given a given elek tric input power of the radiation source and for a given Diameter of the light guide at the exit of the light exit arrangement 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 performed on a device with the in the preamble of Features specified claim 1 according to the present Invention by 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 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.The combination of features according to the invention allows the optical efficiency of the radiation polymerization device in surprisingly increase. With otherwise the same parameters a shortening of the polymerization time for a pre given depth of polymerization or given polymer an increase in the depth of polymerization by up to 50% to reach. Despite these beneficial properties, the blend is effect of the emerging radiation is still bearable.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungs gemäßen Strahlungs-Polymerisationsgerätes sind Gegenstand von Unteransprüchen.Further developments and advantageous refinements of the invention modern radiation polymerization device are the subject of Subclaims.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The following is an embodiment of the invention Reference to the drawing explained in more detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausfüh rungsform des Strahlungs-Polymerisationsgerätes gemäß der Erfindung; Fig. 1 is a schematic representation of a preferred embodiment of the radiation polymerization device according to the invention;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles einer bevorzugten Lichtaustrittsanordnung für das Gerät gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows an enlarged view of a part of a preferred light exit arrangement for the device according to FIG. 1;

Fig. 3 eine bevorzugte Filterkennlinie; Fig. 3, a preferred filter characteristic;

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. 4 is a graph comparing the results plotted in function of the wavelength intensity of Ausgangsstrah lung for a preferred embodiment of the invention Radiation curing light fiction, and for a corresponding known Radiation Curing, and

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. Fig. 5 is a diagram for comparing the spectral power density of 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-Polymeri sationsgerät gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Gerätekasten 10, einem flexiblen Lichtleiter 12 und einer als Strahlungsapplikator dienenden Lichtaustrittsanordnung 14.The radiation polymerisation device according to the invention shown in a highly simplified manner in FIG. 1 consists essentially of a device box 10 , a flexible light guide 12 and a light exit arrangement 14 serving as a radiation applicator.

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.The equipment box contains a radiation source 16 in the form of a commercially available tungsten-halogen projection lamp with an ellipsoidal cold light reflector 18 . Lamps of this type are commercially available as light sources for slide projectors. The lamp 16 advantageously has a nominal output between 75 and 250 watts, preferably 150 watts.

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.The equipment box 10 also includes an unstabilized power supply 20 , not shown, which provides a voltage slightly below the nominal voltage of the lamp 16 .

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 in such a way that the useful radiation emitted by it and filtered and reflected by the cold light reflector is focused into 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 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. The light guide 12 consists essentially of a tube 26 made of a polymeric material based on carbon and fluorine, for. B. PFEP or PTFE-PFA. The ends of the hose 26 are closed by plug-like windows 28 and 30 made of quartz. The interior of the tube 26 is filled with a preferably non-ionic liquid 32 , such as a saline solution, e.g. B. an aqueous calcium chloride solution. The liquid 32 is also preferably hygroscopic.

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.The ends of the light guide are held in sleeves 34 and 36, respectively. The sleeve 34 is designed as a plug and can be inserted into a corresponding socket 38 of the device box 10 . The hose 26 is surrounded by a black colored plastic hose 40 . The sleeve 34 and the socket 38 are provided with a not shown, conventional locking or locking device.

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. The light exit arrangement 14 can be inserted into the free end of the sleeve 36 and can be fixed in it by a not-shown locking or locking device such that it can be rotated with respect to the light guide. The light exit arrangement 14 contains a curved light guide rod 42 , which consists of high-purity, optically transparent quartz. An optical filter 44 is arranged on the end of the light guide rod 42 facing the light exit end of the light guide. The optical filter 44 is a dielectric thin-film filter with a transmission range that has an edge that drops as steeply as possible (50% value) at approximately 515 nm. It is permeable to useful radiation from around 350 nm. The filter 44 can be mounted in a sleeve 46 in which the light guide rod 42 is also fastened, but it is preferably connected to the light guide rod by a layer 48 of a transparent adhesive, in particular a silicone adhesive, as shown in FIG. 2 is shown. The dielectric thin-film filter 44 preferably has a slightly larger diameter than the substantially cylindrical optical fiber rod 42 . The dielectric thin-film filter 44 is advantageously provided on both sides of a substrate plate 50 made of quartz or borosilicate glass with a system of dielectric layers 52 a or 52 b . For example, up to 12 dielectric layers can be provided on each side of the substrate plate 50 . Surprisingly, the filter effect is not significantly impaired by the adhesive layer 48 .

Der Lichtleiterstab 42 ist durch einen aufgeschrumpften Kunst stoffschlauch 54 geschützt.The light guide rod 42 is protected by a shrunk plastic tube 54 .

Der Durchmesser des Lichtleiterstabes 42 beträgt bei dem bevor zugten Ausführungsbeispiel etwa 6 mm.The diameter of the light guide rod 42 is in the preferred embodiment before 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 vor gesehen.Between the radiation source 16 and the light entry surface 24 of the light guide 12 , apart from the selectively reflecting cold light reflector 18, no optical filter is advantageously seen before.

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. 3 shows a preferred filter characteristic and in FIG. 3 the wavelength in nanometers is plotted along the abscissa and the transmission in percent along the ordinate. 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 delivers an output radiation with a relatively low divergence. The steep drop in transmission has two advantages: firstly, a high percentage of the useful radiation effective for the polymerization is used up to the longest possible wavelengths and secondly, the glare remains low. Since dental plastic materials generally contain very finely divided fillers that scatter radiation, because of the known wavelength dependence of the scattering, the longer the radiation, the greater the depth of penetration. The filter he used according to the invention also suppresses the unwanted from the liquid light guide not fully attenuated, IR radiation better, which is advantageous because the total radiation exposure to the patient is still kept low despite the increased radiation intensity.

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. Fig. 4 shows comparatively the spectral intensity distribution of the output radiation of a known device in which the optical filter 44 is a color filter and the light guide rod 42 consists of borosilicate glass.

Die ausgezogene Kurve 2 gilt für das oben beschriebene Strah lungs-Polymerisationsgerät gemäß Fig. 1 und 2.The solid curve 2 applies to the radiation polymerization device described above according to FIGS . 1 and 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. Fig. 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 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 had a nominal output of 150 watts for each of these three devices.

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.Curves 4 and 5 apply to hand-held devices with a short, rigid light guide rod, as are described in principle in FIG. 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.

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.Due to the increased power density of the device according to the invention could compare to the known the polymerization depth for a light-curing composition material with microfiller and the unfavorable coloring yellow with constant loading radiation duration (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 Strah lung ist.The liquid 32 is advantageously uncolored, so that the filter 44 is the only optical filter in the way of radiation focused by the cold light reflector 18 in the light guide 12 .

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.The degree of optical efficiency achieved by the invention can be used in whole or in part for a reduction in the cross section of the light guide, so that it then has a higher flexibility. The hose 26 normally has an inner diameter of 5 mm and a wall thickness of 0.5 mm. The inner diameter can therefore, for. B. can be reduced to 4 or even 3 mm.

Claims

1. Radiation polymerization device for dental plastics, which can be cured by useful radiation in the short-wave visible and near UV spectral range, with a radiation source containing a tungsten-halogen lamp, a light guide, a tube made of a carbon-fluoropolymer, which with a the latter non-wetting, radiation-permeable liquid is filled and sealed at the ends by stopper-shaped windows made of transparent material, contains and is optically coupled with its light entry end by a selectively reflecting mirror to the lamp, and with a light exit arrangement, one at the light exit end of the Contains the light guide arranged curved light guide rod, at the end facing the light exit end of the light guide there is an optical field which attenuates radiation in a spectral range lying above the useful radiation range, characterized in that the optical filter ( 44 ) is a dielectric thin-film filter with a nominal pass band up to a wavelength of 530 nm and that the curved light guide rod ( 42 ) of the light exit arrangement is made of quartz.

2. Radiation polymerization device according to claim 1, characterized in that the radiation source contains a cold light reflector ( 18 ) for focusing the useful radiation in a light entry surface ( 24 ) of the light guide ( 12 ) and that the optical thin film filter ( 44 ) is the only optical Filter in the beam path of the radiation focused by the cold light reflector in the light guide.

3. Radiation polymerization device according to claim 1 or 2, characterized in that the dielectric thin film filter ( 44 ) comprises a transparent substrate ( 50 ), which is provided on both sides with an arrangement of dielectric layers ( 52 a , 52 b) .

4. Radiation polymerization device according to claim 2 or 3, characterized in that the dielectric thin film filter ( 44 ) with a light entry surface of the light guide rod ( 42 ) by a transparent adhesive layer ( 48 ) is connected.

5. Radiation polymerization device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the radiation source is fed by an unstabilized power supply ( 20 ) ge.

6. Radiation polymerization device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical filter ( 44 ) has a larger diameter than the light entry end of the light guide rod ( 42 ).

7. Radiation polymerizer according to one of the preceding the claims, characterized, that the dielectric thin film filter at least 10 dielectri contains layers.