JP2001314424A

JP2001314424A - レジン硬化装置および光学装置

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Publication number: JP2001314424A
Application number: JP2000137200A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Otsuka; 正博大塚
Original assignee: Toei Electric Co Ltd
Current assignee: Toei Electric Co Ltd
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-11-13
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: JP3645151B2

Abstract

(57)【要約】【目的】レジン硬化用の光を照射してから僅かな時間で
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
置および入射面に入射した平行光線を入射面に入射され
た時点よりも狭い領域に、光強度を減衰させることなく
集光することのできる小型で軽い光学装置を提供する。【解決手段】複数の発光素子１３ａ〜１３ｎを、個々
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
ように配列し、各発光素子を、冷却ファンにより強制的
に冷却しながら、定格電流より大きな駆動電流により発
光させて短時間にレジンを硬化させることのできる光強
度の高い多くの光を得ることにより、レジンを数秒で硬
化させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
ン硬化装置および入射面に入射した平行光線を入射面に
入射された時点よりも狭い領域に光強度を減衰させるこ
となく集光する光学装置に関する。

【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２
０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】また、光強度を高めるために複数の発光素
子を用いると、それぞれの発光素子からの光または平行
光線を口腔内に挿入または近接可能な大きさに集光する
必要が生じるが、それぞれの発光素子からの光または平
行光線を入射面に入射された時点よりも狭い領域に光強
度を減衰させずに集光する技術は、現在のところ確立さ
れていない。

【００１１】このため、今日は、集光装置およびレジン
硬化装置の双方が大きく、かつ重くなり、医師にとって
は、必ずしも扱いやすい装置ではなく、しかも発光素子
からの発熱により、患者および医師の双方に厚さを感じ
させることになる。

【００１２】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および入射面に入射した平行
光線を入射面に入射された時点よりも狭い領域に、光強
度を減衰させることなく集光する光学装置を提供するこ
とにある。

【００１３】

【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ＬＥＤ素子を有す
るＬＥＤアレイを含み、それぞれのＬＥＤ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、所定の
波長の光を放射する光源と、この光源からの光を所定の
位置に案内するガイド部材と、を有するレジン硬化装置
において、前記複数のＬＥＤアレイを、冷却ファンによ
り強制的に冷却することを特徴とするレジン硬化装置こ
とを特徴とするレジン硬化装置を提供するものである。

【００１４】またこの発明は、複数発光素子が密着もし
くは近接して配列可能な、または任意個数の光源からの
平行光線が入射する第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、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または前記平行光線の波長に
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光または前記平行光線を、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学装置である。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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組のスイッチ５
ａ（主電源用），５ｂ（ＬＥＤ発光用）が握り部２ａの
任意の位置に設けられている。

【００１９】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。

【００２０】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Ｌ
ＥＤ１３ａ，・・・，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。

【００２１】ＬＥＤ１３の各ＬＥＤ１３ａ，・・・，１
３ｎには、図５に示すように、電源回路１５により所定
の電圧に変圧された交流電圧を直流に変換し、所定のＬ
ＥＤ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。

【００２２】電源回路１５には、例えば交流または直流
駆動のモータ式の冷却ファン１６が接続されている。な
お、冷却ファン１６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、冷却ファン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であって、ＬＥＤアレイ１２に
冷却風を効率よく当てることのできる位置に設けられた
吸気口２ｃから冷却風を取り入れ、ＬＥＤアレイ１３の
各ＬＥＤ１３ａ，・・・，１３ｎ、集光装置１２および
冷却ファン１６のモータ本体を冷却しながら、排気口へ
抜ける冷却風を起こす。この冷却ファン１６により、各
ＬＥＤ１３ａ，・・・，１３ｎの動作が安定され、また
温度の上昇により集光装置１２の光学特性が変動するこ
とが抑止される。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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１
２−２，１２−３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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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Ｌ
ＥＤ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。

【００２９】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ＬＥＤ
１３ａ，・・・，１３ｎからの光のほとんどが、本体１
２ｃ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。

【００３０】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。

【００３１】なお、第１の曲面１２ａには、個々のＬＥ
Ｄ１３ａ，・・・，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。

【００３２】この集光装置１２によれば、入射面（第１
の曲面１２ａ）に入射した平行光線を入射面１２ａに入
射された時点よりも面積の狭い出射面（第２の曲面１２
ｂ）に、光強度を減衰させることなく集光することがで
きる。

【００３３】これにより、集光装置１２の大きさおよび
重さが低減され、医師による治療の作業性（治療のしや
すさ）が改善される。

【００３４】また、集光された光の光強度の減衰が少な
いため、光源に必要なＬＥＤ素子の数が低減され、消費
電力および発熱量が低減される。このことは、集光装置
１２の大きさおよび重さを低減することに関しても有益
である。

【００３５】図５は、ＬＥＤ駆動ユニット１４の一例を
説明する概略ブロック図である。

【００３６】電源回路１５により所定の電圧に変圧され
た交流電圧は、ブリッジＺ１により整流され、Ｌ０，Ｃ
１，Ｃ２からなる平滑部によりリップルが低減されてタ
イマ回路１４ａに入力される。

【００３７】タイマ回路１４ａを通過した直流電圧は、
各ＬＥＤ１３ａ〜１３ｎにそれぞれ割り当てられている
保護抵抗Ｒ０と電流制限抵抗Ｒａ〜Ｒｎを介して、それ
ぞれのＬＥＤに供給される。なお、電流制限抵抗Ｒａ〜
Ｒｎのそれぞれにより、個々のＬＥＤに供給される駆動
電流は、各ＬＥＤの定格電流よりも大きな２倍〜３倍の
電流値に制御される。このとき、個々のＬＥＤを流れる
駆動電流の大きさは、例えば定格電流が２０ｍＡのＬＥ
Ｄである場合に、５０〜７０ｍＡに定義されている。

【００３８】スイッチ５ｂは、ＬＥＤアレイ１３の個々
のＬＥＤ１３ａ〜１３ｎの発光時間を制御するもので、
スイッチ５ａがオンされることで、ブリッジＺ１により
整流された直流電圧をＬＥＤ駆動ユニット１４に供給す
る。なお、タイマ回路１４ａは、各ＬＥＤ１３ａ〜１３
ｎへの通電時間を、所定時間、例えば５秒に制限して定
格電流よりも大きな駆動電流により高輝度で発光してい
る個々のＬＥＤを保護するためのスイッチング回路であ
るが、例えば各ＬＥＤに接続されているトランジスタＴ
ａ〜Ｔｎのゲート電圧（Ｒｅｆ）をオン／オフするロジ
ック回路でも、単純な時限スイッチでもよい。

【００３９】スイッチ５ａがオンされることで、タイマ
回路１４ａの動作とは独立に図２に示した電源回路１５
への通電が確保され、冷却ファン１６が回転される。こ
れにより、定格電流よりも大きな駆動電流で高輝度で発
光している個々のＬＥＤ１３ａ〜１３ｎが強制的に冷却
される。

【００４０】図６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。

【００４１】図６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，・・・，１
３ｎ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。

【００４２】また、各ＬＥＤ素子１３ａ，・・・，１３
ｎ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６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。

【００４３】なお、各ＬＥＤ素子１３ａ〜１３ｎが発光
する光の波長は、例えば３５０ｎｍ〜４８０ｎｍであ
り、特に、３７０ｎｍ，４３０ｎｍ，４５０ｎｍの波長
の光を放射するＬＥＤ素子が容易に入手可能である。

【００４４】これにより、出力する光強度が、集光装置
１２により集光されることと合わせて、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、例えば５
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。

【００４５】図７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。

【００４６】図７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の側に収容された冷却ファン１６が回
転されることで、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，・・・，１３
ｎ、集光装置１２および冷却ファン１６のモータ本体を
冷却しながら、排気口へ抜ける。この冷却ファン１６に
より、各ＬＥＤ１３ａ，・・・，１３ｎの動作が安定さ
れ、また温度の上昇により集光装置１２の光学特性が変
動することが抑止される。

【００４７】なお、集光装置１２の大きさおよび重さが
小さく（少なく）、集光された光の光強度の減衰が少な
いため、光源に必要なＬＥＤ素子の数が低減されている
ことにより、発熱量が低減されているので、冷却ファン
１６の大きさおよび重さも、低減できる。

【００４８】

【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、複数の発光素子を定格電流より大き
な駆動電流により駆動するとともに、冷却ファンにより
強制的に冷却することから、短時間に多くの光を得るこ
とができ、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。

【００４９】また、入射面に入射した平行光線を入射面
に入射された時点よりも狭い領域に、光強度を減衰させ
ることなく集光する光学装置が提供される。

【００５０】これにより発熱の要因である光源を小型
化、小容量化でき、口腔内の治療に当たる医師や治療を
受ける患者の負担が低減される。

【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ＬＥＤ素子を、定格電流よりも大き
な駆動電流で発光させるためのＬＥＤ駆動回路の一例ヲ
示す概略ブロック図。

【図６】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７】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）、１３・・・ＬＥＤユニット（光源）、１３ａ〜１３ｎ・・・ＬＥＤ素子、１４・・・ＬＥＤ駆動ユニット、１４ａ・・・タイマ回路、１５・・・電源回路、１６・・・冷却ファン、Ｒａ〜Ｒｎ・・・電流制限抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤアレイを
含み、それぞれのＬＥＤ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、所定の波長の光を放射す
る光源と、この光源からの光を所定の位置に案内するガ
イド部材と、を有するレジン硬化装置において、前記複数のＬＥＤアレイを、冷却ファンにより強制的に
冷却することを特徴とするレジン硬化装置。
【請求項２】前記複数のＬＥＤ素子を、定格電流より大
きな駆動電流を供給することを特徴とするレジン硬化装
置。
【請求項３】前記それぞれのＬＥＤ素子が発光する光の
波長は、３７０〜４８０ｎｍ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。
【請求項４】複数発光素子が密着もしくは近接して配列
可能な、または任意個数の光源からの平行光線が入射す
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、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または前記平行光線
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光または前記平行光線
を、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学装置。
【請求項５】前記光学装置の前記第１の曲面は、前記そ
れぞれの発光素子が放射する光または前記平行光線を、
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４記載の光学装置。
【請求項６】複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤアレイを
含み、それぞれのＬＥＤ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、所定の波長の光を放射す
る光源と、この光源からの光を所定の位置に案内するガイド部材
と、をさらに有し、前記光学装置の前記第２の曲面から出射
された光が前記ガイド部材に入射されることを特徴とす
る請求項５記載の光学装置。
【請求項７】前記光学装置および前記光源の複数のＬＥ
Ｄ素子を冷却する冷却機構をさらに有することを特徴と
するレジン硬化装置。