JP2003144461A - 光重合用照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 発光ダイオードからの光を効率よく照射対象
物へ照射し且つ高光出力で照射ムラのない軽量・小型で
且つ信頼性の高い光重合装置を提供する。 【解決手段】 ピーク発光波長が３５０〜５００ｎｍの
光を放射する発光ダイオードを有し、その背面にはヒー
トパイプからなる放熱体１２が熱伝導性の接合材１３を
介して密着され、一方ヒートパイプ放熱体１２の他方端
には放熱フィンを具したアルミニウム金属からなる放熱
器２２が機械的に固定され、発光ダイオード１１から発
した熱をヒートパイプ放熱体１２に依り熱移送が行われ
他方端にある放熱器２２にて外部へ放熱される構造とな
っている。さらに、発光ダイオードが一定の動作温度を
超えないように光照射時間即ち発光ダイオードへの通電
時間を制御するためのタイマー機能や発光ダイオード近
傍に配置した温度センサーによる通電遮断機構を合わせ
持たせることによってさらに信頼性の向上が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は歯科用コンポジットレジ
ン充填材に、発光ダイオードから発した光を高出力で効
率よく且つ均斉度高く照射させることによって、ムラが
無く重合硬化するための可視光重合照射器に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバーを利用した光重合照射器の
光源部の基本構造において、従来から発光ダイオ−ドの
発光素子から発する光を効率よく導光用ファイバーへ入
射するために特開平０９−０１０２３８号、特開平０７
−２４０５３６号、特開平１１−２１９６０８号などに
開示されているように種々の構造のものが案出されてい
る。例として図２に示すような特開平１１−２１９６０
８号によれば複数の樹脂レンズ型発光ダイオード２１を
同一方向へ光が放射できるように回路基板２２上に配列
し、発光ダイオード２１の前方に配置したテーパー部に
金属反射層２４を被覆した先細のテーパー状の透明集光
体２３によって光を出射面側へ導きその先細の集光部即
ち出射部に光ファイバー２５を接続することによって複
数の発光ダイオード２１からの光を集光させることが可
能となり光ファイバー２５へ光を入射させることが試み
られている。またさらに、特開平０９−０１０２３８号
を図３で説明すると片側端面が発光面となる凸状の二次
曲面からなる透明で且つ円錐面上に金属反射層３５を付
けた円錐状導光体３２において前記凸状の二次曲面の接
線に対して直角の方向に光を出射できるように複数の樹
脂レンズ型発光ダイオード３１を凸面上に配置し、その
光を円柱状導光体３３内で集光３４することによって前
記円錐状導光路３２を介して円柱状導光体３３の出射面
側から光を外部へ照射する構造などが知られている。そ
して、これらの光源部の基本構造を利用した光重合照射
器の従来例として図４に示す小型の光重合照射装置が特
開２０００ー２７１１５５号に開示されているように多
数個の発光ダイオード４１を球面からなる発光ダイオー
ド支持体４２に配列し、その発光ダイオードは光ファイ
バー４３の入射端に集光できるようになっている。この
ように構成された光学系を制御する回路４４と駆動電源
４５と共にハンドピース４６内に収納することによっ
て、ハンディな光重合照射器が実用化されていることが
良く知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
０９−０１０２３８号においては複数の発光ダイオード
からの光を導光体を介して光ファイバー内に集光点を持
たせる事によって効率よく光ファイバーへ入射できるも
のの、その光の均斉度が悪く光ファイバーから出射され
た光も同様に均斉度の悪いものであった。そして、砲弾
型発光ダイオードの配光特性のバラツキが大きく導光し
ようとする光ファイバー径が小さくなるほど多数個の発
光ダイオードを同一点に集光することは非常に困難にな
り、個々の発光ダイオード固有の配光バラツキ、光軸バ
ラツキがあるために発光ダイオード個別の光学的な位置
調整が必要になったり、導光体としても寸法精度が要求
される透明の且つ円錐面に金属層を設けた円錐状二次曲
面が必要になるなど実用上大変な困難性があった。さら
には、多数個の発光ダイオードを配列したことによって
実質的な光源の大きさが大きくなり過ぎ、さらに多数個
の発光ダイオードを使用するために消費電力も大きくな
り蓄電池容量が大きくなったり或いは直流電源部が大き
くなるなど装置全体の大きさにも影響を与え小型軽量化
を目的とする装置においてはハンドリングの悪さや重す
ぎるなどの実用上の問題があった。特開平１１−２１９
６０８号においては透明のテーパー状導光体によって発
光ダイオードからの光が集光されるものの光反射による
光減衰や光導光用ファイバーへ入射する光の入射角度を
規定の角度以内即ち臨界角内に納めるためにテーパー角
度を大きくすることができないことから、実質的にテー
パー角度が小さくなり発光ダイオードから集光点即ち光
導光用ファイバーの入射端との距離が遠くなり距離によ
る光減衰が大きくなるなど、光学系からの光の漏れが少
ないものの、光の反射、屈折損失に加えて照射距離が長
くなることによって光減衰が大きくなるなどの問題があ
った。一方、実用上の面から小型にするためにテーパー
角度を大きく取り実質的な長さを短くしようとすると発
光ダイオードの光がテーパ面で大きく屈折することによ
って反射ロスが大きくなりあまり効率の良いものにはな
らなかった。このために前者従来例と同様多数個の発光
ダイオードを使用する点では変わりなく実用上装置が大
きくなり、消費電力も大きなものになっていたのが現状
であった。上述のように、従来技術においては基本的な
構成は光ファイバーからの出射光の増大を計るために多
数個の発光ダイオードを用いて光学的な工夫をすること
によって高光出力のファイバー用光源を得る工夫がなさ
れ装置の小型化や低消費電力性さらには高価になるなど
実用に供するには問題があったのが現状である。さらに
これら光源部の基本構造を利用した例として特開２００
０−２７１１５５号に示したハンディな装置において
は、前記したように基本的に多数個の発光ダイオードを
利用したものでありハンディとはいえその大きさは大き
く実用上問題があった。

【０００４】

【目的】本発明の目的は発光ダイオードからの光を効率
良く照射対象物へ照射でき且つ照射ムラのない軽量・小
型で且つ信頼性の高い光重合照射装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためにピーク発光波長が３５０〜５００ｎｍの光
を放射する１個の発光ダイオードをヒートパイプ式放熱
体の先端部に密着固定して配置することによって、従来
光ファイバーを使用して狭い場所へ導光することによる
光学的な光損失を皆無にすることができ、且つ照射対象
物に発光ダイオードを近接して使用できることからも実
質的に光量の増大化が図れる。さらに前記したように発
光ダイオードの光出力を増大させるために発光ダイオー
ド背面に密着固定した放熱効果を持つヒートパイプ式放
熱体からなる放熱体を設けたことによって発光ダイオー
ドの動作時温度を低減化でき、通電できる電流を高める
ことを可能とし、その結果発光ダイオードへの入力電力
を高めることが可能となり放射される光量の増大が計ら
れたことのみならず過大な電流を通電してもヒートパイ
プによる放熱効果により発光ダイオードの熱劣化による
信頼性を損なわないように構成したことを特徴とする。
このように光出力を増大させる目的で発光ダイオードに
過大な電流を流すことによって発熱が伴うが、熱的な負
担を軽減するために放熱体としてヒートパイプを発光ダ
イオードの光放射側とは反対側の背面側に設けることに
よって光学的な陰を生じることなく熱処理が成され性能
低下及び劣化を防止できる。さらに、発光ダイオードが
一定の動作温度を超えないように光照射時間即ち発光ダ
イオードへの通電時間を制御するためのタイマー機能や
発光ダイオード近傍に配置した温度センサーによる通電
遮断機構を合わせ持たせることによってさらに信頼性の
向上が図れる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の第一の実施例を図１において
説明する。図１において、１１は４７０ｎｍ或いは４９
０ｎｍの光を放射する発光ダイオードであり、その背面
には銅管の内壁に毛細管現象を促進する微細加工が施さ
れ内部に蒸発潜熱の大きな冷却液が適量注入されたヒー
トパイプからなる放熱体１２が熱伝導性の接合材１３を
介して密着され、一方ヒートパイプ放熱体１２の他方端
には放熱フィンを具したアルミニウム金属からなる放熱
器２２が機械的に固定され、発光ダイオード１１から発
した熱をヒートパイプ放熱体１２に依り熱移送が行われ
他方端にある放熱器２２にて外部へ放熱される構造とな
っている。さらに前記発光ダイオード１１への電流供給
は２本の被覆電線２４ａ，ｂから為され、ヒートパイプ
放熱体に沿うように配線されている。このように用意さ
れたヒートパイプ放熱体１２の先端に発光ダイオード１
１が密着固定され、発光ダイオード１１への電流供給の
ための電線２４ａ、ｂも含めた棒状ユニットは透明保護
カバー１４にてユニット全体が覆われている。このこと
によって、発光ダイオード１１から発する熱によって高
温になったヒートパイプ放熱体１２の先端部或いは発光
ダイオード１１を直接手や口腔内などに接触することな
く安全に使用できる。本実施例においては透明の保護カ
バーを用いたが、先端部のみが透明なものでも構わず、
さらにはディッピング法などによるゾル状樹脂の中に浸
漬した後に硬化することによって保護層を形成してもよ
い。さらにこのヒートパイプ式放熱体１２には熱検知セ
ンサー１５が取り付けられ発光ダイオード１１からヒー
トパイプ式放熱体１２を介して伝導する熱を検知できる
ようになっており、一定の温度を超えると発光ダイオー
ド１１への通電を遮断する機能が組み込まれている。こ
のような発光ダイオード１１をヒートパイプ式放熱体１
２の先端部に密着固定し、さらに保護カバー１４内に収
納されたユニットは発光ダイオード固定端の反対側の放
熱端はプラスチックケース１６内に収納されると同時に
ネジ１７やシリコンゴムからなるストッパー１８などに
よって固定され、ヒートパイプ式放熱体１２の発光ダイ
オード側の先端側はプラスチックケース１６の外部に露
出され、歯科医療において狭い患部に発光ダイオード１
１を患部に近接して使用することが可能になっている。
さらに放熱体側のプラスチックケース１６内には発光ダ
イオード１１への通電電流を制御したりタイマー機能や
異常加熱を検知した時に通電を遮断する回路などが形成
された回路基板を含む回路部１９と電源スイッチ２０及
びニッケル水素電池２１からなる電源用バッテリーが内
蔵されている。又、上記回路部１９と発光ダイオード１
１を含むヒートシンク式放熱体１２との電気的な接続は
ソケットコンタクト部が固定された基板２３を放熱器２
２に固定した脱着可能なコネクター方式を採用すること
によってユニット部のみを分離し、殺菌洗浄することが
出来る構造になっている。従って、本歯科用光重合照射
器はコードレスであり、使用している発光ダイオードも
１個と最小限に留められ、且つ従来方式のようなファイ
バーを利用した構造と異なり複雑な光学系の必要はな
く、発光ダイオードが１個であることから消費電力も少
なくバッテリー容量も小さくて済み従来よりも小型の電
池で対応できることから本体部は従来からある発光ダイ
オード式の照射器よりも大幅に小型化が可能になり取り
扱いが容易になっている。このように用意された照射器
において定格電流３５０ｍＡで４７０ｎｍのピーク発光
波長を持つ発光ダイオードに定格電流の約４倍の１．３
Ａの電流を通電して、一般的に良く使用されているＺ２
５０レジンでの硬化実験を行ったところ、５秒照射で２
ｍｍの厚さまで硬化した。その時の消費電力はたかだか
５Ｗ程度で大幅な省電力化が図られた。尚、本実施例に
おいて発光ダイオードが発する熱の放熱手段としてパイ
プ内面に熱移送が容易になるような工夫が施されたヒー
トパイプを用いたが、このような工夫が施されていない
アルミニウムや銅製の金属棒やパイプを用いることによ
っても硬化目的を達成できることが容易に考えられる。
又、保護カバー１４においても本実施例では発光ダイオ
ードを含むユニット全体をカバー出来るような構造とし
たが発光ダイオード先端部が開口された保護カバーでも
性能上は問題ない。さらに、本実施例においてはヒート
パイプ式放熱体の発光ダイオード側端と反対側の他端に
放熱器を接続したが、短時間における使用など用途によ
って総発熱量の少ない使用方法によっては放熱器が無く
ても目的を達成できる。又、本発明の目的は歯科用光重
合を目的としたが、本発明の基本構成によって他の目
的、即ち３５０〜５００ｎｍの範囲を越えた発光波長の
発光ダイオードを搭載することによって工業用内視鏡、
医療用内視鏡、各種照明装置、各種車載用光源への応用
展開が容易に考えられる。

【００７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は３５０〜
５００ｎｍの光を放射する発光ダイオード背面側をヒー
トパイプ式放熱体の先端部に密着固定した構成とするこ
とによって、発光ダイオードと照射対象物との照射距離
が極端に短縮でき光照射量の増大化が図られ、且つ点灯
時にその発光ダイオードから発生する熱を発光ダイオー
ドの背面から積極的に放熱するための手段として前記ヒ
ートパイプ式放熱体を発光ダイオード背面部に密着して
配置し、一方ヒートパイプの他端側に放熱部を具備する
ことによって過大な電流を通電させることが可能となり
レジン硬化に必要とするエネルギーを確保する事ができ
た。さらに、過熱による装置の故障や発光ダイオードの
寿命低下を防止するための保護機能として熱検知センサ
ーを発光ダイオード近傍に配置したことによってさらに
信頼性の高い装置を得ることができた。

【００８】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に基付く光重合照射器の構造断面
図である。

【図２】図２は本装置の光源部の基本構造従来例であ
る。

【図３】図３はもう一つの従来例である。

【図４】図４は本発明にもっとも近似した照射器の従来
例である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 棒状の先端に発光体を有する光重合照
   射装置において、発光体として発光ダイオードを使用
   し、その発光ダイオードの背面をヒートパイプ或いは金
   属棒などの熱伝導性の高い部材の先端部に密着固定して
   構成された棒状のユニットからなることを特徴とする光
   重合用照射装置。
2. 【請求項２】前記棒状ユニットは側面が保護層によって
   覆われていることを特徴とする請求項１に記載の光重合
   照射装置。
3. 【請求項３】 前記棒状ユニットの放熱側端部において
   発光ダイオードを点灯するための電流供給線をコネクタ
   ーを用い、棒状ユニットと本体とが引き抜くことによっ
   て分離できるように構成されていることを特徴とする請
   求項１記載の光重合照射装置。