JP4134702B2

JP4134702B2 - 歯科用光照射装置

Info

Publication number: JP4134702B2
Application number: JP2002349659A
Authority: JP
Inventors: 治郎池尾
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP2004180818A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は歯科に用いられる光照射装置に関するものであり、特に、患者の歯に治療用コンプジットレジンを挿入したあと、光照射により硬化させたり、歯の表面に薬剤を塗布し、これに光を照射して患者の歯に沈着した色素（着色、変色）を漂白するために用いられる光照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光硬化型レジンは、各種の用途に使用されているが、その一つとして歯科治療用に光硬化型コンポジットレジンが使用されている。これは、患部にコンポジットレジンを充填して、所定の波長の光を照射することで硬化するものである。
上記レジンを硬化させるための光照射装置は従来から広く知られており、例えば、特許文献１，２に開示されている。
一方、歯に沈着した色素（着色、変色）を漂白するための変色歯科を漂白する技術が知られている。これは歯の表面に二酸化チタンと過酸化水素水よりなる薬剤を塗布し、これに光を照射し、光触媒作用により、歯を漂白するというものである。
近年では、上記のように変色歯科を漂白するため光を照射する手段として、上記光照射装置が用いられるようになってきている。
【０００３】
【特許文献１】
実公平６−３５５７号公報
【特許文献２】
実公平６−４４４０９号公報
【０００４】
上記した歯科重合等における光の照射時間は約２０〜４０秒である。装置外部でランプを点灯させて口内に入れるということができないため、通常は、口の中にファイバーの先端を挿入してからランプを点灯させる。このため、ランプ点灯始動直後から放射光をレジンの硬化に利用することになる。
図５に上記光照射装置の構成例を示す。
同図において、本体ケース１０には光源部１１と光放射部１２が内蔵され、下方に握り部１３が設けられている。光源部１１には白熱電球１（以下白熱ランプともいう）。
上記白熱ランプ１は赤外線を吸収する碗状のコールドミラー１４で取り囲まれている。コールドミラー１４の前面には内面が反射面となっているテーパ筒状の反射部材１５が取り付けられている。コールドミラー１４、反射部材１５はランプカバー１６で覆われ、その前面に開口が設けられている。
光放射部１２は上記ランプカバー１６の開口を通過した光を前方に放射させるものであり、２枚の熱線吸収フィルタ１７と紫外線カットフィルタ１８が設けられ、その前面に光ファイバー製のライトガイド１９が取り付けられている。熱線吸収フィルタ１７は例えば波長が５５０ｎｍ以上の光を吸収し、紫外線カットフィルタ１８は例えば波長が４００ｎｍ以下の光を吸収する。
白熱ランプ１からでた光は、上記コールドミラー１４、反射部材１５で反射し、フィルタ１７，１８を介してライトガイド１９から出射する。
本体ケース１０には、冷却風吸入孔１０ａが設けられ、握り部１３内に設けられた送風機（図示せず）が作動すると、上記冷却風吸入孔１０ａから冷却風が入り、光源部１１および光放射部１２を冷却する。
上記白熱ランプ１としては、例えば、図６に示す白熱ランプが用いられる。図６において、バルブ１ａの一端が偏平な封止部１ｂであり、モリブデン箔１ｄがピンチシールされている。バルブ１ａ内にはタングステン素線を密なコイルに巻き回して形成されたフィラメント１ｃがバルブ１ａの管軸に沿って配置されている。このフィラメント１ｃの両端は、モリブデンからなる内部リード棒１ｅに接続され、内部リード棒１ｅの端部はそれぞれ金属箔であるモリブデン箔１ｄに溶接されている。そして、一対の外部リード棒１ｆが同じくモリブデン箔１ｄに溶接されて封止部１ｂより外部に伸び出ており、それぞれリード線１ｇに接続されている。バルブ１ａには、アルゴンまたはクリプトンなどの希ガスが封入されている。
上記白熱ランプ１は、デューティが制御されるパルス状の電圧を印加して点灯させており、点灯初期の略０．５秒間程度、突入電流を防止するためデューティ比を小さくて白熱ランプ１に流れる電流を制限し、その後は、白熱ランプ１に供給される電圧が略一定になるように、デューティを制御していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、点灯初期の略０．５秒間、突入電流を防止するため電流を制限し、その後一定の電圧を白熱ランプ１に供給して白熱ランプ１を点灯すると、白熱ランプ１の放射光量が、照射処理の間（約２０〜４０秒) に漸次、減少することが見いだされた。
これは上記白熱ランプ１の金属箔（モリブデン箔１ｂ）の抵抗値が、温度上昇により上がりランプ電流が減少するためと考えられる。
一例をあげると、ランプ電流が上記照射処理の間に１２．６Ａから１１．４Ａに変化して、放射光量も１２〜１４％低下した。
このような白熱ランプ１の温度上昇は冷却ファンなどの強制冷却機構を強めることによって防止することも可能ではあるが、患者の顔面で操作する歯科重合器においては冷却ファンの騒音は不快感を与えかねない。また、必要以上に大型化することも片手で保持操作しなければならない当該装置にとって好ましいものでない。
【０００６】
また、このような電流値の変化は照度変動以外に点灯装置（点灯回路）の効率でも問題を生じた。
すなわち、電流値が下がる処理末期に合わせて回路設計すると照射開始時の高電流値に回路素子が耐えられなくなり、また、照射開始時の高電流値に合わせて回路設計すると処理末期において利用効率が悪くなる。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、上記金属箔の温度上昇によりランプ電力が変動するのを防止して、光照射装置から放射される光の照度を一定にすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記したように上記白熱ランプを点灯させる際、点灯初期の略０．５秒間は突入電流を防止するため、ランプ電流を制限することは行われていたが、本発明はこれにとどまらず、前記白熱電球の点灯始動時から給電機構に設けられたスイッチング回路のオンデューティを漸次増大させ、ランプ電力を略一定になるように制御する。
白熱ランプの抵抗値は、白熱ランプの金属箔の温度上昇とともに増加するが、上記のように電力を一定になるようにデューティを増大させることにより、白熱ランプに供給される電力は一定に保たれるので、白熱ランプの明るさを略一定に保つことができる。
なお、上記のような制御をすることにより、白熱ランプに流れる電流は僅かに減少し、また、白熱ランプの電圧はやや増大する。
また、歯科重合の所要時間は約２０〜４０秒であるので、上記光照射装置の白熱ランプの１回の点灯時間を２０〜４０秒の範囲とし、前記白熱電球の点灯始動から少なくとも２０秒間はオンデューティを漸次増大させる。
さらに、白熱ランプの１回の点灯に際して、前記白熱電球の点灯始動から終了までの間、オンデューティを漸次増大させるようにしてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例の歯科用光照射装置の給電機構の構成を示す図である。上記給電機構は、前記図５に示した歯科用光照射装置の光源部１１に設けられる白熱ランプ１を点灯させるために用いられ、例えば前記光照射装置の外部に設置され、リード線を介して上記白熱ランプ１に接続される。
同図において、２はＡＣ電源、３はスイッチングレギュレータ等から構成されるＤＣ電源であり、１００Ｖの交流電圧を１２Ｖの直流電圧に変換する。
４はスイッチング回路であり、トランジスタ等のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ３、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、ＦＥＴ等のスイッチング素子ＳＷ４から構成される。
１は白熱ランプであり、上記スイッチング素子ＳＷ４と直列に接続され、スイッチング素子ＳＷ４がオンになると、ＤＣ電源１２から白熱ランプ１に直流電圧（１２Ｖ）が印加される。上記白熱ランプ１は、前記図６に示したように、バルブ１ａ内にフィラメント１ｃが配置され、フィラメント１ｃの両端に、内部リード棒１ｅを介して金属箔であるモリブデン箔１ｄが接続された構造の白熱ランプである。
５はＣＰＵ等から構成される制御部であり、制御部５はパターン発生器５ａとＰＷＭ制御回路５ｂを備えている。パターン発生器５ａは、白熱ランプ１の点灯始動からの時間経過に応じて、所定のパターンで変化するデューティ信号を発生する。ＰＷＭ制御回路５ｂは、上記パターン発生器５ａが出力するデューテイ信号に応じてＰＷＭ信号を出力し、上記スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４をオン／オフさせる。
【０００９】
上記ＰＷＭ制御回路５ｂの出力がハイレベルになると、スイッチング素子ＳＷ１がオン、スイッチング素子ＳＷ２がオフ、スイッチング素子ＳＷ３がオンとなってスイッチング素子ＳＷ４がオンとなり、また、上記ＰＷＭ制御回路５ｂの出力がローレベルになると、スイッチング素子ＳＷ１がオフ、スイッチング素子ＳＷ２がオン、スイッチング素子ＳＷ３がオフとなってスイッチング素子ＳＷ４がオフとなる。白熱ランプ１には、上記スイッチング素子ＳＷ４がオンになっている期間、１２Ｖの電圧がＤＣ電源２から印加される。
前記制御部５は、白熱ランプ１の点灯を開始指令に応じて上記スイッチング回路４に所定パターンで変化するＰＷＭ信号を供給し、白熱ランプ１を点灯させ、予め設定された時間経過後（あるいはユーザの操作により）、上記ＰＷＭ信号を停止させて、白熱ランプ１を消灯させる。
ここで、スイッチング素子ＳＷ４の（オン時間）／（オン時間＋オフ時間）をデューティといい、上記オン時間をオンデューティという。スイッチング素子ＳＷ４は、オンデューティの期間だけオンとなる。上記スイッチング素子ＳＷ４のスイッチング周波数（スイッチング素子ＳＷ４が単位時間あたりにオンとなる繰り返し回数）は、通常１００Ｈｚ〜３ｋＨｚに選定される。
【００１０】
上記パターン発生器５ａは、例えばＣＰＵから構成され、白熱ランプ１の点灯始動からの経過時間に対するデューティ信号の変化パターンを記憶したテーブルを備え、白熱ランプ１が点灯始動すると、所定の時間毎に該テーブルからデューティ信号を読み出して、上記ＰＷＭ制御回路５ｂに出力する。
上記テーブルは必要に応じて複数用意され、使用時間や対象樹脂の応じて適切なパターンが選択できるように構成されている。なお、一つのパターンのみを記憶しておき、ＲＯＭを差し替える等して、パターンを切り換えるようにしてもよい。
図２は上記パターン発生器５ａが出力するデューティ信号の変化パターンの一例を示す図である。同図の横軸は時間（秒）、縦軸はデューティ（％）であり、同図に示すように、白熱ランプ１の点灯始動から１０秒後に、スイッチング素子ＳＷ４のオンデューテイが９０％−９９％になるように、オンデューティを変化させる。なお、図２において、白熱ランプ１の点灯始動から約０．５秒間は、白熱ランプ１への突入電流を抑制するため、オンデューティは小さく設定されている。
【００１１】
図３は従来の光照射装置におけるオンデューティと、本実施例におけるオンデューティの変化の様子を示す図である。同図の横軸は点灯始動からの時間（秒）、縦軸はオンデューティ（％）であり、特に、点灯始動から１．９秒までの期間を拡大して示している。
同図に示すように、従来の光照射装置においても、点灯始動から０．５秒間は突入電流を防止するため、オンデューティを変化させているが、本実施例においては、上記と同様、点灯始動から０．５秒間、突入電流を防止するため、オンデューティを変化させているが、その後もオンデューティを増加させるように制御し、白熱ランプの金属箔の抵抗値の変化による明るさの変化にも対応させている。
図４は、従来の光照射装置器と本実施例の光照射装置の光強度の変化の様子を示す図である。同図は白熱ランプ１の点灯始動から略３０秒間の光強度を変化を示しており、横軸は時間（秒）、縦軸は光強度（ｍｗ／ｃｍ²／ｎｍ）である。同図に示すように、従来と比べ、本実施例においては、光強度がほぼ一定になるように制御されている。
【００１２】
本実施例の光照射装置は、例えば歯科重合用に使用する場合、次のように使用される。
口の中にライトガイド１９（図５参照）の先端を挿入して、図１の給電機構から白熱ランプ１に、点灯始動からの時間に応じてデューティの変化するパルス状電圧を印加して、白熱ランプ１を点灯させる。
照射時間は、患部の大きさにより適宜選定されるが、現状の照射時間は平均的には２０秒から４０秒である。患部が小さい場合や浅い場合は１回の照射（約２０秒) で終了するが、レジンを詰めた場所が広い場合はレジン全てに光を当てるために数回位置を変えて照射する。また深さが有る場合はレジンを何層かに分けて塗り少しづつ重合させる。
光強度は通常７００〜８００ｍＷ／ｃｍ²以下、ランプの消費電力は７５〜８０Ｗである。
なお、高出力のランプを使用すれば照射時間は短くなり、例えば、１２０Ｗ程度の高出力Ｗのランプを使用すれば、光強度も１３００ｍＷ／ｃｍ²以上となり、照射時問も５秒から１０秒でレジンの重合を行うことが可能になる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、白熱電球の点灯始動時から給電機構に設けられたスイッチング回路のオンデューティを漸次増大させ、ランプ電力を略一定になるように制御しているので、白熱ランプの明るさを略一定に保つことができる。
また、電力を略一定に制御することにより、白熱ランプに流れる電流の変動を小さく抑えることができ、給電機構の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の給電機構の構成を示す図である。
【図２】デューティ信号の変化パターンの一例を示す図である。
【図３】従来の光照射装置におけるオンデューティと、本実施例におけるオンデューティの変化の様子を示す図である。
【図４】従来の光照射装置と本実施例の光照射装置の光強度の変化の様子を示す図である。
【図５】歯科用光照射装置の構成例を示す図である。
【図６】歯科用光照射装置に用いられる白熱ランプの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１白熱ランプ
１ａバルブ
１ｂ封止部
１ｃフィラメント
１ｄモリブデン箔
２ＡＣ電源
３ＤＣ電源
４スイッチング回路
５制御回路
５ａパターン発生器
５ｂＰＷＭ制御回路
１０本体ケース
１１光源部
１２光放射部
１３握り部
１４コールドミラー
１５反射部材
１６ランプカバー
１７熱線吸収フィルタ
１８紫外線カットフィルタ
１９ライトガイド

Claims

本体ケースの内部に、金属箔と封止部を有する白熱電球と、この白熱電球を点灯させるスイッチング回路を含む給電機構を有し、この本体ケースの先端に光ファイバー製ライトガイドが装着される歯科用光照射装置において、
前記スイッチング回路のオンデューティは、前記白熱電球の点灯始動時から漸次増大するよう制御されて、当該白熱電球に供給する電力値を概略一定にする
ことを特徴とする歯科用光照射装置。
前記白熱電球の１回の点灯時間は２０〜４０秒の範囲から選択されるものであり、前記白熱電球の点灯始動から少なくとも２０秒間はオンデューティが漸次増大することを特徴とする請求項１の歯科用光照射装置。
前記白熱電球の１回の点灯に際しては、前記白熱電球の点灯始動から終了までの間、オンデューティを漸次増大させる
ことを特徴とする請求項１の歯科用光照射装置。