JP5480794B2 - 歯科用光硬化装置 - Google Patents

Description

この発明は請求項１前段に記載の歯科用光硬化装置に関する。

この種の光硬化装置は例えば独国特許出願公開第１０１０４５７９号Ａ１明細書によって知られている。この解決方式によれば、共通の銅基板上に窪み部を形成してその中に光放射機能を達成するチップが嵌め込まれる。この解決方式は中実の銅基板のために全てのチップが実質的に等しい温度となりかつ良好な温度放出が確立されるという利点を備える。しかしながら、この解決方式においては特に極めて小さな反射器のため光放射に改善の余地が存在する。

光放射を改善するために上記の個別反射器の上にそれぞれ集光レンズを設置することが提案されている。それにもかかわらず光効率はさほど高くならない。このことは独国特許第１０１２５３４１号Ｂ４明細書および独国特許第１０１２７４１６号Ｂ４明細書によって知られている解決方式にも該当する。それらによればＬＥＤチップを密接して包囲する隆起部位上に少なくとも部分的に反射器が取り付けられている。

さらに、パラボラ形状の反射器を備えたＬＥＤランプを使用することが提案されており、それについては独国特許出願公開第１０２００４００７８１２号Ａ１明細書を参照することができる。

さらに、共通の中実部材から形成された拡大反射器を使用し個々の反射器を互いに重ね合わせることも社内レベルで既に提案されている。しかしながら、この解決方式の光放射は比較的不充分なものであり、従ってこの案はそれ以上進められていない。

しかしながら、特に歯科用の光硬化装置において光放射が充分かつ要求仕様の範囲内であることが重要である。不充分な光放射の結果として歯科材料が完全に硬化せず、遊離基が残存するばかりでなく補綴品質が全体的に不充分なものとなり、通常不良と判断される。

独国特許出願公開第１０１０４５７９号Ａ１明細書 独国特許第１０１２５３４１号Ｂ４明細書 独国特許第１０１２７４１６号Ｂ４明細書 独国特許出願公開第１０２００４００７８１２号Ａ１明細書

従って本発明の目的は、個別あるいは集合的に制御することができる複数のチップを有してなり従来のＬＥＤチップの複数構成と比べて光放射を改善することができる、請求項１前段に記載の歯科用光硬化装置を提供することである。

前記の課題は本発明に従って請求項１によって解決される。従属請求項によって好適な追加構成が定義される。

本発明によれば、高出力の場合でも光硬化装置の光放射が改善される。すなわち、本発明によって高品質かつ全てのチップに対して共通の光学機構を使用することができ、その光放射が意外にも理論上の最大値を超えるものとなる。

勿論、本発明において個々の反射器体の熱的分離はそれらの反射器体が所与の光学軸から逸脱しないように機能する。そのことによって熱膨張係数は比較的大きいが軸が安定した反射器を達成し得る超鏡面化された金属あるいは樹脂部材を反射器として使用することが可能になる。内側がパラボラ形状の反射器体はＬＥＤチップがその焦点から逸脱することがないように対称に変形し、既知の解決方式のように熱負荷すなわち膨張によって通常外側に変動する反射器の軸誤差が発生することはない。

従って本発明の極めて好適な方式によれば、隣接する反射器体が間隙によって互いに離間しその間隙が隣接する反射器体間の接続部の全長にわたって同じ幅で延在するようにすれば好適である。勿論、反射器体を金属から形成してその際反射器体が同時に放射熱に対する冷却機能を有するようにするか、または適宜な内側鏡面部を備えた樹脂から形成することが可能である。

間隙は少なくとも隣接する反射器に関する限り直線状に延在し、また対応する反射器体の反射器錐体部に対して接線状に延在する。

ここで反射器錐体部は主に例えばパラボラ形状等の錐形状に形成されるが、適宜に形成され光放射のために最適化された任意の成形体が理解される。

特に多様な波長を放射することができるＬＥＤチップの交流駆動に際しても熱排出を改善するために、反射器体が金属から形成される場合でも基板を介してそれらの反射器体を機械的かつ特に熱的に相互に結合することが可能である。

そのため反射器体の大面積の接合が好適であり、その反射器体は各反射器体の光放出面の直径の例えば１／４となる大きな壁厚を有することができる。勿論、個々の反射器体の壁厚は必要に応じて広範囲に調節することができる。例えば個々の反射器体の光放出面の１／３、１／５、または１／６に選択することもできる。

勿論、個々の反射器体はその露出した外周面上に必要に応じて例えば冷却フィンまたは大面積の放熱体との接触等の放熱手段を備えることができる。

本発明によれば、個々の反射器体が（場合によってＬＥＤチップに近接して包囲する領域を除いて）熱的に互いに分離かつ切断されていることが極めて好適であり、その際一定の膨張が発生しても個々の反射器体の間の接触が生じないようにする。

本発明によれば、反射器体が少なくとも低温状態において間隙によって互いに離間していることが極めて好適である。

本発明によれば、反射器体が特に金属から形成されるとともに特に実質的に均等な壁厚を有することが極めて好適である。

本発明によれば、各反射器体が実質的に特に内側が先端の平らなパラボラ形状に形成された反射器錐体部を有し、各反射器体の光放出側の開口部が１つの平面内に延在するとともに特にＬＥＤチップがパラボラの焦点上に配置されることが極めて好適である。

本発明によれば、各反射器体が基板と嵌め込み固定式に結合され、特に光放出方向と逆側の末端領域に基板の窪み部あるいは割れ目部内に嵌合する突起部を備えることが極めて好適である。

本発明の一実施形態によれば、個々の反射器上にその反射器の外面から外側に向かって指向する少なくとも１本の突起部を設け、反射器体から突出することによってその反射器体の放熱面積を増加させる特に突起部、フィン、あるいは隆起部を形成することが極めて好適である。

本発明の一実施形態によれば、個々の反射器が無間隙かつ基板への緊密な接合によって基板を介して熱的に相互接続されることが極めて好適である。

本発明の一実施形態によれば、少なくとも１体の反射器体の光放出側開口部上に反射器体を遮蔽する集光レンズまたは透明な遮蔽板を配置することが極めて好適である。

本発明の一実施形態によれば、半導体光源を手持ち式の光硬化装置の前端上に配置することが極めて好適である。

本発明の一実施形態によれば、光放出方向において半導体光源の先方に特に光導管の型式の光伝導要素を配置することが極めて好適である。

本発明によれば、半導体光源が３５０ないし４８０ｎｍの波長の光を放出し、特に少なくとも２個の隣接する光源がそれぞれ異なった波長の光を放出することが極めて好適である。

本発明によれば、互いに隣接する反射器体が互いに重なり合わず、反射器体の壁厚が隣接する反射器体に向かって上端面上でその他の部分の壁厚に比べて少なくとも１／２、特に１／１０未満に低下することが極めて好適である。

本発明によれば、各反射器体がその外周の少なくとも１／２において均等な壁厚を有し、その壁厚が反射器体の光放出側直径の少なくとも１／８、特に約１／４であることが極めて好適である。

本発明によれば、少なくとも２個かつ最大で５個、特に最大で４個の反射器体を互いに隣接して共通の基板上に配置し、特に３個の反射器体を配置することが極めて好適である。

本発明によれば、低温から高温状態に移行した際に最高でも反射器体間の間隙の幅の半分まで前記間隙内に反射器体が延伸するように計算された幅を前記反射器体間の間隙が低温状態において有することが極めて好適である。

本発明によれば、光硬化装置が基板上に配置されたあるいは基板と結合されたセンサを備えることが極めて好適である。

本発明のその他の詳細、特徴、ならびに種々の利点は添付図面を参照しながら以下に記述する発明の実施形態の説明によって明らかにされる。

本発明に係る歯科用光硬化装置の一実施例の光源を示した概略立体図である。 図１の実施例を別の視点から示した立体図である。 図１の実施例を斜め下方の視点から示した立体図である。

本発明に係る光硬化装置１０は光源１２を備えており、それが図示された実施例において複数の半導体光源からなっている。これには３個の発光チップ１４，１６および１８が含まれ、それらが共通のチップ冷却基板２０上に装着されている。

各チップはそれぞれ反射器体によって包囲されており、すなわちチップ１４が反射器体２２、チップ１６が反射器体２４、チップ１８は反射器体２６によって包囲されている。個々の反射器体２２ないし２６はいずれも基板２０によって支承されそれに固定されている。

少なくともチップ１４，１６および１８の上方において個々の反射器体２２ないし２６の間にそれぞれ間隙が設けられ、すなわち反射器体２２と２６の間の間隙３０と反射器体２２と２４の間の間隙３２と反射器体２４と２６の間の間隙３４が設けられる。この間隙は本発明に従った幅を有し、その幅は個々の反射器体２２ないし２６が膨張した場合でも該当する間隙３０ないし３４が塞がれることがないように選択され、従って反射器体２２ないし２６は常に機械的に分離され互いに接触することがない。

その際個々の反射器体２２ないし２６の基板２０上への固定が充分に形状安定的かつ強固に保持され、振動等によって間隙が塞がれ接触が生じることがないようにされることが理解される。

ＬＥＤチップ１４ないし１８が例えば５ｍｍのエッジ長を有する場合、間隙３０ないし３４は低温状態において例えば０．５ｍｍの大きさを有することができ、その必要な間隙幅は計算あるいは実験によって判定し得ることが理解される。

本発明によれば反射器体２２ないし２６を極めて厚くすることができる。例えば反射器体の壁厚を４ｍｍとすることができるが、これは必要に応じて広範囲に調節することも可能である。

本発明によれば、反射器体２２ないし２６が互いに隣接する領域内、特に上方の領域すなわち個々の反射器体２２ないし２６の光放出面４０の領域内で間隙３０ないし３４を形成するために反射器体の壁厚がいずれも著しく低減される。そこにおいて壁厚は例えば間隙幅まで、それどころか間隙幅の半分まで低減することができ、その際本発明に従って個々の反射器が互いに重なり合わないようにすることが好適である。

各反射器体２２ないし２６はパラボラ形状の内面４２を有することが好適であり、図示された実施例においてＬＥＤチップ１４ないし１８はいずれもパラボラ状内面４２の焦点上に配置される。

図２により隣接する反射器体２４と２６の間の間隙３４が基板２０まですなわち完全に底部まで延在することが示されている。第３の間隙は幅および高さのいずれの面で見ても常に均等であり、従って各ＬＥＤチップ１４ないし１８は反射器体２２，２４および２６の動作にかかわらずいずれも所与の位置に滞留する。

基板２０は比較的薄くかつ中実に図示されているが、実用上においては大きな熱負荷がそこに存在することが理解される。従って基板２０の熱放出抵抗は実用上において低くされ、そのことは図示されていない適宜な冷却手段によって確立される。

このことは本発明において、反射器体２２ないし２６の前方に装着される特殊な光学機構のためＬＥＤチップの軸方向位置を変動しないようにする必要がある場合、すなわち個々の反射器体の“変形”のみを防止すれば良いわけではない場合に極めて重要である。

図２に示されているように、反射器体の光放出面４０あるいは光放出側開口部は一平面内にあることが好適である。この平面が光源１２の個別集光レンズあるいは共通の集光レンズのための支承面５０を形成するか、または所与の目的すなわち歯科材料の光硬化のために極めて好適になるように放出光を集束させ焦点化するように設定された光学機構のための支承面を形成する。

集光レンズに代えてあるいはそれに追加して集光レンズと反射器との間の断熱の効果も有するとともに反射器体の加熱による光学機構の変形を防止する透明な遮蔽板を設置し得ることが理解される。

本発明によれば、光源１２は手持ち式の光硬化装置の先端部上ならびにその基礎部材内のいずれに配置することも可能であり、後者の場合は光源１２の前方に光導管が延在することが好適である。

光源１２を機械的に固定するために突起部５２，５４および５６を設けることができ、それらは各反射器２２ないし２６の外側／前方に形成し外側に指向させるとともに特に前述した平面より突出しないようにすることができる。その個所において熱が集中的に反射器体２２ないし２６の基礎部上で排出されるため反射器体２２ないし２６が比較的低温となる。従ってその場所において構造的に複雑な断熱手段を要することなく吸収が可能になる。

図３に示されているように反射器体２２ないし２６はいずれも下方に指向している突起部６０，６２，６４，６６，６８および７０を備えており、すなわち各反射器体２２，２４および２６がそれぞれ２本の突起部を備えそれらが基板２０内に進入して嵌め込み式の固定を達成する。この点に関して１体の反射器体の２本の突起部、すなわち例えば反射器体２６の突起部６０および７０の結合線が該当する反射器のＬＥＤチップの下方に位置すれば極めて好適であり、それによって基板２０の熱膨張が生じた場合に対称的な誘導が保証される。

１０ 光硬化装置
１２ 光源
１４，１６，１８ チップ
２０ 基板
２２，２４，２６ 反射器体
３０，３２，３４ 間隙
４０ 光放出面
４２ 内面
５０ 支承面
５２，５４，５６，６０，６２，６４，６６，６８，７０ 突起部

Claims (21)

1. それぞれが発光チップを有する複数の半導体光源を備え、前記チップを放熱性である共通の基板上に装着してなる歯科用光硬化装置であり、各チップが個々の反射器体（２２，２４および２６）によって包囲され、前記反射体が前記基板（２０）と結合されるとともに、少なくとも２体の反射器体（２２，２４および２６）が互いに隣接して配置されるが相互には結合しないようにし、
   反射器体（２２，２４および２６）が少なくとも低温状態において間隙（３０）によって互いに離間しており、
   反射器体（２２，２４および２６）が金属から形成されるとともに、該反射器体の壁厚は前記間隙（３０）を設けるため薄くした領域を除き実質的に均等な厚さを有することを特徴とする光硬化装置。
2. 各反射器体（２２，２４および２６）が反射器錐体部を有し、前記各反射器体（２２，２４および２６）の光放出側の開口部が１つの平面内に延在することを特徴とする請求項１に記載の光硬化装置。
3. 前記反射器錐体部が内側が先端の平らなパラボラ形状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の光硬化装置。
4. 各反射器体（２２，２４および２６）が基板（２０）と嵌め込み固定式に結合されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光硬化装置。
5. 各反射器体（２２，２４および２６）が光放出方向と逆側の末端領域に基板の窪み部あるいは割れ目部内に嵌合する少なくとも１本の突起部（６０ないし７０）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光硬化装置。
6. 反射器体（２２，２４および２６）の外面から突出することによってその反射器体（２２，２４および２６）の冷却表面積を増加させる突起部（５２）あるいはフィンを備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光硬化装置。
7. 個々の反射器が無間隙かつ基板（２０）への緊密な接合によって基板（２０）を介して熱的に相互接続されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光硬化装置。
8. 少なくとも１体の反射器体（２２，２４および２６）の光放出側開口領域上に集光レンズまたは透明な遮蔽板を配置することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光硬化装置。
9. 半導体光源（１２）を手持ち式の光硬化装置（１０）の前端上に配置することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の光硬化装置。
10. 光放出方向において半導体光源（１２）の先方に光伝導要素を配置することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の光硬化装置。
11. 前記光伝導要素が光導管の型式であることを特徴とする請求項１０に記載の光硬化装置。
12. 半導体光源（１２）が３５０ないし４８０ｎｍの波長の光を放出することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の光硬化装置。
13. 少なくとも２個の互いに隣接する光源（１２）がそれぞれ異なった波長の光を放出することを特徴とする請求項１２に記載の光硬化装置。
14. 少なくとも２個かつ最大で５個の反射器体（２２，２４および２６）を互いに隣接して共通の基板（２０）上に配置することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の光硬化装置。
15. 光硬化装置（１０）が基板（２０）上に配置されたあるいは基板（２０）と結合された少なくとも１個のセンサを備えることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の光硬化装置。
16. 個々の反射器体が共通の基板上に装着され、各隣接する反射器体の間に形成されたギャップが反射器体の膨張によって塞がれないようにする請求項１に記載の光硬化装置。
17. 各隣接する反射器体の間のギャップがいずれも反射器体の上端から底部まで延在する請求項１６に記載の光硬化装置。
18. 各発光チップは対応する個々の反射器体によって包囲され、前記発光チップがいずれも該当する個々の反射器体の先端の平らなパラボラ形状の内面の焦点上に配置される請求項２または３に記載の光硬化装置。
19. 少なくとも３個の反射器体が共通の基板上に装着され、各反射器体がいずれも同等な寸法および形状を有するとともにそれらの反射器体がクローバー形状に配置される請求項２または３に記載の光硬化装置。
20. 個々の反射器体が共通の基板上に装着され、各個々の反射器体の光放出側の開口部が一平面内に配置され、前記各個々の反射器体の開口部が実質的に円形であるとともに、前記開口部が互いに重なり合わない請求項１に記載の光硬化装置。
21. 個々の反射器体が共通の基板上に装着され、各反射器体は別の反射器体に隣接して個々の反射器体間に間隙を形成する反射器体の領域を除いて実質的に均一な壁厚を有する請求項１に記載の光硬化装置。

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