KR101877421B1 - 치과용 광중합기 - Google Patents

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KR101877421B1
KR101877421B1 KR1020170029946A KR20170029946A KR101877421B1 KR 101877421 B1 KR101877421 B1 KR 101877421B1 KR 1020170029946 A KR1020170029946 A KR 1020170029946A KR 20170029946 A KR20170029946 A KR 20170029946A KR 101877421 B1 KR101877421 B1 KR 101877421B1
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전시욱
김재필
김완호
장인석
최지나
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한국광기술원
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    • A61C1/08Machine parts specially adapted for dentistry
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
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    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C19/00Dental auxiliary appliances
    • A61C19/06Implements for therapeutic treatment

Abstract

본 발명은 치과용 광중합기에 관한 것으로, 상기 치과용 광중합기는 입 안으로 일부가 들어가는 헤드부, 상기 헤드부가 분리 및 결합되는 본체부를 포함하고, 상기 헤드부의 입안으로 들어가는 일측에는 소정의 파장을 갖는 빛을 발광하는 LED부를 포함하고, 상기 헤드부의 인안으로 안들어가는 타측에는 상기 본체부와 결합하는 결합부를 포함하고, 상기 본체부는 전원부를 포함하고, 상기 결합부에 의해서 본체부의 전원이 상기 LED부로 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 LED 광원에서 별도의 광가이드 없이 조사할 수 있도록 LED광원의 위치를 특정하여, 단위면적당 광파워를 향상시켰다. 또한, 수직절연층을 갖는 프레임을 적용하여 광원이 입안으로 넣었을 때, 발생하는 발열문제를 해결할 수 있다. 또한, 400~500nm 대역의 광원을 생성시켜 다양한 종류의 레진을 경화시킬 수 있다. 또한, 본체부와 헤드부를 분리하여, 광LED가 고장 또는 수명을 다하는 경우에도 효과적으로 교체할 수 있다.

Description

치과용 광중합기{LIGHT CURING APPARATUS FOR DENTAL CLINI}

본 발명은 치과용 광경화장치에 관한 것으로서, 상세하게는 치아 레진과 같은 치과용 재료를 광에 의해 경화시킬 수 있게 형성된 치과용 광경화장치에 관한 것이다.

종래의 치과용 광중합기는 440~460nm 사이의 고출력 LED 광원과 여기서 나오는 빛을 가이딩시켜 균일하게 조사하기 위한 광섬유 번들로 구성되어 있다.

치아에 레진을 적용하고 경화시킬 때는 매우 고출력의 빛을 수초 이내의 시간동안 조사며, 광파워가 증가할수록 조사시간은 짧아질 수 있다. 이로 인해 10W급의 고출력 LED까지 적용하고 있으나 광섬유 번들로 빛을 가이딩시킬 때 효율이 30%이하로 매우 낮기 때문에 절반이상의 빛이 손실되고 있으며, 단위면적당 광파워를 증가시키는데 한계가 있는 상황이다.

광섬유 지름이 정해져 있기 때문에 단순히 몇 개의 LED를 더 추가한다고 최종단의 광출력이 크게 증가할 수는 없으며, 광출력 및 소비전력이 증가할수록 방열에 큰 문제가 발생하고 한번 충전으로 사용할 수 있는 시간이 줄어들게 된다.

또한, 최근의 트렌드는 고출력의 빛을 단시간 조사하여 레진을 경화시키는데 이러한 구조에서는 최종단에서 고출력의 빛을 내는데 한계가 있다. 이로 인해 맨 앞쪽에 광원을 위치시키는 구조를 갖는 것도 있기는 하나 일반적인 LED 광원의 빔각(Beam angle)이 120도임을 고려하면 균일도를 높이는데 한계가 있다.

또한, 치과에서 사용하는 다양한 종류의 레진이 440~460nm의 광에 일률적으로 유사한 반응을 보이지는 않기 때문에 레진의 종류에 따라서 같은 파워와 같은 시간을 조사하더라도 경화정도가 달라질 수 있다.

본 발명은 광손실없이 높은 출력의 경화를 위한 광을 제공하는 동시에, 작은 사이즈의 광학계를 적용할 수 있는 구조를 제안하는 데 목적이 있다.

또한, 높은 출력에 의한 LED의 발열을 효과적으로 제거할 수 있는 구조를 제안하는 데 목적이 있다.

또한, 다양한 종류의 레진을 사용하더라도, 광대역 파장의 광을 제공하여, 다양한 종류의 레진을 효과적으로 경화시키는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로 일 실시예인 치과용 광중합기는 상기 치과용 광중합기는 입 안으로 일부가 들어가는 헤드부; 상기 헤드부가 분리 및 결합되고, 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 본체부; 상기 헤드부의 입안으로 들어가는 일측에는 소정의 파장을 갖는 빛을 발광하는 LED부; 일측은 상기 본체부와 전기적 및 열적으로 결합되며, 타측은 상기 LED부와 전기적 및 열적으로 결합되는 결합부를 포함하고, 상기 LED부는 금속프레임, LED칩부, 제1 절연부, 반사컵, 형광체부, 커버부를 포함하고, 상기 결합부는 제1 금속부, 제2 금속부, 제2 절연부로 구성되며, 상기 제1 금속부와 상기 제2 금속부는 상기 제2 절연부에 의해서 분리되고, 상기 금속프레임은 제1 절연부에 의해서 분리되는 제1 전극부와 제2 전극부로 구성되며, 상기 금속프레임의 상면에는 LED칩부가 위치하고, 상기 결합부와 상기 금속프레임은 일체로 형성되어, 제1 금속부와 제2 금속부가 제1 전극부와 제2 전극부에 전기적 및 열적으로 커플링되고, 상기 제1 절연부와 제2 절연부가 동일한 선상에 위치하여, 상기 결합부가 상기 금속프레임과 일체로 형성될 때 쇼트가 나지 않는 것을 특징으로 하며, 상기 반사컵은 상기 LED칩부의 출력되는 광을 반사시키며, 상기 금속프레임과 일체로 형성되고, 상기 형광체부는 상기 LED칩부에서 출력되는 광의 파장을 400~500nm 대역으로 변환시키고, 형광체부의 상부에 커버부를 위치시키는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 효과는 LED 광원에서 별도의 광가이드 없이 조사할 수 있도록 LED광원의 위치를 특정하여, 단위면적당 광파워를 향상시켰다.

또한, 수직절연층을 갖는 프레임을 적용하여 광원이 입안으로 넣었을 때, 발생하는 발열문제를 해결할 수 있다.

또한, 400~500nm 대역의 광원을 생성시켜 다양한 종류의 레진을 경화시킬 수 있다.

또한, 본체부와 헤드부를 분리하여, 광LED가 고장 또는 수명을 다하는 경우에도 효과적으로 교체할 수 있다.

도 1 광원의 사이즈를 줄여야 하는 이유에 대한 개념도.
도 2 종래 치과용 광중합기.
도 3 본 발명의 치과용 광중합기 일 실시예
도 4 본 발명의 LED부와 결합부의 결합구조
도 5 본 발명의 LED부와 형광체부의 결합구조
도 6 형광체부의 동작원리
도 7 형광체부의 실시예
도 8 본 발명의 LED부와 렌즈부 결합구조
도 9 본 발명의 렌즈부의 실시예
도 10 본 발명의 LED부와 리플렉터부
도 11 본 발명의 반사컵의 일실시예

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 치과용 광중합기에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 광원의 사이즈를 줄여야 하는 이유에 대한 설명도면이다.

일반적으로 광원의 사이즈가 작을수록 컴팩트한 구조의 광학설계가 가능하다. 광원의 사이즈가 클수록 광학계의 사이즈도 같이 커져야만 기존과 유사한 수준의 광특성을 달성할 수 있다. 즉, 광학계의 사이즈가 줄어들면, 도 1의 두 번째의 경우처럼, 광특성이 안좋아진다. 광학계의 사이즈를 줄이면서, 광특성을 높이기 위해서는 광원의 사이즈를 줄여야 한다. (세번째 경우)

치과용 광중합기의 경우에는, 손으로 잡고, 입안에 광중합기를 넣어서, 레진을 경화시킨다. 즉, 이는 작은 크기의 장치이고, 컴팩트한 구조일수록 좋다.

도2는 종래 선행기술(US 20030081430 A1)에 개시된 도면 1이다. 광원(74)이 본체쪽에 존재하고, 광원의 출력을 광섬유(22)에 의해서 가이드 한다. 이런 경우 앞서 설명한 바와 같이, 광섬유로 커플링되면서, 광손실이 많이 발생하고, 최종 출력의 균일도도 낮고(도면 왼쪽 하단 참조), 출력을 높이기 위해서 광원의 세기를 향상시켜도 출력을 높이는 것에 한계가 있다.

도 3은 본 발명의 치과용 광중합기의 일 실시예에 대한 도면이다.

치과용 광중합기는 헤드부(1000)과 본체부(2000)를 포함한다. 본체부(2000)에는 전원부(2200), 제어부(미도시), 디스플레이부(미도시), 충전부(미도시) 등을 포함하고 있다.

상기 헤드부(1000)와 본체부(2000)는 각각 구성되어 질 수도 있고, 분리되서 구성되어질 수 있다. 또한, 본체부의 구성은 헤드부에 포함되어 질 수 도 있다.

종래에는 본체부(2000)에 LED광원을 배치하여, 헤드부(1000)로 광섬유 등을 이용하여 가이드하는 구조였으나, 본 발명은 LED부(1100)를 헤드부가 입으로 들어가는 일측에 구성한다.

LED부(1100)는 LED칩부(1110), 금속프레임(1120), 투명커버부(1300)를 포함하고, 투명커버부(1300)는 LED부를 보호하는 역할을 한다.

LED부(1100)는 결합부(1200)의 일측과 전기적 및/또는 열적으로 커플링되어 있고, 결합부(1200)의 타측은 전원부와 전기적 및/또는 열적으로 커플링되어 있다. LED부(1100)의 전원은 결합부(1200)에 의해서 공급되어지고, LED부의 발열은 결합부(1200)에 의해서 방열이 되는 구조이다.

결합부(1200)는 금속부(1210)와 제2 절연부(1220)를 포함하고, 상기 금속부(1210)는 제2 절연부(1220)에 의해서 제1 금속부와 제2 금속부로 분리되어지고, 각각의 금속부는 전원부의 양극과 음극에 결합되어 질 수 있다.

헤드부(1000)와 본체부(2000)는 도 3에 개시된 것과 같이 분리되어 결합되는 구조가 될 수 있다. 이러한 구조일 때는 결합부(1200)는 헤드부에 형성되어 지고, 본체부(2000)에는 상기 헤드부의 결합부(1200)이 일부가 노출되어 있는 일 부분과 대응하는 통공부(2100)가 형성되어 질 수 있다. 상기 노출된 결합부(1200)는 상기 통공부(2100)에 가이드되어 결합되어, 헤드부(1000)과 본체부(2000)는 결합되어질 수 있다. 또한, 상기 노출된 일부의 결합부(1200)는 외부가 케이스 등에 의해서 피복되어질 수 있다.

상기 노출된 결합부(1200)는 도면처럼 수형, 통공부(2100)는 암형으로 실시예의 형태로 구성할 수 있지만, 이는 반대로, 결합부(1200)가 암형이고, 이에 대응하는 본체부(2000)에 결합부(미도시)가 형성되어 질 수 있다.

상기 본체부의 전원부(2200)는 광중합기 운용상, 핸드헬드형태가 바람직하고, 따라서, 배터리를 포함하는 것이 바람직하다. 본체부는 도시되지 않은 운용에 필요한, 디스플레이, 제어부, 스위치 등 다양한 구성을 포함할 수 있다.

도 4는 LED부와 결합부(1200)가 커플링되어 있는 구조에 대한 실시예이다.

상기 LED부는 LED칩부를 포함하고, LED칩부(1110)는 금속프레임(1120)의 상면에 위치할 수 있다. 또한, 상기 금속프레임(1120)은 결합부(1200)와 전기적 및/또는 열적으로 커플링되어 질 수 있다. 또한, 금속프레임(1120)은 결합부(1200)과 일체로 형성되어 질 수도 있다.

결합부(1200)의 금속부(1210)에 의해서 공급되는 전류는 금속프레임(1120)에 공급되고, 이를 위해서 금속프레임(1120)은 제1 절연부(1190)에 의해서 금속부(1210)의 전류의 극을 나누워서 받아서 쇼트나지 않도록 구성할 수 있다. 금속프레임(1120)은 극을 나누워서 받기 위해서 제1 절연부(1190)에 의해서 제1 전극부와 제2 전극부로 구성된다.

또한, 금속프레임(1120)과 금속부(1210)은 절연패드를 두고, 와이어본딩과 같은 수단에 의해서 전기적으로 커플링되고, 열전도성이 좋은 절연패드를 사용하여 열적으로 커플링되게 구성할 수 있다.

본 발명처럼 LED를 입안에 직접 넣는 경우에는 LED부는 단시간내의 높은 출력을 내기 때문에 발열에도 문제가 발생하고, 발열에 의해서 치아가 손상될 수도 있다. 따라서, 열을 효과적으로 방열을 해야만 한다, 본 발명은 LED부의 열을 결합부에 의해서 효과적으로 방열할 수 있는 장점이 있다.

도5는 LED부에 형광체부(1130)을 포함하는 구조에 대한 개념도이다.

LED부에서 제공되는 파장의 광원은 광대역의 파장을 갖는 광원으로 제조하기가 어렵다. 따라서, 다양한 종류의 레진을 경화시키기에는 어렵다. 또한, 광대역을 갖는 광원을 사용하는 경우에는 피크파워가 낮기 때문에, 종래와 같이 본체부에 LED를 사용하여 광섬유 커플링을 이용하는 경우에는 경화에 필요한 특정파장의 출력을 내기가 힘들다.

하지만, 본 발명의 경우에는 LED를 입안에 직접 넣는 구조이기 때문에, 광대역광원을 사용하더라도, 충분한 파워를 제공할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 광대역광원을 사용이 용이하다. 광대역 광원을 사용하기 위해서는 본 발명의 경우에는 파장변환에 의해, 광대역 광원을 제공한다.

도 6에 개시된 것처럼, 특정파장의 광원을 형광체부에 조사해주면, 형광체부는 400~500nm 대역의 광원으로 파장을 변환시켜준다. 따라서, 다양한 레진에 적용할 수 있는 광원을 형성할 수 있게 된다. 형광체부는 Ca 5 (PO 4 ) 3 Cl:Eu 2+ , Ca 2 B 5 O 9 Cl:Eu 2+ , SrGa 2 S:Ce 3+ , (Sr, Mg) 2 SiO 4 :Eu 2+ 가 사용될 수 있다.

도7은 형광체부를 LED부에 결합하는 일 실시예에 대한 도면이다. LED부위에 형광체부(1130)을 도포하고, 커버부(1180)를 덮어준다. 커버부(1180)는 빛이 균일한 부분만을 발광시키는 효과를 제공하기 위해서 마스크로 사용이 된다.

또한, 형광체부(1130)는 공정의 편의성을 위해서 투명커버부(1300)에 포함시킬 수 있다.

도 8과 9는 LED칩부(1130)와 투명커버부(1300) 사이에 렌즈부(1140) 또는 리플렉터(1150)를 포함시키는 구조의 일 실시예 형상이다. 실시예 상에서는 별도로 구성되어 있지만, 렌즈부(1140)과 리플렉터(1150)는 동시에 구성할 수도 있다. 또한, 형광제부(1130)는 렌즈부(1140) 및/또는 리플렉터(1150)와 동시게 구현되어 질 수 있다.

종래기술의 문제점처럼, 치아에 제공되는 광원은 균일하게 나와야 한다. 균일하게 생성을 하기 위해서, 렌즈부(1140) 및/또는 리플렉터(1150)을 사용할 수 있다.

렌즈는 도10에 개시된 것과 같은 비구면렌즈 또는 전반사렌즈를 사용할 수 있다.

또한, 리플렉터(1150)는 미러등을 포함하여, 균일도를 향상시킬 수 있다.

도11은 금속프레임을 반사컵을 포함하는 형상으로 구성하는 일 실시예이다.

실험결과를 보면, 상면에서 조도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 금속프레임은 반사컵과 일체로 형성할 수 있고, 금속프레임의 상면에 별도로 형성할 수 있다. 반사컵의 크기 또는 형상 는 광중합기의 사이즈, 출력, LED배치등에 의해서 결정되어 질 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 광원
22 광섬유
74 광원
1000 헤드부
2000 본체부
1100 LED부
2200 전원부
1200 결합부
1210 금속부
1220 절연부
1120 금속프레임
1110 LED칩부
1300 투명커버부
1130 형광체부
1140 렌즈부
1150 리플렉터부
1180 커버부
1190 절연부

Claims (15)

  1. 치과용 광중합기에 있어서,
    상기 치과용 광중합기는 입 안으로 일부가 들어가는 헤드부;
    상기 헤드부가 분리 및 결합되고, 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 본체부;
    상기 헤드부의 입안으로 들어가는 일측에는 소정의 파장을 갖는 빛을 발광하는 LED부;
    일측은 상기 본체부와 전기적 및 열적으로 결합되며, 타측은 상기 LED부와 전기적 및 열적으로 결합되는 결합부를 포함하고,
    상기 LED부는 금속프레임, LED칩부, 제1 절연부, 반사컵, 형광체부, 커버부를 포함하고,
    상기 결합부는 제1 금속부, 제2 금속부, 제2 절연부로 구성되며,
    상기 제1 금속부와 상기 제2 금속부는 상기 제2 절연부에 의해서 분리되고,
    상기 금속프레임은 제1 절연부에 의해서 분리되는 제1 전극부와 제2 전극부로 구성되며,
    상기 금속프레임의 상면에는 LED칩부가 위치하고,
    상기 결합부와 상기 금속프레임은 일체로 형성되어, 제1 금속부와 제2 금속부가 제1 전극부와 제2 전극부에 전기적 및 열적으로 커플링되고,
    상기 제1 절연부와 제2 절연부가 동일한 선상에 위치하여, 상기 결합부가 상기 금속프레임과 일체로 형성될 때 쇼트가 나지 않는 것을 특징으로 하며,
    상기 반사컵은 상기 LED칩부의 출력되는 광을 반사시키며, 상기 금속프레임과 일체로 형성되고,
    상기 형광체부는 상기 LED칩부에서 출력되는 광의 파장을 400~500nm 대역으로 변환시키고, 형광체부의 상부에 커버부를 위치시키는 것을 특징으로 하는
    치과용 광중합기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LED부는 투명커버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 광중합기.
  3. 제2항에 있어서,
    형광체부는 Ca5(PO4)3Cl:Eu2+ , Ca2B5O9Cl:Eu2+ , SrGa2S:Ce3+ 중 적어도 하나 인 것을 특징으로 하는 치과용 광중합기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 LED칩부와 상기 투명커버부 사이에는 렌즈부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 광중합기.
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