TWI381827B - 表面處理裝置及方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種表面處理之裝置及方法，且特別是有關於一種用以牙齒表面之處理之裝置及方法。
由於為了於工作上或是人際相處上更有幫助，美容整型的需求越來越為社會大眾所需要，其中牙齒之美白則可令人擁有一口潔白的牙齒，加深他人的印象，對工作上常需要以微笑示人的服務業來說，更是帶來莫大的助益。不管是為了工作或是人際相處的需求，牙齒美白都隱藏著相當大的市場，尤其在歐美日先進國家帶領下，牙齒之美白也漸漸的在國內興起一股風潮。齒色暗化可概分全身性因素(如年齡、體質)及局部性因素(抽煙、茶、紅酒及深色食物)，其中，大部份局部性因素之患者主要是因飲食習慣使食物色素於齒面沉積有機色素(C,H,O化合物)，此時若無進行清潔牙齒的動作，久而久之色素便會沉積之牙齒深層，牙齒表面則開始變黃，甚至變黑。
牙齒美白的方法一般分為使用美白劑美白、使用美白劑合併光源進行美白、瓷牙貼面治療及烤瓷牙治療等方法。瓷牙貼面美白的做法是磨去牙齒表面約二張紙的厚度，再將與磨去部分吻合之人工琺琅質修復物貼於牙齒表面而完成牙齒美白。使用瓷牙貼面美白牙齒的好處是較耐久，但花費較高。其次，烤瓷牙治療為將牙齒磨成棒狀再套上合金帽，於合金帽表面塗上一層與天然牙齒色澤相近之瓷粉。烤瓷牙之好處為適應症廣泛，美白效果明顯且可維持長達十年以上，但其花費為目前牙齒美白方法上最昂貴者，且需磨除部分牙體或牙髓治療而造成牙齒之不可逆傷害。
使用美白劑美白常搭配光源催化美白劑，減低治療時程，常使用的光源種類有鹵素光、雷射光、發光二極體等光源，其中搭配之光源若為鹵素光由於產熱較高，則不宜持久用於具有活性之牙齒；相對地，一般搭配光源為雷射光或發光二極體的美白方法則稱為冷光美白，牙齒美白上可得較好之效果。美白劑的成份則大都包括具較强氧化能力之化學物質，例如過氧化氫(hydrogen peroxide)或過氧化碳二胺(carbamide peroxide)之類的物質，可與牙齒表面的色素起氧化反應而有助牙齒美白。但大部分之牙齒美白劑僅限外用，若誤服則造成人體危害或造成副作用，且對口腔軟組織如牙齦等可造成刺激。另外，美白劑的使用可能造成美白劑滲透至牙髓組織中，進而刺激感覺神經造成短暫之敏感化之副作用產生，有些美白劑甚至可直接造成牙齒之硬度下降及侵蝕。不管使用何種方法，相對昂貴的成本，以及使用美白劑的可靠性、可能產生的副作用等，均是目前技術上的缺點。
有鑑於此，本發明係提供一種表面處理裝置及方法，其利用常壓下產生電漿的方式處理牙齒表面，可不使用美白藥劑下即有效的去除齒面色素沉積，避免美白藥劑副作用，並且大幅降低了美白療程之成本。
根據本發明之一方面，提出一種表面處理方法，用以處理一牙齒表面。首先，充填一工作氣體於一管體。其次，提供一電壓於此工作氣體，以於常壓下激發此工作氣體為一電漿。然後，由此管體之一開口射出此電漿以接觸牙齒表面。
根據本發明之另一方面，提出一種表面處理裝置，此裝置包括一管體及一電極組。此管體具有一腔體及一開口，腔體用於容置一工作氣體。電極組係提供一電壓，用以對此工作氣體放電以產生一電漿。此電壓係於常壓下激發工作氣體為電漿，且電漿自開口離開管體以接觸牙齒表面。
根據本發明之更一方面，再提出一種表面處理方法，使用一表面處理裝置處理一牙齒表面。此表面處理裝置包括一管體及一電極組，且此管體具有一腔體及一開口。牙齒表面具有一有色物質。此方法首先，充填一工作氣體於此腔體中。其次，由此電極組提供一電壓於常壓下激發此工作氣體成為一電漿。然後，由此管體之開口射出此電漿以移除牙齒表面之有色物質。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
依照本發明較佳實施例之表面處理方法，係利用一電極組對容置於一管體中之一工作氣體放電，於常壓下激發工作氣體為一電漿，並且自管體之開口射出此電漿至牙齒表面進行處理。
請參照第1圖，其繪示依照本發明一較佳實施例之表面處理裝置之示意圖。表面處理裝置100包括一管體110及一電極組130。管體110具有一開口113及一腔體115，腔體115用以容置一工作氣體，且其可依需要垂直或平行於一水平面擺置，本實施例中係以垂直擺置該管體110為例做說明。電極組130設置於管體110，用以激發此工作氣體形成一電漿。開口113為此電漿之射出口，將欲做表面處理之牙齒表面150置於開口113前端使電漿接觸牙齒表面150，以進行表面處理。腔體115主要為提供上述之工作氣體可激發成電漿之環境，其構成材料係為介電材料，可例如是陶瓷或石英玻璃等材料。
在本實施例中，上述之工作氣體可以例如是空氣、氬氣或氦氣等氣體。其中由於氦氣的崩潰電壓(Breakdown voltage)較氮氣或空氣低，約在200~300伏特之間，因此採用氦氣作為工作氣體時崩潰電壓低，可降低表面處理裝置100之操作電壓，操作上可降低危險性。再者，低電壓下所產生之電子增殖(multiplication)較小，因此可避免產生電弧放電。此外，氦亞穩態分子(He Metastables)較為穩定，其壽命可達數秒，且氦氣具有約20eV之氦亞穩態能階(stationary state energy levels)，可儲存大量之放電能量後再以較長時間慢慢釋放，可避免短時間電流過大而產生電弧放電，因此本實施例中較佳地可選擇氦氣為工作氣體。當然，若為降低工作氣體之耗費成本，亦可選擇使用空氣或氮氣。另外，亦可於主反應氣流(例如是空氣、氬氣、氮氣)中額外添加氫基(hydrogen－based)或氧基(oxygen－based)之反應氣流，例如是水蒸氣或氧氣，以增加電漿產生之自由基濃度，提升所激發電漿之反應能力。
在本實施例中，上述之電漿型式較佳地為噴射電漿(jet plasma)型式，噴射電漿型式之電漿可於常溫常壓下激發，屬低溫電漿(Low temperature plasma)型電漿，且相較於使用其他電漿型式下，一般可獲得高出2~4個數量級之氧自由基(oxygen radical)濃度。例如當使用電暈放電(Corona Discharge)或介電屏蔽板放電(Dielectric Barrier Discharge,DBD)方法產生之電漿時，可獲得氧自由基濃度約在1012
cm－3
之間，當使用低壓放電(Low－Pressure Discharge)方法時可獲致之氧自由基濃度則在1014
cm－3
之間，而使用噴射電漿則可獲得氧自由基濃度則約在1016
cm－3
。另外，相較於電暈放電，噴射電漿更能得到較佳之電漿均勻度。再者，相較於低壓電漿，設備之成本亦降低許多，噴射電漿不僅適用小面積之表面處理，更可獲得電漿密度(Plasma density)高達1011
cm－3
至1012
cm－3
之高密度電漿，故而獲致較佳之牙齒表面150之處理效果。
更進一步來說，電極組130更包括一第一電極131及一第二電極133。其中第一電極131係連接於一電源供應器171，用以供給激發電漿所需之能量，第二電極133則電性連接於一接地面。電源供應器171供電使第一電極131及第二電極133之間具有一電壓，此電壓可激發上述之工作氣體形成電漿以處理牙齒表面150。電源供應器171的型式可以是連續式及脈衝式電源供應器，例如是直流電、交流電電源供應器、或是頻率較一般交流電高的射頻電源供應器(例如頻率為13.56MHz，或其整數倍數之頻率)等型式之電源供應器。
本實施例之第一電極131及第二電極133之配置依需要可設置於管體110之內部或外部。在本實施例中，如第1圖所繪示，第一電極131及第二電極133較佳地設置於管體110之外，以此方式設置可藉由構成腔體115之介電材料降低電極間之電場，且降低短時間大量湧至正電極之電子數目，並有效防止電弧放電發生。實際應用上，電極之配置亦可有多種型式，例如第一電極131係可以環繞方式設置於管體110之外側，並對應於開口113之一端設置，或是以螺旋線圈型式設計於管體外側。另外，亦可將第一電極131及第二電極133分別設計成電極板，並且分別配置於管體110外相對之二側，視實際需要而定。另一方面，適當地設計電極及配合電源供應器171之型式，可進一步對電漿之溫度進行控制，以達到處理牙齒表面150之需求，例如提高電漿之溫度處理假牙以使除去齒面沉積有色物質之速率獲得進一步提升，或是維持電漿之溫度接近體溫以使患者於美白療程內減輕不適感或避免遭致電漿燒傷危險。
另外一方面，依照本發明較佳實施例之表面處理方法可應用於上述之表面處理裝置。請同時參照第1及第2圖，第2圖繪示依照本發明之一較佳實施例之表面處理方法之流程圖。
本實施例之表面處理方法首先，如步驟210所示，充填一工作氣體於管體110。工作氣體係沿一方向F1充填進入管體110。使用之工作氣體若為空氣，其來源可以例如由空氣壓縮機(Air compressor)等供氣設備提供，或是直接抽取過濾後之空氣做為工作氣體。若欲產生較無雜質之電漿，則可選用惰性氣體做為工作氣體，並可搭配使用乾淨之氣體鋼瓶做為供氣來源以避免污染。另外，除了充填主反應氣體之外，還可配合充填額外之反應氣體以提高所激發電漿之反應能力。
其次，進入步驟230，提供一電壓於該工作氣體，用以於常壓下激發該工作氣體為一電漿。於步驟230中，係由電極組130提供電壓於該工作氣體，第一電極131接於電源供應器171提供能量，另第二電極133則電性連接接地面，用於常壓下激發管體110內之工作氣體成噴射電漿。另外，本步驟230更可於常溫下進行激發電漿，危險性低，且由於產生之電漿溫度不高(接近室溫)，適合處理如真牙等具有活性之牙齒表面150，減低患者於美白療程中之不適感。
接著，如步驟250所示，由管體110之開口113射出電漿以接觸牙齒表面150。於本實施例中，係將欲進行表面處理之牙齒表面150設置至管體110之開口113處，使得所激發之噴射電漿由開口113沿F2之方向射出至牙齒表面150進行處理。當然，亦可將本實施例之表面處理裝置設計為可攜式，使其管體110之開口113可伸入患者口部進行牙齒表面150處理，或是設計成固定式之裝置，則可將假牙固定於開口113前端，設定裝置自動或手動操作進行美白或清潔動作。
上述依照本發明較佳實施例中所揭露之表面處理裝置與方法，係利用常壓下可激發電漿之表面處理裝置，產生一噴射型式之電漿以處理牙齒表面之有色物質，可達到不須使用美白藥劑即可對牙齒表面進行處理。其優點在於：1.本實施例提供之表面處理裝置與方法，設計上減少電弧放電情況，避免電弧熔穿電極情況，因此較無電極損害之問題發生，可提高電極使用壽命，增加設備使用年限。
2.本實施例採用之噴射電漿，其所產生之高密度、高均勻性電漿更可用於假牙及美白及清潔處理製程。
3.本實施例採用之噴射電漿係屬低溫電漿型式，其產生熱能較電弧電漿火炬(Arc and Plasma Torch)型式之電漿減少許多，故可用於真牙之表面處理美白及清潔製程上。
4.本實施例採用之電漿係於常壓下激發，不需真空系統的使用，減低設備成本及操作上的安全性。且可方便設計成連續式之製程，例如結合超音波洗牙機與本實施例之表面處理裝置，可以於超音波洗淨假牙後，直接對假牙進行美白處理，更進一步且有效率地除去牙面之有色物質。
5.由本實施例提供之表面裝置與方法，可不需美白藥劑的使用，單一步驟即可完成，且由於產生之氧自由基濃度高達1016
cm－3
，因而可大大縮短治療流程與時間，且無美白藥劑造成之副作用產生，可易於為消費者所接受。
6.工作氣體可採用空氣及氮氣等，降低氣體耗費成本且無環保議題。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．表面處理裝置
110．．．管體
113．．．開口
115．．．腔體
130．．．電極組
131．．．第一電極
133．．．第二電極
150．．．牙齒表面
171．．．電源供應器
第1圖繪示圖依照本發明一較佳實施例之表面處理裝置之示意圖。
第2圖繪示依照本發明一較佳實施例之之表面處理方法之流程圖。
Claims (23)
- 一種表面處理方法，用以處理一牙齒表面，該方法包括：充填一工作氣體於一管體，其中該工作氣體包括氫基(hydrogen-based)氣體；使用一第一電極與一第二電極提供一電壓於該工作氣體，用以於常壓下激發該工作氣體為一電漿，該第一電極與該第二電極分別設置於該管體外相對之兩側；以及由該管體之一開口射出該電漿以接觸該牙齒表面，其中該電漿係一噴射電漿，該噴射電漿產生氧自由基濃度為1016 cm-3 。
- 如申請範圍第1項所述之表面處理方法，其中該提供該電壓之步驟係在常溫下進行。
- 如申請專利範圍第1項所述之表面處理方法，其中該第一電極係電性連接於一電源供應器；該第二電極係電性連接於一外部接地面，該第一電極與該第二電極之間具有該電壓。
- 如申請專利範圍第3項所述之表面處理方法，其中該第一電極係環繞於該管體外側設置，且該第一電極係設置於該管體對應該開口之一端。
- 如申請專利範圍第3項所述之表面處理方法，其中該第一電極係呈一線圈型式設置於該管體。
- 如申請專利範圍第3項所述之表面處理方法，其中該第一電極及該第二電極分別為一電極板，且分別平行設置於該管體外相對之兩側。
- 如申請範圍第1項所述之表面處理方法，其中於該射出該電漿步驟前，該方法更包括：設置該牙齒表面於該開口處。
- 如申請專利範圍第1項所述之表面處理方法，其中該工作氣體包括氬氣(argon)或氮氣(nitrogen)。
- 如申請專利範圍第8項所述之表面處理方法，其中該工作氣體更包括氧基(oxygen-based)氣體。
- 如申請專利範圍第1項所述之表面處理方法，其中由該管體之該開口射出該電漿以接觸該牙齒表面之步驟，更包括：去除該牙齒表面之一有色物質。
- 一種表面處理裝置，用以處理一牙齒表面，該牙齒表面具有一有色物質，該裝置包括：一管體，具有一腔體及一開口，該腔體用以容置一工作氣體，其中該工作氣體包括氫基(hydrogen-based)氣體；以及一電極組，提供一電壓用以對一工作氣體放電以產生一電漿，該電極組包括一第一電極與一第二電極，該第一電極與該第二電極分別設置於該管體外相對之兩側；其中，該電壓係於常壓下激發(excite)該工作氣體為該電漿，該電漿係由該開口離開該管體以接觸該牙齒表面，以去除該有色物質，其中該電漿係一噴射電漿，該噴射電漿產生氧自由基濃度為1016 cm-3 。
- 如申請專利範圍第11項所述之表面處理裝置，其中該管體係垂直於一水平面設置。
- 如申請專利範圍第11項所述之表面處理裝置，其中該管體係平行於一水平面設置。
- 如申請專利範圍第11項所述之表面處理裝置，其中該腔體之材質係為介電材料。
- 如申請專利範圍第11項所述之表面處理裝置，該腔體之材質係為石英玻璃或陶瓷。
- 如申請專利範圍第11項所述之表面處理裝置，其中該第一電極係電性連接於一電源供應器；該第二電極係電性連接於一外部接地面，該第一電極與該第二電極之間具有該電壓。
- 如申請專利範圍第16項所述之表面處理裝置，其中該電源供應器包括直流電電源供應器及交流電電源供應器。
- 如申請專利範圍第16項所述之表面處理裝置，其中該電源供應器包括連續式電源供應器及脈衝式電源供應器。
- 如申請專利範圍第11項所述之表面處理裝置，其中該第一電極環繞設置於該管體外側，且該第一電極係設置於該管體對應該開口之一端。
- 如申請專利範圍第11項所述之表面處理裝置，其中該第一電極係為一線圈型式之電極。
- 如申請專利範圍第11項所述之表面處理裝置，其中該第一電極及該第二電極分別為一電極板，且分別平行設置於該管體外相對之兩側。
- 如申請專利範圍第11項所述之表面處理裝置，其中該工作氣體包括氬氣(argon)或氮氣(nitrogen)。
- 如申請專利範圍第22項所述之表面處理裝置，其中該工作氣體更包括氧基(oxygen-based)氣體。
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