DE19948360A1 - Vorrichtung zur Aushärtung von mit Lichtenergie aushärtbarem Material - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Aushärtung von mit Lichtenergie aushärtbarem Material, vorzugsweise mit sichtbarem Licht im ultraviolett-nahen Bereich aushärtbarem Material, insbesondere Kunststoff, bevorzugt für die Anwendung am Menschen, insbesondere zur Einführung in eine Mundhöhle zur Aushärtung von Zahnfüllmaterial, weist wenigstens ein Licht emittierendes Halbleiterelement auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aushärtung von mit Lichtenergie aushärtbarem Material, vorzugsweise mit sichtbarem Licht im ultraviolett-nahen Bereich aushärtbarem Material, insbesondere Kunststoff, bevorzugt für die An­ wendung am Menschen, insbesondere zur Einführung in eine Mundhöhle zur Aushärtung von Zahnfüllmaterial.

Mit Hilfe von Lichtenergie aushärtbares Material, beispielsweise Polymermaterial, wird insbesondere im zahnärztlichen Bereich als Material für Kunststoffplomben verwendet, um Amalgamplomben zu verdrängen, die gewisse Gesundheitsrisiken mit sich bringen können.

Wird vom Zahnarzt eine Plombe aus einem solchen Kunststoffmaterial erstellt, so wird eine Paste aus Polymermaterial verwendet. Dabei verfährt der Zahnarzt so, daß er zuerst eine Schicht von 1 bis 1,5 mm aufträgt, diese Schicht dann aushärtet und diesen Vorgang solange wiederholt, bis die gewünschte Plombenhöhe erreicht wird, also nach und nach die vollständige Plombe aufgebaut ist. Die schichtweise Aushärtung des Materials ist deswegen geboten, weil nur hierdurch eine gründli­ che Aushärtung des Materials durch und durch erreicht wird. Außerdem würde die Aushärtung einer größeren Masse vergleichsweise zu lange dauern und könnte zu unterschiedlichen, unreproduzierbaren Ergebnissen und auch Materialspan­ nungen führen.

Herkömmlicherweise werden zur Aushärtung von Zahnfüllmaterial Halogenlam­ pen verwendet. Das von der Lampe erzeugte Licht wird mit Hilfe eines Lichtlei­ ters weitergeleitet, dessen freies Ende auch in eine Mundhöhle eines Patienten zur dortigen Aushärtung von Material eingeführt werden kann. Die Halogenlam­ pe verbraucht aber eine vergleichsweise große Leistung und benötigt deshalb eine entsprechende Kühlvorrichtung. Deswegen ist der Aufbau einer solchen Halogen­ lampe relativ groß, was diese wiederum unhandlich macht. Auch der Lichtleiter einer solchen Halogenlampe ist relativ teuer und aufwendig, da er beispielsweise mit aufgedampften Metalloxidschichten versehen sein muß, die Filter bilden. Auch die Halogenlampe selbst muß mit verspiegelten Flächen versehen sein, um eine entsprechende Lichtleitung und einen entsprechenden Lichteintritt in den Licht­ leiter zu ermöglichen. Durch das vorhandene Kühlgebläse und den Lichtleiter wird die herkömmliche Vorrichtung sehr teuer. Sie ist zudem äußerst unhandlich. Aber auch die gewünschte Lichtwellenlänge läßt sich nur sehr ungenau einstellen. Das von der Halogenlampe produzierte Licht hat eine große Frequenzbreite, das auch mit den vorgesehenen Filtern nicht sehr genau auf die gewünschte Frequenz bzw. Wellenlänge reduziert werden kann. Zudem ist der Wirkungsgrad einer sol­ chen Halogenlampe bei der geschilderten Verwendungsweise relativ schlecht, weil letztendlich nur 10 bis 15% des von der Halogenlampe produzierten Lichtes für die Aushärtung des Materials am Ende des Lichtleiters Verwendung findet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, die präziser, handlicher und kostengünstiger ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, die sich aus­ zeichnet durch wenigstens ein Licht emittierendes Halbleiterelement.

Es ist durchaus möglich, ein Halbleiterelement bereitzustellen, beispielsweise mit Gallium und/oder Silicium, das sehr genau von vornherein Licht der gewünschten Wellenlänge emittiert, so daß zusätzliche Filterungen unnötig sind und damit auch die Lichtausbeute bzw. der Wirkungsgrad günstiger ausfällt, so daß von vornherein auch die Vorrichtung mit weniger Energie versorgt werden muß.

Dabei hat ein solches Halbleiterelement den Vorteil, daß auch kein Lichtleiter ver­ wendet werden muß, da es sehr klein ausführbar ist, so daß das Halbleiterelement selbst unmittelbar an das auszuhärtende Material herangeführt werden kann, bei­ spielsweise auch in einer relativ kleinen Mundhöhle eines Patienten. Aufgrund seiner räumlich und auch bezogen auf die Wellenlänge des Lichtes begrenzten Ausbildung kann die entsprechende Vorrichtung ohne Schädigung des Menschen bzw. einer sonstigen Umgebung des auszuhärtenden Materials verwendet werden.

Bei dem angesprochenen Halbleiterelement kann es sich um eine sogenannte Licht emittierende Halbleiterdiode (LED) handeln.

Das Halbleiterelement wird vorzugsweise in einem Kopfbereich der Vorrichtung angeordnet, der an das aushärtbare Material heranführbar ist. Dabei kann der Kopfbereich beispielsweise das freie Ende eines etwa lanzettenförmigen Instru­ mentes sein. Vorzugsweise kann dieser Kopf sogar abnehmbar und gegebenenfalls austauschbar sein, wenn beispielsweise eine unterschiedliche Anzahl von Halblei­ terelementen oder Halbleiterelemente unterschiedlicher Wellenlänge für verschie­ dene Einsatzzwecke verwendet werden sollen oder beispielsweise zur Reinigung dieses Funktionsbereiches der Vorrichtung.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß der Kopf über ein Zwischenstück mit einem Handhalter verbunden ist. Die er­ findungsgemäße Vorrichtung kann also wie ein Handwerkszeug gehandhabt und geführt werden und flexibel am jeweiligen Einsatzort und für den jeweiligen Ver­ wendungszweck gehandhabt werden. Der Kopf, das Zwischenstück und der Handhalter können voneinander trennbar sein, und zwar vorzugsweise mit Steckverbindungen, wobei derartige Steckverbindungen auch gleichzeitig als Verbindungsstecker für eine Stromversorgung dienen können. Eine Stromversor­ gungsleitung führt vorzugsweise durch das lanzettenförmige Instrument hin­ durch, wobei vorsorglich darauf hingewiesen werden soll, daß nicht unbedingt die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung als lanzettenförmiges Instrument aus­ gebildet ist, sondern gegebenenfalls nur ein funktioneller Teil dieser Vorrichtung.

Die Vorrichtung verfügt vorzugsweise über eine eigene Stromversorgungsquelle. Dabei kann eine solche Stromversorgungsquelle bevorzugt in dem Handhalter untergebracht werden. Bei einer solchen Stromversorgungsquelle kann es sich beispielsweise um eine Batterie oder um einen Elektroakku handeln.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Instrument in Form eines zahnärztlichen oder zahnpflegenden Instrumentes ausgebildet ist, also beispielsweise etwa die Form eines von einem Zahnarzt verwendeten Mundspie­ gels, Bohrers oder dergleichen hat bzw. eventuell auch die Form einer Zahnbürste, eines Mundduschenkopfes oder dergleichen. Auch die Stromversorgung kann so erfolgen, wie sie beispielsweise im Bereich von elektrischen Zahnbürsten bekannt ist.

Durch die Verwendung eines Licht emittierenden Halbleiterelementes kann ins­ besondere auch die Baugröße des Instrumentes so vorgesehen sein, wie sie bei der­ artigen Instrumenten ist. Beispielsweise könnte ein Kopf, in dem das Halbleitere­ lement angeordnet ist, etwa eine Länge von 8 mm aufweisen und auch eine Dicke von einigen Millimetern, beispielsweise etwa die Dicke eines Bleistiftes haben. Der Handhalter würde so ausgebildet, daß er sich sicher mit einer Hand erfassen läßt und daß gegebenenfalls auch eine Stromversorgungsquelle in diesem Handhalter unterbringbar ist. Dabei kann berücksichtigt werden, daß das Halbleiterelement nur sehr wenig Strom benötigt, weil es beispielsweise nur eine Leistung von etwa 100 mW benötigt. Auch eine vorzugsweise vorhandene Steuerungselektronik wür­ de keine größere Leistung benötigen. Damit kann aber die erfindungsgemäße Vorrichtung letztendlich aufgrund von industriedesignerischen bzw. arbeitspsy­ chologischen Grundsätzen gestaltet sein, ohne daß die Ausbildung der Vorrich­ tung von den vorhandenen Bauelementen diktiert würde. Auch hierbei handelt es sich um einen entscheidenden Vorteil gegenüber der herkömmlichen Halogenlam­ pe.

Insbesondere bei Verwendung im zahnärztlichen Bereich müssen die Teile, die mit dem Patienten in Berührung kommen können, aus sterilisierbarem Werkstoff gefertigt sein, beispielsweise aus Edelstahl.

Das Halbleiterelement selbst kann mit einer für sein Licht durchlässigen Schutz­ abdeckung versehen sein, so daß auch in diesem Bereich beispielsweise eine pfle­ geleichte Fläche entsteht.

Vorzugsweise wird Licht der Wellenlänge von 475 nm verwendet, das sicherlich mit einer Genauigkeit von plus/minus 5% und genauer vorgegeben werden kann.

Zur Vergrößerung der Leistung und der Verkürzung der Aushärtungszeit werden vorzugsweise mehrere Halbleiterelemente vorgesehen, die bevorzugt in einem re­ gelmäßigen Raster auf einer Fläche zusammengestellt werden, beispielsweise in Form von konzentrischen Kreisen oder in Form einer Matrix. Beispielsweise könnten neun Halbleiterelemente in Form einer 3 × 3-Matrix vorgesehen werden.

Die Lichtemissionsdauer ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise vorgebbar, was mit Hilfe einer entsprechenden Steuerungseinrichtung, insbe­ sondere Steuerungselektronik, geschehen kann. Eine solche Elektronik könnte beispielsweise einen "Step down-Zähler" umfassen, mit dem bestimmte Zeitein­ heiten vorgegeben werden, die von der Elektronik heruntergezählt werden, wobei bei Erreichen der Null die Lichtquelle abgeschaltet wird. Bei Verwendung eines solchen Zählers könnte beispielsweise die Zeitdauer mit einfachen Plus- und Mi­ nustasten eingestellt werden, indem beispielsweise die Zahl der Zeiteinheiten in einem entsprechenden Display erscheint, so daß eine einfache und sichere Bedie­ nungsfreundlichkeit des Gerätes gegeben ist.

Ein Ausführungsbeispiel, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 in Explosionsdarstellung eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine vergrößerte Stirnansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Seitenansicht des Kopfes einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 entspre­ chend der Stirnansicht gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Ansicht der Stirnseite des Arbeitskopfes.

Die in Fig. 1 dargestellte Aushärtungsvorrichtung ist, wie die Seitenansicht und Explosionsdarstellung gemäß Fig. 1 zeigt, im wesentlichen dreiteilig ausgebildet.

Zunächst einmal verfügt die Vorrichtung über einen Kopf 1, in dem Licht emittie­ rende Halbleiterelemente untergebracht sind, und zwar derart, daß sie ihr Licht aus der freien Stirnseite des Kopfes 1 abstrahlen können. Weiter besteht die Vor­ richtung aus einem Zwischenstück 2, das beispielsweise im wesentlichen rohr­ förmig ausgebildet sein könnte, und einem demgegenüber verdickten Handhalter 3, in dem beispielsweise eine Batterie oder ein Akku eingebracht werden könnte, wozu beispielsweise dieser Handhalter 3 bodenseitig geöffnet werden könnte. Die Elemente 1 bis 3 sind über Steckverbinder 4 miteinander verbindbar, wobei der Kopf 1 und der Handhalter 3 entsprechende Steckerkörper 4 aufweisen und das Zwischenstück 2 entsprechende, passende Steckdosen haben könnte. Die Steck­ verbinder oder Verbindungsstecker 4 dienen gleichzeitig auch zur stromleitenden Verbindung der im Handhalter 3 untergebrachten Stromversorgungsquelle und den Licht emittierenden Halbleiterelementen im Kopf 1. An den Steckverbindern 4 sind daher entsprechende Kontaktzungen 5 angedeutet.

Die Vorrichtung insgesamt ist etwa lanzettenförmig ausgebildet, insbesondere durch die entsprechende Ausbildung des Verbindungsstückes 2. Dabei erinnert die Vorrichtung gemäß Fig. 1 bewußt an die Ausführungsform eines zahnärztlichen Instrumentes. Im Verbindungsstück 2 ist dafür auch eine entsprechende Abknic­ kung vorgesehen, wie sie beispielsweise von Zahnarztspiegeln oder dergleichen Instrumenten bekannt ist. An dem Handhalter 3 kann die Vorrichtung mit einer Hand sicher ergriffen werden und wie ein Instrument gehandhabt werden, wobei der Kopf 1 insgesamt beispielsweise auch in die Mundhöhle eines Patienten einge­ führt werden kann. Mindestens der Kopf 1 und das Zwischenstück 2 sollten aus sterilisierbaren Materialien gefertigt sein, vorzugsweise aus Edelstahl.

Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht des Kopfes 1 in gegenüber der Fig. 1 vergrößerter Darstellung. In dieser Stirnansicht sind neun matrixartig angeordnete Licht emittierende Dioden 6 als Licht emittierende Halbleiter der Vorrichtung zu er­ kennen, die von dieser Stirnseite her abstrahlen.

Fig. 3 zeigt eine teilgeschnittene Seitenansicht nur des in Fig. 2 erkennbaren Kop­ fes 1, und zwar in dem Maßstab der Fig. 2. Erkennbar sind wiederum Licht emittierende Dioden 6. Außerdem ist in dieser Seitenansicht aber auch erkennbar, daß die Matrix der Dioden 6 durch eine Platte 7 geschützt ist, die für die von den Dioden 6 ausgesandte Lichtwellenlänge transparent ist, so daß sie eine Lichtab­ strahlung der Dioden 6 nicht behindert, aber die Dioden 6 vor Berührung schützt und außerdem den Kopf 1 insgesamt geschlossener pflegbar macht.

Zusätzlich ist in der Fig. 1 am Handhalter 3 noch angedeutet, daß Plus-Minus­ tasten 8 vorgesehen sein können, mit deren Hilfe eine Steuerungseinrichtung an­ gesprochen werden kann, um ein Zeitintervall für die Betätigungsdauer der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung vorzuwählen. Dazu kann ein Zeitzähler in Einzel­ schritten mit diesen Tasten 8 hochgesetzt oder heruntergesetzt werden. Das ge­ wählte Zeitintervall wird beispielsweise in einem Display 9 angezeigt.

Zur Verbesserung der Ausrichtbarkeit und der Funktionalität könnte der Kopf 1 schwenkbar oder kugelgelenkig angeordnet sein. Er könnte auch mehr kugelför­ mig ausgebildet sein oder als Zylinder mit einer Achse orthogonal zum Zwischen­ stück 2. Die Halbleiter 6 könnten auch seitlich abstrahlen statt zur Stirnseite.

Fig. 4, die die Stirnfläche des Arbeitskopfes zeigt, verdeutlicht eine bevorzugte dichte Packung bzw. Anordnung der Dioden bzw. Halbleiter. Mit der Erfindung läßt sich der gewünschte Wellenbereich des Lichts in einfacher Weise auf Streube­ reiche auf etwa plus/minus 5 nm um den gewünschten Wert bzw. sogar exakt ein­ stellen, so daß exakte und stets reproduzierbare Arbeitsergebnisse erzielbar sind.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Aushärtung von mit Lichtenergie aushärtbarem Material, vorzugsweise mit sichtbarem Licht im ultraviolett-nahen Bereich aushärtba­ rem Material, insbesondere Kunststoff, bevorzugt für die Anwendung am Menschen, insbesondere zur Aushärtung von Zahnfüllmaterial und dgl. gekennzeichnet durch, wenigstens ein Licht emittierendes Halbleiterelement (6).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitere­ lement (6) eine Licht emittierende Diode (LED) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halb­ leiterelement (6) in einem an das auszuhärtende Material heranführbaren Kopfbereich der als Handhalteinstrument ausgebildeten Vorrichtung an­ geordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfbereich das freie Ende eines etwa lanzettenförmigen Instrumentes bildet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (1) über ein Zwischenstück (2) abnehmbar mit einem Handhalter (5) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Steckver­ bindungen (4) zur Verbindung des Kopfes (1) mit dem Zwischenstück (2) und/oder zur Verbindung des Zwischenstückes (2) mit dem Handhalter (3) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromversorgungsleitung durch das lanzettenförmige Instrument ver­ läuft.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steck­ verbindungen (4) auch als Verbindungsstecker für die Stromversorgung aus­ gebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine eigene Stromversorgungsquelle umfaßt, die in dem Handhalter (3) unterbringbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument in Form eines zahnärztlichen oder zahnpflegenden Instru­ mentes ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorrichtung insbesondere der Steckkopf, aus sterilisier­ barem Werkstoff, vorzugsweise Edelstahl, gefertigt ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Halbleiterelement Licht der Wellenlänge 475 nm bei einem Streubereich von maximal etwa plus/minus 5%, vorzugsweise mit engeren Streubereich von maximal plus/minus 2%, insbesondere plus/minus 5 nm emittiert.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Mehrzahl von einander benachbarten Halbleiterelementen (6) vorgesehen ist, insbesondere neun Halbleiterelemente.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter­ elemente (6) in einem regelmäßigen Raster auf einer Fläche zusammenge­ stellt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Halbleiterelement (6) mittels einer für sein Licht durchlässi­ gen Schutzabdeckung (7) abgedeckt ist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, mittels der eine gewählte Lich­ temissionsdauer zur entsprechenden Betätigung des Halbleiterelementes vorgebbar ist.