JPH07240536A

JPH07240536A - 光重合型レジン硬化用光源装置

Info

Publication number: JPH07240536A
Application number: JP6030275A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Akita; 智史秋田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-09-12
Anticipated expiration: 2014-11-15
Also published as: JP2979522B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光重合型レジンの重合が充分となり、安全
で、光源の劣化がなく、熱的問題がなく、軽くてコンパ
クトな光重合型レジン硬化用の光源を提供する。【構成】ピーク発光波長が４３０〜４８０ｎｍの範囲で
ある光を発光する複数のＬＥＤ（発光ダイオード）３
と、当該ＬＥＤ３より発光された光を集光する光学系手
段であって、一端を束ねられ光照射ヘッド５を形成する
光ファイバ４とを設け、前記光照射ヘッド５から出力さ
れた光が、光重合型レジンに照射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、歯科材料として用いら
れる光重合型レジンを硬化させるための光源装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、歯科保存修復用等の歯科材料とし
て可視光線で重合する光重合型レジンが急速に普及して
いる。光重合型レジンは、モノマー中に光増感剤が配合
されたもので、光増感剤は光照射されると光を吸収して
分解し、これがモノマーの重合反応を開始させる。この
ような光重合型レジンは、光の照射強度により重合反応
速度および硬化深度を変えることができる等の利点を有
する。歯科材料としては、例えば光増感剤はカンファー
キノン（ＣＱ）等のα−ジケトン類、モノマーはメチル
メタクリレート等の多官能メタクリレート類が用いられ
ている。カンファーキノンは、４１０〜５００ｎｍの波
長の光を吸収するが、特に４３０〜４８０ｎｍの波長光
に対して鋭い吸収特性を持っている。

【０００３】このようなレジンを硬化させるための光源
としては、一般にハロゲンランプが用いられている。ハ
ロゲンランプの出力光は、いろいろな波長の光が含まれ
ているため、カンファーキノンがよく吸収する４１０〜
５００ｎｍに近い波長の光を、光学フィルタで選択し
て、光重合型レジンに照射するように構成している。図
４に、従来の光源装置から照射される光の分光スペクト
ルと、カンファーキノンの吸収波長帯とを示す。ハロゲ
ンランプと光学フィルタとの組合せから構成される従来
の光源装置の分光スペクトルＡ〜Ｄが、カンファーキノ
ンの吸収波長帯よりも長波長側にずれているため、この
光源はカンファーキノンの硬化に有効に機能していない
ことがわかる。

【０００４】以上でもわかるように、ハロゲンランプを
光源とする従来の光源装置は、以下の欠点があった。

【０００５】１）光重合型レジンの硬化に有効な波長範
囲の光の割合が低く、光重合型レジンの重合不足および
硬化深度不足を解決するためには、全体としての光の強
度を大きくする必要があり、照射口付近において５００
〜１０００ｍＷ／ｃｍ2 という強い光を扱わなければな
らず、安全面に大きな問題があった。

【０００６】また、このような光の強度の大きい装置を
使用しても、光重合型レジンの硬化に必要な光の強度と
しては不充分な場合があり、レジンを充分に硬化するた
めには、照射口を患部のごく近くまで接近させなければ
ならず、どうしても照射口の汚れや破損を伴った。

【０００７】また、ハロゲンランプの発光は強い発熱を
伴うため、冷却ファンによる冷却を必要とした。また、
光を集光するための光学系手段として、凹面鏡を使用し
た場合、この凹面鏡がくもりやすく、メンテナンスを頻
繁に行う必要があった。

【０００８】２）また、光源及び凹面鏡が劣化するた
め、常に使用者が光量をモニタして照射時間を調整する
必要があった。

【０００９】３）上述したように、強い光の強度を得る
ために、電源が大型化したり冷却装置を設ける必要があ
るなど、装置が大型重量化する欠点があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するために創案されたもので、その目的は、光
重合型レジンの重合効率を高めるとともに、熱による影
響を排除し安全で、光源劣化のない、コンパクトで操作
性に優れた光重合型レジン硬化用光源装置を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ピーク発光波
長が４３０〜４８０ｎｍの範囲にある発光ダイオード
と、当該発光ダイオードの光を集光する光学系手段と、
当該光学系手段で集光された光を出力する光照射手段と
を設けたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】発光ダイオードから出力された光は、光学系手
段によって光照射ヘッドに集光される。この光は、光照
射ヘッドを経て、当該光照射ヘッドの他端である照射口
から出射される。そして、当該出力光が患部に塗布した
光重合型レジンに照射されることにより、光重合型レジ
ンが重合する。

【００１３】

【実施例】

（第１実施例）図１は、本発明の第１実施例である光重
合型レジン硬化用光源装置の概略構成を示すブロック図
で、１は電源、２は抵抗、３はＬＥＤ（発光ダイオー
ド）、３ａはＬＥＤを構成するＬＥＤチップ、４は光フ
ァイバ、５は光ファイバの一端を束ねて構成される光照
射ヘッド、５ａは照射口である。

【００１４】次に、図１の光重合型レジン硬化用光源装
置の動作を説明する。電源１から、抵抗２を介してバイ
アス電圧を印加された各ＬＥＤ３は、ＬＥＤチップ３ａ
から光を発する。ＬＥＤ３は、ピーク発光波長が４３０
〜４８０ｎｍの範囲、特に本実施例では４５５ｎｍのも
ので、光出力が１２００μＷのものを２０個使用した。
この出射光は、ＬＥＤチップ３ａに直接接続もしくは近
接された光ファイバ４の一端に入射した後、この光ファ
イバ４内を通って、光ファイバ４の他端へ進む。光ファ
イバ４内を進行してきた光は、複数の光ファイバ４の他
端が束ねられ、樹脂で固められた光照射ヘッド５により
集光されて、光照射ヘッド５の照射口５ａから、出射光
として取り出される。このようにして取り出された出射
光が、患部に塗布充填した光重合型レジンに照射される
ことによって、このレジンが硬化する。

【００１５】次に、本実施例における光重合レジンの硬
化について述べる。図４は、本発明の光源装置から照射
される光の分光スペクトルと、カンファーキノンの吸収
波長帯とを示す。図４に示すように、本実施例の光重合
型レジン硬化用光源装置の出力光の分光スペクトルＥの
大部分は、カンファーキノンの吸収に有効な波長範囲４
３０〜４８０ｎｍに含まれる。

【００１６】したがって、このような出力光を光重合型
レジンに照射すると、従来の光源の数十分の１程度の光
出力で、充分に光重合型レジンを重合させることができ
る。

【００１７】特に、本実施例では集光用ファイバの光入
射面をＬＥＤチップの発光素子に当接又はきわめて近接
して配置できるので、集光効率がよくなり、パワーも高
くできる。

【００１８】（第２実施例）図２は、本発明の第２実施
例である光重合型レジン硬化用光源装置の概略構成を示
すブロック図で、図中、５’は光照射ヘッド、５’ａは
入射口、５’ｂは照射口、６は集光レンズで、１〜３は
図１と同一部品を示す。

【００１９】次に、図２の光重合型レジン硬化用光源装
置の動作を説明する。ＬＥＤ３は、図１と同じく、ピー
ク発光波長が４３０〜４８０ｎｍの範囲、特に４５５ｎ
ｍのもので、光出力が１２００μＷのものを、同一円周
上に２０個を配置した。これらの出射光は、集光レンズ
６によって集光され、集光レンズ６の光軸上に平行に配
された光照射ヘッド５’の入射口５’ａの面に投射され
る。この例の光照射ヘッド５’は、略同一の長さの複数
の光ファイバを束ねて樹脂で固めたものとしたが、金属
もしくは樹脂の中空パイプで、内壁をＬＥＤ光が全反射
するようにアルミコーティングしたものやガラス棒自体
で構成したものであってもよい。

【００２０】そして、光照射ヘッド５’に集光された光
は、この光照射ヘッド５’を通ってその照射口５’ｂか
ら、出射光として取り出される。このようにして取り出
された出射光は、患部に塗布充填した光重合型レジンに
照射されることによって、このレジンが硬化する。

【００２１】なお、本実施例における光重合型レジンの
硬化については、第１実施例と同様であるのでその説明
を省略する。

【００２２】（第３実施例）図３は、本発明の第３実施
例である光重合型レジン硬化用光源装置の概略構成を示
すブロック図で、各ＬＥＤの出力光集光系として凹面鏡
７を用いた例である。

【００２３】本実施例においても、ＬＥＤは第１、第２
実施例と同一のものを使用した。各ＬＥＤからの出射光
は、凹面鏡７で反射され光照射ヘッド５’の入射口５’
ａの面に集光されるが、各ＬＥＤ３は、出射光が凹面鏡
７により、凹面鏡７の光軸上に平行に配された光照射ヘ
ッド５’の入射口５’ａの中心に集光されるように配置
される。また、光照射ヘッド５’は、第２実施例と同様
に、略同一の長さの複数の光ファイバを樹脂で固めたも
のとしたが、前記同様に、金属もしくは樹脂製の中空パ
イプでまたはガラス棒などで構成してもよい。

【００２４】なお、本実施例における光重合型レジンの
硬化については、第１実施例と同様であり、説明を省略
する。

【００２５】特に、本実施例では、出射光波長の大部分
がカンファーキノンの吸収波長帯の４３０〜４８０ｎｍ
であるＬＥＤを使用するので、最小限の光の強度でレジ
ンを硬化させることができる。従来、ハロゲン光源でレ
ジンを硬化させるためには、光源全体としての強度を大
きくし、それによってカンファーキノンの吸収波長帯の
光の強度を引き上げていたが、それが同時にレジンの硬
化に不要な波長帯の光の強度をも引き上げることとな
り、そのような不要な光を含む出射光による発熱が凹面
鏡のくもりを引き起こしたが、本発明によりこの問題点
を解消することができる。

【００２６】ところで、本発明の実施態様としては、以
下のような実施例も含まれる。

【００２７】（１）各ＬＥＤ単位で、ＬＥＤチップ発光
素子の前面に集光レンズを配置して、このＬＥＤから発
光する光を集光してもよい。

【００２８】（２）光学系手段として、光ファイバ、集
光レンズ等を使用する代わりに、照射口に近づくにつれ
て内径が小さくなる中空パイプで、内壁をＬＥＤ光が全
反射するようなアルミコーディングしたもので、ＬＥＤ
から発光する光を集光してもよい。

【００２９】（３）光照射ヘッドの照射口にレンズを置
いて、出射光をコリメートしてもよい。このとき、照射
口を患部に近接させなくてもよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明の光重合型レジン硬化用光源装置
は、その発光源として複数のＬＥＤを採用し且つ出射光
波長を、カンファーキノンの吸収波長帯である４３０〜
４８０ｎｍの波長範囲に選定したので、全体としては、
従来より小さな強度の光で光重合型レジンを充分に重合
することができる。これによって、電源を小型化するこ
とができる。また、充分な光の強度が得られるので、照
射口を患部まできわめて接近させなくてもよく、また光
照射ヘッドの照射口にレンズを置いて出射光をコリメー
トすることで、さらに照射口を患部から離すことがで
き、照射口の汚れや破損が低減する。また、熱が発生し
ないので、安全で、冷却ファンが不要となり、さらに第
３実施例の集光光学系手段である凹面鏡のくもりが低減
する。

【００３１】また、光源である発光ダイオードは、劣化
が極めて少なく、使用毎の調整の必要がなく、かつ長時
間の連続使用が可能となる。

【００３２】また、上述したように、電源が小型化で
き、冷却ファンも不要となるので、装置全体のコンパク
ト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である光重合型レジン硬化用
光源装置の概略構成を示すブロック図で集光光学系とし
て光ファイバを用いた例を示す。

【図２】本発明の他の実施例である光重合型レジン硬化
用光源装置の概略構成を示すブロック図で集光光学系と
して集光レンズを用いた例を示す。

【図３】本発明の他の実施例である光重合型レジン硬化
用光源装置の概略構成を示すブロック図で集光光学系と
して凹面鏡を用いた例を示す。

【図４】従来の光源装置で得られる光の分光スペクトル
と、本発明実施例の光源装置で得られる光の分光スペク
トルと、カンファーキノンの吸収波長帯との関係を示す
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピーク発光波長が４３０〜４８０ｎｍの
範囲にある複数の発光ダイオードと、これら発光ダイオ
ードの光を集光する光学系手段と、この光学系手段で集
光された光を出力する光照射手段とによって構成したこ
とを特徴とする光重合型レジン硬化用光源装置。