(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体の近位端と遠位端との間に延びる、接合部や継ぎ目を備えない、熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素から形成された一体設計を有し、熱伝導に対する抵抗を最小にして前記本体を通した熱拡散を改善し、ごみや細菌がたまり得る隙間を解消し、乱暴な取扱い、または、落下に、より良好に耐える前記本体であって、前記連続する継ぎ目のない要素は、前記本体の前記遠位端の発光ヘッド部、前記本体の前記近位端に延びるハンドル部、および、前記本体の前記近位端と前記遠位端との間に少なくとも部分的に延びる内部空洞を有する、前記本体と、
前記ヘッド部に熱的に結合されるＬＥＤアセンブリであって、前記ＬＥＤアセンブリは、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイ、および、熱伝導性ＬＥＤアセンブリ基板を含む、前記ＬＥＤアセンブリと、
前記ＬＥＤアセンブリを前記ヘッド部に熱的に結合する熱伝導層と、
前記熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素の前記内部空洞内に配置された電子機器アセンブリ、を含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項２】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層は、前記発光ヘッド部と直接接触していることを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項３】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層を前記ヘッド部に結合する表面積は、前記熱伝導層を前記ＬＥＤアセンブリ基板に結合する表面積と同等かそれ以上の大きさであることを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項４】
請求項３の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層を前記ヘッド部に結合する表面積は、前記熱伝導層を前記ＬＥＤアセンブリ基板に結合する表面積より、少なくとも約１０％大きいことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項５】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記電子機器アセンブリは、前記１つまたはそれ以上のＬＥＤダイを、少なくとも２０００ｍＷ／ｃｍ2、例えば、少なくとも２０００ｍＷ／ｃｍ2の出力光強度に駆動するように構成された電気回路を含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項６】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記電子機器アセンブリは、前記１つまたはそれ以上のＬＥＤダイの定格最大電力の７０％未満でありながら、少なくとも８００ｍＷ／ｃｍ2の発光を実現する、最大入力電力で、前記１つまたはそれ以上のＬＥＤダイを駆動するように構成された電気回路を含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項７】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層は、１００ミクロンから１．５ｍｍの範囲の厚さを有し、前記連続する継ぎ目のない要素とは分離した要素を含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項８】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層は、０．０５ミクロンから５０ミクロンの範囲の厚さを有し、前記ヘッド部に被着される材料を含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項９】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層は、約１５０Ｗ／ｍ−Ｋより大きな、例えば、約３００Ｗ／ｍ−Ｋより大きな熱伝導性を有することを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項１０】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層は、前記連続する継ぎ目のない要素の前記熱伝導性材料より大きな熱伝導性を有することを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項１１】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層は、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、ダイヤモンド、炭化ケイ素、窒化ボロン、および、それらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項１２】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層は、熱伝導性接着剤によって、前記ＬＥＤアセンブリ基板に熱的に結合されることを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項１３】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記連続する継ぎ目のない要素の前記熱伝導性材料は、アルミニウム、銅、マグネシウム、および、それらの合金からなる群から選択される金属を含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項１４】
請求項１３の歯科用硬化ライト装置であって、さらに、前記金属に対し傷防止を提供する、前記連続する継ぎ目のない要素の外表面の陽極酸化層を含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項１５】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記連続する継ぎ目のない要素の前記熱伝導性材料は、カーボンファイバ、ボロンファイバ、窒化ボロンファイバ、および、それらの組み合わせからなる群から選択される熱伝導性セラミックファイバを含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項１６】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記連続する継ぎ目のない要素は、約１ｍｍと約１５ｍｍの間の厚さを有する前記ヘッド部と、１０ｍｍと４０ｍｍの間の厚さを有する前記ハンドル部を備え、略直線的であることを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項１７】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記１つまたはそれ以上のＬＥＤダイは、光スペクトルの青色領域で放射する第１のＬＥＤダイと、前記光スペクトルの紫外（ＵＶ）領域で放射する第２のＬＥＤダイを含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項１８】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、さらに、前記連続する継ぎ目のない要素の前記ヘッド部に、レンズまたはフォトニック結晶を含み、該レンズまたはフォトニック結晶は、前記１つまたはそれ以上のＬＥＤダイから放射される光を焦合するように構成されることを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項１９】
請求項１８の歯科用硬化ライト装置であって、さらに、前記レンズの少なくとも一部に反射防止コーティングを含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項２０】
請求項１８の歯科用硬化ライト装置であって、さらに、その内面に、貴金属を含む反射コーティングのような、反射コーティングを有する反射カラーを含み、該反射カラーは、前記１つまたはそれ以上のＬＥＤダイと前記レンズまたはフォトニック結晶との間に配置され、前記反射カラーは、光を反射し、前記１つまたはそれ以上のＬＥＤダイから前記レンズまたはフォトニック結晶へ光を向けるように構成される開口部を画定することを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項２１】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、さらに、前記連続する継ぎ目のない要素の前記ヘッド部に形成される受容部に着脱可能に受け入れられる、熱伝導性着脱可能部材を含み、前記熱伝導層および前記ＬＥＤアセンブリは、前記熱伝導性着脱可能部材に取り付けられることを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項２２】
請求項２１の歯科用硬化ライト装置であって、前記ヘッド部に形成される前記受容部は、前記ヘッド部に形成される、ねじ山付開口部を含み、前記熱伝導性着脱可能部材は、前記ねじ山付開口部で前記ヘッド部に、熱的に、および、螺合可能に結合される熱伝導性カップを含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項２３】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層は、前記ＬＥＤアセンブリの１つまたはそれ以上の接点に電気的に接触するトレースを含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項２４】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層は、プリント回路基板、例えば、セラミックプリント回路基板または金属化プリント回路基板の少なくとも１つを含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項２５】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層は、１つまたはそれ以上の熱伝導フィラ材料を有する熱伝導グリースまたはゲル、例えば、シリコングリース、ポリマグリース、金属化グリース、ナノ粒子グリース、および、それらの組み合わせからなる群から選択される熱伝導性グリースを含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項２６】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記熱伝導層は、変形可能パッドを含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項２７】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、さらに、前記ヘッド部と前記ハンドル部の間で、前記熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素の少なくとも一部を被覆する、保護コーティング、例えば、フッ素重合体またはパリレンの少なくとも１つを含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項２８】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、さらに、前記連続する継ぎ目のない要素の外表面に傷防止層を含み、例えば、前記傷防止層は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、および、それらの組合せから選択されることを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項２９】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記電子機器アセンブリは、期間にわたって、光の強度を徐々に上げるように構成され、前記電子機器アセンブリは、徐々に上げる期間として、長期間および短期間の選択を提供し、例えば、第１の徐々に上げる期間は、３から７秒の範囲であり、第２の徐々に上げる期間は、８から１２秒の範囲であることを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項３０】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、さらに、前記内部空洞へのアクセスを提供する、前記連続する継ぎ目のない要素の側部に細長い開口を含み、該細長い開口は、前記連続する継ぎ目のない要素の大半に沿って延び、前記電子機器アセンブリは、前記細長い開口を通って、延び、および／または、アクセス可能であるコントロールパネルを含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項３１】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、前記連続する継ぎ目のない要素は、単体の材料を機械加工することによって形成されることを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項３２】
請求項１の歯科用硬化ライト装置であって、さらに、前記連続する継ぎ目のない要素の前記近位端に孔を含み、それを通して、電源コードが前記電子機器アセンブリに結合され得ることを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項３３】
請求項１の歯科用硬化ライト装置を製造する方法であって、
単体の熱伝導性材料を機械加工して、接合部や継ぎ目を備えない熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素を形成して、熱伝導に対する抵抗を最小にして本体を通した熱拡散を改善し、ごみや細菌がたまり得る隙間を解消し、乱暴な取扱い、または、落下に、より良好に耐えるため、近位端と遠位端の間に延びる一体設計を有する本体を形成することであって、前記連続する継ぎ目のない要素は、前記本体の前記遠位端の発光ヘッド部、前記本体の前記近位端に延びるハンドル部、および、前記本体の前記近位端と前記遠位端の間に少なくとも部分的に延びる内部空洞を有する、前記一体設計を有する本体を形成することと、
前記連続する継ぎ目のない要素の前記ヘッド部と熱的に連通する、熱伝導層を被着または形成することと、
前記熱伝導層が前記ＬＥＤアセンブリを前記熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素に結合し、前記ＬＥＤアセンブリは、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイ、および、熱伝導性ＬＥＤアセンブリ基板を含むように、前記ＬＥＤアセンブリを前記熱伝導層と結合することと、
前記熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素の前記内部空洞内に電子機器アセンブリを配置すること、を含むこと特徴とする方法。
【請求項３４】
本体の近位端と遠位端との間に延びる、接合部や継ぎ目を備えない、熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素から形成された一体設計を有し、熱伝導に対する抵抗を最小にして前記本体を通した熱拡散を改善し、ごみや細菌がたまり得る隙間を解消し、乱暴な取扱い、または、落下に、より良好に耐える前記本体であって、前記連続する継ぎ目のない要素は、前記本体の前記遠位端の発光ヘッド部、前記ヘッド部に形成されたねじ山付開口部、前記本体の前記近位端に延びるハンドル部、および、前記本体の前記近位端と前記遠位端の間で少なくとも部分的に延びる内部空洞を有する、前記本体と、
前記ねじ山付開口部で前記ヘッド部に、熱的に、および、螺合可能に結合される、熱伝導性カップ内に配置されるＬＥＤアセンブリであって、該ＬＥＤアセンブリが、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイ、および、熱伝導性ＬＥＤアセンブリ基板を含む、前記ＬＥＤアセンブリと、
前記ＬＥＤアセンブリを前記熱伝導性カップに熱的に結合する熱伝導層と、
前記熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素の前記内部空洞内に配置される電子機器アセンブリ、を含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項３５】
請求項３４の歯科用硬化ライト装置を製造する方法であって、
単体の熱伝導性材料を機械加工して、接合部や継ぎ目を備えない熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素を形成して、熱伝導に対する抵抗を最小にして本体を通した熱拡散を改善し、ごみや細菌がたまり得る隙間を解消し、乱暴な取扱い、または、落下に、より良好に耐えるため、近位端と遠位端の間に延びる一体設計を有する本体を形成することであって、前記連続する継ぎ目のない要素は、前記本体の前記遠位端の発光ヘッド部、前記ヘッド部に形成されるねじ山付開口部、前記本体の前記近位端に延びるハンドル部、および、前記本体の前記近位端と前記遠位端の間に少なくとも部分的に延びる内部空洞を有する、前記一体設計を有する本体を形成することと、
前記ねじ山付開口部において、前記ヘッド部に、熱的に、および、螺合可能に結合するように構成される熱伝導性カップを形成することと、
前記熱伝導性カップ内に、前記熱伝導性カップと熱的に連通する、熱伝導層を被着または形成することと、
前記熱伝導層がＬＥＤアセンブリを前記熱伝導性カップに熱的に結合し、前記ＬＥＤアセンブリが、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイ、および、熱伝導性ＬＥＤアセンブリ基板を含むように、前記熱伝導性カップ内に、前記熱伝導層と熱的に連通する前記ＬＥＤアセンブリを配置することと、
前記熱伝導性カップおよび前記熱伝導層が、前記熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素に、前記ＬＥＤアセンブリを熱的に結合するように、前記熱伝導性カップを、前記ねじ山付開口部において、前記ヘッド部に螺合可能に結合することと、
前記熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素の前記内部空洞内に電子機器アセンブリを配置すること、含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
本体の近位端と遠位端との間に延びる、接合部や継ぎ目を備えない、熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素から形成された一体設計を有し、熱伝導に対する抵抗を最小にして前記本体を通した熱拡散を改善し、ごみや細菌がたまり得る隙間を解消し、乱暴な取扱い、または、落下に、より良好に耐える前記本体であって、該連続する継ぎ目のない要素は、前記本体の前記遠位端の発光ヘッド部、前記本体の前記近位端に延びるハンドル部、および、前記本体の前記近位端と前記遠位端の間で少なくとも部分的に延びる内部空洞、および、前記内部空洞へのアクセスを提供する、前記連続する継ぎ目のない要素の側部の細長い開口を有し、前記細長い開口は、前記連続する継ぎ目のない要素のハンドル部の大半に沿って延びている、前記本体と、
前記ヘッド部に熱的に結合されるＬＥＤアセンブリであって、該ＬＥＤアセンブリは、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイ、および、熱伝導性ＬＥＤアセンブリ基板を含む、前記ＬＥＤアセンブリと、
前記ＬＥＤアセンブリを前記ヘッド部に熱的に結合する熱伝導層と、
前記熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素の前記内部空洞内に配置される電子機器アセンブリであって、該電子機器アセンブリは、前記細長い開口を通って、延び、および／または、アクセス可能であるコントロールパネルを含む、前記電子機器アセンブリ、を含むことを特徴とする歯科用硬化ライト装置。
【請求項３７】
請求項３６の歯科用硬化ライト装置を製造する方法であって、
単体の熱伝導性材料を機械加工して、接合部や継ぎ目を備えない熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素を形成して、熱伝導に対する抵抗を最小にして前記本体を通した熱拡散を改善し、ごみや細菌がたまり得る隙間を解消し、乱暴な取扱い、または、落下に、より良好に耐えるため、近位端と遠位端の間に延びる一体設計を有する本体を形成することであって、前記連続する継ぎ目のない要素は、前記本体の前記遠位端の発光ヘッド部、前記本体の前記近位端に延びるハンドル部、前記本体の前記近位端と前記遠位端の間に少なくとも部分的に延びる内部空洞、および、前記内部空洞へのアクセスを提供する、前記連続する継ぎ目のない要素の側部の細長い開口を有し、前記細長い開口は、前記連続する継ぎ目のない要素の前記ハンドル部の大半に沿って延びる、前記一体設計を有する本体を形成することと、
前記連続する継ぎ目のない要素の前記ヘッド部と熱的に連通する、熱伝導層を被着または形成することと、
前記熱伝導層がＬＥＤアセンブリを前記熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素に結合し、前記ＬＥＤアセンブリが、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイ、および、熱伝導性ＬＥＤアセンブリ基板を含むように、前記ＬＥＤアセンブリを前記熱伝導層に熱的に結合することと、
前記熱伝導性材料の連続する継ぎ目のない要素の前記内部空洞内に電子機器アセンブリを配置し、該電子機器アセンブリは、前記細長い開口を通って、延び、および／または、アクセス可能であるコントロールパネルを含むこと、を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、光硬化装置の分野に関する。より詳しくは、本発明は、重合性複合材料を硬化させるように構成された、光硬化波長を提供するための１つまたはそれ以上の発光ダイオード（たとえば、ＬＥＤ）を有する光硬化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯科分野では、歯腔または形成窩洞はしばしば、可視光等の放射エネルギーに曝露されることによって硬化する感光性重合性複合材料で充填および／または密封される。このような複合材料は一般に、光硬化性複合材料と呼ばれ、歯腔形成部の内部または歯表面上に設置され、その後、光が照射される。放射光によって、複合材料内の感光成分が重合性成分の重合化を開始し、それによって、歯腔形成部の内部または他の歯表面上の光硬化性複合材料が硬化する。
【０００３】
光硬化装置は一般に、活性化光源、たとえばクオーツタングステンハロゲン（ＱＴＨ）電球または発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて構成される。ＱＴＨ電球は広い光スペクトルを発生させ、これは、幅広い種類の重合性複合材料の硬化に使用できる。ＱＴＨ電球は大量の廃熱を発生し、廃熱を電球から遠ざけ、これを放散させるために、大きな周辺構造を必要とする。
【０００４】
ＬＥＤ光源の使用は、歯科用硬化装置における大きな改良となっている。ＬＥＤはＱＴＨ電球より小さく、一般に、特定のピーク波長の周辺の狭い範囲の光を放射する。ＬＥＤの場合、所望の放射出力を発生させるために必要な入力電力がずっと少なくてすむ。これに加え、ＬＥＤ光源はＱＴＨ電球より寿命が長い（たとえば、数万時間またはそれ以上）。しかしながら、ＬＥＤ光源を有する装置についても、熱管理（たとえば、放熱）の問題は依然として残る。
【０００５】
先行技術におけるＬＥＤ硬化ライト装置は、電球型の硬化装置より生成する廃熱が少ないかもしれないものの、ＬＥＤ硬化装置でも、照射中にＬＥＤおよびそのすぐ周辺の構造物の温度を大幅に上昇させる廃熱を生成させる傾向がある。このような温度上昇は、ＬＥＤの使用寿命を短縮させるかもしれない。ＬＥＤは、放熱させなければ、ものの数分で焼け切れて、ＬＥＤ光源の交換が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第６１／１７４，５６２号明細書
【特許文献２】米国特許出願第６１／１４１，４８２号明細書
【特許文献３】米国特許第７，４７３，９３３号明細書
【特許文献４】米国特許公開第２００６／００３３０５２号公報
【特許文献５】米国特許公開第２００６／０１９４１７２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】“Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｖｏｌｕｍｅ  ２：Ａｌｌｏｙ  Ｐｒｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ”、ジョージ・Ｅ・トッテン（編集者）、Ｄ・スコット・マッケンジー、ＣＲＣ：１ｓｔ  ｅｄ．（２００３年４月２５日）
【非特許文献２】“Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ａｌｕｍｉｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ  ａｎｄ  Ｔｅｍｐｅｒｓ”、Ｊ・ギルバート・カウフマン、ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１ｓｔ  ｅｄ．（２０００年１２月１５日）
【非特許文献３】“Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ａｎｄ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ：ＡＳＭ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ”、ジョセフ・Ｒ・デイヴィス；ＡＳＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（１９９３年１２月１日）
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、使用中に熱を発光ダイオード（ＬＥＤ）から遠ざける方向に効率的に放散させる硬化ライト装置に関する。歯科用硬化ライト装置は、ネック部によって遠位側ヘッド部に連結された把持用近位端（すなわち、ハンドル部）を持つ装置本体を有する。装置本体は、有利な形としては、１つまたはそれ以上の熱伝導性本体材料（たとえば、熱伝導性金属、重合体、セラミックおよび／または熱伝導性セラミックファイバまたはナノ材料）から形成される。１つの実施形態において、装置本体は、接合部を持たない１つの連続する要素（すなわち、「一体」構成）である。装置本体の全部または一部は、装置本体が使用中に（すなわち、装置が使用者設定可能な最大光出力に設定されているとき）ＬＥＤによって生成される所望の熱を放散させるのに十分な熱伝導性を有するかぎり、熱伝導性本体材料から製作することができる。１つの実施形態において、ＬＥＤアセンブリは、装置本体の遠位側ヘッド部の上またはその中に含められる。ＬＥＤアセンブリは、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイと熱伝導性のＬＥＤアセンブリ基板を有し、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイはＬＥＤアセンブリ上の１つまたはそれ以上の接点に電気的に結合される。１つまたはそれ以上のＬＥＤダイは、光硬化性複合材料を硬化させることができる光スペクトルを発生するように構成される。発生されるスペクトルには、すべてのＬＥＤが同じ波長で発光するように構成された実施形態では、１つのピーク波長が含まれていてもよい。あるいは、ＬＥＤダイの少なくとも１つが、少なくとも１つの他のＬＥＤダイに関して異なるピーク波長を発光するように構成されている場合は、スペクトルには２つまたはそれ以上の異なるピーク波長が含まれていてもよい。
【０００９】
ＬＥＤアセンブリからの放熱は、装置本体の遠位側ヘッド部の、ＬＥＤアセンブリと装置本体の熱伝導性本体材料の間に熱伝導層を用いて実現してもよい。熱伝導層は薄く、したがって、ヒートシンクとして機能するのに十分な質量をもたない。しかしながら、熱伝導層は、ＬＥＤアセンブリ基板から装置本体の本体材料中に熱を放散させるためのコンジットとして機能するのに十分に大きい表面積と熱伝導率を有する。装置本体の材料は、高効率の放熱体として機能し、それによって、別の内部ヒートシンクが不要となる。１つの実施形態において、有利な形として、歯科用硬化装置は、内部ヒートシンクを持たない。熱伝導層を装置本体に熱的に結合する表面積は十分に大きく、熱伝導層によってＬＥＤアセンブリから遠ざかる方向に伝導される熱の大部分（たとえば、略全部）が装置本体に伝達される。
【００１０】
１つの実施形態において、熱伝導層は、装置本体の一部に固定される個別の要素であってもよく、厚さは約１００マイクロメートルから約１．５ｍｍの範囲であってもよく、１つまたはそれ以上の高熱伝導性材料、たとえば、これらに限定されないが、酸化ベリリウム、ダイヤモンド、窒化アルミニウムまたはこれらの組み合わせで製作することができる。他の実施形態において、熱伝導層は、装置本体の少なくとも一部の上に被着される（たとえば、化学蒸着またはプラズマ蒸着法、またはプラズマ溶射による）ごく薄い層を含んでいてもよい。このような実施形態において、厚さはわずか約０．０５マイクロメートルから約５０マイクロメートルであってもよい。熱伝導層の厚さと表面積は、ＬＥＤによって生成される廃熱の全部でなくてもほとんどが、確実に熱伝導層を通って伝達され、本体材料内に放散されるのに十分である。中程度から低い動作温度で、熱伝導層は、熱がＬＥＤアセンブリからＬＥＤアセンブリ基板の中に放散されるのと同じ速度で、熱をＬＥＤアセンブリ基板から放散させることができ、それによって、中ないし低温での連続動作が可能となる。装置本体の十分な表面積と接触する熱伝導層を使用することにより、１つまたはそれ以上のＬＥＤから熱が驚異的に良好に放散されることがわかっている。本発明の構成によれば、ずっと以前から存在していた、ＬＥＤベースの硬化ライトの過熱に伴う問題が基本的に解消される。
【００１１】
別の実施形態によれば、個々のＬＥＤ半導体ダイを装置本体に直接取り付けてもよい。言い換えれば、装置本体が、ＬＥＤ半導体ダイを直接取り付けるための基板となる。個々のダイへの電力接続は、装置本体の上に形成された熱伝導性の電気的絶縁層の上に、またはそれを通って配置された導電性金属トレース（たとえば金）によって行ってもよい。これと上記の実施形態との相違は、それ自体のＬＥＤアセンブリ基板を含む、比較的大きなＬＥＤアセンブリが装置本体の遠位側ヘッド部の上に取り付けられる点である。別の実施形態では、装置本体の少なくとも遠位側ヘッド部の上に配置された熱伝導性の電気的絶縁層は、ＬＥＤアセンブリ基板の厚さ（たとえば、約５００−１０００マイクロメートルのオーダ）と比較して、ずっと薄い（たとえば、約０．０５から約５０マイクロメートル）。このようなＬＥＤ基板は、基板上に取り付けられた１つまたはそれ以上のＬＥＤダイを含むＬＥＤパッケージ全体の保護力と強度を高めるように、十分に厚くなければならない。熱伝導性／電気的絶縁層は、金属からなっているかもしれない下地本体からダイを電気的に絶縁するように、十分な厚さを持つ。同時に、この層は比較的薄く（たとえば、約５０マイクロメートル以下、好ましくは約１０マイクロメートル以下）、この層を通じた熱伝導への抵抗がなるべく小さくなっている。このような実施形態は、ＬＥＤパッケージアセンブリの比較的厚い基板層が排除されるため、放熱がさらに改善されるかもしれない。
【００１２】
１つの実施形態において、硬化ライト装置は、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイへの電力を制御する電子機器アセンブリを有する。電子機器アセンブリは、ＬＥＤから遠ざけるように熱を効率的に放散させることができるため、ＬＥＤダイを過熱させることなく、長時間にわたり、ごく高強度の光で１つまたはそれ以上のＬＥＤダイを駆動するように構成できる。１つの実施形態において、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイは、少なくとも約２０００ｍＷ／ｃｍ2、少なくとも３０００ｍＷ／ｃｍ2、さらには３５００ｍＷ／ｃｍ2を超える、安定した発光を生成することができる。本発明のＬＥＤ硬化装置は、一般的に３５００ｍＷ／ｃｍ2で動作するアーク灯により生成される光と同等、またはそれよりはるかに高い強度の安定した出力を１つまたはそれ以上のＬＥＤを用いて実現することができる。本発明の硬化ライトは本体を通じて熱を放散させ、それによって、装置は、高出力で、従来の光硬化装置より長時間にわたって動作することができる。
【００１３】
本発明の１つの実施形態において、電子機器アセンブリは、光出力の強度が高くても、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイの出力の波長シフトを最小限に抑えるように構成される。この実施形態において、電子機器アセンブリは、ＬＥＤダイの実際の最大、または定格入力より実質的に低い最大入力で、ＬＥＤダイに電源供給するように構成される。たとえば、硬化ライトは、定格１０ワットのＬＥＤアセンブリを備えることができ、電子機器アセンブリは、最大入力電力２．５ワットで装置に電源供給するように構成できる。１つの実施形態において、電子機器アセンブリは、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイには、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイの定格最大入力の約８０％未満、より好ましくは約５０％未満、最も好ましくは１つまたはそれ以上のＬＥＤダイの定格最大入力の約４０％未満の最大電力で電源供給しながら、光硬化装置から少なくとも約１０００ｍＷ／ｃｍ2の全光出力、より好ましくは少なくとも約２０００ｍＷ／ｃｍ2、さらにより好ましくは少なくとも約３０００ｍＷ／ｃｍ2、さらには光硬化装置から少なくとも約３５００ｍＷ／ｃｍ2の全光出力を実現するように構成される。このようにして、光出力の安定性が維持される。たとえば、すべての波長シフトが最小限に抑えられ、好ましくは約１％未満、より好ましくは約０．５％、最も好ましくは約０．１％未満とされる。
【００１４】
１つの実施形態において、供給電力の低い装置は、入力電力１ワットあたりの全光出力の効率をごく高いものとすることができる。１つの実施形態において、硬化ライトのＬＥＤダイの効率は、少なくとも約４０％、少なくとも約６０％、さらには少なくとも約８０％の効率とすることができる。歯科用硬化ライト装置の最高の効率は、ＬＥＤとレンズの間の反射カラーを含む構成、および／またはレンズの上の反射防止コーティングを含む構成で実現されるかもしれない。いくつかの実施形態では、レンズの代わりに、光をコリメートするフォトニック結晶を利用してもよい。
【００１５】
装置本体は、ＬＥＤダイおよび／またはＬＥＤアセンブリに対してはるかに大きなサイズであることから、高い放熱能力を有する。装置本体は放熱体として機能するため、装置の本体の中に別個のヒートシンクは不要である。ヒートシンクを排除することにより（先行技術の一般的な装置と比較して）、製造工程が簡素化され、優れた放熱性を提供しながら、患者の口内でより操作しやすい、より小さく、より薄いネックと遠位側ヘッドの構成が可能となる。一体構成の装置本体を提供することは、熱を最大限に放散させるのに役立つ。また、これにより、ごみがたまる可能性のある接合部や継ぎ目が最小限となる。
【００１６】
１つの実施形態において、装置本体のヘッド部には、ＬＥＤアセンブリと熱伝導層の少なくとも一部を格納する着脱可能なカップ状部材を設けることができる。熱伝導層はＬＥＤアセンブリに結合されて、アセンブリのＬＥＤから着脱可能な部材および装置本体への熱伝達を促進する。着脱可能な部材は、遠位側ヘッド部の一部にねじ止めし、またはその他の方法で連結することができる。着脱可能な部材は、取り付けられると、たとえば遠位側ヘッド部の対応部分と着脱可能な部材の間の大きな表面積による接触によって遠位側ヘッド部と熱的に一体化され、着脱可能な部材を通り、装置本体の残りの部分への効率的な熱伝導が保持される。
【００１７】
１つの実施形態において、ハンドル部、ネック部および遠位側ヘッド部を含む装置本体の全体は、熱伝導性材料の単体の要素で形成される。使用できる金属の例としては、これらに限定されないが、アルミニウム、銅、マグネシウムおよび／またはこれらの合金がある。使用できる熱伝導性セラミック材料の例としては、これらに限定されないが、炭素（たとえば、グラフェン）、ボロン、窒化ボロンおよび／またはこれらの組み合わせのファイバまたはナノ材料がある。単体要素の本体は１つだけの要素であるため、本体そのものに継ぎ目や接合部がなく、装置全体の中のその他の界面が最小限となる。たとえば、単体要素の本体（すなわち、一体構成）は、ＬＥＤヘッドアセンブリ用の穴、制御アセンブリ用の穴および電源コード用の穴を有していてもよい。ＬＥＤヘッドアセンブリ用の穴は、ＬＥＤアセンブリを含む着脱可能な部材を受けるように構成される。個々のＬＥＤ半導体ダイ（支持するＬＥＤアセンブリ基板がない）が装置本体のヘッドに直接取り付けられる実施形態において、ＬＥＤヘッドアセンブリ用の穴はなくてもよい。もちろん、他の実施形態では、個々のＬＥＤ半導体ダイを着脱可能な部材に直接取り付けてもよく、この部材が後に装置のＬＥＤヘッドアセンブリ用の穴に連結される。本体のハンドル部の中に形成される制御アセンブリ用の穴は、電子機器制御アセンブリを受けるように構成される。本体の近位端に形成された電源コード用の穴は、電子機器制御アセンブリに結合される電源コードを受けるように構成される。もちろん、本体は、内部構成部品を所定の場所に保持するための１つまたはそれ以上のねじまたはその他の取付手段を収容するように、本体を通るその他の穴を有していてもよい。
【００１８】
本体の全体が一体構成で単体要素として形成されているため、本体内の放熱が改善され、これは本体そのものの中の継ぎ目（すなわち、本体の第一の要素が本体の第二の要素と接触する場所）は、熱伝導に対する抵抗となりうる。本体には、有利な形として、このような接触継ぎ目がない。本体にこのような継ぎ目がないことはまた、乱暴な取扱いおよび／または落下に対してより強力な、堅牢な歯科用硬化ライトの提供にもつながる。
【００１９】
本発明の上記およびその他の利益、利点および特徴は、以下の説明と付属の特許請求項からより十分に明らかとなり、または、以下に記すような本発明の実践から知ることができるであろう。
【００２０】
本発明の上記およびその他の利益、利点および特徴が得られる方法をよりよく理解するために、上で簡潔に述べた本発明を、添付の図面に示される本発明の具体的な実施形態に関して、より詳しく説明する。これらの図面は、本発明の代表的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、その範囲を限定するものではないと理解した上で、添付の図面を用い、本発明をさらに具体的に、詳細に記し、説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】把持用近位端とヘッド側遠位端を有する装置本体を含む歯科用硬化ライトの上側斜視図である。
【図２】図１の歯科用硬化ライトの底側斜視図である。
【図３】図１の歯科用硬化ライトの断面図である。
【図４】図１の歯科用硬化ライトの装置本体の上側斜視図である。
【図５】図１の歯科用硬化ライトの装置本体の底側斜視図である。
【図５Ａ】図４の装置本体の断面図である。
【図５Ｂ】他の歯科用硬化ライトのヘッド側遠位端部の断面図である。
【図５Ｃ】他の構成を有するまた別の歯科用硬化ライトの遠位側ヘッド部の断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｂの装置本体のヘッド側遠位端の、ＬＥＤダイとその関連構造を取り付ける前の斜視図である。
【図５Ｅ】図５Ｄのヘッド側遠位端部の、薄い電気的絶縁性熱伝導層が被着された後の斜視図である。
【図５Ｆ】図５Ｅのヘッド側遠位端部の断面図である。
【図５Ｇ】図５Ｅのヘッド側遠位端部の、ＬＥＤダイが本体に直接取り付けられた状態の斜視図である。
【図５Ｈ】図５Ｇのヘッド側遠位端部の断面図である。
【図５Ｉ】図５Ｈのヘッド側遠位端部の、反射ウェルがＬＥＤダイの周囲に構築された状態の断面図である。
【図５Ｊ】図５Ｉのヘッド側遠位端部の、保護層がＬＥＤダイの上に被着された状態の断面図である。
【図６】図１の装置本体のネックの一部の、その表面を被覆する傷防止コーティングおよびフッ素樹脂コーティングを示す断面図である。
【図７】図１の硬化ライトのネックおよびヘッド部の断面図である。
【図８】図１の硬化ライトのＬＥＤアセンブリの斜視図である。
【図９】図８のＬＥＤアセンブリの断面図である。
【図１０】複数のＬＥＤダイを有する別のＬＥＤアセンブリの断面図である。
【図１１】他の実施形態のネックおよびヘッド部の、ＬＥＤアセンブリを格納する着脱可能な部材を示す部分分解図である。
【図１２】着脱可能な部材を遠位側ヘッド部のウェルの中に取り付けた、図１１のヘッドおよびネック部を示す図である。
【図１３】図１２の装置の遠位側ヘッド部とネック部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
Ｉ．緒言
本発明は、熱を硬化ライトの発光ダイオード（ＬＥＤ）部から遠ざける方向に効率的に放散させる歯科用硬化ライトに関する。装置本体は、熱伝導性本体材料（たとえば、熱伝導性金属、重合体、セラミックおよび／または熱伝導性セラミックファイバまたはナノ材料）から形成される。１つまたはそれ以上のＬＥＤから遠ざける方向への優れた放熱は、装置本体に結合された熱伝導層を使用して実現される。熱伝導層は、装置本体の遠位側ヘッド部の少なくとも一部の上に配置され、熱が１つまたはそれ以上のＬＥＤから遠ざかる方向に、装置本体の中へと効率的に伝導されるようになっている。層の熱伝導率は十分に高く、熱伝導層は、熱をＬＥＤアセンブリ基板または直接取り付けられたＬＥＤダイから遠ざけ、熱が放散される装置本体の材料へと素早く伝導するためのコンジットとして機能する。このように、装置本体の本体材料は、高効率の放熱体として機能することができる。ＬＥＤアセンブリまたは直接取り付けたＬＥＤダイを装置本体に熱的に結合する熱伝導層の表面積は十分に大きく、熱伝導層に伝えられる廃熱の大部分（たとえば、略全部）が素早く装置本体に伝達され、放散される。一般に、熱伝導層の表面積は、有利な形としては、ＬＥＤアセンブリの基板または直接取り付けられたＬＥＤダイの表面積より大きい。
【００２３】
本発明の解釈において、「大部分」という用語は５０％より多いことを意味する。
【００２４】
本発明の解釈において、「光硬化装置の最大電力設定」とは、装置の使用者が選択できる最大電力設定であり、装置の１つまたはそれ以上のＬＥＤに入力可能な理論上の最大電力ではない。
【００２５】
特に断りがないかぎり、「定格最大電力」とは、ＬＥＤの製造者がＬＥＤの試験と評価を行った上で定めた最大電力定格か、ＬＥＤの最大電力を試験し、評価するための業界基準により定められた最大入力のいずれか大きい方を指す。
【００２６】
ＩＩ．歯科用硬化ライトの例
図１から図３は、ヘッド側遠位端１０４と把持用近位端１０６を持つ装置本体１０２を有する、一例としての歯科用硬化ライト１００を示している。遠位端１０４は、ネック部１０８とヘッド部１１０を有する。遠位端１０４は、歯科患者の口内に挿入するような大きさと構成である。
【００２７】
歯科用硬化ライト１００は、装置本体１０２の空洞の中に配置される電子機器アセンブリ１１２も有する。電子機器アセンブリ１１２によって、歯科医療従事者は、歯科用硬化ライト１００の電源の入切を行い、硬化ライト１００からの光出力の強度と持続時間を制御できる。電子機器アセンブリには、ＬＥＤダイが使用者によって選択的に電源投入され、動作されるようにするハードウェア、回路および／またはプログラミングを含めることができる。１つの実施形態において、回路はプログラム可能である。プログラム可能な回路の例は、本出願人による本願と同時係属中の“Ｄｅｎｔａｌ  Ｃｕｒｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ａｃｔｉｖｅ  Ａｎｄ  Ａｃｔｉｖａｔａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｓ  Ｆｏｒ  Ａｌｔｅｒｎａｔｅ  Ｕｓｅｓ”と題する「特許文献１」に記載されており、同出願を引用によって本願に援用する。
【００２８】
硬化ライト１００は、装置を電源に接続できるプラグ１１６を有する電源コード１１４を有する。しかしながら、他の実施形態において、歯科用硬化ライトには、電子機器アセンブリに電源供給する再充電可能なバッテリを設けることができる。装置本体１０２は、近位端に取り付けられた保護スリーブ１１８を有していてもよい。保護スリーブ１１８は、装置本体１０２の、コード１１４が通過する開口部を取り囲み、また、コード１１４を支持して、コード１１４がショートするのを防止するようにしてもよい。
【００２９】
図２は、歯科用硬化ライト１００の底側斜視図である。ヘッド部１１０には、ＬＥＤアセンブリ１２０が含まれる。ＬＥＤアセンブリ１２０は、歯科患者の口内で歯科用硬化性複合材料を硬化させるのに適した１つまたはそれ以上の波長の光を発生するように構成される。穴１２２ａと１２２ｂにより、電子機器アセンブリ１１２を、たとえば１対のねじを使って装置本体１０２に固定することができる。
【００３０】
図３は、歯科用硬化ライト１００の断面図である。電子機器アセンブリ１１２は、回路基板１２４、電源ボタン１２６および強度セレクタ１２８を含む。電源ボタン１２６によって、歯科医療従事者は硬化ライト１００の電源をオンオフすることができる。強度セレクタ１２８によって、歯科医療従事者はＬＥＤアセンブリ１２０から発生される光の強度を最小出力から最大出力まで増大させることができる。強度セレクタ１２８を作動させることによって、回路基板１２４を通じてＬＥＤアセンブリ１２０に供給される電力が増大する。出力の強度を下げるためには、使用者は硬化ライト１００の電源をオフにし、再びオンにすればよい。これに代わる制御および動作モードも、当業者は容易に思いつくであろう。ワイヤ１３４は、回路基板１２４をＬＥＤアセンブリ１２０に連結する。電源コード１１４はまた、回路基板１２４に接続されて、電子機器アセンブリ１１２に電源供給する。
【００３１】
１つの実施形態において、電源コード１１４は、高強度のファイバおよび／または複合材料からなっていてもよい。たとえば、電源コード１１４は、ケブラおよび／またはカーボンファイバを含む材料からなっていてもよい。このような材料により、非常にフレキシブルでしなやかな、格段に優れた強度特性を有する電源コードが提供される。好ましい実施形態において、電源コード１１４は、結び目１３０を使って装置本体１０２に固定される。電源コード１１４の結び目１３０は、装置本体１０２の電源コード用の穴１３２の内側に位置付けられる。ネット１３０は、穴１３２の周囲で装置本体と当接し、コード１１４が穴１３２から抜け落ちるのを防止する。結び目１３０はまた、穴１３２からの抜け落ちに対して高い抵抗力を有することがわかっており、より大きな表面積全体に引っ張り力が分散されることによって、破損が防止される。結び目１３０は、任意で、装置本体１０２に接合または固定して、結び目１３０が装置本体の穴の中にさらに押し込まれるが防止されるようにしてもよい。驚くべきことに、ケブラおよび／またはカーボンファイバ等の高強度のコード材料と内部の結び目との組み合わせで、約５０ポンドを超える引っ張り力に耐えられることがわかった。結び目を用いた電源コードは、強力に引っ張られても（たとえば、医療従事者が足をコードに引っ掛けた場合等に起こる）、電源コードと回路基板の間の接続に損傷を与えない。
【００３２】
回路基板１２４は、ＬＥＤアセンブリ１２０に電気的に結合される。電気接続は、歯科分野での使用に適していれば、どのような接続とすることもでき、たとえば、これらに限定されないが、導電性トレース（線）および／またはワイヤがある。図３には、回路基板１２４をＬＥＤアセンブリ１２０に接続するワイヤ１３４が示されている。
【００３３】
Ａ．装置本体
図４、図５および図５Ａは、歯科用硬化ライト１００の装置本体１０２を示す。装置本体１０２は、歯科医療従事者が手で持ち、操作するような大きさと構成のハンドルまたは把持部１０６を含む。ハンドル部１０６は一般に丸みがつけられ、歯科患者の口内に挿入するように構成されたネック部１０８よりかなり広い。ネック部１０８は一般に狭く、また長く、患者の口内で硬化ライト１００を操作するのに必要な空間が最小限ですむようになっている。ヘッド部１１０は、ネック部１０８より広く、ＬＥＤアセンブリのためのスペースが提供されるようになっていてもよい。他の構成（たとえば、ＬＥＤダイの直接取り付けおよび／または小さく、フレキシブルな有機ＬＥＤダイ等）では、ネック部と同等の狭さ、またはさらにもっと狭いヘッド部を有していてもよい。本明細書で説明する装置は一般に、装置を患者の口内で使用するように構成する構造的特徴を有するが、装置は口内用に限定されない。ヘッド１１０は、ＬＥＤアセンブリを格納する陥凹部または空洞１４４を有するように描かれている。しかしながら、他の実施形態では、ヘッド１１０は、ＬＥＤアセンブリを支持する平坦な表面を有していてもよい（たとえば、図５Ｂと図５Ｃ参照）。以下により十分に説明するように、ヘッド１１０はまた、ＬＥＤアセンブリを含む着脱可能な部材を有していてもよい。
【００３４】
装置本体１０２は、内部空洞１３６を有する。空洞１３６は、ＬＥＤアセンブリ１２０に電源供給することを含め、歯科用硬化ライト１００を動作させるために使用される電子機器アセンブリを格納するような大きさと構成である。空洞１３６は、取付地点、溝および、電子機器アセンブリをしっかりと受けるように構成されたその他の特徴を有することができる。１つの実施形態において、空洞１３６はリム１３８を有し、これは、対応する電子機器アセンブリ１１２のリムと密接に嵌合して、空洞１３６を適正に密封する。
【００３５】
ハンドル部１０６はまた、空洞１３６から装置本体１０２の外部までの経路を提供する端部開口部１３２も有する。開口部１３２は、上述のように、電源コード１１４のための経路となる。カラー１４０は、図３に関して上述したように、コード１１４を保護し、開口部１３２を密閉するスリーブ１１８との接続を提供する。
【００３６】
装置本体１０２は、空洞１３６と、ヘッド部１１０の陥凹部または空洞１４４の間に延びる第二の経路１４２を有していてもよい。経路１４２は、ＬＥＤアセンブリ１２０に電源を供給する空洞１３６と１４４の間のアクセスを提供する。
【００３７】
装置本体１０２は、熱伝導性本体材料から構成される。装置本体１０２は、適当であればどのような根導電性本体材料で形成してもよく、たとえば、これに限定されないが、熱伝導性金属、重合体、セラミック、ファイバおよび／またはナノ材料（たとえば、グラフェン等のナノチューブおよび／またはナノシート材料）がある。１つの実施形態において、適当な熱伝導性金属の例には、これらに限定されないが、アルミニウム、銅、マグネシウムおよびそれらの合金がある。好ましい実施形態において、装置本体はアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金により、器材の損傷、欠陥またはその他変形の原因となる条件や状況に置かれることの多い歯科医療に使用するために十分に頑丈な装置本体が提供される。アルミニウム合金は一般に、材料の丈夫さおよびその他の特性を増強する合金化金属を含む。アルミニウムまたはその他の母材との合金化が可能な金属の例としては、これらに限定されないが、亜鉛、マグネシウム、銅、チタン、ジルコニウムおよびこれらの組み合わせがある。１つの実施形態において、アルミニウム合金は、ＡＮＳＩ  ６０００または７０００アルミニウム合金シリーズから選択される合金である。ＡＮＳＩ  ６０００および７０００シリーズのアルミニウムおよびその他の適当な装置本体材料に関する議論は、「非特許文献１」、「非特許文献２」および「非特許文献３」に掲載されており、これらのすべてを引用によって本願に援用する。
【００３８】
１つの実施形態において、アルミニウム合金は、ＡＮＳＩアルミニウム合金６０６１、６０３３、６０１３、６０２０、７０７５、７０６８および／または７０５０または、十分な強度と熱伝導特性を有するどの合金であってもよい。さらに別の実施形態において、装置本体は熱伝導性セラミックファイバ（たとえば、カーボンファイバ、ボロンファイバ、窒化ボロンファイバまたはその他熱伝導性ファイバ）からなっていてもよい。また別の実施形態において、装置本体は熱伝導性ナノ材料（たとえば、グラフェンのナノシートおよび／またはナノチューブ）からなっていてもよい。
【００３９】
熱伝導性重合体の例としては、その中に熱伝導性フィラ材料を含む疎水性および／または親水性重合体があり、フィラ材料には、たとえば、これらに限定されないが、カーボン、酸化ベリリウム、窒化ボロンおよび／またはその他の熱伝導性セラミックおよび／または熱伝導性粒子状金属のナノ材料がある。熱伝導性セラミックの例としては、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、炭化ケイ素および窒化ボロンがある。
【００４０】
装置本体には、上記の熱伝導性本体材料のいずれかを単独で、または組み合わせて含めることができる。おそらく、上記ほど好ましくないが、装置本体は、装置本体の実質的部分が熱伝導性を有し、電源投入されたときに１つまたはそれ以上のＬＥＤから所望の量の熱を放散させることができるかぎり、非熱伝導性材料を含んでいてもよい。
【００４１】
装置本体は、ある部分を中実材料、および／または他の部分を中空とすることができる。たとえば、ヘッドおよびネック部は、特にＬＥＤアセンブリが着脱可能でなく、および／またはＬＥＤダイが熱伝導層に直接取り付けられる実施形態においては、中実であってもよい。装置本体の中空部分は、各種の構成部品、たとえば、これに限定されないが、電気構成要素を収容するための場所を提供することができる。
【００４２】
１つの実施形態において、装置本体は一体構成である。ハンドル１０６、ネック１０８、ヘッド１１０の少なくとも一部は、本体材料の単体要素から形成することができる。好ましい実施形態において、ハンドル部、ネック部およびヘッド部の略全部が、本体材料の単体要素からなる。装置本体１０２は、１つまたはそれ以上のＬＥＤのための放熱体として機能する。本体を熱伝導性材料の単体要素から形成することによって、装置本体１０２への熱伝導が最大限となり、熱は本体全体を通じて、また空中に急速に放散することができる。
【００４３】
このような一体の本体が図４、図５および図５Ａに示されている。ハンドル部１０６、ネック部１０８およびヘッド部１１０を含む装置本体１０２の全体は、熱伝導性材料の単体要素（たとえば、好ましくは、アルミニウム合金等の金属）で形成される。単体要素の本体１０２は１つだけの要素であるため、本体１０２そのものの中に継ぎ目がなく、その他の界面も最小限ですむ。たとえば、図の例は、ＬＥＤヘッドアセンブリ用の穴１４４、制御アセンブリ用の穴１３６および電源コード用の穴１３２を有する。ＬＥＤヘッドアセンブリ用の穴１４４は、ＬＥＤヘッドアセンブリ用の１２０を受けるように構成されている（図３）。ハンドル部１０６の中に形成される制御アセンブリ用の穴１３６は、電子機器制御アセンブリ１１２を受けるように構成されている。本体１０２の近位端に形成された電源コード用の穴１３２は、電子機器制御アセンブリ１１２に連結される電源コード１１４（図３）を受けるように構成されている。
【００４４】
図４、図５および図５Ａに示される一体構成によって、本体１０２そのものにおける継ぎ目と接合部がなくなり、装置１００全体の中の界面の存在が最小限ですむ。本体１０２の全体が単体要素として形成されているため、本体１０２を通じた放熱が改善され、これは、装置本体の中の継ぎ目または接合部（すなわち、本体の第一の要素が本体の第二の要素に当接する場所）が熱伝導に対する抵抗となる可能性があるからである。本体１０２の中にこのような継ぎ目がないことによって、乱暴な取扱いおよび／または落下に耐えられる堅牢な歯科用硬化ライトが提供されることにもなる。これはまた、ごみや細菌がたまる可能性のある接合部または隙間も減らす。
【００４５】
ＬＥＤヘッドアセンブリ１２０は、図の実施形態では別個の要素からなる（たとえば、ＬＥＤまたはその他のＬＥＤアセンブリ構成部品が故障した場合に、素早く交換できる利点を提供する）が、熱がＬＥＤヘッドアセンブリ１２０から一体の本体１０２に伝導されるため、熱を伝導させなければならない追加の継ぎ目は１つだけであり、これは、熱がＬＥＤヘッドアセンブリ１２０から一体の本体１０２へと伝導されるからである。継ぎ目が１つしかないことは、本体が相互に当接し、接合する複数の要素からなる構成から、大きな改善である。このような実施形態により、ＬＥＤヘッドアセンブリを容易に取り外し、交換することができる（たとえば、ＬＥＤが故障した場合、またはＬＥＤヘッドアセンブリを別のアセンブリでアップグレードするため）。他の実施形態において、ＬＥＤヘッドアセンブリまでも単体要素の本体に一体化してもよく、それによって、熱を１つまたはそれ以上のＬＥＤダイから一体の本体の残りの部分に伝導させなければならない継ぎ目がなくなる。このような構成は図５Ｂに示され、この図を用いて説明する。
【００４６】
一般に、ＬＥＤヘッドアセンブリ１２０は、本体１０２と同じ材料からなる。好ましい実施形態において、これらの構造は金属で形成され（たとえば、アルミニウム合金）、唯一のヒートシンクとして機能し、その中に１つまたはそれ以上のＬＥＤダイによって生成された廃熱が放散される。好ましくは、ＬＥＤヘッドアセンブリ１２０の質量は、これらが別個の要素である実施形態における本体１０２の質量と比べて、相対的に小さい。たとえば、ＬＥＤヘッドアセンブリ１２０の質量は、本体１０２の質量の約２５％以下、より好ましくは本体１０２の質量の約１０％以下、最も好ましくは本体１０２の質量の約５％以下である。したがって、ＬＥＤヘッドアセンブリ１２０の質量と放熱特性は、本体１０２と比較して微少またはとるに足らない。ＬＥＤヘッドアセンブリ１２０は、比較的小さな質量を有し、単純に、アセンブリ１２０から、熱が放散できる本体１０２への熱の伝導を素早く促進する役割を果たす。現実問題として、本体１０２は唯一のヒートシンクとして機能する。
【００４７】
装置本体１０２は、好ましくは金属、たとえばアルミニウム、銅、マグネシウムまたは、これらの金属を含む合金からなる。特に好ましいアルミニウム合金には、ＡＮＳＩアルミニウム合金６０６１、６０３３、６０１３、６０２０、７０７５、７０６８および／または７０５０がある。７０７５は、本体１０２の製造に使用してもよいアルミニウム合金の一例である。アルミニウム合金材料の単体要素は、機械加工、鋳造または金型成形して、一体の単体要素の本体（すなわち、一体構成）としてもよい。機械加工が好ましく、これは、機械加工によれば、寸法誤差のごく小さい本体が提供されるからである。機械加工された合金はしばしば、他の方法（たとえば、鋳造または金属射出金型成形）により形成される金属または合金と比較して、密度と強度が大きい。
【００４８】
図５Ｂは、別個のＬＥＤヘッドアセンブリを含まず、ＬＥＤダイ１６０’が１つの要素である本体そのもののヘッド側遠位端１１０’に直接取り付けられた他の実施形態１００’を示す。その結果、単体要素の熱伝導性本体１０２’には、ＬＥＤアセンブリを受けるように構成されたＬＥＤアセンブリ用の穴がなく、これはＬＥＤダイが本体１０２’に直接取り付けられているからである。装置１００’のヘッドおよびネック部は中実であってもよく、近位側ハンドル部は、電子機器制御用構成部品を収容する空洞を有していてもよい。このような構成では、１つまたはそれ以上の使用できなくなったＬＥＤダイの交換を容易にできず、また、ＬＥＤアセンブリの容易な交換／アップグレードもできないが、熱をＬＥＤダイから遠ざかる方向に、単体要素の本体へと伝導しなければならない継ぎ目がないという利点は確かに得られる。さらに、有利な形として、ＬＥＤダイ１６０’とその下地の取付層１５４’の間に中間基板層がない。このような層（たとえば、一次ヒートシンクおよび／または比較的厚い基板）をなくすことにより、熱を伝導させなければならない界面が減るため、装置の放熱能力が増大する。このような界面の存在が減ることにより、さらに、このような層の間の界面に一般的に使用される、比較的非効率的なサーマルグリースおよび／またはエポキシの必要性も低下する。
【００４９】
このような構成はまた、きわめて堅牢で、損傷に対する抵抗力が強く、これは、厚いアセンブリ基板１６２とパッケージ１６４を含む、比較的かさばるＬＥＤアセンブリ１２０（図８）が不要となるからである。有利な形として、半導体ダイ１６０’と、熱伝導性の本体の上の薄い熱伝導性／電気的絶縁性層１５４’の間に基板層がない。各ＬＥＤダイ１６０’は熱伝導性本体１０２’の熱伝導性／電気的絶縁層１５４’に直接取り付けられているため、各ダイから発生された廃熱の熱伝導性本体１０２’への伝導に対する抵抗が小さいという点で有利である。
【００５０】
図５Ｂに示されるように、一体の本体１０２’の少なくともヘッド側遠位端１１０’には、一体本体１０２’の上に直接形成された、薄い、電気的絶縁性で熱伝導性の層１５４’（たとえば、下地の金属本体基板の酸化物または窒化物）がある。ＬＥＤダイ（die）１６０’（アセンブリ基板を持たない）は、層１５４’の上に取り付けられ、ダイが下地の（たとえば金属）基板から電気的に絶縁されるようになっている。この薄い層１５４’の厚さは、約０．０５マイクロメートルと約５０マイクロメートルの間であり、これは下地の一体の本体基板１０２’からＬＥＤダイ１６０’を電気的に絶縁するのに十分である。いくつかの実施形態において、層１５４’は、この層の熱伝導率が下地の金属本体１０２’のそれよりずっと小さくてもよいため、電気的絶縁に必要なものより厚くないことが有利である。たとえば、アルミニウム合金７０７５（たとえば、本体１０２’）の熱伝導率は約１３０Ｗ／ｍ−Ｋであり、酸化アルミニウム（たとえば、層１５４’）のそれはわずか４０Ｗ／ｍ−Ｋである。このような問題は、層１５４’の材料により、重要度が低いかもしれない。たとえば、窒化アルミニウムの熱伝導率は、約２８５Ｗ／ｍ−Ｋである。図では、明瞭にするために、層１５４’の厚さは大きく強調されている。
【００５１】
電気的絶縁／熱伝導層１５４’は、約０．０５マイクロメートル程度と薄くても、約５０マイクロメートル程度と厚くてもよく、より好ましくは、層１５４’の厚さは約０．１マイクロメートルと約１０マイクロメートルの間であり、最も好ましくは、約０．２マイクロメートルと約１マイクロメートルの間である。
【００５２】
層１５４’はまた、下地の金属またはその他の伝導性材料の本体の熱膨張率がＬＥＤダイ１６０’のそれとは異なることによる影響を小さくすることにおいても有益である。言い換えれば、金属本体材料の高い熱膨張率に対するＬＥＤダイの比較的低い熱膨張率に有意な差がしばしばある。層１５４’の材料は、熱膨張率が本体材料（たとえば金属）のそれと１つまたはそれ以上のＬＥＤダイのそれとの間になるように選択してもよく、これは下地の本体が、使用中、長時間の温度サイクルの後に、マイクロクラックや亀裂を形成する傾向を低下させるのに役立つ。いくつかの実施形態において、熱伝導層（たとえば、１５４’または１５４）は、なくてもよい。たとえば、本体（たとえば１０２’）が電気的絶縁材料（たとえば、カーボンファイバ、窒化ボロンおよび／またはグラフェン）で形成される場合、熱伝導層は、下地の本体材料（たとえば、本体１０２’）によって優れた熱伝導性が得られるために、省略してもよく、ＬＥＤダイ（たとえば１６０’）は、電気的絶縁、熱伝導性本体材料（たとえば本体１０２’）の上に直接取り付けてもよい。取付は、化学的（たとえば、熱伝導性エポキシの使用による）および／または機械的圧縮（たとえば、熱伝導グリースおよび／またはゲルを使用）で行ってもよい。
【００５３】
１つの実施形態によれば、層１５４’は、一体金属本体基板１０２’またはその実質的部分の上に被着されてもよい。層１５４’は、化学蒸着またはプラズマ蒸着、プラズマ溶射または、当業者にとって明白なその他の技術を使って被着させてもよい。ＬＥＤ半導体ダイ１６０’への電力接続は、層１５４’の上に成形された（たとえば、蒸着工程による）金またはその他の導電性金属トレース１７０’を通じて行ってもよく、これによりトレース１７０’を下地の本体１０２’から電気的に絶縁される。トレース１７０’を損傷から保護するために、トレースは層１５４’の間に挟まれてもよい。たとえば、層１５４’は実際には、伝導性金属トレース１７０’が間に挟まれた状態で、全体の厚さが前述ようになる２つの層として形成異してもよい。このような構成が図５Ｂに示されている。図のように、トレース１７０’は１つまたはそれ以上の電力接点１７１’を有してもよく、ここでトレース１７０’が露出して、ＬＥＤダイ１６０’と電気的に接触する。図の実施形態において、ネックおよびヘッド側遠位端は、中空ではなく忠実であってもよく（中空の例は図７に示される）、これは、電力接続が中空のヘッドの中に設置されるワイヤではなくトレース１７０’によって行われるからである。中実のネックおよびヘッドを提供することにより、一体の本体の放熱能力はさらに増大するかもしれず、これは本体の質量の大部分が、発熱するＬＥＤダイ１６０’に直接隣接する位置で利用できるからである。明瞭にするために、各半導体ＬＥＤダイ１６０’に対して電力接続点１７１’が１つたけ示されているが、異なる、さらには同じ断面平面にもう１つの接続点（または、２つより多くてもよい）を設けてもよい。
【００５４】
説明した実施形態のいずれも、光をコリメートする（平行にする）ためのフォトニック結晶をさらに含んでいてもよい。図５Ｂを参照すると、歯科用硬化ライト１００’は、光コリメータとして機能するフォトニック結晶１５０’をさらに含むように描かれている。フォトニック結晶は、半導体結晶が電子の動きに影響を与えるのと同様に、光子の動きに影響を与える周期的な光学ナノ構造である。例として、一部の天然素材としての材料、たとえばオパール、クジャクの羽根、蝶の羽根および玉虫等はフォトニック物質を含んでいる。フォトニック結晶は、量子準位で動作して、入ってくる光子を捕捉し、これを特定の方法で屈折させる。フォトニック結晶は、これらが捕捉し、コリメートする具体的な波長または範囲に合わせてカスタマイズされる。このために、結晶は所望の波長の光を捕捉し、コリメートする（たとえば、約３５０ｎｍと約４９０ｎｍの間のいずれかの地点であり、結晶はＬＥＤダイに適合される）ように選択される。
【００５５】
従来のレンズと比較して、フォトニック結晶はより効率的に光をコリメートする。これに加えて、必要なスペースが少なくてよいため、小さい利用可能な空間で、よりよい集光／コリメート能力を提供する。このような結晶は、たとえば、厚さ約０．５ｍｍから約１ｍｍであり、これは、光波を物理的に反射させることによって機能する従来のレンズよりはるかに薄い。光コリメート用のフォトニック結晶は、ごく薄い蒸着フィルムにエッチングされたフォトニック結晶構造を含んでいてもよい。フォトニック結晶の使用により、装置のヘッド側遠位端の厚さはさらに薄くなる。必要ではないが、ＬＥＤパッケージアセンブリを使用するのではなく、フォトニック結晶の使用と、ＬＥＤダイの本体１０２’（または前述のその他の実施形態のいずれかの本体）に直接取り付ける実装とが共同で、装置の全体的構造をさらに小さくし、たとえば患者の口内でより扱いやすい、ごく薄いヘッド部遠位端とすることが可能となる。
【００５６】
上述の実施形態のいずれかで使用するＬＥＤダイそのものは、所望のスペクトル内で発光するように構成された、適当であればどのようなＬＥＤであってもよい。例としてのＬＥＤダイには、無機ソリッドステートＬＥＤダイと有機ＬＥＤダイがある。有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ダイは、その放射エレクトロルミネセント層が有機複合材料の膜を含む発光ダイオードである。この層は一般的に、適当な有機複合材料を堆積させることのできる重合体を含んでいてもよい。有機複合材料は、平坦なキャリアの上に行と列に堆積される。ＯＬＥＤダイの使用により、歯科用硬化ライトの遠位側ヘッド部の厚さをさらに減少させることができ、これは、ＯＬＥＤダイがフレキシブルで、従来の無機ソリッドステートＬＥＤダイより薄いからである（たとえば、ＯＬＥＤダイだけを使用した場合は、厚さを１−２ｍｍ削減できる）。
【００５７】
たとえば、上述の実施形態のいずれかのヘッド部遠位端は、厚さが約８ｍｍ未満であってもよい。直接取り付けられたＬＥＤダイ、ＯＬＥＤおよび／または光をコリメートするためのレンズではないフォトニック結晶を含む、より具体的な実施形態は、厚さが約８ｍｍ未満、より好ましくは約５ｍｍ未満、さらにもっと好ましくは約２ｍｍ未満（たとえば、約１ｍｍまたは以下の薄さ）であってもよい。
【００５８】
図５Ｃは、歯科用硬化ライトの断面図を示しており、これは図５Ｂと同様であるが、ネック１０８’’とヘッド部１１０’’の形状が異なり、遠位ヘッド部１１０’’の厚さに関する利益が最大限となっている。たとえば、ネック１０８’’から遠位側ヘッド部１１０’’への推移に沿った本体の上面は略直線的で平坦であり、その一方で、本体の下側は、ネック部１０８’’から装置の最も薄い部分である遠位側ヘッド１１０’’まで推移する湾曲を有している。近位側把持用ハンドル部（図示せず）は図１に示される実施形態と同様の形状と大きさであってよく、これは、ハンドル部が、把持するために構成された、装置の最も広い部分であるからである。ネック部１０８’’とヘッド部１１０’’全体にわたって平坦な上面を設けることにより、口内で最大限に扱いやすくなるかもしれないが、他の構成では、底面が平坦であっても、または上下両面が湾曲していてもよい。ヘッドの厚さＴは、約８ｍｍ未満、より好ましくは約５ｍｍ未満、より好ましくは約２ｍｍ未満、さらには約１ｍｍ未満であってもよい。もちろん、上記のフォトニック結晶の光コリメータ、ＬＥＤダイの直接取付の利用および、ＯＬＥＤダイの使用は、図５Ｂから図５Ｊに関連して説明する実施形態に限定されず、これらの特徴は、本明細書で説明する歯科用硬化ライトのいずれにも使用できる。
【００５９】
少なくとも１つのＬＥＤダイが、第一のピーク波長（たとえば、約３９０から４１０ｎｍのＵＶ）を発生するように構成され、別のＬＥＤダイが異なるピーク波長（たとえば、約４４０から４８０ｎｍの青色光）を発生するように構成されている実施形態では、２つ以上のフォトニック結晶が必要かもしれず、これは、各結晶が特定のピーク波長に合わせてカスタマイズされるからである。例としてのフォトニック結晶は、英国セントアンドリュースにあるｅＰＩＸｎｅｔ、マサチューセッツ州ビレリカにあるＬｕｍｉｎｕｓ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．、スウェーデンのマルメにあるＯｂｄｕｃａｔ  ＡＢおよびカリフォルニア州パウェイにあるＤａｙｌｉｇｈｔ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。
【００６０】
図のように、装置１００’は反射ウェル（窪み）１６８’をさらに有していてもよく、その中にＬＥＤダイ１６０’が配置される。反射ウェル１６８’は、発生された光（たとえば、フォトニック結晶１５０’によって捕捉されない、または結晶１５０’を含まない実施形態のもの）の方向を所望の方向に変更するのに役立つかもしれない。透明保護層１６１’（たとえば、シリコン）を構造１６０’と１５０’の上に被着させ、これらを使用中の乱暴な取扱いまたは落下による損傷から防止するようにしてもよい。図５Ｂから図５Ｊの実施形態に関連して説明したいずれの特徴も、本明細書で説明するその他の実施形態のいずれに使用するためにも適応させることができる。たとえば、１つの実施形態は、一体の本体のＬＥＤヘッドアセンブリ用の穴の中に受けることのできる、別のＬＥＤヘッドの上に直接取り付けたＬＥＤダイを含んでいてもよい。
【００６１】
１つの製造方法によれば、一体の単体要素の金属本体１０２’が、図５Ｄに示されるように提供される。図５Ｅと図５Ｆに示されるように、薄い、電気的絶縁性の熱伝導層１５４’が、少なくとも金属本体１０２’のヘッド側遠位端の外面に形成される。薄い層１５４’は、好ましくは、下地の金属本体材料１０２’の酸化物または窒化物で構成される（たとえば、本体１０２’が金属の実施形態）。これは、化学またはプラズマ蒸着、プラズマ溶射法またはその他、当業者にとって明らかな技術で被着させてもよい。導電性トレース１７０’を、電気的絶縁／熱伝導層１５４’の間に挟まれるように被着させてもよい。
【００６２】
図５Ｇから図５Ｈに示されるように、次に、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイ１６０’が薄い電気的絶縁／熱伝導層１５４’の外面に直接、たとえば熱伝導性エポキシで形成され、接合される。このようなエポキシ層のいずれについても、厚さを最小限にし、きわめて薄く、熱伝導性に対する抵抗に与えるその影響が無視できる程度にするようにし、これは、熱伝導性熱エポキシが、熱伝導性として特徴づけられるが、依然として比較的効率の悪い熱伝導体（たとえば、１Ｗ／ｍ−Ｋ程度）であるからである。このような層のいずれについても、その厚さを最小限にすることにより、放熱に対する不利な影響が抑えられる。ＬＥＤダイ１６０’の上にフォトニック結晶１５０’を付着させて、発せられた光を受けるようにしてもよい。
【００６３】
図５Ｉに示すように、反射ウェル１６８’を本体１０２’のヘッド側遠位端１１０’に取り付け、ダイ１６０’が反射ウェル１６８’の内部に取り囲まれるようにしてもよい。ダイ１６０’を取り付ける前に反射ウェル１６８’を設置することも可能であるが、ダイ１６０’を完全に平坦で平滑な表面上に取り付けて、電力接続１７１’および下地の熱伝導／電気的絶縁層１５４’とよく接触できるようにすることが好ましい。したがって、反射ウェル１６８’は、好ましくは、後の段階で取り付けられる。最後に、図５Ｊに示すように、シリコンまたはその他、固めることが可能、または硬化可能な樹脂の保護コーティングを、ダイ１６０’およびフォトニック結晶１５０’の上に被着させて、これらの繊細な構造を損傷から保護するようにしてもよい。直接取り付けが行われたＬＥＤダイを含む実施形態のさらなる詳細は、以前に引用によって本願に援用されている、２００８年１２月３０日出願の「特許文献２」に見られるかもしれない。
【００６４】
歯科用硬化装置は、硬化装置として使用するのに適した、どのような形状とすることもできる。１つの実施形態において、歯科用硬化装置は、患者の口内で装置が付か安くなるように、長い形状の本体を有することができる。歯科用硬化装置の長い形状は、本発明の範囲内の歯科用硬化ライトの一例にすぎない。歯科用硬化ライトは、患者の口内または、さらにはその外で歯科用複合材料を硬化するのに使用するのに適したその他の形状を有していてもよいことがわかるであろう。たとえば、当業界で知られている、ピストル形の構成の硬化ライトには、本明細書において開示された特徴のいずれを組み込んでいてもよい。一般に、周知の硬化ライト構成のいずれも、本明細書で説明した特徴と一緒に使用してもよい。
【００６５】
装置本体が放熱体として機能するため、装置本体はヒートシンクとして機能するのに十分な熱容量を有する、ＬＥＤに熱的に結合された別の金属本体を収容するための空洞、開口部またはその他の構成を設ける必要がない。本明細書において説明する歯科用硬化ライト装置から「従来のヒートシンク」を不要とすることができることにより、製造する上で低いプロファイルの歯科用硬化ライト装置を製造することが可能となる。特に、ネックおよびヘッド部は、硬化ライト装置のヘッドまたはネック部の中に格納される、別のヒートシンクを使用する歯科用硬化ライトと比較して、はるかに小型および／または薄い、および／またはより大きなＬＥＤアセンブリを収容できるようにすることができる。きわめて薄い遠位側ヘッドを有する実施形態は図５Ｃに示されている。
【００６６】
装置本体１０２は熱伝導材からなるため、これは、伝熱体および放熱体として機能することができる。さらに、装置本体１０２は、プラスチック本体の歯科用硬化ライトのハウジングと比較して、より中実で薄くすることができる。１つの実施形態において、熱伝導本体材料は、強度と耐久性を高める金属構成からなり、その一方で、より小型で、より扱いやすい硬化ライトを実現する。
【００６７】
１つの実施形態において、装置本体のハンドル部の厚さは、約１０から４０ｍｍ、好ましくは約１５から３０ｍｍの範囲とすることができる。このような寸法は、使用者にとって握り心地がよい。ネックおよびヘッド部は、ハンドル部より薄く、その厚さは、約１から１５ｍｍ、より好ましくは約１から１０ｍｍの範囲とすることができる。前述のように、ヘッド部の厚さを約８ｍｍ未満、より好ましくは約５ｍｍ未満、さらには約２ｍｍ未満とすることは、直接ダイ取付、フォトニック結晶による光コリメートまたは有機ＬＥＤの１つまたはそれ以上を使用した場合、可能であるかもしれない。
【００６８】
Ｂ．保護コーティング
１つの実施形態において、装置本体の外面の全部または一部は、１つまたはそれ以上のコーティングを含んでいる。本名発明の解釈において、装置本体１０２の外面は、組立後の状態で硬化ライトに曝露される、または表面の形状を実質的に変化させないようなコーティングによって被覆される表面である。たとえば、図１−５に示される実施形態において、ネック部１０８の表面は外面であるが、内部空洞１３６の表面は、電子機器アセンブリ１１２がその表面を覆ってしまうため、外面ではない。同様に、図１−５に示されるカラー１４０は、保護スリーブ１１８によって覆われるため、外面ではない。しかしながら、希望に応じて、装置本体１０２の、外面とならない部分をコーティングしてもよい。
【００６９】
装置本体１０２の外面は、１つまたはそれ以上のコーティングで被覆して、表面を保護し、および／または硬化ライト１００のクリーニングおよび／または殺菌が容易になるようにしてもよい。１つの実施形態において、装置本体１０２の外面は、傷防止コーティングおよび／またはフッ素重合体コーティングで被覆してもよい。図６は、装置１０２のネック部１０８の一部の切欠き図で、保護コーティングを示している。傷防止コーティング１４６は、装置本体１０２の表面に隣接して位置付けられる。コーティング層は、化学またはプラズマ蒸着、プラズマ溶射または、当業者にとって明らかな別の方法で被着させてもよい。
【００７０】
傷防止コーティング１４６は、装置本体１０２の本体材料より硬い、どのような材料の薄い層でもよい。１つの実施形態において、傷防止層は金属酸化物または金属窒化物とすることができる。傷防止層は、熱伝導層と同じであってもよい。１つの実施形態において、傷防止コーティング１４６は、金属装置本体１０２の表面上に形成された陽極酸化層とすることができる。たとえば、金属本体材料がアルミニウムを含んでいる場合、装置本体１０２の装置本体１０２の表面を陽極酸化することによって、酸化アルミニウムの表面ができる。好ましい実施形態において、傷防止コーティング１４６は、約０．０５マイクロメートルから約１００マイクロメートルの厚さである（図６は正しい縮尺ではない）。好ましくは、厚さは約１マイクロメートルより大きく、より好ましくは約１０マイクロメートルより大きく、最も好ましくは約２５マイクロメートルより大きい。１つの実施形態において、厚さは約１マイクロメートルから約４０マイクロメートルの範囲、または、その代わりに、約５マイクロメートルから約５０マイクロメートルの範囲とすることができる。
【００７１】
傷防止層の厚さには、使用されている材料と所望の耐擦傷性に何らかの依存性がありうるが、陽極酸化アルミニウムの場合、傷防止層の厚さは、セルフパシベート(self-passivated)アルミニウムの厚さであり、耐擦傷性を持たせるのに十分な厚さではないことがわかっている、約５から１５ｎｍよりずっと大きくなければならない。
【００７２】
好ましい実施形態において、傷防止コーティングの硬度は、ロックウェルＣスケールで、約５５より高く、より好ましくは約６０より大きく、最も好ましくは約６５より大きい。硬度は一般に、ロックウェルＣスケールで、約６０−９０、より好ましくは約６５−８０の範囲である。適当な傷防止コーティングの例としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化クロム、酸化クロム、酸化ジルコニウム、窒化チタン、炭化タングステン、炭化ケイ素、炭化クロムおよびそれらの組み合わせがある。
【００７３】
装置本体の外面に被着させてもよいフッ素重合体コーティング１４８により、摩擦が非常に少ない表面となり、その結果、口の中で非常に操作しやすい装置となる。さらに、装置は容易に殺菌でき、細菌および／またはごみがたまりにくくなり、これは、歯科用硬化ライトが歯科患者の口内で使用され、使用するたびに洗浄して、歯科患者間の汚染と感染を避けるようにしなければならないことから、重要である。１つの実施形態において、フッ素重合体コーティングの厚さは、約０．０５マイクロメートルから約１０マイクロメートル、より好ましくは約０．１マイクロメートルから約１マイクロメートルの範囲内である。適当なフッ素重合体の例としては、これらに限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシポリマ、フッ素化エチレン−プロピレン、ポリエチレンテトラフルオロエチレン、ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレンおよびこれらの組み合わせがある。おそらく専門的にはフッ素重合体ではないが、パリレンコーティング（たとえば、化学蒸着により被着される）を追加として、または代わりに被着させてもよい。パリレンは、ジ−ｐ−キシリレンから製造される重合体である。これは、薄い、透明な層として被着させることができ、生体適合性がある。本明細書において、「フッ素重合体コーティング」とは、パリレンコーティングもまた含むものと広く解釈されるものとする。パリレンコーティングは、パリレンＮ、パリレンＣ、パリレンＤ、パリレンＡＦ−４、パリレンＳＦ、パリレンＨＴ、パリレンＡ、パリレンＡＭ、パリレンＶＴ−４、パリレンＣＦ、およびパリレンＸを含んでいてもよい。
【００７４】
フッ素重合体コーティング１４８は、単独で、または傷防止コーティング１４６と一緒に使用してもよい。しかしながら、フッ素重合体コーティング１４８の下に傷防止コーティング１４６を使用することは、いずれか一方の層だけでは実現できない実質的な利益を提供することがわかっている。たとえば、フッ素重合体コーティング１４８は、いずれかの金属表面に接合させることが困難でありうる。１つの実施形態において、傷防止コーティング１４６は、フッ素重合体コーティング１４８を装置本体１０２の外面にしっかりと接着できるように選択される。たとえば、酸化アルミニウム等の金属酸化物は、アルミニウム合金と、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素重合体とを良好に接合させる。
【００７５】
傷防止コーティング１４６はまた、傷防止コーティングがフッ素重合体コーティングの下に配置される実施形態であっても、フッ素重合体コーティング１４８の摩耗も防止することができる。傷防止コーティングの硬さによって、本体材料内にくぼみが形成されず、それによって外面は平滑なままであり、フッ素重合体表面と接触する物体または物質は、実質的にその表面を略摩耗させずに、その表面上で滑る。装置本体の表面上に傷、くぼみまたはその他の欠陥ができるとしても、フッ素重合体コーティングには、その欠陥の縁辺部で傷がつきやすいかもしれない。傷防止コーティング１４６を含めることによって、その発生の防止が助けられる。傷防止コーティングおよび／またはフッ素重合体コーティングはそれぞれ、単独の層であってもよく、あるいは一方または両方が２つ以上の副層を含んでもよい。
【００７６】
Ｃ．ＬＥＤと熱伝導層を含むヘッド部
１つの実施形態において、装置本体１０２のヘッド部１１０は、歯科医療従事者が重合可能な複合材料に光を照射し、重合性複合材料を硬化させることが可能なＬＥＤアセンブリ１２０を含む。図７は、遠位端部１０４をより詳細に示す、歯科用硬化ライト１００の一部切欠き図である。ヘッド部１１０は、ＬＥＤアセンブリ１２０を支持し、または含む。ＬＥＤアセンブリ１２０は、レンズ１５０、ＬＥＤパッケージ１５２および熱伝導層１５４を含んでいてもよい。図７の実施形態において、熱伝導層は、図５Ｂと図５Ｄから図５Ｊに示されたもののような蒸着またはプラズマ溶射法で被着されるごく薄い層ではなく、本体１０２に固定される、別個の比較的厚い部材からなっていてもよい。もちろん、比較的薄い熱伝導層は本体１０２に被着される（たとえば、蒸着またはプラズマ溶射による）、代わりの方法が可能である。
【００７７】
ＬＥＤパッケージ１５２と熱伝導層１５４は、空洞１４４の中に配置される。ワイヤ１３４と１３４ｂは、経路１４２を通って延び、ＬＥＤパッケージ１５２に電力を供給する。ＬＥＤパッケージ１５２と熱伝導層１５４は、空洞１４４の床部１５６に固定される。床部１５６は一般に平坦で、熱伝導層１５４と床部１５６の表面とが十分に接触しやすい。しかしながら、装置本体１０２と熱伝導層１５４の間で接触する表面積が、使用中、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイによって生成される熱を熱伝導層１５４の中で素早く伝導させるのに十分であるかぎり、他の構成も使用できる。熱伝導層１５４は、良好な熱接触が確実に行われるどのような方法でも、床部１５６に熱的に結合、接合またはその他固定することができる。熱伝導層１５４は、ＬＥＤパッケージ１５２に、ＬＥＤアセンブリ基板１６２を通じて熱的に結合され、基板１６６２はパッケージ本体１６４の一部であり、これについて、図７と図８に関して以下により詳しく説明する。
【００７８】
熱伝導層１５４は、高熱伝導率材料の少なくとも第一の層を含む。第一の層の材料の熱伝導率は、好ましくは約１５０Ｗ／ｍ−Ｋより大きく、より好ましくは１７０Ｗｍ−Ｋより大きく、さらにより好ましくは２００Ｗ／ｍ−Ｋより大きく、最も好ましくは約３００Ｗ／ｍ−Ｋより大きい。１つの実施形態において、伝導率は、約１５０Ｗ／ｍ−Ｋから約２０００Ｗ／ｍ−Ｋ、より好ましくは約１７０Ｗ／ｍ−Ｋから約５００Ｗ／ｍ−Ｋの範囲とすることができる。熱伝導層１５４の形成に使用できる第一の層の材料の例としては、これらに限定されないが、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、ダイヤモンド、炭化ケイ素、窒化ボロン、炭素のナノ材料（たとえば、カーボンファイバ、カーボンナノチューブファイバおよび／またはグラフェン）、酸化ベリリウム、窒化ボロンおよび／またはその他の熱伝導セラミックおよび／または熱伝導粒状金属および／またはセラミックおよび／またはその派生物および／またはその組み合わせがある。
【００７９】
１つの実施形態において、熱伝導層１５４の第一の層は導電性を持たない。第一の層に非導電性材料を使用することによって、熱伝導層にトレースを含めることができる。トレースは、ＬＥＤアセンブリ基板の接点と電気的に結合して、ＬＥＤダイに電力を供給するようにパターニングすることができる。トレースは、トレースの作製に有益ないかなる材料でも形成でき、たとえば、これらに限定されないが、金、銅、銀、プラチナまたはアルミニウムがある。１つの実施形態において、トレースは、銅のパッドまたは板によって提供できる。
【００８０】
１つの実施形態において、熱伝導層１５４の第一の層は、ＬＥＤアセンブリ基板１６２の熱膨張率と略適合する熱膨張率を持つ材料で形成される。
【００８１】
１つの実施形態において、熱伝導層は熱伝導性プリント回路基板とすることができる。熱伝導性プリント回路基板は、セラミック回路基板または金属化プリント回路基板とすることができる。回路基板の当業者は、熱伝導性プリント回路基板の製造方法を熟知している。
【００８２】
１つの実施形態において、熱伝導層は、熱伝導性変形可能パッドおよび／または熱伝導性ゲルまたはグリース層等の変形可能な層を含んでいることができる。一般に、変形可能な層は、第一の層の下（すなわち、装置本体に近接）に位置付けられる。熱伝導グリースの例としては、シリコングリース、ポリマグリース、金属化グリースおよびナノ粒子グリースがある。ナノ粒子グリースは一般に、熱伝導性フィラ（たとえば、セラミック、炭素またはダイヤモンド）を含む。
【００８３】
サーマルゲルの例は、以下のウェブサイトに掲載された会社から入手可能であり、同ウェブサイトの内容を引用によって本願に援用する。
ＳｈｉｎＥｔｓｕ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｓｉ．ｃｏｍ／ｐａｃｋａｇｉｎｇ／ｔｈｅｒｍａｌ＿ｇｅｌ．ｈｔｍ
ＡｉＴ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｔｈｅｒｍａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅ／ｔｈｅｒｍａｌｇｅｌ／Ｕｌｔｒａ  ＋５：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉｇｅｒｄｉｒｅｃｔ．ｃｏｍ／ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ／ＳｅａｒｃｈＴｏｏｌｓ／ｉｔｅｍ−ｄｅｔａｉｌｓ．ａｓｐ？ＥｄｐＮｏ＝３２９８３９５＆ＣａｔＩｄ＝５０３
Ｍａｓｓｃｏｏｌ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｇｅｌ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉｇｅｒｄｉｒｅｃｔ．ｃｏｍ／ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ／ｓｅａｒｃｈｔｏｏｌｓ／ｉｔｅｍ−ｄｅｔａｉｌｓ．ａｓｐ？ＥｄｐＮｏ＝４８０２１５＆ｃｓｉｄ＝＿２１
熱伝導性グリース、ゲルまたは接着剤には、熱伝導性を向上させるためのフィラ材料を含めることができる。熱伝導性フィラ材料の例としては、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、炭素、ダイヤモンド、炭化ケイ素、窒化ボロンおよびこれらの組み合わせおよび／またはこれらのナノ材料がある。いくつかの実施形態において、別個の熱伝導層１５４は不要かもしれない。たとえば、ＬＥＤアセンブリとその中に含まれるＬＥＤアセンブリ基板１６２の特徴に応じて、また別の熱伝導層１５４は不要かもしれない。このような例において、ＬＥＤアセンブリ基板１６２は、十分な熱伝導層として有効に機能し、熱伝導グリース、ゲルまたは接着剤で歯科用硬化ライトの下地本体に単純に結合してもよい。このようなＬＥＤアセンブリ基板１６２は、好ましくは、別に採用される熱伝導層１５４に関して本明細書で説明した特徴と同様の表面積と厚さの特徴を有する。
【００８４】
好ましい実施形態において、熱伝導層１５４は、装置本体に使用される材料（たとえば、床部１５６の表面を形成する材料、たとえばアルミニウム合金）の熱伝導率より高い熱伝導率を有する。
【００８５】
熱伝導層１５４は本体１０２に対して薄く、したがって、ヒートシンクとして機能するのに十分な質量と熱容量を持たない。１つの実施形態において、熱伝導層１５４の厚さは、約１００マイクロメートルから１．５ｍｍ、より好ましくは約２００マイクロメートルから約１ｍｍおよび、最も好ましくは約５００マイクロメートルから９００マイクロメートルの範囲である。このような層１５４の厚さは、熱伝導層が、蒸着またはプラズマ溶射法により被着される層からなる実施形態よりずっと大きい。たとえば、このような層の厚さはわずか約０．０５マイクロメートルから約５０マイクロメートルかもしれない。いずれの場合も、層１５４の熱伝導率は十分に高く、熱伝導層１５４は、熱を１つまたはそれ以上のＬＥＤダイから装置本体の材料へと放散させるコンジットとして機能する。このように、装置本体の材料は、高効率の放熱体として機能することができる。熱伝導層を装置本体に結合する表面積は、十分に大きく、熱伝導層により伝導される熱の大部分が、装置本体に伝達される。
【００８６】
熱伝導層１５４は、ＬＥＤパッケージ１５２と装置本体１０２に熱的に結合される。熱伝導層１５４をＬＥＤパッケージ１５２と装置本体１０２に熱的に結合することと熱伝導層の厚さは、硬化ライト１００の使用中にＬＥＤダイによって生成される熱の、基本的に全部ではなくても大部分が、放散のために本体材料中に素早く伝導されるように選択できる。この構成は、熱をＬＥＤダイから遠ざける方向に伝導することにおいて非常に効率的であるため、連続的に動作させたとしても、温度は低温から中温に保持される。
【００８７】
好ましい実施形態において、層１５４は、パッケージ１５２より実質的に大きい接触可能な平面を有する。熱伝導層１５４を大きくすることによって、ＬＥＤパッケージ１５２の周辺の装置本体に熱を伝達し、熱放散を大幅に改善することができる。放熱体として装置本体を使用することによって、熱伝導層が熱をＬＥＤパッケージ１５２からかなりの速度で伝達できる十分な表面積が得られる。それゆえ、熱伝導層は、装置本体にＬＥＤパッケージ１５２を直接取り付けた場合より装置本体の熱容量を良好に利用する。一般に、熱伝導層１５４は、装置本体より高い伝導率を有するため、熱伝導層１５４と装置本体１０２を結合する表面積が大きければ大きいほど、装置本体の熱伝導速度は速い。
【００８８】
装置本体の十分な表面領域と接触する熱伝導層の使用により、ＬＥＤパッケージからの放熱が驚異的に改善されることがわかっている。本発明で使用する構成では、ＬＥＤベースの硬化ライトの過熱に関する昔からの問題が基本的に解消される。
【００８９】
前述のように、熱伝導層１５４は、装置本体のそれより大きい熱伝導率を有していてもよい。１つの実施形態において、熱伝導層１５４は、アルミニウム合金より高い熱伝導率を有する。装置本体は複数の異なる材料から形成できるものの、アルミニウム合金は、熱容量／熱伝導率と、装置本体の製造可能性と持続性の間の良好なバランスを提供することがわかっている。アルミニウム合金は、純粋なアルミニウムより熱伝導特性が低い傾向があるが、熱伝導層は、アルミニウム合金の十分に大きな面積に素早く放散させ、純粋なアルミニウムと比較した、アルミニウム合金を使用することによる欠点が克服される。これは、驚くべきことで、予測されなかった結果である。
【００９０】
図７に示すように、硬化ライト１００は、ＬＥＤパッケージ１５２により発生される光を焦合させるために使用される集光レンズ１５０を有していてもよい。集光レンズ１５０は、歯科用硬化ライト１００において使用される波長と光強度の光をコリメートするのに適した、どのようなレンズであってもよい。図７は、従来の屈折レンズの構成を示しているが、本発明は、他の種類のレンズ、たとえば光をコリメートするためのフォトニック結晶を含んでいてもよい。
【００９１】
１つの実施形態において、アセンブリ１２０は、パッケージにまとめた１つまたはそれ以上のＬＥＤダイを有する。熱伝導層に結合させることができる、およびしたがって、装置本体１０２に結合させることができる重合性複合材料を硬化させるための使用に適したどのようなＬＥＤパッケージも、本発明では利用可能である。さらに、同じまたは異なる波長で発光する１つまたはそれ以上のＬＥＤダイを有する２つまたはそれ以上のパッケージを、本発明の歯科用硬化ライトに使用することができる。一例としてのＬＥＤパッケージ１５２が図８と図９に示されている。ＬＥＤパッケージ１５２は、パッケージ本体１６４のアセンブリ基板１６２に取り付けられるＬＥＤダイ１６０を含む。アセンブリ基板は、単独でも、ＬＥＤパッケージのその他の特徴と併せても使用できる。たとえば、図７と図８に示される非限定的な例において、パッケージ本体１６４はＬＥＤダイ１６０を取り囲み、床部１６７を有するパッケージ空洞１６６を形成する。パッケージ空洞１６６は一般に、傾斜壁１６８を有する。壁１６８および／またはパッケージ１５２のその他の表面は、反射コーティングで被覆して、ＬＥＤダイ１６０によって発生される光の吸収を制限し、光の出力を最大限にすることができる。これに加え、ヘッド空洞１４４とヘッド１１０の内面にも同じ、または異なる反射コーティングを被着させて、ＬＥＤダイ１６０からの光の吸収を最小限にすることができる。適当な反射材料の例としては、これらに限定されないが、貴金属、好ましくはロジウムがある。１つの実施形態において、パッケージ１５２には、反射カラーおよび／または、カラーと同様の反射防止コーティングおよび、図１３に関連して以下に説明する反射防止コーティングを設けることができる。
【００９２】
ＬＥＤアセンブリ基板１６２は、基板１６２が熱をダイ１６０から熱伝導層１５４に伝達するのに十分に高い熱伝導率を有するかぎり（図７）、ＬＥＤダイ１６０を支持するのに適したどのような材料で構成してもよい。１つの実施形態において、基板１６２は、熱伝導層１５４の第一の層と同じまたは同様の材料で形成することができる。ＬＥＤアセンブリ基板は、１つまたはそれ以上の副層から形成することができ、また、所望の熱伝導率が維持されるかぎり、１つまたはそれ以上の異なる熱伝導性材料から形成することができる。ＬＥＤダイ１６０は、事前にパッケージされたＬＥＤパッケージとして提供することができ、あるいは、ＬＥＤパッケージは、装置本体にその場で形成することができる。
【００９３】
ＬＥＤダイは、重合性複合材料を硬化するための所望の波長で発光するように選択される。ＬＥＤダイは一般に、約３５０ｎｍから約４９０ｎｍの範囲内の特定の波長で発光するように構成されているが、本発明は必ずしも、これらの波長で発光する装置に限定されるとはかぎらない。光硬化可能な歯科用複合材料は一般に、ひじょうに狭い範囲の波長にしか反応しない、光活性開始剤を含む。たとえば、カンファーキノンは青色光によって活性化されるが、多くの所有権保護された開始剤は、ＵＶ光によって活性化される。所望の波長で動作するように選択されたＬＥＤダイは、特定の重合性複合材料の所望の方法と時間間隔での硬化を実現する上で重要である。１つの実施形態において、ＬＥＤパッケージは、約３５０ｎｍから約４９０ｎｍの範囲の特定の周波数で発光するように構成された１つまたはそれ以上のＬＥＤダイを含めることができる。好ましい実施形態において、ＬＥＤパッケージはＵＶスペクトル、あるいはこれとは別に、または同時に青色スペクトルで発光することができる。本発明の歯科用硬化ライトに使用できる適当なＬＥＤパッケージとダイの例は、ヤンの「特許文献３」に開示されており、同特許を引用によって本願に援用する。
【００９４】
ＬＥＤダイ１６０との電源接続は、接点１７０ａと１７０ｂを通じて行うことができる。この実施形態において、接点は、基板１６２に埋め込んでもよい。しかしながら、他の実施形態において、接点はパッケージ本体の他の構造またはＬＥＤアセンブリのその他の構成部品に設置してもよい。接点とＬＥＤダイ１６０へのトレースは、たとえば、これらに限定されないが、蒸着法等の周知の技術を使って堆積される金またはその他の導電性金属トレースから作製してもよい。ＬＥＤパッケージ１５２はワイヤ１３４ａと１３４ｂから電力を受け取るように描かれているが、トレースまたはリードあるいは、電力をＬＥＤダイに供給するのに適したその他どのような技術を使っても電力を供給することができる。１つの実施形態において、ＬＥＤパッケージ１５２へのトレースは、傷防止コーティング等の電気的絶縁コーティングまたは、図５Ｂと図５Ｄから図５Ｊに関して説明した、被着された熱伝導層の中に埋め込むことができる。この実施形態において、ヘッド１１０と空洞１３６の間の電気接点（たとえば、ワイヤまたはトレース）は、装置本体１０２のネック部１０８の外側に沿って設けることができる。ワイヤとトレースは、トレースの下の酸化アルミニウム等の第一の電気絶縁層と、次に、トレースの上の酸化アルミニウム等の電気的絶縁コーティングを使うことによって、コーティングの中に埋め込むことができる。絶縁コーティング層は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたはその他適当な電気的絶縁コーティングとすることができる。下側絶縁層は、アルミニウム本体を陽極酸化することによって形成でき、上側絶縁層は、プラズマ溶射によって形成できる。
【００９５】
図１０は、複数のＬＥＤダイ２６０ａ、２６０ｂ、２６０ｃおよび２６０ｄを含む、本発明の別の実施形態を示す。複数のダイを使用することによって、パッケージ２５２は、１つ以上の波長で発光でき、および／または１つの波長でより多くの光を発生することができる。１つの実施形態の例において、ＬＥＤダイ２６０ａと２６０ｂは、約４６０ｎｍから約４７０ｎｍの範囲の光を発生するように構成され、ダイ２６０ｃは約４４５ｎｍから約４５５ｎｍの範囲の光を発生するように構成され、ダイ２６０ｄは約４００ｎｍから約４１０ｎｍ（たとえば、約４０５ｎｍ）の範囲の光を発生するように構成される。ＬＥＤパッケージ２５２は、ダイの設置面積に利用できる物理的な空間があるかぎり、いくつのダイを有していてもよい。ＬＥＤダイは、光重合性複合材料の硬化に適した、どの周波数で発光するようにも構成してよい。ＬＥＤパッケージ２５２は、ＬＥＤパッケージを駆動するための接点２７０ａから２７０ｃを有する。ＬＥＤダイは、直列でも並列でも、図１から図９に関して説明するものと同様の電圧および電力出力で駆動できる。
【００９６】
Ｄ．別の歯科用硬化ライト
図１１から図１３は、着脱可能なカップ状部材２８０を有するヘッド部を含む、別の歯科用硬化ライト２００を示す。着脱可能な部材２８０は、熱伝導層２５４を使って着脱可能な部材２８０に連結されるＬＥＤパッケージ２５２を格納する。ＬＥＤパッケージと装置本体２０２の間の熱伝導率は、硬化ライト１００に関するものと同じであるが、ヘッド２１０は部材２８０をヘッド２１０の一部に固定するための連結手段を含んでいる点が異なる。
【００９７】
１つの実施形態において、連結は、ねじ山付本体２８２によって行われ、部材２８０のねじ山２８４により、着脱可能な部材２８０をヘッド２１０のねじ山付本体２８２に螺合することが可能である。ウェルまたは空洞２４４の床部２５６は、着脱可能な部材２８０の底面２８６と密接に接触する。着脱可能な部材２８０の底面２８６と空洞２４４の床部２５６の表面積が比較的大きいことによって、ヘッド２１０の部品間の熱伝達が良好となる。着脱可能な部材２８０と空洞２４４の間の接続は、どのような着脱可能な部材を使って行ってもよく、たとえば、これらに限定されないが、ねじ山、スナップ式嵌合接続、ピンコネクタまたは、同様の機能を提供する同様の接続がある。
【００９８】
着脱可能な部材２８０は、装置本体１０２に関して上述した装置本体２０２の他の部分と同じ材料で作製することができる。１つの実施形態において、着脱可能な部材２８０は、装置本体２０２と同じ材料で作製することができる。しかしながら、別の実施形態では、着脱可能な部材２８０は、装置本体２０２と同じ材料から作成することができる。しかしながら、別の実施形態において、着脱可能な部材２８０は金属または、装置本体２０２の他の部分と比較してより高い熱伝導率を有する、その他の熱伝導性材料からなっていてもよい。
【００９９】
ワイヤ２３４とＬＥＤパッケージ２５２との間の電気接続は、１対のバネ負荷接点２９０ａと２９０ｂを提供することによって行ってもよい。着脱可能な部材２８０は、着脱可能な部材２８０がねじで押し下げられると、バネ負荷接点２９０ａと２９０ｂを圧縮する、対応する電気接点２９２ａと２９２ｂを含む。電気接点が空洞２４４の中に確実に着座された着脱可能な部材２８０で作製することができるかぎり、どのような電気連結手段でも使用できる。
【０１００】
着脱可能な部材２８０の使用によって、ＬＥＤパッケージ２５２は、比較的容易に交換またはアップグレードできる。ＬＥＤパッケージ２５２を修理済みまたは改良済みＬＥＤパッケージと交換する、またはアップグレードするために、着脱可能な部材２８０を取り外し、新しいＬＥＤパッケージを含む新しい着脱可能な部材２８０をヘッド２１０にねじ止めまたは連結することができる。その結果、歯科医療従事者は、（装置が故障した場合と同様に）装置全体を製造者に返品し、または、より新型の装置が望まれる場合に装置全体を廃棄するための出費をなくすことができる。着脱可能な部材２８０は、開示された硬化ライトのいずれかに関して上で説明した特徴のいずれとも一緒に使用できる。
【０１０１】
図１３は、内面２９５を有する開口部を画定する反射カラー２９４を示している。反射カラー２９４は光を反射し、ＬＥＤパッケージ２５２からレンズ２５０へと通過させる。好ましい実施形態において、反射カラー２９４は円筒形であるが、希望に応じて他の形状を利用してもよい。反射カラー２９４は、内面２９６に反射コーティングを有してもよく、この反射コーティングは、その表面上の光の反射率を向上させ、それによって吸収を減少させる。反射コーティングは、好ましくは光沢性の高い貴金属コーティングである。ロジウムおよびパラジウムは、適当な貴金属の例であり、ロジウムが特に好ましい。貴金属は、その耐変色により好ましく、変色は、時間の経過によって反射性を低下させる原因となる。
【０１０２】
１つの実施形態において、着脱可能な部材２８０は、レンズハウジング３００の一部と、ねじ山付本体２７２の間のスナップ式嵌合部２９８を利用して固定することができる。反射カラー２９４は、第一のワッシャ３０４に当接する波形バネ３０２によって着脱可能な部材２８０の中に固定することができ、第一のワッシャ３０４はまた、レンズハウジング３００とも当接する。第二のワッシャ３０６は、反射カラー２９４を着脱可能な部材２８０の底から分離させる。反射カラー２９４は異なる種類のバネを使って、あるいは異なる種類の接続メカニズム、たとえば、これに限定されないが、接着剤を使って固定することができる。
【０１０３】
１つ実施形態において、レンズ２５０は、その表面に反射防止コーティングを有する。反射防止コーティングは、好ましくはＬＥＤダイと対面する表面上にあるが、他の表面を被覆することもできる。反射防止コーティングによってレンズ表面による光の反射を軽減させ、これによって、レンズ２５０を通過する光の割合を増大させ、レンズ２５０によって反射される光による吸収を減少させる。反射防止コーティングの例としては、これに限定されないが、フッ化マグネシウムがある。もちろん、１つまたはそれ以上のコリメート用フォトニック結晶をレンズ２５０の代わりに用いてもよい。
【０１０４】
図１３の実施形態に関して示される上記の構造とコーティングは、図１から図１０に関する上記の特徴と一緒に使用することができる。
【０１０５】
本発明の他の実施形態において、歯科用硬化ライトは、装置本体のハンドル部の空洞の中に再充電可能なバッテリを備える。この実施形態では、ハンドル部の近位端では電源コードの代わりに電気プラグまたはその他の接続が用いられ、これによって、歯科用硬化ライトを充電ステーションまたはベースに接続して、バッテリを再充電することができる。前述のように低電源電力でのＬＥＤパッケージの駆動は、再充電可能なバッテリで使用するときに特に有利であり、これは、再充電せずにより長期間にわたって、より高い出力を実現でき、および／または再充電と再充電の間の使用可能時間を望ましい長さにしながら、バッテリパックのサイズを縮小できる。
【０１０６】
ＩＩＩ．歯科用硬化ライトの動作構成と使用方法
本発明の歯科用硬化ライトは、非常に高い光出力で発光し、および／または低い動作温度と高い効率で連続的に発光するように構成することができる。１つの実施形態において、硬化ライト装置は、ＬＥＤパッケージの電力を制御する電子機器アセンブリを備える。電子機器アセンブリは、ＬＥＤダイを再充電することなく、長時間にわたり、非常に高い光強度でＬＥＤダイを駆動するように構成することができる。
【０１０７】
１つの実施形態において、ＬＥＤパッケージは、少なくとも約２０００ｍＷ／ｃｍ2、少なくとも３０００ｍＷ／ｃｍ2、またはさらには３５００ｍＷ／ｃｍ2を超える全光出力を安定に発生させることができる。本発明の解釈において、特にことわりがないかぎり、全光出力は熱電対列測定器を使って測定される。いくつかの実施形態において使用できる光測定器の種類としては、スペクトロメータとＤｅｍｅｔｒｏｎのラジオメータがある。
【０１０８】
本発明のＬＥＤ硬化装置は、一般的に３５００ｍＷ／ｃｍ2で動作するアーク灯によって発生される光の強度と同等または、それよりはるかに高い強度の安定した光出力をＬＥＤで実現できる。ＬＥＤ光源を使ってこのような高い光出力を発生できるのは、一部の理由として、装置本体を放熱体として使用することと、熱伝導層を使って、ＬＥＤダイから熱を遠ざける方向に、熱が放散される装置本体へと素早く、効率的に伝導させることによる。
【０１０９】
本発明の１つの実施形態において、電子機器アセンブリは、高強度の出力であっても、ＬＥＤダイの出力の波長シフトが最小限となるように構成される。この実施形態において、電子機器アセンブリは、ＬＥＤダイの実際の最大または定格電力よりずっと低い最大入力でＬＥＤダイに電力供給するように構成される。例えば、硬化ライトは、１つまたはそれ以上のＬＥＤダイを備えていてもよく、これを定格約１０ワットで動作させ、電子機器アセンブリを、約２．５ワットの最大入力で機器に電力供給するように構成できる。
【０１１０】
１つの実施形態において、電子機器アセンブリは、ＬＥＤダイの定格最大電力の８０％未満、より好ましくは約５０％未満、さらにより好ましくは約４０％未満、最も好ましくは定格最大電力の約３０％未満の最大入力でＬＥＤパッケージに電力を供給し、その一方で、少なくとも約５００ｍＷ／ｃｍ2、より好ましくは少なくとも約８００ｍＷ／ｃｍ2、より好ましくは少なくとも約１０００ｍＷ／ｃｍ2、さらにより好ましくは少なくとも約２０００ｍＷ／ｃｍ2、さらには少なくとも約３０００ｍＷ／ｃｍ2の光出力を実現するように構成される。
【０１１１】
１つの実施形態において、ＬＥＤ硬化ライトは、たとえ高い光出力であっても、入力１ワットあたりの全光出力の効率が非常に高くなるように構成できる。本発明の装置は、過去において知られていた、高出力硬化ライトにおける一般的な効率より大幅に高い効率で高い全光出力を提供するように構成でき、従来のものは、入力１ワットあたりの全光出力の効率は１０％から３０％の範囲であることが多い。１つの実施形態において、本発明の硬化ライトのＬＥＤダイの効率は、少なくとも約４０％、より好ましくは少なくとも約５０％、さらにより好ましくは少なくとも約６０％、および最も好ましくは少なくとも約７０％であり、この効率は、ＬＥＤダイへの入力１ワットあたりの硬化ライトからの全光出力のワットに従って測定される。たとえば、１つの実施形態において、４つのＬＥＤダイと定格電力１０ワットのＬＥＤパッケージを有する硬化ライトは、６ワットで作動され、３５００ｍＷ／ｃｍ2の全光強度を出力する。歯科用硬化ライト装置の最高の効率を得るのは、ＬＥＤとレンズまたはフォトニック結晶の間に反射カラーを含む構成とすることによって実現してもよい。反射防止コーティングを、利用するレンズに用いることによって、効率はさらに改善できる。
【０１１２】
ＬＥＤダイをその定格最大電力以下で駆動することにより、ＬＥＤダイとその付近の構造の温度サイクリングが最小限となる。この方法は、２つまたはそれ以上のＬＥＤダイを含むＬＥＤ構成で使用する場合に特に有利である。第一のＬＥＤダイをその定格電力以下で駆動させることにより、隣接するＬＥＤダイは確実に、所望の出力で、その設計上の波長の光を発することができる。それゆえ、複数のＬＥＤダイは、長時間にわたり、連続的に１つまたはそれ以上の所望の波長で同時に動作でき、その際、過熱によっていずれかのＬＥＤダイに有害な波長シフトまたは重大な出力低下が発生することはない。
【０１１３】
ＬＥＤパッケージを低入力で駆動することにより、ＬＥＤダイの付近の動作温度が低下する。１つの実施形態において、ＬＥＤパッケージのダイ付近の温度は、約８０℃以下、より好ましくは約７０℃以下、最も好ましくは約５０℃以下に保つことができ、これは従来の硬化ライトシステムの一般的な最大動作温度（たとえば、１２５℃を超える）よりはるかに低温である。本発明の低温運転硬化ライトは、歯科患者に火傷を負わせる、または不快感を与えることを心配せずに、患者の口内に挿入できる。本発明のいくつかの実施形態は、低入力駆動のＬＥＤダイを用いているが、他の実施形態では、波長シフトを発生させるために、ＬＥＤを高い入力で駆動させることが好ましいかもしれない。
【０１１４】
本発明の１つの実施形態において、歯科硬化ライト１００の入力と光出力は、時間経過によってランプアップさせることができる。本発明の硬化ライトの低い動作温度および／または高い光出力によって、さまざまなランプ時間と光出力強度を得ることができる。ランプ時間は、状況によって、適当な場合とそうでない場合があるかもしれない。１つの実施形態において、歯科用硬化ライトは、使用者が歯科用硬化ライトの光出力をランプアップさせるためのランプ時間を選択できるように構成される回路を備えていてもよい。１つの実施形態において、歯科用硬化ライト装置の電子機器アセンブリには、約２−２０秒、より好ましくは５−１５秒の範囲内で複数の選択可能なランプ時間がある。この実施形態において、使用者は、いくつかのランプ時間の中から１つを選択し、装置は、選択された時間をかけて選択された光出力強度に到達するように、入力を徐々に増加させる。たとえば、選択された光出力強度が２０００ｍＷ／ｃｍ2で、使用者が選択したランプ時間が５秒であると、電子機器アセンブリは、５秒以内に光強度出力が２０００ｍＷ／ｃｍ2となるようにＬＥＤダイへの入力を徐々に上げる。同じ装置を使用して、使用者は別のランプ時間、たとえば３秒間を選択することもでき、この場合、電子機器アセンブリは、３秒以内に所望の光強度出力（たとえば２０００ｍＷ／ｃｍ2）となるように入力電力を徐々に増加させる。ランプアップに関するその他の詳細は、スコットの「特許文献４」に記載されており、同公開公報を引用によって本願に援用する。
【０１１５】
本発明はまた、歯科用硬化ライトを使って重合性複合材料を硬化させる方法を含む。方法は、（ｉ）上記の実施形態の１つまたはそれ以上による歯科用硬化ライトを提供するステップと、（ｉｉ）患者の口腔内に光硬化性複合材料を堆積させるステップと、
（ｉｉｉ）歯科用硬化ライトを使い、光硬化性複合材料を硬化させるのに十分な時間にわたり、光線を重合性複合材料に当てることによって、複合材料を硬化させるステップであって、光線の光強度が少なくとも約２０００ｍＷ／ｃｍ2であるようなステップと、を含む。歯科用複合材料には、重合体成分と、光硬化装置から発せられる波長の光に敏感な光開始剤が含まれる。光硬化性歯科用複合材料の例は、ロヴェリッジの「特許文献５」に記載されており、同公開公報を引用によって本願に援用する。当業者は、患者の歯に硬化性複合材料を堆積させ、硬化させるための波長と複合材料を熟知している。
【０１１６】
本発明は、本発明の精神と本質的特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態で実施することができる。説明した実施形態は、あらゆる点において例であり、限定的ではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は、上記の説明ではなく、付属の特許請求項によって示される。特許請求項の意味とその同等性の範囲内に含まるすべての変更は、その中に含められるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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