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1 01/2014 赤外線技術 (IRT) がポーセレンファーネスの世界へ Ivoclar Vivadent は 歯科用ファーネスに赤外線熱画像技術を取り入れ 新しい世界の可能性を切り開きました この特別号では この新しい技術に関するご質問にお答えします トピック : 歯科用ポーセレンファーネスにおける赤外線技術について執筆者 : Robert Grunenfelder, Head of Department, Equipment Systems & Project Manager Programat P510 IV AG 赤外線 (IR) カメラとはどんなものですか 赤外線カメラは 赤外線放射エネルギーを検出し それを診断して熱画像を作り出します 赤外線カメラでイメージを作り出すのに用いられる方法は サーモグラフィと呼ばれています 作り出された熱画像を使用して 人間の目には見えない赤外線領域にある放射光で温度を計測します 人間の目に見える可視光線は 放射線スペクトルのごく一部分でしかありません 可視光線のスペクトルにある低波長 400nmの紫外線と同様に 高波長 700nmの赤外線は人間の目には見えません 人間の目には見えないたくさんの種類の光が存在しています ( 図 1) 人間の目では赤外線が見えないので 目で識別できるように簡単な方法が使われています 赤外線を表現するために 疑似色がカメラのディスプレイに表示されます この疑似色により 人間の目でも温度分布が確認できます つまり 熱画像は 目に見えない赤外線放射を 人間の目に見える形に表現するイメージング技術です 図 2は疑似色技術を使って人間の熱放射を示したものです 頭部が最も大きな熱放射 ( 赤い領域 ) を示しています 一般に青色は温度が低い領域 赤色は温度が高い領域に使われます 小さな写真 ( 図 3) は同じグループを可視光線域で表しています ~400 nm ~700 nm γ 線 X 線 紫外線 可視光線 赤外線 マイクロ波 短波電波 TV/ ラジオ AM 電波 [pm] [nm] [μm] [mm] [m] [km] /. in metres 図 1 放射線スペクトルの概要 図 2 疑似色スペクトルを用いたグループ写真と 用いていないグループ写真図 3 長波電波

2 update 赤外線熱画像技術 それはどのように機能しますか 絶対零度以上の温度を持つ全ての物や生物は 赤外線エネルギー を放射しています 絶対零度は または 0 K で定義され 光学 CCD に付いている RGBフィルター 光学 フィルター CCD に付いている RGBフィルター ています 冷たい物 図 4 として我々が認識している物でさえ デジタルカメラ 赤外線エネルギーを放射しています 赤外線カメラ 図 7 デジタルカメラと赤外線カメラの技術原理 同じような技術を利用している業界が 他にありますか 図 4 アイスクリームでさえ 熱 を放射している 赤外線技術は よく土木業界で使われています 例えば 屋根の 太陽光 キャンプファイヤーやホットプレートの暖かさは この 断熱確認やレンガ作りの建物や窓の診断に利用されています さ 種の放射エネルギーを示します 我々に放射エネルギーは見えま らには この技術を利用して 壁のひび割れや配管のもれを検知 せんが 皮膚で熱を感じられます つまり 物を温かくすればす します 図 8 る程 より赤外線エネルギーが放射されることになります 消防隊も火災の時に火がくすぶっている箇所の検知や建物内に では この現象を試してみましょう 数秒間 壁の表面に掌を押 煙が充満して視界が不良な状態で人を探すのに 赤外線熱技術を し当てます その結果 体温の一部が壁の表面に移動します 図 5 利用しています 図 9 手を離すと 熱の一部が壁の表面に残り 放熱しています 図 6 図5 壁に掌を置いた状態 図6 掌を離した後の余熱放射 図8 土木業界での赤外線カメラの使用 赤外線カメラは何を計測するのですか 赤外線カメラのレンズは 検出器 チップ のフィルターを通し て物の赤外線エネルギーに着目します 通常のデジタルカメラに は このようなフィルターはありません 図 7 その後 チップは 受け取った情報を特殊なソフトウェアを使い データを診断する センサーに送り ディスプレイ上に画像を表示します 疑似色技術を使用することで 赤外線カメラは赤外線熱画像を作 り出します チップの解像度によって ちょっとした温度差でも 目視で確認できます つまり 赤外線カメラは 通常のカメラが 検出するような色ではなく 物の温度を検出します 図9 赤外線カメラを持つ消防隊員

3 同様に 自動車産業でも数年前から赤外線技術が使われ始めています 例えば 車に取り付けられた赤外線カメラが 夜明けや夜間に道路上や道路付近にいる人や動物の体温を検出します これらの赤外線熱画像は 特殊なソフトウェアで記録され イメージ画像に変換されて 車内のダッシュボードにあるディスプレイに映し出されます ( 図 10) この機能により 運転手に潜在的なリスクを知らせ 事故回避を促しています 赤外線技術は 航空産業 医療技術 品質保証のような多くの他分野でも採用されています カメラの画素数はどの位置で どのくらいのポイントで計測されますか プログラマット P510では 赤外線カメラの赤外線熱画像は約 1,000 ピクセルです 単冠のシンベニアの場合であれば 最低 2 つの計測ポイントが修復物に設定されます 大きい大臼歯の場合は 12 箇所かそれ以上の計測ポイントが修復物に設定されます ( 図 12 13) 計測ポイントの面は距離によって異なりますが 修復物が置かれた焼成トレイ上の場所では mmより小さくなります 図 10 自動車業界での赤外線カメラ使用 図 12 計測ポイントの説明 図 13 臼歯の計測ポイントの説明 プログラマット P510 のどこに赤外線カメラは設置されていますか プログラマット P510の後方部 つまりファーネスヘッド開閉機構後部に赤外線カメラは設置されています ( 図 11) レンズがファーネス内の修復物を検出できるように奥まった場所にあります この位置で 赤外線カメラは焼成炉の熱から守られ 予備乾燥中の修復物を適切に検出します 赤外線カメラを焼成炉内に直接設置できないので 修復物の温度は ファーネスヘッドが開いている時と 残り 30 mmまで閉まっている時にのみ計測できます セラミックス焼成の重要な工程は ファーネスヘッドが開いた状態での予備乾燥です この工程で赤外線カメラが使用されます セラミックス材料を予備乾燥している時の課題は何ですか セラミックス材料の予備乾燥は クラックの発生や修復物の最終的な品質に影響する最も重要な工程であることが知られています 従来 ファーネスの予備乾燥工程は ほとんどの場合 時間と温度を設定して管理されています 両方のパラメータは平均値であり 焼成プログラムに設定されています 例えば IPS e.max セラムの場合 乾燥時間が 6 分 予備乾燥温度が 300 に設定されています セラミックス 水分 図 11 プログラマット P510 の赤外線センサーの設置場所 図 14 セラミックス内の水分が急激に蒸発した場合の破折リスク

4 経験上のデータに基づいて IPS e.max セラムは 6 分間予備乾燥をし 全ての水分が陶材から取り除かれるとされています 予備乾燥後 焼成工程が始まります 予備乾燥後に陶材が湿っていた場合 残った水分が早く蒸発すると 修復物にクラックが発生します さらに 築盛された陶材の層が水分を多く含み充分コンデンスされていない場合に 標準焼成プログラムでは加熱が速過ぎると セラミックスに問題が発生します ( 図 14) 大小複数の修復物を 1 回で焼成する場合 特に注意が必要です 大きな修復物 ( 図 15) に対しては 乾燥時間を基本設定より長くします この方法によって 適切な焼成結果が得られますが これを考慮しないと セラミックスの破折やクラックに繋がります これにより クラックを防ぎます ( 図 17) 小さな修復物の場合 この工程は速くなります IRT 機能なし 図 17 赤外線技術を使用しなかったオペーク焼成結果 新しい赤外線技術では 焼成炉内にある修復物の表面温度を直接計測し 焼成サイクル毎に調整されています 図 15 焼成トレイに置く 2つの異なる方法 ( 例 ) 新しい赤外線技術は これらの異なる状況を把握し 状況に応じて焼成パラメータを調整します 温度差 ( 図 16) に基づき 陶材内の水分蒸発を検出し 適確な時間でファーネスヘッドを閉じます 続けて ソフトウェアが実際の焼成を開始します これは 従来のサーモカップルや人間の目では検知できません サーモカップルを使って温度を検出する従来の方法と比較して 赤外線カメラを使って修復物の表面温度を直接計測する利点は何ですか 各メーカーの従来型歯科用ポーセレンファーネスには 焼成炉内に温度を計測するサーモカップルがあります 一般的にサーモカップルは 焼成炉の上方部に設置されています セラミックス修復物は 通常このサーモカップルに近い距離に置かれます サーモカップルは ファーネスヘッドが閉じた状態 ( 図 18) の温度を計測し 修復物の温度は補正率を使用して決められます 図 16 予備乾燥工程中の疑似色による歯冠修復物の温度の違い 図 18 サーモカップルの設置場所

5 しかし ファーネスヘッドが開いた状態で行われる予備乾燥工程では 入り込む空気がセラミックス修復物とサーモカップルの温度に影響します ( 図 19) これが温度差の原因になります あらかじめ設定された時間 ( 予備乾燥時間と乾燥時間 ) では このような偏差を考慮していません プログラムは初期設定で行われ セラミックスの破折やクラックは避けられません これは あらゆる種類のポーセレンファーネスで起こります ユーザーがこの赤外線技術から得られるメリットは何ですか ソフトウェアが それぞれの焼成サイクルで適切な予備乾燥時間と乾燥時間を調整します 修復物の表面で温度計測し ファーネスヘッドの位置やヒーターは自動的に制御されます これにより以下の利点が得られます より信頼性が高いプロセス 焼成結果の品質向上 乾燥工程を最大 25% まで短縮 以下の条件に影響を受けない 安定した予備乾燥工程が行えます 修復物の大きさ 修復物の数 築盛した陶材表面の水分 図 19 ファーネスヘッドが開いている時 空気が入り込んで温度計測に影響する 修復物を置く時に注意することは何ですか しかし 赤外線熱画像技術では 焼成炉内の修復物を直接触れずに温度が計測できます 赤外線カメラを持つプログラマット P510 は ファーネスヘッドが開いた状態で修復物の温度を計測するため 補正率に依存しません 空気が入り込んだとしても 赤外線カメラにより 常に焼成炉内の修復物の表面温度を計測します これが 従来の技術を使用するポーセレンファーネスと比較した主な利点です ( 図 20) 適切な予備乾燥を行うために 修復物が赤外線カメラにはっきりと写るように カメラの方に向けて正しく置く必要があります 適切な結果を得るために カメラに向けた表面ができるだけ大きくなるように置きます ( 図 21) 図 21 修復物は一番大きな面を赤外線カメラに向けて置く 図 20 赤外線技術が修復物の表面で直接温度を計測するので 空気が入り込んでも計測結果に影響を与えない

6 もし焼成トレイに複数の修復物を置く必要がある場合は 表面積が一番大きい修復物を赤外線カメラに向けます 築盛量が少ない修復物は 多い修復物よりも予備乾燥に必要な時間が短くなります ( 図 22) 焼成炉内に正しく修復物を置く位置やプログラマット P510 とその赤外線技術を使用したセラミックス材料の工程に関する情報については 取扱説明書や Q&A をご参照ください 要約 図 22 大きな修復物は前方かつ赤外線カメラに向けて置く 現在 赤外線技術は先駆的な役割をしており 多くの産業で不可欠な要素になっています プログラマット P510 と共にあるこの技術は 歯科用ポーセレンファーネス分野にもついに到来しました その利点は明確で 作業の信頼性向上 品質の向上 修復物の種類による焼成工程時間の短縮です 新技術はすでに確立された作業工程の変更が必要になることがありますが プログラマット P510 の赤外線熱画像技術の導入では それはわずかで済みます 全体的に見て この技術は 間違いなく普及するでしょう さらに 歯科用ポーセレンファーネス分野での赤外線技術の活用は 歯科業界に大きな効果をもたらすでしょう 一般的名称 : 歯科技工用ポーセレン焼成炉 / 販売名 : プログラマット P510 / 届出番号 :13B1X10049IVP510 / 一般医療機器一般的名称 : 歯科用陶材 / 販売名 :IPS e.max セラム / 認証番号 :220AGBZX / 管理医療機器 Ivoclar Vivadent 株式会社 東京都文京区本郷 TEL: FAX: info.japan@ivoclarvivadent.com VRP510U01

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