CN108697217B - 超声波头发干燥和造型 - Google Patents
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Abstract
一种用于头发(20)的干燥和造型的超声波头发护理设备(10)。超声波单元(12‑18)向头发(20)施加超声波。头发湿度测量单元(22)测量头发(20)的湿度水平。控制单元(24)基于湿度水平控制超声波单元(12‑18)。根据本发明，基于湿度水平，以不超过1MHz的第一频率向头发(20)施加超声波以干燥头发(20)，和/或以至少1MHz的第二频率向头发(20)施加超声波以造型头发(20)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于头发干燥和造型的超声波头发护理设备和方法。
背景技术
许多女性都担心造型造成头发损伤，并且有时候会对从现有造型设备获得的造型不满意。普遍的认识是，对头发施加热量会导致损伤。本文中使用的术语“头发造型”旨在包括如剪发、卷发、烫发、拉直等在内的所有动作。
传统电动头发造型设备使用铬铁，旨在对头发纤维或纤维绺进行热处理，同时将其压制为期望形状。在造型和梳理过程中，过度加热和/或处理与机械(剪切)力的结合导致水分损失及潜在的头发损伤。另一个问题是在头发仍然潮湿的情况下造型。这可能导致对头发结构的额外损伤或降低处理效果。
US2012/0291797公开了一种头发造型装置，其包括用于向头发施加热量的头发加热设备。该头发加热设备具有湿温度设置及低于湿温度设置的干温度设置。湿度传感器检测头发的湿度指示参数，并生成湿度指示信号，指示头发是否处于或低于预定湿度阈值水平。响应湿度传感器生成指示头发处于或低于预定湿度阈值水平的湿度指示信号，控制电路将头发加热设备的温度从湿温度设置调节为干温度设置。该头发加热设备在干温度设置下激活。
US2012/0312320提到，除施加热量外，一些头发造型工具包含分配流、超声波或活性头发处理组件，并且有多种方法可以通过观察电导、阻抗、电阻、超声波等测量头发中的水分含量。但没有提到任何细节。
US2006/0272669公开了利用超声波振动进行头发造型的头发造型设备，并且提到可以使头发中的水分原子化，通过超声波振动蒸发水分，即使是在室温条件下也可以。因此，不必使用极高温度(如130℃)来蒸发头发内的水分，这种高温会导致蛋白质变性及烫伤。
发明内容
首先，本发明的目的在于提供一种用于头发干燥和造型的实用超声波头发护理设备及方法。本发明由独立权利要求限定。优选实施例在从属权利要求中限定。
本发明是基于以下新见解：与用单一频率范围的超声波同时进行造型和干燥相比，用优化且明显不同的超声波频率进行雾化(用于干燥头发的水)和造型具有显著益处。此外，造型仅在头发干燥时以优化方式进行。在造型前干燥头发使得造型可以在较高温度下进行，从而使造型更持久且更快，因此，头发暴露于高温的时间也更短。头发护理设备中既可以使用传统超声波雾化元件，也可以使用基于表面声波的超声波雾化元件。
本发明的第一方面提供一种用于头发干燥和造型的超声波头发护理设备。超声波单元向头发施加超声波。头发湿度测量单元测量头发的湿度水平。控制单元基于湿度水平控制超声波单元。根据本发明，根据湿度水平，以不超过1MHz的第一频率向头发施加超声波以干燥头发，和/或以至少1MHz的第二频率向头发施加超声波以进行头发造型。
有利地，第一频率不超过0.5MHz，并且优选不超过0.4MHz。第二频率有利地至少为5MHz，并且优选在6.4MHz和500MHz之间。
超声波强度有利地为至少1W/cm2，并且优选不超过10W/cm2。
控制单元可以包括查找表，用于切换超声波单元以根据湿度水平以第一频率和/或第二频率操作。
本发明的第二方面提供一种用于头发干燥和造型的头发护理方法，该头发护理方法包括测量头发湿度水平；以及根据头发湿度水平以不超过1MHz的第一频率向头发施加超声波以干燥头发，和/或以至少1MHz的第二频率向头发施加超声波以进行头发造型。
有利地，在不超过2分钟、优选不超过1分钟的时间段内施加超声波。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得以阐明。
附图说明
图1示出根据本发明的用于头发干燥和造型的超声波头发护理设备的第一实施例。
图2示意性地示出如何随时间施加用于干燥和造型的超声波频率。
图3示出头发干燥和造型中涉及的随着超声波强度变化的三个识别的主要机制的超声波阈值强度。
图4示出根据本发明的用于头发干燥和造型的超声波头发护理设备的第二实施例。
具体实施方式
图1示出用于干燥和造型头发的超声波头发护理设备10的一个实施例。第一超声波发生器12生成频率在20kHz到0.4MHz之间的超声波。第二超声波发生器14生成频率在6.4kHz到500MHz之间的超声波。与第一超声波发生器12电连接的第一超声波换能器16向头发绺20内的水分施加超声波，以雾化头发绺内的水分从而干燥头发。与第二超声波发生器14电连接的第二超声波换能器18向头发绺20施加超声波以进行头发造型。头发湿度测量单元22测量头发绺20的湿度水平。控制单元24基于测量到的头发湿度水平控制第一超声波发生器12和第二超声波发生器14的能量水平，以提供最优的头发干燥和造型。
借助于超声波雾化可以在20kHz-1MHz的频率范围内实现。为了避免空穴，优选选择20kHz-0.4MHz的频率范围。借助于超声波造型可以在1MHz-500MHz的频率范围内实现。为了避免空穴，可以选择6.4MHz-500MHz的频率范围。最后，借助于超声波湿度感测可以在100kHz到1MHz的频率范围内实现。在换能器-头发界面处测量到的有效的基于超声波的头发造型设备的优选强度范围为1W/cm2和10W/cm2之间。
图2示意性地示出如何随时间施加用于干燥D和造型S的超声波频率。从湿发开始，最初以用于干燥D的超声波频率施加相对较多的超声波能量，并且以用于造型S的超声波频率施加相对较少的超声波能量。然而，当头发随着时间推移逐渐变干时，以用于干燥D的超声波频率施加的超声波能量的量变得更少，并且以用于造型S的超声波频率施加的超声波能量的量变得更多。
已经提出超声波造型的三种机制：
加热；通过将头发温度升高至头发的玻璃化转变温度以上来破坏氢键。
空穴+热量；空穴会降低仅用热量进行造型所需的功率。
非热(即机械振动)；实验表明，超声波作为一种破坏氢键的手段而无需使用热量。不使用热量对于在造型过程中避免过热来说是一大优势。
如图2所示，超声波造型和干燥可以以不同或重叠的频率范围实现。设定平均功率极限为10W/cm2，施加时间为最大60s，以维持实际相关性。
图3示出头发干燥和造型中涉及的、随着超声波强度变化的三个识别的主要机制的超声波阈值强度。横轴指示频率(MHz)，纵轴指示阈值强度(W/cm2)。
曲线A示出通过超声波加热造型的阈值(假设所有功率均被头发吸收，60s)。
曲线B示出通过超声波加热造型的阈值(60％的相对湿度，匹配实验，60s)。
曲线C示出雾化阈值(典型水膜厚度)，曲线C1-C2示出雾化阈值(2-10μm的水膜厚度的极限)。
曲线D示出空穴阈值。
区域1为基于超声波造型的优选区域(加热+空穴)。
区域2为基于超声波干燥(雾化)的优选区域。
区域3为基于超声波造型和干燥的优选区域。
区域4为基于超声波造型(加热)的优选区域。
为了发生空穴，头发上必须至少存在液体薄膜。在干燥阶段，空穴可以起到增强干燥过程的作用。造型应优选仅在头发完全干燥时发生，以防止发生空穴。尤其是在较高功率下，空穴可能会破坏头发结构。这种情况下，优选两个非重叠的频率，理由如下：
支持在没有空穴的情况下通过超声波加热和/或无热量地进行造型。(区域4)。空穴可以降低所需功率，但也会提高头发损伤的风险(区域1)。不排除使用空穴进行造型，但优选不用空穴。
使用空穴通过在高功率下雾化进行干燥可能损伤头发，因此，优选更温和形式的雾化(区域2)。不排除使用空穴提高雾化速度，但优选不用空穴。
造型和干燥的组合效果需要非常窄的频率范围以及几乎无损失的设置(区域3)。通过超声波加热造型的阈值应该介于通过超声波功率在头发内100％吸收(曲线A)所预测的阈值与在实验中发现的超声波功率的较少有效吸收(曲线B)的阈值之间，从而显著缩小用于基于超声波的造型和干燥的优选区域(区域3)。水分含量、相对湿度、头发密度、头发直径、体积等的变化都将影响基于超声波的造型和干燥的优选区域，从而很难预测正确的设置，更不用说预先确定所述参数使其落入用于造型和干燥的可变频率范围内。因此，在实践中，用于造型的优选区域(区域2)或用于干燥的优选区域(区域4)比用于造型和干燥的优选区域(区域3)被更好地限定且更稳健。
图4示出根据本发明的用于头发干燥和造型的超声波头发护理设备的第二实施例。图4的超声波头发干燥系统的主要特征包括：超声波发生器100，超声波放大器101，三个超声波换能器102A、102B、102C(一个用于造型，一个用于干燥，一个用于湿度感测)，液滴处理器105，水膜和液滴103、103A，控制系统106，用户界面107，以及用于防止过热的热检测器108。超声波发生器100生成固定或可变的低压超声波脉冲，其频率、电压和脉冲持续时间由控制系统106根据通过用户界面107选定的处理设置和由超声波接收器102C检测到的头发水分含量来控制。这样可以实现来自头发表面104的液体(103A、103B)的原子化。生成的液滴将通过液滴处理器105被移除或提取，液滴处理器105可以是简单的吹风机/抽气机或其它更复杂的装置。
之后，如果仔细设计头发护理设备，可以使其安全使用，使得：
在操作过程中，换能器不接触皮肤/头皮；
在操作过程中，换能器与皮肤/头皮之间距离较大，其中，在该距离内存在低声阻抗材料(如空气)，以允许反映与皮肤的交界处因声阻抗不匹配导致的超声波的任意泄露，从而将超声波强度限定为大于3W/cm2以到达皮肤；以及
在非操作过程中，换能器不发射超声波。
压电晶体(PMUT或标准)用于产生超声波(>20kHz)。非压电技术，如电容微机械超声换能器(CMUT)，可以用于更高的频率(通常高达～100MHz)，并且可以用于本发明。这些技术使用相对较小且更便宜的换能器，从而对家庭使用和半专业头发护理应用都具有吸引力。
应当注意的是，上述实施例的目的在于描述而非限定本发明，并且本领域技术人员可以在不偏离所附权利要求范围的情况下设计多个替代实施例。如果使用CMUT换能器，则单个超声换能器可以用于两个超声波频率。可以在不同超声波频率之间进行硬切换，其中，在低于特定湿度水平时产生第一频率，在高于该湿度水平时产生第二频率。替代地，由于头发的湿度水平下降，可以具有软切换以允许逐渐减小以第一频率产生的超声波强度，并且逐渐增加以第二频率产生的超声波强度。在此类软切换实施例中，优选在控制单元中使用查找表，用于根据湿度水平确定在第一和第二频率下产生的超声波强度。
在权利要求书中，括号内的任何附图标记不得解释为对权利要求的限制。词语“包括”不排除存在权利要求未列出的其它元件或步骤。元件前面的词“一”不排除存在多个该元件。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件和/或适当编程的处理器来实现。在列举多个装置的设备权利要求中，多个这些装置可以由一个且同一个硬件项目体现。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的事实不指示这些措施的组合不能被用于获得优势。
Claims (7)
1.一种用于干燥和造型头发(20、104)的超声波头发护理设备(10)，所述超声波头发护理设备(10)包括：
超声波单元(12-18；100-102B)，用于向所述头发(20；104)施加超声波；
头发湿度测量单元(22，102C)，用于测量所述头发(20；104)的湿度水平；以及
控制单元(24；106)，用于基于所述湿度水平控制所述超声波单元(12-18，100-102B)，以使超声波头发护理设备以雾化干燥模式或干燥造型模式操作，
其中在所述雾化干燥模式下，超声波以不超过1MHz的第一频率被施加至所述头发(20；104)以干燥所述头发(20；104)，
在所述干燥造型模式下，超声波以至少1MHz的第二频率被施加至所述头发(20；104)以造型所述头发(20；104)；
其中所述第一频率不超过0.5MHz，
其中所述第二频率至少为5MHz，
其中超声波强度至少为1W/cm2并且不超过10W/cm2。
2.根据权利要求1所述的超声波头发护理设备(10)，其中所述第一频率不超过0.4MHz。
3.根据权利要求1或2所述的超声波头发护理设备(10)，其中所述第二频率在6.4MHz和500MHz之间。
4.根据权利要求1或2所述的波头发护理设备，其中所述控制单元(24，106)包括查找表，用于根据所述湿度水平来切换所述超声波单元(12-18；100-102B)以所述第一频率和/或所述第二频率操作。
5.一种用于干燥和造型头发的头发护理方法，所述头发护理方法包括：
测量头发湿度水平；以及
根据所述头发湿度水平，以雾化干燥模式或干燥造型模式操作超声波头发护理设备，
其中在所述雾化干燥模式下，以不超过1MHz的第一频率向所述头发施加超声波以干燥所述头发，在所述干燥造型模式下，以至少1MHz的第二频率向所述头发施加超声波以造型所述头发；
其中所述第一频率不超过0.5MHz，
其中所述第二频率至少为5MHz，
其中超声波强度至少为1W/cm2并且不超过10W/cm2。
6.根据权利要求5所述的头发造型方法，其中超声波在不超过2分钟的时间段内被施加。
7.根据权利要求6所述的头发造型方法，其中超声波在不超过1分钟的时间段内被施加。
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