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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschall-abgebendes Hautpflegegerät zur Anwendung von
Ultraschall auf der Haut eines Benutzers, um den Stoffwechsel eines
Hautgewebes zu beschleunigen, um dadurch die Haut schön und gesund
zu machen.
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STAND DER
TECHNIK
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Die
WO 98/51255 offenbart ein ähnliches Hautpflegegerät für die Abgabe
von Ultraschall mit einem Applikatorkopf zur Erzeugung und Übertragung von
Ultraschall auf die Haut eines Benutzers. Das Gerät umfaßt eine
Detektionsschaltung für
die Ladung, um festzustellen, ob der Applikatorkopf durch den Kontakt
mit der Haut geladen ist, um dadurch Energie zu sparen, wenn sich
der Applikatorkopf nicht in Kontakt mit der Haut befindet, sowie
auch um auf sichere Weise den Ultraschall abzugeben, wenn der Applikatorkopf
in Kontakt mit der Haut ist. Zur Beurteilung, ob der Applikatorkopf
geladen ist oder nicht, basiert das Gerät auf einem elektrisch gleichwertigen Scheinwiderstand
des Applikatorkopfes, der, je nach Ladung, die auf den Applikatorkopf
einwirkt, variiert, und der eine entsprechende elektrische Spannung, die
auf den Applikatorkopf angewendet wird, mit einer elektrischen Bezugsspannung
vergleicht. Wenn der Applikatorkopf jedoch den Ultraschall bei einer relativ
hohen Frequenz abgibt, wie zum Beispiel bei einigen MHz oder mehr,
kann es manchmal schwierig sein, den ungeladenen Zustand vom geladenen
Zustand auf Basis des elektrisch gleichwertigen Scheinwiderstandes
zu unterscheiden, da im Applikatorkopf eine erhöhte störende Resonanz auftritt.
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Auch
die US-Patentschrift 6,183,426 offenbart ein ähnliches Gerät.
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Die
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 7-59197 offenbart ein Ultraschall-Vibratorelement, das die Vibrationen,
die um die Peripherie des Vibratorelementes auftreten, reduziert.
Das Vibratorelement weist die Form einer runden Scheibe auf, die auf
den gegenüberliegenden
Flächen
entsprechend mit oberen und unteren runden Elektroden versehen ist.
Jede der Elektroden weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist
als der des Vibratorelementes, um den äußeren Randbereich des Vibratorelementes
frei zu lassen, wodurch erreicht wird, daß die unerwünschten Vibrationen, die sich
in radiale Richtungen ausbreiten, unterdrückt werden, wodurch sich wiederum
erwünschte
Ultraschall-Vibrationen entsprechend der Richtung der Dicke des
Vibratorelementes ausbreiten.
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Die
unerwünschten
Resonanzen können
reduziert werden durch die Verwendung der Struktur, die in der Japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 7-59197 gewissermaßen
offenbart wird. Nach der Untersuchung des Verhaltens der Ultraschall-Vibrationen
bei der hohen Frequenz, hielten es die Erfinder für wirkungsvoll,
die Vibrationen, die im Zentrum des Applikatorkopfes auftreten,
zu begrenzen, um unerwünschte
störende
Resonanzen in einem solchen Maße
zu reduzieren, daß der
Applikatorkopf den elektrisch gleichwertigen Scheinwiderständen ausgesetzt
werden kann, egal, ob dieser geladen oder ungeladen ist, wobei diese
Scheinwiderstände
sich genügend
voneinander unterscheiden, damit man auf einfache Weise zwischen
dem geladenen und ungeladenen Zustand unterscheiden kann.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Im
Hinblick auf die oben genannten Ergebnisse hat es die vorliegende
Erfindung erreicht, ein Hautpflegegerät zur Abgabe von Ultraschall
bereitzustellen, welches in der Lage ist, Ultraschall wirksam und
sicher anzuwenden, um die Gesichtspflege zu verbessern.
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Das
Hautpflegegerät
der vorliegenden Erfindung umfaßt
ein Gehäuse,
das mit einem Applikatorkopf versehen ist, um Ultraschall auf die
Haut eines Benutzers abzugeben, sowie eine Treiberschaltung, die
einen elektrischen Impuls zur Aktivierung des Applikatorkopfes zum
Zweck der Übertragung
des Ultraschalls auf die Haut abgibt. Der Applikatorkopf besteht
aus einem Vibratorelement, das den Ultraschall erzeugt und aus einem
Horn mit einer Befestigungsseite oder Gehäuseseite und einer der Haut
gegenüberliegenden
Seite, die verwendet wird, um mit der Haut in Kontakt zu treten.
Das Horn umfaßt
das Vibratorelement auf der Befestigungsseite, um dadurch den Ultraschall
auf die Haut abzugeben. Das Vibratorelement und das Horn sind in
eine kombinierte Vibrationsmasse integriert, welche mit dem elektrischen
Impuls, der von der Treiberschaltung ausgeht, mitschwingt, wodurch
die entstandenen Vibrationen auf die Haut übertragen werden. Die kombinierte
Vibrationsmasse gibt einen ersten elektrisch gleichwertigen Scheinwiderstand
ab, wenn sie durch den Kontakt mit der Haut normal geladen ist und
einen zweiten elektrisch gleichwertigen Scheinwiderstand, wenn sie
nicht geladen ist. Das Gerät
umfaßt
eine Detektionsschaltung für
die Ladung oder Last bzw.
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Belastung,
welche überwacht,
ob die kombinierte Vibrationsmasse den ersten oder den zweiten elektrisch
gleichwertigen Scheinwiderstand abgibt und stellt nur in dem Fall
ein Detektionssignal für
die Ladung oder Last bzw. Belastung bereit, wenn sie den ersten
elektrisch gleichwertigen Scheinwiderstand festgestellt hat. Ebenso
zum Gerät
gehört
eine Steuerschaltung, die den elektrischen Impuls begrenzt oder
beendet, wenn das Detektionssignal für die Ladung nicht in einer
zuvor festgelegten Zeitspanne empfangen wurde. Das Merkmal der vorliegenden
Erfindung beruht darauf, daß die
kombinierte Vibrationsmasse eine Struktur aufweist, die Vibrationen
in einem mittleren Bereich der Vibratormasse begrenzt, um störende Resonanzen
zu reduzieren und dadurch den ersten elektrisch gleichwertigen Scheinwiderstand
vom zweiten elektrisch gleichwertigen Scheinwiderstand zu unterscheiden.
Demzufolge kann die Detektionsschaltung für die Ladung erfolgreich beurteilen,
ob der Applikatorkopf in Kontakt mit der Haut ist oder nicht, wodurch
die Steuerschaltung zuverlässig
die Ultraschall-Vibrationen, die erzeugt werden, wenn der Applikatorkopf
nicht geladen ist, begrenzen kann.
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Vorzugsweise
besteht das Vibratorelement aus einem piezoelektrischen Element
in Form einer kreisförmigen
Scheibe mit flachen oberen und unteren Endseiten, die entsprechend
mit oberen und unteren Elektroden versehen sind, über die
der elektrische Impuls abgegeben wird. Mindestens eine obere Elektrode,
eine untere Elektrode und das piezoelektrische Element weisen eine
sich in der Mitte befindende Öffnung
auf, welche zuständig
ist für
die Begrenzung der Vibrationen im Zentrum der kombinierten Vibrationsmasse.
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Zusätzlich zu
der Öffnung
in der Mitte weist mindestens eine der oberen und unteren Elektroden einen
Durchmesser auf, der kleiner ist als der des piezoelektrischen Elementes,
damit der äußere Bereich
des piezoelektrischen Elementes unbedeckt bleibt und ebenso zu dem
Zweck, um unerwünschte Vibrationen
an der Umrundung des piezoelektrischen Elementes zu reduzieren.
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Alternativ
dazu ist mindestens eine der oberen und unteren Elektroden durch
mindestens einen Schlitz in mehrere identische Segmente unterteilt. Der
Schlitz erstreckt sich diametral, damit der mittlere Teil und der
sich diametral ausbreitende Randbereich des piezoelektrischen Elementes
frei bleibt, um somit die Vibrationen im Zentrum der Vibrationsmasse
zu begrenzen.
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Anstelle
der Bereitstellung des diametral sich erweiternden Schlitzes kann
auch mindestens eine der oberen und unteren Elektroden so konfiguriert sein,
daß diese
mindestens einen Schlitz aufweist, der den mittleren Bereich des
piezoelektrischen Elementes zu demselben Zweck der Begrenzung der
Vibrationen im Mittelpunkt der Vibrationsmasse unbedeckt läßt.
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In
Kombination mit oder separat von der Bereitstellung der Öffnung in
der Mitte können
mindestens eine obere Elektrode, eine untere Elektrode und das piezoelektrische
Element sowie das Horn so konfiguriert sein, daß diese eine zentrale Öffnung in Form
eines Lüftungsschlitzes
oder eines Hohlraumes zum Zweck der Begrenzung der Vibrationen im
mittleren Bereich der Vibrationsmasse aufweisen.
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Ferner
und anstelle der Ausbildung mit der mittleren Öffnung kann die obere Elektrode
mit einem elastischen Element bedeckt sein, das die Vibrationen
im mittleren Bereich der Vibrationsmasse absorbiert, um somit störende Resonanzen
zu reduzieren.
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Ferner
noch kann die obere Elektrode in ihrem Zentrum mit einem Lötkontakthügel bedeckt sein,
um eine elektrische Verbindung der oberen Elektrode mit einer Anschlußleitung,
die von der Steuerschaltung kommt, zu verbinden. Der Lötkontakthügel erhöht das Gewicht
des Zentrums der kombinierten Vibrationsmasse, um so die Vibrationen
im mittleren Bereich derselben zu begrenzen.
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Ferner
ist das Horn vorzugsweise als ein einstückiger Teil desselben mit einem
Rand ausgebildet, der das Horn umgibt und der so eingerichtet ist,
daß er
das Horn mit dem Gehäuse
fest verbindet. Zwischen dem Horn und dem Rand befindet sich ein elektrischer
Widerstand, der den Ultraschall davon abhält, sich zum Rand hin auszubreiten,
wodurch der Ultraschall auf das Horn konzentriert wird, um dadurch
wirksam den Ultraschall durch das Horn auf die Haut zu übertragen.
Der elektrische Widerstand kann in Form eines Hohlraumes vorliegen,
der entlang der Umgrenzung zwischen dem Horn und des Randes ausgebildet
ist.
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Vorzugsweise
ist die Steuerschaltung so ausgestaltet, daß sie den ersten elektrisch
gleichwertigen Scheinwiderstand zum Zweck der Veränderung der
Intensität
des Ultraschalls, der durch das Vibratorelement erzeugt wird, entsprechend
des Umfangs des ersten elektrisch gleichwertigen Scheinwiderstands
abwandelt. Da der erste elektrisch gleichwertige Scheinwiderstand
je nach dem Druck, mit dem das Horn oder die kombinierte Vibrationsmasse
gegen die Haut eines Benutzers gedrückt wird, veränderlich
ist, kann das Gerät
die Einwirkung oder die Stärke
des Ultraschalls, der auf die Haut übertragen wird, abhängig vom
Druck variieren, wodurch der Ultraschall auf optimale Weise auf
die Haut eines Benutzers und mit dem Resultat einer verbesserten Hautpflege
abgegeben wird.
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Ferner
noch umfaßt
das bevorzugte Gerät eine
Detektionsschaltung zur Messung von Bewegungen, die überwacht,
ob sich die kombinierte Vibrationsmasse bewegt und die ein Detektionssignal für die Messung
der Bewegung abgibt, wenn sich die Vibrationsmasse bewegt. Die Steuerschaltung
ist in einer Weise angeschlossen, daß sie das Detektionssignal
für die
Bewegung empfängt
und die Treiberschaltung aktiviert, damit diese den elektrischen
Impuls beendet oder begrenzt, wenn das Detektionssignal für die Bewegung über einen
kritischen Zeitraum hinweg nicht kontinuierlich aufgetreten ist,
selbst wenn das Detektionssignal für die Ladung in der zuvor festgelegten
Zeitspanne empfangen wurde.
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Diese
und noch andere Gegenstände
sowie vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher
durch die folgende ausführliche Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
im Zusammenhang mit den angehängten
Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Vorderansicht im Querschnitt eines Hautpflegegerätes zur
Abgabe von Ultraschall entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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2A bis 2C zeigen
unsachgemäße Benutzungsbedingungen
der oben genannten Vorrichtung;
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3 ist
ein Blockdiagramm einer Treiberschaltung der oben genannten Vorrichtung;
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4 ist
ein Schaltdiagramm, das eine Treiberschaltung sowie eine Detektionsschaltung
für die Messung
der Ladung und eine Detektionsschaltung für die Messung der Bewegung
des oben genannten Schaltschemas veranschaulicht;
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5A bis 5F sind
Grafiken der Wellenformen, die die Vorgänge der Detektionsschaltung
für die
Ladung und die Detektionsschaltung für die Bewegung veranschaulichen;
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6 ist
ein Schaltdiagramm, das eine Schaltung für die Messung der Temperatur
des oben genannten Schaltschemas veranschaulicht;
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7 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Betriebsvorgaänge der Vorrichtung veranschaulicht;
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8 ist
eine Ansicht von oben eines Applikatorkopfes der oben genannten
Vorrichtung;
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9 ist
eine Querschnittsansicht des Applikatorkopfes;
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10 bis 12 sind
Teilansichten, die eine modifizierte Struktur des Applikatorkopfes
veranschaulichen;
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13 ist
eine schematische Darstellung, die eine Relation zwischen der Wellenlänge des
Ultraschalls bei verschiedenen Frequenzen und einer kombinierten
Vibrationsmasse des Applikatorkopfes veranschaulicht;
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14 ist
eine graphische und zu Vergleichszwecken erstellte Darstellung von
elektrisch gleichwertigen Scheinwiderständen der Vibrationsmasse in
einem Zustand der normalen Ladung und in einem Zustand fehlender
Ladung bzw. in einem abnormalen Ladezustand ohne eine Struktur zur
Reduzierung einer störenden
Resonanz;
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15 ist
eine Ansicht des Vibratorelementes von oben;
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16 ist
eine Querschnittsansicht des Vibratorelementes;
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17 ist
eine graphische Darstellung der elektrisch gleichwertigen Scheinwiderstände der
Vibrationsmasse im normalen Ladezustand, im ungeladenen Zustand
bzw. im abnormal geladenen Zustand für die Vibrationsmasse entsprechend
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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18 und 19 sind
Ansichten von oben und Querschnittsansichten des Vibratorelementes entsprechend
einer Modifikation der oben genannten Ausführungsform;
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20 und 21 sind
Ansichten von oben und Querschnittsansichten des Vibratorelementes
in Übereinstimmung
mit einer anderen Modifikation der oben genannten Ausführungsform;
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22 und 23 sind
Ansichten von oben, die weitere Modifikationen der oben genannten
Ausführungsform
veranschaulichen;
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24 und 25 sind
Ansichten von oben und Querschnittsansichten des Vibratorelementes
in Übereinstimmung
mit einer weiteren Modifikation der oben genannten Ausführungsform;
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26 und 27 sind
Ansichten von oben, die weitere Modifikationen der oben genannten
Ausführungsform
veranschaulichen;
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28 und 29 sind
Ansichten von oben und Querschnittsansichten des Vibratorelementes gemäß einer
weiteren Modifikatione der oben genannten Ausführungsform;
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30 und 31 sind
Querschnittsansichten, die Modifikationen der oben genannten Ausführungsform
veranschaulichen;
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32 und 33 sind
Ansichten von oben und Querschnittsansichten des Vibratorelementes gemäß einer
weiteren Modifikation der oben genannten Ausführungsform;
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34 und 35 sind
Ansichten von oben und Querschnittsansichten des Vibratorelementes gemäß einer
weiteren Modifikation der oben genannten Ausführungsform.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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1 veranschaulicht
ein Hautpflegegerät zur
Abgabe von Ultraschall gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Hautpflegegerät wird verwendet für die Gesichtspflege
oder die Hautmassage zur Verbesserung des Stoffwechsels eines Hautgewebes,
um dadurch die Haut schön
und gesund zu machen. Das Gerät
umfaßt
ein Gehäuse
mit Tragegriff 10, das an einem seiner Enden mit einem
Applikatorkopf 100 bereitgestellt ist, welcher so eingerichtet
ist, daß er
bei der Benutzung in Kontakt mit der Haut eines Benutzers kommt,
um dort Ultraschall anzuwenden. Der Applikatorkopf 100 besteht
aus einem Vibratorelement 110 in Form eines piezoelektrischen
Elementes, das den Ultraschall erzeugt und aus einem Horn 120,
das den Ultraschall auf die Haut S überträgt. Das piezoelektrische Element
ist in Form einer kreisförmigen Scheibe
mit einer flachen Oberseite und einer flachen Unterseite, welche
jeweils mit oberen und unteren Elektroden 111 und 112 bedeckt
sind, über
die ein elektrischer Impuls übertragen
wird, um die Ultraschall-Vibration zu erzeugen. Das Vibratorelement 110 und
das Horn 120 sind in eine kombinierte Vibrationsmasse M
integriert, welche durch den elektrischen Impuls veranlaßt wird,
zum Zweck der Erzeugung und der Anwendung von schwingenden Ultraschallvibrationen
auf die Haut S in Schwingung zu geraten. Vorzugsweise ist das Gerät so ausgestaltet, daß es den
Ultraschall mit einer Frequenz von 1 MHz bis 10 MHz erzeugt und
diesen bei einer Intensität von
0,1 W/cm2 bis 2,0 W/cm2 auf
die Haut überträgt. Ferner
wird die Verwendung eines Gels oder eines ähnlichen Fluids F an der Schnittstelle
zwischen dem Horn und der Haut bevorzugt, um die Übertragung des
Ultraschalls auf die Haut S zu verbessern.
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Derart,
wie es später
noch ausführlich
beschrieben wird, ist das Gerät
mit einer Sicherheitsvorrichtung ausgestattet, um Ultraschallvibrationen,
die gerade auf die Haut übertragen
werden, zu begrenzen oder zu beenden, wenn sich der Applikatorkopf 100 nicht
in einem normalen Ladezustand, wie in 1 dargestellt,
befindet, was heißt,
daß sich
der Applikatorkopf in irgendeinem der unsachgemäßen Zustände befindet. Wie in 2A bis 2C aufgezeigt,
umfassen die unsachgemäßen Zustände einen ungeladenen
Zustand, bei dem der Applikatorkopf 100 von der Haut entfernt
wurde (2A), einen Zustand mit partiellem
Kontakt, bei dem der Applikatorkopf 100 nur teilweise in
Berührung
mit der Haut kommt (2B) und einen Zustand mit direktem Kontakt,
bei dem der Applikatorkopf 100 gegen die Haut gedrückt wird,
ohne daß das
Fluid F an der dortigen Schnittstelle verwendet wird (2C).
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Wie
in 3 gezeigt, umfaßt das Gerät eine Treiberschaltung 20,
um den elektrischen Impuls über
die Elektroden 111 und 112 des piezoelektrischen
Elementes 110 abzugeben, eine Detektionsschaltung für die Ladung 40 zur
Bestimmung eines Ladezustandes des Applikatorkopfes 100,
eine Detektionsschaltung für
die Bewegung 50 zur Feststellung einer Bewegung des Applikatorkopfes 100,
eine Schaltung zur Messung der Temperatur 60, um eine Temperatur
des piezoelektrischen Elementes 110 zu messen, eine Anzeige
für die
Treiberschaltung 170 zur Anzeige der betrieblichen Zustände des
Gerätes und
eine Steuerschaltung 80 zur Steuerung der oben genannten
Schaltungen. Der Treiberschaltung 20 wird durch eine Stromzuführung 1 Strom
zugeführt, wobei
sich die Stromzuführung
in einem separaten Netzteil 2 befindet, um eine handelsübliche Wechselstromleitung
in eine Gleichspannung umzuwandeln. Ebenso mit inbegriffen in das
Gerät ist
eine Monitor-Schaltung 90 zur Überwachung des Ultraschalls, welcher
gerade erzeugt wird und der, basierend auf einem elektrisch gleichwertigen
Scheinwiderstand der kombinierten Vibrationsmasse M, auf die Haut
eines Benutzers übertragen
wird.
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Das
Gerät 10 ist
so ausgestaltet, daß es
den Ultraschall erzeugt, solange das Horn 120 im Wesentlichen
in Kontakt mit der Haut des Benutzers verbleibt. Zu diesem Zweck
ist die Detekti onsschaltung für
die Ladung 40 so bereitgestellt, daß diese feststellt, ob eine
geeignete Ladung als Folge davon, daß sich das Horn 120 in
Kontakt mit der Haut eines Benutzers befindet, über das Fluid F übertragen
wird. Wenn das Horn 120 nicht in Kontakt mit der Haut ist und
nicht erfolgreich den Ultraschall überträgt, stellt die Detektionsschaltung
für die
Ladung 40 fest, daß das
Horn 120 oder die Vibrationsmasse M nicht geladen sind
und begrenzt die Erzeugung von Ultraschall. Die Einzelheiten zur
Detektion der Ladung, welche durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird,
werden später
besprochen. Bei der Anwendung ist es wünschenswert, den Applikatorkopf 100 zu
bewegen, das heißt,
die Vibrationsmasse bei der Anwendung von Ultraschall langsam über die
Haut zu bewegen. Ansonsten besteht die potenzielle Gefahr der Verursachung
einer Brandwunde auf der Haut, wenn der Applikatorkopf 100 über eine
längere
Zeitspanne an einer bestimmten Stelle verbleibt. Im Hinblick darauf
ist die Detektionsschaltung für
die Bewegung 50 so ausgestaltet, daß sie die fortdauernde Anwendung
von Ultraschall ermöglicht,
wenn der Applikatorkopf 100 in einem angemessenen Grad
bewegt wird und ansonsten die Erzeugung von Ultraschall beendet
oder einschränkt.
Zusätzlich
umfaßt
die Steuerschaltung 80 einen Timer, der die Erzeugung von
Ultraschall beendet, wenn das Gerät länger als eine zuvor festgelegte
Zeitspanne verwendet wurde. Das bedeutet, daß der Timer eine Zeitdauer
nur dann zählt,
wenn das Detektionssignal für
die Ladung aus der Detektionsschaltung für die Ladung 40 anzeigt, daß sich der
Applikatorkopf 100 im normalen Kontakt mit der Haut befindet
und wenn das Detektionssignal für
die Bewegung aus der Detektionsschaltung für die Bewegung 90 anzeigt,
daß der
Applikatorkopf 100 nicht über eine längere Zeitspanne an einer Stelle verbleibt.
Der Timer ist tätig,
damit der Ultraschall während
einer festgelegten Zeitspanne kontinuierlich erzeugt wird. Nach
Ablauf der festgelegten Zeitspanne gibt die Steuerschaltung 80 ebenso
eine Anweisung, die elektrische Stromzufuhr für die Treiberschaltung 20 zu
unterbrechen und die Erzeugung des Ultraschalls zu unterlassen.
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Wenn
die Vibrationsmasse abnormale Vibrationen mit einer gleichzeitigen
Temperaturerhöhung aufgrund
der Fehlfunktion der Treiberschaltung 20 oder dergleichen
erfährt,
reagiert die Schaltung für die
Messung der Temperatur 60 auf eine Abgabe des Temperatursensors 15,
welcher sich angrenzend an das Horn 120 befindet, um eine
Abgabe bereitzustellen, die eine abnormale Temperaturerhöhung der Steuerschaltung 80 anzeigt,
welche wiederum darauf reagiert, indem sie die Treiberschaltung 20 aussetzt.
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Wie
in 4 gezeigt, umfaßt die Treiberschaltung 20 einen
Umrichter, welcher Gleichspannung aus der Stromzufuhr 1 in
Wechselstrom umwandelt. Am Ausgabeanschluss des Umrichters befindet
sich ein Transformator T mit einer Primärwicklung 21 und einer
Sekundärwicklung 22.
Die Primärwicklung 21 ist
in einer Reihenschaltung mit einem Feldeffekttransistor 23 und
einem Messwiderstand für
den Strom 27 über
die Stromzufuhr 1 verbunden und wirkt mit einem Kondensator 24 zusammen,
um einen parallel schwingenden Schaltkreis, der eine Schwingungsspannung
an der ersten Primärwicklung
bereitstellt, wenn der Feldeffekttransistor 23 unterbrochen
wird, ausbildet. Das piezoelektrische Element 110 ist über die
Sekundärwicklung 2 angekoppelt,
um die Ultraschallvibrationen durch den Wechselstrom oder den elektrischen
Impuls, der an der Sekundärwicklung 22 erzeugt
wird, zu erwirken. Eine Rückführwicklung 25 ist
mit der Primärwicklung 21 verbunden,
um die Abgabe der Treiberschaltung zum Feldeffekttransistor 23 zurückzukoppeln.
Ein bipolarer Transistor 26 ist in einer Gate-Emitter-Strecke
des Feldeffekttransistors 23 zum Zweck der Steuerung des
Feldeffekttransistors 23 angeschlossen. An der Stromzufuhr 1 ist
eine Reihenkombination eines Anlaßwiderstandes 26 sowie
ein Kondensator 29 angeschlossen, dessen Anschluß durch
die Rückführwicklung 25 mit
einem Schaltelement des Feldeffekttransistors 23 verbunden
ist, um dadurch eine Vorspannung abzugeben. Wenn der Kondensator 29 durch
die Stromzufuhr 1 geladen wird, um eine Spannung aufzubauen,
die einen Schwellenwert des Feldeffekttransistors 23 erreicht,
wird der Feldeffekttransistor leitfähig, um die Spannung, die den
Feldeffekttransistor 23 verläßt, zu senken. Gleichzeitig
erzeugt die Rückführwicklung 25 eine
Rückspannung,
die auf das Schaltelement des Feldeffekttransistors 23 angewendet
wird, wodurch der Stromfluß durch
den Feldeffekttransistor erhöht
wird. In der Folge wird der Transistor 26 leitfähig, um
den Feldeffekttransistor 23 zu unterbrechen, sobald eine
Spannung, die am Strommeßwiderstand 27 aufgebaut
wird, eine zuvor bestimmte Höhe
entsprechend der Zunahme des Stromes durch den Feldeffekttransistor,
erreicht. Dadurch werden der Schwingkreis der Primärwicklung 21 und
der Kondensator 24 aktiviert und erzeugen die Schwingung.
Am Ende eines Schwingungszyklus erreicht die Rückführspannung, die durch die Rückführwicklung 25 hervorgerufen
wird, eine Spannung, die das Schaltelement des Feldeffekttransistors 23 aktiviert,
wodurch der Feldeffekttransistor wieder leitfähig wird. Die oben genannten
Vorgänge
werden wiederholt, um die Resonanzspannung oder den elektrischen
Impuls beizubehalten, damit das piezoelektrische Element 110 vibriert.
Die Frequenz der Resonanzschaltung ist variabel eingestellt auf
1 MHz bis 10 MHz.
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Zwischen
der Basis des Transistors 26 und dem elektrischen Widerstand 27 befindet
sich ein variabler Widerstand 30, dessen Wert variiert,
um eine Zeitvorgabe zur Aktivierung des Transistors 26 zum Zweck
der Regulierung der Resonanzfrequenz einzustellen. Es ist bekannt,
daß bei
dieser Verbindung die Resonanzschaltung durch die Steuerschaltung 80 gesteuert
wird, um eine kontinuierliche Schwingung mit einer Ruhepause zwischen
aneinander angrenzenden Impulsreihen Vp bereitzustellen, wie in 5A aufgezeigt
wird.
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Der
Transformator T umfaßt
eine zusätzliche Wicklung 91,
die mit einer Gleichrichterschaltung zusammenwirkt, die die Leistungsabgabe
der zusätzlichen
Wicklung 91 korrigiert, um die Monitor-Schaltung aufzubauen,
welche ein Monitor-Output abgibt, das auf den Zustand des Ultraschalls,
der auf die Haut eines Benutzers angewendet wird, hinweist. Das
Monitor-Output Vx umfaßt
Niederfrequenzelemente, die als ein Ergebnis der Bewegung des Applikatorkopfes 100 angegeben
werden und deren Frequenz niedriger ist als die der Ultraschallvibration. Genauer
gesagt umfaßt
die Spannung, die an der zusätzlichen
Wicklung 91 auftritt, Niederfrequenzelemente, die durch
eine Veränderung
des elektrisch gleichwertigen Scheinwiderstandes der kombinierten Vibrationsmasse
M in Kontakt mit der Ladung hervorgerufen werden und die durch die
Geräusche
der Reibung entstehen, die als Reaktion auf die Bewegung des Applikatorkopfes 100 über die
Haut des Benutzers, zusätzlich
zu den Hochfrequenzelementen, die indikativ für die Ultraschallvibrationen
sind, erscheinen. Das Monitor-Output Vx erhält man durch Berichtigung der
Spannung, die an der zusätzlichen Wicklung 91 auftritt,
welche der Detektionsschaltung für
die Ladung 40 und der Detektionsschaltung für die Bewegung 50 zum
Zweck der Bestimmung der Ladung und der Bestimmung der Bewegung
zugeführt wird.
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Die
Detektionsschaltung für
die Ladung 40 weist eine Vergleichsschaltung 41 auf,
welche das Monitor-Output Vx aus der Monitor-Schaltung 90 mit einem
Bezugswert Vref. vergleicht. Das Monitor-Output Vx weist ein Funktionsmuster
auf, wie es in 5B gezeigt wird. Wenn das Output
Vx niedriger ist als der Bezugswert Vref, gibt die Vergleichsschaltung
ein H-Level-Detektionssignal
für die
Ladung SL an die Steuerschaltung 80 ab, um aufzuzeigen,
daß sich
der Applikatorkopf 100 im normalen Kontakt mit der Haut
des Benutzers befindet. Wenn das Detektionssignal für die Ladung
SL über
eine zuvor festgelegte Zeitspanne länger nicht erkannt wird, hört die Steuerschaltung 80 auf,
die Treiberschaltung 20 zu betreiben oder deaktiviert die
Stromzufuhr 1. Bei dieser Ausführungsform wird das Detektionssignal
für die
Ladung SL erzeugt, wenn das Monitor-Output Vx niedriger ist als
der Bezugswert Vref im Hinblick auf die Resonanzspannung, die durch
die vorhandene Ladung, also den erhöhten Scheinwiderstand der kombinierten
Vibrationsmasse M, gesenkt wird.
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Zusätzlich wird
das Output Vx, das auf den Scheinwiderstand der kombinierten Vibrationsmasse M
hinweist, der Steuerschaltung 80 zugeführt. Wenn das Output Vx den
gleichen Wert aufweist wie der Bezugswert Vref oder im Verhältnis zu
diesem größer ist,
wird die Steuerschaltung 80 tätig, um die Spannungsabgabe
der Stromzufuhr 1 in einem umgekehrten Verhältnis zur
Größenordnung
des Outputs Vx zu variieren. Das bedeutet, daß die kombinierte Vibrationsmasse
M stärker
gegen die Haut des Benutzers gedrückt wird und die Steuerschaltung 80 die
Intensität
des Ultraschalls, der auf die Haut abgegeben wird, reduziert, und
umgekehrt. Durch dieses Resultat kam der Ultraschall je nach Druck,
mit dem die kombinierte Vibrationsmasse M gegen die Haut gehalten
wird, reguliert werden, wodurch der Ultraschall mit einer optimalen
Intensität übertragen
wird, um somit die Wirkung der Hautpflege zu verbessern.
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Es
ist möglich,
daß ein
Schwingkreis mit einer anderen Konfiguration den Scheinwiderstand verändert, der
für die
kombinierte Vibrationsmasse M kennzeichnend ist, um den Scheinwiderstand,
der dem Schwingkreis entspricht, zu unterbrechen, wodurch das Monitor-Output in der Anwesenheit
der Ladung erhöht
wird. In diesem Fall wird das Detektionssignal für die Ladung SL bereitgestellt,
wenn das Monitor-Output Vx den Bezugswert Vref übersteigt. Es ist ebenso möglich, die
Ultraschall-Energie bei der Detektion des nicht geladenen Zustandes
zu begrenzen oder zu reduzieren, und ebenso kann die Ultraschall-Energie,
je nach Größenordnung
des Monitor-Outputs, abgeändert
werden.
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Ferner
wird das Monitor-Output Vx durch einen Kondensator 51 zur
Detektionsschaltung für
die Bewegung 50 in Form eines Outputs Vx' weitergeleitet,
wie es in 5D gezeigt wird. Die Detektionsschaltung
für die
Bewegung 50 umfaßt
einen Niedrigpaßfilter 52 und
eine Meßschaltung 53.
Das Output Vx' wird
durch den Filter 52 von den Hochfrequenzelementen entfernt
gehalten, um ein Niedrigfrequenz-Output VL abzugeben, welches frei
von denjenigen Komponenten ist, die nicht durch die Bewegung des
Applikatorkopfes 100 hervorgerufen werden, wie es in 5E zu
sehen ist. Das dadurch erhaltene Niederfrequenz-Output VL wird zwei
Vergleichsschaltungen 55 und 56 der Meßschaltung 53 zugeführt und
entsprechend mit jeweiligen Schwellenwerten TH1 und TH2 (TH1 > TH2) verglichen, um für die Steuerschaltung 80 ein
H-Level-Detektionssignal für
die Bewegung SM (gezeigt in 5F) über eine Zeitspanne
bereitzustellen, in der das Output VL höher ist als der Schwellenwert
TH1 oder niedriger ist als der Schwellenwert TH2. TH1 und TH2 können durch
variable Widerstände 57 und 58 eingestellt werden.
Die Steuerschaltung 80 zählt die Zeitdauer des H-Level-Detektionssignals
für die
Bewegung SM innerhalb einer zuvor festgelegten Zeitspanne Tc (zum
Beispiel 15 Sekunden) und legt fest, ob der Applikatorkopf 100 richtiggehend
bewegt wurde, wenn die Summe der gezählten Zeit innerhalb der Zeitspanne
Tc einen zuvor festgelegten Bezugswert übertrifft. Andererseits erkennt
die Steuerschaltung 80, daß keine sachgemäße Bewegung
durchgeführt wurde
und stellt dann ein Begrenzungssignal bereit, das die Treiberschaltung 20 begrenzt.
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Die
Treiberschaltung 20 umfaßt einen Transistor 84,
der in Reihenschaltung mit dem Transistor 26 über eine
Gate-Emitter-Strecke des Feldeffekttransistors 23 und mit
der Steuerschaltung 80 mittels eines Fotokopplers 81 verbunden
ist. Dadurch wird beim Empfang des Begrenzungssignals aus der Steuerschaltung 80 der
Transistor 84 aktiviert, um dadurch den Feldeffekttransistor 23 zum
Zweck der Deaktivierung der Treiberschaltung 20 auszuschalten.
Obwohl das Begrenzungssignal bei dieser Ausführungsform dazu dient, die
Treiberschaltung 20 zu unterbrechen, ist die vorliegende
Erfindung nicht auf dieses Merkmal beschränkt und kann so ausgestaltet sein,
daß die
Treiberschaltung 20 oder die Stromzufuhr 1 gesteuert
werden, um die Energie für
die Ultraschallvibration zu reduzieren.
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Wie
in 6 gezeigt, umfaßt die Schaltung zur Messung
der Temperatur 60 eine erste Einheit zur Messung der Temperatur 61 und
eine zweite Einheit zur Messung der Temperatur 62, welche
beide eine Leistungsabgabe eines temperaturgesteuerten Widerstandes 15 zur
Messung der Temperatur erhalten. Die erste Einheit zur Messung der
Temperatur 61 weist einen Temperaturregler 65 auf,
dem die Leistungsabgabe des temperaturgesteuerten Widerstandes 15 über den
Widerstand 63 und über
einen Kondensator 64 zugeführt wird. Wenn die Temperatur, die
im temperaturgesteuerten Widerstand 15 gemessen wird, in
Bezug auf die zuvor festgelegte Temperatur für zu hoch befunden wird, gibt
der Temperaturregler 65 ein Stop-Signal an die Treiberschaltung 20 mittels
eines Fotokopplers 66 ab. Der Fotokoppler 66 umfaßt einen
Transistor 68, der über
eine Basis-Emitter-Strecke des Transistors 84 verbunden
ist, so daß das
Stop-Signal den
Transistor 84 dazu veranlaßt, die Schwingung der Treiberschaltung 20 zu unterbrechen.
Ein Temperaturfühler
ist am Temperaturregler vorhanden, so daß infolge der Erhöhung der Temperatur
des Horns 120 über
eine Bezugstemperatur, wobei die Temperatur durch den temperaturgesteuerten
Widerstand 15 gemessen wird, die Treiberschaltung 20 aktiviert
wird, um die Schwingung nur dann fortzusetzen, wenn die gemessene
Temperatur unter ein Temperaturniveau fällt, welches niedriger ist als
die Bezugstemperatur. Wenn die gemessene Temperatur unter das Temperaturniveau
fällt,
reagiert der Temperaturregler 65 durch eine Beendigung
der Aussendung des Stop-Signals, wodurch die Schwingung an der Treiberschaltung 20 wieder
aufgenommen wird. Die zweite Einheit zur Messung der Temperatur 62 umfaßt eine
Vergleichsschaltung 69, die tätig ist, um einen Transistor 160 zu
aktivieren, wenn die am temperaturgesteuerten Widerstand 15 gemessene
Temperatur einen zuvor bestimmten Wert übersteigt, wodurch ein Transistor 163 eines
Fotokopplers 161 aktiviert wird und in Folge davon die Stromzufuhr 1,
mit der der Transistor 163 verbunden ist, unterbrochen
wird. Der zuvor festgelegte Wert für die Vergleichsschaltung 69 ist
so eingestellt, daß dieser
Wert höher
ist als die Bezugstemperatur des Temperaturreglers 65,
um die Ultraschall-Schwingungen als eine Sicherheitsmaßnahme als
Reaktion auf das Horn 120, das außergewöhnlich stark erhitzt wurde,
zu unterbrechen, auch wenn der Temperaturregler 65, der
aus einem Mikroprozessor hergestellt ist, ausfallen sollte.
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Der
Betrieb des Gerätes
zur Abgabe von Ultraschall wird nun mit Bezug auf 7 erläutert. Nach
dem Einschalten eines Schalters für die Stromzufuhr und das Drücken einer
Start-Taste wird die Treiberschaltung 20 aktiviert und
veranlaßt
das piezoelektrische Element 110, mit der Erzeugung von Ultraschall
zu beginnen, sowie auch den Timer zu aktivieren. Gleichzeitig wird
die Temperaturmessung des Horns 120 aktiviert, so daß bei der
Feststellung einer überhöhten Temperatur
durch die erste Einheit zur Messung der Temperatur 61,
wie zum Beispiel 45 °C,
die Anzeige der Treiberschaltung 70 die Temperaturwarnung
abgibt, daß das
Horn 120 überhitzt
ist und der Timer sowie auch die Treiberschaltung 20 veranlaßt werden,
ihre Tätigkeit
zu unterbrechen. Wenn sich bei der gemessenen Temperatur herausstellt,
daß diese
nach der Ingangsetzung des Timers unter 45 °C liegt, wird die Ladedetektion
aktiviert und darauf folgend die Bewegungsdetektion, vorausgesetzt,
daß das
Detektionssignal für
die Ladung darauf hinweist, daß der
Applikatorkopf 100 geladen ist. Wenn kein Detektionssignal
für die
Ladung abgegeben wird, wird während
einer begrenzten Zeitspanne von zum Beispiel 40 Sekunden eine Warnmeldung angezeigt,
die auf die fehlende Ladung hinweist, welche den Benutzer auffordert,
den Applikatorkopf 100 in Kontakt mit der Haut zu bringen.
Nach einem Verstreichen von 40 Sekunden ohne das Detektionssignal,
wird das Gerät
angesteuert, das Warnsignal auszulösen, um den Betrieb sowie auch
den Timer und die Erzeugung des Ultraschalls zu unterbrechen. Die Bewegungsdetektion
wird beim Vorhandensein des Detektionssignals der Ladung durchgeführt, so
daß bei
der Abgabe des Detektionssignals für die Bewegung innerhalb einer
Zeitspanne von zum Beispiel 15 Sekunden eine Anzeige erscheint,
die auf den normalen Betrieb hinweist und eine Anweisung für den Count-Down
an den Timer weitergeleitet wird. Nach dem Verstreichen einer zuvor
festgelegten Betriebszeit wie zum Beispiel 10 Minuten in diesem
Zustand wird die Treiberschaltung ausgesetzt. Wenn eine Pause-Taste
innerhalb dieser 10 Minuten gedrückt wird,
wird die Treiberschaltung ausgesetzt, der Timer jedoch arbeitet
kontinuierlich weiter, um die Zeit zurückzuzählen. Wenn eine Taste für den Neustart
innerhalb von 10 Minuten gedrückt
wird, nimmt die Treiberschaltung die Erzeugung von Ultraschall wieder
auf.
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Obwohl
die oben genannte Ausführungsform so
ausgestaltet ist, daß die
Steuerschaltung die Treiberschaltung deaktiviert, wenn keine Ladung
oder keine Bewegung festgestellt wurden, ist die vorliegende Erfindung
nicht auf dieses Merkmal beschränkt
und ist so ausgestaltet, daß sie
die Ultraschall-Energie bei einer solchen Detektion reduziert.
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Um
jetzt auf die 8 und 9 Bezug
zu nehmen, werden die Einzelheiten des Applikatorkopfes 100,
d.h. die Kombination aus dem piezoelektrischen Element 110 und
dem Horn 120 erläutert.
Das piezoelektrische Element 110 ist aus Keramik hergestellt
und weist die Form einer runden Scheibe mit einer einheitlichen
Stärke
auf und wird an seinen oberen und unteren Seiten jeweils mit den
oberen und unteren Elektroden 111 und 112 bereitgestellt.
Das Horn 120 besteht aus Aluminium und weist die Form einer
runden Scheibe mit einem Oberflächenbereich auf,
der etwas größer ist
als das piezoelektrische Element 110 sowie eine einheitliche
Stärke.
Der elektrische Impuls, der von der Treiberschaltung 20 ausgeht,
wird auf die Elektroden 111 und 112 durch Zuführungskabel 101 und 102,
die entsprechend mit der oberen Elektrode 111 und dem Horn 120 verlötet sind,
wie in 9 ersichtlich, abgegeben. Das Horn 120 ist
damit als ein einstückiges
Teil mit einem schlauchförmigen
Rand 130 ausgebildet, welcher das Horn 120 umgibt.
Der Rand 130 ragt nach unten aus der Peripherie des Horns 120 hinaus
und ist an seinem oberen und unteren Ende am Gehäuse 10 befestigt,
um den Applikatorkopf 100 mit dem Gehäuse zu verbinden. Das obere
Ende des Randes 130 paßt
geschmeidig in eine Mündung 12 des
Gehäuses 10 mit
einem elastischen Dämpfungsring 132,
der sich dazwischen befindet. Das Horn 120 besitzt eine Seite 121,
die flach montiert ist, um darauf das piezoelektrische Element in
einem engen Kontaktverhältnis
zu tragen, sowie eine flache Seite, die der Haut gegenüberliegt 122,
um über
das Fluid F, das auf der Haut verteilt ist, in Kontakt mit der Haut
zu kommen. Das piezoelektrische Element 110 ist am Horn 120 befestigt,
so daß dieses
in die kombinierte Vibrationsmasse M, welche mit dem elektrischen
Impuls aus der Treibersteuerung 20 vibriert, integriert
ist, um den Ultraschall, der auf die Haut übertragen werden soll, zu erzeugen.
Ein Widerstand 140 in Form eines Hohlraumes erstreckt sich
zwischen dem Horn 120 und dem Rand 130, um die
Ultraschallvibrationen davon abzuhalten, sich zum Rand 130 hin
auszubreiten, wodurch der Ultraschall wirksam auf die Haut des Benutzers
konzentriert wird, wie es durch die Pfeile in 9 gezeigt
wird. Das bedeutet, daß der
Hohlraum 140 dazu dient, den Rand 130 im Wesentlichen
von der kombinierten Vibrationsmasse M des piezoelektrischen Elementes 110 und
des Horns 120 im Hinblick auf die Ultraschallvibrationen
zu isolieren. Als ein Ergebnis der Ausbildung des Hohlraumes 140 verbleibt
eine Überbrückung 142 mit
einer geringeren Stärke,
um das Horn 120 mit dem Rand 130 zu verbinden.
Die verringerte Stärke
(t) der Überbrückung 142 ist
so ausgewählt,
daß sie
sich von einem mehrfachen Integral des Viertels der Wellenlänge des
Ultraschalls (t ungleich n-λ/4,
wobei n eine Ganzzahl darstellt) unterscheidet, so daß die Ultraschallvibrationen
wirksam davon abgehalten werden, sich zum Rand 130 hin
auszubreiten. Wie in 10 und 11 gezeigt,
kann der Hohlraum 140 mit einem geeigneten Medium 144 gefüllt sein,
um die Ultraschallvibrationen zurückzuhalten, oder kann mit runden
Ecken 146 abgeschlossen sein. Ferner, wie in 12 gezeigt,
kann ein zusätzlicher
Hohlraum 148 mit einer anderen Tiefe in einem konzentrischen
Verhältnis
zum Hohlraum 140 ausgebildet sein.
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Wie
in 13 gezeigt ist, ist die Gesamtstärke (T)
der kombinierten Vibrationsmasse M des piezoelektrischen Elementes 110 und
des Horns 120 so ausgewählt,
daß diese
der Hälfte
der Wellenlänge (T=λ/2) der Ultraschallvibration
bei einer Basisfrequenz von zum Beispiel 1 MHz entspricht, so daß die kombinierte
Vibrationsmasse M auch bei Frequenzen, die mehrfache Integrale der
Basisfrequenz darstellen, wie zum Beispiel dem zweifachen, dreifachen und
vierfachen der Basisfrequenz, schwingen kann, wohingegen Wellenbäuche an
der gegenüberliegenden
Seite 122 des Horns 120 und der oberen Fläche der
Elektrode 111 ausgebildet werden, wie es schematisch in
der Figur dargestellt ist.
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Um
die Ultraschall-Leistung wirksam und mit minimalem Verlust auf die
Haut zu übertragen
und ebenso, um den normalen Ladezustand vom abnormalen Ladezustand
oder vom ungeladenen Zustand bei der Aktivierung der kombinierten
Vibrationsmasse M im Bereich der Resonanzfrequenz zu unterscheiden,
ist das piezoelektrische Element 110 so ausgestaltet, daß es eine
Struktur aufweist, die Vibrationen im Zentrum der kombinierten Vibrationsmasse
M zurückhält, um dadurch
unerwünschte
störende Resonanzen
zu reduzieren, welche es der Detektionsschaltung für die Ladung
ansonsten schwer machen würden,
zwischen dem normalen Ladezustand und dem ungeladenen oder abnormal
geladenen Zustand zu unterscheiden. Dies bedeutet, daß, wie bei 14 gezeigt,
die unerwünschte
Resonanz Fluktuationen erzeugt, die die Kurven des elektrisch gleichwertigen
Scheinwiderstandes überlagern,
wie es durch die gepunkteten Linien im Hinblick auf die veränderte Frequenz
veranschaulicht ist, wenn die Vibrationsmasse M sich im ungeladenen
oder abnormal geladenen Zustand befindet. Durch dieses Ergebnis wird
es in der Praxis schwer, zwischen dem Zustand der normalen Ladung
und dem ungeladenen oder abnormal geladenen Zustand auf Basis des
Scheinwiderstandes der Vibrationsmasse M in der Nähe der Resonanz-
oder Antiresonanzfrequenzen zu unterscheiden. In der Folge ist es
kaum mehr möglich,
den sich verändernden
Scheinwiderstand, der den Druckkontakt der Vibrationsmasse M in
einem zugelassenen Bereich, wie es durch die Linien in Form von Pfeilen
in der Figur veranschaulicht ist, in der Nähe der Resonanz- oder Antiresonanzfrequenzen
festzustellen, da die Intensität
des Ultraschalls in Übereinstimmung
mit dem Druck, mit dem die kombinierte Masse M gegen die Haut eines
Benutzers gehalten wird, nicht variiert, wenn sich die Vibrationsmasse
M im normal geladenen Zustand befindet.
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15 und 16 zeigen
eine bevorzugte Struktur zur Reduzierung von unerwünschten
störenden
Resonanzen in einem Größenumfang,
daß die Detektionsschaltung
für die
Ladung 40 den Zustand der normalen Ladung vom Zustand der
fehlenden oder abnormalen Ladung im Hinblick auf den elektrisch
gleichwertigen Scheinwiderstand der kombinierten Vibrationsmasse
M unterscheiden kann. Bei dieser Struktur ist eine sich im Mittelpunkt
befindende Öffnung 114 ausgebildet,
um das Zentrum der oberen Elektrode 111, des piezoelektrischen
Elementes 110 und der unteren Elektrode 112 zu
erweitern, um dadurch die Vibrationen im Zentrum des piezoelektrischen
Elementes 110 zu begrenzen. Durch dieses Ergebnis weist
die kombinierte Vibrationsmasse M im Verhältnis zur Frequenz im Zustand
der fehlenden oder der abnormalen Ladung kennzeichnende Kurven für einen
präzisen
Scheinwiderstand auf, wie es durch die gepunkteten Linien in 17 angezeigt wird,
welche gut von der Kurve des Scheinwiderstandes unterschieden werden
können,
da dieser durch eine durchgezogene Linie in derselben Figur dargestellt
wird.
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Wie
aus 17 ersichtlich ist, kann die Vibrationsmasse M
im ungeladenen oder abnormal geladenen Zustand den elektrisch gleichwertigen Scheinwiderstand
abgeben, welcher sich eindeutig von dem Scheinwiderstand unterscheidet,
der im Zustand der normalen Ladung auftritt. Durch diesen Vorteil
bei der Unterscheidung kann die Detektionsschaltung der Ladung 40 den
abnormal geladenen oder ungeladenen Zustand erfolgreich voneinander unterscheiden,
indem einfach nur die Spannung, die den elektrisch geladenen Scheinwiderstand
der Vibrationsmasse M widerspiegelt, überwacht wird, wie es schon
mit Bezug auf die Monitor-Schaltung 90 erläutert wurde.
Dadurch wird es möglich,
den Scheinwiderstand, der sich mit dem Druckkontakt der Vibrationsmasse
M in dem zugelassenen Maße ändert, genau
festzustellen, wie es durch die Linien in Form von Pfeilen in der
Figur nahe der Resonanz- oder Antiresonanzfrequenzen erläutert wird.
Demzufolge kann die Intensität
des Ultraschalls in Übereinstimmung
mit dem Druck, mit dem die Kombinationsmasse M gegen die Haut des
Benutzers gedrückt
wird, abgeändert
werden, solange sich die Vibrationsmasse M im normalen Ladezustand
befindet.
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In
Kombination mit der Öffnung 114 in
der Mitte kann mindestens eine der oberen und unteren Elektroden 111 und 112 so
ausgebildet sein, daß sie einen
Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der des piezoelektrischen
Elementes 110, so daß die
Vibrationen auch an der Peripherie des piezoelektrischen Elementes
reduziert werden und damit auch die kombinierte Vibrationsmasse
M, um die störende Resonanz
weiter zu reduzieren. Die sich im Zentrum befindende Öffnung 114 kann
sich an mindestens einer der Elektroden und am piezoelektrischen
Element befinden, wie es zum Beispiel in 18 und 19 gezeigt
wird.
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Ferner – und wie
in 20 und 21 aufgezeigt – können die
Elektroden 111 und 112 durch sich diametral erweiternde
Schlitze 116 in vier identische Segmente oder Sektoren 117 unterteilt
sein. Die Schlitze erstrecken sich durch den Mittelpunkt der Elektroden,
damit die Mittelpunkte und die sich diametral erweiternden Randbereiche
des piezoelektrischen Elementes unbedeckt bleiben, wodurch die Vibrationen
an den nicht bedeckten Mittelpunkten und den Randbereichen begrenzt
werden und somit unerwünschte
störende
Resonanzen reduziert werden, um ebenso das Merkmal des Widerstandes
aus 17 zu erzeugen.
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Alternativ
dazu kann eine oder beide der Elektroden 111 und 112 in
zwei oder acht Segmente 117 unterteilt sein, wie es in
den 22 und 23 zu
demselben Zweck veranschaulicht wird.
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Ferner
ist es möglich,
einen Schlitz 116A mit geschlossenen Enden auszubilden,
die sich auch im piezoelektrischen Element 110 und in den
Elektroden 111 und 112 befinden, wie es in den 24 und 25 gezeigt
wird, oder ein Schlitz 116B kann ausgebildet werden, der
an einem seiner Enden geöffnet ist,
oder parallele Schlitze 116C in mindestens einer Elektrode
und dem piezoelektrischen Element können ausgebildet werden, wie
es in 26 und 27 gezeigt
wird.
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28 und 29 zeigen
eine Modifikation der oben genannten Ausführungsform, bei der ein zentrales
Loch 134 im Horn 120 in einer Reihe mit den zentralen Öffnungen 114 ausgebildet
ist, um ferner die Vibrationen im Zentrum der kombinierten Vibrationsmasse
M zu begrenzen und dadurch unerwünschte
störende
Resonanzen, die in einem Übermaß auftreten,
zu reduzieren. Die Kombinationsmasse M kann mit nur dem zentralen
Loch 134 im Horn 120 bereitgestellt werden, wie
es in 30 gezeigt wird. In diesem Fall
weist das zentrale Loch 134 die Form eines Hohlraumes auf,
wie es in 31 gezeigt wird.
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32 und 33 zeigen
eine alternative Struktur, bei der ein elastisches Element 150 im
Zentrum der oberen Elektrode 111 zum Zweck der Absorption
befestigt ist und um dadurch die Vibrationen im Mittelpunkt des
piezoelektrischen Elementes 110 zu begrenzen. Das elastische
Element 150 ist vorzugsweise aus Silikongummi hergestellt.
Anstelle der Bereitstellung des elastischen Elementes 150 ist
es ebenso möglich,
dem Zentrum der Elektrode 111 Gewicht zu verleihen, um
die Vibrationen im Zentrum des piezoelektrischen Elementes 110 zu
begrenzen und dadurch unerwünschte
störende
Resonanzen im Zentrum der kombinierten Vibrationsmasse M zu reduzieren.
Das Gewicht wird durch einen Lötkontakthügel 160 oder
ein Lötauge
hergestellt, die für
die elektrische Verbindung der Elektrode 111 mit dem Zuführungsdraht 101 aus
der Treiberschaltung 20 verwendet werden.
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Es
wurde bestätigt,
daß die
Struktur, die hier zum Zweck der Reduzierung von unerwünschten
störenden
Resonanzen durch Begrenzung von mindestens der Vibrationen im zentralen
Bereich der kombinierten Vibrationsmasse M offenbart wird, sich
als wirksam erwiesen hat, um mindestens den ungeladenen Zustand
vom geladenen Zustand bezogen auf den elektrisch gleichwertigen
Scheinwiderstand der Vibrationsmasse M über den Frequenzbereich von
1 MHz bis 10 MHz zu unterscheiden. Bei dieser Verbindung kann das
Gerät der
vorliegenden Erfindung so konfiguriert werden, daß es nicht
auf die Zustände der
abnormalen Ladung, die in 2C gezeigt
werden, reagiert, und deshalb die Benutzung ohne das Fluid F gestattet.
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Es
hat sich bei dieser Verbindung herausgestellt, daß die einzelnen
Strukturen, die mit Bezug auf die 15, 16 und 18 bis 35 gezeigt werden,
in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden können, um
die unerwünschte
störende
Resonanz zu reduzieren. Ferner, und was die Elektroden betrifft,
ist es möglich,
daß einer
der Elektroden die oben genannte Struktur verliehen wird, um die
Vibrationen im Zentrum der Vibrationsmasse zu reduzieren, während die
andere Elektrode im Wesentlichen in ihrer Gesamtheit die Seite des
piezoelektrischen Elementes 110 bedeckt.