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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung ist auf einen Ultraschall-Lockenwickler gerichtet
und insbesondere auf einen Ultraschall-Lockenwickler zum Wickeln
des Haares in Ringe oder Spiralen durch Anwenden von Ultraschallschwingungen.
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STAND DER
TECHNIK
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Ein
Lockenwickler zum Wickeln des Haares unter Anwendung von Ultraschallschwingungen
ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 8-299046 beschrieben.
Das Gerät
umfaßt
einen Hohlzylinder, der an einem Ende mit einem Horn versehen ist,
das Ultraschallschwingungen aussendet, und um den herum das Haar
gewickelt wird, so daß das
Lockenwickeln durch die durch den Zylinder übertragenen Ultraschallschwingungen
erfolgt.
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Im
US-Patent 4 023 579 ist ein anderer Lockenwickler beschrieben. Dessen
Aufbau ähnelt
dem im japanischen Patent beschriebenen Aufbau, wobei jedoch zwei
Abschnitte vorgesehen sind, ein Hohlzylinder und eine Wandlereinrichtung,
die abnehmbar miteinander verbunden sind. Für die Behandlung des Haars
verbreiten beide Geräte
radiale Ultraschallwellen.
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Es
ist zwar bei diesen Geräten
der Haarwickelabschnitt hohl ausgebildet, um die Schwingungen zu
verstärken,
die maximale Amplitude der Schwingungen tritt jedoch am Ende des
Hohlzylinders auf. Der mittlere Abschnitt des Zylinders, um den
herum das Har im wesentlichen gewickelt ist, gibt daher nicht ausreichend
Ultraschallschwingungen an das Haar ab, mit der Folge einer geringen
Energieübertragung.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Mit
der vorliegenden Erfindung soll das obige Problem überwunden
werden; Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ultraschall-Lockenwickler
zu schaffen, bei dem die Ultraschallschwingungen mit einer begrenzten
Ultraschallenergie wirkungsvoll angewendet werden, um in kurzer
Zeit wirkungsvoll Locken wickeln zu können.
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Der
erfindungsgemäße Ultraschall-Lockenwickler
umfaßt
ein Gehäuse,
einen im Gehäuse
untergebrachten Ultraschallgenerator zum Erzeugen von Ultraschallschwingungen
und ein Horn für
die Aufnahme und das Übertragen
der Ultraschallschwingungen. Das Horn ist an seinem Ende mit einem
Hohlzylinder versehen, der für
die Aufnahme eines zu wickelnden Haarstranges darum herum von dem
Gehäuse
vorsteht und der zwischen seinen Längsenden einen Zwischenabschnitt
mit einer Haarwickelzone aufweist, dessen Querschnitt kleiner ist
als der der anderen Abschnitte des Hohlzylinders. Die Ultraschallschwingungen
werden in der Axialrichtung des Horns ausgesendet, und die Haarwickelzone
mit verringertem Querschnitt kann mit einer Amplitude schwingen,
die größer ist
als am vorderen Endes des Zylinders, damit die Ultraschallschwingungen
wirkungsvoll auf das Haar übertragen
werden und das Lockenwickeln effektiv erfolgt.
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Die
Lockenwickelzone kann so ausgestaltet sein, daß ihr Querschnitt zur Mitte
der Lockenwickelzone in Längsrichtung
kleiner ist als an den gegenüberliegenden
Längsenden
der Lockenwickelzone, oder so, daß sie über die gesamte longitudinale
Länge einen
gleichbleibenden Querschnitt aufweist.
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Die
Lockenwickelzone mit verringertem Querschnitt kann durch eine in
der Außenseite,
der Innenseite oder beiden Seiten des Hohlzylinders ausgebildete
Vertiefung realisiert werden.
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Die
Lockenwickelzone mit verringertem Querschnitt kann auch durch das
Vorsehen einer Anzahl von Schlitzen realisiert werden, die sich
in der Axialrichtung des Hohlzylinders erstrecken und die in Umfangsrichtung
um den Hohlzylinder herum beabstandet sind. Zwischen den in Umfangsrichtung
beabstandeten Schlitzen sind Stege definiert, die sowohl in der
Radialrichtung als auch in der Längsrichtung
des Hohlzylinders schwingen. Jeder Schlitz hat eine solche Länge, daß die Stege
um die Resonanzfrequenz des Horns herum schwingen, wenn eine Haarsträhne um die
Lockenwickelzone gewickelt ist. Dadurch kann die Lockenwickelzone
zusätzlich
dazu, daß die
Schwingungsamplitude erhöht
ist, radiale Schwingungen entwickeln, um die Wirksamkeit des Lockenwickelns
zu erhöhen.
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Die
Schlitze haben eine solche Länge,
daß die
Stege im lastfreien Zustand ohne einen Haarstrang auf der Lockenwickelzone
mit einer Frequenz schwingen, die höher ist als die Resonanzfrequenz des
Horns.
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Der
Hohlzylinder kann über
seine Länge
mit einer Anzahl von Schlitzgruppen versehen sein, die jeweils aus
den in Umfangsrichtung beabstandeten Schlitzen bestehen, so daß der Lockenwickelabschnitt
sich über
eine große
Strecke über
die Länge des
Zylinders erstrecken kann, ohne daß die Festigkeit des Zylinders
dadurch wesentlich herabgesetzt wird. Die Schlitze können so
angeordnet sein, daß die
Schlitze in einer Schlitzgruppe in Längsrichtung zu den Schlitzen
in der benachbarten Schlitzgruppe ausgerichtet sind, oder so, daß die Schlitze
in einer Schlitzgruppe gegenüber
den Schlitzen in der benachbarten Schlitzgruppe in Umfangsrichtung
versetzt sind.
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Damit
die Schlitze an ihren Ecken keine Ausgangspunkte von Rissen aufgrund
der Spannungskonzentration bilden, ist jeder Schlitz so ausgestaltet, daß er gerundete
Ecken aufweist. Außerdem
kann jeder Schlitz an seinem Umfang von einem Verstärkungsrahmen
umgeben sein, der dem Umfang des Schlitzes eine zusätzliche
Dicke verleiht.
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Der
Hohlzylinder kann des weiteren an seinem Vorderende mit einer Anzahl
von offenen Schlitzen versehen sein. Die offenen Schlitze erstrecken sich
in der Längsrichtung
des Hohlzylinders und sind in Umfangsrichtung um den Hohlzylinder
herum derart beabstandet, daß sie
zwischen den in Umfangsrichtung benachbarten offenen Schlitzen zusätzliche Stege
definieren, wobei diese zusätzlichen
Stege für ein
verbessertes Lockenwickeln radiale Schwingungen ausbilden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Ultraschall-Lockenwicklers gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Aufsicht auf den Hohlzylinder an einem Ende eines Horns, wie
er bei dem obigen Lockenwickler verwendet wird;
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3 ist
eine Ansicht zur Erläuterung
der Amplitudenverteilung in der Axialrichtung des Hohlzylinders;
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4, 5 und 6 sind
Aufsichten auf andere Hohlzylinder, die bei dem obigen Ultraschall-Lockenwickler
verwendet werden können;
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7 ist
eine Aufsicht auf einen anderen Hohlzylinder, der bei dem obigen
Ultraschall-Lockenwickler verwendet werden kann;
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8 zeigt
ein Querschnitt längs
der Linie 8-8 in der 7;
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9 ist
eine Ansicht zur Erläuterung
der Amplitudenverteilung in der Axialrichtung des Hohlzylinders
der 7;
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10 und 11 sind
Aufsichten auf weitere Hohlzylinder, die bei dem obigen Ultraschall-Lockenwickler
verwendet werden können;
und die
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12A, 12B und 12C sind Schnittansichten von Verstärkungsrahmen
um den Umfang eines Schlitzes in dem obigen Hohlzylinder.
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BESTE ARTEN
DER ERFINDUNGSAUSFÜHRUNG
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In
der 1 ist ein Ultraschall-Lockenwickler gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt, der ein Gehäuse 10 aufweist, das
einen Ultraschallvibrator 20 aufnimmt. Mit dem Ultraschallvibrator 20 ist
ein Horn 30 verbunden, von dem ein Hohlzylinder 40 vorsteht,
um den ein Haarstrang H gewickelt werden kann. Der Vibrator 20 umfaßt ein Paar
von piezoelektrischen Elementen 22 auf den gegenüberliegenden
Seiten einer Elektrodenplatte 21, er ist zwischen dem Horn 30 und
einer Halterung 31 angeordnet. Die Halterung 31 umfaßt eine Schraube 34,
die den Vibrator 20 durchsetzt und die an der Rückseite
des Horns 30 befestigt ist, um den Vibrator 20 mit
dem Horn 30 zu verbinden. Der Vibrator 20 erzeugt
bei Erhalt eines elektrischen Hochfrequenzsignals von einer Treiberschaltung 23 eine
Ultraschallschwingung längs
der Achse des Horns und überträgt diese
auf das Horn 30. Das Horn 30 besteht aus einem
Metall wie Titan, Aluminium oder Edelstahl oder aus FRP (Faserverstärktem Kunststoff)
und wird vom Vibrator 20 in eine Schwingung mit einer Frequenz
von 20 kHz bis 100 kHz versetzt.
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Das
Horn 30 besteht aus einem Hauptkörper 32, der vom Gehäuse 10 aufgenommen
wird, und dem Hohlzylinder 40 mit kreisförmigem Querschnitt, der über einen
Konus 35 konzentrisch nach außen vom Gehäuse vorsteht. Der Konus ist
von einem soliden Aufbau mit einem Durchmesser, der zum Hohlzylinder 40 hin
kleiner wird, um so die Schwingungen zu verstärken. Am Vorderende des Gehäuses 10 ist zum
Befestigen des Horns 30 am Gehäuse 10 ein zwischen
dem Hauptkörper 32 und
dem Konus 35 ausgebildeter Flansch 33 befestigt.
Das Horn 30 ist als eine einheitliche Struktur ausgebildet,
die den Hauptkörper 32,
den Flansch 33, den Konus 35 und den Hohlzylinder 40 umfaßt. Alternativ
kann der Hohlzylinder 40 so ausgebildet sein, daß der Flansch 33 oder
der Konus 35 ein integraler Teil davon ist, so daß er durch
eine Schraube mit dem Hauptkörper 32 verbunden
werden kann, die sich durch den inneren Boden des Hohlzylinders 40 erstreckt.
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Der
Hauptkörper 32 weist
eine solche axiale Länge
auf, daß die
axiale Länge
zwischen der Mitte des Vibrators 20 und dem Flansch 33 gleich λ/2 ist (wobei λ die Wellenlänge der
Ultraschallschwingung ist), um am Flansch 33 einen Knoten
der Schwingung mit einer Nullamplitude der Schwingung auszubilden.
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Die
axiale Länge
vom Flansch zum vorderen Ende des Hohlzylinders 40 wird
gleich λ/4
gewählt. Wenn
das Horn 30 aus Aluminium besteht und so angesteuert wird,
daß eine
Ultraschallschwingung mit 27 kHz abgegeben wird, beträgt die Länge (λ/4) vom Flansch 33 bis
zu vorderen Ende des Hohlzylinders 40 etwa 50 mm. Wenn
das Horn 30 aus Titan besteht und für die Abgabe einer Ultraschallwelle
mit der gleichen Frequenz angesteuert wird, beträgt die Länge (λ/4) 48 mm. Die Länge zwischen
dem Flansch 33 und dem vorderen Ende des Hohlzylinders 40 kann, falls
erforderlich, außer
zu λ/4 auch
zu 3 λ/4
gewählt werden.
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Wie
in der 2 gezeigt, ist der Hohlzylinder 40 in
seiner axialen Mitte mit einer Lockenwickelzone 41 versehen,
deren Querschnitt kleiner ist als der der anderen Abschnitte des
Zylinders. Diese Lockenwickelzone 41 wird durch das Vorsehen
einer Vertiefung in der Außenseite
des Zylinders erzeugt, wobei der Querschnitt zu der Mitte hin kleiner
gemacht wird als an den gegenüberliegenden
Enden davon. Die Lockenwickelzone 41 mit verringertem Querschnitt erhält so gegenüber den
anderen Abschnitten erhöhte
Ultraschallschwingungen, wie es in der 3 durch die
ausgezogene Linie angezeigt wird, wodurch die Ultraschallschwingungen
wirkungsvoll auf den Haarstrang in dem Abschnitt übertragen
werden, um den das Haar gewickelt ist, wodurch die Haarformung in
kurzer Zeit erfolgt. In der 3 zeigen gestrichelte
Linien die Schwingungsamplitude bei Abwesenheit der Lockenwickelzone
an. Wie in der Abbildung gezeigt, erhöht das Vorsehen der Lockenwickelzone 41 mit
verringertem Querschnitt die Maximalamplitude der Schwingungen.
Der distale Bereich 42 vor der Lockenwickelzone 41 weist
ebenfalls einen Querschnitt auf, der kleiner ist als der des Konus 32,
der von der Lockenwickelzone 41 zum Flansch 33 verläuft, damit
auch der distale Bereich 42, um den möglicherweise Haar gewickelt
ist, eine größere Schwingungsamplitude
aufweist.
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Wie
in der 4 gezeigt, kann die Lockenwickelzone 41 so
ausgestaltet sein, daß sie über die ganze
axiale Länge
einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist. In dieser Version dient
der distale Bereich 42 als effektiver Stopper zum Verhindern, daß das Haar
vom Zylinder abrutscht.
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Die
Verringerung des Querschnitts in der Lockenwickelzone 41 kann
außer
durch den obigen Aufbau auch dadurch erfolgen, daß eine Vertiefung an
der Innenseite des Hohlzylinders 41 ausgebildet wird, oder
daß an
der Außenseite
und an der Innenseite des Hohlzylinders Vertiefungen ausgebildet werden,
wie es in den 5 und 6 gezeigt
ist.
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Damit
der um die Lockenwickelzone 41 gewickelte Haarstrang sicher
festgehalten wird, kann eine Haarklammer der bekannten Art ausgebildet
werden. In diesem Fall wird am besten der Flansch 33, der
einen Schwingungsknoten bildet, zum schwenkbaren Halten der Haarklemme
verwendet. Es kann aber auch jeder andere Aufbau zum Festhalten
des Haares an die vorliegende Erfindung angepaßt werden.
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Die 7 und 8 zeigen
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der der Hohlzylinder 40 in
seiner axialen Mitte mit einer Anzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Schlitzen 50 versehen
ist, um die Lockenwickelzone 41 mit verringertem Querschnitt
zu erzeugen. Zwischen jeweils zwei benachbarten der in Umfangsrichtung
beabstandeten Schlitze 50 sind Stege 51 ausgebildet,
die sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung schwingen,
um das Lockenwickeln zu verbessern. Wie in der 9 gezeigt,
entsteht bei der vorliegenden Erfindung an der Lockenwickelzone 41 eine
größere Schwingungsamplitude
(durch die ausgezogene Linie angezeigt) als im distalen Bereich 42,
und die maximale Schwingungsamplitude ist gegenüber dem Fall ohne Schlitze
(durch gestrichelte Linien angezeigt) größer. Die in der Abbildung dargestellte
Schwingungsamplitude ist die Summe der Schwingungsamplituden in
der Axialrichtung und in der Radialrichtung.
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Die
Länge L
der Schlitze 50 wird so gewählt, daß die Stege 51 im
Lastzustand mit einem Haarstrang auf der Lockenwickelzone 41 mit
der Resonanzfequenz des Horns 30 schwingen und im lastfreien
Zustand mit einer Frequenz schwingen, die größer ist als die Resonanzfrequenz.
Die Länge
L wird mittels folgender Gleichung bestimmt: L2 = (k2/2πf)√(EI/ρA),wobei
k ein Schwingungskoeffizient, f die Schwingungsfrequenz (Hz), E
die vertikale Nachgiebigkeit (Pa), I das Sekundärmoment (m4), ρ die relative
Dichte (kg/m3) und A der Querschnitt (m2) eines Steges zwischen den Schlitzen ist.
Der Schwingungskoeffizient k kann aus dem primären Schwingungskoeffizienten
(k = 4,730), dem sekundären
Schwingungskoeffizienten (k = 7,853) und einem dritten Schwingungskoeffizienten
ausgewählt
werden, der von der Länge
L (λ/4 oder
3λ/4) vom
Flansch 33 zum vorderen Ende des Hohlzylinders 40 abhängt. Bei
der vorliegenden Ausführungsform
beträgt
die Länge
L etwa 11 mm.
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Wie
in der 10 gezeigt, ist es auch möglich, mehr
als eine Anordnung von in Umfangsrichtung beabstandeten Schlitzen
in der Axialrichtung vorzusehen, um so die Lockenwickelzone 41 zu
verbreitern. In diesem Fall sind die Schlitze 50 oder Stege 51 in
einer Anordnung gegenüber
den Schlitzen oder Stegen in der benachbarten Anordnung vorzugsweise
versetzt, damit die Festigkeit des Hohlzylinders 40 erhalten
bleibt. Wenn mehr als eine Anordnung von Schlitzen ausgebildet wird,
kann der Hohlzylinder 40 eine Länge L = 3λ/4 haben.
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Die 11 zeigt
eine Modifikation, bei der eine Anzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten offenen
Schlitzen 60 im distalen Bereich 42 ausgebildet
ist, um zwischen den benachbarten offenen Schlitzen 60 zusätzliche
Stege 61 zu erzeugen. In diesem Fall ermöglichen
die zusätzlichen
Stege 61, die in der Axialrichtung schwingen können, eine
Behandlung des Haares auch im distalen Bereich 42. Die
offenen Schlitze 60 weisen jeweils eine Länge auf,
die durch die obige Gleichung für
den Schlitz 50 bestimmt wird, die jedoch kleiner ist als
die der geschlossenen Schlitze, wie es in der Abbildung gezeigt ist,
da die zusätzlichen
Stege 61 wie einseitig befestigte Stege wirken, was den
Schwingungskoeffizienten k herabsetzt. In diesem Fall kann der Schwingungskoeffizient
aus dem primären
Schwingungskoeffizienten (k = 1,875), dem sekundären Schwingungskoeffizienten
(k = 4,964) oder einem dritten Schwingungskoeffizienten (k = 8,885)
gewählt
werden, der von der Länge
des Hohlzylinders 40 abhängt.
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Es
ist anzumerken, daß die
Schlitze vorzugsweise gerundete Ecken aufweisen, um eine Spannungskonzentration
an diesen Stellen zu verhindern. Wie in den 12A bis 12C gezeigt, kann außerdem um den äußeren und/oder
inneren Umfang der Schlitze 50 ein Verstärkungsrahmen 52 ausgebildet
werden, der dem Umfang des Schlitzes eine zusätzliche Dicke verleiht, während der
verringerte Querschnitt der Lockenwickelzone erhalten bleibt.
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Auch
wenn die obigen Ausführungsformen Schlitze
zeigen, die in der Axialrichtung des Hohlzylinders ausgerichtet
sind, können
die Schlitze bezüglich
der Axialrichtung unter einem geeigneten Winkelbereich geneigt sein.