JP2006087686A - 超音波美容装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波振動を利用して、生体の肌表面又は生体内の目的箇所を美容する超音波美容装置において、インピーダンスの値を用いて正常な使用状態と正常でない使用状態を正確に判別する。
【解決手段】
超音波振動を発生する超音波振動子１１と、超音波振動子１１に接続され、任意形状の超音波放射面から生体の肌表面又は生体内の目的箇所に超音波を伝達させるホーン１２により構成された超音波振動ブロック１０と、超音波振動ブロックを駆動する駆動回路１３を備え、超音波放射面における振動振幅分布を略均一にするために、超音波振動子１１を楕円形状又は少なくとも２以上の円を合成し各円の接線を結合した形状とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波領域での振動エネルギーを利用して、生体の肌表面又は生体内の目的箇所を美容する超音波美容装置に関する。

従来から一般的に知られている超音波美容装置の構成を図１３に示す。超音波美容装置１００は超音波伝達用媒体１２０を介して被美容処理部１３０に超音波を伝達させるものであり、電気振動を機械振動に変換する超音波振動子１０１と、超音波振動子１０１により変換された機械振動の振動エネルギーを生体の肌表面又は生体内などの被美容処理部１３０に効率良く伝達させる放射面を備えたキャップ状のホーン１０２、振動ブロック内の超音波振動子１０１に電気振動を供給する駆動回路１０３などで構成されている。超音波振動子１０１及びホーン１０２は、振動ブロック１１０を構成している。

ところで、超音波振動子を駆動すると、本来必要な振動の他に不要モードの振動が発生するために、効率が悪くなる場合がある。また、不要モードの振動が発生すると、振動ブロックが発熱したり、あるいは振動ブロックに割れなどが生じたりする可能性もある。そのため、特許文献１では、発生される不要モードの超音波振動の位相を１８０度ずらせることにより、２つの振動を互いに打ち消させることによって、結果として不要モードの振動の発生を防止している。

しかしながら、この技術は、駆動する周波数における不要振動を防止する目的から提案されたものであって、本来駆動する周波数以外の不要振動モードは考慮されていない。また、従来の一般的な超音波発生装置においては、本来駆動する周波数以外の不要振動モードを考慮する必要もなかった。

ところが、超音波美容装置では、正常な負荷を与えているときには、高効率に美容効果を得るために電力供給を増大させ、負荷を与えていないときには、振動ブロックの発熱を防ぐために、電力供給を減少させる構成が必要である。そのため、一般的には、超音波振動系におけるインピーダンス周波数特性の負荷による変化を検出して駆動回路にフィードバックし、電力供給を制御している。

超音波美容装置１００の正常な使用状態を図１４（ａ）に、また、正常でない使用状態を図１４（ｂ）〜（ｅ）にそれぞれ示す。超音波美容装置１００では、正常な状態に使用され、正常に駆動されている場合と、正常でない状態で使用されている場合とを判別して、電力供給を制御する必要があると共に、正常な状態で使用されている場合であっても、振動ブロック１１０が正常に駆動されている状態と、正常に駆動されていない状態とを判別して、電力供給を制御する必要がある。超音波美容装置１００における一般的な電力供給制御方法としては、正常な状態の電気的な等価インピーダンスと、正常でない状態の電気的な等価インピーダンスを検知し、それに応じて電力供給を制御することが考えられる。具体的には、振動ブロック１１０における超音波振動系のインピーダンス周波数特性を指標として、駆動周波数における電気インピーダンスを検知する。

図１５において、破線は振動ブロック１１０の無負荷時におけるインピーダンス周波数特性を示し、実線は超音波美容装置１００の正常な使用状態におけるインピーダンス周波数特性を示す。図中破線で示すように、無負荷時（ホーンに何も接触していないとき）のインピーダンス周波数特性が乱れていない状態において、超音波美容装置１００の振動ブロック１１０を、超音波伝達媒体１２０を介して、被美容処理部１３０に接触させると、正常時のインピーダンス周波数特性は、無負荷時のインピーダンス周波数特性と比較して、実線で示すように、共振周波数付近のインピーダンスが上がり、反共振周波数付近のインピーダンスが下がる。

図１６において、破線は振動ブロック１１０の無負荷時におけるインピーダンス周波数特性を示し、一点鎖線は超音波美容装置１００の正常な使用状態におけるインピーダンス周波数特性を示し、実線は超音波美容装置１００の正常でない使用状態におけるインピーダンス周波数特性を示す。超音波美容装置１００が正常でない状態で使用されている場合、正常な負荷が振動ブロック１１０に与えられていないため、共振周波数付近のインピーダンスと反共振周波数付近のインピーダンスの変化が小さく、無負荷時のインピーダンス周波数特性と比較して、その差が小さい。

ここで、図１５及び図１６のＡ点及びＢ点に着目すると、共振点付近のＡ点では、無負荷を含めた正常でない状態（非正常時）になるとインピーダンスは下がり、反共振点付近のＢ点では、非正常時になるとインピーダンスは上がる。このインピーダンスの違いを検知し、駆動回路１０３にフィードバックして、電力供給を制御すればよい。

しかしながら、従来の超音波美容装置では、インピーダンスを検知する周波数帯域において、本来の共振モードの他に不要な共振モードが重畳しているため、インピーダンス周波数特性が乱れる。そのため、インピーダンスの値で正常な状態と正常でない状態を判別することが困難であり、正確で安定した駆動を行うことが事実上不可能であった。

図１７において、破線は振動ブロック１１０の無負荷時におけるインピーダンス周波数特性を示し、一点鎖線は超音波美容装置１００の正常な使用状態におけるインピーダンス周波数特性を示し、実線は超音波美容装置１００の正常でない使用状態におけるインピーダンス周波数特性を示す。図１７からわかるように、不要な振動モードが重畳してインピーダンス周波数特性が乱れると、無負荷時を含む非正常時において本来Ａ点ではインピーダンスが下がり、Ｂ点ではインピーダンスが上がるはずであるが、インピーダンスの上がり下がりが反対になったり、インピーダンスが変わらなかったりしてしまい、インピーダンスの違いを検知することが困難となる。この現象は、特に振動ブロック１１０を駆動する周波数が高くなるほど顕著に現れるので、基本振動モードを利用したり、高次モードを利用したりして、振動ブロック１１０を数ＭＨｚ以上の高い周波数で安定して駆動させることが困難であった。

さらに、正常な使用状態と正常でない使用状態の判別ができずに電力供給を続けると、振動ブロック１１０の発熱、人体への悪影響、超音波美容装置１００自体の信頼性低下などが生じる。そのため、超音波美容装置１００が正常でない状態で使用されているときは、電力供給を下げるなど、電力供給を制御する必要がある。

また、電気的等価インピーダンス以外に、超音波美容装置１００の正常な使用状態と正常でない使用状態を判別する方法としては、図１８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、振動ブロック１１０に振動検出用の小型振動子１０４を設けて振動の振幅を検知し、正常時の振動の振幅と非正常時の振動の振幅を判別することが考えられる。そして、検出した振動の振幅に応じて電力供給を制御すればよい。なお、（ａ）はホーン１０２に小型振動子１０４を設けた構成例を示し、（ｂ）は超音波振動子１０１に小型振動子１０４を設けた構成例を示す。

しかしながら、このような構成では、振動の振幅を検知するために、少なくとも検知可能な大きさで振動している箇所に小型振動子１０４を接続しなければならず、超音波美容装置１００の使用中に小型振動子１０４が外れたり、故障したりする可能性がある。そのため、超音波美容装置１００の長期的な信頼性が低くなる。また、振動の振幅を検知するために、信頼性の高い小型振動子１０４を使用する必要があり、超音波美容装置１００のコストアップにつながる。
特開平７−５９１９７

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、振動ブロックの使用状態及び駆動状態を安定して検知することができ、かつ低コストで安全な超音波美容装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、超音波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子に接続され、任意形状の超音波放射面から生体の肌表面又は生体内の目的箇所に超音波を伝達させるホーンとにより構成された超音波振動ブロック、及び前記超音波振動ブロックを駆動する駆動回路を備えた超音波美容装置であって、
前記駆動回路は、前記振動ブロックに与えている負荷状態を電気的インピーダンスの違いにより判別する検知手段をさらに備え、
前記超音波振動子は、前記振動ブロックのインピーダンス周波数特性における不要共振モードを低減するために、前記ホーンの超音波放射面における振動振幅分布を略均一にするための構造を有していることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の超音波美容装置において、前記超音波放射面における振動振幅分布を略均一にするための構造として、前記超音波振動子を楕円形状に構成したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の超音波美容装置において、前記超音波放射面における振動振幅分布を略均一にするための構造として、前記超音波振動子を、少なくとも２以上の円を合成し各円の接線を結合した形状に構成したことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２又は３の超音波美容装置において、前記超音波放射面は、前記超音波振動子と略相似形であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２又は３の超音波美容装置において、前記超音波放射面における振動振幅が最大となる点の振動振幅を抑制する構造を有することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５の超音波美容装置において、前記振動振幅を抑制する構造として、前記ホーン又は前記超音波振動子に穴を設けたことを特徴とする。

超音波美容装置１００における振動ブロックは、図１９に示すように、超音波振動の駆動源となる超音波振動子１０１と、その超音波振動を生体の肌表面又は生体内の目的箇所に伝達させるホーン１０２で構成されている。そして、振動ブロック１１０における超音波振動子１０１とホーン１０２の厚さを、超音波振動における１／２波長の整数倍に設定することにより、振動ブロック１１０は超音波振動を行う。ところが、振動ブロック１１０は、ホーン放射面から生体の肌表面又は生体内に伝達される方向の超音波振動と共に、径方向振動や、梁振動、ねじり振動等、放射面と垂直な方向以外にも超音波振動が形成され、それらが反射されたり、干渉し合ったりして本来の駆動に不要な寄生振動モードの要因となる。

例えば超音波振動子１０１が円盤状の場合、図２０（ｂ）に示すように、超音波振動子１０１の中央付近に振動エネルギーが集中し、超音波振動子１０１の中央の振動振幅とその端部近傍の振動振幅に差異が生じ、超音波振動子１０１の振動の振幅が全表面で均一ではなくなる。これが不要な共振モードを引き起こす原因となり、検知されるべき周波数付近でのインピーダンス周波数特性が乱れる。そのため、上記のように、超音波美容装置１００の正常な使用状態と正常でない使用状態におけるインピーダンスの違いを判別することが困難となる。

なお、理想的な振動モードと、不要な寄生振動モードによる振動を図２１に示す。図２１中、（ａ）は理想的な振動モードであって、超音波振動子の全面が厚み方向にほぼ均一に伸縮振動を行っている状態を示す。また、（ｂ）は超音波振動子の厚み方向の振幅が不均一であるために発生する寄生振動の一例である梁振動を、（ｃ）は寄生振動の他の例であるねじり振動を示す。

そこで、請求項１の発明によれば、駆動回路は、振動ブロックに与えている負荷状態を電気的インピーダンスの違いにより判別する検知手段をさらに備え、超音波振動子は、振動ブロックのインピーダンス周波数特性における不要な共振モードを低減するために、ホーンの超音波放射面における振動振幅分布を略均一にするための構造を有している。具体的には、請求項２又は３の発明のように、超音波振動子を楕円形状又は少なくとも２以上の円を合成し各円の接線を結合した形状に構成している。

超音波振動子を楕円形状又は複数の円を合成した形状など、複数の中心を有する形状にすることにより、超音波振動子を円盤形状とした従来例と比較して、振動振幅の集中が分散され、振動振幅が均一化される。そのため、本来の振動ブロックの駆動には不要な共振が選択的に低減されるので、超音波振動により本来必要な振動だけを形成することができ、インピーダンス周波数特性を安定させることができる。その結果、超音波美容装置が正常な使用状態におけるインピーダンスと、正常でない使用状態におけるインピーダンスを明確に判別することができるので、振動ブロックの正常な使用状態における電気的な等価インピーダンスと、正常でない使用状態における電気的な等価インピーダンスの違いを検知して電力供給を制御することができ、振動ブロックを安定かつ安全に駆動させることが可能となる。

また、ホーンの超音波放射面における振動振幅分布を略均一にすることにより、生体に安全な超音波美容器を実現できる。さらに、超音波振動子の全面で振動振幅を略均一にすることができるので、超音波振動子とホーンの剥離等を防ぐことも可能となる。さらに、超音波振動子の形状を変更するなど、比較的簡単な構成により、超音波放射面における振動振幅分布の略均一化を実現しているため、低コストで安全な超音波美容装置を提供することが可能になる。

また、請求項４の発明によれば、超音波放射面を超音波振動子と略相似形にしているので、さらにホーンと超音波振動子の形状違いによる不要振動の発生を防ぐことができる。

さらに、請求項５の発明によれば、超音波放射面における振動振幅が最大となる点の振動振幅を抑制する構造を有しているので、さらに不要な振動（径方向振動や、梁振動、ねじり振動）の発生を抑制することができる。具体的には、請求項６の発明のように振動振幅を抑制する構造として、ホーン又は超音波振動子に穴を設けている。このように、比較的簡単な構成により振動振幅の抑制を実現しているので、低コストで安全な超音波美容装置を提供することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る超音波美容装置について説明する。はじめに、第１実施形態に係る超音波美容装置を図面に表現するにあたり、便宜上、超音波振動の振幅を本来の縦波を横波に変換して記述し、超音波振動の伝達方向を矢印の方向で示し、振動振幅の大きさを矢印の大きさで示している。他の実施形態においても同様である。

第１実施形態に係る超音波美容装置の構成を図１に示す。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、超音波美容装置１は、圧電材料１１Ａを電極１１Ｂ及び１１Ｃで挟んだ構造を有し、電気振動を機械振動に変換して超音波振動を発生させる超音波振動子１１と、超音波振動子１１からの超音波振動を生体の肌表面又は生体内などの被美容処理部１３０に効率良く伝達させる放射面を備えたホーン１２と、超音波振動子１１に電気振動を供給する駆動回路１３などで構成されている。超音波振動子１１及びホーン１２は、振動ブロック１０を構成している。また、超音波振動子１１のマイナス側の電極１１Ｃに関しては、ホーン１２を介して導通させている。

駆動回路１３は、振動ブロック１０に与えられている負荷状態を電気的インピーダンスの違いにより判別する検知機能を有しており、超音波美容装置１が正常に使用され、かつ超音波振動子１１が正常に振動している状態における電気的な等価インピーダンスと、超音波美容装置１が正常に使用されていない状態における電気的な等価インピーダンスと、超音波美容装置１が正常に使用されているけれども、超音波振動子１１が正常に振動していない状態における電気的な等価インピーダンスの違いを検知して、超音波振動子１１への電力供給を制御する。

駆動回路１３による電気的な等価インピーダンスを検知する検知周波数帯域における不要共振を低減させるために、振動ブロック１０は、ホーン１２の超音波放射面における振動振幅分布を略均一にする構造を有している。具体的には、図１（ｃ）に示すように、超音波振動子１１の平面形状は略楕円形状を有している。超音波振動子１１の圧電材料１１Ａとしては、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛磁器（ＰＺＴ）などのセラミックス材料が好ましい。

図２０（ａ）に示すような従来の円盤状の超音波振動子の場合、形状の性格上、中心が１点のみとなるため、図２０（ｂ）に示すように、振動振幅が中心に集中し、振動振幅の分布が中央のみ突出した形態となり、これにより不要な振動モードが発生する。この現象は、特に数ＭＨｚ以上の周波数や、超音波振動子本来の基本振動モードの他に、高次振動モードを利用する場合に顕著に見られる。そのため、図２０（ｃ）に示すインピーダンス周波数特性において、不要な振動成分が現れる。

一方、図２（ａ）に示すように、超音波振動子１１を楕円形状に構成すると、真円と異なり、中心点を２点持つ（楕円の焦点）ことになり、図２（ｂ）に示すように、振動振幅の集中が分散され、振動振幅分布が略均一になる。その結果、振動振幅の不均一性が原因で発生した不要な振動を抑制することができ、電気的等価インピーダンス値による正常値と非正常値の検知が可能となる。その結果、図２（ｃ）に示すように、インピーダンス周波数特性において、不要な振動成分はほとんど現れない。

超音波振動子１１とホーン１２は、一体化された状態で、超音波の定在波振動を発生させるように構成されていること好ましい。それにより、振動ブロック１０の本来の駆動には不要な振動を低減させ、不要な振動に起因する発熱や超音波振動子１１の剥離を抑えるとともに、インピーダンス周波数特性を安定させることができる。

上記図１９に示すように、振動ブロック１０が超音波振動を行えるように、超音波振動子１１とホーン１２の厚さは、超音波振動における１／２波長の整数倍となるように設定されている。また、一般的には、超音波振動子１１とホーン１２の接合部が、超音波振動振幅の定在波における腹に位置にするように、超音波振動子１１とホーン１２の厚さが設定されている。

なお、振動ブロック１０は、本来の駆動周波数の他に、共振周波数が複数存在する。それは、振動ブロック１０で形成される超音波のうち最も低い共振周波数、すなわち、超音波振動子１１とホーン１２で半波長を形成する周波数の略整数倍である。図３中、（ａ）は超音波振動子１１とホーン１２の厚さと超音波振動における共振周波数（又は１／２波長の整数倍）の関係を概念的に示し、（ｂ）は無負荷時におけるそれぞれに対応するインピーダンス周波数特性の関係を示す。図３（ｂ）において符号Ｂ及びＣで示すように、超音波振動子１１とホーン１２の厚さが超音波振動の１／２波長の２倍又は３倍に相当するときは、不要な振動が発生してインピーダンス周波数特性が不安定になっていることがわかる。

これら複数の共振周波数のうち、任意の共振周波数で超音波振動子１１を駆動させるとすると、その共振周波数（駆動周波数）を含めた全ての共振周波数は、超音波美容装置１の使用状態を検知するための周波数として用いることができる。例えば、超音波振動子１１とホーン１２の厚さが超音波振動の１／２波長の２倍又は３倍に相当する周波数で振動ブロック１０を駆動させる場合、その周波数帯域でのインピーダンス周波数特性が不安定になるので、振動ブロックの正常な使用状態における電気的な等価インピーダンスと、正常でない使用状態における電気的な等価インピーダンスの違いを正確に判別することは困難である。しかしながら、インピーダンス周波数特性が安定している他の共振周波数で、超音波振動子１１を一時的に駆動することにより、振動ブロックの正常な使用状態における電気的な等価インピーダンス（正常値）と、正常でない使用状態における電気的な等価インピーダンス（非正常値）の違いを正確に判別することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る超音波美容装置について説明する。なお、超音波美容装置１の基本的構成は図１に示す第１実施形態の場合と同様であるので、相違点のみを説明する。上記第１実施形態では、インピーダンス周波数特性の不要な共振モード発生の要因となる振動振幅の分布を略均一にするために、超音波振動子１１の平面形状を楕円形状としたが、第２実施形態では、超音波振動子１１の平面形状を、少なくとも２以上の円を合成し、各円の接線を結合した形状（円合成形状）としている。超音波振動子１１の形状を、少なくとも２以上の円を合成し、各円の接線を結合した形状とすることによっても、楕円形状の場合と同様に中心点が複数となり、これにより振動振幅の分布を略均一にすることができる。

図４において、（ａ）及び（ｂ）は２つの円を合成した場合の超音波振動子１１の形状を示す断面図及び平面図であり、（ｃ）はその厚さ方向における振動振幅の分布を示す。合成される円の数は２つの限定されず、図５に示すように３つの円を合成してもよいし、それ以上の数であってもよい。但し、合成する円の数を多くしすぎると、円合成形状そのものが円と同等となってしまい、中心を持つため、５つ程度までが好ましい。また、図４及び図５では、各円の直径をそれぞれ等しく描いているが、これに限定されるものではなく、直径の異なる複数の円の合成であってもよい。

なお、超音波振動子１１の平面形状を楕円形状や円合成形状にする場合、各中心点（各焦点）が離れている方が、不要な共振モードをより抑制することができる。ただし、各中心点を離しすぎると、それぞれの中心点が独立してしまい、それぞれの中心点で鋭角な振動振幅分布となってしまうため、注意が必要である。参考として、円合成形状の場合は、各円の直径よりも、各円の中心間距離を短くすることが望ましい。

また、超音波振動子１１の平面形状を円合成形状や楕円形状にした場合、ホーン１２の超音波放射面も超音波振動子１１と略相似な円合成形状や楕円形状にすることが好ましい。それにより、超音波振動子１１とホーン１２と形状違いによる不要な振動の発生を低減又は防止することが可能となる。さらに、ホーン１２を楕円形状にすることで、比較的鋭角な部分を形成することができ、例えば顔面における小鼻や目尻等の狭い部位と、頬や額等の広い部位を一つの超音波美容器で施術することができる。

次に、従来の円盤状の超音波振動子と、本発明の第１実施形態に係る楕円形状の超音波振動子を用いてインピーダンス周波数特性を測定した。その結果について説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ円盤状及び楕円形状の.５ＭＨｚ超音波振動子の単体についてのインピーダンス周波数特性波形であって、５ＭＨｚ付近の波形を示す。図６（ａ）に示す円盤状の超音波振動子による波形では、共振周波数と反共振周波数の間に不要な共振モードが多数存在している。これに対して、図６（ｂ）に示す楕円形状の超音波振動子による波形では、不要な振動モードが明らかに減少していることがわかる。

図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ上記円盤状及び楕円形状の超音波振動子をホーン１２に貼り付けた状態におけるインピーダンス周波数特性波形を示す。ホーン１２に貼り付けた場合であっても、上記と同様の傾向を示していることがわかる。このように、超音波振動子１１を楕円形状にすることにより、不要な振動を抑制することができ、電気的等価インピーダンス値による正常値と非正常値の検知が可能となる。

図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ上記円盤状及び楕円形状の超音波振動子による振動振幅分布を三次元的に表したものである。図８（ａ）に示すように、従来の円盤状の超音波振動子の中央部分の振動のみが突出している。これに対して、図８（ｂ）に示すように、楕円形状の超音波振動子による振動振幅分布は、超音波振動子のほぼ全面で均一な振動となっている。超音波振動子の平面形状を円合成形状とした場合も同様である。このように、超音波振動子の形状を楕円形状又は円合成形状とすることにより、超音波振動子の振動振幅をその全面において略均一に保つことができるので、生体に安全な超音波美容装置を実現できると共に、振動による超音波振動子の剥離も防止することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る超音波美容装置について説明する。なお、超音波美容装置１の基本的構成は図１に示す第１実施形態の場合と同様であるので、相違点のみを説明する。第３実施形態における超音波振動子１１は、その振動振幅が最大となる位置の振動振幅を抑制する構造を有している。

上記第１及び第２実施形態によれば、複数の中心点を有する楕円形状や円合成形状の超音波振動子１１を用いることにより、振動振幅の分布を略均一にすることができる。しかしながら、図９（ｂ）に示すように、超音波振動子１１の振動振幅がその全面で均一でなく、楕円の焦点部分や合成された各円の中心部分の振幅が若干大きく、超音波振動子１１の端部近傍での振動振幅が小さくなる。そのため、振動振幅の分布に不均一が発生し、図９（ｃ）に示すような不要な共振が発生する可能性がある。振動ブロック１０における不要共振は、径方向振動や、梁振動、ねじり振動等の厚さ方向以外で形成される超音波が原因であり、特に高い周波数で発生してしまう。

これを防止する方法として、超音波振動子１１の電極１１Ｂの表面のうち、特に振動振幅の大きい部分に弾性体を接続させればよい。具体的には、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、超音波振動子１１の電極１１Ｂの表面に弾性体１５が接続されている。弾性体１５は、楕円形状の超音波振動子１１の電極１１Ｂの表面における各焦点部分付近にのみ接続すれば、効率を減少させずに不要振動のみを抑制させることができる。また、円合成形状の超音波振動子１１場合も、電極１１Ｂの表面における合成された各円の中心付近にのみ接続する。これにより、図１０（ｃ）に示すように、弾性体１５が超音波振動子１１の比較的大きい振動振幅を抑制することで、超音波振動子１１の全面で均一な振動振幅を発生させることができ、不要共振の発生を防ぐことができる。弾性体１５は、耐久性及び耐熱性を有するシリコンゴム等の材質で構成されていることが好ましい。これにより、簡単、かつ低コストに、超音波振動子１１の過剰な振動振幅を効果的に抑制することができる。その結果、インピーダンス周波数特性の不要な振動成分をさらに低減させることができ、インピーダンス値による正常値と非正常値の検知をより正確に行うことが可能となる。

また、図１１に示すように、超音波振動子１１に電力を供給するためのリード線１６を、超音波振動子１１の電極１１Ｂの表面のうち、特に振動振幅の大きい箇所にはんだ付けにより接続してもよい。さらに、接続部分にシリコンなどの弾性体を被せてもよい。このような構成によっても、上記の場合と同様に、超音波振動子１１の比較的大きい振動振幅を抑制することで、超音波振動子１１の全面で均一な振動振幅を発生させることができ、不要共振の発生を防ぐことができる。

あるいは、図１２に示すように、超音波振動子１１又はホーン１２の振動振幅の大きい箇所に穴１７を設けてもよい。このように、超音波振動子１１又はホーン１２の振動振幅の大きい箇所に穴１７を設けることにより、超音波振動子１１の振動面積を確保し、かつ振動効率を維持しつつ、大きい振幅の大きい振動の発生を抑え、振動振幅分布を均一にし、不要な振動モードの発生を抑制することができる。その結果、上記の場合と同様の効果が得られる。

なお、本発明は、上記各実施形態の記載に限定されるものではなく、発明の精神及び特許請求の範囲に逸脱することなく、様々な修正を加えることができるものである。

本発明の第１実施形態に係る超音波美容装置の構成を示す図であり、（ａ）全体構成を示す断面図、（ｂ）は振動ブロックの断面図。 （ａ）は第１実施形態における超音波振動子の形状を示す平面図、（ｂ）は振動ブロックの振動振幅の分布（近似）を示す模式図、（ｃ）は振動系のインピーダンス周波数特性を示すグラフ。 （ａ）は超音波振動子とホーンの厚さと超音波振動における共振周波数（又は１／２波長の整数倍）の関係を概念的に示す図、（ｂ）は無負荷時におけるそれぞれに対応するインピーダンス周波数特性の関係を示す図。 本発明の第２実施形態に係る超音波美容装置の構成を示す図であり、（ａ）は振動ブロックの断面図、（ｂ）は超音波振動子の形状を示す平面図、（ｃ）は振動ブロックの振動振幅の分布を示す模式図。 第３実施形態における超音波振動子の他の構成例を示す図。 （ａ）は従来の円盤状の超音波振動子単体のインピーダンス周波数特性を示すグラフ、（ｂ）は第１実施形態に係る楕円形状の超音波振動子単体のインピーダンス周波数特性を示すグラフ。 （ａ）は従来の円盤状の超音波振動子をホーンに貼り付けた状態におけるインピーダンス周波数特性を示すグラフ、（ｂ）は第１実施形態に係る楕円形状の超音波振動子をホーンに貼り付けた状態におけるインピーダンス周波数特性を示すグラフ。 （ａ）は従来の円盤状の超音波振動子による振動振幅分布を三次元的に表したグラフ、（ｂ）は第１実施形態に係る楕円形状の超音波振動子三次元的に表したグラフ。 （ａ）は上記第１実施形態に係る超音波美容装置の超音波振動子の形状を示す平面図、（ｂ）は振動ブロックの振動振幅のより正確な分布を示す模式図、（ｃ）はインピーダンス周波数特性を示すグラフ。 本発明の第３実施形態に係る超音波美容装置の一構成例を示す図であり、（ａ）は超音波振動子の形状を示す平面図、（ｂ）は振動ブロックの振動振幅の分布を示す模式図、（ｃ）は振動系のインピーダンス周波数特性を示すグラフ。 本発明の第３実施形態に係る超音波美容装置の別の構成例を示す図であり、（ａ）は超音波振動子の形状を示す平面図、（ｂ）は振動ブロックの振動振幅の分布を示す模式図、（ｃ）は振動系のインピーダンス周波数特性を示すグラフ。 本発明の第３実施形態に係る超音波美容装置のさらに別の構成例を示す図であり、（ａ）は超音波振動子の形状を示す平面図、（ｂ）は振動ブロックの振動振幅の分布を示す模式図、（ｃ）は振動系のインピーダンス周波数特性を示すグラフ。 従来の超音波美容装置の構成を示す断面図。 （ａ）は超音波美容装置の正常な使用状態を示す図、（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ正常でない使用状態を示す図。 超音波美容装置の正常な使用状態におけるインピーダンス周波数特性を示すグラフ。 超音波美容装置の正常でない使用状態におけるインピーダンス周波数特性を示すグラフ。 超音波美容装置の正常でない使用状態におけるインピーダンス周波数特性を示すグラフ。 超音波美容装置の正常な使用状態と正常でない使用状態を判別するために、（ａ）はホーンに小型振動子を設けた従来の振動ブロックの構成例を示す断面図、（ｂ）は超音波振動子に小型振動子を設けた従来の振動ブロックの構成例を示す断面図。 一般的な超音波美容装置における振動ブロックの超音波振動子とホーンの厚さと、超音波振動の１／２波長との関係を示す図。 円盤状超音波振動子を有する従来の超音波美容装置の構成を示す図であり、（ａ）は超音波振動子の形状を示す平面図、（ｂ）は振動ブロックの振動振幅の分布を示す模式図、（ｃ）はインピーダンス周波数特性を示すグラフ。 理想的な振動モードと、不要な寄生振動モードによる振動を示す図であり、（ａ）は理想的な振動モードであって、超音波振動子の全面が厚み方向にほぼ均一に伸縮振動を行っている状態、（ｂ）は超音波振動子の厚み方向の振幅が不均一であるために発生する寄生振動の一例である梁振動、（ｃ）は寄生振動の他の例であるねじり振動を示す。

符号の説明

１ 超音波美容装置
１０ 振動ブロック
１１ 超音波振動子
１１Ａ 圧電材料
１１Ｂ、１１Ｃ 電極
１２ ホーン
１３ 駆動回路
１５ 弾性体
１６ リード線
１７ 穴

Claims (6)

1. 超音波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子に接続され、任意形状の超音波放射面から生体の肌表面又は生体内の目的箇所に超音波を伝達させるホーンとにより構成された超音波振動ブロック、及び前記超音波振動ブロックを駆動する駆動回路を備えた超音波美容装置であって、
   前記駆動回路は、前記振動ブロックに与えている負荷状態を電気的インピーダンスの違いにより判別する検知手段をさらに備え、
   前記超音波振動子は、前記振動ブロックのインピーダンス周波数特性における不要共振モードを低減するために、前記ホーンの超音波放射面における振動振幅分布を略均一にするための構造を有していることを特徴とする超音波美容装置。
2. 前記超音波放射面における振動振幅分布を略均一にするための構造として、前記超音波振動子を楕円形状に構成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波美容装置。
3. 前記超音波放射面における振動振幅分布を略均一にするための構造として、前記超音波振動子を、少なくとも２以上の円を合成し各円の接線を結合した形状に構成したことを特徴とする請求項１に記載の超音波美容装置。
4. 前記超音波放射面は、前記超音波振動子と略相似形であることを特徴とする請求項２又は３に記載の超音波美容装置。
5. 前記超音波放射面における振動振幅が最大となる点の振動振幅を抑制する構造を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の超音波美容装置。
6. 前記振動振幅を抑制する構造として、前記ホーン又は前記超音波振動子に穴を設けたことを特徴とする請求項５に記載の超音波美容装置。
   

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