JP2009165503A - 超音波振動装置及びそれを用いた美容装置 - Google Patents

Abstract

【課題】厚み方向のインピーダンス特性において共振周波数から反共振周波数の間にスプリアスを生じることが防止された超音波振動装置、及びそれを用いた美容装置を提供する。
【解決手段】超音波振動を発生させる超音波振動子１と、該超音波振動子１を接続させる接続面２ｂ及び目的箇所に向けて超音波を発信させる超音波発信面２ａを逆向きの平板面として有するホーン２と、を具備する超音波振動装置４０である。上記ホーン２は、厚み方向に沿って径方向寸法が一定寸法に維持される領域が、厚み方向の５０％未満となるように設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波振動装置及びそれを用いた美容装置に関する。

従来から、図１０に示すように超音波振動子１をホーン２に接続させて備え、超音波振動子１に電気的振動を供給して機械的振動に変換させることで、ホーン２を介して超音波振動を外部に発信させる構成の超音波振動装置４０が知られている（特許文献１参照）。図中のｔはホーン２の厚み、ｄはホーン２の径方向寸法である。上記構成の超音波振動装置４０は例えば美容装置に好適に用いられ、ホーン２を肌面に押し当てることで、肌面や生体内部に向けて超音波振動を伝達させて所望の美容効果を得るようになっている。

このような超音波振動装置４０が備えるホーン２の理想的な厚み方向のインピーダンス特性を図１１に示している。また、スプリアスのある場合のインピーダンス特性を図１２に示している。図示のように、高い超音波発生効率を得ることのできる共振周波数ｆｒから反共振周波数ｆａの範囲（発振範囲）内の例えば周波数ｆｄ１で上記スプリアスが生じた場合には、所望の出力を得ることが困難となる。

ここで、上記スプリアスが生じる原因としては、ホーン２の径方向の振動が厚み方向の振動に影響を与えることが考えられる。特に、径方向において大きな共振を生じた場合、この共振が大きな影響を与えて厚み方向のインピーダンス特性に上記スプリアスを生じさせる。しかし、図１０に示すように、従来の超音波振動装置４０のホーン２はその大部分において径方向寸法が厚み方向に沿って一定となっており、径方向に大きな共振が生じやすいものであった。
特開２００７−２６０３６６号公報

本発明は上記問題点に鑑みて発明したものであって、厚み方向のインピーダンス特性において共振周波数から反共振周波数の間にスプリアスを生じることが防止された超音波振動装置、及びそれを用いた美容装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明を、超音波振動を発生させる超音波振動子１と、該超音波振動子１を接続させる接続面２ｂ及び目的箇所に向けて超音波を発信させる超音波発信面２ａを逆向きの平板面として有するホーン２と、を具備する超音波振動装置４０であって、上記ホーン２は、厚み方向に沿って径方向寸法が一定寸法に維持される領域が、厚み方向の５０％未満であることを特徴したものとする。上記構成の超音波振動装置４０においては、ホーン２の径方向において大きな共振を生じることが抑制される。これにより、ホーン２の厚み方向のインピーダンス特性において共振周波数から反共振周波数の間にスプリアスを生じることが抑制されるようになっている。

なお、ここでの「厚み方向に沿って径方向寸法が一定寸法に維持される領域が厚み方向の５０％未満である」とは、その領域特有の一定寸法で径方向寸法が維持される単一の領域だけで厚み方向の５０％以上になることがないように抑えるという意味である。したがって、その領域特有の一定寸法で径方向寸法が維持される領域が複数存在する場合にも、それぞれの領域だけで厚み方向の５０％以上になることがないように抑える。

上記ホーン２は、超音波発信面２ａに向けて径方向寸法が漸次小さくなるテーパ部３を有するとともに、テーパ部３と超音波発信面２ａとの境界部分に突曲部５を設けたものであることが好適である。このようにすることで、ホーン２の径方向に大きな共振を生じることがテーパ部３の存在によって効果的に抑制されるとともに、超音波発信面２ａを肌面等に当てて用いる際には当たりが良好となって負担を軽減することができる。

また、上記ホーン２は、接続面２ｂ近傍に鍔部６を有するものであることも好適である。このようにすることで、大径となる鍔部６の存在によってホーン２の径方向に大きな共振を生じることが抑制されるとともに、この鍔部６を抜け止め等に利用して超音波振動装置４０を各種の装置に組み込むことができる。

更に、上記ホーン２は、鍔部６よりも超音波発信面２ａ側であり且つ該鍔部６と隣接する部分に、全周に亘って凹溝部７を設けたものであることも好適である。このようにすることで、小径となる凹溝部７の存在によってホーン２の径方向に大きな共振を生じることが抑制されるとともに、この凹溝部７を利用してＯリング等のゴム製品を取り付け、ジェル等の浸入を防止することができる。

そして、上記課題を解決するために本発明を、上記構成の超音波振動装置４０を備え、ホーン２の超音波発信面２ａを肌接触面としたことを特徴とする美容装置６０としてもよい。このようにすることで、ホーン２のインピーダンス特性にスプリアスが生じることを防止して所望の出力を得ることのできる美容装置６０となる。

請求項１に係る発明は、厚み方向のインピーダンス特性において共振周波数から反共振周波数の間にスプリアスを生じることが防止された超音波振動装置になるという効果を奏する。

また請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加えて、テーパ部の存在によりホーンの径方向に大きな共振を生じることが効果的に抑制されるとともに、超音波発信面を肌面等に当てて用いる際にはテーパ部や屈曲部の存在により当たりが良好となって負担が軽減されるという効果を奏する。

また請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明の効果に加えて、鍔部の存在によってホーンの径方向に大きな共振を生じることが抑制されるとともに、この鍔部を利用して超音波振動装置を各種の装置に組み込むことができるという効果を奏する。

また請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明の効果に加えて、凹溝部の存在によってホーンの径方向に大きな共振を生じることが抑制されるとともに、この凹溝部を利用してＯリング等のゴム製品を取り付け、ジェル等の浸入を防止することができるという効果を奏する。

また請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項に係る発明の効果に加えて、ホーンのインピーダンス特性にスプリアスが生じることを防止して所望の出力を得ることができる美容装置になるという効果を奏する。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１には、本発明の実施形態における第１例の超音波振動装置４０を示している。なお、本文中に用いる径方向は図中のｘ方向、厚み方向は図中のｙ方向である。

超音波振動装置４０は、超音波振動を発生させる超音波振動子１と、アルミニウム等の金属を用いて平板状に（具体的には円板状に）形成したホーン２とから成る。ホーン２は、超音波振動子１を接着固定して接続させる接続面２ｂと、目的箇所に向けて超音波を発信させる超音波発信面２ａとを、互いに逆向きの平板面として有するものである。

平板状を成す上記ホーン２の側面は、厚み方向に沿って径方向寸法が漸次変化するテーパ部３と、厚み方向に沿って径方向寸法が一定寸法Ｄ１に維持される胴部４とから成る。テーパ部３はホーン２側面の超音波発信面２ａ側に形成され、超音波発信面２ａに向けて径方向寸法が漸次小さくなる円錐台側面となっている。テーパ部３のテーパ角αは４０°以下に形成することが好ましく、ここでは３８°に形成している。テーパ部３と超音波発信面２ａの境界部分には突曲部５を全周に亘って形成し、突曲部５を介してテーパ部３と超音波発信面２ａを滑らかにつないでいる。

また、胴部４はホーン２側面の接続面２ｂ側に形成されており、接続面２ｂに至るまで径方向寸法が一定な円柱側面となっている。この胴部４とテーパ部３とから成るホーン２にあっては、超音波発信面２ａと胴部４とで径方向寸法が４ｍｍ以上相違するようにテーパ部３を設定している。

上記ホーン２のテーパ部３及び突曲部５は、例えば後述の美容装置６０に超音波振動装置４０を組み込んで用いる場合に、超音波発信面２ａの肌面に対する肌当たりを良くして負担を軽減させることのできる部分である（図６、図８等参照）。また、上記ホーン２の胴部４は、同じく後述の美容装置６０に超音波振動装置４０を組み込んで用いる場合に、この美容装置６０のヘッドカバー１１の開口部と隙間なく嵌合してホーン２を保持させることのできる部分である。

そして、上記ホーン２にあっては、その厚み方向においてテーパ部３が形成される領域が全体の５０％以上となるように設定している。これにより、厚み方向に沿って径方向寸法が一定寸法Ｄ１に維持される胴部４の領域は、全体の５０％未満となっている。テーパ部３においては、厚み方向に沿って径方向寸法が（ひいては径方向の共振周波数や振動特性が）漸次変化するので、径方向においてテーパ部３に大きな共振を生じることがなく、ホーン２の径方向において大きな共振を生じることが抑制される。つまり、ホーン２の径方向の振動が原因となって厚み方向のインピーダンス特性にスプリアスを生じることが、効果的に抑制されるようになっている。

なお、テーパ部３は、厚み方向に沿って径方向寸法が一定割合で変化する側面視直線状の構造に限定されず、例えば図２（ａ）の変形例に示すような側面視円弧状の凹曲面であってもよい。この場合のテーパ部３は、厚み方向に沿って径方向寸法が小さくなる割合が超音波発信面２ａに近づく程に漸次小さくなるような構造となる。また、図２（ｂ）に示すように、テーパ部３が上記ホーン２の厚み方向の全部に形成されていてもよい。

また、超音波振動子１をホーン２に貼着させる位置については、円板状である超音波振動子１の中心位置が同じく円板状であるホーン２の中心位置からずれるように設定することも好適である。これによれば、ホーン２において更に径方向の共振が生じにくくなり、厚み方向のインピーダンス特性において共振周波数から反共振周波数の間にスプリアスを生じることが更に抑制される。

次に、本発明の実施形態における第２例の超音波振動装置４０について図３に基づいて説明するが、上記した第１例と同様の構成については詳しい説明を省略し、第１例とは相違する特徴的な構成について以下に詳述する。

本例の超音波振動装置４０に備えるホーン２の側面には、厚み方向に沿って径方向寸法が漸次変化する円錐台側面状のテーパ部３と、厚み方向に沿って径方向寸法が一定寸法Ｄ１に維持される円柱側面状の胴部４と、同じく厚み方向に沿って径方向寸法が一定寸法Ｄ２に維持される円柱側面状の鍔部６とを、超音波発信面２ａ側から接続面２ｂ側へとこの順に形成している。接続面２ｂに隣接して形成される上記鍔部６は、その径方向寸法を胴部４よりも大きく設けたものであって、例えば後述の美容装置６０に超音波振動装置４０を組み込んで用いる場合に、美容装置６０のヘッドカバー１１の開口部に胴部４を嵌合させた状態でホーン２の抜け止めを図ることのできる部分である（図６等参照）。

そして、上記ホーン２にあっては、厚み方向に沿って径方向寸法が一定寸法Ｄ１に維持される胴部４の領域と、厚み方向に沿って径方向寸法が別の一定寸法Ｄ２に維持される鍔部６の領域とを、いずれもが厚み方向において全体の５０％未満となるように設定している。これにより、ホーン２の径方向において大きな共振を生じることが抑制される。つまり、ホーン２の径方向の振動が原因となって、厚み方向のインピーダンス特性において共振周波数から反共振周波数の間にスプリアスを生じることが抑制される。

次に、本発明の実施形態における第３例の超音波振動装置４０について図４に基づいて説明するが、上記した第１例及び第２例と同様の構成については詳しい説明を省略し、第１例及び第２例とは相違する特徴的な構成について以下に詳述する。

本例の超音波振動装置４０に備えるホーン２の側面には、厚み方向に沿って径方向寸法が漸次変化する円錐台側面状のテーパ部３と、厚み方向に沿って径方向寸法が一定寸法Ｄ１に維持される円柱側面状の胴部４と、同じく厚み方向に沿って径方向寸法が別の一定寸法Ｄ３に維持される円柱側面状の凹溝部７と、同じく厚み方向に沿って径方向寸法が更に別の一定寸法Ｄ４に維持される円柱側面状の鍔部６とを、超音波発信面２ａ側から接続面２ｂ側へとこの順に形成している。

凹溝部７は、その径方向寸法を胴部４や鍔部６よりも小さく設けたものであり、鍔部６よりも超音波発信面２ａ側であり且つ該鍔部６と隣接する部分に全周に亘って溝を設けた形になっている。この凹溝部７は、例えば後述の美容装置６０に超音波振動装置４０を組み込んで用いる場合に、Ｏリング１２等のゴム製品を嵌合させてジェル等の浸入を防止することができる部分である（図６、図７等参照）。

そして、上記ホーン２にあっては、径方向寸法が一定寸法Ｄ１，Ｄ３，Ｄ２に維持される胴部４、凹溝部７、鍔部６の各領域を、いずれもが厚み方向において全体の５０％未満となるように設定している。これにより、ホーン２の径方向において大きな共振を生じることが抑制される。つまり、ホーン２の径方向の振動が原因となって、厚み方向のインピーダンス特性において共振周波数から反共振周波数の間にスプリアスを生じることが抑制される。

次に、本発明の超音波振動装置４０を備えた美容装置６０について説明する。図５〜図７には、超音波振動装置４０備えたヘッドブロック５０を示しており、図８、図９には、このヘッドブロック５０を組み込んだ美容装置６０を示している。美容装置６０は、超音波振動装置４０を備える一対のヘッドブロック５０と、一対のヘッドブロック５０を支持するヘッド支持ブロック５１と、超音波振動装置４０の超音波振動子１に電気的振動を供給して超音波振動を生じさせる制御回路８を内蔵する把持ブロック９とで、主体を構成している。なお、ここでは第３例の超音波振動装置４０を一方のヘッドブロック５０に備えた美容装置６０について説明するが、第１例や第２例の超音波振動装置４０を備えてもよいことは勿論である。

まず、第３例の超音波振動装置４０を備えた一方のヘッドブロック５０の構成について、図５〜図７に基づいて説明する。このヘッドブロック５０は、超音波振動子１及びホーン２から成る超音波振動装置４０と、ヘッドブロック５０の底部を成すヘッドベース１０と、両端の貫通した円筒状のヘッドカバー１１とを備えている。上記ヘッドカバー１１は、ホーン２の側面に設けた鍔部６と係合し、且つ、ヘッドベース１０の側面に設けたフック３０と係合するものである。上記ヘッドカバー１１を介してホーン２をヘッドベース１０に取付固定することで、ホーン２の超音波発信面２ａを、ヘッドカバー１１の開口部から外部に突出した状態に保持させる。

ホーン２側面の凹溝部７はＯリング１２を嵌合させるものであり、組立状態において上記Ｏリング１２がホーン２とヘッドカバー１１の間に挟持されて、両者２，１１の径方向の隙間を全周に渡って隙間なく埋めるようになっている。ヘッドベース１０の側面にも凹溝部３２を設けており、該凹溝部３２にＯリング３３を嵌合させている。また、ホーン２の接続面２ｂの周縁部には回転防止用の切欠部２８を複数設けており、ヘッドベース１０に設けてある係止リブ２９が上記切欠部２８に嵌入されることで、ホーン２の回転止めを行う。

更にヘッドブロック５０内には、超音波振動子１に給電を行うための振動子側接続端子１３及びホーン側接続端子１４が備えてある。振動子側接続端子１３は、超音波振動子１が表裏に有する一対の電極１５（図７参照）の一方に弾接されることで、該電極１５に直接電気的に接続されるものである。またホーン側接続端子１４は、ホーン２の接続面２ｂに弾接されることで、このホーン２を介して超音波振動子１の他方の電極１５に電気的に接続されるものである。両接続端子１３，１４はヘッドベース１０に固定し、リード線（図示せず）を介して後述の把持ブロック９内の制御回路８に電気接続させる。

上記ヘッドブロック５０は、ヘッドリング１６を介してヘッド支持ブロック５１にフロート自在且つ揺動自在に接続される。ヘッド支持ブロック５１は、ヘッドリング１６を取付固定するヘッド基台１７と、このヘッド基台１７を覆うように固定される一対の基台ケース１８とから成る。

一対のヘッドブロック５０のうち他方のヘッドブロック５０は、基本的な構成は図５〜図７に基づいて説明した一方のヘッドブロック５０の構成と同様であるが、ホーン２の超音波発信面２ａが小面積であって鼻部ケアに好適に用いることができる点や、ヘッドリング１９を介してヘッド支持ブロック５１に揺動不能に接続されている点において相違している。

次に、ヘッド支持ブロック５１がアクセスリング３１を介して接続される把持ブロック９の基本的な構成について説明する。把持ブロック９は、円筒状のハウジング２０と、ハウジング２０の底部を成す下カバー２１と、該ハウジング２０内に組み込まれる制御回路８及び充電池２２と、操作スイッチ２３とから成る。上記操作スイッチ２３は、スイッチゴム２４と、スイッチ押さえ板２５と、スイッチ軸２６と、スイッチパネル２７とから構成される。この充電池２２や操作スイッチ２３は、それぞれリード線（図示せず）を介して制御回路８に電気接続される。

上記構成の美容装置６０においては、操作スイッチ２３を操作して一対のヘッドブロック５０の一方又は両方の駆動をオンにすれば、各ヘッドブロック５０の超音波振動子１に対して、接続端子１３，１４を介して制御回路８から電気的振動が供給される。そして、超音波振動子１において電気的振動が機械的振動に変換されることで超音波振動を発生させ、この超音波振動がホーン２に伝達される。したがって、把持ブロック９を片手で把持しつつホーン２の超音波発信面２ａを肌接触面として用いることで、超音波振動子１から生じる超音波振動を肌面や更に生体内の目的箇所にまで伝達して、所望の美容効果を得ることができる。

ところで、この美容装置６０は一方のヘッドブロック５０の超音波振動手段として第３例の超音波振動装置４０を用いており、超音波振動装置４０のホーン２において、厚み方向に沿って径方向寸法が一定寸法Ｄ１，Ｄ３，Ｄ２に維持される領域（即ち胴部４、凹溝部７、鍔部６の厚み）がいずれも厚み方向の５０％未満となっている。したがって、ホーン２の径方向において大きな共振を生じることが抑制され、厚み方向のインピーダンス特性において共振周波数から反共振周波数の間にスプリアスを生じることが抑制されるようになっている。

加えて、このホーン２は平板状であるから成形が容易であるとともに小型化、軽量化及び低コスト化を図ることができる。しかも、ホーン２には超音波発信面２ａに向けて径方向寸法が漸次小さくなるテーパ部３と更に突曲部５が形成してあるので、ホーン２の径方向に大きな共振を生じることがテーパ部３の存在によって更に効果的に抑制されるとともに、超音波発信面２ａを肌面に当てて用いる際の肌当たりが良好となっている。

更に、互いに径方向寸法が相違する胴部４、凹溝部７、鍔部６をホーン２に形成してあることで、ホーン２の径方向に大きな共振を生じることが抑制されるだけでなく、凹溝部７にＯリング１２を嵌合させたうえでリング状のヘッドカバー１１を被せると図６に示すように、ヘッドカバー１１の開口縁部１１ａがホーン２の胴部４に当たって隙間なく嵌合するとともに、ヘッドカバー１１の内面にＯリング１２が弾接してジェル等の浸入を確実に防止し、更に、このＯリング１２を挟んで鍔部６がヘッドカバー１１の開口縁部１１ａに係止してホーン２の抜け止めをする構造になっている。

なお、上記構成の超音波振動装置４０を備える装置は美容装置６０に限定されるものではなく、診断、加工、接合、洗浄、剤浸透促進、拡散、分散、乳化、霧化等の各種の超音波処理を行う装置であれば適用可能である。

本発明の実施形態における第１例の超音波振動装置の側面図である。 （ａ）、（ｂ）は同上の超音波振動装置の変形例である。 本発明の実施形態における第２例の超音波振動装置の側面図である。 本発明の実施形態における第３例の超音波振動装置の側面図である。 同上の超音波振動装置を備えたヘッドブロックの側面図である。 同上のヘッドブロックの側断面図である。 同上のヘッドブロックの分解斜視図である。 同上のヘッドブロックを備えた美容装置の側面図である。 同上の美容装置の分解斜視図である。 従来の超音波振動装置の説明図である。 同上のホーンの理想的なインピーダンス特性を示す説明図である。 同上のホーンのインピーダンス特性にスプリアスが生じた場合を示す説明図である。

符号の説明

１ 超音波振動子
２ ホーン
２ａ 超音波発信面
２ｂ 接続面
３ テーパ部
６ 鍔部
７ 凹溝部
５０ 超音波振動装置
６０ 美容装置

Claims (5)

1. 超音波振動を発生させる超音波振動子と、該超音波振動子を接続させる接続面及び目的箇所に向けて超音波を発信させる超音波発信面を逆向きの平板面として有するホーンと、を具備する超音波振動装置であって、上記ホーンは、厚み方向に沿って径方向寸法が一定寸法に維持される領域が、厚み方向の５０％未満であることを特徴とする超音波振動装置。
2. 上記ホーンは、超音波発信面に向けて径方向寸法が漸次小さくなるテーパ部を有するとともに、テーパ部と超音波発信面との境界部分に突曲部を設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動装置。
3. 上記ホーンは、接続面近傍に鍔部を有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波振動装置。
4. 上記ホーンは、鍔部よりも超音波発信面側であり且つ該鍔部と隣接する部分に、全周に亘って凹溝部を設けたものであることを特徴とする請求項３に記載の超音波振動装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波振動装置を備え、ホーンの超音波発信面を肌接触面としたことを特徴とする美容装置。

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