JP2023018387A - Spark generator for generating pressure, formula injector including spark generator, method for generating pressure by spark, and method for injecting formula - Google Patents

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Kai Lee Chin
ウラム・パク
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Abstract

To provide a spark generator for generating pressure.SOLUTION: A spark generator includes a main device and a pressure chamber arranged adjacent to the main device. The main device is provided with a circuit for generating prescribed spark voltage and an electromagnet. The pressure chamber is provided with: an incompressible fluid contained therein; a fixed electrode arranged in the incompressible fluid; a movable electrode arranged in the incompressible fluid at a prescribed distance from the fixed electrode; and a permanent magnet arranged on the movable electrode. The circuit is configured to apply spark voltage between the movable electrode and the fixed electrode. The electromagnet is configured to apply a magnetic force to a permanent magnet so as to move the movable electrode to the fixed electrode so as to generate a spark between the movable electrode and the fixed electrode. The pressure chamber configures a part of a wall of the pressure chamber, is provided with a pressure transmission structure configured to transmit pressure of the incompressible fluid generated by the spark to the outside of the pressure chamber.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧力を発生させるためのスパーク発生器、スパーク発生器を含む製剤注入器(formula injector)、スパークによって圧力を発生させるための方法、および製剤を注入するための方法に関する。 The present invention relates to a spark generator for generating pressure, a formula injector including a spark generator, a method for generating pressure by a spark, and a method for injecting a formulation.

化粧品および薬品などの製剤を皮膚の中に送達する(deliver)ために、医療および化粧品分野では、針を使用しない製剤注入技術の需要がある。針を使用せずに製剤を皮膚の中に送達すると、製剤の効果を最大にすることができる。皮膚へのダメージを最小にすると、安全性の向上、および痛みの軽減がもたらされる。さらに、医療従事者ではない一般的な消費者が、製剤を皮膚の中に容易に送達することができる。 There is a need in the medical and cosmetic fields for needle-free formulation injection techniques to deliver formulations such as cosmetics and drugs into the skin. Delivery of the formulation into the skin without the use of needles can maximize the efficacy of the formulation. Minimizing skin damage provides increased safety and reduced pain. Furthermore, the formulation can be easily delivered into the skin by ordinary consumers who are not medical professionals.

多くの無針製剤注射器は、最小限のダメージで製剤を皮膚の中に送達するためにマイクロジェットを利用する。たとえば、米国特許出願公開第US 2015/0265770号および米国特許第US 8905966号は、レーザーエネルギーを使用することによってマイクロジェットを発生させる製剤注入デバイスを開示している。 Many needle-free formulation injectors utilize microjets to deliver formulations into the skin with minimal damage. For example, US Patent Application Publication No. US 2015/0265770 and US Patent No. US 8905966 disclose formulation injection devices that generate microjets by using laser energy.

図5は、レーザーエネルギーを使用する従来の製剤注入デバイスの一例を示す。図5に示す製剤注入デバイス100は、圧力チャンバ102と、圧力チャンバ102に隣接して配設された製剤チャンバ104とを備える。 FIG. 5 shows an example of a conventional formulation injection device using laser energy. The formulation injection device 100 shown in FIG. 5 comprises a pressure chamber 102 and a formulation chamber 104 disposed adjacent to the pressure chamber 102 .

圧力チャンバ102は、流体106で満たされている。流体106は、水などの、非圧縮および化学的に不活性の流体である。圧力チャンバ102は、圧力チャンバ102の壁の一部を構成する弾性膜108を備える。圧力チャンバ102はまた、レーザー光を通すための窓110を備える。 Pressure chamber 102 is filled with fluid 106 . Fluid 106 is an incompressible and chemically inert fluid such as water. The pressure chamber 102 comprises an elastic membrane 108 forming part of the wall of the pressure chamber 102 . Pressure chamber 102 also includes a window 110 for passing laser light.

製剤チャンバ104は、皮膚に送達される製剤112で満たされている。製剤112は、弾性膜108と接触しており、弾性膜108によって流体106から分離されている。製剤チャンバ104は、製剤112を注入するためのノズル116を備える。 Formulation chamber 104 is filled with formulation 112 to be delivered to the skin. Formulation 112 is in contact with elastic membrane 108 and is separated from fluid 106 by elastic membrane 108 . Formulation chamber 104 comprises nozzle 116 for injecting formulation 112 .

レーザー光118は、窓110を介して製剤注入器100の圧力チャンバ102に注入される。レーザー光118のエネルギーは流体106によって吸収されるので、流体は急速に膨張し、いくつかの条件下でキャビテーションが生じる。膨張およびキャビテーションは、流体106に圧力を発生させる。発生した圧力は、弾性膜108を製剤チャンバ104に向かって移動させ、製剤チャンバ104の製剤112に伝えられる。したがって、製剤112は、マイクロジェットとしてノズル116を介して注入される。 Laser light 118 is injected into pressure chamber 102 of formulation injector 100 through window 110 . As the energy of laser light 118 is absorbed by fluid 106, the fluid expands rapidly and cavitation occurs under some conditions. Expansion and cavitation create pressure in the fluid 106 . The pressure generated moves elastic membrane 108 toward formulation chamber 104 and is transmitted to formulation 112 in formulation chamber 104 . Formulation 112 is thus injected through nozzle 116 as a microjet.

上記の構成を備える製剤注入器100は、レーザー光を利用するので、レーザー発生器およびレーザーを送るための光ファイバーが必要とされる。したがって、デバイスの小型化は困難である。デバイスはまた、大量の電力を消費する。さらに、レーザーエネルギーのすべてが流体によって吸収されるとは限らない場合があり、デバイスはエネルギー効率が高くない場合があり、したがって電力消費が増える可能性がある。望ましい圧力を得るために、YAGレーザーなどの強力なレーザーが使用されるので、デバイスの操作は、消費者にとって容易または安全ではない場合がある。 Since the pharmaceutical injector 100 with the above configuration utilizes laser light, a laser generator and an optical fiber for sending the laser are required. Therefore, miniaturization of the device is difficult. Devices also consume a lot of power. Additionally, not all of the laser energy may be absorbed by the fluid, and the device may not be energy efficient, thus increasing power consumption. Because powerful lasers, such as YAG lasers, are used to obtain the desired pressure, operation of the device may not be easy or safe for consumers.

米国特許出願公開第US 2015/0265770号U.S. Patent Application Publication No. US 2015/0265770 米国特許第US 8905966号U.S. Patent No. US 8905966

したがって、寸法が小さく、低消費電力の製剤注入器、およびそのような製剤注入器に利用可能な圧力を発生させるための、消費者が容易に操作できるデバイスが望まれる。 Accordingly, there is a desire for formulation injectors of small size and low power consumption, as well as easily consumer-operable devices for generating the pressure available for such formulation injectors.

本発明の第1の実施形態は、圧力を発生させるためのスパーク発生器を提供し、このスパーク発生器は、
メインデバイスと、
メインデバイスに隣接して配設された圧力チャンバと
を備え、
メインデバイスは、
所定のスパーク電圧を発生させるための回路と、
電磁石と
を備え、
圧力チャンバは、
その中に含まれている非圧縮流体と、
非圧縮流体内に配設された固定電極と、
非圧縮流体内に配設され、固定電極から所定の距離だけ離れた可動電極と、
可動電極上に配設された永久磁石と
を備え、
回路は、可動電極と固定電極との間にスパーク電圧を印加するように構成され、
電磁石は、可動電極と固定電極との間にスパークを発生させるために可動電極を固定電極に向かって動かすために永久磁石に磁力を印加するように構成され、
圧力チャンバは、圧力チャンバの壁の一部を構成し、スパークによって生成された非圧縮流体内の圧力を圧力チャンバの外に伝えるように構成された圧力伝達構造体を備える。
A first embodiment of the present invention provides a spark generator for generating pressure, the spark generator comprising:
main device and
a pressure chamber disposed adjacent to the main device;
Main device is
a circuit for generating a predetermined spark voltage;
an electromagnet and
The pressure chamber is
an incompressible fluid contained therein; and
a fixed electrode disposed in an incompressible fluid;
a movable electrode disposed in an incompressible fluid and spaced a predetermined distance from the fixed electrode;
a permanent magnet disposed on the movable electrode;
the circuit is configured to apply a spark voltage between the movable electrode and the fixed electrode;
the electromagnet is configured to apply a magnetic force to the permanent magnet to move the movable electrode toward the fixed electrode to generate a spark between the movable electrode and the fixed electrode;
The pressure chamber comprises a pressure transmission structure that forms part of the wall of the pressure chamber and is configured to transmit the pressure in the incompressible fluid created by the spark out of the pressure chamber.

本発明の第1の実施形態では、圧力伝達構造体は、弾性膜であってもよい。 In a first embodiment of the invention, the pressure transmitting structure may be an elastic membrane.

本発明の第1の実施形態では、圧力伝達構造体は、ピストンであってもよい。 In a first embodiment of the invention, the pressure transmitting structure may be a piston.

本発明の第1の実施形態では、圧力チャンバは、スパークによる非圧縮流体の分解によって生成されたガスを、圧縮チャンバの外に解放するように構成された選択ガスフィルタをさらに備えてもよい。 In a first embodiment of the invention, the pressure chamber may further comprise a selective gas filter configured to release out of the compression chamber gas produced by the decomposition of the uncompressed fluid by the spark.

本発明の第1の実施形態では、回路は、リレーを備えてもよく、リレーは、電磁石に電流を印加することと、可動電極と固定電極との間にスパーク電圧を印加することとを同期して行うように構成されてもよい。 In a first embodiment of the invention, the circuit may comprise a relay which synchronizes the application of current to the electromagnet and the application of the spark voltage between the movable and fixed electrodes. It may be configured to perform

本発明の第2の実施形態は、製剤注入器を提供し、この製剤注入器は、
上記で説明したスパーク発生器と、
圧力伝達構造体によって伝えられる圧力を受けるように構成された製剤チャンバと
を備え、
製剤チャンバは、
その中に含まれている製剤と、
製剤を注入するように構成されたノズルと
を備え、
製剤は、圧力伝達構造体によって伝えられる圧力によってノズルから注入されるように構成される。
A second embodiment of the present invention provides a formulation injector comprising:
a spark generator as described above;
a formulation chamber configured to receive pressure imparted by the pressure transmitting structure;
The formulation chamber is
the preparations contained therein and
a nozzle configured to inject the formulation;
The formulation is configured to be injected from the nozzle by pressure imparted by the pressure transmitting structure.

本発明の第2の実施形態では、圧力伝達構造体は、製剤と直接接触していてもよい。 In a second embodiment of the invention, the pressure transmitting structure may be in direct contact with the formulation.

本発明の第3の実施形態は、スパークによって圧力を発生させるための方法を提供し、この方法は、
非圧縮流体を含んでいる圧力チャンバに配設された固定電極と、圧力チャンバに配設され、固定電極から所定の距離だけ離れ、その上に配設された永久磁石を備える可動電極との間に所定のスパーク電圧を印加するステップと、
圧力チャンバに隣接して配設されたメインデバイスに配設され、可動電極と固定電極との間にスパークを発生させるために永久磁石によって可動電極を固定電極に向かって動かすために永久磁石に磁力を印加するように構成された電磁石に電流を印加するステップと、
スパークによって非圧縮流体において生成された圧力を、圧力伝達構造体を介して圧力チャンバの外に伝えるステップと
を含む。
A third embodiment of the present invention provides a method for generating pressure with a spark, the method comprising:
Between a fixed electrode arranged in a pressure chamber containing an incompressible fluid and a movable electrode arranged in the pressure chamber and separated from the fixed electrode by a predetermined distance and provided with a permanent magnet arranged thereon. applying a predetermined spark voltage to
Disposed in a main device disposed adjacent to the pressure chamber, a magnetic force is applied to the permanent magnet to move the movable electrode toward the fixed electrode by the permanent magnet to generate a spark between the movable electrode and the fixed electrode. applying a current to an electromagnet configured to apply a
and communicating the pressure created in the incompressible fluid by the spark out of the pressure chamber via the pressure transmission structure.

本発明の第3の実施形態では、圧力伝達構造体は、弾性膜であってもよく、圧力は、弾性膜の変形によって圧力チャンバの外に伝えられてもよい。 In a third embodiment of the invention, the pressure transmitting structure may be an elastic membrane and pressure may be transmitted out of the pressure chamber by deformation of the elastic membrane.

本発明の第3の実施形態では、圧力伝達構造体は、ピストンであってもよく、圧力は、ピストンの動きによって圧力チャンバの外に伝えられてもよい。 In a third embodiment of the invention, the pressure transmitting structure may be a piston and pressure may be transmitted out of the pressure chamber by movement of the piston.

本発明の第3の実施形態では、方法は、スパークによる非圧縮流体の分解によって生成されたガスを、圧縮チャンバ上に配設された選択ガスフィルタを介して圧縮チャンバの外に解放するステップをさらに含んでもよい。 In a third embodiment of the invention, a method includes releasing gases produced by spark decomposition of an uncompressed fluid out of a compression chamber through a selected gas filter disposed on the compression chamber. It may contain further.

本発明の第3の実施形態では、固定電極と可動電極との間に所定のスパーク電圧を印加するステップと、可動電極と固定電極との間にスパークを発生させるために永久磁石を介して可動電極を固定電極に向かって動かすために電磁石に電流を印加するステップとは、同期して行われてもよい。 In a third embodiment of the present invention, applying a predetermined spark voltage between the fixed electrode and the movable electrode; The step of applying current to the electromagnet to move the electrode towards the fixed electrode may be performed synchronously.

本発明の第4の実施形態は、製剤を注入するための方法を提供し、この方法は、
圧力伝達構造体を介して上記で説明した方法によって圧力チャンバの外に伝えられた圧力を受けるように構成された製剤チャンバに圧力を伝えるステップと、
伝えられた圧力によって製剤チャンバに配設されたノズルを介して、製剤チャンバに配設された製剤を製剤チャンバの外に注入するステップと
を含む。
A fourth embodiment of the invention provides a method for injecting a formulation, the method comprising:
communicating pressure to a formulation chamber configured to receive pressure communicated out of the pressure chamber by the method described above via a pressure transmitting structure;
and injecting the formulation disposed in the formulation chamber out of the formulation chamber through a nozzle disposed in the formulation chamber by the pressure imparted.

本発明の第4の実施形態では、圧力伝達構造体は、製剤と接触していてもよく、圧力は、製剤に直接伝えられてもよい。 In a fourth embodiment of the invention, the pressure transmitting structure may be in contact with the formulation and pressure may be transmitted directly to the formulation.

本発明により、寸法が小さく、低消費電力の製剤注入器、および製剤注入器のために圧力を発生させるための、消費者が容易に操作できるデバイスが具体化される。 The present invention embodies a formulation injector of small size, low power consumption, and an easily consumer-operable device for generating pressure for the formulation injector.

本発明のいくつかの実施形態による、圧力を発生させるためのスパーク発生器の概略図である。1 is a schematic diagram of a spark generator for generating pressure, according to some embodiments of the present invention; FIG. 本発明のいくつかの実施形態による製剤注入器の概略図である。1 is a schematic diagram of a formulation injector according to some embodiments of the present invention; FIG. 電圧とスパークによって生成された空洞の直径との関係を示すグラフである。Fig. 3 is a graph showing the relationship between voltage and the diameter of the cavity created by the spark; 高速カメラによって取得された、スパークによって生じたキャビテーションの画像である。2 is an image of spark-induced cavitation captured by a high-speed camera; 従来の製剤注入器の概略図である。1 is a schematic diagram of a conventional formulation injector; FIG.

図1は、本発明のいくつかの実施形態による、圧力を発生させるためのスパーク発生器1の概略図を示している。スパーク発生器1は、メインデバイス2と、メインデバイス2に隣接して配設された圧力チャンバ22とを備える。 FIG. 1 shows a schematic diagram of a spark generator 1 for generating pressure according to some embodiments of the invention. The spark generator 1 comprises a main device 2 and a pressure chamber 22 arranged adjacent to the main device 2 .

メインデバイスは、所定のスパーク電圧を発生させるための回路4と、電磁石6とを備える。メインデバイス2は、場合によっては、電荷を蓄えるために、回路4によって生成されたスパーク電圧が印加されるキャパシタ8と、以下で説明する電極にスパーク電圧を印加することによってスパークを発生させるためのリレー10とを備えてもよい。メインデバイス2は、図示していない電力供給回路を備えてもよい。電力供給回路は、商用電源によって電力供給されてもよく、または図示していないバッテリー、たとえば、スパーク発生器1に組み込まれたリチウムイオン充電式バッテリーを備えてもよい。 The main device comprises a circuit 4 for generating a given spark voltage and an electromagnet 6 . The main device 2 includes, optionally, a capacitor 8 to which the spark voltage generated by the circuit 4 is applied for storing charge and a capacitor 8 for generating a spark by applying the spark voltage to the electrodes described below. A relay 10 may be provided. The main device 2 may have a power supply circuit (not shown). The power supply circuit may be powered by mains power or may comprise a battery not shown, for example a lithium ion rechargeable battery integrated in the spark generator 1 .

電磁石6は、回路4または図示していない電力回路から供給される電流を受け取ってもよい。電磁石6への電力の供給は、リレー10によって制御されてもよい。電磁石6は、メインデバイス2に隣接して配設された圧力チャンバ22に磁力を印加するように配設される。 Electromagnet 6 may receive current supplied from circuit 4 or a power circuit not shown. The supply of power to electromagnet 6 may be controlled by relay 10 . An electromagnet 6 is arranged to apply a magnetic force to a pressure chamber 22 arranged adjacent to the main device 2 .

回路4、電磁石6、キャパシタ8、リレー10、および図示していない電力回路のうちの少なくとも1つは、図示していないマイクロコントローラユニットによって制御されてもよい。これらの構成要素の少なくとも1つは、主回路板12に組み込まれてもよい。 At least one of the circuit 4, the electromagnet 6, the capacitor 8, the relay 10 and the power circuit not shown may be controlled by a microcontroller unit not shown. At least one of these components may be incorporated into main circuit board 12 .

圧力チャンバ22は、その中に固定電極24と、固定電極24から所定の距離だけ離れた可動電極26とを備える。可動電極26は、固定電極24に向かって動くために、それの可動性を、たとえばヒンジ機構またはリンク機構によって確保してもよい。しかしながら、製造、単純な構造、および固定電極24に向かって動いた後に元の位置に戻る復元力を考慮すると、可動電極26は、好ましくは、平板または湾曲板の形状を有する場合がある、金属カンチレバーまたはゴムなどの誘電材料を有するカンチレバーなどの弾性部材と、電極部分とを備えてもよい。固定電極24もまた、好ましくは可動電極26と同様に、弾性部材と、電極部分とを備えてもよい。固定電極24および可動電極26のカンチレバーは、たとえば、平板または湾曲板の形状を有してもよい。固定電極24および可動電極26の電極部分は、好ましくはロッドまたはピラーであってもよい。好ましくは固定電極24および可動電極26の電極部分は、球状断面を有し、これらの突出部が互いに面するように配設された金属ロッドまたはピラーを含む。この場合、可動電極26が固定電極24に向かって動くと、突出部間に電界が集中し、したがって低電圧でスパークが発生し得る。 The pressure chamber 22 has a fixed electrode 24 therein and a movable electrode 26 spaced a predetermined distance from the fixed electrode 24 . Movable electrode 26 may ensure its movability, for example by a hinge or linkage mechanism, in order to move towards fixed electrode 24 . However, considering manufacturing, simple construction, and restoring force returning to its original position after moving toward the fixed electrode 24, the movable electrode 26 is preferably made of metal, which may have the shape of a flat or curved plate. It may comprise a resilient member such as a cantilever or a dielectric material such as rubber and an electrode portion. The fixed electrode 24, like the movable electrode 26, may also preferably comprise a resilient member and an electrode portion. The cantilevers of fixed electrode 24 and movable electrode 26 may have, for example, the shape of a flat plate or a curved plate. The electrode portions of fixed electrode 24 and movable electrode 26 may preferably be rods or pillars. Preferably, the electrode portions of fixed electrode 24 and movable electrode 26 comprise metal rods or pillars having a spherical cross-section and arranged so that their projections face each other. In this case, when the movable electrode 26 moves toward the fixed electrode 24, the electric field concentrates between the protrusions and thus a low voltage spark can occur.

永久磁石28が、メインデバイス2に配設された電磁石6に面するように、永久磁石28は、固定電極24に面する側と反対側の可動電極26上に配設される。回路4からのスパーク電圧が印加されるように、固定電極24および可動電極26は、回路4に電気的に接続される。リレー10は、回路4と、固定電極24および可動電極26との間に挿入されてもよく、固定電極24と可動電極26との間のスパーク電圧の印加を制御してもよい。 The permanent magnet 28 is arranged on the movable electrode 26 opposite to the side facing the fixed electrode 24 so that the permanent magnet 28 faces the electromagnet 6 arranged in the main device 2 . The fixed electrode 24 and the movable electrode 26 are electrically connected to the circuit 4 so that the spark voltage from the circuit 4 is applied. Relay 10 may be interposed between circuit 4 and fixed electrode 24 and movable electrode 26 and may control the application of the spark voltage between fixed electrode 24 and movable electrode 26 .

上記で説明したように、リレー10はまた、電磁石6への電流の印加を制御してもよい。したがって、リレー10がオンにされると、電磁石6への電流の印加および固定電極24と可動電極26との間のスパーク電圧の印加が、同期して行われてもよい。 As explained above, relay 10 may also control the application of current to electromagnet 6 . Thus, when the relay 10 is turned on, the application of current to the electromagnet 6 and the application of the spark voltage between the fixed electrode 24 and the movable electrode 26 may occur synchronously.

永久磁石28は、電磁石6に面し、電磁石6によって生成された磁力に反応して反発するように構成される。したがって、電磁石6によって磁力が印加されると、永久磁石28は電磁石6からはね返され、可動電極26を固定電極24に向かって動かす。可動電極26と固定電極24との間に所定のスパーク電圧が印加されるとき、また固定電極24と可動電極26が互いに接触するとき、固定電極24と可動電極26との間にスパークが発生する。スパーク電圧は、たとえば可動電極26に印加されてもよく、固定電極24は、接地電位に維持されてもよい。 Permanent magnet 28 faces electromagnet 6 and is configured to react and repel the magnetic force generated by electromagnet 6 . Thus, when a magnetic force is applied by electromagnet 6 , permanent magnet 28 is repelled from electromagnet 6 and moves movable electrode 26 towards fixed electrode 24 . A spark is generated between the fixed electrode 24 and the movable electrode 26 when a predetermined spark voltage is applied between the movable electrode 26 and the fixed electrode 24 and when the fixed electrode 24 and the movable electrode 26 come into contact with each other. . A spark voltage may be applied, for example, to the movable electrode 26 and the fixed electrode 24 may be maintained at ground potential.

具体的には、圧力伝達構造体32は、製剤チャンバ42に含まれている製剤44と接触しているように構成され、したがって圧力伝達構造体32は、製剤44から非圧縮流体30を分離するように配設される。圧力伝達構造体32から製剤44に圧力が印加されるとき、製剤44は、マイクロジェットとしてノズル46を介して製剤チャンバ42の外に注入される。 Specifically, the pressure-transmitting structure 32 is configured to be in contact with the formulation 44 contained in the formulation chamber 42 such that the pressure-transmitting structure 32 separates the incompressible fluid 30 from the formulation 44. are arranged as follows. When pressure is applied from pressure transmitting structure 32 to formulation 44, formulation 44 is injected out of formulation chamber 42 through nozzle 46 as a microjet.

図1および図2をさらに参照しながら、そのように構成されたスパーク発生器1を使用することによりスパークによって圧力を発生させるための方法、およびスパーク発生器1によって生成された圧力を使用することによって製剤を注入するための方法について説明する。 1 and 2, a method for generating pressure by means of a spark by using a spark generator 1 so configured and using the pressure generated by the spark generator 1 describes a method for injecting a formulation by.

圧力を発生させるための方法は、たとえば電圧ブースター回路を使用することによって、回路4が固定電極24と可動電極26との間に印加されるスパーク電圧を発生させるステップを行う。たとえば、スパーク電圧は、好ましくは数百ボルト以下である。より好ましくは、スパーク電圧は、10~100Vであってもよい。なお一層好ましくは、スパーク電圧は、40V以上、たとえば50~100V、または50~70Vであってもよい。スパーク電圧が低くなればなるほど、有利には消費電力は低く、安全性は高く、デバイスは小さくなり得る。スパーク電圧は、たとえばキャパシタ8に印加されることがあり、電荷が蓄えられる。 The method for generating pressure involves the circuit 4 generating a spark voltage that is applied between the fixed electrode 24 and the movable electrode 26, for example by using a voltage booster circuit. For example, the spark voltage is preferably no more than a few hundred volts. More preferably, the spark voltage may be 10-100V. Even more preferably, the spark voltage may be 40V or higher, such as 50-100V, or 50-70V. Lower spark voltages can be advantageous with lower power consumption, higher safety, and smaller devices. A spark voltage may be applied, for example, to a capacitor 8, which stores a charge.

次のステップは、圧力チャンバ22に配設され、非圧縮流体30に浸かっている固定電極24と可動電極26との間にキャパシタ8のスパーク電圧10を印加するためにリレー10を作動させることである。たとえば、固定電極24は、地電位に維持されてもよく、スパーク電圧は、可動電極26に印加されてもよい。固定電極24と可動電極26との間の最初の間隔は、スパーク電圧が印加されたとしてもスパークが発生しないように選択される。 The next step is to activate the relay 10 to apply the spark voltage 10 of the capacitor 8 between the fixed electrode 24 and the movable electrode 26, which are disposed in the pressure chamber 22 and immersed in the incompressible fluid 30. be. For example, fixed electrode 24 may be maintained at ground potential and a spark voltage may be applied to movable electrode 26 . The initial spacing between the fixed electrode 24 and the movable electrode 26 is chosen such that no spark occurs even if a spark voltage is applied.

次に、磁界を生成するために、電流が電磁石6に印加される。磁界は、可動電極26上に配設された永久磁石28に、電磁石6から離れる方向に、反発力を働かせるように構成される。永久磁石28が電磁石6によって印加された磁界によって押されると、可動電極26は固定電極24に向かって移動する。固定電極24および可動電極26が互いに接触すると、キャパシタ8に蓄えられた電荷が、固定電極24と可動電極26との間にスパークを発生させる。スパークによって放出される電荷は、たとえば、40~250mAh、より好ましくは100mAhであってもよい。スパークによって放出されるエネルギーは、たとえば、1.0~25Jであってもよい。 A current is then applied to the electromagnet 6 to generate a magnetic field. The magnetic field is configured to exert a repulsive force on the permanent magnet 28 disposed on the movable electrode 26 in a direction away from the electromagnet 6 . When permanent magnet 28 is pushed by the magnetic field applied by electromagnet 6 , movable electrode 26 moves towards fixed electrode 24 . When the fixed electrode 24 and the movable electrode 26 contact each other, the charge stored in the capacitor 8 causes a spark between the fixed electrode 24 and the movable electrode 26 . The charge emitted by the spark may be, for example, 40-250 mAh, more preferably 100 mAh. The energy released by the spark may be, for example, 1.0-25J.

スパークが終わった後、電磁石6への電流の供給を停止させるステップが行われ、磁力の放出は終了する。したがって、可動電極26は、可動電極26の弾性力によってそれの元の位置に戻される。回路4は、スパーク電圧をキャパシタ8に印加してもよく、電荷は、次のスパークのために蓄えられてもよい。 After the spark has ended, a step is taken to stop the current supply to the electromagnet 6 and the emission of the magnetic force ends. Therefore, the movable electrode 26 is returned to its original position by the elastic force of the movable electrode 26 . Circuit 4 may apply the spark voltage to capacitor 8 and charge may be stored for the next spark.

リレー10は、固定電極24と可動電極26との間にスパーク電圧を印加し、同期してまたは同時に電磁石6に電流を供給してもよい。この場合、ただ1つのリレー10が、スパーク電圧の印加および電磁石6への電流の供給を行うことができるので、デバイスの構造および制御は簡略化され得る。 Relay 10 applies a spark voltage between fixed electrode 24 and movable electrode 26 and may synchronously or simultaneously supply current to electromagnet 6 . In this case, the structure and control of the device can be simplified, since only one relay 10 can apply the spark voltage and supply the current to the electromagnet 6 .

スパークによって放出されたエネルギーは、固定電極24および可動電極26を囲んでいる非圧縮流体30に伝えられる。非圧縮流体30は、局所的に加熱および加圧され、これによりそれの体積が膨張する、またはキャビテーションが生じる。レーザーを使用する従来技術とは異なり、スパークのエネルギーは、固定電極24と可動電極26との間で空間的に限定されるので、より低いエネルギーで所望の圧力を生じさせることができる。拡大された電圧または生成されたキャビテーションは、非圧縮流体30に圧力を発生させる。発生した圧力は、圧力伝達構造体32に伝搬する。圧力伝達構造体32は、好ましくはゴムもしくはシリコーンなどの弾性膜、またはピストンであってもよいので、圧力伝達構造体32は、圧力を受けることによって変形し、圧力チャンバ22の外に向かって移動する。したがって、圧力チャンバ22の外に、圧力伝達構造体32と接触している物体がある場合、圧力はその物体に伝えられる。 The energy released by the spark is transferred to the incompressible fluid 30 surrounding the fixed electrodes 24 and the movable electrodes 26 . The incompressible fluid 30 is locally heated and pressurized, which expands its volume or causes cavitation. Unlike prior art techniques that use lasers, the energy of the spark is spatially confined between the fixed electrode 24 and the movable electrode 26, allowing lower energy to produce the desired pressure. The expanded voltage or generated cavitation creates pressure in the incompressible fluid 30 . The generated pressure propagates to the pressure transmitting structure 32 . The pressure transmitting structure 32 may be an elastic membrane, preferably rubber or silicone, or a piston, so that the pressure transmitting structure 32 deforms and moves out of the pressure chamber 22 under pressure. do. Therefore, if there is an object outside the pressure chamber 22 that is in contact with the pressure transmitting structure 32, pressure will be transmitted to that object.

非圧縮流体30の一部が、スパークによって分解されてもよく、ガスを発生させてもよい。たとえば、非圧縮流体30が水であるとき、水は酸素および水素に分解されてもよい。ガスは圧縮性があり、その体積は、圧力によって縮小される。したがって、スパークによって非圧縮流体30において生成された圧力の一部が、圧力伝達構造体32に伝えられることなく、ガスの圧縮のために使用される。したがって、非圧縮流体30の分解によって生成されたガスが圧力チャンバ22に残っている場合、それが圧力損失になる。したがって、スパークが発生した後に、圧力チャンバ22上に配設されたオプションのガス出口36を介して圧力チャンバ22からガスを放出するステップが行われてもよい。選択ガスフィルタ34は、ガス出口36に配設されてもよい。非圧縮流体30の分解によって生成されたガスは、選択ガスフィルタ34を通過して、圧力チャンバ22から放出され、非圧縮流体30は、選択ガスフィルタ34を通過することができず、圧力チャンバ22に維持される。 A portion of the incompressible fluid 30 may be broken up by the spark and may generate gas. For example, when the incompressible fluid 30 is water, the water may be split into oxygen and hydrogen. Gases are compressible and their volume is reduced by pressure. Thus, a portion of the pressure created in the incompressible fluid 30 by the spark is used for gas compression without being transmitted to the pressure transmitting structure 32 . Therefore, if the gas produced by the decomposition of the incompressible fluid 30 remains in the pressure chamber 22, it becomes a pressure loss. Therefore, after the spark is generated, venting gas from the pressure chamber 22 via an optional gas outlet 36 disposed on the pressure chamber 22 may be performed. A select gas filter 34 may be disposed at the gas outlet 36 . Gases produced by decomposition of the uncompressed fluid 30 pass through the selected gas filter 34 and are released from the pressure chamber 22 , and the uncompressed fluid 30 cannot pass through the selected gas filter 34 and the pressure chamber 22 maintained at

図2に示す製剤注入器41は、圧力チャンバ22に隣接して配設された製剤チャンバ42を備える。製剤44は、製剤チャンバ42に含まれて、圧力伝達構造体32と接触している。したがって、圧力チャンバ22でスパークによって生成された圧力は、圧力伝達構造体32を介して製剤44に直接伝えられる。したがって、製剤44は、ノズル46を通過して、マイクロジェットを形成し、放出される。 The formulation injector 41 shown in FIG. 2 comprises a formulation chamber 42 arranged adjacent to the pressure chamber 22 . Formulation 44 is contained in formulation chamber 42 and is in contact with pressure transmitting structure 32 . Thus, the pressure generated by the spark in pressure chamber 22 is transmitted directly to formulation 44 via pressure transmission structure 32 . Formulation 44 is thus expelled through nozzle 46 forming a microjet.

対象、たとえば人の皮膚における注入される製剤44の深さは、スパークによって生成される圧力によって決まる。したがって、深さは、スパーク電圧を調整することによって設定することができる。たとえば、スパーク電圧は、10~100V以上で調整することができる。製剤が皮膚の深い部分に注入されるとき、スパーク電圧は、100Vよりも高く設定されてもよい。 The depth of the injected formulation 44 in the subject, eg, human skin, is determined by the pressure generated by the spark. Depth can therefore be set by adjusting the spark voltage. For example, the spark voltage can be adjusted from 10-100V or more. When the formulation is injected deep into the skin, the spark voltage may be set higher than 100V.

図3は、電極間に様々な電圧を印加することによる、測定されたキャビテーション直径の結果を示す。電極は、水に浸かっていて、直径2mmであった。電極間の間隔は0.2mmであった。図4は、65Vが印加されたとき、高速カメラによって取り込まれたキャビテーションの画像を示す。これらの結果は、50~70Vのスパーク電圧を印加することによって、一様な量を有するキャビテーションが生じる可能性があることを示している。スパークによって生じるキャビテーションの量は、マイクロジェットによって生成される化粧品の注入に適している。 FIG. 3 shows the results of measured cavitation diameters by applying various voltages between the electrodes. The electrodes were immersed in water and had a diameter of 2 mm. The spacing between electrodes was 0.2 mm. FIG. 4 shows an image of cavitation captured by a high speed camera when 65V is applied. These results indicate that a uniform amount of cavitation can be generated by applying a spark voltage of 50-70V. The amount of cavitation produced by the spark is suitable for injection of cosmetics produced by microjets.

本発明の特定の実施形態について説明したが、当業者には、本発明の技術的な趣旨および範囲から逸脱することなく様々な変更、修正、および改良が可能であることが容易に理解されよう。 Although specific embodiments of the present invention have been described, those skilled in the art will readily appreciate that various changes, modifications, and improvements can be made without departing from the spirit and scope of the invention. .

1 スパーク発生器
2 メインデバイス
4 回路
6 電磁石
8 キャパシタ
10 リレー
12 主回路板
22 圧力チャンバ
24 固定電極
26 可動電極
28 永久磁石
30 非圧縮流体
32 圧力伝達構造体
34 選択ガスフィルタ
41 製剤注入器
42 製剤チャンバ
44 製剤
46 ノズル
100 従来の製剤注入器
102 圧力チャンバ
104 製剤チャンバ
106 流体
108 弾性膜
110 窓
112 製剤
116 ノズル
118 レーザー
1 Spark Generator 2 Main Device 4 Circuit 6 Electromagnet 8 Capacitor 10 Relay 12 Main Circuit Board 22 Pressure Chamber 24 Fixed Electrode 26 Movable Electrode 28 Permanent Magnet 30 Incompressible Fluid 32 Pressure Transmission Structure 34 Selected Gas Filter 41 Formulation Injector 42 Formulation Chamber 44 Formulation 46 Nozzle 100 Conventional Formulation Injector 102 Pressure Chamber 104 Formulation Chamber 106 Fluid 108 Elastic Membrane 110 Window 112 Formulation 116 Nozzle 118 Laser

Claims (14)

圧力を発生させるためのスパーク発生器であって、
メインデバイスと、
前記メインデバイスに隣接して配設された圧力チャンバと
を備え、
前記メインデバイスが、
所定のスパーク電圧を発生させるための回路と、
電磁石と
を備え、
前記圧力チャンバが、
その中に含まれている非圧縮流体と、
前記非圧縮流体内に配設された固定電極と、
前記非圧縮流体内に配設され、前記固定電極から所定の距離だけ離れた可動電極と、
前記可動電極上に配設された永久磁石と
を備え、
前記回路が、前記可動電極と前記固定電極との間に前記スパーク電圧を印加するように構成され、
前記電磁石が、前記可動電極と前記固定電極との間にスパークを発生させるために前記可動電極を前記固定電極に向かって動かすために前記永久磁石に磁力を印加するように構成され、
前記圧力チャンバが、前記圧力チャンバの壁の一部を構成し、前記スパークによって生成された前記非圧縮流体の圧力を前記圧力チャンバの外に伝えるように構成された、圧力伝達構造体を備える、スパーク発生器。
A spark generator for generating pressure, comprising:
main device and
a pressure chamber disposed adjacent to the main device;
the main device
a circuit for generating a predetermined spark voltage;
an electromagnet and
The pressure chamber is
an incompressible fluid contained therein; and
a stationary electrode disposed within the incompressible fluid;
a movable electrode disposed in the incompressible fluid and separated from the fixed electrode by a predetermined distance;
a permanent magnet disposed on the movable electrode;
the circuit is configured to apply the spark voltage between the movable electrode and the fixed electrode;
the electromagnet is configured to apply a magnetic force to the permanent magnet to move the movable electrode toward the fixed electrode to generate a spark between the movable electrode and the fixed electrode;
the pressure chamber comprising a pressure transmission structure forming part of a wall of the pressure chamber and configured to transmit pressure of the incompressible fluid generated by the spark out of the pressure chamber; spark generator.
前記圧力伝達構造体が弾性膜である、請求項1に記載のスパーク発生器。 2. The spark generator of claim 1, wherein said pressure transmitting structure is an elastic membrane. 前記圧力伝達構造体がピストンである、請求項1に記載のスパーク発生器。 2. The spark generator of claim 1, wherein said pressure transmitting structure is a piston. 前記圧力チャンバが、前記スパークによる前記非圧縮流体の分解によって生成されたガスを、前記圧縮チャンバの外に解放するように構成された選択ガスフィルタをさらに備える、請求項1に記載のスパーク発生器。 2. The spark generator of claim 1, wherein the pressure chamber further comprises a selective gas filter configured to release gas produced by decomposition of the uncompressed fluid by the spark out of the compression chamber. . 前記回路がリレーを含み、
前記リレーが、前記電磁石に電流を印加することと、前記可動電極と前記固定電極との間に前記スパーク電圧を印加することとを同期して行うように構成される、請求項1に記載のスパーク発生器。
the circuit includes a relay;
2. The relay of claim 1, wherein the relay is configured to synchronously apply current to the electromagnet and apply the spark voltage between the movable electrode and the fixed electrode. spark generator.
製剤注入器であって、
請求項1から5のいずれか一項に記載のスパーク発生器と、
前記圧力伝達構造体によって伝えられる圧力を受けるように構成された製剤チャンバと
を備え、
前記製剤チャンバが、
その中に含まれている製剤と、
前記製剤を注入するように構成されたノズルと
を備え、
前記製剤が、前記圧力伝達構造体によって伝えられる前記圧力によって前記ノズルから注入されるように構成される、製剤注入器。
A formulation injector,
a spark generator according to any one of claims 1 to 5;
a formulation chamber configured to receive the pressure imparted by the pressure transmitting structure;
the formulation chamber comprising:
the preparations contained therein and
a nozzle configured to inject the formulation;
A formulation injector configured such that the formulation is injected from the nozzle by the pressure imparted by the pressure transmitting structure.
前記圧力伝達構造体が、前記製剤と直接接触している、請求項6に記載の製剤注入器。 7. The formulation injector of Claim 6, wherein the pressure transmitting structure is in direct contact with the formulation. スパークによって圧力を発生させるための方法であって、
非圧縮流体を含んでいる圧力チャンバに配設された固定電極と、前記圧力チャンバに配設され、前記固定電極から所定の距離だけ離れ、その上に配設された永久磁石を備える可動電極との間に所定のスパーク電圧を印加するステップと、
前記圧力チャンバに隣接して配設されたメインデバイスに配設され、前記可動電極と前記固定電極との間にスパークを発生させるために、前記永久磁石を介して前記可動電極を前記固定電極に向かって動かすために前記永久磁石に磁力を印加するように構成された電磁石に電流を印加するステップと、
前記スパークによって前記非圧縮流体において生成された圧力を、圧力伝達構造体を介して前記圧力チャンバの外に伝えるステップと
を含む、方法。
A method for generating pressure by a spark, comprising:
a fixed electrode disposed in a pressure chamber containing an incompressible fluid; and a movable electrode disposed in said pressure chamber and spaced a predetermined distance from said fixed electrode and comprising a permanent magnet disposed thereon. applying a predetermined spark voltage between
disposed in a main device disposed adjacent to said pressure chamber, for generating a spark between said movable electrode and said fixed electrode, for generating a spark between said movable electrode and said fixed electrode; applying a current to an electromagnet configured to apply a magnetic force to the permanent magnet to move it toward;
and transmitting pressure generated in said incompressible fluid by said spark out of said pressure chamber via a pressure transmission structure.
前記圧力伝達構造体が弾性膜であり、前記圧力が、前記弾性膜の変形によって前記圧力チャンバの外に伝えられる、請求項8に記載の方法。 9. The method of claim 8, wherein the pressure transmitting structure is an elastic membrane and the pressure is transmitted out of the pressure chamber by deformation of the elastic membrane. 前記圧力伝達構造体がピストンであり、前記圧力が、前記ピストンの動きによって前記圧力チャンバの外に伝えられる、請求項8に記載の方法。 9. The method of claim 8, wherein said pressure transmitting structure is a piston and said pressure is transmitted out of said pressure chamber by movement of said piston. 前記スパークによる前記非圧縮流体の分解によって生成されたガスを、前記圧縮チャンバ上に配設された選択ガスフィルタを介して前記圧縮チャンバの外に解放するステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。 9. The method of claim 8, further comprising releasing gas produced by decomposition of said uncompressed fluid by said spark out of said compression chamber via a selected gas filter disposed on said compression chamber. Method. 前記固定電極と前記可動電極との間に前記所定のスパーク電圧を印加する前記ステップと、前記可動電極と前記固定電極との間に前記スパークを発生させるために前記永久磁石を介して前記可動電極を前記固定電極に向かって動かすために前記電磁石に前記電流を印加するステップとが、同期して行われる、請求項8に記載の方法。 applying said predetermined spark voltage between said fixed electrode and said movable electrode; and said movable electrode via said permanent magnet to generate said spark between said movable electrode and said fixed electrode. 9. The method of claim 8, wherein applying the current to the electromagnet to move toward the fixed electrode is performed synchronously. 製剤を注入するための方法であって、
前記圧力伝達構造体を介して請求項8から12のいずれか一項に記載の方法によって前記圧力チャンバの外に伝えられた前記圧力を受けるように構成された製剤チャンバに圧力を伝えるステップと、
前記伝えられた圧力によって前記製剤チャンバに配設されたノズルを介して、前記製剤チャンバに配設された製剤を前記製剤チャンバの外に注入するステップと
を含む、方法。
A method for injecting a formulation comprising:
transmitting pressure via said pressure transmitting structure to a formulation chamber configured to receive said pressure transmitted out of said pressure chamber by the method of any one of claims 8 to 12;
and injecting a formulation disposed in said formulation chamber out of said formulation chamber via a nozzle disposed in said formulation chamber by said imparted pressure.
前記圧力伝達構造体が、前記製剤と接触しており、
前記圧力が、前記製剤に直接伝えられる、請求項13に記載の方法。
the pressure transmitting structure is in contact with the formulation;
14. The method of claim 13, wherein said pressure is transmitted directly to said formulation.
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