JP4100372B2 - 超音波美容器具 - Google Patents

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肌表面（生体内の目的箇所を含む）の美容、治療、及び／又は、診断をする超音波美容器具に関する。

従来の超音波美容器具（以下、超音波プローブという）として、超音波振動体の外殻作用面に、該振動体とは別に、柔軟性のある材質から成る袋体を設け、この袋体内にゲル等の振動伝達媒体を保持させ、この振動伝達媒体を介して生体の皮膚に振動を伝達するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

その他の超音波プローブとして、超音波振動体を包み込むゴム等から成る保護部材を設け、この保護部材を振動体に対向する振動面よりも周囲方向に拡張させ、その外周の垂下縁により形成した空間にゲル等の振動伝達媒体を保持させ、この振動伝達媒体を介して生体の皮膚に振動を伝達するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

ところが、上記特許文献１に示されるような構成では、超音波プローブの振動面となるホーンとは別個に、振動伝達媒体を閉じ込めるための袋体を必要とすることから、袋体が外れたり、器具自体が大型化する問題のほか、袋体の最適設計や部品追加によるコストアップに繋がる。また、上記特許文献２に示されるような構成では、超音波プローブの振動面となるホーン領域とは別に、振動伝達媒体を保持するための比較的大径の保護部材を必要とすることから、器具自体が大型化する問題のほか、保護部材が劣化したり、保護部材の最適設計が難しく、コストアップに繋がる。
特表平１１−５０５４４０号公報 特開平３−４９７６０号公報

そこで、そのような問題が生じないように、超音波プローブの振動面自体にゲル等の振動伝達媒体を保持させることが考えられる。図１０は、そのような超音波プローブを示し、以下に説明する。この超音波プローブ１は、そのハウジング２と、電気振動を機械振動に変換する超音波振動子３と、この超音波振動子３により変換された機械振動の振動エネルギーを生体肌表面もしくは生体１０内に効率よく伝達させる放射面（振動面）を備えたキャップ状ホーン４からなり、駆動回路６から超音波振動子３に電気振動を供給し、ゲル等の超音波伝達媒体５を介して生体１０の被処理部に超音波を伝達させる。超音波伝達媒体５はホーン４自体の表面に保持される。

図１１は、超音波振動子３とホーン４部分を示す。ホーン４は、アルミニウム等の導電性部材から成り、超音波振動子３の一方の電極３ａが接続され、この電極３ａと他方の電極３ｂとの間に電気振動信号が入力される。電気振動が機械振動に、さらに音響振動に変換される。

図１２は、上記のような超音波プローブの使用法を示す。超音波プローブ１は、広域な被処理面積に超音波を伝播させ、また、安全のために同一箇所へ超音波を集中させないために、生体１０の被処理部表面を滑らせて使用することが通常である。ところが、このようにして超音波プローブ１を被処理部表面で滑らせて使用すると、時間の経過に伴い、図示のように、ホーン４と、被処理部表面の間に介在していた超音波伝達媒体５の量が少なくなる。ここに、超音波振動子３からホーン４に伝播され、ホーン放射面から放射される超音波を、被処理部へ高効率に伝播させるためには、超音波伝達媒体５が必要である。

ここで、超音波プローブのホーンにより発生される音波の現象について説明する。音波の現象として反射があり、２種の媒質の境界面における反射率、すなわち反射エネルギーと入射エネルギーとの比は、媒質の密度をρ、媒質中の音速度をｃとすると、ρｃは音響インピーダンスであり、二つの媒質の音響インピーダンスは、ρ1ｃ1、ρ2ｃ2となり、
反射率ｒ＝｛（ρ1ｃ1−ρ2ｃ2）／（ρ1ｃ1＋ρ2ｃ2）｝^２
で与えられ、ρ1ｃ1とρ2ｃ2の差が大きいほど、界面で反射が起こる。

一例では、アルミニウムの音響インピーダンスは、およそ１７×１０^６Ｎ・ｓ/ｍ^３、空気はおよそ４３０Ｎ・ｓ/ｍ^３、水はおよそ１.５×１０^６Ｎ・ｓ/ｍ^３であり、生体はほぼ水と等価とされる。ここから、空気と水（生体）、空気とアルミニウムの界面では音波がほとんど反射してしまうことが分かる。この反射を防ぐために、超音波伝達媒体が利用される。

図１３は、超音波伝達媒体が無い場合の音波の伝播現象を示す。ホーン４（例えば、アルミニウム製）を直接、生体１０に接触させて超音波を伝達させるが、超音波伝達媒体が無いため、ホーン４と生体１０との間には必ず空気層が存在してしまう。このため、ホーンと空気の界面、空気と生体の界面での音響インピーダンスの違いから、ほとんどの音波が界面で反射を起こし、超音波が生体内へ伝達されなくなる。超音波振動の伝達方向を図示矢印の方向で示し、振動振幅の大きさや超音波の強さを矢印の大きさで示しており、この場合、超音波が生体にほとんど伝達されないことが分かる。

図１４は、超音波伝達媒体が有る場合の音波の伝播現象を示す。超音波伝達媒体５としては、通常、水や生体と等価な媒体が用いられ、ホーン４（例えばアルミニウム製）の超音波放射面と生体１０との間に満たされる。これにより、ホーン４と生体１０との間に存在していた空気層が無くなり、図示の矢印の幅で示したように、音波が界面でほとんど反射せずに、生体１０に高効率に伝達されるようになる。

このように、超音波を高効率に生体に伝達させるためには、ホーンと被処理部との間に、常に超音波伝達媒体が存在することが不可欠であるが、超音波プローブは、ホーンと生体被処理部（例えば肌表面）を密着させ、かつ滑らせて使用するため、使用の間に超音波伝達媒体が減少し、超音波を伝達できなくなる。このため、常時、超音波伝達媒体を供給しながら超音波プローブを使用する必要があり、面倒である上に、超音波伝達媒体も無駄となる。

従って、超音波プローブを使用する上で、超音波伝達媒体をホーンと生体被処理部間に常に安定して存在させ、高効率に安定した超音波の伝達が達成できる超音波プローブの実現が望まれていた。

本発明は、それに応えるもので、超音波プローブで生体肌表面又は生体内の被処理箇所を美容、治療、診断する上で、器具が大型化したりすることなく、超音波伝達媒体をホーンと生体被処理部間に維持させることができ、超音波プローブからの超音波を高効率、かつ安定して生体被処理部へ伝達することが可能な超音波美容器具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に係る発明は、超音波振動を生体肌表面に伝達させる超音波美容器具において、超音波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子からの超音波振動を伝達するホーンと、を備え、前記ホーンは、その表面に、器具使用時に該ホーンと生体肌表面との間に介在させる流動性を持つ超音波伝達媒体の流動を阻止する環状の凹部又は凸部の流動阻止構造を有し、前記環状の凹部又は凸部は前記超音波振動子と同心に形成され、前記環状の凹部又は凸部の内側円寸法が前記超音波振動子の外径寸法よりも大きいことを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、超音波振動を生体肌表面に伝達させる超音波美容器具において、超音波振動を発生する超音波振動子と、前記超音波振動子からの超音波振動を伝達するホーンと、を備え、前記超音波振動子は、中央部に穴が形成された円板型振動子であり、前記ホーンは、その表面に、前記超音波振動子の穴に対向するように形成された円形の凹部又は凸部を有し、前記超音波振動子の穴径が前記ホーンの表面に形成された円形の凹部又は凸部の直径以上であることを特徴とする。
なお、凹部又は凸部は、頂部に平坦部がある必要はなく、円錐状など錘状でも構わない。また、超音波伝達媒体は、美容器具とは別売りのものを想定している。

請求項３に係る発明は、請求項２記載の超音波美容器具において、前記ホーンは、その表面に、前記円形の凹部又は凸部の外側に形成され、器具使用時に該ホーンと生体肌表面との間に介在させる流動性を持つ超音波伝達媒体の流動を阻止する環状の凹部又は凸部の流動阻止構造を有し、前記超音波振動子の外径が前記環状の凹部又は凸部の内径以下であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波美容器具において、前記超音波振動子とホーンの振動方向厚みが、超音波の１/４波長の整数倍とされ、前記凹凸形状が超音波の１/４波長の整数倍を外した高さとされていることを特徴とする。

本発明によれば、ホーン自体の表面に凹凸形状を設けたことで、超音波伝達媒体の流動をできるだけ少なくして、超音波伝達媒体を被処理部分表面に維持させることができるので、従来のように、超音波伝達媒体を入れる袋体を別個に設けるといった必要がなくなり低コスト化を図りつつ、ホーンと被処理部表面との間に介在する空気層を無くし、高効率かつ安定して超音波を被処理部分へ伝達させることができ、常に安定した超音波美容、治療、診断ができるようになる。ホーンと被処理部表面との間に介在させた超音波伝達媒体は窪みや穴に入り込み、被処理部分外に排除されないで維持することができる。

また、プローブを滑らせる使用方法は、方向や動かし方に規則性がないため、ホーンに設ける凸部や窪みや穴をホーン中心を基準として略点対称もしくは線対称にすることで、方向や動かし方に関わらず、安定して超音波を伝達させることができる。また、凹凸形状が略対称であることにより、例えば、円板型振動子（リング状振動子をも含む）に円環状の凹凸形状（凹溝）であることで、超音波伝達媒体を効率的に維持できる。

また、凹凸形状が閉ループ（円環状、四角の囲みなどであるが、一部が切れているものをも含む）であれば、ホーンの端部から超音波伝達媒体が出て行くのを防止することができる。

また、ホーンに設けられた凹凸の寸法設定により、ホーンに設けた窪みや穴が本来の超音波振動を妨げることなく、窪み又は穴や凸部の共振を防ぎ、不要な振動の発生を防ぐことができ、かつ、超音波伝達媒体をホーンと被処理部分との間に維持させることができる。

以下、本発明の実施形態による超音波美容器具について図面を参照して説明する。図１は、超音波美容器具、すなわち、超音波プローブの構成を、図２は同プローブのホーン部の構成を示し、いずれも器具使用状態を示す。超音波プローブ１は、そのハウジング２と、超音波振動の駆動源となる超音波振動子３と、その超音波振動を生体１０の肌表面又は生体内の目的箇所つまり被処理部に伝達させるホーン４と、超音波振動子３を駆動する駆動回路６を有している。ここに、ホーン４と生体１０の被処理部との間に、オリーブ油等のゲル状物質で成る超音波伝達媒体５を常時介在させた状態で超音波を被処理部に伝達させる。それにより、ホーン４と生体１０の被処理部との間に空気層が介在しなくなり、高効率に超音波を伝達することができる。

ホーン４と生体１０の被処理部との間に超音波伝達媒体５を常時介在させた状態とするために、図２に示すように、超音波伝達媒体５を維持するための構造として、プローブ内のホーン４の被処理部対向平面に凹凸形状９（凸部や窪みや穴も含む）を設けた。ホーン４は、本実施形態では、アルミニウム等の材質で有底筒状に形成され、扁平円板状の超音波振動子３を貼り付けた型の振動ブロックを示したが、ボルト締め（ランジュバン型を含む）振動子を用いた構成であってもよい。好ましい実施形態では、ホーン４と超音波振動子３は、超音波の定在波振動体を構成している。なお、ハウジング２には、電源ケーブル７が導出され、また、動作スイッチ８が設けられている。ホーン４は、ハウジング２の開口に取り付けられる。

超音波プローブ１は、被処理部分表面を滑らせて移動させながら使用する。図３は、そうして使用した場合を示す。当初、超音波伝達媒体５は、ユーザによりホーン４の被処理部対向面に適当量を塗布される。超音波伝達媒体５は、上記のホーン４の凹凸形状９により流動が阻止され、被処理部対向面に維持されるので、時間経過後においても、ホーン４と生体１０との間に空気層が生じることがなくなる。そのため、ホーン４は超音波伝達媒体５を介在させて超音波を高効率かつ安定して被処理部へ伝達することができ、また、インピーダンス周波数特性も安定し、安定駆動ができる。ちなみに、凹凸形状９がない場合は、ホーン４と被処理部分との間に介在させた超音波伝達媒体５が少なくなるため、空気層が生じて界面での音響インピーダンスの大幅な相違により、音波の反射が起こり、超音波の伝達効率が低下する。

本実施形態による超音波プローブによれば、ホーン４に直接設けた凹凸形状により超音波伝達媒体５をホーン４と被処理部表面との間に維持させることができ、そのため、空気層を無くして、音響インピーダンスの大幅な相違による音波の反射を抑えるとともに、インピーダンス周波数特性も安定させることができるため、常時、高効率な超音波の伝達や安定駆動ができ、安全に使用することができる。

図４、図５は、ホーン４と被処理部分との間に超音波伝達媒体５を維持するための構造の他実施形態を示す。図４には、ホーン４の表面に凹凸形状として凸部９１を設けた例、図５には、ホーン４の表面に凸部９１と窪み（又は穴）９２を設けた例をそれぞれ示す。好ましくは、凸部や窪み又は穴は、ホーン４の中心を基準として略点対称又は線対称とする。

図６は、窪み９２の各種実施形態を示す。窪み９２（凸部でも構わない）が略点対称又は線対称に配置されることにより、ホーン４と被処理部表面との間に介在させた超音波伝達媒体５は、窪み９２に入り込み、被処理部分外に排除されないで維持される。プローブ１を滑らせる使用方法は、その方向や動かし方に規則性がないことから、ホーン４に設ける凸部や窪みや穴が、上記のように略点対称又は線対称であることは好都合である。さらに、プローブ１の使用中に生体を傷つけることを防ぐため、凸部や窪みや穴の角部は面取り（Ｒ含む）することが望ましい。これにより、プローブ１の如何なる不規則な動きにも追従して効果的な超音波伝達が可能となる。

上記のように、ホーン４に設けられる凸部９１や窪み９２又は穴は、円状又は環状に設置している。このとき、好ましい条件としては、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、環状の窪み（凹部）９２又は凸部９１の内側円寸法φ２が、超音波振動子３の外径寸法φ１よりも大きく、同心であることが望ましい。また、図７（ｄ）に示すように、環状の窪み９２又は凸部９１は、一部が切れていても構わない。図７（ａ）の矢印で示すように、超音波振動子３の振動は、超音波伝達媒体５を介して生体１０に高効率に伝達される。

また、図８に示すように、超音波振動子３として、円板型振動子３１を用いてもよい。この場合、円板型振動子３１の穴径φＡは、円状の窪み９２又は凸部９１の穴径φＣ以上で、かつ同心であることが望ましい。また、円板型振動子３１の外径φＢは、環状の窪み９２又は凸部９１の内径φＤ以下であることが望ましい。これらにより、ホーン４に設けた窪み９２等が本来の超音波振動を妨げることなく、かつ超音波伝達媒体５をホーン４と生体１０の被処理部分との間に維持させることができる。

図９（ａ）（ｂ）は、超音波プローブ１における超音波振動子３とホーン４の適正な高さ寸法を示す。ホーン４の表面に設けた窪み９２（又は穴）や凸部９１は、ホーン４の共振動作に伴い不要な振動を発生する要因となる。この不要な超音波振動を矢印Ｅで示す。この不要な振動を阻止するため、ホーン４に設けた窪み９２又は穴の深さｔ２や凸部９１の高さ寸法ｔ４は、超音波の１/４波長の整数倍を外した寸法に設計する。また、超音波振動子３とホーン４の振動方向厚みｔ１，ｔ３は、通常、超音波の１/４波長の整数倍の寸法に形成する。また、好ましくは、窪み９２又は穴の深さや凸部９１の高さは、超音波の１/４波長以下の寸法にする。こうして、ホーン４の窪み９２又は穴や凸部９１の共振を防ぎ、不要な振動の発生を防ぐことができる。

なお、本発明は前述した事柄及び図示のものに限定されるわけではなく、超音波プローブに超音波伝達媒体を維持させる構造をホーン自体に設け、生体の被処理部に超音波伝達効率を上げるようにしたものであれば、発明の精神及び特許請求の範囲に逸脱することなく、様々な変形を取ることができる。

本発明の一実施形態による超音波美容器具（超音波プローブ）の器具使用状態における断面構成図。 同プローブのホーン部の器具使用状態における拡大断面図。 同プローブを移動させながら使用した場合を示す図。 同プローブのホーン部の他実施形態による断面図。 同プローブのホーン部のさらに他実施形態による断面図。 ホーン部の凹凸形状の各種形態による構成図。 ホーン部の凹凸形状の寸法関係を示す図。 ホーン部の凹凸形状の寸法関係を示す図。 ホーン部の寸法関係を示す図。 従来の超音波プローブの器具使用状態における構成図。 同プローブのホーン部の拡大断面図。 同プローブを移動させながら使用した場合を示す図。 同プローブにおいて空気層がある場合の超音波伝達の動作を説明する図。 同プローブにおいて超音波伝達媒体がある場合の動作を説明する図。

符号の説明

１ 超音波プローブ
２ ハウジング
３ 超音波振動子
３１ 円板型振動子
４ ホーン
５ 超音波伝達媒体
９ 凹凸形状
９１ 窪み
９２ 凸部
１０ 生体

Claims (4)

1. 超音波振動を生体肌表面に伝達させる超音波美容器具において、
   超音波振動を発生する超音波振動子と、
   前記超音波振動子からの超音波振動を伝達するホーンと、を備え、
   前記ホーンは、その表面に、器具使用時に該ホーンと生体肌表面との間に介在させる流動性を持つ超音波伝達媒体の流動を阻止する環状の凹部又は凸部の流動阻止構造を有し、
   前記環状の凹部又は凸部は前記超音波振動子と同心に形成され、前記環状の凹部又は凸部の内側円寸法が前記超音波振動子の外径寸法よりも大きいことを特徴とする超音波美容器具。
2. 超音波振動を生体肌表面に伝達させる超音波美容器具において、
   超音波振動を発生する超音波振動子と、
   前記超音波振動子からの超音波振動を伝達するホーンと、を備え、
   前記超音波振動子は、中央部に穴が形成された円板型振動子であり、
   前記ホーンは、その表面に、前記超音波振動子の穴に対向するように形成された円形の凹部又は凸部を有し、
   前記超音波振動子の穴径が前記ホーンの表面に形成された円形の凹部又は凸部の直径以上であることを特徴とする超音波美容器具。
3. 前記ホーンは、その表面に、前記円形の凹部又は凸部の外側に形成され、器具使用時に該ホーンと生体肌表面との間に介在させる流動性を持つ超音波伝達媒体の流動を阻止する環状の凹部又は凸部の流動阻止構造を有し、
   前記超音波振動子の外径が前記環状の凹部又は凸部の内径以下であることを特徴とする請求項２記載の超音波美容器具。
4. 前記超音波振動子とホーンの振動方向厚みが、超音波の１/４波長の整数倍とされ、前記凹凸形状が超音波の１/４波長の整数倍を外した高さとされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の超音波美容器具。

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