JP4274248B2 - 超音波発生装置及びこれを用いた肌ケア装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波振動子をホーンに接続させて成る超音波発生装置やこれを備えた肌ケア装置に関する。

従来から、超音波振動子をホーンに接続させて備え、超音波振動子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、ホーンを介して超音波振動を外部に発信させる構成の超音波発生装置が知られている。上記構成の超音波発生装置は例えば肌ケア装置に好適に用いられ、ホーン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（特許文献１参照）。

上記従来の超音波発生装置においては、図８に示すように、超音波振動子１を接続させるホーン５として側周壁６０を有する有底筒状のものが用いられていた。このような有底筒状のホーン５は、側周壁６０を介してホーン５を安定的に取付固定することができるという利点や、超音波伝達媒体として用いるジェル等の液体が装置内に侵入することを側周壁６０によって防止するという利点がある。

しかし、このような有底筒状のホーン５を備える超音波発生装置においては、以下の問題がある。即ち、超音波伝達用のホーン５は通常アルミニウム等の軽金属や軽合金を用いて形成するので、超音波振動を良好に伝達させるための厳しい寸法制度の基で有底筒状の複雑形状に削る作業が困難であるとともに、切削する金属の体積も多くなるためにコスト高の一因になるという問題や、ホーン５が大型化して装置全体の大型化及び高重量化を招くという問題である。

これに対して、上記ホーン５を平板状に形成するといった対策も考えられるが、この場合には、内部で超音波振動の定常波を生じるホーン５を安定的に取付固定することが困難になる。
特開２００６−１８１２９２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、平板状のホーンを用いることで装置全体の小型化、軽量化、及び低コスト化を図ることができ、しかもこのホーンを安定的に取付固定することができる超音波発生装置及びこれを用いた肌ケア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１６ａ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１６ｂを有するホーン５と、ホーン５を基台部６に取付固定する保持機構１５と、を具備する超音波発生装置であって、ホーン５を、接続面１６ａと超音波発信面１６ｂを互いに逆向きの平板面として有する平板状ホーン１６とし、平板状ホーン１６の外周面１７の接続面１６ａ側の端部には、保持機構１５により平板状ホーン１６を取付固定するための支持部４５を、平板状ホーン１６内部を伝達される超音波振動の１波長の１／３〜１／６の厚みｔでフランジ状に形成し、平板状ホーン１６の支持部４５の接続面１６ａ側の外周縁部には、回転防止用の切欠部４９を複数設け、保持機構１５として、基台部６との間で支持部４５を挟持することで平板状ホーン１６を基台部６に取付固定する防水カバー４０を備えるとともに、基台部６には、平板状ホーン１６の切欠部４９に嵌合して回転止めを行う突部５０を設けたものとする。

このような超音波発生装置にあっては、金属材料を用いて平板状ホーン１６を形成する際の作業が容易であるとともに切削する金属の体積も少なくて済み、低コストで提供することが可能になる。また、小型且つ軽量の平板状ホーン１６を用いることで、装置全体の小型化、軽量化を図ることができる。しかも、この平板状ホーン１６には外周面１７に支持部４５が設けてあるので、支持部４５を介して平板状ホーン１６を安定的に取付固定することが可能である。この支持部４５は、平板状ホーン１６より薄く形成してあるので定常波の発生を防止することができる。

加えて、平板状ホーン１６の支持部４５を、平板状ホーン１６内部を伝達される超音波振動の１波長の１／３〜１／６の厚みｔで、外周面１７の接続面１６ａ側の端部にフランジ状に形成し、平板状ホーン１６の支持部４５の接続面１６ａ側の外周縁部には回転防止用の切欠部４９を複数設けているので、支持部４５で定常波が生じることを確実に防止するとともに、支持部４５が平板状ホーン１６内で生じる定常波に影響を与えることも防止されている。というのも、支持部４５は接続面１６ａ側の端部から１波長の１／３〜１／６の厚みｔで形成してあるため、支持部４５の接続面１６ａ側と反対側の端部は、平板状ホーン１６の定常波の節又はその近傍に位置することになる。したがって、このフランジ状の支持部４５を介して取付固定される平板状ホーン１６内の定常波には、該支持部４５による固定の影響が極力及ばないこととなる。そして、回転防止用の切欠部４９によって、平板状ホーン１６内に超音波振動が伝達される際に該平板状ホーン１６が回転することを防止して安定的な取付固定を実現している。

また、保持機構１５として、基台部６との間で支持部４５を挟持することで平板状ホーン１６を基台部６に取付固定する防水カバー４０を備えるとともに、基台部６には、平板状ホーン１６の切欠部４９に嵌合して回転止めを行う突部５０を設けたことで、防水カバー４０によりホーン１６を安定的に取付固定すると同時に、装置内部への液体の侵入を確実に防止している。

上記切欠部４９は、平板状ホーン１６の接続面１６ａの中心点Ｃ周りに描かれる円周上において周方向に等間隔を隔てた箇所に配されていることが好ましい。平板状ホーン１６の接続面１６ａにおいて、超音波振動は中心点Ｃを中心に伝達されていくので、切欠部４９をこのように均等に配置することで、切欠部４９の存在が超音波振動の伝達に与える影響は抑制されることとなる。

また本発明を、上記構成の超音波発生装置を備え、平板状ホーン１６の超音波発信面１６ｂを肌接触面として成ることを特徴とする肌ケア装置とすることも好ましい。このようにすることで、平板状ホーン１６を安定的に取付固定して装置全体の小型化、軽量化、及び低コスト化を実現した肌ケア装置を提供することができる。

本発明は、平板状のホーンを用いることで装置全体の小型化、軽量化、及び低コスト化を図ることができ、しかもこのホーンを安定的に取付固定することができる超音波発生装置及びこれを用いた肌ケア装置を提供することができ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及び図２には、本発明の実施形態における一例の肌ケア装置の全体を示している。本例の肌ケア装置は超音波発生装置を用いて構成したものであり、超音波発生装置の超音波発信面１６ｂから発信される超音波振動を肌面に伝達させ、美容効果を得るようになっている。

本例の肌ケア装置（即ちこれを構成する超音波発生装置）は、超音波振動子１を内蔵するヘッドブロック２と、この超音波振動子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３を内蔵する把持ブロック４とで、主体を構成している。

まず、ヘッドブロック２の基本的な構成について説明する。ヘッドブロック２は、図３〜図５にも示すように、アルミニウム等の金属を用いて円板状に形成したホーン５（以下「平板状ホーン１６」とする）と、この平板状ホーン１６の一方の平板面に接着固定される超音波振動子１と、ヘッドブロック２の底部を成す基台部６と、防水カバー９とを備えている。上記防水カバー９は、平板状ホーン１６の外周面に突設したフランジ状の支持部４５に係合するとともに、基台部６の外側面に突設したフック状の係合部８に係合するものである。上記防水カバー９を介して平板状ホーン１６を基台部６に取付固定することで、平板状ホーン１６が両側に有する一対の平板面のうち超音波振動子１を固定する側の平板面（以下「接続面１６ａ」とする）とは逆側の平板面（以下「超音波発信面１６ｂ」とする）を、図中斜め上方に突出した状態で露出させる。平板状ホーン１６の支持部４５と防水カバー９との間には、Ｏリング１０を介在させてあり、上記防水カバー９やＯリング１０によって、平板状ホーン１６を装置に取付固定する保持機構１５を構成している。

更にヘッドブロック２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１１及びホーン側接続端子１２が備えてある。振動子側接続端子１１は、超音波振動子１が有する一対の電極１３（図３参照）の一方に弾接されることで、該電極１３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１２は、平板状ホーン１６の接続面１６ａに弾接されることで、この平板状ホーン１６を介して超音波振動子１の他方の電極１３に電気的に接続されるものである。両接続端子１１，１２は基台部６に固定しており、リード線（図示せず）を介して把持ブロック４内の制御回路３に電気的に接続させている。

次に、把持ブロック４の基本的な構成について説明する。把持ブロック４は、正面側ハウジング１８及び背面側ハウジング１９をねじ固定して成る有底筒状の主ハウジング２０と、この主ハウジング２０の開口部にねじ固定される共に略リング状の支持ベース２１及び頂部カバー２２で、把持ブロック４全体のハウジング２３を構成している。

上記ハウジング２３内には、制御回路３や、操作スイッチ２４や、電源ジャック２５が組み込まれている。操作スイッチ２４は、背面側ハウジング１９に装着されるスイッチカバー２６と、スイッチボス２７と、スイッチ基板２８とで構成している。このスイッチ基板２８や電源ジャック２５は、それぞれリード線（図示せず）を介して制御回路３に電気的に接続させている。

次に、この把持ブロック４に対してヘッドブロック２を移動自在に支持させる支持機構７について説明する。本例にあっては上記支持機構７として、弾性部材であるコイルばね３２を、ヘッドブロック２の底部を成す基台部６と把持ブロック４の頂部を成す頂部カバー２２との間に圧縮状態で介在させている。基台部６の底部は、柱状を成す中央の挿通部３３と、この挿通部３３を囲む周縁部３４と、挿通部と周縁部３４との間にて環状に形成される凹溝部３５とで構成されている。そして上記挿通部３３を頂部カバー２２の中央開口内に挿通させるとともに、頂部カバー２２の内側において挿通部３３の先端に円板状のストッパ３６をねじ固定させている。上記ストッパ３６は、後述の防水カバー４０を介して頂部カバー２２の内面側に当たることでヘッドブロック２の抜け止めを図る部材である。

コイルばね３２の外周にはこれを囲む円筒状の防水部材３７を備えており、防水部材３７を介してコイルばね３２を頂部カバー２２に押し当てている。また、把持ブロック４の頂部カバー２２内面にはシート状の防水カバー４０を配置しており、上記防水部材３７や上記防水カバー４０により、肌ケア時に超音波伝達用媒体として使用するジェル等の液体が把持ブロック４内に侵入することを防止し、回路破壊等を確実に防止している。更に、平板状ホーン１６と防水カバー９との間に介在させたＯリング１０によって、上記ジェル等の液体がヘッドブロック２内に侵入することを防止している。

上記構成の肌ケア装置によれば、操作スイッチ２４を操作して電源をオンにすれば、制御回路３から各接続端子１１，１２を介して超音波振動子１に電気的振動が供給され、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る。そして、把持ブロック４を片手で把持しつつ平板状ホーン１６の超音波発信面１６ｂ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ものである。

次に、本発明の特徴部分について、更に図６，７等に基づいて詳述する。既述したように、本例の肌ケア装置では、接着固定してある超音波振動子１の超音波振動を伝達して目的箇所に向けて発信するホーン５として、接続面１６ａと超音波発信面１６ｂを互いに逆向きの平板面として有する円板形状の平板状ホーン１６を用いている。超音波振動子１は、円板状を成す圧電材料１４の両側の平板面を一対の電極１３で挟持して構成したものであり、超音波振動子１の上記一対の電極１３の一方を、導電性の接着剤（図示せず）を介して平板状ホーン１６の接続面１６ａに接着固定させている。

この平板状ホーン１６の外周面１７における接続面１６ａ側の端部には、フランジ状の支持部４５を形成しており、この支持部４５の超音波発信面１６ｂ側を向く端面４８に対して、防水カバー９の一端側開口縁から内方に向けて突設したリブ状の係止部４６がＯリング１０を介して係止する構造である（図５参照）。また、防水カバー９の内周面には溝状の被係合部４７を形成しており、この被係合部４７に対して、基台部６から延設してあるフック状の係合部８の突起部分が弾性的に係合するようになっている。このとき係合部８の突先と防水カバー９の係止部４６との間で、Ｏリング１０を介して支持部４５が挟持され、平板状ホーン１６の位置決めが為される。

ここで、フランジ状を成す上記支持部４５の厚みｔは、平板状ホーン１６の厚みＴよりも薄く形成し、定常波を生じないようにしている。具体的には、平板状ホーン１６の厚みＴは、内部を伝達される超音波振動の波長λと一致するように設けているが、これに対して支持部４５の厚みｔは、平板状ホーン１６の厚みＴの１／３〜１／６（即ち、超音波振動の波長λの１／３〜１／６）の範囲内に設けている。したがって、平板状ホーン１６内においては、接続面１６ａ側から超音波発信面１６ｂ側にかけて図６（ｂ）に示すような定常波が生じ、該定常波の腹が、接続面１６ａと、超音波発信面１６ｂと、更に接続面１６ａと超音波発信面１６ｂの中間位置（即ち、接続面１６ａから超音波発信面１６ｂ側に１／２λだけ隔てた位置）に生じるようになっている。

これに対して支持部４５は、接続面１６ａ側から１／３〜１／６λの範囲内の厚みｔでしか形成していないので、支持部４５内において定常波が生じることはない。したがって、この支持部４５を介して、平板状ホーン１６を安定的に取付固定することが可能である。

しかも、支持部４５の端面４８は、平板状ホーン１６内に生じる定常波の節又はその近傍となる範囲（図６（ｂ）中の斜線領域）に位置することとなる。この範囲は定常波の振幅が最大振幅の５０％以下となる範囲であり、したがって平板状ホーン１６の定常波に対して支持部４５の存在が影響を及ぼすことが抑制される。これにより、平板状ホーン１６においては超音波振動を安定的に発生させることが可能になる。

また平板状ホーン１６の円形状を成す接続面１６ａの外周縁部には、回転防止用の切欠部４９を複数設けている。上記切欠部４９には、基台部６から延設してある回転止め用の突部５０（図３参照）が嵌入され、平板状ホーン１６の回転止めを確実に行う構造である。

本例では、図７（ａ）に示すように３つの切欠部４９を、平板状ホーン１６の接続面１６ａの中心点Ｃ周りに描かれる円周上において周方向に等間隔を隔てた箇所に配しているが、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように切欠部４９を２つ、或いは４つ以上形成してあっても構わない。接続面１６ａにおいて超音波振動は中心点Ｃを中心として周囲に伝達されていくが、これら複数の切欠部４９は、平板状ホーン１６の中心点Ｃから等距離であり且つ互いに周方向に等間隔を隔てた箇所に設けてあるので、切欠部４９の存在が超音波振動の伝達に及ぼす影響は極力抑制される。

なお、上記構成の超音波発生装置をケア装置以外に用いてもよい。適用する装置としては美容に限らず、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ものが想定されるが、その場合であっても同様の効果が得られることは勿論である。

本発明の実施形態における一例の肌ケア装置の全体を示す側断面図である。 同上の肌ケア装置の全体を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。 同上の肌ケア装置の要部分解斜視図である。 同上の肌ケア装置の要部正面図である。 同上の肌ケア装置の要部側断面図である。 （ａ）、（ｂ）は同上の肌ケア装置の特徴部分を示す説明図である。 （ａ）は同上の肌ケア装置のホーンの下面図であり、（ｂ）、（ｃ）はホーンの変形例を示す下面図である。 従来の肌ケア装置の側断面図である。

符号の説明

１ 超音波振動子
５ ホーン
９ 防水カバー
１５ 保持機構
１６ 平板状ホーン
１６ａ 接続面
１６ｂ 超音波発信面
４５ 支持部
４９ 切欠部
Ｃ 中心点
Ｔ 平板状ホーンの厚み
ｔ 支持部の厚み

Claims (3)

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有するホーンと、ホーンを基台部に取付固定する保持機構と、を具備する超音波発生装置であって、ホーンを、接続面と超音波発信面を互いに逆向きの平板面として有する平板状ホーンとし、平板状ホーンの外周面の接続面側の端部には、保持機構により平板状ホーンを取付固定するための支持部を、平板状ホーン内部を伝達される超音波振動の１波長の１／３〜１／６の厚みでフランジ状に形成し、平板状ホーンの支持部の接続面側の外周縁部には、回転防止用の切欠部を複数設け、保持機構として、基台部との間で支持部を挟持することで平板状ホーンを基台部に取付固定する防水カバーを備えるとともに、基台部には、平板状ホーンの切欠部に嵌合して回転止めを行う突部を設けることを特徴とする超音波発生装置。
2. 切欠部は、平板状ホーンの接続面の中心点周りに描かれる円周上において周方向に等間隔を隔てた箇所に配されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波発生装置。
3. 請求項１又は２に記載の超音波発生装置を備え、平板状ホーンの超音波発信面を肌接触面として成ることを特徴とする肌ケア装置。

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