KR100978328B1 - 초음파 변환기 및 이를 구비한 피부 관리 기기 - Google Patents

초음파 변환기 및 이를 구비한 피부 관리 기기 Download PDF

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Abstract

초음파 변환기 및 피부 관리 기기가 제공된다. 초음파 변환기는 초음파 진동기 및 혼을 포함한다. 초음파 진동기는 혼의 결합 표면 상에 접착제에 의해 고정되어 있다. 혼은 결합 표면과 초음파 진동기 사이에 협지된 접착제에 의해 야기된 접착제 플래시(adhesive flash)를 제한하기 위한 스토퍼를 더 포함한다.

Description

초음파 변환기 및 이를 구비한 피부 관리 기기{ULTRASONIC TRANSDUCER AND SKIN CARE DEVICE WITH SAME}
본 발명은 일반적으로 초음파 변환기 및 이를 구비한 피부 관리 기기에 관한 것이며, 특히 초음파 진동기가 접착제에 의해 혼(horn)에 고정되어 있는 구조에서 접착제 플래시(adhesive flash)를 제한하는 기술에 관한 것이다.
초음파 변환기는 종래부터 초음파 진동을 피부(피부 표면) 등에 전달하기 위한 피부 관리 기기에 사용되어 왔다. 이러한 종류의 초음파 변환기는 초음파 진동기 및 혼으로 형성된다. 초음파 진동기는 전기적 진동을 기계적 진동으로 변환시켜 초음파 진동을 발생시키도록 구성되어 있다. 초음파 진동기는 혼에 고정되어 있다. 즉, 초음파 진동기와 혼은 접착제에 의해 함께 결합된다. 이러한 초음파 변환기를 포함하는 피부 관리 기기는 또한 제어 회로와 다양한 작동 스위치를 구비한다. 제어 회로는 초음파 진동기에 전기적 진동을 공급하도록 구성되어 있다. 이러한 피부 관리 기기는, 혼 위에 형성된 초음파 방출 표면이 피부와 접촉하면 초음파 진동을 혼을 통해 피부에 효과적으로 전달함으로써 미용 효과를 얻도록 배치되어 있다.
부수적으로, 초음파 변환기에서, 초음파 진동기와 혼 사이에 협지된 접착제는 초음파 진동의 전달 손실(transmission loss)의 원인이 된다. 이 때문에, 2006년 9월 21일에 발행된 일본특허공보 제2006-247251호는 접착제 층을 조정하여 이러한 손실을 줄이려는 기술에 대해 개시하고 있다. 그렇지만, 이 기술을 이용하여 접착층(sticking layer)의 두께를 줄일 수는 있지만 접착제의 분출 및 유출(유출 확장)을 제어할 수는 없다.
접착제를 실제로 사용할 때는, 초음파 진동기와 혼 사이에 공기층 및 공기 구멍이 생기는 것을 막기 위해 초음파 진동기에 압력을 더 가하는 동안 접착제를 평평하게 퍼지게 하는 것이 필요하다. 그러나, 대부분의 경우, 이때 과도한 접착제는 분출된다. 또한, 일반적으로 열경화성 접착제(thermosetting adhesive)를 접착제로서 사용하기 때문에, 이러한 접착제는 팽창으로 인해 유출되어 버릴 수 있다. 이러한 분출, 유출(유출 확장) 등을 이후 "접착제 플래시(adhesive flash)"라 칭한다. 초음파 진동기 주위에 과도한 접착제가 말라붙어 딱딱해져 버리면, 이러한 과도한 접착제는 초음파 진동의 전달 손실의 원인이 되고 전원 공급도 원활하지 못하게 한다.
본 발명의 목적은 초음파 진동기가 접착제에 의해 혼에 고정되어 있는 구조에서 접착제 플래시를 제한하여 초음파 진동을 효과적으로 전달하는 것이다.
본 발명의 초음파 변환기는 초음파 진동기 및 혼을 포함한다. 초음파 진동기는 전기적 진동을 기계적 진동으로 변환시켜 초음파 진동을 발생시키도록 구성되어 있다. 혼은 초음파 진동기가 결합되는 결합 표면 및 초음파를 목표 지점으로 방출시키는 초음파 방출 표면을 가진다. 본 발명에서, 결합 표면과 초음파 진동기 사이에는 접착제가 협지(intervene)되어 있다. 본 발명의 한 관점에 따르면, 혼은 접착제에 의해 야기된 접착제 플래시를 제한하기 위한 스토퍼를 더 포함한다.
그러므로 초음파 진동기는 스토퍼를 구비하고, 이에 의해 초음파 진동기에 압력을 더 가하면서 접착제를 평평하게 퍼지게 하는 경우라도, 접착제가 압력으로 인해 수용할 수 있는 것보다 더 많이 분출되는 것을 방지한다. 또한, 가열로 인해 접착제가 확장하더라도, 접착제가 수용할 수 있는 것보다 많이 유출되는 것을 방지한다. 그러므로 전원 공급의 방해뿐만 아니라 말라붙어 딱딱해진 과도한 접착제에 의해 야기되는 초음파 진동의 전달 손실을 효과적으로 제한한다. 결과적으로, 초음파 진동을 효과적으로 전달할 수 있다.
실시예에서, 스토퍼는 초음파 진동기의 외곽선을 따라 결합 표면 주위에 형성된 오목한 홈이다. 그러므로 이 오목한 홈은 초음파 진동기의 외곽선을 따라 형 성되며, 이에 의해 이 오목한 홈은 접착제 영역을 위한 마크로서 기능한다. 그 결과, 작업자는 초음파 진동기와 혼 사이의 고정된 위치 관계를 용이하게 유지할 수 있다. 이 오목한 홈을 접착제가 넘어도, 작업자는 이 오목한 홈을 넘는 접착제를 볼 수 있으므로 과도한 접착제를 용이하게 깨끗이 닦아 제거할 수 있다. 스토퍼는 오목한 홈을 포함하기 때문에, 혼 위에 초음파 진동기를 고정시킬 때 초음파 진동기를 누르면서 오목한 홈의 외부에서 초음파 진동기를 사방으로 움직일 수 있다. 따라서, 접착제는 결합 표면 전체에 걸쳐 용이하게 펴질 수 있다.
실시예에서, 스토퍼는 초음파 진동기의 외곽선으로부터 정해진 거리만큼 떨어져 있다. 초음파 진동기와 혼 사이에 공기 층 및 공기 구멍이 생기는 것을 막을 수 있도록 접착제를 평평하게 퍼지게 하기 위해서는, 초음파 진동기 주위에 약간의 접착제 플래시를 보이게 할 필요가 있다. 이것들 둘 사이에서 정해진 거리가 유지되며, 이에 의해, 수용 가능한 것보다 많은 접착제 플래시, 즉 정해진 거리가 보여질 수 있다.
실시예에서, 혼은 전도성을 보이며, 초음파 진동기를 통전(energize)시키기 위한 한 쌍의 전기적 접촉부 중 어느 하나는 스토퍼의 외부에서 혼의 일부와 전기적으로 접속되어 있다. 이 방식에서, 혼에 접속된 전기적 접촉부에 접착제가 도달하여 접촉 불량을 일으키는 것을 방지한다. 예를 들어, 혼이 편평한 판의 형상이고 전기적 접촉부를 구비하고 있는 경우라도, 이러한 접촉부에 의해 접촉 불량 없이 초음파 진동기를 확실하게 통전시킬 수 있다. 이러한 편평한 판 형상의 혼이 제공되어도, 특정한 전원 공급이 이루어질 수 있으며, 이에 의해 이러한 편평한 판 형상의 혼은 용이하게 제조될 수 있고 컴팩트하며, 따라서 고신뢰성의 컴팩트한 초음파 진동기가 실현된다.
본 발명의 피부 관리 기기는 상기 초음파 변환기를 포함하며, 목표 지점은 피부이다. 초음파 진동을 고효율로 전달할 수 있는 피부 관리 기기를 제공할 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예를 이하에 상세히 설명한다. 본 발명의 다른 특징이나 이점은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면과 관련해서 더 잘 이해하게 될 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기(1)를 도시하고, 도 2는 초음파 변환기(1)를 포함하는 피보 보호 기기(2)를 도시한다.
피부 관리 기기(2)는 본체 하우징(20) 및 제어 회로(3)를 포함한다. 본체 하우징(20)은 한 손으로 붙잡을 수 있도록 길고 좁은 형상으로 되어 있다. 제어 회로(3)는 본체 하우징(20) 내에 놓인다. 초음파 변환기(1)는 본체 하우징(20)의 길이 방향의 한 단부 측에 설치된다. 초음파 변환기(1)는 초음파 진동기(4) 및 혼(horn)(5)으로 형성된다. 초음파 진동기(4)는 편평한 판의 형상으로 되어 있으며, 전기적 진동(예를 들어, AC(교류) 전압)을 기계적 진동으로 변환시켜 초음파 진동을 발생한다. 전기적 진동은 리드(lead)(30)를 통해 제어 회로(3)로부터 공급된다. 혼(5)은 피부(5) 등과 같은 목표 지점(target place)에 초음파 진동을 전달 한다. 초음파 변환기(1)는 하나 또는 두 개의 액체 타입의 에폭시 수지 접착제(6)에 의해 혼(6)에 고정된다(도 1b 및 도 1c 참조).
초음파 진동기(4)는 한 쌍의 전극(8) 및 이 전극들(8) 사이에 협지된 판형의 압전 재료(piezoelectric materials)(7)로 형성되어 있다. 혼(5)은 바닥부(bottom)를 갖는 실린더 형상이며, 알루미늄 등과 같은 금속 재료로 만들어진다. 혼(5)은 혼(5)(5a)의 바닥부의 외부 표면이 밖으로 튀어나오도록 본체 하우징(20)의 한 단부 측에 부착되어 있다. 초음파 진동기(4)의 전극들(8) 중 하나는 접착제(6)에 의해 혼(5)(5b)의 바닥부의 내부 표면에 고정되어 있다.
즉, 혼(5)에서, 바닥부(5b)의 내부 표면은 초음파 진동기(4)가 결합되는 결합 표면(join surface)(9)을 포함한다. 바닥부(5a)의 외부 표면은 초음파가 피부(피부 표면)(50) 등과 같은 목표 지점으로 방출되는 초음파 방출 표면(10)을 포함한다. 결합 표면(9)과 초음파 방출 표면(10) 사이의 두께는, 정재파(standing wave)를 형성하도록, 예를 들어 초음파 진동기(4)로부터 방출되는 초음파 진동의 1파장과 동일하게 설정된다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 결합 표면(9)과 초음파 진동기(4) 사이에 협지된 접착제(6)의 분출(extrusion) 및 유출(outflow) 등을 제한하기 위한 스토퍼(11)는 결합 표면(9)에 위치한 오목한 홈(concave groove)(12)으로 형성되어 있다. 이 오목한 홈(12)은 결합 표면(9)에 고정된 초음파 진동기(4)의 외곽선의 외부에, 이 외곽선으로부터 정해진 거리만큼 떨어져서 외곽선을 따라 형성된다. 도면의 예에서는, 초음파 진동기(4)가 디스크형으로 되어 있으므로, 오목한 홈(12)도 초음파 진 동기(4)의 원형 외곽선과 유사한 원형의 형상으로 되어 있다. 예를 들어, 초음파 진동기(4)의 외곽선이 타원형이면, 오목한 홈(12)도 타원형 외곽선을 따르는 타원형이 된다. 초음파 진동기(4)의 외곽선이 사각형이면, 오목한 홈(12)도 사각형 외곽선을 따르는 사각형이 된다.
초음파 진동기(4)의 외곽선과 오목한 홈(12) 사이의 정해진 거리 "d"는 접착제(6)의 존재가 보이게 하되 진동이 방해받지 않는 거리로 설정된다. 바람직하게, 정해진 거리 "d"는 0.5mm와 같은 거리로 일정하게 설정된다. 바람직하게, 오목한 홈(12)의 폭과 깊이도 또한 각각 1mm 이하와 같은 거리로 설정된다.
실시예의 초음파 변환기(1)에서, 초음파 진동기(4)의 전극들(8) 중 하나는 리드(30)로부터의 전원 공급을 위한 단자(31)와 직접 접속되어 있다. 리드(30)로부터의 전원 공급을 위한 단자(32)는 혼(5)(5c)의 내부 실린더형 표면과 직접 접속되어 있고, 이에 따라 전극들(8) 중 다른 하나는 고전도성을 나타내는 혼(5) 및 접착제(6)를 통해 단자(32)와 전기적으로 접속되어 있다.
그러므로 피부 관리 기기(2)는 초음파 변환기(1)를 구비하며, 이에 의해 본체 하우징(20)을 붙잡고서 피부(50)에 대해 초음파 방출 표면(10)을 누르는 데 사용될 수 있다. 이 경우, 다양한 스위치(도시되지 않음)를 작동시키면, 초음파 진동기(4)는 제어 회로(3)로부터 전기적 진동을 공급받아 기계적 진동(초음파 진동)을 발생한다. 즉, 초음파 방출 표면(10)은 피부 접촉 표면으로서 사용되기 때문에, 초음파 진동은 몸(인체)의 피부(50)에 전달될 수 있고 몸의 내부의 목표 지점에까지도 전달될 수 있어, 소망하는 미용 효과를 성취할 수 있다. 바람직하게는, 초음파 방출 표면(40)과 피부(50) 사이에 젤 등과 같은 초음파 송신용의 적절한 커플란트(couplant)(40)를 사용한다.
본 실시예에서, 초음파 변환기(1)는 본 발명의 한 관점에 따라 스토퍼(11)로서 오목한 홈(12)을 구비하고 있다. 그러므로 초음파 진동기(4)와 혼(5)을 함께 접착제(6)에 의해 고정시켜 초음파 변환기(1)를 형성하면, 압력 및 열 팽창으로 인한 접착제(6)의 분출 및 유출이 발생하여도, 오목한 홈(12)에 과도한 접착제가 모이게 된다. 이에 의해, 분출 및 유출이 오목한 홈(12)에서 차단된다. 그러므로, 과도한 접착제의 분출 및 유출의 범위가 제한되기 때문에, 초음파 진동의 전달 손실이 감소될 수 있고, 접착제가 전원 공급을 방해하는 것을 방지할 수 있다.
오목한 홈(12), 즉 스토퍼(11)는 초음파 진동기(4)의 외곽선을 따라, 이 외곽선으로부터 정해진 거리 "d"만큼 떨어져서 형성된다. 환언하면, 과도한 접착제의 분출 및 유출은 이 정해진 거리 "d"까지 허용될 수 있다. 여기서, 초음파 진동기(4) 및 혼(5)은 투명하지 않기 때문에, 초음파 진동기(4)와 혼(5) 사이에 공기 층 및 공기 구멍이 생기는 것을 막을 수 있도록 접착제(6)를 평평하게 퍼지게 하기 위해서는, 초음파 진동기(4) 주위에 약간의 접착제 플래시(adhesive flash)를 보이게 할 필요가 있다. 정해진 거리 "d"에 의해 이것이 가능해진다. 스토퍼(11)는 접착 영역용 마크로서 기능하고, 이에 따라 작업자는 초음파 진동기(4)와 혼(5) 사이의 고정된 위치 관계를 용이하게 유지할 수 있다. 과도한 접착제가 스토퍼(11)를 넘어도, 작업자는 스토퍼(1)를 넘는 접착제를 볼 수 있으므로 스토퍼(11)를 넘는 접착제를 용이하게 깨끗이 닦아 제거할 수 있다.
스토퍼(11)는 오목한 홈(12)으로 형성되어 있기 때문에, 혼(5) 위에 초음파 진동기를 고정시킬 때 초음파 진동기를 누르면서 오목한 홈(12)의 외부에서 초음파 진동기(4)를 사방으로 움직일 수 있다. 이 때문에, 접착제(6)는 결합 표면(9) 전체에 걸쳐 용이하게 펴질 수 있다.
실시예에서, 오목한 홈(12)은 도 3a, 3b, 3c, 3d, 3e에 도시된 바와 같이 형성된다. 예를 들어, 오목한 홈(12)은 도 3a에 도시된 바와 같이 직사각형의 단면일 수 있거나, 도 3b 또는 3c에 도시된 바와 같이 부드러운 둥근 가장자리를 가질 수도 있다. 도 3d 또는 도 3e에 도시된 바와 같이, 혼(5)은 스토퍼(11)로서 이중의 오목한 홈(12)으로 형성된다. 이 경우, 바깥 쪽의 오목한 홈(12)은 예비 스토퍼로서 기능하기 때문에, 접착제 플래시가 수용 가능한 것보다 많을 때 효과적으로 제한할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른, 마찬가지의 초음파 변환기(1) 및 피부 관리 기기(2)에 대해 설명한다. 간략하게 할 목적으로, 동일한 구성요소에 대해 위의 실시예에서 묘사된 것과 동일한 도면부호를 붙인다.
본 실시예의 초음파 변환기(1)에서, 스토퍼(11)는 초음파 진동기(4)의 외곽선을 따라 결합 표면(9) 주위에 형성된 돌출 벽(15)으로 형성된다. 이에 의해, 접착제(6)는 차단될 수 있기 때문에, 수용할 수 있는 것보다 많은 접착제 플래시를 효과적으로 제한할 수 있다. 돌출 벽(15)은 또한 초음파 진동기(4)의 외곽선으로부터 정해진 거리 "d"만큼 떨어져 있고, 이에 따라 수용할 수 있는 약간의 접착제 플래시를 볼 수 있다.
본 실시예에서, 초음파 변환기(1)를 구비한 피부 관리 기기(2)의 구조는 도 2의 구조와 동일하다. 또한, 초음파 변환기(1)는 이러한 피부 관리 기기와는 다르게 사용될 수 있으며, 그러한 경우에도 유사한 효과를 얻을 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른, 초음파 변환기(1) 및 피부 관리 기기(2)에 대해 설명한다. 간략하게 할 목적으로, 동일한 구성요소에 대해 도 1a 내지 도 1c 및 도 2의 실시예에서 묘사된 것과 동일한 도면부호를 붙인다.
본 실시예의 초음파 변환기(1)에서, 혼(5)은 편평한 판의 형상으로 되어 있다. 초음파 진동기(4)는 혼(5)의 한 쪽의 편평한 표면 상에 고정되어 있으며, 오목한 홈(12), 및 혼(5)과 접착제(6)를 통해 초음파 진동기(4)를 통전(energize)시키기 위한 한 쌍의 전기적 접촉부 중 하나를 더 구비한다. 혼(5)의 전기적 접촉부는 초음파 진동기(4)를 에워싸는 오목한 홈(12) 외부에서 혼(5)의 편평한 표면에 위치한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 혼(5)의 전기적 접촉부는 리드(30)로부터의 전원 공급을 위한 단자(32)로서의 금속 탄성체(35)와 탄성적 접촉(elastic contact)을 일으킨다. 그러므로 초음파 진동기(4)의 전극들(8)에서, 혼(5)과 접촉하고 있는 전극(8)은 혼(5) 및 접착제(6)를 통해 금속 탄성체(35)와 전기적으로 접촉한다. 마찬가지로, 금속 탄성체(36)는 전원 공급용 단자(31)로서 사용되며, 다른 전극(8)과 접속되어있다. 이 전극(8)은 금속 탄성체(36)와 직접적으로 탄성 접촉을 일으킨다.
금속 탄성체(35)와 탄성 접촉을 일으키는 전기적 접촉부에 접착제 플래시가 도달한 경우, 접착제 플래시는 접촉 불량을 야기한다. 그렇지만, 본 실시예에서,오목한 홈(12) 주위의 접착제 플래시는 제한되어 있기 때문에, 그러한 문제는 제거될 수 있다. 편평한 판 형상의 혼(5)은 도 1b 및 도 4a에 도시된 바와 같은 바닥부를 가진 실린더 형으로 되어 있는 혼(5)에 비해 용이하게 제조될 수 있고 컴팩트하다. 편평한 판 형상의 혼(5)을 사용하여도, 오목한 홈(12) 외부에서 혼(5)의 편평한 표면에 하나의 전기적 접촉부가 위치할 수 있다. 편평한 판 형상의 혼(5)은 두께, 편평도(flatness) 등과 같은 치수의 정밀도를 용이하게 보장할 수 있는 이점을 갖는다.
초음파 변환기(1)를 구비한 본 실시예에서, 피부 관리 기기(2)의 구조는 도 2의 구조와 동일하다. 또한, 초음파 변환기(1)는 이러한 피부 관리 기기 외에 초음파 진동 기기용으로도 사용될 수 있다. 초음파 진동 기기는 미용에 한정되지 않고, 진단, 프로세스, 접합(결합), 세척, 약제(agent)의 침투 향상, 확산(diffusion), 분산(dispersion), 유화(emulsification), 자동화 등의 향상과 같은 초음파 프로세스와 관련이 있다. 이 경우도 또한 말할 필요 없이 유사한 효과가 얻어질 수 있다.
특정한 양호한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 진정한 정신 및 범주를 벗어남이 없이 당업자에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기를 도시하되, 도 1a는 초음파 변환기의 평면도이고, 도 1b는 전원 공급용 단자들과 접속된 초음파 변환기의 단면도이며, 도 1c는 도 1b의 주요부에 대한 확대도이다.
도 2는 초음파 변환기를 포함하는 피부 관리 기기의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 오목한 홈의 변형 예에 대한 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기를 도시하되, 도 4a는 초음파 변환기의 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 주요부의 확대도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기를 도시하되, 도 5a는 초음파 변환기의 단면도이고, 도 5b는 전원 공급용 단자와 접속된 초음파 변환기의 단면도이다.

Claims (9)

  1. 전기적 진동을 기계적 진동으로 변환시켜 초음파 진동을 발생시키는 초음파 진동기; 및
    상기 초음파 진동기가 결합되는 결합 표면 및 초음파를 목표 지점으로 방출시키는 초음파 방출 표면을 가진 혼(horn)
    을 포함하며,
    상기 혼은 상기 결합 표면과 상기 초음파 진동기 사이에 협지(intervene)된 접착제에 의해 야기된 접착제 플래시(adhesive flash)를 제한하기 위한 스토퍼를 더 포함하고,
    상기 혼은 전도성을 보이며,
    상기 초음파 진동기를 통전시키기 위한 한 쌍의 전기적 접촉부 중 어느 하나가 상기 스토퍼의 외부에서 상기 혼 부분에 배치되고,
    상기 혼 부분에 배치된 상기 전기적 접촉부는 리드로부터의 전원 공급을 위한 단자로서의 금속 탄성체와 탄성적 접촉(elastic contact)을 일으키고,
    상기 스토퍼는, 상기 초음파 진동기의 외곽선을 따라 상기 결합 표면 주위에 형성되는 오목한 홈을 포함하는, 초음파 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스토퍼는 상기 초음파 진동기의 외곽선으로부터 정해진 거리만큼 떨어져 있는, 초음파 변환기.
  3. 제1항의 초음파 변환기를 포함하며, 상기 목표 지점은 피부인, 피부 관리 기기.
  4. 제2항의 초음파 변환기를 포함하며, 상기 목표 지점은 피부인, 피부 관리 기기.
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