KR101672631B1 - 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치 - Google Patents

피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치 Download PDF

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윤만순
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Abstract

피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치가 제공된다. 상세하게는, 상기 고강도 집속 초음파 장치는, 서로 결합되어 배치된, 초음파 집속 소자모듈 및 선형 압전 모터를 포함하는 카트리지부, 상기 카트리지부와 결합되며, 진동모터를 포함하는 진동부 및 상기 카트리지부 및 상기 진동부와 전기적으로 연결된 회로부와 외부전원부를 구비한 본체부를 포함할 수 있다. 이에, 본 발명의 고강도 집속 초음파 장치는 초음파의 피부 침투 깊이를 나노 단위로 제어할 수 있으며, 상기 진동부를 통해 초음파 조사로 수반되는 피부 통증을 완화시킬 수 있는 피부 마사지를 수행할 수 있다.

Description

피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치{HIGH INTENSITY FOCUSED ULTRASONIC APPARATUS FOR CARING SKIN}
본 발명은 초음파 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치에 관한 것이다.
미용에 대한 관심이 높아지면서, 피부 노화 방지, 주름 개선 또는 피부 탄력 유지가 가능한 화장품, 식품 및 피부관리 기기와 같은 피부관리 제품에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히, 나이가 들어가면서 진피층의 콜라겐과 탄력섬유의 감소로 인해 생성되는 주름을 개선할 수 있는 초음파를 이용한 기기들이 다양하게 소개되고 있다. 주름 부위에 조사된 초음파는 주름의 근본 원인인 피부근막층(superficial muscular aponeurotic syste, SMAS)에 열을 전달하여, 전달된 열에 의해 피부 조직을 수축 또는 응고시킴으로써 주름을 개선시킬 수 있다. 피부관리 기기들은 이러한 원리를 이용하기 때문에, 시술하고자 하는 특정 부위에만 초음파를 집속시켜 개선효율을 향상시킬 수 있는 장치에 대한 개발이 요구되고 있다.
일반적으로, 의료용기기로 사용되는 초음파 집속 압전소자는 광학 원리를 이용한 것으로, 주로 구면렌즈 형상으로 가공하여 사용되고 있다. 통상적으로, 구면렌즈를 통과한 빛은 파장에 따라 다른 초점거리를 가지며, 장파장일수록 초점 거리가 감소한다. 이러한 광학 원리로 인해 종래의 초음파 집속 압전소자에 전압을 인가하면, 두께 모드 진동에서 발생하는 초음파 에너지가 곡률반경의 중심에 집중되면서 초음파 진동의 집속이 이루어진다.
한편, 압전소재는 공진 주파수에서 최대 변위를 나타내므로, 초음파 장치에 적용시 주로 공진 주파수에서 구동시킨다. 이 때, 압전소재의 두께를 변화시켜 두께 방향으로 공진시키면, 두께에 따라 공진 주파수가 변화되어 인가된 주파수와 동일한 주파수로 진동하면서 초음파가 발생된다. 종래의 원판 형태의 압전소자를 두께 진동모드에서 구동시키는 경우 발생되는 진동변위의 방향을 살펴보면, 두께 진동에 의해 공진점에서 두께 방향으로 최대변위가 나타나는 것으로 알려져 있다.
또한, 압전소재는 소재의 종류에 따라 고유의 주파수 정수를 가지며, 주파수 정수는 다음과 같은 식(1)에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112015041799426-pat00001
……식(1)
Nt: 주파수 정수
fr: 1차 공진주파수[Hz]
t: 시편의 두께[meter]
즉, 상기 식(1)에 의해 시편의 두께에 따른 공진 주파수가 결정된다. 예를 들어, 주파수 정수가 2100이라면, 2MHz의 두께 방향의 공진 주파수를 갖는 압전소재의 두께는, 하기 식(2)와 같이, 결정될 수 있다.
Figure 112015041799426-pat00002
……식(2)
다시 말해, 2MHz의 두께 방향의 공진 주파수를 갖는 초음파 압전소자를 제작하기 위해서는 압전소재의 두께를 1.05mm로 구성해야 하는 것을 알 수 있다. 또한, 압전소재의 주파수 정수를 조절하여 원하는 공진 주파수를 갖는 압전소자를 제작할 수 있다.
상기와 같이, 초음파 집속을 위한 압전소자는 구면렌즈의 원리와 두께 진동모드의 주파수 정수를 이용하여 원하는 초점거리를 갖도록 설계할 수 있다. 즉, 원하는 초음파 발생 주파수를 갖도록 두께를 조절하고, 구면을 갖는 반구형 형태로 제작하여, 원하는 주파수와 초점거리를 갖는 초음파 집속을 위한 소자를 제공할 수 있음을 의미한다.
통상적으로, 초음파 집속이 발생하는 지점은 돔형 압전소자의 곡률 반경과 일치하게 된다. 한편, 초점거리는 파장에 따라 반비례하므로, 사용 주파수를 변환시켜 피부 아래의 초음파 집속 거리를 조절하는 방식이 사용되고 있다. 이에, 같은 곡률 반경을 가진 압전 소자는 발생 주파수에 따라 초점거리가 변화하게 된다. 이는, 하기 식(3)과 같다.
Figure 112015041799426-pat00003
……식(3)
f: 초점 거리
d: 렌즈 직경
λ: 파장
즉, 상기 식(3)을 참조하면, 파장이 짧을수록(즉, 초음파 주파수가 높을수록) 초점거리는 짧아지게 되므로, 초음파 주파수를 변경하여 피부 아래층의 침투 깊이를 조절하는 것이 일반적인 방식이나, 주파수가 높을수록 에어리 원판(airy disk)이 작아지면서 초음파 집속이 용이해지므로, 이에 대한 개선이 필요한 실정이다.
또한, 눈가와 같이, 피부면적이 작고 예민한 부위에서는 초음파 집속 소자의 직경을 10mm이하로 하여 안구 부분과의 간섭이 없이 사용할 수 있는 점이 기기 사용에 있어 중요한 요소가 된다. 그러나, 상기와 같이, 작은 크기의 초음파 집속 소자를 사용하는 경우, 초음파가 방사되는 초음파 집속 소자의 일면에 전압을 인가하기 위해 전선을 납땜하게 되는데, 이는 전면으로 방사되는 초음파를 왜곡시킬 수 있어, 효율상의 문제점이 제시되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 초음파 집속 초점거리를 정밀하게 제어할 수 있는, 피부 관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 서로 결합되어 배치된, 초음파 집속 소자모듈 및 선형 압전 모터를 포함하는 카트리지부, 상기 카트리지부와 결합되며 진동모터를 포함하는 진동부 및 상기 카트리지부 및 상기 진동부와 전기적으로 연결된 회로부와 외부전원부를 구비한 본체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치를 제공할 수 있다.
상기 카트리지부 또는 상기 진동부는 상기 본체부와 탈부착이 가능한 것일 수 있다.
상기 카트리지부는 초음파 집속 소자모듈, 상기 초음파 집속 소자모듈과 연결되어 배치된 선형 압전모터, 상기 선형 압전 모터를 지지하는 고정부, 상기 초음파 집속 소자모듈 및 상기 선형 압전 모터의 일부를 내부에 배치시킨 액체저장부, 상기 액체저장부의 일측에, 상기 초음파 집속 소자모듈과 대향되어 배치된 초음파 투과 필름 및 상기 액체저장부의 타측에 배치된, 상기 본체부와 접촉 가능한 접촉단자를 포함할 수 있다.
상기 액체저장부는 물 또는 실리콘 오일이 충진된 것일 수 있다.
상기 초음파 투과 필름은 폴리이미드(polyimide, PI) 또는 폴리메틸펜텐(polymethylpentene, TPX)으로 구성된 것일 수 있다.
상기 초음파 집속 소자모듈은 초음파 집속 소자 및 상기 초음파 집속 소자를 밀봉하는 절연부재를 포함할 수 있다.
상기 초음파 집속 소자는 양면에 전극이 배치된 돔 형태의 압전몸체 및 상기 압전몸체의 가장자리에 배치되되, 상기 압전몸체와 일체로 형성된 테두리를 포함할 수 있다.
상기 선형 압전 모터는 돔 형태의 압전 액츄에이터, 상기 돔 형태의 압전 액츄에이터와 연결되어 배치된 진동축, 상기 진동축에 접촉되어, 상기 진동축과의 마찰에 의해 선형 이동하는 이동체를 포함하며, 상기 이동체는 상기 초음파 집속 소자 모듈과 연결된 것일 수 있다.
상기 선형 압전 모터를 통해 상기 초음파 집속 소자로부터 방출되는 초음파의 피부 침투 깊이를 제어할 수 있다.
상기 진동부에서 생성되는 진동이 피부에 전달되며 피부 마사지를 수행할 수 있다.
본 발명은 고강도 집속 초음파 장치는 초음파의 피부 침투 깊이를 나노(nano) 단위로 제어할 수 있다.
또한, 상기 진동부를 통해 초음파 조사로 수반되는 피부 통증을 완화시킬 수 있는 피부 마사지를 수행할 수 있다.
다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 장치의 개략적인 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 장치의 개략적인 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지부의 구조를 나타낸 이미지이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 투과 필름의 직경 및 초음파 집속 소자의 초점거리를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 집속 소자의 구조를 나타낸 이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 집속 소자에 연결된 전선을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 집속 소자모듈을 나타낸 이미지이다.
도 8(a) 내지 도 8(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 압전 모터의 압전 액츄에이터를 팽창시키는 파형 및 이에 따른 진동축 및 이동체의 변위를 나타낸 도표이다.
도 9(a) 내지 도 9(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 압전 모터의 압전 액츄에이터를 수축시키는 파형 및 이에 따른 진동축 및 이동체의 변위를 나타낸 도표이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 소자의 초점거리를 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 또는 축소된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참고번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명은 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치를 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 고강도 집속 초음파 장치는, 서로 결합되어 배치된, 초음파 집속 소자모듈 및 선형 압전 모터를 포함하는 카트리지부, 상기 카트리지부와 결합되며, 진동모터를 포함하는 진동부 및 상기 카트리지부 및 상기 진동부와 전기적으로 연결된 회로부와 외부전원부를 구비한 본체부를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 1을 참조하면, 장치의 상부측면에 초음파 집속 소자모듈 및 상기 초음파 집속 소자모듈과 결합되어 배치된 선형 압전 모터를 포함하는 카트리지부(100)가 배치되고, 상기 카트리지부(100)의 일측으로 상기 카트리지부(100)와 결합되며, 진동모터를 포함하는 진동부(200)가 배치될 수 있다. 상기 카트리지부(100) 및 상기 진동부(200)의 하부에는, 상기 카트리지부(100) 및 상기 진동부(200)와 전기적으로 연결된 회로부(310) 및 외부전원부(320)를 구비한 본체부(300)가 배치될 수 있다.
상기 카트리지부(100) 또는 상기 진동부(200)는 상기 본체부(300)와 탈부착이 가능할 수 있다. 즉, 상기 카트리지부(100)를 상기 본체부(300)로부터 분리할 수 있으며, 또는 상기 진동부(200)를 상기 본체부(300)로부터 분리할 수 있어, 원하는 형태로 상기 카트리지부(100) 또는 상기 진동부(200)를 탈부착하여 사용할 수 있다. 이에, 상기 카트리지부(100), 상기 진동부(200) 또는 상기 본체부(300)가 개별적으로 손상이나 파손되어 교체가 필요한 경우에 이들을 탈부착시켜 용이하게 교환하여 사용할 수 있으므로, 장치의 재사용 효율이 높아질 수 있다. 또한, 상기 카트리지부(100)는 상기 본체부(300)와 탈부착이 가능하므로, 시술 부위 및 관리 정도에 따라 조사되어야 하는 초음파를 달리해야 하는 경우, 공진 주파수를 다르게 형성한 초음파 집속 소자모듈을 포함하는 카트리지부로 교체하여 상기 본체부(300)에 부착시켜 사용할 수 있다.
상기 진동부(200)는 진동모터를 포함하는 것으로, 상기 진동부(200)는 상기 카트리지부(100)와 결합되어 상기 카트리지부(100)와 접촉되는 피부(시술 부위)에 진동을 전달시킴으로써, 접촉된 피부를 마사지할 수 있다. 상기 진동부(200)를 이용한 피부 마사지 수행효과를 극대화하기 위해서는, 상기 진동부(200)를 상기 카트리지부(100)에 포함된 초음파 집속 소자모듈과 가까이에 배치시킬 수 있다. 상기 진동부(200)에 포함된, 상기 진동모터는 공지된 일반적인 코일(coil) 모터 또는 압전 모터 등 진동을 유발할 수 있는 어떠한 형태의 장치를 모두 사용할 수 있으므로, 특별히 한정하지는 않는다.
상기 진동부(200)는 사용자의 의사에 따라 선택적으로 동작되도록 구현된 것일 수 있다. 상기 진동부(200)는 상기 카트리지부(100)에 연결된 상태로 상기 카트리지부(100)에 진동을 전달하여 마사지를 수행할 수 있으나, 실시예에 따라, 상기 카트리지부(100)를 상기 본체부(300)에서 탈착시킨 후, 상기 본체부(300)와 연결된 상기 진동부(200)만을 이용하여 마사지를 수행할 수도 있다. 이러한 경우, 상기 진동부(200)의 일면에 피부와 접촉하기에 용이한 형태를 가진 마사지 볼(ball) 또는 마사지 캡(cap) 등을 별도로 결합시켜 마사지를 수행할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 진동부(200)는 실시예에 따라 배치위치가 달라질 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 고강도 집속 초음파 장치는 카트리지부(101)와, 회로부(311) 및 외부전원부(321)를 구비한 본체부(301)로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 진동부(201)는 상기 카트리지부(101)에 포함되어 배치된 것일 수 있으며, 또는 상기 본체부(301)에 실장된 것일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 본체부(300)에 포함된 회로부(310)는 상기 카트리지부(100) 및 상기 진동부(200)와 전기적으로 연결되도록 배치되어, 상기 카트리지부(100) 및 상기 진동부(200)에 전압을 인가하여 이들을 구동시키기 역할을 수행하는 것일 수 있다. 상기 회로부(310)는 통상의 기기 내에 배치된 회로부의 형태를 모두 적용할 수 있으므로, 특별히 한정하지는 않는다.
상기 본체부(300)에 포함된 외부전원부(320)는 상기 회로부(310)와 전기적으로 연결된 것으로, 상기 회로부(310)에 전력을 공급하기 위해 배치되는 것일 수 있다. 상기 외부전원부(320)는 실시예에 따라, 외장 배터리(battery), 무선형 배터리 또는 접촉단자 형태일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지부의 구조를 나타낸 이미지이다. 도 3을 참조하면, 구체적으로, 상기 카트리지부(100)는, 초음파 집속 소자모듈(110), 상기 초음파 집속 소자모듈(110)와 연결되어 배치된, 상기 초음파 집속 소자모듈(110)의 초점거리를 제어할 수 있는 선형 압전 모터(130), 상기 선형 압전 모터(130)를 지지하는 고정부(120), 상기 초음파 집속 소자모듈(110) 및 상기 선형 압전 모터(130)의 일부를 내부에 배치시킨 액체저장부(140), 상기 액체저장부(140)의 일측에, 상기 초음파 집속 소자모듈(110)와 대향되어 배치된 초음파 투과 필름(150) 및 상기 액체저장부(140)의 타측에 배치된, 상기 본체부(300)와 접촉 가능한 접촉단자(160)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 고정부(120) 상부 또는 일측에는, 후술하는 선형 압전 모터(130)에 포함된 돔 형태의 압전 액츄에이터 및 상기 접촉단자(160)와 상기 액체저장부(140)에 충진된 액체가 접촉되지 않도록 하기 위한 격벽(미도시)이 배치될 수도 있다.
상기 고정부(120)는 후술하는 선형 압전 모터(130)를 구성하는 돔 형태의 압전 엑츄에이터 및 진동축을 지지할 수 있고, 상기 선형 압전 모터(130)에 포함된 이동체가 용이하게 이동할 수 있는 가이드(guide) 역할을 수행하는 것일 수 있다. 상기 고정부(120)는 통상의 기기 내 고정장치를 모두 적용할 수 있으므로, 특별히 한정하지는 않는다. 구체적으로, 상기 고정부(120)의 일부영역은 상기 액체저장부(140)에 충진된 액체와 접촉될 수 있으므로, 액체에 의해 손상되지 않는 재질로 구성될 수 있다. 상기 고정부(120)의 형태는 실시예에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상기 고정부(120)는 상기 초음파 집속 소자모듈(110)과 연결된 배선(전선)이 상기 액체저장부(140)에 액체와 접촉되지 않으면서 상기 접촉단자(160)를 통해 상기 본체부(300)와 연결되는 연결통로로 사용될 수 있다.
상기 액체저장부(140)는 초음파가 전달되는 경로에 초음파의 전달을 용이하게 할 수 있는 액체를 배치하여 초음파 전달 효율을 향상시키기 위해 구성된 것일 수 있다. 이에, 상기 액체저장부(140)는 상기 초음파 집속 소자모듈(110) 및 밀봉되지 않은 돔형 압전 액츄에이터를 제외한 상기 선형 압전 모터(130) 일부를 둘러싸는 형태로, 이들을 내부에 배치하여 구비되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 액체저장부(140)에는 물 또는 실리콘 오일(silicone oil)이 충진된 것일 수 있다. 상기 액체저장부(140)의 형태는 실시예에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
상기 초음파 투과 필름(150)은 피부와 접촉하는 부위로서 상기 초음파 집속 소자모듈(110)로부터 발생한 초음파의 손실을 최소화하여 투과할 수 있는 재질의 필름을 배치하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 초음파 투과 필름(150)은 음향 임피던스(acoustic impedance)가 1.5Mray에 근접하는 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 폴리이미드(polyimide, PI) 또는 폴리메틸펜텐(polymethylpentene, TPX)로 구성된 것일 수 있다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 투과 필름의 직경 및 초음파 집속 소자의 초점거리를 나타낸 모식도이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)를 참조하면, 상기 초음파 투과 필름(150)의 직경은 상기 초음파 집속 소자 모듈(110)에 포함된 초음파 집속 소자(110)의 직경보다 크게(도 4(a) 참조) 구성하거나, 또는 작게(도 4(b) 참조) 구성할 수 있다. 예를 들어, 피부 부위가 눈 주위나 입 주위와 같은 좁은 경우에는 초음파 투과 필름(150)의 직경을 상기 초음파 집속 소자(110)의 직경보다 작게 구성할 수 있다. 도 4(b)에 도시된, 직경 크기의 구배가 나타나는 A 영역은 평면 또는 곡면으로 형성될 수 있으나, 이러한 형상에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 도 4(c)와 같이, 상기 초음파 투과 필름(150)의 최소 직경은 초음파가 집속되기 위해 초음파가 통과해야 하는 면적의 지름(B)보다 크게 형성하는 것일 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 접촉단자(160)는 상기 카트리지부(100)를 상기 본체부(300), 상세하게는, 상기 본체부(300)의 회로부(310) 및 외부전원부(320)와 전기적으로 연결시키기 위해 구성된 것으로, 통상의 접촉단자 형태를 적용할 수 있다. 상기 접촉단자(160)는 상기 카트리지부(100)와 상기 본체부(300)가 전기적으로 연결된 배선 등과 전기적으로 접촉된 것일 수 있으며, 이에, 상기 액체저장부(140)의 액체와 접촉되지 않는 구조로 배치하는 것이 바람직할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 초음파 집속 소자모듈(110)은 초음파 집속 소자 및 상기 초음파 집속 소자를 밀봉하는 절연부재를 포함하는 것일 수 있다. 상기 초음파 집속 소자는 높은 강도로 초음파를 집속할 수 있는 압전소자를 의미하는 것으로, 2mm 내지 10mm 이내의 외경 및 20mm 정도의 곡률반경을 갖는 것일 수 있다. 상기 초음파 집속 소자는 눈가 주름 개선을 위해 사용하는 경우, 7MHz 내지 10MHz 범위의 파장을 갖는 초음파를 조사할 수 있으며, 입가 주름을 위해서는 4MHz 내지 10MHz 범위의 파장을 갖는 초음파를 조사할 수 있다.
구체적으로, 상기 초음파 집속 소자는 양면에 전극이 배치된 돔 형태의 압전몸체 및 상기 압전몸체의 가장자리에 배치되되, 상기 압전몸체와 일체로 형성된 테두리를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시에에 따른 초음파 집속 소자의 구조를 나타낸 이미지이다. 도 5를 참조하면, 상기 돔 형태의 압전몸체(111a)와 상기 돔 형태의 압전몸체(111a)의 가장자리에 테두리가 배치된 것을 확인할 수 있다. 상기 압전몸체(111a)는 압전소재로 구성되는 것일 수 있으며, 예를 들어, 상기 압전소재는 PZT(lead zirconate titanate), PMN-PT(lead magnesium niobate-lead titanate), PZN-PT(lead zinc Niobate-lead titanate), PIN-PT(lead indium niobate-lead titanate), PYN-PT(lead ytterbium niobate-lead titanate), BNT(BaNiTiO3) 및 BZT-BCT(barium zirconate titanate- barium calcium titanate) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 물질로 형성하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 압전몸체(111a)의 양면에 배치된 전극은, 은(Ag) 또는 알루미늄(Al)과 같은 공지된 전극물질을 모두 사용할 수 있다.
상기 테두리(111b)는 상기 압전몸체(111a)와 동일한 물질로 구성되는 것일 수 있으며, 상기 테두리(111b)에는 상기 전극이 배치되지 않는다. 상기 테두리(111b)는 초음파 집속 효율을 위해 구성된 것일 수 있다. 구체적으로 이는, 상기 압전몸체(111a)의 곡률과 곡률중심과의 거리가 작을수록, 상기 압전몸체(111a) 내부 면적을 차지하는 상기 압전몸체(111a)에 솔더링(soldering) 되는 면적이 커지게 되면서, 솔더링된 면적만큼 초음파 발생 영역이 손실되고, 초음파 집속 효율이 저하될 수 있다. 이에, 본 발명은 상기 압전몸체(111a)에서 솔더링 되는 부위를 초음파가 발생되지 않는 비활성영역인 상기 압전몸체(111a)의 가장자리에 테두리(111b)를 위치시킴으로써, 초음파 집속 효율의 저하 문제를 개선할 수 있다.
또한, 이러한 테두리를 갖는 압전몸체(111a)로 구성된 초음파 집속 소자(111)는, 종래의 테두리가 없는 초음파 집속 소자가 전원공급을 위한 납땜공정 수행시 납땜으로 인해 초음파 집속이 약화되었던 단점을 개선할 수 있다. 구체적으로, 종래의 테두리가 없는 초음파 집속 소자는 납땜이 초음파가 방사되는 부분에 설치되어 초음파의 진행을 방해할 수 있고, 또한, 초음파를 굴절시켜 초점에서의 초음파 강도를 약화시키면서 초점형상을 왜곡시키게 되는 문제점이 있었다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 집속 소자에 연결된 전선을 나타낸 모식도로, 도 6과 같이, 본 발명은 테두리(111b)가 구비된 압전몸체(111a)를 포함하는 초음파 집속 소자를 채용함으로써, 상기 테두리(111b)를 통해 전선을 연결시켜 상기 전선과 접촉된 테두리(111b)의 일부 영역에 납땜을 형성함에 따라, 초음파의 진행의 방해요소를 제거할 수 있어 정상적인 초음파 집속이 가능할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 집속 소자모듈을 나타낸 이미지이다. 도 7을 참조하면, 상기 초음파 집속 소자(111)를 밀봉하는 절연부재(113)는, 상기 초음파 집속 소자(111)에 인가되는 전기가 합선되지 않도록 상기 초음파 집속 소자(111)의 외부를 둘러싸는 형태로 배치된 것일 수 있다. 즉, 상기 절연부재(113)는 상기 액체저장부(140) 내에 배치된 상기 초음파 집속 소자(111)의 절연을 위한 것으로, 플라스틱(plastic)계열의 절연물질을 사용할 수 있다. 상기 절연부재(113)는 상기 액체저장부(140)에 충진된 액체에 의해 손상, 부식 등의 영향을 받지 않으면서, 상기 초음파 집속 소자(111)로부터 조사되는 초음파의 발산에 영향을 주지 않는 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 절연부재(113)는 도 7과 같은 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 3을 참조하면, 상기 선형 압전 모터(130)는 상기 초음파 집속 소자모듈(110)과 연결되어 있으며, 상기 초음파 집속 소자모듈(110)의 초점거리를 나노단위로 제어하기 위해 구성된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 선형 압전 모터(130)는 돔 형태의 압전 액츄에이터(131), 상기 돔 형태의 압전 액츄에이터(131)와 연결되어 배치된 진동축(132), 상기 진동축(132)에 접촉되어, 상기 진동축(132)과의 마찰에 의해 선형 이동하는 이동체(133)를 포함하는 것일 수 있다. 이 때, 상기 이동체(133)는 상기 초음파 집속 소자모듈(110)과 연결된 것일 수 있다.
상기 진동축(132)과 상기 이동체(133) 사이에는 상기 진동축(132)에 마찰력을 부여할 수 있는 마찰부재(미도시)가 더 배치될 수 있다. 상기 마찰부재는, 실시예에 따라 다양하게 구현할 수 있으며, 예를 들어, 마찰력을 부여하는 금속판 또는 마찰력을 조절할 수 있는 볼트 등을 별도로 구비하는 것일 수 있다.
상기 돔 형태의 압전 액츄에이터(131)는 상기 초음파 집속 소자모듈(110)에 향상된 변위를 제공하기 위한 것으로, 상기 초음파 집속 소자모듈(110)과 대향되어, 상기 진동축(132) 및 상기 이동체(133)를 통해 상기 초음파 집속 소자모듈(110)과 연결되는 것일 수 있다. 상기 돔 형태의 압전 액츄에이터(131)는 상술한 초음파 집속 소자모듈(110)의 초음파 집속 소자와 동일한 압전소자를 사용할 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 진동축(132)은 상기 이동체(133)를 이동시키기 위한 축으로, 상기 진동축(132)의 일측에 연결된 상기 돔 형태의 압전 액츄에이터(131)의 형상 변화(수축 또는 팽창)에 따라 위치가 변화되면서, 상기 진동측(132)의 타측에 연결된 상기 이동체(133)가 좌우 또는 상하 방향으로 이동되는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 고강도 집속 초음파 장치는, 상기 선형 압전 모터(130)에 포함된, 상기 돔 형태의 압전 액츄에이터(131)에 가해지는 펄스 신호폭을 변조시킴으로써, 상기 진동축(132)을 따라 상기 돔 형태의 압전 액츄에이터(131)와 연결된 이동체(133)를 좌우 또는 상하 방향으로 이송시킬 수 있다. 이에, 상기 이동체(133)가 연결된 상기 초음파 집속 소자 모듈(110)의 위치가 변화될 수 있다.
도 8(a) 내지 도 8(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 압전 모터의 압전 액츄에이터를 팽창시키는 파형 및 이에 따른 진동축 및 이동체의 변위를 나타낸 도표이다. 이 때, 인가된 파형은, 최대값이 30[V]인 구형파이다.
도 8(a) 내지 도 8(c)를 참조하면, 상술한 구형파가 상기 돔 형태의 압전 액츄에이터(131)에 인가되는 경우, 상기 압전 액츄에이터(131)는 구형파가 상승 및 최대값을 유지하는 구간(a-b-c)에서는 돔 정점에 수직인 방향으로 팽창하고, 구형파가 하강하는 구간(c-d)에서는 원래 형태로 복귀하는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 이동체(133)의 움직임을 살펴보면, 상기 구형파가 상승 및 최대값을 유지하는 구간(a-b-c)에서 압전체의 저항과 커패시턴스(capacitance)에 의한 시정수(time constant) 효과에 의하여 서서히 충전되면서 상기 압전 액츄에이터(131)도 비교적 서서히 팽창하게 되고, 이에, 상기 이동체(134) 및 상기 진동축(132) 사이의 마찰력에 의하여, 상기 이동체(133)가 (1)에서 (2)의 위치로 이동하는 것을 알 수 있다. 또한, 인가된 구형파가 하강하는 구간(c-d)에서 상기 압전 액츄에이터(131)에 충전된 전하를 급속히 접지로 방전시킴으로써, 상기 압전 액츄에이터(131)가 비교적 급속히 원래 형태로 복귀하게 되므로, 관성이 마찰력보다 큰 상태가 되고, 이에 따라 상기 이동체(133)는 (2)의 위치에 머무르게 되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 과정이 반복되면서 상기 이동체(133)는 화살표 방향으로 연속하여 이동하게 되는 것을 알 수 있다.
도 9(a) 내지 도 9(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형 압전 모터의 압전 액츄에이터를 수축시키는 파형 및 이에 따른 진동축 및 이동체의 변위를 나타낸 도표이다. 이 때, 인가된 파형은, 최대값이 30[V]인 구형파이다.
도 9(a) 내지 도 9(c)를 참조하면, 상술한 구형파가 인가되는 경우, 압전 액츄에이터(131)는 구형파가 상승 및 최대값을 유지하는 구간(a-b-c)에서는 돔 정점에 수직인 방향으로 수축하고, 구형파가 하강하는 구간(c-d)에서는 원래 형태로 복귀하게 되는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 이동체(133)의 움직임을 살펴보면, 구형파가 상승 및 최대값을 유지하는 구간(a-b-c)에서 압전체의 저항과 커페시턴스에 의한 시정수 효과에 의하여 서서히 충전되므로 상기 압전 액츄에이터(131)는 비교적 서서히 수축하게 되면서, 상기 이동체(133)와 상기 진동축(132) 사이의 마찰력에 의해 상기 이동체(133)가 (1)에서 (2)의 위치로 이동되는 것을 알 수 있다. 또한, 인가된 구형파가 하강하는 구간(c-d)에서 상기 압전 액츄에이터(131)에 충전된 전하를 급속히 접지로 방전시킴으로써, 상기 압전 액츄에이터(131)가 비교적 급속히 원래 형태로 복귀하게 되므로, 관성이 마찰력보다 큰 상태가 되고, 이에 따라 상기 이동체(133)는 (2)의 위치에 머무르게 되는 것을 알 수 있다. 이러한 과정이 반복되면서 상기 이동체(134)는 화살표 방향으로 연속하여 이동하게 되는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에서는 선형 압전 모터에 인가되는 펄스 신호폭만을 변조함으로써 이동체를 우측 끝에서 좌측 끝까지 임의 주기로 용이하게 왕복시킬 수 있으며, 또한, 펄스 개수를 조절하여 나노 단위의 변위로 상기 이동체를 좌우 혹은 상하로 이송하는 것이 가능할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 도 10의 11 및 12와 같이, 상기 이동체의 끝단에 체결되는 상기 초음파 집속 소자모듈에서 외부로 방출되는 초음파 조사의 깊이를 나노단위로 조절할 수 있다. 즉, 상기 선형 압전 모터와 결합된 상기 초음파 집속 소자모듈은 상기 본체부의 신호에 의해 나노 단위의 분해능을 가지게 되고, 이동체를 통해 상기 초음파 집속 소자모듈을 원하는 위치로 이송함으로써 상기 초음파 집속 소자모듈의 초점 거리를 정확히 제어하여 초음파의 피부 침투 깊이를 제어할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 카트리지부 110: 초음파 집속 소자모듈
111: 초음파 집속 소자 111a: 압전몸체
111b: 테두리 113: 절연부재
120: 고정부 130: 선형 압전 모터
131: 돔 형태의 압전 엑츄에이터 132: 진동축
133: 이동체 140: 액체저장부
150: 초음파 투과 필름 160: 접촉단자
200: 진동부 300: 본체부
310: 회로부 320: 외부전원부

Claims (10)

  1. 서로 결합되어 배치된, 초음파 집속 소자모듈 및 선형 압전 모터를 포함하는 카트리지부;
    상기 카트리지부와 결합되며, 진동모터를 포함하는 진동부; 및
    상기 카트리지부 및 상기 진동부와 전기적으로 연결된 회로부와 외부전원부를 구비한 본체부를 포함하고,
    상기 초음파 집속 소자모듈은 초음파 집속 소자와 상기 초음파 집속 소자를 밀봉하는 절연부재를 포함하며,
    상기 초음파 집속 소자는 양면에 전극이 배치된 돔 형태의 압전몸체와 상기 압전몸체의 가장자리에 배치되되, 상기 압전몸체와 일체로 형성된 테두리를 포함하고, 상기 테두리부에는 전원공급을 위한 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카트리지부 또는 상기 진동부는 상기 본체부와 탈부착이 가능한 것을 특징으로 하는, 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 카트리지부는:
    상기 초음파 집속 소자모듈과 연결되어 배치된 선형 압전모터;
    상기 선형 압전 모터를 지지하는 고정부;
    상기 초음파 집속 소자모듈 및 상기 선형 압전 모터의 일부를 내부에 배치시킨 액체저장부;
    상기 액체저장부의 일측에, 상기 초음파 집속 소자모듈과 대향되어 배치된 초음파 투과 필름; 및
    상기 액체저장부의 타측에 배치된, 상기 본체부와 접촉 가능한 접촉단자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 액체저장부는 물 또는 실리콘 오일이 충진된 것을 특징으로 하는, 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 초음파 투과 필름은 폴리이미드(polyimide, PI) 또는 폴리메틸펜텐(polymethylpentene, TPX)으로 구성된 것을 특징으로 하는, 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 선형 압전 모터는,
    돔 형태의 압전 액츄에이터;
    상기 돔 형태의 압전 액츄에이터와 연결되어 배치된 진동축; 및
    상기 진동축에 접촉되어, 상기 진동축과의 마찰에 의해 선형 이동하는 이동체를 포함하며,
    상기 이동체는 상기 초음파 집속 소자모듈과 연결된 것을 특징으로 하는, 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 선형 압전 모터를 통해 상기 초음파 집속 소자로부터 방출되는 초음파의 피부 침투 깊이를 제어하는 것을 특징으로 하는, 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 진동부에서 생성되는 진동이 피부에 전달되며 피부 마사지를 수행하는 것을 특징으로 하는, 피부관리를 위한 고강도 집속 초음파 장치.
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