(57)【要約】超音波スキンケア装置のアプリケータヘッドが使用者の肌に超音波を付与する。アプリケータヘッドは振動要素とホーンとを有し、これらが一体化された複合振動体が電気パルスに共振して超音波振動を発生する。本装置では、アプリケータヘッドが肌に正常接触していないことを検知した時に超音波を制限する。負荷検出回路は複合振動体の電気的等価インピーダンスに基づいてアプリケータヘッドが正常な負荷状態か無負荷状態であるかを検出する。複合振動体は中央部での振動を抑制して不要な寄生共振を低減させるような構造となり、正常な負荷状態でのインピーダンスを無負荷状態でのインピーダンスと区別することが可能となる。
2006527005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成からなる超音波付与スキンケア装置
使用者の肌へ超音波を付与するアプリケータヘッドを備えたハウジング、
駆動回路、この駆動回路は上記アプリケータヘッドを作動させて超音波を発生させるための電気パルスを与える、
上記アプリケータヘッドは超音波を発生する振動要素と、ホーンとで構成され、ホーンは取り付け面と、使用者への肌に対向する肌対向面とを有し、ホーンの取り付け面に上記振動要素が保持されて超音波が肌対向面を介して肌へ伝達される、上記振動要素と上記ホーンとが一体となった複合振動体を構成し、この複合振動体が駆動回路からの共振周波数の電気パルスに共振して超音波を発生し、上記複合振動体は肌への接触により正常な負荷が加えられた時に第１の電気的等価インピーダンスを示し、負荷が加えられない時に第２の電気的等価インピーダンスを示す、
負荷検出回路、この負荷検出回路は上記複合振動体が第１の電気的等価インピーダンスか第２の電気的等価インピーダンスを示すかを検知し、第１の電気的等価インピーダンスを検知した時のみ、負荷検知信号を与える、
制御回路、この制御回路は所定の時間内に負荷信号を受けない場合に、上記電気パルスを低減または停止させる、
特徴部分は、
上記の複合振動体は、その中央部に発生する振動を抑制して寄生共振を減少させる構造となり、第１の電気的等価インピーダンスを第２の電気的等価インピーダンスを異ならしめて両者を弁別させる。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記振動要素は円形ディスク形状の圧電素子と、この圧電素子の上下両面に配した上下電極とで構成され、上記の電気パルスが上下電極間に印加される。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記の上電極、下電極、及び圧電素子の少なくとも一つが中央開口を備えて、上記複合振動体の中央部での振動を抑制する。
【請求項４】
請求項２に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記の上電極、下電極、及び圧電素子のそれぞれが中央開口を備えて、上記複合振動体の中央部での振動を抑制する。
【請求項５】
請求項３に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記の上電極、下電極の少なくとも一つが、圧電素子よりも小さな直径を有して、圧電素子の周縁部が露出した。
【請求項６】
請求項２に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記の上下電極の少なくとも一方が少なくとも一つのスリットによって複数の合同形状の部分に分割され、この少なくとも一つのスリットは直径方向に延出して、圧電素子の中央部及び直径方向に延出する帯部が露出した。
【請求項７】
請求項２に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記の上下電極の少なくとも一方が少なくとも一つのスリットを有し、上記圧電素子の中央部を露出させる。
【請求項８】
請求項２に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記ホーンが中央開口を備えて上記複合振動体の中央部での振動を抑制する。
【請求項９】
請求項３に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記ホーン１２０が中央開口１２４を備えて上記複合振動体の中央部での振動を抑制する。
【請求項１０】
請求項２に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記の上電極の中央部が振動を吸収する弾性体で覆われた。
【請求項１１】
請求項１０に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記弾性体はシリコンゴムである。
【請求項１２】
請求項２に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記の上電極の中央部に半田塊が設けられて上部電極を上記駆動回路からのリード線に電気接続し、上記の半田塊が上記圧電素子の中央に重さを付加する。
【請求項１３】
請求項１に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記のホーンを包囲するリムがホーンと一体に形成され、リムがハウジングに取り付けられ、
上記のホーンとリムとの間に、リムに向かって超音波振動が伝搬するのを抑制する規制体が設けられた。
【請求項１４】
請求項１３に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記規制体は、ホーンとリムとの間に形成した凹所によって規定される。
【請求項１５】
請求項１に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記の複合振動体が移動していることを検知しこの振動体がそのように移動した時に移動検知信号を発生する移動検知回路を備え、
上記制御回路は、上記負荷検知信号が上記期間内に入力されていても上記移動検知信号が所定の時間連続して入力されない場合に、上記駆動回路を制御して上記電気パルスを停止または制限する。
【請求項１６】
請求項１に記載の超音波付与スキンケア装置において、
上記の制御回路は、上記第１の電気的等価インピーダンスを受けて、このインピーダンスの大きさに応じて上記振動要素で発生される超音波の強度を変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を使用者の肌に与えて肌組織の代謝を高めて美肌及び健康肌とするための超音波付与スキンケア装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際特許公開公報WO98/51255は、超音波を発生させてこれを使用者の肌に伝達させるアプリケータヘッドを備えたこの種の超音波スキンケア装置を開示している。この装置はアプリケータヘッドが肌に接触したかどうかを検出する負荷検出回路を備えることで、肌に接触していない時にはエネルギーを節約し、肌に接触している時には超音波を安全に与えるようにしている。アプリケータヘッドに負荷が加えられているか或いは無負荷であるかを判定するために、アプリケータヘッドに作用する負荷によって変化する電気的な等価インピーダンスを使用し、これに対応してアプリケータヘッドに印加されている電圧を基準電圧と比較している。しかしながら、アプリケータヘッドが比較的高周波、例えば、数ＭＨｚ以上で超音波を与えている場合、アプリケータヘッドに生じる寄生共振の作用が増加するため、電気的な等価インピーダンスに基づいて無負荷状態と有負荷状態とを区別することは往々にして難しくなる。
【０００３】
日本特許公開７−５９１９７号公報は、振動要素の周辺部に生じる振動を低減させた超音波振動要素を開示している。この振動要素は円盤状で対向する上下の両面に上円形電極、下円形電極を形成している。各電極の直径は振動要素よりも短くて振動要素の周辺部を露出させることで、半径方向に進む不要振動を消して、所定の超音波振動を振動要素の厚さ方向に進めるようにしている。
【０００４】
上記の寄生共振は、日本特許公開７−５９１９７号公報で開示される構造を使用することで幾分かは減少させることが可能である。高周波の超音波の挙動を研究することで、発明者はアプリケータヘッドの中央部に生じる振動を抑制することで、効果的に不要な寄生共振を減少させることができ、これにより、無負荷及び有負荷でアプリケータヘッドが電気的な等価インピーダンスを示し、且つこれらの等価インピーダンスが互いに異なることで無負荷状態と有負荷状態と容易に区別できることが出来ることを見出した。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は上記の研究結果に基づいて達成されたものであり、超音波を効果的に且つ安全に作用させてスキンケアを向上させることが出来る超音波付与スキンケア装置を提供する。
【０００６】
本発明のスキンケア装置は、使用者の肌へ超音波を作用させるアプリケータヘッドを備えたハウジング、及びこのアプリケータヘッドを作動させて超音波を肌へ伝達させるための電気パルスを与える駆動回路を備える。アプリケータヘッドは超音波を発生する振動要素とホーンとで構成され、ホーンは取り付け面と肌に接触させて使用される肌対向面とを有する。ホーンはその取り付け面に振動要素を保持して超音波を肌へ伝達させる。この振動要素とホーンとは複合振動体へ一体化され、この複合振動体が駆動回路からの電気パルスに共振して、その結果生じる振動を肌へ伝達させる。この複合振動体は肌への接触により正常な負荷が加えられた時に第１の電気的等価インピーダンスを示し、負荷が加えられない時に第２の電気的等価インピーダンスを示す。この装置は負荷検出回路を備えており、負荷検出回路は複合振動体が第１の電気的等価インピーダンスか第２の電気的等価インピーダンスを示すかを検知し、第１の電気的等価インピーダンスを検知した時のみ、負荷検知信号を与える。また、この装置には制御回路が設けられ、制御回路は所定の時間内に負荷検知信号を受けない場合に、電気パルスを低減または停止させる。本発明の特徴とするところは、複合振動体がその中央部に発生する振動を抑制して寄生共振を減少させる構造となり、第１の電気的等価インピーダンスを第２の電気的等価インピーダンスを異ならしめて両者を弁別させることである。このため、負荷検出回路において、アプリケータヘッドが肌に接触しているか離れているかについて確実に判別することができ、その結果、アプリケータヘッドに負荷が作用していない時に、制御回路による超音波の制限を高い信頼性に基づいて行うことが出来る。
【０００７】
好ましくは、振動要素が円形ディスク形状の圧電素子で構成され、この圧電素子の上下両面に配した上下電極の間に電気パルスが印加される。上電極、下電極、及び圧電素子の少なくとも一つに中央開口が形成され、これによって複合振動体の中央での振動を抑制することになる。
【０００８】
中央開口を有することに加えて、上下の電極の内の少なくとも一つについてその直径を圧電素子よりも短くして、圧電素子の周辺部を露出させることで、圧電素子の周辺部での望ましくない振動を減少させることができる。
【０００９】
これとは別に、上下の電極の内の少なくとも一つについて、少なくとも一つのスリットによって、複数の合同形状の部分に分割することができる。このスリットは直径方向に延出して、圧電素子の中央部及び直径方向に延出する帯部を露出させることで、圧電素子の中央部での振動を抑制する。
【００１０】
直径方向に延びるスリットを設ける代わりに、上下の電極の内の少なくとも一つについては、振動体の中央部での振動を抑制する同様の目的のために、圧電素子の中央部を露出させるための少なくとも一つのスリットを設けるようにしてもよい。
【００１１】
上下の電極及び圧電素子の内の少なくとも一つに中央開口を形成することと組み合わせるか或いはこれとは別に、振動体の中央での振動を抑制するためのスルーホールまたはキャビティ形状の中央穴を備えるようにホーンを形成してもよい。
【００１２】
更に、中央開口を形成する代わりに、上電極を弾性部材で覆い、この弾性部材によって振動体の中央部の振動を吸収して寄生共振を低減させることも可能である。
【００１３】
更に、上電極の中央に半田塊を設けて上部電極を駆動回路からのリード線に電気接続するようにしてもよい。この半田塊は複合振動体の中央に重さを付加することで、中央部での振動を抑制する。
【００１４】
更に、ホーンを包囲しホーンをハウジングに取り付けるためのリムがホーンと一体に形成されることが好ましい。ホーンとリムとの間には規制体が作られ、リムに向かって超音波振動が伝搬するのを抑制することで、超音波をホーンに集中させて、超音波がホーンを介して肌へ効果的に伝達させる。この規制体としては、ホーンとリムとの境界に沿って形成するキャビティとすることが可能である。
【００１５】
好ましくは、制御回路が第１の電気的等価インピーダンスを受け取って、第１の電気的等価インピーダンスの大きさに応じて振動要素で発生する超音波の強度を変化させるように構成される。第１の電気的等価インピーダンスは、ホーン、即ち、複合振動体が使用者の肌へ押し付けられた時の圧力によって変化するものであるため、この圧力に応じて肌に作用させる超音波の強さを変化させることが出来るものであり、使用者の肌に対して最適の超音波を作用させてスキンケアの向上が図れる。
【００１６】
更に、本装置には、複合振動体が移動していることを検知しこの振動体がそのように移動した時に移動検知信号を発生する移動検知回路を備えることが好ましい。制御回路は、負荷検知信号が上記期間内に入力されていても、上記移動検知信号が所定の時間連続して入力されない場合に、駆動回路を制御して上記電気パルスを停止または制限する。
【００１７】
上述した本発明の目的や利点及び更なる目的や利点は、好ましい実施形態について添付図面を参照した以下の詳細な説明から明確になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の好ましい実施形態に係る超音波付与スキンケア装置を示す。このスキンケア装置は、肌組織の代謝を高めて美肌と健康肌とするためのスキンケア、肌マッサージを行うために使用される。この装置は手で掴まれるグリップハウジング１０の一端にアプリケータヘッド１００を備えたもので、アプリケータヘッド１００を使用者の肌に接触させて肌へ超音波を与えるよう使用される。アプリケータヘッド１００は、超音波を発生させる圧電素子である振動要素１１０と、超音波を肌Ｓに伝達するホーン１２０とを備える。圧電素子は平坦な上面と下面とを備える円形ディスクに形成され、上下両面を覆う上下電極１１１、１１２の間に電気パルスを印加して超音波振動を発生させる。振動要素１１０とホーン１２０とは複合振動体Ｍに一体化され、電気パルスによって共振することで共振超音波を発生させてこれを肌Ｓへ伝達する。好ましくは、この装置は１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数の超音波を発生させ、これを０．１Ｗ／ｃｍ２〜２．０Ｗ／ｃｍ２の強度で肌に伝達するように設計される。更に、肌Ｓへの伝達を促進するためにホーンと肌との界面にゲルや同様の流体Ｆを使用することが望ましい。
【００１９】
後に詳述するように、本装置には、アプリケータヘッド１００が、図１のような正常な負荷状態でない場合、即ちアプリケータヘッドが何れかの不適切な状態にある時に、肌へ伝達される超音波振動を制限したり停止させたりする安全策を備えている。図２Ａ〜２Ｃに示すように、このような不適切な状態には、アプリケータヘッド１００が肌から離れた無負荷状態（図２Ａ）、アプリケータヘッド１００が肌に対して一部でのみ接している部分接触状態（図２Ｂ）、アプリケータヘッド１００と肌との界面に流体Ｆを使用せずに肌に押しつけた直接触状態（図２Ｃ）がある。
【００２０】
図３に示すように、本装置は、圧電素子１１０の電極１１１、１１２間に電気パルスを与える駆動回路２０と、アプリケータヘッド１００の負荷状態を検出する負荷検出装置４０と、アプリケータヘッド１００の移動を検出する移動検出回路５０と、圧電素子１１０の温度を検出する温度検出回路６０と、装置の動作状態を示すディスプレイ駆動回路と７０と、これらの回路を制御する制御回路８０とで構成される。駆動回路２０は電源１によって電力が与えられ、電源は個別の電力パック２に内蔵されて商用ＡＣ電圧をＤＣ電圧に変換する。本装置には、また、複合振動体Ｍの電気的等価インピーダンスに基づいて、使用者の肌に与えられる超音波を検知するための検知回路９０が含まれている。
【００２１】
本装置１０は、ホーン１２０を使用者の肌へ実質的に接触維持させている間に超音波を発生するように設計されている。このために、負荷検出回路４０が設けられて、使用者の肌へ流体Ｆを介してホーン１２０が接触する結果として適切な負荷が与えられているかを検出する。ホーン１２０が肌に接触しなくて超音波をうまく伝達出来ない場合は、負荷検出回路４０はホーン１２０即ち振動体Ｍに負荷が作用していないと決定して超音波の発生を抑制する。本発明において実現される負荷検出については後に説明する。使用時には、アプリケータヘッド１００、即ち、複合振動体を肌に沿ってゆっくりと移動させながら超音波を与えることが望ましい。アプリケータヘッド１００を長い時間一所に止めておけば、肌に低温やけどを起こす危険性がある。このため、移動検出回路５０が設けられ、アプリケータヘッド１００が所定の速度で動いている間は継続的な超音波の適用を可能とし、そうでない場合は、超音波の発生を不可能にするか或いは制限するようにしている。また、制御回路８０はタイマーを備え、装置が所定の時間を超えて使用される場合に超音波の発生を停止させる。即ち、タイマーは、負荷検出回路４０からの負荷検出信号によりアプリケータヘッド１００が肌へ正常に接触していることが示され、更に移動検出回路９０からの移動検出信号によりアプリケータヘッド１００が長時間に亘って一箇所に止まっていないことが示された場合にのみ、時間をカウントする。タイマーはプリセットされた時間に間超音波の発生を継続させるように動作する。また。プリセット時間の経過後は、制御回路８０が駆動回路２０への電源の供給を停止させる指令を発し、超音波の発生を停止させる。
【００２２】
駆動回路２０やその他での誤作動により、振動体が異常振動を起こし、これに伴って温度が上昇すると、ホーン１２０近傍の温度センサー１５からの出力に温度検出回路６０が反応して、異常温度を示す出力を制御回路８０に与え、制御回路が駆動回路２０を停止させる。
【００２３】
図４に示すように、駆動回路２０は電源１からのＤＣ電圧をＡＣ電圧に変換するインバータを備える。インバータの出力端には１次卷線２１と２次卷線２２を有するトランスＴが設けられる。１次卷線２１は電源１の両端間でＦＥＴ２３及び電流検知抵抗２７と直列に接続され、コンデンサ２４と共同して並列共振回路を形成し、ＦＥＴ２３のオフ時に１次卷線の両端間に共振電圧を発生させる。圧電素子１１１０は２次卷線２２の両端間に接続され、２次卷線２２に誘起されるＡＣ電圧即ち電気パルスによって超音波振動を与える。フィードバック巻線２５が１次卷線２１に結合されて駆動回路の出力をＦＥＴ２３へ帰還させる。バイポーラトランジスタ２６はＦＥＴ２３のゲート・エミッタ間に接続されＦＥＴ２３を制御する。電源１の両端間にはスタータ抵抗２８とコンデンサ２９との直列回路が接続され、これらの接続点がフィードバック巻線２５を介してＦＥＤ２３のゲートに接続されてバイアスを与える。コンデンサ２９が電源によって充電されてＦＥＴ２３の閾値に達する電圧になると、ＦＥＴが導通してＦＥＴ２３のドレイン電圧を低下させる。この時、フィードバック巻線２５がフィードバック電圧を発生してこれがＦＥＴ２３のゲートに印加されて、ＦＥＴの流れる電流を増加させる。その後、電流検知抵抗２７の両端間に発生する電圧がＦＥＴを流れる電流に対応する所定レベルに達すると、トランジスタ２６が導通してＦＥＴ２３をオフさせる。これにより、１次卷線２１とコンデンサ２４との共振回路が動作して共振を起こす。共振の１サイクルの終わりでは、フィードバック巻線２５に誘起されたフィードバック電圧がＦＥＴ２３のゲートをオンさせる電圧となり、ＦＥＴを再度導通させる。このような動作が繰り返されることで共振電圧、即ち電気パルスを維持して、圧電素子１１０を振動させる。共振回路の周波数は１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲で変動可能に設定される。
【００２４】
トランジスタ２６のベース抵抗２７との間に可変抵抗３０が接続され、トランジスタ２６をオンさせるタイミングを変えて共振周波数を調整するために、可変抵抗の値を変動させる。ここで、共振回路は制御回路８０にて制御されて、図５Ａに示すように、隣接するパルス列Ｖｐの間に休止期間を有する間欠振動を与えるようになっている。
【００２５】
トランスＴは補助券線９１を備え、この出力を整流する整流回路と共同して、使用者の肌に適用されている超音波の状態を示す検知出力を与える検知回路９０を構成する。検知出力Ｖｘは、アプリケータヘッド１００を移動させることに起因して超音波の周波数よりも低くなった低周波数成分を含む。より正確には、補助券線９１の両端間に現れる電圧は、超音波振動を示す高周波成分に加えて、複合振動体Ｍが負荷に接触した時の電気的等価インピーダンスの変動に起因する低周波成分や、アプリケータヘッド１００を使用者の肌に沿って移動させることに伴って生じる摩擦音に起因する低周波数成分を含むものである。この検知出力Ｖｘは、補助券線９１の両端間に生じる電圧を整流することで求められ、負荷検出回路４０及び移動検出回路５０に送られて負荷検出及び移動検出を行う。
【００２６】
負荷検出回路４０はコンパレータ４１を備え、検知回路９０からの検知出力Ｖｘを基準レベルＶｒｅｆと比較する。検知出力Ｖｘは図５Ｂに示すような波形パターンを有する。出力Ｖｘが基準値Ｖｒｅｆよりも小さくなると、コンパレータ４１はＨレベルの負荷検出信号ＳＬを、アプリケータヘッド１００が使用者の肌へ適切に接触していることを示すものとして、制御回路８０へ送る。負荷検出信号ＳＬが所定の時間連続して認識されない場合は、制御回路８０が駆動回路２０の動作を停止させる、即ち、電源１を不能とさせる。本実施形態では、検知出力Ｖｘが基準値Ｖｒｅｆよりも小さいときに、負荷の存在によって、即ち、複合振動体Ｍのインピーダンスが増大することによって共振電圧が低下させることになるため、負荷検出信号ＳＬが発生される。
【００２７】
また、複合振動体Ｍのインピーダンスを示す出力Ｖｘは制御回路８０へ送られる。出力Ｖｘが基準値Ｖｒｅｆに等しいかこれよりも大きい場合、制御回路８０は出力Ｖｘｎの大きさに逆比例するように、電源１の出力電圧を変化させるように動作する。即ち、使用者の肌へ複合振動体を押しつける圧力が高くなる程、制御回路８０が肌に適用されている超音波の強度を低下させるように、圧力が低くなれば強度を増加させるように動作する。この結果、複合振動体Ｍを肌へ押しつける圧力に応じて超音波が調節され、高いスキンケア効果を得るための最適な強度で超音波を伝達する。
【００２８】
異なる構成の共振回路によって複合振動体Ｍのインピーダンス特性を変化させることで共振回路とのインピーダンス整合を崩し、負荷の存在下での検知出力を増加させるようにすることができる。この場合、検知出力ＶＸが基準値Ｖｒｅｆを超えたときに負荷検出信号ＳＬを与えるようにする。また、無負荷状態の検出時には超音波エネルギーを制限するか低減させることも可能であり、検知出力の大きさに応じて超音波エネルギーを変化させるようにすることも可能である。
【００２９】
また、検知出力Ｖｘは、コンデンサ５１を介して移動検出回路５０へ、図５Ｄに示すような出力Ｖｘ‘の形で送られる。移動検出回路５０はローパスフィルタ５２と判定回路５３とを有する。出力Ｖｘ’から高周波成分がフィルタ５２で除去され、図５Ｅに示すように、アプリケータヘッド１００の移動によって生じたもの以外が取り除かれた低周波出力ＶＬを与える。このようにして得られた低周波出力ＶＬは判定回路５３の２つのコンパレータ５５、５６に送られ、それぞれの閾値ＴＨ１、ＴＨ２（ＴＨ１＞ＴＨ２）と比較され、出力ＶＬが閾値ＴＨ１よりも高い期間或いは閾値ＴＨ２より低い期間の間、Ｈレベルの移動検出信号ＳＭ（図５Ｆ参照）を制御回路８０へ与える。ＴＨ１とＴＨ２は可変抵抗５７、５８によって調整される。制御回路８０は所定の期間Ｔｃ（例えば、１５秒）の間でのＨレベルの移動検出信号ＳＭの期間を計算し、期間Ｔｃ内で計算された時間の合計が所定の基準を超えた時にアプリケータヘッド１００が適切に移動したと決定する。そうでない場合、制御回路８０は適切な移動が行われていないと判断して、駆動回路を制限する制限信号を与える。
【００３０】
駆動回路２０はＦＥＴ２３のゲート・ソース間でトランジスタ２６と並列に接続されるトランジスタ８４を備え、制御回路８０へフォトカプラー８１を介して接続される。これにより、制御回路８０から制限信号を受けた時、トランジスタ８４がオンされてＦＥＴ２３をオフして、駆動回路２０の動作を不能とさせる。本実施形態では、この制限信号によって駆動回路２０を停止させているが、本発明はこの特徴に限定されるものではなく、超音波振動エネルギーを減少させるように、駆動回路２０や電源１を制御するようにしてもよい。
【００３１】
図６に示すように、温度検出回路６０は、第１温度検出ユニット６１と第２温度検出ユニット６２とを備え、両ユニットはサーミスタ１５からの出力を受けて温度検出を行う。第１温度検出ユニット６１は、サーミスタ１５の出力が抵抗６３とコンデンサ６４を介して送られる温度コントローラ６５を備える。サーミスタ１５での温度が所定の基準温度を超えると、温度コントローラ６５が停止信号を駆動回路２０へフォトカプラー６６を介して送り出す。フォトカプラー６６はトランジスタ６８を有し、これがトランジスタ８４のベース・エミッタ間に接続されており、停止信号によってトランジスタ８４をオンさせることで駆動回路２０の振動を停止させる。この温度制御にはヒステリシスが与えられ、サーミスタ１５で検知したホーン１２０の温度が基準温度を超えた後は、基準温度よりも低い温度レベルを下回る迄、駆動回路２０の振動を再開させない。検知温度がこの温度レベルを下回ると、温度コントローラ６５が停止信号を発生せず、駆動回路２０での振動を再開させる。第２温度検出ユニット６２はコンパレータ６９を有し、サーミスタ１５での検知温度が所定の基準値を超えたときにトランジスタ１６０をオンさせて、フォトカプラー１６１のトランジスタ１６３をオンさせることで、トランジスタ１６３に接続した電源１の動作を禁止する。コンパレータ６９での所定の基準値は、温度コントローラ６５での基準温度よりも高い値に設定され、マイクロプロセッサにて形成された温度コントローラ６５が万一動作しない場合でも、ホーン１２０の異常加熱に呼応し、安全策として、超音波振動を停止させるようになっている。
【００３２】
図７に基づいて、超音波付与装置の動作を説明する。電源スイッチを投入した後に、スタートボタンを押すことで駆動回路２０を動作させ、圧電素子１１０から超音波を発生させると共に、タイマーをスタートさせる。この時、ホーン１２０の温度検出が行われ、第１温度検出ユニット６１が、例えば４５度の温度を超えたことを見つけると、ディスプレイ駆動回路７０はホーン１２０が加熱されているとする温度警告を与え、タイマー及び駆動回路２０を停止させる。タイマーのスタート後のステップで検出した温度が４５度未満である場合、負荷検出が利用可能となり、その後、アプリケータヘッド１００に負荷が作用していることを示す負荷検出信号が出された場合には、移動検出が利用可能となる。負荷検出信号が発生され場合、無負荷警告が例えば４０秒間表示されて使用者に対しアプリケータヘッド１００を肌へ接触させることを促す。負荷検出信号が例えば４０秒間ない場合は、動作を停止する警告を表示すると共にタイマーを停止させ、超音波の発生を停止させる。移動検出は、負荷検出信号がある場合に行われ、例えば１５秒以内に移動検出信号が発生されると、正常動作の表示がなされ、タイマーへカウントダウン指令が送られる。例えば１０分間の所定動作時間が終了すると、駆動回路が停止される。この１０分間の間に休止ボタンが押されると、駆動回路は停止するもののタイマーはカウントダウンを続行する。再スタートボタンが１０分内に押されると、駆動回路は超音波を発生させる動作を再開する。
【００３３】
上記の実施形態では、無負荷時や移動が無いことを検出した時に、制御回路が駆動回路を不能とするように構成されているが、本発明はこの特徴に限定されるものではなく、このような検出時に超音波エネルギーを低下させるように構成しても良い。
【００３４】
図８及び図９を参照して、アプリケータヘッド１００、即ち、圧電素子１１０とホーン１２０との組み合わせの詳細について説明する。圧電素子１１０はセラミックで一様な厚さの円形ディスクに形成され、その上下両面に上下電極１１１、１１１２が形成される。ホーン１２０はアルミニウムで形成されて圧電素子１１０より僅かに大きな直径の面積を有し、一様な厚みとなった円形ディスクとなる。駆動回路２０からの電気パルスは、図９に示すように、それぞれ上電極１１１とホーン１２０とに半田接続されたワイヤを介して上下の電極１１１、１１２の間に印加される。ホーン１２０にはこれと一体に筒状リム１３０が形成されてホーンを包囲している。リム１３０はホーンの周縁より上方へ突出し、その上端でハウジング１０に固定されてアプリケータヘッド１００をハウジングに支持する。リム１３０の上端はハウジング１０の開口１２内へその間に弾性ダンパーリング１３２を介して密に嵌合している。ホーン１２０は、平坦な装着面１２１を有しここに圧電素子１１０を密接させた形で保持すると共に、平坦な肌対向面１２２を有してこれが肌Ｓ上に広がる流体Ｆを介して肌に接触する。圧電素子１１０はホーン２０へ固定されてこれらが一体化された複合振動体Ｍを形成し、この複合振動体Ｍが駆動回路２０からの電気パルスと共振して肌に伝達される超音波を発生させる。凹部の形状をなす規制体１４０がホーン１２０とリム１３０との間に延出し、リム１３０側に向けて超音波が伝搬するのを規制することで、図９の矢印で示すように、超音波を使用者の肌へ集中させるようになっている。即ち、凹部１４０によって、超音波振動に関して、圧電素子１１０とホーン１２０との複合振動体Ｍからリム１３０を実質的に隔離するものである。凹部１４０を形成した結果、薄肉のブリッジ１４２がホーン１２０とリム１３０との間の接続部に残る。ブリッジ１４２の厚み（ｔ）は、超音波の波長の１／４の整数倍以外に設定されて（ｔ≠ｎ・λ／４、ｎは整数）、超音波振動がリム１３０の方向へ伝搬するのを効果的に規制している。図１０及び図１１に示すように、凹部１４０には適宜の媒体１４４を充填して超音波振動を阻止したり、エッジを丸めたりするようにしてもよい。また、図１２に示すように、異なる深さの追加凹部１４８を凹部１４０と同心円状に形成しても良い。
【００３５】
図１３に示すように、圧電素子１１０とホーン１２０との複合振動体Ｍの合計厚さ（Ｔ）は、基本周波数、例えば、１ＭＨｚで振動すする超音波の波長の１／２に設定され（Ｔ＝λ／２）、その結果、複合振動体Ｍは基本周波数の整数倍、例えば、２倍、３倍、４倍で共振することを可能としながら、同図で概略的に示すように、ホーン１２０の肌対向面１２２や電極１１の上面において、波腹を形成するようにしている。
【００３６】
複合振動体Ｍを共振周波数の近傍で動作させる場合に、超音波を肌へ最小の損失で効果的に伝達させると共に、正常な負荷状態を異常負荷状態や無負荷状態から区別するために、複合振動体Ｍの中心での振動を抑制させて不要な寄生共振を低減させるような構造に圧電素子１１０を設計する。このような寄生共振があると、負荷検出回路４０が正常な負荷状態を、無負荷や異常負荷状態から判別することが難しくなるものである。即ち、図１４で示すように、振動体Ｍが無負荷状態や異常負荷状態にある時に、図の破線で示すように周波数に応じた電気的等価インピーダンスに重畳される変動が、寄生共振によって引き起こされる。この結果、共振周波数や反共振周波数の付近において、振動体Ｍのインピーダンスに基づいて、正常な負荷状態を無負荷状態や異常負荷状態から区別することが実質的に難しくなる。従って、共振周波数や反共振周波数の付近において、図の矢印で示すような許容範囲内での振動体Ｍの接触圧を示すインピーダンスの変化を取り出すことは不可能に近く、振動体Ｍが正常な負荷状態にある時に、使用者の肌に複合体Ｍを押しつける圧力に基づいて超音波の強さを変化させることが出来なくなる。
【００３７】
図１５及び図１６は、負荷検出回路４０において、複合振動体Ｍの電気的等価インピーダンスを参照して、正常な負荷状態を無負荷状態や異常負荷状態から区別できるようになるまで、上の寄生共振を低減させるための好ましい構造を示す。この構造では、上電極１１１、圧電素子１１０、下電極１１２の中央に及ぶ中央開口１１４が設けられて圧電素子１１０の中央、即ち、複合振動体Ｍの中央に発生する振動を抑制している。この結果、複合振動体Ｍは、図１７の破線で示すように、無負荷状態や異常負荷状態でのインピーダンス特性曲線を示し、同図の実線で示す正常な負荷状態における振動体Ｍのインピーダンス特性曲線から明確に区別できる。
【００３８】
図１７から明らかなように、無負荷や異常負荷状態にある時、複合振動体Ｍは、正常な負荷状態でのインピーダンスと明確に区別できる電気的等価インピーダンスを示す。このような区別を利用することで、負荷検出回路４０は、検知回路９０に関して説明したように、振動体Ｍの電気的等価インピーダンスを反映する電圧を検知するだけで、異常や無負荷状態を識別することが出来る。この結果、共振周波数や反共振周波数の付近において、同図の矢印で示すような許容範囲内での振動体Ｍの接触圧を示すインピーダンスの変化を取り出すことが可能となる。従って、振動体Ｍが正常な負荷状態にある場合は、使用者の肌に複合体Ｍを押しつける圧力に基づいて超音波の強さを変化させることが可能となる。
【００３９】
中央開口１１４に加えて、上下電極１１１、１１２の少なくとも一つが圧電素子１１０よりも小さな直径することで、圧電素子や複合振動体Ｍの周辺部での振動を軽減して、寄生共振を更に低減させることも可能である。中央開口１１４は、例えば、図１８及び図１９に示すように、電極と圧電素子の内の少なくとも一つに設けても良い。
【００４０】
更に、図２０及び図２１に示すように、電極１１１、１１２が直径方向に延出するスリット１１６によって４つの合同な部分、即ち扇形１１７に分割されるようにしてもよい。このスリットは電極の中心を通り、圧電素子の中心部や直径方向に延出する帯部を露出させることで、露出した中心部及び帯部での振動を抑制して、寄生共振を軽減させて、図１７のインピーダンス特性を実現させている。
【００４１】
これに代えて、図２２及び図２３に示すように、同様の目的のために、電極１１１、１１２の一つまたは両方を２つまたは８つの部分に分割するようにしてもよい。
【００４２】
更には、図２４及び図２５に示すように、圧電素子１１０や電極１１１、１１２に両端が閉じたスリット１１６Ａを設けたり、電極と圧電素子の少なくとも一方に、図２６に示すような一端が開放したスリット１１６Ｂを設けたり、図２７に示すような平行なスリット１１６Ｃを設けることも可能である。
【００４３】
図２８及び図２９は、上記の実施形態の変更態様を示すもので、ホーン１２０に形成した中央穴１３４が中央開口１１４と一致して、複合振動体Ｍの中心での振動を抑制して、寄生共振を大幅に低減させている。複合振動体Ｍには、図３０に示すように、ホーン１２０の中央穴１３４のみを設けるようにしてもよい。この場合、中央穴１３４は、図３１に示すように凹所形状としても良い。
【００４４】
図３２及び図３３は別の構造を示すもので、弾性部材１５０が上電極１１１の中央部に固定されて圧電素子１１０の中央部での振動を吸収して抑制するものである。この弾性部材１５０はシリコンゴムで形成されることが好ましい。弾性部材１５０を設ける代わりに、電極１１１の中央に錘をおくことで、圧電素子１１０の中央部での振動を抑制して複合振動体Ｍの中央での寄生共振を低減させることも可能である。電極１１１を駆動回路２０からのリード線１０１との電気接続に使用する半田塊やランドをこの錘としてもよい。
【００４５】
複合振動体Ｍの中央部での振動を少なくとも抑制することで寄生共振を低減させるためにここで開示された構造は、１ＭＨｚから１０ＭＨｚでの周波数範囲に亘る振動体Ｍの電気的等価インピーダンスに基づいて、少なくとも無負荷状態を負荷状態から区別する上で有効である。このため、本発明の装置は、図２Ｃに示す異常負荷状態の一つに反応しないように構成することで、流体Ｆを用いずに使用することができる。
【００４６】
図１５、１６、１８〜３０に示される個々の特徴は適宜に組み合わせて不要な寄生共振を低減させることが出来る。更に、電極に関しては、振動体の中央部での振動を低減させる上記の構造を電極の一つに適用し、他の電極で圧電素子１１０の対応する面を完全に覆うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の好ましい実施形態に係る超音波付与スキンケア装置を示す正面断面図。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は上記装置の不適切な使用状態を示す。
【図３】上記装置の電気回路のブロック図。
【図４】上記回路の駆動回路、負荷検出回路、移動検出回路を示す回路図。
【図５】（Ａ）〜（Ｆ）は上記負荷検出回路及び移動検出回路の動作を示す波形図。
【図６】上記回路の温度検知回路を示す回路図。
【図７】上記回路の動作を示すフローチャート。
【図８】上記回路のアプリケータヘッドを示す上平面図。
【図９】上記アプリケータヘッドの断面図。
【図１０】アプリケータヘッドの変更構造を示す部分図。
【図１１】アプリケータヘッドの変更構造を示す部分図。
【図１２】アプリケータヘッドの変更構造を示す部分図。
【図１３】異なる周波数の超音波とアプリケータヘッドの複合振動体との関係を示す概略図。
【図１４】寄生共振を低減させる構造がない場合の振動体について、それぞれ、正常な負荷状態、無負荷状態及び異常負荷状態の時の電気的等価インピーダンスを示すグラフ図。
【図１５】振動要素の上平面図。
【図１６】振動要素の断面図。
【図１７】本発明の実施形態での複合振動体について、それぞれ、正常な負荷状態、無負荷状態及び異常負荷状態の時の電気的等価インピーダンスを示すグラフ図。
【図１８】上記の実施形態の変更形態に係る振動要素の上面図
【図１９】上記の実施形態の変更形態に係る振動要素の断面図。
【図２０】上記の実施形態の別の変更形態に係る振動要素の上面図。
【図２１】上記の実施形態の別の変更形態に係る振動要素の断面図。
【図２２】上記の実施形態の他の変更形態に係る振動要素の上面図。
【図２３】上記の実施形態の他の変更形態に係る振動要素の上面図。
【図２４】上記の実施形態の更に他の変更形態に係る振動要素の上面図。
【図２５】上記の実施形態の更に他の変更形態に係る振動要素の断面図。
【図２６】上記の実施形態の他の変更形態に係る振動要素の上面図。
【図２７】上記の実施形態の他の変更形態に係る振動要素の上面図。
【図２８】上記の実施形態の更に他の変更形態に係る振動要素の上面図。
【図２９】上記の実施形態の更に他の変更形態に係る振動要素の断面図。
【図３０】上記の実施形態の他の変更形態に係る振動要素の断面図。
【図３１】上記の実施形態の他の変更形態に係る振動要素の断面図。
【図３２】上記の実施形態の他の変更形態に係る振動要素の上面図。
【図３３】上記の実施形態の他の変更形態に係る振動要素の断面図。
【図３４】上記の実施形態の他の変更形態に係る振動要素の上面図。
【図３５】上記の実施形態の他の変更形態に係る振動要素の断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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