ЛИНЕЙНЫЙ ПРИВОД ДЛЯ УСТРОЙСТВ ПИГМЕНТИРОВАНИЯ
LINEAR DRIVE FOR PIGMENTATION DEVICES

[01] Изобретение относится к линейному приводу для устройств пигментирования.
Уровень техники
[02] Устройства пигментирования представляют собой устройства для татуажа, разработанные специально для нанесения перманентного макияжа, также называемого Перманентным Макияжем (ПМ). Указанные устройства сконструированы в виде портативных устройств для нанесения точных татуировок посредством укалывания, главным образом, в кожу лица. Для нанесения ПМ используются заостренные укалывающие средства, предпочтительно иглы, для введения жидких красок посредством укалывания, в основном линейной формы, в кожу лица, где указанные жидкие красящие вещества затем остаются в течение длительного периода времени.
[03] Для ПМ, а также для татуирования, краски должны вводиться через эпидермис (самый верхний слой кожи) в верхний слой живой дермы, чтобы обеспечить большую стойкость, поскольку эпидермис постоянно обновляется организмом в течение примерно 4 недель. При толщине эпидермиса 0,05-0,2 мм и глубине введения краски в живую дерму от 0,05 мм до 0,1 мм получается общая глубина укалывания в коже, которая, таким образом, составляет приблизительно 0,1-0,3 мм.
[04] Жидкие краски вводят с помощью возвратно-поступательного укалывающего средства, кончик которого смачивается в соответствующем втянутом положении относительно резервуара для краски и которое вводит краску в кожу при выдвигании. Глубина укалывания кожи должна определяться пользователем, который, наблюдая за кончиком иглы и кожей, определяет, достигают ли он живой дермы.
[05] Для введения красок требуется возвратно-поступательное движение иглы, которая должна перемещаться строго в осевом направлении без радиальных составляющих. Для приведения в движение укалывающих средств устройства пигментирования в основном используют ротационные двигатели, вращательное движение которых преобразуется в осевое возвратно-поступательное движение посредством множества различных типов передачи. На рынке также имеются линейные двигатели, основанные на принципе электромагнитного плунжера, для которых не требуется редуктор.
[06] Все приводы для устройств пигментирования, доступные на рынке, имеют общее то, что их результирующее возвратно-поступательное движение имеет периодическую, почти гармоническую синусоидальную форму кривой, основанную на законах физических колебаний, и при этом максимальная скорость движения, необходимая для пигментирования, напрямую зависит от величины хода привода и частоты его повторения.
[07] Величина хода приводов в предшествующем уровне техники остается на уровне примерно 2 мм, несмотря на требуемую небольшую глубину укалывания. Причина довольно большого хода по сравнению с небольшой глубиной укалывания заключается в том, что для каждого укалывающего движения требуется повторное смачивание кончика укалывающего средства в резервуаре для краски, что может быть достигнуто только во втянутом положении укалывающего средства, и резервуар для краски не должен находиться слишком близко к кончику устройства, чтобы пользователь мог по-прежнему работать на достаточном расстоянии резервуара для краски от кожи.
[08] Кожа представляет собой эластичную ткань. Когда укалывающее средство ударяет кожу, кожа сначала вдавливается в соответствии со своим сопротивлением проникновению и эластичностью, в зависимости от скорости укалывания, а затем прокалывается кончиком иглы при уровне энергии, индивидуальным для каждого свойства и участка кожи. Привод должен обладать надлежащими характеристиками в отношении диапазона индивидуально проявляющихся свойств кожи, чтобы вводить краски на заданную глубину упругой кожи. Важными характеристиками привода являются его собственные вибрации, которые передаются непосредственно на иглу, его скорость повторения укалывания и частота повторения укалывающего движения. Низкие осевые собственные вибрации позволяют пользователю вручную приближать и поддерживать глубину прокола 0,1-0,3 мм во время пигментирования, а низкие радиальные собственные вибрации обеспечивают отсутствие бокового наклона линий. Высокая скорость укалывания способствует уменьшению вдавливания кожи и, следовательно, обеспечивает глубину укалывания, которую легче поддерживать на постоянном уровне вручную, что повышает качество пигментирования. Низкая частота повторения защищает кожу, задавая, сколько стежков подряд требуется для визуально закрытых линий в зависимости от скорости перемещения.
[09] Известные приводы/портативные устройства имеют общую массу в среднем 80 г и работают в диапазоне частот 50-200 Гц, хотя на практике обычно выбирают частоту около 100 Гц. При частоте 100 Гц, величине хода 2 мм и неизбежных движущихся массах трансмиссии или плунжерного якоря возникают значительные силы ускорения, которые приводят к нежелательным осевым и/или радиальным вибрациям легкого портативного устройства. Измерения показали, что амплитуды вибраций известных устройств для ПМ в среднем превышают 0,5 мм. При глубине прокола всего 0,1-0,3 мм такие амплитуды вибрации вредны для точности работы по глубине и/или с точки зрения боковой однородности, качества пигментизации и защиты кожи. Кроме того, осевые вибрации отрицательно влияют на скорость укалывания и существенно снижают ее.
[10] Известные приводы/портативные устройства не обеспечивают достаточных характеристик в отношении скорости укалывания. Периодические, практически гармонические, синусоидальные кривые «путь-время» отражают только минимальную скорость укалывания при глубине укалывания 0,1-0,3 мм, поскольку укалывающее средство уже находится непосредственно перед моментом инверсии синусоидального колебания и значительно замедлено. Из-за сопротивления проколу слишком низкая скорость укалывания приводит к большим вдавливаниям кожи к тому времени, когда ее можно проколоть. Следовательно, пользователь должен направлять укалывающее средство глубже, чем предполагается прокол, удерживая его впереди, чтобы кожа, колеблющаяся с своей индивидуальной собственной частотой, частично прокалывалась слишком глубоко или слишком неглубоко, в зависимости от вертикальной плоскости, в которой кожа, которая не колеблется синхронно с частотой прокола, располагается при следующем проколе. Равномерное проникновение краски по глубине, равномерная интенсивность краски вдоль пигменттированной линии, а также благоприятное для кожи и безболезненное пигментирование возможны лишь частично из-за асинхронности между частотой кожи и частотой укалывания.
[11] Для малых вдавливаний кожи требуется максимально высокая скорость укалывания, что в предшествующем уровне техники возможно только при задании высоких частот. Тем не менее, высокая частота по-прежнему противоречит увеличивающимся вибрациям. Высокие частоты также противоречат необходимости снижения частоты укалывания с целью благоприятного для кожи пигментирования. Уже при частоте укалывания 50 Гц и обычных скоростях перемещения на коже образуются бороздообразные раны из-за сильного перекрытия отдельных проколов. Это оставляет возможность для пользователя довольно компромиссное практическое использование частоты укалывания около 100 Гц, что, однако, приводит к вибрации портативных устройств более 0,5 мм и вызывает необратимое повреждение кожи.
Раскрытие сущности изобретения
[12] Целью изобретения является создание линейного привода для устройств пигментирования, который, по сравнению с предшествующим уровнем техники, имеет более низкие вибрации и в то же время обеспечивает более высокие скорости укалывания при низких частотах укалывания.
[13] В соответствии с изобретением предложен линейный привод для устройств пигментированные в соответствии с родовым понятием независимого пункта 1 формулы изобретения, имеющий статор 1 и воздушный зазор 7, предусмотренный в статоре и выполненный с возможностью смещения определенным образом, электрическую катушку 2 внутри статора 1, причем указанная катушка выполнена с возможностью создания концентрации магнитного потока 9 в воздушном зазоре 7 в результате возбуждения катушки, якорь 5, выполненный с возможностью осуществления скользящих осевых движений в статоре 1, и постоянный магнит 6, который неразъемно соединен с якорем 5. Линейный привод для устройств пигментирования выполнен с возможностью движения якоря 5 из невозбужденного стабильного исходного положения в невозбужденное нестабильное выдвинутое положение в ответ на возбуждение катушки 2 и концентрирование электромагнитного поля/потока 9 в воздушном зазоре 7 в основном посредством магнитного отталкивания, действующего на магнит 6, при этом толщина упора 3 имеет такой размер, что сила магнитного притяжения постоянного магнита 6, действующая на статор 1, преодолевается незадолго до достижения максимальной электромагнитной противодействующей силы, то есть максимального рабочего тока, за счет возбуждения катушки 2, и энергия, которая затем накапливается в постоянном магните 6 до момента высвобождения, резко высвобождается и выдвигает якорь 5 из статора 1 с высокой степенью ускорения.
[14] Дальнейшее развитие изобретения предусматривает, что управление скоростью выдвигания якоря 5 может осуществляться при помощи времени включения тока в катушке 2, при этом время включения всегда оканчивается во времени во время в условиях индуктивного нарастания тока катушки.
[15] В предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрено, что негармонические периодические колебания якоря 5 вызваны тем, что катушка 2 все время находится в невозбужденном состоянии до достижения якорем 5 выдвинутого положения, так что невозбужденное движение втягивания якоря 5 является по существу постоянным и становится независимым от управляемого током движения выдвигания якоря 5.
[16] Дальнейшее развитие изобретения предусматривает, что невозбужденная характеристическая кривая «путь/время» для движения втягивания якоря 5, вызванного характеристической кривой «сила постоянного магнита/путь» магнитных сил 10 притяжения между магнитом 6 и статором 2, обусловлена оформлением геометрической формы статора 1 и магнитно-эффективной массой упомянутого статора так, что время втягивания якоря 5 минимизировано по отношению к системе.
[17] В конкретном варианте осуществления изобретения можно предусмотреть, что посредством близкого совмещения рабочей частоты с собственной частотой линейного привода обеспечена минимизация вибраций привода и, в то же время, минимизация времени выдвигания.
Примерный вариант осуществления изобретения
[18] Дополнительные преимущества, признаки и детали изобретения вытекают из последующего описания предпочтительного примерного варианта осуществления линейного привода для устройств пигментировоания, а также из чертежей:
Фиг. 1 - схематическое изображение линейного привода для устройств пигментирования согласно изобретению в исходном положении с невозбужденной катушкой 2.
Фиг. 2 - увеличенное схематическое изображение воздушного зазора линейного привода для устройств пигментирования, выполненного с возможностью смещения согласно изобретению, в момент возбуждения катушки 2.
Фиг. 3 - схематическое изображение линейного привода для устройств пигментирования с фиг.1, в момент инверсии движения выдвигания с невозбужденной катушкой 2.
[19] Фиг. 1 схематично показывает пример линейного привода для устройств пигментирования согласно изобретению в положении покоя без электрического управления катушкой 2. Постоянный магнит 6, который неразъемно соединен с якорем 5, контактирует с упором 3 за счет своих сил магнитного притяжения к ферромагнитному статору 1. Толщина упора 3 имеет такой размер, чтобы в исходном положении постоянный магнит 6 занимал центральное в осевом направлении положение относительно отверстия статора 1, и сила магнитного притяжения постоянного магнита 6, действующая на статор 1, преодолевалась за счет возбуждения катушки 2 лишь незадолго до достижения максимального рабочего тока, и за счет чего в постоянном магните 6 происходит накопление энергии, которая используется для полезной работы линейного привода для устройств пигментирования. Упор 4 предотвращает выпадение якоря 5 из статора 1 и ограничивает величину хода линейного привода.
[20] Фиг. 2 показывает увеличенное схематическое изображение воздушного зазора, образованного с возможностью смещения согласно изобретению во время возбуждения тока в катушке 2, который из-за индуктивности катушки 2 экспоненциально увеличивается и обеспечивает то, что магнитное поле 9 в воздушном зазоре 7 также экспоненциально увеличивается. Благодаря расположению воздушного зазора 7, который предусмотрен и выполнен с возможностью смещения определенным образом, электромагнитное поле 9 протекает через постоянный магнит 6 таким образом, который способствует генерированию силы отталкивания с высокой степенью эффективности и, благодаря концентрации большей части магнитной энергии в воздушном зазоре 7, с учетом описанного в [19] накопления энергии в постоянном магните 6, генерирует по существу резкое отталкивание постоянного магнита 6 электромагнитной силой 9, так что постоянный магнит 6 вместе с якорем 5 выдвигается до упора 4 с большим ускорением, аналогичным известному эффекту мгновенного действия, что приводит к обеспечивающим преимущества высоким скоростям укола. Сумма движущихся масс якоря 5, магнита 6 и укалывающего средства 8 составляет несколько граммов, так что якорь 5 испытывает высокую степень ускорения даже при малых силах и достигает высоких скоростей, несмотря на небольшую величину хода, например, 2 мм, а небольшая общая масса обеспечивает преимущества в отношении вибраций всей системы. Составляющая 10 тормозной силы, прикладываемая к ферромагнитному статору 1 силой притяжения постоянного магнита 6 во время выдвигания, сконфигурирована так, чтобы быть дегрессивной, так что эта тормозная сила уменьшается непропорционально относительно расстояния магнита 6 от статора 1, в результате чего конечная скорость якоря 5, когда он ударяется об упор 4, является значительно более высокой, чем в случае с синусоидальными приводами предшествующего уровня техники. Изменение скорости движения выдвигания регулируется при помощи времени включения катушки, которое, однако, в отличие от предшествующего уровня техники, всегда заканчивается по времени в пределах индуктивного нарастания тока катушки, с тем преимуществом, что можно контролировать весь задаваемый диапазон уже во время небольшого нарастания. Таким образом, скорость выдвигания и частота укалывания могут быть преимущественным образом заранее определены для пигментирования на производстве и заданы пользователем на устройстве пигментирования.
[21] Фиг. 2 показывает линейный привод с фиг. 1 в момент инверсии с невозбужденной катушкой 2, то есть в то время, когда якорь только что изменил направление движения, чтобы вернуться в исходное положение. Установленная дегрессивная характеристическая кривая изменения возвратной силы 10 постоянного магнита оказывает преимущественное влияние на уменьшение скорости выдвигания якоря 5, которая уменьшается на протяжении выдвигания. Во время втягивания якоря 5 прежде дегрессиваная сила 10 торможения теперь оказывает на якорь 5 прогрессивно ускоряющее воздействие и обеспечивает время возврата якоря 5 в исходное положение, на которое не влияет прежняя характеристическая кривая выдвигания, так что обеспечивающие преимущества негармонические колебания возникают даже при периодическом управлении. Для преимущественно быстрого движения якоря 5 назад в его исходное положение характеристическая кривая «магнитная сила/путь» между постоянным магнитом 6 и статором 2 может быть получена за счет его геометрической формы и его ферромагнитной массы.
[22] Признаки изобретения, раскрытые в предшествующем описании, формуле изобретения и чертежах, могут иметь отношение, как по отдельности, так и в любой комбинации, к реализации изобретения в его различных вариантах осуществления.