專利名稱：應用超聲波的護膚設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種應用超聲波的護膚設備，其用于將超聲波應用到用戶的皮膚上以便加速皮膚組織的新陳代謝，從而使皮膚美麗和健康。
背景技術(shù)：
WO98/51255公布了一種類似的應用超聲波的護膚設備，其具有用于生成并傳送超聲波至用戶的皮膚的敷貼器頭(applicator head)。該設備包括負載檢測電路，用于通過接觸皮膚來檢測敷貼器頭是否負載了，從而，當敷貼器頭與皮膚沒有接觸時節(jié)省能量，以及當敷貼器頭與皮膚接觸時安全地應用超聲波。為了判斷敷貼器頭負載還是沒有負載了，該設備依賴于隨著在敷貼器頭上的負載而變化的、敷貼器頭中的電等效阻抗，并將應用到敷貼器頭的對應電壓與參考電壓進行比較。然而，當敷貼器頭以相對高的頻率、例如幾MHz或更高發(fā)出超聲波時，由于敷貼器頭中出現(xiàn)的寄生諧振的影響增加，有時候可能難以在電等效阻抗的基礎上從負載狀態(tài)中辨別出未負載狀態(tài)。
日本專利公開第7-59197號公布了一種超聲波振動器元件，其減少在振動器元件外圍附近出現(xiàn)的振動。振動器元件具有圓盤的形式，并且在該圓盤的相對表面上分別提供上和下圓盤狀電極。每個電極具有比振動器元件的直徑小的直徑，以便使振動器元件的外圍保持為未覆蓋，以力圖消除徑向傳播的不需要的振動，從而允許期望的超聲波振動沿振動器元件的厚度方向前進。
利用日本專利公開第7-59197號所公布的結(jié)構(gòu)可以在某種程度上減少寄生諧振。在研究了高頻率超聲波振動的行為之后，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了可有效地抑制在敷貼器頭的中心發(fā)生的振動，以便將不需要的寄生諧振減少這樣的程度，即敷貼器頭分別在負載和未負載時可以呈現(xiàn)出彼此充分不同的電等效阻抗，以易于辨別負載和未負載狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
基于上面的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明已經(jīng)實現(xiàn)了提供一種能夠有效且安全地應用超聲波以增強護膚的應用超聲波的護膚設備。
本發(fā)明的護膚設備包括外殼，具有用于將超聲波應用到用戶的皮膚的敷貼器頭；以及驅(qū)動器電路，其提供了用于致動敷貼器頭以傳送超聲波到皮膚的電脈沖。該敷貼器頭包括振動器元件，其生成超聲波；以及角狀物(horn)，其具有安裝面和用于接觸皮膚的面向皮膚的面。該角狀物在安裝表面上承載振動器元件，以傳送超聲波到皮膚。該振動器元件和角狀物集成到組合振動體中，該組合振動體在與來自驅(qū)動器電路的電脈沖諧振，從而將所產(chǎn)生的振動傳送到皮膚。組合振動體在通過接觸皮膚而正常負載時給出第一電等效阻抗，并且在未負載時給出第二電等效阻抗。該設備包括負載檢測電路，其監(jiān)視組合振動體發(fā)出第一還是第二電等效阻抗，并僅在看到第一電等效阻抗時提供負載檢測信號。設備中還包括控制電路，其在當在預定的時間段內(nèi)沒有接收到負載檢測信號時限制或停止電脈沖。本發(fā)明的特征在于，組合振動體具有這樣的結(jié)構(gòu)，其為了減少寄生諧振而限制在該振動體中心部分的振動，從而區(qū)分第一電等效阻抗和第二電等效阻抗。這樣，負載檢測電路可以成功地判決敷貼器頭與皮膚接觸還是沒有與皮膚接觸，由此可以使控制電路可靠地限制在敷貼器頭未負載時生成超聲波振動。
優(yōu)選地，振動器元件包括以圓盤形式的壓電元件，該圓盤具有分別提供了上和下電極的平的上和下端面，其中電脈沖通過上下電極應用。上電極、下電極、和壓電元件中的至少一個具有負責抑制在該組合振動體中心處的振動的中心開口。
除中心開口之外，上和下電極中的至少一個可以標度為具有小于壓電元件的直徑的直徑，以便也使壓電元件的外圍部分未覆蓋，以減少在壓電元件的外圍附近的不需要的振動。
可替換地，通過至少一個縫隙(slit)將上和下電極中的至少一個劃分為多個相同的片段。該縫隙在直徑上延伸，以便使壓電元件的中心和直徑上延伸的帶部分保持為未覆蓋，以限制在振動體中心處的振動。
代之以提供在直徑上延伸的縫隙，可以將上和下電極中的至少一個配置為具有至少一個縫隙，該縫隙為了限制在振動體中心處的振動的相同目的而沒有覆蓋壓電元件中心部分。
與在上電極、下電極、和壓電元件的至少一個中的中心開口的規(guī)定相結(jié)合或與之分離，可以將角狀物配置為具有通孔或空腔的形式的、用于限制在振動體的中心處的振動的中心孔。
此外，而不是利用中心開口形成，可以用吸收振動體中心部分的振動以便減少寄生諧振的彈性部件來覆蓋上電極。
此外，可以用焊接塊在上電極的中心覆蓋該上電極，該焊接塊用于將上電極電連接到從驅(qū)動器電路引出的引線。焊接塊將重量加到組合振動體的中心，以抑制在其中心部分的振動。
此外，優(yōu)選地，角狀物與圍繞該角狀物的邊緣(rim)形成為整體部分，且該邊緣適于將角狀物固定到外殼。在角狀物和邊緣之間定義的是限制器，其限制超聲波朝邊緣傳播，從而將超聲波集中到角狀物，以有效地通過角狀物將超聲波傳送到皮膚。該限制器可以具有沿角狀物和邊緣之間的邊界形成的空腔的形式。
優(yōu)選地，將控制電路設計成為接收第一電等效阻抗，以便根據(jù)第一電等效阻抗的數(shù)值來改變在振動器元件上生成的超聲波的強度。正如第一電等效阻抗將根據(jù)角狀物或者組合振動體相對于用戶的皮膚所保持的壓力而變化一樣，該設備可以根據(jù)壓力改變應用到皮膚上的超聲波的效果或者力量，從而最佳地將超聲波應用到用戶的皮膚上，以增強護膚結(jié)果。
此外，該設備優(yōu)選包括運動檢測電路，其監(jiān)視組合振動體是否運動，并在振動體如此運動時提供運動檢測信號。連接到該控制電路以便接收該運動檢測信號，而且控制電路控制該驅(qū)動器電路，以便即使在預定的時間段內(nèi)檢測到了負載檢測信號的存在，也在運動檢測信號在臨界持續(xù)時間上不連續(xù)時停止或限制電脈沖。
依據(jù)以下結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu)點特征將變得更明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的應用超聲波的護膚設備的前視剖面圖；圖2A至2C示出上面設備的不適當使用狀態(tài)；圖3是上面設備的電路框圖；圖4是說明上面電路中的驅(qū)動器電路、負載檢測電路、和運動檢測電路的電路圖；圖5A至5F是說明負載檢測電路和運動檢測電路的操作的波形圖；圖6是說明上面電路中的溫度感測電路的電路圖；圖7是說明設備的操作的流程圖；圖8是上面設備中的敷貼器頭的俯視圖；圖9是敷貼器頭的剖面圖；圖10至12是說明敷貼器頭的修改結(jié)構(gòu)的局部視圖；圖13是說明不同頻率的超聲波波長和敷貼器頭的組合振動體之間的關系的示意圖；圖14是作為比較的目的、而分別說明在沒有減少寄生諧振的結(jié)構(gòu)的情況下的正常負載狀態(tài)、未負載狀態(tài)、以及異常負載狀態(tài)中給出的振動體的電等效阻抗的圖示；圖15是振動器元件的俯視圖；圖16是振動器元件的剖面圖；圖17是說明根據(jù)本發(fā)明的實施例、分別在正常負載狀態(tài)、未負載狀態(tài)、以及異常負載狀態(tài)中，為組合振動體給出的振動體的電等效阻抗的圖示；圖18和19是根據(jù)上面實施例的修改的振動器元件的頂視圖和剖面圖；圖20和21是根據(jù)上面實施例的又一個修改的振動器元件的頂視圖和剖面圖；圖22和23是說明上面實施例的又一個修改的頂視圖；圖24和25是根據(jù)上面實施例的又一個修改的振動器元件的頂視圖和剖面圖；圖26和27是說明上面實施例的又一個修改的頂視圖；圖28和29是根據(jù)上面實施例的更多修改的振動器元件的頂視圖和剖面圖；圖30和31是說明上面實施例的修改的剖面圖；圖32和33是根據(jù)上面實施例的又一個修改的振動器元件的頂視圖和剖面圖；以及圖34和35是根據(jù)上面實施例的更多修改的振動器元件的頂視圖和剖面圖。
具體實施例方式
圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的應用超聲波的護膚設備。該護膚設備用于面部護理或者皮膚按摩，以增強皮膚組織的新陳代謝，而使皮膚美麗和健康。該設備包括手持柄外殼10，在其一端具有敷貼器頭100，該敷貼器頭100適于接觸用戶的皮膚，以便將超聲波應用到那里。該敷貼器頭100包括生成超聲波的、具有壓電元件的形式的振動器元件110、以及傳送超聲波至皮膚S的角狀物120。該壓電元件成形為具有平的上表面和平的下表面的圓盤，這些表面分別用上和下電極111和112覆蓋，在這些電極上應用電脈沖以生成超聲波振動。振動器元件110和角狀物120集成到組合振動體M中，其中電脈沖致使該組合振動體M諧振，以生成并應用該諧振的超聲波振動到皮膚S。優(yōu)選地，將該設備設計為生成具有1MHz至10MHz頻率的超聲波，并以0.1W/cm2至0.2W/cm2的強度將其傳送到皮膚。此外，優(yōu)選的是在角狀物和皮膚之間的界面上使用凝膠或類似流體F來促進超聲波到皮膚S的傳送。
如后面將詳細說明的那樣，該設備配備有保護物，用于當敷貼器頭100不是在圖1的正常負載狀態(tài)下，即敷貼器頭保持在任一個不正確狀態(tài)下時，限制或停止被傳送到皮膚的超聲波振動。如圖2A至2C所示，不正確的狀態(tài)包括未負載的狀態(tài)，其中敷貼器頭100遠離皮膚(圖2A)；部分接觸的狀態(tài)，其中敷貼器頭100處于僅僅部分面對皮膚(圖2B)；以及直接接觸狀態(tài)，其中敷貼器頭100處于面對皮膚，但沒有在它們之間的界面處使用流體F(圖2C)。
如圖3所示，該設備包括驅(qū)動器電路20，用于提供在壓電元件110的電極111和112兩端的電脈沖；負載檢測電路40，用于檢測敷貼器頭100的負載狀態(tài)；運動檢測電路50，用于檢測敷貼器頭100的運動；溫度感測電路60，用于感測壓電元件110的溫度；顯示器驅(qū)動電路170，用于顯示設備的操作狀態(tài)；以及控制電路80，用于控制上面的電路。通過容納于電源組2中的、將工業(yè)AC線電壓轉(zhuǎn)換成為DC電壓的電源1，向驅(qū)動器電路20提供能量。設備中還包括監(jiān)視電路90，其用于基于組合振動體M的電等效阻抗來監(jiān)視生成并應用到用戶皮膚上的超聲波。
設備10被設計為在角狀物120保持實際接觸用戶的皮膚時生成超聲波。為此，提供負載檢測電路40，以便檢測作為角狀物120通過流體F與用戶的皮膚接觸的結(jié)果的、是否應用了適當?shù)呢撦d。當角狀物120沒有與皮膚接觸或者未能成功地傳送超聲波時，負載檢測電路40確定角狀物120或者振動體M沒有負載，并限制超聲波的生成。后面將論述在本發(fā)明中實現(xiàn)的負載檢測的細節(jié)。在使用中，當應用超聲波時，期望移動敷貼器頭100，即組合體慢慢地跨越皮膚。否則，當敷貼器頭100長時間停留在一部分處時，存在在皮膚中引起冷燃(cold burn)的潛在危險。鑒于此，提供了運動檢測電路50，以便當敷貼器頭100以合適的速率移動時就允許連續(xù)的超聲波應用，否則就禁止或者限制超聲波的生成。另外，控制電路80包括定時器，其在該設備被使用了預設的時間之后停止生成超聲波。就是說，只有當來自負載檢測電路40的負載檢測信號指示敷貼器頭100保持與皮膚的正常接觸時、以及當來自運動檢測電路90的運動檢測信號指示敷貼器頭100沒有長時間停留在一部位處時，定時器才統(tǒng)計時間。定時器進行操作以在預設時間上繼續(xù)生成超聲波。另外，在預設的時間過去之后，控制電路80給出停止向驅(qū)動器電路20提供電能的指令，從而終止超聲波生成。
當由于驅(qū)動器電路20的故障等、振動體經(jīng)受具有溫度上升的異常振動時，溫度感測電路60響應于來自位于鄰近角狀物120的溫度感測器15的輸出，提供異常溫度上升的輸出指示到控制電路80，該控制電路80接著進行響應以停止驅(qū)動器電路20。
如圖4所示，驅(qū)動器電路20包括將來自電源1的DC電壓轉(zhuǎn)換成為AC電壓的逆變器(inverter)。在逆變器的輸出端提供的是具有初級繞組21和次級繞組22的變壓器T。初級繞組21在電源1的兩端與FET 23和測流電阻器27串聯(lián)連接，并與電容器24協(xié)作以形成并聯(lián)諧振電路，該諧振電路提供了在FET 23斷開時在初級繞組21兩端的諧振電壓。壓電元件110與次級繞組22并聯(lián)連接，以便通過AC電壓或者在次級繞組22處引入的電脈沖而實施超聲波振動。反饋繞組25耦接到初級繞組21，以將驅(qū)動器電路的輸出反饋到FET 23。雙極晶體管26連接在FET 23的柵極-發(fā)射極路徑中，用于控制FET 23。在電源1的兩端連接的是啟動電阻28和電容器29的串聯(lián)組合，它們的連接點通過反饋繞組25連接到FET 23的柵極以給予FET 23偏置。當電容器29通過電源1充電以發(fā)展到為FET 23的閾值的電壓時，F(xiàn)ET變?yōu)閷?，以降低FET 23的漏極電壓。此時，反饋繞組25生成施加到FET 23的柵極的反饋電壓，從而增加流過該FET的電流。隨后，當在測流電阻器27兩端發(fā)展的電壓達到與通過FET的增加電流相對應的預定電平時，晶體管26變導通以斷開FET 23。據(jù)此，初級繞組21和電容器24的諧振電路變?yōu)橛行В援a(chǎn)生諧振。在諧振的一個周期結(jié)束時，反饋繞組25所引入的反饋電壓達到了接通FET 23的柵極的電壓，從而再次使該FET導通。重復上面的操作以維持諧振電壓或者電脈沖，以便振蕩壓電元件110。諧振電路的頻率被設置為在1MHz到10MHz的范圍內(nèi)可變。
連接在晶體管26的基極和電阻27之間的是可變電阻30，其值可變化以便調(diào)整接通晶體管26的定時，來調(diào)整諧振頻率。在這一點上要注意的是，由控制電路80控制該諧振電路，以給出如圖5A所示、具有在相鄰的脈沖系列Vp之間的休止期的間歇振蕩。
變壓器T包括與整流電路協(xié)作以構(gòu)成監(jiān)視電路90的輔助繞組91，該整流電路對輔助繞組91的輸出進行整流，而監(jiān)視電路90給出指示應用到用戶皮膚上的超聲波狀態(tài)的監(jiān)視輸出。該監(jiān)視輸出Vx包括作為移動敷貼器頭100的結(jié)果而給出的低頻分量，且該低頻分量的頻率低于超聲波振動的頻率。更精確地，在輔助繞組91兩端出現(xiàn)的電壓除包括指示超聲波振動的高頻分量之外，還包括源自在與負載接觸時組合振動體M的電等效阻抗中的振動、以及源自響應于敷貼器頭100在用戶皮膚上的皮膚移動而出現(xiàn)的摩擦聲音的低頻分量。通過對在輔助繞組91兩端出現(xiàn)的電壓進行整流而獲得監(jiān)視輸出Vx，并將其饋送到負載檢測電路40和運動檢測電路50，以用于進行負載檢測和運動檢測。
負載檢測電路40具有比較器41，其將來自監(jiān)視電路90的監(jiān)視輸出Vx和參考電平Vref進行比較。該監(jiān)視輸出Vx具有如圖5B所示的波形模式。當該輸出Vx變得低于參考電平Vref時，比較器41提供高電平負載檢測信號SL到控制電路80，作為敷貼器頭100保持與用戶皮膚的正常接觸的指示。當在預定的時間段上連續(xù)沒有收到負載檢測信號SL時，控制電路80停止驅(qū)動器電路20的操作或者使電源1失效。在這個實施例中，考慮到由于負載的存在、即組合振動體M的阻抗增加而降低了諧振電壓，所以當監(jiān)視輸出Vx小于參考電平Vref時，生成了負載檢測信號SL。
另外，也將指示組合振動體M的阻抗的輸出Vx饋送到控制電路80。當輸出Vx等于參考電平Vref或更大時，控制電路80進行操作，以與輸出Vx的數(shù)值成反比地改變電源1的輸出電壓。就是說，組合振動體M保持以更大的壓力靠著用戶的皮膚，控制電路80起作用以降低應用到皮膚的超聲波強度，且反之亦然。根據(jù)這個結(jié)果，可以取決于組合振動體M所保持的靠著皮膚的壓力而調(diào)整超聲波，從而以最佳的強度傳送超聲波，以增強護膚效果。
有可能的是為了打破與諧振電路的阻抗匹配，不同配置的諧振電路可以改變組合振動體M的阻抗特性，由此導致監(jiān)視輸出在負載存在時增加。在這種情況下，當監(jiān)視輸出Vx超過參考電平Vref時，提供負載檢測信號SL。此外，也同樣有可能在檢測到無負載的狀態(tài)下限制或者減少超聲波能量，并且，也根據(jù)監(jiān)視輸出的數(shù)值而改變超聲波能量。
此外，如圖5D所示，通過電容器51將監(jiān)視輸出Vx以輸出Vx′的形式饋送到運動檢測電路50。該運動檢測電路50包括低通濾波器52和判決電路53。如圖5E所示，通過濾波器52除去輸出Vx′中的高頻分量，以便給出與不是由敷貼器頭100的運動所導致的分量無關的低頻輸出VL。將這樣獲得的低頻輸出VL饋送到判決電路53的兩個比較器55和56，并分別與各個閾值TH1和TH2進行比較(TH1＞TH2)，以便向控制電路80提供在輸出VL高于閾值TH1或者低于閾值TH2的時間段上的高電平運動檢測信號SM(如圖5F所示)?？赏ㄟ^可變電阻器57和58來調(diào)整TH1和TH2?？刂齐娐?0在預定的持續(xù)時間Tc(例如，15秒)內(nèi)統(tǒng)計高電平運動檢測信號SM的時間段，并且當在持續(xù)時間Tc內(nèi)所統(tǒng)計的次數(shù)總和超過預定的參考時，確定敷貼器頭100已經(jīng)進行了適當?shù)囊苿?。否則，控制電路80確定沒有進行適當?shù)倪\動，并提供限制驅(qū)動器電路20的限制信號。
驅(qū)動器電路20包括晶體管84，其在FET 23的柵極-源極路徑兩端與晶體管26并聯(lián)連接、并且通過光耦合器81連接到控制電路80。這樣，當從控制電路80接收到限制信號時，接通晶體管84由此斷開FET 23，以使驅(qū)動器電路20失效。盡管在這個實施例中限制信號起停止驅(qū)動器電路20的作用。但是本發(fā)明不限于這個特征，并且可以被布置為控制驅(qū)動器電路20或者電壓1以減少超聲波振動能量。
如圖6所示，溫度感測電路60包括第一溫度感測單元61和第二溫度感測單元62，二者接收來自用于感測溫度的熱敏電阻15的輸出。第一溫度感測單元61具有溫度控制器65，熱敏電阻15的輸出通過電阻器63和電容器64饋送到該溫度控制器65。當發(fā)現(xiàn)熱敏電阻15感測的溫度超過預定的參考溫度時，溫度控制器65通過光耦合器66發(fā)布停止信號到驅(qū)動器電路20。該光耦合器66具有連接在晶體管84的基極-發(fā)射極路徑中的晶體管68，以便停止信號導致晶體管84接通以停止驅(qū)動器電路20的振蕩。向溫度控制給予滯后(hysterics)，以便在由熱敏電阻15所感測的角狀物120的溫度變得高于參考溫度之后，驅(qū)動器電路20只有在所感測溫度變低到低于參考溫度的溫度水平之后才允許恢復振蕩。當所感測溫度變?yōu)榈陀谠摐囟人綍r，溫度控制器65做出響應以不發(fā)布停止信號，從而恢復驅(qū)動器電路20的振蕩。第二溫度感測單元62包括比較器69，其進行操作以在當熱敏電阻15所感測的溫度超過預定的參考時接通晶體管160，從而接通光耦合器161的晶體管163，并因此使連接到晶體管163的電源1失效。作為對即使由微處理器構(gòu)成的溫度控制器65不能操作而被異常加熱的角狀物120的響應的保證，將用于比較器69的預定參考設置到高于用于停止超聲波振蕩的溫度控制器65的參考溫度。
現(xiàn)在參考圖7說明應用超聲波的設備的操作。在接通電源開關之后，啟動按鈕的按下致動驅(qū)動器電路20，使壓電元件110開始生成超聲波，并啟動計時器。此時，對角狀物120進行溫度感測，以便當?shù)谝粶囟雀袦y單元61看到溫度超過例如45°時，顯示器驅(qū)動電路70給出角狀物120過熱的溫度告警，并且導致定時器和驅(qū)動器電路20停止。當在啟動定時器之后的一步驟處發(fā)現(xiàn)感測的溫度低于45℃時，負載檢測可用，并且假如作為敷貼器頭100負載了的指示而發(fā)布了負載檢測信號，則隨后運動檢測可用。當沒有發(fā)布負載檢測信號時，顯示無負載告警例如40秒的有限時間段，提示用戶使敷貼器頭100與皮膚接觸。在40秒的無負載檢測信號過去之后，進行控制以顯示停止操作的告警，并停止計時器和超聲波生成。在存在負載檢測信號時進行運動檢測，以便當在例如15秒內(nèi)發(fā)布了運動檢測信號時，進行正常操作的顯示，并給予定時器向下計數(shù)的指示。在比如這種狀態(tài)下過去了10分鐘的預定操作時間之后，停止驅(qū)動器電路。當在10分鐘內(nèi)按下暫停按鈕時，停止驅(qū)動器電路，但是定時器操作連續(xù)向下計數(shù)。當在10分鐘內(nèi)按下重啟動按鈕時，驅(qū)動器電路恢復生成超聲波。
盡管這樣設計上面的實施例，以便當檢測到無負載或者無運動時，控制電路使驅(qū)動器電路失效，但是本發(fā)明不限于這個特征，且被設計為在這樣的檢測時減少超聲波能量。
現(xiàn)在參考圖8和9，將論述敷貼器頭100，即壓電元件110和角狀物120的組合的細節(jié)。壓電元件110由陶瓷制成，并形成為具有均勻厚度的圓盤，并分別在該圓盤的上和下表面上提供上和下電極111和112。角狀物120由鋁制成，并制成為具有稍大于壓電元件110的表面積且具有均勻厚度的圓盤。如圖9所示，通過分別焊接到上電極111和角狀物120的導線101和102而在電極111和112上應用來自驅(qū)動器電路20的電脈沖。角狀物120與圍繞角狀物120的管狀邊緣130一起形成為整體部分。邊緣130從角狀物120的外圍向上凸出，并在其上端固定到外殼10，以將敷貼器頭100支撐到外殼。用插入到二者之間的彈性阻尼環(huán)132使邊緣130的上端恰好裝配到外殼10的口12中。該角狀物120具有平的安裝面121，用于以緊密接觸的關系在其上承載壓電元件110；以及平的面對皮膚的面122，用于通過涂在皮膚S上的流體F而接觸皮膚。將壓電元件110固定到角狀物120，以便它們集成到與來自驅(qū)動器電路20的電脈沖諧振的組合振動體M中，以生成將被傳送到皮膚的超聲波。空腔形式的限制器140在角狀物120和邊緣130之間延展，以限制超聲波振動朝邊緣130傳播，從而如圖9的箭頭所示，將超聲波有效地集中到用戶的皮膚。就是說，相對于超聲波振動，空腔140起到將邊緣130實際上與壓電元件110和角狀物120的組合振動體M隔離的作用。作為形成空腔140的結(jié)果，剩余厚度減少的橋142用于連接角狀物120和邊緣130。橋142的減少的厚度(t)被選擇為不同于超聲波波長的四分之一的整數(shù)倍(t≠n·λ/4，其中n為整數(shù))，以有效地限制超聲波振動朝邊緣130傳播。如圖10和11所示，可以利用用于阻塞超聲波振動的合適介質(zhì)144填充空腔140，或者用變圓的邊緣146平滑空腔140。此外，如圖12所示，可以以與空腔140同心的關系形成不同深度的其它空腔148。
如圖13所示，壓電元件110和角狀物120的組合振動體M的總厚度(T)被選擇為是以例如1MHz的基頻振動的超聲波波長的一半(T＝λ/2)，使得組合振動體M也可以在基頻的整數(shù)倍(例如，基頻的2倍、3倍、和4倍)的頻率上諧振，同時在角狀物120的面對皮膚的面122上和電極111的上表面處形成波腹，如該圖的示意圖示。
為了以最低損耗將超聲波功率有效地傳送到皮膚，也為了當在諧振頻率附近致動組合振動體M時從異常負載或無負載狀態(tài)中分辨出正常負載狀態(tài)，壓電元件110被設計為具有限制在組合振動體M的中心處的振動的結(jié)構(gòu)，以減少不需要的寄生諧振，否則其將使負載檢測電路40難以從未負載或者異常負載的狀態(tài)中分辯出正常負載的情形。就是說，如圖14所示，當振動體M是未負載狀態(tài)或者異常負載狀態(tài)下時，寄生諧振帶入的波動疊加到如點線所示、與頻率變化相關的電等效阻抗曲線上。根據(jù)這個結(jié)果，實際上變得難以基于在諧振或者反諧振頻率附近的振動體M的阻抗、來將正常負載的狀態(tài)同未負載或者異常負載的狀態(tài)區(qū)分開來。因此，在振動體M處于正常負載的狀態(tài)下，變得幾乎不可能在諧振或者反諧振頻率的附近，在如圖中的箭頭線所指示的容許范圍內(nèi)提取指示振動體M的接觸壓力的變化阻抗，而不能根據(jù)組合體M所保持的、靠著用戶皮膚的壓力來改變超聲波的強度。
圖15和16示出一個用于將不需要的寄生諧振減少到負載檢測電路40可以參考組合振動體M的電等效阻抗從未負載或者異常負載狀態(tài)中分辯出正常負載狀態(tài)這樣一個程度的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。在這個結(jié)構(gòu)中，形成中心開口114以在上電極111、壓電元件110、以及下電極112的中心延伸，以抑制在壓電元件110中心的振動，并從而抑制在振動體M中心的振動。利用這個結(jié)果，如圖17的點線所示，組合振動體M在未負載或者異常負載狀態(tài)下呈現(xiàn)出與頻率相關的明確阻抗特性曲線，這可以從振動體處于正常負載狀態(tài)下所呈現(xiàn)的阻抗曲線中很好地分辯出，這如同一圖中指示的實線所示。
從圖17中很明顯，當經(jīng)受未負載或者異常負載狀態(tài)時，振動體M可以給出與在正常負載狀態(tài)下給出的阻抗完全不同的電等效阻抗。如此前參考監(jiān)視電路90所說明的那樣，利用這個差別，負載檢測電路40可以簡單地通過監(jiān)視反映振動體M的電等效阻抗的電壓而成功地辨認出異常負載或者未負載的狀態(tài)。在這個結(jié)果中，變得有可能在諧振或者反諧振頻率附近，如在該圖中的箭頭線所指示的那樣、在容許范圍內(nèi)提取出隨振動體M的接觸壓力而變化的阻抗。據(jù)此，只要振動體M處于正常負載的狀態(tài)下，就可以根據(jù)組合體M所保持的、靠著用戶皮膚的壓力而進行超聲波的強度改變。
與中心開口114相結(jié)合，上和下電極111和112中至少一個可以形成為具有比壓電元件110的直徑小的直徑，以便減少在壓電元件、進而在組合振動體M外圍的振動，以進一步減少寄生諧振。例如，如圖18和19所示，中心開口114可以在電極和壓電元件中的至少一個中形成。
此外，如圖20和21所示，可以由在直徑上延伸的縫隙116將電極111和112劃分為四個相同的片段或部分117。該縫隙通過電極的中心延伸，以便使壓電元件的中心和在直徑上延伸的帶部分未覆蓋，從而抑制在未覆蓋的中心和該帶部分處的振動，并從而減少不需要的寄生諧振，以便同樣實現(xiàn)圖17的阻抗特性。
可替換地，如圖22和23所示，為了相同的目的，可以將電極111和112中的一個或者兩個劃分為兩個或八個片段117。
此外，如圖24和25所示，有可能給出封閉端也在壓電元件110和電極111和112中的縫隙116A，或者如圖26和27所示，在電極和壓電元件中的至少一個中，給出一端開口的縫隙116B，或者給出并行的縫隙116C。
圖28和29示出上面實施例的修改，其中與中心開口114對齊地在角狀物120中形成中心孔134，以進一步抑制在組合振動體M的中心處的振動，并從而在很大程度上減少不需要的寄生諧振。如圖30所示，組合體M可以僅在角狀物120中具有中心孔134。在這個例子中，如圖31所示，中心孔134可以具有空腔的形式。
圖32和33示出一替換結(jié)構(gòu)，其中將彈性元件150固定在上電極111的中心，用于吸收并從而抑制在壓電元件110的中心上的振動。優(yōu)選用硅橡膠制成彈性元件150。代替提供彈性元件150，同樣可在電極111的中心上給出重量，用于抑制在壓電元件110中心上的振動，并從而減少在組合振動體M的中心處不需要的寄生諧振。通過用于將電極111電連接到來自驅(qū)動器電路20的導線101的焊接塊160或者平臺給出該重量。
確認的是，可以發(fā)現(xiàn)這里公布的、通過至少抑制在組合振動體M的中心部分的振動而減少不需要的寄生諧振的結(jié)構(gòu)，在1MHz至10MHz的頻率范圍內(nèi)可有效地根據(jù)振動體M的電等效阻抗而至少將未負載狀態(tài)與負載狀態(tài)分開。關于這一點，本發(fā)明的設備可以被配置為不對圖2C所示的異常負載狀態(tài)起反應，并從而允許在沒有流體F的情況下使用。
關于這一點要注意的是，可以適當組合參考圖15、16、18至35所示的各個結(jié)構(gòu)，來減少不需要的寄生諧振。此外，在考慮電極時，可以將上面用于減少在振動體中心的振動的結(jié)構(gòu)給予電極之一，同時讓另一個電極實際上完全覆蓋壓電元件110的相應面。
權(quán)利要求
1.一種應用超聲波的護膚設備，包括外殼，其具有用于將超聲波應用到用戶的皮膚上的敷貼器頭；以及驅(qū)動器電路，其給出了用于致動所述敷貼器頭以生成超聲波的電脈沖；所述敷貼器頭包括振動器元件，其生成超聲波；以及角狀物，其具有安裝表面和適用于接觸皮膚的面向皮膚的表面，所述角狀物在所述安裝表面上承載所述振動器，以通過所述面向皮膚的面?zhèn)魉退龀暡ǖ狡つw，所述振動器元件和所述角狀物集成在組合振動體中，該組合振動體與來自所述驅(qū)動器電路的諧振頻率的電脈沖諧振、以生成超聲波，所述組合振動體在通過接觸皮膚而正常負載時給出第一電等效阻抗，并在未負載時給出第二電等效阻抗，負載檢測電路，其進行連接以監(jiān)視所述組合振動體是給出第一還是第二電等效阻抗，并僅在看到第一電等效阻抗時提供負載檢測信號，控制電路，其當在預定的時間段內(nèi)沒有接收到負載檢測信號時，限制或停止電脈沖，其中所述組合振動體具有限制在所述組合振動體的中心部分處的振動的結(jié)構(gòu)，以便減少寄生諧振，從而使所述第一電等效阻抗不同于所述第二電等效阻抗，以辨別二者。
2.如權(quán)利要求1所述的應用超聲波的護膚設備，其中，所述振動器元件包括具有平的上和下端面的、圓盤形式的壓電元件，且在所述上和下端面上分別附著上和下電極，且在所述上和下電極上施加所述電脈沖。
3.如權(quán)利要求2所述的應用超聲波的護膚設備，其中所述上電極、所述下電極、和所述壓電元件中的至少一個具有中心開口，以抑制在所述組合振動體的中心處的振動。
4.如權(quán)利要求2所述的應用超聲波的護膚設備，其中，所述上電極、所述下電極、和所述壓電元件中的每一個都具有中心開口，以抑制在所述組合振動體的中心處的振動。
5.如權(quán)利要求3所述的應用超聲波的護膚設備，其中，所述上電極和所述電極中的至少一個具有比所述壓電元件的直徑小的直徑，以使所述壓電元件的對應端面的外圍部分未被覆蓋。
6.如權(quán)利要求2所述的應用超聲波的護膚設備，其中所述上和下電極中的至少一個由至少一個縫隙劃分為多個相同的片段，所述至少縫隙在直徑上延伸，以使所述壓電元件的中心和在直徑上延伸的帶部分未被覆蓋。
7.如權(quán)利要求2所述的應用超聲波的護膚設備，其中所述上和下電極中的至少一個具有至少一個縫隙，其使所述壓電元件的中心部分未被覆蓋。
8.如權(quán)利要求2所述的應用超聲波的護膚設備，其中，所述角狀物具有中心孔，用于抑制在所述組合振動體的中心處的振動。
9.如權(quán)利要求3所述的應用超聲波的護膚設備，其中，所述角狀物具有中心孔，用于抑制在所述組合振動體的中心處的振動。
10.如權(quán)利要求2所述的應用超聲波的護膚設備，其中所述上電極的中心上覆蓋了彈性元件，該彈性元件用于吸收在所述組合振動體的中心處的振動。
11.如權(quán)利要求10所述的應用超聲波的護膚設備，其中所述彈性元件為硅橡膠。
12.如權(quán)利要求2所述的應用超聲波的護膚設備，其中所述壓電元件的所述上電極在它的中心上覆蓋了焊接塊，該焊接塊用于將上電極電連接到從所述驅(qū)動器電路引出的引線，且該焊接塊將重量加到壓電元件的中心。
13.如權(quán)利要求1所述的應用超聲波的護膚設備，其中所述角狀物與圍繞所述角狀物并且連接到所述外殼的邊緣一起形成為整體部分，所述角狀物和所述邊緣在二者之間定義了限制超聲波振動朝所述邊緣傳播的限制器。
14.如權(quán)利要求13所述的應用超聲波的護膚設備，其中所述限制器由在所述角狀物和所述邊緣之間的邊界處形成的空腔所限定。
15.如權(quán)利要求1所述的應用超聲波的護膚設備，還包括運動檢測電路，其監(jiān)視所述組合振動體是否運動，并在振動體如此運動時提供運動檢測信號；所述控制電路控制所述驅(qū)動器電路，以便當在所述預定時間段內(nèi)沒有接收到所述負載檢測信號時，或者當即使在所述時間段內(nèi)檢測到了所述負載檢測信號的存在、所述運動檢測信號在臨界持續(xù)時間上也不連續(xù)時，停止或限制所述電脈沖。
16.如權(quán)利要求1所述的應用超聲波的護膚設備，其中所述控制電路接收所述第一電等效阻抗，以便根據(jù)所述第一電等效阻抗的數(shù)值來改變在所述振動器元件上生成的超聲波的強度。
全文摘要
一種超聲波護膚設備具有用于將超聲波振動應用到用戶的皮膚上的敷貼器頭。該敷貼器頭具有振動器元件和角狀物，二者集成在與電脈沖諧振以生成超聲波振動的組合振動體上。該設備被配置為在檢測到敷貼器頭沒有與皮膚正常接觸時限制超聲波。負載檢測電路參考組合振動體的電等效阻抗來檢測敷貼器頭是處于正常的負載狀態(tài)還是處于未負載的狀態(tài)。該組合振動體具有抑制在振動體的中心部分處的振動的結(jié)構(gòu)，以便減少不需要的寄生諧振，從而使得能夠區(qū)別在正常負載狀態(tài)下給出的阻抗和在未負載狀態(tài)下給出的阻抗。
文檔編號A61N7/00GK1787852SQ0382662
公開日2006年6月14日 申請日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月13日
發(fā)明者布村真人, 大羽隆文 申請人:松下電工株式會社