JP3937755B2 - 超音波美容器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動子が取り付けられてなる振動部を顔等の肌に接触させることにより肌に超音波刺激を付与するようにした超音波美容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プローブの先端部に配設されたホーンに超音波振動子が接合されてなる振動部を、顔等の肌に接触させることにより肌に超音波振動（超音波刺激）を付与するようにした超音波美容器が用いられている。図２２は、従来の超音波美容器の構成図である。（ａ）は、全体構成図であり、（ｂ）は、後述の振動部１０の拡大図である。超音波美容器は、超音波を発生させる厚みＴＨ１の超音波振動子１と、一方の面を肌に接触させると共に他方の面が超音波振動子１に接合された厚みＴＨ２のホーン２とからなる振動部１０を備えたプローブ３と、超音波振動子１を駆動する駆動部４とから構成されている。超音波振動子１は、圧電セラミックスからなり、ホーン２は、アルミニウムからなる。
【０００３】
図２３は、従来の超音波美容器の振動部１０中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。ここでは、縦波である超音波を、便宜上横波として図示する。また、媒質中を伝播する超音波の波長λは、超音波が伝播する速度（音速）によって変化する（波長＝音速／周波数）ため、音速の異なる媒質中を伝播する超音波の波長には差異が生じるが、ここでは、便宜上、媒質によって超音波の波長λは変化しないものとする。図２３では、振動部１０の断面を右側に示し、振動部１０中の超音波の波形を左側に示している。
【０００４】
図２３に示すように、従来は、超音波振動子１の厚みＴＨ１及びホーン２の厚みＴＨ２は、それぞれ半波長λ／２及び半波長λ／２の整数倍（ここでは３倍）と略一致するように設定されていた。また、超音波美容器では、周波数が１〜３ＭＨｚの超音波が使用されていた。従って、超音波振動子１の厚みＴＨ１及びホーン２の厚みＴＨ２は、超音波の周波数が１ＭＨｚの場合には、例えば、それぞれ２ｍｍ及び６ｍｍであり、超音波の周波数が３ＭＨｚの場合には、例えば、それぞれ０．７ｍｍ及び２ｍｍに設定されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の理由により、超音波の周波数が高い程、超音波振動子１の厚みＴＨ１及びホーン２の厚みＴＨ２を薄くする必要がある。しかしながら、薄い（例えば、０．６ｍｍ以下の）超音波振動子１及び薄い（例えば、１ｍｍ以下の）ホーン２は、製造時の特性のバラツキが発生し易く、また、駆動時（使用時）の振動による応力に起因した破壊等によって特性が著しく変化する可能性があり、所望する特性を確保することが困難であった。そのために、従来は、高周波の（例えば、周波数が６ＭＨｚ以上の）超音波美容器を実用化することは困難であった。
【０００６】
更に、異なる周波数の超音波を使用する場合には、振動部１０を交換する必要があるため、複数の振動部１０が必要となると共に、振動部１０の交換作業が煩雑であった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、高周波の超音波が使用可能で、且つ、異なる周波数の超音波の使用が簡便に行なえる超音波美容器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の超音波美容器は、肌に超音波刺激を付与する超音波美容器であって、超音波を発生させる超音波振動子と、一方の面を肌に接触させると共に他方の面が前記超音波振動子に接合されたホーンとからなる振動部を備えたプローブと、前記超音波振動子を駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段は、前記振動部中を伝播する超音波の半波長が該振動部の厚みと略一致する周波数である第１基本周波数の整数倍の周波数であり、かつ前記超音波振動子中を伝播する超音波の半波長が該超音波振動子の厚みと略一致する周波数である第２基本周波数、及び前記第２基本周波数の奇数倍の周波数である第３高次周波数の内、複数の周波数の出力を合成した合成波を生成する合成手段を備え、前記合成波によって駆動することを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、駆動手段が、前記振動部中を伝播する超音波の半波長が該振動部の厚みと略一致する周波数である第１基本周波数の整数倍の周波数を駆動周波数とするため、高い周波数での駆動が可能となると共に、複数の周波数での駆動が容易にできる。さらに、前記駆動手段が、前記超音波振動子中を伝播する超音波の半波長が該超音波振動子の厚みと略一致する周波数である第２基本周波数、及び、前記第２基本周波数の整数倍の周波数の内、少なくともいずれか１の周波数を駆動周波数とするため、超音波振動子とホーンとの接合面の位置が定在波の腹の位置と略一致し、接合面に働く振動による応力が略零（≒０）となり、接合面での駆動エネルギの損失が殆ど無く、駆動効率が良好となると共に、接合の剥離等の損傷が防止される。また、前記第２基本周波数の整数倍の周波数の内、奇数倍の周波数である第３高次周波数を使用することで、超音波振動子のホーン側の面と他方の面との変位の向きが逆向きとなり、超音波振動子が機械的に共振し、駆動効率が更に良好となる。さらにまた、前記第２基本周波数及び第３高次周波数の内、合成手段で複数の周波数の出力を合成した合成波を生成することで、複数の周波数の効果が同時に得られる。
【００１０】
請求項２の超音波美容器は、前記駆動手段が、前記複数の周波数毎に出力を調整する出力調整手段を備えることを特徴としている。上記の構成によれば、出力調整手段によって、複数の周波数毎に出力が調整されるため、周波数毎の超音波の出力を設定することが可能となる。
【００１１】
請求項３の超音波美容器は、前記振動部が、複数の超音波振動子と１のホーンとからなることを特徴としている。上記の構成によれば、振動部が複数の超音波振動子と１のホーンとからなるため、超音波振動子の個数に比例した数の周波数での使用が可能となり、多彩な使用方法が適用可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る超音波美容器の構成は、図２２に示す従来の構成と同様である。図２２に示すように、超音波美容器は、超音波を発生させる厚みＴＨ１の超音波振動子１と、一方の面を肌に接触させると共に他方の面が超音波振動子１に接合された厚みＴＨ２のホーン２とからなる振動部１０を備えたプローブ３と、超音波振動子１を駆動する駆動部４とから構成されている。プローブ３の内部に駆動部４を配設する形態でもよい。超音波振動子１は、例えば圧電セラミックスからなり、ホーン２は、例えばアルミニウムからなる。
【００１３】
図１は、本発明の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部１０中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。図２３と同様に、縦波である超音波を、便宜上横波として図示する。また、媒質中を伝播する超音波の波長λは、超音波が伝播する速度（音速）によって変化する（波長＝音速／周波数）ため、音速の異なる媒質中を伝播する超音波の波長には差異が生じるが、ここでは、便宜上、媒質によって超音波の波長λは変化しないものとする。図１では、振動部１０の断面を右側に示し、左側から順に、振動部１０中を伝播する超音波の半波長λ／２が振動部１０の厚み（ＴＨ１＋ＴＨ２）と略一致する周波数である第１基本周波数ＦＲ１、第１基本周波数の２倍の周波数である２次周波数（２×ＦＲ１）、第１基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ１）、第１基本周波数の４倍の周波数である４次周波数（４×ＦＲ１）、第１基本周波数の５倍の周波数である５次周波数（５×ＦＲ１）を駆動周波数とする場合の、振動部１０中の超音波の波形を示している。
【００１４】
具体的には、超音波振動子１の厚みＴＨ１及びホーンの厚みＴＨ２を１．５ｍｍとする場合、第１基本周波数ＦＲ１が０．８ＨＭｚ、２次周波数が１．６ＭＨｚ、３次周波数が２．４ＭＨｚ、４次周波数が３．２ＭＨｚ、５次周波数が４．０ＭＨｚとなる。従って、高い周波数（４．０ＭＨｚ）での駆動が可能になると共に、複数（ここでは５つ）の周波数での駆動が容易にできる。
【００１５】
図２は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部１０中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。図１と同様に、縦波である超音波を、便宜上横波として図示する。また、媒質中を伝播する超音波の波長λは、超音波が伝播する速度（音速）によって変化する（波長＝音速／周波数）ため、音速の異なる媒質中を伝播する超音波の波長には差異が生じるが、ここでは、便宜上、媒質によって超音波の波長λは変化しないものとする。図２では、振動部１０の断面を右側に示し、左側から順に、振動部１０中を伝播する超音波の半波長λ／２が超音波振動子１の厚みＴＨ１と略一致する周波数である第２基本周波数ＦＲ２、第２基本周波数の２倍の周波数である２次周波数（２×ＦＲ２）、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）、第２基本周波数の４倍の周波数である４次周波数（４×ＦＲ２）を駆動周波数とする場合の、振動部１０中の超音波の波形を示している。
【００１６】
図２に示すように、超音波振動子１とホーン２との接合面の位置が定在波の腹の位置と略一致し、接合面に働く振動による応力が略零（≒０）となる。そのため、接合面での駆動エネルギの損失が殆ど無く、駆動効率が良好となると共に、接合の剥離等の損傷が防止される。
【００１７】
本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部１０中を伝播する超音波（定在波）の状態は、例えば、図２における第２基本周波数ＦＲ２、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）を駆動周波数とする場合の、振動部１０中の超音波の波形である。
【００１８】
第２基本周波数及び第２基本周波数の奇数倍の周波数である第３高次周波数の内、少なくともいずれか１の周波数を駆動周波数とするため、超音波振動子１のホーン２側の面と他方の面との変位の向きが逆向きとなる。そのため、超音波振動子１が機械的に共振し、駆動効率が更に良好となる。
【００１９】
図３は、本発明の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４１と、発振回路４１からの信号を増幅する増幅回路４２とから構成されている。従って、１の駆動周波数で駆動されることとなる。前記さらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部１０中を伝播する超音波（定在波）の状態は、例えば、図２における第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）を駆動周波数とする場合の、振動部１０中の超音波の波形である。１の駆動周波数で駆動されるため、駆動部４の構造が簡単となり、小型化及びコストダウンが可能となる。
【００２０】
図４は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する他励式発振回路４１１と、他励式発振回路４１１からの信号を増幅する増幅回路４２１とから構成されている。従って、１の駆動周波数で駆動されることとなる。
【００２１】
他励式発振回路４１１は、例えばＰＬＬ（Phase-Locked Loop）回路によって構成されている。ＰＬＬ回路は、例えば、プログラマブル分周器、位相比較器、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）、低域フィルタ等を備えた公知の構成であり、位相比較器から出力される電圧が低域フィルタにより直流信号に変換されて、ＶＣＯに印加されることにより発振周波数が可変されるようにしたものである。
【００２２】
駆動部４が、駆動周波数を決定する他励式発振回路４１１を有するため、発振周波数（駆動周波数）の微調整が可能となる。そのため、超音波振動子１及びホーン２の製造時に、特性のバラツキがある場合にも、発振周波数の微調整で所望する特性に調整することが可能となる。
【００２３】
図５は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する自励式発振回路４１２と、自励式発振回路４１２からの信号を増幅する増幅回路４２２とから構成されている。従って、１の駆動周波数で駆動されることとなる。自励式発振回路４１２は、例えば、コルピッツ発振回路で構成される。コルピッツ発振回路は、帰還回路としてＬＣ共振回路４１２１を備えている。駆動部４が、駆動周波数を決定する自励式発振回路４１２を有するため、駆動効率の良好な駆動部４が得られる。
【００２４】
図６は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４と、発振回路４４からの信号を増幅する増幅回路４２と、発振回路４４の駆動周波数を変更する周波数変更部４３とを備えている。駆動部４が、駆動周波数を変更する周波数変更部４３を有するため、周波数変更部４３によって複数の駆動周波数が切り換えられるため、複数の周波数での駆動が容易にできる。
【００２５】
周波数変更部４３は、超音波美容器の使用者等の操作を受け付けて駆動周波数を変更する形態でもよいし、予め複数の周波数の切り換え順序及びそれぞれの駆動時間等の変更条件が設定されており、この変更条件に基づいて駆動周波数を変更する形態でもよい。
【００２６】
図７は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する他励式発振回路４４１と、他励式発振回路４４１からの信号を増幅する増幅回路４２１と、他励式発振回路４４１の駆動周波数を変更する周波数変更部４３１とを備えている。
【００２７】
他励式発振回路４４１は、例えばＰＬＬ回路によって構成されている。周波数変更部４３１は、超音波美容器の使用者等の操作を受けて周波数の切り換え信号を発生する切り換えスイッチ４３１１と、切り換えスイッチ４３１１からの切り換え信号に基づいて他励式発振回路４４１の発振周波数を変更する制御回路４３１２とから構成されている。
【００２８】
図８は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。図の横軸は時間であり、縦軸は、（ａ）では切り換えスイッチ４３１１の出力であり、（ｂ）では制御回路４３１２の出力であり、（ｃ）では他励式発振回路４４１の出力である。ここでは、図２における第２基本周波数ＦＲ２と、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）とを駆動周波数として切り換える場合について説明する。
【００２９】
初期状態として、第２基本周波数ＦＲ２が選択されている。まず、時間ＴＭ１において、切り換えスイッチ４３１１に対して超音波美容器の使用者等による操作が行われることによって、切り換えスイッチ４３１１の出力が第２基本周波数ＦＲ２の状態から３次周波数の状態に変化される。ついで、制御回路４３１２によって、切り換えスイッチ４３１１の出力の変化に基づいて、他励式発振回路４４１に対して制御信号が出力される。そして、他励式発振回路４４１によって、制御回路４３１２からの制御信号に基づいて、駆動周波数が第２基本周波数ＦＲ２から３次周波数（３×ＦＲ２）へ切り換えられる。
【００３０】
駆動部４が、周波数変更部４３１を有するため、超音波美容器の使用者等の操作によって駆動周波数を切り換えることができる。また、駆動部４が、駆動周波数を決定する他励式発振回路４４１を有するため、発振周波数（駆動周波数）の微調整が可能となる。そのため、超音波振動子１及びホーン２の製造時に、特性のバラツキがある場合にも、発振周波数の微調整で所望する特性に調整することが可能となる。
【００３１】
図９は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する自励式発振回路４４３と、自励式発振回路４４３からの信号を増幅する増幅回路４２２と、自励式発振回路４４３の駆動周波数を変更する周波数変更部４３２とを備えている。自励式発振回路４４３は、２つの異なる共振周波数（例えば、図２における第２基本周波数ＦＲ２と、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）と）が生成可能にされたＬＣ共振回路４４３１を備えている。
【００３２】
周波数変更部４３２は、超音波美容器の使用者等の操作を受けて周波数の切り換え信号を発生する切り換えスイッチ４３２１と、自励式発振回路４４３のＬＣ共振回路４４３１を切り換える内部スイッチ４３２３と、切り換えスイッチ４３２１からの切り換え信号に基づいて内部スイッチ４３２３に対して制御信号を出力する制御回路４３２２とから構成されている。
【００３３】
切り換えスイッチ４３２１によって、超音波美容器の使用者等の操作を受けつけて、周波数の切り換え信号が発生し、この切り換え信号に基づいて、制御回路４３２２によって内部スイッチ４３２３に対して制御信号が出力される。さらに、この制御信号に基づいて、内部スイッチ４３２３によって、他励式発振回路４４３のＬＣ共振回路４４３１が切り換えられ、駆動周波数が切り換えられる。
【００３４】
駆動部４が、周波数変更部４３２を有するため、超音波美容器の使用者等の操作によって駆動周波数を切り換えることができる。また、駆動部４が、駆動周波数を決定する自励式発振回路４４３を有するため、駆動効率の良好な駆動部４が得られる。
【００３５】
図１０の（ａ）は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４と、発振回路４４からの信号を増幅する増幅回路４５と、発振回路４４の駆動周波数を変更すると共に電力設定部４６に制御信号を出力する周波数変更部４７と、増幅回路４５に対して駆動周波数毎に駆動電力を設定する電力設定部４６とを備えている。
【００３６】
電力設定部４６は、周波数変更部４７からの制御情報（駆動周波数の変更に関する情報）に基づいて、増幅回路４５に対して駆動周波数毎に駆動電力を設定するものである。図１０の（ｂ）は、発振回路が他励式発振回路である場合の、（ｃ）は、発振回路が自励式発振回路である場合の、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図の一例である。
【００３７】
図１１は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。図の横軸は時間であり、縦軸は、（ａ）では周波数変更部４７の出力であり、（ｂ）では電力設定部４６の出力であり、（ｃ）では発振回路４５の出力であり、（ｄ）では増幅回路４５の出力である。ここでは、図２における第２基本周波数ＦＲ２と、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）とを駆動周波数として切り換える場合について説明する。
【００３８】
初期状態として、第２基本周波数ＦＲ２が選択されている。まず、時間ＴＭ２において、周波数変更部４７に対して超音波美容器の使用者等による操作が行われることによって、周波数変更部４７の出力が第２基本周波数ＦＲ２の状態から３次周波数の状態に変更される。ついで、周波数変更部４７の出力の変更に基づいて、電力設定部４６によって増幅回路４５に対しての制御信号が出力される。そして、周波数変更部４７からの制御信号に基づいて、発振回路４５によって駆動周波数が第２基本周波数ＦＲ２から３次周波数（３×ＦＲ２）へ切り換えられると共に、増幅回路４５によって駆動電力が変更される。
【００３９】
駆動部４が、駆動周波数毎に駆動電力を設定する電力設定部４６を有するため、駆動周波数毎の超音波の出力を設定することが可能となる。また、駆動周波数を切り換える際に駆動電力を小さくすることによって、駆動周波数を切り換えた直後に発生する超音波振動子１とホーン２との接合面に働く過渡的な応力を小さくすることができるため、この応力の影響（接合の剥離等）を小さくすることができる。
【００４０】
図１２は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、第１実施形態の構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４と、発振回路４４からの信号を増幅する増幅回路４５と、発振回路４４の駆動周波数を変更すると共に電力設定部４６に制御信号を出力する周波数変更部４８と、増幅回路４５に対して駆動周波数毎に駆動電力を設定する電力設定部４６と、周波数変更部４８に対して駆動周波数を変更する条件を設定する変更条件設定部４９１とを備えている。
【００４１】
変更条件設定部４９１は、周波数変更部４８に対して、複数の駆動周波数の切り換え順序及び複数の駆動周波数毎の駆動時間とを設定するものである。周波数変更部４８は、変更条件設定部４９１によって設定された条件に基づいて発振回路４４の駆動周波数を変更するものである。なお、ここでは、増幅回路４５での駆動周波数毎の駆動電力の変更は行わない場合について説明する。
【００４２】
図１３は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。図の横軸は時間であり、縦軸は発振回路４４の出力である。ここでは、図２における第２基本周波数ＦＲ２と、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）と、図２には示されていない第２基本周波数の５倍の周波数である５次周波数（５×ＦＲ２）とを、駆動周波数として切り換える場合について説明する。
【００４３】
変更条件設定部４９１によって、例えば超音波美容器の使用者等による操作が受け付けられて、駆動周波数の切り換え順序が、第２基本周波数、３次周波数、５次周波数の順に設定されており、それぞれの駆動時間ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３の値が設定されているものとする。
【００４４】
まず、変更条件設定部４９１によって、駆動周波数の切り換え順序及び駆動周波数毎の駆動時間が周波数変更部４８に出力され、周波数変更部４７によって、この情報に基づいて発振回路４４の駆動周波数が変更される。すなわち、まず、駆動時間ＴＬ１の間、第２基本周波数ＦＲ２で発振され、ついで、駆動時間ＴＬ２の間、３次周波数で発振され、そして、駆動時間ＴＬ３の間、５次周波数で発振される。その後は、上記の動作が繰り返される。
【００４５】
駆動部４が、駆動周波数の切り換え順序及び駆動周波数毎の駆動時間とが設定される変更条件設定部４９１を備え、周波数変更部４７によって、変更条件設定部４９１にて設定された条件で駆動周波数が切り換えられるため、所望する条件で複数の駆動周波数の使用が可能となる。
【００４６】
図１４は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４と、発振回路４４からの信号を増幅する増幅回路４５と、発振回路４４の駆動周波数を変更すると共に電力設定部４６に制御信号を出力する周波数変更部４８１と、増幅回路４５に対して駆動周波数毎に駆動電力を設定する電力設定部４６と、周波数変更部４８に対して駆動周波数を変更する条件を設定する変更条件設定部４９１と、周波数変更部４８に対して駆動電力を停止する時間を設定する停止時間設定部４９２とを備えている。
【００４７】
変更条件設定部４９１は、周波数変更部４８１に対して、複数の駆動周波数の切り換え順序及び複数の駆動周波数毎の駆動時間とを設定するものである。停止時間設定部４９２は、周波数変更部４８１に対して、駆動周波数の切り換え時に駆動電力を停止する駆動停止時間を設定するものである。周波数変更部４８１は、変更条件設定部４９１によって設定された条件と、停止時間設定部４９２によって設定された条件とに基づいて発振回路４４の駆動周波数を変更するものである。なお、ここでは、増幅回路４５での駆動周波数毎の駆動電力の変更は行わない場合について説明する。
【００４８】
図１５は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。図の横軸は時間であり、縦軸は発振回路４４の出力である。ここでは、図２における第２基本周波数ＦＲ２と、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）と、図２には示されていない第２基本周波数の５倍の周波数である５次周波数（５×ＦＲ２）とを、駆動周波数として切り換える場合について説明する。
【００４９】
変更条件設定部４９１によって、例えば超音波美容器の使用者等による操作が受け付けられて、駆動周波数の切り換え順序が、第２基本周波数、３次周波数、５次周波数の順に設定されており、それぞれの駆動時間ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３の値が設定されているものとする。また、停止時間設定部４９２によって、例えば、予め図略の記憶手段に駆動停止時間ＴＬ０の値が設定されているものとする。
【００５０】
まず、変更条件設定部４９１によって、駆動周波数の切り換え順序及び駆動周波数毎の駆動時間が周波数変更部４８に出力されると共に、停止時間設定部４９２によって、駆動停止時間ＴＬ０が出力され、周波数変更部４７によって、これらの情報に基づいて発振回路４４の駆動周波数が変更される。すなわち、まず、駆動時間ＴＬ１の間、第２基本周波数ＦＲ２で発振され、駆動停止時間ＴＬ０の間、発振が停止され、ついで、駆動時間ＴＬ２の間、３次周波数（３×ＦＲ２）で発振され、駆動停止時間ＴＬ０の間、発振が停止され、そして、駆動時間ＴＬ３の間、５次周波数（５×ＦＲ２）で発振され、駆動停止時間ＴＬ０の間、発振が停止される。その後は、上記の動作が繰り返される。
【００５１】
駆動部４が、駆動周波数の切り換え時に駆動電力を停止する時間である駆動停止時間を設定する停止時間設定部４９２を備え、周波数変更部４７によって、停止時間設定部４９２にて設定された条件で駆動周波数が切り換えられるため、駆動周波数を切り換えた直後に発生する超音波振動子１とホーン２との接合面に働く過渡的な応力を小さくすることができる。このため、この応力の影響（接合の剥離等）を小さくすることができると共に、ホーン２表面の発熱を防止することができる。
【００５２】
図１６は、本発明の第１実施形態に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４４及び４４５と、発振回路４４４及び４４５からの信号を合成する合成部５と、合成部５によって合成された信号を増幅する増幅回路４２とを備えている。
【００５３】
図１７は、本発明の第１実施形態に係る超音波美容器の動作の説明図である。図の横軸は時間であり、縦軸は、（ａ）では発振回路４４４の出力であり、（ｂ）では発振回路４４５の出力であり、（ｃ）では増幅回路４２（または合成部５）の出力である。ここでは、発振回路４４４の発振周波数は、図２における第２基本周波数ＦＲ２であって、発振回路４４５の発振周波数は、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）である場合について説明する。
【００５４】
合成部５によって、発振回路４４４からの出力と発振回路４４５からの出力とが合成され合成波が得られ、得られた合成波が、増幅回路４２によって増幅される。駆動部４は、合成波を用いて駆動されるため、複数の周波数の効果が同時に得られる。
【００５５】
図１８は、本発明の第２実施形態に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４４及び４４５と、発振回路４４４及び４４５からの信号をそれぞれ増幅する増幅回路４５３及び４５４と、増幅回路４５３及び４５４の出力電力をそれぞれ制御する可変電圧電源回路６１及び６２と、増幅回路４５３及び４５４からの信号を合成する合成部５１とを備えている。
【００５６】
発振回路４４４からの出力は、増幅回路４５３によって、可変電圧電源回路６１にて設定される出力電圧に増幅され、発振回路４４５からの出力は、増幅回路４５４によって、可変電圧電源回路６２にて設定される出力電圧に増幅される。そして、合成部５１によって、増幅回路４５３及び４５４からの信号が合成される。
【００５７】
合成部５１によって、発振回路４４４からの出力と発振回路４４５からの出力とが合成され合成波が得られ、得られた合成波が、増幅回路４２によって増幅される。駆動部４は、合成波を用いて駆動されるため、複数の周波数の効果が同時に得られる。
【００５８】
駆動部４が、周波数毎に出力を調整するための可変電圧電源回路６１及び６２と増幅回路４５３及び４５４と（請求項２に記載の出力調整手段に相当する）を有するため、周波数毎の超音波の出力を設定することが可能となる。
【００５９】
図１９は、本発明の第３実施形態に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、（ａ）の場合は、駆動周波数を決定する発振回路７と、発振回路７からの信号を増幅する増幅回路８１と、増幅回路８１からの信号が入力される所定の帯域透過特性を有するフィルタ回路９１とを備え、（ｂ）の場合は、駆動周波数を決定する発振回路７と、発振回路７からの信号が入力される所定の帯域透過特性を有するフィルタ回路９１と、フィルタ回路９２からの信号を増幅する増幅回路８２とを備えている。本構成においては、発振回路７は、所定の（例えば、図２における第２基本周波数ＦＲ２の）周波数を有する矩形波信号を出力するものとする。
【００６０】
図２０は、フィルタ回路９１（または９２）の動作を説明するためのグラフである。（ａ）は、第２基本周波数ＦＲ２の周波数を有する矩形波の周波数スペクトラムであり、（ｂ）は、フィルタ回路９１（または９２）の周波数特性の一例を示す図であり、（ｃ）は、フィルタ回路９１（または９２）の出力の周波数スペクトラムである。グラフの横軸は全て周波数であり、縦軸は（ａ）及び（ｃ）では、振幅であり、（ｂ）ではゲインである。（ａ）に示すように、第２基本周波数ＦＲ２の周波数を有する矩形波は、ＦＲ２及びＦＲ２の奇数倍の高調波成分を有している。（ｂ）に示すように、フィルタ回路９１（または９２）は、周波数がＦＲ２、３×ＦＲ２、５×ＦＲ２の成分を通過させ、他の高調波を遮断する特性を有している。従って、（ｃ）に示すように、フィルタ回路９１（または９２）の出力は、ＦＲ２、３×ＦＲ２、５×ＦＲ２の周波数成分だけを有している。
【００６１】
駆動部４が、周波数毎に出力を調整するためのフィルタ回路（請求項２に記載の出力調整手段に相当する）を有するため、周波数毎の超音波の出力を設定することが可能となる。
【００６２】
図２１は、本発明の第４実施形態に係る超音波美容器の振動部１０の断面図である。振動部１０以外の構成は、基礎となる構成と同様である。図に示すように、振動部１０は、複数の超音波振動子１１（または１２）とホーン２（または２１）とから構成されている。
【００６３】
（ａ）は、振動部１０が同じ厚みを有する超音波振動子１１と均一な厚みを有するホーン２とから構成される場合であり、（ｂ）は、振動部１０が異なる厚みを有する超音波振動子１２と均一な厚みを有するホーン２とから構成される場合であり、（ｃ）は、振動部１０が同じ厚みを有する超音波振動子１１と、超音波振動子１１に接合される位置で異なる厚みを有するホーン２１とから構成される場合であり、（ｄ）は、振動部１０が異なる厚みを有する超音波振動子１２と、超音波振動子１２に接合される位置で異なる厚みを有するホーン２１とから構成される場合である。
【００６４】
いずれの場合も、振動部１０が、複数の超音波振動子１１（または１２）とホーン２（または２１）とから構成されているため、超音波振動子１１（または１２）の個数に比例した数の周波数での使用が可能となり、多彩な使用方法が適用可能となる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、駆動手段が、振動部中を伝播する超音波の半波長が該振動部の厚みと略一致する周波数である第１基本周波数の整数倍の周波数を駆動周波数とするため、高い周波数での駆動が可能となると共に、複数の周波数での駆動が容易にできる。さらに、前記駆動手段が、前記超音波振動子中を伝播する超音波の半波長が該超音波振動子の厚みと略一致する周波数である第２基本周波数、及び、前記第２基本周波数の整数倍の周波数の内、少なくともいずれか１の周波数を駆動周波数とするため、超音波振動子とホーンとの接合面の位置が定在波の腹の位置と略一致し、接合面に働く振動による応力が略零（≒０）となり、接合面での駆動エネルギの損失が殆ど無く、駆動効率が良好となると共に、接合の剥離等の損傷が防止される。また、前記第２基本周波数の整数倍の周波数の内、奇数倍の周波数である第３高次周波数を使用することで、超音波振動子のホーン側の面と他方の面との変位の向きが逆向きとなり、超音波振動子が機械的に共振し、駆動効率が更に良好となる。さらにまた、前記第２基本周波数及び第３高次周波数の内、合成手段で複数の周波数の出力を合成した合成波を生成することで、複数の周波数の効果が同時に得られる。
【００６６】
請求項２に記載の発明によれば、出力調整手段によって、複数の周波数毎に出力が調整されるため、周波数毎の超音波の出力を設定することが可能となる。請求項３に記載の発明によれば、振動部が複数の超音波振動子と１のホーンとからなるため、超音波振動子の個数に比例した数の周波数での使用が可能となり、多彩な使用方法が適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。
【図２】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。
【図３】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図４】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図５】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図６】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図７】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図８】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。
【図９】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図１０】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図１１】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。
【図１２】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図１３】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。
【図１４】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図１５】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。
【図１６】本発明の第１実施形態に係る超音波美容器の構成図である。
【図１７】本発明の第１実施形態に係る超音波美容器の動作の説明図である。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る超音波美容器の構成図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る超音波美容器の構成図である。
【図２０】フィルタ回路の動作を説明するためのグラフである。
【図２１】本発明の第４実施形態に係る超音波美容器の振動部の断面図である。
【図２２】従来の超音波美容器の構成図である。
【図２３】従来の超音波美容器の振動部中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。
【符号の説明】
１ 超音波振動子
１０ 振動部
２ ホーン
３ プローブ
４ 駆動部（駆動手段）
４３ 周波数変更部
４６ 電力設定部
４９１ 変更条件設定部
４９２ 停止時間設定部
５ 合成部（合成手段）
９１、９２ フィルタ回路（出力調整手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動子が取り付けられてなる振動部を顔等の肌に接触させることにより肌に超音波刺激を付与するようにした超音波美容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プローブの先端部に配設されたホーンに超音波振動子が接合されてなる振動部を、顔等の肌に接触させることにより肌に超音波振動（超音波刺激）を付与するようにした超音波美容器が用いられている。図２２は、従来の超音波美容器の構成図である。（ａ）は、全体構成図であり、（ｂ）は、後述の振動部１０の拡大図である。超音波美容器は、超音波を発生させる厚みＴＨ１の超音波振動子１と、一方の面を肌に接触させると共に他方の面が超音波振動子１に接合された厚みＴＨ２のホーン２とからなる振動部１０を備えたプローブ３と、超音波振動子１を駆動する駆動部４とから構成されている。超音波振動子１は、圧電セラミックスからなり、ホーン２は、アルミニウムからなる。
【０００３】
図２３は、従来の超音波美容器の振動部１０中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。ここでは、縦波である超音波を、便宜上横波として図示する。また、媒質中を伝播する超音波の波長λは、超音波が伝播する速度（音速）によって変化する（波長＝音速／周波数）ため、音速の異なる媒質中を伝播する超音波の波長には差異が生じるが、ここでは、便宜上、媒質によって超音波の波長λは変化しないものとする。図２３では、振動部１０の断面を右側に示し、振動部１０中の超音波の波形を左側に示している。
【０００４】
図２３に示すように、従来は、超音波振動子１の厚みＴＨ１及びホーン２の厚みＴＨ２は、それぞれ半波長λ／２及び半波長λ／２の整数倍（ここでは３倍）と略一致するように設定されていた。また、超音波美容器では、周波数が１〜３ＭＨｚの超音波が使用されていた。従って、超音波振動子１の厚みＴＨ１及びホーン２の厚みＴＨ２は、超音波の周波数が１ＭＨｚの場合には、例えば、それぞれ２ｍｍ及び６ｍｍであり、超音波の周波数が３ＭＨｚの場合には、例えば、それぞれ０．７ｍｍ及び２ｍｍに設定されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の理由により、超音波の周波数が高い程、超音波振動子１の厚みＴＨ１及びホーン２の厚みＴＨ２を薄くする必要がある。しかしながら、薄い（例えば、０．６ｍｍ以下の）超音波振動子１及び薄い（例えば、１ｍｍ以下の）ホーン２は、製造時の特性のバラツキが発生し易く、また、駆動時（使用時）の振動による応力に起因した破壊等によって特性が著しく変化する可能性があり、所望する特性を確保することが困難であった。そのために、従来は、高周波の（例えば、周波数が６ＭＨｚ以上の）超音波美容器を実用化することは困難であった。
【０００６】
更に、異なる周波数の超音波を使用する場合には、振動部１０を交換する必要があるため、複数の振動部１０が必要となると共に、振動部１０の交換作業が煩雑であった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、高周波の超音波が使用可能で、且つ、異なる周波数の超音波の使用が簡便に行なえる超音波美容器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の超音波美容器は、肌に超音波刺激を付与する超音波美容器であって、超音波を発生させる超音波振動子と、一方の面を肌に接触させると共に他方の面が前記超音波振動子に接合されたホーンとからなる振動部を備えたプローブと、前記超音波振動子を駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段は、前記振動部中を伝播する超音波の半波長が該振動部の厚みと略一致する周波数である第１基本周波数の整数倍の周波数であり、かつ前記超音波振動子中を伝播する超音波の半波長が該超音波振動子の厚みと略一致する周波数である第２基本周波数、及び前記第２基本周波数の奇数倍の周波数である第３高次周波数の内、複数の周波数の出力を合成した合成波を生成する合成手段を備え、前記合成波によって駆動することを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によれば、駆動手段が、前記振動部中を伝播する超音波の半波長が該振動部の厚みと略一致する周波数である第１基本周波数の整数倍の周波数を駆動周波数とするため、高い周波数での駆動が可能となると共に、複数の周波数での駆動が容易にできる。さらに、前記駆動手段が、前記超音波振動子中を伝播する超音波の半波長が該超音波振動子の厚みと略一致する周波数である第２基本周波数、及び、前記第２基本周波数の整数倍の周波数の内、少なくともいずれか１の周波数を駆動周波数とするため、超音波振動子とホーンとの接合面の位置が定在波の腹の位置と略一致し、接合面に働く振動による応力が略零（≒０）となり、接合面での駆動エネルギの損失が殆ど無く、駆動効率が良好となると共に、接合の剥離等の損傷が防止される。また、前記第２基本周波数の整数倍の周波数の内、奇数倍の周波数である第３高次周波数を使用することで、超音波振動子のホーン側の面と他方の面との変位の向きが逆向きとなり、超音波振動子が機械的に共振し、駆動効率が更に良好となる。さらにまた、前記第２基本周波数及び第３高次周波数の内、合成手段で複数の周波数の出力を合成した合成波を生成することで、複数の周波数の効果が同時に得られる。
【００１０】
請求項２の超音波美容器は、前記駆動手段が、前記複数の周波数毎に出力を調整する出力調整手段を備えることを特徴としている。上記の構成によれば、出力調整手段によって、複数の周波数毎に出力が調整されるため、周波数毎の超音波の出力を設定することが可能となる。
【００１１】
請求項３の超音波美容器は、前記振動部が、複数の超音波振動子と１のホーンとからなることを特徴としている。上記の構成によれば、振動部が複数の超音波振動子と１のホーンとからなるため、超音波振動子の個数に比例した数の周波数での使用が可能となり、多彩な使用方法が適用可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る超音波美容器の構成は、図２２に示す従来の構成と同様である。図２２に示すように、超音波美容器は、超音波を発生させる厚みＴＨ１の超音波振動子１と、一方の面を肌に接触させると共に他方の面が超音波振動子１に接合された厚みＴＨ２のホーン２とからなる振動部１０を備えたプローブ３と、超音波振動子１を駆動する駆動部４とから構成されている。プローブ３の内部に駆動部４を配設する形態でもよい。超音波振動子１は、例えば圧電セラミックスからなり、ホーン２は、例えばアルミニウムからなる。
【００１３】
図１は、本発明の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部１０中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。図２３と同様に、縦波である超音波を、便宜上横波として図示する。また、媒質中を伝播する超音波の波長λは、超音波が伝播する速度（音速）によって変化する（波長＝音速／周波数）ため、音速の異なる媒質中を伝播する超音波の波長には差異が生じるが、ここでは、便宜上、媒質によって超音波の波長λは変化しないものとする。図１では、振動部１０の断面を右側に示し、左側から順に、振動部１０中を伝播する超音波の半波長λ／２が振動部１０の厚み（ＴＨ１＋ＴＨ２）と略一致する周波数である第１基本周波数ＦＲ１、第１基本周波数の２倍の周波数である２次周波数（２×ＦＲ１）、第１基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ１）、第１基本周波数の４倍の周波数である４次周波数（４×ＦＲ１）、第１基本周波数の５倍の周波数である５次周波数（５×ＦＲ１）を駆動周波数とする場合の、振動部１０中の超音波の波形を示している。
【００１４】
具体的には、超音波振動子１の厚みＴＨ１及びホーンの厚みＴＨ２を１．５ｍｍとする場合、第１基本周波数ＦＲ１が０．８ＨＭｚ、２次周波数が１．６ＭＨｚ、３次周波数が２．４ＭＨｚ、４次周波数が３．２ＭＨｚ、５次周波数が４．０ＭＨｚとなる。従って、高い周波数（４．０ＭＨｚ）での駆動が可能になると共に、複数（ここでは５つ）の周波数での駆動が容易にできる。
【００１５】
図２は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部１０中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。図１と同様に、縦波である超音波を、便宜上横波として図示する。また、媒質中を伝播する超音波の波長λは、超音波が伝播する速度（音速）によって変化する（波長＝音速／周波数）ため、音速の異なる媒質中を伝播する超音波の波長には差異が生じるが、ここでは、便宜上、媒質によって超音波の波長λは変化しないものとする。図２では、振動部１０の断面を右側に示し、左側から順に、振動部１０中を伝播する超音波の半波長λ／２が超音波振動子１の厚みＴＨ１と略一致する周波数である第２基本周波数ＦＲ２、第２基本周波数の２倍の周波数である２次周波数（２×ＦＲ２）、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）、第２基本周波数の４倍の周波数である４次周波数（４×ＦＲ２）を駆動周波数とする場合の、振動部１０中の超音波の波形を示している。
【００１６】
図２に示すように、超音波振動子１とホーン２との接合面の位置が定在波の腹の位置と略一致し、接合面に働く振動による応力が略零（≒０）となる。そのため、接合面での駆動エネルギの損失が殆ど無く、駆動効率が良好となると共に、接合の剥離等の損傷が防止される。
【００１７】
本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部１０中を伝播する超音波（定在波）の状態は、例えば、図２における第２基本周波数ＦＲ２、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）を駆動周波数とする場合の、振動部１０中の超音波の波形である。
【００１８】
第２基本周波数及び第２基本周波数の奇数倍の周波数である第３高次周波数の内、少なくともいずれか１の周波数を駆動周波数とするため、超音波振動子１のホーン２側の面と他方の面との変位の向きが逆向きとなる。そのため、超音波振動子１が機械的に共振し、駆動効率が更に良好となる。
【００１９】
図３は、本発明の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４１と、発振回路４１からの信号を増幅する増幅回路４２とから構成されている。従って、１の駆動周波数で駆動されることとなる。前記さらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部１０中を伝播する超音波（定在波）の状態は、例えば、図２における第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）を駆動周波数とする場合の、振動部１０中の超音波の波形である。１の駆動周波数で駆動されるため、駆動部４の構造が簡単となり、小型化及びコストダウンが可能となる。
【００２０】
図４は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する他励式発振回路４１１と、他励式発振回路４１１からの信号を増幅する増幅回路４２１とから構成されている。従って、１の駆動周波数で駆動されることとなる。
【００２１】
他励式発振回路４１１は、例えばＰＬＬ（Phase-Locked Loop）回路によって構成されている。ＰＬＬ回路は、例えば、プログラマブル分周器、位相比較器、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）、低域フィルタ等を備えた公知の構成であり、位相比較器から出力される電圧が低域フィルタにより直流信号に変換されて、ＶＣＯに印加されることにより発振周波数が可変されるようにしたものである。
【００２２】
駆動部４が、駆動周波数を決定する他励式発振回路４１１を有するため、発振周波数（駆動周波数）の微調整が可能となる。そのため、超音波振動子１及びホーン２の製造時に、特性のバラツキがある場合にも、発振周波数の微調整で所望する特性に調整することが可能となる。
【００２３】
図５は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する自励式発振回路４１２と、自励式発振回路４１２からの信号を増幅する増幅回路４２２とから構成されている。従って、１の駆動周波数で駆動されることとなる。自励式発振回路４１２は、例えば、コルピッツ発振回路で構成される。コルピッツ発振回路は、帰還回路としてＬＣ共振回路４１２１を備えている。駆動部４が、駆動周波数を決定する自励式発振回路４１２を有するため、駆動効率の良好な駆動部４が得られる。
【００２４】
図６は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４と、発振回路４４からの信号を増幅する増幅回路４２と、発振回路４４の駆動周波数を変更する周波数変更部４３とを備えている。駆動部４が、駆動周波数を変更する周波数変更部４３を有するため、周波数変更部４３によって複数の駆動周波数が切り換えられるため、複数の周波数での駆動が容易にできる。
【００２５】
周波数変更部４３は、超音波美容器の使用者等の操作を受け付けて駆動周波数を変更する形態でもよいし、予め複数の周波数の切り換え順序及びそれぞれの駆動時間等の変更条件が設定されており、この変更条件に基づいて駆動周波数を変更する形態でもよい。
【００２６】
図７は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する他励式発振回路４４１と、他励式発振回路４４１からの信号を増幅する増幅回路４２１と、他励式発振回路４４１の駆動周波数を変更する周波数変更部４３１とを備えている。
【００２７】
他励式発振回路４４１は、例えばＰＬＬ回路によって構成されている。周波数変更部４３１は、超音波美容器の使用者等の操作を受けて周波数の切り換え信号を発生する切り換えスイッチ４３１１と、切り換えスイッチ４３１１からの切り換え信号に基づいて他励式発振回路４４１の発振周波数を変更する制御回路４３１２とから構成されている。
【００２８】
図８は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。図の横軸は時間であり、縦軸は、（ａ）では切り換えスイッチ４３１１の出力であり、（ｂ）では制御回路４３１２の出力であり、（ｃ）では他励式発振回路４４１の出力である。ここでは、図２における第２基本周波数ＦＲ２と、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）とを駆動周波数として切り換える場合について説明する。
【００２９】
初期状態として、第２基本周波数ＦＲ２が選択されている。まず、時間ＴＭ１において、切り換えスイッチ４３１１に対して超音波美容器の使用者等による操作が行われることによって、切り換えスイッチ４３１１の出力が第２基本周波数ＦＲ２の状態から３次周波数の状態に変化される。ついで、制御回路４３１２によって、切り換えスイッチ４３１１の出力の変化に基づいて、他励式発振回路４４１に対して制御信号が出力される。そして、他励式発振回路４４１によって、制御回路４３１２からの制御信号に基づいて、駆動周波数が第２基本周波数ＦＲ２から３次周波数（３×ＦＲ２）へ切り換えられる。
【００３０】
駆動部４が、周波数変更部４３１を有するため、超音波美容器の使用者等の操作によって駆動周波数を切り換えることができる。また、駆動部４が、駆動周波数を決定する他励式発振回路４４１を有するため、発振周波数（駆動周波数）の微調整が可能となる。そのため、超音波振動子１及びホーン２の製造時に、特性のバラツキがある場合にも、発振周波数の微調整で所望する特性に調整することが可能となる。
【００３１】
図９は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する自励式発振回路４４３と、自励式発振回路４４３からの信号を増幅する増幅回路４２２と、自励式発振回路４４３の駆動周波数を変更する周波数変更部４３２とを備えている。自励式発振回路４４３は、２つの異なる共振周波数（例えば、図２における第２基本周波数ＦＲ２と、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）と）が生成可能にされたＬＣ共振回路４４３１を備えている。
【００３２】
周波数変更部４３２は、超音波美容器の使用者等の操作を受けて周波数の切り換え信号を発生する切り換えスイッチ４３２１と、自励式発振回路４４３のＬＣ共振回路４４３１を切り換える内部スイッチ４３２３と、切り換えスイッチ４３２１からの切り換え信号に基づいて内部スイッチ４３２３に対して制御信号を出力する制御回路４３２２とから構成されている。
【００３３】
切り換えスイッチ４３２１によって、超音波美容器の使用者等の操作を受けつけて、周波数の切り換え信号が発生し、この切り換え信号に基づいて、制御回路４３２２によって内部スイッチ４３２３に対して制御信号が出力される。さらに、この制御信号に基づいて、内部スイッチ４３２３によって、他励式発振回路４４３のＬＣ共振回路４４３１が切り換えられ、駆動周波数が切り換えられる。
【００３４】
駆動部４が、周波数変更部４３２を有するため、超音波美容器の使用者等の操作によって駆動周波数を切り換えることができる。また、駆動部４が、駆動周波数を決定する自励式発振回路４４３を有するため、駆動効率の良好な駆動部４が得られる。
【００３５】
図１０の（ａ）は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４と、発振回路４４からの信号を増幅する増幅回路４５と、発振回路４４の駆動周波数を変更すると共に電力設定部４６に制御信号を出力する周波数変更部４７と、増幅回路４５に対して駆動周波数毎に駆動電力を設定する電力設定部４６とを備えている。
【００３６】
電力設定部４６は、周波数変更部４７からの制御情報（駆動周波数の変更に関する情報）に基づいて、増幅回路４５に対して駆動周波数毎に駆動電力を設定するものである。図１０の（ｂ）は、発振回路が他励式発振回路である場合の、（ｃ）は、発振回路が自励式発振回路である場合の、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図の一例である。
【００３７】
図１１は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。図の横軸は時間であり、縦軸は、（ａ）では周波数変更部４７の出力であり、（ｂ）では電力設定部４６の出力であり、（ｃ）では発振回路４５の出力であり、（ｄ）では増幅回路４５の出力である。ここでは、図２における第２基本周波数ＦＲ２と、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）とを駆動周波数として切り換える場合について説明する。
【００３８】
初期状態として、第２基本周波数ＦＲ２が選択されている。まず、時間ＴＭ２において、周波数変更部４７に対して超音波美容器の使用者等による操作が行われることによって、周波数変更部４７の出力が第２基本周波数ＦＲ２の状態から３次周波数の状態に変更される。ついで、周波数変更部４７の出力の変更に基づいて、電力設定部４６によって増幅回路４５に対しての制御信号が出力される。そして、周波数変更部４７からの制御信号に基づいて、発振回路４５によって駆動周波数が第２基本周波数ＦＲ２から３次周波数（３×ＦＲ２）へ切り換えられると共に、増幅回路４５によって駆動電力が変更される。
【００３９】
駆動部４が、駆動周波数毎に駆動電力を設定する電力設定部４６を有するため、駆動周波数毎の超音波の出力を設定することが可能となる。また、駆動周波数を切り換える際に駆動電力を小さくすることによって、駆動周波数を切り換えた直後に発生する超音波振動子１とホーン２との接合面に働く過渡的な応力を小さくすることができるため、この応力の影響（接合の剥離等）を小さくすることができる。
【００４０】
図１２は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、第１実施形態の構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４と、発振回路４４からの信号を増幅する増幅回路４５と、発振回路４４の駆動周波数を変更すると共に電力設定部４６に制御信号を出力する周波数変更部４８と、増幅回路４５に対して駆動周波数毎に駆動電力を設定する電力設定部４６と、周波数変更部４８に対して駆動周波数を変更する条件を設定する変更条件設定部４９１とを備えている。
【００４１】
変更条件設定部４９１は、周波数変更部４８に対して、複数の駆動周波数の切り換え順序及び複数の駆動周波数毎の駆動時間とを設定するものである。周波数変更部４８は、変更条件設定部４９１によって設定された条件に基づいて発振回路４４の駆動周波数を変更するものである。なお、ここでは、増幅回路４５での駆動周波数毎の駆動電力の変更は行わない場合について説明する。
【００４２】
図１３は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。図の横軸は時間であり、縦軸は発振回路４４の出力である。ここでは、図２における第２基本周波数ＦＲ２と、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）と、図２には示されていない第２基本周波数の５倍の周波数である５次周波数（５×ＦＲ２）とを、駆動周波数として切り換える場合について説明する。
【００４３】
変更条件設定部４９１によって、例えば超音波美容器の使用者等による操作が受け付けられて、駆動周波数の切り換え順序が、第２基本周波数、３次周波数、５次周波数の順に設定されており、それぞれの駆動時間ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３の値が設定されているものとする。
【００４４】
まず、変更条件設定部４９１によって、駆動周波数の切り換え順序及び駆動周波数毎の駆動時間が周波数変更部４８に出力され、周波数変更部４７によって、この情報に基づいて発振回路４４の駆動周波数が変更される。すなわち、まず、駆動時間ＴＬ１の間、第２基本周波数ＦＲ２で発振され、ついで、駆動時間ＴＬ２の間、３次周波数で発振され、そして、駆動時間ＴＬ３の間、５次周波数で発振される。その後は、上記の動作が繰り返される。
【００４５】
駆動部４が、駆動周波数の切り換え順序及び駆動周波数毎の駆動時間とが設定される変更条件設定部４９１を備え、周波数変更部４７によって、変更条件設定部４９１にて設定された条件で駆動周波数が切り換えられるため、所望する条件で複数の駆動周波数の使用が可能となる。
【００４６】
図１４は、本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４と、発振回路４４からの信号を増幅する増幅回路４５と、発振回路４４の駆動周波数を変更すると共に電力設定部４６に制御信号を出力する周波数変更部４８１と、増幅回路４５に対して駆動周波数毎に駆動電力を設定する電力設定部４６と、周波数変更部４８に対して駆動周波数を変更する条件を設定する変更条件設定部４９１と、周波数変更部４８に対して駆動電力を停止する時間を設定する停止時間設定部４９２とを備えている。
【００４７】
変更条件設定部４９１は、周波数変更部４８１に対して、複数の駆動周波数の切り換え順序及び複数の駆動周波数毎の駆動時間とを設定するものである。停止時間設定部４９２は、周波数変更部４８１に対して、駆動周波数の切り換え時に駆動電力を停止する駆動停止時間を設定するものである。周波数変更部４８１は、変更条件設定部４９１によって設定された条件と、停止時間設定部４９２によって設定された条件とに基づいて発振回路４４の駆動周波数を変更するものである。なお、ここでは、増幅回路４５での駆動周波数毎の駆動電力の変更は行わない場合について説明する。
【００４８】
図１５は、本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。図の横軸は時間であり、縦軸は発振回路４４の出力である。ここでは、図２における第２基本周波数ＦＲ２と、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）と、図２には示されていない第２基本周波数の５倍の周波数である５次周波数（５×ＦＲ２）とを、駆動周波数として切り換える場合について説明する。
【００４９】
変更条件設定部４９１によって、例えば超音波美容器の使用者等による操作が受け付けられて、駆動周波数の切り換え順序が、第２基本周波数、３次周波数、５次周波数の順に設定されており、それぞれの駆動時間ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３の値が設定されているものとする。また、停止時間設定部４９２によって、例えば、予め図略の記憶手段に駆動停止時間ＴＬ０の値が設定されているものとする。
【００５０】
まず、変更条件設定部４９１によって、駆動周波数の切り換え順序及び駆動周波数毎の駆動時間が周波数変更部４８に出力されると共に、停止時間設定部４９２によって、駆動停止時間ＴＬ０が出力され、周波数変更部４７によって、これらの情報に基づいて発振回路４４の駆動周波数が変更される。すなわち、まず、駆動時間ＴＬ１の間、第２基本周波数ＦＲ２で発振され、駆動停止時間ＴＬ０の間、発振が停止され、ついで、駆動時間ＴＬ２の間、３次周波数（３×ＦＲ２）で発振され、駆動停止時間ＴＬ０の間、発振が停止され、そして、駆動時間ＴＬ３の間、５次周波数（５×ＦＲ２）で発振され、駆動停止時間ＴＬ０の間、発振が停止される。その後は、上記の動作が繰り返される。
【００５１】
駆動部４が、駆動周波数の切り換え時に駆動電力を停止する時間である駆動停止時間を設定する停止時間設定部４９２を備え、周波数変更部４７によって、停止時間設定部４９２にて設定された条件で駆動周波数が切り換えられるため、駆動周波数を切り換えた直後に発生する超音波振動子１とホーン２との接合面に働く過渡的な応力を小さくすることができる。このため、この応力の影響（接合の剥離等）を小さくすることができると共に、ホーン２表面の発熱を防止することができる。
【００５２】
図１６は、本発明の第１実施形態に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４４及び４４５と、発振回路４４４及び４４５からの信号を合成する合成部５と、合成部５によって合成された信号を増幅する増幅回路４２とを備えている。
【００５３】
図１７は、本発明の第１実施形態に係る超音波美容器の動作の説明図である。図の横軸は時間であり、縦軸は、（ａ）では発振回路４４４の出力であり、（ｂ）では発振回路４４５の出力であり、（ｃ）では増幅回路４２（または合成部５）の出力である。ここでは、発振回路４４４の発振周波数は、図２における第２基本周波数ＦＲ２であって、発振回路４４５の発振周波数は、第２基本周波数の３倍の周波数である３次周波数（３×ＦＲ２）である場合について説明する。
【００５４】
合成部５によって、発振回路４４４からの出力と発振回路４４５からの出力とが合成され合成波が得られ、得られた合成波が、増幅回路４２によって増幅される。駆動部４は、合成波を用いて駆動されるため、複数の周波数の効果が同時に得られる。
【００５５】
図１８は、本発明の第２実施形態に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、駆動周波数を決定する発振回路４４４及び４４５と、発振回路４４４及び４４５からの信号をそれぞれ増幅する増幅回路４５３及び４５４と、増幅回路４５３及び４５４の出力電力をそれぞれ制御する可変電圧電源回路６１及び６２と、増幅回路４５３及び４５４からの信号を合成する合成部５１とを備えている。
【００５６】
発振回路４４４からの出力は、増幅回路４５３によって、可変電圧電源回路６１にて設定される出力電圧に増幅され、発振回路４４５からの出力は、増幅回路４５４によって、可変電圧電源回路６２にて設定される出力電圧に増幅される。そして、合成部５１によって、増幅回路４５３及び４５４からの信号が合成される。
【００５７】
合成部５１によって、発振回路４４４からの出力と発振回路４４５からの出力とが合成され合成波が得られ、得られた合成波が、増幅回路４２によって増幅される。駆動部４は、合成波を用いて駆動されるため、複数の周波数の効果が同時に得られる。
【００５８】
駆動部４が、周波数毎に出力を調整するための可変電圧電源回路６１及び６２と増幅回路４５３及び４５４と（請求項２に記載の出力調整手段に相当する）を有するため、周波数毎の超音波の出力を設定することが可能となる。
【００５９】
図１９は、本発明の第３実施形態に係る超音波美容器の構成図である。プローブ３の構成は、基礎となる構成と同様であり、駆動部４は、（ａ）の場合は、駆動周波数を決定する発振回路７と、発振回路７からの信号を増幅する増幅回路８１と、増幅回路８１からの信号が入力される所定の帯域透過特性を有するフィルタ回路９１とを備え、（ｂ）の場合は、駆動周波数を決定する発振回路７と、発振回路７からの信号が入力される所定の帯域透過特性を有するフィルタ回路９１と、フィルタ回路９２からの信号を増幅する増幅回路８２とを備えている。本構成においては、発振回路７は、所定の（例えば、図２における第２基本周波数ＦＲ２の）周波数を有する矩形波信号を出力するものとする。
【００６０】
図２０は、フィルタ回路９１（または９２）の動作を説明するためのグラフである。（ａ）は、第２基本周波数ＦＲ２の周波数を有する矩形波の周波数スペクトラムであり、（ｂ）は、フィルタ回路９１（または９２）の周波数特性の一例を示す図であり、（ｃ）は、フィルタ回路９１（または９２）の出力の周波数スペクトラムである。グラフの横軸は全て周波数であり、縦軸は（ａ）及び（ｃ）では、振幅であり、（ｂ）ではゲインである。（ａ）に示すように、第２基本周波数ＦＲ２の周波数を有する矩形波は、ＦＲ２及びＦＲ２の奇数倍の高調波成分を有している。（ｂ）に示すように、フィルタ回路９１（または９２）は、周波数がＦＲ２、３×ＦＲ２、５×ＦＲ２の成分を通過させ、他の高調波を遮断する特性を有している。従って、（ｃ）に示すように、フィルタ回路９１（または９２）の出力は、ＦＲ２、３×ＦＲ２、５×ＦＲ２の周波数成分だけを有している。
【００６１】
駆動部４が、周波数毎に出力を調整するためのフィルタ回路（請求項２に記載の出力調整手段に相当する）を有するため、周波数毎の超音波の出力を設定することが可能となる。
【００６２】
図２１は、本発明の第４実施形態に係る超音波美容器の振動部１０の断面図である。振動部１０以外の構成は、基礎となる構成と同様である。図に示すように、振動部１０は、複数の超音波振動子１１（または１２）とホーン２（または２１）とから構成されている。
【００６３】
（ａ）は、振動部１０が同じ厚みを有する超音波振動子１１と均一な厚みを有するホーン２とから構成される場合であり、（ｂ）は、振動部１０が異なる厚みを有する超音波振動子１２と均一な厚みを有するホーン２とから構成される場合であり、（ｃ）は、振動部１０が同じ厚みを有する超音波振動子１１と、超音波振動子１１に接合される位置で異なる厚みを有するホーン２１とから構成される場合であり、（ｄ）は、振動部１０が異なる厚みを有する超音波振動子１２と、超音波振動子１２に接合される位置で異なる厚みを有するホーン２１とから構成される場合である。
【００６４】
いずれの場合も、振動部１０が、複数の超音波振動子１１（または１２）とホーン２（または２１）とから構成されているため、超音波振動子１１（または１２）の個数に比例した数の周波数での使用が可能となり、多彩な使用方法が適用可能となる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、駆動手段が、振動部中を伝播する超音波の半波長が該振動部の厚みと略一致する周波数である第１基本周波数の整数倍の周波数を駆動周波数とするため、高い周波数での駆動が可能となると共に、複数の周波数での駆動が容易にできる。さらに、前記駆動手段が、前記超音波振動子中を伝播する超音波の半波長が該超音波振動子の厚みと略一致する周波数である第２基本周波数、及び、前記第２基本周波数の整数倍の周波数の内、少なくともいずれか１の周波数を駆動周波数とするため、超音波振動子とホーンとの接合面の位置が定在波の腹の位置と略一致し、接合面に働く振動による応力が略零（≒０）となり、接合面での駆動エネルギの損失が殆ど無く、駆動効率が良好となると共に、接合の剥離等の損傷が防止される。また、前記第２基本周波数の整数倍の周波数の内、奇数倍の周波数である第３高次周波数を使用することで、超音波振動子のホーン側の面と他方の面との変位の向きが逆向きとなり、超音波振動子が機械的に共振し、駆動効率が更に良好となる。さらにまた、前記第２基本周波数及び第３高次周波数の内、合成手段で複数の周波数の出力を合成した合成波を生成することで、複数の周波数の効果が同時に得られる。
【００６６】
請求項２に記載の発明によれば、出力調整手段によって、複数の周波数毎に出力が調整されるため、周波数毎の超音波の出力を設定することが可能となる。請求項３に記載の発明によれば、振動部が複数の超音波振動子と１のホーンとからなるため、超音波振動子の個数に比例した数の周波数での使用が可能となり、多彩な使用方法が適用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。
【図２】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の振動部中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。
【図３】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図４】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図５】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図６】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図７】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図８】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。
【図９】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図１０】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図１１】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。
【図１２】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図１３】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。
【図１４】本発明のさらに他の基礎となる構成に係る超音波美容器の構成図である。
【図１５】本発明の他の基礎となる構成に係る超音波美容器の動作の説明図である。
【図１６】本発明の第１実施形態に係る超音波美容器の構成図である。
【図１７】本発明の第１実施形態に係る超音波美容器の動作の説明図である。
【図１８】本発明の第２実施形態に係る超音波美容器の構成図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る超音波美容器の構成図である。
【図２０】フィルタ回路の動作を説明するためのグラフである。
【図２１】本発明の第４実施形態に係る超音波美容器の振動部の断面図である。
【図２２】従来の超音波美容器の構成図である。
【図２３】従来の超音波美容器の振動部中を伝播する超音波（定在波）の状態を説明する図である。
【符号の説明】
１ 超音波振動子
１０ 振動部
２ ホーン
３ プローブ
４ 駆動部（駆動手段）
４３ 周波数変更部
４６ 電力設定部
４９１ 変更条件設定部
４９２ 停止時間設定部
５ 合成部（合成手段）
９１、９２ フィルタ回路（出力調整手段）
Claims (3)
- 肌に超音波刺激を付与する超音波美容器であって、超音波を発生させる超音波振動子と、一方の面を肌に接触させると共に他方の面が前記超音波振動子に接合されたホーンとからなる振動部を備えたプローブと、前記超音波振動子を駆動する駆動手段とを備え、
前記駆動手段は、前記振動部中を伝播する超音波の半波長が該振動部の厚みと略一致する周波数である第１基本周波数の整数倍の周波数であり、かつ前記超音波振動子中を伝播する超音波の半波長が該超音波振動子の厚みと略一致する周波数である第２基本周波数、及び前記第２基本周波数の奇数倍の周波数である第３高次周波数の内、複数の周波数の出力を合成した合成波を生成する合成手段を備え、前記合成波によって駆動することを特徴とする超音波美容器。 - 前記駆動手段は、前記複数の周波数毎に出力を調整する出力調整手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波美容器。
- 前記振動部は、複数の超音波振動子と１のホーンとからなることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波美容器。
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