KR20190116900A - 플라즈마 미용기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 미용기기에 관한 것이다.
본 발명에서는 상부케이스와 하부케이스에 의해 이루어지는 내부 수용 공간에 구비되는 충방전 배터리 및 방전전극에 인가되는 8kV초과하면서 12kV이하인 피크투피크 전압을 갖는 교류 고전압을 형성하는 교류 고전압 형성부를 포함하고, 상부케이스 및 하부케이스 외면은 충방전 배터리, 교류 고전압 형성부 및 방전전극과 전기적으로 연결되는 접점이 구비되지 않는 절연체로 형성되며, 교류 고전압 형성부는 제1듀레이션(duration)을 갖는 PWM 제어신호를 공급하는 제어부 및 제1듀레이션보다 짧은 제2듀레이션을 갖는 교류 고전압을 방전전극에 공급하는 교류 고전압 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 미용기기가 개시된다.
본 발명에 따른 플라즈마 미용기기는 미용기기 내부에 +전극만을 구비함으로써 종래 양측전극방식 플라즈마 미용기기가 가지고 있던 복잡한 구조를 갖는 전극을 형성해야 하는 문제와 전압 인가 방식을 복잡하게 설계해야 하는 등의 문제점을 해결할 수 있게 되었다.
본 발명에서는 상부케이스와 하부케이스에 의해 이루어지는 내부 수용 공간에 구비되는 충방전 배터리 및 방전전극에 인가되는 8kV초과하면서 12kV이하인 피크투피크 전압을 갖는 교류 고전압을 형성하는 교류 고전압 형성부를 포함하고, 상부케이스 및 하부케이스 외면은 충방전 배터리, 교류 고전압 형성부 및 방전전극과 전기적으로 연결되는 접점이 구비되지 않는 절연체로 형성되며, 교류 고전압 형성부는 제1듀레이션(duration)을 갖는 PWM 제어신호를 공급하는 제어부 및 제1듀레이션보다 짧은 제2듀레이션을 갖는 교류 고전압을 방전전극에 공급하는 교류 고전압 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 미용기기가 개시된다.
본 발명에 따른 플라즈마 미용기기는 미용기기 내부에 +전극만을 구비함으로써 종래 양측전극방식 플라즈마 미용기기가 가지고 있던 복잡한 구조를 갖는 전극을 형성해야 하는 문제와 전압 인가 방식을 복잡하게 설계해야 하는 등의 문제점을 해결할 수 있게 되었다.
Description
본 발명은 플라즈마 미용기기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압을 이용한 공기 방전을 통해 플라즈마를 생성하고 생성된 플라즈마를 사용자 피부에 공급하는 공기 방전을 이용한 플라즈마 미용기기에 관한 것이다.
물질 중 가장 낮은 에너지 상태인 고체는 에너지를 받아 차츰 액체로 되고 그 다음에는 기체로 전이된다. 이때 중성 기체에 이온화 에너지 이상의 충분한 에너지가 인가되면 이온화 및 전자와 이온의 재결합에 의하여 전자, 이온, 중성 원자 및 분자로 이루어진 플라즈마를 만들 수 있다.
이렇게 만들어진 플라즈마 내부에는 양전하(이온), 음전하(전자)가 거의 같은 양으로 혼재하여 자유 입자에 가까운 브라운 운동을 하면서 전기적으로는 중성을 유지하고 있기 때문에 전기적으로 이온화된 전도성 가스종이라고 불리 운다. 플라즈마는 플라즈마 밀도, 전자 온도, 종들 간의 열평형 정도, 발생방식, 응용분야 등 여러 구분 기준이 있지만 밀도와 전자온도로 분류된다.
일 예로 플라즈마를 열평형 정도에 의해서 구분하면, 국부열평형(LTE; Local thermal equilibrium)과 비국부 열평형(non-LTE)으로 나눌 수 있고, 국부열평형이란 플라즈마가 국부적으로 온도가 균일하고 열역학 평형이 유지되는 열역학적 상태를 의미한다.
그리고 연구나 제조 공정을 위해 사용하는 플라즈마는 대개 LTE나 non-LTE plasma 중 하나이며, 일반적으로 전자를 열 플라즈마라 하고 후자를 저온 플라즈마라고 한다. 여기서 대기압 플라즈마(atmospheric pressure plasma)는 주로 물질의 표면 개질 및 코팅, 환경 정화 등의 분야에서 활용되고 있다.
최근에는 생체 적용과 바이오 메디칼 분야의 응용 가능성으로 관련 연구가 확대되고 있으며, 바이오 메디칼 분야에서는 대기압 플라즈마 제트 장치가 많이 연구되고 있다. 플라즈마 제트의 전극 구조는 대부분 침형의 바늘 전극 구조로 전원 장치에 따라서 다양한 구성 방식이 연구되고 있고, 주로 외부로부터 불활성 가스가 주입되고 바늘 전극 구조에 고전압이 가해져 플라즈마가 발생한다.
더불어 소형의 원형 평행 평판의 중심에 작은 구멍을 설치한 유전체 장벽 방전(DBD: Dielectric Barrier Discharge) 방식의 플라즈마 제트 장치도 소개되고 있다.
플라즈마 제트의 전원장치는 구동 주파수에 따라 여러 종류가 소개되고 있으며 수십~수백 kHz의 저주파 방전의 전원장치로는 DC 펄스 전원과 AC 전원이 있다.
또한 플라즈마 제트는 살균과 멸균을 목적으로 많이 사용되고, 산소 라디칼을 포함하는 플라즈마는 치아 미백과 병원균 파괴, 혈액 응고 등의 활용분야에서 연구되고 있으며, 이러한 바이오 메디칼 분야의 활용에서 주요한 이슈들은 장치의 소형화 및 제어의 용이성, 인체에 대한 안정성 확보가 중요하다.
더불어 생체의 세포나 인체에 직접 적용하기 위하여 전기적인 충격에 대한 안정성 확보가 중요한 과제이다. 그러므로 안정성 확보를 위해서는 고전압이 인가되는 전극이 시료 및 인체에 직접 접촉되지 않아야 하며, 전극에 인가되는 구동 전압을 낮게 하고, 플라즈마 전류량을 1~2mA의 작은 값으로 제어하여 생체에 대한 전기적인 충격이 없도록 해야 한다.
그리고 인체가 감지할 수 있는 최소 전류가 60Hz 상용 주파 교류에서 성인 남자의 경우 약 1mA이며, 주파수 증가에 따라 감지 전류는 증가해야하고, 고통을 느끼는 전류는 7~8mA으로 그 이상의 높은 전류는 전기적 뿐만이 아니라 열적으로도 위험한 요소가 된다.
다음으로 플라즈마를 이용한 종래 기술을 살펴보면, 플라즈마를 이용한 휴대용 미용기기(한국공개실용신안 제2011-0003121호)에는 경박탄소화된 플라즈마를 이용하여 얼굴 또는 피부에 부착되어 있는 세균을 박멸하는 기술이 개재되어 있고, 플라즈마 피부재생장치(한국등록특허 제10-1262632호)에는 글로우 플라즈마를 생성하여 피부 치료에 사용할 수 있는 기술이 개재되어 있다. 그러나 플라즈마를 이용한 휴대용 미용기기와 플라즈마 피부재생장치는 플라즈마가 직접 피부에 전달됨으로써 피부가 손상되는 문제점이 있었다.
또한 종래 플라즈마를 이용한 휴대용 미용기기를 내부에 구비되는 전극 방식에 따라 구분하면, 내부에 +전극과 -전극을 모두 구비하는 방식(이하, '양측전극방식'이라 함)과, +전극만을 구비하고 케이스 외부에 인체와 접지할 수 있는 접촉전극을 구비하는 방식(이하, '+전극방식'이라 함)으로 구분할 수 있다.
양측전극방식의 대표적인 미용기기는 한국공개특허 제10-2016-0035742호에 개시되어 있으며, 양측전극방식은 +전극과 -전극을 좁은 간격으로 이격 고정시킨 상태에서 양측 전극에 고압을 인가하는 방식이다. 그런데 이러한 방식은 (1) +전극과 -전극의 간격을 50㎛ 이내로 유지하도록 설계하기 위해 미세 공정을 사용해야 하므로 전극 형성이 쉽지 않으며, (2) +전극과 -전극 양자에 전원을 공급해야 하므로 전원 공급선의 설계가 복잡해지는 문제점을 지니고 있었다.
다음으로 +전극방식은 미용기기 내부에는 +전극만 구비하고 하우징 외면에 접촉전극을 구비하고 사용시 사용자 손이 접촉전극과 접촉되어 사용자 몸을 접촉전극으로 사용하는 방식이다. 그런데 +전극방식은 사용자 손이 접촉전극을 밀접하게 접촉하도록 터치하여야 하는데 실제 사용시에는 접촉전극과 터치가 정상적으로 이루어지지 않아 피부에 스파크가 발생하여 따가움을 유발하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 미용기기 내부의 방전전극은 +전극만으로 구성하고 케이스 외면에는 별도의 접촉전극을 구비하지 않아 제조가 용이하고, 사용시에는 접촉전극과 밀접하게 접촉할 필요가 없으며 스파크 발생을 줄일 수 있는 플라즈마 미용기기를 제시하는 것을 목적으로 한다.
또한, 미용기기 내부에 +전극만으로 구성하고 케이스 외면에는 별도의 접촉전극을 구비하지 않는 플라즈마 미용기기에 적합한 전압 인가 방식을 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 상부케이스, 하부케이스, 방전전극, 상부케이스에 구비되는 방전전극 수용부 및 상부케이스와 결합 및 분리되어 방전전극 수용부를 개방 및 폐쇄하는 결합 캡을 구비하는 플라즈마 미용기기에 있어서, 상부케이스와 하부케이스에 의해 이루어지는 내부 수용 공간에 구비되는 충방전 배터리 및 방전전극에 인가되는 8kV초과하면서 12kV이하인 피크투피크 전압을 갖는 교류 고전압을 형성하는 교류 고전압 형성부를 포함하고, 상부케이스 및 하부케이스는 외면이 충방전 배터리, 교류 고전압 형성부 및 방전전극과 전기적으로 연결되는 접점이 구비되지 않는 절연체로 형성되며, 교류 고전압 형성부는 제1듀레이션(duration)을 갖는 PWM 제어신호를 공급하는 제어부 및 제1듀레이션보다 짧은 제2듀레이션을 갖는 교류 고전압을 방전전극에 공급하는 교류 고전압 출력부와, 방전전극은 전술한 양측전극방식과 달리 +전극 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 미용기기에 의해서 달성 가능하다. +전극 방식이라는 표현은 공식적으로 통용되는 용어가 아니므로 이를 명확히 나타내고자 방전전극은 접지를 형성하지 않는 전극만으로 구성되는 것으로 기술할 수 있다.
바람직하게는 방전전극에 공급되는 교류 고전압은 시간 경과에 따라 + 전압과 - 전압으로 번갈아 공급되면서 진폭이 감쇄되는 파형으로 구비되는 것이 좋다.
바람직하게는 교류 고전압 형성부는 충방전 배터리로부터 전압을 공급받고 이를 승압하여 출력하는 DC전원 승압부와, 제어부로부터 공급되는 PWM 제어신호를 이용하여 교류 고전압을 생성하는 교류 고전압 발생부를 더 포함하는 것이 좋다.
바람직하게는 교류 고전압 발생부는 스타트 단자와 피니셔 단자를 구비하는 코일 변압기의 일차측 코일과, 피니셔 단자와 접지 사이에 연결되는 제1캐패시터와, 피니셔 단자와 드레인 단자가 연결되고 제어부와 게이트 단자가 연결되며 소스 단자는 접지와 연결되는 제2MOS FET을 포함하며, 스타트 단자에는 DC전원 승압부와 연결하고, 교류 고전압 출력부는 상기 코일 변압기의 이차측 코일로 형성하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 플라즈마 미용기기는 방전전극에 공급되는 교류 고전압은 수 백㎱ ~ 10㎲의 제2듀레이션을 갖는 교류 파형이며, 교류 고전압은 제1주기 간격으로 방전전극에 n번 연속하여 공급된 후 휴지기(T3)를 거치는 제2주기로 반복적으로 공급되며, 상기 제1주기는 100us 이상이면서 500us 이하이며, 상기 제2주기는 10ms 이상이면서 50ms 이하로 형성하면, 사용자 피부에 스파크를 발생시키지 않으면서 플라즈마를 공급할 수 있게 되었다.
바람직하게는 교류 파형은 +파형과 -파형을 가지며 시간에 따라 진폭이 감쇄하는 파형으로 구성되며, 제2듀레이션은 교류 파형을 구성하는 최대 피크치를 갖는 +파형과 이와 연이어 나타나는 최소 피크치를 갖는 -파형으로만 구성되는 메인파의 듀레이션을 의미한다.
본 발명에 따른 플라즈마 미용기기는 미용기기는 종래 양측전극방식 플라즈마 미용기기가 가지고 있던 복잡한 구조를 갖는 전극을 형성해야 하는 문제와 전압 인가 방식을 복잡하게 설계해야 하는 등의 문제점을 해결할 수 있게 되었다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 미용기기는 케이스 외면에 별도 접촉전극을 설치하지 않고서도 적합한 전압 공급 방식을 적용함으로써 사용자 피부에 플라즈마를 원활하게 공급할 수 있게 되었다. 따라서 종래 +전극방식 플라즈마 미용기기의 경우 사용자 손을 이용하여 사용시 접촉전극을 긴밀하게 밀착시킬 필요가 없으므로 보다 편리하게 사용할 수 있게 되었다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 플라즈마 미용기기의 정면 방향 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 플라즈마 미용기기의 배면 방향 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 플라즈마 미용기기의 정면 방향 결합 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 플라즈마 미용기기를 구성하는 연결 전극의 사시도.
도 5는 연결전극과 방전전극의 결합 전후 상태를 설명하는 단면도.
도 6은 플라즈마 미용기기의 구동 회로 블록도.
도 7은 플라즈마 미용기기의 구동 회로 중 교류 고전압 발생부 및 교류 고전압 출력부의 구체적인 일 실시 회로도.
도 8은 본 발명의 발명자가 설계한 도 7의 회로도의 출력 파형을 오실로스코프로 측정한 사진.
도 9는 본 발명에 따른 플라즈마 미용기기의 방전전극에 공급되는 교류 고전압 타이밍도.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 플라즈마 미용기기의 배면 방향 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 플라즈마 미용기기의 정면 방향 결합 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 플라즈마 미용기기를 구성하는 연결 전극의 사시도.
도 5는 연결전극과 방전전극의 결합 전후 상태를 설명하는 단면도.
도 6은 플라즈마 미용기기의 구동 회로 블록도.
도 7은 플라즈마 미용기기의 구동 회로 중 교류 고전압 발생부 및 교류 고전압 출력부의 구체적인 일 실시 회로도.
도 8은 본 발명의 발명자가 설계한 도 7의 회로도의 출력 파형을 오실로스코프로 측정한 사진.
도 9는 본 발명에 따른 플라즈마 미용기기의 방전전극에 공급되는 교류 고전압 타이밍도.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 플라즈마 미용기기의 정면 방향 분해 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 플라즈마 미용기기의 배면 방향 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 일 실시예의 플라즈마 미용기기의 정면 방향 결합 사시도이다. 도 1 내지 도 3을 이용하여 본 발명에 따른 플라즈마 미용기기의 구성에 대해 설명하기로 한다.
플라즈마 미용기기는 하부케이스(60) 및 상부케이스(50)로 구성되며, 하부케이스(60)와 상부케이스(50) 결합으로 형성되는 공간에는 인쇄회로기판(30)이 구비된다. 상부케이스(50) 상단 전면(前面)에는 방전전극(20)을 수용하는 방전전극 수용부(53)가 형성되며, 방전전극 수용부(53)는 결합 캡(10)에 의해 돌림 탈부착 방식으로 개방 또는 폐쇄된다. 상부케이스(50)와 결합 캡(10)에는 결합홈과 결합돌기가 각각 형성되어 결합되는 방식을 적용하였다. 하부케이스(60) 및 상부케이스(50)는 ABS 또는 PC 등의 비전도성 재질로 형성하였다.
하부케이스(60)와 인쇄회로기판(30) 하면 사이에는 동작 스위치(31)가 설치되며, 동작 스위치(31)의 일 부분은 하부케이스(60)에 형성된 동작 스위치 홈(61)으로 노출되어 사용자가 온/오프 시킬 수 있도록 구성하였다. 인쇄회로기판(30) 상에는 충방전 가능한 배터리(38)가 구비되며, 기타 동작 회로부(37) 및 USB 단자(39)가 실장된다. USB 단자(39)를 이용하여 충방전 가능한 배터리(38)를 충전시킬 수 있게 구성하였다. 상부케이스(50)에 형성된 체결나사 결합홈(55)을 통하여 체결나사(미 도시)가 끼워지며, 해당 체결나사는 인쇄회로기판(30)에 형성된 관통구(35)를 통해 돌출되고, 하부케이스(60)에 형성되는 체결구(65)를 통해 결합된다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 플라즈마 미용기기를 구성하는 연결 전극의 사시도이며, 도 5는 연결전극과 방전전극의 결합 전후 상태를 설명하는 단면도이다. 도 2에 도시된 상부케이스(50)의 방전전극 수용부(53) 하면에 구비되는 체결구(53a, 53b)에 도 4에 도시된 연결 전극에 구비되는 체결나사 결합홈(33a, 33b)을 통해 연결전극(33)이 나사결합된다.
도 5에 도시된 바와 같이 방전전극(20)은 도전체로 구성되는 원형 원판과 해당 원형 원판 중앙 하부에 연장 형성되며 끝 부분이 좁게 형성되는 핀부로 구성되는 방전전극판(21), 방전전극판(21)을 둘러싸는 유전체막(23) 및 핀부에 결합되는 유전체 보호막(25)으로 구성된다. 방전전극(20) 상부에 형성되는 유전체막(23) 두께(tu)보다 방전전극(20) 하부에 형성되는 유전체막(23) 두께(tb)를 더 두껍게 형성하였다(tu < tb). 이는 방전전극판(21)에 의해 발생되는 플라즈마가 전방으로 더 많이 생성되도록 하기 위함이다. 유전체막(23)은 실리콘 또는 세라믹 등의 유전체 재질로 이루어져, 플라즈마 방전 형태 중 아크(Arc)방전이 발생하는 것을 방지하여 인체(피부)가 손상되는 것을 방지하게 된다. 유전체 보호막(25)은 비전도성의 실리콘 재질로 형성하였다.
도 5에 도시된 바와 같이 하부케이스(50)에 형성되는 방전전극 수용부(53) 중앙에는 방전전극 삽입홈(51)이 구비되고, 해당 방전전극 삽입홈(51)을 통해 방전전극판(21)의 핀부가 아래 방향으로 내려가면 상호 일정 거리 이격된 채로 형성되는 도전체로 구성되는 판스프링을 갖는 연결전극(33)이 벌어지면서 해당 핀부가 결합되면서 전기 접속 상태로 형성된다. 물론 핀부와 결합되기 전 상태에서 연결전극(33)을 구성하는 판스프링의 이격 거리는 핀부의 직경보다 가깝도록 구성되어야 한다.
도 6은 플라즈마 미용기기의 구동 회로 블록도이다. 충방전 배터리에서 공급되는 전원은 DC전원 승압부로 입력된다. DC전원 승압부는 예로서 3.7[V]의 입력전압이 인가되면 대략 20[V]가 넘는 출력전압으로 승압시킨다. 제어부는 PWM 제어신호를 생성하여 교류 고저압 발생부로 공급하고, 교류 고전압 발생부는 PWM 제어신호에 제어되어 교류 고전압 출력부를 통해 출력되며, 최종적으로 방전전극으로 공급된다.
도 7은 플라즈마 미용기기의 구동 회로 중 교류 고전압 발생부 및 교류 고전압 출력부의 구체적인 일 실시 회로도이다. 교류 고전압 발생부는 코일 변압기(T1)의 1차측 코일과 제2MOS FET(Q2) 및 제1캐패시터(C1)로 구성되며, 교류 고전압 출력부는 코일 변압기(T1)의 2차측 코일로 구성된다.
DC전원 승압부는 코일 변압기(T1)의 스타트 단자(5)와 연결되며, 코일 변압기(T1)의 피니셔 단자(3)에는 제2MOS FET(Q2) 드레인 단자 및 제1캐패시터(C1)의 일 단자가 연결된다. 제2MOS FET(Q2) 소스 단자는 접지와 연결되며, 게이트 단자는 제어부와 연결되어 제1듀레이션을 갖는 PWM 제어신호를 인가받는다. 제1캐패시터(C1)의 타 단자는 접지와 연결된다. PWM 제어신호가 'ON' 상태에서는 제2MOS FET(Q2)가 도통되면서 DC전원 승압부, 코일 변압기(T1) 및 제2MOS FET(Q2)로 형성되는 전류 경로(PATH)가 생성되며 이때 제1캐패시터(C1)는 완전히 방전된다. PWM 제어신호가 'ON'--->'OFF' 상태로 절환되는 순간 제2듀레이션을 갖는 코일에 의한 역기전력이 발생하면서 순간적으로 제1캐패시터(C1)는 충전되며, 이로 인해 코일 변압기(T1)의 이차측에 제2듀레이션을 갖는 교류 고전압(8kV초가~12kV이하)이 출력되어 방전전극에 인가되는 것이다. 여기서 제2듀레이션은 제1듀레이션보다 짧게 형성되도록 설계되었으며, 이러한 특성에 의해 비교적 저가의 제어부(통상 'PWM 제어신호를 생성할 수 있는 마이콤' 등으로 구성함)로도 회로를 구성할 수 있게 되었다. 즉, 산업계에서 적용하는 일정 듀레이션보다 더 짧은 듀레이션을 갖는 제어부를 구현하려면 고가의 마이콤을 사용하여야 하는데 도 7에 제시된 회로를 이용할 경우 고가의 마이콤을 사용하지 않고서도 플라즈마 미용기기에 필요한 짧은 듀레이션을 갖는 고압 교류를 형성할 수 있게 되었다.
또한, 도 7 회로도에서 제2MOS FET(Q2)으로는 SiC MOS FET을 사용하여 'ON' 상태 저항을 낮게 형성하였다. 또한, 본 발명의 발명자에 의하면 역기전력에 의해 2차측에 여기되는 펄스의 주파수(f0)를 측정하여 제1캐패시터값을 수학식 1에 따라 선택하여 LC 공진 회로로 설계하면 제2듀레이션 동안 도 8에 도시된 바와 같이 +파형과 -파형이 번갈아 인가되는 사인파로 형성되는 교류 고전압을 방전전극에 공급할 수 있게 되었다.
여기서, L은 코일 변압기(T1)의 일차측 코일 용량이며, C1은 제1캐패시터의 용량을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 발명자가 설계한 도 7의 회로도의 출력 파형을 오실로스코프로 측정한 사진이다. 도 9에 도시된 +파형과 -파형이 번갈아 출력되면서 감쇄하는 사인파를 방전전극에 인가하면 그렇치 않은 경우에 비하여 양이온과 음이온이 골고루 분포되는 양질의 플라즈마를 사용자 피부에 제공할 수 있게 되어 미용 효과를 증대시킬 수 있게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 플라즈마 미용기기의 방전전극에 공급되는 교류 고전압 타이밍도이다. 본 발명에 따른 플라즈마 미용기기는 종래 기술에서 제시한 내부 전극 구비 방식에 의하면 '+전극방식'이라 할 수 있으나 종래 플라즈마 미용기기와는 달리 케이스 외부에 인체와 접지할 수 있는 접촉전극이 구비되지 않는 방식이다. 이러한 구성상의 특징으로 인하여 케이스 외부에 인체와 접지할 수 있는 접촉전극을 구비하는 '+전극방식'의 플라즈마 미용기기에 비하여 보다 높은 고압을 방전전극에 공급하여야 동일한 량의 플라즈마를 피부에 공급할 수 있다. 통상적으로는 높은 고압을 방전전극에 인가할수록 사용시 사용자 피부에 스파크가 발생되는 빈도가 증가되는 문제가 발생되므로 이러한 스파크 발생을 억제하기 위해 교류 고전압을 인가하는 듀레이션과 주기를 정확하게 제어하여야 한다.
도 9에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 미용기기는 제2듀레이션(D2)을 갖는 고전압 사인파형으로 구성되며, 일정한 주기(T1) 간격으로 연속적으로 n번 공급하는 것을 T2 주기로 반복한다. 여기서, 제2듀레이션(D2)은 도 8에 도시된 교류 고전압 사인 파형이 인가되는 듀레이션을 나타내며 엄밀하게는 도 8에 도시된 파형에서 최대 피크치를 갖는 최초의 +파형('제1 +파형'이라 함)과 이와 연이어 나타나는 최소 피크치를 갖는 최초의 -파형('제1 -파형'이라 함)으로만 구성되는 메인파가 갖는 듀레이션을 의미하는 것으로 한다. 본 발명의 플라즈마 미용기기에는 방전전극에 8kV를 초과 ~ 12kV 이하의 교류 고전압(피크투피크값)을 인가한다. 종래 플라즈마 미용기기의 경우 방전전극에 4kV~&kV의 교류 고전압이 인가되는 것과 비교하면 본 발명의 플라즈마 미용기기의 경우 보다 높은 고압을 인가함을 알 수 있다. 이는 케이스 외면에 사용자 신체와 접속하는 접촉전극이 구비되지 않기 때문이다. 본원 발명자의 실험에 의하면 8kV이하의 교류 고전압을 인가하면 플라즈마가 충분히 발생하지 않아 적절한 미용 효과를 얻을 수 없었으며 12kV 보다 높은 교류 고전압을 인가할 경우 스파크 발생을 억제하기 어려워 사용자 피부에 통증을 유발하였다.
한 번에 조사되는 교류 고전압의 폭인 제2듀레이션(D2)은 10㎲ 이하를 갖도록 설정하였다. 바람직하게는 수백 ㎱ ~ 10㎲ 이하의 듀레이션을 인가하면 좋다. 10㎲보다 긴 제2듀레이션 동안 8kV를 초과 ~ 12kV 이하의 교류 고전압을 인가할 경우 피부에 통증이 유발되었으며, 16㎲ 이상이 되면 통증으로 인해 플라즈마 미용기기를 사용할 수 없는 정도였다.
본 발명에서는 도 7에 도시된 회로를 이용하여 코일 변압기(T1)의 역기전력을 이용하여 교류 고전압을 형성하므로 도 8에 도시된 바와 같이 시간이 지남에 따라 진폭이 감쇄되는 사인파형이 피부에 인가된다. 따라서 본 발명에서 정의되는 제2듀레이션(D2)은 최대 +전압을 갖는 사인 반파와 최소 -전압을 갖는 사인 반파를 합한 메인파의 듀레이션을 의미한다. 통증 없이 플라즈마를 인가하는 측면에서는 8kV를 초과 ~ 12kV 이하의 교류 고전압을 짧게 인가할수록 좋으나 회로 설계상 수백 ns(대략 400ns) 미만을 갖는 제2듀레이션은 현실적으로 구현하기 어려웠다.
다음으로 n번 연속적으로 공급되는 교류 고전압의 주기(T1, 이하 '제1주기'라 함)는 피크투피크 전압을 기준으로 8kV 초과 ~ 12kV 이하이며, 수백 ㎱ ~ 5㎲ 이하인 제2듀레이션(D2)을 갖는 교류 고전압을 기준으로 100㎲이상 ~ 500㎲이하를 갖도록 설계하였다. 제1주기(T1)가 100㎲ 보다 작을 경우 회로 설계 측면에서 대응하기 어려웠으며 500㎲를 초과할 경우에는 충분한 플라즈마를 발생시키기 어려웠다.
제2주기(T2)는 10㎳ 이상이면서 50㎳ 이하가 되도록 설계하였다. 플라즈마 방전을 생성하기 위해 제2주기(T2)없이 방전전극에 계속 방전 전압을 인가하면 에너지 밀도가 높아 화상의 위험이 있으며 고압에 의한 감전 위험이 증가한다. 따라서 도 9에 도시된 바와 같은 휴지기(T3)를 갖는 제2주기를 설정해 두어야 한다.
제2주기(T2)는 10㎳ 보다 작게 형성할 경우 충분한 휴지기를 설정하기 어려워 화상 위험이 증가하고 방전전극을 둘러싸고 있는 유전체가 열화되는 현상이 발생되었다. 제2주기 기준 휴지기(T3)의 비율(T3/T2)이 0.5로 설정할 때 제2주기(T2)를 50㎳ 보다 크게 형성할 경우에는 휴지기(T3) 동안 사용자 피부가 식어 충분한 미용 효과를 얻을 수 없는 현상이 발생하였다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 결합 캡
20: 방전전극
21: 플라즈만 전극판 23: 유전체막
25: 유전체 보호막 30: 인쇄회로기판(PCB)
31: 동작 스위치 33: 연결전극
33a, 33b, 55: 체결나사 결합홈
35: 관통구 37: 변압코일
38: 배터리 39: USB 단자
50: 상부 케이스 51: 방전전극 삽입홈
53: 방전전극 수용부 60: 하부 케이스
61: 동작 스위치 홈 53a, 53b, 65: 체결구
21: 플라즈만 전극판 23: 유전체막
25: 유전체 보호막 30: 인쇄회로기판(PCB)
31: 동작 스위치 33: 연결전극
33a, 33b, 55: 체결나사 결합홈
35: 관통구 37: 변압코일
38: 배터리 39: USB 단자
50: 상부 케이스 51: 방전전극 삽입홈
53: 방전전극 수용부 60: 하부 케이스
61: 동작 스위치 홈 53a, 53b, 65: 체결구
Claims (7)
- 상부케이스, 하부케이스, 방전전극, 상기 상부케이스에 구비되는 방전전극 수용부 및 상기 상부케이스와 결합 및 분리되어 상기 방전전극 수용부를 개방 및 폐쇄하는 결합 캡을 구비하는 플라즈마 미용기기에 있어서,
상기 상부케이스와 상기 하부케이스에 의해 이루어지는 내부 수용 공간에 구비되는 충방전 배터리 및 상기 방전전극에 인가되는 교류 고전압을 형성하는 교류 고전압 형성부를 구비하며,
상기 상부케이스 및 상기 하부케이스 외부로 사용자 신체와 접지할 수 있는 접촉전극을 구비하지 않으면서 상기 접지는 상기 내부 수용 공간에 구비되는 것을 특징으로 하며,
상기 교류 고전압 형성부는 제1듀레이션(duration)을 갖는 PWM 제어신호를 공급하는 제어부 및 상기 제1듀레이션보다 짧은 제2듀레이션을 갖는 교류 고전압을 상기 방전전극에 공급하는 교류 고전압 출력부를 구비하고,
상기 방전전극에 공급되는 상기 교류 고전압은 상기 제2듀레이션을 갖는 교류 파형이며, 상기 교류 고전압은 제1주기 간격으로 상기 방전전극에 n번 연속하여 공급된 후 휴지기(T3)를 거치는 제2주기로 반복적으로 공급되며,
상기 제2듀레이션은 수 백㎱ ~ 10㎲이며,
상기 방전전극은 상기 접지를 형성하지 않는 전극으로만 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 미용기기.
- 제1항에 있어서,
상기 제1주기는 50us 이상이면서 500us 이하이며, 상기 제2주기는 10ms 이상이면서 50ms 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 미용기기.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 방전전극에 공급되는 교류 고전압은 시간 경과에 따라 + 전압과 - 전압으로 번갈아 공급되면서 진폭이 감쇄되는 파형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 미용기기.
- 제3항에 있어서,
상기 교류 고전압 형성부는 상기 충방전 배터리로부터 전압을 공급받고 이를 승압하여 출력하는 DC전원 승압부와, 상기 제어부로부터 공급되는 PWM 제어신호를 이용하여 교류 고전압을 생성하는 교류 고전압 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 미용기기.
- 제4항에 있어서,
상기 교류 고전압 발생부는 스타트 단자와 피니셔 단자를 구비하는 코일 변압기의 일차측 코일과, 상기 피니셔 단자와 접지 사이에 연결되는 제1캐패시터와, 상기 피니셔 단자와 드레인 단자가 연결되고 상기 제어부와 게이트 단자가 연결되며 소스 단자는 상기 접지와 연결되는 제2MOS FET을 포함하며, 상기 스타트 단자에는 상기 DC전원 승압부와 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 미용기기.
- 제5항에 있어서,
상기 교류 고전압 출력부는 상기 코일 변압기의 이차측 코일로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 미용기기.
- 제6항에 있어서,
상기 교류 파형은 +파형과 -파형을 가지며 시간에 따라 진폭이 감쇄하는 파형으로 구성되며, 상기 제2듀레이션은 상기 교류 파형을 구성하는 최대 피크치를 갖는 +파형과 이와 연이어 나타나는 최소 피크치를 갖는 -파형으로만 구성되는 메인파의 듀레이션을 의미하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 미용기기.
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| PA0201 | Request for examination | ||
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20200528 Patent event code: PE09021S01D |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20200529 Patent event code: PE09021S01D |
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| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20200901 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20200529 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I Patent event date: 20200528 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |