技术领域

本发明涉及一种用于着色设备的线性驱动器。

背景及现有技术

着色设备是专门为永久性化妆应用的需要而设计的纹身设备，永久性化妆也称为PMU(Permanent Make-Up)。所述设备被设计为用于主要通过刺入面部皮肤来置入精细花纹的手持设备。对于PMU应用，使用尖锐的纹刺装置，优选地使用针头，通过刺入方式将液体颜料主要以线状形式置入面部皮肤内，所述液体颜料随后可以在该面部皮肤内保持较长时间。

对于PMU以及纹身，由于生物体以每隔不到大约4周的周期即更新表皮，颜料必须穿过表皮(最外层皮肤)置入活性真皮的上层，才能够长久存留。0.05毫米至0.2毫米的表皮厚度和0.05毫米至0.1毫米的颜料在活性真皮内的置入深度之和为刺入皮肤的总深度，该总深度为约0.1毫米至0.3毫米。

液体颜料由往复式纹刺装置置入，往复式纹刺装置的尖端在相应的回缩位置处从颜料储存库润湿自身并且在施用操作中将颜料置入皮肤内。皮肤内的纹刺深度必须由使用者通过观察针尖和皮肤来识别是否达到活性真皮而决定。

为了置入颜料，需要针头作往复运动，针头的往复运动必须严格地沿轴向行进，无径向分量。为驱动纹刺装置，着色设备主要使用旋转电机，通过多个不同的传动方式将其转动转换为轴向往复运动。市场上也有基于电磁推杆原理的无需齿轮箱的线性电机。

市场上的所有用于着色设备的驱动器的共同点是，它们产生的往复运动具有基于物理振荡定律的、周期性的、几乎为谐波的正弦曲线形状，并且其用于着色所需的最大运动速度直接取决于驱动行程及其重复频率。

尽管需要较小的纹刺深度，但现有技术中的驱动器的行程仍有大约2毫米。需要大行程的原因是，与小纹刺深度相比，每个刺入运动都需要在颜料储存库中重新润湿纹刺装置的尖端，这只能在纹刺装置的回缩位置处实现，并且颜料储存库不能太靠近设备尖端，以便使用者仍然可以在颜料储存库与皮肤保持足够距离的情况下操作。

皮肤是具有弹性的肌体组织。当纹刺装置触及皮肤时，皮肤首先在其侵入阻力和弹性作用下，并且取决于置入速度而发生内凹，随后皮肤以分别对应于各种皮肤特性和具体皮肤区域的能量级别被针头刺入。驱动器必须针对各个分别出现的皮肤特性的范围而呈现合适的特性，以便将颜料置入具有弹性的皮肤的预定深度内。驱动器的重要特性是其直接传递到针头的固有震动、可重复的置入速度和纹刺运动的重复频率。低轴向固有震动允许使用者在着色过程中手动接近并保持0.1毫米至0.3毫米的纹刺深度，低径向固有震动确保线条没有侧向偏移。高置入速度有助于降低皮肤内凹，从而使纹刺深度更容易手动保持恒定，这改善了着色质量。低重复频率通过在一行中仅设置与行进速度相关的视觉闭合线所需数量的针迹来保护皮肤。

已知的驱动器/手持设备具有平均80克的总质量，并且以50赫兹至200赫兹的频带操作，尽管在实践中通常选择大约100赫兹的频率。在100赫兹、2毫米的行程和传动装置或推杆衔铁的不可避免的移动质量下，会产生相当大的加速力，这会导致轻型手持设备发生不期望的轴向及/或径向震动。测量结果表明，已知的PMU设备的震幅平均超过0.5毫米。在纹刺深度仅为0.1毫米至0.3毫米时，该震幅不利于深度的精确控制以及/或者不利于着色质量的侧向一致性的精确控制，并且不利于保护皮肤。此外，轴向震动对置入速度有不利影响并显著降低置入速度。

已知的驱动器/手持设备在置入速度方面没有提供足够的特性。周期性的、几乎为谐波的正弦路径-时间曲线仅适用于0.1毫米至0.3毫米的纹刺深度，因为纹刺装置在正弦振荡的反转点之前的短时间内已经被大幅减速。由于侵入阻力的存在，过低的置入速度导致皮肤在被刺破时出现大的内凹。因此，使用者不得不通过向前推压纹刺装置来引导纹刺装置刺入比预定纹刺深度更深的深度，从而使得以自身固有频率颤动的皮肤被局部地过深或过浅刺破，这取决于位于下一刺破处的与刺破频率不同步地抖动的皮肤所在的竖直平面。由于皮肤频率和纹刺频率之间的不同步，沿深度方向均匀的颜色渗透、沿着色线均匀的颜色强度以及皮肤舒适性和无痛着色仅是部分可能的。

为使皮肤内凹较小，需要尽可能快的置入速度，这在现有技术中只能通过设置高频率来实现。然而，高频率却仍与增强的震动相矛盾。此外，高频率仍与为皮肤舒适性着色所需的降低纹刺频率的需要相矛盾。在50赫兹的纹刺频率和通常的行进速度下，由于各个刺痕的严重重叠，已经产生沟状皮肤创伤。这迫使使用者实际上只能使用大约100赫兹的纹刺频率，然而，这会导致手持设备的震动超过0.5毫米，并造成不可逆的皮肤损伤。