(57)【要約】【課題】噴射停止時の流出を防止する。【解決手段】噴射ユニット１００から設定範囲内の近距離位置に、接続チューブ２５を外側から押圧して接続チューブ２５の流路を閉鎖可能なチューブクリップ３１を設ける。流体噴射を停止するとき、つまり術者からの噴射指令が停止されたときには（ステップＳ３の判定が“No”）、先ずチューブクリップ３１を閉鎖し（ステップＳ７、Ｓ８）、次にポンプ２０及び圧電素子４０１の駆動を停止する（ステップＳ５、Ｓ６）。そして、再び流体噴射を行うとき、つまり術者からの噴射指令が入力されたときには（ステップＳ３の判定が“Yes”）、先ずチューブクリップ３１を開放し（ステップＳ１０、Ｓ１１）、次にポンプ２０及び圧電素子４０１を再駆動する（ステップＳ１２、Ｓ１３）。【選択図】図５
2010075589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を供給する供給手段と、
前記供給手段から供給された流体を噴射する噴射ユニットと、
前記供給手段から前記噴射ユニットへの流体供給経路を形成するチューブと、
駆動信号に応じて前記チューブの流路を閉鎖可能な閉鎖手段と、を備えることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項２】
前記噴射ユニットは、前記チューブに連通され容積を変更可能な流体室と、前記流体室の容積変更に伴って脈動状態とされた流体を噴射する噴射口と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項３】
前記閉鎖手段は、前記チューブを外側から押圧することで前記チューブの流路を閉鎖することを特徴とする請求項１又は２に記載の流体噴射装置。
【請求項４】
前記閉鎖手段は、前記噴射ユニットから設定範囲内の近距離位置に設けられることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の流体噴射装置。
【請求項５】
前記噴射ユニットの噴射を停止するときに、前記閉鎖手段に駆動信号を入力して前記チューブの流路を閉鎖する制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の流体噴射装置。
【請求項６】
流体を供給する供給手段と、前記供給手段から供給された流体を噴射する噴射ユニットと、前記供給手段から前記噴射ユニットへの流体供給経路を形成するチューブと、を備えた流体噴射装置によって流体を噴射する流体噴射工程と、
前記流体噴射工程で前記噴射ユニットの噴射を停止するときに、前記チューブの流路を閉鎖する流路閉鎖工程と、を含むことを特徴とする流体噴射装置の制御方法。
【請求項７】
流体を供給する供給手段と、
前記供給手段から供給された流体を噴射する噴射ユニットと、
前記供給手段から前記噴射ユニットへの流体供給経路を形成するチューブと、
駆動信号に応じて前記チューブの流路を閉鎖可能な閉鎖手段と、を備えることを特徴とする手術装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体噴射装置、流体噴射装置の制御方法、及び手術装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体を噴射して対象部位の切断又は切除などを行う技術が知られている。
例えば、医療分野では、生体組織を切開又は切除する流体噴射装置として、ピエゾ素子の駆動によって容積が変化する流体室と、この流体室に連通されたノズルとを備え、流体室に流体を供給すると共に、ピエゾ素子を駆動することで、脈動する流体をノズルから高速噴射するものがあった（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−０８２２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に記載された従来例にあっては、流体室への流体の供給をポンプによって行っており、このポンプと流体室とは柔軟なチューブで接続されている。したがって、ポンプの吐出圧が高いほど、且つチューブが柔軟であるほど、チューブは膨張することになるので、噴射を停止するためにピエゾ素子とポンプの駆動を停止したとしても、チューブが復元（収縮）しようとする力によって、流体が流体室へと送られてノズルから流出してしまう。また、ポンプの駆動を停止してから、実際に回転が停止するまでの応答差が大きいときにも、同様の流出が起こる。こうした流出は、無駄であるばかりか、術野の視認性を低下させるため、作業性が低下することになる。
本発明の課題は、噴射停止時の流体の流出を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の発明は、
流体を供給する供給手段と、前記供給手段から供給された流体を噴射する噴射ユニットと、前記供給手段から前記噴射ユニットへの流体供給経路を形成するチューブと、駆動信号に応じて前記チューブの流路を閉鎖可能な閉鎖手段と、を備えることを特徴とする。
このように、チューブの流路を閉鎖可能に構成し、噴射ユニットによる噴射を停止するときに、チューブの流路を閉鎖することで、流体が噴射ユニットへと送られて流出してしまうことを防止できる。
【０００５】
第２の発明は、
前記噴射ユニットは、前記チューブに連通され容積を変更可能な流体室と、前記流体室の容積変更に伴って脈動状態とされた流体を噴射する噴射口と、を備えることを特徴とする。
このように、脈動状態とされた流体を噴射することで、連続噴射する場合と比べて流体が少量で済む。また、術野に飛散し滞留する流量が少ないことで回収もしやすいので、視認性の確保にも貢献する。また、切開・切除・切断する能力は、連続噴射する場合と比べても、同等か、それ以上であることが判明している。
【０００６】
第３の発明は、
前記閉鎖手段が、前記チューブを外側から押圧することで前記チューブの流路を閉鎖することを特徴とする。
このように、チューブを外側から押圧するだけの構造なので、流路を殺菌又は滅菌する処理が容易になる。すなわち、開閉バルブのようなアクチュエータをチューブ上に設ける構造では、チューブの流路のみならず開閉バルブをも殺菌又は滅菌しなければならず、処理工数が増加してしまう。
【０００７】
第４の発明は、
前記閉鎖手段は、前記噴射ユニットから設定範囲内の近距離位置に設けられることを特徴とする。
チューブ内の流体圧が高いほど、且つチューブが柔軟であるほど、チューブは膨張することになるので、噴射ユニットによる流体の噴射を停止したとしても、チューブが復元（収縮）しようとする力によって、流体が噴射ユニットへと送られて流出してしまう。チューブ内の流体圧が常に一定で、チューブの柔軟性が全長に渡って均一であるとすると、噴射ユニットから閉鎖手段までの距離が長いほど、チューブの膨張に起因して噴射ユニットに送られる流量が増加することになる。
したがって、設定範囲内の近距離位置とは、閉鎖手段よりも下流側の、チューブの膨張に起因して噴射ユニットに送られる流量が許容範囲に収まるような位置である。
このように、閉鎖手段を噴射ユニットの近距離位置に設けることで、チューブの膨張に起因して噴射ユニットに送られる流量を抑制することができる。
【０００８】
第５の発明は、
前記噴射ユニットの噴射を停止するときに、前記閉鎖手段に駆動信号を入力して前記チューブの流路を閉鎖する制御手段を備えることを特徴とする。
このように、噴射ユニットによる噴射を停止するときに、チューブの流路を閉鎖することで、チューブに流れる流体を静止させ、流体が噴射ユニットへと送られて流出してしまうことを防止できる。
【０００９】
第６の発明は、
流体を供給する供給手段と、前記供給手段から供給された流体を噴射する噴射ユニットと、前記供給手段から前記噴射ユニットへの流体供給経路を形成するチューブと、を備えた流体噴射装置によって流体を噴射する流体噴射工程と、前記流体噴射工程で前記噴射ユニットの噴射を停止するときに、前記チューブの流路を閉鎖する流路閉鎖工程と、を含むことを特徴とする。
このように、流体噴射工程で噴射ユニットによる噴射を停止するときに、チューブの流路を閉鎖することで、チューブ内に流れる流体を静止させることができるので、流体が噴射ユニットへと送られて流出してしまうことを防止できる。
【００１０】
第７の発明は、
流体を供給する供給手段と、前記供給手段から供給された流体を噴射する噴射ユニットと、前記供給手段から前記噴射ユニットへの流体供給経路を形成するチューブと、駆動信号に応じて前記チューブの流路を閉鎖可能な閉鎖手段と、を備えることを特徴とする。
このように、チューブの流路を閉鎖可能に構成し、噴射ユニットによる噴射を停止するときに、チューブの流路を閉鎖することで、流体が噴射ユニットへと送られて流出してしまうことを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明は、具体例の一つに過ぎず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、適宜変更してもよい。また、参照する図面は、便宜上、模式的に描いたものであって、形状や縮尺は実際のものとは異なる点がある。
本実施形態では、医療分野で利用される流体噴射装置、つまり例えば水・生理食塩水・薬液などを利用して生体組織を切開又は切除する手術用のウォーターメスを例に説明するが、これに限定されるものではなく、顔料や染料による描画や、塗料による塗膜形成、洗浄液による洗浄、物体の切断や切除など、様々な用途に利用可能である。
【００１２】
（構成）
図１は、流体噴射装置１の全体図である。
流体噴射装置１は、流体を貯留した流体容器１０と、流体を吸入し吐出するポンプ２０と、流体を脈動させながら高速噴射する噴射ユニット１００と、ポンプ２０及び噴射ユニット１００を駆動制御するコントローラ３０と、を備える。ポンプ２０の吸入口は、接続チューブ１５を介して流体容器１０に連通し、ポンプ２０の吐出口は、接続チューブ２５を介して噴射ユニット１００に連通している。したがって、ポンプ２０は、接続チューブ１５を介して流体容器１０から流体を吸入し、接続チューブ２５を介して噴射ユニット１００へ流体を供給する。
【００１３】
なお、ポンプ２０は省略し、輸液バッグをスタンド等で噴射ユニット１００よりも高い位置に保持することにより、流体を噴射ユニット１００へと供給してもよい。これによれば、構成を簡素化することができ、さらに消毒等が容易になる利点もある。ポンプ２０を用いる場合には、吐出圧は約３気圧（０.３ＭＰａ）以下に設定する。また、輸液バッグを用いる場合には、０.１〜０.１５気圧（０.０１〜０.１５ＭＰａ）程度になるように、噴射ユニット１００と輸液バッグの液上面との高度差を設定する。
【００１４】
噴射ユニット１００は、ウォーターパルスメスのハンドピースとして、術者によって把持される部材である。したがって、噴射ユニット１００までの接続チューブ２５はできるだけ柔軟であることが好ましい。そのためには、柔軟で薄いチューブで、流体を噴射ユニット１００に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。特に、脳手術のように、機器の故障が重大な事故を引き起こす恐れがある場合には、接続チューブ２５の切断等において高圧な流体が噴出することは避けなければならず、このことからも低圧にしておく必要がある。
【００１５】
噴射ユニット１００には、細いパイプ状の接続流路管２００が接続され、接続流路管２００の先端部には流路が縮小されたノズル２１１が挿着されている。
図２は、噴射ユニット１００の概略構成を示しており、図２の（ａ）は後述する図３のＡ−Ａ′断面図、図２の（ｂ）は分解図である。
噴射ユニット１００は、容積を変更可能な流体室５０１を備えており、この流体室５０１の容積変更により、流体を脈動させながら接続流路管２００及びノズル２１１を介して高速噴射する。
【００１６】
噴射ユニット１００は、上ケース５００と下ケース３０１とを対向させた状態で螺子６００によって固定して構成される。下ケース３０１は、鍔部を有する筒状部材であって、一端側は底板３１１によって閉塞されており、内部には、圧電素子４０１が配設されている。
圧電素子４０１は、積層型の圧電素子であり、積層方向に伸縮可能に構成されている。圧電素子４０１の一端側は上板４１１を介してダイアフラム４００に当接し、他端側は底板３１１の上面３１２に固定されている。ダイアフラム４００は、円盤状の金属薄板で構成され、その外周縁部が下ケース３０１における凹部３０３の底面に密着した状態で固定されている。ダイアフラム４００の上面には、中心部に開口部を有する円盤状の金属薄板からなる補強板４１０が積層されている。
【００１７】
上ケース５００は、ダイアフラム４００に対向する位置に、円筒状の凹部５０５が形成されており、この凹部５０５とダイアフラム４００とで囲まれた空間が流体室５０１となる。したがって、圧電素子４０１に駆動信号を入力し、圧電素子４０１が伸張／収縮するときに、ダイアフラム４００が振動し、流体室５０１の容積が縮小／拡大する。
凹部５０５における底面の中心には、出口流路５１１が形成されており、この出口流路５１１は、上ケース５００の外周面に突設された出口流路管５１０の先端まで貫通している。出口流路５１１と凹部５０５との連設部は、流動抵抗を可及的に軽減するために滑らかに丸められている（Ｒ面取り）。
【００１８】
なお、流体室５０１は、円筒状に形成されているが、これに限定されるものではなく、側面視で円錐形、台形、半球形などにしてもよい。
出口流路管５１０には、接続流路管２００が外嵌されている。この接続流路管２００には、接続流路２０１が形成されており、接続流路２０１の直径は出口流路５１１の直径より大きい。接続流路管２００は、流体圧を吸収しないように、高い剛性を有する。
【００１９】
ノズル２１１には、流体噴射開口部２１２が形成されており、この流体噴射開口部２１２の直径は、接続流路２０１の直径よりも小さい。
上ケース５００の外周面には、ポンプ２０から流体を供給する接続チューブ２５を挿着する入口流路管５０２が突設されており、この入口流路管５０２には、入口側の接続流路５０４が形成されている。接続流路５０４は、入口流路５０３に連通されている。入口流路５０３は、凹部５０５に連通する溝で構成される。
上ケース５００及び下ケース３０１の接合面には、ダイアフラム４００の周りを包囲するように、溝状のパッキンボックス５０６及び３０４が形成されている。これらパッキンボックス５０６及び３０４によって形成される空間に、リング状のパッキン４５０が装入されている。
【００２０】
これら上ケース５００と下ケース３０１とを組立てると、ダイアフラム４００の外周縁部及び補強板４１０の外周縁部が、上ケース５００における凹部５０５の縁と、下ケース３０１における凹部３０３の底面とによって挟持される。パッキン４５０は、上ケース５００のパッキンボックス５０６と、下ケース３０１のパッキンボックス３０４とによって押圧され、流体の漏洩を防止する。すなわち、流体の噴射を行う際には、流体室５０１が３０気圧（３ＭＰａ）以上の高圧状態となるため、上ケース５００、補強板４１０、ダイアフラム４００、及び下ケース３０１の夫々の接触面を伝って、流体室５０１からパッキンボックス５０６及び３０４の側へと流体が浸入することが考えられるが、パッキン４５０によって、それより外側への漏出を防止している。
また、流体室５０１からパッキンボックス５０６及び３０４の側へと流体が浸入してくると、その圧力によってパッキン４５０がパッキンボックス３０４及び５０６の外周壁に向かって押圧されるので、流体の漏出を効果的に防止することができる。したがって、流体の噴射を行う際に、流体室５０１の高い圧力上昇を維持することができる。
【００２１】
図３は、上ケース５００における下ケース３０１との接合面である。
入口流路５０３は、一端側が流体室５０１に連通し、他端側が接続流路５０４に連通している。入口流路５０３の他端には、流体溜り５０７が形成されており、流体溜り５０７と入口流路５０３との連設部は、流動抵抗を可及的に軽減するために滑らかに丸められている（Ｒ面取り）。
入口流路５０３は、凹部５０５の壁面５０１ａに対して徐々に近づくように湾曲しながら、凹部５０５に対して接線方向に連通している。ポンプ２０から供給される流体は、凹部５０５の壁面５０１ａに沿って（図３の矢印方向に）旋回する。このとき、遠心作用によって流体が凹部５０５の壁面５０１ａに押し付けられることで、気泡が混入している場合には、気泡との分離が図られる。分離した気泡は、出口流路５１１から排出される。したがって、出口流路５１１は、旋回流の中心、つまり凹部５０５の底面中心に形成されることが好ましい。
【００２２】
なお、入口流路５０３は、直線的に流体室５０１に連通してもよいが、狭いスペースの中で所望のイナータンスを得るためには、入口流路５０３の流路を長くする必要があることから湾曲させている。
前述したように、ダイアフラム４００には補強板４１０を積層しているが、これはダイアフラム４００の耐久性を向上させるためである。すなわち、入口流路５０３の流体室５０１との接続部には、切欠状の接続開口部５０９が形成されるので、ダイアフラム４００を高い周波数で駆動したときに、接続開口部５０９近傍において応力集中が生じて疲労破壊が発生する可能性がある。そのため、切欠のない連続した開口部を有した補強板４１０を設けることで、ダイアフラム４００への応力集中を抑制している。
【００２３】
なお、補強板４１０とダイアフラム４００とは、積層固着して一体化してもよい。固着方法は、接着剤を用いる貼着、固層拡散接合、溶接などを採用すればよく、補強板４１０とダイアフラム４００とが、接合面で密着することが好ましい。
上ケース５００の四隅には、螺子孔５００ａが形成されており、この螺子孔５００ａを介して上ケース５００及び下ケース３０１を螺子６００で固定する。
上記の構成により、術者からの駆動指令が入力されたときに、コントローラ３０は、ポンプ２０を駆動して流体を噴射ユニット１００へ供給すると共に、圧電素子４０１を駆動することでダイアフラム４００を振動させ、流体を脈動状態で高速噴射させる。
【００２４】
噴射ユニット１００の流体吐出は、入口流路側のイナータンスＬ１（合成イナータンスＬ１と呼ぶことがある）と、出口流路側のイナータンスＬ２(合成イナータンスＬ２と呼ぶことがある）との差によって行われる。
イナータンスＬは、流体の密度をρ、流路の断面積をＳ、流路の長さをｈとしたとき、Ｌ＝ρ×ｈ／Ｓで表される。流路の圧力差をΔＰ、流路を流れる流体の流量をＱとした場合に、イナータンスＬを用いて流路内の運動方程式を変形することで、ΔＰ＝Ｌ×ｄＱ／ｄｔという関係が導き出される。
すなわち、イナータンスＬは、流量の時間変化に与える影響度合いを示しており、イナータンスＬが大きいほど流量の時間変化が少なく、イナータンスＬが小さいほど流量の時間変化が大きくなる。
【００２５】
また、複数の流路の並列接続や、形状が異なる複数の流路の直列接続に関する合成イナータンスは、電気回路におけるインダクタンスの並列接続や直列接続と同様に、個々の流路のイナータンスを合成して算出することができる。
なお、入口流路側のイナータンスＬ１は、接続流路５０４が入口流路５０３に対して直径が十分大きく設定されているので、イナータンスＬ１は、入口流路５０３の範囲において算出される。この際、ポンプ２０と入口流路を接続する接続チューブは柔軟性を有するため、イナータンスＬ１の算出から削除してもよい。
また、出口流路側のイナータンスＬ２は、接続流路２０１の直径が出口流路５１１よりもはるかに大きく、接続流路管２００の管部（管壁）の厚さが薄いためイナータンスＬ２への影響は軽微である。したがって、出口流路側のイナータンスＬ２は出口流路５１１のイナータンスと見なしてもよい。
【００２６】
そして、本実施形態では、入口流路側のイナータンスＬ１が出口流路側のイナータンスＬ２よりも大きくなるように、入口流路５０３の流路長と断面積、及び出口流路５１１の流路長と断面積を設定する。
一方、図１に示すように、接続チューブ２５には、流路を閉鎖可能なチューブクリップ３１が設けられており、このチューブクリップ３１による流路の開閉は、コントローラ３０によって駆動制御される。
チューブクリップ３１は、噴射ユニット１００から設定範囲内の近距離位置に設けられる。
【００２７】
接続チューブ２５内の流体圧が高いほど、且つ接続チューブ２５が柔軟であるほど、接続チューブ２５は膨張することになるので、噴射ユニット１００による流体の噴射を停止したとしても、接続チューブ２５が復元（収縮）しようとする力によって、流体が噴射ユニット１００へと送られて流体噴射開口部２１２から流出してしまう。接続チューブ２４内の流体圧が常に一定で、接続チューブ２５の柔軟性が全長に渡って均一であるとすると、噴射ユニット１００からチューブクリップ３１までの距離が長いほど、接続チューブ２５の膨張に起因して噴射ユニット１００に送られる流量が増加することになる。
したがって、設定範囲内の近距離位置とは、チューブクリップ３１よりも下流側の、接続チューブ２５の膨張に起因して噴射ユニット１００に送られる流量が許容範囲に収まるような位置である。
【００２８】
図４は、チューブクリップ３１の概略構成である。
チューブクリップ３１は、四枚の板材３２ａ〜３２ｄを筒状に連結した枠体３２と、この枠体３２の一辺を構成する板材３２ｂの内周面に一端が固定されたコイルばね３３と、このコイルばね３３の他端に固定された鉄製の金属棒３４と、板材３２ｂと対向する板材３２ａの内周面に固定された電磁石３５と、を備えている。
で、その幅方向の両端側に固定され、金属棒３４と対向する一対の電磁石３５と、を備えている。
【００２９】
板材３２ｃ及び３２ｄの内周面には、幅方向に沿った案内溝３６が形成されている。金属棒３４は、板材３２ａ及び３２ｂの幅方向と平行に配設されており、その両端が案内溝３６に係合している。電磁石３５は、金属棒３４と対向するように、板材３２ａの幅方向の両端側に固定される。そして、接続チューブ２５は、金属棒３４と板材３２ａとの間に挿通される。
上記の構成により、電磁石３５が非励磁の状態にあると（ＯＦＦ）、図４の（ａ）に示すように、金属棒３４に対する吸引力が発生しないので、金属棒３４は、接続チューブ２５の弾性力とコイルばね３３の引張力とにより、電磁石３５から離間した状態となる。したがって、金属棒３４が接続チューブ２５を押圧することはなく、接続チューブ２５の流路は開放される。このときの金属棒３４の位置を、開放位置と称す。
【００３０】
一方、電磁石３５を励磁すると（ＯＮ）、図４の（ｂ）に示すように、金属棒３４は、接続チューブ２５の弾性力とコイルばね３３の引張力とに抗して、電磁石３５に吸引される。このとき、金属棒３４と板材３２ａとの間に挿通されている接続チューブ２５は、金属棒３４によって押圧されることで、軸直方向に潰され、その流路が閉鎖される。このときの金属棒３４の位置を、閉鎖位置と称す。なお、接続チューブ２５は、柔軟性を有するため、金属棒３４を閉鎖位置から開放位置に戻す、つまり外力を取り去ると、形状が回復して再び流路が開放される。
コントローラ３０は、電磁石３５の励磁及び非励磁を制御することにより、接続チューブ２５における流路の開閉を行う。
次に、コントローラ３０で実行される駆動制御処理を、図５のフローチャートに従って説明する。
【００３１】
ステップＳ１では、ポンプ２０の主電源がＯＮになっているか否かを判定する。主電源がＯＦＦであれば、ステップＳ２に移行する。一方、主電源がＯＮであれば、ステップＳ３に移行する。
ステップＳ２では、フラグＦを“０”にリセットしてから所定のメインプログラムに復帰する。
ステップＳ３では、術者からの噴射指令が入力されているか否かを判定する。この噴射指令は、例えばペダル式のスイッチや、噴射ユニット１００の手元に設けられたスイッチを術者が操作したときに入力される信号である。噴射指令が入力されていなければ、ステップＳ４に移行する。一方、噴射指令が入力されていれば、後述するステップＳ９に移行する。
【００３２】
ステップＳ４では、フラグＦが“１”にセットされているか否かを判定する。判定結果がＦ＝０であれば、ポンプ２０の主電源を投入してからは、まだ噴射指令が入力されていないと判断してステップＳ５に移行する。一方、判定結果がＦ＝１であれば、ポンプ２０の主電源を投入してから、既に噴射指令は入力されていると判断して後述するステップＳ７に移行する。
ステップＳ５では、ポンプ２０の駆動を停止状態にする。
続くステップＳ６では、圧電素子４０１の駆動を停止状態にしてから所定のメインプログラムに復帰する。
【００３３】
ステップＳ７では、チューブクリップ３１が閉鎖されているか否かを判定する。チューブクリップ３１が開放されていれば、ステップＳ８に移行する。一方、チューブクリップ３１が閉鎖されていれば、前記ステップＳ５に移行する。
ステップＳ８では、電磁石３５を励磁し、チューブクリップ３１を閉鎖してから前記ステップＳ５に移行する。
一方、ステップＳ９では、フラグＦを“１”にセットする。
【００３４】
続くステップＳ１０では、チューブクリップ３１が開放されているか否かを判定する。チューブクリップ３１が閉鎖されていれば、ステップＳ１１に移行する。一方、チューブクリップ３１が開放されていれば、ステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１１では、電磁石３５を非励磁にし、チューブクリップ３１を開放してからステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２では、ポンプ２０を駆動制御する。
続くステップＳ１３では、圧電素子４０１を駆動制御してから所定のメインプログラムに復帰する。
【００３５】
（作用）
以上より、噴射ユニット１００が「噴射ユニット」に対応し、接続チューブ２５が「チューブ」に対応し、チューブクリップ３１が「閉鎖手段」に対応し、ステップＳ１〜Ｓ４、Ｓ７〜Ｓ１１の処理が「制御手段」に対応している。また、流体室５０１が「流体室」に対応し、流体噴射開口部２１２が「噴射口」に対応している。
【００３６】
先ず、流体室５０１での流体動作と作用効果について説明する。
圧電素子４０１が急に伸張したときに、入口流路側のイナータンスＬ１、及び出口流路側のイナータンスＬ２が十分な大きさを有しているとすると、流体室５０１の圧力が急上昇して数十気圧に達する。この圧力は、入口流路５０３に加えられていたポンプ２０による圧力より大きいため、入口流路側から流体室５０１内への流体の流入はその圧力によって減少し、出口流路５１１からの流出は増加する。したがって、入口流路側に逆止弁を設ける必要がない。
【００３７】
入口流路５０３のイナータンスＬ１は、出口流路５１１のイナータンスＬ２よりも大きいため、入口流路５０３から流体室５０１へ流入する流体の減少量よりも、出口流路５１１から吐出される流体の増加量のほうが大きくなり、接続流路２０１にパルス状の流体吐出、つまり脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管２００内を伝播して、先端のノズル２１１の流体噴射開口部２１２から流体が噴射される。また、ノズル２１１の流体噴射開口部２１２の直径は、出口流路５１１の直径よりも小さいので、流体は更に高圧・高速のパルス状の液滴として噴射される。
流体室５０１は、入口流路５０３からの流入量の減少と、出口流路５１１への流出量の増加との相互作用で、圧力上昇直後に真空状態となる。その結果、ポンプ２０の圧力と流体室５０１の真空状態との双方によって、一定時間が経過した後に、入口流路５０３の流体は、圧電素子４０１の動作前と同等な速度で、流体室５０１へと流れることになる。
【００３８】
入口流路５０３で流動が再開した後、再び圧電素子４０１の伸張があれば、ノズル２１１からの脈動流を継続して噴射することができる。
このように、脈動状態で流体を噴射することで、連続噴射する場合と比べて流体が少量で済む。また、術野に飛散し滞留する流量が少ないことで回収もしやすいので、視認性の確保にも貢献する。また、切開・切除・切断する能力は、連続噴射する場合と比べても、同等か、それ以上であることが判明している。
また、前述したように、流体室５０１では流体が旋回するので、その遠心作用によって気泡との分離が図られ、気泡は流体室５０１に滞留することなく速やかに出口流路５１１へと排出される。これにより、流体室５０１の圧力変動が阻害されることなく、十分な圧力上昇が得られる。
【００３９】
したがって、ポンプ２０により一定圧力で入口流路５０３に流体を供給するため、噴射ユニット１００の駆動を停止した状態においても入口流路５０３及び流体室５０１に流体を供給するため、呼び水動作をしなくても初期動作を開始することができる。
また、出口流路５１１の直径よりも縮小された流体噴射開口部２１２から流体を噴出するため、液圧を出口流路５１１内よりも高めることから、高速の流体噴射を可能にする。
さらに、接続流路管２００が、流体室５０１から流動される流体の脈動を流体噴射開口部２１２に伝達し得る剛性を有しているので、噴射ユニット１００からの流体の圧力伝播を妨げず、所望の脈動流を噴射することができる。
【００４０】
また、入口流路５０３のイナータンスを、出口流路５１１のイナータンスよりも大きく設定していることから、入口流路５０３から流体室５０１への流体の流入量の減少よりも大きい流出量の増加が出口流路５１１に発生し、接続流路管２００内にパルス状の流体吐出を行うことができる。したがって、入口流路５０３側に逆止弁を設けなくてもよく、噴射ユニット１００の構造を簡素化できるとともに、内部の洗浄が容易になる他、逆止弁を用いることに起因する耐久性の不安を排除することができる。
なお、入口流路５０３及び出口流路５１１双方のイナータンスを十分大きく設定することにより、流体室５０１の容積を急激に縮小すれば、流体室５０１内の圧力を急激に上昇させることができる。
【００４１】
また、圧電素子４０１とダイアフラム４００とを採用し、流体室５０１の容積を可変にしているので、構造の簡素化と、それに伴う小型化を実現できる。また、流体室５０１の容積変化の最大周波数を１ＫＨｚ以上の高い周波数にすることができ、高速脈動流の噴射に最適である。
また、流体室５０１内で旋回流を発生させることで、流体を遠心力により流体室の外周方向に押しやり、旋回流の中心部に気泡が集中し、出口流路５１１から気泡を排除することができる。このことから、流体室５０１内に気泡が滞留することによる圧力振幅の低下を防止することができ、噴射ユニット１００の安定した駆動を継続することができる。
さらに、流体が入口流路５０３を通過するだけで旋回流が発生するので、容易に旋回流を発生させることができる。
【００４２】
また、入口流路５０３は溝によって形成されているので、部品数を増やすこともない。
また、ダイアフラム４００の上面に補強板４１０を備えていることにより、ダイアフラム４００は補強板４１０の開口部外周を支点として駆動するため、応力集中が発生しにくく、ダイアフラム４００の耐久性を向上させることができる。なお、補強板４１０のダイアフラム４００との接合面の角部を丸めておけば、ダイアフラム４００の応力集中を更に緩和することができる。
【００４３】
また、補強板４１０とダイアフラム４００とを積層し、一体に固着すれば、噴射ユニット１００の組立性を向上させることができる他、ダイアフラム４００の外周縁部の補強効果もある。
また、ポンプ２０から流体を供給する入口側の接続流路５０４と入口流路５０３との接続部に、流体を滞留する流体溜り５０７を設けているために、接続流路５０４のイナータンスが入口流路５０３に与える影響を抑制することができる。
さらに、上ケース５００と下ケース３０１との接合面において、ダイアフラム４００の外周方向に離間した位置にリング状のパッキン４５０を備えているために、流体室５０１からの流体の漏洩を防止し、流体室５０１内の圧力低下を防止することができる。
【００４４】
次に、チューブクリップ３１の動作と作用効果について説明する。
ポンプ２０と流体室５０１とは柔軟な接続チューブ２５で接続されているので、ポンプ２０の吐出圧が高いほど、且つ接続チューブ２５が柔軟であるほど、接続チューブ２５が膨張することになる。したがって、噴射ユニット１００の噴射を停止するために、圧電素子４０１とポンプ２０の駆動を停止したとしても、接続チューブ２５が復元（収縮）しようとする力によって、流体が流体室５０１へと送られて流体噴射開口部２１２から流出してしまう。また、ポンプ２０の駆動を停止してから、実際にポンプ２０の回転が停止するまでの応答差が大きいときにも、同様の流出が起こる。こうした流出は、無駄であるばかりか、術野の視認性を低下させるため、施術性が低下することになる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、接続チューブ２５の流路を閉鎖可能なチューブクリップ３１を設けている。そして、流体噴射を停止するとき、つまり術者からの噴射指令が停止されたときに（ステップＳ３の判定が“No”）、先ずチューブクリップ３１を閉鎖し（ステップＳ７、Ｓ８）、次にポンプ２０及び圧電素子４０１の駆動を停止する（ステップＳ５、Ｓ６）。
これにより、流体が噴射ユニット１００に送られて流出してしまうことを防止することができる。
【００４６】
チューブクリップ３１は、接続チューブ２５を外側から押圧するだけの構造なので、流路を殺菌又は滅菌する処理が容易になる。すなわち、開閉バルブのようなアクチュエータを接続チューブ２５上に設ける構造では、接続チューブ２５の流路のみならず開閉バルブをも殺菌又は滅菌しなければならず、処理工数が増加してしまう。
また、チューブクリップ３１は、噴射ユニット１００から設定範囲内の近距離位置に設けられる。これにより、チューブクリップ３１よりも下流側の接続チューブ２５の膨張に起因して噴射ユニット１００に送られる流量を抑制することができる。
そして、再び流体噴射を行うとき、つまり術者からの噴射指令が入力されたときに（ステップＳ３の判定が“Yes”）、先ずチューブクリップ３１を開放し（ステップＳ１０、Ｓ１１）、次にポンプ２０及び圧電素子４０１を再駆動する（ステップＳ１２、Ｓ１３）。
【００４７】
接続チューブ２５は、柔軟性を有するため、チューブクリップ３１を開放する、つまり外力を取り去ると、形状が回復して再び流路が開放されるので、ポンプ２０の駆動に応じて噴射ユニット１００に流体が供給されると共に、圧電素子４０１の駆動に応じて流体噴射開口部２１２から流体が噴射される。
一方、ポンプ２０の主電源を投入してから、噴射指令が入力されるまでの間は、最初の噴射指令の入力に備えて、チューブクリップ３１を開放しておく。チューブクリップ３１は、電磁石３５が非励磁のときに、接続チューブ２５の流路が開放されるノーマルオープン構造になっているので、最初の噴射指令が入力されるまでの間は、そのまま待機する。これにより、噴射指令が入力されたときには（ステップＳ３の判定が“Yes”）、既にチューブクリップ３１が開放されているので（ステップＳ１０の判定が“Yes”）、直ぐにポンプ２０及び圧電素子４０１の駆動に移行することができる。
【００４８】
（変形例）
なお、本実施形態では、電磁石３５が非励磁のときに、接続チューブ２５の流路が開放されるノーマルオープン構造について説明したが、これに限定されるものではなく、電磁石３５を励磁したときに、接続チューブ２５の流路が開放されるノーマルクローズ構造を採用してもよい。
また、本実施形態では、電磁石３５の励磁によって金属棒３４を吸引することで、接続チューブ２５を押圧しているが、これに限定されるものではなく、図６に示すように、偏心カム４１を回転させることで、接続チューブ２５を押圧してもよい。さらに、図７に示すように、ソレノイドコイル４２の励磁によって、プランジャ４３を接続チューブ２５に対して進退させることで、接続チューブ２５を押圧してもよい。
また、本実施形態では、流体を脈動状態で高速噴射する噴射ユニット１００について説明したが、これに限定されるものではなく、流体を連続して高速噴射するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】流体噴射装置１の全体構成である。
【図２】噴射ユニット１００の概略構成である。
【図３】上ケース５００の接合面である。
【図４】チューブクリップ３１の概略構成である。
【図５】駆動制御処理を示すフローチャートである。
【図６】チューブクリップ３１の変形例である。
【図７】チューブクリップ３１の変形例である。
【符号の説明】
【００５０】
１…流体噴射装置、１０…流体容器、１５…接続チューブ、２５…接続チューブ、２０…ポンプ、３０…コントローラ、３１…チューブクリップ、３２…枠体、３３…コイルばね、３４…金属棒、３５…電磁石、３６…案内溝、４１…偏心カム、４２…ソレノイドコイル、４３…プランジャ、１００…噴射ユニット、２００…接続流路管、２０１…接続流路、２１１…ノズル、２１２…流体噴射開口部、４０１…圧電素子、５０１…流体室、５０３…入口流路、５１１…出口流路
【図１】
2010075589.tif 000003
【図２】
2010075589.tif 000004
【図３】
2010075589.tif 000005
【図４】
2010075589.tif 000006
【図５】
2010075589.tif 000007
【図６】
2010075589.tif 000008
【図７】
2010075589.tif 000009