(57)【要約】【課題】ダイアフラムの耐久性を確保した流体噴射装置を提供する。【解決手段】容積が変更可能な流体室５０１と、流体室５０１に連通する入口流路５０３及び出口流路５１１と、出口流路５１１側に設けられた流体噴射開口部２１２と、流体室５０１の容積を変更する容積変更手段として伸縮素子である圧電素子４０１及びダイアフラム４００と、ダイアフラム４００の変形を抑制する変形抑制手段４２０とを有し、ダイアフラム４００は、ダイアフラム４００の外周部を固定する外周固定手段により固定されている外周固定部位と、圧電素子４０１と接続している接続部位とを有し、変形抑制手段４２０は、ダイアフラム４００における圧電素子４０１が配置される側に、外周固定手段と固着して配置され、ダイアフラム４００の外周固定部位と接続部位との間の部位が、圧電素子４０１が配置される側への変形を抑制する。【選択図】図２
2010084566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容積が変更可能な流体室と、
前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、
前記出口流路側に設けられた流体噴射開口部と、
前記流体室の容積を変更する容積変更手段として伸張または収縮する伸縮素子及びダイ
アフラムと、
前記ダイアフラムの変形を抑制する変形抑制手段とを有し、
前記ダイアフラムは、当該ダイアフラムの外周部を固定する外周固定手段により固定さ
れている外周固定部位と、前記伸縮素子と接続している接続部位とを有し、
前記変形抑制手段は、前記ダイアフラムにおける前記伸縮素子が配置される側に、前記
外周固定手段と固着して配置され、前記ダイアフラムの前記外周固定部位と前記接続部位
との間の部位が、前記伸縮素子が配置される側への変形を抑制することを特徴とする流体
噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体噴射装置において、
前記ダイアフラムが前記伸縮素子の伸張または収縮によって変形させられていない場合
、当該ダイアフラムと前記変形抑制手段とが接していることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項３】
請求項１に記載の流体噴射装置において、
前記変形抑制手段は、環状もしくは筒状の構造体であることを特徴とする流体噴射装置
。
【請求項４】
請求項１に記載の流体噴射装置において、
前記外周固定手段の一部と前記変形抑制手段とが一体に形成されていることを特徴とす
る流体噴射装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の流体噴射装置を有することを特徴とする
手術用器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を噴射する流体噴射装置、およびそれを用いた手術用器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体噴射装置においては、容積変更手段として圧電素子とダイアフラムとを備え
、圧電素子の伸張または収縮による変形によってダイアフラムを変形させて流体室内の容
積を周期的に変化させる。これにより、流体室内が周期的に加圧される。そして、流体の
脈動が発生し、流体室から流動される流体の脈動が流体噴射開口部に伝わることで流体が
流体噴射開口部より噴射される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８２２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような特許文献１では、ダイアフラムを変形させるために、圧電素子とダイアフラ
ムとを固定する部位とダイアフラムの周辺部を固定するための部位との間に隙間を設ける
必要がある。しかしながら、このような隙間は流体室内が加圧されたときには流体室の外
側（以下、「伸縮素子が配置される側」とも言う。）に対して変形してしまい流体室内の
圧力を低下させる原因となる。そのため、圧力が低下してしまうと流体を強く噴射するこ
とが困難となる。
また、このような流体室の圧力の低下を避けるために隙間を小さくすると、ダイアフラ
ムの変形時に隙間部分に応力が集中してダイアフラムが破損してしまう可能性がある。特
に、容積変更手段が圧電素子の場合、伸張または収縮の変形量が微小なため、ダイアフラ
ムが変形し易いように肉薄もしくはシート状のダイアフラムを用いるため、これらの問題
が非常に起き易い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するように、以下の形態または適用例と
して実現される。
【０００６】
〔適用例１〕本適用例の流体噴射装置は、容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連
通する入口流路及び出口流路と、前記出口流路側に設けられた流体噴射開口部と、前記流
体室の容積を変更する容積変更手段として伸張または収縮する伸縮素子及びダイアフラム
と、前記ダイアフラムの変形を抑制する変形抑制手段とを有し、前記ダイアフラムは、当
該ダイアフラムの外周部を固定する外周固定手段により固定されている外周固定部位と、
前記伸縮素子と接続している接続部位とを有し、前記変形抑制手段は、前記ダイアフラム
における前記伸縮素子が配置される側に、前記外周固定手段と固着して配置され、前記ダ
イアフラムの前記外周固定部位と前記接続部位との間の部位が、前記伸縮素子が配置され
る側への変形を抑制することを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、伸縮素子が配置される側へのダイアフラムの変形を抑制する変形抑
制手段が配置されているため、流体室内が加圧されたときに、外周固定部位と接続部位と
の間の部分が流体室の外側に変形してしまうことが抑制できる。従って、流体室内の圧力
を低下させることが抑制でき、流体を強く噴射することが可能となる。また、変形抑制手
段は、当該ダイアフラムの伸縮素子が配置される側に配置されているため、対向する側の
流体室側には、外周固定部位と接続部位との間の部分が自由に変形できる。従って、ダイ
アフラムの変形時に外周固定部位と接続部位に応力が集中することを緩和でき、ダイアフ
ラムの耐久性を確保することが可能となり、また流体を強く噴射することも可能となる。
【０００８】
〔適用例２〕また、上記適用例に記載の流体噴射装置であって、前記ダイアフラムが前
記伸縮素子の伸張または収縮によって変形させられていない場合、当該ダイアフラムと前
記変形抑制手段とが接していることを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、ダイアフラムが伸縮素子によって変形させられていない状態で、ダ
イアフラムと変形抑制手段とが既に接するため、伸縮素子が伸張し始めたときに効率よく
流体室内を加圧することができる。
【００１０】
〔適用例３〕また、上記適用例に記載の流体噴射装置であって、前記変形抑制手段は、
環状もしくは筒状の構造体であることを特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、変形抑制手段から受ける抗力を均一にダイアフラムに伝えることが
できる。従って、ダイアフラムの耐久性を確保しながら流体を強く噴射することが可能と
なる。
【００１２】
〔適用例４〕また、前記外周固定手段の一部と前記変形抑制手段とが一体に形成されて
いることを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、変形手段も固定され剛性が確保される。従って、流体室内の圧力低
下を抑制し易くなる。
【００１４】
〔適用例５〕本適用例の手術用器具は、上述の流体噴射装置を有することを特徴とする
。
【００１５】
本適用例によれば、上述の流体噴射装置の利点を有する手術用器具を提供することが可
能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好まし
い種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定
する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参
照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図
である。
【００１７】
また、本発明による流体噴射装置は、インク等を用いた描画、細密な物体及び構造物の
洗浄、物体の切断や切除、手術用メス等様々に採用可能であるが、以下に説明する実施の
形態では、生体組織を切開または切除することに好適な流体噴射装置を例示して説明する
。従って、実施の形態にて用いる流体は、水、生理食塩水、薬液等である。
【００１８】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る流体噴射装置の概略構成を示す説明図である。図１
において、流体噴射装置１は、基本構成として流体を収容する流体容器１０と、圧力発生
部としてのポンプ２０と、ポンプ２０から供給される流体を脈動流動する脈動発生部１０
０と、から構成されている。
【００１９】
脈動発生部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２０
０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。
【００２０】
この流体噴射装置１における流体の流動を簡単に説明する。流体容器１０に収容された
流体は、接続チューブ１５を介してポンプ２０によって吸引され、一定の圧力で接続チュ
ーブ２５を介して脈動発生部１００に供給する。脈動発生部１００には流体室５０１（図
２、参照）と、この流体室５０１の容積変更手段とを備えており、容積変更手段を駆動さ
せることによって脈動を発生させ、接続流路管２００、ノズル２１１を通して流体を高速
で噴射する。
【００２１】
次に、本実施形態による脈動発生部１００の構造について説明する。図２は、本実施形
態に係る脈動発生部１００の構造を示す断面図である。図２において、脈動発生部１００
は、流体の脈動を発生するために、流体室５０１の容積変更手段として圧電素子４０１と
ダイアフラム４００を含んで構成される。
【００２２】
まず、脈動発生部１００は、上ケース５００と下ケース３０１とをそれぞれ対向する面
において接合され、４本の固定螺子６００（図示は一部省略）によって螺着されている。
下ケース３０１は、鍔部を有する筒状部材であって、一方の端部は底板３１１で密閉され
ている。この下ケース３０１の内部空間に圧電素子４０１が配設される。
【００２３】
伸縮素子である圧電素子４０１は、積層型圧電素子であってアクチュエータを構成する
。圧電素子４０１の一方の端部は補助板４１１を介してダイアフラム４００に、他方の端
部は底板３１１の上面３１２に固着されている。補助板４１１は円盤状の金属板からなる
。
【００２４】
また、ダイアフラム４００は、円盤状の金属薄板からなり、下ケース３０１の凹部３０
３内において周縁部が凹部３０３の底面に密着固着されている。そして、圧電素子４０１
に駆動信号を入力することで、圧電素子４０１の伸張、収縮に伴いダイアフラム４００を
介して流体室５０１の容積を変更する。なお、圧電素子４０１は、磁歪素子や静電アクチ
ュエータ等を利用しても構わない。
【００２５】
ダイアフラム４００の上面には、中心部に開口部を有する環状の金属薄板からなる補強
板４１０が積層配設される。上ケース５００は、下ケース３０１と対向する面の中心部に
凹部が形成され、この凹部とダイアフラム４００とに囲まれた空間が流体室５０１である
。流体室５０１の略中央部には出口流路５１１が穿設されている。
【００２６】
出口流路５１１は、流体室５０１から上ケース５００の一方の端面から突設された出口
流路管５１０の端部まで貫通されている。出口流路５１１と流体室５０１の封止面５０５
との接続部は、流体抵抗を減ずるために滑らかに丸められている。出口流路管５１０には
接続流路管２００が接続されている。接続流路管２００には接続流路２０１が穿設されて
おり、接続流路２０１の直径は出口流路５１１の直径より大きい。また、接続流路管２０
０の管部の厚さは、流体の圧力脈動を吸収しない剛性を有する範囲に形成されている。接
続流路管２００の先端部には、ノズル２１１が挿着されている。このノズル２１１には流
体噴射開口部２１２が穿設されている。流体噴射開口部２１２の直径は、接続流路２０１
の直径より小さい。
【００２７】
上ケース５００の側面には、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、入口流路管５０２に入口流路側の接続流路５０４
が穿たれている。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
、流体室５０１の封止面５０５の周縁部に溝状に形成され、流体室５０１に連通している
。
【００２８】
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
の離間した位置には、下ケース３０１側にパッキンボックス３０４、上ケース５００側に
パッキンボックス５０６が形成されており、パッキンボックス３０４，５０６にて形成さ
れる空間にリング状のパッキン４５０が装着されている。
【００２９】
ここで、上ケース５００と下ケース３０１とを組立てたとき、ダイアフラム４００の周
縁部と補強板４１０の周縁部とは、上ケース５００の封止面５０５の周縁部と下ケース３
０１の凹部３０３の底面によって密接されている。この際、パッキン４５０は上ケース５
００と下ケース３０１によって押し圧されて、流体室５０１からの流体漏洩を防止してい
る。
【００３０】
続いて、ダイアフラム４００及びその周辺部について図面を参照してさらに詳しく説明
する。図３は、図２の一部を拡大したダイアフラム４００及びその周辺部の断面図である
。なお、説明に不要な部品は説明を分かり易くするために省略する。
【００３１】
ダイアフラム４００は、円盤状の金属薄板からなり、下ケース３０１の凹部３０３内に
おいて周縁部が凹部３０３の底面で密着固着される。すなわち、下ケース３０１は、ダイ
アフラム４００の外周部を固定する外周固定手段であり、下ケース３０１によって外周固
定部位４００ａが固定される。
【００３２】
また、ダイアフラム４００は、円盤状の金属板からなる補助板４１１を介して、圧電素
子４０１の伸張、収縮による力が伝わるように圧電素子４０１と接続される。このとき、
補助板４１１は円盤状であるため、ダイアフラム４００における圧電素子４０１と接続さ
れる接続部位４００ｂは円形となり、接続部位４００ｂの同心円状に外周固定部位４００
ａを位置させることで、圧電素子４０１の伸張、収縮によってダイアフラム４００が変形
する際に、ダイアフラム４００に不均等に応力が集中しないようにしている。
【００３３】
さらに、ダイアフラム４００の圧電素子４０１側には、環状の変形抑制手段４２０が配
置され、流体の圧力脈動を吸収しない剛性を有する範囲の下ケース３０１に固着されてい
る。また、変形抑制手段４２０は、外周固定部位４００ａと接続部位４００ｂの間の中間
部位４００ｃと対向する位置にあり、中間部位４００ｃが圧電素子４０１側に変形するの
を抑制している。
【００３４】
なお、図３において、圧電素子４０１には電圧が印加されていない状態であって、圧電
素子４０１は伸張または収縮していない。このとき、中間部位４００ｃと変形抑制手段４
２０は接しているが、中間部位４００ｃと変形抑制手段４２０とが近接する位置関係であ
ったとしてもポンプ２０により定常的に流体室５０１が加圧されているため、中間部位４
００ｃと変形抑制手段４２０は接していて、変形抑制手段４２０により変形が抑制さてい
る状態となっている。
【００３５】
図４にダイアフラム４００側から見た変形抑制手段４２０の平面図を示す。変形抑制手
段４２０は、環状の構造体であり、接続部位４００ｂの同心円状に対応する位置に配置さ
せることで圧電素子４０１の伸張、収縮によってダイアフラム４００が変形する際に、ダ
イアフラム４００に不均等に応力が集中しないようにできる。
【００３６】
続いて、圧電素子４０１の伸張、収縮によってダイアフラム４００が変形する様子につ
いて図面を参照してさらに詳しく説明する。図５は、ダイアフラム４００が変形する様子
を示す説明図であり、図３と同じくダイアフラム４００及びその周辺部の断面図である。
【００３７】
図５（ａ）は、圧電素子４０１に電圧が印加されていない状態である。
【００３８】
そして、図５（ｂ）は、圧電素子４０１に印加する電圧を上げて、圧電素子４０１が伸
張してダイアフラム４００が変形する状態である。このとき、図５（ａ）において、中間
部位４００ｃと変形抑制手段４２０は接しているため、図５（ｂ）のように圧電素子４０
１が伸張し始めたときに効率よく流体室５０１内を加圧することができる。
【００３９】
そして、図５（ｃ）は、圧電素子４０１に印加する電圧をさらに上げて、圧電素子４０
１がさらに伸張してダイアフラム４００が変形する状態である。このとき、流体室５０１
は加圧され、中間部位４００ｃが圧電素子４０１側に変形しようとするが、変形抑制手段
４２０により変形が抑制される。また、変形抑制手段４２０がダイアフラム４００の圧電
素子４０１側に配置され、そして中間部位４００ｃは変形抑制手段４２０とは固着されて
いないため、対向する側の流体室５０１側には比較的自由に変形が可能で、中間部位４０
０ｃへの引っ張り応力が発生しても、ダイアフラム４００の耐久性を確保することが容易
となっている。つまり、補助板４１１と変形抑制手段４２０との間の隙間を小さくするこ
とで、中間部位４００ｃが流体室５０１の外側に変形してしまうのをさらに抑制でき、ダ
イアフラム４００に過度な応力は発生しにくい。
【００４０】
そして、図５（ｄ）は、圧電素子４０１に印加する電圧を下げて、圧電素子４０１が収
縮してダイアフラム４００が変形する状態である。
【００４１】
そして、図５（ｅ）は、圧電素子４０１に印加する電圧をさらに下げて、圧電素子４０
１がさらに収縮してダイアフラム４００が変形する状態である。
【００４２】
そして、図５（ａ）に戻り、図５（ａ）から図５（ｅ）を繰り返すことで、脈動を発生
して、流体を噴射する。
【００４３】
従って、前述した実施形態１によれば、圧電素子４０１が配置される側へのダイアフラ
ム４００の変形を抑制する変形抑制手段４２０が配置されているため、流体室５０１内が
加圧されたときに、中間部位４００ｃが流体室５０１の外側に変形してしまうことを抑制
できる。従って、流体室５０１内の圧力が低下することを抑制でき、流体を強く噴射する
ことが可能となる。
【００４４】
また、変形抑制手段４２０は、ダイアフラム４００の圧電素子４０１が配置される側に
配置されているため、対向する側の流体室５０１側には、中間部位４００ｃが自由に変形
でき、ダイアフラム４００の変形時に中間部位４００ｃに応力が集中することを緩和でき
るのでダイアフラム４００の耐久性を確保することが可能になり、流体を強く噴射するこ
とも可能となる。
【００４５】
また、ダイアフラム４００が圧電素子４０１の伸張または収縮によって変形させられて
いない状態において、ダイアフラム４００と変形抑制手段４２０とが接しているため、圧
電素子４０１が伸張し始めたときに効率よく流体室５０１内を加圧することができる。
【００４６】
また、変形抑制手段４２０が環状の構造体であるため、ダイアフラム４００が変形抑制
手段４２０から受ける抗力を均一にすることができる。従って、ダイアフラム４００の耐
久性を確保し、また流体を強く噴射することも可能となる。
【００４７】
（実施形態２）
続いて、本発明の実施形態２に係る脈動発生部について図面を参照して説明する。実施
形態２は、外周固定手段である下ケース３０１の一部と変形抑制手段とが一体となってい
る特徴を有している。変形抑制手段以外は、前述した実施形態１と同じ構造であるので説
明を省略し、同じ機能部位には実施形態１と同じ符号を附して説明する。図６は、ダイア
フラム４００及びその周辺部の断面図である。
【００４８】
ダイアフラム４００は、円盤状の金属薄板からなり、下ケース３０１の凹部３０３内に
おいて周縁部が凹部３０３の底面で密着固着される。すなわち、下ケース３０１は、ダイ
アフラム４００の外周部を固定する外周固定手段であり、下ケース３０１によって外周固
定部位４００ａが固定される。
【００４９】
また、ダイアフラム４００は、円盤状の金属板からなる補助板４１１を介して、圧電素
子４０１の伸張、収縮による力が伝わるように圧電素子４０１と接続される。このとき、
補助板４１１は円盤状であるため、ダイアフラム４００における圧電素子４０１と接続さ
れる接続部位４００ｂは円形となり、接続部位４００ｂの同心円状に外周固定部位４００
ａを位置させることで、圧電素子４０１の伸張、収縮によってダイアフラム４００が変形
する際に、ダイアフラム４００に不均等に応力が集中しないようにしている。
【００５０】
さらに、ダイアフラム４００の圧電素子４０１側には、環状の変形抑制手段４２１が外
周固定手段である下ケース３０１と一体となって配置されている。また、変形抑制手段４
２１は、外周固定部位４００ａと接続部位４００ｂの間の中間部位４００ｃと対向する位
置にあり、中間部位４００ｃが圧電素子４０１側に変形するのを抑制している。ただし、
中間部位４００ｃにおいて、ダイアフラム４００と変形抑制手段４２１とは固着されてい
ない。
【００５１】
従って、前述した実施形態２によれば、外周固定手段である下ケース３０１の一部と変
形抑制手段４２１とが一体となっているため、変形抑制手段４２１も固定され剛性が確保
される。従って、流体室５０１内の圧力低下を抑制し易くなる。
【００５２】
なお、実施形態２の変形例として、図７に示した脈動発生部１０２のように、環状の構
造体の変形抑制手段ではなく、変形抑制手段４２２を筒状の構造体として下ケース３０１
と一体にして形成しても構わない。
【００５３】
尚、本発明では、変形抑制手段がダイアフラムの圧電素子が配置される側に配置されて
いるため、圧電素子が収縮する場合には、変形抑制手段がダイアフラムの変形を抑制する
効果は少ない。しかし、生体組織を切開または切除することを考えた場合、圧電素子を伸
張して流体を強く噴射することが重要となるため、このような構成であっても問題ない。
【００５４】
また、実施の形態のように、脈動発生部に流体を供給する圧力発生部としてのポンプを
備える場合には、ポンプにより流体室内が加圧された状態となるため、変形抑制手段がダ
イアフラムの圧電素子が配置される側に配置されていることにより、ダイアフラムの変形
を緩和することに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態１に係る流体噴射装置の概略構成を示す説明図。
【図２】本発明の実施形態１に係る脈動発生部の構造を示す断面図。
【図３】本発明の実施形態１に係るダイアフラム及びその周辺部を示す断面図。
【図４】本発明の実施形態１に係る変形抑制手段を示す平面図。
【図５】本発明の実施形態１に係るダイアフラムの変形の様子を示す説明図。
【図６】本発明の実施形態２に係るダイアフラム及びその周辺部を示す断面図。
【図７】本発明の実施形態２の変形例に係る脈動発生部の構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００５６】
１…流体噴射装置、１５，２５…接続チューブ、２０…ポンプ、１００…脈動発生部、
２００…接続流路管、２０１…接続流路、２１１…ノズル、２１２…流体噴射開口部、３
０１…下ケース、３０３…凹部、３０４，５０６…パッキンボックス、３１１…底面、３
１２…上面、４００…ダイアフラム、４０１…伸縮素子としての圧電素子、４００ａ…外
周固定部位、４００ｂ…接続部位、４００ｃ…中間部位、４１１…補助板、４２０，４２
１，４２２…変形抑制手段、４５０…パッキン、５０１…流体室、５０２…入口流路管、
５０３…入口流路、５０４…接続流路、５０５…封止面、５１０…出口流路管、５１１…
出口流路。
【図１】
2010084566.tif 000003
【図２】
2010084566.tif 000004
【図３】
2010084566.tif 000005
【図４】
2010084566.tif 000006
【図５】
2010084566.tif 000007
【図６】
2010084566.tif 000008
【図７】
2010084566.tif 000009