(57)【要約】【課題】圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行えるようにすること。【解決手段】圧電素子４０１の充電経路上に発光ダイオード７０１を挿入し、充電経路上を流れる電流で発光ダイオード７０１が発光するようにした。それゆえ、圧電素子４０１およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子４０１の充電経路上に電流が流れ、発光ダイオード７０１が発光する。また、圧電素子４０１またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子４０１の充電経路上に電流が流れず、発光ダイオード７０１が発光しない。そのため、発光ダイオード７０１の発光状態を確認することで、圧電素子４０１およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。【選択図】図５
2010084679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記圧電素子の充電経路上に挿入され、当該充電経路上を流れる電流で発光する発光手段と、
を備えたことを特徴とする流体噴射装置。
【請求項２】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記圧電素子の放電経路上に挿入され、当該放電経路上を流れる電流で発光する発光手段と、
を備えたことを特徴とする流体噴射装置。
【請求項３】
前記発光手段は、前記流体噴射口による前記流体の噴射先に前記発光で生じた光を照射すること
を特徴とする請求項１または２に記載の流体噴射装置。
【請求項４】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、
電力により動作し、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記圧電素子から放電される電荷を前記流体供給手段に電力として供給する電力供給手段と、
を備えることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項５】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、を備えた流体噴射装置の制御方法であって、
前記圧電素子の充電経路上を流れる電流で発光手段を発光させること
を特徴とする流体噴射装置の制御方法。
【請求項６】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、を備えた流体噴射装置の制御方法であって、
前記圧電素子の放電経路上を流れる電流で発光手段を発光させること
を特徴とする流体噴射装置の制御方法。
【請求項７】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、
電力により動作し、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、を備えた流体噴射装置の制御方法であって、
前記圧電素子から放電される電荷を前記流体供給手段に電力として供給すること
を特徴とする流体噴射装置の制御方法。
【請求項８】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記圧電素子の充電経路上に挿入され、当該充電経路上を流れる電流で発光する発光手段と、
を備えたことを特徴とする手術装置。
【請求項９】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記圧電素子の放電経路上に挿入され、当該放電経路上を流れる電流で発光する発光手段と、
を備えたことを特徴とする手術装置。
【請求項１０】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、
電力により動作し、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記圧電素子から放電される電荷を前記流体供給手段に電力として供給する電力供給手段と、
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、流体を噴射する流体噴射装置、流体噴射装置の制御方法および手術装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織を切開または切除する流体噴射装置として、ポンプ室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行うマイクロポンプと、マイクロポンプの出口流路に一方の端部が接続され、他方の端部が出口流路の直径よりも縮小された開口部（ノズル）が設けられた接続流路と、接続流路が穿設されマイクロポンプから流動される流体の脈動を前記開口部に伝達し得る剛性を有する接続流路管と、が備えられ、流体は脈動波群と休止部との繰り返しで流動され、高速で開口部から噴射される流体噴射装置というものが知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１記載の技術によれば、脈動する流体を高速で噴射することが可能であり、その制御も容易である。また、脈動する流体の噴射は手術等において組織の切開能力が高い一方、流体量が少なくてすむため、術野に流体が滞留することが少ない。従って、視認性が向上し、組織の飛散を防ぐ効果があった。
【特許文献１】特開２００５−１５２１２７号公報（第７，８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の技術を含め、圧電素子を用いて、流体の収容室の容積を変化させ、流体を吐出させる流体噴射装置においては、圧電素子またはその周辺回路が故障した場合、収容室の容積を変化できず、流体を適切に吐出できない。そのため、圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行えることが望まれていた。
本発明の課題は、圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以上の課題を解決するため、第１の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、前記圧電素子の充電経路上に挿入され、当該充電経路上を流れる電流で発光する発光手段と、を備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、圧電素子およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子の充電経路上に電流が流れ、圧電素子に充電が行われる度に発光手段が発光する。また、圧電素子またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子の充電経路上に電流が流れないので、発光手段が発光しない。そのため、発光手段の発光状態を確認することで、圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。
【０００５】
また、第２の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、前記圧電素子の放電経路上に挿入され、且つ、当該放電経路上を流れる電流で発光する発光手段と、を備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、圧電素子およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子の放電経路上に電流が流れ、圧電素子から放電が行われる度に発光手段発光する。また、圧電素子またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子の放電経路上に電流が流れないので、発光手段が発光しない。そのため、発光手段の発光状態を確認することで、圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。
【０００６】
さらに、第３の発明は、
前記発光手段は、前記流体噴射口による前記流体の噴射先に前記発光で生じた光を照射することを特徴とする。
このような構成によれば、発光手段を、流体の噴射部位を照らすライトとして利用できる。
【０００７】
また、第４の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、電力により動作し、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、前記圧電素子から放電される電荷を前記流体供給手段に電力として供給する電力供給手段と、を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、圧電素子およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子から放電される電荷が流体供給手段に電力として供給され、流体供給手段が動作する。また、圧電素子またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子から電荷が放電されないので、流体供給手段が動作しない。そのため、流体供給手段の動作状態を確認することで、圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。
【０００８】
さらに、第５の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、を備えた流体噴射装置の制御方法であって、前記圧電素子の充電経路上を流れる電流で発光手段を発光させることを特徴とする。
このような構成によれば、圧電素子およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子の充電経路上に電流が流れ、圧電素子に充電が行われる度に発光手段が発光する。また、圧電素子またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子の充電経路上に電流が流れないので、発光手段が発光しない。そのため、発光手段の発光状態を確認することで、圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。
【０００９】
また、第６の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、を備えた流体噴射装置の制御方法であって、前記圧電素子の放電経路上を流れる電流で発光手段を発光させることを特徴とする。
このような構成によれば、圧電素子およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子の放電経路上に電流が流れ、圧電素子から放電が行われる度に発光手段発光する。また、圧電素子またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子の放電経路上に電流が流れないので、発光手段が発光しない。そのため、発光手段の発光状態を確認することで、圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。
【００１０】
さらに、第７の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、電力により動作し、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、を備えた流体噴射装置の制御方法であって、前記圧電素子から放電される電荷を前記流体供給手段に電力として供給することを特徴とする。
このような構成によれば、圧電素子およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子から放電される電荷が流体供給手段に電力として供給され、流体供給手段が動作する。また、圧電素子またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子から電荷が放電されないので、流体供給手段が動作しない。そのため、流体供給手段の動作状態を確認することで、圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。
【００１１】
また、第８の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、前記圧電素子の充電経路上に挿入され、当該充電経路上を流れる電流で発光する発光手段と、を備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、圧電素子およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子の充電経路上に電流が流れ、圧電素子に充電が行われる度に発光手段が発光する。また、圧電素子またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子の充電経路上に電流が流れないので、発光手段が発光しない。そのため、発光手段の発光状態を確認することで、圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。
【００１２】
さらに、第９の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、前記圧電素子の放電経路上に挿入され、且つ、当該放電経路上を流れる電流で発光する発光手段と、を備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、圧電素子およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子の放電経路上に電流が流れ、圧電素子から放電が行われる度に発光手段発光する。また、圧電素子またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子の放電経路上に電流が流れないので、発光手段が発光しない。そのため、発光手段の発光状態を確認することで、圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。
【００１３】
また、第１０の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路と、前記流体室に連通し且つ前記流体室から流出した流体を噴出する流体噴射口と、を有する脈動発生部と、電力により動作し、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に充電および放電を行い、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、前記圧電素子から放電される電荷を前記流体供給手段に電力として供給する電力供給手段と、を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、圧電素子およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子から放電される電荷が流体供給手段に電力として供給され、流体供給手段が動作する。また、圧電素子またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子から電荷が放電されないので、流体供給手段が動作しない。そのため、流体供給手段の動作状態を確認することで、圧電素子およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
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。
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、手術用のウォーターパルス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。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体噴射装置１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、一定の圧力を発生して脈動発生部１００に流体を供給するポンプ２０と、流体の噴射を制御する制御部３０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１００と、を備えている。なお、本実施形態において、制御部３０とポンプ２０とは一体のユニットとして構成され、制御部３０と脈動発生部１００とは、各種信号を入出力するための信号線によって接続されている。
【００１６】
（流体経路の構成）
初めに、流体噴射装置１の流体経路の構成について説明する。
本実施形態において、脈動発生部１００は、圧電素子によって発生させた圧力によって流体を噴射する流体噴射ユニットを構成している。なお、流体噴射ユニットは、流体噴射装置１をウォーターパルスメスとして構成した場合、手術等において術者が把持して使用するハンドピースに相当する。
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。
【００１７】
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に供給される。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して脈動を発生して、接続流路管２００、ノズル２１１を通して流体を高速で噴射する。脈動発生部１００の詳しい説明については、図２、図３を参照して後述する。
なお、圧力発生部としてはポンプ２０に限らず、輸液バッグをスタンド等によって脈動発生部１００よりも高い位置に保持するようにしてもよい。従って、ポンプ２０は不要となり、構成を簡素化することができる他、消毒等が容易になる利点がある。
【００１８】
ポンプ２０の吐出圧力は概ね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、脈動発生部１００と輸液バッグの液上面との高度差が圧力となる。輸液バックを用いるときには０．１〜０．１５気圧（０．０１〜０．０１５ＭＰａ）程度になるように高度差を設定することが望ましい。
なお、この流体噴射装置１を用いて手術をする際には、術者が把持する部位は脈動発生部１００である。従って、脈動発生部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、流体を脈動発生部１００に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。
また、特に、脳手術のときのように、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ことが要求される。
【００１９】
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の構造を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解図である。なお、図２（ａ）は、後述する図３におけるＡ−Ａ'断面図である。
図２において、脈動発生部１００には、流体の脈動を発生する脈動発生手段を含み、流体を吐出する流路としての接続流路２０１を有する接続流路管２００が接続されている。
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。
【００２０】
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の一方の端部は上板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。
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３０３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。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。
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が積層配設される。
【００２１】
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とから構成され流体が充填された状態の回転体形状が流体室５０１である。つまり、流体室５０１は、上ケース５００の凹部の封止面５０５と内周側壁５０１ａとダイアフラム４００によって囲まれた空間である。流体室５０１の略中央部には出口流路５１１が穿設されている。
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の流体室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。
【００２２】
なお、以上説明した流体室５０１の形状は、本実施形態（図２、参照）では、両端が封止された略円筒形状としているが、側面視して円錐形や台形、あるいは半球形状等でもよく限定されない。例えば、出口流路５１１と封止面５０５との接続部を漏斗のような形状にすれば、後述する流体室５０１内の気泡を排出しやすくなる。
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２００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。
【００２３】
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。
【００２４】
上ケース５００と下ケース３０１との接合面３０２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。
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３０１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５００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。
【００２５】
流体室５０１内は、流体吐出の際に３０気圧（３ＭＰａ）以上の高圧状態となり、ダイアフラム４００、補強板４１０、上ケース５００、下ケース３０１それぞれの接合部において流体が僅かに漏洩することが考えられるが、パッキン４５０によって漏洩を阻止している。
図２に示すようにパッキン４５０を配設すると、流体室５０１から高圧で漏洩してくる流体の圧力によってパッキン４５０が圧縮され、パッキンボックス３０４，５０６内の壁にさらに強く押し圧するので、流体の漏洩を一層確実に阻止することができる。このことから、駆動時において流体室５０１内の高い圧力上昇を維持することができる。
【００２６】
続いて、上ケース５００に形成される入口流路５０３について図面を参照してさらに詳しく説明する。
図３は、入口流路５０３の形態を示す平面図であり、上ケース５００を下ケース３０１との接合面側から視認した状態を表している。
図３において、入口流路５０３は、上ケース５００の封止面５０５の周縁部溝状に形成されている。
入口流路５０３は、一方の端部が流体室５０１に連通し、他方の端部が接続流路５０４に連通している。入口流路５０３と接続流路５０４との接続部には、流体溜り５０７が形成されている。そして、流体溜り５０７と入口流路５０３との接続部は滑らかに丸めることによって流体抵抗を減じている。
【００２７】
また、入口流路５０３は、流体室５０１の内周側壁５０１ａに対して略接線方向に向かって連通している。ポンプ２０（図１、参照）から一定の圧力で供給される流体は、内周側壁５０１ａに沿って（図中、矢印で示す方向）流動して流体室５０１に旋回流を発生する。旋回流は、旋回することによる遠心力で内周側壁５０１ａ側に押し付けられるとともに、流体室５０１内に含まれる気泡は旋回流の中心部に集中する。
そして、中心部に集められた気泡は、出口流路５１１から排除される。このことから、出口流路５１１は旋回流の中心近傍、つまり回転形状体の軸中心部に設けられることがより好ましい。従って、本実施形態において、入口流路５０３は旋回流発生部である。図３では、入口流路５０３は平面形状が湾曲されている。入口流路５０３は、直線で流体室５０１に連通させてもよいが、狭いスペースの中で所望のイナータンスを得るために、入口流路５０３の流路長を長くする必要性から湾曲させている。
【００２８】
なお、図２に示したように、ダイアフラム４００と入口流路５０３が形成されている封止面５０５の周縁部との間には、補強板４１０が配設されている。補強板４１０を設ける意味は、ダイアフラム４００の耐久性を向上することである。入口流路５０３の流体室５０１との接続部には切欠き状の接続開口部５０９が形成されるので、ダイアフラム４００が高い周波数で駆動されたときに、接続開口部５０９近傍において応力集中が生じて疲労破壊を発生することが考えられる。そこで、切欠き部がない連続した開口部を有している補強板４１０を配設することで、ダイアフラム４００に応力集中が発生しないようにしている。
また、上ケース５００の外周隅部には、４箇所の螺子孔５００ａが開設されており、この螺子孔位置において、上ケース５００と下ケース３０１とが螺合接合される。
【００２９】
なお、図示は省略するが、補強板４１０とダイアフラム４００とを接合し、一体に積層固着することができる。固着手段としては、接着剤を用いる貼着としても、固層拡散接合、溶接等を採用することが可能であるが、補強板４１０とダイアフラム４００とが、接合面において密着されていることがより好ましい。
また、上ケース５００の出口流路管５１０側の端面には、流体噴射開口部２１２による流体の噴射先に光を照射する発光ダイオード７０１が配設される。発光ダイオード７０１は、この流体噴射装置１を用いて手術をする際に、切開または切除する生体組織を照らすライトとして機能する。
【００３０】
なお、本実施形態においては、発光ダイオード７０１を、上ケース５００の出口流路管５１０側の端面に配設し、流体噴射開口部２１２による流体の噴射先に光を照射する場合を例に挙げて説明したが、他の構成を採用することもできる。例えば、上ケース５００の側面等、手術をする際に発光ダイオード７０１の発光状態を術者が確認しやすい位置に設けることができる。
また、発光ダイオード７０１を、流体の噴射先に光を照射しない構成とすることもできる。
さらに、発光ダイオード７０１に代えて白熱電球を用いてもよい。白熱電球とは、ガラス球内のフィラメント（つまり抵抗体）のジュール熱による輻射を利用した電球である。
【００３１】
（制御系統の機能構成）
続いて、流体噴射装置１の制御系統の機能構成について説明する。
図４は、流体噴射装置１の制御系統を示す機能構成図である。
図４において、流体噴射装置１の制御系統は、主として制御部３０と脈動発生部１００とに備えられている。
脈動発生部１００は、圧電素子４０１と発光ダイオード７０１とを備えている。
圧電素子４０１は、一端が接地され、他端（以下、「非接地側端」と言う。）が、駆動波形増幅回路３４のＮＰＮ型トランジスタ３４ｅ（後述）のエミッタおよびＰＮＰ型トランジスタ３４ｆ（後述）のエミッタに接続されている。接地とは、流体噴射装置１全体の基準電位点に接続することである。
【００３２】
発光ダイオード７０１は、アノードが電源回路３５の電源端子に接続され、カソードが駆動波形増幅回路３４のＮＰＮ型トランジスタ３４ｅのコレクタに接続されている。
即ち、発光ダイオード７０１は、電源回路３５から、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅを介して圧電素子４０１に到る充電経路上に挿入され、充電経路上を流れる電流で発光する。
制御部３０は、制御回路３３と、駆動波形増幅回路３４と、電源回路３５とを備えている。
制御回路３３は、吐出開始信号が入力されると、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅとＰＮＰ型トランジスタ３４ｆとを交互にターンオン状態とする制御信号を生成し、生成した制御信号を駆動波形増幅回路３４に出力する。
【００３３】
図５は、駆動波形増幅回路３４の回路構成を示す概略図である。
図５において、駆動波形増幅回路３４は、駆動波形発生器３４ａと、第１のベースドライバ３４ｂと、第２のベースドライバ３４ｃと、プッシュプル回路３４ｄとを備えている。
駆動波形発生器３４ａには、制御回路３３から出力された制御信号が入力される。
そして、駆動波形発生器３４ａは、制御信号に応じて、ハイレベルとローレベルとが交互に現れる電圧パルス波形を生成し、生成した電圧パルス波形を第１のベースドライバ３４ｂおよび第２のベースドライバ３４ｃに出力する。
第１のベースドライバ３４ｂおよび第２のベースドライバ３４ｃは、駆動波形発生器３４ａから出力された電圧パルス波形（つまり、同じ電圧パルス波形）を増幅し、増幅した電圧パルス波形をプッシュプル回路３４ｄに出力する。
プッシュプル回路３４ｄは、極性の異なる２つのトランジスタ（ＮＰＮ型およびＰＮＰ型）が入出力間において対称に接続されている。
【００３４】
具体的には、プッシュプル回路３４ｄは、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅのエミッタと、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆのエミッタとが接続されて構成されている。そして、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅのベースは、第１のベースドライバ３４ｂの出力端子に接続され、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆのベースは、第２のベースドライバ３４ｃの出力端子に接続されている。また、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅのコレクタは、発光ダイオード７０１を介して電源回路３５の電源端子に接続され、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆのコレクタは、接地されている。さらに、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅのエミッタおよびＰＮＰ型トランジスタ３４ｆのエミッタは、圧電素子４０１の非接地側端に接続されている。
図４に戻り、電源回路３５は、商用電源を流体噴射装置１の電源規格に変換する変換回路であり、流体噴射装置１の各部に変換後の電力を供給する。なお、電源回路３５は、リチウムイオン等の二次電池によって構成することも可能である。
【００３５】
（脈動発生部１００における流体の吐出動作）
本実施形態の脈動発生部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）の差によって行われる。
まず、イナータンスについて説明する。
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。
【００３６】
つまり、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。
また、複数の流路の並列接続や、複数の形状が異なる流路の直列接続に関する合成イナータンスは、個々の流路のイナータンスを電気回路におけるインダクタンスの並列接続、または直列接続と同様に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。
【００３７】
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。従って、出口流路側のイナータンスＬ２は出口流路５１１のイナータンスに置き換えてもよい。
なお、接続流路管２００の管壁の厚さは、流体の圧力伝播には十分な剛性を有している。
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の流路長及び断面積、出口流路５１１の流路長及び断面積を設定する。
【００３８】
次に、脈動発生部１００の動作について説明する。
ポンプ２０によって入口流路５０３には、常に一定圧力の液圧で流体が供給されている。その結果、圧電素子４０１が動作を行わない場合、ポンプ２０の吐出力と入口流路側全体の流体抵抗値の差によって流体は流体室５０１内に流動する。
ここで、制御回路３３に吐出開始信号が入力されたとする。すると、制御回路３３によって駆動波形発生器３４ａに制御信号が入力される。制御信号が入力されると、駆動波形発生器３４ａは、ハイレベルとローレベルとが交互に現れる電圧パルス波形を第１のベースドライバ３４ｂおよび第２のベースドライバ３４ｃに入力する。
【００３９】
図６は、駆動波形増幅回路３４の動作を示す概略図である。
電圧パルス波形がローレベルからハイレベルに立ち上がると、図６（ａ）に示すように、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅがターンオン状態となり、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆがターンオフ状態となる。これにより、電源回路３５の電源端子と圧電素子４０１の非接地側端とが、発光ダイオード７０１とＮＰＮ型トランジスタ３４ｅとを介して電気的に接続される。そして、電源回路３５から、発光ダイオード７０１とＮＰＮ型トランジスタ３４ｅとを介して圧電素子４０１に電流が流れる。これにより、圧電素子４０１に電荷が充電され、圧電素子４０１が伸張し、さらに、発光ダイオード７０１が発光する。
【００４０】
ここで、圧電素子４０１に電荷を充電させる際には、電源回路３５と圧電素子４０１との間の抵抗成分（つまり、発光ダイオード７０１、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅ）で一定の電力が消費される。例えば、電源回路３５の電源端子の電圧をＶとし、圧電素子４０１の静電容量をＣとすると、1/2ＣＶ2の電力が消費される。この電力（以下、「ジュール熱」言う。）の消費量は、抵抗成分の大きさによらず一定値となる。そのため、本実施形態では、抵抗成分として発光ダイオード７０１を用いることで、ジュール熱の一部を発光ダイオード７０１に消費させ、発光ダイオード７０１の発光に利用している。
【００４１】
次に、電圧パルス波形がハイレベルからローレベルに立ち下がると、図６（ｂ）に示すように、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅはターンオフ状態となり、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆがターンオン状態となる。これにより、圧電素子４０１の非接地側端が、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆを介して接地される。そして、圧電素子４０１から、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆを介して基準電位点に電流が流れる。これにより、圧電素子４０１から電荷が放電され、圧電素子４０１が収縮し、さらに、発光ダイオード７０１発光が停止する。
その後、電圧パルス波形が変化するたびに、上記動作を繰り返す。これにより、圧電素子４０１が伸縮を繰り返し、発光ダイオード７０１が断続的に発光する。
【００４２】
なお、発光ダイオード７０１は、圧電素子４０１の充電および放電に合わせて断続的に発光するが、圧電素子４０１は数ＫＨｚで駆動するので、人間の視覚的には殆ど連続的に発光している状態となり、手術用のライトとして使用しても問題はない。
そして、圧電素子が伸縮を繰り返すことにより、急激に圧電素子４０１が伸張すると、流体室５０１内の圧力は、入口流路側及び出口流路側のイナータンスＬ１，Ｌ２が十分な大きさを有していれば急速に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による圧力よりはるかに大きいため、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。従って、前述した特許文献１による流体噴射装置のような、入口流路側に設けられる逆止弁は必要ない。
【００４３】
しかし、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から流体が流体室５０１へ流入する流量の減少量よりも、出口流路から吐出される流体の増加量のほうが大きいため、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。
ここで、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、さらに高圧、高速のパルス状の液滴として噴射される。
【００４４】
一方、流体室５０１内は、入口流路５０３からの流体流入量の減少と出口流路５１１からの流体流出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内の真空状態の双方によって一定時間経過後、入口流路５０３の流体は圧電素子４０１の動作前と同様な速度で流体室５０１内に向かう流れが復帰する。
入口流路５０３内の流体の流動が復帰した後、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。
続いて、流体室５０１内の気泡の排除動作について説明する。
上述した脈動発生部１００の動作において、流体室５０１が、略回転体形状を有し旋回流発生部としての入口流路５０３を備えていることと、出口流路５１１が略回転体形状の回転軸近傍に開設されていることから、流体室５０１内において旋回流が発生し、流体内に含まれる気泡は速やかに出口流路５１１から外部に排出される。
【００４５】
従って、圧電素子４０１による流体室５０１の微小な容積変化においても、気泡によって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。
従って、前述した第１実施形態によれば、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、脈動発生部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。
【００４６】
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、脈動発生部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という効果を有する。
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。従って、前述した特許文献１のように入口流路５０３側に逆止弁を設けなくてもよく、脈動発生部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という効果がある。
【００４７】
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。
また、容積変更手段として圧電素子４０１とダイアフラム４００とを採用する構造にすることにより構造の簡素化と、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。
【００４８】
また、旋回流発生部により流体室５０１内の流体に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、つまり、略回転体形状の軸近傍に流体に含まれる気泡が集中し、略回転体形状の軸の近傍に設けられる出口流路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、脈動発生部１００の安定した駆動を継続することができる。
【００４９】
さらに、旋回流発生部を入口流路５０３により形成していることから、専用の旋回流発生部を用いることなく旋回流を発生させることができる。
また、流体室５０１の封止面５０５の外周縁部に、溝形状の入口流路５０３を形成しているので、部品数を増やすことなく旋回流発生部としての入口流路５０３を形成することができる。
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。
【００５０】
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、一層、ダイアフラム４００の応力集中を緩和することができる。
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、脈動発生部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。
【００５１】
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。
ここで、図２の圧電素子４０１、ダイアフラム４００が容積変更手段を構成する。さらに、図２の流体噴射開口部２１２が流体噴射口を構成する。また、図１のポンプ２０が流体供給手段を構成する。さらに、図１および図４の制御部３０が制御手段を構成する。また、図１および図４の発光ダイオード７０１が発光手段を構成する。
【００５２】
以上のように、本実施形態では、圧電素子４０１の充電経路上に発光ダイオード７０１を挿入し、充電経路上を流れる電流で発光ダイオード７０１が発光するようにした。それゆえ、圧電素子４０１およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子４０１の充電経路上に電流が流れ、発光ダイオード７０１が発光する。また、圧電素子４０１またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子４０１の充電経路上に電流が流れず、発光ダイオード７０１が発光しない。そのため、発光ダイオード７０１の発光状態を確認することで、圧電素子４０１およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。
また、発光ダイオード７０１を、圧電素子４０１の充電経路上でジュール熱として消費される電力で発光できる。これにより、故障判断に要する電力の消費量を抑制できる。
【００５３】
（応用例）
第１実施形態においては、発光ダイオード７０１を、圧電素子４０１の充電経路上に設ける場合を例に挙げて説明したが、圧電素子４０１の放電経路上に設けることができる。
図７は、発光ダイオード７０１を、圧電素子４０１の放電経路上に設けた場合を示す模式図である。
図７において、発光ダイオード７０１は、アノードがＰＮＰ型トランジスタ３４ｆのコレクタに接続され、カソードが接地されている。
【００５４】
このように、圧電素子４０１の放電経路上に発光ダイオード７０１を挿入し、放電経路上を流れる電流で発光ダイオード７０１が発光するようにした。それゆえ、圧電素子４０１およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子４０１の放電経路上に電流が流れ、発光ダイオード７０１が発光する。また、圧電素子４０１またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子４０１の放電経路上に電流が流れず、発光ダイオード７０１が発光しない。そのため、発光ダイオード７０１の発光状態を確認することで、圧電素子４０１およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。
また、発光ダイオード７０１を、圧電素子４０１の放電経路上でジュール熱として消費される電力で発光できる。これにより、故障判断に要する電力の消費量を抑制できる。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、上記第１実施形態と同様な構成等については、同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様である。ただし、発光ダイオード７０１に代えて、ポンプ駆動回路８０１およびその周辺部品を備える。これによって、圧電素子４０１から放電される電荷をポンプ２０に電力として供給する点が異なっている。
【００５６】
（制御系統の機能構成）
初めに、流体噴射装置１の制御系統の機能構成について説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る流体噴射装置１の制御系統を示す機能構成図である。
図８において、脈動発生部１００は、圧電素子４０１とポンプ駆動回路８０１とを備えている。
図９は、ポンプ駆動回路８０１の回路構成を示す概略図である。
【００５７】
図９において、ポンプ駆動回路８０１は、蓄電用コンデンサ８０１ａ、第１のスイッチ８０１ｂと、第２のスイッチ８０１ｃとを備えている。
蓄電用コンデンサ８０１ａは、一端が接地され、他端（以下、「非接地側端」と言う。）が、第１のスイッチ８０１ｂおよび第２のスイッチ８０１ｃに接続されている。蓄電用コンデンサ８０１ａとしては、圧電素子４０１から蓄電用コンデンサ８０１ａに電流が流れ易くなるように、圧電素子４０１よりも静電容量が大きいものを用いる。
【００５８】
第１のスイッチ８０１ｂは、圧電素子４０１の非接地側端と蓄電用コンデンサ８０１ａの非接地側端との間に挿入される。そして、第１のスイッチ８０１ｂは、制御回路３３からの信号に応じて、圧電素子４０１の非接地側端と蓄電用コンデンサ８０１ａの非接地側端との間を導通状態とするオン状態および非導通状態とするオフ状態を切り替える。
第２のスイッチ８０１ｃは、蓄電用コンデンサ８０１ａの非接地側端とポンプ２０の動力源２０ａとの間に挿入される。ポンプ２０の動力源としては、例えば、電力により動作するモータや圧電素子を利用できる。そして、第２のスイッチ８０１ｃは、制御回路３３からの信号に応じて、蓄電用コンデンサ８０１ａの非接地側端と動力源２０ａとの間を導通状態とするオン状態および非導通状態とするオフ状態を切り替える。
【００５９】
制御回路３３は、駆動処理（後述）を実行し、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅとＰＮＰ型トランジスタ３４ｆとを制御する制御信号を生成し、生成した制御信号を駆動波形増幅回路３４、第１のスイッチ８０１ｂおよび第２のスイッチ８０１ｃに出力する。
駆動波形発生器３４ａは、制御信号に応じて、第１のベースドライバ３４ｂに出力する電圧パルス波形、および第２のベースドライバ３４ｃに出力する電圧パルス波形を生成する。そして、駆動波形発生器３４ａは、生成した電圧パルス波形を第１のベースドライバ３４ｂおよび第２のベースドライバ３４ｃそれぞれに出力する。
次に、本実施形態における動作について説明する。
【００６０】
（流体噴射装置１の制御動作）
図１０は、制御回路３３が実行する駆動処理を示すフローチャートである。
駆動処理は、流体噴射装置１の電源投入と共に実行が開始される。
図１０において、駆動処理が開始されると、制御回路３３は、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅをターンオン状態とし、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆをターンオフ状態とする制御信号Ａ１を駆動波形発生器３４ａに出力する。また、制御回路３３は、第１のスイッチ８０１ｂをオフ状態とする制御信号Ａ２を当該第１のスイッチ８０１ｂに出力し、第２のスイッチ８０１ｃをオフ状態とする制御信号Ａ３を当該第２のスイッチ８０１ｃに出力する（ステップＳ１）。
【００６１】
ここで、信号Ａ１〜Ａ３は、電源回路３５から圧電素子４０１に電流が流れ、圧電素子４０１が充電される際に要する時間にわたって出力する。
次に、制御回路３３は、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅをターンオフ状態とし、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆをターンオフ状態とする制御信号Ｂ１を駆動波形発生器３４ａに出力する。また、制御回路３３は、第１のスイッチ８０１ｂをオン状態とする制御信号Ｂ２を当該第１のスイッチ８０１ｂに出力し、第２のスイッチ８０１ｃをオフ状態とする制御信号Ｂ３を当該第２のスイッチ８０１ｃに出力する（ステップＳ２）。
【００６２】
ここで、信号Ｂ１〜Ｂ３は、圧電素子４０１が放電する電荷が蓄電用コンデンサ８０１ａに充電にされる際に要する時間にわたって出力する。
次に、制御回路３３は、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅをターンオフ状態とし、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆをターンオン状態とする制御信号Ｃ１を駆動波形発生器３４ａに出力する。また、制御回路３３は、第１のスイッチ８０１ｂをオフ状態とする制御信号Ｃ２を当該第１のスイッチ８０１ｂに出力し、第２のスイッチ８０１ｃをオン状態とする制御信号Ｃ３を当該第２のスイッチ８０１ｃに出力した後（ステップＳ３）、ステップＳ１から上記フローを繰り返す。
ここで、信号Ｃ１〜Ｃ３は、蓄電用コンデンサ８０１ａが放電する電荷がポンプ２０の動力源２０ａを駆動可能な時間にわたって出力する。
【００６３】
（脈動発生部１００における流体の吐出動作）
次に、脈動発生部１００の動作について説明する。
制御回路３３に吐出開始信号が入力されたとする。すると、駆動処理が開始され、制御回路３３によって駆動波形発生器３４ａに制御信号が入力される。制御信号が入力されると、駆動波形発生器３４ａは、制御信号に応じた電圧パルス波形を第１のベースドライバ３４ｂおよび第２のベースドライバ３４ｃに入力する。
図１１は、駆動波形増幅回路３４の動作を示す概略図である。
制御回路３３が制御信号Ａ１〜Ａ３を出力すると（ステップＳ１）、図１１（ａ）に示すように、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅがターンオン状態となり、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆがターンオフ状態となる。また、第１のスイッチ８０１ｂがオフ状態となり、第２のスイッチ８０１ｃをオフ状態となる。そして、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅを介して、電源回路３５から圧電素子４０１に電流が流れる。これにより、圧電素子４０１に電荷が充電される。
【００６４】
次に、制御回路３３が制御信号Ｂ１〜Ｂ３を出力すると（ステップＳ２）、図１１（ｂ）に示すように、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅがターンオフ状態となり、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆがターンオフ状態となる。また、第１のスイッチ８０１ｂがオン状態となり、第２のスイッチ８０１ｃがオフ状態となる。これにより、圧電素子４０１の非接地側端と蓄電用コンデンサ８０１ａの非接地側端とが第１のスイッチ８０１ｂを介して電気的に接続される。そして、第１のスイッチ８０１ｂを介して、圧電素子４０１から蓄電用コンデンサ８０１ａに電流が流れる。これにより、圧電素子４０１から電荷が放電され、圧電素子４０１が収縮し、また、蓄電用コンデンサ８０１ａに電荷が充電される。
【００６５】
次に、制御回路３３が制御信号Ｃ１〜Ｃ３を出力すると（ステップＳ３）、図１１（ｃ）に示すように、ＮＰＮ型トランジスタ３４ｅがターンオフ状態となり、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆがターンオン状態となる。また、第１のスイッチ８０１ｂがオフ状態となり、第２のスイッチ８０１ｃがオン状態となる。これにより、圧電素子４０１の非接地側端が、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆを介して接地される。そして、ＰＮＰ型トランジスタ３４ｆを介して、圧電素子４０１から基準電位点に電流が流れる。これにより、圧電素子４０１から、圧電素子に残った余分な電荷が放電され、圧電素子４０１がもとの長さまで収縮する。また、同時に、蓄電用コンデンサ８０１ａの非接地側端とポンプ２０の動力源２０ａとが、第２のスイッチ８０１ｃを介して電気的に接続される。そして、第２のスイッチ８０１ｃを介して、蓄電用コンデンサ８０１ａから動力源２０ａに電流が流れる。これにより、蓄電用コンデンサ８０１ａから電荷が放電される。さらに、動力源２０ａが動作し、ポンプ２０が一定の圧力を発生して脈動発生部１００に流体を供給される。
【００６６】
その後、制御回路３３が出力する制御信号が変化するたびに、上記動作を繰り返す。これにより、圧電素子４０１が伸縮を繰り返し、ポンプ２０が流体を供給する。
そして、脈動発生部１００が、ポンプ２０から供給される流体を脈動流動し、接続流路管２００の先端のノズル２１１の流体噴射口２１２からパルス状の流体が噴射される。
ここで、図２の圧電素子４０１、ダイアフラム４００が容積変更手段を構成する。さらに、図２の流体噴射開口部２１２が流体噴射口を構成する。また、図１のポンプ２０が流体供給手段を構成する。さらに、図１および図８の制御部３０が制御手段を構成する。また、図８および図９のポンプ駆動回路８０１が電力供給手段を構成する。
【００６７】
以上のように、本実施形態では、圧電素子４０１から放電される電荷をポンプ２０に電力として供給する。それゆえ、圧電素子４０１およびその周辺回路が正常である場合には、圧電素子４０１から放電される電荷がポンプ２０に電力として供給され、ポンプ２０が動作する。また、圧電素子４０１またはその周辺回路が故障している場合には、圧電素子４０１から電荷が放電されないので、ポンプ２０が動作せず、脈動発生部１００に流体が供給されない。そのため、ポンプ２０の動作状態を確認することで、圧電素子４０１およびその周辺回路の故障判断を容易に行うことができる。つまり、圧電素子４０１またはその周辺回路が故障していても、ポンプ２０が動作していると、ノズル２１１の流体噴射口２１２から流体が噴射されてしまうため、故障の判断が難しいが、本実施形態のようにポンプ２０が動作しなくなると、故障判断を容易に行うことができる。
また、ポンプ２０を、圧電素子４０１から放電される電荷を電力として動作させることができる。これにより、故障判断に要する電力の消費量を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体噴射装置１の概略構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る脈動発生部１００の構造を示す図である。
【図３】入口流路５０３の形態を示す平面図である。
【図４】流体噴射装置１の制御系統を示す機能構成図である。
【図５】駆動波形増幅回路３４の回路構成を示す概略図である。
【図６】駆動波形増幅回路３４の動作を示す概略図である。
【図７】発光ダイオード７０１を、圧電素子４０１の放電経路上に設けた場合を示す模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る流体噴射装置１の制御系統を示す機能構成図である。
【図９】ポンプ駆動回路８０１の回路構成を示す概略図である。
【図１０】制御回路３３が実行する駆動処理を示すフローチャートである。
【図１１】駆動波形増幅回路３４の動作を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  流体噴射装置、１０  流体容器、１５，２５  接続チューブ、２０  ポンプ（流体供給手段）、３０  制御部（制御手段）、３１  ＡＤＣ、３２  メモリ、３３  制御回路、３４  駆動波形増幅回路、３４ａ  ＤＡＣ、３４ｂ  プッシュプル回路、３５  電源回路、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、４００  ダイアフラム（容積変更手段）、４０１  圧電素子（容積変更手段）、５０１  流体室、５０３  入口流路、５１１  出口流路、７０１  発光ダイオーオード（発光手段）、８０１  ポンプ駆動回路（電力供給手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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