(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が供給される流体室と、
前記流体室に供給された流体を加圧して、脈動流を発生させる脈動発生部と、
前記流体室と連通し、前記脈動流を伝播させる出口流路と、
前記出口流路と連通し、前記流体を噴射する流体噴射開口部と、
前記流体噴射開口部から流出した前記流体を吸引する吸引開口部と、
前記吸引開口部と接続される流体吸引部と、を備え、
前記流体噴射開口部は、前記出口流路側の入口開口端の開口面積よりも、前記流体が噴射される出口開口端の開口面積が大きく、
前記流体吸引部が駆動された状態で前記脈動発生部の駆動が停止され、
前記流体噴射開口部は、前記流体噴射開口部から前記吸引開口部へ前記流体を誘導する孔部を備える、流体噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体噴射装置であって、
前記吸引開口部は、前記流体噴射開口部の前記出口開口端よりも突出している、流体噴射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流体噴射装置であって、
前記流体噴射開口部は、前記入口開口端から前記出口開口端に向かって徐々に開口面積が大きくなる形状である、流体噴射装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の流体噴射装置であって、
前記流体噴射開口部は、
開口面積が一様な直管部分と、
前記直管部分の一方端から前記出口開口端に向かって開口面積が大きくなる錐部分と、
を備える流体噴射装置。
【請求項５】
流体室に流体を供給する流体供給部と、
前記流体室に供給された流体を加圧して、脈動流を発生させる脈動発生部と、
前記流体室と連通し、前記脈動流を伝播させる出口流路と、
前記出口流路と連通し、前記流体を噴射する流体噴射開口部と、
前記流体噴射開口部から流出した前記流体を吸引する吸引開口部と、
前記吸引開口部と接続される流体吸引部と、を備え、
前記流体噴射開口部は、前記出口流路側の入口開口端の開口面積よりも、前記流体が噴射される出口開口端の開口面積が大きく、
前記流体噴射開口部は、前記流体噴射開口部から前記吸引開口部へ前記流体を誘導する孔部を備える、流体噴射装置。
【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、および、流体を噴射することにより生体の切除または切開を行う手術装置に関する。
【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、流体室の容積を容積変更手段により急激に変化させて流体を脈動流に変換し、ノズルから流体をパルス状に高速噴射するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記の流体噴射装置では、容積変更手段を停止している際にも、流体室への流体の供給が継続されるため、パルス流噴射の停止時に、流体噴射開口部から流体が流出してしまう虞があった。そこで、流体供給手段から流体室に連通する入口流路にマイクロバルブを設けることにより、容積変更手段の停止時における流体の流出を防止するものが提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８２２０２号公報
【特許文献２】特開２００９−２８５１１６号公報
【０００５】
しかしながら、前記従来の技術では、マイクロバルブを設けることによって装置が複雑化する問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、パルス流噴射の停止時における流体の流出を、簡単な構成で低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。本発明の一形態は、
流体が供給される流体室と、
前記流体室に供給された流体を加圧して、脈動流を発生させる脈動発生部と、
前記流体室と連通し、前記脈動流を伝播させる出口流路と、
前記出口流路と連通し、前記流体を噴射する流体噴射開口部と、
前記流体噴射開口部から流出した前記流体を吸引する吸引開口部と、
前記吸引開口部と接続される流体吸引部と、を備え、
前記流体噴射開口部は、前記出口流路側の入口開口端の開口面積よりも、前記流体が噴射される出口開口端の開口面積が大きく、
前記流体吸引部が駆動された状態で前記脈動発生部の駆動が停止され、
前記流体噴射開口部は、前記流体噴射開口部から前記吸引開口部へ前記流体を誘導する孔部を備える、流体噴射装置。
その他、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することも可能である。
【０００８】
［適用例１］  流体が供給される流体室と、
前記流体室に供給された流体を加圧して、脈動流を発生させる脈動発生部と、
前記流体室と連通し、前記脈動流を伝播させる出口流路と、
前記出口流路と連通し、噴射対象に向けてパルス流を噴射する流体噴射開口部と、
前記流体噴射開口部の近傍に設けられる吸引開口部と、
前記吸引開口部から流体を吸引する流体吸引部と、
を備え、
前記流体噴射開口部は、前記出口流路側の入口開口端の開口面積よりも、前記噴射対象側の出口開口端の開口面積が大きい、流体噴射装置。
【０００９】
適用例１の流体噴射装置によれば、流体室に供給された流体が加圧され、脈動流を発生することで、流体噴射開口部から流体がパルス状に噴射される。一方、流体室に供給された流体の加減圧が停止されているとき（以下、「噴射停止時」と呼ぶ）には、流体は、次のように移動することから、流体噴射開口部から流出することはほとんどない。噴射停止時にも、流体供給手段から流体室に流体が継続して供給されるが、流体噴射開口部の出口開口端の開口面積が、流体噴射開口部の入口開口端の開口面積より大きいことから、流体は、流体噴射開口部で流速が遅くなる。このために、流体は流体の凝集力を超える流速でなくなり、液滴状になることから、流体噴射開口部を出た流体は、流体噴射開口部の周辺に貯溜され、吸引開口部から吸引手段により吸引することで、回収することができる。したがって、適用例１の流体噴射装置によれば、噴射停止時における流体の流体噴射装置からの流出を、簡単な構成で低減することができる。
【００１０】
［適用例２］  適用例１に記載の流体噴射装置であって、
前記流体噴射開口部は、前記流体噴射開口部から前記吸引開口部へ前記流体を誘導する孔部を備える、流体噴射装置。
【００１１】
適用例２の流体噴射装置によれば、流体噴射開口部の内側に存在する流体を、孔部により、吸引開口部側に誘引することができる。したがって、パルス流噴射停止時に留まった流体をより吸引することが可能となる。
【００１２】
［適用例３］  適用例１または２に記載の流体噴射装置であって、
前記吸引開口部は、前記流体噴射開口部よりも前記噴射対象側に突出している、流体噴射装置。
【００１３】
適用例３の流体噴射装置によれば、流体噴射開口部の出口開口端付近に滞留した流体が、自重で鉛直下方向に垂れたときに、吸引管でその垂れた流体を受けることができる。したがって、パルス流噴射停止時に留まった流体をより吸引することが可能となる。
【００１４】
［適用例４］  適用例１ないし３のいずれかに記載の流体噴射装置であって、
前記流体噴射開口部は、前記入口開口端から前記出口開口端に向かって開口面積が大きくなる形状である、流体噴射装置。
【００１５】
適用例４の流体噴射装置によれば、流体噴射開口部内で流体の流速を徐々に遅くすることができることから、流体噴射開口部の周辺に流体を留めることがより容易となる。
【００１６】
［適用例５］  適用例１ないし４のいずれかに記載の流体噴射装置であって、
前記流体噴射開口部は、
開口面積が一様な直管部分と、
前記直管部分の一方端から前記出口開口端に向かって開口面積が大きくなる錐部分と、
を備える流体噴射装置。
【００１７】
適用例５の流体噴射装置によれば、流体噴射開口部における直管部分でパルス流の噴射方向を一方向に定め易いことから、噴射方向の直進性が高い。
【００１８】
［適用例６］  適用例１ないし５のいずれかに記載の流体噴射装置であって、前記流体請求項１ないし５のいずれかに記載の流体噴射装置であって、
前記脈動発生部による前記流体室の加減圧を繰り返し実行させるパルス流噴射制御と、前記脈動発生部による前記流体室の加減圧を停止させるパルス流噴射停止制御とを選択実行する制御部と、
を備える流体噴射装置。
【００１９】
適用例６の流体噴射装置によれば、制御部により、パルス流噴射時の制御とパルス流噴射停止時の制御とが実行される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１に係る手術具としての流体噴射装置を示す構成説明図である。
【図２】本実施形態に係る脈動発生部２０および２重管９０を流体の噴射方向に沿って切断した切断面を示す断面図である。
【図３】２重管９０の断面と正面を示す説明図である。
【図４】パルス流噴射停止時とパルス流噴射時との流体Ｗの様子を示す説明図である。
【図５】２重管９０において流体Ｗが吸引される様子を示す説明図である。
【図６】パルス流噴射停止時とパルス流噴射時とにおいて、流体噴射開口部から噴射する流体の流量の変化を示すグラフである。
【図７】実施形態２における２重管１９０を示す説明図である。
【図８】実施形態３における２重管２９０の先端側から見た正面図である。
【図９】実施形態３における２重管２９０の横断面を示す説明図である。
【図１０】実施形態４における２重管３９０の横断面を示す説明図である。
【図１１】実施形態５における２重管４９０の横断面を示す説明図である。
【図１２】実施形態６における２重管５９０の横断面を示す説明図である。
【図１３】流体噴射開口部の変形例を種々示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。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、手術用メス等様々に採用可能であるが、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、実施形態にて用いる流体は、水または生理食塩水等の流体である。
【００２２】
Ａ．実施形態１：
Ａ−１．全体の構成：
図１は、実施形態１に係る手術装置としての流体噴射装置を示す構成説明図である。図１において、流体噴射装置１は、流体を収容する流体容器（以下、「流体供給容器」と呼ぶ）２と、流体供給容器２に連通する、流体供給手段としての第１のポンプ１０と、第１のポンプ１０から供給される流体を脈動流に変換させる脈動発生部２０と、脈動発生部２０に接続される細いパイプ状の２重管９０とを備えている。第１のポンプ１０と脈動発生部２０とは、流体供給チューブ１２によって接続されている。
【００２３】
また、流体噴射装置１は、２重管９０から流体を吸引する流体吸引部としての第２のポンプ１４と、第２のポンプ１４により吸引された流体を収容する流体容器（以下、「流体回収容器」と呼ぶ）４とを備えている。第２のポンプ１４と２重管９０とは、流体回収チューブ１６によって接続されている。
【００２４】
２重管９０は、大径の円筒管（外側の管）９１に小径の円筒管（内側の管）９２を入れ込んだ２重円筒管構造となっている。小径の円筒管９２の先端部には、流体を噴射するための流体噴射開口部９３が形成されている。大径の円筒管９１と小径の円筒管９２との間の先端部には、流体を吸引するための吸引開口部９６が形成されている。小径の円筒管９２の内側の領域が脈動発生部２０と連通しており、大径の円筒管９１と小径の円筒管９２との間の領域が流体回収チューブ１６と連通している。
【００２５】
なお、２重管９０は、流体噴射時において変形しない程度の剛性を有している。流体供給チューブ１２および流体回収チューブ１６は、柔軟で可撓性があるものが好ましい。
【００２６】
また、流体噴射開口部９３は、親液性であることが好ましい。流体噴射開口部９３が、親液性であることにより、流体噴射開口部９３に液滴が溜まっても流体噴射開口部９３から液滴が落下しにくく、詳しくは後述するが、流体噴射開口部９３に溜まった流体を吸引開口部９６から吸引することができる。
【００２７】
流体噴射装置１は、さらに、第１のポンプ１０と第２のポンプ１４と脈動発生部２０を駆動制御する制御部１００を備える。脈動発生部２０には、パルス流噴射をオン／オフ制御するパルス流噴射スイッチ２２が設けられている。制御部１００には、流体噴射装置１をオン／オフ制御するメインスイッチ２４が設けられている。パルス流噴射スイッチ２２およびメインスイッチ２４は、流体噴射装置１の使用者によって操作される。
【００２８】
制御部１００は、メインスイッチ２４とパルス流噴射スイッチ２２からのオン／オフの指示を入力し、これら指示に応じて、第１のポンプ１０、第２のポンプ１４、および脈動発生部２０を駆動／停止する。詳しくは、制御部１００は、メインスイッチ２４がオンされると、第１のポンプ１０と第２のポンプ１４とを駆動し、メインスイッチ２４がオフされると、第１のポンプ１０と第２のポンプ１４とを停止する。メインスイッチ２４がオンされた状態で、パルス流噴射スイッチ２２がオンされると、脈動発生部２０を駆動し、パルス流噴射スイッチ２２がオフされると、脈動発生部２０の駆動を停止する。言い換えると、パルス流噴射スイッチ２２は、脈動発生部２０の駆動（パルス流噴射制御）と停止（パルス流噴射停止制御）とを選択実行する。
【００２９】
第１のポンプ１０が駆動されると、流体供給容器２に収容された流体は、接続チューブ６を介して第１のポンプ１０によって吸引され、一定の圧力で流体供給チューブ１２を介して脈動発生部２０に供給される。脈動発生部２０には、流体室８０（図２参照）と、この流体室８０の容積を変更する容積変更手段（後述する）とを備えており、脈動発生部２０が駆動されると、流体室８０は脈動流を発生して、２重管９０の小径の円筒管９２、流体噴射開口部９３を通して流体をパルス状に噴射する。容積変更手段を含む脈動発生部２０の詳しい構成については、後述する。このパルス流噴射時には、第２のポンプ１４も駆動されており、２重管９０における吸引開口部９６の先の流体は、流体回収チューブ１６を介して第２のポンプ１４によって吸引され、流体回収容器４に回収される。
【００３０】
ここで「脈動流」とは、流体の流れる方向が一定で、流体の流量または流速が周期的または不定期な変動を伴った流体の流動を意味する。脈動流には、流体の流動と停止とを繰り返す間欠流も含むが、流体の流量または流速が周期的または不定期な変動をしていればよいため、必ずしも間欠流である必要はない。
【００３１】
同様に、「流体をパルス状に噴射する」とは、噴射する流体の流量または移動速度が周期的または不定期に変動した流体の噴射を意味し、本明細書では、これを「パルス流噴射」とも呼ぶ。パルス状の噴射の一例として、流体の噴射と非噴射とを繰り返す間欠噴射が挙げられるが、噴射する流体の流量または移動速度が周期的または不定期に変動していればよいため、必ずしも間欠噴射である必要はない。
【００３２】
一方、第１のポンプ１０および第２のポンプ１４が駆動された状態で、制御部１００により脈動発生部２０の駆動が停止されると、流体噴射開口部９３からのパルス流噴射は止まるものの、第１のポンプ１０が駆動されていることから、流体噴射開口部９３から流体は流出する。その流出した流体は、流体噴射開口部９３の先端付近に滞留し、第２のポンプ１４が駆動されることで、吸引開口部９６から流体回収チューブ１６を介して第２のポンプ１４によって吸引され、流体回収容器４に回収される。
【００３３】
制御部１００は、本実施例では、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ（図示せず）等を備えた周知のマイクロコンピューターによって構成している。制御部１００は、マイクロコンピューターに換えて、ディスクリートな電子部品により構成してもよい。
【００３４】
また、第１のポンプ１０を用いることなく、輸液バッグをスタンド等によって脈動発生部２０よりも高い位置に保持するようにして、脈動発生部２０への流体の流量を発生する構成としもよい。この場合、第１のポンプ１０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。なお、輸液バッグを用いることと、第１のポンプ１０を用いることとを併用する構成とすることもできる。
【００３５】
この流体噴射装置１を用いて手術をする際には、２重管９０を生体組織に向け、流体噴射開口部９３から流体をパルス状に噴射することで、その生体組織を切開または切除することができる。
【００３６】
Ａ−２．脈動発生部２０および２重管９０の構造：
図２は、本実施形態に係る脈動発生部２０および２重管９０を流体の噴射方向に沿って切断した切断面を示す断面図である。なお、図２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。脈動発生部２０は、第１のポンプ１０（図１）から流体供給チューブ１２を介して流体室８０に流体を供給する入口流路８１と、容積変更手段としての圧電素子３０およびダイアフラム４０と、流体室８０に連通する出口流路８２とを有して構成されている。
【００３７】
ダイアフラム４０は、円盤状の金属薄板からなり、ケース５０とケース７０によって密着されている。圧電素子３０は、本実施形態では積層型圧電素子を例示しており、両端部の一方がダイアフラム４０に、他方が底板６０に固着されている。
【００３８】
流体室８０は、ケース７０のダイアフラム４０に対向する面に形成される凹部とダイアフラム４０とによって形成される空間である。流体室８０の略中央部には出口流路８２が開口されている。
【００３９】
ケース７０とケース５０とは、それぞれ対向する面において接合一体化されている。ケース７０には、出口流路８２に連通する接続流路９５を有する２重管９０が嵌着される。尚、本実施例では、出口流路８２が接続流路９５と流路断面が異なる形状となっているが、出口流路８２が接続流路９５と流路断面が同じ形状となっていてもよい。すなわち、出口流路８２と接続流路９５とを合わせて出口流路とみなしてもよい。
【００４０】
２重管９０は、先に説明したように、大径の円筒管９１に小径の円筒管９２を入れ込んだ２重円筒管構造となっており、小径の円筒管９２の内側が接続流路９５となっている。大径の円筒管９１の中心軸と小径の円筒管９２の中心軸とは一致している（すなわち、同心の２重円筒管構造となっている）。
【００４１】
小径の円筒管９２の先端に流体噴射開口部９３が形成されており、流体噴射開口部９３は接続流路９５における一方側の端部と接続されている。接続流路９５における他方側の端部は出口流路８２と接続されている。
【００４２】
流体噴射開口部９３は、出口流路８２側の入口開口端９３ａと外側の出口開口端９３ｂとを有する孔形状であり、孔の中心軸方向が接続流路９５の中心軸方向（すなわち、小径の円筒管９２の中心軸方向）と一致するように配置されている。さらに、流体噴射開口部９３は、入口開口端９３ａから出口開口端９３ｂに向かって広がった形状をしており、入口開口端９３ａの開口面積より出口開口端９３ｂの開口面積が大きくなっている。
【００４３】
図３は、２重管９０の断面と正面を示す説明図である。図３（ａ）は図２におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図であり、図３（ｂ）は２重管９０の先端側から見た正面図である。図３（ａ）、図３（ｂ）からも、入口開口端９３ａの開口面積より出口開口端９３ｂの開口面積が大きいことが判る。本実施形態１では、入口開口端９３ａの直径が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであり、出口開口端９３ｂの直径が１ｍｍ〜３ｍｍである。流体噴射開口部９３の中心軸方向の長さは１ｍｍ〜５ｍｍである。
【００４４】
図２に示すように、入口開口端９３ａと接続流路９５の一方側の端部との間の連結面９４は、接続流路９５の中心軸方向に対して垂直に立ち上がるのではなく、接続流路９５の内部壁面との間の角度が鈍角となるように形成されている。これにより、気泡が隅部に滞留することを防止することができる。また、連結面９４と接続流路９５の内部壁面とでなす隅部はアールを有するものとしてもよく、同様に隅部に気泡が滞留することを防止することができる。これにより、接続流路９５内の脈動流の圧力伝播が、気泡によって減衰することを回避できる。
【００４５】
圧電素子３０に山と谷が交互に繰り返される駆動信号が入力されると、駆動信号の駆動波形に従って、圧電素子３０は伸縮を繰り返す。圧電素子３０が伸びると流体室８０の容積を減らし、圧電素子３０が縮むと流体室８０の容積を増やし、この繰り返しにより、流体室８０は脈動流を発生する。この結果、流体は、パルス状の液滴となって出口流路８２から継続して高速で噴射し、接続流路９５を介して流体噴射開口部９３から噴射する。すなわち、パルス流噴射がなされる。本実施形態１では、圧電素子３０伸縮の周波数を1Ｈｚから１０ｋＨｚまでとしている。
【００４６】
Ａ−３．流体噴射開口部９３からの流体の様子と、実施形態１の効果：
図４は、パルス流噴射停止時とパルス流噴射時との流体の様子を示す説明図である。図４（ａ）がパルス流噴射停止時を示し、図４（ｂ）がパルス流噴射時を示す。
【００４７】
パルス流噴射停止時に、第１のポンプ１０により一定の流量で流体が送り込まれると、図４（ａ）に示すように、流体噴射開口部９３が入口開口端９３ａから出口開口端９３ｂに向かって円錐状に徐々に広がった形状をしていることから、流体の連続の法則より、流体は、流体噴射開口部９３で出口開口端９３ｂに近づくに従って流速が遅くなる。このとき、流速が液体の凝集力を超える大きさでなければ、流体には分子間力による凝集力、すなわち表面張力が働くため、流体は凝集して流体噴射開口部９３から飛んでいかない。ここで言う「飛ぶ」とは、流体が噴射された後に２重管９０から離れて、２重管９０の外側に飛び出すことである。このため、出口開口端９３ｂ付近で噴射速度を失った流体が滞留し、また流体噴射開口部９３の内部壁面に液滴が付着したりする。さらに、出口開口端９３ｂ付近で滞留した流体や流体噴射開口部９３の内部壁面に付着した流体が核となり、噴射できない流体をさらに集めて、より流体が溜め込まれる。これらの結果、図４（ａ）に示すように、流体噴射開口部９３の出口開口端９３ｂ付近で流体Ｗが溜まってしまう。
【００４８】
なお、パルス流噴射停止時に、第２のポンプ１４は駆動されていることから、流体噴射開口部９３の出口開口端９３ｂ付近に溜まった流体Ｗは、図５に示すように、吸引開口部９６から大径の円筒管９１と小径の円筒管９２との間を通して吸引される。
【００４９】
一方、パルス流噴射時には、駆動波形の立ち上がりの際に、流体室８０から流体噴射開口部９３に送られる流量は急激に増加するため、図４（ｂ）に示すように、流体は流体噴射開口部９３の内部壁面を沿わずに、流体噴射開口部９３の内部壁面から流体が剥離する。その後、駆動波形の立ち下がりの際に、噴射した流体の分だけ流体噴射開口部９３に流体が満たされるまで流体は流体噴射開口部９３から流体は噴射されない。こうして、図示するように、流体Ｗは、パルス状の液滴となって、流体噴射開口部９３から継続して噴射する。
【００５０】
なお、流体噴射開口部９３が入口開口端９３ａから出口開口端９３ｂに向かって円錐状に徐々に広がった形状をしていることから、出口開口端９３ｂの開口面積を大きくしながらも、パルス流噴射時に流体が飛んでいくことに大きく関わる入口開口端９３ａの開口面積を小さく維持することができ、流体をパルス状に噴射することが損なわれることもない。
【００５１】
したがって、実施形態１の流体噴射装置１によれば、簡単な構成で、ｉ）パルス流噴射停止時には、流体噴射開口部９３から流体が飛ばないようにして流体Ｗを液溜まりさせることができ、ii）パルス流噴射停止時には、流体をパルス状に噴射することが損なわれることもない、という効果を奏する。
【００５２】
さらに、パルス流噴射時とパルス流噴射停止時とにおいて、流体噴射開口部９３から噴射する流体の流量がどのように変化するかを、図６のグラフを用いて説明する。図６（ａ）がパルス流噴射停止時における前記流量の時間変化を示し、図６（ｂ）がパルス流噴射時における前記流量の時間変化を示す。図６（ａ）および図６（ｂ）の各グラフの縦軸は流体噴射開口部９３における単位面積あたりの流量であり、横軸は時間である。
【００５３】
流体噴射開口部９３における出口開口端９３ｂの開口面積をＳ２、第１のポンプ１０の供給流量をＱとすると、図６（ａ）に示すように、パルス流停止時には、流量は、実線で示すように、ＱをＳ２で割った一定値（＝Ｑ／Ｓ２）となる。グラフ中のＵ０は、流体噴射開口部９３から流体が飛んでいくことのできる流速の閾値である。グラフに示すように、閾値Ｕ０よりもＱ／Ｓ２が小さいことから、第１のポンプ１０による供給流量がありながらも、流体噴射開口部９３から流体が飛んでいくことはない。本実施形態１では、Ｕ０＞Ｑ／Ｓ２となるように、第１のポンプ１０による供給流量Ｑの値と流体噴射開口部９３の出口開口端９３ｂの開口面積が、適宜定められている。
【００５４】
図６（ａ）中の鎖線は、従来例における流量（パルス流噴射停止時における流体噴射開口部から噴射される単位面積当たりの流量）を示す。ここで言う従来例は、流体噴射開口部がどの部位でも一様な内径を有する構成である。この内径は、本実施形態１の入口開口端９３ａの入口面積Ｓ１と同じ大きさであるとする。この場合の流量は、ＱをＳ１で割った一定値（＝Ｑ／Ｓ１）となる。図示するように、流体噴射開口部から流体が飛んでいくことのできる流速の閾値Ｕ０よりもＱ／Ｓ１は大きいことから、従来例では、パルス流噴射停止時においても流体噴射開口部から流体が噴射してしまう。
【００５５】
一方、パルス流噴射時には、図６（ｂ）に示すように、流量は瞬間的に大きくなり、流体噴射開口部９３から流体が飛んでいく。このときの流量のピークは、前記閾値Ｕ０よりも遙かに大きい。第１のポンプ１０により供給される流量Ｑ以上の流量が瞬間的に噴射される（流体の慣性力に引張られて出て行く流体の量も含む）ため、流体噴射開口部９３に流体は無くなる。よって、噴射した流体の分だけ流体噴射開口部９３に流体が満たされるまで、流体は流体噴射開口部９３からの流量は零となる。こうしてパルス流となって流体Ｗが噴射される。
【００５６】
上記図６（ａ）、図６（ｂ）を用いた説明から判るように、パルス流噴射停止時に、流体噴射開口部から流体が飛んでいかないようにするには、流体噴射開口部の開口部を大きくする必要がある。本実施形態では、流体噴射開口部９３を、入口開口端９３ａから出口開口端９３ｂに向かって円錐状に徐々に広がった形状とすることで、パルス流噴射停止時には、流体の流出に関わる出口開口端９３ｂの開口面積を広くして流体噴射開口部９３から流体が飛ばないようにし、パルス流噴射時には、流体が飛び出すことに関わる入口開口端９３ａの開口面積を小さくして、容積変更手段である圧電素子の伸縮能力を高めることなく、流体をパルス状に高速噴射することができる。
【００５７】
Ｂ．実施形態２：
以下、実施形態２〜６および変形例１〜５について説明するが、上述した実施形態１と異なる部分のみ説明し、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
図７は、実施形態２の流体噴射装置における２重管１９０を示す説明図である。実施形態２の流体噴射装置は、実施形態１の流体噴射装置１と比較して、流体噴射開口部１９３の形状が相違するだけであり、流体噴射開口部１９３以外の構成は同一である。
【００５９】
図示するように、２重管１９０は、実施形態１と同様に、同心の２重円筒管構造となっており、小径の円筒管１９２の先端部に、流体噴射開口部１９３が形成されている。流体噴射開口部１９３は、内径が一様な直管部分１９８と、直管部分１９８の一方端から流体噴射開口部１９３の出口開口端１９３ｂに向かって円錐状に徐々に広がった円錐部分１９９（錘部分）とを備える。直管部分１９８の中心軸方向は円錐部分１９９の中心軸方向と一致しており、両中心軸方向は、接続流路１９５の中心軸方向（すなわち、小径の円筒管１９２の中心軸方向）と一致している。直管部分１９８における円錐部分１９９と反対側の端部が、流体噴射開口部１９３の入口開口端１９３ａとなる。
【００６０】
以上のように構成された実施形態２の流体噴射装置によれば、実施形態１の流体噴射装置１と同様に、第１のポンプ１０を完全に停止させないで、流体噴射開口部１９３から流体が飛ばないようにして流体を液溜まりさせることができる。さらに、実施形態２の流体噴射装置では、流体噴射開口部１９３における直管部分１９８でパルス流の噴射方向を一方向に定め易いことから、噴射方向の直進性が高いという効果を奏する。
【００６１】
Ｃ．実施形態３：
図８は、実施形態３の流体噴射装置における２重管２９０の先端側から見た正面図である。実施形態３の流体噴射装置は、実施形態１の流体噴射装置１と比較して、２重管２９０の形状が相違するだけであり、２重管９０以外の構成は同一である。実施形態１の２重管９０は、同心の２重円筒管構造となっていたが、これに換えて、実施形態３の２重管２９０は、図示するように、偏心の２重円筒管構造となっている。すなわち、２重管２９０は、外側の円筒管２９１の中心軸と、内側の円筒管２９２の中心軸とがずれた構成となっている。その上で、内側の円筒管２９２の先端部に、実施形態１と同一形状の流体噴射開口部２９３が形成されている。
【００６２】
図９は、実施形態３における２重管２９０の横断面を示す説明図である。実施形態３の流体噴射装置によれば、実施形態１の流体噴射装置１と同様に、流体噴射停止時において、流体噴射開口部２９３の出口開口端２９３ｂ付近で流体Ｗが溜まる。このとき、この実施形態３では、外側の円筒管２９１と内側の円筒管２９２とが偏心していることから、外側の円筒管２９１と内側の円筒管２９２との間が狭い方に毛管現象が発生し、毛管現象により外側の円筒管２９１と内側の円筒管２９２との間が狭い方に流体が入り込み易くなるため、留まった流体Ｗをより吸引しやすいという効果を奏する。
【００６３】
Ｄ．実施形態４：
図１０は、実施形態４の流体噴射装置における２重管３９０の横断面を示す説明図である。実施形態４の流体噴射装置は、実施形態１の流体噴射装置１と比較して、流体噴射開口部３９３とその周りの形状が相違するだけであり、これ以外の構成は同一である。
【００６４】
図示するように、２重管３９０は、実施形態１と同様に、同心の２重円筒管構造となっており、内側の円筒管３９２の先端部に、流体噴射開口部３９３が形成されている。流体噴射開口部３９３は、実施形態１と同様に、入口開口端３９３ａから出口開口端３９３ｂに向かって円錐状に徐々に広がった形状をしており、入口開口端３９３ａの開口面積より出口開口端３９３ｂの開口面積が大きくなっている。さらに、本実施形態４では、流体噴射開口部３９３の内部壁面の途中に、内側の円筒管３９２の外部壁面まで貫通する複数の貫通孔３９９（孔部）が形成されている。貫通孔３９９は、内側の円筒管３９２の中心軸に対して垂直な方向に伸びている。この実施形態４では、内側の円筒管３９２の中心軸に対して垂直な一面に４方向に放射状に伸びる４つ（図示は２つ）の貫通孔３９９が形成されている。
【００６５】
以上のように構成された実施形態４では、流体噴射開口部３９３の内側に存在する流体を、貫通孔３９９により、吸引開口部３９６側に誘引することができる。したがって、パルス流噴射停止時に留まった流体Ｗをより吸引しやすいという効果を奏する。
【００６６】
Ｅ．実施形態５：
図１１は、実施形態５の流体噴射装置における２重管４９０の横断面を示す説明図である。実施形態５の流体噴射装置は、実施形態１の流体噴射装置１と比較して、流体噴射開口部４９３の形状が相違するだけであり、流体噴射開口部４９３以外の構成は同一である。
【００６７】
図示するように、２重管４９０に備えられる流体噴射開口部４９３は、実施形態１と比較して、入口開口端４９３ａから出口開口端４９３ｂまでの内部壁面に凹凸が形成されている点が相違する。こうした構成の実施形態５では、入口開口端４９３ａから出口開口端４９３ｂまでの内部壁面の凹に流体を滞留させることができるため、流体噴射開口部４９３に流体を滞留し易いという効果を奏する。
【００６８】
Ｆ．実施形態６：
図１２は、実施形態６の流体噴射装置における２重管５９０の横断面を示す説明図である。実施形態６の流体噴射装置は、実施形態１の流体噴射装置１と比較して、２重管５９０の形状が相違するだけであり、２重管５９０以外の構成は同一である。
【００６９】
図示するように、２重管５９０は、実施形態１と同様に、同心の２重円筒管構造となっており、内側の円筒管５９２の先端部に、流体噴射開口部５９３が形成されている。流体噴射開口部５９３は、実施形態１と同一である。実施形態６では、実施形態１と比較して、外側の円筒管５９１の先端部が、内側の円筒管５９２の先端部よりも流体噴射方向側に突出している点が相違する。こうした構成の実施形態６では、流体噴射開口部５９３の出口開口端５９３ｂ付近に滞留した流体Ｗが、自重で鉛直下方向ｙに垂れたときに、外側の円筒管５９１でその垂れた流体Ｗを受けることができる。この流体Ｗは、外側の円筒管５９１と内側の円筒管５９２との間を通して吸引される。したがって、実施形態６によれば、パルス流噴射停止時によって確実に流体の漏れを防止することができる。
【００７０】
Ｇ．変形例：
この発明は前記の実施形態１〜６やその変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７１】
・変形例１：
前記実施形態１では、流体噴射開口部９３は、入口開口端９３ａから出口開口端９３ｂに向かって円錐状に徐々に広がった形状をしていたが、これに限らず、入口開口端９３ａの開口面積より出口開口端９３ｂの開口面積が大きい構成であれば他の形状でも構わない。図１３（ａ）ないし（ｄ）に、流体噴射開口部の他の形状を種々例示した。
【００７２】
図１３（ａ）に示すように、流体噴射開口部６９３は、内径の相違する２つの直管部分６９８、６９９が接続されたものであってもよい。このとき、入口開口端６９３ａ側の第１の直管部分６９８より出口開口端６９３ｂ側の第２の直管部分６９９の方が、内径が大きい。
【００７３】
図１３（ｂ）に示すように、流体噴射開口部７９３は、実施形態２と同様な、直管部分（第１の直管部分）７９７と円錐部分７９８とを備え、さらに、円錐部分７９８の流体噴射方向側に第２の直管部分７９９を備えたものであってもよい。このとき、第１の直管部分７９７より第２の直管部分７９９の方が、内径が大きい。
【００７４】
さらに、流体噴射開口部の円錐部分の母線の中心軸に対する傾きを一定とするのではなく、図１３（ｃ）に示すように、流体噴射方向側ほどより変化率が大きい形状の流体噴射開口部８９３としてもよいし、図１３（ｄ）に示すように、流体噴射方向側ほどより変化率が小さい形状の流体噴射開口部９９３としてもよい。
【００７５】
・変形例２：
前記各実施形態および各変形例では、ダイアフラム４０を圧電素子３０により押圧し脈動流を発生させる構成としたが、これに限らず、脈動流を発生させる構成であれば他の形態でも構わない。例えばピストン（プランジャー）を、圧電素子を用いて駆動することによって流体室８０の容積を縮小させ、脈動流を発生させてもよい。また、流体室８０の容積を必ずしも変更する必要はなく、流体室８０に供給された流体を加減圧可能であればよい。例えば、流体室８０内の流体をレーザー誘起やヒーター電極によって泡状（バブル）にし、発生するバブルにて流体を加圧することによって脈動流を発生するようにしてもよい。
【００７６】
・変形例３：
前記各実施例および各変形例では、流体噴射開口部９３の周辺に滞留する流体を吸引するための構成として、２重管９０は２重円筒管構造となっているが、これに換えて、流体噴射開口部９３の近傍に吸引開口部を備えるノズルを設け、このノズルを介して吸引する構成としてもよく、要は、吸引開口部が流体噴射開口部の近傍に設けられるようにして、流体噴射開口部の周辺に滞留する流体を吸引開口部から吸引することができれば、いずれの構成とすることもできる。換言すれば、吸引開口部は、流体噴射開口部の周辺に滞留した流体を吸引可能な程度に近い位置であれば、いずれの位置に設けられる構成であってもよい。
【００７７】
・変形例４：
前記各実施例および各変形例では、２重管９０を構成する円筒管９１、９２は円筒状であったが、これに換えて、角筒状としてもよい。
【００７８】
・変形例５：
前記各実施例および各変形例では、パルス流噴射時、パルス流噴射停止時ともに、流体供給手段である第１のポンプ１０を同じ供給流量で駆動するようにしていたが、これに換えて、パルス流噴射停止時の第１のポンプ１０による流体の供給流量を、パルス流噴射時の第１のポンプ１０による流体の供給流量よりも減少させる構成としてよい。この構成によれば、パルス流噴射停止時における流体の流出を、より低減することができる。
【００７９】
・変形例６：
前記各実施例および各変形例において、流体噴射開口部の入口開口端から出口開口端までの内部壁面を親水処理してもよい。親水処理することにより、内部壁面に滞留する流体が内部壁面から剥離しにくくなるため、パルス流噴射停止時における流体の流出を、より低減することができる。
【００８０】
なお、前述した各実施例および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１…流体噴射装置
２…流体供給容器
４…流体回収容器
６…接続チューブ
８…接続チューブ
１０…第１のポンプ
１２…流体供給チューブ
１４…第２のポンプ
１６…流体回収チューブ
２０…脈動発生部
２２…パルス流噴射スイッチ
２４…メインスイッチ
３０…圧電素子
４０…ダイアフラム
５０…ケース
６０…底板
７０…ケース
８０…流体室
８１…入口流路
８２…出口流路
９０…２重管
９１、９２…円筒管
９３…流体噴射開口部
９３ａ…入口開口端
９３ｂ…出口開口端
９４…連結面
９５…接続流路
１００…制御部
１９０…２重管
１９２…円筒管
１９３…流体噴射開口部
１９３ａ…入口開口端
１９３ｂ…出口開口端
１９５…接続流路
１９８…直管部分
１９９…円錐部分
２９０…２重管
２９１…円筒管
２９２…円筒管
２９３…流体噴射開口部
２９３ｂ…出口開口端
３９０…２重管
３９２…円筒管
３９３…流体噴射開口部
３９３ａ…入口開口端
３９３ｂ…出口開口端
３９６…吸引開口部
３９９…貫通孔
４９０…２重管
４９３…流体噴射開口部
４９３ａ…入口開口端
５９０…２重管
５９１…円筒管
５９２…円筒管
５９３…流体噴射開口部
５９３ｂ…出口開口端
６９３…流体噴射開口部
６９３ａ…入口開口端
６９３ｂ…出口開口端
６９８、６９９…直管部分
７９３…流体噴射開口部
７９７、７９９…直管部分
７９８…円錐部分
８９３…流体噴射開口部
９９３…流体噴射開口部
【図１】
0005862020.tif 000002
【図２】
0005862020.tif 000003
【図３】
0005862020.tif 000004
【図４】
0005862020.tif 000005
【図５】
0005862020.tif 000006
【図６】
0005862020.tif 000007
【図７】
0005862020.tif 000008
【図８】
0005862020.tif 000009
【図９】
0005862020.tif 000010
【図１０】
0005862020.tif 000011
【図１１】
0005862020.tif 000012
【図１２】
0005862020.tif 000013
【図１３】
0005862020.tif 000014