(57)【要約】【課題】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。【解決手段】流体室と、前記流体室の容積を変更する容積変更部と、前記流体室に流体を供給する流体供給部と、前記流体室を流体噴射開口部に連通する接続流路とを備える流体噴射装置の制御方法であって、前記流体供給部の流体の供給流量を所定の流量とし、前記容積変更部を動作させて前記流体室の容積を変更することによって、前記流体噴射開口部から前記流体をパルス状に噴射させるステップＳ１５０、Ｓ１６０と、前記容積変更部による容積の変更を停止させるとともに、前記流体供給部による流体の供給流量を前記所定の流量よりも減少させるステップＳ１８０、Ｓ１９０とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体噴射開口部から流体を噴射する流体噴射装置であって、
流体室と、
前記流体室の容積を変更する容積変更部と、
前記流体室に流体を供給する流体供給部と、
前記流体室を前記流体噴射開口部に連通する接続流路と、
前記流体供給部の流体の供給流量を所定の流量とし、前記容積変更部を動作させて前記流体室の容積を変更することによって、前記流体噴射開口部から前記流体をパルス状に噴射させるパルス流噴射制御部と、
前記容積変更部による容積の変更を停止させ、かつ、前記流体供給部による流体の供給流量を前記所定の流量よりも減少させるパルス流停止制御部と
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、
前記流体噴射開口部の断面積をＡとし、
前記流体噴射開口部から流体が飛行可能な流速の閾値をＵ０としたときに、
前記パルス流停止制御部は、
前記流体供給部による流体の供給流量Ｑ１が次式（１）を満たすように、
Ｕ０＞Ｑ１／Ａ  …（１）
前記流体供給部を制御する、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の断面積をＡとし、
前記流体噴射開口部から流体が飛行可能な流速の閾値をＵ０としたときに、
前記パルス流噴射制御部は、
前記所定の流量Ｑ２が次式（２）を満たすように、
Ｑ２／Ａ＞Ｕ０  …（２）
前記流体供給部を制御する、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の周辺に滞留する流体を吸引する吸引部と、
前記パルス流停止制御部の実行時に、前記吸引部による吸引を実行させる吸引制御部を備える、流体噴射装置。
【請求項５】
流体室と、
前記流体室の容積を変更する容積変更部と、
前記流体室に流体を供給する流体供給部と、
前記流体室を流体噴射開口部に連通する接続流路と
を備える流体噴射装置の制御方法であって、
前記流体供給部の流体の供給流量を所定の流量とし、前記容積変更部を動作させて前記流体室の容積を変更することによって、前記流体噴射開口部から前記流体をパルス状に噴射させることと、
前記容積変更部による容積の変更を停止させ、かつ、前記流体供給部による流体の供給流量を前記所定の流量よりも減少させることと
を備える流体噴射装置の制御方法。
【請求項６】
流体室と、
前記流体室の容積を変更する容積変更部と、
前記流体室に流体を供給する流体供給部と、
前記流体室を流体噴射開口部に連通する接続流路と、
前記流体供給部の流体の供給流量を所定の流量とし、前記容積変更部を動作させて前記流体室の容積を変更することによって、前記流体噴射開口部から前記流体をパルス状に噴射させるパルス流噴射制御部と、
前記容積変更部による容積の変更を停止させ、かつ、前記流体供給部による流体の供給流量を前記所定の流量よりも減少させるパルス流停止制御部と
を備え、前記パルス流噴射制御部の実行中に、生体の切除または切開を行う手術装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体をパルス状に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、流体室の容積を容積変更部により急激に変化させて流体を脈流に変換し、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、容積変更部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。パルス流噴射の停止時に、流体噴射開口部から流出する流体は、無駄になるばかりでなく、術部の視野を妨げたり、切開または切除した病巣組織を拡散させ、例えば悪性腫瘍の転移の原因にもなり得る。そこで、流体供給部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、容積変更部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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
流体噴射開口部から流体を噴射する流体噴射装置であって、
流体室と、
前記流体室の容積を変更する容積変更部と、
前記流体室に流体を供給する流体供給部と、
前記流体室を前記流体噴射開口部に連通する接続流路と、
前記流体供給部の流体の供給流量を所定の流量とし、前記容積変更部を動作させて前記流体室の容積を変更することによって、前記流体噴射開口部から前記流体をパルス状に噴射させるパルス流噴射制御部と、
前記容積変更部による容積の変更を停止させ、かつ、前記流体供給部による流体の供給流量を前記所定の流量よりも減少させるパルス流停止制御部と
を備える流体噴射装置。
【０００９】
ここで、パルス流停止制御部による「流体の供給流量を前記所定の流量よりも減少させる」ことは、流体の供給流量を０とすることも含む。
【００１０】
適用例１の流体噴射装置によれば、容積変更部による容積の変更を停止させるパルス流停止時には、容積変更部による容積の変更を動作させるパルス流噴射時よりも、流体供給部の流体の供給流量が少なくなる。このために、流体噴射開口部から流体が飛行することがない程度に流体を液留まりさせることができる。したがって、パルス流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ができる。
【００１１】
［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の断面積をＡとし、前記流体噴射開口部から流体が飛行可能な流速の閾値をＵ０としたときに、前記パルス流停止制御部は、前記流体供給部による流体の供給流量Ｑ１が次式（１）を満たすように、
Ｕ０＞Ｑ１／Ａ  …（１）
前記流体供給部を制御する、流体噴射装置。
【００１２】
適用例２の流体噴射装置によれば、容積変更部による容積の変更を停止させるパルス流停止時に、流体噴射開口部から流体が噴射された後に飛行することをより確実に減らすことができる。
【００１３】
［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、前記流体噴射開口部の断面積をＡとし、前記流体噴射開口部から流体が飛行可能な流速の閾値をＵ０としたときに、前記パルス流噴射制御部は、前記所定の流量Ｑ２が次式（２）を満たすように、
Ｑ２／Ａ＞Ｕ０  …（２）
前記流体供給部を制御する構成を備える、流体噴射装置。
【００１４】
適用例３の流体噴射装置によれば、噴射した流体の分だけ流体噴射開口部に流体が満たされるまで、流体は流体噴射開口部から流体は噴射されないが、流体噴射開口部に流体が満たされるとＱ２／Ａ＞Ｕ０となるため、Ｑ２／Ａ程度の流速で連続流が噴射して流体が飛行することになる。よって、先端で流体が溜まらないので、次のパルス流の噴射の際に、溜まった流体によってパルス流の勢いが弱められることがない。
【００１５】
［適用例４］
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の周辺に滞留する流体を吸引する吸引部と、前記パルス流停止制御部の実行時に、前記吸引部による吸引を実行させる吸引制御部を備える、流体噴射装置。
【００１６】
適用例４の流体噴射装置によれば、パルス流停止時に流体噴射開口部の周辺に滞留した流体を、吸引部により吸引することができる。
【００１７】
［適用例５］
流体室と、
前記流体室の容積を変更する容積変更部と、
前記流体室に流体を供給する流体供給部と、
前記流体室を流体噴射開口部に連通する接続流路と
を備える流体噴射装置の制御方法であって、
前記流体供給部の流体の供給流量を所定の流量とし、前記容積変更部を動作させて前記流体室の容積を変更することによって、前記流体噴射開口部から前記流体をパルス状に噴射させることと、
前記容積変更部による容積の変更を停止させ、かつ、前記流体供給部による流体の供給流量を前記所定の流量よりも減少させることと
を備える流体噴射装置の制御方法。
【００１８】
［適用例６］
流体室と、
前記流体室の容積を変更する容積変更部と、
前記流体室に流体を供給する流体供給部と、
前記流体室を流体噴射開口部に連通する接続流路と、
前記流体供給部の流体の供給流量を所定の流量とし、前記容積変更部を動作させて前記流体室の容積を変更することによって、前記流体噴射開口部から前記流体をパルス状に噴射させるパルス流噴射制御部と、
前記容積変更部による容積の変更を停止させ、かつ、前記流体供給部による流体の供給流量を前記所定の流量よりも減少させるパルス流停止制御部と
を備え、前記パルス流噴射制御部の実行中に、生体の切除または切開を行う手術装置。
【００１９】
適用例５の流体噴射装置の制御方法および適用例６の手術装置は、適用例１の流体噴射装置と同様に、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ができる。
【００２０】
さらに、本発明は、前記適用例１ないし６以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、適用例５に記載の流体噴射装置の制御方法の各工程をコンピューターに実行させるためのプログラムなどの形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】実施形態１に係る脈動発生部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】接続流路管における図２のＦ−Ｆ線断面図である。
【図４】実施形態１に係る制御部の概略構成を示すブロック説明図である。
【図５】制御回路で実行される流体噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図６】パルス流停止時とパルス流噴射時における流量の時間変化を示す説明図である。
【図７】パルス流停止時とパルス流噴射時における流体の様子を示す説明図である。
【図８】実施形態２における流体噴射制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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手術装置としての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。
【００２３】
Ａ．実施形態１：
Ａ−１．全体の構成：
図１は、実施形態１に係る手術具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、流体供給部としての第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接続流路管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。尚、噴射前の流体の流れを脈動流とし、噴射された流体の流れをパルス流として説明する。
【００２４】
また、流体噴射装置１は、接続流路管９０から流体を吸引するための第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、「回収容器」と呼ぶ）４とを備えていてもよい。第２のポンプ１４と接続流路管９０とは、回収チューブ１６によって接続されている。
【００２５】
接続流路管９０は、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いる（図３参照）。小径の円筒管９２の先端部には、流路が縮小された流体噴射開口部９３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との間の領域が回収チューブ１６と連通している。
【００２６】
なお、接続流路管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および回収チューブ１６は、柔軟で可撓性があるものが好ましい。
【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】
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部（後述する）とを備えており、容積変更部を駆動して脈動流を発生して、接続流路管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高速噴射する。容積変更部を含む脈動発生部２０の詳しい説明については、後述する。
【００２９】
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。
【００３０】
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する。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。
【００３１】
なお、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。
【００３２】
また、第２のポンプ１４を駆動することで、大径の円筒管９１と小径の円筒管９２との間に含まれる流体は、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、接続チューブ８を介して回収容器４に回収される。脈動発生部２０によるパルス流噴射を停止して、流体噴射開口部９３からの流体の噴射を止めた状態で、接続流路管９０を所望の流体中に差し込むように用いれば、その差し込んだ先の流体を回収容器４に回収することも可能となる。
【００３３】
この流体噴射装置１を用いて手術をする際には、接続流路管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高速噴射することで、その生体組織を切開または切除することができる。さらに、大径の円筒管９１と小径の円筒管９２との間から吸引することで、血液等の廃棄物を回収容器４に回収することができる。
【００３４】
Ａ−２．脈動発生部の構造：
次に、本実施形態による脈動発生部２０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、流体室８０の容積を変化させる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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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を有する接続流路管９０が嵌着される。
【００３８】
図３は、接続流路管９０における図２のＦ−Ｆ線断面図である。前述したように、接続流路管９０は、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いる。小径の円筒管９２の内側が接続流路９５（図２）となっている。接続流路管９０は、その先端に流体噴射開口部９３を有している。図２に示すように、接続流路９５における一方側の端部は流体噴射開口部９３と接続されており、他方側の端部は出口流路８２と接続されている。
【００３９】
圧電素子３０に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、流体は、パルス状の液滴となって出口流路８２から継続して吐出し、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。
【００４０】
Ａ−３．制御部の構成：
次に、本実施形態による制御部の構成について説明する。図４は、本実施形態に係る制御部の概略構成を示すブロック説明図である。制御部１００は、制御回路１１０と、第１のポンプ１０の駆動制御を行う第１のポンプ駆動回路１２０と、第２のポンプ１４の駆動制御を行う第２のポンプ駆動回路１３０と、圧電素子３０を駆動制御する圧電素子駆動回路１４０とを備える。制御部１００には、先に説明したようにメインスイッチ２４が付設されている。メインスイッチ２４、前述したパルス流噴射スイッチ２２、第１のポンプ駆動回路１２０、第２のポンプ駆動回路１３０、および圧電素子駆動回路１４０のそれぞれと制御回路１１０との間は、電気的に接続されている。
【００４１】
制御回路１１０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピューターとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたコンピュータープログラムをＲＡＭに展開して実行することで、パルス流噴射制御部１１２、パルス流停止制御部１１４、および吸引制御部１１６を機能的に実現する。すなわち、メインスイッチ２４とパルス流噴射スイッチ２２からの各出力信号を入力し、第１のポンプ駆動回路１２０、第２のポンプ駆動回路１３０、および圧電素子駆動回路１４０に指令信号を出力することにより、第１のポンプ１０、第２のポンプ１４、および圧電素子３０を駆動制御して、パルス流噴射を行ったりパルス流噴射を停止したり、吸引による回収処理を行ったりする。なお、図４では、パルス流噴射制御部１１２およびパルス流停止制御部１１４が別々に構成されているが、第１のポンプ駆動回路１２０および圧電素子駆動回路１４０に指令信号を出力することは共通なので、パルス流噴射制御部１１２およびパルス流停止制御部１１４は、一体の構成としても本発明の主旨は逸脱しない。
【００４２】
次に各スイッチの機能について説明する。メインスイッチ２４は、流体噴射装置１の起動及び停止機能を有しており、具体的には制御回路１１０のオン（立ち上げ）及びオフ（停止）を行う。なお、そのオフの際には、第１のポンプ１０、第２のポンプ１４、および圧電素子３０もオフされる。
【００４３】
パルス流噴射スイッチ２２は、第１のポンプ１０の駆動及び脈動発生部２０の起動を行う。操作者は、パルス流噴射を行いたい場合には、パルス流噴射スイッチ２２を押下してオン状態とすればよい。パルス流噴射を停止させる場合には、パルス流噴射スイッチ２２を再度押下してオフ状態とすればよい。
【００４４】
Ａ−４．制御部の処理：
図５は、制御回路１１０で実行される流体噴射制御処理を示すフローチャートである。図示するように、処理が開始されると、制御回路１１０のＣＰＵは、メインスイッチ２４がオンされたか否かを判定し（ステップＳ１１０）、オンされていないときには、ステップＳ１１０の処理を繰り返し実行して、メインスイッチ２４がオンされるのを待つ。
【００４５】
ステップＳ１１０で、メインスイッチ２４がオンされたと判定されたときには、ＣＰＵは、第２のポンプ１４をオン（起動）し（ステップＳ１２０）、第１のポンプ１０をオン（起動）する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１３０では、第１のポンプ１０を、供給流量（吐出流量）が第１の所定量Ｑ１となるように駆動する。
【００４６】
なお、第２のポンプ１４の供給流量は予め定めた所定量である。この噴射制御処理においては、第２のポンプ１４はオン／オフされるだけで、オン時の供給流量は一定である。
【００４７】
ステップＳ１３０の実行後、ＣＰＵは、パルス流噴射スイッチ２２がオンされているか否かを判定し（ステップＳ１４０）、オンと判定された場合には、次の処理を行う。
【００４８】
まず、ＣＰＵは、第１のポンプ１０の供給流量を第２の所定量Ｑ２に変更（増加）する（ステップＳ１５０）。第２の所定量Ｑ２は、第１の所定量Ｑ１よりも多い。その後、ＣＰＵは、圧電素子３０を駆動する（ステップＳ１６０）。圧電素子３０の駆動が開始されることで、パルス流噴射が開始される。
【００４９】
ステップＳ１６０の実行後、ＣＰＵは、パルス流噴射スイッチ２２がオフされたか否かを判定し（ステップＳ１７０）、オンと判定された場合には、ステップＳ１７０の処理を繰り返して、オフされるのを待つ。この繰り返しの期間において、流体噴射装置１を用いた手術等の作業がなされることになる。
【００５０】
一方、ステップＳ１７０で、パルス流噴射スイッチ２２がオフされたと判定された場合には、圧電素子３０の駆動を停止し（ステップＳ１８０）、第１のポンプ１０の供給流量を第１の所定量Ｑ１に変更（減少）する（ステップＳ１９０）。ステップＳ１９０の実行後、ステップＳ１４０に処理を戻す。
【００５１】
一方、ステップＳ１４０で、パルス流噴射スイッチ２２がオンでない、すなわちオフであると判定された場合には、ＣＰＵは、ステップＳ１９２に処理を進めて、メインスイッチ２４がオフされたか否かを判定する。ここで、オフされていないときには、ステップＳ１４０に処理を戻す。
【００５２】
ステップＳ１９２で、メインスイッチ２４がオフされたと判定されたときには、ＣＰＵは、第１のポンプ１０をオフ（停止）し（ステップＳ１９４）、第２のポンプ１４をオフ（停止）する（ステップＳ１９６）。その後、この流体噴射制御処理を終了する。なお、流体供給チューブ１２や流体室８０など内部に圧力が残っていると、第１のポンプ１０をオフ（停止）しても、流体噴射開口部から流体が流出してしまう。したがって、流体噴射開口部から流体を吸引できるように、第１のポンプ１０をオフ（停止）してから、第２のポンプ１４をオフ（停止）するまで所定の時間間隔を有することが望ましい。
【００５３】
なお、ステップＳ１５０およびＳ１６０の処理がパルス流噴射制御部１１２に、ステップＳ１８０およびＳ１９０の処理がパルス流停止制御部１１４に相当する。ステップＳ１２０の処理が吸引制御部１１６に相当する。
【００５４】
Ａ−５．実施形態１の作用、効果：
パルス流噴射制御部１１２によるパルス流噴射時と、パルス流停止制御部１１４によるパルス流停止時とにおいて、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を用いて次に説明する。図６中の（ａ）がパルス流停止時における前記流量の時間変化であり、図６中の（ｂ）がパルス流噴射時における前記流量の時間変化である。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。
【００５５】
流体噴射開口部９３の断面積がＡであるとすると、図６（ａ）に示すように、パルス流停止時には、流量は、ステップＳ１９０の処理に従う第１の所定量Ｑ１をＡで割った一定値（＝Ｑ１／Ａ）となる。グラフ中のＵ０は、パルス流噴射時において流体噴射開口部９３から流体が飛行することのできる（より詳しくは、噴射された後に飛行することのできる）流速の閾値である。グラフに示すように、閾値Ｕ０よりもＱ１／Ａが小さい場合、供給流量がありながらも、流体噴射開口部９３から流体が飛行することはない。本実施形態１では、Ｕ０＞Ｑ１／Ａとなるように、第１の所定量Ｑ１の値と流体噴射開口部９３の断面積Ａの値とが、適宜定められている。
【００５６】
図７は、接続流路管９０における流体の様子を示す説明図である。図７中の（ａ）にパルス流停止時における流体の様子を、図７中の（ｂ）にパルス流噴射時における流体の様子を示した。パルス流停止時においては、前述したように、流体噴射開口部９３から流体が飛行することがないことから、図７中の（ａ）に示すように、流体噴射開口部９３の周辺に流体Ｗ１が溜まってしまう。このとき、第２のポンプ１４（図１）を駆動状態とすることで、大径の円筒管９１と小径の円筒管９２との間の先端部に形成された流体吸引開口部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、前記流体噴射開口部９３の周辺に滞留した流体Ｗ１を吸引することができる。
【００５７】
第２のポンプ１４の吸引流量の能力をＱｓ、吸引開口部の断面積をＡｓ（例えば、図３において、大径の円筒管９１内径による断面積から小径の円筒管９２外径の断面積を引いた面積）とした場合、流体噴射開口部９３で溜まった流体の周りの空気の流れによって流体噴射開口部９３で溜まった流体を動かすことのできる空気の流速をＵａとした場合、Ｕａ≦Ｑｓ／Ａｓとなるように、適宜ＱｓとＡｓの値を設定すればよい。また、第２のポンプ１４の吸引流量の能力Ｑｓは少なくとも流れ出る流量Ｑ１よりも大きくないといけないので、Ｑｓ≧Ｑ１である。
【００５８】
図６（ｂ）に示すように、パルス流噴射時には、流量は、瞬間的に大きくなり、流体噴射開口部９３から流体が飛行する。このとき、第１のポンプ１０により供給される流量Ｑ２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から流体は噴射されないが、流体噴射開口部９３に流体が満たされるとＱ２／Ａ＞Ｕ０となるため、Ｑ２／Ａ程度の流速で連続流が噴射して流体が飛行することになる。よって、先端で流体が溜まらないので、次のパルス流の噴射の際に、溜まった流体によってパルス流が弱められることもない。すなわち、本実施形態１では、Ｑ２／Ａ＞Ｕ０となるように、第２の所定量Ｑ２の値と流体噴射開口部９３の断面積Ａの値とが、適宜定められている。
【００５９】
したがって、図７（ｂ）に示すように、パルス流噴射時には、流体Ｗ２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。
【００６０】
以上詳述したように、実施形態１の流体噴射装置１によれば、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９３から流体が飛行しないようにして流体Ｗ１を液溜まりさせることができる。したがって、パルス流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ができる。さらに、流体噴射装置１によれば、パルス流停止時において第１のポンプ１０が継続して運転されることから、流体室８０の圧力が低下しすぎて噴射再開時において応答性が損ねられることもない。
【００６１】
Ｂ．実施形態２：
本発明の実施形態２について、次に説明する。実施形態２は、前述した実施形態１と同一のハードウェア構成を備え、ソフトウェアの構成、すなわち、制御回路１１０で実行される流体噴射制御処理の内容だけが相違する。なお、実施形態１と同じ構成については、実施形態１と同じ符号を用いて、以下の説明を行う。
【００６２】
図８は、実施形態２において、制御回路１１０で実行される流体噴射制御処理を示すフローチャートである。図示におけるステップＳ２１０およびＳ２２０は、実施形態１におけるステップＳ１１０およびＳ１２０と同一である。ステップＳ２２０で、第２のポンプ１４をオンすると、制御回路１１０のＣＰＵは、ステップＳ２３０に処理を進める。ステップＳ２３０は、実施形態１におけるステップＳ１４０と同一である。ステップＳ２３０で、パルス流噴射スイッチ２２がオンされたと判定された場合には、第１のポンプ１０をオン（起動）する（ステップＳ２４０）。ここでは、第１のポンプ１０を、供給流量（吐出流量）が第２の所定量Ｑ２となるように駆動する。第２の所定量Ｑ２は、実施形態１におけるステップＳ１５０の供給流量と同一である。
【００６３】
ステップＳ２４０の実行後、ＣＰＵは、実施形態１におけるステップＳ１６０、Ｓ１７０、Ｓ１８０と同一のステップＳ２５０、Ｓ２６０，Ｓ２７０の処理を実行し、その後、第１のポンプ１０をオフ（停止）する（ステップＳ２８０）。ステップＳ２８０の実行後、ステップＳ２３０に処理を戻す。
【００６４】
一方、ステップＳ２３０で、パルス流噴射スイッチ２２がオフされたと判定された場合には、ＣＰＵは、実施形態１におけるステップＳ１９２と同一のステップＳ２９０の処理を実行する。ステップＳ２９０で、メインスイッチ２４がオフされたと判定されたときには、ＣＰＵは、第２のポンプ１４をオフ（停止）して（ステップＳ２９５）、この流体噴射制御処理を終了する。
【００６５】
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、パルス流停止時に、第１のポンプ１０を完全に停止させて、流体噴射開口部９３から流体が飛行しないようにして流体Ｗ１を液溜まりさせることができる。したがって、パルス流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ができる。また、ステップＳ２８０を実行したとき、流体供給チューブ１２や流体室８０など内部に圧力が残っていると、第１のポンプ１０をオフ（停止）しても、しばらくは流体噴射開口部から流体が流出してしまうが、第２のポンプ１４がオンしているので、流体噴射開口部から流出した流体を吸引することができる。
【００６６】
Ｃ．変形例：
この発明は前記の実施形態１、２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。
【００６７】
・変形例１：
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により押圧し脈流を発生させる構成としたが、これに限らず、脈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、脈流を発生させてもよい。また、流体室８０内の流体をレーザー誘起や電極によって気化させて、バブルを噴射させることによって脈流を発生するようにしてもよい。
【００６８】
・変形例２：
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、接続流路管９０を２重円筒管構造とし、２重重円筒管構造の先端部に流体吸引開口部９６を備える構成としたが、これに換えて、流体噴射開口部９３付近だけを覆い、チューブ等を介して吸引する構成としてもよく、要は、流体噴射開口部の周辺に滞留する流体を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。
【００６９】
・変形例３：
前記各実施例および各変形例において、ソフトウェアによって実現した機能は、ハードウェアによって実現するものとしてもよい。
【００７０】
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。例えば、流体噴射開口部の周辺に滞留する流体を吸引する吸引部としての、２重円筒管構造、第２のポンプ１４、および回収容器４を省略することが可能である。また、本発明はこれらの実施例および各変形例になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様での実施が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１…流体噴射装置、２…流体供給容器、４…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…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…接続流路管、９１…大径の円筒管、９２…小径の円筒管、９３…流体噴射開口部、９５…接続流路、９６…流体吸引開口部、１００…制御部、１１０…制御回路、１１２…パルス流噴射制御部、１１４…パルス流停止制御部、１２０…第１のポンプ駆動回路、１３０…第２のポンプ駆動回路、１４０…圧電素子駆動回路。
【図１】
2015016360.tif 000003
【図２】
2015016360.tif 000004
【図３】
2015016360.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015016360.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015016360.tif 000009
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月23日(2014.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体噴射開口部と連通し、流体を収容可能な流体室と、
前記流体噴射開口部から前記流体をパルス状に噴射させるための流体噴射部と、
前記流体室に流体を供給するための流体供給部と、
前記流体噴射開口部から流出した流体を吸引可能な吸引部と、
前記流体噴射部、前記流体供給部及び前記吸引部を制御するための制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記流体噴射部を動作させて前記流体噴射開口部から前記流体をパルス状に噴射させる第１制御と、
前記流体噴射部を停止させ、かつ、前記流体供給部による流体の供給流量を、前記第１制御における供給流量よりも減少させる第２制御と、を実行可能であり、
前記制御部は、前記吸引部を駆動させた状態で前記第２制御を実行する、流体噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体噴射装置であって、
前記流体噴射開口部を有し、前記流体室に接続される第１の管と、
前記第１の管が挿入され、内壁と前記第１の管との間の領域が前記吸引部と連通する第２の管と、を備える流体噴射装置。
【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、
前記制御部は、前記流体噴射部を動作させる前に前記流体供給部から第１の流量の流体を供給させ、前記第１の流量よりも多い第２の流量の流体を前記流体供給部から供給させた後に前記流体噴射部を動作させる、流体噴射装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の流体噴射装置であって、
前記制御部は、前記第２制御を実行する場合、前記流体噴射部を停止させてから所定時間経過後に前記吸引部の駆動を停止させる、流体噴射装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載の流体噴射装置を備え、生体の切除または切開を行うことが可能な手術装置。