(57)【要約】【課題】液体噴射装置において、液体噴射機構の移動速度に応じた切開等の能力の変更を好適に行うこと。【解決手段】液体室と、前記液体室内の容積を変動させる容積変動部と、を具備する液体噴射機構と、前記液体室に液体を供給する液体供給部と、前記容積変動部および前記液体供給部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記液体噴射機構の移動速度に応じて、前記容積変動部に印加する電圧と、前記液体室に供給される液体の流量と、の少なくとも一方を変更する。【選択図】図５
2015054026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体室と、前記液体室内の容積を変動させる容積変動部と、を具備する液体噴射機構と、
前記液体室に液体を供給する液体供給部と、
前記容積変動部および前記液体供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記液体噴射機構の移動速度に応じて、前記容積変動部に印加する電圧と、前記液体室に供給される液体の流量と、の少なくとも一方を変更する
液体噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射装置であって、
前記制御部は、前記電圧と前記流量とを変更する
液体噴射装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の液体噴射装置であって、
前記制御部は、前記液体噴射機構の移動速度が第１の速度の場合は、前記電圧を第１の電圧に設定し、前記移動速度が前記第１の速度よりも速い第２の速度の場合は、前記電圧を前記第１の電圧よりも高い第２の電圧に設定する
液体噴射装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液体噴射装置であって、
前記制御部は、前記移動速度が前記第１の速度の場合は、前記液体室に供給される液体の流量を第１の流量に設定し、前記移動速度が前記第２の速度の場合は、前記液体室に供給される液体の流量を前記第１の流量よりも多い第２の流量に設定する
液体噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液体噴射装置であって、
前記容積変動部には、駆動信号が印加され、
前記制御部は、前記移動速度が前記第２の速度よりも速い第３の速度以下において前記電圧を変更し、前記移動速度が前記第３の速度の場合、前記駆動信号の周波数を第１の周波数に設定し、前記第３の速度よりも速い第４の速度の場合、前記駆動信号の周波数を前記第１の周波数よりも高い第２の周波数に設定する
液体噴射装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液体噴射装置であって、
前記制御部は、前記電圧と、前記流量制御と、前記移動速度に応じた前記駆動信号の周波数の制御とを実行する
液体噴射装置。
【請求項７】
液体室と、液体室内を加圧する加圧部と、を具備する液体噴射機構と、
前記液体噴射機構の移動速度に応じて、前記加圧部に送信する駆動信号を変更する制御部と、
を備える液体噴射装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までの何れか一項に記載の液体噴射装置を用いた医療機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の噴射に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器として用いられる液体噴射装置において、噴射口の加速度を測定し、その加速度に基づき液体噴射のモードを選択する手法が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４３３７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記先行技術は、噴射口の移動速度によって噴射モードを切り替えることで、操作者の意図に沿った切開または切除能力を発揮させる優れたものである。発明者等は、この技術を更に改良して、液体噴射機構の移動速度に応じた切開等の能力の変更を好適に行う方法を見出した。この他、装置の小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。発明者等は、こうした課題についても解決を試みた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、液体噴射装置が提供される。この液体噴射装置は、液体室と、前記液体室内の容積を変動させる容積変動部と、を具備する液体噴射機構と；前記液体室に液体を供給する液体供給部と；前記容積変動部および前記液体供給部を制御する制御部と、を備え；前記制御部は；前記液体噴射機構の移動速度に応じて、前記容積変動部に印加する電圧と、前記液体室に供給される液体の流量と、の少なくとも一方を変更する。この形態によれば、切除深さに関係する電圧と供給される流量（以下「供給流量」ともいう）との少なくとも一方を、噴射口の移動速度に応じて変更するので、噴射口の移動速度に応じて切除能力を調整できる。
【０００７】
（２）上記形態において、前記制御部は、前記電圧と前記流量とを変更する。この形態によれば、電圧と液体の流量との両方を、噴射口の移動速度に応じて変更するので、噴射口の移動速度に応じて切除能力を調整できると共に、電圧の変更に応じた流量制御を実現できる。
【０００８】
（３）上記形態において、前記制御部は、前記液体噴射機構の移動速度が第１の速度の場合は、前記電圧を第１の電圧に設定し、前記移動速度が前記第１の速度よりも速い第２の速度の場合は、前記電圧を前記第１の電圧よりも高い第２の電圧に設定する。この形態によれば、液体噴射機構の移動速度が速くなると、切除能力が向上するように電圧を変更するので、切除深さを安定させることができる。
【０００９】
（４）上記形態において、前記制御部は、前記移動速度が前記第１の速度の場合は、前記液体室に供給される液体の流量を第１の流量に設定し、前記移動速度が前記第２の速度の場合は、前記液体室に供給される液体の流量を前記第１の流量よりも多い第２の流量に設定する。この形態によれば、移動速度が速くなると供給流量を増大させるので、切除深さを安定させることができる。さらに、この形態によれば、電圧が高くなると、供給流量を増大させることになる。電圧が高くなると、必要な流量が増大するので、この形態によれば、必要な流量の変化が生じた場合に、適切な供給流量を確保できる可能性が高くなる。
【００１０】
（５）上記形態において、前記容積変動部には、駆動信号が印加され、前記制御部は、前記移動速度が前記第２の速度よりも速い第３の速度以下において前記電圧を変更し、前記移動速度が前記第３の速度の場合、前記駆動信号の周波数を第１の周波数に設定し、前記第３の速度よりも速い第４の速度の場合、前記駆動信号の周波数を前記第１の周波数よりも高い第２の周波数に設定する。この形態によれば、移動速度が速くなると、切除能力が向上するように駆動周波数を変更するので、切除深さを安定させることができる。さらに、第３の速度以上においては、駆動周波数が変更され得るのに対して電圧が変更されなければ、電圧の変化の影響を除外して駆動周波数を決定できる。
【００１１】
（６）上記形態において、前記制御部は、前記電圧と、前記流量制御と、前記移動速度に応じた前記駆動信号の周波数の制御とを実行する。この形態によれば、噴射口の移動速度に応じて切除能力を、３つのパラメーターを用いて調整できる。
【００１２】
（７）液体室と、液体室内を加圧する加圧部と、を具備する液体噴射機構と；前記液体噴射機構の移動速度に応じて、前記加圧部に送信する駆動信号を変更する制御部と；を備える液体噴射装置。この形態によれば、液体噴射機構の移動速度に応じて、加圧部に送信する駆動信号を変更できる。
【００１３】
本発明は、上記以外の種々の形態でも実現できる。例えば、液体噴射方法、医療機器、手術方法、これらの方法を実現するためのプログラム、これらのプログラムを記憶した記憶媒体等の形態で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】液体噴射装置の構成図。
【図２】液体噴射機構の内部構造図。
【図３】駆動波形を示すグラフ。
【図４】噴射処理を示すフローチャート（実施形態１）。
【図５】各パラメーターと移動速度の関係を示すグラフ（実施形態１）。
【図６】駆動波形が変化する様子を示すグラフ。
【図７】供給流量と必要流量との関係を示すグラフ。
【図８】必要流量とピーク電圧との関係を示すグラフ。
【図９】必要流量と駆動周波数との関係を示すグラフ。
【図１０】噴射圧力とピーク電圧との関係を示すグラフ。
【図１１】切除深さとピーク電圧との関係を示すグラフ。
【図１２】噴射処理を示すフローチャート（実施形態２）。
【図１３】各パラメーターと移動速度の関係を示すグラフ（実施形態３）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施形態１を説明する。図１は、液体噴射装置１０の構成を示す。液体噴射装置１０は、医療機関において利用される医療機器であり、患部に対して液体を噴射することによって、患部を切開または切除する機能を有する。
【００１６】
液体噴射装置１０は、液体噴射機構２０と、液体供給機構５０と、吸引装置６０と、制御部７０と、液体容器８０とを備えている。液体供給機構５０及び液体容器８０は、接続チューブ５１によって互いに接続されている。液体供給機構５０及び液体噴射機構２０は、液体供給流路５２によって互いに接続されている。接続チューブ５１及び液体供給流路５２は、樹脂によって形成されている。接続チューブ５１及び液体供給流路５２は、樹脂以外（例えば金属）の材料によって形成されてもよい。
【００１７】
液体容器８０は、生理食塩水を貯留する。生理食塩水に代えて、純水や薬液であってもよい。液体供給機構５０は、内蔵したポンプの駆動によって、接続チューブ５１を介して液体容器８０から吸引した液体を、液体供給流路５２を介して液体噴射機構２０に供給する。
【００１８】
液体噴射機構２０は、液体噴射装置１０の使用者が手に持って操作する器具である。使用者は、噴射口５８から間欠的に噴射される液体を患部に当てることによって、患部の切開または切除を行う。
【００１９】
制御部７０は、液体噴射機構２０に内蔵された脈動発生部３０に、信号ケーブル７２を介して駆動信号を送信する。制御部７０は、制御ケーブル７１を介して液体供給機構５０を制御することによって、脈動発生部３０に供給される液体の流量を制御する。制御部７０には、フットスイッチ７５が接続されている。使用者がフットスイッチ７５をオンにすると、制御部７０は、液体供給機構５０を制御して、脈動発生部３０への液体の供給を実行させるとともに、脈動発生部３０に駆動信号を送信して、脈動発生部３０に供給された液体の圧力に脈動を発生させる。脈動発生のメカニズムと、液体噴射機構２０からの液体の噴射の制御との詳細については後述する。
【００２０】
吸引装置６０は、噴射口５８周辺の液体や切除物を吸引するためのものである。吸引装置６０及び液体噴射機構２０は、吸引流路６２によって互いに接続されている。吸引装置６０は、吸引装置６０を動作させるためのスイッチがオンの間、吸引流路６２の内部を常時、吸引する。吸引流路６２は、液体噴射機構２０内を貫通して、噴射管５５の先端近傍において開口する。
【００２１】
吸引流路６２は、液体噴射機構２０の先端から延び出た噴射管５５に覆い被さる。このため、図１のＡ矢視図に示すように、噴射管５５の壁および吸引流路６２の壁は、略同心の円筒を形成する。噴射管５５の外壁と吸引流路６２の内壁との間には、吸引流路６２の先端である吸引口６４から吸引された吸引物が流れる流路が形成される。吸引物は、吸引流路６２を介して吸引装置６０に吸引される。なお、この吸引は、図２を用いて後述する吸引調整機構６５によって調整される。
【００２２】
図２は、液体噴射機構２０の内部構造を示す。液体噴射機構２０は、脈動発生部３０と、入口流路４０と、出口流路４１と、接続チューブ５４と、加速度センサー６９とを内蔵すると共に、吸引力調整機構６５を備える。
【００２３】
脈動発生部３０は、液体供給機構５０から液体供給流路５２を介して液体噴射機構２０に供給された液体の圧力に脈動を発生させる。圧力の脈動が発生した液体は、噴射管５５に供給される。噴射管５５に供給された液体は、噴射口５８から間欠的に噴射される。噴射管５５は、ステンレスによって形成されている。噴射管５５は、真鍮等の他の金属や強化プラスチックなど、所定以上の剛性を有する他の材料によって形成されてもよい。
【００２４】
脈動発生部３０は、図２下部の拡大図に示されるように、第１ケース３１、第２ケース３２、第３ケース３３、ボルト３４、圧電素子３５、補強板３６、ダイアフラム３７、パッキン３８、入口流路４０及び出口流路４１を備える。第１ケース３１は筒状部材である。第１ケース３１は、一方の端部に第２ケース３２が接合され、他方の端部に第３ケース３３がボルト３４で固定されることによって、全体が密閉されている。第１ケース３１の内部に形成される空間に、圧電素子３５が配置されている。
【００２５】
圧電素子３５は、積層型圧電素子である。圧電素子３５の一端は、補強板３６を介してダイアフラム３７に固着している。圧電素子３５の他端は、第３ケース３３に固着している。ダイアフラム３７は、金属薄膜によって作製されている。ダイアフラム３７の周縁部は、第１ケース３１に固着し、且つ第１ケース３１と第２ケース３２とに挟み込まれる。ダイアフラム３７と第２ケース３２との間には、液体室３９が形成される。
【００２６】
圧電素子３５には、制御部７０から信号ケーブル７２を介して駆動信号が入力される。信号ケーブル７２は、液体噴射機構２０の後端部２２から挿入される。信号ケーブル７２は、２本の電極線７４と、１本の加速度センサー用信号線７６とを収容する。電極線７４は、脈動発生部３０内の圧電素子３５に接続される。圧電素子３５は、制御部７０から送信された駆動信号に基づいて伸縮する。液体室３９の容積は、圧電素子３５の伸縮によって変動する。
【００２７】
第２ケース３２には、液体が流入する入口流路４０が接続される。入口流路４０は、Ｕ字状に曲げられ、液体噴射機構２０の後端部２２に向かって延びる。入口流路４０には、液体供給流路５２が接続されている。液体供給機構５０から供給された液体は、液体供給流路５２を介して液体室３９に供給される。
【００２８】
圧電素子３５が所定の周波数で伸縮すると、ダイアフラム３７が振動する。ダイアフラム３７が振動すると、液体室３９の容積が変動し、液体室内の液体の圧力が脈動する。加圧された液体は、液体室３９に接続された出口流路４１から流出する。
【００２９】
出口流路４１には、金属製の接続チューブ５４を介して噴射管５５が接続されている。出口流路４１に流出した液体は、接続チューブ５４、噴射管５５を通って噴射口５８から噴射する。
【００３０】
吸引力調整機構６５は、吸引流路６２が吸引口６４から液体等を吸引する力を調整するためのものである。吸引力調整機構６５は、操作部６６と孔６７とを備える。孔６７は、吸引流路６２と操作部６６とを繋ぐ貫通孔である。使用者が液体噴射機構２０を把持した手の指で孔６７を開閉すると、その開閉度合いによって、孔６７を介して吸引流路６２内に流入する空気の量が調整され、延いては吸引口６４の吸引力が調整される。吸引力の調整は、吸引装置６０による制御によって実現してもよい。
【００３１】
液体噴射機構２０は、加速度センサー６９を備える。加速度センサー６９は、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサーである。この３軸は、図２に示されるＸＹＺの各軸である。Ｘ軸は、孔６７の貫通方向と平行であり、上向きが正の向きである。Ｚ軸は、噴射管５５の長軸方向と平行であり、液体が噴射される向きを負の向きとする。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸を基準に、右手系によって定義される。
【００３２】
加速度センサー６９は、図２に示されるように、液体噴射機構２０の先端部２４付近に配置される。測定結果は、加速度センサー用信号線７６を介して制御部７０に入力される。
【００３３】
図３は、圧電素子３５に入力される駆動信号の波形（以下「駆動波形」という）を示すグラフである。縦軸は電圧を、横軸は時間を示す。駆動波形は、サインカーブの組み合わせによって記述される。駆動波形のピーク電圧および周波数は、噴射処理（図４と共に後述）によって変化する。
【００３４】
圧電素子３５は、駆動信号の電圧値が高くなると液体室３９の体積が収縮するように変形する。駆動信号が繰り返し入力されることによって、この収縮が繰り返し発生する。この結果、液体が間欠的に噴射される。
【００３５】
図４は、噴射処理を示すフローチャートである。噴射処理は、フットスイッチ７５が踏まれている間、制御部７０によって繰り返し実行される。初めに、噴射口５８の速度Ｓを算出する（ステップＳ１００）。ここでいう速度Ｓとは、ＸＹ平面における速度の絶対値のことである。つまり、Ｚ軸方向の速度を無視した速度の絶対値である。速度Ｓは、加速度センサー６９によって測定される３軸の加速度に基づき算出する。
【００３６】
速度Ｓは、患部の切除深さに影響するパラメーターとして算出される。患部の各局所領域に対して単位時間当たりに作用する切除能力は、噴射口５８と患部との移動速度に影響されるからである。本実施形態においては、患部は静止しているという仮定に基づき、速度Ｓを患部と噴射口５８との移動速度として取り扱う。尚、患部が呼吸等により移動していることを考慮して、速度Ｓを噴射口５８と患部との相対速度として取り扱ってもよい。
【００３７】
続いて、算出した速度Ｓに基づきピーク電圧および駆動周波数を決定する（ステップＳ２００）。図５は、ピーク電圧および駆動周波数と、速度Ｓとの関係を示すグラフである。図５の（Ａ）はピーク電圧を、図５の（Ｂ）は駆動周波数を縦軸に示す。横軸は、速度Ｓで共通であり、図５の（Ａ），（Ｂ）でスケールが一致している。
【００３８】
図５に示されるように、Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓ３、Ｓ３≦速度Ｓ≦Ｓｂの各速度範囲において、値が変化するパラメーターがそれぞれ異なる。つまり、Ｓａ、Ｓ３及びＳｂは、変更するパラメーターを切り替えるための閾値として予め決定された速度である。
【００３９】
速度Ｓ≦Ｓａの場合、ピーク電圧は最小値であるＶｍｉｎに、駆動周波数は最小値であるＦｍｉｎに固定される。このようにパラメーターが設定された場合、切除能力は最も低くなる。
【００４０】
Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓ３の場合、駆動周波数はＦｍｉｎに固定される一方、ピーク電圧は速度Ｓの増加に対して線形に増加する。速度Ｓ＝Ｓ３の場合、ピーク電圧は、最大値であるＶｍａｘに設定される。Ｖｍｉｎは、切除能力が低くなり過ぎないように設定される。Ｖｍａｘは、圧電素子３５の負荷が大きくなり過ぎないように設定される。
【００４１】
Ｓ３≦速度Ｓ≦Ｓｂの場合、ピーク電圧はＶｍａｘに固定される一方、駆動周波数は速度Ｓの増加に対して線形に増加する。速度Ｓ＝Ｓｂの場合、駆動周波数は、最大値であるＦｍａｘに設定される。Ｆｍｉｎは、切除能力が低くなり過ぎないように、且つ間欠的な噴射が実現されるように設定される。Ｆｍａｘは、圧電素子３５の負荷が大きくなり過ぎないように設定される。このようにピーク電圧および駆動周波数が変更されると、駆動波形が変化する。
【００４２】
図６は、駆動波形が変更される様子を示すグラフである。縦軸は電圧を、横軸は時間を示す。図６は、３つの駆動波形を例示する。曲線Ｊは、ピーク電圧がＶｍｉｎに、駆動周波数がＦｍｉｎに設定された場合の駆動波形を示す。つまり曲線Ｊは、先述した速度Ｓ≦Ｓａの場合の駆動波形を示す。曲線Ｂは、ピーク電圧がＶｍａｘに、駆動周波数がＦｍｉｎに設定された場合の駆動波形を示す。つまり曲線Ｂは、先述した速度Ｓ＝Ｓ３の場合の駆動波形を示す。曲線Ｃは、ピーク電圧がＶｍａｘに、駆動周波数がＦｍａｘに設定された場合の駆動波形を示す。つまり曲線Ｃは、先述した速度Ｓ≧Ｓｂの場合の駆動波形を示す。
【００４３】
ピーク電圧が大きくなると、圧電素子３５の伸縮量が大きくなるので、液体室３９の容積変動の変動比率が大きくなる。変動比率とは、容積変動における最大容積を最小容積で割った値のことである。容積変動の比率が大きくなると、液体室３９内の圧力変動が大きくなる。液体室３９内の圧力変動が大きくなると、液体が勢いよく噴射される。さらに、ピーク電圧が大きくなると、噴射される液体の量が増大する。これらの作用によって、ピーク電圧が大きくなると、切除能力が高くなる。この結果、速度Ｓが速くなることによって単位面積当たりに作用する切除能力が低下しても、その低下が相殺され、切除深さが安定する。なお、ここでいう相殺とは、速度Ｓが変化しても切除深さを全く変化させないことに限られず、速度Ｓが変化することによる影響の少なくとも一部を減殺することを含む。
【００４４】
駆動周波数が大きくなると、単位時間当たりに液体が噴射される回数が多くなる。さらに、本実施形態の場合、図６に示されるように、駆動周波数が大きくなると、立ち上がり時間が短くなる。立ち上がり時間とは、駆動信号の電圧値がゼロからピークに達するまでの時間のことである。立ち上がり時間が短くなると、液体室３９の収縮が短時間で実行される。この結果、液体が勢いよく噴射される。これらの作用によって、駆動周波数が大きくなると、切除能力が高くなり、速度Ｓが速くなっても切除深さが安定する。
【００４５】
上記のようにピーク電圧および駆動周波数を決定した後、供給流量を決定し（ステップＳ３００）、決定したピーク電圧、駆動周波数および供給流量に基づき制御を実行する（ステップＳ４００）。供給流量とは、液体供給機構５０によって供給される液体の体積流量のことである。
【００４６】
図７は、供給流量の決定手法を概念的に示すグラフである。縦軸は、供給流量と必要流量とを示し、横軸は時間を示す。必要流量とは、液体室３９が液体で満たされるために必要な流量であり、その算出方法については図８，図９と共に後述する。
【００４７】
供給流量は、原則として必要流量を僅かに上回る値に設定する。供給流量が必要流量を下回ると、液体室３９の容積が収縮しても噴射が実行されないことが起こり得る。このように噴射が正常に実行されないと、切除能力が減少することがある。一方、供給流量が必要流量を大幅に上回ると、間欠的な噴射を実現するために、噴射が途切れるべきタイミングにおいても液体が噴射され、間欠的な噴射が正常に実行できなくなることが起こり得る。さらに、供給流量が必要流量を大幅に上回ると、患部が液体で満たされ、手術の妨げに場合がある。よって、供給流量は、上記のように、必要流量を僅かに上回る値が好ましい。
【００４８】
本実施形態では、必要流量が変化した際には、供給流量を一時的に大きくする。必要流量がＦｄ、供給流量がＦｓ（＞Ｆｄ）の状態から必要流量が２×Ｆｄになった場合、供給流量を一時的に３×Ｆｓにし、その後、徐々に２×Ｆｓに収束させる。図７の供給流量を示す曲線においてＡとして示された箇所は、この流量制御を概念的に示している。
【００４９】
或いは、必要流量がＦｄ、供給流量がＦｓの状態から必要流量が０．５×Ｆｄになった場合、供給流量を一時的に０．７５×Ｆｓにし、その後、徐々に０．５×Ｆｓに収束させる。図７の供給流量を示す曲線においてＢとして示された箇所は、この流量制御を概念的に示している。
【００５０】
このように、必要流量が変化した場合に、一時的に供給流量を目標値よりも大きくすることによって、制御の遅延やアンダーシュートによって供給流量が不足して液体の噴射が正常に実行できなくなることを回避する。
【００５１】
図８は、必要流量とピーク電圧との関係についての実験結果を示すグラフである。グラフ上の各点が実験結果を示し、直線は各点の近似直線を示す。図８に示されるように、ピーク電圧が２倍になると、必要流量は約１．５倍になる。
【００５２】
図９は、必要流量と駆動周波数との関係についての実験結果を示すグラフである。グラフ上の各点が実験結果を示し、直線は各点の近似直線を示す。図９に示されるように、駆動周波数が２倍になると、必要流量は約２倍になる。
【００５３】
図４に示されたステップＳ３００における供給流量の決定は、図８，図９に示された関係に基づき必要流量を算出し、算出した必要流量に基づき供給流量を算出することによって実現される。
【００５４】
供給流量は、上記の通り、必要流量との関係に基づき決定される一方、切除能力にも影響する。図１０は、供給流量を２通りとした際の噴射圧力とピーク電圧との関係を示すグラフである。駆動周波数は何れの場合も同じ値に設定される。供給流量が３ｍｌ／ｍｉｎ、６ｍｌ／ｍｉｎの何れの場合においても、ピーク電圧の増大と共に、噴射圧力は増大する。これは、先述したピーク電圧の増大と共に切除能力が向上することを示している。
【００５５】
図１０に示されるように、各ピーク電圧において、６ｍｌ／ｍｉｎの場合の方が、３ｍｌ／ｍｉｎの場合よりも、噴射圧力が高い。
【００５６】
図１１は、供給流量を２通りとした際の切除深さとピーク電圧との関係を示すグラフである。この切除深さは、ピーク電圧が５Ｖ、供給流量が３ｍｌ／ｍｉｎの場合を１として無次元化した値によって示される。駆動周波数は何れの場合も同じ値に設定される。
【００５７】
噴射圧力の場合（図１０）と同様に、供給流量が３ｍｌ／ｍｉｎ、６ｍｌ／ｍｉｎの何れの場合においても、ピーク電圧の増大と共に切除深さが深くなり、各ピーク電圧において６ｍｌ／ｍｉｎの場合の方が、３ｍｌ／ｍｉｎの場合よりも切除深さが深い。
【００５８】
図１０，図１１に示されたグラフの何れも、供給流量の増大が、切除能力の向上に貢献することを示している。先述した速度Ｓとピーク電圧との関係、及び速度Ｓと駆動周波数との関係は、必要流量との関係に基づき決定される供給流量によって切除能力が変化することを加味して決定されたものである。
【００５９】
以上に説明したように、速度Ｓが増加するに連れて、切除能力が向上するようにピーク電圧を変化させることによって、切除深さを安定させることができる。さらに、ピーク電圧が最大値に達した場合には、駆動周波数およびピーク電圧を変化させることによって、切除深さを安定させることができる。
【００６０】
本実施形態によれば、ピーク電圧および駆動周波数を変更する速度Ｓの範囲が分離されているので、各速度範囲において、ピーク電圧および駆動周波数の値を決定することが容易である。なお、駆動周波数およびピーク電圧を変更する速度Ｓの範囲が分離されているので、駆動波形のピーク点は、駆動波形が変化する際、図６に示されるようにΓ字を時計回りに９０度回転させたような形状の軌跡を描く。
【００６１】
図５に示されたＳ１〜Ｓ４は特許請求の範囲における第１〜第４の速度、Ｖ１，Ｖ２は第１，第２の電圧、Ｆ１，Ｆ２は第１，第２の周波数の一例である。実施形態における圧電素子３５及びダイアフラム３７は、特許請求の範囲における容積変動部の一例である。
【００６２】
実施形態２を説明する。実施形態２は、図４に示された噴射処理に代えて、図１２に示された噴射処理を実行する。ハードウエア構成については、実施形態１と同じなので説明を省略する。実施形態２の噴射処理におけるステップＳ１００、ステップＳ３００及びステップＳ４００は、実施形態１と同じなので、説明を省略する。実施形態２においては、実施形態１のステップＳ２００に代えて、ステップＳ２１０〜ステップＳ２４０を実行する。
【００６３】
速度Ｓを算出（ステップＳ１００）した後、算出した速度Ｓに基づきピーク電圧を決定する（ステップＳ２１０）。ピーク電圧の決定手法は、実施形態１と同じである。つまり、速度Ｓ≦Ｓａの場合はＶｍｉｎに固定され、Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓｂの場合は線形に増加し、Ｓｂ≦速度Ｓの場合はＶｍａｘに固定される。
【００６４】
次に、ピーク電圧が最大値（Ｖｍａｘ）に設定されたかを判定する（ステップＳ２２０）。ピーク電圧が最大値未満の値に設定された場合（ステップＳ２２０、ＮＯ）、駆動周波数を最小値（Ｆｍｉｎ）に設定する（ステップＳ２４０）。ピーク電圧が最大値未満の値に設定されたということは、ピーク電圧の変更による切除能力の向上に余力があることを意味する。よって、駆動周波数の値を変更することによって切除能力を向上させる必要がないので、駆動周波数を最小値に設定する。
【００６５】
一方、ピーク電圧が最大値に設定された場合（ステップＳ２２０、ＹＥＳ）、速度Ｓに基づき駆動周波数を決定する（ステップＳ２３０）。ピーク電圧が最大値に設定されたということは、ピーク電圧の変更による切除能力の向上に余力がないことを意味する。そこで、駆動周波数の値を変更することによって切除能力を向上させるために、ステップＳ２３０を実行する。実施形態２によっても、実施形態１と同じ制御結果を得ることができる。
【００６６】
実施形態３を説明する。実施形態３は、図５に示された実施形態１におけるピーク電圧および駆動周波数と、速度Ｓとの関係に代えて、図１３に示された関係に基づき、噴射処理のステップＳ２００を実行する。図１３の（Ａ）は駆動周波数を、図１３の（Ｂ）はピーク電圧を縦軸に示す。横軸は、速度Ｓで共通であり、図１３の（Ａ），（Ｂ）でスケールが一致している。
【００６７】
図１３に示されるように、Ｓａ≦速度Ｓ≦Ｓ３’の速度範囲において駆動周波数が増大し、Ｓ３’≦速度Ｓ≦Ｓｂの速度範囲においてピーク電圧が増大する。つまり、実施形態１とは異なり、まず駆動周波数の変更によって切除能力の向上を図り、駆動周波数が最大値に達したら、ピーク電圧の変更によって切除能力の向上を図る。
【００６８】
実施形態３におけるＳａ及びＳｂは、実施形態１において採用された値と同じ値が採用されている。Ｓａは、切除能力の向上を開始した方が好ましい速度であり、この観点においては実施形態１と共通だからである。Ｓｂは、駆動周波数とピーク電圧とを最大値に設定する速度のうち最も遅い速度であるので、変更する順序を入れ替えても実施形態１と同じ値になる。Ｓ３’は、駆動周波数が最大に達する場合の速度として定められる値であるので、実施形態１におけるＳ３とは異なる値が採用されている。もちろん、Ｓａ，Ｓｂは、実施形態１と異なる値でもよいし、Ｓ３’はＳ３と同じ値でもよい。
【００６９】
実施形態３によっても、実施形態１と同様に切除深さを安定させることができる。ピーク電圧と駆動周波数との何れを優先的に変更するかは、圧電素子３５の特性などに基づき、より切除深さが安定する方を選択することが考えられる。
【００７０】
実施形態４を説明する。液体噴射の方式は、レーザー光を用いたものでもよい。レーザー光を用いる噴射方式は、例えば、液体にレーザー光を間欠的に照射し、液体を気化させることによって生じる圧力変動を利用したものでもよい。
【００７１】
実施形態４における液体噴射装置は、駆動信号に応じて、液体室内にレーザー光を出力する出力部と、前記液体室から液体を噴射する噴射口と、前記噴射口の移動速度が第１の速度の場合は、第１の出力によって前記出力部にレーザー光を出力させ、前記移動速度が前記第１の速度よりも速い第２の速度の場合は、前記第１の出力よりも高い第２の出力によって前記出力部にレーザー光を出力させる制御部とを備える。この形態によれば、１回の放出におけるレーザー光のエネルギーが大きくなり、液体室内部の圧力変動が大きくなる。この結果、液体が勢いよく噴射されて切除能力が大きくなり、移動速度が速くなっても切除深さが安定する。
【００７２】
また、前記制御部は、前記移動速度が前記第１の速度の場合は前記駆動信号の最大電圧を第１の電圧に設定し、前記移動速度が前記第２の速度の場合は前記駆動信号の最大電圧を前記第１の電圧よりも高い第２の電圧に設定してもよい。この形態により、レーザー光の出力を容易に制御できる。電圧を調整することにより、容易に１回の出力当たりのレーザー光のエネルギーが上がり、移動速度が速くなっても切除深さが安定する。
【００７３】
実施形態４において、前記制御部は、前記移動速度に応じて、前記駆動信号の周波数を変更してもよい。この形態により、最大電圧の変更以外の手法で、レーザー光の出力を調整できるとともに、容易な操作により移動速度が速くなっても切除深さが安定する。
【００７４】
さらに、前記制御部は、前記最大電圧が前記第１及び第２の電圧の場合、前記駆動信号の周波数を第１の周波数に設定し、前記最大電圧が前記第２の電圧よりも高い第３の電圧の場合、前記駆動信号の周波数を前記第１の周波数よりも高い第２の周波数に設定してもよい。この形態により、最大電圧が第１及び第２の電圧の場合は、駆動信号の周波数を変化させずに最大電圧の変更によって出力を制御するので、第１及び第２の電圧の値を決定しやすくなる。
【００７５】
実施形態４において、前記制御部は、前記移動速度が前記第２の速度よりも速い第３の速度の場合、前記最大電圧を前記第３の電圧に、前記駆動信号の周波数を前記第２の周波数に設定し、前記第３の速度よりも速い第４の速度の場合、前記最大電圧を前記第３の電圧に、前記駆動信号の周波数を前記第２の周波数よりも高い第３の周波数に設定してもよい。この形態により、移動速度が第３及び第４の速度の場合、駆動信号の最大電圧を変化させずに周波数の変更によって出力を制御するので、第２及び第３の周波数の値を決定しやすくなる。
【００７６】
また、前記制御部によって設定された流量で、前記液体室に液体を供給する液体供給部を備え、前記制御部は、前記移動速度が前記第１の速度の場合、前記流量を第１の流量に設定し、前記移動速度が前記第２の速度の場合は、前記流量を前記第１の流量よりも多い第２の流量に設定してもよい。この形態により、供給される流量を適切に設定できる。
【００７７】
さらに、前記制御部は、前記移動速度に応じて、前記駆動信号の最大電圧と周波数とを変更してもよい。この形態によれば、レーザー光の出力を、駆動信号の最大電圧と周波数とによって変更できる。
【００７８】
本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
【００７９】
駆動周波数を変化させなくてもよい。つまり、切除能力の調整を、ピーク電圧および供給流量の変更によって実現してもよい。
駆動周波数および供給流量を変化させず、切除能力の調整を、ピーク電圧の変更のみによって実現してもよい。
或いは、ピーク電圧および駆動周波数を変化させず、供給流量の変化のみによって切除能力の調整を実現してもよい。ピーク電圧および駆動周波数を変更させない構成を採用すれば、制御部の構成を簡素化できる。
【００８０】
ピーク電圧、駆動周波数および供給流量は、関数を用いて決定してもよい。
ピーク電圧を変動させる速度範囲と、駆動周波数を変動させる速度範囲とが重複してもよい。
駆動波形は、サインカーブの組み合わせでもなくてもよく、例えば、ステップ的に増減させてもよい。
ピーク電圧および駆動周波数それぞれと噴射口の速度との関係は、曲線的に規定してもよいし、ステップ的に規定してもよい。
立ち上がり時間を固定したまま、駆動周波数を変化させてもよい。つまり、駆動信号の電圧がピークからゼロに至るまでの時間を変更することによって、駆動周波数を変化させてもよい。このようにすれば、移動速度に対して駆動周波数を決定する際に、立ち上がり時間の変化による影響を除外できるので、駆動周波数の決定が容易になる。
【００８１】
噴射口の速度は、例えば、噴射口の先端に設置した加速度センサーによって算出してもよい。この場合、算出結果がより正確になると考えられる。
或いは、画像処理を用いて、噴射口の速度を算出してもよい。例えば、噴射口の先端にマーカーを設置し、カメラでマーカーの移動を捉えることによって、噴射口の速度を算出してもよい。
ロボットが液体噴射装置を操作する場合、噴射口の速度は、ロボットが把握できるので、算出する必要はなく、その把握される値を用いてもよい。
患部の移動速度を加味して、噴射口の移動速度を算出してもよい。患部の移動速度の測定は、呼吸や脈拍による動きを予測したり測定したりすることによって実現してもよい。
尚、移動速度の検出は、噴射口に限らず、噴射口の移動の伴い移動する箇所で検出してもよく、液体噴射機構の移動速度を検出してもよい。
【００８２】
また、噴射口の移動速度の変化に係わらず、液体が噴射される対象に所定の液体量または所定の液体のエネルギー、液体の所定の圧力等の少なくとも１つが与えられるように、液体を噴射する制御を行ってもよく、所定の液体量または所定の液体のエネルギー、液体の所定の圧力のうちの２つ以上の物理量を組み合わせた制御を行ってもよい。
【００８３】
加速度センサーのタイプは、静電容量型でも熱検知型でもよい。また、加速度に限らず、噴射口の移動速度を間接または直接検出できるセンサーでもよい。
液体噴射装置は、医療機器以外に利用されてもよい。
例えば、液体噴射装置は、噴射した液体によって汚れを除去する洗浄装置に利用されてもよい。
液体噴射装置は、噴射した液体によって線などを描く描画装置に利用されてもよい。
液体噴射の方式は、レーザー光を用いたものでもよい。レーザー光を用いる噴射方式は、例えば、液体にレーザー光を間欠的に照射し、液体を気化させることによって生じる圧力変動を利用したものでもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１０…液体噴射装置
２０…液体噴射機構
２２…後端部
２４…先端部
３０…脈動発生部
３１…第１ケース
３２…第２ケース
３３…第３ケース
３４…ボルト
３５…圧電素子
３６…補強板
３７…ダイアフラム
３８…パッキン
３９…液体室
４０…入口流路
４１…出口流路
５０…液体供給機構
５１…接続チューブ
５２…液体供給流路
５４…接続チューブ
５５…噴射管
５８…噴射口
６０…吸引装置
６２…吸引流路
６４…吸引口
６５…吸引力調整機構
６６…操作部
６７…孔
６９…加速度センサー
７０…制御部
７１…制御ケーブル
７２…信号ケーブル
７４…電極線
７５…フットスイッチ
７６…加速度センサー用信号線
８０…液体容器
【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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【図１２】
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【図１３】
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