(57)【要約】【課題】流体を噴射させるまでの時間を短縮すること。【解決手段】本発明の流体噴射装置は、流体を噴射させる流体噴射部と、前記流体噴射部からの流体の噴射を制御する噴射制御部と、前記流体噴射部に供給される前記流体を収容する流体容器と、前記流体噴射部および前記流体容器を接続し前記流体が流れる流路となる接続流路と、前記接続流路を開閉させる開閉部と、前記開閉部に前記接続流路の開閉を行わせるとともに流体容器内の圧力を調整する圧力調整部と、を備え、前記圧力調整部は、前記開閉部に前記接続流路を閉じさせた状態で前記流体容器内の圧力が所定圧より高くなるように調整し、前記流体容器内の圧力が前記所定圧より高くなった後に前記開閉部に前記接続流路を開かせ、前記噴射制御部は前記接続流路が開いた後に前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させることを特徴とする。【選択図】図９
2015200287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を噴射させる流体噴射部と、
前記流体噴射部からの流体の噴射を制御する噴射制御部と、
前記流体噴射部に供給される前記流体を収容する流体容器と、
前記流体噴射部および前記流体容器を接続し前記流体が流れる流路となる接続流路と、
前記接続流路を開閉させる開閉部と、
前記開閉部に前記接続流路の開閉を行わせるとともに流体容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
を備え、前記圧力調整部は、前記開閉部に前記接続流路を閉じさせた状態で前記流体容器内の圧力が所定圧より高くなるように調整し、前記流体容器内の圧力が前記所定圧より高くなった後に前記開閉部に前記接続流路を開かせ、前記噴射制御部は前記接続流路が開いた後に前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させる
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であって、
前記圧力調整部は、前記開閉部に前記接続流路を閉じさせた状態で前記流体容器内の圧力が所定圧力範囲内になるように調整し、前記流体容器内の圧力が前記所定圧力範囲内になった後に前記開閉部に前記接続流路を開かせ、前記噴射制御部は前記接続流路が開いた後に前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項３】
請求項２に記載の流体噴射装置であって、
前記流体容器内の圧力が前記所定圧力範囲外のときに前記流体の噴射要求があったときにおいて、前記噴射制御部は、前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させず、所定の警告を出力することを特徴とする流体噴射装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の流体噴射装置であって、
前記噴射制御部が前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させていないときにおいて、前記圧力調整部は前記所定圧力範囲よりも目標圧力に近い目標圧力範囲内となるように前記流体容器内の圧力を調整することを特徴とする流体噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の流体噴射装置であって、
前記圧力調整部は、前記流体容器内の圧力が前記目標圧力範囲内のとき、前記流体容器内の圧力の調整を中断することを特徴とする流体噴射装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の流体噴射装置であって、
前記噴射制御部が前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させたときにおいて、前記圧力調整部は前記開閉部に前記接続流路を開かせるとともに前記流体容器内の体積を所定量ずつ減らさせて前記流体を前記流体噴射部に供給させることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項７】
請求項６に記載の流体噴射装置であって、
前記噴射制御部が前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させたときにおいて、前記圧力調整部は前記流体容器内の圧力の調整を中断することを特徴とする流体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体を噴射して生体組織の切開、切除等を行うことが可能な医療用の流体噴射装置が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２１３４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
流体噴射装置において流体噴射可能な圧力にまで圧力を上昇させるために時間を要することとなると、使用者を無用に待たせることとなり、手術等を効率的に進めることが困難となる。よって、流体噴射が要求されてから流体を噴射させるまでの時間を短縮することが望まれる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、流体を噴射させるまでの時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための主たる発明は、
流体を噴射させる流体噴射部と、
前記流体噴射部からの流体の噴射を制御する噴射制御部と、
前記流体噴射部に供給される前記流体を収容する流体容器と、
前記流体噴射部および前記流体容器を接続し前記流体が流れる流路となる接続流路と、
前記接続流路を開閉させる開閉部と、
前記開閉部に前記接続流路の開閉を行わせるとともに流体容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
を備え、前記圧力調整部は、前記開閉部に前記接続流路を閉じさせた状態で前記流体容器内の圧力が所定圧より高くなるように調整し、前記流体容器内の圧力が前記所定圧より高くなった後に前記開閉部に前記接続流路を開かせ、前記噴射制御部は前記接続流路が開いた後に前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させる
ことを特徴とする流体噴射装置である。
【０００７】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る手術用メスとしての流体噴射装置１を示す構成説明図である。
【図２】流体噴射装置１がポンプ７００を２つ備える場合の説明図である。
【図３】本実施形態におけるポンプ７００の構成の概略説明図である。
【図４】他の態様のポンプ７００の説明図である。
【図５】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６】入口流路５０３の形態を示す平面図である。
【図７】圧力制御が行われたときの流体容器７６０内の圧力遷移の説明図である。
【図８】圧力調整制御のフローチャートである。
【図９】噴射制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
【００１０】
流体を噴射させる流体噴射部と、
前記流体噴射部からの流体の噴射を制御する噴射制御部と、
前記流体噴射部に供給される前記流体を収容する流体容器と、
前記流体噴射部および前記流体容器を接続し前記流体が流れる流路となる接続流路と、
前記接続流路を開閉させる開閉部と、
前記開閉部に前記接続流路の開閉を行わせるとともに流体容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
を備え、前記圧力調整部は、前記開閉部に前記接続流路を閉じさせた状態で前記流体容器内の圧力が所定圧より高くなるように調整し、前記流体容器内の圧力が前記所定圧より高くなった後に前記開閉部に前記接続流路を開かせ、前記噴射制御部は前記接続流路が開いた後に前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させる
ことを特徴とする流体噴射装置である。
このようにすることで、流体の噴射を許容する前に予め流体容器内の圧力を所定圧より高くなるように高めておくことができるので、流体の噴射要求があった場合に流体を噴射させるまでの時間を短縮させることができる。
【００１１】
かかる流体噴射装置であって、前記圧力調整部は、前記開閉部に前記接続流路を閉じさせた状態で前記流体容器内の圧力が所定圧力範囲内になるように調整し、前記流体容器内の圧力が前記所定圧力範囲内になった後に前記開閉部に前記接続流路を開かせ、前記噴射制御部は前記接続流路が開いた後に前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させることが望ましい。
このようにすることで、流体の噴射を許容する流体容器内の圧力を所定圧力範囲で規定することができる。
【００１２】
また、前記流体容器内の圧力が前記所定圧力範囲外のときに前記流体の噴射要求があったときにおいて、前記噴射制御部は、前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させず、所定の警告を出力することが望ましい。
このようにすることで、流体容器の圧力が所定圧力範囲外のときには流体の噴射を行わせないので、予期しない圧力での流体の噴射を回避することができる。また、このときに、所定の警告を出力するので、流体容器の圧力が流体噴射可能な圧力ではないことを知らせることができる。
【００１３】
また、前記噴射制御部が前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させていないときにおいて、前記圧力調整部は前記所定圧力範囲よりも目標圧力に近い目標圧力範囲内となるように前記流体容器内の圧力を調整することが望ましい。
このようにすることで、目標圧力範囲内に達するように流体容器内の圧力を制御する一方、目標圧力範囲よりも広い所定圧力範囲内に流体容器内の圧力が到達していれば流体を噴射可能とするので、流体を噴射させるまでの時間を短縮させることができる。
【００１４】
また、前記圧力調整部は、前記流体容器内の圧力が前記目標圧力範囲内のとき、前記流体容器内の圧力の調整を中断することが望ましい。
このようにすることで、流体容器内の圧力が目標圧力に近い目標圧力範囲内のときには圧力調整が中断されるので、流体容器内の圧力が目標圧力に近いときに必要以上に圧力調整を行ってかえって大きな圧力変動を生じさせてしまうことを回避することができる。
【００１５】
また、前記噴射制御部が前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させたときにおいて、前記圧力調整部は前記開閉部に前記接続流路を開かせるとともに前記流体容器内の体積を所定量ずつ減らさせて前記流体を前記流体噴射部に供給させることが望ましい。
このようにすることで、流体の噴射を行わせるときにおいて流体容器から所定量の流体を流体噴射部に供給することができる。
【００１６】
また、前記噴射制御部が前記流体噴射部に前記流体の噴射を許容させたときにおいて、前記圧力調整部は前記流体容器内の圧力の調整を中断することが望ましい。
このようにすることで、流体の噴射を行わせるときにおいて、流体容器内の圧力の調整を中断させ、流体容器内の体積を所定量ずつ減らさせて流体を流体噴射部に供給することができる。
【００１７】
＝＝＝実施形態＝＝＝
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る流体噴射装置は、細密な物体や構造物、生体組織等の洗浄あるいは切断等様々に採用可能であるが、以下に説明する実施形態では、生体組織を切開又は切除する手術用メスに好適な流体噴射装置を例示して説明する。したがって、本実施形態に係る流体噴射装置にて用いる流体は、水や生理食塩水、所定の薬液等である。なお、以降の説明で参照する図面は、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。
【００１８】
＝＝＝全体構成＝＝＝
図１は、本実施形態に係る手術用メスとしての流体噴射装置１を示す構成説明図である。本実施形態に係る流体噴射装置１は、流体を供給するポンプ７００と、ポンプ７００から供給される流体を脈流に変換してパルス状に噴射する脈動発生部１００（流体噴射部に相当する）と、ポンプ７００と連携して流体噴射装置１の制御を行う駆動制御部６００（噴射制御部に相当する）と、ポンプ７００と脈動発生部１００との間を接続し、流体が流れる流路となる接続経路としての接続チューブ２５（接続流路に相当する）と、を備えている。
【００１９】
また、詳細は後述するが、脈動発生部１００は、ポンプ７００から供給された流体が収容される流体室５０１と、この流体室５０１の容積を変更するダイアフラム４００と、ダイアフラム４００を振動させる圧電素子４０１と、を備えている。
【００２０】
また、脈動発生部１００は、流体室５０１から吐出される流体の流路となる細いパイプ状の流体噴射管２００と、流体噴射管２００の先端部に装着される流路径が縮小されたノズル２１１と、を備えている。
【００２１】
そして、脈動発生部１００は、駆動制御部６００から出力される駆動信号によって圧電素子４０１を駆動させ、流体室５０１の容積を変化させることで流体を脈流に変換し、流体噴射管２００、ノズル２１１を通して流体をパルス状に高速噴射する。
【００２２】
駆動制御部６００と脈動制御部１００との間は制御ケーブル６３０により接続されており、駆動制御部６００から出力される圧電素子４０１を駆動するための駆動信号は、制御ケーブル６３０を介して脈動制御部１００に伝達される。
【００２３】
また、駆動制御部６００とポンプ７００との間は通信ケーブル６４０により接続されており、駆動制御部６００及びポンプ７００は、ＣＡＮ(Controller Area Network)などの所定の通信プロトコルに従って相互に様々なコマンドやデーターを授受する。
【００２４】
また、駆動制御部６００は、脈動発生部１００を用いて執刀する術者等によって操作される様々なスイッチからの信号の入力を受けて、上記制御ケーブル６３０や通信ケーブル６４０を介して、ポンプ７００や脈動制御部１００を制御する。
【００２５】
駆動制御部６００に入力される上記スイッチとしては、例えば脈動発生部起動スイッチや、噴射強度切替スイッチ、フラッシングスイッチ等がある（不図示）。
【００２６】
脈動発生部起動スイッチ（不図示）は、脈動発生部１００からの流体の噴射の有無を切り替えるためのスイッチである。脈動発生部１００を用いて執刀する術者によって脈動発生部起動スイッチ（不図示）が操作されると、駆動制御部６００は、ポンプ７００と連携して、脈動発生部１００から流体を噴射あるいは停止するための制御を実行する。脈動発生部起動スイッチ（不図示）は、術者の足元において操作されるフットスイッチとしての形態をとることもできるし、術者によって把持される脈動発生部１００に一体的に配設され、術者の手や指によって操作される形態をとることもできる。
【００２７】
噴射強度切替スイッチ（不図示）は、脈動発生部１００から噴射される流体の噴射強度を変更するためのスイッチである。駆動制御部６００は、噴射強度切替スイッチ（不図示）が操作された場合には、脈動発生部１００及びポンプ２０に対し、流体の噴射強度を増減するための制御を行う。
【００２８】
なおフラッシングスイッチ（不図示）については後述する。
【００２９】
また、本実施形態において、脈流とは、流体の流れる方向が一定で、流体の流量又は流速が周期的又は不定期な変動を伴った流体の流動を意味する。脈流には、流体の流動と停止とを繰り返す間欠流も含むが、流体の流量又は流速が周期的又は不定期に変動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、噴射される流体の流量又は移動速度が周期的又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、噴射される流体の流量又は移動速度が周期的又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】
また脈動発生部１００が駆動を停止している場合、つまり、流体室５０１の容積を変更させないときは、流体供給部としてのポンプ７００から所定の圧力で供給された流体は、流体室５０１を通って、ノズル２１１から連続的に流出する。
【００３２】
なお、本実施形態に係る流体噴射装置１は、ポンプ７００を複数備える構成としてもよい。
【００３３】
図２は、流体噴射装置１がポンプ７００を２つ備える場合の説明図である。この場合、流体噴射装置１は第１ポンプ７００ａと第２ポンプ７００ｂとを備える。そして、脈動発生部１００と第１ポンプ７００ａと第２ポンプ７００ｂとの間を接続し、流体が流れる流路となる接続経路は、第１接続チューブ２５ａ、第２接続チューブ２５ｂ、接続チューブ２５、及び三方活栓２６、によって構成される。
【００３４】
そして第１接続チューブ２５ａと接続チューブ２５とを連通させるか、または第２接続チューブ２５ｂと接続チューブ２５とを連通させるか、を切り替え可能に構成されたバルブを三方活栓２６として使用し、第１ポンプ７００ａ及び第２ポンプ７００ｂのうちのいずれか一方のポンプを選択的に使用するようにする。
【００３５】
このように構成することで、例えば第１ポンプ７００ａを選択的に使用している場合に、故障等の何らかの理由でこの第１ポンプ７００ａから流体の供給が行えなくなったような場合には、三方活栓２６を、第２接続チューブ２５ｂと接続チューブ２５とを連通するように切り替えてから、第２ポンプ７００ｂからの流体の供給を開始することで、流体噴射装置１を継続して使用することができ、第１ポンプ７００からの流体の供給が行えなくなったことの影響を最小限に抑えることが可能となる。
【００３６】
なお以下の説明では、流体噴射装置１が複数のポンプ７００を備える構成であっても、各ポンプ７００を区別して説明する必要がない場合には、まとめてポンプ７００のように示す。
【００３７】
一方、複数のポンプ７００をそれぞれ区別して説明する必要がある場合には、各ポンプ７００を、第１ポンプ７００ａ、第２ポンプ７００ｂ等のように区別して示し、ポンプ７００の参照符号７００に適宜ａ、ｂ等の添え字を付加する。またこの場合、第１ポンプ７００ａの構成要素の参照符号には添え字ａを付加し、第２ポンプ７００ｂの構成要素の参照符号には添え字ｂを付けて示す。
【００３８】
＝＝＝ポンプ＝＝＝
次に、本実施形態に係るポンプ７００の構成及び動作の概要について説明する。
図３は、本実施形態におけるポンプ７００の構成の概略説明図である。
【００３９】
本実施形態に係るポンプ７００は、ポンプ制御部７１０（圧力調整部に相当する）と、スライダー７２０と、モーター７３０と、リニアガイド７４０と、ピンチバルブ７５０（開閉部に相当する）と、を備える。またポンプ７００は、流体を収容する流体容器７６０を着脱可能に装着するための流体容器装着部７７０を有して構成されている。流体容器装着部７７０は、流体容器７６０が装着された際に、流体容器７６０が規定の位置で保持されるように形成されている。
【００４０】
なお、詳細は後述するが、ポンプ制御部７１０には、スライダーリリーススイッチ、スライダーセットスイッチ、送液レディスイッチ、プライミングスイッチ、ピンチバルブスイッチが入力されている（不図示）。
【００４１】
流体容器７６０は、本実施形態においては一例として、シリンジ７６１及びプランジャー７６２を備える注射筒として構成されている。
【００４２】
この流体容器７６０は、シリンジ７６１の先端部に、円筒を突出させた形状の開口部７６４が形成されている。そして流体容器７６０を流体容器装着部７７０に装着する際には、接続チューブ２５の端部を開口部７６４にはめ込むようにして、シリンジ７６１の内部から接続チューブ２５への流体の流路を形成する。
【００４３】
ピンチバルブ７５０は、接続チューブ２５の経路上に設けられ、流体容器７６０と脈動発生部１００との間の流体の流路を開閉するバルブである。
【００４４】
ピンチバルブ７５０の開閉はポンプ制御部７１０により行われる。ポンプ制御部７１０がピンチバルブ７５０を開放すると、流体容器７６０と脈動発生部１００との間の流路が連通する。ポンプ制御部７１０がピンチバルブ７５０を閉塞すると、流体容器７６０と脈動発生部１００との間の流路が遮断する。
【００４５】
流体容器７６０を流体容器装着部７７０に装着した後に、ピンチバルブ７５０を開放した状態で、流体容器７６０のプランジャー７６２をシリンジ７６１内に押し込む方向（以下、押し込み方向とも記す）に移動させると、プランジャー７６２の上記押し込み方向側の先端に装着されている弾性力を有するゴム等の樹脂製のガスケット７６３の端面と、シリンジ７６１の内壁と、により囲まれる空間（以下、流体収容部７６５とも記す）の容積が減少し、この流体収容部７６５に充填されている流体がシリンジ７６１の先端部の開口部７６４から吐出される。そして開口部７６４から吐出された流体は、接続チューブ２５内に充填されるとともに、脈動発生部１００に供給される。
【００４６】
一方、流体容器７６０を流体容器装着部７７０に装着した後に、ピンチバルブ７５０を閉塞した状態で、流体容器７６０のプランジャー７６２を押し込み方向に移動させると、プランジャー７６２の先端に装着されているガスケット７６３とシリンジ７６１の内壁とに囲まれる流体収容部７６５の容積が減少し、この流体収容部７６５に充填されている流体の圧力を上昇させることができる。
【００４７】
プランジャー７６２の移動は、流体容器装着部７７０に流体容器７６０を装着した時にプランジャー７６２が摺動する方向（上記押し込み方向及び押し込み方向とは反対方向）に沿って、ポンプ制御部７１０がスライダー７２０を移動させることにより行われる。
【００４８】
具体的には、スライダー７２０は、上記プランジャー７６２の摺動方向に沿ってリニアガイド７４０に直線状に形成されているレール（不図示）に、スライダー７２０の台座部７２１を係合させるように、リニアガイド７４０に取り付けられており、そしてリニアガイド７４０が、ポンプ制御部７１０により駆動されるモーター７３０から伝達される動力を用いて、スライダー７２０の台座部７２１をレールに沿って移動させることによって、スライダー７２０は、上記プランジャー７６２の摺動方向に沿って移動する。
【００４９】
また、図３に示すように、リニアガイド７４０の上記レールに沿って、第１リミットセンサー７４１、残量センサー７４２、ホームセンサー７４３、第２リミットセンサー７４４が設けられている。
【００５０】
これらの、第１リミットセンサー７４１、残量センサー７４２、ホームセンサー７４３、第２リミットセンサー７４４はいずれも、リニアガイド７４０の上記レール上を移動するスライダー７２０の位置を検出するセンサーであり、これらのセンサーにより検出された信号は、ポンプ制御部７１０に入力される。
【００５１】
ホームセンサー７４３は、リニアガイド７４０上におけるスライダー７２０の初期位置（以下、ホーム位置とも記す）を定めるために用いられるセンサーである。ホーム位置は、流体容器７６０の装着や交換等の作業を行う際に、スライダー７２０が保持される位置である。
【００５２】
残量センサー７４２は、スライダー７２０がホーム位置からプランジャー７６２の押し込み方向に移動した際に、流体容器７６０内の流体の残量が所定値以下になる際のスライダー７２０の位置（以下、残量位置とも記す）を検出するためのセンサーである。残量センサー７４２が設けられた残量位置までスライダー７２０が移動した場合には、オペレーター（術者あるいは補助者）に対して所定の警報が出力される。そしてオペレーターの判断により適切なタイミングで、現在使用中の流体容器７６０を、新たな流体容器７６０に交換する作業が行われる。あるいは、ポンプ７００（第１ポンプ７００ａ）と同様構成の予備の第２ポンプ７００ｂが用意されている場合には、脈動発生部１００への流体の供給が予備の第２ポンプ７００ｂから行われるように切り替える作業が行われる。
【００５３】
第１リミットセンサー７４１は、スライダー７２０がホーム位置からプランジャー７６２の押し込み方向に移動する際の移動可能範囲の限界位置（以下、第１限界位置とも記す）を示す。第１リミットセンサー７４１が設けられた第１限界位置までスライダー７２０が移動した場合には、流体容器７６０内の流体の残量は、スライダー７２０が上記残量位置にある時の残量よりもさらに少なく、オペレーターに対して所定の警報が出力される。そしてこの場合も、現在使用中の流体容器７６０を新たな流体容器７６０に交換する作業、あるいは予備の第２ポンプ７００ｂへの切り替え作業が行われる。
【００５４】
一方、第２リミットセンサー７４４は、スライダー７２０がホーム位置からプランジャー７６２を押し込む方向とは反対方向に移動する際の移動可能範囲の限界位置（以下、第２限界位置とも記す）を示す。第２リミットセンサー７４４が設けられた第２限界位置までスライダー７２０が移動した場合にも所定の警報が出力される。
【００５５】
なおスライダー７２０には、タッチセンサー７２３と圧力センサー７２２とが装着されている。
【００５６】
タッチセンサー７２３は、流体容器７６０のプランジャー７６２にスライダー７２０が接触しているか否かを検出するためのセンサーである。
【００５７】
また圧力センサー７２２は、シリンジ７６１の内壁とガスケット７６３とにより形成される流体収容部７６５内の流体の圧力を検出し、圧力に応じた信号を出力するセンサーである。
【００５８】
ピンチバルブ７５０を閉めた状態でスライダー７２０を上記押し込み方向に移動させた場合には、流体収容部７６５内の流体の圧力は、スライダー７２０がプランジャー７６２に接触したのちは、スライダー７２０の押し込み量を増加させるにつれて上昇する。
【００５９】
一方、ピンチバルブ７５０を開けた状態でスライダー７２０を上記押し込み方向に移動させた場合には、スライダー７２０がプランジャー７６２に接触した後であっても、流体収容部７６５内の流体は、接続チューブ２５を通じて脈動発生部１００のノズル２１１から流出してしまうため、流体収容部７６５内の流体の圧力は、ある程度までは上昇するものの、スライダー７２０をそれ以上押し込み方向に移動させても上昇しない。
【００６０】
なお、タッチセンサー７２３及び圧力センサー７２２からの信号は、ポンプ制御部７１０に入力されている。
【００６１】
次に、流体が充填された流体容器７６０を流体容器装着部７７０に新たに装着し、流体容器７６０内の流体を脈動発生部１００に供給し、脈動発生部１００から流体をパルス状に噴射可能な状態になるまでの準備動作について説明する。
【００６２】
まず、オペレーターは、スライダーリリーススイッチ（不図示）を操作して、スライダーリリーススイッチのＯＮ信号をポンプ制御部７１０に入力する。そうするとポンプ制御部７１０は、スライダー７２０をホーム位置に移動させる。
【００６３】
そしてオペレーターは、事前に接続チューブ２５と接続しておいた流体容器７６０を流体容器装着部７７０に装着する。なおこの流体容器７６０のシリンジ７６１には既に流体が充填されている。
【００６４】
そして、オペレーターが接続チューブ２５をピンチバルブ７５０にセットした後に、ピンチバルブスイッチ（不図示）を操作してピンチバルブスイッチのＯＮ信号をポンプ制御部７１０に入力すると、ポンプ制御部７１０はピンチバルブ７５０を閉じる。
【００６５】
次に、オペレーターは、スライダーセットスイッチ（不図示）を操作して、スライダーセットスイッチのＯＮ信号をポンプ制御部７１０に入力する。そうするとポンプ制御部７１０は、スライダー７２０を押し込み方向に移動させて、流体容器７６０内の流体収容部７６５に収容されている流体の圧力が所定の目標圧力値になるように制御を開始する。
【００６６】
その後オペレーターによって送液レディスイッチ（不図示）が押されると、この送液レディスイッチのＯＮ信号がポンプ制御部７１０に入力され、流体収容部７６５内の流体の圧力が上記目標圧力値に対して規定の範囲内（以下、ラフウインドウとも記す）に入っている場合には、ポンプ制御部７１０は、ポンプ７００から脈動発生部１００への流体の送液を許可する送液可能状態となる。
【００６７】
そしてポンプ制御部７１０が送液可能状態である時に、オペレーターの操作によってプライミングスイッチのＯＮ信号がポンプ制御部７１０に入力されると、ポンプ制御部７１０はプライミング処理を開始する。プライミング処理は、流体容器７６０から接続チューブ２５、脈動発生部１００の流体噴射開口部２１２までの流体の流路内を流体で満たす処理である。
【００６８】
プライミング処理が開始されると、ポンプ制御部７１０は、ピンチバルブ７５０を開放するとともに、ピンチバルブ７５０の開放と同時あるいはほぼ同時のタイミング（例えば数ミリ秒ないし数十ミリ秒程度の時間差）で、スライダー７２０の押し込み方向への移動を開始する。スライダー７２０の移動は、流体容器７６０からの流体の単位時間あたりの送出量が一定になるような所定速度で行われる。プライミング処理は、プライミング処理に要する所定時間が経過するまで（あるいはスライダー７２０が所定距離だけ移動するまで）、あるいはオペレーターがプライミングスイッチ（不図示）を操作してＯＦＦ信号が入力されるまで行われる。
【００６９】
これにより、流体収容部７６５内の所定量の流体が、所定の流速（単位時間あたりの流体の吐出量）でポンプ７００から送出され、ピンチバルブ７５０から脈動発生部１００までの接続チューブ２５内を満たすとともに、脈動発生部１００の流体室５０１や流体噴射管２００等も満たす。なお、プライミング処理を始める前に接続チューブ２５内や脈動発生部１００内に存在していた空気は、接続チューブ２５や脈動発生部１００内に流体が流入するにつれて、脈動発生部１００のノズル２１１から大気に放出される。
【００７０】
なお、プライミング処理の際にスライダー７２０を移動させる上記所定速度、所定距離あるいは所定時間は、ポンプ制御部７１０内に事前に記憶されている。
【００７１】
このようにして、プライミング処理が完了する。
【００７２】
次に、オペレーターの操作によってフラッシングスイッチ（不図示）のＯＮ信号が駆動制御部６００に入力されると、駆動制御部６００及びポンプ制御部７１０は脱気処理を開始する。
【００７３】
脱気処理は、接続チューブ２５や脈動発生部１００内に残存している気泡を脈動発生部１００のノズル２１１から排出するための処理である。
【００７４】
脱気処理では、ポンプ制御部７１０は、ピンチバルブ７５０を開けた状態で、流体容器７６０からの流体の単位時間あたりの送出量が一定になるような所定速度で、スライダー７２０を押し込み方向に移動させて、流体を脈動発生部１００に供給する。また駆動制御部６００は、ポンプ７００による流体の吐出と連動して、脈動発生部１００の圧電素子４０１を駆動して、脈動発生部１００から流体を噴射する。これにより、接続チューブ２５や脈動発生部１００内に残存している気泡は、脈動発生部１００のノズル２１１から排出される。脱気処理は、所定時間が経過するまで（あるいはスライダー７２０が所定距離だけ移動するまで）、あるいはオペレーターがフラッシングスイッチ（不図示）を操作してＯＦＦ信号が入力されるまで行われる。
【００７５】
なお、脱気処理の際にスライダー７２０を移動させる上記所定速度や所定時間あるいは所定距離は、駆動制御部６００及びポンプ制御部７１０内に事前に記憶されている。
【００７６】
脱気処理が終了すると、ポンプ制御部７１０は、ピンチバルブ７５０を閉じるとともに、流体容器７６０の流体収容部７６５に収容されている流体の圧力を検知する。そしてこの圧力が上記目標圧力値になるようにスライダー７２０の位置を調整する制御を行う。
【００７７】
その後、流体収容部７６５内の流体の圧力が目標圧力値に対して上記規定の範囲内（ラフウインドウ内）に入っている場合には、脈動発生部１００から流体をパルス状に噴射可能な状態になる。
【００７８】
この状態で術者の足によって脈動発生部起動スイッチ（不図示）が操作され、脈動発生部起動スイッチ（不図示）のＯＮ信号が駆動制御部６００に入力されると、ポンプ制御部７１０は、駆動制御部６００から送信される信号に従って、ピンチバルブ７５０を開くともに、ピンチバルブ７５０の開放と同時あるいはほぼ同時のタイミング（例えば数ミリ秒ないし数十ミリ秒程度の時間差）で、スライダー７２０を所定速度で押し込み方向に移動させて、脈動発生部１００への流体の供給を開始する。一方で駆動制御部６００は、圧電素子４０１の駆動を開始して、流体室５０１の容積を変化させて脈流を発生する。このようにして脈動発生部１００の先端のノズル２１１から流体がパルス状に高速噴射される。
【００７９】
その後、術者が足を脈動発生部起動スイッチ（不図示）を操作して、脈動発生部起動スイッチ（不図示）のＯＦＦ信号が駆動制御部６００に入力されると、駆動制御部１００は、圧電素子４０１の駆動を停止する。そしてポンプ制御部７１０は、駆動制御部６００から送信される信号に従って、スライダー７２０の移動を停止させるとともにピンチバルブ７５０を閉じる。このようにして脈動発生部１００からの流体の噴射が停止する。
【００８０】
なお、本実施形態に係るポンプ７００は、シリンジ７６１及びプランジャー７６２を備える注射筒として構成される流体容器７６０をスライダー７２０が押圧する構成であるが、図４に示すような構成でもよい。
【００８１】
図４は、他の態様のポンプ７００の説明図である。図４に示すポンプ７００は、流体を収容した輸液バッグとして構成される流体容器７６０を加圧チャンバー８００内に装着し、コンプレッサー８１０から供給されるエアーをレギュレーター８１１によって平滑化した後、加圧チャンバー８００内に圧送することで、流体容器７６０を押圧する構成を有する。
【００８２】
加圧チャンバー８００内のエアーを加圧して流体容器７６０を押圧した状態で、ピンチバルブ７５０を開放させると、流体容器７６０の流体収容部７６５に収容されている流体は、開口部７６４から流出して、接続チューブ２５を経由して脈動発生部１００に供給される。
【００８３】
なお加圧チャンバー８００内のエアーは、排気弁８１２を開放することによって大気に放出される。また、加圧チャンバー８００内のエアーの圧力が所定圧力を超えた場合には、排気弁８１２を開放しなくても、安全弁８１３が開くことで加圧チャンバー８００内のエアーが大気に放出される。
【００８４】
なお図４には示していないが、上述したコンプレッサー８１０、レギュレーター８１１、排気弁８１２、ピンチバルブ７５０は、ポンプ制御部７１０によって制御される。
【００８５】
また流体容器７６０内の流体の圧力を検知する圧力センサー７２２や、流体容器７６０内の流体の残量を検知する残量センサー７４２から出力される検出信号も、ポンプ制御部７１０に入力されている。
【００８６】
このような態様のポンプ７００を採用することにより、単位時間あたりに脈動発生部１００に供給可能な流体の量を増加することが可能となる。また脈動発生部１００により高圧に流体を供給することも可能となる上、流体を収容した輸液バッグをそのまま流体容器７６０として用いるので、流体の汚染を防止することが可能である。また脈動発生部１００に対して、脈動を生じることなく、連続送液を行うことも可能となる。
【００８７】
またその他、本実施形態では、駆動制御部６００はポンプ７００と脈動発生部１００とから離間した位置に配設されているが、ポンプ７００と一体的に構成される形態としてもよい。
【００８８】
また、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、接続チューブ２５は柔軟で薄いチューブであり、また、ポンプ７００からの流体の吐出圧力は、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。そのため、ポンプ７００の吐出圧力は概ね０．３気圧（０．０３ＭＰａ）以下に設定されている。
【００８９】
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、ポンプ７００からの吐出圧力は低圧にしておくことが要求される。
【００９０】
＝＝＝脈動発生部＝＝＝
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５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５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を有する流体噴射管２００が接続されている。
【００９１】
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３５０（図示は省略）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。
【００９２】
圧電素子４０１は、積層型圧電素子であってアクチュエーターを構成する。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。
【００９３】
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。容積変更手段としての圧電素子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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
なお、以上説明した流体室５０１の形状は、本実施形態（図５参照）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、円筒形状に限定されない。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。
【００９８】
出口流路管５１０には流体噴射管２００が接続されている。流体噴射管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、流体噴射管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。
【００９９】
流体噴射管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。
【０１００】
上ケース５００の側面には、ポンプ７００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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
図５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が圧縮されるとともに、パッキン４５０がパッキンボックス３０４、５０６内の壁にさらに強く押圧されるので、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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
図６は、入口流路５０３の形態を示す平面図である。図６は、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。
【０１０７】
図６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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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７００（図１参照）から所定の圧力で供給される流体は、内周側壁５０１ａに沿って（図６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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
また図６に示すように、入口流路５０３は湾曲している。入口流路５０３は、湾曲せずに直線に沿って流体室５０１に連通するようにしてもよいが、湾曲させることにより流路長を長くし、狭いスペースの中で所望のイナータンス（イナータンスについては後述する）を得るようにしている。
【０１１２】
なお、図６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。
【０１１３】
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。
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。固着方法としては、接着剤を用いて貼着する方法としても良いし、固層拡散接合や溶接等の方法としてもよいが、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。
【０１１４】
＝＝＝脈動発生部の動作＝＝＝
次に、本実施形態における脈動発生部１００の動作について図１〜図６を参照して説明する。本実施形態の脈動発生部１００による流体吐出は、入口流路５０３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５１１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。
【０１１５】
＜イナータンス＞
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
なお、入口流路５０３側のイナータンスＬ１は、接続流路５０４の直径が入口流路５０３の直径に対して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７００と入口流路５０３を接続する接続チューブ２５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。
【０１１９】
また、出口流路５１１側のイナータンスＬ２は、接続流路２０１の直径が出口流路５１１の直径よりもはるかに大きく、流体噴射管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５１１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。
【０１２０】
なお、流体噴射管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５０３側のイナータンスＬ１が出口流路５１１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が設定されている。
【０１２１】
＜流体の噴射＞
次に、脈動発生部１００の動作について説明する。
ポンプ７００によって入口流路５０３には、所定圧力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７００の吐出力と入口流路５０３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。
【０１２２】
ここで、圧電素子４０１に駆動信号が入力され、急激に圧電素子４０１が伸張したとすると、流体室５０１内の圧力は、入口流路５０３側及び出口流路５１１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。
この流体室５０１内の圧力は、入口流路５０３に加えられていたポンプ７００による圧力よりはるかに大きいため、入口流路５０３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。
【０１２３】
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５１１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、流体噴射管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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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、圧力上昇直後に負圧状態となる。その結果、ポンプ７００の圧力と、流体室５０１内の負圧状態の双方によって所定時間経過後に、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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
＜気泡の排除＞
続いて、流体室５０１内の気泡の排除動作について説明する。
上述したように、入口流路５０３は、流体室５０１の周囲を旋回しつつ流体室５０１に近づくような経路で流体室５０１に連通している。また出口流路５１１は、流体室５０１の略回転体形状の回転軸近傍に開設されている。
【０１２８】
このため、入口流路５０３から流体室５０１に流入した流体は、流体室５０１内を内周側壁５０１ａに沿って旋回する。そして流体が遠心力により流体室５０１の内周側壁５０１ａ側に押し付けられ、流体に含まれる気泡が流体室５０１の中心部に集中する結果、気泡は出口流路５１１から排出される。
【０１２９】
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。
本実施形態によれば、ポンプ７００により所定の圧力で入口流路５０３に流体が供給されるため、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に流体が供給されるため、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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
さらに、流体噴射管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。
【０１３２】
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、流体噴射管２００内にパルス状の流体吐出を行うことができる。従って、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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
また、容積変更手段としての圧電素子４０１とダイアフラム４００とを用いて脈動を発生させる構成とすることにより、脈動発生部１００の構造の簡素化と、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。
【０１３５】
また、脈動発生部１００は、入口流路５０３により流体室５０１内の流体に旋回流を発生させることで、流体室５０１内の流体を遠心力により流体室５０１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を集中させ、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。
【０１３６】
さらに、入口流路５０３を、流体室５０１の周囲を旋回しつつ流体室５０１に近づくような経路で流体室５０１に連通させるように形成していることから、流体を流体室５０１の内部で旋回させるための専用の構造を用いることなく旋回流を発生させることができる。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
また、ポンプ７００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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
＜流体容器７６０内の圧力制御＞
図７は、圧力制御が行われたときの流体容器７６０内の圧力遷移の説明図である。図７には、時間ｔ（横軸）に対する圧力Ｐ（縦軸）が示されている。ここで示される圧力Ｐは、圧力センサー７２２によって検出される流体容器７６０内の圧力である（以下、流体容器７６０内の圧力を単に「圧力Ｐ」ということがある）。また、図７には、目標圧力Ｐｔと、圧力Ｒ１と、圧力Ｒ１より高い圧力Ｆ１と、圧力Ｆ１より高くかつ目標圧力よりも高い圧力Ｆ２と、圧力Ｆ２よりも高い圧力Ｒ２が示されている。そして、圧力Ｒ１から圧力Ｒ２の範囲がラフウィンドウとして示されている。また、圧力Ｆ１から圧力Ｆ２の範囲がファインウィンドウとして示されている。
【０１４４】
本実施形態における流体噴射装置１の概略を説明する。流体噴射装置１の駆動制御部６００は脈動発生部１００からの流体の噴射を制御する。また、流体噴射装置１のポンプ制御部７１０は、流体容器７６０内の圧力を制御する。
【０１４５】
流体容器７６０内の圧力Ｐが圧力Ｒ１より高く、かつ、圧力Ｒ２よりも低ければ、駆動制御部６００は、脈動発生部起動スイッチ（不図示）からの噴射要求を受け付け、脈動発生部１００から流体を噴射させる。すなわち、圧力Ｐがラフウィンドウ内であれば、流体が噴射されることになる。ただし、圧力Ｐが圧力Ｒ１より高く圧力Ｒ２よりも低い場合であっても、後述する試し打ちモードである場合には、例外として、流体の噴射を行わせる。このとき、ポンプ制御部７１０は、流体容器７６０の圧力制御を行わず、一定量の流体を流体容器７６０から脈動発生部１００に送らせる。
【０１４６】
また、後述するように圧力調整制御において、ポンプ制御部７１０は、圧力Ｐが圧力Ｒ１より以下であるときには、圧力粗調整制御を行う。また、圧力Ｐが圧力Ｒ１より高く圧力Ｆ１以下である場合には、加圧微調整制御を行う。また、圧力Ｐが圧力Ｆ１より高く圧力Ｆ２よりも低い場合（ファインウィンドウ内である場合）には、圧力調整を行わない。また、圧力Ｐが圧力Ｆ２以上の場合には、減圧微調整制御を行う。なお、駆動制御部６００は、ポンプ制御部７１０が圧力調整制御を行っているときには、脈動発生部１００から流体の噴射を行わせない。
【０１４７】
以下、圧力調整制御の説明を行う。なお、以下の説明において、流体容器７６０内の圧力Ｐの検出は圧力センサー７２２によって行われ、ポンプ制御部７１０によって圧力Ｐに応じた圧力調整制御が行われることになる。
【０１４８】
図８は、圧力調整制御のフローチャートである。この圧力調整制御は、脈動発生部起動スイッチが押されていないときにおいて２０ｍｓおきに行われる。
【０１４９】
ポンプ制御部７１０は、流体容器７６０内の圧力Ｐが圧力Ｆ１より高く圧力Ｆ２より低いか否かを判定する（Ｓ１０２）。そして、圧力Ｐが圧力Ｆ１より高く圧力Ｆ２より低い場合には、圧力調整制御を終了する。このようにして、圧力Ｐが圧力Ｆ１より高く圧力Ｆ２より低い場合に圧力調整制御を行わないこととすることで、無用な圧力制御を行うことでかえって圧力変動を大きくしてしまうことを回避することができる。
【０１５０】
一方、ステップＳ１０２において、圧力Ｐが圧力Ｆ１より高く圧力Ｆ２より低いという条件を満たさない場合には、ポンプ制御部７１０は、圧力Ｐが圧力Ｆ２以上か否かについて判定する（Ｓ１０４）。そして、圧力Ｐが、圧力Ｆ２以上である場合には、減圧微調整制御を行う（Ｓ１０６）
【０１５１】
以下、減圧微調整制御について説明する。本実施形態においてポンプ制御部７１０は、スライダー７２０を所定速度で継続的に移動させるようにモーター７３０を制御することと、スライダー７２０を微小距離移動させるようにモーター７３０を制御することが可能となっている。スライダー７２０を微小距離移動させるときにおいて、モーター７３０は最小単位での回転がなされるように制御される。減圧微調整制御においてポンプ制御部７１０は、スライダー７２０を微小距離だけ第２リミットセンサー７４４側に移動させる。そうすると、流体容器７６０内の圧力により、プランジャー７６２は微小距離だけ流体収容部７６５内の体積を増やす方向へ移動する。これにより、流体容器７６０内の圧力が微小圧力だけ減圧することになる。
【０１５２】
ステップＳ１０４において、圧力Ｐが圧力Ｆ２以上ではない場合には、ポンプ制御部７１０は、圧力Ｐが圧力Ｒ１より高く圧力Ｆ１以下であるか否かを判定する（Ｓ１０８）。そして、圧力Ｐが圧力Ｒ１より高く圧力Ｆ１以下である場合には、加圧微調整制御を行う（Ｓ１１０）。
【０１５３】
以下、加圧微調整制御について説明する。加圧微調整制御においてポンプ制御部７１０は、スライダー７２０を微小距離だけ第１リミットセンサー７４１側に移動させる。そうすると、プランジャー７６２は流体容器７６０の流体収容部７６５内の体積を減らす方向に移動する。これにより、流体容器７６０内の圧力が微小圧力だけ増圧することになる。
【０１５４】
ステップＳ１０８において、圧力Ｐが圧力Ｒ１より高く圧力Ｆ１以下であるという条件を満たさない場合には、ポンプ制御部７１０は、圧力粗調整制御（Ｓ１１２〜Ｓ１１６）を行う。圧力粗調整制御において、ポンプ制御部７１０は、スライダー７２０を第１リミットセンサー７４１側に継続的に移動させるようにモーター７３０を制御する。次に、圧力Ｐが目標圧力Ｐｔより低いか否かについて判定する（Ｓ１１４）。そして、圧力Ｐが目標圧力Ｐｔよりも低い場合には、スライダー７２０をリミットセンサー７４１側に継続的に移動させる制御を再度行わせる。一方、ステップＳ１１４において、圧力Ｐが目標圧力Ｐｔ以上となった場合には、スライダー７２０の移動を終了させる。そして、圧力調整制御を終了する。
【０１５５】
上述のような圧力調整制御を行うと、まず図７に示すように、加圧粗調整制御が行われることになる。これにより急激に圧力Ｐが目標圧力Ｐｔ付近にまで上昇する。圧力Ｐが目標圧力まで上昇すると、加圧粗調整制御が終了する。そして、圧力Ｐが圧力Ｆ１から圧力Ｆ２までの間にあるときは特段の圧力調整は行われない。
【０１５６】
その後、ガスケット７６３の影響により圧力Ｐが徐々に下降する。圧力Ｐが圧力Ｆ１以下に低下すると、加圧微調整制御が行われる。加圧微調整制御は、前述のようにスライダー７２０を微小移動させて微小増圧させる制御であるので、圧力Ｐの上昇は目標圧力Ｐｔを超えるか超えないか程度にとどまる。
【０１５７】
圧力Ｐが圧力Ｆ１を超えると圧力制御は停止するため、再度、ガスケット７６３の影響により圧力Ｐは徐々に下降する。その後、前述と同様に加圧微調整制御が行われる。このような処理が繰り返されることにより、圧力Ｐは目標圧力Ｐｔ近傍で安定することになる。
【０１５８】
上述のような圧力調整制御を行っているのは、次のような理由による。すなわち、圧力Ｐが圧力Ｒ１以下の場合には、流体を適切に噴射できない程度の圧力であるからより早く圧力Ｐを目標圧力Ｐｔ前後にまで高める必要がある。そのため、圧力Ｐが圧力Ｒ１以下の場合には、上述の圧力粗調整制御により圧力を急速に高める。
【０１５９】
また、圧力Ｐが圧力Ｒ１より高く圧力Ｆ１以下の場合には、既に流体を噴射することができる程度にまで圧力は高まっている。そのため、ガスケット７６３が吸収してしまう微小圧力分を増圧すればよい。よって、圧力Ｐが圧力Ｒ１より高く圧力Ｆ１以下の場合には、圧力微調整制御によって圧力を微調整する。
【０１６０】
また、圧力Ｐが圧力Ｆ１より高く圧力Ｆ２より低い場合には、圧力Ｐが極めて目標圧力Ｐｔに近い圧力となっていることになる。また、シリンジ７６１に対して高い摩擦力で接触するガスケット７６３を含む流体容器７６０内の圧力制御は制御遅れを生じさせ、ここで圧力Ｐを調整する制御を行うとかえって圧力変動が激しくなる場合がある。よって、圧力Ｐが圧力Ｆ１より高く圧力Ｆ２より低い場合には、圧力制御を停止することとしているのである。
【０１６１】
このようにすることで、圧力Ｐを素早く目標圧力Ｐｔへと引き上げることができるとともに、一旦、圧力Ｐが目標圧力Ｐｔ近傍へと引き上げられた後には、圧力微調整制御によって圧力Ｐを目標圧力近傍に維持することができる。そして、流体が噴射される直前まで圧力Ｐを目標圧力Ｐｔ近傍に維持することができるので、流体の噴射要求があった場合には、即座に適切な圧力で流体を脈動発生部１００に送ることができる。
【０１６２】
次に、噴射制御について説明する。
図９は、噴射制御のフローチャートである。
噴射制御が開始されると、駆動制御部６００は、脈動発生部起動スイッチ（不図示）がオンになっているか否かを判定する（Ｓ２０２）。脈動発生部起動スイッチは、駆動制御部６００に接続され、脈動発生部起動スイッチがオンにされることで駆動制御部６００に流体の噴射要求を出力する例えばフットスイッチなどの装置である。ステップＳ２０２において脈動発生部起動スイッチがオンではない場合には、駆動制御部６００は、再度、脈動発生部起動スイッチがオンになっているか否かを判定する。これにより、脈動発生部起動スイッチがオンにされるのを待つループが確立される。
【０１６３】
ステップＳ２０２において脈動発生部起動スイッチがオンの場合には、駆動制御部６００は、ポンプ制御部７１０に、前述の圧力調整制御を行っているか否かを問い合わせる（Ｓ２０４）。圧力調整制御を行っている場合には、駆動制御部６００は、タイムアウトが発生したか否かを判定する（Ｓ２２０）。このタイムアウトは、脈動発生部起動スイッチがオンにされてからカウントアップを開始したときにおいて５００ｍｓを経過した場合のタイムアウトである。
【０１６４】
タイムアウトが発生していない場合には、駆動制御部６００は、再度、ステップＳ２０４の処理を行う。一方、タイムアウトが発生した場合には、駆動制御部６００は、エラーを報知する（Ｓ２２２）。エラー報知の手法としては、エラーが発生している旨を不図示の表示装置に表示させたり、エラーが発生している旨を知らせる音を鳴らすこととすることができる。
【０１６５】
ステップＳ２０４において、圧力調整制御が行われていないと判定された場合には、駆動制御部６００は、圧力Ｐが圧力Ｒ１より高く圧力Ｒ２より低いか否かを判定する（Ｓ２０６）。ステップＳ２０６において、圧力Ｐが圧力Ｒ１より高く圧力Ｒ２より低いという条件を満たさない場合には、駆動制御部６００は、警告を出力（Ｓ２１８）して噴射制御を終了する。
【０１６６】
ステップＳ２１８において出力される警告としては、不図示の表示装置に適切な圧力で噴射を行うことができない旨を表示させたり、不図示の音声出力装置に所定の警告音を発せさせることなどを採用することができる。
【０１６７】
一方、ステップＳ２０６において、圧力Ｐが圧力Ｒ１より高く圧力Ｒ２より低いと判定された場合には、駆動制御部６００は、ポンプ制御部７１０にピンチバルブ７５０を開かせる（Ｓ２０８）。そして、ピンチバルブ７５０を開かせるとほぼ同時に、スライダー７２０をプランジャー７６２を押す方向に移動させる。
【０１６８】
次に、駆動制御部６００は、脈動発生部起動スイッチが継続してオンになっているか否かを判定する（Ｓ２１２）。そして、脈動発生部起動スイッチが継続してオンになっていた場合には、再度、ステップＳ２１２に戻る。このようなループを繰り返すことによって、脈動発生部１００に流体を送り、脈動発生部１００から流体を噴射させることができる。
【０１６９】
ステップＳ２１２において、脈動発生部起動スイッチがオフである場合には、駆動制御部６００は、ポンプ制御部７１０にスライダー７２０の移動を停止させる（Ｓ２１４）。また、ほぼこれと同時に、駆動制御部６００は、ポンプ制御部７１０にピンチバルブ７５０を閉めさせる（Ｓ２１６）。これにより、流体の噴射制御が完了する。
【０１７０】
このようにすることによって、圧力Ｐが目標圧力Ｐｔに近づくようにポンプ７００を制御するものの、圧力Ｐが圧力Ｒ１よりも高ければ流体の噴射要求を受け付けるので、流体の噴射要求を受けてから流体を噴射するまでの時間を短縮することができる。
【０１７１】
＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
上述の実施形態では、生体組織を切開または切除する手術用メスとしての流体噴射装置１が説明されていたが、これに限られるものでなく、切断、洗浄等を行う他の医療器具としても応用が可能である。具体的には、上記流体噴射装置１は、細密な物体および構造物の洗浄等に採用することもできる。
【０１７２】
また、上述の実施形態では、圧電素子を利用して流体を噴射することとしていたが、レーザー光により圧力室内の流体にバブルを発生させることで、圧力室内の流体を勢いよく噴射させるレーザーバブル方式を採用することとしてもよい。また、ヒーターにより圧力室内の流体にバブルを発生させることで、圧力室内の流体を勢いよく噴射させるヒーターバブル方式を採用することもできる。
【０１７３】
また、上述の実施形態では、パルス流を噴射することとしていたが、連続流を噴射するものであってもよい。また、流体容器７６０を流体が収容された輸液バッグとして構成した場合には、加圧粗調整制御、加圧微調整制御、および、減圧微調整制御を次のように制御することができる。すなわち、加圧粗調整制御では、コンプレッサー８１０を連続的に運転させて加圧チャンバー８００内にエアーを圧送する。また、加圧微調整制御では、コンプレッサー８１０を微小時間運転させて加圧チャンバー８００内にエアーを圧送する。また、減圧微調整制御では、排気弁８１２を微小時間だけ開放させて加圧チャンバー８００の圧力を微小減圧させる。
【０１７４】
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１７５】
１  流体噴射装置、
２５  接続チューブ（接続流路）、２６  三方活栓、
１００  脈動発生部（流体噴射部）、
２００  流体噴射管、２０１  接続流路、２１１  ノズル、２１２  流体噴射開口部、
３０１  下ケース、３０３  凹部、３０４  パッキンボックス、
３１１  底板、３１２  上面、３５０  固定螺子、
４００  ダイアフラム、４０１  圧電素子、４１０  補強板、４１１  上板、
４５０  パッキン、
５００  上ケース、５００ａ  螺子孔、５０１  流体室、５０１ａ  内周側壁、
５０２  入口流路管、５０３  入口流路、５０４  接続流路、
５０５  封止面、５０６  パッキンボックス、５０７  流体溜り、５０９  接続開口部、
５１０  出口流路管、５１１  出口流路、
６００  駆動制御部（噴射制御部）、
６３０  制御ケーブル、６４０  通信ケーブル、
７００  ポンプ（流体供給部）、７１０  ポンプ制御部、
７２０  スライダー、７２１  台座部、
７２２  圧力センサー、７２３  タッチセンサー、
７３０  モーター、
７４０  リニアガイド、
７４１  第１リミットセンサー、７４２  残量センサー、
７４３  ホームセンサー、７４４  第２リミットセンサー、
７５０  ピンチバルブ（開閉部）、７６０  流体容器、７６１  シリンジ、
７６２  プランジャー、７６３  ガスケット、７６４  開口部、７６５  流体収容部、
７７０  流体容器装着部、
８００  加圧チャンバー、８１０  コンプレッサー、
８１１  レギュレーター、８１２  排気弁、８１３  安全弁
【図１】
2015200287.tif 000003
【図２】
2015200287.tif 000004
【図３】
2015200287.tif 000005
【図４】
2015200287.tif 000006
【図５】
2015200287.tif 000007
【図６】
2015200287.tif 000008
【図７】
2015200287.tif 000009
【図８】
2015200287.tif 000010
【図９】
2015200287.tif 000011