(57)【要約】【課題】安価に流体を噴射させるまでの時間を短縮すること。【解決手段】本発明の液体噴射装置は、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前記流体容器内の容積を変更させる容積変更部と、を備え、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第１噴射モードと、前記第１噴射モードの後に、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせるとともに前記噴射制御部が前記噴射制御部からの流体の噴射を許可する第２噴射モードと、を有する。【選択図】図７
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【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、
流体の噴射指令入力を受け、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前記流体容器内の容積を変更させる容積変更部と、
前記流体容器内の圧力を検出する圧力検出部と、
を備え、
前記噴射指令入力を受けたときにおいて、
前記流体容器内の圧力にかかわらず、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第１噴射モードと、
前記流体容器内の圧力が所定圧力より高い場合に、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第２噴射モードと、
を有す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、
前記噴射指令入力を受けたときにおいて、
前記流体容器内の圧力にかかわらず、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第１噴射モードと、
前記流体容器内の圧力が所定範囲内の圧力の場合に、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第２噴射モードと、
を有することを特徴とする流体噴射装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の流体噴射装置であって、
前記流体容器は、前記流体を収容するシリンジとピストンを備え、
前記容積変更部は、前記ピストンを移動させることにより前記流体容器内の容積を変更させることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項４】
請求項３に記載の流体噴射装置であって、
前記第１噴射モードにおいて、前記容積変更部は前記ピストンを定速移動させ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、
前記流体噴射部は、前記流体を噴射させるノズルを備え、
前記第１噴射モードにおいて、前記ピストンを定速移動させることにより前記ノズルから前記流体が噴射させられるとともに、前記流体容器内の圧力が所定圧力に収束することを特徴とする流体噴射装置。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載の流体噴射装置であって、
前記ピストンの先端にガスケットを備えることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項７】
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前記流体容器内の容積を変更させる容積変更部と、
前記流体容器内の圧力を検出する圧力検出部と、
を備える流体噴射装置における流体噴射方法であって、
前記噴射指令入力を受けたときにおいて、
前記流体容器内の圧力にかかわらず、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第１噴射動作を行うことと、
前記流体容器内の圧力が所定圧力より高い場合に、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第２動作を行うことと、
を含む流体噴射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体噴射装置、および、流体噴射方法に関する。
【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流体の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。そのため、流体噴射装置内の流体の圧力を予め所定圧力にまで高めておく必要がある。
【０００５】
ところで、流体の圧力を所定圧力にまで高めるに際し、流体噴射装置内の圧力は圧力センサー等によって検出される。このとき、信頼性の高い圧力センサーや、検出精度の高い圧力センサーを用いることが望ましい。しかしながら、流体噴射装置製造の低コスト化を進めるにあたり、このように高価な圧力センサーを使用できない場合もある。よって、安価な手法で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。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、安価に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】
【０００７】
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、
流体の噴射指令入力を受け、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前記流体容器内の容積を変更させる容積変更部と、
前記流体容器内の圧力を検出する圧力検出部と、
を備え、
前記噴射指令入力を受けたときにおいて、
前記流体容器内の圧力にかかわらず、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第１噴射モードと、
前記流体容器内の圧力が所定圧力より高い場合に、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第２噴射モードと、
を有することを特徴とする流体噴射装置である。
【０００８】
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】
【０００９】
【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】流体噴射制御のフローチャートである。
【図８】試し打ちモードおよび通常噴射モードにおける圧力変化を説明する第１の図である。
【図９】試し打ちモードおよび通常噴射モードにおける圧力変化を説明する第２の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
流体を噴射させる流体噴射部と、
流体の噴射指令入力を受け、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前記流体容器内の容積を変更させる容積変更部と、
前記流体容器内の圧力を検出する圧力検出部と、
を備え、
前記噴射指令入力を受けたときにおいて、
前記流体容器内の圧力にかかわらず、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第１噴射モードと、
前記流体容器内の圧力が所定圧力より高い場合に、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第２噴射モードと、
を有す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、第１噴射モードでは、流体容器内の圧力にかかわらず流体を噴射させ、その後に接続流路を閉じさせているので、流体容器内の圧力をある程度の圧力にまで高めておくことができる。また、第２噴射モードでは、第１噴射モードで高められた圧力を用いて流体を噴射させることができる。そして、第１噴射モードでは流体容器内の圧力を高めるための噴射モードとし、第２噴射モードでは流体容器内が所定圧力より高められたときに噴射する通常の噴射モードとすることができる。このとき、第１噴射モードを実行しておくことで流体の圧力が高められているので、安価で検出精度の低い圧力検出部を採用した場合であっても、第２噴射モードにおいて流体を噴射させるまでの時間を短縮することができる。すなわち、安価に流体を噴射させるまでの時間を短縮することができる。
【００１２】
かかる流体噴射装置であって、前記噴射指令入力を受けたときにおいて、前記流体容器内の圧力にかかわらず、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第１噴射モードと、前記流体容器内の圧力が所定範囲内の圧力の場合に、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第２噴射モードと、を有することが望ましい。
このようにすることで、第１噴射モードでは、流体容器内の圧力にかかわらず流体を噴射させ、その後に接続流路を閉じさせているので、流体容器内の圧力をある程度の圧力にまで高めておくことができる。また、第２噴射モードでは、第１噴射モードで高められた圧力を用いて流体を噴射させることができる。そして、第１噴射モードでは流体容器内の圧力を高めるための噴射モードとし、第２噴射モードでは流体容器内が所定範囲の圧力のときに噴射する通常の噴射モードとすることができる。このとき、第１噴射モードを実行しておくことで流体の圧力が高められているので、安価で検出精度の低い圧力検出部を採用した場合であっても、第２噴射モードにおいて流体を噴射させるまでの時間を短縮することができる。すなわち、安価に流体を噴射させるまでの時間を短縮することができる。
【００１３】
また、前記流体容器は、前記流体を収容するシリンジとピストンを備え、前記容積変更部は、前記ピストンを移動させることにより前記流体容器内の容積を変更させることが望ましい。
このようにすることで、流体容器内の容積を変更させて流体容器内の流体を押し出すことができる。
【００１４】
また、前記第１噴射モードにおいて、前記容積変更部は前記ピストンを定速移動させることが望ましい。
このようにすることで、単位時間あたり所定量の流体を流体容器から送り出すことができる。
【００１５】
また、前記流体噴射部は、前記流体を噴射させるノズルを備え、前記第１噴射モードにおいて、前記ピストンを定速移動させることにより前記ノズルから前記流体が噴射させられるとともに、前記流体容器内の圧力が所定圧力に収束することが望ましい。
このようにすることで、第１噴射モードにおいて流体容器内の圧力を所定圧力に上昇させておき、第２噴射モードで適切な勢いで流体を噴射させることができる。
【００１６】
また、前記ピストンの先端にガスケットを備えることが望ましい。
このようにすることで、ガスケットが流体容器内の圧力を吸収するので、急激な圧力変化を生じないようにしつつ流体容器内の圧力を上昇させることができる。
【００１７】
また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。
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前記流体容器内の容積を変更させる容積変更部と、
前記流体容器内の圧力を検出する圧力検出部と、
を備える流体噴射装置における流体噴射方法であって、
前記噴射指令入力を受けたときにおいて、
前記流体容器内の圧力にかかわらず、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第１噴射動作を行うことと、
前記流体容器内の圧力が所定圧力より高い場合に、前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を開かせた状態で前記容積を減少させるとともに前記噴射制御部が前記流体噴射部から流体を噴射させ、当該流体の噴射後に前記容積変更部が前記開閉部に前記接続流路を閉じさせる第２動作を行うことと、
を含む流体噴射方法である。
このようにすることで、第１噴射動作では、流体容器内の圧力にかかわらず流体を噴射させ、その後に接続流路を閉じさせているので、流体容器内の圧力をある程度の圧力にまで高めておくことができる。また、第２噴射動作では、第１噴射動作で高められた圧力を用いて流体を噴射させることができる。そして、第１噴射動作では流体容器内の圧力を高めるための噴射動作とし、第２噴射動作では流体容器内が所定圧力より高められたときに噴射する通常の噴射動作とすることができる。このとき、第１噴射動作を実行しておくことで流体の圧力が高められているので、安価で検出精度の低い圧力検出部を採用した場合であっても、第２噴射動作において流体を噴射させるまでの時間を短縮することができる。すなわち、安価に流体を噴射させるまでの時間を短縮することができる。
【００１８】
＝＝＝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。
【００１９】
＝＝＝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）と、を備えている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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等がある（不図示）。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【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（流体容器の容積変更部に相当する）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、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】
その後、後述する試し打ちモードにおける流体の噴射が行われる。これにより、流体容器７６０内の圧力が後述するラフウィンドウの範囲内の圧力（圧力Ｒ１から圧力Ｒ２）にされるとともに、接続チューブ２５内や脈動発生部１００内に流体が充たされることになる。
【００６６】
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（通常噴射モードにおける流体の噴射）。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
＝＝＝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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
＝＝＝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。
【０１０２】
＜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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
＜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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
＜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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
ところで、流体容器７６０の圧力センサー７２２として、仮に、信頼性の高い圧力センサーや、圧力検出精度が高い圧力センサーを採用することができれば、その圧力センサーが検出した圧力に基づいて、流体容器７６０内の圧力を必要な圧力にまで高めておくことができる。
【０１３３】
しかしながら、例えば製造コストを下げるために、圧力センサー７２２として比較的信頼性が高くないものが採用されたり、圧力検出精度が高くないものが採用されたりすることがある。そうすると、検出された圧力の信頼性自体がそもそも高いものではない。よって、検出された圧力に基づいて流体容器７６０内の圧力を必要な圧力に高めた場合、流体容器７６０の圧力が予期せぬ高い圧力となっていることも考えられる。
【０１３４】
一方、このように安価な圧力センサーが採用された場合であっても、圧力容器７６０内の圧力を適度な高さまで上昇させておき、すぐに適度な勢いで流体を噴射させることができるようにしておくことが望まれる。すなわち、安価に、流体を噴射させるまでの時間を短縮させることが望まれるのである。
【０１３５】
以下に説明する流体噴射制御では、上述のように安価な圧力センサー７２２を用いた場合であっても、流体を噴射させるまでの時間を短縮させている。
【０１３６】
次に、流体噴射制御について説明する。
図７は、流体噴射制御のフローチャートである。以下の処理において、駆動制御部６００とポンプ制御部７１０は、適宜、必要な通信を行っている。そして、必要な情報は駆動制御部６００とポンプ制御部７１０との間で交換され、これらの情報に基づいて駆動制御部６００とポンプ制御部７１０が各部を制御する。
【０１３７】
本実施形態では、後述する試し打ちフラグの状態によって、試し打ちモード（第１噴射モードに相当）であるか通常噴射モード（第２噴射モードに相当）であるかが判定される。そして、試し打ちフラグが立てられているときには、試し打ちモードとされる。
【０１３８】
試し打ちフラグは、所定時間毎に割り込みにより、圧力センサー７２２によって検出される圧力によっても自動的に立てられたり、倒されたりするものとする。すなわち、次に説明する流体噴射制御のフローチャートとは別個に圧力センサー７２２によって検出される圧力が監視され、試し打ちフラグが立てられたり倒されたりするものとする。ここでは、圧力センサー７２２によって検出された圧力が、後述する圧力Ｒ１より高く圧力Ｒ２未満のときに倒され、それ以外は立てられるものとする。ただし、前述の通り、圧力センサー７２２は安価なものが採用されるため、信頼性の高くない検出圧力に応じて試し打ちフラグが立てられたり、倒されたりする場合がある。
【０１３９】
流体噴射制御が開始されると、試し打ちフラグが立っているか否かについて判定される（Ｓ１０２）。そして、試し打ちフラグが立っている場合には、所定の警告音を鳴らす（Ｓ１０４）。なお、所定の警告音を鳴らす代わりにその旨を不図示の表示部に表示させることとしてもよい。
【０１４０】
次に、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（Ｓ１０６）。そして、駆動制御部６００は、ポンプ制御部７１０にスライダー７２０を所定速度で流体を押す方向に移動させる（Ｓ１０８）。これとともに、駆動制御部６００は、ピエゾ素子４０１を駆動させる。これにより、ノズル２１１から流体が噴射されることになる。
【０１４１】
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（Ｓ１１０）。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Ｓ１１０に戻る。このようなループを繰り返すことによって、継続して脈動発生部１００から流体を噴射させることができる。
【０１４２】
ステップＳ１１０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、圧電素子４０１の駆動を停止させる。また、これとほぼ同時に、ポンプ制御部７１０にスライダー７２０の移動を停止させる（Ｓ１１２）とともに、ピンチバルブ７５０を閉じさせる（Ｓ１１４）。
【０１４３】
一方、ステップＳ１０２において、試し打ちフラグが倒されていたときには、流体容器７６０内の圧力Ｐが、下限圧力Ｒ１より高く上限圧力Ｒ２より低いか否かについて判定される（Ｓ１１６）。そして、圧力Ｐが、下限圧力Ｒ１より高く上限圧力Ｒ２より低い場合には、ステップＳ１０６に処理が移り、流体が噴射される。
【０１４４】
また、ステップＳ１１６において、圧力Ｐが、下限圧力Ｒ１より高くない場合や上限圧力Ｒ２より低くない場合には、処理が終了させられる。
【０１４５】
このようにすることで、試し打ちモードでは、流体容器内の圧力にかかわらず流体を噴射させ、その後に接続流路を閉じさせているので、流体容器内の圧力をある程度の圧力にまで高めることができる。また、通常噴射モードでは、試し打ちモードで高められた圧力を用いて流体を噴射させることができる。そして、試し打ちモードでは流体容器内の圧力を高めるための噴射モードとし、通常噴射モードでは流体容器内が所定圧力より高められたときに噴射する通常の噴射モードとすることができる。このとき、試し打ちモードを実行しておくことで流体の圧力が高められているので、安価で検出精度の低い圧力センサー７２２を採用した場合であっても、通常噴射モードにおいて流体を噴射させるまでの時間を短縮することができる。すなわち、安価に流体を噴射させるまでの時間を短縮することができる。
【０１４６】
このように、安価な圧力センサー７２２からの検出圧力に基づいて上限圧力Ｒ２を超えるか否かを判定しているのは、次の理由からである。すなわち、流体容器７６０内の圧力が必要以上に高まっていると、予期せぬ勢いで流体を噴射させてしまうおそれがある。勢いが弱い場合には、生体の切除等に与える影響は少ないが、勢いが強い場合はその影響が大きいと考えられる。そのため、比較的安価な圧力センサー７２２からの検出圧力ではあるが、これに基づいて上限圧力Ｒ２を超えるか否かを判定しているのである。なお、上限圧力Ｒ２は、このような事情を見込んで、若干低めに設定しておくことが望ましい。
【０１４７】
また、圧力Ｐが上限圧力Ｒ２以上であった場合には、減圧微調整制御を行わせることとしてもよい。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。１回分の減圧微調整制御が完了すると、再度、圧力Ｐが上限圧力Ｒ２以上であるか否かが判定される。そして、圧力Ｐが上限圧力Ｒ２以上であった場合には、再度、減圧微調整制御が行われる。
【０１４８】
上記のような流体噴射制御が行われると、流体容器７６０内の圧力は次のように変化する。
【０１４９】
図８は、試し打ちモードおよび通常噴射モードにおける圧力変化を説明する第１の図である。図８には、流体容器７６０内の圧力Ｐと下限圧力Ｒ１と上限圧力Ｒ２が示されている。本実施形態における流体噴射装置１では、流体容器７６０内の圧力Ｐが下限圧力Ｒ１から上限圧力Ｒ２との間の圧力のときに流体を噴射させると所望の勢いで流体が噴射されることになっている。
【０１５０】
本実施形態における流体噴射装置１は、試し打ちモードでの流体噴射を行うと流体容器７６０内の圧力Ｐが下限圧力Ｒ１から上限圧力Ｒ２との間の圧力になるように機械的に設計されている。このような設計は、例えば、前述のノズル２１１の流路抵抗とスライダー７２０の移動速度との関係により、流体容器７６０内の圧力Ｐが下限圧力Ｒ１と上限圧力Ｒ２との間で均衡するように行われることとしてもよい。このようにすることで、圧力センサー７２２の検出精度が高くない場合において、流体容器内の圧力を圧力Ｒ１から圧力Ｒ２へと高めることができる。
【０１５１】
流体容器７６０がポンプ７００にセットされたばかりのときには、プランジャー７６２が押されていないことから、接続チューブ２５には流体が充填されておらず、かつ、流体容器７６０内の圧力もほとんど上昇していない。すなわち、流体容器７６０がポンプ７００にセットされたばかりのときは、流体容器７６０内の圧力はゼロである。
【０１５２】
その後、流動発生部起動スイッチがオンにされると、ピンチバルブ７５０が開かれ、スライダー７２０が流体を押す方向に移動させられる。また、圧電素子４０１も駆動させられるため、脈動発生部１００は流体を噴射させようとする。
【０１５３】
前述のように、流体容器７６０内の圧力Ｐが下限圧力Ｒ１より低いときにおいてスライダー７２０が移動させられると、流体容器７６０内の圧力Ｐは上昇し、最終的に圧力Ｐは、下限圧力Ｒ１と上限圧力Ｒ２との間の範囲の圧力となる。その後、脈動発生部起動スイッチが一旦オフにされ、再度、流動発生部起動スイッチがオンにされると、噴射モードは通常噴射モードとなり、流体容器７６０内の圧力を通常の噴射に必要な圧力にまで上昇させた状態で流体を噴射させることができる。
【０１５４】
すなわち、試し打ちモードでの流体噴射を行うことで、流体容器７６０内の圧力が流体噴射可能な圧力（下限圧力Ｒ１と上限圧力Ｒ２との間の範囲の圧力）にまで上昇させられているので、脈動発生部起動スイッチをオンにすることで、すぐに流体を噴射させることができる。そして、流体噴射までの時間を短縮することができる。
【０１５５】
図９は、試し打ちモードおよび通常噴射モードにおける圧力変化を説明する第２の図である。試し打ちモードにおいて、流体容器７６０内の圧力が上昇させられる点では、前述の図８と共通している。しかしながら、試し打ちモードにおいて、何らかの理由で流体容器７６０の圧力が上限圧力Ｒ２を超えてしまう場合も考えられる。
【０１５６】
流体容器７６０の圧力Ｐが上限圧力Ｒ２を超えているときにおいて、脈動派生部１００から流体を噴射させるとすれば、前述のように、流体容器７６０から供給される流体圧力の高さにより、ノズル２１１からは想定を超えた勢いで流体が噴射されるおそれがある。そのため、流体容器７６０内の圧力が上限圧力Ｒ２を超えていたときには減圧微調整制御を行わせることもできる。
【０１５７】
これにより、流体容器７６０内の圧力Ｐが上限圧力Ｒ２未満の圧力となる。また、減圧微調整制御では、わずかな減圧しか行われないため、圧力Ｐは下限圧力Ｒ１より高い状態を維持する。
【０１５８】
＝＝＝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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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、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、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ことで減圧微調整制御を行うことができる。
【０１６１】
また、上記構成の流体噴射装置１では、一旦、流体容器７６０の圧力を噴射に必要な圧力に上昇させてしまえば、１時間から２時間程度はその圧力は維持されると考えられる。言い換えると、流体容器７６０の圧力を噴射に必要な圧力に上昇させてから１時間から２時間を越えると、その圧力は低下してしまうおそれもある。よって、流体容器７６０の圧力を噴射に必要な圧力まで上昇させてから所定時間経過後に試し打ちフラグを立て、試し打ちモードにリセットされるようにしてもよい。
【０１６２】
また、通常噴射モードに切り替わるまでに必要な試し打ちモードでの噴射時間を規定することとしてもよい。すなわち、試し打ちモードでの噴射から規定時間経過しないと通常噴射モードに切り替わらない構成とすることもできる。このようにすることで、通常噴射モードに切り替わるまでに、確実に適切な圧力にまで流体容器７６０内の圧力を高めておくことができる。
【０１６３】
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】
【０１６４】
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、
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、７１０  ポンプ制御部（容積変更部）、
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】
2015198861.tif 000003
【図２】
2015198861.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015198861.tif 000008
【図７】
2015198861.tif 000009
【図８】
2015198861.tif 000010
【図９】
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