(57)【要約】【課題】効率よくスムーズに流体を排出することができる流体噴射装置を実現する。【解決手段】流体噴射装置１は、圧力室４０と、径方向に二以上の任意の整数に分割された内部電極を有する円柱形状の積層型圧電素子１０と、積層型圧電素子１０の圧力室４０側に密着固定されるダイアフラム３０と、最も内側にある内部電極１１ｃと対向する位置に前記圧力室４０を開口する出口孔６０と、を有し、積層型圧電素子１０を、内部電極の形成領域の一つ一つを独立して外側から内側方向に向かって時間差を有して順々に変位させ、圧力室４０の容積をダイアフラム３０により外側から内側に向かって順々に縮小していき、出口孔６０から流体を送出し、流体噴射開口部からパルス状に高速噴射する。【選択図】図６
2012107512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室と、
径方向に分割された内部電極を有する円柱形状の積層型圧電素子と、
前記積層型圧電素子の前記圧力室側の端面に密着固定されるダイアフラムと、
最も内側にある前記内部電極と対向する位置に前記圧力室を開口する出口孔と、
を有し、
前記積層型圧電素子を、前記内部電極の形成領域の一つ一つを独立して外側から内側方向に向かって時間差を有して順々に変位させ、前記圧力室の容積を前記ダイアフラムにより外側から内側に向かって順々に縮小していき、前記圧力室内の圧力を高め、前記出口孔から流体を送出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において、
前記分割された内部電極の形成領域のうち、互いに並び合ういずれの二つの前記内部電極においても、
内側の前記内部電極の形成領域の前記ダイアフラムが最大変位の状態に達するまで、外側の前記内部電極の形成領域のダイアフラムは、前記圧力室の容積を最大に縮小する、最大変位の状態を維持してい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において、
前記分割された内部電極の形成領域のうち、互いに並び合ういずれの二つの前記内部電極においても、
内側の前記内部電極と外側の前記内部電極との間の駆動遅延時間をτ、
外側の前記内部電極の形成領域のダイアフラムの変位により径方向内側に進行する圧力波が、内側の前記内部電極の形成領域を通過するのに要する時間をτs、
とするとき、τ＞τsの関係にあることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の流体噴射装置において、
前記分割された内部電極の形成領域のうち、互いに並び合ういずれの二つの前記内部電極においても、
（外側の）前記内部電極の形成領域の前記ダイアフラムが最大変位の状態に達するまでに要する時間をτr、
内側の前記内部電極と外側の前記内部電極との間の駆動遅延時間をτ、
とするとき、τ＜τrの関係にあることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
前記分割された内部電極の形成領域のうち、互いに並び合ういずれの二つの前記内部電極においても、
（外側の）前記ダイアフラムが最大変位の状態に達するまでに要する時間をτr、
内側の前記内部電極と外側の前記内部電極との間の駆動遅延時間をτ、
外側の前記内部電極の形成領域の前記ダイアフラムの変位により径方向内側に進行する圧力波が内側の前記内部電極の形成領域の領域を通過するのに要する時間をτs、
とするとき、τ＞τs、且つ、τ＜τrの関係にあることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の流体噴射装置を用いたことを特徴とする医療機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体噴射装置と、この流体噴射装置を用いた医療機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ダイアフラムを密着した圧電素子の厚さ方向の変位を用いて圧力室の容積を、変更し、流体をパルス状に噴射させる流体噴射装置がある（例えば、特許文献１参照）。このような流体噴射装置に用いられる圧電素子は、全面電極と圧電体が多数層積層され一体焼結された構造の積層型圧電素子である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８２２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような積層型圧電素子は、全面電極に電圧を印加し変位させ、圧力室を急激に圧縮させても、ダイアフラムは電極面に対して垂直方向（厚さ方向）に一様に変位するだけである。従って、平面圧力波はダイアフラム変位方向へ向かって伝播し、圧力室面内方向においてダイアフラムと正対する圧力壁の特定の位置にある出口孔へと向かう圧力波が生じにくい。すなわち、圧力波は圧力室厚み方向へとは伝播するが、圧力室面内方向には伝播しがたいため、出口孔から効率よく流体が送出され難い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る流体噴射装置は、圧力室と、径方向に分割された内部電極を有する円柱形状の積層型圧電素子と、前記積層型圧電素子の前記圧力室側の端面に密着固定されるダイアフラムと、最も内側にある前記内部電極と対向する位置に前記圧力室を開口する出口孔と、を有し、前記積層型圧電素子を、前記内部電極の形成領域の一つ一つを独立して外側から内側方向に向かって時間差を有して順々に変位させ、前記圧力室の容積を前記ダイアフラムにより外側から内側に向かって順々に縮小していき、前記圧力室内の圧力を高め、前記出口孔から流体を送出することを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、ダイアフラムは、積層型圧電素子によって外周側から中心側に順次変位されていく。このため、変位された瞬間のダイアフラム直下の領域（分割された内部電極の形成領域）でダイアフラム変位方向へ伝搬する圧力波が発生すると同時に、圧力室の外周から中心方向へ向かって伝播して行く圧力波も発生する。従って、圧力室の中心部分に位置する出口孔に圧力波が集中し、効率よく流体を圧力室から送出することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に係る流体噴射装置は、前記分割された内部電極の形成領域のうち、互いに並び合ういずれの二つの前記内部電極においても、内側の前記内部電極の形成領域の前記ダイアフラムが最大変位の状態に達するまで、外側の前記内部電極の形成領域のダイアフラムは、前記圧力室の容積を最大に縮小する、最大変位の状態を維持していることが好ましい。
【０００９】
このようにすれば、ダイアフラムは圧力室の外周から中心方向に間断なく順次変位し、圧力室を縮小、しかも、いずれのダイアフラムをとっても、自身の一つ内側のダイアフラムが最大変位の状態に達するまで自身も最大変位の状態を維持する。従って、最後に変位するダイアフラムが最大変位の状態に達するまで、いずれのダイアフラムも転じて自身の領域の圧力室を拡大するような方向に変位することが無いため、負の圧力波を生じることが無い。従って、圧力室の中心部分に位置する出口孔へと向かった圧力波を、後から負の圧力波で減じてしまうことが無いため、効率よく流体を出口孔から送出することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に係る流体噴射装置は、前記分割された内部電極の形成領域のうち、互いに並び合ういずれの二つの前記内部電極においても、内側の前記内部電極と外側の前記内部電極との間の駆動遅延時間をτ、外側の前記内部電極の形成領域のダイアフラムの変位により径方向内側に進行する圧力波が、内側の前記内部電極の形成領域を通過するのに要する時間をτs、とするとき、τ＞τsの関係にあることが好ましい。
なお、駆動遅延時間とは、一つの内部電極に印加される駆動波形と、次の内部電極に印加される駆動波形の時間差である。
【００１１】
このようにすれば、駆動遅延時間τを当該内側内部電極を通過する時間τsよりも長くすることにより、外側のダイアフラムの変位により発生した圧力波の先頭が当該内側内部電極を通過する前に、当該内側内部電極に駆動電圧波形が入力され、当該内側電極領域のダイアフラムが変位し圧力室を縮小し始めてしまうことはない。このため圧力波はスムーズに出口孔へ向かって伝播し流体を送出することができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に係る流体噴射装置は、前記分割された内部電極の形成領域のうち、互いに並び合ういずれの二つの前記内部電極においても、前記内部電極の形成領域の前記ダイアフラムが最大変位の状態に達するまでに要する時間をτr、内側の前記内部電極と外側の前記内部電極との間の駆動遅延時間をτ、とするとき、τ＜τrの関係にあることが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、外側の内部電極の形成領域のダイアフラムが最大変位に達するまでの間に、次の内側の内部電極の形成領域のダイアフラムの変位を開始することで、外周側から中心側に向かってダイアフラムを間断なく且つ連続的に変位させ、圧力室面内方向において出口孔へと向かう間断のない圧力波を発生させることができる。このため圧力波はスムーズに出口孔へ向かって伝播し、流体を出口孔から送出することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に係る流体噴射装置は、前記分割された内部電極の形成領域のうち、互いに並び合ういずれの二つの前記内部電極においても、外側の前記ダイアフラムが最大変位の状態に達するまでに要する時間をτr、内側の前記内部電極と外側の前記内部電極との間の駆動遅延時間をτ、外側の前記ダイアフラムの変位により径方向内側に進行する圧力波が内側の前記内部電極の形成領域の領域を通過するのに要する時間をτs、とするとき、τ＞τs、且つ、τ＜τrの関係にあることが好ましい。
【００１５】
このような条件で積層型圧電素子を駆動することで、圧力室の外周側から内側に向かってダイアフラムを間断なく連続的に変位させることができ、より一層、スムーズに圧力波を出口孔へ向かって伝播させ、流体を出口孔から送出することができる。
【００１６】
［適用例６］本適用例に係る医療機器は、上記各適用例のいずれかに記載の流体噴射装置を用いたことを特徴とする。
【００１７】
上述した流体噴射装置は、液体をパルス状に高速噴射するものであって、生体組織を選択的に切除・切開・破砕することが可能で、血管等の細管組織を温存できるなど手術具として優れた特性を有している。また、上述した流体噴射装置を用いて手術等を行う場合、噴射する液体量が従来の高圧流を用いたものに比べ少ないため、術視野の視認性に優れているという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】流体噴射装置の概略構成を示す断面図。
【図２】積層型圧電素子を端面方向から視認した平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ切断面の一部を示す断面図。
【図４】内部電極及びＧＮＤ電極の結線構成の一部を示す結線説明図。
【図５】内部電極に印加される駆動信号の電圧波形を示す説明図。
【図６】圧力室の容積変化を模式的に示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明は、径方向に二以上の任意の整数に分割された内部電極を有する円柱形状の積層型圧電素子において有効であるが、以下では説明を簡単にするため、内部電極を三分割した円柱積層型圧電素子を流体噴射装置の駆動素子として用いた場合について説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、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。また、本実施形態では、流体は液体である。
（流体噴射装置）
【００２０】
図１は、流体噴射装置の概略構成を示す断面図である。図１において、流体噴射装置１は、筒状の第１機枠５０の内部に配置される積層型圧電素子１０と、積層型圧電素子１０の一方の端面に密着固定されるダイアフラム３０と、ダイアフラム３０と第２機枠５１に形成される凹部と、によって構成される圧力室４０と、圧力室４０に連通する流体噴射管６３と、圧力室４０内に液体を供給する流体供給管７１と、を有して構成されている。
【００２１】
積層型圧電素子１０の他方の端面は、底板５２に密着固定されており、底板５２は第１機枠５０の開口部を封止している。
【００２２】
ダイアフラム３０は、円盤状の薄板からなり、周縁部が第１機枠５０と第２機枠５１との間で密着固定されている。この固定部以外の内側領域は積層型圧電素子１０の伸縮に伴い変位可能な弾性を有している。
【００２３】
流体噴射管６３は、送液流路６１と、先端部に送液流路６１の流路径を縮小した流体噴射開口部（ノズル）６２と、を有し、送液流路６１は、圧力室４０に開口される出口孔６０に連通されている。
また、出口孔６０は、図１では積層型圧電素子１０の中心軸Ｐの延長線上において、積層型圧電素子１０と対向する位置に配置されている。
【００２４】
流体供給管７１は流体供給流路７０を有し、流体供給流路７０は圧力室４０に連通されており、図示しないポンプ等の流体供給手段から圧力室４０に液体を一定流量あるいは一定圧力で供給する。
【００２５】
次に、積層型圧電素子１０の構成について図面を参照して説明する。
図２は、積層型圧電素子を端面方向から視認した平面図、図３は、図２のＡ−Ａ切断面の一部を示す断面図である。まず、図３を参照して積層型圧電素子１０の断面概略構成を説明する。積層型圧電素子１０は、断面が円形の柱状をなしており、圧電体２０と、内部電極１１，１２，１３，１４，１５，…と、ＧＮＤ電極２１，２２，２３，２４，…と、が交互に積層されて構成されている。これら内部電極とＧＮＤ電極とは圧電体２０の層を挟んで対をなして構成されている。なお、図３では、積層型圧電素子１０の一部を表しており、実際には更に多数の層により構成されている。
【００２６】
内部電極には駆動信号が入力され、ＧＮＤ電極は基準電位（０Ｖ）である。駆動信号の電圧波形については、図５を参照して後述する。なお、積層型圧電素子１０は、内部電極に電圧が印加されると厚さ方向に伸長し、除電されると初期状態に復帰するように、厚さ方向に分極処理されている。
【００２７】
続いて、内部電極１１，１２，１３，１４，１５，…の分割、及びＧＮＤ電極２１，２２，２３，２４，…について説明する。図２に示すように、内部電極のそれぞれは、積層型圧電素子１０の中心（中心軸Ｐ）から、径方向に分割されており、それぞれ電気的に独立して配置されている。なお、図３に示すように、ＧＮＤ電極２１，２２，２３，２４，…は内部電極と対をなす全面電極であって、積層型圧電素子１０の側面を介して図示しない接続電極によって基準電位（０Ｖ）に接続されている。
【００２８】
次に、内部電極の構成について図２を参照して説明する。内部電極１１，１２，１３，１４，１５，…は、それぞれ同様に分割された構成であるので、最もダイアフラム３０に近い上層の内部電極１１を例示して説明する。
内部電極１１は、積層型圧電素子１０の中心軸Ｐを共通にする同心円で径方向に環状に分割されており、外周方向から中心に向かって内部電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃとする。内部電極１１ａ，１１ｂは環状電極であって、最も内側の内部電極１１ｃは円形電極である。なお、図２では、出口孔６０は中心軸Ｐの延長線上に配置されて図示されているが、最も内側の内部電極１１ｃの範囲に配置されればよい。また、出口孔６０の内径は、内部電極１１ｃの外径よりも小さくなるように設定される。
なお、内部電極の分割数（内部電極の数）は本説明では図２に示すような３分割であるが、これに限定されず、２以上の整数であれば任意の数でよい。また、各電極幅はそれぞれ異なってもよい。
【００２９】
内部電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、互いに独立した接続電極で積層型圧電素子１０の外周側面に延在されて、それぞれポートｅ１，ｅ２，ｅ３に接続され、それぞれに独立した電圧波形が入力される。なお、各内部電極を分割する隙間は、電気的に短絡しない程度の幅があればよい。
【００３０】
次に、内部電極及びＧＮＤ電極の結線構成について説明する。
図４は、内部電極及びＧＮＤ電極の結線構成の一部を示す結線説明図である。図４では、説明を簡単にするため、内部電極１１，１２，１３、ＧＮＤ電極２１，２２，２３を例示している。内部電極１１は、図２に示すように内部電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃに分割されており、内部電極１２，１３も内部電極１１と同様に（図２、参照）、それぞれ内部電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、内部電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃというように径方向に分割されている。ここで、最も外側の内部電極１１ａ，１２ａ，１３ａはポートｅ１に接続され、電圧波形Ｓ1（図５、参照）が印加される。
【００３１】
また、中間位置の内部電極１１ｂ，１２ｂ，１３ｂはポートｅ２に接続され、電圧波形Ｓ2（図５、参照）が印加される。最も内側の内部電極１１ｃ，１２ｃ，１３ｃはポートｅ３に接続され、電圧波形Ｓ3（図５、参照）が印加される。他の内部電極１４，１５，…も同様な結線構成である。
【００３２】
ＧＮＤ電極２１，２２，２３，２４，…は、分割された各層の内部電極と対向する全面電極であって、内部電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、及び内部電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃとＧＮＤ電極２１が対をなし、内部電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、及び１４（内部電極１１，１２，１３と同様に１４ａ，１４ｂ，１４ｃに分割されている）とＧＮＤ電極２２、内部電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃとＧＮＤ電極２３と、がそれぞれ対をなして構成され、ＧＮＤ電極の全てが基準電位（０Ｖ）になっている。
【００３３】
続いて、流体噴射装置１の駆動方法について図面を参照して説明する。
図５は、内部電極に印加される駆動信号の電圧波形を示す説明図、図６は、圧力室の容積変化を示す部分断面図である。図２も参照する。まず、電圧波形と、電圧波形の入力タイミングについて図５を参照して説明する。横軸に時間、縦軸に電圧を表している。電圧波形Ｓ1は、時間τr1の間に０Ｖからピーク電圧Ｖmまで急峻に立ち上がり、その後ピーク電圧Ｖmを維持し、電圧波形Ｓ3がピーク電圧Ｖmに達するまでその状態を維持し、そこから徐々に電圧を低下させて０Ｖになる駆動波形を有する。
【００３４】
ピーク電圧Ｖmが印加されたときに、印加される内部電極形成領域のダイアフラム３０の変位が最大となり、０Ｖのときにダイアフラム３０の変位が最小（初期状態）となる。
【００３５】
電圧波形Ｓ2は、電圧波形Ｓ1の立ち上がりから時間差τ1を有して、時間τr2の間に０Ｖからピーク電圧Ｖmまで急峻に立ち上がり、その後ピーク電圧Ｖmを維持し、最終の電圧波形Ｓ3がピーク電圧Ｖmに達するまでその状態を維持し、そこから徐々に電圧を低下させて０Ｖになる駆動波形を有する。
【００３６】
電圧波形Ｓ3は、電圧波形Ｓ2の立ち上がりから時間差τ2を有して、時間τr3の間に０Ｖからピーク電圧Ｖmまで急峻に立ち上がり、その直後から徐々に電圧を低下させて０Ｖになる駆動波形を有する。
電圧波形Ｓ1及び電圧波形Ｓ2の立ち下がり波形は、電圧波形Ｓ3の立ち下がり波形と同じであって、積層型圧電素子１０は、各内部電極の形成領域全般で収縮（初期状態に復帰）が同時に行われることを意味している。
【００３７】
電圧波形Ｓ1は最も外側の内部電極１１ａに、電圧波形Ｓ2は中間位置の内部電極１１ｂに、電圧波形Ｓ3は最も内側の内部電極１１ｃに入力される。よって、内部電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃの各形成領域の変位の復帰は、つまり、ダイアフラム３０の変位の復帰（圧力室４０の容積復帰）は同じタイミングで行われる。
【００３８】
以下、図５に示すように、内部電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれに印加される電圧波形の立ち上がり開始（０Ｖ）からピーク電圧（Ｖm）に至るまでの時間及び波形を駆動立ち上がり時間及び立ち上がり波形とそれぞれ呼ぶこととする。また同様に、ピーク電圧Ｖmから０Ｖになるまでの時間及び波形を立ち下り時間及び立下り波形とそれぞれ呼ぶこととする。本実施形態では、電圧波形Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3の立ち下り波形はそれぞれ同じであって、電圧波形Ｓ2は電圧波形Ｓ1に対して駆動遅延時間τ1、電圧波形Ｓ3は電圧波形Ｓ2に対して駆動遅延時間τ2を有して入力される。
【００３９】
電圧波形Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3からなる電圧波形は、積層型圧電素子１０を駆動する基本電圧波形であり、基本電圧波形は電圧が急激に立ち上がる立ち上がり波形と、緩やかに立ち下がる立ち下がり波形を有する。電圧が急激に増加する立ち上がり領域では、積層型圧電素子１０は急速に伸長し、電圧が緩やかに減少する立ち下り領域では、積層型圧電素子１０は元の長さへと戻っていく。この電圧波形が積層型圧電素子１０を駆動する基本電圧波形になっている。
【００４０】
立ち上がり波形を急峻にしているのは、圧力室４０の容積を急激に縮小させ、圧力室４０の内部圧力を急激に高めるためであり、立ち下り波形を緩やかにしているのは、流体供給流路７０からの流体の吸引を容易にするためと、積層型圧電素子１０の変位速度を緩やかにして破壊を防止することと、電荷の除去を時間をかけて十分に行うためである。
【００４１】
なお、流体噴射装置１を駆動する際には、電圧波形Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3からなる基本電圧波形をある周期で繰り返し印加しても良いし、ある周期で、ある有限の回数だけ繰り返し印加しても良い。あるいは、基本電圧波形を単発で印加しても良い。
【００４２】
ここで、内部電極１１ａの電極幅（外周と内周との距離）をｒ1、その内側の内部電極１１ｂの電極幅（外周と内周との距離）をｒ2、最も内側の内部電極１１ｃの電極半径をｒ3、とする。また、圧力波の伝搬速度（音速）をＶs、内部電極１１aの形成領域のダイアフラムの変位により径方向内側に進行する圧力波が１１ｂの内部電極の形成領域を通過するのに要する時間をτs1、内部電極１１ｂの形成領域のダイアフラムの変位により径方向内側に進行する圧力波が１１ｃの内部電極の形成領域を通過するのに要する時間をτs2、とする。このとき、τ1、τ2、τr1、τr2、τs1、τs2、ｒ2、ｒ3、Ｖs、それぞれの関係は、本実施形態の目的を実現する条件として次式で表すことができる。
【００４３】
【数１】
2012107512.tif 000003
【００４４】
【数２】
2012107512.tif 000004
【００４５】
【数３】
2012107512.tif 000005
【００４６】
次に、流体噴射作用について図面を参照して説明する。
図６は、圧力室の容積変化を模式的に示す部分断面図である。なお、積層型圧電素子１０の変位量は数μｍ程度から十数μｍ程度と小さいので、説明を分かりやすくするために変位量を誇張して図示している。図１〜図５も参照する。図６は、分割された内部電極を代表して内部電極１１を図示して説明する。
【００４７】
図６（ａ）は、駆動信号が入力されていない状態を表している。従って、ダイアフラム３０の変位量は０であって、圧力室４０の容積も初期状態（容積最大）である。流体供給流路７０には、ポンプ等の流体供給手段によって常に一定流量あるいは一定圧力で液体が供給される。その結果、積層型圧電素子１０が伸縮動作を行わない状態、ポンプの供給圧力と、流体供給流路７０から圧力室４０及び送液流路６１を経て流体噴射開口部６２へ至る流路系全体の流路抵抗によって決まる一定流量の液体が、ポンプから流体噴射開口部６２に向かって流れる。この状態では、流体噴射開口部６２から弱い連続流の液体が噴射される。
【００４８】
図６（ｂ）は、最も外側にある内部電極１１ａのみに電圧波形Ｓ1が入力された状態を表している。このとき、内部電極１１ａの形成領域のダイアフラム３０を圧力室４０の容積を縮小する方向に変位させ、圧力室４０内に圧力室中心方向へと伝播する圧力波を発生させる。内部電極１１ｂ，１１ｃの形成領域ではダイアフラム３０の変位はない。
【００４９】
図６（ｃ）は、内部電極１１ａに続いて内部電極１１ｂに電圧波形Ｓ2が入力された状態を表している。このとき、内部電極１１ｂの形成領域のダイアフラム３０を圧力室４０の容積を縮小する方向に変位させる。なお、内部電極１１ａの形成領域でのダイアフラム３０の変位は、図６（ｂ）の状態を維持しているため、圧力室４０の容積は、内部電極１１ａと内部電極１１ｂの形成領域両方の変位分だけ縮小されており、圧力室４０内に圧力室中心方向へと伝播する圧力波を間断なく且つ連続的に発生させる。内部電極１１ｃの形成領域ではダイアフラム３０の変位はない。
【００５０】
図６（ｄ）は、内部電極１１ｂに続いて内部電極１１ｃに電圧波形Ｓ3が入力された状態を表している。このとき、内部電極１１ｃの形成領域のダイアフラム３０を圧力室４０の容積を縮小する方向に変位させる。なお、内部電極１１ａ，１１ｂの形成領域でのダイアフラム３０の変位は、図６（ｃ）の状態を維持しているため、圧力室４０の容積は、内部電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃの形成領域、つまり、ダイアフラム３０が積層型圧電素子１０の端面全体で押し上げたときと同じように最小容積に縮小される。従って、圧力波は間断なく且つ連続的に出口孔６０から送液流路６１内へと送出される。送液流路６１内を伝搬する圧力波は、流体噴射開口部（ノズル）６２に到達した際に、高速噴流として噴射される。
【００５１】
すなわち、積層型圧電素子１０に駆動電圧が印加され、積層型圧電素子１０が、急激に外側から内側に向かって順々に伸長する。その結果、圧力室４０の容積は外側から内側に向かって急速に縮小され、圧力室４０内の流体自身が有する圧縮性により圧力が急速に上昇する。圧力室４０内で急激に高められた圧力は、非常に大きな流体変位量を伴った圧力波として送液流路６１内を流体噴射開口部６２へ向かって伝播し始める。この圧力波は、送液流路６１内を流体噴射開口部６２方向へ音速で伝播し、流体噴射開口部６２に到達した時に、強い高速噴流として噴射される。
【００５２】
電圧波形Ｓ3がピーク電圧Ｖmに達した後、電圧波形Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3の電圧は徐々に低下し０Ｖになり、ダイアフラム３０は初期状態（変位量０）の状態に復帰する。この際、圧力室４０の内部圧力は低下し、流体供給流路７０から液体を吸引する。
【００５３】
電圧波形Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3が０Ｖになった後、再び電圧波形Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3の順で入力する。このような動作を繰り返すことで、液体を流体噴射開口部（ノズル）６２から周期的なパルス状の液滴として高速噴射させる。
【００５４】
上述した流体噴射装置は、本適用例によれば、ダイアフラム３０は、積層型圧電素子１０によって外周側から中心側へと順次変位されていく。このため、変位された瞬間のダイアフラム３０直下の領域（分割された内部電極の形成領域）で、ダイアフラム変位方向へ伝搬する圧力波が発生すると同時に、圧力室４０の外周から中心方向へ向かって伝播して行く圧力波も発生する。従って、圧力室４０の中心部分に位置する出口孔６０に圧力波が集中し、効率よく流体を圧力室４０から送出することができる。
【００５５】
また、ダイアフラム３０は圧力室の外周から中心方向に間断なく順次変位し、圧力室を縮小、しかも、いずれのダイアフラム３０をとっても、自身の一つ内側のダイアフラム３０が最大変位の状態に達するまで自身も最大変位の状態を維持する。従って、最後に変位するダイアフラム３０が最大変位の状態に達するまで、いずれのダイアフラム３０も転じて自身の領域の圧力室４０を拡大するような方向に変位することが無いため、負の圧力波を生じることが無い。従って、圧力室４０の中心部分に位置する出口孔６０へと向かった圧力波を、後から負の圧力波で減じてしまうことは無いため、効率よく流体を出口孔６０から送出することができる。
【００５６】
また、一つの内部電極の形成領域のダイアフラム３０の変位により発生した圧力波が、その一つ内側の内部電極の形成領域を通過するのに要する時間をτs、前記一つの内部電極と前記その内側の内部電極との間の駆動遅延時間をτ、とするとき、τをτsよりも長くすることにより、すなわちτ＞τsの関係にあることにより、一つの内部電極の形成領域のダイアフラム３０の変位により発生した圧力波の先頭が、その内側の内部電極を通過する前に当該内側内部電極に駆動電圧波形が入力され当該内側電極領域のダイアフラム３０が変位し圧力室を縮小し始めてしまうことはない。このため圧力波はスムーズに出口孔６０へ向かって伝播し流体を送出することができる。
【００５７】
また、一つの内部電極の形成領域のダイアフラム３０が最大変位の状態に達するまでに要する時間（立ち上がり時間）をτr、前記一つの内部電極とその内側の内部電極との間の駆動遅延時間をτ、とするとき、τをτrよりも短くすることにより、すなわちτ＜τrの関係にあることにより、一つの内部電極の形成領域のダイアフラム３０が最大変位に達するまでの間に、次の内側の内部電極の形成領域のダイアフラム３０の変位を開始することで、外周側から中心側に向かってダイアフラム３０を間断なく且つ連続的に変位させ、圧力室面内方向において出口孔６０へと向かう間断のない圧力波を発生させることができる。このため圧力波はスムーズに出口孔６０へ向かって伝播し、流体を出口孔６０から送出することができる。
【００５８】
さらに、τ＞τs、且つ、τ＜τrの条件を満たすことにより、圧力室４０の外周側から内側に向かってダイアフラム３０を間断なく連続的に変位させることができ、より一層、スムーズに圧力波を出口孔６０へ向かって伝播させ、流体を出口孔６０から送出することができる。
【００５９】
また、本願発明では、積層圧電素子の内部電極が複数に分割されているため、分割されたそれぞれの内部電極毎のキャパシタンスは、面積分割比と同じ割合で小さくなる。分割されたそれぞれの内部電極は、それぞれ電気的に独立して駆動されるため、全面内部電極の大きなキャパシタンスを有する積層圧電素子を駆動する場合と比べてアンプの負荷を大幅に低減することができる。その結果、負荷に応じた小型のアンプを適用できるので、装置におけるアンプのレイアウトの自由度が高く、流体噴射装置の小型化が可能となる。
【００６０】
さらに、上述したとおり、小型のアンプが適用できるため、大きなキャパシタンスを有する積層圧電素子を駆動する場合と比べて、個々のアンプからの発熱量が低くなり、流体噴射装置に対してアンプからの熱影響を低減することもできる。
【００６１】
なお、上述した実施形態では、内部電極を三分割した場合を例示しているが、内部電極の分割数は三つに限らず、二以上の任意の整数であればよい。
（医療機器）
【００６２】
医療機器は、前述した実施形態に記載の流体噴射装置１を用いる。この流体噴射装置１は、積層型圧電素子１０を駆動することによって、流体噴射開口部（ノズル）６２から一連のパルス状の微小液滴を高速噴射する。パルス状の微小液滴の噴射による手術は、生体組織の切除・切開・破砕する際、熱損傷がなく、生体組織を選択的に切除並びに温存できるなど、手術具として優れた特性を有している。また、このような流体噴射装置１を用いて手術等を行う場合、噴射する液体量が従来の高圧定常流を用いたものに比べ少なく、術部の視認性に優れているという利点もある。
【符号の説明】
【００６３】
１…流体噴射装置、１０…積層型圧電素子、１１〜１５…内部電極、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…分割された内部電極、３０…ダイアフラム、４０…圧力室、６０…出口孔。
【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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