(57)【要約】【課題】流体噴射装置の流体室の容積を変動させる圧電素子に対して引張力が作用することによる破損を防止する。【解決手段】流体室の容積を変動させる圧電素子は、流体室とは反対側の端部を固定し、かつ、流体室側の端部には、圧電素子の伸長に伴って移動する可動部材を設ける。この可動部材に対して磁力（磁気吸引力または磁気反発力）を作用させることにより、圧電素子を固定部材に押し付ける方向に付勢する。こうすれば、圧電素子に対して引張方向の力が発生したときには、その力を磁力が受けて、圧電素子に実際に作用する引張力を軽減するので、引張力の作用による圧電素子の破損を防止することができる。【選択図】図２
2012115541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから流体を噴射する流体噴射装置であって、
前記流体が供給され、かつ、前記ノズルに接続された流体室と、
駆動電圧が印加されることによって伸長して前記流体室の容積を減少させる圧電素子と
、
前記圧電素子の前記流体室側の端部に設けられて、該圧電素子の伸長に伴って移動する
可動部材と、
前記圧電素子の前記流体室側とは反対側の端部を固定する固定部材と、
前記可動部材に対して磁力を作用させることによって、前記圧電素子を前記固定部材に
押し付ける方向に付勢する付勢部材と
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、
前記可動部材および前記付勢部材の何れか一方は、少なくとも一部が磁性材料で形成さ
れ、前記可動部材および前記付勢部材の何れか他方は、少なくとも一部が永久磁石で形成
されており、
前記付勢部材は、
前記可動部材よりも前記固定部材側の位置に固定されており、
前記可動部材との間に作用する磁気吸引力によって、該可動部材を付勢する部材であ
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、
前記可動部材には、前記付勢部材に向けて第１の突起が設けられており、
前記付勢部材には、前記第１の突起と所定の間隙を置いて向かい合う第２の突起が設け
られており、
前記第１の突起および前記第２の突起の何れか一方は永久磁石または磁性材料で形成さ
れ、何れか他方は永久磁石で形成されており、
前記第１の突起および前記第２の突起は、断面積が先端に向かって狭くなる形状に形成
されている流体噴射装置。
【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、
前記可動部材および前記付勢部材の何れか一方は永久磁石で形成され、何れか他方は磁
性材料で形成されており、
前記可動部材および前記付勢部材のうちの前記磁性材料で形成された方の部材には、コ
イルが設けられており、
前記圧電素子の伸長によって前記永久磁石と前記コイルとの距離が変化した時に該コイ
ルに生じる電圧に基づいて、該圧電素子の伸長の変化量を検出する変位量検出手段と
を備える流体噴射装置。
【請求項５】
請求項１に記載の流体噴射装置であって、
前記可動部材は、少なくとも一部が永久磁石で形成されており、
前記付勢部材は、
少なくとも一部が永久磁石で形成され、かつ、前記可動部材に対して前記固定部材と
は反対側の位置に固定されており、
前記可動部材と間に作用する磁気反発力によって、該可動部材を付勢する部材である
流体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから流体を噴射する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水や生理食塩水などの流体を加圧して、ノズルから生体組織に向けて噴射することによ
り、生体組織を切開あるいは切除する流体噴射装置が開発されている。このような流体噴
射装置を用いた手術では、神経や血管等を傷つけることなく臓器などの組織だけを選択的
に切開あるいは切除することが可能であり、周囲の組織に与える損傷が少ないので、患者
の負担を小さくすることが可能である。
【０００３】
また、単にノズルから連続的に流体を噴射するのではなく、噴流を周期的に変化させて
パルス状に噴射することにより、少ない噴射量で生体組織の切開や切除を可能にした流体
噴射装置が提案されている（特許文献１）。この流体噴射装置では、先ず、ノズルに接続
された流体室に流体を供給し、流体室の容積を瞬間的に減少させることで、流体室内で加
圧された流体をノズルからパルス状に噴射する。続いて、流体室の容積を元に戻して再び
流体を供給する。こうした動作を繰り返すことで、パルス状の噴流を周期的に噴射するこ
とができる。
【０００４】
このように流体室の容積を変動させる手段としては、積層型の圧電素子が多く用いられ
ている。積層型の圧電素子は、多数の圧電素子を重ねて柱状にしたものであり、駆動電圧
を印加すると、積層方向（厚み方向）に伸縮することから、伸長によって流体室の容積を
減少させ、かつ、収縮によって流体室の容積を復元することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−４５１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、こうした圧電素子は、外部からの圧縮力に対しては強いが引張力に対しては弱
いという特性があるので、引張方向の外力を受けることによって破損し易いという問題が
あった。たとえば、駆動電圧の印加により圧電素子が伸縮して流体室の容積を変動させる
場合を考える。圧電素子が伸長して流体室の容積を減少させる際には、流体室内の流体を
加圧するので、その反力として圧電素子には圧縮力が作用する。続いて、圧電素子が収縮
して流体室の容積を復元する際には、流体室の内部には負圧が発生するので、収縮する圧
電素子を流体室側に引き戻そうとする引張力が圧電素子に作用することになる。そして、
このような引張力が収縮の度に圧電素子に作用することによって、圧電素子の破損が起こ
り易くなる。
【０００７】
この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、
流体噴射装置の流体室の容積を変動させる圧電素子に対して作用する引張力を軽減して、
圧電素子の破損を防止可能な技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の流体噴射装置は次の構成を
採用した。すなわち、
ノズルから流体を噴射する流体噴射装置であって、
前記流体が供給され、かつ、前記ノズルに接続された流体室と、
駆動電圧が印加されることによって伸長して前記流体室の容積を減少させる圧電素子と
、
前記圧電素子の前記流体室側の端部に設けられて、該圧電素子の伸長に伴って移動する
可動部材と、
前記圧電素子の前記流体室側とは反対側の端部を固定する固定部材と、
前記可動部材に対して磁力を作用させることによって、前記圧電素子を前記固定部材に
押し付ける方向に付勢する付勢部材と
を備えることを要旨とする。
【０００９】
このような本発明の流体噴射装置においては、流体室に流体が供給された状態で、駆動
電圧の印加により圧電素子が伸長すると、流体室の容積が減少するので、流体室内で加圧
された流体がノズルから噴射される。この圧電素子は、流体室とは反対側の端部が固定部
材で固定されている。また、圧電素子の流体室側の端部には、圧電素子の伸長に伴って移
動する可動部材が設けられている。そして、本発明の流体噴射装置では、付勢部材が可動
部材に対して磁力を作用させることにより、圧電素子を固定部材に押し付ける方向に付勢
するようになっている。
【００１０】
流体室の容積を減少させる圧電素子は、外部からの圧縮力に対しては強いが引張力に対
しては弱いという特性を有しているので、圧電素子に引張力が作用すると破損の原因とな
る。そこで、付勢部材によって可動部材に磁力を作用させることにより、圧電素子を固定
部材に押し付けるように予め圧縮力をかけた状態にしておけば、圧電素子に対して引張方
向の力が発生したときには、その力を磁力が受けて、圧電素子に実際に作用する引張力を
軽減することができるので、引張力の作用による圧電素子の破損を防止することが可能と
なる。
【００１１】
上述した本発明の流体噴射装置では、次のようにしてもよい。先ず、可動部材および付
勢部材の何れか一方は、少なくとも一部を磁性材料で形成し、何れか他方は、少なくとも
一部を永久磁石で形成する。そして、付勢部材を可動部材よりも固定部材側の位置に固定
しておき、可動部材と付勢部材との間に作用する磁気吸引力によって、圧電素子が固定部
材に押し付けられる方向に可動部材を付勢してもよい。
【００１２】
このような構成によれば、永久磁石と磁性材料との間に働く磁気吸引力によって、可動
部材が付勢部材（固定部材側）に引き付けられるので、可動部材と固定部材との間に挟ま
れた圧電素子に圧縮力をかけた状態にすることができる。そして、圧電素子に対して引張
方向の力が発生したときには、その力を磁気吸引力が受けて、圧電素子に作用する引張力
を軽減するので、引張力の作用による圧電素子の破損を防止することができる。
【００１３】
また、上述した本発明の流体噴射装置では、次のようにしてもよい。先ず、可動部材に
は、付勢部材に向けて第１の突起を設け、付勢部材には、第１の突起と所定の間隙を置い
て向かい合う第２の突起を設ける。これら第１の突起および第２の突起の何れか一方は永
久磁石または磁性材料で形成し、何れか他方は永久磁石で形成する。そして、第１の突起
および第２の突起を、断面積が先端に向けて狭くなる形状（先細り形状）に形成しておい
てもよい。
【００１４】
可動部材と付勢部材との間に働く磁気吸引力は、両者の距離が最短である部分（最短部
分）で最も強く作用することから、可動部材と付勢部材との位置関係が、最短部分が減少
する方向にずれると、復元する方向、すなわち最短部分を維持する（増加させる）方向に
力が働く。また、所定の間隙を置いて向かい合う第１の突起および第２の突起を先細り形
状に形成することで、最短部分を予め限定しておけば、先細り形状でなく平らな（基部と
同じ断面積の）面同士で向かい合う場合に比べて、わずかな位置関係のずれが最短部分の
減少率に大きく反映されるので、復元する力が鋭敏に働くようになる。そのため、第１の
突起および第２の突起を予め適切に形成しておけば、最短部分を多く確保するように可動
部材と付勢部材との位置関係が定まる作用によって、流体噴射装置を組み立てる際に、可
動部材を高い精度で適切に位置決めすることが可能となる。
【００１５】
また、こうした本発明の流体噴射装置では、次のようにしてもよい。先ず、可動部材お
よび付勢部材の何れか一方は永久磁石で形成し、何れか他方は磁性材料で形成する。また
、磁性材料で形成された方の部材にはコイルを設けておく。そして、圧電素子の伸長によ
って永久磁石とコイルとの距離が変化した時にコイルに生じる電圧に基づいて、圧電素子
の伸長の変位量を検出することとしてもよい。
【００１６】
圧電素子が伸長して永久磁石とコイルとの距離が変化すると、コイルの内側を通過する
磁束が変化するので、コイルに電圧が生じる（電磁誘導）。このとき生じる電圧の大きさ
は、コイルの内側を通過する磁束の時間変化量に比例し、圧電素子が大きく伸長すれば、
磁束の時間変化量も大きくなるので、大きな電圧が発生する。従って、コイルに生じた電
圧から圧電素子の伸長の変位量を検出することができる。
【００１７】
また、こうした圧電素子の伸長の変位量を監視することによって、流体噴射装置に生じ
た不具合を把握することが可能となる。例えば、流体室内に気泡が混入すると、圧電素子
の伸長によって流体室の容積を減少させても気泡が圧縮されるのみで流体には圧力がかか
らないので、正常時（流体室内に気泡がない場合）に比べて、圧電素子にかかる反力は小
さくなる。そのため、流体室内に気泡が混入した場合には、正常時よりも圧電素子が大き
く伸長して、コイルに大きな電圧が発生する。従って、圧電素子の伸長によってコイルに
生じる電圧が正常時の電圧よりも高いか否かに基づいて、流体室の気泡の有無を判断する
ことができる。また、圧電素子が破損して充分に伸長できない場合には、正常時（圧電素
子に破損がない場合）に比べてコイルに生じる電圧は小さくなるので、圧電素子に不具合
が発生したと判断することができる。
【００１８】
また、前述した本発明の流体噴射装置では、次のようにしてもよい。先ず、可動部材の
少なくとも一部を、永久磁石を含む磁性材料で形成し、付勢部材の少なくとも一部を永久
磁石で形成する。そして、付勢部材を可動部材に対して固定部材とは反対側の位置に固定
しておき、可動部材と付勢部材との間に作用する磁気反発力によって、圧電素子が固定部
材に押し付けられる方向に可動部材を付勢してもよい。
【００１９】
このような構成によれば、永久磁石と永久磁石との間に働く磁気反発力によって、付勢
部材から遠ざけるように可動部材を固定部材に向けて付勢するので、可動部材と固定部材
との間に挟まれた圧電素子に圧縮力をかけた状態にすることができる。そして、圧電素子
に対して引張方向の力が発生したときには、その力を磁気反発力が受けて、圧電素子に作
用する引張力を軽減するので、引張力の作用による圧電素子の破損を防止することができ
る。
【００２０】
また、こうした本発明の流体噴射装置では、可動部材および付勢部材を全て磁性材料で
構成してもよい。これにより、強い磁気特性を有する効率の良い磁気回路を構成できるの
で、より強い磁気吸引力もしくは磁気反発力を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施例の流体噴射装置の大まかな構成を示した説明図である。
【図２】脈動発生部の詳細な構成を示した断面図である。
【図３】補強板側から見た永久磁石および磁性部材の形状を示した説明図である。
【図４】脈動発生部が流体を噴射する様子を示した説明図である。
【図５】第１変形例の脈動発生部に設けられた永久磁石および磁性部材の形状を示した断面図である。
【図６】第１変形例の脈動発生部において、永久磁石および磁性部材が補強板の位置決めとして機能する様子を示した説明図である。
【図７】第２変形例の脈動発生部の構成を示した断面図である。
【図８】補強板に磁気反発力を作用させる構成を採用した脈動発生部を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施
例を説明する。
Ａ．流体噴射装置の構成：
Ｂ．脈動発生部の構成：
Ｃ．変形例：
Ｃ−１．第１変形例：
Ｃ−２．第２変形例：
【００２３】
Ａ．流体噴射装置の構成  ：
図１は、本実施例の流体噴射装置１０の大まかな構成を示した説明図である。図示した
流体噴射装置１０は、水や生理食塩水などの流体を生体組織に向けて噴射することで、生
体組織を切開あるいは切除する手術方法に用いられるものである。
【００２４】
図示されているように、本実施例の流体噴射装置１０は、水や生理食塩水などの流体を
パルス状に噴射する脈動発生部１００や、脈動発生部１００から噴射する流体を脈動発生
部１００に供給する流体供給手段３００や、噴射する流体を収容する流体容器３０６や、
脈動発生部１００および流体供給手段３００の動作を制御する制御部２００などから構成
されている。
【００２５】
脈動発生部１００は、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを重ねてネジ止めしたよ
うな構造となっており、第２ケース１０６の前面には円管形状の流体噴射管１０４が接続
され、流体噴射管１０４の先端にはノズル１０２が設けられている。第２ケース１０６と
第１ケース１０８との合わせ面には、薄い円板形状の流体室１１０が設けられており、こ
の流体室１１０は、流体噴射管１０４を介してノズル１０２に接続されている。また、第
１ケース１０８の内部には、積層型の圧電素子によって構成された圧電素子１１２が設け
られており、駆動電圧波形を印加して圧電素子１１２を駆動することにより、流体室１１
０の容積を変動させて、流体室１１０内の流体をノズル１０２からパルス状に噴射するこ
とが可能となっている。尚、脈動発生部１００の詳細な構成については後述する。
【００２６】
流体供給手段３００は、第１接続チューブ３０２を介して流体容器３０６と接続されて
おり、流体容器３０６から吸い上げた流体を、第２接続チューブ３０４を介して脈動発生
部１００の流体室１１０に供給する。本実施例の流体供給手段３００は、２つのピストン
がシリンダ内で摺動する構成となっており、一方のピストンが前進しているときは他方の
ピストンが後退して２つのピストンが互いに逆位相で摺動することで、途切れることなく
脈動発生部１００に向かって流体を圧送することが可能となっている。
【００２７】
制御部２００は、脈動発生部１００に内蔵された圧電素子１１２の動作や、流体供給手
段３００の動作を制御している。本実施例の流体噴射装置１０では、流体供給手段３００
から供給する流体の流量や、圧電素子１１２に印加する駆動電圧波形の最大電圧値および
周波数を変更することによって、ノズル１０２からの流体の噴射態様を変化させることが
可能となっている。
【００２８】
Ｂ．脈動発生部の構成  ：
図２は、脈動発生部１００の詳細な構成を示した断面図である。前述したように、脈動
発生部１００は、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを合わせてネジ止めして構成さ
れている。第１ケース１０８には、第２ケース１０６と合わさる面のほぼ中央に、円形の
浅い凹部１０８ｃが形成されており、凹部１０８ｃの中央位置には、第１ケース１０８を
貫通する円形断面の貫通穴１０８ｈが形成されている。
【００２９】
凹部１０８ｃの底面には、貫通穴１０８ｈを塞ぐように、金属薄板などで形成された円
形のダイアフラム１１４が気密に固着されている。更に、ダイアフラム１１４の上（第２
ケース１０６と合わさる面の側）からは、環状をしたスペーサ１２０が、凹部１０８ｃに
嵌め込まれている。このスペーサ１２０の板厚は、ダイアフラム１１４およびスペーサ１
２０を足した厚さが凹部１０８ｃの深さと同じになるような厚さに設定されている。
【００３０】
ダイアフラム１１４によって塞がれた貫通穴１０８ｈには、圧電素子１１２が収納され
ており、更に、第３ケース１１８によって貫通穴１０８ｈの開口部が塞がれている。また
、圧電素子１１２とダイアフラム１１４との間には、円形の補強板１１６が挿入されてい
る。そして、第１ケース１０８の貫通穴１０８ｈに圧電素子１１２を収納して、第３ケー
ス１１８で貫通穴１０８ｈを塞いだ状態では、ダイアフラム１１４と、補強板１１６と、
圧電素子１１２と、第３ケース１１８とがちょうど接するように、補強板１１６の厚さが
設定されている。加えて、圧電素子１１２の一端は、第３ケース１１８に固定されており
、圧電素子１１２の他端には、補強板１１６が固定されている。また、補強板１１６の圧
電素子１１２とは反対側の面は、ダイアフラム１１４に固着されている。尚、本実施例の
補強板１１６は、本発明の「可動部材」に相当しており、本実施例の第３ケース１１８は
、本発明の「固定部材」に相当している。
【００３１】
また、本実施例の脈動発生部１００では、補強板１１６の圧電素子１１２側の面には、
圧電素子１１２の周囲に永久磁石１２２が設けられている。さらに、後述する圧電素子１
１２の伸張方向（圧縮方向）に対して永久磁石１２２と向かい合う位置には、磁石に引き
付けられる鉄、コバルト、ニッケル、あるいはその合金などの磁性材料で形成された磁性
部材１２４が設けられており、この磁性部材１２４の永久磁石１２２とは反対側の端部は
、第３ケース１１８に固定されている。永久磁石１２２と磁性部材１２４との間には、隙
間Ｇ（本実施例では０．０５ｍｍ）が設けられており、磁気吸引力が作用するようになっ
ている。尚、本実施例の磁性部材１２４は、本発明の「付勢部材」に相当している。また
、これら永久磁石１２２および磁性部材１２４の役割については、後ほど詳しく説明する
。
【００３２】
図３は、補強板１１６側から見た永久磁石１２２および磁性部材１２４の形状を示した
説明図である。先ず、図３（ａ）には、本実施例の脈動発生部１００に設けられた永久磁
石１２２および磁性部材１２４の形状が示されている。図示されているように、永久磁石
１２２は、四角柱の圧電素子１１２を中心に、その周囲を取り囲むように環状に形成され
ている。また、磁性部材１２４は、断面形状が永久磁石１２２と同一の円管に形成されて
おり、磁性部材１２４の内部空間の中央に圧電素子１１２が位置している。尚、本実施例
の脈動発生部１００では、四角柱の圧電素子１１２を用いているが、圧電素子１１２の形
状はこれに限られるわけではなく、例えば、円柱であってもよい。また、永久磁石１２２
および磁性部材１２４は、圧電素子１１２に対して均等に配置されていれば、必ずしも一
連の環状である必要はなく、図３（ｂ）あるいは（ｃ）に示すように、分割された部材で
あってもよい。
【００３３】
一方、図２に示すように、第２ケース１０６には、第１ケース１０８と合わさる面に、
円形の浅い凹部１０６ｃが形成されている。この凹部１０６ｃの内径は、第１ケース１０
８に嵌め込まれたスペーサ１２０の内径とほぼ同じ大きさに設定されている。そして、第
２ケース１０６と第１ケース１０８とを合わせてネジ止めした時に、第２ケース１０６に
設けられた凹部１０６ｃと、第１ケース１０８側に設けられたダイアフラム１１４および
スペーサ１２０の内周面とによって、略円板形状の流体室１１０が形成される。
【００３４】
また、第２ケース１０６には、流体供給手段３００によって供給される流体を第２ケー
ス１０６の側方から流体室１１０に導く流入通路１０６ａが設けられている。更に、凹部
１０６ｃの中央位置には、流体室１１０内で加圧された流体を流体噴射管１０４へと導く
流出通路１０６ｂが設けられている。このように構成された脈動発生部１００では、圧電
素子１１２に駆動電圧波形を印加することにより、次のように流体を噴射するようになっ
ている。
【００３５】
図４は、脈動発生部１００が流体を噴射する様子を示した説明図である。先ず、図４（
ａ）には、圧電素子１１２が駆動していない状態（圧電素子１１２に駆動電圧波形を印加
する前の状態）が示されている。この状態では、図中に太い破線の矢印で示したように、
流体供給手段３００から供給される流体で流体室１１０が満たされる。尚、前述したよう
に、流体供給手段３００から流体が途切れることなく供給されるので、流体室１１０が流
体で満たされると、圧電素子１１２が駆動していなくても、流体室１１０内の流体が流体
噴射管１０４に向けて押し出されることになる。また、圧電素子１１２が駆動していない
状態では、ダイアフラム１１４には張力が働いておらず、従って、ダイアフラム１１４が
圧電素子１１２を縮める方向に押すことはない。
【００３６】
このように流体室１１０が流体で満たされた状態で、圧電素子１１２に駆動電圧波形が
印加されると、図４（ｂ）に示すように、圧電素子１１２が駆動電圧の増加により伸長し
て、補強板１１６を介してダイアフラム１１４を流体室１１０に向けて押すので、流体室
１１０の容積が減少し、その結果、流体室１１０内の流体が加圧される。こうして流体室
１１０内で加圧された流体は、図４（ｂ）中に太い破線の矢印で示したように、流出通路
１０６ｂおよび流体噴射管１０４を介して、ノズル１０２から噴射される。尚、圧電素子
１１２が伸長して流体室１１０内の流体を加圧する際には、その反力としてダイアフラム
１１４の流体室１１０側の面には押し戻そうとする力がかかるので、補強板１１６を介し
て圧電素子１１２にも圧縮方向に負荷がかかる。図４（ｂ）中の太い実線の矢印は、流体
室１１０内の流体を加圧する際にダイアフラム１１４にかかる反力を模式的に表している
。
【００３７】
このようにして流体を噴射すると、続いて、図４（ｃ）に示すように、駆動電圧の減少
により圧電素子１１２が収縮して元の長さに戻ろうとする。前述したように、圧電素子１
１２の一端は第３ケース１１８に固定されており、圧電素子１１２の他端には補強板１１
６が固定されている。さらに、この補強板１１６は、ダイアフラム１１４に固着されてい
ることから、圧電素子１１２が収縮すると、ダイアフラム１１４を引き寄せて、流体室１
１０の容積を増加させる（元の容積に復元させる）。このとき、流体室１１０内は瞬間的
に負圧になるので、ダイアフラム１１４には流体室１１０側に引き戻そうとする力がかか
る。図４（ｃ）中の太い実線の矢印は、圧電素子１１２の収縮時に流体室１１０内に発生
する負圧がダイアフラム１１４を引き戻そうとする力を模式的に表している。
【００３８】
圧電素子１１２の収縮により流体室１１０の容積が元の容積に復元し、かつ、流体供給
手段３００から流体室１１０に流体が供給されることで、図４（ａ）に示した圧電素子１
１２が駆動する前の状態に復帰する。そして、再び駆動電圧の増加により圧電素子１１２
が伸長すると、図４（ｂ）に示したように流体室１１０内で加圧された流体がノズル１０
２から噴射される。こうした動作を繰り返すことによって、本実施例の脈動発生部１００
では、ノズル１０２から流体をパルス状に噴射することが可能となっている。
【００３９】
ここで、本実施例の流体噴射装置１０では、流体室１１０の容積を変更する圧電素子１
１２として、駆動電圧波形の印加によって伸長・収縮する積層型の圧電素子を用いている
。こうした圧電素子は、外部からの圧縮力に対しては強いが引張力に対しては弱いという
特性がある。前述したように、圧電素子１１２が伸長して流体室１１０内の流体を加圧す
る際には、その反力が圧電素子１１２を圧縮する方向に働くので、圧電素子１１２に引張
方向の力が作用することはない。これに対して、圧電素子１１２が収縮して流体室１１０
の容積を増加させる際には、流体室１１０内に発生する負圧によってダイアフラム１１４
を流体室１１０側に引き戻そうとする力が働くので、ダイアフラム１１４に固着された補
強板１１６を介して、圧電素子１１２にも引張方向の力が作用することになる。そして、
このような引張力が圧電素子１１２の収縮の度に作用することにより、積層型の圧電素子
で構成された圧電素子１１２は、層間剥離が生じて破損してしまうおそれがある。また、
圧電素子１１２が駆動していないときには、前述したように、ダイアフラム１１４によっ
て圧電素子１１２が圧縮方向に付勢されているわけではないので、圧電素子１１２に対し
て何らかの外力が引張方向に作用すると、圧電素子１１２が破損してしまう可能性がある
。
【００４０】
こうした点に鑑み、本実施例の流体噴射装置１０では、前述したように、補強板１１６
の圧電素子１１２側の面に永久磁石１２２が設けられ、かつ、圧電素子１１２の伸張方向
（圧縮方向）に対して永久磁石１２２と隙間Ｇを空けて向かい合う磁性部材１２４が第３
ケース１１８に固定されていることから（図２参照）、次のようにして、圧電素子１１２
の破損を防止することが可能となっている。先ず、永久磁石１２２と磁性部材１２４との
間には磁気吸引力が働くので、この磁気吸引力によって補強板１１６が第３ケース１１８
に向けて付勢され、その結果、補強板１１６と第３ケース１１８との間に挟まれた圧電素
子１１２は、第３ケース１１８に押し付けられるように圧縮方向の力がかかった状態とな
る。このように補強板１１６に磁気吸引力を作用させて予め圧電素子１１２に圧縮力をか
けておけば、圧電素子１１２が収縮するとき（図４（ｃ）参照）のように引張力が発生す
る場合には、その引張力を磁気吸引力が受けて、圧電素子１１２に実際に作用する引張力
を軽減することができるので、引張力の作用により圧電素子１１２が破損する可能性を低
減することができる。
【００４１】
尚、本実施例の脈動発生部１００では、補強板１１６に永久磁石１２２が設けられ、磁
性部材１２４が第３ケース１１８に固定されているものとして説明した（図２参照）。し
かし、これとは逆に、環状の磁性部材を補強板１１６に設け、かつ、圧電素子１１２の伸
張方向（圧縮方向）に対してこの磁性部材と隙間Ｇを空けて向かい合う円管形状の永久磁
石を第３ケース１１８に固定しておいてもよい。こうすれば、永久磁石を厚くすることが
できるので、より強い磁気吸引力が得られる。また、補強板１１６に永久磁石を設け、か
つ、圧電素子１１２の伸張方向（圧縮方向）に対してこの永久磁石と隙間Ｇを空けて異極
（Ｎ極およびＳ極）が向かい合うもう一つの永久磁石を第３ケース１１８に固定しておい
てもよい。これにより、２つの永久磁石の間でより一層強い磁気吸引力が得られるので、
圧電素子１１２に作用する引張力を、より確実に抑制することが可能となる。
【００４２】
以上に説明したように、本実施例の流体噴射装置１０では、流体室１１０の容積を変動
させる圧電素子１１２の流体室１１０側の端部に補強板１１６が固定されており、この補
強板１１６に磁気吸引力を作用させることによって、第３ケース１１８に押し付けるよう
に圧電素子１１２に対して圧縮力（プリロード）をかけた状態としている。これにより、
圧電素子１１２に対して引張方向の力が発生したときには、その力を磁気吸引力が受けて
、圧電素子１１２にかかる引張力を軽減するので、引張力の作用による圧電素子１１２の
損傷の発生を低減することが可能となる。結果として、積層型の圧電素子を圧電素子１１
２として搭載した流体噴射装置１０の耐久性を向上させることができる。
【００４３】
Ｃ．変形例  ：
以上に説明した本実施例の流体噴射装置１０には、幾つかの変形例が存在している。以
下では、これら変形例について説明する。尚、変形例の説明にあたっては、前述した実施
例と同様の構成部分については、先に説明した実施例と同様の符号を付し、その詳細な説
明を省略する。
【００４４】
Ｃ−１．第１変形例  ：
第１変形例の流体噴射装置１０では、脈動発生部１００の内部に設けた永久磁石１２２
と磁性部材１２４との間に働く磁気吸引力を、補強板１１６を第３ケース１１８に向けて
付勢するためだけでなく、補強板１１６の位置決めとして利用するために、以下のような
構成を採用している。
【００４５】
図５は、第１変形例の脈動発生部１００に設けられた永久磁石１２２および磁性部材１
２４の形状を示した断面図である。尚、図５では、第２ケース１０６や第３ケース１１８
の図示が省略されている。図示されているように、第１変形例の脈動発生部１００にも、
前述した実施例（図２参照）と同様に、補強板１１６の圧電素子１１２側の面に永久磁石
１２２が設けられており、圧電素子１１２の伸張方向（圧縮方向）に対して永久磁石１２
２と隙間Ｇを空けて向かい合う磁性部材１２４が第３ケース１１８に固定されている。た
だし、第１変形例では、前述した実施例と異なり、圧電素子１１２の伸張方向（圧縮方向
）に対して永久磁石１２２および磁性部材１２４の向かい合うそれぞれの端部は、断面積
が先端に向かって狭くなる形状に形成されている。すなわち、磁性部材１２４と向かい合
う永久磁石１２２の端部には第１の突起が形成されており、一方、永久磁石１２２と向か
い合う磁性部材１２４の端部には第２の突起が形成されている。このように永久磁石１２
２および磁性部材１２４の向かい合うそれぞれの端部を先細り形状としておくことによっ
て、補強板１１６の位置決めに利用することが可能となっている。以下では、この点につ
いて説明する。
【００４６】
図６は、永久磁石１２２および磁性部材１２４が補強板１１６の位置決めとして機能す
る様子を示した説明図である。前述したように、第１変形例の永久磁石１２２および磁性
部材１２４は、圧電素子１１２の伸張方向（圧縮方向）に対して隙間Ｇを空けて向かい合
うそれぞれの端部が先細り形状に形成されている。これら永久磁石１２２と磁性部材１２
４との間に働く磁気吸引力は、両者の距離が最短となる部分（隙間Ｇを空けて重なる部分
）で最も強く作用する。図６（ａ）には、隙間Ｇを空けて重なる部分が最も多く安定な状
態が示されている。
【００４７】
この図６（ａ）に示した状態から、図６（ｂ）に示すように、永久磁石１２２が設けら
れた補強板１１６が図中の右方向にずれたとする。このとき、永久磁石１２２には、図６
（ｂ）中に白抜きの矢印で示したように、図６（ａ）の状態に戻そうとする力が作用する
。これは、永久磁石１２２が横にずれると、永久磁石１２２と磁性部材１２４との距離が
最短の部分（隙間Ｇを空けて重なる部分）が減少して、両者の距離が遠くなったのと同じ
であることから、これを引き戻す方向、すなわち隙間Ｇを空けて重なる部分を増加させる
方向に力が働くためである。
【００４８】
また、図６（ｃ）に示すように、端部が先細り形状でなく、断面積が変化しない（基部
と同じ断面積の）面同士で永久磁石１２２と磁性部材１２４とが向かい合う場合には、図
６（ｂ）の場合と同じだけ永久磁石１２２が横にずれたとしても、隙間Ｇを空けて重なる
部分の減少率はわずかである。これに比較して、向かい合う永久磁石１２２および磁性部
材１２４の端部を先細り形状に形成した場合には、隙間Ｇを空けて重なる部分が予め限定
されているので、図６（ｂ）に示したように、永久磁石１２２の位置がわずかにずれただ
けでも、隙間Ｇを空けて重なる部分の減少率に大きく反映され、これを引き戻そうとする
力が鋭敏に働く。
【００４９】
以上のように第１変形例の流体噴射装置１０では、圧電素子１１２の伸張方向（圧縮方
向）に対して向かい合う永久磁石１２２および磁性部材１２４の端部を先細り形状に形成
することによって、隙間Ｇを空けて重なる部分（磁気吸引力が最も強く作用する部分）が
限定されるので、永久磁石１２２と磁性部材１２４との位置関係がわずかにずれた場合で
も元に戻そうとする力が鋭敏に働いて、隙間Ｇを空けて重なる部分が最も多い位置関係（
図６（ａ）の状態）が維持される。そして、このような永久磁石１２２と磁性部材１２４
との位置関係を維持する作用によって、脈動発生部１００を組み立てる際には、補強板１
１６が高い精度で適切に位置決めされるので、補強板１１６の位置の製造時のバラツキを
抑えることができる。
【００５０】
Ｃ−２．第２変形例  ：
第２変形例の流体噴射装置１０では、補強板１１６に設けた永久磁石１２２を利用して
流体室１１０内に混入した気泡を検出するために、以下のような構成を採用している。
【００５１】
図７は、第２変形例の脈動発生部１００の構成を示した断面図である。図示されている
ように、第２変形例の脈動発生部１００にも、前述した実施例（図２参照）と同様に、補
強板１１６の圧電素子１１２側の面に永久磁石１２２が設けられており、圧電素子１１２
の伸張方向（圧縮方向）に対して永久磁石１２２と隙間Ｇを空けて向かい合う磁性部材１
２４が第３ケース１１８に固定されている。ただし、第２変形例の脈動発生部１００では
、磁性部材１２４の周囲にコイル１２６が巻かれている点で、前述した実施例とは異なっ
ている。そして、このコイル１２６は、制御部２００に設けられた図示しない電圧計に接
続されており、制御部２００は、コイル１２６に生じる電圧を検出可能となっている。こ
のような構成を有する第２変形例の流体噴射装置１０では、以下のようにして流体室１１
０内の気泡を検出することが可能となっている。
【００５２】
先ず、圧電素子１１２の伸長によって永久磁石１２２とコイル１２６との距離が変化す
ると、コイル１２６の内側を通過する磁束が変化するので、コイル１２６に電圧が生じる
（電磁誘導）。このとき生じる電圧の大きさは、コイル１２６の内側を通過する磁束の時
間変化量に比例し、圧電素子１１２が大きく伸長する（永久磁石１２２とコイル１２６と
の距離が大きく変化する）と、磁束の時間変化量も大きくなるため、大きな電圧が発生す
る。尚、前述したように、コイル１２６は制御部２００に接続されていることから、制御
部２００はコイル１２６に生じた電圧から圧電素子１１２の伸長の変位量を検出すること
ができる。このような本実施例の制御部２００は、本発明の「変位量検出手段」に相当し
ている。
【００５３】
流体室１１０内に気泡が混入していない正常時には、図４（ｂ）を用いて前述したよう
に、圧電素子１１２が伸長して流体室１１０内の流体を加圧すると、その反力として圧電
素子１１２には圧縮方向に負荷がかかる。これに対して、流体室１１０内に気泡が混入し
た場合には、圧電素子１１２の伸長により流体室１１０の容積を減少させても気泡が収縮
するのみで流体には圧力がかからないので、反力として圧電素子１１２にかかる負荷も小
さくなる。このため、流体室１１０内に気泡が混入すると、正常時に比べて圧電素子１１
２は大きく伸長することができ、コイル１２６には大きな電圧が発生することになる。
【００５４】
以上のように、流体室１１０内に気泡が混入した場合には、正常時よりも大きな電圧が
コイル１２６に生じることから、正常時にコイル１２６に発生する電圧を基準値として、
コイル１２６に接続された電圧計で検出される電圧値が基準値よりも高いか否かに基づい
て、流体室１１０内の気泡の有無を判断することができる。
【００５５】
尚、圧電素子１１２の伸長によってコイル１２６に生じる電圧に基づいて、圧電素子１
１２の伸長の変位量をモニターすることができるので、流体室１１０内に混入した気泡だ
けでなく、圧電素子１１２に生じた何らかの不具合を検出することも可能である。例えば
、圧電素子１１２が破損して充分に伸長しない場合には、正常時に比べてコイル１２６に
生じる電圧が小さくなるので、圧電素子１１２に不具合が発生したと判断することができ
る。
【００５６】
以上、本発明の流体噴射装置について各種の実施形態を説明したが、本発明は上記すべ
ての実施形態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で
実施することが可能である。
【００５７】
例えば、前述した実施例では、補強板１１６に磁気吸引力を作用させることによって、
第３ケース１１８に押し付けるように圧電素子１１２に対して圧縮力をかけた状態として
いた。しかし、補強板１１６に磁気反発力を作用させることにより、圧電素子１１２に圧
縮力をかけた状態としてもよい。図８は、補強板１１６に磁気反発力を作用させる構成を
採用した脈動発生部１００を示した断面図である。図示されているように、補強板１１６
のダイアフラム１１４側の面には第１の永久磁石１３０が設けられている。また、第２ケ
ース１０６には、流体室１１０を隔てて補強板１１６と反対側の位置に、圧電素子１１２
の伸張方向（圧縮方向）に対して第１の永久磁石１３０に向かい合う第２の永久磁石１３
２が埋め込まれている。これら第１の永久磁石１３０および第２の永久磁石１３２は、同
極（Ｎ極あるいはＳ極）同士が向かい合うように設けられており、両者の間には磁気反発
力が働くので、その磁気反発力によって補強板１１６は第３ケース１１８に向けて付勢さ
れる。その結果、圧電素子１１２は、第３ケース１１８に押し付けられるように圧縮方向
の力がかかった状態となる。そして、圧電素子１１２に対して引張方向の力が発生したと
きには、その力を磁気反発力が受けて、圧電素子１１２にかかる引張力を軽減するので、
前述した実施例と同様に、引張力の作用による圧電素子１１２の損傷の発生を低減するこ
とができる。
【００５８】
尚、図８に示した補強板１１６に磁気反発力を作用させる構成と、図２に示した補強板
１１６に磁気吸引力を作用させる構成とを組み合わせることによって、補強板１１６に磁
気吸引力および磁気反発力を併せて作用させることとしてもよい。これにより、圧電素子
１１２に対してより強い圧縮力をかけておくことができるので、圧電素子１１２に作用す
る引張力を軽減して、圧電素子１１２の破損の発生をより確実に低減することが可能とな
る。
【符号の説明】
【００５９】
１０…流体噴射装置、    １００…脈動発生部、    １０２…ノズル、
１０４…流体噴射管、    １１０…流体室、    １１２…圧電素子、
１１４…ダイアフラム、    １１６…補強板、    １１８…第３ケース、
１２２…永久磁石、    １２４…磁性部材、    １２６…コイル、
２００…制御部、    ３００…流体供給手段、    ３０２…第１接続チューブ、
３０４…第２接続チューブ、    ３０６…流体容器
【図１】
2012115541.tif 000003
【図２】
2012115541.tif 000004
【図３】
2012115541.tif 000005
【図４】
2012115541.tif 000006
【図５】
2012115541.tif 000007
【図６】
2012115541.tif 000008
【図７】
2012115541.tif 000009
【図８】
2012115541.tif 000010