(57)【要約】【課題】液体噴射装置の液体室内に気泡が滞留し難くすることによって、安定した液体の噴射を可能とする。【解決手段】液体噴射装置１０は、流入口１１０ａと流出口１１０ｂとを有するチューブ１２０を、流入口１１０ａと流出口１１０ｂとの間で渦巻き形状に巻回あるいは折り畳むことで液体室１１０を形成する。そして、圧電素子１１２を駆動することによって、チューブ１２０を押圧して液体室１１０の容積を減少させる。こうすれば、液体室１１０の容積っを減少させることによって液体室１１０内の液体が加圧されるので、液体室１１０の流出口１１０ｂと連通するノズル１０２から加圧液体をパルス状に噴射することができる。そして、液体室１１０に液体を充填する際には、液体室１１０内の液体の流れがチューブ１２０に沿って規制されるので、流れの遅い箇所に気泡が滞留することを抑制して、液体室１１０内の気泡を速やかに排出することができる。【選択図】図４
2013056014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから液体を噴射する液体噴射装置であって、
前記液体が供給される流入口と、前記ノズルに連通する流出口と、を有するチューブが、前記流入口と前記流出口との間で、渦巻き形状に巻回または折り畳まれることのいずれかによって形成され、所与の容積を有する液体室と、
前記チューブを押圧することによって、前記液体室の容積を前記所与の容積よりも減少させる容積変更部と、
前記容積変更部を駆動することによって、前記ノズルから液体をパルス状に噴射させる噴射制御手段と
を備える液体噴射装置。
【請求項２】
前記容積変更部は圧電素子を有し、
前記圧電素子を伸張させることによって前記液体室の容積を減少させ、且つ、
前記圧電素子は、前記圧電素子を伸張させない状態において、前記チューブを押圧するよう配設されていること、
を特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
前記流入口の断面積が前記流出口の断面積より小さく、且つ前記流入口がキャピラリであること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射装置。
【請求項４】
前記容積変更部は、前記圧電素子の駆動に連動し、前記チューブを押圧する補強板をさらに有し、
前記補強板が、前記チューブの前記流入口と前記流出口との間の大部分を押圧すること、
を特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
【請求項５】
前記流入口が、前記渦巻き形状に巻回されたチューブの外周端部に配置され、
前記流出口が、前記渦巻き形状に巻回されたチューブの中央端部に配置されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の液体噴射装置。
【請求項６】
前記流入口が、前記渦巻き形状に巻回されたチューブの中央端部に配置され、
前記流出口が、前記渦巻き形状に巻回されたチューブの外周端部に配置されていること、
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の液体噴射装置。
【請求項７】
前記チューブは、巻回毎、または折り畳まれる毎に隙間が設けられていること、
を特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水や生理食塩水などの液体を加圧して、断面積が細く絞られたノズルから生体組織に向けて噴射することによって、生体組織を切開あるいは切除する液体噴射装置が開発されている。このような液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】
さらに、単にノズルから連続的に液体を噴射するのではなく、パルス状に液体を噴射することで、少ない噴射量で生体組織の切開や切除を可能にした液体噴射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この液体噴射装置は、液体室に液体を充填した状態で、液体室の容積を急速に減少させることで液体室内の圧力を急速に上昇させ、その圧力によって、液体室に接続されたノズルからパルス状に液体を噴射する。続いて、液体室の容積を元に戻して再び液体を充填する。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発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０８２２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このように液体をパルス状に噴射する液体噴射装置では、液体中に存在している気泡や、液体中に溶解していた気体が条件によって気泡化して発生した気泡が液体室内に滞留することで、切開や切除の能力が低下するという問題があった。すなわち、上述したように、パルス状の噴流は、液体室の容積を減少させて液体室内の液体を加圧することで発生させているので、液体室内に気泡があると、液体室の容積を減少させても気泡が圧縮されることによって液体を十分に加圧できない。このため、ノズルからパルス状に液体を噴射することができなくなり、切開や切除する能力が低下してしまうという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る液体噴射装置は、ノズルから液体を噴射する液体噴射装置であって、前記液体が供給される流入口と、前記ノズルに連通する流出口と、を有するチューブが、前記流入口と前記流出口との間で、渦巻き形状に巻回または折り畳まれることのいずれかによって形成され、所与の容積を有する液体室と、前記チューブを押圧することによって、前記液体室の容積を前記所与の容積よりも減少させる容積変更部と、前記容積変更部を駆動することによって、前記ノズルから液体をパルス状に噴射させる噴射制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、流入口と流出口とを有するチューブを渦巻き形状に巻回あるいは折り畳むことで液体室が形成されており、容積変更部を駆動すると、チューブが押圧され、液体室の容積が減少するので、液体室内の液体が急速に加圧される。その結果、液体室の流出口と連通するノズルから加圧液体をパルス状に噴射することができる。
【０００９】
そして、液体噴射装置は、液体室に液体を充填する際には、流入口から供給される液体がチューブに沿って流出口へと流れるので、液体室内に気泡が滞留し難くすることできる。
例えば、液体室内の液体の流れが不規則で流れの速い箇所と遅い箇所とがあると、流れの遅い箇所に気泡が滞留し易く、こうした気泡の存在によって液体が十分に加圧されなくなるため、液体を適切に噴射できなくなってしまう。そこで、流入口と流出口とを有するチューブで液体室を形成しておけば、液体室内の液体の流れがチューブに沿ってほぼ一定に規制されるので、流れの遅い箇所に気泡が滞留することを抑制し、液体室内の気泡の流出口からの排出が容易となる。結果として、気泡の影響を受けること無く、安定した液体の噴射を維持することが可能となる。
【００１０】
また、流入口と流出口とを有するチューブで液体室を形成する構成では、巻回あるいは折り畳まれたチューブを押圧可能であれば、流入口および流出口の配置や、チューブの取り回しは特に限定されない。そのため、液体室の設計の自由度が増し、液体噴射装置の構造の簡略化や小型化を図ることが可能となる。
【００１１】
［適用例２］上記適用例に係る液体噴射装置において、前記容積変更部は圧電素子を有し、前記圧電素子を伸張させることによって前記液体室の容積を減少させ、且つ、前記圧電素子は、前記圧電素子を伸張させない状態において、前記チューブを押圧するよう配設されていること、が好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、伸張することで液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、圧電素子を伸張させない状態においても、液体室を形成するチューブを押圧する状態で圧電素子を設けておけば、その押圧の反力として、圧電素子に対して圧縮方向の力を予め作用させておくことができる。これにより、圧電素子に引張方向の力がかかる際には、その引張方向の力が軽減されるので、引張力の作用による圧電素子の破損の発生を低減することが可能となる。
【００１３】
さらに、圧電素子を伸張させない状態においても、液体室を形成するチューブを押圧する状態で圧電素子を設けておけば、圧電素子が伸張し始めたときに直ちにチューブ押圧を開始する。よって、圧電素子の伸張とチューブの押圧との間にストロークロスがなく、効率よく液体噴射が行えるという効果もある。
【００１４】
［適用例３］上記適用例に係る液体噴射装置において、前記流入口の断面積が前記流出口の断面積より小さく、且つ前記流入口がキャピラリであること、が好ましい。
【００１５】
このようにすれば、液体室の容積を縮小する際、流入口からの逆流を抑えて液体室内の圧力を高め、断面積の大きい流出口からの流出をし易くすることができる。
【００１６】
［適用例４］上記適用例に係る液体噴射装置において、前記容積変更部は、前記圧電素子の駆動に連動し、前記チューブを押圧する補強板をさらに有し、前記補強板が、前記チューブの前記流入口と前記流出口との間の大部分を押圧すること、が好ましい。
【００１７】
このような構成によれば、チューブの流入口と流出口との間の大部分を押圧することによって、圧電素子の伸張量が一定であれば、１回の伸張による液体室の容積縮小量をたかめることができる。
【００１８】
［適用例５］上記適用例に係る液体噴射装置において、前記流入口が、前記渦巻き形状に巻回されたチューブの外周端部に配置され、前記流出口が、前記渦巻き形状に巻回されたチューブの中央端部に配置されていること、が好ましい。
【００１９】
このような構成では、液体噴射装置を手で持って操作するような場合、液体噴射装置のほぼ中央に流出口を配置できるので、操作しやすいという利点がある。
【００２０】
［適用例６］上記適用例に係る液体噴射装置において、前記流入口が、前記渦巻き形状に巻回されたチューブの中央端部に配置され、前記流出口が、前記渦巻き形状に巻回されたチューブの外周端部に配置されていること、が好ましい。
【００２１】
圧電素子（または補強板）によるチューブを押圧する場合、中央部の押圧量の方が外周部の押圧量よりも大きくなる傾向がある。従って、中央部に流入口を配置すればし、流出口をチューブの外周端部に配置することにより、流入口付近の圧力が高まる。この際、流入口がキャピラリの場合には、液体室から流入口への逆流が抑制されることから、液体室の圧力を高めることができ、強い液体噴射を得ることができる。
【００２２】
［適用例７］上記適用例に係る液体噴射装置において、前記チューブは、巻回毎、または折り畳まれる毎に隙間が設けられていること、が好ましい。
ここで、巻回毎とは、例えば１巻き目と２巻目の隙間のことであって、折り畳まれる毎とは、例えば、チューブを折り畳むように配置する際の隣り合う部分の隙間をさす。
【００２３】
チューブは、容積変更部によって押圧されて容積が変更される。この際、変形される分の隙間を設けることによって、隣り合うチューブが接触することによる負荷の上昇を排除し、所望の押圧量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態１に係る液体噴射装置の主要構成を示した説明図。
【図２】実施形態１に係る脈動発生部の断面を示す分解組立図。
【図３】実施形態１に係る液体室の構成の１例を示す説明図。
【図４】実施形態１に係る脈動発生部が液体を噴射する様子を示した説明図（圧電素子を駆動していない状態）。
【図５】実施形態１に係る脈動発生部が液体を噴射する様子を示した説明図（圧電素子を駆動した状態）。
【図６】実施形態２に係る脈動発生部の一部断面を示す分解組立図。
【図７】実施形態２に係る液体室の構成の１例を示す説明図。
【図８】実施形態２に係るチューブを押圧した状態を模式的に表す断面説明図。
【図９】変形例に係る液体室の形状を示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、以下の説明で参照する図は、各部材を認識可能な大きさとするため、各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。
（実施形態１）
【００２６】
まず、実施形態１に係る液体噴射装置１０の構成について説明する。
図１は、本実施形態の液体噴射装置の主要構成を示した説明図である。本実施形態の液体噴射装置１０は、水や生理食塩水などの液体をパルス状に噴射する脈動発生部１００と、液体を脈動発生部１００に供給する液体供給手段３００と、噴射する液体を収容する液体容器３０６と、脈動発生部１００及び液体供給手段３００の動作を制御する制御部２００と、を有して構成されている。
【００２７】
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（第１ケース１０８と合わさる面とは反対側の面）には円管形状の液体噴射管１０４が接続され、液体噴射管１０４の先端にはノズル１０２が設けられている。
【００２８】
第２ケース１０６と第１ケース１０８との合わせ面には、液体が充填される液体室１１０が設けられており、この液体室１１０は、液体噴射管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（伸縮させる）ことにより、液体室１１０の容積を変動させて、液体室１１０内の液体をノズル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、図２を参照して後述する。
【００２９】
液体供給手段３００は、第１接続チューブ３０２を介して液体容器３０６と接続されており、液体容器３０６から吸い上げた液体を、第２接続チューブ３０４を介して脈動発生部１００の液体室１１０に供給する。本実施形態の液体供給手段３００は、図示は省略するが、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、双方のピストンの移動速度を適切に制御することで、脈動発生部１００に向かって液体を安定して圧送することが可能である。
【００３０】
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、液体供給手段３００の動作を制御している。本実施形態の液体噴射装置１０では、液体供給手段３００から供給する液体の流量や、圧電素子１１２に印加する駆動電圧の波形、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からの液体の噴射態様を変化させることが可能となっている。
【００３１】
続いて、脈動発生部１００の構成を図面を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る脈動発生部の断面を示す分解組立図である。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（図示は省略）。第１ケース１０８には、第２ケース１０６と合わさる面の中央位置に、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。この貫通穴１０８ｈには、圧電素子１１２が収納され、更に、貫通穴１０８ｈの第２ケース１０６と合わさる面とは反対側の開口部は第３ケース１１８によって塞がれている。圧電素子１１２は、多数の圧電素子を重ねて柱状にした積層型の圧電素子で構成されており、圧電素子１１２の一端は第３ケース１１８に固定されている。また、圧電素子１１２の他端には、金属板などで形成された円形の補強板１１６が固着されている。
【００３２】
一方、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。凹部１０６ｃの周縁の位置には、第２ケース１０６に接続された第２接続チューブ３０４と連通する入口流路１０６ａが開口されている。また、凹部１０６ｃのほぼ中央位置には、液体噴射管１０４に連通する出口流路１０６ｂが開口されている。
【００３３】
更に、凹部１０６ｃには、円形断面のチューブ１２０で形成された液体室１１０が設置されている。尚、本実施形態の脈動発生部１００では、液体室１１０を金属製のチューブで形成しているが、チューブ１２０の材料は金属に限定されるわけではなく、樹脂製のチューブであってもよい。また、チューブ１２０の断面形状は、円形に限られるわけではなく、角形や楕円であってもよい。
【００３４】
続いて、液体室１１０の構成を図面を参照して説明する。
図３は、本実施形態に係る液体室の構成の１例を示す説明図である。なお、図３では、液体室１１０を第１ケース１０８側から見た状態を示している。図示するように、液体室１１０は、チューブ１２０を渦巻き形状に巻回して略円形に形成されており、多重に巻回されたチューブ１２０の巻回毎の互いの間には、所定の隙間が設けられている。
【００３５】
また、この渦巻き形状のチューブ１２０の最外周の径は、円形の補強板１１６の外径よりも小さく設定されている。更に、チューブ１２０の両端（外周端部及び中央端部））は、第２ケース１０６（図３では図面の奥側）に向けて折り曲げられている（図２参照）。尚、本実施形態では、液体室１１０を形成する渦巻き形状のチューブ１２０の外周端部の開口部を「流入口１１０ａ」と呼び、中央端部の開口部を「流出口１１０ｂ」と呼ぶものとする。
【００３６】
このように構成される液体室１１０は、流入口１１０ａを入口流路１０６ａに接続し、かつ、流出口１１０ｂを出口流路１０６ｂに接続した状態で、第２ケース１０６の凹部１０６ｃに設置される。そして、図２に示すように、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを合わせてネジ止めすると、チューブ１２０の一方の側面が第２ケース１０６の凹部底面１０６ｄに接し、チューブ１２０の他方の側面が補強板１１６に接して、凹部底面１０６ｄと補強板１１６との間にチューブ１２０（液体室１１０）が挟まれた状態となる。
【００３７】
なお、チューブ１２０（液体室１１０）は、一方の側面が第２ケース１０６の凹部底面１０６ｄに当接されており、他方の側面が補強板１１６と当接されている。詳しくは後述するが、本実施形態の脈動発生部１００では、圧電素子１１２が伸張していない状態（収縮した状態）でも、補強板１１６を介して圧電素子１１２がチューブ１２０の側面を押圧した状態となるように、補強板１１６の厚さ等が設定されていることが好ましい。
【００３８】
また、第２ケース１０６の前面（第１ケース１０８と合わさる面とは反対側の面）には、液体噴射管１０４が接続されており、この液体噴射管１０４の内径は、出口流路１０６ｂの内径に比べて大きく設定されている。また、液体噴射管１０４の先端には、出口流路１０６ｂよりも内径が小さく設定された液体噴射開口部を有するノズル１０２が挿着されている。従って、液体室１１０内で加圧された液体が噴射されるまでの流路は、出口流路１０６ｂを通って液体噴射管１０４に到ると断面積が広くなり、液体噴射管１０４の先端のノズル１０２の部分で再び断面積が狭くなるようになっている。
【００３９】
以上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して圧電素子１１２を駆動する（伸縮させる）ことによって、ノズル１０２から液体をパルス状に噴射することが可能となっている。以下では、脈動発生部１００が液体を噴射する動作について説明する。
【００４０】
図４及び図５は、脈動発生部１００が液体を噴射する様子を示した説明図である。図４には、圧電素子１１２を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４（ａ）に示すように、液体供給手段３００から第２接続チューブ３０４を介して脈動発生部１００に供給される液体が入口流路１０６ａを通って液体室１１０へと流入することにより、液体室１１０内が液体で満たされる。尚、図４（ｂ）に示す破線の矢印は、液体の流れを模式的に表している。
【００４１】
前述したように液体室１１０は、チューブ１２０を渦巻き形状に巻回して略円形に形成されており、図４（ｂ）に示すように、入口流路１０６ａと接続された周縁部の流入口１１０ａから流入した液体は、チューブ１２０に沿って旋回しながら、出口流路１０６ｂと接続された中央の流出口１１０ｂへと導かれる。このように渦巻き形状のチューブ１２０に沿って液体を流すことによって、液体室１１０内の液体の流れが規制されるので、流入口１１０ａから流出口１１０ｂまでほぼ均一な流速で液体を流すことができる。
【００４２】
尚、前述したように、液体供給手段３００からは液体が安定して供給されるので、液体室１１０内が液体で満たされると、圧電素子１１２が駆動していなくても、液体室１１０内の液体が流出口１１０ｂから出口流路１０６ｂを通って液体噴射管１０４に向けて押し出されることになる。
【００４３】
このように液体室１１０が液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５（ａ）に示すように、圧電素子１１２が駆動電圧の増加によって伸張し、補強板１１６を介して液体室１１０（チューブ１２０）の側面を第２ケース１０６の凹部底面１０６ｄに向けて押圧する。このため、チューブ１２０の断面が円形から楕円に変形して液体室１１０の容積が減少し、その結果、液体室１１０内の液体が加圧される。
【００４４】
なお、前述したように、液体室１１０を形成するチューブ１２０の最外周の径は、補強板１１６の外径よりも小さく設定されているので、チューブ１２０の全体が押圧された状態になる。また、チューブ１２０は、所定の隙間を空けて巻かれているが、押圧によって変形すると、互いに密着した状態、または隙間が縮小された状態となる。こうして液体室１１０内で加圧された液体は、図５（ａ）中に破線の矢印で示したように、流出口１１０ｂに接続された出口流路１０６ｂ、および液体噴射管１０４を介して、ノズル１０２からパルス状に噴射される。
【００４５】
なお、液体室１１０には、流入口１１０ａに接続される入口流路１０６ａ、および流出口１１０ｂに接続される出口流路１０６ｂの２つの流路が接続されている。従って、液体室１１０内で加圧された液体は、出口流路１０６ｂだけでなく、入口流路１０６ａにも流出すると考えられる。しかし、流路における液体の流れ易さは、流路の断面積や流路の長さ等によって定まる。例えば、流出口１１０ｂの直径を１ｍｍ程度、流入口１１０ａの直径を０．３ｍｍ程度のキャピラリとすると、流量の単位時間当たりの変化は断面積に比例し、長さに反比例するので、大半の流体を出口流路１０６ｂへ流出させることが可能である。
【００４６】
さらに、入口流路１０６ａには、液体供給手段３００から圧送される液体が液体室１１０内に流入しようとすることから液体室１１０内の液体の逆流を妨げる。出口流路１０６ｂには、液体室１１０内の液体の流出を妨げる抵抗となる要素や慣性を増加させる要素は少ない。そのため、液体室１１０内で加圧された液体は、もっぱら出口流路１０６ｂに流出して、液体噴射管１０４を介して先端のノズル１０２から噴射される。
【００４７】
また、前述したように、液体室１１０は、チューブ１２０を渦巻き形状に巻回して形成されており、液体室１１０内で加圧された液体は、渦巻き形状のチューブ１２０に沿って中央の流出口１１０ｂへと移動する。このとき、図５（ｂ）に示すように、多重に巻回されたチューブ１２０のうち、中央の流出口１１０ｂから離れた最外周の部分では、移動する液体はわずかであるものの、流出口１１０ｂに近づくにつれて流量が増加して、流出口１１０ｂに近い部分では、液体室１１０（チューブ１２０）の容積減少分に相当する液体が一気に移動して流出口１１０ｂから押し出される。その結果、出口流路１０６ｂおよび液体噴射管１０４を介して、ノズル１０２から液体がパルス状に噴射される。
【００４８】
続いて、駆動電圧を減少させると圧電素子１１２が収縮して元の長さに戻る。すると、液体室１１０を形成するチューブ１２０は、圧電素子１１２による押圧が弱まるので、チューブ１２０の復元力によって断面が楕円から略円形に戻って、液体室１１０の容積が元の容積に復元する。そして、液体供給手段３００から供給される液体がチューブ１２０に沿って流れて液体室１１０内を満たすことで、図４に示した圧電素子１１２が駆動する前の状態に復帰する。
【００４９】
その後、再び駆動電圧の増加により圧電素子１１２が伸張すると、図５に示したように液体室１１０内で加圧された液体がノズル１０２からパルス状に噴射される。こうした動作を繰り返すことによって、本実施形態の脈動発生部１００では、パルス状の噴流を周期的に発生させることが可能となっている。尚、液体室１１０の容積を減少させる本実施例の圧電素子１１２及び補強板１１６は、「容積変更部」に相当している。また、圧電素子１１２の駆動を制御している制御部２００は、「噴射制御手段」に相当している。
【００５０】
ここで、前述したように、脈動発生部１００は、圧電素子１１２が伸張していない状態（収縮した状態）でも、液体室１１０を形成するチューブ１２０の側面に押圧がかかるようになっていることが好ましい。これは、次のような理由によるものである。
【００５１】
積層型の圧電素子で構成される圧電素子１１２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。そして、圧電素子１１２が収縮する際には、素子自体の質量等に起因する慣性力により、圧電素子１１２に引張方向の力がかかり易いことから、圧電素子１１２に破損（積層型の圧電素子の層間剥離など）が生じるおそれがある。そこで、圧電素子１１２が収縮した状態でも、チューブ１２０で形成された液体室１１０の側面に押圧がかかるようにしておけば、その反力として、圧電素子１１２にはチューブ１２０の復元力による圧縮方向の力が常に作用することになるので、圧電素子１１２にかかる引張方向の力を軽減することができる。その結果、引張力の作用による圧電素子１１２の破損の発生を低減することが可能となる。
【００５２】
以上に説明したように、本実施形態の液体噴射装置１０では、液体室１１０がチューブ１２０を渦巻き形状に巻回して形成されており、液体が充填されたチューブ１２０の側面を圧電素子１１２の伸張で押圧して液体室１１０の容積を急速に減少させることによって、液体室１１０内で加圧された液体をノズル１０２からパルス状に噴射することができる。そして、液体供給手段３００から供給されて流入口１１０ａを通って液体室１１０に流入した液体は、チューブ１２０に沿って流出口１１０ｂへと流れる。従って、液体室１１０に気泡が滞留し難くすることが可能である。
【００５３】
液体室１１０内の気泡は液体の流れに乗って流出口１１０ｂに排出されるが、液体室１１０内に液体の流れが速い箇所と遅い箇所とがあると、流れの遅い箇所に気泡が滞留し易い。そして、液体室１１０内に気泡が存在すると、液体室１１０の容積を減少させても気泡が圧縮されて液体の圧力が十分に上昇しないので、液体を適切に噴射できなくなってしまう。そこで、液体室１１０を渦巻き形状のチューブ１２０で形成しておけば、液体室１１０内の液体の流れをチューブ１２０に沿って一定の流れに規制することができるので、流れの遅い箇所に気泡が滞留することが無く、液体室１１０内の気泡の排出が容易となる。結果として、安定した液体の噴射を維持することが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態の液体噴射装置１０は、圧電素子１１２が伸張していない状態でも、液体室１１０を形成するチューブ１２０の側面に押圧がかかるように圧電素子１１２を設けておくことによって、その反力（チューブ１２０の復元力）で、圧電素子１１２に対して圧縮方向の力（プリロード）を作用させている。これにより、圧電素子１１２にかかる引張方向の力が軽減されるので、引張力の作用による圧電素子１１２の破損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１１２として搭載した液体噴射装置１０の耐久性を向上させることができる。
【００５５】
さらに、本実施形態の液体噴射装置１０は、液体室１１０が渦巻き形状のチューブ１２０で形成されていることから、次のような効果を得ることができる。すなわち、従来の液体室は、凹部１０６ｃの開口面を変形可能なダイアフラムで塞ぐことによって形成されるのが一般的であり、ダイアフラムの取り付けには、液体が漏れることのないように高い精度や部材間の強力な接合が要求される。これに対して、チューブ１２０で形成した液体室１１０では、ダイアフラムが不要であり、液体が漏れない液体室１１０を簡単に構成することができる。
【００５６】
また、チューブ１２０を直接押圧する補強板１１６が、チューブ１２０の流入口１１０ａと流出口１１０ｂとの間の大部分を押圧していることによって、圧電素子１１２の伸張量が一定であれば、１回の伸張による液体室１１０の容積縮小量を高めることができる。
【００５７】
さらに、流入口１１０ａを渦巻き形状に巻回されたチューブ１２０の外周端部に配置し、流出口１１０ｂを中央端部に配置すれば、液体噴射装置１０を手で持って操作するような場合、液体噴射装置１０のほぼ中央に液体噴射管１０４を配置できるので、操作しやすいという利点がある。
（実施形態２）
【００５８】
続いて、実施形態２について図面を参照して説明する。前述した実施形態１では、流入口１１０ａが、チューブ１２０の外周端部に配置され、流出口１１０ｂが、チューブ１２０の中央端部に配置されていることに対して、実施形態２では、流入口１１０ａと流出口１１０ｂの配置を入れ替えていることに特徴を有している。よって、実施形態１との相違箇所を中心に、同じ符号を付して説明する。
【００５９】
図６は、実施形態２に係る脈動発生部の一部断面を示す分解組立図である。本実施形態における第１ケース１０８、圧電素子１１２、補強板１１６の構成は、実施形態１と同じ構成である。
一方、第２ケース１０６の凹部１０６ｃの中央位置には、第２ケース１０６に接続された第２接続チューブ３０４と連通する入口流路１０６ａが開口され、液体室１１０の流入口１１０ａが接続されている。また、凹部１０６ｃの周縁位置には、液体噴射管１０４に連通する出口流路１０６ｂが開口され、流出口１１０ｂが接続されている。
【００６０】
さらに、凹部１０６ｃには、円形断面のチューブ１２０で形成された液体室１１０が設置されている。なお、配置位置が異なるものの液体噴射管１０４及びノズル１０２の構成も、実施形態１（図２、参照）と同じであるため、詳しい説明は省略する。
【００６１】
次に、本実施形態に係る液体室１１０の構成を図面を参照して説明する。
図７は、実施形態２に係る液体室の構成の１例を示す説明図である。なお、図７では、液体室１１０を第１ケース１０８側から見た状態を示している。図示するように、液体室１１０は、チューブ１２０を渦巻き形状に巻回して略円形に形成されており、多重に巻回されたチューブ１２０の巻回毎の互いの間には、所定の隙間が設けられている。
【００６２】
また、この渦巻き形状のチューブ１２０の最外周の径は、円形の補強板１１６の外径よりも小さく設定されている。更に、チューブ１２０の両端（外周端部及び中央端部））は、第２ケース１０６（図７では図面の奥側）に向けて折り曲げられている（図６、参照）。なお、本実施形態では、液体室１１０を形成する渦巻き形状のチューブ１２０の中央端部の開口部を「流入口１１０ａ」と呼び、外周端部の開口部を「流出口１１０ｂ」と呼ぶものとする。
【００６３】
このように構成される液体室１１０は、流入口１１０ａを入口流路１０６ａに接続し、且つ、流出口１１０ｂを出口流路１０６ｂに接続した状態で、第２ケース１０６の凹部１０６ｃ内に設置される。そして、図６に示すように、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを合わせてネジ止めすると、チューブ１２０の一方の側面が第２ケース１０６の凹部底面１０６ｄに接し、チューブ１２０の他方の側面が補強板１１６に接して、凹部底面１０６ｄと補強板１１６との間にチューブ１２０（液体室１１０）が挟まれた状態となる。
【００６４】
液体室１１０が液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５（ａ）に示すように、圧電素子１１２が駆動電圧の増加によって伸張し、補強板１１６を介して液体室１１０（チューブ１２０）の側面を第２ケース１０６の凹部底面１０６ｄに向けて押圧する。このため、チューブ１２０の断面が円形から楕円に変形して液体室１１０の容積が減少し、その結果、液体室１１０内の液体が加圧される。
【００６５】
なお、前述したように、液体室１１０を形成するチューブ１２０の最外周の径は、補強板１１６の外径よりも小さく設定されているので、チューブ１２０の全体が押圧された状態になる。また、チューブ１２０は、所定の隙間を空けて巻かれているが、押圧によって変形すると、互いに密着した状態となる。こうして液体室１１０内で加圧された液体は、図７に破線の矢印で示したように、流出口１１０ｂに接続された出口流路１０６ｂ、および液体噴射管１０４を介して、ノズル１０２からパルス状に噴射される。
【００６６】
脈動発生部１００による液体噴射動作も前述した実施形態１（図４及び図５、参照）と同様に説明できるが、流入口１１０ａと流出口１１０ｂの配置が異なるので、このことについて図８を参照して説明する。
図８は、本実施形態のチューブを押圧した状態を模式的に表す断面説明図である。圧電素子１１２の伸張に伴い、補強板１１６がチューブ１２０を押圧する。この際、補強板１１６は、チューブ１２０の巻回された外周径と同じか大きい外径を有し、圧電素子１１２は図示するように、補強板１１６の外径よりも小さい。
【００６７】
チューブ１２０と補強板１１６と圧電素子１１２とがこのような関係にある場合、チューブ１２０を押圧すると、図８に示すように、流入口１１０ａが配設される中央部を中心にして外周縁が反るため、中央部付近では液体室１１０の押圧量が大きく、容積の変化が大きい。外周方向では押圧量が小さく、容積の変化が小さい。つまり、液体室１１０内の圧力は、中央部が高く、外周部は低くなるものと考えられる。従って、液体室１１０内の液体は、中央部から外周部へ強く押し出されることになる。
【００６８】
この際、中央部にある流入口１１０ａ付近の圧力は大きくなり、流入口１１０ａに液体の戻し圧力が高くなる。しかし、流入口１１０ａの直径がキャピラリと想定できるほど小さいため、液体室１１０から流入口１１０ａへの逆流が抑制されることから、液体室１１０の圧力を高めることができ、強い液体噴射を得ることができる。
（圧力室の変形例）
【００６９】
以上に説明した実施形態１及び実施形態２では、液体室１１０がチューブ１２０を渦巻き形状に巻回して略円形に形成されている。しかし、チューブ１２０で形成される液体室１１０の形状は、圧電素子１１２の伸張によってチューブ１２０の全体を押圧可能な形状であれば、これに限られるわけではない。以下では、上述した実施形態とは異なる形状の液体室１１０を採用した変形例について説明する。なお、変形例の説明にあたっては、前述した実施形態と同様の構成部分については、先に説明した実施形態と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７０】
図９は、変形例に係る液体室の形状を示した説明図である。図示されているように、変形例の液体室１１０は、円形断面のチューブ１２０がつづら折りに幾重にも折り畳まれて略四角形に形成されており、折り返す部分では、チューブ１２０が閉塞すること無く、断面積を保持して折り曲げられている。また、四角形に折り畳まれたチューブ１２０の両端を成す流入口１１０ａ及び流出口１１０ｂは、それぞれ四角形の対角に位置している。
【００７１】
このような液体室１１０の形状に対応して、補強板１１６は四角形に形成され、かつ、補強板１１６の大きさは、角形に折り畳まれたチューブ１２０の外縁よりも大きく設定されており、液体室１１０の全体を押圧可能となっている。また、図示は省略するが、変形例の第２ケース１０６には、第１ケース１０８と合わさる面に、四角形の浅い凹部１０６ｃが形成されており、凹部１０６ｃの一角には入口流路１０６ａが開口し、その対角には出口流路１０６ｂが開口されている。
【００７２】
このような変形例の液体噴射装置１０においても、前述した実施形態と同様に、圧電素子１１２が伸張すると、補強板１１６を介して、液体室１１０を形成するチューブ１２０の側面が押圧される。このとき、チューブ１２０の断面形状が変形することで液体室１１０の容積が減少する。その結果、液体室１１０内で加圧された液体をノズル１０２からパルス状に噴射することができる。また、流入口１１０ａから液体室１１０に流入した液体は、折り畳まれたチューブ１２０に沿って流出口１１０ｂへと流れることから、液体室１１０内の液体の流れは一定の流れに規制される。そのため、流れの遅い箇所に気泡が滞留することが無く、液体室１１０内の気泡を速やかに排出することができる。
【００７３】
また、以上から明らかなように、液体室１１０を形成するチューブ１２０は、圧電素子１１２の伸張によって押圧可能であれば、その形状は特に限定されず、流入口１１０ａ及び流出口１１０ｂの配置も、第２ケース１０６に設けられる入口流路１０６ａおよび出口流路１０６ｂに合わせて設定することが可能である。このように、流入口１１０ａ及び流出口１１０ｂ（ひいては入口流路１０６ａおよび出口流路１０６ｂ）の配置の自由度が増すことから、脈動発生部１００の構造の簡略化や小型化を図ることができる。
【００７４】
以上、本発明の液体噴射装置１０について各種の実施形態を説明したが、本発明は上記全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。
【００７５】
例えば、前述した実施形態１及び実施形態２と変形例とを組み合わせて、流入口１１０ａと流出口１１０ｂとの間で、チューブ１２０が巻回される箇所と折り畳まれる箇所とを形成してもよい。この場合も、前述した実施形態や変形例と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
また、前述した実施形態１及び実施形態２では、チューブ１２０で形成される液体室１１０の流入口１１０ａ及び流出口１１０ｂを、第２ケース１０６の凹部１０６ｃに開口する入口流路１０６ａ及び出口流路１０６ｂとそれぞれ接続していた。しかし、液体室１１０の流入口１１０ａ側の端部を入口流路１０６ａとチューブ１２０で一体に構成してもよい。
【００７７】
また、チューブ１２０の流出口１１０ｂ側の端部を延設して、出口流路１０６ｂおよび液体噴射管１０４を一体に形成し、更に、その液体噴射管１０４の先端を細くしぼってノズル１０２を形成してもよい。このようにすれば、入口流路１０６ａからノズル１０２までをチューブ１２０で一体に構成することができるので、脈動発生部１００における液体の漏れを防止することができる。なお、このような構成では、チューブ１２０は金属製であることが望ましい。
【００７８】
また、実施形態１、実施形態２及び変形例では、図示するように、流入口１１０ａの付近のチューブ１２０は、その断面積を徐々に広げている。これは、流入口１１０ａがキャピラリに相当するほどに断面積が小さく、チューブ１２０の本体部分との断面積差を徐々に小さくしていくことで液体の円滑な流動を促している。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上説明した液体噴射装置１０は、水や生理食塩水などの液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具として、あるいは傷口等への薬液塗布、あるいは洗浄等の医療用の他に、液体としてインクなどを用いた描画、精密部品の洗浄、電子機器の冷却装置など、少量の液体を高速で噴射させることを利用するものとして活用可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０…液体噴射装置、１０２…ノズル、１１０…液体室、１１０ａ…流入口、１１０ｂ…流出口、１１２…圧電素子（容積変更手段）、１２０…チューブ、２００…制御部（噴射制御手段）。
【図１】
2013056014.tif 000003
【図２】
2013056014.tif 000004
【図３】
2013056014.tif 000005
【図４】
2013056014.tif 000006
【図５】
2013056014.tif 000007
【図６】
2013056014.tif 000008
【図７】
2013056014.tif 000009
【図８】
2013056014.tif 000010
【図９】
2013056014.tif 000011