(57)【要約】【課題】パルス液体ジェットの強さを、ユーザーの意図に沿った設定とすることを可能とし、使い勝手を向上させる。【解決手段】液体噴射制御装置６０−１において、噴射管部種類取得部６５１は、本体部４０に装着されている噴射管部５０の噴射管部種類を判別し、判別した噴射管部種類に適合する適合対応関係を取得する。また、電圧振幅設定部６５４は、適合対応関係を参照し、駆動電圧波形の立ち上がりに係る立ち上がり指標値と、繰り返し周波数ダイヤル７１３によって入力された繰り返し周波数指示値とに基づいて、運動量が運動量ダイヤル７１１によって入力された運動量指示値となるように駆動電圧波形の電圧振幅を設定する。【選択図】図１３
2016140552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与の駆動電圧波形を圧電素子に印加し、該圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置からのパルス液体ジェットの繰り返しの噴射を制御する液体噴射制御装置であって、
前記液体噴射装置は、前記液体の噴射口が形成された噴射管部が、前記圧電素子を含む本体部に対して着脱自在に構成されており、
前記噴射管部の噴射管部種類を判別する種類判別部と、
前記パルス液体ジェットの運動量に係る第１指示値と、前記パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第２指示値と、前記駆動電圧波形の電圧振幅及び前記駆動電圧波形の立ち上がりに係る指標値（以下「立ち上がり指標値」という）との対応関係であって、噴射管部種類毎に定めた対応関係の中から、前記判別した噴射管部種類に適合する適合対応関係を取得する対応関係取得部と、
前記第１指示値を入力するための第１の操作部と、
前記第２指示値を入力するための第２の操作部と、
前記適合対応関係を参照し、前記立ち上がり指標値と前記第２指示値とに基づいて、前記運動量が前記第１指示値となるように前記駆動電圧波形の電圧振幅を設定する電圧振幅設定部と、
を備えた液体噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記噴射管部は、当該噴射管部の種類情報を担持する第１の担持部を有しており、
前記種類判別部は、前記第１の担持部から担持情報を読み出す第１の読出部の読出結果から前記種類情報を取得して前記噴射管部種類を判別する、
液体噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記種類判別部は、前記噴射管部の形状情報及び重量情報のうちの少なくとも何れか一方を取得して前記噴射管部種類を判別する、
液体噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項において、
前記噴射管部は、当該噴射管部の噴射管部種類に適合する前記適合対応関係を担持する第２の担持部を有しており、
前記対応関係取得部は、前記第２の担持部から担持情報を読み出す第２の読出部の読出結果から前記適合対応関係を取得する、
液体噴射制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項において、
前記立ち上がり指標値に係る第３指示値を入力するための第３の操作部、
を更に備えた液体噴射制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項において、
前記第２指示値に応じて、前記駆動電圧波形の立ち下がり形状を可変に設定する立ち下がり形状設定部、
を更に備えた液体噴射制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項において、
前記第１指示値及び前記第２指示値のうちの少なくとも一方を表示させる制御を行う表示制御部、
を更に備えた液体噴射制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項において、
前記パルス液体ジェットの運動量が２［ｎＮｓ（ナノニュートン秒）］以上２［ｍＮｓ（ミリニュートン秒）］以下、又は、運動エネルギーが２［ｎＪ（ナノジュール）］以上２００［ｍＪ（ミリジュール）］以下の前記液体噴射装置を制御する、
液体噴射制御装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項において、
前記パルス液体ジェットによって生体組織を切削するための前記液体噴射装置を制御する、
液体噴射制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の液体噴射制御装置と、液体噴射装置と、送液ポンプ装置とを具備した液体噴射システム。
【請求項１１】
所与の駆動電圧波形を圧電素子に印加し、該圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置からのパルス液体ジェットの繰り返しの噴射を制御する制御方法であって、
前記液体噴射装置は、前記液体の噴射口が形成された噴射管部が、前記圧電素子を含む本体部に対して着脱自在に構成されており、
前記噴射管部の噴射管部種類を判別することと、
前記パルス液体ジェットの運動量に係る第１指示値と、前記パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第２指示値と、前記駆動電圧波形の電圧振幅及び前記駆動電圧波形の立ち上がり指標値との対応関係であって、噴射管部種類毎に定めた対応関係の中から、前記判別した噴射管部種類に適合する適合対応関係を取得することと、
前記第１指示値を入力することと、
前記第２指示値を入力することと、
前記適合対応関係を参照し、前記立ち上がり指標値と前記第２指示値とに基づいて、前記運動量が前記第１指示値となるように前記駆動電圧波形の電圧振幅を設定することと、
を含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置を制御する液体噴射制御装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体をパルス状に噴射して切削対象物を切削する技術が知られている。パルス状の液体の噴射は、ノズルから脈動的に噴射される液体のジェット流であり、本明細書では適宜「パルス液体ジェット（Pulsed Liquid Jet）」と称する。
【０００３】
パルス液体ジェットの用途は様々であるが、例えば、特許文献１には、医療分野における外科手術用として利用する技術が提案されている。この場合には、切削対象物は、生体組織となり、液体は生理食塩水となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５２１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パルス液体ジェットを生成する機構の１つに、圧電素子を用いた機構が知られている。パルス波状の駆動電圧を圧電素子に加えることで、圧電素子が作動流体（流体）内に瞬間的な圧力を発生させて液体をパルス状に噴射する機構である。そのため、パルス液体ジェットの強さを変更する場合には、圧電素子に印加する駆動電圧を制御することとなる。そこで、圧電素子に印加する駆動電圧の特性値、例えば、駆動電圧波形の振幅（電圧振幅のことであり、駆動電圧の大きさとも言える）を、操作ダイヤルや操作ボタン等の操作部で指示することで、パルス液体ジェットの強さを可変する仕様が考えられる。
【０００６】
しかしながら、操作部で指示する駆動電圧の特性値を変化させても、切削対象物の切削深さや切削体積といった切削態様を、ユーザーが思うように変化させることができない場合があることが分かった。詳細は後述するが、例えば、ユーザーが電圧振幅を２倍や４倍、或いは１／２、１／４に変えたとしても、必ずしも切削深さや切削体積がその通りに変化するとは限らないことが分かった。パルス液体ジェットを外科手術用途で用いる場合には、術者の操作感覚通りの作用が得られず、問題となり得た。
【０００７】
一方で、パルス液体ジェットの噴射周期を可変とすれば、単位時間当たりの切削深さや切削体積を増減させることができ、切削対象物を切削するスピードが調整可能となる。しかしながら、噴射周期を変えると駆動電圧波形の形状が変わることから、パルス１個分のパルス液体ジェットの強さ等が変わり得た。そのため、噴射周期を変えた前後でパルス１個分のパルス液体ジェットによる切削深さや切削体積が変化し、噴射周期を短く、換言すると噴射周波数を高くしたとしても、ユーザーの意図通りの噴射周波数に比例した切削スピードが得られない場合が起こり得た。
【０００８】
加えて、例えば外科手術用途では、液体が通る噴射管部分の形状や長さ、管径、材質、あるいはノズル径等の異なる複数種類の液体噴射装置が手術態様や切除部位等に応じて使い分けられており、パルス１個分のパルス液体ジェットによる切削深さや切削体積は、使用している液体噴射装置の噴射管部分の種類によっても変化し得た。
【０００９】
本発明は上述した課題に鑑みて考案されたものであり、その目的とするところは、パルス液体ジェットの強さを、ユーザーの意図に沿った設定とすることを可能とし、使い勝手を向上させる技術を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するための第１の発明は、所与の駆動電圧波形を圧電素子に印加し、該圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置からのパルス液体ジェットの繰り返しの噴射を制御する液体噴射制御装置であって、前記液体噴射装置は、前記液体の噴射口が形成された噴射管部が、前記圧電素子を含む本体部に対して着脱自在に構成されており、前記噴射管部の噴射管部種類を判別する種類判別部と、前記パルス液体ジェットの運動量に係る第１指示値と、前記パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第２指示値と、前記駆動電圧波形の電圧振幅及び前記駆動電圧波形の立ち上がりに係る指標値（以下「立ち上がり指標値」という）との対応関係であって、噴射管部種類毎に定めた対応関係の中から、前記判別した噴射管部種類に適合する適合対応関係を取得する対応関係取得部と、前記第１指示値を入力するための第１の操作部と、前記第２指示値を入力するための第２の操作部と、前記適合対応関係を参照し、前記立ち上がり指標値と前記第２指示値とに基づいて、前記運動量が前記第１指示値となるように前記駆動電圧波形の電圧振幅を設定する電圧振幅設定部と、を備えた液体噴射制御装置である。
【００１１】
また、他の発明として、所与の駆動電圧波形を圧電素子に印加し、該圧電素子を用いて液体をパルス状に噴射する液体噴射装置からのパルス液体ジェットの繰り返しの噴射を制御する制御方法であって、前記液体噴射装置は、前記液体の噴射口が形成された噴射管部が、前記圧電素子を含む本体部に対して着脱自在に構成されており、前記噴射管部の噴射管部種類を判別することと、前記パルス液体ジェットの運動量に係る第１指示値と、前記パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第２指示値と、前記駆動電圧波形の電圧振幅及び前記駆動電圧波形の立ち上がり指標値との対応関係であって、噴射管部種類毎に定めた対応関係の中から、前記判別した噴射管部種類に適合する適合対応関係を取得することと、前記第１指示値を入力することと、前記第２指示値を入力することと、前記適合対応関係を参照し、前記立ち上がり指標値と前記第２指示値とに基づいて、前記運動量が前記第１指示値となるように前記駆動電圧波形の電圧振幅を設定することと、を含む制御方法を構成することとしてもよい。
【００１２】
後述するように、パルス液体ジェットによる切削深さや切削体積は、パルス液体ジェットの運動量と相関が高い。一方で、この切削深さや切削体積と運動量との関係は、液体噴射装置の噴射管部分の種類によって異なる場合がある。第１の発明等によれば、本体部に装着されている噴射管部の噴射管部種類が判別され、その噴射管部種類について定めた適合対応関係が取得される。そして、パルス液体ジェットの運動量に係る第１指示値と、パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第２指示値とを入力すると、適合対応関係に従い、駆動電圧波形の立ち上がり指標値と第２指示値とに基づいて運動量が第１指示値となるように駆動電圧波形の電圧振幅が設定される。これによれば、噴射管部の種類を変更したとしても、パルス液体ジェットの運動量を直接指示することで、ユーザーの意図や操作感覚に見合った切削深さや切削体積を実現することができ、使い勝手を向上させることができる。
【００１３】
また、パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数を指示することができるため、例えば、第１指示値を維持したまま噴射回数を増減させることが可能となる。したがって、噴射回数を変えた前後でパルス１個分のパルス液体ジェットによる切削深さや切削体積が変わることなく切削スピードを調整することができ、使い勝手の向上が図れる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記噴射管部は、当該噴射管部の種類情報を担持する第１の担持部を有しており、前記種類判別部は、前記第１の担持部から担持情報を読み出す第１の読出部の読出結果から前記種類情報を取得して前記噴射管部種類を判別する、液体噴射制御装置である。
【００１５】
この第２の発明によれば、噴射管部が有する第１の担持部から噴射管部の種類情報を取得することで、本体部に装着されている噴射管部の噴射管部種類を判別することができる。
【００１６】
第３の発明は、第１の発明において、前記種類判別部は、前記噴射管部の形状情報及び重量情報のうちの少なくとも何れか一方を取得して前記噴射管部種類を判別する、
液体噴射制御装置である。
【００１７】
この第３の発明によれば、噴射管部の形状情報や重量情報を取得することで、本体部に装着されている噴射管部の噴射管部種類を判別することができる。
【００１８】
第４の発明は、第１〜第３の何れかの発明において、前記噴射管部は、当該噴射管部の噴射管部種類に適合する前記適合対応関係を担持する第２の担持部を有しており、前記対応関係取得部は、前記第２の担持部から担持情報を読み出す第２の読出部の読出結果から前記適合対応関係を取得する、液体噴射制御装置である。
【００１９】
この第４の発明によれば、噴射管部が有する第２の担持部から、本体部に装着されている噴射管部の噴射管部種類に適合する適合対応関係を取得することができる。
【００２０】
第５の発明は、第１〜第４の何れかの発明において、前記立ち上がり指標値に係る第３指示値を入力するための第３の操作部、を更に備えた液体噴射制御装置である。
【００２１】
この第５の発明によれば、駆動電圧波形の立ち上がり指標値に係る第３指示値を入力することができる。
【００２２】
第６の発明は、第１〜第５の何れかの発明において、前記第２指示値に応じて、前記駆動電圧波形の立ち下がり形状を可変に設定する立ち下がり形状設定部、を更に備えた液体噴射制御装置である。
【００２３】
この第６の発明によれば、駆動電圧波形の立ち下がり形状を可変に設定することによって、所定のあるいは所望の駆動電圧波形の立ち上がり形状を維持しつつ、パルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数が第２指示値となるように、パルス液体ジェットの繰り返しの噴射を制御することができる。
【００２４】
第７の発明は、第１〜第６の何れかの発明において、前記第１指示値及び前記第２指示値のうちの少なくとも一方を表示させる制御を行う表示制御部、を更に備えた液体噴射制御装置である。
【００２５】
この第７の発明によれば、パルス液体ジェットの運動量に係る第１指示値及びパルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数に係る第２指示値のうちの少なくとも一方を表示させることができる。これによれば、ユーザーが指示した現在のパルス液体ジェットの運動量や、単位時間当たりの噴射回数を表す指標等を視覚的に確認することができる。したがって、使い勝手を更に向上させることができる。
【００２６】
第８の発明は、第１〜第７の何れかの発明において、前記パルス液体ジェットの運動量が２［ｎＮｓ（ナノニュートン秒）］以上２［ｍＮｓ（ミリニュートン秒）］以下、又は、運動エネルギーが２［ｎＪ（ナノジュール）］以上２００［ｍＪ（ミリジュール）］以下の前記液体噴射装置を制御する、液体噴射制御装置である。
【００２７】
この第８の発明によれば、パルス液体ジェットの運動量が２［ｎＮｓ］以上２［ｍＮｓ］以下、又は、運動エネルギーが２［ｎＪ］以上２００［ｍＪ］以下であり、その範囲で液体噴射装置を制御することができる。よって、例えば、生体組織や食品、ゲル材料、ゴムやプラスチックなどの樹脂材料などの柔軟素材を切削するのに好適である。
【００２８】
第９の発明は、第１〜第８の何れかの発明において、前記パルス液体ジェットによって生体組織を切削するための前記液体噴射装置を制御する、液体噴射制御装置である。
【００２９】
この第９の発明によれば、例えば、外科手術用途に好適なパルス液体ジェットの強さを制御することができる。
【００３０】
第１０の発明は、第１〜第９の何れかの発明の液体噴射制御装置と、液体噴射装置と、送液ポンプ装置とを具備した液体噴射システムである。
【００３１】
この第１０の発明によれば、第１〜第９の発明の作用効果を奏する液体噴射システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】液体噴射システムの全体構成例を示す図。
【図２】液体噴射装置の内部構造を示す図。
【図３】圧電素子の１周期分の駆動電圧波形及び液体噴射開口部における液体の流速波形を示す図。
【図４】質量流束、運動量流束、及びエネルギー流束を示す図。
【図５】切削対象物の切削態様についてのシミュレーションで用いた主ジェットの流速波形を示す図。
【図６】シミュレーション結果（切削深さ）を示す図。
【図７】シミュレーション結果（切削体積）を示す図。
【図８】立ち上がり周波数の異なる駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図。
【図９】電圧振幅の異なる駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図。
【図１０】繰り返し周波数の異なる駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図。
【図１１】所定の繰り返し周波数での運動量Ｐと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を示す図。
【図１２】実施例１における液体噴射制御装置の操作パネルを示す図。
【図１３】実施例１における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。
【図１４】実施例１における運動量変換テーブルのデータ構成例を示す図。
【図１５】噴射管部判別テーブルのデータ構成例を示す図である
【図１６】実施例１においてパルス液体ジェットの噴射に際し制御部が行う処理の流れを示すフローチャート。
【図１７】実施例２における液体噴射制御装置の操作パネルを示す図。
【図１８】実施例２における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。
【図１９】実施例２における運動量変換テーブルのデータ構成例を示す図。
【図２０】実施例２においてパルス液体ジェットの噴射に際し制御部が行う処理の流れを示すフローチャート。
【図２１】出荷時に噴射管部が収容される梱包袋の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の液体噴射制御装置、液体噴射システム及び制御方法を実施するための一形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付す。
【００３４】
［全体構成］
図１は、本実施形態における液体噴射システム１の全体構成例を示す図である。この液体噴射システム１は、柔軟素材、例えば、生体組織を切削対象物とした外科手術用、食品を切削対象物とした食品加工用、ゲル材料の加工用、ゴムやプラスチックといった樹脂材料の切削加工用等の用途で用いられるものであり、運動量が２［ｎＮｓ（ナノニュートン秒）］以上２［ｍＮＳ（ミリニュートン秒）］以下、又は、運動エネルギーが２［ｎＪ（ナノジュール）］以上２００［ｍＪ（ミリジュール）］以下のパルス液体ジェットを噴射して切削対象物を切削する。以下では、液体噴射システム１を外科手術用の用途で用い、患部（生体組織）の切開、切除、又は破砕（これらを包括して「切削」という）を行う場合を例示する。また、本実施形態における運動量流束及び運動量とは、パルス液体ジェットの噴射方向成分のみを考えたスカラー量、すなわち大きさを指すこととして説明する。
【００３５】
図１に示すように、液体噴射システム１は、液体を収容する容器１０と、送液ポンプ装置２０と、切削対象物（本実施形態では生体組織）に向けて液体をパルス状に噴射するための液体噴射装置３０と、液体噴射制御装置６０とを備える。
【００３６】
また、液体噴射制御装置６０は、操作手段として、手術中に運動量の増減操作等の各種操作を入力するための操作パネル７０や、術者が足で踏んでパルス液体ジェットの噴射開始及び噴射停止を切り替えるための噴射ペダル８１を備える。その他にも、液体噴射制御装置６０は、メモリーカード８２１のデータ読み書きを実現するリーダーライター８２と、外部のサーバー装置１００と通信するための通信装置８３と、撮像装置８４と、コードリーダー８５と、重量計８６とを適宜備える。
【００３７】
容器１０は、水や生理食塩水、薬液等の液体を収容する。送液ポンプ装置２０は、容器１０に収容された液体を、接続チューブ９１，９３を介して常時所定の圧力又は所定の流量で液体噴射装置３０に供給する。
【００３８】
液体噴射装置３０は、本体ケース４１の内部に圧電素子４３等（図２参照）を備えた本体部４０と、基台５１にパイプ状の噴射管５３が立設された噴射管部５０とを備え、本体部４０に対して噴射管部５０が着脱自在に構成されている。この液体噴射装置３０は、手術中に術者が手に持って操作する部分（ハンドピース）であり、送液ポンプ装置２０から供給される液体に脈動を付与してパルス流を発生させ、発生させたパルス流を、噴射管５３を通じて最終的にノズル５５に設けられた液体噴射開口部５５１（図２参照）からパルス液体ジェットとして噴射する。
【００３９】
ここで、外科手術用のハンドピースには、噴射管部分の形状や長さ、管径、材質、あるいはノズル径の異なるものが用意され、手術に際しては、手術態様や切除部位等に適したハンドピースが選択的に用いられている。噴射管部分の種類としては、例えば、長さが１５［ｃｍ］や３０［ｃｍ］、あるいは５０［ｃｍ］のステンレス製のもの、長さ１［ｍ］や１．５［ｍ］、あるいは２［ｍ］のフレキシブルなＰＥＥＫチューブ等が挙げられる。噴射管部分の形状についても、直線形状のものや曲げ形状のもの等、様々な形状が挙げられる。本実施形態では、圧電素子４３等を備えた本体部４０に対して噴射管５３を含む噴射管部５０を着脱自在とすることで、パルス流を発生させるための圧電素子４３等は共有し、噴射管部分のみを手術態様等に適したものに付け替える構成としている。より詳細には、基台５１の構成は同一で、噴射管５３としてその長さや材質等の異なるものが立設された複数種類の噴射管部５０の中から、手術態様等に応じた噴射管部５０を選んで本体部４０に装着し使用する。
【００４０】
また、パルス流とは、液体の流速や圧力が時間的に大きく且つ急激に変化する液体の脈動的な流れを意味する。同様に、液体をパルス状に噴射するとは、ノズルを通過する液体の流速が時間的に大きく変化する、液体の脈動的な噴射を意味する。本実施形態では、定常流に周期的な脈動を付与することで生じるパルス液体ジェットを噴射する場合を例示するが、液体の噴射と非噴射とを繰り返す間欠的、断続的なパルス液体ジェットの噴射にも本発明は同様に適用できる。
【００４１】
図２は、液体噴射装置３０を液体の噴射方向に沿って切断した断面図の概要を示す図であり、本体ケース４１と基台５１の嵌合状態を示している。なお、図２に示す部材や部分の縦横の縮尺は、図示の便宜上実際のものとは異なる。
【００４２】
本体部４０の本体ケース４１は、一端が開口した箱状を有し、筒状の内部空間に、圧力室５７の容積を変化させるための圧電素子４３及びダイアフラム４５が配設されて構成される。一方、噴射管部５０の基台５１は、噴射管５３が立設された側と反対側の面に、圧力室５７を形成する凹部５１１を有する。この液体噴射装置３０において本体部４０に噴射管部５０を装着する際には、本体ケース４１の開口端に基台５１の凹部５１１が嵌め込まれ、互いを係止するロック機構等によって内部が封止されるようになっている。なお、本体部４０と噴射管部５０との着脱手段は適宜選択することができる。
【００４３】
ダイアフラム４５は、円盤状の金属薄板であり、その外周部分が噴射管部５０の装着時に本体ケース４１と基台５１との間に挟まれて固定される。圧電素子４３は、例えば積層型圧電素子であり、ダイアフラム４５と本体ケース４１の底板４１１との間で一端がダイアフラム４５に固定され、他端が底板４１１に固定されている。
【００４４】
圧力室５７は、ダイアフラム４５と、基台５１の凹部５１１とによって囲まれた空間である。基台５１には、圧力室５７に各々連通する入口流路５１３と出口流路５１５とが形成されている。出口流路５１５の内径は、入口流路５１３の内径よりも大きく形成されている。入口流路５１３は接続チューブ９３と接続され、送液ポンプ装置２０から供給される液体を圧力室５７に導入する。出口流路５１５には噴射管５３の一端が接続され、圧力室５７内を流動する液体を噴射管５３に導入する。噴射管５３の他端（先端）には、噴射管５３の内径よりも縮小された内径の液体噴射開口部５５１を有するノズル５５が挿着されている。
【００４５】
また、噴射管部５０は、その種類情報として、当該噴射管部５０の噴射管部種類に割り振られた噴射管部ＩＤを担持する第１の担持部としての噴射管側担持部５９を備え、本体部４０は、噴射管側担持部５９から噴射管部ＩＤを読み出すための第１の読出部としての読出部４７を備える。これら噴射管側担持部５９と読出部４７とは、本体ケース４１と基台５１の嵌合状態において読出部４７による噴射管側担持部５９の読み出しが可能な位置関係となるように、噴射管部５０及び本体部４０の適所に配設される。噴射管側担持部５９は、例えば、噴射管部ＩＤを格納したＩＣ（Integrated Circuit）タグで構成される。一方、読出部４７は、ＩＣタグから噴射管部ＩＤを読み出すＩＣタグリーダーで構成され、読み出した噴射管部ＩＤを液体噴射制御装置６０に出力する。あるいは、噴射管部ＩＤを符号化した情報コード（例えばバーコードであってもよいし、二次元コードであってもよい）を用いて噴射管側担持部５９を構成してもよい。この場合には、読出部４７は、情報コードを読み出すコードリーダーで構成され、読み出した情報コードを解析して噴射管部ＩＤを液体噴射制御装置６０に出力する。また、本体部４０は、液体噴射制御装置６０と配線接続された本体側担持部４９を備えている。
【００４６】
なお、噴射管側担持部５９と読出部４７とは、本体ケース４１と基台５１の嵌合状態において読出部４７が読み出し可能となる位置関係となるように、噴射管部５０及び本体部４０に配置されている構成としたが、ＩＣタグに格納された情報を読み出し可能であれば、他の配置位置関係で配置することとしてもよい。例えば、嵌合状態となる前の近接位置あるいは接触状態において読み出し可能な位置関係で配置することとしてもよい。
【００４７】
以上のように構成される液体噴射システム１において、容器１０に収容された液体は、液体噴射制御装置６０の制御のもと、送液ポンプ装置２０によって所定の圧力又は所定の流量で接続チューブ９３を介して液体噴射装置３０に供給される。一方で、液体噴射制御装置６０の制御のもと圧電素子４３に駆動信号が印加されると、圧電素子４３が伸長・収縮する（図２の矢印Ａ）。圧電素子４３に印加される駆動信号は所定の繰り返し周波数（例えば数十［Ｈｚ］〜数百［Ｈｚ］）で繰り返し印加されるため、周期毎に圧電素子４３の伸長と収縮が繰り返されることとなる。これにより圧力室５７内を流動する定常流の液体に脈動が付与され、液体噴射開口部５５１からパルス液体ジェットが繰り返し噴射される。
【００４８】
図３（ａ）は、圧電素子４３に印加される１周期分の駆動信号の駆動電圧波形Ｌ１１の一例を示す図であり、液体噴射開口部５５１における液体の流速波形Ｌ１３を併せて示している。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す流速波形Ｌ１３のピークのうち、最も高いピークの流速波形（主ピーク部分）Ｓ１を抜き出した図である。
【００４９】
図３（ａ）に示すＴｐは繰り返し周期（駆動電圧波形の１周期分の時間）であり、その逆数が前記の繰り返し周波数である。なお、繰り返し周期Ｔｐは１［ｍｓ（ミリ秒）］〜１００［ｍｓ］程度とされ、駆動電圧波形が最大電圧まで立ち上がるのに要する時間（立ち上がり時間）Ｔｐｒは１０［μｓ（マイクロ秒）］〜１０００［μｓ］程度とされる。繰り返し周期Ｔｐは、立ち上がり時間Ｔｐｒよりも長い時間として設定される。また、立ち上がり時間Ｔｐｒの逆数を立ち上がり周波数としたとき、繰り返し周波数は、立ち上がり周波数よりも低い周波数として設定される。立ち上がり周波数及び立ち上がり時間は、ともに駆動電圧の立ち上がりに係る立ち上がり指標値の１つである。
【００５０】
例えば、圧電素子４３は、正の電圧が印加されると伸長するものとすると、立ち上がり時間Ｔｐｒで急激に伸長し、ダイアフラム４５が圧電素子４３に押されて圧力室５７側に撓む。ダイアフラム４５が圧力室５７側へと撓むと圧力室５７の容積が小さくなり、圧力室５７内の液体は圧力室５７から押し出される。ここで、出口流路５１５の内径は入口流路５１３の内径よりも大きいため、出口流路５１５の流体イナータンス及び流体抵抗は、入口流路５１３の流体抵抗よりも小さい。したがって、圧電素子４３が急激に伸長することで圧力室５７から押し出される液体の大部分は出口流路５１５を通って噴射管５３に導入され、その内径よりも小径の液体噴射開口部５５１によりパルス状の液滴、すなわちパルス液体ジェットとなって高速噴射される。
【００５１】
最大電圧まで上昇した後は、駆動電圧は緩やかに降下する。その際、圧電素子４３は、立ち上がり時間Ｔｐｒよりも長い時間をかけて収縮し、ダイアフラム４５が圧電素子４３に引かれて底板４１１側に撓む。ダイアフラム４５が底板４１１側に撓むと圧力室５７の容積が大きくなり、入口流路５１３から圧力室５７内に液体が導入される。
【００５２】
なお、送液ポンプ装置２０は所定圧力又は所定流量で液体を液体噴射装置３０に供給しているため、圧電素子４３が伸縮動作を行わなければ、圧力室５７を流動する液体（定常流）は出口流路５１５を経て噴射管５３に導入され、液体噴射開口部５５１から噴射される。この噴射は定速かつ低速の液流であるため、定常流といえる。
【００５３】
［原理］
パルス液体ジェットを特徴付ける値として基本となるのは、図３（ａ）において駆動電圧波形Ｌ１１と併せて示したパルス１個分のジェットの液体噴射開口部５５１における流速波形Ｌ１３である。そのうち、注目すべきなのは、図３（ｂ）に抜き出して示した駆動電圧の立ち上がり直後に発生する最大流速の主ピーク部分（先頭波のジェット：図３（ａ）のＳ１）である。その他の低いピークは、圧電素子４３の伸長時に圧力室５７内に生じた圧力変動の波が噴射管５３内を反射往復することで付随的に噴射されるジェットに起因するものであるが、切削対象物の切削深さや切削体積といった切削態様を決定付けるのは、流速が最も大きい先頭波のジェット（以下「主ジェット」という）である。
【００５４】
ところで、パルス液体ジェットの強さを変えて切削対象物の切削深さや切削体積を変化させたい場合には、圧電素子４３の駆動電圧波形を制御することになる。この駆動電圧波形の制御は、その電圧特性値として駆動電圧波形の立ち上がり周波数や駆動電圧波形の振幅（電圧振幅）を術者が指示することによって行う方法が考えられる。例えば、電圧振幅を固定にした状態で術者が立ち上がり周波数（立ち上がり時間Ｔｐｒでもよい）を指示したり、立ち上がり周波数を固定にした状態で電圧振幅を指示する方法が考えられる。これは、電圧振幅やその立ち上がり周波数（立ち上がり時間Ｔｐｒ）が主ジェットの流速波形に大きく影響するためである。駆動電圧が最大電圧まで上昇した後の緩やかに降下している間の駆動電圧は、主ジェットの流速波形にさほど影響しない。そのため、立ち上がり周波数を高くし、或いは電圧振幅を大きくすれば、それに比例するように切削深さは深く、切削体積は大きくなると思われた。
【００５５】
しかしながら、実際に達成される切削対象物の切削深さや切削体積は、必ずしも電圧特性値の増減に見合って変化しない場合があり、使い勝手を悪化させる場合があることが判明した。例えば、術者が電圧振幅を２倍にしても切削深さや切削体積が期待通りに増加しなかったり、或いは電圧振幅を１／２にしても切削深さや切削体積が思ったように減少しなかったりする場合が起こり得た。そのため、術者が所望する切削深さや切削体積が達成されない事態が生じ得た。これは手術時間の長期化を招きかねない問題である。
【００５６】
また、パルス液体ジェットの強さとは別に、切削スピードを調整したい場合がある。そのための仕様として、駆動電圧波形の繰り返し周波数を術者が指示する方法が考えられる。例えば、繰り返し周波数を高くするということはパルス液体ジェットの単位時間当たりの噴射回数を多くするということであり、最終的に達成される切削深さや切削体積は変わってくる。
【００５７】
しかしながら、繰り返し周波数を変えると駆動電圧波形が変わることから、繰り返し周波数を変えたとしても単位時間当たりの切削深さや切削体積が比例して変化せず、術者にとって使い勝手が悪い場合があった。具体的には、例えば、駆動電圧波形全体を単純に時間軸方向に拡縮することで繰り返し周波数を変える方法が考えられる。しかし、この方法では、主ジェットの流速波形に大きく影響する立ち上がり周波数が変動してしまうため、上記したようにパルス液体ジェットの強さが変わってしまう。そのため、繰り返し周波数に比例した意図通りの切削スピードが得られない。
【００５８】
そこで、主ジェットの流速波形に着目し、この主ジェットの流速波形によって定まるいくつかのパラメーターについて切削深さ及び切削体積との相関を検討した。切削深さや切削体積との相関が高いパラメーターが見つかれば、術者の操作感覚通りの切削深さや切削体積を達成するのに最適な駆動電圧波形で圧電素子４３を制御することが可能となるからである。
【００５９】
そのために、先ず、液体噴射開口部５５１における主ジェットの流速波形ｖ［ｍ／ｓ］に基づいて、液体噴射開口部５５１を通過する主ジェットの質量流束［ｋｇ／ｓ］、運動量流束［Ｎ］、及びエネルギー流束［Ｗ］について検討した。質量流束は、液体噴射開口部５５１を通過する液体の単位時間当たりの質量［ｋｇ／ｓ］である。運動量流束は、液体噴射開口部５５１を通過する液体の単位時間当たりの運動量［Ｎ］である。エネルギー流束は、液体噴射開口部５５１を通過する液体の単位時間当たりのエネルギー［Ｗ］である。なお、エネルギーとは運動エネルギーのことを指し、以下「エネルギー」と略称する。
【００６０】
液体噴射開口部５５１では液体が自由空間に解放されるため、圧力をほぼ「０」とみなすことができる。また、液体のジェット噴射方向に直交する方向（液体噴射開口部５５１の径方向）の速度についてもほぼ「０」とみなすことができる。液体噴射開口部５５１の径方向において液体の速度分布がないと仮定すると、液体噴射開口部５５１を通過する質量流束Ｊｍ［ｋｇ／ｓ］、運動量流束Ｊｐ［Ｎ］、及びエネルギー流束Ｊｅ［Ｗ］は、次式（１），（２），（３）で求めることができる。Ｓ［ｍ２］はノズル断面積を表し、ρ［ｋｇ／ｍ３］は作動流体密度を表す。
Ｊｍ＝Ｓ・ρ・ｖ  ・・・（１）
Ｊｐ＝Ｓ・ρ・ｖ２  ・・・（２）
Ｊｅ＝１／２・ρ・Ｓ・ｖ３  ・・・（３）
【００６１】
図４は、図３（ｂ）に示した主ジェットの流速波形から求めた質量流束Ｊｍ（ａ）、運動量流束Ｊｐ（ｂ）、及びエネルギー流束Ｊｅ（ｃ）を示す図である。これら質量流束Ｊｍ、運動量流束Ｊｐ、及びエネルギー流束Ｊｅのそれぞれを主ジェットの流速波形の立ち上がりから立ち下がりまでの時間（継続時間）Ｔ内で積分すれば、主ジェットとして液体噴射開口部５５１から噴射される液体の質量、運動量、及びエネルギーを求めることができる。
【００６２】
上記した要領で算出した質量流束Ｊｍ、運動量流束Ｊｐ、エネルギー流束Ｊｅ、質量、運動量、及びエネルギーの各値は、パルス１個分のジェットによる切削深さ及び切削体積を決定付け得ると考えられる。ただし、何れも定常流分を含んだ物理量であり、重要なのは、定常流の寄与分を差し引いた値である。
【００６３】
そこで、図４（ａ）の質量流束Ｊｍに関し、質量流束Ｊｍのピーク値（最大値）から定常流の質量流束Ｊｍ＿ＢＧ［ｋｇ／ｓ］を減算した最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ［ｋｇ／ｓ］と、主ジェットとして液体噴射開口部５５１から流出する液体の質量から定常流分を除いた図４（ａ）中にハッチングを付して示す流出質量Ｍ［ｋｇ］の２つのパラメーターを定義する。流出質量Ｍは、次式（４）で表される。
【数１】
2016140552.tif 000003
【００６４】
図４（ｂ）の運動量流束Ｊｐに関しては、運動量流束Ｊｐのピーク値（最大値）から定常流の運動量流束Ｊｐ＿ＢＧ［Ｎ］を減算した最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ［Ｎ］と、主ジェットとして液体噴射開口部５５１から流出する液体の運動量から定常流分を除いた図４（ｂ）中にハッチングを付して示す運動量Ｐ［Ｎｓ］の２つのパラメーターを定義する。運動量Ｐは、次式（５）で表される。
【数２】
2016140552.tif 000004
【００６５】
図４（ｃ）のエネルギー流束Ｊｅに関しては、エネルギー流束Ｊｅのピーク値（最大値）から定常流のエネルギー流束Ｊｅ＿ＢＧ［Ｗ］を減算した最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ［Ｗ］と、主ジェットとして液体噴射開口部５５１から流出する液体のエネルギーから定常流分を除いた図４（ｃ）中にハッチングを付して示すエネルギーＥ［Ｊ］の２つのパラメーターを定義する。エネルギーＥは、次式（６）で表される。
【数３】
2016140552.tif 000005
【００６６】
ただし、上記式（４），（５），（６）における積分区間は、各流速波形において主ジェットの立ち上がりから立ち下がりまでの時間（継続時間）Ｔである。
【００６７】
そして、数値シミュレーションを利用して、最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ、流出質量Ｍ、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ、運動量Ｐ、最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ、及びエネルギーＥの６つのパラメーターが、それぞれ切削深さ及び切削体積とどの程度相関するのかを検討した。
【００６８】
ここで、パルス液体ジェットは流体であり、切削対象物は柔軟な弾性体である。したがって、パルス液体ジェットによる切削対象物の破壊挙動のシミュレーションを行うためには、柔軟弾性体側に適切な破壊閾値を設定した上で、いわゆる流体と構造体（ここでは柔軟弾性体）との連成解析（流体・構造連成解析（ＦＳＩ））を行わなければならない。シミュレーションの計算手法としては、例えば、有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）を用いた手法や、ＳＰＨ（Smoothed Particle Hydrodynamics）等に代表される粒子法を用いた手法、有限要素法と粒子法とを組み合わせた手法等が挙げられる。適用する手法は特に限定されるものではないため詳述しないが、解析結果の安定性や計算時間等を考慮して最適な手法を選択し、シミュレーションを行った。
【００６９】
シミュレーションに際し、流体密度＝１［ｇ／ｃｍ３］、液体噴射開口部５５１の直径＝０．１５［ｍｍ］、スタンドオフ距離（液体噴射開口部５５１から切削対象物表面までの距離）＝０．５［ｍｍ］に設定した。また、切削対象物を表面が平坦な柔軟弾性体と仮定し、その物理モデルとして、密度＝１［ｇ／ｃｍ３］ヤング率換算で９［ｋＰａ］程度（せん断弾性率換算で３［ｋＰａ］程度）の弾性率を有するＭｏｏｎｅｙ−Ｒｉｖｌｉｎ超弾性体を用いた。破壊閾値には、偏差相当ひずみ＝０.７を使用した。
【００７０】
主ジェットの流速波形については、様々な主ジェットの流速波形を想定し、正弦波、三角波、及び矩形波の３種類の波形について、振幅（流速の最大値）を１２［ｍ／ｓ］〜７６［ｍ／ｓ］の範囲内、継続時間を６３［μｓ］〜２００［μｓ］の範囲内で３種類変更したものを、合計２７種類用意した。なお、定常流の流速は１［ｍ／ｓ］としている。
【００７１】
図５は、シミュレーションで主ジェットの流速波形として与えた正弦波（ａ）、矩形波（ｂ）、及び三角波（ｃ）を示す図であり、それぞれ実線で示す継続時間が６３［μｓ］のものと、一点鎖線で示す継続時間が１２５［μｓ］のものと、二点鎖線で示す継続時間が２００［μｓ］のものとを用意した。そして、用意した波形を主ジェットの流速波形として与えてパルス液体ジェットを生成し、前記の柔軟弾性体に撃ち込んだときの柔軟弾性体の破壊挙動についてシミュレーションを行い、切削深さや切削体積の検討を行った。
【００７２】
図６は、縦軸を切削対象物の切削深さとし、横軸を最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ（ａ）、流出質量Ｍ（ｂ）、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ（ｃ）、運動量Ｐ（ｄ）、最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ（ｅ）、及びエネルギーＥ（ｆ）としたシミュレーションの結果をプロットした図である。図６中、主ジェットの流速波形として継続時間が６３［μｓ］の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「＊」のプロット、１２５［μｓ］の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「◆」のプロット、２００［μｓ］の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「-」のプロットで示している。また、主ジェットの流速波形として継続時間が６３［μｓ］の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「＋」のプロット、１２５［μｓ］の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「×」のプロット、２００［μｓ］の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「■」のプロットで示している。また、主ジェットの流速波形として継続時間が６３［μｓ］の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を「●」のプロット、１２５［μｓ］の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を黒色塗りつぶしの三角形のプロット、２００［μｓ］の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を「−」のプロットで示している。
【００７３】
上段の図６（ａ），（ｃ），（ｅ）に示すように、最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ、及び最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘの３つの各パラメーターと切削深さとの関係は、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており、双方の相関は低いことがわかった。とりわけ質量流束は、流速に比例する値であることから、切削深さは主ジェットの最大流速のみからは決まらないことを示唆している。
【００７４】
次に、下段の図６（ｂ），（ｄ），（ｆ）に示す流出質量Ｍ、運動量Ｐ、及びエネルギーＥの３つの各パラメーターと切削深さとの関係をみてみると、流出質量Ｍと切削深さとの関係については、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており、相関が低い。これに対し、運動量ＰやエネルギーＥとの関係では、与えた波形の形状によるばらつきは小さく、各プロットが概ね同一曲線上に分布している。運動量ＰとエネルギーＥとでは、運動量Ｐの方がよりばらつきが小さい。したがって、切削深さは運動量ＰやエネルギーＥと相関が高く、特に運動量Ｐと良く相関するといえる。
【００７５】
なお、ここでは液体噴射開口部の直径を０．１５［ｍｍ］、スタンドオフ距離を０．５［ｍｍ］とした場合についてシミュレーションを行っているが、他の液体噴射開口部直径や他のスタンドオフ距離においてもシミュレーションを行い、切削深さが運動量ＰやエネルギーＥと相関が高い、という定性的な傾向は大きく変わらなかったことを確認した。
【００７６】
図７は、縦軸を切削対象物の切削体積とし、横軸を最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ（ａ）、流出質量Ｍ（ｂ）、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ（ｃ）、運動量Ｐ（ｄ）、最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ（ｅ）、及びエネルギーＥ（ｆ）としてシミュレーションの結果をプロットした図である。主ジェットの流速波形として与えた波形とプロットの種類との関係は図６と同様である。
【００７７】
上段の図７（ａ），（ｃ），（ｅ）に示すように、最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ、及び最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘの３つの各パラメーターと切削体積との関係は、切削深さとの関係ほどではないものの、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によってばらついており、双方の相関は低いと考えられる。
【００７８】
次に、下段の図７（ｂ），（ｄ），（ｆ）に示す流出質量Ｍ、運動量Ｐ、及びエネルギーＥの３つの各パラメーターと切削体積との関係をみてみると、流出質量Ｍと切削体積との関係については、切削深さと同様に主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており、相関が低い。一方、運動量ＰやエネルギーＥとの関係では、切削深さと同様に与えた波形の形状によるばらつきは小さく、各プロットが概ね同一直線上に分布している。また、運動量Ｐと比べてエネルギーＥの方がよりばらつきが小さい。したがって、切削体積は運動量ＰやエネルギーＥと相関が高く、特にエネルギーＥと良く相関するといえる。
【００７９】
なお、ここでは液体噴射開口部の直径を０．１５［ｍｍ］、スタンドオフ距離を０．５［ｍｍ］とした場合についてシミュレーションを行っているが、他の液体噴射開口部直径や他のスタンドオフ距離においてもシミュレーションを行い、切削体積が運動量ＰやエネルギーＥと相関が高い、という定性的な傾向は大きく変わらなかったことを確認した。
【００８０】
以上の検討結果に基づき、本実施形態では、運動量Ｐに着目する。そして、実際に圧電素子４３に印加する駆動電圧波形として代表的なものについて事前にシミュレーションを行い、運動量Ｐと、立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数との対応関係を取得しておく。
【００８１】
そのために、先ず、制御パラメーターを可変に設定して主ジェットの流速波形をシミュレーションにより求めた。シミュレーションは、例えば、液体噴射装置の流路系を、流体（流路）抵抗、流体イナータンス、流体コンプライアンス等に置き換えたモデルに基づく、等価回路法による数値シミュレーションを利用して容易に行うことができる。又は、より精度を求めるならば、有限要素法（ＦＥＭ）や有限体積法（ＦＶＭ）等を用いた流体シミュレーションを利用してもよい。
【００８２】
第１に、電圧振幅及び繰り返し周波数を固定し、立ち上がり周波数を段階的に変えた駆動電圧波形を与えて主ジェットの流速波形をシミュレーションにより求めた。図８（ａ）は、与えた駆動電圧波形の一例を示す図である。各駆動電圧波形は、電圧振幅をＶ２、繰り返し周期ＴｐをＴ２とし、立ち上がり時間ＴｐｒをＴ２１〜Ｔ２５まで段階的に長く（立ち上がり周波数を段階的に低く）したものである。
【００８３】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示した立ち上がり周波数の異なる各駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図である。図８（ｂ）に示すように、立ち上がり周波数を低く（立ち上がり時間Ｔｐｒでいえば長く）すると、主ジェットの流速波形は、立ち上がりの開始タイミングは変わらずに立ち上がる間の継続時間が長くなり、流速振幅（流速の最大値）も小さくなる。
【００８４】
第２に、立ち上がり周波数及び繰り返し周波数を固定し、電圧振幅を段階的に変えた駆動電圧波形を与えて主ジェットの流速波形をシミュレーションにより求めた。図９（ａ）は、与えた駆動電圧波形の一例を示す図である。各駆動電圧波形は、立ち上がり時間ＴｐｒをＴ３１、繰り返し周期ＴｐをＴ３３とし、電圧振幅をＶ３１〜Ｖ３５まで段階的に小さくしたものである。
【００８５】
図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した電圧振幅の異なる駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図である。図９（ｂ）に示すように、電圧振幅を小さくすると、主ジェットの流速波形は、立ち上がり周波数を低くした場合と違い立ち上がる間の継続時間は維持したまま、流速振幅（流速の最大値）が小さくなる。
【００８６】
第３に、立ち上がり周波数及び電圧振幅を固定し、繰り返し周波数を段階的に変えた駆動電圧波形を与えて主ジェットの流速波形をシミュレーションにより求めた。図１０（ａ）は、与えた駆動電圧波形の一例を示す図である。各駆動電圧波形は、立ち上がり時間ＴｐｒをＴ４、電圧振幅をＶ４とし、駆動電圧が最大電圧まで上昇した後の立ち下がり形状を時間軸方向に広げることによって繰り返し周期ＴｐをＴ４１〜Ｔ４５まで段階的に長く（繰り返し周波数を段階的に低く）したものである。
【００８７】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した繰り返し周波数の異なる駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図である。図１０（ｂ）に示すように、繰り返し周波数を低く（繰り返し周期Ｔｐでいえば長く）すると、主ジェットの流速波形は、立ち上がり周波数を低くした場合と比べると程度は小さいものの、継続時間が長くなる。流速振幅（流速の最大値）は維持したままであった。
【００８８】
続いて、得られた主ジェットの流速波形のそれぞれについて運動量Ｐを求めた。詳細には、図１０を参照して説明した要領で繰り返し周波数を変えながら、各々の繰り返し周波数毎に、図８を参照して説明した要領で電圧振幅を固定し立ち上がり周波数を変えた場合のシミュレーションと、図９を参照して説明した要領で立ち上がり周波数を固定し電圧振幅を変えた場合のシミュレーションとを行った。そして、各シミュレーションで得られた主ジェットの流速波形の運動量Ｐを求めた。
【００８９】
図１１は、所定の繰り返し周波数（例えば「Ｆ５１」と表記する）で得られた運動量Ｐと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を示す図である。この図１１は、縦軸を立ち上がり周波数とし、横軸を電圧振幅とする座標空間に運動量Ｐに関する等高線を描くことにより得られる。各等高線の運動量Ｐ５１，Ｐ５２，・・・は、図１１の左下が低くなっており、右上に向かうほど、所定量ずつ大きくなっている。なお、図示しないが、別の繰り返し周波数で得られた運動量Ｐを同様の座標空間にプロットして等高線を描けば、その繰り返し周波数での運動量Ｐと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係に応じた等高線図が得られる。
【００９０】
ここで、注目すべきなのは、各座標軸方向のパラメーターに対して、運動量Ｐは線形的に変化しないことである。例えば、図１１に示す運動量Ｐと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係において、立ち上がり周波数を固定（例えばｆ５）とし電圧振幅を可変として圧電素子４３の駆動電圧波形を制御する場合を考える。運動量Ｐの変化量を一定にしようとする場合、運動量Ｐ５１〜Ｐ５２間は電圧振幅Ｖ５１〜Ｖ５２間の電圧振幅変化が必要となり、運動量Ｐ５２〜Ｐ５３間は電圧振幅Ｖ５２〜Ｖ５３間の電圧振幅変化が必要となる。しかし、電圧振幅Ｖ５１〜Ｖ５２の電圧振幅間隔と、電圧振幅Ｖ５２〜Ｖ５３の電圧振幅間隔とは異なる。この現象は運動量Ｐが大きくなるに従って顕著に表れる。したがって、立ち上がり周波数を固定とし、電圧振幅を一定量ずつ変化させる操作をする場合に、運動量Ｐが思ったように変化しないため、切削深さや切削体積が術者の意図通り・感覚通りに変化しないといった事態が起こり得る。電圧振幅を固定とし、立ち上がり周波数を一定量ずつ変化させる操作をする場合にも同様のことがいえる。
【００９１】
さらに、本実施形態では、液体噴射装置３０において複数種類の噴射管部５０が本体部４０に対して着脱自在とされており、前述の運動量Ｐと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係は、本体部４０に装着されている噴射管部５０の噴射管部種類によって異なる場合があるため、これを考慮すべきである。
【００９２】
そこで、本実施形態では、手術中に術者が行う操作として、少なくとも運動量Ｐの増減操作と、繰り返し周波数の増減操作とを受け付けることとする。また、本体部４０に装着され得る噴射管部５０の各噴射管部種類のそれぞれについて事前に上記の要領で繰り返し周波数を変えながら等高線図を得て、繰り返し周波数毎の運動量Ｐと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係をテーブル化して取得しておくこととする。そして、手術に際しては、本体部４０に装着されている噴射管部５０の噴射管部種類について定めた対応関係を適合対応関係として参照する。すなわち、手術中は、術者による運動量Ｐの増減操作及び繰り返し周波数の増減操作に応じて、指示された繰り返し周波数についての適合対応関係から指示された運動量Ｐに対応する立ち上がり周波数及び電圧振幅を特定し、圧電素子４３の駆動を制御する。
【００９３】
（実施例１）
先ず、実施例１について説明する。図１２は、実施例１における液体噴射制御装置６０−１が備える操作パネル７０−１を示す図である。図１２に示すように、操作パネル７０−１には、第１の操作部としての運動量ダイヤル７１１と、第２の操作部としての繰り返し周波数ダイヤル７１３と、電源ボタン７２と、噴射ボタン７３と、ポンプ駆動ボタン７４と、液晶モニター７５とが配設されている。
【００９４】
運動量ダイヤル７１１は、第１指示値としての運動量Ｐの指示値（運動量指示値）を入力するためのものであり、例えば「１」〜「５」の目盛りが付された５段階のダイヤル位置が選択可能に構成されている。術者は、運動量ダイヤル７１１のダイヤル位置を切り替えることによって、運動量Ｐを５段階で増減操作する。ダイヤル各位置には、例えば、対応する目盛りの数値に比例して一定量ずつ大きくなるように予め運動量指示値が割り当てられている。なお、ダイヤル位置の段階数は５段階に限定されるものではなく、「大」「中」「小」の３段階としたり、無段階の調整を可能とする等、適宜設定してよい。
【００９５】
繰り返し周波数ダイヤル７１３は、第２指示値としての繰り返し周波数の指示値（繰り返し周波数指示値）を入力するためのものであり、運動量ダイヤル７１１と同様に例えば「１」〜「５」の５段階のダイヤル位置が選択可能に構成されている。なお、繰り返し周波数ダイヤル７１３は、術者が主として運動量Ｐの増減操作を行うことを想定して、繰り返し周波数ダイヤル７１３に対する操作の有効／無効を切り替えるためのアクティベートスイッチを備えた構成としてもよい。術者は、繰り返し周波数ダイヤル７１３のダイヤル位置を切り替えることによって、圧電素子４３に繰り返し印加される駆動電圧波形の繰り返し周波数（例えば数十［Ｈｚ］〜数百［Ｈｚ］）を５段階で増減操作する。ダイヤル各位置には、例えば、対応する目盛りの数値に比例して一定量ずつ高くなるように予め繰り返し周波数指示値が割り当てられている。なお、ダイヤル位置の段階数は５段階に限定されるものではなく、段数は適宜設定してよい。また、運動量ダイヤル７１１と異なる段数であってもよい。
【００９６】
このように、実施例１では、手術中に術者が行う操作を、運動量ダイヤル７１１を用いた運動量Ｐの増減操作と、繰り返し周波数ダイヤル７１３を用いた繰り返し周波数の増減操作の２つとする。そして、立ち上がり周波数については固定とし、繰り返し周波数毎に所定の立ち上がり周波数での運動量Ｐと電圧振幅との対応関係を予めテーブル化しておく。例えば、立ち上がり周波数を図１１に示すｆ５とする場合であれば、各等高線との交点における電圧振幅Ｖ５１，Ｖ５２，・・・を該当する等高線の運動量Ｐ５２，Ｐ５２，・・・と対応付け、立ち上がり周波数をｆ５として繰り返し周波数Ｆ５１についてのデータテーブルを作成する。その他の繰り返し周波数についても同様の要領でそれぞれデータテーブルを作成する。より詳細には、このデータテーブルを、本体部４０に装着され得る噴射管部５０の各噴射管部種類のそれぞれについて作成しておく。
【００９７】
なお、ここでは、立ち上がり周波数を固定としてデータテーブルを作成することとした。これに対し、例えば、図１１に示す座標空間内に基準線を設定し、基準線が運動量Ｐの各等高線と交わる各交点における立ち上がり周波数及び電圧振幅を取得してテーブル化してもよい。例えば、図１１中に破線で示す直線を基準線とする場合であれば、各等高線との交点における立ち上がり周波数及び電圧振幅を、該当する等高線の運動量Ｐ５１，Ｐ５２，・・・と対応付けてデータテーブルを作成することとしてもよい。なお図１１中に破線で示した基準線は、直線ではなく、例えば曲線であってもよい。
【００９８】
そして、運動量ダイヤル７１１のダイヤル位置１，２，・・・のそれぞれに、運動量指示値として、各等高線の運動量Ｐ５１，Ｐ５２，・・・を小さい順に割り当てておく。これによれば、運動量ダイヤル７１１を１目盛り動かした時の運動量Ｐの変化量を同程度とすることができる。
【００９９】
一方、繰り返し周波数ダイヤル７１３のダイヤル位置１，２，・・・のそれぞれには、繰り返し周波数指示値として、前記のデータテーブルを作成した各繰り返し周波数を低い値から順番に割り当てておく。例えば、運動量ダイヤル７１１は動かさずに繰り返し周波数ダイヤル７１３の目盛りを動かせば、運動量Ｐを変えずに切削スピードを調整することができる。
【０１００】
電源ボタン７２は、電源のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるためのものである。噴射ボタン７３は、パルス液体ジェットの噴射開始及び噴射停止を切り替えるためのものであり、図１に示した噴射ペダル８１と同様の機能を提供する。ポンプ駆動ボタン７４は、送液ポンプ装置２０から液体噴射装置３０への液体の供給開始及び供給停止を切り替えるためのものである。
【０１０１】
また、操作パネル７０−１において、液晶モニター７５には、運動量Ｐすなわちパルス１個分の主ジェットの運動量［μＮｓ］７５１と、繰り返し周波数［Ｈｚ］７５３と、これらを乗じた単位時間当たりの運動量、すなわち力［ｍＮ］７５５とを表示した表示画面が表示され、各値（以下包括して「運動量情報」という）の現在値が更新表示される。ここで、主ジェット運動量７５１に表示されるのは運動量指示値の現在値であり、繰り返し周波数７５３に表示されるのは繰り返し周波数指示値である。この表示画面により、手術中、術者は、液体噴射開口部５５１から噴射されるパルス液体ジェットに係る運動量Ｐや繰り返し周波数や単位時間当たりの運動量（力）等の現在値を把握しながら作業することができる。
【０１０２】
なお、手術中の表示画面には、図１２のように運動量Ｐ、繰り返し周波数、及び単位時間当たりの運動量の３つを全て表示する必要はなく、運動量Ｐ及び繰り返し周波数のうちの少なくとも一方を表示する構成であればよい。また、運動量Ｐや繰り返し周波数等に加え、現在の立ち上がり周波数（又は立ち上がり時間Ｔｐｒ）や電圧振幅のうち少なくとも一方、又は両方を併せて表示させてもよい。また、各値の表示は、図１２に示した数値の表示によって行う場合に限らず、メーター表示によって行ってもよいし、又はパルス液体ジェットの噴射開始からの増減操作に伴う運動量Ｐや繰り返し周波数等の変化をグラフ表示することとしてもよい。
【０１０３】
図１３は、実施例１における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図である。図１３に示すように、液体噴射制御装置６０−１は、操作部６１と、表示部６２と、通信部６３と、撮像部６４と、コードリーダー８５と、重量計８６と、制御部６５と、記憶部６７とを備える。
【０１０４】
操作部６１は、ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、ペダルスイッチ等の各種スイッチ、タッチパネル、トラックパッド、キーボード、マウス等の入力装置によって実現されるものであり、操作入力に応じた操作信号を制御部６５に出力する。この操作部６１は、運動量ダイヤル７１１と、繰り返し周波数ダイヤル７１３とを備える。また、操作部６１は、図示しないが、図１の噴射ペダル８１、図１２に示した操作パネル７０−１上の電源ボタン７２や噴射ボタン７３、ポンプ駆動ボタン７４を含む。
【０１０５】
表示部６２は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＥＬディスプレイ（Electroluminescence display）等の表示装置によって実現されるものであり、制御部６５から入力される表示信号をもとに図１２に示した表示画面等の各種画面を表示する。例えば、図１２の液晶モニター７５がこれに該当する。
【０１０６】
通信部６３は、制御部６５の制御のもと、装置内部で利用される情報を外部装置（例えばサーバー装置１００）との間で送受するための通信装置である。図１の通信装置８３がこれに該当する。通信部６３の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレードルと呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。
【０１０７】
撮像部６４は、カメラやスキャナ等の撮像装置であり、図１の撮像装置８４がこれに該当する。この撮像部６４は、噴射管部５０の形状情報を取得するために設けられ、適宜噴射管部５０の外観を撮像し、生成した画像データを制御部６５に出力する。
【０１０８】
コードリーダー８５は、噴射管部ＩＤを符号化した情報コードを読み出すために設けられる。このコードリーダー８５は、適宜情報コードを読み出して解析し、噴射管部ＩＤを制御部６５に出力する。
【０１０９】
重量計８６は、噴射管部５０の重量情報を取得するために設けられ、適宜噴射管部５０の重量を計測し、計測値を制御部６５に出力する。
【０１１０】
制御部６５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のマイクロプロセッサー、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の制御装置及び演算装置によって実現されるものであり、液体噴射システム１の各部を統括的に制御する。この制御部６５は、種類判別部及び対応関係取得部としての噴射管部種類取得部６５１と、圧電素子制御部６５２と、ポンプ制御部６５６と、表示制御部としての運動量表示制御部６５７とを備える。なお、制御部６５を構成する各部は、専用のモジュール回路等のハードウェアで構成することとしてもよい。
【０１１１】
噴射管部種類取得部６５１は、読出部４７が噴射管側担持部５９から読み出した噴射管部ＩＤ５９１を取得することで本体部４０に装着されている噴射管部５０の噴射管部種類を判別し、取得した噴射管部ＩＤの運動量変換テーブルを記憶部６７から読み出すことで適合対応関係を取得する。
【０１１２】
圧電素子制御部６５２は、立ち上がり周波数設定部６５３と、電圧振幅設定部６５４と、繰り返し周波数設定部６５５とを備え、運動量ダイヤル７１１のダイヤル位置と、繰り返し周波数ダイヤル７１３のダイヤル位置とに応じて、立ち上がり周波数設定部６５３が駆動電圧波形の立ち上がり周波数を、電圧振幅設定部６５４が駆動電圧波形の電圧振幅を、繰り返し周波数設定部６５５が駆動電圧波形の繰り返し周波数をそれぞれ設定する。
【０１１３】
この圧電素子制御部６５２は、各部６５３，６５４，６５５が設定した立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数に従って駆動電圧波形を設定し、設定した波形の駆動信号を圧電素子４３に印加させる制御を行う。その際、圧電素子制御部６５２は、立ち上がり形状設定部として、繰り返し周波数が繰り返し周波数設定部６５５により繰り返し周波数指示値として設定された周波数となるように、図１０（ａ）に示した要領で駆動電圧波形の立ち下がり部分の波形形状（立ち下がり波形）を可変に設定する。
【０１１４】
ポンプ制御部６５６は、送液ポンプ装置２０に駆動信号を出力して送液ポンプ装置２０を駆動する。運動量表示制御部６５７は、選択中の運動量ダイヤル７１１のダイヤル位置に割り当てられた運動量指示値（すなわち、運動量Ｐの現在値）と、選択中の繰り返し周波数ダイヤル７１３のダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数指示値（すなわち、繰り返し周波数の現在値）と、これらを乗じて求めた単位時間当たりの運動量とを表示部６２に表示する制御を行う。
【０１１５】
記憶部６７は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種ＩＣメモリーやハードディスク等の記憶媒体により実現され、そのデータ読書装置を適宜含む。この記憶部６７には、液体噴射システム１を動作させ、この液体噴射システム１が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が予め格納され、或いは処理の都度一時的に格納される。この記憶部６７は、図１のメモリーカード８２１やリーダーライター８２を含む。
【０１１６】
また、記憶部６７には、複数の運動量変換テーブル６７１，６７１１，６７１２，６７１３，・・・が格納される。これらの運動量変換テーブル６７１，６７１１，６７１２，６７１３，・・・は、図１１を参照して上記した繰り返し周波数毎の運動量Ｐと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係であって、本体部４０に装着され得る噴射管部５０の各噴射管部種類についての対応関係をそれぞれ定めたデータテーブルである。なお、運動量変換テーブル６７１１，６７１２，６７１３，・・・についてここでは例示していないが、噴射管種類毎に定められた運動量変換テーブルであって、その形式は６７１と同様である。
【０１１７】
図１４は、実施例１における運動量変換テーブル６７１のデータ構成例を示す図であり、噴射管部ＩＤが“ＩＤ＿００１”の運動量変換テーブル６７１を例示している。図１４に示すように、運動量変換テーブル６７１は、噴射管部ＩＤと、繰り返し周波数ダイヤル７１３のダイヤル位置（目盛り）と、そのダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数指示値と、運動量ダイヤル７１１のダイヤル位置と、そのダイヤル位置に割り当てられた運動量指示値と、電圧振幅と、立ち上がり周波数とが対応付けられたデータテーブルであり、繰り返し周波数毎に、所定の立ち上がり周波数ｆ＿００１での運動量Ｐと電圧振幅との対応関係が設定されている。
【０１１８】
例えば、読出部４７によって噴射管側担持部５９から読み出された噴射管部ＩＤが“ＩＤ＿００１”の場合には、噴射管部種類取得部６５１は、噴射管部種類毎に定められた運動量変換テーブル６７１，６７１１，６７１２，６７１３，・・・の中から図１４の運動量変換テーブル６７１を適合対応関係として取得する。以下、適合対応関係として取得した運動量変換テーブルのことを「適合運動量変換テーブル」ともいう。この場合には、立ち上がり周波数設定部６５３は、立ち上がり周波数をｆ＿００１として固定的に設定する。電圧振幅設定部６５４は、選択中の運動量ダイヤル７１１及び繰り返し周波数ダイヤル７１３のダイヤル各位置の組み合わせに対応する電圧振幅を適合運動量変換テーブル６７１から読み出して設定するとともに、運動量ダイヤル７１１及び繰り返し周波数ダイヤル７１３のうちの何れか一つが操作された場合に、各ダイヤル８１１，８１３のダイヤル位置の組み合わせに対応する電圧振幅を適合運動量変換テーブル６７１から読み出してその設定を更新する。
【０１１９】
また、繰り返し周波数設定部６５５は、選択中の繰り返し周波数ダイヤル７１３のダイヤル位置に対応する繰り返し周波数指示値を適合運動量変換テーブル６７１から読み出して繰り返し周波数を設定するとともに、繰り返し周波数ダイヤル７１３が操作された場合に、選択されたダイヤル位置の繰り返し周波数指示値を適合運動量変換テーブル６７１から読み出して繰り返し周波数の設定を更新する。
【０１２０】
図１３に戻る。記憶部６７には、さらに、噴射管部判別テーブル６７３が適宜格納される。図１５は、噴射管部判別テーブル６７３のデータ構成例を示す図である。図１５に示すように、噴射管部判別テーブル６７３は、噴射管部ＩＤと対応付けて、形状条件と、重量条件とが設定されたデータテーブルである。形状条件には、対応する噴射管部ＩＤの噴射管部５０の例えば外形形状が設定され、重量条件には、対応する噴射管部ＩＤの噴射管部の重量が設定されている。従って、噴射管部ＩＤ（すなわち噴射管部種類）が不明な噴射管部であっても、形状及び重量の何れか又は両方が分かれば、噴射管部判別テーブル６７３を用いて、何れの噴射管部ＩＤ（すなわち噴射管部種類）に対応する噴射管部かを判定することができる。噴射管部種類取得部６５１は、後述するように、この噴射管部判別テーブル６７３を参照して本体部４０に装着されている噴射管部５０の噴射管部種類を判別することとしてもよい。
【０１２１】
［処理の流れ］
図１６は、パルス液体ジェットの噴射に際して制御部６５が行う処理の流れを示すフローチャートである。先ず、噴射管部種類取得部６５１が、読出部４７による噴射管部ＩＤ５９１の読み出しを制御し、読出部４７が噴射管側担持部５９から読み出した噴射管部ＩＤを取得する（ステップＳ１０１）。そして、噴射管部種類取得部６５１は、記憶部６７に格納された噴射管部種類毎の運動量変換テーブル６７１，６７１１，６７１２，６７１３，・・・の中から、ステップＳ１０１で取得した噴射管部ＩＤの適合運動量変換テーブルを読み出す（ステップＳ１０３）。
【０１２２】
その後は、適合運動量変換テーブルに従ってポンプ制御部６５６が送液ポンプ装置２０を駆動し、圧電素子制御部６５２が圧電素子４３を駆動してパルス液体ジェットの噴射を開始する（ステップＳ１１１）。このとき、立ち上がり周波数設定部６５３は、固定値として適合運動量変換テーブルに設定されている立ち上がり周波数を読み出して設定する。また、電圧振幅設定部６５４は、選択中の運動量ダイヤル７１１及び繰り返し周波数ダイヤル７１３のダイヤル位置を取得し、その組合せに対応する電圧振幅を適合運動量変換テーブルから読み出して設定する。更に、繰り返し周波数設定部６５５は、選択中の繰り返し周波数ダイヤル７１３のダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数指示値を適合運動量変換テーブルから読み出し、繰り返し周波数を設定する。そして、圧電素子制御部６５２は、それら立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数に従って駆動電圧波形を設定し、設定した駆動電圧波形の駆動信号を圧電素子４３に印加する。
【０１２３】
また、運動量表示制御部６５７が、運動量情報を表示部６２に表示させる制御を行う（ステップＳ１１３）。例えば、運動量表示制御部６５７は、運動量ダイヤル７１１のダイヤル位置に割り当てられた運動量指示値を適合運動量変換テーブルから読み出し、ステップＳ１１１で読み出した繰り返し周波数指示値との積である単位時間当たりの運動量を算出する。そして、運動量表示制御部６５７は、これら運動量指示値、繰り返し周波数指示値、及び単位時間当たりの運動量を運動量情報として表示した表示画面を表示部６２に表示処理する。なお、単位時間当たりの運動量については、運動量情報の表示制御に際して算出する構成に限らず、適合運動量変換テーブルに設定しておく等してそれを読み出す構成としてもよい。
【０１２４】
その後は、制御部６５は、噴射ペダル８１や噴射ボタン７３の操作によってパルス液体ジェットの噴射を終了すると判定するまでの間（ステップＳ１３３：ＮＯ）、ステップＳ１１５において運動量ダイヤル７１１の操作を監視するとともに、ステップＳ１２３において繰り返し周波数ダイヤル７１３の操作を監視する。
【０１２５】
そして、運動量ダイヤル７１１が操作された場合には（ステップＳ１１５：ＹＥＳ）、電圧振幅設定部６５４が、選択されたダイヤル位置と選択中の繰り返し周波数ダイヤル７１３のダイヤル位置との組み合わせに対応する電圧振幅を適合運動量変換テーブルから読み出し、電圧振幅の設定を更新する（ステップＳ１１７）。その後、圧電素子制御部６５２は、設定した繰り返し周波数、立ち上がり周波数及び電圧振幅に従って駆動電圧波形を設定し、設定した駆動電圧波形の駆動信号を圧電素子４３に印加する（ステップＳ１１９）。
【０１２６】
また、運動量表示制御部６５７が、選択されたダイヤル位置に割り当てられた運動量指示値を適合運動量変換テーブルから読み出し、表示部６２の表示を更新する制御を行う（ステップＳ１２１）。
【０１２７】
一方、繰り返し周波数ダイヤル７１３が操作された場合には（ステップＳ１２３：ＹＥＳ）、繰り返し周波数設定部６５５が、選択されたダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数指示値を適合運動量変換テーブルから読み出し、繰り返し周波数の設定を更新する（ステップＳ１２５）。続いて、電圧振幅設定部６５４が、選択されたダイヤル位置と選択中の運動量ダイヤル７１１のダイヤル位置との組み合わせに対応する電圧振幅を適合運動量変換テーブルから読み出し、電圧振幅の設定を更新する（ステップＳ１２７）。その後、圧電素子制御部６５２は、設定した繰り返し周波数、立ち上がり周波数及び電圧振幅に従って駆動電圧波形を設定し、設定した駆動電圧波形の駆動信号を圧電素子４３に印加する（ステップＳ１２９）。
【０１２８】
また、運動量表示制御部６５７が、選択されたダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数を適合運動量変換テーブルから読み出し、表示部６２の表示を更新する制御を行う（ステップＳ１３１）。
【０１２９】
この実施例１によれば、液体噴射装置３０において本体部４０に装着され得る噴射管部５０の各噴射管部種類のそれぞれについて、予め繰り返し周波数毎に所定の立ち上がり周波数での運動量Ｐと電圧振幅との対応関係（噴射管部種類毎の運動量変換テーブル６７１，６７１１，６７１２，６７１３，・・・）を定めておく。その上で、手術に先立ち、本体部４０に装着されている噴射管部５０の噴射管部種類を判別し、判別した噴射管部種類に適合する適合対応関係を取得することができる。そして、手術中は、適合対応関係を参照することで、操作感覚通りの切削深さ及び切削体積を達成するのに最適な電圧振幅を設定して圧電素子４３の駆動電圧波形を制御することができる。例えば、運動量ダイヤル７１１を１目盛り動かせば、目盛り間隔に相当する分だけ運動量Ｐが変化するため、ユーザーの意図や操作感覚に見合った切削深さや切削体積を実現することができ、使い勝手を向上させることができる。
【０１３０】
また、運動量Ｐが運動量指示値となるように繰り返し周波数を増減させることができる。したがって、例えば、運動量ダイヤル７１１の目盛りは動かさずに繰り返し周波数ダイヤル７１３の目盛りだけを動かせば、パルス１個分のパルス液体ジェットによる切削深さや切削体積を一定に保ったままで、繰り返し周波数に比例するような意図通りの切削スピードに調整でき、使い勝手の向上が図れる。
【０１３１】
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。実施例１と同様の部分には同一の符号を付す。図１７は、実施例２における液体噴射制御装置６０−２が備える操作パネル７０−２を示す図である。図１７に示すように、操作パネル７０−２には、運動量ダイヤル７１１と、繰り返し周波数ダイヤル７１３と、第３の操作部としての立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａと、電源ボタン７２と、噴射ボタン７３と、ポンプ駆動ボタン７４と、液晶モニター７５とが配設されている。
【０１３２】
立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａは、第３指示値としての立ち上がり周波数の指示値（立ち上がり周波数指示値）を入力するためのものであり、例えば「１」〜「５」の目盛りが付された５段階のダイヤル位置が選択可能に構成されている。この立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａも、繰り返し周波数ダイヤル７１３と同様にアクティベートスイッチを備えた構成としてもよい。術者は、立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａのダイヤル位置を切り替えることによって、立ち上がり周波数を５段階で増減操作する。ダイヤル各位置には、対応する目盛りの数値に比例して一定量ずつ大きくなるように予め立ち上がり周波数指示値が割り当てられている。なお、ダイヤル位置の段階数は５段階に限定されるものではなく、段数は適宜設定してよい。また、運動量ダイヤル７１１や繰り返し周波数ダイヤル７１３と異なる段数であってもよい。
【０１３３】
このように、実施例２では、手術中に術者が行う操作を、運動量ダイヤル７１１を用いた運動量Ｐの増減操作と、繰り返し周波数ダイヤル７１３を用いた繰り返し周波数の増減操作と、立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａを用いた立ち上がり周波数の増減操作の３つとする。そして、繰り返し周波数毎に運動量Ｐと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係を予めテーブル化しておく。図１１に示す運動量Ｐ５１に着目すれば、例えば、周波数間隔を等間隔とした立ち上がり周波数ｆ６１，ｆ６２，・・・と、その等高線との交点における電圧振幅Ｖ６１，Ｖ６２，・・・とを対応付けてデータテーブルを作成する。より詳細には、このデータテーブルを、本体部４０に装着され得る噴射管部５０の各噴射管部種類のそれぞれについて作成しておく。また、立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａのダイヤル位置１，２，・・・のそれぞれに、立ち上がり周波数指示値として、立ち上がり周波数ｆ６１，ｆ６２，・・・を順に割り当てておく。
【０１３４】
図１８は、実施例２における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図である。図１８に示すように、液体噴射制御装置６０−２は、操作部６１ａと、表示部６２と、制御部６５ａと、記憶部６７ａとを備える。
【０１３５】
操作部６１ａは、運動量ダイヤル７１１と、繰り返し周波数ダイヤル７１３と、立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａとを備える。
【０１３６】
また、制御部６５ａは、噴射管部種類取得部６５１ａと、圧電素子制御部６５２ａと、ポンプ制御部６５６と、運動量表示制御部６５７とを備える。圧電素子制御部６５２ａは、立ち上がり周波数設定部６５３ａと、電圧振幅設定部６５４ａと、繰り返し周波数設定部６５５とを備える。
【０１３７】
記憶部６７ａには、複数の運動量変換テーブル６７１ａ，６７１ａ１，６７１ａ２，６７１ａ３，・・・と、噴射管部判別テーブル６７３とが格納される。運動量変換テーブル６７１ａ，６７１ａ１，６７１ａ２，６７１ａ３，・・・は、実施例１と同様に、運動量Ｐと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係であって、本体部４０に装着され得る噴射管部５０の各噴射管部種類についての対応関係をそれぞれ定めたデータテーブルである。なお、運動量変換テーブル６７１ａ１，６７１ａ２，６７１ａ３，・・・についてここで例示していないが、それぞれ噴射管部種類毎に定められた運動量変換テーブルであって、その形式は６７１ａと同様である。
【０１３８】
図１９は、実施例２における運動量変換テーブル６７１ａのデータ構成例を示す図であり、噴射管部ＩＤが“ＩＤ＿００１”の運動量変換テーブル６７１ａを例示している。図１９に示すように、運動量変換テーブル６７１ａは、噴射管部ＩＤと、繰り返し周波数ダイヤル７１３のダイヤル位置（目盛り）と、そのダイヤル位置に割り当てられた繰り返し周波数指示値と、運動量ダイヤル７１１のダイヤル位置と、そのダイヤル位置に割り当てられた運動量指示値と、立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａのダイヤル位置と、そのダイヤル位置に割り当てられた立ち上がり周波数指示値と、電圧振幅とが対応付けられたデータテーブルであり、繰り返し周波数毎に、運動量Ｐと、電圧振幅と、立ち上がり周波数との対応関係が設定されている。
【０１３９】
例えば、読出部４７によって噴射管側担持部５９から読み出された噴射管部ＩＤが“ＩＤ＿００１”の場合には、噴射管部種類取得部６５１ａは、噴射管部種類毎に定められた運動量変換テーブル６７１ａ，６７１ａ１，６７１ａ２，６７１ａ３，・・・の中から図１９の運動量変換テーブル６７１ａを適合対応関係（適合運動量変換テーブル６７１ａ）として取得する。この場合には、立ち上がり周波数設定部６５３ａは、選択中の立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａのダイヤル位置に対応する立ち上がり周波数指示値を適合運動量変換テーブル６７１ａから読み出して立ち上がり周波数を設定するとともに、立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａが操作された場合に、選択されたダイヤル位置の立ち上がり周波数指示値を適合運動量変換テーブル６７１ａから読み出して立ち上がり周波数の設定を更新する。電圧振幅設定部６５４ａは、選択中の運動量ダイヤル７１１、繰り返し周波数ダイヤル７１３、及び立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａのダイヤル各位置の組み合わせに対応する電圧振幅を適合運動量変換テーブル６７１ａから読み出して設定するとともに、運動量ダイヤル７１１、繰り返し周波数ダイヤル７１３、及び立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａのうちの何れか一つが操作された場合に、各ダイヤル８１１，８１３，８１５ａのダイヤル位置の組み合わせに対応する電圧振幅を適合運動量変換テーブル６７１ａから読み出してその設定を更新する。
【０１４０】
［処理の流れ］
図２０は、パルス液体ジェットの噴射に際して制御部６５ａが行う処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１６と同様の処理工程には、同一の符号を付する。
【０１４１】
実施例２では、ステップＳ２０３において、噴射管部種類取得部６５１ａが、記憶部６７に格納された噴射管部種類毎の運動量変換テーブル６７１ａ，６７１ａ１，６７１ａ２，６７１ａ３，・・・の中から、ステップＳ１０１で取得した噴射管部ＩＤの適合運動量変換テーブルを読み出す。
【０１４２】
そして、ステップＳ２１１において、立ち上がり周波数設定部６５３ａが、選択中の立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａのダイヤル位置に割り当てられた立ち上がり周波数指示値を適合運動量変換テーブルから読み出し、立ち上がり周波数を設定する。
【０１４３】
また、ステップＳ２３３において立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａの操作を監視する。そして、立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａが操作された場合には（ステップＳ２３３：ＹＥＳ）、立ち上がり周波数設定部６５３ａが、選択されたダイヤル位置に割り当てられた立ち上がり周波数指示値を適合運動量変換テーブルから読み出し、立ち上がり周波数の設定を更新する（ステップＳ２３５）。続いて、電圧振幅設定部６５４ａが、選択されたダイヤル位置と、選択中の運動量ダイヤル７１１及び立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａのダイヤル各位置との組み合わせに対応する電圧振幅を適合運動量変換テーブルから読み出し、電圧振幅の設定を更新する（ステップＳ２３７）。その後、圧電素子制御部６５２ａは、設定した繰り返し周波数、立ち上がり周波数及び電圧振幅に従って駆動電圧波形を設定し、設定した駆動電圧波形の駆動信号を圧電素子４３に印加する（ステップＳ２３９）。
【０１４４】
この実施例２によれば、液体噴射装置３０において本体部４０に装着され得る噴射管部５０の各噴射管部種類のそれぞれについて、予め繰り返し周波数毎に運動量Ｐと立ち上がり周波数及び電圧振幅との対応関係（噴射管部種類毎の運動量変換テーブル６７１ａ，６７１ａ１，６７１ａ２，６７１ａ３，・・・）を定めておく。これにより、立ち上がり周波数を増減させても、運動量Ｐが運動量指示値となるように圧電素子４３の駆動電圧波形を制御することができる。
【０１４５】
（変形例）
以上、２つの実施例にかかる実施形態について説明したが、本発明が適用可能な形態は、上述した形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、液体噴射制御装置６０の記憶部６７に運動量変換テーブルを格納しておき、本体部４０に装着されている噴射管部５０に割り振られた噴射管部ＩＤの適合運動量変換テーブルを圧電素子４３の制御に用いることとした。これに対し、適合運動量変換テーブルは、液体噴射制御装置６０の記憶部６７から読み出す構成に限定されない。
【０１４６】
例えば、適合運動量変換テーブルは、噴射管部ＩＤ毎の運動量変換テーブルを記憶し管理している外部のサーバー装置１００から取得する構成としてもよい。この場合には、噴射管部種類取得部６５１，６５１ａは、図１６や図２０のステップＳ１０１で取得した噴射管部ＩＤとともに運動量変換テーブルの送信要求をサーバー装置１００に送信する。これに応答して、サーバー装置１００は、送信要求とともに通知された噴射管部ＩＤの運動量変換テーブルを液体噴射制御装置６０に送信する処理を行う。噴射管部種類取得部６５１，６５１ａは、このようにしてサーバー装置１００から適合運動量変換テーブルを取得するようにしてもよい。
【０１４７】
また、読出部４７が噴射管側担持部５９から読み出した噴射管部ＩＤの運動量変換テーブルが記憶部６７に格納されていない場合に、サーバー装置１００に問い合わせることで適合運動量変換テーブルを取得する構成としてもよい。
【０１４８】
また、出荷時に噴射管部５０が収容される梱包袋や梱包箱に噴射管側担持部を同梱あるいは外面に貼付する構成としてもよい。図２１は、梱包袋１１０の一例を示す図であり、内部に噴射管部５０が収容され、その噴射管部種類に適合する適合運動量変換テーブルを格納したメモリーカード８２１ａが同梱されている。この場合には、手術に先立ち、液体噴射制御装置６０のリーダーライター８２によってメモリーカード８２１ａから適合運動量変換テーブルを読み出して取得する。
【０１４９】
また、噴射管側担持部５９が、第２の担持部として適合運動量変換テーブルを格納している構成としてもよい。この場合には、読出部４７が第２の読出部として噴射管側担持部５９から適合運動量変換テーブルを読み出し、噴射管部種類取得部６５１，６５１ａは、前述のように読出部４７から読み出された適合運動量変換テーブルを取得する。
【０１５０】
また、運動量変換テーブルを本体側担持部４９に格納しておく構成としてもよい。この場合には、噴射管部種類取得部６５１，６５１ａは、読出部４７によって噴射管側担持部５９から読み出された噴射管部ＩＤの運動量変換テーブルを本体側担持部４９から読み出すことで、適合運動量変換テーブルを取得する。
【０１５１】
また、上記した実施形態では、噴射管部５０の適所に噴射管側担持部５９を備えた構成を例示したが、出荷時に噴射管部５０が収容される梱包袋や梱包箱が噴射管側担持部を備えていることとしてもよい。例えば、噴射管側担持部５９を図形コードとして、図２１に示すように、梱包袋１１０の表面に噴射管部ＩＤを符号化したバーコードや二次元コード等の情報コード１１１を表示（印刷や、印刷されたシール紙などの貼付）しておくようにしてもよい。この情報コード１１１は、液体噴射制御装置６０のコードリーダー８５により読み出す。コードリーダー８５による情報コード１１１の読み出しは、当該噴射管部５０を梱包袋１１０等から出して本体部４０に装着したとき等に行われ、コードリーダー８５は、情報コード１１１を読み出して解析し、噴射管部ＩＤを制御部６５に出力する。この場合には、噴射管部種類取得部６５１，６５１ａは、コードリーダー８５から噴射管部ＩＤを取得する。
【０１５２】
あるいは、情報コード１１１に代えて噴射管部ＩＤを格納したＩＣタグを梱包袋１１０に貼付或いは同梱しておく一方、液体噴射制御装置６０に設けたＩＣタグリーダー（不図示）によってＩＣタグから読み出した噴射管部ＩＤを取得する構成としてもよい。
【０１５３】
また、噴射管部ＩＤ等の噴射管部５０の種類情報に代えて、噴射管部５０の形状情報を取得することによって噴射管部種類を判別する構成としてもよい。例えば、噴射管部種類取得部６５１，６５１ａは、撮像部６４からの画像データを噴射管部５０の形状情報として取得する。この場合には、ユーザーは、噴射管部５０を梱包袋１１０等から出して本体部４０に装着するのに先立ち、撮像部６４により噴射管部５０の外観を撮像するための操作を行う。噴射管部種類取得部６５１，６５１ａは、先ず、形状情報として取得した画像データを画像処理し、噴射管部５０の外形形状を抽出する。そして、噴射管部判別テーブル６７３を参照し、形状条件として設定された外形形状の中から、抽出した外形形状と合致する外形形状を特定してその噴射管部ＩＤを取得する。
【０１５４】
また、噴射管部５０の重量情報を取得することで噴射管部種類を判別してもよい。例えば、噴射管部種類取得部６５１，６５１ａは、重量計８６からの計測値を噴射管部５０の重量情報として取得する。この場合には、ユーザーは、噴射管部５０を梱包袋１１０等から出して本体部４０に装着するのに先立ち、重量計８６により噴射管部５０の重量を計測するための操作を行う。噴射管部種類取得部６５１，６５１ａは、噴射管部判別テーブル６７３を参照し、重量条件として設定された重量の中から、取得した重量情報と合致する重量を特定してその噴射管部ＩＤを取得する。
【０１５５】
また、形状情報と重量情報の両方を用い、取得した形状情報がその形状条件に合致し、かつ取得した重量情報がその重量条件に合致する噴射管部ＩＤを取得するようにしてもよい。また、噴射管部ＩＤは、操作部６１，６１ａを介して手入力する構成としてもよい。
【０１５６】
また、上記の実施形態では、運動量ダイヤル７１１によって運動量Ｐを段階的に増減操作する場合や、繰り返し周波数ダイヤル７１３によって繰り返し周波数を段階的に増減操作する場合、立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａによって立ち上がり周波数を段階的に増減操作する場合を説明した。これに対し、各ダイヤル８１１，８１３，８１５ａは、目盛りの付されたダイヤル間の位置（中間的位置）においても、運動量指示値や繰り返し周波数指示値、立ち上がり周波数指示値を無段階に調整可能なもので構成してもよい。
【０１５７】
具体的な処理としては、例えば運動量ダイヤル７１１に着目すれば、目盛り間のダイヤル位置が選択された場合には、運動量変換テーブル６７１，６７１１，６７１２，６７１３，・・・（例えば図１４）や運動量変換テーブル６７１ａ，６７１ａ１，６７１ａ２，６７１ａ３，・・・（例えば図１９）を参照して、選択された運動量Ｐの前後の目盛りのダイヤル位置と対応付けられた運動量指示値、これらの運動量指示値に対応する電圧振幅を読み出す。そして、読み出されたそれぞれの電圧振幅を用いて線形補間し、現在の選択されたダイヤル位置間の運動量Ｐに対応した電圧振幅を特定する。
【０１５８】
また、より精度を上げるためには、選択された運動量Ｐの前後だけでなく、更に前後の目盛りのダイヤル位置（運動量指示値）に対応した電圧振幅を読み出すようにしてもよい。そして、読み出されたそれぞれの電圧振幅を用いて多項式補間等により補間し、現在の選択されたダイヤル位置間の運動量Ｐに対応した電圧振幅を特定することとしてもよい。
【０１５９】
また、繰り返し周波数ダイヤル７１３、あるいは立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａのダイヤル間の位置（中間的位置）が選択された場合も、同様の補間を行うことにより電圧振幅を特定することができる。
【０１６０】
また、上記した実施形態では、図１０（ａ）を参照して説明したように、繰り返し周波数を増減するために立ち下がり形状を可変に設定することとした。これに対し、駆動電圧波形の全体を時間軸方向に単純に拡縮することによって繰り返し周波数を増減するようにしてもよい。この場合には、運動量変換テーブル６７１，６７１１，６７１２，６７１３，・・・や運動量変換テーブル６７１ａ，６７１ａ１，６７１ａ２，６７１ａ３，・・・を作成する際に行うシミュレーションを、前記の要領で繰り返し周波数を変えながら行う。
【０１６１】
また、上記の実施形態では、立ち上がり指標値として立ち上がり周波数を例示した。これに対し、立ち上がり周波数に代えて、立ち上がり時間Ｔｐｒを用いるようにしてもよい。
【０１６２】
また、運動量ダイヤル７１１や繰り返し周波数ダイヤル７１３、立ち上がり周波数ダイヤル７１５ａは、ダイヤルスイッチによって実現する場合に限らず、例えば、レバースイッチやボタンスイッチ等により実現してもよい。また、表示部６２をタッチパネルとして、ソフトウェアによるキースイッチ等により実現してもよい。この場合、ユーザーは、表示部６２であるタッチパネルをタッチ操作して、運動量指示値や繰り返し周波数指示値、立ち上がり周波数指示値を入力する。
【０１６３】
また、上記の実施形態では、圧電素子制御部６５２，６５２ａが、設定された立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数に従って駆動電圧波形を設定することとして説明した（例えば、図１６のステップＳ１１１やＳ１１９等）。これに対し、立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数の取り得る組み合わせの１つ１つについて、１周期分の駆動電圧波形を予め生成し、当該組合せと対応付けた波形データとして記憶部６７，７７ａに格納しておくこととしてもよい。そして、設定された立ち上がり周波数、電圧振幅、及び繰り返し周波数の組合せに対応する波形データを読み出し、読み出した波形データに従った駆動信号を圧電素子４３に印加することとしてもよい。
【０１６４】
また、上記の実施形態では、運動量が２ｎＮｓ以上２ｍＮｓ以下、又は、運動エネルギーが２ｎＪ以上２００ｍＪ以下のパルス液体ジェットを噴射する構成を開示したが、より好ましくは、運動量が２０ｎＮｓ以上２００μＮｓ以下、又は、運動エネルギーが４０ｎＪ以上１０ｍＪ以下のパルス液体ジェットを噴射する構成が好ましい。こうすることで、生体組織やゲル材料を好適に切削することができる。
【符号の説明】
【０１６５】
１  液体噴射システム、１０  容器、２０  送液ポンプ装置、３０  液体噴射装置、４０  本体部、４３  圧電素子、４５  ダイアフラム、４７  読出部、４９  本体側担持部、５０  噴射管部、５３  噴射管、５５  ノズル、５５１  液体噴射開口部、５７  圧力室、５９  噴射管側担持部、６０（６０−１，６０−２）  液体噴射制御装置、６１，６１ａ  操作部、７１１  運動量ダイヤル、７１３  繰り返し周波数ダイヤル、７１５ａ  立ち上がり周波数ダイヤル、６２  表示部、６３  通信部、６４  撮像部、８５  コードリーダー、８６  重量計、６５，６５ａ  制御部、６５１，６５１ａ  噴射管部種類取得部、６５２，６５２ａ  圧電素子制御部、６５３，６５３ａ  立ち上がり周波数設定部、６５４，６５４ａ  電圧振幅設定部、６５５  繰り返し周波数設定部、６５６  ポンプ制御部、６５７  運動量表示制御部、６７，６７ａ  記憶部、６７１，６７１ａ  運動量変換テーブル、６７３  噴射管部判別テーブル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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