(57)【要約】【課題】小型・軽量にしながら使用者の好みに対応して、バランスよく把持でき、操作性がよい流体噴射装置を提供する。【解決手段】流体噴射装置１０は、圧電素子１２０により駆動されるダイアフラム７０によって容積が変更可能な流体室８５と流体室８５の内周側壁８０ｂに沿って連通する入口流路８６，８７とを有する脈動発生機構４０と、出口流路８３に一方の端部が連通されるとともに他方の端部にノズル９２を有する接続流路管９０と、入口流路８６，８７に連通し、ダイアフラム７０に対して略垂直方向に、且つ接続流路管９０とは反対方向に圧電素子１２０の駆動方向に沿って延在され液体を供給する接続チューブ２５ａ，２５ｂに接続される流入接続流路５７，５８と、が備えられている。【選択図】図１
2009045166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイアフラムを備え、前記ダイアフラムの変位によって容積が変更可能な流体室と、駆動信号により伸縮し、前記ダイアフラムを変位させる圧電素子と、前記流体室に略垂直に連通する出口流路と、前記流体室の内周側壁に沿って連通する入口流路と、を有する脈動発生機構と、
前記脈動発生機構から前記圧電素子の伸縮方向に沿って延在し、前記出口流路に一方の端部が連通されるとともに他方の端部にノズルを有する接続流路管と、
前記脈動発生機構から前記圧電素子の伸縮方向に沿って前記接続流路間とは反対側に延在され、前記入口流路に一方の端部が連通されるとともに他方の端部が液体を供給する接続チューブに接続される流入接続流路と、
が備えられてい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、
前記流入接続流路が複数設けられ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、
前記入口流路が複数設けられていることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
前記圧電素子には駆動信号を入力するリード線が接続され、
前記リード線が、前記接続チューブに沿って延在されてい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、
少なくとも前記接続流路管または前記ノズルのどちらか一方が電気的にＧＮＤ接地されていることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項６】
ダイアフラムを備え、前記ダイアフラムの変位によって容積が変更可能な流体室と、前記流体室に略垂直に連通する出口流路と、前記流体室の内周側壁に沿って連通する入口流路と、を有する脈動発生機構と、
前記出口流路に一方の端部が連通されるとともに他方の端部にノズルを有する接続流路管と、
前記入口流路に連通し、前記ダイアフラムに対して略垂直方向に、且つ前記接続流路管とは反対方向に延在される流入接続流路と、
前記流入接続流路に接続される接続チューブと、が備えられ、
前記脈動発生機構と前記接続流路管の前記脈動発生機構との接続部近傍と前記接続チューブの前記流入接続流路との接続部近傍とを覆い保持するホルダが、さらに備えられていることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項７】
請求項６に記載の流体噴射装置において、
前記ホルダが、前記脈動発生機構と前記流入接続流路と前記接続チューブとの接続部近傍とを保持するホルダケースと、前記接続流路管の前記脈動発生機構との接続部近傍に設けられる抓み部材とを備え、
前記ホルダケースと前記抓み部材とが着脱機構を備えていることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項８】
請求項７に記載の流体噴射装置において、
前記ホルダが、前記ホルダケースに対して移動可能なバランサを備えていることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の流体噴射装置において、
前記ホルダが、前記脈動発生機構に対して移動可能な把持部材を備えていることを特徴とする流体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を高い周波数で脈動噴射する小型、軽量の流体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織を切開または切除する流体噴射装置として、ポンプ室の容積を変更して流体の吐出動作を行うマイクロポンプと、マイクロポンプの出口流路に一方の端部が接続され、他方の端部が出口流路の直径よりも縮小された開口部（ノズル）が設けられた接続流路と、接続流路が穿設されマイクロポンプから流動される流体の脈動を前記開口部に伝達し得る剛性を有する接続管と、が備えられるものが知られている。この流体噴射装置では、流体は脈動波群と休止部との繰り返しで流動され、高速で開口部から噴射される（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５２１２７号公報（第７，８，１３，１５頁、図１，６，７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような特許文献１の実施例１による流体噴射装置は、流体を流入する入口接続管と流体を吐出する接続流路管とが互いに直線方向に延在されており、流体噴射装置を小型化して操作し易くしている。しかし、ポンプ室の容積を変更するダイアフラムを駆動する圧電素子は、入口接続管と接続流路管の延在方向に対して直角方向に突出配設されており、しかも、その位置は固定的である。そのため流体噴射装置を把持して操作する際に使用者毎の要求にあわせた操作しやすい形態にすることは困難である。
【０００５】
また、このような流体噴射装置では、主要部を覆うカバーを設けているが、接続流路管は１０〜２０ｍｍの長さに設定されるため、固定的な位置にある脈動発生機構を覆うカバーを把持したときには全体のバランスがくずれ、微細な施術がしにくいことが考えられる。
【０００６】
さらに、特許文献１の実施例３では、接続流路管の延在方向に対して入口接続管を直角方向に延在させているため、把持して操作する際に入口接続管が掌中に配設される形態となり操作しにくい。また、入口接続管には流体を供給する接続チューブが接続されていることから、把持したときに接続チューブが邪魔になる、あるいはバランスがとりにくくなることが予想される。
【０００７】
本発明の目的は、小型・軽量にしながら使用者毎にバランスよく把持でき、操作性がよい流体噴射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の流体噴射装置は、ダイアフラムを備え、前記ダイアフラムの変位によって容積が変更可能な流体室と、駆動信号により伸縮し、前記ダイアフラムを変位させる圧電素子と、前記流体室に略垂直に連通する出口流路と、前記流体室の内周側壁に沿って連通する入口流路と、を有する脈動発生機構と、前記脈動発生機構から前記圧電素子の伸縮方向に沿って延在し、前記出口流路に一方の端部が連通されるとともに他方の端部にノズルを有する接続流路管と、前記脈動発生機構から前記圧電素子の伸縮方向に沿って前記接続流路間とは反対側に延在され、前記入口流路に一方の端部が連通されるとともに他方の端部が液体を供給する接続チューブに接続される流入接続流路と、が備えられていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、接続流路管と脈動発生機構と流入接続流路とが、圧電素子の駆動方向に対して略直線方向に延在され、延在方向に対して横方向に大きく突出する部分がない。従って、接続流路管と流入接続流路を含んで、全体として細長い形態としているので、後述するホルダを単純化できる他、小型・軽量化でき、把持しやすく、脈動発生機構近傍において把持する位置を自在に変えることが可能となるので操作しやすい流体噴射装置を実現できる。
【００１０】
また、脈動発生機構に対して先端方向に接続流路管を、尾部方向に接続チューブを配設しているので、流体噴射装置を把持して操作する際に接続チューブが邪魔にならず、重心バランスがとりやすいという効果がある。
【００１１】
また、前記流入接続流路が複数設けられていることが好ましい。
流入接続流路を複数設けることにより、流体噴射装置への十分な流体供給量を確保することができる。なお、流入接続流路の数は、所望の流体供給量にあわせて選択することができる。
【００１２】
また、前記入口流路が複数設けられていることが好ましい。
詳しくは後述する実施の形態で説明するが、入口流路側の合成イナータンスを入口流路の数で調整することができる他、入口流路の長さ、断面積の調整がしやすくなるという効果もある。
【００１３】
また、前記圧電素子には駆動信号を入力するリード線が接続され、前記リード線が、前記接続チューブに沿って延在されていることが好ましい。
【００１４】
リード線を接続チューブに沿って延在させることにより、流体噴射装置を操作する際にリード線が邪魔にならず操作しやすくなる。
【００１５】
さらに、少なくとも前記接続流路管または前記ノズルのどちらか一方が電気的にＧＮＤ接地されていることが望ましい。
万一操作中において、圧電素子またはリード線が漏電した場合にもＧＮＤ接地（アース）していることで使用者の安全を確保することができる。
また、接続流路管内またはノズルを流動する流体の電荷をＧＮＤ電位に維持でき、流体噴射方向を安定させることができる。
【００１６】
また、本発明の流体噴射装置は、ダイアフラムを備え、前記ダイアフラムの変位によって容積が変更可能な流体室と、前記ダイアフラムを変位させる圧電素子と、前記流体室に略垂直に連通する出口流路と、前記流体室の内周側壁に沿って連通する入口流路と、を有する脈動発生機構と、前記出口流路に一方の端部が連通されるとともに他方の端部にノズルを有する接続流路管と、前記入口流路に連通し、前記ダイアフラムに対して略垂直方向に、且つ前記接続流路管とは反対方向に延在される流入接続流路と、前記流入接続流路に接続される接続チューブと、が備えられ、前記脈動発生機構と前記接続流路管の前記脈動発生機構との接続部近傍と前記接続チューブの前記流入接続流路との接続部近傍とを覆い保持するホルダが、さらに備えられていることを特徴とする。
【００１７】
流体噴射装置にホルダを設け、このホルダを操作しやすい形状とし、把持する位置を任意に変えることが可能で、一層、操作性を向上させることができる。
また、ホルダを熱伝導性が低い材質で形成すれば、操作中におけるホルダへの温度変化の伝達を抑制することができる。
【００１８】
また、前記ホルダが、前記脈動発生機構と前記流入接続流路と前記接続チューブとの接続部近傍とを保持するホルダケースと前記接続流路管の前記脈動発生機構との接続部近傍に設けられる抓み部材とを備え、前記ホルダケースと前記抓み部材とが着脱機構を備えていることが好ましい。
【００１９】
本発明の流体噴射装置は使用者が手に把持して操作することが多い。従って、上述したような構造にすれば、ホルダケースまたは抓み部材のサイズや形状を複数種類用意しておき、使用者の好みによってホルダケースと抓み部材との組み合わせを選択して装着することが可能で、特に手術等における微細操作をしやすくするという効果がある。
【００２０】
また、前記ホルダが、前記ホルダケースに対して移動可能なバランサを備えていることが好ましい。
【００２１】
この流体噴射装置は、中央部に脈動発生機構、先端方向に接続流路管、脈動発生機構を挟んで後方に接続チューブ及びリード線が延在されている。そして、流体噴射装置を手で把持して操作する場合が多いため、重心バランスがよいことが要求される。従って、バランサを設けるとともに、このバランサを移動可能にすることで、バランサを移動して、最も操作性のよい位置、重心バランスにすることで微細操作をしやすくすることができる。
【００２２】
さらに、前記ホルダが、前記脈動発生機構に対して移動可能な把持部材を備えていることが望ましい。
【００２３】
このようにすれば、流体噴射装置を把持しやすくするために、掌中に納まるような把持部を設け操作性を向上させることができる。また、最も重量が大きい脈動発生機構に対して移動可能にすることで重心バランスをとりやすくすることができる。
なお、先述したバランサを把持部材に設ける構造にすれば、より一層、重心バランスをとりやすくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る流体噴射システム、図２，３は実施形態１、図４は実施形態２、図５，６は実施形態３、図７は実施形態４、図８は実施形態５に係る流体噴射装置の概略構造を示している。なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上及び説明を分かりやすくするために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。
【００２５】
また、本発明による流体噴射システム及び流体噴射装置は、インク等を用いた描画、細密な物体及び構造物の洗浄、手術用メス等様々に採用可能であるが、以下に説明する実施の形態では、生体組織を切開または切除することに好適な流体噴射装置を例示して説明する。従って、実施の形態にて用いる流体は、水または生理食塩水等の液体である。
（流体噴射システム）
【００２６】
図１は、本発明に係る流体噴射システムの概略構成を示す説明図である。図１において、流体噴射システム１は、基本構成として液体を収容する液体容器３０と、圧力発生部としてのポンプ２０と、ポンプ２０から供給される液体を脈動噴射する流体噴射装置１０と、流体噴射装置１０とポンプ２０を連通する接続チューブ２５と、ポンプ２０と液体容器３０とを連通する接続チューブ１５とから構成されている。
【００２７】
流体噴射装置１０は、供給された液体を高圧、高い周波数で脈動させる脈動発生機構４０と、脈動発生機構４０に接続される接続流路管９０と、接続流路管９０の先端部に流路が縮小されたノズル９２が挿着されており、ノズル９２には液体噴射開口部９３が設けられている。
【００２８】
この流体噴射システム１における液体の流動を簡単に説明する。液体容器３０に収容された液体は、接続チューブ１５を介してポンプ２０によって吸引され、一定の圧力で接続チューブ２５を介して脈動発生機構４０に供給される。脈動発生機構４０には流体室８５（図２（ａ）、参照）と、この流体室８５の容積変更手段と、を備えており、容積変更手段を駆動し脈動を発生し液体噴射開口部９３から液体を高速でパルス状に噴射する。脈動発生機構４０の詳しい説明については、図２を参照して後述する。
【００２９】
なお、圧力発生部としてはポンプ２０に限らず、流体容器としての輸液バッグをスタンド等によって脈動発生機構４０よりも高い位置に保持するようにしてもよい。従って、ポンプ２０は不要となり、構成を簡素化することができる他、消毒等が容易になる利点がある。
【００３０】
ポンプ２０の吐出圧力は概ね０．３気圧（０．０３ＭＰａ）以下に設定する。また、輸液バッグを用いる場合には、脈動発生機構４０と輸液バッグの液上面との高度差が圧力となる。輸液バックを用いるときには０．１〜０．１５気圧（０．０１〜０．０１５ＭＰａ）程度になるように高度差を設定することが望ましい。
【００３１】
なお、この流体噴射システム１を用いて手術をする際には、術者が把持する主たる部位は脈動発生機構４０である。従って、脈動発生機構４０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、柔軟で薄い接続チューブで、液体を脈動発生機構４０に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。
【００３２】
また、特に、脳手術のときのように、流体噴射システム１の故障が重大な事故を引き起こす恐れがあるような場合には、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、このことからも低圧にしておくことが要求される。
（流体噴射装置）
（実施形態１）
【００３３】
次に、実施形態１に係る流体噴射装置１０の構造について説明する。
図２は実施形態１に係る脈動発生機構の構造を示し、（ａ）は脈動発生機構の主たる構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向から視認した正面図、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から視認した正面図、（ｄ）は接続流路管の先端部を示す断面図である。図２（ａ）において、脈動発生機構４０には、液体の脈動を発生する脈動発生手段を含み、液体を吐出する流路としての出口接続流路９１を有する接続流路管９０が接続されている。
【００３４】
脈動発生機構４０は、機枠５０と蓋機枠８０とがそれぞれ対向する面において密接されて構成されている。機枠５０は、鍔部５１を有する筒状部材であって、一方の端部は底板１００で閉鎖されている。この機枠５０の内壁５３で構成される空間内部に駆動源としての圧電素子１２０が配設される。
【００３５】
圧電素子１２０は、積層型圧電素子であって柱状のアクチュエータを構成する。圧電素子１２０の一方の端部は上板１２５を介してダイアフラム７０に、他方の端部は底板１００の上面１０１に固着されている。
【００３６】
ダイアフラム７０は、円盤状の金属薄板からなり、機枠５０に設けられる凹部５６内において周縁部が凹部５６の底面に密着固着されている。圧電素子１２０に駆動信号を入力することで、圧電素子１２０の伸張、収縮に伴いダイアフラム７０を介して流体室８５の容積を変更する。
【００３７】
蓋機枠８０は、機枠５０と対向する面の中心部に封止面８０ａ及び内周側壁８０ｂからなる凹部が形成されている。この凹部とダイアフラム７０とから構成された回転体形状の空間が流体室８５である。つまり、流体室８５は、図２（ｂ）に示すように蓋機枠８０の封止面８０ａと内周側壁８０ｂとダイアフラム７０とによって囲まれた空間である。内周側壁８０ｂの周縁部には、封止面８０ａ及び内周側壁８０ｂからなる凹部よりも深いリング形状の溝からなる液体溜り８４が形成されている。そして、液体溜り８４と流体室８５とを連通する入口流路８６，８７が設けられている。入口流路８６，８７は、流体室８５の内周側壁８０ｂに沿って連通し、入口流路８６，８７それぞれの液体溜り８４側の開口部は流入接続流路５８，５７に向かっている。
【００３８】
また、流体室８５の略中央部には出口流路８３が穿設されている。出口流路８３は、流体室８５から蓋機枠８０に突設された出口流路管８２まで貫通されている。なお、出口流路８３の流体室８５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。
【００３９】
ポンプ２０（図１、参照）から入口流路８６，８７に一定の圧力で供給される液体は、内周側壁８０ｂに沿って流体室８５内を流動して旋回流を発生する。旋回流は、旋回することによる遠心力で液体が内周側壁８０ｂ側に押し付けられるとともに、流体室８５内に含まれる気泡は旋回流の中心部に集中する。
【００４０】
そして、中心部に集められた気泡は、出口流路８３から排除される。このことから、出口流路８３は旋回流の中心近傍、つまり回転体形状の軸中心部に設けられることがより好ましい。従って、圧電素子１２０による流体室８５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。上述したように本実施形態において、入口流路８６，８７は旋回流発生部でもある。
【００４１】
入口流路８６，８７は、直線で流体室８５に連通させてもよいが、狭いスペースの中で所望のイナータンスを得るためには、入口流路８６，８７を湾曲させてもよい。
また、複数の入口流路は、互いに異なる平面形状，流路長、断面積を有していてもよい。
【００４２】
なお、以上説明した流体室８５の形状は、本実施形態（図２（ａ）、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限定されない。例えば、出口流路８３と封止面８０ａとの接続部を漏斗のような形状にすれば、流体室８５内の気泡を排出しやすくなる。
【００４３】
出口流路管８２には接続流路管９０が接続されている。接続流路管９０には出口接続流路９１が穿設されており、出口接続流路９１の直径は出口流路８３の直径より大きい。また、接続流路管９０の管部の厚さは、液体の圧力脈動を吸収しない剛性を有している。
【００４４】
また、図２（ｄ）に示すように、接続流路管９０の先端部にはノズル９２が挿着されている。このノズル９２には液体噴射開口部９３が穿設されている。液体噴射開口部９３の直径は、出口流路８３の直径より小さい。
【００４５】
続いて、機枠５０の構成について説明する。機枠５０には、液体溜り８４に連通する流入接続流路５７，５８が設けられている。また、機枠５０には流入接続流路５７，５８に連通する接続管６０，６２が挿着されており、それらの先端部６１，６３は底板１００から突設されている。先端部６１，６３は、底板１００の外周部に設けられた切欠き部１０２，１０３を貫通し（図２（ｃ）も参照する）、接続チューブ２５ａ，２５ｂが接続される。
【００４６】
また、図２では流入接続流路を２個形成しているが、流入接続流路は１個でもよく、また３個以上でもよい。この際、液体溜り８４がリング状の溝で形成されていることから、液体溜り８４に連通する条件を満たせば円周方向の任意の位置に流入接続流路を配設することができる。
【００４７】
同様に、入口流路も２個形成する構造を例示しているが、液体が内周側壁８０ｂに沿うように流入するように配置すれば入口流路の数は１個でもよく、また３個以上でもよい。また、液体溜り８４を設けていることから、入口流路の液体溜り側の端部は必ずしも流入接続流路の位置近傍に配設しなくてもよい。
また、流入接続流路の数と、入口流路の数を一致させなくてもよい。
【００４８】
機枠５０と蓋機枠８０とは、それぞれの鍔部５１，８１にて結合することにより密着固定される。具体的には、機枠５０の鍔部５１の縁部には蓋機枠８０側に突出したリング状の突起部５５が設けられ、この突起部５５を蓋機枠８０の鍔部８１の周縁に据え込み加工することで固定することができる。
この際、流体室８５の周縁部の接合面８９（図２（ｂ）、参照）は、ダイアフラム７０に密接され、蓋機枠８０の周縁部の接合面８８は機枠５０の接合面５４に密接される。
【００４９】
また、液体溜り８４の外周には、シール部材としてのパッキン１３０が設けられており、流体室８５または液体溜り８４から外部に液体が漏れることを防止している。
【００５０】
なお、鍔部８１と突起部５５の接触面に液体漏れ防止のためにシール剤を塗布すれば、この結合部からの液体漏れを一層抑制することができる。
また、前述した接合面８８，８９にシール剤を塗布してもよい。
【００５１】
圧電素子１２０には駆動信号を入力するリード線１１０，１１１が接続されている（図２（ａ），（ｃ）、参照）。リード線１１０，１１１は絶縁被覆された状態で、機枠５０の筒部５２の対向する２箇所に設けられる切欠き部５９を貫通し、筒部５２の外周側面に沿って延在される。さらに、底板１００に設けられる切欠き部１０４，１０５を貫通して接続チューブ２５ａ，２５ｂの延在方向に沿って延在されている。
【００５２】
底板１００は、図２（ｃ）に示すように、４箇所の隅部に螺子穴１３５を設け、図示しない固定螺子によって機枠５０に固定される。底板１００が固定された状態で、底板１００から突出した接続管６０，６２それぞれの先端部６１，６３に、接続チューブ２５（図１、参照）から分岐された接続チューブ２５ａ，２５ｂが挿着されている。なお、接続チューブ２５ａ，２５ｂは、直接ポンプ２０に接続する構造としてもよい。
【００５３】
また、底板１００には、ＧＮＤ線１１２が接続されている。ＧＮＤ線１１２は、リード線１１０，１１１の延在方向に沿って延在される。本実施形態では、機枠５０、蓋機枠８０、接続流路管９０、底板１００が金属製であって、それぞれが密接されていることから、脈動発生機構４０全体がＧＮＤ接地されたことになる。ここで、機枠５０、蓋機枠８０、底板１００のうちのいずれかを非金属で形成してもよいが、接続流路管９０は１０〜２０ｍｍ程度の長さを有する細管であるため、構造的強度及び製造上から金属製となる。このような構造の場合には、少なくとも接続流路管９０をＧＮＤ接地することが望ましい。
【００５４】
次に、本実施形態における流体噴射装置１０の動作について図１，２を参照して説明する。本実施形態の脈動発生機構４０の液体吐出は、入口流路側のイナータンス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。
【００５５】
まず、イナータンスについて説明する。
イナータンスＬは、液体の密度ρ、流路の断面積Ｓ、流路の長さｈとしたとき、Ｌ＝ρ×ｈ／Ｓで表される。流路の圧力差ΔＰ、流路を流れる液体の流量Ｑ、時間ｔ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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
なお、合成イナータンスＬ１は、流入接続流路５７，５８が入口流路８７，８６に対して直径が十分大きく設定されているので、合成イナータンスＬ１は、入口流路８６，８７の範囲において算出される。この際、ポンプ２０と入口流路８６，８７を接続する接続チューブ２５ａ，２５ｂは柔軟性を有するため、合成イナータンスＬ１の算出から削除してもよい。
【００５９】
また、合成イナータンスＬ２は、出口接続流路９１の直径が出口流路８３よりもはるかに大きく、接続流路管９０内部の流体及びの管部（管壁）若干の弾性変形により合成イナータンスＬ２への影響は軽微である。従って、合成イナータンスＬ２は出口流路８３のイナータンスに置き換えてもよい。
なお、接続流路管９０の管壁の厚さは、流体の圧力伝播に十分な剛性を有している。
【００６０】
そして、本実施形態では、合成イナータンスＬ１が合成イナータンスＬ２よりも大きくなるように、入口流路８６，８７の流路長及び断面積、出口流路８３の流路長及び断面積を設定する。従って、所望の合成イナータンスＬ１を得るために入口流路の個数、それに対応する流路長及び断面積を設定する。
【００６１】
次に、脈動発生機構４０の動作について説明する。
ポンプ２０によって入口流路８６，８７には、常に一定圧力の液圧で液体が供給される。その結果、圧電素子１２０が動作を行わない場合、ポンプ２０の吐出力と入口流路側全体の流体抵抗値の差によって液体は流体室８５内に流入する。
【００６２】
ここで、圧電素子１２０に駆動信号が入力され、急激に圧電素子１２０が伸張したとすると、流体室８５内の圧力は、入口流路側及び出口流路側の合成イナータンス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。この圧力は、入口流路８６，８７に加えられていたポンプ２０による圧力よりはるかに大きいため、入口流路側から流体室８５内への液体の流入はその圧力によって減少し、出口流路８３からの流出が増加する。
【００６３】
しかし、入口流路８６，８７の合成イナータンスＬ１は、出口流路８３の合成イナータンスＬ２よりも大きいため、入口流路８６，８７から液体が流体室８５へ流入する流量の減少量よりも、出口流路８３から吐出される液体の増加量の方が大きい。そのことから、出口流路８３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、接続流路管９０内を伝播して、先端のノズル９２の液体噴射開口部９３から液体が噴射される。液体噴射開口部９３の直径は、出口流路８３の直径よりも小さいので、液体は、さらに高圧、高速のパルス状の液滴として噴射される。
【００６４】
一方、流体室８５内は、入口流路８６，８７からの液体流入量の減少と出口流路８３からの液体流出の増加との相互作用で、圧力上昇直後に真空状態となる。その結果、ポンプ２０の圧力と、流体室８５内の真空状態の双方によって一定時間経過後、入口流路８６，８７の液体は圧電素子１２０の動作前と同様な速度で流体室８５内に向かう流れが復帰する。入口流路８６，８７内の液体の流動が復帰した後、圧電素子１２０の伸張があれば、ノズル９２からの脈動流を継続して噴射することができる。
【００６５】
従って、上述した実施形態１によれば、接続流路管９０と脈動発生機構４０と流入接続流路５７，５８（接続チューブ２５ａ，２５ｂ含む）とが、圧電素子１２０の駆動方向に対して略直線方向に延在され、延在方向に対して横方向に大きく突出する部分がない。従って、小型・軽量化でき、把持しやすく、脈動発生機構４０近傍において把持する位置を自在に変えることが可能となるので操作しやすい流体噴射装置１０を実現できる。
【００６６】
また、脈動発生機構４０に対して接続流路管９０を先端方向に、尾部方向（後方）に接続チューブ２５ａ，２５ｂを配設しているので、流体噴射装置１０を把持して操作する際に接続チューブ２５ａ，２５ｂが邪魔にならず、把持する位置を変えることで重心バランスがとりやすいという効果がある。
【００６７】
また、流入接続流路を複数設けることにより、流体噴射装置１０への十分な液体供給量を確保することができる。なお、流入接続流路の数は、所望の流体供給量にあわせて選択することができる。
【００６８】
また、入口流路が複数設けられていることから合成イナータンスＬ１を入口流路の数で調整することができる他、入口流路の長さ、断面積の調整がしやすくなるという効果もある。
【００６９】
また、圧電素子１２０には駆動信号を入力するリード線１１０，１１１が接続され、接続チューブ２５ａ，２５ｂに沿って延在させることにより、流体噴射装置１０を操作する際にリード線１１０，１１１が邪魔にならず操作しやすくなる。
【００７０】
さらに、脈動発生機構４０がＧＮＤ接地されていることにより、万一操作中において、圧電素子１２０またはリード線１１０，１１１が短絡した場合にも使用者の安全を確保することができる。
また、駆動中、噴射する液体が帯電することが考えられ、このような場合には噴射方向がばらつくことが予測されるが、接続流路管９０内を流動する流体の電荷をＧＮＤ電位に維持でき、液体噴射方向を安定させることができる。
（変形例）
【００７１】
続いて、前述した実施形態１による脈動発生機構の変形例について図面を参照して説明する。この変形例は、機枠と蓋機枠の固定構造を螺合固定したところに特徴を有する。従って、実施形態１との相違部分のみを説明する。同じ機能部位には実施形態１と同じ符号を附している。
図３は、実施形態１の変形例に係る脈動発生機構を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は蓋機枠をＡ−Ａ方向から視認した正面図である。図３（ａ），（ｂ）において、機枠５０には鍔部１５１の外周部に雄螺子１５２が形成され、蓋機枠８０の鍔部１８１の内周部には雌螺子１８２が形成されている。
【００７２】
この雄螺子１５２と雌螺子１８２を螺合固定することで、機枠５０と蓋機枠８０とが互いの接合面を密接させて固定される。螺合作業には、蓋機枠８０に設けられる締め付け溝１８３が用いられる。
【００７３】
このような固定構造では、液体溜り８４がリング状の溝で形成されていることから、流入接続流路５７，５８の配設位置は、蓋機枠８０の中心部（出口流路８３に相当する）からの中心距離をあわせておけば、周方向位置には拘らないという利点がある。
【００７４】
さらに、機枠５０と蓋機枠８０とが着脱可能な構造であるために、機枠５０と蓋機枠８０とをそれぞれ単体で消毒することができる。
【００７５】
また、他の変形例としては図示を省略するが、蓋機枠８０を非金属（例えば、セラミック等）で形成する構造がある。このような構造では図３に示した変形例のような螺合固定は構造的強度が十分ではないことから、固定螺子を用いた固定構造を採用する。具体的には、図２（ｃ）に示す底板１００と機枠５０との固定構造を採用することができる。
【００７６】
また、蓋機枠８０をセラミックにする場合には、蓋機枠８０と機枠５０との接合には、互いの接合面において陽極接合等の接合手段を用いることができ、固定構造を簡素化することができる。
【００７７】
蓋機枠８０を非金属製とするときには、底板１００にＧＮＤ線を接続することができないため、接続流路管９０にＧＮＤ線を設ける構造を採用することが好ましい。
【００７８】
また、蓋機枠８０をセラミックとする場合は、入口流路８６，８７をエッチング加工により形成することが可能となり、入口流路の数、長さ、断面積、平面形状を容易に形成することができる。
【００７９】
なお、実施形態１及び変形例では、液体溜り８４をリング状の溝としているが、この形状はリング形状に限らず、流入接続流路にあわせて流入接続流路に連通する位置に個別に設ける構造としてもよい。
（実施形態２）
【００８０】
続いて、本発明の実施形態２に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。実施形態２は、脈動発生機構を覆い保持するホルダを設けていることに特徴を有している。ホルダ以外の構造は実施形態１に準ずるため説明を省略する。
図４は、実施形態２に係る流体噴射装置の概略構造を示す断面図である。図４において、流体噴射装置１０にはホルダが設けられ、ホルダは、脈動発生機構４０と、接続管６０，６２（図２（ａ）、参照）と接続チューブ２５ａ，２５ｂとの接続部近傍を保持するホルダケース１４０と、接続流路管９０の脈動発生機構４０との接続部近傍に設けられる抓み部材１９０とを備えて構成されている。また、ホルダケース１４０と抓み部材１９０との間には着脱機構が設けられている。
【００８１】
ホルダケース１４０は筒形状であって、脈動発生機構４０の断面形状にあわせた内周部を有している。そして、尾部には、接続チューブ２５ａ，２５ｂ、リード線１１０，１１１及びＧＮＤ線１１２を収束するように狭められた案内孔１４１が設けられている。
また、尾部と反対方向の先端部には、着脱機構としてのフック部１４２が設けられている。このフック部１４２に抓み部材１９０が装着されている。
【００８２】
抓み部材１９０は、フック部１４２側にフック固定部１９１と、先端側に保持部１９２が設けらた筒状部材である。抓み部材１９０は中心部に貫通孔１９３が穿設されており、貫通孔１９３に接続流路管９０を蓋機枠８０の上面８０ｃに当接するまで挿通しながら着脱機構としてのフック部１４２とフック固定部１９１を係合して一体化する。貫通孔１９３と接続流路管９０とは、抓み部材１９０の弾性を利用した摺動可能な嵌合関係に設定される。
【００８３】
従って、図４に示すように、流体噴射装置１０はホルダケース１４０と抓み部材１９０とが装着された状態で先端部に接続流路管９０、尾部に接続チューブ２５ａ，２５ｂ、リード線１１０，１１１及びＧＮＤ線１１２とが延在され、全体として細長い形態となる。そして、接続チューブ２５ａ，２５ｂ、リード線１１０，１１１及びＧＮＤ線１１２とは、案内孔１４１で擬似結束されている。案内孔１４１の先端部内側は丸められており、接続チューブ２５ａ，２５ｂ、リード線１１０，１１１及びＧＮＤ線１１２を操作時に損傷しないようにしている。
【００８４】
上述した実施形態２による構造の流体噴射装置１０は、あたかも鉛筆を持つように把持して操作する。従って、流体噴射装置にホルダを設け、このホルダを操作しやすい形状とすれば、操作性を向上させることができる。また、流体噴射装置１０を把持して操作する際に接続チューブ２５ａ，２５ｂ、リード線１１０，１１１、ＧＮＤ線１１２が擬似結束されており邪魔にならず、重心バランスがとりやすいという効果がある。
また、ホルダを熱伝導性が低い材質とすれば、操作中における温度変化のホルダへの伝達を抑制することができる。
【００８５】
また、上述したようにホルダケース１４０と抓み部材１９０とを着脱可能な構造することで、ホルダケース１４０または抓み部材１９０のサイズや形状を任意に変えることができる。具体的には、抓み部材１９０の指で支える保持部１９２の長さ、または直径、断面形状の組み合わせを複数種類用意しておき（図中、二点鎖線で表す）、使用者の好みによって選択して装着することが可能で、特に手術等における微細操作をしやすくするという効果がある。
【００８６】
なお、ホルダケース１４０と抓み部材１９０との着脱機構はフック構造に限らない。例えば、ホルダケース１４０のフック部１４２に相当する位置に雌螺子を形成し、抓み部材１９０のフック固定部１９１位置に雄螺子を形成し、螺合固定する構造とすることもできる。
（実施形態３）
【００８７】
次に、本発明の実施形態３に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。実施形態３は、流体噴射装置に重心バランスをとるためのバランサを設けていることに特徴を有する。バランサ以外は前述した実施形態２（図４、参照）を基本構造としている。
図５は、実施形態３に係る流体噴射装置を示し、（ａ）は全体の概略構造を示す断面図、（ｂ）はバランサの１例を示す正面図、（ｃ）はバランサとホルダケースとの接触面を模式的に表す部分断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）において、ホルダケース１４０にはバランサ２００が装着されている。
【００８８】
バランサ２００は、ホルダケース１４０に装着するリング部２０１と掌中に把持する重り部２０２とから構成されている。そして、リング部２０１に開設される保持孔部２０３をホルダケース１４０に装着する。保持孔部２０３とホルダケース１４０の外周部１４３それぞれには、図５（ｃ）に示すように小さな凹凸が形成されている。保持孔部２０３とホルダケース１４０の外周部１４３との間には締め代が設けられており、装着した状態ではその位置を維持しているが、ホルダケース１４０が表面に弾性を有するプラスチック等で形成することにより、その弾性を利用して任意位置に移動させることができる。
バランサ２００は、ホルダケース１４０の周方向及び長手方向（矢印方向）への移動が可能である。
【００８９】
図６はバランサの変形例を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図６（ａ），（ｂ）において、バランサ２００は、リング部と重り部とから構成されているが、リング部が固定端２０１ａと固定端２０１ｂとから構成されている。固定端２０１ａと固定端２０１ｂとは、図６（ｂ）に示すように厚さ方向に２分割することで形成される。そして、固定端２０１ａの先端部には抓み部２０４、固定端２０１ｂの先端部には抓み部２０５が設けられている。この抓み部２０４，２０５とを内側方向（図中，矢印方向）に抓むことで保持孔部２０３が拡がりホルダケース１４０に対して移動可能（つまり、着脱可能）となり、離せば、固定端２０１ａ，２０１ｂとが自身の弾性力によってホルダケース１４０を圧接して固定される。
【００９０】
本発明の流体噴射装置１０は、中央部に脈動発生機構４０、先端方向に接続流路管９０、脈動発生機構４０を挟んで後方に接続チューブ２５ａ，２５ｂ、リード線１１０，１１１、ＧＮＤ線１１２が延在、配設されている。そして、流体噴射装置を手で把持して操作することから重心バランスがよいことが要求される。そこで、バランサ２００を設けるとともに、このバランサ２００を移動可能にすることで、使用者の好みにあわせてバランサ２００を移動して、最も操作性のよい位置にすることにより微細操作をしやすくすることができる。
また、不要であれば、取り外して実施形態２（図４、参照）と同じ形態で操作することも可能である。
（実施形態４）
【００９１】
続いて、本発明の実施形態４に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。実施形態４は、バランサとして複数の重りを設けていることに特徴を有している。従って、前述した実施形態３と異なる部分を中心に説明する。
図７は、実施形態４に係る流体噴射装置を示し、（ａ）は全体概略構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ切断面を示す縦断面図である。図７（ａ），（ｂ）において、ホルダケース２１０は、脈動発生機構４０を保持する保持部２１１と把持部２１２と把持部２１２内に装着される重り２２０〜２２３と、把持部蓋２１５とから構成されている。
【００９２】
保持部２１１は、前述した実施形態３（図６（ａ）、参照）と略同じ形態をしており、さらに把持部２１２が突設されている。把持部２１２は、掌中に把持しやすい扁平形状をなし、凹部２１３が穿設され、この凹部２１３内に重り２２０〜２２３が配設されている。図７（ｂ）に示すように、重り２２０〜２２３は、それぞれ対応する凹部内に位置規制されて配置され、把持部蓋２１５を固定螺子２１６（図示は省略）にて把持部２１２に固定することにより装着される。
【００９３】
ここで、重り２２０〜２２３は、実施形態３による重り部２０２と同様な目的を有して設けられ、流体噴射装置１０の重心バランスをとりつつ、掌中において安定して保持することを可能にしている。
【００９４】
なお、重り２２０〜２２３は、一部を取り除き、所望の重量や重心位置に変えることができる。従って、重りとしては、図示した４個に限らずもっと多くしても、少なくしてもよく、また、形状も円柱状に限らない。
さらに、重りの配置位置も図示したような整列配置以外に任意に配置してもよい。
【００９５】
上述したように、掌中に納まるような把持部２１２を設け操作性を向上させることができる。また、最も重量が大きい脈動発生機構４０に対して重り２２０〜２２３を設け、且つ、移動可能にすることで重心バランスをとりやすくすることができる。
また、重り２２０〜２２３を把持部２１２に設ける構造にすることで重心を掌中にすることから、より一層、流体噴射装置１０を安定して把持することができ、操作性を向上させる。
（実施形態５）
【００９６】
続いて、本発明の実施形態５に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。実施形態５は、前述した実施形態４の構造（図７、参照）に対して、把持部材を設け、把持部材をホルダケースに対して移動可能にしたところに特徴を有している。従って、実施形態４との相違個所を中心に説明する。
図８は、実施形態５に係る流体噴射装置の全体概略構造を示す断面図である。図８において、ホルダケース１４０には、把持部材２３０が装着されている。
【００９７】
把持部材２３０は、保持部２３１と把持部２３２とから構成されている。把持部材２３０のホルダケース１４０への装着構造は、前述した実施形態３（図５、参照）のホルダケース１４０とバランサ２００との固定構造と同様な構造を採用できる。そして、把持部２３２の内部には、図示を省略するが、実施形態４（図７、参照）に示すような重りを設けることも、実施形態３（図５（ｂ）、図６参照）のようなバランサ２００を把持部材２３０にインサート成形する構造とすることができる。
【００９８】
従って、把持部材２３０は、ホルダケース１４０の周方向に回転させて保持することも、長手方向（図示、矢印（方向））に移動させることも、重りの数や数を変化させることも適宜応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明に係る流体噴射システムの概略構成を示す説明図。
【図２】実施形態１に係る脈動発生機構の構造を示し、（ａ）は脈動発生機構の主たる構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向から視認した正面図、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から視認した正面図、（ｄ）は接続流路管の先端部を示す断面図。
【図３】実施形態１の変形例に係る脈動発生機構を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は蓋機枠をＡ−Ａ方向から視認した正面図。
【図４】実施形態２に係る流体噴射装置の概略構造を示す断面図。
【図５】実施形態３に係る流体噴射装置を示し、（ａ）は全体の概略構造を示す断面図、（ｂ）はバランサの１例を示す正面図、（ｃ）はバランサとホルダケースとの接触面を模式的に表す部分断面図。
【図６】実施形態３に係るバランサの変形例を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図。
【図７】実施形態４に係る流体噴射装置を示し、（ａ）は全体概略構造を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ切断面を示す縦断面図。
【図８】実施形態５に係る流体噴射装置の全体概略構造を示す断面図。
【符号の説明】
【０１００】
１０…流体噴射装置、２５ａ，２５ｂ…接続チューブ、４０…脈動発生機構、５０…機枠、５７，５８…流入接続流路、７０…ダイアフラム、８０…蓋機枠、８０ｂ…内周側壁、８３…出口流路、８５…流体室、８６，８７…入口流路、９０…接続流路管、９１…出口接続流路、９３…液体噴射開口部、１００…底板、１２０…圧電素子。
【図１】
2009045166.tif 000003
【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】
2009045166.tif 000009
【図８】
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