流体噴射装置、及び、医療機器
【課題】圧電素子を用いてより強い流体噴射を行うこと。
【解決手段】伸長方向と交差する交差方向に並ぶ複数の圧電素子と、前記交差方向に噴射
口を有するノズルと前記交差方向を長手方向とし前記ノズルと連通する圧力室であって、
前記複数の圧電素子の端部と対向する圧力室と、前記ノズルから離れた圧電素子から前記
ノズルに近い圧電素子へ向かって前記複数の圧電素子に電圧を印加して順次伸長させる制
御部と、を備える流体噴射装置。
【解決手段】伸長方向と交差する交差方向に並ぶ複数の圧電素子と、前記交差方向に噴射
口を有するノズルと前記交差方向を長手方向とし前記ノズルと連通する圧力室であって、
前記複数の圧電素子の端部と対向する圧力室と、前記ノズルから離れた圧電素子から前記
ノズルに近い圧電素子へ向かって前記複数の圧電素子に電圧を印加して順次伸長させる制
御部と、を備える流体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体噴射装置及び医療機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイアフラムに密着した圧電素子を変位させ、圧力室の容積を変更することによって、
流体をパルス状に噴射させる流体噴射装置が開発されている（特許文献１）。特許文献１
に示されるような流体噴射装置において圧力室は薄い円筒形をしている。そして、圧電素
子は円筒形圧力室の高さ方向に変位することにより圧力室を圧縮する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８２２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電素子は、圧電定数や弾性定数、そして素子形状や素子サイズなどに依存し、各種振
動モードに対応する共振周波数を有しており、圧電素子の制御性の観点から、基本共振周
波数よりも十分に低い周波数で圧電素子を駆動しなければならないという制約がある。こ
のため圧電素子を用いた従来の流体噴射装置では、圧電素子の実際の最大変位速度はおよ
そ数ｃｍ／ｓ程度と遅いため、圧力室の急激な圧縮は難しく、強い流体噴射を得ることは
困難であった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子を用いてより強い流
体噴射を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための主たる発明は、
伸長方向と交差する交差方向に並ぶ複数の圧電素子と、
前記交差方向に噴射口を有するノズルと
前記交差方向を長手方向とし前記ノズルと連通する圧力室であって、前記複数の圧電素
子の端部と対向する圧力室と、
前記ノズルから離れた圧電素子から前記ノズルに近い圧電素子へ向かって前記複数の圧
電素子に電圧を印加して順次伸長させる制御部と、
を備える流体噴射装置である。
【０００７】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態における流体噴射装置１の概略構成を示す断面図である。
【図２】圧電素子の駆動の説明図である。
【図３】圧電素子に印加される駆動波形の説明図である。
【図４】時間経過と各圧電素子の動作の説明図である。
【図５】第２実施形態における流体噴射装置１０１の概略構成を示す断面図である。
【図６】第２実施形態における時間経過と各圧電素子の動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
すなわち、 伸長方向と交差する交差方向に並ぶ複数の圧電素子と、
前記交差方向に噴射口を有するノズルと
前記交差方向を長手方向とし前記ノズルと連通する圧力室であって、前記複数の圧電素
子の端部と対向する圧力室と、
前記ノズルから離れた圧電素子から前記ノズルに近い圧電素子へ向かって前記複数の圧
電素子に電圧を印加して順次伸長させる制御部と、
を備える流体噴射装置である。
このような構成において圧電素子の伸長方向と交差する交差方向に並ぶ複数の圧電素子
の隣り合う圧電素子を順次伸長させることで、交差方向に流体を圧縮する速度を圧電素子
の伸長方向の変位速度よりも早くすることができる。そして、交差方向に進行する圧力波
を圧力室内に生成させ、交差方向に噴射口を有するノズルからより強い流体噴射を行うこ
とができるようになる。
【００１０】
かかる流体噴射装置であって、前記制御部は、前記ノズルに最も近い圧電素子が最大変
位に伸長するまで、他の圧電素子が最大変位の伸長状態を維持するように前記圧電素子を
制御することが望ましい。
このようにすることで、圧力波がノズルがある方向とは逆方向に進行してしまうことを
妨げ、ノズルがある方向に圧力波の進行を集中させることができる。
【００１１】
また、前記制御部は、隣り合う圧電素子において前記ノズルから離れている側の圧電素
子が最大伸長となる前に、前記ノズルに近い側の圧電素子の伸長を開始させることが望ま
しい。
このようにすることで、隣り合う圧電素子間で連続的圧力波を生成することができる。
【００１２】
また、前記制御部は、前記複数の圧電素子を順次伸長させる際の隣り合う圧電素子間の
駆動遅延時間が、前記圧力室内を前記交差方向に進行する圧力波が隣り合う圧電素子間の
距離を伝播する時間よりも長くなるように前記圧電素子を制御することが望ましい。
このようにすることで、生成された交差方向へ進行する圧力波を隣り合う圧電素子の伸
長が妨げてしまうことを防止することができる。
【００１３】
また、前記制御部は、前記交差方向における前記圧電素子の幅を前記駆動遅延時間で除
した値が、前記圧電素子の伸長方向の変位速度よりも速くなるように前記圧電素子の変位
を制御することが望ましい。
このようにすることで、圧電素子の伸長方向の変位速度よりも早い速度で流体をノズル
方向に圧縮することができ、強い圧力波をノズル方向に伝播させることができる。
【００１４】
また、前記圧電素子の前記端部は前記圧力室を形成する壁部材に接していることが望ま
しい。
このようにすることで、圧電素子の変位が損失なく壁部材に伝わり、確実に圧力室を変
形させて圧力波を生成することができる。
【００１５】
また、さらに、前記圧力室を挟んで前記複数の圧電素子と対向する位置に他の複数の圧
電素子を備え、前記制御部は、前記他の複数の圧電素子を制御し、前記ノズルから離れた
圧電素子から前記ノズルに近い圧電素子へ向かって、前記圧力室を挟んで対向する圧電素
子を順次伸長させることとしてもよい。
このようにすることで、圧電素子が圧力室を圧縮する速度をより高めることができるの
で、より強い圧力波を生成することができるようになる。
【００１６】
また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。
すなわち、上記のような流体噴射装置を備えた医療機器である。
このようにすることで、液体をパルス状に高速噴射することができるので、生体組織を
切除、切開、破砕することができ、特に、血管等の細管組織を温存できる手術具として優
れた特性を有する。また、噴射する液体の量が連続高圧流を用いたものに比して極めて少
ないため、術視野の視認性に優れた医療機器を提供することができる。
【００１７】
＝＝＝実施形態＝＝＝
図１は、第１実施形態における流体噴射装置１の概略構成を示す断面図である。図には
、圧力室１０とパイプ部２０とノズル３０と流体供給流路４０と制御部５０とが示されて
いる。圧力室１０とパイプ部２０とノズル３０と流体供給流路４０のそれぞれの部材は管
状の部材である。そして、これらの部材は同一軸を直線状に連通する。図１は、これらに
より構成される管の長手方向について切断した断面図となっている。
【００１８】
圧力室１０は、圧電素子の変位に追従した変形が可能である材料で製造された壁面１２
により管状に構成される。
【００１９】
パイプ部２０は、その一端の径が圧力室１０の初期状態のときにおける径と同径となる
ように形成され、その径は徐々に小さく絞られ、ノズル３０と接続する端部はノズル３０
の径と同等程度の径にまで小さく形成されている。パイプ部２０は、パイプ部２０内の流
体中を伝播する圧力波が、できる限り損失なくノズルまで到達し得るのに十分な硬さを有
する材質で製造されている。
【００２０】
ノズル３０は噴射口であり、後述する圧力波により液体を噴射する。流体供給流路４０
は、圧力室１０に噴射する液体を供給するための流路である。流体供給流路４０には、ポ
ンプ等の流体供給手段によって常に一定圧力あるいは一定流量の液体が供給される。これ
らノズル３０及び流体供給流路４０は、圧力室１０に比して変形しにくい材質で製造され
、例えば金属で形成されている。
【００２１】
制御部５０は、圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８に接続され、後述する電圧波形からなる駆
動波形を印加する。そして、圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８のそれぞれの伸長を駆動制御す
る。
【００２２】
圧力室１０の上部には、複数の圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８が圧力室１０の長手方向に
並ぶように設けられている。圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８は、ノズル３０から最も遠い側
から番号の小さい順に並べられる。複数の圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８は圧力室１０の長
手方向と交差する方向に伸張する。
【００２３】
圧電素子ＰＺＴの伸長量は、数μｍ程度から十数μｍ程度と小さい。よって、圧電素子
ＰＺＴによって確実に圧力室１０を変形させることができるように、これら圧電素子の先
端部は、圧力室１０を構成する圧力室の壁面１２に接していることが望ましい。
【００２４】
図２は、圧電素子の駆動の説明図である。図には、前述の流体噴射装置１の横断面図と
共に、各圧電素子の駆動開始時刻ｔと駆動遅延時間Δｔｄが示されている。また、圧力室
１０の長手方向における各圧電素子の幅Δｚが示されている。尚、ここでは、説明を一般
化するために、圧電素子の番号がｎで示され、ｎ番目の圧電素子の駆動開始時刻がｔｎで
示される。また、圧力室１０の長手方向におけるｎ番目の圧電素子の幅はΔｚｎで示され
る。また、ｎ＋１番目の圧電素子の駆動開始時刻ｔｎ＋１とｎ番目の圧電素子の駆動開始
時刻ｔｎとの差である駆動遅延時間はΔｔｄｎで示される。
【００２５】
制御部５０は、小さい番号の圧電素子から順に電圧波形を印加し、順に圧電素子を伸長
方向に伸長させる。例えば、時刻ｔ１に１番目の圧電素子ＰＺＴ１の駆動を開始し、時刻
ｔ２に２番目の圧電素子ＰＺＴ２の駆動を開始する。以下、順次駆動し、時刻ｔｎにｎ番
目の圧電素子の駆動を開始する。このように圧電素子が圧力室１０を順次押圧することに
より、圧力室には圧力波ＰＷが生成される。この圧力波ＰＷはノズル３０の方向に進行す
る。
【００２６】
尚、圧電素子の伸長量は、数μｍ程度から十数μｍ程度と小さいので、説明をわかりや
すくするためにここでは伸長量を誇張して図示した。
【００２７】
図３は、圧電素子に印加される駆動波形の説明図である。図３を参照しつつ、電圧波形
と電圧波形の入力タイミングについて説明する。図３には、時間を横軸とし、電圧を縦軸
としたグラフが示されている。そして、図３にはｎ番目の圧電素子ＰＺＴｎに印加される
電圧波形Ｓｎが示されている。また、ｎ番目の圧電素子ＰＺＴｎの駆動開始時刻ｔｎと、
駆動遅延時間Δｔｄｎとが示されている。また、ｎ番目の圧電素子ＰＺＴｎに印加される
電圧波形Ｓｎが０（Ｖ）からピーク電圧Ｖｍ（Ｖ）に立ち上がるまでの時間として、Δｔ
ｒｎが示されている。
【００２８】
電圧波形Ｓｎは、時間Δｔｒｎの間に０（Ｖ）からピーク電圧Ｖｍ（Ｖ）まで急峻に立
ち上がり（この部分の波形を、立ち上がり波形と呼ぶ）、その後ピーク電圧Ｖｍを維持し
、最終の圧電素子ＰＺＴＮに印加される電圧波形ＳＮがピーク電圧Ｖｍに達するまでその
状態を維持し、そこから徐々に電圧を低下させて０（Ｖ）になる（この部分の波形を、立
ち下がり波形と呼ぶ）駆動波形を有することが好ましい。
【００２９】
ピーク電圧Ｖｍが印加されたときに、印加される圧電素子の伸長量は最大となる。一方
、電圧０（Ｖ）のときには、圧電素子の伸長量は最小（初期状態）となる。
【００３０】
後続する電圧波形Ｓｎ＋１は、電圧波形Ｓｎの立ち上がりから時間差Δｔｄｎが経過後
、立ち上がりを開始し、立ち上がりを開始してから時間Δｔｒｎ＋１の間に０（Ｖ）から
ピーク電圧Ｖｍ（Ｖ）まで急峻に立ち上がり、その後、ピーク電圧Ｖｍを維持し、最終の
電圧波形ＳＮがピーク電圧Ｖｍに達するまでその状態を維持し、そこから徐々に電圧を低
下させて０（Ｖ）になる駆動波形を有する。
【００３１】
尚、全ての電圧波形の立ち下がり波形は同じであって、これは全ての圧電素子の収縮が
同時に行われることを示している。
【００３２】
このように、それぞれの圧電素子に対応する電圧波形が間断なく連続的に生成され、対
応する各圧電素子に印加される。
【００３３】
立ち上がり波形を急峻にしているのは、圧力室１０の容積を急激に縮小させ、圧力室１
０の内部圧力を急激に高めて圧力波を生成するためである。また、立ち下がり波形を緩や
かにしているのは、圧力室１０への液体の供給を容易にするためである。また、圧電素子
の変位速度を緩やかにして破壊を防止し、さらに、電荷の除去を時間をかけて十分に行う
ためである。
【００３４】
流体噴射装置１を駆動する際には、電圧波形Ｓ１〜ＳＮからなる基本電圧波形をある周
期で繰り返し印加してもよいし、ある周期で、ある有限の回数だけ繰り返し印加してもよ
い。または、基本電圧波形を単発で印加してもよい。
【００３５】
前述のように圧電素子の幅をΔｚｎとし、駆動遅延時間をΔｔｄｎとし、電圧波形Ｓｎ
が０（Ｖ）からピーク電圧Ｖｍ（Ｖ）に立ち上がるまでの時間をΔｔｒｎとする。そして
、流体中における圧力波の伝播速度、すなわち音速をＶｓとすると、以下の式を満たすよ
うに各圧電素子の伸長が駆動制御されることが好ましい。
Δｚｎ＋１／Ｖｓ ＜ Δｔｄｎ ＜ Δｔｒｎ （ｎ＝１，２，３，・・・Ｎ−１）
【００３６】
これは、隣り合う圧電素子間の駆動遅延時間が、隣り合う圧電素子間の距離を圧力波が
伝播する時間よりも長くなるように、各圧電素子の伸長が制御されることを表わしている
。すなわち、隣り合う圧電素子間の距離を駆動遅延時間で除した値が、流体中の音速より
小さくなるように各圧電素子の伸長が制御される。
また、駆動遅延時間Δｔｄｎが立ち上がり時間Δｔｒｎよりも短くなるように、圧電素
子の伸長が制御される。これは隣り合う圧電素子間で間断の無い連続的な圧力波が生成さ
れることを表わしている。
【００３７】
さらに、圧電素子の伸長方向に対する変位速度をＶｐとした時、隣り合う圧電素子の中
心間の距離を駆動遅延時間で除した速度が、変位速度Ｖｐより速くなるように各圧電素子
が駆動制御される。これは、圧電素子の伸長方向の変位速度よりも早い速度で流体をノズ
ル方向に圧縮することを表わしている。
【００３８】
図４は、時間経過と各圧電素子の動作の説明図である。図には流体噴射装置１の時刻の
異なる複数の状態が示されており、ｚ軸は圧力波の移動方向を示し、ｔ軸は時刻を示す。
ここでは、圧電素子の数を８個として説明を行う。なお、圧電素子の伸長量は、数μｍ程
度から十数μｍ程度と小さいので、ここでも説明をわかりやすくするために伸長量を誇張
して図示している。
【００３９】
時刻ｔ１における流体噴射装置１の図は、圧電素子ＰＺＴ１に電圧波形Ｓ１の印加が開
始される状態を表している。このとき、いずれの圧電素子に印加されている電圧は０（Ｖ
）であるから、いずれの圧電素子の伸長量は０であって、圧力室１０の容積も初期状態（
容積最大）である。
【００４０】
時刻ｔ１＋Δｔｒ１における流体噴射装置１の図は、ノズルから最も遠い圧電素子ＰＺ
Ｔ１に電圧波形Ｓ１のピーク電圧Ｖｍが印加された状態を表している。時刻ｔ１から時刻
ｔ１＋Δｔｒ１にかけて、圧電素子ＰＺＴ１は圧力室１０の容積を縮小する方向に急速に
伸長し、圧力室１０内にノズル方向へと進行する圧力波を発生させる。そして、時刻ｔ１
＋Δｔｒ１において電圧波形Ｓ１がピーク電圧Ｖｍに達すると、圧電素子ＰＺＴ１はその
伸長状態を維持する。
【００４１】
また、時刻ｔ１から時刻Δｔｒ１の間には、時刻ｔ２が到来する。よって、時刻ｔ１か
ら時刻Δｔｒ１の間に、圧電素子ＰＺＴ２には電圧波形Ｓ２の印加が開始され、その伸長
が開始していることになる。
【００４２】
時刻ｔ２＋Δｔｒ２における流体噴射装置１の図は、圧電素子ＰＺＴ２に電圧波形Ｓ２
のピーク電圧Ｖｍが印加された状態を表している。なお、時刻ｔ２から時刻ｔ２＋Δｔｒ
２にかけて、圧電素子ＰＺＴ２は圧力室１０の容積を縮小する方向に急速に伸長し、圧力
室１０内にノズル方向へ進行する圧力波を発生させる。そして、時刻ｔ２＋Δｔｒ２にお
いて電圧波形Ｓ２がピーク電圧Ｖｍに達すると、圧電素子ＰＺＴ２はその伸長状態を維持
する。
【００４３】
上記と同様に圧電素子ＰＺＴ３〜ＰＺＴ８のそれぞれには対応する電圧波形Ｓ３〜Ｓ８
が印加される。これにより、圧力室１０内にノズル方向へと進行する圧力波を間断なく連
続的に発生させる。発生した圧力波は、パイプ部２０を通過しノズル３０に到達し、高速
噴流として流体が噴射される。
【００４４】
すなわち、圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８に駆動電圧が印加され、ノズルから離れている
圧電素子から順に伸長する。その結果、圧力室１０の容積は、ノズルから離れている側か
らノズル側に向かって急速に縮小され、圧力室１０内の流体自身が有する圧縮性により圧
力が急速に上昇する。圧力室１０内で急激に高められた圧力は、非常に大きな流体変位量
を伴った圧力波としてパイプ部内をノズルへ向かって伝播し始める。この圧力波は、パイ
プ部内をノズル方向へ音速で伝播し、ノズル３０に到達したときに、強い高速噴流として
流体が噴射される。
【００４５】
時刻ｔ８において電圧波形Ｓ８がピーク電圧Ｖｍに達すると、前述の通り電圧波形Ｓ１
〜Ｓ８の電圧は０Ｖへと降下させられる。そのため、圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８は伸長
状態から元の状態へと収縮し、圧力室１０は初期状態に復帰する。このとき、圧力室１０
の内部圧力は低下し、流体供給流路４０から液体を吸引する。
【００４６】
電圧波形Ｓ１〜Ｓ８が０（Ｖ）になった後、再び電圧波形Ｓ１から順にＳ８まで入力さ
れる。このような動作を繰り返すことで、ノズル３０から周期的なパルス状の流体を高速
噴射させる。
【００４７】
このようにすることで、隣り合う圧電素子を圧電素子の伸長する速度よりも早く駆動さ
せ、ノズル方向に向かって急速に流体を圧縮することができるため、より強い流体噴射を
行うことができるようになる。
【００４８】
図５は、第２実施形態における流体噴射装置１０１の概略構成を示す断面図である。図
には、圧力室１１０とパイプ部１２０とノズル１３０と流体供給流路１４０とが示されて
いる。尚、制御部を不図示としているが、第２実施形態でも制御部を有し、制御部から各
圧電素子に電圧波形を印加できるようになっている。これらの基本的な機能は、第１実施
形態のものと同様であるため、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、
その説明を省略する。第２実施形態において第１実施形態と異なっているのは、第１実施
形態では圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８が圧力室１０の上部のみに配列されていたのに対し
、第２実施形態では、圧力室１１０の上部及び下部にそれぞれ圧電素子ＰＺＴｕ１〜ＰＺ
Ｔｕ８、及び、圧電素子ＰＺＴｌ１〜ＰＺＴｌ８が配列されていることである。また、圧
電素子を圧力室１１０の下部にも設けたため、圧力室の径が第１実施形態のものよりも大
きくされている。
【００４９】
第２実施形態では、それぞれ上下対向する圧電素子同士が同時に伸長を開始し、同時に
伸長を停止する。そのために、上側の圧電素子ＰＺＴｕｎと下側の圧電素子ＰＺＴｌｎに
は、同じ電圧波形Ｓｎが印加される。電圧波形の形状は図３に示すものと同様である。こ
こで「同時」とは完全に同一時刻に事象が発生することのみならず、実質的に同時に事象
が発生しているとみなす事が可能なわずかな誤差がある場合も含む。
【００５０】
図６は、第２実施形態における時間経過と各圧電素子の動作の説明図である。本図を参
照しつつ、第２実施形態における時間経過と圧電素子の動作について説明する。
【００５１】
時刻ｔ１における流体噴射装置１０１の図は、圧電素子ＰＺＴｕ１及び圧電素子ＰＺＴ
ｌ１に電圧波形Ｓ１の印加が開始される状態を表している。このとき、いずれの圧電素子
に印加されている電圧は０（Ｖ）であるから、いずれの圧電素子の伸長量は０であって、
圧力室１１０の容積も初期状態（容積最大）である。
【００５２】
時刻ｔ１＋Δｔｒ１における流体噴射装置１０１の図は、ノズルから最も遠い対向する
２つの圧電素子ＰＺＴｕ１及び圧電素子ＰＺＴｌ１に電圧波形Ｓ１のピーク電圧Ｖｍが印
加された状態を表している。時刻ｔ１から時刻ｔ１＋Δｔｒ１にかけて、圧電素子ＰＺＴ
ｕ１及び圧電素子ＰＺＴｌ１は圧力室１１０の容積を縮小する方向に急速に伸長し、圧力
室１１０内にノズル方向へと進行する圧力波を発生させる。そして、時刻ｔ１＋Δｔｒ１
において電圧波形Ｓ１がピーク電圧Ｖｍに達すると、圧電素子ＰＺＴｕ１及び圧電素子Ｐ
ＺＴｌ１はその伸長状態を維持する。
【００５３】
また、時刻ｔ１から時刻Δｔｒ１の間には、時刻ｔ２が到来する。よって、時刻ｔ１か
ら時刻Δｔｒ１の間に、圧電素子ＰＺＴｕ２及び圧電素子ＰＺＴｌ２には電圧波形Ｓ２の
印加が開始され、その伸長が開始していることになる。
【００５４】
時刻ｔ２＋Δｔｒ２における流体噴射装置１０１の図は、圧電素子ＰＺＴｕ２及び圧電
素子ＰＺＴｌ２に電圧波形Ｓ２のピーク電圧Ｖｍが印加された状態を表している。なお、
時刻ｔ２から時刻ｔ２＋Δｔｒ２にかけて、圧電素子ＰＺＴｕ２及び圧電素子ＰＺＴｌ２
は圧力室１１０の容積を縮小する方向に急速に伸長し、圧力室１１０内にノズル方向へ進
行する圧力波を発生させる。そして、時刻ｔ２＋Δｔｒ２において電圧波形Ｓ２がピーク
電圧Ｖｍに達すると、圧電素子ＰＺＴｕ２及び圧電素子ＰＺＴｌ２はその伸長状態を維持
する。
【００５５】
上記と同様に圧電素子ＰＺＴｕ３〜ＰＺＴｕ８及び圧電素子ＰＺＴｌ３〜ＰＺＴｌ８の
それぞれには対応する電圧波形Ｓ３〜Ｓ８が印加される。これにより、圧力室１１０内に
ノズル方向へと進行する圧力波を間断なく連続的に発生させる。発生した圧力波は、パイ
プ部１２０を通過しノズル１３０に到達し、高速噴流として流体が噴射される。
【００５６】
このようにすることで、上下同時に圧電素子を駆動することになるため、圧力室１１０
の体積圧縮率が第１実施形態のときよりも速くなる。そのため、第１実施形態のときより
もエネルギーの高い圧力波を生成することができ、より強い流体噴射を行うことができる
ようになる。
【００５７】
また、上記の第１実施形態及び第２実施形態の流体噴射装置を医療機器に搭載すること
もできる。このとき、流体噴射装置は、複数の圧電素子を駆動することによって、ノズル
３０から一連のパルス状の微少液滴を高速噴射する。パルス状の微少液滴の噴射による手
術は、生体組織の切除、切開、破砕する際、熱損傷がなく、生体組織を選択的に切除並び
に温存できるなど、手術具として優れた特性を有する。また、このような流体噴射装置を
用いて手術等を行う場合、噴射する液体量が従来の高圧定常流を用いたものに比べ少なく
、術部の視認性に優れているという利点もある。
【００５８】
尚、上記の第１実施形態及び第２実施形態の構成を説明するために、ここでは圧電素子
ＰＺＴをノズル方向へ８個並べているが、個数はこれに限られず、任意の複数とすること
ができる。
【００５９】
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解
釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得
ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
１ 流体噴射装置、
１０ 圧力室、
２０ パイプ部、
３０ ノズル、
４０ 流体供給流路、
５０ 制御部、
ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８ 圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体噴射装置及び医療機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイアフラムに密着した圧電素子を変位させ、圧力室の容積を変更することによって、
流体をパルス状に噴射させる流体噴射装置が開発されている（特許文献１）。特許文献１
に示されるような流体噴射装置において圧力室は薄い円筒形をしている。そして、圧電素
子は円筒形圧力室の高さ方向に変位することにより圧力室を圧縮する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８２２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電素子は、圧電定数や弾性定数、そして素子形状や素子サイズなどに依存し、各種振
動モードに対応する共振周波数を有しており、圧電素子の制御性の観点から、基本共振周
波数よりも十分に低い周波数で圧電素子を駆動しなければならないという制約がある。こ
のため圧電素子を用いた従来の流体噴射装置では、圧電素子の実際の最大変位速度はおよ
そ数ｃｍ／ｓ程度と遅いため、圧力室の急激な圧縮は難しく、強い流体噴射を得ることは
困難であった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子を用いてより強い流
体噴射を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための主たる発明は、
伸長方向と交差する交差方向に並ぶ複数の圧電素子と、
前記交差方向に噴射口を有するノズルと
前記交差方向を長手方向とし前記ノズルと連通する圧力室であって、前記複数の圧電素
子の端部と対向する圧力室と、
前記ノズルから離れた圧電素子から前記ノズルに近い圧電素子へ向かって前記複数の圧
電素子に電圧を印加して順次伸長させる制御部と、
を備える流体噴射装置である。
【０００７】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態における流体噴射装置１の概略構成を示す断面図である。
【図２】圧電素子の駆動の説明図である。
【図３】圧電素子に印加される駆動波形の説明図である。
【図４】時間経過と各圧電素子の動作の説明図である。
【図５】第２実施形態における流体噴射装置１０１の概略構成を示す断面図である。
【図６】第２実施形態における時間経過と各圧電素子の動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
すなわち、 伸長方向と交差する交差方向に並ぶ複数の圧電素子と、
前記交差方向に噴射口を有するノズルと
前記交差方向を長手方向とし前記ノズルと連通する圧力室であって、前記複数の圧電素
子の端部と対向する圧力室と、
前記ノズルから離れた圧電素子から前記ノズルに近い圧電素子へ向かって前記複数の圧
電素子に電圧を印加して順次伸長させる制御部と、
を備える流体噴射装置である。
このような構成において圧電素子の伸長方向と交差する交差方向に並ぶ複数の圧電素子
の隣り合う圧電素子を順次伸長させることで、交差方向に流体を圧縮する速度を圧電素子
の伸長方向の変位速度よりも早くすることができる。そして、交差方向に進行する圧力波
を圧力室内に生成させ、交差方向に噴射口を有するノズルからより強い流体噴射を行うこ
とができるようになる。
【００１０】
かかる流体噴射装置であって、前記制御部は、前記ノズルに最も近い圧電素子が最大変
位に伸長するまで、他の圧電素子が最大変位の伸長状態を維持するように前記圧電素子を
制御することが望ましい。
このようにすることで、圧力波がノズルがある方向とは逆方向に進行してしまうことを
妨げ、ノズルがある方向に圧力波の進行を集中させることができる。
【００１１】
また、前記制御部は、隣り合う圧電素子において前記ノズルから離れている側の圧電素
子が最大伸長となる前に、前記ノズルに近い側の圧電素子の伸長を開始させることが望ま
しい。
このようにすることで、隣り合う圧電素子間で連続的圧力波を生成することができる。
【００１２】
また、前記制御部は、前記複数の圧電素子を順次伸長させる際の隣り合う圧電素子間の
駆動遅延時間が、前記圧力室内を前記交差方向に進行する圧力波が隣り合う圧電素子間の
距離を伝播する時間よりも長くなるように前記圧電素子を制御することが望ましい。
このようにすることで、生成された交差方向へ進行する圧力波を隣り合う圧電素子の伸
長が妨げてしまうことを防止することができる。
【００１３】
また、前記制御部は、前記交差方向における前記圧電素子の幅を前記駆動遅延時間で除
した値が、前記圧電素子の伸長方向の変位速度よりも速くなるように前記圧電素子の変位
を制御することが望ましい。
このようにすることで、圧電素子の伸長方向の変位速度よりも早い速度で流体をノズル
方向に圧縮することができ、強い圧力波をノズル方向に伝播させることができる。
【００１４】
また、前記圧電素子の前記端部は前記圧力室を形成する壁部材に接していることが望ま
しい。
このようにすることで、圧電素子の変位が損失なく壁部材に伝わり、確実に圧力室を変
形させて圧力波を生成することができる。
【００１５】
また、さらに、前記圧力室を挟んで前記複数の圧電素子と対向する位置に他の複数の圧
電素子を備え、前記制御部は、前記他の複数の圧電素子を制御し、前記ノズルから離れた
圧電素子から前記ノズルに近い圧電素子へ向かって、前記圧力室を挟んで対向する圧電素
子を順次伸長させることとしてもよい。
このようにすることで、圧電素子が圧力室を圧縮する速度をより高めることができるの
で、より強い圧力波を生成することができるようになる。
【００１６】
また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。
すなわち、上記のような流体噴射装置を備えた医療機器である。
このようにすることで、液体をパルス状に高速噴射することができるので、生体組織を
切除、切開、破砕することができ、特に、血管等の細管組織を温存できる手術具として優
れた特性を有する。また、噴射する液体の量が連続高圧流を用いたものに比して極めて少
ないため、術視野の視認性に優れた医療機器を提供することができる。
【００１７】
＝＝＝実施形態＝＝＝
図１は、第１実施形態における流体噴射装置１の概略構成を示す断面図である。図には
、圧力室１０とパイプ部２０とノズル３０と流体供給流路４０と制御部５０とが示されて
いる。圧力室１０とパイプ部２０とノズル３０と流体供給流路４０のそれぞれの部材は管
状の部材である。そして、これらの部材は同一軸を直線状に連通する。図１は、これらに
より構成される管の長手方向について切断した断面図となっている。
【００１８】
圧力室１０は、圧電素子の変位に追従した変形が可能である材料で製造された壁面１２
により管状に構成される。
【００１９】
パイプ部２０は、その一端の径が圧力室１０の初期状態のときにおける径と同径となる
ように形成され、その径は徐々に小さく絞られ、ノズル３０と接続する端部はノズル３０
の径と同等程度の径にまで小さく形成されている。パイプ部２０は、パイプ部２０内の流
体中を伝播する圧力波が、できる限り損失なくノズルまで到達し得るのに十分な硬さを有
する材質で製造されている。
【００２０】
ノズル３０は噴射口であり、後述する圧力波により液体を噴射する。流体供給流路４０
は、圧力室１０に噴射する液体を供給するための流路である。流体供給流路４０には、ポ
ンプ等の流体供給手段によって常に一定圧力あるいは一定流量の液体が供給される。これ
らノズル３０及び流体供給流路４０は、圧力室１０に比して変形しにくい材質で製造され
、例えば金属で形成されている。
【００２１】
制御部５０は、圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８に接続され、後述する電圧波形からなる駆
動波形を印加する。そして、圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８のそれぞれの伸長を駆動制御す
る。
【００２２】
圧力室１０の上部には、複数の圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８が圧力室１０の長手方向に
並ぶように設けられている。圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８は、ノズル３０から最も遠い側
から番号の小さい順に並べられる。複数の圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８は圧力室１０の長
手方向と交差する方向に伸張する。
【００２３】
圧電素子ＰＺＴの伸長量は、数μｍ程度から十数μｍ程度と小さい。よって、圧電素子
ＰＺＴによって確実に圧力室１０を変形させることができるように、これら圧電素子の先
端部は、圧力室１０を構成する圧力室の壁面１２に接していることが望ましい。
【００２４】
図２は、圧電素子の駆動の説明図である。図には、前述の流体噴射装置１の横断面図と
共に、各圧電素子の駆動開始時刻ｔと駆動遅延時間Δｔｄが示されている。また、圧力室
１０の長手方向における各圧電素子の幅Δｚが示されている。尚、ここでは、説明を一般
化するために、圧電素子の番号がｎで示され、ｎ番目の圧電素子の駆動開始時刻がｔｎで
示される。また、圧力室１０の長手方向におけるｎ番目の圧電素子の幅はΔｚｎで示され
る。また、ｎ＋１番目の圧電素子の駆動開始時刻ｔｎ＋１とｎ番目の圧電素子の駆動開始
時刻ｔｎとの差である駆動遅延時間はΔｔｄｎで示される。
【００２５】
制御部５０は、小さい番号の圧電素子から順に電圧波形を印加し、順に圧電素子を伸長
方向に伸長させる。例えば、時刻ｔ１に１番目の圧電素子ＰＺＴ１の駆動を開始し、時刻
ｔ２に２番目の圧電素子ＰＺＴ２の駆動を開始する。以下、順次駆動し、時刻ｔｎにｎ番
目の圧電素子の駆動を開始する。このように圧電素子が圧力室１０を順次押圧することに
より、圧力室には圧力波ＰＷが生成される。この圧力波ＰＷはノズル３０の方向に進行す
る。
【００２６】
尚、圧電素子の伸長量は、数μｍ程度から十数μｍ程度と小さいので、説明をわかりや
すくするためにここでは伸長量を誇張して図示した。
【００２７】
図３は、圧電素子に印加される駆動波形の説明図である。図３を参照しつつ、電圧波形
と電圧波形の入力タイミングについて説明する。図３には、時間を横軸とし、電圧を縦軸
としたグラフが示されている。そして、図３にはｎ番目の圧電素子ＰＺＴｎに印加される
電圧波形Ｓｎが示されている。また、ｎ番目の圧電素子ＰＺＴｎの駆動開始時刻ｔｎと、
駆動遅延時間Δｔｄｎとが示されている。また、ｎ番目の圧電素子ＰＺＴｎに印加される
電圧波形Ｓｎが０（Ｖ）からピーク電圧Ｖｍ（Ｖ）に立ち上がるまでの時間として、Δｔ
ｒｎが示されている。
【００２８】
電圧波形Ｓｎは、時間Δｔｒｎの間に０（Ｖ）からピーク電圧Ｖｍ（Ｖ）まで急峻に立
ち上がり（この部分の波形を、立ち上がり波形と呼ぶ）、その後ピーク電圧Ｖｍを維持し
、最終の圧電素子ＰＺＴＮに印加される電圧波形ＳＮがピーク電圧Ｖｍに達するまでその
状態を維持し、そこから徐々に電圧を低下させて０（Ｖ）になる（この部分の波形を、立
ち下がり波形と呼ぶ）駆動波形を有することが好ましい。
【００２９】
ピーク電圧Ｖｍが印加されたときに、印加される圧電素子の伸長量は最大となる。一方
、電圧０（Ｖ）のときには、圧電素子の伸長量は最小（初期状態）となる。
【００３０】
後続する電圧波形Ｓｎ＋１は、電圧波形Ｓｎの立ち上がりから時間差Δｔｄｎが経過後
、立ち上がりを開始し、立ち上がりを開始してから時間Δｔｒｎ＋１の間に０（Ｖ）から
ピーク電圧Ｖｍ（Ｖ）まで急峻に立ち上がり、その後、ピーク電圧Ｖｍを維持し、最終の
電圧波形ＳＮがピーク電圧Ｖｍに達するまでその状態を維持し、そこから徐々に電圧を低
下させて０（Ｖ）になる駆動波形を有する。
【００３１】
尚、全ての電圧波形の立ち下がり波形は同じであって、これは全ての圧電素子の収縮が
同時に行われることを示している。
【００３２】
このように、それぞれの圧電素子に対応する電圧波形が間断なく連続的に生成され、対
応する各圧電素子に印加される。
【００３３】
立ち上がり波形を急峻にしているのは、圧力室１０の容積を急激に縮小させ、圧力室１
０の内部圧力を急激に高めて圧力波を生成するためである。また、立ち下がり波形を緩や
かにしているのは、圧力室１０への液体の供給を容易にするためである。また、圧電素子
の変位速度を緩やかにして破壊を防止し、さらに、電荷の除去を時間をかけて十分に行う
ためである。
【００３４】
流体噴射装置１を駆動する際には、電圧波形Ｓ１〜ＳＮからなる基本電圧波形をある周
期で繰り返し印加してもよいし、ある周期で、ある有限の回数だけ繰り返し印加してもよ
い。または、基本電圧波形を単発で印加してもよい。
【００３５】
前述のように圧電素子の幅をΔｚｎとし、駆動遅延時間をΔｔｄｎとし、電圧波形Ｓｎ
が０（Ｖ）からピーク電圧Ｖｍ（Ｖ）に立ち上がるまでの時間をΔｔｒｎとする。そして
、流体中における圧力波の伝播速度、すなわち音速をＶｓとすると、以下の式を満たすよ
うに各圧電素子の伸長が駆動制御されることが好ましい。
Δｚｎ＋１／Ｖｓ ＜ Δｔｄｎ ＜ Δｔｒｎ （ｎ＝１，２，３，・・・Ｎ−１）
【００３６】
これは、隣り合う圧電素子間の駆動遅延時間が、隣り合う圧電素子間の距離を圧力波が
伝播する時間よりも長くなるように、各圧電素子の伸長が制御されることを表わしている
。すなわち、隣り合う圧電素子間の距離を駆動遅延時間で除した値が、流体中の音速より
小さくなるように各圧電素子の伸長が制御される。
また、駆動遅延時間Δｔｄｎが立ち上がり時間Δｔｒｎよりも短くなるように、圧電素
子の伸長が制御される。これは隣り合う圧電素子間で間断の無い連続的な圧力波が生成さ
れることを表わしている。
【００３７】
さらに、圧電素子の伸長方向に対する変位速度をＶｐとした時、隣り合う圧電素子の中
心間の距離を駆動遅延時間で除した速度が、変位速度Ｖｐより速くなるように各圧電素子
が駆動制御される。これは、圧電素子の伸長方向の変位速度よりも早い速度で流体をノズ
ル方向に圧縮することを表わしている。
【００３８】
図４は、時間経過と各圧電素子の動作の説明図である。図には流体噴射装置１の時刻の
異なる複数の状態が示されており、ｚ軸は圧力波の移動方向を示し、ｔ軸は時刻を示す。
ここでは、圧電素子の数を８個として説明を行う。なお、圧電素子の伸長量は、数μｍ程
度から十数μｍ程度と小さいので、ここでも説明をわかりやすくするために伸長量を誇張
して図示している。
【００３９】
時刻ｔ１における流体噴射装置１の図は、圧電素子ＰＺＴ１に電圧波形Ｓ１の印加が開
始される状態を表している。このとき、いずれの圧電素子に印加されている電圧は０（Ｖ
）であるから、いずれの圧電素子の伸長量は０であって、圧力室１０の容積も初期状態（
容積最大）である。
【００４０】
時刻ｔ１＋Δｔｒ１における流体噴射装置１の図は、ノズルから最も遠い圧電素子ＰＺ
Ｔ１に電圧波形Ｓ１のピーク電圧Ｖｍが印加された状態を表している。時刻ｔ１から時刻
ｔ１＋Δｔｒ１にかけて、圧電素子ＰＺＴ１は圧力室１０の容積を縮小する方向に急速に
伸長し、圧力室１０内にノズル方向へと進行する圧力波を発生させる。そして、時刻ｔ１
＋Δｔｒ１において電圧波形Ｓ１がピーク電圧Ｖｍに達すると、圧電素子ＰＺＴ１はその
伸長状態を維持する。
【００４１】
また、時刻ｔ１から時刻Δｔｒ１の間には、時刻ｔ２が到来する。よって、時刻ｔ１か
ら時刻Δｔｒ１の間に、圧電素子ＰＺＴ２には電圧波形Ｓ２の印加が開始され、その伸長
が開始していることになる。
【００４２】
時刻ｔ２＋Δｔｒ２における流体噴射装置１の図は、圧電素子ＰＺＴ２に電圧波形Ｓ２
のピーク電圧Ｖｍが印加された状態を表している。なお、時刻ｔ２から時刻ｔ２＋Δｔｒ
２にかけて、圧電素子ＰＺＴ２は圧力室１０の容積を縮小する方向に急速に伸長し、圧力
室１０内にノズル方向へ進行する圧力波を発生させる。そして、時刻ｔ２＋Δｔｒ２にお
いて電圧波形Ｓ２がピーク電圧Ｖｍに達すると、圧電素子ＰＺＴ２はその伸長状態を維持
する。
【００４３】
上記と同様に圧電素子ＰＺＴ３〜ＰＺＴ８のそれぞれには対応する電圧波形Ｓ３〜Ｓ８
が印加される。これにより、圧力室１０内にノズル方向へと進行する圧力波を間断なく連
続的に発生させる。発生した圧力波は、パイプ部２０を通過しノズル３０に到達し、高速
噴流として流体が噴射される。
【００４４】
すなわち、圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８に駆動電圧が印加され、ノズルから離れている
圧電素子から順に伸長する。その結果、圧力室１０の容積は、ノズルから離れている側か
らノズル側に向かって急速に縮小され、圧力室１０内の流体自身が有する圧縮性により圧
力が急速に上昇する。圧力室１０内で急激に高められた圧力は、非常に大きな流体変位量
を伴った圧力波としてパイプ部内をノズルへ向かって伝播し始める。この圧力波は、パイ
プ部内をノズル方向へ音速で伝播し、ノズル３０に到達したときに、強い高速噴流として
流体が噴射される。
【００４５】
時刻ｔ８において電圧波形Ｓ８がピーク電圧Ｖｍに達すると、前述の通り電圧波形Ｓ１
〜Ｓ８の電圧は０Ｖへと降下させられる。そのため、圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８は伸長
状態から元の状態へと収縮し、圧力室１０は初期状態に復帰する。このとき、圧力室１０
の内部圧力は低下し、流体供給流路４０から液体を吸引する。
【００４６】
電圧波形Ｓ１〜Ｓ８が０（Ｖ）になった後、再び電圧波形Ｓ１から順にＳ８まで入力さ
れる。このような動作を繰り返すことで、ノズル３０から周期的なパルス状の流体を高速
噴射させる。
【００４７】
このようにすることで、隣り合う圧電素子を圧電素子の伸長する速度よりも早く駆動さ
せ、ノズル方向に向かって急速に流体を圧縮することができるため、より強い流体噴射を
行うことができるようになる。
【００４８】
図５は、第２実施形態における流体噴射装置１０１の概略構成を示す断面図である。図
には、圧力室１１０とパイプ部１２０とノズル１３０と流体供給流路１４０とが示されて
いる。尚、制御部を不図示としているが、第２実施形態でも制御部を有し、制御部から各
圧電素子に電圧波形を印加できるようになっている。これらの基本的な機能は、第１実施
形態のものと同様であるため、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、
その説明を省略する。第２実施形態において第１実施形態と異なっているのは、第１実施
形態では圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８が圧力室１０の上部のみに配列されていたのに対し
、第２実施形態では、圧力室１１０の上部及び下部にそれぞれ圧電素子ＰＺＴｕ１〜ＰＺ
Ｔｕ８、及び、圧電素子ＰＺＴｌ１〜ＰＺＴｌ８が配列されていることである。また、圧
電素子を圧力室１１０の下部にも設けたため、圧力室の径が第１実施形態のものよりも大
きくされている。
【００４９】
第２実施形態では、それぞれ上下対向する圧電素子同士が同時に伸長を開始し、同時に
伸長を停止する。そのために、上側の圧電素子ＰＺＴｕｎと下側の圧電素子ＰＺＴｌｎに
は、同じ電圧波形Ｓｎが印加される。電圧波形の形状は図３に示すものと同様である。こ
こで「同時」とは完全に同一時刻に事象が発生することのみならず、実質的に同時に事象
が発生しているとみなす事が可能なわずかな誤差がある場合も含む。
【００５０】
図６は、第２実施形態における時間経過と各圧電素子の動作の説明図である。本図を参
照しつつ、第２実施形態における時間経過と圧電素子の動作について説明する。
【００５１】
時刻ｔ１における流体噴射装置１０１の図は、圧電素子ＰＺＴｕ１及び圧電素子ＰＺＴ
ｌ１に電圧波形Ｓ１の印加が開始される状態を表している。このとき、いずれの圧電素子
に印加されている電圧は０（Ｖ）であるから、いずれの圧電素子の伸長量は０であって、
圧力室１１０の容積も初期状態（容積最大）である。
【００５２】
時刻ｔ１＋Δｔｒ１における流体噴射装置１０１の図は、ノズルから最も遠い対向する
２つの圧電素子ＰＺＴｕ１及び圧電素子ＰＺＴｌ１に電圧波形Ｓ１のピーク電圧Ｖｍが印
加された状態を表している。時刻ｔ１から時刻ｔ１＋Δｔｒ１にかけて、圧電素子ＰＺＴ
ｕ１及び圧電素子ＰＺＴｌ１は圧力室１１０の容積を縮小する方向に急速に伸長し、圧力
室１１０内にノズル方向へと進行する圧力波を発生させる。そして、時刻ｔ１＋Δｔｒ１
において電圧波形Ｓ１がピーク電圧Ｖｍに達すると、圧電素子ＰＺＴｕ１及び圧電素子Ｐ
ＺＴｌ１はその伸長状態を維持する。
【００５３】
また、時刻ｔ１から時刻Δｔｒ１の間には、時刻ｔ２が到来する。よって、時刻ｔ１か
ら時刻Δｔｒ１の間に、圧電素子ＰＺＴｕ２及び圧電素子ＰＺＴｌ２には電圧波形Ｓ２の
印加が開始され、その伸長が開始していることになる。
【００５４】
時刻ｔ２＋Δｔｒ２における流体噴射装置１０１の図は、圧電素子ＰＺＴｕ２及び圧電
素子ＰＺＴｌ２に電圧波形Ｓ２のピーク電圧Ｖｍが印加された状態を表している。なお、
時刻ｔ２から時刻ｔ２＋Δｔｒ２にかけて、圧電素子ＰＺＴｕ２及び圧電素子ＰＺＴｌ２
は圧力室１１０の容積を縮小する方向に急速に伸長し、圧力室１１０内にノズル方向へ進
行する圧力波を発生させる。そして、時刻ｔ２＋Δｔｒ２において電圧波形Ｓ２がピーク
電圧Ｖｍに達すると、圧電素子ＰＺＴｕ２及び圧電素子ＰＺＴｌ２はその伸長状態を維持
する。
【００５５】
上記と同様に圧電素子ＰＺＴｕ３〜ＰＺＴｕ８及び圧電素子ＰＺＴｌ３〜ＰＺＴｌ８の
それぞれには対応する電圧波形Ｓ３〜Ｓ８が印加される。これにより、圧力室１１０内に
ノズル方向へと進行する圧力波を間断なく連続的に発生させる。発生した圧力波は、パイ
プ部１２０を通過しノズル１３０に到達し、高速噴流として流体が噴射される。
【００５６】
このようにすることで、上下同時に圧電素子を駆動することになるため、圧力室１１０
の体積圧縮率が第１実施形態のときよりも速くなる。そのため、第１実施形態のときより
もエネルギーの高い圧力波を生成することができ、より強い流体噴射を行うことができる
ようになる。
【００５７】
また、上記の第１実施形態及び第２実施形態の流体噴射装置を医療機器に搭載すること
もできる。このとき、流体噴射装置は、複数の圧電素子を駆動することによって、ノズル
３０から一連のパルス状の微少液滴を高速噴射する。パルス状の微少液滴の噴射による手
術は、生体組織の切除、切開、破砕する際、熱損傷がなく、生体組織を選択的に切除並び
に温存できるなど、手術具として優れた特性を有する。また、このような流体噴射装置を
用いて手術等を行う場合、噴射する液体量が従来の高圧定常流を用いたものに比べ少なく
、術部の視認性に優れているという利点もある。
【００５８】
尚、上記の第１実施形態及び第２実施形態の構成を説明するために、ここでは圧電素子
ＰＺＴをノズル方向へ８個並べているが、個数はこれに限られず、任意の複数とすること
ができる。
【００５９】
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解
釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得
ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
１ 流体噴射装置、
１０ 圧力室、
２０ パイプ部、
３０ ノズル、
４０ 流体供給流路、
５０ 制御部、
ＰＺＴ１〜ＰＺＴ８ 圧電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸長方向と交差する交差方向に並ぶ複数の圧電素子と、
前記交差方向に噴射口を有するノズルと
前記交差方向を長手方向とし前記ノズルと連通する圧力室であって、前記複数の圧電素
子の端部と対向する圧力室と、
前記ノズルから離れた圧電素子から前記ノズルに近い圧電素子へ向かって前記複数の圧
電素子に電圧を印加して順次伸長させる制御部と、
を備える流体噴射装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記ノズルに最も近い圧電素子が最大変位に伸長するまで、他の圧電素
子が最大変位の伸長状態を維持するように前記圧電素子を制御する、請求項１に記載の流
体噴射装置。
【請求項３】
前記制御部は、隣り合う圧電素子において前記ノズルから離れている側の圧電素子が最
大伸長となる前に、前記ノズルに近い側の圧電素子の伸長を開始させる、請求項１又は２
に記載の流体噴射装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記複数の圧電素子を順次伸長させる際の隣り合う圧電素子間の駆動遅
延時間が、前記圧力室内を前記交差方向に進行する圧力波が隣り合う圧電素子間の距離を
伝播する時間よりも長くなるように前記圧電素子を制御する、請求項１〜３のいずれかに
記載の流体噴射装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記交差方向における前記圧電素子の幅を前記駆動遅延時間で除した値
が、前記圧電素子の伸長方向の変位速度よりも速くなるように前記圧電素子の変位を制御
する、請求項４に記載の流体噴射装置。
【請求項６】
前記圧電素子の前記端部は前記圧力室を形成する壁部材に接している、請求項１〜５の
いずれかに記載の流体噴射装置。
【請求項７】
さらに、前記圧力室を挟んで前記複数の圧電素子と対向する位置に他の複数の圧電素子
を備え、
前記制御部は、前記他の複数の圧電素子を制御し、前記ノズルから離れた圧電素子から
前記ノズルに近い圧電素子へ向かって、前記圧力室を挟んで対向する圧電素子を順次伸長
させる、請求項１〜６のいずれかに記載の流体噴射装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の流体噴射装置を備えた医療機器。
【請求項１】
伸長方向と交差する交差方向に並ぶ複数の圧電素子と、
前記交差方向に噴射口を有するノズルと
前記交差方向を長手方向とし前記ノズルと連通する圧力室であって、前記複数の圧電素
子の端部と対向する圧力室と、
前記ノズルから離れた圧電素子から前記ノズルに近い圧電素子へ向かって前記複数の圧
電素子に電圧を印加して順次伸長させる制御部と、
を備える流体噴射装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記ノズルに最も近い圧電素子が最大変位に伸長するまで、他の圧電素
子が最大変位の伸長状態を維持するように前記圧電素子を制御する、請求項１に記載の流
体噴射装置。
【請求項３】
前記制御部は、隣り合う圧電素子において前記ノズルから離れている側の圧電素子が最
大伸長となる前に、前記ノズルに近い側の圧電素子の伸長を開始させる、請求項１又は２
に記載の流体噴射装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記複数の圧電素子を順次伸長させる際の隣り合う圧電素子間の駆動遅
延時間が、前記圧力室内を前記交差方向に進行する圧力波が隣り合う圧電素子間の距離を
伝播する時間よりも長くなるように前記圧電素子を制御する、請求項１〜３のいずれかに
記載の流体噴射装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記交差方向における前記圧電素子の幅を前記駆動遅延時間で除した値
が、前記圧電素子の伸長方向の変位速度よりも速くなるように前記圧電素子の変位を制御
する、請求項４に記載の流体噴射装置。
【請求項６】
前記圧電素子の前記端部は前記圧力室を形成する壁部材に接している、請求項１〜５の
いずれかに記載の流体噴射装置。
【請求項７】
さらに、前記圧力室を挟んで前記複数の圧電素子と対向する位置に他の複数の圧電素子
を備え、
前記制御部は、前記他の複数の圧電素子を制御し、前記ノズルから離れた圧電素子から
前記ノズルに近い圧電素子へ向かって、前記圧力室を挟んで対向する圧電素子を順次伸長
させる、請求項１〜６のいずれかに記載の流体噴射装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の流体噴射装置を備えた医療機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６７５８６（Ｐ２０１２−１６７５８６Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８２７８（Ｐ２０１１−２８２７８）
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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