流体噴射装置、流体噴射ユニット、制御装置、流体噴射装置の制御方法および手術装置
【課題】流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う際に、流体の吐出制御をより高精度に行うこと。
【解決手段】流体噴射装置１は、圧電素子４０１の個体差を補正するための補正率βおよび温度特性の補正率αｎを脈動発生部１００の波形補正メモリ７０２に記憶し、脈動発生部１００には、圧電素子４０１近傍の温度を検出する温度センサ７０１が設置されている。また、制御部３０には、基本パルス波形を記憶したメモリ３２が備えられている。そして、制御部３０の制御回路３３が駆動波形出力処理を実行することにより、温度センサ７０１によって検出された温度に応じた補正率αｎと、圧電素子４０１の個体差を補正する補正率βとによって、圧電素子４０１に印加する電圧パルス波形を補正し、圧電素子４０１の出力が基準のレベルと一致するよう制御される。
【解決手段】流体噴射装置１は、圧電素子４０１の個体差を補正するための補正率βおよび温度特性の補正率αｎを脈動発生部１００の波形補正メモリ７０２に記憶し、脈動発生部１００には、圧電素子４０１近傍の温度を検出する温度センサ７０１が設置されている。また、制御部３０には、基本パルス波形を記憶したメモリ３２が備えられている。そして、制御部３０の制御回路３３が駆動波形出力処理を実行することにより、温度センサ７０１によって検出された温度に応じた補正率αｎと、圧電素子４０１の個体差を補正する補正率βとによって、圧電素子４０１に印加する電圧パルス波形を補正し、圧電素子４０１の出力が基準のレベルと一致するよう制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を噴射して対象部位を切断可能な流体噴射装置、流体噴射ユニット、制御装置、流体噴射装置の制御方法および手術装置に関する。
【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、ポンプ室の容積を圧電素子により変化させ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、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流体噴射装置というものが知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１記載の技術によれば、脈動する流体を高速で噴射することが可能であり、その制御も容易である。また、脈動する流体の噴射は手術等において組織の切開能力が高い一方、流体量が少なくてすむため、術野に流体が滞留することが少ない。従って、視認性が向上し、組織の飛散を防ぐ効果があった。
【特許文献１】特開２００５−１５２１２７号公報（第７，８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の技術を含め、圧電素子を用いて、流体の収容室（以下、「流体室」と言う。）の容積を変化させ、流体を吐出させる流体噴射装置においては、流体室で発生される圧力にばらつきが生じることがあり、この場合、流体の吐出速度や吐出量が変化することとなる。
即ち、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う従来の流体噴射装置においては、流体の吐出制御をより高精度に行うことが望まれていた。
本発明の課題は、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う際に、流体の吐出制御をより高精度に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以上の課題を解決するため、第１の発明は、
流体が流入する流体室（例えば、図２の流体室５０１）と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段（例えば、図２の圧電素子４０１およびダイヤフラム４００）と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部（例えば、図２の脈動発生部１００）と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管（例えば、図２の接続流路管２００）と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段（例えば、図１の流体容器１０およびポンプ２０）と、前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段（例えば、図４の制御部３０）と、前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正手段（例えば、図４の制御部３０、温度センサ７０１および波形補正メモリ７０２）とを備えることを特徴としている。
このような構成により、圧電素子の特性が想定した特性と異なっている場合であっても、圧電素子の特性に応じて駆動信号を補正し、流体室に目的とする圧力を発生させることができる。
したがって、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う際に、流体の吐出制御をより高精度に行うことが可能となる。
【０００５】
また、第２の発明は、
前記駆動信号補正手段が、個体差を有する前記圧電素子と基準とする圧電素子との特性の差に応じて、前記圧電素子の駆動信号を補正することを特徴としている。
このような構成により、圧電素子の個体差を補正して、基準とする圧電素子の特性と一致する出力を得ることができ、圧電素子の個体差によるばらつきをなくして、より高精度に流体の吐出制御を行うことができる。
【０００６】
また、第３の発明は、
前記駆動信号補正手段が、前記圧電素子が有する温度特性を基に、基準とする温度下における出力に合わせて前記圧電素子の駆動信号を補正することを特徴としている。
このような構成により、圧電素子の圧電特性が温度によって変化した場合であっても、圧電素子の温度特性に従って、基準温度下の圧電特性と一致する出力を得ることができ、温度変化による影響をなくして、より高精度に流体の吐出制御を行うことができる。
【０００７】
また、第４の発明は、
前記駆動信号補正手段は、前記圧電素子の温度を検出する温度検出手段（例えば、図４の温度センサ７０１）と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データ（例えば、図４の波形補正メモリ７０２が記憶する補正率β）および前記圧電素子の温度特性に基づく補正データ（例えば、図４の波形補正メモリ７０２が記憶する補正率αｎ）を記憶する波形補正メモリ（例えば、図４の波形補正メモリ７０２）と、前記圧電素子へ印加される基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリ（例えば、図４のメモリ３２）と、前記圧電素子の温度と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データと、前記基準となる駆動信号とに基づいて、前記圧電素子の個体差および温度特性に応じて前記基準となる駆動信号を補正した駆動信号を生成する制御回路（例えば、図４の制御回路３３）とを備え、前記波形補正メモリは前記脈動発生部に実装され、前記基準駆動信号メモリは前記制御部に実装されていることを特徴としている。
このような構成により、使用後に脈動発生部が使い捨てられるような使用形態であっても、基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリは継続して使用できるため、ランニングコストの増大を抑制することができる。
【０００８】
また、第５の発明は、
圧電素子によって流体を噴射する流体噴射ユニット（例えば、図１の脈動発生部１００）と、前記流体噴射ユニットに流体を供給する流体供給装置（例えば、図１の流体容器１０およびポンプ２０）と、前記流体噴射ユニットにおける流体の噴射を制御する制御装置（例えば、図１の制御部３０）とを備える流体噴射装置の流体噴射ユニットであって、流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、前記圧電素子の温度を検出する温度検出手段と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データを記憶する波形補正メモリとを備えることを特徴としている。
【０００９】
このような構成により、圧電素子を備える流体噴射ユニットに、圧電素子の特性に基づく補正データを圧電素子と一体に備えることができる。
したがって、脈動発生部が使い捨てられるような使用形態であっても、基準となる駆動信号を記憶しているメモリは継続して使用できるため、ランニングコストの増大を抑制することができる。
また、脈動発生部を付け替えた場合、付け替えられた圧電素子の補正データを記憶している波形補正メモリも同時に付け替えられるため、脈動発生部を付け替えながら使用することが容易となる。
【００１０】
また、第６の発明は、
圧電素子によって流体を噴射する流体噴射ユニットと、前記流体噴射ユニットに流体を供給する流体供給装置と、前記流体噴射ユニットにおける流体の噴射を制御する制御装置とを備える流体噴射装置の制御装置であって、前記圧電素子へ印加される基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリと、外部から取得した、前記圧電素子の温度と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データと、前記基準駆動信号メモリに記憶された前記基準となる駆動信号とに基づいて、前記圧電素子の個体差および温度特性に応じて前記基準となる駆動信号を補正した駆動信号を生成する制御回路とを備えることを特徴としている。
このような構成により、流体噴射ユニットを制御する制御装置に、基準となる駆動信号を記憶する基準駆動信号メモリを備えることができる。
したがって、脈動発生部が使い捨てられるような使用形態であっても、基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリは継続して使用できるため、ランニングコストの増大を抑制することができる。
【００１１】
また、第７の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、を備える流体噴射装置の制御方法であって、前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正ステップを含むことを特徴としている。
これにより、圧電素子の特性が想定した特性と異なっている場合であっても、圧電素子の特性に応じて駆動信号を補正し、流体室に目的とする圧力を発生させることができる。
したがって、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う際に、流体の吐出制御をより高精度に行うことが可能となる。
【００１２】
また、第８の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正手段とを備えることを特徴としている。
これにより、圧電素子の特性が想定した特性と異なっている場合であっても、圧電素子の特性に応じて駆動信号を補正し、流体室に目的とする圧力を発生させることができる。
したがって、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う際に、流体の吐出制御をより高精度に行うことが可能となる。
このように、本発明によれば、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う際に、流体の吐出制御をより高精度に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、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。
また、本発明による流体噴射装置は、インク等を用いた描画、細密な物体及び構造物の洗浄、手術用のウォーターパルス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、生理食塩水、薬液等である。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体噴射装置１の概略構成を示す説明図である。図１において、流体噴射装置１は、基本構成として流体を収容する流体容器１０と、一定の圧力を発生して脈動発生部１００に流体を供給するポンプ２０と、流体の噴射を制御する制御部３０と、ポンプ２０から供給される流体を脈動流動する脈動発生部１００と、を備えている。なお、本実施形態において、制御部３０とポンプ２０とは一体のユニットとして構成され、制御部３０と脈動発生部１００とは、各種信号を入出力するための信号線によって接続されている。
【００１５】
（流体経路の構成）
初めに、流体噴射装置１の流体経路の構成について説明する。
本実施形態において、脈動発生部１００は、圧電素子によって発生させた圧力によって流体を噴射する流体噴射ユニットを構成している。なお、流体噴射ユニットは、液体噴射装置１をウォーターパルスメスとして構成した場合、手術等において術者が把持して使用するハンドピースに相当する。
脈動発生部１００には、細いパイプ状の接続流路管２００が接続され、接続流路管２００の先端部には流路が縮小されたノズル２１１が挿着されている。
【００１６】
この流体噴射装置１における流体の流動を簡単に説明する。流体容器１０に収容された流体は、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を介して脈動発生部１００に供給される。脈動発生部１００には流体室５０１（図２、参照）と、この流体室５０１の容積変更手段とを備えており、容積変更手段を駆動して脈動を発生して、接続流路管２００、ノズル２１１を通して流体を高速で噴射する。脈動発生部１００の詳しい説明については、図２、図３を参照して後述する。
【００１７】
なお、圧力発生部としてはポンプ２０に限らず、輸液バッグをスタンド等によって脈動発生部１００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。
ポンプ２０の吐出圧力は概ね３気圧（０．３ＭＰａ）以下に設定する。また、輸液バッグを用いる場合には、脈動発生部１００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（０．０１〜０．１５ＭＰａ）程度になるように高度差を設定することが望ましい。
【００１８】
なお、この流体噴射装置１を用いて手術をする際には、術者が把持する部位は脈動発生部１００である。従って、脈動発生部１００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、柔軟で薄いチューブで、流体を脈動発生部１００に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。
また、特に、脳手術のときのように、機器の故障が重大な事故を引き起こす恐れがある場合には、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。
【００１９】
次に、本実施形態による脈動発生部１００の構造について説明する。
図２は、本実施形態に係る脈動発生部１００の構造を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解図である。なお、図２（ａ）は、後述する図３におけるＡ−Ａ’断面図である。
図２において、脈動発生部１００には、流体の脈動を発生する脈動発生手段を含み、流体を吐出する流路としての接続流路２０１を有する接続流路管２００が接続されている。
脈動発生部１００は、上ケース５００と下ケース３０１とをそれぞれ対向する面において接合され、４本の固定螺子（図示は省略）によって螺着されている。下ケース３０１は、鍔部を有する筒状部材であって、一方の端部は底板３１１で密閉されている。この下ケース３０１の内部空間に圧電素子４０１および温度センサ７０１が配設される。
【００２０】
圧電素子４０１は、積層型圧電素子であってアクチュエータを構成する。圧電素子４０１の一方の端部は上板４１１を介してダイアフラム４００に、他方の端部は底板３１１の上面３１２に固着されている。
また、ダイアフラム４００は、円盤状の金属薄板からなり、下ケース３０１の凹部３０３内において周縁部が凹部３０３の底面に密着固着されている。圧電素子４０１に駆動信号を入力することで、圧電素子４０１の伸張、収縮に伴いダイアフラム４００を介して流体室５０１の容積を変更する。
ダイアフラム４００の上面には、中心部に開口部を有する円盤状の金属薄板からなる補強板４１０が積層配設される。
【００２１】
上ケース５００は、下ケース３０１と対向する面の中心部に凹部が形成され、この凹部とダイアフラム４００とから構成され流体が充填された状態の回転体形状が流体室５０１である。つまり、流体室５０１は、上ケース５００の凹部の封止面５０５と内周側壁５０１ａとダイアフラム４００によって囲まれた空間である。流体室５０１の略中央部には出口流路５１１が穿設されている。
出口流路５１１は、流体室５０１から上ケース５００の一方の端面から突設された出口流路管５１０の端部まで貫通されている。出口流路５１１の流体室５０１の封止面５０５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。
【００２２】
なお、以上説明した流体室５０１の形状は、本実施形態（図２、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５１１と封止面５０５との接続部を漏斗のような形状にすれば、後述する流体室５０１内の気泡を排出しやすくなる。
出口流路管５１０には接続流路管２００が接続されている。接続流路管２００には接続流路２０１が穿設されており、接続流路２０１の直径は出口流路５１１の直径より大きい。また、接続流路管２００の管部の厚さは、流体の圧力脈動を吸収しない剛性を有する範囲に形成されている。
【００２３】
接続流路管２００の先端部には、ノズル２１１が挿着されている。このノズル２１１には流体噴射開口部２１２が穿設されている。流体噴射開口部２１２の直径は、接続流路２０１の直径より小さい。
上ケース５００の側面には、ポンプ２０から流体を供給する接続チューブ２５を挿着する入口流路管５０２が突設されており、入口流路管５０２に入口流路側の接続流路５０４が穿たれている。接続流路５０４は入口流路５０３に連通されている。入口流路５０３は、流体室５０１の封止面５０５の周縁部に溝状に形成され、流体室５０１に連通している。
【００２４】
上ケース５００と下ケース３０１との接合面において、ダイアフラム４００の外周方向の離間した位置には、下ケース３０１側にパッキンボックス３０４、上ケース５００側にパッキンボックス５０６が形成されており、パッキンボックス３０４，５０６にて形成される空間にリング状のパッキン４５０が装着されている。
ここで、上ケース５００と下ケース３０１とを組立てたとき、ダイアフラム４００の周縁部と補強板４１０の周縁部とは、上ケース５００の封止面５０５の周縁部と下ケース３０１の凹部３０３の底面によって密接されている。この際、パッキン４５０は上ケース５００と下ケース３０１によって押し圧されて、流体室５０１からの流体漏洩を防止している。
【００２５】
流体室５０１内は、流体吐出の際に３０気圧（３ＭＰａ）以上の高圧状態となり、ダイアフラム４００、補強板４１０、上ケース５００、下ケース３０１それぞれの接合部において流体が僅かに漏洩することが考えられるが、パッキン４５０によって漏洩を阻止している。
図２に示すようにパッキン４５０を配設すると、流体室５０１から高圧で漏洩してくる流体の圧力によってパッキン４５０が圧縮され、パッキンボックス３０４，５０６内の壁にさらに強く押し圧するので、流体の漏洩を一層確実に阻止することができる。このことから、駆動時において流体室５０１内の高い圧力上昇を維持することができる。
続いて、上ケース５００に形成される入口流路５０３について図面を参照してさらに詳しく説明する。
【００２６】
図３は、入口流路５０３の形態を示す平面図であり、上ケース５００を下ケース３０１との接合面側から視認した状態を表している。
図３において、入口流路５０３は、上ケース５００の封止面５０５の周縁部溝状に形成されている。
入口流路５０３は、一方の端部が流体室５０１に連通し、他方の端部が接続流路５０４に連通している。入口流路５０３と接続流路５０４との接続部には、流体溜り５０７が形成されている。そして、流体溜り５０７と入口流路５０３との接続部は滑らかに丸めることによって流体抵抗を減じている。
【００２７】
また、入口流路５０３は、流体室５０１の内周側壁５０１ａに対して略接線方向に向かって連通している。ポンプ２０（図１、参照）から一定の圧力で供給される流体は、内周側壁５０１ａに沿って（図中、矢印で示す方向）流動して流体室５０１に旋回流を発生する。旋回流は、旋回することによる遠心力で内周側壁５０１ａ側に押し付けられるとともに、流体室５０１内に含まれる気泡は旋回流の中心部に集中する。
そして、中心部に集められた気泡は、出口流路５１１から排除される。このことから、出口流路５１１は旋回流の中心近傍、つまり回転形状体の軸中心部に設けられることがより好ましい。従って、本実施形態において、入口流路５０３は旋回流発生部である。図３では、入口流路５０３は平面形状が湾曲されている。入口流路５０３は、直線で流体室５０１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、入口流路５０３の流路長を長くする必要性から湾曲させている。
【００２８】
なお、図２に示したように、ダイアフラム４００と入口流路５０３が形成されている封止面５０５の周縁部との間には、補強板４１０が配設されている。補強板４１０を設ける意味は、ダイアフラム４００の耐久性を向上することである。入口流路５０３の流体室５０１との接続部には切欠き状の接続開口部５０９が形成されるので、ダイアフラム４００が高い周波数で駆動されたときに、接続開口部５０９近傍において応力集中が生じて疲労破壊を発生することが考えられる。そこで、切欠き部がない連続した開口部を有している補強板４１０を配設することで、ダイアフラム４００に応力集中が発生しないようにしている。
【００２９】
また、上ケース５００の外周隅部には、４箇所の螺子孔５００ａが開設されており、この螺子孔位置において、上ケース５００と下ケース３０１とが螺合接合される。
なお、図示は省略するが、補強板４１０とダイアフラム４００とを接合し、一体に積層固着することができる。固着手段としては、接着剤を用いる貼着としても、固層拡散接合、溶接等を採用することが可能であるが、補強板４１０とダイアフラム４００とが、接合面において密着されていることがより好ましい。
【００３０】
（制御系統の機能構成）
続いて、流体噴射装置１の制御系統の機能構成について説明する。
図４は、流体噴射装置１の制御系統を示す機能構成図である。
図４において、流体噴射装置１の制御系統は、主として制御部３０と脈動発生部１００とに備えられている。
脈動発生部１００は、圧電素子４０１と、圧電素子４０１近傍の温度を検出する温度センサ７０１と、圧電素子４０１の個体差に基づく補正データおよび温度変化に基づく補正データを記憶している波形補正メモリ７０２とを備えている。なお、補正データとして、駆動電圧の補正量や補正率、あるいは、圧電素子４０１が有する個体差や温度特性自体を記憶しておくことが可能であるが、本実施形態においては、駆動電圧の補正率を記憶しておくものとする。
【００３１】
温度センサ７０１は、脈動発生部１００において圧電素子４０１に近接した位置に設置されており、圧電素子４０１近傍の温度を検出する。そして、温度センサ７０１は、検出した温度を示すアナログ信号（以下、「温度信号」と言う。）を制御部３０のＡ／Ｄコンバータ（以下、「ＡＤＣ」と言う。）に出力する。
波形成形メモリ７０２は、圧電素子４０１の製造ばらつきによる個体差を補正し、基準の圧電特性に合わせるための補正率βと、温度特性に従って変化する圧電素子４０２の圧電特性を補正し、基準温度下（例えば２５℃）の圧電特性に合わせるための補正率αｎ（ｎは自然数。以下、同様である。）を記憶している。これら個体差を補正する補正率βおよび温度特性を補正する補正率αｎは、流体噴射装置１の製造過程において、圧電素子４０１が脈動発生部１００に組み込まれた際に実測して得ることができる。
【００３２】
図５は、波形補正メモリ７０２が記憶している補正率βおよび補正率αｎの具体的内容を示す図である。
図５において、波形補正メモリ７０２の記憶領域には、番号０〜ｍ（ｍは自然数）までのアドレスが付与されており、アドレス０には、個体差を補正する補正率βが記憶され、アドレス１以降には、所定の温度Ｔｎと、その温度における補正率αｎとが記憶されている。
個体差を補正する補正率βは、基準として想定した圧電素子の圧電特性（基準温度下における規定の圧電特性）に対し、圧電素子４０１の圧電特性が有しているずれ（基準温度下における規定の圧電特性との乖離度合い）に基づいて算出した補正率である。
具体的には、補正率βは、β＝（基準の圧電特性）／（個体差を有する圧電素子の圧電特性）として定義される。
【００３３】
したがって、例えば、同一の電圧を印加した場合に、圧電素子４０１の圧電特性が基準の圧電特性に対して２０％高く出力されるものである場合、基準の圧電特性に合わせるためには、圧電素子４０１の出力を１００／１２０≒０．８３に補正する必要があり、この補正率０．８３が、圧電素子４０１の個体差を補正する補正率βとして記憶される。
また、温度特性を補正する補正率αｎについては、ある温度Ｔｎと、それに対応する補正率αｎとが１組のデータとして連続するアドレスに記憶されており、波形補正メモリ７０２のアドレス１以降には、それぞれ異なる温度Ｔｎに対応する複数組の温度Ｔｎおよび補正率αｎが、規定された温度範囲にわたって記憶されている。
【００３４】
温度特性を補正する補正率αｎは、基準温度から温度が変化した場合に、基準温度下における圧電素子４０１の圧電特性に対し、各温度下で圧電素子４０１の圧電特性が示すずれ（基準温度下における圧電素子４０２の圧電特性から、温度によって圧電特性が変化する度合い）に基づいて算出した補正率である。
具体的には、温度特性における補正率αｎは、αｎ＝（基準温度下における圧電特性）／（特定の温度下における圧電特性）として定義される。
したがって、例えば、同一の電圧を印加した場合に、圧電素子４０１の基準温度下（例えば２５℃）における圧電特性に対し、５℃高い温度下（例えば３０℃）では、１０％低く出力されるものである場合、基準温度下における圧電特性に合わせるためには、圧電素子４０１の出力を１００／９０≒１．１１に補正する必要があり、この補正率１．１１が、基準温度＋５℃における圧電素子の補正率αｎとして記憶される。
【００３５】
図４に戻り、制御部３０は、ＡＤＣ３１と、メモリ３２と、制御回路３３と、駆動波形増幅回路３４と、電源回路３５とを備えている。
ＡＤＣ３１は、脈動発生部１００の温度センサ７０１から出力された温度信号をＡＤ変換し、デジタル信号として制御回路３３に出力する。
メモリ３２は、基準として想定した圧電素子を用いる場合の電圧パルス波形（以下、「基本パルス波形」と言う。）を記憶している。
【００３６】
図６は、メモリ３２が記憶している基本パルス波形の具体的内容を示す図である。
図６において、メモリ３２の記憶領域には、番号０〜ｘ（ｘは自然数）までのアドレスが付与されており、基本パルス波形ひとつ分の電圧値がデジタル値として記憶されている。具体的には、メモリ３２のアドレス０から順に、基本パルス波形における電圧値Ｖｘが所定時間（サンプリング間隔）毎のデジタル値として記憶されている。
制御回路３３は、流体噴射装置１全体を制御する機能を有している。具体的には、制御回路３３は、ＡＤＣ３１から入力されたデジタルの温度信号と、波形補正メモリ７０２に記憶された補正率αｎ，βと、メモリ３２に記憶された基本パルス波形と、不図示のフットスイッチ等から入力される吐出開始信号とを用いて、圧電素子４０１に印加する電圧パルス波形をデジタル信号として駆動波形増幅回路３４に出力する駆動波形出力処理（後述）を実行する。なお、吐出開始信号は、対象部位の切開等を行う際、流体噴射装置１から流体の噴射を開始させるために術者がスイッチを操作して入力する信号である。
【００３７】
また、制御回路３３は、駆動波形出力処理において、流体噴射装置１全体の同期信号となるシステムクロック信号から、圧電素子４０１に印加する電圧パルス波形の生成に使用する二次クロック信号を生成し、生成した二次クロック信号を駆動波形増幅回路３４に出力する。
駆動波形増幅回路３４は、制御回路３３から入力された電圧パルス波形のデジタル信号（以下、「ＤＡＣ制御信号」と言う。）をアナログ信号に変換し、そのアナログ信号を増幅して脈動発生部１００の圧電素子４０１に印加する。
図７は、駆動波形増幅回路３４の機能構成を示す概略図である。
図７において、駆動波形増幅回路３４は、Ｄ／Ａコンバータ（以下、「ＤＡＣ」と言う。）３４ａと、プッシュプル回路３４ｂとを備えている。
ＤＡＣ３４ａには、制御回路３３から出力された二次クロック信号と、ＤＡＣ制御信号とが入力される。
【００３８】
そして、ＤＡＣ３４ａは、二次クロック信号の立ち上がりに同期して、ＤＡＣ制御信号が示すサンプリング間隔毎の電圧値を順次、アナログの電圧信号として出力していき、階段状の電圧パルス波形を出力する。
プッシュプル回路３４ｂは、極性の異なる２つのトランジスタ（ＮＰＮ型およびＰＮＰ型）が入出力間において対称に接続されている。
プッシュプル回路３４ｂの動作周波数は、１０ＭＨｚ程度のオーダーであるため、ＤＡＣ３４ａから入力された階段状の電圧パルス波形は、プッシュプル回路３４ｂを通過することや配線抵抗と容量性負荷である圧電素子のフィルタ効果により波形が平滑化され、滑らかに変化する信号となる。
図４に戻り、電源回路３５は、商用電源を流体噴射装置１の電源規格に変換する変換回路であり、流体噴射装置１の各部に変換後の電力を供給する。なお、電源回路３５は、リチウムイオン等の二次電池によって構成することも可能である。
【００３９】
（動作）
次に、本実施形態における動作について説明する。
（流体噴射装置１の制御動作）
図８は、制御回路３３が実行する駆動波形出力処理を示すフローチャートである。
駆動波形出力処理は、流体噴射装置１の電源投入と共に実行が開始され、電源投入中は繰り返し実行される。
図８において、駆動波形出力処理が開始されると、制御回路３３は、脈動発生部１００の波形補正メモリ７０２のデータ全体を読み出す（ステップＳ１）。
次に、制御回路３３は、読み出した波形補正メモリ７０２のデータの中から、個体差の補正率βを取得する（ステップＳ２）。
【００４０】
そして、制御回路３３は、吐出開始信号が入力されているか否かを判定し（ステップＳ３）、吐出開始信号が入力されていないと判定した場合、ステップＳ３の処理を繰り返す。
一方、吐出開始信号が入力されていると判定した場合、制御回路３３は、基本パルス波形の時系列に対応するパラメータｉをリセット（ｉ＝０）する（ステップＳ４）。
次に、制御回路３３は、脈動発生部１００の温度センサ７０１から出力される温度信号を受信し（ステップＳ５）、ステップＳ１において読み出した波形補正メモリ７０２のデータの中から、温度信号が示す温度に対応する補正率αｎを取得して、処理に使用する補正率αに設定する（ステップＳ６）。
【００４１】
続いて、制御回路３３は、二次クロック信号を生成するためのタイマをクリアした後、タイマのカウントを開始する（ステップＳ７）。このとき、タイマは、システムクロック信号を利用してカウントされる。
そして、制御回路３３は、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっているか否かを判定し（ステップＳ８）、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっていないと判定した場合、ステップＳ８の処理を繰り返して、タイマのカウントアップを待つ。
一方、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっていると判定した場合、制御回路３３は、二次クロック信号をハイレベルからローレベルに立ち下げる（ステップＳ９）。
【００４２】
次に、制御回路３３は、ＤＡＣ制御信号が示すデジタル値を、メモリ３２のアドレスｉに記憶された電圧値Ｖｉと、補正率βと、補正率αとの乗算値（Ｖｉ×β×α）として算出する（ステップＳ１０）。
次いで、制御回路３３は、二次クロック信号を生成するためのタイマをクリアした後、タイマのカウントを開始する（ステップＳ１１）。
そして、制御回路３３は、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっているか否かを判定し（ステップＳ１２）、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっていないと判定した場合、ステップＳ１２の処理を繰り返して、タイマのカウントアップを待つ。
【００４３】
一方、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっていると判定した場合、制御回路３３は、二次クロック信号をローレベルからハイレベルに立ち上げ（ステップＳ１３）、パラメータｉを“１”インクリメント（ｉ＝ｉ＋１）する（ステップＳ１４）。
さらに、制御回路３３は、メモリ３２に記憶された電圧値Ｖｉのうち、時系列における最終の電圧値（以下、「最終電圧値」と言う。）Ｖｉを既に読み込んで、ＤＡＣ制御信号が示すデジタル値を算出したか否かを判定する（ステップＳ１５）。このとき、制御回路３３は、パラメータｉがメモリ３２のアドレスの最大値ｘを超えているか否かを判定することによって、最終電圧値Ｖｉを既に読み込んだか否かを判定することができる。
【００４４】
ステップＳ１５において、最終電圧値Ｖｉを読み込んで、ＤＡＣ制御信号が示すデジタル値を算出してはいないと判定した場合、制御回路３３は、ステップＳ５の処理に移行し、最終電圧値Ｖｉを既に読み込んで、ＤＡＣ制御信号が示すデジタル値を算出したと判定した場合、吐出開始信号の入力が中止されたか否かを判定する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６において、吐出開始信号の入力が中止されていないと判定した場合、制御回路３３は、ステップＳ４の処理に移行し、吐出開始信号の入力が中止されたと判定した場合、駆動波形出力処理を繰り返す。
駆動波形出力処理が実行されることにより、圧電素子４０１の個体差の補正率βおよび温度特性の補正率αｎを反映させて、基準温度下における規定の圧電特性と一致させた電圧パルス波形を出力することができる。
【００４５】
図９は、流体の吐出が行われる際の制御部３０における各種信号の状態を示すタイミングチャートである。
図９において、駆動波形出力処理が実行されることにより、吐出開始信号が入力されている場合（ハイレベルの場合）に、二次クロック信号が生成される。また、二次クロック信号の１周期毎に、メモリ３２内の時系列に沿う電圧値Ｖｘの順序（即ち、アドレス番号の小さい順序）にＤＡＣ制御信号が示すデジタル値が更新される。
このような動作がメモリ３２のアドレス０〜ｘまでの電圧値について一度繰り返されると、ＤＡＣ制御信号は、１つの電圧パルス波形を示すデジタル値を出力することとなる。
【００４６】
そして、ＤＡＣ制御信号が示す電圧パルス波形のデジタル値は、ＤＡＣ３４ａによって階段状のアナログ信号に変換され、プッシュプル回路３４ｂに出力される。さらに、プッシュプル回路３４ｂを通過した電圧パルス波形は、滑らかに変化する駆動信号となり、圧電素子４０１に印加される。すると、圧電素子４０１が流体室の容積を変化させることにより、ノズル２１１からパルス状に流体が吐出される。
【００４７】
（流体噴射装置１全体の動作）
続いて、上記制御動作が行われた場合の流体噴射装置１全体の動作について説明する。
本実施形態の脈動発生部１００の流体吐出は、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。
まず、イナータンスについて説明する。
イナータンスＬは、流体の密度をρ、流路の断面積をＳ、流路の長さをｈとしたとき、Ｌ＝ρ×ｈ／Ｓで表される。流路の圧力差をΔＰ、流路を流れる流体の流量をＱ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。
【００４８】
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。
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。
【００４９】
なお、入口流路側のイナータンスＬ１は、接続流路５０４が入口流路５０３に対して直径が十分大きく設定されているので、イナータンスＬ１は、入口流路５０３の範囲において算出される。この際、ポンプ２０と入口流路を接続する接続チューブは柔軟性を有するため、イナータンスＬ１の算出から削除してもよい。
また、出口流路側のイナータンスＬ２は、接続流路２０１の直径が出口流路よりもはるかに大きく、接続流路管２００の管部（管壁）の厚さが薄いためイナータンスＬ２への影響は軽微である。従って、出口流路側のイナータンスＬ２は出口流路５１１のイナータンスに置き換えてもよい。
【００５０】
なお、接続流路管２００の管壁の厚さは、流体の圧力伝播には十分な剛性を有している。
そして、本実施形態では、入口流路側のイナータンスＬ１が出口流路側のイナータンスＬ２よりも大きくなるように、入口流路５０３の流路長及び断面積、出口流路５１１の流路長及び断面積を設定する。
【００５１】
次に、脈動発生部１００の動作について説明する。
ポンプ２０によって入口流路５０３には、常に一定圧力の液圧で流体が供給されている。その結果、圧電素子４０１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流体は流体室５０１内に流動する。
ここで、フットスイッチ等の操作により、制御部３０に吐出開始信号が入力され、駆動波形増幅回路３４から圧電素子４０１に電圧パルス波形が印加されたとする。
【００５２】
このとき、駆動波形増幅回路３４に入力されるＤＡＣ制御信号は、制御回路３３における駆動波形出力処理によって、圧電素子４０１の個体差および温度特性が補正され、基準温度下において基準となる圧電素子が動作した場合の出力と一致する電圧値を示すものとなっている。
そして、このような電圧パルス波形が圧電素子４０１に入力され、急激に圧電素子４０１が伸張すると、流体室５０１内の圧力は、入口流路側及び出口流路側のイナータンス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。
【００５３】
この圧力は、入口流路５０３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５０１内への流体の流入はその圧力によって減少し、出口流路５１１からの流出は増加する。従って、前述した特許文献１による流体噴射装置のような、入口流路側に設けられる逆止弁は必要ない。
しかし、入口流路５０３のイナータンスＬ１は、出口流路５１１のイナータンスＬ２よりも大きいため、入口流路５０３から流体が流体室５０１へ流入する流量の減少量よりも、出口流路から吐出される流体の増加量のほうが大きいため、接続流路２０１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２００内を伝播して、先端のノズル２１１の流体噴射開口部２１２から流体が噴射される。
【００５４】
ここで、ノズル２１１の流体噴射開口部２１２の直径は、出口流路５１１の直径よりも小さいので、流体は、さらに高圧、高速のパルス状の液滴として噴射される。
一方、流体室５０１内は、入口流路５０３からの流体流入量の減少と出口流路５１１からの流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５０１内の真空状態の双方によって一定時間経過後、入口流路５０３の流体は圧電素子４０１の動作前と同様な速度で流体室５０１内に向かう流れが復帰する。
入口流路５０３内の流体の流動が復帰した後、圧電素子４０１の伸張があれば、ノズル２１１からの脈動流を継続して噴射することができる。
【００５５】
上述のように、駆動波形出力処理が実行されることにより、圧電素子４０１の個体差や温度特性による流体の吐出速度や吐出量のばらつきを抑制することができ、より高精度な吐出制御を行うことが可能となる。
続いて、流体室５０１内の気泡の排除動作について説明する。
上述した脈動発生部１００の動作において、流体室５０１が、略回転体形状を有し旋回流発生部としての入口流路５０３を備えていることと、出口流路５１１が略回転体形状の回転軸近傍に開設されていることから、流体室５０１内において旋回流が発生し、流体内に含まれる気泡は速やかに出口流路５１１から外部に排出される。
【００５６】
従って、圧電素子４０１による流体室５０１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。
従って、前述した第１実施形態によれば、ポンプ２０により一定圧力で入口流路５０３に流体を供給するため、脈動発生部１００の駆動を停止した状態においても入口流路５０３及び流体室５０１に流体を供給するため、呼び水動作をしなくても初期動作を開始することができる。
また、出口流路５１１の直径よりも縮小された流体噴射開口部２１２から流体を噴出するため、液圧を出口流路５１１内よりも高めることから、高速の流体噴射を可能にする。
【００５７】
さらに、接続流路管２００が、流体室５０１から流動される流体の脈動を流体噴射開口部２１２に伝達し得る剛性を有しているので、脈動発生部１００からの流体の圧力伝播を妨げず、所望の脈動流を噴射することができるという効果を有する。
また、入口流路５０３のイナータンスを、出口流路５１１のイナータンスよりも大きく設定していることから、入口流路５０３から流体室５０１への流体の流入量の減少よりも大きい流出量の増加が出口流路５１１に発生し、接続流路管２００内にパルス状の流体吐出を行うことができる。従って、前述した特許文献１のように入口流路５０３側に逆止弁を設けなくてもよく、脈動発生部１００の構造を簡素化できるとともに、内部の洗浄が容易になる他、逆止弁を用いることに起因する耐久性の不安を排除することができるという効果がある。
【００５８】
なお、入口流路５０３及び出口流路５１１双方のイナータンスを十分大きく設定することにより、流体室５０１の容積を急激に縮小すれば、流体室５０１内の圧力を急激に上昇させることができる。
また、容積変更手段として圧電素子４０１とダイアフラム４００とを採用する構造にすることにより構造の簡素化と、それに伴う小型化を実現できる。また、流体室５０１の容積変化の最大周波数を１ＫＨｚ以上の高い周波数にすることができ、高速脈動流の噴射に最適である。
【００５９】
また、旋回流発生部により流体室５０１内の流体に旋回流を発生させることで、流体を遠心力により流体室の外周方向に押しやり、旋回流の中心部、つまり、略回転体形状の軸近傍に流体に含まれる気泡が集中し、略回転体形状の軸の近傍に設けられる出口流路５１１から気泡を排除することができる。このことから、流体室５０１内に気泡が滞留することによる圧力振幅の低下を防止することができ、脈動発生部１００の安定した駆動を継続することができる。
【００６０】
さらに、旋回流発生部を入口流路５０３により形成していることから、専用の旋回流発生部を用いることなく旋回流を発生させることができる。
また、流体室５０１の封止面５０５の外周縁部に、溝形状の入口流路５０３を形成しているので、部品数を増やすことなく旋回流発生部としての入口流路５０３を形成することができる。
また、ダイアフラム４００の上面に補強板４１０を備えていることにより、ダイアフラム４００は補強板４１０の開口部外周を支点として駆動するため、応力集中が発生しにくく、ダイアフラム４００の耐久性を向上させることができる。
【００６１】
なお、補強板４１０のダイアフラム４００との接合面の角部を丸めておけば、一層、ダイアフラム４００の応力集中を緩和することができる。
また、補強板４１０とダイアフラム４００とを積層し、一体に固着すれば、脈動発生部１００の組立性を向上させることができる他、ダイアフラム４００の外周縁部の補強効果もある。
また、ポンプ２０から流体を供給する入口側の接続流路５０４と入口流路５０３との接続部に、流体を滞留する流体溜り５０７を設けているために、接続流路５０４のイナータンスが入口流路５０３に与える影響を抑制することができる。
【００６２】
さらに、上ケース５００と下ケース３０１との接合面において、ダイアフラム４００の外周方向離間した位置にリング状のパッキン４５０を備えているために、流体室５０１からの流体の漏洩を防止し、流体室５０１内の圧力低下を防止することができる。
以上のように、本実施形態に係る流体噴射装置１は、圧電素子４０１の個体差を補正するための補正率βおよび温度特性の補正率αｎを脈動発生部１００の波形補正メモリ７０２に記憶し、脈動発生部１００には、圧電素子４０１近傍の温度を検出する温度センサ７０１が設置されている。また、制御部３０には、基本パルス波形を記憶したメモリ３２が備えられている。
【００６３】
そして、制御部３０の制御回路３３が駆動波形出力処理を実行することにより、温度センサ７０１によって検出された温度に応じた補正率αｎと、圧電素子４０１の個体差を補正する補正率βとによって、圧電素子４０１に印加する電圧パルス波形を補正し、圧電素子４０１の出力が基準のレベルと一致するよう制御される。
したがって、流体室において発生される圧力を目的の圧力と一致させることができるため、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う場合に、流体の吐出制御をより高精度に行うことが可能となる。
また、本実施形態に係る流体噴射装置１においては、圧電素子４０１の個体差の補正率βおよび温度特性の補正率αｎが脈動発生部１００に備えられた波形補正メモリ７０２に記憶され、基本パルス波形が制御部３０のメモリ３２に記憶されている。
【００６４】
したがって、脈動発生部１００が手術等に使用された後、衛生管理の観点から使い捨てられるような使用形態であっても、基本パルス波形を記憶するメモリ３２は継続して使用できるため、ランニングコストの増大を抑制することができる。
また、流体噴射装置１に新たな脈動発生部が接続された場合、その脈動発生部に備えられた圧電素子４０１の個体差を補正する補正率βおよび温度特性の補正率αｎを記憶した波形補正メモリからデータが読み出され、目的とする出力となるように、制御部３０によって圧電素子４０１が駆動される。
したがって、液体噴射装置１の脈動発生部を付け替えた場合に、付け替えられた圧電素子の補正データを記憶している波形補正メモリも同時に付け替えられることから、脈動発生部を付け替えながら使用することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体噴射装置１の概略構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る脈動発生部１００の構造を示す図である。
【図３】入口流路５０３の形態を示す平面図である。
【図４】流体噴射装置１の制御系統を示す機能構成図である。
【図５】波形補正メモリ７０２が記憶している補正率βおよび補正率αｎの具体的内容を示す図である。
【図６】メモリ３２が記憶している基本パルス波形の具体的内容を示す図である。
【図７】駆動波形増幅回路３４の機能構成を示す概略図である。
【図８】制御回路３３が実行する駆動波形出力処理を示すフローチャートである。
【図９】流体の吐出が行われる際の制御部３０における各種信号の状態を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１ 流体噴射装置、１０ 流体容器、１５，２５ 接続チューブ、２０ ポンプ、３０ 制御部、３１ ＡＤＣ、３２ メモリ、３３ 制御回路、３４ 駆動波形増幅回路、３４ａ ＤＡＣ、３４ｂ プッシュプル回路、３５ 電源回路、１００ 脈動発生部、２００ 接続流路管、２０１ 接続流路、２１１ ノズル、２１２ 流体噴射開口部、４０１ 圧電素子、５０１ 流体室、５０３ 入口流路、５１１ 出口流路、７０１ 温度センサ、７０２ 波形補正メモリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を噴射して対象部位を切断可能な流体噴射装置、流体噴射ユニット、制御装置、流体噴射装置の制御方法および手術装置に関する。
【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、ポンプ室の容積を圧電素子により変化させ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、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流体噴射装置というものが知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１記載の技術によれば、脈動する流体を高速で噴射することが可能であり、その制御も容易である。また、脈動する流体の噴射は手術等において組織の切開能力が高い一方、流体量が少なくてすむため、術野に流体が滞留することが少ない。従って、視認性が向上し、組織の飛散を防ぐ効果があった。
【特許文献１】特開２００５−１５２１２７号公報（第７，８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載の技術を含め、圧電素子を用いて、流体の収容室（以下、「流体室」と言う。）の容積を変化させ、流体を吐出させる流体噴射装置においては、流体室で発生される圧力にばらつきが生じることがあり、この場合、流体の吐出速度や吐出量が変化することとなる。
即ち、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う従来の流体噴射装置においては、流体の吐出制御をより高精度に行うことが望まれていた。
本発明の課題は、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う際に、流体の吐出制御をより高精度に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以上の課題を解決するため、第１の発明は、
流体が流入する流体室（例えば、図２の流体室５０１）と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段（例えば、図２の圧電素子４０１およびダイヤフラム４００）と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部（例えば、図２の脈動発生部１００）と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管（例えば、図２の接続流路管２００）と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段（例えば、図１の流体容器１０およびポンプ２０）と、前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段（例えば、図４の制御部３０）と、前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正手段（例えば、図４の制御部３０、温度センサ７０１および波形補正メモリ７０２）とを備えることを特徴としている。
このような構成により、圧電素子の特性が想定した特性と異なっている場合であっても、圧電素子の特性に応じて駆動信号を補正し、流体室に目的とする圧力を発生させることができる。
したがって、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う際に、流体の吐出制御をより高精度に行うことが可能となる。
【０００５】
また、第２の発明は、
前記駆動信号補正手段が、個体差を有する前記圧電素子と基準とする圧電素子との特性の差に応じて、前記圧電素子の駆動信号を補正することを特徴としている。
このような構成により、圧電素子の個体差を補正して、基準とする圧電素子の特性と一致する出力を得ることができ、圧電素子の個体差によるばらつきをなくして、より高精度に流体の吐出制御を行うことができる。
【０００６】
また、第３の発明は、
前記駆動信号補正手段が、前記圧電素子が有する温度特性を基に、基準とする温度下における出力に合わせて前記圧電素子の駆動信号を補正することを特徴としている。
このような構成により、圧電素子の圧電特性が温度によって変化した場合であっても、圧電素子の温度特性に従って、基準温度下の圧電特性と一致する出力を得ることができ、温度変化による影響をなくして、より高精度に流体の吐出制御を行うことができる。
【０００７】
また、第４の発明は、
前記駆動信号補正手段は、前記圧電素子の温度を検出する温度検出手段（例えば、図４の温度センサ７０１）と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データ（例えば、図４の波形補正メモリ７０２が記憶する補正率β）および前記圧電素子の温度特性に基づく補正データ（例えば、図４の波形補正メモリ７０２が記憶する補正率αｎ）を記憶する波形補正メモリ（例えば、図４の波形補正メモリ７０２）と、前記圧電素子へ印加される基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリ（例えば、図４のメモリ３２）と、前記圧電素子の温度と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データと、前記基準となる駆動信号とに基づいて、前記圧電素子の個体差および温度特性に応じて前記基準となる駆動信号を補正した駆動信号を生成する制御回路（例えば、図４の制御回路３３）とを備え、前記波形補正メモリは前記脈動発生部に実装され、前記基準駆動信号メモリは前記制御部に実装されていることを特徴としている。
このような構成により、使用後に脈動発生部が使い捨てられるような使用形態であっても、基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリは継続して使用できるため、ランニングコストの増大を抑制することができる。
【０００８】
また、第５の発明は、
圧電素子によって流体を噴射する流体噴射ユニット（例えば、図１の脈動発生部１００）と、前記流体噴射ユニットに流体を供給する流体供給装置（例えば、図１の流体容器１０およびポンプ２０）と、前記流体噴射ユニットにおける流体の噴射を制御する制御装置（例えば、図１の制御部３０）とを備える流体噴射装置の流体噴射ユニットであって、流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、前記圧電素子の温度を検出する温度検出手段と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データを記憶する波形補正メモリとを備えることを特徴としている。
【０００９】
このような構成により、圧電素子を備える流体噴射ユニットに、圧電素子の特性に基づく補正データを圧電素子と一体に備えることができる。
したがって、脈動発生部が使い捨てられるような使用形態であっても、基準となる駆動信号を記憶しているメモリは継続して使用できるため、ランニングコストの増大を抑制することができる。
また、脈動発生部を付け替えた場合、付け替えられた圧電素子の補正データを記憶している波形補正メモリも同時に付け替えられるため、脈動発生部を付け替えながら使用することが容易となる。
【００１０】
また、第６の発明は、
圧電素子によって流体を噴射する流体噴射ユニットと、前記流体噴射ユニットに流体を供給する流体供給装置と、前記流体噴射ユニットにおける流体の噴射を制御する制御装置とを備える流体噴射装置の制御装置であって、前記圧電素子へ印加される基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリと、外部から取得した、前記圧電素子の温度と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データと、前記基準駆動信号メモリに記憶された前記基準となる駆動信号とに基づいて、前記圧電素子の個体差および温度特性に応じて前記基準となる駆動信号を補正した駆動信号を生成する制御回路とを備えることを特徴としている。
このような構成により、流体噴射ユニットを制御する制御装置に、基準となる駆動信号を記憶する基準駆動信号メモリを備えることができる。
したがって、脈動発生部が使い捨てられるような使用形態であっても、基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリは継続して使用できるため、ランニングコストの増大を抑制することができる。
【００１１】
また、第７の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、を備える流体噴射装置の制御方法であって、前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正ステップを含むことを特徴としている。
これにより、圧電素子の特性が想定した特性と異なっている場合であっても、圧電素子の特性に応じて駆動信号を補正し、流体室に目的とする圧力を発生させることができる。
したがって、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う際に、流体の吐出制御をより高精度に行うことが可能となる。
【００１２】
また、第８の発明は、
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正手段とを備えることを特徴としている。
これにより、圧電素子の特性が想定した特性と異なっている場合であっても、圧電素子の特性に応じて駆動信号を補正し、流体室に目的とする圧力を発生させることができる。
したがって、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う際に、流体の吐出制御をより高精度に行うことが可能となる。
このように、本発明によれば、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う際に、流体の吐出制御をより高精度に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、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。
また、本発明による流体噴射装置は、インク等を用いた描画、細密な物体及び構造物の洗浄、手術用のウォーターパルス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、生理食塩水、薬液等である。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体噴射装置１の概略構成を示す説明図である。図１において、流体噴射装置１は、基本構成として流体を収容する流体容器１０と、一定の圧力を発生して脈動発生部１００に流体を供給するポンプ２０と、流体の噴射を制御する制御部３０と、ポンプ２０から供給される流体を脈動流動する脈動発生部１００と、を備えている。なお、本実施形態において、制御部３０とポンプ２０とは一体のユニットとして構成され、制御部３０と脈動発生部１００とは、各種信号を入出力するための信号線によって接続されている。
【００１５】
（流体経路の構成）
初めに、流体噴射装置１の流体経路の構成について説明する。
本実施形態において、脈動発生部１００は、圧電素子によって発生させた圧力によって流体を噴射する流体噴射ユニットを構成している。なお、流体噴射ユニットは、液体噴射装置１をウォーターパルスメスとして構成した場合、手術等において術者が把持して使用するハンドピースに相当する。
脈動発生部１００には、細いパイプ状の接続流路管２００が接続され、接続流路管２００の先端部には流路が縮小されたノズル２１１が挿着されている。
【００１６】
この流体噴射装置１における流体の流動を簡単に説明する。流体容器１０に収容された流体は、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を介して脈動発生部１００に供給される。脈動発生部１００には流体室５０１（図２、参照）と、この流体室５０１の容積変更手段とを備えており、容積変更手段を駆動して脈動を発生して、接続流路管２００、ノズル２１１を通して流体を高速で噴射する。脈動発生部１００の詳しい説明については、図２、図３を参照して後述する。
【００１７】
なお、圧力発生部としてはポンプ２０に限らず、輸液バッグをスタンド等によって脈動発生部１００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。
ポンプ２０の吐出圧力は概ね３気圧（０．３ＭＰａ）以下に設定する。また、輸液バッグを用いる場合には、脈動発生部１００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（０．０１〜０．１５ＭＰａ）程度になるように高度差を設定することが望ましい。
【００１８】
なお、この流体噴射装置１を用いて手術をする際には、術者が把持する部位は脈動発生部１００である。従って、脈動発生部１００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、柔軟で薄いチューブで、流体を脈動発生部１００に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。
また、特に、脳手術のときのように、機器の故障が重大な事故を引き起こす恐れがある場合には、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。
【００１９】
次に、本実施形態による脈動発生部１００の構造について説明する。
図２は、本実施形態に係る脈動発生部１００の構造を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解図である。なお、図２（ａ）は、後述する図３におけるＡ−Ａ’断面図である。
図２において、脈動発生部１００には、流体の脈動を発生する脈動発生手段を含み、流体を吐出する流路としての接続流路２０１を有する接続流路管２００が接続されている。
脈動発生部１００は、上ケース５００と下ケース３０１とをそれぞれ対向する面において接合され、４本の固定螺子（図示は省略）によって螺着されている。下ケース３０１は、鍔部を有する筒状部材であって、一方の端部は底板３１１で密閉されている。この下ケース３０１の内部空間に圧電素子４０１および温度センサ７０１が配設される。
【００２０】
圧電素子４０１は、積層型圧電素子であってアクチュエータを構成する。圧電素子４０１の一方の端部は上板４１１を介してダイアフラム４００に、他方の端部は底板３１１の上面３１２に固着されている。
また、ダイアフラム４００は、円盤状の金属薄板からなり、下ケース３０１の凹部３０３内において周縁部が凹部３０３の底面に密着固着されている。圧電素子４０１に駆動信号を入力することで、圧電素子４０１の伸張、収縮に伴いダイアフラム４００を介して流体室５０１の容積を変更する。
ダイアフラム４００の上面には、中心部に開口部を有する円盤状の金属薄板からなる補強板４１０が積層配設される。
【００２１】
上ケース５００は、下ケース３０１と対向する面の中心部に凹部が形成され、この凹部とダイアフラム４００とから構成され流体が充填された状態の回転体形状が流体室５０１である。つまり、流体室５０１は、上ケース５００の凹部の封止面５０５と内周側壁５０１ａとダイアフラム４００によって囲まれた空間である。流体室５０１の略中央部には出口流路５１１が穿設されている。
出口流路５１１は、流体室５０１から上ケース５００の一方の端面から突設された出口流路管５１０の端部まで貫通されている。出口流路５１１の流体室５０１の封止面５０５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。
【００２２】
なお、以上説明した流体室５０１の形状は、本実施形態（図２、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５１１と封止面５０５との接続部を漏斗のような形状にすれば、後述する流体室５０１内の気泡を排出しやすくなる。
出口流路管５１０には接続流路管２００が接続されている。接続流路管２００には接続流路２０１が穿設されており、接続流路２０１の直径は出口流路５１１の直径より大きい。また、接続流路管２００の管部の厚さは、流体の圧力脈動を吸収しない剛性を有する範囲に形成されている。
【００２３】
接続流路管２００の先端部には、ノズル２１１が挿着されている。このノズル２１１には流体噴射開口部２１２が穿設されている。流体噴射開口部２１２の直径は、接続流路２０１の直径より小さい。
上ケース５００の側面には、ポンプ２０から流体を供給する接続チューブ２５を挿着する入口流路管５０２が突設されており、入口流路管５０２に入口流路側の接続流路５０４が穿たれている。接続流路５０４は入口流路５０３に連通されている。入口流路５０３は、流体室５０１の封止面５０５の周縁部に溝状に形成され、流体室５０１に連通している。
【００２４】
上ケース５００と下ケース３０１との接合面において、ダイアフラム４００の外周方向の離間した位置には、下ケース３０１側にパッキンボックス３０４、上ケース５００側にパッキンボックス５０６が形成されており、パッキンボックス３０４，５０６にて形成される空間にリング状のパッキン４５０が装着されている。
ここで、上ケース５００と下ケース３０１とを組立てたとき、ダイアフラム４００の周縁部と補強板４１０の周縁部とは、上ケース５００の封止面５０５の周縁部と下ケース３０１の凹部３０３の底面によって密接されている。この際、パッキン４５０は上ケース５００と下ケース３０１によって押し圧されて、流体室５０１からの流体漏洩を防止している。
【００２５】
流体室５０１内は、流体吐出の際に３０気圧（３ＭＰａ）以上の高圧状態となり、ダイアフラム４００、補強板４１０、上ケース５００、下ケース３０１それぞれの接合部において流体が僅かに漏洩することが考えられるが、パッキン４５０によって漏洩を阻止している。
図２に示すようにパッキン４５０を配設すると、流体室５０１から高圧で漏洩してくる流体の圧力によってパッキン４５０が圧縮され、パッキンボックス３０４，５０６内の壁にさらに強く押し圧するので、流体の漏洩を一層確実に阻止することができる。このことから、駆動時において流体室５０１内の高い圧力上昇を維持することができる。
続いて、上ケース５００に形成される入口流路５０３について図面を参照してさらに詳しく説明する。
【００２６】
図３は、入口流路５０３の形態を示す平面図であり、上ケース５００を下ケース３０１との接合面側から視認した状態を表している。
図３において、入口流路５０３は、上ケース５００の封止面５０５の周縁部溝状に形成されている。
入口流路５０３は、一方の端部が流体室５０１に連通し、他方の端部が接続流路５０４に連通している。入口流路５０３と接続流路５０４との接続部には、流体溜り５０７が形成されている。そして、流体溜り５０７と入口流路５０３との接続部は滑らかに丸めることによって流体抵抗を減じている。
【００２７】
また、入口流路５０３は、流体室５０１の内周側壁５０１ａに対して略接線方向に向かって連通している。ポンプ２０（図１、参照）から一定の圧力で供給される流体は、内周側壁５０１ａに沿って（図中、矢印で示す方向）流動して流体室５０１に旋回流を発生する。旋回流は、旋回することによる遠心力で内周側壁５０１ａ側に押し付けられるとともに、流体室５０１内に含まれる気泡は旋回流の中心部に集中する。
そして、中心部に集められた気泡は、出口流路５１１から排除される。このことから、出口流路５１１は旋回流の中心近傍、つまり回転形状体の軸中心部に設けられることがより好ましい。従って、本実施形態において、入口流路５０３は旋回流発生部である。図３では、入口流路５０３は平面形状が湾曲されている。入口流路５０３は、直線で流体室５０１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、入口流路５０３の流路長を長くする必要性から湾曲させている。
【００２８】
なお、図２に示したように、ダイアフラム４００と入口流路５０３が形成されている封止面５０５の周縁部との間には、補強板４１０が配設されている。補強板４１０を設ける意味は、ダイアフラム４００の耐久性を向上することである。入口流路５０３の流体室５０１との接続部には切欠き状の接続開口部５０９が形成されるので、ダイアフラム４００が高い周波数で駆動されたときに、接続開口部５０９近傍において応力集中が生じて疲労破壊を発生することが考えられる。そこで、切欠き部がない連続した開口部を有している補強板４１０を配設することで、ダイアフラム４００に応力集中が発生しないようにしている。
【００２９】
また、上ケース５００の外周隅部には、４箇所の螺子孔５００ａが開設されており、この螺子孔位置において、上ケース５００と下ケース３０１とが螺合接合される。
なお、図示は省略するが、補強板４１０とダイアフラム４００とを接合し、一体に積層固着することができる。固着手段としては、接着剤を用いる貼着としても、固層拡散接合、溶接等を採用することが可能であるが、補強板４１０とダイアフラム４００とが、接合面において密着されていることがより好ましい。
【００３０】
（制御系統の機能構成）
続いて、流体噴射装置１の制御系統の機能構成について説明する。
図４は、流体噴射装置１の制御系統を示す機能構成図である。
図４において、流体噴射装置１の制御系統は、主として制御部３０と脈動発生部１００とに備えられている。
脈動発生部１００は、圧電素子４０１と、圧電素子４０１近傍の温度を検出する温度センサ７０１と、圧電素子４０１の個体差に基づく補正データおよび温度変化に基づく補正データを記憶している波形補正メモリ７０２とを備えている。なお、補正データとして、駆動電圧の補正量や補正率、あるいは、圧電素子４０１が有する個体差や温度特性自体を記憶しておくことが可能であるが、本実施形態においては、駆動電圧の補正率を記憶しておくものとする。
【００３１】
温度センサ７０１は、脈動発生部１００において圧電素子４０１に近接した位置に設置されており、圧電素子４０１近傍の温度を検出する。そして、温度センサ７０１は、検出した温度を示すアナログ信号（以下、「温度信号」と言う。）を制御部３０のＡ／Ｄコンバータ（以下、「ＡＤＣ」と言う。）に出力する。
波形成形メモリ７０２は、圧電素子４０１の製造ばらつきによる個体差を補正し、基準の圧電特性に合わせるための補正率βと、温度特性に従って変化する圧電素子４０２の圧電特性を補正し、基準温度下（例えば２５℃）の圧電特性に合わせるための補正率αｎ（ｎは自然数。以下、同様である。）を記憶している。これら個体差を補正する補正率βおよび温度特性を補正する補正率αｎは、流体噴射装置１の製造過程において、圧電素子４０１が脈動発生部１００に組み込まれた際に実測して得ることができる。
【００３２】
図５は、波形補正メモリ７０２が記憶している補正率βおよび補正率αｎの具体的内容を示す図である。
図５において、波形補正メモリ７０２の記憶領域には、番号０〜ｍ（ｍは自然数）までのアドレスが付与されており、アドレス０には、個体差を補正する補正率βが記憶され、アドレス１以降には、所定の温度Ｔｎと、その温度における補正率αｎとが記憶されている。
個体差を補正する補正率βは、基準として想定した圧電素子の圧電特性（基準温度下における規定の圧電特性）に対し、圧電素子４０１の圧電特性が有しているずれ（基準温度下における規定の圧電特性との乖離度合い）に基づいて算出した補正率である。
具体的には、補正率βは、β＝（基準の圧電特性）／（個体差を有する圧電素子の圧電特性）として定義される。
【００３３】
したがって、例えば、同一の電圧を印加した場合に、圧電素子４０１の圧電特性が基準の圧電特性に対して２０％高く出力されるものである場合、基準の圧電特性に合わせるためには、圧電素子４０１の出力を１００／１２０≒０．８３に補正する必要があり、この補正率０．８３が、圧電素子４０１の個体差を補正する補正率βとして記憶される。
また、温度特性を補正する補正率αｎについては、ある温度Ｔｎと、それに対応する補正率αｎとが１組のデータとして連続するアドレスに記憶されており、波形補正メモリ７０２のアドレス１以降には、それぞれ異なる温度Ｔｎに対応する複数組の温度Ｔｎおよび補正率αｎが、規定された温度範囲にわたって記憶されている。
【００３４】
温度特性を補正する補正率αｎは、基準温度から温度が変化した場合に、基準温度下における圧電素子４０１の圧電特性に対し、各温度下で圧電素子４０１の圧電特性が示すずれ（基準温度下における圧電素子４０２の圧電特性から、温度によって圧電特性が変化する度合い）に基づいて算出した補正率である。
具体的には、温度特性における補正率αｎは、αｎ＝（基準温度下における圧電特性）／（特定の温度下における圧電特性）として定義される。
したがって、例えば、同一の電圧を印加した場合に、圧電素子４０１の基準温度下（例えば２５℃）における圧電特性に対し、５℃高い温度下（例えば３０℃）では、１０％低く出力されるものである場合、基準温度下における圧電特性に合わせるためには、圧電素子４０１の出力を１００／９０≒１．１１に補正する必要があり、この補正率１．１１が、基準温度＋５℃における圧電素子の補正率αｎとして記憶される。
【００３５】
図４に戻り、制御部３０は、ＡＤＣ３１と、メモリ３２と、制御回路３３と、駆動波形増幅回路３４と、電源回路３５とを備えている。
ＡＤＣ３１は、脈動発生部１００の温度センサ７０１から出力された温度信号をＡＤ変換し、デジタル信号として制御回路３３に出力する。
メモリ３２は、基準として想定した圧電素子を用いる場合の電圧パルス波形（以下、「基本パルス波形」と言う。）を記憶している。
【００３６】
図６は、メモリ３２が記憶している基本パルス波形の具体的内容を示す図である。
図６において、メモリ３２の記憶領域には、番号０〜ｘ（ｘは自然数）までのアドレスが付与されており、基本パルス波形ひとつ分の電圧値がデジタル値として記憶されている。具体的には、メモリ３２のアドレス０から順に、基本パルス波形における電圧値Ｖｘが所定時間（サンプリング間隔）毎のデジタル値として記憶されている。
制御回路３３は、流体噴射装置１全体を制御する機能を有している。具体的には、制御回路３３は、ＡＤＣ３１から入力されたデジタルの温度信号と、波形補正メモリ７０２に記憶された補正率αｎ，βと、メモリ３２に記憶された基本パルス波形と、不図示のフットスイッチ等から入力される吐出開始信号とを用いて、圧電素子４０１に印加する電圧パルス波形をデジタル信号として駆動波形増幅回路３４に出力する駆動波形出力処理（後述）を実行する。なお、吐出開始信号は、対象部位の切開等を行う際、流体噴射装置１から流体の噴射を開始させるために術者がスイッチを操作して入力する信号である。
【００３７】
また、制御回路３３は、駆動波形出力処理において、流体噴射装置１全体の同期信号となるシステムクロック信号から、圧電素子４０１に印加する電圧パルス波形の生成に使用する二次クロック信号を生成し、生成した二次クロック信号を駆動波形増幅回路３４に出力する。
駆動波形増幅回路３４は、制御回路３３から入力された電圧パルス波形のデジタル信号（以下、「ＤＡＣ制御信号」と言う。）をアナログ信号に変換し、そのアナログ信号を増幅して脈動発生部１００の圧電素子４０１に印加する。
図７は、駆動波形増幅回路３４の機能構成を示す概略図である。
図７において、駆動波形増幅回路３４は、Ｄ／Ａコンバータ（以下、「ＤＡＣ」と言う。）３４ａと、プッシュプル回路３４ｂとを備えている。
ＤＡＣ３４ａには、制御回路３３から出力された二次クロック信号と、ＤＡＣ制御信号とが入力される。
【００３８】
そして、ＤＡＣ３４ａは、二次クロック信号の立ち上がりに同期して、ＤＡＣ制御信号が示すサンプリング間隔毎の電圧値を順次、アナログの電圧信号として出力していき、階段状の電圧パルス波形を出力する。
プッシュプル回路３４ｂは、極性の異なる２つのトランジスタ（ＮＰＮ型およびＰＮＰ型）が入出力間において対称に接続されている。
プッシュプル回路３４ｂの動作周波数は、１０ＭＨｚ程度のオーダーであるため、ＤＡＣ３４ａから入力された階段状の電圧パルス波形は、プッシュプル回路３４ｂを通過することや配線抵抗と容量性負荷である圧電素子のフィルタ効果により波形が平滑化され、滑らかに変化する信号となる。
図４に戻り、電源回路３５は、商用電源を流体噴射装置１の電源規格に変換する変換回路であり、流体噴射装置１の各部に変換後の電力を供給する。なお、電源回路３５は、リチウムイオン等の二次電池によって構成することも可能である。
【００３９】
（動作）
次に、本実施形態における動作について説明する。
（流体噴射装置１の制御動作）
図８は、制御回路３３が実行する駆動波形出力処理を示すフローチャートである。
駆動波形出力処理は、流体噴射装置１の電源投入と共に実行が開始され、電源投入中は繰り返し実行される。
図８において、駆動波形出力処理が開始されると、制御回路３３は、脈動発生部１００の波形補正メモリ７０２のデータ全体を読み出す（ステップＳ１）。
次に、制御回路３３は、読み出した波形補正メモリ７０２のデータの中から、個体差の補正率βを取得する（ステップＳ２）。
【００４０】
そして、制御回路３３は、吐出開始信号が入力されているか否かを判定し（ステップＳ３）、吐出開始信号が入力されていないと判定した場合、ステップＳ３の処理を繰り返す。
一方、吐出開始信号が入力されていると判定した場合、制御回路３３は、基本パルス波形の時系列に対応するパラメータｉをリセット（ｉ＝０）する（ステップＳ４）。
次に、制御回路３３は、脈動発生部１００の温度センサ７０１から出力される温度信号を受信し（ステップＳ５）、ステップＳ１において読み出した波形補正メモリ７０２のデータの中から、温度信号が示す温度に対応する補正率αｎを取得して、処理に使用する補正率αに設定する（ステップＳ６）。
【００４１】
続いて、制御回路３３は、二次クロック信号を生成するためのタイマをクリアした後、タイマのカウントを開始する（ステップＳ７）。このとき、タイマは、システムクロック信号を利用してカウントされる。
そして、制御回路３３は、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっているか否かを判定し（ステップＳ８）、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっていないと判定した場合、ステップＳ８の処理を繰り返して、タイマのカウントアップを待つ。
一方、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっていると判定した場合、制御回路３３は、二次クロック信号をハイレベルからローレベルに立ち下げる（ステップＳ９）。
【００４２】
次に、制御回路３３は、ＤＡＣ制御信号が示すデジタル値を、メモリ３２のアドレスｉに記憶された電圧値Ｖｉと、補正率βと、補正率αとの乗算値（Ｖｉ×β×α）として算出する（ステップＳ１０）。
次いで、制御回路３３は、二次クロック信号を生成するためのタイマをクリアした後、タイマのカウントを開始する（ステップＳ１１）。
そして、制御回路３３は、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっているか否かを判定し（ステップＳ１２）、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっていないと判定した場合、ステップＳ１２の処理を繰り返して、タイマのカウントアップを待つ。
【００４３】
一方、タイマの値が二次クロック信号の周期ｔｃｌｏｃｋの１／２になっていると判定した場合、制御回路３３は、二次クロック信号をローレベルからハイレベルに立ち上げ（ステップＳ１３）、パラメータｉを“１”インクリメント（ｉ＝ｉ＋１）する（ステップＳ１４）。
さらに、制御回路３３は、メモリ３２に記憶された電圧値Ｖｉのうち、時系列における最終の電圧値（以下、「最終電圧値」と言う。）Ｖｉを既に読み込んで、ＤＡＣ制御信号が示すデジタル値を算出したか否かを判定する（ステップＳ１５）。このとき、制御回路３３は、パラメータｉがメモリ３２のアドレスの最大値ｘを超えているか否かを判定することによって、最終電圧値Ｖｉを既に読み込んだか否かを判定することができる。
【００４４】
ステップＳ１５において、最終電圧値Ｖｉを読み込んで、ＤＡＣ制御信号が示すデジタル値を算出してはいないと判定した場合、制御回路３３は、ステップＳ５の処理に移行し、最終電圧値Ｖｉを既に読み込んで、ＤＡＣ制御信号が示すデジタル値を算出したと判定した場合、吐出開始信号の入力が中止されたか否かを判定する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６において、吐出開始信号の入力が中止されていないと判定した場合、制御回路３３は、ステップＳ４の処理に移行し、吐出開始信号の入力が中止されたと判定した場合、駆動波形出力処理を繰り返す。
駆動波形出力処理が実行されることにより、圧電素子４０１の個体差の補正率βおよび温度特性の補正率αｎを反映させて、基準温度下における規定の圧電特性と一致させた電圧パルス波形を出力することができる。
【００４５】
図９は、流体の吐出が行われる際の制御部３０における各種信号の状態を示すタイミングチャートである。
図９において、駆動波形出力処理が実行されることにより、吐出開始信号が入力されている場合（ハイレベルの場合）に、二次クロック信号が生成される。また、二次クロック信号の１周期毎に、メモリ３２内の時系列に沿う電圧値Ｖｘの順序（即ち、アドレス番号の小さい順序）にＤＡＣ制御信号が示すデジタル値が更新される。
このような動作がメモリ３２のアドレス０〜ｘまでの電圧値について一度繰り返されると、ＤＡＣ制御信号は、１つの電圧パルス波形を示すデジタル値を出力することとなる。
【００４６】
そして、ＤＡＣ制御信号が示す電圧パルス波形のデジタル値は、ＤＡＣ３４ａによって階段状のアナログ信号に変換され、プッシュプル回路３４ｂに出力される。さらに、プッシュプル回路３４ｂを通過した電圧パルス波形は、滑らかに変化する駆動信号となり、圧電素子４０１に印加される。すると、圧電素子４０１が流体室の容積を変化させることにより、ノズル２１１からパルス状に流体が吐出される。
【００４７】
（流体噴射装置１全体の動作）
続いて、上記制御動作が行われた場合の流体噴射装置１全体の動作について説明する。
本実施形態の脈動発生部１００の流体吐出は、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。
まず、イナータンスについて説明する。
イナータンスＬは、流体の密度をρ、流路の断面積をＳ、流路の長さをｈとしたとき、Ｌ＝ρ×ｈ／Ｓで表される。流路の圧力差をΔＰ、流路を流れる流体の流量をＱ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。
【００４８】
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。
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。
【００４９】
なお、入口流路側のイナータンスＬ１は、接続流路５０４が入口流路５０３に対して直径が十分大きく設定されているので、イナータンスＬ１は、入口流路５０３の範囲において算出される。この際、ポンプ２０と入口流路を接続する接続チューブは柔軟性を有するため、イナータンスＬ１の算出から削除してもよい。
また、出口流路側のイナータンスＬ２は、接続流路２０１の直径が出口流路よりもはるかに大きく、接続流路管２００の管部（管壁）の厚さが薄いためイナータンスＬ２への影響は軽微である。従って、出口流路側のイナータンスＬ２は出口流路５１１のイナータンスに置き換えてもよい。
【００５０】
なお、接続流路管２００の管壁の厚さは、流体の圧力伝播には十分な剛性を有している。
そして、本実施形態では、入口流路側のイナータンスＬ１が出口流路側のイナータンスＬ２よりも大きくなるように、入口流路５０３の流路長及び断面積、出口流路５１１の流路長及び断面積を設定する。
【００５１】
次に、脈動発生部１００の動作について説明する。
ポンプ２０によって入口流路５０３には、常に一定圧力の液圧で流体が供給されている。その結果、圧電素子４０１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流体は流体室５０１内に流動する。
ここで、フットスイッチ等の操作により、制御部３０に吐出開始信号が入力され、駆動波形増幅回路３４から圧電素子４０１に電圧パルス波形が印加されたとする。
【００５２】
このとき、駆動波形増幅回路３４に入力されるＤＡＣ制御信号は、制御回路３３における駆動波形出力処理によって、圧電素子４０１の個体差および温度特性が補正され、基準温度下において基準となる圧電素子が動作した場合の出力と一致する電圧値を示すものとなっている。
そして、このような電圧パルス波形が圧電素子４０１に入力され、急激に圧電素子４０１が伸張すると、流体室５０１内の圧力は、入口流路側及び出口流路側のイナータンス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。
【００５３】
この圧力は、入口流路５０３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５０１内への流体の流入はその圧力によって減少し、出口流路５１１からの流出は増加する。従って、前述した特許文献１による流体噴射装置のような、入口流路側に設けられる逆止弁は必要ない。
しかし、入口流路５０３のイナータンスＬ１は、出口流路５１１のイナータンスＬ２よりも大きいため、入口流路５０３から流体が流体室５０１へ流入する流量の減少量よりも、出口流路から吐出される流体の増加量のほうが大きいため、接続流路２０１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２００内を伝播して、先端のノズル２１１の流体噴射開口部２１２から流体が噴射される。
【００５４】
ここで、ノズル２１１の流体噴射開口部２１２の直径は、出口流路５１１の直径よりも小さいので、流体は、さらに高圧、高速のパルス状の液滴として噴射される。
一方、流体室５０１内は、入口流路５０３からの流体流入量の減少と出口流路５１１からの流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５０１内の真空状態の双方によって一定時間経過後、入口流路５０３の流体は圧電素子４０１の動作前と同様な速度で流体室５０１内に向かう流れが復帰する。
入口流路５０３内の流体の流動が復帰した後、圧電素子４０１の伸張があれば、ノズル２１１からの脈動流を継続して噴射することができる。
【００５５】
上述のように、駆動波形出力処理が実行されることにより、圧電素子４０１の個体差や温度特性による流体の吐出速度や吐出量のばらつきを抑制することができ、より高精度な吐出制御を行うことが可能となる。
続いて、流体室５０１内の気泡の排除動作について説明する。
上述した脈動発生部１００の動作において、流体室５０１が、略回転体形状を有し旋回流発生部としての入口流路５０３を備えていることと、出口流路５１１が略回転体形状の回転軸近傍に開設されていることから、流体室５０１内において旋回流が発生し、流体内に含まれる気泡は速やかに出口流路５１１から外部に排出される。
【００５６】
従って、圧電素子４０１による流体室５０１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。
従って、前述した第１実施形態によれば、ポンプ２０により一定圧力で入口流路５０３に流体を供給するため、脈動発生部１００の駆動を停止した状態においても入口流路５０３及び流体室５０１に流体を供給するため、呼び水動作をしなくても初期動作を開始することができる。
また、出口流路５１１の直径よりも縮小された流体噴射開口部２１２から流体を噴出するため、液圧を出口流路５１１内よりも高めることから、高速の流体噴射を可能にする。
【００５７】
さらに、接続流路管２００が、流体室５０１から流動される流体の脈動を流体噴射開口部２１２に伝達し得る剛性を有しているので、脈動発生部１００からの流体の圧力伝播を妨げず、所望の脈動流を噴射することができるという効果を有する。
また、入口流路５０３のイナータンスを、出口流路５１１のイナータンスよりも大きく設定していることから、入口流路５０３から流体室５０１への流体の流入量の減少よりも大きい流出量の増加が出口流路５１１に発生し、接続流路管２００内にパルス状の流体吐出を行うことができる。従って、前述した特許文献１のように入口流路５０３側に逆止弁を設けなくてもよく、脈動発生部１００の構造を簡素化できるとともに、内部の洗浄が容易になる他、逆止弁を用いることに起因する耐久性の不安を排除することができるという効果がある。
【００５８】
なお、入口流路５０３及び出口流路５１１双方のイナータンスを十分大きく設定することにより、流体室５０１の容積を急激に縮小すれば、流体室５０１内の圧力を急激に上昇させることができる。
また、容積変更手段として圧電素子４０１とダイアフラム４００とを採用する構造にすることにより構造の簡素化と、それに伴う小型化を実現できる。また、流体室５０１の容積変化の最大周波数を１ＫＨｚ以上の高い周波数にすることができ、高速脈動流の噴射に最適である。
【００５９】
また、旋回流発生部により流体室５０１内の流体に旋回流を発生させることで、流体を遠心力により流体室の外周方向に押しやり、旋回流の中心部、つまり、略回転体形状の軸近傍に流体に含まれる気泡が集中し、略回転体形状の軸の近傍に設けられる出口流路５１１から気泡を排除することができる。このことから、流体室５０１内に気泡が滞留することによる圧力振幅の低下を防止することができ、脈動発生部１００の安定した駆動を継続することができる。
【００６０】
さらに、旋回流発生部を入口流路５０３により形成していることから、専用の旋回流発生部を用いることなく旋回流を発生させることができる。
また、流体室５０１の封止面５０５の外周縁部に、溝形状の入口流路５０３を形成しているので、部品数を増やすことなく旋回流発生部としての入口流路５０３を形成することができる。
また、ダイアフラム４００の上面に補強板４１０を備えていることにより、ダイアフラム４００は補強板４１０の開口部外周を支点として駆動するため、応力集中が発生しにくく、ダイアフラム４００の耐久性を向上させることができる。
【００６１】
なお、補強板４１０のダイアフラム４００との接合面の角部を丸めておけば、一層、ダイアフラム４００の応力集中を緩和することができる。
また、補強板４１０とダイアフラム４００とを積層し、一体に固着すれば、脈動発生部１００の組立性を向上させることができる他、ダイアフラム４００の外周縁部の補強効果もある。
また、ポンプ２０から流体を供給する入口側の接続流路５０４と入口流路５０３との接続部に、流体を滞留する流体溜り５０７を設けているために、接続流路５０４のイナータンスが入口流路５０３に与える影響を抑制することができる。
【００６２】
さらに、上ケース５００と下ケース３０１との接合面において、ダイアフラム４００の外周方向離間した位置にリング状のパッキン４５０を備えているために、流体室５０１からの流体の漏洩を防止し、流体室５０１内の圧力低下を防止することができる。
以上のように、本実施形態に係る流体噴射装置１は、圧電素子４０１の個体差を補正するための補正率βおよび温度特性の補正率αｎを脈動発生部１００の波形補正メモリ７０２に記憶し、脈動発生部１００には、圧電素子４０１近傍の温度を検出する温度センサ７０１が設置されている。また、制御部３０には、基本パルス波形を記憶したメモリ３２が備えられている。
【００６３】
そして、制御部３０の制御回路３３が駆動波形出力処理を実行することにより、温度センサ７０１によって検出された温度に応じた補正率αｎと、圧電素子４０１の個体差を補正する補正率βとによって、圧電素子４０１に印加する電圧パルス波形を補正し、圧電素子４０１の出力が基準のレベルと一致するよう制御される。
したがって、流体室において発生される圧力を目的の圧力と一致させることができるため、流体室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行う場合に、流体の吐出制御をより高精度に行うことが可能となる。
また、本実施形態に係る流体噴射装置１においては、圧電素子４０１の個体差の補正率βおよび温度特性の補正率αｎが脈動発生部１００に備えられた波形補正メモリ７０２に記憶され、基本パルス波形が制御部３０のメモリ３２に記憶されている。
【００６４】
したがって、脈動発生部１００が手術等に使用された後、衛生管理の観点から使い捨てられるような使用形態であっても、基本パルス波形を記憶するメモリ３２は継続して使用できるため、ランニングコストの増大を抑制することができる。
また、流体噴射装置１に新たな脈動発生部が接続された場合、その脈動発生部に備えられた圧電素子４０１の個体差を補正する補正率βおよび温度特性の補正率αｎを記憶した波形補正メモリからデータが読み出され、目的とする出力となるように、制御部３０によって圧電素子４０１が駆動される。
したがって、液体噴射装置１の脈動発生部を付け替えた場合に、付け替えられた圧電素子の補正データを記憶している波形補正メモリも同時に付け替えられることから、脈動発生部を付け替えながら使用することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る流体噴射装置１の概略構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る脈動発生部１００の構造を示す図である。
【図３】入口流路５０３の形態を示す平面図である。
【図４】流体噴射装置１の制御系統を示す機能構成図である。
【図５】波形補正メモリ７０２が記憶している補正率βおよび補正率αｎの具体的内容を示す図である。
【図６】メモリ３２が記憶している基本パルス波形の具体的内容を示す図である。
【図７】駆動波形増幅回路３４の機能構成を示す概略図である。
【図８】制御回路３３が実行する駆動波形出力処理を示すフローチャートである。
【図９】流体の吐出が行われる際の制御部３０における各種信号の状態を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１ 流体噴射装置、１０ 流体容器、１５，２５ 接続チューブ、２０ ポンプ、３０ 制御部、３１ ＡＤＣ、３２ メモリ、３３ 制御回路、３４ 駆動波形増幅回路、３４ａ ＤＡＣ、３４ｂ プッシュプル回路、３５ 電源回路、１００ 脈動発生部、２００ 接続流路管、２０１ 接続流路、２１１ ノズル、２１２ 流体噴射開口部、４０１ 圧電素子、５０１ 流体室、５０３ 入口流路、５１１ 出口流路、７０１ 温度センサ、７０２ 波形補正メモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、
一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正手段と、
を備えることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項２】
前記駆動信号補正手段は、個体差を有する前記圧電素子と基準とする圧電素子との特性の差に応じて、前記圧電素子の駆動信号を補正することを特徴とする請求項１記載の流体噴射装置。
【請求項３】
前記駆動信号補正手段は、前記圧電素子が有する温度特性を基に、基準とする温度下における出力に合わせて前記圧電素子の駆動信号を補正することを特徴とする請求項１または２記載の流体噴射装置。
【請求項４】
前記駆動信号補正手段は、
前記圧電素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データを記憶する波形補正メモリと、
前記圧電素子へ印加される基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリと、
前記圧電素子の温度と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データと、前記基準となる駆動信号とに基づいて、前記圧電素子の個体差および温度特性に応じて前記基準となる駆動信号を補正した駆動信号を生成する制御回路とを備え、
前記波形補正メモリは前記脈動発生部に実装され、前記基準駆動信号メモリは前記制御部に実装されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
【請求項５】
圧電素子によって流体を噴射する流体噴射ユニットと、前記流体噴射ユニットに流体を供給する流体供給装置と、前記流体噴射ユニットにおける流体の噴射を制御する制御装置とを備える流体噴射装置の流体噴射ユニットであって、
流体が流入する流体室と、
前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、
前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、
一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、
前記圧電素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データを記憶する波形補正メモリと、
を備えることを特徴とする流体噴射ユニット。
【請求項６】
圧電素子によって流体を噴射する流体噴射ユニットと、前記流体噴射ユニットに流体を供給する流体供給装置と、前記流体噴射ユニットにおける流体の噴射を制御する制御装置とを備える流体噴射装置の制御装置であって、
前記圧電素子へ印加される基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリと、
外部から取得した、前記圧電素子の温度と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データと、前記基準駆動信号メモリに記憶された前記基準となる駆動信号とに基づいて、前記圧電素子の個体差および温度特性に応じて前記基準となる駆動信号を補正した駆動信号を生成する制御回路と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、
一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
を備える流体噴射装置の制御方法であって、
前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正ステップを含むことを特徴とする流体噴射装置の制御方法。
【請求項８】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、
一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正手段と、
を備えることを特徴とする手術装置。
【請求項１】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、
一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正手段と、
を備えることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項２】
前記駆動信号補正手段は、個体差を有する前記圧電素子と基準とする圧電素子との特性の差に応じて、前記圧電素子の駆動信号を補正することを特徴とする請求項１記載の流体噴射装置。
【請求項３】
前記駆動信号補正手段は、前記圧電素子が有する温度特性を基に、基準とする温度下における出力に合わせて前記圧電素子の駆動信号を補正することを特徴とする請求項１または２記載の流体噴射装置。
【請求項４】
前記駆動信号補正手段は、
前記圧電素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データを記憶する波形補正メモリと、
前記圧電素子へ印加される基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリと、
前記圧電素子の温度と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データと、前記基準となる駆動信号とに基づいて、前記圧電素子の個体差および温度特性に応じて前記基準となる駆動信号を補正した駆動信号を生成する制御回路とを備え、
前記波形補正メモリは前記脈動発生部に実装され、前記基準駆動信号メモリは前記制御部に実装されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
【請求項５】
圧電素子によって流体を噴射する流体噴射ユニットと、前記流体噴射ユニットに流体を供給する流体供給装置と、前記流体噴射ユニットにおける流体の噴射を制御する制御装置とを備える流体噴射装置の流体噴射ユニットであって、
流体が流入する流体室と、
前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、
前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、
一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、
前記圧電素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データを記憶する波形補正メモリと、
を備えることを特徴とする流体噴射ユニット。
【請求項６】
圧電素子によって流体を噴射する流体噴射ユニットと、前記流体噴射ユニットに流体を供給する流体供給装置と、前記流体噴射ユニットにおける流体の噴射を制御する制御装置とを備える流体噴射装置の制御装置であって、
前記圧電素子へ印加される基準となる駆動信号を記憶している基準駆動信号メモリと、
外部から取得した、前記圧電素子の温度と、前記圧電素子の個体差を補正するための補正データおよび前記圧電素子の温度特性に基づく補正データと、前記基準駆動信号メモリに記憶された前記基準となる駆動信号とに基づいて、前記圧電素子の個体差および温度特性に応じて前記基準となる駆動信号を補正した駆動信号を生成する制御回路と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、
一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
を備える流体噴射装置の制御方法であって、
前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正ステップを含むことを特徴とする流体噴射装置の制御方法。
【請求項８】
流体が流入する流体室と、前記流体室の容積を変更する圧電素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、
一端が前記出口流路に連通し、他端が流体噴射口に連通する接続流路を有する流路管と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧電素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
前記圧電素子の特性に基づいて、前記圧電素子の駆動信号を補正する駆動信号補正手段と、
を備えることを特徴とする手術装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−５９７９２（Ｐ２０１０−５９７９２Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２３１３５（Ｐ２００８−２２３１３５）
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【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２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１日（２００８．９．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]