CN104970848A - 流体喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流体喷射装置,具备:具有流体容纳部和流体出口的流体容器;推压流体容纳部,使流体从流体出口流出的流体推压部;一端与流体出口连接的连接配管;根据驱动信号以脉冲状喷射从与连接配管的另一端连接的流体取入口取入的流体的流体喷射部;检测流体容纳部中的压力的压力检测部;接受流体的喷射强度的喷射强度输入部;进行控制,使得流体容纳部中的压力接近与喷射强度对应的目标压力值的推压控制部;接受流体喷射部指令的喷射指令输入部;及输出驱动信号的流体喷射控制部,接受了流体喷射指令时,流体容纳部中的压力在以目标压力值为基准确定的第一规定范围的上限值以上时,流体喷射控制部不输出驱动信号,而小于上限值时输出驱动信号。
Description
技术领域
本发明涉及流体喷射装置。
背景技术
已知以脉冲状喷射流体而进行目标物的切开或切除等的技术。例如,在医疗领域,作为切开或切除生物体组织的手术器具,提出了一种流体喷射装置,上述流体喷射装置具备如下部分而构成:以脉冲状喷射流体的脉动流发生部;将流体供给脉动流发生部的流体供给部;连接流体供给部和脉动流发生部的流体供给路径;以及切换喷射的开与关的操作开关(例如,参照专利文献1)。
该流体喷射装置通过逐步提高脉动流发生部中的压电元件的驱动电压而逐步增加流体的喷射强度,从而不会过度深切目标部位。
然而,流体的喷射强度也受流体供给部中的流体压力的影响,当操作开关被操作时,流体供给部中的压力不一定合适。
例如,当操作开关在流体供给部中的流体压力过高的状态下被操作时,也可能会进行手术实施者所不期待的强喷射。
因此,需要一种技术,使得当流体供给部中的压力在根据喷射强度确定的规定的上限值以上时,不进行流体的喷射,从而可提高流体喷射装置的安全性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2010-059939号公报
发明内容
涉及用于解决上述问题的一个方面的流体喷射装置,具备:具有容纳流体的流体容纳部和在上述流体容纳部形成的流体出口的流体容器;推压上述流体容纳部,使上述流体从上述流体出口流出的流体推压部;一端与上述流体出口连接的连接配管;具有与上述连接配管的另一端连接的流体取入口,并根据驱动信号,以脉冲状喷射从上述流体取入口取入的上述流体的流体喷射部;检测上述流体容纳部中的压力的压力检测部;接受用于设定上述流体喷射部喷射上述流体时的喷射强度的输入的喷射强度输入部;控制上述流体推压部,使得上述流体容纳部中的上述压力接近根据上述喷射强度确定的目标压力值的推压控制部;接受用于使上述流体从上述流体喷射部喷射的指令输入的喷射指令输入部;以及对上述流体喷射部输出上述驱动信号的流体喷射控制部,在上述喷射指令输入部接受上述指令输入时,在上述流体容纳部中的上述压力在以上述目标压力值为基准确定的第一规定范围的上限值以上的情况下,上述流体喷射控制部不输出上述驱动信号,在上述流体容纳部中的上述压力小于上述上限值的情况下,上述流体喷射控制部输出上述驱动信号。
对于本发明的其它特征,将通过本说明书和附图的记载详细地描述。
附图说明
图1是示出涉及本发明的实施方式的流体喷射装置的整体构成的一个例子的框图。
图2是示出涉及本发明的实施方式的流体喷射装置的整体构成的其他例子的框图。
图3是示出涉及本发明的实施方式的泵的构成的框图。
图4是示出涉及本发明的实施方式的泵的构成的框图。
图5是示出涉及本发明的实施方式的脉动发生部的构造的截面图。
图6是示出涉及本发明的实施方式的入口流路的方式的俯视图。
图7是示出涉及本发明的实施方式的泵控制部的构成的框图。
图8是示出涉及本发明的实施方式的压力推移的图。
图9是示出涉及本发明的实施方式的流体喷射装置的处理流程的流程图。
符号说明
1流体喷射装置、25连接管、26三通活塞、100脉动发生部、200流体喷射管、201连接流路、211喷嘴、400隔板、401压电元件、501流体室、502入口流路管、503入口流路、504连接流路、510出口流路管、511出口流路、600驱动控制部、625脉动发生部启动开关、627喷射强度切换开关、628脱气开关、630控制电缆、640通信电缆、700泵、710泵控制部、711CPU、712存储器、713AD转换器、720滑块、721基座部、722压力传感器、723触摸传感器、730电机、731流体推压部、740线性滑轨、750夹管阀、760流体容器、761注射器、762柱塞、763垫片、764开口部、765流体容纳部、770流体容器安装部
具体实施方式
==概要==
通过本说明书和附图的记载,至少可以明确如下事项:
明确了一种流体喷射装置,其特征在于,具备:具有容纳流体的流体容纳部和在上述流体容纳部形成的流体出口的流体容器;推压上述流体容纳部,使上述流体从上述流体出口流出的流体推压部;一端与上述流体出口连接的连接配管;具有与上述连接配管的另一端连接的流体取入口,并根据驱动信号,以脉冲状喷射从上述流体取入口取入的上述流体的流体喷射部;检测上述流体容纳部中的压力的压力检测部;接受用于设定上述流体喷射部喷射上述流体时的喷射强度的输入的喷射强度输入部;控制上述流体推压部,使得上述流体容纳部中的上述压力接近根据上述喷射强度确定的目标压力值的推压控制部;接受用于使上述流体从上述流体喷射部喷射的指令输入的喷射指令输入部;以及对上述流体喷射部输出上述驱动信号的流体喷射控制部,在上述喷射指令输入部接受上述指令输入时,在上述流体容纳部中的上述压力在以上述目标压力值为基准确定的第一规定范围的上限值以上的情况下,上述流体喷射控制部不输出上述驱动信号,在上述流体容纳部中的上述压力小于上述上限值的情况下,上述流体喷射控制部输出上述驱动信号。
根据这种流体喷射装置,在流体容纳部中的压力在根据喷射强度确定的规定的上限值以上的情况下,可以不进行流体的喷射,从而可以提高流体喷射装置的安全性。
其中,在上述流体容纳部中的上述压力达到上述目标压力值后,当上述压力进入范围比以上述目标压力值为基准确定的上述第一规定范围窄的第二规定范围时,即使上述压力与上述目标压力值不同,上述推压控制部也优选不进行使上述压力接近上述目标压力值的上述控制。
根据这种流体喷射装置,可以防止例如尽管流体容纳部中的压力与目标压力值的差已经是例如不影响喷射强度的微差,却还始终继续进行控制的这种情况。
并且,在上述流体容纳部中的上述压力达到上述目标压力值后,当上述压力进入上述第一规定范围但未进入上述第二规定范围时,上述推压控制部优选对上述流体推压部进行控制,使得上述压力进入上述第二规定范围。
根据这种流体喷射装置,可以在进入第二规定范围的时候停止压力的控制,因此,例如即使发生超压,也能够容易地使压力保持在第二规定范围内,从而能够提高压力控制的精度。
并且,在上述流体喷射控制部输出上述驱动信号期间,优选上述推压控制部对上述流体推压部进行控制,使得每单位时间从上述流体容器中流出规定量的流体。
根据这种流体喷射装置,在流体喷射部喷射流体时,可以消除伴随反馈控制而发生的流体容纳部中的压力变化,对流体喷射部提供稳定的量的流体,因此,能够以更稳定的强度从流体喷射部喷射流体。
并且优选,上述流体喷射装置还具备开闭上述连接配管中的上述流体的流路的流路开闭部,上述推压控制部通过在利用上述流路开闭部使上述流路闭塞的状态下使上述流体推压部推压上述流体容纳部,进行使上述流体容纳部中的上述压力接近上述目标压力值的上述控制。
根据这种流体喷射装置,能够使流体容纳部中的压力更高精度地接近目标压力值。
==整体构成==
下面,参照附图对本发明的实施方式进行说明。涉及本实施方式的流体喷射装置可以用于精细物体和结构物、生物体组织等的清洗或切断等各种情况,在下文说明的实施方式中,以适合用于切开或切除生物体组织的医用手术刀的流体喷射装置为例进行说明。因此,在涉及本实施方式的流体喷射装置中使用的流体是水、生理盐水、规定的药液等。另外,为便于图示,下文说明所参照的附图是部件和部分的纵横尺寸的比例尺与实际尺寸不同的示意图。
图1是示出作为涉及本实施方式的手术用手术刀的流体喷射装置1的构成说明图。涉及本实施方式的流体喷射装置1具备:供给流体的泵700、将泵700所提供的流体转换为脉动流并以脉冲状喷射的脉动发生部(流体喷射部)100、与泵700联合进行流体喷射装置1的控制的驱动控制部(流体喷射控制部)600、以及连接泵700与脉动发生部100,并作为流体流动的流路的连接路径(连接配管)的连接管25。
并且,详细情况将在后面描述,脉动发生部100具备:容纳泵700提供的流体的流体室501、改变该流体室501的容积的隔板400、以及使隔板400振动的压电元件401。
而且,脉动发生部100具备:成为从流体室501吐出的流体的流路的细管状的流体喷射管200、以及安装在流体喷射管200的前端部的流路直径缩小的喷嘴211。
然后,脉动发生部100根据驱动控制部600输出的驱动信号使压电元件401驱动,并通过改变流体室501的容积,以脉冲状对流体施加压力,将流体转换为脉动流,通过流体喷射管200、喷嘴211以脉冲状高速喷射流体。
驱动控制部600与脉动发生部100之间通过控制电缆630连接,驱动控制部600输出的用于驱动压电元件401的驱动信号通过控制电缆630传递至脉动发生部100。
并且,驱动控制部600与泵700之间通过通信电缆640连接,驱动控制部600与泵700根据CAN(控制局域网)等规定的通信协议彼此交换各种指令和数据。
并且,驱动控制部600接受来自由使用脉动发生部100执刀的手术实施者等操作的各种开关的信号输入,通过上述控制电缆630和通信电缆640,控制泵700和脉动发生部100。
作为与驱动控制部600连接的上述开关,有例如脉动发生部启动开关(喷射指令输入部)625、喷射强度切换开关(喷射强度输入部)627、脱气开关(フラッシングスイッチ)628等(未图示)。
脉动发生部启动开关625是用于切换有无从脉动发生部100喷射流体的开关。当使用脉动发生部100执刀的手术实施者操作脉动发生部启动开关625时,驱动控制部600与泵700联合,进行用于使流体从脉动发生部100喷射或停止的控制。脉动发生部启动开关625可以采取放在手术实施者脚边操作的脚踏开关的形式,也可以采取与由手术实施者把持的脉动发生部100一体地设置,通过手术实施者的手和手指操作的形式。
喷射强度切换开关627是用于设定从脉动发生部100喷射的流体的喷射强度的开关。当喷射强度切换开关627被操作时,驱动控制部600对脉动发生部100及泵700进行用于增加或减少流体的喷射强度的控制。
例如,驱动控制部600在使流体从脉动发生部100喷射时,将与由喷射强度切换开关设定的喷射强度对应的电压的驱动信号输出至脉动发生部100。例如,驱动控制部600在增大喷射强度时使驱动电压的电压上升,在降低喷射强度时使驱动电压的电压下降。
并且,在将流体供给脉动发生部100时,泵700进行控制,使得泵700中的流体的压力成为与由喷射强度切换开关627设定的喷射强度对应的压力。例如,泵700在增大喷射强度时使流体的压力上升,在降低喷射强度时使流体的压力下降。
另外,对脱气开关628,将在后面说明。
而且,本实施方式中,脉动流是指流体的流动方向一定,流体的流量或流速伴随着周期性或非周期性波动的流体的流动。脉动流还包括重复流体的流动和停止的间歇流,但只要流体的流量或流速周期性或非周期性波动即可,因此,无需一定是间歇流。
同样地,以脉冲状喷射流体是指所喷射的流体的流量或流速周期性或非周期性波动的流体的喷射。作为脉冲状喷射的一个例子,可以列举重复流体的喷射和非喷射的间歇喷射,但只要所喷射的流体的流量或流速周期性或非周期性波动即可,因此,无需一定是间歇喷射。
而且,当脉动发生部100停止驱动时,即,不改变流体室501的容积时,在规定压力下由作为流体供给部的泵700提供的流体通过流体室501而从喷嘴211连续地流出。
另外,涉及本实施方式的流体喷射装置1可以是具备多个泵700的构成。例如,图2例示出流体喷射装置1具备2个泵700时的构成。
这种情况下,如图2所示,流体喷射装置1具备第一泵700a和第二泵700b。并且,连接脉动发生部100和第一泵700a和第二泵700b,而成为流体流动的流路的连接路径(连接配管)由第一连接管25a、第二连接管25b、连接管25、以及三通活塞26构成。
并且,将构成为可切换的阀门作为三通活塞26使用,在使第一连接管25a与连接管25连通,或是使第二连接管25b与连接管25连通之间切换,以便选择性地使用第一泵700a和第二泵700b中的任一个泵。
通过这样的配置,例如,当选择性地使用第一泵700a时,在由于故障等某种原因而无法从第一泵700a进行流体的供给这样的情况下,通过切换三通活塞26使得第二连接管25b与连接管25连通之后,从第二泵700b开始流体的供给,从而能够继续使用流体喷射装置1,并能将无法从第一泵700进行流体供给所导致的影响抑制在最小限度。
另外,在以下说明中,即便流体喷射装置1是具备多个泵700的构成,在无需区分各个泵700而说明的情况下,统一以泵700表示。
另一方面,在需要将多个泵700分别区分加以说明时,则将各个泵700区别以第一泵700a、第二泵700b等来表示,在泵700的参照符号700后适当地添加a、b等后缀。并且,这种情况下,对第一泵700a的构成要素的参照符号添加后缀a,对第二泵700b的构成要素的参照符号添加后缀b进行表示。
===泵===
接下来,参照图3,对涉及本实施方式的泵700的构成及动作的概要进行说明。
涉及本实施方式的泵700具备泵控制部(推压控制部)710、滑块720、电机730、线性滑轨740、以及夹管阀(流路开闭部)750。而且,泵700构成为具有用于可拆卸地安装容纳流体的流体容器760的流体容器安装部770。在安装有流体容器760时,流体容器安装部770以在规定的位置保持流体容器760的方式形成。
另外,详细情况将在后面说明,泵控制部710与滑块释放开关780、滑块设置开关781、送液就绪开关782、填充开关(プライミングスイッチ)783、夹管阀开关785连接(未图示)。
作为本实施方式中的一个示例,流体容器760构成为具备注射器761和柱塞762的注射筒。
该流体容器760中,在注射器761的前端部形成有使圆筒突出而成的形状的开口部(流体出口)764。然后,在将流体容器760安装在流体容器安装部770上时,使连接管25的端部嵌入开口部764中,从而形成从注射器761的内部至连接管25的流体的流路。
夹管阀750是设置在连接管25的路径上,将流体容器760和脉动发生部100之间的流体的流路打开或关闭的阀门。
通过泵控制部710进行夹管阀750的打开或关闭。泵控制部710打开夹管阀750时,流体容器760和脉动发生部100之间的流路连通。泵控制部710闭塞夹管阀750时,流体容器760和脉动发生部100之间的流路切断。
将流体容器760安装在流体容器安装部770上后,在打开夹管阀750的状态下,使流体容器760的柱塞762向推入注射器761中的方向(以下,也称为推入方向)移动时,由安装在柱塞762的上述推入方向侧的前部的具有弹力的橡胶等树脂制的垫片763的端面与注射器761的内壁包围成的空间(以下,也称为流体容纳部765)的容积减少,填充在该流体容纳部765中的流体从注射器761的前端部的开口部764吐出。然后,从开口部764吐出的流体填充到连接管25中,并供给脉动发生部100。
另一方面,将流体容器760安装在流体容器安装部770上后,在关闭夹管阀750的状态下,使流体容器760的柱塞762向推入方向移动时,由安装在柱塞762的前部的垫片763与注射器761的内壁包围成的流体容纳部765的容积减少,从而可以使填充在该流体容纳部765中的流体的压力上升。
通过在将流体容器760安装到流体容器安装部770上时,泵控制部710使滑块720沿着柱塞762滑动的方向(上述推入方向以及与上述推入方向相反的方向)移动来进行柱塞762的移动。
具体而言,滑块720被安装在线性滑轨740上,使得滑块720的基座部721与沿着上述柱塞762的滑动方向以直线状形成在线性滑轨740上的滑轨(未图示)卡合,然后,通过线性滑轨740利用从由泵控制部710驱动的电机730传递而来的动力,使滑块720的基座部721沿着滑轨移动,从而滑块720沿着上述柱塞762的滑动方向移动。
而且,如图3所示,沿着线性滑轨740的上述滑轨,设置有第一限位传感器741、剩余量传感器742、始位传感器(ホームセンサー)743、第二限位传感器744。
这些第一限位传感器741、剩余量传感器742、始位传感器743、第二限位传感器744均为检测在线性滑轨740的上述滑轨上移动的滑块720的位置的传感器,通过这些传感器检测出的信号被输入泵控制部710。
始位传感器743是用于确定线性滑轨740上的滑块720的初始位置(以下,也称为始位位置)的传感器。始位位置是在进行流体容器760的安装和交换等操作时,保持滑块720的位置。
剩余量传感器742是用于在滑块720由始位位置向柱塞762的推入方向移动时,检测流体容器760中的流体的剩余量达到规定值以下时的滑块720的位置(以下,也标记为剩余量位置)的传感器。当滑块720移动至设置有剩余量传感器742的剩余量位置时,规定的警报被输出给操作者(手术实施者或辅助者)。然后,根据操作者的判断,在适当的定时,进行将当前正在使用的流体容器760更换为新的流体容器760的操作。或者,在准备了与泵700(第一泵700a)同样构成的预备的第二泵700b时,进行切换操作,使得从预备的第二泵700b进行对脉动发生部100的流体供给。
第一限位传感器741示出滑块720从始位位置向柱塞762的推入方向移动时的可移动范围的极限位置(以下,也标记为第一极限位置)。当滑块720移动至设置有第一限位传感器741的第一极限位置时,流体容器760中的流体的剩余量比滑块720位于上述剩余量位置时的剩余量更少,规定的报警被输出给操作者。然后,这种情况下,也进行将当前正在使用的流体容器760更换为新的流体容器760的操作,或进行切换为预备的第二泵700b的操作。
另一方面,第二限位传感器744示出滑块720由始位位置向与推入柱塞762的方向相反的反向移动时的可移动范围的极限位置(以下,也标记为第二极限位置)。当滑块720移动至设置有第二限位传感器744的第二极限位置时,也输出规定的报警。
另外,在滑块720中安装有触摸传感器723和压力传感器(压力检测部)722。
触摸传感器723是用于检测滑块720是否接触流体容器760的柱塞762的传感器。
而且,压力传感器722是检测由注射器761的内壁与垫片763形成的流体容纳部765中的流体的压力,即滑块720推压流体容纳部765时的压力,并输出对应于该压力的电平(例如电压、电流、频率)的信号(检测信号)的传感器。
当在关闭夹管阀750的状态下使滑块720向上述推入方向移动时,流体容纳部765中的流体的压力在滑块720接触柱塞762之后,随着滑块720的推入量的增加而上升。
另一方面,当在打开夹管阀750的状态下使滑块720向上述推入方向移动时,即使在滑块720接触了柱塞762后,流体容纳部765中的流体也会通过连接管25从脉动发生部100的喷嘴211流出,因此,流体容纳部765中的流体的压力虽然会上升至一定程度,但即便使滑块20向推入方向进一步移动,也不会再上升。
另外,来自触摸传感器723和压力传感器722的信号被输入泵控制部710。
而且,在以下的说明中,有时也将滑块720、电机730和线性滑轨740标记为流体推压部731。流体推压部731推压流体容纳部765,使流体从流体容器760的开口部(流体出口)764流出。
接下来,对将填充有流体的流体容器760重新安装在流体容器安装部770上,并将流体容器760中的流体供给脉动发生部100,直到成为能够从脉动发生部100以脉冲状喷射流体的状态为止的准备动作进行说明。
首先,操作者操作滑块释放开关780,将滑块释放开关780的接通信号输入泵控制部710。如此一来,泵控制部710使滑块720移动至始位位置。
然后,操作者将事前与连接管25连接的流体容器760安装到流体容器安装部770上。另外,在该流体容器760的注射器761中已填充有流体。
然后,操作者将连接管25安装到夹管阀750上后,操作夹管阀开关785将夹管阀开关785的接通信号输入至泵控制部710时,泵控制部710关闭夹管阀750。
接下来,操作者操作滑块设置开关781,将滑块设置开关781的接通信号输入泵控制部710。这样一来,泵控制部710使滑块720向推入方向移动,并开始进行控制,使得流体容器760中的流体容纳部765所容纳的流体的压力成为根据由喷射强度切换开关627设定的喷射强度而确定的规定的目标压力值。
然后,由操作者按下送液就绪开关782后,该送液就绪开关782的接通信号被输入泵控制部710,当流体容纳部765中的流体的压力相对于上述目标压力值进入规定的范围内(以下,也标记为粗略窗口(ラフウインドウ))时,泵控制部710变成允许从泵700向脉动发生部100进行流体的送液的可送液状态。
然后,当泵控制部710处于可送液状态时,通过操作者的操作将填充开关783的接通信号输入泵控制部后,泵控制部710开始填充(プライミング)处理。填充处理是使从流体容器760到连接管25、脉动发生部100的流体喷射开口部212为止的流体的流路中充满流体的处理。
填充处理开始后,泵控制部710打开夹管阀750,并在打开夹管阀750的同时或几乎同时的定时(例如几毫秒至几十毫秒左右的时间差),开始使滑块20向推入方向移动。滑块的移动以从流体容器760流出的流体每单位时间的送出量保持一定的规定速度进行。填充处理的进行直到经过了填充处理所需的规定时间为止(或直到滑块720移动规定距离为止),或者直到操作者操作填充开关783(未图示)输入断开信号为止。
由此,流体容纳部765中的规定量的流体能够以规定的流速(每单位时间的流体的吐出量)从泵700送出,充满从夹管阀750到脉动发生部100的连接管25,并充满脉动发生部100的流体室501及流体喷射管200等。另外,在开始填充处理前存在于连接管25中及脉动发生部100中的空气会随着流体流入连接管25及脉动发生部100中,而从脉动发生部100的喷嘴211排放到大气中。
另外,填充处理时使滑块720移动的上述规定速度、规定距离或规定时间,均事前存储在泵控制部710中。
由此,填充处理结束。
接下来,当脱气开关628的接通信号通过操作者的操作被输入驱动控制部600时,驱动控制部600及泵控制部710开始脱气处理。
脱气处理是用于将连接管25和脉动发生部100中残存的气泡从脉动发生部100的喷嘴211排出的处理。
脱气处理中,在打开夹管阀750的状态下,以从流体容器760中流出的流体每单位时间的送出量达到一定的规定速度,泵控制部710使滑块720向推入方向移动,并将流体供给脉动发生部100。而且,驱动控制部600与基于泵700的流体的吐出联动,驱动脉动发生部100的压电元件401,从脉动发生部100喷射出流体。由此,残存于连接管25及脉动发生部100中的气泡被从脉动发生部100的喷嘴211排出。脱气处理的进行直到经过规定时间为止(或滑块720移动规定距离为止),或直到操作者操作脱气开关628并输入断开信号为止。
另外,脱气处理时,使滑块720移动的上述规定速度、规定时间或规定距离,事前存储在驱动控制部600及泵控制部710中。
脱气处理结束后,泵控制部710关闭夹管阀750,并检测容纳在流体容器760的流体容纳部765的流体的压力。然后,进行调整滑块720的位置的控制,使得该压力成为根据喷射强度而确定的上述目标压力值。
然后,当流体容纳部765中的流体的压力相对于目标压力值进入上述规定的范围内(粗略窗口内)时,成为可以以脉冲状从脉动发生部100喷射流体的状态。
在这种状态下,当手术实施者通过脚操作脉动发生部启动开关625,脉动发生部启动开关625的接通信号被输入驱动控制部600后,泵控制部710根据驱动控制部600发送的信号,打开夹管阀750,在夹管阀750打开的同时或几乎同时的定时(例如大约几毫秒至几十毫秒的时间差),使滑块720以规定速度向推入方向移动,开始对脉动发生部100提供流体。另一方面,驱动控制部600开始压电元件401的驱动,改变流体室501的容积并产生脉动流。由此,以脉冲状从脉动发生部100的前部的喷嘴211高速喷射出流体。
之后,当手术实施者通过脚操作脉动发生部启动开关625,脉动发生部启动开关625的断开信号被输入驱动控制部600后,驱动控制部600停止压电元件401的驱动。然后,泵控制部710根据驱动控制部600发送的信号,使滑块720的移动停止并关闭夹管阀750。通过这种方式,流体从脉动发生部100的喷射停止。
另外,涉及本实施方式的泵700是滑块720推压流体容器760的构成流体容器760构成为具有注射器761和柱塞762的注射筒,泵700也可以是图4所示的构成。
图4所示的泵700具有以下构成:通过将作为容纳流体的输液袋而构成的流体容器760安装在加压室800中,经由调节器811使压缩机810所提供的空气平稳化后压力输送至加压室800中,从而推压流体容器760。
当在对加压室800中的空气加压而推压流体容器760后的状态下打开夹管阀750时,容纳在流体容器760的流体容纳部765中的流体从开口部764流出,并经由连接管25供给脉动发生部100。
另外,通过打开排气阀812而将加压室800中的空气排放到大气中。而且,当加压室800中的空气的压力超过规定压力时,即使没有打开排气阀812,也可以通过安全阀813的开启而使得加压室800中的空气排放到大气中。
另外,图4虽未图示出,但上述的压缩机810、调节器811、排气阀812、夹管阀750均由泵控制部710控制。
而且,由检测流体容器760中的流体的压力的压力传感器722、以及检测流体容器760中的流体的剩余量的剩余量传感器742输出的检测信号也被输入泵控制部710。
而且,图4所示的泵700中,由压缩机810、调节器811以及加压室800构成流体推压部731。
通过使用这种方式的泵700,可以增加每单位时间可供给脉动发生部100的流体的量。另外,能够以更高的压力将流体供给脉动发生部100,不去能够将容纳流体的输液袋直接作为流体容器760使用,因此,可以防止流体的污染。而且,对脉动发生部100也可以不产生脉动流,而进行连续送液。
此外,本实施方式中,驱动控制部600设置在与泵700和脉动发生部100分离的位置,但也可以采用与泵700构成为一体的方式。
而且,在使用该流体喷射装置1进行手术时,手术实施者把持的部位是脉动发生部100。因此,优选连接到脉动发生部100的连接管25尽可能地柔软。为此,连接管25是既柔软又薄的管,而且,优选从泵700流出的流体的吐出压力在可对脉动发生部100送液的范围内设定为低压。因此,泵700的吐出压力大致设定为0.3大气压(0.03MPa)以下。
而且,尤其是在做脑部手术那样,设备出故障很可能造成严重事故的情况下,必须避免在连接管25切断等时高压的流体喷出,为此,也需要事先将泵700的吐出压力设定为低压。
==脉动发生部==
接下来,对本实施方式的脉动发生部100的构造进行说明。
图5是示出涉及本实施方式的脉动发生部100的构造的截面图。在图5中,脉动发生部100与流体喷射管200连接,该流体喷射管200包括产生流体的脉动的脉动发生装置,还具有作为吐出流体的流路的连接流路201。
脉动发生部100中,上壳体500和下壳体301在各自相对的表面上接合,由4根固定螺钉350(省略图示)螺合。下壳体301是具有凸缘部的筒状部件,一个端部被底板311密封。在该下壳体301的内部空间中设置有压电元件401。
压电元件401构成致动器,是层叠型压电元件。压电元件401的一个端部通过上板411固定在隔板400上,另一个端部固定在底板311的上表面312。
而且,隔板400由圆盘状的金属薄板形成,在下壳体301的凹部303内,边缘部分被紧密地粘合在凹部303的底面。通过对作为容积改变单元的压电元件401输入驱动信号,伴随着压电元件401的伸长、收缩而通过隔板400改变流体室501的容积。
在隔板400的上表面层叠设置有由中心部具有开口部的圆盘状的金属薄板构成的加固板410。
上壳体500中,在与下壳体301相对的表面的中心部形成有凹部,由该凹部与隔板400构成且填充有流体的状态的旋转体形状为流体室501。也就是说,流体室501是由上壳体500的凹部的密封面505和内周侧壁501a和隔板400包围而成的空间。在流体室501的大致中央部贯穿设置有出口流路511。
出口流路511从流体室501贯通至由上壳体500的一个端面突出设置的出口流路管510的端部。出口流路511与流体室501的密封面505的连接部被平滑地圆化,以减小流体阻力。
另外,在本实施方式(参照图5)中,以上说明的流体室501的形状是两端密封的大致圆筒形,但不仅限于圆筒形,也可以是在侧视观察中为圆锥形、梯形,或半球形等。例如,如果将出口流路511与密封面505的连接部形成为漏斗这样的形状,则可以容易地排出后述的流体室501中的气泡。
出口流路管510与流体喷射管200连接。流体喷射管200贯穿设置有连接流路201,连接流路201的直径比出口流路511的直径大。而且,流体喷射管200的管部的厚度被形成为在具有不吸收流体的压力脉动的刚度的范围内。
流体喷射管200的前端部插入有喷嘴211。该喷嘴211贯通设置有流体喷射开口部212。流体喷射开口部212的直径比连接流路201的直径小。
在上壳体500的侧面突出设置有插入从泵700提供流体的连接管25的入口流路管(流体取入口)502,入口流路管502中贯通有入口流路侧的连接流路504。连接流路504与入口流路503连通。入口流路503在流体室501的密封面505的边缘部形成为槽状,并与流体室501连通。
在上壳体500与下壳体301的接合面上,在离开隔板400的外周方向的位置上,下壳体301侧形成有密封盒(パッキンボックス)304、上壳体500侧形成有密封盒506,由密封盒304、506所形成的空间里装有环形密封圈450。
在这里,组装上壳体500和下壳体301时,通过上壳体500的密封面505的边缘部与下壳体301的凹部303的底面将隔板400的边缘部与加固板410的边缘部紧密连接。这时,密封圈450被上壳体500与下壳体301推压,从而防止流体从流体室501泄漏。
流体室501中,流体吐出时达到30大气压(3MPa)以上的高压状态,虽然认为在隔板400、加固板410、上壳体500、下壳体301的各个接合部会有少许流体泄漏,但是通过密封圈450阻止泄漏。
如图5所示设置有密封圈450后,则密封圈450会被以高压从流体室501泄漏的流体的压力压缩,同时密封圈450被进一步强力地推压到密封盒304、505的内壁上,因此,能够更可靠地防止流体的泄漏。通过这种方式,可以在驱动时保持流体室501中较高的压力上升。
接下来,参照附图,对形成在上壳体500的入口流路503进行更详细的说明。
图6是示出入口流路503的方式的俯视图,表示从与下壳体301的接合面侧观察到的上壳体500的状态。
图6中,入口流路503在上壳体500的密封面505的边缘部形成为槽状。
入口流路503的一个端部连通到流体室501,另一个端部连通到连接流路504。在入口流路503与连接流路504的连接部形成有流体贮存部507。然后,通过使流体贮存部507与入口流路503的连接部平滑地圆化来减小流体阻力。
而且,入口流路503朝向大致切线方向连通到流体室501的内周侧壁501a。以规定压力由泵700(参照图1)提供的流体沿着内周侧壁501a(图6中,箭头所指示的方向)流动并在流体室501产生回旋流。回旋流被回旋所产生的离心力推向内周侧壁501a侧,同时,流体室501中含有的气泡集中在回旋流的中心部。
然后,集中在中心部的气泡被从出口流路511排出。因此,优选将出口流路511设置在回旋流的中心附近,即旋转体形状的轴中心部。
而且,如图6所示,入口流路503是弯曲的。入口流路503也可以设置为不弯曲而沿着直线连通到流体室501,但通过使其弯曲,可以将流路变长,从而可以在狭窄空间中得到所需的惯性(イナータンス)(对于惯性,将在后面说明)。
另外,如图6所示,在隔板400与形成有入口流路503的密封面505的边缘部之间,设置有加固板410。设置加固板410意在提高隔板400的耐久性。由于在入口流路503与流体室501的连接部形成有切口状的连接开口部509,因此,可以认为当隔板400被以高频率驱动时,在连接开口部509附近发生应力集中,从而发生疲劳破坏。因此,通过设置具有无切口部而连续的开口部的加固板410,可以使得隔板400不发生应力集中。
而且,在上壳体500的外周角落部开设4个位置的螺丝孔500a,上壳体500与下壳体301在该螺丝孔位置上被螺丝螺合接合。
另外,尽管省略图示,但可以将加固板410与隔板400接合,层叠粘合为一体。作为粘合方法,可以是使用粘合剂粘接的方法,也可以是固相扩散接合及焊接等方法,但更优选使加固板410和隔板400在接合面上贴紧的方法。
==脉动发生部的动作==
接下来,参照图1~图6对本实施方式的脉动发生部100的动作进行说明。基于本实施方式的脉动发生部100的流体吐出,通过入口流路503侧的惯性L1(有时称为“合成惯性L1”)与出口流路511侧的惯性L2(有时称为“合成惯性L2”)的差来进行。
<惯性>
首先,对惯性进行说明。
当设流体的密度为ρ、流路的截面积为S、流路的长度为h时,惯性L用L=ρ×h/S表示。当设流路的压力差为ΔP、流过流路的流体的流量为Q时,通过使用惯性L使流路中的运动方程式变形,可以导出ΔP=L×dQ/dt这一关系。
也就是说,惯性L表示对流量的时间变化的影响程度,惯性L越大,流量的时间变化越小,惯性L越小,流量的时间变化越大。
而且,有关多条流路的并联连接、多条形状不同的流路的串联连接的合成惯性,可以通过使得各个流路的惯性与电路中的电感的并联连接、或串联连接同样地合成而算出。
另外,入口流路503侧的惯性L1,由于连接流路504的直径相对于入口流路503的直径设定为足够大,因此,惯性L1在入口流路503的范围内算出。这时,由于连接泵700与入口流路503的连接管25具有柔软性,因此可以从惯性L1的计算中删除。
而且,关于出口流路511侧的惯性L2,由于连接流路201的直径远比出口流路511的直径大,且流体喷射管200的管部(管壁)的厚度薄,因此对惯性L2的影响是轻微的。因此,出口流路511侧的惯性L2可以替换为出口流路511的惯性。
另外,流体喷射管200的管壁具有对流体的压力传播的足够的刚性。
而且,在本实施方式中,入口流路503的流路长度及截面积、出口流路511的流路长度及截面积被设定为,使得入口流路503侧的惯性L1比出口流路511侧的惯性L2更大。
<流体的喷射>
接下来,对脉动发生部100的动作进行说明。
流体通过泵700以规定压力供给入口流路503。其结果,当压电元件401不动作时,流体利用泵700的吐出力与入口流路503侧整体的流体阻力值的差流动到流体室501中。
在这里,当驱动信号被输入到压电元件401中,压电元件401急剧伸长时,如果入口流路503侧及出口流路511侧的惯性L1、L2具有足够的大小,则流体室501中的压力迅速上升而达到几十个大气压。
由于该流体室501中的压力远比利用泵700对入口流路503施加的压力大,因此,从入口流路503侧流入流体室501中的流体会因该压力而减少,从出口流路511的流出会增加。
由于入口流路503的惯性L1比出口流路511的惯性L2大,由于从出口流路511吐出的流体的增加量比流体从入口流路503流入流体室501的流量的减少量大,因此,流体会在连接流路201以脉冲状吐出,也就是说,会发生脉动流。这个吐出时的压力波动在流体喷射管200中传播,流体从前端的喷嘴211的流体喷射开口部212被喷射出。
在这里,由于喷嘴211的流体喷射开口部212的直径比出口流路511的直径小,因此,流体进一步被作为高压、高速的脉冲状液滴而喷射出。
另一方面,流体室501中,由于从入口流路503流入的流体量的减少与从出口流路511流出的流体的流出量的增加的相互作用,压力上升后立即成为负压状态。其结果,因泵700的压力和流体室501中的负压状态这二者,在经过规定时间后,入口流路503的流体以与压电元件401动作前相同的速度流向流体室501中的流动被恢复。
入口流路503中的流体的流动恢复之后,如果压电元件401伸展,则可以从喷嘴211继续喷射脉动流。
<气泡的排除>
接下来,对流体室501中的气泡的排除动作进行说明。
如上所述,入口流路503通过一边在流体室501的周围回旋一边接近流体室501的这种路径连通到流体室501。而且,出口流路511设置在流体室501的大致旋转体形状的旋转轴附近。
因此,从入口流路503流入流体室501的流体沿着内周侧壁508而在流体室501中回旋。然后,流体由于离心力而被推压到流体室501的内周侧壁501a侧,流体所含的气泡集中在流体室501的中心部,其结果,气泡被从出口流路511排出。
因此,即使由于压电元件401而在流体室501发生微小的容积变化,压力波动也不会因气泡受到阻碍,而能够获得足够的压力上升。
根据本实施方式,由于流体以规定的压力通过泵700被供给入口流路503,并且,即使在停止了脉动发生部100的驱动的状态下,流体也能被供给入口流路503和流体室501,因此,即便不进行启动注水(呼び水)动作,也能够开始初始动作。
而且,由于流体从比出口流路511的直径缩小的流体喷射开口部212喷出,因此,液压比出口流路511中增高,从而使得高速的流体喷射成为可能。
而且,由于流体喷射管200具有可将从流体室501流动的流体的脉动传递到流体喷射开口部212的刚性,因此,具有不会妨碍来自脉动发生部100的流体的压力传播,并可以喷射所需的脉动流这一效果。
而且,由于将入口流路503的惯性设定为比出口流路511的惯性大,因此,与从入口流路503流向流体室501的流体的流入量的减少程度相比,在出口流路511则会发生更大程度的流出量的增加,从而在流体喷射管200中可以进行脉冲状的流体吐出。因此,也可以不在入口流路503侧设置止回阀,这样既可以达到简化脉动发生部100的构造的效果,同时可以使内部的清洗变得容易,且可以排除起因于使用止回阀的对耐久性的担心。
另外,通过将入口流路503和出口流路511二者的惯性设定得足够大,如果急剧缩小流体室501的容积,则可以使流体室501中的压力急剧上升。
而且,通过采用使用作为容积改变单元的压电元件401和隔板400而发生脉动的构造,可以简化脉动发生部100的构造,并实现小型化。而且,可以将流体室501的容积变化的最大频率设定为1KHz以上的高频率,从而最适于高速脉动流的喷射。
而且,脉动发生部100通过利用入口流路503使流体室501中的流体发生回旋流,可以利用离心力将流体室501中的流体推向流体室501的外周方向,使回旋流的中心部,即,使流体所含的气泡集中在大致旋转体形状的轴附近,并从设置在大致旋转体形状的轴的附近的出口流路511排除气泡。由此,可以防止气泡滞留在流体室501中所导致的压力振幅的降低,并可以继续脉动发生部100的稳定的驱动。
而且,由于形成为使入口流路503通过一边沿流体室501的周围回旋一边接近流体室501这样的路径连通到流体室501,因此可以无需采用用于使流体在流体室501的内部旋转的专用的构造就能够发生回旋流。
而且,由于在流体室501的密封面505的外边缘部形成槽形的入口流路503,因此,可以无需增加部件数目就能形成作为回旋流发生部的入口流路503。
而且,通过在隔板400的上表面配备加固板410,隔板400将加固板410的开口部外周作为支点驱动,因此,难以发生应力集中,从而可以提高隔板400的耐久性。
另外,如果使加固板410与隔板400的接合面的角部圆化,则能够进一步缓和隔板400的应力集中。
而且,如果将加固板410和隔板400层叠并粘合为一体,则不仅可以提高脉动发生部100的组装性,还能具有加固隔板400的外边缘部的效果。
而且,由于在从泵700提供流体的入口侧的连接流路504与入口流路503的连接部设置有滞留流体的流体贮存部507,因此,可以抑制连接流路504的惯性对入口流路503的影响。
而且,由于在上壳体500与下壳体301的接合面上,在离开隔板400的外周方向的位置上配备有环状的密封圈450,因此,可以防止流体从流体室501的泄漏,并防止流体室501中的压力降低。
==流体容纳部中的压力控制==
如上所述,涉及本实施方式的流体喷射装置1中,当脉动发生部启动开关625的接通信号被手术实施者输入驱动控制部600后,泵700将流体容纳部765中的流体供给脉动发生部100,并通过驱动控制部600驱动压电元件401,从而以脉冲状从脉动发生部100喷射流体。
这里,来自脉动发生部100的流体的喷射,以手术实施者所预期的适当强度进行是很重要的。假设流体容纳部765中的流体的压力过高,则来自脉动发生部100的流体的喷射强度会增强,有可能将目标部位切入过深。
因此,涉及本实施方式的流体喷射装置1中,脉动发生部启动开关625的接通信号被输入驱动控制部600时,当流体容纳部765中流体的压力小于以根据喷射强度决定的目标压力值为基准而确定的规定的范围(粗略窗口)的上限值时,从脉动发生部100喷射流体,而在上限值以上时,不从脉动发生部100喷射流体。
参照图7至图9,对涉及本实施方式的流体喷射装置1执行的流体容纳部765的压力控制进行具体的说明。
首先,参照图7对泵控制部(推压控制部)710的构成进行说明。
泵控制部710被构成为具有:CPU(中央处理单元)711、存储器712、AD(模拟/数字)转换器713。
泵控制部710从压力传感器722中获取与流体容器760的流体容纳部765中的压力对应的电平的检测信号,对流体推压部731进行控制。例如,在滑块设置开关781的接通信号被输入时,泵控制部710通过对流体推压部731输出规定的驱动信号来驱动电机730,以使上述压力成为目标压力值的方式进行控制。另外,流体推压部731被构成为具有滑块720、电机730以及线性滑轨740。
CPU711掌管泵控制部710的整体的控制,通过执行存储在存储器712中的、由用于进行各种动作的代码构成的程序,实现涉及本实施方式的各种功能。
存储器712除上述程序以外,还存储各种数据。例如,存储器712存储有:表示相当于上述目标压力值的电平的目标压力值电平数据、表示相当于粗略窗口(第一规定范围)的上限值的电平的粗略窗口上限值电平数据、以及表示相当于粗略窗口的下限值的电平的粗略窗口下限值电平数据。
并且,存储器712存储有:表示相当于后述的精细窗口(ファインウインドウ)(第二规定范围)的上限值的电平的精细窗口上限值电平数据、表示相当于精细窗口的下限值的电平的精细窗口下限值电平数据。
AD转换器713被输入由压力传感器722输出的检测信号,并输出表示该检测信号的电平的数据。具体而言,压力传感器722检测流体容纳部765中的压力,并输出与该压力对应的电平(例如电压)的检测信号,AD转换器713输出表示由压力传感器722输出的检测信号的电平的检测电平数据(例如电压值)。
CPU711获取由AD转换器713输出的检测电平数据,并将其与存储器712中存储的各种数据进行比较。
例如,当CPU711通过通信电缆640从驱动控制部600接收到脉动发生部启动开关625的接通信号被输入驱动控制部600的情况时,在由AD转换器713输出的检测电平数据为粗略窗口上限值电平数据以上的情况下,CPU711通过通信电缆640将该内容传递至驱动控制部600。于是,驱动控制部600不进行对脉动发生部100的驱动信号的输出。
通过这种方式,涉及本实施方式的流体喷射装置1中,当流体容纳部765中的流体的压力在以根据喷射强度确定的目标压力值为基准而确定的规定范围(粗略窗口)的上限值以上时,不从脉动发生部100喷射流体。从而可以提高流体喷射装置1的安全性。
接下来,参照图8和图9对涉及本实施方式的流体容纳部765中的压力控制进行说明。
图8是示出泵控制部710进行控制,使得流体容纳部765中的压力接近与由喷射强度切换开关627设定的喷射强度对应而确定的目标压力值时的一个例子的图。
这里,泵控制部710将例如使喷射强度和目标压力值相关联的表(未图示)存储到存储器712中,并通过通信电缆640从驱动控制部600接收到由喷射强度切换开关627设定的喷射强度时,通过参照该表而确定流体容纳部765的目标压力值。
并且,泵控制部710将例如对目标压力值加上第一规定值所得的值设定为粗略窗口上限值,将减去第一规定值的值设定为粗略窗口下限值。同样地,泵控制部710将例如对目标压力值加上比第一规定值小的第二规定值后所得的值设定为精细窗口上限值,将减去第二规定值后的值使得为精细窗口下限值。
以这种方式,精细窗口和粗略窗口均为以目标压力值为基准确定的压力的范围,但精细窗口的范围比粗略窗口的范围窄。
粗略窗口可以设定为,例如在对于手术实施者所指定的喷射强度不会让人感到不舒适的范围内喷射强度可变的压力范围。
因此,在流体容纳部765中的压力进入粗略窗口(第一规定范围)内时,即使与目标压力值不一致,当脉动发生部启动开关625被操作时,涉及本实施方式的流体喷射装置1也从脉动发生部100进行流体的喷射。通过这种方式,例如可以不等流体容纳部765中的压力调整结束就开始喷射,从而使得手术可以快速且顺利地进行。
并且,如上所述,在流体容纳部765中的压力为粗略窗口的上限值以上时,即使脉动发生部启动开关625被操作,涉及本实施方式的流体喷射装置1也不进行从脉动发生部100的流体的喷射。由此,能够确保不会进行手术实施者所不期望的强喷射。
并且,在流体容纳部765中的压力为粗略窗口的下限值以下时,即使脉动发生部启动开关625被操作,涉及本实施方式的流体喷射装置1也不进行从脉动发生部100的流体的喷射。通过这种方式,能够防止因喷射强度太弱而不能准确地进行目标部位的切开和切除等徒劳的喷射。
另外,如上所述流体喷射装置1开始流体的喷射时,为了开始控制以使滑块720按照规定速度(每单位时间规定量的流体流出的速度)向推入方向移动而,会停止使流体容纳部765中的压力接近目标压力值的控制。
并且,在流体容纳部765中的压力未进入粗略窗口时,即使脉动发生部启动开关625被操作,流体喷射装置1也不进行从脉动发生部100喷射流体。通过这种方式,能够防止流体被以手术实施者所不期望的强度从脉动发生部100喷射,从而可提高流体喷射装置1的安全性。
并且,流体喷射装置1在进行控制以使流体容纳部765中的压力接近上述目标压力值时,一旦流体容纳部765中的压力达到目标压力值后,即使流体容纳部765中的压力与目标压力值不同,在进入精细窗口(第二规定范围)内的情况下,也不进行使该压力接近目标压力值的控制。通过这种方式,能够防止例如尽管流体容纳部765中的压力与目标压力值的差已经是不影响喷射强度的微差,泵控制部710却还始终欲使滑块720移动而对电机730继续输出驱动信号。
并且,流体喷射装置1在进行控制以使流体容纳部765中的压力接近上述目标压力值时,一旦流体容纳部765中的压力达到目标压力值后,在流体容纳部765中的压力进入了粗略窗口但未进入精细窗口的情况下,则控制流体推压部732以使压力进入精细窗口。
另外,在以下的说明中,也将在流体容纳部765中的压力在粗略窗口内但在精细窗口外的情况下,泵控制部710对流体推压部732进行控制以使该压力进入精细窗口的这种控制标记为微调整。
泵控制部710在进行微调整时,对流体推压部731单独输出使滑块720只移动微小的规定距离的驱动信号。并且,在确认完流体容纳部765中的压力是否已经进入精细窗口内后,如果流体容纳部765中的压力已进入精细窗口内,则结束控制,如果未进入,则再次单独输出使滑块720只移动上述微小的规定距离的驱动信号。
图8所示的(A)表示泵控制部710使滑块720向推入方向移动时,滑块720与柱塞762抵接,流体容纳部765中的压力开始上升的时间。
在图8的(A)的时间,由于流体容纳部765中的压力在粗略窗口的范围外,因此,泵控制部710对流体推压部731进行控制,以使流体容纳部765中的压力与目标压力值一致。
在以下的说明中,也将当流体容纳部765中的压力在粗略窗口外时,泵控制部710对流体推压部732进行控制以使该压力与目标压力值一致的这种控制标记为粗调整。
进行粗调整不同于微调整,泵控制部710输出驱动信号使得滑块720连续移动,直到流体容纳部765中的压力与目标压力值一致为止。
如图8的(B)所示,通过泵控制部710进行粗调整,流体容纳部765中的压力逐渐接近目标压力值。
当流体容纳部765中的压力达到目标压力值(图8的(C))时,则泵控制部710指示滑块720停止向推入方向移动。于是,滑块720停住(图8的(D))。
接下来,泵控制部710将流体容纳部765中的压力分别与精细窗口的上限值和下限值、粗略窗口的上限值和下限值进行比较。
具体而言,将AD转换器713输出的检测电平数据与粗略窗口上限值电平数据、粗略窗口下限值电平数据、精细窗口上限值电平数据、精细窗口下限值电平数据进行比较。
如图8所示,当流体容纳部765中的压力在精细窗口的上限值以上但小于粗略窗口的上限值时,泵控制部710开始进行微调整。这种情况下,泵控制部710对流体推压部731进行控制,以使流体容纳部765中的压力进入精细窗口内。
泵控制部710在进行微调整时,反复对流体推压部731输出使滑块720只移动微小的规定距离的驱动信号。在图8的(E)、(F)、(G)、(H)各个定时,泵控制部710对流体推压部731输出用于进行微调整的驱动信号。
然后,由于流体容纳部765中的压力进入精细窗口内,泵控制部765结束微调整(图8的(I))。
另一方面,在图8的(C)流体容纳部765中的压力达到目标压力值后,当滑块720停止时,在流体容纳部765中的压力为粗略窗口的上限值以上的情况下,泵控制部710再次进行粗调整。这种情况下,泵控制部710对流体推压部731进行控制以使流体容纳部765中的压力达到目标压力值。
另外,由于安装在柱塞762的前部的垫片763具有弹性,因此即便在滑块720停止后,流体容纳部765中的压力在垫片763的收缩稳定之前仍具有持续下降的趋势。
因此,在图8的(C)流体容纳部765中的压力达到目标压力值后,当滑块720停止时,即使流体容纳部765中的压力在粗略窗口的上限值以上,由于其后流体容纳部765中的压力下降,因此有时优选进行微调整,而不进行粗调整。通过这种方式,有可能进行控制而使得流体容纳部765中的压力更精确地进入精细窗口内。
例如,在通过粗调整进行使流体容纳部765中的压力降低的控制时,即使在压力降低至目标压力值时使滑块720停止,也可能发生流体容纳部765中的压力比目标压力值低得多的超压,但如果进行微调整,就能防止这种现象。
图9是示出CPU711进行控制,使得流体容纳部765中的压力接近与由喷射强度切换开关627设定的喷射强度对应而确定的目标压力值时的处理流程的流程图。
首先,CPU711判定脉动发生部启动开关625的接通信号是否被输入驱动控制部600(S1000)。
当脉动发生部启动开关625的接通信息未被输入驱动控制部600时,CPU711关闭夹管阀750(S1010),并进行控制以使流体容纳部765中的压力接近目标压力值。
这时,CPU711首先判定流体容纳部765中的压力是否进入粗略窗口(S1020)。
当流体容纳部765中的压力在粗略窗口的上限值以上或在下限值以下时,CPU711判定为流体容纳部765中的压力在粗略窗口外。
当流体容纳部765中的压力在粗略窗口外时,CPU711进行使滑块720移动的粗调整,以使流体容纳部765中的压力与目标压力值一致(S1030、S1040)。
当流体容纳部765中的压力与目标压力值一致时,则CPU711使滑块720停止(S1045)。
接下来,在S1020中,当流体容纳部765中的压力在粗略窗口内时,CPU711进一步判定流体容纳部765中的压力是否在精细窗口内(S1050)。
当流体容纳部765中的压力小于精细窗口的上限值或在下限值以上时时,CPU711判定该压力在精细窗口内,并不再进行压力控制。
另一方面,当流体容纳部765中的压力在精细窗口外时,CPU711进行微调整以使流体容纳部765中的压力进入精细窗口内。具体而言,CPU711对流体推压部731输出使滑块720只移动微小的规定距离的驱动信号(S1060)。
这样一来,流体容纳部765中的压力被控制为进入精细窗口内。
另一方面,在S1000中,当脉动发生部启动开关625的接通信号被输入驱动控制部600时,CPU711判定流体容纳部765中的压力是否进入粗略窗口(S1070)。
当流体容纳部765中的压力进入粗略窗口内时,CPU711中止流体容纳部765中的压力控制(粗调整和微调整),并对驱动控制部600发送内容为可以从脉动发生部100喷射流体的信息(S1080)。然后,这时,驱动控制部600将驱动信号输出至压电元件401,以脉冲状从脉动发生部100喷射流体。
并且,CPU711打开夹管阀750(S1090),并开始使滑块720以规定速度向推入方向移动的控制(S1100)。
另一方面,在S1070中,当流体容纳部765中的压力在粗略窗口外时,CPU711输出表示该内容的规定的警报(S1110)。例如,CPU711通过扬声器790鸣放规定的警报声。这样,通过输出规定的警报,可以通知手术实施者尽管操作了脉动发生部启动开关625,但仍然不能从脉动发生部100喷射流体的原因。
并且,在S1110中,CPU711通过通信电缆640,将内容为流体容纳部765中的压力在粗略窗口外,不可以喷射的信息发送给驱动控制部600。于是,驱动控制部600不对压电元件401输出驱动信号。
如上所述,涉及本实施方式的流体喷射装置1中,当流体容纳部765中的流体的压力小于以基于喷射强度决定的目标压力值为基准而规定的范围(粗略窗口)的上限值时,驱动控制部600对脉动发生部100输出驱动信号,而当该压力在上限值以上时,驱动控制部600将不输出驱动信号。
由此,当流体容纳部765中的流体的压力在粗略窗口的上限值以上时,可以使得流体不从脉动发生部100喷射,从而能够提高流体喷射装置1的安全性。
另外,上述的实施方式意在促进对本发明的理解,并非用于限定地解释本发明。本发明在不脱离其宗旨的前提下可以进行变更、改良,同时本发明包括其等价物。
Claims (5)
1.一种流体喷射装置,其特征在于,具备:
流体容器,具有容纳流体的流体容纳部和在所述流体容纳部形成的流体出口;
流体推压部,推压所述流体容纳部,使所述流体从所述流体出口流出;
连接配管,一端与所述流体出口连接;
流体喷射部,具有与所述连接配管的另一端连接的流体取入口,并根据驱动信号,以脉冲状喷射从所述流体取入口取入的所述流体;
压力检测部,检测所述流体容纳部中的压力;
喷射强度输入部,接受输入,所述输入用于设定所述流体喷射部喷射所述流体时的喷射强度;
推压控制部,控制所述流体推压部,使得所述流体容纳部中的所述压力接近根据所述喷射强度确定的目标压力值;
喷射指令输入部,接受用于使所述流体从所述流体喷射部喷射的指令输入;以及
流体喷射控制部,对所述流体喷射部输出所述驱动信号,
所述喷射指令输入部接受了所述指令输入时,在所述流体容纳部中的所述压力为以所述目标压力值为基准确定的第一规定范围的上限值以上的情况下,所述流体喷射控制部不输出所述驱动信号,在所述流体容纳部中的所述压力小于所述上限值的情况下,所述流体喷射控制部输出所述驱动信号。
2.根据权利要求1所述的流体喷射装置,其特征在于,
所述流体容纳部中的所述压力达到所述目标压力值后,当所述压力进入范围比以所述目标压力值为基准确定的所述第一规定范围窄的第二规定范围时,即使所述压力与所述目标压力值不同,所述推压控制部也不进行使所述压力接近所述目标压力值的所述控制。
3.根据权利要求2所述的流体喷射装置,其特征在于,
所述流体容纳部中的所述压力达到所述目标压力值后,当所述压力进入所述第一规定范围但未进入所述第二规定范围时,所述推压控制部对所述流体推压部进行控制,使得所述压力进入所述第二规定范围。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的流体喷射装置,其特征在于,
在所述流体喷射控制部输出所述驱动信号的期间,所述推压控制部对所述流体推压部进行控制,使得每单位时间从所述流体容器流出规定量的流体。
5.根据权利要求1所述的流体喷射装置,其特征在于,
所述流体喷射装置还具备流路开闭部,所述流路开闭部打开关闭所述连接配管中的所述流体的流路,
所述推压控制部通过在利用所述流路开闭部使所述流路闭塞的状态下使所述流体推压部推压所述流体容纳部,进行使所述流体容纳部中的所述压力接近所述目标压力值的所述控制。
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