CN105730010A - 液体喷射控制装置、液体喷射系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了能够使脉冲液体射流的强度成为按照用户意图的设定且使使用便利性提高的液体喷射控制装置、液体喷射系统及控制方法。在液体喷射控制装置(70-1)中，操作部(71)包括：能量刻度盘(811)，用于输入从液体喷射装置喷射的脉冲液体射流的动能有关的能量指示值；以及重复频率刻度盘(813)，用于输入脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的重复频率指示值。并且，控制部(75)具备上升频率设定部(752)，其根据驱动电压波形的电压振幅和重复频率指示值，设定上升频率作为驱动电压波形的上升有关的上升指标值，以便使动能成为能量指示值。

Description

液体喷射控制装置、液体喷射系统及控制方法

技术领域

本发明涉及控制使用压电元件以脉冲状喷射液体的液体喷射装置的液体喷射控制装置、液体喷射系统及控制方法。

背景技术

已知以脉冲状喷射液体并对切削对象物进行切削的技术。脉冲状的液体的喷射是从喷嘴中脉动式地被喷射的液体的射流，在本说明书中适当称为“脉冲液体射流(PulsedLiquidJet)”。

脉冲液体射流的用途各种各样，例如，在专利文献1中已经提出作为在医疗领域中的外科手术用而利用的技术。在这种情况下，切削对象物成为生物体组织，液体成为生理盐水。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开2005－152127号公报

在生成脉冲液体射流的机构之一中，已知有使用了压电元件的机构。是一种通过将脉冲波状的驱动电压施加于压电元件，从而压电元件使瞬时压力在工作流体(液体)内产生并以脉冲状喷射液体的机构。因此，在变更脉冲液体射流的强度的情况下，就要控制向压电元件施加的驱动电压。于是，考虑如下办法：通过在操作刻度盘、操作按钮等操作部中指示向压电元件施加的驱动电压的特性值例如驱动电压波形的振幅(就是电压振幅，也可以说是驱动电压的大小)来使脉冲液体射流的强度可变。

然而，已经知道即使使在操作部中指示的驱动电压的特性值变化，也有无法使切削对象物的切削深度、切削体积等切削形态如用户所愿变化的情况。详情将在后面说明，已经知道，例如即使用户已将电压振幅变为2倍或4倍、或者1/2、1/4，切削深度和切削体积也未必按照那样变化。在将脉冲液体射流应用在外科手术用途中的情况下，不能获得符合手术实施者的操作感觉的作用，可能成为问题。

另一方面，如果使脉冲液体射流的喷射周期可变，则就能够使每单位时间的切削深度、切削体积增减，可调整对切削对象物进行切削的速度。然而，如果改变喷射周期，则驱动电压波形的形状就变化，因此，一个脉冲的液体喷射流的强度等可能变化。因此，在改变喷射周期的前后由一个脉冲的脉冲液体射流所产生的切削深度、切削体积会变化，即使使喷射周期缩短换而言之使喷射频率提高，也可能发生无法获得符合用户意图的与喷射频率成正比的切削速度的情况。

发明内容

本发明鉴于上述的问题而设计，其目的在于提供能够使脉冲液体射流的强度变为按照用户意图的设定而使使用便利性提高的技术。

用于解决以上问题的第一方面涉及液体喷射控制装置将给定的驱动电压波形施加于压电元件，并对来自使用该压电元件而以脉冲状喷射液体的液体喷射装置的脉冲液体射流的喷射进行控制，所述液体喷射控制装置具备：第一操作部，用于输入所述脉冲液体射流的动能有关的第一指示值；第二操作部，用于输入所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值；以及上升指标值设定部，根据所述驱动电压波形的电压振幅和所述第二指示值，设定所述驱动电压波形的上升有关的指标值以便使所述动能成为所述第一指示值。

另外，作为另一方面，可以构成控制方法，将给定的驱动电压波形施加于压电元件，并对使用该压电元件而以脉冲状喷射液体的液体喷射装置的脉冲液体射流的喷射进行控制，所述控制方法包括：输入所述脉冲液体射流的动能有关的第一指示值；输入所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值；以及根据所述驱动电压波形的电压振幅和所述第二指示值，设定所述驱动电压波形的上升有关的指标值，以便使所述动能成为所述第一指示值。

根据该第一方面等，当输入脉冲液体射流的动能有关的第一指示值和脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值时，根据驱动电压波形的电压振幅和第二指示值，设定驱动电压波形的上升有关的指标值以便使动能成为第一指示值。如后所述，切削深度、切削体积与脉冲液体射流的动能的相关高。因此，通过直接指示脉冲液体射流的动能，从而能够实现与用户意图、操作感觉相称的切削深度和切削体积，能够使使用便利性提高。

并且，能够同时指示脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数。据此，例如能够维持着第一指示值的情况下增减喷射次数。因此，能够不会使在改变了喷射次数的前后由一个脉冲的脉冲液体射流所产生的切削深度和切削体积变化而调整切削速度，谋求提高使用便利性。

另外，根据第一方面的液体喷射控制装置，在本发明的第二方面中，所述液体喷射控制装置还具备第三操作部，所述第三操作部用于输入所述电压振幅有关的第三指示值。

根据该第二方面，能够输入驱动电压波形的电压振幅有关的第三指示值。

另外，根据第一方面或第二方面的液体喷射控制装置，在本发明的第三方面中，所述液体喷射控制装置还具备下降形状设定部，所述下降形状设定部根据所述第二指示值，可变地设定所述驱动电压波形的下降形状。

根据该第三方面，通过可变地设定驱动电压波形的下降形状，从而能够控制脉冲液体射流的重复的喷射以便使脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数成为第二指示值。

另外，根据第一方面至第三方面中任一方面的液体喷射控制装置，在本发明的第四方面中，所述液体喷射控制装置还具备显示控制部，所述显示控制部执行使所述第一指示值及所述第二指示值中的至少一个显示的控制。

根据该第四方面，能够使脉冲液体射流的动能有关的第一指示值以及脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值中的至少一个显示。据此，能够在视觉上确认用户已指示的当前的脉冲液体射流的动能、表示每单位时间的喷射次数的指标等。因此，能够使使用便利性进一步地提高。

另外，根据第一方面至第四方面中任一方面的液体喷射控制装置，在本发明的第五方面中，控制所述脉冲液体射流的动量是2[nNs(纳牛顿秒)]以上2[mNs(毫牛顿秒)]以下、或者动能是2[nJ(纳焦耳)]以上200[mJ(毫焦耳)]以下的所述液体喷射装置。

根据该第五方面，脉冲液体射流的动量是2[nNs]以上2[mNs]以下、或者动能是2[nJ]以上200[mJ]以下，能够在该范围内控制液体喷射装置。因此，非常适合切削例如生物体组织和食品、凝胶材料、橡胶和塑料等树脂材料等柔软原材料。

另外，根据第一方面至第五方面中任一方面的液体喷射控制装置，在本发明的第六方面中，控制用于通过所述脉冲液体射流来切削生物体组织的所述液体喷射装置。

根据该第六方面，能够控制适合于例如外科手术用途的脉冲液体射流的强度。

另外，第七方面涉及的液体喷射系统具备：第一方面至第六方面中任一方面的液体喷射控制装置、液体喷射装置以及送液泵装置。

根据该第七方面，能够实现发挥第一方面至第六方面的作用效果的液体喷射系统。

附图说明

图1是示出液体喷射系统的整体结构例的图。

图2是示出液体喷射装置的内部结构的图。

图3的(a)、(b)是示出压电元件的一个周期的驱动电压波形以及液体喷射开口部中的液体的流速波形的图。

图4的(a)～(c)是示出质量通量、动量通量以及能量通量的图。

图5的(a)～(c)是示出在关于切削对象物的切削形态的模拟中所使用的主射流的流速波形的图。

图6的(a)～(f)是示出模拟结果(切削深度)的图。

图7的(a)～(f)是示出模拟结果(切削体积)的图。

图8的(a)、(b)是示出在供给了上升频率不同的驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。

图9的(a)、(b)是示出在供给了电压振幅不同的驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。

图10的(a)、(b)是示出在供给了重复频率不同的驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。

图11是示出规定的重复频率的能量E与上升频率及电压振幅的对应关系的图。

图12是示出实施例一中的液体喷射控制装置的操作面板的图。

图13是示出实施例一中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。

图14是示出实施例一中的能量转换表的数据构成例的图。

图15是示出在实施例一中当喷射脉冲液体射流时控制部所执行的处理的流程的流程图。

图16是示出实施例二中的液体喷射控制装置的操作面板的图。

图17是示出实施例二中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。

图18是示出实施例二中的能量转换表的数据构成例的图。

图19是示出在实施例二中当喷射脉冲液体射流时控制部所执行的处理的流程的流程图。

符号说明

1液体喷射系统10容器

20送液泵装置30液体喷射装置

40脉冲流发生部44压力室

45压电元件46膜片

50喷射管60喷嘴

61液体喷射开口部70、70-1、70-2液体喷射控制装置

71、71a操作部811能量刻度盘

813重复频率刻度盘815a电压振幅刻度盘

73显示部75、75a控制部

751、751a压电元件控制部752、752a上升频率设定部

753、753a电压振幅设定部754重复频率设定部

756泵控制部757能量显示控制部

77、77a存储部771、771a能量转换表。

具体实施方式

以下，对用于实施本发明的液体喷射控制装置、液体喷射系统以及控制方法的一方式进行说明。此外，并非通过以下说明的实施方式来限定本发明，能适用本发明的方式也不限定于以下的实施方式。另外，在附图的描述中，对相同的部分标注相同的符号。

[整体结构]

图1是示出本实施方式中的液体喷射系统1的整体结构例的图。该液体喷射系统1应用在将柔软原材料例如生物体组织作为切削对象物的外科手术用、将食品作为切削对象物的食品加工用、凝胶材料的加工用、橡胶和塑料等树脂材料的切削加工用等的用途中，喷射动量为2[nNs(纳牛顿秒)]以上2[mNs(毫牛顿秒)]以下、或者动能为2[nJ(纳焦耳)]以上200[mJ(毫焦耳)]以下的脉冲液体射流来对切削对象物进行切削。在以下，例示将液体喷射系统1应用在外科手术用的用途中并进行患部(生物体组织)的切开、切除或破碎(将它们总括地称为“切削”)的情况。另外，所谓本实施方式中的动量通量以及动量是指只考虑了脉冲液体射流的喷射方向成分的标量即大小而进行说明。

如图1所示，液体喷射系统1具备：容纳液体的容器10、送液泵装置20、用于以脉冲状向切削对象物(在本实施方式中生物体组织)喷射液体的液体喷射装置30、以及液体喷射控制装置70。

在该液体喷射系统1中，液体喷射控制装置70具备手术实施者在手术时操作的操作面板80。操作面板80是用于输入动能的增减操作等各种操作的面板。另外，液体喷射控制装置70具备手术实施者用脚踩踏而用于切换液体射流的喷射开始及喷射停止的喷射踏板83。

容器10容纳水或生理盐水、药液等液体。送液泵装置20将容器10中所容纳的液体经由连接管91、93而总是以规定的压力或规定的流量供给液体喷射装置30的脉冲流发生部40。

液体喷射装置30是在手术时手术实施者手持操作的部分(手机)，具备对从送液泵装置20供给的液体赋予脉动而使脉冲流发生的脉冲流发生部40和管状的喷射管50。该液体喷射装置30将由脉冲流发生部40所产生的脉冲流通过喷射管50并最终从设于喷嘴60的液体喷射开口部61(参照图2)中作为脉冲液体射流而喷射。

在此，所谓脉冲流是指液体的流速、压力在时间上很大且急剧地变化的液体的脉动性流动。同样地，所谓以脉冲状喷射液体，是指通过喷嘴的液体的流速在时间上变化很大的、液体的脉动性喷射。在本实施方式中，虽然例示喷射通过对定常流赋予周期性的脉动而产生的脉冲液体射流的情况，但是重复液体的喷射与非喷射的间歇性的、断续性的脉冲液体射流的喷射也能够同样地适用本发明。

图2是示出沿着液体的喷射方向将液体喷射装置30剖开的剖面的图。此外，为方便图示，图2中所示的部件、部分的纵横的比例尺与实际的不同。如图2所示，脉冲流发生部40被构成为在由第一外壳41、第二外壳42以及第三外壳43形成的圆筒状的内部空间中配设有用于使压力室44的容积变化的压电元件45以及膜片46。各外壳41、42、43在彼此相对的面上接合，被一体化。

膜片46是圆盘状的金属薄板，其外周部分被夹持在第一外壳41与第二外壳42之间被固定。压电元件45例如为层叠型压电元件，压电元件45在膜片46与第三外壳43之间，一端被固定在膜片46上，另一端被固定在第三外壳上。

压力室44是由膜片46和形成于第一外壳41的与膜片46相对的面上的凹部411围成的空间。在第一外壳41，形成有各自与压力室44连通的入口流路413和出口流路415。出口流路415的内径形成得比入口流路413的内径大。入口流路413与连接管93连接，将从送液泵装置20供给的液体导入压力室44。在出口流路415连接喷射管50的一端，将在压力室44内流动的液体导入喷射管50。在喷射管50的另一端(前端)插入附着有喷嘴60，该喷嘴具有与喷射管50的内径相比被缩小的内径的液体喷射开口部61。

在如以上那样构成的液体喷射系统1中，容器10中所容纳的液体在液体喷射控制装置70的控制之下，通过送液泵装置20以规定的压力或规定的流量经由连接管93而被供给脉冲流发生部40。另一方面，当在液体喷射控制装置70的控制之下向压电元件45施加驱动信号时，压电元件45伸长、收缩(图2的箭头A)。被施加于压电元件45的驱动信号以规定的重复频率(例如数十[Hz]～数百[Hz])被重复施加，因此每周期重复压电元件45的伸长与收缩。由此，向在压力室44内流动的定常流的液体赋予脉动，从液体喷射开口部61中重复喷射脉冲液体射流。

图3的(a)是示出被施加于压电元件45的一个周期的驱动信号的驱动电压波形L11的一例的图，同时示出了在液体喷射开口部61中的液体的流速波形L13。另外，图3的(b)是将图3的(a)所示的流速波形L13的峰值中的、最高峰值的流速波形(主峰值部分)S1抽出的图。

图3的(a)所示的Tp是重复周期(驱动电压波形的一个周期的时间)，其倒数为所述的重复频率。此外，重复周期Tp被设定为1[ms(毫秒)]～100[ms]左右，驱动电压波形上升至最大电压所需要的时间(上升时间)Tpr被设定为10[μs(微秒)]～1000[μs]左右。重复周期Tp作为比上升时间Tpr长的时间而设定。另外，在将上升时间Tpr的倒数作为上升频率时，重复频率作为比上升频率低的频率而设定。上升频率及上升时间均是涉及驱动电压的上升的指标值(上升指标值)的一个。

例如，如果将压电元件45假设为当施加正的电压时伸长，则在上升时间Tpr内急剧地伸长，膜片46被压电元件45推压而向压力室44侧挠曲。如果膜片46向压力室44侧这样地挠曲，则压力室44的容积就变小，压力室44内的液体从压力室44中被挤出。在此，由于出口流路415的内径比入口流路413的内径大，因此出口流路415的流体惯性及流体阻力比入口流路413的流体阻力小。因此，由于压电元件45急剧地伸长而从压力室44被挤出的液体的大部分都通过出口流路415而被导入喷射管50，通过直径比喷射管50的内径小的液体喷射开口部61而成为脉冲状的液滴即脉冲液体射流，被高速喷射。

在上升至最大电压之后，驱动电压缓慢地下降。那时，压电元件45花费比上升时间Tpr长的时间来收缩，膜片46被压电元件45拉引而向第三外壳43侧挠曲。如果膜片46向第三外壳43侧挠曲，则压力室44的容积就增大，液体被从入口流路413向压力室44内导入。

此外，由于送液泵装置20以规定压力或规定流量一直将液体供给脉冲流发生部40，因此如果压电元件45不进行伸缩动作，则在压力室44内流动的液体(定常流)就经过出口流路415而被导入喷射管50，从液体喷射开口部61中被喷射。该喷射是定速且低速的液流，因此可以说是定常流。

[原理]

作为赋予脉冲液体射流特征的值，成为基本的是在图3的(a)中与驱动电压波形L11一并示出的一个脉冲的射流在喷射开口部61中的流速波形L13。其中，应该关注的是在图3的(b)中抽出而显示的紧接驱动电压的上升之后产生的最大流速的主峰值部分(顶头波的射流)。其它较低的峰值起因于当压电元件45伸长时在压力室44内所产生的压力变动的波在喷射管50内往复反射而被附带喷射的射流，但决定切削对象物的切削深度、切削体积等切削形态的是流速最大的顶头波的射流(以下称为主射流)。

可是，在欲通过改变脉冲液体射流的强度来使切削对象物的切削深度、切削体积变化的情况下，就要控制压电元件45的驱动电压波形。该驱动电压波形的控制可考虑通过作为该电压特性值而由手术实施者指示驱动电压波形的上升频率、驱动电压波形的振幅(电压振幅)来进行的方法。例如，可考虑在使电压振幅已固定的状态下手术实施者指示上升频率(也可以是上升时间Tpr)或者在使上升频率已固定的状态下指示电压振幅的方法。这是因为，电压振幅及其上升频率(上升时间Tpr)对主射流的流速波形影响很大。驱动电压上升至最大电压之后的一直缓慢下降的期间的驱动电压对主射流的流速波形并不那么有影响。因此，过去认为如果使上升频率提高或者使电压振幅增大的话，则就如与其成正比一样地，切削深度变深，切削体积增大。

然而，已弄清楚，实际达到的切削对象物的切削深度、切削体积具有未必与电压特性值的增减相称而变化的情况，有时使使用便利性恶化。例如，可能发生如下情况：即使手术实施者将电压振幅增大为两倍，切削深度和切削体积也未按预期那样增加，或者即使将电压振幅减小为1/2，切削深度、切削体积也未如愿减少。因此，可能产生无法达到手术实施者所期望的切削深度和切削体积的事态。这是可能引发手术时间的长期化的问题。

另外，除脉冲液体射流的强度以外，有时还想调整切削速度。作为用于此的办法，考虑由手术实施者指示驱动电压波形的重复频率的方法。例如，使重复频率提高就是使脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数增多，最终达到的切削深度、切削体积发生变化。

然而，如果改变重复频率则驱动电压波形就会变化，因此，有时即使改变了重复频率，每单位时间的切削深度、切削体积也不成正比而变化，对手术实施者而言使用便利性不佳。具体而言，例如，考虑通过将整个驱动电压波形单纯地在时间轴方向上放大缩小来改变重复频率的方法。但是，在这种方法中，会导致对主射流的流速波形影响很大的上升频率变动，因此导致如上所述脉冲液体射流的强度变化。因此，无法获得与重复频率成正比的、符合意图的切削速度。

因此，着眼于主射流的流速波形，对根据该主射流的流速波形确定的几个参数研究了与切削深度及切削体积的相关。这是因为，如果找到与切削深度、切削体积的相关高的参数，则就能够用对于达到符合手术实施者的操作感觉的切削深度、切削体积最适合的驱动电压波形来控制压电元件45。

为此，首先，根据主射流在液体喷射开口部61中的流速波形v[m/s]，对通过液体喷射开口部61的主射流的质量通量[kg/s]、动量通量[N]以及能量通量[W]进行了研究。质量通量是通过液体喷射开口部61的液体的每单位时间的质量[kg/s]。动量通量是通过液体喷射开口部61的液体的每单位时间的动量[N]。能量通量是通过液体喷射开口部61的液体的每单位时间的能量[W]。此外，所谓能量，是指动能，以下简称为“能量”。

在液体喷射开口部61中，液体被释放到自由空间，因此能够将压力看作几乎为“0”。另外，对于与液体的射流喷射方向正交的方向(液体喷射开口部61的径向)的速度，也能够看作几乎为“0”。如果假设在液体喷射开口部61的径向上没有液体的速度分布，则通过液体喷射开口部61的质量通量Jm[kg/s]、动量通量Jp[N]以及能量通量Je[W]能够通过下式(1)、(2)、(3)求出。S[m²]表示喷嘴截面积，ρ[kg/m³]表示工作流体密度。

Jm＝S·ρ·v…(1)

Jp＝S·ρ·v²…(2)

Je＝1/2·ρ·S·v³…(3)

图4是示出根据图3的(b)中所示的主射流的流速波形求出的质量通量Jm(a)、动量通量Jp(b)以及能量通量Je(c)的图。如果将这些质量通量Jm、动量通量Jp以及能量通量Je的各个在从主射流的流速波形的上升直至下降为止的时间(持续时间)T内积分，则就能够作为主射流而求出从液体喷射开口部61中喷射的液体的质量、动量以及能量。

认为按上述的要领算出的质量通量Jm、动量通量Jp、能量通量Je、质量、动量以及能量的各值可决定由一个脉冲的射流所产生的切削深度及切削体积。但是，均是包括定常流部分的物理量，重要的是将定常流的贡献部分减去后的值。

因此，关于图4的(a)的质量通量Jm，定义从质量通量Jm的峰值(最大值)中减去了定常流的质量通量Jm_BG[kg/s]的最大质量通量Jm_max[kg/s]和从作为主射流而从液体喷射开口部61中流出的液体的质量中除去了定常流部分的、在图4的(a)中标注阴影线而示出的流出质量M[kg]两个参数。流出质量M由下式(4)表示：

【数1】

M＝∫(Jm-Jm_BG)dt…(4)

关于图4的(b)的动量通量Jp，定义从动量通量Jp的峰值(最大值)中减去了定常流的动量通量Jp_BG[N]的最大动量通量Jp_max[N]和从作为主射流而从液体喷射开口部61流出的液体的动量中除去了定常流部分的、在图4的(b)中标注阴影线而示出的动量P[Ns]两个参数。动质量P由下式(5)表示。

【数2】

P＝∫(Jp-Jp_BG)dt…(5)

关于图4的(c)的能量通量Je，定义从能量通量Je的峰值(最大值)中减去了定常流的能量通量Je_BG[W]的最大能量通量Je_max[W]和从作为主射流而从液体喷射开口部61流出的液体的能量中除去了定常流部分的、在图4的(c)中标注阴影线而示出的能量E[J]两个参数。能量E由下式(6)表示。

【数3】

E＝∫(Je-Je_BG)dt…(6)

但是，上述式(4)、(5)、(6)中的积分区间是在各流速波形中从主射流的上升直至下降为止的时间(持续时间)T。

然后，利用数值模拟而研究了最大质量通量Jm_max、流出质量M、最大动量通量Jp_max、动量P、最大能量通量Je_max以及能量E这六个参数各自与切削深度及切削体积在多大程度上相关。

在此，脉冲液体射流是流体，切削对象物是柔软的弹性体。因此，为了进行由脉冲液体射流所产生的切削对象物的破坏行为的模拟，必须在柔软弹性体侧设定了恰当的破坏阈值之后再进行所谓的流体与结构体(这里为柔软弹性体)的耦合分析(流体、结构耦合分析(FSI))。作为模拟的计算方法，例如，可列举使用了有限元法(FEM：FiniteElementMethod)的方法、以SPH(SmoothedParticleHydrodynamics，光滑粒子流体动力学法)等为代表的使用了粒子法的方法、组合了有限元法与粒子法的方法等。所应用的方法并不作特别限定，因此不作详述，但考虑分析结果的稳定性和计算时间等而选择最适合的方法，进行了模拟。

在模拟时，设定为：流体密度＝1[g/cm³]、液体喷射开口部61的直径＝0.15[mm]、靶距(从液体喷射开口部61至切削对象物表面的距离)＝0.5[mm]。另外，将切削对象物假设为表面平坦的柔软弹性体，作为其物理模型，使用密度＝1[g/cm³]、具有按杨氏模量换算9[kPa]左右(按剪切弹性模量换算3[kPa]左右)的弹性模量的Mooney-Rivlin超弹性体。在破坏阈值上，使用了偏差等效应变＝0.7。

关于主射流的流速波形，设想各种各样的主射流的流速波形，对于正弦波、三角波以及矩形波三种波形，准备在12[m/s]～76[m/s]的范围内变更了三种振幅(流速的最大值)、在63[μs]～200[μs]的范围内变更了三种持续时间的波形总计27种。此外，定常流的流速设定为1[m/s]。

图5是示出在模拟中作为主射流的流速波形而供给的正弦波(a)、矩形波(b)以及三角波(c)的图，各自准备了由实线所示的持续时间为63[μs]的波形、由一点划线所示的持续时间为125[μs]的波形以及由双点划线所示的持续时间为200[μs]的波形。然后，供给已准备的波形作为主射流的流速波形而生成脉冲液体射流，对已打进所述柔软弹性体时的柔软弹性体的破坏行为进行模拟，进行了切削深度和切削体积的研究。

图6是将纵轴设为切削对象物的切削深度、将横轴设为最大质量通量Jm_max(a)、流出质量M(b)、最大动量通量Jp_max(c)、动量P(d)、最大能量通量Je_max(e)以及能量E(f)的描绘了模拟结果的图。图6中，用“＊”的描点(plot)示出作为主射流的流速波形而供给了持续时间为63[μs]的正弦波时的模拟结果，用“◆”的描点示出供给了125[μs]的正弦波时的模拟结果，用“-”的描点示出供给了200[μs]的正弦波时的模拟结果。另外，用“+”的描点示出作为主射流的流速波形而供给了持续时间为63[μs]的三角波时的模拟结果，用“×”的描点示出供给了125[μs]的三角波时的模拟结果，用“■”的描点示出供给了200[μs]的三角波时的模拟结果。另外，用“●”的描点示出作为主射流的流速波形而供给了持续时间为63[μs]的矩形波时的模拟结果，用全面涂抹黑色的三角形的描点示出供给了125[μs]的矩形波时的模拟结果，用“－”的描点示出供给了200[μs]的矩形波时的模拟结果。

如上段的图6的(a)、(c)、(e)所示，最大质量通量Jm_max、最大动量通量Jp_max以及最大能量通量Je_max这三个各参数与切削深度的关系根据作为主射流的流速波形而供给的波形的形状而差异很大，可知双方的相关低。尤其质量通量是与流速成正比的值，因此，暗示切削深度不能仅由主射流的最大流速决定。

接下来，试看一下下段的图6的(b)、(d)、(f)所示的流出质量M、动量P以及能量E三个各参数与切削深度的关系，关于流出质量M与切削深度的关系，根据作为主射流的流速波形而供给的波形的形状而差异很大，相关低。与此相反，在与动量P和能量E的关系上，由所供给的波形的形状引起的差异小，各描点都大致分布在同一曲线上。在动量P和能量E中，动量P的差异更小。因此，可以说，切削深度与动量P和能量E的相关高，尤其是与动量P高度相关。

此外，虽然在这里对将液体喷射开口部的直径设定为0.15[mm]、将靶距设定为0.5[mm]的情况进行了模拟，但是在其它液体喷射开口部直径和其它靶距上也进行模拟，并已确认，切削深度与动量P和能量E的相关高这种定性的趋势没有太大变化。

图7是将纵轴设为切削对象物的切削体积、将横轴设为最大质量通量Jm_max(a)、流出质量M(b)、最大动量通量Jp_max(c)、动量P(d)、最大能量通量Je_max(e)以及能量E(f)而描绘了模拟结果的图。作为主射流的流速波形而供给的波形与描点种类的关系与图6同样。

如上段的图7的(a)、(c)、(e)所示，最大质量通量Jm_max、最大动量通量Jp_max以及最大能量通量Je_max这三个各参数与切削体积的关系虽然不像与切削深度的关系那样，但根据作为主射流的流速波形而供给的波形的形状而有所差异，认为双方的相关低。

接下来，试看一下下段的图7的(b)、(d)、(f)所示的流出质量M、动量P以及能量E这三个各参数与切削体积的关系，关于流出质量M与切削体积的关系，与切削深度同样地，根据作为主射流的流速波形而供给的波形的形状而差异很大，相关低。另一方面，在与动量P和能量E的关系上，与切削深度同样地，由所供给的波形的形状引起的差异小，各描点都大致分布在同一直线上。另外，与动量P相比，能量E的差异更小。因此，可以说，切削体积与动量P和能量E的相关高，尤其是与能量E高度相关。

此外，虽然在这里对将液体喷射开口部的直径设定为0.15[mm]、将靶距设定为0.5[mm]的情况进行了模拟，但是在其它液体喷射开口部直径和其它靶距上也进行模拟，并已确认，切削体积与动量P和能量E的相关高这种定性的趋势没有太大变化。

根据以上的研究结果，在本实施方式中，着眼于能量E。而且，实际上对作为施加于压电元件45的驱动电压波形而有代表性的波形事前进行模拟，预先取得能量E与上升频率E、电压振幅以及重复频率的对应关系。

为此，首先，可变地设定控制参数而通过模拟求出了主射流的流速波形。模拟例如能够利用基于将液体喷射装置的流路系统置换为流体(流路)阻力、流体惯性、流体柔量等的模型的、等效电路法数值模拟而容易地进行。或者，如果进一步求出精度，可以利用采用了有限元法(FEM)、有限体积法(FVM)等的流体模拟。

第一，供给将电压振幅及重复频率固定并阶梯式地改变了上升频率的驱动电压波形并通过模拟而求出主射流的流速波形。图8的(a)是示出所供给的驱动电压波形的一例的图。各驱动电压波形是将电压振幅设为V2、重复周期Tp设为T2并将上升时间Tpr从T21至T25阶梯式地延长(使上升频率阶梯式地降低)的波形。

图8的(b)是示出在供给了图8的(a)中所示的上升频率不同的各驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。如图8的(b)所示，如果使上升频率(按上升时间Tpr来说变长)降低，则对于主射流的流速波形，上升的开始时间没有变化而上升的期间的持续时间变长，流速振幅(流速的最大值)也变小。

第二，供给将上升频率及重复频率固定并阶梯式地改变了电压振幅的驱动电压波形而通过模拟求出主射流的流速波形。图9的(a)是示出所供给的驱动电压波形的一例的图。各驱动电压波形是将上升时间Tpr设定为T31、将重复周期Tp设定为T33并使电压振幅从V31至V35阶梯式地变小的波形。

图9的(b)是示出在供给了图9的(a)中所示的电压振幅不同的驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。如图9的(b)所示，如果使电压振幅变小，则主射流的流速波形与使上升频率降低了的情况不同，维持着上升的期间的持续时间，流速振幅(流速的最大值)变小。

第三，供给将上升频率及电压振幅固定并阶梯式地改变了重复频率的驱动电压波形并通过模拟而求出主射流的流速波形。图10的(a)是示出所供给的驱动电压波形的一例的图。各驱动电压波形是将上升时间Tpr设定为T4、将电压振幅设定为V4并通过将驱动电压上升至最大电压之后的下降形状在时间轴方向上扩大而使重复周期Tp从T41至T45阶梯式地延长(使重复频率阶梯式地降低)的波形。

图10的(b)是示出在供给了图10的(a)中所示的重复频率不同的驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。如图10的(b)所示，如果使重复频率降低(按重复周期来说延长)，则主射流的流速波形与使上升频率降低了的情况相比虽然程度小，但是持续时间变长。流速振幅(流速的最大值)一直维持。

接着，对所得到的主射流的流速波形的各个求出能量E。详细而言，按参照图10已说明的要领改变重复频率，同时对每各个重复频率进行按参照图8已说明的要领固定电压振幅并改变了上升频率的情况下的模拟和按参照图9已说明的要领固定上升频率并改变了电压振幅的情况下的模拟。然后，求出在各模拟中得到的主射流的流速波形的能量E。

图11是示出由规定的重复频率(例如标注为“F51”)得到的能量E与上升频率及电压振幅的对应关系的图。该图11通过在将纵轴作为上升频率、将横轴作为电压振幅的坐标空间中画出关于能量E的等高线而获得。各等高线的能量E51、E52、…向图11的左下方不断降低，越朝着右上方，越以规定量增大。此外，未图示，但如果将由另外的重复频率得到的能量E绘制在同样的坐标空间中并画出等高线，则可获得对应于该重复频率上的能量E与上升频率及电压振幅的对应关系的等高线图。

这里，应该关注的是能量E相对于各坐标轴方向的参数未呈线性变化。例如，在图11中所示的能量E与上升频率及电压振幅的对应关系中，考虑将电压振幅设置为固定(例如V5)并将上升频率设置为可变而控制压电元件45的驱动电压波形的情况。在想要使能量E的变化量变为一定的情况下，在能量E52～E53间需要上升频率f52～f53间的频率变化，在能量E53～E54间需要上升频率f53～f54间的频率变化。但是，上升频率f52～f53的频率间隔与上升频率f53～f54的频率间隔不同。这种现象随着能量E的增大而表现得愈加显著。因此，在进行使电压振幅设置为固定并使上升频率以一定量变化的操作的情况下，由于能量E未如愿变化，因此可以说，可能产生切削深度和切削体积未按照手术实施者的意图、未按照感觉那样变化这种事态。在进行将上升频率设置为固定并使电压振幅以一定量变化的操作的情况下，也可以说同样。

因此，在本实施方式中，作为在手术中手术实施者所进行的操作，至少接收能量E的增减操作和重复频率的增减操作，按照如上所述每重复频率所得到的等高线图，预先将每个重复频率的能量E与上升频率及电压振幅的对应关系表格化。然后，手术中，根据由手术实施者进行的能量E的增减操作及重复频率的增减操作，由关于已被指示的重复频率的对应关系确定与已被指示的能量E对应的上升频率及电压振幅，控制压电元件45的驱动。

(实施例1)

首先，对实施例1进行说明。图12是示出实施例1中的液体喷射控制装置70-1所具备的操作面板80-1的图。如图12所示，在操作面板80-1上配设有：作为第一操作部的能量刻度盘811、作为第二操作部的重复频率刻度盘813、电源按钮82、喷射按钮84、泵驱动按钮85、以及液晶监视器87。

能量刻度盘811用于输入作为第一指示值的能量E的指示值(能量指示值)，被构成为能选择标有例如“1”～“5”刻度的五个等级的刻度盘位置。手术实施者通过切换能量刻度盘811的刻度盘位置而按五个等级增减操作能量E。在刻度盘各位置上例如以与所对应的刻度的数值成正比而以一定量增大的方式预先分配有能量指示值。此外，刻度盘位置的等级数并非限定于五等级，也可以进行设置为“大”“中”“小”三等级或者能无级调整等适当设定。

重复频率刻度盘813是用于输入作为第二指示值的重复频率的指示值(重复频率指示值)的，与能量刻度盘811同样地被构成为能选择标有例如“1”～“5”五个等级的刻度盘位置。此外，重复频率刻度盘813也可以设置为设想手术实施者主要进行能量E的增减操作而具备用于切换对重复频率刻度盘813的操作的有效/无效的激活开关的结构。手术实施者通过切换重复频率刻度盘813的刻度盘位置，按五个等级增减操作被重复施加于压电元件45的驱动电压波形的重复频率(例如数十[Hz]～数百[Hz])。在刻度盘各位置上例如以与所对应的刻度的数值成正比而以一定量提高的方式预先分配有重复频率指示值。此外，刻度盘位置的等级数并非限定于五等级，可以适当设定级数。另外，也可以是与能量刻度盘811不同的级数。

这样，在实施例1中，将在手术中手术实施者所进行的操作设定为使用了能量刻度盘811的能量E增减操作和使用了重复频率刻度盘813的重复频率增减操作两个。而且，对于电压振幅，将其设为固定，对每个重复频率将规定的电压振幅上的能量E与上升频率的对应关系预先表格化。例如，如果是将电压振幅设为图11中所示的V5的情况，则使在与各等高线的交点A52、A53、…处的上升频率f52、f53、…与相应的等高线的能量E52、E53、…建立对应，将电压振幅设定为V5而创建关于重复频率F51的数据表。关于其它重复频率，也按同样的要领分别创建数据表。

此外，在此，将电压振幅设为固定而创建了数据表。与此相对，例如，也可以在图11所示的坐标空间内选定基准线，取得基准线与能量E的各等高线相交的交点处的上升频率及电压振幅而进行表格化。例如，如果是将图11中由虚线所示的直线作为基准线的情况，则可以使与各等高线的交点处的上升频率及电压振幅与相应的等高线的能量E51、E52、…建立对应而创建数据表。此外，图11中由虚线示出的基准线可以不是直线而为例如曲线。

然后，预先向能量刻度盘811的刻度盘位置1、2、…的各个按升序分配各等高线的能量E51、E52、…作为能量指示值。据此，能够使在将能量刻度盘811转动了一个刻度时的能量E的变化量变为相同程度。

另一方面，预先向重复频率刻度盘813的刻度盘位置1、2、…的各个从较低的值开始按顺序分配创建了所述数据表的各重复频率作为重复频率指示值。例如，如果不转动能量刻度盘811而转动重复频率刻度盘813的刻度，则就能够不改变能量E而调整切削速度。

电源按钮82用于切换电源的接通/断开(ON/OFF)。喷射按钮84用于切换脉冲液体射流的喷射开始及喷射停止，提供与图1中示出的喷射踏板83同样的功能。泵驱动按钮85切换液体从送液泵装置20向液体喷射装置30的供给开始及供给停止。

另外，在操作面板80－1中，液晶监视器87显示有显示画面，该显示画面显示有能量E即一个脉冲的主射流的能量[μJ]851、重复频率[Hz]853、以及将它们相乘后的每单位时间的能量即功率[mW]855，并更新显示各值(以下总括称为“能量信息”)的当前值。在此，被显示于主射流能量851的是能量指示值的当前值，被显示于重复频率853的是重复频率指示值。通过该画面，在手术中，手术实施者能够一边掌握从液体喷射开口部61中喷射的脉冲液体射流所涉及的能量E、重复频率以及每单位时间的能量(功率)等当前值，一边操作。

此外，在手术中的显示画面上，不必如图12那样全部显示能量E、重复频率以及每单位时间的能量三个，只要为显示能量E以及重复频率中的至少一方的构成即可。另外，除能量E、重复频率等以外，也可以使当前的上升频率(或者上升时间Tpr)和电压振幅中的至少一方或两方同时地显示。并且，各值的显示不局限于通过图12中示出的数值显示来进行的情况，也可以通过仪表显示来进行，或者图表显示能量E、重复频率等随着从脉冲液体射流的喷射开始进行的增减操作的变化。

图13是示出实施例一中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。如图13所示，液体喷射控制装置70-1具备：操作部71、显示部73、控制部75以及存储部77。

操作部71通过按钮开关、杠杆开关、拨盘开关、踏板开关等各种开关、触摸面板、触控板、鼠标等输入装置来实现，将对应于操作输入的操作信号输出至控制部75。该操作部71具备能量刻度盘811和重复频率刻度盘813。并且，虽然未图示，但操作部71包括：图1的喷射踏板83、图12中示出的操作面板80-1上的电源按钮82、喷射按钮84、泵驱动按钮85。

显示部73通过LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶显示器)、EL显示器(Electroluminescencedisplay，电致发光显示器)等显示装置来实现，显示部73以从控制部75输入的显示信号为依据而显示图12中示出的显示画面等各种画面。例如，图12的液晶监视器87相当于此。

控制部75通过CPU(CentralProcessingUnit，中央处理单元)、DSP(DigitalSignalProcessor，数字信号处理器)等微处理器、ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，专用集成电路)等控制装置及运算装置来实现，控制部75综合控制液体喷射系统1的各部。该控制部75具备：压电元件控制部751、泵控制部756、作为显示控制部的能量显示控制部757。此外，构成控制部75的各部可以由专用的模块电路等硬件构成。

压电元件控制部751具备作为上升指标值设定部的上升频率设定部752、电压振幅设定部753以及重复频率设定部754，根据能量刻度盘811的刻度盘位置和重复频率刻度盘813的刻度盘位置，上升频率设定部752设定驱动电压波形的上升频率，电压振幅设定部753设定驱动电压波形的电压振幅，重复频率设定部754设定驱动电压波形的重复频率。

该压电元件控制部751按照各部752、753、754已设定的上升频率、电压振幅以及重复频率而设定驱动电压波形，并执行使已设定的波形的驱动信号施加于压电元件45的控制。那时，压电元件控制部751作为上升形状设定部而按图10的(a)中示出的要领可变地设定驱动电压波形的下降部分的波形形状(下降波形)，以便使重复频率成为由重复频率设定部754作为重复频率指示值而已设定的频率。

泵控制部756向送液泵装置20输出驱动信号而驱动送液泵装置20。能量显示控制部757执行将已分配给选择中的能量刻度盘811的刻度盘位置的能量指示值(即能量E的当前值)、已分配给选择中的重复频率刻度盘813的刻度盘位置的重复频率指示值(即重复频率的当前值)、以及将它们相乘而求出的每单位时间的能量显示于显示部73的控制。

存储部77通过ROM(ReadOnlyMemory，只读存储器)和闪存ROM、RAM(RandomAccessMemory，随机存取存储器)等各种IC(IntegratedCircuit，集成电路)存储器、硬盘等存储介质来实现。在存储部77预先存储或者每次处理都暂时性地存储用于使液体喷射系统1工作而实现该液体喷射系统1所具备的各种功能的程序和在该程序的执行中使用的数据等。

并且，在存储部77中存储有能量转换表771。该能量转换表771是参照图11而设定了上述的每个重复频率的能量E与上升频率及电压振幅的对应关系的数据表。

图14是示出能量转换表771的数据构成例的图。如图14所示，能量转换表771是将重复频率刻度盘813的刻度盘位置(刻度)、已分配给该刻度盘位置的重复频率指示值、能量刻度盘811的刻度盘位置、已分配给该刻度盘位置的能量指示值、上升频率以及电压振幅建立对应的数据表，按每个重复频率设定有规定的电压振幅V001上的能量E与上升频率的对应关系。

参照该能量转换表771，上升频率设定部752从能量转换表771中读出与选择中的能量刻度盘811及重复频率刻度盘813的各刻度盘位置的组合对应的上升频率而设定，且在操作了能量刻度盘811以及重复频率刻度盘813中的任意一个的情况下，从能量转换表771中读出与各刻度盘811、813的刻度盘位置的组合对应的上升频率而更新该设定。电压振幅设定部753将电压振幅固定性地设定为V_001。

重复频率设定部754从能量转换表771中读出与选择中的重复频率刻度盘813的刻度盘位置对应的重复频率指示值而设定重复频率，且在操作了重复频率刻度盘813的情况下，从能量转换表771中读出已被选择的刻度盘位置的重复频率指示值而更新重复频率的设定。

[处理的流程]

图15是示出在喷射脉冲液体射流时控制部75所执行的处理的流程的流程图。首先，泵控制部756驱动送液泵装置20，压电元件控制部751驱动压电元件45而开始脉冲液体射流的喷射(步骤S111)。此时，上升频率设定部752取得选择中的能量刻度盘811及重复频率刻度盘813的刻度盘位置，并从能量转换表771中读出与该组合对应的上升频率而设定。另外，电压振幅设定部753读出能量转换表771中所设定的电压振幅而作为固定值进行设定。并且，重复频率设定部754从能量转换表771中读出已分配给选择中的重复频率刻度盘813的刻度盘位置的重复频率指示值，设定重复频率。然后，压电元件控制部751按照那些上升频率、电压振幅以及重复频率而设定驱动电压波形，并将已设定的驱动电压波形的驱动信号施加于压电元件45。

另外，能量显示控制部757执行使能量信息显示于显示部73的控制(步骤S113)。例如，能量显示控制部757从能量转换表771中读出已分配给能量刻度盘811的刻度盘位置的能量指示值，并算出作为与在步骤S111中读出的重复频率指示值之积的每单位时间的能量。然后，能量显示控制部757进行将显示有这些能量指示值、重复频率指示值以及每单位时间的能量作为能量信息的显示画面显示于显示部73的处理。此外，关于每单位时间的能量，不局限于在能量信息的显示控制时算出的构成，也可以设置为预先在能量转换表771中设定等而将其读出的构成。

其后，控制部75在直至判断为通过操作喷射踏板83和喷射按钮84而结束脉冲液体射流的喷射为止的期间(步骤S133：否)，在步骤S115中监视能量刻度盘811的操作，且在步骤S123中监视重复频率刻度盘813的操作。

而且，在操作了能量刻度盘811的情况下(步骤S115：是)，上升频率设定部752从能量转换表771中读出对应于已被选择的刻度盘位置与选择中的重复频率刻度盘813的刻度盘位置的组合的上升频率，并更新上升频率的设定(步骤S117)。其后，压电元件控制部751按照已设定的重复频率、上升频率以及电压振幅而设定驱动电压波形，并将已设定的驱动电压波形的驱动信号施加于压电元件45(步骤S119)。

另外，能量显示控制部757执行从能量转换表771中读出已分配给所选择的刻度盘位置的能量指示值并更新显示部73的显示的控制(步骤S121)。

另一方面，在操作了重复频率刻度盘813的情况下(步骤S123：是)，重复频率设定部754从能量转换表771中读出已分配给所选择的刻度盘位置的重复频率指示值，并更新重复频率的设定(步骤S125)。接着，上升频率设定部752从能量转换表771中读出对应于已被选择的刻度盘位置与选择中的能量刻度盘811的刻度盘位置的组合的上升频率，并更新上升频率的设定(步骤S127)。其后，压电元件控制部751按照已设定的重复频率、上升频率以及电压振幅而设定驱动电压波形，并将已设定的驱动电压波形的驱动信号施加于压电元件45(步骤S129)。

另外，能量显示控制部757执行从能量转换表771中读出已分配给所选择的刻度盘位置的重复频率并更新显示部73的显示的控制(步骤S131)。

根据实施例1，对每个重复频率预先设定规定的电压振幅上的能量E与上升频率的对应关系，能够根据该对应关系而设定对达到符合操作感觉的切削深度及切削体积最适合的上升频率，进而控制压电元件45的驱动电压波形。例如，如果使能量刻度盘811转动一个刻度，则能量E就变化相当于刻度间隔那样大，因此能够实现与用户的意图和操作感觉相称的切削深度和切削体积，能够使使用便利性提高。

并且，能够使重复频率增减以便使能量E成为能量指示值。因此，例如，如果不转动能量刻度盘811的刻度而只使重复频率刻度盘813的刻度转动，则就能够将由一个脉冲的脉冲液体射流所产生的切削深度和切削体积始终保持为一定而调整为与重复频率成正比这样的符合意图的切削速度，谋求提高使用便利性。

(实施例2)

接下来，对实施例2进行说明。对与实施例1同样的部分标注相同的符号。图16是示出实施例2中的液体喷射控制装置70-2所具备的操作面板80-2的图。如图16所示，在操作面板80-2上配设有：能量刻度盘811、重复频率刻度盘813、作为第三操作部的电压振幅刻度盘815a、电源按钮82、喷射按钮84、泵驱动按钮85、以及液晶监视器87。

电压振幅刻度盘815a用于输入作为第三指示值的电压振幅的指示值(电压振幅指示值)，被构成为能选择标有例如“1”～“5”刻度的五个等级的刻度盘位置。该电压振幅刻度盘815a也可以设置为与重复频率刻度盘813同样地具有激活开关的结构。手术实施者通过切换电压振幅刻度盘815a的刻度盘位置而按五等级增减操作电压振幅。在刻度盘各位置上以与所对应的刻度的数值成正比而以一定量增大的方式预先分配有电压振幅指示值。此外，刻度盘位置的等级数并非限定于五等级，可以适当设定级数。另外，也可以是与能量刻度盘811、重复频率刻度盘813不同的级数。

这样，在实施例2中，将在手术中手术实施者所进行的操作设定为使用了能量刻度盘811的能量E增减操作、使用了重复频率刻度盘813的重复频率增减操作以及使用了电压振幅刻度盘815a的电压振幅增减操作这三个，按每个重复频率将能量E与上升频率以及电压振幅的对应关系预先表格化。

如果着眼于图11中所示的能量E53，则使例如将电压间隔设为等间隔的电压振幅V61、V62、…和在与该等高线的交点A61、A62、…处的上升频率f61、f62、…建立对应而创建数据表。而且，预先向电压振幅刻度盘815a的刻度盘位置1、2、…的各个按顺序分配电压振幅V65、V64、…作为电压振幅指示值。

图17是示出实施例2中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。如图17所示，液体喷射控制装置70-2具备：操作部71a、显示部73、控制部75a以及存储部77a。

操作部71a具备能量刻度盘811、重复频率刻度盘813以及电压振幅刻度盘815a。

另外，控制部75a具备：压电元件控制部751a、泵控制部756以及能量显示控制部757。压电元件控制部751a具备：上升频率设定部752a、电压振幅设定部753a以及重复频率设定部754。

在存储部77a中存储有能量转换表771a。图18是示出实施例2中的能量转换表771a的数据构成例的图。如图18所示，能量转换表771a是将重复频率刻度盘813的刻度盘位置(刻度)、已分配给该刻度盘位置的重复频率指示值、能量刻度盘811的刻度盘位置、已分配给该刻度盘位置的能量指示值、电压振幅刻度盘815a的刻度盘位置、已分配给该刻度盘位置的电压振幅指示值以及上升频率建立对应的数据表，按每个重复频率设定有能量E与电压振幅和上升频率的对应关系。

参照该能量转换表771a，上升频率设定部752a从能量转换表771a中读出与选择中的能量刻度盘811、重复频率刻度盘813以及电压振幅刻度盘815a的各刻度盘位置的组合对应的上升频率而设定，且在操作了能量刻度盘811、重复频率刻度盘813以及电压振幅刻度盘815a中的任一个的情况下，从能量转换表771a中读出与各刻度盘811、813、815a的刻度盘位置的组合对应的上升频率而更新该设定。电压振幅设定部753a从能量转换表771a中读出与选择中的电压振幅刻度盘815a的刻度盘位置对应的电压振幅指示值而设定电压振幅，且在操作了电压振幅刻度盘815a的情况下，从能量转换表771a中读出已被选择的刻度盘位置的电压振幅指示值而更新电压振幅的设定。

[处理的流程]

图19是示出在喷射脉冲液体射流时控制部75a所执行的处理的流程的流程图。此外，对与图15同样的处理工序标注相同的符号。

在实施例2中，在步骤S111中，电压振幅设定部753a从能量转换表771a读出已分配给选择中的电压振幅刻度盘815a的刻度盘位置的电压振幅指示值，设定电压振幅。

并且，在步骤S233中，监视电压振幅刻度盘815a的操作。而且，在操作了电压振幅刻度盘815a的情况下(步骤S233：是)，电压振幅设定部753a从能量转换表771a中读出已分配给所选择的刻度盘位置的电压振幅指示值，并更新电压振幅的设定(步骤S235)。接着，上升频率设定部752a从能量转换表771a中读出对应于已被选择的刻度盘位置与选择中的能量刻度盘811及电压振幅刻度盘815a的各刻度盘位置的组合的上升频率，并更新上升频率的设定(步骤S237)。其后，压电元件控制部751a按照已设定的重复频率、上升频率以及电压振幅而设定驱动电压波形，并将已设定的驱动电压波形的驱动信号施加于压电元件45(步骤S239)。

根据该实施例2，预先对每个重复频率设定能量E与上升频率及电压振幅的对应关系，即使使电压振幅增减，也能够控制压电元件45的驱动电压波形，以便使能量E成为能量指示值。

此外，在上述的实施方式中，说明了通过能量刻度盘811来按等级增减操作能量E的情况、通过重复频率刻度盘813来按等级增减操作重复频率的情况、通过电压振幅刻度盘815a来按等级增减操作电压振幅的情况。与此相对，各刻度盘811、813、815a也可以构成为在标有刻度的刻度盘位置间(中间的位置)也能无级调整能量指示值和重复频率指示值、电压振幅指示值。

作为具体的处理，如果着眼于例如能量刻度盘811，则在选择了刻度间的刻度盘位置的情况下，参照能量转换表771(图14)、能量转换表771a(图18)，读出与所选择的能量E的前后的刻度的刻度盘位置已建立对应的能量指示值、与这些能量指示值对应的上升频率。然后，进行使用了已被读出的各个上升频率的线性插值，确定与当前的所选择的刻度盘位置间的能量E对应的上升频率。

另外，为了进一步提高精度，也可以不仅读出所被选择的能量E的前后，而且还读出与前后的刻度的刻度盘位置(能量指示值)对应的上升频率。然后，进行使用了已被读出的各个上升频率的多项式插值等，确定与当前的所选择的刻度盘位置间的能量E对应的上升频率。

另外，在选择了重复频率刻度盘813或者电压振幅刻度盘815a的刻度盘位置间(中间的位置)的情况下，也能够通过进行同样的插值来确定上升频率。

另外，在上述的实施方式中，如参照图10的(a)而说明的，为了增减重复频率而可变地设定下降形状。与此相对，也可以通过将驱动电压波形的整体在时间轴方向上单纯地放大缩小来增减重复频率。在这种情况下，一边按所述的要领改变重复频率，一边进行在创建能量转换表771、771a时所进行的模拟。

另外，在上述的实施方式中，作为上升指标值而例示了上升频率。与此相反，也可以使用上升时间Tpr来取代上升频率。

另外，能量刻度盘811、重复频率刻度盘813、电压振幅刻度盘815a不局限于通过拨盘开关来实现的情况，例如，也可以通过杠杆开关、按钮开关等来实现。另外，也可以将显示部73设置为触摸屏，通过基于软件的按键开关等来实现。在这种情况下，用户触摸操作作为显示部73的触摸屏而输入能量指示值和重复频率指示值、电压振幅指示值。

另外，在上述的实施方式中，作为压电元件控制部751、751a按照已设定的上升频率、电压振幅以及重复频率来设定驱动电压波形而进行了说明(例如，图15的步骤S111和S119等)。与此相对，也可以对上升频率、电压振幅以及重复频率的所能够取得的组合的一个个预先生成一个周期的驱动电压波形，作为与该组合已建立对应的波形数据而预先存储于存储部77、77a中。然后，可以读出与已设定的上升频率、电压振幅以及重复频率的组合对应的波形数据，将根据已读出的波形数据产生的驱动信号施加于压电元件45。

另外，在上述的实施方式中，虽然公开了喷射动量为2[nNs]以上2[mNs]以下、或者动能为2[nJ]以上200[mJ]以下的脉冲液体射流的结构，但更优选喷射动量为20[nNs]以上200[μNs]以下、或者动能为40[nJ]以上10[mJ]以下的脉冲液体射流的结构。通过这样做，能够非常适合切削生物体组织和凝胶材料。

Claims (8)

1.一种液体喷射控制装置，其特征在于，

将给定的驱动电压波形施加于压电元件，并对来自使用该压电元件而以脉冲状喷射液体的液体喷射装置的脉冲液体射流的喷射进行控制，

所述液体喷射控制装置具备：

第一操作部，用于输入所述脉冲液体射流的动能有关的第一指示值；

第二操作部，用于输入所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值；以及

上升指标值设定部，根据所述驱动电压波形的电压振幅和所述第二指示值，设定所述驱动电压波形的上升有关的指标值以便使所述动能成为所述第一指示值。

2.根据权利要求1所述的液体喷射控制装置，其特征在于，

所述液体喷射控制装置还具备第三操作部，所述第三操作部用于输入所述电压振幅有关的第三指示值。

3.根据权利要求1或2所述的液体喷射控制装置，其特征在于，

所述液体喷射控制装置还具备下降形状设定部，所述下降形状设定部根据所述第二指示值，可变地设定所述驱动电压波形的下降形状。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的液体喷射控制装置，其特征在于，

所述液体喷射控制装置还具备显示控制部，所述显示控制部执行使所述第一指示值及所述第二指示值中的至少一个显示的控制。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的液体喷射控制装置，其特征在于，

控制所述脉冲液体射流的动量是2[nNs]以上2[mNs]以下、或者动能是2[nJ]以上200[mJ]以下的所述液体喷射装置，其中，nNs是纳牛顿秒，mNs是毫牛顿秒，nJ是纳焦耳，mJ是毫焦耳。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的液体喷射控制装置，其特征在于，

控制用于通过所述脉冲液体射流来切削生物体组织的所述液体喷射装置。

7.一种液体喷射系统，其特征在于，具备：

权利要求1至6中任一项所述的液体喷射控制装置、液体喷射装置以及送液泵装置。

8.一种控制方法，其特征在于，

将给定的驱动电压波形施加于压电元件，并对使用该压电元件而以脉冲状喷射液体的液体喷射装置的脉冲液体射流的喷射进行控制，

所述控制方法包括：

输入所述脉冲液体射流的动能有关的第一指示值；

输入所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值；以及

根据所述驱动电压波形的电压振幅和所述第二指示值，设定所述驱动电压波形的上升有关的指标值，以便使所述动能成为所述第一指示值。