JP2009039383A - 流体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】微小な流体室113と流体噴射開口部とを出口流路112で連通し、流体室113の少なくとも1面を圧電素子141が貼着されたダイアフラム131とし、流体室113の入口流路114のイナータンスL1を出口流路112のイナータンスL2より大きくし、接続チューブ201を介して圧力発生部から流体を供給することによって、小型の脈動発生部101を、流体噴射装置の先端に設けることを可能にする。これによって、高い周波数で高速のパルス状流体を噴射することができ、カテーテル等の先端に用いることを可能とする小型の流体噴射装置を提供することができる。
【選択図】図2
Description
しかしながら、特許文献1による流体噴射装置は流体の蒸気バブルにより流体を噴射するため、噴射する流体が加熱される。従って、その熱が正常な組織等に悪影響を与えることが考えられる。さらに、蒸気バブルが消滅するまで次の噴射が行えないため、実際に駆動される周波数は100Hz程度が限界である。
また、カテーテルの先端に流体噴射開口部を設け、流体の噴射によって血管内の血栓の除去等に用いる目的においては、細く柔軟なチューブの先端から流体を発射する必要があるため、脈動が伝達不可能で用いることができないという課題を有している。
ここで、圧力発生部としては、例えば、所定の圧力で流体を吐出するポンプを採用することができる。
図1〜図4は実施形態1に係る流体噴射装置及び脈動発生部を示し、図5、6は実施形態2、図7は実施形態3、図8は実施形態4に係る脈動発生部を示し、図9は実施形態5に係る流体噴射装置を示している。
なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材乃至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、血管内に挿入し血栓等を除去する目的で用いるカテーテルの先端に設置することに適した流体噴射装置、あるいは生体組織を切開または切除することに好適な流体噴射装置を例示して説明する。従って、実施の形態にて用いる流体は、水または生理食塩水である。
(実施形態1)
図2及び図3において、脈動発生部101は流体室113を構成する凹部が形成された流路形成部材111を有する。ここで、流路形成部材111は流体室113の側壁を構成する側壁構成部材である。流体室113の側壁を構成する流路形成部材111には、一端が流体室113と連通し且つ他端が接続チューブ201に連通する入口流路114が穿孔されている。また、入口流路114が穿孔された側壁に対向する流体室113の側壁には、一端が流体室113と連通しかつ他端が流体室113外部へ連通する出口流路112が穿孔されている。この出口流路112の両端のうち、流体室113外部へ連通する一端は流体が噴射される流体噴射開口部115となる。この出口流路112の長さは、脈動発生部101の最大外径より十分小さく設定されている。
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。
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。
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114の流路長及び断面積、出口流路112の流路長及び断面積を設定する。
圧力発生部401によって入口流路114には、常に一定の液圧で流体が供給されている。その結果、圧電素子141が動作を行わない場合、入口流路114、流体室113、出口流路112の流体抵抗と前述の液圧によって流体は流体噴射開口部115から流出する。この流体の流出は非常に低速であり、生体組織を切開あるいは切除する能力はない。
その結果、出口流路112を通じて、流体噴射開口部115からパルス状の流体吐出、つまり、高速のパルス状流体901の噴射が発生する。
そのため、ダイアフラム131や圧電素子141は微小になり、ダイアフラム131の流体室113の容積変更に寄与する面積は、おおむね20平方mm以下、一般には10平方mm以下となる。また、その変位量も100μm以下とすることが好ましい。
(実施形態2)
実施形態2は、圧電素子が貼着されたダイアフラムが流体室を挟んで対向して設けられ、ダイアフラムによって流体室を封止することにより、流体室が小型でありながら大きな容積変更を可能とし、より強い流体の噴射を可能とするものである。なお、実施形態1と同じ機能部位には実施形態1と同じ符号を附して説明する。また、同じ動作に関しては説明を省略する。
図5は、実施形態2に係る脈動発生部を示す部分断面図、図6は脈動発生部の要部の斜視図である。
また、流路形成板311の両面にはダイアフラム131が固着され、流体室313を封止している。このダイアフラム131の流体室313の反対の面には圧電素子141が貼着されている。圧電素子141の一方の電極はダイアフラム131であり、他方の電極はダイアフラム131に対向する他面に電極部材を設けることで形成される。ダイアフラム131からの配線同士と電極部材からの配線はそれぞれが結合され、接続チューブ201に沿って配されている(図示せず)。
ここで、圧電素子141に駆動信号が入力され、急激に圧電素子141が収縮したとすると、流体室313両面のダイアフラム131は流体室313の体積を縮小する方向に急激に凸状に屈曲する。その結果、流体室313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気圧に達する。
(実施形態3)
図7は実施形態3に係る脈動発生部の要部の縦断面図である。入口流路及び出口流路の形成構造以外は、前述した実施形態2と同じ構造であるので説明を省略し、同じ機能部位には実施形態2と同じ符号を附して説明する。
(実施形態4)
図8は実施形態4に係る脈動発生部の要部の縦断面図である。入口流路及び出口流路の形成方法以外は、前述した実施形態2と同じ構造であるので説明を省略し、同じ機能部位には実施形態2と同じ符号を附して説明する。
(実施形態5)
Claims (10)
- 流体噴射開口部を備え、前記流体噴射開口部から流体を噴射する流体噴射装置であって、
容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連通しその体積が前記流体室より小さく形成された入口流路と、前記流体室及び前記流体噴射開口部を連通しイナータンスが前記入口流路より小さく設定された出口流路と、を備える脈動発生部と、
前記入口流路に流体を供給する圧力発生部と、
を備えることを特徴とする流体噴射装置。 - 請求項1に記載の流体噴射装置において、
前記出口流路の流路長は出口流路と直交する脈動発生部断面の外径以下であることを特徴とする流体噴射装置。 - 請求項1または請求項2に記載の流体噴射装置において、
前記脈動発生部が、前記流体室の容積を変更する容積変更手段を備え、
前記容積変更手段は、前記流体室の一面を封止するダイアフラムと、前記ダイアフラムに貼着され前記ダイアフラムを変形せしめる圧電素子と、を備えていることを特徴とする流体噴射装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
前記脈動発生部が、前記流体室の容積を変更する容積変更手段を備え、
前記容積変更手段が、前記流体室の対向する二面をそれぞれ封止するダイアフラムと、前記ダイアフラムに貼着された圧電素子と、を備えていることを特徴とする流体噴射装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
前記入口流路または前記出口流路の少なくとも一方は、前記流体室の側壁構成部材に形成された孔による流路であることを特徴とする流体噴射装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
前記入口流路または前記出口流路の少なくとも一方は、前記流体室の側壁構成部材に形成された溝と前記ダイアフラムで構成される流路であることを特徴とする流体噴射装置。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
前記入口流路または前記出口流路の少なくとも一方は、前記ダイアフラムと略平行な面で接合された2体の側壁構成部材の接合面に形成された溝により構成される流路であることを特徴とする流体噴射装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
前記脈動発生部を被うカバー部材を具備していることを特徴とする流体噴射装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
前記脈動発生部は柔軟性を有するチューブの先端に固定されていることを特徴とする流体噴射装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
前記脈動発生部は、前記脈動発生部と略同一若しくはそれ以下の直径の硬質パイプの先端に固定されていることを特徴とする流体噴射装置。
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