JP2009108866A - Fluid jet device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小型、軽量でありながら、強く高い周波数の脈動で流体を噴射する流体噴射装置に関する。 The present invention relates to a fluid ejecting apparatus that ejects fluid with strong and high-frequency pulsation while being small and lightweight.
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、流体チャンバー内に流体を流入させる手段をもち、流体チャンバー内の加熱手段で断続的に流体の蒸気バブルを発生することにより、流体チャンバー内の内圧を断続的に上昇させ、脈動する流体を高速で噴射する流体ジェットの発生方法が知られている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, as a fluid ejecting apparatus for incising or excising biological tissue, it has means for allowing fluid to flow into the fluid chamber, and by intermittently generating fluid vapor bubbles by heating means within the fluid chamber, There is known a method for generating a fluid jet that intermittently raises an internal pressure and ejects a pulsating fluid at a high speed (for example, Patent Document 1).
特許文献1によれば、高電圧電極等の放電により流体を瞬時に加熱し、その発生圧力により高速の流体ジェットを生成していた。発生した流体ジェットは手術等において生体の軟組織を選択的に切除することが可能である。
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。
According to
However, since the fluid ejecting apparatus according to
また、特許文献1には、圧電素子を噴射手段として用いた応用例が発明の詳細な説明内に記述されているが、具体的に実現できる記述はなされていない。
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。
In addition,
In addition, for the purpose of providing a fluid ejection opening at the distal end of the catheter and using it to remove a thrombus in a blood vessel by ejecting the fluid, it is necessary to eject the fluid from the distal end of a thin and flexible tube. There is a problem that it is possible and cannot be used.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例の流体噴射装置は、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、が備えられていることを特徴とする。
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。
Application Example 1 A fluid ejecting apparatus according to this application example includes a fluid chamber whose volume can be changed, an inlet channel that communicates with the fluid chamber and has a volume smaller than that of the fluid chamber, the fluid chamber, A pulsation generating section provided with an outlet flow path communicating with the fluid ejection opening and having an inertance set smaller than the inlet flow path; and a pressure generating section for supplying fluid to the inlet flow path. It is characterized by.
Here, as the pressure generating unit, for example, a pump that discharges fluid at a predetermined pressure can be employed.
本適用例によれば、入口流路の容積が流体室より小さいため、流体室の容積変化が微小であっても、流体中に含まれるガスや流体自体の体積変化の影響を極小にできるので、流体室内部の圧力を瞬間的に上昇することができる。その圧力上昇と入口流路と出口流路のイナータンスの差によって、効率的に強い脈動で流体を噴射することができる。 According to this application example, since the volume of the inlet channel is smaller than the fluid chamber, even if the volume change of the fluid chamber is small, the influence of the volume change of the gas contained in the fluid or the fluid itself can be minimized. The pressure inside the fluid chamber can be increased instantaneously. Due to the difference in the pressure rise and the inertance between the inlet channel and the outlet channel, the fluid can be efficiently ejected with strong pulsation.
また、所定の圧力で流体を吐出するポンプ等を備えることで、安定した動作が可能となるという効果を有する。 In addition, by providing a pump or the like that discharges fluid at a predetermined pressure, there is an effect that stable operation is possible.
[適用例2]上記適用例に記載の流体噴射装置であって、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が望ましい。 Application Example 2 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, it is preferable that the channel length of the outlet channel is equal to or less than the outer diameter of the pulsation generating section cross section orthogonal to the outlet channel.
このようにすることによって、出口流路の長さ、すなわち流体噴射開口部と流体室の距離が短くなるため、流体室で発生した脈動が減衰すること無く流体噴射開口部まで伝わり、効率的に強い脈動で流体を噴射できる。 By doing so, the length of the outlet channel, that is, the distance between the fluid ejection opening and the fluid chamber is shortened, so that the pulsation generated in the fluid chamber is transmitted to the fluid ejection opening without being attenuated, and efficiently. Fluid can be ejected with strong pulsation.
[適用例3]上記適用例に記載の流体噴射装置であって、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が好ましい。 Application Example 3 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, the pulsation generating unit includes a volume changing unit that changes a volume of the fluid chamber, and the volume changing unit covers one surface of the fluid chamber. It is preferable to include a diaphragm to be sealed and a piezoelectric element that is attached to the diaphragm and deforms the diaphragm.
このようにすることにより、容積変更手段として小型のユニモルフ型圧電アクチュエータが構成され、簡単な構造でありながら、その高速動作によって高い周波数の脈動を発生することができるのである。 By doing so, a small unimorph type piezoelectric actuator is configured as the volume changing means, and high frequency pulsation can be generated by its high speed operation while having a simple structure.
[適用例4]上記適用例に記載の流体噴射装置であって、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が好ましい。 Application Example 4 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, the pulsation generating unit includes a volume changing unit that changes the volume of the fluid chamber, and the volume changing unit is configured so as to face the fluid chamber. It is preferable to include a diaphragm that seals the respective surfaces, and a piezoelectric element attached to the diaphragm.
このようにすれば、脈動発生部の体積を小さく保ったまま、一面にダイアフラムを構成する場合に比して2倍の流体室の容積変更を起こすことが可能となり、より強い脈動を発生することが可能になる。また、逆に容積変化が小さくてよい場合においては、より小型の脈動発生部を構成できるという効果も有する。 In this way, it is possible to change the volume of the fluid chamber twice as much as in the case where the diaphragm is formed on one surface while keeping the volume of the pulsation generating portion small, and to generate stronger pulsation. Is possible. On the contrary, when the volume change may be small, there is an effect that a smaller pulsation generator can be configured.
[適用例5]上記適用例に記載の流体噴射装置であって、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が好ましい。 Application Example 5 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, at least one of the inlet channel and the outlet channel is a channel formed by a hole formed in a side wall constituent member of the fluid chamber. Is preferred.
このような構造にすれば、パイプ等の新たな付加要素を備えること無く簡単な構造で流体噴射装置が構成できる。 With such a structure, the fluid ejecting apparatus can be configured with a simple structure without providing a new additional element such as a pipe.
[適用例6]上記適用例に記載の流体噴射装置であって、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の溝とダイアフラムで構成される流路であることが好ましい。 Application Example 6 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, at least one of the inlet channel or the outlet channel is a channel configured by a groove and a diaphragm of a side wall constituent member of the fluid chamber. Preferably there is.
この構成によれば、特に細く長い流路を必要とする入口流路の形成において、特殊な工作機械や工具を必要とすること無く所望の流路断面積と流路長を実現できる。 According to this configuration, a desired flow path cross-sectional area and flow path length can be realized without the need for a special machine tool or tool in the formation of an inlet flow path that requires a particularly thin and long flow path.
[適用例7]上記適用例に記載の流体噴射装置であって、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が好ましい。 Application Example 7 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, at least one of the inlet channel or the outlet channel is formed of two side wall constituent members joined on a plane substantially parallel to the diaphragm. A flow path constituted by a groove formed on the joint surface is preferable.
このような構成によれば、例えば2体の側壁構成部材の双方の接合面に、断面が半円状の溝を形成しておくことにより円形の流路を構成することができ、流路断面積、流路長、流路断面形状等を簡単な加工方法で最適値に構成できるという効果が生じる。 According to such a configuration, for example, a circular flow path can be formed by forming a semicircular groove in the joint surface of both of the two side wall structural members. There is an effect that the area, the channel length, the channel cross-sectional shape, and the like can be configured to optimum values by a simple processing method.
[適用例8]上記適用例に記載の流体噴射装置であって、前記脈動発生部を被うカバー部材を具備していることが好ましい。 Application Example 8 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, it is preferable that the fluid ejection device includes a cover member that covers the pulsation generation unit.
このように、カバー部材を備えることで脈動発生部を保護するとともに、流体噴射装置の先端が手術時等に術部に触れたときも術部を傷つける可能性を減じることができる。 Thus, by providing the cover member, it is possible to protect the pulsation generating part and reduce the possibility of damaging the surgical part even when the tip of the fluid ejection device touches the surgical part during surgery or the like.
[適用例9]上記適用例に記載の流体噴射装置であって、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が好ましい。 Application Example 9 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, it is preferable that the pulsation generating unit is fixed to a distal end of a flexible tube.
このような構成によれば、小型の脈動発生部を柔軟なチューブの先端に備えたカテーテル状の流体噴射装置が構成できるため、血管内に挿入して流体の噴射によって血栓等を除去する等の施術が可能となる。 According to such a configuration, since a catheter-like fluid ejecting apparatus having a small pulsation generating portion provided at the distal end of a flexible tube can be configured, a thrombus or the like can be removed by being inserted into a blood vessel and ejecting fluid. Treatment is possible.
[適用例10]上記適用例に記載の流体噴射装置であって、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が望ましい。 Application Example 10 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, it is preferable that the pulsation generating unit is fixed to a distal end of a hard pipe having a diameter substantially equal to or smaller than the pulsation generating unit.
このような構成によれば、微細部の手術を行う場合に硬質パイプの上流側を施術者が把持することで、流体噴射装置の先端を狭い術部に挿入する等が可能となる。 According to such a configuration, when performing an operation on a fine part, the operator can grasp the upstream side of the hard pipe, thereby inserting the tip of the fluid ejection device into a narrow surgical part.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
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)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show a fluid ejection device and a pulsation generator according to
In addition, the figure referred in the following description is a schematic diagram in which the vertical and horizontal scales of members or portions are different from actual ones for convenience of illustration.
In addition, the fluid ejecting apparatus according to the present invention can be used in various ways such as drawing using ink, washing fine objects and structures, scalpels, etc. In the embodiments described below, A fluid ejecting apparatus suitable for installation at the distal end of a catheter used for the purpose of inserting and removing a thrombus or the like, or a fluid ejecting apparatus suitable for incising or excising living tissue will be described as an example. Therefore, the fluid used in the embodiment is water or physiological saline.
(Embodiment 1)
図1は、実施形態1に係る流体噴射装置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しその流体をポンプ等の作用によって所定の圧力で吐出する圧力発生部401と、所定の圧力で供給された流体を脈動に変化させる脈動発生部101と、圧力発生部401と脈動発生部101を接続する柔軟な接続チューブ201から構成される。なお、脈動発生部101の駆動に必要な配線は接続チューブ201に沿って設置されている(図示せず)。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of the fluid ejecting apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, a fluid ejecting
次に図2〜図4を用いて実施形態1の脈動発生部101について説明する。図2は、本発明の実施形態1に係る流体噴射装置の脈動発生部の縦断面図、図3は流路形成部材の斜視図、図4は脈動発生部要部の斜視図である。
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。
Next, the
2 and 3, the pulsation generating
図2及び図4において、流体室113の一面はダイアフラム131によって封止されている。またダイアフラム131には予め、圧電素子141が貼着されている。この圧電素子141はダイアフラム131を一方の電極とし、対向する他面には図示しない電極部材を形成して逆極の電極としている。これらの電極からの配線は、前述したように接続チューブ201に沿って配置されている(図示せず)。また、ダイアフラム131や圧電素子141の動作を妨げることの無いように十分な空隙を保って、流路形成部材111に対しカバー部材121が固着されている。
2 and 4, one surface of the
次に、この流体噴射装置1における流体の流動の概要を簡単に説明する。圧力発生部401内部には流体容器と流体容器に接続されたポンプ(共に図示は省略)が内蔵されている。ポンプは接続チューブ201に流体を送出するように接続されている。流体容器に収容されている流体は、ポンプによって一定の圧力で接続チューブ201を介して入口流路114に供給される。さらに流体は流体室113と出口流路112を通して流体噴射開口部115から吐出される。ただし圧電素子141が駆動されない場合の流体吐出は連続流でありその速度は遅い。
Next, an outline of fluid flow in the
次に、本実施形態における動作について図1〜図4を参照して説明する。本実施形態の脈動発生部101の流体吐出は、入口流路側のイナータンスL1(入口流路側の合成イナータンスL1と呼ぶことがある)と出口流路側のイナータンスL2(出口流路側の合成イナータンスL2と呼ぶことがある)の差によって行われる。
Next, the operation in the present embodiment will be described with reference to FIGS. The fluid discharge of the
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。
First, inertance will be described.
The inertance L is expressed by L = ρ × h / S, where ρ is the density of the fluid, S is the cross-sectional area of the flow path, and h is the length of the flow path. When the pressure difference in the flow path is ΔP and the flow rate of the fluid flowing through the flow path is Q, the relationship of ΔP = L × dQ / dt is derived by modifying the equation of motion in the flow path using the inertance L. It is.
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。
That is, the inertance L indicates the degree of influence on the time change of the flow rate. The larger the inertance L, the less the time change of the flow rate, and the smaller the inertance L, the greater the time change of the flow rate.
In addition, the combined inertance related to the parallel connection of a plurality of flow paths and the series connection of a plurality of flow paths having different shapes is obtained by combining the inertance of individual flow paths in the same way as the parallel connection or series connection of inductances in an electric circuit. Can be calculated.
なお、圧力発生部401と入口流路を接続する接続チューブ201は柔軟性を有するため、入口流路側のイナータンスL1の算出から削除してもよい。
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。
In addition, since the
In this embodiment, the flow path length and cross-sectional area of the
次に、脈動発生部101の動作について説明する。
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。
Next, the operation of the
The fluid is always supplied to the
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、ダイアフラム131は流体室113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113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。
Here, if a drive signal is input to the
この圧力は、入口流路114に加えられていた圧力発生部401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113内への流体の流入はその圧力によって減少し、出口流路112からの流出は増加する。しかし、入口流路114のイナータンスL1は、出口流路112のイナータンスL2よりも大きいため、入口流路側からの流体室113内への流体の流入の減少量より出口流路112からの流出の増加量が大きい。
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。
Since this pressure is much larger than the pressure generated by the
As a result, pulsed fluid discharge, that is, high-
一方、流体室113内は、入口流路114からの流体流入量の減少と出口流路112からの流体流出量の増加との相互作用で、圧力上昇直後に低圧若しくは真空状態となる。その結果、圧力発生部401の圧力と、流体室113内の低圧若しくは真空状態との双方によって一定時間経過後、入口流路114の流体の流速は圧電素子141の動作前と同様な速度に復帰する。入口流路114内の流体の流動が復帰した後、圧電素子141の収縮があれば、流体噴射開口部115から高速のパルス状の流体を継続して噴射することができる。
On the other hand, the inside of the
従って、前述した実施形態1によれば、圧力発生部401により一定圧力で入口流路114に流体を脈動発生部101に安定して供給するため、初期動作における呼び水動作等が不要で、駆動開始から所望の流体量の噴射を行うことができる。
Therefore, according to the first embodiment described above, since the fluid is stably supplied to the
なお、この圧力発生部401からの供給圧力は概ね1気圧以下(0.1Mpa)、望ましくは0.3気圧(0.03MPa)以下に設定する。この流体噴射装置1をカテーテル等の先端に用いる際には、脈動発生部101が血管内に沿って挿入される必要がある。従って接続チューブ201はできるだけ柔軟であることが好ましい。そのためには、薄いチューブを用いて、しかも、流体を脈動発生部101に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。このためには、入口流路114、流体室113、出口流路112の流路の抵抗は極力小さく設定する必要がある。
The supply pressure from the
また、特に、脳手術やカテーテルに用いた場合のように、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201の切断等において高圧な流体が噴射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。
Also, especially when used in brain surgery or catheters, when there is a risk that a device failure may cause a serious accident, it is necessary to avoid high-pressure fluid from being ejected when the
脈動発生部101の直径は、微細な部分の切除等が要求される脳手術に用いる場合は3mm以下、望ましくは2mm以下である。さらに、カテーテル等に用いる場合は2mm以下、望ましくは1mm以下である。また、その長さも自由な屈曲を妨げないように20mm以下、望ましくは10mm以下であることが要求される。
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。
The diameter of the
Therefore, the
従って、この微小な体積変化を有効に流体の噴射に用いるために、入口流路側からの流体室113内への流体の流入の減少量より、出口流路112からの流出の増加量を大きくする必要がある。そこで入口流路114のイナータンスL1を、出口流路112のイナータンスL2よりも大きく設定し、その比は5倍以上、望ましくは10倍以上となっている。
Therefore, in order to effectively use this minute volume change for fluid injection, the amount of increase in outflow from the
また、入口流路114の体積が流体室113の体積より小さく設定されることにより、流体室113の微小な容積変更が、入口流路114内の流体の圧力上昇による圧縮や、入口流路114の周囲の部材変形による容積の拡大等で損失が小さくなる。
Further, by setting the volume of the
また、出口流路112の長さ、すなわち流体噴射開口部115から流体室113までの流路長は、脈動発生部101の最大径以下に設定される。これは、前述のように、脈動発生部の最大外径に応じて流体室113の容積変更量が変化するため、最大外径が小さい脈動発生部に対してはより短く損失の小さい出口流路が要求される。
The length of the
この出口流路112の長さは、具体的には、おおむね1mm以下、望ましくは0.5mm以下に設定される。このことにより、流体噴射開口部115と流体室113の距離が短くなり、流体室で発生した脈動が減衰すること無く流体噴射開口部115まで伝わり、効率的に強い脈動で流体を噴射できる。さらに、この出口流路112の長さを短く設定することは、前述の出口流路112のイナータンスL2を小さくすることになるため、より効率的な流体の噴射を行うことができる。
Specifically, the length of the
また、流体噴射開口部115の断面積を出口流路112の断面積より小さくしてもよい。このようにすることにより、出口流路の流路抵抗やイナータンスの増加を生じることなく、流体噴射開口部115からの流体の噴射速度を向上させることができる。また、脳手術等においては、噴射流体がより微小になるため精密な手術が行えるという利点もある。
Further, the cross-sectional area of the fluid ejection opening 115 may be smaller than the cross-sectional area of the
また、容積変更手段として圧電素子141とダイアフラム131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113の容積変化の最大周波数を1〜10KHz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。
Further, by adopting a structure in which the
また、流体室113の側壁に入口流路114及び出口流路112を形成しているので、部品数を増やすことがない。また、ダイアフラム131の周囲と流路形成部材111の固着面は平滑に形成できるため、流体室113の封止を確実に行うことができる。このダイアフラム131と流路形成部材111の固着は、接着、周辺部のレーザー溶接、拡散接合等の方法を用いることができる。
Further, since the
なお、本実施形態では流路形成部材111の凹部として形成された流体室113は直方体形状であるが、隅部を滑らかに丸めることで気泡の滞留やダイアフラムの応力集中緩和による耐久性の向上が望める。
(実施形態2)
In this embodiment, the
(Embodiment 2)
続いて、実施形態2に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。
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。
Next, the fluid ejecting apparatus according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
In the second embodiment, the diaphragm with the piezoelectric element attached is provided opposite to the fluid chamber, and the fluid chamber is sealed by the diaphragm, thereby enabling a large volume change while the fluid chamber is small, A stronger fluid can be ejected. The same functional parts as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals as those in the first embodiment. Further, the description of the same operation is omitted.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a pulsation generator according to the second embodiment, and FIG. 6 is a perspective view of a main part of the pulsation generator.
図5及び図6において、脈動発生部301は、ステンレス等の防食性の高い金属、若しくはセラミックス等で形成された流路形成板311を有する。流路形成板311には、流体室313を構成する貫通穴が厚み方向に開けられている。ここで、流路形成板311は流体室313の側壁を構成する側壁構成部材である。流体室313の側壁を構成する流路形成板311には板面と略並行に、一端が流体室313と連通し、且つ他端が接続チューブ201へ連通する入口流路314が穿孔されている。また、入口流路314が穿孔された側壁に対向する流体室313の側壁には、一端が流体室313と連通しかつ他端が流体室313外部へ連通する出口流路312が穿孔されている。この出口流路312の両端のうち、流体室313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315となる。
5 and 6, the
流路形成板311の厚さは、直径0.05mm以上の入口流路や出口流路を内部に形成可能な0.1mm以上であり、また、微小な圧力室の容積変更に十分な流体や流体室の剛性が保たれる範囲で1mm以下に設定されている。
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)。
The thickness of the flow
In addition,
流路形成板311の両面には、ダイアフラム131や圧電素子141の動きを妨げることの無いように十分に空隙を保ったカバー部材321が設けられ、外部に対して圧電素子141等を密封保護すると同時に、手術時の術部に先端が触れた場合に安全性を確保している。
次に、以上説明した構成による脈動発生部301の動作について説明する。実施形態1と同様に入口流路314には圧力発生装置からの流体が一定の圧力で供給される。
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。
Next, the operation of the
Here, when a drive signal is input to the
この圧力は、入口流路314に加えられていた圧力発生部401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313内への流体の流入はその圧力によって減少し、出口流路312からの流出は増加する。しかし、入口流路314のイナータンスL1は、出口流路312のイナータンスL2よりも大きいため、入口流路側からの流体室313内への流体の流入の減少量より、出口流路312からの流出の増加量が大きい。
Since this pressure is much larger than the pressure generated by the
以上の動作において、実施形態2のダイアフラム131は流体室313の両面から流体室313の容積を減少するため、容積の変更量が大きく、実施形態1に比較してより強い脈動での流体の噴射が可能になる。
In the above-described operation, the
また、実施形態1と同様の脈動流体の噴射強度でよい場合には、よりダイアフラムの面積を小さくでき、脈動発生部の小型が可能になるため、カテーテル先端に脈動発生部を備える場合等においてより微小な血管内の施術へと応用範囲が拡大する。また、脳手術のように微細な切除にもより適合する流体噴射装置を構成できる。
(実施形態3)
Further, when the jetting strength of the pulsating fluid is the same as in the first embodiment, the area of the diaphragm can be further reduced, and the pulsation generating unit can be downsized. The range of application is expanded to the treatment in minute blood vessels. Further, a fluid ejecting apparatus that is more suitable for fine excision as in brain surgery can be configured.
(Embodiment 3)
次に、実施形態3について図面を参照して説明する。実施形態3は、流路形成板に形成された溝部と、ダイアフラムによって入口流路及び出口流路の少なくとも一方を形成することを特徴とする。
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。
Next, Embodiment 3 will be described with reference to the drawings. Embodiment 3 is characterized in that at least one of an inlet channel and an outlet channel is formed by a groove formed in a channel forming plate and a diaphragm.
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of the main part of the pulsation generating unit according to the third embodiment. Except for the formation structure of the inlet channel and the outlet channel, the structure is the same as that of the above-described second embodiment, and thus the description thereof will be omitted, and the same functional parts will be described with the same reference numerals as those of the second embodiment.
流路形成板511には、実施形態2と同様に厚み方向に貫通孔が開けられ流体室313を形成している。また、一方の表面には出口流路512を形成するU字型の溝部が設けられている。これは、入口流路に関しても同様である(図示せず)。ダイアフラム331を流路形成板511に固着することによって、U字型の溝部の上面が封止され、出口流路512が形成される。
In the flow
溝部の形状は、U字型に限らず、角形状、円弧状等が選択可能である。ただし、気泡の滞留等が発生しにくいようになるべく隅部が滑らかな形状の断面であることが望ましい。また、本実施形態は先述した実施形態1の構造においても流路形成部材に溝加工することにより応用可能である。 The shape of the groove is not limited to a U-shape, and a square shape, an arc shape, or the like can be selected. However, it is desirable that the corners have a smooth cross section so that bubbles do not easily stay. In addition, the present embodiment can be applied to the structure of the first embodiment described above by machining a groove on the flow path forming member.
この構造によれば、断面積が小さい入口流路等を特殊なドリル等で加工する必要が無く容易に流体噴射装置を構成できる。
(実施形態4)
According to this structure, it is not necessary to process an inlet channel having a small cross-sectional area with a special drill or the like, and the fluid ejecting apparatus can be easily configured.
(Embodiment 4)
次に、実施形態4について図面を参照して説明する。実施形態4は、前述した実施形態2の流路形成板を厚み方向に分割した2部品とし、その接合面に設けられた溝部によって入口流路若しくは出口流路の少なくとも一方を形成することを特徴とする。
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。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to the drawings. The fourth embodiment is characterized in that the flow path forming plate of the second embodiment described above is divided into two parts in the thickness direction, and at least one of the inlet flow path or the outlet flow path is formed by a groove provided on the joint surface. And
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of the main part of the pulsation generating unit according to the fourth embodiment. Except for the method of forming the inlet channel and the outlet channel, the structure is the same as that of the above-described second embodiment, so that the description thereof will be omitted, and the same functional parts will be described with the same reference numerals as those of the second embodiment.
流路形成板711には実施形態2と同様に厚み方向に貫通孔が開けられ、2枚の流路形成板711が接合されることで流体室313が形成されている。流路形成板711の接合面には対向する面に断面が半円形状の溝が設けられ、両者が接合された後には、断面が円形状の出口流路712が形成されるのである。これは入口流路に関しても同様である(図示せず)。
A through hole is formed in the flow
この構造によれば、流路形成板711に設けておく溝部の形状によって、任意の形状の入口流路及び出口流路が特殊なドリル等を用いずに簡単に形成できるという効果がある。また、本実施形態は先述した実施形態1の構造においても溝加工した流路形成部材と、溝加工した流路形成板との組み合わせとして応用が可能である。
(実施形態5)
According to this structure, there is an effect that an inlet channel and an outlet channel having arbitrary shapes can be easily formed without using a special drill or the like depending on the shape of the groove provided in the
(Embodiment 5)
次に、本発明の実施形態5について図面を参照して説明する。実施形態5は脈動発生部を、脈動発生部と略同一若しくはそれ以下の直径を有する硬質パイプの先端に固定したことを特徴とする。脈動発生部の固定方法以外の、脈動発生部の内部構造、動作については前述の実施形態1〜実施形態4と同様であるので説明を省略する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Embodiment 5 is characterized in that the pulsation generating part is fixed to the tip of a hard pipe having a diameter substantially equal to or smaller than that of the pulsation generating part. Since the internal structure and operation of the pulsation generating unit other than the method for fixing the pulsation generating unit are the same as those in the first to fourth embodiments, description thereof will be omitted.
図9は実施形態5における流体噴射装置の説明図である。図9において、圧力発生部401から流体が送られる柔軟な接続チューブ201は、把持部602において硬質チューブ601に接続されている。この硬質チューブ601は、脈動発生部101と略同一の直径、若しくはより小さな直径を持つ。脈動発生部101からは高速のパルス状流体901が噴射される。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a fluid ejecting apparatus according to the fifth embodiment. In FIG. 9, a
従って、本実施形態によれば、流体噴射開口部を任意の位置に向けることが可能で、また硬質チューブ601の直径は脈動発生部101と同等以下であるため、脳手術等微小部位の切除が行いやすい。また、硬質チューブ601を金属や樹脂と金属の複合材料で製造することで、術部に応じて任意に硬質チューブ601を曲げ形成して手術に適合させることが可能になるのである。
Therefore, according to the present embodiment, the fluid ejection opening can be directed to an arbitrary position, and the diameter of the
1…流体噴射装置、112…出口流路、113…流体室、114…入口流路、115…流体噴射開口部、131…ダイアフラム、141…圧電素子、201…接続チューブ、401…圧力発生部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
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。 A fluid ejection device that includes a fluid ejection opening and ejects fluid from the fluid ejection opening,
A fluid chamber whose volume can be changed, an inlet flow channel communicating with the fluid chamber and having a smaller volume than the fluid chamber, and an inertance communicating with the fluid chamber and the fluid ejection opening from the inlet flow channel. A pulsation generator comprising an outlet channel set small;
A pressure generator for supplying fluid to the inlet channel;
A fluid ejecting apparatus comprising:
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。 The fluid ejection device according to claim 1,
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein a flow path length of the outlet flow path is equal to or less than an outer diameter of a pulsation generating section cross section orthogonal to the outlet flow path.
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。 The fluid ejection device according to claim 1 or 2,
The pulsation generating unit includes volume changing means for changing the volume of the fluid chamber,
The volume changing means includes a diaphragm that seals one surface of the fluid chamber, and a piezoelectric element that is attached to the diaphragm and deforms the diaphragm.
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。 The fluid ejection device according to any one of claims 1 to 3,
The pulsation generating unit includes volume changing means for changing the volume of the fluid chamber,
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the volume changing unit includes a diaphragm that seals two opposing surfaces of the fluid chamber, and a piezoelectric element attached to the diaphragm.
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。 In the fluid ejection device according to any one of claims 1 to 4,
At least one of the inlet channel or the outlet channel is a channel formed by a hole formed in a side wall constituting member of the fluid chamber.
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。 The fluid ejection device according to any one of claims 1 to 5,
At least one of the inlet channel or the outlet channel is a channel formed by a groove formed in a side wall constituting member of the fluid chamber and the diaphragm.
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。 The fluid ejection device according to any one of claims 1 to 6,
At least one of the inlet channel or the outlet channel is a channel formed by a groove formed on a joint surface of two side wall constituent members joined by a surface substantially parallel to the diaphragm. A fluid ejecting apparatus.
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。 The fluid ejection device according to any one of claims 1 to 7,
A fluid ejecting apparatus comprising a cover member that covers the pulsation generating portion.
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。 The fluid ejection device according to any one of claims 1 to 8,
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the pulsation generator is fixed to a distal end of a flexible tube.
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。 The fluid ejection device according to any one of claims 1 to 8,
The fluid ejecting apparatus, wherein the pulsation generating unit is fixed to a tip of a hard pipe having a diameter substantially equal to or less than the pulsation generating unit.
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