JP2009136519A - Fluid injection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の容積可変チャンバを備える流体噴射装置に関する。 The present invention relates to a fluid ejecting apparatus including a plurality of variable volume chambers.
噴射される流体による手術は、血管等の脈管構造を保存しながら臓器実質を切開することが可能であり、さらに、切開部以外の生体組織に与える付随的損傷が軽微であることから患者負担が小さく、また、出血が少ないため出血が術野の視界を妨げないことから迅速な手術が可能であり、特に微小血管からの出血に難渋する肝切除等に多く臨床応用されている。 Surgery with the ejected fluid allows the incision of the organ parenchyma while preserving the vasculature such as blood vessels, and the incidental damage to living tissue other than the incision is minimal, resulting in a burden on the patient. In addition, since the bleeding is small and bleeding does not interfere with the field of view of the operative field, rapid surgery is possible.
このような噴射される流体による手術装置として、液体噴射部(ノズル)と離間して配設される液体供給制御装置に液体の加圧源としてのポンプを備え、柔軟なチューブで液体を液体噴射部まで導き、高圧連続流として噴射する内視鏡手術装置というものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a surgical device using such a fluid to be ejected, a liquid supply control device arranged separately from a liquid ejecting portion (nozzle) is provided with a pump as a liquid pressurizing source, and the liquid is ejected by a flexible tube. There is known an endoscopic surgical apparatus that guides to a section and injects it as a high-pressure continuous flow (see, for example, Patent Document 1).
さらに、流体室の容積を変更して流体室に連通する出口流路から接続流路を介して接続流路が穿設された剛性を有する接続流路管先端に設けられるノズルの開口部から液体をパルス状に噴射する流体噴射装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Further, the liquid is supplied from the opening of the nozzle provided at the distal end of the rigid connecting flow channel pipe in which the connecting flow channel is drilled from the outlet flow channel communicating with the fluid chamber by changing the volume of the fluid chamber. Has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
上述した特許文献1では、流体の加圧源としてのポンプを有する液体供給制御装置を液体を噴射するノズルから遠い位置にチューブを介して配設されている。従って、液体がチューブを流動している間にチューブ内の流体抵抗により液体の圧力が低下することや、チューブを曲げて使用する場合には流動する液体の圧力が変動し、安定した流体速度の噴射を行えないということが予測される。 In Patent Document 1 described above, a liquid supply control device having a pump as a fluid pressurizing source is disposed via a tube at a position far from a nozzle for ejecting liquid. Therefore, while the liquid is flowing through the tube, the pressure of the liquid decreases due to the fluid resistance in the tube, and when the tube is bent, the pressure of the flowing liquid fluctuates and the fluid speed is stable. It is predicted that injection cannot be performed.
また、本発明者が出願した特許文献2では、脈動の波高値、脈動の周波数、流体群を構成する脈動数、流体群と流体群の間隔等の制御パラメタを設定可能である。これらを適切に設定することによって、硬度や構造が場所ごとに変化する生体の軟組織を適切に切除することが可能となっている。しかしながら、接続流路管(接続流路)が剛性を有し、且つ100〜200mmと長いことから接続流路管を流動する間に液体の噴射速度が遅くなることや、接続流路管内の液体の圧力波の反射等の影響により噴射される液滴が合成されてパルス状の噴射ができないことが考えられる。 Further, in Patent Document 2 filed by the present inventor, control parameters such as the peak value of pulsation, the frequency of pulsation, the number of pulsations constituting the fluid group, the interval between the fluid group and the fluid group can be set. By appropriately setting these, it is possible to appropriately excise the soft tissue of a living body whose hardness and structure change from place to place. However, since the connection flow channel pipe (connection flow channel) has rigidity and is as long as 100 to 200 mm, the liquid ejection speed becomes slow while flowing through the connection flow channel tube, and the liquid in the connection flow channel tube It is conceivable that the droplets ejected due to the influence of the reflection of the pressure wave, etc. are combined and the pulsed ejection cannot be performed.
さらに、接続流路管が剛性を有していること、圧電素子として積層型を採用していることから、カテーテルのように血管内に挿入するような細管の先端に流体噴射部を設けることは困難であると考えられる。 Furthermore, since the connecting channel tube has rigidity and a laminated type is adopted as the piezoelectric element, it is not possible to provide a fluid ejecting portion at the tip of a thin tube that is inserted into a blood vessel like a catheter. It is considered difficult.
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]本適用例に係る流体噴射装置は、容積可変チャンバの内部に設けられる流体室の容積をダイアフラムにより縮小して流体噴射開口部から流体をパルス状に噴射する流体噴射装置であって、前記流体室に流体を供給するチューブと、前記チューブの先端に配設される流体噴射部と、が備えられ、前記流体噴射部には、前記チューブの一端に連通する入口流路と流体を噴射する流体噴射開口部に連通する出口流路との間に複数の前記容積可変チャンバが連通路を介して直列に配設され、流体の流動方向に対して垂直方向の断面積において、前記連通路と前記出口流路と前記入口流路のそれぞれの断面積が、前記流体室よりも小さいことを特徴とする。 Application Example 1 A fluid ejecting apparatus according to this application example is a fluid ejecting apparatus that ejects fluid in a pulse form from a fluid ejecting opening by reducing the volume of a fluid chamber provided in a variable volume chamber with a diaphragm. A tube for supplying fluid to the fluid chamber, and a fluid ejecting unit disposed at a tip of the tube, and the fluid ejecting unit includes an inlet channel and a fluid communicating with one end of the tube. A plurality of the variable volume chambers are arranged in series via the communication passage between the outlet flow passage communicating with the fluid ejection opening for ejecting the fluid, and in the cross-sectional area perpendicular to the fluid flow direction, A cross-sectional area of each of the communication path, the outlet channel, and the inlet channel is smaller than that of the fluid chamber.
このような構成によれば、流体噴射開口部側(以降、先端側または前段側と表すことがある)の容積可変チャンバに対し入口流路側(以降、後段側と表すことがある)の容積可変チャンバは、先端側の容積可変チャンバに圧力を高めた流体を送り込むと共に、先端側の容積可変チャンバの流体室の容積を縮小した際の流体の逆流に対する流体抵抗成分となる。 According to such a configuration, the variable volume on the inlet flow path side (hereinafter sometimes referred to as the rear stage side) with respect to the variable volume chamber on the fluid ejection opening side side (hereinafter sometimes referred to as the front end side or the front stage side). The chamber feeds a fluid whose pressure has been increased into the variable volume chamber on the front end side, and becomes a fluid resistance component against the back flow of the fluid when the volume of the fluid chamber of the variable volume chamber on the front end side is reduced.
特に、脳手術のように器具自体に細い形状が要求される場合には、各容積可変チャンバの流体室の縮小量が小さくなるため、先端側の容積可変チャンバ内まで十分な流体供給ができないことが予測される。従って、後段側の容積可変チャンバを設け、先端側の容積可変チャンバに流体を供給することにより、先端側の容積可変チャンバ内へ十分な流体供給を行うことができる。 In particular, when a thin shape is required for the instrument itself, as in brain surgery, the amount of fluid chamber in each variable volume chamber is reduced, so that sufficient fluid cannot be supplied into the variable volume chamber on the tip side. Is predicted. Therefore, by providing the rear-stage variable volume chamber and supplying the fluid to the distal-end volume variable chamber, it is possible to supply sufficient fluid into the distal-end volume-variable chamber.
また、先端側の流体室の内部では、流体室の容積を減じたときに、入口流路に逆流が生じることで適正な液滴がパルス状に噴射できないことがある。そこで、後段の容積可変チャンバの流体室の容積を縮小して流体抵抗成分を発生させ、パルス状の液滴噴射を行うことができるという効果がある。 In addition, when the volume of the fluid chamber is reduced inside the fluid chamber on the distal end side, a proper flow may not be ejected in a pulsed manner due to a back flow that occurs in the inlet channel. Therefore, there is an effect that the volume of the fluid chamber of the subsequent volume variable chamber can be reduced to generate a fluid resistance component, and pulsed droplet ejection can be performed.
[適用例2]上記適用例に係る流体噴射装置において、複数の前記容積可変チャンバが、前記容積可変チャンバそれぞれに設けられる前記流体室と前記流体室を互いに連通する前記連通路と、前記流体噴射開口部と前記流体室の一つとを連通する前記出口流路と、前記入口流路それぞれの側壁と、を形成する薄板状のスペーサと、前記スペーサの表裏両面それぞれに密着されるダイアフラムと、前記ダイアフラムの前記流体室の外側表面に設けられる圧電素子と、を有していることが好ましい。 Application Example 2 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, the plurality of variable volume chambers include the fluid chamber provided in each of the variable volume chambers, the communication passage communicating the fluid chambers with each other, and the fluid ejection A thin plate-like spacer that forms the outlet channel that communicates the opening and one of the fluid chambers, a side wall of each of the inlet channels, and a diaphragm that is in close contact with both the front and back surfaces of the spacer; And a piezoelectric element provided on the outer surface of the fluid chamber of the diaphragm.
このような構成によれば、流体室、出口流路、入口流路及び連通路は、ダイアフラムで上下の蓋体を、そして側壁をスペーサで構成するため、複数の容積可変チャンバを設ける構成であっても構成部品数を減らすことができ、流体噴射部の小型化を実現できる。 According to such a configuration, the fluid chamber, the outlet channel, the inlet channel, and the communication channel are configured such that a plurality of variable volume chambers are provided in order to configure the upper and lower lids with diaphragms and the side walls with spacers. However, the number of components can be reduced, and the fluid ejecting unit can be downsized.
[適用例3]上記適用例に係る流体噴射装置において、前記入口流路と前記流体室と前記連通路と前記出口流路が、ほぼ直線上に配設され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, it is preferable that the inlet channel, the fluid chamber, the communication channel, and the outlet channel are arranged on a substantially straight line.
出口流路、流体室、連通路、入口流路との間で曲がる流路を構成した場合、曲がり部には流体抵抗が生じる。しかしながらそれぞれを直線上に配設することにより、流路内の流体抵抗を抑制し先端側の流体室に円滑に流体を供給することができる。 When a flow path that bends between the outlet flow path, the fluid chamber, the communication path, and the inlet flow path is configured, fluid resistance is generated in the bent portion. However, by arranging each on a straight line, the fluid resistance in the flow path can be suppressed and fluid can be smoothly supplied to the fluid chamber on the tip side.
また、出口流路、流体室、連通路、入口流路を直線上に配設することで、複数の容積可変チャンバを備える構造であっても、円柱形状の細い流体噴射部を構成することができ、カテーテルのような細管の先端に流体噴射部を設けることができるという効果がある。 Further, by arranging the outlet channel, the fluid chamber, the communication channel, and the inlet channel in a straight line, a cylindrical fluid ejecting unit can be configured even in a structure including a plurality of variable volume chambers. In addition, there is an effect that a fluid ejecting portion can be provided at the tip of a thin tube such as a catheter.
[適用例4]上記適用例に係る流体噴射装置において、前記入口流路と前記連通路と前記出口流路の流体流動方向に垂直な断面形状が四角形であることが好ましい。 Application Example 4 In the fluid ejection device according to the application example described above, it is preferable that a cross-sectional shape perpendicular to the fluid flow direction of the inlet channel, the communication channel, and the outlet channel is a quadrangle.
出口流路、複数の流体室及び連通路及び入口流路の側壁は薄板状のスペーサで形成される。薄板状のスペーサを例えばプレス抜き加工、エッチング加工等でスペーサ本体と一体で形成することが容易に可能であり、上述の各流路の断面形状は四角形となる。この際、各流路の断面積は、高さ寸法はスペーサの厚さが一定であり、側壁の幅寸法を変更することにより容易に所望の断面積とすることができ、流体流量の調整が容易にできるという効果がある。 The outlet channel, the plurality of fluid chambers, the communication channel, and the side walls of the inlet channel are formed by thin plate spacers. A thin plate-like spacer can be easily formed integrally with the spacer main body, for example, by press punching, etching, or the like, and the cross-sectional shape of each of the above-described flow paths is a quadrangle. At this time, the cross-sectional area of each flow path is the same as the height of the spacer, and the thickness of the spacer is constant. There is an effect that it can be easily done.
[適用例5]上記適用例に係る流体噴射装置において、前記流体室の内側側壁の角部が滑らかに丸められていることが好ましい。 Application Example 5 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, it is preferable that the corner portion of the inner side wall of the fluid chamber is smoothly rounded.
流体室の容積をダイアフラムにて縮小し内部の圧力を高めて流体を噴射する装置では、流体室内部に微小な気泡が存在する場合、流体室の圧力を十分高めることができないことが考えられる。そして、気泡は流体室内部の角隅部に滞留しやすい。従って、流体室の内側側壁の角部を滑らかに丸めることにより、気泡の滞留を防止し、流体噴射時に気泡を流体噴射開口部から外部に排出しやすくすることができる。 In a device that ejects fluid by reducing the volume of a fluid chamber with a diaphragm and increasing the internal pressure, it is considered that the pressure in the fluid chamber cannot be sufficiently increased when minute bubbles are present in the fluid chamber. And bubbles tend to stay in the corners of the fluid chamber. Therefore, by smoothly rounding the corners of the inner side wall of the fluid chamber, it is possible to prevent the bubbles from staying and to easily discharge the bubbles from the fluid ejection opening during the fluid ejection.
[適用例6]上記適用例に係る流体噴射装置において、前記連通路の流体が前記流体室に流入する側の幅が、流体の前記流体室から流出する側の幅よりも大きいことが好ましい。 Application Example 6 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, it is preferable that the width of the side of the communication passage where the fluid flows into the fluid chamber is larger than the width of the side where the fluid flows out of the fluid chamber.
流体の流動方向において、流体が流入する側よりも流出する側の連通路の断面積を小さくすることによる拡散効果により流体を流動しやすくし、逆方向の流体流動においてはノズル効果により流体を流動しにくくする。従って、上述のような構成にすれば、後段側の流体室から前段側の流体室への流動を促し、前段側の流体室から後段側の流体室への流動(つまり、逆流)を抑制することができる。 In the flow direction of the fluid, the fluid flows easily by the diffusion effect by reducing the cross-sectional area of the communication path on the outflow side than the inflow side of the fluid. In the reverse direction of the fluid flow, the fluid flows by the nozzle effect. Make it harder to do. Accordingly, with the above-described configuration, the flow from the fluid chamber on the rear stage to the fluid chamber on the front stage is promoted, and the flow (that is, the backflow) from the fluid chamber on the front stage to the fluid chamber on the rear stage is suppressed. be able to.
[適用例7]上記適用例に係る流体噴射装置において、前記流体噴射部が円柱形状であって、前記流体噴射部の直径と前記チューブの直径が概ね等しいことが好ましい。 Application Example 7 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, it is preferable that the fluid ejecting section has a cylindrical shape, and the diameter of the fluid ejecting section and the diameter of the tube are substantially equal.
このような構成によれば、流体噴射部とチューブの直径を概ね同じにすることによって、チューブと同等な直径を有する細管内部(例えば、血管等の脈管構造内部)に挿通することが可能で、抜脱することも容易であって、細管内壁を傷つけることもない。 According to such a configuration, by making the diameter of the fluid ejecting portion and the tube substantially the same, it is possible to pass through the inside of the capillary having the same diameter as the tube (for example, inside the vascular structure such as a blood vessel). It is easy to pull out and does not damage the inner wall of the thin tube.
[適用例8]上記適用例に係る流体噴射装置において、前記流体噴射部の前記流体噴射開口部方向の先端部が概ね半球状に丸められ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 a distal end portion of the fluid ejecting portion in the direction of the fluid ejecting opening is rounded into a substantially hemispherical shape.
このような構成によれば、流体噴射部の先端部を丸めておくことで、例えばチューブがカテーテルであって血管等の細管に流体噴射部を挿入し易く血管を傷つけることを防止することができる。また、先端部に流体噴射開口部を設けることにより、微小術部を視認しやすくする。 According to such a configuration, by rounding the tip of the fluid ejecting unit, for example, the tube is a catheter, and it is possible to prevent the fluid ejecting unit from being easily inserted into a thin tube such as a blood vessel, thereby preventing the blood vessel from being damaged. . In addition, by providing a fluid ejection opening at the tip, it is easy to visually recognize the microsurgical part.
[適用例9]上記適用例に係る流体噴射装置において、複数の前記容積可変チャンバのうち、前記流体噴射開口部に連通する容積可変チャンバを除く少なくとも一つが、流体を滞留するリザーバであることが好ましい。 Application Example 9 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, at least one of the plurality of variable volume chambers excluding the variable volume chamber communicating with the fluid ejecting opening is a reservoir for retaining fluid. preferable.
先端側の流体室を加圧し、その後圧力を開放したときに流体が僅かに流動することがあり、この流体が次の噴射液滴と衝突して適正な液滴を形成しないことがある。そこで、後段の容積可変チャンバをリザーバとして配設することで、圧力解放後の流体の流動を抑制することができる。この際、さらに後段の容積可変チャンバの流体室の容積を復帰させるようにすれば、より一層効果がある。 When the fluid chamber on the front end side is pressurized and then the pressure is released, the fluid may flow slightly, and this fluid may collide with the next ejected droplet and may not form a proper droplet. Therefore, the flow of the fluid after the pressure is released can be suppressed by arranging the latter variable volume chamber as a reservoir. At this time, if the volume of the fluid chamber of the subsequent variable volume chamber is restored, it is more effective.
[適用例10]上記適用例に係る流体噴射装置において、複数の前記容積可変チャンバのうち、少なくとも前記流体噴射開口に連通する流体室の内壁に親水処理が施されていることが望ましい。 Application Example 10 In the fluid ejection device according to the application example described above, it is preferable that at least an inner wall of a fluid chamber communicating with the fluid ejection opening among the plurality of variable volume chambers is subjected to a hydrophilic treatment.
流体室の内壁に親水処理を施した場合、内壁面には気泡が滞留しにくくなり、加圧した際に流体と共に気泡を流体噴射開口部より排出するため、流体室を所定の圧力まで高めることができるという効果がある。 When hydrophilic treatment is applied to the inner wall of the fluid chamber, bubbles are less likely to stay on the inner wall surface, and when pressurized, the bubbles are discharged from the fluid ejection opening together with the fluid. There is an effect that can be.
[適用例11]上記適用例に係る流体噴射装置において、複数の前記容積可変チャンバそれぞれの流体室の容積変更タイミングを一致させていることが好ましい。 Application Example 11 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, it is preferable that the volume change timings of the fluid chambers of the plurality of variable volume chambers are matched.
このような構成によれば、先端側(出口流路側)の容積可変チャンバ内の流体室の容積を縮小するタイミングで後段の流体室の圧力を高めることにより、先端側の流体室から後段の流体室への流体の逆流を抑制し、流体噴射開口部から適正サイズの液滴をパルス状に噴射させることができる。 According to such a configuration, the pressure of the fluid chamber in the rear stage is increased at the timing of reducing the volume of the fluid chamber in the volume variable chamber on the front end side (exit flow path side), so that the fluid in the rear stage is changed from the fluid chamber on the front end side. The backflow of the fluid to the chamber can be suppressed, and droplets of an appropriate size can be ejected in pulses from the fluid ejection opening.
[適用例12]上記適用例に係る流体噴射装置において、複数の前記容積可変チャンバのうち、前記出口流路側の容積可変チャンバに対して、前記入口流路側の容積可変チャンバ内の流体室の容積変更タイミングを先行させることが望ましい。 Application Example 12 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, the volume of the fluid chamber in the volume variable chamber on the inlet flow channel side with respect to the volume variable chamber on the outlet flow channel side among the plurality of variable volume chambers. It is desirable to precede the change timing.
このような構成によれば、流体噴射開口部に各々の容積可変チャンバで生成された圧力波が到達する時刻を同時にすることができ、流体噴射開口部から強くシャープな液滴の噴射が実現できる。 According to such a configuration, the time at which the pressure waves generated in the respective variable volume chambers reach the fluid ejection openings can be made simultaneously, and strong and sharp droplet ejection can be realized from the fluid ejection openings. .
[適用例13]上記適用例に係る流体噴射装置において、複数の前記容積可変チャンバのうち、前記流体噴射開口部側の容積可変チャンバに対して、前記入口流路側の容積可変チャンバの流体室の容積変更タイミングを遅延させることが望ましい。 Application Example 13 In the fluid ejecting apparatus according to the application example described above, of the plurality of variable volume chambers, the fluid chamber of the variable volume chamber on the inlet flow channel side of the variable volume chamber on the fluid ejection opening side is selected. It is desirable to delay the volume change timing.
このような構成によれば、流体噴射開口部に次々に圧力波が到達するために、比較的遅い液滴の噴射が長く続く状態となり、柔らかい組織の切除に有効である。 According to such a configuration, since pressure waves successively reach the fluid ejection openings, a relatively slow droplet ejection lasts for a long time, which is effective for excising soft tissue.
[適用例14]上記適用例に係る流体噴射装置において、前記容積変更タイミングの先行時間または遅延時間が、駆動信号の1/2周期以内であることが望ましい。 Application Example 14 In the fluid ejection device according to the application example described above, it is preferable that the preceding time or delay time of the volume change timing is within a half cycle of the drive signal.
このような構成によれば、先端側の容積可変チャンバの流体室と後段の容積可変チャンバの流体室との容積変更タイミングを駆動信号の1/2周期以内とすることで、上述した容積変更タイミングをずらすことから得られる効果を有する流体噴射装置を実現することができる。 According to such a configuration, the volume change timing of the fluid chamber of the volume variable chamber on the front end side and the fluid chamber of the subsequent volume variable chamber is set to be within a half cycle of the drive signal, so that the volume change timing described above is obtained. Thus, it is possible to realize a fluid ejecting apparatus having an effect obtained by shifting the position.
以下、実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1〜図5は実施形態1に係る流体噴射装置を示し、図6は実施形態2、図7は実施形態3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り、以降、これら流体を総称して液体と表す。
(実施形態1)
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
1 to 5 show a fluid ejecting apparatus according to a first embodiment, FIG. 6 shows a second embodiment, and FIG. 7 shows a third embodiment.
Note that the drawings referred to in the following description are schematic views 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, and hereinafter, these fluids are collectively referred to as a liquid.
(Embodiment 1)
図1は、実施形態1に係る流体噴射装置の概略構成の一例を示す説明図である。図1において、流体噴射装置100は、基本構成として液体を収容し、その液体を供給する流体供給部としての輸液バッグを含む駆動制御部110と、液体を脈動に変化させる流体噴射部10と、駆動制御部110と流体噴射部10とを連通するチューブ80と、を備えている。流体噴射部10は、液体を脈動に変化させて液滴200としてパルス状に高速噴射させる。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of a schematic configuration of the fluid ejecting apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, a
駆動制御部110には、図示しない駆動波形生成回路部と駆動制御回路部とが備えられ、術部の硬度等の条件に対応して駆動波形を調整する調整装置が備えられている。
The
次に、図2〜図4を参照して本実施形態の流体噴射装置について説明する。
図2は、実施形態1に係る流体噴射部の断面中心軸Sに沿って垂直に切断した断面図、図3は断面中心軸Sを水平に切断した断面図(図2のA−A方向切断面)、図4(a)は流体噴射部10の先端方向から視認した正面図、図4(b)は図2のB−B切断面を示す断面図、図4(c)は図2のC−C切断面を示す断面図である。図2〜図4において、流体噴射部10は、内部に複数の容積可変チャンバを備えて構成されている。
Next, the fluid ejecting apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
2 is a cross-sectional view of the fluid ejecting unit according to the first embodiment cut vertically along the cross-sectional central axis S, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the cross-sectional central axis S cut horizontally (cut along the AA direction in FIG. 2). 4 (a) is a front view viewed from the front end direction of the
複数の容積可変チャンバは、流体噴射部10の出口流路31に連通する先端側の容積可変チャンバ21(以降、単に容積可変チャンバ21と表す)と、容積可変チャンバ21に対して入口流路37側に配設される後段側の容積可変チャンバ22,23(以降、単に容積可変チャンバ22,23と表す)とから構成される。
なお、容積可変チャンバは、図2では3個構成を例示しているが、2個または4個以上備える構成としてもよい。
The plurality of variable volume chambers include a
In addition, although the three variable volume chambers are illustrated in FIG. 2 as an example, it may be configured to include two or four or more.
流体噴射部10は、断面中心軸Sに沿って形成される薄板状のスペーサ61の表面にダイアフラム40が、裏面にダイアフラム41がそれぞれ密着固定されている。スペーサ61は図3に示すように、容積可変チャンバ21〜23それぞれの位置に平面形状が略四角形の開口部32,34,36とが形成されている。開口部32,34,36は、ダイアフラム40,41によって表裏が封止され、ダイアフラム40が上蓋、ダイアフラム41が下蓋、そしてスペーサ61が側壁となる流体室62,63,64が構成される(図4(b)も参照する)。
In the
また、スペーサ61の先端部11側にはスリットが設けられ、ダイアフラム40が上蓋、ダイアフラム41が下蓋、そしてスペーサ61が側壁となる出口流路31が形成される(図4(a)、参照)。スペーサ61には、開口部32と開口部34との間、開口部34と開口部36との間にはそれぞれスリットが設けられ、ダイアフラム40が上蓋、ダイアフラム41が下蓋、そしてスペーサ61が側壁となる連通路33,35が形成される。さらに、開口部36の他端にもスリットが設けられ、ダイアフラム40が上蓋、ダイアフラム41が下蓋、そしてスペーサ61が側壁となる入口流路37が形成される。
Further, a slit is provided on the
このようにスペーサ61とダイアフラム40,41によって構成される出口流路31、連通路33,35、入口流路37、及び流体室62〜64の液体流動方向に対して垂直方向の断面形状(図4(a)〜(c)、参照)は四角形であり、出口流路31、連通路33,35及び入口流路37の断面積は流体室62〜64の断面積よりもはるかに小さい。
As described above, the
なお、図3に示すように、スペーサ61は、開口部32(流体室62)内側側壁の4隅の角部32a、開口部34(流体室63)内側側壁の4隅の角部34a、及び開口部36(流体室64)内側側壁の4隅の角部36aは滑らかに丸められている。
As shown in FIG. 3, the
さらに、図3に示すように、連通路33は、先端側の開口部32(流体室62)との連通部の幅が開口部34(流体室63)との連通部の幅よりも大きい。また、連通路35は、開口部34(流体室63)との連通部の幅が開口部36(流体室64)との連通部の幅よりも大きく設定される。
Further, as shown in FIG. 3, in the
また同様に、入口流路37においても、開口部36(流体室64)との連通部の幅が、チューブ80側の幅よりも大きく設定されることがより好ましい。
Similarly, also in the
出口流路31においては、液体のノズル効果を得るためには、流体室62との連通部の断面積を流体噴射開口部30との連通部の断面積よりも小さくすることが望ましいが、流体室62からの液体の流動性と、液滴の噴射方向を安定させることを考慮して断面中心軸Sに対して側壁を平行となるように形成している。
In the
なお、連通路33の断面積を均一にし、流体室62との連通部を丸めて断面積を広くし、また、連通路35の断面積を均一にし、流体室63との連通部を丸めて断面積を広くする構造としてもよく、同様に、入口流路37の断面積を均一にし、流体室64との連通部を丸めて断面積を広くする構造としてもよい。
The cross-sectional area of the
スペーサ61は、断面中心軸Sの両側に、スペーサ61aとスペーサ61bとを個別に形成し水平に配設する構成としてもよく、流体噴射部10の両端外側でスペーサ61aとスペーサ61bとが接続されたものを、上枠71と下枠81を固定した後、その接続部を切断する構成としてもよい。
The
スペーサ61をスペーサ61aとスペーサ61bとで一体にて形成する場合は、出口流路31,流体室62〜64、連通路33,35及び入口流路37の幅寸法、相互位置が正確に形成することが可能で、高さ寸法はスペーサ61の厚さで決定されるため、液体の流量の寸法によるばらつきを抑えることができる。
また、スペーサ61の形成手段としては、プレス加工、エッチング加工等を採用することができる。
When the
Further, as a means for forming the
なお、流体室62及び出口流路31の内壁面には親水処理が施されている。親水処理は、流動する液体と内壁面との間に気泡が付着し滞留することを防止するために施される。従って、流体室62及び出口流路31を含めて液体が流動する壁面の全てに親水処理を施すことがより好ましい。
The inner wall surfaces of the
ダイアフラム40の各流体室と対向する外側表面には、圧電素子51,53,55が密着形成されている。圧電素子51,53,55はそれぞれ、開口部32,34,36の平面積より小さい範囲で形成されている。
また、ダイアフラム41の各流体室と対向する外側表面には、圧電素子52,54,56が密着形成されている。圧電素子52,54,56はそれぞれ、開口部32,34,36の平面積より小さい範囲で形成されている。
In addition,
圧電素子51〜56は、ダイアフラム表面から下部電極、圧電薄膜、上部電極が積層形成されて構成され、圧電薄膜の材質は共通であり分極方向を一致させている。
The
また、各圧電素子の下部電極同士、上部電極同士はそれぞれ同電位の電圧が印加されるよう配線される(図示は省略)。 In addition, the lower electrodes and the upper electrodes of each piezoelectric element are wired so that voltages having the same potential are applied (not shown).
圧電素子51,53,55が形成されたダイアフラム40の表面には、筐体の一方の一部である上枠71が密着固定される。上枠71には、ダイアフラム40の駆動範囲の周囲を密着固定できるような空間72〜74が設けられ、空間72〜74はダイアフラム40と上枠71とで封止されている。
On the surface of the
また、圧電素子52,54,56が形成されたダイアフラム41の表面には、筐体の他方の一部である下枠81が密着固定される。下枠81には、ダイアフラム41の駆動範囲の周囲を密着固定できるような空間82〜84が設けられている。従って、空間82〜84はダイアフラム41と下枠81とで封止されている。
In addition, a
ここで、スペーサ61とダイアフラム40と上枠71、スペーサ61とダイアフラム41と下枠81とは互いに、接着固定、陽極接合、ロウ付け、溶接等の接合技術を用いて密着固定され、流体噴射部10が構成される。
Here, the
流体噴射部10は、上枠71、下枠81とで筐体が構成され円柱形状をなし、先端部11は半球状に滑らかに丸められており、術部に損傷を与えたり、血管内に挿入する際の挿入抵抗を減じている。
The
また、流体噴射部10の基端部12には、チューブ嵌着部75が設けられており、このチューブ嵌着部75にチューブ80が嵌着され、入口流路37と連通される。チューブ80の直径は、流体噴射部10の直径と概ね等しく設定され、どちらか一方が径方向に突出しないように設定される。
Further, a tube
続いて、本実施形態による流体噴射装置100における液体の流動の概要を簡単に説明する。駆動制御部110内部には液体容器と液体容器に接続された圧力発生部(共に図示は省略)が内蔵されている。圧力発生部はチューブ80に液体を送出するように接続されている。液体容器に収容されている液体は、圧力発生部によって一定の圧力でチューブ80を介して入口流路37に供給される。さらに液体は流体室64、連通路35、流体室63、連通路33、流体室62、出口流路31を通って流体噴射開口部30から噴射される。
Next, the outline of the liquid flow in the
なお、液体容器は、駆動制御部110から分離し、流体噴射部10に対して高い位置に配設して、液体容器と流体噴射部10との位置水頭の差によって生じる圧力差を利用して流体噴射部10に液体を一定の圧力で流入させる構成としてもよい。
Note that the liquid container is separated from the
次に、本実施形態における液体噴射動作について図2を参照して説明する。流体噴射部10による液滴噴射は、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 liquid ejection operation in the present embodiment will be described with reference to FIG. Droplet ejection by 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.
本実施形態では、容積可変チャンバが複数備えられていることで、容積可変チャンバ21にとっては、出口流路31の範囲のイナータンスが出口流路側イナータンスL2、連通路33から入口流路37の範囲が入口流路側の入口流路側合成イナータンスL1と考えることができる。
In the present embodiment, by providing a plurality of variable volume chambers, for the
また、容積可変チャンバ22にとっては、連通路33の範囲が出口流路側イナータンスL2、連通路35から入口流路37の範囲が入口流路側合成イナータンスL1と考えることができる。
Further, for the
また、容積可変チャンバ23にとっては、連通路35の範囲が出口流路側イナータンスL2、入口流路37の範囲が入口流路側合成イナータンスL1と考えることができる。
For the
なお、流体噴射部10と接続するチューブ80は柔軟性を有するため、入口流路側のイナータンスL1の算出から削除する。
そして、本実施形態では、各容積可変チャンバにおいて、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37、連通路33,35及び出口流路31の流路長及び断面積を設定する。
In addition, since the
In this embodiment, in each volume variable chamber, the flow rate of the
次に、流体噴射部10の動作について説明する。図2,4を参照して説明する。まず、各容積可変チャンバの個別の基本動作は同じであるので、容積可変チャンバ21を例示して説明する。容積可変チャンバ21は、駆動制御部110に含まれる駆動波形生成回路部によって形成された駆動波形を駆動制御回路部から圧電素子51,52に印加する。
図5は、本実施形態における駆動波形の一例とダイアフラムの変位について模式的に示す説明図である。(a)は駆動波形を、(b)はダイアフラムの変位量(流体室の容積変更量に置き換えることができる)を表している。この例示における流体噴射部駆動電圧P2は、位相が−π/2から始まる正弦波の整数個の連続波形で構成される脈動部と、休止部(休止時間Iと表す)と、から構成されるものとする。なお、脈動部の波形は振幅A、周期T、連続する正弦波の個数nで表される。この脈動部の波形はバースト波の場合を例示している。
Next, the operation of the
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing an example of the drive waveform and the displacement of the diaphragm in the present embodiment. (A) represents the drive waveform, and (b) represents the displacement amount of the diaphragm (which can be replaced with the volume change amount of the fluid chamber). The fluid ejection unit drive voltage P2 in this example is composed of a pulsation unit configured by an integer number of continuous waveforms of sine waves whose phase starts from −π / 2, and a rest unit (represented by a rest time I). Shall. The waveform of the pulsation part is represented by an amplitude A, a period T, and the number n of continuous sine waves. The waveform of the pulsation portion is exemplified for a burst wave.
流体室62には、入口流路37から流体室64、連通路35、流体室63、連通路33を介して液体が供給される。ここで、圧電素子51,52の両方に図5(a)に示す駆動信号が入力され、圧電素子51,52が充電され急激に圧電素子51,52が収縮したとすると、ダイアフラム40,41は流体室62の容積を縮小する方向に急激に凸状に変位する。その結果、流体室62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。
The fluid is supplied from the
この圧力は、入口流路37に加えられていた圧力発生部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62内への液体の流入はその圧力によって減少し、出口流路31からの流出は増加する。しかし、入口流路側の合成イナータンスL1は、出口流路側のイナータンスL2よりも大きいため、入口流路37から流体室62内への液体の流入の減少量より出口流路31からの流出の増加量が大きい。
その結果、出口流路31を通じて、流体噴射開口部30からパルス状の流体吐出、つまり、高速の液滴200がパルス状に噴射される。
Since this pressure is much larger than the pressure generated by the pressure generating portion applied to the
As a result, pulsed fluid discharge, that is, high-
一方、流体室62の容積を縮小した後、流体噴射部駆動電圧P2の電圧低下に伴い圧電素子51,52は放電し初期状態に復帰する。流体室62内は、入口流路側からの液体流入量の減少と出口流路31からの液体流出の増加との相互作用で、圧力上昇後に低圧若しくは真空状態となり、入口流路側から液体が流体室62内に流入する。その後、圧電素子51,52の収縮があれば、流体噴射開口部30から高速のパルス状の液滴を継続して噴射することができる。
On the other hand, after the volume of the
なお、本実施形態では、先端側の容積可変チャンバ21に対して後段側に2個の容積可変チャンバ22,23が備えられている。ここで、少なくとも先端側の容積可変チャンバ21(つまり圧電素子51,52)と後段側の容積可変チャンバ22(つまり圧電素子53,54)に同位相の駆動波形を印加する。すると、圧電素子51〜54は同じタイミングで収縮または開放される。つまり、流体室62と流体室63は同じタイミングで容積が縮小され、同じタイミングで初期の容積に復帰する。容積可変チャンバ22より後段の容積可変チャンバ23にも同じタイミングで駆動波形を印加される。
In the present embodiment, two
このようにすれば、流体室62と流体室63,64とが、同じタイミングで容積が変更されるため、後段の容量可変チャンバは前段側の容積可変チャンバに対して液体の供給機構となると共に、容積変更時における液体の逆流に対しては大きな流体抵抗となる。なお、容積可変チャンバ22は容積可変チャンバ23の前段、容積可変チャンバ23は容積可変チャンバ22の後段と置き換えて説明することができる。
In this case, the volume of the
従って、上述した実施形態1によれば、流体噴射開口部30側の容積可変チャンバ21に対し後段側の容積可変チャンバ22は、流体室62内に圧力を高めた液体を送り込むと共に、流体室62の容積を縮小した際の液体の逆流に対する流体抵抗成分となる。
特に、脳手術のように器具自体に細い形状が要求される場合には、各容積可変チャンバの流体室の縮小量が小さくなるため、容積可変チャンバ21(流体室62)内へ十分な液体供給ができないことが考えられる。しかし、後段の容積可変チャンバ22を設け、容積可変チャンバ21に液体を供給することにより十分な流体供給を行うことができる。
Therefore, according to the first embodiment described above, the
In particular, when the instrument itself is required to have a thin shape as in brain surgery, the amount of reduction of the fluid chamber of each variable volume chamber is small, so that a sufficient amount of liquid is supplied into the variable volume chamber 21 (fluid chamber 62). It is thought that it is not possible. However, sufficient fluid supply can be performed by providing the latter-stage
また、流体室62の内部では、容積を縮小したときに、入口流路側に逆流が生じることで適正なサイズ、大きさの液滴がパルス状に噴射できないことがある。そこで、後段の容積可変チャンバ22の流体室63の容積を縮小し流体抵抗成分を発生させ、パルス状の液滴噴射を行うことができるという効果がある。
Further, in the
また、流体室62〜64、出口流路31、入口流路37及び連通路33,35は、ダイアフラム40,41で上蓋及び下蓋を、スペーサ61(スペーサ61a、61b)で側壁を形成するため、複数の容積可変チャンバを設ける構成であっても、構成部品数を減らすことができ、流体噴射部の小型化を実現できる。
また、出口流路31、入口流路37、連通路33,35を断面形状が円形の孔で形成することは、加工上それらの直径を小さくすることが困難であるが、スペーサ61にスリットを設けることで出口流路31、入口流路37、連通路33,35を容易に形成することができる。
The
In addition, it is difficult to reduce the diameter of the
また、本実施形態では、入口流路37と連通路33,35と流体室62〜64と出口流路31とが、ほぼ直線上に配設されている。出口流路31、流体室62,63,64、連通路33,35、入口流路37との間のいずれかに曲がる流路を構成した場合、曲がり部には流体抵抗が生じる。しかしながら流路それぞれを直線上に配設することにより、各流路間の流体抵抗を抑制し先端側の流体室62に円滑に液体を供給することができる。
In the present embodiment, the
さらに、流路を直線上に配設することで、複数の容積可変チャンバを備える構造であっても、円柱形状の細い流体噴射部10を構成することができ、カテーテルのような細管の先端に流体噴射部10を設けることができるという効果がある。
Furthermore, even if the flow path is arranged in a straight line, a cylindrical
また、流体噴射部10の流路の側壁は流体室を構成する開口部を含めて、薄板状のスペーサ61をプレス抜き加工、エッチング加工等で形成することが容易に可能であり、上枠71、下枠81で上蓋及び下蓋を構成する上述の各流路の断面形状は四角形となる。この際、各流路の断面積は、高さ寸法はスペーサ61の厚さで一定であり、側壁の幅寸法を変更することにより容易に所望の断面積とすることができ、液体の流量調整が容易にできるという効果がある。
In addition, the side wall of the flow path of the
また、本実施形態では、流体室62〜64それぞれの内側側壁の角部が滑らかに丸められている。流体室の容積をダイアフラムにて縮小し流体室内部の流体を噴射する装置では、流体室内部に微小な気泡が存在する場合、流体室内の圧力を十分高めることができないことがあり、気泡は流体室内部の角隅部に滞留しやすい。従って、流体室62〜64の内側側壁の角部を滑らかに丸めることにより、気泡の滞留を防止し、流体噴射時に気泡を外部に排出しやすくすることができる。
In the present embodiment, the corners of the inner side walls of the
また、連通路33,35それぞれの液体が流体室62,63に流入する側の幅を、液体が流体室62,63から流出する側の幅よりも大きくしている。流体の流動方向において、流体が流入する側よりも流出する側の連通路33,35の断面積を小さくすることによる拡散効果により流体を流動しやすくし、逆方向の流体流動においてはノズル効果により流体を流動しにくくする。従って、このような構成にすれば、後段側の流体室から前段側の流体室への流動を促し、前段側の流体室から後段側の流体室への流動(つまり、逆流)を抑制することができる。
Further, the width of the
また、流体噴射部10は円柱形状をなし、流体噴射部10の直径とチューブ80の直径を概ね等しくし、流体噴射部10の先端部11を概ね半球状に丸めている。
このようにすれば、チューブ80と同等な直径を有する細管内部(血管等)に挿通することが可能で、抜脱することも容易であって、細管内壁を傷つけることがなく、血栓等を除去する手術に適合することができる。
The
In this way, it can be inserted into the inside of a narrow tube (blood vessel or the like) having the same diameter as that of the
また、流体室62,63,64の全て、または少なくとも出口流路31に連通する流体室62の内壁に親水処理を施している。
流体室の内壁に親水処理を施した場合、内壁面には気泡が滞留しにくくなり、加圧した際に流体と共に気泡を流体噴射開口部30より排出することができ、流体室62を所定の圧力まで高めることができるという効果がある。
Further, all of the
When hydrophilic treatment is performed on the inner wall of the fluid chamber, bubbles are less likely to stay on the inner wall surface, and when pressurized, the bubbles can be discharged from the fluid ejection opening 30 together with the fluid. There is an effect that the pressure can be increased.
また、本実施形態では、容積可変チャンバ21,22,23それぞれの容積変更タイミングを一致させている。このようにすれば、流体噴射開口部30に各々の容積可変チャンバで生成された圧力波が到達する時刻を同時にすることができ、流体噴射開口部30から強くシャープな液滴の噴射が実現できる。
(実施形態1の変形例)
In the present embodiment, the volume change timings of the
(Modification of Embodiment 1)
この変形例は、前記複数の容積可変チャンバのうち、流体噴射開口部(出口流路)に連通する容積可変チャンバを除く後段の容積可変チャンバの少なくとも一つが、液体を滞留するリザーバとすることを特徴とする。図示は省略するが、図2を参照し容積可変チャンバ22をリザーバとする場合を例示して説明する。この例の構成は、容積可変チャンバ22の構成は実施形態1と同じ構成にしておき駆動信号を入力しない構成と、圧電素子53,54を付加しない構成とがある。いずれの構成でも、流体室63は液体を滞留する空間である。
In this modified example, at least one of the plurality of volume variable chambers excluding the volume variable chamber communicating with the fluid ejection opening (exit flow path) among the plurality of volume variable chambers is a reservoir for storing liquid. Features. Although not shown, the case where the
このような構成では、先端側の流体室62の容積を縮小し、その後開放したときに液体が僅かに出口流路31に流動することがあり、この液体が次の噴射液滴と衝突して適正な液滴形状を形成しないことがある。そこで、後段の容積可変チャンバをリザーバとして配設することで、リザーバを液体流動の緩衝帯とし圧力解放後の液体の流動を抑制することができる。この際、さらに後段の容積可変チャンバ23の流体室64の容積を復帰するようにすれば、より一層効果がある。
In such a configuration, when the volume of the
なお、容積可変チャンバ22以外に、さらに後段の容積可変チャンバ23をリザーバとしてもよく、容積可変チャンバ22,23の両方をリザーバとすることができる。
(実施形態2)
In addition to the
(Embodiment 2)
続いて、実施形態2に係る流体噴射部の動作について図面を参照して説明する。実施形態2は、前述した実施形態1が、各容積可変チャンバの駆動信号の位相を合わせ流体室の容積変更タイミングを一致させていることに対して、前段の容積可変チャンバに対して後段の容積可変チャンバの駆動信号の位相を先行させていることに特徴を有する。流体噴射部の構造は実施形態1(図2〜図4、参照)と同じであるため説明を省略する。
図6は、実施形態2に係る駆動波形の一例とダイアフラムの変位について模式的に示す説明図である。(a)は駆動波形、(b)はダイアフラムの変位量を表している。容積可変チャンバ21と容積可変チャンバ22の関係を例示して説明する。
Next, the operation of the fluid ejecting unit according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. The second embodiment is different from the first embodiment described above in that the phase of the drive signal of each volume variable chamber is matched to match the volume change timing of the fluid chamber, whereas the volume of the rear stage is different from the volume variable chamber of the previous stage. It is characterized in that the phase of the drive signal of the variable chamber is advanced. Since the structure of the fluid ejecting unit is the same as that of the first embodiment (see FIGS. 2 to 4), description thereof is omitted.
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically illustrating an example of a driving waveform and a displacement of the diaphragm according to the second embodiment. (A) represents the drive waveform, and (b) represents the displacement of the diaphragm. The relationship between the
容積可変チャンバ21と容積可変チャンバ22それぞれに加えられる駆動波形は、振幅A、周期T、連続する正弦波の個数n、休止時間Iは同じであるが、容積可変チャンバ21に加えられる駆動波形に対して容積可変チャンバ22に加えられる駆動波形の位相を先行させている。
The drive waveforms applied to each of the
このようにすれば、流体噴射開口部30に各々の容積可変チャンバで生成された圧力波が到達する時刻を同時にすることができ、流体噴射開口部30から強くシャープな液滴の噴射が実現できる。
In this way, the time at which the pressure waves generated in the respective variable volume chambers reach the
なお、容積可変チャンバ22と容積可変チャンバ23の関係も同様であり、容積可変チャンバ22に対して容積可変チャンバ23に加える駆動波形の位相を先行させれば、容積可変チャンバ22の流体室63内に加圧された液体を送り込み、さらに先端側の容積可変チャンバ21内の圧力をより一層高めることができるという効果がある。
(実施形態3)
The relationship between the
(Embodiment 3)
続いて、実施形態3に係る流体噴射部の動作について図面を参照して説明する。実施形態3は、前述した実施形態1が、各容積可変チャンバの駆動振動の位相を合わせ流体室の容積変更タイミングを一致させていることに対して、前段の容積可変チャンバに対して後段の容積可変チャンバの駆動信号の位相を遅延させていることに特徴を有する。流体噴射部の構造は実施形態1(図2〜図4、参照)と同じであるため説明を省略する。
図7は、実施形態3に係る駆動波形の一例とダイアフラムの変位について模式的に示す説明図である。(a)は駆動波形、(b)はダイアフラムの変位量を表している。容積可変チャンバ21と容積可変チャンバ22の関係を例示して説明する。
Next, the operation of the fluid ejecting unit according to the third embodiment will be described with reference to the drawings. The third embodiment is different from the first embodiment in that the phase of the drive vibration of each volume variable chamber is matched to match the volume change timing of the fluid chamber, whereas the volume of the rear stage is different from the volume variable chamber of the previous stage. It is characterized in that the phase of the drive signal of the variable chamber is delayed. Since the structure of the fluid ejecting unit is the same as that of the first embodiment (see FIGS. 2 to 4), description thereof is omitted.
FIG. 7 is an explanatory diagram schematically illustrating an example of a drive waveform and a displacement of the diaphragm according to the third embodiment. (A) represents the drive waveform, and (b) represents the displacement of the diaphragm. The relationship between the
容積可変チャンバ21と容積可変チャンバ22に加えられる駆動波形は、振幅A、周期T、連続する正弦波の個数n、休止時間Iは同じであるが、容積可変チャンバ21に加えられる駆動波形に対して容積可変チャンバ22に加えられる駆動波形の位相を遅延させている。
The drive waveforms applied to the
このようにすれば、流体噴射開口部30に次々に圧力波が到達するために、比較的遅い液滴の噴射が長く続く状態となり、柔らかい組織の切除に有効である。 In this way, since the pressure wave reaches the fluid ejection opening 30 one after another, relatively slow droplet ejection continues for a long time, which is effective for cutting soft tissue.
なお、容積可変チャンバ22と容積可変チャンバ23の関係も同様であり、容積可変チャンバ22に対して容積可変チャンバ23に加える駆動波形の位相を遅延させれば、容積可変チャンバ22の流体室63内に加圧された液体を送り込み、さらに先端側の容積可変チャンバ21内の圧力をより一層高めることができるという効果がある。
The relationship between the
なお、上述した実施形態2及び実施形態3に記載の駆動波形の印加の先行時間または遅延時間(つまり、流体室の容積変更タイミング)は、駆動信号の1/2周期以内としている。
このようにすることで、流体室流体室62の容積を縮小する際の後段の流体室への液体の逆流を抑制し流体室62の内部圧力を高め、高速の液滴噴射を促す。また、液体の反射波の発生を抑制し適切な液滴形状及びサイズの液滴をパルス状に噴射させることができる。
The preceding time or delay time (that is, the fluid chamber volume change timing) of the drive waveform application described in the above-described second and third embodiments is within a half cycle of the drive signal.
By doing so, the back flow of the liquid to the subsequent fluid chamber when the volume of the fluid
なお、前述した実施形態2及び実施形態3では、前段の容積可変チャンバに対して後段の容積可変チャンバ22,23のそれぞれの駆動波形を加えるタイミングを共に先行または遅延させているが、容積可変チャンバ22,23のそれぞれを容積可変チャンバ21に対してタイミングを遅延または先行または一致させるという組み合わせにしてもよい。
In the above-described second and third embodiments, the timing of applying the drive waveforms of the subsequent volume
また、前述した実施形態1では、複数の容積可変チャンバの構成を同じにした例を示しているが、容積可変チャンバ21,22,23において、流体室の平面サイズを互いに変えることができ、後段の容積可変チャンバに設ける圧電素子をダイアフラム40またはダイアフラム41のどちらかに設ける構造としてもよい。これらの組み合わせ設定は、噴射速度、液滴サイズに対応して適宜選択することができる。
In the first embodiment described above, an example in which the configuration of the plurality of variable volume chambers is the same is shown. However, in the
10…流体噴射部、21,22,23…容積可変チャンバ、30…流体噴射開口部、31…出口流路、33,34…連通路、37…入口流路、40,41…ダイアフラム、62〜64…流体室、80…チューブ、100…流体噴射装置。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記流体室に流体を供給するチューブと、
前記チューブの先端に配設される流体噴射部と、が備えられ、
前記流体噴射部には、前記チューブの一端に連通する入口流路と流体を噴射する流体噴射開口部に連通する出口流路との間に複数の前記容積可変チャンバが連通路を介して直列に配設され、
流体の流動方向に対して垂直方向の断面積において、前記連通路と前記出口流路と前記入口流路のそれぞれの断面積が、前記流体室の断面積よりも小さいことを特徴とする流体噴射装置。 A fluid ejecting apparatus that ejects fluid in a pulse form from a fluid ejecting opening by reducing the volume of a fluid chamber provided inside a variable volume chamber by a diaphragm,
A tube for supplying a fluid to the fluid chamber;
A fluid ejecting portion disposed at the tip of the tube,
The fluid ejecting section includes a plurality of variable volume chambers in series via a communication path between an inlet channel communicating with one end of the tube and an outlet channel communicating with a fluid ejection opening for ejecting fluid. Arranged,
A fluid ejection characterized in that, in a cross-sectional area perpendicular to a fluid flow direction, the cross-sectional areas of the communication path, the outlet channel, and the inlet channel are smaller than the cross-sectional area of the fluid chamber. apparatus.
複数の前記容積可変チャンバが、前記容積可変チャンバそれぞれに設けられる前記流体室と前記流体室を互いに連通する前記連通路と、前記流体噴射開口部と前記流体室の一つとを連通する前記出口流路と、前記入口流路それぞれの側壁と、を形成する薄板状のスペーサと、前記スペーサの表裏両面それぞれに密着されるダイアフラムと、前記ダイアフラムの前記流体室の外側表面に設けられる圧電素子と、を有し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,
A plurality of the variable volume chambers are provided in each of the variable volume chambers, the fluid passages communicating with the fluid chambers, and the outlet flow that communicates the fluid ejection opening and one of the fluid chambers. A thin plate-like spacer that forms a channel and a side wall of each of the inlet channels, a diaphragm that is in close contact with both front and back surfaces of the spacer, and a piezoelectric element that is provided on the outer surface of the fluid chamber of the diaphragm; A fluid ejecting apparatus comprising:
前記入口流路と前記流体室と前記連通路と前記出口流路とが、ほぼ直線上に配設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 claim 1 or 2,
The fluid ejecting apparatus, wherein the inlet channel, the fluid chamber, the communication channel, and the outlet channel are arranged on a substantially straight line.
前記入口流路と前記連通路と前記出口流路の流体流動方向に垂直な断面形状が四角形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 3,
A fluid ejecting apparatus, wherein a cross-sectional shape perpendicular to a fluid flow direction of the inlet channel, the communication channel, and the outlet channel is a quadrangle.
前記流体室の内側側壁の角部が滑らかに丸めら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 4,
A fluid ejecting apparatus, wherein corners of an inner side wall of the fluid chamber are smoothly rounded.
前記連通路の流体が前記流体室に流入する側の幅が、流体の前記流体室から流出する側の幅よりも大きい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 5,
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein a width of a side of the communication passage where the fluid flows into the fluid chamber is larger than a width of the side of the fluid flowing out of the fluid chamber.
前記流体噴射部が円柱形状であって、前記流体噴射部の直径と前記チューブの直径が概ね等しい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,
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the fluid ejecting section has a cylindrical shape, and the diameter of the fluid ejecting section is substantially equal to the diameter of the tube.
前記流体噴射部の前記流体噴射開口部方向の先端部が概ね半球状に丸められていることを特徴とする流体噴射装置。 The fluid ejection device according to claim 7, wherein
A fluid ejecting apparatus, wherein a tip end portion of the fluid ejecting section in the direction of the fluid ejecting opening is rounded into a substantially hemispherical shape.
複数の前記容積可変チャンバのうち、前記流体噴射開口部に連通する容積可変チャンバを除く少なくとも一つが、流体を滞留するリザーバ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 8,
At least one of the plurality of variable volume chambers, excluding the variable volume chamber communicating with the fluid ejection opening, is a reservoir for retaining fluid.
複数の前記容積可変チャンバのうち、少なくとも前記流体噴射開口部に連通する流体室の内壁に親水処理が施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 9,
Among the plurality of variable volume chambers, at least an inner wall of a fluid chamber communicating with the fluid ejection opening is subjected to a hydrophilic treatment.
複数の前記容積可変チャンバそれぞれの流体室の容積変更タイミングを一致させ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 10,
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the volume change timings of the fluid chambers of the plurality of variable volume chambers are matched.
複数の前記容積可変チャンバのうち、前記出口流路側の容積可変チャンバに対して、前記入口流路側の容積可変チャンバ内の流体室の容積変更タイミングを先行させ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 10,
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein, among the plurality of variable volume chambers, the variable volume chamber on the outlet flow path side is preceded by a volume change timing of the fluid chamber in the variable volume chamber on the inlet flow path side.
複数の前記容積可変チャンバのうち、前記流体噴射開口部側の容積可変チャンバに対して、前記入口流路側の容積可変チャンバの流体室の容積変更タイミングを遅延させ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 10,
A fluid ejecting apparatus that delays the volume change timing of the fluid chamber of the volume variable chamber on the inlet flow path side with respect to the volume variable chamber on the fluid ejection opening side among the plurality of variable volume chambers.
前記容積変更タイミングの先行時間または遅延時間が、駆動信号の1/2周期以内であることを特徴とする流体噴射装置。 The fluid ejection device according to claim 12 or 13,
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein a leading time or a delay time of the volume change timing is within a half cycle of the driving signal.
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