JP2010059939A - Fluid injection device, method of controlling fluid injection device, and surgical device - Google Patents

Fluid injection device, method of controlling fluid injection device, and surgical device Download PDF

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英揮 小島
Kinya Matsuzawa
欣也 松澤
Takeshi Seto
毅 瀬戸
Yasuyoshi Hama
康善 濱
Yasuhiro Ono
泰弘 小野
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    • A61B17/32Surgical cutting instruments
    • A61B17/3203Fluid jet cutting instruments

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the depth of incision or excision from increasing when a fluid injection device for incising or excising an object by jetting a fluid starts the jetting. <P>SOLUTION: The fluid injection device 1 includes a waveform storage part 31 for storing an initial voltage pulse waveform group and working voltage pulse waveforms. When the fluid is jetted, the voltage pulse waveforms of the initial voltage pulse waveform group are applied in order to a piezoelectric element 401 during an increase in the output, and then the working voltage pulse waveforms are repeatedly applied to the piezoelectric element 401 during the stable output. Therefore, when the fluid is jetted, the depth of incision or excision is prevented from increasing during the start of jetting since the jetting pressure is gradually changed from a low pressure to a high pressure. Namely, the depth of incision or excision is prevented from increasing when the fluid injection device for incising or excising the object by jetting the fluid is prevented from increasing. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、流体を噴射して対象部位を切開または切除可能な流体噴射装置、流体噴射装置の制御方法および手術装置に関する。   The present invention relates to a fluid ejection device capable of incising or excising a target site by ejecting fluid, a control method for a fluid ejection device, and a surgical apparatus.

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、ポンプ室の容積を圧電素子により変化させて流体の吐出動作を行うマイクロポンプと、マイクロポンプの出口流路に一方の端部が接続され、他方の端部が出口流路の直径よりも縮小された開口部(ノズル)が設けられた接続流路と、接続流路が穿設されマイクロポンプから流動される流体の脈動を前記開口部に伝達し得る剛性を有する接続管と、が備えられ、流体は脈動波群と休止部との繰り返しで流動され、高速で開口部から噴射される流体噴射装置というものが知られている(例えば、特許文献1)。
特許文献1記載の技術によれば、脈動する流体を高速で噴射することが可能であり、その制御も容易である。また、脈動する流体の噴射は手術等において組織の切開能力が高い一方、流体量が少なくてすむため、術野に流体が滞留することが少ない。従って、視認性が向上し、組織の飛散を防ぐ効果があった。
特開2008−82202号公報
Conventionally, as a fluid ejection device for incising or excising biological tissue, one end is connected to a micropump that performs a fluid ejection operation by changing the volume of a pump chamber by a piezoelectric element, and an outlet flow path of the micropump, A connecting channel provided with an opening (nozzle) whose other end is smaller than the diameter of the outlet channel, and a pulsation of fluid flowing from the micropump through the connecting channel. There is known a fluid ejecting apparatus that includes a connecting pipe having rigidity that can be transmitted, fluid flows through repetition of a pulsating wave group and a resting part, and is ejected from an opening at high speed (for example, Patent Document 1).
According to the technique described in Patent Document 1, it is possible to eject a pulsating fluid at high speed, and the control thereof is easy. In addition, jetting of the pulsating fluid has a high tissue incising ability in surgery and the like, but the amount of fluid is small, so that the fluid does not stay in the surgical field. Therefore, the visibility is improved and there is an effect of preventing the scattering of the tissue.
JP 2008-82202 A

しかしながら、特許文献1記載の技術を含め、圧電素子を用いて、流体の収容室(以下、「流体室」と言う。)の容積を変化させ、流体を吐出させる流体噴射装置においては、対象物を切開あるいは切除した場合に、対象物において最初に流体が噴射された部位(以下、「噴射開始点」と言う。)が、以後に流体が噴射された部位よりも深く切開あるいは切除される可能性がある。
これは、吐出されて対象物に当たった流体が、噴射開始点に流れ込むためであると考えられる。
However, in the fluid ejecting apparatus that includes the technique described in Patent Document 1 and changes the volume of a fluid storage chamber (hereinafter referred to as a “fluid chamber”) using a piezoelectric element to discharge the fluid, When the fluid is incised or excised, the portion of the object where the fluid is first ejected (hereinafter referred to as “ejection start point”) can be incised or excised deeper than the portion where the fluid is ejected thereafter. There is sex.
This is considered to be because the fluid that was ejected and hit the object flows into the injection start point.

したがって、例えば、手術等において、術者が組織を切開する目的でノズルを等速で移動させた場合に、噴射開始点における切開の深さが術者の意図するものより深くなる可能性がある。
このように、流体を噴射して対象部位を切開または切除する従来の流体噴射装置においては、吐出開始時に切開または切除の深さが増大する可能性があった。
本発明の課題は、流体を噴射して対象部位を切開または切除する装置において、吐出開始時に切開または切除の深さが増大する事態を防止することである。
Therefore, for example, in an operation or the like, when the operator moves the nozzle at a constant speed for the purpose of incising the tissue, the incision depth at the injection start point may be deeper than the operator intends. .
As described above, in the conventional fluid ejecting apparatus that incises or excises the target site by ejecting the fluid, there is a possibility that the depth of incision or excision increases at the start of discharge.
An object of the present invention is to prevent a situation in which the depth of incision or excision increases at the start of ejection in an apparatus for incising or excising a target site by ejecting fluid.

以上の課題を解決するため、第1の発明は、
流体が流入する流体室(例えば、図2の流体室501)と、駆動信号により前記流体室の容積を変更する圧力発生素子(例えば、図2の圧電素子401)を備えた容積変更手段(例えば、図2の圧電素子401およびダイアフラム400)と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部(例えば、図2の脈動発生部100)と、前記出口流路から流出した流体を噴射する流体噴射口(例えば、図2の流体噴射口212)と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段(例えば、図1の流体容器10およびポンプ20)と、前記圧力発生素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段(例えば、図4の制御部30)とを備え、前記制御手段は、流体の吐出開始後、段階的に流体の吐出圧力を増加させることを特徴としている。
このような構成により、流体の吐出開始時に、流体の吐出圧力を徐々に高くすることができるため、流体の吐出開始時に切開または切除の深さが増大する事態を防止することが可能な流体噴射装置を実現することができる。
In order to solve the above problems, the first invention is
Volume changing means (for example, a fluid chamber 501 in FIG. 2) into which a fluid flows and a pressure generating element (for example, piezoelectric element 401 in FIG. 2) for changing the volume of the fluid chamber by a drive signal (for example, piezoelectric element 401). 2 and a pulsation generator (for example, pulsation generator 100 of FIG. 2) having an inlet channel and an outlet channel communicating with the fluid chamber, and the outlet channel. A fluid ejection port (for example, the fluid ejection port 212 in FIG. 2) that ejects fluid that has flowed out from the fluid, and a fluid supply means (for example, the fluid container 10 and the pump 20 in FIG. 1) that supplies fluid to the inlet channel; Control means for applying a drive signal to the pressure generating element and controlling the change of the volume of the fluid chamber by the volume changing means (for example, the control unit 30 in FIG. 4), and the control means discharges fluid After starting It is characterized by increasing the discharge pressure of the fluid in Kaiteki.
With such a configuration, since the fluid discharge pressure can be gradually increased at the start of fluid discharge, fluid ejection that can prevent a situation where the depth of incision or excision increases at the start of fluid discharge An apparatus can be realized.

また、第2の発明は、
流体の吐出圧力が異なるものとなる複数の前記駆動信号の波形を記憶する波形記憶手段(例えば、図4の波形記憶部31)を備え、前記制御手段は、前記波形記憶手段に記憶された複数の前記駆動信号の波形を、流体の吐出圧力が異なるものから順に読み出して前記圧力発生素子に印加することを特徴としている。
このような構成により、電圧パルス波形の特性(振幅の変化のさせ方や印加する周波数等)を、波形記憶手段の記憶内容を書き換えることによって容易に変更することができる。
In addition, the second invention,
A waveform storage unit (for example, the waveform storage unit 31 in FIG. 4) that stores a plurality of waveforms of the drive signals with different fluid discharge pressures is provided, and the control unit stores a plurality of waveforms stored in the waveform storage unit. The waveform of the drive signal is read out in order from the one having a different fluid discharge pressure and applied to the pressure generating element.
With such a configuration, the characteristics of the voltage pulse waveform (how to change the amplitude, frequency to be applied, etc.) can be easily changed by rewriting the stored contents of the waveform storage means.

また、第3の発明は、
前記制御手段は、前記駆動信号の振幅を異ならせた波形を、振幅の小さい波形から順に前記圧力発生素子に印加することを特徴としている。
このような構成により、波形の振幅が異なる駆動信号によって、流体の吐出圧力を徐々に高くすることができる。
また、第4の発明は、
前記制御手段は、前記駆動信号のスルーレートを異ならせた波形を、スルーレートの小さい波形から順に前記圧力発生素子に印加することを特徴としている。
このような構成により、波形のスルーレートが異なる駆動信号によって、流体の吐出圧力を徐々に高くすることができる。
In addition, the third invention,
The control means is characterized in that waveforms with different amplitudes of the drive signal are applied to the pressure generating element in order from a waveform having a smaller amplitude.
With such a configuration, the discharge pressure of the fluid can be gradually increased by drive signals having different waveform amplitudes.
In addition, the fourth invention is
The control means is characterized in that waveforms having different slew rates of the drive signals are applied to the pressure generating elements in order from a waveform having a smaller slew rate.
With such a configuration, the fluid discharge pressure can be gradually increased by drive signals having different waveform slew rates.

また、第5の発明は、
前記制御手段は、前記駆動信号の周波数が時間の経過に伴って増加する波形を前記圧力発生素子に印加することを特徴としている。
このような構成により、周波数が増加する駆動信号によって、流体の吐出圧力を徐々に高くすることができる。
また、第6の発明は、
前記制御手段は、前記駆動信号の波形間の間隔を時間の経過に伴って縮小させて前記圧力発生素子に印加することを特徴としている。
このような構成により、同一の波形を用いながら、印加する波形の間隔が時間の経過に伴って縮小する駆動信号によって、流体の吐出圧力を徐々に高くすることができる。
In addition, the fifth invention,
The control means applies a waveform in which the frequency of the drive signal increases with time to the pressure generating element.
With such a configuration, the discharge pressure of the fluid can be gradually increased by a drive signal whose frequency increases.
In addition, the sixth invention,
The control means is characterized in that the interval between the waveforms of the drive signals is reduced with time and applied to the pressure generating element.
With such a configuration, the discharge pressure of the fluid can be gradually increased by using a drive signal in which the interval between applied waveforms is reduced with the passage of time while using the same waveform.

また、第7の発明は、
流体が流入する流体室と、駆動信号により前記流体室の容積を変更する圧力発生素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、前記出口流路から流出した流体を噴射する流体噴射口と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧力発生素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段とを備える流体噴射装置の制御方法であって、流体の吐出開始後、段階的に流体の吐出圧力を増加させる出力増加ステップ(例えば、制御部30が実行する図5の出力増加期間における制御)を含むことを特徴としている。
これにより、流体の吐出開始時に、流体の吐出圧力を徐々に高くすることができるため、流体の吐出開始時に切開または切除の深さが増大する事態を防止することが可能となる。
In addition, the seventh invention,
A pulsation generator having a fluid chamber into which fluid flows, a volume changing unit having a pressure generating element that changes the volume of the fluid chamber by a drive signal, and an inlet channel and an outlet channel communicating with the fluid chamber A fluid ejection port that ejects fluid that has flowed out of the outlet channel, a fluid supply unit that supplies fluid to the inlet channel, a drive signal that is applied to the pressure generating element, and the fluid by the volume changing unit An output increasing step (for example, executed by the control unit 30) that increases the fluid discharge pressure stepwise after the start of fluid discharge. Control in the output increase period in FIG. 5).
Accordingly, since the fluid discharge pressure can be gradually increased at the start of fluid discharge, it is possible to prevent a situation where the depth of incision or excision increases at the start of fluid discharge.

また、第8の発明は、
流体が流入する流体室と、駆動信号により前記流体室の容積を変更する圧力発生素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、前記出口流路から流出した流体を噴射する流体噴射口と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記圧力発生素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、流体の吐出開始後、段階的に流体の吐出圧力を増加させることを特徴としている。
これにより、流体の吐出開始時に、流体の吐出圧力を徐々に高くすることができるため、流体の吐出開始時に切開または切除の深さが増大する事態を防止することが可能な手術装置を実現することができる。
このように、本発明によれば、流体を噴射して対象部位を切開または切除する装置において、吐出開始時に切開または切除の深さが増大する事態を防止することが可能となる。
Further, the eighth invention is
A pulsation generator having a fluid chamber into which fluid flows, a volume changing unit having a pressure generating element that changes the volume of the fluid chamber by a drive signal, and an inlet channel and an outlet channel communicating with the fluid chamber A fluid ejection port that ejects fluid that has flowed out of the outlet channel, a fluid supply unit that supplies fluid to the inlet channel, a drive signal that is applied to the pressure generating element, and the fluid by the volume changing unit Control means for controlling the change in the volume of the chamber, and the control means increases the fluid discharge pressure stepwise after the start of fluid discharge.
Accordingly, since the fluid discharge pressure can be gradually increased at the start of fluid discharge, a surgical apparatus capable of preventing a situation where the depth of incision or excision increases at the start of fluid discharge is realized. be able to.
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent a situation in which the depth of incision or excision increases at the start of discharge in an apparatus for incising or excising a target site by ejecting fluid.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、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、物体の切断や切除、手術用のウォーターパルス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、生体組織を切開または切除することに好適な手術装置としての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、生理食塩水、薬液等である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Since the embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these forms. The drawings referred to in the following description are schematic views in which the vertical and horizontal scales of members or parts 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 with ink, washing fine objects and structures, cutting and excision of objects, and a water pulse knife for surgery. In the embodiment, a fluid ejecting apparatus as a surgical apparatus suitable for incising or excising a living tissue will be described as an example. Therefore, the fluid used in the embodiment is water, physiological saline, chemical solution, or the like.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る流体噴射装置1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する流体容器10と、一定の圧力を発生して脈動発生部100に流体を供給するポンプ20と、流体の噴射を制御する制御部30と、ポンプ20から供給される流体を脈動流動する脈動発生部100と、を備えている。なお、本実施形態において、制御部30とポンプ20とは一体のユニットとして構成され、制御部30と脈動発生部100とは、各種信号を入出力するための信号線によって接続されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fluid ejection device 1 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a fluid ejecting apparatus 1 includes a fluid container 10 that stores fluid as a basic configuration, a pump 20 that generates a constant pressure and supplies fluid to a pulsation generating unit 100, and a control unit that controls fluid ejection. 30 and a pulsation generator 100 that pulsates and flows the fluid supplied from the pump 20. In the present embodiment, the control unit 30 and the pump 20 are configured as an integral unit, and the control unit 30 and the pulsation generating unit 100 are connected by signal lines for inputting and outputting various signals.

(流体経路の構成)
初めに、流体噴射装置1の流体経路の構成について説明する。
本実施形態において、脈動発生部100は、圧電素子によって発生させた圧力によって流体を噴射する流体噴射ユニットを構成している。なお、流体噴射ユニットは、液体噴射装置1をウォーターパルスメスとして構成した場合、手術等において術者が把持して使用するハンドピースに相当する。
脈動発生部100には、細いパイプ状の接続流路管200が接続され、接続流路管200の先端部には流路が縮小されたノズル211が挿着されている。
なお、接続流路管200を備えることなく、出口流路の2つの端部のうち、流体室とは反対側の端部にノズル211を挿着することも可能である。この場合、より簡素な構成とすることができる。ただし、流体噴射装置1を手術に用いる場合には、接続流路管200を備える構成とし、ハンドピース本体と流体噴射口とが一定の距離を有する構成とすることが好適である。
(Configuration of fluid path)
First, the configuration of the fluid path of the fluid ejecting apparatus 1 will be described.
In the present embodiment, the pulsation generator 100 constitutes a fluid ejecting unit that ejects fluid by pressure generated by a piezoelectric element. Note that the fluid ejecting unit corresponds to a handpiece that is grasped and used by an operator in an operation or the like when the liquid ejecting apparatus 1 is configured as a water pulse knife.
The pulsation generator 100 is connected to a thin pipe-shaped connecting flow channel pipe 200, and a nozzle 211 with a reduced flow channel is inserted into the tip of the connecting flow channel pipe 200.
In addition, it is also possible to insert the nozzle 211 in the edge part on the opposite side to a fluid chamber among the two edge parts of an exit flow path, without providing the connection flow path pipe | tube 200. FIG. In this case, a simpler configuration can be obtained. However, when the fluid ejecting apparatus 1 is used for surgery, it is preferable that the connecting channel tube 200 is provided and the handpiece body and the fluid ejecting port have a certain distance.

この流体噴射装置1における流体の流動を簡単に説明する。流体容器10に収容された流体は、接続チューブ15を介してポンプ20によって吸引され、一定の圧力で接続チューブ25を介して脈動発生部100に供給される。脈動発生部100には流体室501(図2、参照)と、この流体室501の容積変更手段とを備えており、容積変更手段を駆動して脈動を発生して、接続流路管200、ノズル211を通して流体を高速で噴射する。脈動発生部100の詳しい説明については、図2、図3を参照して後述する。
なお、圧力発生部としてはポンプ20に限らず、輸液バッグをスタンド等によって脈動発生部100よりも高い位置に保持するようにしてもよい。従って、ポンプ20は不要となり、構成を簡素化することができる他、消毒等が容易になる利点がある。
The flow of fluid in the fluid ejecting apparatus 1 will be briefly described. The fluid stored in the fluid container 10 is sucked by the pump 20 through the connection tube 15 and supplied to the pulsation generator 100 through the connection tube 25 at a constant pressure. The pulsation generating unit 100 includes a fluid chamber 501 (see FIG. 2) and a volume changing unit for the fluid chamber 501. The pulsation generating unit 100 drives the volume changing unit to generate pulsation. The fluid is ejected through the nozzle 211 at high speed. A detailed description of the pulsation generator 100 will be described later with reference to FIGS.
The pressure generating unit is not limited to the pump 20, and the infusion bag may be held at a position higher than the pulsation generating unit 100 by a stand or the like. Therefore, the pump 20 is unnecessary, and the configuration can be simplified, and there are advantages that sterilization and the like are facilitated.

ポンプ20の吐出圧力は概ね3気圧(0.3MPa)以下に設定する。また、輸液バッグを用いる場合には、脈動発生部100と輸液バッグの液上面との高度差が圧力となる。輸液バックを用いるときには0.1〜0.15気圧(0.01〜0.15MPa)程度になるように高度差を設定することが望ましい。
なお、この流体噴射装置1を用いて手術をする際には、術者が把持する部位は脈動発生部100である。従って、脈動発生部100までの接続チューブ25はできるだけ柔軟であることが好ましい。そのためには、柔軟で薄いチューブで、流体を脈動発生部100に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。
また、特に、脳手術のときのように、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25の切断等において高圧な流体が噴出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。
The discharge pressure of the pump 20 is generally set to 3 atm (0.3 MPa) or less. Moreover, when using an infusion bag, the altitude difference between the pulsation generator 100 and the top surface of the infusion bag is the pressure. When using an infusion bag, it is desirable to set the altitude difference so as to be about 0.1 to 0.15 atm (0.01 to 0.15 MPa).
In addition, when performing an operation using the fluid ejecting apparatus 1, the part grasped by the operator is the pulsation generator 100. Therefore, it is preferable that the connection tube 25 up to the pulsation generator 100 be as flexible as possible. For this purpose, it is preferable that the pressure is reduced within a range in which fluid can be sent to the pulsation generator 100 with a flexible and thin tube.
In particular, when there is a possibility that a failure of the device may cause a serious accident as in the case of brain surgery, it is necessary to avoid a high-pressure fluid from being ejected when the connection tube 25 is disconnected. Therefore, it is required to keep the pressure low.

次に、本実施形態による脈動発生部100の構造について説明する。
図2は、本実施形態に係る脈動発生部100の構造を示す図であり、(a)は断面図、(b)は分解図である。なお、図2(a)は、後述する図3におけるA−A’断面図である。
図2において、脈動発生部100には、流体の脈動を発生する脈動発生手段を含み、流体を吐出する流路としての接続流路201を有する接続流路管200が接続されている。
脈動発生部100は、上ケース500と下ケース301とをそれぞれ対向する面において接合され、4本の固定螺子(図示は省略)によって螺着されている。下ケース301は、鍔部を有する筒状部材であって、一方の端部は底板311で密閉されている。この下ケース301の内部空間に圧電素子401が配設される。
Next, the structure of the pulsation generator 100 according to the present embodiment will be described.
2A and 2B are diagrams showing the structure of the pulsation generator 100 according to the present embodiment, where FIG. 2A is a cross-sectional view and FIG. 2B is an exploded view. 2A is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 3 to be described later.
In FIG. 2, a pulsation generating unit 100 is connected to a connection flow channel pipe 200 that includes a pulsation generation unit that generates a pulsation of fluid and has a connection flow channel 201 as a flow channel for discharging fluid.
The pulsation generator 100 is joined to the upper case 500 and the lower case 301 on the opposing surfaces, and is screwed by four fixing screws (not shown). The lower case 301 is a cylindrical member having a flange, and one end is sealed with a bottom plate 311. A piezoelectric element 401 is disposed in the internal space of the lower case 301.

圧電素子401は、積層型圧電素子であってアクチュエータを構成する。圧電素子401の一方の端部は上板411を介してダイアフラム400に、他方の端部は底板311の上面312に固着されている。
また、ダイアフラム400は、円盤状の金属薄板からなり、下ケース301の凹部303内において周縁部が凹部303の底面に密着固着されている。圧電素子401に駆動信号を入力することで、圧電素子401の伸張、収縮に伴いダイアフラム400を介して流体室501の容積を変更する。
ダイアフラム400の上面には、中心部に開口部を有する円盤状の金属薄板からなる補強板410が積層配設される。
The piezoelectric element 401 is a laminated piezoelectric element and constitutes an actuator. One end of the piezoelectric element 401 is fixed to the diaphragm 400 via the upper plate 411, and the other end is fixed to the upper surface 312 of the bottom plate 311.
Diaphragm 400 is formed of a disk-shaped thin metal plate, and a peripheral edge thereof is closely fixed to the bottom surface of recess 303 in recess 303 of lower case 301. By inputting a drive signal to the piezoelectric element 401, the volume of the fluid chamber 501 is changed via the diaphragm 400 as the piezoelectric element 401 expands and contracts.
On the upper surface of the diaphragm 400, a reinforcing plate 410 made of a disk-shaped thin metal plate having an opening at the center is laminated.

上ケース500は、下ケース301と対向する面の中心部に凹部が形成され、この凹部とダイアフラム400とから構成され流体が充填された状態の回転体形状が流体室501である。つまり、流体室501は、上ケース500の凹部の封止面505と内周側壁501aとダイアフラム400によって囲まれた空間である。流体室501の略中央部には出口流路511が穿設されている。
出口流路511は、流体室501から上ケース500の一方の端面から突設された出口流路管510の端部まで貫通されている。出口流路511の流体室501の封止面505との接続部は、流体抵抗を減ずるために滑らかに丸められている。
The upper case 500 is formed with a concave portion at the center of the surface facing the lower case 301, and the fluid chamber 501 is formed of the concave portion and the diaphragm 400 and filled with fluid. That is, the fluid chamber 501 is a space surrounded by the sealing surface 505 of the recess of the upper case 500, the inner peripheral side wall 501 a, and the diaphragm 400. An outlet channel 511 is formed in a substantially central portion of the fluid chamber 501.
The outlet channel 511 is penetrated from the fluid chamber 501 to the end of the outlet channel pipe 510 projecting from one end face of the upper case 500. A connection portion between the outlet channel 511 and the sealing surface 505 of the fluid chamber 501 is smoothly rounded to reduce fluid resistance.

なお、以上説明した流体室501の形状は、本実施形態(図2、参照)では、両端が封止された略円筒形状としているが、側面視して円錐形や台形、あるいは半球形状等でもよく限定されない。例えば、出口流路511と封止面505との接続部を漏斗のような形状にすれば、後述する流体室501内の気泡を排出しやすくなる。
出口流路管510には接続流路管200が接続されている。接続流路管200には接続流路201が穿設されており、接続流路201の直径は出口流路511の直径より大きい。また、接続流路管200の管部の厚さは、流体の圧力脈動を吸収しない剛性を有する範囲に形成されている。
The shape of the fluid chamber 501 described above is a substantially cylindrical shape with both ends sealed in the present embodiment (see FIG. 2), but it may be conical, trapezoidal, hemispherical, or the like when viewed from the side. It is not limited well. For example, if the connecting portion between the outlet channel 511 and the sealing surface 505 is shaped like a funnel, bubbles in the fluid chamber 501 described later can be easily discharged.
A connection channel pipe 200 is connected to the outlet channel pipe 510. A connection channel 201 is perforated in the connection channel pipe 200, and the diameter of the connection channel 201 is larger than the diameter of the outlet channel 511. Further, the thickness of the pipe portion of the connection flow path pipe 200 is formed in a range having rigidity that does not absorb the pressure pulsation of the fluid.

接続流路管200の先端部には、ノズル211が挿着されている。このノズル211には流体噴射開口部212が穿設されている。流体噴射開口部212の直径は、接続流路201の直径より小さい。
上ケース500の側面には、ポンプ20から流体を供給する接続チューブ25を挿着する入口流路管502が突設されており、入口流路管502に入口流路側の接続流路504が穿たれている。接続流路504は入口流路503に連通されている。入口流路503は、流体室501の封止面505の周縁部に溝状に形成され、流体室501に連通している。
A nozzle 211 is inserted into the distal end portion of the connection flow channel pipe 200. The nozzle 211 is formed with a fluid ejection opening 212. The diameter of the fluid ejection opening 212 is smaller than the diameter of the connection channel 201.
On the side surface of the upper case 500, an inlet channel tube 502 for inserting the connection tube 25 for supplying fluid from the pump 20 is projected, and the inlet channel tube 502 is provided with a connection channel 504 on the inlet channel side. I'm leaning. The connection channel 504 communicates with the inlet channel 503. The inlet channel 503 is formed in a groove shape on the peripheral edge of the sealing surface 505 of the fluid chamber 501 and communicates with the fluid chamber 501.

上ケース500と下ケース301との接合面において、ダイアフラム400の外周方向の離間した位置には、下ケース301側にパッキンボックス304、上ケース500側にパッキンボックス506が形成されており、パッキンボックス304,506にて形成される空間にリング状のパッキン450が装着されている。
ここで、上ケース500と下ケース301とを組立てたとき、ダイアフラム400の周縁部と補強板410の周縁部とは、上ケース500の封止面505の周縁部と下ケース301の凹部303の底面によって密接されている。この際、パッキン450は上ケース500と下ケース301によって押し圧されて、流体室501からの流体漏洩を防止している。
A packing box 304 is formed on the lower case 301 side, and a packing box 506 is formed on the upper case 500 side at positions separated from each other in the outer peripheral direction of the diaphragm 400 on the joint surface between the upper case 500 and the lower case 301. A ring-shaped packing 450 is mounted in a space formed by 304 and 506.
Here, when the upper case 500 and the lower case 301 are assembled, the peripheral portion of the diaphragm 400 and the peripheral portion of the reinforcing plate 410 are the peripheral portion of the sealing surface 505 of the upper case 500 and the concave portion 303 of the lower case 301. It is closely attached by the bottom. At this time, the packing 450 is pressed by the upper case 500 and the lower case 301 to prevent fluid leakage from the fluid chamber 501.

流体室501内は、流体吐出の際に30気圧(3MPa)以上の高圧状態となり、ダイアフラム400、補強板410、上ケース500、下ケース301それぞれの接合部において流体が僅かに漏洩することが考えられるが、パッキン450によって漏洩を阻止している。
図2に示すようにパッキン450を配設すると、流体室501から高圧で漏洩してくる流体の圧力によってパッキン450が圧縮され、パッキンボックス304,506内の壁にさらに強く押し圧するので、流体の漏洩を一層確実に阻止することができる。このことから、駆動時において流体室501内の高い圧力上昇を維持することができる。
The fluid chamber 501 is in a high pressure state of 30 atm (3 MPa) or more when fluid is discharged, and the fluid may slightly leak at the joints of the diaphragm 400, the reinforcing plate 410, the upper case 500, and the lower case 301. However, the packing 450 prevents leakage.
When the packing 450 is disposed as shown in FIG. 2, the packing 450 is compressed by the pressure of the fluid leaking from the fluid chamber 501 at a high pressure, and is further pressed against the walls in the packing boxes 304 and 506. Leakage can be more reliably prevented. From this, a high pressure rise in the fluid chamber 501 can be maintained during driving.

続いて、上ケース500に形成される入口流路503について図面を参照してさらに詳しく説明する。
図3は、入口流路503の形態を示す平面図であり、上ケース500を下ケース301との接合面側から視認した状態を表している。
図3において、入口流路503は、上ケース500の封止面505の周縁部溝状に形成されている。
入口流路503は、一方の端部が流体室501に連通し、他方の端部が接続流路504に連通している。入口流路503と接続流路504との接続部には、流体溜り507が形成されている。そして、流体溜り507と入口流路503との接続部は滑らかに丸めることによって流体抵抗を減じている。
Next, the inlet channel 503 formed in the upper case 500 will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 3 is a plan view showing the form of the inlet channel 503, and shows a state in which the upper case 500 is viewed from the joint surface side with the lower case 301.
In FIG. 3, the inlet channel 503 is formed in a peripheral groove shape of the sealing surface 505 of the upper case 500.
The inlet channel 503 has one end communicating with the fluid chamber 501 and the other end communicating with the connection channel 504. A fluid reservoir 507 is formed at a connection portion between the inlet channel 503 and the connection channel 504. The connection between the fluid reservoir 507 and the inlet channel 503 is smoothly rounded to reduce the fluid resistance.

また、入口流路503は、流体室501の内周側壁501aに対して略接線方向に向かって連通している。ポンプ20(図1、参照)から一定の圧力で供給される流体は、内周側壁501aに沿って(図中、矢印で示す方向)流動して流体室501に旋回流を発生する。旋回流は、旋回することによる遠心力で内周側壁501a側に押し付けられるとともに、流体室501内に含まれる気泡は旋回流の中心部に集中する。
そして、中心部に集められた気泡は、出口流路511から排除される。このことから、出口流路511は旋回流の中心近傍、つまり回転形状体の軸中心部に設けられることがより好ましい。従って、本実施形態において、入口流路503は旋回流発生部である。図3では、入口流路503は平面形状が湾曲されている。入口流路503は、直線で流体室501に連通させてもよいが、狭いスペースの中で所望のイナータンスを得るために、入口流路503の流路長を長くする必要性から湾曲させている。
In addition, the inlet channel 503 communicates with the inner peripheral side wall 501a of the fluid chamber 501 in a substantially tangential direction. The fluid supplied at a constant pressure from the pump 20 (see FIG. 1) flows along the inner peripheral wall 501a (in the direction indicated by the arrow in the figure) to generate a swirling flow in the fluid chamber 501. The swirling flow is pressed against the inner peripheral side wall 501a by the centrifugal force caused by swirling, and the bubbles contained in the fluid chamber 501 are concentrated at the center of the swirling flow.
Then, the bubbles collected at the center are excluded from the outlet channel 511. For this reason, it is more preferable that the outlet channel 511 is provided in the vicinity of the center of the swirling flow, that is, in the axial center portion of the rotating body. Therefore, in the present embodiment, the inlet flow path 503 is a swirl flow generator. In FIG. 3, the planar shape of the inlet channel 503 is curved. The inlet channel 503 may be communicated with the fluid chamber 501 in a straight line, but is curved from the necessity of increasing the channel length of the inlet channel 503 in order to obtain a desired inertance in a narrow space. .

なお、図2に示したように、ダイアフラム400と入口流路503が形成されている封止面505の周縁部との間には、補強板410が配設されている。補強板410を設ける意味は、ダイアフラム400の耐久性を向上することである。入口流路503の流体室501との接続部には切欠き状の接続開口部509が形成されるので、ダイアフラム400が高い周波数で駆動されたときに、接続開口部509近傍において応力集中が生じて疲労破壊を発生することが考えられる。そこで、切欠き部がない連続した開口部を有している補強板410を配設することで、ダイアフラム400に応力集中が発生しないようにしている。   In addition, as shown in FIG. 2, the reinforcement board 410 is arrange | positioned between the diaphragm 400 and the peripheral part of the sealing surface 505 in which the inlet flow path 503 is formed. The meaning of providing the reinforcing plate 410 is to improve the durability of the diaphragm 400. Since the notch-like connection opening 509 is formed in the connection portion of the inlet channel 503 with the fluid chamber 501, stress concentration occurs in the vicinity of the connection opening 509 when the diaphragm 400 is driven at a high frequency. May cause fatigue failure. Therefore, by providing the reinforcing plate 410 having a continuous opening without a notch, stress concentration does not occur in the diaphragm 400.

また、上ケース500の外周隅部には、4箇所の螺子孔500aが開設されており、この螺子孔位置において、上ケース500と下ケース301とが螺合接合される。
なお、図示は省略するが、補強板410とダイアフラム400とを接合し、一体に積層固着することができる。固着手段としては、接着剤を用いる貼着としても、固層拡散接合、溶接等を採用することが可能であるが、補強板410とダイアフラム400とが、接合面において密着されていることがより好ましい。
Further, four screw holes 500a are formed at the outer peripheral corner of the upper case 500, and the upper case 500 and the lower case 301 are screwed and joined at the screw hole positions.
Although illustration is omitted, the reinforcing plate 410 and the diaphragm 400 can be joined and integrally laminated and fixed. As an adhering means, solid layer diffusion bonding, welding, or the like can be adopted even when sticking using an adhesive, but the reinforcing plate 410 and the diaphragm 400 are more closely attached to each other at the joining surface. preferable.

(制御系統の機能構成)
続いて、流体噴射装置1の制御系統の機能構成について説明する。
本実施形態において、脈動発生部100から流体を吐出させるために圧電素子401に駆動信号が入力される場合、制御部30が流体の吐出開始から徐々に圧電素子401の出力を高めて行き、設定した時間経過後において、一定の出力となるよう制御する。
具体的には、圧電素子401に駆動信号を入力する過程を、流体の吐出開始時から流体の吐出圧力を増加させる出力増加期間と、出力増加期間に続いて一定の吐出圧力で流体を吐出する出力安定期間とによって構成している。
(Functional configuration of control system)
Next, the functional configuration of the control system of the fluid ejection device 1 will be described.
In this embodiment, when a drive signal is input to the piezoelectric element 401 in order to discharge the fluid from the pulsation generating unit 100, the control unit 30 gradually increases the output of the piezoelectric element 401 from the start of fluid discharge and sets Control is performed so that the output is constant after the elapse of time.
Specifically, in the process of inputting the drive signal to the piezoelectric element 401, the fluid is discharged at a constant discharge pressure following the output increase period in which the fluid discharge pressure is increased from the fluid discharge start time and the output increase period. And an output stabilization period.

図4は、流体噴射装置1の制御系統を示す機能構成図である。
図4において、液体噴射装置1の制御系統は、制御部30は、波形記憶部31と、信号制御部32と、電圧増幅器33とを備えている。
波形記憶部31は、圧電素子の駆動信号(ただし、増幅前の原信号)を表す各種電圧パルス波形を記憶している。
FIG. 4 is a functional configuration diagram illustrating a control system of the fluid ejecting apparatus 1.
In FIG. 4, the control system of the liquid ejection apparatus 1 includes a waveform storage unit 31, a signal control unit 32, and a voltage amplifier 33.
The waveform storage unit 31 stores various voltage pulse waveforms representing the drive signal of the piezoelectric element (however, the original signal before amplification).

図5は、波形記憶部31が記憶している電圧パルス波形の具体例を示す模式図である。なお、波形記憶部31は、デジタル値として電圧パルス波形を記憶しているが、図5においては、説明の便宜のため、アナログ形式で電圧パルス波形を示している。また、ここでは、電圧パルス波形として、負極から正極の順に振幅する正弦波を例として示している。
図5に示すように、波形記憶部31は、出力増加期間の時系列順に、小さい振幅から大きい振幅まで段階的に振幅の大きさを異ならせた複数の電圧パルス波形(以下、「初期電圧パルス波形群」と言う。)と、出力安定期間に対応する1つの電圧パルス波形(以下、「定常電圧パルス波形」と言う。)とを記憶している。初期電圧パルス波形群の振幅は、小さいものから段階的に大きくなり、最大のものが定常電圧パルス波形の振幅より一段小さい値となるように設定されている。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a specific example of a voltage pulse waveform stored in the waveform storage unit 31. The waveform storage unit 31 stores the voltage pulse waveform as a digital value. However, in FIG. 5, the voltage pulse waveform is shown in an analog format for convenience of explanation. Further, here, as the voltage pulse waveform, a sine wave that amplitudes from the negative electrode to the positive electrode is shown as an example.
As shown in FIG. 5, the waveform storage unit 31 includes a plurality of voltage pulse waveforms (hereinafter referred to as “initial voltage pulses”) whose amplitudes are changed stepwise from a small amplitude to a large amplitude in time series of the output increase period. And a single voltage pulse waveform corresponding to the output stabilization period (hereinafter referred to as “steady voltage pulse waveform”). The amplitude of the initial voltage pulse waveform group is set so as to increase stepwise from a small value, and the maximum value is set to a value smaller by one step than the amplitude of the steady voltage pulse waveform.

なお、上述の通り、図5に示す電圧パルス波形は模式図であり、波形記憶部31の記憶領域には、出力増加期間の時系列に沿って、図5に示す初期電圧パルス波形群の各電圧パルス波形を示す電圧値と、出力安定期間の定常電圧パルス波形を示す電圧値とが、所定時間(サンプリング間隔)毎のデジタル値として記憶されている。
電圧パルス波形をデジタル値として波形記憶部31に記憶しておくことで、初期電圧パルス波形群の特性(振幅の変化のさせ方や印加する周波数等)を、記憶内容を書き換えることによって容易に変更することができる。
As described above, the voltage pulse waveform shown in FIG. 5 is a schematic diagram. In the storage area of the waveform storage unit 31, each of the initial voltage pulse waveform groups shown in FIG. The voltage value indicating the voltage pulse waveform and the voltage value indicating the steady voltage pulse waveform during the output stabilization period are stored as digital values for each predetermined time (sampling interval).
By storing the voltage pulse waveform as a digital value in the waveform storage unit 31, the characteristics of the initial voltage pulse waveform group (how to change the amplitude, applied frequency, etc.) can be easily changed by rewriting the stored contents. can do.

信号制御部32は、流体噴射装置1全体を制御する機能を有している。具体的には、信号制御部32は、後述する吐出制御処理を実行し、不図示のフットスイッチ等から流体の吐出開始を指示する吐出開始信号が入力されると、吐出開始から出力増加期間内は徐々に吐出圧力を高めていき、出力増加期間が経過した後、出力安定期間となると一定の吐出圧力とする吐出制御を行う。
具体的には、信号制御部32は、吐出開始信号が入力されると、波形記憶部31から初期電圧パルス波形群の各電圧パルス波形と、定常電圧パルス波形とを読み出す。そして、読み出した各電圧パルス波形を示すデジタル信号(増幅前の原信号)を、設定された時系列順に電圧増幅器33に出力する。
The signal control unit 32 has a function of controlling the entire fluid ejection device 1. Specifically, the signal control unit 32 executes a discharge control process to be described later, and when a discharge start signal instructing the start of fluid discharge is input from a foot switch (not shown) or the like, within the output increase period from the discharge start. The discharge pressure is gradually increased, and after the output increase period has elapsed, discharge control is performed to maintain a constant discharge pressure when the output stabilization period is reached.
Specifically, when the ejection start signal is input, the signal control unit 32 reads out each voltage pulse waveform of the initial voltage pulse waveform group and the steady voltage pulse waveform from the waveform storage unit 31. Then, a digital signal (original signal before amplification) indicating each read voltage pulse waveform is output to the voltage amplifier 33 in the set time series order.

即ち、信号制御部32は、流体の吐出開始時、初期電圧パルス波形群の各電圧パルス波形を、振幅の小さいものから順に電圧増幅器33に出力し、続いて、定常電圧パルス波形を電圧増幅器33に出力する。その後、信号制御部32は、吐出開始信号が入力されている間、定常電圧パルス波形を繰り返し電圧増幅器33に出力する。
なお、吐出開始信号は、対象部位の切開等を行う際、流体噴射装置1から流体の噴射を開始させるために術者がスイッチを操作して入力する信号である。
電圧増幅器33は、例えばプッシュプル回路を備える増幅器によって構成され、信号制御部32から入力された電圧パルス波形のデジタル信号をアナログ信号に変換し、そのアナログ信号を増幅して脈動発生部100の圧電素子401に印加する。
That is, the signal control unit 32 outputs each voltage pulse waveform of the initial voltage pulse waveform group to the voltage amplifier 33 in descending order of amplitude at the start of fluid discharge, and subsequently outputs the steady voltage pulse waveform to the voltage amplifier 33. Output to. Thereafter, the signal control unit 32 repeatedly outputs a steady voltage pulse waveform to the voltage amplifier 33 while the ejection start signal is input.
The discharge start signal is a signal that is input by an operator operating a switch in order to start fluid ejection from the fluid ejection device 1 when performing incision or the like of a target site.
The voltage amplifier 33 is configured by, for example, an amplifier including a push-pull circuit, converts a digital signal having a voltage pulse waveform input from the signal control unit 32 into an analog signal, amplifies the analog signal, and outputs the piezoelectric of the pulsation generation unit 100. Applied to the element 401.

(動作)
次に、本実施形態における動作について説明する。
(流体噴射装置1の制御動作)
図6は、信号制御部32が実行する吐出制御処理を示すフローチャートである。
吐出制御処理は、流体噴射装置1の電源投入と共に実行が開始され、電源投入中は繰り返し実行される。
図6において、吐出制御処理が開始されると、信号制御部32は、吐出開始信号が入力されているか否かの判定を行い(ステップS1)、吐出開始信号が入力されていないと判定した場合、ステップS1の処理を繰り返す。
(Operation)
Next, the operation in this embodiment will be described.
(Control operation of fluid ejecting apparatus 1)
FIG. 6 is a flowchart showing the discharge control process executed by the signal control unit 32.
The discharge control process is started when the fluid ejection device 1 is turned on, and is repeatedly executed while the power is turned on.
In FIG. 6, when the discharge control process is started, the signal control unit 32 determines whether or not the discharge start signal is input (step S1), and determines that the discharge start signal is not input. The process of step S1 is repeated.

一方、ステップS1において、吐出開始信号が入力されていると判定した場合、信号制御部32は、電圧パルス波形の順番を示すパラメータiに初期値として“1”を設定(i=1)する(ステップS2)。
次に、信号制御部32は、波形記憶部31に記憶された初期電圧パルス波形群のうち、時系列における第i番目の電圧パルス波形を読み出す(ステップS3)。
そして、信号制御部32は、読み出した電圧パルス波形を示すデジタル信号を電圧増幅器33に出力する(ステップS4)。
On the other hand, when it is determined in step S1 that the ejection start signal is input, the signal control unit 32 sets “1” as an initial value (i = 1) to the parameter i indicating the order of the voltage pulse waveform (i = 1) ( Step S2).
Next, the signal control unit 32 reads the i-th voltage pulse waveform in the time series from the initial voltage pulse waveform group stored in the waveform storage unit 31 (step S3).
Then, the signal control unit 32 outputs a digital signal indicating the read voltage pulse waveform to the voltage amplifier 33 (step S4).

さらに、信号制御部32は、パラメータiが初期電圧パルス波形群に含まれる電圧パルス波形の個数imaxと一致しているか否かの判定を行う(ステップS5)。即ち、ステップS5では、初期電圧パルス波形群の電圧パルス波形全てが出力されたか否かが判定される。
ステップS5において、パラメータiがimaxに一致していないと判定した場合、信号制御部32は、パラメータiを“1”インクリメント(i=i+1)して(ステップS6)、ステップS3の処理に移行する。
一方、ステップS5において、パラメータiがimaxに一致していると判定した場合、信号制御部32は、波形記憶部31に記憶された定常電圧パルス波形を読み出し(ステップS7)、読み出した定常電圧パルス波形を示すデジタル信号を電圧増幅器33に出力する(ステップS8)。
Further, the signal control unit 32 determines whether or not the parameter i matches the number imax of voltage pulse waveforms included in the initial voltage pulse waveform group (step S5). That is, in step S5, it is determined whether or not all voltage pulse waveforms of the initial voltage pulse waveform group have been output.
If it is determined in step S5 that the parameter i does not match imax, the signal control unit 32 increments the parameter i by “1” (i = i + 1) (step S6), and the process proceeds to step S3. .
On the other hand, if it is determined in step S5 that the parameter i matches imax, the signal control unit 32 reads the steady voltage pulse waveform stored in the waveform storage unit 31 (step S7), and reads the read steady voltage pulse. A digital signal indicating the waveform is output to the voltage amplifier 33 (step S8).

次いで、信号制御部32は、吐出開始信号の入力が中止されたか否かの判定を行い(ステップS9)、吐出開始信号の入力が中止されていないと判定した場合、信号制御部32は、ステップS8の処理に移行し、吐出開始信号の入力が中止されたと判定した場合、吐出制御処理を繰り返す。
吐出制御処理が実行されることにより、吐出開始直後は低い吐出圧力で流体を吐出し、徐々に吐出圧力を高めて所定の吐出圧力とすることができる。
Next, the signal control unit 32 determines whether or not the input of the discharge start signal is stopped (step S9), and when it is determined that the input of the discharge start signal is not stopped, the signal control unit 32 When the process proceeds to S8 and it is determined that the input of the discharge start signal is stopped, the discharge control process is repeated.
By executing the discharge control process, the fluid can be discharged at a low discharge pressure immediately after the start of discharge, and the discharge pressure can be gradually increased to a predetermined discharge pressure.

(流体噴射装置1全体の動作)
続いて、上記制御動作が行われた場合の流体噴射装置1全体の動作について説明する。
本実施形態の脈動発生部100の流体吐出は、入口流路側のイナータンスL1(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(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。
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。
(Operation of fluid ejecting apparatus 1 as a whole)
Next, the overall operation of the fluid ejection device 1 when the above control operation is performed will be described.
The fluid discharge of the pulsation generating unit 100 of the present embodiment is performed by the difference between the inertance L1 on the inlet channel side (sometimes referred to as the synthetic inertance L1) and the inertance L2 on the outlet channel side (sometimes referred to as the synthetic inertance L2). Is called.
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。
なお、入口流路側のイナータンスL1は、接続流路504が入口流路503に対して直径が十分大きく設定されているので、イナータンスL1は、入口流路503の範囲において算出される。この際、ポンプ20と入口流路を接続する接続チューブは柔軟性を有するため、イナータンスL1の算出から削除してもよい。
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.
The inertance L1 on the inlet flow path side is calculated in the range of the inlet flow path 503 because the connection flow path 504 is set to have a sufficiently large diameter with respect to the inlet flow path 503. At this time, since the connection tube connecting the pump 20 and the inlet channel has flexibility, it may be deleted from the calculation of the inertance L1.

また、出口流路側のイナータンスL2は、接続流路201の直径が出口流路よりもはるかに大きく、接続流路管200の管部(管壁)の厚さが薄いためイナータンスL2への影響は軽微である。従って、出口流路側のイナータンスL2は出口流路511のイナータンスに置き換えてもよい。
なお、接続流路管200の管壁の厚さは、流体の圧力伝播には十分な剛性を有している。
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503の流路長及び断面積、出口流路511の流路長及び断面積を設定する。
Further, the inertance L2 on the outlet flow channel side has a much larger diameter of the connection flow channel 201 than the outlet flow channel, and the pipe portion (tube wall) of the connection flow channel pipe 200 has a small thickness. Minor. Therefore, the inertance L2 on the outlet channel side may be replaced with the inertance of the outlet channel 511.
Note that the thickness of the pipe wall of the connection flow path pipe 200 has sufficient rigidity for the pressure propagation of the fluid.
In this embodiment, the flow path length and cross-sectional area of the inlet flow path 503 and the flow path length and cross-sectional area of the outlet flow path 511 are such that the inertance L1 on the inlet flow path side is larger than the inertance L2 on the outlet flow path side. Set.

次に、脈動発生部100の動作について説明する。
ポンプ20によって入口流路503には、常に一定圧力の液圧で流体が供給されている。その結果、圧電素子401が動作を行わない場合、ポンプ20の吐出力と入口流路側全体の流体抵抗値の差によって流体は流体室501内に流動する。
ここで、フットスイッチ等の操作により、制御部30に吐出開始信号が入力されたとする。
このとき、吐出制御処理を実行する信号制御部32によって、波形記憶部31から初期電圧パルス波形群の電圧パルス波形が順次読み出され、電圧増幅器33を経て圧電素子401に印加される。
Next, the operation of the pulsation generator 100 will be described.
The fluid is always supplied to the inlet channel 503 by the pump 20 at a constant hydraulic pressure. As a result, when the piezoelectric element 401 does not operate, the fluid flows into the fluid chamber 501 due to the difference between the discharge force of the pump 20 and the fluid resistance value of the entire inlet channel side.
Here, it is assumed that a discharge start signal is input to the control unit 30 by an operation of a foot switch or the like.
At this time, the voltage pulse waveform of the initial voltage pulse waveform group is sequentially read from the waveform storage unit 31 by the signal control unit 32 that executes the discharge control process, and is applied to the piezoelectric element 401 through the voltage amplifier 33.

これにより、出力増加期間において、小さい振幅から大きい振幅まで段階的に振幅の大きさを異ならせた電圧パルス波形が、順に圧電素子401に印加される。
また、続いて、信号制御部32によって、波形記憶部31から定常電圧パルス波形が読み出され、電圧増幅器33を経て圧電素子401に繰り返し印加される。
そして、これらの電圧パルス波形が圧電素子401に入力され、急激に圧電素子401が伸張すると、流体室501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十気圧に達する。
As a result, during the output increase period, voltage pulse waveforms whose amplitudes are gradually changed from a small amplitude to a large amplitude are sequentially applied to the piezoelectric element 401.
Subsequently, the steady voltage pulse waveform is read from the waveform storage unit 31 by the signal control unit 32 and repeatedly applied to the piezoelectric element 401 through the voltage amplifier 33.
When these voltage pulse waveforms are input to the piezoelectric element 401 and the piezoelectric element 401 expands suddenly, the pressure in the fluid chamber 501 is such that the inertances L1 and L2 on the inlet channel side and the outlet channel side are sufficiently large. If it has, it will rise rapidly and reach several tens of atmospheres.

この圧力は、入口流路503に加えられていたポンプ20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501内への流体の流入はその圧力によって減少し、出口流路511からの流出は増加する。従って、前述した特許文献1による流体噴射装置のような、入口流路側に設けられる逆止弁は必要ない。
しかし、入口流路503のイナータンスL1は、出口流路511のイナータンスL2よりも大きいため、入口流路503から流体が流体室501へ流入する流量の減少量よりも、出口流路から吐出される流体の増加量のほうが大きいため、接続流路201にパルス状の流体吐出、つまり、脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管200内を伝播して、先端のノズル211の流体噴射開口部212から流体が噴射される。
Since this pressure is much larger than the pressure by the pump 20 applied to the inlet channel 503, the inflow of fluid from the inlet channel side into the fluid chamber 501 is reduced by the pressure, and the outflow from the outlet channel 511. Will increase. Therefore, the check valve provided on the inlet channel side as in the fluid ejecting apparatus according to Patent Document 1 described above is not necessary.
However, since the inertance L1 of the inlet channel 503 is larger than the inertance L2 of the outlet channel 511, the inertance L1 is discharged from the outlet channel more than the reduction amount of the flow rate of fluid flowing from the inlet channel 503 into the fluid chamber 501. Since the increase amount of the fluid is larger, a pulsed fluid discharge, that is, a pulsating flow is generated in the connection channel 201. The pressure fluctuation at the time of discharge propagates through the connection flow channel pipe 200, and the fluid is ejected from the fluid ejection opening 212 of the nozzle 211 at the tip.

ここで、ノズル211の流体噴射開口部212の直径は、出口流路511の直径よりも小さいので、流体は、さらに高圧、高速のパルス状の液滴として噴射される。
一方、流体室501内は、入口流路503からの流体流入量の減少と出口流路511からの流体流出の増加との相互作用で、圧力上昇直後に真空状態となる。その結果、ポンプ20の圧力と、流体室501内の真空状態の双方によって一定時間経過後、入口流路503の流体は圧電素子401の動作前と同様な速度で流体室501内に向かう流れが復帰する。
入口流路503内の流体の流動が復帰した後、圧電素子401の伸張があれば、ノズル211からの脈動流を継続して噴射することができる。
Here, since the diameter of the fluid ejection opening 212 of the nozzle 211 is smaller than the diameter of the outlet channel 511, the fluid is ejected as a high-pressure, high-speed pulsed droplet.
On the other hand, the inside of the fluid chamber 501 is in a vacuum state immediately after the pressure rises due to the interaction between the decrease in the fluid inflow amount from the inlet channel 503 and the increase in the fluid outflow from the outlet channel 511. As a result, after a predetermined time has elapsed due to both the pressure of the pump 20 and the vacuum state in the fluid chamber 501, the fluid in the inlet channel 503 flows toward the fluid chamber 501 at the same speed as before the operation of the piezoelectric element 401. Return.
After the fluid flow in the inlet channel 503 is restored, the pulsating flow from the nozzle 211 can be continuously ejected if the piezoelectric element 401 expands.

続いて、流体室501内の気泡の排除動作について説明する。
上述した脈動発生部100の動作において、流体室501が、略回転体形状を有し旋回流発生部としての入口流路503を備えていることと、出口流路511が略回転体形状の回転軸近傍に開設されていることから、流体室501内において旋回流が発生し、流体内に含まれる気泡は速やかに出口流路511から外部に排出される。
従って、圧電素子401による流体室501の微小な容積変化においても、気泡によって圧力変動が阻害されることなく、十分な圧力上昇が得られる。
Next, the operation for removing bubbles in the fluid chamber 501 will be described.
In the operation of the pulsation generating unit 100 described above, the fluid chamber 501 has a substantially rotating body shape and includes an inlet channel 503 as a swirl flow generating unit, and the outlet channel 511 rotates in a substantially rotating body shape. Since it is established in the vicinity of the shaft, a swirling flow is generated in the fluid chamber 501, and the bubbles contained in the fluid are quickly discharged from the outlet channel 511 to the outside.
Therefore, even in a minute volume change of the fluid chamber 501 by the piezoelectric element 401, a sufficient pressure increase can be obtained without hindering the pressure fluctuation by the bubbles.

従って、前述した第1実施形態によれば、ポンプ20により一定圧力で入口流路503に流体を供給するため、脈動発生部100の駆動を停止した状態においても入口流路503及び流体室501に流体を供給するため、呼び水動作をしなくても初期動作を開始することができる。
また、出口流路511の直径よりも縮小された流体噴射開口部212から流体を噴出するため、液圧を出口流路511内よりも高めることから、高速の流体噴射を可能にする。
さらに、接続流路管200が、流体室501から流動される流体の脈動を流体噴射開口部212に伝達し得る剛性を有しているので、脈動発生部100からの流体の圧力伝播を妨げず、所望の脈動流を噴射することができるという効果を有する。
Therefore, according to the first embodiment described above, the fluid is supplied to the inlet flow path 503 by the pump 20 at a constant pressure, and therefore, the inlet flow path 503 and the fluid chamber 501 are placed in the state where the driving of the pulsation generator 100 is stopped. Since the fluid is supplied, the initial operation can be started without performing the priming operation.
In addition, since the fluid is ejected from the fluid ejection opening 212 that is smaller than the diameter of the outlet channel 511, the fluid pressure is higher than that in the outlet channel 511, thereby enabling high-speed fluid ejection.
Furthermore, since the connecting flow channel pipe 200 has rigidity capable of transmitting the pulsation of the fluid flowing from the fluid chamber 501 to the fluid ejection opening 212, the pressure propagation of the fluid from the pulsation generating unit 100 is not hindered. The desired pulsating flow can be injected.

また、入口流路503のイナータンスを、出口流路511のイナータンスよりも大きく設定していることから、入口流路503から流体室501への流体の流入量の減少よりも大きい流出量の増加が出口流路511に発生し、接続流路管200内にパルス状の流体吐出を行うことができる。従って、前述した特許文献1のように入口流路503側に逆止弁を設けなくてもよく、脈動発生部100の構造を簡素化できるとともに、内部の洗浄が容易になる他、逆止弁を用いることに起因する耐久性の不安を排除することができるという効果がある。
なお、入口流路503及び出口流路511双方のイナータンスを十分大きく設定することにより、流体室501の容積を急激に縮小すれば、流体室501内の圧力を急激に上昇させることができる。
Further, since the inertance of the inlet channel 503 is set to be larger than the inertance of the outlet channel 511, the increase in the outflow amount is larger than the decrease in the inflow amount of fluid from the inlet channel 503 to the fluid chamber 501. It is generated in the outlet channel 511, and pulsed fluid can be discharged into the connection channel tube 200. Therefore, it is not necessary to provide a check valve on the inlet flow path 503 side as in Patent Document 1 described above, the structure of the pulsation generating unit 100 can be simplified, the inside can be easily cleaned, and the check valve There is an effect that durability anxiety caused by using can be eliminated.
If the volume of the fluid chamber 501 is rapidly reduced by setting the inertance of both the inlet channel 503 and the outlet channel 511 sufficiently large, the pressure in the fluid chamber 501 can be rapidly increased.

また、容積変更手段として圧電素子401とダイアフラム400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501の容積変化の最大周波数を1KHz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。
また、旋回流発生部により流体室501内の流体に旋回流を発生させることで、流体を遠心力により流体室の外周方向に押しやり、旋回流の中心部、つまり、略回転体形状の軸近傍に流体に含まれる気泡が集中し、略回転体形状の軸の近傍に設けられる出口流路511から気泡を排除することができる。このことから、流体室501内に気泡が滞留することによる圧力振幅の低下を防止することができ、脈動発生部100の安定した駆動を継続することができる。
Further, by adopting a structure in which the piezoelectric element 401 and the diaphragm 400 are employed as the volume changing means, the structure can be simplified and the size can be reduced accordingly. Moreover, the maximum frequency of volume change of the fluid chamber 501 can be set to a high frequency of 1 KHz or more, which is optimal for high-speed pulsating flow injection.
Further, by generating a swirling flow in the fluid in the fluid chamber 501 by the swirling flow generating portion, the fluid is pushed in the outer peripheral direction of the fluid chamber by centrifugal force, and the center portion of the swirling flow, that is, a shaft having a substantially rotating body shape. Air bubbles contained in the fluid are concentrated in the vicinity, and the air bubbles can be eliminated from the outlet channel 511 provided in the vicinity of the substantially rotating body-shaped shaft. From this, it is possible to prevent the pressure amplitude from decreasing due to the bubbles remaining in the fluid chamber 501, and to continue the stable driving of the pulsation generator 100.

さらに、旋回流発生部を入口流路503により形成していることから、専用の旋回流発生部を用いることなく旋回流を発生させることができる。
また、流体室501の封止面505の外周縁部に、溝形状の入口流路503を形成しているので、部品数を増やすことなく旋回流発生部としての入口流路503を形成することができる。
また、ダイアフラム400の上面に補強板410を備えていることにより、ダイアフラム400は補強板410の開口部外周を支点として駆動するため、応力集中が発生しにくく、ダイアフラム400の耐久性を向上させることができる。
Furthermore, since the swirl flow generating part is formed by the inlet flow path 503, the swirl flow can be generated without using a dedicated swirl flow generating part.
In addition, since the groove-shaped inlet channel 503 is formed at the outer peripheral edge of the sealing surface 505 of the fluid chamber 501, the inlet channel 503 as a swirl flow generating unit can be formed without increasing the number of components. Can do.
In addition, since the diaphragm 400 is provided on the upper surface of the diaphragm 400, the diaphragm 400 is driven using the outer periphery of the opening of the reinforcement plate 410 as a fulcrum, so that stress concentration hardly occurs and the durability of the diaphragm 400 is improved. Can do.

なお、補強板410のダイアフラム400との接合面の角部を丸めておけば、一層、ダイアフラム400の応力集中を緩和することができる。
また、補強板410とダイアフラム400とを積層し、一体に固着すれば、脈動発生部100の組立性を向上させることができる他、ダイアフラム400の外周縁部の補強効果もある。
また、ポンプ20から流体を供給する入口側の接続流路504と入口流路503との接続部に、流体を滞留する流体溜り507を設けているために、接続流路504のイナータンスが入口流路503に与える影響を抑制することができる。
If the corners of the joint surface of the reinforcing plate 410 with the diaphragm 400 are rounded, the stress concentration of the diaphragm 400 can be further reduced.
Further, if the reinforcing plate 410 and the diaphragm 400 are laminated and fixed together, the assemblability of the pulsation generating unit 100 can be improved and the outer peripheral edge of the diaphragm 400 can be reinforced.
In addition, since the fluid reservoir 507 for retaining fluid is provided at the connection portion between the inlet-side connection flow path 504 and the inlet flow path 503 for supplying fluid from the pump 20, the inertance of the connection flow path 504 causes the inlet flow to flow. The influence on the path 503 can be suppressed.

さらに、上ケース500と下ケース301との接合面において、ダイアフラム400の外周方向離間した位置にリング状のパッキン450を備えているために、流体室501からの流体の漏洩を防止し、流体室501内の圧力低下を防止することができる。
以上のように、本実施形態に係る流体噴射装置1は、初期電圧パルス波形群および定常電圧パルス波形を記憶する波形記憶部31を備えている。そして、流体が吐出される場合、出力増加期間において初期電圧パルス波形群の電圧パルス波形が順に圧電素子401に印加され、その後、出力安定期間において、定常電圧パルス波形が繰り返し圧電素子401に印加される。
Furthermore, since the ring-shaped packing 450 is provided at a position spaced apart in the outer peripheral direction of the diaphragm 400 on the joint surface between the upper case 500 and the lower case 301, fluid leakage from the fluid chamber 501 is prevented, and the fluid chamber It is possible to prevent a pressure drop in the 501.
As described above, the fluid ejection device 1 according to this embodiment includes the waveform storage unit 31 that stores the initial voltage pulse waveform group and the steady voltage pulse waveform. When the fluid is discharged, the voltage pulse waveform of the initial voltage pulse waveform group is sequentially applied to the piezoelectric element 401 during the output increase period, and then the steady voltage pulse waveform is repeatedly applied to the piezoelectric element 401 during the output stabilization period. The

したがって、流体の吐出が行われる際、低い吐出圧力から徐々に高い吐出圧力に変化するため、吐出開始時に切開または切除の深さが増大する事態を防止することができる。
即ち、本発明によれば、流体を噴射して対象部位を切開または切除する流体噴射装置において、吐出開始時に切開または切除の深さが増大する事態を防止することが可能となる。
なお、本実施形態においては、電圧パルス波形を負極から正極に振幅する正弦波であるものとして説明したが、電圧パルス波形の具体的形態は、正弦波以外のものとすることが可能である。
Therefore, when the fluid is discharged, the discharge pressure gradually changes from a low discharge pressure to a high discharge pressure, so that a situation where the depth of incision or excision increases at the start of discharge can be prevented.
That is, according to the present invention, it is possible to prevent a situation in which the depth of incision or excision increases at the start of ejection in a fluid ejecting apparatus that incises or excises a target site by ejecting fluid.
In the present embodiment, the voltage pulse waveform has been described as a sine wave that swings from the negative electrode to the positive electrode. However, the specific form of the voltage pulse waveform may be other than a sine wave.

図7は、振幅が徐々に大きくなるインパルス状波形(例えば正弦波の正極側を切り出した波形)を初期電圧パルス波形群とした場合を示す模式図である。
図7に示すように、電圧パルス波形として印加するインパルス状波形の振幅を徐々に大きくすることによっても、出力増加期間において、流体の吐出圧力を徐々に高めることができる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a case where an impulse waveform (for example, a waveform obtained by cutting out the positive side of a sine wave) whose amplitude gradually increases is used as an initial voltage pulse waveform group.
As shown in FIG. 7, the fluid discharge pressure can be gradually increased in the output increase period by gradually increasing the amplitude of the impulse waveform applied as the voltage pulse waveform.

(応用例1)
第1実施形態においては、初期電圧パルス波形群として、出力増加期間の時系列順に、小さい振幅から大きい振幅まで段階的に振幅の大きさを異ならせた複数の電圧パルス波形を圧電素子401に印加する場合を例に挙げて説明したが、電圧パルス波形において変化させる特性は振幅以外のものとすることができる。
図8は、スルーレートが徐々に高くなる三角波を初期電圧パルス波形群とした場合を示す模式図である。
(Application 1)
In the first embodiment, as the initial voltage pulse waveform group, a plurality of voltage pulse waveforms whose amplitudes are gradually changed from a small amplitude to a large amplitude are applied to the piezoelectric element 401 in time series of the output increase period. However, the characteristics to be changed in the voltage pulse waveform can be other than the amplitude.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a case where a triangular wave whose slew rate gradually increases is an initial voltage pulse waveform group.

ここで、スルーレートは、時間を横軸、電圧を縦軸としたときの電圧波形において、電圧の傾きとして定義される。
図8において、各三角波は負極から正極の順に振幅する波形を有しており、負極の最大振幅から正極の最大振幅に至る電圧変化領域(以下、「伸張部」と言う。)が、圧電素子401によって流体室501の容積が縮小される領域となる。
本応用例1においては、出力増加期間中に印加される電圧パルス波形は、伸張部のスルーレート(傾き)が第1波から順に大きくなっている。
Here, the slew rate is defined as the slope of the voltage in the voltage waveform with time on the horizontal axis and voltage on the vertical axis.
In FIG. 8, each triangular wave has a waveform that amplitudes in the order from the negative electrode to the positive electrode, and a voltage change region (hereinafter referred to as “extension portion”) from the maximum amplitude of the negative electrode to the maximum amplitude of the positive electrode. 401 is an area where the volume of the fluid chamber 501 is reduced.
In the first application example, in the voltage pulse waveform applied during the output increase period, the slew rate (slope) of the expansion portion increases in order from the first wave.

また、図9は、スルーレートが徐々に高くなるインパルス状波形を初期電圧パルス波形群とした場合を示す模式図である。
図9に示すように、三角波の他、インパルス状波形の場合にも、伸張部のスルーレートを徐々に高くすることができる。
このように、電圧パルス波形のスルーレートを徐々に大きくすることによって、流体の吐出圧力を徐々に高めることができる。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a case where an impulse waveform having a gradually increasing slew rate is used as an initial voltage pulse waveform group.
As shown in FIG. 9, the slew rate of the expansion portion can be gradually increased in the case of an impulse waveform in addition to the triangular wave.
In this way, the fluid discharge pressure can be gradually increased by gradually increasing the slew rate of the voltage pulse waveform.

(応用例2)
また、出力増加期間に電圧パルス波形において変化させる特性は、振幅やスルーレートの他、周波数とすることも可能である。
図10は、周波数が徐々に高くなる三角波を初期電圧パルス波形群とした場合を示す模式図である。
図10において、各三角波は負極から正極の順に振幅する波形を有しており、出力増加期間中に印加される電圧パルス波形は、周波数が第1波から順に高くなっている。
このように、電圧パルス波形の周波数を徐々に高くすることによって、流体の吐出圧力を徐々に高めることができる。
(Application example 2)
Further, the characteristic to be changed in the voltage pulse waveform during the output increase period can be a frequency in addition to the amplitude and the slew rate.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a case where a triangular wave with a gradually increasing frequency is used as an initial voltage pulse waveform group.
In FIG. 10, each triangular wave has a waveform that amplitudes in the order from the negative electrode to the positive electrode, and the frequency of the voltage pulse waveform applied during the output increase period increases in order from the first wave.
Thus, the fluid discharge pressure can be gradually increased by gradually increasing the frequency of the voltage pulse waveform.

(応用例3)
出力増加期間において印加される複数の電圧パルス波形間に平坦な信号部分が挿入されている場合、平坦な信号部分の周期を徐々に小さくすることによって、流体の吐出圧力を徐々に高めることができる。
図11は、インパルス状波形間に平坦な信号部分を有する初期電圧パルス波形群を示す模式図である。
図11において、出力増加期間における電圧パルス波形はそれぞれ同一であり、各電圧パルス波形間の平坦な信号部分の周期が、徐々に小さくなっている。
また、図12は、負極から正極の順に振幅する複数の台形波と各電圧パルス波形間に平坦な信号部分とを有する初期電圧パルス波形群を示す図である。
(Application 3)
When a flat signal portion is inserted between a plurality of voltage pulse waveforms applied in the output increase period, the fluid discharge pressure can be gradually increased by gradually reducing the period of the flat signal portion. .
FIG. 11 is a schematic diagram showing an initial voltage pulse waveform group having a flat signal portion between impulse waveforms.
In FIG. 11, the voltage pulse waveforms in the output increase period are the same, and the period of the flat signal portion between the voltage pulse waveforms gradually decreases.
FIG. 12 is a diagram showing an initial voltage pulse waveform group having a plurality of trapezoidal waves that swing in order from the negative electrode to the positive electrode and a flat signal portion between the voltage pulse waveforms.

インパルス状波形の場合の他、図12に示す波形の場合にも、電圧パルス波形間の平坦部分の周期を小さくすることにより、流体の吐出圧力を徐々に高めることができる。
図11および図12に示すように、同一の電圧パルス波形を、間隔を縮小しながら印加する場合、平坦な信号部分の長さが異なる波形を波形記憶31に記憶させて順に読み出す方法もあるが、波形記憶31には1つの電圧パルス波形を記憶して、信号制御部32が時間をカウントして印加間隔を制御しながら、同一の電圧パルス波形を繰り返し印加する方法とすることもできる。
このように、同一の電圧パルス波形を繰り返し印加する場合でも、各電圧パルス波形の間隔を徐々に小さくしながら印加することで、流体の吐出圧力を徐々に高めることができる。
In the case of the waveform shown in FIG. 12 in addition to the case of the impulse waveform, the discharge pressure of the fluid can be gradually increased by reducing the period of the flat portion between the voltage pulse waveforms.
As shown in FIGS. 11 and 12, when the same voltage pulse waveform is applied while reducing the interval, there is a method in which waveforms having different lengths of flat signal portions are stored in the waveform memory 31 and sequentially read out. The waveform storage 31 may store one voltage pulse waveform, and the signal control unit 32 may repeatedly apply the same voltage pulse waveform while counting the time and controlling the application interval.
As described above, even when the same voltage pulse waveform is repeatedly applied, the discharge pressure of the fluid can be gradually increased by applying the voltage pulse waveform while gradually decreasing the interval between the voltage pulse waveforms.

本発明の第1実施形態に係る流体噴射装置1の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fluid injection apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本実施形態に係る脈動発生部100の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the pulsation generation | occurrence | production part 100 which concerns on this embodiment. 入口流路503の形態を示す平面図である。It is a top view which shows the form of the inlet channel 503. FIG. 流体噴射装置1の制御系統を示す機能構成図である。2 is a functional configuration diagram illustrating a control system of the fluid ejection device 1. FIG. 波形記憶部31が記憶している電圧パルス波形の具体例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the specific example of the voltage pulse waveform which the waveform memory | storage part 31 has memorize | stored. 信号制御部32が実行する吐出制御処理を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a discharge control process executed by a signal control unit 32. 振幅が徐々に大きくなるインパルス状波形を初期電圧パルス波形群とした場合を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the case where the impulse waveform which an amplitude becomes large gradually is made into the initial voltage pulse waveform group. スルーレートが徐々に高くなる三角波を初期電圧パルス波形群とした場合を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the case where the triangular wave from which a slew rate becomes high gradually is made into the initial voltage pulse waveform group. スルーレートが徐々に高くなるインパルス状波形を初期電圧パルス波形群とした場合を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the case where the impulse waveform which a slew rate becomes high gradually is made into the initial voltage pulse waveform group. 周波数が徐々に高くなる三角波を初期電圧パルス波形群とした場合を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the case where the triangular wave whose frequency becomes high gradually is made into the initial voltage pulse waveform group. インパルス状波形間に平坦な信号部分を有する初期電圧パルス波形群を示す模式図である。It is a schematic diagram showing an initial voltage pulse waveform group having a flat signal portion between impulse waveforms. 負極から正極の順に振幅する複数の台形波と各電圧パルス波形間に平坦な信号部分とを有する初期電圧パルス波形群を示す図である。It is a figure which shows the initial voltage pulse waveform group which has a some trapezoid wave which amplitudes in order of a negative electrode to a positive electrode, and a flat signal part between each voltage pulse waveform.

符号の説明Explanation of symbols

1 流体噴射装置、10 流体容器、15,25 接続チューブ、20 ポンプ、30 制御部、31 波形記憶部、32 信号制御部、33 電圧増幅器、100 脈動発生部、200 接続流路管、201 接続流路、211 ノズル、212 流体噴射開口部、401 圧電素子、501 流体室、503 入口流路、511 出口流路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fluid injection apparatus, 10 Fluid container, 15, 25 Connection tube, 20 Pump, 30 Control part, 31 Waveform memory part, 32 Signal control part, 33 Voltage amplifier, 100 Pulsation generation part, 200 Connection flow path pipe, 201 Connection flow Path, 211 nozzle, 212 fluid ejection opening, 401 piezoelectric element, 501 fluid chamber, 503 inlet channel, 511 outlet channel

Claims (8)

流体が流入する流体室と、駆動信号により前記流体室の容積を変更する圧力発生素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、
前記出口流路から流出した流体を噴射する流体噴射口と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧力発生素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、流体の吐出開始後、段階的に流体の吐出圧力を増加させることを特徴とする流体噴射装置。
A pulsation generator having a fluid chamber into which fluid flows, a volume changing unit having a pressure generating element that changes the volume of the fluid chamber by a drive signal, and an inlet channel and an outlet channel communicating with the fluid chamber When,
A fluid ejection port for ejecting fluid that has flowed out of the outlet channel;
Fluid supply means for supplying fluid to the inlet channel;
Control means for applying a drive signal to the pressure generating element and controlling the change of the volume of the fluid chamber by the volume changing means;
With
The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the control means increases the fluid ejection pressure stepwise after the fluid ejection is started.
流体の吐出圧力が異なるものとなる複数の前記駆動信号の波形を記憶する波形記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記波形記憶手段に記憶された複数の前記駆動信号の波形を、流体の吐出圧力が異なるものから順に読み出して前記圧力発生素子に印加することを特徴とする請求項1記載の流体噴射装置。
Waveform storage means for storing a plurality of waveforms of the drive signals that have different fluid discharge pressures,
The said control means reads the waveform of the said some drive signal memorize | stored in the said waveform memory | storage means in an order from the thing from which the discharge pressure of a fluid differs, and applies it to the said pressure generating element. Fluid ejection device.
前記制御手段は、前記駆動信号の振幅を異ならせた波形を、振幅の小さい波形から順に前記圧力発生素子に印加することを特徴とする請求項1または2記載の流体噴射装置。   3. The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the control unit applies waveforms having different amplitudes of the drive signal to the pressure generating element in order from a waveform having a smaller amplitude. 4. 前記制御手段は、前記駆動信号のスルーレートを異ならせた波形を、スルーレートの小さい波形から順に前記圧力発生素子に印加することを特徴とする請求項1または2記載の流体噴射装置。   3. The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the control unit applies waveforms having different slew rates of the drive signals to the pressure generating elements in order from a waveform having a smaller slew rate. 前記制御手段は、前記駆動信号の周波数が時間の経過に伴って増加する波形を前記圧力発生素子に印加することを特徴とする請求項1または2記載の流体噴射装置。   The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the control unit applies a waveform in which a frequency of the driving signal increases with time to the pressure generating element. 前記制御手段は、前記駆動信号の波形間の間隔を時間の経過に伴って縮小させて前記圧力発生素子に印加することを特徴とする請求項1または2記載の流体噴射装置。   3. The fluid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the control unit reduces the interval between the waveforms of the drive signals with the passage of time and applies it to the pressure generating element. 流体が流入する流体室と、駆動信号により前記流体室の容積を変更する圧力発生素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、
前記出口流路から流出した流体を噴射する流体噴射口と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧力発生素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
を備える流体噴射装置の制御方法であって、
流体の吐出開始後、段階的に流体の吐出圧力を増加させる出力増加ステップを含むことを特徴とする流体噴射装置の制御方法。
A pulsation generator having a fluid chamber into which fluid flows, a volume changing unit having a pressure generating element that changes the volume of the fluid chamber by a drive signal, and an inlet channel and an outlet channel communicating with the fluid chamber When,
A fluid ejection port for ejecting fluid that has flowed out of the outlet channel;
Fluid supply means for supplying fluid to the inlet channel;
Control means for applying a drive signal to the pressure generating element and controlling the change of the volume of the fluid chamber by the volume changing means;
A control method of a fluid ejection device comprising:
A control method for a fluid ejecting apparatus, comprising: an output increasing step for gradually increasing a fluid discharge pressure after the start of fluid discharge.
流体が流入する流体室と、駆動信号により前記流体室の容積を変更する圧力発生素子を備えた容積変更手段と、前記流体室に連通する入口流路および出口流路と、を有する脈動発生部と、
前記出口流路から流出した流体を噴射する流体噴射口と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記圧力発生素子に駆動信号を印加し、前記容積変更手段による前記流体室の容積の変更を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、流体の吐出開始後、段階的に流体の吐出圧力を増加させることを特徴とする手術装置。
A pulsation generator having a fluid chamber into which fluid flows, a volume changing unit having a pressure generating element that changes the volume of the fluid chamber by a drive signal, and an inlet channel and an outlet channel communicating with the fluid chamber When,
A fluid ejection port for ejecting fluid that has flowed out of the outlet channel;
Fluid supply means for supplying fluid to the inlet channel;
Control means for applying a drive signal to the pressure generating element and controlling the change of the volume of the fluid chamber by the volume changing means;
With
The operating device is characterized in that the control means increases the fluid discharge pressure stepwise after the start of fluid discharge.
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