JP2011200264A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体噴射装置で液体の噴射に伴って発生する駆動音を簡便に消音する。
【解決手段】液体室に液体が供給された状態で、液体室容積減少部に駆動電圧を印加して
液体室の容積を減少させることにより、加圧した液体室内の液体を噴射ノズルから噴射す
る。また、駆動電圧の印加によって発生する駆動音を消音するために、キャンセル音を出
力するとともに、出力するキャンセル音は、印加される駆動電圧に基づいて切り換える。
こうすれば、駆動電圧の変更によって駆動音が変化しても、変更後の駆動電圧に基づいて
適切なキャンセル音を出力することができるので、マイクで駆動音をサンプリングする必
要がなく、駆動音を簡便に消音することが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、加圧した液体を生体組織に向けて噴射することにより、生体組織を切開ある
いは切除する技術に関する。

水や生理食塩水などの液体を加圧して、噴射ノズルから生体組織に向けて噴射すること
により、生体組織を切開あるいは切除する液体噴射装置が開発されている（特許文献１）
。このような液体噴射装置を用いた手術では、血管等の脈管構造を傷つけることなく臓器
などの組織だけを選択的に切開あるいは切除することが可能であり、周囲の組織に与える
損傷が少ないので、患者の負担を小さくすることが可能である。

また、単に液体を噴射ノズルから連続的に噴射するのではなく、噴流を周期的に変化さ
せてパルス状に噴射することにより、少ない噴射量でも生体組織の切開あるいは切除する
能力を高めることが可能な液体噴射装置が提案されている（特許文献２）。こうした液体
噴射装置は、大まかには、噴射しようとする液体が充填される液体室と、液体室の容積を
減少させるアクチュエーターとによって構成されている。液体室に液体が充填された状態
で、アクチュエーターが駆動（伸長）して液体室の容積を減少させることで、加圧した液
体室内の液体を噴射ノズルからパルス状に噴射するようになっている。

特開２００５−１５２１２７号公報 特開２００８−０８２２０２号公報

しかし、このように液体をパルス状に噴射する液体噴射装置では、アクチュエーターが
伸長して液体室内の液体を加圧する際に、その反力によって、アクチュエーターの周辺か
ら操作者にとって耳障りな駆動音が発生するという問題があった。このような駆動音を抑
える対策としては、例えば、アクチュエーターの周囲を防音ケースで覆うことが考えられ
るものの、これでは、装置自体が大型化して使用感が損なわれてしまう。また、マイクで
駆動音をサンプリングして逆位相の音を生成し、この逆位相の音で駆動音を打ち消す方法
では、マイクを内蔵しておく必要があるので、装置が大型化したり、製造コストが増加し
たり、あるいはマイクが外部の音まで拾ってしまうことで誤動作する可能性もある。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、
液体を噴射するのに伴って駆動音が発生する液体噴射装置で、装置を大型化することなく
、簡便に駆動音を消音することが可能な技術の提供を目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の液体噴射装置は次の構成を
採用した。すなわち、
噴射ノズルから生体組織に向けて液体を噴射することで、該生体組織を切開あるいは切
除する液体噴射装置であって、
前記液体が供給されるとともに、前記噴射ノズルに接続された液体室と、
駆動電圧が印加されることによって、前記液体室の容積を前記駆動電圧が印加される前
よりも減少させる液体室容積減少部と、
前記液体室に前記液体が供給された状態で、前記駆動電圧を前記液体室容積減少部に対
して印加する駆動電圧印加手段と、
前記駆動電圧の印加に伴って発生する駆動音を消音するためのキャンセル音を出力する
キャンセル音出力手段と、
前記液体室容積減少部に印加される前記駆動電圧を検出して、該検出した駆動電圧に基
づいて前記キャンセル音を切り換えるキャンセル音切換手段と
を備えることを要旨とする。

このような本発明の液体噴射装置においては、液体室に液体が供給された状態で、液体
室容積減少部に駆動電圧を印加して液体室の容積を減少させることによって、加圧した液
体室内の液体を噴射ノズルから噴射する。また、駆動電圧を印加すると、液体室内の液体
を加圧する際の反力で駆動音が発生することから、駆動音を消音するためのキャンセル音
を出力する。そして、本発明の液体噴射装置では、液体室容積減少部に印加される駆動電
圧を検出して、その検出した駆動電圧に基づいてキャンセル音を切り換えるようになって
いる。

液体噴射装置では、噴射ノズルから液体を噴射する態様を切り換えるために、液体室容
積減少部に印加される駆動電圧を変更可能となっている。そして、液体室容積減少部に印
加される駆動電圧を変更すると、液体室内の液体を加圧する際の反力の違いにより駆動音
が変化することから、駆動音を消音するために出力するキャンセル音も変更する必要があ
る。しかし、駆動音をマイクでサンプリングして逆位相のキャンセル音を生成したのでは
、マイクが必要になるので装置が大型化してしまう。また、マイクが周囲の音（駆動音以
外の音）まで拾って誤ったキャンセル音を出力すると、逆に騒音となってしまう。

こうした点に鑑み、本発明の液体噴射装置では、マイクでサンプリングした駆動音では
なく、液体室容積減少部に印加される駆動電圧に基づいてキャンセル音を切り換えるよう
になっている。前述したように駆動音は、駆動電圧を印加された液体室容積減少部が液体
室内の液体を加圧する際の反力で発生し、印加される駆動電圧に応じて変化する。そのた
め、印加される駆動電圧に基づいてキャンセル音を切り換えるようにすれば、発生する駆
動音に対し適切なキャンセル音を出力して駆動音を効果的に消音することができる。また
、マイクが不要であることから、液体噴射装置をコンパクトにすることが可能であるとと
もに、マイクが周囲の音を拾って誤ったキャンセル音を出力するといった誤動作を回避す
ることができる。

上述した本発明の液体噴射装置においては、次のようにしてもよい。先ず、液体室容積
減少部に印加される駆動電圧の電圧波形を検出して、その検出した電圧波形に対して所定
の変換を行うことにより、キャンセル音の音データを生成する。そして、その生成した音
データをキャンセル音出力手段に供給することでキャンセル音を切り換える。

前述したように駆動音は、液体室容積減少部に駆動電圧を印加することによって発生す
ることから、駆動電圧の電圧波形に基づいてキャンセル音の音データを生成すれば、より
適切なキャンセル音を出力することが可能と考えられる。そこで、駆動音を消音するため
のキャンセル音の音データを電圧波形から生成する変換方法を予め適切に設定しておけば
、印加される駆動電圧の電圧波形を流用して、所定の変換を行うだけで駆動音に適したキ
ャンセル音の音データを生成することができる。

また、前述した本発明の液体噴射装置においては、次のようにしてもよい。先ず、液体
室容積減少部に印加する駆動電圧の電圧波形を、予め設定されている複数の電圧波形の中
から選択可能にする。また、キャンセル音の音データを、電圧波形毎に対応付けて記憶し
ておく。そして、選択された電圧波形が変更された場合には、変更後の電圧波形に対応付
けて記憶されている音データをキャンセル音出力手段に供給することでキャンセル音を切
り換える。

駆動電圧の印加に伴って発生する駆動音は、印加される駆動電圧の電圧波形毎に決まっ
ていることから、電圧波形毎に駆動音を予め解析して、キャンセル音の音データを適切に
設定しておくことが可能である。こうすることで、電圧波形が変更された場合には、変更
後の電圧波形に応じて記憶されているキャンセル音の音データをキャンセル音出力手段に
供給するだけで、駆動音を消音するのに適したキャンセル音を出力することができるので
、駆動音を簡便に消音することが可能となる。

こうした本発明の液体噴射装置においては、キャンセル音の位相、振幅、周波数の少な
くとも一つを調整する調整手段を設けておいてもよい。

このようにキャンセル音の位相、振幅、周波数の少なくとも一つを調整可能としておけ
ば、実際に発生する駆動音に合わせて最も消音された状態となるように、出力するキャン
セル音を容易に微調整することができるので、駆動音の消音精度を向上させることが可能
となる。

本実施例の液体噴射装置の大まかな構成を示した説明図である。 本実施例の液体噴射装置に搭載された噴射機構の構成を示した断面図である。 噴射機構の動作を制御する制御部の構成を示した説明図である。 本実施例の液体噴射装置がキャンセル音を出力するために実行する処理（キャンセル音制御処理）の流れを示したフローチャートである。 液体の噴射に伴って発生する駆動音を、消音スピーカーから出力するキャンセル音によって消音する様子を示した説明図である。 変形例の液体噴射装置において、選択可能な駆動電圧波形毎に、キャンセル音データが対応関係とともに予め記憶されている様子を概念的に示した説明図である。 変形例の液体噴射装置において、駆動電圧波形毎に予め記憶されているキャンセル音データを用いて駆動音を消音する様子を示した説明図である。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施
例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ａ−１．液体噴射装置の構成：
Ａ−２．噴射機構の構成：
Ａ−３．制御部の構成：
Ｂ．本実施例のキャンセル音出力動作：
Ｃ．変形例：

Ａ．装置構成 ：
Ａ−１．液体噴射装置の構成 ：
図１は、本実施例の液体噴射装置１０の大まかな構成を示した説明図である。図示した
液体噴射装置１０は、水や生理食塩水などの液体を生体組織に向けて噴射することで、生
体組織を切開あるいは切除する手術方法に用いられるものである。

図示されているように、本実施例の液体噴射装置１０は、水や生理食塩水などの液体を
加圧して噴射するための噴射機構１００や、噴射する液体を噴射機構１００に供給するた
めの供給ポンプ１５０や、噴射する液体を収容する液体タンク１６０や、噴射機構１００
および供給ポンプ１５０の動作を制御する制御部２００などから構成されている。

供給ポンプ１５０は、液体通路１５２によって液体タンク１６０と接続されており、供
給ポンプ１５０が液体タンク１６０から吸い上げた液体は、接続チューブ１４０を介して
噴射機構１００に供給される。噴射機構１００には、先端に噴射口１３２（噴射ノズル）
が設けられた流路管１３０が接続されており、噴射機構１００内で加圧された液体は、流
路管１３０を通って先端の噴射口１３２から噴射される。

これら噴射機構１００および供給ポンプ１５０の動作は、制御部２００によって制御さ
れている。液体噴射装置１０の操作者は、噴射機構１００の外側を覆うケース部分を把持
し、切開あるいは切除する生体組織に噴射口１３２を向けて液体を噴射することにより、
生体組織を切開あるいは切除することが可能となっている。

Ａ−２．噴射機構の構成 ：
図２は、本実施例の液体噴射装置１０に搭載された噴射機構１００の構成を示した断面
図である。図２（ａ）に示されているように、噴射機構１００には、水や生理食塩水など
の液体が充填される液体室１０２や、供給ポンプ１５０によって供給される液体を液体室
１０２まで導く供給流路１０４や、液体室１０２内の液体を流路管１３０へと導く噴射流
路１０６などが設けられている。この液体室１０２の一端面は、金属薄板などで形成され
たダイアフラム１０８によって構成されている。

また、噴射機構１００には、液体室１０２の容積を変化させるアクチュエーターとして
のピエゾ素子１１０が設けられている。このピエゾ素子１１０は、円板形状の底板１１４
に固定されている。そして、筒状に形成されたハウジング１１２内にピエゾ素子１１０を
収納して底板１１４をハウジング１１２に固定した状態では、ダイアフラム１０８の液体
室１０２とは反対側の面にピエゾ素子１１０が接するようになっている。このように配置
されたピエゾ素子１１０は、駆動電圧を印加すると伸長することから、これを利用して次
のように液体を噴射するようになっている。

先ず、ピエゾ素子１１０に駆動電圧を印加していない状態では、図２（ａ）に示すよう
に、ピエゾ素子１１０は伸長しておらず、液体室１０２は、供給ポンプ１５０から供給さ
れる水や生理食塩水などの液体によって満たされる。このように液体室１０２が液体で満
たされた状態で、図示しない電源（駆動電圧印加手段）からピエゾ素子１１０に駆動電圧
を印加すると、図２（ｂ）に示すように、ピエゾ素子１１０が伸長してダイアフラム１０
８を液体室１０２に向けて押すので、液体室１０２の容積は減少し、液体室１０２内の液
体が加圧される。尚、液体室１０２には、前述したように供給流路１０４および噴射流路
１０６の２つの流路が接続されているが、これらの流路はいずれも細く形成されているた
め、ピエゾ素子１１０の伸長により液体室１０２の容積を瞬間的に減少させることで液体
室１０２内の液体を十分に加圧することができる。このように、ピエゾ素子１１０とダイ
アフラム１０８とは、液体室１０２の容積を減少させる液体室容積減少部を構成している
。

こうして液体室１０２内で加圧された液体は、液体室１０２に接続された噴射流路１０
６に向けて押し出される。このとき、液体室１０２内の液体は、噴射流路１０６だけでな
く供給流路１０４に向けても押し出されるが、流路への液体の流入し易さは、流路の長さ
や流路の断面積等によって定まるので、供給流路１０４および噴射流路１０６の長さや断
面積を適切に設定しておけば、供給流路１０４への液体の流入量を噴射流路１０６への液
体の流入量に比べて少なくすることが可能である。そのため、液体室１０２内で加圧され
た液体は、もっぱら噴射流路１０６に向けて押し出され、流路管１３０を通って先端の噴
射口１３２から高い流速で噴射される。尚、本実施例の液体噴射装置１０では、噴射口１
３２の内径が流路管１３０の内径よりも小さく設定されていることから、噴射口１３２か
ら噴射される液体の流速をさらに高めることが可能である。

以上のようにして液体を噴射したら、ピエゾ素子１１０への駆動電圧の印加を停止する
（駆動電圧を減少させる）ことによりピエゾ素子１１０は元の長さに戻ることから、それ
に伴って液体室１０２の容積も元に戻るとともに、供給ポンプ１５０から液体室１０２に
液体が供給される（図２（ａ）参照）。その後、再度駆動電圧を印加してピエゾ素子１１
０を伸長させれば（図２（ｂ）参照）、噴射口１３２から再び液体を高い流速で噴射する
ことができる。こうした動作を繰り返すことにより、本実施例の液体噴射装置１０では、
液体をパルス状に噴射することが可能となっており、高い流速で噴射された液体が生体組
織に衝突する際の高い圧力を利用して、生体組織を切開あるいは切除する能力を高めてい
る。

その一方で、液体を噴射するためにピエゾ素子１１０を駆動させると、噴射機構１００
の内部から液体噴射装置１０の操作者にとって耳障りな駆動音が発生する。この駆動音は
、主に、ピエゾ素子１１０がダイアフラム１０８を押して液体室１０２内の液体を加圧す
る際に、その反力により、ピエゾ素子１１０を固定している底板１１４やハウジング１１
２などが振動することで発生する。

そこで、本実施例の液体噴射装置１０には、液体の噴射に伴って発生する駆動音を消音
する（駆動音の音圧を減少させる）ために、駆動音を打ち消す（相殺する）キャンセル音
を出力する消音スピーカー１１８（キャンセル音出力手段）が設けられている。図２（ａ
）に示されているように、本実施例の噴射機構１００内には、ハウジング１１２や底板１
１４の周囲に空間１１６が設けられており、消音スピーカー１１８は、この空間１１６に
設置されている。また、駆動音の主な発生源は底板１１４であることから、消音スピーカ
ー１１８は、底板１１４に向けて配置されている。

Ａ−３．制御部の構成 ：
図３は、噴射機構１００の動作を制御する制御部２００の構成を示した説明図である。
図示されているように、制御部２００は、大まかには、液体の噴射を制御する噴射制御部
２０２と、前述したキャンセル音の出力を制御するキャンセル音制御部２１０とから構成
されている。このうち、噴射制御部２０２は、噴射機構１００に内蔵されたピエゾ素子１
１０と接続されており、キャンセル音制御部２１０は、噴射機構１００に内蔵された消音
スピーカー１１８と接続されている。尚、図３では、図示が省略されているが、噴射制御
部２０２は、供給ポンプ１５０とも接続されており、ピエゾ素子１１０だけでなく、供給
ポンプ１５０の駆動も制御するようになっている。

また、噴射制御部２０２には、駆動電圧波形選択ダイヤル２０４が接続されている。本
実施例の液体噴射装置１０では、ピエゾ素子１１０に印加する駆動電圧の波形（駆動電圧
波形）が予め複数設定されており、駆動電圧波形選択ダイヤル２０４を液体噴射装置１０
の操作者が切り換えることによって、複数の駆動電圧波形の中から何れかを選択すること
が可能となっている。各駆動電圧波形は、駆動電圧を印加する周波数（駆動周波数）や、
印加する駆動電圧の最大値（最大電圧値）などがそれぞれ異なっている。そのため、操作
者は、駆動電圧波形を切り換えることで、噴射口１３２から液体をパルス状に噴射するパ
ルスの周期や、噴射する液体の圧力の大きさなどを変更することができる。尚、駆動電圧
波形選択ダイヤル２０４の代わりに、駆動周波数を選択するための駆動周波数選択ダイヤ
ルと、最大電圧値を選択するための最大電圧値選択ダイヤルとを設けておくこととして、
これらのダイヤルを操作することで、駆動電圧波形を変更できるようにしてもよい。

液体噴射装置１０の操作者が駆動電圧波形選択ダイヤル２０４で何れかの駆動電圧波形
を選択して液体の噴射を開始させると、噴射制御部２０２は、選択された駆動電圧波形に
従って、ピエゾ素子１１０に駆動電圧を印加することにより、ピエゾ素子１１０を駆動さ
せる。また、このとき噴射制御部２０２は、キャンセル音制御部２１０に向けて、ピエゾ
素子１１０に印加する駆動電圧波形を示す信号を送信するようになっている。

詳しくは後述するが、キャンセル音制御部２１０は、噴射制御部２０２から駆動電圧波
形を受け取ると、受け取った駆動電圧波形を基に、駆動音を打ち消すためのキャンセル音
データを生成した後、そのキャンセル音データを消音スピーカー１１８に送信することで
、キャンセル音を出力させる。また、図３に示したように、キャンセル音制御部２１０に
は、キャンセル音データの周波数を調整するための周波数調整ダイヤル２１２、キャンセ
ル音データの振幅（音圧）を調整するための振幅調整ダイヤル２１４、およびキャンセル
音データの位相を調整するための位相調整ダイヤル２１６が接続されている。液体噴射装
置１０の操作者は、これらのダイヤルを操作して、駆動音が最も消音された状態となるよ
うにキャンセル音を微調整することが可能となっている。

本実施例の液体噴射装置１０では、以上のような噴射機構１００および制御部２００に
よって、噴射口１３２から液体をパルス状に噴射するとともに、液体の噴射に伴って発生
する駆動音を消音するようになっている。以下では、本実施例の液体噴射装置１０におい
て、液体の噴射に伴って発生する駆動音を消音するためにキャンセル音を出力する動作に
ついて詳しく説明する。

Ｂ．本実施例のキャンセル音出力動作 ：
図４は、本実施例の液体噴射装置１０がキャンセル音を出力するために実行する処理（
キャンセル音制御処理）の流れを示したフローチャートである。この処理は、液体噴射装
置１０の操作者が液体の噴射を開始させると、キャンセル音制御部２１０（キャンセル音
切換手段）によって実行される。

キャンセル音制御処理を開始すると、先ず初めに、ピエゾ素子１１０に印加される駆動
電圧波形を取得する（ステップＳ１００）。前述したように、噴射制御部２０２は、選択
された駆動電圧波形に従ってピエゾ素子１１０に駆動電圧を印加するとともに、その印加
する駆動電圧波形を示す信号をキャンセル音制御部２１０に送信するようになっているこ
とから、キャンセル音制御部２１０は、この信号を受信することによって、駆動電圧波形
を取得することができる。

駆動電圧波形を取得すると、取得した駆動電圧波形を次のようにして変換することによ
り、液体の噴射に伴って発生する駆動音を打ち消すためのキャンセル音データ（キャンセ
ル音の波形）を、図示しない音データ生成手段によって生成する（ステップＳ１０２）。
先ず、液体の噴射に伴って噴射機構１００の内部で発生する駆動音は、ピエゾ素子１１０
に印加する駆動電圧波形に依存しており、駆動電圧波形の周波数（駆動周波数）の整数倍
の周波数成分を主成分とする駆動音が発生する。この倍率は、噴射機構１００の材質や構
造によって定まることから、予め実際の駆動音を解析して適切な倍率を設定しておくこと
が可能である。そこで、取得した駆動電圧波形を時間軸に対して反転させて逆位相の波形
に変換した後、予め設定された倍率に従って周波数を倍増する。続いて、駆動音の音圧は
、駆動電圧波形の最大電圧値に比例することから、駆動音を打ち消すのに必要な音圧（振
幅）となるように予め定められた比例定数に従って、適切な振幅に変換してキャンセル音
データを生成する。

こうしてキャンセル音データを生成したら、生成したキャンセル音データを記憶した後
（ステップＳ１０４）、周波数調整ダイヤル２１２、振幅調整ダイヤル２１４、および位
相調整ダイヤル２１６（これらの調整ダイヤル２１２，２１４，２１６は調整手段に相当
）の設定に応じて、キャンセル音データの周波数、振幅、および位相を調整する（ステッ
プＳ１０６）。本実施例の液体噴射装置１０では、キャンセル音制御部２１０にキャンセ
ル音データ記憶部が設けられており、生成したキャンセル音データは、このキャンセル音
データ記憶部に記憶される。また、前述したように、キャンセル音制御部２１０には、周
波数調整ダイヤル２１２、振幅調整ダイヤル２１４、および位相調整ダイヤル２１６が接
続されており、液体噴射装置１０の操作者は、これらのダイヤルを操作することにより、
キャンセル音を微調整することができる。

各種の調整ダイヤル２１２〜２１６の設定に応じてキャンセル音データを調整すると、
ピエゾ素子１１０に駆動電圧が印加されるタイミングで、キャンセル音データを消音スピ
ーカー１１８に送信することにより、キャンセル音を消音スピーカー１１８から出力する
（ステップＳ１０８）。前述したように、消音スピーカー１１８は、駆動音の主な発生源
である底板１１４に向けて設置されており（図２参照）、消音スピーカー１１８からのキ
ャンセル音が駆動音を打ち消して、駆動音を消音する（駆動音の音圧を減少させる）。尚
、キャンセル音によって駆動音を打ち消す様子については、後ほど詳しく説明する。

こうしてキャンセル音を出力したら、ピエゾ素子１１０に印加する駆動電圧波形が変更
されたか否かを判断する（ステップＳ１１０）。前述したように、操作者は、駆動電圧波
形選択ダイヤル２０４を切り換えることによって駆動電圧波形を変更することができる。
また、噴射機構１００の内部で発生する駆動音は、ピエゾ素子１１０に印加する駆動電圧
波形に依存しており、駆動電圧波形毎に駆動音が異なっている。そこで、駆動電圧波形が
変更された場合には（ステップＳ１１０：ｙｅｓ）、ステップＳ１００の処理に戻って、
変更後の駆動電圧波形を取得した後、取得した駆動電圧波形を基に新たにキャンセル音デ
ータを生成し、続く上述した一連の処理を繰り返す（ステップＳ１００〜ステップＳ１０
８）。

一方、駆動電圧波形が変更されていない場合は（ステップＳ１１０：ｎｏ）、続いて、
液体の噴射が停止されたか否かを判断する（ステップＳ１１２）。液体の噴射を停止して
いるとき、すなわちピエゾ素子１１０が駆動していないときには、駆動音は発生せず、キ
ャンセル音を出力する必要もないことから、ステップＳ１１２では、液体の噴射が停止さ
れたか否かを確認するのである。

そして、液体の噴射が継続されている場合は（ステップＳ１１２：ｎｏ）、液体の噴射
に伴って発生する駆動音を消音するため、ステップＳ１０６の処理に戻って、記憶されて
いるキャンセル音データを各種の調整ダイヤル２１２〜２１６の設定に応じて調整する（
ステップＳ１０６）。その後、ピエゾ素子１１０に駆動電圧が印加されるタイミングでキ
ャンセル音データを消音スピーカー１１８に送信し、消音スピーカー１１８からキャンセ
ル音を出力する（ステップＳ１０８）。こうしてピエゾ素子１１０に駆動電圧が印加され
るタイミングで、消音スピーカー１１８からキャンセル音を出力する処理を繰り返すうち
に、液体の噴射が停止された場合は（ステップＳ１１２：ｙｅｓ）、図４のキャンセル音
制御処理を終了する。

本実施例の液体噴射装置１０では、以上のようなキャンセル音制御処理を実行し、駆動
電圧波形から生成したキャンセル音データを用いて消音スピーカー１１８にキャンセル音
を出力することにより、液体の噴射に伴って発生する駆動音を消音している。以下では、
消音スピーカー１１８から出力するキャンセル音によって駆動音を消音する様子について
詳しく説明する。

図５は、液体の噴射に伴って発生する駆動音を、消音スピーカー１１８から出力するキ
ャンセル音によって消音する様子を示した説明図である。先ず、図５（ａ）には、ピエゾ
素子１１０に印加される駆動電圧波形が例示されている。前述したように、本実施例の液
体噴射装置１０では、液体噴射装置１０の操作者が駆動電圧波形選択ダイヤル２０４を切
り換えることによって、ピエゾ素子１１０に印加される駆動電圧波形を変更することが可
能となっている。図５（ａ）に示すように、ピエゾ素子１１０に印加される電圧は周期的
に増減を繰り返すようになっており、印加される電圧が増加すると、ピエゾ素子１１０が
伸長して液体室１０２の容積を減少させるので、液体室１０２内で加圧された液体が噴射
口１３２から噴射される。その後、ピエゾ素子１１０に印加される電圧が減少すると、ピ
エゾ素子１１０が元の長さに戻り、それに伴って液体室１０２の容積も回復して液体が液
体室１０２に充填される。すると、再びピエゾ素子１１０に印加される電圧が増加して、
噴射口１３２から高圧の液体が噴射される。このようにピエゾ素子１１０に印加される電
圧を増減することにより、液体をパルス状に噴射することが可能となっている。また、本
実施例の駆動電圧波形は、階段状波形ではなく、滑らかに変化する波形であることから、
ピエゾ素子１１０を滑らかに変形させることができる。

液体をパルス状に噴射するのに伴って、噴射機構１００内では駆動音が発生する。図５
（ｂ）には、液体の噴射に伴って発生する駆動音の波形が例示されている。この駆動音は
、主に、ピエゾ素子１１０が伸長することでダイアフラム１０８を押して液体室１０２内
の液体を加圧する際に、その反力により、ピエゾ素子１１０を固定している底板１１４や
ハウジング１１２などが振動することで発生する。そのため、駆動音の振幅（音圧）は、
ピエゾ素子１１０に印加される電圧が増加するのと同期して大きくなり、ピエゾ素子１１
０に印加される電圧が減少すると、駆動音の振幅も減衰する傾向にある。また、駆動音は
、ピエゾ素子１１０に印加される駆動電圧波形に依存しており、駆動電圧波形の周波数（
駆動周波数）の整数倍の周波数成分を主成分とする駆動音が発生する。図５（ｂ）に例示
した駆動音では、駆動周波数の１０倍の周波数成分（例えば、駆動周波数が３００Ｈｚで
あれば３ｋＨｚ）の音圧が最も大きく、駆動音の主成分となっている。

本実施例の液体噴射装置１０では、このような駆動音に対して消音スピーカー１１８か
らキャンセル音を出力することよって、駆動音を消音している。図５（ｃ）には、スピー
カー１２２から出力されるキャンセル音の波形が例示されている。前述したように、消音
スピーカー１１８に送信するキャンセル音データは、図５（ａ）に示した駆動電圧波形を
基に生成されており、先ず、駆動電圧波形を時間軸に対して反転して逆位相とした後、所
定の倍率で周波数を変換（図５に示した例では１０倍）し、さらに、駆動電圧波形の最大
電圧値に応じて必要音圧となるように振幅を変換することでキャンセル音データが生成さ
れる。こうして生成されたキャンセル音データを、ピエゾ素子１１０に駆動電圧が印加さ
れる（ピエゾ素子１１０に印加される電圧が増加に切り換わる）タイミングで消音スピー
カー１１８に送信してキャンセル音を出力するようになっている。

図５（ｄ）には、図５（ｂ）に示した駆動音の波形と、図５（ｃ）に示したキャンセル
音の波形とが重ね合わされた波形が示されており、液体噴射装置１０の操作者には、この
重ね合わされた波形の音が聞こえることになる。先ず、消音スピーカー１１８からキャン
セル音が出力されていない状態では、駆動音がそのまま放出されてしまうので、操作者に
は、駆動音が聞こえる。しかし、キャンセル音が出力されると、前述したようにキャンセ
ル音の周波数は、駆動音の主成分である周波数成分と同じになるように設定されているこ
とから、この周波数成分について適切に逆位相の関係となっていれば、キャンセル音が駆
動音を打ち消すことにより、キャンセル音が出力されていないときに比べて、操作者に聞
こえる駆動音を低減することができる。また、前述したように、本実施例の液体噴射装置
１０には、周波数調整ダイヤル２１２、振幅調整ダイヤル２１４、および位相調整ダイヤ
ル２１６が設けられており、操作者がこれらの調整ダイヤルを操作することによって、キ
ャンセル音データの周波数、振幅、および位相を調整可能であることから、駆動音が最も
消音された状態となるようにキャンセル音を微調整することができる。

以上に説明したように、本実施例の液体噴射装置１０では、ピエゾ素子１１０に駆動電
圧を印加することによって発生する駆動音に対して、内蔵の消音スピーカー１１８からキ
ャンセル音を出力するようになっている。そして、こうした駆動音は、ピエゾ素子１１０
に印加される駆動電圧波形の変更によって変化するところ、本実施例の液体噴射装置１０
では、キャンセル音データ（出力するキャンセル音の波形）を、実際にピエゾ素子１１０
に印加される駆動電圧波形を基に所定の変換を行うことによって生成している。こうすれ
ば、駆動電圧の印加によって発生する駆動音に対して、適切なキャンセル音を出力するこ
とができるので、キャンセル音が駆動音を打ち消すことにより、液体噴射装置１０の操作
者にとって耳障りな駆動音を適切に消音する（駆動音の音圧を減少させる）ことが可能と
なる。

また、内蔵のマイクで駆動音をサンプリングしてキャンセル音データを生成する場合と
は異なり、本実施例の液体噴射装置１０では、実際にピエゾ素子１１０に印加される駆動
電圧波形を基にキャンセル音データを生成している。従って、操作者が把持する部分であ
る噴射機構１００にマイクを内蔵しておく必要がなく噴射機構１００をコンパクトにする
ことができるとともに、駆動電圧波形を流用して簡便にキャンセル音を出力することが可
能となる。加えて、マイクが周囲の音まで拾ってしまい、誤ったキャンセル音データを生
成するといった誤動作の可能性もなくなるので、安定した消音状態を得ることができる。

さらに、本実施例の液体噴射装置１０では、周波数調整ダイヤル２１２、振幅調整ダイ
ヤル２１４、および位相調整ダイヤル２１６が設けられており、液体噴射装置１０の操作
者は、これらの調整ダイヤルを操作することによって、実際に発生する駆動音が最も消音
された状態となるように、キャンセル音データの周波数、振幅、および位相を容易に調整
可能であることから、駆動音をより高い精度で消音することができる。

Ｃ．変形例 ：
以上に説明した実施例では、ピエゾ素子１１０に印加される駆動電圧波形を基にキャン
セル音データを生成するようになっていた。しかし、選択可能な駆動電圧波形毎に、キャ
ンセル音データを予め記憶しておくこととしてもよい。以下では、このような構成を採用
した変形例について説明する。尚、変形例の説明にあたっては、前述した実施例と同様の
構成部分については、先に説明した実施例と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略す
る。

図６は、変形例の液体噴射装置１０において、選択可能な駆動電圧波形毎に、キャンセ
ル音データが対応関係とともに予め記憶されている様子を概念的に示した説明図である。
図示した例では、駆動電圧波形Ａ〜Ｄの４種類の駆動電圧波形が設定されている。また、
変形例の液体噴射装置１０においても、前述した実施例と同様に、液体噴射装置１０の操
作者が駆動電圧波形選択ダイヤル２０４（電圧波形選択手段：図３参照）を切り換えるこ
とによって、駆動電圧波形Ａ〜Ｄの中から何れかを選択することが可能となっている。前
述したように、ピエゾ素子１１０への駆動電圧の印加によって発生する駆動音は、印加さ
れる駆動電圧波形毎に決まっており、駆動電圧波形を変更すると、発生する駆動音も変化
する。そこで、変形例の液体噴射装置１０では、キャンセル音制御部２１０に設けられた
図示しないキャンセル音データ記憶部（記憶手段）に、各駆動電圧波形に対応するキャン
セル音データが対応関係とともに予め記憶されている。

これらのキャンセル音データは、対応する電圧波形をピエゾ素子１１０に印加した際に
実際に発生する駆動音を予め解析して適切に設定しておくことができ、例えば、実際の駆
動音の波形を時間軸に対して反転させた波形（駆動音とは逆位相の波形）をキャンセル音
データとして記憶しておいてもよい。

変形例のキャンセル音制御部２１０は、ピエゾ素子１１０に印加される駆動電圧波形を
示す信号を噴射制御部２０２から受け取ると、図６のようなテーブルを参照して、受け取
った駆動電圧波形に対応するキャンセル音データを読み出し、ピエゾ素子１１０に駆動電
圧が印加されるタイミングでキャンセル音データを消音スピーカー１１８に送信すること
で、キャンセル音を出力させる。

図７は、変形例の液体噴射装置１０において、駆動電圧波形毎に予め記憶されているキ
ャンセル音データを用いて駆動音を消音する様子を示した説明図である。先ず、図７（ａ
）には、選択可能に設けられた複数の駆動電圧波形の中の一つが例示されている。また、
（ｂ）には、図７（ａ）の駆動電圧波形がピエゾ素子１１０に印加されることによって発
生する駆動音の波形が示されている。

こうした駆動音に対して、変形例の液体噴射装置１０では、図６のようなテーブルを参
照し、ピエゾ素子１１０に印加される駆動電圧波形に対応するキャンセル音データを読み
出して消音スピーカー１１８に送信することで、キャンセル音を出力するようになってい
る。図７（ｃ）には、図７（ａ）に示した駆動電圧波形に対応するキャンセル音データを
用いて消音スピーカー１１８から出力されるキャンセル音の波形が示されている。図示し
た例では、駆動電圧波形がピエゾ素子１１０に印加された際に実際に発生する駆動音を予
め解析して、その駆動音の波形を時間軸に対して反転させた波形をキャンセル音データと
して記憶している。そのため、キャンセル音は、駆動音に対して周波数や振幅は同じであ
るものの、逆位相の関係となっている。このようなキャンセル音が、ピエゾ素子１１０に
駆動電圧が印加されるタイミングに合わせて出力される。

そして、図７（ｄ）には、図７（ｂ）に示した駆動音の波形と、図７（ｃ）に示したキ
ャンセル音の波形とが重ね合わされた波形が示されている。駆動音とは逆位相のキャンセ
ル音が消音スピーカー１１８から出力されると、キャンセル音によって駆動音が適切に打
ち消されるので、噴射機構１００からの音が操作者にほとんど聞こえない状態とすること
ができる。

尚、変形例の液体噴射装置１０においても、前述した実施例と同様に、周波数調整ダイ
ヤル２１２、振幅調整ダイヤル２１４、位相調整ダイヤル２１６を設けておくこととして
、ピエゾ素子１１０に印加される駆動電圧波形に対応するキャンセル音データを読み出し
た後、これらの調整ダイヤルの設定に従ってキャンセル音データの周波数、振幅、および
位相を微調整するようにしてもよい。

以上に説明したように、変形例の液体噴射装置１０では、選択可能な駆動電圧波形毎に
、予めキャンセル音データを対応関係とともに記憶しておくようになっている。そして、
ピエゾ素子１１０の駆動に伴って発生する駆動音は、ピエゾ素子１１０に印加される駆動
電圧波形毎に決まっていることから、各キャンセル音データは、対応する駆動電圧波形の
印加によって実際に発生する駆動音を予め解析して適切に設定しておくことが可能である
。こうしておけば、ピエゾ素子１１０に印加される駆動電圧波形に対応するキャンセル音
データを消音スピーカー１１８に送信するだけで、駆動音を打ち消すのに適したキャンセ
ル音を出力することができるので、駆動音をより簡便に消音することが可能となる。

以上、本発明の液体噴射装置について各種の実施形態を説明したが、本発明は上記すべ
ての実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で
実施することが可能である。

例えば、前述した実施例では、ピエゾ素子１１０に印加される駆動電圧波形をそのまま
利用して所定の変換を行うことにより、キャンセル音データを生成するようになっていた
。しかし、必ずしも駆動電圧波形をそのまま利用しなければならないわけではなく、駆動
電圧波形と同じ周波数の正弦波形を用いることとしてもよい。このように駆動電圧波形と
同じ周波数の正弦波形からキャンセル音データを生成しても、駆動音の主成分である周波
数成分について適切に逆位相の関係になっていれば、駆動音をキャンセル音が打ち消して
消音効果を得ることができる。また、正弦波形を用いることにより変換が容易となる。

また、前述した実施例では、消音スピーカー１１８から出力されるキャンセル音の振幅
は、振幅調整ダイヤル２１４で調整された後は一定となっていた。しかし、実際に発生す
る駆動音の振幅は駆動電圧の減少に伴って減衰する傾向にあることから、キャンセル音の
振幅を減衰させるようにしてもよい。この場合、キャンセル音制御部２１０に、キャンセ
ル音データの振幅の減衰率を調整するための減衰率調整ダイヤルを接続しておいてもよく
、これにより、キャンセル音の波形を実際の駆動音の波形に近づけることができるので、
駆動音の消音精度をより高めることが可能となる。

１０…液体噴射装置、 １００…噴射機構、 １０２…液体室、
１０４…供給流路、 １０６…噴射流路、 １０８…ダイアフラム、
１１０…ピエゾ素子、 １１２…ハウジング、 １１４…底板、
１１８…消音スピーカー、 １３０…流路管、 １３２…噴射口、
１４０…接続チューブ、 １５０…供給ポンプ、 １５２…液体通路、
１６０…液体タンク、 ２００…制御部、 ２０２…噴射制御部、
２０４…駆動電圧波形選択ダイヤル、 ２１０…キャンセル音制御部、
２１２…周波数調整ダイヤル、 ２１４…振幅調整ダイヤル、
２１６…位相調整ダイヤル

Claims (4)

1. 噴射ノズルから生体組織に向けて液体を噴射することで、該生体組織を切開あるいは切
   除する液体噴射装置であって、
   前記液体が供給されるとともに、前記噴射ノズルに接続された液体室と、
   駆動電圧が印加されることによって、前記液体室の容積を前記駆動電圧が印加される前
   よりも減少させる液体室容積減少部と、
   前記液体室に前記液体が供給された状態で、前記駆動電圧を前記液体室容積減少部に対
   して印加する駆動電圧印加手段と、
   前記駆動電圧の印加に伴って発生する駆動音を消音するためのキャンセル音を出力する
   キャンセル音出力手段と、
   前記液体室容積減少部に印加される前記駆動電圧を検出して、該検出した駆動電圧に基
   づいて前記キャンセル音を切り換えるキャンセル音切換手段と
   を備える液体噴射装置。
2. 請求項１に記載の液体噴射装置であって、
   前記液体室容積減少部に印加される前記駆動電圧の電圧波形を検出して、該検出した電
   圧波形に対して所定の変換を行うことにより、前記キャンセル音の音データを生成する音
   データ生成手段を備え、
   前記キャンセル音切換手段は、前記音データ生成手段が生成した前記音データを前記キ
   ャンセル音出力手段に供給することにより、前記キャンセル音を切り換える手段である液
   体噴射装置。
3. 請求項１に記載の液体噴射装置であって、
   前記液体室容積減少部に印加する前記駆動電圧の電圧波形を、予め設定されている複数
   の電圧波形の中から選択する電圧波形選択手段と、
   前記キャンセル音の音データを、前記電圧波形毎に対応付けて記憶している記憶手段と
   を備え、
   前記キャンセル音切換手段は、前記選択された電圧波形が変更された場合には、該変更
   後の電圧波形に対応付けて記憶されている前記音データを前記キャンセル音出力手段に供
   給することにより、前記キャンセル音を切り換える手段である液体噴射装置。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の液体噴射装置であって、
   前記キャンセル音出力手段は、前記キャンセル音の位相、振幅、周波数の少なくとも一
   つを調整する調整手段を有している液体噴射装置。

Images