JP2012040121A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体噴射装置の液体室内の気泡の有無を、液体室にセンサーを取り付けることな
く検出する。
【解決手段】一定流量で液体を液体室に供給するとともに、供給される液体の圧力（供給
圧力）を液体室の上流側で検出する。また、容積変動部を駆動して液体室の容積を減少さ
せることにより、液体室内の液体を加圧して噴射ノズルからパルス状に噴射する。このと
き、液体室内に気泡があると、気泡がない場合に比べて供給圧力は低下する。そこで、容
積変動部の駆動中に検出される供給圧力に基づいて、液体室内の気泡の有無を検出する。
こうすれば、供給圧力については液体室の上流側で検出可能なので、気泡の存在が問題と
なる液体室自体にセンサーを取り付けることなく、液体室内の気泡を検出することが可能
となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、噴射ノズルから液体を噴射する技術に関する。詳しくは、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。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、少ない噴射量で生体組織の切開や切除を可能にした
液体噴射装置が提案されている（特許文献１）。この液体噴射装置では、噴射しようとす
る液体が供給される液体室と、液体室の容積を変動させるアクチュエーターとを備えてお
り、液体室に液体が満たされた状態で、液体室の容積を瞬間的に減少させて液体室内の液
体を加圧することにより、噴射ノズルから液体をパルス状に噴射することができる。

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、液体室内に気泡が存在すると
、液体室の容積を減少させても気泡が圧縮される（収縮する）のみで液体には圧力がかか
らないので、液体を適切に噴射することができなくなってしまう。そのため、液体室内に
気泡が混入あるいは発生した場合には、気泡を噴射ノズルから排出させるなどによって取
り除く必要がある。また、液体室内の気泡を検出する技術としては、液体室にセンサーを
取り付けて、気泡の有無に応じて変化する液体室内の圧力等を検出することにより、気泡
の有無を判定することが提案されている（特許文献２）。

特開２００８−０８２２０２号公報 特開２００２−１４４６０４号公報

しかし、液体室にセンサーを取り付けて気泡を検出しようとすると、液体室自体が非常
に小さいので、センサーの取り付け位置を確保することが困難であり、また、液体室の容
積を減少させる際にセンサー付近で圧力損失が生じ易いことから、生体組織を切開あるい
は切除する能力に影響するおそれがあるという問題があった。

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、
液体噴射装置の液体室内の気泡の有無を、液体室にセンサーを取り付けることなく検出す
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、
噴射ノズルから液体を噴射する液体噴射装置であって、
噴射しようとする液体が供給されるとともに、前記噴射ノズルと接続された液体室と、
単位時間あたりに規定量の液体を前記液体室に供給する液体供給手段と、
前記液体供給手段から供給される液体の圧力を、前記液体室の上流側で検出する圧力検
出手段と、
前記液体供給手段から供給される液体が前記液体室に充填された状態で、該液体室の容
積を変動させる容積変動部を駆動することにより、前記噴射ノズルから液体をパルス状に
噴射させる噴射制御手段と、
前記容積変動部が駆動しているときの前記圧力検出手段の検出圧力に基づいて、前記液
体室内の気泡を検出する気泡検出手段と
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、液体供給手段から単位時間あたりに規定
量の液体が液体室に供給されており、液体室の容積を変動させる容積変動部が駆動してい
ない状態では、液体室に供給される液体が噴射ノズルから連続的に流出する。一方、容積
変動部が駆動して液体室の容積を減少させることにより、液体室内の液体を加圧して噴射
ノズルからパルス状に噴射することができる。詳しくは後述するが、噴射ノズルから液体
がパルス状に噴射されると、連続的に流出しているときに比べて、液体室への液体の供給
抵抗が高まるので、容積変動部の駆動時に液体供給手段から供給される液体の圧力（供給
圧力）は、容積変動部の非駆動時よりも上昇する。ただし、液体室内に気泡が存在すると
、液体室の容積を減少させても気泡が圧縮されるだけで液体は加圧されないので、噴射ノ
ズルからの噴流はパルス状ではなく連続的になる。その結果、液体室内に気泡が存在する
場合には、気泡が存在しない場合に比べると液体室への液体の供給抵抗が低くなり、供給
圧力の低下として現れる。こうした点に鑑み、本発明の液体噴射装置では、圧力検出手段
によって供給圧力を液体室の上流側で検出可能となっており、容積変動部の駆動中に検出
した供給圧力に基づいて、上述のような供給圧力の低下が認められるか否かを判断するこ
とで、液体室内の気泡の有無を検出することができる。

また、気泡の存在が問題となる液体室自体は非常に小さく、気泡検出のための装置（セ
ンサーなど）を液体室に取り付けようとすると、取り付け位置の確保が問題となる。しか
し、本発明の液体噴射装置のように、供給圧力に基づいて液体室内の気泡を検出するので
あれば、供給圧力については液体室の上流側で検出可能なので、液体室にはセンサーなど
を取り付ける必要がない。その結果、液体噴射装置の設計の自由度が向上して、液体噴射
装置の構造をシンプルにすることができる。加えて、液体室に取り付けたセンサーによっ
て生じ得る液体室の容積減少時の圧力損失についても回避できるので、安定した液体の噴
射を確保しつつ、液体室内の気泡を検出することが可能となる。

尚、このような構成を有する本発明の液体噴射装置は、生体組織に向けて液体を噴射す
ることで、生体組織の切開あるいは切除を行う装置として特に好適である。すなわち、生
体組織の切開あるいは切除に用いられる液体噴射装置では、液体室内に気泡が存在すると
、前述したように液体が適切に噴射されず、生体組織を切開あるいは切除する能力が低下
してしまう。そこで、本発明を適用すれば、液体室内に気泡が混入あるいは発生した場合
には直ちに検出できるので、切開あるいは切除する能力が低下したままでの使用の継続を
回避することができる。また、こうした液体噴射装置では、操作者が把持する部分に液体
室が設けられていることから、気泡検出のためのセンサーが液体室に不要であれば、把持
する部分の小型化および軽量化を図ることができる。

上述した本発明の液体噴射装置では、次のようにしてもよい。先ず、液体室内に気泡が
ない状態で、かつ容積変動部の駆動中に液体供給部から供給される液体の圧力（標準圧力
）を予め記憶しておく。そして、容積変動部の駆動中に実際に検出した供給圧力と、記憶
されている標準圧力とを比較することによって、液体室内の気泡を検出する。

このように液体室内に気泡がなく液体が適切に噴射されているときの標準圧力を予め記
憶しておけば、液体室内に気泡が存在して液体を適切に噴射できていないときの供給圧力
は、この標準圧力に比べて低くなる。そのため、たとえ僅かな気泡が存在する場合でも精
度良く検出することが可能となる。

また、こうした本発明の液体噴射装置では、弾性部材で形成された接続チューブで液体
供給手段と液体室とを接続するとともに、この接続チューブの外側面に圧力検出手段を設
けることとして、接続チューブの膨張による変形量を検出することで、液体供給手段から
供給される液体の圧力を検出するようにしてもよい。

弾性部材で形成された接続チューブは、接続チューブの内圧（すなわち、液体供給手段
から供給される液体の圧力）に応じて膨張する。従って、接続チューブの膨張による変形
量を検出すれば、液体室内の気泡の混入あるいは発生に伴う供給圧力の低下を容易に検出
することができる。また、接続チューブの外側面に圧力検出手段を取り付けるだけなので
、液体噴射装置の設計が複雑化することはなく、供給圧力に基づく液体室内の気泡検出を
簡便に実現することが可能となる。

また、生体組織の切開あるいは切除に用いられる液体噴射装置では、噴射ノズルから噴
射する液体に異物が混入するようなことがあってはならない。そこで、接続チューブの外
側面に設けた圧力検出手段で接続チューブの変形量を検出するようにすれば、圧力検出手
段が液体に直接触れることなく供給圧力を検出することが可能となる。その結果、供給圧
力の検出過程で液体に異物が混入する可能性を排除することができる。

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。 噴射ユニットの詳細な構成を示した断面図である。 噴射ユニットが液体を噴射する様子を示した説明図である。 本実施例の液体噴射装置で液体室内の気泡を検出するために行われる気泡検出処理の流れを示したフローチャートである。 液体室内の気泡の有無に応じて供給ポンプの供給圧力が変化する様子を示した説明図である。 本実施例の液体噴射装置で用いられるルックアップテーブルを概念的に示した説明図である。 第２変形例の液体噴射装置において、接続チューブ上に設けた圧力センサーによって供給ポンプの供給圧力を測定する様子を示した説明図である。 接続チューブの途中に測定室を設けて、供給ポンプの供給圧力を測定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．噴射ユニットの構成：
Ｂ．本実施例の気泡検出処理：
Ｃ．変形例：
Ｃ−１．第１変形例：
Ｃ−２．第２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
パルス状に噴射する噴射ユニット１００や、噴射ユニット１００から噴射する液体を噴射
ユニット１００に供給する供給ポンプ３００や、噴射する液体を収容する液体タンク３０
６や、噴射ユニット１００および供給ポンプ３００の動作を制御する制御部２００などか
ら構成されている。

噴射ユニット１００は、前ケース１０６と後ケース１０８とを重ねてネジ止めしたよう
な構造となっており、前ケース１０６の前面には円管形状の流路管１０４が接続され、流
路管１０４の先端には噴射ノズル１０２が設けられている。前ケース１０６と後ケース１
０８との合わせ面には、薄い円板形状の液体室１１０が設けられており、この液体室１１
０は、流路管１０４を介して噴射ノズル１０２に接続されている。また、後ケース１０８
の内部には、積層型圧電素子によって構成されたアクチュエーター１１２が設けられてお
り、駆動電圧波形を印加してアクチュエーター１１２を駆動することにより、液体室１１
０の容積を変動させて、液体室１１０内の液体を噴射ノズル１０２からパルス状に噴射す
ることが可能となっている。尚、噴射ユニット１００の詳細な構成については後述する。

供給ポンプ３００は、液体通路３０２を介して液体タンク３０６と接続されており、液
体タンク３０６から吸い上げた液体を、接続チューブ３０４を介して噴射ユニット１００
の液体室１１０に定量的に供給する。本実施例の供給ポンプ３００は、２つのピストンが
シリンダ内で摺動する構成となっており、一方のピストンが前進しているときは他方のピ
ストンが後退して２つのピストンが互いに逆位相で摺動することで、単位時間あたりに規
定量の液体を噴射ユニット１００に向かって圧送することが可能となっている。また、供
給ポンプ３００には、圧力センサー３０８が搭載されており、供給ポンプ３００から供給
される液体の圧力（供給圧力）を測定可能となっている。尚、供給ポンプ３００は、定量
的に液体を供給可能なポンプであれば、ピストンポンプに限られるわけではなく、ダイア
フラムポンプなどを用いてもよい。加えて、単位時間あたりに規定量の液体を液体室１１
０に供給する本実施例の供給ポンプ３００は、本発明の「液体供給手段」に相当している
。さらに、供給ポンプ３００から供給される液体の圧力を検出する本実施例の圧力センサ
ー３０８は、本発明の「圧力検出手段」に相当している。

制御部２００は、噴射ユニット１００に内蔵されたアクチュエーター１１２の動作や、
供給ポンプ３００の動作を制御している。本実施例の液体噴射装置１０では、供給ポンプ
３００から供給する液体の流量や、アクチュエーター１１２に印加する駆動電圧波形の最
大電圧値および周波数を変更することによって、噴射ノズル１０２からの液体の噴射態様
を変化させることが可能となっている。このことと対応して、制御部２００には、供給ポ
ンプ３００の供給流量を設定する供給流量設定ダイヤル２０２、駆動電圧波形の最大電圧
値を設定する駆動電圧設定ダイヤル２０４、駆動電圧波形の周期を設定する駆動周期設定
ダイヤル２０６が設けられており、これらのダイヤルの設定に基づいて供給ポンプ３００
およびアクチュエーター１１２の動作が制御される。また、前述したように、供給ポンプ
３００には、供給圧力を測定する圧力センサー３０８が搭載されており、この圧力センサ
ー３０８の出力が制御部２００に入力されるようになっている。詳しくは後述するが、本
実施例の液体噴射装置１０では、供給ポンプ３００の供給圧力に基づいて、液体室１１０
内の気泡を検出することが可能となっている。

Ａ−２．噴射ユニットの構成 ：
図２は、噴射ユニット１００の詳細な構成を示した断面図である。前述したように、噴
射ユニット１００は、前ケース１０６と後ケース１０８とを合わせてネジ止めして構成さ
れている。後ケース１０８には、前ケース１０６と合わさる面のほぼ中央に、円形の浅い
凹部１０８ｃが形成されており、凹部１０８ｃの中央位置には、後ケース１０８を貫通す
る円形断面の貫通穴１０８ｈが形成されている。

凹部１０８ｃの底面には、貫通穴１０８ｈを塞ぐように、金属薄板などで形成された円
形のダイアフラム１１４が気密に固着されている。更に、ダイアフラム１１４の上からは
、円環形状をした金属製の補強板１２０が、凹部１０８ｃに嵌め込まれている。この補強
板１２０の板厚は、ダイアフラム１１４および補強板１２０を足した厚さが凹部１０８ｃ
の深さと同じになるような厚さに設定されている。

ダイアフラム１１４によって塞がれた貫通穴１０８ｈには、アクチュエーター１１２が
収納されており、更に、円板形状の底板１１８によって貫通穴１０８ｈの開口部が塞がれ
ている。また、アクチュエーター１１２とダイアフラム１１４との間には、金属製で円形
のシム板１１６が挿入されている。そして、後ケース１０８の貫通穴１０８ｈにアクチュ
エーター１１２を収納して、底板１１８で貫通穴１０８ｈを塞いだ時に、ダイアフラム１
１４と、シム板１１６と、アクチュエーター１１２と、底板１１８とがちょうど接した状
態となるように、シム板１１６の厚さが設定されている。

前ケース１０６には、後ケース１０８と合わさる面に、円形の浅い凹部１０６ｃが形成
されている。この凹部１０６ｃの内径は、後ケース１０８に嵌め込まれた補強板１２０の
内径とほぼ同じ大きさに設定されている。そして、前ケース１０６と後ケース１０８とを
合わせてネジ止めした時に、前ケース１０６に設けられた凹部１０６ｃと、後ケース１０
８側に設けられたダイアフラム１１４および補強板１２０の内周面とによって、略円板形
状の液体室１１０が形成される。

また、前ケース１０６には、供給ポンプ３００によって供給される液体を前ケース１０
６の側方から液体室１１０に導く供給通路１０６ａが設けられている。更に、凹部１０６
ｃの中央位置には、液体室１１０で加圧された液体を流路管１０４へと導く噴射通路１０
６ｂが設けられている。このように構成された噴射ユニット１００では、アクチュエータ
ー１１２に駆動電圧波形を印加することにより、次のように液体を噴射するようになって
いる。

図３は、噴射ユニット１００が液体を噴射する様子を示した説明図である。先ず、図３
（ａ）は、供給ポンプ３００は駆動しているが、アクチュエーター１１２は駆動していな
い状態（駆動電圧波形を印加する前の状態）を表している。この状態では、図中に太い破
線の矢印で示したように、供給ポンプ３００から供給される液体で液体室１１０が満たさ
れる。尚、前述したように、供給ポンプ３００から液体が定量的に供給されているので、
液体室１１０が液体で満たされると、アクチュエーター１１２が駆動していない状態で、
噴射ノズル１０２からは連続的に液体が流出する。本明細書中では、噴射ノズル１０２か
らのこのような吐出形態を「連続流」と呼ぶことがあるものとする。

このように液体室１１０が液体で満たされた状態で、駆動電圧波形がアクチュエーター
１１２に印加されると、図３（ｂ）に示すように、アクチュエーター１１２が駆動電圧の
増加により伸長して、ダイアフラム１１４を液体室１１０に向けて押す（変形させる）の
で、液体室１１０の容積が減少し、その結果、液体室１１０内の液体が加圧される。こう
して液体室１１０内で加圧された液体は、図３（ｂ）中に太い破線の矢印で示したように
、噴射通路１０６ｂおよび流路管１０４を介して、噴射ノズル１０２から噴射される。

尚、液体室１１０には、前述したように供給通路１０６ａおよび噴射通路１０６ｂの２
つの通路が接続されている。従って、液体室１１０内で加圧された液体は、噴射通路１０
６ｂだけでなく、供給通路１０６ａからも流出すると考えられる。しかし、通路の液体の
流れ易さは、通路の長さや通路の断面積等によって定まるので、供給通路１０６ａおよび
噴射通路１０６ｂの長さや断面積を適切に設定しておけば、供給通路１０６ａよりも噴射
通路１０６ｂから液体が流出し易くすることが可能である。また、供給通路１０６ａでは
、供給ポンプ３００から圧送される液体が液体室１１０内に流入しようとするので、液体
室１１０内の液体が供給通路１０６ａから流出するには、この流れを押し戻す必要がある
のに対して、噴射通路１０６ｂでは、液体室１１０内の液体の流出を妨げるような流れは
存在しない。そのため、液体室１１０内で加圧された液体は、もっぱら噴射通路１０６ｂ
から流出して、流路管１０４を介して先端の噴射ノズル１０２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、噴射ノズル１０２の内径が流路管１０４の内径
よりも小さく設定されていることから、噴射ノズル１０２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。

このようにして液体を噴射したら、駆動電圧の減少によりアクチュエーター１１２が収
縮して元の長さに戻ることから、それに伴って液体室１１０の容積が元の容積に復元する
とともに、供給ポンプ３００から液体室１１０に液体が供給されて、図３（ａ）に示した
状態に復帰する。その後、再び駆動電圧の増加によりアクチュエーター１１２が伸長して
、図３（ｂ）に示したように液体室１１０から押し出された液体が噴射ノズル１０２から
噴射される。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いる。本明細書中では、噴射ノズル１０２か
ら液体をパルス状に噴射する吐出形態を「パルス流」と呼ぶことがあるものとする。尚、
液体室１１０の容積を変動させる本実施例のアクチュエーター１１２は、本発明の「容積
変動部」に相当している。また、アクチュエーター１１２の駆動により液体をパルス状に
噴射する動作は制御部２００によって制御されていることから、本実施例の制御部２００
は、本発明の「噴射制御手段」に相当している。

以上のようにして液体をパルス状に噴射している関係上、液体室１１０に気泡が存在す
ると、アクチュエーター１１２を駆動して液体室１１０の容積を減少させても、気泡が圧
縮される（潰れる）だけで液体室１１０内の液体を十分に加圧することができないので、
適切なパルス流で液体を噴射することができなくなってしまう。そこで、本実施例の液体
噴射装置１０では、以下のような気泡検出処理を行って、液体室１１０内の気泡を検出す
るようになっている。

Ｂ．本実施例の気泡検出処理 ：
図４は、本実施例の液体噴射装置１０で液体室１１０内の気泡を検出するために行われ
る気泡検出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
動作を制御する制御部２００によって、アクチュエーター１１２の駆動中に実行される。
尚、制御部２００が気泡検出処理を実行することによって、液体室１１０内の気泡を検出
していることから、本実施例の制御部２００は、本発明の「気泡検出手段」に相当してい
る。

図示されているように気泡検出処理では、先ず初めに、供給ポンプ３００の現在の供給
圧力を取得する（ステップＳ１００）。前述したように、本実施例の供給ポンプ３００に
は、圧力センサー３０８が搭載されており、供給ポンプ３００によって噴射ユニット１０
０に供給される液体の供給圧力を測定可能となっている。また、本実施例では、圧力セン
サー３０８として半導体圧力センサーが用いられており、供給ポンプ３００の供給圧力が
電気信号として圧力センサー３０８から制御部２００に向けて出力される。

圧力センサー３０８の出力に基づいて、供給ポンプ３００の現在の供給圧力を取得する
と、アクチュエーター１１２の駆動開始時であるか否か、および噴射条件が変更されたか
否かを判断する（ステップＳ１０２）。前述したように、本実施例の液体噴射装置１０で
は、駆動電圧波形を印加してアクチュエーター１１２を駆動することでパルス流を発生さ
せることが可能であり、また、制御部２００に設けられた各種ダイヤル（供給流量設定ダ
イヤル２０２、駆動電圧設定ダイヤル２０４、駆動周期設定ダイヤル２０６）を操作する
ことにより、操作者が噴射条件を変更することが可能となっている。

そして、既にアクチュエーター１１２が駆動しており、パルス流での液体噴射を継続中
であって、噴射条件の変更が行われていない場合は（ステップＳ１０２：ｎｏ）、ステッ
プＳ１００で取得した現在の供給圧力を直前に取得した供給圧力と比較して、液体室１１
０内の気泡の有無を判断する（ステップＳ１０４）。ここで、気泡の有無の判断方法につ
いて、図５を用いて詳しく説明する。

図５は、液体室１１０内の気泡の有無に応じて供給ポンプ３００の供給圧力が変化する
様子を示した説明図である。先ず、アクチュエーター１１２が駆動していない状態では、
供給ポンプ３００から定量的に供給される液体で液体室１１０が満たされた後は、噴射ノ
ズル１０２からの吐出形態は、液体が連続的に流出する連続流であり、供給ポンプ３００
の供給圧力はほぼ一定となっている。この状態から、駆動電圧波形の印加によりアクチュ
エーター１１２が駆動を開始すると、噴射ノズル１０２からの吐出形態は、液体がパルス
状に噴射されるパルス流となり、連続流のときに比べて、供給ポンプ３００の供給圧力が
上昇する。この点について補足して説明する。

先ず、供給ポンプ３００の出口での液体の流速をｖ_ａ、圧力をｐ_ａとし、噴射ノズル１
０２から流出する液体の流速をｖ_ｂ、圧力をｐ_ｂとすると、ベルヌーイの定理により、
ｖ_ａ ^２／２＋ｐ_ａ＝ｖ_ｂ ^２／２＋ｐ_ｂ
と表すことができる。また、供給ポンプ３００からは液体が定量的に供給されているので
、ｖ_ａの時間平均は一定であり、ｐ_ｂは大気圧で一定あるとすれば、Ｃを定数として、
ｐ_ａ＝ｖ_ｂ ^２／２＋Ｃ
と表すことができる。つまり、供給ポンプ３００の供給圧力は、噴射ノズル１０２から流
出する液体の流速の２乗に比例する。

そして、例えば、連続流のときに噴射ノズル１０２から流出する液体の流速をｕとして
、パルス流のときには、アクチュエーター１１２の収縮時に噴射ノズル１０２から液体が
流出しなくなり（流速が０となり）、アクチュエーター１１２の伸長時に連続流のときの
２倍の流速（２ｕ）で流出するとした場合には、パルス流のときの供給ポンプ３００の平
均供給圧力をＥ（ｐ）とすると、
Ｅ（ｐ）＝｛（２ｕ）^２／２＋２Ｃ｝／２
＝ｕ^２＋Ｃ
となり、連続流のときの供給ポンプ３００の供給圧力（ｕ^２／２＋Ｃ）よりも高くなる。
尚、図５では、アクチュエーター１１２の駆動によりパルス流が発生しているときの供給
圧力は、時間平均を表している。

このように、アクチュエーター１１２が駆動して噴射ノズル１０２からの吐出形態がパ
ルス流になると、アクチュエーター１１２が駆動していない連続流のときに比べて、液体
室１１０に液体を供給する上での抵抗（供給抵抗）が大きくなり、供給ポンプ３００の供
給圧力は高くなる。しかしながら、前述したように、液体室１１０内に気泡が混入あるい
は発生すると、液体室１１０の容積が減少しても、気泡が圧縮されるだけで液体室１１０
内の液体には圧力がかからないので、アクチュエーター１１２が駆動しているにもかかわ
らず、噴射ノズル１０２からの吐出形態は、パルス流ではなく連続流となる。その結果、
液体室１１０内に気泡が存在するときの供給ポンプ３００の供給圧力は、気泡が存在しな
いときに比べて低下する。

従って、供給ポンプ３００の現在の供給圧力が直前の供給圧力に比べて低下していれば
、液体室１１０に気泡が混入あるいは発生したと判断することができ、一方、低下してい
なければ、液体室１１０に気泡は存在しないと判断することができる。尚、ステップＳ１
０４では、圧力センサー３０８の測定誤差を考慮して、現在の供給圧力が直前の供給圧力
から１０％以上低下した場合に気泡があると判断して、１０％未満の低下である場合には
、気泡がないと判断するようになっている。

一方、ステップＳ１０２において、アクチュエーター１１２の駆動開始時であるか、あ
るいは噴射条件が変更されたと判断された場合は（ステップＳ１０２：ｙｅｓ）、ルック
アップテーブルを参照して、現在の噴射条件での標準供給圧力を読み出す（ステップＳ１
０６）。すなわち、アクチュエーター１１２の駆動開始時である場合には、供給ポンプ３
００の現在の供給圧力と比較する直前の供給圧力がない。また、制御部２００に設けられ
た各種ダイヤルの操作によって噴射条件が変更された場合には、供給ポンプ３００の供給
圧力が変化するので、この場合も比較対象となる直前の供給圧力が存在しない。そこで、
本実施例の液体噴射装置１０では、様々な噴射条件で予め測定された標準供給圧力がルッ
クアップテーブルに記憶されている。

図６は、本実施例の液体噴射装置１０で用いられるルックアップテーブルを概念的に示
した説明図である。前述したように、制御部２００に設けられた各種ダイヤル（供給流量
設定ダイヤル２０２、駆動電圧設定ダイヤル２０４、駆動周期設定ダイヤル２０６）を操
作することで、噴射条件として、供給ポンプ３００による液体の供給流量、アクチュエー
ター１１２に印加する駆動電圧波形の最大電圧値（液体室１１０の容積変動の大きさ）、
駆動電圧波形の周期（液体室１１０の容積変動の周期）を変更することが可能であり、こ
れらの噴射条件を変更すると、供給ポンプ３００の供給圧力が変化する。ルックアップテ
ーブルには、これら３つの噴射条件を様々に変えた組み合わせで、液体室１１０内に気泡
がないときの供給ポンプ３００の供給圧力を実験的に測定した標準供給圧力が記憶されて
いる。

図６に示した例では、最大電圧値および周期を所定の間隔で変更しながら標準供給圧力
を測定した２次元テーブルが、所定間隔で変更した流量毎に作成されている。このような
ルックアップテーブルを参照すれば、例えば、現在の噴射条件が、供給流量１０ｍｌ／ｍ
ｉｎ、最大電圧値１００Ｖ、周期４００Ｈｚである場合には、先ず、供給流量１０ｍｌ／
ｍｉｎ用の２次元テーブルを選択して、その中の最大電圧値１００Ｖ、周期４００Ｈｚに
対応する標準供給圧力を簡単に読み出すことができる。尚、ルックアップテーブル内に直
接にはない噴射条件の組み合わせについては、ルックアップテーブル内の標準供給圧力か
ら線形補完などで導出することとしてもよい。

こうしてルックアップテーブルから現在の噴射条件での標準供給圧力を読み出したら、
ステップＳ１００で取得した供給ポンプ３００の現在の供給圧力を、読み出した標準供給
圧力と比較して、液体室１１０内の気泡の有無を判断する（ステップＳ１０８）。すなわ
ち、標準供給圧力は、設定された噴射条件における正常な状態（液体室１１０内に気泡が
ないとき）の供給圧力であることから、現在の供給圧力が標準供給圧力に比べて低下して
いれば、液体室１１０内に気泡が存在すると判断することができ、一方、現在の供給圧力
が標準供給圧力と同程度であれば、液体室１１０内に気泡は存在しないと判断することが
できる。尚、ステップＳ１０８では、圧力センサー３０８の測定誤差を考慮して、現在の
供給圧力が標準供給圧力から１０％以上低下している場合は、気泡が存在すると判断して
、１０％未満の低下である場合は、気泡が存在しないと判断するようになっている。

以上のようにして、液体室１１０内の気泡の有無を判断した結果（ステップＳ１０４，
Ｓ１０８）、気泡が存在しないと判断された場合は（ステップＳ１１０：ｎｏ）、気泡検
出処理の先頭に戻って、再び供給ポンプ３００の現在の供給圧力を取得した後（ステップ
Ｓ１００）、上述した続く一連の処理を行う。

一方、液体室１１０内に気泡が存在すると判断された場合は（ステップＳ１１０：ｙｅ
ｓ）、気泡が存在する旨の報知を行う（ステップＳ１１２）。報知の方法としては、例え
ば、図示しないスピーカーあるいはブザーを用いてアラーム音を出力するようにしてもよ
い。

気泡が存在する旨の報知に続いて、気泡排出処理を実行する（ステップＳ１１４）。本
実施例の液体噴射装置１０では、液体室１１０内の気泡を噴射ノズル１０２から排出する
のに適した噴射条件（供給流量、最大電圧値、周期）が予め設定されており、現在設定さ
れている噴射条件にかかわらず、この気泡排出用の噴射条件に切り換えて供給ポンプ３０
０および噴射ユニット１００の動作が制御される。こうして気泡排出処理を実行したら、
気泡検出処理の先頭に戻って、供給ポンプ３００の現在の供給圧力を取得する（ステップ
Ｓ１００）。

以上に説明したように、本実施例の液体噴射装置１０では、液体室１１０に向けて液体
を定量的に供給する供給ポンプ３００の供給圧力を、供給ポンプ３００に搭載された圧力
センサー３０８で測定可能となっている。そして、液体室１１０内に気泡が存在する場合
には、アクチュエーター１１２が駆動していても噴射ノズル１０２からパルス流が適切に
噴射されず、気泡が存在しない場合に比べて供給ポンプ３００の供給圧力（液体室１１０
への液体の供給抵抗）が低下することから、このような供給ポンプ３００の供給圧力の低
下を検出することによって、液体室１１０内の気泡を検出することができる。

また、気泡の存在が問題となる液体室１１０自体は非常に小さく、気泡検出のためのセ
ンサー等を取り付ける位置の確保が困難であるところ、本実施例のように供給ポンプ３０
０の供給圧力に基づいて液体室１１０内の気泡を検出するのであれば、液体室１１０にセ
ンサーを取り付ける必要がないので、液体室１１０が設けられる噴射ユニット１００の構
造をシンプルにすることができる。加えて、操作者が把持する部分である噴射ユニット１
００に、気泡検出のためのセンサー等が不要であることから、噴射ユニット１００の小型
化および軽量化を図ることが可能となる。

さらに、液体室１１０に取り付けたセンサーによって生じ得る液体室１１０の容積減少
時の圧力損失についても、液体室１１０にセンサーを取り付けないことで回避できるので
、噴射ノズル１０２からの安定した液体の噴射を確保しながら、液体室１１０内の気泡を
検出することが可能となる。

Ｃ．変形例 ：
以上に説明した本実施例の液体噴射装置１０には、幾つかの変形例が存在している。以
下では、これら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。

Ｃ−１．第１変形例 ：
上述した実施例では、適切なパルス流で液体を噴射している状態で予め測定した標準供
給圧力と、現在の供給圧力とを比較して、液体室１１０内の気泡の有無を判断していた（
図４のステップＳ１０６，Ｓ１０８参照）。しかし、アクチュエーター１１２を駆動して
いない（連続流で液体が流出している）状態で予め測定した基準供給圧力と、現在の供給
圧力とを比較して、液体室１１０内の気泡の有無を判断するようにしてよい。

前述したように、液体室１１０内に気泡がない状態でアクチュエーター１１２を駆動す
ることによりパルス流が適切に発生すると、連続流のときに比べて、液体室１１０への液
体の供給抵抗が大きくなり、供給ポンプ３００の供給圧力が上昇する（図５参照）。この
点に着目して、第１変形例の液体噴射装置１０では、アクチュエーター１１２を駆動せず
に、供給ポンプ３００による液体の供給流量を所定の間隔で変えながら実験的に測定した
基準供給圧力がルックアップテーブルに記憶されており、設定された供給流量での基準供
給圧力をルックアップテーブルから読み出して、アクチュエーター１１２の駆動中に実際
に測定した供給ポンプ３００の供給圧力と比較することにより、液体室１１０内の気泡の
有無を判断するようになっている。すなわち、アクチュエーター１１２が駆動しているに
もかかわらず、現在の供給圧力が基準供給圧力と同程度であれば、液体室１１０内に気泡
が存在すると判断することができ、一方、現在の供給圧力が基準供給圧力よりも上昇して
いれば、液体室１１０内に気泡が存在しないと判断することができる。尚、圧力センサー
３０８の測定誤差を考慮して、例えば、実際に測定した供給圧力が基準供給圧力から１０
％以上上昇している場合は、気泡が存在しないと判断して、１０未満の上昇である場合は
、気泡が存在すると判断してもよい。

このように第１変形例の液体噴射装置１０では、アクチュエーター１１２が駆動してい
ない連続流のときの基準供給圧力を比較対象としているので、ルックアップテーブルの作
成に際して、アクチュエーター１１２に印加する駆動電圧波形の最大電圧値および周期に
ついては考慮する必要がなく、供給ポンプ３００による液体の供給流量だけを変更して基
準供給圧力を測定すればよい。このようにルックアップテーブルのパラメーターが少なく
なることによって、供給ポンプ３００の供給圧力に基づく液体室１１０内の気泡検出をよ
り簡便に実現することが可能となる。

Ｃ−２．第２変形例 ：
前述した実施例では、供給ポンプ３００に圧力センサー３０８が搭載されており、この
圧力センサー３０８によって供給ポンプ３００の供給圧力を測定していた。しかし、供給
ポンプ３００の供給圧力を測定する位置は、液体室１１０よりも上流側であればよく、供
給ポンプ３００に限られるわけではない。例えば、供給ポンプ３００と噴射ユニット１０
０とを接続する接続チューブ３０４上に圧力センサー３１０を設けることとしてもよい。

図７は、第２変形例の液体噴射装置１０において、接続チューブ３０４上に設けた圧力
センサー３１０によって供給ポンプ３００の供給圧力を測定する様子を示した説明図であ
る。図示されているように、第２変形例の液体噴射装置１０では、接続チューブ３０４が
肉厚の異なる２種類のチューブ３０４ａ，３０４ｂから構成されており、これら２種類の
チューブがジョイント３０４ｃによって接合されている。そして、接続チューブ３０４の
大部分は肉厚の厚いチューブ３０４ａであるが、一部が肉厚の薄いチューブ３０４ｂとな
っており、この肉厚の薄いチューブ３０４ｂの外側面に圧力センサー３１０が取り付けら
れている。

このような接続チューブ３０４は、弾性材料（例えば、シリコン製材料）で形成されて
おり、供給ポンプ３００から供給される液体の供給圧力（すなわち、接続チューブ３０４
の内圧）に応じて膨張する。特に、肉厚の薄いチューブ３０４ｂでは、膨張による変形が
顕著である。例えば、図７（ａ）に示すように、供給ポンプ３００の供給圧力が高い場合
には、肉厚の薄いチューブ３０４ｂは外側に大きく変形する。これに比較して、図７（ｂ
）に示すように、供給ポンプ３００の供給圧力が低い場合には、肉厚の薄いチューブ３０
４ｂの変形量は小さいものとなる。第２変形例の液体噴射装置１０では、圧力センサー３
１０として歪みゲージ式圧力センサーが用いられており、このような肉厚の薄いチューブ
３０４ｂの膨張による変形量を検出することで、供給ポンプ３００の供給圧力を測定する
ことが可能となっている。尚、図７中の矢印の長さは、肉厚の薄いチューブ３０４ｂにか
かる内圧の大きさを表している。また、圧力センサー３１０は、歪みゲージ式に限られる
わけではなく、例えば、カンチレバー式であってもよく、レーザー変位計あるいは超音波
変位計などを用いてもよい。さらに、圧力センサー３１０は、肉厚の薄いチューブ３０４
ｂの膨張による変形量ではなく、応力を検出するものであってもよい。

そして、前述したように、液体室１１０内に気泡が存在するときの供給ポンプ３００の
供給圧力は、気泡が存在しないときに比べて低下することから、接続チューブ３０４上に
設けた圧力センサー３１０を用いて供給ポンプ３００の供給圧力（接続チューブ３０４の
内圧）の低下を検出することによって、液体室１１０自体に気泡検出のためのセンサーを
設けておかなくても、液体室１１０内の気泡を検出することができる。

また、第２変形例の液体噴射装置１０では、接続チューブ３０４の膨張による変形量を
、肉厚の薄いチューブ３０４ｂの外側面に取り付けた圧力センサー３１０で検出すること
によって、供給ポンプ３００の供給圧力を測定していることから、次のようなメリットが
ある。すなわち、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液体噴射装置１
０では、噴射ノズル１０２から噴射する液体に異物が混入するようなことがあってはなら
ない。この点、第２変形例のように、接続チューブ３０４の外側面に取り付けた圧力セン
サー３１０によって供給ポンプ３００の供給圧力を測定するのであれば、供給ポンプ３０
０から供給される液体に圧力センサー３１０が直接触れることはないので、供給圧力の測
定に伴って液体に異物が混入する可能性を排除することができる。

加えて、第２変形例の液体噴射装置１０では、接続チューブ３０４が肉厚の異なる２種
類のチューブ３０４ａ，３０４ｂから構成されており、肉厚の薄いチューブ３０４ｂでは
、内圧の変化に伴う変形量が肉厚の厚いチューブ３０４ａよりも大きい。そのため、肉厚
の薄いチューブ３０４ｂの外側面に圧力センサー３１０を取り付けることによって、供給
ポンプ３００の供給圧力の低下を高い精度で検出することができ、その結果、液体室１１
０内の気泡の検出精度を高めることが可能となる。

さらに、一般にチューブは押し出し成形されるために外径、内径、肉厚寸法にバラツキ
が生じ易い。しかし、圧力センサー３１０を取り付ける部分に限定した短いチューブであ
れば、型成形することも可能であり、これにより外径、内径、肉厚寸法のバラツキを抑え
ることができるので、これらのバラツキから生じる供給圧力の測定誤差を抑えることがで
きる。その結果、液体室１１０内の気泡の検出精度をより高めることが可能となる。

尚、肉厚の薄いチューブ３０４ｂに代えて、図８に示すような測定室３１２を接続チュ
ーブ３０４の途中に設けておいてもよい。すなわち、図８（ａ）に示すように、接続チュ
ーブ３０４の途中に接続した箱状の測定室３１２の一面を、弾性材料で形成された薄いフ
ィルム３１２ｆで構成しておき、このフィルム３１２ｆの外側に圧力センサー３１４を取
り付けておいてもよい。こうすれば、液体室１１０内に気泡がなく供給ポンプ３００の供
給圧力が高い場合には、フィルム３１２ｆが測定室３１２の外側に大きく膨らむ（図８（
ｂ）参照）のに対して、液体室１１０内に気泡があり供給ポンプ３００の供給圧力が低い
場合には、フィルム３１２ｆの膨らみは小さくなる（図８（ｃ）参照）。そのため、圧力
センサー３１４でフィルム３１２ｆの変形量を検出することによって、液体室１１０内の
気泡を高い精度で検出することができる。また、フィルムであれば、チューブに比べて製
造時のバラツキを抑えることができる。

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、供給ポンプ３００の供給圧力の低下を圧力センサー３０
８によって直接的に検出するようになっていた。しかし、液体を定量的に供給している供
給ポンプ３００の駆動電流を測定することによって、供給圧力の低下を間接的に検出する
ようにしてもよい。すなわち、前述したように、アクチュエーター１１２の駆動によりパ
ルス流が適切に発生すると、連続流のときに比べて、液体室１１０への液体の供給抵抗が
大きくなる（供給ポンプ３００の供給圧力が上昇する）。そのため、液体を定量的に供給
する供給ポンプ３００にかかる負荷が大きくなり、供給ポンプ３００の駆動電流の増加と
して現れる。一方、液体室１１０内に気泡が存在すると、適切なパルス流が発生せず、気
泡が存在しない場合に比べて液体室１１０への液体の供給抵抗が小さくなる（供給ポンプ
３００の供給圧力が低下する）ので、供給ポンプ３００の負荷が小さくなり、駆動電流は
減少する。従って、供給ポンプ３００の駆動電流を測定することによって、供給ポンプ３
００の供給圧力の低下を間接的に検出すれば、液体室１１０内の気泡を検出することがで
きる。

また、前述した実施例では、供給ポンプ３００による液体の供給流量、アクチュエータ
ー１１２に印加する駆動電圧波形の最大電圧値、駆動電圧波形の周期の３つの噴射条件を
様々に変えた組み合わせで、供給ポンプ３００の供給圧力を予め測定した標準供給圧力が
ルックアップテーブルに記憶されており、現在の噴射条件での標準供給圧力と、実際に測
定した供給圧力とを比較して、液体室１１０内の気泡の有無を判断していた。しかし、気
泡の検出に適した噴射条件（供給流量、最大電圧値、周期）での標準供給圧力だけを予め
測定しておき、アクチュエーター１１２の駆動開始時などには、現在設定されている噴射
条件にかかわらず、気泡検出用の噴射条件に切り換えて実際に測定した供給圧力と、気泡
検出用の標準供給圧力とを比較することによって、液体室１１０内の気泡の有無を判断し
てもよい。こうすれば、予め測定しておく標準供給圧力は、気泡検出用の１つの噴射条件
についてだけでよいので、供給ポンプ３００の供給圧力に基づく液体室１１０内の気泡検
出を簡便に実現することできる。

さらに、上述した実施例および変形例では、供給ポンプ３００の供給圧力に基づいて液
体室１１０内の気泡の有無を検出するようになっていた。しかし、供給ポンプ３００の供
給圧力の変化は、液体室１１０の気泡の有無に応じて現れるだけでなく、例えば、噴射ノ
ズル１０２に異物が詰まった場合にも現れる。すなわち、噴射ノズル１０２に異物が詰ま
って噴射ノズル１０２から噴射される液体の流速が変わると、液体室１１０への液体の供
給抵抗が変化して、供給ポンプ３００の供給圧力にも変化が現れるので、供給ポンプ３０
０の供給圧力に基づいて、噴射ノズル１０２の詰りを検出することも可能である。

１０…液体噴射装置、 １００…噴射ユニット、 １０２…噴射ノズル、
１０４…流路管、 １１０…液体室、 １１２…アクチュエーター、
１１４…ダイアフラム、 ２００…制御部、 ３００…供給ポンプ、
３０２…液体通路、 ３０４…接続チューブ、 ３０６…液体タンク、
３０８…圧力センサー

Claims (3)

1. 噴射ノズルから液体を噴射する液体噴射装置であって、
   噴射しようとする液体が供給されるとともに、前記噴射ノズルと接続された液体室と、
   単位時間あたりに規定量の液体を前記液体室に供給する液体供給手段と、
   前記液体供給手段から供給される液体の圧力を、前記液体室の上流側で検出する圧力検
   出手段と、
   前記液体供給手段から供給される液体が前記液体室に充填された状態で、該液体室の容
   積を変動させる容積変動部を駆動することにより、前記噴射ノズルから液体をパルス状に
   噴射させる噴射制御手段と、
   前記容積変動部が駆動しているときの前記圧力検出手段の検出圧力に基づいて、前記液
   体室内の気泡を検出する気泡検出手段と
   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、
   前記液体室内に気泡がない状態で、かつ前記容積変動部の駆動中に前記液体供給手段か
   ら供給される液体の圧力である標準圧力を記憶している記憶手段を備え、
   前記気泡検出手段は、前記圧力検出手段の検出圧力と、前記記憶手段に記憶されている
   前記標準圧力とを比較することによって、前記液体室内の気泡を検出する手段である液体
   噴射装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の液体噴射装置であって、
   弾性材料で形成されて、前記液体供給手段から供給される液体を前記液体室へ導く接続
   チューブを備え、
   前記圧力検出手段は、前記接続チューブの外側面に設けられて、該接続チューブの膨張
   による変形量を検出することで、前記液体供給手段から供給される液体の圧力を検出する
   手段である液体噴射装置。

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