JP2012196319A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体室内の気泡の位置を検出し、その検出結果に応じて気泡を流出口に誘導することで気泡の排出を可能とする。
【解決手段】液体室の内部に向けて超音波を出力する複数の超音波出力部を設けて、そのうちの少なくとも１つから出力された超音波の反射波に基づいて、液体室内の気泡の位置を検出する。そして、その検出結果に応じて複数の超音波出力部の中から選択した超音波出力部を駆動することにより、液体室内の気泡を流出口に移動させる。こうすれば、液体室内の気泡に対して流出口とは反対側の超音波出力部から超音波を出力して気泡を流出口に移動させることができる。このように気泡を流出口に誘導することで、気泡は液体とともに流出口から流出するので、液体室内の気泡を排出することが可能となる。
【選択図】図７

Description

本発明は、ノズルから液体を噴射する技術に関する。

水や生理食塩水などの液体を加圧して、細くしぼられたノズルから生体組織に向けて噴
射することによって、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、神経や血管等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、単にノズルから連続的に液体を噴射するのではなく、パルス状に液体を噴射する
ことで、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、液体が充填された液体室の容積を急速に減少
させることで液体室内の圧力を上昇させ、その圧力によって、液体室の流出口と接続され
たノズルからパルス状に液体を噴射する。続いて、液体室の容積を元に戻して再び液体を
充填する。こうした動作を繰り返すことで、パルス状の噴流を周期的に発生させることが
できる。

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、液体室内に気泡が存
在すると、切開や切除の能力が低下するという問題があった。すなわち、上述したように
、パルス状の噴流は、液体室の容積を減少させて液体室内の液体を加圧することで発生さ
せているので、液体室内に気泡があると、液体室の容積を減少させても気泡が圧縮される
ことによって液体を十分に加圧できない。このため、ノズルからパルス状に液体を噴射す
ることができなくなり、切開や切除する能力が低下してしまう。また、このような気泡は
、液体室のいつも同じ位置に溜まっているとは限らず、液体室内で位置を替えることがあ
ることから、一様に気泡を液体室の流出口から排出することは容易ではない。

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、
液体室内の気泡の位置を検出し、その検出結果に応じて気泡を流出口に誘導することによ
って、液体室内の気泡を排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、
ノズルから液体を噴射する液体噴射装置であって、
前記液体が供給される液体室と、
前記液体室に開口し、かつ、前記ノズルに連通する流出口と、
前記液体室の少なくとも一部を変形させることにより、該変形前よりも該液体室の容積
を減少させる容積変更部と、
前記容積変更部を駆動することによって、前記ノズルから液体を噴射する噴射制御手段
と、
前記液体室を構成する壁面のうち、前記流出口と連通している壁面に交差する方向の平
面に配置され、前記液体室の内部に向けて超音波を出力する複数の超音波出力部と、
前記複数の超音波出力部の少なくとも１つから出力された超音波の反射波に基づいて、
前記液体室内の気泡の位置を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じて前記複数の超音波出力部の中から選択した超音波出力
部を駆動することによって、前記液体室内の気泡を前記流出口に移動させる気泡搬送手段
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、液体室に液体が充填された状態で、容積
変更部を駆動すると、液体室の容積が容積変更部の駆動前よりも減少するので、液体室内
で加圧された液体が流出口を通ってノズルから噴射される。また、液体室を構成する壁面
のうち、流出口と連通する壁面に交差する方向の壁面には、液体室の内部に向けて超音波
を出力する複数の超音波出力部が設けられており、そのうちの少なくとも１つから出力さ
れた超音波の反射波に基づいて、検出手段が液体室内野気泡の位置を検出する。そして、
その検出結果に応じて複数の超音波出力部の中から選択した超音波出力部を駆動すること
により、液体室内の気泡を流出口に移動させるようになっている。

超音波出力部から出力された超音波が液体室内の気泡に当たると、気泡は超音波に押さ
れて、超音波が当たる側とは反対側に移動する。従って、液体室内野気泡の位置を検出し
、その検出結果に応じて適切な側（気泡に対し流出口とは反対側）の超音波出力部を駆動
して超音波を出力すれば、気泡を流出口に移動させることができる。こうして気泡を流出
口へと誘導してやることにより、気泡は周囲の液体とともに流出口から流出するので、液
体室内の気泡を排出することができる。

上述した本発明の液体噴射装置では、複数の超音波出力部のうちの一の超音波出力部か
ら出力された超音波が液体室内で反射して一の超音波出力部へと戻る反射波を受信部で受
信することとして、一の超音波出力部が超音波を出力してから受信部が反射波を受信する
までの時間に基づいて、流出口に対して気泡が一の超音波出力部の側にあるか、一の超音
波出力部と向かい合う他の超音波出力部の側にあるかを判断してもよい。

このような構成によれば、例えば、超音波が流出口の位置で反射した場合を基準時間と
して、超音波の出力から反射波の受信までの時間が基準時間よりも短ければ一の超音波出
力部の側に気泡があると判断できる。一方、基準時間よりも長ければ他の超音波出力部の
側に気泡があると判断できる。さらに、一定時間が経過しても反射波を受信しない場合は
気泡がないと判断することができる。

また、一の超音波出力部から出力した超音波の反射波を受信部で受信した時点で気泡の
位置を判断できるので、短時間で気泡の位置を判断できる。その結果、迅速な気泡の排出
が可能となる。

また、前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、超音波出力
部に、反射波を受信するための受信部を設けておく。また、複数の超音波出力部から順番
に超音波を出力することとして、超音波出力部が超音波を出力してから反射波が当該超音
波を出力した超音波出力部に戻ってくるまでの伝播時間を計測する。そして、複数の超音
波出力部のうちで伝播時間が最短の超音波出力部の側に気泡があると判断してもよい。

このような構成によれば、複数の超音波出力部の各々から順番に超音波を出力して、液
体室内の気泡で反射した反射波が戻ってくるまでの伝播時間を比較するので、液体室内の
気泡の位置（複数の超音波出力部の中で何れの超音波出力部と最も近い位置にあるか）を
高い精度で検出することができる。結果として、気泡の最寄りの超音波出力部と流出口と
の位置関係に応じて、気泡を流出口に誘導するために駆動する超音波出力部を適切に選択
することが可能となる。

また、前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、超音波出力
部に、反射波を受信するための受信部を設けておく。また、複数の超音波出力部から順番
に超音波を出力することとして、超音波出力部が超音波を出力してから反射波が当該超音
波を出力した超音波出力部に戻ってくるまでの伝播時間を計測する。そして、複数の超音
波出力部のうちで伝播時間が所定時間以下である超音波出力部の近傍には気泡があると判
断してもよい。尚、近傍の範囲については、所定時間の長短によって設定することができ
る。

液体室内の気泡は１つとは限らず複数存在している場合がある。そこで、複数の超音波
出力部の各々から順番に超音波を出力して反射波が戻ってくるまでの伝播時間を計測し、
伝播時間が所定時間以下の超音波出力部については、何れも近傍に気泡があると判断すれ
ば、伝播時間が所定時間以下であった超音波出力部の個々と流出口との位置関係に応じて
、気泡を流出口に誘導するために駆動する超音波出力部を適切に選択することができる。
その結果、液体室内に複数の気泡がある場合でも、各気泡を流出口へと誘導することが可
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。 脈動発生部の断面を取った分解組立図である。 第１ケースの側から見た第２ケースの形状を示した説明図である。 脈動発生部が液体を噴射する動作を示した説明図である。 本実施例の液体噴射装置で行われる気泡排出処理の流れを示したフローチャートである。 第１振動子から出力された超音波の反射波を第１振動子で検出する様子を模式的に示した説明図である。 第１振動子から超音波を連続的に出力する様子を模式的に示した説明図である。 第１変形例の液体噴射装置において、第１振動子および第２振動子から超音波を出力することで気泡の位置を検出する様子を模式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、脈動発生部に多数の振動子が搭載されてい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．液体噴射装置の構成：
Ｂ．脈動発生部の構成：
Ｃ．液体の噴射動作：
Ｄ．本実施例の気泡排出処理：
Ｅ．変形例：
Ｅ−１．第１変形例：
Ｅ−２．第２変形例：

Ａ．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脈動発生部１００や、脈動発生部１００から噴射する液体を脈動発生
部１００に供給する液体供給手段３００や、噴射する液体を収容する液体容器３０６や、
脈動発生部１００および液体供給手段３００の動作を制御する制御部２００などから構成
されている。

脈動発生部１００は、第２ケース１０６と第１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、第２ケース１０６の前面（第１ケース１０８と合わさる面とは反
対側の面）には円管形状の液体噴射管１０４が接続され、液体噴射管１０４の先端にはノ
ズル１０２が設けられている。第２ケース１０６と第１ケース１０８との合わせ面には、
液体が充填される液体室１１０が設けられており、この液体室１１０は、液体噴射管１０
４を介してノズル１０２と接続されている。また、第１ケース１０８の内部には、積層型
の圧電素子によって構成された圧電素子１１２が設けられており、駆動電圧波形を印加し
て圧電素子１１２を駆動する（伸縮させる）ことにより、液体室１１０の容積を変動させ
て、液体室１１０内の液体をノズル１０２からパルス状に噴射することが可能となってい
る。尚、脈動発生部１００の詳細な構成については後述する。

液体供給手段３００は、第１接続チューブ３０２を介して液体容器３０６と接続されて
おり、液体容器３０６から吸い上げた液体を、第２接続チューブ３０４を介して脈動発生
部１００の液体室１１０に供給する。本実施例の液体供給手段３００は、２つのピストン
がシリンダー内で摺動する構成となっており、双方のピストンの移動速度を適切に制御す
ることで、脈動発生部１００に向かって液体を安定して圧送することが可能である。

制御部２００は、脈動発生部１００に内蔵された圧電素子１１２の動作や、液体供給手
段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、液体供給手段３００
から供給する液体の流量や、圧電素子１１２に印加する駆動電圧の波形、最大電圧値およ
び周波数を変更することによって、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。

Ｂ．脈動発生部の構成 ：
図２は、脈動発生部１００の断面を取った分解組立図である。前述したように、脈動発
生部１００は、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを合わせてネジ止めして構成され
ている。第１ケース１０８には、第２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、第１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（第２
ケース１０６と向かい合う側）からは、環状をしたスペーサー１２０が、凹部１０８ｃに
嵌め込まれている。このスペーサー１２０の板厚は、ダイアフラム１１４およびスペーサ
ー１２０を足した厚さが凹部１０８ｃの深さと同じになる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、圧電素子１１２が収納され
て、更に、貫通穴１０８ｈの開口部は第３ケース１１８によって塞がれている。また、圧
電素子１１２とダイアフラム１１４との間には、円形の補強板１１６が挿入されている。
そして、第１ケース１０８の貫通穴１０８ｈに圧電素子１１２を収納して、第３ケース１
１８で貫通穴１０８ｈを塞いだ状態では、ダイアフラム１１４と、補強板１１６と、圧電
素子１１２と、第３ケース１１８とがちょうど接するように、補強板１１６の厚さが設定
されている。尚、圧電素子１１２の一端は、第３ケース１１８に固着されており、圧電素
子１１２の他端は、補強板１１６に固着されている。また、補強板１１６の圧電素子１１
２とは反対側の面は、ダイアフラム１１４に固着されている。

一方、第２ケース１０６には、第１ケース１０８と合わさる面に、円形の凹部１０６ｃ
が形成されている。この凹部１０６ｃの内径は、第１ケース１０８に嵌め込まれたスペー
サー１２０の内径とほぼ同じ大きさに設定されている。そして、第２ケース１０６と第１
ケース１０８とを合わせてネジ止めした時に、第２ケース１０６に設けられた凹部１０６
ｃと、第１ケース１０８側に設けられたダイアフラム１１４およびスペーサー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、第２ケース１０６には、第２ケース１０６に接続された第２接続チューブ３０４
から供給される液体を液体室１１０まで導く入口流路１０６ａや、液体室１１０内の液体
を液体噴射管１０４へと導く出口流路１０６ｂが設けられている。このうち、入口流路１
０６ａは、凹部１０６ｃの底面（ダイアフラム１１４と向かい合う面）の周縁の位置に開
口しており、出口流路１０６ｂは、凹部１０６ｃの底面の中央位置に開口している。尚、
本実施例の出口流路１０６ｂの開口部は、本発明の「流出口」に相当している。

また、第２ケース１０６の凹部１０６ｃの側面には、直方体形状の切欠部１０６ｖが、
凹部１０６ｃの内側に向いた面と第１ケース１０８に向いた面の２面が開いている状態で
設けられている。この切欠部１０６ｖには、圧電素子によって構成された振動子１２２が
収納されて、更に、金属薄板などで形成された振動板１２４が、振動子１２２に接するよ
うにして、凹部１０６ｃの内側に向いた開口面を覆っている。また、切欠部１０６ｖの第
１ケース１０８に向いた開口面は、第２ケース１０６と第１ケース１０８とを合わせてネ
ジ止めした状態では、スペーサー１２０によって塞がれる。従って、振動子１２２は、切
欠部１０６ｖと振動板１２４とスペーサー１２０とで形成される閉空間の内部に配置され
ている。

図３は、第１ケース１０８の側から見た第２ケース１０６の形状を示した説明図である
。図示されているように、第２ケース１０６に形成された円形の凹部１０６ｃの側面には
、２箇所の切欠部１０６ｖが設けられており、それぞれの切欠部１０６ｖに振動子１２２
が収納されている。また、切欠部１０６ｖは、凹部１０６ｃの内側に向いた開口面が振動
板１２４で封止されており、この振動板１２４は、切欠部１０６ｖ内に固定された振動子
１２２に固着されている。尚、本実施例の脈動発生部１００では、凹部１０６ｃの中央位
置に開口する出口流路１０６ｂを間に置いて、２つの振動子１２２が向かい合わせに配置
されているが、必ずしも向かい合っている必要はない。また、本明細書では、説明の便宜
上、２つの振動子１２２のうち、入口流路１０６ａから遠い側を「第１振動子１２２ａ」
と呼び、入口流路１０６ａから近い側を「第２振動子１２２ｂ」と呼ぶことがあるものと
する。詳しくは後述するが、本実施例の振動子１２２は、液体室１１０の内部に向けて超
音波を出力することから、本発明の「超音波出力部」に相当している。

また、図２に示すように、第２ケース１０６の前面（第１ケース１０８と合わさる面と
は反対側の面）には、液体噴射管１０４が接続されており、この液体噴射管１０４の内径
は、出口流路１０６ｂの内径に比べて大きく設定されている。また、液体噴射管１０４の
先端には、出口流路１０６ｂよりも内径が小さく設定された液体噴射開口部を有するノズ
ル１０２が挿着されている。従って、液体室１１０内の液体が噴射されるまでの流路は、
出口流路１０６ｂを通って液体噴射管１０４に到ると断面積が広くなり、液体噴射管１０
４の先端のノズル１０２の部分で再び断面積が狭くなるようになっている。

以上のように構成された脈動発生部１００では、圧電素子１１２に駆動電圧波形を印加
して圧電素子１１２を駆動する（伸縮させる）ことによって、ノズル１０２から液体をパ
ルス状に噴射することが可能となっている。以下では、脈動発生部１００が液体を噴射す
る動作について説明する。

Ｃ．液体の噴射動作 ：
図４は、脈動発生部１００が液体を噴射する様子を示した説明図である。先ず、図４（
ａ）には、圧電素子１１２を駆動していない状態（圧電素子１１２に駆動電圧波形を印加
する前の状態）が示されている。この状態では、図中に太い破線の矢印で示したように、
液体供給手段３００から第２接続チューブ３０４を介して脈動発生部１００に供給される
液体が入口流路１０６ａを通って液体室１１０へと流入することにより、液体室１１０内
が液体で満たされる。尚、前述したように、液体供給手段３００からは液体が安定して供
給されるので、液体室１１０内が液体で満たされると、圧電素子１１２が駆動していなく
ても、液体室１１０内の液体が出口流路１０６ｂを通って液体噴射管１０４に向けて押し
出されることになる。

このように液体室１１０が液体で満たされた状態で、圧電素子１１２に駆動電圧波形が
印加されると、図４（ｂ）に示すように、圧電素子１１２が駆動電圧の増加によって伸長
し、補強板１１６を介してダイアフラム１１４を液体室１１０に向けて押すので、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４（ｂ）中に太い破線の矢印で示したように、出口流路
１０６ｂおよび液体噴射管１０４を介して、ノズル１０２からパルス状に噴射される。

尚、液体室１１０には、入口流路１０６ａおよび出口流路１０６ｂの２つの流路が接続
されている。従って、液体室１１０内で加圧された液体は、出口流路１０６ｂだけでなく
、入口流路１０６ａへも流出すると考えられる。しかし、流路における液体の流れ易さは
、流路の断面積や流路の長さ等によって定まるので、入口流路１０６ａおよび出口流路１
０６ｂの断面積や長さを適切に設定しておけば、入口流路１０６ａよりも出口流路１０６
ｂに液体が流出し易くすることが可能である。また、入口流路１０６ａには、液体供給手
段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ことによって、液体室
１１０内の液体の流出を妨げる流れがあるのに対して、出口流路１０６ｂには、液体室１
１０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、もっぱら出口流路１０６ｂを通って流出し、液体噴射管１０４を介して先
端のノズル１０２から噴射される。

このようにして液体を噴射したら、続いて、駆動電圧の減少によって圧電素子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。そして、液体供給手段３００から供給される液体で液体室１１０が満たされると、図
４（ａ）に示した圧電素子１１２が駆動する前の状態に復帰する。その後、再び駆動電圧
の増加によって圧電素子１１２が伸長すると、図４（ｂ）に示したように液体室１１０内
で加圧された液体がノズル１０２から噴射される。こうした動作を繰り返すことによって
、本実施例の脈動発生部１００では、パルス状の噴流を周期的に発生させることが可能と
なっている。尚、駆動電圧の増加によって伸張して液体室１１０の容積を減少させる本実
施例の圧電素子１１２は、本発明の「容積変更部」に相当している。また、圧電素子１１
２の駆動を制御している本実施例の制御部２００は、本発明の「噴射制御手段」に相当し
ている。

ここで、上述したようにパルス状の噴流は、液体室１１０の容積を減少させて液体室１
１０内の液体を加圧することで発生させているので、液体室１１０内に気泡が存在すると
、液体室１１０の容積を減少させても気泡が圧縮されることによって液体を十分に加圧す
ることができない。その結果、ノズルから液体が適切に噴射されず、切開や切除する能力
が低下してしまう。こうした点に鑑み、本実施例の液体噴射装置１０では、前述したよう
に脈動発生部１００に複数の振動子１２２が搭載されており、これらの振動子１２２を用
いて以下のような気泡排出処理を実行することにより、液体室１１０内の気泡を出口流路
１０６ｂへと排出することが可能となっている。

Ｄ．本実施例の気泡排出処理 ：
図５は、本実施例の液体噴射装置１０で液体室１１０内の気泡を排出するために行われ
る気泡排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、定期的に、あるいは操作者の指示によって実行さ
れる。尚、制御部２００が気泡排出処理を実行することによって、液体室１１０内の気泡
を移動させていることから、本実施例の制御部２００は、本発明の「気泡搬送手段」に相
当している。

図示されているように気泡排出処理では、先ず初めに、駆動電圧波形を印加して第１振
動子１２２ａを駆動する（振動させる）ことで、液体室１１０の内部に向けて単発の超音
波を出力する（ステップＳ１００）。前述したように本実施例の脈動発生部１００には、
２つの振動子１２２ａ，１２２ｂが搭載されているが、ステップＳ１００では、第２振動
子１２２ｂを駆動することなく、第１振動子１２２ａだけを駆動して超音波を出力する。
尚、超音波を出力するのは、２つの振動子１２２ａ，１２２ｂの何れか一方であればよく
、第２振動子１２２ｂだけから超音波を出力することとしてもよい。

こうして第１振動子１２２ａから液体室１１０の内部に向けて単発の超音波を出力した
ら、出力してからの経過時間を計測して（ステップＳ１０２）、その経過時間が所定の基
準時間に達するまでに、反射波を第１振動子１２２ａで検出したか否かを判断する（ステ
ップＳ１０４）。

図６は、第１振動子１２２ａから出力された超音波の反射波を第１振動子１２２ａで検
出する様子を模式的に示した説明図である。液体室１１０内に気泡が存在すると、液体室
１１０内の液体の屈折率と空気の屈折率とが大きく異なるため、図中に太線の矢印で示し
たように第１振動子１２２ａから液体室１１０の内部に向けて出力された超音波は、気泡
に当たった際に気泡の表面で反射される。そして、その反射波は、図中に破線の矢印で示
したように第１振動子１２２ａへと戻り、振動が電圧に変換されることで検出される。ま
た、本実施例の液体噴射装置１０では、第１振動子１２２ａから出力された超音波が液体
室１１０の中央位置で反射されて、その反射波が第１振動子１２２ａに戻ってくるまでの
時間を基準時間に設定している。従って、第１振動子１２２ａによって超音波を出力して
から反射波を検出するまでの経過時間が基準時間よりも短ければ、気泡は液体室１１０の
中央位置よりも第１振動子１２２ａ側（図中の左側）にあると判断することができる。尚
、本実施例の第１振動子１２２ａは、反射波を検出（受信）することから、本発明の「受
信部」に相当している。

そして、図５の気泡排出処理では、超音波を出力してから基準時間が経過するまでの間
に反射波を検出した場合、すなわち、液体室１１０の中央位置よりも第１振動子１２２ａ
側に気泡がある場合は（ステップＳ１０４：ｙｅｓ）、駆動電圧波形を印加して第１振動
子１２２ａを駆動する（振動させる）ことによって、第１振動子１２２ａから液体室１１
０の内部に向けて連続的に超音波を出力する（ステップＳ１０６）。この超音波の出力は
一定時間だけ継続されて、一定時間が経過したら、図５の気泡排出処理を終了する。尚、
反射波に基づく気泡の位置の検出は制御部２００が行っていることから、本実施例の制御
部２００は、本発明の「検出手段」に相当している。

図７は、第１振動子１２２ａから超音波を連続的に出力する様子を模式的に示した説明
図である。上述したように、液体室１１０の中央位置よりも第１振動子１２２ａ側に気泡
があると、第１振動子１２２ａから液体室１１０の内部に向けて連続的に超音波を出力す
るようになっている。こうして出力された超音波が気泡に当たると、気泡は超音波に押さ
れて、超音波が当たる側とは反対側に移動する。従って、図中に白抜きの矢印で示したよ
うに、液体室１１０の中央位置に開口した出口流路１０６ｂに向けて気泡を移動させるこ
とができる。こうして出口流路１０６ｂに誘導された気泡は、周囲の液体と一緒に出口流
路１０６ｂから流出することで、排出される。尚、第１振動子１２２ａから超音波を単発
で出力したり、断続的に出力しても気泡を移動させることができる。

一方、図５の気泡排出処理のステップＳ１０４において、超音波を出力してから基準時
間が経過するまでの間に反射波を検出しなかった場合は（ステップＳ１０４：ｎｏ）、続
いて、超音波を出力してからの経過時間が所定の上限時間に達するまでに、反射波を第１
振動子１２２ａで検出したか否かを判断する（ステップＳ１０８）。本実施例の液体噴射
装置１０では、この上限時間が上述の基準時間の２倍の時間、すなわち、第１振動子１２
２ａから出力された超音波が反対側の第２振動子１２２ｂの位置で反射され、その反射波
が第１振動子１２２ａに戻ってくるまでの時間に設定されている。従って、第１振動子１
２２ａによって超音波を出力してから反射波を検出するまでの経過時間が基準時間よりも
長く、かつ、上限時間よりも短ければ、気泡は液体室１１０の中央位置よりも第２振動子
１２２ｂ側にあると判断することができる。

そして、超音波を出力してから上限時間が経過するまでの間に反射波を検出した場合、
すなわち、液体室１１０の中央位置よりも第２振動子１２２ｂ側に気泡がある場合は（ス
テップＳ１０８：ｙｅｓ）、駆動電圧波形を印加して第２振動子１２２ｂを駆動する（振
動させる）ことによって、第２振動子１２２ｂから液体室１１０の内部に向けて連続的に
超音波を出力する（ステップＳ１１０）。この超音波の出力は一定時間だけ継続されて、
一定時間が経過したら、図５の気泡排出処理を終了する。

このように第２振動子１２２ｂから液体室１１０の内部に向けて超音波を出力すると、
図７を用いて説明した第１振動子１２２ａから超音波を出力する場合と同様に、超音波が
当たった気泡は、超音波に押されて、超音波が当たる側とは反対側の出口流路１０６ｂに
向けて移動する。そして、出口流路１０６ｂに誘導された気泡は、周囲の液体と一緒に出
口流路１０６ｂから流出することで、排出される。

これに対して、ステップＳ１０８において、第１振動子１２２ａによって超音波を出力
してから上限時間が経過するまでの間に反射波を検出しなかった場合は（ステップＳ１０
８：ｎｏ）、液体室１１０内に気泡はないものと判断して、そのまま図５の気泡排出処理
を終了する。

以上に説明したように、本実施例の液体噴射装置１０では、液体室１１０に第１振動子
１２２ａおよび第２振動子１２２ｂの２つの振動子が搭載されており、先ず、第１振動子
１２２ａから単発の超音波を出力して反射波が戻ってくるまでの時間に基づいて、出口流
路１０６ｂ（液体室１１０の中央位置）に対する気泡の位置を検出している。そして、そ
の検出結果に応じて気泡に対し出口流路１０６ｂ側とは反対側の振動子（第１振動子１２
２ａまたは第２振動子１２２ｂ）を駆動して超音波を出力している。こうして出力された
超音波は液体室１１０内の気泡に当たって出口流路１０６ｂの方向に気泡を移動させる（
誘導する）ので、気泡を周囲の液体と一緒に出口流路１０６ｂから流出させて排出するこ
とができる。

また、本実施例の液体噴射装置１０では、出口流路１０６ｂに対する気泡の位置（出口
流路１０６ｂに対して気泡が第１振動子１２２ａ側あるいは第２振動子１２２ｂ側の何れ
にあるか）を、第１振動子１２２ａのみから超音波を出力して反射波が戻ってくるまでの
時間が基準時間よりも長いかあるいは短いかに基づいて判断している。こうすることで、
第１振動子１２２ａで反射波を検出した時点で気泡の位置を判断できるので、例えば、複
数の振動子１２２から順番に超音波を出力して反射波が戻ってくるまでの時間を比較する
ことで気泡の位置を判断する場合に比べて、短時間で気泡の位置を検出することができる
。その結果、液体室１１０内の気泡を速やかに排出することが可能となる。

尚、本実施例の液体噴射装置１０では、気泡の位置に応じて選択した振動子１２２から
連続的な超音波の出力を一定時間だけ継続することとしているが、超音波の出力時間を気
泡の位置に応じて変更することとしてもよい。すなわち、第１振動子１２２ａによって超
音波を出力してから反射波を検出するまでの経過時間と基準時間との差に基づいて気泡が
出口流路１０６ｂからどの程度離れているか（気泡と出口流路１０６ｂとの距離）を把握
することが可能である。従って、距離が遠ければ超音波の出力時間を長くし、距離が近け
れば超音波の出力時間を短くすれば、より正確に気泡を出口流路１０６ｂへと誘導するこ
とが可能となる。

Ｅ．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。

Ｅ−１．第１変形例 ：
上述した実施例では、液体室１１０内の気泡の位置を、第１振動子１２２ａのみから超
音波を出力して反射波が戻ってくるまでの時間が基準時間よりも長いか短いかに基づいて
判断していた。しかし、第１振動子１２２ａだけでなく第２振動子１２２ｂからも超音波
を出力して、反射波が戻ってくるまでの時間を比較することで気泡の位置を検出してもよ
い。

図８は、第１変形例の液体噴射装置１０において、第１振動子１２２ａおよび第２振動
子１２２ｂから超音波を出力することで気泡の位置を検出する様子を模式的に示した説明
図である。図中の太線の矢印は、振動子１２２ａ，１２２ｂから出力される超音波を示し
ており、図中の破線の矢印は、超音波が気泡で反射された反射波を示している。図示され
ているように、第１振動子１２２ａおよび第２振動子１２２ｂから出力された超音波は、
液体室１１０内の気泡に当たると、気泡の表面で反射され、その反射波が対応する第１振
動子１２２ａまたは第２振動子１２２ｂへと戻って検出される。図８に示した例では、超
音波の出力から反射波の検出までの時間を計測すると、第１振動子１２２ａ側の計測時間
が第２振動子１２２ｂ側の計測時間よりも短いので、気泡は液体室１１０の中央位置より
も第１振動子１２２ａ側（図中の左側）にあると判断することができる。尚、第１振動子
１２２ａおよび第２振動子１２２ｂから出力される超音波が互いに干渉することを防止す
るため、第１振動子１２２ａおよび第２振動子１２２ｂからは、一定以上の時間間隔を置
いて順番に超音波を出力することが望ましい。

こうして気泡の位置を検出したら、その検出結果に応じて気泡に近い側（計測時間が短
かった側）の振動子１２２から超音波を出力することによって、液体室１１０の中央位置
に開口する出口流路１０６ｂに向けて気泡を誘導することができる。尚、振動子１２２か
らの超音波は、単発や断続的、あるいは連続的に出力すればよい。

このように第１変形例の液体噴射装置１０では、第１振動子１２２ａおよび第２振動子
１２２ｂからそれぞれ超音波を出力して、反射波を検出するまでの時間を直接的に比較す
るので、液体室１１０内の気泡が第１振動子１２２ａあるいは第２振動子１２２ｂの何れ
に近い位置にあるかをより高い精度で検出することが可能となる。

Ｅ−２．第２変形例 ：
上述した実施例および変形例では、脈動発生部１００に搭載された２つの振動子１２２
を用いて気泡を出口流路１０６ｂに誘導していた。しかし、脈動発生部１００に搭載する
振動子１２２は複数であればよく、より多くの振動子１２２を脈動発生部１００に搭載し
て、それらを用いて気泡を出口流路１０６ｂに誘導することとしてもよい。

図９は、第２変形例の液体噴射装置１０において、脈動発生部１００に多数の振動子１
２２が搭載されている様子を示した説明図である。図９では、第１ケース１０８の側から
見た液体室１１０の断面形状が示されている。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、脈動発生部１００に設けられた円形の液体室１１０の内周面に沿って
環状に多数（図示した例では１２個）の振動子１２２が等間隔で配置されている。これら
の振動子１２２は、前述した実施例と同様に、切欠部１０６ｖに収納されて、切欠部１０
６ｖの開口面を覆う振動板１２４と固着されている。

このような第２変形例の液体噴射装置１０では、多数の振動子１２２のそれぞれから超
音波を一定以上の時間間隔を置いて順番に出力して、その反射波を検出することにより、
液体室１１０内をスキャンするように気泡の位置を正確に検出することができる。そして
、検出した気泡に対して最寄りの振動子１２２から超音波を出力することによって、液体
室１１０内の何処に気泡があっても、気泡を出口流路１０６ｂへと最短で誘導することが
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、前述した実施例および変形例では、振動子１２２から超音波を出力し、気泡の
表面で反射された反射波を同じく振動子１２２で検出するようになっていた。しかし、振
動子１２２とは別に検出部を設けて、この検出部で反射波を検出することとしてもよい。

また、前述した実施例および変形例では、振動子１２２から超音波を出力し、その反射
波を検出することによって液体室１１０内の気泡を検出するようになっていたが、液体室
１１０の圧力や電気信号等に基づいて気泡を検出し、振動子１２２から超音波を出力する
ことで、気泡を出口流路１０６ｂ側に移動させてもよい。

尚、出口流路１０６ｂが開口する位置は、液体室１１０を構成する凹部１０６ｃの底面
の中央位置に限定されるわけではなく、例えば、周縁の位置に開口していてもよい。この
場合も、液体室１１０内の気泡に対し出口流路１０６ｂとは反対側の振動子１２２から超
音波を出力することで、気泡を出口流路１０６ｂ側に移動させることができる。

１０…液体噴射装置、 １００…脈動発生部、 １０２…ノズル、
１０４…液体噴射管、 １０６…第２ケース、 １０６ａ…入口流路、
１０６ｂ…出口流路、 １０６ｃ…凹部、 １０６ｖ…切欠部、
１０８…第１ケース、 １１０…液体室、 １１２…圧電素子、
１１４…ダイアフラム、 １１６…補強板、 １１８…第３ケース、
１２０…スペーサー、 １２２…振動子、 １２４…振動板、
２００…制御部、 ３００…液体供給手段、 ３０２…第１接続チューブ、
３０４…第２接続チューブ、 ３０６…液体容器

Claims (4)

1. ノズルから液体を噴射する液体噴射装置であって、
   前記液体が供給される液体室と、
   前記液体室に開口し、かつ、前記ノズルに連通する流出口と、
   前記液体室の少なくとも一部を変形させることにより、該変形前よりも該液体室の容積
   を減少させる容積変更部と、
   前記容積変更部を駆動することによって、前記ノズルから液体を噴射する噴射制御手段
   と、
   前記液体室を構成する壁面のうち、前記流出口と連通している壁面に交差する方向の平
   面に配置され、前記液体室の内部に向けて超音波を出力する複数の超音波出力部と、
   前記複数の超音波出力部の少なくとも１つから出力された超音波の反射波に基づいて、
   前記液体室内の気泡の位置を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に応じて前記複数の超音波出力部の中から選択した超音波出力
   部を駆動することによって、前記液体室内の気泡を前記流出口に移動させる気泡搬送手段
   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、
   前記複数の超音波出力部のうちの一の超音波出力部から出力された超音波が前記液体室
   内で反射して該一の超音波出力部へと戻る前記反射波を受信する受信部を備え、
   前記検出手段は、前記一の超音波出力部が超音波を出力してから前記受信部が前記反射
   波を受信するまでの時間に基づいて、前記流出口に対して気泡が該一の超音波出力部の側
   にあるか、該一の超音波出力部と向かい合う他の超音波出力部の側にあるかを判断する手
   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、
   前記超音波出力部には、前記反射波を受信する受信部が設けられており、
   前記複数の超音波出力部は、順番に超音波を出力し、
   前記検出手段は、前記超音波出力部が超音波を出力してから前記反射波が当該超音波を
   出力した前記超音波出力部に戻ってくるまでの伝播時間を計測して、前記複数の超音波出
   力部のうちで該伝播時間が最短の超音波出力部の側に気泡があると判断する手段である液
   体噴射装置。
4. 請求項１に記載の液体噴射装置であって、
   前記超音波出力部には、前記反射波を受信する受信部が設けられており、
   前記複数の超音波出力部は、順番に超音波を出力し、
   前記検出手段は、前記超音波出力部が超音波を出力してから前記反射波が当該超音波を
   出力した前記超音波出力部に戻ってくるまでの伝播時間を計測して、前記複数の超音波出
   力部のうちで該伝播時間が所定時間以下である超音波出力部の近傍に気泡があると判断す
   る手段である液体噴射装置。

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