JP2013188582A - 流体噴射装置、手術器具 - Google Patents

Abstract

【課題】流体室の内部圧力を高められる流体噴射装置を提供する。
【解決手段】流体噴射装置１００は、流体室６０の容積をダイアフラム４０により縮小して流体噴射開口部３０から液体をパルス状に噴射する流体噴射部１０と、流体噴射部１０に連通される流体供給チューブ２０と、を備える流体噴射装置であって、流体室６０に液体を供給する入口流路７２と、ダイアフラム４０の一部に形成され、且つ入口流路７２と流体室６０との間に配設されるチェック弁９０と、が備えられ、流体室６０の容積が縮小される場合にチェック弁９０が入口流路７２を閉塞し、流体室６０の容積が初期状態に復帰する場合にチェック弁９０が屈曲して入口流路７２を開放する。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体室に連通する入口流路を開閉するチェック弁を備える流体噴射装置と、この流体噴射装置を有する手術器具に関する。

パルス状に噴射される流体による手術は、血管等の脈管構造を保存しながら臓器実質を切開することが可能である。さらに、切開部以外の生体組織に与える付随的損傷が軽微であることから患者の負担が小さい。また、出血が少ないため、出血が術野の視界を妨げないことから迅速な手術が可能であり、特に微小血管からの出血に難渋する肝切除等に多く臨床応用されている。

生体組織を切開または切除する流体噴射装置として、流体室（ポンプ室体）の容積をダイアフラムにより縮小して流体噴射開口部から流体をパルス状に噴射する流体噴射装置がある。このような流体噴射装置では、流体室と流体室に流体を供給する入口流路との間にチェック弁（逆止弁）を備え、流体を供給する際にはチェック弁を開放し、流体室の容積を縮小する際にはチェック弁を閉塞す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１参照）。

特開２００５−１５２１２７号公報（第７頁、図１）

このような特許文献１による構成では、入口流路が設けられる入口接続管に直接チェック弁を設けている。入口接続管と流体室の連通部は流体室の容積縮小率を高めるために極めて小さく設定されることから、チェック弁自体も極めて小さくなり、チェック弁の製造や取り扱いが困難であった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る流体噴射装置は、流体室の容積をダイアフラムにより縮小して流体噴射開口部から流体をパルス状に噴射する流体噴射部と、前記流体室に流体を供給する入口流路と、前記ダイアフラムに形成され、且つ前記入口流路と前記流体室との間に配設されるチェック弁と、を有し、前記流体室の容積が縮小される場合に前記チェック弁が前記入口流路を閉塞し、前記流体室の容積が縮小された状態から拡大する場合に前記チェック弁が屈曲して前記入口流路を開放することを特徴とする。

このような構成によれば、ダイアフラムを製造する際にチェック弁も一体で形成することができるため、微細なチェック弁を単体で作る必要がなく製造しやすくなる。また、ダイアフラムを流体室に取り付けることによりチェック弁も取り付けることができるので、取り扱いが容易で組み立て性が向上するという効果がある。

また、ダイアフラムとチェック弁を一体で形成すれば、ダイアフラムとチェック弁との相対的な位置精度を高めることができ、そのことによって開閉する入口流路とチェック弁との位置精度を高めることができるという効果もある。

なお、チェック弁を設けることにより、ダイアフラムにより流体室が縮小された際に流体が入口流路に逆流することを防止し、流体室の内部圧力を必要とされる大きさに高め、流体噴射効率を高めることができる。

［適用例２］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記チェック弁は、スリットを設けることにより形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、チェック弁は、例えば略Ｕ字形のスリットをダイアフラムに設けることで形成することができる。ダイアフラムは薄板で形成されることから、プレス加工やエッチング加工等によりダイアフラムとチェック弁とを同じ加工工程で形成することができる。

［適用例３］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記チェック弁は、前記チェック弁の屈曲部の厚さ方向に薄肉部を有していることが好ましい。

このような構成によれば、チェック弁の屈曲部に薄肉部を設けることにより、ダイアフラムとして適した厚さを備えながら、チェック弁は流体室と入口流路の圧力差に対して敏感に屈曲し、流体室の容積を縮小する際には入口流路を閉塞し、流体室の容積が初期状態に復帰する際には入口流路を開放することができる。

［適用例４］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記チェック弁は、前記薄肉部の形成範囲から離れた位置で固定されていることが好ましい。

このような構成によれば、チェック弁は薄肉部で屈曲することから固定部まで屈曲による変位が伝達されない。従って、チェック弁が屈曲する際に固定部と被固定部との間に無限小の隙間が発生しないため、屈曲の繰り返しによる無限小の隙間に微小な塵が詰まってチェック弁の閉塞性が悪くなったり、この塵があることにより支点に応力が集中してチェック弁が破壊されるというようなことがなくなり、耐久品質を高めることができる。

［適用例５］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記流体室の前記入口流路側の端部に、前記チェック弁が作動することを妨げない範囲の大きさを有する連通部が設けられていることが望ましい。

このような構成によれば、流体室に連続した連通部を設けることにより、流体室の容積に大きな影響を与えずに狭い範囲でチェック弁の作動範囲を確保することができ小型化に有利である。

［適用例６］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記入口流路が、前記ダイアフラムを挟んで前記流体室に対して反対方向に離間して配設され、前記流体室と前記入口流路とを連通する連通路に前記チェック弁が配設されていることが好ましい。

このような構成によれば、チェック弁はダイアフラムの同一平面内に形成すればよいので、形状が単純化し、開閉する連通路との相対的な位置精度が向上し、入口流路の閉塞を確実に行うことができる。

［適用例７］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記連通路が、前記流体室の周縁部から離間した位置に設けられ、接続孔を介して前記流体室と連通されていることが好ましい。

このような構成によれば、流体室の周縁に切欠き部が存在せず全周が連続するダイアフラムの固定面を設けることができ、ダイアフラムの全周が固定できるため、ダイアフラムの変位量が安定し、流体室の容積縮小量も安定する。

［適用例８］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記チェック弁が、前記ダイアフラムの端部から前記連通部を覆う位置まで突設されていることが好ましい。

このような構成では、チェック弁の形状を単純化でき、製造し易い構造にすることができる。

［適用例９］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記チェック弁は、前記屈曲部の幅が前記屈曲部以外の部分より小さいことが望ましい。

チェック弁の屈曲部の幅を小さくすれば、屈曲部の剛性をさらに小さくすることができ、流体室と入口流路との圧力差による入口流路の開閉追従性を向上することができる。

［適用例１０］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記チェック弁が、前記ダイアフラムの端部から前記連通路方向に突設される２本の支持腕と、前記２本の支持腕の間に前記２本の支持腕の先端から前記ダイアフラムの端部方向に突設される閉塞部と、を有し、前記支持腕の幅の和は前記閉塞部の幅より小さく、前記支持腕が屈曲することにより前記閉塞部が前記連通路を開閉することが望ましい。

このような構成にすれば、閉塞部の幅より支持腕の幅を小さくすることで屈曲部の剛性を小さくし、連通路の開閉の追従性を向上することができる。

また、支持腕を閉塞部の両側に配設していることから、屈曲における応力バランスがよく、連通路に対して捩れ等による傾きを抑制し、連通路を確実に閉塞することができる。

［適用例１１］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記入口流路は、前記流体室の底面に略平行に設けられ、且つ前記流体室に直接連通され、前記チェック弁が前記ダイアフラムの固定面に対して略垂直方向に曲げて延設され、且つ前記入口流路の開閉を行うことが好ましい。

このような構成によれば、入口流路を流体室に対して直線的に連通するため、入口流路と流体室との連通部における流体抵抗を減じて流体を流体室に流入し易くすると共に、厚さ方向の寸法を縮小することができる。

［適用例１２］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記流体室は、厚さ方向に貫通する開口部を有する枠形状のスペーサと、前記スペーサの両面に配設され前記開口部を封止する二つの前記ダイアフラムと、により形成され、前記二つのダイアフラムの少なくとも一方に前記チェック弁が形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、一つの流体室に対して対向する面それぞれにダイアフラムが設けられていることから、流体室の容積縮小率を高めることができ、またチェック弁を設けていることから流体の逆流を防止し流体室内の圧力を高めることができる。

［適用例１３］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記流体室に連通する入口流路を二つ有し、前記二つのダイアフラムに設けられる前記チェック弁それぞれが、二つの前記入口流路のそれぞれを開閉することが望ましい。

このような構成によれば、一つの流体室に対して二つの入口流路を設けることにより、流体室への流体供給量を増加させることができる。このことにより、外部からの流体供給圧力を減らすことができるので、流体の供給源としての液体バッグを流体噴射装置よりも高い位置に吊るす等の簡便な方法で流体供給を行うことができる。

［適用例１４］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記入口流路が、前記流体噴射部の外周に倣って設けられる溝と、前記溝を覆うように嵌着される流体供給チューブの内郭と、によって構成されていることが好ましい。

このような構成によれば、入口流路を流体噴射部の外周に設けられる溝によって形成しているため、入口流路を切削加工等で形成でき、細管にて形成するよりも容易に形成することができる。
また、入口流路の断面積の大きさの自由度が高められ、液体の供給量の増減の調整が容易になるという効果もある。

［適用例１５］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記ダイアフラムは、前記ダイアフラムを変位させる圧電素子の周囲に前記ダイアフラムの厚さ方向に凹凸を有する波型構造が設けられていることが望ましい。

波型構造を設けることでダイアフラムが変位する際の面内応力を抑制し、流体室の容積縮小を効率的に行うことを可能にする。

［適用例１６］本適用例に係る手術器具は、上記適用例に係る流体噴射装置を有することを特徴とする。

本適用例によれば、ダイアフラムとチェック弁とを一体で形成した流体噴射装置を用いることで、小型で流体噴射効率が高い手術器具を実現できる。

実施形態１に係る流体噴射装置の概略構成の一例を示す説明図。 実施形態１に係る流体噴射部の側面断面図。 （ａ）は実施形態１に係る上枠を透視した状態の流体噴射部を示す平面図、（ｂ）はチェック弁の平面形状を拡大して示す部分平面図。 実施形態１に係るチェック弁の作動を示す部分断面図。 実施形態１に係る他の実施例によるチェック弁を示す部分平面図。 実施形態２に係る流体噴射部の一部を示し、（ａ）は下枠の一部を示す斜視図、（ｂ）は流体噴射部の一部を示す側面断面。 実施形態２に係るチェック弁の他の実施例１を示し、（ａ）はダイアフラムを示す部分平面図、（ｂ）は流体噴射部の一部を示す断面図。 実施形態２の他の実施例２のチェック弁を示す部分平面図。 実施形態２の他の実施例３のチェック弁を示す部分平面図。 実施形態２の他の実施例４のチェック弁を示す部分平面図。 実施形態３に係る流体噴射部の一部を示す側面断面図。 実施形態３の他の実施例１のチェック弁を示す部分平面図。 実施形態３の他の実施例１の流体噴射装置の一部を示す部分断面図。 実施形態３の他の実施例２のチェック弁を示す部分平面図。 実施形態４に係る流体噴射部を示す側面断面図。 実施形態４に係るスペーサを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）はスペーサの他の実施例を示す部分斜視図。 実施形態５に係る流体噴射部を示し、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ切断面を示す断面図。 実施形態６に係るダイアフラムの構成を示す平面図。 図１８のＡ−Ａ切断面を示す断面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は実施形態１に係る流体噴射装置を示し、図６〜図１０は実施形態２、図１１〜図１４は実施形態３、図１５，１６は実施形態４、図１７は実施形態５、図１８，１９は実施形態６に係る流体噴射装置を示している。
なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。

また、本発明による流体噴射装置は、インク等を用いた描画、細密な物体及び構造物の洗浄、物体の切断や切除、手術用メス等様々に採用可能であるが、以下に説明する実施の形態では、血管内に挿入し血栓等を除去する目的で用いるカテーテルの先端に設置することに適した流体噴射装置、あるいは生体組織を切開または切除することに好適な流体噴射装置を例示して説明する。従って、実施形態にて用いる流体は、水、生理食塩水、薬液等であり、以降、これら流体を総称して液体と表す。
（実施形態１）

図１は、実施形態１に係る流体噴射装置の概略構成の一例を示す説明図である。図１において、流体噴射装置１００は、基本構成として液体を収容しその液体の供給源としての輸液バッグ１２０と、駆動制御部１１０と、液体を脈動に変化させる流体噴射部１０と、輸液バッグ１２０と流体噴射部１０とを連通する流体供給チューブ２０と、を備えている。流体噴射部１０は、液体を脈動に変化させて流体噴射開口部３０から液滴２００としてパルス状に高速噴射させる。なお、流体供給チューブ２０はカテーテルとすることができる。

駆動制御部１１０には、図示しない駆動波形生成回路部と駆動制御回路部とが備えられ、術部の硬度等の条件に対応して駆動波形を調整する調整装置が備えられている。また、駆動制御部１１０と、流体噴射部１０の内部に備えられる圧電素子５１（図２、参照）とが、接続ケーブル１３０によって接続されている。
なお、輸液バッグ１２０は、駆動制御部１１０の内部に格納する構成としてもよい。この場合には、駆動制御部１１０の内部に一定圧力で輸液する小型ポンプを備えることが好ましい。

次に、図２〜図４を参照して実施形態１に係る流体噴射装置について説明する。
図２は、実施形態１に係る流体噴射部の側面断面図である。図２において、流体噴射部１０は、上枠７０と下枠８０とが互いに固定されて構成される円筒状の筐体１５の内部に、流体室６０と、流体室６０に液体を供給する入口流路７２と、流体室６０から流体噴射開口部３０に液体を流動する出口流路３１と、を備えている。

上枠７０と下枠８０が固着された状態において筐体１５の後端部には円筒状の嵌着部１２が形成されている。そして、流体供給チューブ２０が嵌着部１２に嵌着されることにより、入口流路７２は流体供給チューブ２０に連通する。ここで、筐体１５の外径は、流体供給チューブ２０の外径と略一致させることがより好ましい。

下枠８０には、上枠７０と対向する面に凹部８１が穿設されている。そして、凹部８１の周縁にダイアフラム４０の周縁部が密着固定されている。凹部８１とダイアフラム４０によって形成される空間が流体室６０である。

また、上枠７０には、ダイアフラム４０を挟んで流体室６０に対して反対方向に離間して配設され、流体室６０（凹部８１）の底面と略平行な入口流路７２が形成されている。また、流体室６０と入口流路７２とは、上枠側連通路６６と下枠側連通路７７とから構成される連通路６５によって連通されている。

ダイアフラム４０の流体室６０とは反対側表面にはアクチュエータとしての圧電素子５１が設けられている。上枠７０には圧電素子５１の駆動範囲を避けるような形状に凹部７５が形成される。また、ダイアフラム４０の入口流路７２側端部には、チェック弁９０が形成されている。チェック弁９０は、入口流路７２に連通する上枠側連通路６６を開閉するよう設けられる。

次に、チェック弁９０の形状及び作用について図３，４を参照して説明する。
図３は、本実施形態によるチェック弁の平面形状を示し、（ａ）は上枠を透視した状態の流体噴射部の平面形状を示す平面図、（ｂ）はチェック弁の平面形状を拡大して示す部分平面図、図４は、チェック弁の作用を示す部分断面図である。図３，４において、チェック弁９０は、ダイアフラム４０に略Ｕ字形のスリット９１を設けることにより形成され、入口流路７２側から流体室６０に向かって半島状に延設されている。そして、チェック弁９０は上枠側連通路６６の直径よりも大きい平面積を有している。

また、下枠８０に設けられる凹部８１（流体室６０）の入口流路７２側端部には、チェック弁９０の作動を妨げない範囲の大きさを有する下枠側連通路７７が設けられている。具体的には、下枠側連通路７７の大きさは、チェック弁９０が上枠側連通路６６を開放したときに凹部８１、及び下枠側連通路７７の側壁に接触しない範囲の大きさとする。

また、チェック弁９０の上枠７０側（図２、参照）の表面には、上枠側連通路６６を開閉する際の屈曲部にダイアフラム４０の厚さよりも残り厚さが薄い薄肉部９２が設けられている。薄肉部９２は、ダイアフラム４０をハーフエッチング等の加工手段でチェック弁９０の根元部を横断するように形成される。

次に、チェック弁９０の固定形態と作動について説明する。ダイアフラム４０の周縁部が下枠８０のダイアフラム固定面８２に接着等の手段で固定される（図３（ａ）、参照）。また、図４に示すように、下枠側連通路７７の側壁７７ａは、薄肉部９２の形成範囲より離れた位置に設定される。つまり、ダイアフラム４０（チェック弁９０）とダイアフラム固定面８２との固定は、薄肉部９２の形成範囲より離れた位置で行われる。

また、上枠７０は薄肉部９２を覆う範囲まで延設されているが、チェック弁９０との固定範囲は図示Ａで示す薄肉部９２の形成範囲より離れた範囲である。

ダイアフラム４０の表面には、流体室６０のほぼ中央部に圧電素子５１が設けられている。

続いて、本実施形態による流体噴射装置１００における液体の流動作用を図１，２を参照して説明する。輸液バッグ１２０は、流体噴射部１０に対して高い位置に配設され、輸液バッグ１２０と流体噴射部１０との位置水頭の差によって生じる圧力差を利用して、液体を一定の圧力で流体供給チューブ２０を介して流体室６０に供給する。さらに供給された液体は流体噴射部１０で脈動流に変換され、出口流路３１を通って流体噴射開口部３０からパルス状に噴射される。

次に、流体噴射部１０の動作について図１，２，４を参照して説明する。駆動制御部１１０は、駆動制御部１１０に含まれる駆動波形生成回路部によって形成された駆動波形を駆動制御回路部から圧電素子５１に印加する。入口流路７２から液体を供給する際には、チェック弁９０が図４に示す位置９０ｃまで屈曲し上枠側連通路６６を開放して、入口流路７２と流体室６０を連通させ流体室６０内に液体を供給する。

圧電素子５１に駆動信号が入力され、圧電素子５１が充電され急激に収縮したとすると、ダイアフラム４０は流体室６０の容積を縮小する方向に急激に凸状に変位する。その結果、流体室６０内の圧力が入口流路７２からの供給圧力よりも上昇し、チェック弁９０は上枠側連通路６６を閉塞する。つまり、チェック弁９０は入口流路７２を閉塞する。このようにして、チェック弁９０が入口流路７２を閉塞することによって流体室６０内の圧力がさらに急速に上昇して数気圧に達する。その結果、出口流路３１を通じて、流体噴射開口部３０からパルス状の流体吐出、つまり、高速の液滴２００がパルス状に噴射される。

圧電素子５１に印加される駆動信号が除去されると、圧電素子５１は放電される。圧電素子５１が放電され初期状態に復帰すると、ダイアフラム４０は流体室６０の容積を初期状態に急激に変位する。すると、流体室６０の内部圧力が急激に低下もしくは真空状態となる。この際、入口流路７２には輸液バッグ１２０から一定圧力で液体が供給されているので、流体室６０と入口流路７２との圧力差でチェック弁９０が開放され、液体が流体室６０に供給される。このようなダイアフラム４０とチェック弁９０の動作を繰り返すことで、パルス状の液滴噴射が継続される。

従って、上述した実施形態１によれば、チェック弁９０を設けることにより、ダイアフラム４０によって流体室６０を縮小する際に液体が入口流路７２に逆流することを防止し、流体室６０の内部圧力を要求される大きさに高め、流体噴射効率を高めることができる。

本実施形態におけるダイアフラム４０の平面サイズは、幅Ｗが１〜２ｍｍ、長さが数ｍｍ、厚さが２０μｍであって、チェック弁９０はダイアフラム４０の平面内に形成されるため更に微細形状となる。

従って、本実施形態によれば、ダイアフラム４０を製造する際にチェック弁９０も同時に形成することができるため、微細なチェック弁９０を単体で作る必要がなく製造しやすい。また、ダイアフラム４０を流体室６０に取り付けることによりチェック弁９０も取り付けることができるので、取り扱いが容易で組み立て性が向上するという効果がある。

また、ダイアフラム４０とチェック弁９０とを一体で形成すれば、ダイアフラム４０とチェック弁９０との相対的な位置精度を高めることができ、そのことによって上枠側連通路６６とチェック弁９０との位置精度を高めることができるという効果もある。

また、ダイアフラム４０は薄板で形成されることから、ダイアフラム４０とチェック弁９０とを含めてプレス加工やエッチング加工等により容易に同一工程で形成することができる。

また、チェック弁９０の屈曲部に薄肉部９２を設けることにより、ダイアフラム４０に適した厚さを備えながら、チェック弁９０は流体室６０内と入口流路７２内の圧力差に敏感に屈曲し、流体室６０の容積を縮小する際には入口流路７２を閉塞し、流体室６０の容積が初期状態に復帰する際には入口流路７２を開放することができる。

また、チェック弁９０は薄肉部９２で屈曲することから固定面（図示Ａの範囲またはダイアフラム固定面８２の固定部の範囲）まで屈曲による変位が伝達されない。従って、チェック弁９０が屈曲する際に、上枠７０の固定部とチェック弁９０との間に無限小の隙間Ｂ（図４、参照）が発生しない。

そのことにより、屈曲の繰り返しによって無限小の隙間Ｂに微小な塵が詰まってチェック弁９０の閉塞性が悪くなったり、この塵を支点に応力がかかってチェック弁９０が破壊されるというようなことがなくなり、チェック弁９０の耐久品質を高めることができる。

また、流体室６０の入口流路７２側端部に、チェック弁９０が作動することを妨げない範囲の大きさの下枠側連通路７７を設けることにより、流体室６０の容積に大きな影響を与えずに狭い範囲でチェック弁９０の作動範囲を確保することができ小型化に有利である。

さらに、流体室６０と入口流路７２とが、図２に示すように断面方向に離間して配設され、流体室６０と入口流路７２とを連通する連通路６５にチェック弁９０が配設されている。従って、チェック弁９０はダイアフラム４０と同一平面内に形成すればよいので、形状が単純化し、開閉される上枠側連通路６６との相対的な位置精度が向上し、入口流路７２（上枠側連通路６６）の閉塞を確実に行うことができる。
（実施形態１の他の実施例）

なお、本実施形態のチェック弁９０は、流体室６０と入口流路７２との圧力差による追従性を向上させるために、図５で示すような形状とすることが好ましい。
図５は、本実施形態の他の実施例に係るチェック弁を示す部分平面図である。チェック弁９０には、薄肉部９２の両側面に括れ部９４ａ，９４ｂが設けられ、部分的に幅が狭められている。

つまり、チェック弁９０は、屈曲部の幅を狭めることにより、屈曲部の剛性をさらに小さくすることにより、流体室６０と入口流路７２との圧力差による入口流路の開閉の追従性を向上することができる。

なお、括れ部９４ａ，９４ｂは、滑らかな円弧形状とすることが好ましい。このようにすれば、チェック弁９０の屈曲による応力集中を排除して耐久性を高めることができる。

なお、括れ部９４ａ，９４ｂのうちのどちらか一方を設ける構造としてもよく、また、屈曲部の幅方向中央に貫通孔を設ける構造としてもよい。
（実施形態２）

続いて、実施形態２に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。実施形態２は、前述した実施形態１に対して入口流路と流体室との連通部の形態が異なることに特徴を有している。従って、実施形態１との相違個所を中心に説明する。同じ機能個所には同じ符号を付している。

図６は、実施形態２に係る流体噴射部の一部を示し、（ａ）は下枠の一部を示す斜視図、（ｂ）は流体噴射部の一部を示す側面断面図である。図６（ａ），（ｂ）において、下枠８０には、流体室６０を構成する凹部８１と、凹部８１の底面に沿って開設される接続孔６８と、入口流路７２と接続孔６８とを連通する下枠側連通路７７と、が開設されている。なお、接続孔６８と下枠側連通路７７とは、ダイアフラム固定部８５を残して連通されている。

図６（ａ）に示すように、ダイアフラム固定面８２は、流体室６０の周縁部の全周にわたって同一平面内に形成されている。なお、接続孔６８の断面形状は四角形に限らず円形としてもよい。

ダイアフラム４０は、チェック弁９０を含んで実施形態１（図３、参照）と同形状であり、周縁部をダイアフラム固定面８２に固着すると共に、ダイアフラム固定部８５の表面（ダイアフラム固定面８２）に固定される。つまり、ダイアフラム４０は、流体室６０の周縁部全周に固定される共に、チェック弁９０の根元部が固着されることになる。

上枠側連通路６６（つまり、入口流路７２）はチェック弁９０によって開閉される。そして、流体室６０の容積が小さくなるときには上枠側連通路６６をチェック弁９０により閉塞し、流体室６０の容積が初期状態に復帰したときには上枠側連通路６６を開放する。

このような構成によれば、流体室６０の周縁に切欠き部が存在せず全周が連続するため、ダイアフラム４０を流体室６０の周縁の全周にわたって固定できるため、ダイアフラム４０の安定した変位作用を継続することができる。

なお、本実施形態のチェック弁は、上述した実施形態１（図３、参照）による形状を例示して説明したが、この形状に限らず適合することができる。
（実施形態２の他の実施例１）

図７は、実施形態２に係るチェック弁の他の実施例１を示し、（ａ）はダイアフラムを示す部分平面図、（ｂ）は流体噴射部の一部を示す断面図である。図７（ａ），（ｂ）において、チェック弁９０は、略Ｕ字形のスリット９１により形成され、流体室６０側に薄肉部９２を有して上枠側連通路６６側に突設されている。なお、下枠８０は、図６（ａ）に示すものと同様な形状を有している。

ダイアフラム４０は、流体室６０を取り囲む周縁部を含むダイアフラム固定面８２に固定される。この際、下枠側連通路７７のダイアフラム固定部８５側の側壁７７ａは、薄肉部９２の形成範囲より離れた位置に設定される。つまり、チェック弁９０のダイアフラム固定面８２との固定範囲は、薄肉部９２の形成範囲より離れた位置である。

また、上枠７０は薄肉部９２を覆う範囲まで延設されているが、チェック弁９０の固定範囲は図示Ａで示す範囲であって、薄肉部９２の形成範囲より離れた位置である。

また、チェック弁９０は上述した実施形態２と同様の作用を有し、流体室６０の周縁に切欠き部が存在せず全周が連続する。これにより、ダイアフラム４０を流体室６０の周縁部全周にわたって固定でき、ダイアフラム４０は安定した変位作用を継続することができる。

なお、本実施形態では、略Ｕ字形のスリット９１によって形成されるチェック弁９０を例示したが、チェック弁の形状は、この形状に限定されない。
（実施形態２の他の実施例２）

図８は、実施形態２の他の実施例２のチェック弁を示す部分平面図である。チェック弁９０は、ダイアフラム４０の端部から上枠側連通路６６方向に半島状に突設されている。チェック弁９０の外形は、下枠側連通路７７（図７（ａ）、参照）の範囲に納まり、上枠側連通路６６を封鎖する大きさを有する。

チェック弁９０の根元部（屈曲部）には上述した実施例１（図７（ａ）、参照）とほぼ同位置に薄肉部９２が設けられている。ダイアフラム４０の固定方法は、実施例１（図７（ａ），（ｂ）、参照）と同様な考え方で行われる。

チェック弁９０をこのような形状にしても、上述した実施形態２及び実施例１と同様な効果が得られ、チェック弁の形状を単純化でき製造しやすい構造にすることができる。
（実施形態２の他の実施例３）

図９は、実施形態２の他の実施例３のチェック弁を示す部分平面図である。チェック弁９０は、ダイアフラム４０から上枠側連通路６６方向に半島状に突設されている。チェック弁９０の外形は、下枠側連通路７７（図７（ａ）、参照）の範囲に納まり、上枠側連通路６６を封鎖する大きさを有する。

チェック弁９０には、薄肉部９２の両側面に括れ部９４ａ，９４ｂが設けられ、部分的に幅が狭められている。

つまり、チェック弁９０は、屈曲部の幅を狭めることにより、屈曲部の剛性をさらに小さくすることができる。これにより、流体室６０と入口流路７２との圧力差による入口流路７２（上枠側連通路６６）の開閉の追従性を向上することができる。

なお、括れ部９４ａ，９４ｂは、滑らかな円弧形状とすることが好ましく、チェック弁９０の屈曲による応力集中を排除して耐久性を高めることができる。

なお、括れ部９４ａ，９４ｂのうちのどちらか一方を設ける構造としてもよく、また、屈曲部の幅方向中央に貫通孔を設ける構造としてもよい。
（実施形態２の他の実施例４）

図１０は、実施形態２の他の実施例４のチェック弁を示す部分平面図である。チェック弁９０は、ダイアフラム４０の端部から上枠側連通路６６の方向に突設される２本の支持腕９６，９７と、支持腕９６，９７の間に、支持腕９６，９７の先端からダイアフラム４０の端部方向に突設される閉塞部９８と、を有している。

支持腕９６，９７の幅の和は少なくとも閉塞部９８の幅より小さい。好ましくは、閉塞部９８が初期状態でダイアフラム４０と同一平面にある範囲で幅を小さく設定する。そして、支持腕９６，９７は、流体室６０と入口流路７２との圧力差によって屈曲可能な剛性となる幅を有している。また、支持腕９６，９７は、閉塞部９８の幅方向両側に均等に配設されている。

また、チェック弁９０の外形は、下枠側連通路７７（図７（ａ）、参照）の範囲内に納まり、上枠側連通路６６を封鎖する大きさを有する。

チェック弁９０を含むダイアフラム４０と、上枠７０及び下枠８０との固定構造は図７（ｂ）に示す構造と同じ関係で行うことができる。なお、支持腕９６，９７それぞれには、根元部近傍に薄肉部９２が設けられている。薄肉部９２の位置は、支持腕９６，９７の屈曲部に相当する。

従って、チェック弁９０は、流体室６０と入口流路７２との圧力差によって支持腕９６，９７の薄肉部９２において屈曲し、閉塞部９８は変形せずに変位して上枠側連通路６６（入口流路７２）を開閉する。

このような構成にすれば、屈曲部の剛性をさらに小さくすることができ、流体室６０と入口流路７２との圧力差による上枠側連通路６６の開閉の追従性を向上することができる。

また、支持腕９６，９７を閉塞部９８の幅方向両側に均等配設していることから、屈曲バランス（応力バランス）がよく、上枠側連通路６６に対して捩れ等による傾きを抑制し、上枠側連通路６６を確実に閉塞することができる。
（実施形態３）

続いて、実施形態３に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。実施形態３は、前述した実施形態１及び実施形態２の構成に対して入口流路の配置、及びチェック弁の形態が異なることに特徴を有している。従って、実施形態１との相違個所を中心に説明する。同じ機能個所には同じ符号を付している。
図１１は、実施形態３に係る流体噴射部の一部を示す側面断面図である。流体噴射部１０は、入口流路７２が流体室６０の底面に平行に設けられ、且つ流体室６０に直接連通されている。また、チェック弁９０は、ダイアフラム固定面８２に対して略垂直方向に曲げて延設され、入口流路７２の開閉を直接行うよう構成されている。

チェック弁９０は、実施形態１（図３、参照）と同様にスリット９１により形成され、屈曲部の下枠８０側表面に薄肉部９２が設けられている。チェック弁９０の上枠７０及び下枠８０との固定部は、薄肉部９２から離れた位置に設定される。また、薄肉部９２よりも先端には、入口流路７２の断面積よりも十分大きく、入口流路７２を閉塞可能な面積を有する平面部９３が設けられている。

なお、前述した実施形態２（図６（ａ）、参照）の構成のように、入口流路７２と流体室６０との間に接続孔６８を有するダイアフラム固定部８６を形成し、このダイアフラム固定部８６の上面のダイアフラム固定面８２にダイアフラム４０を固着することで、ダイアフラム４０を流体室６０の周縁部全周にわたって固着する構成とすることもできる。

このような構成では、流体室６０の容積が小さくなる場合には、チェック弁９０が入口流路７２を閉塞し、流体室６０の容積が初期状態に復帰する場合には、チェック弁９０が位置９０ｃまで屈曲して入口流路７２を開放する。

なお、チェック弁９０は、図３（ｂ）に表すような展開形状（図１１では二点鎖線９０Ａで示す）から、薄肉部９２をハーフエッチング等の加工手段で形成した後、直角に曲げることにより形成することができる。

このような構成によれば、入口流路７２が流体室６０に直接連通するため、入口流路７２と流体室６０とを断面方向に離間して連通路により双方を連通する構造に比べ、流体抵抗を減じ液体が流体室６０に流入しやすくなると共に、断面方向の寸法を縮小することができる。

なお、本実施形態のチェック弁９０は、上述した実施形態１（図３、参照）と同様にスリット９１により形成される形状を例示して説明したが、この形状に限らず適合することができる。
（実施形態３の他の実施例１）

図１２は、実施形態３に係る他の実施例１のチェック弁を示す部分平面図、図１３は流体噴射装置の一部を示す部分断面図である。図１２，１３において、チェック弁９０は、ダイアフラム４０の端部から入口流路７２方向に半島状に突設され、ダイアフラム固定面８２に対して略垂直方向に曲げて延設され、入口流路７２の開閉を直接行うよう構成されている。

チェック弁９０には、屈曲部の上枠７０側表面に薄肉部９２が設けられている。チェック弁９０の上枠７０及び下枠８０との固定部は、薄肉部９２から離れた位置に設定される。また、薄肉部９２よりも先端には、入口流路７２の断面積よりも十分大きく、入口流路７２を閉塞可能な面積を有する平面部９３が設けられている。

なお、入口流路７２と流体室６０との間には、接続孔６８を有するダイアフラム固定部８６が形成されている。ダイアフラム４０は、このダイアフラム固定部８６の上面のダイアフラム固定面８２に流体室６０周縁部が固着されている。

このような構成にしても、流体室６０の容積が小さくなる場合には、チェック弁９０が入口流路７２を閉塞し、流体室６０の容積が初期状態に復帰する場合には、チェック弁９０が位置９０ｃまで屈曲して入口流路７２を開放する。

なお、チェック弁９０は、図１１に表すような展開形状（二点鎖線９０Ａで示す）から、薄肉部９２をハーフエッチング等の加工手段で形成した後、直角に曲げることにより形成することができる。

このような構成にすれば、前述した実施形態３と同様な効果がえられ、チェック弁９０を含むダイアフラム４０の形状が簡単となり、より製造しやすくなる。
（実施形態３の他の実施例２）

図１４は、実施形態３の他の実施例２のチェック弁を示す部分平面図である。まず、チェック弁９０の展開形状について説明する。チェック弁９０は、ダイアフラム４０から突設延在された入口流路の閉塞部９８と、閉塞部９８とダイアフラム４０の端部とを接続する接続部９９とから構成されている。

接続部９９は、ダイアフラム４０の端部から延在され、閉塞部９８よりも幅が狭い。また、閉塞部９８は、接続部９９から入口流路７２を閉塞する範囲まで延在される。

ここで、接続部９９はダイアフラム４０の表面に対して垂直に折り曲げられる。ダイアフラム４０は、チェック弁９０が折り曲げられた状態で、図１３に示すように上枠７０及び下枠８０によって固定される。接続部９９の表面には薄肉部９２が形成されている。薄肉部９２の位置は、チェック弁９０の屈曲部に相当する位置に形成される。

チェック弁９０をこのような構成としても、前述した実施形態３の他の実施例１と同様な効果が得られる。
（実施形態４）

続いて、実施形態４に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。実施形態４は、前述した実施形態１〜実施形態３が、ダイアフラムを一つ用いた構成に対し、ダイアフラムを二つと入口流路を二つ有する構成に特徴を有している。

図１５は、実施形態４に係る流体噴射部を示す側面断面図、図１６（ａ）はスペーサの斜視図、図１６（ｂ）はスペーサの他の実施例を示す部分斜視図である。図１５、図１６（ａ）において、流体噴射部１０は、薄板状のスペーサ１４０の表面１４３にダイアフラム４０が、裏面１４４にダイアフラム４１がそれぞれ密着固定されている。スペーサ１４０は、図１６（ａ）に示すように開口部１４１を有する枠形状をしている。開口部１４１は、ダイアフラム４０，４１によって表裏が封止され、ダイアフラム４０が上蓋、ダイアフラム４１が下蓋、そしてスペーサ１４０が側壁となる流体室６０が構成される。

また、スペーサ１４０の一方の端部には出口流路３１及び流体噴射開口部３０が形成されている。また、出口流路３１に対向する側面には、流体室６０に連続する連通部１４２が設けられている。また、ダイアフラム４０，４１のそれぞれには、互いに流体室６０を挟んで対向する位置に圧電素子５１，５２が固定されている。

上枠７０には、流体室６０と断面方向に離間する入口流路７２と、流体室６０と入口流路７２とを略垂直方向に連通する上枠側連通路６６とが形成されている。一方、下枠８０には、流体室６０と断面方向に離間する入口流路８８と、流体室６０と入口流路８８とを略垂直方向に連通する下枠側連通路８９とが形成されている。入口流路７２，８８は、流体噴射部１０の後端部に嵌着される流体供給チューブ２０に連通している。

そして、上枠側連通路６６と下枠側連通路８９それぞれの流体室６０側の開口部には、チェック弁９０，９５が設けられている。チェック弁９０はダイアフラム４０と一体で形成され、チェック弁９５はダイアフラム４１と一体で形成されている。本実施形態では、前述した実施形態１（図３、参照）と同じ構成のチェック弁を採用することができ、ダイアフラム４１は、ダイアフラム４０の表裏を入れ替えた形状と考えることができる。

このような構成では、圧電素子５１，５２に同位相の駆動信号を印加すると、ダイアフラム４０，４１が互いに流体室６０の容積を縮小するように変位する。圧電素子５１，５２への駆動信号の印加を停止すると、ダイアフラム４０，４１は共に初期状態に復帰する。そして、流体室６０の容積が小さくなる場合には、流体室６０内部の圧力が上昇して、チェック弁９０が入口流路７２を閉塞し、チェック弁９５が入口流路８８を閉塞する。また、流体室６０の容積が初期状態に復帰する場合には、入口流路７２，８８の圧力の方が流体室６０の内部圧力よりも大きくなるため、チェック弁９０が入口流路７２を開放し、チェック弁９５が入口流路８８を開放して、流体室６０に液体が供給される。

このような構成によれば、一つの流体室６０に対して対向する面それぞれにダイアフラム４０，４１が設けられ、同位相で駆動することにより流体室６０の容積縮小率を高めることができる。また、流体室６０に連通する入口流路を二つ備えていることから、十分な量の液体供給を可能にする。
さらに、各入口流路にチェック弁９０，９５を設けていることから液体の入口流路７２，８８への逆流を防止し流体室６０内の圧力を高めることができ、より強力な液滴噴射を行うことができるという効果がある。

なお、本実施形態では、一つの流体室に対して二つの入口流路７２，８８を設ける構造を例示して説明したが、流体室６０に連通する入口流路７２または入口流路８８に一つを設ける構造としてもよい。この際、入口流路及びチェック弁を２対用意して、どちらか一方のチェック弁を閉塞した状態に固定しておき、必要性に応じて、閉塞したチェック弁の固定を解除して２対構成とする構成としてもよい。

また、本実施形態では、前述した実施形態２（図６、参照）の技術思想を応用することができる。例えば、図１６（ｂ）に示すように、スペーサ１４０の開口部１４１と平面方向に離間した位置に表面１４３から裏面１４４に貫通する連通孔１４６を開設し、開口部１４１から連通孔１４６に連通する接続孔１４５を設ける。連通孔１４６は、図１５に示す上枠側連通路６６と下枠側連通路８９に連通する。

このような構成とすれば、開口部１４１の周縁部は、スペーサ１４０の表面側にダイアフラム固定面１４３ａ、裏面側にダイアフラム固定面１４３ｂが形成され、ダイアフラム４０，４１それぞれを開口部１４１の周縁全周にわたって固定することができ、ダイアフラム４０，４１が安定した変位作用を継続することができる。

また、本実施形態のようにスペーサ１４０を用いる構造では、連通孔１４６の表面側または裏面側のどちらか一方のみを開設すれば、入口流路が一つの構成の流体噴射部を容易に実現することができる。
（実施形態５）

続いて、実施形態５に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。実施形態５は、前述した実施形態１〜実施形態４に記載の構成に対して入口流路の構成が異なることに特徴を有する。なお、本実施形態は、前述した実施形態１〜実施形態４それぞれに記載の流体噴射部の構成に適合できるが、実施形態１（図２、参照）による構成を例示して説明する。
図１７は、実施形態５に係る流体噴射部を示し、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ切断面を示す断面図である。図１７において、入口流路７２は、上枠７０の外周部に長さ方向に沿って形成する溝７８と流体供給チューブ２０の内郭２１によって構成される。

溝７８は入口流路として必要な断面積を有している。筐体１５の嵌着部１３に流体供給チューブ２０を嵌着することで溝７８の開口部を封止し、入口流路７２が構成される。
なお、前述した実施形態４（図１５、参照）のような入口流路を二つ備える構成であっても、溝を二つ形成し流体供給チューブ２０を嵌着することにより二つの入口流路を構成することができる。

このような構成によれば、入口流路７２を流体噴射部１０（上枠７０）の外周に設けられる溝７８によって形成しているため、溝７８を切削加工等で形成することができ、細管状に形成するよりも容易に形成することができる。
また、入口流路７２の断面積の大きさの自由度が高められ、液体の供給量の増減の調整が容易になるという効果もある。
（実施形態６）

続いて、実施形態６について図面を参照して説明する。前述した実施形態１〜実施形態３では、チェック弁の構成を中心に説明したが、本実施形態では、ダイアフラム４０の構成について説明する。

図１８，１９は、本実施形態に係るダイアフラムの構成を示し、図１８は平面図、図１９は、図１８のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。なお、チェック弁９０は、実施形態１の形状（図４、参照）を例示し説明を省略する。

図１８，１９において、ダイアフラム４０には、圧電素子５１の周囲に波型構造４２が形成されている。波型構造４２は、ダイアフラム４０の表面を型押加工等により形成することができる。

波型構造４２は、圧電素子５１と、流体室６０を構成する凹部８１の側壁との間の中間位置に形成される。また、波型構造４２は図１８，１９では１条構成を例示しているが、複数条で構成してもよい。

前述した実施形態１〜実施形態３で示したフラット構造のダイアフラム４０では、圧電素子５１による初期変形の際には剛性は低くても、面外変形が大きくなるにつれてダイアフラム４０に引張りの面内応力が発生する。

この面内応力によってダイアフラム４０の剛性が高くなる。そこで、波型構造４２を設けることで面内応力を抑制し、ダイアフラム４０の平面積が小さくても圧電素子５１の伸縮による変位を流体室６０の容積縮小に効率的に変換することを可能にする。
なお、このような波型構造４２は、実施形態４、実施形態５に示すダイアフラムも適合することができる。

本発明による流体噴射装置１００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、手術用メス等様々に採用可能であるが、血管内に挿入し血栓等を除去する目的で用いるカテーテルの先端に設置して用いる手術器具、あるいは生体組織を切開または切除する手術器具として好適である。

２０…流体供給チューブ、３０…流体噴射開口部、３１…出口流路、４０…ダイアフラム、６０…流体室、７０…上枠、７２…入口流路、８０…下枠、９０…チェック弁、１００…流体噴射装置。

Claims (16)

1. 流体室の容積をダイアフラムにより縮小して流体噴射開口部から流体をパルス状に噴射する流体噴射部と、前記流体室に流体を供給する入口流路と、
   前記ダイアフラムに形成され、且つ前記入口流路と前記流体室との間に配設されるチェック弁と、を有し、
   前記流体室の容積が縮小される場合に前記チェック弁が前記入口流路を閉塞し、
   前記流体室の容積が縮小された状態から拡大する場合に前記チェック弁が屈曲して前記入口流路を開放することを特徴とする流体噴射装置。
2. 請求項１に記載の流体噴射装置において、
   前記チェック弁は、スリットを設けることにより形成されていることを特徴とする流体噴射装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の流体噴射装置において、
   前記チェック弁は、前記チェック弁の屈曲部に厚さ方向の薄肉部を有していることを特徴とする流体噴射装置。
4. 請求項３に記載の流体噴射装置において、
   前記チェック弁は、前記薄肉部の形成範囲から離れた位置で固定されていることを特徴とする流体噴射装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
   前記流体室の前記入口流路側の端部に、前記チェック弁が作動することを妨げない範囲の大きさを有する連通部が設けられていることを特徴とする流体噴射装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
   前記入口流路が、前記ダイアフラムを挟んで前記流体室に対して反対方向に離間して配設され、前記流体室と前記入口流路とを連通する連通路に前記チェック弁が配設されていることを特徴とする流体噴射装置。
7. 請求項６に記載の流体噴射装置において、
   前記連通路が、前記流体室の周縁部から離間した位置に設けられ、接続孔を介して前記流体室と連通されていることを特徴とする流体噴射装置。
8. 請求項６に記載の流体噴射装置において、
   前記チェック弁が、前記ダイアフラムの端部から前記連通部を覆う位置まで突設されていることを特徴とする流体噴射装置。
9. 請求項３ないし請求項８のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
   前記チェック弁は、前記屈曲部の幅が前記屈曲部以外の部分よりも小さいことを特徴とする流体噴射装置。
10. 請求項６に記載の流体噴射装置において、
    前記チェック弁が、前記ダイアフラムの端部から前記連通路方向に突設される２本の支持腕と、前記２本の支持腕の間に前記２本の支持腕の先端から前記ダイアフラムの端部方向に突設される閉塞部と、を有し、
    前記支持腕の幅の和は前記閉塞部の幅より小さく、前記支持腕が屈曲することにより前記閉塞部が前記連通路を開閉することを特徴とする流体噴射装置。
11. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
    前記入口流路は、前記流体室の底面に略平行に設けられ、且つ前記流体室に直接連通されており、
    前記チェック弁が前記ダイアフラムの固定面に対して略垂直方向に曲げて延設され、且つ前記入口流路の開閉を行うことを特徴とする流体噴射装置。
12. 請求項１に記載の流体噴射装置において、
    前記流体室は、厚さ方向に貫通する開口部を有する枠形状のスペーサと、前記スペーサの両面に配設され前記開口部を封止する二つの前記ダイアフラムと、により形成され、
    前記二つのダイアフラムの少なくとも一方に前記チェック弁が形成されていることを特徴とする流体噴射装置。
13. 請求項１２に記載の流体噴射装置において、
    前記流体室に連通する入口流路を二つ有し、
    前記二つのダイアフラムに設けられる前記チェック弁それぞれが、二つの前記入口流路のそれぞれを開閉することを特徴とする流体噴射装置。
14. 請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
    前記入口流路が、前記流体噴射部の外周に倣って設けられる溝と、前記溝を覆うように嵌着される流体供給チューブの内郭と、によって構成されていることを特徴とする流体噴射装置。
15. 請求項１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の流体噴射装置において、
    前記ダイアフラムは、前記ダイアフラムを変位させる圧電素子の周囲に前記ダイアフラムの厚さ方向に凹凸を有する波型構造が設けられていることを特徴とする流体噴射装置。
16. 請求項１〜請求項１５のいずれかに一項に記載の流体噴射装置を有することを特徴とする手術器具。

Images