JP2014098393A - 流体噴射装置、流体噴射装置の駆動装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具 - Google Patents
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Abstract
【課題】所望の噴射力を維持した状態で脈動流を継続して噴射するのに好適な流体噴射装置を提供する。
【解決手段】流体噴射装置１を、容積が変更可能な流体室５０１と、流体室５０１に連通する入口流路５０３及び出口流路５１１と、圧電素子４０１を含む脈動発生部１００と、出口流路５１１に一方の端部が連通され他方の端部に流体噴射開口部２１２が設けられた接続流路２０１と、流体室５０１からの脈動を流体噴射開口部２１２に伝達する接続流路管２００と、流体を供給するポンプ２０とを有する流体噴射部２と、圧電素子４０１に駆動信号を供給する駆動部３０とを含む構成とした。そして、駆動部３０は、前記容積を圧縮するように圧電素子４０１を駆動する圧縮駆動波形部を含む信号波形から構成される駆動信号の供給内容を、連続して供給される圧縮駆動波形部の各々の供給前に、流体室５０１に向かって流れる流体が定常状態に戻るように制御する。
【選択図】図１
【解決手段】流体噴射装置１を、容積が変更可能な流体室５０１と、流体室５０１に連通する入口流路５０３及び出口流路５１１と、圧電素子４０１を含む脈動発生部１００と、出口流路５１１に一方の端部が連通され他方の端部に流体噴射開口部２１２が設けられた接続流路２０１と、流体室５０１からの脈動を流体噴射開口部２１２に伝達する接続流路管２００と、流体を供給するポンプ２０とを有する流体噴射部２と、圧電素子４０１に駆動信号を供給する駆動部３０とを含む構成とした。そして、駆動部３０は、前記容積を圧縮するように圧電素子４０１を駆動する圧縮駆動波形部を含む信号波形から構成される駆動信号の供給内容を、連続して供給される圧縮駆動波形部の各々の供給前に、流体室５０１に向かって流れる流体が定常状態に戻るように制御する。
【選択図】図１
Description
本発明は、流体を高速で噴射する流体噴射装置に係り、特に、所望の噴射力を維持した状態で流体を噴射するのに好適な流体噴射装置に関する。
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、容積が変更可能な流体室と、流体室に連通する入口流路及び出口流路と、駆動信号の供給に応じて流体室の容積を変更する容積変更部とを備える脈動発生部と、出口流路に一方の端部が連通され、他方の端部が出口流路の直径よりも縮小された流体噴射開口部（ノズル）が設けられた接続流路と、接続流路が穿設され流体室から流動される流体の脈動を流体噴射開口部に伝達し得る剛性を有する接続流路管と、入口流路に流体を供給する圧力発生部とを備え、圧力発生部により一定圧力で入口流路に流体を供給すると共に、容積変更部によって流体室の容積を変更して脈動を発生して流体の吐出動作を行うものが知られている（例えば、特許文献１）。
本発明者らが出願した特許文献１によれば、流体噴射装置の流体室は流体室の容積を変更しない場合、圧力発生部（例えば、ポンプ）からの供給圧力と流路抵抗の釣り合った状態で流体が流れている。流体室を急激に縮小すると、流体室の圧力が上昇する。そのとき、入口流路から流体が流体室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、接続流路に脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管内を伝播して、先端のノズルの流体噴射開口部から流体が噴射される。流体室内は、入口流路からの流体流入量の減少と出口流路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（０気圧又はその近傍）となる。その結果、ポンプの圧力と、流体室内の真空状態の双方によって一定時間経過後、入口流路の流体は圧電素子の動作前と同様な速度で流体室内に向かう流れが復帰する。
上記特許文献１の従来技術において、圧電素子とダイアフラムとを含んで構成される容積変更手段を、パルス状の駆動信号によって駆動することになるが、例えば、単純な正弦波状の駆動信号で駆動した場合、流体室内に向かう流れが定常状態に戻る前に次の容積縮小動作（圧縮動作）が行われる恐れがあった。定常状態に戻る前に次の圧縮動作が行われると、十分に強い噴射力（ジェット）を得ることができない。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、所望の噴射力を維持した状態で脈動流を継続して噴射するのに好適な流体噴射装置、流体噴射装置の駆動装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具を提供することを目的としている。
〔形態１〕 上記目的を達成するために、形態１の流体噴射装置は、容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、駆動信号の供給に応じて前記流体室の容積を変更する容積変更部と、を備える脈動発生部と、
前記出口流路の前記流体室に連通する端部とは異なる端部に連通した流体噴射開口部と、
前記入口流路に流体を供給する圧力発生部と、
前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮するように動作させる圧縮駆動波形部と、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮前の容積に復帰するように動作させる復帰駆動波形部とを１周期の信号波形に含む駆動信号を前記容積変更部に供給する駆動信号供給部と、を備え、
前記駆動信号供給部は、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給してから次の前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給するまでの間に、前記流体室内に向かって流れる流体を定常状態に復帰させる復帰期間を設けるように前記駆動信号の供給内容を制御する。
前記出口流路の前記流体室に連通する端部とは異なる端部に連通した流体噴射開口部と、
前記入口流路に流体を供給する圧力発生部と、
前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮するように動作させる圧縮駆動波形部と、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮前の容積に復帰するように動作させる復帰駆動波形部とを１周期の信号波形に含む駆動信号を前記容積変更部に供給する駆動信号供給部と、を備え、
前記駆動信号供給部は、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給してから次の前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給するまでの間に、前記流体室内に向かって流れる流体を定常状態に復帰させる復帰期間を設けるように前記駆動信号の供給内容を制御する。
このような構成であれば、駆動信号供給部によって、容積変更部に駆動信号における圧縮駆動波形部が供給されると、容積変更部が流体室の容積を圧縮するように動作し、これにより流体室内が圧縮される。そして、圧縮駆動波形部の供給が終了すると、容積変更部には駆動信号における復帰駆動波形部が供給される。これにより、容積変更部が流体室の容積を圧縮状態から圧縮前の状態に復帰させる方向に動作し、圧縮状態にある流体室内が圧縮前の状態へと復帰する。更に、駆動信号供給部によって、圧縮駆動波形部の供給終了後から次の圧縮駆動波形部を供給するまでの間に、流体室内に向かって流れる流体を定常状態に復帰させる復帰期間が設けられるように駆動信号の供給内容が制御される。
つまり、駆動信号供給部によって、容積変更部への先の圧縮駆動波形部の供給が終了すると、次の圧縮駆動波形部が供給される前に、流体室内を定常状態（圧力発生部からの供給圧力と流路抵抗とが釣りあって流体が流れている状態）に戻すことが可能である。
これにより、流体室内に向かう流体の流れが定常状態に戻ってから、容積変更部に次の圧縮動作を行わせることができるので、噴射力を強い状態で且つ一定に保ちながら流体の噴射を継続して行うことができるという効果が得られる。
ここで、上記連通とは、直接、間接を問わず、一方と他方とが流体の流通が可能に接続されていることである。例えば、出口流路の一端部と、流体噴射開口部とが直接、又は流路管などを介して互いを流体が流通できるように接続されている状態が該当する。
これにより、流体室内に向かう流体の流れが定常状態に戻ってから、容積変更部に次の圧縮動作を行わせることができるので、噴射力を強い状態で且つ一定に保ちながら流体の噴射を継続して行うことができるという効果が得られる。
ここで、上記連通とは、直接、間接を問わず、一方と他方とが流体の流通が可能に接続されていることである。例えば、出口流路の一端部と、流体噴射開口部とが直接、又は流路管などを介して互いを流体が流通できるように接続されている状態が該当する。
〔形態２〕 更に、形態２の流体噴射装置は、形態１の流体噴射装置において、前記圧縮駆動波形部の時間幅をＴredとし、前記復帰駆動波形部の時間幅をＴexpとし、前記圧縮駆動波形部の供給期間における前記流体室内の平均圧力をＰgenとし、前記復帰駆動波形部の供給期間における前記流体室内の前記入口流路の圧力発生部側にかかる圧力をＰsupとし、
前記駆動信号供給部は、次の式の関係が成立する時間幅Ｔredの前記圧縮駆動波形部及び時間幅Ｔexpの前記復帰駆動波形部を含んで構成される駆動信号を、前記容積変更部に供給することを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
前記駆動信号供給部は、次の式の関係が成立する時間幅Ｔredの前記圧縮駆動波形部及び時間幅Ｔexpの前記復帰駆動波形部を含んで構成される駆動信号を、前記容積変更部に供給することを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
Ｔred×（Ｐgen−Ｐsup）≦Ｔexp×Ｐsup
ここで、入口流路の流体室側に作用する運動量Ｍgは、入口流路の断面積をｓとすると、Ｍg＝ｓ×Ｔred×（Ｐgen−Ｐsup）となり、入口流路の圧力発生部側に作用する運動量Ｍsは、Ｍs＝ｓ×Ｔexp×Ｐsupとなる。また、一般に、Ｐsupは、Ｐgenと比較して、はるかに小さな値となる（Ｐgen≫Ｐsup）。
ここで、入口流路の流体室側に作用する運動量Ｍgは、入口流路の断面積をｓとすると、Ｍg＝ｓ×Ｔred×（Ｐgen−Ｐsup）となり、入口流路の圧力発生部側に作用する運動量Ｍsは、Ｍs＝ｓ×Ｔexp×Ｐsupとなる。また、一般に、Ｐsupは、Ｐgenと比較して、はるかに小さな値となる（Ｐgen≫Ｐsup）。
更に、流体室の容積が拡大（元の容積に復帰）中の期間（Ｔexpの期間）において、流体室の平均圧力は、出口流路のイナータンスで流体が引き出されるため０気圧又はその近傍の気圧となる。つまり、Ｔexpで与えられる運動量Ｍsが、Ｔredで与えられる運動量Ｍg以上であれば、流体は元の定常状態に復帰することができる。
従って、上記構成であれば、上記数式の関係を満たす、時間幅Ｔredの圧縮駆動波形部及び時間幅Ｔexpの復帰駆動波形部とを有する駆動信号を容積変更部に供給することができるので、駆動信号の１周期の期間において、流体は真空状態から元の定常状態に復帰することができる。
従って、上記構成であれば、上記数式の関係を満たす、時間幅Ｔredの圧縮駆動波形部及び時間幅Ｔexpの復帰駆動波形部とを有する駆動信号を容積変更部に供給することができるので、駆動信号の１周期の期間において、流体は真空状態から元の定常状態に復帰することができる。
これにより、流体室内に向かう流体の流れが定常状態に戻ってから、容積変更部に次の圧縮動作を行わせることができるので、噴射力を強い状態に保ちながら流体の噴射を継続して行うことができるという効果が得られる。
また、例えば、図１６に示すバースト波のように急速立ち上げ後に急速立ち下げし、その後、次の信号を供給する前に流体室に向かう流れの復帰を待つことが考えられる。
また、例えば、図１６に示すバースト波のように急速立ち上げ後に急速立ち下げし、その後、次の信号を供給する前に流体室に向かう流れの復帰を待つことが考えられる。
しかしながら、この場合は、流体室内が急速に拡大（元の容積に復帰）するために、流体室内の真空泡が大きくなり、その真空泡に向かって、流体中に溶解しているガスが放出されやすくなる。その結果、流体室に流れが復帰し真空泡は消失するが、いったん液体から放出されたガスによる気泡は消失しないため、気泡が流体室の剛性を下げる結果、圧力の上昇を妨げ流体の噴射が弱められてしまう恐れがある。
上記構成であれば、容積変更部に上記数式の関係を満たす駆動信号を供給することができるので、Ｐgen≫Ｐsupであることから、Ｔexpは、Ｔredよりも長い時間幅となり、その結果、圧縮された流体室の容積は、比較的ゆっくりと元の状態に復帰することになり、その結果、生成される真空泡が小さくなり、流体から真空泡にガスを放出し難くすることができる。
これにより、ガスによる気泡によって、流体室の剛性が下がるのを防ぐことができるという効果も得られる。
これにより、ガスによる気泡によって、流体室の剛性が下がるのを防ぐことができるという効果も得られる。
〔形態３〕 更に、形態３の流体噴射装置は、形態１又は２の流体噴射装置において、前記駆動信号供給部は、前記復帰駆動波形部の供給期間中に前記復帰期間を設けるように前記駆動信号の供給内容を制御する。
このような構成であれば、駆動信号の１周期の期間において、流体室の容積の圧縮、元の容積への復帰、及び流体室内に向かう流体の流れの定常状態への復帰を行うことができる。これにより、流体室内に向かう流体の流れが定常状態に戻ってから、容積変更部に次の圧縮動作を行わせることができるので、噴射力を強い状態に保ちながら流体の噴射を継続して行うことができるという効果が得られる。
〔形態４〕 更に、形態４の流体噴射装置は、形態３の流体噴射装置において、前記駆動信号供給部は、前記圧縮駆動波形部と前記復帰駆動波形部との間に、前記復帰期間として、前記復帰駆動波形部の一部に信号の出力レベルを一定のレベルに所定期間保持する波形部を有する駆動信号を前記容積変更部に供給する。
このような構成であれば、流体室の容積の圧縮後に、復帰期間として、容積変更部を、流体室の容積を所定期間一定に保つ（容積の変更を停止する）ように動作させることができる。
このような構成であれば、流体室の容積の圧縮後に、復帰期間として、容積変更部を、流体室の容積を所定期間一定に保つ（容積の変更を停止する）ように動作させることができる。
これによって、容積が圧縮された状態で且つ容積が略変動しない状態で真空泡を消失させることができるので、最短時間で真空泡を消失させることができるという効果が得られる。
更に、真空泡が消失又は略消失した後に容積を復帰させることができるので、流体からのガスの放出を抑制することができるという効果も得られる。
更に、真空泡が消失又は略消失した後に容積を復帰させることができるので、流体からのガスの放出を抑制することができるという効果も得られる。
〔形態５〕 更に、形態５の流体噴射装置は、形態１乃至４のいずれか１の流体噴射装置において、前記駆動信号の波形情報を記憶する波形情報記憶部を備え、
前記駆動信号供給部は、前記波形情報記憶部に記憶された波形情報に基づき前記駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記容積変更部に供給する。
このような構成であれば、例えば、所定の周期でサンプリングした波形データを波形情報として記憶することで、該波形データから容易に目的の波形の駆動信号を生成することができる。
前記駆動信号供給部は、前記波形情報記憶部に記憶された波形情報に基づき前記駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記容積変更部に供給する。
このような構成であれば、例えば、所定の周期でサンプリングした波形データを波形情報として記憶することで、該波形データから容易に目的の波形の駆動信号を生成することができる。
〔形態６〕 更に、形態６の流体噴射装置は、形態１乃至５のいずれか１の流体噴射装置において、前記駆動信号供給部は、前記１周期の信号波形が、前記圧縮駆動波形部となる１周期の時間幅がＴ１の正弦波の一部と、前記復帰駆動波形部となる１周期の時間幅がＴ２（Ｔ１≠Ｔ２）の正弦波の一部とを合成して構成された駆動信号を前記容積変更部に供給する。
このような構成であれば、１周期の時間幅が異なる２つの正弦波の一部ずつを合成して駆動信号を構成することができるので、例えば、Ｔ１の正弦波の波長をλ１とし、Ｔ２の正弦波の波長をλ２としたときに、正弦波の前半λ１／２の波形部分と、後半λ２／２の波形部分とを合成して駆動信号を構成することができる。
これによって、前半周期の時間幅よりも後半周期の時間幅の方が長く、且つ１周期の信号波形が単純な正弦波とはならない駆動信号を簡易に構成することができるという効果が得られる。つまり、復帰駆動波形部に復帰期間が含まれた駆動信号を簡易に構成することができる。
これによって、前半周期の時間幅よりも後半周期の時間幅の方が長く、且つ１周期の信号波形が単純な正弦波とはならない駆動信号を簡易に構成することができるという効果が得られる。つまり、復帰駆動波形部に復帰期間が含まれた駆動信号を簡易に構成することができる。
〔形態７〕 更に、形態７の流体噴射装置は、形態５の流体噴射装置において、前記１周期の信号波形を台形波の形状とした。
このような構成であれば、駆動信号（アナログ信号）を、正弦波信号などにしたときよりも少ないサンプリング数の波形データから生成することができるので、波形情報記憶部に記憶する波形データのデータ容量を小さくすることができる。
このような構成であれば、駆動信号（アナログ信号）を、正弦波信号などにしたときよりも少ないサンプリング数の波形データから生成することができるので、波形情報記憶部に記憶する波形データのデータ容量を小さくすることができる。
これにより、波形情報記憶部の記憶容量を、駆動信号を正弦波信号としたときと比較して小さくすることができるという効果が得られると共に、駆動信号を正弦波信号としたときと比較して、同じ容量の波形情報記憶部に対してより多くの種類の波形データを記憶することができるという効果が得られる。
〔形態８〕 更に、形態８の流体噴射装置は、形態７の流体噴射装置において、前記波形情報として前記台形波の節点情報を前記波形情報記憶部に記憶し、
前記駆動信号供給部は、前記波形情報記憶部に記憶された前記節点情報に基づき前記台形波の駆動信号を生成する。
前記駆動信号供給部は、前記波形情報記憶部に記憶された前記節点情報に基づき前記台形波の駆動信号を生成する。
このような構成であれば、各台形波の節点情報のみを波形情報として記憶することで、この波形情報から所望の駆動信号を生成することができるので、波形情報記憶部に記憶する波形情報をより少ないデータ量に抑えることができる。
また、駆動信号を生成するためにリアルタイムのアクセスをする必要がある場合に、駆動信号を正弦波信号としたときと比較して、少ないデータ量の読み出しで済むので、正弦波信号としたとき程、高速なアクセス機構を必要としない。
従って、様々な波長や振幅の波形情報を用いた駆動制御を、駆動信号を正弦波信号としたときと比較して、低コストで実現することができるという効果が得られる。
また、駆動信号を生成するためにリアルタイムのアクセスをする必要がある場合に、駆動信号を正弦波信号としたときと比較して、少ないデータ量の読み出しで済むので、正弦波信号としたとき程、高速なアクセス機構を必要としない。
従って、様々な波長や振幅の波形情報を用いた駆動制御を、駆動信号を正弦波信号としたときと比較して、低コストで実現することができるという効果が得られる。
〔形態９〕 更に、形態９の流体噴射装置は、形態１乃至８のいずれか１の流体噴射装置において、前記出口流路の流体室側端部の直径が、前記出口流路の流体噴射開口部側端部の直径よりも大きく設定されている。
このような構成であれば、出口流路の流体室側端部から流れてくる流体を、出口流路の流体噴射開口部側端部において、より高圧、高速のパルス状の液滴として噴射することができるという効果が得られる。
このような構成であれば、出口流路の流体室側端部から流れてくる流体を、出口流路の流体噴射開口部側端部において、より高圧、高速のパルス状の液滴として噴射することができるという効果が得られる。
〔形態１０〕 更に、形態１０の流体噴射装置は、形態１乃至９のいずれか１の流体噴射装置において、前記入口流路のイナータンスが、前記出口流路のイナータンスよりも大きく設定されている。
このような構成であれば、容積変更部を駆動して流体室の容積を圧縮させたときに、入口流路から流体室への流体の流入量よりも大きい脈動流が出口流路に発生し、接続流路管内にパルス状の流体吐出を行うことができる。
このような構成であれば、容積変更部を駆動して流体室の容積を圧縮させたときに、入口流路から流体室への流体の流入量よりも大きい脈動流が出口流路に発生し、接続流路管内にパルス状の流体吐出を行うことができる。
〔形態１１〕 更に、形態１１の流体噴射装置は、形態１乃至９のいずれか１の流体噴射装置において、前記入口流路を含む前記流体室上流側の合成イナータンスが、前記出口流路を含む前記圧力室下流側のイナータンスよりも大きい。
このような構成であれば、容積変更部を駆動して流体室の容積を圧縮させたときに、入口流路から流体室への流体の流入量よりも大きい脈動流が出口流路に発生し、接続流路管内にパルス状の流体吐出を行うことができる。
このような構成であれば、容積変更部を駆動して流体室の容積を圧縮させたときに、入口流路から流体室への流体の流入量よりも大きい脈動流が出口流路に発生し、接続流路管内にパルス状の流体吐出を行うことができる。
〔形態１２〕 更に、形態１２の流体噴射装置は、形態１乃至１１のいずれか１の流体噴射装置において、前記出口流路に一方の端部が連通され、他方の端部が前記出口流路の直径よりも縮小された流体噴射開口部が設けられた接続流路と、前記接続流路が穿設され、前記流体室から流動される流体の脈動を前記流体噴射開口部に伝達する接続流路管と、を備える。
このような構成であれば、より強い流体の噴射が可能になると共に、例えば、本形態の流体噴射装置を手術用器具として適用した場合に、脳手術等の術部が奥まった場所にある様々な手術において適用可能となる。
このような構成であれば、より強い流体の噴射が可能になると共に、例えば、本形態の流体噴射装置を手術用器具として適用した場合に、脳手術等の術部が奥まった場所にある様々な手術において適用可能となる。
〔形態１３〕 更に、形態１３の流体噴射装置は、形態１乃至１２のいずれか１の流体噴射装置において、前記容積変更部は、前記流体室の一端を封止するダイアフラムと、前記ダイアフラムに一端が固定され前記駆動信号の供給に応じて前記封止面と垂直な方向に伸長又は収縮する圧電素子とを含んで構成され、
前記駆動信号供給部は、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部の供給によって、前記圧電素子を伸長させて前記ダイアフラムを前記流体室の内側に向かって変形させ、前記駆動信号における前記復帰駆動波形部の供給によって、前記圧電素子を収縮させて前記ダイアフラムの変形状態を元の状態に復帰させる。
前記駆動信号供給部は、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部の供給によって、前記圧電素子を伸長させて前記ダイアフラムを前記流体室の内側に向かって変形させ、前記駆動信号における前記復帰駆動波形部の供給によって、前記圧電素子を収縮させて前記ダイアフラムの変形状態を元の状態に復帰させる。
このような構成であれば、容積変更部として圧電素子を採用するようにしたので、駆動信号によって、簡易に流体室の容積変更を制御することができるという効果が得られると共に、構造の簡素化とそれに伴う小型化を実現できるという効果が得られる。また、流体室の容積変化の最大周波数を例えば１ｋＨｚ以上の高い周波数にすることができるので、高速且つ短い繰り返し周期での脈動流の噴射を行わせることができるという効果も得られる。
〔形態１４〕 一方、上記目的を達成するために、形態１４の流体噴射装置の駆動装置は、容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、駆動信号の供給に応じて前記流体室の容積を変更する容積変更部と、を備える脈動発生部と、前記出口流路の前記流体室に連通する端部とは異なる端部に連通した流体噴射開口部と、前記入口流路に流体を供給する圧力発生部とを備えた流体噴射装置の駆動装置であって、
前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮するように動作させる圧縮駆動波形部と、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮前の容積に復帰するように動作させる復帰駆動波形部とを１周期の信号波形に含む駆動信号を前記容積変更部に供給する駆動信号供給部を備え、
前記駆動信号供給部は、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給してから次の前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給するまでの間に、前記流体室内に向かって流れる流体を定常状態に復帰させる復帰期間を設けるように前記駆動信号の供給内容を制御する。
このような構成であれば、上記形態１の流体噴射装置と同等の作用及び効果が得られる。
前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮するように動作させる圧縮駆動波形部と、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮前の容積に復帰するように動作させる復帰駆動波形部とを１周期の信号波形に含む駆動信号を前記容積変更部に供給する駆動信号供給部を備え、
前記駆動信号供給部は、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給してから次の前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給するまでの間に、前記流体室内に向かって流れる流体を定常状態に復帰させる復帰期間を設けるように前記駆動信号の供給内容を制御する。
このような構成であれば、上記形態１の流体噴射装置と同等の作用及び効果が得られる。
〔形態１５〕 また、上記目的を達成するために、形態１５の流体噴射装置の駆動方法は、容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、駆動信号の供給に応じて前記流体室の容積を変更する容積変更部と、を備える脈動発生部と、前記出口流路の前記流体室に連通する端部とは異なる端部に連通した流体噴射開口部と、前記入口流路に流体を供給する圧力発生部と、駆動信号供給部とを備えた流体噴射装置の駆動方法であって、
前記駆動信号供給部に、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮するように動作させる圧縮駆動波形部と、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮前の容積に復帰するように動作させる復帰駆動波形部とを１周期の信号波形に含む駆動信号を前記容積変更部に供給させる駆動信号供給ステップを含み、
前記駆動信号供給ステップにおいて、前記駆動信号供給部に、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給してから次の前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給するまでの間に、前記流体室内に向かって流れる流体を定常状態に復帰させる復帰期間を設けるように前記駆動信号の供給内容を制御させる。
これにより、上記形態１の流体噴射装置と同等の作用及び効果が得られる。
前記駆動信号供給部に、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮するように動作させる圧縮駆動波形部と、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮前の容積に復帰するように動作させる復帰駆動波形部とを１周期の信号波形に含む駆動信号を前記容積変更部に供給させる駆動信号供給ステップを含み、
前記駆動信号供給ステップにおいて、前記駆動信号供給部に、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給してから次の前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給するまでの間に、前記流体室内に向かって流れる流体を定常状態に復帰させる復帰期間を設けるように前記駆動信号の供給内容を制御させる。
これにより、上記形態１の流体噴射装置と同等の作用及び効果が得られる。
〔形態１６〕 また、上記目的を達成するために、形態１６の手術用器具は、流体の噴射によって患部の治療的措置を支援する手術用器具であって、
形態１乃至形態１３のいずれか１に記載の流体噴射装置を備える。
このような構成であれば、上記形態１乃至１３のいずれか１の流体噴射装置による流体の噴射によって、腫瘍などの患部の切除などの治癒的措置の支援を行うことが可能である。
形態１乃至形態１３のいずれか１に記載の流体噴射装置を備える。
このような構成であれば、上記形態１乃至１３のいずれか１の流体噴射装置による流体の噴射によって、腫瘍などの患部の切除などの治癒的措置の支援を行うことが可能である。
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図８は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第１の実施の形態を示す図である。
なお、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、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、実施の形態にて用いる流体は、水、生理食塩水、薬液等である。
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図８は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第１の実施の形態を示す図である。
なお、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、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、実施の形態にて用いる流体は、水、生理食塩水、薬液等である。
まず、本発明に係る流体噴射装置の構成を図１に基づき説明する。図１は、本発明に係る流体噴射装置１の概略構成を示す説明図である。
流体噴射装置１は、図１に示すように、基本構成として流体を収容する流体容器１０と、圧力発生部としてのポンプ２０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とを含んで構成される流体噴射部２と、脈動発生部１００を駆動する駆動部３０とを含んで構成されている。
流体噴射装置１は、図１に示すように、基本構成として流体を収容する流体容器１０と、圧力発生部としてのポンプ２０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とを含んで構成される流体噴射部２と、脈動発生部１００を駆動する駆動部３０とを含んで構成されている。
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。
次に、図１及び図２に基づき、流体噴射装置１における流体の流動を簡単に説明する。
ここで、図２は、本発明に係る脈動発生部１００の構造を示す断面図である。なお、図２において、左右方向が上下方向に対応する。また、図２は、後述する図３におけるＡ−Ａ'断面図である。
次に、図１及び図２に基づき、流体噴射装置１における流体の流動を簡単に説明する。
ここで、図２は、本発明に係る脈動発生部１００の構造を示す断面図である。なお、図２において、左右方向が上下方向に対応する。また、図２は、後述する図３におけるＡ−Ａ'断面図である。
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に供給する。脈動発生部１００には流体室５０１と、この流体室５０１の容積を駆動部３０からの駆動信号に応じて変更する容積変更部とを備えており、この容積変更部を駆動して脈動を発生し、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後述する。
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。
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。
次に、図２〜図４に基づき、脈動発生部１００の構造について説明する。
ここで、図３は、流体噴射部２の分解図であり、図４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。
脈動発生部１００は、図２〜図４に示すように、４隅に螺子穴５００ａの穿設された上ケース５００と、４隅に螺子穴３０１ａ（図示は省略）の穿設された下ケース３０１とを備えている。そして、これら上ケース５００と下ケース３０１とがそれぞれ対向する面において、螺子穴５００ａ及び３０１ａが対向するように接合され、４本の固定螺子６００（図示は省略）を螺子穴５００ａ及び３０１ａに螺合することによって上ケース５００と下ケース３０１とが螺着されている。
ここで、図３は、流体噴射部２の分解図であり、図４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。
脈動発生部１００は、図２〜図４に示すように、４隅に螺子穴５００ａの穿設された上ケース５００と、４隅に螺子穴３０１ａ（図示は省略）の穿設された下ケース３０１とを備えている。そして、これら上ケース５００と下ケース３０１とがそれぞれ対向する面において、螺子穴５００ａ及び３０１ａが対向するように接合され、４本の固定螺子６００（図示は省略）を螺子穴５００ａ及び３０１ａに螺合することによって上ケース５００と下ケース３０１とが螺着されている。
下ケース３０１は、鍔部を有する中空筒状の部材であって、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、容積変更部を構成する部材の１つである圧電素子４０１が配設されている。
この圧電素子４０１は、積層型圧電素子であってアクチュエータを構成している。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。
この圧電素子４０１は、積層型圧電素子であってアクチュエータを構成している。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の上面側に形成された円環状の凹部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。ダイアフラム４００の上面には、中心部に円形の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。
この構成により、駆動部３０によって、圧電素子４０１に駆動信号を入力することで、圧電素子４０１が伸張、収縮し、その伸長時の上方向の力及び収縮時の下方向の力が上板４１１を上下方向に移動させる。そして、上板４１１が移動することでダイアフラム４００が変形し、流体室５０１の容積を変更する。
この構成により、駆動部３０によって、圧電素子４０１に駆動信号を入力することで、圧電素子４０１が伸張、収縮し、その伸長時の上方向の力及び収縮時の下方向の力が上板４１１を上下方向に移動させる。そして、上板４１１が移動することでダイアフラム４００が変形し、流体室５０１の容積を変更する。
つまり、圧電素子４０１、上板４１１、ダイアフラム４００及び補強板４１０から容積変更部が構成されている。
上ケース５００は、下ケース３０１と対向する面の中心部に円形の凹部が形成され、この凹部とダイアフラム４００とから構成され、内部に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となる。流体室５０１の略中央部には出口流路５１１が穿設されている。
上ケース５００は、下ケース３０１と対向する面の中心部に円形の凹部が形成され、この凹部とダイアフラム４００とから構成され、内部に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となる。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。
なお、以上説明した流体室５０１の形状は、本実施形態では、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。
なお、以上説明した流体室５０１の形状は、本実施形態では、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。
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。
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。この接続流路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。
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によって押圧されて、流体室５０１からの流体漏洩を防止している。
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によって押圧されて、流体室５０１からの流体漏洩を防止している。
流体室５０１内は、流体吐出の際に例えば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圧されるので、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。
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圧されるので、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。
続いて、上ケース５００に形成される入口流路５０３についてさらに詳しく説明する。
入口流路５０３は、図４に示すように、上ケース５００の封止面５０５の周縁部に形成された溝部と封止面５０５に押圧固定される補強板４１０によって形成される。
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。
入口流路５０３は、図４に示すように、上ケース５００の封止面５０５の周縁部に形成された溝部と封止面５０５に押圧固定される補強板４１０によって形成される。
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。
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、矢印で示す方向に）流動して流体室５０１に旋回流を発生する。旋回流の遠心力により、流体室５０１内に含まれる低密度の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。図４の例では、入口流路５０３は平面形状が渦巻状に湾曲されている。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。
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。図４の例では、入口流路５０３は平面形状が渦巻状に湾曲されている。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。
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。
また、以上説明した流体噴射部２においては、上ケース５００の外周隅部に、４箇所の螺子穴５００ａが開設されており、この螺子穴位置において、上ケース５００と下ケース３０１とを螺合接合するようにしたがこの構成に限らない。例えば、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。
また、以上説明した流体噴射部２においては、出口流路５１１とノズル２１１とを接続流路管２００を介して接続する構成としているが、この構成に限らず、接続流路管２００を用いずに、出口流路５１１の流体室５０１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。この場合は、より簡素な構成が可能になる。
また、手術に用いる場合には、接続流路管２００を用いてハンドピースと流体噴射口の距離がある構成にしたほうが好適である。
また、手術に用いる場合には、接続流路管２００を用いてハンドピースと流体噴射口の距離がある構成にしたほうが好適である。
次に、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。
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。
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。
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のイナータンスのみ算出すればよい。また、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の算出から除かれる。
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）の厚さが薄い場合イナータンス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。
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）の厚さが薄い場合イナータンス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。
接続流路管２００の管壁の厚さが厚い場合には、イナータンスＬ２は、出口流路５１１、接続流路２０１及びノズル２１１の合成イナータンスとなる。
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している。
次に、図５〜図７に基づき、駆動部３０の詳細な構成を説明する。
ここで、図５は、駆動部３０の詳細な構成を示すブロック図である。また、図６は、駆動部３０における信号波形の生成処理を示すフローチャートである。また、図７は、駆動部３０における脈動発生部１００への駆動信号の供給処理を示すフローチャートである。
駆動部３０は、図５に示すように、動作制御部３０ａと、信号波形生成部３０ｂと、データ記憶部３０ｃと、駆動信号供給部３０ｄと、同期信号発生部３０ｅとを含んで構成されている。
ここで、図５は、駆動部３０の詳細な構成を示すブロック図である。また、図６は、駆動部３０における信号波形の生成処理を示すフローチャートである。また、図７は、駆動部３０における脈動発生部１００への駆動信号の供給処理を示すフローチャートである。
駆動部３０は、図５に示すように、動作制御部３０ａと、信号波形生成部３０ｂと、データ記憶部３０ｃと、駆動信号供給部３０ｄと、同期信号発生部３０ｅとを含んで構成されている。
動作制御部３０ａは、流体噴射装置１の入力装置（不図示）からの操作入力に応じて、各構成部に動作指令を与える役割を担うもので、信号波形の生成処理、駆動信号の供給処理などの各種動作処理を制御する機能を有している。
信号波形生成部３０ｂは、入力装置を介したユーザの入力情報に基づき設定された流体噴射部２の噴射強さに基づき、データ記憶部３０ｃに記憶された波形情報、データテーブル及び測定データを用いて、脈動発生部１００を駆動するのに適切な形状の信号波形を生成する機能を有している。
信号波形生成部３０ｂは、入力装置を介したユーザの入力情報に基づき設定された流体噴射部２の噴射強さに基づき、データ記憶部３０ｃに記憶された波形情報、データテーブル及び測定データを用いて、脈動発生部１００を駆動するのに適切な形状の信号波形を生成する機能を有している。
具体的に、駆動信号の１周期の信号波形として、流体室５０１の容積を圧縮するように圧電素子４０１を動作させる圧縮駆動波形部と、圧縮状態にある流体室５０１の容積を圧縮前の状態へと復帰するように圧電素子４０１を動作させる復帰駆動波形部とを含んで構成される信号波形を生成する。
本実施の形態の信号波形生成部３０ｂは、下式（１）の関係が成立する圧縮駆動波形部及び復帰駆動波形部から構成される信号波形を生成するようになっている。
本実施の形態の信号波形生成部３０ｂは、下式（１）の関係が成立する圧縮駆動波形部及び復帰駆動波形部から構成される信号波形を生成するようになっている。
ここで、圧縮信号波形部の時間幅をＴredとし、復帰駆動波形部の時間幅をＴexpとする。更に、圧縮駆動波形部の供給期間における流体室５０１内の平均圧力をＰgenとし、復帰駆動波形部の供給期間における流体室５０１内の入口流路５０３のポンプ２０側にかかる圧力をＰsupとする。
Ｔred×（Ｐgen−Ｐsup）≦Ｔexp×Ｐsup ・・・（１)
以下、上式（１）について説明する。
Ｔred×（Ｐgen−Ｐsup）≦Ｔexp×Ｐsup ・・・（１)
以下、上式（１）について説明する。
入口流路５０３の断面積をＳとすると、入口流路５０３の流体室５０１側に作用する運動量Ｍgは、「Ｍg＝Ｓ×Ｔred×（Ｐgen−Ｐsup）」となる。一方、入口流路５０３のポンプ２０側に作用する運動量Ｍsは、「Ｍs＝Ｓ×Ｔexp×Ｐsup」となる。また、上記構成の流体噴射部２において、Ｐsupは、Ｐgenと比較して、通常は、はるかに小さな値（Ｐgen≫Ｐsup）となることが解っている。従って、上式（１）において、Ｐsupを無視することも可能である。
更に、流体室５０１の容積が拡大（元の容積に復帰）中の期間（Ｔexpの期間）において、流体室５０１の平均圧力は、出口流路５１１のイナータンスで流体が引き出されるため０気圧又はその近傍の気圧（以下、この気圧状態を真空状態という）となる。
つまり、Ｔexpの期間で与えられる運動量Ｍsが、Ｔredの期間で与えられる運動量Ｍg以上であれば、流体は元の定常状態に復帰することができる。
つまり、Ｔexpの期間で与えられる運動量Ｍsが、Ｔredの期間で与えられる運動量Ｍg以上であれば、流体は元の定常状態に復帰することができる。
ここで、定常状態とは、ポンプ２０からの供給圧力と流路全体の流体抵抗とが釣りあっている状態で流体室５０１を流体が流れている状態のことである。
従って、１周期の信号波形が、上式（１）の関係を満たす時間幅Ｔredの圧縮駆動波形部及び時間幅Ｔexpの復帰駆動波形部とから構成される駆動信号を、容積変更部を構成する圧電素子４０１に供給することで、駆動信号の１周期の期間において、流体を元の定常状態へと復帰させることができる。これにより、定常状態に戻る前に圧電素子４０１に次の１周期の圧縮駆動波形部が供給されるのを防ぐことができるので、それが要因で生じる流体の噴射力の低下を防ぐことができる。
従って、１周期の信号波形が、上式（１）の関係を満たす時間幅Ｔredの圧縮駆動波形部及び時間幅Ｔexpの復帰駆動波形部とから構成される駆動信号を、容積変更部を構成する圧電素子４０１に供給することで、駆動信号の１周期の期間において、流体を元の定常状態へと復帰させることができる。これにより、定常状態に戻る前に圧電素子４０１に次の１周期の圧縮駆動波形部が供給されるのを防ぐことができるので、それが要因で生じる流体の噴射力の低下を防ぐことができる。
更に、上式（１）の関係を満たす駆動信号を供給することで、入口流路５０３の流速が復帰するのに必要な時間を有効に用いて流体室５０１の容積をゆっくりと元の状態に復帰させる（拡大させる）ことができる。これにより、真空泡の拡大が抑制され、その真空泡へのガスの放出が小さくなるので、流体室５０１内にガス泡が略無い状態で定常状態へと復帰させることができる。これにより、ガス泡による流体室５０１の剛性低下が要因で生じる流体の噴射力の低下を軽減することができる。
本実施の形態の信号波形生成部３０ｂは、更に、データ記憶部３０ｃに記憶された、周期の異なる複数種類の正弦波の波形情報を用いて、上式（１）を満たす信号波形を生成するようになっている。ここで、波形情報とは、複数種類の正弦波信号の１周期の信号レベル（例えば、電圧値）を、Δｔ（１周期より短い時間）の時間間隔でサンプリングして得たデータ（デジタルデータ）である。
具体的には、本実施の形態の信号波形生成部３０ｂは、信号波形を、周期の異なる２つの正弦波信号の一部のデータを合成して生成するようになっている。例えば、一方の正弦波の前半半周期（Ｔ１／２（λ１／２））と、他方の正弦波の後半半周期（Ｔ２／２（λ２／２）））とをつなぎ合せて生成する。
なお、正弦波の波形情報は、基本情報を１つだけ、又はいくつかを記憶し、この基本情報から演算処理によって所望の波形情報を生成するようにしてもよい。
なお、正弦波の波形情報は、基本情報を１つだけ、又はいくつかを記憶し、この基本情報から演算処理によって所望の波形情報を生成するようにしてもよい。
本実施の形態の信号波形生成部３０ｂは、例えば、電源投入時や、流体噴射部２を交換時などにおいて、波形情報の較正を行うときなどに用いられる。
そのため、ユーザによって設定された噴射強さに対応する信号波形のＴred及びＴexpを、流体噴射部２の有する、流体室５０１や入口流路５０３などの圧力を測定できる圧力センサ（図示は省略）からの測定データなどに基づき決定する機能を有している。
そのため、ユーザによって設定された噴射強さに対応する信号波形のＴred及びＴexpを、流体噴射部２の有する、流体室５０１や入口流路５０３などの圧力を測定できる圧力センサ（図示は省略）からの測定データなどに基づき決定する機能を有している。
具体的に、信号波形を生成するにあたって、まず、データ記憶部３０ｃに記憶されたデータテーブルによって、ユーザによって設定された噴射強さに対応するＴred及び仮のＴexpを決定し、このＴred及び仮のＴexpに基づき駆動信号波形を生成する。次に、この駆動信号波形で脈動発生部１００（圧電素子４０１）を駆動し、そのときのＰgen及びＰsupを圧力センサの検出データに基づき測定する。更に、この測定したＰgen及びＰsupが上式（１）の関係を満たすように、Ｔexpを調整する。以降は、測定したＰgen及びＰsupが上式（１）の関係を満たすまで、決定したＴred及び調整後のＴexpに基づく駆動信号波形の生成、生成した信号波形による脈動発生部１００の駆動、及びＴexpの調整を繰り返し行う。
次に、データ記憶部３０ｃは、周期や振幅の異なる複数種類の正弦波の上記した波形情報、設定された噴射強さに対するＴred及びＴexpを決定するためのデータテーブル、それ以外の各構成部の処理に用いるデータなどを記憶する記憶媒体を含んで構成され、各構成部からの読み出し要求に応じて記憶媒体に記憶されたデータを読み出し、各構成部からの書き込み要求に応じて記憶媒体にデータを書き込む機能を有している。つまり、波形情報記憶部としての機能に加え、他に必要なデータも記憶する機能を有している。
駆動信号供給部３０ｄは、動作制御部３０ａから駆動信号の供給指令に応じて、同期信号発生部３０ｅからの同期信号に同期させて、駆動信号を脈動発生部１００を構成する容積変更部の圧電素子４０１に供給する機能を有している。
具体的に、供給指令に含まれる波形指定情報に基づき、該当する波形情報（デジタルの波形データ）をデータ記憶部３０ｃから読み出し、該読み出した波形情報をＤＡ変換してアナログの駆動信号を生成し、該生成した駆動信号を同期信号に同期させて圧電素子４０１に供給する。なお、波形指定情報は、上記信号波形生成部３０ｂで生成した信号波形に付された識別情報などとなる。
具体的に、供給指令に含まれる波形指定情報に基づき、該当する波形情報（デジタルの波形データ）をデータ記憶部３０ｃから読み出し、該読み出した波形情報をＤＡ変換してアナログの駆動信号を生成し、該生成した駆動信号を同期信号に同期させて圧電素子４０１に供給する。なお、波形指定情報は、上記信号波形生成部３０ｂで生成した信号波形に付された識別情報などとなる。
また、駆動信号の供給途中で動作制御部３０ａから停止指令が入力されたときに、供給途中の１周期の波形を最後まで圧電素子４０１に供給してから駆動信号の供給を停止するようになっている。
同期信号発生部３０ｅは、セラミック振動子、水晶振動子などの発振子、カウンタ（又はＰＬＬ回路）などを含み、発振子から出力される信号を基準クロック信号clkとして、該clkから同期信号を生成する機能を有している。そして、基準クロック信号及び同期信号を駆動信号供給部３０ｄに供給する。
同期信号発生部３０ｅは、セラミック振動子、水晶振動子などの発振子、カウンタ（又はＰＬＬ回路）などを含み、発振子から出力される信号を基準クロック信号clkとして、該clkから同期信号を生成する機能を有している。そして、基準クロック信号及び同期信号を駆動信号供給部３０ｄに供給する。
なお、駆動部３０は、上記各構成部の機能をソフトウェアを用いて実現するため、および上記各機能の実現に必要なハードウェアを制御するソフトウェアを実行するためのコンピュータシステムを備えている。このコンピュータシステムのハードウェア構成は、図示しないが、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）とを有し、これらの間を各種内外バスで接続した構成となっている。
更に、バスには、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、パラレルポート等の入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介して、例えば、ＣＲＴまたはＬＣＤモニター等の表示装置、操作パネル、マウス、キーボード等の入力装置が接続されている。
そして、電源を投入すると、ＲＯＭ等に記憶されたシステムプログラムが、ＲＯＭに予め記憶された上記各部の機能を実現するための各種専用のコンピュータプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムに記述された命令に従ってプロセッサが各種リソースを駆使して所定の制御および演算処理を行うことで前述したような各機能をソフトウェア上で実現するようになっている。
そして、電源を投入すると、ＲＯＭ等に記憶されたシステムプログラムが、ＲＯＭに予め記憶された上記各部の機能を実現するための各種専用のコンピュータプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムに記述された命令に従ってプロセッサが各種リソースを駆使して所定の制御および演算処理を行うことで前述したような各機能をソフトウェア上で実現するようになっている。
次に、図６に基づき、信号波形生成部３０ｂにおける信号波形生成処理の流れを説明する。
プロセッサによって専用のプログラムが実行され、信号生成処理が開始されると、図６に示すように、まず、ステップＳ１００に移行する。
ステップＳ１００では、信号波形生成部３０ｂにおいて、動作制御部３０ａからの信号波形の生成指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ１０２に移行し、そうでない場合(No)は、入力されるまで判定処理を繰り返す。
プロセッサによって専用のプログラムが実行され、信号生成処理が開始されると、図６に示すように、まず、ステップＳ１００に移行する。
ステップＳ１００では、信号波形生成部３０ｂにおいて、動作制御部３０ａからの信号波形の生成指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ１０２に移行し、そうでない場合(No)は、入力されるまで判定処理を繰り返す。
ステップＳ１０２に移行した場合は、信号波形生成部３０ｂにおいて、流体の噴射強さの設定画面を表示して、ステップＳ１０４に移行する。
ステップＳ１０４では、信号波形生成部３０ｂにおいて、入力装置を介してユーザによって噴射強さが設定されたか否かを判定し、設定されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ１０６に移行し、そうでない場合(No)は、設定されるまで判定処理を繰り返す。
ステップＳ１０４では、信号波形生成部３０ｂにおいて、入力装置を介してユーザによって噴射強さが設定されたか否かを判定し、設定されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ１０６に移行し、そうでない場合(No)は、設定されるまで判定処理を繰り返す。
ステップＳ１０６に移行した場合は、信号波形生成部３０ｂにおいて、データ記憶部３０ｃに記憶された所定の噴射強さに対する圧縮信号波形部の時間幅Ｔredが登録されたデータテーブルに基づき、ステップＳ１０４で設定された噴射強さに対するＴredを決定して、ステップＳ１０８に移行する。
ステップＳ１０８では、信号波形生成部３０ｂにおいて、データ記憶部３０ｃに記憶された所定種類の噴射強さに対する復帰信号波形部の時間幅Ｔexpが登録されたデータテーブルに基づき、ステップＳ１０４で設定された噴射強さに対する仮のＴexpを決定し、ステップＳ１１０に移行する。
ステップＳ１０８では、信号波形生成部３０ｂにおいて、データ記憶部３０ｃに記憶された所定種類の噴射強さに対する復帰信号波形部の時間幅Ｔexpが登録されたデータテーブルに基づき、ステップＳ１０４で設定された噴射強さに対する仮のＴexpを決定し、ステップＳ１１０に移行する。
ステップＳ１１０では、信号波形生成部３０ｂにおいて、データ記憶部３０ｃに記憶された複数種類の正弦波の波形情報から、ステップＳ１０６で決定したＴred及びステップＳ１０８で仮決定したＴexpにそれぞれ対応する２種類の波形情報を読み出して、ステップＳ１１２に移行する。
ステップＳ１１２では、信号波形生成部３０ｂにおいて、ステップＳ１１２で読み出した２種類の波形情報から生成される信号波形の一方の前半半周期と他方の後半半周期とを合成して１周期の信号波形を生成して、ステップＳ１１４に移行する。
ステップＳ１１２では、信号波形生成部３０ｂにおいて、ステップＳ１１２で読み出した２種類の波形情報から生成される信号波形の一方の前半半周期と他方の後半半周期とを合成して１周期の信号波形を生成して、ステップＳ１１４に移行する。
ステップＳ１１４では、信号波形生成部３０ｂにおいて、動作制御部３０ａに、駆動信号供給部３０ｄにステップＳ１１２で生成した信号波形によって脈動発生部１００を駆動させるための駆動要求を出力して、ステップＳ１１６に移行する。
ステップＳ１１６では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、動作制御部３０ａからの駆動指令に応じて、同期信号発生部３０ｅからの同期信号に同期して、ステップＳ１１２で生成したデジタルの波形信号（波形情報）をアナログの波形信号にＤＡ変換してなる駆動信号を、脈動発生部１００の圧電素子４０１に出力して、ステップＳ１１８に移行する。
ステップＳ１１６では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、動作制御部３０ａからの駆動指令に応じて、同期信号発生部３０ｅからの同期信号に同期して、ステップＳ１１２で生成したデジタルの波形信号（波形情報）をアナログの波形信号にＤＡ変換してなる駆動信号を、脈動発生部１００の圧電素子４０１に出力して、ステップＳ１１８に移行する。
ステップＳ１１８では、信号波形生成部３０ｂにおいて、ステップＳ１１６の圧電素子４０１への駆動信号の供給に応じて、流体噴射部２に設けられた圧力センサからの検出データに基づき、圧縮駆動波形部の供給期間における流体室５０１内の平均圧力Ｐgenと、復帰駆動波形部の供給期間における流体室５０１内の入口流路５０３のポンプ２０側にかかる圧力Ｐsupとを測定して、ステップＳ１２０に移行する。
ステップＳ１２０では、信号波形生成部３０ｂにおいて、ステップＳ１１８で測定したＰgen及びＰsupと、決定されたＴred及びＴexpとが、上式（１）の関係を満たすか否かを判定し、満たすと判定した場合(Yes)は、ステップＳ１２２に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ１２８に移行する。
ステップＳ１２２に移行した場合は、信号波形生成部３０ｂにおいて、ステップＳ１１２で生成した信号波形の波形情報を、該波形情報に固有の識別情報と対応付けてデータ記憶部３０ｃに記憶して、ステップＳ１２４に移行する。
ステップＳ１２２に移行した場合は、信号波形生成部３０ｂにおいて、ステップＳ１１２で生成した信号波形の波形情報を、該波形情報に固有の識別情報と対応付けてデータ記憶部３０ｃに記憶して、ステップＳ１２４に移行する。
ステップＳ１２４では、信号波形生成部３０ｂにおいて、駆動停止要求を動作制御部３０ａに出力して、ステップＳ１２６に移行する。
ステップＳ１２６では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、１周期分の信号波形を全て出力後に、駆動信号の供給を停止して、一連の処理を終了する。
一方、ステップＳ１２０において条件を満足せずに、ステップＳ１２８に移行した場合は、信号波形生成部３０ｂにおいて、上式（１）の関係を満たすように、Ｔexpを調整して、ステップＳ１３０に移行する。
ステップＳ１２６では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、１周期分の信号波形を全て出力後に、駆動信号の供給を停止して、一連の処理を終了する。
一方、ステップＳ１２０において条件を満足せずに、ステップＳ１２８に移行した場合は、信号波形生成部３０ｂにおいて、上式（１）の関係を満たすように、Ｔexpを調整して、ステップＳ１３０に移行する。
ステップＳ１３０では、信号波形生成部３０ｂにおいて、データ記憶部３０ｃに記憶された複数種類の正弦波の波形情報から、ステップＳ１０６で決定したＴred及びステップＳ１２２で調整後のＴexpにそれぞれ対応する２種類の波形情報を読み出して、ステップＳ１１２に移行する。
なお、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４における流体の噴射強さの設定は、流体噴射部２の性能に応じた範囲指定で行うようにしてもよい。この場合は、設定された範囲における噴射強さ毎に、ステップＳ１０６〜Ｓ１２４の処理を繰り返し行うようにする。
なお、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４における流体の噴射強さの設定は、流体噴射部２の性能に応じた範囲指定で行うようにしてもよい。この場合は、設定された範囲における噴射強さ毎に、ステップＳ１０６〜Ｓ１２４の処理を繰り返し行うようにする。
次に、図７に基づき、駆動信号供給部３０ｄにおける駆動信号供給処理の流れを説明する。
プロセッサにより専用のプログラムが実行され、駆動信号供給処理が開始されると、図７に示すように、まず、ステップＳ２００に移行する。
ステップＳ２００では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、動作制御部３０ａからの駆動指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ２０２に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２００に移行する。
プロセッサにより専用のプログラムが実行され、駆動信号供給処理が開始されると、図７に示すように、まず、ステップＳ２００に移行する。
ステップＳ２００では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、動作制御部３０ａからの駆動指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ２０２に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２００に移行する。
ステップＳ２０２に移行した場合は、駆動信号供給部３０ｄにおいて、駆動指令に含まれる指定波形の識別情報に基づき、流体噴射部２の駆動に用いる波形種類の波形情報を設定して、ステップＳ２０４に移行する。
ステップＳ２０４では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、ステップＳ２０２で設定された波形種類の波形情報をデータ記憶部３０ｃから読み出して、ステップＳ２０６に移行する。
ステップＳ２０４では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、ステップＳ２０２で設定された波形種類の波形情報をデータ記憶部３０ｃから読み出して、ステップＳ２０６に移行する。
ステップＳ２０６では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、同期信号発生部３０ｅからの同期信号に同期して、読み出したデジタルの波形信号をアナログの波形信号にＤＡ変換してなる駆動信号を、脈動発生部１００の圧電素子４０１に出力して、ステップＳ２０８に移行する。
ステップＳ２０８では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、動作制御部３０ａから停止指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ２１０に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２０６の駆動信号の出力処理を続行する。
ステップＳ２０８では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、動作制御部３０ａから停止指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ２１０に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２０６の駆動信号の出力処理を続行する。
ステップＳ２１０に移行した場合は、駆動信号供給部３０ｄにおいて、１周期分の信号波形を全て出力後に、駆動信号の供給を停止して、ステップＳ２１２に移行する。
ステップＳ２１２では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、動作制御部３０ａから再開指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ２０６に移行して駆動信号の出力処理を再開し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２１４に移行する。
ステップＳ２１２では、駆動信号供給部３０ｄにおいて、動作制御部３０ａから再開指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ２０６に移行して駆動信号の出力処理を再開し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２１４に移行する。
ステップＳ２１４に移行した場合は、動作制御部３０ａから終了指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、駆動信号供給処理を終了し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２１２に移行する。
次に、図８に基づき、本実施の形態の流体噴射装置１の具体的な動作を説明する。
ここで、図８は、２種類の正弦波を合成して生成した信号波形の一例を示す図である。
まず、信号波形の生成処理の具体的な動作について説明する。
入力装置を介して利用者からの信号波形の較正指示が駆動部３０に入力されると、動作制御部３０ａは、信号波形の生成指令を信号波形生成部３０ｂに出力する。
一方、信号波形生成部３０ｂは、信号波形の生成指令を受けると、流体の噴射強さの設定処理に移行する（ステップＳ１００の「Ｙｅｓ」の分岐）。
ここで、図８は、２種類の正弦波を合成して生成した信号波形の一例を示す図である。
まず、信号波形の生成処理の具体的な動作について説明する。
入力装置を介して利用者からの信号波形の較正指示が駆動部３０に入力されると、動作制御部３０ａは、信号波形の生成指令を信号波形生成部３０ｂに出力する。
一方、信号波形生成部３０ｂは、信号波形の生成指令を受けると、流体の噴射強さの設定処理に移行する（ステップＳ１００の「Ｙｅｓ」の分岐）。
信号波形生成部３０ｂは、まず、不図示の表示部に、ユーザが所望する流体の噴射強さの設定画面を表示して（ステップＳ１０２）、ユーザに噴射強さの設定を促す。
入力装置を介したユーザの入力情報によって噴射強さが設定されると（ステップＳ１０４の「Ｙｅｓ」の分岐）、データ記憶部３０ｃに記憶されたＴredを決定するためのデータテーブルに基づき、設定された噴射強さに対応するＴred（設定された噴射強さに一番近い値に対応するもの）を決定する（ステップＳ１０６）。
入力装置を介したユーザの入力情報によって噴射強さが設定されると（ステップＳ１０４の「Ｙｅｓ」の分岐）、データ記憶部３０ｃに記憶されたＴredを決定するためのデータテーブルに基づき、設定された噴射強さに対応するＴred（設定された噴射強さに一番近い値に対応するもの）を決定する（ステップＳ１０６）。
引き続き、データ記憶部３０ｃに記憶されたＴexpを仮決定するためのデータテーブルに基づき、設定された噴射強さに対応する仮のＴexp（設定された噴射強さに一番近い値に対応するもの）を決定する（ステップＳ１０８）。
Ｔred及び仮のＴexpが決定されると、信号波形生成部３０ｂは、次に、データ記憶部３０ｃから、１周期が、決定したＴredの２倍（例えば、０．２[ｍｓ]）に最も近い正弦波sin１の前半半周期の波形情報と、１周期が、決定した仮のＴexpの２倍に最も近い正弦波sin２の後半半周期の波形情報とを読み出す（ステップＳ１１０）。
Ｔred及び仮のＴexpが決定されると、信号波形生成部３０ｂは、次に、データ記憶部３０ｃから、１周期が、決定したＴredの２倍（例えば、０．２[ｍｓ]）に最も近い正弦波sin１の前半半周期の波形情報と、１周期が、決定した仮のＴexpの２倍に最も近い正弦波sin２の後半半周期の波形情報とを読み出す（ステップＳ１１０）。
そして、これら読み出した２種類の波形情報を合成して、圧縮駆動波形部が上記決定したＴredの時間幅となり、且つ復帰駆動波形部が上記仮決定したＴexpの時間幅となる信号波形の波形情報を生成する（ステップＳ１１２）。
信号波形が生成されると、信号波形生成部３０ｂは、該生成した信号波形で駆動信号供給部３０ｄに脈動発生部１００の圧電素子４０１を駆動させるための駆動要求を動作制御部３０ａに出力する（ステップＳ１１４）。
信号波形が生成されると、信号波形生成部３０ｂは、該生成した信号波形で駆動信号供給部３０ｄに脈動発生部１００の圧電素子４０１を駆動させるための駆動要求を動作制御部３０ａに出力する（ステップＳ１１４）。
これにより、動作制御部３０ａは、上記生成された信号波形の駆動信号を圧電素子４０１に供給させる、駆動信号の供給指令を駆動信号供給部３０ｄに出力する。
一方、駆動信号供給部３０ｄは、動作制御部３０ａから、上記生成した信号波形の駆動信号の供給指令を受けると、同期信号発生部３０ｅからの同期信号に同期して、供給指令に含まれる波形情報をＤＡ変換し、ＤＡ変換後のアナログ信号を駆動信号として脈動発生部１００の圧電素子４０１に出力する（ステップＳ１１６）。
一方、駆動信号供給部３０ｄは、動作制御部３０ａから、上記生成した信号波形の駆動信号の供給指令を受けると、同期信号発生部３０ｅからの同期信号に同期して、供給指令に含まれる波形情報をＤＡ変換し、ＤＡ変換後のアナログ信号を駆動信号として脈動発生部１００の圧電素子４０１に出力する（ステップＳ１１６）。
信号波形生成部３０ｂは、圧電素子４０１への駆動信号の供給が開始されると、流体噴射部２に設けられた圧力センサからの検出データに基づき、流体室５０１内の平均圧力Ｐgenと、流体室５０１内の入口流路５０３のポンプ２０側にかかる圧力Ｐsupとを測定する（ステップＳ１１８）。
そして、測定したＰgen及びＰsupが、上式（１）の関係を満たすか否かを判定する（ステップＳ１２０）。
そして、測定したＰgen及びＰsupが、上式（１）の関係を満たすか否かを判定する（ステップＳ１２０）。
例えば、圧力センサの検出データに基づき、Ｐgen＝１２気圧（１．２ＭＰａ）と、Ｐsup＝２気圧（０．２ＭＰａ）とが取得されたとする。
この場合は、上式（１）より、「０．１×（１２−２）≦Ｔexp×２＝０．５≦Ｔexp」となる。従って、Ｔexpが０．５[ｍｓ]未満のときは、上式（１）の関係を満たしていないと判定される（ステップＳ１２０の「Ｎｏ」の分岐）。
この場合は、上式（１）より、「０．１×（１２−２）≦Ｔexp×２＝０．５≦Ｔexp」となる。従って、Ｔexpが０．５[ｍｓ]未満のときは、上式（１）の関係を満たしていないと判定される（ステップＳ１２０の「Ｎｏ」の分岐）。
例えば、現在のＴexpが０．４[ｍｓ]であった場合は、上式（１）の関係を満たしていないと判定され、現在のＴexp（０．４[ｍｓ]）に０．１[ｍｓ]を加えるなどの調整を施す（ステップＳ１２８）。そして、上記決定したＴred及び調整後のＴexpに対応する波形情報をデータ記憶部３０ｃから読み出し（ステップＳ１３０）、これら波形情報に基づき、Ｔexpを調整後の波形情報を生成する（ステップＳ１１２）。
具体的に、図８の太線波形に示すように、１周期の信号波形における、圧縮駆動波形部Ｗｃとなる正弦波sin１の前半半周期（λ／２）の最大値と、復帰駆動波形部Ｗｒとなる正弦波sin２の後半半周期（λ／２）の最大値とを接続した合成波形が生成される。
信号波形生成部３０ｂは、生成した波形情報の信号波形で圧電素子４０１を駆動するように駆動要求を動作制御部３０ａに出力する（ステップＳ１１４）。これにより、調整後の信号波形によって圧電素子４０１が駆動され（ステップＳ１１６）、再び、圧力センサの検出データに基づき、Ｐgenと、Ｐsupとが測定される（ステップＳ１１８）。
信号波形生成部３０ｂは、生成した波形情報の信号波形で圧電素子４０１を駆動するように駆動要求を動作制御部３０ａに出力する（ステップＳ１１４）。これにより、調整後の信号波形によって圧電素子４０１が駆動され（ステップＳ１１６）、再び、圧力センサの検出データに基づき、Ｐgenと、Ｐsupとが測定される（ステップＳ１１８）。
そして、再び、Ｐgen＝１２気圧（１．２ＭＰａ）と、Ｐsup＝２気圧（０．２ＭＰａ）とが取得されたとすると、今度は、Ｔredが０．１[ｍｓ]及びＴexpが０．５[ｍｓ]となっているので、上式（１）の関係を満たすと判定される（ステップＳ１２０の「Ｙｅｓ」の分岐）。
Ｔred及びＴexpが上式（１）の関係を満たすと判定されると、信号波形生成部３０ｂは、このＴred及びＴexpに対応する１周期分の信号波形の波形情報を、識別情報に対応付けてデータ記憶部３０ｃに記憶する（ステップＳ１２２）。
Ｔred及びＴexpが上式（１）の関係を満たすと判定されると、信号波形生成部３０ｂは、このＴred及びＴexpに対応する１周期分の信号波形の波形情報を、識別情報に対応付けてデータ記憶部３０ｃに記憶する（ステップＳ１２２）。
なお、この場合は、Ｔredの０．１[ｍｓ]に対して、Ｔexpを０．５[ｍｓ]以上の値に決定しても問題ない。
また、１周期の波形情報に限らず、複数周期の波形情報として記録するようにしてもよい。その場合は、隣り合う上記１周期の波形において、一方の圧縮駆動波形部と他方の復帰駆動波形部の最低値同士を接続する。
また、１周期の波形情報に限らず、複数周期の波形情報として記録するようにしてもよい。その場合は、隣り合う上記１周期の波形において、一方の圧縮駆動波形部と他方の復帰駆動波形部の最低値同士を接続する。
上式（１）の関係を満たす波形情報が記憶されると、信号波形生成部３０ｂは、駆動中の圧電素子４０１を停止させるための駆動停止要求を動作制御部３０ａに出力する（ステップＳ１２４）。
これにより、動作制御部３０ａは、圧電素子４０１への駆動信号の供給を停止させる、駆動信号の供給停止指令を駆動信号供給部３０ｄに出力する。
これにより、動作制御部３０ａは、圧電素子４０１への駆動信号の供給を停止させる、駆動信号の供給停止指令を駆動信号供給部３０ｄに出力する。
一方、駆動信号供給部３０ｄは、動作制御部３０ａから、駆動信号の供給停止指令を受けると、１周期分の信号波形を全て出力後に、駆動信号の供給を停止する（ステップＳ１２６）。
次に、駆動信号の供給処理の具体的な動作について説明する。
利用者によって駆動スイッチ（不図示）が押下され、駆動信号の供給指示が駆動部３０に入力されると、動作制御部３０ａは、駆動信号の供給指令を駆動信号供給部３０ｄに出力する。
次に、駆動信号の供給処理の具体的な動作について説明する。
利用者によって駆動スイッチ（不図示）が押下され、駆動信号の供給指示が駆動部３０に入力されると、動作制御部３０ａは、駆動信号の供給指令を駆動信号供給部３０ｄに出力する。
一方、駆動信号供給部３０ｄは、駆動信号の供給指令を受けると、波形情報の設定処理に移行する（ステップＳ２００の「Ｙｅｓ」の分岐）。
供給指令には、駆動信号として用いる波形情報の識別情報を含む指定波形情報が含まれているので、指定波形情報に対応する識別情報の波形情報を駆動に用いる波形情報として設定する（ステップＳ２０２）。ここでは、上記生成した図８に示す太線の信号波形の波形情報が設定されたとする。
供給指令には、駆動信号として用いる波形情報の識別情報を含む指定波形情報が含まれているので、指定波形情報に対応する識別情報の波形情報を駆動に用いる波形情報として設定する（ステップＳ２０２）。ここでは、上記生成した図８に示す太線の信号波形の波形情報が設定されたとする。
駆動信号に用いる波形情報が設定されると、次に、データ記憶部３０ｃから設定された波形情報に対応する波形情報をＲＡＭなどのワークメモリに読み出す（ステップＳ２０４）。次に、同期信号発生部３０ｅからの同期信号に同期して、ワークメモリに読み出した波形情報をＤＡ変換し、ＤＡ変換後のアナログ信号を駆動信号として脈動発生部１００の圧電素子４０１に出力する（ステップＳ２０６）。
駆動信号の供給前は、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、圧電素子４０１に駆動信号が入力され、Ｔred（０．１[ｍｓ]）の時間で急激に圧電素子４０１が伸張したとすると、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。
ここで、圧電素子４０１に駆動信号が入力され、Ｔred（０．１[ｍｓ]）の時間で急激に圧電素子４０１が伸張したとすると、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。
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。
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。
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。
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。
一方、圧力上昇後は、Ｔexp（０．５[ｍｓ]）の期間において、伸長状態にある圧電素子４０１は、伸長時の時間Ｔred（０．１[ｍｓ]）の５倍の時間をかけてゆっくりと収縮していく。これによって、真空泡の拡大が抑制されるので、流体室５０１内のガスの発生を抑えつつ、流体の流れは、駆動信号を供給する前の定常状態へと復帰する。
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。
一方、圧力上昇後は、Ｔexp（０．５[ｍｓ]）の期間において、伸長状態にある圧電素子４０１は、伸長時の時間Ｔred（０．１[ｍｓ]）の５倍の時間をかけてゆっくりと収縮していく。これによって、真空泡の拡大が抑制されるので、流体室５０１内のガスの発生を抑えつつ、流体の流れは、駆動信号を供給する前の定常状態へと復帰する。
なお、流体室５０１が、略回転体形状を有し、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（真空泡及びガス泡）は速やかに出口流路５１１から外部に排出される。
従って、図８に示す太線の信号波形の駆動信号を連続で圧電素子４０１に供給することで、高い噴射力を維持した状態で、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。
従って、図８に示す太線の信号波形の駆動信号を連続で圧電素子４０１に供給することで、高い噴射力を維持した状態で、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。
更に、図８の細線波形に示すように、Ｔredの期間の駆動電流のレベルと比較して、Ｔexpの期間の駆動電流のレベルを低く抑えることができる。従って、圧電素子４０１を駆動する駆動回路にブリッジ回路などを用いている場合に、回路に用いるトランジスタのうち、電流放出用のトランジスタ（例えば、ローサイド側のトランジスタ）の最大電流定格値を低く抑えることができるので、トランジスタにかかるコストを低減することができる。
また、駆動信号の１周期の信号波形を、図８の太線波形に示すように正弦波の組み合わせで生成するようにしたので、異なる周期の信号波形を滑らかに接続することができ、流体噴射部２の機構部へのストレスを小さくすることができる。
また、信号波形生成部３０ｂにおいて、流体噴射部２のＰgen及びＰsupの値に応じて、適切な信号波形の波形情報を生成することができるので、Ｐgen及びＰsupの異なる流体噴射部への交換などを容易に行うことができる。
また、信号波形生成部３０ｂにおいて、流体噴射部２のＰgen及びＰsupの値に応じて、適切な信号波形の波形情報を生成することができるので、Ｐgen及びＰsupの異なる流体噴射部への交換などを容易に行うことができる。
〔第２の実施の形態〕
以下、本発明の第２の実施の形態を図面に基づき説明する。図９は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第２の実施の形態を示す図である。
以下、本発明の第２の実施の形態を図面に基づき説明する。図９は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第２の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、上記第１の実施の形態と比較して、駆動部３０の信号波形生成部３０ｂにおける、上式（１）の関係を満たす信号波形の作成方法が一部異なる。従って、他の構成部については、上記第１の実施の形態の駆動部３０と同様となるので、以下、異なる部分を詳細に説明し、重複する部分は適宜説明を省略する。
本実施の形態における信号波形生成部３０ｂは、圧縮駆動波形部と復帰駆動波形部との間に、復帰駆動波形部の一部を拡張して、流体室５０１を圧縮後に、その容積を維持（容積変更を停止）するように圧電素子４０１を駆動する出力レベルの波形部の設けられた信号波形を生成するようになっている。
本実施の形態における信号波形生成部３０ｂは、圧縮駆動波形部と復帰駆動波形部との間に、復帰駆動波形部の一部を拡張して、流体室５０１を圧縮後に、その容積を維持（容積変更を停止）するように圧電素子４０１を駆動する出力レベルの波形部の設けられた信号波形を生成するようになっている。
ここで、図９（ａ）は、波形の拡張方法の一例を示す図であり、（ｂ）は、本実施の形態の駆動信号の信号波形の一例を示す図である。
具体的には、図９（ａ）に示す正弦波信号の前半半周期ｔ１を上式（１）の関係を満たす時間幅Ｔred（ｔ１＝Ｔred）の圧縮駆動波形部とし、同じ正弦波信号の後半半周期ｔ２（ｔ１＝ｔ２）における最大値の期間を、上式（１）の関係を満たすＴexpの期間に拡張し、この拡張部を含む波形部を復帰駆動波形部とした図９（ｂ）に示すような波形形状の信号波形を生成する。
具体的には、図９（ａ）に示す正弦波信号の前半半周期ｔ１を上式（１）の関係を満たす時間幅Ｔred（ｔ１＝Ｔred）の圧縮駆動波形部とし、同じ正弦波信号の後半半周期ｔ２（ｔ１＝ｔ２）における最大値の期間を、上式（１）の関係を満たすＴexpの期間に拡張し、この拡張部を含む波形部を復帰駆動波形部とした図９（ｂ）に示すような波形形状の信号波形を生成する。
つまり、真空泡の拡大は、圧電素子４０１の伸長後（容積圧縮後）の急激な伸縮動作による流体室５０１の容積の急な拡大によって生じ易くなるので、容積圧縮後に圧電素子の状態を伸長させたまま維持することで、真空泡の拡大を防ぎ、ガス泡の発生を抑制することができる。また、圧縮状態で真空泡の消失を待つことになるので、上記第１の実施の形態よりも短い時間で真空泡を消失させることができ、ひいては上記第１の実施の形態よりも短い時間で定常状態に復帰させることができる。
次に、本実施の形態の信号波形生成処理の流れを説明する。
本実施の形態の信号波形生成処理は、上記第１の実施の形態の図６のフローチャートにおけるステップＳ１１０、Ｓ１１２及びＳ１３０の処理内容が異なるのみで、他のステップの処理は同様となる。
以下、本実施の形態のステップＳ１１０及びＳ１１２の処理を説明する。
本実施の形態の信号波形生成処理は、上記第１の実施の形態の図６のフローチャートにおけるステップＳ１１０、Ｓ１１２及びＳ１３０の処理内容が異なるのみで、他のステップの処理は同様となる。
以下、本実施の形態のステップＳ１１０及びＳ１１２の処理を説明する。
ステップＳ１１０では、信号波形生成部３０ｂにおいて、データ記憶部３０ｃに記憶された複数種類の正弦波の波形情報から、ステップＳ１０６で決定したＴredに対応する波形情報を読み出して、ステップＳ１１２に移行する。
ステップＳ１１２では、信号波形生成部３０ｂにおいて、ステップＳ１０８で仮決定したＴexpに基づき、ステップＳ１１０で読み出した波形情報の後半半周期を拡張した信号波形を生成して、ステップＳ１１４に移行する。
ステップＳ１１２では、信号波形生成部３０ｂにおいて、ステップＳ１０８で仮決定したＴexpに基づき、ステップＳ１１０で読み出した波形情報の後半半周期を拡張した信号波形を生成して、ステップＳ１１４に移行する。
なお、ステップＳ１３０では、調整後のＴexpに基づき、Ｔredに対応する波形情報の後半半周期を拡張した信号波形を生成する。
ここで、Ｔredに対応する波形情報は、合致するものが無い場合は最も近いものを読み出し、補正して用いる。
ここで、Ｔredに対応する波形情報は、合致するものが無い場合は最も近いものを読み出し、補正して用いる。
次に、図９に基づき、本実施の形態の流体噴射装置１の具体的な動作を説明する。
まず、信号波形の生成処理の具体的な動作について説明する。
Ｔredの決定処理及びＴexpの仮決定処理は上記第１の実施の形態と同様となるので、決定後の処理から説明する。
Ｔred及び仮のＴexpが決定されると、信号波形生成部３０ｂは、次に、データ記憶部３０ｃから、１周期が、決定したＴredの２倍（例えば、０．２[ｍｓ]）に最も近い正弦波sin１の前半半周期の波形情報を読み出す（ステップＳ１１０）。
まず、信号波形の生成処理の具体的な動作について説明する。
Ｔredの決定処理及びＴexpの仮決定処理は上記第１の実施の形態と同様となるので、決定後の処理から説明する。
Ｔred及び仮のＴexpが決定されると、信号波形生成部３０ｂは、次に、データ記憶部３０ｃから、１周期が、決定したＴredの２倍（例えば、０．２[ｍｓ]）に最も近い正弦波sin１の前半半周期の波形情報を読み出す（ステップＳ１１０）。
そして、上記読み出した波形情報における、後半半周期の最大値の期間を拡張して、後半半周期が少なくとも仮決定されたＴexpの期間以上となるようにした信号波形の波形情報を生成する（ステップＳ１１２）。
以降の処理（ステップＳ１１４〜Ｓ１２０，Ｓ１２８）は、上記第１の実施の形態と同様となるので、ステップＳ１２８でＴexpを調整後の処理から説明する。
以降の処理（ステップＳ１１４〜Ｓ１２０，Ｓ１２８）は、上記第１の実施の形態と同様となるので、ステップＳ１２８でＴexpを調整後の処理から説明する。
信号波形生成部３０ｂは、Ｔexpを調整すると、上記決定したＴredの２倍の周期に対応する台形波の波形情報をデータ記憶部３０ｃから読み出し（ステップＳ１３０）、読み出した波形情報のうち節点ＣとＥの間の時間幅を、調整後のＴexpとなるよう補正して、Ｔexpを調整後の波形情報を生成する（ステップＳ１１２）。
そして、駆動要求を出力して（ステップＳ１１４）、駆動信号供給部３０ｄに、この生成した波形情報の信号波形によって圧電素子４０１を駆動させる（ステップＳ１１６）。
そして、駆動要求を出力して（ステップＳ１１４）、駆動信号供給部３０ｄに、この生成した波形情報の信号波形によって圧電素子４０１を駆動させる（ステップＳ１１６）。
圧電素子４０１に駆動信号が供給されると、信号波形生成部３０ｂは、Ｐgen及びＰsupを測定し（ステップＳ１１８）、これら測定結果と、Ｔred及び調整後のＴexpとが、上式（１）の関係を満たすか否かを判定する（ステップＳ１２０）。
この判定により、Ｔexpを調整後の波形情報が、上式（１）の関係を満たしている場合（ステップＳ１２０の「Ｙｅｓ」の分岐）は、この波形情報を、識別番号に対応付けてデータ記憶部３０ｃに記憶する（ステップＳ１２２）。以降のステップＳ１２４〜Ｓ１２６の処理は、上記第１の実施の形態と同様となるので説明を省略する。
この判定により、Ｔexpを調整後の波形情報が、上式（１）の関係を満たしている場合（ステップＳ１２０の「Ｙｅｓ」の分岐）は、この波形情報を、識別番号に対応付けてデータ記憶部３０ｃに記憶する（ステップＳ１２２）。以降のステップＳ１２４〜Ｓ１２６の処理は、上記第１の実施の形態と同様となるので説明を省略する。
上式（１）の関係を満たすようにＴexpが調整されると、上記決定したＴredに対応する波形情報をデータ記憶部３０ｃから読み出し（ステップＳ１３０）、読み出した波形情報のうち後半半周期を、調整後のＴexpに基づき拡張して、Ｔexpを調整後の波形情報を生成する（ステップＳ１１２）。
具体的に、図９（ｂ）に示すように、復帰駆動波形部の最大値の期間が約０．４[ｍｓ]間継続する波形形状となる信号波形を生成する。
具体的に、図９（ｂ）に示すように、復帰駆動波形部の最大値の期間が約０．４[ｍｓ]間継続する波形形状となる信号波形を生成する。
この生成した１周期分の信号波形の波形情報は、識別番号に対応付けてデータ記憶部３０ｃに記憶される（ステップＳ１２２）。なお、１周期の波形情報に限らず、複数周期の波形情報として記録するようにしてもよい。その場合は、隣り合う上記１周期の波形において、一方の圧縮駆動波形部と他方の復帰駆動波形部の最低値同士を接続する。
駆動信号供給処理の動作は上記第１の実施の形態と同様となるので説明を省略する。
駆動信号供給処理の動作は上記第１の実施の形態と同様となるので説明を省略する。
以上、上記生成した図９（ｂ）に示す信号波形の駆動信号を、脈動発生部１００の圧電素子４０１に供給することで、０．１[ｍｓ]間の圧縮駆動波形部の期間において急激に圧電素子を伸長させて流体室５０１の容積圧縮後に、圧電素子の状態を伸長させたまま維持することで、真空泡の拡大を防ぎ、ひいてはガス泡の発生を抑制することができる。
〔第３の実施の形態〕
以下、本発明の第３の実施の形態を図面に基づき説明する。図１０〜図１４は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第３の実施の形態を示す図である。
以下、本発明の第３の実施の形態を図面に基づき説明する。図１０〜図１４は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第３の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、上記第１及び第２の実施の形態と比較して、駆動部３０のデータ記憶部３０ｃに記憶される波形情報の内容と、駆動部３０の信号波形生成部３０ｂにおける、上式（１）の関係を満たす信号波形の作成方法の一部と、駆動部３０の駆動信号供給部３０ｄにおける駆動信号の供給方法とが異なる。従って、他の構成部については、上記第１及び第２の実施の形態の駆動部３０と同様となるので、以下、異なる部分を詳細に説明し、重複する部分は適宜説明を省略する。
本実施の形態の信号波形生成部３０ｂは、入力装置を介したユーザの入力情報に基づき設定された流体噴射部２の噴射強さに基づき、データ記憶部３０ｃに記憶された台形波の波形情報、データテーブル及び測定データを用いて、上式（１）の関係を満たすＴred及びＴexpを決定し、脈動発生部１００を駆動するのに適切な形状の台形波となる信号波形を生成する機能を有している。
具体的に、上記第１の実施の形態と同様に、上式（１）の関係を満たす、Ｔredの時間幅の圧縮駆動波形部と、Ｔexpの時間幅の復帰駆動波形部とを有する台形波の信号波形を生成する。そして、生成した台形波の節点情報を波形情報として、データ記憶部３０ｃに記憶する。
本実施の形態のデータ記憶部３０ｃは、周期や振幅の異なる複数種類の台形波の１周期の節点の情報（時間、電圧レベル）を波形情報として記憶し、更にそれ以外の各構成部の処理に用いるデータを記憶する記憶媒体を含んで構成され、各構成部からの読み出し要求に応じて記憶媒体に記憶されたデータを読み出し、各構成部からの書き込み要求に応じて記憶媒体にデータを書き込む機能を有している。
本実施の形態のデータ記憶部３０ｃは、周期や振幅の異なる複数種類の台形波の１周期の節点の情報（時間、電圧レベル）を波形情報として記憶し、更にそれ以外の各構成部の処理に用いるデータを記憶する記憶媒体を含んで構成され、各構成部からの読み出し要求に応じて記憶媒体に記憶されたデータを読み出し、各構成部からの書き込み要求に応じて記憶媒体にデータを書き込む機能を有している。
次に、図１０に基づき、本実施の形態の駆動信号供給部３０ｄの詳細な構成を説明する。
ここで、図１０は、本実施の形態の駆動信号供給部３０ｄの詳細な構成を示すブロック図である。
本実施の形態の駆動信号供給部３０ｄは、図１０に示すように、補間部３１と、カウンタ３３と、増幅器３５とを含んだ構成となっている。
ここで、図１０は、本実施の形態の駆動信号供給部３０ｄの詳細な構成を示すブロック図である。
本実施の形態の駆動信号供給部３０ｄは、図１０に示すように、補間部３１と、カウンタ３３と、増幅器３５とを含んだ構成となっている。
補間部３１は、動作制御部３０ａからの駆動信号の供給指令に応じて、データ記憶部３０ｃから駆動信号として用いる台形波の節点情報を読み出し、この節点情報に基づき、脈動発生部１００に駆動信号を供給するためのカウンタ３３の動作条件を設定する機能を有している。
ここで、図１１は、駆動信号を構成する台形波の一例を示す図である。
ここで、図１１は、駆動信号を構成する台形波の一例を示す図である。
データ記憶部３０ｃには、図１１に示す台形波の節点Ａ〜Ｅの電圧情報及び時間情報が波形情報として記憶されている。節点Ａ〜Ｃの波形情報によって、圧縮駆動波形部が構成され、接点Ｃ〜Ｅの波形情報によって、復帰駆動波形部が構成される。また、時間情報が絶対時間の情報であれば、節点Ｃの絶対時間から節点Ａの絶対時間を引いた差の時間がＴredとなり、節点Ｅの絶対時間から節点Ｃの絶対時間を引いた差の時間がＴexpとなる。
そして、カウンタの動作条件は、各節点の波形情報から、隣り合う節点間の波形データをクロック信号clkの分解能で補間して、台形波の節点の情報から連続的なアナログの台形波の信号情報へとＤＡ変換するための条件となる。従って、カウンタの動作条件として、カウント初期値、カウントの増減回数（時間方向）、カウントの増減量（電圧方向）などが設定される。
カウンタ３３は、補間部３１によって設定された動作条件に基づき同期信号発生部３０ｅからのクロック信号clkのカウント動作を行ない、動作条件に応じたカウント値の信号を増幅器３５に出力する機能を有している。
増幅器３５は、カウンタ３３から入力される信号を、圧電素子４０１を駆動するのに適切なレベルに増幅して、脈動発生部１００の圧電素子４０１に出力する機能を有している。
増幅器３５は、カウンタ３３から入力される信号を、圧電素子４０１を駆動するのに適切なレベルに増幅して、脈動発生部１００の圧電素子４０１に出力する機能を有している。
次に、図１２に基づき、本実施の形態の駆動信号供給部３０ｄにおける駆動信号供給処理の流れを説明する。
ここで、図１２は、駆動信号供給処理における本実施の形態の駆動信号の出力処理（上記第１の実施の形態のステップＳ２０４〜ステップＳ２０６に対応）を示すフローチャートである。
ここで、図１２は、駆動信号供給処理における本実施の形態の駆動信号の出力処理（上記第１の実施の形態のステップＳ２０４〜ステップＳ２０６に対応）を示すフローチャートである。
駆動信号の出力処理が開始されると、図１２に示すように、まず、ステップＳ３００に移行する。
ステップＳ３００では、補間部３１において、データ参照アドレスAに、駆動信号として設定された波形情報の開始アドレスを設定して、ステップＳ３０２に移行する。
ステップＳ３０２では、補間部３１において、アドレスAの時刻データ「read（A,1）」を変数T(1)に読み込んで、ステップＳ３０４に移行する。
ステップＳ３００では、補間部３１において、データ参照アドレスAに、駆動信号として設定された波形情報の開始アドレスを設定して、ステップＳ３０２に移行する。
ステップＳ３０２では、補間部３１において、アドレスAの時刻データ「read（A,1）」を変数T(1)に読み込んで、ステップＳ３０４に移行する。
これにより、「T(1)＝read（A,1）」となる。
ステップＳ３０４では、補間部３１において、アドレスAの波形データ「read（A,2）」を変数D(1)に読み込んで、ステップＳ３０６に移行する。
これにより、「D(1)＝read（A,2）」となる。
ステップＳ３０６では、補間部３１において、変数cntに、カウンタの初期値としてステップＳ３０４で読み込んだD(1)の値をセットして、ステップＳ３０８に移行する。
ステップＳ３０４では、補間部３１において、アドレスAの波形データ「read（A,2）」を変数D(1)に読み込んで、ステップＳ３０６に移行する。
これにより、「D(1)＝read（A,2）」となる。
ステップＳ３０６では、補間部３１において、変数cntに、カウンタの初期値としてステップＳ３０４で読み込んだD(1)の値をセットして、ステップＳ３０８に移行する。
これによって、「cnt＝D(1)＝read（A,2）」となる。
ステップＳ３０８では、補間部３１において、後述するカウンタ条件セット処理を実行してカウンタ条件をセットし、ステップＳ３１０に移行する。
ステップＳ３１０では、補間部３１において、同期信号を検出したか否かを判定し、検出したと判定した場合(Yes)は、ステップＳ３１２に移行し、そうでない場合(No)は、同期信号を検出するまで判定処理を繰り返す。
ステップＳ３０８では、補間部３１において、後述するカウンタ条件セット処理を実行してカウンタ条件をセットし、ステップＳ３１０に移行する。
ステップＳ３１０では、補間部３１において、同期信号を検出したか否かを判定し、検出したと判定した場合(Yes)は、ステップＳ３１２に移行し、そうでない場合(No)は、同期信号を検出するまで判定処理を繰り返す。
ステップＳ３１２に移行した場合は、補間部３１において、変数ｋに「０」を設定して、ステップＳ３１４に移行する。ここで変数ｋは、カウンタのカウント回数を計数する変数である。
ステップＳ３１４では、カウンタ３３において、変数ｋの値は変数Ｎの値よりも小さいか否かを判定し、小さいと判定した場合(Yes)は、ステップＳ３１６に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ３２２に移行する。ここで変数Ｎは、ある節点から次の節点に至るまでに必要な時間軸のカウント回数を設定する変数であり、後述するカウンタ条件セット処理において設定される。
ステップＳ３１４では、カウンタ３３において、変数ｋの値は変数Ｎの値よりも小さいか否かを判定し、小さいと判定した場合(Yes)は、ステップＳ３１６に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ３２２に移行する。ここで変数Ｎは、ある節点から次の節点に至るまでに必要な時間軸のカウント回数を設定する変数であり、後述するカウンタ条件セット処理において設定される。
ステップＳ３１６に移行した場合は、カウンタ３３において、増幅器３５に信号波形を出力して、ステップＳ３１８に移行する。
ステップＳ３１８では、補間部３１において、変数cntの現在の値に変数Ｓの値を加算して、ステップＳ３２０に移行する。ここで、変数Ｓは、ある節点から次の節点に至るまでの、カウント１回あたりの電圧軸のカウント増減量を設定する変数であり、後述するカウンタ条件セット処理において設定される。変数Ｓの値が正であれば、カウンタ３３はＳの値だけカウントアップされ、変数Ｓの値が負であれば、カウンタ３３はＳの値だけカウントダウンされる。
ステップＳ３１８では、補間部３１において、変数cntの現在の値に変数Ｓの値を加算して、ステップＳ３２０に移行する。ここで、変数Ｓは、ある節点から次の節点に至るまでの、カウント１回あたりの電圧軸のカウント増減量を設定する変数であり、後述するカウンタ条件セット処理において設定される。変数Ｓの値が正であれば、カウンタ３３はＳの値だけカウントアップされ、変数Ｓの値が負であれば、カウンタ３３はＳの値だけカウントダウンされる。
ステップＳ３２０では、補間部３１において、変数ｋの現在の値に１を加算して、ステップＳ３１４に移行する。
一方、ステップＳ３１４において、変数ｋの値が変数Ｎの値以上となり、ステップＳ３２２に移行した場合は、補間部３１において、次の節点データがあるか否かを判定し、あると判定した場合(Yes)は、ステップＳ３２４に移行し、そうでない場合(No)は、一連の処理を終了して元の処理に復帰する。
ステップＳ３２４に移行した場合は、補間部３１において、カウンタ条件セット処理を実行してカウンタ条件をセットし、ステップＳ３１２に移行する。
一方、ステップＳ３１４において、変数ｋの値が変数Ｎの値以上となり、ステップＳ３２２に移行した場合は、補間部３１において、次の節点データがあるか否かを判定し、あると判定した場合(Yes)は、ステップＳ３２４に移行し、そうでない場合(No)は、一連の処理を終了して元の処理に復帰する。
ステップＳ３２４に移行した場合は、補間部３１において、カウンタ条件セット処理を実行してカウンタ条件をセットし、ステップＳ３１２に移行する。
次に、図１３に基づき、ステップＳ３０８、Ｓ３２４のカウンタ条件セット処理の流れを説明する。
ここで、図１３は、ステップＳ３０８、Ｓ３２４のカウンタ条件セット処理を示すフローチャートである。
ここで、図１３は、ステップＳ３０８、Ｓ３２４のカウンタ条件セット処理を示すフローチャートである。
ステップＳ３０８、又はＳ３２４に移行し、カウンタ条件セット処理が開始されると、図１３に示すように、まず、ステップＳ４００に移行する。
ステップＳ４００では、補間部３１において、データ参照アドレスAの値に１を加算して、ステップＳ４０２に移行する。
ステップＳ４０２では、補間部３１において、アドレスAの時刻データを変数T(2)に読み込んで、ステップＳ４０４に移行する。
ステップＳ４００では、補間部３１において、データ参照アドレスAの値に１を加算して、ステップＳ４０２に移行する。
ステップＳ４０２では、補間部３１において、アドレスAの時刻データを変数T(2)に読み込んで、ステップＳ４０４に移行する。
これにより、「T(2)＝read（A,1）」となる。
ステップＳ４０４では、補間部３１において、アドレスAの波形データを変数D(2)に読み込んで、ステップＳ４０６に移行する。
これにより、「D(2)＝read（A,2）」となる。
ステップＳ４０６では、補間部３１において、変数T(2)の値から変数T(1)の値を減算した値をクロック信号clkの１周期の時間（t_clk）で除算した値を、次の節点に至るまでに必要な時間軸のカウント回数として変数Nに代入して、ステップＳ４０８に移行する。
ステップＳ４０４では、補間部３１において、アドレスAの波形データを変数D(2)に読み込んで、ステップＳ４０６に移行する。
これにより、「D(2)＝read（A,2）」となる。
ステップＳ４０６では、補間部３１において、変数T(2)の値から変数T(1)の値を減算した値をクロック信号clkの１周期の時間（t_clk）で除算した値を、次の節点に至るまでに必要な時間軸のカウント回数として変数Nに代入して、ステップＳ４０８に移行する。
ステップＳ４０８では、補間部３１において、変数D(2)の値から変数D(1)の値を減算し、その減算結果を変数Ｎの値で除算した値を、カウント１回あたりの電圧軸のカウント増減量として変数Sに代入して、ステップＳ４１０に移行する。
ステップＳ４１０では、補間部３１において、変数T(1)に変数T(2)の値を代入し、変数D(1)に変数D(2)の値を代入して、一連の処理を終了し元の処理に復帰する。
ステップＳ４１０では、補間部３１において、変数T(1)に変数T(2)の値を代入し、変数D(1)に変数D(2)の値を代入して、一連の処理を終了し元の処理に復帰する。
次に、図１４及び図１５に基づき、本実施の形態の流体噴射装置１の具体的な動作を説明する。
ここで、図１４は、本実施の形態の波形情報の一例を示す図である。また、図１５は、台形波の駆動信号の出力例を示す図である。
Ｔredの決定処理及びＴexpの仮決定処理は上記第１の実施の形態と同様となるので、決定後の処理から説明する。
ここで、図１４は、本実施の形態の波形情報の一例を示す図である。また、図１５は、台形波の駆動信号の出力例を示す図である。
Ｔredの決定処理及びＴexpの仮決定処理は上記第１の実施の形態と同様となるので、決定後の処理から説明する。
Ｔred及び仮のＴexpが決定されると、信号波形生成部３０ｂは、次に、データ記憶部３０ｃから、１周期が、決定したＴredの２倍（例えば、０．２[ｍｓ]）に最も近い台形波の波形情報を読み出す（ステップＳ１１０）。
ここで、読み出した台形波の波形情報における節点ＡとＥの間の時間幅が上記決定したＴredと異なっている場合は、読み出した波形情報の時間情報を補正する。
ここで、読み出した台形波の波形情報における節点ＡとＥの間の時間幅が上記決定したＴredと異なっている場合は、読み出した波形情報の時間情報を補正する。
そして、上記読み出した台形波の波形情報における節点ＣとＥの間の時間幅を、仮決定されたＴexp以上となるよう補正する。このようにして、１種類の台形波の波形情報を補正することによって、台形波の信号波形の波形情報を生成する（ステップＳ１１２）。
なお、台形波の信号波形の他の生成方法としては、上記第１の実施の形態のように、周期の異なる２種類の台形波の波形情報の一方の前半半周期と他方の後半半周期とを合成して生成する方法がある。更に、その節点ＡとＥの間の時間幅の補正は上記同様で、節点ＣとＥの間の時間幅を補正するときに、上記第２の実施の形態のように、節点ＣとＤとの間の時間幅を拡張して行う方法がある。
なお、台形波の信号波形の他の生成方法としては、上記第１の実施の形態のように、周期の異なる２種類の台形波の波形情報の一方の前半半周期と他方の後半半周期とを合成して生成する方法がある。更に、その節点ＡとＥの間の時間幅の補正は上記同様で、節点ＣとＥの間の時間幅を補正するときに、上記第２の実施の形態のように、節点ＣとＤとの間の時間幅を拡張して行う方法がある。
以降の処理（ステップＳ１１４〜Ｓ１２０、Ｓ１２８）は、上記第１の実施の形態と同様となるので、ステップＳ１２８でＴexpを調整後の処理から説明する。
信号波形生成部３０ｂは、Ｔexpを調整すると、上記決定したＴredの２倍の周期に対応する台形波の波形情報をデータ記憶部３０ｃから読み出し（ステップＳ１３０）、読み出した波形情報のうち節点ＣとＥの間の時間幅を、調整後のＴexpとなるよう補正して、Ｔexpを調整後の波形情報を生成する（ステップＳ１１２）。
信号波形生成部３０ｂは、Ｔexpを調整すると、上記決定したＴredの２倍の周期に対応する台形波の波形情報をデータ記憶部３０ｃから読み出し（ステップＳ１３０）、読み出した波形情報のうち節点ＣとＥの間の時間幅を、調整後のＴexpとなるよう補正して、Ｔexpを調整後の波形情報を生成する（ステップＳ１１２）。
そして、駆動要求を出力して（ステップＳ１１４）、駆動信号供給部３０ｄに、この生成した波形情報の信号波形によって圧電素子４０１を駆動させる（ステップＳ１１６）。
圧電素子４０１に駆動信号が供給されると、信号波形生成部３０ｂは、Ｐgen及びＰsupを測定し（ステップＳ１１８）、これら測定結果と、Ｔred及び調整後のＴexpとが、上式（１）の関係を満たすか否かを判定する（ステップＳ１２０）。
圧電素子４０１に駆動信号が供給されると、信号波形生成部３０ｂは、Ｐgen及びＰsupを測定し（ステップＳ１１８）、これら測定結果と、Ｔred及び調整後のＴexpとが、上式（１）の関係を満たすか否かを判定する（ステップＳ１２０）。
この生成した１周期分の信号波形の波形情報が、上式（１）の関係を満たしている場合（ステップＳ１２０の「Ｙｅｓ」の分岐）は、この波形情報を、識別番号に対応付けてデータ記憶部３０ｃに記憶する（ステップＳ１２２）。
次に、駆動信号供給処理の動作を説明する。
利用者によって駆動スイッチ（不図示）が押下され、駆動信号の供給指示が駆動部３０に入力されると、動作制御部３０ａは、駆動信号の供給指令を駆動信号供給部３０ｄに出力する。
次に、駆動信号供給処理の動作を説明する。
利用者によって駆動スイッチ（不図示）が押下され、駆動信号の供給指示が駆動部３０に入力されると、動作制御部３０ａは、駆動信号の供給指令を駆動信号供給部３０ｄに出力する。
一方、駆動信号供給部３０ｄは、駆動信号の供給指令を受けると、波形情報の設定処理に移行する（ステップＳ２００の「Ｙｅｓ」の分岐）。
供給指令には、駆動信号として用いる波形情報の識別情報を含む指定波形情報が含まれているので、指定波形情報に対応する識別情報の波形情報を駆動に用いる波形情報として設定する（ステップＳ２０２）。ここでは、図１４に示す波形情報が設定されたこととする。
供給指令には、駆動信号として用いる波形情報の識別情報を含む指定波形情報が含まれているので、指定波形情報に対応する識別情報の波形情報を駆動に用いる波形情報として設定する（ステップＳ２０２）。ここでは、図１４に示す波形情報が設定されたこととする。
駆動信号に用いる波形情報が設定されると、次に、補間部３１において、データ参照アドレスAに開始アドレス１０１を設定し（ステップＳ３００）、次に、アドレス１０１の時刻データｔ０を変数T(1)に読み込む（ステップＳ３０２）。これによって、「T(1)＝ｔ０」となる。
次に、アドレス１０１の波形データＰ０を変数D(1)に読み込む（ステップＳ３０４）。これによって、「D(1)＝Ｐ０」となる。
次に、アドレス１０１の波形データＰ０を変数D(1)に読み込む（ステップＳ３０４）。これによって、「D(1)＝Ｐ０」となる。
次に、変数cntにカウンタの初期値として変数D(1)の値Ｐ０をセットして（ステップＳ３０６）、カウンタ条件セット処理へと移行する（ステップＳ３０８）。
カウンタ条件セット処理が開始されると、まず、データ参照アドレスAの値に１を加算する（ステップＳ４００）。これにより、「A＝１０２」となる。
次に、変数T(2)に、アドレス１０２の時刻データｔ１を読み込み（ステップＳ４０２）、変数D(2)に、アドレス１０２の波形データＰ１を読み込む（ステップＳ４０４）。これによって、「T(2)＝ｔ１、D(2)＝Ｐ１」となる。
カウンタ条件セット処理が開始されると、まず、データ参照アドレスAの値に１を加算する（ステップＳ４００）。これにより、「A＝１０２」となる。
次に、変数T(2)に、アドレス１０２の時刻データｔ１を読み込み（ステップＳ４０２）、変数D(2)に、アドレス１０２の波形データＰ１を読み込む（ステップＳ４０４）。これによって、「T(2)＝ｔ１、D(2)＝Ｐ１」となる。
次に、変数T(2)の値ｔ１から変数T(1)の値ｔ０を減算し、この減算結果をクロック信号clkの１周期の時間（t_clk）で除算して時間軸のカウント回数を算出し、該算出結果「（ｔ１−ｔ０）／t_clk」を変数Nに代入する。これにより、「N＝（ｔ１−ｔ０）／t_clk」となる。
次に、変数D(2)の値Ｐ１から変数D(1)の値Ｐ０を減算し、この減算結果をカウント回数Nで除算して電圧軸のカウンタ増減量を算出し、該算出結果「（Ｐ１−Ｐ０）／N」を変数Sに代入する。これにより、「S＝（Ｐ１−Ｐ０）／N」となる。
次に、変数D(2)の値Ｐ１から変数D(1)の値Ｐ０を減算し、この減算結果をカウント回数Nで除算して電圧軸のカウンタ増減量を算出し、該算出結果「（Ｐ１−Ｐ０）／N」を変数Sに代入する。これにより、「S＝（Ｐ１−Ｐ０）／N」となる。
最後に、変数T(1)に、変数のT(2)の値ｔ１を代入し、変数D(1)に、変数D(2)の値Ｐ１を代入して、カウンタ条件セット処理を終了し元の処理に復帰する（ステップＳ４１０）。これにより、「T(1)＝ｔ１」、「D(1)＝Ｐ１」となる。
カウンタ３３に対するカウンタ条件がセットされると、次に、補間部３１は、同期信号発生部３０ｅからの同期信号が検出されるのを待ち、同期信号が検出されると（ステップＳ３１０の「Ｙｅｓ」の分岐）、変数ｋに「０」を設定して初期化し、ｋの値「０」とNの値「（ｔ１−ｔ０）／t_clk」とを比較して、ｋの値がNの値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３１４）。
カウンタ３３に対するカウンタ条件がセットされると、次に、補間部３１は、同期信号発生部３０ｅからの同期信号が検出されるのを待ち、同期信号が検出されると（ステップＳ３１０の「Ｙｅｓ」の分岐）、変数ｋに「０」を設定して初期化し、ｋの値「０」とNの値「（ｔ１−ｔ０）／t_clk」とを比較して、ｋの値がNの値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３１４）。
そして、ｋの値がNの値よりも小さい間は（ステップＳ３１４の「Ｙｅｓの分岐」）、１クロック毎にカウンタ３３から増幅器３５に変数cntの値で決まる電圧値の信号波形が出力され（ステップＳ３１６）、その後、変数cntの値に変数Sの値が加算され（ステップＳ３１８）、次いで、変数ｋの値に１が加算される（ステップＳ３２０）。
図１５に示す例では、Ｐ０及びＰ１が「０[Ｖ]」となっているので、カウンタ増減量Sは「０」となり、変数ｋの値が増加していっても、変数cntの値は初期値「０」のままとなる。従って、カウンタ３３から増幅器３５には、ｋの値がNの値よりも小さい間は「０[Ｖ]」の信号波形が出力され続ける。
図１５に示す例では、Ｐ０及びＰ１が「０[Ｖ]」となっているので、カウンタ増減量Sは「０」となり、変数ｋの値が増加していっても、変数cntの値は初期値「０」のままとなる。従って、カウンタ３３から増幅器３５には、ｋの値がNの値よりも小さい間は「０[Ｖ]」の信号波形が出力され続ける。
次に、ｋの値がNの値以上になると（ステップＳ３１４の「Ｎｏの分岐」）、ここでは次の節点データがあるので（ステップＳ３２２の「Ｙｅｓ」の分岐）、再びカウンタ条件セット処理に移行する（ステップＳ３２４）。
上記同様にステップＳ４００〜Ｓ４１０を経て、「A＝１０３」、「T(2)＝ｔ２」、「D(2)＝Ｐ２」、「N＝（ｔ２−ｔ１）／t_clk」、「S＝（Ｐ２−Ｐ１）／N」、「T(1)＝ｔ２」、「D(1)＝Ｐ２」となる。
上記同様にステップＳ４００〜Ｓ４１０を経て、「A＝１０３」、「T(2)＝ｔ２」、「D(2)＝Ｐ２」、「N＝（ｔ２−ｔ１）／t_clk」、「S＝（Ｐ２−Ｐ１）／N」、「T(1)＝ｔ２」、「D(1)＝Ｐ２」となる。
カウンタ３３に対するカウンタ条件がセットされると、次に、補間部３１は、同期信号発生部３０ｅからの同期信号が検出されるのを待ち、同期信号が検出されると（ステップＳ３１０の「Ｙｅｓ」の分岐）、変数ｋに「０」を設定して初期化し、ｋの値「０」とNの値「（ｔ２−ｔ１）／t_clk」とを比較して、ｋの値がNの値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３１４）。
そして、ｋの値がNの値よりも小さい間は（ステップＳ３１４の「Ｙｅｓの分岐」）、１クロック毎にカウンタ３３から増幅器３５に変数cntの値で決まる電圧値の信号波形が出力され（ステップＳ３１６）、その後、変数cntの値に変数Sの値が加算され（ステップＳ３１８）、更に、変数ｋの値に１が加算される（ステップＳ３２０）。
図１５に示す例では、Ｐ２が「０[Ｖ]よりも大きい値（ここでは、３[Ｖ]とする）」となっているので、カウンタ増減量Sは「（３／N）[Ｖ]」となり、変数ｋの値が１増加していく毎に、変数cntの値は「（３／N）[Ｖ]」ずつ増加した値となる。従って、カウンタ３３から増幅器３５には、ｋの値が「１」増える毎に「（３／N）[Ｖ]」ずつ増加する信号波形が出力される。
図１５に示す例では、Ｐ２が「０[Ｖ]よりも大きい値（ここでは、３[Ｖ]とする）」となっているので、カウンタ増減量Sは「（３／N）[Ｖ]」となり、変数ｋの値が１増加していく毎に、変数cntの値は「（３／N）[Ｖ]」ずつ増加した値となる。従って、カウンタ３３から増幅器３５には、ｋの値が「１」増える毎に「（３／N）[Ｖ]」ずつ増加する信号波形が出力される。
次に、ｋの値がNの値以上になると（ステップＳ３１４の「Ｎｏの分岐」）、ここでは次の節点データがあるので（ステップＳ３２２の「Ｙｅｓ」の分岐）、再びカウンタ条件セット処理に移行する（ステップＳ３２４）。
上記同様にステップＳ４００〜Ｓ４１０を経て、「A＝１０４」、「T(2)＝ｔ３」、「D(2)＝Ｐ３」、「N＝（ｔ３−ｔ２）／t_clk」、「S＝（Ｐ３−Ｐ２）／N」、「T(1)＝ｔ３」、「D(1)＝Ｐ３」となる。
上記同様にステップＳ４００〜Ｓ４１０を経て、「A＝１０４」、「T(2)＝ｔ３」、「D(2)＝Ｐ３」、「N＝（ｔ３−ｔ２）／t_clk」、「S＝（Ｐ３−Ｐ２）／N」、「T(1)＝ｔ３」、「D(1)＝Ｐ３」となる。
カウンタ３３に対するカウンタ条件がセットされると、次に、補間部３１は、同期信号発生部３０ｅからの同期信号が検出されるのを待ち、同期信号が検出されると（ステップＳ３１０の「Ｙｅｓ」の分岐）、変数ｋに「０」を設定して初期化し、ｋの値「０」とNの値「（ｔ３−ｔ２）／t_clk」とを比較して、ｋの値がNの値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３１４）。
そして、ｋの値がNの値よりも小さい間は（ステップＳ３１４の「Ｙｅｓの分岐」）、１クロック毎にカウンタ３３から増幅器３５に変数cntの値で決まる電圧値の信号波形が出力され（ステップＳ３１６）、その後、変数cntの値に変数Sの値が加算され（ステップＳ３１８）、更に、変数ｋの値に１が加算される（ステップＳ３２０）。
図１５に示す例では、Ｐ３が「Ｐ２と同じ値（３[Ｖ]）」となっているので、カウンタ増減量Sは「０[Ｖ]」となり、変数ｋの値が増加していっても、変数cntの値は「３[Ｖ]」のままとなる。従って、カウンタ３３から増幅器３５には、ｋの値がNの値よりも小さい間は「３[Ｖ]」の信号波形が出力され続ける。従って、カウンタ３３から増幅器３５には、ｋの値が「１」増える毎に「３[Ｖ]」の信号波形が出力される。
図１５に示す例では、Ｐ３が「Ｐ２と同じ値（３[Ｖ]）」となっているので、カウンタ増減量Sは「０[Ｖ]」となり、変数ｋの値が増加していっても、変数cntの値は「３[Ｖ]」のままとなる。従って、カウンタ３３から増幅器３５には、ｋの値がNの値よりも小さい間は「３[Ｖ]」の信号波形が出力され続ける。従って、カウンタ３３から増幅器３５には、ｋの値が「１」増える毎に「３[Ｖ]」の信号波形が出力される。
次に、ｋの値がNの値以上になると（ステップＳ３１４の「Ｎｏの分岐」）、ここでは次の節点データがあるので（ステップＳ３２２の「Ｙｅｓ」の分岐）、再びカウンタ条件セット処理に移行する（ステップＳ３２４）。
上記同様にステップＳ４００〜Ｓ４１０を経て、「A＝１０５」、「T(2)＝ｔ４」、「D(2)＝Ｐ４」、「N＝（ｔ４−ｔ３）／t_clk」、「S＝（Ｐ４−Ｐ３）／N」、「T(1)＝ｔ４」、「D(1)＝Ｐ４」となる。
上記同様にステップＳ４００〜Ｓ４１０を経て、「A＝１０５」、「T(2)＝ｔ４」、「D(2)＝Ｐ４」、「N＝（ｔ４−ｔ３）／t_clk」、「S＝（Ｐ４−Ｐ３）／N」、「T(1)＝ｔ４」、「D(1)＝Ｐ４」となる。
カウンタ３３に対するカウンタ条件がセットされると、次に、補間部３１は、同期信号発生部３０ｅからの同期信号が検出されるのを待ち、同期信号が検出されると（ステップＳ３１０の「Ｙｅｓ」の分岐）、変数ｋに「０」を設定して初期化し、ｋの値「０」とNの値「（ｔ４−ｔ３）／t_clk」とを比較して、ｋの値がNの値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３１４）。
そして、ｋの値がNの値よりも小さい間は（ステップＳ３１４の「Ｙｅｓの分岐」）、１クロック毎にカウンタ３３から増幅器３５に変数cntの値で決まる電圧値の信号波形が出力され（ステップＳ３１６）、その後、変数cntの値に変数Sの値が加算され（ステップＳ３１８）、更に、変数ｋの値に１が加算される（ステップＳ３２０）。
図１５に示す例では、Ｐ４が「０[Ｖ]」でＰ３が「３[Ｖ]」となっているので、カウンタ増減量Sは「（−３／N）[Ｖ]」となり、変数ｋの値が１増加していく毎に、変数cntの値は、３[Ｖ]から「（−３／N）[Ｖ]」ずつ減少した値となる。従って、カウンタ３３から増幅器３５には、ｋの値が「１」増える毎に前の値よりも「（−３／N）[Ｖ]」ずつ減少する信号波形が出力される。
図１５に示す例では、Ｐ４が「０[Ｖ]」でＰ３が「３[Ｖ]」となっているので、カウンタ増減量Sは「（−３／N）[Ｖ]」となり、変数ｋの値が１増加していく毎に、変数cntの値は、３[Ｖ]から「（−３／N）[Ｖ]」ずつ減少した値となる。従って、カウンタ３３から増幅器３５には、ｋの値が「１」増える毎に前の値よりも「（−３／N）[Ｖ]」ずつ減少する信号波形が出力される。
次に、ｋの値がNの値以上になると（ステップＳ３１４の「Ｎｏの分岐」）、ここでは次の節点データがないので（ステップＳ３２２の「Ｎｏ」の分岐）、元の処理に復帰し、停止指令又は終了指令があった場合は、駆動信号の供給処理を停止又は終了する。一方、停止指令又は終了指令が無い場合は、設定された波形情報に対して、再び、ステップＳ３００からの処理を実行する。これにより、同じ波形情報の信号波形を連続して出力することができる。
なお、駆動信号を圧電素子４０１に供給してからの流体噴射部２の動作は、上記第１の実施の形態と概ね同様の動作となるので説明を省略する。
以上、説明したように、本実施の形態の流体噴射装置１は、台形波の節点データをデータ記憶部３０ｃに記憶しておけば、この節点データを用いて接点間のデータを補間しながらアナログの台形波の信号波形から構成される駆動信号を脈動発生部１００の圧電素子４０１に供給することができる。
以上、説明したように、本実施の形態の流体噴射装置１は、台形波の節点データをデータ記憶部３０ｃに記憶しておけば、この節点データを用いて接点間のデータを補間しながらアナログの台形波の信号波形から構成される駆動信号を脈動発生部１００の圧電素子４０１に供給することができる。
これにより、波形情報のデータ容量を正弦波と比較して大幅に削減することができるので、大容量のメモリを必要とせず、比較的低コストで流体噴射装置を構成することができる。
また、上記ステップＳ２０８〜Ｓ２２０、及び上記ステップＳ３００〜Ｓ３２４のフローチャートに示すアルゴリズムを用いて信号波形の出力処理を行うようにしたので、駆動信号の供給指令及び停止指令を、どのようなタイミングで入力しても、圧電素子４０１への駆動信号の供給を、必ず波形の最初から始まって、最後で終わるように行うことができる。
また、上記ステップＳ２０８〜Ｓ２２０、及び上記ステップＳ３００〜Ｓ３２４のフローチャートに示すアルゴリズムを用いて信号波形の出力処理を行うようにしたので、駆動信号の供給指令及び停止指令を、どのようなタイミングで入力しても、圧電素子４０１への駆動信号の供給を、必ず波形の最初から始まって、最後で終わるように行うことができる。
これにより、駆動信号が波形の途中から圧電素子４０１に供給されたり、供給途中でいきなり無信号状態にされたりすることがないので、圧電素子４０１が急に縮められるなどして破損してしまうのを防止することができる。
なお、上記第１の実施の形態では、流体噴射部２のＰgen及びＰsupの測定値に応じて、適切な信号波形の波形情報を生成することができる構成を説明したが、この構成に限らず、予めＰgen及びＰsupの値に応じた信号波形の波形情報を生成して保持する構成としてもよい。この構成であれば、駆動部３０が同じ圧力仕様の流体噴射部２にしか対応できなくなるが、圧力センサ、信号波形生成部３０ｂなどを設ける必要がなくなるので、その分のコスト（センサのコスト、プログラムの作成コストなど）を低減することができる。また、他の形態として流体噴射部２に、工場出荷前に予め測定したＰgen及びＰsupの値を持たせておき（例えば、値の記憶されたメモリを付加する）、流体噴射部２の交換時や電源投入時などにおいて、Ｐgen及びＰsupの値を取得して、Ｐgen及びＰsupの値に応じた信号波形の波形情報を生成する構成としてもよい。この構成であれば、複数種類の圧力仕様に対応できると共に、Ｐgen及びＰsupを測定するための圧力センサを設ける必要がなくなるので、その分のコストを低減することができる。
なお、上記第１の実施の形態では、流体噴射部２のＰgen及びＰsupの測定値に応じて、適切な信号波形の波形情報を生成することができる構成を説明したが、この構成に限らず、予めＰgen及びＰsupの値に応じた信号波形の波形情報を生成して保持する構成としてもよい。この構成であれば、駆動部３０が同じ圧力仕様の流体噴射部２にしか対応できなくなるが、圧力センサ、信号波形生成部３０ｂなどを設ける必要がなくなるので、その分のコスト（センサのコスト、プログラムの作成コストなど）を低減することができる。また、他の形態として流体噴射部２に、工場出荷前に予め測定したＰgen及びＰsupの値を持たせておき（例えば、値の記憶されたメモリを付加する）、流体噴射部２の交換時や電源投入時などにおいて、Ｐgen及びＰsupの値を取得して、Ｐgen及びＰsupの値に応じた信号波形の波形情報を生成する構成としてもよい。この構成であれば、複数種類の圧力仕様に対応できると共に、Ｐgen及びＰsupを測定するための圧力センサを設ける必要がなくなるので、その分のコストを低減することができる。
また、上記第１〜第３の実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、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、上記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、上記の説明で用いる図面は、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、本発明は上記第１〜第３の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
１…流体噴射装置、２…流体噴射部、２０…圧力発生部としてのポンプ、３０…駆動部、３０ａ…動作制御部、３０ｂ…信号波形生成部、３０ｃ…データ記憶部、３０ｄ…駆動信号供給部、１００…脈動発生部、２００…接続流路管、２０１…接続流路、４００…ダイアフラム、４０１…圧電素子、５０１…流体室、２１２…流体噴射開口部、５０３…入口流路、５１１…出口流路。
Claims (16)
- 容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、駆動信号の供給に応じて前記流体室の容積を変更する容積変更部と、を備える脈動発生部と、
前記出口流路の前記流体室に連通する端部とは異なる端部に連通した流体噴射開口部と、
前記入口流路に流体を供給する圧力発生部と、
前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮するように動作させる圧縮駆動波形部と、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮前の容積に復帰するように動作させる復帰駆動波形部とを１周期の信号波形に含む駆動信号を前記容積変更部に供給する駆動信号供給部と、を備え、
前記駆動信号供給部は、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給してから次の前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給するまでの間に、前記流体室内に向かって流れる流体を定常状態に復帰させる復帰期間を設けるように前記駆動信号の供給内容を制御することを特徴とする流体噴射装置。 - 前記圧縮駆動波形部の時間幅をＴredとし、前記復帰駆動波形部の時間幅をＴexpとし、前記圧縮駆動波形部の供給期間における前記流体室内の平均圧力をＰgenとし、前記復帰駆動波形部の供給期間における前記流体室内の前記入口流路の圧力発生部側にかかる圧力をＰsupとし、
前記駆動信号供給部は、次の式の関係が成立する時間幅Ｔredの前記圧縮駆動波形部及び時間幅Ｔexpの前記復帰駆動波形部を含んで構成される駆動信号を、前記容積変更部に供給することを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
Ｔred×（Ｐgen−Ｐsup）≦Ｔexp×Ｐsup - 前記駆動信号供給部は、前記復帰駆動波形部の供給期間中に前記復帰期間を設けるように前記駆動信号の供給内容を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体噴射装置。
- 前記駆動信号供給部は、前記圧縮駆動波形部と前記復帰駆動波形部との間に、前記復帰期間として、前記復帰駆動波形部の一部に信号の出力レベルを一定のレベルに所定期間保持する波形部を有する駆動信号を前記容積変更部に供給することを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
- 前記駆動信号の波形情報を記憶する波形情報記憶部を備え、
前記駆動信号供給部は、前記波形情報記憶部に記憶された波形情報に基づき前記駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記容積変更部に供給することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の流体噴射装置。 - 前記駆動信号供給部は、前記１周期の信号波形が、前記圧縮駆動波形部となる１周期の時間幅がＴ１の正弦波の一部と、前記復帰駆動波形部となる１周期の時間幅がＴ２（Ｔ１＜Ｔ２）の正弦波の一部とを合成して構成された駆動信号を前記容積変更部に供給することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
- 前記１周期の信号波形を台形波の形状としたことを特徴とする請求項５に記載の流体噴射装置。
- 前記波形情報として前記台形波の節点情報を前記波形情報記憶部に記憶し、
前記駆動信号供給部は、前記波形情報記憶部に記憶された前記節点情報に基づき前記台形波の駆動信号を生成することを特徴とする請求項７に記載の流体噴射装置。 - 前記出口流路の流体室側端部の直径が、前記出口流路の流体噴射開口部側端部の直径よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
- 前記入口流路のイナータンスが、前記出口流路のイナータンスよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
- 前記入口流路を含む前記流体室上流側の合成イナータンスが、前記出口流路を含む前記圧力室下流側のイナータンスよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
- 前記出口流路に一方の端部が連通され、他方の端部が前記出口流路の直径よりも縮小された流体噴射開口部が設けられた接続流路と、前記接続流路が穿設され、前記流体室から流動される流体の脈動を前記流体噴射開口部に伝達する接続流路管と、を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
- 前記容積変更部は、前記流体室の一端を封止するダイアフラムと、前記ダイアフラムに一端が固定され前記駆動信号の供給に応じて前記封止面と垂直な方向に伸長又は収縮する圧電素子とを含んで構成され、
前記駆動信号供給部は、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部の供給によって、前記圧電素子を伸長させて前記ダイアフラムを前記流体室の内側に向かって変形させ、前記駆動信号における前記復帰駆動波形部の供給によって、前記圧電素子を収縮させて前記ダイアフラムの変形状態を元の状態に復帰させることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の流体噴射装置。 - 容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、駆動信号の供給に応じて前記流体室の容積を変更する容積変更部と、を備える脈動発生部と、前記出口流路の前記流体室に連通する端部とは異なる端部に連通した流体噴射開口部と、前記入口流路に流体を供給する圧力発生部とを備えた流体噴射装置の駆動装置であって、
前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮するように動作させる圧縮駆動波形部と、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮前の容積に復帰するように動作させる復帰駆動波形部とを１周期の信号波形に含む駆動信号を前記容積変更部に供給する駆動信号供給部を備え、
前記駆動信号供給部は、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給してから次の前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給するまでの間に、前記流体室内に向かって流れる流体を定常状態に復帰させる復帰期間を設けるように前記駆動信号の供給内容を制御することを特徴とする流体噴射装置の駆動装置。 - 容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、駆動信号の供給に応じて前記流体室の容積を変更する容積変更部と、を備える脈動発生部と、前記出口流路の前記流体室に連通する端部とは異なる端部に連通した流体噴射開口部と、前記入口流路に流体を供給する圧力発生部と、駆動信号供給部とを備えた流体噴射装置の駆動方法であって、
前記駆動信号供給部に、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮するように動作させる圧縮駆動波形部と、前記容積変更部を前記流体室の容積を圧縮前の容積に復帰するように動作させる復帰駆動波形部とを１周期の信号波形に含む駆動信号を前記容積変更部に供給させる駆動信号供給ステップを含み、
前記駆動信号供給ステップにおいて、前記駆動信号供給部に、前記駆動信号における前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給してから次の前記圧縮駆動波形部を前記容積変更部に供給するまでの間に、前記流体室内に向かって流れる流体を定常状態に復帰させる復帰期間を設けるように前記駆動信号の供給内容を制御させることを特徴とする流体噴射装置の駆動方法。 - 流体の噴射によって患部の治療的措置を支援する手術用器具であって、
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の流体噴射装置を備えることを特徴とする手術用器具。
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