JP2014184315A - 液体噴射装置用噴射ユニットのブロック、液体噴射装置用噴射ユニットおよび手術機器 - Google Patents

Abstract

【課題】供給圧力の変動する液体が供給された場合でも、液体噴射装置の操作感が損なわれることを回避する。
【解決手段】液体圧送手段を用いて液体室に液体を圧送するとともに、容積変更部に駆動電圧を印加して液体室の容積を減少させることによって、加圧した液体室内の液体を噴射ノズルから噴射する。容積変更部に駆動電圧を印加するに際しては、液体室に圧送される液体の圧力変動が液体の噴射に与える影響を、駆動電圧の電圧波形を変更することによって補償する。こうすれば、たとえ液体室に圧送される液体の圧力が変動した場合でも、液体噴射装置の操作感に悪影響が現れることを抑制することが可能となる。
【選択図】図７

Description

本発明は、加圧した液体を生体組織に向けて噴射することにより、生体組織の切開または切除を行う技術に関する。

水あるいは生理食塩水などの液体を加圧して、噴射ノズルから細くしぼった状態で生体組織などに噴射することで、組織の切開や切除などを行う技術が開発されている（特許文献１）。この技術は、血管などの脈管構造を傷つけることなく臓器などの組織だけを切開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、液体を噴射するに際して、単に噴射ノズルから連続的に噴射するのではなく、パルス状の噴流を断続的に噴射することで、少ない噴射量で生体組織の切開を可能とした技術も提案されている（特許文献２）。この技術では、噴射しようとする液体を小さな液体室に供給した後に、液体室の容積を瞬間的に減少して液体を加圧することで、噴射ノズルからパルス状に液体を噴射している。

ここで、噴射ノズルから液体を噴射するためには、液体室が液体で満たされるように、常に必要十分な量の液体を液体室に供給しておく必要がある。また、供給した液体に気泡が混入していると、液体を噴射するために液体室の容積を減少させても気泡が潰れてしまうので、液体室内の液体を加圧して適切に噴射することができなくなる。このため、パルス状の噴流を噴射する技術では、液体室に液体を供給するためのポンプとして、気泡が発生し易い遠心型のポンプ（例えば、ベーンポンプなど）ではなく、気泡を発生させることなく十分な流量を確保することが可能な容積変更型のポンプ（例えば、ピストンポンプなど）が使用されている。

特開２００５−１５２１２７号公報 特開２００８−０８２２０２号公報

しかし、容積変更型のポンプは、液体の供給圧力に変動が生じ易いため、液体噴射装置の操作感が損なわれ易いという問題がある。これは、液体の供給圧力が変動すると、噴射ノズルから噴射される液体の噴射量に変動が生じるため、切開能力が変動したり、あるいは液体を噴射した時に操作者が感じる反力が変動したりするためである。このため、液体をパルス状に噴射する技術では、容積変更型ではありながら圧力変動ができるだけ生じない特殊なポンプの使用を余儀なくされていた。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、供給圧力の変動する液体が供給された場合でも、液体噴射装置の操作感が損なわれることを回避することが可能な技術の提供を目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の液体噴射装置は次の構成を採用した。すなわち、
噴射ノズルから液体を噴射する液体噴射装置であって、
噴射しようとする液体が供給されると共に、前記噴射ノズルが接続された液体室と、
前記液体室内に液体を圧送する液体圧送手段と、
印加された駆動電圧に応じて変形することで、前記液体室の容積を変更する容積変更部と、
前記液体室に液体が供給された状態で、前記容積変更部に所定の電圧波形の前記駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段と
を備え、
前記液体圧送手段は、前記液体室に圧力変動を伴う状態で液体を圧送する手段であり、
前記駆動電圧印加手段は、前記液体室に圧送される液体の圧力変動が前記液体の噴射に与える影響を、前記駆動電圧の電圧波形を変更することによって補償しながら、前記容積変更部に印加する手段であることを要旨とする。

こうした構成を有する本発明の液体噴射装置においては、液体圧送手段を用いて液体室に液体を圧送するとともに、容積変更部に駆動電圧を印加して液体室の容積を減少させることによって、加圧した液体室内の液体を噴射ノズルから噴射する。そして、容積変更部に駆動電圧を印加するに際しては、液体室に圧送される液体の圧力変動が液体の噴射に与える影響を、駆動電圧の電圧波形を変更することによって補償する。

詳細には後述するが、液体室に圧送される液体の圧力が変動すると、噴射ノズルから噴射される液体の勢いが変動する。一方、容積変更部に印加する駆動電圧の電圧波形を変更することによっても、噴射ノズルから噴射される液体の勢いが変動する。このことから、液体室に圧送される液体の圧力変動による影響を打ち消すように、駆動電圧の電圧波形を変更してやれば、たとえ液体室に圧送される液体の圧力が変動した場合でも、液体噴射装置の操作感に悪影響が現れることを抑制することが可能となる。

また、上述した本発明の液体噴射装置においては、液体室に圧送される液体の圧力を検出して、検出した液体の圧力に応じて、駆動電圧の電圧波形を変更した後、容積変更部に印加するようにしてもよい。

こうすれば、液体室に圧送される液体の圧力に応じて、容積変更部に印加する駆動電圧の電圧波形を、適切に変更することができる。その結果、液体室に圧送される液体の圧力変動によって、液体噴射装置の操作感が損なわれることを確実に抑制することが可能となる。

また、上述した本発明の液体噴射装置においては、液体室に圧送される液体の圧力が低くなるほど、駆動電圧の最大電位差が大きくなるように電圧波形を変更して、容積変更部に印加することとしてもよい。

駆動電圧の最大電位差が大きくなるように電圧波形を変更すれば、液体室内の液体の圧力を高めることができるので、液体室内に圧送される液体の圧力低下を補うことができる。その結果、たとえ、液体室に圧送される液体の圧力が低下した場合でも、液体噴射装置の操作感が損なわれることを抑制することが可能となる。

尚、液体室に圧送される液体の圧力が増加する場合には、圧力が高くなるほど、駆動電圧の最大電位差が小さくなるように電圧波形を変更して、容積変更部に印加すればよい。こうすれば、液体室の容積変更による液体室内の圧力増加を抑制することができるので、液体室内に圧送される液体の圧力増加を補うことができる。その結果、たとえ、液体室に圧送される液体の圧力が増加した場合でも、液体噴射装置の操作感が損なわれることを抑制することが可能となる。

また、上述した本発明の液体噴射装置においては、液体室に圧送される液体の圧力が低くなるほど、駆動電圧の電圧上昇速度が増加するように電圧波形を変形して、容積変更部に印加することとしてもよい。

駆動電圧の電圧上昇速度が増加するように電圧波形を変更すれば、液体室内の液体の圧力を高めることができるので、液体室内に圧送される液体の圧力低下を補うことができる。その結果、たとえ、液体室内に圧送される液体の圧力が低下した場合でも、液体噴射装置の操作感が損なわれることを抑制することが可能となる。

尚、液体室に圧送される液体の圧力が増加する場合には、圧力が高くなるほど、駆動電圧の電圧上昇速度が減少するように電圧波形を変更して、容積変更部に印加すればよい。こうすれば、液体室の容積変更による液体室内の圧力増加を抑制することができるので、液体室内に圧送される液体の圧力増加を補うことができる。その結果、たとえ、液体室に圧送される液体の圧力が増加した場合でも、液体噴射装置の操作感が損なわれることを抑制することが可能となる。

第１実施例の液体噴射装置の大まかな構成を示した説明図である。 噴射ユニットの詳細な構造を示した説明図である。 第１実施例の噴射ユニットが液体を噴射する動作を示した説明図である。 アクチュエーターに駆動電圧が印加されることにより、液体室内の液体が加圧される様子を概念的に示した説明図である。 供給ポンプから圧力変動を含む液体が供給される場合に生じる現象を概念的に示した説明図である。 第１実施例の液体噴射装置がアクチュエーターに印加する駆動電圧波形を変更する様子を示した説明図である。 第１実施例の液体噴射装置が駆動電圧波形に補正係数を乗算することで、供給される液体の圧力変動に起因する操作感の悪化を回避する様子を示した説明図である。 第１実施例の変形例の液体噴射装置が駆動電圧波形を変形する様子を示した説明図である。 第２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。

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．第１実施例：
Ａ−１．装置構成：
Ａ−２．液体の噴射動作：
Ａ−３．アクチュエーターの駆動方法：
Ａ−４．第１実施例の変形例：
Ｂ．第２実施例：

Ａ．第１実施例 ：
Ａ−１．装置構成 ：
図１は、第１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。図示されているように第１実施例の液体噴射装置１０は、大きく分けると、パルス状に液体を噴射する噴射ユニット１００と、噴射ユニット１００から噴射される液体を噴射ユニット１００に向けて供給する供給ポンプ３００と、噴射ユニット１００および供給ポンプ３００の動作を制御する制御ユニット２００などから構成されている。

噴射ユニット１００は、金属製で略長方形形状の前ブロック１０６に、同じく金属製の後ブロック１０８を重ねてネジ止めしたような構造となっており、前ブロック１０６の前面には円管形状の液体通路管１０４が立設され、液体通路管１０４の先端には噴射ノズル１０２が挿着されている。前ブロック１０６と後ブロック１０８との合わせ面には、薄い円板形状の液体室１１０が設けられており、液体室１１０は、液体通路管１０４を介して噴射ノズル１０２に接続されている。また、後ブロック１０８の内部には、積層型圧電素子によって構成されたアクチュエーター１１２が設けられており、アクチュエーター１１２を駆動することによって、液体室１１０を変形させて、液体室１１０の容積を変化させることが可能となっている。

供給ポンプ３００は、噴射しようとする液体（水、生理食塩水、薬液など）が貯められた液体タンク３０６から、チューブ３０２を介して液体を吸い上げた後、チューブ３０４を介して噴射ユニット１００の液体室１１０内に供給する。供給ポンプ３００には、噴射ユニット１００の要求に応じて必要十分な分量の液体を供給可能であるとともに、液体中に気泡を混入させないこととが求められている。このため、水車状の部材（ベーンあるいはインペラーと呼ばれる）をケース内部で回転させることで液体を圧送する遠心型のポンプではなく、容積を増減可能な液体室内に液体を吸い込んだ後、その液体室の容積を減少させることで液体を圧送する容積変更型のポンプ（ピストンポンプや、ダイアフラムポンプなど）が用いられる。

第１実施例の液体噴射装置１０で用いられている供給ポンプ３００は、シリンダー内で２つのピストンを摺動させることによって液体室内の液体を圧送するピストンポンプであるものとする。２つのピストンは、一方が前進している時は他方が後退するといったように、互いに逆位相で摺動するようになっているため、途切れることなく噴射ユニット１００に向かって液体を圧送することが可能である。もっとも、２つのピストンを逆位相で摺動させるだけでは、液体を圧送する圧力までは均一にすることができず、従って、噴射ユニット１００には圧力変動を伴った状態で、液体が供給されている。

制御ユニット２００は、噴射ユニット１００に内蔵されたアクチュエーター１１２や、供給ポンプ３００を制御することにより、液体噴射装置１０の動作を制御している。また、上述したように、第１実施例の液体噴射装置１０では、供給ポンプ３００から噴射ユニット１００に圧力変動を伴った液体が供給されている。このことと対応して、制御ユニット２００には、供給ポンプ３００から位相信号が入力されている。位相信号とは、供給ポンプ３００内で摺動する一方のピストンが所定位置を通過する度に出力される信号である。噴射ユニット１００に供給される液体の圧力変動は、ピストンが往復動することによって発生しているから、ピストンが所定位置を通過する度に出力される位相信号に基づいて、噴射ユニット１００に供給される液体の圧力変動の位相を知ることが可能である。詳細には後述するが、第１実施例の液体噴射装置１０では、噴射ユニット１００に内蔵されたアクチュエーター１１２の駆動態様を位相信号に基づいて変更しているために、たとえ噴射ユニット１００に供給される液体に圧力変動が含まれていた場合でも、液体噴射装置１０の操作感が損なわれないようになっている。

図２は、噴射ユニット１００の詳細な構造を示した説明図である。図２（ａ）には、噴射ユニット１００の断面を取った分解組立図が示されており、図２（ｂ）には、組み立て後の断面図が示されている。後ブロック１０８には、前ブロック１０６と合わさる面のほぼ中央に、大きな円形の浅い凹部１０８ｃが形成されており、凹部１０８ｃの中央位置には、後ブロック１０８を貫通して円形断面の貫通穴１０８ｈが形成されている。

凹部１０８ｃの底部には、貫通穴１０８ｈを塞ぐような状態で金属製の薄いダイアフラム１１４が設けられ、ダイアフラム１１４の周縁部は、ロウ付けあるいは拡散接合などの手法によって、凹部１０８ｃの底部に対して気密に固着されている。更に、ダイアフラム１１４の上からは、円環形状をした金属製の補強板１２０が、凹部１０８ｃに緩く嵌め込まれるようになっている。そして、補強板１２０の板厚は、ダイアフラム１１４の上から補強板１２０を嵌めた時に、凹部１０８ｃが形成された後ブロック１０８の端面と、補強板１２０の端面とが面位置となるような厚さに設定されている。

ダイアフラム１１４によって一端側が塞がれた貫通穴１０８ｈには、アクチュエーター１１２（第１実施例では積層型圧電素子）が収容され、アクチュエーター１１２の後側では、円板形状で金属製の底板１１８によって貫通穴１０８ｈが塞がれている。また、アクチュエーター１１２とダイアフラム１１４との間には、円形で金属製のシム１１６が収納される。そして、後ブロック１０８の貫通穴１０８ｈにアクチュエーター１１２を収納して、底板１１８で貫通穴１０８ｈを塞いだ時に、ダイアフラム１１４と、シム１１６と、アクチュエーター１１２と、底板１１８とがちょうど接した状態となるように、シム１１６の厚さが選択されている。

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

また、前ブロック１０６には、前ブロック１０６の側方から液体室１１０に液体を供給するための供給通路１０６ｉが設けられている。更に、凹部１０６ｃの中央位置には、液体室１１０で加圧された液体が通過する細径の噴射通路１０６ｏが貫通している。この噴射通路１０６ｏが開口する部分には、液体通路管１０４が内径部分で挿着されている。そして、その液体通路管１０４の先端には噴射ノズル１０２が挿着されている。従って、液体室１１０から噴射される液体の通路は、噴射通路１０６ｏを通って液体通路管１０４に出ると通路断面積が広くなり、液体通路管１０４の先端の噴射ノズル１０２の部分で再び断面積が狭くなるようになっている。

図２（ｂ）には、噴射ユニット１００を組み立てた状態での断面図が示されている。図示されているように、補強板１２０の端面は後ブロック１０８の端面とちょうど面位置になっており、この面に前ブロック１０６を合わせることで、前ブロック１０６と後ブロック１０８との間に液体室１１０が形成されている。また、後ブロック１０８の貫通穴１０８ｈに、シム１１６およびアクチュエーター１１２を収納して底板１１８を取り付けると、ダイアフラム１１４と、シム１１６と、アクチュエーター１１２と、底板１１８とがちょうど接する状態となっている。

Ａ−２．液体の噴射動作 ：
図３は、第１実施例の噴射ユニット１００が液体を噴射する動作を示した説明図である。図３（ａ）は、供給ポンプ３００を駆動しているが、アクチュエーター１１２は駆動していない状態（駆動電圧を印加する前の状態）を表している。この状態では、図中に太い破線の矢印で示されるように、供給ポンプ３００によって供給された液体で液体室１１０が満たされる。図中では、液体室１１０に斜線を付すことによって、液体室１１０が液体で満たされていることを表している。

続いて、駆動電圧を印加することにより、アクチュエーター１１２を駆動する。すると、アクチュエーター１１２は伸長する方向に変形し、ダイアフラム１１４を変形させて、液体室１１０の容積を減少させようとする。その結果、液体室１１０の液体が加圧されて、噴射通路１０６ｏおよび液体通路管１０４を介して、噴射ノズル１０２から噴射される。このとき噴射される液体の体積は、アクチュエーター１１２の変形によって生じた液体室１１０の容積減少分とほぼ等しくなる。

尚、液体室１１０には、噴射通路１０６ｏだけでなく、供給通路１０６ｉも接続されている。従って、液体室１１０で加圧された液体は、噴射通路１０６ｏからだけでなく、供給通路１０６ｉからも流出しようとするものと考えられる。しかし実際には、液体室１１０で加圧された液体は、専ら噴射通路１０６ｏから流出し、供給通路１０６ｉから流出することはない。これは、次のような理由による。先ず、供給通路１０６ｉ内の液体は液体室１１０内に流入しようとしているので、液体室１１０で加圧された液体が供給通路１０６ｉから流出するためには、供給通路１０６ｉ内の液体の流れを押し戻す必要がある。加えて、供給通路１０６ｉ内の液体は、後方から供給ポンプ３００によって圧送されているので、この圧力にも打ち勝つ必要がある。これに対して、噴射通路１０６ｏでは、液体室１１０からの流出を妨げるような液体の流れは存在せず、しかも供給ポンプ３００が液体を圧送する圧力も、液体室１１０からの流出を妨げる方向には作用しない。このため、液体室１１０で加圧された液体は、供給通路１０６ｉではなく、専ら噴射通路１０６ｏから流出する。加えて、噴射通路１０６ｏと供給通路１０６ｉの断面積や長さを調整することで、噴射通路１０６ｏよりも供給通路１０６ｉのイナータンスを大きくして、液体室１１０で加圧された液体が噴射通路１０６ｏから流出し易くなる方向に作用させることができる。例えば、噴射通路１０６ｏを出た部分で液体の通路の断面積（すなわち、液体通路管１０４の断面積）を供給流路１０６ｉの断面積よりも大きく形成したり、噴射通路１０６ｏの長さを供給通路１０６ｉの長さよりも短く形成したりすることによって、噴射通路１０６ｏよりも供給流路１０６ｉのイナータンスを大きくすることができる。これらの理由から、液体室１１０で加圧された液体は、専ら噴射通路１０６ｏから流出し、供給通路１０６ｉから流出することはない。

図３（ｂ）には、アクチュエーター１１２に駆動電圧を印加することで、アクチュエーター１１２が変形して、液体室１１０の容積を減少させる結果、押し出された分の液体が噴射ノズル１０２からパルス状に噴射される様子が示されている。

こうしてパルス状の液体を噴射したら、アクチュエーター１１２に印加した電圧を取り除く。すると、変形していたアクチュエーター１１２が元の長さに復元し、それに伴って減少していた液体室１１０の容積が元の容積に復元する。その動きと共に、供給ポンプ３００から液体室１１０に液体が供給される結果、図３（ａ）に示したアクチュエーター１１２を駆動する前の状態に復帰する。そして、この状態から再びアクチュエーター１１２に駆動電圧を印加すると、図３（ｂ）に示したようにアクチュエーター１１２が変形して、液体室１１０から押し出された分の液体が、噴射ノズル１０２からパルス状に噴射される。このように、第１実施例の液体噴射装置１０では、アクチュエーター１１２に駆動電圧を印加する度に、噴射ノズル１０２からパルス状の液体を噴射することが可能となっている。

図４は、アクチュエーター１１２に駆動電圧が印加されることにより、液体室１１０内の液体が加圧される様子を概念的に示した説明図である。尚、図４は、アクチュエーター１１２による加減圧分のみであるため、供給ポンプ３００から液体室１１０に液体が供給される際の圧力は含まれていない。図の上段には、アクチュエーター１１２に印加される駆動電圧波形が示されており、図の下段には、アクチュエーター１１２によって液体室１１０が変形することで、液体室１１０内の圧力が変化する様子が概念的に示されている。第１実施例では、アクチュエーター１１２に印加される電圧が上昇すると、アクチュエーター１１２が伸びる方向に変形して液体室１１０の容積が減少し、逆に、印加される電圧が低下すると、液体室１１０の容積が増加するようになっている。

図４中に示した駆動電圧波形では、実線で示した部分では液体室１１０が圧縮され、破線で示した部分では液体室１１０が拡大されている。そして、液体室１１０が圧縮される部分（駆動電圧波形が実線で示された部分）では、液体室１１０内の液体が加圧され、その結果、噴射ノズル１０２から液体が噴出することになる。その後、液体室１１０の容積が元に戻る部分（駆動電圧波形が破線で示された部分）では、液体室１１０の圧力が低下し、その結果、供給通路１０６ｉから液体室１１０内に液体が供給される。ここで、供給ポンプ３００から供給される液体の圧力が変動していると、以下のような事態が発生する。

図５は、供給ポンプ３００が噴射ユニット１００に向かって供給する液体に圧力変動が含まれていた場合に生じる現象を概念的に示した説明図である。例えば、供給ポンプ３００の出口部分での液体圧力が、図５（ａ）に示したように周期Ｔ１で変動していたものとする。この圧力変動は、供給ポンプ３００と噴射ユニット１００との間を接続するチューブ３０４の部分で、若干の時間遅れＤが発生すると共に、圧力振幅も僅かに減少する結果、図５（ｂ）のように圧力が変動した状態で、噴射ユニット１００の液体室１１０に供給される。従って、アクチュエーター１１２を駆動しない状態では、液体室１１０内の圧力は、図５（ｂ）に示すような状態で変動することになる。

この状態から、図４に示した駆動電圧波形を用いてアクチュエーター１１２を駆動する。すると、アクチュエーター１１２によって液体室１１０が圧縮あるいは拡大する動きに応じて、液体室１１０内の圧力が増加あるいは減少する。その結果、例えば、周期Ｔ２の駆動電圧波形をアクチュエーター１１２に印加すると、液体室１１０内の圧力は、図５（ｃ）に示したように、周期Ｔ１で変化する長周期の変動に、周期Ｔ２で変化する短周期の変動が重畳したような状態で変動することになる。

図５（ｃ）に示すような状態で液体室１１０内の圧力が変動すると、以下のように液体噴射装置１０の操作感が損なわれてしまう。先ず、噴射ノズル１０２からは、周期Ｔ２の間隔でパルス状に液体が噴射されるが、パルス毎に、液体が噴射される勢いが変動する。このため、生物組織の切開能力も変動し、その結果、組織を切り過ぎてしまったり、逆に切り方が足らなかったりする事態が発生する。また、噴射ノズル１０２の外側は大気圧で一定であるから、液体室１１０内の圧力が変動すると、それに伴って噴射ノズル１０２から噴射される液体の流量も変動する。そして、噴射流量の変動も、切開能力の変動を引き起こす。

加えて、噴射ノズル１０２から液体を噴射すると、その反力が噴射ユニット１００に伝わることから、噴射ノズル１０２から噴射する液体の勢いが変動すると、噴射ユニット１００を保持しておくために要する力も変動し、その結果、液体噴射装置１０の操作者が噴射ユニット１００を同じ位置で保持しておくことが困難となる。以上のような理由から、供給ポンプ３００の圧送圧力が変動すると液体噴射装置１０の操作感が損なわれてしまう。そこで、第１実施例の液体噴射装置１０では、供給ポンプ３００から供給される液体の圧力に応じて、アクチュエーター１１２に印加する駆動電圧波形を変更することで、たとえ供給ポンプ３００からの液体に圧力変動が存在する場合でも、液体噴射装置１０の操作感が損なわれることを回避可能としている。

Ａ−３．アクチュエーターの駆動方法 ：
図６は、第１実施例の液体噴射装置１０がアクチュエーター１１２に印加する駆動電圧波形を変更する様子を示した説明図である。第１実施例では、標準として記憶されている駆動電圧波形に補正係数を乗算することによって、アクチュエーター１１２に印加する駆動電圧波形を変更する。例えば、図６の上段に示した駆動電圧波形のうち、左端に示した駆動電圧波形は補正係数「１」を乗算した波形（すなわち、標準の駆動電圧波形）であり、中央に示した駆動電圧波形は補正係数「１．２」を乗算した波形であり、右端に示した波形は補正係数「１．４」を乗算した駆動電圧波形である。

また、図６の下段には、それぞれの駆動電圧波形によって液体室１１０内の圧力が変動する様子が示されている。図示されているように、補正係数が大きくなるほど（駆動電圧波形の最大電圧が大きくなるほど）、液体室１１０内に発生する圧力のピーク値も大きくなる。逆に、補正係数が小さくなると、液体室１１０内に発生する圧力のピーク値も小さくなる。第１実施例の液体噴射装置１０では、このように、アクチュエーター１１２に印加する駆動電圧波形に補正係数を乗算することで、供給ポンプ３００からの液体の圧力変動に起因して液体噴射装置１０の操作感が損なわれることを回避している。

図７は、第１実施例の液体噴射装置１０が、駆動電圧波形に補正係数を乗算することで、供給ポンプ３００からの液体供給圧力の変動による操作感の悪化を回避する様子を示した説明図である。例えば、供給ポンプ３００が液体を圧送する際の圧力が、図７（ａ）に示すように変動していた場合、標準の（補正係数を乗算しない）駆動電圧波形を用いてアクチュエーター１１２を駆動すると、液体室１１０内の圧力は、図７（ｂ）に示すように変動する。その結果、図５を用いて前述したように、液体噴射装置１０の操作感が損なわれることになる。

そこで、液体室１１０に供給される液体の圧力が低下している部分では、駆動電圧波形に「１」よりも大きな補正係数を乗算した後、アクチュエーター１１２に印加することで、図７（ｃ）に示されるように、液体室１１０内の圧力のピーク値がほぼ同じ値となるようにする。図５を用いて前述したように、液体室１１０に供給される液体の圧力変動は、供給ポンプ３００が圧送する液体の圧力変動に対して、位相の遅れや、振幅の減衰などが生じているが、これらは、供給ポンプ３００と噴射ユニット１００とを接続するチューブ３０４の長さやチューブ３０４の剛性などによってほぼ決まるので、予め調べておくことができる。また、供給ポンプ３００から位相信号が出力された後、供給ポンプ３００が液体を圧送する圧力がどのように変化するかも、予め調べておくことができる。従って、位相信号を受け取った時点からの経過時間に応じて、適切な補正係数を予め設定しておくことで、図７（ｃ）に示されるように、液体室１１０内の圧力のピーク値がほぼ同じ値となるようにすることができる。

尚、図５では、チューブ３０４で発生する時間遅れＤの大きさを誇張して表示しているが、実際の時間遅れＤはそれほど大きいものではない。従って、簡便には、時間遅れＤの影響は無視して、チューブ３０４による圧力変動の減衰のみを考慮して、補正係数を設定しておいても良い。また、図７（ｃ）では、一定の周期でパルス状に液体が噴射されているものとしているが、以上の説明から明らかなように、一定の周期で液体を噴射する場合に限らず、任意のタイミングで液体を噴射する場合でも、それぞれのパルスのピーク値をほぼ同じ圧力にすることが可能である。

こうして、駆動電圧波形に補正係数を乗算することで、噴射ノズル１０２から噴射される液体の勢いをほぼ同じにしておけば、液体噴射装置１０の切開能力をほぼ一定に保つことができる。また、毎回のパルスで噴射される液体の流量もほぼ一定に保っておくこともできる。更に、噴射ノズル１０２から液体を噴射した時に噴射ユニット１００が受ける反力も、ほぼ一定に保っておくことができる。このため、たとえ、供給ポンプ３００から圧送される液体の圧力が変動していても、液体噴射装置１０の操作感が損なわれてしまうことを回避することが可能となる。尚、本実施例の波形は一例であって、矩形波や三角波など、他の波形に変更することが可能である。

Ａ−４．第１実施例の変形例 ：
上述した第１実施例では、アクチュエーター１１２に印加する駆動電圧波形に補正係数を乗算して、駆動電圧波形の相似形状を保ったまま変形（すなわち拡大あるいは縮小）することによって、供給ポンプ３００からの圧力変動の影響を補償するものとして説明した。しかし、駆動電圧波形を非相似な形状に変形することによって、供給ポンプ３００からの圧力変動の影響を補償するようにしても良い。以下では、このような第１実施例の変形例について説明する。

第１実施例の変形例では、アクチュエーター１１２に印加する駆動電圧波形を、電圧値が増加する部分（電圧増加部分）と、電圧値が減少する部分（電圧減少部分）とに分けて記憶する。そして、電圧増加部分の出力に要する時間を変更することによって、アクチュエーター１１２に印加する駆動電圧波形を変形する。例えば、標準として記憶されている駆動電圧波形は、時間ｔａかけて電圧増加部分が出力され後、時間ｔｂかけて電圧減少部分が出力される電圧波形であったとすると、電圧増加部分の出力に要する時間を短縮したり、あるいは延長したりすることによって駆動電圧波形を変形するのである。もちろん、電圧増加部分の時間ｔａを変更することに併せて、電圧減少部分の時間ｔｂを変更しても良い。

図８は、第１実施例の変形例の液体噴射装置１０が駆動電圧波形を変形する様子を示した説明図である。図８の上段に示した３つの駆動電圧波形の中で、左側に示した電圧波形は、標準として記憶されている駆動電圧波形である。また、中央に示した駆動電圧波形は、電圧増加部の出力に要する時間を、標準の時間ｔａから時間ｔｃ（＝０．８×ｔａ）に短縮した電圧波形である。更に、右側に示した駆動電圧波形は、電圧増加部の時間を時間ｔｄ（＝０．６×ｔａ）に短縮した電圧波形である。

このように電圧増加部の出力に要する時間を短縮するに従って、アクチュエーター１１２に印加される電圧値は急激に増加するのでアクチュエーター１１２が急激に変形し、液体室１１０の容積を急激に減少させる。その結果、液体室１１０内の液体に加わる圧力のピーク値が大きくなる。図８の下段には、駆動電圧波形の電圧増加部の時間が短くなるにつれて、液体室１１０内の圧力のピーク値が増加する様子が示されている。尚、図８では、電圧増加部の出力に要する時間を短縮する場合のみが示されているが、電圧増加部の出力に要する時間を延長した場合には、液体室１１０内の圧力のピーク値が減少することになる。従って、前述した第１実施例の液体噴射装置１０では、供給ポンプ３００からの位相信号を基準として定めた補正係数を乗算することによって駆動電圧波形を変形したが、これと同様に、第１実施例の変形例の液体噴射装置１０では、電圧増加部の出力に要する時間を、位相信号を基準として短縮（あるいは延長）して駆動電圧波形を変形することによっても、供給ポンプ３００から供給される液体の圧力変動の影響で操作感が損なわれることを回避することが可能となる。尚、本実施例の波形は一例であって、三角波やのこぎり波などの他の波形に変更することが可能である。

Ｂ．第２実施例 ：
上述した第１実施例の液体噴射装置１０では、供給ポンプ３００からの位相信号に基づいて駆動電圧波形を変形した後、その駆動電圧波形をアクチュエーター１１２に印加するものとして説明した。しかし、供給ポンプ３００からの位相信号を受け取る代わりに、液体室１１０に供給される液体の圧力変動を検出して、検出した圧力に応じて駆動電圧波形を変形することにより、圧力変動の影響を補償することとしてもよい。

図９は、第２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。尚、第２実施例の液体噴射装置１０の構成のうち、前述した第１実施例の液体噴射装置１０と同じ構成については同様の番号を符番することとして、詳細な説明は省略するものとする。

図９に示されるように、第２実施例の液体噴射装置１０では、供給ポンプ３００から制御ユニット２００に向かって位相信号が出力されておらず、その代わりに、噴射ユニット１００に圧力センサー１５０が設けられており、供給ポンプ３００から供給される液体の圧力を、液体室１１０の入口付近で検出している。そして、検出された圧力が、標準の圧力よりも低い場合には、アクチュエーター１１２の駆動電圧波形に「１」よりも大きな補正係数を乗算し（あるいは、電圧増加部の所用時間を短縮し）、標準の圧力よりも高い場合には「１」よりも小さな補正係数を乗算（あるいは、電圧増加部の所用時間を延長）する。こうすれば、検出された液体の圧力に応じて、適切な値の補正係数を乗算し、あるいは適切な割合で電圧増加部の所要時間を短縮（または延長）することで、供給ポンプ３００から供給される液体の圧力変動の影響で操作感が損なわれることを回避することが可能となる。

また、上述した第２実施例の液体噴射装置１０では、液体室１１０に供給される液体の圧力が、何らかの理由で不規則に変動した場合でも、検出した圧力に応じて駆動電圧波形を変形することで、圧力変動によって液体噴射装置１０の操作感が損なわれてしまうことを回避することが可能となる。

以上、各種実施例の液体噴射装置について説明したが、本発明は上記すべての実施例および変形例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。

１０…液体噴射装置、１００…噴射ユニット、１０２…噴射ノズル、１０４…液体通路管、１０６…前ブロック、１０６ｃ…凹部、１０６ｉ…供給通路、１０６ｏ…噴射通路、１０８…後ブロック、１０８ｃ…凹部、１０８ｈ…貫通穴、１１０…液体室、１１２…アクチュエーター、１１４…ダイアフラム、１１６…シム、１１８…底板、１２０…補強板、２００…制御ユニット、３００…供給ポンプ、３０２…チューブ、３０４…チューブ、３０６…液体タンク。

Claims (4)

1. 噴射ノズルから液体を噴射する液体噴射装置であって、
   噴射しようとする液体が供給されると共に、前記噴射ノズルが接続された液体室と、
   前記液体室内に液体を圧送する液体圧送手段と、
   印加された駆動電圧に応じて変形することで、前記液体室の容積を変更する容積変更部と、
   前記液体室に液体が供給された状態で、前記容積変更部に所定の電圧波形の前記駆動電圧を印加する駆動電圧印加手段と
   を備え、
   前記液体圧送手段は、前記液体室に圧力変動を伴う状態で液体を圧送する手段であり、
   前記駆動電圧印加手段は、前記液体室に圧送される液体の圧力変動が前記液体の噴射に与える影響を、前記駆動電圧の電圧波形を変更することによって補償しながら、前記容積変更部に印加する手段である液体噴射装置。
2. 請求項１に記載の液体噴射装置であって、
   前記液体室に圧送される液体の圧力を検出する液体圧力検出手段を備え、
   前記駆動電圧印加手段は、前記検出された液体の圧力に応じて、前記駆動電圧の電圧波形を変更した後、前記容積変更部に印加する手段である液体噴射装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の液体噴射装置であって、
   前記駆動電圧印加手段は、前記液体室に圧送される液体の圧力が低くなるほど、前記駆動電圧の最大電位差が大きくなるように電圧波形を変更した後、前記容積変更部に印加する手段である液体噴射装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の液体噴射装置であって、
   前記駆動電圧印加手段は、前記液体室に圧送される液体の圧力が低くなるほど、前記駆動電圧の電圧変化速度が増加するように電圧波形を変更した後、前記容積変更部に印加する手段である液体噴射装置。

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