JP2015200289A - 流体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の流路の閉塞を検知し、流体噴射装置の安全性や信頼性を向上させる【解決手段】流体を収容する流体収容部と、前記流体収容部に形成される流体出口と、を有する流体容器と、前記流体収容部を押圧して、前記流体出口から前記流体を流出させる流体押圧部と、一端が前記流体出口に接続される接続配管と、前記接続配管の他端が接続される流体取入口を有し、前記流体取入口から取り入れた前記流体をパルス状に噴射する流体噴射部と、前記流体押圧部が前記流体収容部を押圧する際の圧力を検知し、前記圧力に応じたレベルの検知信号を出力する圧力検知部と、前記検知信号により示される前記圧力が所定の判定値以上である場合には、前記流体押圧部に前記流体収容部への押圧を停止させる押圧制御部と、を備えることを特徴とする流体噴射装置。【選択図】図６

Description

本発明は、流体噴射装置に関する。

流体をパルス状に噴射して対象物の切開又は切除等を行う技術が知られている。例えば、医療分野では、生体組織を切開又は切除する手術具として、流体をパルス状に噴射する脈流発生部と、脈流発生部に流体を供給する流体供給部と、流体供給部から脈流発生部への流体供給路と、噴射のオンオフを切り替える操作スイッチと、を備えて構成される流体噴射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３-２１３４２２号公報

このような装置では、脈流発生部からの流体の噴射を安定して継続させるためには、流体供給路内の流体を適度な圧力に維持しておくことが必要である。このため流体供給部は、操作スイッチの入力状態に応じて、脈流発生部から流体が噴射される際には、相応量の流体を流体供給路に供給するように制御する。

従ってこの場合、何らかの理由で流体供給路に閉塞が生じると、流体供給部から継続して流体供給路に流体が供給される結果、流体供給路内の圧力が上昇し、流体の漏えいや流体噴射装置の故障等の不具合が生じる可能性がある。

そのため、流体供給路の閉塞を検知し、流体噴射装置の安全性や信頼性を向上させることが可能な技術が求められている。

上記課題を解決するための一つの側面に係る流体噴射装置は、流体を収容する流体収容部と、前記流体収容部に形成される流体出口と、を有する流体容器と、前記流体収容部を押圧して、前記流体出口から前記流体を流出させる流体押圧部と、一端が前記流体出口に接続される接続配管と、前記接続配管の他端が接続される流体取入口を有し、前記流体取入口から取り入れた前記流体をパルス状に噴射する流体噴射部と、前記流体押圧部が前記流体収容部を押圧する際の圧力を検知し、前記圧力に応じたレベルの検知信号を出力する圧力検知部と、前記検知信号により示される前記圧力が所定の判定値以上である場合には、前記流体押圧部に前記流体収容部への押圧を停止させる押圧制御部と、を備える。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本発明の実施形態に係る流体噴射装置の全体構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る流体噴射装置の全体構成の他の例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るポンプの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る脈動発生部の構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る入口流路の形態を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るポンプ制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る接続経路の圧力の推移を示す図である。 本発明の実施形態に係るポンプ制御部の処理の流れを示すフローチャートである。

＝＝概要＝＝
本明細書及び図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

流体を収容する流体収容部と、前記流体収容部に形成される流体出口と、を有する流体容器と、前記流体収容部を押圧して、前記流体出口から前記流体を流出させる流体押圧部と、一端が前記流体出口に接続される接続配管と、前記接続配管の他端が接続される流体取入口を有し、前記流体取入口から取り入れた前記流体をパルス状に噴射する流体噴射部と、前記流体押圧部が前記流体収容部を押圧する際の圧力を検知し、前記圧力に応じたレベルの検知信号を出力する圧力検知部と、前記検知信号により示される前記圧力が所定の判定値以上である場合には、前記流体押圧部に前記流体収容部への押圧を停止させる押圧制御部と、を備えることを特徴とする流体噴射装置が明らかとなる。

このような流体噴射装置によれば、流体押圧部と流体噴射部との間の流体の流路となる接続配管の閉塞を検知することができ、流体噴射装置の安全性や信頼性を向上させることができる。

ここで前記押圧制御部は、前記流体押圧部が前記流体収容部の押圧を行うために利用する電力を遮断することによって、前記流体収容部への押圧を停止させることが好ましい。

このような流体噴射装置によれば、確実に押圧を停止することが可能になる。

また前記押圧制御部は、前記検知信号により示される前記圧力が前記判定値以上である場合には、前記流体押圧部に前記流体収容部への押圧を停止させるとともに、前記流体噴射部に前記流体のパルス状の噴射を停止させることが好ましい。

このような流体噴射装置によれば、接続配管内の残圧によって、流体噴射部から継続して高圧の噴射がなされることを防止することができるため、流体噴射装置の安全性をより一層向上させることができる。

また前記所定の判定値は、前記流体押圧部が前記流体収容部を押圧する際の目標圧力値に応じて定められる値とするのが好ましい。

このように、目標圧力値に応じて定められる判定値を用いて接続配管の閉塞を検知するようにすることによって、その時々の状況に応じて目標圧力値が変更されても、適切に接続配管の閉塞を検知することが可能となる。

また上記流体噴射装置は、前記流体噴射部による前記噴射をオンオフするための操作入力を受け付ける操作入力部と、前記噴射をオンするための操作入力を受け付けた場合は、前記流体取入口から取り入れた前記流体にパルス状に圧力を印加するために前記流体噴射部に設けられる加圧素子を駆動し、前記噴射をオフするための操作入力を受け付けた場合は、前記加圧素子の駆動を停止する駆動制御部と、をさらに備え、前記押圧制御部は、前記検知信号により示される前記圧力を、前記加圧素子が駆動中である場合は、前記流体押圧部が前記流体収容部を押圧する際の目標圧力値に応じて定められる第１判定値と比較し、前記加圧素子が非駆動中である場合は、所定の固定値である第２判定値と比較するようにすることが好ましい。

このような流体噴射装置によれば、流体噴射部が流体を噴射中である場合には、流体押圧部が流体収容部を押圧する際の目標圧力値に応じて定めた判定値（第１判定値）を用いて接続配管の閉塞を検知することで、的確に接続配管の閉塞検出を行えるようになっていると共に、さらに、上記の目標圧力値を持たない、流体の非噴射中であっても、所定の固定値を判定値（第２判定値）として用いることによって、接続配管の閉塞検出を行うことができる。

また前記押圧制御部は、前記検知信号により示される前記圧力が前記判定値以上である場合には、前記圧力が前記判定値以上であることを示す警報を出力することが好ましい。

このような流体噴射装置によれば、接続配管に閉塞が発生したことをいち早く術者等のオペレーターに知らせることができ、流体噴射装置の安全性をより一層向上させることが可能になる。

また前記押圧制御部は、前記検知信号により示される前記圧力が前記判定値以上である場合には、前記流体押圧部に前記流体収容部への押圧を停止させるとともに、さらに、前記流体収容部内を減圧させるようにすることが好ましい。

このような流体噴射装置によれば、接続配管の閉塞により生じた高圧状態をいち早く解消すると共に、容易に安全なレベルまで減圧することができるので、流体噴射装置の安全性をより一層向上させることが可能となる。また、その後のメンテナンス作業等をより安全に行うことが可能となる。

また前記押圧制御部は、前記圧力検知部から出力される前記検知信号が入力され、前記検知信号のレベルを示す検知レベルデーターを出力するＡＤコンバーターと、前記判定値に相当するレベルを示す判定値レベルデーターを記憶するメモリーと、前記ＡＤコンバーターから出力される前記検知レベルデーターを、前記メモリーに記憶される前記判定値レベルデーターと比較して、前記検知レベルデーターが前記判定値レベルデーター以上である場合には、前記流体押圧部による前記流体収容部への押圧を停止させるための第１停止信号を前記流体押圧部に出力するプロセッサーと、前記判定値に相当するレベルの判定値信号を出力する判定値信号出力回路と、前記圧力検知部から出力される前記検知信号と前記判定値信号とが入力され、前記検知信号のレベルと前記判定値信号のレベルとを比較し、前記検知信号のレベルが前記判定値信号のレベル以上である場合には、前記流体押圧部による前記流体収容部への押圧を停止させるための第２停止信号を出力するコンパレーター回路と、前記コンパレーター回路から出力される前記第２停止信号が入力され、所定周波数のクロック信号に同期したタイミングで、前記第２停止信号を前記流体押圧部に出力するラッチ回路と、をさらに備え、前記流体押圧部は、前記第１停止信号あるいは前記第２停止信号が入力された場合に、前記流体収容部への押圧を停止し、前記プロセッサーは、前記ラッチ回路が前記クロック信号に同期して前記第２停止信号を出力する前のタイミングで、前記ラッチ回路をリセットするためのリセット信号を前記ラッチ回路に出力するようにすることが好ましい。

このような流体噴射装置によれば、プロセッサーを介さずとも、接続配管の閉塞を検知することができる。このため、例えばプロセッサーに障害が発生したような場合であっても、接続配管の閉塞により生ずる様々な不具合を防止することができる。そしてこれにより流体噴射装置の安全性や信頼性をより一層向上させることができる。

また一方で、プロセッサーが正常に動作している場合には、例えば圧力検知部からの検知信号がノイズ等により一時的に上昇したような場合であっても、ラッチ回路から流体押圧部に第２停止信号が出力される前のタイミングでラッチ回路がプロセッサーによってリセットされるため、誤って流体押圧部を停止させてしまうことを防止することができる。そしてこれにより、流体噴射装置の信頼性を向上させることができる。

＝＝全体構成＝＝
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る流体噴射装置は、細密な物体や構造物、生体組織等の洗浄あるいは切断等様々に採用可能であるが、以下に説明する実施形態では、生体組織を切開又は切除する手術用メスに好適な流体噴射装置を例示して説明する。したがって、本実施形態に係る流体噴射装置にて用いる流体は、水や生理食塩水、所定の薬液等である。なお、以降の説明で参照する図面は、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。

図１は、本実施形態に係る手術用メスとしての流体噴射装置１を示す構成説明図である。本実施形態に係る流体噴射装置１は、流体を供給するポンプ７００と、ポンプ７００から供給される流体を脈流に変換してパルス状に噴射する脈動発生部（流体噴射部）１００と、ポンプ７００と連携して流体噴射装置１の制御を行う駆動制御部６００と、ポンプ７００と脈動発生部１００との間を接続し、流体が流れる流路となる接続経路（接続配管）としての接続チューブ２５と、を備えている。

また詳細は後述するが、脈動発生部１００は、ポンプ７００から供給された流体が収容される流体室５０１と、この流体室５０１の容積を変更するダイアフラム４００と、ダイアフラム４００を振動させる圧電素子（加圧素子）４０１と、を備えている。

また脈動発生部１００は、流体室５０１から吐出される流体の流路となる細いパイプ状の流体噴射管２００と、流体噴射管２００の先端部に装着される流路径が縮小されたノズル２１１と、を備えている。

そして脈動発生部１００は、駆動制御部６００から出力される駆動信号によって圧電素子４０１を駆動させ、流体室５０１の容積を変化させることで流体にパルス状に圧力を印加して流体を脈流に変換し、流体噴射管２００、ノズル２１１を通して流体をパルス状に高速噴射する。

駆動制御部６００と脈動発生部１００との間は制御ケーブル６３０により接続されており、駆動制御部６００から出力される圧電素子４０１を駆動するための駆動信号は、制御ケーブル６３０を介して脈動発生部１００に伝達される。

また駆動制御部６００とポンプ７００との間は通信ケーブル６４０により接続されており、駆動制御部６００及びポンプ７００は、ＣＡＮ(Controller Area Network)などの所定の通信プロトコルに従って相互に様々なコマンドやデーターを授受する。

また駆動制御部６００は、脈動発生部１００を用いて執刀する術者等によって操作される様々なスイッチからの信号の入力を受けて、上記制御ケーブル６３０や通信ケーブル６４０を介して、ポンプ７００や脈動発生部１００を制御する。

駆動制御部６００に入力される上記スイッチとしては、例えば脈動発生部起動スイッチ（操作入力部）６２５や、噴射強度切替スイッチ６２７、フラッシングスイッチ６２８等がある（不図示）。

脈動発生部起動スイッチ６２５は、脈動発生部１００からの流体の噴射の有無（オンオフ）を切り替えるためのスイッチである。脈動発生部１００を用いて執刀する術者によって脈動発生部起動スイッチ６２５が操作されると、駆動制御部６００は、ポンプ７００と連携して、脈動発生部１００から流体を噴射あるいは停止するための制御を実行する。脈動発生部起動スイッチ６２５は、術者の足元において操作されるフットスイッチとしての形態をとることもできるし、術者によって把持される脈動発生部１００に一体的に配設され、術者の手や指によって操作される形態をとることもできる。

噴射強度切替スイッチ６２７は、脈動発生部１００から噴射される流体の噴射強度を変更するためのスイッチである。駆動制御部６００は、噴射強度切替スイッチ６２７が操作された場合には、脈動発生部１００及びポンプ７００に対し、流体の噴射強度を増減するための制御を行う。

なおフラッシングスイッチ６２８については後述する。

また、本実施形態において、脈流とは、流体の流れる方向が一定で、流体の流量又は流速が周期的又は不定期な変動を伴った流体の流動を意味する。脈流には、流体の流動と停止とを繰り返す間欠流も含むが、流体の流量又は流速が周期的又は不定期に変動していればよいため、必ずしも間欠流である必要はない。

同様に、流体をパルス状に噴射するとは、噴射される流体の流量又は移動速度が周期的又は不定期に変動した流体の噴射を意味する。パルス状の噴射の一例として、流体の噴射と非噴射とを繰り返す間欠噴射が挙げられるが、噴射される流体の流量又は移動速度が周期的又は不定期に変動していればよいため、必ずしも間欠噴射である必要はない。

また脈動発生部１００が駆動を停止している場合、つまり、流体室５０１の容積を変更させないときは、流体供給部としてのポンプ７００から所定の圧力で供給された流体は、流体室５０１を通って、ノズル２１１から連続的に流出する。

なお、本実施形態に係る流体噴射装置１は、ポンプ７００を複数備える構成としてもよい。例えば流体噴射装置１がポンプ７００を２つ備える場合の構成を図２に例示する。

この場合、図２に示すように、流体噴射装置１は第１ポンプ７００ａと第２ポンプ７００ｂとを備える。そして、脈動発生部１００と第１ポンプ７００ａと第２ポンプ７００ｂとの間を接続し、流体が流れる流路となる接続経路（接続配管）は、第１接続チューブ２５ａ、第２接続チューブ２５ｂ、接続チューブ２５、及び三方活栓２６、によって構成される。

そして第１接続チューブ２５ａと接続チューブ２５とを連通させるか、または第２接続チューブ２５ｂと接続チューブ２５とを連通させるか、を切り替え可能に構成されたバルブを三方活栓２６として使用し、第１ポンプ７００ａ及び第２ポンプ７００ｂのうちのいずれか一方のポンプを選択的に使用するようにする。

このように構成することで、例えば第１ポンプ７００ａを選択的に使用している場合に、故障等の何らかの理由でこの第１ポンプ７００ａから流体の供給が行えなくなったような場合には、三方活栓２６を、第２接続チューブ２５ｂと接続チューブ２５とを連通するように切り替えてから、第２ポンプ７００ｂからの流体の供給を開始することで、流体噴射装置１を継続して使用することができ、第１ポンプ７００からの流体の供給が行えなくなったことの影響を最小限に抑えることが可能となる。

なお以下の説明では、流体噴射装置１が複数のポンプ７００を備える構成であっても、各ポンプ７００を区別して説明する必要がない場合には、まとめてポンプ７００のように示す。

一方、複数のポンプ７００をそれぞれ区別して説明する必要がある場合には、各ポンプ７００を、第１ポンプ７００ａ、第２ポンプ７００ｂ等のように区別して示し、ポンプ７００の参照符号７００に適宜ａ、ｂ等の添え字を付加する。またこの場合、第１ポンプ７００ａの構成要素の参照符号には添え字ａを付加し、第２ポンプ７００ｂの構成要素の参照符号には添え字ｂを付けて示す。

＝＝ポンプ＝＝
次に本実施形態に係るポンプ７００の構成及び動作の概要について、図３を参照しながら説明する。

本実施形態に係るポンプ７００は、ポンプ制御部（押圧制御部）７１０と、スライダー７２０と、モーター７３０と、リニアガイド７４０と、ピンチバルブ７５０と、を備える。またポンプ７００は、流体を収容する流体容器７６０を着脱可能に装着するための流体容器装着部７７０を有して構成されている。流体容器装着部７７０は、流体容器７６０が装着された際に、流体容器７６０が規定の位置で保持されるように形成されている。

なお詳細は後述するが、ポンプ制御部７１０には、スライダーリリーススイッチ７８０、スライダーセットスイッチ７８１、送液レディスイッチ７８２、プライミングスイッチ７８３、ピンチバルブスイッチ７８５が入力されている（不図示）。

流体容器７６０は、本実施形態においては一例として、シリンジ７６１及びプランジャー７６２を備える注射筒として構成されている。

この流体容器７６０は、シリンジ７６１の先端部に、円筒を突出させた形状の開口部（流体出口）７６４が形成されている。そして流体容器７６０を流体容器装着部７７０に装着する際には、接続チューブ２５の端部を開口部７６４にはめ込むようにして、シリンジ７６１の内部から接続チューブ２５への流体の流路を形成する。

ピンチバルブ７５０は、接続チューブ２５の経路上に設けられ、流体容器７６０と脈動発生部１００との間の流体の流路を開閉するバルブである。

ピンチバルブ７５０の開閉はポンプ制御部７１０により行われる。ポンプ制御部７１０がピンチバルブ７５０を開放すると、流体容器７６０と脈動発生部１００との間の流路が連通する。ポンプ制御部７１０がピンチバルブ７５０を閉塞すると、流体容器７６０と脈動発生部１００との間の流路が遮断する。

流体容器７６０を流体容器装着部７７０に装着した後に、ピンチバルブ７５０を開放した状態で、流体容器７６０のプランジャー７６２をシリンジ７６１内に押し込む方向（以下、押し込み方向とも記す）に移動させると、プランジャー７６２の上記押し込み方向側の先端に装着されている弾性力を有するゴム等の樹脂製のガスケット７６３の端面と、シリンジ７６１の内壁と、により囲まれる空間（以下、流体収容部７６５とも記す）の容積が減少し、この流体収容部７６５に充填されている流体がシリンジ７６１の先端部の開口部７６４から吐出される。そして開口部７６４から吐出された流体は、接続チューブ２５内に充填されるとともに、脈動発生部１００に供給される。

一方、流体容器７６０を流体容器装着部７７０に装着した後に、ピンチバルブ７５０を閉塞した状態で、流体容器７６０のプランジャー７６２を押し込み方向に移動させると、プランジャー７６２の先端に装着されているガスケット７６３とシリンジ７６１の内壁とに囲まれる流体収容部７６５の容積が減少し、この流体収容部７６５に充填されている流体の圧力を上昇させることができる。

プランジャー７６２の移動は、流体容器装着部７７０に流体容器７６０を装着した時にプランジャー７６２が摺動する方向（上記押し込み方向及び押し込み方向とは反対方向）に沿って、ポンプ制御部７１０がスライダー７２０を移動させることにより行われる。

具体的には、スライダー７２０は、上記プランジャー７６２の摺動方向に沿ってリニアガイド７４０に直線状に形成されているレール（不図示）に、スライダー７２０の台座部７２１を係合させるように、リニアガイド７４０に取り付けられており、そしてリニアガイド７４０が、ポンプ制御部７１０により駆動されるモーター７３０から伝達される動力を用いて、スライダー７２０の台座部７２１をレールに沿って移動させることによって、スライダー７２０は、上記プランジャー７６２の摺動方向に沿って移動する。

また図３に示すように、リニアガイド７４０の上記レールに沿って、第１リミットセンサー７４１、残量センサー７４２、ホームセンサー７４３、第２リミットセンサー７４４が設けられている。

これらの、第１リミットセンサー７４１、残量センサー７４２、ホームセンサー７４３、第２リミットセンサー７４４はいずれも、リニアガイド７４０の上記レール上を移動するスライダー７２０の位置を検出するセンサーであり、これらのセンサーにより検出された信号は、ポンプ制御部７１０に入力される。

ホームセンサー７４３は、リニアガイド７４０上におけるスライダー７２０の初期位置（以下、ホーム位置とも記す）を定めるために用いられるセンサーである。ホーム位置は、流体容器７６０の装着や交換等の作業を行う際に、スライダー７２０が保持される位置である。

残量センサー７４２は、スライダー７２０がホーム位置からプランジャー７６２の押し込み方向に移動した際に、流体容器７６０内の流体の残量が所定値以下になる際のスライダー７２０の位置（以下、残量位置とも記す）を検出するためのセンサーである。残量センサー７４２が設けられた残量位置までスライダー７２０が移動した場合には、オペレーター（術者あるいは補助者）に対して所定の警報が出力される。そしてオペレーターの判断により適切なタイミングで、現在使用中の流体容器７６０を、新たな流体容器７６０に交換する作業が行われる。あるいは、ポンプ７００（第１ポンプ７００ａ）と同様構成の予備の第２ポンプ７００ｂが用意されている場合には、脈動発生部１００への流体の供給が予備の第２ポンプ７００ｂから行われるように切り替える作業が行われる。

第１リミットセンサー７４１は、スライダー７２０がホーム位置からプランジャー７６２の押し込み方向に移動する際の移動可能範囲の限界位置（以下、第１限界位置とも記す）を示す。第１リミットセンサー７４１が設けられた第１限界位置までスライダー７２０が移動した場合には、流体容器７６０内の流体の残量は、スライダー７２０が上記残量位置にある時の残量よりもさらに少なく、オペレーターに対して所定の警報が出力される。そしてこの場合も、現在使用中の流体容器７６０を新たな流体容器７６０に交換する作業、あるいは予備の第２ポンプ７００ｂへの切り替え作業が行われる。

一方、第２リミットセンサー７４４は、スライダー７２０がホーム位置からプランジャー７６２を押し込む方向とは反対方向に移動する際の移動可能範囲の限界位置（以下、第２限界位置とも記す）を示す。第２リミットセンサー７４４が設けられた第２限界位置までスライダー７２０が移動した場合にも所定の警報が出力される。

なおスライダー７２０には、タッチセンサー７２３と圧力センサー（圧力検知部）７２２とが装着されている。

タッチセンサー７２３は、流体容器７６０のプランジャー７６２にスライダー７２０が接触しているか否かを検出するためのセンサーである。

また圧力センサー７２２は、シリンジ７６１の内壁とガスケット７６３とにより形成される流体収容部７６５内の流体の圧力、つまりスライダー７２０が流体収容部７６５を押圧する際の圧力を検出し、この圧力に応じたレベル（例えば電圧や電圧、周波数）の信号（検知信号）を出力するセンサーである。

ピンチバルブ７５０を閉めた状態でスライダー７２０を上記押し込み方向に移動させた場合には、流体収容部７６５内の流体の圧力は、スライダー７２０がプランジャー７６２に接触したのちは、スライダー７２０の押し込み量を増加させるにつれて上昇する。

一方、ピンチバルブ７５０を開けた状態でスライダー７２０を上記押し込み方向に移動させた場合には、スライダー７２０がプランジャー７６２に接触した後であっても、流体収容部７６５内の流体は、接続チューブ２５を通じて脈動発生部１００のノズル２１１から流出してしまうため、流体収容部７６５内の流体の圧力は、ある程度までは上昇するものの、スライダー７２０をそれ以上押し込み方向に移動させても上昇しない。

なお、タッチセンサー７２３及び圧力センサー７２２からの信号は、ポンプ制御部７１０に入力されている。

また、以下の説明において、スライダー７２０、モーター７３０及びリニアガイド７４０を、流体押圧部７３１と記す場合がある。流体押圧部７３１は、流体収容部７６５を押圧して、流体容器７６０の開口部（流体出口）７６４から流体を流出させる。

次に、流体が充填された流体容器７６０を流体容器装着部７７０に新たに装着し、流体容器７６０内の流体を脈動発生部１００に供給し、脈動発生部１００から流体をパルス状に噴射可能な状態になるまでの準備動作について説明する。

まずオペレーターは、スライダーリリーススイッチ７８０を操作して、スライダーリリーススイッチ７８０のＯＮ信号をポンプ制御部７１０に入力する。そうするとポンプ制御部７１０は、スライダー７２０をホーム位置に移動させる。

そしてオペレーターは、事前に接続チューブ２５と接続しておいた流体容器７６０を流体容器装着部７７０に装着する。なおこの流体容器７６０のシリンジ７６１には既に流体が充填されている。

そしてオペレーターが接続チューブ２５をピンチバルブ７５０にセットした後に、ピンチバルブスイッチ７８５を操作してピンチバルブスイッチ７８５のＯＮ信号をポンプ制御部７１０に入力すると、ポンプ制御部７１０はピンチバルブ７５０を閉じる。

次にオペレーターは、スライダーセットスイッチ７８１を操作して、スライダーセットスイッチ７８１のＯＮ信号をポンプ制御部７１０に入力する。そうするとポンプ制御部７１０は、スライダー７２０を押し込み方向に移動させて、流体容器７６０内の流体収容部７６５に収容されている流体の圧力が所定の目標圧力値になるように制御を開始する。

その後オペレーターによって送液レディスイッチ７８２が押されると、この送液レディスイッチ７８２のＯＮ信号がポンプ制御部７１０に入力され、流体収容部７６５内の流体の圧力が上記目標圧力値に対して規定の範囲内（以下、ラフウインドウとも記す）に入っている場合には、ポンプ制御部７１０は、ポンプ７００から脈動発生部１００への流体の送液を許可する送液可能状態となる。

そしてポンプ制御部７１０が送液可能状態である時に、オペレーターの操作によってプライミングスイッチ７８３のＯＮ信号がポンプ制御部７１０に入力されると、ポンプ制御部７１０はプライミング処理を開始する。プライミング処理は、流体容器７６０から接続チューブ２５、脈動発生部１００の流体噴射開口部２１２までの流体の流路内を流体で満たす処理である。

プライミング処理が開始されると、ポンプ制御部７１０は、ピンチバルブ７５０を開放するとともに、ピンチバルブ７５０の開放と同時あるいはほぼ同時のタイミング（例えば数ミリ秒程度の時間差）で、スライダー７２０の押し込み方向への移動を開始する。スライダー７２０の移動は、流体容器７６０からの流体の単位時間あたりの送出量が一定になるような所定速度で行われる。プライミング処理は、プライミング処理に要する所定時間が経過するまで（あるいはスライダー７２０が所定距離だけ移動するまで）、あるいはオペレーターがプライミングスイッチ７８３を操作してＯＦＦ信号が入力されるまで行われる。

これにより、流体収容部７６５内の所定量の流体が、所定の流速（単位時間あたりの流体の吐出量）でポンプ７００から送出され、ピンチバルブ７５０から脈動発生部１００までの接続チューブ２５内を満たすとともに、脈動発生部１００の流体室５０１や流体噴射管２００等も満たす。なお、プライミング処理を始める前に接続チューブ２５内や脈動発生部１００内に存在していた空気は、接続チューブ２５や脈動発生部１００内に流体が流入するにつれて、脈動発生部１００のノズル２１１から大気に放出される。

なお、プライミング処理の際にスライダー７２０を移動させる上記所定速度、所定距離あるいは所定時間は、ポンプ制御部７１０内に事前に記憶されている。

このようにして、プライミング処理が完了する。

次に、オペレーターの操作によってフラッシングスイッチ６２８のＯＮ信号が駆動制御部６００に入力されると、駆動制御部６００及びポンプ制御部７１０は脱気処理を開始する。

脱気処理は、接続チューブ２５や脈動発生部１００内に残存している気泡を脈動発生部１００のノズル２１１から排出するための処理である。

脱気処理では、ポンプ制御部７１０は、ピンチバルブ７５０を開けた状態で、流体容器７６０からの流体の単位時間あたりの送出量が一定になるような所定速度で、スライダー７２０を押し込み方向に移動させて、流体を脈動発生部１００に供給する。また駆動制御部６００は、ポンプ７００による流体の吐出と連動して、脈動発生部１００の圧電素子４０１を駆動して、脈動発生部１００から流体を噴射する。これにより、接続チューブ２５や脈動発生部１００内に残存している気泡は、脈動発生部１００のノズル２１１から排出される。脱気処理は、所定時間が経過するまで（あるいはスライダー７２０が所定距離だけ移動するまで）、あるいはオペレーターがフラッシングスイッチ６２８を操作してＯＦＦ信号が入力されるまで行われる。

なお、脱気処理の際にスライダー７２０を移動させる上記所定速度や所定時間あるいは所定距離は、駆動制御部６００及びポンプ制御部７１０内に事前に記憶されている。

脱気処理が終了すると、ポンプ制御部７１０は、ピンチバルブ７５０を閉じるとともに、流体容器７６０の流体収容部７６５に収容されている流体の圧力を検知する。そしてこの圧力が上記目標圧力値になるようにスライダー７２０の位置を調整する制御を行う。

その後、流体収容部７６５内の流体の圧力が目標圧力値に対して上記規定の範囲内（ラフウインドウ内）に入っている場合には、脈動発生部１００から流体をパルス状に噴射可能な状態になる。

この状態で術者の足によって脈動発生部起動スイッチ６２５が操作され、脈動発生部起動スイッチ６２５のＯＮ信号が駆動制御部６００に入力されると、ポンプ制御部７１０は、駆動制御部６００から送信される信号に従って、ピンチバルブ７５０を開くともに、ピンチバルブ７５０の開放と同時あるいはほぼ同時のタイミング（例えば数ミリ秒程度の時間差）で、スライダー７２０を所定速度で押し込み方向に移動させて、脈動発生部１００への流体の供給を開始する。一方で駆動制御部６００は、圧電素子４０１の駆動を開始して、流体室５０１の容積を変化させて脈流を発生する。このようにして脈動発生部１００の先端のノズル２１１から流体がパルス状に高速噴射される。

その後、術者が足により脈動発生部起動スイッチ６２５を操作して、脈動発生部起動スイッチ６２５のＯＦＦ信号が駆動制御部６００に入力されると、駆動制御部６００は、圧電素子４０１の駆動を停止する。そしてポンプ制御部７１０は、駆動制御部６００から送信される信号に従って、スライダー７２０の移動を停止させるとともにピンチバルブ７５０を閉じる。このようにして脈動発生部１００からの流体の噴射が停止する。

なお本実施形態においては、流体容器７６０はシリンジ７６１及びプランジャー７６２を備える注射筒として構成されているが、他の形態でも可能である。例えば、流体容器７６０は流体を収容した輸液バッグとしてもよい。この場合、流体容器装着部７７０には流体容器７６０としての輸液バッグが装着される。そして輸液バッグの内部の流体を取り出すために輸液バッグに設けられている開口部を接続チューブ２５に結合したうえで、輸液バッグを周囲から押圧する機構によって輸液バッグを押圧することで、ポンプ７００内の輸液バッグから脈動発生部１００に流体を供給する。

また本実施形態では、駆動制御部６００はポンプ７００と脈動発生部１００とから離間した位置に配設されているが、ポンプ７００と一体的に構成される形態としてもよい。

また、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、接続チューブ２５は柔軟で薄いチューブであり、また、ポンプ７００からの流体の吐出圧力は、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。そのため、ポンプ７００の吐出圧力は概ね０．３気圧（０．０３ＭＰａ）以下に設定されている。

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、ポンプ７００からの吐出圧力は低圧にしておくことが要求される。

＝＝脈動発生部＝＝
次に、本実施形態による脈動発生部１００の構造について説明する。

図４は、本実施形態に係る脈動発生部１００の構造を示す断面図である。図４において、脈動発生部１００には、流体の脈動を発生する脈動発生手段を含み、流体を吐出する流路としての接続流路２０１を有する流体噴射管２００が接続されている。

脈動発生部１００は、上ケース５００と下ケース３０１とをそれぞれ対向する面において接合され、４本の固定螺子３５０（図示は省略）によって螺着されている。下ケース３０１は、鍔部を有する筒状部材であって、一方の端部は底板３１１で密閉されている。この下ケース３０１の内部空間に圧電素子４０１が配設される。

圧電素子４０１は、積層型圧電素子であってアクチュエーターを構成する。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。容積変更手段としての圧電素子４０１に駆動信号を入力することで、圧電素子４０１の伸張、収縮に伴いダイアフラム４００を介して流体室５０１の容積を変更する。

ダイアフラム４００の上面には、中心部に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。

上ケース５００は、下ケース３０１と対向する面の中心部に凹部が形成され、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である。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（図４参照）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、円筒形状に限定されない。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には流体噴射管２００が接続されている。流体噴射管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、流体噴射管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。

流体噴射管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７００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（流体取入口）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。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によって押し圧されて、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４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が圧縮されるとともに、パッキン４５０がパッキンボックス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について図面を参照してさらに詳しく説明する。

図５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。

図５において、入口流路５０３は、上ケース５００の封止面５０５の周縁部溝状に形成されている。

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７００（図１参照）から所定の圧力で供給される流体は、内周側壁５０１ａに沿って（図５中、矢印で示す方向）流動して流体室５０１に旋回流を発生する。旋回流は、旋回することによる遠心力で内周側壁５０１ａ側に押し付けられるとともに、流体室５０１内に含まれる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。

また図５に示すように、入口流路５０３は湾曲している。入口流路５０３は、湾曲せずに直線に沿って流体室５０１に連通するようにしてもよいが、湾曲させることにより流路長を長くし、狭いスペースの中で所望のイナータンス（イナータンスについては後述する）を得るようにしている。

なお、図５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、上ケース５００の外周隅部には、４箇所の螺子孔５００ａが開設されており、この螺子孔位置において、上ケース５００と下ケース３０１とが螺合接合される。

なお、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。固着方法としては、接着剤を用いて貼着する方法としても良いし、固層拡散接合や溶接等の方法としてもよいが、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。

＝＝脈動発生部の動作＝＝
次に、本実施形態における脈動発生部１００の動作について図１〜図５を参照して説明する。本実施形態の脈動発生部１００による流体吐出は、入口流路５０３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５１１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。

＜イナータンス＞
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。

なお、入口流路５０３側のイナータンスＬ１は、接続流路５０４の直径が入口流路５０３の直径に対して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の範囲において算出される。この際、ポンプ７００と入口流路５０３を接続する接続チューブ２５は柔軟性を有するため、イナータンスＬ１の算出から削除してもよい。

また、出口流路５１１側のイナータンスＬ２は、接続流路２０１の直径が出口流路５１１の直径よりもはるかに大きく、流体噴射管２００の管部（管壁）の厚さが薄いためイナータンスＬ２への影響は軽微である。従って、出口流路５１１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。

なお、流体噴射管２００の管壁の厚さは、流体の圧力伝播には十分な剛性を有している。

そして、本実施形態では、入口流路５０３側のイナータンスＬ１が出口流路５１１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が設定されている。

＜流体の噴射＞
次に、脈動発生部１００の動作について説明する。

ポンプ７００によって入口流路５０３には、所定圧力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７００の吐出力と入口流路５０３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、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５０３側及び出口流路５１１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。

この流体室５０１内の圧力は、入口流路５０３に加えられていたポンプ７００による圧力よりはるかに大きいため、入口流路５０３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。

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５１１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、流体噴射管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、圧力上昇直後に負圧状態となる。その結果、ポンプ７００の圧力と、流体室５０１内の負圧状態の双方によって所定時間経過後に、入口流路５０３の流体は圧電素子４０１の動作前と同様な速度で流体室５０１内に向かう流れが復帰する。

入口流路５０３内の流体の流動が復帰した後、圧電素子４０１の伸張があれば、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。

＜気泡の排除＞
続いて、流体室５０１内の気泡の排除動作について説明する。

上述したように、入口流路５０３は、流体室５０１の周囲を旋回しつつ流体室５０１に近づくような経路で流体室５０１に連通している。また出口流路５１１は、流体室５０１の略回転体形状の回転軸近傍に開設されている。

このため、入口流路５０３から流体室５０１に流入した流体は、流体室５０１内を内周側壁５０１ａに沿って旋回する。そして流体が遠心力により流体室５０１の内周側壁５０１ａ側に押し付けられ、流体に含まれる気泡が流体室５０１の中心部に集中する結果、気泡は出口流路５１１から排出される。

従って、圧電素子４０１による流体室５０１の微小な容積変化においても、気泡によって圧力変動が阻害されることなく、十分な圧力上昇が得られる。

本実施形態によれば、ポンプ７００により所定の圧力で入口流路５０３に流体が供給されるため、脈動発生部１００の駆動を停止した状態においても入口流路５０３及び流体室５０１に流体が供給されるため、呼び水動作をしなくても初期動作を開始することができる。

また、出口流路５１１の直径よりも縮小された流体噴射開口部２１２から流体を噴出するため、液圧を出口流路５１１内よりも高めることから、高速の流体噴射を可能にする。

さらに、流体噴射管２００が、流体室５０１から流動される流体の脈動を流体噴射開口部２１２に伝達し得る剛性を有しているので、脈動発生部１００からの流体の圧力伝播を妨げず、所望の脈動流を噴射することができるという効果を有する。

また、入口流路５０３のイナータンスを、出口流路５１１のイナータンスよりも大きく設定していることから、入口流路５０３から流体室５０１への流体の流入量の減少よりも大きい流出量の増加が出口流路５１１に発生し、流体噴射管２００内にパルス状の流体吐出を行うことができる。従って、入口流路５０３側に逆止弁を設けなくてもよく、脈動発生部１００の構造を簡素化できるとともに、内部の洗浄が容易になる他、逆止弁を用いることに起因する耐久性の不安を排除することができるという効果がある。

なお、入口流路５０３及び出口流路５１１双方のイナータンスを十分大きく設定することにより、流体室５０１の容積を急激に縮小すれば、流体室５０１内の圧力を急激に上昇させることができる。

また、容積変更手段としての圧電素子４０１とダイアフラム４００とを用いて脈動を発生させる構成とすることにより、脈動発生部１００の構造の簡素化と、それに伴う小型化を実現できる。また、流体室５０１の容積変化の最大周波数を１ＫＨｚ以上の高い周波数にすることができ、高速脈動流の噴射に最適である。

また、脈動発生部１００は、入口流路５０３により流体室５０１内の流体に旋回流を発生させることで、流体室５０１内の流体を遠心力により流体室５０１の外周方向に押しやり、旋回流の中心部、つまり、略回転体形状の軸近傍に流体に含まれる気泡を集中させ、略回転体形状の軸の近傍に設けられる出口流路５１１から気泡を排除することができる。このことから、流体室５０１内に気泡が滞留することによる圧力振幅の低下を防止することができ、脈動発生部１００の安定した駆動を継続することができる。

さらに、入口流路５０３を、流体室５０１の周囲を旋回しつつ流体室５０１に近づくような経路で流体室５０１に連通させるように形成していることから、流体を流体室５０１の内部で旋回させるための専用の構造を用いることなく旋回流を発生させることができる。

また、流体室５０１の封止面５０５の外周縁部に、溝形状の入口流路５０３を形成しているので、部品数を増やすことなく旋回流発生部としての入口流路５０３を形成することができる。

また、ダイアフラム４００の上面に補強板４１０を備えていることにより、ダイアフラム４００は補強板４１０の開口部外周を支点として駆動するため、応力集中が発生しにくく、ダイアフラム４００の耐久性を向上させることができる。

なお、補強板４１０のダイアフラム４００との接合面の角部を丸めておけば、一層、ダイアフラム４００の応力集中を緩和することができる。

また、補強板４１０とダイアフラム４００とを積層し、一体に固着すれば、脈動発生部１００の組立性を向上させることができる他、ダイアフラム４００の外周縁部の補強効果もある。

また、ポンプ７００から流体を供給する入口側の接続流路５０４と入口流路５０３との接続部に、流体を滞留する流体溜り５０７を設けているために、接続流路５０４のイナータンスが入口流路５０３に与える影響を抑制することができる。

さらに、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の外周方向離間した位置にリング状のパッキン４５０を備えているために、流体室５０１からの流体の漏洩を防止し、流体室５０１内の圧力低下を防止することができる。

＝＝接続経路の閉塞検知＝＝
上述した様に、本実施形態に係る流体噴射装置１は、術者が脈動発生部起動スイッチ６２５を操作して、脈動発生部起動スイッチ６２５のＯＮ信号を駆動制御部６００に入力すると、ポンプ制御部７１０がスライダー７２０を所定速度で押し込み方向に移動させて流体収容部７６５を押圧し、流体収容部７６５の開口部７６４から流体を接続経路に流出させる。またプライミング処理の際にも、ポンプ制御部７１０は、スライダー７２０を所定速度で押し込み方向に移動させて流体収容部７６５を押圧し、流体収容部７６５の開口部７６４から流体を接続経路に流出させる。

従って、上記のように、ポンプ制御部７１０が流体収容部７６５を押圧しているときに、例えば接続チューブ２５への異物の混入や、接続経路上に設けられているフィルター（不図示）の目詰まり、脈動発生部１００のノズル２１１の目詰まり、接続チューブ２５の誤接続、あるいは三方活栓２６の方向設定の誤り等によって、接続経路が閉塞した場合には、流体収容部７６５及び接続配管内が想定外に高圧になってしまう可能性がある。

本実施形態に係る流体噴射装置１は、ポンプ７００と脈動発生部１００との間の流体の接続経路（接続配管）に生じる閉塞を検知することができる。

図６〜図８を参照しながら、本実施形態に係る流体噴射装置１による接続経路の閉塞検知処理について具体的に説明する。

まず、図６を参照して、ポンプ制御部（押圧制御部）７１０の構成を説明する。

ポンプ制御部７１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit；プロセッサー）７１１、メモリー７１２、ＡＤ（Analog/Digital）コンバーター７１３、ＤＡ（Digital/Analog）コンバーター（判定値信号出力回路）７１４、ラッチ回路７１５、第１クロック回路７１６、第２クロック回路７１７、コンパレーター７１８を有して構成されている。

ポンプ制御部７１０は、流体押圧部７３１が流体容器７６０の流体収容部７６５を押圧する際の圧力に応じたレベルの検知信号を圧力センサー７２２から取り込んで、流体押圧部７３１を制御する。例えばポンプ制御部７１０は、スライダーセットスイッチ７８１のＯＮ信号が入力された場合には、流体押圧部７３１に所定の駆動信号を出力することでモーター７３０を駆動し、上記圧力が目標圧力値になるように制御する。

またポンプ制御部７１０は、上記圧力が所定の判定値よりも高い場合には、流体押圧部７３１に対して、後述する第１停止信号あるいは第２停止信号を出力し、流体収容部７６５への押圧を停止させる。なお、流体押圧部７３１は、スライダー７２０、モーター７３０及びリニアガイド７４０を有して構成されている。

ＣＰＵ７１１は、ポンプ制御部７１０の全体の制御を司るもので、メモリー７１２に記憶される各種の動作を行うためのコードから構成されるプログラムを実行することにより、本実施形態に係る各種機能を実現する。

メモリー７１２は、上記プログラムの他、各種データーを記憶している。例えばメモリー７１２は、上記所定の判定値（後述する第１判定値及び第２判定値も含む）に相当するレベルを示す判定値レベルデーターを記憶している。

ＡＤコンバーター７１３は、圧力センサー７２２から出力される検知信号が入力され、この検知信号のレベルを示すデーターを出力する。具体的には、圧力センサー７２２は、スライダー７２０が流体収容部７６５を押圧する際の圧力を検知し、この圧力に応じたレベル（例えば電圧）の検知信号を出力しているが、ＡＤコンバーター７１３は、圧力センサー７２２から出力される検知信号のレベルを示す検知レベルデーター（例えば電圧値）を出力する。

ＣＰＵ７１１は、ＡＤコンバーター７１３から出力される検知レベルデーターを取り込んで、メモリー７１２に記憶されている判定値レベルデーターと比較する。

そしてＣＰＵ７１１は、検知レベルデーターが判定値レベルデーター以上である場合には、流体押圧部７３１による流体収容部７６５への押圧を停止させるための第１停止信号を流体押圧部７３１に出力する。

流体押圧部７３１は、第１停止信号を取得すると直ちにモーター７３０の駆動を停止する。

このようにして、本実施形態に係る流体噴射装置１は、接続配管の閉塞を検知して、閉塞により生ずる様々な不具合を防止することができる。そしてこれにより流体噴射装置１の安全性や信頼性を向上させることができる。

また本実施形態に係るポンプ制御部７１０は、コンパレーター回路７１８を有している。

コンパレーター回路７１８の一方の入力端子には、圧力センサー７２２から出力される検知信号が入力される。またコンパレーター回路７１８の他方の端子には、判定値信号出力部７１４から出力される判定値信号が入力される。判定値信号は、上記判定値に相当するレベルを有する信号である。判定値信号出力部７１４は、例えば上記判定値に相当する電圧を出力する定電圧源により構成することができる。

そして、コンパレーター回路７１８は、圧力センサー７２２から出力される検知信号のレベルと判定値信号のレベルとを比較し、検知信号のレベルが判定値信号のレベル以上である場合には、流体押圧部７３１による流体収容部７６５への押圧を停止させるための第２停止信号をラッチ回路７１５に出力する。

ラッチ回路７１５は、コンパレーター回路７１８から出力される第２停止信号を取り込んで、第１クロック回路７１６から出力される所定周波数の第１クロック信号に同期したタイミングで、第２停止信号を流体押圧部７３１に出力する。

このため、コンパレーター回路７１８から第２停止信号が出力されてから、ラッチ回路７１５から第２停止信号が出力されるまでには、第１クロック信号の周波数に応じて定まる一定時間以上の遅延を生じさせることができる。

ラッチ回路７１５から第２停止信号が出力されると、この第２停止信号は流体押圧部７３１に入力される。そして流体押圧部７３１は直ちにモーター７３０の駆動を停止する。

このようにして、本実施形態に係る流体噴射装置１は、ＣＰＵ７１１を介さずとも、接続配管の閉塞を検知することができる。このため、例えばＣＰＵ７１１に障害が発生したような場合であっても、接続配管の閉塞により生ずる様々な不具合を防止することができる。そしてこれにより流体噴射装置１の安全性や信頼性をより一層向上させることができる。

なお、ＣＰＵ７１１は、第２クロック回路７１７から出力される第２クロック信号に同期して動作している。第２クロック信号の周波数は、第１クロック回路７１６から出力される第１クロック信号の周波数よりも高速（例えば、数倍から数百倍以上の周波数）である。

そしてＣＰＵ７１１は、この第２クロック信号に同期したタイミングで、ラッチ回路７１５に対して繰り返しリセット信号を出力している。

このため、ＣＰＵ７１１が正常に動作している場合には、ラッチ回路７１５は、第２クロック信号に同期したタイミングでＣＰＵ７１１によって繰り返しリセットされるので、コンパレーター回路７１８から第２停止信号がラッチ回路７１５に入力された場合であっても、ラッチ回路７１５から第２停止信号が出力される前のタイミングでリセットされる。

従って、例えば圧力センサー７２２からの検知信号がノイズ等により一時的に上昇したような場合に、コンパレーター回路７１８から第２停止信号が出力され、誤って流体押圧部７３１を停止させてしまうことを防止することができるので、流体噴射装置１の信頼性を向上させることができる。

なお、ポンプ制御部７１０から流体押圧部７３１に第１停止信号あるいは第２停止信号が出力された際には、流体押圧部７３１は、流体収容部への押圧を停止するが、例えば、第１停止信号あるいは第２停止信号が流体押圧部７３１に入力されると、流体押圧部７３１が流体収容部７６５の押圧を行うために利用する電力が遮断されるように構成することによって、流体収容部７６５への押圧を停止させるようにしてもよい。

このような態様によれば、流体押圧部７３１が流体収容部７６５の押圧に用いる電力を遮断することができるので、確実に押圧を停止することが可能になる。

またポンプ制御部７１０は、接続配管の閉塞を検知して第１停止信号を出力する際に、駆動制御部６００に対して脈動発生部１００の圧電素子４０１の駆動を停止させるコマンドを送信し、脈動発生部１００に流体のパルス状の噴射を停止させるようにしてもよい。

このような態様により、接続配管内の残圧によって、脈動発生部１００から継続して高圧の噴射がなされることを防止することができるため、流体噴射装置１の安全性をより一層向上させることができる。

またポンプ制御部７１０は、接続配管の閉塞を検知して第１停止信号を出力する際に、所定の警報を出力するようにしてもよい。例えばポンプ制御部７１０は、接続配管内の圧力が判定値よりも上昇した旨の音声メッセージを出力する。あるいはポンプ制御部７１０は、所定の警告灯（不図示）を点灯させる。

このような態様により、接続配管に閉塞が発生したことをいち早く術者等のオペレーターに知らせることができ、流体噴射装置１の安全性をより一層向上させることが可能になる。

またポンプ制御部７１０は、圧力センサー７２２からの検知信号により示される圧力が判定値以上である場合には、流体押圧部７３１に流体収容部７６５への押圧を停止させるとともに、さらに、流体収容部７６５内を減圧させるようにすることもできる。

この場合例えば、流体押圧部７３１は、第１停止信号あるいは第２停止信号が入力された場合には、スライダー７２０の押しこみ方向への移動を停止した後に、スライダー７２０を押しこみ方向とは反対向きに移動させるようにする。これにより、スライダー７２０と共にプランジャー７６２が押しこみ方向の反対向きに移動するので、流体収容部７６５内が減圧される。

このような態様によって、接続配管の閉塞により生じた高圧状態をいち早く解消すると共に、容易に安全なレベルまで減圧することができるので、流体噴射装置１の安全性をより一層向上させることが可能となる。また、その後のメンテナンス作業等をより安全に行うことが可能となる。

次に、本実施形態に係る接続配管の閉塞検知の処理の流れを図７及び図８を参照しながら説明する。

図７は、ポンプ制御部７１０がスライダー７２０を所定速度で押しこみ方向に移動するように制御している場合に、圧力センサー７２２によって検出された流体収容部７６５内の圧力の変化を時系列に示したグラフである。

図７に示す（Ａ）は、何らかの理由によって接続配管に閉塞が発生した時点を示す。

そうすると、図７の（Ｂ）に示すように、時間の経過と共に流体収容部７６５内の圧力が上昇していく。

流体収容部７６５内の圧力が判定値に達すると（図７の（Ｃ））、上述した様に、ポンプ制御部７１０は、流体押圧部７３１に対して第１停止信号あるいは第２停止信号を出力し、流体押圧部７３１に流体収容部７６５への押圧を停止させる。

これにより、図７の（Ｄ）に示すように、流体収容部７６５内の圧力の上昇を止めることができる。

あるいは、ポンプ制御部７１０が、流体押圧部７３１に対し流体収容部７６５内を減圧させるようにした場合には、図７（Ｅ）（Ｇ）に示すように、流体収容部７６５内の圧力を減圧し、ゼロ近傍にまで低下させることができる。

図８は、ＣＰＵ７１１により行われる接続配管の閉塞検知処理の流れを示すフローチャートである。

ＣＰＵ７１１は、第２クロック信号に同期したタイミングで、例えば２０ｍｓ（ミリ秒）ごとに、図８に示す処理を実行する。

まずＣＰＵ７１１は、圧力センサー７２２が出力した検知信号のレベル（電圧）を示す検知レベルデーター（電圧値）をＡＤコンバーター７１３から取得する（S1000）。

続いてＣＰＵ７１１は、脈動発生部１００が流体を噴射中であるか否か（圧電素子４０１が駆動中であるか否か）を判定する（S1010）。ＣＰＵ７１１は、通信ケーブル６４０を介した通信によって、駆動制御部６００から、脈動発生部起動スイッチ６２５がＯＮであるかＯＦＦであるかを示す情報を取得することによって、流体が噴射中であるか否かを判定する。

流体が噴射中である場合は、ＣＰＵ７１１は、メモリー７１２に記憶されている第１判定値（圧力）に相当するレベル（電圧）を示す判定値レベルデーター（電圧値）をメモリー７１２から読みだす（S1020）。また流体が噴射中でない場合は、ＣＰＵ７１１は、メモリー７１２に記憶されている第２判定値（圧力）に相当するレベル（電圧）を示す判定値レベルデーター（電圧値）をメモリー７１２から読みだす（S1030）。

第１判定値は、流体押圧部４３１が流体収容部７６５を押圧する際の目標圧力値に応じて定められる値である。例えば第１判定値は、目標圧力値に対して所定値だけ加算した値、あるいは目標圧力値に対して所定割合だけ増加した値とすることができる。

このように、目標圧力値に応じて定められる判定値を用いて接続配管の閉塞を検知するようにすることによって、その時々の状況に応じて変更される目標圧力値に応じて、適切に接続配管の閉塞を検知することが可能となる。

また第２判定値は、所定の固定値である。上述したプライミング処理のように、圧電素子４０１が駆動していなくても、スライダー７２０を押しこみ方向に移動させて流体を脈動発生部１００に送出する場合があるが、このような場合は目標圧力値がないため、固定値である第２判定値を用いて、接続配管の閉塞を検知する。

このように、本実施形態に係る流体噴射装置１は、脈動発生部１００が流体を噴射中である場合には、流体押圧部７３１が流体収容部７６５を押圧する際の目標圧力値に応じて定めた判定値（第１判定値）を用いて接続配管の閉塞を検知することで、的確に接続配管の閉塞検出を行えるようになっていると共に、さらに、上記の目標圧力値を持たない、流体の非噴射中であっても、所定の固定値を判定値（第２判定値）として用いることによって、接続配管の閉塞検出を行えるようになっている。

次に、ＣＰＵ７１１は、ＡＤコンバーターから取得した検知レベルデーターを、メモリーから読みだした判定値レベルデーターと比較して、圧力センサー７２２の検知信号により示される圧力が判定値以上であるか否かを判定する（S1040）。

ＣＰＵ７１１は、圧力センサー７２２の検知信号により示される圧力が判定値以上でない場合には、ラッチ回路７１５にリセット信号を出力して処理を終了する（S1070）。

一方、圧力センサー７２２の検知信号により示される圧力が判定値以上である場合には、ＣＰＵ７１１は、第１停止信号を出力すると共に（S1050）、所定の警報を出力する（S1060）。そしてＣＰＵ７１１は、ラッチ回路７１５にリセット信号を出力して処理を終了する（S1070）。

以上、本実施形態に係る流体噴射装置１について詳細に説明したが、本実施形態に係る流体噴射装置１によれば、ポンプ７００と脈動発生部１００との間の流体の流路となる接続配管の閉塞を検知することができ、流体噴射装置１の安全性や信頼性を向上させることができる。

なお上述した実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１流体噴射装置、２５接続チューブ、２６三方活栓、１００脈動発生部、２００流体噴射管、２０１接続流路、２１１ノズル、４００ダイアフラム、４０１圧電素子、５０１流体室、５０２入口流路管、５０３入口流路、５０４接続流路、５１０出口流路管、５１１出口流路、６００駆動制御部、６２５脈動発生部起動スイッチ、６２７噴射強度切替スイッチ、６２８フラッシングスイッチ、６３０制御ケーブル、６４０通信ケーブル、７００ポンプ、７１０ポンプ制御部、７１１ＣＰＵ、７１２メモリー、７１３ＡＤコンバーター、７１４判定値信号出力部、７１５ラッチ回路、７１６第１クロック回路、７１７第２クロック回路、７１８コンパレーター回路、７２０スライダー、７２１台座部、７２２圧力センサー、７２３タッチセンサー、７３０モーター、７３１流体押圧部、７４０リニアガイド、７５０ピンチバルブ、７６０流体容器、７６１シリンジ、７６２プランジャー、７６３ガスケット、７６４開口部、７６５流体収容部、７７０流体容器装着部

Claims (8)

1. 流体を収容する流体収容部と、前記流体収容部に形成される流体出口と、を有する流体容器と、
   前記流体収容部を押圧して、前記流体出口から前記流体を流出させる流体押圧部と、
   一端が前記流体出口に接続される接続配管と、
   前記接続配管の他端が接続される流体取入口を有し、前記流体取入口から取り入れた前記流体をパルス状に噴射する流体噴射部と、
   前記流体押圧部が前記流体収容部を押圧する際の圧力を検知し、前記圧力に応じたレベルの検知信号を出力する圧力検知部と、
   前記検知信号により示される前記圧力が所定の判定値以上である場合には、前記流体押圧部に前記流体収容部への押圧を停止させる押圧制御部と、
   を備え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であって、
   前記押圧制御部は、前記流体押圧部が前記流体収容部の押圧を行うために利用する電力を遮断することによって、前記流体収容部への押圧を停止させる
   ことを特徴とする流体噴射装置。
3. 請求項１〜２のいずれかに記載の流体噴射装置であって、
   前記押圧制御部は、前記検知信号により示される前記圧力が前記判定値以上である場合には、前記流体押圧部に前記流体収容部への押圧を停止させるとともに、前記流体噴射部に前記流体のパルス状の噴射を停止させる
   ことを特徴とする流体噴射装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の流体噴射装置であって、
   前記所定の判定値は、前記流体押圧部が前記流体収容部を押圧する際の目標圧力値に応じて定められる値である
   ことを特徴とする流体噴射装置。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の流体噴射装置であって、
   前記流体噴射部による前記噴射をオンオフするための操作入力を受け付ける操作入力部と、
   前記噴射をオンするための操作入力を受け付けた場合は、前記流体取入口から取り入れた前記流体にパルス状に圧力を印加するために前記流体噴射部に設けられる加圧素子を駆動し、前記噴射をオフするための操作入力を受け付けた場合は、前記加圧素子の駆動を停止する駆動制御部と、
   をさらに備え、
   前記押圧制御部は、前記検知信号により示される前記圧力を、前記加圧素子が駆動中である場合は、前記流体押圧部が前記流体収容部を押圧する際の目標圧力値に応じて定められる第１判定値と比較し、前記加圧素子が非駆動中である場合は、所定の固定値である第２判定値と比較する
   ことを特徴とする流体噴射装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の流体噴射装置であって、
   前記押圧制御部は、前記検知信号により示される前記圧力が前記判定値以上である場合には、前記圧力が前記判定値以上であることを示す警報を出力する
   ことを特徴とする流体噴射装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の流体噴射装置であって、
   前記押圧制御部は、前記検知信号により示される前記圧力が前記判定値以上である場合には、前記流体押圧部に前記流体収容部への押圧を停止させるとともに、さらに、前記流体収容部内を減圧させる
   ことを特徴とする流体噴射装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の流体噴射装置であって、
   前記押圧制御部は、
   前記圧力検知部から出力される前記検知信号が入力され、前記検知信号のレベルを示す検知レベルデーターを出力するＡＤコンバーターと、
   前記判定値に相当するレベルを示す判定値レベルデーターを記憶するメモリーと、
   前記ＡＤコンバーターから出力される前記検知レベルデーターを、前記メモリーに記憶される前記判定値レベルデーターと比較して、前記検知レベルデーターが前記判定値レベルデーター以上である場合には、前記流体押圧部による前記流体収容部への押圧を停止させるための第１停止信号を前記流体押圧部に出力するプロセッサーと、
   前記判定値に相当するレベルの判定値信号を出力する判定値信号出力回路と、
   前記圧力検知部から出力される前記検知信号と前記判定値信号とが入力され、前記検知信号のレベルと前記判定値信号のレベルとを比較し、前記検知信号のレベルが前記判定値信号のレベル以上である場合には、前記流体押圧部による前記流体収容部への押圧を停止させるための第２停止信号を出力するコンパレーター回路と、
   前記コンパレーター回路から出力される前記第２停止信号が入力され、所定周波数のクロック信号に同期したタイミングで、前記第２停止信号を前記流体押圧部に出力するラッチ回路と、
   をさらに備え、
   前記流体押圧部は、前記第１停止信号あるいは前記第２停止信号が入力された場合に、前記流体収容部への押圧を停止し、
   前記プロセッサーは、前記ラッチ回路が前記クロック信号に同期して前記第２停止信号を出力する前のタイミングで、前記ラッチ回路をリセットするためのリセット信号を前記ラッチ回路に出力する
   ことを特徴とする流体噴射装置。