JP2016174867A - 液体噴射装置用ノズルユニット、液体噴射装置用アクチュエーターユニット、液体噴射装置用ハンドピース - Google Patents

Abstract

【課題】液体室を備える液体室側ダイヤフラムと、アクチュエーターユニットが備える駆動側ダイヤフラムの接触形状を好適にした液体噴射装置用ノズルユニットを提供する。【解決手段】液体噴射装置用ノズルユニットと液体噴射装置用アクチュエーターユニットとが分離した状態において、液体室側ダイヤフラム２６０が液体室２４０の外側に凸の形状をしていることと、駆動側ダイヤフラムが圧電素子３６０と反対側に凸の形状をしていることとの少なくとも一方が満たされる。【選択図】図１１

Description

本発明は、液体の噴射に関する。

噴射管から液体を噴射するアプリケーター（ハンドピース）において、先端部（ノズルユニット）と本体部（アクチュエーターユニット）とを着脱可能にする構成が知られている（特許文献１）。本体部および先端部はそれぞれ、ダイヤフラムを備える。２つのダイヤフラムは、本体部および先端部が組み付けられた状態で互いに接触する。本体部のダイヤフラムは、圧電素子の伸縮に応じて変形する。先端部のダイヤフラムは、液体室の一部を区画する。この構成によって、先端部と本体部とを別体として構成しつつ、装着した状態では圧電素子の伸縮による液体室の容積変動を実現している。

特開２０１３−８５８６５号公報

上記先行技術の場合、２つのダイヤフラムの関係について詳細に検討されていない。本願発明は、上記先行技術を踏まえ、２つのダイヤフラムの関係を好適にすることを解決課題とする。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、圧電素子の伸縮に伴って変形する駆動側ダイヤフラムを備える液体噴射装置用アクチュエーターユニットに対して装着される液体噴射装置用ノズルユニットが提供される。この液体噴射装置用ノズルユニットは；前記液体噴射装置用アクチュエーターユニットに装着された場合に、前記駆動側ダイヤフラムと接触する液体室側ダイヤフラムと；前記液体室側ダイヤフラムによって一部が区画され、室内容積が変動可能な液体室と；前記液体室から液体を噴射するための噴射管とを備え；前記液体室側ダイヤフラムは、湾曲している。この形態によれば、液体室側ダイヤフラムの湾曲形状を利用して、種々の形状の駆動側ダイヤフラムと好適に接触させることができる。

（２）上記形態において、前記液体室側ダイヤフラムは、前記液体室の外側に凸の形状をしていてもよい。この形態によれば、液体噴射装置用アクチュエーターユニットに対して液体噴射装置用ノズルユニットが装着された状態（以下「装着状態」ともいう）において、液体室側ダイヤフラムが駆動側ダイヤフラムに対して押しつけられ易くなる。この結果、液体室側ダイヤフラムは、圧電素子の伸縮に伴って生じる変形において、圧電素子の収縮時の追従性が良好になり易い。

（３）上記形態において、前記液体室側ダイヤフラムは、前記液体室の外側に凹の形状をしていてもよい。この形態によれば、液体室側ダイヤフラムが、駆動側ダイヤフラムに押されて裏返ることが抑制される。液体室側ダイヤフラムは、液体室の外側に凹の形状をしているので、液体室の外側から押されても、裏返ることがない。

（４）上記形態において、前記駆動側ダイヤフラムは、前記圧電素子と反対側に凸の形状をしていてもよい。この形態によれば、液体室側ダイヤフラムを駆動側ダイヤフラムに対し、好適に接触させることができる。駆動側ダイヤフラムは、圧電素子と反対側に凸の形状をしているので、装着状態において、液体室側ダイヤフラムに対して押しつけられ易くなる。この結果、液体室側ダイヤフラムは、圧電素子の伸縮に伴って生じる変形において、圧電素子の収縮時の追従性が良好になり易い。

（５）上記形態において、前記液体室側ダイヤフラムは、金属製でもよい。この形態によれば、液体室側ダイヤフラムを所望の湾曲形状に加工し易くなる。

（６）上記形態において、前記液体室側ダイヤフラムは、前記駆動側ダイヤフラムよりも薄くてもよい。この形態によれば、液体室側ダイヤフラムが変形し易いので、圧電素子による伸縮によって、液体室の体積が効率良く変動する。

（７）他の形態として、液体室側ダイヤフラムによって一部が区画され、室内容積が変動可能な液体室と、前記液体室から液体を噴射するための噴射管とを備える液体噴射装置用ノズルユニットに対して装着される液体噴射装置用アクチュエーターユニットが提供される。この液体噴射装置用アクチュエーターユニットは；前記液体噴射装置用ノズルユニットに装着された場合に、前記液体室側ダイヤフラムと接触する駆動側ダイヤフラムと；前記駆動側ダイヤフラムを変形させる圧電素子とを備え；前記駆動側ダイヤフラムは、前記圧電素子と反対側に凸の形状をしている。この形態によれば、駆動側ダイヤフラムは、圧電素子と反対側に凸の形状をしているので、装着状態において、液体室側ダイヤフラムに対して押しつけられ易くなる。この結果、液体室側ダイヤフラムは、圧電素子の伸縮に伴って生じる変形において、圧電素子の収縮時の追従性が良好になり易い。

（８）上記形態において、前記液体室側ダイヤフラムは、湾曲していてもよい。この形態によれば、液体室側ダイヤフラムの湾曲形状を利用して、凸形状の駆動側ダイヤフラムと好適に接触させることができる。

（９）上記形態において、前記液体室側ダイヤフラムは、前記液体室の外側に凸の形状をしていてもよい。この形態によれば、液体室側ダイヤフラムは、液体室の外側に凸の形状をしているので、装着状態において、駆動側ダイヤフラムに対して押しつけられ易くなる。この結果、液体室側ダイヤフラムは、圧電素子の伸縮に伴って生じる変形において、圧電素子の収縮時の追従性が良好になり易い。

（１０）上記形態において、前記液体室側ダイヤフラムは、前記液体室の外側に凹の形状をしていてもよい。この形態によれば、液体室側ダイヤフラムが、駆動側ダイヤフラムに押されて裏返ることが抑制される。液体室側ダイヤフラムは、液体室の外側に凹の形状をしているので、液体室の外側から駆動側ダイヤフラムによって押されても、裏返ることがない。

（１１）上記形態において、前記駆動側ダイヤフラムは、金属製でもよい。この形態によれば、液体室側ダイヤフラムを、滑らかな形状に変形させることができる。駆動側ダイヤフラムが金属製なので、圧電素子の伸縮による駆動側ダイヤフラムの変形が、局所的に大きくならず、全体的にたわむように生じるからである。この結果、駆動側ダイヤフラムに押されて変形する液体室側ダイヤフラムは、滑らかな形状に変形する。

（１２）上記形態において、前記駆動側ダイヤフラムは、前記液体室側ダイヤフラムよりも厚くてもよい。この形態によれば、液体室側ダイヤフラムを、滑らかに変形させることができる。駆動側ダイヤフラムが厚いので、圧電素子の伸縮による駆動側ダイヤフラムの変形が、局所的に大きくならず、全体的にたわむように生じるからである。この結果、駆動側ダイヤフラムに押されて変形する液体室側ダイヤフラムは、滑らかな形状に変形する。

（１３）上記形態において、前記圧電素子は、プリロードされていてもよい。この形態によれば、圧電素子による伸縮が適切に実現される。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、上記の液体噴射装置用アクチュエーターユニット及び液体噴射装置用ノズルユニットを組み合わせた液体噴射装置用ハンドピースとして実現できる。さらに、液体噴射装置用ハンドピースと液体供給装置とを含む液体噴射装置として実現できる。

液体噴射装置の概略構成図。 ハンドピースの斜視図（装着状態）。 ハンドピースの斜視図（分離状態）。 ノズルユニットを示す斜視図。 ハンドピースを示す断面図。 ジョイント部及びアクチュエーターユニットの拡大断面図（装着状態）。 ジョイント部及びアクチュエーターユニットの拡大断面図（分離状態）。 液体室付近の拡大断面図（装着状態）。 液体室付近の拡大断面図（分離状態）。 液体室側ダイヤフラム及び駆動側ダイヤフラムの溶接についての図。 液体室側ダイヤフラム及び駆動側ダイヤフラム付近の断面図（分離状態）。 液体室側ダイヤフラム及び駆動側ダイヤフラム付近の断面図（最大状態）。 液体室側ダイヤフラム及び駆動側ダイヤフラム付近の断面図（最小状態）。 液体室側ダイヤフラム及び駆動側ダイヤフラム付近の断面図（変形例１）。 液体室側ダイヤフラム及び駆動側ダイヤフラム付近の断面図（変形例２）。 液体室側ダイヤフラム及び駆動側ダイヤフラムの組み合わせを示すテーブル。

初めに、図１〜図１０を用いて、液体噴射装置２０の概略を説明することで、液体の噴射機構および吸引機構について説明する。

図１は、液体噴射装置２０の構成を概略的に示す。液体噴射装置２０は、医療機関において利用される医療機器であり、患部に対して液体を噴射することによって、患部を切除する機能を有する。

液体噴射装置２０は、制御部３０と、アクチュエーター用ケーブル３１と、ポンプ用ケーブル３２、フットスイッチ３５と、吸引装置４０と、吸引チューブ４１と、液体供給装置５０と、ハンドピース１００（操作部）とを備える。

液体供給装置５０は、給水バッグ５１と、スパイク針５２と、第１〜第５コネクター５３ａ〜５３ｅと、第１〜第４給水チューブ５４ａ〜５４ｄと、ポンプチューブ５５と、閉塞検出機構５６と、フィルター５７とを備える。ハンドピース１００は、ノズルユニット２００と、アクチュエーターユニット３００とを備える。ノズルユニット２００は、噴射管２０５と、吸引管４００とを備える。

給水バッグ５１は、透明な合成樹脂製であり、内部に液体（具体的には生理食塩水）が充填されている。なお、本願では、水以外の液体が充填されていても、給水バッグ５１と呼ぶ。スパイク針５２は、第１コネクター５３ａを介して、第１給水チューブ５４ａに接続されている。給水バッグ５１にスパイク針５２が刺されると、給水バッグ５１に充填された液体が第１給水チューブ５４ａに供給可能な状態になる。

第１給水チューブ５４ａは、第２コネクター５３ｂを介して、ポンプチューブ５５に接続されている。ポンプチューブ５５は、第３コネクター５３ｃを介して、第２給水チューブ５４ｂに接続されている。チューブポンプ６０は、ポンプチューブ５５を、ステーターとローターとで挟み込んでいる。チューブポンプ６０は、内蔵するモーターの回転によって、複数のローラーを回転させることで、ポンプチューブ５５を扱（しご）く。このように扱かれることによって、ポンプチューブ５５内の液体は、第１給水チューブ５４ａ側から、第２給水チューブ５４ｂ側に送り出される。

閉塞検出機構５６は、第２給水チューブ５４ｂ内の圧力を測定することで、第１〜第４給水チューブ５４ａ〜５４ｄ内の閉塞を検出する。

第２給水チューブ５４ｂは、第４コネクター５３ｄを介して、第３給水チューブ５４ｃに接続されている。第３給水チューブ５４ｃにはフィルター５７が接続されている。フィルター５７は、液体に含まれる異物を捕集する。

第３給水チューブ５４ｃは、第５コネクター５３ｅを介して、第４給水チューブ５４ｄに接続されている。第４給水チューブ５４ｄは、ハンドピース１００に接続されている。第４給水チューブ５４ｄを通じてハンドピース１００に供給された液体は、アクチュエーターユニット３００の駆動によって、噴射管２０５の先端に設けられたノズル２０７から間欠的に噴射される。このように液体が間欠的に噴射されることによって、少ない流量で切除能力が確保できる。

噴射管２０５及び吸引管４００は、噴射管２０５を内管、吸引管４００を外管とする二重管を構成する。吸引チューブ４１は、ノズルユニット２００に接続されている。吸引装置４０は、吸引チューブ４１を通じて、吸引管４００内を吸引する。この吸引によって、吸引管４００の先端付近の液体や切除片などが吸引される。

制御部３０は、チューブポンプ６０と、アクチュエーターユニット３００とを制御する。具体的には、制御部３０は、フットスイッチ３５が踏まれている間、アクチュエーター用ケーブル３１と、ポンプ用ケーブル３２とを介して駆動信号を送信する。アクチュエーター用ケーブル３１を介して送信された駆動信号は、アクチュエーターユニット３００を駆動させる。ポンプ用ケーブル３２を介して送信された駆動信号は、チューブポンプ６０を駆動させる。よって、ユーザーがフットスイッチ３５を踏んでいる間は液体が間欠的に噴射され、ユーザーがフットスイッチ３５を踏んでいない間は液体の噴射が停止する。

図２及び図３は、ハンドピース１００の斜視図である。図２は、アクチュエーターユニット３００がノズルユニット２００に装着された状態（以下「装着状態」という）を示す。図３は、アクチュエーターユニット３００とノズルユニット２００とが分離された状態（以下「分離状態」という）を示す。

アクチュエーターユニット３００は、ノズルユニット２００に対して着脱できるように構成されている。アクチュエーターユニット３００がノズルユニット２００に対して装着されて、アクチュエーターユニット３００とノズルユニット２００とが一体となることで、ハンドピース１００として機能する。

ノズルユニット２００は、内部に液体が流れるので、手術毎に交換される。さらに、液体供給装置５０に含まれる構成要素のうち、内部に液体が流れるもの（給水バッグ５１、第１〜第４給水チューブ５４ａ〜５４ｄ、ポンプチューブ５５等）は、手術毎に交換される。アクチュエーターユニット３００は、液体に触れないので、滅菌処理や洗浄処理を施すことにより複数回の手術で使用できる。

ノズルユニット２００は、先述した噴射管２０５と吸引管４００とに加え、ハンドピースケース２１０と、ジョイント部２５０と、吸引力調整機構５００とを備える。ハンドピースケース２１０は、ユーザーに把持されるグリップとしての機能と、流路を内部に保持する機能とを有する。この流路とは、先述したように、噴射される液体および吸引される液体が流れる流路のことである。

吸引力調整機構５００は、ハンドピース１００に設けられており、孔５２２を備える。孔５２２の開口面積が変化すると、吸引管４００による吸引力が変化する（図５と共に詳述）。ジョイント部２５０は、ノズルユニット２００に対してアクチュエーターユニット３００を着脱するための部位である。

アクチュエーターユニット３００は、連結部３１０と駆動部３５０とを備える。連結部３１０は、アクチュエーター用ケーブル３１と駆動部３５０とを、機械的および電気的に連結している。駆動部３５０は、液体を間欠的に噴射するための駆動力を発生する。

図４は、ノズルユニット２００を示す斜視図である。図４は、吸引管４００がハンドピースケース２１０から取り外された状態を示す。ハンドピース１００は、吸引管４００が取り外された状態で使用されてもよい。吸引管４００が取り外された状態では、吸引管４００を用いた吸引はできないものの、噴射管２０５からの液体の噴射はできる。

吸引管４００は、凸部４１０を備える。凸部４１０は、吸引管４００をハンドピースケース２１０に装着するための部位である。

ハンドピースケース２１０には、図１と共に説明したように、第４給水チューブ５４ｄが接続されている。なお、図２及び図３は、視線の関係で、第４給水チューブ５４ｄを示していない。

図５は、ハンドピース１００を示す断面図である。第４給水チューブ５４ｄは、ハンドピースケース２１０内部でＵ字状に屈曲し、入口流路２４１に接続されている。入口流路２４１は、液体室２４０（図８、図９参照）を介して、噴射管２０５に通じている。

入口流路２４１の流路径は、噴射管２０５の流路径よりも小さい。このため、液体室２４０内の圧力が変動しても（後述）、液体室２４０内の液体が入口流路２４１に逆流することが抑制される。

ハンドピースケース２１０は、先端に凹部２１１を備える。吸引管４００の装着は、凸部４１０が凹部２１１に嵌合することで実現される。装着された吸引管４００は、吸引流路部２３０に通じている。吸引流路部２３０は、吸引力調整機構５００を介して、吸引チューブ４１に接続されている。

ユーザーは、孔５２２を利用して、吸引管４００による吸引力の調整ができる。具体的には、孔５２２が開放されている面積を小さくすれば、孔５２２から流入する空気の流量も小さくなるので、吸引管４００を介して吸引される流体（空気や液体等）の流量が大きくなる。つまり、吸引管４００による吸引力が大きくなる。逆に、孔５２２が開放されている面積を大きくすれば、孔５２２から流入する空気の流量も大きくなるので、吸引管４００による吸引力が小さくなる。通常、ユーザーは、孔５２２の開放面積の調整を、親指によって孔５２２を塞ぐ面積を調整することによって実現する。孔５２２が全く覆われていない状態では、吸引管４００による吸引力が微小になるように、又は吸引力が全く作用しないように、孔５２２の形状が設計されている。本実施形態においては、吸引管４００の流路面積が孔５２２の開口面積より大きいものの、吸引管４００の長さを孔５２２の長さよりも長くすることで吸引管４００の流路抵抗を孔５２２の流路抵抗よりも大きくしている。こうすることで孔５２２が全く覆われていない場合に、吸引管４００による吸引力を微小とすることができる。

図５に示すように、ハンドピースケース２１０に対して長手方向が定義される。長手方向とは、図５に示した断面内に含まれる方向であって、所定の姿勢の際の水平方向である。所定の姿勢とは、ユーザーが手の平を上に向けてから、その手でハンドピース１００を握った際の姿勢である。本実施形態における長手方向は、吸引流路部２３０の流路方向と一致する。吸引流路部２３０の流路方向とは、吸引流路部２３０が吸引力調整機構５００と接触している部位における吸引流路部２３０内の流れの方向である。

図６及び図７は、ジョイント部２５０及びアクチュエーターユニット３００付近を拡大して示す断面図である。図６は、装着状態を示す。図７は、分離状態を示す。

駆動部３５０は、ハウジング３５１と、固定部材３５３と、圧電素子３６０と、可動板３６１とを備える。ハウジング３５１は、円筒状の部材である。可動板３６１は、ピストン３６２と、駆動側ダイヤフラム３６４とを含む。

圧電素子３６０は、積層型圧電素子である。圧電素子３６０は、伸縮する方向がハウジング３５１の長手方向に沿うように、ハウジング３５１内に配置されている。本実施形態における圧電素子３６０は、ほぼ正四角柱形状であり、３．５ｍｍ四方で、高さが１８ｍｍである。

固定部材３５３は、ハウジング３５１の一端に固定されている。圧電素子３６０は、固定部材３５３に接着剤によって固定されている。

駆動側ダイヤフラム３６４の素材は、金属であり、具体的にはステンレス鋼であり、さらに具体的にはＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６Ｌである。駆動側ダイヤフラム３６４は、圧電素子３６０のプリロード（後述）を実施するために厚めに形成される（例えば３００μｍ）。また、圧電素子３６０が金属製で、且つ厚めに形成されているので、ピストン３６２に押された際に、滑らかに湾曲する。このため、装着状態において、液体室側ダイヤフラム２６０も滑らかに変形させることができる。

駆動側ダイヤフラム３６４は、ハウジング３５１の他端を覆うように配置され、ハウジング３５１に溶接によって固定されている。

ピストン３６２は、圧電素子３６０の一端に接着剤によって固定されていると共に、駆動側ダイヤフラム３６４に接触するように配置されている。ピストン３６２は、異なる径の円柱が、同心円として積層したような形状をしている。小さい径の方が、駆動側ダイヤフラム３６４と接触している。このため、駆動側ダイヤフラム３６４は、端の方が押されず、溶接箇所には大きな力が作用しないようになっている。ピストン３６２及び駆動側ダイヤフラム３６４は、接着剤等によって固定されてはおらず、接触しているのみである。

ハウジング３５１の外周には、雄ネジ部３５１ａが設けられている。分離状態から装着状態への移行は、雄ネジ部３５１ａを、ジョイント部２５０に設けられた雌ネジ部２５３に締め付けることで実現される。

連結部３１０は、第１ケース３１１と、第２ケース３１２と、第３ケース３１３と、保持部材３１４と、金属板３１５と、第１ネジ３１６と、第２ネジ３１７と、第３ネジ３１８とを備える。なお金属板３１５は中継基板３１５と言い換えることもできる。

第１ケース３１１は、第１ネジ３１６によって、固定部材３５３に固定されている。第２ケース３１２は、第２ネジ３１７と第３ネジ３１８とによって、第１ケース３１１に固定されている。２枚の金属板３１５は、第１ケース３１１内に挿入（収容）されている。

保持部材３１４は、アクチュエーター用ケーブル３１の端部付近に加締められることによって固定されている。第３ケース３１３は、第２ケース３１２と保持部材３１４とを連結するための部材である。第３ケース３１３は、保持部材３１４の外径が膨らんだ部位を引っ掛けた状態で、第２ケース３１２に固定されている。

アクチュエーター用ケーブル３１は、上記のように固定された状態で、２枚の金属板３１５と導通するように接続される。金属板３１５は、圧電素子３６０の正極、負極それぞれに、配線（図示しない）によって接続される。

圧電素子３６０は、アクチュエーター用ケーブル３１、金属板３１５及び上記の配線を介して入力される駆動信号に応じて伸縮する。圧電素子３６０が伸縮すると、ピストン３６２が圧電素子３６０の長手方向に振動する。ピストン３６２が振動すると、駆動側ダイヤフラム３６４は、この振動に追従して変形する。

圧電素子３６０は、伸縮を適切に実施するために、プリロードされた状態で組み付けられている。プリロードされた状態とは、圧電素子３６０が駆動側ダイヤフラム３６４に向けて押しつけられ、圧電素子３６０が伸縮方向に圧縮された状態のことである。プリロードの荷重は、圧電素子３６０の最大発生力の１０〜５０％であり、具体的には４０〜２００Ｎである。このため、圧電素子３６０に駆動信号が入力されていない状態においても、駆動側ダイヤフラム３６４は、ピストン３６２を介して、圧電素子３６０から力を受ける。駆動側ダイヤフラム３６４が金属製で、液体室側ダイヤフラム２６０よりも厚く形成されているのは、プリロードを保持するためである。

上記のように駆動側ダイヤフラム３６４が変形しているため、駆動側ダイヤフラム３６４は、ピストン３６２と接着されていなくても、圧電素子３６０の収縮に追従して変形できる。

図８及び図９は、液体室２４０付近を拡大して示す断面図である。図８は、装着状態を示す。図９は、分離状態を示す。

ジョイント部２５０の内部には、液体室２４０が設けられている。液体室２４０は、窪み２４４に、液体室側ダイヤフラム２６０が覆い被さることで形成される。窪み２４４は、ジョイント部２５０において、薄く円形状に窪んだ部位である。液体室側ダイヤフラム２６０は、圧電素子３６０の伸縮に応じて変形しやすいように、駆動側ダイヤフラム３６４よりも薄く形成される（例えば５０〜１００μｍ）。液体室側ダイヤフラム２６０は、直径が１３〜１５ｍｍであり、ジョイント部２５０に溶接によって固定されている。溶接位置は、図９に示される溶接Ｙ１として示されている。液体室側ダイヤフラム２６０の素材は、金属であり、具体的にはステンレス鋼であり、さらに具体的にはＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３１６Ｌである。

図８に示すように、液体室側ダイヤフラム２６０及び駆動側ダイヤフラム３６４は、装着状態において接触する。このため、先述したように駆動側ダイヤフラム３６４が変形すると、液体室側ダイヤフラム２６０も同様に変形する。

駆動側ダイヤフラム３６４が変形すると、液体室２４０の容積が変動する。この変動によって、液体室２４０内に満たされた液体の圧力が変動する。液体室２４０内の圧力が低下した際には、入口流路２４１から液体が液体室２４０に流入する。液体室２４０内の圧力が上昇した際には、液体が液体室２４０から噴射管２０５に流出する。噴射管２０５に流出した液体は、噴射管２０５の先端から噴射される。液体室２４０内の圧力が上昇するのは間欠的なので、噴射管２０５からの液体の噴射は間欠的に実施される。

上記のように、液体室側ダイヤフラム２６０及び駆動側ダイヤフラム３６４は、一体となって変形する。つまり、液体室側ダイヤフラム２６０及び可動板３６１は、一体となって変形する。図８に示された符号４６０は、このように一体となって変形する液体室側ダイヤフラム２６０と可動板３６１とを合わせた合成ダイヤフラム４６０を示す。合成ダイヤフラム４６０は、装着状態において、１つのダイヤフラムと捉えることができる。

図１０は、液体室側ダイヤフラム２６０及び駆動側ダイヤフラム３６４の溶接について説明するための図である。ハウジング３５１には、図１０に示すように面取り３５１ｂが設けられている。面取り３５１ｂは、液体室側ダイヤフラム２６０を固定する溶接Ｙ１とハウジング３５１とが干渉しないように設けられている。

図１０に示すように、ハウジング３５１の先端は、駆動側ダイヤフラム３６４の先端よりも寸法Ｃだけ引っ込んでいる。この結果、装着状態において、液体室側ダイヤフラム２６０とハウジング３５１との間にクリアランスが発生する。駆動側ダイヤフラム３６４を固定する溶接Ｙ２の溶接痕が、このクリアランスに位置するように、溶接を実施することで、溶接Ｙ２と液体室側ダイヤフラム２６０との干渉が回避されている。

図１０に示された符号２５５は、他の形態において設けられる逃がし部２５５を示す。本実施形態では、図８，図９等に示すように、逃がし部２５５は設けられていない。逃がし部２５５は、ジョイント部２５０の内周において、壁が内部に向かってえぐれた部位である。逃がし部２５５を設けることによって、雌ネジ部２５３の加工が容易になる。

以下、液体室側ダイヤフラム２６０及び駆動側ダイヤフラム３６４の詳細の形状について説明する。

図１１、図１２、図１３は、液体室側ダイヤフラム２６０及び駆動側ダイヤフラム３６４付近の断面の一部を示す。図１１は、分離状態を示す。図１２、図１３は、装着状態を示す。図１１、図１２、図１３は、液体室側ダイヤフラム２６０と区別するために、駆動側ダイヤフラム３６４を破線で示す。

なお、図５〜図１０においては、図示を簡単にするために、液体室側ダイヤフラム２６０及び駆動側ダイヤフラム３６４を、平らな形状として図示した。実際の液体室側ダイヤフラム２６０及び駆動側ダイヤフラム３６４は、図１１、図１２、図１３に示すように、湾曲している。但し、図１１、図１２、図１３は、液体室側ダイヤフラム２６０及び駆動側ダイヤフラム３６４の曲がり具合を強調して示している。

図１１に示すように、駆動側ダイヤフラム３６４は、分離状態において凸形状をしている。凸形状とは、外側に膨らんだ形状をしていることである。駆動側ダイヤフラム３６４についての外側とは、圧電素子３６０と反対側への向きである。つまり、圧電素子３６０から駆動側ダイヤフラム３６４への向きである。駆動側ダイヤフラム３６４が分離状態において凸形状をしているのは、先述したように圧電素子３６０がプリロードされた状態で組み付けられているからである。

駆動側ダイヤフラム３６４は、分離状態において、滑らかな凸形状をしている。これは、ピストン３６２との接触部位のみに作用するプリロードによる圧力が、駆動側ダイヤフラム３６４の剛性によって周囲に分散するからである。駆動側ダイヤフラム３６４の剛性が確保されているのは、駆動側ダイヤフラム３６４が金属製であり、且つ、厚めに形成されているからである。

図１１に示すように、液体室側ダイヤフラム２６０は、分離状態において凸形状をしている。液体室側ダイヤフラム２６０についての外側とは、液体室２４０の外側への向きである。つまり、液体室２４０から液体室側ダイヤフラム２６０への向きである。液体室側ダイヤフラム２６０が凸形状をしているのは、凸形状になるように成形されているからである。この成形は、液体室側ダイヤフラム２６０が金属製であることを利用し、プレス加工によって実施される。このプレス加工は、ジョイント部２５０への溶接前に実施される。

図１２は、装着状態において、液体室２４０の容積が最大になった状態（以下「最大状態」という）を示す。圧電素子３６０に電圧が印加されていない場合、液体室２４０の容積は最大になる。図１３は、装着状態において、液体室２４０の容積が最小になった状態（以下「最小状態」という）を示す。

分離状態から装着状態に移行する際、液体室側ダイヤフラム２６０及び駆動側ダイヤフラム３６４は接触する。この接触の際、駆動側ダイヤフラム３６４は、圧電素子３６０によって支持されているので殆ど変形しない。よって、駆動側ダイヤフラム３６４は、分離状態（図１１）と最大状態（図１２）とで、ほぼ同じ形状である。

最大状態から最小状態に移行する場合、圧電素子３６０は外側に向かって変位するので、駆動側ダイヤフラム３６４は最小状態（図１３）においても凸形状をしている。この凸形状は、最大状態と同様に、滑らかな形状である。このように滑らかな凸形状になるのは、先述したように、駆動側ダイヤフラム３６４の剛性が確保されているためである。

液体室側ダイヤフラム２６０は、上記の接触の際、駆動側ダイヤフラム３６４の形状に沿うように、内側に変形する。この結果、液体室側ダイヤフラム２６０は、最大状態（図１２）において、外側に凹形状になる。液体室側ダイヤフラム２６０は、最小状態（図１３）になると、更に内側に変形する。最大状態と最小状態との何れの凹形状も、駆動側ダイヤフラム３６４の形状に沿う形状であるので、滑らかな形状である。

液体室側ダイヤフラム２６０は、上記のように、何れの状態においても内側への向きに力を受けるので、装着状態において常時、外側に向かって膨らもうとする反力が発生する。しかも、この反力は、液体室側ダイヤフラム２６０が元々は凸形状であるので、大きな力として発生する。この大きな反力によって、液体室側ダイヤフラム２６０は、駆動側ダイヤフラム３６４と接着されていなくても、最小状態から最大状態へ移行する際における駆動側ダイヤフラム３６４の変形に追従して変形する。

変形例１を説明する。変形例１は、実施形態の液体室側ダイヤフラム２６０の代わりに、液体室側ダイヤフラム２６０ａが用いられる。図１４は、分離状態における液体室側ダイヤフラム２６０ａ及び駆動側ダイヤフラム３６４ａ付近の断面の一部を示す。

図１４に示すように、駆動側ダイヤフラム３６４ａは、実施形態の駆動側ダイヤフラム３６４と同様に、分離状態において凸形状である。一方、液体室側ダイヤフラム２６０ａは、実施形態の液体室側ダイヤフラム２６０とは異なり、分離状態において、ほぼ平らな形状をしている。

液体室側ダイヤフラム２６０ａは、実施形態と同様に、最大状態において、駆動側ダイヤフラム３６４ａの形状に沿うように、内側に変形する。液体室側ダイヤフラム２６０ａは、実施形態と同様に、最小状態において、最大状態に比べて更に内側に変形する。

変形例１によれば、液体室側ダイヤフラム２６０ａが平らであるので、液体室側ダイヤフラム２６０ａの製造が容易になる。さらに、液体室側ダイヤフラム２６０ａは、圧電素子３６０の伸縮に伴う裏返りが発生しない。裏返りとは、内側に大きく変形したまま、元の形状に戻らなくなることである。裏返りが発生すると、外側へ膨らもうとする力が小さくなる。よって、裏返った液体室側ダイヤフラム２６０は、圧電素子３６０の伸縮への追従性が悪化する。先述した実施形態では、このような事態が発生しないよう、圧電素子３６０の伸縮長さ等が設計され、液体室側ダイヤフラム２６０の追従性が確保されている。

一方、変形例１の液体室側ダイヤフラム２６０ａは、元の形状が平らであるので、裏返りがそもそも発生しない。よって、圧電素子３６０の伸縮長さを長く設計する等、設計の自由度が向上する。

このように設計の自由度を向上させつつ、液体室側ダイヤフラム２６０ａには、実施形態と同様に、装着状態において常時、外側に向かって膨らもうとする反力が発生する。よって、実施形態と同様に、駆動側ダイヤフラム３６４ａと接着されていなくても、最小状態から最大状態へ移行する際における駆動側ダイヤフラム３６４ａの変形に追従して変形する。上記のような反力を発生させることができるのは、駆動側ダイヤフラム３６４ａが凸形状であり、分離状態から装着状態に移行する際に、液体室側ダイヤフラム２６０が内側に変形するからである。

変形例２を説明する。変形例２は、実施形態の液体室側ダイヤフラム２６０の代わりに、液体室側ダイヤフラム２６０ｂが用いられる。図１５は、分離状態における液体室側ダイヤフラム２６０ｂ及び駆動側ダイヤフラム３６４ｂ付近の断面の一部を示す。

図１５に示すように、液体室側ダイヤフラム２６０ｂは、実施形態の液体室側ダイヤフラム２６０とは異なり、分離状態において、凹形状をしている。この凹形状は、プレス加工によって成形されたものである。

駆動側ダイヤフラム３６４ｂは、実施形態の駆動側ダイヤフラム３６４と同様に、分離状態において凸形状である。但し、駆動側ダイヤフラム３６４ｂは、実施形態の駆動側ダイヤフラム３６４よりも、凸形状の突き出しが大きい。これは、最大状態において、凹形状をした液体室側ダイヤフラム２６０ｂを、駆動側ダイヤフラム３６４ｂの形状に沿うように変形させるためである。

変形例２によれば、変形例１と同様に、液体室側ダイヤフラム２６０ｂの裏返りを抑制できる。さらに、液体室側ダイヤフラム２６０ｂの場合、分離状態における突き出しが大きい駆動側ダイヤフラム３６４ｂと組み合わせても、変形が大きくなり過ぎない。つまり、大きなプリロードによって形成された駆動側ダイヤフラム３６４ｂとの相性が良い。

本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。

図１６は、駆動側ダイヤフラムと液体室側ダイヤフラムとの形状の組み合わせを示すテーブルである。２つのダイヤフラムの形状を３つずつに分類すると、組み合わせは９つになる。３つの分類とは、外に凸、平ら、外に凹のことである。

図１６の（ａ）は、両方とも外に凸の組み合わせであり、図１１に示した組み合わせに相当する。同様に、図１６の（ｂ）は図１４に示した組み合わせ、図１６の（ｃ）は図１５に示した組み合わせに相当する。

図１６に示した組み合わせのうち、両方とも平らの組み合わせ（ｅ）以外の何れかであってもよい。或いは、少なくとも何れか一方が外に凸の組み合わせ（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｇ）の何れかであってもよい。

液体室側ダイヤフラムは、金属製でなくてもよい。例えば、シリコーン等の樹脂製でもよい。
駆動側ダイヤフラムは、金属製でなくてもよい。例えば、シリコーン等の樹脂製でもよい。
液体室側ダイヤフラムは、駆動側ダイヤフラムと同じ厚さでもよいし、駆動側ダイヤフラムよりも厚くてもよい。

ピストンは、円柱形状でもよい。つまり、ピストンは、単一の径による円柱として形成されてもよい。
ピストンは、無くてもよい。この場合、駆動側ダイヤフラムのみで可動板が構成されることになる。

ノズルユニットとアクチュエーターユニットとが一体に構成されていてもよい。このように一体となって構成されたものを、アクチュエーターユニットと捉えてもよいし、ハンドピースと捉えてもよい。

ノズルユニットは、滅菌処理することで、複数回使用してもよい。
噴射する液体は、純水でもよいし薬液でもよい。
液体噴射装置は、医療機器以外に利用されてもよい。
例えば、液体噴射装置は、噴射した液体によって汚れを除去する洗浄装置に利用されてもよいし、噴射した液体によって線などを描く描画装置に利用されてもよい。

実施形態においてはアクチュエーターとして圧電素子を用いる構成を採用したが、光メーザーを用いて液体を噴射する構成や、ポンプ等により液体を加圧し、液体を噴射する構成を採用してもよい。光メーザーを用いて液体を噴射する構成とは、光メーザーを液体に照射して液体中に気泡を発生させ、この気泡の発生によって引き起こされる液体の圧力上昇を利用する構成である。

実施形態においては間欠的に液体を噴射する構成を採用したが、連続的に液体を噴射する機能を備えた構成を採用してもよい。例えば、間欠的な噴射と連続的な噴射とを使い分けることができる構成でもよい。実施形態のハードウエア構成を利用して連続的な噴射を実施するために、アクチュエーターの駆動を停止または低下させた状態でチューブポンプのみを駆動させてもよい。この構成の場合、間欠的な噴射を切除のために実施し、連続的な噴射を洗浄のために実施してもよい。
或いは、連続的な噴射のみが実施できる構成でもよい。この構成の場合、連続的な噴射によって切除を実施してもよい。

２０…液体噴射装置
３０…制御部
３１…アクチュエーター用ケーブル
３２…ポンプ用ケーブル
３５…フットスイッチ
４０…吸引装置
４１…吸引チューブ
５０…液体供給装置
５１…給水バッグ
５２…スパイク針
５３ａ…第１コネクター
５３ｂ…第２コネクター
５３ｃ…第３コネクター
５３ｄ…第４コネクター
５３ｅ…第５コネクター
５４ａ…第１給水チューブ
５４ｂ…第２給水チューブ
５４ｃ…第３給水チューブ
５４ｄ…第４給水チューブ
５５…ポンプチューブ
５６…閉塞検出機構
５７…フィルター
６０…チューブポンプ
１００…ハンドピース
２００…ノズルユニット
２０５…噴射管
２０７…ノズル
２１０…ハンドピースケース
２１１…凹部
２３０…吸引流路部
２４０…液体室
２４１…入口流路
２４４…窪み
２５０…ジョイント部
２５３…雌ネジ部
２５５…逃がし部
２６０…液体室側ダイヤフラム
３００…アクチュエーターユニット
３１０…連結部
３１１…第１ケース
３１２…第２ケース
３１３…第３ケース
３１４…保持部材
３１５…金属板
３１６…第１ネジ
３１７…第２ネジ
３１８…第３ネジ
３５０…駆動部
３５０ａ…駆動部
３５１…ハウジング
３５１ａ…雄ネジ部
３５３…固定部材
３６０…圧電素子
３６１…可動板
３６２…ピストン
３６４…駆動側ダイヤフラム
３７０…硬質材入り接着剤
３７１…接着剤
３７２…硬質材
４００…吸引管
４１０…凸部
４６０…合成ダイヤフラム
５００…吸引力調整機構
５２２…孔

Claims (14)

1. 圧電素子の伸縮に伴って変形する駆動側ダイヤフラムを備える液体噴射装置用アクチュエーターユニットに対して装着される液体噴射装置用ノズルユニットであって、
   前記液体噴射装置用アクチュエーターユニットに装着された場合に、前記駆動側ダイヤフラムと接触する液体室側ダイヤフラムと、
   前記液体室側ダイヤフラムによって一部が区画され、室内容積が変動可能な液体室と、
   前記液体室から液体を噴射するための噴射管とを備え、
   前記液体室側ダイヤフラムは、湾曲している
   液体噴射装置用ノズルユニット。
2. 前記液体室側ダイヤフラムは、前記液体室の外側に凸の形状をしている
   請求項１に記載の液体噴射装置用ノズルユニット。
3. 前記液体室側ダイヤフラムは、前記液体室の外側に凹の形状をしている
   請求項１に記載の液体噴射装置用ノズルユニット。
4. 前記駆動側ダイヤフラムは、前記圧電素子と反対側に凸の形状をしている
   請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の液体噴射装置用ノズルユニット。
5. 前記液体室側ダイヤフラムは、金属製である
   請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の液体噴射装置用ノズルユニット。
6. 前記液体室側ダイヤフラムは、前記駆動側ダイヤフラムよりも薄い
   請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の液体噴射装置用ノズルユニット。
7. 液体室側ダイヤフラムによって一部が区画され、室内容積が変動可能な液体室と、前記液体室から液体を噴射するための噴射管とを備える液体噴射装置用ノズルユニットに対して装着される液体噴射装置用アクチュエーターユニットであって、
   前記液体噴射装置用ノズルユニットに装着された場合に、前記液体室側ダイヤフラムと接触する駆動側ダイヤフラムと、
   前記駆動側ダイヤフラムを変形させる圧電素子とを備え、
   前記駆動側ダイヤフラムは、前記圧電素子と反対側に凸の形状をしている
   液体噴射装置用アクチュエーターユニット。
8. 前記液体室側ダイヤフラムは、湾曲している
   請求項７に記載の液体噴射装置用アクチュエーターユニット。
9. 前記液体室側ダイヤフラムは、前記液体室の外側に凸の形状をしている
   請求項８に記載の液体噴射装置用アクチュエーターユニット。
10. 前記液体室側ダイヤフラムは、前記液体室の外側に凹の形状をしている
    請求項８に記載の液体噴射装置用アクチュエーターユニット。
11. 前記駆動側ダイヤフラムは、金属製である
    請求項７から請求項１０までの何れか一項に記載の液体噴射装置用アクチュエーターユニット。
12. 前記駆動側ダイヤフラムは、前記液体室側ダイヤフラムよりも厚い
    請求項７から請求項１１までの何れか一項に記載の液体噴射装置用アクチュエーターユニット。
13. 前記圧電素子は、プリロードされている
    請求項７から請求項１２までの何れか一項に記載の液体噴射装置用アクチュエーターユニット。
14. 液体噴射装置用ノズルユニットと、前記液体噴射装置用ノズルユニットに装着可能な液体噴射装置用アクチュエーターユニットとを備える液体噴射装置用ハンドピースであって、
    前記液体噴射装置用ノズルユニットは、
    液体室側ダイヤフラムによって一部が区画され、室内容積が変動可能な液体室と、
    前記液体室から液体を噴射するための噴射管とを備え、
    前記液体噴射装置用アクチュエーターユニットは、
    前記液体噴射装置用アクチュエーターユニットに装着された場合に、前記液体室側ダイヤフラムと接触する駆動側ダイヤフラムと、
    前記駆動側ダイヤフラムを変形させる圧電素子とを備え、
    前記液体噴射装置用ノズルユニットと前記液体噴射装置用アクチュエーターユニットとが分離した状態において、前記液体室側ダイヤフラムが前記液体室の外側に凸の形状をしていることと、前記駆動側ダイヤフラムが前記圧電素子と反対側に凸の形状をしていることとの少なくとも一方が満たされる
    液体噴射装置用ハンドピース。

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