JP2017057991A - 液体噴射制御装置、液体噴射システム及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削態様を変更可能なパルス液体ジェットの噴射制御技術を提供すること。
【解決手段】圧電素子に印加する駆動電圧波形を制御することでパルス液体ジェットの噴射を制御する液体噴射制御装置は、前記駆動電圧波形の立ち上がり部分における変曲点の位置を設定するための指標値の入力を受け付ける第１の操作部と、前記指標値に応じて前記駆動電圧波形の立ち上がり部分の変曲点の位置を設定することで前記駆動電圧波形を変更制御する制御部と、を備える。
【選択図】図３５

Description

本発明は、圧電素子に印加する駆動電圧波形を制御することでパルス液体ジェットの噴射を制御する制御装置等に関する。

液体をパルス状に噴射して切削対象物を切削する技術が知られている。パルス状の液体の噴射は、ノズルから脈動的に噴射される液体のジェット流であり、本明細書では適宜「パルス液体ジェット（Pulsed Liquid Jet）」と称する。

パルス液体ジェットの用途は様々であるが、例えば、特許文献１には、医療分野における外科手術用として利用する技術が提案されている。この場合には、切削対象物は、生体組織となり、液体は生理食塩水となる。

パルス液体ジェットを生成する機構の１つに、圧電素子を用いた機構が知られている。パルス波状の駆動電圧を圧電素子に加えることで、圧電素子が作動流体（流体）内に瞬間的な圧力を発生させて液体をパルス状に噴射する機構である。そのため、パルス液体ジェットの強さを変更する場合には、圧電素子に印加する駆動電圧を制御することとなる。特許文献２や特許文献３には、圧電素子に印加する駆動電圧の特性値、例えば、駆動電圧波形の振幅や周波数を変更する技術が開示されている。

特開２００５−１５２１２７号公報 特開２００９−３９３８４号公報 特開２０１１−３６５３３号公報

駆動電圧を変更することで１回分のパルス液体ジェットに係る切削深さや切削体積を変えることができる。しかし、パルス液体ジェットを使用して切削する際の利便性や使い勝手を考慮すると、単に切削深さや切削体積が変わるだけで、あらゆる切削用途に対応できて万能である、とは言い難い。例えば、「狭く深く」切削したいという要求や、「広く浅く」切削したいという要求といった切削時の態様（以下適宜「切削態様」という）を変えたいという要求もある。

本発明は上述した課題に鑑みて考案されたものであり、その目的とするところは、切削態様を変更可能なパルス液体ジェットの噴射制御技術を提供することである。

以上の課題を解決するための第１の発明は、圧電素子に印加する駆動電圧波形を制御することでパルス液体ジェットの噴射を制御する液体噴射制御装置であって、前記駆動電圧波形の立ち上がり部分における変曲点の位置を設定するための指標値の入力を受け付ける第１の操作部と、前記指標値に応じて前記駆動電圧波形の立ち上がり部分の変曲点の位置を設定することで前記駆動電圧波形を変更制御する制御部と、を備える液体噴射制御装置である。

詳細は後述するが、駆動電圧波形の立ち上がり部分がパルス液体ジェットの作用に大きな影響を及ぼし、立ち上がり部分の変曲点の位置が変わることで切削態様が変わることが分かった。第１の発明によれば、駆動電圧波形の立ち上がり部分の変曲点位置を、ユーザーの指標値の入力に応じて変更可能となるため、ユーザーが所望する切削態様に変更可能となる。

より具体的な構成として、第２の発明として、前記制御部が、前記立ち上がり部分のうち、立ち上がり開始点と最大電圧とを結ぶ線分に沿って前記変曲点を移動させることで、前記指標値に応じた前記変曲点の位置の設定を行う、第１の発明の液体噴射制御装置を構成することとしてもよい。

第３の発明は、前記パルス液体ジェットの運動量又は運動エネルギーの指示値の入力を受け付ける第２の操作部を更に備え、前記制御部は、前記指標値に応じて前記変曲点の位置を設定するとともに、前記指示値となるように前記駆動電圧波形を変更制御する、第１又は第２の発明の液体噴射制御装置である。

第３の発明によれば、入力された指標値に応じて駆動電圧波形の立ち上がり部分の変曲点の位置が変更されるが、パルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーが、入力された指示値となるように駆動電圧波形が制御される。後述するように、切削体積はパルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーと相関が高い。そのため、パルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーを直接指示することで、ユーザーの意図や操作感覚に見合った切削体積を実現することができ、切削態様の変更と併せて、使い勝手を一層向上させることができる。

第４の発明は、前記制御部が、前記指示値となるように前記駆動電圧波形の振幅を制御する、第３の発明の液体噴射制御装置である。

第４の発明によれば、パルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーが、入力された指示値となるように圧電素子に印加する駆動電圧波形の振幅を制御することができる。

第５の発明は、前記制御部が、前記指示値となるように前記駆動電圧波形の立ち上がりに係る時間、立ち上がり周波数、及び繰り返し周波数のうちの何れかを制御する、第３又は第４の発明の液体噴射制御装置である。

第５の発明によれば、パルス液体ジェットに係る運動量又は運動エネルギーが、入力された指示値となるように、圧電素子に印加する駆動電圧波形の立ち上がりに係る時間、立ち上がり周波数、及び繰り返し周波数のうちの何れかを制御することができる。

第６の発明は、運動量が２ｎＮｓ（ナノニュートン秒）以上２ｍＮｓ（ミリニュートン秒）以下、又は運動エネルギーが２ｎＪ（ナノジュール）以上２００ｍＪ（ミリジュール）以下の前記パルス液体ジェットの噴射制御を行う、第１〜第５の何れかの発明の液体噴射制御装置である。

第６の発明によれば、運動量が２ｎＮｓ以上２ｍＮｓ以下、又は運動エネルギーが２ｎＪ以上２００ｍＪ以下の範囲でパルス液体ジェットの噴射を制御することができる。よって、例えば、生体組織や食品、ゲル材料、ゴムやプラスチックなどの樹脂材料などの柔軟素材を切削するのに好適である。

第７の発明は、生体組織を切削するための前記パルス液体ジェットの噴射制御を行う、第１〜第６の何れかの発明の液体噴射制御装置である。

第７の発明によれば、例えば、外科手術用途に好適なパルス液体ジェットの強さを制御することができる。

第８の発明は、第１〜第７の何れか一項に記載の液体噴射制御装置と、前記パルス液体ジェットを噴射する液体噴射装置と、前記液体噴射装置に送液する送液ポンプとを具備した液体噴射システムである。

第８の発明によれば、第１〜第７の発明の作用効果を奏する液体噴射システムを実現することができる。

第９の発明は、圧電素子に印加する駆動電圧波形を制御することでパルス液体ジェットの噴射を制御する制御方法であって、前記駆動電圧波形の立ち上がり部分における変曲点
の位置を設定するための指標値の入力を受け付けることと、前記指標値に応じて前記駆動電圧波形の立ち上がり部分の変曲点の位置を設定することで前記駆動電圧波形を変更制御することと、を含む制御方法である。

第９の発明によれば、第１の発明と同様の作用効果を得ることができる。

液体噴射システムの全体構成例を示す図。 液体噴射装置の内部構造を示す図。 圧電素子の１周期分の駆動電圧波形及び液体噴射開口部における液体の流速波形を示す図。 図３より主ジェットの流速波形を抜き出した図。 主ジェットの流速波形から求めた質量流束を示す図。 主ジェットの流速波形から求めた運動量流束を示す図。 主ジェットの流速波形から求めたエネルギー流束を示す図。 シミュレーションにて主ジェットの流速波形として与えた正弦波を示す図。 シミュレーションにて主ジェットの流速波形として与えた矩形波を示す図。 シミュレーションにて主ジェットの流速波形として与えた三角波を示す図。 切削対象物の切削深さに対する、最大質量流束の関係のシミュレーション結果をプロットした図。 切削対象物の切削深さに対する、最大運動量流束の関係のシミュレーション結果をプロットした図。 切削対象物の切削深さに対する、最大エネルギー流束の関係のシミュレーション結果をプロットした図。 切削対象物の切削深さに対する流出質量の関係のシミュレーション結果をプロットした図。 切削対象物の切削深さに対する運動量の関係のシミュレーション結果をプロット。 切削対象物の切削深さに対するエネルギー）の関係のシミュレーション結果をプロットした図。 削対象物の切削体積に対する最大質量流束の関係のシミュレーション結果をプロットした。 切削対象物の切削体積に対する最大運動量流束の関係のシミュレーション結果をプロットした図。 切削対象物の切削体積に対する最大エネルギー流束の関係のシミュレーション結果をプロットした図。 切削対象物の切削体積に対する、流出質量の関係のシミュレーション結果をプロットした図。 切削対象物の切削体積に対する運動量の関係のシミュレーション結果をプロットした図。 切削対象物の切削体積に対するエネルギーの関係のシミュレーション結果をプロットした図。 電圧振幅と繰り返し周期を固定し、立ち上がり時間を段階的に変化させた駆動電圧波形の一例を示す図である。 図２３の各駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図。 繰り返し周期と立ち上がり時間を固定し、電圧振幅を段階的に変化させた駆動電圧波形の一例を示す図である。 図２５の各駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図。 電圧振幅と立ち上がり時間を固定し、繰り返し周期を段階的に変化させた駆動電圧波形の一例を示す図である。 図２７の各駆動電圧波形を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図。 繰り返し周波数を固定した場合の、電圧振幅と立ち上がり周波数とエネルギーとの関係を示す図。 流速波形が三角波となる駆動電圧波形の電圧振幅を固定として、流速立ち上がり時間比を変更した場合の切削深さと切削体積とのシミュレーション結果のグラフ。 流速波形が三角波となる駆動電圧波形の電圧振幅を固定として、流速立ち上がり時間比を変更した場合の切削深さと切削面積とのシミュレーション結果のグラフ。 流速波形が二乗正弦波となる駆動電圧波形の電圧振幅を固定として、流速立ち上がり時間比を変更した場合の切削深さと切削体積とのシミュレーション結果のグラフ。 流速波形が二乗正弦波となる駆動電圧波形の電圧振幅を固定として、流速立ち上がり時間比を変更した場合の切削深さと切削面積とのシミュレーション結果のグラフ。 基本駆動電圧波形の立ち上がり部分を拡大した図。 第１実施形態における液体噴射制御装置の操作パネルの構成例を示す図。 第１実施形態における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 第１実施形態におけるパラメーターテーブルのデータ構成例を示す図。 第１実施形態の制御部が行う処理の流れを示すフローチャート。 第２実施形態における液体噴射制御装置の操作パネルの構成例を示す図。 第２実施形態における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 第２実施形態におけるパラメーターテーブルのデータ構成例を示す図。 第２実施形態の制御部が行う処理の流れを示すフローチャート。 第３実施形態における液体噴射制御装置の操作パネルの構成例を示す図。 第３実施形態における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 第３実施形態におけるパラメーターテーブルのデータ構成例を示す図。 第３実施形態の制御部が行う処理の流れを示すフローチャート。 第４実施形態における液体噴射制御装置の操作パネルの構成例を示す図。 第４実施形態における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 第４実施形態におけるパラメーターテーブルのデータ構成例を示す図。 第４実施形態における変動率テーブルのデータ構成例を示す図。 第４実施形態の制御部が行う処理の流れを示すフローチャート。 繰り返し周波数を固定した場合の、電圧振幅と立ち上がり周波数と運動量との関係を示す図。 第５実施形態における液体噴射制御装置の操作パネルの構成例を示す図。 第５実施形態における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 第５実施形態におけるパラメーターテーブルのデータ構成例を示す図。 第５実施形態の制御部が行う処理の流れを示すフローチャート。 第６実施形態における液体噴射制御装置の操作パネルの構成例を示す図。 第６実施形態における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 第６実施形態におけるパラメーターテーブルのデータ構成例を示す図。 第６実施形態の制御部が行う処理の流れを示すフローチャート。 第７実施形態における液体噴射制御装置の操作パネルの構成例を示す図。 第７実施形態における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 第７実施形態におけるパラメーターテーブルのデータ構成例を示す図。 第７実施形態の制御部が行う処理の流れを示すフローチャート。 第８実施形態における液体噴射制御装置の操作パネルの構成例を示す図。 第８実施形態における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図。 第８実施形態におけるパラメーターテーブルのデータ構成例を示す図。 第８実施形態における変動率テーブルのデータ構成例を示す図。 第８実施形態の制御部が行う処理の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の液体噴射制御装置、液体噴射装置及び制御方法の実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付す。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態における液体噴射システム１の全体構成例を示す図である。
液体噴射システム１は、柔軟素材、例えば、生体組織を切削対象物とした外科手術用、食品を切削対象物とした食品加工用、ゲル材料の加工用、ゴムやプラスチックといった樹脂材料の切削加工用等の用途で用いられるものであり、運動量が２［ｎＮｓ（ナノニュートン秒）］以上２［ｍＮｓ（ミリニュートン秒）］以下、又は、運動エネルギーが２［ｎＪ（ナノジュール）］以上２００［ｍＪ（ミリジュール）］以下のパルス液体ジェットを噴射して切削対象物を切削する。以下では、液体噴射システム１を外科手術用の用途で用い、患部（生体組織）の切開、切除、又は破砕（これらを包括して「切削」という）を行う場合を例示する。また、本実施形態における運動量流束および運動量とは、パルス液体ジェットの噴射方向成分のみを考えたスカラー量、すなわち大きさを指すこととして説明する。

液体噴射システム１は、液体を収容する容器１０と、送液ポンプ２０と、切削対象物（本実施形態では生体組織）に向けて液体をパルス状に噴射するための液体噴射装置３０と、液体噴射制御装置７０とを備える。

この液体噴射システム１において、液体噴射制御装置７０は、ユーザーが手術の際に操作する操作パネル８０を備える。操作パネル８０は、運動エネルギーの増減操作等の各種操作を入力するためのものである。また、液体噴射制御装置７０は、ユーザーが足で踏んでパルス液体ジェットの噴射開始及び噴射停止を切り替えるための噴射ペダル８８を備える。

容器１０は、水や生理食塩水、薬液等の液体を収容する。送液ポンプ２０は、容器１０に収容された液体を、接続チューブ９１，９３を介して所定の圧力又は所定の流量で液体噴射装置３０のパルス流発生部４０に供給する。

液体噴射装置３０は、手術に際してユーザーが手に持って操作する「ハンドピース」と呼ばれる部分である。液体噴射装置３０は、送液ポンプ２０から供給される液体に脈動を付与してパルス流を発生させるパルス流発生部４０と、パイプ状の噴射管５０とを備える。液体噴射装置３０は、パルス流発生部４０によって発生されたパルス流を、噴射管５０を通じて先端のノズル６０からパルス液体ジェットとして噴射する。

ここで、パルス流とは、液体の流速や圧力が時間的に大きく且つ急激に変化する液体の脈動的な流れを意味する。同様に、液体をパルス状に噴射するとは、ノズルを通過する液体の流速が時間的に大きく変化する、液体の脈動的な噴射を意味する。本実施形態では、定常流に周期的な脈動を付与することで生じるパルス液体ジェットを噴射する場合を例示するが、液体の噴射と非噴射とを繰り返す間欠的、断続的なパルス液体ジェットの噴射にも本発明は同様に適用できる。

図２は、液体噴射装置３０を液体の噴射方向に沿って切断した切断面を示す図である。なお、部材や部分の縦横の縮尺は、図示の便宜上実際のものとは異なる。
パルス流発生部４０は、第１ケース４１と、第２ケース４２と、第３ケース４３とによって形成された筒状の内部空間に、圧力室４４の容積を変化させるための圧電素子４５及びダイアフラム４６が配設されて構成される。各ケース４１，４２，４３は、互いに対向する面において接合され一体化されている。

ダイアフラム４６は、円盤状の金属薄板であり、その外周部分が第１ケース４１と第２ケース４２との間に挟まれて固定されている。圧電素子４５は、例えば積層型圧電素子であり、ダイアフラム４６と第３ケース４３との間で一端がダイアフラム４６に固定され、他端が第３ケースに固定されている。

圧力室４４は、ダイアフラム４６と、第１ケース４１のダイアフラム４６に対向する面に形成された凹部４１１とによって囲まれた空間である。第１ケース４１には、圧力室４４に各々連通する入口流路４１３と出口流路４１５とが形成されている。出口流路４１５の内径は、入口流路４１３の内径よりも大きく形成されている。入口流路４１３は接続チューブ９３と接続され、送液ポンプ２０から供給される液体を圧力室４４に導入する。出口流路４１５には噴射管５０の一端が接続され、圧力室４４内を流動する液体を噴射管５０に導入する。噴射管５０の他端（先端）には、噴射管５０の内径よりも縮小された内径の液体噴射開口部６１を有するノズル６０が挿着されている。

容器１０に収容された液体は、液体噴射制御装置７０により駆動制御される送液ポンプ２０によって所定の圧力又は所定の流量で接続チューブ９３を介してパルス流発生部４０に供給される。そして、液体噴射制御装置７０から圧電素子４５へ駆動信号が出力されて駆動電圧が印加されると、圧電素子４５が伸長・収縮する（図２の矢印Ａ）。

駆動電圧は所定の繰り返し周波数（例えば数十［Ｈｚ］〜数百［Ｈｚ］）で繰り返し印加されるため、周期毎に圧電素子４５の伸長と収縮が繰り返されることとなる。これにより圧力室４４内を流動する定常流の液体に脈動が付与され、液体噴射開口部６１からパルス液体ジェットが繰り返し噴射される。

具体的には、圧電素子４５は、正の電圧が印加されると伸長し、ダイアフラム４６が圧電素子４５に押されて圧力室４４側に撓む。ダイアフラム４６が圧力室４４側へと撓むと圧力室４４の容積が小さくなり、圧力室４４内の液体は圧力室４４から押し出される。ここで、出口流路４１５の内径は入口流路４１３の内径よりも大きいため、出口流路４１５の流体イナータンス及び流体抵抗は、入口流路４１３の流体抵抗よりも小さい。したがって、圧電素子４５が急激に伸長することで圧力室４４から押し出される液体の大部分は出口流路４１５を通って噴射管５０に導入され、その内径よりも小径の液体噴射開口部６１によりパルス状の液滴、すなわち「パルス液体ジェット」となって高速噴射される。

駆動電圧が電圧振幅の電圧まで上昇した後に緩やかに降下する過程で、圧電素子４５は立ち上がり時間よりも長い時間をかけて収縮し、それに伴ってダイアフラム４６は圧電素子４５に引かれて第３ケース４３側に撓む。一方で、送液ポンプ２０は所定圧力又は所定流量で液体をパルス流発生部４０に供給しているため、ダイアフラム４６が第３ケース４３側に撓んで圧力室４４の容積が大きくなると、入口流路４１３から圧力室４４内に液体が導入・補充され、出口流路４１５を経て噴射管５０に満たされる。そして、次に圧電素子４５が急激に伸長する過程で、液体噴射開口部６１から次のパルス液体ジェットが噴射される。

なお、圧電素子４５の伸縮動作を行わない場合でも、送液ポンプ２０が可動している場合、液体は入口流路４１３から圧力室４４へ進入し、出口流路４１５を経て噴射管５０を通じ液体噴射開口部６１から流出する。この流出は定速かつ低速の液流であるため定常流とみなすことができる。

図３は、圧電素子４５に印加される１周期分の駆動信号の駆動電圧波形Ｌ１と、液体噴射開口部６１における液体の流速波形Ｌ３との例を示す図である。
駆動電圧波形Ｌ１の繰り返し周期Ｔ_ｐは、駆動電圧波形Ｌ１の１周期分の時間であり、その逆数が繰り返し周波数Ｆ_ｐとなる。繰り返し周期Ｔ_ｐは１〜１００［ｍｓ（ミリ秒）］程度とされる。

駆動電圧波形Ｌ１の立ち上がり時間Ｔ_ｐｒは、駆動電圧波形Ｌ１が最大電圧まで立ち上がるのに要する時間であり、その逆数が立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒとなる。立ち上がり時間Ｔ_ｐｒは１０〜１０００［μｓ（マイクロ秒）］程度とされる。

繰り返し周期Ｔ_ｐは立ち上がり時間Ｔ_ｐｒよりも長い時間として設定され、繰り返し周波数Ｆ_ｐは立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒよりも低い周波数として設定される。立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ及び立ち上がり時間Ｔ_ｐｒは、ともに駆動電圧波形Ｌ１の立ち上がりに係る立ち上がり指標値の１つである。

パルス液体ジェットは、駆動電圧波形Ｌ１が電圧振幅Ｖ_ｍを迎えた後に複数の液塊を含み得る。そのうち、注目すべきなのは、駆動電圧の立ち上がり直後に発生する最も高いピークの流速波形（先頭波のジェット）である。この波形の拡大図を図４に示す。その他の低いピークは、圧電素子４５の伸長時に圧力室４４内に生じた圧力変動の波が噴射管５０内を反射往復することで付随的に噴射されるジェットに起因するものであるが、切削対象物の破壊状態すなわち切削対象物の切削深さや切削体積を決定付けるのは、流速が最も大きい先頭波のジェット（主ジェット）である。

図４は、主ジェットの流速波形を抜き出した図である。
主ジェット３の継続時間Ｔは、流速波形Ｌ３が定常流の流速Ｕ_ＢＧよりも増加してピークに達した後、元の流速Ｕ_ＢＧに戻るまでの時間である。継続時間Ｔは、流速がピークを迎えるまでに要する流速立ち上がり時間Ｔ_ｒと、流速がピークから元に戻るまでに要する流速立ち下がり時間Ｔ_ｆとの和となる。

［原理］
次に、パルス液体ジェットによる切削態様を、切削体積をできるだけ変えずに「狭く深く」から「広く浅く」まで調整可能にするための原理について説明する。
先ず「切削体積をできるだけ変えずに」の前提部分を実現するための原理について説明する。

パルス液体ジェットを特徴付けるのは、パルス１個分のジェットの液体噴射開口部６１における流速波形Ｌ３であるが、切削対象物の破壊状態、すなわち切削深さや切削体積、切削面積を決定付けるのは、流速が最も大きい主ジェット３である。

そこで、主ジェット３の流速波形Ｌ３（図４参照）に着目し、この主ジェット３の流速波形Ｌ３によって定まるいくつかのパラメーターと、切削深さ及び切削体積との相関を検討した。

具体的には、液体噴射開口部６１における主ジェットの流速波形Ｌ３に基づいて、液体噴射開口部６１を通過する主ジェットの質量流束［ｋｇ／ｓ］、運動量流束［Ｎ］、及びエネルギー流束［Ｗ］について検討した。なお、質量流束は、液体噴射開口部６１を通過する液体の単位時間当たりの質量［ｋｇ／ｓ］である。運動量流束は、液体噴射開口部６１を通過する液体の単位時間当たりの運動量［Ｎ］である。エネルギー流束は、液体噴射開口部６１を通過する液体の単位時間当たりのエネルギー［Ｗ］である。エネルギーとは運動エネルギーのことを指し、以下「エネルギー」と略称する。

液体噴射開口部６１では液体が自由空間に解放されるため、圧力を「０」とみなすことができる。また、液体のジェット噴射方向に直交する方向（液体噴射開口部６１の径方向）の速度についても「０」とみなすことができる。液体噴射開口部６１の径方向において液体の速度分布がないと仮定すると、液体噴射開口部６１を通過する質量流束Ｊｍ［ｋｇ／ｓ］、運動量流束Ｊｐ［Ｎ］、及びエネルギー流束Ｊｅ［Ｗ］は、次式（１），（２），（３）で求めることができる。Ｓ［ｍ^２］はノズル断面積を表し、ρ［ｋｇ／ｍ^３］は作動流体密度を表す。
ＪＭ＝Ｓ・ρ・ｖ …（１）
Ｊｐ＝Ｓ・ρ・ｖ^２ …（２）
Ｊｅ＝１／２・ρ・Ｓ・ｖ^３ …（３）

図５〜図７は、それぞれ主ジェット３の流速波形Ｌ３から求めた質量流束Ｊｍ、運動量流束Ｊｐ、及びエネルギー流束Ｊｅを示すグラフである。これら質量流束Ｊｍ、運動量流束Ｊｐ、及びエネルギー流束Ｊｅのそれぞれを主ジェットの流速波形の立ち上がり開始から立ち下がり開始までの時間（継続時間Ｔ）内で積分すれば、主ジェット３として液体噴射開口部６１から噴射される液体の質量、運動量、及びエネルギーを求めることができる。

上記した要領で算出した質量流束Ｊｍ、運動量流束Ｊｐ、エネルギー流束Ｊｅ、質量、運動量、及びエネルギーの各値は、１個分の主ジェット３による切削深さ及び切削体積を決定付け得ると考えられる。ただし、何れも定常流分を含んだ物理量であり、重要なのは、定常流の寄与分を差し引いた値である。

そこで、図５の質量流束Ｊｍに関し、質量流束Ｊｍのピーク値（最大値）から定常流の質量流束Ｊｍ＿ＢＧ［ｋｇ／ｓ］を減算した最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ［ｋｇ／ｓ］と、主ジェットとして液体噴射開口部６１から流出する液体の質量から定常流分を除いた流出質量Ｍ［ｋｇ］（図５中のハッチング部分）の２つのパラメーターを定義する。流出質量Ｍは、次式（４）で表される。

図６の運動量流束Ｊｐに関しては、運動量流束Ｊｐのピーク値（最大値）から定常流の運動量流束Ｊｐ＿ＢＧ［Ｎ］を減算した最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ［Ｎ］と、主ジェットとして液体噴射開口部６１から流出する液体の運動量から定常流分を除いた運動量Ｐ［Ｎｓ］（図６中のハッチング部分）の２つのパラメーターを定義する。運動量Ｐは、次式（５）で表される。

図７のエネルギー流束Ｊｅに関しては、エネルギー流束Ｊｅのピーク値（最大値）から定常流のエネルギー流束Ｊｅ＿ＢＧ［Ｗ］を減算した最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ［Ｗ］と、主ジェットとして液体噴射開口部６１から流出する液体のエネルギーから定常流分を除いたエネルギーＥ［Ｊ］（図７中のハッチング部分）の２つのパラメーターを定義する。エネルギーＥは、次式（６）で表される。

ただし、上記式（４），（５），（６）における積分区間は、各流束波形において主ジェット３の立ち上がりから立ち下がりまでの時間（継続時間Ｔ）である。

そして、数値シミュレーションを利用して、最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ、流出質量Ｍ、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ、運動量Ｐ、最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ、及びエネルギーＥの６つのパラメーターが、それぞれ切削深さ及び切削体積とどの程度相関するのかを検討した。

ここで、パルス液体ジェットは流体であり、切削対象物は柔軟な弾性体である。したがって、パルス液体ジェットによる切削対象物の破壊挙動のシミュレーションを行うためには、柔軟弾性体側に適切な破壊閾値を設定した上で、いわゆる流体と構造体（ここでは柔軟弾性体）との連成解析（流体・構造連成解析（ＦＳＩ））を行わなければならない。シミュレーションの計算手法としては、例えば、有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）を用いた手法や、ＳＰＨ（Smoothed Particle Hydrodynamics）等に代表される粒子法を用いた手法、有限要素法と粒子法とを組み合わせた手法等が挙げられる。適用する手法は特に限定されるものではないため詳述しないが、解析結果の安定性や計算時間等を考慮して最適な手法を選択し、シミュレーションを行った。

シミュレーションに際し、流体密度＝１［ｇ／ｃｍ^３］、液体噴射開口部６１の直径＝０．１５［ｍｍ］、スタンドオフ距離（液体噴射開口部６１から切削対象物表面までの距離）＝０．５［ｍｍ］に設定した。また、切削対象物を表面が平坦な柔軟弾性体と仮定し、その物理モデルとして、密度＝１［ｇ／ｃｍ^３］、ヤング率換算で９［ｋＰａ］程度（せん断弾性率換算で３［ｋＰａ］程度）の弾性率を有するＭｏｏｎｅｙ−Ｒｉｖｌｉｎ超弾性体を用いた。破壊閾値には、偏差相当ひずみ＝０.７を使用した。

主ジェットの流速波形については、様々な主ジェットの流速波形を想定し、正弦波、三角波、及び矩形波の３種類の波形について、振幅（流速の最大値）を１２［ｍ／ｓ］〜７６［ｍ／ｓ］の範囲内、継続時間を６３［μｓ］〜２００［μｓ］の範囲内で３種類変更したものを、合計２７種類用意した。なお、定常流の流速は１［ｍ／ｓ］としている。

図８〜図１０は、それぞれシミュレーションにて主ジェットの流速波形として与えた正弦波、矩形波、三角波を示す図であり、実線で継続時間が６３［μｓ］の場合、一点鎖線で継続時間が１２５［μｓ］の場合、二点鎖線で継続時間が２００［μｓ］の場合を示している。そして、これらの波形を主ジェットの流速波形として与えてパルス液体ジェットを生成し、前記の柔軟弾性体に撃ち込んだときの柔軟弾性体の破壊挙動についてシミュレーションを行い、切削深さや切削体積の検討を行った。

図１１〜図１６は、それぞれ切削対象物の切削深さに対する、最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ（図１１）、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ（図１２）、最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ（図１３）、流出質量Ｍ（図１４）、運動量Ｐ（図１５）、及びエネルギーＥ（図１６）の関係のシミュレーション結果をプロットした図である。

これらの図においては、主ジェットの流速波形として継続時間が６３［μｓ］の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「＊」のプロット、１２５［μｓ］の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「◆」のプロット、２００［μｓ］の正弦波を与えたときのシミュレーション結果を「-」のプロットで示している。
また、主ジェットの流速波形として継続時間が６３［μｓ］の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「＋」のプロット、１２５［μｓ］の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「×」のプロット、２００［μｓ］の三角波を与えたときのシミュレーション結果を「■」のプロットで示している。
また、主ジェットの流速波形として継続時間が６３［μｓ］の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を「●」のプロット、１２５［μｓ］の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を黒色塗りつぶしの三角形のプロット、２００［μｓ］の矩形波を与えたときのシミュレーション結果を「−」のプロットで示している。

図１１〜図１３に示すように、最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ、及び最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘの３つの各パラメーターと切削深さとの関係は、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており、双方の相関は低いことがわかった。とりわけ質量流束は、流速に比例する値であることから、切削深さは主ジェットの最大流速のみからは決まらないことを示唆している。

次に、図１４〜図１６に示す流出質量Ｍ、運動量Ｐ、及びエネルギーＥの３つの各パラメーターと切削深さとの関係をみてみると、流出質量Ｍと切削深さとの関係については、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており相関が低い。これに対し、運動量ＰやエネルギーＥとの関係では、与えた波形の形状によるばらつきは小さく、各プロットが概ね同一曲線上に分布している。運動量ＰとエネルギーＥとでは、運動量Ｐの方がよりばらつきが小さい。したがって、切削深さは運動量ＰやエネルギーＥと相関が高く、特に運動量Ｐと良く相関するといえる。

なお、ここでは液体噴射開口部の直径を０．１５［ｍｍ］、スタンドオフ距離を０．５［ｍｍ］とした場合についてシミュレーションを行っているが、他の液体噴射開口部直径や他のスタンドオフ距離においてもシミュレーションを行い、切削深さが運動量ＰやエネルギーＥと相関が高い、という定性的な傾向は大きく変わらなかったことを確認した。

図１７〜図２２は、それぞれ切削対象物の切削体積に対する、最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ（図１７）、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ（図１８）、最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘ（図１９）、流出質量Ｍ（図２０）、運動量Ｐ（図２１）、エネルギーＥ（図２２）、の関係のシミュレーション結果をプロットした図である。主ジェットの流速波形として与えた波形とプロットの種類との関係は図１１〜図１６と同様である。

図１７〜図１９に示すように、最大質量流束Ｊｍ＿ｍａｘ、最大運動量流束Ｊｐ＿ｍａｘ、及び最大エネルギー流束Ｊｅ＿ｍａｘの３つの各パラメーターと切削体積との関係は、切削深さとの関係ほどではないものの、主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によってばらついており、双方の相関は低いと考えられる。

次に、図２０〜図２２に示す流出質量Ｍ、運動量Ｐ、及びエネルギーＥの３つの各パラメーターと切削体積との関係をみてみると、流出質量Ｍと切削体積との関係については、切削深さと同様に主ジェットの流速波形として与えた波形の形状によって大きくばらついており、相関が低い。一方、運動量ＰやエネルギーＥとの関係では、切削深さと同様に与えた波形の形状によるばらつきは小さく、各プロットが概ね同一直線上に分布している。また、運動量Ｐと比べてエネルギーＥの方がよりばらつきが小さい。したがって、切削体積は運動量ＰやエネルギーＥと相関が高く、特にエネルギーＥと良く相関するといえる。

なお、ここでは液体噴射開口部の直径を０．１５［ｍｍ］、スタンドオフ距離を０．５［ｍｍ］とした場合についてシミュレーションを行っているが、他の液体噴射開口部直径や他のスタンドオフ距離においてもシミュレーションを行い、切削体積が運動量ＰやエネルギーＥと相関が高い、という定性的な傾向は大きく変わらなかったことを確認した。

以上の検討結果に基づき、本実施形態では『切削体積をできるだけ変えずに「狭く深く」から「広く浅く」まで切削態様を調整可能にする』ための一例として、エネルギーＥに着目して駆動電圧波形Ｌ１を制御することで、切削体積をほとんど変えずに切削態様の変更を実現することとする。

そのために、先ず、駆動電圧波形Ｌ１の制御パラメーター（立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ、電圧振幅Ｖ_ｍ、繰り返し周波数Ｆ_ｐ）を変更して主ジェット３の流速波形Ｌ３をシミュレーションにより求めた。シミュレーションは、例えば、液体噴射装置の流路系を、流体（流路）抵抗、流体イナータンス、流体コンプライアンス等に置き換えたモデルに基づく、等価回路法による数値シミュレーションを利用して行うことができる。又は、より精度を求めるならば、有限要素法（ＦＥＭ）や有限体積法（ＦＶＭ）等を用いた流体シミュレーションを利用してもよい。

第１に、電圧振幅Ｖ_ｍ及び繰り返し周波数Ｆ_ｐを固定し、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを段階的に変えた駆動電圧波形Ｌ１を与えて主ジェット３の流速波形Ｌ３をシミュレーションにより求めた。
図２３は、与えた駆動電圧波形Ｌ１の一例を示す図である。各駆動電圧波形Ｌ１は、電圧振幅をＶ２、繰り返し周期Ｔ_ｐをＴ２とし、立ち上がり時間Ｔ_ｐｒをＴ２１〜Ｔ２５まで段階的に長くしたもの、すなわち立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを段階的に低くしたものである。
図２４は、図２３に示した立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒの異なる各駆動電圧波形Ｌ１を与えた場合の主ジェット３の流速波形Ｌ３のシミュレーション結果を示す図である。
これらの図に示すように、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを低く（立ち上がり時間Ｔ_ｐｒでいえば長く）すると、主ジェット３の流速波形Ｌ３は、立ち上がりの開始タイミングは変わらずに立ち上がる間の継続時間Ｔが長くなり、流速振幅（流速の最大値）も小さくなる。

第２に、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ及び繰り返し周波数_Ｆｐを固定し、電圧振幅Ｖ_ｍを段階的に変えた駆動電圧波形Ｌ１を与えて主ジェット３の流速波形Ｌ３をシミュレーションにより求めた。
図２５は、与えた駆動電圧波形Ｌ１の一例を示す図である。各駆動電圧波形Ｌ１は、立ち上がり時間Ｔ_ｐｒをＴ３１、繰り返し周期Ｔ_ｐをＴ３３とし、電圧振幅をＶ３１〜Ｖ３５まで段階的に小さくしたものである。
図２６は、図２５に示した電圧振幅Ｖ_ｍの異なる駆動電圧波形Ｌ１を与えた場合の主ジェットの流速波形のシミュレーション結果を示す図である。
これらの図に示すように、電圧振幅Ｖ_ｍを小さくすると、主ジェットの流速波形Ｌ３は、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを低くしていく図２３，２４の場合と違い、立ち上がる間の継続時間Ｔは維持したまま、流速振幅（流速の最大値）が小さくなる。

第３に、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ及び電圧振幅Ｖ_ｍを固定し、繰り返し周波数Ｆ_ｐを段階的に変えた駆動電圧波形Ｌ１を与えて主ジェット３の流速波形Ｌ３をシミュレーションにより求めた。
図２７は、与えた駆動電圧波形Ｌ１の一例を示す図である。各駆動電圧波形Ｌ１は、立ち上がり時間Ｔ_ｐｒをＴ４、電圧振幅をＶ４とし、駆動電圧が電圧振幅まで上昇した後の立ち下がり形状を時間軸方向に広げることによって繰り返し周期Ｔ_ｐをＴ４１〜Ｔ４５まで段階的に長く（繰り返し周波数Ｆ_ｐを段階的に低く）したものである。
図２８は、図２７に示した繰り返し周波数Ｆ_ｐの異なる駆動電圧波形Ｌ１を与えた場合の主ジェット３の流速波形Ｌ３のシミュレーション結果を示す図である。
これらの図に示すように、繰り返し周波数Ｆ_ｐを低く（繰り返し周期Ｔ_ｐでいえば長く）すると、主ジェット３の流速波形Ｌ３は、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを低くしていく図２３，２４の場合と比べると、程度は小さいものの、継続時間Ｔが長くなる。また、流速振幅（流速の最大値）は維持したままであった。

続いて、得られた主ジェット３の流速波形Ｌ３のそれぞれについてエネルギーＥを求めた。詳細には、図２７〜図２８を参照して説明した要領で繰り返し周波数Ｆ_ｐを変えながら、各々の繰り返し周波数Ｆ_ｐ毎に、図２３〜図２４を参照して説明した要領で電圧振幅Ｖ_ｍを固定し立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを変えた場合のシミュレーションと、図２５〜図２６を参照して説明した要領で立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを固定し電圧振幅Ｖ_ｍを変えた場合のシミュレーションとを行った。そして、各シミュレーションで得られた主ジェット３の流速波形Ｌ３のエネルギーＥを求めた。

図２９は、所定の繰り返し周波数（例えば「Ｆ５１」と表記する）で得られたエネルギーＥと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ及び電圧振幅Ｖ_ｍとの対応関係を示す図であり、縦軸を立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒとし、横軸を電圧振幅Ｖ_ｍとする座標空間にエネルギーＥに関する等高線を描くことにより得られる。各等高線のエネルギーＥ５１，Ｅ５２，…は、左下が低くなっており、右上に向かうほど所定量ずつ大きくなっている。なお、図示しないが、別の繰り返し周波数Ｆ_ｐで得られたエネルギーＥを同様の座標空間にプロットして等高線を描けば、その繰り返し周波数Ｆ_ｐでのエネルギーＥと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ及び電圧振幅Ｖ_ｍとの対応関係に応じた等高線図が得られる。

ここで、注目すべきなのは、各座標軸方向のパラメーターに対して、エネルギーＥは線形的に変化しないことである。
例えば、エネルギーＥと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ及び電圧振幅Ｖ_ｍとの対応関係において、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを固定（例えばｆ５）とし電圧振幅Ｖ_ｍを変更として圧電素子４５の駆動電圧波形Ｌ１を制御する場合を考える。

切削体積をできるだけ変えないようにするためにエネルギーＥの変化量を一定にしようとすると、エネルギーＥ５１〜Ｅ５２間は電圧振幅Ｖ５１〜Ｖ５２間の電圧振幅変化が必要となり、エネルギーＥ５２〜Ｅ５３間は電圧振幅Ｖ５２〜Ｖ５３間の電圧振幅変化が必要となる。しかし、電圧振幅Ｖ５１〜Ｖ５２の電圧振幅間隔と、電圧振幅Ｖ５２〜Ｖ５３の電圧振幅間隔とは異なる。この現象はエネルギーＥが大きくなるに従って顕著に表れる。

したがって、切削体積をできるだけ変えないようにするために、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを固定とし電圧振幅Ｖ_ｍを一定量ずつ変化させる制御を行っても、エネルギーＥが変化する事態が起こり得るといえる。電圧振幅Ｖ_ｍを固定とし、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを一定量ずつ変化させる操作をする場合にも同様のことがいえる。

そこで、本実施形態では、手術中にユーザーが行う操作として、少なくともエネルギーＥの設定操作を受け付けることとし、上記のように繰り返し周波数Ｆ_ｐ毎に得られた等高線図に従い、繰り返し周波数Ｆ_ｐ毎の、エネルギーＥと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ及び電圧振幅Ｖ_ｍとの対応関係を予めテーブルデータとして用意しておく。そして、当該テーブルデータから、ユーザーにより設定操作されたエネルギーＥを実現することのできる各制御パラメーターの値（繰り返し周波数Ｆ_ｐ、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ、電圧振幅Ｖ_ｍ）の組み合わせを決定して圧電素子４５の駆動を制御する。これにより、切削体積をほとんど変えない制御が実現される。

では次に、『切削体積をできるだけ変えずに「狭く深く」から「広く浅く」まで切削態様を調整可能にする』ための駆動電圧波形Ｌ１の制御として、「切削態様を調整可能にする」部分の原理について説明する。

図３０〜図３２は、駆動電圧波形Ｌ１の電圧振幅Ｖ_ｍを固定として、流速立ち上がり時間比を変更した場合の切削態様（削れ具合）を表す３要素（切削深さ・切削体積・切削面積）のシミュレーション結果のグラフである。切削面積は、切削する深さ方向に対する直交面の面積であり、狭く削れるか、広く削れるかの指標である。

パルス液体ジェットは流体であり切削対象物は柔軟な弾性体である。よって、パルス液体ジェットによる切削態様は、パルス液体ジェットによる切削対象物の破壊挙動としてシミュレーションした。なお、シミュレーションの計算手法として本実施形態では、柔軟弾性体側に適切な破壊閾値を設定した上で、流体と構造体（ここでは柔軟弾性体）との連成解析（流体・構造練成解析（ＦＳＩ：Fluid Structure Interaction）を採用したが、例えば有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）を用いた手法や、ＳＰＨ法（Smoothed Particle Hydrodynamic）などに代表される粒子法を用いた手法、有限要素法と粒子法とを組み合わせた手法、などを用いるとしてもよい。

シミュレーションに際しては、液体噴射開口部６１の直径＝０．１５［ｍｍ］、スタンドオフ距離（液体噴射開口部６１から切削対象物表面までの距離）＝１．０［ｍｍ］に設定した。また、切削対象物は、表面が平坦な柔軟弾性体と仮定し、その物理モデルとしてヤング率換算で９［ｋＰａ］程度（剪断弾性率換算３［ｋＰａ］程度）の弾性率を有するＭｏｏｎｅｙ−Ｒｉｖｌｉｎ超弾性体とした。破壊閾値は、偏差相当歪み＝０．７とした。液体の密度及び柔軟弾性体の密度はともに１［ｇ／ｃｍ^３］とした。

ノズル孔出口に強制付与する切削対象物質に撃ち込む主ジェット３の流速波形Ｌ３は、流速の最大振幅を５０[ｍ／ｓ]、継続時間を１２５[μｓ]にそれぞれ固定し、流速立ち上がり時間が６２．５[μｓ]の流速波形を「基準波形」として、様々な時刻において最大流速となるような様々な流速波形Ｌ３を想定した。具体的には、流速波形Ｌ３について最大流速をとるタイミング（＝流速立ち上がり時間Ｔ_ｒ）として１[μｓ]、２５[μｓ]，６２．５[μｓ]、１００[μｓ]，１２４[μｓ]の５水準を想定した。なお、定常流の流速は１［ｍ／ｓ］としている。

流速波形Ｌ３は、式（７）で表される三角波と、式（８）で表される二乗正弦波とを想定した。図３０及び図３１が前者を採用したシミュレーション結果、図３２及び図３３が後者を採用したシミュレーション結果である。

これらの式において、Ｕ_ＢＧは定常流で１［ｍ／ｓ］、ΔＵ_ｍは流速最大振幅で５０［ｍ／ｓ］、Ｔは主ジェット継続時間で１２５［μｓ］である。Ｔ_ｒは流速立ち上がり時間、Ｔ_ｆは流速立ち下がり時間であり、Ｔ_ｒとＴ_ｆとの和が主ジェット３の継続時間Ｔ（Ｔ＝Ｔ_ｒ＋Ｔ_ｆ）である。

そして、留意したい点として、使用している２種類の主ジェット流速波形それぞれについて、流速立ち上がり時間が異なるにもかかわらず、バックグラウンド分（定常流の分）を除いた脈動成分に関する最大質量流束［ｋｇ／ｓ］、最大運動量流束［Ｎｓ／Ｓ＝Ｎ］、最大エネルギー流束［Ｊ／ｓ＝Ｗ］、更に流出質量［ｋｇ］、流出運動量［Ｎｓ］、流出エネルギー［Ｊ］をそれぞれ全く同じとした。

図３０〜図３３のシミュレーション結果から、流速波形の種類によらず、切削深さは「Ｔ_ｒ／Ｔ」が増加するにつれて減少する同じ傾向がある。別の言い方をすると、主ジェット３における流速ピークタイミングが相対的に早い流速波形で主ジェットを噴射するほど「狭く深く」切削できると言える。逆に主ジェットにおける流速ピークタイミングが相対的に遅い流速波形で主ジェットを噴射するほど「広く浅く」切削できると言える。つまり、主ジェット３の運動量ＰやエネルギーＥが同じであっても、「Ｔ_ｒ／Ｔ」を調整することで、「狭く深く」から「広く浅く」まで様々な切削態様での切削を実現できる。

なお、式（７）で表される三角波と、式（８）で表される二乗正弦波以外の流速波形についても同様のシミュレーションを行ったが、こうした傾向は変わらなかった。

次に、流速立ち上がり時間の比「Ｔ_ｒ／Ｔ」を調整する方法、換言すると主ジェット３における流速ピークタイミングを調整する方法について説明する。
実際の使用に当たっては、駆動電圧波形の１周期分の駆動電圧波形Ｌ１（基本駆動電圧波形：図３参照）を１秒間当たり数十回から数百回、すなわち数十［Ｈｚ］から数百［Ｈｚ］の繰り返し周波数Ｆ_ｐで印加することになる。１周期分の駆動電圧波形Ｌ１は、２つの波形部分から構成されているとみなせる。すなわち、電圧「０」から始まり電圧振幅Ｖ_ｍに到達するまでの「立ち上がり部分」と、電圧振幅Ｖ_ｍから緩やかに減少して再び電圧「０」に至る「立ち下がり部分」である。

図３４は、１周期分の駆動電圧波形Ｌ１の立ち上がり部分を拡大した図である。
「立ち上がり部分」を波形曲線の変曲点（図３４の例では、Ｒ＝０．５の位置）に着目して見ると、駆動電圧「０」から下に凸な曲線に沿って増加しながら「変曲点」へ至るまでの過程と、「変曲点」から上に凸な曲線に沿って電圧振幅Ｖ_ｍへ至る過程と、の２つの曲線部分から成り立っていることがわかる。圧電素子４５は、駆動電圧に対してほぼリニアに伸長するので、「変曲点」は主ジェット３の流速波形Ｌ３におけるピークに相当すると言える。よって、変曲点の位置を移動させることで流速立ち上がり時間の比「Ｔ_ｒ／Ｔ」を調整すること、すなわち主ジェット３における流速ピークタイミングを調整することができる。

次に、変曲点を移動させる基本駆動電圧波形（１周期分の駆動電圧波形Ｌ１）の変形方法について述べる。
本実施形態では、変曲点を駆動電圧波形の「立ち上がり開始点（駆動電圧＝０の点）」と、「立ち上がり終了点（駆動電圧＝電圧振幅）」とを結ぶ線分上に沿って移動させる。これにより、主ジェット３の運動量ＰやエネルギーＥを大きく変えることなく「Ｔ_ｒ／Ｔ」、いわば立ち上がり部分の前後比を変える。これにより、対象物質の切削量を変えずに「狭く深く」や「広く浅く」などの多様な切削態様を実現する。

具体的には、基本駆動電圧波形の駆動電圧Ｖ_ｐは次式（９）のように、時刻ｔを変数とし、この時刻ｔの上限を繰り返し周期Ｔ_ｐとする定義域における関数として表すことができる。
Ｖ_ｐ＝Ｖ（ｔ） （０≦ｔ≦Ｔ_ｐ） …（９）

また、立ち上がり時間Ｔ_ｐｒまでの立ち上がり部分における駆動電圧Ｖ_ｐは次式（１０）のように記述できる。
Ｖ_ｐ＝Ｖ（ｔ） （０≦ｔ≦Ｔ_ｐｒ） …（１０）

この立ち上がり部分では、時刻「０」の立ち上がり開始点における基本駆動電圧波形（１周期分の駆動電圧波形Ｌ１）の駆動電圧Ｖ_ｐは「０」であり、時刻Ｔ_ｐｒの立ち上がり終了点における駆動電圧Ｖ_ｐは電圧振幅Ｖ_ｍである。すなわち、次式（１１）が成り立つ。
Ｖ（０）＝０， Ｖ（Ｔ_ｐｒ）＝Ｖ_ｍ …（１１）

ここで、立ち上がり部分は、立ち上がり開始点と立ち上がり終了点とを結ぶ線分と、時刻Ｔ_ｐｒｃで交わる。ここを「交点」と呼ぶ。その時の基本駆動電圧波形（１周期分の駆動電圧波形Ｌ１）の電圧Ｖ_ｃとすると次式（１２）が成立する。
Ｖ（Ｔ_ｐｒｃ）＝Ｖ_ｃ＝（Ｖ_ｍ／Ｔ_ｐｒ）Ｔ_ｐｒｃ …（１２）

そして、立ち上がり部分を次のイ）〜ロ）の考え方に基づいて変形させる。
すなわち、
イ）「交点」より前では「立ち上がり開始点（駆動電圧＝０）」を基点として、電圧軸方向および時間軸方向に等倍に拡大或いは縮小する。
ロ）「交点」より後では「立ち上がり終了点（電圧振幅Ｖ_ｍ）」を基点として、電圧軸方向および時間軸方向に等倍に縮小或いは拡大する。
ハ）「交点」の移動先で、立ち上がり部分と立ち下がり部分とを滑らかに接続する。

具体的には、「交点」を「立ち上がり開始点」及び「立ち上がり終了点」を基点として電圧軸方向および時間軸方向にＭ倍及びＭ’倍するようにそれぞれ変形すると考え、立ち上がり部分上の点（ｔ、Ｖ_ｐ）が点（ｔ^＊、Ｖ_ｐ ^＊）に移動したと考える。すると、次式（１３）〜式（１４）が成立する。
ｔ^＊／ｔ＝Ｖ_ｐ ^＊／Ｖ_ｐ＝Ｍ （０≦ｔ＜Ｔ_ｐｒｃ） …（１３）
（Ｔ_ｐｒ−ｔ^＊）／（Ｔ_ｐｒ−ｔ）＝（Ｖ_ｍ−Ｖ_ｐ ^＊）／（Ｖ_ｍ−Ｖ_ｐ）＝Ｍ’
（Ｔ_ｐｒｃ≦ｔ≦Ｔ_ｐｒ） …（１４）

但し、Ｍ’は次式（１５）で表される。
Ｍ’＝（Ｔ_ｐｒ−ＭＴ_ｐｒｃ）／（Ｔ_ｐｒ−Ｔ_ｐｒｃ）
＝（Ｖ_ｍ−ＭＶ_ｃ）／（Ｖ_ｍ−Ｖ_ｃ） …（１５）

従って、「交点」を移動した後の立ち上がり部分は次式（１６）で表すことができる。

ここで移動後の「交点」の時刻ＭＴ_ｐｒｃの立ち上がり時間Ｔ_ｐｒに対する割合を表す指標として式（１７）を導入する。
Ｒ＝ＭＴ_ｐｒｃ／Ｔ_ｐｒ …（１７）

その結果、「交点」を移動した後の立ち上がり部分は改めて次式（１８）に一般化される。

次に、変形前の基本駆動電圧波形の「交点」が「変曲点」であり、且つ「変曲点」が立ち上がり領域の丁度中央（ｔ＝Ｔ_ｐｒｃ＝Ｔ_ｐｒ／２）にある場合について述べる。
この場合、Ｒは０＜Ｒ＜１の範囲内で変化させることができるので、ユーザーがＲの変更操作入力を可能とする。例えば、Ｒの値をダイヤルスイッチやボタンスイッチにより変更操作できるようにする。変更幅や変更できる段階数は適宜設定可能であるが、例えば、「０．１」「０．３」「０．５」「０．７」「０．９」といった具合に設定できる。Ｒ＝０．５のとき基本駆動波形は変化しないことになる。この場合、変形操作後の立ち上がり部分は、より簡単に次式（１９）で表すことができる。

もし駆動電圧波形の微分波形を三角波とし、流速波形が三角波となるように駆動電圧波形を設定するならば、立ち上がり部分の式（１９）は次式（２０）で表すことができる。

そして、Ｒの値をダイヤルスイッチやボタンスイッチなどでユーザーが設定可能な構成とすると、立ち上がり部分は次式（２１）のように表される。

一方、駆動電圧波形の微分波形をスロースタート且つスローダウン（立ち上がり開始点及び立ち上がり終了点における２階微分係数がゼロ）の二乗正弦波（ｓｉｎ^２（ｘ））とするならば、立ち上がり部分は次式（２２）で表される。

そして、Ｒをダイヤルスイッチやボタンスイッチなどでユーザーが設定可能な構成とすると、立ち上がり部分は次式（２３）のように表される。

ここで、「立ち下がり部分」について述べておく。
立ち下がり部分は、基本駆動電圧（１周期分の駆動電圧波形Ｌ１）が電圧振幅Ｖ_ｍに至った後から緩やかに減少してやがて駆動電圧「０」へと戻る減少過程であり、流速波形に若干の影響は与えるものの、その影響はそれほど大きくない。但し、前後する立ち上がり部分と滑らかに接続されるのが望ましい。すなわち、立ち上がり部分の電圧振幅Ｖ_ｍと立ち下がり部分が滑らかに接続され、そこから立ち上がり時間に比べて十分に長い時間をかけて穏やかに減少して駆動電圧「０」に至り、次の周期の立ち上がり部分と滑らかに接続されればよい。立ち下がり部分の波形は、例えば、一次関数の波形などを適宜設定可能であるが、立ち上がり部分と立ち下がり部分とが滑らかに接続されることが好ましい点を鑑みて、本実施形態では例えば次式（２４）又は式（２５）とする。

［ユーザーインターフェースの説明］
図３５は、本実施形態における液体噴射制御装置７０の操作パネル８０の構成例を示す図である。本実施形態の操作パネル８０は、主電源スイッチ８１と、ポンプスイッチ８２と、ジェット噴射スイッチ８３と、ジェット設定操作部８５と、フラットパネルディスプレイ８６と、を備える。

主電源スイッチ８１は、液体噴射システム１（図１参照）の主電源のＯＮ／ＯＦＦ操作を受け付ける。

ポンプスイッチ８２は、送液ポンプ２０（図１参照）のＯＮ／ＯＦＦ操作を受け付ける。当該スイッチをＯＮにすると、送液ポンプ２０が駆動して液体噴射装置３０へ容器１０から液体が供給される。

ジェット噴射スイッチ８３は、パルス流発生部４０の駆動／停止の操作を受け付け、図１に示した噴射ペダル８８と同様の機能を提供する。ポンプスイッチ８２をＯＮにしただけでは、液体噴射装置３０には定常流が供給されるにすぎずノズル６０からはパルスの無い状態（定常流の状体）で液体が流出するだけである。しかし、ジェット噴射スイッチ８３をＯＮにすると、パルス流発生部４０の圧電素子４５（図２参照）にジェット設定操作部８５における設定操作入力に応じた駆動電圧が印加されるようになり、ノズル６０からはパルス液体ジェットが噴射されるようになる。

ジェット設定操作部８５は、パルス液体ジェットをユーザーが希望する状態に調節するための各種設定操作を受け付ける。本実施形態のジェット設定操作部８５は、エネルギーダイヤル８５１と、切削タイプダイヤル８５８と、を含む。

エネルギーダイヤル８５１は、主ジェット３のエネルギーＥの設定値の入力、つまりは主ジェット３の強弱の設定を受け付ける操作部である。例えば「１」〜「５」の目盛りが付けられた５段階のダイヤル位置が選択可能に構成されている。各ダイヤル位置には、例えば、対応する目盛りの数値に比例して一定量ずつ大きくなるように予めエネルギー指示値が割り当てられている。ユーザーは、エネルギーダイヤル８５１の指示位置を切り替えることによって、主ジェット３の強弱を操作することができる。なお、ダイヤル位置の段階数は５段階に限定されるものではなく、「大」「中」「小」の３段階としたり、無段階の調整を可能とする等、適宜設定してよい。

切削タイプダイヤル８５８は、「狭く深く」や「広く浅く」といった切削態様（削り具合）の設定を受け付ける操作部である。具体的には、切削タイプダイヤル８５８には、Ｒの値（図３４参照）である「０．１」「０．３」「０．５」「０．７」「０．９」の各ダイヤル位置が設定されている。すなわち、切削タイプダイヤル８５８は、駆動電圧波形における立ち上がり部分の変曲点位置の設定操作を受け付ける操作部であり、パルス液体ジェットの主ジェットにおける流速ピークタイミングを設定するための指標値の入力を受け付ける操作部として機能する。

フラットパネルディスプレイ８６は、パルス液体ジェットに係る各種情報を表示する。表示内容は適宜設定可能であるが、本実施形態では主ジェットエネルギー表示部８６１と、繰り返し周波数表示部８６２と、パワー表示部８６３とを含む。

主ジェットエネルギー表示部８６１は、パルス１個分の主ジェットのエネルギーＥ［μＪ］を表示する。
繰り返し周波数表示部８６２は、繰り返し周波数Ｆ_ｐ、すなわち基本駆動電圧波形（１周期分の駆動電圧波形Ｌ１）の繰り返し周波数［Ｈｚ］を表示する。
パワー表示部８６３は、主ジェットエネルギー表示部８６１で表示されるエネルギー値に繰り返し周波数表示部８６２で表示される周波数を乗じた単位時間当たりのエネルギー、すなわちパワー［ｍＷ］を表示する。

なお、これら各表示部の表示形態は適宜設定可能である。図３５では数値（図中では「Ｘ」で代用）によるデジタル表示を例示しているが、メーター表示でもよいし、パルス液体ジェットの噴射開始からの増減操作に伴うエネルギーＥや繰り返し周波数等の変化をグラフで表示するとしてもよい。

［機能構成の説明］
図３６は、本実施形態における液体噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図である。本実施形態の液体噴射制御装置７０は、操作入力部１００と、表示部３００と、制御部２００と、記憶部５００とを備える。

操作入力部１００は、ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ、ペダルスイッチ等の各種スイッチ、タッチパネル、トラックパッド、マウス等の入力装置によって実現されるものであり、操作入力に応じた操作信号を制御部２００に出力する。本実施形態では、図１の噴射ペダル８８、図３５の主電源スイッチ８１やポンプスイッチ８２、ジェット噴射スイッチ８３、ジェット設定操作部８５のエネルギーダイヤル８５１及び切削タイプダイヤル８５８が該当する。

制御部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のマイクロプロセッサー、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の制御装置及び演算装置によって実現され、液体噴射システム１の各部を統括的に制御する。そして、本実施形態の制御部２００は、圧電素子制御部２１０と、ポンプ制御部２３０と、表示制御部２４０とを備える。なお、制御部２００を構成する各部は、専用のモジュール回路等のハードウェアで構成することとしてもよい。

圧電素子制御部２１０は、圧電素子４５の駆動を制御する。具体的には、前述の式（１８）好ましくは式（１９）（具体例としては式（２１）又は式（２３）など）に基づいて駆動電圧波形を生成する。そして、本実施形態の圧電素子制御部２１０は、エネルギー変更制御部２１２と、切削態様変更制御部２１４と、を含む。

エネルギー変更制御部２１２は、ユーザーによるエネルギー設定操作に応じて１パルスの主ジェット３のエネルギーＥを変更させる。本実施形態では、記憶部５００に記憶されているパラメーターテーブル５１０を参照して、エネルギーダイヤル８５１のダイヤル位置に対応づけられている繰り返し周波数Ｆ_ｐと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒと、電圧振幅Ｖ_ｍとの組み合わせを決定する。そして繰り返し周波数Ｆ_ｐ及び立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒから、それぞれ繰り返し周期Ｔ_ｐ及び立ち上がり時間Ｔ_ｐｒを決定する。

切削態様変更制御部２１４は、ユーザーによる切削態様設定操作に応じて駆動電圧波形を変更制御する。本実施形態では、記憶部５００に記憶されているパラメーターテーブル５１０を参照して、切削タイプダイヤル８５８のダイヤル位置に応じたＲの値（指標値；図３４参照）を前述の式（１８）好ましくは式（１９）（具体例としては式（２１）又は式（２３）など）に適用する。すなわち、切削タイプダイヤル８５８のダイヤル位置に応じた指標値に応じて、立ち上がり部分（駆動電圧波形の立ち上がり部分）の変曲点の位置を設定することで当該立ち上がり部分の流速ピークタイミングを設定し、駆動電圧波形を変形させる。

ポンプ制御部２３０は、駆動信号を生成・出力して送液ポンプ２０を駆動させる。

表示制御部２４０は、パルス液体ジェットに係る各種情報を表示部３００に表示させるための表示制御と表示信号の生成を行う。本実施形態では、図３５のフラットパネルディスプレイ８６に表示される各種情報の算出と表示制御とを行う。

表示部３００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＥＬディスプレイ（Electroluminescence display）等の表示装置によって実現され、制御部２００から入力される表示信号をもとに表示画面等の各種画面を表示する。本実施形態では、図３５のフラットパネルディスプレイ８６がこれに該当する。

記憶部５００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種ＩＣ（Integrated Circuit）メモリーやハードディスク等の記憶媒体により実現されるものである。記憶部５００には、液体噴射システム１を動作させ、この液体噴射システム１が備える種々の機能を実現するためのプログラムや、このプログラムの実行中に使用されるデータ等が予め記憶されている。また、制御部２００の作業用記憶領域として様々なデータが記憶される。

そして、本実施形態の記憶部５００には、システムプログラム５０１と、制御プログラム５０２と、パラメーターテーブル５１０と、目標エネルギー指示値５３０と、適用Ｒ値５３２と、適用電圧振幅５３４と、適用繰り返し周波数５３６と、適用立ち上がり周波数５３８と、適用繰り返し周期５４０と、適用立ち上がり時間５４２と、が記憶される。勿論、記憶部５００には、その他のデータ、例えば計時用のタイマーやカウンターなどを適宜記憶させることができる。

システムプログラム５０１は、液体噴射制御装置７０をコンピューターとして機能させるための基本プログラムである。制御プログラム５０２は、制御部２００に、圧電素子制御部２１０、ポンプ制御部２３０、表示制御部２４０としての機能を実装させるためのプログラムである。なお、制御プログラム５０２はシステムプログラム５０１の一部として構成されてもよい。また、制御部２００が有する各機能部（圧電素子制御部２１０、ポンプ制御部２３０、表示制御部２４０）がハードウェアにより実現される場合には、当該機能部を実現するための要素をプログラムから適宜省略することができる。

パラメーターテーブル５１０は、駆動電圧波形を設定するための各種制御パラメーターの値を定義する。本実施形態では、１パルスの主ジェット３のエネルギーＥ（流速エネルギー）が、エネルギーダイヤル８５１のダイヤル位置に対応したエネルギー指示値となるように、駆動電圧波形を制御するための制御パラメーターの各値（電圧振幅Ｖ_ｍと、繰り返し周波数Ｆ_ｐと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ）を定義する。

具体的には、例えば図３７に示すように、エネルギーダイヤル位置５１１に対応づけて、エネルギー指示値５１２を格納する。そして、エネルギーダイヤル位置５１１及びエネルギー指示値５１２毎に、５種類の切削タイプダイヤル位置５１３（Ｒ値；変曲点指示値）と、電圧振幅５１４と、繰り返し周波数５１６と、立ち上がり周波数５１８とが対応づけて格納されている。

電圧振幅５１４と、繰り返し周波数５１６と、立ち上がり周波数５１８との各値の組み合わせは、予めシミュレーションにより決めることができる。
シミュレーションは、例えば、液体噴射装置３０の流路系を流体（流路）抵抗、流体イナータンス、流体コンプライアンス等に置き換えたモデルに基づいて作成し、駆動電圧波形に係る各種制御パラメーターを、等価回路法による数値シミュレーションを利用して設定することができる。又は、より精度を求めるならば、有限要素法（ＦＥＭ）や有限体積法（ＦＶＭ）等を用いた流体シミュレーションを利用してもよい。

具体的には、駆動電圧波形に係る各種制御パラメーターとして、電圧振幅Ｖ_ｍと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒと、繰り返し周波数Ｆ_ｐとを、それぞれ変更しながら１パルスの主ジェット３のエネルギーＥをシミュレーションにより算出する。そして、繰り返し周波数Ｆ_ｐを固定として、電圧振幅Ｖ_ｍと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒとを変更すると、主ジェット３のエネルギーＥの等高線を引くことができる（図２９）。

本実施形態では、エネルギーダイヤル８５１に一定間隔の５段階のエネルギー指示値５１２を割り当てるので少なくとも５本の等高線を設定する。例えば、図２９の例でいうと、繰り返し周波数５１６を固定として、グラフの左下から右上へ斜めに描かれた破線に沿って５段階のエネルギー指示値（５本の等高線）との交点の値を読みとり、それぞれパラメーターテーブル５１０の電圧振幅５１４と立ち上がり周波数５１８とに格納すればよい。

勿論、パラメーターテーブル５１０に格納する各値の選択方法は、これに限定されるものではない。電圧振幅５１４と繰り返し周波数５１６とを固定値として、立ち上がり周波数５１８のみエネルギー指示値５１２に対して設定するとしてもよい。すなわち、図２９の「Ｖ_ｍ＝固定」とした線（例えば、駆動電圧Ｖ５４から縦軸と平行に引いた線分）と等高線との交点の立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを読み取ればよい。

同様に、繰り返し周波数５１６と立ち上がり周波数５１８とを固定値として、電圧振幅５１４のみエネルギー指示値５１２に対して設定するとしてもよいし、電圧振幅５１４と、繰り返し周波数５１６と、立ち上がり周波数５１８とを何れも固定値とせずに設定してもよい。これらの場合は、図２９と同様のグラフを繰り返し周波数Ｆ_ｐ違いで複数作成し、それらから横断的に読み取ることとなる。

なお、駆動電圧波形に係る各種制御パラメーターとして、電圧振幅Ｖ_ｍと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒと、繰り返し周波数Ｆ_ｐと、Ｒ値の４要素をそれぞれ変更しながら１パルスのジェットのエネルギーをシミュレーションにより算出するとしてもよい。すなわち、パラメーターテーブル５１０の各値を、切削タイプダイヤル位置５１３のＲ値と、電圧振幅５１４と、繰り返し周波数５１６と、立ち上がり周波数５１８との４要素の組み合わせでエネルギー指示値５１２を実現するようにシミュレーションで決定するとしてもよい。

図３６に戻って、目標エネルギー指示値５３０は、駆動電圧波形を生成するにあたり１パルスの主ジェットで実現するエネルギーの目標値である。エネルギーダイヤル８５１のダイヤル位置に応じた指標値・設定値が格納される。

適用Ｒ値５３２は、式（１８）好ましくは式（１９）（具体例としては式（２１）或いは式（２３）など）から駆動電圧波形を生成する際に使用されるＲ値である。本実施形態では、切削タイプダイヤル８５８のダイヤル位置に応じたＲ値、すなわち変曲点位置の指示値が格納される。

適用電圧振幅５３４は、式（１８）好ましくは式（１９）（具体例としては式（２１）或いは式（２３）など）から駆動電圧波形を生成する際に使用される電圧振幅Ｖ_ｍである。本実施形態では、パラメーターテーブル５１０を参照して決定される。

適用繰り返し周波数５３６は、式（１８）好ましくは式（１９）（具体例としては式（２１）或いは式（２３）など）で表される立ち上がり部分、並びに式（２４）或いは式（２５）などで表される立ち下がり部分、から駆動電圧波形を生成する際に使用される繰り返し周波数Ｆ_ｐである。本実施形態では、パラメーターテーブル５１０を参照して決定される。

適用立ち上がり周波数５３８は、式（１８）好ましくは式（１９）から駆動電圧波形を生成する際に使用される立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒである。本実施形態では、パラメーターテーブル５１０を参照して決定される。

適用繰り返し周期５４０は、式（１８）好ましくは式（１９）（具体例としては式（２１）或いは式（２３）など）で表される立ち上がり部分、並びに式（２４）あるいは（２５）などで表される立ち下がり部分、から駆動電圧波形を生成する際に使用される繰り返し周期Ｔ_ｐである。本実施形態では、適用繰り返し周波数５３６から算出される。

適用立ち上がり時間５４２は、式（１８）好ましくは式（１９）から駆動電圧波形を生成する際に使用される立ち上がり時間Ｔ_ｐｒである。本実施形態では、適用立ち上がり周波数５３８から算出される。

［動作の説明］
図３８は、本実施形態の制御部２００が行う処理の流れを示すフローチャートであり、制御部２００が制御プログラム５０２を実行することにより実装される。

制御部２００は、操作パネル８０のポンプスイッチ８２がＯＮであれば（ステップＳ２のＹＥＳ；図３５参照）、送液ポンプ２０を駆動させる（ステップＳ４）。ポンプスイッチ８２がＯＦＦであれば（ステップＳ２のＮＯ）、送液ポンプ２０を停止させる（ステップＳ６）。

また、制御部２００は、ジェット噴射スイッチ８３がＯＦＦであれば（ステップＳ１０のＮＯ）、操作パネル８０のポンプスイッチ８２がＯＮでも圧電素子４５（図２参照）への駆動電圧波形の出力は行わない（ステップＳ１２）。
もし、操作パネル８０のポンプスイッチ８２がＯＮで、且つ、ジェット噴射スイッチ８３がＯＮならば（ステップＳ１０のＹＥＳ）、制御部２００は、パラメーターテーブル５１０（図２７参照）から現在のエネルギーダイヤル８５１のダイヤル位置に対応するエネルギー指示値５１２を読み出し、目標エネルギー指示値５３０に設定する（ステップＳ２０；図３６参照）。

次いで、制御部２００は、現在の切削タイプダイヤル８５８のタイプダイヤル位置に応じて、パラメーターテーブル５１０から目標エネルギー指示値５３０に合致するエネルギー指示値５１２に対応づけられている何れかの切削タイプダイヤル位置５１３を読み出して適用Ｒ値５３２を設定する（ステップＳ２２）。つまり、立ち上がり部分における変曲点位置を設定する。換言すると、主ジェット３の流速ピークタイミングを設定する。

また、制御部２００は、パラメーターテーブル５１０から目標エネルギー指示値５３０と適用Ｒ値５３２との組み合わせに対応する電圧振幅５１４、繰り返し周波数５１６、立ち上がり周波数５１８を読み出して、それぞれ適用電圧振幅５３４、適用繰り返し周波数５３６、適用立ち上がり周波数５３８として設定する（ステップＳ３０）。そして、制御部２００は、適用繰り返し周波数５３６から適用繰り返し周期５４０を導出し、適用立ち上がり周波数５３８から適用立ち上がり時間５４２を導出する（ステップＳ４０）。

これで式（１８）好ましくは式（１９）（具体的には式（２１）又は式（２３）など）における変数が全て用意されたことになるので、制御部２００は、式（１８）好ましくは式（１９）（具体的には式（２１）又は式（２３）など）に基づいて駆動電圧Ｖ_ｐを算出し、当該駆動電圧Ｖ_ｐを有する駆動信号を圧電素子４５へ出力する（ステップＳ４２）。そして、主ジェットエネルギーの値及びパワー（単位時間当たりのエネルギー）の値を算出して、フラットパネルディスプレイ８６の各表示を更新する（ステップＳ４４；図３５参照）。

以上、第１実施形態によれば、様々な使用場面における細かな切削態様への要求に柔軟に対応可能なパルス液体ジェットの噴射制御技術を提供することが可能となる。しかも、切削体積を変えずに切削深さと切削面積との関係を調整可能にすることが可能となる。

〔第２実施形態〕
次に本発明を適用した第２実施形態について説明する。
本実施形態は、基本的には第１実施形態と同様に実現されるが、ユーザーが繰り返し周波数Ｆ_ｐを変更できる点が異なる。なお、以降では第１実施形態との差異について主に述べることとし、第１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して、重複する説明を省略するものとする。

図３９は、本実施形態における操作パネル８０Ｂの構成例を示す図である。操作パネル８０Ｂは、基本的には第１実施形態のそれと同様であるが、本実施形態のジェット設定操作部８５Ｂには、繰り返し周波数Ｆ_ｐを設定するための繰り返し周波数ダイヤル８５３を備える。

繰り返し周波数ダイヤル８５３は、繰り返し周波数Ｆ_ｐの設定操作を受け付ける。本実施形態では「１」〜「５」の５段階の目盛りが付与されたダイヤルで構成し、各目盛りには等間隔の周波数がそれぞれ対応づけられており、繰り返し周波数ダイヤル８５３のダイヤル位置に応じて適用繰り返し周波数５３６が決まる。なお、繰り返し周波数ダイヤル８５３の目盛りは適宜設定可能である。例えば、繰り返し周波数Ｆ_ｐを無段階に設定可能な構成としてもよい。

図４０は、本実施形態の液体噴射制御装置７０Ｂの機能構成例を示す機能ブロック図である。液体噴射制御装置７０Ｂは、基本的には第１実施形態の液体噴射制御装置７０と同様の機能構成を有するが、本実施形態の制御部２００Ｂは圧電素子制御部２１０Ｂが繰り返し周波数変更制御部２１６を有する。

繰り返し周波数変更制御部２１６は、繰り返し周波数の設定操作に応じて駆動電圧波形の生成に使用される繰り返し周波数Ｆ_ｐを変更制御する。本実施形態ではパラメーターテーブル５１０Ｂを参照して、繰り返し周波数ダイヤル８５３のダイヤル位置別に予め対応づけられている値を適用繰り返し周波数５３６に設定する。

図４１は、本実施形態のパラメーターテーブル５１０Ｂのデータ構成例を示す図である。パラメーターテーブル５１０Ｂは、エネルギーダイヤル位置５１１（エネルギー指示値５１２）と、繰り返し周波数ダイヤル位置５１５（繰り返し周波数５１６Ｂ）との２要素の組み合わせ毎に、５種類の切削タイプダイヤル位置５１３が対応づけられている。繰り返し周波数５１６Ｂは、繰り返し周波数ダイヤル８５３のダイヤル位置別に予め対応づけられている固定値である。

そして、エネルギーダイヤル位置５１１（エネルギー指示値５１２）と、繰り返し周波数ダイヤル位置５１５（繰り返し周波数５１６Ｂ）と、切削タイプダイヤル位置５１３との３要素の組み合わせ毎に、電圧振幅５１４と、立ち上がり周波数５１８とが対応付けて格納されている。

本実施形態の電圧振幅５１４及び立ち上がり周波数５１８は、対応する繰り返し周波数５１６Ｂと組み合わせることで、対応するエネルギー指示値５１２を実現するように設定される。具体的には、図２９と同様のグラフを繰り返し周波数別に用意してエネルギー指示値５１２の等高線との交点から読み取って設定すればよい。
或いは、本実施形態の電圧振幅５１４及び立ち上がり周波数５１８を、対応する繰り返し周波数５１６Ｂ及び切削タイプダイヤル位置５１３の示すＲ値の２要素と組み合わせることで、対応するエネルギー指示値５１２を実現するようにシミュレーションして設定するとしてもよい。

図４２は、本実施形態の制御部２００Ｂによる処理の流れを説明するためのフローチャートである。本実施形態における処理の流れは、基本的には第１実施形態の処理の流れと同様であるが、ステップＳ２４が追加され、ステップＳ３０に代えてステップＳ３２を実行する。

すなわち、制御部２００Ｂは、ステップＳ２２の後、パラメーターテーブル５１０Ｂを参照して、現在の繰り返し周波数ダイヤル８５３のダイヤル位置に応じた繰り返し周波数５１６Ｂを読み出して、適用繰り返し周波数５３６（図４０参照）を設定する（ステップＳ２４）。

また、制御部２００Ｂは、パラメーターテーブル５１０Ｂを参照して、目標エネルギー指示値５３０と、適用Ｒ値５３２と、適用繰り返し周波数５３６との組み合わせに対応する電圧振幅５１４と、立ち上がり周波数５１８とを読み出して、それぞれ適用電圧振幅５３４と、適用立ち上がり周波数５３８とに設定する（ステップＳ３２）。

以上、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。加えて、ユーザーが使用中に繰り返し周波数を変更できるようになる。

〔第３実施形態〕
次に本発明を適用した第３実施形態について説明する。
本実施形態は、基本的には第２実施形態と同様に実現されるが、ユーザーが立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを変更できる点が異なる。なお、以降では第１〜第２実施形態との差異について主に述べることとし、第２実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して、重複する説明を省略するものとする。

図４３は、本実施形態における操作パネル８０Ｃの構成例を示す図である。操作パネル８０Ｃは、基本的には第２実施形態のそれと同様であるが、本実施形態のジェット設定操作部８５Ｃに立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを設定するための立ち上がり周波数ダイヤル８５４を備え、フラットパネルディスプレイ８６に立ち上がり周波数表示部８６４を更に表示する。

立ち上がり周波数ダイヤル８５４は、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒの設定操作を受け付ける。本実施形態では「１」〜「５」の５段階の目盛り付与されたダイヤルで構成し、各目盛りには等間隔の周波数がそれぞれ対応づけられており、立ち上がり周波数ダイヤル８５４のダイヤル位置に応じて適用立ち上がり周波数５３８が決まる。なお、立ち上がり周波数ダイヤル８５４の目盛りは適宜設定可能である。例えば、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを無段階に設定可能な構成としてもよい。

図４４は、本実施形態の液体噴射制御装置７０Ｃの機能構成例を示す機能ブロック図である。
液体噴射制御装置７０Ｃは、基本的には第２実施形態の液体噴射制御装置７０Ｂと同様の機能構成を有するが、本実施形態の制御部２００Ｃは、圧電素子制御部２１０Ｃが立ち上がり周波数変更制御部２１８を有する。

立ち上がり周波数変更制御部２１８は、立ち上がり周波数の設定操作に応じて駆動電圧波形の生成に使用される立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを変更制御する。本実施形態ではパラメーターテーブル５１０Ｃを参照して、立ち上がり周波数ダイヤル８５４のダイヤル位置別に予め対応づけられている値を適用立ち上がり周波数５３８に設定する。

また、本実施形態の表示制御部２４０は、フラットパネルディスプレイ８６に立ち上がり周波数表示部８６４を表示させることができる。

図４５は、本実施形態のパラメーターテーブル５１０Ｃのデータ構成例を示す図である。パラメーターテーブル５１０Ｃは、基本的には第２実施形態のそれと同様であるが、エネルギーダイヤル位置５１１（エネルギー指示値５１２）と、繰り返し周波数ダイヤル位置５１５（繰り返し周波数５１６Ｂ）との組み合わせ毎に、５種類の立ち上がり周波数ダイヤル位置５１７及び立ち上がり周波数５１８Ｃが対応づけられている。立ち上がり周波数５１８Ｃは、立ち上がり周波数ダイヤル８５４のダイヤル位置別に予め対応づけられている固定値である。

そして、エネルギーダイヤル位置５１１（エネルギー指示値５１２）と、繰り返し周波数ダイヤル位置５１５（繰り返し周波数５１６Ｂ）と、立ち上がり周波数ダイヤル位置５１７（立ち上がり周波数５１８）との３要素の組み合わせ毎に、切削タイプダイヤル位置５１３と、電圧振幅５１４とが対応づけて格納されている。

本実施形態の電圧振幅５１４は、対応する繰り返し周波数５１６Ｂ及び立ち上がり周波数５１８Ｃの２要素と組み合わせることで、対応するエネルギー指示値５１２を実現するように設定される。シミュレーションの結果から予め設定することができる。
或いは、本実施形態の電圧振幅５１４を、対応する繰り返し周波数５１６Ｂ・立ち上がり周波数５１８Ｃ・切削タイプダイヤル位置５１３のＲ値の３要素と組み合わせることで、対応するエネルギー指示値５１２を実現するようにシミュレーションして設定するとしてもよい。

すなわち、制御部２００Ｂは、パラメーターテーブル５１０Ｃを参照して、現在の繰り返し周波数ダイヤル８５３のダイヤル位置に応じた繰り返し周波数５１６Ｂを読み出して、適用繰り返し周波数５３６（図４４参照）を設定する。

また、本実施形態の表示制御部２４０は、フラットパネルディスプレイ８６に立ち上がり周波数表示部８６４を表示させることができる。

図４６は、本実施形態の制御部２００Ｃによる処理の流れを説明するためのフローチャートである。本実施形態における処理の流れは、基本的には第２実施形態の処理の流れと同様であるが、ステップＳ２６が追加され、ステップＳ３２に代えてステップＳ３４を実行し、ステップＳ４４に代えてステップＳ４６を実行する。

すなわち、制御部２００Ｃは、ステップＳ２４の後、パラメーターテーブル５１０Ｃを参照して、現在の立ち上がり周波数ダイヤル８５４のダイヤル位置に応じた立ち上がり周波数５１８Ｃを読み出して、適用繰り返し周波数５３６を設定する（ステップＳ２６）。

また、制御部２００Ｃは、パラメーターテーブル５１０Ｃから、目標エネルギー指示値５３０に合致するエネルギー指示値５１２と、適用繰り返し周波数５３６に合致する繰り返し周波数５１６Ｂと、適用立ち上がり周波数５３８に合致する立ち上がり周波数５１８との組み合わせにおける、適用立ち上がり周波数５３８に合致する切削タイプダイヤル位置５１３を検索する。そして、検索された切削タイプダイヤル位置５１３に対応づけられている電圧振幅５１４を読み出して、適用電圧振幅５３４を設定する（ステップＳ３４）。

また、ステップＳ４２の後、制御部２００Ｃは、フラットパネルディスプレイ８６（図４３参照）の主ジェットエネルギー表示部８６１、繰り返し周波数表示部８６２、パワー表示部８６３、及び立ち上がり周波数表示部８６４の表示を更新する（ステップＳ４６）。

以上、本実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果が得られる。加えて、ユーザーが立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを変更できるようになる。

〔第４実施形態〕
次に本発明を適用した第４実施形態について説明する。
本実施形態は、基本的には第３実施形態と同様に実現される。なお、以降では第３実施形態との差異について主に述べることとし、第１〜第３実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して、重複する説明を省略するものとする。

図４７は、本実施形態における操作パネル８０Ｄの構成例を示す図である。操作パネル８０Ｄは、基本的には第３実施形態のそれと同様であるが、フラットパネルディスプレイ８６にて、エネルギー変動率表示部８６５が表示される。

エネルギー変動率表示部８６５は、エネルギー、繰り返し周波数、立ち上がり周波数の設定値を設定された値とし、Ｒ値を所定の基準値（立ち上がり部分の変曲点の基準位置）から変化させた場合の主ジェット３のエネルギーＥの変動率を表示する。

図４８は、本実施形態の液体噴射制御装置７０Ｄの機能構成例を示す機能ブロック図である。液体噴射制御装置７０Ｄは、基本的には第３実施形態の液体噴射制御装置７０Ｃと同様の機能構成を有するが、本実施形態の表示制御部２４０はエネルギー変動率表示部８６５の表示を制御することができる。また、本実施形態の記憶部５００は、パラメーターテーブル５１０Ｄと、変動率テーブル５５０とを記憶する。

図４９は、本実施形態のパラメーターテーブル５１０Ｄのデータ構成例を示す図である。パラメーターテーブル５１０Ｄは、基本的には第３実施形態のパラメーターテーブル５１０Ｃと同様であるが、切削タイプダイヤル位置５１３が含まれていない。つまり、本実施形態の駆動電圧波形の制御パラメーターの値（繰り返し周波数Ｆ_ｐ、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ、電圧振幅Ｖ_ｍ）は、切削タイプダイヤル位置５１３に基づくＲ値（変曲点の位置）の変更の影響を受けずに決定される。

変動率テーブル５５０は、予めシミュレーションにより得られたエネルギー変動率を格納する。例えば、図５０に示すように、繰り返し周波数５５１と立ち上がり周波数５５２と電圧振幅５５３との３要素の組み合わせ毎に、５段階の切削タイプダイヤル位置５５４（切削タイプダイヤル位置５１３と同様）及び主ジェットエネルギー５５６と、エネルギー変動率５５７とを格納する。

主ジェットエネルギー５５６は、対応する繰り返し周波数５５１と立ち上がり周波数５５２と電圧振幅５５３と切削タイプダイヤル位置５５４のＲ値との４要素から決まる主ジェット３のエネルギーの値である。シミュレーションにより予め求めることができる。

エネルギー変動率５５７は、繰り返し周波数５５１と立ち上がり周波数５５２と電圧振幅５５３と切削タイプダイヤル位置５５４のＲ値との４要素の組み合わせを変えずに、主ジェットエネルギー５５６がＲ＝０．５の場合と比べた比率である。Ｒは、切削タイプダイヤル位置５５４を変えることで変化する。なお、Ｒ＝０．５を基準としたが、他のＲ値を基準としてもよい。

図５１は、本実施形態の制御部２００Ｄによる処理の流れを説明するためのフローチャートである。本実施形態における処理の流れは、基本的には第３実施形態の処理の流れと同様であるが、ステップＳ３４に代えてステップＳ３６を実行し、ステップＳ４６に代えてステップＳ４８を実行する。

すなわち、制御部２００Ｄは、ステップＳ２６の後、パラメーターテーブル５１０Ｄから、目標エネルギー指示値５３０に合致するエネルギー指示値５１２と、適用繰り返し周波数５３６に合致する繰り返し周波数５１６Ｂと、適用立ち上がり周波数５３８に合致する立ち上がり周波数５１８との３要素の組み合わせに対応づけられている電圧振幅５１４を読み出して、適用電圧振幅５３４を設定する（ステップＳ３６）。

また、制御部２００Ｄは、ステップＳ４２の後、フラットパネルディスプレイ８６の主ジェットエネルギー表示部８６１、繰り返し周波数表示部８６２、パワー表示部８６３、立ち上がり周波数表示部８６４の表示を更新する。また、変動率テーブル５５０を参照して、適用繰り返し周波数５３６に合致する繰り返し周波数５５１と、適用立ち上がり周波数５３８に合致する立ち上がり周波数５５２と、適用電圧振幅５３４に合致する電圧振幅５５３との３要素の組み合わせに対応づけられているエネルギー変動率５５７を読み出して、エネルギー変動率表示部８６５の表示を更新する（ステップＳ４８）。

以上、本実施形態によれば、駆動電圧波形の制御パラメーターの値を決定・固定した後から切削態様（Ｒ値；変曲点位置）を変更する構成であっても、第３実施形態と同様の効果が得られる。また、この場合、切削態様の変更によりどれだけ主ジェットのエネルギーが変わっているかをユーザーに報せることができる。

〔第５実施形態〕
次に本発明を適用した第５実施形態について説明する。
本実施形態は、基本的には第１実施形態と同様に実現される。ただし、第１実施形態では、駆動電圧波形の制御パラメーターの値（繰り返し周波数Ｆ_ｐ、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ、電圧振幅Ｖ_ｍ）を設定する際、切削量を変えないようにするために主ジェット３のエネルギーＥを保つことに着目したが、本実施形態では主ジェット３の運動量Ｐに着目して決定する点が異なる。なお、以降では第１実施形態との差異について主に述べることとし、第１実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して、重複する説明を省略するものとする。

図５２は、第１実施形態の図２９に相当するグラフであって、所定の繰り返し周波数（例えば「Ｆ５１」と表記する）で得られた主ジェット３の運動量Ｐと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ及び電圧振幅Ｖ_ｍとの対応関係のシミュレーション結果を示す図である。
すなわち、図２７〜図２８を参照して説明した要領で繰り返し周波数Ｆ_ｐを変えながら、各々の繰り返し周波数Ｆ_ｐ毎に、図２３〜図２４を参照して説明した要領で電圧振幅Ｖ_ｍを固定し立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを変えた場合のシミュレーションと、図２５〜図２６を参照して説明した要領で立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを固定し電圧振幅Ｖ_ｍを変えた場合のシミュレーションとを行った。そして、各シミュレーションで得られた主ジェットの運動量Ｐを求めた。

図５２は、縦軸を立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒとし、横軸を電圧振幅Ｖ_ｍとする座標空間に運動量Ｐに関する等高線を描くことにより得られた。各等高線の運動量Ｐ５１，Ｐ５２，…は、左下が低く右上に向かうほど所定量ずつ大きくなっている。なお、図示しないが、別の繰り返し周波数Ｆ_ｐで得られた運動量Ｐを同様の座標空間にプロットして等高線を描けば、その繰り返し周波数Ｆ_ｐでの運動量Ｐと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ及び電圧振幅Ｖ_ｍとの対応関係に応じた等高線図が得られる。

ここで、注目すべきなのは、各座標軸方向のパラメーターに対して、運動量Ｐは線形的に変化しないことである。
例えば、運動量Ｐと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ及び電圧振幅Ｖ_ｍとの対応関係において、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを固定（例えばｆ５）とし電圧振幅Ｖ_ｍを可変として圧電素子４５の駆動電圧波形を制御する場合を考える。

切削体積を変えないようにするために運動量Ｐの変化量を一定にしようとすると、運動量Ｐ５１〜Ｐ５２間は電圧振幅Ｖ５１〜Ｖ５２間の電圧振幅変化が必要となり、運動量Ｐ５２〜Ｐ５３間は電圧振幅Ｖ５２〜Ｖ５３間の電圧振幅変化が必要となる。しかし、電圧振幅Ｖ５１〜Ｖ５２の電圧振幅間隔と、電圧振幅Ｖ５２〜Ｖ５３の電圧振幅間隔とは異なる。この現象は運動量Ｐが大きくなるに従って顕著に表れる。

したがって、切削体積を変えないようにするためには、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを固定とし電圧振幅Ｖ_ｍを一定量ずつ変化させる制御では不適切である。逆に、電圧振幅Ｖ_ｍを固定とし、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを一定量ずつ変化させる制御でも不適切である。

そこで、本実施形態では、ユーザーが行う操作として、少なくとも運動量Ｐの設定操作を受け付けることとし、繰り返し周波数Ｆ_ｐ毎に得られた等高線図に従い、繰り返し周波数Ｆ_ｐ毎の運動量Ｐと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ及び電圧振幅Ｖ_ｍとの対応関係を予めテーブルデータとして用意しておく。

そして、当該テーブルデータから、ユーザーにより設定操作された運動量Ｐを実現することのできる各制御パラメーターの値（繰り返し周波数Ｆ_ｐ、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ、電圧振幅Ｖ_ｍ）の組み合わせを決定して圧電素子４５の駆動を制御する。これにより、切削体積を変えずに「狭く深く」から「広く浅く」までの切削態様の調整を実現する。

図５３は、本実施形態における液体噴射制御装置７０の操作パネル８０の構成例を示す図である。本実施形態の操作パネル８０Ｅは、基本的には第１実施形態のそれと同様の構成を有するが、本実施形態のジェット設定操作部８５Ｅでは、エネルギーダイヤル８５１に代えて運動量ダイヤル８５６を有する。

運動量ダイヤル８５６は、主ジェットの運動量Ｐの指示値の入力、つまりは主ジェットの強弱の設定を受け付ける操作部である。例えば「１」〜「５」の目盛りが付された５段階のダイヤル位置が選択可能に構成されている。各ダイヤル位置には、例えば、対応する目盛りの数値に比例して一定量ずつ大きくなるように予め運動量指示値が割り当てられている。ユーザーは、当該ダイヤルの位置を切り替えることによって、主ジェット３の強弱を操作することができる。なお、ダイヤル位置の段階数は５段階に限定されるものではなく、「大」「中」「小」の３段階としたり、無段階の調整を可能とする等、適宜設定してよい。

また、本実施形態のフラットパネルディスプレイ８６では、パルス液体ジェットに係る各種情報として、繰り返し周波数８６２の他に、主ジェットエネルギー表示部８６１に代えて主ジェット運動量表示部８６６を含み、パワー表示部８６３に代えて単位時間当たり運動量表示部８６７を含む。

主ジェット運動量表示部８６６は、パルス１個分の主ジェットの運動量［μＮｓ］を表示する。
単位時間当たり運動量表示部８６７は、主ジェット運動量表示部８６６で表示される運動量に繰り返し周波数表示部８６２で表示される周波数を乗じた単位時間当たりの運動量［ｍＮ］を表示する。

図５４は、本実施形態の液体噴射制御装置７０Ｅの機能構成例を示す機能ブロック図である。
液体噴射制御装置７０Ｅは、基本的には第１実施形態の液体噴射制御装置７０と同様の機能構成を有するが、本実施形態の制御部２００Ｅの圧電素子制御部２１０Ｅはエネルギー変更制御部２１２に代えて運動量変更制御部２１３を有する。

運動量変更制御部２１３は、ユーザーによる運動量設定操作に応じて１パルス分の主ジェットの運動量Ｐを変更させる。本実施形態では、記憶部５００に記憶されているパラメーターテーブル５１０Ｅを参照して、運動量ダイヤル８５６のダイヤル位置に対応づけられている繰り返し周波数Ｆ_ｐと、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒと、電圧振幅Ｖ_ｍとの組み合わせを決定する。そして繰り返し周波数Ｆ_ｐ及び立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒから、それぞれ繰り返し周期Ｔ_ｐ及び立ち上がり時間Ｔ_ｐｒを決定する。

また、本実施形態の表示制御部２４０は、主ジェットエネルギー表示部８６１に代えて主ジェット運動量表示部８６６を表示させ、パワー表示部８６３に代えて単位時間当たり運動量表示部８６７を表示させることができる。

また、本実施形態の記憶部５００は、パラメーターテーブル５１０に代えてパラメーターテーブル５１０Ｅを記憶し、目標エネルギー指示値５３０に代えて目標運動量指示値５３１を記憶する。

図５５は、本実施形態のパラメーターテーブル５１０Ｅのデータ構成例を示す図である。パラメーターテーブル５１０Ｅは、基本的には第１実施形態のパラメーターテーブル５１０と同様であるが、エネルギーダイヤル位置５１１に代えて運動量ダイヤル位置５２０を格納し、エネルギー指示値５１２に代えて運動量指示値５２１を格納する。

図５６は、本実施形態の制御部２００Ｅによる処理の流れを説明するためのフローチャートである。本実施形態における処理の流れは、基本的には第１実施形態の処理の流れと同様であるが、ステップＳ２０に代えてステップＳ２１を実行し、ステップＳ３０に代えてステップＳ３１を実行し、ステップＳ４４に代えてステップＳ５０を実行する。

すなわち、制御部２００Ｅは、ステップＳ１０でＹＥＳと判定された後、運動量ダイヤル８５６のダイヤル位置に応じて目標運動量指示値５３１を設定する（ステップＳ２１）。

また、制御部２００Ｅは、ステップＳ２２の後、パラメーターテーブル５１０Ｅから、目標運動量指示値５３１と適用Ｒ値５３２との組み合わせに対応づけられている電圧振幅５１４と、繰り返し周波数５１６と、立ち上がり周波数５１８とを読み出して、それぞれ適用電圧振幅５３４、適用繰り返し周波数５３６、適用立ち上がり周波数５３８に設定する（ステップＳ３１）。

また、制御部２００Ｅは、ステップＳ４２の後、フラットパネルディスプレイ８６における主ジェット運動量表示部８６６と、繰り返し周波数表示部８６２と、単位時間当たり運動量表示部８６７との表示を更新する（ステップＳ５０）。

以上、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

〔第６実施形態〕
次に本発明を適用した第６実施形態について説明する。
本実施形態は、基本的には第５実施形態と同様に実現されるが、ユーザーが繰り返し周波数Ｆ_ｐを変更できる点が異なる。なお、以降では第５実施形態との差異について主に述べることとし、第１〜第５実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して、重複する説明を省略するものとする。

図５７は、本実施形態における操作パネル８０Ｆの構成例を示す図である。操作パネル８０Ｆは、基本的には第５実施形態のそれと同様であるが、ジェット設定操作部８５Ｆに繰り返し周波数ダイヤル８５３を備える。

図５８は、本実施形態の液体噴射制御装置７０Ｆの機能構成例を示す機能ブロック図である。液体噴射制御装置７０Ｆは、基本的には第５実施形態の液体噴射制御装置７０Ｅと同様の機能構成を有するが、本実施形態の制御部２００Ｆは、圧電素子制御部２１０Ｆが繰り返し周波数変更制御部２１６を有する。また、記憶部５００が、パラメーターテーブル５１０Ｆを有する。

図５９は、本実施形態のパラメーターテーブル５１０Ｆのデータ構成例を示す図である。パラメーターテーブル５１０Ｆは、運動量ダイヤル位置５２０毎（運動量指示値５２１毎）に５種類の繰り返し周波数ダイヤル位置５１５と繰り返し周波数５１６Ｂとが対応づけられている。そして、運動量ダイヤル位置５２０（運動量指示値５２１）と、繰り返し周波数ダイヤル位置５１５（繰り返し周波数５１６Ｂ）との２要素の組み合わせ毎に、５種類の切削タイプダイヤル位置５１３と、電圧振幅５１４と、立ち上がり周波数５１８とが対応付けて格納されている。

本実施形態の電圧振幅５１４及び立ち上がり周波数５１８は、対応する繰り返し周波数５１６Ｂと組み合わせることで、対応する運動量指示値５２１を実現することができる。具体的には、図５２と同様のグラフを繰り返し周波数５１６Ｂ毎に用意して、運動量指示値５２１の等高線との交点から読み取って設定すればよい。

図６０は、本実施形態の制御部２００Ｆによる処理の流れを説明するためのフローチャートである。本実施形態における処理の流れは、基本的には第５実施形態の処理の流れと同様であるが、ステップＳ２２に次いでステップＳ２４（図４２参照）を実行し、ステップＳ３１に代えてステップＳ３３を実行する。

ステップＳ３３では、制御部２００Ｅは、パラメーターテーブル５１０Ｆから、目標運動量指示値５３１と適用Ｒ値５３２と適用繰り返し周波数５３６との３要素の組み合わせに対応づけられている、電圧振幅５１４と、立ち上がり周波数５１８とを読み出して、それぞれ適用電圧振幅５３４、適用立ち上がり周波数５３８に設定する（ステップＳ３３）。

以上、本実施形態によれば、第５実施形態と同様の効果が得られる。加えて、ユーザーが繰り返し周波数を変更できるようになる。

〔第７実施形態〕
次に本発明を適用した第７実施形態について説明する。
本実施形態は、基本的には第６実施形態と同様に実現されるが、ユーザーが更に立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを変更できる点が異なる。なお、以降では第６実施形態との差異について主に述べることとし、第１〜第６実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して、重複する説明を省略するものとする。

図６１は、本実施形態における操作パネル８０Ｇの構成例を示す図である。操作パネル８０Ｇは、基本的には第６実施形態のそれと同様であるが、本実施形態のジェット設定操作部８５Ｇに立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒを設定するための立ち上がり周波数ダイヤル８５４を備え、フラットパネルディスプレイ８６に立ち上がり周波数表示部８６４を含む。

図６２は、本実施形態の液体噴射制御装置７０Ｇの機能構成例を示す機能ブロック図である。液体噴射制御装置７０Ｇは、基本的には第６実施形態の液体噴射制御装置７０Ｆと同様の機能構成を有するが、本実施形態の制御部２００Ｇは、圧電素子制御部２１０Ｇが立ち上がり周波数変更制御部２１８を有する。また、本実施形態の表示制御部２４０は、フラットパネルディスプレイ８６に立ち上がり周波数表示部８６４を表示させることができる。また、記憶部５００は、パラメーターテーブル５１０Ｇを有する。

図６３は、本実施形態のパラメーターテーブル５１０Ｇのデータ構成例を示す図である。パラメーターテーブル５１０Ｇは、運動量指示値５２１と繰り返し周波数５１６Ｂとの２要素の組み合わせ毎に、５種類の立ち上がり周波数ダイヤル位置５１７及びこれに対応する立ち上がり周波数５１８Ｃが対応付けて格納する。そして、運動量指示値５２１と繰り返し周波数５１６Ｂと立ち上がり周波数５１８Ｃとの３要素の組み合わせ毎に、５種類の切削タイプダイヤル位置５１３と電圧振幅５１４とを対応づけて格納する。

本実施形態の電圧振幅５１４は、運動量指示値５２１と、繰り返し周波数５１６Ｂと、立ち上がり周波数５１８Ｃとを組み合わせて駆動電圧を制御することで、対応する運動量指示値５２１を実現することができる。これらの値を設定する際には、例えば図５２と同様のグラフを繰り返し周波数５１６Ｂ毎に用意して、運動量指示値５２１の等高線との交点から読み取って設定すればよい。

図６４は、本実施形態の制御部２００Ｇによる処理の流れを説明するためのフローチャートである。本実施形態における処理の流れは、基本的には第６実施形態の処理の流れと同様であるが、ステップＳ２４に次いでステップＳ２６（図４６参照）を実行し、ステップＳ３３に代えてステップＳ３５を実行し、ステップＳ５０に代えてステップＳ５２を実行する。

ステップＳ３５では、制御部２００Ｅは、パラメーターテーブル５１０Ｆから、目標運動量指示値５３１と適用Ｒ値５３２と適用繰り返し周波数５３６と適用立ち上がり周波数５３８との４要素の組み合わせに適合する電圧振幅５１４を読み出して、適用電圧振幅５３４に設定する（ステップＳ３５）。

また、ステップＳ５２では、制御部２００Ｅは、フラットパネルディスプレイ８６に、主ジェット運動量表示部８６６、繰り返し周波数表示部８６２、単位時間当たり運動量表示部８６７、立ち上がり周波数表示部８６４の表示を更新する（ステップＳ５２）。

以上、本実施形態によれば、第６実施形態と同様の効果が得られる。加えて、ユーザーが立ち上がり周波数を変更できるようになる。

〔第８実施形態〕
次に本発明を適用した第８実施形態について説明する。
本実施形態は、基本的には第７実施形態と同様に実現される。なお、以降では第７実施形態との差異について主に述べることとし、第１〜第７実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付与して、重複する説明を省略するものとする。

図６５は、本実施形態における操作パネル８０Ｈの構成例を示す図である。操作パネル８０Ｈは、基本的には第７実施形態のそれと同様であるが、フラットパネルディスプレイ８６にて、運動量変動率表示部８６９が含まれる。

運動量変動率表示部８６９は、運動量Ｐ、繰り返し周波数Ｆ_ｐ、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒの設定値をそのままに、Ｒ値を所定の基準値（立ち上がり部分の変曲点の基準位置）から変化させた場合の運動量Ｐの変動率を表示する。

図６６は、本実施形態の液体噴射制御装置７０Ｈの機能構成例を示す機能ブロック図である。液体噴射制御装置７０Ｈは、基本的には第７実施形態の液体噴射制御装置７０Ｇと同様の機能構成を有するが、本実施形態の表示制御部２４０は運動量変動率表示部８６９の表示を制御することができる。また、本実施形態の記憶部５００は、パラメーターテーブル５１０Ｈと、変動率テーブル５５０Ｈとを記憶する。

図６７は、本実施形態のパラメーターテーブル５１０Ｈのデータ構成例を示す図である。パラメーターテーブル５１０Ｈは、基本的には第７実施形態のパラメーターテーブル５１０Ｇと同様であるが、切削タイプダイヤル位置５１３が含まれていない。つまり、繰り返し周波数Ｆ_ｐ、立ち上がり周波数Ｆ_ｐｒ、電圧振幅Ｖ_ｍの３要素の組み合わせで運動量指示値５２１を実現するように決定される。

図６８は、本実施形態の変動率テーブル５５０Ｈのデータ構成例を示す図である。変動率テーブル５５０Ｈは、繰り返し周波数５５１と、立ち上がり周波数５５２と、電圧振幅５５３との３要素の組み合わせ毎に、５段階の切削タイプダイヤル位置５５４（切削タイプダイヤル位置５１３と同様）と、当該段階毎の主ジェット運動量５６０と、運動量変動率５６１とを格納する。

主ジェット運動量５６０は、対応する繰り返し周波数５５１と立ち上がり周波数５５２と電圧振幅５５３との３要素から決まる主ジェット３の運動量である。シミュレーションにより予め求めることができる。

運動量変動率５６１は、Ｒ＝０．５の主ジェット運動量５６０を基準とした場合の切削タイプダイヤル位置５５４別の主ジェット運動量５６０の比率である。なお、基準はＲ＝０．５に限らず他のＲ値でもよい。

図６９は、本実施形態の制御部２００Ｈによる処理の流れを説明するためのフローチャートである。本実施形態における処理の流れは、基本的には第７実施形態の処理の流れと同様であるが、ステップＳ３５に代えてステップＳ３７を実行し、ステップＳ５２に代えてステップＳ５４を実行する。

すなわち、制御部２００Ｈは、ステップＳ２６の後、パラメーターテーブル５１０Ｈから、目標運動量指示値５３１に合致する運動量指示値５２１と、適用繰り返し周波数５３６に合致する繰り返し周波数５１６Ｂと、適用立ち上がり周波数５３８に合致する立ち上がり周波数５１８Ｃとの３要素の組み合わせに対応づけられている電圧振幅５１４を読み出して、適用電圧振幅５３４を設定する（ステップＳ３７）。

また、制御部２００Ｈは、ステップＳ４２の後、フラットパネルディスプレイ８６の主ジェット運動量表示部８６６、繰り返し周波数表示部８６２、単位時間当たり運動量表示部８６７、立ち上がり周波数表示部８６４、運動量変動率表示部８６９の表示を更新する（ステップＳ５４）。
運動量変動率表示部８６９の表示の更新に当たっては、変動率テーブル５５０Ｈを参照して、適用繰り返し周波数５３６に合致する繰り返し周波数５５１と、適用立ち上がり周波数５３８に合致する立ち上がり周波数５５２と、適用電圧振幅５３４に合致する電圧振幅５５３との３要素の組み合わせに対応づけられている運動量変動率５６１を読み出して、運動量変動率表示部８６５の表示を更新する。

以上、本実施形態によれば、駆動電圧波形の制御パラメーターの値を決定・固定した後から切削態様（Ｒ値；変曲点位置）を変更する構成であっても、第７実施形態と同様の効果が得られる。また、この場合、切削態様の変更によりどれだけ主ジェットの運動量が変わっているかをユーザーに報せることができる。

〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明の形態はこれらに限定されるものではなく、適宜構成要素の追加・省略・変更を行うことができる。

例えば、上記実施形態では、エネルギーダイヤル８５１や、切削タイプダイヤル８５８、繰り返し周波数ダイヤル８５３、立ち上がり周波数ダイヤル８５４、運動量ダイヤル８５６を、段階的な切り換えが行われるクリック式ダイヤルとして例示したが、ボリューム式のダイヤルとして構成してもよい。つまり、これらの各ダイヤルに割り当てられているパラメーター値を無段階に設定操作可能な構成としてもよい。具体的には、エネルギーダイヤル８５１を例に挙げると、目盛り間のダイヤル位置が選択された場合には、前後の目盛りのダイヤル位置と対応付けられたエネルギー指示値５１２を読み出して線形補間や多項式補間等により補間し、現在の選択されたダイヤル位置に対応したエネルギー指示値を特定するとしてもよい。

また、上記の実施形態では、式（１８）好ましくは式（１９）（具体的には式（２１）又は式（２３）など）によって駆動電圧波形を生成するとしたが、取り得る駆動電圧波形の波形データを予め用意しておいて、ユーザーにより選択されたパラメーター値に適合する波形データを読み出して再生するとしてもよい。具体的には、第１実施形態であれば、目標エネルギー指示値５３０と適用Ｒ値５３２との２つの組み合わせ毎に１周期分の基本駆動電圧波形を予め生成し、当該組合せに対応付けた波形データとして記憶部５００に用意しておく構成も可能である。第２実施形態であれば、目標エネルギー指示値５３０と適用Ｒ値５３２と適用繰り返し周波数５３６との３つの組み合わせ毎に波形データを用意すればよい。

また、上記の実施形態におけるＲ値に代えて、Ｔ_ｒ／Ｔ値（図４参照；主ジェット流速波形における継続時間Ｔに対する流速立ち上がり時間Ｔｒの比）を「主ジェット流速立ち上がり時間位置指標Ｒ＊」として用いるとしてもよい。
当該構成とする場合には、別途、Ｒ値とＲ＊値（Ｔ_ｒ／Ｔ）との対応関係を定めたテーブルデータを用意して記憶部５００に記憶させておく。そして、適用Ｒ値５３２を算出する処理ステップでは、当該テーブルデータに基づいてＲ＊値からＲ値を換算して設定すればよい。

１…液体噴射システム、３…主ジェット、１０…容器、２０…送液ポンプ、３０…液体噴射装置、４０…パルス流発生部、４１…第１ケース、４２…第２ケース、４３…第３ケース、４４…圧力室、４５…圧電素子、４６…ダイアフラム、５０…噴射管、６０…ノズル、６１…液体噴射開口部、７０…液体噴射制御装置、８０…操作パネル、８１…主電源スイッチ、８２…ポンプスイッチ、８３…ジェット噴射スイッチ、８５…ジェット設定操作部、８６…フラットパネルディスプレイ、８８…噴射ペダル、９１…接続チューブ、９３…接続チューブ、１００…操作入力部、２００…制御部、２１０…圧電素子制御部、２１２…エネルギー変更制御部、２１３…運動量変更制御部、２１４…切削態様変更制御部、２１６…繰り返し周波数変更制御部、２１８…立ち上がり周波数変更制御部、２３０…ポンプ制御部、２４０…表示制御部、３００…表示部、４１１…凹部、４１３…入口流路、４１５…出口流路、５００…記憶部、５０１…システムプログラム、５０２…制御プログラム、５１０…パラメーターテーブル、５１１…エネルギーダイヤル位置、５１２…エネルギー指示値、５１３…切削タイプダイヤル位置、５１４…電圧振幅、５１５…繰り返し周波数ダイヤル位置、５１６…繰り返し周波数、５１７…立ち上がり周波数ダイヤル位置、５１８…立ち上がり周波数、５２０…運動量ダイヤル位置、５２１…運動量指示値、５３０…目標エネルギー指示値、５３１…目標運動量指示値、５３２…適用Ｒ値、５３４…適用電圧振幅、５３６…適用繰り返し周波数、５３８…適用立ち上がり周波数、５４０…適用繰り返し周期、５４２…適用立ち上がり時間、５５０…変動率テーブル、５５１…繰り返し周波数、５５２…立ち上がり周波数、５５３…電圧振幅、５５４…切削タイプダイヤル位置、５５６…主ジェットエネルギー、５５７…エネルギー変動率、５６０…主ジェット運動量、５６１…運動量変動率、８５１…エネルギーダイヤル、８５３…繰り返し周波数ダイヤル、８５４…立ち上がり周波数ダイヤル、８５６…運動量ダイヤル、８５８…切削タイプダイヤル、８６１…主ジェットエネルギー表示部、８６２…繰り返し周波数表示部、８６３…パワー表示部、８６４…立ち上がり周波数表示部、８６５…エネルギー変動率表示部、８６６…主ジェット運動量表示部、８６７…単位時間当たり運動量表示部、８６９…運動量変動率表示部、Ｌ１…駆動電圧波形、Ｌ３…流速

Claims (9)

1. 圧電素子に印加する駆動電圧波形を制御することでパルス液体ジェットの噴射を制御する液体噴射制御装置であって、
   前記駆動電圧波形の立ち上がり部分における変曲点の位置を設定するための指標値の入力を受け付ける第１の操作部と、
   前記指標値に応じて前記駆動電圧波形の立ち上がり部分の変曲点の位置を設定することで前記駆動電圧波形を変更制御する制御部と、
   を備える液体噴射制御装置。
2. 前記制御部は、前記立ち上がり部分のうち、立ち上がり開始点と最大電圧とを結ぶ線分に沿って前記変曲点を移動させることで、前記指標値に応じた前記変曲点の位置の設定を行う、
   請求項１に記載の液体噴射制御装置。
3. 前記パルス液体ジェットの運動量又は運動エネルギーの指示値の入力を受け付ける第２の操作部を更に備え、
   前記制御部は、前記指標値に応じて前記変曲点の位置を設定するとともに、前記指示値となるように前記駆動電圧波形を変更制御する、
   請求項１又は２に記載の液体噴射制御装置。
4. 前記制御部は、前記指示値となるように前記駆動電圧波形の振幅を制御する、
   請求項３に記載の液体噴射制御装置。
5. 前記制御部は、前記指示値となるように前記駆動電圧波形の立ち上がりに係る時間、立ち上がり周波数、及び繰り返し周波数のうちの何れかを制御する、
   請求項３又は４に記載の液体噴射制御装置。
6. 運動量が２ｎＮｓ（ナノニュートン秒）以上２ｍＮｓ（ミリニュートン秒）以下、又は運動エネルギーが２ｎＪ（ナノジュール）以上２００ｍＪ（ミリジュール）以下の前記パルス液体ジェットの噴射制御を行う、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射制御装置。
7. 生体組織を切削するための前記パルス液体ジェットの噴射制御を行う、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の液体噴射制御装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の液体噴射制御装置と、前記パルス液体ジェットを噴射する液体噴射装置と、前記液体噴射装置に送液する送液ポンプとを具備した液体噴射システム。
9. 圧電素子に印加する駆動電圧波形を制御することでパルス液体ジェットの噴射を制御する制御方法であって、
   前記駆動電圧波形の立ち上がり部分における変曲点の位置を設定するための指標値の入力を受け付けることと、
   前記指標値に応じて前記駆動電圧波形の立ち上がり部分の変曲点の位置を設定することで前記駆動電圧波形を変更制御することと、
   を含む制御方法。

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