JP4655163B1 - 流体噴射装置、流体噴射装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流体噴射装置の制御方法は、流体室と前記流体室の容積を変更する容積変更手段とを有し、流体噴射開口部から流体をパルス流または連続流として噴射させる脈流発生部と、前記脈流発生部に所定の圧力で流体を供給する流体供給手段と、パルス流噴射と連続流噴射とを選択的に切り替える噴射指令切替え手段と、が備えられる流体噴射装置の制御方法であって、前記容積変更手段を駆動し流体を脈流に変換してパルス状に噴射させるパルス流噴射と、前記容積変更手段を停止し、パルス流噴射の場合よりも前記流体供給手段からの流体供給圧力を高めて流体を連続流として噴射させる連続流噴射と、に前記噴射指令切替え手段により選択的に切替える。
【選択図】図5
Description
本発明による流体噴射装置は、インク等を用いた描画、細密な物体及び構造物の洗浄、手術用メス等様々に採用可能であるが、生体組織を切開または切除することに好適な流体噴射装置を例示して説明する。従って、実施形態にて用いる流体は、水または生理食塩水等の液体である。
(実施形態1)
図2は、本実施形態に係る脈流発生部を流体の噴射方向に沿って切断した切断面を示す断面図である。なお、図2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。脈流発生部20は、ポンプ10から流体供給チューブ4を介して流体室80に流体を供給する入口流路81と、流体室80の容積を変化させる容積変更手段としての圧電素子30及びダイアフラム40と、流体室80に連通する出口流路82と、を有して構成されている。入口流路81には流体供給チューブ4が接続されている。
図3は、本実施形態に係る駆動制御部の概略構成を示すブロック説明図である。駆動制御部15は、ポンプ10の駆動制御を行うポンプ駆動回路152と、圧電素子30を駆動制御する圧電素子駆動回路153と、ポンプ駆動回路152と圧電素子駆動回路153とを制御する制御回路151と、メインスイッチ24と、を有して構成されている。
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。
図4は、連続流噴射とパルス流噴射の切除特性を模式的に示す説明図であり、(a)はパルス流噴射、(b)は連続流噴射を示している。パルス流噴射の場合、主にパルス化した流体の先頭波や流体粒の衝撃圧によって生体組織を削り取るように切除する(図中、矢印Cで表す)。この際、パルス一個の衝撃圧による切除力を決定する要因は、パルス流の流体粒の大きさを決定する流体室80の容積変化量(排除体積)と、パルス流の流体粒の速度を決定する流体室80の容積を縮小させる速度(流体室80の容積を縮小させる際の圧電素子30の駆動時間に相当する)であるため、流体供給圧力は低圧でもよい。
(流体噴射装置の制御方法)
V=Q/A
流体噴射開口部から噴射される液体の流速Vが20(m/秒)以上であれば生体組織の切開または切除の能力を十分に備えるため、連続流において生体組織の切開または切除が可能となるための流体供給手段から供給される流量Qの条件について、以下の不等式が成り立つ。
Q≧20A
従って、流体供給手段から供給される流量が20A(m3/秒)以上となるように流体供給圧力を高めれば、連続流が生体組織の切開または切除能力を備えることが可能となる。なお、流体供給圧力と流体供給手段から供給される流量との間には相互的な関係があるため、流体供給圧力を高めれば流体供給手段からの供給流量が増加する。
Claims (3)
- 流体室と、
前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、
前記流体室に所定の圧力で流体を供給する流体供給手段と、
前記容積変更手段を動作させて前記流体室の容積を変更することによって、前記流体をパルス状に噴射させるパルス流噴射と、前記容積変更手段を停止させた状態で前記パルス流噴射の場合よりも前記流体供給手段からの流体供給圧力を高めて前記流体を噴射させる連続流噴射と、を切替える噴射指令切替え手段と、
が備えられていることを特徴とする流体噴射装置。 - 前記流体を噴射する流体噴射開口部の断面積をA(m2)としたとき、
前記流体噴射開口部の断面積Aが、2.5π×10-9(m2)≦A≦22.5π×10-9(m2)であって、
前記噴射指令切替え手段は、前記連続流噴射を行う場合の前記流体供給手段から流体を供給する流量が20A(m3/秒)以上となるように、前記流体供給圧力を高めること、
を特徴とする請求項1記載の流体噴射装置。 - 流体室に流体を供給することと、
前記流体室の容積を変化させることによって前記流体をパルス状に噴射させるパルス流噴射と、前記流体室の容積を維持することによって前記流体を噴射させる連続流噴射と、を切り替えることと、
を含み、
前記切り替えることは、前記パルス流噴射の場合よりも、前記流体室に供給する前記流体の圧力を高めて前記連続流噴射を行うことを特徴とする流体噴射装置の制御方法。
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