JP5360690B2 - 流体噴射装置、流体噴射装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体を高速噴射させる流体噴射装置と、この流体噴射装置の制御方法に関する。

従来、流体をパルス状に噴射して対象物の切断また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、生体組織を切開または切除する手術具としての流体噴射装置として、流体室の容積を容積変更手段の駆動によって変化させて流体を脈流に変換し、流体噴射開口部からパルス状に高速噴射させる脈流発生部と、脈流発生部に流体を供給する流体供給部と、脈流発生部と流体供給部とを連通する流体供給チューブとから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２００８−８２２０２号公報

上述した脈流発生部は、容積変更手段の駆動によって流体室の容積を縮小し、流体を脈流に変換して流体噴射開口部からパルス状に高速噴射させる。また、脈流発生部と流体供給部とを流体供給チューブで連通している。流体噴射装置を手術具として用いる場合、脈流発生部を把持して操作する。従って、流体供給チューブは操作性を高めるために柔軟性を有するものが用いられる。

上述した脈流発生部に限らず、流体供給部と流体供給チューブで連通した流体噴射部から流体を噴射させる場合には、流体噴射部の流体噴射開口部や内部流路の流体抵抗が存在するため、流体供給部から流体噴射部に流体を供給すると流体供給チューブ内の流体圧力が増加して、柔軟性を有する流体供給チューブは径方向に膨張される。このことにより、流体供給部を起動したときに、脈流発生部への流体供給流量が一時的に減少し、安定した定常流量になるまで時間がかかってしまう。流体供給流量が定常流量よりも減少した期間では、所望の安定した流体噴射流量が確保できないという課題がある。

なお、定常流量とは、流体噴射部を継続駆動する場合に流体供給部からほぼ一定の流量で供給される供給流量を意味する。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る流体噴射装置は、流体を噴射する流体噴射部と、前記流体噴射部に流体を供給する流体供給部と、前記流体噴射部と前記流体供給部とを連通し柔軟性を有する流体供給チューブと、前記流体噴射部と前記流体供給部の駆動制御を行う駆動制御部と、が備えられ、前記駆動制御部により前記流体供給部を起動させるとともに、前記流体供給部から第１流量の流体を指定時間供給し、前記指定時間経過後、前記流体供給部から前記第１流量よりも少ない第２流量の流体を供給することを特徴とする。

本適用例によれば、流体供給部の起動直後に、所望の流体噴射流量に必要な第２流量よりも多い第１流量の流体を流体噴射部に供給することにより、いち早く流体噴射部からの流体噴射流量を第２流量に近づけることができ、第１流量での流体供給を指定時間行った後、第２流量で流体供給することで流体供給部の起動から極めて短時間で安定した流体噴射流量の流体噴射をさせることができる。

［適用例２］上記適用例に係る流体噴射装置は、前記流体噴射部が、流体室と、流体室の容積を変更し流体を脈流に変換する容積変更手段と、を有し、前記流体供給部の起動とともに前記流体噴射部を起動させて前記流体をパルス状に噴射することが好ましい。

このような構成によれば、流体供給部と流体噴射部とをほぼ同時に起動したときに、流体供給部から第２流量よりも多い第１流量の流体を供給させることにより、いち早く流体噴射部からの流体噴射流量を第２流量に近づけることができるため、流体噴射部の起動直後から流体を安定した流体噴射流量でパルス状に高速噴射させることができる。

なお、脈流とは、流体の流れる方向が一定で、流体の流量または流速が周期的また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、流体の流量または流速が周期的また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、噴射する流体の流量または移動速度が周期的また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、噴射する流体の流量または移動速度が周期的また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。

［適用例３］上記適用例に係る流体噴射装置は、前記流体供給チューブの材質、外径、長さ、及び厚さの少なくとも一つを含むチューブ情報と、前記第２流量と、を用いて前記第１流量及び前記指定時間とを決定することが好ましい。

第１流量と指定時間は、流体供給チューブの膨張量を決定する要因である流体供給チューブの材質、外径、長さ、厚さ（肉厚）を含むチューブ情報と、第２流量と、を用いて決定する。流体供給チューブの膨張量は、脈流発生部への流体供給の減少量に匹敵するので、これらの情報に基づき脈流発生部への流体供給量を精度よく増加させることにより、流体供給部または脈流発生部の起動直後から所定の噴射流量で噴射させることができる。

［適用例４］本適用例に係る流体噴射装置の制御方法は、流体を噴射する流体噴射部と、前記流体噴射部に流体を供給する流体供給部と、前記流体噴射部と前記流体供給部とを連通し柔軟性を有する流体供給チューブと、が備えられる流体噴射装置の制御方法であって、前記流体供給部を起動させるとともに、前記流体供給部から第１流量の流体を前記流体噴射部に指定時間供給することと、前記指定時間経過後、前記流体供給部から前記第１流量よりも少ない第２流量の流体を前記流体噴射部に供給することと、を含むことを特徴とする。

本適用例の制御方法によれば、流体供給部の起動直後に、所望の流体噴射流量に必要な第２流量よりも多い第１流量の流体を流体噴射部に供給することにより、いち早く流体噴射部からの流体噴射流量を第２流量に近づけることができ、第１流量での流体供給を指定時間行った後、第２流量で流体供給することで流体供給部の起動から極めて短時間で安定した流体噴射流量の流体噴射をさせることができる。

［適用例５］上記適用例に係る流体噴射装置の制御方法は、前記流体噴射部が、流体室と、流体室の容積を変更し流体を脈流に変換する容積変更手段と、を有し、前記流体供給部の起動とともに前記流体噴射部を起動させて前記流体をパルス状に噴射させることが好ましい。

このような制御方法によれば、流体供給部と流体噴射部とをほぼ同時に起動したときに、流体供給部から第２流量よりも多い第１流量の流体を供給させることにより、いち早く流体噴射部からの流体噴射流量を第２流量に近づけることができるため、流体噴射部の起動から極めて短時間で安定した流体噴射流量の流体噴射をさせることができる。

実施形態１に係る手術具としての流体噴射装置を示す構成説明図。 実施形態１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。 実施形態１に係る制御系の概略構成を示す構成説明図。 実施形態１による制御を行わない場合の噴射流量と経過時間との関係を模式的に示すグラフ。 実施形態１に係る流体噴射装置の制御方法を示すフロー説明図。 実施形態１による制御を行った場合の噴射流量と経過時間との関係を模式的に示すグラフ。 実施形態２に係る脈流発生部をダイアフラムに対して垂直方向に切断した切断面を示す部分断面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。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、以下に説明する実施形態では、生体組織を切開または切除することに好適な手術具としての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。なお、以降説明する図２、図７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。
（実施形態１）

図１は、実施形態１に係る手術具としての流体噴射装置を示す構成説明図である。図１において、流体噴射装置１は、液体を収容する液体供給容器２と、流体供給部としてのポンプ１０と、ポンプ１０から供給される液体を脈流に変換させパルス状に噴射する流体噴射部２０と、ポンプ１０と流体噴射部２０の駆動を制御する駆動制御部１５と、を備えている。ポンプ１０と流体噴射部２０とは、流体供給チューブ４（以降、単にチューブ４と表す）によって連通されている。

流体噴射部２０は、液体を脈流に変換させる脈流発生部２１と、脈流発生部２１に接続される細いパイプ状の接続流路管９０と、を有し、接続流路管９０の先端部には流路径が縮小された流体噴射開口部９６を有するノズル９５が挿着されている。

なお、本実施形態では、駆動制御部１５はポンプ１０と流体噴射部２０から離間した位置に配設されているが、ポンプ１０を含む駆動制御部として構成してもよい。

脈流発生部２１は、起動スイッチ２５と、ポンプ１０からの供給流量を選択する供給流量切換スイッチ２６とを備えている。流体噴射装置１を手術具として用いる場合、脈流発生部２１を把持して操作するため、起動スイッチ２５と供給流量切換スイッチ２６を手元に備えることで操作性を高めている。なお、起動スイッチ２５は脈流発生部２１の起動及び停止、供給流量切換スイッチ２６はポンプ１０の定常流量の選択的切換えを司る。

なお、定常流量とは、流体噴射部２０を起動して指定時間経過後、継続駆動する場合にポンプ１０からほぼ一定の流量で供給される第２流量であって、ポンプ１０の起動直後の供給流量としての第１流量とは区別される。

まず、流体噴射装置１における液体の流動を簡単に説明する。液体供給容器２に収容された液体は、ポンプ１０によって吸引され、一定の圧力でチューブ４を介して脈流発生部２１に供給される。ここで、チューブ４が剛性を有する場合は、ポンプ１０の起動直後から一定の流量（定常流量）で供給される。脈流発生部２１には、流体室８０と、この流体室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とを備えており、容積変更手段を駆動して流体室８０の容積を変化させて脈流を発生し、接続流路管９０、ノズル９５を介して流体噴射開口部９６から液体をパルス状に高速噴射する。

ここで、この流体噴射装置１を用いて手術をする際、術者が把持する部位は脈流発生部２１である。従って、術者による操作性を高めるために、チューブ４はできるだけ柔軟であることが求められる。

次に、本実施形態に係る脈流発生部２１の構造について説明する。
図２は、本実施形態に係る脈流発生部を液体の噴射方向に沿って切断した断面図である。脈流発生部２１は、ポンプ１０からチューブ４を介して流体室８０に液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から流体噴射開口部９６まで液体を送出する出口流路８２と、を有して構成されている。

ダイアフラム４０は、円盤状の金属薄板からなり、周縁部が下ケース５０と上ケース７０によって密着固定されている。圧電素子３０は、本実施形態では積層型圧電素子であって、両端部の一方がダイアフラム４０に、他方が底板６０に固着されている。

流体室８０は、上ケース７０のダイアフラム４０に対向する面に形成される凹部とダイアフラム４０とによって形成される空間である。流体室８０の略中央部には出口流路８２が開口されている。

上ケース７０と下ケース５０とは、それぞれ対向する面において接合一体化されている。上ケース７０には、出口流路８２に連通する接続流路９１を有する接続流路管９０が嵌着され、接続流路管９０の先端部にはノズル９５が挿着されている。そして、ノズル９５には、流路径が出口流路８２よりも縮小された流体噴射開口部９６が開口されている。

上ケース７０には、流体室８０と連通する入口流路８１が形成され、入口流路８１にはチューブ４が取付けられている。

次に、本実施形態における脈流発生部２１の流体吐出動作について図１、図２を参照して説明する。本実施形態の脈流発生部２１の流体吐出は、入口流路８１側の合成イナータンスＬ１と出口流路８２側の合成イナータンスＬ２の差によって行われる。

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。

入口流路８１側の合成イナータンスＬ１は、入口流路８１の範囲において算出される。また、出口流路８２側の合成イナータンスＬ２は、出口流路８２の範囲において算出される。
なお、接続流路管９０の管壁の厚さは、流体の圧力伝播に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８１側の合成イナータンスＬ１が出口流路８２側の合成イナータンスＬ２よりも大きくなるように、入口流路８１の流路長及び断面積、出口流路８２の流路長及び断面積を設定する。

次に、流体噴射動作について説明する。
ポンプ１０によって入口流路８１には、常に一定圧力（定常流量）で液体が供給されている。その結果、圧電素子３０が動作を行わない場合、ポンプ１０の吐出力と入口流路側全体の流路抵抗の差によって液体は流体室８０内に流動する。

ここで、圧電素子３０に駆動信号が入力され圧電素子３０がダイアフラム４０の流体室８０側の面の法線方向に急激に伸長したとすると、伸長した圧電素子３０によってダイアフラム４０が押圧され、ダイアフラム４０が流体室８０の容積を縮小する方向に変形する。流体室８０内の圧力は、入口流路側及び出口流路側の合成イナータンス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。

この圧力は、入口流路８１に加えられていたポンプ１０による圧力よりはるかに大きいため、入口流路８１から流体室８０内への液体の流入はその圧力によって減少し、出口流路８２からの流出は増加する。

しかし、入口流路側の合成イナータンスＬ１は、出口流路側の合成イナータンスＬ２よりも大きく、入口流路８１から流体室８０へ流入する流量の減少量よりも、出口流路８２から吐出される液体の増加量のほうが大きいため、接続流路９１にパルス状の液体吐出、つまり、脈流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管９０内（接続流路９１）を伝播して、先端のノズル９５の流体噴射開口部９６から液体が噴射される。

ここで、流体噴射開口部９６の流路径は、出口流路８２の流路径よりも縮小されているので、液体はさらに高圧となり、パルス状の液滴となって高速噴射される。

一方、流体室８０内は、入口流路８１からの液体流入量の減少と出口流路８２からの液体流出の増加との相互作用で、圧力上昇直後に真空に近い低圧状態となる。そして、圧電素子３０を元の形状に復元すると、ポンプ１０の圧力と、流体室８０内の低圧状態の双方によって一定時間経過後、入口流路８１の液体は圧電素子３０の動作前（伸長前）と同様な速度で流体室８０内に向かう流れが復帰する。

入口流路８１内の液体の流動が復帰した後、圧電素子３０の伸長があれば、流体噴射開口部９６からパルス状の液滴を継続して噴射する。

続いて、本実施形態に係る流体噴射装置１の制御方法について説明する。まず、流体噴射装置１の制御系の構成について図面を参照して説明する。
図３は、本実施形態に係る制御系の概略構成を示す構成説明図である。制御系としては、ポンプ１０及び脈流発生部２１（具体的には圧電素子３０）の駆動を制御する駆動制御部１５と、起動スイッチ２５と、ポンプ１０の供給流量切換スイッチ２６と、チューブ情報入力手段２７と、から構成されている。

駆動制御部１５は、ポンプ駆動回路１５３と圧電素子駆動回路１５４と、両回路を制御する制御回路１５１とを有している。駆動制御部１５はＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）１５２をさらに有している。ＬＵＴ１５２には、ポンプ１０による指定の定常供給流量としての第２流量と、チューブ情報と、これらから算出される増加流量と、この増加流量で供給する指定時間等が含まれる。なお、第２流量に上述の増加流量を加算した流量を第１流量と表す。

図示は省略しているが、ＬＵＴ１５２はＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリー（記憶手段）にデータとして記憶されている。

チューブ情報は、チューブ情報入力手段２７によって制御回路１５１に入力され、制御回路１５１内の演算部（図示せず）によって、チューブ情報と指定される第２流量とから増加流量と指定時間を算出してＬＵＴを作成する。チューブ情報入力手段２７としては、キーボードまたは入力スイッチ等を用いることができる。なお、ＬＵＴは、実験によって求めたチューブ情報および指定される第２流量と指定時間との関係に基づいて、流体噴射装置１の出荷前に予め作成してもよい。

次に、ＬＵＴの内容について説明する。表１は、本実施形態に係るＬＵＴの１例を示している。

本例では、指定の流量（第２流量）と、チューブ情報としてチューブ材質、チューブ外径、チューブ長さ、チューブ厚さ（チューブの肉厚）と、第２流量及びチューブ情報を用いて算出される制御条件として増加流量と、この増加流量を供給する指定時間と、を算出している。

ここで、第２流量は、チューブ内の上昇圧力を算出するために必要な基礎要素であり、チューブ材質は、チューブの物理定数（ヤング率）を決定する要素である。

流体噴射装置１を駆動する場合、まず、供給流量切換スイッチ２６により第２流量を指定し、起動スイッチ２５を操作しポンプ１０及び脈流発生部２１を起動する。その際、チューブ情報入力手段２７から使用されるチューブ４のチューブ情報を制御回路１５１に入力する。制御回路１５１からのチューブ情報に基づく読み出し信号により、ＬＵＴ１５２からは脈流発生部２１の制御条件が読み出される。ＬＵＴ１５２から読み出された増加流量、つまり第１流量と、第１流量で流動する指定時間に基づきポンプ１０が駆動される。
（流体噴射装置の制御方法）

続いて、流体噴射装置１の制御方法について説明する。まず、本実施形態による制御を行わない場合について説明する。
図４は、本実施形態による制御を行わない場合の噴射流量と経過時間との関係を模式的に示すグラフである。ポンプ１０は指定された定常流量の液体を供給する。ここで、脈流発生部２１を起動すると、脈流発生部２１の流路抵抗が無い場合もしくは著しく小さい場合は、供給流量（第２流量）と噴射流量（定常噴射流量ｑ１）はほぼ等しくなる。

しかし、圧電素子３０を駆動し液体をパルス状に噴射させる場合、脈流発生部２１の内部流路の流路抵抗が増加し、チューブ４内の流体圧力も増加して、柔軟性を有するチューブ４は径方向に膨張される。このことにより、安定した定常噴射流量に達するまで時間がかかってしまう。例えば、ポンプ１０と脈流発生部２１とをほぼ同時に起動すると、定常噴射流量ｑ１に達するまでに時間ｔ２を要し、起動から時間ｔ２に至る期間では、供給流量の減少により所望の安定した定常噴射流量のパルス噴射ができない。

また、このように脈流発生部２１への供給流量が減少すると、起動から時間ｔ２の期間において、供給流量が極端に少ない場合には、圧電素子３０が空駆動されてしまうことがある。
そこで、脈流発生部２１の起動直後から所望の噴射流量（定常噴射流量）を確保するためにポンプ１０からの供給流量を制御する。

図５は、本実施形態に係る流体噴射装置の制御方法を示すフロー説明図である。図５に示すフローに沿って説明する。図１、図３、図６も参照する。

図５に表す制御フローは、流体噴射装置１が停止している状態（ポンプ１０と脈流発生部２１とが停止している状態）から、ポンプ１０と脈流発生部２１とを起動させ、定常駆動（例えば、生体組織の切開手術等）を継続した後、停止させる間の一連のフローを表している。

まず、流体噴射装置１を起動させる前に、チューブ情報入力手段２７によりチューブ情報を制御回路１５１に入力する（ＳＴ１０、以降、制御のステップをＳＴと表す）。仮にチューブ情報として、チューブ材質Ａ、チューブ外径２ｍｍ、チューブ長さ１０００ｍｍ、チューブ厚さ１ｍｍを入力する。

続いて、供給流量切換スイッチ２６を操作して指定の液体供給流量（第２流量）を選択する（ＳＴ２０）。仮に１００ｍｌ／ｈ（ｍｌ／時間）を選択したものとする。すると、入力したチューブ情報と第２流量とに基づき、表１に示したＬＵＴ１５２から、増加流量３０ｍｌ／ｈ（つまり、第１流量は１３０ｍｌ／ｈ）と第１流量で供給する指定時間５ｓが選択される。

続いて、起動スイッチ２５を操作してポンプ１０と脈流発生部２１とを起動させる（ＳＴ３０）。この際、制御回路１５１からＬＵＴ１５２に対して読み出し信号が送出され、制御条件（増加流量３０ｍｌ／ｈ、指定時間５ｓ）が読み出される。

ポンプ１０の起動直後に、制御条件に基づきポンプ１０からの液体供給量を増加させる（ＳＴ４０）。このときの供給流量（第１流量）は１３０ｍｌ／ｈとなる。

ここで、制御回路１５１では、指定時間の経過を計測して指定時間（５秒）が経過したかを判定する（ＳＴ５０）。指定時間５秒に達しない間（ＮＯ）は第１流量で指定時間に達するまで供給を継続する。指定時間を経過した（ＹＥＳ）後、ポンプ１０からの液体供給量を定常流量（第２流量）に減少させて（ＳＴ６０）定常流量供給を継続する（ＳＴ７０）。この定常流量供給の期間では定常噴射流量が維持されるため、この期間において手術等を行う。

そして、流体噴射装置１を駆動停止させるかを判定し（ＳＴ８０）、駆動停止する（ＹＥＳ）場合には起動スイッチ２５を操作して流体噴射装置１を駆動停止させる。この際、まず脈流発生部２１の駆動停止（ＳＴ９０）、次にポンプ１０の駆動停止（ＳＴ１００）させる。駆動を継続する（ＮＯ）の場合は、そのままの状態を維持すればよい。
従って、起動スイッチ２５は、起動操作と停止操作が可能な２状態切換スイッチである。

続いて、上述したような制御方法による流体噴射量について説明する。
図６は、本実施形態による制御を行った場合の噴射流量と経過時間との関係を模式的に示すグラフである。図６は、ポンプ１０と脈流発生部２１とをほぼ同時に起動した場合を示している。そして起動直後にポンプ１０からの液体供給量を時間ｔ１まで増加し、指定の増加流量（第１流量：二点鎖線で図示）で供給し続け、指定時間ｔ３を経過した後、供給流量を減少させ定常供給流量（第２流量）を継続供給する。

図６に示すように、ポンプ１０の起動直後に第２流量で液体を供給した場合（破線で図示）、定常噴射流量ｑ１に達するまでに時間ｔ２を要するが、ポンプ１０の起動直後に第２流量よりも多い第１流量を供給することにより、定常噴射流量ｑ１に達するまでに要する時間をｔ３に短縮することができる。

以上説明した本実施形態による流体噴射装置及び制御方法によれば、ポンプ１０及び脈流発生部２１の起動直後に、定常噴射流量を継続するのに必要な第２流量よりも多い第１流量の液体を供給することにより、いち早く流体噴射部２０からの流体噴射流量を第２流量に近づけることができるため、脈流発生部２１の起動から極めて短時間で定常噴射流量のパルス噴射を行うことができる。

また、チューブ４の膨張量を算出するのに必要な第２流量とチューブ情報とを用いて第１流量と第１流量を供給する指定時間とを決定する。チューブ４の膨張量は、脈流発生部２１への液体供給の減少量に匹敵するので、脈流発生部２１への液体供給量を精度よく増加させることができる。

特に、特許文献１や本実施形態のように逆止弁を持たずに流体のイナータンス効果で高圧のパルス流を実現する構成においては、流路の一部でイナータンスを大きくする為に管路断面積を非常に小さくしたり、長くしたりしているので流路抵抗も高くなり、チューブ４の膨張が顕著になるため本実施形態による効果が大きい。

また、脈流発生部２１への供給流量が減少した状態または無い状態で圧電素子３０を駆動すると、圧電素子３０の伸縮に伴う発熱に加え、流体室８０内の断熱効果による発熱、及び冷媒としても作用する液体の量が不十分であるために圧電素子３０の温度上昇を引き起こす可能性がある。本実施形態によれば供給流量が十分にあること、供給流量が少ない状態の時間が極めて短いため、この温度上昇に起因する圧電素子３０の劣化を防止することができるという効果がある。
（実施形態２）

続いて、実施形態２に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。前述した実施形態１が、脈流発生部を術者が把持して操作する場合の構成を例示していることに対して、実施形態２は、脈流発生部をチューブ先端に装着し血管等の細管組織内に挿入可能な構成であることに特徴を有している。なお、実施形態２において、実施形態１との共通部分には同じ符号を附し、相違箇所を中心に説明する。

図７は、実施形態２に係る脈流発生部をダイアフラムに対して垂直方向に切断した切断面を示す部分断面図である。脈流発生部１２０は、上ケース１７０と下ケース１５０の互いの対向面が接合された状態で、断面形状がほぼ円形の筒状に構成されている。下ケース１５０の上ケース１７０との対向面には凹部が穿設され、この凹部と上ケース１７０の下ケース１５０との対向面に密着固定されるダイアフラム１４０とで流体室１８０が構成されている。

下ケース１５０には、流体室１８０に連通する入口流路１８１と出口流路１８２とが形成され、ダイアフラム１４０の流体室１８０に対して反対側の表面には圧電素子１３０が固着されている。なお、出口流路１８２の先端部は流体噴射開口部９７である。

図７からも明らかなように、実施形態２に係る脈流発生部１２０は、入口流路１８１、流体室１８０、および出口流路１８２が一直線上に形成されている。このような構成にすることによって、液体が衝突する壁部を少なくすることができるため、液体が衝突する壁部において滞留する気泡を減らすことができる。その結果、滞留した気泡の影響によって流体室１８０の圧力が低下することを防止し、十分な切除能力を有する脈流を安定して発生させることができる。

また、図７において、ダイアフラム１４０は、流体室１８０の底面（下ケース１５０によって形成される面）と平行に配置されている。言い換えれば、ダイアフラム１４０は液体の流れる方向に対して平行に配置されているとも言える。このような構成にすることによって、脈流発生部１２０の外径をチューブ４の外径と同程度にすることができ、後述するように脈流発生部１２０を血管等の細管組織に挿入することが可能となる。

また、ダイアフラム１４０を流体室１８０の底面と平行に配置することによって、ダイアフラム１４０が流体室１８０を形成する面積を大きくすることができる。これにより、ダイアフラム１４０の変形によって流体室の容積を縮小する量（＝流体室の排除体積）を大きくすることができる。例えばダイアフラム１４０を流体室１８０の底面と垂直に配置すると、ダイアフラム１４０が流体室１８０を形成する面積は脈流発生部１２０の外径に制限され、ダイアフラム１４０の変形によって流体室の排除体積を大きくすることができない。

その結果、十分な切除能力を有する脈流を発生させることが難しくなる。その点、実施形態２の構成では、脈流発生部１２０の外径に制限されることなく、ダイアフラム１４０の変形によって流体室の排除体積を大きくすることができるため、十分な切除能力を有する脈流を発生させることができ、好ましい。

このように構成される脈流発生部１２０は、チューブ４に接続される。ここで、脈流発生部１２０は、血管等の細管組織に挿入して、細管組織内の付着物等を除去することに好適な装置であって、外径は２ｍｍ〜５ｍｍ程度である。従って、チューブ４の外径は、脈流発生部１２０の外径とほぼ等しい。しかるに、チューブ４はカテーテルと考えることができる。

このように構成される細い筒状の脈流発生部であっても、前述した実施形態１と同様な効果が得られ、しかも、細管組織内に挿入して、細管組織内壁の付着物の除去に好適な手術器具として有効である。
さらに、細管構造物の管内の洗浄等にも用いることが可能である。

なお、本実施形態では、起動スイッチ２５、供給流量切換スイッチ２６、駆動制御部１５またはポンプ１０に配設される。

また、本実施形態における流体噴射装置１の駆動制御は、前述した実施形態１と同じ制御方法によって行うことができる。
（実施形態３）

続いて、実施形態３に係る流体噴射装置について説明する。前述した実施形態１及び実施形態２は、液体をパルス噴射させる構成であるが、実施形態３は連続流噴射であることを特徴とする。

まず、第１実施例について説明する。第１実施例における脈流発生部の構成は、前述した実施形態１及び実施形態２それぞれの脈流発生部２１または脈流発生部１２０と同じ構成を踏襲できるので、実施形態１の構成を例示して説明する。

連続流噴射は、脈流発生部２１の流体室８０の容積を一定の状態（圧電素子３０の駆動停止状態）で維持することで連続流噴射とすることが可能である。

脈流発生部２１は、流体室８０の容積を一定に維持した場合でも、流路の一部で流路断面積を非常に小さくしたり、長くしたりしているので流路抵抗も高くなり、チューブ４内の圧力が上昇し、チューブ４が膨張する。

そこで、ポンプ１０の起動直後に、定常噴射流量を継続するのに必要な第２流量よりも多い第１流量の液体を指定時間だけ供給することにより、いち早く流体噴射部２０からの流体噴射流量を第２流量に近づけることができるため、ポンプ１０を起動した後、非常に短時間で安定した連続流噴射を行うことができる。

次に、第２実施例について説明する。図示は省略するが、第２実施例は、チューブ４の先端にノズルを配設して構成されることを特徴とする。ノズルの先端部には流路径が縮小された流体噴射開口部が開口され、ポンプ１０から一定の圧力で供給される液体は、流体噴射開口部により高圧となり高速噴射される。

このような構成では、流路長が長いことと、流体噴射開口部は流路径が縮小されているため流路抵抗が増加し、チューブ４の内部圧力が上昇してチューブ４が膨張する。このことにより、ポンプ１０を起動した直後には流体噴射流量が減少する。

そこで、第１実施例と同様に、定常噴射流量を継続するのに必要な第２流量よりも多い第１流量の液体を指定時間だけ供給することにより、いち早く流体噴射部２０からの流体噴射流量を第２流量に近づけることができるため、ポンプ１０を起動した後、非常に短時間で安定した連続流噴射を行うことができる。

なお、前述した各実施形態では、ＬＵＴ１５２に制御情報を格納しているが、チューブ４に圧力センサーを配設し、圧力センサーの圧力変化によりチューブ４の膨張を検出して、フィードバック信号に基づきポンプ１０からの供給流量を制御する構成とすることができる。

また、供給流量切換スイッチ２６をダイヤル式スイッチとし、ＬＵＴ１５２（表１）の制御条件（ａ１〜ａ６、ｂ４〜ｂ６）を直接選択する構成としてもよい。

また、前述した実施形態１及び実施形態２では、ダイアフラムを圧電素子によって押圧することによって脈流を発生させる構成としたが、これに限らず、脈流を発生させる構成であれば他の形態でも構わない。例えばピストン（プランジャー）を圧電素子を用いて駆動することによって流体室の容積を変化させ、脈流を発生させてもよい。また、流体室内の液体をレーザー誘起によって泡状（バブル）にし、バブルを噴射させることによって脈流を発生するようにしてもよい。

また、前述した各実施形態では、ＬＵＴの１例として、指定の流量（定常流量）と、チューブ情報としてチューブ材質、チューブ外径、チューブ長さ、チューブ厚さ（チューブの肉厚）と、定常流量及びチューブ情報とを用いて算出される制御条件として増加流量と、この増加流量を流動する指定時間と、を算出する構成としたが、これに限らず、接続するチューブから増加流量と増加流量を流動する指定時間とを導出できればよい。例えば、チューブ情報として、チューブ材質、チューブ外径、チューブ長さ、チューブ厚さ（チューブの肉厚）の少なくともいずれかが含まれていればよい。

また、前述した各実施形態では、ＬＵＴを参照して、入力されたチューブ情報に対応する制御条件（増加流量と増加流量を流動する指定時間）を選択する構成としたが、入力されたチューブ情報に対応する制御条件がＬＵＴに存在しない場合には、ＬＵＴとして記憶されている複数のチューブ情報および制御条件から、入力されたチューブ情報に最適と思われる制御条件を公知の補間演算によって求めるようにしてもよい。これにより、入力されたチューブ情報に対応する制御条件がＬＵＴに存在しない場合であっても、適切と思われる制御条件を導出することが可能となる。

また、前述した各実施形態では、チューブ情報をチューブ情報入力手段２７によって入力するように構成したが、これに限らず、チューブに貼り付けられたＲＦ−ＩＤやバーコードを読み込むことによってチューブ情報を制御回路１５１に入力するように構成してもよい。これにより、チューブ情報をユーザーが入力する手間を軽減することができる。

１…流体噴射装置、４…流体供給チューブ、１０…流体供給部としてのポンプ、１５…駆動制御部、２０…流体噴射部、２１…脈流発生部、３０…容積変更手段としての圧電素子、４０…ダイアフラム。

Claims (5)

1. 流体を噴射する流体噴射部と、
   前記流体噴射部に流体を供給する流体供給部と、
   前記流体噴射部と前記流体供給部とを連通し柔軟性を有する流体供給チューブと、
   前記流体噴射部と前記流体供給部の駆動制御を行う駆動制御部と、が備えられ、
   前記駆動制御部により前記流体供給部を起動させるとともに、前記流体供給部から第１流量の流体を指定時間供給し、前記指定時間経過後、前記流体供給部から前記第１流量よりも少ない第２流量の流体を供給す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において、
   前記流体噴射部が、流体室と、流体室の容積を変更し流体を脈流に変換する容積変更手段と、を有し、前記流体供給部の起動とともに前記流体噴射部を起動させて前記流体をパルス状に噴射することを特徴とする流体噴射装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の流体噴射装置において、
   前記流体供給チューブの材質、外径、長さ、及び厚さの少なくとも一つを含むチューブ情報と、前記第２流量と、を用いて前記第１流量及び前記指定時間とを決定することを特徴とする流体噴射装置。
4. 流体を噴射する流体噴射部と、前記流体噴射部に流体を供給する流体供給部と、前記流体噴射部と前記流体供給部とを連通し柔軟性を有する流体供給チューブと、が備えられる流体噴射装置の制御方法であって、
   前記流体供給部を起動させるとともに、前記流体供給部から第１流量の流体を前記流体噴射部に指定時間供給することと、
   前記指定時間経過後、前記流体供給部から前記第１流量よりも少ない第２流量の流体を前記流体噴射部に供給することと、
   を含むことを特徴とする流体噴射装置の制御方法。
5. 請求項４に記載の流体噴射装置の制御方法において、
   前記流体噴射部が、流体室と、流体室の容積を変更し流体を脈流に変換する容積変更手段と、を有し、前記流体供給部の起動とともに前記流体噴射部を起動させて前記流体をパルス状に噴射させることを特徴とする流体噴射装置の制御方法。

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