JP6115014B2 - 流体循環装置および流体循環装置を用いた医療機器 - Google Patents

Description

本発明は、流体循環装置および流体循環装置を用いた医療機器に関するものである。

従来、物体の温度を調整する技術として、流体循環装置を用いた技術が知られている（例えば特許文献１）。この技術では、温度を調整しようとする物体（以下、温度調整対象とも呼ぶ）に対して、内部に流体が循環する循環流路を接触させ、循環する流体の熱によって、温度調整対象の温度を調整する。しかし、従来の流体循環装置においては、流体の循環時における圧力が考慮されていないため、流体を安定して循環させることができない場合があるといった問題があった。

特開平８−２４２４６３号公報

本発明は、上述した従来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、流体を安定して循環させることのできる技術を提供することを目的とする。

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、以下の形態または適用例を取ることが可能である。

[適用例１]
流体を外気に接触させずに循環させる流体循環装置であって、
容積を変更する動作を行なうポンプ室と、
前記ポンプ室への前記流体の流入路である入口流路と、
前記ポンプ室から前記入口流路へ向かう前記流体の流れを抑制または抑止する流体抵抗要素と、
前記ポンプ室からの流体の流出路である出口流路と、
前記出口流路から前記入口流路へ前記流体が循環する流路である循環流路と、
前記流体を加圧する加圧機構と
を備える、流体循環装置。
ポンプ室が動作すると、ポンプ室の流出側（吐出側）と流入側（吸入側）で圧力差が生じる。ポンプ室の流出側（吐出側）と流入側（吸入側）で圧力差が生じると、循環流路が変形し、ポンプ室の前後において流体の体積に偏りが生じる。循環ポンプ１１０の動作をそのまま継続すると、循環ポンプ１１０の吸入側において流体の欠乏が進んで負圧となり、流体循環装置において流体を安定して循環させることが困難になるおそれがある。
しかし、この構成によれば、加圧機構によって流体を加圧するので、ポンプ室の流入側における流体の負圧化を抑制することができ、流体を安定して循環させることができる。

[適用例２]
適用例１に記載の流体循環装置であって、さらに、
前記流体循環装置の運転状態を検出する状態検出部を備え、
前記加圧機構は、前記検出された前記運転状態に基づいて、前記流体を加圧する、
流体循環装置。
この構成によれば、運転状態に基づいて、適切に流体を加圧することができる。

[適用例３]
適用例２に記載の流体循環装置であって、
前記状態検出部は、前記運転状態として前記流体の圧力を検出する圧力検出部を含み、
前記加圧機構は、前記検出された流体の圧力に基づいて、前記流体を加圧する、
流体循環装置。
この構成によれば、流体の負圧の程度に応じて、適切な圧力で流体を加圧することができる。

[適用例４]
適用例１から適用例３のいずれか一項に記載の流体循環装置であって、
前記加圧機構は、前記ポンプ室の動作の開始とともに、前記流体を加圧する、
流体循環装置。
この構成によれば、ポンプ室の動作開始後において流体が負圧となっている期間を短縮することができる。

[適用例５]
適用例１から適用例４のいずれか一項に記載の流体循環装置であって、
前記加圧機構は、前記ポンプ室の動作が停止した後に、前記流体の加圧を停止する、
流体循環装置。
この構成によれば、ポンプ室の動作が停止した後に、流体の加圧を停止するので、ポンプ室の動作の停止後に循環流路内に負圧が残留してしまうことを抑制することができる。

[適用例６]
適用例１から適用例５のいずれか一項に記載の流体循環装置であって、さらに、
前記流体を収容する流体収容部を備え、
前記加圧機構は、前記流体収容部に収容されている前記流体を加圧する、
流体循環装置。
この構成によれば、流体を効果的に加圧することができる。

[適用例７]
適用例１から適用例６のいずれか一項に記載の流体循環装置であって、
前記加圧機構は、前記入口流路と前記ポンプ室との間における前記流体を加圧する、
流体循環装置。
この構成によれば、流体循環装置を小型化しつつ、流体を加圧することができる。

[適用例８]
適用例１から適用例７のいずれか一項に記載の流体循環装置を用いた医療機器。
この構成によれば、流体循環装置において流体が安定して循環するので、医療機器の信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、流体を循環させる方法および装置、流体循環システム、それらの方法または装置の機能を実現するための集積回路、コンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

本発明の一実施例としての流体噴射システムの概略構成を示す説明図である。 循環ポンプの断面の構成を概略的に示す模式図である。 流体循環装置の動作開始時における処理を示すフローチャートである。 流体循環装置の停止時における処理を示すフローチャートである。 流体循環装置の動作開始時における処理の第２実施例を示すフローチャートである。 第３実施例における循環ポンプの断面の構成を概略的に示す模式図である。 第４実施例における循環ポンプの断面の構成を概略的に示す模式図である。 第５実施例における循環ポンプの断面の構成を概略的に示す模式図である。 圧力検出部の他の例を模式的に示す説明図である。 圧力検出部の他の例を模式的に示す説明図である。 圧力検出部の他の例を模式的に示す説明図である。 加圧機構の他の例を模式的に示す説明図である。 加圧機構の他の例を模式的に示す説明図である。 加圧機構の他の例を模式的に示す説明図である。 加圧機構の他の例を模式的に示す説明図である。 加圧機構の他の例を模式的に示す説明図である。 加圧機構の他の例を模式的に示す説明図である。 加圧機構の他の例を模式的に示す説明図である。 加圧機構の他の例を模式的に示す説明図である。 加圧機構の他の例を模式的に示す説明図である。 加圧機構の他の例を模式的に示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ〜Ｅ．第１〜第５実施例：
Ｆ．圧力検出部の他の例：
Ｇ．加圧機構の他の例：
Ｈ．変形例：

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としての流体噴射システム１０の概略構成を示す説明図である。流体噴射システム１０は、流体噴射装置２０と、流体噴射装置２０を冷却する流体循環装置１００とを備えている。流体噴射装置２０は、皮膚等の生体組織に対してジェット水流を噴射し、その衝撃エネルギーによって生体組織を剥離、切開するウォータージェットメスである。特に、本実施例の流体噴射装置２０は、ジェット水流を断続的に噴射するウォータージェットパルスメスである。

流体噴射装置２０は、ジェット水流を噴射する脈動発生部３０と、水を収容する流体容器４０と、流体容器４０に収容されている水を吸い上げて脈動発生部３０に供給する供給ポンプ４２と、流体容器４０と供給ポンプ４２とを接続する接続チューブ４４と、供給ポンプ４２と脈動発生部３０とを接続する接続チューブ４６とを備えている。

脈動発生部３０は、接続チューブ４６から供給された水を一時的に貯留する流体室３２と、流体室３２に貯留された水に対して脈動を与える圧電アクチュエータ３４と、流体室３２に連通し、圧電アクチュエータ３４によって脈動を与えられた水が通過する流体噴射管３６と、圧電アクチュエータ３４を内部に収容する下ケース３８と、流体室３２を構成し、下ケース３８に接続された上ケース３９とを備えている。

圧電アクチュエータ３４は、積層型圧電素子であり、圧電素子（ピエゾ素子）の圧電効果を利用してダイアフラムを変形させることによって、流体室３２の容積を変化させる。流体室３２の容積が小さくなると、流体室３２に貯留された水は、流体噴射管３６を通って、ジェット水流として外部に噴射される。

流体循環装置１００は、流体噴射装置２０の圧電アクチュエータ３４を冷却する装置であり、循環ポンプ１１０と、両端が循環ポンプ１１０に接続された循環流路である液体流路１９０と、循環ポンプ１１０を制御する制御部１９６とを備えている。本実施例では、循環ポンプ１１０と液体流路１９０とによって密閉系の循環経路が構成されている。すなわち、流体循環装置１００内の流体は、外気に接しない状態で循環する。

液体流路１９０は、耐圧性及び柔軟性を有するチューブである。耐圧性及び柔軟性を有するチューブとして、例えば、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、ＰＶＣ系の樹脂などの熱可塑性樹脂や、シリコーンゴムからなる、医療用チューブや一般工業用チューブが適用可能であるが、これらに特に限定されない。本実施例では、液体流路１９０としてシリコンチューブが採用されている。この液体流路１９０は、圧電アクチュエータ３４に巻き付けられている。このため、圧電アクチュエータ３４に生じた熱は、液体流路１９０の内部を循環する流体（循環流体）に伝わり、圧電アクチュエータ３４は冷却される。温度が上昇した循環流体は、液体流路１９０を循環中に空冷によって冷却される。その他、別途、ラジエータを用いて循環流体を冷却するとしてもよい。本実施例では、熱の交換効率を考慮し、循環流体は液体である。また、流体循環装置１００においては液体として水を採用する。

図２は、循環ポンプ１１０の断面の構成を概略的に示す模式図である。図２（Ａ）は、循環ポンプ１１０の動作前の状態を、図２（Ｂ）は、循環ポンプ１１０の動作時の状態を示している。循環ポンプ１１０は、積層型の圧電素子１１４と、圧電素子１１４を内部に収容する圧電素子ケース１１２と、内部に流路が形成された流路ケース１４０とを備えている。圧電素子１１４の底部は、圧電素子ケース１１２に固定されている。圧電素子１１４の上端には、円形の補強板１１６が取り付けられており、補強板１１６の上面には、金属薄板などで形成された円形のダイアフラム１１８が接着されている。補強板１１６は、ダイアフラム１１８の強度を補強している。補強板１１６の厚さは、ダイアフラム１１８が圧電素子ケース１１２の上端面に接するように設定されている。

流路ケース１４０の下面側(圧電素子ケース１１２と向かい合う側)には、凹部１４０Ｃが形成されており、この凹部１４０Ｃには、環状の環状部材１２０が嵌め込まれている。環状部材１２０の内径は、ダイアフラム１１８の外径よりも小さくなっている。圧電素子ケース１１２と流路ケース１４０とを向かい合わせてネジ止め等で固定すると、ダイアフラム１１８は、環状部材１２０と圧電素子ケース１１２との間に挟まれ、流路ケース１４０とダイアフラム１１８との間の気密は、環状部材１２０によって確保された状態となる。この結果、流路ケース１４０の凹部１４０Ｃと、環状部材１２０の内周面と、ダイアフラム１１８とによって囲まれた空間であるポンプ室１３０が形成される。このポンプ室１３０の容積は、圧電素子１１４が伸長または収縮してダイアフラム１１８が変形することによって、変化する。

流路ケース１４０には、さらに、ポンプ室１３０に液体を導く液室１４６と、液体流路１９０の一端に接続され、ポンプ室１３０内の液体を液体流路１９０へと導くポンプ吐出流路１４２と、液体流路１９０の他端に接続され、液体流路１９０から供給される液体を液室１４６へと導くポンプ吸入流路１４４とが形成されている。なお、本実施例では、ポンプ吐出流路１４２の途中部分には、ポンプ吐出流路１４２よりも断面積の大きい吐出側バッファー１４３が形成されている。この吐出側バッファー１４３は、ポンプ室１３０から吐出される液体の脈動を和らげる機能を有する。

液室１４６は、一端が流路ケース１４０の上面側(圧電素子ケース１１２と向かい合う側とは反対側)に開口するとともに、他端がポンプ室１３０に連通している。液室１４６とポンプ室１３０との間には、ポンプ吸入流路１４４が接続されている。液室１４６のポンプ室１３０側の端部には、逆止弁１４８が設けられている。逆止弁１４８は、液室１４６からポンプ室１３０への液体の流入を許容するとともに、ポンプ室１３０から液室１４６への液体の逆流を阻止する。

液室１４６の側壁には、循環ポンプ１１０の吸入側の圧力として液室１４６内の液体の圧力を検出する圧力検出部１５０が設けられている。圧力検出部１５０は、液室１４６内の液体の圧力に応じて変形する弾性膜１５１と、弾性膜１５１の変位を検出するひずみセンサー１５２とを備えている。弾性膜１５１は、金属膜によって形成されており、液室１４６内の液体の圧力が負圧（大気圧未満）になると、液室１４６側に向かって窪むように変形する。ひずみセンサー１５２は、弾性膜１５１の変位を検出することによって、液室１４６内の液体の圧力を検出する。

流路ケ―ス１４０の上面側に形成された液室１４６の開口部には、液体収容室１６０が接続されている。液体収容室１６０は、ベローズ状の金属薄板で形成されており、内部の容積を変更可能である。

液体収容室１６０の上部には、液体収容室１６０を圧縮する（液体収容室１６０の容積を小さくする）ことによって液体収容室１６０内の液体を加圧する加圧機構１７０が設けられている。加圧機構１７０は、液体収容室１６０に向かって伸縮する可動部１７１と、可動部１７１を伸縮させるアクチュエータ１７２と、可動部１７１に取り付けられた板部材１７３とを備えている。加圧機構１７０は、循環ポンプ１１０の動作時において、液体の圧力が負圧になっていることが検出されると、アクチュエータ１７２によって可動部１７１を伸長させ、板部材１７３を液体収容室１６０に対して押し付けることにより、液体収容室１６０内の液体を加圧する（図２（Ｂ）。なお、本実施例では、アクチュエータ１７２は、ソレノイドアクチュエータである。また、加圧機構１７０と液体収容室１６０との位置関係は、固定されている。

以上の構成の流体循環装置１００において、液体収容室１６０内の液体を加圧する理由について説明する。循環ポンプ１１０が動作すると、循環ポンプ１１０の吐出側と吸入側で圧力差が生じる。循環ポンプ１１０の吐出側と吸入側で圧力差が生じると、液体流路１９０が変形し、循環ポンプ１１０の前後において液体の体積に偏りが生じる。循環ポンプ１１０の動作をそのまま継続すると、循環ポンプ１１０の吸入側において液体の欠乏が進んで負圧となり、流体循環装置１００において液体を安定して循環させることが困難になるおそれがある。そこで、本実施例では、上述したように、加圧機構１７０によって液体を加圧し、循環ポンプ１１０の吸入側における液体の負圧化を抑制する。

図３は、流体循環装置１００の動作開始時における処理を示すフローチャートである。循環ポンプ１１０が動作を開始する、すなわち、圧電素子１１４が駆動を開始する（ステップＳ１００）と、制御部１９６は、圧力検出部１５０からの信号に基づいて、循環ポンプ１１０の吸入側の圧力を測定する（ステップＳ１１０）。循環ポンプ１１０の吸入側の圧力が所定値以上（本実施例では大気圧以上）であった場合には（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、制御部１９６は、処理を終了する。

一方、循環ポンプ１１０の吸入側の圧力が所定値未満（本実施例では大気圧未満）であった場合には（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、制御部１９６は、加圧機構１７０に対して、液体収容室１６０内の液体の加圧を開始する旨の指令（加圧指令）を送信する（ステップＳ）。加圧機構１７０は、加圧制御部１８０からの加圧指令を受信すると、アクチュエータ１７２を駆動して可動部１７１を所定の長さまで伸長させ、液体収容室１６０内の液体を加圧する（ステップＳ１３０）。可動部１７１が所定の長さまで伸長した後、制御部１９６は、再びステップＳ１１０に移行し、循環ポンプ１１０の吸入側の圧力を測定する。このようにして、循環ポンプ１１０の吸入側の圧力が所定値以上となるまで、加圧機構１７０による加圧が行なわれる。

図４は、流体循環装置１００の停止時における処理を示すフローチャートである。ステップＳ２００では、制御部１９６は、循環ポンプ１１０の動作を停止する信号を受信したか否かを判断する。制御部１９６は、循環ポンプ１１０の動作を停止する信号を受信した場合には、圧電素子１１４に対する電力の供給を停止することによって、循環ポンプ１１０の動作を停止させる（ステップＳ２１０）。制御部１９６は、循環ポンプ１１０の動作を停止させた後に、加圧機構１７０に対して、液体収容室１６０内の液体の加圧を停止する旨の指令（加圧停止指令）を送信し、液体収容室１６０に対する加圧を停止させる。

このように、本実施例では、加圧機構１７０によって液体を加圧するので、循環ポンプ１１０の吸入側における液体の負圧化を抑制することができ、この結果、流体を安定して循環させることができる。また、本実施例では、循環ポンプ１１０の動作を停止させた後に、液体の加圧を停止するので、循環ポンプ１１０の動作の停止後に液体流路１９０内に負圧が残留してしまうことを抑制することができる。さらに、本実施例では、液体収容室１６０に対して加圧を行なうので、効果的に液体を加圧することができる。

Ｂ．第２実施例：
図５は、流体循環装置１００の動作開始時における処理の第２実施例を示すフローチャートである。図３に示した第１実施例との違いは、加圧機構１７０が、循環ポンプ１１０の動作が開始された後に、循環ポンプ１１０の吸入側の圧力を測定せずに、加圧を開始する点であり、他の構成は第１実施例と同じである。

循環ポンプ１１０が動作を開始する（ステップＳ１００ｂ）と、制御部１９６は、加圧機構１７０に対して、液体収容室１６０内の液体の加圧を開始する旨の指令（加圧指令）を送信する（ステップＳ１１０ｂ）。加圧機構１７０は、加圧制御部１８０からの加圧指令を受信すると、アクチュエータ１７２を駆動して可動部１７１を所定の長さまで伸長させ、液体収容室１６０内の液体を加圧する（ステップＳ１２０ｂ）。

可動部１７１が所定の長さまで伸長した後、制御部１９６は、圧力検出部１５０からの信号に基づいて、循環ポンプ１１０の吸入側の圧力を測定する（ステップＳ１３０ｂ）。循環ポンプ１１０の吸入側の圧力が所定値以上（本実施例では大気圧以上）であった場合には（ステップＳ１４０ｂ：Ｙｅｓ）、制御部１９６は、処理を終了する。

一方、循環ポンプ１１０の吸入側の圧力が所定値未満（本実施例では大気圧未満）であった場合には（ステップＳ１４０ｂ：Ｎｏ）、制御部１９６は、加圧機構１７０に対して、加圧指令を再び送信する（ステップＳ１１０ｂ）。加圧機構１７０は、加圧制御部１８０からの加圧指令を受信すると、アクチュエータ１７２を駆動して可動部１７１をさらに伸長させ、液体収容室１６０内の液体をさらに加圧する（ステップＳ１２０ｂ）。このようにして、循環ポンプ１１０の吸入側の圧力が所定値以上となるまで、加圧機構１７０による加圧が行なわれる。

このように、本実施例では、循環ポンプ１１０の動作の開始とともに、液体収容室１６０内の液体の加圧を開始するので、第１実施例と同様の効果を奏するとともに、循環ポンプ１１０の吸入側において液体が負圧化している期間を短縮することができる。

なお、本実施例において、圧力検出部１５０を省略し、図５におけるステップＳ１３０ｂ、Ｓ１４０ｂの処理を省略することとしてもよい。この場合には、液体収容室１６０内の液体を十分に加圧できるように、可動部１７１の伸長する長さをあらかじめ設定しておけばよい。

Ｃ．第３実施例：
図６は、第３実施例における循環ポンプ１１０ｃの断面の構成を概略的に示す模式図である。図２に示した第１実施例との違いは、吐出側バッファー１４３が省略されているという点だけであり、他の構成は第１実施例と同じである。吐出側バッファー１４３を省略した構成としても、第１実施例と同様に、循環ポンプ１１０ｃの吸入側における液体の負圧化を抑制することができ、流体を安定して循環させることができる。

Ｄ．第４実施例：
図７は、第４実施例における循環ポンプ１１０ｄの断面の構成を概略的に示す模式図である。図２に示した第１実施例との違いは、液体収容室１６０の代わりに、ポンプ吸入流路１４４とポンプ室１３０との間に弾性流路１４５が設けられている点であり、他の構成は第１実施例と同じである（図７（Ａ））。

弾性流路１４５は、ポンプ吸入流路１４４よりも内径の大きい弾性変形可能な円筒状の部材であり、本実施例ではシリコンで形成されたシリコンチューブであるが、このほかにも、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、ＰＶＣ系の樹脂などの熱可塑性樹脂からなる医療用チューブや、一般工業用チューブを使用してもよい。加圧機構１７０は、循環ポンプ１１０の吸入側の圧力が所定値未満であった場合には、板部材１７３を弾性流路１４５に押し付けることによって、弾性流路１４５内の液体を加圧する（図７（Ｂ））。

このように、弾性流路１４５内の液体を加圧しても、第１実施例と同様に、循環ポンプ１１０ｄの吸入側における液体の負圧化を抑制することができ、流体を安定して循環させることができる。さらに、本実施例によれば、液体収容室１６０を省略することもできるので、装置を小型化しつつ、液体を加圧することができる。

なお、ポンプ吸入流路１４４とポンプ室１３０との間には、弾性流路１４５の代わりに、一面がダイアフラムで形成された流路を形成し、そのダイアフラムを加圧機構１７０によって加圧することによって、ポンプ吸入流路１４４とポンプ室１３０との間における液体を加圧してもよい。

Ｅ．第５実施例：
図８は、第５実施例における循環ポンプ１１０ｅの断面の構成を概略的に示す模式図である。図７に示した第４実施例との違いは、吐出側バッファー１４３が省略されているという点だけであり、他の構成は第４実施例と同じである。吐出側バッファー１４３を省略した構成としても、第４実施例と同様に、循環ポンプ１１０ｅの吸入側における液体の負圧化を抑制することができ、体を安定して循環させることができる。

Ｆ．圧力検出部の他の例：
図９〜１１は、圧力検出部の他の例を模式的に示す説明図である。上記実施例における圧力検出部は、流体循環装置内における液体の圧力を検出することができる構成であればよく、以下で説明する例のように、種々の構造や仕組みを採用することができる。

図９に示した圧力検出部１５０ｂは、液体の圧力に応じて変形する弾性膜１５１ｂと、弾性膜１５１ｂの変形とともに移動する変位検出部１５２ｂとを備えている。圧力検出部１５０ｂは、変位検出部１５２ｂの変位を接点検知によって検出することによって、液体の圧力を検出する。

図１０に示した圧力検出部１５０ｃは、液体の圧力に応じて変形する弾性膜１５１ｃと、弾性膜１５１ｃにレーザーを照射することによって弾性膜１５１の変位を検出するレーザードップラー計測器１５２ｃとを備えている。この構成によれば、弾性膜１５１ｃに接触することなく、液体の圧力を検出することができる。また、この構成によれば、弾性膜１５１ｃの材質は制限されることなく、例えば樹脂によって形成されていてもよい。

図１１に示した圧力検出部１５０ｄは、液体の圧力に応じて変形する金属製弾性膜１５１ｄと、金属製弾性膜１５１ｄに対向して配置された検出部１５２ｄとを備えている。圧力検出部１５０ｄは、金属製弾性膜１５１ｄと検出部１５２ｄとの間における静電容量の変化に基づいて、金属製弾性膜１５１ｄの変位を検出し、液体の圧力を検出する。

Ｇ．加圧機構の他の例：
図１２〜１９は、加圧機構の他の例を模式的に示す説明図である。上記実施例における加圧機構は、流体循環装置１００内の液体を加圧することができる構成であればよく、以下で説明する例のように、種々の構造や仕組みを採用することができる。

図１２に示した加圧機構１７０ｂは、液体収容室１６０の上部に設けられ、弾性膜によって形成された弾性室１７１ｂと、図示しない送風機から送風された気体（例えば空気）を弾性室１７１ｂに送り込む送風管１７２ｂとを備えている。弾性室１７１ｂ内に空気が送り込まれると、弾性室１７１ｂは膨張し、液体収容室１６０内の液体が加圧される。なお、空気の代わりに液体を弾性室１７１ｂに送り込んでもよい。

図１３に示した加圧機構１７０ｃは、液体収容室１６０を内部に収容するケース１７１ｃと、図示しない送風機から送風された気体（例えば空気）をケース１７１ｃに送り込む送風管１７２ｃとを有している。加圧機構１７０ｃは、ケース１７１ｃ内に気体を送り込むことによって、液体収容室１６０内の液体を加圧する。なお、空気の代わりに液体をケース１７１ｃに送り込んでもよい。

図１４に示した加圧機構１７０ｄは、軸部材１７１ｄと、軸部材１７１ｄに取り付けられた楕円形部材１７２ｄと、楕円形部材１７２ｄと液体収容室１６０との間に配置された板部材１７３とを備えている。加圧機構１７０ｄは、図示しないアクチュエータによって軸部材１７１ｄを回転させることによって、楕円形部材１７２ｄを回転させ、楕円形部材１７２ｄの長径部分によって液体収容室１６０を圧縮する。この結果、液体収容室１６０内の液体が加圧される。なお、軸部材１７１ｄとしてボールねじを採用し、ボールねじの直線運動を、楕円形部材１７２ｄの回転運動に変換して、液体収容室１６０を圧縮してもよい。

次に、弾性流路１４５を変形させて（外部から潰して）液体を加圧する場合における加圧機構の例について説明する。

図１５に示した加圧機構１７０ｅは、弾性流路１４５に向かって伸縮する可動部１７１ｅと、可動部１７１ｅを伸縮させるアクチュエータ１７２ｅと、可動部１７１ｅに取り付けられた円形部材１７３ｅとを備えている。加圧機構１７０ｅは、アクチュエータ１７２ｅによって可動部１７１ｅを伸長させ、円形部材１７３ｅを弾性流路１４５に対して押し付けることにより、弾性流路１４５内の液体を加圧する。この例では、円形部材１７３ｅが弾性流路１４５に押し付けられるので、弾性流路１４５に傷がつくのを抑制することができる。

図１６に示した加圧機構１７０ｆは、図１５に示した加圧機構１７０ｅの構成に加えて、アクチュエータ１７２ｆが弾性流路１４５に平行に移動可能であり、円形部材１７３ｆを回転させつつ弾性流路１４５を変形させることができる。なお、アクチュエータ１７２ｆの移動は、例えば、リニアモーターを利用することによって実現することができる。

図１７に示した加圧機構１７０ｇは、軸部材１７１ｇと、軸部材１７１ｇに取り付けられた楕円形部材１７２ｇとを備えている。加圧機構１７０ｇは、図１４に示した加圧機構１７０ｄと同様に、楕円形部材１７２ｇを回転させることによって、弾性流路１４５を変形させて、液体を加圧する。また、図１４に示した加圧機構１７０ｄと同様に、軸部材１７１ｇとしてボールねじを採用してもよい。

図１８に示した加圧機構１７０ｈは、弾性流路１４５に向かって伸縮する複数の可動部１７１ｈと、複数の可動部１７１ｅを伸縮させるアクチュエータ１７２ｈと、複数の可動部１７１ｈのそれぞれに取り付けられた複数の円形部材１７３ｈとを備えている。このように、加圧機構は、弾性流路１４５の複数の箇所を変形させる構成であってもよい。

図１９に示した加圧機構１７０ｉは、弾性流路１４５に向かって伸縮する可動部１７１ｉと、可動部１７１ｉを伸縮させるアクチュエータ１７２ｉと、可動部１７１ｉに取り付けられた弾性部材１７３ｉとを備えている。この例では、弾性部材１７３ｉが弾性流路１４５に押し付けられるので、弾性流路１４５に傷がつくのを抑制することができる。弾性部材１７３ｉは、例えば、ゴム等で形成された部材であってもよく、また、内部に液体や気体が封止されたフィルムパック等であってもよい。

図２０に示した加圧機構１７０jは、弾性流路１４５の上部に設けられ、弾性膜によって形成された弾性室１７１jと、図示しない送風機から送風された気体（例えば空気）を弾性室１７１jに送り込む送風管１７２jとを備えている。弾性室１７１ｊ内に空気が送り込まれると、弾性室１７１ｊは膨張し、弾性流路１４５が加圧される。なお、空気の代わりに液体を弾性室１７１ｊに送り込んでもよい。

図２１に示した加圧機構１７０ｋは、弾性流路１４５を内部に収容するケース１７１ｋと、図示しない送風機から送風された気体（例えば空気）をケース１７１ｋに送り込む送風管１７２ｋとを有している。加圧機構１７０ｋは、ケース１７１ｋ内に気体を送り込むことによって、弾性流路１４５を加圧する。なお、空気の代わりに液体をケース１７１ｋに送り込んでもよい。

Ｈ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｈ１．変形例１：
上記実施例では、流体循環装置１００は、流体噴射装置２０（ウォータージェットメス）の圧電アクチュエータ３４を冷却するために利用されている。しかし、流体循環装置１００は、ウォータージェットメス以外の他の医療機器の温度を調整するために利用されてもよい。例えば、流体循環装置１００は、医療用ドリルのモーター部や、超音波によって歯石を除去する超音波スケーラーの超音波発生部等の温度を調整するために利用されてもよい。また、流体循環装置１００は、発熱部を冷却するために用いる場合に限らず、物体を加熱する場合に用いてもよい。例えば、人体の一部を加熱または保温する場合に用いることができる。この場合には、上記流体循環装置１００に、別途、循環流体を加熱する加熱部を設けることにより実現することができる。特に安全性を重視する医療機器においては、上述した実施例および変形例の流体循環装置１００は、安定した循環効率を確保することができるため、医療機器に適用することが可能である。

Ｈ２．変形例２：
上記実施例では、流体循環装置１００を循環する流体として液体、特に水を採用したが、それに限ることなく、種々の流体を採用することができる。例えば、気体として、窒素や二酸化炭素を採用してもよい。また、液体として、水の他に、油、プロピレングリコール、エチレングリコール、グリセリンなどを採用してもよく、熱交換可能な液体であれば液体の種類に限定されない。

Ｈ３．変形例３：
上記実施例では、液体収容室１６０は、ベローズ状の金属薄板で形成されていたが、それに限ることなく、例えば、ダイアフラムを有する筐体や、フィルムパックを採用してもよい。その他、弾性の袋状のゴムパックなど、収容される液体の量に応じて変形可能な液体収容室を採用してもよい。このような液体収容室を採用しても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

Ｈ４．変形例４：
上記実施例では、動作素子として圧電素子を採用したが、それに限らず種々の素子を採用してもよい。例えば、電歪素子、電磁アクチュエータ、静電アクチュエータ、誘電型ポリアクチュエータなどの駆動素子を用いることができる。これらの駆動素子を採用しても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。また、上記実施例では、圧電素子として、積層型のものを採用したが、他に、結晶単体の圧電素子や、モノモルフ型や、バイモルフ型の圧電素子を採用してもよい。

Ｈ５．変形例５：
上記実施例では、流体抵抗要素として逆止弁１４８を採用したが、それに限らず、ポンプ室１３０から液室１４６への液体の流れ（逆流）を抑制することのできる種々の流体抵抗要素を採用することができる。例えば、流体抵抗要素として、逆止弁を用いずに、液室１４６からポンプ室１３０へ向かって径が縮小された流路を設けてもよい。

Ｈ６．変形例６：
上記実施例では、流体循環装置１００は、圧力検出部１５０によって液体の圧力を検出し、その検出された圧力に基づいて、液体を加圧している。しかし、流体循環装置１００は、液体の圧力を検出する代わりに、弾性流路１４５や液体流路１９０の径の変位を検出し、その径の変位に基づいて、液体を加圧してもよい。弾性流路１４５や液体流路１９０の径の検出には、加圧機構１７０を用いてもよい。

また、流体循環装置１００内の液体が負圧になると、液体の循環が不安定になり、圧電素子１１４が加熱される。したがって、圧電素子１１４の近傍に温度センサーを設け、圧電素子１１４の温度に基づいて液体を加圧して、液体の負圧化を抑制してもよい。すなわち、流体循環装置１００は、液体の圧力に限らず、弾性流路１４５の径や圧電素子１１４の温度等の、流体循環装置１００の運転状態を検出し、その検出された運転状態に基づいて、液体を加圧してもよい。

Ｈ7．変形例7：
上記実施例では、加圧機構１７０は、液体収容室１６０や弾性流路１４５内の液体を加圧している。しかし、加圧機構１７０は、ポンプ室１３０内とは異なる箇所における液体を加圧すればよい。また、加圧機構１７０は、液体収容室１６０や弾性流路１４５の中央付近を圧縮する必要はなく、これらの中央付近以外の箇所を圧縮してもよい。また、液体収容室１６０は、液室１４６の開口部に接続されていなくてもよく、ポンプ吸入流路１４４とポンプ室１３０との間に接続されていればよい。

１０…流体噴射システム
２０…流体噴射装置
３０…脈動発生部
３２…流体室
３４…圧電アクチュエータ
３６…流体噴射管
３８…下ケース
３９…上ケース
４０…流体容器
４２…供給ポンプ
４４…接続チューブ
４６…接続チューブ
１００…流体循環装置
１１０…循環ポンプ
１１０ｃ…循環ポンプ
１１０ｄ…循環ポンプ
１１０ｅ…循環ポンプ
１１２…圧電素子ケース
１１４…圧電素子
１１６…補強板
１１８…ダイアフラム
１２０…環状部材
１３０…ポンプ室
１４０…流路ケース
１４０Ｃ…凹部
１４２…ポンプ吐出流路
１４３…吐出側バッファー
１４４…ポンプ吸入流路
１４５…弾性流路
１４６…液室
１４８…逆止弁
１５０…圧力検出部
１５０ｂ…圧力検出部
１５０ｃ…圧力検出部
１５０ｄ…圧力検出部
１５１…弾性膜
１５１ｂ…弾性膜
１５１ｃ…弾性膜
１５１ｄ…金属製弾性膜
１５２…ひずみセンサー
１５２ｂ…変位検出部
１５２ｃ…レーザードップラー計測器
１５２ｄ…検出部
１６０…液体収容室
１７０…加圧機構
１７０ｂ…加圧機構
１７０ｃ…加圧機構
１７０ｄ…加圧機構
１７０ｅ…加圧機構
１７０ｆ…加圧機構
１７０ｇ…加圧機構
１７０ｈ…加圧機構
１７０ｉ…加圧機構
１７０ｊ…加圧機構
１７０ｋ…加圧機構
１７１…可動部
１７１ｂ…弾性室
１７１ｃ…ケース
１７１ｄ…軸部材
１７１ｅ…可動部
１７１ｇ…軸部材
１７１ｈ…可動部
１７１ｉ…可動部
１７１ｊ…弾性室
１７１ｋ…ケース
１７２…アクチュエータ
１７２ｂ…送風管
１７２ｃ…送風管
１７２ｄ…楕円形部材
１７２ｅ…アクチュエータ
１７２ｆ…アクチュエータ
１７２ｇ…楕円形部材
１７２ｈ…アクチュエータ
１７２ｉ…アクチュエータ
１７２ｊ…送風管
１７２ｋ…送風管
１７３…板部材
１７３ｅ…円形部材
１７３ｆ…円形部材
１７３ｈ…円形部材
１７３ｉ…弾性部材
１８０…加圧制御部
１９０…液体流路
１９６…制御部

Claims (7)

1. 循環ポンプと循環流路とを備え、流体を外気に接触させずに循環させる流体循環装置であって、
   前記循環ポンプは、
   容積を変更する動作を行なうポンプ室と、
   前記ポンプ室に液体を導く流体室と、
   前記流体室への前記流体の流入路である入口流路と、
   前記ポンプ室から前記流体室へ向かう前記流体の流れを抑制または抑止する流体抵抗要素と、
   前記ポンプ室からの流体の流出路である出口流路と、
   前記流体室内の流体を加圧するための加圧機構と、
   を備え、
   前記循環流路は、前記出口流路から前記入口流路へ前記流体が循環する流路であり、
   前記加圧機構は、前記ポンプ室の動作の開始とともに、前記流体を加圧する、
   流体循環装置。
2. 請求項１に記載の流体循環装置であって、さらに、
   前記流体循環装置の運転状態を検出する状態検出部を備え、
   前記加圧機構は、前記検出された前記運転状態に基づいて、前記流体を加圧する、
   流体循環装置。
3. 請求項２に記載の流体循環装置であって、
   前記状態検出部は、前記運転状態として前記流体の圧力を検出する圧力検出部を含み、
   前記加圧機構は、前記検出された流体の圧力に基づいて、前記流体を加圧する、
   流体循環装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流体循環装置であって、
   前記加圧機構は、前記ポンプ室の動作が停止した後に、前記流体の加圧を停止する、
   流体循環装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の流体循環装置であって、さらに、
   前記流体を収容し、前記流体室に接続された流体収容部を備え、
   前記加圧機構は、前記流体収容部に収容されている前記流体を加圧することによって、前記流体室内の流体を加圧する、
   流体循環装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の流体循環装置であって、
   前記加圧機構は、前記入口流路と前記ポンプ室との間における前記流体を加圧する、
   流体循環装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の流体循環装置を用いた医療機器。

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