流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具
【課題】噴射対象物と噴射先端との接触状態に応じて流体の噴射動作を制御するのに好適な流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具を提供する。
【解決手段】流体噴射装置１を、流体室５０１と、流体室５０１の容積を変更する容積変更部４０５と、流体室５０１からの脈動をノズル２１１の流体噴射開口部２１２に伝達する接続流路管２００と、流体を供給するポンプ２０と、容積変更部４０５を駆動する駆動部３０と、ノズル２１１に加振力を付与する圧電素子５０と、振動を受振する歪みゲージ５１とを含む構成とした。そして、駆動部３０は、振動検出部３０ｃによって歪みゲージ５１で受振した振動の大きさを検出し、動作制御部３０ａにおいて、検出電圧値と閾値とを比較してノズル２１１が接触しているか否かを判定し、接触しているときに、容積変更部４０５を動作可能に制御し、非接触のときに、容積変更部４０５を動作しないように制御する。
【解決手段】流体噴射装置１を、流体室５０１と、流体室５０１の容積を変更する容積変更部４０５と、流体室５０１からの脈動をノズル２１１の流体噴射開口部２１２に伝達する接続流路管２００と、流体を供給するポンプ２０と、容積変更部４０５を駆動する駆動部３０と、ノズル２１１に加振力を付与する圧電素子５０と、振動を受振する歪みゲージ５１とを含む構成とした。そして、駆動部３０は、振動検出部３０ｃによって歪みゲージ５１で受振した振動の大きさを検出し、動作制御部３０ａにおいて、検出電圧値と閾値とを比較してノズル２１１が接触しているか否かを判定し、接触しているときに、容積変更部４０５を動作可能に制御し、非接触のときに、容積変更部４０５を動作しないように制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を高速で噴射する流体噴射装置に係り、特に、噴射対象物と噴射先端との接触状態に応じて流体の噴射動作を制御するのに好適な流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織を切開または切除する流体噴射装置として、本発明者らによる流体噴射装置がある（特許文献１を参照）。
かかる流体噴射装置は、容積が変更可能な流体室と、流体室に連通する入口流路及び出口流路と、駆動信号の供給に応じて流体室の容積を変更する容積変更部とを備える脈動発生部と、出口流路に一方の端部が連通され、他方の端部が出口流路の直径よりも縮小された流体噴射開口部（ノズル）が設けられた接続流路と、接続流路が穿設され流体室から流動される流体の脈動を流体噴射開口部に伝達し得る剛性を有する接続流路管と、入口流路に流体を供給する圧力発生部とを備え、圧力発生部により一定圧力で入口流路に流体を供給すると共に、容積変更部によって流体室の容積を変更して脈動を発生し流体の吐出動作を行う。
【０００３】
この流体噴射装置の流体室はその容積を変更しない場合、圧力発生部からの供給圧力と流路抵抗の釣り合った状態で流体が流れている。この状態ではノズルからの流体の吐出は連続的で、その速度が遅いために組織の切除能力はほとんどない。
一方、流体室を急激に縮小すると、流体室の圧力が上昇する。そのとき、入口流路から流体が流体室へ流入する流量の減少量よりも、出口流路から吐出される流体の増加量のほうが大きいため、接続流路に脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管内を伝播して、先端のノズルの流体噴射開口部から高速で流体が噴射される。
この動作を繰り返すことで高速のパルス・ジェットによる流体の吐出が可能となる。流体室の縮小拡大動作を圧電素子で行うことによって、数［msec］以下での起動停止が可能である。
このことは、本出願人らによる圧力発生部が不要である別の発明（特許文献２を参照）の流体噴射装置においても同様である。
【特許文献１】特開２００８−８２２０２号公報
【特許文献２】特開２００５−１５２１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の流体噴射装置を、例えば、ウォーターメスとして手術に適用した場合に、手術は、ノズルがほとんど患部に密着した状態で行われる。そのため、流体を噴射中にノズルが患部から離れると、流体噴射による液滴の飛散が発生し、それとともに切除されたがん細胞等の組織片が辺りに飛び散ったりする恐れがあった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、噴射対象物と噴射先端との接触状態に応じて流体の噴射動作を制御するのに好適な流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔形態１〕 上記目的を達成するために、形態１の流体噴射装置は、容積が変更可能な流体室と、
前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、
前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記出口流路の前記流体室と連通する側の端部とは反対側の端部に設けられた流体噴射開口部と、
前記流体噴射開口部の近傍の部材を振動させる加振手段と、
前記近傍の部材の振動の大きさを検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段で検出された振動の大きさに基づき、前記容積変更手段の動作を制御する動作制御手段と、を備える。
【０００６】
このような構成であれば、容積変更手段で流体室の容積が変更されると、流体室内の圧力が変化し脈動流が発生する。そして、この該脈動流は出口流路を通って流体噴射開口部から噴射される。
更に、加振手段によって、流体噴射開口部の近傍の部材に加振力が付与されると、流体噴射開口部の近傍の部材が振動すると共に流体噴射開口部が振動する。
更に、振動検出手段によって、前記近傍の部材の振動の大きさが検出されると、動作制御手段によって、検出された振動の大きさに基づき、容積変更手段の動作が制御される。
ここで、流体の噴射対象物又はその近傍の物体（噴射した流体による液溜まりなど）に振動中の流体噴射開口部を接触させると、流体噴射開口部及び前記近傍の部材の振動の大きさが変化し（小さくなり）、この変化が振動検出手段によって検出される。
【０００７】
このことを踏まえて、動作制御手段において、振動検出手段で検出される振動の大きさが、流体噴射開口部が何にも接触していないときの大きさのときは、例えば、容積変更手段が容積の変更動作を行えないようにその動作を制御したり、流体の噴射力が弱まるようにその動作を制御したりするようにしておく。
更に、動作制御手段において、振動検出手段で検出される振動の大きさが、流体噴射開口部が、噴射対象物又はその近傍の物体に接触しているときの大きさのとき（接触していないときよりも小さい振動のとき）は、例えば、容積変更手段が容積の変更動作を行えるようにその動作を制御するようにしておく。
【０００８】
これにより、流体噴射開口部が噴射対象物又はその近傍の物体に接触していないときに、噴射動作をさせないようにしたり、噴射力を弱めるようにしたりできるので、流体噴射開口部が、利用者（以下、施術者とも言う）の操作ミス等によって、噴射対象物又はその近傍の物体から離れたときに、思わぬ方向への流体の噴射や、それによる切除された物質の飛散などが生じるのを防ぐことができる。
ここで、上記流体噴射開口部の近傍の部材は、その部材に加振力を付与することで振動し、且つ流体噴射開口部を含む先端部分が物体（固体、液体など）に当接したときに近傍の部材の振動の大きさが変化（例えば、弱まる）ものが望ましい。
【０００９】
〔形態２〕 更に、形態２の流体噴射装置は、形態１の流体噴射装置において、前記流体噴射開口部の近傍の部材が流体噴射開口部を構成する部材である。
このような構成であれば、加振手段によって、流体噴射開口部を構成する部材に加振力が付与されると、流体噴射開口部を構成する部材が振動する。
更に、振動検出手段によって、流体噴射開口部の振動の大きさが検出されると、動作制御手段によって、検出された振動の大きさに基づき、容積変更手段の動作が制御される。
【００１０】
〔形態３〕 更に、形態２の流体噴射装置は、形態１の流体噴射装置において、前記流体噴射開口部の近傍に位置する吸引開口部と、前記吸引開口部を介して吸引した物体を搬送する通路とを有する吸引管と、前記吸引開口部の近傍の物体を吸引する吸引力を付与する吸引力付与手段と、を備え、
前記流体噴射開口部の近傍の部材が前記吸引開口部を構成する部材である。
このような構成であれば、吸引力付与手段によって吸引力が付与されると、吸引開口部の近傍にある物体（流体噴射開口部から噴射した流体や、流体の噴射により切除又は除去された物体（例えば、組織片など）など）が吸引され、この吸引された物体が吸引管内の通路を通って吸引物を収容する容器などに搬送される。
更に、加振手段によって、吸引開口部を構成する部材に加振力が付与されると、吸引開口部が振動する。
【００１１】
更に、振動検出手段によって、吸引開口部の振動の大きさが検出されると、動作制御手段によって、検出された振動の大きさに基づき、容積変更手段の動作が制御される。
ここで、流体の噴射対象物又はその近傍の物体（噴射した流体による液溜まりなど）に振動中の吸引開口部を接触させると、吸引開口部の振動の大きさが変化し（小さくなり）、この変化が振動検出手段によって検出される。
【００１２】
このことを踏まえて、動作制御手段において、振動検出手段で検出される振動の大きさが、吸引開口部が何にも接触していないときの大きさのときは、例えば、容積変更手段が容積の変更動作を行えないようにその動作を制御したり、流体の噴射力が弱まるようにその動作を制御したりするようにしておく。
更に、動作制御手段において、振動検出手段で検出される振動の大きさが、吸引開口部が、噴射対象物又はその近傍の物体に接触しているときの大きさのとき（接触していないときよりも小さい振動のとき）は、例えば、容積変更手段が容積の変更動作を行えるようにその動作を制御するようにしておく。
【００１３】
これにより、吸引開口部が噴射対象物又はその近傍の物体に接触していないときに、噴射動作をさせないようにしたり、噴射力を弱めるようにしたりできるので、吸引開口部と共に流体噴射開口部が、施術者の操作ミス等によって、噴射対象物又はその近傍の物体から離れたときに、思わぬ方向への流体の噴射や、それによる切除された物質の飛散などが生じるのを防ぐことができる。
更に、例えば、本形態の流体噴射装置をウォーターメスとして手術に用いた場合に、切除した生体組織片や吐出した流体を吸引することができるので、良好な視野を確保しながら手術を行うことができる。
【００１４】
〔形態４〕 更に、形態４の流体噴射装置は、形態１又は２の流体噴射装置において、前記加振手段は、前記流体噴射開口部を振動させる加振力を発生する加振力発生部を有し、前記振動検出手段は、振動を受振する振動受振部を有し、前記加振力発生部及び前記振動受振部を、前記出口流路に設けた。
このような構成であれば、加振力発生部によって出口流路に対して加えられた加振力が流体噴射開口部又はその近傍の部材を振動させ、その振動が振動受振部において受振される。
【００１５】
〔形態５〕 更に、形態５の流体噴射装置は、形態４の流体噴射装置において、前記出口流路の外周面の少なくとも一部に平面を設け、該平面上に前記加振力発生部及び前記振動受振部を設けた。
このような構成であれば、加振力発生部及び振動受振部が曲げ難い部材で構成されている場合に、真っ直ぐな形状のまま、これらを出口流路に容易に取り付けることができる。
【００１６】
〔形態６〕 更に、形態６の流体噴射装置は、形態３の流体噴射装置において、前記加振手段は、前記吸引開口部を振動させる加振力を発生する加振力発生部を有し、前記振動検出手段は、振動を受振する振動受振部を有し、前記加振力発生部及び前記振動受振部を、前記吸引管に設けた。
このような構成であれば、加振力発生部によって吸引管に対して加えられた加振力が吸引開口部を振動させ、その振動が振動受振部において受振される。
【００１７】
〔形態７〕 更に、形態７の流体噴射装置は、形態６の流体噴射装置において、前記吸引管の外周面の少なくとも一部に平面を設け、該平面上に前記加振力発生部及び前記振動受振部を設けた。
このような構成であれば、加振力発生部及び振動受振部が曲げ難い部材で構成されている場合に、真っ直ぐな形状のまま、これらを吸引管に容易に取り付けることができる。
【００１８】
〔形態８〕 更に、形態８の流体噴射装置は、形態４乃至７のいずれか１の流体噴射装置において、前記振動受振部を歪みゲージを含んで構成した。
このような構成であれば、歪みゲージによって、簡易に振動の大きさを検出することができる。
〔形態９〕 更に、形態９の流体噴射装置は、形態４乃至８のいずれか１の流体噴射装置において、前記加振力発生部を圧電素子を含んで構成した。
このような構成であれば、圧電素子によって加振力を発生することができるので、印加電圧の制御によって、簡易に加振力の制御を行うことができる。
【００１９】
〔形態１０〕 更に、形態１０の流体噴射装置は、形態８の流体噴射装置において、前記加振力発生部は、前記加振力を発生する圧電素子と同じ圧電素子によって、加振力を発生する機能と、振動を受振する、前記振動受振部としての機能とを兼ね備える。
このような構成であれば、加振力の発生と、振動の受振とを１つの圧電素子で行うことができるので、比較的低コストで加振手段及び振動検出手段を構成することができる。
【００２０】
〔形態１１〕 更に、形態１１の流体噴射装置は、形態１０の流体噴射装置において、前記加振手段は、前記圧電素子を駆動する駆動部を有し、
前記振動検出手段は、前記圧電素子に生じる起電力を検出する起電力検出部を有し、
前記駆動部による駆動信号の供給と前記起電力検出部による起電力の検出とを時分割で行うように制御する時分割制御手段を備える。
このような構成であれば、加振力の発生と、振動の受振とを１つの圧電素子で行うことができるので、比較的低コストで加振手段及び振動検出手段を構成することができる。
【００２１】
〔形態１２〕 更に、形態１２の流体噴射装置は、形態４乃至１１のいずれか１の流体噴射装置において、前記加振手段は、複数の前記加振力発生部を有し、前記複数の加振力発生部において発生する力が前記加振力を大きくするように各加振力発生部の動作を制御する。
このような構成であれば、より大きな加振力を発生することができるので、加振対象物をより大きく振動させることができ、振動の大きさの検出精度を高めることができる。
【００２２】
〔形態１３〕 更に、形態１３の流体噴射装置は、形態１乃至１２のいずれか１の流体噴射装置において、前記動作制御手段は、前記振動検出手段で検出された振動の大きさが所定の大きさよりも小さいときに前記容積変更手段が動作するように制御し、前記振動の大きさが前記所定の大きさ以上のときに前記容積変更手段が動作しないように制御する。
このような構成であれば、例えば、流体噴射開口部又は吸引開口部が、噴射対象物又はその近傍の物体に接触しているときに、流体の噴射を行わせることができ、流体噴射開口部又は吸引開口部が、噴射対象物又はその近傍の物体に接触していないときに、噴射動作をさせないようにすることができる。
【００２３】
〔形態１４〕 また、上記目的を達成するために、形態１４の流体噴射装置の駆動方法は、容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記出口流路の前記流体室と連通する側の端部とは反対側の端部に設けられた流体噴射開口部と、加振手段と、振動検出手段と、動作制御手段と、を備えた流体噴射装置の駆動方法であって、
前記加振手段に、前記流体噴射開口部の近傍の部材を振動させる加振ステップと、
前記振動検出手段に、前記近傍の部材の振動の大きさを検出させる振動検出ステップと、
前記動作制御手段に、前記振動検出ステップで検出された振動の大きさに基づき、前記容積変更手段の動作を制御させる動作制御ステップと、を含む。
これにより、上記形態１の流体噴射装置と同等の作用及び効果が得られる。
【００２４】
〔形態１５〕 また、上記目的を達成するために、形態１５の手術用器具は、流体の噴射によって患部の治療的措置を支援する手術用器具であって、
形態１乃至形態１３のいずれか１に記載の流体噴射装置を備える。
このような構成であれば、上記形態１乃至１３のいずれか１の流体噴射装置による流体の噴射によって、腫瘍などの患部の切除などの治癒的措置の支援を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図９は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第１の実施の形態を示す図である。
なお、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、物体の切断や切除、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の形態では、生体組織を切開または切除することに好適なウォーター・パルス・メス（流体噴射装置及び手術用器具）を例示して説明する。従って、実施の形態にて用いる流体は、水、生理食塩水、薬液等である。
【００２６】
まず、本発明に係る流体噴射装置の構成を図１に基づき説明する。図１は、本発明に係る流体噴射装置１の概略構成を示す説明図である。
流体噴射装置１は、図１に示すように、基本構成として、流体を収容する流体容器１０と、圧力発生部としてのポンプ２０と、ポンプ２０から供給される流体を脈動流動する脈動発生部１００と、脈動発生部１００を駆動する駆動部３０と、振動発生用圧電素子５０と、歪みゲージ５１とを含んで構成されている。
更に、脈動発生部１００には、細いパイプ状の接続流路管２００が接続され、接続流路管２００の先端部には接続流路管２００の流路径よりも小さい流路径を有するノズル２１１が挿着されている。
【００２７】
接続流路管２００の外周面上には、ノズル２１１を振動させるための振動発生用圧電素子５０（以下、単に圧電素子５０と称す）と、ノズル２１１に発生した振動の大きさを検出するための歪みゲージ５１が固着されている。
脈動発生部１００の内側には、圧電素子５０に駆動信号を供給するための２本の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と、歪みゲージ５１のゲージ入力線及びゲージ出力線と、流体噴射用圧電素子４０１（後述）に駆動信号を供給するための２本の供給線JPZT（−）及びJPZT（＋）とを配線する通路が形成されている。
これらの通路は、脈動発生部１００からの信号線の出口で合流し、４本の供給線と、ゲージ入力線及びゲージ出力線とは、１箇所の出口からまとめて外へと出る。
これらの線はケーブル４５によってひとまとめにされて駆動部３０に接続される。なお、ケーブル４５の各線は、駆動部３０のそれぞれ対応する構成部と電気的に接続される。
【００２８】
次に、図１及び図２に基づき、流体噴射装置１における流体の流動を簡単に説明する。
ここで、図２は、本発明に係る脈動発生部１００の構造を示す断面図である。なお、図２において、左右方向が上下方向に対応する。また、図２は、後述する図４におけるＡ−Ａ'断面図である。
流体容器１０に収容された流体は、接続チューブ１５を介してポンプ２０によって吸引され、一定の圧力で接続チューブ２５を介して脈動発生部１００に供給される。脈動発生部１００には流体室５０１と、この流体室５０１の容積を駆動部３０からの駆動信号に応じて変更する容積変更部４０５とを備えており、この容積変更部４０５を駆動して脈動を発生し、接続流路管２００、ノズル２１１を通して流体を高速で噴射する。脈動発生部１００の詳しい説明については後述する。
【００２９】
なお、圧力発生部としてはポンプ２０に限らず、輸液バッグをスタンド等によって脈動発生部１００よりも高い位置に保持するようにしてもよい。従って、ポンプ２０は不要となり、構成を簡素化することができる他、消毒等が容易になる利点がある。
ポンプ２０の吐出圧力は概ね３気圧（０．３ＭＰａ）以下に設定する。また、輸液バッグを用いる場合には、脈動発生部１００と輸液バッグの液上面との高度差が圧力となる。輸液バックを用いるときには０．１〜０．１５気圧（０．０１〜０．０１５ＭＰａ）程度になるように高度差を設定することが望ましい。
【００３０】
なお、この流体噴射装置１を用いて手術をする際には、術者が把持する部位は脈動発生部１００である。従って、脈動発生部１００までの接続チューブ２５はできるだけ柔軟であることが好ましい。そのためには、柔軟で薄いチューブで、流体を脈動発生部１００に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。
また、特に、脳手術のときのように、機器の故障が重大な事故を引き起こす恐れがある場合には、接続チューブ２５の切断等において高圧な流体が噴出することは避けなければならず、このことからも低圧にしておくことが要求される。
【００３１】
次に、図２〜図４に基づき、脈動発生部１００の構造について説明する。
ここで、図３は、流体噴射装置１の流体噴射部分の分解図であり、図４は、入口流路５０３の形態を示す平面図であり、上ケース５００を下ケース３０１との接合面側から視認した状態を表している。
脈動発生部１００は、図２〜図４に示すように、４隅に螺子穴５００ａの穿設された上ケース５００と、４隅に螺子穴３０１ａ（図示は省略）の穿設された下ケース３０１とを備えている。そして、これら上ケース５００と下ケース３０１とがそれぞれ対向する面において、螺子穴５００ａ及び３０１ａが対向するように接合され、４本の固定螺子６００（図示は省略）を螺子穴５００ａ及び３０１ａに螺合することによって上ケース５００と下ケース３０１とが螺着されている。
【００３２】
下ケース３０１は、鍔部を有する中空筒状の部材であって、一方の端部は底板３１１で密閉されている。この下ケース３０１の内部空間に、容積変更部４０５を構成する部材の１つである圧電素子４０１が配設されている。
この圧電素子４０１は、積層型圧電素子であってアクチュエータを構成している。圧電素子４０１の一方の端部は上板４１１を介してダイアフラム４００に、他方の端部は底板３１１の上面３１２に固着されている。
また、ダイアフラム４００は、円盤状の金属薄板からなり、下ケース３０１の上面側に形成された円環状の凹部３０３内において周縁部が凹部３０３の底面に密着固着されている。ダイアフラム４００の上面には、中心部に円形の開口部を有する円盤状の金属薄板からなる補強板４１０が積層配設される。
【００３３】
この構成により、駆動部３０によって、圧電素子４０１に駆動信号を入力（動作電圧を印加）することで、圧電素子４０１が伸張、収縮し、その伸長時の上方向の力及び収縮時の下方向の力が上板４１１を上下方向に移動させる。そして、上板４１１が移動することでダイアフラム４００が変形し、流体室５０１の容積を変更する。
つまり、圧電素子４０１、上板４１１、ダイアフラム４００及び補強板４１０から容積変更部４０５が構成されている。
上ケース５００は、下ケース３０１と対向する面の中心部に円形の凹部が形成され、この凹部とダイアフラム４００とから構成され、内部に流体が充填された状態の回転体形状が流体室５０１となる。つまり、流体室５０１は、上ケース５００の凹部の封止面５０５と内周側壁５０１ａとダイアフラム４００によって囲まれた空間となる。流体室５０１の略中央部には出口流路５１１が穿設されている。
【００３４】
出口流路５１１は、流体室５０１から上ケース５００の一方の端面から突設された出口流路管５１０の端部まで貫通されている。出口流路５１１の流体室５０１の封止面５０５との接続部は、流体抵抗を減ずるために滑らかに丸められている。
なお、以上説明した流体室５０１の形状は、本実施形態では、両端が封止された略円筒形状としているが、側面視して円錐形や台形、あるいは半球形状等でもよく限定されない。例えば、出口流路５１１と封止面５０５との接続部を漏斗のような形状にすれば、後述する流体室５０１内の気泡を排出しやすくなる。
出口流路管５１０には接続流路管２００が接続されている。接続流路管２００には接続流路２０１が穿設されており、接続流路２０１の直径は出口流路５１１の直径より大きい。また、接続流路管２００の管部の厚さは、流体の圧力脈動を吸収しない剛性を有する範囲に形成されている。
【００３５】
接続流路管２００の先端部には、ノズル２１１が挿着されている。このノズル２１１には流体噴射開口部２１２が穿設されている。流体噴射開口部２１２の直径は、接続流路２０１の直径より小さい。
更に、接続流路管２００の脈動発生部１００側における出口流路管５１０との接続部より先端側の外周面には、圧電素子５０と歪みゲージ５１とが管を隔てた対向位置にそれぞれ固着されている。
上ケース５００の側面には、ポンプ２０から流体を供給する接続チューブ２５を挿着する入口流路管５０２が突設されており、入口流路管５０２に入口流路側の接続流路５０４が穿たれている。この接続流路５０４は入口流路５０３に連通されている。入口流路５０３は、流体室５０１の封止面５０５の周縁部に溝状に形成され、流体室５０１に連通している。
【００３６】
上ケース５００と下ケース３０１との接合面において、ダイアフラム４００の外周方向の離間した位置には、下ケース３０１側にパッキンボックス３０４、上ケース５００側にパッキンボックス５０６が形成されており、パッキンボックス３０４，５０６にて形成される空間にリング状のパッキン４５０が装着されている。
ここで、上ケース５００と下ケース３０１とを組立てたとき、ダイアフラム４００の周縁部と補強板４１０の周縁部とは、上ケース５００の封止面５０５の周縁部と下ケース３０１の凹部３０３の底面によって密接されている。この際、パッキン４５０は上ケース５００と下ケース３０１によって押圧されて、流体室５０１からの流体漏洩を防止している。
流体室５０１内は、流体吐出の際に例えば３０気圧（３ＭＰａ）以上の高圧状態となり、ダイアフラム４００、補強板４１０、上ケース５００、下ケース３０１それぞれの接合部において流体が僅かに漏洩することが考えられるが、パッキン４５０によって漏洩を阻止している。
【００３７】
図２に示すようにパッキン４５０を配設すると、流体室５０１から高圧で漏洩してくる流体の圧力によってパッキン４５０が圧縮され、パッキンボックス３０４，５０６内の壁にさらに強く押圧されるので、流体の漏洩を一層確実に阻止することができる。このことから、駆動時において流体室５０１内の高い圧力上昇を維持することができる。
続いて、上ケース５００に形成される入口流路５０３についてさらに詳しく説明する。
入口流路５０３は、図４に示すように、上ケース５００の封止面５０５の周縁部に形成された溝部と封止面５０５に押圧固定される補強板４１０によって形成される。
入口流路５０３は、一方の端部が流体室５０１に連通し、他方の端部が接続流路５０４に連通している。入口流路５０３と接続流路５０４との接続部には、流体溜り５０７が形成されている。そして、流体溜り５０７と入口流路５０３との接続部は滑らかに丸めることによって流体抵抗を減じている。
【００３８】
また、入口流路５０３は、流体室５０１の内周側壁５０１ａに対して略接線方向に向かって連通している。ポンプ２０から一定の圧力で供給される流体は、内周側壁５０１ａに沿って（図中、矢印で示す方向に）流動して流体室５０１に旋回流を発生する。旋回流の遠心力により、流体室５０１内に含まれる低密度の気泡は旋回流の中心部に集中する。
そして、中心部に集められた気泡は、出口流路５１１から排除される。このことから、出口流路５１１は旋回流の中心近傍、つまり回転形状体の軸中心部に設けられることがより好ましい。図４の例では、入口流路５０３は平面形状が渦巻状に湾曲されている。入口流路５０３は、直線で流体室５０１に連通させてもよいが、狭いスペースの中で所望のイナータンスを得るために、入口流路５０３の流路長を長くする必要性から湾曲させている。
【００３９】
なお、図２に示したように、ダイアフラム４００と入口流路５０３が形成されている封止面５０５の周縁部との間には、補強板４１０が配設されている。補強板４１０を設ける意味は、ダイアフラム４００の耐久性を向上することである。入口流路５０３の流体室５０１との接続部には切欠き状の接続開口部５０９が形成されるので、ダイアフラム４００が高い周波数で駆動されたときに、接続開口部５０９近傍において応力集中が生じて疲労破壊を発生することが考えられる。そこで、切欠き部がない連続した開口部を有している補強板４１０を配設することで、ダイアフラム４００に応力集中が発生しないようにしている。
【００４０】
また、以上説明した流体噴射装置１においては、上ケース５００の外周隅部に、４箇所の螺子穴５００ａが開設されており、この螺子穴位置において、上ケース５００と下ケース３０１とを螺合接合するようにしたがこの構成に限らない。例えば、図示は省略するが、補強板４１０とダイアフラム４００とを接合し、一体に積層固着することができる。固着手段としては、接着剤を用いる貼着としても、固層拡散接合、溶接等を採用することが可能であるが、補強板４１０とダイアフラム４００とが、接合面において密着されていることがより好ましい。
【００４１】
また、以上説明した流体噴射装置１においては、出口流路５１１とノズル２１１とを接続流路管２００を介して接続する構成としているが、この構成に限らず、接続流路管２００を用いずに、出口流路管５１０の流体室５０１とは反対側の端部にノズル２１１を挿着することも可能である。この場合は、より簡素な構成が可能になる。
また、手術に用いる場合には、接続流路管２００を用いてハンドピースと流体噴射開口部２１２までの距離が適度に長くなるように（奥まった患部に届く長さに）構成にしたほうが好適である。
【００４２】
次に、本実施形態の脈動発生部１００の流体吐出の原理について説明する。
本実施形態の脈動発生部１００の流体吐出は、入口流路側のイナータンスＬ１（合成イナータンスＬ１と呼ぶことがある）と出口流路側のイナータンスＬ２(合成イナータンスＬ２と呼ぶことがある）と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。
【００４３】
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。
また、複数の流路の並列接続や、複数の形状が異なる流路の直列接続に関する合成イナータンスは、個々の流路のイナータンスを電気回路におけるインダクタンスの並列接続、または直列接続と同様に合成して算出することができる。
なお、入口流路側のイナータンスＬ１は、接続流路５０４が入口流路５０３に対して直径が十分大きく設定されているので、イナータンスＬ１は、入口流路５０３のイナータンスのみ算出すればよい。また、ポンプ２０と入口流路を接続する接続チューブは柔軟性を有するため、イナータンスＬ１の算出から除かれる。
【００４４】
また、出口流路側のイナータンスＬ２は、接続流路２０１の直径が出口流路よりもはるかに大きく、接続流路管２００の管部（管壁）の厚さが薄い場合イナータンスＬ２への影響は軽微である。従って、出口流路側のイナータンスＬ２は出口流路５１１のイナータンスに置き換えてもよい。
接続流路管２００の管壁の厚さが厚い場合には、イナータンスＬ２は、出口流路５１１、接続流路２０１及びノズル２１１の合成イナータンスとなる。
そして、本実施形態では、入口流路側のイナータンスＬ１が出口流路側のイナータンスＬ２よりも大きくなるように、入口流路５０３の流路長及び断面積、出口流路５１１の流路長及び断面積を設定している。
【００４５】
次に、図５に基づき、駆動部３０の詳細な構成を説明する。
ここで、図５は、駆動部３０の詳細な構成を示すブロック図である。
駆動部３０は、図５に示すように、動作制御部３０ａと、第１駆動信号供給部３０ｂと、振動検出部３０ｃと、データ記憶部３０ｅと、第２駆動信号供給部３０ｆと、同期信号発生部３０ｇとを含んで構成されている。
動作制御部３０ａは、流体噴射装置１の入力装置（不図示）からの操作入力に応じて、各構成部に動作指令を与える役割を担うもので、第１駆動信号供給部３０ｂの駆動信号の供給処理、ノズル２１１の接触状態の判定処理、この判定結果に基づく第２駆動信号供給部３０ｆの駆動信号の供給処理などの各種動作処理を制御する機能を有している。
【００４６】
具体的に、動作制御部３０ａは、ウォーター・パルス・メスの駆動スイッチ（不図示）がオフの状態からオンの状態になったときに、まず、接続流路管２００に対してノズル２１１を振動させるための加振力を発生させるために第１駆動信号供給部３０ｂに対して振動発生指令を出力する。
これによって、第１駆動信号供給部３０ｂから駆動信号が圧電素子５０に供給されて圧電素子５０が伸縮動作を行い、その力が加振力となって接続流路管２００及びノズル２１１に伝達され、接続流路管２００及びノズル２１１が振動する。
【００４７】
更に、動作制御部３０ａは、振動検出部３０ｃからの振動の大きさの検出結果（歪みゲージ５１の出力電圧値）と、データ記憶部３０ｅに記憶された振動の大きさの閾値とに基づき、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体（噴射した流体溜まりなど）と接触しているか否かを判定する。そして、接触していると判定した場合は、流体を噴射させるために第２駆動信号供給部３０ｆに対して噴射駆動指令を出力する。
これによって、第２駆動信号供給部３０ｆから駆動信号が圧電素子４０１に供給されて圧電素子４０１が伸張動作を行い、流体室５０１が縮小し室内の流体が圧縮されて脈動流となって、出口流路５１１及び接続流路２０１を介して流体噴射開口部２１２から噴射される。
【００４８】
一方、接触していないと判定した場合は、第２駆動信号供給部３０ｆに対して、噴射駆動指令を出力しない又は流体を噴射中（圧電素子４０１を駆動中）であれば、噴射停止指令を出力する。
一方、ウォーター・パルス・メスの駆動スイッチがオンの状態からオフの状態になったときに、流体の噴射を停止させるために第２駆動信号供給部３０ｆに対して噴射停止指令を出力する。更に、ノズル２１１の振動を停止させるために第１駆動信号供給部３０ｂに対して振動停止指令を出力する。
これによって、流体の噴射が停止すると共に、ノズル２１１の振動が停止する。
【００４９】
第１駆動信号供給部３０ｂは、動作制御部３０ａから振動発生指令に応じて、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、振動を発生させるための駆動信号を圧電素子５０に供給する機能を有している。
具体的に、振動発生指令に含まれる波形指定情報に基づき、該当する振動発生用の波形情報（デジタルの波形データ）をデータ記憶部３０ｅから読み出し、該読み出した波形情報をＤＡ変換してアナログの駆動信号を生成し、該生成した駆動信号を同期信号に同期させて圧電素子５０に供給する。なお、波形指定情報は、振動発生用の信号波形に付された識別情報などとなる。
【００５０】
更に、動作制御部３０ａから駆動信号の振動停止指令に応じて、駆動信号の供給を停止する機能を有している。本実施の形態では、駆動信号の供給途中で動作制御部３０ａから停止指令が入力されたときは、供給途中の１周期の波形を最後まで圧電素子５０に供給してから駆動信号の供給を停止するようになっている。
振動検出部３０ｃは、ホイートストンブリッジ回路を含んで構成される検出回路を含み、圧電素子５０によって加えられた加振力による接続流路管２００の曲げ変化による歪みゲージ５１の抵抗変化を、検出回路によって電圧レベルとして検知する。そして、この検知レベル（電圧値）を検出結果として、動作制御部３０ａに出力する。
【００５１】
データ記憶部３０ｅは、設定される噴射強さに対応する、周期や振幅の異なる複数種類の信号波形の波形情報、接触検出用の閾値、その他各構成部の処理に用いるデータなどを記憶する記憶媒体を含んで構成され、各構成部からの読み出し要求に応じて記憶媒体に記憶されたデータを読み出し、各構成部からの書き込み要求に応じて記憶媒体にデータを書き込む機能を有している。
第２駆動信号供給部３０ｆは、動作制御部３０ａからの噴射駆動指令に応じて、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、駆動信号を容積変更部４０５の圧電素子４０１に供給線JPZT（−）及びJPZT（＋）を介して供給する機能を有している。
【００５２】
具体的に、噴射駆動供給指令に含まれる噴射駆動用の波形指定情報に基づき、該当する波形情報（デジタルの波形データ）をデータ記憶部３０ｅから読み出し、該読み出した波形情報をＤＡ変換してアナログの駆動信号を生成し、該生成した駆動信号を同期信号に同期させて圧電素子４０１に供給する。なお、波形指定情報は、噴射強さに応じた噴射駆動用の信号波形に付された識別情報などとなる。
更に、動作制御部３０ａからの噴射停止指令に応じて、駆動信号の供給を停止する機能を有している。本実施の形態では、駆動信号の供給途中で動作制御部３０ａから停止指令が入力されたときは、供給途中の１周期の波形を最後まで圧電素子４０１に供給してから駆動信号の供給を停止するようになっている。
【００５３】
同期信号発生部３０ｇは、セラミック振動子、水晶振動子などの発振子、カウンタ（又はＰＬＬ回路）などを含み、発振子から出力される信号を基準クロック信号clkとして、該clkから同期信号を生成する機能を有している。そして、基準クロック信号及び同期信号を駆動信号供給部３０ｆに供給する。
なお、駆動部３０は、上記各構成部の機能をソフトウェアを用いて実現するため、および上記各機能の実現に必要なハードウェアを制御するソフトウェアを実行するためのコンピュータシステムを備えている。このコンピュータシステムのハードウェア構成は、図示しないが、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）とを有し、これらの間を各種内外バスで接続した構成となっている。
【００５４】
更に、バスには、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、パラレルポート等の入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介して、例えば、ＣＲＴまたはＬＣＤモニター等の表示装置、操作パネル、マウス、キーボード等の入力装置が接続されている。
そして、電源を投入すると、ＲＯＭ等に記憶されたシステムプログラムが、ＲＯＭに予め記憶された上記各部の機能を実現するための各種専用のコンピュータプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムに記述された命令に従ってプロセッサが各種リソースを駆使して所定の制御および演算処理を行うことで前述したような各機能を実現するようになっている。
【００５５】
次に、図６〜図７に基づき、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の接続流路管２００への取付構成について説明する。
ここで、図６は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の接続流路管２００への取付構成を説明する説明図である。また、図７（ａ）〜（ｄ）は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の接続流路管２００への取付構成の他の例を示す図である。
図６に示すように、本実施の形態の圧電素子５０及び歪みゲージ５１は、接続流路管２００の外周面における脈動発生部１００寄りの位置に配設且つ固着されている。
【００５６】
更に、本実施の形態の圧電素子５０及び歪みゲージ５１は、図６上図中の丸で囲った部分のＢ−Ｂ’断面である図６下図に示すように、断面が円環状の接続流路管２００の外周面（曲面）上に固着されている。
従って、接続流路管２００の外周面の曲面に沿って密着固着されるように、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分には曲げ加工が施されている。
なお、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付構成は、この構成に限らず、例えば、図７（ａ）に示すように、接続流路管２００の少なくとも圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分を断面矩形状に構成して外周面に水平面を形成し、この水平面に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を配設且つ固着する構成としてもよい。
【００５７】
また、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、断面円環形状の取付部分の曲面部を押し潰すなどして、接続流路管２００における圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分のみに水平面を設け、この水平面に配設且つ固着する構成としてもよい。
また、図７（ｄ）に示すように、少なくとも圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分を、接続流路管２００の内側の空洞部は断面円形のままに、外側の管壁部が断面矩形となるように構成して外周面に水平面を形成し、この水平面に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を配設且つ固着する構成としてもよい。
上記図７（ａ）〜（ｄ）のいずれかの取付構成に示すように、管の外周面に水平面を形成し、その水平面に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を固着することで、圧電素子５０及び歪みゲージ５１を曲げ加工する必要がなくなり、簡易な構成で取り付けることが可能となる。この取付構成は、特に曲げ加工の難しい圧電素子に有効な構成である。
【００５８】
次に、図８に基づき、動作制御部３０ａにおける第１駆動信号供給部３０ｂ及び第２駆動信号供給部３０ｆの動作制御処理の流れを説明する。
ここで、図８は、動作制御部３０ａにおける第１駆動信号供給部３０ｂ及び第２駆動信号供給部３０ｆの動作制御処理を示すフローチャートである。
プロセッサによって専用のプログラムが実行され、動作制御処理が開始されると、図８に示すように、まず、ステップＳ１００に移行する。
ステップＳ１００では、動作制御部３０ａにおいて、ウォーター・パルス・メス（以下、ＷＰＳと称す）の駆動スイッチがオンになったか否かを判定し、オンになったと判定した場合(Yes)は、ステップＳ１０２に移行し、そうでない場合(No)は、オンになるまで判定処理を繰り返す。
【００５９】
ステップＳ１０２に移行した場合は、動作制御部３０ａにおいて、第１駆動信号供給部３０ｂに対して、振動発生指令を出力して、ステップＳ１０４に移行する。
ステップＳ１０４では、動作制御部３０ａにおいて、振動検出部３０ｃからの検出電圧と、データ記憶部３０ｅに記憶された接触検出用の閾値とを比較して、ステップＳ１０６に移行する。
ここで、比較処理としては、検出電圧（絶対値）をそのまま使用して閾値との比較する方法、検出電圧（絶対値）の所定時間の平均値を算出して閾値との比較する方法などがある。
【００６０】
本実施の形態においては、後者の平均電圧値を算出し、この平均電圧値と、予め測定しておいたノズル２１１が患部やその近傍の物体などに接触して振動が弱まったときの平均電圧値を示す閾値とを比較する。
ステップＳ１０６では、動作制御部３０ａにおいて、ステップＳ１０４の比較結果に基づき、検出電圧値の所定時間の平均値が閾値以下か否かを判定し、閾値以下であると判定された場合(Yes)は、ステップＳ１０８に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ１１６に移行する。
【００６１】
ステップＳ１０８に移行した場合は、動作制御部３０ａにおいて、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体に接触していると判定し、第２駆動信号供給部３０ｆに対して、噴射駆動指令を出力して、ステップＳ１１０に移行する。
ステップＳ１１０では、動作制御部３０ａにおいて、駆動スイッチがオフになったか否かを判定し、オフになったと判定した場合(Yes)は、ステップＳ１１２に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ１０４に移行する。
ステップＳ１１２に移行した場合は、動作制御部３０ａにおいて、第２駆動信号供給部３０ｆに対して、噴射停止指令を出力して、ステップＳ１１４に移行する。
【００６２】
ステップＳ１１４に移行した場合は、動作制御部３０ａにおいて、第１駆動信号供給部３０ｂに対して、振動停止指令を出力して、ステップＳ１０４に移行する。
一方、ステップＳ１０２において、検出電圧値の所定時間の平均値が閾値よりも大きくてノズル２１１が接触状態ではないと判定されステップＳ１１６に移行した場合は、動作制御部３０ａにおいて、噴射停止指令を、第２駆動信号供給部３０ｆに出力して、ステップＳ１００に移行する。なお、噴射動作を行っていない場合は、噴射停止指令を出力せずに、ステップＳ１００に移行するようにしてもよい。
【００６３】
次に、図９に基づき、第１駆動信号供給部３０ｂにおける圧電素子５０への駆動信号供給処理の流れを説明する。
ここで、図９は、第１駆動信号供給部３０ｂにおける駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
プロセッサにより専用のプログラムが実行され、圧電素子５０への駆動信号供給処理が開始されると、図９に示すように、まず、ステップＳ２００に移行する。
ステップＳ２００では、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、動作制御部３０ａからの振動発生指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ２０２に移行し、そうでない場合(No)は、入力されるまで判定処理を繰り返す。
【００６４】
ステップＳ２０２に移行した場合は、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、振動発生指令に含まれる指定波形の識別情報に基づき、圧電素子５０の駆動に用いる振動発生用の波形データをデータ記憶部３０ｅから読み出して、ステップＳ２０４に移行する。
ステップＳ２０４では、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、ステップＳ２０２で読み出した波形データのデジタルの波形信号をアナログの波形信号にＤＡ変換して、ステップＳ２０６に移行する。
ステップＳ２０６では、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期して、ステップＳ２０４でＤＡ変換して得られたアナログの信号波形からなる駆動信号を、圧電素子５０に出力して、ステップＳ２０８に移行する。
【００６５】
ステップＳ２０８では、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、動作制御部３０ａから振動停止指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ２１０に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２０４の駆動信号の出力処理を続行する。
ステップＳ２１０に移行した場合は、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、１周期分の信号を全て出力後に、駆動信号の供給を停止して、ステップＳ２００に移行する。
【００６６】
次に、図１０に基づき、第２駆動信号供給部３０ｆにおける圧電素子４０１への駆動信号の供給処理の流れを説明する。
ここで、図１０は、第２駆動信号供給部３０ｆにおける駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
プロセッサにより専用のプログラムが実行され、圧電素子４０１への駆動信号供給処理が開始されると、図１０に示すように、まず、ステップＳ３００に移行する。
ステップＳ３００では、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、動作制御部３０ａからの噴射駆動指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ３０２に移行し、そうでない場合(No)は、入力されるまで判定処理を繰り返す。
【００６７】
ステップＳ３０２に移行した場合は、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、噴射駆動指令に含まれる指定波形の識別情報に基づき、圧電素子４０１の駆動に用いる噴射駆動用の波形データをデータ記憶部３０ｅから読み出して、ステップＳ３０４に移行する。
ステップＳ３０４では、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、ステップＳ３０２で読み出した波形データのデジタルの波形信号をアナログの波形信号にＤＡ変換して、ステップＳ３０６に移行する。
ステップＳ３０６では、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期して、ステップＳ３０４でＤＡ変換して得られたアナログの信号波形からなる駆動信号を、圧電素子４０１に出力して、ステップＳ３０８に移行する。
【００６８】
ステップＳ３０８では、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、動作制御部３０ａから噴射停止指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ３１０に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ３０４の駆動信号の出力処理を続行する。
ステップＳ３１０に移行した場合は、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、１周期分の信号を全て出力後に、駆動信号の供給を停止して、ステップＳ３００に移行する。
【００６９】
次に、図１１に基づき、本実施の形態の流体噴射装置１の具体的な動作を説明する。
図１１は、ノズル２１１が接触時及び非接触時の振動波形の一例を示す図である。
まず、流体噴射装置１の電源をオンにすると初期化動作が行われ駆動待機状態へと移行する。
この状態において、ＷＰＳの駆動スイッチがオンにされると（ステップＳ１００の「Ｙｅｓ」の分岐）、動作制御部３０ａは、まず、第１駆動信号供給部３０ｂに対して、振動発生指令を出力する（ステップＳ１０２）。
第１駆動信号供給部３０ｂは、動作制御部３０ａからの振動発生指令を受けると（ステップＳ２００の「Ｙｅｓ」の分岐）、振動発生用の波形データをデータ記憶部３０ｅからＲＡＭなどのワークメモリに読み出し、該読み出した波形データをＤＡ変換してアナログの波形信号を生成する（ステップＳ２０４）。
【００７０】
そして、生成した振動発生用のアナログの波形信号を、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、圧電素子５０に出力する（ステップＳ２０６）。
これによって、圧電素子５０が伸縮動作し、この伸縮力（加振力）が圧電素子５０の取付部を介して接続流路管２００に伝達され、接続流路管２００を力の加わった方向に曲げる。この曲げ力及び曲げ状態からの復帰力によって、接続流路管２００及びノズル２１１が振動する。このとき、接続流路管２００の固有振動に合わせて加振力を加えるように圧電素子５０を駆動することで、より小さな力で大きな振動を発生させることができる。
一方、この振動による接続流路管２００の変形によって、歪みゲージ５１のベース（取付部）を経由して内部の抵抗体（線・箔）に歪みが伝わる。そして、振動検出部３０ｃでは、検出回路において、この発生した歪みに対応した抵抗変化が電圧値として検出され、この検出電圧値が動作制御部３０ａに出力される。
【００７１】
ノズル２１１に発生した振動の大きさは、振動検出部３０ｃにおいて、ノズル２１１が患部やその近傍の物体などに非接触の状態であれば、図１１の左側の波形に示すように、図１１の右図の接触時の波形の振幅よりも大きな振幅となる。
これは、ノズル２１１が患部やその近傍の物体などに接触することで振動が弱められるためである。
動作制御部３０ａは、所定時間の検出電圧値の絶対値の平均値を算出し、この平均値と、データ記憶部３０ｅに記憶された閾値とを比較する（ステップＳ１０４）。
更に、動作制御部３０ａは、比較結果に基づき、平均値が閾値以下のときは（ステップＳ１０６の「Ｙｅｓ」の分岐）、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体に接触しているとして、第２駆動信号供給部３０ｆに対して、噴射駆動指令を出力する（ステップＳ１０８）。
【００７２】
また、平均値が閾値よりも大きいときは（ステップＳ１０６の「Ｎｏ」の分岐）、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体に接触していないとして、駆動スイッチがオンになっても、第２駆動信号供給部３０ｆに対して噴射駆動指令を出力しない（ステップＳ１１６）。
第２駆動信号供給部３０ｆは、動作制御部３０ａから噴射駆動指令を受けると（ステップＳ３００の「Ｙｅｓ」の分岐）、噴射駆動指令に含まれる波形情報の識別情報に基づき、該当の噴射駆動用の波形データをデータ記憶部３０ｅからＲＡＭなどのワークメモリに読み出す（ステップＳ３０２）。
次に、ワークメモリに読み出した波形データをＤＡ変換し、アナログの駆動信号を生成する（ステップＳ３０４）。
【００７３】
次に、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期して、生成した噴射駆動用のアナログの駆動信号を圧電素子４０１に出力する（ステップＳ３０６）。
ここで、駆動信号の供給前は、ポンプ２０によって入口流路５０３には、常に一定圧力の液圧で流体が供給されている。その結果、圧電素子４０１が動作を行わない場合、ポンプ２０の吐出力と入口流路側全体の流体抵抗値の差とによって流体は流体室５０１内に流動する。
ここで、圧電素子４０１に駆動信号が入力され、急激に圧電素子４０１が伸張したとすると、流体室５０１内の圧力は、入口流路側及び出口流路側のイナータンス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。
【００７４】
この圧力は、入口流路５０３に加えられていたポンプ２０による圧力よりはるかに大きいため、入口流路側から流体室５０１内への流体の流入はその圧力によって減少し、出口流路５１１からの流出は増加する。
しかし、入口流路５０３のイナータンスＬ１は、出口流路５１１のイナータンスＬ２よりも大きいため、入口流路５０３から流体が流体室５０１へ流入する流量の減少量よりも、出口流路から吐出される流体の増加量のほうが大きいため、接続流路２０１にパルス状の流体吐出、つまり、脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管２００内を伝播して、先端のノズル２１１の流体噴射開口部２１２から流体が噴射される。
【００７５】
ここで、ノズル２１１の流体噴射開口部２１２の直径は、出口流路５１１の直径よりも小さいので、流体は、高速のパルス状の液滴として噴射される。
一方、流体室５０１内は、入口流路５０３からの流体流入量の減少と出口流路５１１からの流体流出の増加との相互作用で、圧力上昇直後に真空状態となる。
そして、伸長状態にある圧電素子４０１は駆動波形の立ち下がり波形形状に応じた速度で収縮していき、最終的に流体の流れは、駆動信号を供給する前の定常状態へと復帰する。
なお、流体室５０１が、略回転体形状を有し、入口流路５０３を備えていることと、出口流路５１１が略回転体形状の回転軸近傍に開設されていることから、流体室５０１内において旋回流が発生し、流体内に含まれる気泡（真空泡及びガス泡）は速やかに出口流路５１１から外部に排出される。
【００７６】
駆動信号を連続で圧電素子４０１に供給することで、ノズル２１１からの脈動流を継続して噴射することができる。
このように、連続して駆動信号を供給し脈動流を継続して噴射しているときに、施術者が脈動発生部１００を動かして、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体から離れると、ノズル２１１の振動を阻害する要因が無くなるので、振動検出部３０ｃにおいて検出される検出電圧値が大きくなる。
これにより、動作制御部３０ａにおいて、検出電圧値の絶対値の所定時間の平均値が閾値よりも大きくなり（ステップＳ１０６の「Ｎｏ」の分岐）、動作制御部３０ａは、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体に非接触であるとして、第２駆動信号供給部３０ｆに、噴射停止指令を出力する（ステップＳ１１６）。
【００７７】
第２駆動信号供給部３０ｆは、動作制御部３０ａから噴射停止指令が入力されると（ステップＳ３０８の「Ｙｅｓ」の分岐）、現在供給中の駆動信号を、１周期分すべて供給してから、駆動信号の供給を停止する（ステップＳ３１０）。
その後、ＷＰＳの駆動スイッチがオンの状態で、再びノズル２１１が患部やその近傍の物体に接触すると、ノズル２１１の振動が弱まって、振動検出部３０ｃにおいて検出される検出電圧値が小さくなる。
これにより、動作制御部３０ａにおいて、検出電圧値の絶対値の所定時間の平均値が閾値以下となり（ステップＳ１０６の「Ｙｅｓ」の分岐）、動作制御部３０ａは、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体に接触しているとして、第２駆動信号供給部３０ｆに、噴射駆動指令を出力する（ステップＳ１０８）。これによって、圧電素子４０１に駆動信号が供給され、脈動流の噴射が再開される。
【００７８】
この状態において、施術者によってＷＰＳの駆動スイッチがオフにされると、動作制御部３０ａは、駆動スイッチがオフになったと判定して（ステップＳ１１０の「Ｙｅｓ」の分岐）、第２駆動信号供給部３０ｆに噴射停止指令を出力する（ステップＳ１１２）。
これによって、第２駆動信号供給部３０ｆは、現在供給中の駆動信号を、１周期分すべて供給してから、駆動信号の供給を停止する（ステップＳ３１０）。駆動信号の供給が停止されると、脈動流の噴射も停止する。
更に、動作制御部３０ａは、第１駆動信号供給部３０ｂに振動停止指令を出力する（ステップＳ１１４）。
これによって、第１駆動信号供給部３０ｂは、現在供給中の駆動信号を、１周期分すべて供給してから、駆動信号の供給を停止する（ステップＳ２１０）。駆動信号の供給が停止されると、振動も停止する。
【００７９】
以上、本実施の形態の流体噴射装置１は、ＷＰＳの駆動スイッチがオンのときに、第１駆動信号供給部３０ｂによって、振動発生用圧電素子５０を駆動してノズル２１１を振動させることが可能である。更に、この振動の大きさを、振動検出部３０ｃにおいて検出することが可能であり、動作制御部３０ａにおいて、この検出結果に基づき、ノズル２１１が患部などに接触しているか否かを判定することが可能である。更に、動作制御部３０ａは、ノズル２１１が患部などに接触していると判定したときは、噴射駆動指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力することが可能である。更に、第２駆動信号供給部３０ｆは、噴射駆動指令に応じて容積変更用圧電素子４０１に駆動信号を供給して、流体室５０１の容積を変更し、流体の噴射を行うことが可能である。
【００８０】
一方、動作制御部３０ａは、ノズル２１１が患部などに接触していないと判定したときは、噴射停止指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力することが可能である。
更に、第２駆動信号供給部３０ｆは、噴射停止指令に応じて容積変更用圧電素子４０１への駆動信号の供給を停止して、流体の噴射を停止させることが可能である。
また、動作制御部３０ａは、ＷＰＳの駆動スイッチがオンになっており且つ流体の噴射動作が行われていないときは、噴射駆動指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力しないようにすることが可能である。
【００８１】
これによって、ノズル２１１が患部などに接触していないときに、噴射動作をさせないようにすることができるので、施術者（担当医）の操作ミスなどによって、ノズル２１１が、患部やその近傍の物体（噴射流体や血液による液溜まりなど）から離れたときに、思わぬ方向へ（例えば、手術室内にいる医師や看護士の眼や切除したくない部位などに向けて）の脈動流の噴射や、思わぬ方向又は位置からの噴射による切除された組織片の飛散などが生じるのを防ぐことができる。
【００８２】
上記第１の実施の形態において、ノズル２１１及び流体噴射開口部２１２は、形態１、２、４及び１４のいずれか１に記載の流体噴射開口部に対応し、容積変更部４０５及び第２駆動信号供給部３０ｆは、形態１、１３及び１４のいずれか１に記載の容積変更手段に対応し、流体容器１０及びポンプ２０は、形態１又は１４に記載の流体供給手段に対応し、圧電素子５０及び第１駆動信号供給部３０ｂは、形態１、４及び１４のいずれか１に記載の加振手段に対応し、歪みゲージ５１及び振動検出部３０ｃは、形態１、４、１３及び１４のいずれか１に記載の振動検出手段に対応し、動作制御部３０ａは、形態１、１３及び１４のいずれか１に記載の動作制御手段に対応し、圧電素子５０は、形態４、５及び９のいずれか１に記載の加振力発生部に対応し、歪みゲージ５１は、形態４、５及び８のいずれか１に記載の振動受振部に対応する。
【００８３】
〔第２の実施の形態〕
以下、本発明の第２の実施の形態を図面に基づき説明する。図１２〜図１４は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第２の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、上記第１の実施の形態と比較して、接続流路管２００を覆うように設けられた、ノズル２１１の近傍の物体を吸引するための吸引管及び吸引力を付与するポンプなどを備え、振動発生用圧電素子５０と歪みゲージ５１とが吸引管の外周面上に設けられている点が異なる。従って、他の構成部については、上記第１の実施の形態と同様となるので、以下、異なる部分を詳細に説明し、重複する部分は同じ符号を付して適宜説明を省略する。
【００８４】
まず、本実施の形態に係る流体噴射装置の構成を図１２に基づき説明する。図１２は、本実施の形態に係る流体噴射装置３の概略構成を示す説明図である。
流体噴射装置３は、図１２に示すように、基本構成として、流体を収容する流体容器１０と、圧力発生部としてのポンプ２０と、吸引物を収容する吸引容器７０と、吸引力付与手段としての吸引ポンプ６０と、ポンプ２０から供給される流体を脈動流動する脈動発生部１００と、脈動発生部１００を駆動する駆動部３０と、振動発生用圧電素子５０と、歪みゲージ５１とを含んで構成されている。
脈動発生部１００には、細いパイプ状の接続流路管２００が接続され、接続流路管２００の先端部には接続流路管２００の流路径よりも小さい径のノズル２１１が挿着されている。
【００８５】
更に、脈動発生部１００には、接続流路管２００を内包する、該接続流路管２００の径よりも大きい径のパイプ状の吸引管７００が接続されている。
吸引管７００の内周面と接続流路管２００の外周面との間には、両者の径の大きさの相違によって、吐出された液体や組織片などの吸引物の通路が形成される。
吸引管７００の脈動発生部１００寄りの位置には、通路中の吸引物を吸引容器７０へと放出するための出口流路管７０２が突設されており、吸引物は、出口流路管７０２に接続された接続チューブ６５を介して吸引ポンプ６０によって吸引され、接続チューブ７５を介して吸引容器７０に放出される。
【００８６】
脈動発生部１００の内側には、圧電素子５０に駆動信号を供給するための２本の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と、歪みゲージ５１のゲージ入力線及びゲージ出力線と、流体噴射用圧電素子４０１（後述）に駆動信号を供給するための２本の供給線JPZT（−）及びJPZT（＋）とを配線する通路が形成されている。
これらの通路は、脈動発生部１００からの信号線の出口で合流し、４本の供給線と、ゲージ入力線及びゲージ出力線とは、１箇所の出口からまとめて外へと出る。
これらの線はケーブル４７によってひとまとめにされて駆動部３０に接続される。なお、ケーブル４７の各線は、駆動部３０のそれぞれ対応する構成部と電気的に接続される。
【００８７】
次に、図１３〜図１４に基づき、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の吸引管７００への取付構成について説明する。
ここで、図１３は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の吸引管７００への取付構成を説明する説明図である。また、図１４（ａ）〜（ｄ）は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の吸引管７００への取付構成の他の例を示す図である。
図１３に示すように、本実施の形態の圧電素子５０及び歪みゲージ５１は、吸引管７００の外周面における脈動発生部１００寄りの位置に配設且つ固着されている。
更に、本実施の形態の圧電素子５０及び歪みゲージ５１は、図１３上図中の丸で囲った部分のＣ−Ｃ’断面である図１３下図に示すように、断面が円環状の吸引管７００の外周面（曲面）上に固着されている。
【００８８】
従って、吸引管７００の外周面の曲面に沿って密着固着されるように、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分には曲げ加工が施されている。
なお、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付構成は、この構成に限らず、例えば、図１４（ａ）に示すように、吸引管７００の少なくとも圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分を断面矩形状に構成して外周面に水平面を形成し、この水平面に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を配設且つ固着する構成としてもよい。
【００８９】
また、図１４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、断面円環形状の取付部分の曲面部を押し潰すなどして、吸引管７００における圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分のみに水平面を設け、この水平面に配設且つ固着する構成としてもよい。
また、図１４（ｄ）に示すように、少なくとも圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分を、吸引管７００の内側の空洞部は断面円形のままに、外側の管壁部が断面矩形となるように構成して外周面に水平面を形成し、この水平面上に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を配設且つ固着する構成としてもよい。
【００９０】
上記図１４（ａ）〜（ｄ）のいずれかの取付構成に示すように、管の外周面に水平面を形成し、その水平面に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を固着することで、圧電素子５０及び歪みゲージ５１を曲げ加工する必要がなくなり、簡易な構成で取り付けることが可能となる。この取付構成は、特に曲げ加工の難しい圧電素子に有効な構成である。
上記構成において、第１駆動信号供給部３０ｂから振動発生用の駆動信号が供給され圧電素子５０が伸縮動作をすると、この伸縮力（加振力）が圧電素子５０の取付部を介して吸引管７００に伝達され、吸引管７００を力の加わった方向に曲げる。この曲げ力及び曲げ状態からの復帰力によって、吸引管７００が振動する。このとき、吸引管７００の固有振動に合わせて加振力を加えるように圧電素子５０を駆動することで、より小さな力で大きな振動を発生させることができる。
【００９１】
一方、この振動による吸引管７００の変形によって、歪みゲージ５１のベース（取付部）を経由して内部の抵抗体（線・箔）に歪みが伝わる。そして、振動検出部３０ｃでは、検出回路において、この発生した歪みに対応した抵抗変化が電圧値として検出され、この検出電圧値が動作制御部３０ａに出力される。
吸引管７００に発生した振動の大きさは、振動検出部３０ｃにおいて、吸引管７００の先端部が患部やその近傍の物体などに非接触の状態であれば、上記第１の実施の形態と同様に、図１１の左側の波形に示すように、図１１の右図の接触時の波形の振幅よりも大きな振幅となる。
【００９２】
これは、吸引管７００の開口部などの先端部分が患部やその近傍の物体などに接触することで振動が弱められるためである。
従って、吸引管７００の先端部が患部やその近傍の物体などに接触している状態で、ＷＰＳの駆動スイッチがオンになると、検出電圧値の絶対値の所定時間の平均値は、閾値以下となるので、動作制御部３０ａは、接触状態を検知して、第２駆動信号供給部３０ｆに噴射駆動指令を出力する。
これによって、容積変更部４０５の圧電素子４０１が駆動して、高圧力の流体（脈動流）の噴射が行われる。
【００９３】
一方、吸引管７００の先端部が、患部又はその近傍の物体から離れている場合は、検出電圧値の絶対値の所定時間の平均値が、閾値より大きくなるので、駆動スイッチがオンの状態であっても、動作制御部３０ａは、非接触状態を検知して第２駆動信号供給部３０ｆに噴射駆動指令を出力しない。
また、噴射状態である場合は、第２駆動信号供給部３０ｆに噴射停止指令を出力する。これによって、容積変更部４０５の圧電素子４０１の駆動が停止して、流体（脈動流）の噴射が停止する。
なお、駆動部３０の動作は、上記第１の実施の形態において、振動させる対象がノズル２１１及び接続流路管２００から、吸引管７００になるだけで動作内容を同様となる。
【００９４】
以上、本実施の形態の流体噴射装置３は、ＷＰＳの駆動スイッチがオンのときに、第１駆動信号供給部３０ｂによって、振動発生用圧電素子５０を駆動して吸引管７００を振動させることが可能である。更に、この振動の大きさを、振動検出部３０ｃにおいて検出することが可能であり、動作制御部３０ａにおいて、この検出結果に基づき、吸引管７００の開口部などの先端部分が患部などに接触しているか否かを判定することが可能である。更に、動作制御部３０ａは、吸引管７００の先端部分が患部などに接触していると判定したときは、噴射駆動指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力することが可能である。更に、第２駆動信号供給部３０ｆは、噴射駆動指令に応じて容積変更用圧電素子４０１に駆動信号を供給して、流体室５０１の容積を変更し、流体の噴射を行うことが可能である。
【００９５】
一方、動作制御部３０ａは、吸引管７００の先端部分が患部などに接触していないと判定したときは、噴射停止指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力することが可能である。
更に、第２駆動信号供給部３０ｆは、噴射停止指令に応じて容積変更用圧電素子４０１への駆動信号の供給を停止して、流体の噴射を停止させることが可能である。
また、動作制御部３０ａは、ＷＰＳの駆動スイッチがオンになっており且つ流体の噴射動作が行われていないときは、噴射駆動指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力しないようにすることが可能である。
【００９６】
これによって、吸引管７００の先端部分がノズル２１１と共に患部などに接触していないときに、噴射動作をさせないようにすることができるので、施術者（担当医）の操作ミスなどによって、ノズル２１１及び吸引管７００の先端部分が、患部やその近傍の物体（噴射流体や血液による液溜まりなど）から離れたときに、思わぬ方向へ（例えば、手術室内にいる医師や看護士の眼や切除したくない部位などに向けて）の脈動流の噴射や、思わぬ方向又は位置からの噴射による切除された組織片の飛散などが生じるのを防ぐことができる。
【００９７】
上記第２の実施の形態において、ノズル２１１及び流体噴射開口部２１２は、形態３又は４に記載の流体噴射開口部に対応し、容積変更部４０５及び第２駆動信号供給部３０ｆは、形態３又は１３に記載の容積変更手段に対応し、流体容器１０及びポンプ２０は、形態３に記載の流体供給手段に対応し、吸引管７００は、形態３、６及び７のいずれか１に記載の吸引管に対応し、吸引ポンプ６０は、形態３に記載の吸引力付与手段に対応し、圧電素子５０及び第１駆動信号供給部３０ｂは、形態３又は４に記載の加振手段に対応し、歪みゲージ５１及び振動検出部３０ｃは、形態３、４及び１３のいずれか１に記載の振動検出手段に対応し、動作制御部３０ａは、形態３又は１３に記載の動作制御手段に対応し、圧電素子５０は、形態６、７及び９のいずれか１に記載の加振力発生部に対応し、歪みゲージ５１は、形態６、７及び８のいずれか１に記載の振動受振部に対応する。
【００９８】
〔第３の実施の形態〕
以下、本発明の第３の実施の形態を図面に基づき説明する。図１５〜図１７は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第３の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、上記第１及び第２の実施の形態と比較して、接続流路管２００又は吸引管７００に圧電素子を１つだけ設け、この圧電素子によって、接続流路管２００又は吸引管７００への加振力の付与及び振動の大きさの検出を時分割で行う点が異なる。従って、駆動部３０の構成も一部異なるが、他の構成部については、上記第１及び第２の実施の形態と同様となるので、以下、異なる部分を詳細に説明し、重複する部分は同じ符号を付して適宜説明を省略する。
【００９９】
まず、図１５に基づき、本実施の形態の加振力の付与及び振動の受振の両機能を兼ね備えた圧電素子５２の取付構成について説明する。
ここで、図１５（ａ）は、圧電素子５２の接続流路管２００への取付構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２の吸引管７００への取付構成の一例を示す図である。
本実施の形態においては、１つの圧電素子５２によって、加振力の付与及び振動の大きさの検出を行うため、上記第１及び第２の実施の形態で説明した歪みゲージ５１を不要とすることができる。
従って、吸引管を有さない流体噴射装置１の場合は、１つの圧電素子５２が、図１５（ａ）に示すように、上記第１の実施の形態の圧電素子５０と同様に、接続流路管２００の外周面上における出口流路管５１０よりもノズル２１１側の位置に配設且つ固着される。
【０１００】
また、圧電素子５２の取付構成としては、上記第１の実施の形態の図６及び図７に示す圧電素子５０の取付構成のいずれも採用することができる。
一方、吸引管を有する流体噴射装置３の場合は、１つの圧電素子５２が、図１５（ｂ）に示すように、上記第２の実施の形態の圧電素子５０と同様に、吸引管７００の外周面上における脈動発生部１００寄りの位置に配設且つ固着される。
また、圧電素子５２の取付構成としては、上記第２の実施の形態の図１３及び図１４に示す圧電素子５０の取付構成のいずれも採用することができる。
【０１０１】
次に、図１６に基づき、加振力の付与と振動の受振に１つの圧電素子５２を用いる構成を適用した本実施の形態の流体噴射装置１又は３の駆動部３０’の詳細な構成を説明する。
ここで、図１６は、本実施の形態の駆動部である駆動部３０’の詳細な構成を示すブロック図である。
駆動部３０’は、図１６に示すように、動作制御部３０ａと、第１駆動信号供給部３０ｂと、振動検出部３０ｈと、接続切替部３０ｄと、データ記憶部３０ｅと、第２駆動信号供給部３０ｆと、同期信号発生部３０ｇとを含んで構成される。
【０１０２】
動作制御部３０ａは、流体噴射装置１又は３の入力装置からの操作入力に応じて、各構成部に動作指令を与える役割を担うもので、第１駆動信号供給部３０ｂの駆動信号の供給処理、接続切替部３０ｄの時分割切替処理、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部の接触状態の判定処理、この判定結果に基づく第２駆動信号供給部３０ｆの駆動信号の供給処理などの各種動作処理を制御する機能を有している。
【０１０３】
接続切替部３０ｄは、動作制御部３０ａからの制御信号に基づき、圧電素子５２の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と振動検出部３０ｈとの電気的な接続と、供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と第１駆動信号供給部３０ｂとの電気的な接続とを切り替える。
接続の切替は、機械的なスイッチを用いてもよいし、トランジスタなどのスイッチング素子を用いてもよい。
振動検出部３０ｈは、接続流路管２００又は吸引管７００の振動による圧電効果によって圧電素子５２に生じる起電力を検出し、この起電力を検出電圧として、動作制御部３０ａに出力する。
【０１０４】
次に、図１７に基づき、本実施の形態の駆動部３０’の動作を説明する。
ここで、図１７（ａ）は、圧電素子５２によって加振力を付与した期間の振動波形を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２によって振動を受振する期間の振動波形を示す図である。
本実施の形態の駆動部３０’は、１つの圧電素子５２によって、加振力の付与及び付与した加振力によって発生する振動の受振（ここでは、圧電効果による振動の大きさの電圧変換）を行う。そのため、駆動部３０’は、ＷＰＳの駆動スイッチがオンになると、一定時間、第１駆動信号供給部３０ｂによって圧電素子５２に駆動信号を供給する処理と、一定時間、振動検出部３０ｈで振動の大きさを検出する処理とを時分割で交互に繰り返し行うように接続切替部３０ｄの動作及び第１駆動信号供給部３０ｂの動作を制御する。
【０１０５】
具体的に、駆動スイッチがオンになると、まず、動作制御部３０ａにおいて、圧電素子５２の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と第１駆動信号供給部３０ｂとの電気的な接続と、圧電素子５２の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と振動検出部３０ｈとの電気的な接続とを、接続切替部３０ｄへの制御信号の供給内容を制御することで、時分割に交互に切り替える。
【０１０６】
これと並行に、動作制御部３０ａは、接続切替部３０ｄへの制御信号の出力タイミングに応じて、第１駆動信号供給部３０ｂに対して振動発生指令を出力する。これによって、圧電素子５２の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と、第１駆動信号供給部３０ｂとが電気的に接続されると共に、第１駆動信号供給部３０ｂに振動発生指令が供給される。
第１駆動信号供給部３０ｂは、動作制御部３０ａから振動発生指令を受けると、振動発生用波形データを、データ記憶部３０ｅからＲＡＭなどのワークメモリに読み出し、該読み出した波形データをＤＡ変換してアナログの波形信号を生成する。
【０１０７】
そして、生成した振動発生用の駆動信号を、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、圧電素子５２に出力する。
これによって、圧電素子５２が伸縮動作し、この伸縮力（加振力）が取付部を介して接続流路管２００又は吸引管７００に伝達され、接続流路管２００又は吸引管７００を力の加わった方向に曲げる。この曲げ力及び曲げ状態からの復帰力によって、接続流路管２００又は吸引管７００が振動する。このとき、接続流路管２００又は吸引管７００の固有振動に合わせて加振力を加えるように圧電素子５２を駆動することで、より小さな力で大きな振動を発生させることができる。
【０１０８】
このようにして加振力が付与される期間が一定時間経過すると、動作制御部３０ａからの制御信号によって、接続切替部３０ｄの接続が、圧電素子５２の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と振動検出部３０ｈとの接続に切り替わる。これにより、切り替わり後の一定時間が振動検出部３０ｈによる検出期間となる。
これにより、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、振動の発生する期間と、振動を検出する期間とが一定時間毎に交互に切り替わる。
そして、振動の検出期間において、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部が患部などに接触することで、図１７（ｂ）の後半の振動波形に示すように、接触していないときと比較して検出期間の振動の大きさ（起電力）が小さくなる。
【０１０９】
従って、振動検出部３０ｈにおいて、このときの圧電素子５２の起電力を検出し、動作制御部３０ａにおいて、この検出起電力（又はその所定期間の平均値）と閾値との比較を行うことで振動が小さくなったことを検出する。これにより、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部が患部などに接触していることを検出することができる。
動作制御部３０ａは、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部が患部などに接触していることが検出されると、噴射駆動指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力する。
また、噴射駆動中に、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部が患部などに対して非接触となったことが検出されると、噴射停止指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力する。
また、駆動スイッチがオフになると、噴射停止指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力し、噴射動作が停止後に、振動停止指令を第１駆動信号供給部３０ｂに出力すると共に、接続切替部３０ｄへの制御信号の供給を停止する。
【０１１０】
なお、他の動作については、上記第１の実施の形態と同様となるので説明を省略する。
以上、本実施の形態の流体噴射装置１又は３は、１つの圧電素子５２によって、接続流路管２００又は吸引管７００に対して加振力の付与と、付与した加振力によって発生する振動の大きさの検出とを時分割で行うことが可能である。
これによって、振動の大きさを検出するための歪ゲージなどの検出素子を設ける必要がなくなるので、その分の部品コストや加工コストなどを低減することができる。
【０１１１】
上記第３の実施の形態において、ノズル２１１及び流体噴射開口部２１２は、形態１、２、３、４及び１４のいずれか１に記載の流体噴射開口部に対応し、容積変更部４０５及び第２駆動信号供給部３０ｆは、形態１、２、３、１３及び１４のいずれか１に記載の容積変更手段に対応し、流体容器１０及びポンプ２０は、形態１、２、３及び１４のいずれか１に記載の流体供給手段に対応し、吸引管７００は、形態３、６及び７のいずれか１に記載の吸引管に対応し、吸引ポンプ６０は、形態３に記載の吸引力付与手段に対応し、圧電素子５２及び第１駆動信号供給部３０ｂは、形態１１に記載の加振手段に対応し、圧電素子５２及び振動検出部３０ｈは、形態１１に記載の振動検出手段に対応し、動作制御部３０ａは、形態１、２、３、１３及び１４のいずれか１に記載の動作制御手段に対応し、動作制御部３０ａ及び接続切替部３０ｄは、形態１１に記載の時分割制御手段に対応し、振動検出部３０ｈは、形態１１に記載の起電力検出部に対応し、圧電素子５２は、形態１０に記載の加振力発生部に対応する。
【０１１２】
〔第４の実施の形態〕
以下、本発明の第４の実施の形態を図面に基づき説明する。図１８〜図２０は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第４の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、上記第３の実施の形態と比較して、接続流路管２００又は吸引管７００に圧電素子を２つ設け、この２つの圧電素子によって、接続流路管２００又は吸引管７００に対してより強力な加振力の付与を行う点が異なる。従って、駆動部３０’の構成も一部異なるが、他の構成部については、上記第３の実施の形態と同様となるので、以下、異なる部分を詳細に説明し、重複する部分は同じ符号を付して適宜説明を省略する。
【０１１３】
まず、図１８に基づき、本実施の形態の加振力の発生且つ振動の検出の両機能を兼ね備えた圧電素子５２及び５３の取付構成について説明する。
ここで、図１８（ａ）は、圧電素子５２及び５３の接続流路管２００への取付構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２及び５３の吸引管７００への取付構成の一例を示す図である。
本実施の形態においては、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子によって、加振力の付与及び振動の大きさの検出を行う。
【０１１４】
従って、吸引管を有さない流体噴射装置１の場合は、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子を、図１８（ａ）に示すように、上記第１の実施の形態の圧電素子５０及び歪ゲージ５１と同様に、接続流路管２００の外周面上における出口流路管５１０よりもノズル２１１側の位置に、両者を管を隔てて対向するように配設且つ固着する。
また、圧電素子５２及び５３の取付構成としては、上記第１の実施の形態の図６及び図７に示す圧電素子５０及び歪ゲージ５１の取付構成のいずれも採用することができる。
【０１１５】
一方、吸引管を有する流体噴射装置３の場合は、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子を、図１８（ｂ）に示すように、上記第２の実施の形態の圧電素子５０及び歪ゲージ５１と同様に、吸引管７００の外周面上における脈動発生部１００寄りの位置に、両者を管を隔てて対向するように配設且つ固着する。
また、圧電素子５２及び５３の取付構成としては、上記第２の実施の形態の図１３及び図１４に示す圧電素子５０及び歪ゲージ５１の取付構成のいずれも採用することができる。
【０１１６】
次に、図１９に基づき、加振力の発生と受振に圧電素子５２及び５３を用いる上記構成を適用した本実施の形態の流体噴射装置１又は３の駆動部である駆動部３０’’の詳細な構成を説明する。
ここで、図１９は、駆動部３０’’の詳細な構成を示すブロック図である。
駆動部３０’’は、図１９に示すように、動作制御部３０ａ’と、第１駆動信号供給部３０ｂ’と、振動検出部３０ｈ’と、接続切替部３０ｄ’と、データ記憶部３０ｅと、第２駆動信号供給部３０ｆと、同期信号発生部３０ｇとを含んで構成される。
【０１１７】
動作制御部３０ａ’は、流体噴射装置１又は３の入力装置からの操作入力に応じて、各構成部に動作指令を与える役割を担うもので、第１駆動信号供給部３０ｂ’の駆動信号の供給処理、接続切替部３０ｄ’の時分割切替処理、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部の接触状態の判定処理、この判定結果に基づく第２駆動信号供給部３０ｆの駆動信号の供給処理などの各種動作処理を制御する機能を有している。
接続切替部３０ｄ’は、動作制御部３０ａ’からの制御信号に基づき、圧電素子５２の供給線第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに圧電素子５３の供給線第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と振動検出部３０ｈとの電気的な接続と、第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と第１駆動信号供給部３０ｂとの電気的な接続とを切り替える。
【０１１８】
接続の切替は、機械的なスイッチを用いてもよいし、トランジスタなどのスイッチング素子を用いてもよい。
振動検出部３０ｈ’は、接続流路管２００又は吸引管７００の振動を受振した圧電素子５２及び５３の圧電効果によって生じる起電力を検出し、この起電力を検出電圧として、動作制御部３０ａ’に出力する。
【０１１９】
次に、図２０に基づき、第１駆動信号供給部３０ｂ’における圧電素子５２及び５３への駆動信号供給処理の流れを説明する。
ここで、図２０は、第１駆動信号供給部３０ｂ’における駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
プロセッサにより専用のプログラムが実行され、圧電素子５２及び５３への駆動信号供給処理が開始されると、図２０に示すように、まず、ステップＳ４００に移行する。
【０１２０】
ステップＳ４００では、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、動作制御部３０ａ’からの振動発生指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ４０２に移行し、そうでない場合(No)は、入力されるまで判定処理を繰り返す。
ステップＳ４０２に移行した場合は、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、振動発生指令に含まれる指定波形の識別情報に基づき、圧電素子５２の駆動に用いる第１の振動発生用波形データと、圧電素子５３の駆動に用いる第２の振動発生用波形データとをデータ記憶部３０ｅから読み出して、ステップＳ４０４に移行する。
【０１２１】
ステップＳ４０４では、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、ステップＳ４０２で読み出した第１及び第２の振動発生用波形データのデジタルの波形信号をアナログの波形信号にＤＡ変換して、ステップＳ４０６に移行する。
ステップＳ４０６では、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期して、ステップＳ４０４でＤＡ変換して得られたアナログの信号波形からなる第１の振動発生用の駆動信号を圧電素子５２に出力し、ステップＳ４０４でＤＡ変換して得られたアナログの信号波形からなる第２の振動発生用の駆動信号を圧電素子５３に出力して、ステップＳ４０８に移行する。
【０１２２】
ステップＳ４０８では、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、動作制御部３０ａ’から振動停止指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ４１０に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ４０４の駆動信号の出力処理を続行する。
ステップＳ４１０に移行した場合は、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、圧電素子５２及び５３のそれぞれに対して１周期分の信号を全て出力後に、これらへの駆動信号の供給を停止して、ステップＳ４００に移行する。
【０１２３】
次に、本実施の形態の駆動部３０’’の動作を説明する。
本実施の形態の駆動部３０’’は、より強力な加振力の付与を行うために、対向配置された圧電素子５２と圧電素子５３とを、それぞれが加振力を高め合う方向に伸縮する（一方が伸張したときに他方を伸縮させる）ように、第１駆動信号供給部３０ｂ’に供給する駆動信号の供給内容を制御する。
【０１２４】
更に、上記第３の実施の形態と同様に、圧電素子５２及び５３によって、加振力の付与と付与した加振力によって発生する振動の大きさの検出とを両方行うために、ＷＰＳの駆動スイッチがオンになると、一定時間、第１駆動信号供給部３０ｂ’によって圧電素子５２及び５３に駆動信号を供給する処理と、一定時間、振動検出部３０ｈ’で振動の大きさを検出する処理とを時分割で交互に繰り返し行うようにする。そのため、動作制御部３０ａ’において、まず、接続切替部３０ｄ’の切替動作を制御信号によって制御する。
【０１２５】
具体的に、駆動スイッチがオンになると、まず、動作制御部３０ａ’において、供給線第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに供給線第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と第１駆動信号供給部３０ｂ’との電気的な接続と、供給線第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに供給線第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と振動検出部３０ｈ’との電気的な接続とを、接続切替部３０ｄ’への制御信号の供給内容を制御することで、時分割に交互に切り替える。
これと並行に、接続切替部３０ｄ’への制御信号の出力タイミングに応じて、第１駆動信号供給部３０ｂ’に対して、振動発生指令を出力する。これによって、圧電素子５２の供給線第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに圧電素子５３の供給線第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と、第１駆動信号供給部３０ｂ’とが電気的に接続されると共に、第１駆動信号供給部３０ｂ’に振動発生指令が供給される。
【０１２６】
第１駆動信号供給部３０ｂ’は、動作制御部３０ａ’から振動発生指令を受けると、第１及び第２の振動発生用波形データを、データ記憶部３０ｅからＲＡＭなどのワークメモリに読み出し、該読み出した波形データをＤＡ変換してアナログの波形信号を生成する。
そして、生成した第１の振動発生用の駆動信号を、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、圧電素子５２に出力し、生成した第２の振動発生用の駆動信号を、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、圧電素子５３に出力する。
【０１２７】
これによって、圧電素子５２が伸張動作をすると圧電素子５３が伸縮動作をするといったように、互いの力を強めあう方向に両者が伸縮し、この伸縮力（加振力）がそれぞれの取付部を介して接続流路管２００又は吸引管７００に伝達され、接続流路管２００又は吸引管７００を力の加わった方向に曲げる。この曲げ力及び曲げ状態からの復帰力によって、接続流路管２００又は吸引管７００が振動する。このとき、接続流路管２００又は吸引管７００の固有振動に合わせて加振力を加えるように圧電素子５２及び５３を駆動することで、より小さな力で大きな振動を発生させることができる。
【０１２８】
このようにして加振力が付与される期間が一定時間経過すると、動作制御部３０ａ’からの制御信号によって、接続切替部３０ｄ’の接続が、圧電素子５２の供給線第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに圧電素子５３の供給線第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と、振動検出部３０ｈ’との接続に切り替わる。これにより、切り替わり後の一定時間が振動検出部３０ｈ’による検出期間となる。
つまり、振動の発生する期間と、振動を検出する期間とが一定時間毎に交互に切り替わり、上記第３の実施の形態の図１７（ａ）に示す振動波形の振幅をより大きくした波形となる振動を時分割で発生させることができると共に、この振動の大きさを時分割で検出することができる。
【０１２９】
なお、圧電素子５２及び５３の起電力を検出電圧値として両方とも検出する構成としたがこれに限らず、どちらか一方を検出する構成としてもよい。
また、振動検出部３０ｈ’において、圧電素子５２及び５３の起電力をそれぞれ検出電圧値として動作制御部３０ａ’にそのまま出力する構成としてもよいし、圧電素子５２及び５３の起電力の平均値を算出し、その算出値を検出電圧値として動作制御部３０ａ’に出力する構成としてもよい。
なお、検出電圧値を用いたノズル２１１又は吸引管７００の先端部の接触又は非接触の判定処理については、検出電圧値が時分割で得られることになるだけで、上記第１〜第３の実施の形態と同様となる。
【０１３０】
また、その他の動作については、上記第１〜第３の実施の形態の動作制御部３０ａと同様となるので説明を省略する。
以上、本実施の形態の流体噴射装置１又は３は、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子を互いに加振力を強め合う方向に伸縮駆動させることが可能である。
これにより、接続流路管２００又は吸引管７００に対してより強い加振力を付与することができる。
更に、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子によって、加振力の付与と付与した加振力によって発生する振動の大きさの検出とを時分割で行うことが可能である。
これによって、振動の大きさを検出するための歪ゲージなどの検出素子を設ける必要がなくなるので、その分の部品コストや加工コストなどを低減することができる。
【０１３１】
上記第４の実施の形態において、ノズル２１１及び流体噴射開口部２１２は、形態１、２、３、４及び１４のいずれか１に記載の流体噴射開口部に対応し、容積変更部４０５及び第２駆動信号供給部３０ｆは、形態１、３、１３及び１４のいずれか１に記載の容積変更手段に対応し、流体容器１０及びポンプ２０は、形態１又は１４に記載の流体供給手段に対応し、吸引管７００は、形態３、６及び７のいずれか１に記載の吸引管に対応し、吸引ポンプ６０は、形態３に記載の吸引力付与手段に対応し、圧電素子５２、圧電素子５３及び第１駆動信号供給部３０ｂ’は、形態１２に記載の加振手段に対応し、圧電素子５２、圧電素子５３及び振動検出部３０ｈ’は、形態１１に記載の振動検出手段に対応し、動作制御部３０ａ’は、形態１、１３及び１４のいずれか１に記載の動作制御手段に対応し、動作制御部３０ａ’及び接続切替部３０ｄ’は、形態１１に記載の時分割制御手段に対応し、振動検出部３０ｈ’は、形態１１に記載の起電力検出部に対応し、圧電素子５２及び５３は、形態１２に記載の加振力発生部に対応する。
【０１３２】
なお、上記第１〜第２の実施の形態において、振動受振部として、抵抗線またはフォトエッチング加工した抵抗箔を抵抗体とする金属抵抗体式の歪みゲージ５１を用いる構成を説明したが、この構成に限らず、半導体式、圧電素子式、表面弾性波式、磁歪式、光ファイバ式などの他の方式の歪みゲージを用いる構成としてもよい。
また、上記第１〜第４の実施の形態において、加振力発生部として、圧電素子を用いる構成を説明したが、これに限らず、ソレノイドやモータなどの他の加振力を発生する部品を用いる構成としてもよい。
【０１３３】
また、上記第１〜第２の実施の形態では、圧電素子５０と歪みゲージ５１とを管を隔てて対向する位置に固着する構成としたが、この構成に限らず、振動の発生及び振動の受振が可能であれば、この位置関係に限らず、それぞれを異なる位置に配設してもよい。
また、上記第１〜第４の実施の形態では、圧電素子５０、５２、５３、歪みゲージ５１を接続流路管２００又は吸引管７００の外周面上における脈動発生部１００寄りの位置に管を隔てて対向して配設する構成としたが、この構成に限らず、異なる位置に配設してもよい。例えば、接続流路管２００又は吸引管７００の先端側や、管の外周面上ではなく管の内側に配設する構成などとしてもよい。
【０１３４】
また、上記第４の実施の形態では、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子を用いて、より強力な振動の発生を行うようにしたが、この構成に限らず、３つ以上の圧電素子を用いて加振力（発生する振動）を大きくする構成としてもよい。
また、上記第１〜第４の実施の形態及び上記変形例は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、上記の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、上記の説明で用いる図面は、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。
また、本発明は上記第１〜第４の実施の形態及び上記変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明に係る流体噴射装置１の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る脈動発生部１００の構造を示す断面図である。
【図３】流体噴射装置１の流体噴射部分の分解図である。
【図４】入口流路５０３の形態を示す平面図である。
【図５】駆動部３０の詳細な構成を示すブロック図である。
【図６】圧電素子５０及び歪みゲージ５１の接続流路管２００への取付構成を説明する説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の接続流路管２００への取付構成の他の例を示す図である。
【図８】動作制御部３０ａにおける第１駆動信号供給部３０ｂ及び第２駆動信号供給部３０ｆの動作制御処理を示すフローチャートである。
【図９】第１駆動信号供給部３０ｂにおける駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
【図１０】第２駆動信号供給部３０ｆにおける駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
【図１１】ノズル２１１が接触時及び非接触時の振動波形の一例を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る流体噴射装置３の概略構成を示す説明図である。
【図１３】圧電素子５０及び歪みゲージ５１の吸引管７００への取付構成を説明する説明図である。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の吸引管７００への取付構成の他の例を示す図である。
【図１５】（ａ）は、圧電素子５２の接続流路管２００への取付構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２の吸引管７００への取付構成の一例を示す図である。
【図１６】駆動部３０’の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１７】（ａ）は、圧電素子５２によって加振力を付与した期間の振動波形を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２によって振動を受振する期間の振動波形を示す図である。
【図１８】（ａ）は、圧電素子５２及び５３の接続流路管２００への取付構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２及び５３の吸引管７００への取付構成の一例を示す図である。
【図１９】駆動部３０’’の詳細な構成を示すブロック図である。
【図２０】第１駆動信号供給部３０ｂ’における駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３６】
１，３…流体噴射装置、２０…ポンプ、３０，３０’，３０’’…駆動部、５０…振動発生用圧電素子、５２，５３…振動発生用及び受振用の圧電素子、６０…吸引ポンプ、３０ａ，３０ａ’…動作制御部、３０ｂ，３０ｂ’…第２駆動信号供給部、３０ｃ，３０ｈ，３０ｈ’…振動検出部、３０ｄ，３０ｄ’…接続切替部、３０ｅ…データ記憶部、３０ｆ…第２駆動信号供給部、１００…脈動発生部、２００…接続流路管、２０１…接続流路、４００…ダイアフラム、４０１…容積変更用圧電素子、５０１…流体室、２１１…ノズル、２１２…流体噴射開口部、５０３…入口流路、５１１…出口流路、７００…吸引管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を高速で噴射する流体噴射装置に係り、特に、噴射対象物と噴射先端との接触状態に応じて流体の噴射動作を制御するのに好適な流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織を切開または切除する流体噴射装置として、本発明者らによる流体噴射装置がある（特許文献１を参照）。
かかる流体噴射装置は、容積が変更可能な流体室と、流体室に連通する入口流路及び出口流路と、駆動信号の供給に応じて流体室の容積を変更する容積変更部とを備える脈動発生部と、出口流路に一方の端部が連通され、他方の端部が出口流路の直径よりも縮小された流体噴射開口部（ノズル）が設けられた接続流路と、接続流路が穿設され流体室から流動される流体の脈動を流体噴射開口部に伝達し得る剛性を有する接続流路管と、入口流路に流体を供給する圧力発生部とを備え、圧力発生部により一定圧力で入口流路に流体を供給すると共に、容積変更部によって流体室の容積を変更して脈動を発生し流体の吐出動作を行う。
【０００３】
この流体噴射装置の流体室はその容積を変更しない場合、圧力発生部からの供給圧力と流路抵抗の釣り合った状態で流体が流れている。この状態ではノズルからの流体の吐出は連続的で、その速度が遅いために組織の切除能力はほとんどない。
一方、流体室を急激に縮小すると、流体室の圧力が上昇する。そのとき、入口流路から流体が流体室へ流入する流量の減少量よりも、出口流路から吐出される流体の増加量のほうが大きいため、接続流路に脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管内を伝播して、先端のノズルの流体噴射開口部から高速で流体が噴射される。
この動作を繰り返すことで高速のパルス・ジェットによる流体の吐出が可能となる。流体室の縮小拡大動作を圧電素子で行うことによって、数［msec］以下での起動停止が可能である。
このことは、本出願人らによる圧力発生部が不要である別の発明（特許文献２を参照）の流体噴射装置においても同様である。
【特許文献１】特開２００８−８２２０２号公報
【特許文献２】特開２００５−１５２１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の流体噴射装置を、例えば、ウォーターメスとして手術に適用した場合に、手術は、ノズルがほとんど患部に密着した状態で行われる。そのため、流体を噴射中にノズルが患部から離れると、流体噴射による液滴の飛散が発生し、それとともに切除されたがん細胞等の組織片が辺りに飛び散ったりする恐れがあった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、噴射対象物と噴射先端との接触状態に応じて流体の噴射動作を制御するのに好適な流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔形態１〕 上記目的を達成するために、形態１の流体噴射装置は、容積が変更可能な流体室と、
前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、
前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記出口流路の前記流体室と連通する側の端部とは反対側の端部に設けられた流体噴射開口部と、
前記流体噴射開口部の近傍の部材を振動させる加振手段と、
前記近傍の部材の振動の大きさを検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段で検出された振動の大きさに基づき、前記容積変更手段の動作を制御する動作制御手段と、を備える。
【０００６】
このような構成であれば、容積変更手段で流体室の容積が変更されると、流体室内の圧力が変化し脈動流が発生する。そして、この該脈動流は出口流路を通って流体噴射開口部から噴射される。
更に、加振手段によって、流体噴射開口部の近傍の部材に加振力が付与されると、流体噴射開口部の近傍の部材が振動すると共に流体噴射開口部が振動する。
更に、振動検出手段によって、前記近傍の部材の振動の大きさが検出されると、動作制御手段によって、検出された振動の大きさに基づき、容積変更手段の動作が制御される。
ここで、流体の噴射対象物又はその近傍の物体（噴射した流体による液溜まりなど）に振動中の流体噴射開口部を接触させると、流体噴射開口部及び前記近傍の部材の振動の大きさが変化し（小さくなり）、この変化が振動検出手段によって検出される。
【０００７】
このことを踏まえて、動作制御手段において、振動検出手段で検出される振動の大きさが、流体噴射開口部が何にも接触していないときの大きさのときは、例えば、容積変更手段が容積の変更動作を行えないようにその動作を制御したり、流体の噴射力が弱まるようにその動作を制御したりするようにしておく。
更に、動作制御手段において、振動検出手段で検出される振動の大きさが、流体噴射開口部が、噴射対象物又はその近傍の物体に接触しているときの大きさのとき（接触していないときよりも小さい振動のとき）は、例えば、容積変更手段が容積の変更動作を行えるようにその動作を制御するようにしておく。
【０００８】
これにより、流体噴射開口部が噴射対象物又はその近傍の物体に接触していないときに、噴射動作をさせないようにしたり、噴射力を弱めるようにしたりできるので、流体噴射開口部が、利用者（以下、施術者とも言う）の操作ミス等によって、噴射対象物又はその近傍の物体から離れたときに、思わぬ方向への流体の噴射や、それによる切除された物質の飛散などが生じるのを防ぐことができる。
ここで、上記流体噴射開口部の近傍の部材は、その部材に加振力を付与することで振動し、且つ流体噴射開口部を含む先端部分が物体（固体、液体など）に当接したときに近傍の部材の振動の大きさが変化（例えば、弱まる）ものが望ましい。
【０００９】
〔形態２〕 更に、形態２の流体噴射装置は、形態１の流体噴射装置において、前記流体噴射開口部の近傍の部材が流体噴射開口部を構成する部材である。
このような構成であれば、加振手段によって、流体噴射開口部を構成する部材に加振力が付与されると、流体噴射開口部を構成する部材が振動する。
更に、振動検出手段によって、流体噴射開口部の振動の大きさが検出されると、動作制御手段によって、検出された振動の大きさに基づき、容積変更手段の動作が制御される。
【００１０】
〔形態３〕 更に、形態２の流体噴射装置は、形態１の流体噴射装置において、前記流体噴射開口部の近傍に位置する吸引開口部と、前記吸引開口部を介して吸引した物体を搬送する通路とを有する吸引管と、前記吸引開口部の近傍の物体を吸引する吸引力を付与する吸引力付与手段と、を備え、
前記流体噴射開口部の近傍の部材が前記吸引開口部を構成する部材である。
このような構成であれば、吸引力付与手段によって吸引力が付与されると、吸引開口部の近傍にある物体（流体噴射開口部から噴射した流体や、流体の噴射により切除又は除去された物体（例えば、組織片など）など）が吸引され、この吸引された物体が吸引管内の通路を通って吸引物を収容する容器などに搬送される。
更に、加振手段によって、吸引開口部を構成する部材に加振力が付与されると、吸引開口部が振動する。
【００１１】
更に、振動検出手段によって、吸引開口部の振動の大きさが検出されると、動作制御手段によって、検出された振動の大きさに基づき、容積変更手段の動作が制御される。
ここで、流体の噴射対象物又はその近傍の物体（噴射した流体による液溜まりなど）に振動中の吸引開口部を接触させると、吸引開口部の振動の大きさが変化し（小さくなり）、この変化が振動検出手段によって検出される。
【００１２】
このことを踏まえて、動作制御手段において、振動検出手段で検出される振動の大きさが、吸引開口部が何にも接触していないときの大きさのときは、例えば、容積変更手段が容積の変更動作を行えないようにその動作を制御したり、流体の噴射力が弱まるようにその動作を制御したりするようにしておく。
更に、動作制御手段において、振動検出手段で検出される振動の大きさが、吸引開口部が、噴射対象物又はその近傍の物体に接触しているときの大きさのとき（接触していないときよりも小さい振動のとき）は、例えば、容積変更手段が容積の変更動作を行えるようにその動作を制御するようにしておく。
【００１３】
これにより、吸引開口部が噴射対象物又はその近傍の物体に接触していないときに、噴射動作をさせないようにしたり、噴射力を弱めるようにしたりできるので、吸引開口部と共に流体噴射開口部が、施術者の操作ミス等によって、噴射対象物又はその近傍の物体から離れたときに、思わぬ方向への流体の噴射や、それによる切除された物質の飛散などが生じるのを防ぐことができる。
更に、例えば、本形態の流体噴射装置をウォーターメスとして手術に用いた場合に、切除した生体組織片や吐出した流体を吸引することができるので、良好な視野を確保しながら手術を行うことができる。
【００１４】
〔形態４〕 更に、形態４の流体噴射装置は、形態１又は２の流体噴射装置において、前記加振手段は、前記流体噴射開口部を振動させる加振力を発生する加振力発生部を有し、前記振動検出手段は、振動を受振する振動受振部を有し、前記加振力発生部及び前記振動受振部を、前記出口流路に設けた。
このような構成であれば、加振力発生部によって出口流路に対して加えられた加振力が流体噴射開口部又はその近傍の部材を振動させ、その振動が振動受振部において受振される。
【００１５】
〔形態５〕 更に、形態５の流体噴射装置は、形態４の流体噴射装置において、前記出口流路の外周面の少なくとも一部に平面を設け、該平面上に前記加振力発生部及び前記振動受振部を設けた。
このような構成であれば、加振力発生部及び振動受振部が曲げ難い部材で構成されている場合に、真っ直ぐな形状のまま、これらを出口流路に容易に取り付けることができる。
【００１６】
〔形態６〕 更に、形態６の流体噴射装置は、形態３の流体噴射装置において、前記加振手段は、前記吸引開口部を振動させる加振力を発生する加振力発生部を有し、前記振動検出手段は、振動を受振する振動受振部を有し、前記加振力発生部及び前記振動受振部を、前記吸引管に設けた。
このような構成であれば、加振力発生部によって吸引管に対して加えられた加振力が吸引開口部を振動させ、その振動が振動受振部において受振される。
【００１７】
〔形態７〕 更に、形態７の流体噴射装置は、形態６の流体噴射装置において、前記吸引管の外周面の少なくとも一部に平面を設け、該平面上に前記加振力発生部及び前記振動受振部を設けた。
このような構成であれば、加振力発生部及び振動受振部が曲げ難い部材で構成されている場合に、真っ直ぐな形状のまま、これらを吸引管に容易に取り付けることができる。
【００１８】
〔形態８〕 更に、形態８の流体噴射装置は、形態４乃至７のいずれか１の流体噴射装置において、前記振動受振部を歪みゲージを含んで構成した。
このような構成であれば、歪みゲージによって、簡易に振動の大きさを検出することができる。
〔形態９〕 更に、形態９の流体噴射装置は、形態４乃至８のいずれか１の流体噴射装置において、前記加振力発生部を圧電素子を含んで構成した。
このような構成であれば、圧電素子によって加振力を発生することができるので、印加電圧の制御によって、簡易に加振力の制御を行うことができる。
【００１９】
〔形態１０〕 更に、形態１０の流体噴射装置は、形態８の流体噴射装置において、前記加振力発生部は、前記加振力を発生する圧電素子と同じ圧電素子によって、加振力を発生する機能と、振動を受振する、前記振動受振部としての機能とを兼ね備える。
このような構成であれば、加振力の発生と、振動の受振とを１つの圧電素子で行うことができるので、比較的低コストで加振手段及び振動検出手段を構成することができる。
【００２０】
〔形態１１〕 更に、形態１１の流体噴射装置は、形態１０の流体噴射装置において、前記加振手段は、前記圧電素子を駆動する駆動部を有し、
前記振動検出手段は、前記圧電素子に生じる起電力を検出する起電力検出部を有し、
前記駆動部による駆動信号の供給と前記起電力検出部による起電力の検出とを時分割で行うように制御する時分割制御手段を備える。
このような構成であれば、加振力の発生と、振動の受振とを１つの圧電素子で行うことができるので、比較的低コストで加振手段及び振動検出手段を構成することができる。
【００２１】
〔形態１２〕 更に、形態１２の流体噴射装置は、形態４乃至１１のいずれか１の流体噴射装置において、前記加振手段は、複数の前記加振力発生部を有し、前記複数の加振力発生部において発生する力が前記加振力を大きくするように各加振力発生部の動作を制御する。
このような構成であれば、より大きな加振力を発生することができるので、加振対象物をより大きく振動させることができ、振動の大きさの検出精度を高めることができる。
【００２２】
〔形態１３〕 更に、形態１３の流体噴射装置は、形態１乃至１２のいずれか１の流体噴射装置において、前記動作制御手段は、前記振動検出手段で検出された振動の大きさが所定の大きさよりも小さいときに前記容積変更手段が動作するように制御し、前記振動の大きさが前記所定の大きさ以上のときに前記容積変更手段が動作しないように制御する。
このような構成であれば、例えば、流体噴射開口部又は吸引開口部が、噴射対象物又はその近傍の物体に接触しているときに、流体の噴射を行わせることができ、流体噴射開口部又は吸引開口部が、噴射対象物又はその近傍の物体に接触していないときに、噴射動作をさせないようにすることができる。
【００２３】
〔形態１４〕 また、上記目的を達成するために、形態１４の流体噴射装置の駆動方法は、容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記出口流路の前記流体室と連通する側の端部とは反対側の端部に設けられた流体噴射開口部と、加振手段と、振動検出手段と、動作制御手段と、を備えた流体噴射装置の駆動方法であって、
前記加振手段に、前記流体噴射開口部の近傍の部材を振動させる加振ステップと、
前記振動検出手段に、前記近傍の部材の振動の大きさを検出させる振動検出ステップと、
前記動作制御手段に、前記振動検出ステップで検出された振動の大きさに基づき、前記容積変更手段の動作を制御させる動作制御ステップと、を含む。
これにより、上記形態１の流体噴射装置と同等の作用及び効果が得られる。
【００２４】
〔形態１５〕 また、上記目的を達成するために、形態１５の手術用器具は、流体の噴射によって患部の治療的措置を支援する手術用器具であって、
形態１乃至形態１３のいずれか１に記載の流体噴射装置を備える。
このような構成であれば、上記形態１乃至１３のいずれか１の流体噴射装置による流体の噴射によって、腫瘍などの患部の切除などの治癒的措置の支援を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図９は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第１の実施の形態を示す図である。
なお、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、物体の切断や切除、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の形態では、生体組織を切開または切除することに好適なウォーター・パルス・メス（流体噴射装置及び手術用器具）を例示して説明する。従って、実施の形態にて用いる流体は、水、生理食塩水、薬液等である。
【００２６】
まず、本発明に係る流体噴射装置の構成を図１に基づき説明する。図１は、本発明に係る流体噴射装置１の概略構成を示す説明図である。
流体噴射装置１は、図１に示すように、基本構成として、流体を収容する流体容器１０と、圧力発生部としてのポンプ２０と、ポンプ２０から供給される流体を脈動流動する脈動発生部１００と、脈動発生部１００を駆動する駆動部３０と、振動発生用圧電素子５０と、歪みゲージ５１とを含んで構成されている。
更に、脈動発生部１００には、細いパイプ状の接続流路管２００が接続され、接続流路管２００の先端部には接続流路管２００の流路径よりも小さい流路径を有するノズル２１１が挿着されている。
【００２７】
接続流路管２００の外周面上には、ノズル２１１を振動させるための振動発生用圧電素子５０（以下、単に圧電素子５０と称す）と、ノズル２１１に発生した振動の大きさを検出するための歪みゲージ５１が固着されている。
脈動発生部１００の内側には、圧電素子５０に駆動信号を供給するための２本の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と、歪みゲージ５１のゲージ入力線及びゲージ出力線と、流体噴射用圧電素子４０１（後述）に駆動信号を供給するための２本の供給線JPZT（−）及びJPZT（＋）とを配線する通路が形成されている。
これらの通路は、脈動発生部１００からの信号線の出口で合流し、４本の供給線と、ゲージ入力線及びゲージ出力線とは、１箇所の出口からまとめて外へと出る。
これらの線はケーブル４５によってひとまとめにされて駆動部３０に接続される。なお、ケーブル４５の各線は、駆動部３０のそれぞれ対応する構成部と電気的に接続される。
【００２８】
次に、図１及び図２に基づき、流体噴射装置１における流体の流動を簡単に説明する。
ここで、図２は、本発明に係る脈動発生部１００の構造を示す断面図である。なお、図２において、左右方向が上下方向に対応する。また、図２は、後述する図４におけるＡ−Ａ'断面図である。
流体容器１０に収容された流体は、接続チューブ１５を介してポンプ２０によって吸引され、一定の圧力で接続チューブ２５を介して脈動発生部１００に供給される。脈動発生部１００には流体室５０１と、この流体室５０１の容積を駆動部３０からの駆動信号に応じて変更する容積変更部４０５とを備えており、この容積変更部４０５を駆動して脈動を発生し、接続流路管２００、ノズル２１１を通して流体を高速で噴射する。脈動発生部１００の詳しい説明については後述する。
【００２９】
なお、圧力発生部としてはポンプ２０に限らず、輸液バッグをスタンド等によって脈動発生部１００よりも高い位置に保持するようにしてもよい。従って、ポンプ２０は不要となり、構成を簡素化することができる他、消毒等が容易になる利点がある。
ポンプ２０の吐出圧力は概ね３気圧（０．３ＭＰａ）以下に設定する。また、輸液バッグを用いる場合には、脈動発生部１００と輸液バッグの液上面との高度差が圧力となる。輸液バックを用いるときには０．１〜０．１５気圧（０．０１〜０．０１５ＭＰａ）程度になるように高度差を設定することが望ましい。
【００３０】
なお、この流体噴射装置１を用いて手術をする際には、術者が把持する部位は脈動発生部１００である。従って、脈動発生部１００までの接続チューブ２５はできるだけ柔軟であることが好ましい。そのためには、柔軟で薄いチューブで、流体を脈動発生部１００に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。
また、特に、脳手術のときのように、機器の故障が重大な事故を引き起こす恐れがある場合には、接続チューブ２５の切断等において高圧な流体が噴出することは避けなければならず、このことからも低圧にしておくことが要求される。
【００３１】
次に、図２〜図４に基づき、脈動発生部１００の構造について説明する。
ここで、図３は、流体噴射装置１の流体噴射部分の分解図であり、図４は、入口流路５０３の形態を示す平面図であり、上ケース５００を下ケース３０１との接合面側から視認した状態を表している。
脈動発生部１００は、図２〜図４に示すように、４隅に螺子穴５００ａの穿設された上ケース５００と、４隅に螺子穴３０１ａ（図示は省略）の穿設された下ケース３０１とを備えている。そして、これら上ケース５００と下ケース３０１とがそれぞれ対向する面において、螺子穴５００ａ及び３０１ａが対向するように接合され、４本の固定螺子６００（図示は省略）を螺子穴５００ａ及び３０１ａに螺合することによって上ケース５００と下ケース３０１とが螺着されている。
【００３２】
下ケース３０１は、鍔部を有する中空筒状の部材であって、一方の端部は底板３１１で密閉されている。この下ケース３０１の内部空間に、容積変更部４０５を構成する部材の１つである圧電素子４０１が配設されている。
この圧電素子４０１は、積層型圧電素子であってアクチュエータを構成している。圧電素子４０１の一方の端部は上板４１１を介してダイアフラム４００に、他方の端部は底板３１１の上面３１２に固着されている。
また、ダイアフラム４００は、円盤状の金属薄板からなり、下ケース３０１の上面側に形成された円環状の凹部３０３内において周縁部が凹部３０３の底面に密着固着されている。ダイアフラム４００の上面には、中心部に円形の開口部を有する円盤状の金属薄板からなる補強板４１０が積層配設される。
【００３３】
この構成により、駆動部３０によって、圧電素子４０１に駆動信号を入力（動作電圧を印加）することで、圧電素子４０１が伸張、収縮し、その伸長時の上方向の力及び収縮時の下方向の力が上板４１１を上下方向に移動させる。そして、上板４１１が移動することでダイアフラム４００が変形し、流体室５０１の容積を変更する。
つまり、圧電素子４０１、上板４１１、ダイアフラム４００及び補強板４１０から容積変更部４０５が構成されている。
上ケース５００は、下ケース３０１と対向する面の中心部に円形の凹部が形成され、この凹部とダイアフラム４００とから構成され、内部に流体が充填された状態の回転体形状が流体室５０１となる。つまり、流体室５０１は、上ケース５００の凹部の封止面５０５と内周側壁５０１ａとダイアフラム４００によって囲まれた空間となる。流体室５０１の略中央部には出口流路５１１が穿設されている。
【００３４】
出口流路５１１は、流体室５０１から上ケース５００の一方の端面から突設された出口流路管５１０の端部まで貫通されている。出口流路５１１の流体室５０１の封止面５０５との接続部は、流体抵抗を減ずるために滑らかに丸められている。
なお、以上説明した流体室５０１の形状は、本実施形態では、両端が封止された略円筒形状としているが、側面視して円錐形や台形、あるいは半球形状等でもよく限定されない。例えば、出口流路５１１と封止面５０５との接続部を漏斗のような形状にすれば、後述する流体室５０１内の気泡を排出しやすくなる。
出口流路管５１０には接続流路管２００が接続されている。接続流路管２００には接続流路２０１が穿設されており、接続流路２０１の直径は出口流路５１１の直径より大きい。また、接続流路管２００の管部の厚さは、流体の圧力脈動を吸収しない剛性を有する範囲に形成されている。
【００３５】
接続流路管２００の先端部には、ノズル２１１が挿着されている。このノズル２１１には流体噴射開口部２１２が穿設されている。流体噴射開口部２１２の直径は、接続流路２０１の直径より小さい。
更に、接続流路管２００の脈動発生部１００側における出口流路管５１０との接続部より先端側の外周面には、圧電素子５０と歪みゲージ５１とが管を隔てた対向位置にそれぞれ固着されている。
上ケース５００の側面には、ポンプ２０から流体を供給する接続チューブ２５を挿着する入口流路管５０２が突設されており、入口流路管５０２に入口流路側の接続流路５０４が穿たれている。この接続流路５０４は入口流路５０３に連通されている。入口流路５０３は、流体室５０１の封止面５０５の周縁部に溝状に形成され、流体室５０１に連通している。
【００３６】
上ケース５００と下ケース３０１との接合面において、ダイアフラム４００の外周方向の離間した位置には、下ケース３０１側にパッキンボックス３０４、上ケース５００側にパッキンボックス５０６が形成されており、パッキンボックス３０４，５０６にて形成される空間にリング状のパッキン４５０が装着されている。
ここで、上ケース５００と下ケース３０１とを組立てたとき、ダイアフラム４００の周縁部と補強板４１０の周縁部とは、上ケース５００の封止面５０５の周縁部と下ケース３０１の凹部３０３の底面によって密接されている。この際、パッキン４５０は上ケース５００と下ケース３０１によって押圧されて、流体室５０１からの流体漏洩を防止している。
流体室５０１内は、流体吐出の際に例えば３０気圧（３ＭＰａ）以上の高圧状態となり、ダイアフラム４００、補強板４１０、上ケース５００、下ケース３０１それぞれの接合部において流体が僅かに漏洩することが考えられるが、パッキン４５０によって漏洩を阻止している。
【００３７】
図２に示すようにパッキン４５０を配設すると、流体室５０１から高圧で漏洩してくる流体の圧力によってパッキン４５０が圧縮され、パッキンボックス３０４，５０６内の壁にさらに強く押圧されるので、流体の漏洩を一層確実に阻止することができる。このことから、駆動時において流体室５０１内の高い圧力上昇を維持することができる。
続いて、上ケース５００に形成される入口流路５０３についてさらに詳しく説明する。
入口流路５０３は、図４に示すように、上ケース５００の封止面５０５の周縁部に形成された溝部と封止面５０５に押圧固定される補強板４１０によって形成される。
入口流路５０３は、一方の端部が流体室５０１に連通し、他方の端部が接続流路５０４に連通している。入口流路５０３と接続流路５０４との接続部には、流体溜り５０７が形成されている。そして、流体溜り５０７と入口流路５０３との接続部は滑らかに丸めることによって流体抵抗を減じている。
【００３８】
また、入口流路５０３は、流体室５０１の内周側壁５０１ａに対して略接線方向に向かって連通している。ポンプ２０から一定の圧力で供給される流体は、内周側壁５０１ａに沿って（図中、矢印で示す方向に）流動して流体室５０１に旋回流を発生する。旋回流の遠心力により、流体室５０１内に含まれる低密度の気泡は旋回流の中心部に集中する。
そして、中心部に集められた気泡は、出口流路５１１から排除される。このことから、出口流路５１１は旋回流の中心近傍、つまり回転形状体の軸中心部に設けられることがより好ましい。図４の例では、入口流路５０３は平面形状が渦巻状に湾曲されている。入口流路５０３は、直線で流体室５０１に連通させてもよいが、狭いスペースの中で所望のイナータンスを得るために、入口流路５０３の流路長を長くする必要性から湾曲させている。
【００３９】
なお、図２に示したように、ダイアフラム４００と入口流路５０３が形成されている封止面５０５の周縁部との間には、補強板４１０が配設されている。補強板４１０を設ける意味は、ダイアフラム４００の耐久性を向上することである。入口流路５０３の流体室５０１との接続部には切欠き状の接続開口部５０９が形成されるので、ダイアフラム４００が高い周波数で駆動されたときに、接続開口部５０９近傍において応力集中が生じて疲労破壊を発生することが考えられる。そこで、切欠き部がない連続した開口部を有している補強板４１０を配設することで、ダイアフラム４００に応力集中が発生しないようにしている。
【００４０】
また、以上説明した流体噴射装置１においては、上ケース５００の外周隅部に、４箇所の螺子穴５００ａが開設されており、この螺子穴位置において、上ケース５００と下ケース３０１とを螺合接合するようにしたがこの構成に限らない。例えば、図示は省略するが、補強板４１０とダイアフラム４００とを接合し、一体に積層固着することができる。固着手段としては、接着剤を用いる貼着としても、固層拡散接合、溶接等を採用することが可能であるが、補強板４１０とダイアフラム４００とが、接合面において密着されていることがより好ましい。
【００４１】
また、以上説明した流体噴射装置１においては、出口流路５１１とノズル２１１とを接続流路管２００を介して接続する構成としているが、この構成に限らず、接続流路管２００を用いずに、出口流路管５１０の流体室５０１とは反対側の端部にノズル２１１を挿着することも可能である。この場合は、より簡素な構成が可能になる。
また、手術に用いる場合には、接続流路管２００を用いてハンドピースと流体噴射開口部２１２までの距離が適度に長くなるように（奥まった患部に届く長さに）構成にしたほうが好適である。
【００４２】
次に、本実施形態の脈動発生部１００の流体吐出の原理について説明する。
本実施形態の脈動発生部１００の流体吐出は、入口流路側のイナータンスＬ１（合成イナータンスＬ１と呼ぶことがある）と出口流路側のイナータンスＬ２(合成イナータンスＬ２と呼ぶことがある）と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。
【００４３】
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。
また、複数の流路の並列接続や、複数の形状が異なる流路の直列接続に関する合成イナータンスは、個々の流路のイナータンスを電気回路におけるインダクタンスの並列接続、または直列接続と同様に合成して算出することができる。
なお、入口流路側のイナータンスＬ１は、接続流路５０４が入口流路５０３に対して直径が十分大きく設定されているので、イナータンスＬ１は、入口流路５０３のイナータンスのみ算出すればよい。また、ポンプ２０と入口流路を接続する接続チューブは柔軟性を有するため、イナータンスＬ１の算出から除かれる。
【００４４】
また、出口流路側のイナータンスＬ２は、接続流路２０１の直径が出口流路よりもはるかに大きく、接続流路管２００の管部（管壁）の厚さが薄い場合イナータンスＬ２への影響は軽微である。従って、出口流路側のイナータンスＬ２は出口流路５１１のイナータンスに置き換えてもよい。
接続流路管２００の管壁の厚さが厚い場合には、イナータンスＬ２は、出口流路５１１、接続流路２０１及びノズル２１１の合成イナータンスとなる。
そして、本実施形態では、入口流路側のイナータンスＬ１が出口流路側のイナータンスＬ２よりも大きくなるように、入口流路５０３の流路長及び断面積、出口流路５１１の流路長及び断面積を設定している。
【００４５】
次に、図５に基づき、駆動部３０の詳細な構成を説明する。
ここで、図５は、駆動部３０の詳細な構成を示すブロック図である。
駆動部３０は、図５に示すように、動作制御部３０ａと、第１駆動信号供給部３０ｂと、振動検出部３０ｃと、データ記憶部３０ｅと、第２駆動信号供給部３０ｆと、同期信号発生部３０ｇとを含んで構成されている。
動作制御部３０ａは、流体噴射装置１の入力装置（不図示）からの操作入力に応じて、各構成部に動作指令を与える役割を担うもので、第１駆動信号供給部３０ｂの駆動信号の供給処理、ノズル２１１の接触状態の判定処理、この判定結果に基づく第２駆動信号供給部３０ｆの駆動信号の供給処理などの各種動作処理を制御する機能を有している。
【００４６】
具体的に、動作制御部３０ａは、ウォーター・パルス・メスの駆動スイッチ（不図示）がオフの状態からオンの状態になったときに、まず、接続流路管２００に対してノズル２１１を振動させるための加振力を発生させるために第１駆動信号供給部３０ｂに対して振動発生指令を出力する。
これによって、第１駆動信号供給部３０ｂから駆動信号が圧電素子５０に供給されて圧電素子５０が伸縮動作を行い、その力が加振力となって接続流路管２００及びノズル２１１に伝達され、接続流路管２００及びノズル２１１が振動する。
【００４７】
更に、動作制御部３０ａは、振動検出部３０ｃからの振動の大きさの検出結果（歪みゲージ５１の出力電圧値）と、データ記憶部３０ｅに記憶された振動の大きさの閾値とに基づき、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体（噴射した流体溜まりなど）と接触しているか否かを判定する。そして、接触していると判定した場合は、流体を噴射させるために第２駆動信号供給部３０ｆに対して噴射駆動指令を出力する。
これによって、第２駆動信号供給部３０ｆから駆動信号が圧電素子４０１に供給されて圧電素子４０１が伸張動作を行い、流体室５０１が縮小し室内の流体が圧縮されて脈動流となって、出口流路５１１及び接続流路２０１を介して流体噴射開口部２１２から噴射される。
【００４８】
一方、接触していないと判定した場合は、第２駆動信号供給部３０ｆに対して、噴射駆動指令を出力しない又は流体を噴射中（圧電素子４０１を駆動中）であれば、噴射停止指令を出力する。
一方、ウォーター・パルス・メスの駆動スイッチがオンの状態からオフの状態になったときに、流体の噴射を停止させるために第２駆動信号供給部３０ｆに対して噴射停止指令を出力する。更に、ノズル２１１の振動を停止させるために第１駆動信号供給部３０ｂに対して振動停止指令を出力する。
これによって、流体の噴射が停止すると共に、ノズル２１１の振動が停止する。
【００４９】
第１駆動信号供給部３０ｂは、動作制御部３０ａから振動発生指令に応じて、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、振動を発生させるための駆動信号を圧電素子５０に供給する機能を有している。
具体的に、振動発生指令に含まれる波形指定情報に基づき、該当する振動発生用の波形情報（デジタルの波形データ）をデータ記憶部３０ｅから読み出し、該読み出した波形情報をＤＡ変換してアナログの駆動信号を生成し、該生成した駆動信号を同期信号に同期させて圧電素子５０に供給する。なお、波形指定情報は、振動発生用の信号波形に付された識別情報などとなる。
【００５０】
更に、動作制御部３０ａから駆動信号の振動停止指令に応じて、駆動信号の供給を停止する機能を有している。本実施の形態では、駆動信号の供給途中で動作制御部３０ａから停止指令が入力されたときは、供給途中の１周期の波形を最後まで圧電素子５０に供給してから駆動信号の供給を停止するようになっている。
振動検出部３０ｃは、ホイートストンブリッジ回路を含んで構成される検出回路を含み、圧電素子５０によって加えられた加振力による接続流路管２００の曲げ変化による歪みゲージ５１の抵抗変化を、検出回路によって電圧レベルとして検知する。そして、この検知レベル（電圧値）を検出結果として、動作制御部３０ａに出力する。
【００５１】
データ記憶部３０ｅは、設定される噴射強さに対応する、周期や振幅の異なる複数種類の信号波形の波形情報、接触検出用の閾値、その他各構成部の処理に用いるデータなどを記憶する記憶媒体を含んで構成され、各構成部からの読み出し要求に応じて記憶媒体に記憶されたデータを読み出し、各構成部からの書き込み要求に応じて記憶媒体にデータを書き込む機能を有している。
第２駆動信号供給部３０ｆは、動作制御部３０ａからの噴射駆動指令に応じて、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、駆動信号を容積変更部４０５の圧電素子４０１に供給線JPZT（−）及びJPZT（＋）を介して供給する機能を有している。
【００５２】
具体的に、噴射駆動供給指令に含まれる噴射駆動用の波形指定情報に基づき、該当する波形情報（デジタルの波形データ）をデータ記憶部３０ｅから読み出し、該読み出した波形情報をＤＡ変換してアナログの駆動信号を生成し、該生成した駆動信号を同期信号に同期させて圧電素子４０１に供給する。なお、波形指定情報は、噴射強さに応じた噴射駆動用の信号波形に付された識別情報などとなる。
更に、動作制御部３０ａからの噴射停止指令に応じて、駆動信号の供給を停止する機能を有している。本実施の形態では、駆動信号の供給途中で動作制御部３０ａから停止指令が入力されたときは、供給途中の１周期の波形を最後まで圧電素子４０１に供給してから駆動信号の供給を停止するようになっている。
【００５３】
同期信号発生部３０ｇは、セラミック振動子、水晶振動子などの発振子、カウンタ（又はＰＬＬ回路）などを含み、発振子から出力される信号を基準クロック信号clkとして、該clkから同期信号を生成する機能を有している。そして、基準クロック信号及び同期信号を駆動信号供給部３０ｆに供給する。
なお、駆動部３０は、上記各構成部の機能をソフトウェアを用いて実現するため、および上記各機能の実現に必要なハードウェアを制御するソフトウェアを実行するためのコンピュータシステムを備えている。このコンピュータシステムのハードウェア構成は、図示しないが、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｅｒ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）とを有し、これらの間を各種内外バスで接続した構成となっている。
【００５４】
更に、バスには、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、パラレルポート等の入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介して、例えば、ＣＲＴまたはＬＣＤモニター等の表示装置、操作パネル、マウス、キーボード等の入力装置が接続されている。
そして、電源を投入すると、ＲＯＭ等に記憶されたシステムプログラムが、ＲＯＭに予め記憶された上記各部の機能を実現するための各種専用のコンピュータプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムに記述された命令に従ってプロセッサが各種リソースを駆使して所定の制御および演算処理を行うことで前述したような各機能を実現するようになっている。
【００５５】
次に、図６〜図７に基づき、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の接続流路管２００への取付構成について説明する。
ここで、図６は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の接続流路管２００への取付構成を説明する説明図である。また、図７（ａ）〜（ｄ）は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の接続流路管２００への取付構成の他の例を示す図である。
図６に示すように、本実施の形態の圧電素子５０及び歪みゲージ５１は、接続流路管２００の外周面における脈動発生部１００寄りの位置に配設且つ固着されている。
【００５６】
更に、本実施の形態の圧電素子５０及び歪みゲージ５１は、図６上図中の丸で囲った部分のＢ−Ｂ’断面である図６下図に示すように、断面が円環状の接続流路管２００の外周面（曲面）上に固着されている。
従って、接続流路管２００の外周面の曲面に沿って密着固着されるように、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分には曲げ加工が施されている。
なお、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付構成は、この構成に限らず、例えば、図７（ａ）に示すように、接続流路管２００の少なくとも圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分を断面矩形状に構成して外周面に水平面を形成し、この水平面に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を配設且つ固着する構成としてもよい。
【００５７】
また、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、断面円環形状の取付部分の曲面部を押し潰すなどして、接続流路管２００における圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分のみに水平面を設け、この水平面に配設且つ固着する構成としてもよい。
また、図７（ｄ）に示すように、少なくとも圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分を、接続流路管２００の内側の空洞部は断面円形のままに、外側の管壁部が断面矩形となるように構成して外周面に水平面を形成し、この水平面に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を配設且つ固着する構成としてもよい。
上記図７（ａ）〜（ｄ）のいずれかの取付構成に示すように、管の外周面に水平面を形成し、その水平面に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を固着することで、圧電素子５０及び歪みゲージ５１を曲げ加工する必要がなくなり、簡易な構成で取り付けることが可能となる。この取付構成は、特に曲げ加工の難しい圧電素子に有効な構成である。
【００５８】
次に、図８に基づき、動作制御部３０ａにおける第１駆動信号供給部３０ｂ及び第２駆動信号供給部３０ｆの動作制御処理の流れを説明する。
ここで、図８は、動作制御部３０ａにおける第１駆動信号供給部３０ｂ及び第２駆動信号供給部３０ｆの動作制御処理を示すフローチャートである。
プロセッサによって専用のプログラムが実行され、動作制御処理が開始されると、図８に示すように、まず、ステップＳ１００に移行する。
ステップＳ１００では、動作制御部３０ａにおいて、ウォーター・パルス・メス（以下、ＷＰＳと称す）の駆動スイッチがオンになったか否かを判定し、オンになったと判定した場合(Yes)は、ステップＳ１０２に移行し、そうでない場合(No)は、オンになるまで判定処理を繰り返す。
【００５９】
ステップＳ１０２に移行した場合は、動作制御部３０ａにおいて、第１駆動信号供給部３０ｂに対して、振動発生指令を出力して、ステップＳ１０４に移行する。
ステップＳ１０４では、動作制御部３０ａにおいて、振動検出部３０ｃからの検出電圧と、データ記憶部３０ｅに記憶された接触検出用の閾値とを比較して、ステップＳ１０６に移行する。
ここで、比較処理としては、検出電圧（絶対値）をそのまま使用して閾値との比較する方法、検出電圧（絶対値）の所定時間の平均値を算出して閾値との比較する方法などがある。
【００６０】
本実施の形態においては、後者の平均電圧値を算出し、この平均電圧値と、予め測定しておいたノズル２１１が患部やその近傍の物体などに接触して振動が弱まったときの平均電圧値を示す閾値とを比較する。
ステップＳ１０６では、動作制御部３０ａにおいて、ステップＳ１０４の比較結果に基づき、検出電圧値の所定時間の平均値が閾値以下か否かを判定し、閾値以下であると判定された場合(Yes)は、ステップＳ１０８に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ１１６に移行する。
【００６１】
ステップＳ１０８に移行した場合は、動作制御部３０ａにおいて、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体に接触していると判定し、第２駆動信号供給部３０ｆに対して、噴射駆動指令を出力して、ステップＳ１１０に移行する。
ステップＳ１１０では、動作制御部３０ａにおいて、駆動スイッチがオフになったか否かを判定し、オフになったと判定した場合(Yes)は、ステップＳ１１２に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ１０４に移行する。
ステップＳ１１２に移行した場合は、動作制御部３０ａにおいて、第２駆動信号供給部３０ｆに対して、噴射停止指令を出力して、ステップＳ１１４に移行する。
【００６２】
ステップＳ１１４に移行した場合は、動作制御部３０ａにおいて、第１駆動信号供給部３０ｂに対して、振動停止指令を出力して、ステップＳ１０４に移行する。
一方、ステップＳ１０２において、検出電圧値の所定時間の平均値が閾値よりも大きくてノズル２１１が接触状態ではないと判定されステップＳ１１６に移行した場合は、動作制御部３０ａにおいて、噴射停止指令を、第２駆動信号供給部３０ｆに出力して、ステップＳ１００に移行する。なお、噴射動作を行っていない場合は、噴射停止指令を出力せずに、ステップＳ１００に移行するようにしてもよい。
【００６３】
次に、図９に基づき、第１駆動信号供給部３０ｂにおける圧電素子５０への駆動信号供給処理の流れを説明する。
ここで、図９は、第１駆動信号供給部３０ｂにおける駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
プロセッサにより専用のプログラムが実行され、圧電素子５０への駆動信号供給処理が開始されると、図９に示すように、まず、ステップＳ２００に移行する。
ステップＳ２００では、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、動作制御部３０ａからの振動発生指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ２０２に移行し、そうでない場合(No)は、入力されるまで判定処理を繰り返す。
【００６４】
ステップＳ２０２に移行した場合は、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、振動発生指令に含まれる指定波形の識別情報に基づき、圧電素子５０の駆動に用いる振動発生用の波形データをデータ記憶部３０ｅから読み出して、ステップＳ２０４に移行する。
ステップＳ２０４では、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、ステップＳ２０２で読み出した波形データのデジタルの波形信号をアナログの波形信号にＤＡ変換して、ステップＳ２０６に移行する。
ステップＳ２０６では、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期して、ステップＳ２０４でＤＡ変換して得られたアナログの信号波形からなる駆動信号を、圧電素子５０に出力して、ステップＳ２０８に移行する。
【００６５】
ステップＳ２０８では、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、動作制御部３０ａから振動停止指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ２１０に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ２０４の駆動信号の出力処理を続行する。
ステップＳ２１０に移行した場合は、第１駆動信号供給部３０ｂにおいて、１周期分の信号を全て出力後に、駆動信号の供給を停止して、ステップＳ２００に移行する。
【００６６】
次に、図１０に基づき、第２駆動信号供給部３０ｆにおける圧電素子４０１への駆動信号の供給処理の流れを説明する。
ここで、図１０は、第２駆動信号供給部３０ｆにおける駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
プロセッサにより専用のプログラムが実行され、圧電素子４０１への駆動信号供給処理が開始されると、図１０に示すように、まず、ステップＳ３００に移行する。
ステップＳ３００では、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、動作制御部３０ａからの噴射駆動指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ３０２に移行し、そうでない場合(No)は、入力されるまで判定処理を繰り返す。
【００６７】
ステップＳ３０２に移行した場合は、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、噴射駆動指令に含まれる指定波形の識別情報に基づき、圧電素子４０１の駆動に用いる噴射駆動用の波形データをデータ記憶部３０ｅから読み出して、ステップＳ３０４に移行する。
ステップＳ３０４では、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、ステップＳ３０２で読み出した波形データのデジタルの波形信号をアナログの波形信号にＤＡ変換して、ステップＳ３０６に移行する。
ステップＳ３０６では、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期して、ステップＳ３０４でＤＡ変換して得られたアナログの信号波形からなる駆動信号を、圧電素子４０１に出力して、ステップＳ３０８に移行する。
【００６８】
ステップＳ３０８では、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、動作制御部３０ａから噴射停止指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ３１０に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ３０４の駆動信号の出力処理を続行する。
ステップＳ３１０に移行した場合は、第２駆動信号供給部３０ｆにおいて、１周期分の信号を全て出力後に、駆動信号の供給を停止して、ステップＳ３００に移行する。
【００６９】
次に、図１１に基づき、本実施の形態の流体噴射装置１の具体的な動作を説明する。
図１１は、ノズル２１１が接触時及び非接触時の振動波形の一例を示す図である。
まず、流体噴射装置１の電源をオンにすると初期化動作が行われ駆動待機状態へと移行する。
この状態において、ＷＰＳの駆動スイッチがオンにされると（ステップＳ１００の「Ｙｅｓ」の分岐）、動作制御部３０ａは、まず、第１駆動信号供給部３０ｂに対して、振動発生指令を出力する（ステップＳ１０２）。
第１駆動信号供給部３０ｂは、動作制御部３０ａからの振動発生指令を受けると（ステップＳ２００の「Ｙｅｓ」の分岐）、振動発生用の波形データをデータ記憶部３０ｅからＲＡＭなどのワークメモリに読み出し、該読み出した波形データをＤＡ変換してアナログの波形信号を生成する（ステップＳ２０４）。
【００７０】
そして、生成した振動発生用のアナログの波形信号を、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、圧電素子５０に出力する（ステップＳ２０６）。
これによって、圧電素子５０が伸縮動作し、この伸縮力（加振力）が圧電素子５０の取付部を介して接続流路管２００に伝達され、接続流路管２００を力の加わった方向に曲げる。この曲げ力及び曲げ状態からの復帰力によって、接続流路管２００及びノズル２１１が振動する。このとき、接続流路管２００の固有振動に合わせて加振力を加えるように圧電素子５０を駆動することで、より小さな力で大きな振動を発生させることができる。
一方、この振動による接続流路管２００の変形によって、歪みゲージ５１のベース（取付部）を経由して内部の抵抗体（線・箔）に歪みが伝わる。そして、振動検出部３０ｃでは、検出回路において、この発生した歪みに対応した抵抗変化が電圧値として検出され、この検出電圧値が動作制御部３０ａに出力される。
【００７１】
ノズル２１１に発生した振動の大きさは、振動検出部３０ｃにおいて、ノズル２１１が患部やその近傍の物体などに非接触の状態であれば、図１１の左側の波形に示すように、図１１の右図の接触時の波形の振幅よりも大きな振幅となる。
これは、ノズル２１１が患部やその近傍の物体などに接触することで振動が弱められるためである。
動作制御部３０ａは、所定時間の検出電圧値の絶対値の平均値を算出し、この平均値と、データ記憶部３０ｅに記憶された閾値とを比較する（ステップＳ１０４）。
更に、動作制御部３０ａは、比較結果に基づき、平均値が閾値以下のときは（ステップＳ１０６の「Ｙｅｓ」の分岐）、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体に接触しているとして、第２駆動信号供給部３０ｆに対して、噴射駆動指令を出力する（ステップＳ１０８）。
【００７２】
また、平均値が閾値よりも大きいときは（ステップＳ１０６の「Ｎｏ」の分岐）、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体に接触していないとして、駆動スイッチがオンになっても、第２駆動信号供給部３０ｆに対して噴射駆動指令を出力しない（ステップＳ１１６）。
第２駆動信号供給部３０ｆは、動作制御部３０ａから噴射駆動指令を受けると（ステップＳ３００の「Ｙｅｓ」の分岐）、噴射駆動指令に含まれる波形情報の識別情報に基づき、該当の噴射駆動用の波形データをデータ記憶部３０ｅからＲＡＭなどのワークメモリに読み出す（ステップＳ３０２）。
次に、ワークメモリに読み出した波形データをＤＡ変換し、アナログの駆動信号を生成する（ステップＳ３０４）。
【００７３】
次に、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期して、生成した噴射駆動用のアナログの駆動信号を圧電素子４０１に出力する（ステップＳ３０６）。
ここで、駆動信号の供給前は、ポンプ２０によって入口流路５０３には、常に一定圧力の液圧で流体が供給されている。その結果、圧電素子４０１が動作を行わない場合、ポンプ２０の吐出力と入口流路側全体の流体抵抗値の差とによって流体は流体室５０１内に流動する。
ここで、圧電素子４０１に駆動信号が入力され、急激に圧電素子４０１が伸張したとすると、流体室５０１内の圧力は、入口流路側及び出口流路側のイナータンス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。
【００７４】
この圧力は、入口流路５０３に加えられていたポンプ２０による圧力よりはるかに大きいため、入口流路側から流体室５０１内への流体の流入はその圧力によって減少し、出口流路５１１からの流出は増加する。
しかし、入口流路５０３のイナータンスＬ１は、出口流路５１１のイナータンスＬ２よりも大きいため、入口流路５０３から流体が流体室５０１へ流入する流量の減少量よりも、出口流路から吐出される流体の増加量のほうが大きいため、接続流路２０１にパルス状の流体吐出、つまり、脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管２００内を伝播して、先端のノズル２１１の流体噴射開口部２１２から流体が噴射される。
【００７５】
ここで、ノズル２１１の流体噴射開口部２１２の直径は、出口流路５１１の直径よりも小さいので、流体は、高速のパルス状の液滴として噴射される。
一方、流体室５０１内は、入口流路５０３からの流体流入量の減少と出口流路５１１からの流体流出の増加との相互作用で、圧力上昇直後に真空状態となる。
そして、伸長状態にある圧電素子４０１は駆動波形の立ち下がり波形形状に応じた速度で収縮していき、最終的に流体の流れは、駆動信号を供給する前の定常状態へと復帰する。
なお、流体室５０１が、略回転体形状を有し、入口流路５０３を備えていることと、出口流路５１１が略回転体形状の回転軸近傍に開設されていることから、流体室５０１内において旋回流が発生し、流体内に含まれる気泡（真空泡及びガス泡）は速やかに出口流路５１１から外部に排出される。
【００７６】
駆動信号を連続で圧電素子４０１に供給することで、ノズル２１１からの脈動流を継続して噴射することができる。
このように、連続して駆動信号を供給し脈動流を継続して噴射しているときに、施術者が脈動発生部１００を動かして、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体から離れると、ノズル２１１の振動を阻害する要因が無くなるので、振動検出部３０ｃにおいて検出される検出電圧値が大きくなる。
これにより、動作制御部３０ａにおいて、検出電圧値の絶対値の所定時間の平均値が閾値よりも大きくなり（ステップＳ１０６の「Ｎｏ」の分岐）、動作制御部３０ａは、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体に非接触であるとして、第２駆動信号供給部３０ｆに、噴射停止指令を出力する（ステップＳ１１６）。
【００７７】
第２駆動信号供給部３０ｆは、動作制御部３０ａから噴射停止指令が入力されると（ステップＳ３０８の「Ｙｅｓ」の分岐）、現在供給中の駆動信号を、１周期分すべて供給してから、駆動信号の供給を停止する（ステップＳ３１０）。
その後、ＷＰＳの駆動スイッチがオンの状態で、再びノズル２１１が患部やその近傍の物体に接触すると、ノズル２１１の振動が弱まって、振動検出部３０ｃにおいて検出される検出電圧値が小さくなる。
これにより、動作制御部３０ａにおいて、検出電圧値の絶対値の所定時間の平均値が閾値以下となり（ステップＳ１０６の「Ｙｅｓ」の分岐）、動作制御部３０ａは、ノズル２１１が患部又はその近傍の物体に接触しているとして、第２駆動信号供給部３０ｆに、噴射駆動指令を出力する（ステップＳ１０８）。これによって、圧電素子４０１に駆動信号が供給され、脈動流の噴射が再開される。
【００７８】
この状態において、施術者によってＷＰＳの駆動スイッチがオフにされると、動作制御部３０ａは、駆動スイッチがオフになったと判定して（ステップＳ１１０の「Ｙｅｓ」の分岐）、第２駆動信号供給部３０ｆに噴射停止指令を出力する（ステップＳ１１２）。
これによって、第２駆動信号供給部３０ｆは、現在供給中の駆動信号を、１周期分すべて供給してから、駆動信号の供給を停止する（ステップＳ３１０）。駆動信号の供給が停止されると、脈動流の噴射も停止する。
更に、動作制御部３０ａは、第１駆動信号供給部３０ｂに振動停止指令を出力する（ステップＳ１１４）。
これによって、第１駆動信号供給部３０ｂは、現在供給中の駆動信号を、１周期分すべて供給してから、駆動信号の供給を停止する（ステップＳ２１０）。駆動信号の供給が停止されると、振動も停止する。
【００７９】
以上、本実施の形態の流体噴射装置１は、ＷＰＳの駆動スイッチがオンのときに、第１駆動信号供給部３０ｂによって、振動発生用圧電素子５０を駆動してノズル２１１を振動させることが可能である。更に、この振動の大きさを、振動検出部３０ｃにおいて検出することが可能であり、動作制御部３０ａにおいて、この検出結果に基づき、ノズル２１１が患部などに接触しているか否かを判定することが可能である。更に、動作制御部３０ａは、ノズル２１１が患部などに接触していると判定したときは、噴射駆動指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力することが可能である。更に、第２駆動信号供給部３０ｆは、噴射駆動指令に応じて容積変更用圧電素子４０１に駆動信号を供給して、流体室５０１の容積を変更し、流体の噴射を行うことが可能である。
【００８０】
一方、動作制御部３０ａは、ノズル２１１が患部などに接触していないと判定したときは、噴射停止指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力することが可能である。
更に、第２駆動信号供給部３０ｆは、噴射停止指令に応じて容積変更用圧電素子４０１への駆動信号の供給を停止して、流体の噴射を停止させることが可能である。
また、動作制御部３０ａは、ＷＰＳの駆動スイッチがオンになっており且つ流体の噴射動作が行われていないときは、噴射駆動指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力しないようにすることが可能である。
【００８１】
これによって、ノズル２１１が患部などに接触していないときに、噴射動作をさせないようにすることができるので、施術者（担当医）の操作ミスなどによって、ノズル２１１が、患部やその近傍の物体（噴射流体や血液による液溜まりなど）から離れたときに、思わぬ方向へ（例えば、手術室内にいる医師や看護士の眼や切除したくない部位などに向けて）の脈動流の噴射や、思わぬ方向又は位置からの噴射による切除された組織片の飛散などが生じるのを防ぐことができる。
【００８２】
上記第１の実施の形態において、ノズル２１１及び流体噴射開口部２１２は、形態１、２、４及び１４のいずれか１に記載の流体噴射開口部に対応し、容積変更部４０５及び第２駆動信号供給部３０ｆは、形態１、１３及び１４のいずれか１に記載の容積変更手段に対応し、流体容器１０及びポンプ２０は、形態１又は１４に記載の流体供給手段に対応し、圧電素子５０及び第１駆動信号供給部３０ｂは、形態１、４及び１４のいずれか１に記載の加振手段に対応し、歪みゲージ５１及び振動検出部３０ｃは、形態１、４、１３及び１４のいずれか１に記載の振動検出手段に対応し、動作制御部３０ａは、形態１、１３及び１４のいずれか１に記載の動作制御手段に対応し、圧電素子５０は、形態４、５及び９のいずれか１に記載の加振力発生部に対応し、歪みゲージ５１は、形態４、５及び８のいずれか１に記載の振動受振部に対応する。
【００８３】
〔第２の実施の形態〕
以下、本発明の第２の実施の形態を図面に基づき説明する。図１２〜図１４は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第２の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、上記第１の実施の形態と比較して、接続流路管２００を覆うように設けられた、ノズル２１１の近傍の物体を吸引するための吸引管及び吸引力を付与するポンプなどを備え、振動発生用圧電素子５０と歪みゲージ５１とが吸引管の外周面上に設けられている点が異なる。従って、他の構成部については、上記第１の実施の形態と同様となるので、以下、異なる部分を詳細に説明し、重複する部分は同じ符号を付して適宜説明を省略する。
【００８４】
まず、本実施の形態に係る流体噴射装置の構成を図１２に基づき説明する。図１２は、本実施の形態に係る流体噴射装置３の概略構成を示す説明図である。
流体噴射装置３は、図１２に示すように、基本構成として、流体を収容する流体容器１０と、圧力発生部としてのポンプ２０と、吸引物を収容する吸引容器７０と、吸引力付与手段としての吸引ポンプ６０と、ポンプ２０から供給される流体を脈動流動する脈動発生部１００と、脈動発生部１００を駆動する駆動部３０と、振動発生用圧電素子５０と、歪みゲージ５１とを含んで構成されている。
脈動発生部１００には、細いパイプ状の接続流路管２００が接続され、接続流路管２００の先端部には接続流路管２００の流路径よりも小さい径のノズル２１１が挿着されている。
【００８５】
更に、脈動発生部１００には、接続流路管２００を内包する、該接続流路管２００の径よりも大きい径のパイプ状の吸引管７００が接続されている。
吸引管７００の内周面と接続流路管２００の外周面との間には、両者の径の大きさの相違によって、吐出された液体や組織片などの吸引物の通路が形成される。
吸引管７００の脈動発生部１００寄りの位置には、通路中の吸引物を吸引容器７０へと放出するための出口流路管７０２が突設されており、吸引物は、出口流路管７０２に接続された接続チューブ６５を介して吸引ポンプ６０によって吸引され、接続チューブ７５を介して吸引容器７０に放出される。
【００８６】
脈動発生部１００の内側には、圧電素子５０に駆動信号を供給するための２本の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と、歪みゲージ５１のゲージ入力線及びゲージ出力線と、流体噴射用圧電素子４０１（後述）に駆動信号を供給するための２本の供給線JPZT（−）及びJPZT（＋）とを配線する通路が形成されている。
これらの通路は、脈動発生部１００からの信号線の出口で合流し、４本の供給線と、ゲージ入力線及びゲージ出力線とは、１箇所の出口からまとめて外へと出る。
これらの線はケーブル４７によってひとまとめにされて駆動部３０に接続される。なお、ケーブル４７の各線は、駆動部３０のそれぞれ対応する構成部と電気的に接続される。
【００８７】
次に、図１３〜図１４に基づき、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の吸引管７００への取付構成について説明する。
ここで、図１３は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の吸引管７００への取付構成を説明する説明図である。また、図１４（ａ）〜（ｄ）は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の吸引管７００への取付構成の他の例を示す図である。
図１３に示すように、本実施の形態の圧電素子５０及び歪みゲージ５１は、吸引管７００の外周面における脈動発生部１００寄りの位置に配設且つ固着されている。
更に、本実施の形態の圧電素子５０及び歪みゲージ５１は、図１３上図中の丸で囲った部分のＣ−Ｃ’断面である図１３下図に示すように、断面が円環状の吸引管７００の外周面（曲面）上に固着されている。
【００８８】
従って、吸引管７００の外周面の曲面に沿って密着固着されるように、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分には曲げ加工が施されている。
なお、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付構成は、この構成に限らず、例えば、図１４（ａ）に示すように、吸引管７００の少なくとも圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分を断面矩形状に構成して外周面に水平面を形成し、この水平面に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を配設且つ固着する構成としてもよい。
【００８９】
また、図１４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、断面円環形状の取付部分の曲面部を押し潰すなどして、吸引管７００における圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分のみに水平面を設け、この水平面に配設且つ固着する構成としてもよい。
また、図１４（ｄ）に示すように、少なくとも圧電素子５０及び歪みゲージ５１の取付部分を、吸引管７００の内側の空洞部は断面円形のままに、外側の管壁部が断面矩形となるように構成して外周面に水平面を形成し、この水平面上に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を配設且つ固着する構成としてもよい。
【００９０】
上記図１４（ａ）〜（ｄ）のいずれかの取付構成に示すように、管の外周面に水平面を形成し、その水平面に圧電素子５０及び歪みゲージ５１を固着することで、圧電素子５０及び歪みゲージ５１を曲げ加工する必要がなくなり、簡易な構成で取り付けることが可能となる。この取付構成は、特に曲げ加工の難しい圧電素子に有効な構成である。
上記構成において、第１駆動信号供給部３０ｂから振動発生用の駆動信号が供給され圧電素子５０が伸縮動作をすると、この伸縮力（加振力）が圧電素子５０の取付部を介して吸引管７００に伝達され、吸引管７００を力の加わった方向に曲げる。この曲げ力及び曲げ状態からの復帰力によって、吸引管７００が振動する。このとき、吸引管７００の固有振動に合わせて加振力を加えるように圧電素子５０を駆動することで、より小さな力で大きな振動を発生させることができる。
【００９１】
一方、この振動による吸引管７００の変形によって、歪みゲージ５１のベース（取付部）を経由して内部の抵抗体（線・箔）に歪みが伝わる。そして、振動検出部３０ｃでは、検出回路において、この発生した歪みに対応した抵抗変化が電圧値として検出され、この検出電圧値が動作制御部３０ａに出力される。
吸引管７００に発生した振動の大きさは、振動検出部３０ｃにおいて、吸引管７００の先端部が患部やその近傍の物体などに非接触の状態であれば、上記第１の実施の形態と同様に、図１１の左側の波形に示すように、図１１の右図の接触時の波形の振幅よりも大きな振幅となる。
【００９２】
これは、吸引管７００の開口部などの先端部分が患部やその近傍の物体などに接触することで振動が弱められるためである。
従って、吸引管７００の先端部が患部やその近傍の物体などに接触している状態で、ＷＰＳの駆動スイッチがオンになると、検出電圧値の絶対値の所定時間の平均値は、閾値以下となるので、動作制御部３０ａは、接触状態を検知して、第２駆動信号供給部３０ｆに噴射駆動指令を出力する。
これによって、容積変更部４０５の圧電素子４０１が駆動して、高圧力の流体（脈動流）の噴射が行われる。
【００９３】
一方、吸引管７００の先端部が、患部又はその近傍の物体から離れている場合は、検出電圧値の絶対値の所定時間の平均値が、閾値より大きくなるので、駆動スイッチがオンの状態であっても、動作制御部３０ａは、非接触状態を検知して第２駆動信号供給部３０ｆに噴射駆動指令を出力しない。
また、噴射状態である場合は、第２駆動信号供給部３０ｆに噴射停止指令を出力する。これによって、容積変更部４０５の圧電素子４０１の駆動が停止して、流体（脈動流）の噴射が停止する。
なお、駆動部３０の動作は、上記第１の実施の形態において、振動させる対象がノズル２１１及び接続流路管２００から、吸引管７００になるだけで動作内容を同様となる。
【００９４】
以上、本実施の形態の流体噴射装置３は、ＷＰＳの駆動スイッチがオンのときに、第１駆動信号供給部３０ｂによって、振動発生用圧電素子５０を駆動して吸引管７００を振動させることが可能である。更に、この振動の大きさを、振動検出部３０ｃにおいて検出することが可能であり、動作制御部３０ａにおいて、この検出結果に基づき、吸引管７００の開口部などの先端部分が患部などに接触しているか否かを判定することが可能である。更に、動作制御部３０ａは、吸引管７００の先端部分が患部などに接触していると判定したときは、噴射駆動指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力することが可能である。更に、第２駆動信号供給部３０ｆは、噴射駆動指令に応じて容積変更用圧電素子４０１に駆動信号を供給して、流体室５０１の容積を変更し、流体の噴射を行うことが可能である。
【００９５】
一方、動作制御部３０ａは、吸引管７００の先端部分が患部などに接触していないと判定したときは、噴射停止指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力することが可能である。
更に、第２駆動信号供給部３０ｆは、噴射停止指令に応じて容積変更用圧電素子４０１への駆動信号の供給を停止して、流体の噴射を停止させることが可能である。
また、動作制御部３０ａは、ＷＰＳの駆動スイッチがオンになっており且つ流体の噴射動作が行われていないときは、噴射駆動指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力しないようにすることが可能である。
【００９６】
これによって、吸引管７００の先端部分がノズル２１１と共に患部などに接触していないときに、噴射動作をさせないようにすることができるので、施術者（担当医）の操作ミスなどによって、ノズル２１１及び吸引管７００の先端部分が、患部やその近傍の物体（噴射流体や血液による液溜まりなど）から離れたときに、思わぬ方向へ（例えば、手術室内にいる医師や看護士の眼や切除したくない部位などに向けて）の脈動流の噴射や、思わぬ方向又は位置からの噴射による切除された組織片の飛散などが生じるのを防ぐことができる。
【００９７】
上記第２の実施の形態において、ノズル２１１及び流体噴射開口部２１２は、形態３又は４に記載の流体噴射開口部に対応し、容積変更部４０５及び第２駆動信号供給部３０ｆは、形態３又は１３に記載の容積変更手段に対応し、流体容器１０及びポンプ２０は、形態３に記載の流体供給手段に対応し、吸引管７００は、形態３、６及び７のいずれか１に記載の吸引管に対応し、吸引ポンプ６０は、形態３に記載の吸引力付与手段に対応し、圧電素子５０及び第１駆動信号供給部３０ｂは、形態３又は４に記載の加振手段に対応し、歪みゲージ５１及び振動検出部３０ｃは、形態３、４及び１３のいずれか１に記載の振動検出手段に対応し、動作制御部３０ａは、形態３又は１３に記載の動作制御手段に対応し、圧電素子５０は、形態６、７及び９のいずれか１に記載の加振力発生部に対応し、歪みゲージ５１は、形態６、７及び８のいずれか１に記載の振動受振部に対応する。
【００９８】
〔第３の実施の形態〕
以下、本発明の第３の実施の形態を図面に基づき説明する。図１５〜図１７は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第３の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、上記第１及び第２の実施の形態と比較して、接続流路管２００又は吸引管７００に圧電素子を１つだけ設け、この圧電素子によって、接続流路管２００又は吸引管７００への加振力の付与及び振動の大きさの検出を時分割で行う点が異なる。従って、駆動部３０の構成も一部異なるが、他の構成部については、上記第１及び第２の実施の形態と同様となるので、以下、異なる部分を詳細に説明し、重複する部分は同じ符号を付して適宜説明を省略する。
【００９９】
まず、図１５に基づき、本実施の形態の加振力の付与及び振動の受振の両機能を兼ね備えた圧電素子５２の取付構成について説明する。
ここで、図１５（ａ）は、圧電素子５２の接続流路管２００への取付構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２の吸引管７００への取付構成の一例を示す図である。
本実施の形態においては、１つの圧電素子５２によって、加振力の付与及び振動の大きさの検出を行うため、上記第１及び第２の実施の形態で説明した歪みゲージ５１を不要とすることができる。
従って、吸引管を有さない流体噴射装置１の場合は、１つの圧電素子５２が、図１５（ａ）に示すように、上記第１の実施の形態の圧電素子５０と同様に、接続流路管２００の外周面上における出口流路管５１０よりもノズル２１１側の位置に配設且つ固着される。
【０１００】
また、圧電素子５２の取付構成としては、上記第１の実施の形態の図６及び図７に示す圧電素子５０の取付構成のいずれも採用することができる。
一方、吸引管を有する流体噴射装置３の場合は、１つの圧電素子５２が、図１５（ｂ）に示すように、上記第２の実施の形態の圧電素子５０と同様に、吸引管７００の外周面上における脈動発生部１００寄りの位置に配設且つ固着される。
また、圧電素子５２の取付構成としては、上記第２の実施の形態の図１３及び図１４に示す圧電素子５０の取付構成のいずれも採用することができる。
【０１０１】
次に、図１６に基づき、加振力の付与と振動の受振に１つの圧電素子５２を用いる構成を適用した本実施の形態の流体噴射装置１又は３の駆動部３０’の詳細な構成を説明する。
ここで、図１６は、本実施の形態の駆動部である駆動部３０’の詳細な構成を示すブロック図である。
駆動部３０’は、図１６に示すように、動作制御部３０ａと、第１駆動信号供給部３０ｂと、振動検出部３０ｈと、接続切替部３０ｄと、データ記憶部３０ｅと、第２駆動信号供給部３０ｆと、同期信号発生部３０ｇとを含んで構成される。
【０１０２】
動作制御部３０ａは、流体噴射装置１又は３の入力装置からの操作入力に応じて、各構成部に動作指令を与える役割を担うもので、第１駆動信号供給部３０ｂの駆動信号の供給処理、接続切替部３０ｄの時分割切替処理、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部の接触状態の判定処理、この判定結果に基づく第２駆動信号供給部３０ｆの駆動信号の供給処理などの各種動作処理を制御する機能を有している。
【０１０３】
接続切替部３０ｄは、動作制御部３０ａからの制御信号に基づき、圧電素子５２の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と振動検出部３０ｈとの電気的な接続と、供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と第１駆動信号供給部３０ｂとの電気的な接続とを切り替える。
接続の切替は、機械的なスイッチを用いてもよいし、トランジスタなどのスイッチング素子を用いてもよい。
振動検出部３０ｈは、接続流路管２００又は吸引管７００の振動による圧電効果によって圧電素子５２に生じる起電力を検出し、この起電力を検出電圧として、動作制御部３０ａに出力する。
【０１０４】
次に、図１７に基づき、本実施の形態の駆動部３０’の動作を説明する。
ここで、図１７（ａ）は、圧電素子５２によって加振力を付与した期間の振動波形を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２によって振動を受振する期間の振動波形を示す図である。
本実施の形態の駆動部３０’は、１つの圧電素子５２によって、加振力の付与及び付与した加振力によって発生する振動の受振（ここでは、圧電効果による振動の大きさの電圧変換）を行う。そのため、駆動部３０’は、ＷＰＳの駆動スイッチがオンになると、一定時間、第１駆動信号供給部３０ｂによって圧電素子５２に駆動信号を供給する処理と、一定時間、振動検出部３０ｈで振動の大きさを検出する処理とを時分割で交互に繰り返し行うように接続切替部３０ｄの動作及び第１駆動信号供給部３０ｂの動作を制御する。
【０１０５】
具体的に、駆動スイッチがオンになると、まず、動作制御部３０ａにおいて、圧電素子５２の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と第１駆動信号供給部３０ｂとの電気的な接続と、圧電素子５２の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と振動検出部３０ｈとの電気的な接続とを、接続切替部３０ｄへの制御信号の供給内容を制御することで、時分割に交互に切り替える。
【０１０６】
これと並行に、動作制御部３０ａは、接続切替部３０ｄへの制御信号の出力タイミングに応じて、第１駆動信号供給部３０ｂに対して振動発生指令を出力する。これによって、圧電素子５２の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と、第１駆動信号供給部３０ｂとが電気的に接続されると共に、第１駆動信号供給部３０ｂに振動発生指令が供給される。
第１駆動信号供給部３０ｂは、動作制御部３０ａから振動発生指令を受けると、振動発生用波形データを、データ記憶部３０ｅからＲＡＭなどのワークメモリに読み出し、該読み出した波形データをＤＡ変換してアナログの波形信号を生成する。
【０１０７】
そして、生成した振動発生用の駆動信号を、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、圧電素子５２に出力する。
これによって、圧電素子５２が伸縮動作し、この伸縮力（加振力）が取付部を介して接続流路管２００又は吸引管７００に伝達され、接続流路管２００又は吸引管７００を力の加わった方向に曲げる。この曲げ力及び曲げ状態からの復帰力によって、接続流路管２００又は吸引管７００が振動する。このとき、接続流路管２００又は吸引管７００の固有振動に合わせて加振力を加えるように圧電素子５２を駆動することで、より小さな力で大きな振動を発生させることができる。
【０１０８】
このようにして加振力が付与される期間が一定時間経過すると、動作制御部３０ａからの制御信号によって、接続切替部３０ｄの接続が、圧電素子５２の供給線VPZT（−）及びVPZT（＋）と振動検出部３０ｈとの接続に切り替わる。これにより、切り替わり後の一定時間が振動検出部３０ｈによる検出期間となる。
これにより、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、振動の発生する期間と、振動を検出する期間とが一定時間毎に交互に切り替わる。
そして、振動の検出期間において、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部が患部などに接触することで、図１７（ｂ）の後半の振動波形に示すように、接触していないときと比較して検出期間の振動の大きさ（起電力）が小さくなる。
【０１０９】
従って、振動検出部３０ｈにおいて、このときの圧電素子５２の起電力を検出し、動作制御部３０ａにおいて、この検出起電力（又はその所定期間の平均値）と閾値との比較を行うことで振動が小さくなったことを検出する。これにより、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部が患部などに接触していることを検出することができる。
動作制御部３０ａは、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部が患部などに接触していることが検出されると、噴射駆動指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力する。
また、噴射駆動中に、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部が患部などに対して非接触となったことが検出されると、噴射停止指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力する。
また、駆動スイッチがオフになると、噴射停止指令を第２駆動信号供給部３０ｆに出力し、噴射動作が停止後に、振動停止指令を第１駆動信号供給部３０ｂに出力すると共に、接続切替部３０ｄへの制御信号の供給を停止する。
【０１１０】
なお、他の動作については、上記第１の実施の形態と同様となるので説明を省略する。
以上、本実施の形態の流体噴射装置１又は３は、１つの圧電素子５２によって、接続流路管２００又は吸引管７００に対して加振力の付与と、付与した加振力によって発生する振動の大きさの検出とを時分割で行うことが可能である。
これによって、振動の大きさを検出するための歪ゲージなどの検出素子を設ける必要がなくなるので、その分の部品コストや加工コストなどを低減することができる。
【０１１１】
上記第３の実施の形態において、ノズル２１１及び流体噴射開口部２１２は、形態１、２、３、４及び１４のいずれか１に記載の流体噴射開口部に対応し、容積変更部４０５及び第２駆動信号供給部３０ｆは、形態１、２、３、１３及び１４のいずれか１に記載の容積変更手段に対応し、流体容器１０及びポンプ２０は、形態１、２、３及び１４のいずれか１に記載の流体供給手段に対応し、吸引管７００は、形態３、６及び７のいずれか１に記載の吸引管に対応し、吸引ポンプ６０は、形態３に記載の吸引力付与手段に対応し、圧電素子５２及び第１駆動信号供給部３０ｂは、形態１１に記載の加振手段に対応し、圧電素子５２及び振動検出部３０ｈは、形態１１に記載の振動検出手段に対応し、動作制御部３０ａは、形態１、２、３、１３及び１４のいずれか１に記載の動作制御手段に対応し、動作制御部３０ａ及び接続切替部３０ｄは、形態１１に記載の時分割制御手段に対応し、振動検出部３０ｈは、形態１１に記載の起電力検出部に対応し、圧電素子５２は、形態１０に記載の加振力発生部に対応する。
【０１１２】
〔第４の実施の形態〕
以下、本発明の第４の実施の形態を図面に基づき説明する。図１８〜図２０は、本発明に係る流体噴射装置、流体噴射装置の駆動方法及び手術用器具の第４の実施の形態を示す図である。
本実施の形態は、上記第３の実施の形態と比較して、接続流路管２００又は吸引管７００に圧電素子を２つ設け、この２つの圧電素子によって、接続流路管２００又は吸引管７００に対してより強力な加振力の付与を行う点が異なる。従って、駆動部３０’の構成も一部異なるが、他の構成部については、上記第３の実施の形態と同様となるので、以下、異なる部分を詳細に説明し、重複する部分は同じ符号を付して適宜説明を省略する。
【０１１３】
まず、図１８に基づき、本実施の形態の加振力の発生且つ振動の検出の両機能を兼ね備えた圧電素子５２及び５３の取付構成について説明する。
ここで、図１８（ａ）は、圧電素子５２及び５３の接続流路管２００への取付構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２及び５３の吸引管７００への取付構成の一例を示す図である。
本実施の形態においては、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子によって、加振力の付与及び振動の大きさの検出を行う。
【０１１４】
従って、吸引管を有さない流体噴射装置１の場合は、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子を、図１８（ａ）に示すように、上記第１の実施の形態の圧電素子５０及び歪ゲージ５１と同様に、接続流路管２００の外周面上における出口流路管５１０よりもノズル２１１側の位置に、両者を管を隔てて対向するように配設且つ固着する。
また、圧電素子５２及び５３の取付構成としては、上記第１の実施の形態の図６及び図７に示す圧電素子５０及び歪ゲージ５１の取付構成のいずれも採用することができる。
【０１１５】
一方、吸引管を有する流体噴射装置３の場合は、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子を、図１８（ｂ）に示すように、上記第２の実施の形態の圧電素子５０及び歪ゲージ５１と同様に、吸引管７００の外周面上における脈動発生部１００寄りの位置に、両者を管を隔てて対向するように配設且つ固着する。
また、圧電素子５２及び５３の取付構成としては、上記第２の実施の形態の図１３及び図１４に示す圧電素子５０及び歪ゲージ５１の取付構成のいずれも採用することができる。
【０１１６】
次に、図１９に基づき、加振力の発生と受振に圧電素子５２及び５３を用いる上記構成を適用した本実施の形態の流体噴射装置１又は３の駆動部である駆動部３０’’の詳細な構成を説明する。
ここで、図１９は、駆動部３０’’の詳細な構成を示すブロック図である。
駆動部３０’’は、図１９に示すように、動作制御部３０ａ’と、第１駆動信号供給部３０ｂ’と、振動検出部３０ｈ’と、接続切替部３０ｄ’と、データ記憶部３０ｅと、第２駆動信号供給部３０ｆと、同期信号発生部３０ｇとを含んで構成される。
【０１１７】
動作制御部３０ａ’は、流体噴射装置１又は３の入力装置からの操作入力に応じて、各構成部に動作指令を与える役割を担うもので、第１駆動信号供給部３０ｂ’の駆動信号の供給処理、接続切替部３０ｄ’の時分割切替処理、ノズル２１１又は吸引管７００の先端部の接触状態の判定処理、この判定結果に基づく第２駆動信号供給部３０ｆの駆動信号の供給処理などの各種動作処理を制御する機能を有している。
接続切替部３０ｄ’は、動作制御部３０ａ’からの制御信号に基づき、圧電素子５２の供給線第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに圧電素子５３の供給線第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と振動検出部３０ｈとの電気的な接続と、第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と第１駆動信号供給部３０ｂとの電気的な接続とを切り替える。
【０１１８】
接続の切替は、機械的なスイッチを用いてもよいし、トランジスタなどのスイッチング素子を用いてもよい。
振動検出部３０ｈ’は、接続流路管２００又は吸引管７００の振動を受振した圧電素子５２及び５３の圧電効果によって生じる起電力を検出し、この起電力を検出電圧として、動作制御部３０ａ’に出力する。
【０１１９】
次に、図２０に基づき、第１駆動信号供給部３０ｂ’における圧電素子５２及び５３への駆動信号供給処理の流れを説明する。
ここで、図２０は、第１駆動信号供給部３０ｂ’における駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
プロセッサにより専用のプログラムが実行され、圧電素子５２及び５３への駆動信号供給処理が開始されると、図２０に示すように、まず、ステップＳ４００に移行する。
【０１２０】
ステップＳ４００では、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、動作制御部３０ａ’からの振動発生指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ４０２に移行し、そうでない場合(No)は、入力されるまで判定処理を繰り返す。
ステップＳ４０２に移行した場合は、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、振動発生指令に含まれる指定波形の識別情報に基づき、圧電素子５２の駆動に用いる第１の振動発生用波形データと、圧電素子５３の駆動に用いる第２の振動発生用波形データとをデータ記憶部３０ｅから読み出して、ステップＳ４０４に移行する。
【０１２１】
ステップＳ４０４では、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、ステップＳ４０２で読み出した第１及び第２の振動発生用波形データのデジタルの波形信号をアナログの波形信号にＤＡ変換して、ステップＳ４０６に移行する。
ステップＳ４０６では、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期して、ステップＳ４０４でＤＡ変換して得られたアナログの信号波形からなる第１の振動発生用の駆動信号を圧電素子５２に出力し、ステップＳ４０４でＤＡ変換して得られたアナログの信号波形からなる第２の振動発生用の駆動信号を圧電素子５３に出力して、ステップＳ４０８に移行する。
【０１２２】
ステップＳ４０８では、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、動作制御部３０ａ’から振動停止指令が入力されたか否かを判定し、入力されたと判定した場合(Yes)は、ステップＳ４１０に移行し、そうでない場合(No)は、ステップＳ４０４の駆動信号の出力処理を続行する。
ステップＳ４１０に移行した場合は、第１駆動信号供給部３０ｂ’において、圧電素子５２及び５３のそれぞれに対して１周期分の信号を全て出力後に、これらへの駆動信号の供給を停止して、ステップＳ４００に移行する。
【０１２３】
次に、本実施の形態の駆動部３０’’の動作を説明する。
本実施の形態の駆動部３０’’は、より強力な加振力の付与を行うために、対向配置された圧電素子５２と圧電素子５３とを、それぞれが加振力を高め合う方向に伸縮する（一方が伸張したときに他方を伸縮させる）ように、第１駆動信号供給部３０ｂ’に供給する駆動信号の供給内容を制御する。
【０１２４】
更に、上記第３の実施の形態と同様に、圧電素子５２及び５３によって、加振力の付与と付与した加振力によって発生する振動の大きさの検出とを両方行うために、ＷＰＳの駆動スイッチがオンになると、一定時間、第１駆動信号供給部３０ｂ’によって圧電素子５２及び５３に駆動信号を供給する処理と、一定時間、振動検出部３０ｈ’で振動の大きさを検出する処理とを時分割で交互に繰り返し行うようにする。そのため、動作制御部３０ａ’において、まず、接続切替部３０ｄ’の切替動作を制御信号によって制御する。
【０１２５】
具体的に、駆動スイッチがオンになると、まず、動作制御部３０ａ’において、供給線第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに供給線第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と第１駆動信号供給部３０ｂ’との電気的な接続と、供給線第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに供給線第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と振動検出部３０ｈ’との電気的な接続とを、接続切替部３０ｄ’への制御信号の供給内容を制御することで、時分割に交互に切り替える。
これと並行に、接続切替部３０ｄ’への制御信号の出力タイミングに応じて、第１駆動信号供給部３０ｂ’に対して、振動発生指令を出力する。これによって、圧電素子５２の供給線第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに圧電素子５３の供給線第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と、第１駆動信号供給部３０ｂ’とが電気的に接続されると共に、第１駆動信号供給部３０ｂ’に振動発生指令が供給される。
【０１２６】
第１駆動信号供給部３０ｂ’は、動作制御部３０ａ’から振動発生指令を受けると、第１及び第２の振動発生用波形データを、データ記憶部３０ｅからＲＡＭなどのワークメモリに読み出し、該読み出した波形データをＤＡ変換してアナログの波形信号を生成する。
そして、生成した第１の振動発生用の駆動信号を、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、圧電素子５２に出力し、生成した第２の振動発生用の駆動信号を、同期信号発生部３０ｇからの同期信号に同期させて、圧電素子５３に出力する。
【０１２７】
これによって、圧電素子５２が伸張動作をすると圧電素子５３が伸縮動作をするといったように、互いの力を強めあう方向に両者が伸縮し、この伸縮力（加振力）がそれぞれの取付部を介して接続流路管２００又は吸引管７００に伝達され、接続流路管２００又は吸引管７００を力の加わった方向に曲げる。この曲げ力及び曲げ状態からの復帰力によって、接続流路管２００又は吸引管７００が振動する。このとき、接続流路管２００又は吸引管７００の固有振動に合わせて加振力を加えるように圧電素子５２及び５３を駆動することで、より小さな力で大きな振動を発生させることができる。
【０１２８】
このようにして加振力が付与される期間が一定時間経過すると、動作制御部３０ａ’からの制御信号によって、接続切替部３０ｄ’の接続が、圧電素子５２の供給線第１VPZT（−）及び第１VPZT（＋）並びに圧電素子５３の供給線第２VPZT（−）及び第２VPZT（＋）と、振動検出部３０ｈ’との接続に切り替わる。これにより、切り替わり後の一定時間が振動検出部３０ｈ’による検出期間となる。
つまり、振動の発生する期間と、振動を検出する期間とが一定時間毎に交互に切り替わり、上記第３の実施の形態の図１７（ａ）に示す振動波形の振幅をより大きくした波形となる振動を時分割で発生させることができると共に、この振動の大きさを時分割で検出することができる。
【０１２９】
なお、圧電素子５２及び５３の起電力を検出電圧値として両方とも検出する構成としたがこれに限らず、どちらか一方を検出する構成としてもよい。
また、振動検出部３０ｈ’において、圧電素子５２及び５３の起電力をそれぞれ検出電圧値として動作制御部３０ａ’にそのまま出力する構成としてもよいし、圧電素子５２及び５３の起電力の平均値を算出し、その算出値を検出電圧値として動作制御部３０ａ’に出力する構成としてもよい。
なお、検出電圧値を用いたノズル２１１又は吸引管７００の先端部の接触又は非接触の判定処理については、検出電圧値が時分割で得られることになるだけで、上記第１〜第３の実施の形態と同様となる。
【０１３０】
また、その他の動作については、上記第１〜第３の実施の形態の動作制御部３０ａと同様となるので説明を省略する。
以上、本実施の形態の流体噴射装置１又は３は、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子を互いに加振力を強め合う方向に伸縮駆動させることが可能である。
これにより、接続流路管２００又は吸引管７００に対してより強い加振力を付与することができる。
更に、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子によって、加振力の付与と付与した加振力によって発生する振動の大きさの検出とを時分割で行うことが可能である。
これによって、振動の大きさを検出するための歪ゲージなどの検出素子を設ける必要がなくなるので、その分の部品コストや加工コストなどを低減することができる。
【０１３１】
上記第４の実施の形態において、ノズル２１１及び流体噴射開口部２１２は、形態１、２、３、４及び１４のいずれか１に記載の流体噴射開口部に対応し、容積変更部４０５及び第２駆動信号供給部３０ｆは、形態１、３、１３及び１４のいずれか１に記載の容積変更手段に対応し、流体容器１０及びポンプ２０は、形態１又は１４に記載の流体供給手段に対応し、吸引管７００は、形態３、６及び７のいずれか１に記載の吸引管に対応し、吸引ポンプ６０は、形態３に記載の吸引力付与手段に対応し、圧電素子５２、圧電素子５３及び第１駆動信号供給部３０ｂ’は、形態１２に記載の加振手段に対応し、圧電素子５２、圧電素子５３及び振動検出部３０ｈ’は、形態１１に記載の振動検出手段に対応し、動作制御部３０ａ’は、形態１、１３及び１４のいずれか１に記載の動作制御手段に対応し、動作制御部３０ａ’及び接続切替部３０ｄ’は、形態１１に記載の時分割制御手段に対応し、振動検出部３０ｈ’は、形態１１に記載の起電力検出部に対応し、圧電素子５２及び５３は、形態１２に記載の加振力発生部に対応する。
【０１３２】
なお、上記第１〜第２の実施の形態において、振動受振部として、抵抗線またはフォトエッチング加工した抵抗箔を抵抗体とする金属抵抗体式の歪みゲージ５１を用いる構成を説明したが、この構成に限らず、半導体式、圧電素子式、表面弾性波式、磁歪式、光ファイバ式などの他の方式の歪みゲージを用いる構成としてもよい。
また、上記第１〜第４の実施の形態において、加振力発生部として、圧電素子を用いる構成を説明したが、これに限らず、ソレノイドやモータなどの他の加振力を発生する部品を用いる構成としてもよい。
【０１３３】
また、上記第１〜第２の実施の形態では、圧電素子５０と歪みゲージ５１とを管を隔てて対向する位置に固着する構成としたが、この構成に限らず、振動の発生及び振動の受振が可能であれば、この位置関係に限らず、それぞれを異なる位置に配設してもよい。
また、上記第１〜第４の実施の形態では、圧電素子５０、５２、５３、歪みゲージ５１を接続流路管２００又は吸引管７００の外周面上における脈動発生部１００寄りの位置に管を隔てて対向して配設する構成としたが、この構成に限らず、異なる位置に配設してもよい。例えば、接続流路管２００又は吸引管７００の先端側や、管の外周面上ではなく管の内側に配設する構成などとしてもよい。
【０１３４】
また、上記第４の実施の形態では、圧電素子５２及び５３の２つの圧電素子を用いて、より強力な振動の発生を行うようにしたが、この構成に限らず、３つ以上の圧電素子を用いて加振力（発生する振動）を大きくする構成としてもよい。
また、上記第１〜第４の実施の形態及び上記変形例は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、上記の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、上記の説明で用いる図面は、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。
また、本発明は上記第１〜第４の実施の形態及び上記変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明に係る流体噴射装置１の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る脈動発生部１００の構造を示す断面図である。
【図３】流体噴射装置１の流体噴射部分の分解図である。
【図４】入口流路５０３の形態を示す平面図である。
【図５】駆動部３０の詳細な構成を示すブロック図である。
【図６】圧電素子５０及び歪みゲージ５１の接続流路管２００への取付構成を説明する説明図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の接続流路管２００への取付構成の他の例を示す図である。
【図８】動作制御部３０ａにおける第１駆動信号供給部３０ｂ及び第２駆動信号供給部３０ｆの動作制御処理を示すフローチャートである。
【図９】第１駆動信号供給部３０ｂにおける駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
【図１０】第２駆動信号供給部３０ｆにおける駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
【図１１】ノズル２１１が接触時及び非接触時の振動波形の一例を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る流体噴射装置３の概略構成を示す説明図である。
【図１３】圧電素子５０及び歪みゲージ５１の吸引管７００への取付構成を説明する説明図である。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は、圧電素子５０及び歪みゲージ５１の吸引管７００への取付構成の他の例を示す図である。
【図１５】（ａ）は、圧電素子５２の接続流路管２００への取付構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２の吸引管７００への取付構成の一例を示す図である。
【図１６】駆動部３０’の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１７】（ａ）は、圧電素子５２によって加振力を付与した期間の振動波形を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２によって振動を受振する期間の振動波形を示す図である。
【図１８】（ａ）は、圧電素子５２及び５３の接続流路管２００への取付構成の一例を示す図であり、（ｂ）は、圧電素子５２及び５３の吸引管７００への取付構成の一例を示す図である。
【図１９】駆動部３０’’の詳細な構成を示すブロック図である。
【図２０】第１駆動信号供給部３０ｂ’における駆動信号供給処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３６】
１，３…流体噴射装置、２０…ポンプ、３０，３０’，３０’’…駆動部、５０…振動発生用圧電素子、５２，５３…振動発生用及び受振用の圧電素子、６０…吸引ポンプ、３０ａ，３０ａ’…動作制御部、３０ｂ，３０ｂ’…第２駆動信号供給部、３０ｃ，３０ｈ，３０ｈ’…振動検出部、３０ｄ，３０ｄ’…接続切替部、３０ｅ…データ記憶部、３０ｆ…第２駆動信号供給部、１００…脈動発生部、２００…接続流路管、２０１…接続流路、４００…ダイアフラム、４０１…容積変更用圧電素子、５０１…流体室、２１１…ノズル、２１２…流体噴射開口部、５０３…入口流路、５１１…出口流路、７００…吸引管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容積が変更可能な流体室と、
前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、
前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記出口流路の前記流体室と連通する側の端部とは反対側の端部に設けられた流体噴射開口部と、
前記流体噴射開口部の近傍の部材を振動させる加振手段と、
前記近傍の部材の振動の大きさを検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段で検出された振動の大きさに基づき、前記容積変更手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項２】
前記流体噴射開口部の近傍の部材が前記流体噴射開口部を構成する部材であることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項３】
前記流体噴射開口部の近傍に位置する吸引開口部と、前記吸引開口部を介して吸引した物体を搬送する通路とを有する吸引管と、前記吸引開口部の近傍の物体を吸引する吸引力を付与する吸引力付与手段と、を備え、
前記流体噴射開口部の近傍の部材が前記吸引開口部を構成する部材であることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項４】
前記加振手段は、前記流体噴射開口部を振動させる加振力を発生する加振力発生部を有し、前記振動検出手段は、振動を受振する振動受振部を有し、前記加振力発生部及び前記振動受振部を、前記出口流路に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体噴射装置。
【請求項５】
前記出口流路の外周面の少なくとも一部に平面を設け、該平面上に前記加振力発生部及び前記振動受振部を設けたことを特徴とする請求項４に記載の流体噴射装置。
【請求項６】
前記加振手段は、前記吸引開口部を振動させる加振力を発生する加振力発生部を有し、前記振動検出手段は、振動を受振する振動受振部を有し、前記加振力発生部及び前記振動受振部を、前記吸引管に設けたことを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項７】
前記吸引管の外周面の少なくとも一部に平面を設け、該平面上に前記加振力発生部及び前記振動受振部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の流体噴射装置。
【請求項８】
前記振動受振部を歪みゲージを含んで構成したことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
【請求項９】
前記加振力発生部を圧電素子を含んで構成したことを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
【請求項１０】
前記加振力発生部は、前記加振力を発生する圧電素子と同じ圧電素子によって、加振力を発生する機能と、振動を受振する、前記振動受振部としての機能とを兼ね備えることを特徴とする請求項９に記載の流体噴射装置。
【請求項１１】
前記加振手段は、前記圧電素子を駆動する駆動部を有し、
前記振動検出手段は、前記圧電素子に生じる起電力を検出する起電力検出部を有し、
前記駆動部による駆動信号の供給と前記起電力検出部による起電力の検出とを時分割で行うように制御する時分割制御手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の流体噴射装置。
【請求項１２】
前記加振手段は、複数の前記加振力発生部を有し、前記複数の加振力発生部において発生する力が前記加振力を大きくするように各加振力発生部の動作を制御することを特徴とする請求項４乃至請求項１１のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
【請求項１３】
前記動作制御手段は、前記振動検出手段で検出された振動の大きさが所定の大きさよりも小さいときに前記容積変更手段が動作するように制御し、前記振動の大きさが前記所定の大きさ以上のときに前記容積変更手段が動作しないように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
【請求項１４】
容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記出口流路の前記流体室と連通する側の端部とは反対側の端部に設けられた流体噴射開口部と、加振手段と、振動検出手段と、動作制御手段と、を備えた流体噴射装置の駆動方法であって、
前記加振手段に、前記流体噴射開口部の近傍の部材を振動させる加振ステップと、
前記振動検出手段に、前記近傍の部材の振動の大きさを検出させる振動検出ステップと、
前記動作制御手段に、前記振動検出ステップで検出された振動の大きさに基づき、前記容積変更手段の動作を制御させる動作制御ステップと、を含むことを特徴とする流体噴射装置の駆動方法。
【請求項１５】
流体の噴射によって患部の治療的措置を支援する手術用器具であって、
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の流体噴射装置を備えることを特徴とする手術用器具。
【請求項１】
容積が変更可能な流体室と、
前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、
前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、
前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、
前記出口流路の前記流体室と連通する側の端部とは反対側の端部に設けられた流体噴射開口部と、
前記流体噴射開口部の近傍の部材を振動させる加振手段と、
前記近傍の部材の振動の大きさを検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段で検出された振動の大きさに基づき、前記容積変更手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えることを特徴とする流体噴射装置。
【請求項２】
前記流体噴射開口部の近傍の部材が前記流体噴射開口部を構成する部材であることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項３】
前記流体噴射開口部の近傍に位置する吸引開口部と、前記吸引開口部を介して吸引した物体を搬送する通路とを有する吸引管と、前記吸引開口部の近傍の物体を吸引する吸引力を付与する吸引力付与手段と、を備え、
前記流体噴射開口部の近傍の部材が前記吸引開口部を構成する部材であることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
【請求項４】
前記加振手段は、前記流体噴射開口部を振動させる加振力を発生する加振力発生部を有し、前記振動検出手段は、振動を受振する振動受振部を有し、前記加振力発生部及び前記振動受振部を、前記出口流路に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体噴射装置。
【請求項５】
前記出口流路の外周面の少なくとも一部に平面を設け、該平面上に前記加振力発生部及び前記振動受振部を設けたことを特徴とする請求項４に記載の流体噴射装置。
【請求項６】
前記加振手段は、前記吸引開口部を振動させる加振力を発生する加振力発生部を有し、前記振動検出手段は、振動を受振する振動受振部を有し、前記加振力発生部及び前記振動受振部を、前記吸引管に設けたことを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
【請求項７】
前記吸引管の外周面の少なくとも一部に平面を設け、該平面上に前記加振力発生部及び前記振動受振部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の流体噴射装置。
【請求項８】
前記振動受振部を歪みゲージを含んで構成したことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
【請求項９】
前記加振力発生部を圧電素子を含んで構成したことを特徴とする請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
【請求項１０】
前記加振力発生部は、前記加振力を発生する圧電素子と同じ圧電素子によって、加振力を発生する機能と、振動を受振する、前記振動受振部としての機能とを兼ね備えることを特徴とする請求項９に記載の流体噴射装置。
【請求項１１】
前記加振手段は、前記圧電素子を駆動する駆動部を有し、
前記振動検出手段は、前記圧電素子に生じる起電力を検出する起電力検出部を有し、
前記駆動部による駆動信号の供給と前記起電力検出部による起電力の検出とを時分割で行うように制御する時分割制御手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の流体噴射装置。
【請求項１２】
前記加振手段は、複数の前記加振力発生部を有し、前記複数の加振力発生部において発生する力が前記加振力を大きくするように各加振力発生部の動作を制御することを特徴とする請求項４乃至請求項１１のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
【請求項１３】
前記動作制御手段は、前記振動検出手段で検出された振動の大きさが所定の大きさよりも小さいときに前記容積変更手段が動作するように制御し、前記振動の大きさが前記所定の大きさ以上のときに前記容積変更手段が動作しないように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の流体噴射装置。
【請求項１４】
容積が変更可能な流体室と、前記流体室に連通する入口流路及び出口流路と、前記流体室の容積を変更する容積変更手段と、前記入口流路に流体を供給する流体供給手段と、前記出口流路の前記流体室と連通する側の端部とは反対側の端部に設けられた流体噴射開口部と、加振手段と、振動検出手段と、動作制御手段と、を備えた流体噴射装置の駆動方法であって、
前記加振手段に、前記流体噴射開口部の近傍の部材を振動させる加振ステップと、
前記振動検出手段に、前記近傍の部材の振動の大きさを検出させる振動検出ステップと、
前記動作制御手段に、前記振動検出ステップで検出された振動の大きさに基づき、前記容積変更手段の動作を制御させる動作制御ステップと、を含むことを特徴とする流体噴射装置の駆動方法。
【請求項１５】
流体の噴射によって患部の治療的措置を支援する手術用器具であって、
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の流体噴射装置を備えることを特徴とする手術用器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−８２３０６（Ｐ２０１０−８２３０６Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５６０９２（Ｐ２００８−２５６０９２）
【出願日】平成２０年１０月１日（２００８．１０．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１日（２００８．１０．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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