液體噴射控制裝置、液體噴射系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用壓電元件來控制以脈沖狀噴射液體的液體噴射裝置的液體噴射控制裝置、液體噴射系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002 ]已知有以脈沖狀噴射液體來對切削對象物進行切削的技術(shù)。脈沖狀的液體的噴射是從噴嘴脈動地噴射的液體射流，本說明書中適當?shù)胤Q之為“脈沖液體射流(P UI s e dLiquid Jet)，，。
[0003]脈沖液體射流的用途很廣泛，例如，在專利文獻I中，提出了在醫(yī)療領(lǐng)域中作為外科手術(shù)用所利用的技術(shù)。在該情況下，切削對象物為生物組織，液體為生理鹽水。
[0004][現(xiàn)有技術(shù)文獻]
[0005][專利文獻I]日本特開2005-152127號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](發(fā)明要解決的問題)
[0007]已知在I個生成脈沖液體射流的機構(gòu)中，使用壓電元件的機構(gòu)。其為通過將脈沖波狀的驅(qū)動電壓施加于壓電元件，壓電元件在工作流體(流體)內(nèi)產(chǎn)生瞬間的壓力，將液體以脈沖狀噴射出的機構(gòu)。因此，若要改變脈沖液體射流的強度，要對施加于壓電元件的驅(qū)動電壓進行控制。因此，可以考慮一種通過對施加于壓電元件的驅(qū)動電壓的特性值、例如驅(qū)動電壓波形的振幅(是電壓振幅，也可稱作驅(qū)動電壓的大小)，利用操作刻度盤或操作按鈕等操作部進行指示，改變脈沖液體射流的強度的方法。
[0008]然而發(fā)現(xiàn)，即使改變由操作部所指示的驅(qū)動電壓的特性值，也會有無法如用戶所想那樣改變切削對象物的切削深度和切削體積之類的切削狀態(tài)的情況。詳細會在后面敘述，已知的是，例如，即使用戶將電壓振幅變?yōu)?倍或4倍，又或者是1/2、1/4，切削深度和切削體積也不一定會如此改變。在將脈沖液體射流用于外科手術(shù)用途的情況下，無法得到與術(shù)者的操作感一樣的作用，會成為問題。
[0009]另一方面，如果可以改變脈沖液體射流的噴射周期，就能夠增加或減少每單位時間的切削深度和切削體積，能調(diào)整對切削對象物的切削速度。然而，若改變噴射周期，驅(qū)動電壓波形的形狀會改變，因此I個脈沖的液體射流的強度等會改變。因此，在改變噴射周期的前后，I個脈沖的脈沖液體射流的切削深度和切削體積會變化，即使縮短噴射周期，換言之，提高噴射頻率，也會產(chǎn)生無法得到與符合用戶意圖的噴射頻率成比例的切削速度的情況。
[0010]本發(fā)明鑒于上述問題所設(shè)計，其目的在于，提出一種技術(shù)，其使得可以按照用戶的意圖，設(shè)定脈沖液體射流的強度，從而提高易用性。
[0011](用于解決問題的手段)
[0012]用于解決上述問題的第I發(fā)明提供一種液體噴射控制裝置，其向壓電元件施加預(yù)定的驅(qū)動電壓波形，控制來自液體噴射裝置的脈沖液體射流的噴射，該液體噴射裝置使用該壓電元件呈脈沖狀噴射液體，其特征在于，所述液體噴射控制裝置包括:第I操作部，用于輸入與所述脈沖液體射流的動能相關(guān)的第I指示值;第2操作部，用于輸入與所述脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)相關(guān)的第2指示值；以及電壓振幅設(shè)定部，基于所述第2指示值和與所述驅(qū)動電壓波形的上升相關(guān)的指標值，設(shè)定所述驅(qū)動電壓波形的電壓振幅，以使所述動能成為所述第I指示值。
[0013]另外，作為其他發(fā)明，也可以提供一種控制方法，其向壓電元件施加預(yù)定的驅(qū)動電壓波形，控制來自液體噴射裝置的脈沖液體射流的噴射，該液體噴射裝置使用該壓電元件呈脈沖狀噴射液體，其特征在于，所述控制方法包括:輸入與所述脈沖液體射流的動能相關(guān)的第I指示值;輸入與所述脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)相關(guān)的第2指示值；以及基于所述第2指示值和與所述驅(qū)動電壓波形的上升相關(guān)的指標值，設(shè)定所述驅(qū)動電壓波形的電壓振幅，以使所述動能成為所述第I指示值。
[0014]根據(jù)該第I發(fā)明，當輸入與脈沖液體射流的動能相關(guān)的第I指示值和與脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)相關(guān)的第2指示值時，基于第2指示值和與驅(qū)動電壓波形上升相關(guān)的指標值，設(shè)定驅(qū)動電壓波形的電壓振幅，以使動能成為第I指示值。如后所述，切削深度、切削體積與脈沖液體射流的動能的相關(guān)性高。因此，通過直接指示脈沖液體射流的動能，能夠?qū)崿F(xiàn)與用戶意愿和操作感覺相稱的切削深度和切削體積，從而能夠提高易用性。
[0015]另外，能夠一并指示脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)。由此，例如，可以在維持第I指示值的狀態(tài)下增減噴射次數(shù)。因此，能夠在改變噴射次數(shù)的前后，在I個脈沖的脈沖液體射流下的切削深度和切削體積不發(fā)生變化的情況下調(diào)整切削速度，從而可實現(xiàn)易用性的提尚。
[0016]另外，第2發(fā)明的液體噴射控制裝置是，在第I發(fā)明中，所述液體噴射控制裝置還包括第3操作部，該第3操作部用于輸入與所述指標值相關(guān)的第3指示值。
[0017]根據(jù)該第2發(fā)明，能輸入與驅(qū)動電壓波形的指標值相關(guān)的第3指示值。
[0018]此外，第3發(fā)明的液體噴射控制裝置是，在第I或第2發(fā)明中，所述液體噴射控制裝置還包括下降形狀設(shè)定部，該下降形狀設(shè)定部根據(jù)所述第2指示值，將所述驅(qū)動電壓波形的下降形狀設(shè)定為能夠變。
[0019]根據(jù)該第3發(fā)明，通過將驅(qū)動電壓波形的下降形狀設(shè)定為可變，能夠在維持預(yù)定或期望的驅(qū)動電壓波形的上升形狀的同時，以使脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)成為第2指示值的方式控制脈沖液體射流的重復(fù)噴射。
[0020]另外，第4發(fā)明的液體噴射控制裝置是，在第I至第3的任一發(fā)明中，所述液體噴射控制裝置還包括顯示控制部，該顯示控制部用于進行顯示所述第I指示值和所述第2指示值中至少之一的控制。
[0021 ]根據(jù)該第4發(fā)明，能顯示與脈沖液體射流的動能相關(guān)的第I指示值和與脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)相關(guān)的第2指示值中至少之一。由此，能夠在視覺上確認表示用戶所指示的當前脈沖液體射流的動能、每單位時間的噴射次數(shù)的指標等。因此，能進一步提尚易用性。
[0022]另外，第5發(fā)明的液體噴射控制裝置是，在第I至第4的任一發(fā)明中，對所述液體噴射裝置進行所述脈沖液體射流的動量為2nNs(納牛秒)以上且2mNs(毫牛秒)以下、或者動能為2nJ(納焦耳)以上且200mJ(毫焦耳)以下的控制。
[0023]根據(jù)該第5發(fā)明，脈沖液體射流的動量為2nNs以上且2mNs以下，或者動能為2nJ以上且200mJ以下，能夠在該范圍內(nèi)控制液體噴射裝置。由此，適合于切削，例如生物組織或食物、凝膠材料、橡膠或塑料等樹脂材料等的柔軟材料。
[0024]另外，第6發(fā)明的液體噴射控制裝置是，在第I至第5的任一發(fā)明中，對所述液體噴射裝置進行控制，以利用所述脈沖液體射流來切削生物組織。
[0025]根據(jù)該第6發(fā)明，能夠控制適合于例如外科手術(shù)用途的脈沖液體射流的強度。
[0026]另外，第7發(fā)明提供一種液體噴射系統(tǒng)，其包括:第I至第6中任一發(fā)明的液體噴射控制裝置;液體噴射裝置;以及送液栗裝置。
[0027]根據(jù)該第7發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)一種發(fā)揮第I至第6發(fā)明的作用效果的液體噴射系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0028]圖1是示出液體噴射系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)例的圖。
[0029]圖2是示出液體噴射裝置內(nèi)部構(gòu)造的圖。
[0030]圖3是示出壓電元件的I個周期的驅(qū)動電壓波形以及液體噴射開口部中的液體流速波形的圖。
[0031]圖4是示出質(zhì)量通量、動量通量、能量通量的圖。
[0032]圖5是示出對切削對象物的切削狀態(tài)的模擬中所用的主射流的流速波形的圖。
[0033]圖6是示出模擬結(jié)果(切削深度)的圖。
[0034]圖7是示出模擬結(jié)果(切削體積)的圖。
[0035]圖8是示出賦予與上升頻率不同的驅(qū)動電壓波形的情況下主射流的流速波形的模擬結(jié)果的圖。
[0036]圖9是示出賦予與電壓振幅不同的驅(qū)動電壓波形的情況下主射流的流速波形的模擬結(jié)果的圖。
[0037]圖10是示出賦予與重復(fù)頻率不同的驅(qū)動電壓波形的情況下主射流的流速波形的模擬結(jié)果的圖。
[0038]圖11是示出在預(yù)定的重復(fù)頻率下的能量E與上升頻率及電壓振幅的對應(yīng)關(guān)系的圖。
[0039]圖12是示出實施例1中的液體噴射控制裝置的操作面板的圖。
[0040]圖13是示出實施例1中的液體噴射控制裝置的功能結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0041]圖14是示出實施例1中的能量轉(zhuǎn)換表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例的圖。
[0042]圖15是示出實施例1中在噴射脈沖液體射流時控制部進行處理的流程的流程圖。
[0043]圖16是示出實施例2中的液體噴射控制裝置的操作面板的圖。
[0044]圖17是示出實施例2中的液體噴射控制裝置的功能結(jié)構(gòu)例的框圖。
[0045]圖18是示出實施例2中的能量轉(zhuǎn)換表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例的圖。
[0046]圖19是示出實施例2中在噴射脈沖液體射流時控制部進行處理的流程的流程圖。
[0047]附圖標記說明
[0048]I液體噴射系統(tǒng)，10容器，20送液栗裝置，30液體噴射裝置，40脈沖流產(chǎn)生部，44壓力室，45壓電元件，46振動膜，50噴射管，60噴嘴，61液體噴射開口部，70、70_1、70_2液體噴射控制裝置，71、71a操作部，811能量刻度盤，813重復(fù)頻率刻度盤，815a上升頻率刻度盤，73顯示部，75、75a控制部，751、751&壓電元件控制部，752、752&上升頻率設(shè)定部，753、7533電壓振幅設(shè)定部，754重復(fù)頻率設(shè)定部，756栗控制部，757能量顯示控制部，77、77a存儲部，771、771a能量轉(zhuǎn)換表
【具體實施方式】
[0049]以下，對用于實施本發(fā)明的液體噴射控制裝置、液體噴射系統(tǒng)以及控制方法的一個實施方式進行說明。此外，本發(fā)明不限定于以下說明的實施方式，本發(fā)明所能適用的方式不限定于以下的實施方式。另外，在附圖的記載中，相同的部分標注相同的附圖標記。
[0050][整體結(jié)構(gòu)]
[0051 ]圖1是示出本實施方式中液體噴射系統(tǒng)I整體結(jié)構(gòu)例的圖。該液體噴射系統(tǒng)I用于以柔軟材料例如生物組織作為切削對象物的外科手術(shù)用、以食物為切削對象物的食品加工用、凝膠材料加工用、橡膠或塑料之類的樹脂材料的切削加工用等的用途，并且噴射動量為2[nNs(納牛秒)]以上2[mNs(毫牛秒)]以下，或者動能為2[nJ(納焦耳)]以上200[mJ(毫焦耳)]以下的脈沖液體射流，對切削對象物進行切削。以下，將液體噴射系統(tǒng)I用于外科手術(shù)用的用途，進行對患部(生物組織)的切開、切除或者是破碎(將這些統(tǒng)稱為“切削”)的情況作為示例。另外，如下進行說明:本實施方式中的動量通量以及動量是指，只考慮脈沖液體射流的噴射方向成分的標量、即大小。
[0052 ]如圖1所示，液體噴射系統(tǒng)I具備容納液體的容器1、送液栗裝置20、用于向切削對象物(在本實施方式中為生物組織)以脈沖狀噴射液體的液體噴射裝置30以及液體噴射控制裝置70。
[0053]在該液體噴射系統(tǒng)中，液體噴射控制裝置70具備術(shù)者在手術(shù)時操作的操作面板80。操作面板80用于輸入動能的增減操作等各種操作。另外，液體噴射控制裝置70具有噴射踏板83，其用于術(shù)者用腳踏對脈沖液體射流開始噴射以及停止噴射之間進行切換。
[0054]容器10容納水、生理鹽水以及藥液等液體。送液栗裝置20將容納于容器10中的液體，經(jīng)由連接管91、93，以始終預(yù)定的壓力或預(yù)定的流量向液體噴射裝置30的脈沖流產(chǎn)生部40進行供給。
[0055]液體噴射裝置30為手術(shù)時術(shù)者手持操作的部分(噴槍)，并具備將脈動賦予送液栗裝置20所供給的液體而產(chǎn)生脈沖流的脈沖流產(chǎn)生部40和管狀的噴射管50。該液體噴射裝置30將由脈沖流產(chǎn)生部40所產(chǎn)生的脈沖流，經(jīng)過噴射管50，最終從設(shè)置在噴嘴60的液體噴射開口部61 (參照圖2)作為脈沖液體射流進行噴射。
[0056]在