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)明涉及控制使用壓電元件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]已知以脈沖狀噴射液體并對(duì)切削對(duì)象物進(jìn)行切削的技術(shù)。脈沖狀的液體的噴射是從噴嘴中脈動(dòng)式地被噴射的液體的射流，在本說(shuō)明書中適當(dāng)稱為“脈沖液體射流(PulsedLiquid Jet)，，。
[0003]脈沖液體射流的用途各種各樣，例如，在專利文獻(xiàn)I中已經(jīng)提出作為在醫(yī)療領(lǐng)域中的外科手術(shù)用而利用的技術(shù)。在這種情況下，切削對(duì)象物成為生物體組織，液體成為生理鹽水。
[0004]【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】
[0005]【專利文獻(xiàn)】
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2005 —152127號(hào)公報(bào)
[0007]在生成脈沖液體射流的機(jī)構(gòu)之一中，已知有使用了壓電元件的機(jī)構(gòu)。是一種通過(guò)將脈沖波狀的驅(qū)動(dòng)電壓施加于壓電元件，從而壓電元件使瞬時(shí)壓力在工作流體(液體)內(nèi)產(chǎn)生并以脈沖狀噴射液體的機(jī)構(gòu)。因此，在變更脈沖液體射流的強(qiáng)度的情況下，就要控制向壓電元件施加的驅(qū)動(dòng)電壓。于是，考慮如下辦法:通過(guò)在操作刻度盤、操作按鈕等操作部中指示向壓電元件施加的驅(qū)動(dòng)電壓的特性值例如驅(qū)動(dòng)電壓波形的振幅(就是電壓振幅，也可以說(shuō)是驅(qū)動(dòng)電壓的大小)來(lái)使脈沖液體射流的強(qiáng)度可變。
[0008]然而，已經(jīng)知道即使使在操作部中指示的驅(qū)動(dòng)電壓的特性值變化，也有無(wú)法使切削對(duì)象物的切削深度、切削體積等切削形態(tài)如用戶所愿變化的情況。詳情將在后面說(shuō)明，已經(jīng)知道，例如即使用戶已將電壓振幅變?yōu)?倍或4倍、或者1/2、1/4，切削深度和切削體積也未必按照那樣變化。在將脈沖液體射流應(yīng)用在外科手術(shù)用途中的情況下，不能獲得符合手術(shù)實(shí)施者的操作感覺(jué)的作用，可能成為問(wèn)題。
[0009]另一方面，如果使脈沖液體射流的噴射周期可變，則就能夠使每單位時(shí)間的切削深度、切削體積增減，可調(diào)整對(duì)切削對(duì)象物進(jìn)行切削的速度。然而，如果改變噴射周期，則驅(qū)動(dòng)電壓波形的形狀就變化，因此，一個(gè)脈沖的液體噴射流的強(qiáng)度等可能變化。因此，在改變噴射周期的前后由一個(gè)脈沖的脈沖液體射流所產(chǎn)生的切削深度、切削體積會(huì)變化，即使使噴射周期縮短換而言之使噴射頻率提高，也可能發(fā)生無(wú)法獲得符合用戶意圖的與噴射頻率成正比的切削速度的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明鑒于上述的問(wèn)題而設(shè)計(jì)，其目的在于提供能夠使脈沖液體射流的強(qiáng)度變?yōu)榘凑沼脩粢鈭D的設(shè)定而使使用便利性提高的技術(shù)。
[0011]用于解決以上問(wèn)題的第一方面涉及液體噴射控制裝置將給定的驅(qū)動(dòng)電壓波形施加于壓電元件，并對(duì)來(lái)自使用該壓電元件而以脈沖狀噴射液體的液體噴射裝置的脈沖液體射流的噴射進(jìn)行控制，所述液體噴射控制裝置具備:第一操作部，用于輸入所述脈沖液體射流的動(dòng)能有關(guān)的第一指示值;第二操作部，用于輸入所述脈沖液體射流的每單位時(shí)間的噴射次數(shù)有關(guān)的第二指示值；以及上升指標(biāo)值設(shè)定部，根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的電壓振幅和所述第二指示值，設(shè)定所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升有關(guān)的指標(biāo)值以便使所述動(dòng)能成為所述第一指示值。
[0012]另外，作為另一方面，可以構(gòu)成控制方法，將給定的驅(qū)動(dòng)電壓波形施加于壓電元件，并對(duì)使用該壓電元件而以脈沖狀噴射液體的液體噴射裝置的脈沖液體射流的噴射進(jìn)行控制，所述控制方法包括:輸入所述脈沖液體射流的動(dòng)能有關(guān)的第一指示值;輸入所述脈沖液體射流的每單位時(shí)間的噴射次數(shù)有關(guān)的第二指示值；以及根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的電壓振幅和所述第二指示值，設(shè)定所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升有關(guān)的指標(biāo)值，以便使所述動(dòng)能成為所述第一指示值。
[0013]根據(jù)該第一方面等，當(dāng)輸入脈沖液體射流的動(dòng)能有關(guān)的第一指示值和脈沖液體射流的每單位時(shí)間的噴射次數(shù)有關(guān)的第二指示值時(shí)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓波形的電壓振幅和第二指示值，設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升有關(guān)的指標(biāo)值以便使動(dòng)能成為第一指示值。如后所述，切削深度、切削體積與脈沖液體射流的動(dòng)能的相關(guān)高。因此，通過(guò)直接指示脈沖液體射流的動(dòng)能，從而能夠?qū)崿F(xiàn)與用戶意圖、操作感覺(jué)相稱的切削深度和切削體積，能夠使使用便利性提尚O
[0014]并且，能夠同時(shí)指示脈沖液體射流的每單位時(shí)間的噴射次數(shù)。據(jù)此，例如能夠維持著第一指示值的情況下增減噴射次數(shù)。因此，能夠不會(huì)使在改變了噴射次數(shù)的前后由一個(gè)脈沖的脈沖液體射流所產(chǎn)生的切削深度和切削體積變化而調(diào)整切削速度，謀求提高使用便利性。
[0015]另外，根據(jù)第一方面的液體噴射控制裝置，在本發(fā)明的第二方面中，所述液體噴射控制裝置還具備第三操作部，所述第三操作部用于輸入所述電壓振幅有關(guān)的第三指示值。
[0016]根據(jù)該第二方面，能夠輸入驅(qū)動(dòng)電壓波形的電壓振幅有關(guān)的第三指示值。
[0017]另外，根據(jù)第一方面或第二方面的液體噴射控制裝置，在本發(fā)明的第三方面中，所述液體噴射控制裝置還具備下降形狀設(shè)定部，所述下降形狀設(shè)定部根據(jù)所述第二指示值，可變地設(shè)定所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的下降形狀。
[0018]根據(jù)該第三方面，通過(guò)可變地設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓波形的下降形狀，從而能夠控制脈沖液體射流的重復(fù)的噴射以便使脈沖液體射流的每單位時(shí)間的噴射次數(shù)成為第二指示值。
[0019]另外，根據(jù)第一方面至第三方面中任一方面的液體噴射控制裝置，在本發(fā)明的第四方面中，所述液體噴射控制裝置還具備顯示控制部，所述顯示控制部執(zhí)行使所述第一指示值及所述第二指示值中的至少一個(gè)顯示的控制。
[0020]根據(jù)該第四方面，能夠使脈沖液體射流的動(dòng)能有關(guān)的第一指示值以及脈沖液體射流的每單位時(shí)間的噴射次數(shù)有關(guān)的第二指示值中的至少一個(gè)顯示。據(jù)此，能夠在視覺(jué)上確認(rèn)用戶已指示的當(dāng)前的脈沖液體射流的動(dòng)能、表示每單位時(shí)間的噴射次數(shù)的指標(biāo)等。因此，能夠使使用便利性進(jìn)一步地提高。
[0021]另外，根據(jù)第一方面至第四方面中任一方面的液體噴射控制裝置，在本發(fā)明的第五方面中，控制所述脈沖液體射流的動(dòng)量是2 [nNs (納牛頓秒)]以上2 [mNs (毫牛頓秒)]以下、或者動(dòng)能是2[nJ(納焦耳)]以上200[mJ(毫焦耳)]以下的所述液體噴射裝置。
[0022]根據(jù)該第五方面，脈沖液體射流的動(dòng)量是2[nNs]以上2[mNs]以下、或者動(dòng)能是2[nj]以上200[mJ]以下，能夠在該范圍內(nèi)控制液體噴射裝置。因此，非常適合切削例如生物體組織和食品、凝膠材料、橡膠和塑料等樹脂材料等柔軟原材料。
[0023]另外，根據(jù)第一方面至第五方面中任一方面的液體噴射控制裝置，在本發(fā)明的第六方面中，控制用于通過(guò)所述脈沖液體射流來(lái)切削生物體組織的所述液體噴射裝置。
[0024]根據(jù)該第六方面，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(qiáng)度。
[0025]另外，第七方面涉及的液體噴射系統(tǒng)具備:第一方面至第六方面中任一方面的液體噴射控制裝置、液體噴射裝置以及送液栗裝置。
[0026]根據(jù)該第七方面，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)揮第一方面至第六方面的作用效果的液體噴射系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是示出液體噴射系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)例的圖。
[0028]圖2是示出液體噴射裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
[0029]圖3的(a)、(b)是示出壓電元件的一個(gè)周期的驅(qū)動(dòng)電壓波形以及液體噴射開(kāi)口部中的液體的流速波形的圖。
[0030]圖4的(a)?(C)是示出質(zhì)量通量、動(dòng)量通量以及能量通量的圖。
[0031]圖5的(a)?(C)是示出在關(guān)于切削對(duì)象物的切削形態(tài)的模擬中所使用的主射流的流速波形的圖。
[0032]圖6的(a)?(f)是示出模擬結(jié)果(切削深度)的圖。
[0033]圖7的(a)?(f)是示出模擬結(jié)果(切削體積)的圖。
[0034]圖8的(a)、(b)是示出在供給了上升頻率不同的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況下的主射流的流速波形的模擬結(jié)果的圖。
[0035]圖9的(a)、(b)是示出在供給了電壓振幅不同的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況下的主射流的流速波形的模擬結(jié)果的圖。
[0036]圖10的(a)、(b)是示出在供給了重復(fù)頻率不同的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況下的主射流的流速波形的模擬結(jié)果的圖。
[0037]圖11是示出規(guī)定的重復(fù)頻率的能量E與上升頻率及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。
[0038]圖12是示出實(shí)施例一中的液體噴射控制裝置的操作面板的圖。
[0039]圖13是示出實(shí)施例一中的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。
[0040]圖14是示出實(shí)施例一中的能量轉(zhuǎn)換表的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。
[0041 ]圖15是示出在實(shí)施例一中當(dāng)噴射脈沖液體射流時(shí)控制部所執(zhí)行的處理的流程的流程圖。
[0042]圖16是示出實(shí)施例二中的液體噴射控制裝置的操作面板的圖。
[0043]圖17是示出實(shí)施例二中的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。
[0044]圖18是示出實(shí)施例二中的能量轉(zhuǎn)換表的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。
[0045]圖19是示出在實(shí)施例二中當(dāng)噴射脈沖液體射流時(shí)控制部所執(zhí)行的處理的流程的流程圖。
[0046]符號(hào)說(shuō)明
[0047]I液體噴射系統(tǒng)10容器
[0048]20送液栗裝置30液體噴射裝置
[0049]40脈沖流發(fā)生部44壓力室
[0050]45壓電元件46膜片[0051 ] 50噴射管60噴嘴
[0052]61液體噴射開(kāi)口部70、70-1、70_2液體噴射控制裝置
[0053]71、71a操作部811能量刻度盤
[0054]813重復(fù)頻率刻度盤815a電壓振幅刻度盤
[0055]73顯示部75、75a控制部
[0056]751、751a壓電元件控制部752、752a上升頻率設(shè)定部
[0057]753,753a電壓振幅設(shè)定部754重復(fù)頻率設(shè)定部
[0058]756栗控制部757能量顯示控制部
[0059]77,77a存儲(chǔ)部771、771a能量轉(zhuǎn)換表。
【具體實(shí)施方式】
[0060]以下，對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的液體噴射控制裝置、液體噴射系統(tǒng)以及控制方法的一方式進(jìn)行說(shuō)明。此外，并非通過(guò)以下說(shuō)明的實(shí)施方式來(lái)限定本發(fā)明，能適用本發(fā)明的方式也不限定于以下的實(shí)施方式。另外，在附圖的描述中，對(duì)相同的部分標(biāo)注相同的符號(hào)。
[0061][整體結(jié)構(gòu)]
[0062]圖1是不出本實(shí)施方式中的液體噴射系統(tǒng)I的整體結(jié)構(gòu)例的圖。該液體噴射系統(tǒng)I應(yīng)用在將柔軟原材料例如生物體組織作為切削對(duì)象物的外科手術(shù)用、將食品作為切削對(duì)象物的食品加工用、凝膠材料的加工用、橡膠和塑料等樹脂材料的切削加工用等的用途中，噴射動(dòng)量為2[nNs(納牛頓秒)]以上2[mNs(毫牛頓秒)]以下、或者動(dòng)能為2[nJ(納焦耳)]以上200[mJ(毫焦耳)]以下的脈沖液體射流來(lái)對(duì)切削對(duì)象物進(jìn)行切削。在以下，例示將液體噴射系統(tǒng)I應(yīng)用在外科手術(shù)用的用途中并進(jìn)行患部(生物體組織)的切開(kāi)、切除或破碎(將它們總括地稱為“切削”)的情況。另外，所謂本實(shí)施方式中的動(dòng)量通量以及動(dòng)量是指只考慮了脈沖液體射流的噴射方向成分的標(biāo)量即大小而進(jìn)行說(shuō)明。
[0063]如圖1所示，液體噴射系統(tǒng)I具備:容納液體的容器10、送液栗裝置20、用于以脈沖狀向切削對(duì)象物(在本實(shí)施方式中生物體組織)噴射液體的液體噴射裝置30、以及液體噴射控制裝置70。
[0064]在該液體噴射系統(tǒng)I中，液體噴射控制裝置70具備手術(shù)實(shí)施者在手術(shù)時(shí)操作的操作面板80。操作面板80是用于輸入動(dòng)能的增減操作等各種操作的面板。另外，液體噴射控制裝置70具備手術(shù)實(shí)施者用腳踩踏而用于切換液體射流的噴射開(kāi)始及噴射停止的噴射踏板83ο
[0065]容器10容納水或生理鹽水、藥液等液體。送液栗裝置20將容器10中所容納的液體經(jīng)由連接管91、93而總是以規(guī)定的壓力或規(guī)定的流量供給液體噴射裝置30的脈沖流發(fā)生部
40 ο
[0066]液體噴射裝置30是在手術(shù)時(shí)手術(shù)實(shí)施者手持操作的部分(手機(jī))，具備對(duì)從送液栗裝置20供給的液體賦予脈動(dòng)而使脈沖流發(fā)生的脈沖流發(fā)生部40和