流体喷射装置的制造方法_4

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2、以及检测流体容器760中的流体的剩余量的剩余量传感器742输出的检测信号被输入泵控制部710。
[0140]而且,如图3所示,泵700中,由压缩器810、调节器811以及加压室800构成流体推压部731。
[0141]通过使用这种方式的泵700,可以增加每单位时间可供给脉冲发生部100的流体的量。而且,既然能以更高的压力将流体供给脉冲发生部100,就能将容纳流体的输液袋直接作为流体容器使用,因此,可以防止流体的污染。而且,对脉冲发生部100不会产生脉冲流,也可以进行连续送液。
[0142]此外,本实施方式中,驱动控制部600被设置在从泵700和脉冲发生部100离开的位置上,但也可以被构成为与泵700成为一体。
[0143]而且,在使用该流体喷射装置I进行手术时,施手术者把持的部分是手持件30 ο因此,优选连接到手持件30的连接管25尽可能地灵活。为此,连接管25是既柔软又薄的管,而且,优选从泵700流出的流体的喷吐压力在可对手持件30送液的范围内是低压。因此,泵700的喷吐压力大致被设定为0.3大气压(0.03MPa)以下。
[0144]而且,尤其是在做脑部手术时,如果设备出故障很可能造成严重事故,这种情况下,应当避免在连接管25切断等时候会有高压的流体喷出,为此,需要使得泵700的喷吐压力为低压。
[0145]脉冲发生部
[0146]接下来,对本实施方式的脉冲发生部100的构造进行说明。
[0147]图4是示出涉及本实施方式的脉冲发生部100的构造的截面图。在图4中,脉冲发生部100连接包括产生流体的脉冲流的脉冲发生装置,具有作为喷吐流体的流路的连接流路201的流体喷射管200。
[0148]脉冲发生部100由上壳体500和下壳体301在各自相对的表面上接合,由4根固定螺钉350 (省略图示)固定。下壳体301是具有凸缘部分的筒状部件,一个端部通过底板311被密封。在该下壳体301的内部空间中设置有压电元件401。
[0149]压电元件401构成执行器,是层叠型压电元件。压电元件401的一个端部通过上板411固定在隔板400上,另一个端部固定在底板311的上表面312。
[0150]而且,隔板400由圆盘状的金属薄板形成,在下壳体301的凹部303内,边缘部分被紧密地贴紧在凹部303的底面。通过对作为容积改变装置的压电元件401输入驱动信号,能随着压电元件401的伸长、收缩而通过隔板400改变流体室501的容积。
[0151]在隔板400的上表面层叠设置有由中心部具有开口部的圆盘状的金属薄板构成的加固板410。
[0152]上壳体500中,在与下壳体301相对的表面的中心部形成有凹部,由该凹部与隔板400构成且填充有流体的状态的回转体形状即为流体室501。也就是说,流体室501是由上壳体500的凹部的密封面505和内周侧壁501a和隔板400包围而成的空间。在流体室501的大致中央部贯穿设置有出口流路511。
[0153]出口流路511从流体室501贯通至由上壳体500的一个端面突出而设的出口流路管510的端部。出口流路511与流体室501的密封面505的连接部被平滑地圆化,以减小流体阻力。
[0154]另外,在本实施方式(参照图4)中,以上说明的流体室501的形状是两端密封的大致圆筒形,但不仅限于圆筒形,也可以是从侧视图看为圆锥形、梯形,或半球形等。例如,如果将出口流路511与密封面505的连接部形成为漏斗这样的形状,可以容易地排出后述的流体室501中的气泡。
[0155]出口流路管510连接到流体喷射管200。流体喷射管200上贯穿设置有连接流路201,连接流路201的直径比出口流路511的直径更大。而且,流体喷射管200的管部的厚度被形成为在具有不吸收流体的压力脉冲的刚度的范围内。
[0156]流体喷射管200的前端部插有前端开口部211。该前端开口部211上贯通设置有流体喷射开口部(吐出口)212。流体喷射开口部212的直径比连接流路201的直径小。
[0157]在上壳体500的侧面,突出设置有用于插入从泵700提供流体的连接管25的入口流路管(流体取入口)502,入口流路管502中贯通有入口流路侧的连接流路504。连接流路504连通到入口流路503。入口流路503在流体室501的密封面505的边缘部分形成为沟状,并连通到流体室501。
[0158]在上壳体500与下壳体301的接合面上,在离开隔板400的外周方向的位置上,下壳体301侧形成有填料盒304、上壳体500侧形成有填料盒506,由填料盒304、506所形成的空间里装有环形填料450。
[0159]这里,组装上壳体500和下壳体301时,通过上壳体500的密封面505的边缘部分与下壳体301的凹部303的底面将隔板400的边缘部分与加固板410的边缘部分紧密连接。这时,填料450被上壳体500与下壳体301推压,从而可防止流体从流体室501泄漏。
[0160]流体室501中,流体吐出时达到30大气压(3MPa)以上的高压状态,考虑在隔板400、加固板410、上壳体500、下壳体301的各个接合部会有少许流体泄漏,因而通过填料450阻止泄漏。
[0161]如图4所示,如果设置有填料450,则填料450会被以高压从流体室501泄漏的流体的压力压缩,同时填料450被进一步强力地推压到填料盒304、505中,因此,能够更可靠地防止流体的泄漏。通过这种方式,可以在驱动时保持流体室501中较高的压力上升。
[0162]接下来,参照图面,对形成在上壳体500的入口流路503进行更详细的说明。
[0163]图5是示出入口流路503的方式的俯视观察图,表示从下壳体301的接合面侧观察到的上壳体500的状态。
[0164]图5中,入口流路503以沟状形成在上壳体500的密封面505的边缘部分。
[0165]入口流路503的一个端部连通到流体室501,另一个端部连通到连接流路504。在入口流路503与连接流路504的连接部上,形成有流体贮存器507。然后,通过使流体贮存器507与入口流路503的连接部平滑地圆化来减小流体阻力。
[0166]而且,入口流路503朝向大致切线方向连通到流体室501的内周侧壁508。以规定压力由泵700(参照图1)提供的流体沿着内周侧壁508(图5中,箭头所指示的方向)流动并在流体室501产生旋回流。旋回流被旋回所产生的离心力推向内周侧壁508侧,同时,流体室501中含有的气泡会集中在旋回流的中心部。
[0167]然后,集中在中心部的气泡被从出口流路511排出。因此,优选将出口流路511设置在旋回流的中心附近,即回转体形状的轴中心部。
[0168]而且,如图5所示,入口流路503是弯曲的。入口流路503也可以设置为不弯曲而沿着直线连通到流体室501,但通过使其弯曲,可以将流路变长,从而可以在狭窄空间中得到所需的惯性(对于惯性,将在后面说明)。
[0169]另外,如图5所示,在隔板400与形成有入口流路503的密封面505的边缘部分之间,设置有加固板410。设置加固板410,意在提高隔板400的耐久性。由于在入口流路503与流体室501的连接部上形成有切口状的连接开口部509,因此,考虑当隔板400被以高频率驱动时,在连接开口部509附近会发生应力集中,从而发生疲劳破坏。因此,通过设置具有无切口部且连续的开口部的加固板410,可以使得隔板400不发生应力集中。
[0170]而且,在上壳体500的外周隅部开设4个位置的螺丝孔512,上壳体500与下壳体301在该螺丝孔位置上被螺丝拧紧接合。
[0171]另外,尽管未图示,但可以将加固板410与隔板400接合,层叠并固定为一体。作为固定方法,可以是使用粘合剂粘接的方法,也可以是固相扩散接合及焊接等方法,但更优选使加固板410和隔板400在接合面上贴紧的方法。
[0172]脉冲发生部的动作
[0173]接下来,参照图1?图5,对本实施方式的脉冲发生部100的动作进行说明。利用本实施方式的脉冲发生部100的流体吐出,通过入口流路503侧的惯性LI (有时称为“合成惯性LI”)与出口流路511侧的惯性L2(有时称为“合成惯性L2”)的差来进行。
[0174]〈惯性〉
[0175]首先,对惯性进行说明。
[0176]当以P表示流体的密度、以S表示流路的截面积、以h表示流路的长度时,惯性L用L= P Xh/S表示。当以ΔP表示流路的压力差、以Q表示流过流路的流体的流量时,通过使用惯性L使流路中的运动方程式变形,可以导出ΛΡ = LXdQ/dt这一关系。
[0177]也就是说,惯性L表示对流量的时间变化的影响程度,惯性L越大,流量的时间变化越小,惯性L越小,流量的时间变化越大。
[0178]而且,涉及多条流路的并联连接、多条形状不同的流路的串联连接的合成惯性,可以通过使得每个流路的惯性与电路的电感的并联连接、或串联连接同样地合成而算出。
[0179]另外,由于入口流路503侧的惯性LI被设定为相对于连接流路504的入口流路503的直径而足够大,因此,惯性LI可在入口流路503的范围内算出。这时,由于连接泵700与入口流路503的连接管25具有柔软性,因此,也可以从惯性LI的计算中删除。
[0180]而且,对于出口流路511侧的惯性L2,由于连接流路201的直径远比出口流路511的直径大,且流体喷射管200的管部(管壁)的厚度薄,因此对惯性L2的影响是轻微的。因此,出口流路511侧的惯性L2可以与出口流路511的惯性替换。
[0181]另外,流体喷射管200的管壁的厚度具有对流体的压力传播的足够的刚性。
[0182]而且,在本实施方式中,入口流路503的流路长度及截面积、出口流路511的流路长度及截面积被设定为,使得入口流路503侧的惯性LI比出口流路511侧的惯性L2更大。
[0183]〈流体的喷射〉
[0184]接下来,对脉冲发生部100的动作进行说明。
[0185]流体通过泵700以规定压力供给入口流路503。其结果,当压电元件401不工作时,流体利用泵700的吐出力与入口流路503侧整体的流体阻力值的差流动到流体室501中。
[0186]这里,如果驱动信号被输入到压电元件401中,压电元件401急剧伸长,则流体室501中的压力若在入口流路503侧及出口流路511侧的惯性L1、L2具有足够的大小的情况下,会迅速上升而达到几十个大气压。
[0187]由于该流体室501中的压力远比利用泵700对入口流路503施加的压力大,因此,从入口流路503侧流入流体室501中的流体会因该压力而减少,从出口流路511的流出会增加。
[0188]由于入口流路503的惯性LI比出口流路511的惯性L2大,由于从出口流路511吐出的流体的增加量比流体从入口流路503流入流体室501的流量的减少量大,因此,流体会在连接流路201以脉冲状吐出,也就是说,会发生脉冲流。这个吐出时的压力波动在流体喷射管200中传播,流体从前端的前端开口部211的流体喷射开口部212被喷射出。
[0189]这里,由于前端开口部211的流体喷射开口部212的直径比出口流路511的直径小,因此,流体进一步被作为高压、高速的脉冲状液滴而喷射出。
[0190]另一方面,流
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