液体喷射控制装置、液体喷射系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用压电元件来控制以脉冲状喷射液体的液体喷射装置的液体喷射控制装置、液体喷射系统及控制方法。
【背景技术】
[0002 ]已知有以脉冲状喷射液体来对切削对象物进行切削的技术。脉冲状的液体的喷射是从喷嘴脉动地喷射的液体射流，本说明书中适当地称之为“脉冲液体射流(P UI s e dLiquid Jet)，，。
[0003]脉冲液体射流的用途很广泛，例如，在专利文献I中，提出了在医疗领域中作为外科手术用所利用的技术。在该情况下，切削对象物为生物组织，液体为生理盐水。
[0004][现有技术文献]
[0005][专利文献I]日本特开2005-152127号公报
【发明内容】
[0006](发明要解决的问题)
[0007]已知在I个生成脉冲液体射流的机构中，使用压电元件的机构。其为通过将脉冲波状的驱动电压施加于压电元件，压电元件在工作流体(流体)内产生瞬间的压力，将液体以脉冲状喷射出的机构。因此，若要改变脉冲液体射流的强度，要对施加于压电元件的驱动电压进行控制。因此，可以考虑一种通过对施加于压电元件的驱动电压的特性值、例如驱动电压波形的振幅(是电压振幅，也可称作驱动电压的大小)，利用操作刻度盘或操作按钮等操作部进行指示，改变脉冲液体射流的强度的方法。
[0008]然而发现，即使改变由操作部所指示的驱动电压的特性值，也会有无法如用户所想那样改变切削对象物的切削深度和切削体积之类的切削状态的情况。详细会在后面叙述，已知的是，例如，即使用户将电压振幅变为2倍或4倍，又或者是1/2、1/4，切削深度和切削体积也不一定会如此改变。在将脉冲液体射流用于外科手术用途的情况下，无法得到与术者的操作感一样的作用，会成为问题。
[0009]另一方面，如果可以改变脉冲液体射流的喷射周期，就能够增加或减少每单位时间的切削深度和切削体积，能调整对切削对象物的切削速度。然而，若改变喷射周期，驱动电压波形的形状会改变，因此I个脉冲的液体射流的强度等会改变。因此，在改变喷射周期的前后，I个脉冲的脉冲液体射流的切削深度和切削体积会变化，即使缩短喷射周期，换言之，提高喷射频率，也会产生无法得到与符合用户意图的喷射频率成比例的切削速度的情况。
[0010]本发明鉴于上述问题所设计，其目的在于，提出一种技术，其使得可以按照用户的意图，设定脉冲液体射流的强度，从而提高易用性。
[0011](用于解决问题的手段)
[0012]用于解决上述问题的第I发明提供一种液体喷射控制装置，其向压电元件施加预定的驱动电压波形，控制来自液体喷射装置的脉冲液体射流的喷射，该液体喷射装置使用该压电元件呈脉冲状喷射液体，其特征在于，所述液体喷射控制装置包括:第I操作部，用于输入与所述脉冲液体射流的动能相关的第I指示值;第2操作部，用于输入与所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数相关的第2指示值；以及电压振幅设定部，基于所述第2指示值和与所述驱动电压波形的上升相关的指标值，设定所述驱动电压波形的电压振幅，以使所述动能成为所述第I指示值。
[0013]另外，作为其他发明，也可以提供一种控制方法，其向压电元件施加预定的驱动电压波形，控制来自液体喷射装置的脉冲液体射流的喷射，该液体喷射装置使用该压电元件呈脉冲状喷射液体，其特征在于，所述控制方法包括:输入与所述脉冲液体射流的动能相关的第I指示值;输入与所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数相关的第2指示值；以及基于所述第2指示值和与所述驱动电压波形的上升相关的指标值，设定所述驱动电压波形的电压振幅，以使所述动能成为所述第I指示值。
[0014]根据该第I发明，当输入与脉冲液体射流的动能相关的第I指示值和与脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数相关的第2指示值时，基于第2指示值和与驱动电压波形上升相关的指标值，设定驱动电压波形的电压振幅，以使动能成为第I指示值。如后所述，切削深度、切削体积与脉冲液体射流的动能的相关性高。因此，通过直接指示脉冲液体射流的动能，能够实现与用户意愿和操作感觉相称的切削深度和切削体积，从而能够提高易用性。
[0015]另外，能够一并指示脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数。由此，例如，可以在维持第I指示值的状态下增减喷射次数。因此，能够在改变喷射次数的前后，在I个脉冲的脉冲液体射流下的切削深度和切削体积不发生变化的情况下调整切削速度，从而可实现易用性的提尚。
[0016]另外，第2发明的液体喷射控制装置是，在第I发明中，所述液体喷射控制装置还包括第3操作部，该第3操作部用于输入与所述指标值相关的第3指示值。
[0017]根据该第2发明，能输入与驱动电压波形的指标值相关的第3指示值。
[0018]此外，第3发明的液体喷射控制装置是，在第I或第2发明中，所述液体喷射控制装置还包括下降形状设定部，该下降形状设定部根据所述第2指示值，将所述驱动电压波形的下降形状设定为能够变。
[0019]根据该第3发明，通过将驱动电压波形的下降形状设定为可变，能够在维持预定或期望的驱动电压波形的上升形状的同时，以使脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数成为第2指示值的方式控制脉冲液体射流的重复喷射。
[0020]另外，第4发明的液体喷射控制装置是，在第I至第3的任一发明中，所述液体喷射控制装置还包括显示控制部，该显示控制部用于进行显示所述第I指示值和所述第2指示值中至少之一的控制。
[0021 ]根据该第4发明，能显示与脉冲液体射流的动能相关的第I指示值和与脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数相关的第2指示值中至少之一。由此，能够在视觉上确认表示用户所指示的当前脉冲液体射流的动能、每单位时间的喷射次数的指标等。因此，能进一步提尚易用性。
[0022]另外，第5发明的液体喷射控制装置是，在第I至第4的任一发明中，对所述液体喷射装置进行所述脉冲液体射流的动量为2nNs(纳牛秒)以上且2mNs(毫牛秒)以下、或者动能为2nJ(纳焦耳)以上且200mJ(毫焦耳)以下的控制。
[0023]根据该第5发明，脉冲液体射流的动量为2nNs以上且2mNs以下，或者动能为2nJ以上且200mJ以下，能够在该范围内控制液体喷射装置。由此，适合于切削，例如生物组织或食物、凝胶材料、橡胶或塑料等树脂材料等的柔软材料。
[0024]另外，第6发明的液体喷射控制装置是，在第I至第5的任一发明中，对所述液体喷射装置进行控制，以利用所述脉冲液体射流来切削生物组织。
[0025]根据该第6发明，能够控制适合于例如外科手术用途的脉冲液体射流的强度。
[0026]另外，第7发明提供一种液体喷射系统，其包括:第I至第6中任一发明的液体喷射控制装置;液体喷射装置;以及送液栗装置。
[0027]根据该第7发明，能够实现一种发挥第I至第6发明的作用效果的液体喷射系统。
【附图说明】
[0028]图1是示出液体喷射系统的整体结构例的图。
[0029]图2是示出液体喷射装置内部构造的图。
[0030]图3是示出压电元件的I个周期的驱动电压波形以及液体喷射开口部中的液体流速波形的图。
[0031]图4是示出质量通量、动量通量、能量通量的图。
[0032]图5是示出对切削对象物的切削状态的模拟中所用的主射流的流速波形的图。
[0033]图6是示出模拟结果(切削深度)的图。
[0034]图7是示出模拟结果(切削体积)的图。
[0035]图8是示出赋予与上升频率不同的驱动电压波形的情况下主射流的流速波形的模拟结果的图。
[0036]图9是示出赋予与电压振幅不同的驱动电压波形的情况下主射流的流速波形的模拟结果的图。
[0037]图10是示出赋予与重复频率不同的驱动电压波形的情况下主射流的流速波形的模拟结果的图。
[0038]图11是示出在预定的重复频率下的能量E与上升频率及电压振幅的对应关系的图。
[0039]图12是示出实施例1中的液体喷射控制装置的操作面板的图。
[0040]图13是示出实施例1中的液体喷射控制装置的功能结构例的框图。
[0041]图14是示出实施例1中的能量转换表的数据结构例的图。
[0042]图15是示出实施例1中在喷射脉冲液体射流时控制部进行处理的流程的流程图。
[0043]图16是示出实施例2中的液体喷射控制装置的操作面板的图。
[0044]图17是示出实施例2中的液体喷射控制装置的功能结构例的框图。
[0045]图18是示出实施例2中的能量转换表的数据结构例的图。
[0046]图19是示出实施例2中在喷射脉冲液体射流时控制部进行处理的流程的流程图。
[0047]附图标记说明
[0048]I液体喷射系统，10容器，20送液栗装置，30液体喷射装置，40脉冲流产生部，44压力室，45压电元件，46振动膜，50喷射管，60喷嘴，61液体喷射开口部，70、70_1、70_2液体喷射控制装置，71、71a操作部，811能量刻度盘，813重复频率刻度盘，815a上升频率刻度盘，73显示部，75、75a控制部，751、751&压电元件控制部，752、752&上升频率设定部，753、7533电压振幅设定部，754重复频率设定部，756栗控制部，757能量显示控制部，77、77a存储部，771、771a能量转换表
【具体实施方式】
[0049]以下，对用于实施本发明的液体喷射控制装置、液体喷射系统以及控制方法的一个实施方式进行说明。此外，本发明不限定于以下说明的实施方式，本发明所能适用的方式不限定于以下的实施方式。另外，在附图的记载中，相同的部分标注相同的附图标记。
[0050][整体结构]
[0051 ]图1是示出本实施方式中液体喷射系统I整体结构例的图。该液体喷射系统I用于以柔软材料例如生物组织作为切削对象物的外科手术用、以食物为切削对象物的食品加工用、凝胶材料加工用、橡胶或塑料之类的树脂材料的切削加工用等的用途，并且喷射动量为2[nNs(纳牛秒)]以上2[mNs(毫牛秒)]以下，或者动能为2[nJ(纳焦耳)]以上200[mJ(毫焦耳)]以下的脉冲液体射流，对切削对象物进行切削。以下，将液体喷射系统I用于外科手术用的用途，进行对患部(生物组织)的切开、切除或者是破碎(将这些统称为“切削”)的情况作为示例。另外，如下进行说明:本实施方式中的动量通量以及动量是指，只考虑脉冲液体射流的喷射方向成分的标量、即大小。
[0052 ]如图1所示，液体喷射系统I具备容纳液体的容器1、送液栗装置20、用于向切削对象物(在本实施方式中为生物组织)以脉冲状喷射液体的液体喷射装置30以及液体喷射控制装置70。
[0053]在该液体喷射系统中，液体喷射控制装置70具备术者在手术时操作的操作面板80。操作面板80用于输入动能的增减操作等各种操作。另外，液体喷射控制装置70具有喷射踏板83，其用于术者用脚踏对脉冲液体射流开始喷射以及停止喷射之间进行切换。
[0054]容器10容纳水、生理盐水以及药液等液体。送液栗装置20将容纳于容器10中的液体，经由连接管91、93，以始终预定的压力或预定的流量向液体喷射装置30的脉冲流产生部40进行供给。
[0055]液体喷射装置30为手术时术者手持操作的部分(喷枪)，并具备将脉动赋予送液栗装置20所供给的液体而产生脉冲流的脉冲流产生部40和管状的喷射管50。该液体喷射装置30将由脉冲流产生部40所产生的脉冲流，经过喷射管50，最终从设置在喷嘴60的液体喷射开口部61 (参照图2)作为脉冲液体射流进行喷射。
[0056]在