液体喷射控制装置、液体喷射系统及控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及控制使用压电元件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]已知以脉冲状喷射液体并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中脉动式地被喷射的液体的射流，在本说明书中适当称为“脉冲液体射流(PulsedLiquid Jet)，，。
[0003]脉冲液体射流的用途各种各样，例如，在专利文献I中已经提出作为在医疗领域中的外科手术用而利用的技术。在这种情况下，切削对象物成为生物体组织，液体成为生理盐水。
[0004]【现有技术文献】
[0005]【专利文献】
[0006]专利文献1:日本特开2005 —152127号公报
[0007]在生成脉冲液体射流的机构之一中，已知有使用了压电元件的机构。是一种通过将脉冲波状的驱动电压施加于压电元件，从而压电元件使瞬时压力在工作流体(液体)内产生并以脉冲状喷射液体的机构。因此，在变更脉冲液体射流的强度的情况下，就要控制向压电元件施加的驱动电压。于是，考虑如下办法:通过在操作刻度盘、操作按钮等操作部中指示向压电元件施加的驱动电压的特性值例如驱动电压波形的振幅(就是电压振幅，也可以说是驱动电压的大小)来使脉冲液体射流的强度可变。
[0008]然而，已经知道即使使在操作部中指示的驱动电压的特性值变化，也有无法使切削对象物的切削深度、切削体积等切削形态如用户所愿变化的情况。详情将在后面说明，已经知道，例如即使用户已将电压振幅变为2倍或4倍、或者1/2、1/4，切削深度和切削体积也未必按照那样变化。在将脉冲液体射流应用在外科手术用途中的情况下，不能获得符合手术实施者的操作感觉的作用，可能成为问题。
[0009]另一方面，如果使脉冲液体射流的喷射周期可变，则就能够使每单位时间的切削深度、切削体积增减，可调整对切削对象物进行切削的速度。然而，如果改变喷射周期，则驱动电压波形的形状就变化，因此，一个脉冲的液体喷射流的强度等可能变化。因此，在改变喷射周期的前后由一个脉冲的脉冲液体射流所产生的切削深度、切削体积会变化，即使使喷射周期缩短换而言之使喷射频率提高，也可能发生无法获得符合用户意图的与喷射频率成正比的切削速度的情况。
【发明内容】
[0010]本发明鉴于上述的问题而设计，其目的在于提供能够使脉冲液体射流的强度变为按照用户意图的设定而使使用便利性提高的技术。
[0011]用于解决以上问题的第一方面涉及液体喷射控制装置将给定的驱动电压波形施加于压电元件，并对来自使用该压电元件而以脉冲状喷射液体的液体喷射装置的脉冲液体射流的喷射进行控制，所述液体喷射控制装置具备:第一操作部，用于输入所述脉冲液体射流的动能有关的第一指示值;第二操作部，用于输入所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值；以及上升指标值设定部，根据所述驱动电压波形的电压振幅和所述第二指示值，设定所述驱动电压波形的上升有关的指标值以便使所述动能成为所述第一指示值。
[0012]另外，作为另一方面，可以构成控制方法，将给定的驱动电压波形施加于压电元件，并对使用该压电元件而以脉冲状喷射液体的液体喷射装置的脉冲液体射流的喷射进行控制，所述控制方法包括:输入所述脉冲液体射流的动能有关的第一指示值;输入所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值；以及根据所述驱动电压波形的电压振幅和所述第二指示值，设定所述驱动电压波形的上升有关的指标值，以便使所述动能成为所述第一指示值。
[0013]根据该第一方面等，当输入脉冲液体射流的动能有关的第一指示值和脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值时，根据驱动电压波形的电压振幅和第二指示值，设定驱动电压波形的上升有关的指标值以便使动能成为第一指示值。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高。因此，通过直接指示脉冲液体射流的动能，从而能够实现与用户意图、操作感觉相称的切削深度和切削体积，能够使使用便利性提尚O
[0014]并且，能够同时指示脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数。据此，例如能够维持着第一指示值的情况下增减喷射次数。因此，能够不会使在改变了喷射次数的前后由一个脉冲的脉冲液体射流所产生的切削深度和切削体积变化而调整切削速度，谋求提高使用便利性。
[0015]另外，根据第一方面的液体喷射控制装置，在本发明的第二方面中，所述液体喷射控制装置还具备第三操作部，所述第三操作部用于输入所述电压振幅有关的第三指示值。
[0016]根据该第二方面，能够输入驱动电压波形的电压振幅有关的第三指示值。
[0017]另外，根据第一方面或第二方面的液体喷射控制装置，在本发明的第三方面中，所述液体喷射控制装置还具备下降形状设定部，所述下降形状设定部根据所述第二指示值，可变地设定所述驱动电压波形的下降形状。
[0018]根据该第三方面，通过可变地设定驱动电压波形的下降形状，从而能够控制脉冲液体射流的重复的喷射以便使脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数成为第二指示值。
[0019]另外，根据第一方面至第三方面中任一方面的液体喷射控制装置，在本发明的第四方面中，所述液体喷射控制装置还具备显示控制部，所述显示控制部执行使所述第一指示值及所述第二指示值中的至少一个显示的控制。
[0020]根据该第四方面，能够使脉冲液体射流的动能有关的第一指示值以及脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值中的至少一个显示。据此，能够在视觉上确认用户已指示的当前的脉冲液体射流的动能、表示每单位时间的喷射次数的指标等。因此，能够使使用便利性进一步地提高。
[0021]另外，根据第一方面至第四方面中任一方面的液体喷射控制装置，在本发明的第五方面中，控制所述脉冲液体射流的动量是2 [nNs (纳牛顿秒)]以上2 [mNs (毫牛顿秒)]以下、或者动能是2[nJ(纳焦耳)]以上200[mJ(毫焦耳)]以下的所述液体喷射装置。
[0022]根据该第五方面，脉冲液体射流的动量是2[nNs]以上2[mNs]以下、或者动能是2[nj]以上200[mJ]以下，能够在该范围内控制液体喷射装置。因此，非常适合切削例如生物体组织和食品、凝胶材料、橡胶和塑料等树脂材料等柔软原材料。
[0023]另外，根据第一方面至第五方面中任一方面的液体喷射控制装置，在本发明的第六方面中，控制用于通过所述脉冲液体射流来切削生物体组织的所述液体喷射装置。
[0024]根据该第六方面，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。
[0025]另外，第七方面涉及的液体喷射系统具备:第一方面至第六方面中任一方面的液体喷射控制装置、液体喷射装置以及送液栗装置。
[0026]根据该第七方面，能够实现发挥第一方面至第六方面的作用效果的液体喷射系统。
【附图说明】
[0027]图1是示出液体喷射系统的整体结构例的图。
[0028]图2是示出液体喷射装置的内部结构的图。
[0029]图3的(a)、(b)是示出压电元件的一个周期的驱动电压波形以及液体喷射开口部中的液体的流速波形的图。
[0030]图4的(a)?(C)是示出质量通量、动量通量以及能量通量的图。
[0031]图5的(a)?(C)是示出在关于切削对象物的切削形态的模拟中所使用的主射流的流速波形的图。
[0032]图6的(a)?(f)是示出模拟结果(切削深度)的图。
[0033]图7的(a)?(f)是示出模拟结果(切削体积)的图。
[0034]图8的(a)、(b)是示出在供给了上升频率不同的驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。
[0035]图9的(a)、(b)是示出在供给了电压振幅不同的驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。
[0036]图10的(a)、(b)是示出在供给了重复频率不同的驱动电压波形的情况下的主射流的流速波形的模拟结果的图。
[0037]图11是示出规定的重复频率的能量E与上升频率及电压振幅的对应关系的图。
[0038]图12是示出实施例一中的液体喷射控制装置的操作面板的图。
[0039]图13是示出实施例一中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。
[0040]图14是示出实施例一中的能量转换表的数据构成例的图。
[0041 ]图15是示出在实施例一中当喷射脉冲液体射流时控制部所执行的处理的流程的流程图。
[0042]图16是示出实施例二中的液体喷射控制装置的操作面板的图。
[0043]图17是示出实施例二中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。
[0044]图18是示出实施例二中的能量转换表的数据构成例的图。
[0045]图19是示出在实施例二中当喷射脉冲液体射流时控制部所执行的处理的流程的流程图。
[0046]符号说明
[0047]I液体喷射系统10容器
[0048]20送液栗装置30液体喷射装置
[0049]40脉冲流发生部44压力室
[0050]45压电元件46膜片[0051 ] 50喷射管60喷嘴
[0052]61液体喷射开口部70、70-1、70_2液体喷射控制装置
[0053]71、71a操作部811能量刻度盘
[0054]813重复频率刻度盘815a电压振幅刻度盘
[0055]73显示部75、75a控制部
[0056]751、751a压电元件控制部752、752a上升频率设定部
[0057]753,753a电压振幅设定部754重复频率设定部
[0058]756栗控制部757能量显示控制部
[0059]77,77a存储部771、771a能量转换表。
【具体实施方式】
[0060]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方式进行说明。此外，并非通过以下说明的实施方式来限定本发明，能适用本发明的方式也不限定于以下的实施方式。另外，在附图的描述中，对相同的部分标注相同的符号。
[0061][整体结构]
[0062]图1是不出本实施方式中的液体喷射系统I的整体结构例的图。该液体喷射系统I应用在将柔软原材料例如生物体组织作为切削对象物的外科手术用、将食品作为切削对象物的食品加工用、凝胶材料的加工用、橡胶和塑料等树脂材料的切削加工用等的用途中，喷射动量为2[nNs(纳牛顿秒)]以上2[mNs(毫牛顿秒)]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来对切削对象物进行切削。在以下，例示将液体喷射系统I应用在外科手术用的用途中并进行患部(生物体组织)的切开、切除或破碎(将它们总括地称为“切削”)的情况。另外，所谓本实施方式中的动量通量以及动量是指只考虑了脉冲液体射流的喷射方向成分的标量即大小而进行说明。
[0063]如图1所示，液体喷射系统I具备:容纳液体的容器10、送液栗装置20、用于以脉冲状向切削对象物(在本实施方式中生物体组织)喷射液体的液体喷射装置30、以及液体喷射控制装置70。
[0064]在该液体喷射系统I中，液体喷射控制装置70具备手术实施者在手术时操作的操作面板80。操作面板80是用于输入动能的增减操作等各种操作的面板。另外，液体喷射控制装置70具备手术实施者用脚踩踏而用于切换液体射流的喷射开始及喷射停止的喷射踏板83ο
[0065]容器10容纳水或生理盐水、药液等液体。送液栗装置20将容器10中所容纳的液体经由连接管91、93而总是以规定的压力或规定的流量供给液体喷射装置30的脉冲流发生部
40 ο
[0066]液体喷射装置30是在手术时手术实施者手持操作的部分(手机)，具备对从送液栗装置20供给的液体赋予脉动而使脉冲流发生的脉冲流发生部40和