液体喷射控制装置、液体喷射系统以及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制液体喷射装置的液体喷射控制装置等，该液体喷射装置利用压电元件呈脉冲状喷射液体。
【背景技术】
[0002]已知有呈脉冲状喷射液体来切削切削对象物的技术。脉冲状的液体喷射是从喷嘴脉动地喷出的液体射流，在本说明书中适度地称为“脉冲液体射流(Pulsed Liquid Jet)”。
[0003]脉冲液体射流的用途有很多种，例如，专利文献I中提议了在医疗领域用于外科手术的技术。在这种情况下，切削对象物是生物体组织，液体是生理盐水。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献I:日本特开2005-152127号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的技术问题
[0008]作为一种生成脉冲液体射流的机构，已知有利用压电元件的机构。该机构通过向压电元件施加脉冲波状的驱动电压，从而压电元件使工作流体(液体)内产生瞬间压力，由此呈脉冲状喷射液体。因此，当变更脉冲液体射流的强度时，控制施加给压电元件的驱动电压。于是，考虑以操作刻度盘、操作按钮等操作部指示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(为电压振幅，也可以称为驱动电压的大小)，从而使得脉冲液体射流的强度可变的方式。
[0009]但是，已经知道的是，即使改变了以操作部指示的驱动电压的特性值，有时还是会出现无法按照用户所想地改变切削对象物的切削深度、切削体积等切削形态的情况。例如，已经知道的是，即使用户将电压振幅改变为2倍、4倍、或者1/2、1/4，切削深度、切削体积也未必能够按照该变化进行变化，这一点在后面详细说明。当将脉冲液体射流用于外科手术中时，未能获得符合外科医生的操作感的作用，成为问题。
[0010]另一方面，如果脉冲液体射流的喷射周期是可变的，则可以使每单位时间的切削深度、切削体积增减，可以调整切削对象物的切削速度。但是，如果改变喷射周期，则驱动电压波形的形状会发生变化，由此，一个脉冲的液体射流的强度等可能发生变化。因此，在改变喷射周期的前后，一个脉冲的脉冲液体射流所引起的切削深度、切削体积会发生变化，即使缩短喷射周期，换言之，即使提高喷射频率，也有可能发生无法获得符合用户意愿的与喷射频率成比例的切削速度的情况。
[0011]本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于，提议一种能够根据用户意愿来设定脉冲液体射流的强度，提高操作性的技术。
[0012]用于解决技术问题的方案
[0013]用于解决上述技术问题的第一发明是一种液体喷射控制装置，对压电元件施加给定的驱动电压波形，以对来自液体喷射装置的脉冲液体射流的喷射进行控制，所述液体喷射装置利用所述压电元件呈脉冲状喷射液体，所述液体喷射控制装置具备:第一操作部，用于输入与所述脉冲液体射流的动量有关的第一指示值;第二操作部，用于输入与所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值；以及上升沿指标值设定部，基于所述驱动电压波形的电压振幅和所述第二指示值，设定与所述驱动电压波形的上升沿有关的指标值，以使所述动量达到所述第一指示值。
[0014]并且，作为另一发明，还可以构成为一种控制方法，用于对压电元件施加给定的驱动电压波形，以对来自液体喷射装置的脉冲液体射流的喷射进行控制，所述液体喷射装置利用所述压电元件呈脉冲状喷射液体，所述控制方法包括:输入与所述脉冲液体射流的动量有关的第一指示值;输入与所述脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数有关的第二指示值；以及基于所述驱动电压波形的电压振幅和所述第二指示值，设定与所述驱动电压波形的上升沿有关的指标值，以使所述动量达到所述第一指示值。
[0015]根据该第一发明等，当输入与脉冲液体射流的动量有关的第一指示值和与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，基于驱动电压波形的电压振幅和第二指示值来设定与驱动电压波形的上升沿有关的指标值，以使动量成为第一指示值。如后所述，切削深度、切削体积与脉冲液体射流的动量相关性高。因此，通过直接指示脉冲液体射流的动量，从而能够实现符合用户意愿、操作感觉的切削深度、切削体积，能够提高操作性。
[0016]并且，可以一并指示脉冲液体射流的每单位时间的喷射次数。据此，例如可以维持第一指示值而增减喷射次数。从而，能够调整切削速度，而在改变喷射次数的前后由一个脉冲的脉冲液体射流引起的切削深度、切削体积不会发生变化，可实现操作性的提高。
[0017]并且，第二发明在第一发明的基础上，液体喷射控制装置还具备第三操作部，用于输入与所述电压振幅有关的第三指示值。
[0018]根据该第二发明，能够输入与驱动电压波形的电压振幅有关的第三指示值。
[0019]并且，第三发明在第一或第二发明的基础上，液体喷射控制装置还具备下降沿形状设定部，其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沿形状。
[0020]根据该第三发明，通过可变地设定驱动电压波形的下降沿形状，从而能够控制脉冲液体射流的重复喷射，以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。
[0021]并且，第四发明在第一?第三任一发明的基础上，液体喷射控制装置还具备显示控制部，其进行使所述第一指示值及所述第二指示值中的至少一方显示的控制。
[0022]根据该第四发明，能够显示与脉冲液体射流的动量有关的第一指示值和与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。由此，能够视觉确认用户指示的当前的脉冲液体射流的动量、表示每单位时间的喷射次数的指标等。因此，能够进一步提高操作性。
[0023]并且，第五发明在第一?第四任一发明的基础上，所述液体喷射控制装置对所述脉冲液体射流的动量在2[nNs(纳牛顿秒)]以上2[mNs(毫牛顿秒)]以下、或者所述脉冲液体射流的动能在2[nJ(纳焦耳)]以上200[mJ(毫焦耳)]以下的所述液体喷射装置进行控制。
[0024]根据该第五发明，脉冲液体射流的动量在2[nNs ]以上2 [mNs ]以下、或者动能在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，适合切削例如生物体组织、食品、凝胶材料、橡胶或塑料等树脂材料等柔性材料。
[0025]并且，第六发明在第一?第五任一发明的基础上，液体喷射控制装置对用于通过所述脉冲液体射流切削生物体组织的所述液体喷射装置进行控制。
[0026]根据该第六发明，例如可以控制适合外科手术用途的脉冲液体射流的强度。
[0027]并且，第七发明是一种液体喷射系统，其具备第一?第六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。
[0028]根据该第七发明，能够实现起到第一?第六发明的作用效果的液体喷射系统。
【附图说明】
[0029]图1是液体喷射系统的整体构成例的示意图。
[0030]图2是液体喷射装置的内部结构示意图。
[0031]图3的(a)和(b)是压电元件的一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示意图。
[0032]图4的(a)?(C)是质量通量、动量通量和能通量的示意图。
[0033]图5的(a)?(C)是在切削对象物的切削样式的仿真中使用的主射流的流速波形示意图。
[0034]图6的(a)?(f)是仿真结果(切削深度)示意图。
[0035]图7的(a)?(f)是仿真结果(切削体积)示意图。
[0036]图8的(a)和(b)是施加了上升沿频率不同的驱动电压波形时的、主射流的流速波形的仿真结果示意图。
[0037]图9的(a)和(b)是施加了电压振幅不同的驱动电压波形时的、主射流的流速波形的仿真结果示意图。
[0038]图10的(a)和(b)是施加了重复频率不同的驱动电压波形时的、主射流的流速波形的仿真结果示意图。
[0039]图11是预定的重复频率下的动量P与上升沿频率及电压振幅的对应关系示意图。
[0040]图12是实施例1中的液体喷射控制装置的操作面板示意图。
[0041 ]图13是示出实施例1中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。
[0042]图14是实施例1中的动量转换表的数据构成例的示意图。
[0043]图15是示出实施例1中喷射脉冲液体射流时控制部所进行的处理流程的流程图。
[0044]图16是实施例2中的液体喷射控制装置的操作面板示意图。
[0045]图17是示出实施例2中的液体喷射控制装置的功能构成例的框图。
[0046]图18是实施例2中的动量转换表的数据构成例的示意图。
[0047]图19是示出实施例2中喷射脉冲液体射流时控制部所进行的处理流程的流程图。
[0048]附图标记说明
[0049]I液体喷射系统、10容器、20送液栗装置、30液体喷射装置、40脉冲流发生部、44压力室、45压电元件、46隔膜、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动量刻度盘、813重复频率刻度盘、815a电压振幅刻度盘、73显示部、75、75a控制部、751、751&压电元件控制部、752、752&上升沿频率(立它上识19周波数)设定部、753、753a电压振幅设定部、754重复频率设定部、756栗控制部、757动量显示控制部、77、77a存储部、771、771a动量转换表
【具体实施方式】
[0050]下面，说明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。需要注意的是，本发明并不限定于下面说明的实施方式，可适用本发明的方式也不限定于下面的实施方式。并且，在附图中，对于相同的部分标注相同的标记。
[0051][整体构成]
[0052]图1是本实施方式中的液体喷射系统I的整体构成例的示意图。该液体喷射系统I用于柔性材料、例如以生物体组织为切削对象物的外科手术、以食品为切削对象物的食品加工、凝胶材料的加工、橡胶或塑料等树脂材料的切削加工等用途，其喷射动量在2 [ nNs (纳牛顿秒(于7 二二一卜V秒))]以上2[mNs(毫牛顿秒(?]二二一卜V秒))]以下、或者动能在2[nj(纳焦耳(于乂夕二一少))]以上200[mJ(毫焦耳(烈夕二一少))]以下的脉冲液体射流来切削切削对象物。下面例示了将液体喷射系统I用于外科手术的用途来进行患处(生物体组织)的切开、切除、或者破碎(将它们统称为“切削”)的情况。并且，本实施方式中的动量通量以及动量指的是仅考虑脉冲液体射流的喷射方向分量的标量、即大小，以此进行说明。
[0053 ]如图1所示，液体喷射系统I具备收容液体的容器1、送液栗装置20、向切削对象物(本实施方式中是生物体组织)呈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。
[0054]在该液体喷射系统I中，液体喷射控制装置70具备外科医生进行手术时所操作的操作面板80。操作面板80是用于输入动量的增减操作等各种操作的面板。并且，液体喷射控制装置70具备喷射踏板83，外科医生用脚踩踏该喷射踏板83，从而切换脉冲液体射流的喷射开始和喷射停止。
[0055]容器10收容水、生理盐水、药液等液体。送液栗装置20始终以规定的压力或规定的流量使收容在容器10中的液体经由连接管91、93而供给至液体喷射装置30的脉冲流发生部
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[0056]液体喷射装置30是手术时外科医生拿在手中进行操作的部分(手持件)，具备对从送液栗装置20供给的液体赋予脉动而产生脉冲流的脉冲流发生部40、以及管状的喷射管50。该液体喷射装置30使由脉冲流发生部40产生的脉冲流通过喷射管50并最终从设在喷嘴60上的液体喷射开口部61 (参照图2)作为脉冲液体射流喷射。
[0057]在此，脉冲流的意思是，液体的流速、压力在时间或空间上周期性或非周期性地大幅且急剧性