液體噴射控制裝置、液體噴射系統(tǒng)以及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制液體噴射裝置的液體噴射控制裝置等，該液體噴射裝置利用壓電元件呈脈沖狀噴射液體。
【背景技術(shù)】
[0002]已知有呈脈沖狀噴射液體來切削切削對象物的技術(shù)。脈沖狀的液體噴射是從噴嘴脈動地噴出的液體射流，在本說明書中適度地稱為“脈沖液體射流(Pulsed Liquid Jet)”。
[0003]脈沖液體射流的用途有很多種，例如，專利文獻(xiàn)I中提議了在醫(yī)療領(lǐng)域用于外科手術(shù)的技術(shù)。在這種情況下，切削對象物是生物體組織，液體是生理鹽水。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)I:日本特開2005-152127號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0008]作為一種生成脈沖液體射流的機構(gòu)，已知有利用壓電元件的機構(gòu)。該機構(gòu)通過向壓電元件施加脈沖波狀的驅(qū)動電壓，從而壓電元件使工作流體(液體)內(nèi)產(chǎn)生瞬間壓力，由此呈脈沖狀噴射液體。因此，當(dāng)變更脈沖液體射流的強度時，控制施加給壓電元件的驅(qū)動電壓。于是，考慮以操作刻度盤、操作按鈕等操作部指示施加于壓電元件的驅(qū)動電壓的特性值、例如驅(qū)動電壓波形的振幅(為電壓振幅，也可以稱為驅(qū)動電壓的大小)，從而使得脈沖液體射流的強度可變的方式。
[0009]但是，已經(jīng)知道的是，即使改變了以操作部指示的驅(qū)動電壓的特性值，有時還是會出現(xiàn)無法按照用戶所想地改變切削對象物的切削深度、切削體積等切削形態(tài)的情況。例如，已經(jīng)知道的是，即使用戶將電壓振幅改變?yōu)?倍、4倍、或者1/2、1/4，切削深度、切削體積也未必能夠按照該變化進行變化，這一點在后面詳細(xì)說明。當(dāng)將脈沖液體射流用于外科手術(shù)中時，未能獲得符合外科醫(yī)生的操作感的作用，成為問題。
[0010]另一方面，如果脈沖液體射流的噴射周期是可變的，則可以使每單位時間的切削深度、切削體積增減，可以調(diào)整切削對象物的切削速度。但是，如果改變噴射周期，則驅(qū)動電壓波形的形狀會發(fā)生變化，由此，一個脈沖的液體射流的強度等可能發(fā)生變化。因此，在改變噴射周期的前后，一個脈沖的脈沖液體射流所引起的切削深度、切削體積會發(fā)生變化，即使縮短噴射周期，換言之，即使提高噴射頻率，也有可能發(fā)生無法獲得符合用戶意愿的與噴射頻率成比例的切削速度的情況。
[0011]本發(fā)明是鑒于上述問題而作出的，其目的在于，提議一種能夠根據(jù)用戶意愿來設(shè)定脈沖液體射流的強度，提高操作性的技術(shù)。
[0012]用于解決技術(shù)問題的方案
[0013]用于解決上述技術(shù)問題的第一發(fā)明是一種液體噴射控制裝置，對壓電元件施加給定的驅(qū)動電壓波形，以對來自液體噴射裝置的脈沖液體射流的噴射進行控制，所述液體噴射裝置利用所述壓電元件呈脈沖狀噴射液體，所述液體噴射控制裝置具備:第一操作部，用于輸入與所述脈沖液體射流的動量有關(guān)的第一指示值;第二操作部，用于輸入與所述脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)有關(guān)的第二指示值；以及上升沿指標(biāo)值設(shè)定部，基于所述驅(qū)動電壓波形的電壓振幅和所述第二指示值，設(shè)定與所述驅(qū)動電壓波形的上升沿有關(guān)的指標(biāo)值，以使所述動量達(dá)到所述第一指示值。
[0014]并且，作為另一發(fā)明，還可以構(gòu)成為一種控制方法，用于對壓電元件施加給定的驅(qū)動電壓波形，以對來自液體噴射裝置的脈沖液體射流的噴射進行控制，所述液體噴射裝置利用所述壓電元件呈脈沖狀噴射液體，所述控制方法包括:輸入與所述脈沖液體射流的動量有關(guān)的第一指示值;輸入與所述脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)有關(guān)的第二指示值；以及基于所述驅(qū)動電壓波形的電壓振幅和所述第二指示值，設(shè)定與所述驅(qū)動電壓波形的上升沿有關(guān)的指標(biāo)值，以使所述動量達(dá)到所述第一指示值。
[0015]根據(jù)該第一發(fā)明等，當(dāng)輸入與脈沖液體射流的動量有關(guān)的第一指示值和與脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)有關(guān)的第二指示值時，基于驅(qū)動電壓波形的電壓振幅和第二指示值來設(shè)定與驅(qū)動電壓波形的上升沿有關(guān)的指標(biāo)值，以使動量成為第一指示值。如后所述，切削深度、切削體積與脈沖液體射流的動量相關(guān)性高。因此，通過直接指示脈沖液體射流的動量，從而能夠?qū)崿F(xiàn)符合用戶意愿、操作感覺的切削深度、切削體積，能夠提高操作性。
[0016]并且，可以一并指示脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)。據(jù)此，例如可以維持第一指示值而增減噴射次數(shù)。從而，能夠調(diào)整切削速度，而在改變噴射次數(shù)的前后由一個脈沖的脈沖液體射流引起的切削深度、切削體積不會發(fā)生變化，可實現(xiàn)操作性的提高。
[0017]并且，第二發(fā)明在第一發(fā)明的基礎(chǔ)上，液體噴射控制裝置還具備第三操作部，用于輸入與所述電壓振幅有關(guān)的第三指示值。
[0018]根據(jù)該第二發(fā)明，能夠輸入與驅(qū)動電壓波形的電壓振幅有關(guān)的第三指示值。
[0019]并且，第三發(fā)明在第一或第二發(fā)明的基礎(chǔ)上，液體噴射控制裝置還具備下降沿形狀設(shè)定部，其根據(jù)所述第二指示值，可變地設(shè)定所述驅(qū)動電壓波形的下降沿形狀。
[0020]根據(jù)該第三發(fā)明，通過可變地設(shè)定驅(qū)動電壓波形的下降沿形狀，從而能夠控制脈沖液體射流的重復(fù)噴射，以使脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)成為第二指示值。
[0021]并且，第四發(fā)明在第一?第三任一發(fā)明的基礎(chǔ)上，液體噴射控制裝置還具備顯示控制部，其進行使所述第一指示值及所述第二指示值中的至少一方顯示的控制。
[0022]根據(jù)該第四發(fā)明，能夠顯示與脈沖液體射流的動量有關(guān)的第一指示值和與脈沖液體射流的每單位時間的噴射次數(shù)有關(guān)的第二指示值中的至少一個。由此，能夠視覺確認(rèn)用戶指示的當(dāng)前的脈沖液體射流的動量、表示每單位時間的噴射次數(shù)的指標(biāo)等。因此，能夠進一步提高操作性。
[0023]并且，第五發(fā)明在第一?第四任一發(fā)明的基礎(chǔ)上，所述液體噴射控制裝置對所述脈沖液體射流的動量在2[nNs(納牛頓秒)]以上2[mNs(毫牛頓秒)]以下、或者所述脈沖液體射流的動能在2[nJ(納焦耳)]以上200[mJ(毫焦耳)]以下的所述液體噴射裝置進行控制。
[0024]根據(jù)該第五發(fā)明，脈沖液體射流的動量在2[nNs ]以上2 [mNs ]以下、或者動能在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，適合切削例如生物體組織、食品、凝膠材料、橡膠或塑料等樹脂材料等柔性材料。
[0025]并且，第六發(fā)明在第一?第五任一發(fā)明的基礎(chǔ)上，液體噴射控制裝置對用于通過所述脈沖液體射流切削生物體組織的所述液體噴射裝置進行控制。
[0026]根據(jù)該第六發(fā)明，例如可以控制適合外科手術(shù)用途的脈沖液體射流的強度。
[0027]并且，第七發(fā)明是一種液體噴射系統(tǒng)，其具備第一?第六任一發(fā)明的液體噴射控制裝置;液體噴射裝置;以及送液栗裝置。
[0028]根據(jù)該第七發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)起到第一?第六發(fā)明的作用效果的液體噴射系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0029]圖1是液體噴射系統(tǒng)的整體構(gòu)成例的示意圖。
[0030]圖2是液體噴射裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖3的(a)和(b)是壓電元件的一周期的驅(qū)動電壓波形以及液體噴射開口部中的液體的流速波形的示意圖。
[0032]圖4的(a)?(C)是質(zhì)量通量、動量通量和能通量的示意圖。
[0033]圖5的(a)?(C)是在切削對象物的切削樣式的仿真中使用的主射流的流速波形示意圖。
[0034]圖6的(a)?(f)是仿真結(jié)果(切削深度)示意圖。
[0035]圖7的(a)?(f)是仿真結(jié)果(切削體積)示意圖。
[0036]圖8的(a)和(b)是施加了上升沿頻率不同的驅(qū)動電壓波形時的、主射流的流速波形的仿真結(jié)果示意圖。
[0037]圖9的(a)和(b)是施加了電壓振幅不同的驅(qū)動電壓波形時的、主射流的流速波形的仿真結(jié)果示意圖。
[0038]圖10的(a)和(b)是施加了重復(fù)頻率不同的驅(qū)動電壓波形時的、主射流的流速波形的仿真結(jié)果示意圖。
[0039]圖11是預(yù)定的重復(fù)頻率下的動量P與上升沿頻率及電壓振幅的對應(yīng)關(guān)系示意圖。
[0040]圖12是實施例1中的液體噴射控制裝置的操作面板示意圖。
[0041 ]圖13是示出實施例1中的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。
[0042]圖14是實施例1中的動量轉(zhuǎn)換表的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的示意圖。
[0043]圖15是示出實施例1中噴射脈沖液體射流時控制部所進行的處理流程的流程圖。
[0044]圖16是實施例2中的液體噴射控制裝置的操作面板示意圖。
[0045]圖17是示出實施例2中的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。
[0046]圖18是實施例2中的動量轉(zhuǎn)換表的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的示意圖。
[0047]圖19是示出實施例2中噴射脈沖液體射流時控制部所進行的處理流程的流程圖。
[0048]附圖標(biāo)記說明
[0049]I液體噴射系統(tǒng)、10容器、20送液栗裝置、30液體噴射裝置、40脈沖流發(fā)生部、44壓力室、45壓電元件、46隔膜、50噴射管、60噴嘴、61液體噴射開口部、70、70_1、70_2液體噴射控制裝置、71、71a操作部、811動量刻度盤、813重復(fù)頻率刻度盤、815a電壓振幅刻度盤、73顯示部、75、75a控制部、751、751&壓電元件控制部、752、752&上升沿頻率(立它上識19周波數(shù))設(shè)定部、753、753a電壓振幅設(shè)定部、754重復(fù)頻率設(shè)定部、756栗控制部、757動量顯示控制部、77、77a存儲部、771、771a動量轉(zhuǎn)換表
【具體實施方式】
[0050]下面，說明用于實施本發(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。需要注意的是，本發(fā)明并不限定于下面說明的實施方式，可適用本發(fā)明的方式也不限定于下面的實施方式。并且，在附圖中，對于相同的部分標(biāo)注相同的標(biāo)記。
[0051][整體構(gòu)成]
[0052]圖1是本實施方式中的液體噴射系統(tǒng)I的整體構(gòu)成例的示意圖。該液體噴射系統(tǒng)I用于柔性材料、例如以生物體組織為切削對象物的外科手術(shù)、以食品為切削對象物的食品加工、凝膠材料的加工、橡膠或塑料等樹脂材料的切削加工等用途，其噴射動量在2 [ nNs (納牛頓秒(于7 二二一卜V秒))]以上2[mNs(毫牛頓秒(?]二二一卜V秒))]以下、或者動能在2[nj(納焦耳(于乂夕二一少))]以上200[mJ(毫焦耳(烈夕二一少))]以下的脈沖液體射流來切削切削對象物。下面例示了將液體噴射系統(tǒng)I用于外科手術(shù)的用途來進行患處(生物體組織)的切開、切除、或者破碎(將它們統(tǒng)稱為“切削”)的情況。并且，本實施方式中的動量通量以及動量指的是僅考慮脈沖液體射流的噴射方向分量的標(biāo)量、即大小，以此進行說明。
[0053 ]如圖1所示，液體噴射系統(tǒng)I具備收容液體的容器1、送液栗裝置20、向切削對象物(本實施方式中是生物體組織)呈脈沖狀噴射液體的液體噴射裝置30、以及液體噴射控制裝置70。
[0054]在該液體噴射系統(tǒng)I中，液體噴射控制裝置70具備外科醫(yī)生進行手術(shù)時所操作的操作面板80。操作面板80是用于輸入動量的增減操作等各種操作的面板。并且，液體噴射控制裝置70具備噴射踏板83，外科醫(yī)生用腳踩踏該噴射踏板83，從而切換脈沖液體射流的噴射開始和噴射停止。
[0055]容器10收容水、生理鹽水、藥液等液體。送液栗裝置20始終以規(guī)定的壓力或規(guī)定的流量使收容在容器10中的液體經(jīng)由連接管91、93而供給至液體噴射裝置30的脈沖流發(fā)生部
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[0056]液體噴射裝置30是手術(shù)時外科醫(yī)生拿在手中進行操作的部分(手持件)，具備對從送液栗裝置20供給的液體賦予脈動而產(chǎn)生脈沖流的脈沖流發(fā)生部40、以及管狀的噴射管50。該液體噴射裝置30使由脈沖流發(fā)生部40產(chǎn)生的脈沖流通過噴射管50并最終從設(shè)在噴嘴60上的液體噴射開口部61 (參照圖2)作為脈沖液體射流噴射。
[0057]在此，脈沖流的意思是，液體的流速、壓力在時間或空間上周期性或非周期性地大幅且急劇性