時(shí)間等，選擇最佳方法來進(jìn)行了仿真。
[0093]進(jìn)行仿真時(shí)，設(shè)流體密度=I[ g/cm3 ]、液體噴射開口部61的直徑=0.15 [mm]、噴射距離(從液體噴射開口部61到切削對象物表面的距離)= 0.5[mm]。并且，假設(shè)切削對象物是表面平整的柔軟彈性體，作為其物理模型，使用了密度=l[g/cm3]、按楊氏模量換算具有9[kPa]左右(按剪切彈性模量換算具有3[kPa]左右)的彈性模量的Mooney-Rivlin超彈性體。作為破壞閾值，采用了偏差等效應(yīng)變(偏差相當(dāng)辦)=0.7。
[0094]對于主射流的流速波形，設(shè)想了各種各樣的主射流的流速波形，對于正弦波、三角波以及矩形波三種波形，準(zhǔn)備了振幅(流速的最大值)在12[m/s]?76[m/s]的范圍內(nèi)、持續(xù)時(shí)間在63[ys]?200[ys]的范圍內(nèi)變更三種而得的共27種。需要注意的是，定常流的流速設(shè)為l[m/s]ο
[0095]圖5是示出仿真中作為主射流的流速波形施加的正弦波(a)、矩形波(b)及三角波
(c)的圖，分別準(zhǔn)備了用實(shí)線表示的持續(xù)時(shí)間為63[ys]的波形、用點(diǎn)劃線表示的持續(xù)時(shí)間為125[ys]的波形、和用雙點(diǎn)劃線表示的持續(xù)時(shí)間為200[ys]的波形。然后，施加準(zhǔn)備好的波形作為主射流的流速波形而生成脈沖液體射流，對擊入上述柔軟彈性體時(shí)的柔軟彈性體的破壞舉動(dòng)進(jìn)行了仿真，從而探討了切削深度、切削體積。
[0096]在圖6中，以縱軸為切削對象物的切削深度、以橫軸為最大質(zhì)量通量Jm_max(a)、流出質(zhì)量M(b)、最大動(dòng)量通量Jp_max(c)、動(dòng)量P(d)、最大能通量Je_max(e)以及能量E(f)繪制了仿真的結(jié)果。在圖6中，以標(biāo)示示出了施加持續(xù)時(shí)間為63[ys]的正弦波作為主射流的流速波形時(shí)的仿真結(jié)果，以“ ?”標(biāo)示示出了施加持續(xù)時(shí)間為125[ys]的正弦波作為主射流的流速波形時(shí)的仿真結(jié)果，以標(biāo)示示出了施加持續(xù)時(shí)間為200[ys]的正弦波作為主射流的流速波形時(shí)的仿真結(jié)果。并且，以“+”標(biāo)示示出了施加持續(xù)時(shí)間為63[ys]的三角波作為主射流的流速波形時(shí)的仿真結(jié)果，以“X”標(biāo)示示出了施加持續(xù)時(shí)間為125[ys]的三角波作為主射流的流速波形時(shí)的仿真結(jié)果，以“ ■”標(biāo)示示出了施加持續(xù)時(shí)間為200[ys]的三角波作為主射流的流速波形時(shí)的仿真結(jié)果。并且，以“ ?”標(biāo)示示出了施加持續(xù)時(shí)間為63[ys]的矩形波作為主射流的流速波形時(shí)的仿真結(jié)果，以涂黑的三角形標(biāo)示示出了施加持續(xù)時(shí)間為125[ys]的矩形波作為主射流的流速波形時(shí)的仿真結(jié)果，以“一”標(biāo)示示出了施加持續(xù)時(shí)間為200[ys]的矩形波作為主射流的流速波形時(shí)的仿真結(jié)果。
[0097]如上半部分的圖6的(a)、(c)、(e)所示，最大質(zhì)量通量Jm_max、最大動(dòng)量通量Jp_max以及最大能通量Je_max這三個(gè)參數(shù)各自與切削深度之間的關(guān)系隨著作為主射流的流速波形施加的波形的形狀而存在很大差異，可以得知兩者的相關(guān)性低。尤其是，由于質(zhì)量通量是與流速成比例的值，因此，給出了切削深度并不僅僅根據(jù)主射流的最大流速而確定的啟不O
[0098]接著，觀察在下半部分的圖6的(b)、(d)、(f)中示出的流出質(zhì)量M、動(dòng)量P以及能量E這三個(gè)參數(shù)各自與切削深度之間的關(guān)系，關(guān)于流出質(zhì)量M與切削深度的關(guān)系，其隨著作為主射流的流速波形施加的波形的形狀而存在很大差異，相關(guān)性低。相反，在與動(dòng)量P、能量E的關(guān)系中，由施加的波形形狀引起的差異小，各標(biāo)示大致分布在同一曲線上。在動(dòng)量P與能量E之間，動(dòng)量P的差異更加小。因此，可以說，切削深度與動(dòng)量P、能量E的相關(guān)性高，尤其是，與動(dòng)量P具有很好的相關(guān)性。
[0099]需要注意的是，在此針對液體噴射開口部的直徑設(shè)為0.15 [mm]、噴射距離設(shè)為0.5[_]的情況進(jìn)行了仿真，但是，對于其它的液體噴射開口部直徑、其它的噴射距離也進(jìn)行了仿真，可以確認(rèn)，切削深度與動(dòng)量P、能量E具有高相關(guān)性這一定性趨勢并沒有太大變化。
[0100]在圖7中，以縱軸為切削對象物的切削體積、以橫軸為最大質(zhì)量通量Jm_max(a)、流出質(zhì)量M(b)、最大動(dòng)量通量Jp_max(c)、動(dòng)量P(d)、最大能通量Je_max(e)以及能量E(f)繪制了仿真的結(jié)果。作為主射流的流速波形施加的波形與標(biāo)示的種類之間的關(guān)系同圖6。
[0101]如上半部分的圖7的(a)、(c)、(e)所示，最大質(zhì)量通量Jm_max、最大動(dòng)量通量Jp_max以及最大能通量Je_max這三個(gè)參數(shù)各自與切削體積之間的關(guān)系雖不至于其與切削深度之間的關(guān)系那樣，但也隨著作為主射流的流速波形施加的波形形狀而有差異，可認(rèn)為兩者的相關(guān)性低。
[0102]接著，觀察在下半部分的圖7的(b)、(d)、(f)中示出的流出質(zhì)量M、動(dòng)量P以及能量E這三個(gè)參數(shù)各自與切削體積之間的關(guān)系，關(guān)于流出質(zhì)量M與切削體積的關(guān)系，與切削深度同樣地，其隨著作為主射流的流速波形施加的波形的形狀而存在很大差異，相關(guān)性低。相反，在與動(dòng)量P、能量E的關(guān)系中，與切削深度同樣地，由施加的波形形狀引起的差異小，各標(biāo)示大致分布在同一直線上。并且，與動(dòng)量P相比，能量E的差異更小。因此，可以說，切削體積與動(dòng)量P、能量E具有高相關(guān)性，尤其是，與能量E具有很好的相關(guān)性。
[0103]需要注意的是，在此針對液體噴射開口部的直徑設(shè)為0.15[mm]、噴射距離設(shè)為0.5[_]的情況進(jìn)行了仿真，但是，對于其它的液體噴射開口部直徑、其它的噴射距離也進(jìn)行了仿真，可以確認(rèn)，切削體積與動(dòng)量P、能量E具有高相關(guān)性這一定性趨勢并沒有太大變化。
[0104]基于以上探討的結(jié)果，在本實(shí)施方式中，著眼于動(dòng)量P。于是，事先對實(shí)際上施加于壓電元件45的代表性的驅(qū)動(dòng)電壓波形進(jìn)行了仿真，獲得了動(dòng)量P與上升沿頻率、電壓振幅以及重復(fù)頻率的對應(yīng)關(guān)系。
[0105]為此，首先，將控制參數(shù)設(shè)為可變，通過仿真求出了主射流的流速波形。例如，利用基于將液體噴射裝置的流路系統(tǒng)替換為流體(流路)阻力、流體慣性、流體依從性(流體二 y
等的模型的、通過采用等價(jià)電路法的數(shù)值仿真而能容易地進(jìn)行仿真。或者，若要尋求更高精度，也可以利用采用了有限元法(FEM)、有限體積法(FVM)等的流體仿真。
[0106]第一，固定電壓振幅和重復(fù)頻率，施加階段性改變了上升沿頻率的驅(qū)動(dòng)電壓波形，通過仿真求出了主射流的流速波形。圖8的(a)是示出所施加的驅(qū)動(dòng)電壓波形的一個(gè)例子的圖。各驅(qū)動(dòng)電壓波形是電壓振幅為V2、重復(fù)周期Tp為T2、上升沿時(shí)間Tpr從T21至T25階段性延長(上升沿頻率階段性降低)的波形。
[0107]圖8的(b)是示出施加了圖8的(a)所示的上升沿頻率不同的各驅(qū)動(dòng)電壓波形時(shí)的主射流的流速波形的仿真結(jié)果的圖。如圖8的(b)所示，當(dāng)降低上升沿頻率(從上升沿時(shí)間Tpr上來說是延長)時(shí)，主射流的流速波形的上升沿的開始時(shí)機(jī)不變而上升沿期間的持續(xù)時(shí)間延長，流速振幅(流速的最大值)也變小。
[0108]第二，固定上升沿頻率和重復(fù)頻率，施加階段性改變了電壓振幅的驅(qū)動(dòng)電壓波形，通過仿真求出了主射流的流速波形。圖9的(a)是示出所施加的驅(qū)動(dòng)電壓波形的一個(gè)例子的圖。各驅(qū)動(dòng)電壓波形是上升沿時(shí)間Tpr為T31、重復(fù)周期Tp為T33、電壓振幅從V31至V35階段性變小的波形。
[0109]圖9的(b)是示出施加了圖9的(a)所示的電壓振幅不同的驅(qū)動(dòng)電壓波形時(shí)的主射流的流速波形的仿真結(jié)果的圖。如圖9的(b)所示，當(dāng)縮小電壓振幅時(shí)，與降低上升沿頻率時(shí)不同，主射流的流速波形維持上升沿期間的持續(xù)時(shí)間而流速振幅(流速的最大值)變小。
[0110]第三，固定上升沿頻率和電壓振幅，施加階段性改變了重復(fù)頻率的驅(qū)動(dòng)電壓波形，通過仿真求出了主射流的流速波形。圖10的(a)是示出所施加的驅(qū)動(dòng)電壓波形的一個(gè)例子的圖。各驅(qū)動(dòng)電壓波形是上升沿時(shí)間Tpr為T4、電壓振幅為V4、并通過在時(shí)間軸方向上擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)電壓上升到最大電壓之后的下降沿(立6下識(shí)⑴形狀而使重復(fù)周期Tp從T41階段性延長至T45(階段性降低重復(fù)頻率)的波形。
[0111]圖10的(b)是示出施加了圖10的(a)所示的重復(fù)頻率不同的驅(qū)動(dòng)電壓波形時(shí)的主射流的流速波形的仿真結(jié)果的圖。如圖10的(b)所示，當(dāng)降低重復(fù)頻率(從重復(fù)周期Tp上來說是延長)時(shí)，主射流的流速波形的持續(xù)時(shí)間延長，但程度不如降低上升沿頻率時(shí)那樣大。流速振幅(流速的最大值)維持原樣。
[0112]接著，對獲得的每個(gè)主射流的流速波形求出了動(dòng)量P。詳細(xì)地，按照參照圖10說明的要領(lǐng)改變重復(fù)頻率的同時(shí)，針對各個(gè)重復(fù)頻率，進(jìn)行了按照參照圖8說明的要領(lǐng)固定電壓振幅而改變上升沿頻率時(shí)的仿真、和按照參照圖9說明的要領(lǐng)固定上升沿頻率而改變電壓振幅時(shí)的仿真。之后，求出了在各仿真中獲得的主射流的流速波形的動(dòng)量P。
[0113]圖11是示出以規(guī)定的重復(fù)頻率(例如記為“F51”)獲得的動(dòng)量P與上升沿頻率及電壓振幅的對應(yīng)關(guān)系的圖。該圖11是在縱軸為上升沿頻率、橫軸為電壓振幅的坐標(biāo)空間中畫出關(guān)于動(dòng)量P的等高線而獲得的圖。各等高線的動(dòng)量P51、P52、……隨著靠近圖11的左下而變低，隨著靠近右上而以規(guī)定量增大。需要注意的是，雖未圖示，但如果將其它重復(fù)頻率下獲得的動(dòng)量P繪制在相同的坐標(biāo)空間中來畫出等高線，則可以得到與在該重復(fù)頻率下的動(dòng)量P與上升沿頻率及電壓振幅的對應(yīng)關(guān)系相應(yīng)的等高線圖。
[0114]在此，需要關(guān)注的是，相對于各坐標(biāo)軸方向的參數(shù)，動(dòng)量P并不是線性變化的。例如，在圖11所示的動(dòng)量P與上升沿頻率及電壓振幅的對應(yīng)關(guān)系中，考慮使電壓振幅固定(例如V5)而使上升沿頻率可變來控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況。當(dāng)欲使動(dòng)量P的變化量為一定時(shí)，在動(dòng)量P52?P53之間必須要有上升沿頻率f 52?f 53之間的頻率變化，在動(dòng)量P53?P54之間必須要有上升沿頻率f53?f54之間的頻率變化。但是，上升沿頻率f52?f53的頻率間隔與上升沿頻率f53?f54的頻率間隔不同。隨著動(dòng)量P變大，該現(xiàn)象表現(xiàn)得更為顯著。因此，當(dāng)進(jìn)行固定電壓振幅而使上升沿頻率按規(guī)定量變化的操作時(shí)，動(dòng)量P并不是按所想的那樣變化，因此，可以說，會(huì)出現(xiàn)切削深度、切削體積不按外科醫(yī)生的意愿/感覺發(fā)生變化等狀況?？梢哉f，在進(jìn)行固定上升沿頻率而使電壓振幅按一定量變化的操作時(shí)也是同樣。
[0115]為此，在本實(shí)施方式中，作為手術(shù)中外科醫(yī)生進(jìn)行的操作，至少接收動(dòng)量P的增減操作和重復(fù)頻率的增減操作，按照上述那樣的對應(yīng)各重復(fù)頻率獲得的等高線圖，事先創(chuàng)建各重復(fù)頻率的動(dòng)量P與上升沿頻率及電壓振幅的對應(yīng)關(guān)系的表格。然后，在手術(shù)過程中，根據(jù)外科醫(yī)生進(jìn)行的動(dòng)量P的增減操作以及重復(fù)頻率的增減操作，指定根據(jù)與所指示的重復(fù)頻率相關(guān)的對應(yīng)關(guān)系指示的動(dòng)量P所對應(yīng)的上升沿頻率及電壓振幅，從而控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)。
[0116](實(shí)施例1)
[0117]首先，說明實(shí)施例1。圖12是實(shí)施例1中的液體噴射控制裝置70-1所具備的操作面板80-1的示意圖。如圖12所示，操作面板80-1上配設(shè)有作為第一操作部的動(dòng)量刻度盤811、作為第二操作部的重復(fù)頻率刻度盤813、電源按鈕82、噴射按鈕84、栗驅(qū)動(dòng)按鈕85以及液晶監(jiān)視器87。
[0118]動(dòng)量刻度盤811用于輸入作為第一指示值的動(dòng)量P的指示值(動(dòng)量指示值)，其構(gòu)成為能夠選擇例如帶有“I”?“5”刻度的五個(gè)級(jí)別的刻度盤位置。外科醫(yī)生通過切換動(dòng)量刻度盤811的刻度盤位置，從而按五個(gè)級(jí)別對動(dòng)量P進(jìn)行增減操作。對各刻度盤位置，例如以與對應(yīng)的刻度的數(shù)值成比例地按一定量逐級(jí)增大的方式事先分配有動(dòng)量指示值。需要注意的是，刻度盤位置的級(jí)數(shù)并不限定于五個(gè)級(jí)別，可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定，例如可以設(shè)為“大” “中”“小”三個(gè)級(jí)別、或者能夠進(jìn)行無級(jí)(無段階)調(diào)整;等等。
[0119]重復(fù)頻率刻度盤813用于輸入作為第二指示值的重復(fù)頻率的指示值(重復(fù)頻率指示值)，與動(dòng)量刻度盤811同樣，構(gòu)成為能夠選擇例如“I”?“5”五個(gè)級(jí)別的刻度盤位置。需要注意的是，假設(shè)外科醫(yī)生主要進(jìn)行動(dòng)量P的增減操作，重復(fù)頻率刻度盤813也可以構(gòu)成為具備激活開關(guān)，用于切換對重復(fù)頻率刻度盤813的操作的有效/無效。外科醫(yī)生通過切換重復(fù)頻率刻度盤813的刻度盤位置，從而按五個(gè)級(jí)別對重復(fù)施加于壓電元件45的驅(qū)動(dòng)