JP5050982B2 - 流体噴射装置および手術用メス - Google Patents

Description

本発明は、流体室の容積をダイアフラムにより急激に縮小し、流体をパルス状に噴射する流体噴射装置に関する。

高速で噴射される流体による手術は、血管等の脈管構造を保存しながら臓器実質を切開することが可能であり、さらに、切開部以外の生体組織に与える付随的損傷が軽微であることから患者負担が小さく、また、出血が少ないため出血が術野の視界を妨げないことから迅速な手術が可能であり、特に微小血管からの出血に難渋する肝切除等に臨床応用されている。

高速で噴射される流体による手術装置として、流体室の容積をダイアフラムにより急激に縮小し、出口流路管の先端方向に設けられる流体噴射開口部から流体をパルス状に噴射する流体噴射装置がある（例えば、特許文献１参照）。このような流体噴射装置の流体室（ポンプ室）は、ダイアフラムとポンプ室体と出口流路固定部と入口流路体とで囲まれた空間によって形成されている。

特開２００５−１５２１２７号公報

流体室の容積をダイアフラムによって縮小する構造では、流体室内部に外部から気泡が進入した場合や、流体内部のガスが気泡として流体室内部に発生した場合、流体室の容積を縮小しても、気泡の影響で流体室の圧力が十分に上昇せず流体のパルスが弱くなってしまうことが考えられる。
特許文献１による構造によれば、流体室はダイアフラムとポンプ室体と出口流路固定部と入口流路体の複数の部材で形成された空間によって形成されている。従って、これらの部材の結合部には微小隙間や角状の隅部ができる。流体が液体の場合には、これら微小隙間や隅部に侵入あるいは発生した気体が滞留しやすいことが予想される。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る流体噴射装置は、固定面と、前記固定面に対向するダイアフラムと、前記固定面と前記ダイアフラムとを連続する側壁とで囲まれた空間からなる流体室と、前記流体室に連通する入口流路管と出口流路管と、が一体で成形される流体室体と、前記ダイアフラムに密接されるアクチュエータと、前記流体室体を保持する蓋体と、を有する流体噴射部が備えられ、前記固定面と前記側壁と前記ダイアフラムそれぞれの接続部の内面が滑らかに丸められて成形され、前記流体室の容積を前記ダイアフラムにより急激に縮小し、前記出口流路管の先端方向に設けられるノズル開口部から流体をパルス状に噴射することを特徴とする。

本適用例によれば、内部に流体（液体）が流動する流体室体を、流体室と入口流路管と出口流路管とを一体で成形し、しかも流体室内部を滑らかに丸めていることから、従来技術のような複数の部材の結合による微小隙間や角状の隅部が形成されない。従って、これら微小隙間や角状の隅部に気泡が滞留することがなく、たとえ液体中に気体が存在しても出口流路管から液体と共に排出することができる。このことから、流体室内の気泡による影響を受けずに容積縮小による流体室の圧力上昇が設定どおり行われ、安定した高速の微小液滴の噴射を行うことができる。

また、微小隙間や角状の隅部が存在しないことから、流体室内において流動する流路抵抗を減少することができ、流路抵抗による圧力損失を低減することができる。

［適用例２］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記出口流路管が前記固定面に突設されると共に、前記流体室が回転体形状であって、前記出口流路管が前記回転体形状の回転軸近傍に設けられ、前記固定面または前記ダイアフラムの内面に、前記回転体形状の回転軸を中心とする流体の旋回流を発生する旋回流発生部が設けられていることが好ましい。
ここで、旋回流発生部としては、例えば、固定面またはダイアフラムの内面に形成される溝や突起を採用することができる。

このように、旋回流発生部により流体室内の流体に旋回流を発生させることで、流体を遠心力により流体室の外周方向（側壁方向）に押しやり、旋回流の中心部、つまり、回転体形状の回転軸近傍には流体に含まれる比重の小さい気泡が集中し、回転体形状の回転軸近傍に設けられる出口流路管から気泡を排除することができる。このことから、流体室内に気泡が存在することによる圧力振幅の低下を防止することができ、流体室内の気泡による容積縮小への影響を排除し、安定した微小液滴の高速噴射を行うことができる。

［適用例３］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記入口流路管が、前記固定面に前記出口流路管と併設されていることが好ましい。

このような構成によれば、固定面は側壁に対して広い面積を有していることから、入口流路管及び出口流路管の配置や、互いの寸法（特に直径）の自由度が大きくなる効果がある。

［適用例４］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記入口流路管が、前記側壁に突設されていることが好ましい。

このような構成によれば、出口流路管を固定面に、入口流路管を側壁に形成するため、出口流路管と入口流路管とは互いに異なる方向に向く。詳しくは後述するが、入口流路管には流体を供給する接続チューブが接続される。従って、接続チューブを接続しやすいという効果がある。

［適用例５］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記出口流路管が前記固定面に設けられると共に、前記流体室が回転体形状であって、前記出口流路管が前記回転体形状の回転軸近傍に設けられ、前記入口流路管が前記側壁の内周面に沿って連通されていることが好ましい。

このような構成によれば、入口流路管から供給する流体は、流体室の側壁内面に沿って旋回する。従って、上述した旋回流発生部を設ける構造と同様に回転体形状の回転軸近傍に流体に含まれる気泡が集中し、回転体形状の回転軸の近傍に設けられる出口流路管から気泡を排除することができる。

［適用例６］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記蓋体が、前記固定面を保持する上ケースと、前記ダイアフラムの周縁部を保持する下ケースとからなり、前記上ケースまたは前記下ケースに、前記入口流路管と前記出口流路管それぞれの側面外周を覆う突起部が設けられていることが好ましい。

本適用例の流体室体は、固定面とダイアフラムと固定面とダイアフラムとを連続する側壁とからなる流体室と、入口流路管と出口流路管とが一体で成形されている。従って、流体室体を形成している各隔壁は、ダイアフラムとほぼ同じ厚さになり、流体室から突設される入口流路管と出口流路管は、使用時の構造的強度が十分とはいえない。そこで、入口流路管と出口流路管それぞれの側面外周を覆う突起部を蓋体に設けることにより、入口流路管と出口流路管とを補強することができる。

［適用例７］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記上ケースが、前記固定面と前記側壁の外周面に形成される前記ダイアフラムよりも厚い金属層により形成されていることが好ましい。

上述したように、固定面と側壁とダイアフラムとはほぼ同じ厚さになる。このような場合、固定面及び側壁も薄板状の隔壁となるため、ダイアフラムを駆動した際に固定面及び側壁も変形し、流体室内部の圧力上昇を妨げることがある。そこで、固定面と側壁の外周面に金属層を形成することで、固定面と側壁の構造的強度を増し、固定面及び側壁の変形を抑制し圧力損失を防止することができる。

［適用例８］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記金属層が、前記固定面と前記側壁の外周面と前記ダイアフラムの周縁部にわたって形成されていることが望ましい。

このような構成によれば、アクチュエータによるダイアフラムの変形範囲を金属層により規制することから、流体室内が高圧になったときのダイアフラムの不要変形を抑制し、圧力の低下を防止することができる。

［適用例９］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記出口流路管の先端部にノズル開口部が形成されていることが好ましい。

このようにすれば、前述した従来技術のように、出口流路管に別体のノズルを装着してノズル開口部を形成する必要がなく、構造を簡素化できる。また、流体室からノズル開口部に至るまでの流路における流体抵抗を低減することができる。

［適用例１０］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記出口流路管の外周側面を覆う補強管がさらに設けられていることが望ましい。

手術部位によっては、流体室とノズル開口部までの距離が１００ｍｍを越す場合がある。その際、出口流路管を流体室と一体で形成する場合、出口流路管は長い細管となるため構造的強度が不足することがある。そこで、補強管を設けることにより出口流路管を補強することができる。

［適用例１１］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記入口流路管と前記出口流路管のそれぞれが、前記側壁の前記流体室を挟んで相対する位置に設けられていることが好ましい。

上記適用例の流体室（流体室体）は、固定面を上面、ダイアフラムを底面とする扁平な容器状の部材である。従って、側壁に入口流路と出口流路とを互いに相対する位置に設けることにより、厚さ方向に突出部のない薄型の流体室体を実現できる。

［適用例１２］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記蓋体が、流体の流動方向に垂直方向の断面形状が略円形であることが好ましい。

上述した流体室体は、入口流路管と流体室と出口流路管を略直線状に配設できる。従って、蓋体の断面形状を略円形にすることで円柱形状の流体噴射部を構成することができることから、カテーテルのような細管の先端に流体噴射部を設けることができる。

［適用例１３］上記適用例に係る流体噴射装置において、前記アクチュエータが、薄膜型圧電素子であることが好ましい。

このようにすれば、流体噴射部を一層細くすることができ、血管等の脈管構造内部に挿通することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は実施形態１に係る流体噴射装置を示し、図５、図６は実施形態２、図７は実施形態３、図８，９は実施形態４、図１０は実施形態５、図１１は実施形態６に係る流体噴射装置を示している。
なお、以下の説明で参照する図は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
また、本発明による流体噴射装置は、インク等を用いた描画、細密な物体及び構造物の洗浄、手術用メス等様々に採用可能であるが、以下に説明する実施の形態では、生体組織を切開または切除すること、または血管内に挿入し血栓等を除去する目的で用いるカテーテルの先端に設置することに適した流体噴射装置に好適な流体噴射装置を例示して説明する。従って、以下の実施形態にて用いる流体は、水または生理食塩水であり、以降、これらを液体として表し説明する。
（実施形態１）

まず、流体噴射装置の全体構成について説明する。
図１は、実施形態１に係る流体噴射装置の概略構成の一例を示す説明図である。図１において、流体噴射装置１は、基本構成として、液体を収容しその液体を供給する流体供給部としての輸液バッグを含む制御部１００と、液体を脈動に変化させる流体噴射部１０と、制御部１００と流体噴射部１０とを連通する接続チューブ１５と、を備えて構成されている。流体噴射部１０には、細いパイプ状の接続流路管７０が接続され、接続流路管７０の先端部には流路が縮小されたノズル開口部８１を有するノズル８０が挿着されている。流体噴射部１０は液体を脈動に変化させて、接続流路管７０、ノズル８０を介してノズル開口部８１から液滴としてパルス状に高速噴射させる。

制御部１００には、図示しない駆動波形生成回路部と駆動制御回路部とが備えられると共に、術部の硬度等の条件に対応して駆動波形を調整する調整装置が備えられている。

続いて、この流体噴射装置１における液体の流動を簡単に説明する。輸液バッグに収容された液体は、接続チューブ１５を介して一定の圧力で流体噴射部１０に供給する。なお、制御部１００には、液体を一定の圧力で供給するポンプ等の圧力発生部（図示せず）を備えている。流体噴射部１０には流体室５１（図２、参照）と、この流体室５１の容積変更手段を備えており、容積変更手段により脈動を発生させて、接続流路管７０、ノズル８０を通してノズル開口部８１から液体を高速でパルス状に噴射する。

なお、圧力発生部としてはポンプに限らず、輸液バッグをスタンド等によって流体噴射部１０よりも高い位置に保持するようにしてもよい。従って、ポンプは不要となり、構成を簡素化することができる他、消毒等が容易になる利点がある。

圧力発生部の液体供給圧力は概ね３気圧以下、望ましくは０．３気圧（０．０３ＭＰａ）以下に設定する。また、輸液バッグを用いる場合には、流体噴射部１０と輸液バッグの液上面との高度差が圧力となる。輸液バックを用いるときには０．１〜０．１５気圧（０．０１〜０．１５ＭＰａ）程度になるように高度差を設定することが望ましい。

なお、この流体噴射装置１を用いて手術をする際には、術者が把持する部位は流体噴射部１０である。従って、流体噴射部１０までの接続チューブ１５はできるだけ柔軟であることが好ましい。そのためには、接続チューブ１５は柔軟で薄いチューブとし、液体を流体噴射部１０に送液可能な範囲で低圧にすることが好ましい。

また、特に、脳手術のときのように、機器の故障が重大な事故を引き起こす恐れがある場合には、接続チューブ１５の切断等において高圧な流体が噴出することは避けなければならず、このことからも低圧にしておくことが要求される。

次に、本実施形態による流体噴射部の構造について説明する。
図２は、本実施形態に係る流体噴射部の概略構造を示す断面図である。図２において、流体噴射部１０には、液体の脈動を発生する脈動発生手段としての流体室５１とアクチュエータとしての圧電素子４０とを含む流体室体５０と、流体室体５０を保持する蓋体としての上ケース２０と下ケース３０とが備えられている。

流体室体５０は、固定面５２と、固定面５２に対向するダイアフラム５７と、固定面５２とダイアフラム５７とを連続する側壁５９によって囲まれて形成される空間からなる流体室５１と、流体室５１に連通する入口流路管５５と出口流路管５３と、が同一材料で一体成形されている。従って、流体室体５０は扁平な容器形状とみなすことができる。入口流路管５５と出口流路管５３とは固定面５２に対して垂直に併設される。また、入口流路管５５は入口流路５６を有し、出口流路管５３は出口流路５４を有して、それぞれが、流体室５１内に連通している。

固定面５２と、側壁５９と、ダイアフラム５７と、入口流路管５５と、出口流路管５３とは一体で形成されており、しかもそれぞれの接続部との内面が滑らかに丸められている。その結果、従来技術のような複数の部材の結合による微小隙間や角状の隅部が存在しない。

流体室体５０は、上ケース２０に穿設される凹部２３内に装着され、その際、凹部２３内において、固定面５２と側壁５９とが接着剤等で上ケース２０に密着固定される。上ケース２０には、管状の突起部２１，２２が設けられ、突起部２１，２２それぞれに出口流路管５３と入口流路管５５が挿着される。出口流路管５３及び入口流路管５５とはダイアフラム５７とほぼ同じ厚さのため構造的強度が小さく、突起部２１，２２で補強している。

突起部２１には接続流路管７０が挿着され、接続流路管７０に開設される接続流路７１が出口流路５４と連通している。また接続流路管７０の先端部にはノズル８０が嵌着され、ノズル８０の先端部には直径が出口流路５４に比べ縮小されたノズル開口部８１が設けられている。また、突起部２２には接続チューブ１５が嵌着され、液体流動部１６が入口流路５６に連通されている。

一方、流体室体５０のダイアフラム５７側には、圧電素子４０を収容する貫通孔を有する下ケース３０が設けられ、上ケース２０と下ケース３０とはそれぞれの対向する周縁面にて接着または螺合固定等の結合手段で密着固定される。この際、下ケース３０の周縁面の一部はダイアフラム５７の周縁面まで及び、ダイアフラム５７の周縁面に接着等の固着手段で固着される。下ケース３０とダイアフラム５７との固着範囲は、ダイアフラム５７が必要な変位をするための範囲を残した範囲である。

そして、ダイアフラム５７の中央部には上板４１を介してアクチュエータとしての圧電素子４０が密接されており、圧電素子４０の尾部側は下板３９に固着されている。下板３９は下ケース３０に固着されている。従って、下板３９と圧電素子４０と上板４１とダイアフラム５７とは互い密接されている。なお、圧電素子４０は、本実施形態では積層型圧電素子を例示している。また、固定面５２の流体室内面５２ａには旋回流発生部５８が形成されている。

続いて、旋回流発生部の１例を図面を参照して説明する。
図３は、図２のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。図３において、旋回流発生部５８は、流体室内面５２ａの表面に設けられる平面方向に湾曲した突起部５８ａ，５８ｂ，５８ｃによって構成されている。突起部５８ａ〜５８ｃは、同一方向に湾曲されると共に、出口流路５４と入口流路５６の間に配設される。また、図３に示すように、流体室５１は回転体形状であって、出口流路管５３が回転体形状の回転軸Ｊ近傍に設けられている。

なお、旋回流発生部５８を構成する突起部５８ａ〜５８ｃは、ダイアフラム５７の内面５７ａ（図２、参照）に設けてもよい。また、突起部に対して湾曲した溝としてもよい。さらに、突起部の数は３本よりも適宜増やしても減らしてもよい。

次に、流体室体５０の製造方法の１例を図面を参照して説明する。
図４は、本実施形態に係る流体室体の製造方法の１例を示す断面図であり、（ａ）は流体室体母型の成形方法、（ｂ）は流体室体の成形方法を表している。まず、図４（ａ）に示すように、金型を用いて流体室体母型１６０を成形する。流体室体母型１６０は、上型１１２と下型１１１を用いて樹脂成形法（射出成形法）により成形する。流体室体母型１６０の外形形状は、流体室５１に相当する部分と、入口流路５６及び出口流路５４に相当する部分からなる。従って、流体室体母型１６０の外形形状は流体室体５０の内面形状を有する。

なお、流体室体母型１６０において、入口流路５６及び出口流路５４に相当する部分は、細長い形状をしているため、上型１１２には抜きテーパが形成される。従って、入口流路５６及び出口流路５４それぞれの流体室５１側の断面積は、先端側断面積よりも抜きテーパ分だけ大きくなる。

細管内における液体の流動方向において、液体が流入する側よりも流出する側の流路の断面積を小さくする場合拡散効果により液体を流入しやすくし、逆方向の液体流動においてはノズル効果により流体を流動しにくくする。従って、入口流路５６では、拡散効果により流体室５１への流動を促し、ノズル効果により流体室５１からの流動（つまり、逆流）を抑制することができる。

一方、出口流路５４では、流体室５１の容積が縮小状態から復帰して内部圧力が低下したときには、拡散効果により出口流路５４内に存在する液体を流体室５１内に引き戻しやすくなり、駆動信号出力の間において、不要な液滴吐出を抑制することができる。

続いて、図４（ｂ）に示すように、流体室体母型１６０の表面全体に無電解Ｎｉメッキを施す。このメッキ層の厚さは、ダイアフラム５７の厚さを基準とする。このようにして、Ｎｉからなる流体室体５０の原形が形成される。この際、メッキ層は流体室体母型１６０の全表面に形成されるため、入口流路５６及び出口流路５４に相当する部分の先端部にも形成される。そこで、切断面Ｃに沿って切断することで、先端部には樹脂部分が露出される。

なお、流体室体５０の形成方法としては、無電解Ｎｉメッキの他に、流体室体母型１６０の表面にスパッタリング法を用いて形成することができる。スパッタリング法では、金属層としてＮｉ以外にチタン等広範囲の材料を採用することができる。また、メッキ法を用いる場合でもダイアフラムとしての機能を満足する他の材料を用いてもよい。

次に、溶剤を用いて流体室体母型１６０を溶解して除去し、内部を洗浄して流体室体５０（図２、参照）のみを残す。このようにして流体室体５０を成形する。なお、流体室体５０成形後、熱処理（硬化処理）を行い、特に、ダイアフラムとしての適切な硬度、弾性を有するよう調整することが望ましい。

続いて、流体噴射部１０の動作について図２を参照して説明する。
圧力発生部によって入口流路５６には、常に一定圧力の液圧で液体が供給されている。その結果、圧電素子４０が動作を行わない場合、圧力発生部の吐出力と入口流路側全体の流体抵抗値の差によって液体は流体室５１内に流動する。

ここで、圧電素子４０に駆動信号が入力され、急激に圧電素子４０が伸張したとすると、流体室５１内の圧力は、入口流路側のイナータンスＬ１及び出口流路側のイナータンスＬ２が十分な大きさを有していれば急速に上昇して数十気圧に達する。

この圧力は、入口流路５６に加えられていた圧力発生部による圧力よりはるかに大きいため、入口流路５６から流体室５１内への液体の流入はその圧力によって減少し、出口流路５４からの流出は増加する。

しかし、入口流路側のイナータンスＬ１は、出口流路側のイナータンスＬ２よりも大きいため、入口流路５６から液体が流体室５１へ流入する流量の減少量よりも、出口流路５４から吐出される液体の増加量のほうが大きいため、接続流路７１にパルス状の液体吐出、つまり、脈動流が発生する。この吐出の際の圧力変動が、接続流路管７０内を伝播して、先端のノズル開口部８１から液体が噴射される。

ここで、ノズル開口部８１の直径は、出口流路５４の直径よりも縮小されているので、液体は、さらに高圧、高速のパルス状の液滴として噴射される。

一方、流体室５１内は、入口流路５６からの液体流入量の減少と出口流路５４からの液体流出の増加との相互作用で、圧力上昇直後に圧力低下あるいは真空状態となる。その結果、圧力発生部の圧力と、流体室５１内の圧力の双方によって一定時間経過後、入口流路５６の液体は、圧電素子４０の動作前と同様な速度で流体室５１内に向かう流れに復帰する。

入口流路５６内の液体の流動が復帰した後、圧電素子４０の伸張があれば、ノズル開口部８１からのパルス状の液滴を継続して噴射することができる。

続いて、流体室５１内の気泡の排除動作について図３を参照して説明する。本実施形態では、流体室５１の内面には、構成部材の結合部が存在せず、しかも滑らかに丸められていることから部材結合部の微小隙間や角状の隅部に微小気泡が滞留することはほとんどないと考えられるが、液体中には気体が含有されていることが考えられる。

上述した流体噴射部１０の動作において、流体室５１が、回転体形状を有し旋回流発生部５８としての突起部５８ａ〜５８ｃを備えていることから、入口流路５６から一定の圧力で流入される液体は、突起部５８ａ〜５８ｃにより回転軸Ｊを中心とする時計回り方向の旋回流が発生する。液体は、この旋回流によって発生する遠心力により側壁に沿うように旋回される。この際、流入あるいは流体中から発生した気泡は回転体形状の回転軸Ｊ近傍に集合する。そして、出口流路５４が回転軸Ｊ近傍に開設されていることから気泡は速やかに出口流路５４から外部に排出される。

従って、本実施形態によれば、流体室体５０は、流体室５１と入口流路管５５と出口流路管５３とを一体で成形し、しかも流体室５１内部を滑らかに丸めていることから、従来技術のような複数の部材の結合による微小隙間や角状の隅部が形成されない。よって、これら微小隙間や角状の隅部に気泡が滞留することがなく、たとえ液体中に気泡が存在しても出口流路５４から液体と共に排出することができる。このことから、流体室５１内の気泡の影響を受けずに容積縮小が設定どおり行われ、安定した高速の微小液滴の噴射を行うことができる。

また、微小隙間や角状の隅部が存在しないことから、流体室５１内において流動する液体の流体抵抗を減少することができ、流路抵抗による圧力損失を低減することができる。

また、流体室５１内に旋回流発生部５８（突起部５８ａ〜５８ｃ）により流体室５１内において旋回流を発生させることで、液体を遠心力により流体室５１の外周方向（側壁５９方向）に押しやり、旋回流の中心部、つまり、回転体形状の回転軸Ｊの近傍に気泡が集中し、回転軸Ｊ近傍に設けられる出口流路５４から気泡を液体と共に排除することができる。このことから、流体室５１内に気泡が存在することによる圧力振幅の低下を防止することができ、安定した微小液滴の高速噴射を行うことができる。

また、入口流路管５５と出口流路管５３とが、固定面５２に併設されている。このような構成にすれば、固定面５２は側壁５９に対して広い面積を有していることから、入口流路管５５及び出口流路管５３のレイアウトや、互いの寸法（特に直径）の自由度が大きくなるという効果がある。

また、入口流路管５５及び出口流路管５３を形成している各隔壁は、ダイアフラム５７とほぼ同じ厚さになり、流体室５１から突設される入口流路管５５と出口流路管５３は、使用時において構造的強度が十分とはいえない。そこで、上ケース２０に入口流路管５５と出口流路管５３それぞれの側面外周を覆う突起部２１，２２を設けることにより、入口流路管５５と出口流路管５３とを補強することができる。
（実施形態２）

続いて、実施形態２に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。実施形態２は、入口流路管を流体室の側壁に設けたことを特徴とする。従って、前述した実施形態１（図１、参照）との相違個所を中心に説明し、同じ機能部位には同じ符号を附している。
図５は、実施形態２に係る流体噴射部の概略構造を示す断面図、図６は図５のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。図５、図６において、流体室体５０は、出口流路管５３が、固定面５２に対して垂直に突設され、入口流路管５５は流体室体５０（流体室５１）の側壁５９に突設されて構成されている。出口流路管５３は出口流路５４、入口流路管５５は入口流路５６を有してそれぞれが流体室５１に連通している。

入口流路管５５は、上ケース２０及び下ケース３０からなる蓋体に突設され、先端部には接続チューブ１５が嵌着されている。入口流路５６は、液体の流動方向に対して垂直な断面積が流体室５１の断面積よりも縮小された円形をしている。そして、流体室体５０は、上ケース２０と下ケース３０とによって保持されている。

図６に示すように、流体室５１は回転体形状であって、入口流路管５５が回転体形状の回転軸Ｊ方向に向かって連通されていることから、液体は入口流路５６から回転軸Ｊ方向に流入される。ここで、流体室５１の固定面５２の流体室内面５２ａには、平面方向に湾曲した突起部５８ａ，５８ｂ，５８ｃによって構成される旋回流発生部５８（図５も参照）が設けられている。従って、入口流路５６から一定の圧力で流入される液体は、旋回流発生部５８により回転体形状の回転軸Ｊを中心とする時計回り方向に遠心力により側壁に沿うように旋回される。この際、気泡は回転軸Ｊ近傍に集合する。出口流路５４が回転軸Ｊ近傍に連通されていることから気泡は速やかに出口流路５４から外部に排出される。

従って、このような構成によれば、出口流路管５３を流体室５１の固定面５２に、入口流路管５５を側壁５９に形成するため、出口流路管５３と入口流路管５５とは互いに異なる方向（略垂直方向）に向く。入口流路管５５には液体を供給する接続チューブ１５を接続する。従って、接続チューブ１５を接続しやすく、また、接続チューブ１５を実施形態１（図２、参照）のように接続部近傍で他方向に曲げる必要がなくなる。

なお、上ケース２０及び下ケース３０それぞれに、実施形態１に記載した入口流路管５５の周囲を覆う突起部を設けて管状の補強部とし、この補強部に接続チューブ１５を嵌着する構造とすればなお好適である。
また、本実施形態の流体室体５０は、前述した実施形態１（図４、参照）と同様な製造方法で成形することができる。
（実施形態３）

続いて、実施形態３に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。実施形態３は、入口流路を流体室に対して側壁の内周面に沿って連通していることに特徴を有する。従って、前述した実施形態２（図５，６、参照）に対する相違個所を中心に説明する。
図７は、実施形態３に係る流体噴射部の概略構造を示す平面図であって、図５のＡ−Ａ切断面に相当する平面図である。図７において、入口流路管５５は、入口流路５６が流体室５１の側壁５９の内周面に沿って連通するように突設されている。

流体室５１は回転体形状であって、出口流路管５３は、回転体形状の回転軸Ｊ近傍に固定面５２に対して垂直に突設されている。

入口流路５６から一定の圧力で流入される液体は、流体室５１の内部において、側壁５９の内周面に沿って流動し、図７に示す構成では反時計回り方向に旋回する。この際、液体に含まれる気泡は回転軸Ｊ近傍に集合し、出口流路５４が回転軸Ｊ近傍に開設されていることから気泡は速やかに出口流路５４から外部に排出される。

なお、上ケース２０及び下ケース３０それぞれに、入口流路管５５の周囲を覆う突起部を設けて管状の補強部とし、この補強部に接続チューブ１５を嵌着する構造とすればなお好適である。
また、本実施形態の流体室体５０は、前述した実施形態１（図４、参照）と同様な製造方法で成形することができる。

このような構成によれば、入口流路５６から流入する液体は、流体室５１の側壁５９内周に沿って旋回する。従って、前述した突起部５８ａ〜５８ｃからなる旋回流発生部５８を設ける構造よりも簡素な構造であっても、回転軸Ｊ近傍に液体に含まれる気泡が集中し、回転軸Ｊの近傍に設けられる出口流路５４から排除することができる。
（実施形態４）

続いて、実施形態４に係る流体噴射装置について図面を参照して説明する。実施形態４は、前述した実施形態１〜実施形態３に対して、流体室体と上ケースの間の構成が異なることを特徴としている。従って、実施形態１〜実施形態３に対して相違個所を中心に説明し、同じ機能部位には同じ符号を附している。
図８は、本実施形態に係る流体噴射部の概略構造を示す断面図、図９は流体室体と上ケースの関係及び製造方法を示す断面図である。なお、図８，９は、前述した実施形態１（図２、参照）の基本構造を採用した場合を例示している。図８，９において、上ケース２０は、ダイアフラム５７よりも厚い金属層により流体室体５０の固定面５２と側壁５９の外周面に形成されている。この金属層は無電解Ｎｉメッキ等で流体室体５０の側壁５９から固定面５２、入口流路管５５及び出口流路管５３の側面全周に沿って密着形成され、図８に示すような上ケース２０の形状をなす。

より具体的には、図９に示すように、実施形態１（図４、参照）で説明した流体室体５０の製造方法の過程で（流体室体５０の内部に流体室体母型１６０が充填されている状態）、さらに金属メッキ層が形成される。従って、金属層は流体室体５０の所定表面にほぼ均一の厚さで被覆されて上ケース２０が形成される。そして、入口流路管５５の切断面（二点鎖線Ｂで図示）に沿って切断して流体室体母型１６０の一部を露出させる。

なお、出口流路管５３においては、切削加工により先端方向から斜面Ｄを形成し流体室体母型１６０の一部を露出させる。その後、溶剤を用いて流体室体母型１６０を溶解除去し、内部を洗浄して流体室体５０と上ケース２０とが一体化された状態が形成される。このようにすることで、図８に示すように流体室体５０に接続流路管７０が接続された状態で、出口流路管５３と接続流路管７０の側面隔壁とは、斜面Ｄによりなだらかに連続される。

なお、上ケース２０を形成する金属層は、ダイアフラム５７の周縁部まで延在することができる。つまり、ダイアフラム５７として適切な変位範囲以外の周縁部に金属層２５を側面部から延在して形成する。金属層２５は、ダイアフラム５７の所定範囲にマスキングして形成すればよい。

前述したように流体室体５０を形成する場合、流体室体５０は、固定面５２と側壁５９とダイアフラム５７とはほぼ同じ厚さになる。このような構成では、固定面５２及び側壁５９も薄板状の隔壁となるため、ダイアフラム５７を駆動した際に固定面５２及び側壁５９も変形し、流体室が変形し圧力振幅が減少することがある。そこで、固定面５２と側壁５９の外周面に沿って金属層を形成することで、固定面５２と側壁５９の構造的強度を増し、固定面５２及び側壁５９の変形を抑制しキャビテーションの発生を防止することができる。

また、金属層２５を固定面５２と側壁５９の外周面とダイアフラム５７の周縁部にわたって形成することにより、圧電素子４０によるダイアフラム５７の変位範囲を金属層２５により規制することから、流体室５１の容積変化量を一定に維持することができる。

また、流体室体５０に接続流路管７０が接続された状態で、出口流路管５３と接続流路管７０の側面隔壁とを斜面Ｄによりなだらかに連続することにより、ノズル８０と出口流路管５３との間において、急拡大による圧力損失を抑制することができる。

なお、上ケース２０の形成方法としては、流体室体５０の外形形状を樹脂等で母型として成形して、母型表面に無電解Ｎｉメッキやスパッタリング等の手段で金属層を形成し、母型を溶解して形成することが可能である。このような形成方法によれば、上ケース２０と流体室体５０の対向する表面は密接する。従って、上ケース２０と流体室体５０とを接着剤等で固着すれば、上述した上ケース２０と流体室体５０とを一体形成した構成と同様な効果を得ることができる。
（実施形態５）

続いて、実施形態５に係る流体噴射部について図面を参照して説明する。実施形態５は、前述した実施形態１〜実施形態４に係る流体噴射部１０が、出口流路管５３の先端部にノズル８０を有する接続流路管７０を接続していることに対し、出口流路管５３の先端部にノズル８０を一体で形成していることに特徴を有する。実施形態１（図２、参照）を基本構成として例示し、相違点を中心に説明する。なお、同じ機能部位には同じ符号を附している。
図１０は、実施形態５に係る流体噴射部の概略構造を示す断面図である。図１０において、出口流路管５３は、流体室体５０の固定面５２から垂直方向に流体室体５０の突起部２１よりさらに突出延在されている。

そして、先端部は液体の流動方向に対して垂直な断面積が出口流路５４より縮小されたノズル開口部８１を有するノズル８０が形成されている。

また、出口流路管５３の外周側面を覆う補強管９０がさらに設けられている。補強管９０は、先端部がノズル８０近傍を支持し、根元側においては突起部２１に嵌着されている。

従って、本実施形態による構成では、出口流路管５３を長く延在させ、先端部にノズル８０（ノズル開口部８１）を形成することにより、出口流路管５３に接続流路管７０及びノズル８０を装着してノズル開口部８１を形成する必要がなく、構造を簡素化できる。また、流体室５１からノズル開口部８１に至るまでの流路における流体抵抗を低減することができる。

また、流体噴射装置を手術具として用いる場合、手術部位によっては、流体室５１とノズル開口部８１までの距離が１００ｍｍを越す場合がある。その際、出口流路管５３は長い細管となるため構造的強度が不足することがある。そこで、補強管９０を設けることにより出口流路管５３を補強することができる。
（実施形態６）

実施形態１に係る流体噴射装置の概略構成の一例を示す説明図。 実施形態１に係る流体噴射部の概略構造を示す断面図。 図２のＡ−Ａ切断面を示す断面図。 実施形態１に係る流体室体の製造方法の１例を示す断面図を示し、（ａ）は流体室体母型の成形方法、（ｂ）は流体室体の成形方法を表す断面図。 実施形態２に係る流体噴射部の概略構造を示す断面図。 図５のＡ−Ａ切断面を示す断面図。 実施形態３に係る流体噴射部の概略構造を示す平面図。 実施形態４に係る流体噴射部の概略構造を示す断面図。 実施形態４に係る流体室体と上ケースの関係及び製造方法を示す断面図。 実施形態５に係る流体噴射部の概略構造を示す断面図。

符号の説明

１０…流体噴射部、２０…上ケース、３０…下ケース、４０…アクチュエータとしての圧電素子、５０…流体室体、５１…流体室、５２…固定面、５３…出口流路管、５５…入口流路管、５７…ダイアフラム、５９…側壁、８１…ノズル開口部。

Claims (5)

1. 固定面と、前記固定面に対向するダイアフラムと、前記固定面と前記ダイアフラムとを連続する側壁とで囲まれた空間からなる流体室と、前記流体室に連通する入口流路管と出口流路管と、が一体で成形される流体室体と、
   前記ダイアフラムに密接されるアクチュエータと、
   前記流体室体を保持する蓋体と、を有する流体噴射部が備えられ、
   前記出口流路管が前記固定面に突設されると共に、前記流体室が回転体形状であって、前記出口流路管が前記回転体形状の回転軸近傍に設けられ、
   前記固定面または前記ダイアフラムの内面に、前記回転体形状の回転軸を中心とする流体の旋回流を発生する旋回流発生部が設けられ、
   前記固定面と前記側壁と前記ダイアフラムそれぞれの接続部の内面が滑らかに丸められて成形され、
   前記流体室の容積を前記ダイアフラムにより急激に縮小し、前記出口流路管の先端方向に設けられるノズル開口部から流体をパルス状に噴射することを特徴とする流体噴射装置。
2. 請求項１記載の流体噴射装置において、
   前記入口流路管が、前記固定面に前記出口流路管と併設されていることを特徴とする流体噴射装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の流体噴射装置において、
   前記入口流路管が、前記側壁に突設されていることを特徴とする流体噴射装置。
4. 請求項３に記載の流体噴射装置において、
   前記出口流路管が前記固定面に設けられると共に、前記流体室が回転体形状であって、前記出口流路管が前記回転体形状の回転軸近傍に設けられ、
   前記入口流路管が前記側壁の内周面に沿って連通されていることを特徴とする流体噴射装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の流体噴射装置を用いた手術用メス。

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