本發(fā)明涉及控制使用壓電元件并呈脈沖狀噴射液體的液體噴射裝置液體噴射控制裝置、液體噴射系統(tǒng)以及控制方法。

背景技術(shù)：

已知呈脈沖狀噴射液體并切削切削對(duì)象物的技術(shù)。呈脈沖狀的液體的噴射是脈動(dòng)性地從噴嘴噴射的液體的噴射流，在本說明書中，適當(dāng)稱作“脈沖液體噴射(Pulsed Liquid Jet)”。

脈沖液體噴射的用途多種多樣，例如專利文獻(xiàn)1中提出了醫(yī)療領(lǐng)域中作為外科手術(shù)用而利用的技術(shù)。在這種情況下，切削對(duì)象物為生物體組織，液體為生理鹽水。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】

【專利文獻(xiàn)】

專利文獻(xiàn)1：日本特開2005-152127號(hào)公報(bào)

生成脈沖液體噴射的結(jié)構(gòu)之一，已知使用壓電元件的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通過向壓電元件施加脈沖波狀的驅(qū)動(dòng)電壓，從而壓電元件使動(dòng)作流體(液體)內(nèi)產(chǎn)生瞬時(shí)性的壓力，呈脈沖狀噴射液體。因此，在改變脈沖液體噴射的強(qiáng)度的情況下，控制施加于壓電元件的驅(qū)動(dòng)電壓。

在此，考慮通過以操作盤或操作按鈕等操作部指定施加在壓電元件的驅(qū)動(dòng)電壓的特性值，例如驅(qū)動(dòng)電壓波形的振幅(電壓振幅，也可稱作驅(qū)動(dòng)電壓的大小)，從而能夠改變脈沖液體噴射的強(qiáng)度的方法。

但是，可知即便使在操作部指定的驅(qū)動(dòng)電壓的特性值變化，也存在無法以用戶設(shè)想的方式使切削對(duì)象物的切削深度或切削體積變化的情況。在后文中詳細(xì)敘述，可知例如即便用戶將電壓振幅變?yōu)?倍或4倍，或者1/2、1/4，也不一定限定切削深度、切削體積照樣變化。在外科手術(shù)用途中使用脈沖液體噴射的情況下，得不到按照手術(shù)者的操作感覺的作用而成為問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于上述課題而提出的，其目的在于提供能夠按照用戶的意圖設(shè)定脈沖液體噴射的強(qiáng)度并提高操作性的技術(shù)。

用于解決上述課題的第一方面涉及的液體噴射控制裝置電連接于使用壓電元件并呈脈沖狀噴射液體的液體噴射裝置且能夠控制該液體噴射裝置，所述液體噴射控制裝置具備：操作部，用于輸入從所述液體噴射裝置噴射的脈沖液體噴射相關(guān)的運(yùn)動(dòng)量或運(yùn)動(dòng)能量的指示值；以及控制部，以成為所述指示值的方式控制施加于所述壓電元件的驅(qū)動(dòng)電壓波形的振幅以及該驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升有關(guān)的指標(biāo)值。

在這種情況下，作為其他方面，使用壓電元件并呈脈沖狀噴射液體的液體噴射裝置的控制方法，也可以構(gòu)成控制方法包括：輸入從所述液體噴射裝置噴射的脈沖液體噴射相關(guān)的運(yùn)動(dòng)量或運(yùn)動(dòng)能量的指示值；以及以成為所述指示值的方式控制施加于所述壓電元件的驅(qū)動(dòng)電壓波形的振幅以及該驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升有關(guān)的指標(biāo)值。

另外，第二方面涉及的液體噴射控制裝置電連接于使用壓電元件并呈脈沖狀噴射液體的液體噴射裝置且能夠控制該液體噴射裝置，所述液體噴射控制裝置具備：操作部，用于輸入從所述液體噴射裝置噴射的脈沖液體噴射相關(guān)的運(yùn)動(dòng)量或運(yùn)動(dòng)能量的指示值；以及控制部，以成為所述指示值的方式控制施加于所述壓電元件的驅(qū)動(dòng)電壓波形的振幅或者該驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升有關(guān)的指標(biāo)值。

此時(shí)，作為其他方面，使用壓電元件并呈脈沖狀噴射液體的液體噴射裝置的控制方法，也可以構(gòu)成控制方法包括：輸入從所述液體噴射裝置噴射的脈沖液體噴射相關(guān)的運(yùn)動(dòng)量或運(yùn)動(dòng)能量的指示值；以及以成為所述指示值的方式控制施加于所述壓電元件的驅(qū)動(dòng)電壓波形的振幅或者該驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升有關(guān)的指標(biāo)值。

根據(jù)該第一方面以及第二方面等，控制如下的至少一方，即，輸入從液體噴射裝置噴射的脈沖液體噴射涉及的運(yùn)動(dòng)量或運(yùn)動(dòng)能量的指示值、以及以成為該指示值的方式向壓電元件施加的驅(qū)動(dòng)電壓波形的振幅以及上升有關(guān)的指標(biāo)值。如后文所述，切削深度、切削體積與脈沖液體噴射有關(guān)的運(yùn)動(dòng)量或運(yùn)動(dòng)能量的相關(guān)性高。因此，通過直接指示脈沖液體噴射有關(guān)的運(yùn)動(dòng)量或運(yùn)動(dòng)能量，能夠?qū)崿F(xiàn)切合用戶的意圖或操作感覺的切削深度或切削體積，能夠提高操作性。

另外，根據(jù)第一方面或第二方面，第三方面的液體噴射控制裝置還具備顯示控制部，顯示控制部進(jìn)行顯示所述脈沖液體噴射有關(guān)的運(yùn)動(dòng)量或運(yùn)動(dòng)能量的所述指示值的控制。

根據(jù)該第三方面，能夠顯示脈沖液體噴射有關(guān)的運(yùn)動(dòng)量或運(yùn)動(dòng)能量的指示值。因此，用戶能夠在視覺上確認(rèn)顯示期待的脈沖液體噴射的強(qiáng)度或當(dāng)前的強(qiáng)度。因此，可以進(jìn)一步提高操作性。

另外，根據(jù)第一方面至第三方面的任一方面，第四方面的液體噴射控制裝置控制所述脈沖液體噴射的運(yùn)動(dòng)量為2nNs(納米牛頓秒)以上2mNs(毫米牛頓秒)以下、或者運(yùn)動(dòng)能量為2nJ(納焦耳)以上200mJ(毫焦耳)以下的所述液體噴射裝置。

根據(jù)該第四方面，脈沖液體噴射的運(yùn)動(dòng)量為2nNs以上2mNs以下，或者運(yùn)動(dòng)能量為2nJ以上200mJ以下，能夠在該范圍內(nèi)控制液體噴射裝置。因此，例如在切削生物體組織、食品、膠材料、橡膠或塑料等的樹脂材料等的柔軟材料中優(yōu)選。

另外，根據(jù)第一方面至第四方面的任一方面，第五方面的液體噴射控制裝置控制用于通過所述脈沖液體噴射切削生物組織的所述液體噴射裝置。

根據(jù)該第五方面，例如能夠控制外科手術(shù)用途中優(yōu)選的脈沖液體噴射的強(qiáng)度。

另外，根據(jù)第一方面至第五方面的任一方面，第六方面的液體噴射控制裝置中，所述上升有關(guān)的指標(biāo)值通過所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升有關(guān)的時(shí)間或頻率表示。

根據(jù)該第六方面，能夠通過驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升涉及的時(shí)間或頻率表示上升涉及的指標(biāo)值。

另外，第七方面是具備第一方面至第六方面的任一方面的液體噴射控制裝置、液體噴射裝置和送液泵裝置的液體噴射系統(tǒng)。

根據(jù)該第七方面，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)揮第一方面至第六方面的作用效果的液體噴射系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是示出液體噴射系統(tǒng)的整體構(gòu)成例的圖。

圖2是示出液體噴射裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。

圖3是示出壓電元件的一周期的驅(qū)動(dòng)電壓波形以及液體噴射開口部的液體的流速波形的圖。

圖4是示出質(zhì)量流量Jm、運(yùn)動(dòng)量流量Jp及能量流量Je的圖。

圖5是示出在切削對(duì)象物的破壞狀態(tài)的模擬中使用的主噴射的流速波形的圖。

圖6是示出模擬結(jié)果(切削深度)的圖。

圖7是示出模擬結(jié)果(切削體積)的圖。

圖8是示出主噴射的流速波形的模擬結(jié)果的圖。

圖9是示出運(yùn)動(dòng)量P、上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。

圖10是示出能量E、上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。

圖11是示出實(shí)施例1的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。

圖12是示出運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。

圖13是用于說明運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表的數(shù)據(jù)構(gòu)成的其他例子的圖。

圖14是示出脈沖液體噴射的噴射時(shí)控制部進(jìn)行的處理的流程的流程圖。

圖15是示出顯示部的顯示畫面例的圖。

圖16是示出實(shí)施例2的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。

圖17是示出能量轉(zhuǎn)換表的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。

圖18是用于說明能量轉(zhuǎn)換表的數(shù)據(jù)構(gòu)成的其他例子的圖。

圖19是示出顯示部的顯示畫面例的圖。

具體實(shí)施方式

下文說明用于實(shí)施本發(fā)明的液體噴射控制裝置以及控制方法的一個(gè)方式。此外，不通過以下說明的實(shí)施方式限定本發(fā)明，能夠適用本發(fā)明的方式也并不限于以下實(shí)施方式。另外，在附圖的記載中，對(duì)相同的部分標(biāo)注相同的符號(hào)。

[整體構(gòu)成]

圖1是示出本實(shí)施方式的液體噴射系統(tǒng)1的整體構(gòu)成例的圖。該液體噴射系統(tǒng)1在將柔軟原料、例如生物體組織作為切削對(duì)象物的外科手術(shù)用、將食品作為切削對(duì)象物的食品加工用、膠材料的加工用、或者橡膠或塑料等樹脂材料的切削加工的用途中被使用，噴射運(yùn)動(dòng)量為2nNs(納米牛頓秒)以上2mNs(毫米牛頓秒)以下、或者運(yùn)動(dòng)能量為2nJ(納焦耳)以上200mJ(毫焦耳)以下的脈沖液體噴射，切削切削對(duì)象。在下文中，例示在外科手術(shù)用的用途中使用液體噴射系統(tǒng)1，進(jìn)行患部(生物體組織)的切開、切除、或者破碎(以下總括為“切削”)的情況。另外，本實(shí)施方式的運(yùn)動(dòng)量流量以及運(yùn)動(dòng)量是作為僅考慮脈沖液體噴射的噴射方向成分的標(biāo)量、即表示大小來進(jìn)行說明。

如圖1所示，液體噴射系統(tǒng)1具備容納液體的容器10、送液泵20、用于向切削對(duì)象物(在本實(shí)施方式中為生物體組織)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。

在該液體噴射系統(tǒng)1中，液體噴射控制裝置70具備手術(shù)者手術(shù)時(shí)進(jìn)行操作的操作面板80。在操作面板80配設(shè)有：用于切換電源的開/關(guān)的按鈕開關(guān)811；能夠選擇為了操作運(yùn)動(dòng)量或運(yùn)動(dòng)能量的增減而附有“1”～“5”的刻度的五階段的控制桿位置的控制桿開關(guān)813；為了輸入重復(fù)頻率，能夠選擇為了輸入重復(fù)頻率而附有“1”～“5”的刻度的五階段的控制桿位置的重復(fù)頻率設(shè)定用控制桿開關(guān)814；以及液晶監(jiān)視器82。另外，液體噴射控制裝置70包括踏板開關(guān)83，該踏板開關(guān)83用于手術(shù)者用腳踩踏來切換脈沖液體噴射的噴射開始以及噴射停止。

容器10容納水、生理鹽水、藥液等液體。送液泵20經(jīng)由連接管91、93，以通常規(guī)定的壓力或規(guī)定的流量將容器10所容納的液體供給到液體噴射裝置30的脈沖流產(chǎn)生部40。

液體噴射裝置30是手術(shù)時(shí)手術(shù)者手持操作的部分(手持件(hand piece))，液體噴射裝置30包括向由送液泵20供給的液體賦予脈動(dòng)而產(chǎn)生脈沖流的脈沖流產(chǎn)生部40和管狀的噴射管50，液體噴射裝置30是通過脈沖流產(chǎn)生部40產(chǎn)生的脈沖流穿過噴射管50，最終作為脈沖液體噴射從設(shè)置在噴嘴60的液體噴射開口部61噴出的裝置。

此處的脈沖流表示液體的流速或壓力時(shí)間性增大且急劇變化的液體的脈動(dòng)性流動(dòng)。同樣地，呈脈沖狀噴射液體是指通過噴嘴的液體的流速時(shí)間性變大的、液體的脈動(dòng)性的噴射。在本實(shí)施方式中，例示了噴射通過向穩(wěn)定流周期性賦予脈動(dòng)產(chǎn)生的脈沖液體噴射的情況，但本發(fā)明也能同樣適用間歇性、斷續(xù)性地重復(fù)液體的噴射和不噴射的脈沖液體噴射的噴射。

圖2是示出沿液體的噴射方向?qū)⒁后w噴射裝置30切斷后的切斷面的圖。此外，為便于圖示，圖2示出的部件或部分的縱橫的比例尺與實(shí)際的不同。如圖2所示，脈沖流產(chǎn)生部40構(gòu)成為在由第一殼體41、第二殼體42、第三殼體43形成的圓筒狀的內(nèi)部空間配設(shè)用于使壓力室44的容積變化的壓電元件45及隔膜46。各殼體41、42、43在彼此相對(duì)的面上被接合一體化。

隔膜46為圓盤狀的金屬薄板，其外周部分夾持于第一殼體41和第二殼體42之間而被固定。壓電元件45例如為層疊型壓電元件，其一端在隔膜46和第三殼體43之間固定于隔膜46，另一端固定于第三殼體。

壓力室44是由隔膜46和形成于第一殼體41的與隔膜46相對(duì)的面上的凹部411圍成的空間。在第一殼體41形成有與壓力室44分別連通的入口流路413和出口流路415。出口流路415的內(nèi)徑形成為比入口流路413的內(nèi)徑大。入口流路413與連接管93連接，將由送液泵20供給的液體導(dǎo)入壓力室44。出口流路415連接噴射管50的一端，將壓力室44內(nèi)流動(dòng)的液體導(dǎo)入噴射管50。在噴射管50的另一端(前端)插入具有液體噴射開口部61的噴嘴60，該液體噴射開口部61的內(nèi)徑縮小為比噴射管50的內(nèi)徑小。

在上述構(gòu)成的液體噴射系統(tǒng)1中，容器10所容納的液體在液體噴射控制裝置70的控制下，通過送液泵20以規(guī)定的壓力或者規(guī)定的流量，經(jīng)由連接管93，供給到脈沖流產(chǎn)生部40。另一方面，若在液體噴射控制裝置70的控制下，向壓電元件45施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，則壓電元件45伸長(zhǎng)/收縮(圖2的箭頭A)。施加于壓電元件45的驅(qū)動(dòng)信號(hào)以預(yù)定的重復(fù)頻率(例如數(shù)十～數(shù)百Hz)重復(fù)施加，對(duì)應(yīng)每個(gè)周期重復(fù)壓電元件45的伸長(zhǎng)和收縮。由此，向壓力室44內(nèi)流動(dòng)的穩(wěn)定流的液體賦予脈動(dòng)，從液體噴射開口部61反復(fù)噴射脈沖液體噴射。

圖3的(a)是示出施加在壓電元件45的一周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電壓波形L11的一例的圖，與液體噴射開口部61的液體流速波形L13合并示出。Tp是重復(fù)周期(驅(qū)動(dòng)電壓波形的一周期的時(shí)間)，其倒數(shù)是所述重復(fù)頻率。

另外，圖3的(b)是圖3的(a)示出的流速波形L13的峰值中，抽出具有最大流速的主峰值部分的圖。此外，重復(fù)周期Tp為1[ms(毫秒)]～100[ms]左右，驅(qū)動(dòng)電壓波形上升到最大電壓需要的時(shí)間(上升時(shí)間)Tpr為10[μs(微秒)]～1000[μs]左右。

重復(fù)周期Tp設(shè)定為比上升時(shí)間Tpr長(zhǎng)的時(shí)間。另外，將上升時(shí)間的倒數(shù)作為上升頻率時(shí)，所述重復(fù)頻率設(shè)定為比上升頻率低的頻率。

例如，壓電元件45如果是施加正電壓則伸長(zhǎng)的元件，那么在上升時(shí)間Tpr急劇伸長(zhǎng)，隔膜46按壓壓電元件45而向壓力室44側(cè)撓曲。當(dāng)隔膜46向壓力室44側(cè)撓曲時(shí)，壓力室44的容積變小，壓力室44內(nèi)的液體被從壓力室44壓出。在此，由于出口流路415的內(nèi)徑比入口流路413的內(nèi)徑大，所以出口流路415的流體慣性及流體阻力比入口流路413的流體阻力小。因此，通過壓電元件45急劇伸長(zhǎng)，被從壓力室44壓出的液體的大部分通過出口流路415導(dǎo)入噴射管50，通過比其內(nèi)徑小的液體噴射開口部61成為脈沖狀的液滴，即成為脈沖液體噴射而被高速噴射。

上升到最大電壓后，驅(qū)動(dòng)電壓緩慢下降。這時(shí)，壓電元件45用長(zhǎng)于上升時(shí)間Tpr的時(shí)間收縮，隔膜46被壓電元件45吸引而向第三殼體43側(cè)撓曲。隔膜46向第三殼體43側(cè)撓曲，壓力室44的容積增大，液體從入口流路413導(dǎo)入壓力室44內(nèi)。

此外，由于送液泵20以規(guī)定壓力或規(guī)定流量向脈沖流產(chǎn)生部40供給液體，因此，如果壓電元件45不進(jìn)行伸縮動(dòng)作，則壓力室44內(nèi)流動(dòng)的液體(穩(wěn)定流)經(jīng)出口流路415導(dǎo)入噴射管50，從液體噴射開口部61噴射。由于該噴射是勻速且低速的液流，因此稱作穩(wěn)定流。

[原理]

作為賦予脈沖液體噴射特征的值基本的是與圖3的(a)中驅(qū)動(dòng)電壓波形L11合并示出的脈沖一個(gè)份的噴射的液體噴射開口部61的流速波形L13。這其中，值得注意的是驅(qū)動(dòng)電壓的上升后產(chǎn)生的最高峰值的流速波形(首波(head wave)的噴射)。圖3的(b)示出該波形的擴(kuò)大圖。其他較低的波峰起因于壓電元件45伸長(zhǎng)時(shí)在壓力室44內(nèi)產(chǎn)生的壓力變動(dòng)的波通過在噴射管50內(nèi)反射往復(fù)而伴隨噴射的噴射，決定切削對(duì)象物的破壞狀態(tài)即切削對(duì)象物的切削深度、切削體積的是流速最大的首波的噴射(主噴射)。

然而，在改變脈沖液體噴射的強(qiáng)度，改變切削對(duì)象物的切削深度、切削體積的情況下，控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形?？梢韵氲皆擈?qū)動(dòng)電壓波形的控制通過手術(shù)者指定作為該電壓特性值的驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升頻率或驅(qū)動(dòng)電壓波形的振幅(電壓振幅)來進(jìn)行的方法。此處所說的上升頻率是驅(qū)動(dòng)電壓的上升涉及的指標(biāo)值的一個(gè)，定義為上升時(shí)間Tpr的倒數(shù)。例如，想到在將電壓振幅固定的狀態(tài)下手術(shù)者指定上升頻率、或者在將上升頻率固定的狀態(tài)下指定電壓振幅的方法。這是因?yàn)殡妷赫穹蛟撋仙l率(上升時(shí)間Tpr)對(duì)主噴射的流速波形影響較大。在驅(qū)動(dòng)電壓上升到最大電壓后的緩慢下降期間的驅(qū)動(dòng)電壓不那么影響主噴射的流速波形。例如，認(rèn)為如果提高上升頻率或者增大電壓振幅，則與其成比例地，切削深度變深，切削體積增大。

但是，存在實(shí)際達(dá)成的切削對(duì)象物的切削深度或切削體積不是一定與電壓特性值的增減均衡變化的情況，明確了存在操作性惡化的情況。例如，可能引起即便手術(shù)者將電壓振幅設(shè)為2倍而切削深度或切削體積沒有如期待的那樣增加、或者將電壓振幅減為1/2而切削深度或切削體積沒有如設(shè)想的減少的情況。因此，有可能產(chǎn)生沒有達(dá)成手術(shù)者希望的切削深度或切削體積的狀況。這是可能會(huì)招致手術(shù)時(shí)間的長(zhǎng)時(shí)間化的問題。

在此，著眼于主噴射的流速波形，通過該主噴射的流速波形確定的幾個(gè)參數(shù)，討論切削深度及切削體積的相關(guān)性。因?yàn)槿绻业脚c切削深度或切削體積的相關(guān)性高的參數(shù)，就能夠以最恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓波形控制壓電元件45來按照手術(shù)者的操作感覺達(dá)成切削深度或切削體積。

因此，首先，根據(jù)液體噴射開口部61的主噴射的流速波形v[m/s]，討論通過液體噴射開口部61的主噴射的質(zhì)量流量[kg/s]、運(yùn)動(dòng)量流量[N]以及能量流量[W]。質(zhì)量流量是通過液體噴射開口部61的液體在每單位時(shí)間的質(zhì)量[kg/s]。運(yùn)動(dòng)量流量是通過液體噴射開口部61的液體在每單位時(shí)間的運(yùn)動(dòng)量[N]。能量流量是通過液體噴射開口部61的液體在每單位時(shí)間的能量[W]。此外，能量是指運(yùn)動(dòng)能量，以下簡(jiǎn)稱為“能量”。

由于在液體噴射開口部61將液體解放到自由空間，能夠?qū)毫σ暈椤?”。另外，與液體的噴流噴射方向正交的方向(液體噴射開口部61的徑方向)的速度也能夠視為“0”。若假設(shè)在液體噴射開口部61的徑方向沒有液體的速度分布，則通過液體噴射開口部61的質(zhì)量流量Jm[kg/s]、運(yùn)動(dòng)量流量Jp[N]以及能量流量Je[W]能夠由以下的式(1)、(2)、(3)求得。S[m²]表示噴嘴的截面積，ρ[kg/m³]表示動(dòng)作流體密度。

Jm＝S·ρ·v…(1)

Jp＝S·ρ·v²…(2)

Je＝1/2·ρ·S·v³…(3)

圖4是表示從圖3的(b)所示的主噴射的流速波形求得的質(zhì)量流量Jm(a)、運(yùn)動(dòng)量流量Jp(b)以及能量流量Je(c)的圖。在從主噴射的流速波形的上升到下降的時(shí)間(繼續(xù)時(shí)間)T內(nèi)對(duì)這些質(zhì)量流量Jm、運(yùn)動(dòng)量流量Jp以及能量流量Je的每個(gè)進(jìn)行積分，則能夠求得作為主噴射從液體噴射開口部61噴射的液體的質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)量以能量。

由上述要領(lǐng)算出的質(zhì)量流量Jm、運(yùn)動(dòng)量流量Jp、能量流量Je、質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)量及能量的各值能確定脈沖一個(gè)的基于噴射的切削深度以及切削體積。但是，均為包含穩(wěn)定流的物理量，重要的是除去穩(wěn)定流的貢獻(xiàn)份的值。

在此，關(guān)于圖4的(a)的質(zhì)量流量Jm定義兩個(gè)參數(shù)：質(zhì)量流量Jm的峰值(最大值)減去穩(wěn)定流的質(zhì)量流量Jm_BG[kg/s]的最大質(zhì)量流量Jm_max[kg/s]；以及作為主噴射從液體噴射開口部61流出的液體的質(zhì)量除去穩(wěn)定流部分的圖4的(a)中畫上陰影示出的流出質(zhì)量M[kg]。流出質(zhì)量M以下式(4)表示。

[式1]

M＝∫(Jm-Jm_BG)dt …(4)

在此，關(guān)于圖4的(b)的運(yùn)動(dòng)量流量Jp定義兩個(gè)參數(shù)：運(yùn)動(dòng)量流量Jp的峰值(最大值)減去穩(wěn)定流的運(yùn)動(dòng)量流量Jp_BG[N]而得的最大運(yùn)動(dòng)量流量Jp_max[N]；以及作為主噴射從液體噴射開口部61流出的液體的運(yùn)動(dòng)量除去穩(wěn)定流部分的而得圖4的(b)中畫上陰影示出的運(yùn)動(dòng)量P[Ns]。運(yùn)動(dòng)量P以下式(5)表示。

[式2]

P＝∫(Jp-Jp_BG)dt …(5)

關(guān)于圖4的(c)的能量流量Je定義兩個(gè)參數(shù)：能量流量Je的峰值(最大值)減去穩(wěn)定流的能量流量Je_BG[W]而得的最大能量流量Je_max[W]；以及作為主噴射從液體噴射開口部61流出的液體的能量除去穩(wěn)定流部分的而得圖4的(c)中畫上陰影示出的能量E[J]。能量E以下式(6)表示。

[式3]

E＝∫(Je-Je_BG)dt …(6)

其中，式(4)～(6)的積分區(qū)間是各流速波形中從主噴射的上升到下降的時(shí)間(持續(xù)時(shí)間)T。

然后，利用數(shù)值模擬，討論最大質(zhì)量流量Jm_max、流出質(zhì)量M、最大運(yùn)動(dòng)量流量Jp_max、運(yùn)動(dòng)量P、最大能量流量Je_max以及能量E六個(gè)參數(shù)分別與切削深度以及切削體積為怎樣程度的相關(guān)。

在此，脈沖液體噴射為流體，切削對(duì)象物為柔軟的彈性體。因此，為了進(jìn)行脈沖液體噴射對(duì)切削對(duì)象物的破壞舉動(dòng)的模擬，在柔軟彈性體側(cè)設(shè)定適當(dāng)?shù)钠茐拈撝档幕A(chǔ)上，必須進(jìn)行所謂的流體和構(gòu)造體(此處為柔軟彈性體)的耦合解析(流體/結(jié)構(gòu)耦合解析(FSI))。作為模擬的計(jì)算方法，舉出例如使用有限要素法(FEM：Finite Element Method)的方法、使用SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics：光滑質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力學(xué))等代表的粒子法的方法，組合有限要素法和粒子法的手法等。由于適用的方法沒有特別的限定而不進(jìn)行詳細(xì)敘述，考慮解析結(jié)果的穩(wěn)定性或計(jì)算時(shí)間等選擇最適當(dāng)?shù)氖址?，進(jìn)行模擬。

進(jìn)行模擬時(shí)，設(shè)定流體密度＝1[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(duì)象物表面的距離)＝0.5[mm]。另外，假定切削對(duì)象物為表面平坦的柔軟彈性體，作為其物理模型，使用密度＝1[g/cm³]，以楊氏模量換算具有9[kPa]左右(以切斷彈性率換算為3[kPa]左右)的彈性率的Mooney-Rivlin(里夫林)超彈性體。破壞閾值使用偏差相當(dāng)傾斜＝0.7。

關(guān)于主噴射的流速波形假定各種主噴射的流速波形，關(guān)于正弦波、三角波以及矩形波三種波形，準(zhǔn)備振幅(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[μs]～200[μs]的范圍內(nèi)的三種變更波形合計(jì)27種。此外，穩(wěn)定流的流速為1[m/s]。

圖5是示出以模擬作為主噴射的流速波形供給的正弦波(a)、矩形波(b)及三角波(c)的圖，準(zhǔn)備分別以實(shí)線示出持續(xù)時(shí)間為63[μs]、一點(diǎn)劃線示出持續(xù)時(shí)間為125[μs]，雙點(diǎn)劃線示出持續(xù)時(shí)間為200[μs]。然后，將準(zhǔn)備的波形作為主噴射的流速波形供給生成脈沖液體噴射，對(duì)打進(jìn)上述柔軟彈性體時(shí)柔軟彈性體的破壞舉動(dòng)進(jìn)行模擬。

圖6是將縱軸作為切削對(duì)象物的切削深度，將橫軸作為最大質(zhì)量流量Jm_max(a)、流出質(zhì)量M(b)、最大運(yùn)動(dòng)量流量Jp_max(c)、運(yùn)動(dòng)量P(d)、最大能量流量Je_max(e)以及能量E(f)繪出模擬結(jié)果的圖。圖6中，將作為主噴射的流速波形供給持續(xù)時(shí)間為63[μs]的正弦波時(shí)的模擬結(jié)果繪制為“﹡”示出，將供給125[μs]的正弦波時(shí)的模擬結(jié)果繪制為“◆”示出，將供給200[μs]的正弦波時(shí)的模擬結(jié)果繪制為“-”示出。另外，將作為主噴射的流速波形供給持續(xù)時(shí)間為63[μs]的三角波時(shí)的模擬結(jié)果繪制為“+”示出，將供給125[μs]的三角波時(shí)的模擬結(jié)果繪制為“×”示出，將供給200[μs]的三角波時(shí)的模擬結(jié)果繪制為“■”示出。另外，將作為主噴射的流速波形供給持續(xù)時(shí)間為63[μs]的矩形波時(shí)的模擬結(jié)果繪制為“●”示出，將供給125[μs]的矩形波時(shí)的模擬結(jié)果作為涂黑的三角形繪制示出，將供給200[μs]的矩形波時(shí)的模擬結(jié)果作為“-”繪制示出。

如上部的圖6的(a)、(c)、(e)所示，可知最大質(zhì)量流量Jm_max、最大運(yùn)動(dòng)量流量Jp_max以及最大能量流量Je_max這三個(gè)的各參數(shù)和切削深度的關(guān)系因作為主噴射的流速波形供給的波形的形狀而較大的不規(guī)則分布，雙方的相關(guān)性較低。特別是質(zhì)量流量，由于是與流速成比例的值，表明切削深度不能僅由主噴射的最大流速確定。

接著，觀察下部的圖6(b)、(d)、(f)示出的流出質(zhì)量M、運(yùn)動(dòng)量P及能量E這三個(gè)的各參數(shù)與切削深度的關(guān)系，流出質(zhì)量M和切削深度的關(guān)系因作為主噴射的流速波形供給的波形的形狀而較大的不規(guī)則分布，相關(guān)性較低。相對(duì)于此，在運(yùn)動(dòng)量P和能量E的關(guān)系中，因供給的波形的形狀的不規(guī)則分布較小，各繪圖大概分布在同一曲線上。運(yùn)動(dòng)量P和能量E中，運(yùn)動(dòng)量P的不規(guī)則分布較小。因此，切削深度與運(yùn)動(dòng)量P或能量E的相關(guān)性高，尤其與運(yùn)動(dòng)量P相關(guān)。

此外，在此將液體噴射開口部的直徑作為0.15[mm]，將噴射距離作為0.5[mm]的情況進(jìn)行模擬，但在其他液體噴射開口部直徑或其噴射距離進(jìn)行模擬，也確認(rèn)切削深度與運(yùn)動(dòng)量P或能量E的相關(guān)性高這個(gè)定性的傾向沒有大的變化。

圖7是將縱軸作為切削對(duì)象物的切削體積，將橫軸作為最大質(zhì)量流量Jm_max(a)、流出質(zhì)量M(b)、最大運(yùn)動(dòng)量流量Jp_max(c)、運(yùn)動(dòng)量P(d)、最大能量流量Je_max(e)及能量E(f)繪出模擬結(jié)果的圖。作為主噴射的流速波形供給的波形和繪制的種類的關(guān)系與圖6相同。

如上部的圖7的(a)、(c)、(e)所示，可知最大質(zhì)量流量Jm_max、最大運(yùn)動(dòng)量流量Jp_max以及最大能量流量Je_max這三個(gè)的各參數(shù)和切削體積的關(guān)系程度雖然不到與切削深度的關(guān)系那樣高，也因作為主噴射的流速波形供給的波形的形狀而較大的不規(guī)則分布，雙方的相關(guān)性較低。

接著，觀察下部的圖7(b)、(d)、(f)示出的流出質(zhì)量M、運(yùn)動(dòng)量P以及能量E這三個(gè)的各參數(shù)與切削體積的關(guān)系，流出質(zhì)量M和切削體積的關(guān)系與切削深度同樣地因作為主噴射的流速波形供給的波形的形狀而較大的不規(guī)則分布，相關(guān)性較低。另一方面，在運(yùn)動(dòng)量P和能量E的關(guān)系中，與切削深度同樣地因供給的波形的形狀的不規(guī)則分布較小，各繪圖大概分布在同一直線上。另外，與運(yùn)動(dòng)量P相比，能量E的不規(guī)則分布較小。因此，切削體積與運(yùn)動(dòng)量P或能量E的相關(guān)性高，尤其與能量E相關(guān)。

此外，在此將液體噴射開口部的直徑作為0.15[mm]，將噴射距離作為0.5[mm]的情況進(jìn)行模擬，但在其他液體噴射開口部直徑、其他噴射距離進(jìn)行模擬，也確認(rèn)切削體積與運(yùn)動(dòng)量P或能量E的相關(guān)性高這一定性的傾向沒有大的變化。

根據(jù)以上的討論結(jié)果，在本實(shí)施方式中，作為實(shí)際上施加于壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形代表的波形預(yù)先進(jìn)行模擬，取得運(yùn)動(dòng)量P以及能量E與上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然后，手術(shù)中確定手術(shù)者的運(yùn)動(dòng)量P或能量E的增減操作對(duì)應(yīng)的上升頻率以及電壓振幅，控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)。

首先，固定電壓振幅，供給階段性改變上升頻率的驅(qū)動(dòng)電壓波形，通過模擬求得主噴射的流速波形。同樣地，固定上升頻率，供給階段性改變電壓振幅的驅(qū)動(dòng)電壓波形，通過模擬求得主噴射的流速波形。模擬例如根據(jù)將液體噴射裝置的流路系統(tǒng)置換為流體(流路)電阻、流體慣性、流體合規(guī)等模型，能夠利用等價(jià)電路法的數(shù)值模擬進(jìn)行?；蛘?，也可以利用使用了有限要素法(FEM)或有限體積法(FVM)等的流體模擬。

圖8的(a)是示出改變上升頻率的情況下的主噴射的流速波形的模擬結(jié)果的圖。如圖8的(a)所示，降低上升頻率(上升時(shí)間Tpr的話為增長(zhǎng))，主噴射的流速波形上升的定時(shí)不變而持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)，其振幅(流速的最大值)也變小。另外，圖8的(b)是示出改變電壓振幅的情況下的主噴射的流速波形的模擬結(jié)果的圖。如圖8的(b)所示，若減小電壓振幅，主噴射的流速波形與減小上升頻率的情況不同，原樣維持持續(xù)時(shí)間，波形振幅(流速的最大值)變小。

接著，關(guān)于得到的主噴射的流速波形的每個(gè)，求得運(yùn)動(dòng)量P和能量E。

圖9是示出得到的每個(gè)主噴射的流速波形的運(yùn)動(dòng)量P和上升頻率及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。該圖9繪制將縱軸作為上升頻率、橫軸作為電壓振幅的坐標(biāo)空間得到的運(yùn)動(dòng)量P，通過繪制運(yùn)動(dòng)量P相關(guān)的等高線得到。各等高線在圖9的左下降低，向著右上以規(guī)定量逐漸增大。

另外，圖10是示出得到的每個(gè)主噴射的流速波形的能量E和上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。能量E的情況也繪制如圖10所示將縱軸作為上升頻率、橫軸作為電壓振幅的坐標(biāo)空間得到的能量E，通過繪制能量E相關(guān)的等高線得到。各等高線在圖10的左下降低，向著右上以規(guī)定量逐漸增大。

在此，值得注意的是，運(yùn)動(dòng)量P及能量E的任一個(gè)的情況下，等高線的間隔不是等間隔，并且在坐標(biāo)軸方向上運(yùn)動(dòng)量P、能量E線形都不變。例如，著眼于圖9所示的運(yùn)動(dòng)量P和上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系，考慮固定電壓振幅(例如V0)而上升頻率可變，控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況。在運(yùn)動(dòng)量P的變化量一定的情況下，運(yùn)動(dòng)量指示值P12～P13間上升頻率f120～f130間的頻率變化成為必要，運(yùn)動(dòng)量指示值P13～P14間上升頻率f130～f140間的頻率變化成為必要。但是，上升頻率f120～f130間的頻率間隔與上升頻率f130～f140間的頻率間隔不同。這一現(xiàn)象隨著運(yùn)動(dòng)量P增大而表現(xiàn)顯著。因此，在固定電壓振幅，進(jìn)行使上升頻率以一定量逐漸變化的操作的情況下，由于運(yùn)動(dòng)量P沒有按照預(yù)想的變化，因此，可能會(huì)產(chǎn)生切削深度或切削體積沒有按照手術(shù)者需要的/按照感覺變化的狀況。固定上升頻率，進(jìn)行以一定量逐漸使電壓振幅變化的操作的情況下也同樣。另外，關(guān)于能量E也相同。

在此，在本實(shí)施方式中，將手術(shù)中手術(shù)者進(jìn)行的操作作為使用控制桿開關(guān)813的運(yùn)動(dòng)量P的增減操作或能量E的增減操作。而且，作為運(yùn)動(dòng)量P的增減操作的情況下，在圖9所示的坐標(biāo)空間內(nèi)固定基準(zhǔn)線，獲得基準(zhǔn)線與運(yùn)動(dòng)量P的各等高線相交的各交點(diǎn)的上升頻率以及電壓振幅，將其表格化。例如，如果將圖9中粗線所示的直線作為基準(zhǔn)線的情況下，將與各等高線的交點(diǎn)A11、A12、…的上升頻率以及電壓振幅對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的等高線的運(yùn)動(dòng)量P，作成數(shù)據(jù)表格。另外，在控制桿開關(guān)813的控制桿位置的每個(gè)，作為運(yùn)動(dòng)量P的指示值(運(yùn)動(dòng)量指示值)依次分配各等高線的運(yùn)動(dòng)量指示值P11、P12…。通過這樣的方式，能夠在控制桿開關(guān)813移動(dòng)1刻度時(shí)，使運(yùn)動(dòng)量P的變化量為相同程度。

另一方面，作為能量E的增減操作的情況下，在圖10所示的坐標(biāo)空間內(nèi)固定基準(zhǔn)線，獲得基準(zhǔn)線與能量E的各等高線相交的各交點(diǎn)的上升頻率以及電壓振幅，將其表格化。例如，如果將圖10中粗線所示的直線作為基準(zhǔn)線的情況下，將與各等高線的交點(diǎn)A21、A22…的上升頻率以及電壓振幅對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的等高線的能量E，作成數(shù)據(jù)表格。另外，在控制桿開關(guān)813的控制桿位置的每個(gè)位置，作為能量E的指示值(能量指示值)依次分配各等高線的能量指示值E21、E22、…。通過這樣的方式，能夠在控制桿開關(guān)813移動(dòng)1刻度時(shí)，使能量E的變化量為相同程度。

此外，基準(zhǔn)線沒有必要是直線。例如，可以將圖9、10中以點(diǎn)劃線示出的曲線等作為基準(zhǔn)線。

下文中，作為本實(shí)施方式的實(shí)施例，依次說明根據(jù)手術(shù)者通過控制桿開關(guān)813進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)量P的增減操作，控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況(實(shí)施例1)、以及手術(shù)者通過控制桿開關(guān)813進(jìn)行的能量E的增減操作，控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況(實(shí)施例2)。

(實(shí)施例1)

首先，對(duì)實(shí)施例1進(jìn)行說明。圖11是示出實(shí)施例1的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。如圖11所示，液體噴射控制裝置70-1具備操作部71、顯示部73、控制部75、存儲(chǔ)部77。

操作部71通過按鈕開關(guān)、控制桿開關(guān)、刻度盤開關(guān)或踏板開關(guān)等各種開關(guān)、觸摸面板、跟蹤板、鼠標(biāo)等輸入裝置實(shí)現(xiàn)，將操作輸入對(duì)應(yīng)的操作信號(hào)輸出到控制部75。該操作部71包括通過圖1的按鈕開關(guān)811實(shí)現(xiàn)的電源按鈕711、通過圖1的控制桿開關(guān)813實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713、通過圖1的控制桿開關(guān)814實(shí)現(xiàn)的重復(fù)頻率設(shè)定用控制桿714、通過圖1的腳踏開關(guān)83實(shí)現(xiàn)的噴射開關(guān)715。

運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713用于輸入運(yùn)動(dòng)量指示值。手術(shù)者操作運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713即圖1的控制桿開關(guān)813，選擇附有“1”～“5”的刻度的控制桿位置，操作運(yùn)動(dòng)量P以5階段增減。在各控制桿位置預(yù)先將運(yùn)動(dòng)量指示值分配成與對(duì)應(yīng)的刻度的數(shù)值成比例，并以一定量逐漸增大。此外，控制桿位置的階段數(shù)不限定于5階段，可以適當(dāng)設(shè)定為“大”“中”“小”三階段調(diào)整等。

重復(fù)頻率設(shè)定用控制桿714用于設(shè)定重復(fù)頻率。手術(shù)者通過操作圖1的控制桿開關(guān)814，選擇附有“1”～“5”的刻度的控制桿位置，從而以5階段對(duì)重復(fù)施加于壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形的重復(fù)頻率(例如數(shù)十～數(shù)百Hz)進(jìn)行增減操作。在各控制桿位置分配刻度數(shù)值對(duì)應(yīng)的重復(fù)頻率。此外，控制桿位置的階段數(shù)不限定于5階段，可以適當(dāng)設(shè)定段數(shù)。

顯示部73通過LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示器)或EL顯示器(Electroluminescence display，電致發(fā)光顯示器)等顯示裝置來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)從控制部75輸入的顯示信號(hào)顯示設(shè)定畫面等各種畫面。例如，圖1的液晶顯示器82相當(dāng)于此。

控制部75通過CPU(Central Processing Unit，中央處理器)或DSP(Digital Signal Processor，數(shù)字信號(hào)處理器)等微處理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，專用集成電路)等控制裝置和運(yùn)算裝置來實(shí)現(xiàn)，統(tǒng)一地對(duì)液體噴射系統(tǒng)1的各部分進(jìn)行控制。該控制部75具備壓電元件控制部751、泵控制部756、運(yùn)動(dòng)量顯示控制部757。另外，構(gòu)成控制部75的各部也可以由專用的模塊電路等硬件構(gòu)成。

壓電元件控制部751包括：上升頻率設(shè)定部752，根據(jù)運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713的控制桿位置設(shè)定上升頻率；電壓振幅設(shè)定部753，根據(jù)運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713的控制桿位置設(shè)定電壓振幅；重復(fù)頻率設(shè)定部754，根據(jù)重復(fù)頻率設(shè)定用控制桿714的控制桿位置，設(shè)定重復(fù)頻率。該壓電元件控制部751生成驅(qū)動(dòng)電壓波形，將生成后的波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加于壓電元件45，這時(shí)，根據(jù)上升頻率設(shè)定部752設(shè)定的上升頻率和電壓振幅設(shè)定部753設(shè)定的電壓振幅，生成驅(qū)動(dòng)電壓波形。

泵控制部756向送液泵20輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)送液泵20。運(yùn)動(dòng)量顯示控制部757進(jìn)行控制，使顯示部73顯示選擇中的運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713的控制桿位置所分配的運(yùn)動(dòng)量指示值(即運(yùn)動(dòng)量P的當(dāng)前值)。

存儲(chǔ)部77通過ROM(Read Only Memory，只讀存儲(chǔ)器)、閃存ROM、RAM(Random Access Memory，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等各種IC(Integrated Circuit，集成電路)存儲(chǔ)器、硬盤等存儲(chǔ)介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)部77中事先存儲(chǔ)或每次處理時(shí)暫時(shí)存儲(chǔ)用于使液體噴射系統(tǒng)1動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)該該液體噴射系統(tǒng)1具備的各種功能的程序、以及該程序執(zhí)行中所使用的數(shù)據(jù)等。

另外，在存儲(chǔ)部77存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771。該運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771是參照?qǐng)D9設(shè)定上述運(yùn)動(dòng)量P和上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)表格，圖12中示出一例。

圖12是示出運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。如圖12所示，在運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771與控制桿位置(刻度)對(duì)應(yīng)，設(shè)定對(duì)應(yīng)的控制桿位置所分配的運(yùn)動(dòng)量指示值、上升頻率和電壓振幅。在操作運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713的情況下，上升頻率設(shè)定部752從運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771讀出、設(shè)定所選擇的控制桿位置的上升頻率。另外，電壓振幅設(shè)定部753從運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771讀出、設(shè)定選中的控制桿位置的電壓振幅。由此，例如使運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713的控制桿位置匹配“3”刻度的情況下，以運(yùn)動(dòng)量P成為控制桿位置“3”分配的運(yùn)動(dòng)量指示值P13的驅(qū)動(dòng)電壓波形控制壓電元件45。

此外，圖12的運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771的數(shù)據(jù)構(gòu)成例為一例，除如上述的圖9中的粗線或點(diǎn)劃線顯示的直線或曲線之外，也能夠?qū)⑾Ｍ闹本€或曲線作為基準(zhǔn)線。即，也可以將所述希望的基準(zhǔn)線和運(yùn)動(dòng)量指示值P11、P12、…的各等高線的交點(diǎn)的上升頻率以及電壓振幅設(shè)定于運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771中。

另外，也可以通過將電壓振幅一定，改變上升頻率，將得到的運(yùn)動(dòng)量指示值P11、P12、…設(shè)定為運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771。例如，如圖13所示，將電壓振幅以V1固定，運(yùn)動(dòng)量指示值P11、P12、…的上升頻率f111、f121、…設(shè)定于運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771中。根據(jù)運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771，通過改變/設(shè)定上升頻率，能夠改變/設(shè)定指示運(yùn)動(dòng)量P的值。

另外，也可以通過將上升頻率一定，改變電壓振幅，將得到的運(yùn)動(dòng)量指示值P11、P12、…設(shè)定為運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771。例如，如圖13所示，將電壓振幅以f1固定，電壓振幅將運(yùn)動(dòng)量指示值成為P11、P12、…的電壓振幅V111、V121、…設(shè)定于運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771中。根據(jù)運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771，通過改變/設(shè)定電壓振幅，能夠改變/設(shè)定指示運(yùn)動(dòng)量P的值。

此外，圖13中的運(yùn)動(dòng)量P、上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系與圖9相同。

[處理的流程]

圖14是示出脈沖液體噴射的噴射時(shí)控制部75進(jìn)行的處理的流程的流程圖。如圖14所示，若操作電源按鈕711，投入液體噴射控制裝置70-1的電源，通過噴射開關(guān)715指示脈沖液體噴射的噴射開始，則泵控制部756驅(qū)動(dòng)送液泵20，壓電元件控制部751驅(qū)動(dòng)壓電元件45，開始脈沖液體噴射的噴射(步驟S111)。此時(shí)，上升頻率設(shè)定部752取得選擇中的運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713的控制桿位置，從運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771讀出上升頻率，設(shè)定上升頻率。另外，電壓振幅設(shè)定部753從運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771讀出取得的控制桿位置的電壓振幅，設(shè)定電壓振幅。并且，重復(fù)頻率設(shè)定部754取得選擇中的重復(fù)頻率設(shè)定用控制桿714的控制桿位置，設(shè)定重復(fù)頻率。然后，壓電元件控制部751根據(jù)這些上升頻率、電壓振幅以及重復(fù)頻率，生成驅(qū)動(dòng)電壓波形，在壓電元件45施加生成的驅(qū)動(dòng)電壓波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

另外，運(yùn)動(dòng)量顯示控制部757從運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771讀出取得的控制桿位置所分配的運(yùn)動(dòng)量指示值，進(jìn)行顯示部73顯示的控制(步驟S113)。

其后，控制部75在通過噴射開關(guān)715的操作判定結(jié)束脈沖液體噴射的噴射期間(步驟S125：否)，在步驟S115中監(jiān)視運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713的操作。然后，在操作運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713的情況(步驟S115：是)下，上升頻率設(shè)定部752從運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771讀出所選擇的控制桿位置的上升頻率，更新上升頻率的設(shè)定(步驟S117)，與此同時(shí)，電壓振幅設(shè)定部753從運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771讀出選擇的控制桿位置的電壓振幅，更新電壓振幅的設(shè)定(步驟S119)。其后，壓電元件控制部751根據(jù)設(shè)定的重復(fù)頻率、上升頻率以及電壓振幅，生成驅(qū)動(dòng)電壓波形，在壓電元件45施加生成的驅(qū)動(dòng)電壓波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(步驟S121)。

另外，運(yùn)動(dòng)量顯示控制部757從運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771讀出選擇的控制桿位置所分配的運(yùn)動(dòng)量指示值，進(jìn)行更新顯示部73的顯示的控制(步驟S123)。圖15在步驟S113表示，在步驟S123更新顯示的顯示畫面例的圖。通過該顯示畫面，手術(shù)中，手術(shù)者能夠掌握從液體噴射開口部61噴射的脈沖液體噴射相關(guān)的運(yùn)動(dòng)量P的當(dāng)前值，進(jìn)行作業(yè)。此外，運(yùn)動(dòng)量指示值的表示不限于通過圖15示出的數(shù)值的顯示進(jìn)行的情況，也可以通過計(jì)量計(jì)顯示進(jìn)行，或者伴隨通過脈沖液體噴射的噴射開始的增減操作，用表格顯示運(yùn)動(dòng)量P的變化。

另外，運(yùn)動(dòng)量顯示控制部757不僅使顯示部73顯示運(yùn)動(dòng)量P的指示值，也可以顯示運(yùn)動(dòng)量P的指示值以及重復(fù)頻率。并且，除運(yùn)動(dòng)量P的指示值以及重復(fù)頻率之外，可以與當(dāng)前的上升頻率(或上升時(shí)間)或電壓振幅中至少一個(gè)一起顯示。

根據(jù)該實(shí)施例1，基于預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動(dòng)量P和上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系，能夠按照達(dá)成順著操作感覺的切削深度及切削體積的最適合的上升頻率以及電壓振幅，控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形。例如，如果使運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713移動(dòng)一刻度，則由于相當(dāng)于刻度間隔部分的運(yùn)動(dòng)量P變化，能夠?qū)⑶邢魃疃纫约扒邢黧w積設(shè)定為符合用戶的感覺/意圖，能夠提高操作性。

(實(shí)施例2)

接著，對(duì)實(shí)施例2進(jìn)行說明。與實(shí)施例1的同樣的部分賦予相同的符號(hào)。圖16是示出實(shí)施例2的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。如圖16所示，液體噴射控制裝置70-2具備操作部71a、顯示部73、控制部75a、存儲(chǔ)部77a。

操作部71a包括通過圖1的控制桿開關(guān)813實(shí)現(xiàn)的能量調(diào)整控制桿716a。該能量調(diào)整控制桿716a用于輸入能量指示值。手術(shù)者操作能量調(diào)整控制桿716a即圖1的控制桿開關(guān)813，選擇附有“1”～“5”的刻度的控制桿位置，以5階段對(duì)能量E進(jìn)行增減操作。在各控制桿位置預(yù)先將能量指示值分配成與對(duì)應(yīng)的刻度的數(shù)值成比例，以一定量逐漸增大。此外，控制桿位置的階段數(shù)不限定于5階段，可以適當(dāng)設(shè)定為“大”“中”“小”三階段調(diào)整等。

控制部75a具備壓電元件控制部751a、泵控制部756、能量顯示控制部758a。

壓電元件控制部751a包括：頻率設(shè)定部752a，根據(jù)能量調(diào)整控制桿716a的控制桿位置設(shè)定上升頻率；電壓振幅設(shè)定部753a，根據(jù)能量調(diào)整控制桿716a的控制桿位置設(shè)定電壓振幅；重復(fù)頻率設(shè)定部754a，根據(jù)重復(fù)頻率設(shè)定用控制桿714的控制桿位置，設(shè)定重復(fù)頻率。該壓電元件控制部751a生成驅(qū)動(dòng)電壓波形，將生成的波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加于壓電元件45，此時(shí)，根據(jù)頻率設(shè)定部752a設(shè)定的上升頻率和電壓振幅設(shè)定部753a設(shè)定的電壓振幅，生成驅(qū)動(dòng)電壓波形。

能量顯示控制部758a進(jìn)行控制，以使顯示部73顯示選擇的能量調(diào)整控制桿716a的控制桿位置所分配的能量指示值。

另外，圖19所示的能量顯示控制部758a不僅使顯示部73顯示能量E的指示值，也可以顯示重復(fù)頻率。并且，可以與當(dāng)前的上升頻率(或上升時(shí)間)或電壓振幅中至少一個(gè)一起顯示。

在存儲(chǔ)部77a存儲(chǔ)能量轉(zhuǎn)換表772a。該能量轉(zhuǎn)換表772a是參照?qǐng)D10設(shè)定上述能量E和上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)表，圖17中示出一例。

圖17是示出能量轉(zhuǎn)換表772a的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。如圖17所示，在能量轉(zhuǎn)換表772a與控制桿位置(刻度)對(duì)應(yīng)，設(shè)定對(duì)應(yīng)的控制桿位置所分配的能量指示值、上升頻率和電壓振幅。在操作能量調(diào)整控制桿716a的情況下，頻率設(shè)定部752a從能量轉(zhuǎn)換表772a讀出、設(shè)定選擇的控制桿位置的上升頻率。另外，電壓振幅設(shè)定部753a從能量轉(zhuǎn)換表772a讀出并設(shè)定所選擇的控制桿位置的電壓振幅。由此，在例如使能量調(diào)整控制桿716a的控制桿位置匹配“3”刻度的情況下，以能量E成為控制桿位置“3”分配的能量指示值E23的驅(qū)動(dòng)電壓波形控制壓電元件45。

此外，圖17的能量轉(zhuǎn)換表772a的數(shù)據(jù)構(gòu)成例為一例，除如上述的圖10中的粗線或一點(diǎn)劃線顯示的直線或曲線之外，也能夠?qū)⑾Ｍ闹本€或曲線作為基準(zhǔn)線。即，也可以將所述希望的基準(zhǔn)線和能量指示值E21、E22、…的各等高線的交點(diǎn)的上升頻率以及電壓振幅設(shè)定在能量轉(zhuǎn)換表772a中。

另外，可以通過使電壓振幅一定，改變上升頻率，從而設(shè)定得到能量指示值E21、E22、…的能量轉(zhuǎn)換表772a，相反，也可以通過使上升頻率一定，改變電壓振幅，設(shè)定得到能量指示值E21、E22、…的能量轉(zhuǎn)換表772a。具體而言，例如，如圖18所示，能夠使電壓振幅固定為V2，在能量轉(zhuǎn)換表772a設(shè)定上升頻率為能量指示值E21、E22…的上升頻率f212、f222、…，也能夠使上升頻率固定為f2，在能量轉(zhuǎn)換表772a設(shè)定電壓振幅成為能量指示值E21、E22、…的電壓振幅V212、V222、…。

此外，圖18中的能量E、上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系與圖10相同。

根據(jù)該實(shí)施例2，基于預(yù)先設(shè)定的能量E和上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系，能夠按照達(dá)成順著操作感覺的切削深度及切削體積的最適合的上升頻率以及電壓振幅，控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形。例如，如果使能量調(diào)整控制桿716a移動(dòng)1刻度，則由于相當(dāng)于刻度間隔部分的能量E變化，能夠使切削深度以及切削體積設(shè)定成符合用戶的感覺/意圖，能夠提高操作性。

此外，在上述實(shí)施方式中，說明通過控制桿開關(guān)813(運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713)操作運(yùn)動(dòng)量P階段性增減的情況、通過控制桿開關(guān)813(能量調(diào)整控制桿716a)操作能量E階段性增減的情況。相對(duì)于此，控制桿開關(guān)813也可以構(gòu)成為能夠在附有刻度的控制桿位置間無階段地調(diào)整運(yùn)動(dòng)量指示值或能量指示值。

作為具體的處理，例如著眼于運(yùn)動(dòng)量P，在選擇刻度間的控制桿位置的情況下，參照?qǐng)D12所示的運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表711，讀出所選擇的運(yùn)動(dòng)量P的前后的刻度的控制桿位置對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)量指示值、上升頻率以及電壓振幅。然后，對(duì)讀出的上升頻率以及電壓振幅分別進(jìn)行線性插補(bǔ)，確定當(dāng)前選擇的運(yùn)動(dòng)量P對(duì)應(yīng)的上升頻率以及電壓振幅。

另外，不僅讀出被選擇的運(yùn)動(dòng)量P的前后，還讀出再前后的刻度的控制桿位置(運(yùn)動(dòng)量指示值)對(duì)應(yīng)的上升頻率以及電壓振幅，將讀出的上升頻率以及電壓振幅分別進(jìn)行多項(xiàng)式插補(bǔ)等，可以確定當(dāng)前所選擇的運(yùn)動(dòng)量P對(duì)應(yīng)的、上升頻率以及電壓振幅。

或者，圖9的粗線或點(diǎn)劃線示出的基準(zhǔn)線實(shí)際上作為以電壓振幅、上升頻率和運(yùn)動(dòng)量為坐標(biāo)軸的空間內(nèi)的曲線表示。預(yù)先求得該曲線對(duì)應(yīng)的方程式，從該方程式可以確定所選擇的控制桿位置的運(yùn)動(dòng)量P對(duì)應(yīng)的上升頻率以及電壓振幅。

另外，例如著眼于能量E，在選擇刻度間的控制桿位置的情況下，參照?qǐng)D17所示的能量轉(zhuǎn)換表772a，讀出所選擇的能量E的前后的刻度的控制桿位置(能量指示值)對(duì)應(yīng)的、上升頻率以及電壓振幅。然后，對(duì)讀出的上升頻率以及電壓振幅分別進(jìn)行線性插補(bǔ)，確定當(dāng)前選擇的能量E對(duì)應(yīng)的上升頻率以及電壓振幅。

另外，不僅讀出被選擇的能量E的前后，還讀出再前后的刻度的控制桿位置(能量指示值)對(duì)應(yīng)的上升頻率以及電壓振幅，將讀出的上升頻率以及電壓振幅分別進(jìn)行多項(xiàng)式插補(bǔ)等，可以確定當(dāng)前所選擇的能量E對(duì)應(yīng)的、上升頻率以及電壓振幅。

或者，圖10的粗線或點(diǎn)劃線示出的基準(zhǔn)線實(shí)際上作為以電壓振幅、上升頻率和能量為坐標(biāo)軸的空間內(nèi)的曲線表示。預(yù)先求得該曲線對(duì)應(yīng)的方程式，從該方程式可以確定所選擇的控制桿位置的能量E對(duì)應(yīng)的、上升頻率以及電壓振幅。

另外，可以在每個(gè)液體噴射裝置30的種類準(zhǔn)備運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)表771或能量轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)表772a，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部77、77a，選擇性使用液體噴射裝置30的種類對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)表771或能量轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)表772a等。例如，優(yōu)選液體噴射開口部61以及噴嘴60的內(nèi)徑以及長(zhǎng)度的不同，噴射管50的內(nèi)徑以及長(zhǎng)度的不同、壓電元件45的特性的不同、壓力室44的容積的不同等的、脈沖液體噴射的噴射相關(guān)的構(gòu)造不同的每個(gè)液體噴射裝置30的種類準(zhǔn)備。切削對(duì)象物，例如如果是用于外科手術(shù)用的用途的情況根據(jù)患部的部位，如果是用于食品加工用的用途使用的情況根據(jù)食品的種類，如果是膠材料、橡膠或塑料等的樹脂材料的切削加工用途根據(jù)各個(gè)材料的種類，即存在根據(jù)切削加工的對(duì)象素材的形狀、密度、破壞閾值、彈性模量或粘性模量等，將液體噴射裝置30交換為不同種類的情況。

另外，更加優(yōu)選液體噴射裝置30存儲(chǔ)表示該裝置的種類的信息，液體噴射控制裝置70從連接的液體噴射裝置30讀出該信息，自動(dòng)切換運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表771或能量轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)表772a。

另外，在上述實(shí)施方式中，作為上升相關(guān)的指標(biāo)值例示了上升頻率。相對(duì)于此，代替上升頻率，也可以使用上升時(shí)間Tpr。

另外，運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿713、能量調(diào)整控制桿716a不限于通過控制桿開關(guān)813實(shí)現(xiàn)的情況，也可以例如通過刻度盤開關(guān)、按鈕開關(guān)等實(shí)現(xiàn)。另外，顯示部73作為觸摸面板也可以通過軟件的按鈕開關(guān)等實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，用戶觸摸操作作為顯示部73的觸摸面板，輸入操作運(yùn)動(dòng)量或能量的指示值。

另外，在上述實(shí)施方式中，說明壓電元件控制部751、751a根據(jù)設(shè)定的重復(fù)頻率、上升頻率以及電壓振幅，生成驅(qū)動(dòng)電壓波形(例如，圖14的步驟S121)。也可以將此逐個(gè)關(guān)聯(lián)于重復(fù)頻率、上升頻率以及電壓振幅的獲得的組合，預(yù)先生成一周期的驅(qū)動(dòng)電壓波形，作為與該組合對(duì)應(yīng)的波形數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部77、77a。然后，讀出設(shè)定的重復(fù)頻率、上升頻率以及電壓振幅的組合對(duì)應(yīng)的波形數(shù)據(jù)，可以根據(jù)讀出的波形數(shù)據(jù)，向壓電元件45施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

另外，在上述實(shí)施方式中，公開了噴射運(yùn)動(dòng)量為2nNs以上2mNs以下，或者運(yùn)動(dòng)能量為2nJ以上200mJ以下的脈沖液體噴射的構(gòu)成，但更優(yōu)選噴射運(yùn)動(dòng)量為20nNs以上200μN(yùn)s以下，或者運(yùn)動(dòng)能量為40nJ以上10mJ以下的脈沖液體噴射的構(gòu)成。通過這樣的方式，能夠良好地切削生物體組織或膠材料。

符號(hào)說明

1液體噴射系統(tǒng)；10容器；20送液泵；30液體噴射裝置；40脈沖流產(chǎn)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；713運(yùn)動(dòng)量調(diào)整控制桿；716a能量調(diào)整控制桿；73顯示部；75、75a控制部；751、751a壓電元件控制部；752、752a頻率設(shè)定部；753、753a電壓振幅設(shè)定部；756泵控制部；757運(yùn)動(dòng)量顯示控制部；758a能量顯示控制部；77、77a存儲(chǔ)部；771運(yùn)動(dòng)量轉(zhuǎn)換表；772a能量轉(zhuǎn)換表。