本發(fā)明涉及對(duì)使用壓電元件將液體以脈沖狀噴射的液體噴射裝置進(jìn)行控制的液體噴射控制裝置、液體噴射系統(tǒng)以及控制方法。

背景技術(shù)：

已知有將液體以脈沖狀噴射而將切削對(duì)象物進(jìn)行切削的技術(shù)。脈沖狀的液體的噴射是從噴嘴脈動(dòng)地噴射的液體的射流，在本說(shuō)明書(shū)中，適當(dāng)稱為“脈沖液體射流(pulsedliquidjet)”。

脈沖液體射流的用途多種多樣，例如，在專利文獻(xiàn)1中，提出有作為醫(yī)療領(lǐng)域中的外科手術(shù)用進(jìn)行利用的技術(shù)。在該情況下，切削對(duì)象物是生物體組織，液體是生理鹽水。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】

【專利文獻(xiàn)】

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

在生成脈沖液體射流的機(jī)構(gòu)之一中，已知有使用壓電元件的機(jī)構(gòu)。其是通過(guò)將脈沖波狀的驅(qū)動(dòng)電壓施加于壓電元件，從而壓電元件在動(dòng)作流體(液體)內(nèi)產(chǎn)生瞬間的壓力而將液體以脈沖狀噴射的機(jī)構(gòu)。因此，在變更脈沖液體射流的強(qiáng)度的情況下，控制施加于壓電元件的驅(qū)動(dòng)電壓。因此，考慮到通過(guò)利用操作旋鈕或操作按鈕等操作部來(lái)指示施加于壓電元件的驅(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，也稱為驅(qū)動(dòng)電壓的大小)，從而變更脈沖液體射流的強(qiáng)度的方法。

但是，存在即使使由操作部指示的驅(qū)動(dòng)電壓的特性值變化，也不能使切削對(duì)象物的切削深度和切削體積這樣的切削樣態(tài)像使用者所想的那樣變化的情況。詳細(xì)情況后述，但是例如即使使用者將電壓振幅改變成兩倍或四倍、或者1/2、1/4，切削深度和切削體積也不一定按照那樣發(fā)生變化。在將脈沖液體射流用于外科手術(shù)用途的情況下，不能得到符合手術(shù)者的操作感覺(jué)的作用，從而成為問(wèn)題。

另一方面，如果脈沖液體射流的噴射周期可變，則能夠增減每個(gè)單位時(shí)間的切削深度、切削體積，能夠調(diào)整切削對(duì)象物的速度。但是，如果改變噴射周期，則驅(qū)動(dòng)電壓波形的形狀改變，從而一個(gè)脈沖的液體射流的強(qiáng)度等得以改變。因此，在改變噴射周期的前后，一個(gè)脈沖的脈沖液體射流產(chǎn)生的切削深度、切削體積發(fā)生變化，存在即使縮短噴射周期，換而言之，即使提高噴射頻率，也不能得到符合使用者的意圖的噴射頻率成比例的切削速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而提出，其目的在于提供按照使用者的意圖設(shè)定脈沖液體射流的強(qiáng)度，提高使用便利性的液體噴射控制裝置、液體噴射系統(tǒng)以及控制方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，第一方面涉及的液體噴射控制裝置將賦予的驅(qū)動(dòng)電壓波形施加于壓電元件并控制來(lái)自液體噴射裝置的脈沖液體射流的重復(fù)的噴射，所述液體噴射裝置使用該壓電元件將液體以脈沖狀噴射，所述液體噴射控制裝置具備：第一操作部，用于輸入所述脈沖液體射流的運(yùn)動(dòng)能量涉及的第一指示值；控制部，控制所述驅(qū)動(dòng)電壓波形，所述控制部變更該驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升涉及的波形形狀(以下稱為“上升波形形狀”)，使得所述運(yùn)動(dòng)能量成為所述第一指示值。

并且，作為另一方面，控制方法將賦予的驅(qū)動(dòng)電壓波形施加于壓電元件并控制來(lái)自液體噴射裝置的脈沖液體射流的重復(fù)的噴射，所述液體噴射裝置使用該壓電元件將液體以脈沖狀噴射，所述控制方法包括：輸入所述脈沖液體射流的運(yùn)動(dòng)能量涉及的第一指示值；以及變更所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升涉及的波形形狀，使得所述運(yùn)動(dòng)能量成為所述第一指示值。

根據(jù)該第一方面等，如果輸入脈沖液體射流的運(yùn)動(dòng)能量涉及的第一指示值，則變更驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升涉及的波形形狀，使得運(yùn)動(dòng)能量成為第一指示值。如后所述，切削深度和切削體積與脈沖液體射流的運(yùn)動(dòng)能量的相關(guān)性高。因此，通過(guò)直接指示脈沖液體射流的運(yùn)動(dòng)能量，能夠?qū)崿F(xiàn)符合使用者的意圖和操作感覺(jué)的切削深度和切削體積，能夠提高使用便利性。

并且，根據(jù)第一方面的液體噴射控制裝置，在第二方面中，所述液體噴射控制裝置還具備第二操作部，所述第二操作部用于輸入所述脈沖液體射流的每單位時(shí)間的噴射次數(shù)涉及的第二指示值，所述控制部控制所述驅(qū)動(dòng)電壓波形，使得所述脈沖液體射流的每單位時(shí)間的噴射次數(shù)成為第二指示值。

根據(jù)該第二方面，能夠指示脈沖液體射流的每單位時(shí)間的噴射次數(shù)。由此，例如，能夠在維持第一指示值的狀態(tài)下增減噴射次數(shù)。當(dāng)然，即使變更噴射次數(shù)，也能夠控制驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升涉及的波形形狀，使得運(yùn)動(dòng)能量成為第一指示值。因此，在改變噴射次數(shù)的前后，能夠在不改變一個(gè)脈沖的脈沖液體射流產(chǎn)生的切削深度和切削體積的情況下調(diào)整切削速度，實(shí)現(xiàn)使用便利性的提高。

并且，根據(jù)第一或第二方面的液體噴射控制裝置，在第三方面中，所述液體噴射控制裝置還具備第三操作部，所述第三操作部用于輸入所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的電壓振幅涉及的第三指示值，所述控制部基于所述第三指示值，控制所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的電壓振幅。

根據(jù)該第三方面，能夠指示驅(qū)動(dòng)電壓波形的電壓振幅。

并且，根據(jù)第一至第三方面中任一方面的液體噴射控制裝置，在第四方面中，所述液體噴射控制裝置還具備第四操作部，所述第四操作部用于輸入所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升時(shí)間涉及的第四指示值，所述控制部基于所述第四指示值，控制所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升時(shí)間。

根據(jù)該第四方面，能夠指示驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升時(shí)間。

并且，根據(jù)第一至第四方面中任一方面的液體噴射控制裝置，在第五方面中，所述液體噴射控制裝置還具備顯示控制部，所述顯示控制部進(jìn)行顯示所述第一指示值的控制。

根據(jù)該第五方面，能夠顯示脈沖液體射流的運(yùn)動(dòng)能量涉及的第一指示值。由此，能夠在視覺(jué)上確認(rèn)使用者所指示的當(dāng)前的脈沖液體射流的運(yùn)動(dòng)量。因此，能夠進(jìn)一步提高使用便利性。

并且，根據(jù)第一至第五方面中任一方面的液體噴射控制裝置，在第六方面中，控制所述脈沖液體射流的運(yùn)動(dòng)量為2[nns(納米牛頓秒)]以上2[mns(毫米牛頓秒)]以下、或者運(yùn)動(dòng)能量為2[nj(納米焦耳)]以上200[mj(毫米焦耳)]以下的所述液體噴射裝置。

根據(jù)該第六方面，脈沖液體射流的運(yùn)動(dòng)量為2[nns]以上2[mns]以下，或者運(yùn)動(dòng)能量為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，優(yōu)選切削例如生物體組織或食品、凝膠材料、橡膠或塑料等樹(shù)脂材料等柔軟材料。

并且，根據(jù)第一至第六方面中任一方面的液體噴射控制裝置，在第七方面中，控制用于通過(guò)所述脈沖液體射流來(lái)切削生物體組織的所述液體噴射裝置。

根據(jù)該第七方面，能夠控制適合外科手術(shù)用途的脈沖液體射流的強(qiáng)度。

并且，第八方面涉及的液體噴射系統(tǒng)具備第一至第七方面中任一方面的液體噴射控制裝置；液體噴射裝置；以及送液泵裝置。

根據(jù)該第八方面，能夠?qū)崿F(xiàn)取得第一至第七方面的作用效果的液體噴射系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

圖1是示出液體噴射系統(tǒng)的全體構(gòu)成例的圖。

圖2是示出液體噴射裝置的內(nèi)部構(gòu)造的圖。

圖3的(a)、(b)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(kāi)口部中的液體的流速波形的圖。

圖4的(a)～(c)是示出質(zhì)量流束、運(yùn)動(dòng)量流束、以及能量流束的圖。

圖5的(a)～(c)是示出關(guān)于切削對(duì)象物的切削樣態(tài)的模擬使用的主射流的流速波形的圖。

圖6的(a)～(f)是示出模擬結(jié)果(切削深度)的圖。

圖7的(a)～(f)是示出模擬結(jié)果(切削體積)的圖。

圖8的(a)、(b)是示出賦予上升頻率不同的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況下的主射流的流速波形的模擬結(jié)果的圖。

圖9的(a)、(b)是示出提供電壓振幅不同的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況下的主射流的流速波形的模擬結(jié)果的圖。

圖10的(a)、(b)是示出提供重復(fù)頻率不同的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況下的主射流的流速波形的模擬結(jié)果的圖。

圖11是示出規(guī)定的重復(fù)頻率下的能量和上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。

圖12是驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升部分的放大圖。

圖13是示出相對(duì)于上升波形形狀的變化，主射流的流速波形的變化的圖。

圖14的(a)～(c)是示出變更流速波形的半寬度的情況下的切削深度和切削體積的模擬結(jié)果的圖。

圖15的(a)～(c)是示出變更了流速波形的半寬度的情況下的運(yùn)動(dòng)量和能量的模擬結(jié)果的圖。

圖16是示出實(shí)施例一中的液體噴射控制裝置的操作面板的圖。

圖17是示出實(shí)施例一中的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。

圖18是示出實(shí)施例一中的能量變換表的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。

圖19是示出實(shí)施例一中脈沖液體射流的噴射時(shí)控制部所進(jìn)行的處理的流程的流程圖。

圖20是示出實(shí)施例二中的液體噴射控制裝置的操作面板的圖。

圖21是示出實(shí)施例二中的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。

圖22是示出實(shí)施例二中的能量變換表的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。

圖23是示出實(shí)施例二中脈沖液體射流的噴射時(shí)控制部所進(jìn)行的處理的流程的流程圖。

圖24是示出實(shí)施例三中的液體噴射控制裝置的操作面板的圖。

圖25是示出實(shí)施例三中的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。

圖26是示出實(shí)施例三中的能量變換表的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。

圖27是示出實(shí)施例三中脈沖液體射流的噴射時(shí)控制部所進(jìn)行的處理的流程的流程圖。

符號(hào)說(shuō)明

1液體噴射系統(tǒng)；30液體噴射裝置；70、70-1、70-2液體噴射控制裝置；811能量旋鈕；813重復(fù)頻率旋鈕；815a電壓振幅旋鈕；816a上升頻率旋鈕；73顯示部；75、75a、75b控制部；751、751a、751b壓電元件控制部；752能量設(shè)定部；753重復(fù)頻率設(shè)定部；754、754a電壓振幅設(shè)定部；755、755b上升頻率設(shè)定部；756、756a、756b上升波形形狀設(shè)定部；771、771a、771b能量變換表。

具體實(shí)施方式

以下，對(duì)本發(fā)明的液體噴射控制裝置、液體噴射系統(tǒng)以及用于實(shí)施控制方法的一方式進(jìn)行說(shuō)明。并且，本發(fā)明并不被以下說(shuō)明的實(shí)施方式限定，能夠適用本發(fā)明的實(shí)施方式也不限定于以下的實(shí)施方式。并且，在附圖的記載中，對(duì)同一部分賦予相同的符號(hào)。

[全體構(gòu)成]

圖1是示出本實(shí)施方式中的液體噴射系統(tǒng)1的全體構(gòu)成例的圖。該液體噴射系統(tǒng)1用于將柔軟材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、凝膠材料的加工用、橡膠或塑料這樣的樹(shù)脂材料的切削加工用等的用途，噴射運(yùn)動(dòng)量為2[nns(納米牛頓秒)]以上2[mns(毫米牛頓秒)]以下、或者運(yùn)動(dòng)能量為2[nj(納米焦耳)]以上200[mj(毫米焦耳)]以下的脈沖液體射流而將切削對(duì)象物切削。以下，例示出將液體噴射系統(tǒng)1用于外科手術(shù)用的用途，進(jìn)行患部(生物體組織)的切開(kāi)、切除、或者破碎(將這些包括起來(lái)稱為“切削”)的情況。并且，本實(shí)施方式中的運(yùn)動(dòng)量流束以及運(yùn)動(dòng)量是指僅考慮脈沖液體射流的噴射方向成分的標(biāo)量即大小而進(jìn)行說(shuō)明。

如圖1所示，液體噴射系統(tǒng)1具有收容液體的容器10、送液泵裝置20、用于向切削對(duì)象物(在本實(shí)施方式中為生物體組織)將液體以脈沖狀噴射的液體噴射裝置30、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)者在手術(shù)時(shí)所操作的操作面板80。操作面板80用于輸入運(yùn)動(dòng)能量的增減操作等各種操作。并且，液體噴射控制裝置70具有通過(guò)用腳踩而切換液體射流的噴射開(kāi)始以及噴射停止的噴射踏板83。

容器10收容水或生理鹽水、藥液等液體。送液泵裝置20將收容于容器10的液體經(jīng)由連接管91、93以通常規(guī)定的壓力或者規(guī)定的流量供應(yīng)至液體噴射裝置30的脈沖產(chǎn)生部40。

液體噴射裝置30是在手術(shù)時(shí)手術(shù)者手持操作的部分(手持件)，且具備：將脈動(dòng)賦予從送液泵裝置20供應(yīng)的液體而產(chǎn)生脈沖流的脈沖流產(chǎn)生部40、管狀的噴射管50。該液體噴射裝置30將脈沖流產(chǎn)生部40所產(chǎn)生的脈沖流通過(guò)噴射管50最終從設(shè)置于噴嘴60的液體噴射開(kāi)口部61(參照?qǐng)D2)作為脈沖液體射流進(jìn)行噴射。

在此，所謂脈沖流是指液體的流速或壓力在時(shí)間上較大且急劇變化的液體的脈動(dòng)的流動(dòng)。同樣，所謂將液體以脈沖狀噴射是指通過(guò)噴嘴的液體的流速在時(shí)間上較大變化的液體的脈動(dòng)的噴射。在本實(shí)施方式中，例示出噴射通過(guò)對(duì)穩(wěn)定流賦予周期的脈動(dòng)而產(chǎn)生的脈沖液體射流的情況，但是，重復(fù)液體的噴射和非噴射的間歇的、斷續(xù)的脈沖液體射流的噴射也同樣能夠適用于本發(fā)明。

圖2是示出沿著液體的噴射方向截?cái)嘁后w噴射裝置30的截?cái)嗝娴膱D。并且，圖2中示出的部件或部分的縱橫的比例尺為了圖示方便與實(shí)際的不同。如圖2所示，脈沖流產(chǎn)生部40通過(guò)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以及隔板46而構(gòu)成。各殼體41、42、43在相互對(duì)向的面上接合而被一體化。

隔板46是圓盤(pán)狀的金屬薄板，其外周部分夾在第一殼體41和第二殼體42之間而被固定。壓電元件45例如是層疊型壓電元件，在隔板46和第三殼體43之間，一端固定于隔板46，另一端固定于第三殼體。

壓力室44是由隔板46、和形成于第一殼體41的與隔板46對(duì)向的面上的凹部411包圍而成的空間。在第一殼體41上，形成有與壓力室44分別連通的入口流路413和出口流路415。入口流路413與連接管93連接，將從送液泵裝置20供應(yīng)的液體導(dǎo)入壓力室44。在出口流路415連接有噴射管50的一端，將在壓力室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)插裝有噴嘴60，該噴嘴60具有內(nèi)徑比噴射管50的內(nèi)徑小的液體噴射開(kāi)口部61。

在如上構(gòu)成的液體噴射系統(tǒng)1中，收容于容器10的液體基于液體噴射控制裝置70的控制，通過(guò)送液泵裝置20以規(guī)定的壓力或者規(guī)定的流量經(jīng)由連接管93供應(yīng)至脈沖流產(chǎn)生部40。另一方面，如果基于液體噴射控制裝置70的控制對(duì)壓電元件45施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)，則壓電元件45進(jìn)行伸長(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)以規(guī)定的重復(fù)頻率(例如數(shù)十[hz]～幾百[hz])重復(fù)施加，因此，在每個(gè)周期重復(fù)進(jìn)行壓電元件45的伸長(zhǎng)和收縮。由此，對(duì)在壓力室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(kāi)口部61重復(fù)噴射脈沖液體射流。

圖3的(a)是示出施加于壓電元件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，同時(shí)示出液體噴射開(kāi)口部61中的液體的流速波形l13。并且，圖3的(b)是示出如圖3的(a)所示的提取流速波形l13的波峰中最高波峰的流速波形(主波峰部分)即主射流3的圖。

圖3的(a)中示出的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)是上述重復(fù)頻率。并且，重復(fù)周期tp是1[ms(毫秒)]～100[ms]左右，驅(qū)動(dòng)電壓波形上升到最大電壓所需要的時(shí)間(上升時(shí)間)tpr是10[μs(微秒)]～1000[μs]左右。重復(fù)周期tp被設(shè)定為比上升時(shí)間tpr長(zhǎng)的時(shí)間。并且，當(dāng)上升時(shí)間tpr的倒數(shù)為上升頻率時(shí)，重復(fù)頻率被設(shè)定為比上升頻率低的頻率。上升頻率以及上升時(shí)間都是與驅(qū)動(dòng)電壓的上升時(shí)間有關(guān)的上升時(shí)間指標(biāo)值之一。以下，將上升頻率作為與上升時(shí)間有關(guān)的指標(biāo)值的代表例進(jìn)行說(shuō)明。

例如，壓電元件45如果被施加正電壓則應(yīng)當(dāng)伸長(zhǎng)，在上升時(shí)間tpr急劇伸長(zhǎng)，隔板46被壓電元件45按壓而向壓力室44側(cè)彎曲。如果隔板46向壓力室44側(cè)彎曲，則壓力室44的容積變小，壓力室44內(nèi)的液體從壓力室44被壓出。在此，由于出口流路415的內(nèi)徑比入口流路413的內(nèi)徑大，因此出口流路415的流體慣性以及流體阻力比入口流路413的流體阻力小。因此，通過(guò)壓電元件45急劇伸長(zhǎng)，從壓力室44被壓出的液體的大部分通過(guò)出口流路415導(dǎo)入噴射管50，通過(guò)比其內(nèi)徑小的小徑的液體噴射開(kāi)口61，成為脈沖狀的液滴，即成為脈沖液體射流且被高速噴射。

在上升到最大電壓之后，驅(qū)動(dòng)電壓緩慢下降，此時(shí)，壓電元件45花費(fèi)比上升時(shí)間tpr長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行收縮，隔板46被壓電元件45吸引而向第三殼體43側(cè)彎曲。如果隔板46向第三殼體43側(cè)彎曲，則壓力室44的容積變大，液體從入口流路413被導(dǎo)入壓力室44內(nèi)。

并且，由于送液泵裝置20以規(guī)定圧力或者規(guī)定流量將液體供應(yīng)至脈沖產(chǎn)生部40，因此，如果壓電元件45不進(jìn)行伸縮動(dòng)作，在壓力室44流動(dòng)的液體(穩(wěn)定流)經(jīng)由出口流路415被導(dǎo)入噴射管50，從液體噴射開(kāi)口部61噴射。由于該噴射是定速且低速的液流，因此稱為穩(wěn)定流。

參照?qǐng)D3的(b)，對(duì)于主射流3的流速波形說(shuō)明特征值，首先，主射流3的持續(xù)時(shí)間t是流速波形l13從穩(wěn)定流的流速ubg增加到達(dá)波峰之后返回到原來(lái)的流速ubg的時(shí)間。持續(xù)時(shí)間t是流速到達(dá)波峰所需要的流速上升時(shí)間tr與流速?gòu)牟ǚ宸祷氐皆瓉?lái)所需要的流速下降時(shí)間tf之和。并且，主射流3的最大流速um是穩(wěn)定流的速度ubg與流速最大振幅△um之和。

[原理之一]

作為賦予脈沖液體射流特征的值而成為基礎(chǔ)的是圖3的(a)中與驅(qū)動(dòng)電壓波形l11同時(shí)示出的一個(gè)脈沖的射流的液體噴射開(kāi)口部61中的流速波形l13。其中，應(yīng)當(dāng)注意的，是在圖3的(b)中提取示出的驅(qū)動(dòng)電壓的上升之后產(chǎn)生的最大流速的主波峰部分(頂頭波的射流)即主射流3。其他的低波峰是在壓電元件45伸長(zhǎng)時(shí)壓力室44內(nèi)產(chǎn)生的壓力變動(dòng)的波在噴射管50內(nèi)反復(fù)反射而附帶噴射的射流所引起的，但是，決定切削對(duì)象物的切削深度和切削體積這樣的切削樣態(tài)的是流速最大的主射流3。

并且，在想要改變脈沖液體射流的強(qiáng)度而使切削對(duì)象物的切削深度、切削體積變化的情況下，控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形。該驅(qū)動(dòng)電壓波形的控制，考慮到通過(guò)手術(shù)者指示驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升頻率、驅(qū)動(dòng)電壓波形的振幅(電壓振幅)作為其電壓特性值而進(jìn)行的方法。例如，考慮到在電壓振幅固定的狀態(tài)下手術(shù)者指示上升頻率(也可以是上升時(shí)間tpr)，或者在上升頻率固定的狀態(tài)下指示電壓振幅的方法。這是因?yàn)殡妷赫穹推渖仙l率(上升時(shí)間tpr)對(duì)主射流3的流速波形影響大。驅(qū)動(dòng)電壓上升到最大電壓之后緩慢下降期間的驅(qū)動(dòng)電壓不怎么影響主射流3的流速波形。因此，如果增高上升頻率或者增大電壓振幅，則以與其成比例的方式，切削深度變深，切削體積變大。并且，電壓振幅是驅(qū)動(dòng)電壓波形l11的最大值。

但是，明確了存在實(shí)際達(dá)成的切削對(duì)象物的切削深度、切削體積不一定根據(jù)電壓特性值的增減而變化的情況，從而存在使用便利性劣化的情況。例如，能夠產(chǎn)生手術(shù)者即使將電壓振幅設(shè)為二倍，切削深度、切削體積也不會(huì)像期待那樣增加，或者即使將電壓振幅設(shè)為二分之一，切削深度、切削體積也不會(huì)像所想的那樣減少。因此，產(chǎn)生手術(shù)者所期望的切削深度、切削體積未被達(dá)成的情況。這是有可能導(dǎo)致手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)期化的問(wèn)題。

并且，就脈沖液體射流的強(qiáng)度而言，還存在想要調(diào)整切削速度的情況。為此，作為方法，考慮到手術(shù)者指示驅(qū)動(dòng)電壓波形的重復(fù)頻率的方法。例如，提高重復(fù)頻率是增多脈沖液體射流的每單位時(shí)間的噴射次數(shù)，改變最終達(dá)成的切削深度、切削體積。

但是，如果改變重復(fù)頻率，則驅(qū)動(dòng)電壓波形改變，因此，即使改變重復(fù)頻率，每單位時(shí)間的切削深度和切削體積也不會(huì)成比例地變化，對(duì)于手術(shù)者來(lái)說(shuō)，存在使用便利性差的情況。具體來(lái)說(shuō)，例如，考慮到通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電壓波形全體單純地在時(shí)間軸方向上進(jìn)行擴(kuò)大/收縮來(lái)改變重復(fù)頻率的方法。但是，在該方法中，由于對(duì)主射流3的流速波形影響大的上升頻率發(fā)生變動(dòng)，因此，如上所述，導(dǎo)致脈沖液體射流的強(qiáng)度改變。因此，不能得到與重復(fù)頻率成比例且符合意圖的切削速度。

因此，著眼于主射流3的流速波形，關(guān)于由于該主射流3的流速波形決定的幾個(gè)參數(shù)，研究與切削深度以及切削體積的相關(guān)性。如果發(fā)現(xiàn)與切削深度以及切削體積的相關(guān)性高的參數(shù)，則能夠以達(dá)成符合手術(shù)者的操作感覺(jué)的切削深度和切削體積的最適合的驅(qū)動(dòng)電壓波形來(lái)控制壓電元件45。

為此，首先，基于液體噴射開(kāi)口部61中的主射流3的流速波形v[m/s]，研究通過(guò)液體噴射開(kāi)口部61的主射流3的質(zhì)量流束[kg/s]、運(yùn)動(dòng)量流束[n]、以及能量流束[w]。質(zhì)量流束是通過(guò)液體噴射開(kāi)口部61的液體每單位時(shí)間的質(zhì)量[kg/s]。運(yùn)動(dòng)量流束是通過(guò)液體噴射開(kāi)口部61的液體每單位時(shí)間的運(yùn)動(dòng)量[n]。能量流束是通過(guò)液體噴射開(kāi)口部61的液體每單位時(shí)間的能量[w]。并且，能量是指運(yùn)動(dòng)能量，以下簡(jiǎn)稱為“能量”。

在液體噴射開(kāi)口部61，由于液體被釋放在自由空間，因此，將壓力基本視為“0”。并且，與液體的射流噴射方向正交方向(液體噴射開(kāi)口部61的徑向)的速度也基本視為“0”。如果假定在液體噴射開(kāi)口部61的徑向上沒(méi)有液體的速度分布，則通過(guò)液體噴射開(kāi)口部61的質(zhì)量流束jm[kg/s]、運(yùn)動(dòng)量流束jp[n]、以及能量流束je[w]能夠通過(guò)以下公式(1)、(2)、(3)求出。s[m²]表示噴嘴截面積，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是示出由圖3的(b)中示出的主射流3的流速波形求出的質(zhì)量流束jm(a)、運(yùn)動(dòng)量流束jp(b)、以及能量流束je[c]的圖。如果將這些質(zhì)量流束jm、運(yùn)動(dòng)量流束jp、以及能量流束je分別在從主射流3的流速波形的上升至下降的時(shí)間(持續(xù)時(shí)間)t內(nèi)進(jìn)行積分，則能夠求出作為主射流3從液體噴射開(kāi)口部61噴射的液體的質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)量、以及能量。

由上述要領(lǐng)算出的質(zhì)量流束jm、運(yùn)動(dòng)量流束jp、能量流束je、質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)量、以及能量的各值能夠決定一個(gè)脈沖的射流所產(chǎn)生的切削深度以及切削體積。其中，都是包含穩(wěn)定流部分的物理量，重要的是減去穩(wěn)定流的賦予部分后而得的值。

因此，關(guān)于圖4的(a)的質(zhì)量流束jm，定義了從質(zhì)量流束jm的波峰值(最大值)減去穩(wěn)定流的質(zhì)量流束jm_bg[kg/s]后的最大質(zhì)量流束jm_max[kg/s]、從作為主射流3從液體噴射開(kāi)口部61流出的液體的質(zhì)量除以穩(wěn)定流部分后的圖4的(a)中賦予影線示出的流出質(zhì)量m[kg]這兩個(gè)參數(shù)。流出質(zhì)量m由以下公式(4)表示。

【數(shù)1】

m＝∫(jm-jm_bg)dt...(4)

關(guān)于圖4的(b)的運(yùn)動(dòng)量流束jp，定義了從運(yùn)動(dòng)量流束jp的波峰值(最大值)減去穩(wěn)定流的運(yùn)動(dòng)量流束jp_bg[n]而得的最大運(yùn)動(dòng)量流束jp_max[n]、從作為主射流3而從液體噴射開(kāi)口部61流出的液體的運(yùn)動(dòng)量除以穩(wěn)定流分而得的圖4的(b)中賦予影線示出的運(yùn)動(dòng)量p[ns]這兩個(gè)參數(shù)。運(yùn)動(dòng)量p由以下公式(5)表示。

【數(shù)2】

p＝∫(jp-jp_bg)dt…(5)

關(guān)于圖4的(c)的能量流束je，定義了從能量流束je的波峰值(最大值)減去穩(wěn)定流的能量流束je_bg[w]而得的最大能量流束je_max[w]、從作為主射流3而從液體噴射開(kāi)口部61流出的液體的能量除以穩(wěn)定流分后的圖4的(c)中賦予影線示出的能量e[j]這兩個(gè)參數(shù)。能量e由以下公式(6)表示。

【數(shù)3】

e＝∫(je-je_bg)dt…(6)

其中，上述公式(4)、(5)、(6)中的積分區(qū)間是在各流速波形中從主射流3的上升到下降的時(shí)間(持續(xù)時(shí)間)t。

并且，利用數(shù)值模擬，研究最大質(zhì)量流束jm_max、流出質(zhì)量m、最大運(yùn)動(dòng)量流束jp_max、運(yùn)動(dòng)量p、最大能量流束je_max、以及能量e這六個(gè)參數(shù)分別與切削深度以及切削體積有怎么樣程度的關(guān)聯(lián)。

在此，脈沖液體射流是流體，切削對(duì)象物是柔軟的彈性體。因此，為了進(jìn)行脈沖液體射流對(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)钠茐拈撝抵?，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(流固耦合解析(fsi))。作為模擬的計(jì)算方法，例如，列舉出使用有限單元法(fem：finiteelementmethod)的方法、使用以光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(sph：smoothedparticlehydrodynamics)等為代表的粒子法的方法、有限單元法和粒子法的組合的方法等。適用的方法沒(méi)有特別的限定，因此不再詳述，但是，考慮到解析結(jié)果的穩(wěn)定性和計(jì)算時(shí)間等，選擇最適合的方法進(jìn)行模擬。

模擬時(shí)，設(shè)定為流體密度＝1[g/cm³]、液體噴射開(kāi)口部61的直徑＝0.15[mm]、基準(zhǔn)距離(standoffdistance)(從液體噴射開(kāi)口部61到切削對(duì)象物表面的距離)＝0.5[mm]。并且，將切削對(duì)象物假定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]、具有以楊氏模量換算為9[kpa]左右(以切變模量換算為3[kpa]左右)的彈性率的mooney-rivlin超彈性體。在破壞閾值中，使用偏差相當(dāng)應(yīng)變(equivalentdeviationstrain)＝0.7。

關(guān)于主射流3的流速波形，設(shè)想有各種主射流3的流速波形，關(guān)于正弦波、三角波、以及矩形波這三種波形，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)三種變更后的波形合計(jì)27種。并且，穩(wěn)定流的流速為1[m/s]。

圖5是模擬示出提供作為主射流3的流速波形的正弦波(a)、矩形波(b)、以及三角波(c)的圖，分別準(zhǔn)備以實(shí)線示出的持續(xù)時(shí)間為63[μs]、以一點(diǎn)劃線示出的持續(xù)時(shí)間為125[μs]、以雙點(diǎn)劃線示出的持續(xù)時(shí)間為200[μs]的波形。并且，將準(zhǔn)備的波形提供作為主射流3的流速波形而生成脈沖液體射流，對(duì)射入上述柔軟彈性體時(shí)的柔軟彈性體的破壞舉動(dòng)進(jìn)行模擬，從而進(jìn)行切削深度和切削體積的研究。

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)量流束jm_max(a)、流出質(zhì)量m(b)、最大運(yùn)動(dòng)量流束jp_max(c)、運(yùn)動(dòng)量p(d)、最大能量流束je_max(e)、以及能量e(f)的模擬結(jié)果符號(hào)化的圖。圖6中，作為主射流3的流速波形，提供持續(xù)時(shí)間為63[μs]的正弦波時(shí)的模擬結(jié)果以“＊”符號(hào)示出，提供125[μs]的正弦波時(shí)的模擬結(jié)果以“◆”符號(hào)示出，提供200[μs]的正弦波時(shí)的模擬結(jié)果以“-”符號(hào)示出。并且，作為主射流3的流速波形，提供持續(xù)時(shí)間為63[μs]的三角波時(shí)的模擬結(jié)果以“+”符號(hào)示出，提供125[μs]的三角波時(shí)的模擬結(jié)果以“×”符號(hào)示出，提供200[μs]的三角波時(shí)的模擬結(jié)果以“■”符號(hào)示出。并且，作為主射流3的流速波形，提供持續(xù)時(shí)間為63[μs]的矩形波時(shí)的模擬結(jié)果以“●”符號(hào)示出，提供125[μs]的矩形波時(shí)的模擬結(jié)果以涂成黑色的三角形符號(hào)示出，提供200[μs]的矩形波時(shí)的模擬結(jié)果以“－”符號(hào)示出。

如圖6上半部的(a)、(c)、(e)所示，可知最大質(zhì)量流束jm_max、最大運(yùn)動(dòng)量流束jp_max、以及最大能量流束je_max這三個(gè)參數(shù)與切削深度的關(guān)系由于提供作為主射流3的流速波形的波形形狀而差別很大，兩者的相關(guān)性低。特別是質(zhì)量流束，由于是與流速成比例的值，因此，給出了切削深度不只由主射流3的最大流速所決定的啟示。

接著，從圖6下半部的(b)、(d)、(f)中示出的流出質(zhì)量m、運(yùn)動(dòng)量p、以及能量e這三個(gè)參數(shù)與切削深度的關(guān)系來(lái)看，流出質(zhì)量m與切削深度的關(guān)系由于提供作為主射流3的流速波形的波形形狀而差別很大，相關(guān)性低。與此相對(duì)，在運(yùn)動(dòng)量p和能量e的關(guān)系中，提供的波形形狀產(chǎn)生的差別小，各符號(hào)大致分布在同一曲線上。在運(yùn)動(dòng)量p和能量e中，運(yùn)動(dòng)量p差別更小。因此，切削深度與運(yùn)動(dòng)量p和能量e的相關(guān)性高，特別是與運(yùn)動(dòng)量p具有良好的相關(guān)性。

并且，在此對(duì)液體噴射開(kāi)口部的直徑為0.15[mm]、基準(zhǔn)距離為0.5[mm]的情況進(jìn)行模擬，但是，在其他液體噴射開(kāi)口部直徑、其他基準(zhǔn)距離也進(jìn)行模擬，確認(rèn)了切削深度與運(yùn)動(dòng)量p和能量e的相關(guān)性高，這種定性的傾向不會(huì)較大改變。

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)量流束jm_max(a)、流出質(zhì)量m(b)、最大運(yùn)動(dòng)量流束jp_max(c)、運(yùn)動(dòng)量p(d)、最大能量流束je_max(e)、以及能量e(f)的模擬結(jié)果符號(hào)化的圖。提供作為主射流3的流速波形的波形與符號(hào)種類的關(guān)系與圖6相同。

如圖7上半部的(a)、(c)、(e)所示，可知最大質(zhì)量流束jm_max、最大運(yùn)動(dòng)量流束jp_max、以及最大能量流束je_max這三個(gè)參數(shù)與切削體積的關(guān)系沒(méi)有達(dá)到與切削深度的關(guān)系的程度，但是，由于提供作為主射流3的流速波形的波形形狀而有差別，兩者的相關(guān)性低。

接著，從圖7下半部的(b)、(d)、(f)中示出的流出質(zhì)量m、運(yùn)動(dòng)量p、以及能量e這三個(gè)參數(shù)與切削體積的關(guān)系來(lái)看，流出質(zhì)量m與切削體積的關(guān)系與切削深度同樣，由于提供作為主射流3的流速波形的波形形狀而差別很大，相關(guān)性低。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，提供的波形形狀產(chǎn)生的差別小，各符號(hào)大致分布在同一曲線上。并且，與運(yùn)動(dòng)量p相比，能量e差別更小。因此，切削體積與運(yùn)動(dòng)量p和能量e的相關(guān)性高，特別是與能量e具有良好的相關(guān)性。

并且，在此對(duì)液體噴射開(kāi)口部的直徑為0.15[mm]、基準(zhǔn)距離為0.5[mm]的情況進(jìn)行模擬，但是，在其他液體噴射開(kāi)口部直徑和其他基準(zhǔn)距離也進(jìn)行模擬，確認(rèn)了切削體積與運(yùn)動(dòng)量p和能量e的相關(guān)性高，這種定性的傾向不會(huì)較大改變。

基于以上的研究結(jié)果，本實(shí)施方式著眼于能量e。并且，對(duì)作為實(shí)際施加于壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形的代表性的波形事先進(jìn)行模擬，取得能量e與定義驅(qū)動(dòng)電壓波形的控制參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

控制參數(shù)有各種考慮，作為“原理之一”，此處控制參數(shù)為上升頻率、電壓振幅、以及重復(fù)頻率這三個(gè)。可變地設(shè)定這些參數(shù)，通過(guò)模擬求出主射流3的流速波形。模擬例如能夠基于將液體噴射裝置的流路系統(tǒng)置換為流體(流路)阻力、流體慣性、流體柔量等的模型，利用等效電路的數(shù)值模擬而容易地進(jìn)行?；蛘?，如果進(jìn)一步追求精度，也可以利用使用有限單元法(fem)或有限體積法(fvm)等的流體模擬。

第一，固定電壓振幅以及重復(fù)頻率，提供階段性改變上升周期的驅(qū)動(dòng)電壓波形，通過(guò)模擬求出主射流3的流速波形。圖8的(a)是示出提供的驅(qū)動(dòng)電壓波形的一例的圖。在各驅(qū)動(dòng)電壓波形中，設(shè)電壓振幅為v2，設(shè)重復(fù)周期tp為t2，設(shè)在t21～t25階段性地增長(zhǎng)上升時(shí)間tpr(階段性地降低上升頻率)。

圖8的(b)是示出提供圖8的(a)中示出的上升頻率不同的各驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況下的主射流3的流速波形的模擬結(jié)果的圖。如圖8的(b)所示，如果降低上升頻率(增長(zhǎng)上升時(shí)間tpr)，在主射流3的流速波形中，上升的開(kāi)始時(shí)刻不變，上升期間的持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)，流速振幅(流速的最大值)也變小。

第二，固定上升頻率以及重復(fù)頻率，提供階段性改變電壓振幅的驅(qū)動(dòng)電壓波形，通過(guò)模擬求出主射流3的流速波形。圖9的(a)是示出提供的驅(qū)動(dòng)電壓波形的一例的圖。在各驅(qū)動(dòng)電壓波形中，上升時(shí)間tpr為t31，重復(fù)周期tp為t33，在v31～v35階段性地減小電壓振幅。

圖9的(b)是示出提供圖9的(a)中示出的電壓振幅不同的各驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況下的主射流3的流速波形的模擬結(jié)果的圖。如圖9的(b)所示，如果減小電壓振幅，則在主射流3的流速波形中，在維持與降低上升頻率的情況不同的上升期間的持續(xù)時(shí)間的情況下，流速振幅(流速的最大值)變小。

第三，固定上升頻率以及電壓振幅，提供階段性改變重復(fù)頻率的驅(qū)動(dòng)電壓波形，通過(guò)模擬求出主射流3的流速波形。圖10的(a)是示出提供的驅(qū)動(dòng)電壓波形的一例的圖。在各驅(qū)動(dòng)電壓波形中，設(shè)上升時(shí)間tpr為t4，設(shè)電壓振幅為v4，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電壓上升到最大電壓之后的下降形狀在時(shí)間軸方向展開(kāi)，在t41～t45階段性地增長(zhǎng)重復(fù)周期tp(階段性地降低重復(fù)頻率)。

圖10的(b)是示出提供圖10的(a)中示出的重復(fù)頻率不同的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況下的主射流3的流速波形的模擬結(jié)果的圖。如圖10的(b)所示，如果降低重復(fù)頻率(增長(zhǎng)重復(fù)周期tp)，在主射流3的流速波形中，雖然與降低上升頻率的情況相比程度小，但是持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)。維持流速振幅(流速的最大值)。

接著，對(duì)于得到的主射流3的流速波形的每一個(gè)求出能量e。詳細(xì)而言，以參照?qǐng)D10說(shuō)明的要領(lǐng)改變重復(fù)頻率，同時(shí)，在各個(gè)重復(fù)頻率的每一個(gè)，進(jìn)行以參照?qǐng)D8說(shuō)明的要領(lǐng)固定電壓振幅而改變上升頻率的情況下的模擬、以參照?qǐng)D9說(shuō)明的要領(lǐng)固定上升頻率而改變電壓振幅的情況下的模擬。并且，求出通過(guò)各模擬得到的主射流3的流速波形的能量e。

圖11是示出以規(guī)定的重復(fù)頻率(例如標(biāo)記為“f51”)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。該圖11通過(guò)在縱軸為上升頻率、橫軸為電壓振幅的坐標(biāo)空間中描繪與能量e有關(guān)的等高線而得到。各等高線的能量e51、e52、…在圖11的左下變低，朝向右上每次增大規(guī)定量。并且，雖然未圖示，但是，如果將由其他重復(fù)頻率得到的能量e在同樣的坐標(biāo)空間符號(hào)化而描繪等高線的話，得到與該重復(fù)頻率下的能量e、和上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系相對(duì)應(yīng)的等高線圖。

此處，應(yīng)當(dāng)注意的是，相對(duì)于各坐標(biāo)軸方向的參數(shù)，能量e沒(méi)有線性地變化。例如，在圖11中示出的能量e和上升頻率以及電壓振幅的對(duì)應(yīng)關(guān)系中，考慮固定電壓振幅(例如v5)使上升頻率可變而控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形的情況。在想要使能量e的變化量一定的情況下，在能量e52～e53之間需要上升頻率f52～f53之間的頻率變化，在能量e53～e54之間需要上升頻率f52～f53之間的頻率變化。但是，上升頻率f52～f53的頻率間隔與上升頻率f53～f54的頻率間隔不同。能量e越大該現(xiàn)象越明顯。因此，在進(jìn)行固定電壓振幅并使上升頻率每次變化一定量的操作的情況下，能量e沒(méi)有像所想的那樣變化，因此，能夠引起切削深度、切削體積不會(huì)符合手術(shù)者的意圖/符合手術(shù)者的感覺(jué)地變化的情形。在進(jìn)行固定上升頻率并使電壓振幅每次變化一定量的操作的情況下也同樣。

[原理之二]

接著，除了定義上述驅(qū)動(dòng)電壓波形的三個(gè)控制參數(shù)以外，導(dǎo)入更進(jìn)一步的控制參數(shù)。是稱為驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升所涉及的波形形狀(以下稱為“上升波形形狀”)的參數(shù)。

首先，圖12示出驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升部分的放大圖。

當(dāng)著眼于波形曲線的拐點(diǎn)r來(lái)觀察上升部分時(shí)，可知由如下兩個(gè)曲線部分成立：沿著從驅(qū)動(dòng)電壓“0”向下凸起的曲線一邊增加一邊到達(dá)拐點(diǎn)r的過(guò)程；沿著從拐點(diǎn)r向上凸起的曲線到達(dá)電壓振幅vm的過(guò)程。壓電元件45相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電壓v大致線性伸長(zhǎng)，因此，可以說(shuō)拐點(diǎn)r相當(dāng)于主射流3的流速波形l13中的波峰。因此，通過(guò)調(diào)整從驅(qū)動(dòng)電壓“0”到達(dá)拐點(diǎn)r的波形形狀(以下稱為“上升前半波形形狀”)、從拐點(diǎn)r到達(dá)電壓振幅vm的波形形狀(以下稱為“上升后半波形形狀”)，能夠在不使流速波峰時(shí)刻變化的情況下使主射流3的流速波形變化。

具體來(lái)說(shuō)，為了驗(yàn)證使上升波形形狀變化的效果，考慮固定電壓振幅、重復(fù)頻率、以及上升頻率這三個(gè)控制參數(shù)。即，考慮固定驅(qū)動(dòng)電壓波形的“上升開(kāi)始點(diǎn)r0(驅(qū)動(dòng)電壓＝0的點(diǎn))”、“上升結(jié)束點(diǎn)r1(驅(qū)動(dòng)電壓＝電壓振幅)”、拐點(diǎn)r的位置(時(shí)刻以及驅(qū)動(dòng)電壓)，如緩慢上升或急劇上升這樣改變電壓增加的傾向，而使上升波形形狀變化。

并且，“急劇上升”是指可以從開(kāi)始點(diǎn)r0到結(jié)束點(diǎn)r1之間的電壓的變化率比“緩慢上升”的情況大。并且，拐點(diǎn)附近的電壓的變化率可以比“緩慢上升”的情況大。并且，關(guān)于拐點(diǎn)附近的驅(qū)動(dòng)電壓波形的傾斜度，可以與“緩慢上升”的情況相比，“急劇上升”的情況接近90°。

例如，考慮拐點(diǎn)r位于驅(qū)動(dòng)電壓波形與連接驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升開(kāi)始點(diǎn)r0和上升結(jié)束點(diǎn)r1的線段的交點(diǎn)的情況。作為一例，圖12示出n為變數(shù)的基準(zhǔn)波形v(t)的、n的值與上升波形形狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系。并且，波形形狀基于后述的公式(7)。如果以從圖12中的n＝3.0的波形接近n＝0.3的波形的方式使上升波形形狀漸進(jìn)成直線形狀，則主射流3的流速波形成為更加緩慢增加的波形。另一方面，如果以從圖12中的n＝0.3的波形接近n＝3.0的波形的方式使上升波形形狀漸進(jìn)成在拐點(diǎn)r急劇增加驅(qū)動(dòng)電壓的波形(例如，階段形狀(也稱為臺(tái)階形狀)的波形)，則主射流3的流速波形成為在對(duì)應(yīng)于拐點(diǎn)r的時(shí)刻流速急劇增加的流速波形。

圖13是縱觀相對(duì)于上升波形形狀的變化，主射流3的流速波形的變化的圖。圖13示出兩個(gè)流速波形，實(shí)線的流速波形是上升波形形狀的增加傾向緩慢的情況，虛線的流速波形是上升波形形狀的增加傾向急劇的情況。無(wú)論哪一種，流出質(zhì)量m(參照?qǐng)D4的(a))都相同，流速的波峰時(shí)刻也相同。但是，最大流速um不同，并且，流速波形的全體形狀也不同。因此，作為示出流速波形的特征的值采用半寬度。圖13中示出相對(duì)于虛線的流速波形的半寬度f(wàn)whm的算出過(guò)程的各變數(shù)。流速波形的半寬度f(wàn)whm是從流速的上升途中到達(dá)穩(wěn)定流的流速ubg加上流速最大振幅△um的一半的值(△um/2)的值(以下稱為“半值”)的時(shí)刻，到流速的下降途中到達(dá)半值的時(shí)刻的時(shí)間。

半寬度f(wàn)whm小表示流速波形全體是陡峭的形狀，相反，半寬度f(wàn)whm大表示流速波形全體是平緩的形狀。

接著，進(jìn)行變更流速波形的半寬度f(wàn)whm情況下的切削深度和切削體積的模擬，并說(shuō)明其結(jié)果。

模擬通過(guò)與上述流速波形的模擬同樣的計(jì)算方法進(jìn)行。即，脈沖液體射流是流體，切削對(duì)象物是柔軟的彈性體。因此，進(jìn)行脈沖液體射流對(duì)切削對(duì)象物的破壞舉動(dòng)的模擬。在本實(shí)施方式中，模擬的計(jì)算方法在柔軟彈性體側(cè)設(shè)定適當(dāng)?shù)钠茐拈撝档幕A(chǔ)上，采用流體和構(gòu)造體(此處為柔軟彈性體)的耦合解析(流固耦合解析(fsi：fluidstructureinteraction))，但是，也可以使用例如使用有限單元法(fem：finiteelementmethod)的方法、使用以光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(sph：smoothedparticlehydrodynamics)等為代表的粒子法的方法、有限單元法和粒子法的組合的方法等。

模擬時(shí)，設(shè)定為液體噴射開(kāi)口部61的直徑＝0.15[mm]、基準(zhǔn)距離(從液體噴射開(kāi)口部61到切削對(duì)象物表面的距離)＝1.0[mm]。并且，將切削對(duì)象物假定為表面平坦的柔軟彈性體，作為其物理模型，使用具有以楊氏模量換算為9[kpa]左右(以切變模量換算為3[kpa]左右)的彈性率的mooney-rivlin超彈性體。在破壞閾值中，偏差相當(dāng)應(yīng)變＝0.7。液體的密度以及柔軟彈性體的密度都為1[g/cm³]。

對(duì)于射入在噴嘴孔出口強(qiáng)制賦予的切削對(duì)象物質(zhì)的主射流3的流速波形l13，將最大流速um為50[m/s]、持續(xù)時(shí)間t為125[μs]、半寬度f(wàn)whm為61[μs]的流速波形作為“基準(zhǔn)流速波形”，使持續(xù)時(shí)間t以及流出質(zhì)量m一定，設(shè)想成為各種半寬度f(wàn)whm的流速波形l13。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)想流速波形的半寬度f(wàn)whm為39[μs]、48[μs]、61[μs]、74[μs]、85[μs]、124[μs]這六個(gè)水準(zhǔn)。并且，穩(wěn)定流的流速ubg為1[m/s]。

圖14的(a)～(c)示出模擬結(jié)果。圖14的(a)～(c)只變更橫軸，縱軸相同。對(duì)橫軸進(jìn)行說(shuō)明時(shí)，圖14的(a)是各流速波形的半寬度f(wàn)whm相對(duì)于基準(zhǔn)流速波形的半寬度f(wàn)whmref的比rfwhm(＝fwhm/fwhmref)，圖14的(b)是各流速波形的半寬度的倒數(shù)(1/fwhm)相對(duì)于基準(zhǔn)流速波形的半寬度的倒數(shù)(1/fwhmref)的比ref(＝1/rfwhm)，圖14的(c)是各流速波形的流速最大振幅δum和半寬度f(wàn)whm的比相對(duì)于基準(zhǔn)流速波形中的流速最大振幅δumref和半寬度f(wàn)whmref的比的比rar(＝(δum/fwhm)/(δumref/fwhmref))。

在圖14的(a)～(c)的縱軸中，左軸是切削深度，右軸是切削體積。

并且，在圖14的(a)～(c)中，留白的符號(hào)點(diǎn)表示基準(zhǔn)流速波形的情況。

如圖14的(a)所示，伴隨比rfwhm的增加，切削深度以及切削體積兩者都減少。并且，可知切削體積比切削深度減少的大，其變化幅度大。如圖14的(b)、(c)所示，伴隨比ref以及比rar的增加，切削深度以及切削體積兩者都增加。并且，可知切削體積比切削深度增加的大，其變化幅度大。

即，可知如果使持續(xù)時(shí)間t以及流出質(zhì)量m一定，同時(shí)增大主射流3的最大流速um而將流速波形全體形成陡峭的形狀的話，切削深度以及切削體積變大，如果減小最大流速um而將流速波形全體形成平緩的形狀的話，能夠減小切削深度以及切削體積。這意味著作為驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升波形形狀，通過(guò)以改變?cè)黾觾A向的緩急的方式進(jìn)行變更，能夠變更切削深度以及切削體積。

接著，關(guān)于上述流速波形的六個(gè)水準(zhǔn)，將算出運(yùn)動(dòng)量p以及能量e的結(jié)果在圖15的(a)～(c)中示出。圖15的(a)～(c)的橫軸分別對(duì)應(yīng)于圖14的(a)～(c)，圖15的(a)是比rfwhm，圖15的(b)是比ref，圖15(c)是比rar。在縱軸中，左軸是運(yùn)動(dòng)量p，右軸是能量e。并且，在圖15的(a)～(c)中，留白的符號(hào)點(diǎn)表示基準(zhǔn)流速波形的情況。

如圖15的(a)所示，伴隨比rfwhm的增加，運(yùn)動(dòng)量p以及能量e兩者都減少。并且，可知能量e比運(yùn)動(dòng)量p減少的大，其變化幅度大。如圖15的(b)、(c)所示，伴隨比ref以及比rar的增加，運(yùn)動(dòng)量p以及能量e兩者都增加。并且，可知能量e比運(yùn)動(dòng)量p增加的大，其變化幅度大。

運(yùn)動(dòng)量p以及能量e相對(duì)于圖15的(a)～(c)的比rfwhm、比ref、比rar變化的樣子、與切削深度以及切削體積相對(duì)于圖14的(a)～(c)中示出的比rfwhm、比ref、比rar變化的樣子非常好地對(duì)應(yīng)。切削深度以及切削體積與運(yùn)動(dòng)量p和能量e良好的相關(guān)性如前所述。

如上所述，作為定義驅(qū)動(dòng)電壓波形的控制參數(shù)，通過(guò)使用驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升波形形狀，更具體地說(shuō)，通過(guò)使用緩慢上升或急劇上升這樣的驅(qū)動(dòng)電壓的增加傾向的變化(緩急)，從而能夠有效地控制切削深度以及切削體積。

如果時(shí)刻t為變數(shù)，某個(gè)基準(zhǔn)波形為v(t)，則驅(qū)動(dòng)電壓波形l11的上升波形形狀能夠由例如以下公式(7)確定。

【數(shù)4】

在此，vp是驅(qū)動(dòng)電壓，vm是電壓振幅，tpr是上升時(shí)間，vc是拐點(diǎn)處的驅(qū)動(dòng)電壓，tprc是拐點(diǎn)r處的時(shí)刻(參照?qǐng)D12)。并且，n是比“0(零)”大的正數(shù)。

圖12中的n是公式(7)的n。通過(guò)使n＝1，能夠使驅(qū)動(dòng)電壓波形l11的上升波形形狀成為基準(zhǔn)波形。n越比1大，驅(qū)動(dòng)電壓波形與基準(zhǔn)波形相比越急劇地上升。相反，n比1小越接近0(零)，驅(qū)動(dòng)電壓波形與基準(zhǔn)波形相比越緩慢地上升，漸進(jìn)成連結(jié)上升開(kāi)始點(diǎn)r0和上升結(jié)束點(diǎn)r1的直線。

根據(jù)公式(7)可知，通過(guò)變更變數(shù)n，能夠控制驅(qū)動(dòng)電壓波形l11的上升波形形狀。但是，這是一例，也可以使用其他的函數(shù)。

并且，作為變數(shù)n的變更方法，也可以不將變數(shù)n自身作為控制對(duì)象值，而是確定與變數(shù)n相關(guān)的其他的值，并將其他的值作為控制對(duì)象值。例如，考慮基于上述的比rfwhm、比ref、比rar變更變數(shù)n的方法。并且，在驅(qū)動(dòng)電壓波形l11的上升波形中，作為從電壓振幅vm的10％到達(dá)90％所需要的時(shí)間，決定實(shí)效的上升時(shí)間tpr10_90，可以是以下任意一種：1)期望的驅(qū)動(dòng)電壓波形的實(shí)效的上升時(shí)間tpr10_90相對(duì)于基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電壓波形的實(shí)效的上升時(shí)間tpr10_90ref的比rtpr10_90；2)作為1)的比rtpr10_90的倒數(shù)的實(shí)效的上升頻率ref10_90；3)期望的驅(qū)動(dòng)電壓波形的實(shí)效的轉(zhuǎn)換率(slewrate)(＝vm10_90/tpr10_90)相對(duì)于基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電壓波形的實(shí)效的轉(zhuǎn)換率(＝vm10_90/tpr10_90ref)的比，即實(shí)效的轉(zhuǎn)換率比rsr10_90。vm10_90是從電壓振幅vm的10％到90％的電壓。

接著，對(duì)原理進(jìn)行說(shuō)明，本實(shí)施方式中，作為手術(shù)中手術(shù)者進(jìn)行的操作，至少收到能量e的增減操作、重復(fù)頻率的增減操作，以指定的重復(fù)頻率決定成為指定的能量e的上升波形形狀，控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)。因此，將能量e、重復(fù)頻率、上升波形形狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系預(yù)先數(shù)據(jù)表格化。儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)表格的上升波形形狀可以是形狀本身的數(shù)據(jù)，例如，能夠使公式(7)的n的值等成為上升波形形狀的指標(biāo)值。并且，如果可以使重復(fù)頻率一定，則不用重復(fù)頻率的增減操作，也可以僅收到能量e的增減操作而決定上升波形形狀。

并且，作為儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)表的上升波形形狀的指標(biāo)值，可以是例如比rfwhm、比ref、比rar或比rtpr10_90、實(shí)效上升頻率比ref10_90、實(shí)效的轉(zhuǎn)換率比rsr10_90中的任意一種。

(實(shí)施例一)

首先，對(duì)實(shí)施例一進(jìn)行說(shuō)明。圖16是示出實(shí)施例一中的液體噴射控制裝置70-1所具備的操作面板80-1的圖。如圖16所示，在操作面板80-1上配設(shè)有作為第一操作部的能量旋鈕811、作為第二操作部的重復(fù)頻率旋鈕813、電源按鈕82、噴射按鈕84、泵驅(qū)動(dòng)按鈕85、液晶監(jiān)視器87。

能量旋鈕811用于輸入作為第一指示值的能量e的指示值(能量指示值)，被構(gòu)成為能夠選擇附有例如“1”～“5”刻度這五個(gè)階段的旋鈕位置。手術(shù)者通過(guò)切換能量旋鈕811的旋鈕位置，在五個(gè)階段對(duì)能量e進(jìn)行增減操作。在旋鈕的各位置，例如，以與對(duì)應(yīng)的刻度的數(shù)值成比例地每次增大一定量的方式預(yù)先分配能量指示值。并且，旋鈕位置的階段數(shù)并沒(méi)有限定為五個(gè)階段，可以適當(dāng)設(shè)定“大”、“中”、“小”三個(gè)階段，或者無(wú)階段的調(diào)整等。

重復(fù)頻率旋鈕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)，與能量旋鈕811同樣，被構(gòu)成為能夠選擇例如“1”～“5”這五個(gè)階段的旋鈕位置。并且，重復(fù)頻率旋鈕813也可以構(gòu)成為具有設(shè)想手術(shù)者主要進(jìn)行能量e的增減操作而用于切換對(duì)重復(fù)頻率旋鈕813的操作有效/無(wú)效的激活開(kāi)關(guān)。手術(shù)者通過(guò)切換重復(fù)頻率旋鈕813的旋鈕位置，在五個(gè)階段對(duì)重復(fù)施加于壓電元件45驅(qū)動(dòng)電壓波形的重復(fù)頻率(例如數(shù)十[hz]～數(shù)百[hz])進(jìn)行增減操作。在旋鈕的各位置，例如，以與對(duì)應(yīng)的刻度的數(shù)值成比例地每次增大一定量的方式預(yù)先分配重復(fù)頻率指示值。并且，旋鈕位置的階段數(shù)并沒(méi)有限定為五個(gè)階段，段數(shù)可以適當(dāng)設(shè)定。并且，也可以是與能量旋鈕811不同的段數(shù)。并且，如果重復(fù)頻率為規(guī)定值而不需要重復(fù)頻率的增減操作，則不需要設(shè)置重復(fù)頻率旋鈕813。

這樣，在實(shí)施例一中，手術(shù)中手術(shù)者進(jìn)行的操作成為使用能量旋鈕811的能量e的增減操作、使用重復(fù)頻率旋鈕813的重復(fù)頻率的增減操作。并且，電壓振幅以及上升頻率固定，將以指定的重復(fù)頻率成為指定的能量e的驅(qū)動(dòng)電壓的上升波形形狀預(yù)先數(shù)據(jù)表格化。數(shù)據(jù)表格化的上升波形形狀可以是波形形狀自身，也可以是表示上升波形形狀的指標(biāo)值(例如公式(7)的n的值等)。

電源按鈕82用于切換電源的接通(on)/斷開(kāi)(off)。噴射按鈕84用于切換脈沖液體射流的噴射開(kāi)始以及噴射停止，提供與圖1中示出的噴射踏板83同樣的功能。泵驅(qū)動(dòng)按鈕85用于切換液體從送液泵裝置20箱液體噴射裝置30的供應(yīng)開(kāi)始以及供應(yīng)停止。

并且，在操作面板80-1中，在液晶監(jiān)視器87上顯示的顯示畫(huà)面顯示有：能量e即一個(gè)脈沖的主射流3的能量[μj]851；重復(fù)頻率[hz]853；將這些相乘的每單位時(shí)間的能量即功率[mw]855。各值(以下稱為“能量信息”)的當(dāng)前值被更新顯示。在此，主射流能量851中顯示的是能量指示值的當(dāng)前值，重復(fù)頻率853中顯示的是重復(fù)頻率指示值。在不設(shè)置重復(fù)頻率旋鈕813而使重復(fù)頻率為規(guī)定值的情況下，該規(guī)定值顯示于重復(fù)頻率853。通過(guò)該顯示畫(huà)面，在手術(shù)中，手術(shù)者能夠一邊掌握從液體噴射開(kāi)口部61噴射的脈沖液體射流涉及的能量e、重復(fù)頻率以及每單位時(shí)間的能量(功率)等的當(dāng)前值一邊進(jìn)行作業(yè)。

并且，在手術(shù)中的顯示畫(huà)面中，如圖16所示不需要將能量e、重復(fù)頻率、以及每單位時(shí)間的能量這三個(gè)全部顯示，也可以構(gòu)成為僅顯示能量e。并且，除了能量e和重復(fù)頻率等以外，也可以顯示當(dāng)前的上升頻率(或者上升時(shí)間tpr)和電壓振幅中的至少一個(gè)或者同時(shí)顯示兩者。并且，各值的顯示并不限于通過(guò)圖16中示出的數(shù)值的顯示來(lái)進(jìn)行的情況，可以通過(guò)儀表顯示來(lái)進(jìn)行，或者也可以將能量e和重復(fù)頻率等伴隨脈沖液體射流的噴射開(kāi)始之后的增減操作的變化進(jìn)行圖表顯示。并且，也可以將通過(guò)能量旋鈕811的旋鈕位置以及重復(fù)頻率旋鈕813的旋鈕位置決定的上升波形形狀進(jìn)行圖表顯示，或者顯示表示上升波形形狀的指標(biāo)值。

圖17是示出實(shí)施例一中的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。如圖17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(guò)按鈕開(kāi)關(guān)或拉桿開(kāi)關(guān)、旋鈕開(kāi)關(guān)、踏板開(kāi)關(guān)等各種開(kāi)關(guān)、觸摸面板、觸控板、鼠標(biāo)等輸入裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，將對(duì)應(yīng)于操作輸入的操作信號(hào)輸出至控制部75。該操作部71具有能量旋鈕811、重復(fù)頻率旋鈕813。并且，操作部71雖未圖示，但具有圖1的噴射踏板、圖16中示出的操作面板80-1上的電源按鈕82和噴射按鈕84、泵驅(qū)動(dòng)按鈕85。

顯示部73通過(guò)lcd(liquidcrystaldisplay，液晶顯示器)或el顯示器(electroluminescencedisplay，電致發(fā)光顯示器)等顯示裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，基于從控制部75輸入的顯示信號(hào)來(lái)顯示圖16中示出的顯示畫(huà)面等各種畫(huà)面。例如，圖16的液晶監(jiān)視器87相當(dāng)于此。

控制部75通過(guò)cpu(centralprocessingunit，中央處理器)、dsp(digitalsignalprocessor，數(shù)字信號(hào)處理器)等微處理器、asic(applicationspecificintegratedcircuit，專用集成電路)、fpga(fieldprogrammablegatearray，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)等控制裝置以及運(yùn)算裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，統(tǒng)一控制液體噴射系統(tǒng)1的各部分。該控制部75具備壓電元件控制部751、泵控制部761、作為顯示控制部的能量顯示控制部763。并且，構(gòu)成控制部75的各部分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具備能量設(shè)定部752、重復(fù)頻率設(shè)定部753、電壓振幅設(shè)定部754、上升頻率設(shè)定部755、上升波形形狀設(shè)定部756。其中，電壓振幅設(shè)定部754是將驅(qū)動(dòng)電壓波形的電壓振幅設(shè)定為規(guī)定的固定值的功能部。上升頻率設(shè)定部755是設(shè)定上升頻率作為驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升時(shí)間tpr所涉及的值的功能部，將上升頻率設(shè)定為規(guī)定的固定值。

能量設(shè)定部752設(shè)定對(duì)應(yīng)于能量旋鈕811的旋鈕位置的能量，其成為噴射的主射流3的能量的目標(biāo)值。重復(fù)頻率設(shè)定部753設(shè)定對(duì)應(yīng)于重復(fù)頻率旋鈕813的旋鈕位置的重復(fù)頻率。根據(jù)該重復(fù)頻率決定重復(fù)周期tp。

上升波形形狀設(shè)定部756是以脈沖液體射流的能量成為由能量設(shè)定部752設(shè)定的能量的方式設(shè)定上升波形形狀的功能部。更詳細(xì)地說(shuō)，為如下方式的驅(qū)動(dòng)電壓波形：電壓振幅設(shè)定部754設(shè)定的電壓振幅為最大驅(qū)動(dòng)電壓，上升時(shí)間tpr為與上升頻率設(shè)定部755設(shè)定的上升頻率對(duì)應(yīng)的值，上升時(shí)間tpr為與由重復(fù)頻率設(shè)定部753設(shè)定的重復(fù)頻率對(duì)應(yīng)的值，并且，以主射流3的能量成為由能量設(shè)定部752設(shè)定的能量的方式設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升波形形狀。

該壓電元件控制部751根據(jù)各部分753、754、755、756設(shè)定的重復(fù)頻率、電壓振幅、上升頻率、以及上升波形形狀來(lái)設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓波形，進(jìn)行將設(shè)定的波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加于壓電元件45的控制。此時(shí)，壓電元件控制部751以重復(fù)頻率成為由重復(fù)頻率設(shè)定部753設(shè)定的頻率的方式，以圖10的(a)中示出的要領(lǐng)可變地設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓波形的下降部分的波形形狀(下降波形)。

泵控制部761將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出至送液泵裝置20而驅(qū)動(dòng)送液泵裝置20。能量顯示控制部763進(jìn)行如下控制：將分配在選擇中的能量旋鈕811的旋鈕位置的能量指示值(即，能量e的當(dāng)前值)、分配在選擇中的重復(fù)頻率旋鈕813的旋鈕位置的重復(fù)頻率指示值(即，重復(fù)頻率的當(dāng)前值)、將其相乘求出的每單位時(shí)間的能量顯示于顯示部73。

存儲(chǔ)部77通過(guò)rom(readonlymemory，只讀存儲(chǔ)器)或閃存rom、ram(randomaccessmemory，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等各種ic(integratedcircuit，集成電路)存儲(chǔ)器或硬盤(pán)等儲(chǔ)存介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在存儲(chǔ)部77中，預(yù)先儲(chǔ)存有用于使液體噴射系統(tǒng)1動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)該液體噴射系統(tǒng)1所具備的各種功能的程序或在該程序的實(shí)行中使用的數(shù)據(jù)等，或者每次處理都臨時(shí)儲(chǔ)存。

并且，在存儲(chǔ)部77中存儲(chǔ)有能量變換表771。該能量變換表771是決定成為所給能量的每重復(fù)頻率的上升波形形狀的數(shù)據(jù)表格。

圖18是示出能量變換表771的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。如圖18所示，能量變換表771是對(duì)應(yīng)于能量旋鈕811的旋鈕位置(刻度)、分配在該旋鈕位置的能量指示值、重復(fù)頻率旋鈕813的旋鈕位置(刻度)、分配在該旋鈕位置的重復(fù)頻率指示值、上升波形形狀的數(shù)據(jù)表格，作為預(yù)定電壓振幅以及上升頻率的值，設(shè)定成為所指示的能量的每重復(fù)頻率的上升波形形狀。儲(chǔ)存于能量變換表771的上升波形形狀的數(shù)據(jù)可以是形狀自身的數(shù)據(jù)，也可以是表示形狀的指標(biāo)值(例如公式(7)的n的值等)。

參照該能量變換表771，在上升波形形狀設(shè)定部756從能量變換表771讀出與選擇中的能量旋鈕811以及重復(fù)頻率旋鈕813的各旋鈕位置的組合對(duì)應(yīng)的上升波形形狀并進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)，操作能量旋鈕811以及重復(fù)頻率旋鈕813中的任一個(gè)的情況下，從能量變換表771讀出與各旋鈕811、813的旋鈕位置的組合對(duì)應(yīng)的上升波形形狀并更新其設(shè)定。

[處理的流程]

圖19是示出脈沖液體射流的噴射時(shí)控制部所進(jìn)行的處理的流程的流程圖。首先，泵控制部761驅(qū)動(dòng)送液泵裝置20，壓電元件控制部751驅(qū)動(dòng)壓電元件45開(kāi)始脈沖液體射流的噴射(步驟s111)。此時(shí)，上升波形形狀設(shè)定部756取得選擇中的能量旋鈕811以及重復(fù)頻率旋鈕813的旋鈕位置，從能量變換表771讀出與其組合對(duì)應(yīng)的上升波形形狀并進(jìn)行設(shè)定。并且，電壓振幅設(shè)定部754將預(yù)定的值設(shè)定為電壓振幅，上升頻率設(shè)定部755將預(yù)定的值設(shè)定為上升頻率。此外，能量設(shè)定部752從能量變換表771讀出分配在選擇中的能量旋鈕811的旋鈕位置的能量指示值來(lái)設(shè)定能量。并且，重復(fù)頻率設(shè)定部753從能量變換表771讀出分配在選擇中的重復(fù)頻率旋鈕813的旋鈕位置的重復(fù)頻率指示值來(lái)設(shè)定重復(fù)頻率。并且，壓電元件控制部751根據(jù)設(shè)定的重復(fù)頻率、電壓振幅、上升頻率、以及上升波形形狀來(lái)設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓波形，將設(shè)定的驅(qū)動(dòng)電壓波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加于壓電元件45。

并且，能量顯示控制部763進(jìn)行使能量信息顯示于顯示部73的控制(步驟s113)。例如，能量顯示控制部763從能量變換表771讀出分配在能量旋鈕811的旋鈕位置的能量指示值，算出與在步驟s111讀出的重復(fù)頻率指示值的積，即每單位時(shí)間的能量。并且，能量顯示控制部763將這些能量指示值、重復(fù)頻率指示值、以及每單位時(shí)間的能量作為能量信息顯示的顯示畫(huà)面在顯示部73進(jìn)行顯示處理。并且，關(guān)于每單位時(shí)間的能量，并不限于能量信息的顯示控制時(shí)算出的構(gòu)成，也可以是預(yù)先設(shè)定于能量變換表771等而將其讀出的構(gòu)成。

之后，控制部75在直到通過(guò)噴射踏板83或噴射按鈕84的操作判斷脈沖液體射流的噴射結(jié)束的期間(步驟s301：否)，在步驟s115中監(jiān)視能量旋鈕811的操作，同時(shí)，在步驟s123中監(jiān)視重復(fù)頻率旋鈕813的操作。

并且，在操作能量旋鈕811的情況下(步驟s115：是)，上升波形形狀設(shè)定部756從能量變換表771讀出與選擇的旋鈕位置和選擇中的重復(fù)頻率旋鈕813的旋鈕位置的組合對(duì)應(yīng)的上升波形形狀，更新上升波形形狀的設(shè)定(步驟s117)。之后，壓電元件控制部751根據(jù)設(shè)定的重復(fù)頻率、電壓振幅、上升頻率、以及上升波形形狀來(lái)再設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓波形，將再設(shè)定的驅(qū)動(dòng)電壓波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加于壓電元件45(步驟s119)。

并且，能量顯示控制部763從能量變換表771讀出分配在選擇的旋鈕位置的能量指示值，進(jìn)行更新顯示部73的顯示的控制(步驟s121)。

另一方面，在操作重復(fù)頻率旋鈕813的情況下(步驟s123：是)，重復(fù)頻率設(shè)定部753從能量變換表771讀出分配在選擇的旋鈕位置的重復(fù)頻率指示值，更新重復(fù)頻率的設(shè)定(步驟s125)。接著，上升波形形狀設(shè)定部756從能量變換表771讀出與選擇的旋鈕位置和選擇中的能量旋鈕811的旋鈕位置的組合對(duì)應(yīng)的上升波形形狀，更新上升波形形狀的設(shè)定(步驟s127)。之后，壓電元件控制部751根據(jù)設(shè)定的重復(fù)頻率、電壓振幅、上升頻率、以及上升波形形狀來(lái)再設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓波形，將再設(shè)定的驅(qū)動(dòng)電壓波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加于壓電元件45(步驟s129)。

并且，能量顯示控制部763從能量變換表771讀出分配在選擇的旋鈕位置的重復(fù)頻率，進(jìn)行更新顯示部73的顯示的控制(步驟s131)。

根據(jù)該實(shí)施例一，預(yù)先設(shè)定與各能量對(duì)應(yīng)的上升波形形狀，基于該對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)定達(dá)成符合操作感覺(jué)的切削深度以及切削體積的最適合的上升波形形狀，能夠控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形。例如，如果轉(zhuǎn)動(dòng)能量旋鈕811一個(gè)刻度，則相當(dāng)于刻度間隔的量的能量e發(fā)生變化，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)符合使用者的意圖和操作感覺(jué)的切削深度和切削體積，能夠提高使用便利性。

并且，能夠以能量e成為能量指示值的方式使重復(fù)頻率增減。因此，例如，如果不轉(zhuǎn)動(dòng)能量旋鈕811的刻度而僅轉(zhuǎn)動(dòng)重復(fù)頻率旋鈕813的刻度，則能夠在將一個(gè)脈沖的脈沖液體射流產(chǎn)生的切削深度和切削體積保持一定的狀態(tài)下，調(diào)整為與重復(fù)頻率成比例的符合意圖的切削速度，實(shí)現(xiàn)使用便利性的提高。

(實(shí)施例二)

接著，對(duì)實(shí)施例二進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)與實(shí)施例一同樣的部分賦予相同的符號(hào)，以與實(shí)施例一不同的點(diǎn)為中心進(jìn)行說(shuō)明。圖20是示出實(shí)施例二中的液體噴射控制裝置70-2所具有的操作面板80-2的圖。如圖20所示，在操作面板80-2上配設(shè)有能量旋鈕811、重復(fù)頻率旋鈕813、作為第三操作部的電壓振幅旋鈕815a、電源按鈕82、噴射按鈕84、泵驅(qū)動(dòng)按鈕85、液晶監(jiān)視器87。

電壓振幅旋鈕815a用于輸入作為第三指示值的電壓振幅的指示值(電壓振幅指示值)，被構(gòu)成為能夠選擇附有例如“1”～“5”的刻度的五個(gè)階段的旋鈕位置。并且，該電壓振幅旋鈕815a也可以與重復(fù)頻率旋鈕813同樣構(gòu)成為具備激活開(kāi)關(guān)。手術(shù)者通過(guò)切換電壓振幅旋鈕815a的旋鈕位置，在五個(gè)階段對(duì)電壓振幅進(jìn)行增減操作。在旋鈕的各位置，以與對(duì)應(yīng)的刻度的數(shù)值成比例地每次增大一定量的方式預(yù)先分配電壓振幅指示值。并且，旋鈕位置的階段數(shù)并沒(méi)有限定為五個(gè)階段，段數(shù)可以適當(dāng)設(shè)定。并且，也可以是與能量旋鈕811和重復(fù)頻率旋鈕813不同的段數(shù)。

這樣，在實(shí)施例二中，手術(shù)中手術(shù)者進(jìn)行的操作成為使用能量旋鈕811的能量e的增減操作、使用重復(fù)頻率旋鈕813的重復(fù)頻率的增減操作、使用電壓振幅旋鈕815a的電壓振幅的增減操作這三個(gè)，將與能量e、重復(fù)頻率、電壓振幅、上升波形形狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系預(yù)先數(shù)據(jù)表格化。

圖21是示出實(shí)施例二中的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。如圖21所示，液體噴射控制裝置70-2相對(duì)于實(shí)施例一的液體噴射控制裝置70-1，在操作部71具有電壓振幅旋鈕815a、壓電元件控制部751a具有的電壓振幅設(shè)定部754a以及上升波形形狀設(shè)定部756a、存儲(chǔ)部77具有的能量變換表771a這些點(diǎn)不同。

電壓振幅設(shè)定部754a從能量變換表771a讀出與電壓振幅旋鈕815a的旋鈕位置對(duì)應(yīng)的電壓振幅并進(jìn)行設(shè)定。

上升波形形狀設(shè)定部756a在以脈沖液體射流的能量成為能量設(shè)定部752設(shè)定的能量的方式設(shè)定上升波形形狀這點(diǎn)與實(shí)施例一相同，但是，在參照能量變換表771a進(jìn)行設(shè)定這點(diǎn)不同。

圖22是示出實(shí)施例二中的能量變換表771a的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。如圖22所示，能量變換表771a是對(duì)應(yīng)于能量旋鈕811的旋鈕位置(刻度)、分配在該旋鈕位置的能量指示值、重復(fù)頻率旋鈕813的旋鈕位置(刻度)、分配在該旋鈕位置的重復(fù)頻率指示值、電壓振幅旋鈕815a的旋鈕位置(刻度)、分配在該旋鈕位置的電壓振幅指示值、上升波形形狀的數(shù)據(jù)表格。作為預(yù)定上升頻率的值，是通過(guò)成為指示的能量e的上升波形形狀與重復(fù)頻率以及電壓振幅的組合對(duì)應(yīng)而設(shè)定的數(shù)據(jù)表。

參照該能量變換表771a，在上升波形形狀設(shè)定部756a從能量變換表771a讀出與選擇中的能量旋鈕811、重復(fù)頻率旋鈕813、以及電壓振幅旋鈕815a的各旋鈕位置的組合對(duì)應(yīng)的上升波形形狀并進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)，操作能量旋鈕811、重復(fù)頻率旋鈕813、以及電壓振幅旋鈕815a中的任一個(gè)的情況下，從能量變換表771a讀出與各旋鈕811、813、815a的旋鈕位置的組合對(duì)應(yīng)的上升波形形狀并更新其設(shè)定。

[處理的流程]

圖23是示出實(shí)施例二中脈沖液體射流的噴射時(shí)控制部75a所進(jìn)行的處理的流程的流程圖。并且，對(duì)與圖19同樣的處理工序賦予相同的符號(hào)。

在實(shí)施例二中，在步驟s111中，電壓振幅設(shè)定部754a從能量變換表771a讀出與分配在選擇中的電壓振幅旋鈕815a的旋鈕位置的電壓振幅指示值，并設(shè)定電壓振幅。

并且，在步驟s233中，監(jiān)視電壓振幅旋鈕815a的操作。并且，在操作電壓振幅旋鈕815a的情況下(步驟s233：是)，電壓振幅設(shè)定部754a從能量變換表771a讀出分配在選擇的旋鈕位置的電壓振幅指示值，更新電壓振幅的設(shè)定(步驟s235)。接著，上升波形形狀設(shè)定部756a從能量變換表771a讀出與選擇的旋鈕位置的組合對(duì)應(yīng)的上升波形形狀，更新上升波形形狀的設(shè)定(步驟s237)。之后，壓電元件控制部751a根據(jù)設(shè)定的重復(fù)頻率、電壓振幅以及上升波形形狀來(lái)再設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓波形，將設(shè)定的驅(qū)動(dòng)電壓波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加于壓電元件45(步驟s239)。

根據(jù)該實(shí)施例二，預(yù)先設(shè)定與能量e、重復(fù)頻率、電壓振幅、上升波形形狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即使增減電壓振幅，也能夠以能量e成為能量指示值的方式控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形。

(實(shí)施例三)

接著，對(duì)實(shí)施例三進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)與實(shí)施例二同樣的部分賦予相同的符號(hào)，以與實(shí)施例二不同的點(diǎn)為中心進(jìn)行說(shuō)明。圖24是示出實(shí)施例三中的液體噴射控制裝置70-3所具備的操作面板80-3的圖。如圖24所示，在操作面板80-3上配設(shè)有能量旋鈕811、重復(fù)頻率旋鈕813、電壓振幅旋鈕815a、作為第四操作部的上升頻率旋鈕816b、電源按鈕82、噴射按鈕84、泵驅(qū)動(dòng)按鈕85、液晶監(jiān)視器87。

上升頻率旋鈕816b用于輸入作為第四指示值的上升頻率的指示值(上升頻率指示值)，被構(gòu)成為能夠選擇附有例如“1”～“5”的刻度的五個(gè)階段的旋鈕位置。并且，該上升頻率旋鈕816b也可以與重復(fù)頻率旋鈕813同樣構(gòu)成為具備激活開(kāi)關(guān)。手術(shù)者通過(guò)切換上升頻率旋鈕816b的旋鈕位置，在五個(gè)階段對(duì)上升頻率進(jìn)行增減操作。在旋鈕的各位置，以與對(duì)應(yīng)的刻度的數(shù)值成比例地每次增大一定量的方式預(yù)先分配上升頻率指示值。并且，旋鈕位置的階段數(shù)并沒(méi)有限定為五個(gè)階段，段數(shù)可以適當(dāng)設(shè)定。并且，也可以是與能量旋鈕811和重復(fù)頻率旋鈕813、電壓振幅旋鈕815a不同的段數(shù)。

這樣，在實(shí)施例三中，手術(shù)中手術(shù)者進(jìn)行的操作成為使用能量旋鈕811的能量e的增減操作、使用重復(fù)頻率旋鈕813的重復(fù)頻率的增減操作、使用電壓振幅旋鈕815a的電壓振幅的增減操作、使用上升頻率旋鈕816b的上升頻率的增減操作這四個(gè)，將與能量e、重復(fù)頻率、電壓振幅、上升頻率、上升波形形狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系預(yù)先數(shù)據(jù)表格化。

圖25是示出實(shí)施例三中的液體噴射控制裝置的功能構(gòu)成例的框圖。如圖25所示，液體噴射控制裝置70-3相對(duì)于實(shí)施例二的液體噴射控制裝置70-2，在操作部71具有上升頻率旋鈕816b、壓電元件控制部751b具有的上升頻率設(shè)定部755b以及上升波形形狀設(shè)定部756a、存儲(chǔ)部77具有的能量變換表771b這些點(diǎn)不同。

上升頻率設(shè)定部755b從能量變換表771b讀出與上升頻率旋鈕816b的旋鈕位置對(duì)應(yīng)的上升頻率并進(jìn)行設(shè)定。

上升波形形狀設(shè)定部756b在以脈沖液體射流的能量成為能量設(shè)定部752設(shè)定的能量的方式設(shè)定上升波形形狀這點(diǎn)與實(shí)施例一、二相同，但是，在參照能量變換表771b進(jìn)行設(shè)定這點(diǎn)不同。

圖26是示出實(shí)施例三中的能量變換表771b的數(shù)據(jù)構(gòu)成例的圖。如圖26所示，能量變換表771b是對(duì)應(yīng)于能量旋鈕811的旋鈕位置(刻度)、分配在該旋鈕位置的能量指示值、重復(fù)頻率旋鈕813的旋鈕位置(刻度)、分配在該旋鈕位置的重復(fù)頻率指示值、電壓振幅旋鈕815a的旋鈕位置(刻度)、分配在該旋鈕位置的電壓振幅指示值、上升頻率旋鈕816b的旋鈕位置(刻度)、分配在該旋鈕位置的上升頻率指示值、上升波形形狀的數(shù)據(jù)表格。是成為指定的能量e的上升波形形狀與重復(fù)頻率、電壓振幅以及上升頻率的組合對(duì)應(yīng)而設(shè)定的數(shù)據(jù)表。

參照該能量變換表771b，上升波形形狀設(shè)定部756b從能量變換表771b讀出與選擇中的能量旋鈕811、重復(fù)頻率旋鈕813、電壓振幅旋鈕815a、以及上升頻率旋鈕816b的各旋鈕位置的組合對(duì)應(yīng)的上升波形形狀并進(jìn)行設(shè)定。并且，在操作能量旋鈕811、重復(fù)頻率旋鈕813、電壓振幅旋鈕815a、以及上升頻率旋鈕816b中的任一個(gè)的情況下，從能量變換表771b讀出與各旋鈕811、813、815a、816b的旋鈕位置的組合對(duì)應(yīng)的上升波形形狀并更新其設(shè)定。

[處理的流程]

圖27是示出實(shí)施例三中脈沖液體射流的噴射時(shí)控制部75b所進(jìn)行的處理的流程的流程圖。并且，對(duì)與圖23同樣的處理工序賦予相同的符號(hào)。

在實(shí)施例三中，在步驟s111中，上升頻率設(shè)定部755b從能量變換表771b讀出與分配在選擇中的上升頻率旋鈕816b的旋鈕位置的上升頻率指示值，并設(shè)定上升頻率。

并且，在步驟s243中，監(jiān)視上升頻率旋鈕816b的操作。并且，在操作上升頻率旋鈕816b的情況下(步驟s243：是)，上升頻率設(shè)定部755b從能量變換表771b讀出分配在選擇的旋鈕位置的上升頻率指示值，更新上升頻率的設(shè)定(步驟s245)。接著，上升波形形狀設(shè)定部756b從能量變換表771b讀出與選擇的旋鈕位置的組合對(duì)應(yīng)的上升波形形狀，更新上升波形形狀的設(shè)定(步驟s247)。之后，壓電元件控制部751b根據(jù)設(shè)定的重復(fù)頻率、電壓振幅以及上升波形形狀來(lái)再設(shè)定驅(qū)動(dòng)電壓波形，將設(shè)定的驅(qū)動(dòng)電壓波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加于壓電元件45(步驟s249)。

根據(jù)該實(shí)施例三，預(yù)先設(shè)定與能量e、重復(fù)頻率、電壓振幅、上升頻率、上升波形形狀的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即使增減上升頻率，也能夠以能量e成為能量指示值的方式控制壓電元件45的驅(qū)動(dòng)電壓波形。

(變形例)

并且，在上述實(shí)施方式中，說(shuō)明了通過(guò)能量旋鈕811對(duì)能量e進(jìn)行階段性地增減操作的情況、通過(guò)重復(fù)頻率旋鈕813對(duì)重復(fù)頻率進(jìn)行階段性地增減操作的情況、通過(guò)電壓振幅旋鈕815a對(duì)電壓振幅進(jìn)行階段性地增減操作的情況、通過(guò)上升頻率旋鈕816b對(duì)上升頻率進(jìn)行階段性地增減操作的情況。對(duì)此，各旋鈕811、813、815a、816b也可以構(gòu)成為在附有刻度的旋鈕位置間(中間的位置)能夠無(wú)階段地調(diào)整能量指示值、重復(fù)頻率指示值、電壓振幅指示值、上升頻率指示值。

并且，在上述實(shí)施方式中，如參照?qǐng)D10的(a)的說(shuō)明，為了增減重復(fù)頻率，可變地設(shè)定下降形狀。與此相對(duì)，也可以通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電壓波形全體在時(shí)間軸方向上單純地縮短或拉開(kāi)來(lái)增減重復(fù)頻率。

并且，在上述實(shí)施方式中，作為上升時(shí)間指標(biāo)值例示了上升頻率。與此相對(duì)，代替上升頻率，也可以使用上升時(shí)間tpr。

并且，能量旋鈕811、重復(fù)頻率旋鈕813、電壓振幅旋鈕815a、上升頻率旋鈕816b并不限定于通過(guò)旋鈕開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的情況，例如，也可以通過(guò)拉桿開(kāi)關(guān)或按鈕開(kāi)關(guān)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且，也可以使顯示部73為觸摸面板，通過(guò)利用軟件形成的按鍵開(kāi)關(guān)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。在該情況下，使用者操作作為顯示部73的觸摸面板，輸入能量指示值、重復(fù)頻率指示值、電壓振幅指示值。

并且，在上述實(shí)施例二中，除了能量以及重復(fù)頻率以外，對(duì)能夠通過(guò)旋鈕操作對(duì)電壓振幅進(jìn)行可變?cè)O(shè)定的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但是，也可以是重復(fù)頻率為預(yù)定的值而不進(jìn)行可變?cè)O(shè)定的構(gòu)成。

同樣，在上述實(shí)施例三中，除了重復(fù)頻率以及電壓振幅以外，對(duì)能夠通過(guò)旋鈕操作對(duì)上升頻率進(jìn)行可變?cè)O(shè)定的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但是，也可以是重復(fù)頻率以及電壓振幅中的一個(gè)或者兩者為預(yù)定的值而不進(jìn)行可變?cè)O(shè)定的構(gòu)成。

并且，在上述實(shí)施方式中，公開(kāi)了噴射運(yùn)動(dòng)量為2[nns]以上2[mns]以下、或者運(yùn)動(dòng)能量為2[nj]以上200[mj]以下的脈沖液體射流的構(gòu)成，但是，優(yōu)選噴射運(yùn)動(dòng)量為20[nns]以上200[μns]以下、或者運(yùn)動(dòng)能量為40[nj]以上10[mj]以下的脈沖液體射流的構(gòu)成。這樣的話，能夠適合切削生物體組織或凝膠材料。

并且，在上述實(shí)施方式中，對(duì)開(kāi)始點(diǎn)r0的驅(qū)動(dòng)電壓為0(零)進(jìn)行說(shuō)明，但是，也可以不為0(零)。例如，如果是在一定電壓的偏壓下生成/施加驅(qū)動(dòng)電壓的方式，其偏壓電壓為開(kāi)始點(diǎn)r0的電壓。