(57)【要約】【課題】  コイルへの入力波形を整形して、カプセルの進行を安定化するとともに、さらにカプセルの移動を円滑化した小型走行カプセルを提供する。【解決手段】  カプセル内にピストン往復動可能に永久磁石を配設し、その周囲に配置したコイルに交流電流を流してピストン運動を行わせ、発生する慣性反力を利用して一定方向に走行させる走行カプセルにおいて、コイルへ入力する交流電流をパワーオペアンプを用い、そのプラス側の出力とマイナス側の出力を変化させることにより、磁石が押し出される力を強く、コイル内に引き戻される力を弱く調節する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カプセル内にピストン往復動可能に永久磁石を配設し、その周囲に配置したコイルに交流電流を流してピストン運動を行わせ、発生する慣性反力を利用して一定方向に走行させる走行カプセルにおいて、コイルへ入力する交流電流をパワーオペアンプを用い、そのプラス側の出力とマイナス側の出力を変化させることにより、磁石が押し出される力を強く、コイル内に引き戻される力を弱く調節することを特徴とする小型走行カプセル。
【請求項２】
カプセルの外面を接触面との摩擦を生じることなく円滑に移動しうるように形成させた請求項１記載の小型走行カプセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湾曲部を有する細長い管、例えば人の消化管の内部を自在に走行可能なカプセルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人の消化管は、柔軟で湾曲した細長い管状体であるので、口又は肛門から内視鏡やゾンデ式スコープを用いて内部を観察することは非常にむずかしい。そのために、本体に独立した移動機構を備えた自走式のデバイスや、本体に備えた移動手段を外部から操作する方式のデバイスが提案され、これまでにこのようなものとして異なった方向に変位動作を行う２個の可動脚部と移動軸方向に伸縮可能な振動発生部材と本体の移動軸方向に進退移動し、前記２個の可動脚部のいずれか一方が膣壁に接触するのを防止する遮断部材と駆動手段とを備えた自動走行カプセル装置（特許文献１参照）、体内を観察する撮像手段とエネルギーを供給する電源部を備えたカプセル内視鏡装置であって、その一部を体腔内に固定する固定手段を設け、撮像手段が体腔内の固定部に対して進退可能に固定手段と撮像手段を可撓性ケーブルにより接続したもの（特許文献２参照）、患者の体の内腔の中を移動可能な自走式装置と、患者の体外から自走式装置を介して内腔の少なくとも一部にアクセスできるように、自走式装置に連結している処理用経路とを含む医療装置（特許文献３参照）などが知られている。
【０００３】
他方、外部から操作するマイクロメカニズム装置の例として、異なる共振周波数を有する２個の機械的振動手段と、これらのうちのいずれか一方の共振周波数と同一周波数の音響エネルギーを外部から順々に放射し、それぞれ独立した振動変位を共振励起し、自走の方向及び速度を決定し、遠隔制御により移動するマイクロメカニズム装置（特許文献４参照）が知られている。
【０００４】
しかしながら、これらの装置は、いずれも複雑な構造を有する上に、その小型化について必ずしも十分な配慮が払われているとは認められないので、実用化に際しては、さらに解決しなければならない多くの問題点がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２１２０９３号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献２】特開平７−２８９５０４号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献３】特開２００３−２９９６１３号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献４】特開平６−１５４１９１号公報（特許請求の範囲その他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、先にカプセル内に固定したコイルに正弦波の交流電流を流し、コイルの中に配置した永久磁石がピストン運動する際の乾性反力、内壁への衝撃力、走行面とカプセル外面間との摩擦力の組み合せで走行する走行カプセルを開発したが、これをさらに小型化するために種々検討したところ、コイルと磁石の小型化に伴う駆動力の不足を補うための入力波形に関し、増幅する際の波形が乱れていてカプセルの進行状態が不安定であることが分った。
【０００７】
本発明は、このようなコイルへの入力波形を整形して、カプセルの進行を安定化するとともに、さらにカプセルの移動を円滑化した小型走行カプセルを提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、カプセル内にピストン往復可能に永久磁石を配設し、その周囲に配置したコイルに交流電流を流してピストン運動を行わせ、発生する慣性反力を利用して一定方向に走行させる走行カプセルの小型化について種々検討した結果、ファンクションシンセサイザーにより波形を出力させた後で行う増幅を、これまではパソコン用スピーカを利用して行っていたが、この出力波形をオシロスコープによって確認したところ、著しく乱れていたのに対し、パワーオペアンプを用いて行うことにより、正常な波形になること、及びプラス側の出力とマイナス側の出力を変えることにより、磁石が押し出される力を強く、コイルの中に引き戻される力を弱く調節することにより、走行カプセルを小型化した場合においても円滑に移動することを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、カプセル内にピストン往復動可能に永久磁石を配設し、その周囲に配置したコイルに交流電流を流してピストン運動を行わせ、発生する慣性反力を利用して一定方向に走行させる走行カプセルにおいて、コイルへ入力する交流電流をパワーオペアンプを用い、そのプラス側の出力とマイナス側の出力を変化させることにより、磁石が押し出される力を強く、コイル内に引き戻される力を弱く調節することを特徴とする小型走行カプセルを提供するものである。
【００１０】
次に、添付図面に従って、本発明走行カプセルの構造を説明する。
図１は、本発明走行カプセルの１例を示す断面図であって、カプセル容器１の内側に、電磁石を構成するコイル２を巻いた円筒３と、その内部を往復するピストン形状の永久磁石４が収容されている。
【００１１】
そして、カプセル内でコイル円筒と反対側の空間には永久磁石のピストンが左右に運動する空間があり、その端にはストッパが設置されている。電力をコイルに供給するケーブルは、カプセルの一端から外部に出ている。このカプセルは、その外面を接触面との摩擦を生じることなく、円滑に移動しうるように形成させるのが好ましい。
【００１２】
この装置を用いて、管内を走行させるには、電磁石と永久磁石が相互に作用するようケーブルから交流電流を流す。すると永久磁石が往復運動をし、その慣性反力でカプセルが走行する。
【００１３】
左右対象な内部構造であれば、カプセルも単に往復振動をして、平均するとその変位は０のままであるが、内部構造が左右非対称のため、振動で進む変位は、前方向と後方向で異なり、これらの差により一方向へ進行する。
【００１４】
この際のカプセルの移動速度Ｓは、以下の式によって算出することができる。
Ｓ＝ＣS・ＫS
ＣS＝［（２ｎ＋１）−（ｎ＋１）ｆ］／｛２（ｎ＋１）√［（ｎ＋１）ｆ−１］｝
ＫS＝√［（ａ・ｆr）／２Ｍ］
ｎ＝Ｍ／ｍ
ｆ＝ｆm／ｆr
ただし、
Ｓ：カプセルの移動速度
ＣS：速度係数
ＫS：カプセルの形状係数
ｎ：カプセルの質量比
Ｍ：カプセル外殻の質量
ｍ：永久磁石の質量
ａ：磁石の可動範囲
ｆ：カプセルに働く力の比
ｆm：磁石とコイルによる電磁力
ｆr：カプセルと、消化管に近いと思われる試料との間に生じる摩擦力
【００１５】
本発明走行カプセルにおいて、出力を増幅させるアンプのプラス側の出力とマイナス側の出力を変えて、磁石が押し出される力を強く、コイル中に引き戻される力を弱くするには、アンプへの入力波形のプラス側電圧とマイナス側電圧とを変えること、例えばアンプへの入力波形のプラス側電圧を４Ｖ，マイナス側電圧を−２Ｖとするか、あるいは両者の印加時間を変えることによって行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、これまでの最も小さい走行カプセル（長さ３０ｍｍ）を約２分の１に小型化した走行カプセルを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、実施例により本発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明はこれらによりなんら限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
図１に示す構造において、小型磁石（φ：１ｍｍ、ｌ：６ｍｍ）とφ０．０５ｍｍの銅線を２００回巻いて作製したコイルを用い、径４ｍｍ、長さ１５ｍｍの走行カプセルを製造した。なお、出力波形を増幅するアンプとしては、東芝社製パワーオペアンプ（ＴＯＳＨＩＢＡ  ＴＡ８４０７Ｐ）を用いた。
この出力波形をオシロスコープによって観察した結果を図２に示す。なお、比較のために従来のパソコン用スピーカーを用いて増幅したときの出力波形を図３に示す。
このように、本発明走行カプセルにおける出力波形は、正常な波形を示すのに対し、従来の走行カプセルの出力波形は著しく乱れていることが分る。
次に、０〜７Ｖの間で異なるパルス状の電圧を印加し、測定した走行距離を図４に示す。
【実施例２】
【００１９】
実施例１と同じアンプを用い、４Ｖ、１５Ｈｚの条件下、プラス側に４Ｖ、マイナス側に２Ｖ、デューティ比をプラス側に流す時間とマイナス側に流す時間とが１：３の割合になるように選んで、実施例１の走行カプセルを移動させたところ、効率よく速度を増し、安定した走行を示した。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の走行カプセルは小型であるので、例えば人の消化管内に挿入し、診断、治療するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明走行カプセルの１例の断面図。
【図２】本発明走行カプセルのアンプからの出力波形図。
【図３】従来の走行カプセルのアンプからの出力波形図。
【図４】本発明走行カプセルのパルス電圧０〜７Ｖにおける走行距離を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２２】
１  カプセル容器
２  コイル
３  コイルを巻いた円筒
４  ピストン形状の永久磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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