(57)【要約】【課題】小型化され易い光駆動型マイクロアクチュエータを提供すること【解決手段】光駆動型マイクロアクチュエータ１は、光ファイバ６０の光射出端部が装着される光取込口を備えたマイクロハウジング１０と、該マイクロハウジング内に配設され、光取込口に装着された光ファイバの光射出端部からの光を受光し光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池３０と、マイクロハウジング内に配設され、太陽電池３０からの電気エネルギを蓄える蓄電手段４０と、作動部以外の部分がマイクロハウジング内に配設され、蓄電手段の電気エネルギで駆動される電動モータ構造体５０とを有する。太陽電池３０から電気駆動型マイクロアクチュエータ部までの間の電気エネルギの伝達部分は、封入されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの光射出端部が装着される光取込口を備えたマイクロハウジングと、
前記マイクロハウジング内に配設され、光取込口に装着された光ファイバの光射出端部からの光を受光し光エネルギを電気エネルギに変換する光起電力デバイスと、
前記マイクロハウジング内に配設され、前記光起電力デバイスからの電気エネルギを蓄える蓄電手段と、
作動部以外の部分が前記マイクロハウジング内に配設され、前記蓄電手段の電気エネルギで駆動される電気駆動型マイクロアクチュエータ部と、
を有する光駆動型マイクロアクチュエータ。
【請求項２】
前記光起電力デバイスから前記電気駆動型マイクロアクチュエータ部までの間の電気エネルギの伝達部分が、前記マイクロハウジング内に封入されている請求項１に記載の光駆動型マイクロアクチュエータ。
【請求項３】
前記電気駆動型マイクロアクチュエータ部が、電磁モータ又は超音波モータを含む請求項１又は２に記載の光駆動型マイクロアクチュエータ。
【請求項４】
前記マイクロハウジングが、筒状体からなり、筒の外径が１ｍｍ以下である請求項１から３までのいずれか一つの項に記載の光駆動型マイクロアクチュエータ。
【請求項５】
前記マイクロハウジングが体内に挿入されるように構成された請求項１から４までのいずれか一つの項に記載の光駆動型マイクロアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロアクチュエータに係り、人体に適用されるに適したタイプのマイクロアクチュエータに係る。
【０００２】
【従来の技術】
電力を利用してマイクロポンプを駆動する代わりに、光エネルギを利用してポンプを駆動する光駆動型マイクロポンプは提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３４０３５６号公報（第３−５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特許文献１に提案されているマイクロポンプでは、電力の利用を忌避するあまり、光エネルギを熱エネルギに変換し、該熱エネルギを流体の体積変化等に利用しようとするもので、特殊な材料を使用するだけでなく、その構造も複雑化し小型化が図られ難い。また、熱エネルギを利用しようとするものであることから、その応答速度が低くなり易い。
【０００５】
本発明は、前記した点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、小型化され易い光駆動型マイクロアクチュエータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光駆動型マイクロアクチュエータは、前記目的を達成すべく、光ファイバの光射出端部が装着される光取込口を備えたマイクロハウジングと、該マイクロハウジング内に配設され、光取込口に装着された光ファイバの光射出端部からの光を受光し光エネルギを電気エネルギに変換する光起電力デバイスと、マイクロハウジング内に配設され、光起電力デバイスからの電気エネルギを蓄える蓄電手段と、作動部以外の部分がマイクロハウジング内に配設され、蓄電手段の電気エネルギで駆動される電気駆動型マイクロアクチュエータ部とを有する。
【０００７】
本発明の光駆動型マイクロアクチュエータでは、光起電力デバイスを備えているので、マイクロアクチュエータとして電気駆動型のマイクロアクチュエータが用いられ得るから、光・熱変換器や熱・容積変換器のような特殊な変換器を要せず、構造の簡単化・小型化を図り易い。また、本発明の光駆動型マイクロアクチュエータでは、光起電力デバイスに加えて蓄電手段を備えるので、光エネルギを常時供給する必要がない。従って、光ファイバが接続された状態と光ファイバの接続が解除された状態との両方で、動作可能である。更に、本発明の光駆動型マイクロアクチュエータでは、光起電力デバイス、蓄電手段及び電気駆動型マイクロアクチュエータ部の全体が、電気駆動型マイクロアクチュエータ部の作動部を除いてハウジング内に配設されるので、電圧印加部分や通電部分が外部から遮蔽され得るから、安全性が高められ易い。
【０００８】
なお、本発明の光駆動型マイクロアクチュエータでは、典型的には、電気駆動型マイクロアクチュエータ部の作動部以外の部分は、光起電力デバイス及び蓄電手段と共に、ハウジング内に封入される。その場合、光駆動型マイクロアクチュエータが人体に適用されたり人体内等に挿入されても、体液などが電気系に触れる虞れが少なく、安全性が高められ易い。この場合、マイクロアクチュエータのエネルギ受取部が電気的なコネクタではなくて受光面からなるので、その安全性及び防水性が確保され易い。なお、光起電力デバイスの光電変換効率の制約などによって発熱が無視し難いような場合には、光起電力デバイスは電気絶縁性が高く熱伝導性の高い材料を介してハウジングに取付けられる。この場合、典型的には、ハウジングも電気絶縁性が高く熱伝導性の高い材料で形成される。
【０００９】
本発明の光駆動型マイクロアクチュエータにおいて、電気駆動型マイクロアクチュエータ部は、典型的には、電磁モータや超音波モータの如きモータや該モータを含むポンプのような作動手段ないし駆動手段からなる。本発明の光駆動型マイクロアクチュエータがモータを含む場合、モータのうちロータの出力軸の如き作動部以外の部分は、ハウジング内に配置され、例えば、ロータ及びこれと一体的な出力軸以外の部分は、典型的には、ハウジング内に封入される。但し、想定される使用環境によっては、単にハウジングで囲っておいてもよい。
【００１０】
本発明の光駆動型マイクロアクチュエータは、マイクロホンの如く圧電素子等を備える音響センサやカメラの如くＣＣＤ素子等を備えるイメージセンサを含んでいてもよい。その場合、スピーカのような音響信号の形態の刺激発生器や撮像に要する照明等が並設されていてもよい。光は、使用環境に応じて、周囲の媒体などによって吸収され難い波長域のものが用いられる。
【００１１】
本発明の光駆動型マイクロアクチュエータでは、典型的には、マイクロハウジングが筒状体からなり、筒の外径が例えば５ｍｍ程度以下であり、人体内に挿入されるような場合には、典型的には、１ｍｍ程度である。但し、５ｍｍ程度より大きくても、１ｍｍ程度より小さくてもよい。
【００１２】
本発明の光駆動型マイクロアクチュエータでは、例えば、マイクロハウジングが体内、例えば、血管内や消化器官内に挿入されるように構成される。但し、細い配管内等で用いられるものでも他の環境下で用いられるものでもよい。
【００１３】
本発明の光駆動型マイクロアクチュエータは、光エネルギ供給用の光ファイバの操作（挿入ないし押込みや引出し）によって、移動せしめられても、光ファイバを取外した状態において、モータの如き電気駆動型マイクロアクチュエータ部の動作によりスクリュ等で自走せしめられてもよい。光ファイバは、該ファイバから供給される光エネルギが特定のパターンの場合に、電気駆動型マイクロアクチュエータ部を駆動させることによって、光駆動型マイクロアクチュエータの光取込口から外されるように、摩擦係合などで取外し可能に光取込口に係合されていてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい一実施の形態を添付図面に示した好ましい一実施例に基づいて説明する。
【００１５】
【実施例】
図１の（ａ）及び（ｂ）には、本発明による好ましい一実施例の光駆動型マイクロアクチュエータ１が示されている。
【００１６】
光駆動型マイクロアクチュエータ１は、筒状のハウジング１０と、光起電力デバイスとしての太陽電池３０と、蓄電手段としての二次電池構造体４０と、電気駆動型マイクロアクチュエータ部としての電動モータ構造体５０とを有する。
【００１７】
ハウジング１０は、筒状部１１と該筒状部１１の端部１２を実際上閉じる端壁部１３とを備え電気絶縁性材料からなる有底筒状体１４からなる。光駆動型マイクロアクチュエータ１が、血管内に挿入されるような場合、筒状体１４の外径は、例えば、１ｍｍ程度又はそれ以下であり、長さは、５ｍｍ程度〜１ｃｍ程度である。但し、径や長さが、より大きくても、より小さくてもよく、特に、用途が異なる場合には、そのサイズも大幅に異なり得る。筒状部１１は、この例では、円筒状であるけれども、太陽電池３０、二次電池構造体４０及び電動モータ構造体５０を内部に収容し得る限り、楕円筒状でも角筒状でも他の形状でもよい。すなわち、有底筒状体１４は、図１の（ａ）に示したように、太陽電池３０を収容する太陽電池収容部分１５と、二次電池構造体４０を収容する二次電池収容部分１６と、電動モータ構造体５０を収容するモータ収容部分１７とを有する。図１では、簡単のために、各収容部分１５、１６、１７が同一の内径の一体的で連続的な収容部１８の一部分からなるとして示したけれども、収容部分１５、１６、１７の形状は相互に異なり得る。
【００１８】
太陽電池３０、二次電池構造体４０及び電動モータ構造体５０は、有底筒状体１４の筒状部１１の開口端部１９側からハウジング１０内に挿設されてもよいけれども、その代わりに、ハウジング１０を例えば長手方向に沿った接合面で相互に接合される上側及び下側ハウジング部ないしケース半体で形成し、一方のケース半体の凹部に太陽電池３０、二次電池構造体４０及び電動モータ構造体５０を配設した後、他方のケース半体を被せると共に、両方のケース半体の当接部を接着や溶接等の手段で接合することによりハウジング１０を形成するようにしても、太陽電池３０、二次電池構造体４０及び電動モータ構造体５０を所望の可撓性バッグに収容した後、該バッグを所定の型枠内に配置しておいて、樹脂の成形により有底筒状体１４からなるハウジング１０を形成してもよい。
【００１９】
有底筒状体１４は、光取込口としての開口端部１９を含む開口側円筒状部２０の内周に後述の光ファイバ６０の光射出端部６１を受容し該端部６１の外周を保持する係合部２１を備える。
【００２０】
光起電力デバイスとしての太陽電池３０は、受光面３１で受光した光エネルギを電気エネルギに変換して出力端子部３２から出力する。この太陽電池３０は、典型的には、太陽光と同様なスペクトル分布を有する光に適した光電変換特性を有するけれども、光ファイバ６０から与えられる光エネルギのスペクトル分布に適合する特性を有するものが選択され（換言すれば、光ファイバ６０を介して受光面３１に照射される光としては、太陽電池３０の光電変換特性に応じたスペクトル分布の光が選択され）、所望ならば、紫外光又は赤外光に対する感度が高いものでもよく、光エネルギを高効率で電気エネルギに変換し得る限りどのような光電変換手段でもよい。光電変換効率の制約から発熱が無視され難い場合には、ハウジング１０等の少なくとも一部が熱伝導性の高い材料で形成される。
【００２１】
蓄電手段としての二次電池構造体４０は、太陽電池３０から与えられる電気エネルギを電気エネルギとして取出し可能に蓄える。二次電池構造体４０は、電気エネルギを化学エネルギとして蓄える二次電池４１と、該二次電池４１を充電する充電回路４２と、駆動回路４３を含み、太陽電池３０の出力端子部３２の電圧出力が充電回路４２を介して二次電池４１の端子部に加えられて、二次電池４１の充電が行われる。
【００２２】
蓄えるべき電力が比較的少なくてもよい場合には、蓄電手段としては、二次電池構造体４０の代わりに、例えば、コンデンサの如き他の蓄電手段であってもよい。
【００２３】
駆動回路４３は、例えば、駆動パルスを発生するパルス発生回路を含む。但し、電動モータ構造体５０のモータが直流モータなどからなる場合には、駆動回路４３は、該直流モータを駆動する電源回路であってもよい。駆動回路４３は、蓄電手段４０の一部とみなす代わりに、電動モータ構造体５０の一部とみなしてもよい。
【００２４】
電気駆動型アクチュエータとしての電動モータ構造体５０は、腕時計などで用いられる種類の小型の二極ステップモータ５１と、該モータ５１のロータに結合された作動部５２とを有する。作動部５２は、ロータと一体的な出力軸自体であっても、該ロータ軸に減速機構等の中間機構を介して結合ないし連結された出力軸であってもよい。
【００２５】
有底筒状体１４の端壁部１３には孔２３が形成されており、電動モータ構造体５０の作動部５２は孔２３を貫通してハウジング１０の外側に突出している。光駆動型マイクロアクチュエータ１が自走可能なものである場合には、作動部をなす軸５２には、図１の（ｂ）において想像線５３で示したようなスクリュが取付けられていてもよい。
【００２６】
以上において、太陽電池３０と二次電池構造体４０と電動モータ構造体５０とからなる光駆動型マイクロアクチュエータ本体３は、ハウジング１０内に、実質的に防水状態で封入されている。すなわち、光駆動型マイクロアクチュエータ本体３は、太陽電池３０の受光面３１が光エネルギを受光可能に光学的に露出され且つ電動モータ構造体５０の出力軸５２がハウジング１０の孔２３を介して突出・露出している点を除き、他の部分は、外部に対して、実質的に防水状態でハウジング１０内に封入されている。
【００２７】
すなわち、この光駆動型マイクロアクチュエータ１では、受光面３１で光を受光すればよいので、受光面３１は、光透過性層により被覆・封入され得るから、光駆動型マイクロアクチュエータ本体３が、エネルギ供給可能で且つ内部では電気駆動式であっても、その防水性が容易に高められ得る。また、光駆動型マイクロアクチュエータ本体３は、電動モータ構造体５０を備えるので、構造が簡単化・小型化され易い。
【００２８】
封入に際しては、出力軸５２及び該出力軸５２と共に駆動されるロータの如き可動部分を除いて、太陽電池３０から電動モータ構造体５０までの全体が樹脂等に埋設されるように被覆されても、ハウジング１０の端壁１２及び開口側円筒状部２０の段差部２４のところで、実質的に封止されていてもよい。
【００２９】
いずれにしても、光駆動型マイクロアクチュエータ本体３は、全体としてハウジング１０内に封入されることにより、電気系が実質的にその内部に閉じ込められ、光エネルギを受光面３１で受取って作動部５２が該エネルギにより駆動される。
【００３０】
光駆動型マイクロアクチュエータ１は、更に、図１の（ｂ）において想像線で示したように、音響センサとしてのマイクロホン５４やイメージセンサとしてのカメラ５５を備えていてもよい。この場合、マイクロホン５４は圧力変動を感知し得るようにハウジングの外表面に実際上露出し且つその表面が防水被覆される。イメージセンサ５５は、防水された光透過性窓の内側に配置され、且つランプの如き照明５６と並設されて、照明５６で照らされた領域を撮像する。この場合、音響センサ５４やイメージセンサ５５で検出した情報が格納されるメモリ５７がその動作制御部５８に設けられる。制御部５８の動作は、タイマー等に基づくプログラム制御で所定時間の間制御されても、光ファイバ５０からの光エネルギが特定のパターンで太陽電池３０により受光されることにより、起動されてもよい。これらの場合、例えば、光学的又は静電的等の非接触の読出し端子をハウジング１０に別途設けておいて、この読出し端子を介してメモリ５７の記憶内容を読出すようにしても、封止が断たれることにより利用可能になる電気的接触端子をハウジング１０の奥に形成しておいて、封止を破りつつ読取用端子を読出し端子に差し込んで、メモリ５７の記憶内容を読出すようにしてもよい。
【００３１】
光駆動型マイクロアクチュエータ１のハウジング１０の光取込口としての開口端部１９側には、光ファイバ６０の光射出端部６１が取外し可能に嵌装される。開口端部１９の係合部２１の内径は、光ファイバ６０の光射出端部６１の外径と実質的に同程度であり、光ファイバ６０の光射出端部６１は、図１の（ａ）に示したように、光射出面６２が太陽電池３０の受光面３１に実際上当接するか近接して正対するように、開口側円筒部２０に嵌合され、円筒部２０の係合部２１により外周部６３が係合・保持される。面６２、３１間の光結合を高めるべく、位置決め手段が更に設けられたり、反射防止層等が介在されてもよい。
【００３２】
この状態で、光ファイバ６０は、反対側の光エネルギ入力端部（図示せず）から入射される光エネルギを光射出端部６１の光射出面６２から太陽電池３０の受光面３１に照射する。
【００３３】
光エネルギ入力端部（図示せず）は、各種の光源の如き所望の光エネルギ発生源（図示せず）に対面せしめられて該光源からの光エネルギが入射されるように構成されても、太陽光の如き自然光や蛍光灯などの照明光の光エネルギを集めるべく、例えば、単に円錐状に末拡がりになっていてもよい。但し、太陽電池３０の光電変換特性に適合するスペクトルパターンの光源からの光が、光ファイバ６０の光エネルギ入力端部（図示せず）から入射される。
【００３４】
光ファイバ６０の光射出端部６１の光射出面６２から光が射出されると、該光がこれに正対した太陽電池３０の受光面３１で受光され太陽電池３０により所定出力電圧の電流として取出され、該電流により二次電池構造体４０の二次電池４１が充電される。二次電池４１に蓄えられたエネルギは、電気エネルギとして取出されて、二極ステップモータの如き電動モータ５０を駆動して、その作動部である出力軸５２を回転させる。この出力軸５２に回転は、所望の仕事、例えば、スクリュ５３の回転による自走やポンプの駆動等に利用される。
【００３５】
光ファイバ６０からの光エネルギによって二次電池構造体４０が所望のレベルまで充電されると、図１の（ｂ）に示したように、光ファイバ６０の光射出端部６１が光駆動型マイクロアクチュエータ１の光取込口としての開口端１９側から取外される。取り外しは、人手によってもよい。なお、光駆動型マイクロアクチュエータ１の駆動は、光ファイバ６０を該マイクロアクチュエータ１に接続した状態のまま行われてもよいけれども、図１の（ｂ）のように、光ファイバ６０を取外した状態で、光駆動型マイクロアクチュエータ１が動作せしめられてもよい。
【００３６】
なお、光駆動型マイクロアクチュエータ１が体内などに挿入されるような場合には、例えば、当初は、光ファイバ６０の端部６１が円筒状部２０に嵌合された状態で光ファイバ６０を押し込むことによって、光駆動型マイクロアクチュエータ１が血管等の奥に挿入されるようにしておくと共に、光ファイバ６０から所定のパターンで光エネルギが与えられ、該パターンの光エネルギの受信が太陽電池３０からの出力電流パターンに反映されると、該パターンが充電回路４２で検出され、駆動回路４３が特定の駆動制御状態に入って、モータ５１が高速で回転駆動され、スクリュ５３の高速回転により、光駆動型マイクロアクチュエータ１が光ファイバ６０から離れるようにしておいてもよい。
【００３７】
なお、図１の（ａ）のように、光ファイバ６０を光駆動型マイクロアクチュエータ１に接続した状態で、該マイクロアクチュエータ１を動作させる場合、光ファイバ６０自体が、エネルギ供給手段としてのみでなく、光駆動型マイクロアクチュエータ１を所望の位置、例えば、人体等の奥深くに挿入する際の導索として用いられ得る。
【００３８】
すなわち、以上の如く構成された光駆動型マイクロアクチュエータ１が例えば血管に挿入されるように構成される場合、当初は、光ファイバ６０の端部６１を光駆動型マイクロアクチュエータ１の光取込口１９をなす筒状部２０に装着しておいて、光ファイバ６０を血管内に押し込むことによって光駆動型マイクロアクチュエータ１を血管内に深く挿入し得る。このとき、例えば、作動部をなす軸部５２の回転により、血管の壁部への堆積ないし沈着物を削り取り得る。なお、スクリュ５３の回転によって、壁部のクリーニングが行われるようにしてもよい。この挿入動作の際に、光ファイバ６０は光エネルギを太陽電池３０に与え、二次電池４０を充電させる。従って、二次電池４０が予め充電されているか否かにかかわらず、ある程度の時間の経過後においては、二次電池４０が充電されている。光駆動型マイクロアクチュエータ１が曲がりくねった血管内の奥深くに進められるべき場合には、光ファイバ６０の挿入が容易でないようなことも生じ得る。そのような場合には、光ファイバ６０から予め定めた所定のパターンの光エネルギ供給（光パルス）を与えるなどの手段で、太陽電池３０を介してモータ駆動回路部４３によりモータ５１を高速回転駆動させ、光駆動型マイクロアクチュエータ１を自走モードに設定して、該アクチュエータ１に光ファイバ６０から離れさせると共に血管内を自走で進行させることにより、深い血管部の周壁のクリーニングを進め得る。なお、このとき、マイクロホン５４やカメラ５５により、音響的なデータや形態的なイメージデータを検出してメモリ５７に記憶させ得る。光駆動型マイクロアクチュエータ１は、血管の所定のところまで達すると、体外に取出される。例えば、光駆動型マイクロアクチュエータ１の前進速度が所定レベル以下になったときには、後退させるように、電動モータ構造体５０の出力機構が切換可能になっていてもよい。
【００３９】
なお、図示の例では、電気駆動型マイクロアクチュエータ部が電動モータからなるとして説明したけれども、電気駆動型マイクロアクチュエータ部が、例えば、電動モータに加えて該モータ駆動のポンプを備えていてもよい。その場合、電気駆動型マイクロアクチュエータ部は、電動ポンプとみなし得る。また、所望ならば、図示した光駆動型アクチュエータ１の作動部５２がポンプの被動部に結合されてもよく、その場合、光駆動型アクチュエータ１は、ポンプの駆動用のアクチュエータとみなし得る。電気駆動型マイクロアクチュエータ部は、モータやポンプ以外のどのような作動機構であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による好ましい一実施例の光駆動型マイクロアクチュエータを示したもので、（ａ）は光ファイバによるエネルギ供給動作の際における光駆動型マイクロアクチュエータの断面説明図、（ｂ）は光ファイバを外した状態における光駆動型マイクロアクチュエータの断面説明図。
【符号の説明】
１  光駆動型マイクロアクチュエータ
３  光駆動型マイクロアクチュエータ本体
１０  ハウジング
３０  太陽電池（光起電力デバイス）
４０  二次電池（蓄電手段）
５０  電動モータ構造体（電気駆動型マイクロアクチュエータ部）
５２  作動部
【図１】
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