(57)【要約】【課題】  金属パイプ内のマイクロマシンとの制御信号、観測データ信号の交信を確実に行う磁気を利用した通信方法の提供を課題とする。【解決手段】  磁性金属パイプ１の壁を垂直方向に透過させて交通できるように金属パイプ１内壁に複数点接触させて配置したＩ形コアと、金属パイプ外壁に複数点接触させて配置したＣ形コアとにそれぞれコイルを捲いて一対の電磁石を構成させ、一方の電磁石により発生した磁束は金属パイプ壁と他方の電磁石に分かれ、結局磁気による金属パイプ内外の通信を可能とする通信方式を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械装置の一部を構成している磁性体又は非磁性体の細長い形状の金属パイプ内部に送り込まれ、前記機械装置の周辺に備えた外部機器から金属パイプの壁を透過して制御信号を受信し、その制御信号によりパイプ内部の撮影画像データ、複数の環境センサー観測データ等の各種情報信号を前記金属パイプの壁を透過して前記外部機器へ送信するマイクロマシンの通信方式であって、
前記マイクロマシンは、少なくとも、前記情報信号の変調部を含む送信部と、前記外部機器からの制御信号の復調部を含む受信部と、それらの制御を行う中央制御部と、それらの収容器に加えて、
前記金属パイプの壁の内周に複数部分で接触させると共に、パイプ円筒の径方向に移動しないように配置したＩ字形高透磁率の第１のＩ形コアと、
そのＩ形コアのＩ字の中心部に捲かれ、前記マイクロマシンの送信部の出力端子と接続された情報信号伝送コイルと、
前記金属パイプの壁の外周上に１８０度離れた２部分で接触させると共に、前記２部分を通る直径上に前記送信コイルの軸を合わせるように配置したＣ字形高透磁率の第１のＣ形コアと、
その第１のＣ形コアのＣ字の中心部に捲かれ、前記外部機器と接続された情報信号受取コイルと、
前記第１のＣ形コアが配置された金属パイプの壁の外周に磁気の干渉がない程度に離して配置され、第１のＣ形コアと同寸法形状の第２のＣ形コアと、
その第２のＣ形コアのＣ字の中心に捲かれた前記外部機器と接続された制御信号伝送コイルと、
前記第２のＣ形コアが配置された金属パイプの壁の外周に対向する内周側に配置され、且つ第１のＩ形コアと同寸法形状の第２のＩ形コアと、
その第２のＩ形コアのＩ字の中心部に捲かれ、前記マイクロマシンの受信部の入力端子と接続された制御信号受取コイルと、を備えることを特徴とする磁気による金属パイプ内外間通信方式。
【請求項２】
前記マイクロマシンの前記収容器と、前記第１及び第２のＩ形コアとを機械的に一体化し、前記金属パイプ壁内を自由に移動できるように屈曲自在な柔軟構造を有する接続機構部と、
前記第１及び第２のＩ形コアと金属パイプ壁内周間の複数部分の接触部の中間円周部とＩ形コアの間の空間にパイプ軸方向への移動を容易にするための回軸自在のロールベアリングとパイプ内壁を接触させるベアリング支持機構を備えることを特徴とする請求項１記載の磁気による金属パイプ内外間通信方式。
【請求項３】
前記ベアリング支持機構には、さらに、パイプ軸方向へ移動させる回軸自在の電子制御車輪部を設け、
前記マイクロマシンには、さらに前記電子制御車輪部への制御信号出力部を設け、
前記外部機器から前記マイクロマシンを所定位置に移動させる制御信号を受信したマイクロマシンは該制御信号に基づいて移動させる方向へ前記制御信号出力部から前記電子制御車輪部へ制御信号を送る手段とを備えることを特徴とする請求項２記載の磁気による金属パイプ内外間通信方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体や機械装置などの内部の狭い空間に送り込まれて、検査、治療或いは保守・修理などの諸作業をするマイクロマシンに関する。詳しくは、前記諸作業をするためには、人体内或いは機械装置の細いパイプ内に送り込まれたマイクロマシンを制御する信号を外部より送信する必要があるが、その細いパイプが金属よりなり、マイクロ波などのワイヤレスで制御信号などが交信できない場合でもマイクロ波に代わり、磁気を利用した金属パイプを透過して交信が出来る通信方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、人体内の検査、治療或いは機械装置の細いパイプ内の保守・点検・修理などの諸作業では、それぞれ人体の消化器系、気管支系の管内等或いは機械機構を構成する各種パイプ系統の管内にマイクロマシンを入れて以下のように使用していた。
【０００３】
すなわち、前記管内にあるマイクロマシンに対して、人体、機械装置の周辺にある情報データ収集のため外部機器より制御信号を前記管の外側から内側へ送信する必要がある。
【０００４】
また、制御信号を受けたマイクロマシンは、その制御信号に基づいて管内の観測信号に関する情報データを前記管の内側から外側へ送信する必要がある。ここで、観測信号には人体内では人体の前記管内の損傷、前記パイプ系管内では内壁の亀裂・不具合など異常個所を撮影した画像情報などである。
【０００５】
ここで、人体の管或いは機械装置のパイプ管が非金属である場合は、それらの管の壁を管軸に対して垂直方向へ透過するマイクロ波帯の搬送波によって双方向の通信が行われていた。
【０００６】
しかし、パイプ管が金属パイプ管である場合は、マイクロ波はパイプ壁を垂直方向へ透過することはできない。
【０００７】
そこで、マイクロ波は、パイプ壁の内側を軸に沿う方向で送受信されていた。すなわち、金属パイプをマイクロ波帯導波管としてマイクロ波を伝送していた。（非特許文献１、２参照）
【０００８】
しかしながら、このようなマイクロ波伝送方式では、金属パイプが多方向に分岐したり、内部に流体が充満していると、マイクロ波が減衰して通信に支障をきたす問題があった。
【０００９】
【非特許文献１】原邦彦：マイクロマシン研究の現状と今後、デンソーテクニカルレビュー、Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．１、８（２０００）．
【非特許文献２】川原伸章：ワイヤレス管内マイクロマシンの開発、デンソーテクニカルレビュー、Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．１、１５（２０００）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、金属パイプ内のマイクロマシンとの制御信号、観測データ信号の交信を確実に行う磁気を利用した金属パイプ内外の通信方式の提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の磁気による金属パイプ内外間通信方式は、機械装置の一部を構成している磁性体又は非磁性体の細長い形状の金属パイプ内部に送り込まれ、前記機械装置の周辺に備えた外部機器から金属パイプの壁を透過して制御信号を受信し、その制御信号によりパイプ内部の撮影画像データ、複数の環境センサー観測データ等の各種情報信号を前記金属パイプの壁を透過して前記外部機器へ送信するマイクロマシンの通信方式であって、前記マイクロマシンは、少なくとも、前記情報信号の変調部を含む送信部と、前記外部機器からの制御信号の復調部を含む受信部と、それらの制御を行う中央制御部と、それらの収容器に加えて、前記金属パイプの壁の内周に複数部分で接触させると共に、パイプ円筒の径方向に移動しないように配置したＩ字形高透磁率の第１のＩ形コアと、そのＩ形コアのＩ字の中心部に捲かれ、前記マイクロマシンの送信部の出力端子と接続された情報信号伝送コイルと、前記金属パイプの壁の外周上に１８０度離れた２部分で接触させると共に、前記２部分を通る直径上に前記送信コイルの軸を合わせるように配置したＣ字形高透磁率の第１のＣ形コアと、その第１のＣ形コアのＣ字の中心部に捲かれ、前記外部機器と接続された情報信号受取コイルと、前記第１のＣ形コアが配置された金属パイプの壁の外周に磁気の干渉がない程度に離して配置され、第１のＣ形コアと同寸法形状の第２のＣ形コアと、その第２のＣ形コアのＣ字の中心に捲かれた前記外部機器と接続された制御信号伝送コイルと、前記第２のＣ形コアが配置された金属パイプの壁の外周に対向する内周側に配置され、且つ第１のＩ形コアと同寸法形状の第２のＩ形コアと、その第２のＩ形コアのＩ字の中心部に捲かれ、前記マイクロマシンの受信部の入力端子と接続された制御信号受取コイルと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記マイクロマシンの前記収容器と、前記第１及び第２のＩ形コアとを機械的に一体化し、前記金属パイプ壁内を移動できるように屈曲自在な柔軟構造を有する接続機構部と、前記第１及び第２のＩ形コアと金属パイプ壁内周間の複数部分の接触部の中間円周部とＩ形コアの間の空間にパイプ軸方向への移動を容易にするための回軸自在のロールベアリングとパイプ内壁を接触させるベアリング支持機構を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記ベアリング支持機構には、さらに、パイプ軸方向へ移動させる回軸自在の電子制御車輪部を設け、前記マイクロマシンには、さらに前記電子制御車輪部への制御信号出力部を設け、前記外部機器から前記マイクロマシンを所定位置に移動させる制御信号を受信したマイクロマシンは該制御信号に基づいて移動させる方向へ前記制御信号出力部から前記電子制御車輪部へ制御信号を送る手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る磁気による金属パイプ内外間通信方式によれば、機械装置に組み込まれている金属パイプ内に送り込まれたマイクロマシンは、その金属パイプ壁材料が磁性金属であっても、そのパイプ壁を透過して制御信号を外部の観測機器から受け取り、その制御に基づいてパイプ内部の撮影画像及び各種センサーの情報データを外部の観測機器へ送信することができる。
【００１５】
また、その金属パイプの両端に配置する１対のコアは、それぞれパイプ壁の両サイドで接触していればよく、比較的自由度のある構成である。さらに一対の幅のパイプ内側に配置するコアは、マイクロマシンと一体化して接続されているが、コアとパイプの内壁の空間に移動機構を設ければ容易に外部の観測機器からその移動信号を送信し、必要な位置に内部のコアとマイクロマシンとを容易に移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の磁気による金属パイプ内外通信方式の一実施例を示した構造図である。
【００１７】
図１では、金属パイプ１の壁１ａの内側に配置されたＩ形コア１１、１２と、その外側に配置されたＣ形コア２１、２２を示す。
【００１８】
図１（ａ）は、それらの中の第１のＩ形コア１１と第１のＣ形コア２１を金属パイプ壁１ａの内外に配置したときの位置の状態を示す。
【００１９】
第１のＩ形コア１１は高透磁率の材料（例えばパーマロイ）で製造される。Ｉ形コア１１は金属パイプ壁１ａの内周パイプ１ｉｎに図１（ａ）に示すように４箇所に接触させる。３１はそのＩ形コア１１の中心部に捲きつけられた情報信号コイルである。
【００２０】
マイクロマシン５０の変調部を含む送信部５１から出力された情報信号により変調された搬送波信号により、伝送コイル３１に例えば数ＫＨｚから数ＭＨｚ程度の搬送波が流れ、Ｉ形コア１１に磁束が発生する。（図１（ａ）に矢印で示す）
【００２１】
もし、外部にＣ形コア２１がなければ、その磁束は磁性材料からなる金属パイプ１により左右に２分される。
【００２２】
ここで、金属パイプ１の外部に高透磁率材料のＣ形コア２１を設け、且つ金属パイプ壁１ａの外周パイプ１ｏｕｔに図１（ａ）に示すように２箇所に接触させる。３２は、そのＣ形コア２１の中心部に捲きつけられた情報信号受取コイルである。
【００２３】
以上の構造にすれば，Ｉ形コア２１で発生した磁束は、磁性金属パイプ１の金属パイプ壁１ａ内に流れる磁束と、金属パイプ１の外部にあるＣ形コア２１へ流れる磁束とに分かれる。その状態を図１（ａ）に矢印で示してある。
【００２４】
なお、金属パイプ１の材料が非磁性の場合は、金属パイプ壁１ａの中を磁束は流れないので、磁性金属パイプ１のような磁束分流によるセンシング低下は当然ない。従って、磁性金属パイプで金属を垂直方向に透過して交信が可能であれば、非金属パイプでの交信では問題がない。
【００２５】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ断面図を示す。すなわち、金属パイプの中心軸に沿って、且つ、Ｉ形コアを図１（ａ）に示すＸ−Ｘ面で切断したときの図を示す。
【００２６】
図１（ａ）においては、コイルが捲かれたＩ形コアとＣ形コアによりなる一対の小型電磁石により、磁気による金属パイプ内外間の通信方式が可能であることを示している。
【００２７】
そこで、以上の一対の小型電磁石を２組設け、１組はマイクロマシン５０から金属パイプ１内の画像データ、センサーデータを情報信号として金属パイプ１外の外部機器１００へ送信し、他の１組は、その外部機器１００からマイクロマシン５０へ金属パイプ１を透過して制御信号を送信する通信方式を図１（ｂ）に示してある。
【００２８】
図１（ｂ）において左側にマイクロマシン５０からの情報信号を受け、コイル３１、３２が捲かれた第１のＩ形コア１１と、第１のＣ形コア２１により外部機器１００へ送る一対の電磁石がある。
【００２９】
図１（ｂ）において右側に、外部機器１００からの制御信号を受け、制御信号伝送コイル４１、制御信号受取コイル４２が捲かれた第２のＣ形コア２２、第２のＩ形コア１２によりマイクロマシン５０へ送る一対の電磁石がある。
【００３０】
図１（ｂ）において、５１、５２はマイクロマシン５０の送信部、受信部を示す。また、５３はマイクロマシン５０と第１、第２のＩ形コアを機械的に一体化させるための接続機構部である。
接続機構部５３は、例えば金属パイプ１が屈曲していても金属パイプ１壁内を移動できるように屈曲自在な柔軟構造を有するように構成することが好ましい。
なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＹ−Ｙ断面図に相当する。
【００３１】
次に、図２により図１（ｂ）に示したマイクロマシン５０と外部機器１００との間の交信状態、信号の流れを説明する。
【００３２】
外部機器１００から金属パイプ１内側にあるマイクロマシン５０への制御信号（矢印）と、マイクロマシン５０から金属パイプ１の外側にある外部機器１００への情報信号（２重矢印）とを示している。図２中の符号と図１の符号が同一のものは同一機能であり説明を省略する。
【００３３】
図３はＩ形コア１１、１２とマイクロマシン５０を一体化し、金属パイプ壁内を自由に移動できるように屈曲自在な柔軟構造を有する接続機構部５３にさらに、以上のマイクロマシン５０を金属パイプ１の中で軸方向にスムーズ移動させるベアリング支持機構５４及び／または電子制御車輪部５５を示す。
【００３４】
また、外部機器１００から金属パイプ１内のマイクロマシン５０へ対して、マイクロマシン５０を前或いは後ろの軸方向へ移動させる指令信号を送信すれば、マイクロマシン５０のＣＰＵ５０ａは、マイクロマシン５０の信号出力端子５０ｂより前記電子制御車輪部５５へ車輪のモータを回転させる信号を送り移動させる。その信号出力端子５０ｂはマイクロマシン５０内に備えたボタン電池により生成する。
【００３５】
ベアリング支持機構５４のみの場合は外部から電磁力により移動させてもよい。ベアリング５４ａにより容易に移動させることができる。
【００３６】
次に、これらのＩ形、Ｃ形コアの各寸法について述べる。本実施例の寸法は、金属パイプ１の外径は１０ｍｍ、内径が９ｍｍの細長い磁性パイプ（鋼パイプ）の場合のＩ形コア、Ｃ形コアとそれらのコイルの寸法を以下に示す。
【００３７】
Ｉ形コア概略寸法：高さ６．２ｍｍ、幅６．２ｍｍ、厚さ５ｍｍ
Ｉ形コアのコイル：直径０．２ｍｍ銅線３０回捲き
（パーマロイは厚さ１ｍｍを５枚積層）
Ｃ形コア概略寸法：高さ２０ｍｍ、幅２７ｍｍ、厚さ２０ｍｍ
Ｃ形コアのコイル：直径０．５ｍｍ銅線１５０回捲き
（パーマロイは厚さ１ｍｍを２０枚積層）
【００３８】
以上の実施例の寸法を第１のコア１１及び第１のＣ形コア２１とそれらのコイル３１、３２に適用し、外径１０ｍｍ、内径９ｍｍの磁性金属パイプ１の内壁へ第１のＩ形コア１１を挿入し、その金属パイプ１の外壁へ第１のＣ形コア２１の内側を接するように挿入し、伝送コイル３１と受取コイル３２とのコイル捲線の軸方向をあわせて配置する。
【００３９】
図４に上述した寸法構造の実施例において、それぞれコイルが捲かれたＩ形コアとＣ形コアによる一対の電磁石により磁性金属パイプ１の鋼パイプ壁を透過することを示す実験例を示す。
【００４０】
すなわち、第１のＩ形コア１１の伝送コイル３１への信号入力と第１のＣ形コア２１の受取コイル３２の信号出力の関係を示す実験データの一例を示す。
【００４１】
図４（ａ）はＩ形コア１１の伝送コイル３１へ１５ＭＨｚ正弦波を入力したときのＣ形コア２１の受取コイル３２の出力電圧を測定したものである。すなわち、１５ＭＨｚ正弦波入力電流対検出電圧有効値を示すグラフである。
【００４２】
図４（ｂ）は、Ｉ形コア１１の伝送コイル３１へ３ＫＨｚ矩形波を入力したときのＣ形コア２１の受取コイル３２の出力電圧を測定したものである。すなわち、３ＫＨｚ矩形波入力電流対検出電圧有効値を示すグラフである。
【００４３】
伝送コイルに流す送信信号高周波電流値と受取コイルの受信信号はいずれも比例関係にあることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の磁気による金属パイプ内外通信方式の一実施例を示した構造図で、（ａ）は金属パイプに配置されたＩ形コア、Ｃ形コアの構造図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図２】本発明のマイクロマシンと外部機器との交信状態の説明図である。
【図３】Ｉ形コアと一体化したマイクロマシンのベアリング支持機構、電子制御車輪部の構造を示し、（ａ）は（ｂ）のＺ−Ｚ断面図、（ｂ）はパイプ軸断面図である。
【図４】本発明の実験データを示し、（ａ）は１５ＭＨｚ正弦波入力電流、（ｂ）は３ＫＨｚ矩形波入力電流の検出電圧有効値を示す。
【符号の説明】
【００４５】
１    金属パイプ
１ａ  パイプ壁
１ｉｎ  パイプ内周
１ｏｕｔ  パイプ外周
１１    第１のＩ形コア
１２    第２のＩ形コア
２１    第１のＣ形コア
２２    第２のＣ形コア
３１    情報信号伝送コイル
３１ａ、ｂ  端子
３２    情報信号受取コイル
３２ａ、ｂ  端子
４１    情報信号伝送コイル
４１ａ、ｂ  端子
４２    情報信号受取コイル
４２ａ、ｂ  端子
５０    マイクロマシン及びその収納器
５０ａ  中央制御部（ＣＰＵ）
５１    送信部（変調部を含む）
５２    受信部（復調部を含む）
５３    接続機構部
５４    ベアリング支持機構
５４ａ  ベアリング
５５    電子制御車輪部
５５ａ  車輪
５６    制御信号出力部
１００    外部機器
１０１ａ、ｂ  受信部
１０２ａ，ｂ  送信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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