JP2010029350A

JP2010029350A - 磁界制御装置および磁界誘導方法

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Publication number: JP2010029350A
Application number: JP2008193290A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kimoto; 昭洋木本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-28
Also published as: JP5382493B2

Abstract

【課題】被誘導物の向きを一定にしつつ、磁束の向きを簡単に全方向に変更できる磁界制御装置および磁場誘導方法1を提供する。
【解決手段】軸方向に磁化方向を有する第１磁石と第２磁石とを空隙を介し互いに磁化の向きが反対になるようにして対向配置してなる磁気回路部を２以上有する磁界発生部と、
前記磁界発生部の各磁気回路部を軸方向に移動させる移動機構部とを備え前記各磁気回路部の軸方向移動量に対応して前記磁界発生部軸方向一方端側の所定位置に
形成される磁界の向きを制御可能とする磁界制御装置。
【選択図】図１

Description

この発明は磁界制御装置に関し、より特定的には、目標位置における磁界の向きを任意の方向に変更し、被誘導物を所定の方向に移動させる磁界制御装置に関する。また、この発明は、磁界誘導方法に関し、より特定的には、目標位置における磁界の向きを任意の方向に変更し、被誘導物を所定の方向に移動させる磁界誘導方法に関する。

近年、医療分野では、患者の体内に配置されたカテーテルや内視鏡等の被誘導物を磁界の作用によって任意の位置に誘導する医療システムが開発されている。患者の体内において被誘導物を任意の位置に誘導するためには、目標位置における磁界の向きを全方向（あらゆる方向）に変更する必要がある。そこで、このような医療システムには、たとえば特許文献１に開示されているような磁界発生装置が用いられる。

特許文献１の磁界発生装置では、１つの磁界発生部の周方向への回転と径方向への移動とを組み合わせることによって、目標位置における磁界の向きを全方向に変更する。特許文献１の磁界発生装置では、第１回転機構によって磁界発生部を周方向に回転させ、第２回転機構と第２回転機構に回転可能に設けられるスライド機構とによって磁界発生部を径方向に移動させる。

本出願人は、特許文献２にて目標位置における磁界の向きを簡単に全方向に変更できる磁界制御方法および磁界発生装置を提供した。特許文献２では、磁界を発生させる磁界発生ユニットを備え、前記磁界発生ユニットは、それぞれ複数の磁極が形成される一方主面を有し前記一方主面の磁極が対称となるように並べて配置される一対の磁界発生部と、前記一対の磁界発生部をそれぞれ回転させる第１駆動手段と、前記一対の磁界発生部をそれぞれ前記第所定平面に平行な所定円に沿って同方向に同距離で移動させる第２駆動手段とを含む、磁界発生装置およびそれを用いた磁界制御方法が記載されている。

特表２００２−５３６０３７特開２００７−２１５５８３

第１回転機構、第２回転機構およびスライド機構が必要であるために、特許文献１の磁界発生装置では、装置の構成が複雑になり、装置の制御も複雑になるという問題があった。

特許文献２では、特許文献１と比べて簡単に磁界の向きを全方向に変更できるが、小型化が進むと発生する磁界強度が小さくなり、カテーテルや内視鏡等の被誘導体を動かすのに十分なトルクを得られない。なお、特許文献１、２では、被誘導物を回転させることなく、向きを一定に維持した状態にて所定方向に移動することについては、記載がない。

この発明の主たる目的は、特許文献２にて解決した目標位置における磁界の向きを簡単に全方向に変更できることに加え、装置を小型化しても被誘導体を移動するに十分なトルクを得ることができ、かつ被誘導物を回転させず、向きを一定に維持した状態にて所定の方向に移動できる磁界誘導装置および磁界誘導方法を提供する。

前述の目的を達成するために、請求項1に記載の磁界制御装置は、軸方向に磁化方向を有する第１磁石と第２磁石とを空隙を介し互いに磁化の向きが反対になるようにして対向配置してなる磁気回路部を２以上有する磁界発生部と、前記磁界発生部の各磁気回路部を軸方向に移動させる移動機構部とを備え、前記各磁気回路部の軸方向移動量に対応して前記磁界発生部軸方向一方端側の所定位置に形成される磁界の向きを制御可能とすることを特徴とする。

請求項２に記載の磁界制御装置は、前記移動機構部において、前記第１磁石および第２磁石の磁化の向きを反転する反転機構部を有することを特徴とする。

請求項３に記載の磁界誘導方法は、軸方向に磁化方向を有する第１磁石と第２磁石とを空隙を介し互いに磁化の向きが反対になるようにして対向配置してなる磁気回路部を２以上有する磁界発生部と、前記磁界発生部の各磁気回路部を軸方向に移動させる移動機構部とを備えてなる磁界誘導装置を準備する工程と、前記磁界発生部の軸方向一方端側の所定位置に移動自在に配置される磁性体を具備してなる被誘導物を配置する工程と、前記各磁気回路部の軸方向移動量に対応して前記被誘導物に及ぼす磁界の向きを制御する工程とを含むことを特徴とする。

請求項４に記載の磁界誘導方法は、前記磁界の向きを制御する工程において、前記第１磁石及び第２磁石の磁化の向きを反転することで磁界の向きを制御する工程をさらに含むことを特徴とする。

なお、後述する「目標位置」とは、一対の磁界発生部によって発生される磁界の向きや強度を制御すべき位置をいう。

請求項1に記載の磁界制御装置は、磁界発生部を構成する各磁気回路部の軸方向移動量に対応して磁界発生部軸方向一方端側の所定位置に形成される磁界の向きを制御可能とすることができることから、磁界中に配置される被誘導物を回転させず、向きを一定に維持した状態にて所定の方向に移動できる。

請求項２に記載の磁界誘導装置では、請求項1に記載の移動機構部において、第１磁石および第２磁石の磁化の向きを反転する反転機構部を有することによって、所定位置における磁界の向きを簡単な操作で３６０°変化させることができることから、所定位置に配置される被誘導物を容易に３６０°回転させることができる。

請求項３に記載の磁界誘導方法では、磁界誘導装置の磁界発生部を構成する各磁気回路部の軸方向移動量に対応して磁界発生部軸方向一方端側の所定位置に形成される磁界の向きを制御することで、磁界中に配置される被誘導物を回転させず、向きを一定に維持した状態にて所定の方向に移動することができる。

内視鏡など患者の体内に導入される被誘導物を磁界の作用によって向きを変更する医療システムでは、一定以上のトルクを得るため、所定以上の磁界強度にてその向きを任意に変更できることが好ましい。請求項１に記載の磁界誘導装置および請求項３に記載の磁界誘導方法は、目的とする磁界強度が得られるだけでなく、被誘導物自体を回転させずに向きを一定に維持した状態にて所定の方向に移動できる。

請求項４に記載の磁界誘導方法では、請求項３の磁界の向きを制御する工程において、第１磁石及び第２磁石の磁化の向きを反転することで磁界の向きを制御する工程をさらに含むことで、容易に所定位置における磁界の向きを３６０°変化させることができ、所定位置に配置される被誘導物を３６０°回転させることができる。

本発明によれば、被誘導物が配置される目標位置における磁界の向きを簡単に全方向に変更できることに加え、装置の小型化をしても被誘導物を移動可能な十分なトルクを得ることができ、かつ被誘導物を回転させず向きを一定に維持した状態にて所定方向に移動できる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示す、この発明の一実施形態の磁界誘導装置１００は、磁化方向が軸方向であり、かつ磁化の向きが反対になるよう第１磁石５ａと第２磁石５ｂとが空隙を介して対向配置されてなる磁気回路部１と、磁化方向が軸方向であり、かつ磁化の向きが反対になるよう第１磁石５ｃと第２磁石５ｄとが空隙を介して対向配置されてなる磁気回路部２、とを有する磁界発生部と、前記磁気回路部1,2の各々を軸方向に移動させる移動機構部３とからなる。

図１において、３は移動機構部を示す。移動機構部３は、磁気回路部１及び磁気回路部２を軸方向に移動するための駆動部が設けられている。詳細には、駆動部は、レール７およびモータ（不図示）を含んでいる。レール７はモータ（不図示）と連結され、磁気回路部１及び磁気回路部２を構成する各々磁石５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを固定するフレーム８の側面と係合する。モータの駆動によりフレーム８を介してレール７上に摺動可能に配置された磁気回路部１及び磁気回路部２を各々独立して軸方向に移動することができる。図中白抜き矢印は、磁気回路部の移動方向を示す。

図１において、４はプレートであり、上記レール７を所定位置に立設固定する基盤の役割を有する。なお、図１では、上記レール７の一方端にのみプレート４を配置した構成を示したが、他方端にもプレートを配置するとともに、磁界発生部の周囲を図示しない非磁性板にて包囲することで、磁界発生部が外気にさらされるのを防ぎ、磁気回路部の移動等を安定して円滑に実施することが可能となる。また、上記他方端のプレートを介して、後述する被誘導物を移動自在に配置することも可能である。

図１において、６は被誘導物である。図においては、磁界発生部との位置関係を明確にするため、被誘導物６の支持（配置）機構は図示していない。被誘導物６は、磁界発生部にて形成される磁界の向きに応じて、所定方向に移動するため、少なくとも一部に鉄や磁石等からなる磁性体を具備することが必要である。特に、磁界発生部にて形成される磁界の向きに高感度にて反応するためには、以下に説明するように磁石を配置した構成が好ましい。

図２を参照して、被誘導物６に磁石を配置した構成について詳しく説明する。なお、図２は被誘導物６のＷ − Ｗ‘ 断面（図１参照）である。用いる磁石の例としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石、フェライト焼結磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系焼結磁石等が挙げられる。なお、被誘導物の外周面には複数の磁極が形成されることが望ましい。

被誘導物６は、例えば４つの永久磁石１０によって構成される。図２において、矢印は磁化方向を示している。被誘導物６を構成する永久磁石１０は、対向する永久磁石同士は同極が向かい合うように配置されているが、隣り合う永久磁石同士は異極が接するように配置されている。

また、被誘導物６は、図２のように４つの永久磁石１０からなる構成に限定されず、図５のように隣り合う磁極が異なるように１２の永久磁石１１を組み合わせた外周面に１２個の磁極をもつ被誘導物１６を用いてもよい。

また、被誘導物６は、１つの磁石からできていてもよい。

上記以外に種々の構成が採用可能であるが、磁界発生部の構成に応じて適する構成を選定することが好ましく、例えば、図１に示す磁界発生部を有する磁界誘導装置に使用する場合、磁界誘導性能及びコストを考慮すると、図２に示した、ラジアル磁石を用いた4極構成が最も好ましい。

また、さらに好ましい実施形態として図３に示すように磁気回路部を構成する第１磁石５ａと第２磁石５ｂの磁化の向きを反転させる反転機構部９を設ける。移動機構部３と反転機構部９を適正に作動させることにより、磁界誘導装置が生みだす所定位置の磁界の向きを３６０°変化させることができるようになる。そして、その磁界の向きの変化により、被誘導物６を３６０°回転させることができる。

また、本発明の実施形態は図１（ａ）、（ｂ）に限定されず、図４（ａ）、（ｂ）に示すように磁界発生部を構成する磁気回路部をさらに複数設けてもよい。図４においては、磁気回路部１及び磁気回路部２以外に、さらに磁気回路部１３及び磁気回路部１４を追加し、全体として４つの磁気回路部にて磁界発生部を構成している。各々磁気回路部は、図1の構成と同様に軸方向に移動可能に配置されている。

以上に説明した磁界誘導装置において、いずれの構成においても、磁界発生部軸方向一方端側の所定位置に目的とする磁界の向きを形成するため、複数の磁気回路部のうち特定の磁気回路部を選定し移動機構部によって軸方向に移動させると、移動した磁気回路部に配置する磁石よって形成される磁界の合成によって、前記所定位置に目的とする向きを有する磁界を得ることができる。この磁界形成位置に、予め被誘導物を配置しておけば、上記磁界の向きに応じて被誘導物を移動することが可能となる。

図１に記載の本発明の磁界誘導装置の動作について、図６にて説明する。図６は磁界誘導装置の磁界発生部を構成する複数の磁気回路における磁石の変化（軸方向の移動）と、被誘導物に加わる磁界の向きの変化を示している。図６中の目標位置Ｐは図１中の被誘導物６の上端部である。目標位置Ｐに対して地表面に平行な軸をＸ軸、前記Ｘ軸に直交する軸をＹ軸、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に直交する軸をＺ軸としている。目標位置Ｐは、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の交点である。なお、被誘導物６は、図２に示す磁石配置からなる円柱状の形状を有し、図中下端部を支点として、上端部が３６０°回転可能に図示しない支持部材によって支持されている。

図６では、図１（ａ）、（ｂ）で記載されている磁界誘導装置１００において、移動機構部３にて磁気回路部1を構成する１対の永久磁石５ａ、５ｂおよびもうひとつの磁気回路部２を構成する一対の永久磁石５ｃ、５ｄを軸方向に移動させることによって、目標位置Ｐにおける磁界の向きを制御し、その磁界の向きに応じて被誘導物６の向きを制御し、順次、連続して移動していく。

ここでは、図６（ａ）に示す状態を基準（最初の開始位置）として目標位置Ｐにおける磁界の向きを変更する場合について説明する。また、目標位置Ｐにおける磁界の向きの変化にともない、被誘導物６上端部がどのように移動して被誘導物６が全体としてどの方向に傾いたかを図７にて示す。図６の（ａ）から（ｉ）は、図７の（ａ）から（ｉ）に夫々対応している。

まず、図６（ａ）に示す場合は、磁気回路部１及び磁気回路部２がいずれも磁界発生部の下方に位置するため、磁界発生部の上端側に位置する目標位置Ｐには磁界が形成されておらず被誘導物６には磁界が作用していない。次に図６（ｂ）に示す状態では、磁気回路部１が、磁界発生部の上部に移動することで、第１磁石５ａ上端部から第２磁石５ｂ上端部に向かう磁界により、目標位置Ｐにおいて図中矢印方向の磁界が発生する。図６（ｂ）で発生した磁界により、被誘導物６は、全体として図７（ａ）の位置から図７（ｂ）の方向に傾く。

図６（ｃ）に示す状態では、磁気回路部１および磁気回路部２が磁界発生部の上部に移動することで、磁気回路部１を構成する第１磁石５ａ上端部から第２磁石５ｂ上端部に向かって発生する磁界と、磁気回路部２を構成する第１磁石５ｃ上端部から第２磁石５ｄ上端部に向かって発生する磁界との合成により、目標位置Ｐにおいて図中矢印方向の磁界が発生する。図６（ｃ）で発生した磁界により、被誘導物６は、全体として図７（ｂ）の位置から（ｃ）の方向に傾く。

図６（ｄ）に示す状態では、上記磁気回路部１が下方に移動し、磁界発生部の上部に上記磁気回路部２が止まることで、磁気回路部２を構成する第１磁石５ｃ上端部から第２磁石５ｄ上端部に向かって磁界が発生することにより、目標位置Ｐにおいて図中矢印方向の磁界が発生する。図７（ｄ）で発生した磁界により、被誘導物６は、全体として図７（ｃ）の位置から（ｄ）の方向に傾く。

図６（ｅ）に示す状態では、第１磁石５ａと第２磁石５ｂを反転させた（磁石の磁化の向きが反転した）磁気回路部１が磁界発生部の上部に移動することで、磁気回路部１を構成する第２磁石５ｂ上端部から第１磁石５ａ上端部に向かって発生する磁界と、上記磁気回路部２を構成する第１磁石５ｃ上端部から第２磁石５ｄ上端部に向かって発生する磁界との合成により、目標位置Ｐにおいて図中矢印方向の磁界が発生する。図６（ｅ）で発生した磁界により、被誘導物６は、全体として図７（ｄ）の位置から（ｅ）の方向に傾く。

ここで、磁石の反転は、反転機構部によって磁石の向きを１８０°変えることで行う。このことで、磁石の磁化の向きを実質的に１８０°変えることとなる。反転機構部を使用することなく磁石を付け直してもよいし、磁界誘導装置を水平方向に回転させてもよい。被誘導物を３６０°連続して回転させるためのコンパクトな装置を製造するためには、図３に記載のような反転機構を有効に使用するのが好ましい。

図６（ｆ）に示す状態では、上記磁気回路部１が磁界発生部の上部に止まり上記磁気回路部２が下方に移動することで、磁気回路部１を構成する第２磁石５ｂ上端部から第１磁石５ａ上端部に向かう磁界により、目標位置Ｐにおいて図中矢印方向の磁界が発生する。図６（ｆ）で発生した磁界により、被誘導物６は全体として図７（ｅ）の位置から図７（ｆ）の方向に傾く。

図６（ｇ）に示す状態では、第１磁石５ｃと第２磁石５ｄを反転させた（磁石の磁化の向きが反転した）磁気回路部２が磁界発生部の上部に移動することで、上記磁気回路部１を構成する第２磁石５ｂ上端部から第１磁石５ａ上端部に向かって発生する磁界と、磁気回路部２を構成する第２磁石５ｄ上端部から第１磁石５ｃに上端部向かって発生する磁力磁界との合成により、目標位置Ｐにおいて図中矢印方向の磁界が発生する。図６（ｇ）で発生した磁界により、被誘導物６は、図７（ｆ）の位置から（ｇ）の方向に傾く。

図６（ｈ）に示す状態では、上記磁気回路部１が下方に移動し、上記磁気回路部２が、磁界発生部の上部に止まることで、磁気回路部２を構成する第２磁石５ｄ上端部から第1磁石５ｃ上端部に向かって磁界が発生することにより、目標位置Pにおいて図中矢印方向の磁界が発生する。図６（ｈ）で発生した磁界により、被誘導物６は、全体として図７（ｇ）の位置から（ｈ）の方向に傾く。

図６（ｉ）に示す状態では、永久磁石５ａと５ｂを再び反転させた磁気回路部１を磁界発生部の上部に移動することで、磁気回路部１を構成する第１磁石５ａ上端部から第２磁石５ｂ上端部に向かって発生する磁界と、磁気回路部２を構成する第２磁石５ｄ上端部から第１磁石５ｃ上端部に向かって発生する磁界との合成により、目標位置Ｐにおいて図中矢印方向の磁界が発生する。図６（ｉ）で発生した磁界により、被誘導物６は、全体として図７（ｈ）の位置から（ｉ）の方向に傾く。

なお、図７より被誘導物６は、図６に示す目標位置Ｐにおける磁界の向きの変化に応じて移動（傾斜）しても、被誘導物６自体は回転せずに、被誘導物６につけたマークＭは常に所定方向を向いた状態で移動していることがわかる。すなわち、被誘導物の支点を中心に被誘導物全体としては、先端部を３６０°連続して回転させても、被誘導物自体は回転させず向きを一定に維持した状態にて移動（傾斜）可能であることが分かる。

また、図３に記載のように反転機構部９を採用することで各々磁気回路部を構成する第１磁石及び第２磁石を容易に反転でき、実質的な磁化の向きを容易に反転させることができることで、磁場制御装置を大型化せずに被誘導物６を３６０°回転させることができる。

この発明の主たる目的は、目標位置における磁界の向きを簡単に全方向に変更できることに加え、装置の小型化をしても被誘導物を回転させるのに必要なトルクを得、かつ被誘導物の向きを一定に維持した状態で特定方向に移動できることである。本発明によって、ＤＳＳ（薬剤搬送システム）で薬剤を所定体内部位へ搬送可能とする磁場制御装置を提供することができる。

（ａ）は、本発明の実施例である磁場制御装置の上面図である。（ｂ）は（ａ）に記載の磁場制御装置をＬ−Ｌ´断面図である。被誘導物のＷ−Ｗ´（図１）断面図解図である。本発明の他の例を示すＬ−Ｌ´装置断面図である。（ａ）は、本発明の他の３実施例である磁場制御装置の上面図である。（ｂ）は（ａ）に記載の本発明の他の実施例を示すｌ−ｌ´装置断面図である。被誘導物の他の例を示すｗ−ｗ断面図である。本発明の動作を示す斜視図解図である。本発明の動作をしたときの被誘導物の動作を示す模式図である。

符号の説明

１、２、１３、１４、磁界発生部
３移動部
４プレート
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、１０、１１永久磁石
６、１６被誘導物
７レール
８フレーム
９反転機構
１００、１０１、１０２磁場誘導装置
Ｐ目標位置

Claims

軸方向に磁化方向を有する第１磁石と第２磁石とを空隙を介し互いに磁化の向きが反対になるようにして対向配置してなる磁気回路部を２以上有する磁界発生部と、
前記磁界発生部の各磁気回路部を軸方向に移動させる移動機構部とを備え
前記各磁気回路部の軸方向移動量に対応して前記磁界発生部軸方向一方端側の所定位置に形成される磁界の向きを制御可能とする磁界制御装置。
前記移動機構部において、前記第１磁石および第２磁石の磁化の向きを反転する反転機構部を有する請求項１に記載の磁界制御装置。
軸方向に磁化方向を有する第１磁石と第２磁石とを空隙を介し互いに磁化の向きが反対になるようにして対向配置してなる磁気回路部を２以上有する磁界発生部と、
前記磁界発生部の各磁気回路部を軸方向に移動させる移動機構部とを備えてなる磁界誘導装置を準備する工程と、
前記磁界発生部の軸方向一方端側の所定位置に移動自在に配置される磁性体を具備してなる被誘導物を配置する工程と、
前記各磁気回路部の軸方向移動量に対応して前記被誘導物に及ぼす磁界の向きを制御する工程とを含む磁界誘導方法。
前記磁界の向きを制御する工程において、前記第１磁石及び第２磁石の磁化の向きを反転することで磁界の向きを制御する工程をさらに含む請求項３の磁界誘導方法。