JPH04176770A - 管内自走装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は工業管路または生体管路の内部を自走する管内
自走装置に関する。

［従来の技術］ この種の管内自走装置においての自走手段として、例え
ば特開平２−１３６１１９号公報で知られたものかある
。この方式は流体圧によって軸方向へ伸縮するチューブ
状の進退駆動用弾性体とこの弾性体の前後に設けた一対
のバルーンとからなり、その弾性体と一対のバルーンの
膨縮を制御して移動させるものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の自走方式ではその弾性体やバルー
ン等からなる駆動部の構造かかなり複雑なものとなると
ともに、コスト高になる。また、一般に、正確な走行の
制御が困難であり、特に、微少な動きを正確に行うこと
ができない。さらに、同じ装置での微動と粗動を行うこ
とができなかった。

本発明は前記課題に着目してなされたもので、その目的
とするところは、簡単な構成で、正確な走行動作を制御
できるとともに、同じ装置で微動と粗動を行うことがで
きる方式の管内自走装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段および作用］前記課題を解
決するために本発明の管内自走装置は、軸方向へ伸縮可
能な圧電素子を設け、この圧電素子の軸方向の一端には
自走しようとする管内の壁面より摩擦力を受ける移動体
を設け、前記圧電素子の軸方向の他端には前記移動部材
より質量の小さな慣性体を設け、駆動制御手段によって
前記圧電素子に印加する駆動電圧を制御して前記圧電素
子がその軸方向へ伸縮するときの前記慣性体の慣性力と
移動部材受ける摩擦力を利用して前記移動部材を移動さ
せて走行動作を行うようにしたものである。

［実施例］ 第１図は本発明の第１の実施例を示すものである。この
実施例の管内自走装置１は管路２の内部において内視鏡
の挿入部３の走行を案内するためのものである。

すなわち、この管内自走装置１は移動体としての前端部
材４と慣性体としての後端部材５とこの両者間を連結す
る中空な積層型圧電素子（ＰＺＴ）６とて構成してなり
、前端部材４と後端部材５とには直視型内視鏡の挿入部
３を通せる挿通孔７゜８が形成されている。前端部材４
の挿通孔７は内視鏡の挿入部３を密に通せる小さな径で
形成され、後端部材５の挿通孔８は内視鏡の挿入部３を
緩く通せる大きな径で形成されている。また、前端部材
４にはその挿通孔７に通した挿入部３を締め付けて固定
する止めねじりか取り付けられている。

そして、内視鏡の挿入部３は第１図で示すように前端部
材４の挿通孔７から中空な積層型圧電素子６の内部を通
して後端部材５の挿通孔８に挿通され、前端部材４に止
めねじ９で固定されている。

直視観察を行う挿入部３の先端部３ａは前端部材４の前
端面から露出して前方を向いている。中空な積層型圧電
素子６の外周にはその圧電素子６を保護するためのコイ
ル１０が巻装されている。また、積層型圧電素子６の電
極１１には電圧印加用のリード線１２が接続されており
、このリード線１２は後端部材５の挿通孔８を通じて後
方へ導かれ、内視鏡の挿入部３に沿って後方へ導かれて
いる。リード線１２は挿入部３の外周に止め具１３を使
用して止められている。このようにしてリード線１２は
図示しない駆動電源に接続され、制御手段によって積層
型圧電素子６に対する印加電圧を制御するようになって
いる。

また、この管内自走装置１の前端部材４はその外径およ
び前後に沿う長さが後端部材５に比べて大きく形成され
ている。そして、前端部材４は管路２の内壁に接触して
摩擦力を受けるようになっている。管内自走装置１の後
端部材５は前端部材４よりその外径および前後に沿う長
さが小さく形成されている。このため、後端部材５は通
常管路２の内壁に接触しない状態に配置されることにな
る。また、前端部材４と後端部材５の質量を比べると、
前端部材４に比べて後端部材５の方が小さい。つまり、
後述するように走行動作を行う際、前端部材４は管路２
の壁面から摩擦を受けながら移動する移動体として機能
し、後端部材５は慣性体として機能する。

第２図および第３図は本発明の自走装置１の移動原理を
概念的に示したものである。

第２図で示すように質量の大きな移動体（前端部材４）
をＭ、質量の小さな慣性体（後端部材５）をｍ１移動体
Ｍと慣性体ｍを連結する積層型圧電素子をＰとして説明
する。そして、積層型圧電素子Ｐに第３図で示すような
波形の駆動電圧を印加することにより自走装置１全体の
前進または後退動作を行なわせることができる。

まず、前進、つまり、左方へ移動するときの動作につい
て説明する。第２図左側の図で示すように動作スタート
前において移動体ＭはベースＢ上におかれて静止摩擦力
で保持され、圧電素子Ｐは縮んだ状態にある。このため
、慣性体ｍは前方の移動体Ｍに引き寄せられて待機して
いる。

この状態から圧電素子Ｐに高圧の駆動電圧を瞬時に印加
して圧電素子Ｐを急激に伸ばすと、移動体Ｍと慣性体ｍ
が互いに逆方向へ同時に移動する。

このとき、移動体Ｍは動摩擦力を受けながら前方へ距離
６ｍ１移動する。

ついで、圧電素子Ｐに対する印加電圧を低減させて圧電
素子Ｐを縮めて移動体Ｍ側へ慣性体ｍを一定の速度また
は小さな加速度でゆっくりと引き戻す。このとき、移動
体ＭはベースＢとの摩擦力で保持されて止まるようにそ
の速度を小さくしている。

圧電素子Ｐが充分に縮んたところで、通電を急に止めて
慣性体ｍの動きを急に止める。つまり、引き戻しを急に
停止させると、慣性体ｍか移動体Ｍに衝突する作用とな
る。これによって、自走装置の全体か、前記摩擦力に打
ち勝って前進を始め、運動エネルギを移動体Ｍの動摩擦
力によって失われるまで移動して停止する。この動作に
よって前方へ距離６ｍ２移動する。

しかして、１サイクル動作で（Δｍ１＋Δｍ２）の距離
を前進することができる。この微動前進を繰り返すこと
により大きく前進させることかできる。なお、電圧を引
き下げた後に直ぐに立ち上げをことにより急速変形時に
発生したエネルギを次の急速変形時に加味すれば、より
大きな運動量を得ることができる。

一方、後退、つまり、右方向へ移動するときには、前記
動作パターンの逆動作を行なわせる。すなわち、第２図
右側の図で示すように動作スタート前において移動体Ｍ
はベースＢ上におかれて摩擦力で保持され、圧電素子Ｐ
は伸びた状態にある。

このため、慣性体ｍは前方の移動体Ｍから離れている。

この状態から圧電素子Ｐに対する高電圧の印加を瞬時に
消去し、圧電素子Ｐを急激に縮小すると、移動体Ｍの摩
擦力に比べて慣性体ｍの慣性力か相対的に大きくなり、
移動体Ｍと慣性体ｍが互いに逆方向へ同時に移動する。

このとき、移動体Ｍは後方へ距離６ｍ１移動する。

ついで、圧電素子Ｐに対する印加電圧を次第に増加させ
て圧電素子Ｐを伸ばして移動体Ｍ側から慣性体ｍを一定
の加速度で後退させる。このとき、移動体ＭはベースＢ
との摩擦力で保持されて止っているようにゆっくりと伸
ばす。

圧電素子Ｐが充分に伸びたところで、慣性体ｍの動きを
急に止める。これによって、大きな慣性力か生じて自走
装置１全体が、前記摩擦力に打ち勝って後退を始め、そ
の自走装置１全体の運動エネルギか移動体Ｍの動摩擦力
によって失われるまで移動して停止する。この動作によ
って後方へ距離６ｍ２移動する。

しかして、この１サイクル動作で（Δｍ＋＋Δｍｚ）の
距離を後退させることができる。この微動後退を繰り返
すことにより大きく後退させることができる。

このような原理で自走装置の全体が前進または後退する
ことにより内視鏡の挿入部３の走行を駆動することがで
きる。

第４図ないし第５図は本発明の第２の実施例を示すもの
である。この実施例は前端部材１５を慣性体ｍとし、後
端部材１６を移動体Ｍとして構成し、この両部材１５．
１６間を中空な積層型圧電素子１７（Ｐ）で連結したも
のである。また、この両部材１５．１６および中空な積
層型圧電素子１７には前述したように内視鏡の挿入部３
を挿通するが、この挿入部３は第５図で示すように後端
部材１６に設けた止めねじ９によって固定している。さ
らに、前端部材１５より質量の大きな移動体としての後
端部材１６は、磁性体から形成されている（必ずしも磁
性体で形成する必要はない。）。後端部材１６の内部に
はその軸中心のまわりに同心的に電磁コイル１８が配置
してなり、これによって後端部材１６は電磁石として構
成されている。電磁コイル１８に通じるリード線１９と
前述したように積層型圧電素子６の電極１１に通じる電
圧印加用のリード線１２とはまとめられて止め具１３を
使用して挿入部３の外周に止められている。電圧印加用
のリード線１２は後端部材１６内に形成した導通孔２０
を通じて後方へ案内されている。

この実施例では機能的に移動体を構成する後端部材１６
を電磁石として構成する。そして、前述したように走行
動作を行なわせる際、電磁コイル１８を励磁して後端部
材１６を管路の壁面に磁気的に吸着させる動作を行うよ
うにする。したがって、移動体としての後端部材１６が
管路２の内面に対しての摩擦力を大きくできるから、動
作の安定を図ることができる。管路２の壁面に対する摩
擦力を高め得るから、その分、後端部材１６の質量を小
さくすることかできる。また、前端部材１５のみの移動
を速め、走行速度および走行力を高めることもできる。

さらに、走行させる管路が水平でない場合、例えば垂直
な管路や傾く管路でも容易に上昇動作させることができ
る。その他は前記第１の実施例と同様である。

なお、この実施例において電磁石を構成する代わりにそ
の移動体の部材を永久磁石で構成してもよい。もっとも
、電磁石で構成した場合にはその移動体を静止させてお
くべき工程のみにその電磁石を励磁して静止力を高める
ように制御してもよい。

第６図ないし第７図は本発明の第３の実施例を示すもの
である。この第３の実施例は前記第２の実施例において
の摩擦力を高める電磁石の代わりにバルーン２１を、移
動体としての後端部材１６の外周に設けたものである。

バルーン２１の内部は後端部材１６の内部に形成した供
給路２２と排出路２３に通じており、供給路２２には供
給チューブ２４、排出路２３には排出チューブ２５か接
続されている。供給チューブ２４および排出チューブ２
５は止め具１３によって電圧印加用のり一ト線１２とと
もに挿入部３の外周に止められている。

しかして、供給チューブ２４を通じて加圧流体をバルー
ン２１に供給することによってそのバルーン２１を膨張
し、走行する管路２の壁面に押し当てるようにする。こ
れによって管路２の壁面に対する摩擦力を高めることが
できる。

第８図は本発明の第４の実施例を示すものである。この
第４の実施例は、前記第１の実施例においてのものと同
様、移動体としての前端部材４、慣性体としての後端部
材５、およびその両者間を連結する中空な積層型圧電素
子６とで管内自走装置１を構成するが、これに自走式の
薬液注入装置３０を組み込んで構成した点が異なる。す
なわち、管内自走装置１の移動体としての前端部材４に
は薬液室３１を形成し、この薬液室３１内には第２の慣
性体として機能するピストン部材３２か液密的に軽く摺
動自在に内挿している。管内自走装置１の慣性体として
機能する後端部材５には貫通孔３３を形成してなり、こ
の貫通孔３３には第２の移動体として機能するスライド
部材３４かスライド自在に貫挿されている。貫通孔３３
に対してスライド部材としての慣性部材３４は摩擦力で
保持されている。

ピストン部材３２と慣性部材３４は管内自走装置１の中
空な積層型圧電素子６の内部を通る第２の積層圧電素子
３５で連結している。つまり、このピストン部材３２、
スライド部材３４、および第２の積層圧電素子３５で第
２の自走装置を構成している。第２の積層圧電素子３５
にはこれに駆動電圧を供給する第２のリード線３７が接
続されている。

また、前端部材４の全端壁部には薬液室３１に通じる注
出口３８か形成されている。注出口３８には逆流を阻止
するための逆止弁３９が設けられている。

しかして、管内自走装置１自体は前述した通りに管路２
の内部を自走させることかできる。そして、この管内自
走装置ｌに組み込まれた自走式の薬液注入装置３０か同
じように作動させてピストン部材３２を前進させれば、
薬液室３１内の薬液４０をその移動量に応じて管路２の
内部へ注入させることができる。つまり、この自走装置
１はいわゆる薬液注入用カプセルとして機能する。もち
ろん、この構成に内視鏡を案内する機能を付加したもの
であってもよい。また、薬液４０たけでなく他の液体を
注入するものでもよいし、さらには逆に管路中から体液
等を採取するものとして構成することもできる。

第９図ないし第１１図は本発明の第５の実施例を示すも
のである。この実施例では圧電素子Ｐを駆動したときそ
の管内自走装置１から放射（送信）する超音波を受信す
る超音波受信器５０を設けたものである。そして、前記
圧電素子Ｐに対する駆動信号から知れる送信時から受信
時までの時間を知り、これより超音波受信器５０から管
内自走装置１までの距離を間接的に測定するものである
。

この場合、前記圧電素子Ｐに対する発振駆動信号として
は前述したような走行動作を行なわせる移動用の駆動信
号そのものでもよいし、特別に位置検出用の周波数の高
い交番電圧を印加するようにしてもよい。なお、管内自
走装置１側を受信器とし、これとは別に設けた発振器か
らの超音波を受信するようにしてもよい。また、管内自
走装置１の慣性体ｍから放射した超音波の反射はをその
慣性体ｍで受け、圧電素子Ｐて受信するようにしてその
時間差を測定するようにしてもよい。

第１０図は管路２の入り口に超音波受信器５０を設置し
、その管路２内を自走する管内自走装置１までの距離を
測定し、管内２における内管内自走装置１の位置を知る
ようにした例である。

第１１図は複数の超音波受信器５０を異なる位置に設置
し、管内自走装置１から各超音波受信器５０までの距離
をそれぞれ測定してこれらのデータから３次元的な位置
を測定するようにしている例である。

なお、本発明は前記各実施例のものに限定されるもので
はなく、種々の変形例か考えられるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の管内自走装置によれば、軸
方向へ伸縮可能な圧電素子とこの圧電素子の軸方向の一
端に設けた摩擦力発生用移動体と前記圧電素子の軸方向
の他端に設けた慣性体とによって構成するから、その走
行機構部の構成か簡単になるとともに、駆動制御手段に
よって前記圧電素子に駆動電圧を適宜印加して前記圧電
素子をその軸方向へ伸縮して摩擦力と慣性力を利用した
走行動作を行なわせる結果、正確な走行動作を制御でき
るとともに、同し装置で微動と粗動を行うことができる
ことになる。

はその管内自走装置の断面図、第２図は原理的な走行動
作を示す説明図、第３図は圧電素子に印加する駆動電圧
の波形図、第４図ないし第５図は本発明の第２の実施例
を示し、第４図はその管内自走装置の断面図、第５図は
第４図中Ａ−Ａ線に沿う断面図、第６図ないし第７図は
本発明の第３の実施例を示し、第６図はその管内自走装
置の断面図、第７図は第６図中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図、
第８図は本発明の第４の実施例の管内自走装置の断面図
、第９図ないし第１１図は本発明の第５の実施例を示し
、第９図面の簡単な説明図、第１０図および第１１図は
その使用例の斜視図である。

Ｍ・・・移動体、ｍ・・・慣性体、Ｐ・・・圧電素子、
１・・・管内自走装置、２・・・管路、３・・・挿入部
、４・・・前端部材、５・・・後退部材、６・・・圧電
素子、１２・・・リード線。

出願人代理人　弁理士　坪井　　淳 １１１１図 ｍ！２因 １６図 ツク ｌ７ｔＩＡ 廖８図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軸方向へ伸縮可能な圧電素子と、この圧電素子の軸方向
   の一端に取り付けられ管内の壁面より摩擦力を受ける移
   動体と、前記圧電素子の軸方向の他端に取り付けられ前
   記移動部材より質量の小さな慣性体と、前記圧電素子に
   印加する駆動電圧を制御して前記圧電素子がその軸方向
   へ伸縮するときの前記慣性体の慣性力と移動部材の受け
   る摩擦力を利用して前記移動部材を移動させる走行動作
   の制御手段とを具備したことを特徴とする管内自走装置
   。