JP2004328903A

JP2004328903A - Optically-driven micro-actuator

Info

Publication number: JP2004328903A
Application number: JP2003120441A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Takahashi; 雅明高橋
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optically-driven micro-actuator easy in downsizing. <P>SOLUTION: The optically-driven micro-actuator 1 comprises: a micro-housing 10 having a light take-in port to which a light emission end of fiber optics 60 is mounted; a solar cell 30 that receives light from the light emission end of the fiber optics mounted on to the light take-in port, and converts light energy into electric energy; a storage means 40 that is arranged in the micro-housing and stores the electric energy from the solar cell 30; and an electric motor structure 50 that is arranged in the micro-housing at its part other than an operation part, and driven by the electric energy of the storage means. A trasmission part of the electric energy from the solar cell 30 to the electrically-driven micro-actuator is sealed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microactuator, and more particularly to a microactuator suitable for being applied to a human body.
[0002]
[Prior art]
An optically driven micropump that drives a pump using optical energy instead of driving the micropump using electric power has been proposed (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-340356 (page 3-5, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the micropump proposed in Patent Document 1 converts light energy into heat energy so as to avoid use of electric power and uses the heat energy to change the volume of a fluid. In addition to using a simple material, the structure is complicated and it is difficult to reduce the size. In addition, the response speed tends to be low because the energy is to be used.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an optically driven microactuator that can be easily miniaturized.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optically driven microactuator according to the present invention has a microhousing provided with a light intake port to which a light emitting end of an optical fiber is attached, and a microhousing provided in the microhousing. A photovoltaic device that receives light from the light emitting end of the optical fiber attached to the input port and converts light energy into electric energy; and a photovoltaic device that is disposed in the micro housing and converts electric energy from the photovoltaic device. The power storage device includes a power storage unit for storing the electric power, and an electrically driven microactuator unit that is disposed inside the micro housing and is driven by electric energy of the power storage unit.
[0007]
Since the optically driven microactuator of the present invention includes a photovoltaic device, an electrically driven microactuator can be used as the microactuator. A simple converter is not required, and the structure can be simplified and downsized. In addition, since the light-driven microactuator of the present invention includes power storage means in addition to the photovoltaic device, it is not necessary to constantly supply light energy. Therefore, operation is possible in both the state where the optical fiber is connected and the state where the connection of the optical fiber is released. Further, in the optically driven microactuator of the present invention, the entire photovoltaic device, the electric storage means, and the electrically driven microactuator section are disposed in the housing except for the operating section of the electrically driven microactuator section. Since the voltage application portion and the current-carrying portion can be shielded from the outside, the safety is easily enhanced.
[0008]
In the light-driven microactuator of the present invention, typically, the portion other than the operating portion of the electrically-driven microactuator is sealed in the housing together with the photovoltaic device and the power storage means. In this case, even if the optically driven microactuator is applied to a human body or inserted into a human body or the like, there is little possibility that body fluids or the like come into contact with an electric system, and safety is easily improved. In this case, since the energy receiving portion of the microactuator is not an electrical connector but a light receiving surface, its safety and waterproofness are easily ensured. When heat generation is difficult to ignore due to restrictions on the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device, the photovoltaic device is attached to the housing via a material having high electrical insulation and high thermal conductivity. In this case, typically, the housing is also formed of a material having high electrical insulation and high thermal conductivity.
[0009]
In the optically driven microactuator according to the present invention, the electrically driven microactuator section typically includes a motor such as an electromagnetic motor or an ultrasonic motor, or an actuating means or a driving means such as a pump including the motor. When the optically driven microactuator of the present invention includes a motor, portions of the motor other than the operating portion such as the output shaft of the rotor are disposed in the housing, and include, for example, portions other than the rotor and the output shaft integrated therewith. Is typically enclosed in a housing. However, depending on the assumed use environment, it may be simply surrounded by the housing.
[0010]
The light-driven microactuator of the present invention may include an acoustic sensor having a piezoelectric element or the like like a microphone, or an image sensor having a CCD element or the like like a camera. In this case, a stimulus generator in the form of an acoustic signal such as a speaker, lighting required for imaging, and the like may be provided side by side. Light having a wavelength range that is difficult to be absorbed by a surrounding medium or the like is used depending on the use environment.
[0011]
In the optically driven microactuator of the present invention, typically, the microhousing is formed of a cylindrical body, and the outer diameter of the cylinder is, for example, about 5 mm or less. Is about 1 mm. However, it may be larger than about 5 mm or smaller than about 1 mm.
[0012]
In the optically driven microactuator of the present invention, for example, the microhousing is configured to be inserted into a body, for example, a blood vessel or a digestive organ. However, those used in thin pipes or the like or those used in other environments may be used.
[0013]
The optically driven microactuator according to the present invention is an electrically driven microactuator such as a motor in a state where the optical fiber is detached even if the optical fiber is removed by operation (insertion or pushing or pulling) of the optical fiber for supplying optical energy. It may be made to run by a screw etc. by operation of a part. When the optical energy supplied from the fiber is in a specific pattern, the optical fiber is driven by an electrically driven microactuator so as to be detached from the light intake of the optically driven microactuator. It may be removably engaged with the light inlet through engagement or the like.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
[0015]
【Example】
1A and 1B show a light-driven microactuator 1 according to a preferred embodiment of the present invention.
[0016]
The light-driven microactuator 1 includes a cylindrical housing 10, a solar cell 30 as a photovoltaic device, a secondary battery structure 40 as power storage means, and an electric motor structure as an electrically-driven microactuator. 50.
[0017]
The housing 10 comprises a bottomed tubular body 14 made of an electrically insulating material and having a tubular portion 11 and an end wall portion 13 which practically closes an end portion 12 of the tubular portion 11. When the optically-driven microactuator 1 is inserted into a blood vessel, the outer diameter of the cylindrical body 14 is, for example, about 1 mm or less, and the length is about 5 mm to 1 cm. However, the diameter and length may be larger or smaller, and the size may be significantly different, especially for different applications. Although the cylindrical portion 11 is cylindrical in this example, as long as the solar cell 30, the secondary battery structure 40, and the electric motor structure 50 can be accommodated inside, the cylindrical portion 11 may be any other shape such as an elliptical cylindrical shape or a rectangular cylindrical shape. Shape may be sufficient. That is, as shown in FIG. 1A, the bottomed cylindrical body 14 includes a solar cell housing portion 15 for housing the solar cell 30 and a secondary battery housing portion 16 for housing the secondary battery structure 40. And a motor housing portion 17 that houses the electric motor structure 50. In FIG. 1, for the sake of simplicity, each receiving part 15, 16, 17 is shown as consisting of a part of an integral, continuous receiving part 18 of the same inner diameter, but the shape of the receiving parts 15, 16, 17 is Can be different from each other.
[0018]
The solar cell 30, the secondary battery structure 40, and the electric motor structure 50 may be inserted into the housing 10 from the opening end 19 side of the tubular portion 11 of the bottomed tubular body 14, but instead. The housing 10 is formed of upper and lower housing portions or case halves which are joined to each other at a joining surface along the longitudinal direction, for example, and a solar cell 30 and a secondary battery structure are formed in a concave portion of one of the case halves. After arranging the electric motor structure 40 and the electric motor structure 50, the housing 10 is formed by covering the other case half and joining the contact portions of the two case halves by means such as bonding or welding. Even after the solar cell 30, the secondary battery structure 40, and the electric motor structure 50 are housed in a desired flexible bag, the bag is placed in a predetermined mold, and the resin is molded. Is the bottomed cylindrical body 14 It may be formed housing 10 made.
[0019]
The bottomed cylindrical body 14 receives a light emitting end 61 of an optical fiber 60 described later on the inner periphery of an opening-side cylindrical portion 20 including an opening end 19 as a light intake, and has an outer periphery of the end 61. Is provided.
[0020]
The solar cell 30 as a photovoltaic device converts light energy received on the light receiving surface 31 into electric energy and outputs the electric energy from the output terminal unit 32. The solar cell 30 typically has a photoelectric conversion characteristic suitable for light having a spectral distribution similar to that of sunlight, but has a characteristic that matches the spectral distribution of light energy supplied from the optical fiber 60. Is selected (in other words, light having a spectral distribution according to the photoelectric conversion characteristics of the solar cell 30 is selected as the light irradiated to the light receiving surface 31 via the optical fiber 60), and if desired, ultraviolet light or Any photoelectric conversion means may be used as long as it has high sensitivity to infrared light and can convert light energy into electric energy with high efficiency. When heat generation is not easily ignored due to restrictions on photoelectric conversion efficiency, at least a part of the housing 10 and the like is formed of a material having high thermal conductivity.
[0021]
The secondary battery structure 40 as a power storage means stores electric energy provided from the solar cell 30 so as to be able to be taken out as electric energy. The secondary battery structure 40 includes a secondary battery 41 that stores electric energy as chemical energy, a charging circuit 42 that charges the secondary battery 41, and a drive circuit 43, and the voltage of the output terminal 32 of the solar battery 30. The output is applied to the terminal of the secondary battery 41 via the charging circuit 42, and the secondary battery 41 is charged.
[0022]
When the power to be stored may be relatively small, the power storage means may be another power storage means such as a capacitor instead of the secondary battery structure 40, for example.
[0023]
The drive circuit 43 includes, for example, a pulse generation circuit that generates a drive pulse. However, when the motor of the electric motor structure 50 is a DC motor or the like, the drive circuit 43 may be a power supply circuit for driving the DC motor. The drive circuit 43 may be regarded as a part of the electric motor structure 50 instead of being regarded as a part of the power storage means 40.
[0024]
The electric motor structure 50 as an electric drive type actuator has a small two-pole step motor 51 of a kind used in a wristwatch or the like, and an operating part 52 coupled to a rotor of the motor 51. The operating section 52 may be an output shaft that is integral with the rotor, or may be an output shaft that is coupled or connected to the rotor shaft via an intermediate mechanism such as a speed reduction mechanism.
[0025]
A hole 23 is formed in the end wall 13 of the bottomed cylindrical body 14, and an operating portion 52 of the electric motor structure 50 penetrates the hole 23 and protrudes outside the housing 10. When the optically-driven microactuator 1 is a self-propelled one, a screw as shown by an imaginary line 53 in FIG. 1B may be attached to the shaft 52 serving as an operating part. .
[0026]
As described above, the light-driven microactuator main body 3 including the solar cell 30, the secondary battery structure 40, and the electric motor structure 50 is sealed in the housing 10 in a substantially waterproof state. That is, in the light-driven microactuator main body 3, the light receiving surface 31 of the solar cell 30 is optically exposed to receive light energy, and the output shaft 52 of the electric motor structure 50 projects through the hole 23 of the housing 10. Except for being exposed, the other parts are sealed in the housing 10 in a substantially waterproof state to the outside.
[0027]
That is, in the light-driven microactuator 1, the light-receiving surface 31 can be covered and sealed with the light-transmitting layer because the light-receiving surface 31 only needs to receive light. Even if it can be supplied and is electrically driven inside, its waterproofness can be easily enhanced. Further, since the optically driven microactuator main body 3 includes the electric motor structure 50, the structure is easily simplified and downsized.
[0028]
At the time of encapsulation, the entire structure from the solar cell 30 to the electric motor structure 50 except for the output shaft 52 and movable parts such as the rotor driven together with the output shaft 52 may be covered so as to be embedded in resin or the like. The seal may be substantially sealed at the end wall 12 of the housing 10 and the step portion 24 of the cylindrical portion 20 on the opening side.
[0029]
In any case, the optically driven microactuator main body 3 is enclosed in the housing 10 as a whole, so that the electric system is substantially confined inside the main body. Are driven by the energy.
[0030]
The light-driven microactuator 1 may further include a microphone 54 as an acoustic sensor and a camera 55 as an image sensor, as indicated by imaginary lines in FIG. In this case, the microphone 54 is practically exposed to the outer surface of the housing so that pressure fluctuations can be sensed, and the surface is waterproof-coated. The image sensor 55 is arranged inside the waterproof light-transmitting window, and is arranged in parallel with the illumination 56 such as a lamp, and images an area illuminated by the illumination 56. In this case, a memory 57 for storing information detected by the acoustic sensor 54 and the image sensor 55 is provided in the operation control unit 58. The operation of the control unit 58 may be controlled for a predetermined period of time by program control based on a timer or the like, or may be activated when light energy from the optical fiber 50 is received by the solar cell 30 in a specific pattern. . In these cases, for example, even if a non-contact readout terminal such as optical or electrostatic is provided separately in the housing 10 and the storage contents of the memory 57 are read out via the readout terminal, An electrical contact terminal that can be used by being cut off is formed at the back of the housing 10, and the readout terminal is inserted into the readout terminal while breaking the seal to read out the stored contents of the memory 57. It may be.
[0031]
The light emitting end 61 of the optical fiber 60 is detachably fitted to the opening end 19 side of the housing 10 of the optically driven microactuator 1 as a light inlet. The inner diameter of the engaging portion 21 of the open end 19 is substantially the same as the outer diameter of the light emitting end 61 of the optical fiber 60, and the light emitting end 61 of the optical fiber 60 is formed as shown in FIG. ), The light-emitting surface 62 is fitted into the opening-side cylindrical portion 20 such that the light-emitting surface 62 actually comes into contact with or close to the light-receiving surface 31 of the solar cell 30, and the engaging portion 21 of the cylindrical portion 20 is engaged. As a result, the outer peripheral portion 63 is engaged and held. Positioning means may be further provided, or an anti-reflection layer or the like may be interposed to enhance optical coupling between the surfaces 62 and 31.
[0032]
In this state, the optical fiber 60 irradiates light energy incident from the opposite light energy input end (not shown) from the light exit surface 62 of the light exit end 61 to the light receiving surface 31 of the solar cell 30. .
[0033]
The light energy input end (not shown) may be configured to face a desired light energy source (not shown) such as various light sources so that light energy from the light source may be incident thereon. In order to collect light energy of natural light such as sunlight or illumination light such as a fluorescent lamp, for example, the light energy may be simply spread in a conical shape. However, light from a light source having a spectrum pattern suitable for the photoelectric conversion characteristics of the solar cell 30 is incident from a light energy input end (not shown) of the optical fiber 60.
[0034]
When light is emitted from the light emitting surface 62 of the light emitting end 61 of the optical fiber 60, the light is received by the light receiving surface 31 of the solar cell 30 facing the light, and is converted by the solar cell 30 into a current of a predetermined output voltage. The battery is taken out and the secondary battery 41 of the secondary battery structure 40 is charged by the current. The energy stored in the secondary battery 41 is extracted as electric energy, drives an electric motor 50 such as a two-pole step motor, and rotates an output shaft 52 that is an operation part thereof. The rotation of the output shaft 52 is used for desired work, for example, self-propelled operation by rotation of the screw 53 or driving of a pump.
[0035]
When the secondary battery structure 40 is charged to a desired level by light energy from the optical fiber 60, as shown in FIG. The actuator 1 is removed from the opening end 19 side as a light intake port. Removal may be manual. The driving of the optically driven microactuator 1 may be performed while the optical fiber 60 is connected to the microactuator 1, but the optical fiber 60 is removed as shown in FIG. Then, the optically driven microactuator 1 may be operated.
[0036]
When the optically-driven microactuator 1 is inserted into a body or the like, for example, the optical fiber 60 is first pushed in with the end 61 of the optical fiber 60 fitted into the cylindrical portion 20 at first. Thereby, the light-driven microactuator 1 is inserted into the back of a blood vessel or the like, and light energy is given from the optical fiber 60 in a predetermined pattern. Is reflected in the output current pattern, the pattern is detected by the charging circuit 42, the drive circuit 43 enters a specific drive control state, and the motor 51 is driven to rotate at high speed. The driving microactuator 1 may be separated from the optical fiber 60.
[0037]
When the microactuator 1 is operated in a state where the optical fiber 60 is connected to the optically-driven microactuator 1 as shown in FIG. 1A, the optical fiber 60 itself is used not only as an energy supply unit but also as an energy supply unit. The light-driven microactuator 1 can be used as a guide when inserting the microactuator 1 at a desired position, for example, deep inside a human body or the like.
[0038]
That is, when the optically driven microactuator 1 configured as described above is configured to be inserted into, for example, a blood vessel, the end 61 of the optical fiber 60 is initially connected to the light intake port of the optically driven microactuator 1. The optically driven microactuator 1 can be inserted deeply into the blood vessel by pushing the optical fiber 60 into the blood vessel while being attached to the cylindrical portion 20 forming 19. At this time, for example, the rotation of the shaft portion 52 serving as the operating portion can scrape off the deposits or deposits on the wall of the blood vessel. The rotation of the screw 53 may clean the wall. During this insertion operation, the optical fiber 60 gives light energy to the solar cell 30 to charge the secondary battery 40. Therefore, regardless of whether or not the secondary battery 40 has been charged in advance, the secondary battery 40 is charged after a certain amount of time has elapsed. If the optically driven microactuator 1 is to be advanced deep into a tortuous blood vessel, the insertion of the optical fiber 60 may not be easy. In such a case, the motor 51 is driven to rotate at high speed by the motor drive circuit 43 via the solar cell 30 by means of supplying light energy (light pulse) in a predetermined pattern from the optical fiber 60. By setting the optically driven microactuator 1 in the self-propelled mode, the actuator 1 is moved away from the optical fiber 60 and allowed to advance in the blood vessel by self-propelling, whereby the peripheral wall of the deep blood vessel can be cleaned. At this time, acoustic data and morphological image data can be detected by the microphone 54 and the camera 55 and stored in the memory 57. When the light-driven microactuator 1 reaches a predetermined position in the blood vessel, it is taken out of the body. For example, the output mechanism of the electric motor structure 50 may be switchable so that when the forward speed of the optically driven microactuator 1 falls below a predetermined level, the output mechanism is retracted.
[0039]
In the illustrated example, the electrically driven microactuator section is described as being composed of an electric motor, but the electrically driven microactuator section may include, for example, a motor-driven pump in addition to the electric motor. In that case, the electrically driven microactuator unit can be regarded as an electric pump. Also, if desired, the actuating portion 52 of the illustrated optically driven actuator 1 may be coupled to a driven portion of the pump, in which case the optically driven actuator 1 may be regarded as an actuator for driving the pump. The electrically driven microactuator section may be any operating mechanism other than a motor or a pump.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B show an optically driven microactuator according to a preferred embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view of the optically driven microactuator during an energy supply operation using an optical fiber, and FIG. FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of an optically driven microactuator in a state where an optical fiber is removed.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 light-driven microactuator 3 light-driven microactuator main body 10 housing 30 solar cell (photovoltaic device)
40 Secondary battery (power storage means)
50 Electric motor structure (electrically driven microactuator)
52 Working part

Claims

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。A micro housing with a light inlet to which the light emitting end of the optical fiber is mounted,
A photovoltaic device disposed in the micro housing and receiving light from a light emitting end of an optical fiber attached to a light inlet and converting light energy into electric energy,
Power storage means disposed in the micro housing and storing electric energy from the photovoltaic device,
An electrically driven micro-actuator section in which a portion other than an operation section is disposed in the micro housing and is driven by electric energy of the power storage means;
An optically driven microactuator having:

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。The light-driven microactuator according to claim 1, wherein a portion for transmitting electric energy from the photovoltaic device to the electrically-driven microactuator section is enclosed in the microhousing.

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。3. The optically driven microactuator according to claim 1, wherein the electrically driven microactuator unit includes an electromagnetic motor or an ultrasonic motor.

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。The optically driven microactuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the microhousing is formed of a cylindrical body, and has an outer diameter of 1 mm or less.

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。The light-driven microactuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the microhousing is configured to be inserted into a body.