JP6677409B2

JP6677409B2 - Moving body

Info

Publication number: JP6677409B2
Application number: JP2016024614A
Authority: JP
Inventors: 塚越　秀行; 秀行塚越; 光一寺島
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2020-04-08
Anticipated expiration: 2036-02-12
Also published as: JP2017141930A

Description

本発明は、流体圧を利用した移動体に関する。 The present invention relates to a moving body using fluid pressure.

体内の観察のための内視鏡や、薬液の投与、体液の排出のためのカテーテルは、重要な医療機器として知られる。これらの器具はいずれも、体内の細い管内に挿入して使用されるため、径方向のサイズには制約があり、複雑な機構を組み込むことが難しい。このためこのような器具は、自分自身の推進力を有さず、したがって従来では、医療行為者が外部から力を与えて、体内に押し込み、あるいは引き抜く必要があった。 Endoscopes for observing the inside of a body and catheters for administering a drug solution and discharging a body fluid are known as important medical devices. Since all of these instruments are used by being inserted into a thin tube in the body, the size in the radial direction is limited, and it is difficult to incorporate a complicated mechanism. For this reason, such devices do not have their own propulsion, and thus, in the past, medical practitioners had to apply force from the outside to push or pull them into the body.

近年、能動カテーテルや能動内視鏡の開発が進められている。たとえば特許文献１〜３には、空気圧を用いた管内自走装置、内視鏡推進装置、管内挿入装置が開示されている。 In recent years, active catheters and active endoscopes have been developed. For example, Patent Documents 1 to 3 disclose a tube self-propelled device using air pressure, an endoscope propulsion device, and a tube insertion device.

特開２００９−２４０７１３号公報JP 2009-240713 A 特開２０１２−８１１３０号公報JP 2012-81130 A 特開平５−２９３０７７号公報JP-A-5-293077

特許文献１、２に記載の装置は、軸方向すなわち推進方向に複数の伸縮ユニットあるいはバルーンを有し、それらの変形によって推進力を発生させる点で共通する。しかしながら、複数の伸縮ユニット／バルーンを個別に変形させるために、伸縮ユニット／バルーンごとに空気圧を独立に制御する必要があり、したがって複数のエアチューブが必要となる。このことが、小型化の障壁となっていた。 The devices described in Patent Literatures 1 and 2 have a plurality of telescopic units or balloons in an axial direction, that is, a propulsion direction, and have a common point in that a propulsion force is generated by their deformation. However, in order to individually deform a plurality of telescopic units / balloons, it is necessary to independently control the air pressure for each telescopic unit / balloon, and thus a plurality of air tubes are required. This has been a barrier to miniaturization.

管内を推進可能な移動体は、体内のみでなく、ガス管などの管路や複雑な狭隘地形においての用途も期待される。 A mobile body that can be propelled in a pipe is expected to be used not only in the body but also in a pipe such as a gas pipe or a complicated narrow terrain.

本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、簡素な構造を有する移動体の提供にある。 The present invention has been made in such a situation, and one of exemplary purposes of one embodiment of the present invention is to provide a moving object having a simple structure.

本発明のある態様は、移動体に関する。移動体は、一端が閉じられ、他端に外部から制御可能な圧力を受けるインナーチューブと、加圧によって径方向に膨張し、軸方向に収縮する伸縮部材であって、インナーチューブの外側に軸方向に複数のチャンバ−室を形成する伸縮部材と、を備える。インナーチューブは、チャンバ−室ごとに少なくともひとつの開口を有する。チャンバ−室の軸方向の長さをＬ、そのチャンバ−室に対応する少なくともひとつの開口の総面積をＳとしたとき、複数のチャンバ−室それぞれの比Ｓ／Ｌが異なっている。 One embodiment of the present invention relates to a moving object. The moving body is an inner tube that is closed at one end and receives an externally controllable pressure at the other end, and a telescopic member that expands in the radial direction by pressurization and contracts in the axial direction. And a telescopic member forming a plurality of chambers in the directions. The inner tube has at least one opening for each chamber. Assuming that the axial length of the chamber-chamber is L and the total area of at least one opening corresponding to the chamber-chamber is S, the ratio S / L of each of the plurality of chamber-chambers is different.

この態様によると、インナーチューブの他端に供給する１系統の圧力を制御することにより、複数のチャンバ−室を、比Ｓ／Ｌの大きさに応じて異なるタイミングで膨張、収縮させることができ、これにより移動体をミミズのように変形させて、推進力を発生させることができる。 According to this aspect, by controlling the pressure of one system supplied to the other end of the inner tube, the plurality of chambers can be expanded and contracted at different timings according to the magnitude of the ratio S / L. Thus, the moving body can be deformed like an earthworm to generate a propulsive force.

伸縮部材は管状であり、インナーチューブは前記伸縮部材に挿入されてもよい。複数のチャンバ−室それぞれの境界部分において、伸縮部材の内壁とインナーチューブの外壁が密着していてもよい。 The elastic member may be tubular, and the inner tube may be inserted into the elastic member. The inner wall of the expandable member and the outer wall of the inner tube may be in close contact with each other at the boundary between each of the plurality of chambers.

長さＬは先端ほど短く、面積Ｓは先端ほど大きくてもよい。これにより、先端方向への大きな推進力を得ることができる。 The length L may be shorter at the tip, and the area S may be larger at the tip. As a result, a large propulsive force in the distal direction can be obtained.

インナーチューブは、先端から２番目以降のチャンバ−室ごとに上流部分と下流部分を仕切る開閉可能な弁を有し、かつ上流部分と下流部分それぞれに開口が設けられてもよい。
これにより、弁の開閉に応じて、推進力の発生方向を切りかえることができる。 The inner tube may have an openable / closable valve that separates an upstream portion and a downstream portion for each of the second and subsequent chambers from the tip, and openings may be provided in the upstream portion and the downstream portion, respectively.
Thus, the direction in which the propulsive force is generated can be switched according to the opening and closing of the valve.

インナーチューブは、面積Ｓが先端のチャンバ−室ほど大きい状態と、後端のチャンバ−室ほど大きい状態と、が切りかえ可能であってもよい。
これにより、推進力の発生方向を切りかえることができる。 The inner tube may be switchable between a state in which the area S is larger in the front end chamber-chamber and a state in which the area S is larger in the rear end chamber-chamber.
Thus, the direction in which the propulsive force is generated can be switched.

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたものもまた、本発明の態様として有効である。 Any combination of the above components is also effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、簡素な構造を有する移動体が提供できる。 According to an embodiment of the present invention, a moving object having a simple structure can be provided.

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る移動体の断面図であり、図１（ｂ）はその外観図である。FIG. 1A is a cross-sectional view of a moving body according to the first embodiment, and FIG. 1B is an external view thereof. 図２（ａ）〜（ｇ）は、図１の移動体の動作を説明する図である。FIGS. 2A to 2G are diagrams for explaining the operation of the moving object in FIG. 図３（ａ）〜（ｇ）は、別の移動体の動作を説明する図である。FIGS. 3A to 3G are diagrams illustrating the operation of another moving object. 図４（ａ）〜（ｃ）は、面積Ｓ_ｉと長さＬ_ｉの設計例を示す図である。FIGS. 4A to 4C are diagrams showing design examples of the area S _i and the length L _i . 図５（ａ）〜（ｃ）は、Ｓ_１＞Ｓ_２＞Ｓ_３の場合の面積Ｓの設計例を示す図である。FIGS. 5A to 5C are diagrams illustrating a design example of the area S when S ₁ > S ₂ > S ₃ . 図６（ａ）〜（ｄ）は、移動体の製造方法を示す図である。6A to 6D are diagrams illustrating a method of manufacturing a moving body. 図７（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態に係る移動体の断面図である。FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views of a moving object according to the second embodiment. 弁およびその制御機構の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a valve and its control mechanism. 図９（ａ）、（ｂ）は、第３の実施の形態に係る移動体の断面図である。FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views of a moving object according to the third embodiment.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and the repeated description will be omitted as appropriate. In addition, the embodiments do not limit the invention, but are exemplifications, and all features and combinations described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る移動体１の断面図であり、図１（ｂ）はその外観図である。移動体１は、柔軟な線状のアクチュエータであり、ミミズのように変形しながら推進する。移動体１は、伸縮部材１０およびインナーチューブ２０を備える。なお図面に示される各部材の寸法は、理解の容易化、説明の簡潔化のため適宜拡大縮小されている。 (First Embodiment)
FIG. 1A is a cross-sectional view of the moving body 1 according to the first embodiment, and FIG. 1B is an external view thereof. The moving body 1 is a flexible linear actuator, and is propelled while deforming like an earthworm. The moving body 1 includes a telescopic member 10 and an inner tube 20. The dimensions of each member shown in the drawings are appropriately enlarged or reduced for easy understanding and simplified explanation.

伸縮部材１０は、内側からの加圧によって径方向に膨張し、軸方向に収縮する。このような性質を有する伸縮部材１０としては、マッキベン（McKibben）型の空気圧ゴム人工筋あるいはそれに類似する構造のチューブを用いることができる。またチューブの材料は特に限定されないが、たとえばシリコーンゴム製のものを用いることができる。 The elastic member 10 expands in the radial direction by pressurization from the inside, and contracts in the axial direction. As the elastic member 10 having such properties, a McKibben-type pneumatic rubber artificial muscle or a tube having a similar structure can be used. The material of the tube is not particularly limited, but for example, a tube made of silicone rubber can be used.

インナーチューブ２０は、その一端（先端ともいう）２２が閉じられている。インナーチューブ２０の他端（後端ともいう）２４には、制御部２が接続され、後端２４の圧力（空気の流量および向き）が外部から制御可能となっている。たとえば制御部２は、空気圧ポンプやコンプレッサと、圧力制御弁とを備えてもよい。 One end (also referred to as a tip) 22 of the inner tube 20 is closed. The control unit 2 is connected to the other end (also referred to as a rear end) 24 of the inner tube 20 so that the pressure (flow rate and direction of air) at the rear end 24 can be controlled from the outside. For example, the control unit 2 may include a pneumatic pump or a compressor, and a pressure control valve.

伸縮部材１０は、インナーチューブ２０の外側に軸方向に複数のチャンバ−室４０＿１〜４０＿Ｎを形成する。チャンバ−室４０＿１は最先端に、チャンバ−室４０＿Ｎは最後端に位置する。図１にはＮ＝３が例示されるが、Ｎは任意である。 The elastic member 10 forms a plurality of chambers 40_1 to 40_N in the axial direction outside the inner tube 20. The chamber-chamber 40_1 is located at the forefront, and the chamber-chamber 40_N is located at the rearmost end. FIG. 1 illustrates N = 3, but N is arbitrary.

たとえば伸縮部材１０は管状であり、インナーチューブ２０は伸縮部材１０に挿入される。複数のチャンバ−室４０＿１〜４０＿３それぞれの境界部分において、伸縮部材１０の内壁とインナーチューブ２０の外壁が密着している。たとえば移動体１は、伸縮部材１０を外部から径方向に押さえつける環状の拘束部材５０を備えてもよい。拘束部材５０は、糸、紐やゴム、金属線などを用いることができ、その材料は特に限定されない。あるいは、伸縮部材１０の内壁とインナーチューブ２０の外壁は、隣接するチャンバ−室４０の境界において接着あるいは溶着されてもよい。 For example, the elastic member 10 is tubular, and the inner tube 20 is inserted into the elastic member 10. The inner wall of the elastic member 10 and the outer wall of the inner tube 20 are in close contact with each other at the boundary between the plurality of chambers 40_1 to 40_3. For example, the moving body 1 may include an annular restraining member 50 that presses the elastic member 10 from the outside in the radial direction. As the restraining member 50, a thread, a string, rubber, a metal wire, or the like can be used, and its material is not particularly limited. Alternatively, the inner wall of the elastic member 10 and the outer wall of the inner tube 20 may be bonded or welded at the boundary of the adjacent chamber-chamber 40.

インナーチューブ２０は、チャンバ−室４０＿ｉ（ｉ＝１，２，…Ｎ）ごとに少なくともひとつの開口２６＿ｉを有する。ここでは理解の容易化の説明の簡潔化のため、チャンバ−室４０ごとに１個の開口２６が設けられている。インナーチューブ２０の内部の流路２１は、開口２６＿ｉを介して対応するチャンバ−室４０＿ｉと連通している。 The inner tube 20 has at least one opening 26_i for each chamber-chamber 40_i (i = 1, 2,... N). Here, one opening 26 is provided for each chamber-chamber 40 in order to simplify the explanation for facilitating understanding. The flow path 21 inside the inner tube 20 communicates with the corresponding chamber 40_i via the opening 26_i.

ｉ番目のチャンバ−室４０＿ｉの軸方向の長さをＬ_ｉ、そのチャンバ−室４０＿ｉに対応する少なくともひとつの開口２６＿ｉの総面積をＳ_ｉしたとき、複数のチャンバ−室４０＿ｉそれぞれにおける比Ｓ_ｉ／Ｌ_ｉが異なっている。好ましくは比Ｓ_ｉ／Ｌ_ｉは、軸方向に単調に変化する。 i-th chamber - when the total area of the at least one opening corresponding to the chamber 40_i 26_I and _{S i,} a plurality of chambers - - axial length _{L i} of the chamber 40_i, that chamber ratio in each chamber 40_i _{S i} / _Li are different. Preferably, the ratio S _i / L _i varies monotonically in the axial direction.

以上が移動体１の構成である。続いてその動作を説明する。 The above is the configuration of the moving body 1. Subsequently, the operation will be described.

１．Ｓ_ｉ／Ｌ_ｉ≧Ｓ_ｊ／Ｌ_ｊ（ｉ＜ｊ）
図２（ａ）〜（ｇ）は、図１の移動体１の動作を説明する図である。２つのチャンバ−室４０＿ｉ，４０＿ｊ（ｉ＜ｊ）に関して、Ｓ_ｉ／Ｌ_ｉ≧Ｓ_ｊ／Ｌ_ｊが成り立つものとする。移動体１は、管路１００の内部を右方向に推進する。図２（ａ）は初期状態を示す。制御部２によってインナーチューブ２０を加圧すると、インナーチューブ２０の開口２６を介してチャンバ−室４０内に空気が流れ込む。インナーチューブ２０の内部の空気圧が一定であると仮定すると、各チャンバ−室４０に流れ込む空気の流量は、そのチャンバ−室４０に対応する開口２６の面積Ｓに比例する。チャンバ−室４０の膨張速度は、その単位体積当たりの流量に比例する。伸縮部材１０の内径が均一であると仮定すれば、各チャンバ−室の体積は、軸方向の長さＬに比例する。したがってチャンバ−室４０＿ｉはそれぞれ、比Ｓ_ｉ／Ｌ_ｉに応じた膨張速度で膨張する。 1. S _i / L _i ≧ S _j / L _j (i <j)
2A to 2G are diagrams for explaining the operation of the moving body 1 in FIG. For the two chambers 40_i, 40_j (i <j), it is assumed that S _i / L _i ≧ S _j / L _j is satisfied. The moving body 1 propels the inside of the pipeline 100 rightward. FIG. 2A shows an initial state. When the inner tube 20 is pressurized by the control unit 2, air flows into the chamber 40 through the opening 26 of the inner tube 20. Assuming that the air pressure inside the inner tube 20 is constant, the flow rate of the air flowing into each chamber-chamber 40 is proportional to the area S of the opening 26 corresponding to the chamber-chamber 40. The rate of expansion of the chamber-chamber 40 is proportional to its flow rate per unit volume. Assuming that the inner diameter of the elastic member 10 is uniform, the volume of each chamber is proportional to the axial length L. Therefore, each of the chambers 40_i expands at an expansion speed corresponding to the ratio S _i / L _i .

つまり、図２（ｂ）に示すように比Ｓ_ｉ／Ｌ_ｉの大きな先端２２側のチャンバ−室４０＿１が先に膨張する。膨張したチャンバ−室４０＿１は管路１００の内壁１０２と接触することにより、推進方向（軸方向）の位置が固定される。チャンバ−室４０＿１が膨張すると、伸縮部材１０の性質により、チャンバ−室４０＿１の長さが短くなり、後続のチャンバ−室４０＿２、４０＿３が前方に引き寄せられる。さらに加圧を続けると、図２（ｃ）に示すように２番目のチャンバ−室４０＿２が膨張し、その長さが短くなり、後続のチャンバ−室４０＿３が前方に引き寄せられる。そして図２（ｄ）に示すようにすべてのチャンバ−室４０＿１〜４０＿３が膨張した状態となる。 That is, as shown in FIG. 2B, the chamber-chamber 40_1 on the tip end 22 side having the large ratio S _i / L _i expands first. The expanded chamber-chamber 40_1 comes into contact with the inner wall 102 of the conduit 100, so that the position in the propulsion direction (axial direction) is fixed. When the chamber-chamber 40_1 expands, the length of the chamber-chamber 40_1 becomes shorter due to the property of the elastic member 10, and the succeeding chamber-chambers 40_2 and 40_3 are drawn forward. When the pressurization is further continued, as shown in FIG. 2C, the second chamber-chamber 40_2 expands, its length becomes shorter, and the succeeding chamber-chamber 40_3 is drawn forward. Then, as shown in FIG. 2D, all the chambers 40_1 to 40_3 are in an expanded state.

続いて制御部２によって、インナーチューブ２０を減圧状態に切りかえられる。そうすると、図２（ｅ）に示すように比Ｓ_ｉ／Ｌ_ｉの大きな先端２２側のチャンバ−室４０＿１が先に収縮する。チャンバ−室４０＿１が収縮すると、伸縮部材１０の性質により、チャンバ−室４０＿１の長さが長くなり、チャンバ−室４０＿１が軸方向に繰り出される。さらに減圧を続けると、図２（ｆ）に示すように２番目のチャンバ−室４０＿２が収縮し、その長さが長くなり、チャンバ−室４０＿１、４０＿２が軸方向に繰り出される。さらに減圧を続けると、図２（ｇ）に示すように３番目のチャンバ−室４０＿３が収縮し、その長さが長くなり、チャンバ−室４０＿１〜４０＿３が軸方向に繰り出される。制御部２によって加圧、減圧を繰り返すことで、図２（ａ）〜（ｇ）の動作が繰り返され、移動体１は右方向つまり先端２２側に推進する。 Subsequently, the control unit 2 switches the inner tube 20 to a reduced pressure state. Then, as shown in FIG. 2E, the chamber-chamber 40_1 on the tip end 22 side having a large ratio S _i / L _i contracts first. When the chamber-chamber 40_1 contracts, the length of the chamber-chamber 40_1 becomes longer due to the property of the elastic member 10, and the chamber-chamber 40_1 is extended in the axial direction. When the pressure is further reduced, the second chamber-chamber 40_2 contracts as shown in FIG. 2 (f), its length becomes longer, and the chamber-chambers 40_1 and 40_2 are extended in the axial direction. When the pressure is further reduced, the third chamber-chamber 40_3 contracts as shown in FIG. 2 (g), its length becomes longer, and the chamber-chambers 40_1 to 40_3 are extended in the axial direction. By repeating pressurization and depressurization by the control unit 2, the operations in FIGS. 2A to 2G are repeated, and the moving body 1 is propelled rightward, that is, toward the tip end 22.

なお、ここでは明確化のために、チャンバ−室４０＿１〜４０＿３が順に膨張、収縮する様子を示しているが、実際には、チャンバ−室４０＿１が膨張している間、チャンバ−室４０＿２、４０＿３も膨張してもよく、反対にチャンバ−室４０＿１が収縮している間、チャンバ−室４０＿２、４０＿３も収縮してもよい。 In addition, here, for clarity, the state in which the chambers 40_1 to 40_3 expand and contract in order is shown. May be expanded, and conversely, while the chamber-chamber 40_1 is contracted, the chamber-chambers 40_2, 40_3 may also contract.

２．Ｓ_ｉ／Ｌ_ｉ≦Ｓ_ｊ／Ｌ_ｊ（ｉ＜ｊ）
図３（ａ）〜（ｇ）は、別の移動体１の動作を説明する図である。ここではｉ＜ｊを満たす２つのチャンバ−室４０＿ｉ、４０＿ｊに関して、Ｓ_ｉ／Ｌ_ｉ≦Ｓ_ｊ／Ｌ_ｊが成り立っている。この場合、複数のチャンバ−室４０が膨張、伸縮する順序が、図２（ａ）〜（ｇ）とは逆となる。これにより移動体１は、左方向つまり後端２４側に推進する。 2. S _i / L _i ≦ S _j / L _j (i <j)
FIGS. 3A to 3G are diagrams illustrating the operation of another moving body 1. Here, S _i / L _i ≦ S _j / L _j holds for the two chamber-chambers 40 — _i and 40 — j that satisfy i <j. In this case, the order of expansion and contraction of the plurality of chambers / chambers 40 is opposite to the order shown in FIGS. Thereby, the moving body 1 is propelled to the left, that is, to the rear end 24 side.

以上が移動体１の動作である。この移動体１によれば、比Ｓ_ｉ／Ｌ_ｉに勾配を持たせることにより、インナーチューブ２０への１系統の圧力を制御するのみで、複数のチャンバ−室４０＿１〜４０＿３を、順に膨張、収縮させることができ、これにより移動体１をミミズのように変形させて、推進力を発生させることができる。 The above is the operation of the mobile unit 1. According to the moving body 1, by giving a gradient to the ratio S _i / L _i , only the pressure of one system to the inner tube 20 is controlled, and the plurality of chambers 40 _ 1 to 40 _ 3 are sequentially expanded and expanded. The moving body 1 can be deformed like an earthworm, thereby generating a propulsive force.

また、図２、図３で説明したように、勾配の方向に応じて、推進力の向きを設計することができる。さらに、開口２６の面積Ｓ、空間の長さＬにもとづいて、推進力や推進速度を設計することができる。さらに、移動体１では、複数のチャンバ−室４０を１系統の空気圧源によって制御可能であり、従来の移動体に比べてコスト、サイズを大幅に削減できる。 Further, as described in FIGS. 2 and 3, the direction of the propulsion force can be designed according to the direction of the gradient. Further, the propulsion force and the propulsion speed can be designed based on the area S of the opening 26 and the length L of the space. Furthermore, in the moving body 1, the plurality of chambers 40 can be controlled by one system of air pressure source, and the cost and size can be significantly reduced as compared with the conventional moving body.

図４（ａ）〜（ｃ）は、面積Ｓ_ｉと長さＬ_ｉの設計例を示す図である。図４（ａ）では、長さＬ_１〜Ｌ_３は等しく、Ｓ_１＞Ｓ_２＞Ｓ_３が成り立っている。 FIGS. 4A to 4C are diagrams showing design examples of the area S _i and the length L _i . Figure 4 (a), the length _L 1 ~L ₃ are _equal, are made up is _{_{S 1> S 2> S 3}} .

図４（ｂ）では、面積Ｓ_１〜Ｓ_３が等しく、Ｌ_１＜Ｌ_２＜Ｌ_３が成り立っている。図４（ｃ）では、Ｓ_１＞Ｓ_２＞Ｓ_３かつＬ_１＜Ｌ_２＜Ｌ_３が成り立っている。進行方向を反対とする場合、不等号の向きを反対とすればよい。 In FIG. 4B, the areas S _{1 to} S ₃ are equal, and L ₁ <L ₂ <L ₃ holds. In FIG. 4C, S ₁ > S ₂ > S ₃ and L ₁ <L ₂ <L ₃ hold. When the traveling direction is reversed, the direction of the inequality sign may be reversed.

図５（ａ）〜（ｃ）は、Ｓ_１＞Ｓ_２＞Ｓ_３の場合の面積Ｓの設計例を示す図である。図５（ａ）では、各チャンバ−室４０に異なる面積の開口がひとつずつ設けられる。図５（ｂ）では、同じサイズの開口が、異なる個数設けられている。図５（ｃ）では、異なるサイズの開口が、異なる個数設けられている。あるいは後出の図６（ａ）に示すように、異なるサイズの開口を、複数の同数個ずつ設けてもよい。 FIGS. 5A to 5C are diagrams illustrating a design example of the area S when S ₁ > S ₂ > S ₃ . In FIG. 5A, one opening having a different area is provided in each chamber-chamber 40. In FIG. 5B, different numbers of openings of the same size are provided. In FIG. 5C, different numbers of openings of different sizes are provided. Alternatively, as shown in FIG. 6A described later, a plurality of openings of different sizes may be provided in the same number.

続いて、移動体１の具体的な製造方法の一例を説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、移動体１の製造方法を示す図である。図６（ａ）に示すように、インナーチューブ２０に、複数の開口２６＿１〜２６＿３が形成される。たとえば開口２６は、針状の器具を用いて形成してもよい。 Subsequently, an example of a specific method for manufacturing the moving body 1 will be described. FIGS. 6A to 6D are diagrams illustrating a method of manufacturing the moving body 1. As shown in FIG. 6A, a plurality of openings 26_1 to 26_3 are formed in the inner tube 20. For example, the opening 26 may be formed using a needle-shaped device.

図６（ｂ）を参照して、伸縮部材１０の製造方法の一例を説明する。カーボンチューブ１２を回転させながらシリコン（たとえばEcoflex00-50：登録商標）１４を表面に塗布し、シリコンチューブを作製する。そしてシリコンチューブの表面に、糸１６をマッキベンのような網目構造となるように巻き付ける。そして糸１６にシリコン１４を染みこませて、減圧状態（負圧）とし、糸１６の上からシリコン１４をコーティングし、硬化させる。なお伸縮部材１０としては市販のマッキベン型人工筋ゴムを利用してもよい。 An example of a method for manufacturing the elastic member 10 will be described with reference to FIG. Silicon (for example, Ecoflex00-50: registered trademark) 14 is applied to the surface while rotating the carbon tube 12 to produce a silicon tube. Then, the yarn 16 is wound around the surface of the silicon tube so as to form a mesh structure like McKibben. Then, the silicon 14 is impregnated into the yarn 16 to reduce the pressure (negative pressure), and the silicon 14 is coated on the yarn 16 and cured. As the elastic member 10, commercially available McKibben-type artificial muscle rubber may be used.

図６（ｃ）に示すように、伸縮部材１０にインナーチューブ２０を挿入する。そして句６（ｄ）に示すように、複数のチャンバ−室４０それぞれの境界において、伸縮部材１０がインナーチューブ２０と密着するように拘束部材５０を装着する。たとえば拘束部材５０は、ナイロン繊維やポリアミド系合成繊維、あるいは針金やピアノ線などの金属線であってもよい。 As shown in FIG. 6C, the inner tube 20 is inserted into the elastic member 10. Then, as shown in phrase 6 (d), the restricting member 50 is attached so that the elastic member 10 is in close contact with the inner tube 20 at each boundary of the plurality of chambers-chambers 40. For example, the restraining member 50 may be a nylon fiber, a polyamide-based synthetic fiber, or a metal wire such as a wire or a piano wire.

以上が移動体１の製造方法である。本発明者がこの製造方法によって製造した移動体１の試作品は、重量２．５ｇ、長さ１８．５ｃｍ、伸縮部材１０の内径２ｍｍ、外径４ｍｍであった。この試作品により、内径６ｍｍ〜８ｍｍの管路での推進を確認しており、移動速度として８ｍｍ／ｓｅｃ（５０ｃｍ／分）が得られており、能動カテーテルをはじめとする医療用途としても実用性が高いことを確認している。 The above is the method of manufacturing the moving body 1. The prototype of the moving body 1 manufactured by the present inventor by this manufacturing method had a weight of 2.5 g, a length of 18.5 cm, an inner diameter of the elastic member 10 of 2 mm, and an outer diameter of 4 mm. With this prototype, propulsion in a conduit with an inner diameter of 6 mm to 8 mm has been confirmed, and a moving speed of 8 mm / sec (50 cm / min) has been obtained, making it practical for medical use including active catheters. Is high.

なおこの試作品では、内径６ｍｍより狭い管路１００では、伸縮部材１０が十分に膨張することができず、推進力の低下が見られた。言い換えれば、伸縮部材１０の径は、管路１００の内径を考慮して最適化すればよい。 In this prototype, the expansion member 10 could not expand sufficiently in the conduit 100 having an inner diameter smaller than 6 mm, and a reduction in propulsion force was observed. In other words, the diameter of the elastic member 10 may be optimized in consideration of the inner diameter of the conduit 100.

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、比Ｓ／Ｌが固定されており、したがって進行方向は一定であった。第２の実施の形態では、進行方向が切りかえ可能な構成を説明する。 (Second embodiment)
In the first embodiment, the ratio S / L is fixed, so that the traveling direction is constant. In the second embodiment, a configuration in which the traveling direction can be switched will be described.

図７（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態に係る移動体１ａの断面図である。インナーチューブ２０ａは、チャンバ−室４０＿２〜４０＿３（４０＿Ｎ）において、上流部分６２と下流部分６４を仕切る開閉可能な弁６６＿２〜６６＿３を有する。またチャンバ−室４０＿２〜４０＿３においてインナーチューブ２０ａには、上流部分６２と下流部分６４それぞれに開口６８，７０が設けられる。 FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views of a moving body 1a according to the second embodiment. The inner tube 20a has openable / closable valves 66_2 to 66_3 that partition the upstream portion 62 and the downstream portion 64 in the chambers 40_2 to 40_3 (40_N). In the chambers 40_2 to 40_3, the inner tube 20a is provided with openings 68 and 70 in the upstream portion 62 and the downstream portion 64, respectively.

図７（ｂ）には、弁６６＿２，６６＿３が開いた状態が示される。弁６６＿２，６６＿３が開いた状態は、図１（ａ）のとインナーチューブ２０と等価である。各チャンバ−室４０＿２（４０＿３）において、弁６６＿２（６６＿３）より上流の開口６８と下流の開口７０の合計面積が、有効な開口面積Ｓ_２（Ｓ_３）となる。したがってＳ_１＞Ｓ_２＞Ｓ_３が成り立ち、図３に示すように移動体は、先端２２方向に推進する。 FIG. 7B shows a state where the valves 66_2 and 66_3 are open. The state where the valves 66_2 and 66_3 are open is equivalent to the inner tube 20 of FIG. In each of the chambers 40_2 (40_3), the total area of the openings 68 upstream and downstream of the valve 66_2 (66_3) is an effective opening area S ₂ (S ₃ ). Therefore, S ₁ > S ₂ > S ₃ holds, and the moving body is propelled in the direction of the tip end 22 as shown in FIG.

図７（ｃ）には、弁６６＿２，６６＿３が閉じた状態が示される。加圧状態では、チャンバ−室４０＿３において、開口６８からチャンバ−室４０＿３に空気が流れ込む。これにより初めにチャンバ−室４０＿３が膨張しはじめる。膨張が完了しチャンバ−室４０＿３の圧力が高まると、開口７０からインナーチューブ２０の流路２１に空気が流れ込む。 FIG. 7C shows a state where the valves 66_2 and 66_3 are closed. In the pressurized state, air flows into the chamber-chamber 40_3 from the opening 68 in the chamber-chamber 40_3. Thereby, the chamber-chamber 40_3 starts to expand first. When the expansion is completed and the pressure in the chamber-chamber 40_3 increases, air flows from the opening 70 into the flow path 21 of the inner tube 20.

続いて、チャンバ−室４０＿２に開口６８から空気が流れ込む。これによりチャンバ−室４０＿２が膨張しはじめる。膨張が完了しチャンバ−室４０＿２の圧力が高まると、開口７０からインナーチューブ２０の流路２１に空気が流れ込む。 Subsequently, air flows into the chamber-chamber 40_2 from the opening 68. Thereby, the chamber-chamber 40_2 starts to expand. When the expansion is completed and the pressure in the chamber-chamber 40_2 increases, air flows into the flow path 21 of the inner tube 20 from the opening 70.

続いて、チャンバ−室４０＿１に開口２６＿１から空気が流れ込む。これによりチャンバ−室４０＿１が膨張しはじめる。 Subsequently, air flows into the chamber-chamber 40_1 from the opening 26_1. Thereby, the chamber-chamber 40_1 starts to expand.

すべてのチャンバ−室４０＿１〜４０＿３が膨張した後、後端２４において減圧を開始する。その結果、チャンバ−室４０＿３，４０＿２，４０＿１の順序で縮小する。これにより図３（ａ）〜（ｇ）と同じ順序で複数のチャンバ−室４０の膨張、縮小が制御され、したがって移動体を後退させることができる。 After all the chambers 40_1 to 40_3 have expanded, decompression is started at the rear end 24. As a result, the size is reduced in the order of the chambers 40_3, 40_2, and 40_1. Thus, the expansion and contraction of the plurality of chambers 40 are controlled in the same order as in FIGS. 3A to 3G, so that the moving body can be retracted.

このように第２の実施の形態に係る移動体１ａによれば、弁６６＿２，６６＿３の状態を制御することにより、進行方向を切りかえることができる。 As described above, according to the moving body 1a according to the second embodiment, the traveling direction can be switched by controlling the states of the valves 66_2 and 66_3.

図８は、弁６６およびその制御機構の一例を示す断面図である。流路２１は、弁６６に対応する部分において径が太くなっている。弁６６は、径が太い部分２３内に弁体（ストッパともいう）７２を含む。弁体７２は球体（ボール）であってもよく、弁体７２の径は、部分２３の内径より小さく、流路２１の内径より大きくなっている。部分２３と流路２１の境界部分が、弁座に相当する。複数の弁６６それぞれの弁体７２は、連結部材７４によって連結され、連結部材７４は、インナーチューブ２０ａの後端２４から引き出されている。連結部材７４は、紐や糸、金属線であってもよい。 FIG. 8 is a sectional view showing an example of the valve 66 and its control mechanism. The channel 21 has a large diameter at a portion corresponding to the valve 66. The valve 66 includes a valve element (also referred to as a stopper) 72 in the thick portion 23. The valve body 72 may be a sphere (ball), and the diameter of the valve body 72 is smaller than the inside diameter of the portion 23 and larger than the inside diameter of the flow path 21. The boundary between the portion 23 and the flow path 21 corresponds to a valve seat. The valve bodies 72 of the plurality of valves 66 are connected by a connecting member 74, and the connecting member 74 is drawn out from the rear end 24 of the inner tube 20a. The connecting member 74 may be a string, a thread, or a metal wire.

図８には、弁６６が開いた状態が実線で示される。インナーチューブ２０ａの後端２４から引き出された連結部材７４を、左方向に引っ張ると、弁体７２は、一点鎖線で示す位置に移動する。これにより、流路２１が弁体７２によって閉じられ、弁６６が閉状態となる。 FIG. 8 shows a state in which the valve 66 is open by a solid line. When the connecting member 74 pulled out from the rear end 24 of the inner tube 20a is pulled leftward, the valve body 72 moves to a position indicated by a dashed line. Thus, the flow path 21 is closed by the valve body 72, and the valve 66 is closed.

図８の構成によれば、複数の弁６６の開閉を外部から機械的に簡易に制御することができる。なお、弁の構造は特に限定されず、公知のバルブ構造を採用することができる。 According to the configuration of FIG. 8, the opening and closing of the plurality of valves 66 can be mechanically and easily controlled from the outside. The structure of the valve is not particularly limited, and a known valve structure can be adopted.

（第３の実施の形態）
図９（ａ）、（ｂ）は、第３の実施の形態に係る移動体１ｂ，１ｃの断面図である。これらの移動体１ｂ，１ｃも、第２の実施の形態と同様に、進行方向が切りかえ可能であり、そのために複数のチャンバ−室４０＿１〜４０＿３の開口２６＿１〜２６＿３の面積Ｓ_１〜Ｓ_３が、物理的に変更可能となっている。具体的にはインナーチューブ２０ｂは、開口の面積Ｓが先端のチャンバ−室４０＿１ほど大きい状態（Ｓ_１＞Ｓ_２＞Ｓ_３）と、後端のチャンバ−室４０＿Ｎほど大きい状態（Ｓ_３＞Ｓ_２＞Ｓ_１）と、が切りかえ可能となっている。 (Third embodiment)
FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views of moving bodies 1b and 1c according to the third embodiment. These mobile 1b, 1c, like the second embodiment, but may be traveling direction switching, a plurality of chambers for its - the area _S 1 to S ₃ of the opening of the chamber 40_1～40_3 26_1～26_3 , Can be physically changed. The inner tube 20b is specifically, an opening area S is the tip of the chamber - the higher chamber 40_1 larger state _{_{_{(S 1> S 2> S}}} 3), the chamber of the rear end - as chamber 40_N larger state _(S 3> S ₂ > S ₁ ).

インナーチューブ２０ｂ，２０ｃは、内側管８０と外側管８２を有する２層構造を有し、内側管８０は、外側管８２の内部を摺動可能となっている。内側管８０には開口８４、外側管８２には開口８６が設けられており、それらの位置、サイズ、形状の少なくともひとつが異なっている。開口８４と開口８６のオーバーラップが、開口２６を形成する。 The inner tubes 20b and 20c have a two-layer structure having an inner tube 80 and an outer tube 82. The inner tube 80 is slidable inside the outer tube 82. An opening 84 is provided in the inner tube 80, and an opening 86 is provided in the outer tube 82, and at least one of their positions, sizes, and shapes is different. The overlap between the openings 84 and 86 forms the opening 26.

図９（ａ）では、内側管８０は長さ方向（軸方向）にスライド可能であり、スライドに応じて開口２６の面積が変化し、前進と後退を切りかえることができる。 In FIG. 9A, the inner tube 80 is slidable in the length direction (axial direction), and the area of the opening 26 changes according to the sliding, so that the inner tube 80 can be switched between forward and backward.

図９（ｂ）では、内側管８０の上側と下側に、サイズの異なる開口８４ａ、８４ｂが形成される。外側管８２は周方向に回転可能であり、その開口８６は、開口８４ａとオーバーラップする状態と、開口８４ｂとオーバーラップする状態が切りかえ可能であり、回転に応じて前進と後退を切りかえることができる。なお、内側管８０と外側管８２の関係は相対的なものであり、内側管８０に対して外側管８２を動かしてもよいし、外側管８２に対して内側管８０を動かしてもよい。 In FIG. 9B, openings 84a and 84b having different sizes are formed on the upper side and the lower side of the inner tube 80, respectively. The outer tube 82 is rotatable in the circumferential direction, and its opening 86 can be switched between a state of overlapping with the opening 84a and a state of overlapping with the opening 84b, and can switch between forward and backward in accordance with the rotation. it can. The relationship between the inner tube 80 and the outer tube 82 is relative, and the outer tube 82 may be moved relative to the inner tube 80, or the inner tube 80 may be moved relative to the outer tube 82.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.

上述のいくつかの実施の形態では、管状の伸縮部材１０とインナーチューブ２０の組み合わせで移動体１を構成したが本発明はそれに限定されない。伸縮部材１０は、チャンバ−室４０ごとに物理的に分割された複数の部材で構成されてもよい。 In some embodiments described above, the moving body 1 is configured by the combination of the tubular elastic member 10 and the inner tube 20, but the present invention is not limited thereto. The elastic member 10 may be constituted by a plurality of members physically divided for each chamber-chamber 40.

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments are merely illustrative of the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the appended claims. Many modifications and changes in arrangement may be made without departing from the spirit of the present invention.

１…移動体、２…制御部、１０…伸縮部材、１２…カーボンチューブ、１４…シリコン、２０…インナーチューブ、２１…流路、２２…先端、２４…後端、２６…開口、４０…チャンバ−室、５０…拘束部材、６２…上流部分、６４…下流部分、６６…弁、６８，７０…開口、７２…弁体、８０…内側管、８２…外側管。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Moving body, 2 ... Control part, 10 ... Telescopic member, 12 ... Carbon tube, 14 ... Silicon, 20 ... Inner tube, 21 ... Flow path, 22 ... Tip, 24 ... Rear end, 26 ... Opening, 40 ... Chamber -Chamber, 50 ... restraint member, 62 ... upstream part, 64 ... downstream part, 66 ... valve, 68, 70 ... opening, 72 ... valve body, 80 ... inner pipe, 82 ... outer pipe.

Claims

一端が閉じられ、他端に外部から制御可能な圧力を受けるインナーチューブと、
加圧によって径方向に膨張し、軸方向に収縮する伸縮部材であって、前記インナーチューブの外側に軸方向に複数のチャンバ−室を形成する伸縮部材と、
を備え、
前記インナーチューブは、前記チャンバ−室ごとに少なくともひとつの開口を有し、
前記チャンバ−室の軸方向の長さをＬ、そのチャンバ−室に対応する前記少なくともひとつの開口の総面積をＳとしたとき、前記複数のチャンバ−室それぞれの比Ｓ／Ｌは、先端のチャンバー室ほど大きいことを特徴とする移動体。 One end is closed, and the other end receives an externally controllable pressure at the other end,
A telescopic member that expands in the radial direction by pressurization and contracts in the axial direction, the telescopic member forming a plurality of chambers in the axial direction outside the inner tube;
With
The inner tube has at least one opening for each chamber-chamber.
Assuming that the axial length of the chamber-chamber is L and the total area of the at least one opening corresponding to the chamber-chamber is S, the ratio S / L of each of the plurality of chamber-chambers is A moving object characterized by being larger in a chamber .

前記伸縮部材は管状であり、前記インナーチューブは前記伸縮部材に挿入されており、
前記複数のチャンバ−室それぞれの境界部分において、前記伸縮部材の内壁と前記インナーチューブの外壁が密着していることを特徴とする請求項１に記載の移動体。 The elastic member is tubular, the inner tube is inserted into the elastic member,
2. The moving body according to claim 1, wherein an inner wall of the elastic member and an outer wall of the inner tube are in close contact with each other at a boundary between the plurality of chambers. 3.

長さＬは先端ほど短く、面積Ｓは先端ほど大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の移動体。 The moving body according to claim 1, wherein the length L is shorter at the front end, and the area S is larger at the front end.

前記インナーチューブは、先端から２番目以降の前記チャンバ−室ごとに上流部分と下流部分を仕切る開閉可能な弁を有し、かつ上流部分と下流部分それぞれに前記開口が設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の移動体。 The inner tube has an openable / closable valve for separating an upstream portion and a downstream portion for each of the second and subsequent chambers from the tip, and the opening is provided in each of the upstream portion and the downstream portion. The moving body according to claim 1.

前記インナーチューブは、面積Ｓが先端のチャンバ−室ほど大きい状態と、後端のチャンバ−室ほど大きい状態と、が切りかえ可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の移動体。 4. The inner tube according to claim 1, wherein the inner tube is switchable between a state in which the area S is larger in the front chamber-chamber and a state in which the area S is larger in the rear chamber-chamber. 5. Moving body.