| 研究課題/領域番号 |
25420213
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
高山 俊男 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 講師 (80376954)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 内視鏡 / 管内推進装置 |
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| 研究概要 |
多重チューブ推進機構の動作原理を解析した．本装置は直径方向に膨らまず軸方向にのみ伸びる方が様々な内径の管に対応しやすく，また三つ編みでは移動速度も速くなることが分かった．しかしシリコーンゴムは変形が小さい間はポアソン比がほぼ1であり，チューブが膨張を開始した段階では，直径方向に膨らむことで軸方向に縮み，膨張による軸方向への延びとキャンセルして，ほぼ軸方向へは伸びず，しばらく直径方向へ膨張してから軸方向へと変形を開始することが判った．そこで内部の空間は波打たず，外側の面だけが蛇腹状に波打ったチューブを開発した．肉厚になった部分が直径方向への膨張を抑制し軸方向にのみ膨張しやすい．通常のチューブと波状チューブで幅11mmの三つ編み推進装置を作り，動作可能なパイプ径を比較したところ，通常のチューブを用いた方法では16mm～20mmであったのに対して波状チューブでは15mm～25mmの幅で移動可能であり，軸方向へ伸びるチューブの優位性が確認できた．
シリコーンチューブのヤング率を計測したところ，硬化から2日たった値と15日たった値では5割以上増加した．また同時に作成したチューブであっても圧力による延びに大きなばらつきがある．このため圧力一定の条件下で推進装置を駆動すると，伸びやすいチューブと伸びにくいチューブが混在しているため，伸びやすいチューブが大きく変形しすぎて破裂してしまうことがあった．一方膨張時のチューブ内体積を計測したところ，チューブの延び量と体積が個体差に寄らずほぼ一対一で対応していることが分かった．そこでシリンダーを用いて一定の体積の流体をチューブ内に注入する装置を開発した．繰り返し駆動しても壊れにくく安定して駆動可能となった．
多重チューブ推進機構を内視鏡トレーニング用の大腸モデル内で自走させ，グリップ力があれば柔軟な筒内でも移動可能であることを確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
グリップ力があれば柔軟な筒内でも移動可能であることを確認したが，Invivo実験では推進機構に突起やひれ状の鍔をつけたカバーをかぶせてもグリップ力が得られず推進が行えなかった．シリコーンゴムが疎水性であるため濡れた面で滑るためと考え，親水化プライマーを塗ったシリコーンゴムと塗っていないシリコーンゴムを濡れたABS板上で滑らせる実験も行ったがこれについては優位な差は見られなかった．滑りを抑制する方法が形状や表面処理だけでは難しく，材料で対応しなければならないと考えられる．そのため小腸用の内視鏡としての開発はやや遅れていると考えられる．
一方で動作原理の理論的な解析を行い，チューブ形状を工夫することで硬管内での動作性能を向上させることができた．また試作装置を開発するにあたり細く柔軟なチューブを製作する方法を確立し，駆動装置内の体積を基準とした駆動装置を新たに開発することで試作装置が破裂しにくく安定した動作が行えるようになった．さらに現在螺旋状のチューブを一体成型する方法を考案し，企業の協力を得て直径15mm程度で数mの長さを連続的に製作することができた．工業用内視鏡として利用できると考えられる．
これらのことからおおむね順調に進展していると考えられる．
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| 今後の研究の推進方策 |
表面処理については，材質の違うカバーで表面を覆うか，毛羽立つような繊維を混ぜたシリコーンゴムを表面に塗布する等の工夫を行う予定である．また袋状になった網紐の中にチューブを通すことで表面にシリコーンゴムを露出させない方法も試行中である．また現在工業用の内視鏡を目指した開発も開始しており，簡易に長い螺旋状のチューブをつくる方法も確立しつつある．移動距離が長くなると回転を吸収しながら駆動する装置も必要となると考えられ，これを開発する．また長い装置の先端だけを駆動するために圧力をパルス状に送り，先端で流路を切り替えて駆動可能なバルブを試作したところ直径26mm程度で実現可能であった．これを小型化する予定である．また推進装置そのものの小型化の為にはチューブの一体成型が必要であると考えていたが，現在肉厚0.1まで安定したチューブの製造が可能であるとの情報を製造業者から得ているため，これを用いた小型化を目指す予定である．
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