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JP6654031B2 - 小型電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、小型電子機器に関するものである。
従来から小型電子機器は、電源として商用電源や蓄電デバイス、太陽光を利用している。蓄電デバイスは、一次電池や二次電池、電気二重層キャパシタなどを含み、充電不可能なものと充電可能なものとがある。小型電子機器の電源は、小型電子機器の内部に配置される場合と、小型電子機器の外部に配置される場合と、がある。小型電子機器が内部に電源を持つ場合は、電源として蓄電デバイスを用いることができる。しかしながら、蓄電デバイスは小型になるほど容量が小さくなるため、電子機器として十分な作動時間が得られないことがある。小型電子機器が外部に配置された電源より電源供給する場合は、商用電源や大型の蓄電デバイスなど十分な電力量を持った電源からリード線を介して小型電子機器へ電力を供給することができる。しかしながら、例えば体内で利用する小型電子機器においては、リード線を介して電力を供給することが非常に困難となる。また、地中や水中、空中で利用する小型電子機器においても、リード線を介して電力を供給することは困難である。
近年、電力を供給する手段として、ワイヤレス電力伝送技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。この技術を用いると、リード線の配置が困難な機器や、リード線が邪魔になる機器に対して、外部に配置された電源から給電できる可能性がある。これを機にさまざまな伝送方式が研究され、現在、電磁誘導方式や磁界共鳴方式、電界結合方式、電波を利用した方式等が研究されている。これらの方式は、利用周波数や伝送電力、伝送効率、伝送距離などで使い分けられている。このうち、磁界を利用した方式は、比較的大きな電力を送電できることから、広く用いられている。これは、送電部および受電部のそれぞれにコイルを設け、２つのコイル間の磁界を利用して電力を伝送するものである。しかしながら、２つのコイルの位置（距離や角度）が変化すると受電電力が低下するため、電力伝送の際は送電部と受電部との位置が固定される場合に限られていた。また特許文献１には、大部分の日常的材質（動物、植物及び人間を含む）は非磁性であり、それらと磁界との相互作用は最小限であるとの記載があるが、コイルの近くに金属などの材料が存在すると受電電力が低下する課題がある。
例えば小型電子機器として特許文献２に開示されているようなカプセル内視鏡が実用化されている。カプセル内視鏡は、口から飲み込まれることで、カメラやＬＥＤを用いて体内を撮像するもので、電源はカプセル内に組み込まれたコイン形の酸化銀電池（一次電池）が用いられている。カプセル内視鏡は、消化管の蠕動運動により移動し、検査時間は飲み込んでから排出されるまでの約８時間とされている。
さらに近年、自走可能なカプセル内視鏡が開示されている（例えば特許文献３参照）。このカプセル内視鏡は、自走機能を備えているため、体内通過に要する時間が１〜２時間と短くなり、患者の負担を低減できるとともに、体外から前進や後退のコントロールでき、体内の任意位置を撮像できる可能性がある。カプセル内視鏡を自走させる方法としては、カプセル中に固定したコイルに交流電流を流し、可動子である磁石を往復運動させ、可動子の運動による慣性力や外壁に衝突する際に発生する衝撃力を利用して駆動させる方法（ムービングマグネット方式）と、磁石を固定しコイルに電流を流すことでコイルが振動し、その反動によって駆動させる方法（ムービングコイル方式）とがあり、どちらも一定方向に進行するカプセル内視鏡であることが確認された。しかしながら、このような小型で高機能な電子機器は、消費電力が大きくなる。その結果、カプセル内に酸化銀電池を配置してテストしたところ、すぐに電池がなくなり容量が不十分であった。電池の容量不足は、酸化銀電池を大きくすれば解消するが、カプセルが大きくなるおそれがある。
そこで、外部の送電コイルからカプセル内に配置した受電コイルへワイヤレスで電力を伝送すれば、電力不足が解消すると考えられる。しかしながら、カプセルは、小腸など曲がりくねった消化管内を移動し、２つのコイルの距離や角度が変化するため、受電電力の低下や、電力伝送の遮断といった不具合が生じることがある。この不具合を解消するため、蓄電デバイスを併用し、受電電力が安定なときに蓄電デバイスへ充電し、受電電力が不安定なときに蓄電デバイスの電力で駆動する方法が考えられる。これにより送電コイルと受電コイルの距離や角度が変化しても安定した電力を供給できると考えられる。このように構成したカプセルは、可動子である磁石と電力伝送のための受電コイルと蓄電デバイスとを近くに配置する必要がある。
特許第５１９０１０８号公報 特表２００３−５２６２６８号公報 国際公開第２０１４／０１４０６２号 特開平７−３０２５８１号公報 特開２０１１−２１０８９８号公報
しかしながら従来の蓄電デバイスは、特許文献４や特許文献５などで開示されているように、外装に冷間圧延鋼板やステンレスなど磁石に吸引される材料を用いており、さらに電極材料の磁性も考慮されていない。本発明者らが調べたところ、現在市販されている円筒型の乾電池（単１〜単４）、アルカリ電池（ＬＲ）、酸化銀電池（ＳＲ）、リチウム電池（ＣＲ）、および電気二重層キャパシタは、全て磁石についた。このため、磁石により形成された可動子の近くに、磁石に吸引される蓄電デバイスを配置すると、可動子の動きが妨げられてカプセルの駆動力が十分に得られないという課題がある。また、ワイヤレス電力伝送のための受電コイルの近くに、磁石に吸引される蓄電デバイスを配置すると、受電電力が低下するという課題がある。
そこで本発明は、電磁力により動作する作動部品の近くに蓄電デバイスが配置されることによって作動部品の動作が妨げられることを防止できる小型電子機器を提供する。また、ワイヤレス電力伝送のための受電コイルの近くに蓄電デバイスが配置されることによる受電電力の低下を抑制できる小型電子機器を提供する。
（１）請求項１に記載の発明では、電磁力により変位する可動子を有する作動部品と、蓄電デバイスと、前記作動部品および前記蓄電デバイスが収容されるケースと、を備え、前記蓄電デバイスは、非磁性体により形成されていることを特徴とする小型電子機器を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、電磁力により動作する作動部品と、蓄電デバイスと、前記作動部品および前記蓄電デバイスが収容されるケースと、を備え、前記蓄電デバイスは、非磁性体により形成され、前記蓄電デバイスは、外装体を備え、前記外装体は、非磁性ステンレスにより形成されていることを特徴とする小型電子機器を提供する。
この構成によれば、蓄電デバイスが非磁性体により形成されているため、電磁力により動作する作動部品の近くに蓄電デバイスが配置されることによる磁界の変化を抑制できる。したがって、作動部品の近くに蓄電デバイスが配置されることによって作動部品の動作が妨げられることを防止できる。
また、プレス加工が難しいアルミニウムにより外装体が形成される場合と比較して、容易にプレス加工することができ、製造コストを低減させることができる。したがって、安価な小型電子機器を提供できる。
（３）請求項３に記載の発明では、ワイヤレス電力伝送のための受電コイルと、蓄電デバイスと、前記受電コイルおよび前記蓄電デバイスが収容されるケースと、を備え、前記蓄電デバイスは、非磁性体により形成され、前記蓄電デバイスは、外装体を備え、前記外装体は、非磁性ステンレスにより形成されていることを特徴とする小型電子機器を提供する。
この構成によれば、蓄電デバイスが非磁性体により形成されているため、ワイヤレス電力伝送のための受電コイルの近くに蓄電デバイスが配置されることによる受電電力の低下を抑制できる。
また、プレス加工が難しいアルミニウムにより外装体が形成される場合と比較して、容易にプレス加工することができ、製造コストを低減させることができる。したがって、安価な小型電子機器を提供できる。
（４）請求項４に記載の発明では、電磁力により動作する作動部品と、ワイヤレス電力伝送のための受電コイルと、蓄電デバイスと、前記作動部品、前記受電コイルおよび前記蓄電デバイスが収容されるケースと、を備え、前記蓄電デバイスは、非磁性体により形成され、前記蓄電デバイスは、外装体を備え、前記外装体は、非磁性ステンレスにより形成されていることを特徴とする小型電子機器を提供する。
この構成によれば、蓄電デバイスが非磁性体により形成されているため、電磁力により動作する作動部品の近くに蓄電デバイスが配置されることによる磁界の変化を抑制できる。したがって、作動部品の近くに蓄電デバイスが配置されることによって作動部品の動作が妨げられることを防止できる。また、ワイヤレス電力伝送のための受電コイルの近くに蓄電デバイスが配置されることによる受電電力の低下を抑制できる。
また、プレス加工が難しいアルミニウムにより外装体が形成される場合と比較して、容易にプレス加工することができ、製造コストを低減させることができる。したがって、安価な小型電子機器を提供できる。
（５）請求項５に記載の発明では、前記蓄電デバイスは、前記受電コイルの内側に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の小型電子機器を提供する。
この構成によれば、ケース内の限られたスペースを有効利用でき、ケースを小型化することが可能となる。したがって、小型電子機器をより小型化することができる。
（６）請求項６に記載の発明では、前記蓄電デバイスは、外装体を備え、前記外装体のうち、前記蓄電デバイスの電解液と接触する面の少なくとも一部には、炭素およびアルミニウムのうち少なくともいずれか一方を含む材料により形成された保護膜が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の小型電子機器を提供する。
この構成によれば、外装体と電解液とが接触して外装体が腐食することを防止できる。したがって、蓄電デバイスの性能劣化を抑制することができる。
（７）請求項７に記載の発明では、前記蓄電デバイスの電極は、酸化銀、二酸化マンガン、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、チタン酸リチウム、亜鉛、炭素、活性炭、ケイ素、一酸化ケイ素およびリチウムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の小型電子機器を提供する。
この構成によれば、非磁性体により形成された高容量な蓄電デバイスを備えた小型電子機器とすることができる。
（８）請求項８に記載の発明では、前記蓄電デバイスはコイン形であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の小型電子機器を提供する。
この構成によれば、円筒状のケース内に隙間なく収容することができる。このため、ケースを小型化することが可能となり、小型電子機器をより小型化することができる。また、ケース内の限られたスペースを有効に利用することが可能となり、より高性能な小型電子機器とすることができる。
（９）請求項９に記載の発明では、カプセル内視鏡であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の小型電子機器を提供する。
この構成によれば、自走機能を備え、ワイヤレス電力伝送による受電電力の低下が抑制された高性能なカプセル内視鏡とすることができ、患者の負担を低減することができる。
本発明の小型電子機器によれば、作動部品の近くに蓄電デバイスが配置されることによって作動部品の動作が妨げられることを防止できる。また、ワイヤレス電力伝送のための受電コイルの近くに蓄電デバイスが配置されることによる受電電力の低下を抑制できる。
実施形態に係るカプセル内視鏡の概略構成を示す断面図である。 実施形態に係る蓄電デバイスの断面図である。 アクチュエータに対する蓄電デバイスの影響評価用のカプセル内視鏡の概略構成を示す断面図である。 受電コイルに対する蓄電デバイスの影響評価用の小型電子機器および送電手段の概略構成図である。 受電コイルに対する蓄電デバイスの影響評価用の小型電子機器および送電手段の概略構成図である。
以下、本発明の小型電子機器における好適な実施形態について、口から飲み込まれることで、カメラやＬＥＤを用いて体内を撮像するカプセル内視鏡１を例に説明する。なお、小型電子機器は、カプセル内視鏡に限定されず、他の電磁力により動作する部品、例えばアクチュエータ、リレー、スイッチ、スピーカー、イヤホン、などを搭載した小型電子機器にも適用可能である。
図１は、実施形態に係るカプセル内視鏡の概略構成を示す断面図である。
カプセル内視鏡１は、後述するアクチュエータ４（作動部品）の駆動力により自走可能とされ、内部に小型カメラおよびＬＥＤを搭載して、体内を撮像する機能を備えている。より詳細に、図１に示すように、カプセル内視鏡１は、カプセル２（ケース）と、一対の蓄電デバイス３と、アクチュエータ４と、受電コイル５と、カメラ６と、ＬＥＤ７と、制御回路８と、を備えている。一対の蓄電デバイス３、アクチュエータ４、受電コイル５、カメラ６、ＬＥＤ７および制御回路８は、カプセル２の内部に配置されている。
カプセル２は、例えば樹脂材料により、両端部が半球状とされた円筒状に形成されている。カプセル２の一端部２ａは、透光性を有している。カプセル２は、例えば外径が１１ｍｍ、長さが２６ｍｍ程度になっている。カプセル２には、内部空間をカプセル２の軸方向（以下、単に「軸方向」という。）に分割する隔壁２ｂが設けられている。隔壁２ｂは、軸方向中央よりも一端部２ａ側において、軸方向に直交するように設けられている。以下、カプセル２の内部空間のうち、隔壁２ｂよりも一端部２ａ側を第１空間Ｓ１とし、その反対側を第２空間Ｓ２とする。
一対の蓄電デバイス３は、コイン形であって、カプセル２と同軸となるように直列に接続された状態で、第２空間Ｓ２において軸方向に並んで配置されている。蓄電デバイス３は、制御回路８を通じて、アクチュエータ４やカメラ６、ＬＥＤ７等に電力を供給する。蓄電デバイス３は、制御回路８を通じて、受電コイル５から電力を給電する。蓄電デバイス３は、非磁性体（強磁性体でない物質）により形成されている。
図２は、実施形態に係る蓄電デバイスの断面図である。
図２に示すように、蓄電デバイス３は、外装体１０と、電解液２５とともに外装体１０内に収容された電極体２０と、を主に備えている。
外装体１０は、平面視で円形状に形成されている。具体的に、外装体１０は、有底筒状の正極缶１１と、ガスケット１２を介して正極缶１１に組み付けられるとともに、正極缶１１との間に収容空間Ｓを画成する有頂筒状の負極缶１３と、を有している。収容空間Ｓには、電極体２０および電解液２５が収容される。図示の例において、正極缶１１の内径は、負極缶１３の外径よりも大きくなっている。正極缶１１のうち、収容空間Ｓに面する部分の全体には、保護膜１４が設けられている。保護膜１４は、特に蓄電デバイス３が充電可能な場合において、正極缶１１が電解液２５と接触して腐食することにより蓄電デバイスの性能劣化を促進させることを防止する。なお、正極缶１１と電解液２５との接触による腐食は充電時に起こるため、充電不可能な一次電池においては、保護膜１４の有無は問わない。
ガスケット１２は、環状とされ、正極缶１１の周壁部１１ａ内に嵌合されている。ガスケット１２には、負極缶１３の周壁部１３ａを保持する溝部１２ａが全周に亘って形成されている。負極缶１３は、周壁部１３ａがガスケット１２の溝部１２ａ内に保持された状態で、正極缶１１の周壁部１１ａをカシメることで、正極缶１１に固定されている。
電極体２０は、外装体１０の内形に合わせた円板状に形成されている。電極体２０は、正極２１と、負極２２と、正極２１と負極２２との間に介在するセパレータ２３と、を備えている。正極２１は、保護膜１４を介して正極缶１１に積層されて、正極缶１１と導通している。負極２２は、負極缶１３に直接積層されて、負極缶１３と導通している。
以下、蓄電デバイス３を構成する部材の材質について詳述する。
最初に、蓄電デバイスの正極および負極を構成する活物質について述べる。蓄電デバイス３の正極２１および負極２２は、十分な容量をもち、かつ非磁性であることが求められる。高容量である各種蓄電デバイスの活物質が磁石に吸引されるかどうかを調べた結果を以下の表１に示す。
Figure 0006654031
表１におけるテストの方法は、粉末の活物質（Ｌｉのみ箔）に、最大エネルギー積が３０ＭＧＯｅ（２３９ｋＪ／ｍ３）のサマリウムコバルト磁石（セイコーインスツル株式会社製）を接触させ、磁石に吸引されなかったものを○、弱く吸引されたものを△、吸引されたものを×、強力に吸引されたものを××として評価した。Ｆｅは、強磁性体の参考として評価した。また、一般に蓄電デバイスは、体積当たりの容量を高めるため粉末を圧縮して利用することが多い。そこで、活物質の塑性変形によって磁性が変化するかどうか確かめるため、活物質と樹脂バインダーを９：１の割合で混ぜた粉末を４ｔｆ／ｃｍ２（３９２ＭＰａ）の力で圧縮し、ペレット状にしたものを、上記と同じ磁石に接触させて評価した。
アルカリ電池では、正極にＭｎＯ２が用いられ、負極にＺｎが用いられる。ＭｎＯ２は弱く磁石に吸引された。Ｚｎは磁石に吸引されなかった。
酸化銀電池では、正極にＡｇ２Ｏが用いられ、負極にＺｎが用いられる。Ａｇ２ＯおよびＺｎのいずれも磁石に吸引されなかった。
リチウム一次電池では、正極にＭｎＯ２が用いられ、負極にＬｉが用いられる。ＭｎＯ２は弱く磁石に吸引された。Ｌｉは磁石に吸引されなかった。
リチウム二次電池では、正極にＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２やＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２が用いられる。また、負極にＳｉやＳｉＯ等の活物質とＬｉとが組み合わされて用いられる。これらの材料のうち、正極に用いられるＬｉ４Ｍｎ５Ｏ１２は弱く磁石に吸引された一方、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２は磁石に吸引されなかった。また、負極に用いられるＳｉは弱く磁石に吸引された一方、ＳｉＯは磁石に吸引されなかった。
リチウムイオン二次電池では、正極にＬｉＣｏＯ２が用いられ、負極にＣが用いられる。ＬｉＣｏＯ２およびＣのいずれも磁石に吸引されなかった。
電気二重層キャパシタは、正極および負極のいずれにも活性炭が用いられる。活性炭は磁石に吸引されなかった。
なお、上述した活物質は、Ｌｉを除いていずれも粉末およびペレット状において結果は同じであった。
次に蓄電デバイスの電解液の磁性について述べる。蓄電デバイス３の電解液２５は、非磁性であることが求められる。
電解液の磁性のテスト方法は、ガラス瓶に電解液を入れ、ガラス瓶の外から磁石を近づけ、電解液が吸引されるかどうかを観察した。
アルカリ電池や酸化銀電池では、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液が用いられる。水酸化ナトリウム水溶液および水酸化カリウム水溶液は、磁石に吸引されなかった。
リチウム一次電池やリチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタでは、溶媒としてプロピレンカーボネートやエチレンカーボネート、スルホラン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメトキシエタン、アセトニトリルが用いられる。上述した溶媒は、磁石に吸引されなかった。電解質としては、過塩素酸リチウムやホウフッ化リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、リチウムビス（トロフルオロメタンスルホニル）イミド、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド、ホウフッ化テトラエチルアンモニウム、５−アゾニアスピロ（４、４）ノナンテトラフルオロボラートが用いられる。上述した電解質は、磁石に吸引されなかった。さらに、上述した溶媒と電解質とを混合したものは、磁石に吸引されなかった。
また、イオン液体である１−エチル３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボラートは、磁石に吸引されなかった。なお近年、磁石に吸引されるイオン液体も見出されているが、蓄電デバイス３の電解液２５としては好ましくない。
次に蓄電デバイスの外装体について述べる。蓄電デバイス３の外装体は、非磁性であることが求められる。各種蓄電デバイスの外装体の材料が磁石に吸引されるかどうかを調べた結果を以下の表２に示す。
Figure 0006654031
表２に示した外装体の磁性のテスト方法は、厚み０．２ｍｍの板状のものと、この板を正極缶や負極缶として缶状にプレス加工したものと、をそれぞれ磁石に近づけて吸引されるかどうかを観察した。磁石に吸引されなかったものを○、弱く吸引されたものを△、吸引されたものを×、強力に吸引されたものを××として評価した。
表２に示すように、鉄を主成分とする冷間圧延鋼板（ＳＰＣＥ）や、フェライト系ステンレス（ＳＵＳ４３０）は、強力に磁石に吸引された。オーステナイト・フェライト二相ステンレス（ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ）は、磁石に吸引された。オーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ）は、板状では磁石に吸引されなかったが、缶状にプレス加工されたものでは磁石に弱く吸引された。これは、板をプレス加工する過程でオーステナイトの一部が磁性のあるマルテンサイトに変態したと考えられる。非磁性ステンレス鋼（ナス鋼帯株式会社製 ＮＭ１７）は、板状でも、缶状にプレス加工されたものでも、磁石に吸引されなかった。また、アルミニウムおよび銅は、磁石に吸引されなかった。ニッケルは、磁石に強力に吸引された。
上記のテスト結果により、正極２１および負極２２に用いる活物質は、例えば表１に示した磁石テストの結果から選ぶ。
蓄電デバイス３として酸化銀電池（ＳＲ）を適用する場合、正極活物質にＡｇ２Ｏ、負極活物質にＺｎを用いることで、１．５Ｖで非磁性の蓄電デバイス３とすることができる。
蓄電デバイス３としてリチウム二次電池を適用する場合、正極活物質にＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、負極活物質にＳｉＯにＬｉを反応させたものを用いることで、１．５Ｖで非磁性の蓄電デバイス３とすることができる。
蓄電デバイス３としてリチウムイオン二次電池を適用する場合、正極活物質にＬｉＣｏＯ２、負極活物質にＣを用いることで、３．７Ｖで非磁性の蓄電デバイス３とすることができる。
蓄電デバイス３として電気二重層キャパシタを適用する場合、正極２１および負極２２に活性炭を用いることで、非磁性の蓄電デバイス３とすることができる。
蓄電デバイス３としてアルカリ乾電池やアルカリ電池（ＬＲ）、リチウム一次電池（ＣＲ）、リチウム二次電池等を適用する場合、正極２１にＭｎ系の活物質が用いられる。Ｍｎ系の活物質は、磁石に弱く吸引されるため、電磁力により動作するアクチュエータ４から距離を離して配置することが望ましい。
上述した活物質に対して、必要に応じて炭素からなる導電助剤および樹脂バインダーを混合したものを圧縮し、正極２１および負極２２とする。
セパレータ２３は、ポリプロピレンやポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、セルロース等の非磁性体の材料を用いる。
電解液２５は、上述したいずれかの溶媒と電解質とを混合したものを用いている。
蓄電デバイス３の外装体１０を形成する材料は、外装体１０の加工方法も考慮して、例えば表２に示したテストの結果から選ぶ。例えば金属板を塑性変形させることなく外装体１０を形成する場合は、オーステナイト系ステンレス、非磁性ステンレス、アルミニウムおよび銅のうちいずれかの材料により形成することが好ましい。プレス加工等により塑性変形させて外装体１０を形成する場合は、材料として非磁性ステンレスが最適である。アルミニウムは、非磁性体であるが、柔らかく伸びにくいためプレス加工が難しい。また外装体１０は、強度や重さ、耐食性等も考慮しなければならない。アルミニウムは、軽量であり、空気中や非水電解液中で耐食性に優れる一方で、強度が低いという欠点がある。銅は、空気中で酸化しやすいという欠点がある。各種ステンレスは、強度があり空気中で安定であるが、非水電解液中の耐食性においてアルミニウムより劣る。本実施形態では、正極缶１１および負極缶１３は、非磁性ステンレスの板材をプレス加工することにより形成されている。
ガスケット１２は、ナイロンやポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン等の絶縁性を有する非磁性体である樹脂材料により形成されている。
保護膜１４は、導電性を有する非磁性体であり、かつ腐食しにくい材料により形成される。具体的に、保護膜１４は、炭素およびアルミニウムのうち少なくともいずれか一方を含む材料により形成されている。保護膜１４は、例えば炭素粉末と樹脂と溶媒を混合したペーストを正極缶１１の内面に塗布して乾燥させることで形成される。また、保護膜１４は、アルミニウムを正極缶１１の内面に蒸着やスパッタリング等により成膜することで形成することも可能である。さらに、保護膜１４は、非磁性ステンレス等の磁石に吸引されない材料、およびアルミニウムのクラッド板を作製し、これを缶状にプレス加工することで形成することも可能である。
このように蓄電デバイス３に用いるすべての部材を磁石に吸引されない材料で形成するのが最も好ましい形態である。
アクチュエータ４は、第２空間Ｓ２において蓄電デバイス３と隔壁２ｂとの間に配置されている。アクチュエータ４は、パイプ４１と、パイプ４１内に配置された磁石４３と、パイプ４１の両端部に配置された一対のコイル４５と、を備えている。パイプ４１は、例えばアルミニウムにより、両端部が閉塞された円筒状に形成されている。パイプ４１は、カプセル２と同軸に配置されている。磁石４３は、パイプ４１の長さよりも短く形成され、パイプ４１内を軸方向に変位可能に配置されている。一対のコイル４５は、それぞれパイプ４１の両端部の外周面に捲回されている。アクチュエータ４は、制御回路８で生成された交流電流がコイル４５に印加されることで、可動子である磁石４３を軸方向に沿って往復運動させ、可動子の移動による慣性力や外壁に衝突する際に発生する衝撃力で、カプセル内視鏡１を一定方向に進行させる。
受電コイル５は、第２空間Ｓ２において、蓄電デバイス３を挟んでアクチュエータ４と反対側に配置されている。受電コイル５は、中空状に形成されている。受電コイル５は、図示しない外部の送電コイルとともに、ワイヤレス電力伝送に用いられる。受電コイル５において発電された電力は、制御回路８を通じて、アクチュエータ４やカメラ６、ＬＥＤ７等に供給されるとともに、蓄電デバイス３の充電に用いられる。
カメラ６は、第１空間Ｓ１において隔壁２ｂに取り付けられている。カメラ６は、透光性を有するカプセル２の一端部２ａを介して、カプセル２の外部を撮像可能とされている。
ＬＥＤ７は、第１空間Ｓ１において隔壁２ｂに取り付けられている。ＬＥＤ７は、透光性を有するカプセル２の一端部２ａを介して、カプセル２の外部を照射可能とされている。なお、ＬＥＤ７は、単独で設けられてもよいし、複数設けられてもよい。
制御回路８は、第２空間Ｓ２において、アクチュエータ４とカプセル２の周壁との間に配置されている。
上記のように構成されたカプセル内視鏡１は、外部の送電コイル（不図示）から受電コイル５へワイヤレスで伝送された電力を、アクチュエータ４やカメラ６、ＬＥＤ７等への給電、および一対の蓄電デバイス３の充電に用いる。このように構成することで、蓄電デバイス３からアクチュエータ４やカメラ６、ＬＥＤ７等に供給する電力量は、送電コイルに対するカプセル内視鏡１の位置や角度変化による受電電力の低下分のみとすることができる。これにより、カプセル内視鏡１は、蓄電デバイスから供給される電力のみで動作する構成と比較して、容量が小さい小型の蓄電デバイス３により駆動可能となる。なお、蓄電デバイス３は、一次電池や二次電池よりも瞬間的に大きな電流を取り出せる電気二重層キャパシタを適用することが望ましい。
以下、本実施形態の作用について説明する。
最初に、アクチュエータ４に対する蓄電デバイス３の影響について評価した結果を説明する。
図３は、アクチュエータに対する蓄電デバイスの影響評価用のカプセル内視鏡の概略構成を示す断面図である。
図３に示すように、カプセル内視鏡１０１は、評価用に構成されたものであり、受電コイル５、カメラ６およびＬＥＤ７を備えていない点以外は、実施形態のカプセル内視鏡１と同様の構成を有している。
より詳細に、カプセル内視鏡１０１において、蓄電デバイス３は、コイン形の電気二重層キャパシタであり、外径が９．４ｍｍ、厚さが２．０ｍｍとなっている。正極缶１１および負極缶１３は、非磁性ステンレスの板材をプレス加工することにより形成されている。保護膜１４は、カーボンブラックとフェノール樹脂と溶媒とを混合したペーストを正極缶１１の内面に塗布し乾燥させることで形成されている。正極２１および負極２２は、活性炭とカーボンブラックとポリテトラフルオロエチレンとを７：２：１の割合で混ぜ、圧縮したものにより形成されている。電解液２５は、プロピレンカーボネートにホウフッ化テトラエチルアンモニウムを１ｍｏｌ／Ｌ溶解したものを用いた。
このように作製した蓄電デバイス３の表面に、最大エネルギー積が３０ＭＧＯｅ（２３９ｋＪ／ｍ３）のサマリウムコバルト磁石を接触させたところ、蓄電デバイス３は、磁石に吸引されなかった。このように作製した一対の蓄電デバイス３を直列接続し、５Ｖで充電してからアクチュエータ４と並んで配置し、可動子である磁石４３を左右に動かして、カプセル内視鏡１０１の駆動力をデジタルフォースゲージで測定したところ、０．５Ｎであった。
これに対して、正極缶をＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌにより形成し、負極缶をＳＵＳ３０４により形成し、保護膜は設けず、これ以外は上記蓄電デバイス３と同様に構成した蓄電デバイス（以下、「第１の比較用蓄電デバイス」という。）を作製した。第１の比較用蓄電デバイスに対して、上述のサマリウムコバルト磁石を接触させたところ、第１の比較用蓄電デバイスは、磁石に吸引された。第１の比較用蓄電デバイスとアクチュエータ４との組合せでは、可動子である磁石４３を往復運動させることができず、カプセル内視鏡を走行させることができなかった。
以上の結果より、蓄電デバイス３が非磁性体により形成されているため、電磁力により動作するアクチュエータ４の近くに蓄電デバイス３が配置されることによる磁界の変化を抑制でき、アクチュエータ４の動作が妨げられることを防止できることがわかる。これにより、アクチュエータ４による十分な駆動力を確保できるとともに、アクチュエータ４の消費電力が大きくなることを防止できる。
次に、受電コイル５に対する蓄電デバイス３の影響について評価した結果を説明する。
図４および図５は、受電コイルに対する蓄電デバイスの影響評価用の小型電子機器および送電手段の概略構成図である。
図４に示すように、小型電子機器２０１は、受電コイル５と、受電コイル５に接続された１５０ｍＷの電球２０９と、を備えている。小型電子機器２０１には、送電手段２１０から電力を伝送する。送電手段２１０は、商用電源を利用した交流発生器２１１と、交流発生器２１１に接続された送電コイル２１３と、を備えている。送電手段２１０は、送電コイル２１３から受電コイル５へワイヤレスで電力を伝送する。
最初に、小型電子機器２０１に対して送電コイル２１３から電力を伝送すると、電球２０９は、明るく点灯した。さらに、小型電子機器２０１と送電コイル２１３との間において、上記蓄電デバイス３を受電コイル５と並んで配置した状態で、小型電子機器２０１に対して送電コイル２１３から電力を伝送すると、電球２０９の明るさは変化せず、明るく点灯した。
これに対して、蓄電デバイス３を第１の比較用蓄電デバイスに置き換えたところ、電球２０９の明るさは暗くなった。
以上の結果より、蓄電デバイス３が非磁性体により形成されているため、蓄電デバイス３が受電コイル５の近くに配置されることによる受電電力の低下を抑制できることがわかる。
また、図５に示すように、小型電子機器２０１の受電コイル５の内側に、蓄電デバイス３を配置したところ、蓄電デバイス３を受電コイル５と並んで配置した状態と同様に、電球２０９は明るく点灯した。このように、中空状の受電コイル５の内側に、磁石に吸引されない蓄電デバイス３を入れても受電電力の影響がないことから、カプセル２の内部のスペースを有効利用できる。カプセル２内の空いたスペースは、アクチュエータ４を大きくし、より大きな駆動力を得るようにしたり、細胞の採取機構を設けたり、薬を搭載し体内の患部へ直接投薬できる機構を設けたり、より高性能なカプセル内視鏡１にできる。
次に、保護膜１４の作用について評価した結果を説明する。
上記蓄電デバイス３に対して、比較用の蓄電デバイスとして、正極缶および負極缶を非磁性ステンレスにより形成し、保護膜は設けず、これ以外は蓄電デバイス３と同様に構成した蓄電デバイス（以下、「第２の比較用蓄電デバイス」という。）を作製した。蓄電デバイス３および第２の比較用蓄電デバイスの磁石テストおよび耐久試験の結果を以下の表３に示す。
Figure 0006654031
表３における磁石テストの方法は、蓄電デバイス３および第２の比較用蓄電デバイスをそれぞれ磁石に近づけて引き寄せられるかどうかを観察した。磁石に吸引されなかったものを○、弱く吸引されたものを△、吸引されたものを×、強力に吸引されたものを××として評価した。その結果、蓄電デバイス３および第２の比較用蓄電デバイスは、いずれも磁石に吸引されなかった。
耐久試験は、下記の手順で容量維持率を測定した。
（１）容量測定１
蓄電デバイス３および第２の比較用蓄電デバイスをそれぞれ２．５Ｖで充電した後、電極面積当たり３５ｍＡ/ｃｍ２で放電し、充電電圧の８０％から４０％になるまでの時間から容量Ｃ１を計算した。
（２）４０℃の恒温槽に蓄電デバイス３および第２の比較用蓄電デバイスを入れ、２．５Ｖで１週間充電し続けた。
（３）容量測定２
上記容量測定１と同じ方法により容量Ｃ２を計算した。
（４）容量維持率をＣ２／Ｃ１とした。
表３に示すように、第２の比較用蓄電デバイスは、容量維持率が０であったのに対し、蓄電デバイス３は、容量維持率が９２％となった。
以上の結果より、正極缶１１に保護膜１４を形成したことで、正極缶１１の腐食を防ぐことができたことがわかる。これにより、蓄電デバイス３を劣化が少ない電気二重層キャパシタとすることができる。
このように、本実施形態によれば、蓄電デバイス３が非磁性体により形成されているため、電磁力により動作するアクチュエータ４の近くに蓄電デバイス３が配置されることによる磁界の変化を抑制できる。したがって、アクチュエータ４の近くに蓄電デバイス３が配置されることによってアクチュエータ４の動作が妨げられることを防止できる。
また、蓄電デバイス３が非磁性体により形成されているため、ワイヤレス電力伝送のための受電コイル５の近くに蓄電デバイス３が配置されることによる受電電力の低下を抑制できる。
さらに、カプセル内視鏡１では、蓄電デバイス３および受電コイル５が制御回路８を通じて、アクチュエータ４やカメラ６、ＬＥＤ７等に電力を供給する。このため、蓄電デバイス３からアクチュエータ４やカメラ６、ＬＥＤ７等に供給する電力量は、送電コイルに対するカプセル内視鏡１の位置や角度変化による受電電力の低下分のみとすることができる。これにより、カプセル内視鏡１は、容量が小さい小型の蓄電デバイス３により駆動可能となる。
また、蓄電デバイス３の外装体１０は、非磁性ステンレスにより形成されているので、プレス加工が難しいアルミニウムにより外装体が形成される場合と比較して、容易にプレス加工することができ、製造コストを低減させることができる。したがって、安価なカプセル内視鏡１を提供できる。
また、外装体１０のうち、正極缶１１における蓄電デバイス３の電解液２５と接触する面には、炭素およびアルミニウムのうち少なくともいずれか一方を含む材料により形成された保護膜１４が設けられているので、外装体１０と電解液２５とが接触して外装体１０が腐食することを防止できる。したがって、蓄電デバイス３の性能劣化を抑制することができる。特に、本実施形態では、外装体１０は非磁性ステンレスにより形成されているので、保護膜１４を設けることで非磁性ステンレスの腐食を確実に防止し、蓄電デバイス３の性能劣化をより効果的に抑制することができる。
また、蓄電デバイス３の電極（正極２１および負極２２）は、酸化銀、二酸化マンガン、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、チタン酸リチウム、亜鉛、炭素、活性炭、ケイ素、一酸化ケイ素およびリチウムのうち少なくとも１つを含むので、非磁性体により形成された高容量な蓄電デバイス３を備えたカプセル内視鏡１が得られる。
また、蓄電デバイス３はコイン形であるので、円筒状のカプセル２内に隙間なく収容することができる。このため、カプセル２を小型化することが可能となり、カプセル内視鏡１をより小型化することができる。また、カプセル２内の限られたスペースを有効に利用することが可能となり、より高性能なカプセル内視鏡１とすることができる。
そして、カプセル内視鏡１によれば、自走機能を備え、ワイヤレス電力伝送による受電電力の低下が抑制された高性能なカプセル内視鏡１とすることができ、患者の負担を低減することができる。
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、蓄電デバイス３はコイン形とされているが、これに限定されず、例えば金属板をプレス加工等により塑性変形させることで形成した、乾電池のような円筒型や、平板型等であってもよい。
また、上記実施形態においては、カプセル内視鏡１において、蓄電デバイス３は受電コイル５と並んで配置されているが、これに限定されない。例えば、図１に示すカプセル内視鏡１において、図７に示すように蓄電デバイス３を受電コイル５の内側に配置してもよい。この構成によれば、カプセル２の内部のスペースを有効利用でき、より高性能なカプセル内視鏡１とすることができる。
また、上記実施形態においては、カプセル内視鏡１は、アクチュエータ４および受電コイル５を備えているが、これに限定されない。カプセル内視鏡は、アクチュエータ４を備えるとともに、受電コイル５を備えていなくてもよい。また、カプセル内視鏡は、受電コイル５を備えるとともに、アクチュエータ４を備えていなくてもよい。
また、蓄電デバイス３は、正極缶１１のうち、収容空間Ｓに面する部分の全体に保護膜１４が設けられているが、これに限定されず、収容空間Ｓに面し、電解液２５と接触する面の一部に設けられていてもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
１…カプセル内視鏡（小型電子機器） ２…カプセル（ケース） ３…蓄電デバイス ４…アクチュエータ（作動部品） ５…受電コイル １０…外装体 １４…保護膜 ２１…正極（電極） ２２…負極（電極） ２５…電解液

Claims (9)

  1. 電磁力により変位する可動子を有する作動部品と、
    蓄電デバイスと、
    前記作動部品および前記蓄電デバイスが収容されるケースと、を備え、
    前記蓄電デバイスは、非磁性体により形成されている
    ことを特徴とする小型電子機器。
  2. 電磁力により動作する作動部品と、
    蓄電デバイスと、
    前記作動部品および前記蓄電デバイスが収容されるケースと、を備え、
    前記蓄電デバイスは、非磁性体により形成され、
    前記蓄電デバイスは、外装体を備え、
    前記外装体は、非磁性ステンレスにより形成されている
    ことを特徴とする小型電子機器。
  3. ワイヤレス電力伝送のための受電コイルと、
    蓄電デバイスと、
    前記受電コイルおよび前記蓄電デバイスが収容されるケースと、を備え、
    前記蓄電デバイスは、非磁性体により形成され、
    前記蓄電デバイスは、外装体を備え、
    前記外装体は、非磁性ステンレスにより形成されている
    ことを特徴とする小型電子機器。
  4. 電磁力により動作する作動部品と、
    ワイヤレス電力伝送のための受電コイルと、
    蓄電デバイスと、
    前記作動部品、前記受電コイルおよび前記蓄電デバイスが収容されるケースと、を備え、
    前記蓄電デバイスは、非磁性体により形成され、
    前記蓄電デバイスは、外装体を備え、
    前記外装体は、非磁性ステンレスにより形成されている
    ことを特徴とする小型電子機器。
  5. 前記蓄電デバイスは、前記受電コイルの内側に配置されている
    ことを特徴とする請求項３または４に記載の小型電子機器。
  6. 前記蓄電デバイスは、外装体を備え、
    前記外装体のうち、前記蓄電デバイスの電解液と接触する面の少なくとも一部には、炭素およびアルミニウムのうち少なくともいずれか一方を含む材料により形成された保護膜が設けられている
    ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の小型電子機器。
  7. 前記蓄電デバイスの電極は、酸化銀、二酸化マンガン、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、チタン酸リチウム、亜鉛、炭素、活性炭、ケイ素、一酸化ケイ素およびリチウムのうち少なくとも１つを含む
    ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の小型電子機器。
  8. 前記蓄電デバイスはコイン形である
    ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の小型電子機器。
  9. カプセル内視鏡であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の小型電子機器。
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