JP2013066542A - 高熱伝導ケーブルおよびその高熱伝導ケーブルを用いた内視鏡装置 - Google Patents

Abstract

【目的】ケーブルの排熱性を向上させる。
【構成】複数の芯線22を覆うように，第１のシールド31，中間シース32，第２のシールド33，絶縁用外皮チューブ34および絶縁層35が形成されている。絶縁用外皮チューブ34には高熱伝導フィラーが充填されており，高伝導フィラーが充填されていないフッ素樹脂の熱伝導率よりも高い。絶縁用外皮チューブ34の熱伝導率が高いので，そのチューブ34を通して排熱できる。しかも，絶縁層35が形成されているので，熱が周囲に拡散してしまうことを未然に防止できる。
【選択図】図２

Description

この発明は，高熱伝導ケーブルおよびその高熱伝導ケーブルを用いた内視鏡装置に関する。

狭小空間に撮像素子を含む電子部品等の発熱体が高密度に配置されている内視鏡では，処置時の発熱による撮像素子のノイズ，人体組織の火傷などの問題があるので，排熱手段が必要である。内視鏡の先端部に含まれている撮像素子などの回路から発生した熱は，人体組織への影響を考慮すると，後方の基端側に排熱する必要がある。

このようなものとして，先端にＬＥＤを搭載した内視鏡において，ＬＥＤとケーブルとを熱伝導可能に接続し，ＬＥＤで発熱した熱を排出するものがある（特許文献１）。また，内視鏡先端部の発熱領域を冷却して，観察光源の高輝度化を図るもの（特許文献２），撮像素子から発生した熱を拡散するもの（特許文献３），プローブの内部での温度上昇を抑制するもの（特許文献４）などもある。

特開2011-83617号公報 特開2010-263946号公報 特開2011-24800号公報 特開2005-103094号公報

しかしながら，特許文献１に記載のものでは，ＬＥＤで発生した熱をケーブルに使用している導電材料（金属線）のみで排熱しており，ケーブル構成部材である絶縁体は排熱性が低い。また，ケーブル単線のみの構成であるため，他の発熱部材からの熱を排熱するための熱容量が不足する可能性が残る。さらに，熱容量を増やそうとした場合，ケーブルが太くなり，内視鏡の挿入部の径が太くなる問題も懸念される。また，特許文献２から４に記載のものであっても，排熱が十分とは考えられない。

この発明は，ケーブルの排熱性を向上させることを目的とする。

この発明による高熱伝導ケーブルは，１または複数の芯線を覆う絶縁用外皮チューブに絶縁性の高熱伝導フィラーが充填されており，上記絶縁用外皮チューブの熱伝導率は，フッ素樹脂の熱伝導率よりも高く，かつ上記絶縁用外皮チューブの表面に断熱層が形成されていることを特徴とする。

この発明によると，芯線を覆う絶縁用外皮チューブには絶縁性の高熱伝導フィラーが充填されており，その熱伝導率は，フッ素樹脂の熱伝導率よりも高い。このために，絶縁用外皮チューブによる排熱性が高い。内視鏡などの利用した場合に，内視鏡の挿入部の先端部に含まれている回路により発生する熱を，効率良く基端側に排熱できる。とくに，絶縁用外皮チューブの表面には断熱層が形成されているから，高熱伝導ケーブルの周囲に熱が拡散されてしまうことを未然に防止でき，熱を，より効率よく基端側に排熱できるようになる。さらに，高熱伝導ケーブルを内視鏡に利用した場合には，断熱層により，被験者の体温を内視鏡の先端部に伝えてしまうことも防止できる。

上記絶縁用外皮チューブの厚さと上記断熱層の厚さとかがほぼ同じであることが好ましい。

上記芯線と上記絶縁用外皮チューブとの間に，１または複数の導電体のシールド層が形成されていてもよい。

上記１または複数の導電体のシールド層は，たとえば，高熱伝導ケーブルの長手方向に放熱の指向性をもつグラファイト・シートである。

上記絶縁用外皮チューブに充填される上記高熱伝導フィラーの割合は，たとえば，10vol％から70vol％である。

体内に挿入される挿入部の先端部分に含まれている回路から出力される信号を，上記の高熱伝導ケーブルを通して伝送する内視鏡装置を構成してもよい。

内視鏡挿入部の先端部を示す断面図である。 高熱伝導ケーブル９の断面図である。 体積充填率と熱伝導率との関係を示している。 高熱伝導ケーブル９Ａの断面図である。

図１は，この発明の実施例を示すもので，内視鏡の挿入部の先端部１の断面図である。

先端部１には，外部に露出しているレンズＬ（必要に応じてガラス・カバーが設けられているのはいうまでもない）を含むレンズ鏡胴２が含まれている。このレンズ鏡胴２内のレンズＬ等によって集光された検査対象を表わす光学像は，プリズム３で反射し，撮像素子４の受光面に結像する。

撮像素子４から出力される画像信号は，回路基板６に実装されている回路７に入力し，所定の処理が行われて信号用導電線８に伝達される。信号用導電線８は，高熱伝導ケーブル９を構成する。撮像により得られた画像信号は，支持台10によって指示されている高熱伝導ケーブル９によって内視鏡挿入部の基端側に送信される。

内視鏡挿入部の先端部１には，内視鏡挿入部の長手方向に沿って鉗子チャネル11も形成されている。

内視鏡挿入部の先端部１には，撮像素子１，回路などが実装されているから，熱が発生する。先端部１に熱が発生すると，撮像素子１へのノイズの混入，人体組織が火傷するなどの問題がある。この実施例では，高熱伝導ケーブル９を用いて基端側に排熱させられる。

図２は，高熱伝導ケーブル９の断面図である。

高熱伝導ケーブル９の直径は，ほぼ１mmから1.5mmであるが，その他の直径であっても構わない。高熱伝導ケーブル９には，複数（１本でもよい）の芯線22が含まれている。芯線22は，直径が10μmから50μm程度の多数の銅線の束から構成されている。これらの複数の芯線22のそれぞれは，厚さが0.05mmから0.2mm程度の絶縁用フッ素樹脂のチューブ23で覆われている。絶縁用フッ素樹脂のチューブ23で覆われている芯線22が上述した信号用導電線８（図１参照）である。また，高熱伝導ケーブル９には，直径が10μmから50μm程度の多数の銅線の束から構成されているグランド用配線21も含まれている。

これらのグランド用配線21および絶縁用フッ素樹脂のチューブ23で覆われている芯線22が第１のシールド（内シールド）31によって覆われている。第１のシールド31は，直径が10μmから50μm程度の多数の銅線の束から構成されているもので，グランド用配線である。第１のシールド31は，厚さ0.05mmから0.2mm程度のフッ素樹脂からなる絶縁用中間シース32によって覆われている。さらに，絶縁用中間シース32は，第２のシールド（外シールド）33によって覆われている。第２のシールド33も第１のシールド31と同様に，直径が10μmから50μm程度の多数の銅線の束から構成されているもので，グランド用配線である。この実施例では，第１のシールド31と第２のシールド33との二層シールドとなっているので，ノイズを効率良く除去できる。もっとも，第１のシールド31と第２のシールド33との二層シールドとせずに，いずれか一方のシールドのみが設けられてもよい。さらに，第１のシールド31と第２のシールド33とのいずれのシールドも設けられなくともよい。

さらに，第２のシールド33は，厚さ0.05mmから0.2mm程度の絶縁用外皮チューブ34によって覆われている。この絶縁用外皮チューブ34は，絶縁用のフッ素樹脂から構成されている。絶縁用外皮チューブ34は，絶縁性の高熱伝導フィラーが充填（混練）されており，高熱伝導フィラーが充填されていないフッ素樹脂のチューブよりも熱伝導率が高くなっている。高熱伝導フィラーの平均粒径は，たとえば，５μmから20μm程度である。

絶縁用外皮チューブには，熱伝導率がたとえば2.0W/mk以上となるよう，フッ素樹脂に高熱伝導フィラー（絶縁性フィラー）が充填される。高熱伝導フィラーには，たとえば，二酸化珪素，酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，窒化シリコン，ダイアモンドなどがある。フッ素樹脂の熱伝導率が0.2（W/mk），二酸化珪素の熱伝導率が12（W/mk），酸化アルミニウムの熱伝導率が36（W/mk），窒化シリコンの熱伝導率が45(W/mk)，炭化シリコンの熱伝導率が125（W/mk），窒化アルミニウムの熱伝導率が2000（W/mk），ダイアモンドの熱伝導率が2300(W/mk)である。これらの高熱伝導フィラーがフッ素樹脂に充填されることにより，熱伝導率が高くなることは理解できよう。

さらに，絶縁用外皮チューブ34は，絶縁用外皮チューブ34の厚さとほぼ同じ厚さをもつ断熱層35によって覆われている。断熱層35は，フッ素樹脂にマイクロ・バルーンが充填されることにより構成される。絶縁用外皮チューブ34の外側から，マイクロ・バルーンが充填されているフッ素樹脂が塗布され，かつ硬化させられることにより，断熱層35が生成される。

図２においては，分りやすくするために，第１のシールド31によって覆われている複数の芯線22同士または複数の芯線22とグランド用配線21との間に隙間ができているが，実際にはそのような隙間ができていないのはいうまでもない。

図３は，体積充填率と熱伝導率との関係を示している。

横軸が体積充填率であり，縦軸が熱伝導率である。二酸化珪素の関係を示すグラフＧ１，酸化アルミニウムの関係を示すグラフＧ２，窒化アルミニウムの関係を示すグラフＧ３およびダイアモンドの関係を示すグラフＧ４が示されている。

体積充填率が大きくなるほど，熱伝導率が高くなるが，体積充填率が余り高くなりすぎると，フィラーが充填された樹脂の柔軟性が低くなる。このために，体積充填率は10vol%から70vol%程度が好ましい。

図４は，他の実施例を示すもので，高熱伝導ケーブル９Ａの断面図である。この図において，図２に示すものと同一物については同一符号を付して説明を省略する。

図４に示す高熱伝導ケーブル９Ａにおいては，第１のシールド31Ａおよび第２のシールド33Ａ（いずれか一方でもよい）が厚さ0.1mmから0.2mm程度の導電性シートから構成されている。導電性シートとしては，高熱伝導ケーブル９Ａの長手方向に異方性をもっているグラファイト・シート，アルミ箔，銅箔などがある。銅線の熱伝導率は375(W/mk)，長手方向に異方性をもったグラファイトの熱伝導率は1500(W/mk)，銅線の熱伝導率は395(W/mk)であり，長手方向に異方性をもったグラファイト，銅箔の熱伝導率はいずれも銅線の熱伝導率よりも高いので，排熱効率が高くなる。また，アルミ箔の熱伝導率は273(W/mk)であり，銅線の熱伝導率よりも低いが，線を束ねた場合よりも断面積を増やすことができるので，第１のシールド31Ａおよび第２のシールド33Ａにアルミ箔が利用されることにより，排熱効率が高くなる。

第１のシールド31Ａおよび第２のシールド33Ａの両方とも導電性シートを使用せずに，いずれか一方を使用するようにしてもよい。

１ 内視鏡挿入部の先端部
９，９Ａ 高熱伝導ケーブル
22 芯線
34 絶縁用外皮チューブ
35 断熱層

Claims (6)

1. １または複数の芯線を覆う絶縁用外皮チューブに絶縁性の高熱伝導フィラーが充填されており，上記絶縁用外皮チューブの熱伝導率は，フッ素樹脂の熱伝導率よりも高く，かつ上記絶縁用外皮チューブの表面に断熱層が形成されている，
   高熱伝導ケーブル。
2. 上記絶縁用外皮チューブの厚さと上記断熱層の厚さとかがほぼ同じである，
   請求項１に記載の高熱伝導ケーブル。
3. 上記芯線と上記絶縁用外皮チューブとの間に，１または複数の導電体のシールド層が形成されている，
   請求項１または２に記載の高熱伝導ケーブル。
4. 上記１または複数の導電体のシールド層が，高熱伝導ケーブルの長手方向に放熱の指向性をもつグラファイト・シートである，
   請求項３に記載の高熱伝導ケーブル。
5. 上記絶縁用外皮チューブに充填される上記高熱伝導フィラーの割合が，10vol％から70vol％である，
   請求項１から４のうち，いずれか一項に記載の高熱伝導ケーブル。
6. 体内に挿入される挿入部の先端部分に含まれている回路から出力される信号を，請求項１から５のうち，いずれか一項に記載の高熱伝導ケーブルを通して伝送する，内視鏡装置。

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