JP3798948B2

JP3798948B2 - 内視鏡の製造方法、および、内視鏡

Info

Publication number: JP3798948B2
Application number: JP2001058436A
Authority: JP
Inventors: 泰行二木; 哲也田上
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2021-03-02
Also published as: JP2002253487A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学部材と、この光学部材を保持する金属枠とを接合する内視鏡の製造方法、および、光学部材と、この光学部材を保持する金属枠とが接合されて形成される内視鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内視鏡は、現在、医療分野および工業分野の様々な場面において使用されている。とりわけ、医療分野においては、近年、体腔内に挿入されて体腔内の深部等を観察したり、必要に応じて処置具を用いた治療処置等を行なうことができる多機能の内視鏡が広く使用されるようになってきている。そして、このような医療用の内視鏡は、感染症等を防止するために、使用の度に消毒滅菌されなければならない。
【０００３】
内視鏡の滅菌方法としては、最近、煩雑な作業を伴わず、滅菌後にすぐに使用でき、しかもランニングコストが安いオートクレーブ滅菌（高圧蒸気滅菌）が主流になりつつある。オートクレーブ滅菌法は、高圧下で高温（約１２０℃〜１３５℃）の水蒸気を被滅菌物に浸透させて滅菌する方法であるが、このオートクレーブ滅菌に内視鏡を対応させるためには、内視鏡の光学系に水蒸気が侵入しないようにする必要がある。特に、光学部材とこれを保持する金属部材との接合は、十分なシール性と耐性とが得られるように成されなければならない。こうした意味で、従来から前記接合に用いられている樹脂系の接着剤は、水蒸気を透過し易いため、オートクレーブ滅菌に適したシール構造が得られるとは言い難い。
【０００４】
そのため、特開平８−１２２６０１号公報には、光学系の構造物と光学部材とを低融点ガラスで気密に接合する技術が開示されている。また、特開平６−２０９８９８号公報には、ステンレス挿入部構成部材に半田付け用の金メッキを施し、光学部材と前記ステンレス挿入部構成部材とを半田付けする技術が開示されている。また、特開平６−８２７２４号公報には、枠と光学部材とを半田付けまたは低融点ガラスで固定する構造において、枠の固定位置周辺に溝を形成し、この溝に球状の低融点ガラスまたは半田を充填して加熱固定する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−１２２６０１号公報に開示されるように、光学系の構造物と光学部材とを低融点ガラスで気密に接合した場合でも、オートクレーブ滅菌を繰り返し行なうと、低融点ガラスが劣化して、気密が確保できなくなる場合がある。その場合には、光学系内部に水蒸気が侵入して、光学系内部に曇りが生じたり、光学部材が劣化して視野不良を引き起こす可能性がある。
【０００６】
一方、特開平６−２０９８９８号公報に開示された技術では、半田付け時に半田の濡れ性を良くするために、フラックスを使用する必要があるが、このフラックスおよび熱によって、ゴーストやフレアーを防止する光学部材表面の反射防止膜が影響を受けることも考えられる。また、この特開平６−２０９８９８号公報においては、半田付けの具体的な手法が示されておらず、従来の半田コテで加熱する場合には、熟練が必要である。
【０００７】
また、特開平６−８２７２４号公報に開示された技術では、溝に球状の半田をセットする作業が煩雑であり、安定した半田付けを行なうことが困難である。
【０００８】
本発明は前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、光学要素に影響を与えることなく、光学系内部を外部に対して確実にシールでき、オートクレーブ滅菌を繰り返し行っても良好な視野を確保することができる作業が容易な、内視鏡の製造方法、および、内視鏡を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、光学部材と、前記光学部材を保持する金属枠とを接合する、内視鏡の製造方法は、半田材料を前記光学部材と前記金属枠とともに真空雰囲気内で加熱して前記半田材料を溶融させて、前記光学部材と前記金属枠とを前記半田材料で半田付けする工程と、成膜源から前記光学部材に反射防止膜を成膜する工程とを同時に行なうことを特徴とする。
【００１０】
また、前記課題を解決するために、光学部材と、前記光学部材を保持する金属枠とが接合されて形成される、内視鏡は、半田材料を前記光学部材と前記金属枠とともに真空雰囲気内で加熱して前記半田材料を溶融させて、前記光学部材と前記金属枠とを前記半田材料で半田付けする工程と、成膜源から前記光学部材に反射防止膜を成膜する工程とを同時に行なって形成されることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１〜図４は本発明の第１の実施形態を示している。図１は医療用もしくは工業用の内視鏡を示している。図示のように、内視鏡本体１は、例えば体内に挿入される挿入部２を備えている。挿入部２は、光学系が組み込まれた先端部３と、湾曲操作される湾曲部４とを有している。挿入部２の基端部には操作部５が設けられており、この操作部５には湾曲部４を遠隔操作するためのアングルレバー６が設けられている。
【００１３】
また、操作部５には軟性コード８が接続されており、この軟性コード８の端部には、図示しない光源装置に着脱自在に接続されるコネクタ７が設けられている。また、コネクタ７には、内視鏡本体１の内部空間と連通可能な口金９が設けられている。内視鏡本体１は水密構造を有しており、口金９は図示しないアダプタを組み付けることで内視鏡本体１の内部空間と連通することができる。なお、口金９は、内視鏡本体１の内部空間の圧力が外部の圧力よりも所定量以上高くなった時に内視鏡本体１の内部空間と連通する逆止弁構造を有していても良い。この場合には、アダプタを使用しないで済む。
【００１４】
図２は、先端部３の内部に組み付けられる撮像ユニット１０の断面を示している。図中、１１は固体撮像素子である。この固体撮像素子１１の前面には、光学部材としてのカバーガラス１２が接着部２２で接着固定されている。この場合、カバーガラス１２と固体撮像素子１１は、非常に低粘性の単分子構造接着剤（例えば１０ｃｐｓ以下）によって互いに接着されている。低粘性の単分子構造接着剤を使用することにより、接着剤の層の厚さを１μｍ以下にすることができ、固体撮像素子１１が設けられている水密空間内への水蒸気（例えばオートクレーブ滅菌による水蒸気）の侵入（接着剤を介した侵入）を最小限に抑えることができる。また、接着剤の劣化、接着材の剥離（固体撮像素子１１とカバーガラス１２との接着面の剥離）を防ぐこともできる。特に、接着時に接着部２２に対して垂直方向に応力をかけることにより、接着層を薄くすることが可能となり、粘性が１０ｃｐｓを越える接着剤であっても厚さを１μｍ以下にすることができ、接着剤の耐性を向上させることができる。
【００１５】
また、カバーガラス１２の外周側面１２ａには、真空蒸着やスパッタリング、イオンプレーティング等によって、例えばクロム、ニッケル、金等の金属被膜が形成されている。また、カバーガラス１２の表面（平面）１２ｂには反射防止膜が成膜されている。なお、カバーガラス１２は、ステンレススチールによって形成された金属枠１３に気密および水密に（以下、「シール状態で」という）半田付け（軟ロウ付け）されている。
【００１６】
撮像ユニット１０の先端側には、内視鏡本体１の外表面に露出する光学部材としてのカバーガラス１４が設けられている。このカバーガラス１４の外周側面１４ａには例えばクロム、ニッケル、金等の金属被膜が成膜されており、カバーガラス１４の裏面（平面）１４ｂには反射防止膜が成膜されている。なお、カバーガラス１４は、ステンレススチールによって形成された金属枠１５にシール状態で半田付け（軟ロウ付け）されている。
【００１７】
カバーガラス１２，１４間で複数のレンズＬを支持するレンズ枠Ｃは、絶縁部材１６によって保持されている。この絶縁部材１６は、例えばセラミックス等の電気絶縁性で且つ水蒸気を透過しない材質によって形成されている。また、絶縁部材１６の両端面１６ａ，１６ｂには、モリブデンマンガン合金の焼き付けや、活性金属（チタン合金等）によるメタライズ（金属被膜）が施されている。
【００１８】
絶縁部材１６には金属枠１７と金属枠１８とが嵌合されている。各金属枠１７，１８は、絶縁部材１６の端面１６ａ，１６ｂにシール状態で半田付け（軟ロウ付け）されている。金属枠１３と金属枠１８、金属枠１５と金属枠１７はそれぞれ溶接によってシール状態で接合されている。したがって、以上の半田付けおよび溶接により、カバーガラス１２とカバーガラス１４とで挟まれた空間は、外部に対して完全にシールされる。
【００１９】
図３は、カバーガラス１４と金属枠１５との接合前の状態を示した断面図であり、カバーガラス１４と金属枠１５との半田付け方法を示している。図示のように、金属枠１５は、例えば炭素、ＰＴＦＥ、アルミナなどの耐熱性を有する材質で形成された第１の治具１１７に嵌合して組み付けられている。具体的には、金属枠１５は、その先端部の内面に形成された段部１５ｂが治具１１７の筒部１１７ａの端面に当て付けられた状態で筒部１１７ａの外周に嵌め付けられている。また、金属枠１５にはカバーガラス１４が落とし込まれている。具体的には、カバーガラス１４は、反射防止膜が設けられた裏面１４ｂの周縁部が金属枠１５の突当て面１５ａに突き当たった状態で、金属枠１５の先端部内に嵌め込まれて位置決めされている。この時、カバーガラス１４の表面側は、金属枠１５のテーパ状の先端面１５ｄとの間に後述する金属リング１９が係合できる隙間を形成するように、金属枠１５の先端面から所定量突出している。すなわち、金属枠１５の突当て面１５ａによって金属枠１５からのカバーガラス１４の表面側の突出量が規定され、これによって、金属枠１５のテーパ状の先端面１５ｄとカバーガラス１４との間に、金属リング１９が係合する隙間が形成される。
【００２０】
また、金属枠１５の先端部の外周面には第２の治具１１８が嵌合されている。この治具１１８は、金属枠１５とカバーガラス１４との間の隙間に係合する金属リング１９を外側から支持できるように、金属枠１５の先端から所定量突出している。この場合、金属枠１５の先端からの治具１１８の突出量は、金属枠１５の外周面に形成された段部１５ｃによって規定される。
【００２１】
なお、金属枠１５とカバーガラス１４との間の嵌合部および金属枠１５の先端面１５ｄには、半田の濡れ性が良いメッキ（ニッケルメッキや金メッキ等）が施されている。
【００２２】
このようにして、カバーガラス１４を金属枠１５に落とし込んで、これらにそれぞれ治具１１７，１１８を組み付けたら、図３に示されるように、金属枠１５の先端面１５ｄ上、具体的には、金属枠１５の先端面１５ｄと金属枠１５から突出するカバーガラス１４の部位との間の隙間に、金属リング１９を係合状態で載置する。この場合、金属リング１９は、第２の治具１１８によって外側から保持されるため、前記隙間から脱落することはない。なお、金属リング１９は、例えば金錫合金や錫アンチモン合金などの半田材料によって形成されている。
【００２３】
次に、金属枠１５とカバーガラス１４との間の隙間に金属リング１９がセットされた図３の状態の組み付け体を、図示しない水素炉内に投入し、所定温度で所定時間加熱して、金属リング１９を溶融させる。この時、水素炉雰囲気内では金属表面が活性化されるため、溶融された金属リング１９は、カバーガラス１４の外周側面１４ａやメッキされた金属枠１５の面に対して濡れ性を有して流れていくことができる。したがって、フラックスを使用する必要がない。一方、金属リング１９は治具１１８に対して濡れ性を有さないため、治具１１８が金属枠１５に半田付けされることはない。
【００２４】
なお、金属リング１９の溶融温度は４００度以下であることが望ましい。溶融温度が１０００度以上になると、金属枠１５とカバーガラス１４の熱膨張率の違いにより、半田付け後に冷却した際、カバーガラス１４が金属枠１５からの応力によって割れてしまう可能性がある。
【００２５】
金属枠１５とカバーガラス１４とを半田付けした後の状態が図４に断面で示されている。金属リング１９は、完全に溶融されて、金属枠１５とカバーガラス１４との嵌合部に侵入して固定されている。
【００２６】
なお、カバーガラス１２と金属枠１３、絶縁枠１６と金属枠１７，１８も、以上の方法によって半田付けされている。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態では、内視鏡本体１に設けられ且つ少なくとも片方の面に反射防止膜が成膜された光学部材としてのカバーガラス１２，１４と、カバーガラス１２，１４を保持する金属枠１３，１５との半田付けを、水素雰囲気下で加熱して行なうようにしている。そのため、フラックスを使用する必要がなく、カバーガラス１２，１４の平面に施した反射防止膜が劣化することがない。
【００２８】
また、本実施形態では、カバーガラス１４と金属枠１５とが前述した水素雰囲気下での加熱による半田付けによって接合され、カバーガラス１２と固体撮像素子１１とが接着されるとともに、絶縁部材１６と金属枠１７および金属枠１８とがシール状態で半田付けされ、金属枠１３と金属枠１８および金属枠１５と金属枠１７とがそれぞれ溶接によってシール状態で接合されている。特に、カバーガラス１２と固体撮像素子１１は、非常に低粘性の単分子構造接着剤（例えば１０ｃｐｓ以下）によって互いに接着され、接着剤の層の厚さが１μｍ以下に設定されている。したがって、カバーガラス１２とカバーガラス１４とで挟まれた空間を外部に対して完全にシールすることができ、繰り返しオートクレーブ滅菌を行っても、光学系内部に水蒸気が侵入することを防止できるとともに、接着剤の劣化・剥離を防止して良好な視野を保つことができる。
【００２９】
また、本実施形態では、図３に示されるように、金属枠１５の先端面１５ｄと金属枠１５から突出するカバーガラス１４の部位との間の隙間に金属リング１９を容易に載置でき、しかも、このように単に載置して水素炉内に投入するだけで半田付けを行なうことができるため、作業に熟練を要せず、安定した品質を常に確保することができる。そのため、大量生産にも適し、価格を安くすることもできるようになる。
【００３０】
また、本実施形態では、ガラスカバー１２，１４に反射防止膜が成膜されているため、ゴーストやフレアーがない良好な視野を確保することができる。
【００３１】
なお、本実施形態においては、金属リング１９の代わりに、例えば同じ材質の金属箔やペーストを用いることもできる。また、水素炉を使用せずに、真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下での加熱による半田付け（軟ロウ付け）でも、同様な作用・効果（反射防止膜が劣化しない等）を得ることができる。また、本実施形態では、金属枠１３，１５にステンレススチールを用いているため、金属リング１９の融点を４００℃以下としているが、金属枠１３，１５をカバーガラス１２，１４の熱膨張率と類似した材料（コバールやタングステンなど）によって形成すれば、融点が高い硬ロウの金属リング（例えば、金ロウ、銀ロウ、銀合金など）を用いて同様な技術を使用することができる。また、本実施形態では、カバーガラス１２，１４の片面に反射防止膜が形成されているが、カバーガラス１２，１４の両面に反射防止膜が形成されていても良い。
【００３２】
図５および図６は本発明の第２の実施形態を示している。なお、本実施形態において、第１の実施形態と共通する構成部分については、以下、同一符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
図５は、カバーガラス１４と金属枠１５とが半田付けされる前の状態を示した断面図である。本実施形態においては、この段階で、カバーガラス１４に反射防止膜が設けられていない。金属リング１９としては、融点が３５０〜４００度の材質が選定され、例えば金錫半田を用いることができる。第１の治具１１７の中心部には、カバーガラス１４の裏面に達する穴１１７ｂが設けられている。また、治具１１７の下方には、穴１１７ｂと対向するように蒸着源２１が設けられている。なお、その他の構成は第１の実施形態と同一である。
【００３４】
図５の状態の組み付け体は、図示しない真空炉内に投入され、所定温度（例えば３５０度〜４００度）で所定時間加熱され、金属リング１９が溶融される。この時、真空雰囲気下では金属枠１５の表面が活性化されるため、溶融された金属リング１９は、カバーガラス１４の外周側面１４ａやメッキされた金属枠１５の面に対して濡れ性を有して流れていくことができる。したがって、フラックスを使用する必要がない。一方、金属リング１９は治具１１８に対して濡れ性を有さないため、治具１１８が金属枠１５に半田付けされることはない。また、これと同時に、蒸着源２１から電子ビームが照射され、カバーガラス１４の裏面１４ｂに反射防止膜が成膜される。
【００３５】
金属枠１５とカバーガラス１４とを半田付けした後の状態が図６に断面で示されている。金属リング１９は、完全に溶融されて、金属枠１５とカバーガラス１４との嵌合部に侵入して固定されている。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、半田付けと反射防止膜の成膜とを同時に行なうことができるため、加工原価を低減でき、また、反射防止膜の品質を安定させることができる。また、真空雰囲気下で半田付けするため、金属リング１９が溶融しても酸化されることがない。
【００３７】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは言うまでもない。例えば、本発明は、ファイバースコープやカメラアダプタの光学系にも適用できることは言うまでもない。
【００３８】
また、以上説明してきた技術内容によれば、以下に示されるような各種の構成が得られる。
【００３９】
１．少なくとも片方の面に反射防止膜を成膜した光学部材と、光学部材を保持する金属枠とを有する内視鏡において、
光学部材と金属枠とを水素雰囲気内で加熱してロウ付けを行なうことを特徴とする内視鏡装置。
【００４０】
２．少なくとも片方の面に反射防止膜を成膜した光学部材と、光学部材を保持する金属枠とを有する内視鏡において、
光学部材と金属枠とを真空雰囲気内で加熱してロウ付けを行なうことを特徴とする内視鏡装置。
【００４１】
３．少なくとも片方の面に反射防止膜を成膜した光学部材と、光学部材を保持する金属枠とを有する内視鏡において、
光学部材と金属枠とを不活性ガス雰囲気内で加熱してロウ付けを行なうことを特徴とする内視鏡装置。
【００４２】
４．光学部材と、光学部材を保持する金属枠とを有する内視鏡において、
光学部材と金属枠とを真空雰囲気内で加熱して光学部材と金属枠とを半田付けする工程と、光学部材に反射防止膜を成膜する工程とを同時に行なうことを特徴とする内視鏡装置。
【００４３】
５．光学部材同士の接着において、接着層を１μｍ以下としたことを特徴とする内視鏡装置。
【００４４】
６．光学部材同士の接着において、接着剤の粘性を１０ｃｐｓ以下としたことを特徴とする内視鏡装置。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学要素に影響を与えることなく、光学系内部を外部に対して確実にシールでき、オートクレーブ滅菌を繰り返し行っても良好な視野を確保することができる作業が容易な、内視鏡の製造方法、および、内視鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る内視鏡の概略図である。
【図２】図１の内視鏡に設けられる撮像ユニットの断面図である。
【図３】図２の撮像ユニットを構成するカバーガラスと金属枠との半田付け前の状態を示す断面図である。
【図４】図２の撮像ユニットを構成するカバーガラスと金属枠との半田付け後の状態を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係わり、図２の撮像ユニットを構成するカバーガラスと金属枠との半田付け前の状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係わり、図２の撮像ユニットを構成するカバーガラスと金属枠との半田付け後の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…内視鏡本体
１２，１４…カバーガラス（光学部材）
１３，１５…金属枠
１９…金属リング

Claims

光学部材と、前記光学部材を保持する金属枠とを接合する、内視鏡の製造方法において、
半田材料を前記光学部材と前記金属枠とともに真空雰囲気内で加熱して前記半田材料を溶融させて、前記光学部材と前記金属枠とを前記半田材料で半田付けする工程と、
成膜源から前記光学部材に反射防止膜を成膜する工程と
を同時に行なうことを特徴とする内視鏡の製造方法。
光学部材と、前記光学部材を保持する金属枠とが接合されて形成される、内視鏡において、
半田材料を前記光学部材と前記金属枠とともに真空雰囲気内で加熱して前記半田材料を溶融させて、前記光学部材と前記金属枠とを前記半田材料で半田付けする工程と、
成膜源から前記光学部材に反射防止膜を成膜する工程と
を同時に行なって形成されることを特徴とする内視鏡。