JP5414640B2 - 電子内視鏡及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電子内視鏡及びその製造方法に係り、特に内視鏡先端部の温度上昇を抑制する技術に関する。

従来、内視鏡先端部に金属等よりなる熱伝導部材を配設し、この熱伝導部材に接して熱が伝達されるように撮像素子及び回路基板を配設し、更に熱伝導部材の後端側には、鉄粉等よりなる熱伝導軟性体を充填し、撮像装置を駆動することにより発生する熱を、熱伝導部材及び熱伝導軟性体等を介して外気に放熱し、回路基板上の電子回路部品の駆動熱を熱伝導軟性体等を介して外気に放熱する内視鏡装置が提案されている（特許文献１）。

また、内視鏡先端部に配設されている照明部に、長さ方向の熱伝導率が厚み方向よりも高く、熱伝導の方向に異方性をもつ熱伝導材（熱伝導フイルム）の一端を取り付け、この熱伝導フイルムの他端を、挿入部後端側の内壁に取り付け、照明部で生じた熱を、熱伝導フイルムの長さ方向の照明部よりも温度が低い方、即ち、挿入部後端側に向けて伝達し、この伝熱の過程で、熱源が存在しない挿入部後端側内部の空気によって冷却する内視鏡が提案されている（特許文献２）。

特開平５−２２８１０５号公報 特開２００９−５６１０７号公報

特許文献１に記載の内視鏡装置において、内視鏡先端部の空間に充填されている熱伝導軟性体は、鉄粉等よりなるものであるが、特許文献１には、前記熱伝導軟性体が熱伝導の方向に異方性をもっているという記載がなく、また、異方性高熱伝導体で構成するという発想もない。尚、異方性高熱伝導樹脂等の熱伝導材は、等方性高熱伝導樹脂等に比べて熱伝導度が高い。

一方、特許文献２に記載の熱伝導材（熱伝導フイルム）は、熱伝導の方向に異方性をもっているが、内視鏡先端部の空間に充填されるものではなく、また、熱伝導フイルムによる熱伝導の方向は、内視鏡先端側から後端側への内視鏡の長手方向である。即ち、特許文献２に記載の熱伝導材は、照明部で生じた熱を内視鏡先端部の外周部に伝熱するものではない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、内視鏡先端部に配設された撮像モジュールから発生した熱を効率よく放熱することができ、画質劣化の防止及び照明・回路素子の増強が可能な電子内視鏡及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、先端部に撮像モジュールを設置する空間を内部に持つ電子内視鏡において、前記撮像モジュールの周囲空間に、内視鏡長手方向よりも内視鏡外周部方向への熱伝導率の高い異方性高熱伝導材を充填したことを特徴としている。

一般に、異方性高熱伝導材は、等方性高熱伝導材よりも熱伝導度が高いが、この異方性高熱伝導材を、内視鏡長手方向よりも内視鏡外周部方向への熱伝導率が高くなるように前記撮像モジュールの周囲空間に充填するようにしたため、前記撮像モジュールから発生した熱を効率よく内視鏡外周部に放熱することができる。

請求項２に示すように請求項１に記載の電子内視鏡において、前記撮像モジュールを構成する撮像素子を囲む金属枠内に等方性高熱伝導材を充填したことを特徴としている。前記金属枠内に等方性高熱伝導材を充填することにより撮像モジュール全体で均等に発熱させることができ、また、等方性高熱伝導材は、狭スペースの金属枠内への充填が可能である。

請求項３に示すように請求項２に記載の電子内視鏡において、前記金属枠内には、前記撮像素子を駆動するための集積回路が実装された回路基板が収容されていることを特徴としている。回路基板に実装される集積回路は発熱源となっており、この集積回路から発生する熱を効率よく放熱できるようにしている。

請求項４に示すように請求項２又は３に記載の電子内視鏡において、前記異方性高熱伝導材は、前記金属枠と内視鏡外周部の金属製筒状体との間の内部空間に充填され、前記撮像モジュールで発生した熱は、前記等方性高熱伝導材により前記金属枠全体に伝達され、該金属枠から前記異方性高熱伝導材を介して前記金属製筒状体に伝達されることを特徴としている。

請求項５に示すように請求項２から４のいずれかに記載の電子内視鏡において、前記等方性高熱伝導材は、絶縁性を有する等方性高熱伝導材であり、前記異方性高熱伝導材は、導電性を有する異方性高熱伝導材であることを特徴としている。

電気接続不可な撮像モジュールの内部（金属枠の内部）には、絶縁性を有する等方性高熱伝導材を充填することにより絶縁性を確保し、一方、撮像モジュールの周囲（金属枠と金属製筒状体との間）には、導電性を有する異方性高熱伝導材を充填することにより、金属枠と金属製筒状体とを電気的に接続し、ノイズを抑制できるようにしている。

請求項６に示すように請求項１から５のいずれかに記載の電子内視鏡において、前記異方性高熱伝導材は、接着剤に高アスペクト比形状フィラーが配向して配合された異方性高熱伝導樹脂であり、配向方向の熱伝導率が７Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴としている。前記高アスペクト比形状フィラーは、例えば、径が数μｍ、長さが数百μｍのアスペクト比が１０以上のカーボンファイバ、又はグラファイトなどが適用できる。

請求項７に示すように請求項２から５のいずれかに記載の電子内視鏡において、前記等方性高熱伝導材は、接着剤に低アスペクト比形状フィラーがランダムに配合された等方性高熱伝導樹脂であり、熱伝導率が３Ｗ／ｍＫ以下で、絶縁抵抗が１０^１２Ω・ｍ以上であることを特徴としている。前記低アスペクト比形状フィラーは、粒子径が１〜２０μｍのダイヤモンド、窒化アルミ、アルミナ、又は酸化マグネシウムなどが適用できる。

請求項８に係る発明は、請求項１から７のいずれかに記載の電子内視鏡を製造する電子内視鏡の製造方法において、接着剤と高アスペクト比形状フィラーとを攪拌装置により攪拌して前記高アスペクト比形状フィラーを一定方向に配向させてなる異方性高熱伝導材を生成する生成工程と、前記生成された異方性高熱伝導材を、前記高アスペクト比形状フィラーの配向方向が、少なくとも内視鏡長手方向と直交する面内方向と一致するように、前記撮像モジュールと前記内視鏡外周部の金属製筒状体との間の内部空間に充填する充填工程と、を含むことを特徴としている。

請求項９に示すように請求項８に記載の電子内視鏡の製造方法において、前記充填工程は、前記生成された異方性高熱伝導材を、前記撮像モジュールの周囲に前記高アスペクト比形状フィラーの配向を崩さないように塗布する工程と、前記異方性高熱伝導材が塗布された撮像モジュールを、内視鏡先端部の金属製筒状体内に挿入する工程と、を含むことを特徴としている。

本発明によれば、内視鏡先端部に設置される撮像モジュールの周囲空間に、内視鏡長手方向よりも内視鏡外周部方向への熱伝導率の高い異方性高熱伝導材を充填するようにしたため、撮像モジュールから発生した熱を異方性高熱伝導材を介して効率よく内視鏡外周部に伝熱することができ、特に等方性高熱伝導材よりも熱伝導度が高い異方性高熱伝導材を使用することにより、内視鏡外周部に効率よく放熱することができる。

本実施形態に係る電子内視鏡を含む内視鏡システムの概略構成を示した全体構成図 電子内視鏡の先端部を示した正面図 電子内視鏡の先端部を示した側面断面図 等方性高熱伝導樹脂を説明するために用いた図 異方性高熱伝導樹脂を説明するために用いた図 熱伝導のしやすさを説明するために用いた電子内視鏡の先端部の要部の側面断面図 熱伝導のしやすさを説明するために用いた図６の７−７線に沿う断面図 熱の流れを説明するために用いた図３の内視鏡先端部の８−８線に沿う断面図 異方性高熱伝導樹脂の生成方法を説明するために用いた図 異方性高熱伝導樹脂の塗布方法を説明するために用いた図

以下、添付図面に従って本発明に係る電子内視鏡及びその製造方法の実施の形態について説明する。

［電子内視鏡を含む内視鏡システムの概略構成例］
図１は本実施形態に係る電子内視鏡を含む内視鏡システムの概略構成を示した全体構成図である。

図１に示すように、この内視鏡システム１は、電子内視鏡１００、プロセッサ装置２００、光源装置３００などから構成される。

電子内視鏡１００は、患者（被検体）の体腔内に挿入される可撓性の挿入部１２０と、挿入部１２０の基端部分に連設された操作部１２２と、プロセッサ装置２００及び光源装置３００に接続されるユニバーサルコード１２４とを備えている。

挿入部１２０の先端には、体腔内撮影用の撮像モジュール５０（図３参照）などが内蔵された先端部１２６が連設されている。先端部１２６の後方には、複数の湾曲駒を連結した湾曲部１２８が設けられている。湾曲部１２８は、操作部１２２に設けられたアングルノブ１３０が操作されて、挿入部１２０内に挿設されたワイヤが押し引きされることにより、上下左右方向に湾曲動作する。これにより、先端部１２６が体腔内の所望の方向に向けられる。

ユニバーサルコード１２４の基端は、コネクタ１３６に連結されている。コネクタ１３６は、複合タイプのものであり、コネクタ１３６にはプロセッサ装置２００が接続される他、光源装置３００が接続される。

プロセッサ装置２００は、挿入部１２０及びユニバーサルコード１２４内に挿通されたケーブル２８（図３参照）を介して撮像モジュール５０に給電を行い、撮像モジュール５０の駆動を制御するとともに、撮像モジュール５０からケーブル２８を介して伝送された撮像信号を受信し、受信した撮像信号に各種信号処理を施して画像データに変換する。プロセッサ装置２００で変換された画像データは、プロセッサ装置２００にケーブル接続されたモニタ４００に内視鏡画像として表示される。また、プロセッサ装置２００は、コネクタ１３６を介して光源装置３００と電気的に接続され、内視鏡システム１の動作を統括的に制御する。

図２は電子内視鏡１００の先端部１２６を示した正面図である。図２に示すように、先端部１２６の先端面１２６ａには、レンズ鏡筒１２、照明窓１４、送水パイプ１６及び鉗子パイプ１８の開口が設けられている。照明窓１４は、レンズ鏡筒１２に関して対称な位置に２個配され、体腔内の被観察部位に光源装置３００からの照明光を照射する。鉗子パイプ１８は、操作部１２２に設けられた鉗子口１３４（図１参照）に連通している。鉗子口１３４には、注射針や高周波メスなどが先端に配された各種処置具が挿通され、各種処置具の先端が鉗子パイプ１８の開口から露呈される。送水パイプ１６は、操作部１２２に設けられた送気・送水ボタン１３２（図１参照）の操作に応じて送気・送水装置から供給される洗浄水や空気を、レンズ鏡筒１２の観察窓や体腔内に向けて噴射する。

図３は電子内視鏡１００の先端部１２６を示した側面断面図である。図３に示すように、先端部１２６の内部には、レンズ鏡筒１２、プリズム１３、撮像素子２０、及び回路基板２２等を含む撮像モジュール５０が配設されている。

レンズ鏡筒１２は、体腔内の被観察部位の像光を取り込むための対物レンズを有しており、このレンズ鏡筒１２の後端には、被観察部位の像光を、略直角に曲げて撮像素子２０に向けて導光するプリズム１３が接続されている。

撮像素子２０は、固体撮像素子であり、回路基板２２に実装されている。この回路基板２２には、撮像素子２０を駆動させて画像信号を得るための集積回路（ＩＣ回路）２４が実装されている。また、回路基板２２の後端部には、複数の入出力端子が回路基板２２に並べて設けられており、入出力端子には、ケーブル接続部２８Ａを介してプロセッサ装置２００との各種信号の遣り取りを媒介するためのケーブル２８が接合されている。

また、図示は省略したが、照明窓１４の奥には、照明部が設けられている。照明部には、光源装置３００からの照明光を導くライトガイドの出射端が配されている。ライトガイドは、ケーブル２８と同様に、挿入部１２０、操作部１２２、及びユニバーサルコード１２４の各内部を挿通し、コネクタ１３６に入射端が接続されている。

［電子内視鏡の放熱構造］
次に、本発明に係る電子内視鏡１００の放熱構造について説明する。

図３に示すように、撮像モジュール５０を構成するレンズ鏡筒１２の後端部、プリズム１３、撮像素子２０及び回路基板２２は、その周囲が金属枠２６により囲まれており、この金属枠２６内に、等方性高熱伝導材（等方性高熱伝導樹脂）４０が充填されている。

内視鏡外周部は、金属製筒状体３０とその外側のゴム製の外皮３２とにより構成されており、この内視鏡外周部（先端部１２６）内に撮像モジュール５０、送水パイプ１６（図２）、鉗子パイプ１８、ケーブル２８、図示しないライトガイド等の内容物が収容される。

また、撮像モジュールを囲む金属枠２６と前記内視鏡外周部の金属製筒状体３０との間の内部空間には、異方性高熱伝導材（異方性高熱伝導樹脂）４２が充填されている。

ここで、金属枠２６内に充填される等方性高熱伝導樹脂４０は、図４に示すように樹脂（接着剤）に低アスペクト比形状フィラーがランダムに配合されており、熱伝導率が３Ｗ／ｍＫ以下で、絶縁抵抗が１０^１２Ω・ｍ以上のものである。

前記低アスペクト比形状フィラーのフィラー形状は、球形、多角形粒子の低アスペクト比形状であり、フィラーサイズは、数十μｍ以下である。材質例としては、ダイヤモンド、窒化アルミ、アルミナ、酸化マグネシウム等を挙げることができる。

等方性高熱伝導樹脂４０は、方向によって熱の伝達のしやすさに差がなく、撮像素子２０及びＩＣ回路２４から発生した熱を、撮像モジュール５０全体（金属枠２６内の全体）に行き渡らせ、モジュール全体で発熱させる。また、電気接続不可なモジュール内部は、上記のように絶縁抵抗の大きい等方性高熱伝導樹脂４０により絶縁性が確保される。

一方、金属枠２６と金属製筒状体３０との間の内部空間に充填される異方性高熱伝導樹脂４２は、図５に示すように樹脂（接着剤）に高アスペクト比形状フィラーが一定方向に配向して配合されており、配向方向の熱伝導率が７Ｗ／ｍＫ以上のものである。また、異方性高熱伝導樹脂４２は、導電性を有している。

前記高アスペクト比形状フィラーのフィラー形状は、ファイバ（繊維）形状、鱗片形状、円盤形状の高アスペクト比形状であり、フィラーサイズは、長さ数百μｍ〜数十μｍである。材質例としては、カーボンファイバ、グラファイト等を挙げることができる。カーボンファイバの場合、径が数μｍ、長さが数百μｍで、アスペクト比が１０以上のファイバ形状が好ましい。

異方性高熱伝導樹脂４２は、方向によって熱の伝達のしやすさに差があり、図５に示すように高アスペクト比形状フィラーの配向方向は熱伝導しやすく、配光方向と直交する方向は熱伝導しにくい。

そして、この異方性高熱伝導樹脂４２は、図６及び図７に示すように内視鏡長手方向よりも内視鏡外周部方向に熱伝導しやすくなるように、高アスペクト比形状フィラーの配向方向を考慮して充填されている。具体的には、高アスペクト比形状フィラーの配向方向が、内視鏡長手方向と直交する面内の方向（好ましくは、面内の中央部から外周方向）と一致するように、高アスペクト比形状フィラーの配向方向を考慮して充填されている。換言すると、異方性高熱伝導樹脂４２は、高アスペクト比形状フィラーの配向方向が内視鏡長手方向にならないように充填されている。

図８は図３に示した内視鏡先端部の８−８線に沿う断面図である。

図８に示すように撮像モジュール５０（撮像素子２０及びＩＣ回路２４）から発生した熱は、等方性高熱伝導樹脂４０によりモジュール全体（金属枠２６内の全体）に行き渡り、その後、矢印で示すように異方性高熱伝導樹脂４２により外周部の金属製筒状体３０に伝熱し、ここで放熱される。

また、金属枠２６と金属製筒状体３０との間は、導電性を有する異方性高熱伝導樹脂４２により電気的に接続され、ノイズを抑制できるようになっている。

［電子内視鏡の製造方法］
次に、本発明に係る電子内視鏡１００の製造方法について説明する。

図９に示すように、高アスペクト比形状フィラー（ファイバー状フィラー）と接着剤とを少量容器に取り、遊星攪拌装置で攪拌する。これにより、フィラーが一定方向に配向した異方性高熱伝導樹脂４２を生成する。

一方、撮像モジュール５０に金属枠２６を取り付け、その内部に等方性高熱伝導樹脂４０を充填する。尚、金属枠２６内は狭スペースであるため、異方性高熱伝導樹脂４２をその配向を崩さずに充填することは困難であるが、等方性高熱伝導樹脂４０の場合には配向を考慮する必要がないため、充填可能である。

続いて、容器から異方性高熱伝導樹脂４２をヘラ等ですくい取り、金属枠２６が取り付けられ、等方性高熱伝導樹脂４０が充填された撮像モジュール５０の周囲に、異方性高熱伝導樹脂４２を塗布する。

このとき、ヘラ等で異方性高熱伝導樹脂４２をすくい取り、撮像モジュール５０の周囲に塗布する過程で、フィラーの配向を崩さないようにし、かつ前述したようにフィラーの配向方向を考慮して、内視鏡外周方向に熱伝導しやすいように（内視鏡長手方向に熱伝導しにくいように）塗布する。

その後、上記のようして異方性高熱伝導樹脂４２が塗布された撮像モジュール５０を、内視鏡先端部に挿入する。尚、内視鏡先端部に異方性高熱伝導樹脂４２が充填されない空間が生じないように、撮像モジュール５０の周囲等に十分に異方性高熱伝導樹脂４２を塗布する。

［その他］
本実施形態では、等方性高熱伝導樹脂４０と異方性高熱伝導樹脂４２とを使用して内視鏡外周部に熱を放熱するようにしたが、異方性高熱伝導樹脂４２のみを使用するようにしてもよい。

また、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

１２…レンズ鏡筒、１３…プリズム、１４…照明窓、１６…送水パイプ、１８…鉗子パイプ、２０…撮像素子、２２…回路基板、２４…集積回路（ＩＣ回路）、２６…金属枠、２８…ケーブル、３０…金属製筒状体、３２…外皮、４０…等方性高熱伝導樹脂、４２…異方性高熱伝導樹脂、５０…撮像モジュール、１００…電子内視鏡、１２０…挿入部、１２６…先端部

Claims (9)

1. 先端部に撮像モジュールを設置する空間を内部に持つ電子内視鏡において、
   前記撮像モジュールの周囲空間に、内視鏡長手方向よりも内視鏡外周部方向への熱伝導率の高い異方性高熱伝導材を充填したことを特徴とする電子内視鏡。
2. 前記撮像モジュールを構成する撮像素子を囲む金属枠内に等方性高熱伝導材を充填したことを特徴とする請求項１に記載の電子内視鏡。
3. 前記金属枠内には、前記撮像素子を駆動するための集積回路が実装された回路基板が収容されていることを特徴とする請求項２に記載の電子内視鏡。
4. 前記異方性高熱伝導材は、前記金属枠と内視鏡外周部の金属製筒状体との間の内部空間に充填され、
   前記撮像モジュールで発生した熱は、前記等方性高熱伝導材により前記金属枠全体に伝達され、該金属枠から前記異方性高熱伝導材を介して前記金属製筒状体に伝達されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電子内視鏡。
5. 前記等方性高熱伝導材は、絶縁性を有する等方性高熱伝導材であり、前記異方性高熱伝導材は、導電性を有する異方性高熱伝導材であることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の電子内視鏡。
6. 前記異方性高熱伝導材は、接着剤に高アスペクト比形状フィラーが配向して配合された異方性高熱伝導樹脂であり、配向方向の熱伝導率が７Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電子内視鏡。
7. 前記等方性高熱伝導材は、接着剤に低アスペクト比形状フィラーがランダムに配合された等方性高熱伝導樹脂であり、熱伝導率が３Ｗ／ｍＫ以下で、絶縁抵抗が１０^１２Ω・ｍ以上であることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の電子内視鏡。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の電子内視鏡を製造する電子内視鏡の製造方法において、
   接着剤と高アスペクト比形状フィラーとを攪拌装置により攪拌して前記高アスペクト比形状フィラーを一定方向に配向させてなる異方性高熱伝導材を生成する生成工程と、
   前記生成された異方性高熱伝導材を、前記高アスペクト比形状フィラーの配向方向が、少なくとも内視鏡長手方向と直交する面内方向と一致するように、前記撮像モジュールと前記内視鏡外周部の金属製筒状体との間の内部空間に充填する充填工程と、
   を含むことを特徴とする電子内視鏡の製造方法。
9. 前記充填工程は、前記生成された異方性高熱伝導材を、前記撮像モジュールの周囲に前記高アスペクト比形状フィラーの配向を崩さないように塗布する工程と、前記異方性高熱伝導材が塗布された撮像モジュールを、内視鏡先端部の金属製筒状体内に挿入する工程と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の電子内視鏡の製造方法。

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