JP5836436B2

JP5836436B2 - 内視鏡装置

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Publication number: JP5836436B2
Application number: JP2014125711A
Authority: JP
Inventors: 登坂　清; 清登坂
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: JP2014208267A

Description

本発明は、照明部に発光素子を用いた内視鏡装置に関するものである。

従来から、医療分野や工業分野等で内視鏡装置が広く用いられている。この内視鏡装置は、可撓性を有する細長の挿入部の先端側にＣＣＤ等の撮像素子や被検部位を照明するための照明部等が内蔵されたものであり、生体あるいはプラント等の検査対象の内部に挿入部を挿入することによって、被検部位の観察等を行うことができる。

また、照明部には、例えばＬＥＤ等の発光素子が用いられており、発光素子が発光することで発生する熱を放熱するための技術が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この特許文献１では、装置内部の中空部（スペース）に熱伝導率の高い素線を束ねた束線部材を挿入部の軸方向に沿って配設することで放熱を行っている。具体的には、発光素子が配設される基板やこの基板と密着して配設される受け部材を熱伝導率の高い材料で形成し、基板または受け部材の基端側の面に束線部材の先端を接触させることで、発生した熱を挿入部の基端側（後方）へと伝導させている。

特許第４３８８２８８号公報

しかしながら、特許文献１の束線部材では、個々の素線の断面積が小さいため、基板または受け部材の基端側の面との接触面積が小さく、放熱効率が不十分な場合があった。照明を明るくすればそれだけ発熱量は増大するため、放熱効率が低いと、温度の上昇によって撮像素子に不具合が生じたり、発光素子自体の性能が低下するといった事態を引き起こす。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、発光素子が発光することで発生する熱を効率良く放熱することができる内視鏡装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる内視鏡装置は、筒状の挿入部を備え、該挿入部の先端に発光素子を用いた照明部が配設されるとともに、該照明部の後方に撮像素子を備えた観察部が配設された内視鏡装置であって、熱伝導性を有し、前記発光素子の後方近傍に配設されて前記観察部の前方部分を保持する保持部材と、熱伝導性を有し、前記保持部材の後面に一端面が接触した状態で長手方向が前記挿入部の軸方向に沿うように配設されたシート状の放熱部材と、を有し、前記保持部材の後面側は、断面形状が略Ｌ字状を有し、前記挿入部の軸方向に沿って延在する段部を形成し、前記放熱部材は、前面を前記段部の側面と接触させるとともに、前面側で下側となるシート面を前記段部の底面と接触させた状態で、長手方向が前記挿入部の軸方向に沿うように配設されることを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記の発明において、前記放熱部材は、幅方向に折りたたまれて配設されたことを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記の発明において、前記放熱部材は、中途部が幅広に形成され、前記保持部材後方において前記挿入部の軸方向と直交する方向に存在する中空部に前記幅広部分が詰め込まれて配設されたことを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記の発明において、前記放熱部材は、熱伝導性を有する金属材料を用いた薄板または網状体であることを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記の発明において、前記放熱部材は、炭素繊維の複合材料であることを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記の発明において、前記放熱部材の表面が凹凸を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記の発明において、前記放熱部材の周囲に熱伝導性を有する封止部材が配設されたことを特徴とする。

また、本発明にかかる内視鏡装置は、上記の発明において、前記封止部材は、熱伝導性を有する添加物が混入された樹脂材料で形成されたことを特徴とする。

本発明では、発光素子の後方に配設された保持部材の後面にシート状の放熱部材の一端面を接触させ、長手方向が挿入部の軸方向に沿うように配設することとした。これによれば、保持部材と放熱部材との接触面積を広くすることができるので、発光素子が発光することで発生する熱を効率よく放熱することができる。

図１は、本実施の形態の内視鏡装置の構成を説明する断面図である。図２は、実施の形態の放熱部材による放熱を説明する説明図である。図３は、変形例における放熱部材の一例を示す図である。図４は、変形例における放熱部材の他の例を示す図である。図５は、変形例における放熱部材の他の例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる内視鏡装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態の内視鏡装置１の構成を説明する断面図であり、詳細には、内視鏡装置１を構成する細長な挿入部１０の先端部分の軸方向断面を示している。図１に示すように、本実施の形態の内視鏡装置１において、挿入部１０は、略円筒状を有し、その先端部分は、湾曲駒を連接して例えば上下左右方向に湾曲する湾曲部２０の先端側に硬質な先端部３０が連結管４０によって連結されて構成されている。湾曲部２０と連結管４０との間は、ネジ等で固定されている。なお、図示しないが、湾曲部２０の基端側には、柔軟な環状部材で形成された可撓管部が連接される。このように構成される挿入部１０の先端部分には、複数の光学レンズ５１、ＣＣＤ５３等を光軸ＯＡ上の適所に配設して構成される観察部５が内蔵される。

先端部３０は、略円筒状のカバー部材３１に透明なカバーガラス３３が取り付けられて外装が形成され、その内側には、光学系受け３５や照明部としてのＬＥＤ照明部３７等が配設されている。

光学系受け３５は、略円筒状を有し、一部の光学レンズ５１を装着して光軸ＯＡ上の適所に固定配置する。また、光学系受け３５の先端側の面（以下、「前面」と呼ぶ。）には、その外周に沿って段部３５１が形成されている。

ＬＥＤ照明部３７は、ＬＥＤ基板３７１と、発光素子の一例であるＬＥＤ３７２−１とを備える。ＬＥＤ基板３７１は、環状を有し、光学系受け３５の前面外周の段部３５１にその内周は遊嵌し、その外周がカバー部材３１の内壁に沿うように配設されている。ＬＥＤ３７２−１は、ＬＥＤ基板３７１上の適所に１つまたは複数配設される。図１では、ＬＥＤ基板３７１上に図示しない複数配設されたＬＥＤのうちの１つとしてＬＥＤ３７２−１を示している。ＬＥＤ基板３７１の電力供給受け部の接点３７３は、ＬＥＤ基板３７１を貫通し、その裏面において電力供給側の接点ピン３７４と接触している。なお、ＬＥＤ基板３７１上に配設するＬＥＤの数は必要に応じた適宜の数としてよい。また、ＬＥＤ照明部３７は、この他にも、照明光を拡散させる拡散板等、必要な構成を適宜備える。

これら光学系受け３５やＬＥＤ照明部３７が配設された先端部３０において、光学系受け３５に装着された光学レンズ５１およびＬＥＤ照明部３７を構成するＬＥＤ３７２−１は、カバーガラス３３と対向配置されており、カバーガラス３３は、ＬＥＤ照明部３７からの照明光を外部に透過させるとともに、その反射光を内部へと導入して光学レンズ５１に入射させる光学窓として機能する。

湾曲部２０は、略円筒状を有する鏡枠２１，２２，２３が湾曲自在に連結されて形成される筒状体の内側に、レンズ枠２４１，２４２，２４３やＣＣＤ５３、ＣＣＤ５３を実装したＣＣＤ基板２５、複数の信号線２６１を束ねた信号ケーブル２６、ＬＥＤ照明部３７に電力を供給するための電源用ケーブル２７等が配設されている。また、鏡枠２１の内側においてレンズ枠２４１，２４２，２４３との間に存在する間隙には、封止部材２９１が配設されている。この封止部材２９１としては、湾曲部２０の湾曲動作に応じて湾曲可能なように、適度な柔軟性を有し、熱を遮断する非熱伝導性で耐熱性のある樹脂材料が用いられ、鏡枠２１の内側においてレンズ枠２４１，２４２，２４３との間の間隙に充填される。

レンズ枠２４１，２４２，２４３は、それぞれ略円筒状を有する。これらレンズ枠２４１，２４２，２４３は、光学系受け３５に装着された光学レンズ５１以外の他の光学レンズ５１やＣＣＤ基板２５上に実装されたＣＣＤ５３を装着し、光軸ＯＡ上の適所に固定配置する。

ＣＣＤ５３は、基端側に延出する複数の端子５３１を備えており、これら端子５３１をＣＣＤ基板２５と接続することでＣＣＤ基板２５上に実装される。このＣＣＤ基板２５には、信号ケーブル２６を構成する信号線２６１がそれぞれ所定の位置において接続される。

このように構成される湾曲部２０において、鏡枠２１は、先端側の面（前面）を光学系受け３５の後面と密着させた状態で配設され、光学系受け３５とともに保持部材を構成する。そして、この鏡枠２１の後面側には、外形形状が長方形状に形成されたシート状の放熱部材２８が配設されている。また、放熱部材２８の周囲には、封止部材２９３が配設されている。

放熱部材２８は、一端面である先端側の面（前面）を鏡枠２１の後面側と接触させた状態で長手方向が挿入部１０の軸方向に沿うように配設され、湾曲部２０の湾曲動作に応じて湾曲可能なように、適度な可撓性を有する。詳細は後述するが、この放熱部材２８は、挿入部１０の内部に存在する中空部（スペース）に配設されるものであり、中空部の幅や高さに応じてシート面を広げた状態で、あるいは適宜幅方向に折りたたむ等して中空部に詰め込まれた状態で配設される。図１では、３重に折りたたまれて配設された放熱部材２８を示している。

より詳細には、鏡枠２１の後面側は、断面形状が略Ｌ字状を有し、挿入部１０の軸方向に沿って延在する段部２１１を形成している。そして、放熱部材２８は、前面を段部２１１の側面と接触させるとともに、前面側で下側となるシート面を段部２１１の底面と接触させた状態で、長手方向が挿入部１０の軸方向に沿うように配設される。このように、段部２１１は、鏡枠２１と放熱部材２８との接触面積を広げている。

ここで、光学系受け３５および鏡枠２１は、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い材料を用いて形成される。また、シート状の放熱部材２８としては、熱伝導率が２００（Ｗ／ｍｋ）以上の金属材料を用いるのが好ましい。例えば、銅やアルミニウム、銀等の熱伝導率の高い金属材料を薄板状に形成したものや、熱伝導率の高い例えば銅線やアルミニウム線、銀線等の素線を網状に形成したもの（網状体）を用いる。あるいは、炭素繊維と組み合わせた複合材料を薄板状に形成したものを用いてもよい。また、薄板状に形成したものを放熱部材２８として用いる場合には、表面に凹凸を形成させる表面処理を施すことで表面積を広げた構成としてもよい。また、この放熱部材２８と鏡枠２１の後面側の段部２１１の側面や底面との間は、例えばフィラー等が添加された熱伝導率の高い充填剤によって接合される。

一方、湾曲部２０の外装を形成している鏡枠２２，２３およびレンズ枠２４１，２４２，２４３は、ステンレス等の耐食性に優れ、熱伝導率の低い材料で形成される。

封止部材２９３としては、湾曲部２０の湾曲動作に応じて湾曲可能なように適度な柔軟性を有し、且つ熱伝導性を有する樹脂材料を用いる。あるいは、柔軟性を有する樹脂材料に、熱伝導率の高い素材で形成された粒子や、炭素繊維等のフィラーを添加物として混入して熱伝導性を高めたものを用いる。この封止部材２９３は、前述のような熱伝導性を有する樹脂材料あるいは熱伝導率の高い添加物を混入した樹脂材料を放熱部材２８の周囲に充填することで、放熱部材２８の周囲に配設される。

以上のように構成される内視鏡装置１では、電源用ケーブル２７を介してＬＥＤ基板３７１上の接点３７３を介してＬＥＤ３７２−１に電力を供給することでＬＥＤ照明部３７を発光させ、被検部位を照明する。そして、このようにして照明された被検部位の観察像が複数の光学レンズ５１を経てＣＣＤ５３の撮像面に結像され、内視鏡画像が得られる。

ここで、放熱部材２８による放熱について図２を参照して説明する。なお、図２では、光学系受け３５、鏡枠２１、および放熱部材２８の形状を簡略化して示している。また、図２においても、図１と同様にＬＥＤ基板３７１上の１つのＬＥＤ３７２−１を示しているが、ＬＥＤは、ＬＥＤ基板３７１上の適所に１つ以上配設される。

上記したように、放熱部材２８は、挿入部１０の内部の中空部に配設されるものであり、その前面を鏡枠２１の後面側（詳細には段部２１１の側面）と接触させた状態で、長手方向が挿入部１０の軸方向に沿うように配設される。ここで、鏡枠２１の外周部後方には、その全周に亘って均一に中空部が存在しているとは限らず、適宜必要な部材が配設されている。このため、放熱部材２８は、挿入部１０の軸方向に沿って連続する中空部が存在する位置に間欠的に配設される。図２では、鏡枠２１の後面側の段部２１１において放熱部材２８が３箇所に配設された様子を示している。実際には、放熱部材２８は、配設位置後方において挿入部１０の軸方向に沿って連続して存在する中空部の幅および高さに応じて、上記したようにシート面を広げた状態あるいは折りたたむ等して中空部に詰め込まれた状態で配設される。したがって、放熱部材２８の幅は、配設位置後方の中空部の幅および高さに応じて適宜折りたたむ等詰め込むことを想定して個別に設計される。すなわち、配設位置後方の中空部の高さが放熱部材２８の厚さ程度であれば、その幅を該当する中空部の幅に形成し、折りたたまずに広げた状態で配設する。一方、配設位置後方の中空部の高さが放熱部材２８の厚さ以上の場合には、その高さに応じて２重またはそれ以上に折りたたむ等して詰め込む分を考慮した幅に形成して配設する。なお、中空部に詰め込む態様は特に限定されるものではなく、蛇腹状に折りたたむ態様としてもよい。

また、上記したように、ＬＥＤ３７２−１が配設されたＬＥＤ基板３７１は、図１に示した光学系受け３５の前面外周の段部３５１（図２では不図示）の外周に遊嵌して配設されており、光学系受け３５の後面には、鏡枠２１の前面が密着している。そして、鏡枠２１の後面側の段部２１１において、段部２１１の側面に前面を接触させ、段部２１１の底面に下側となるシート面を接触させて長手方向が挿入部１０の軸方向に沿うように放熱部材２８を配設している。そして、上記したように、光学系受け３５、鏡枠２１、放熱部材２８は、それぞれ熱伝導率の高い材料で形成されている。

したがって、図１に示した電源用ケーブル２７（図２では不図示）を介してＬＥＤ３７２−１に対する電力の供給を継続的に行ってＬＥＤ３７２−１を発光させることで熱が発生すると、発生した熱は、ＬＥＤ照明部３７において、ＬＥＤ基板３７１に伝導される。そして、ＬＥＤ基板３７１に伝導された熱は、ＬＥＤ基板３７１後方の光学系受け３５に伝導され、さらにこの光学系受け３５の後面において前面が密着している鏡枠２１に伝導される。その後、鏡枠２１に伝導された熱は、その後面側で放熱部材２８に伝導され、挿入部１０の基端側に伝導されていく（矢印Ａ１）。このとき、放熱部材２８は、鏡枠２１の後面側においてその前面が段部２１１の側面と接触するとともに、前面側で下側となるシート面が段部２１１の底面と接触しており、鏡枠２１に伝導された熱は、広い接触面積で効率良く放熱部材２８に伝導される。

以上説明したように、本実施の形態では、熱伝導率の高い材料を用いて薄板状または網状に形成したシート状の放熱部材２８を、挿入部１０の内部に存在する中空部に応じて適宜折りたたむ等して中空部に詰め込んで配設することとした。これによれば、特許文献１に示す従来技術のように棒状の束線部材を用いた場合と比べて、前面における接触面積を広くすることができる。加えて、放熱部材２８を装置内部の中空部に柔軟に配置し、その体積密度を大きくすることができる。これによれば、中空部を効率良く利用し、ＬＥＤ３７２−１が発光することで発生した熱の放熱効率を十分に高めることができ、ＬＥＤ３７２−１の温度上昇を抑制することができる。一方で、光学レンズ５１のうちの後段側の光学レンズ５１やＣＣＤ５３を装着するレンズ枠２４１，２４２，２４３を熱伝導率の低い材料で形成したので、ＣＣＤ５３への熱の伝達を抑制できる。したがって、温度の上昇によって撮像素子に不具合が生じたり、発光素子自体の性能が低下するといった事態を効果的に抑制できる。

また、放熱部材２８の周囲には、熱伝導性を有する樹脂材料あるいは熱伝導率の高い添加物を混入した樹脂材料を充填することで封止部材２９３を配設することとした。これによれば、鏡枠２１の外周部後方の中途部分に他の部材が存在する等して放熱部材２８の配置が困難な中空部も効率よく利用し、放熱が行える。

なお、上記した実施の形態では、鏡枠２１の外周部後方において挿入部１０の軸方向に沿って連続する中空部が存在する位置に放熱部材２８を配設することとしたが、この中空部の幅は一定とは限らず、配設位置後方のある位置では別の部材が存在する等して中空部の幅が狭く、別の位置では広い場合がある。同様に、中空部の高さも一定とは限らず、配設位置後方のある位置では別の部材が存在する等して中空部の高さが低く、別の位置では高い場合がある。このため、配設位置後方の中空部の最小の幅や高さに合わせて放熱部材の形状を決めてしまうと、中空部を十分に利用して体積密度を大きくすることができない場合がある。そこで、挿入部１０の軸方向に沿った中空部の幅や高さに応じて放熱部材の形状を設計してもよい。これによれば、より効率良く中空部を利用して体積密度を大きくすることができ、放熱効率をより一層高めることができる。

図３は、本変形例における放熱部材２８ａの一例を示す図であり、図４は、本変形例における放熱部材２８ｂの他の例を示す図である。例えば、図３に示すように、中空部の幅が狭くなっている部分に相当する位置を窪ませて凹状部２８１を設けてもよい。あるいは、図４に示すように、中空部の幅が広くなっている部分に相当する位置において、放熱部材２８ｂが幅広となるように一部を突出させた凸状部２８３を設けてもよい。なお、放熱部材の中途部に設ける凹状部および凸状部の形状は、図示した矩形状に限定されるものではなく、例えば円弧状に形成する等該当する位置に存在する部材の形状に沿う形状としてよい。実際には、配設位置後方の中空部の幅が狭い位置や広い位置をもとに、中途部の適所に適宜の形状の凹状部や凸状部を設けることで放熱部材を形成すればよい。

また、図５は、本変形例における放熱部材２８ｃの他の例を示す図である。例えば、図５（ａ）に示すように、中空部の高さが高くなっている部分に相当する位置において、図４の場合と同様に放熱部材２８ｃが幅広となるように一部を突出させた凸状部２８３ｃを設けてもよい。そして、図５（ｂ）に示すように、この凸状部２８３ｃを折りたたんだ状態で放熱部材２８ｃを配設することとしてもよい。このようにすれば、配設位置後方の中空部の高さが周囲と比べて高い位置では、放熱部材２８ｃの一部を構成する凸状部２８３ｃを詰め込んで配設することができる。なお、この場合も、中空部に詰め込む態様は図示の態様に限定されるものではなく、例えば蛇腹状に折りたたむ態様としてもよい。また、配設位置後方の中空部の幅や高さに応じて、図３や図４を参照して上記した凹状部や凸状部と、図５を参照して上記した中空部に詰め込むための凸状部とを組み合わせて中途部の適所に設け、放熱部材を形成することとしてよい。

また、鏡枠２１の外周部後方において全周に亘って中空部が存在する場合には、前面を段部２１１の側面の全周に接触させて鏡枠２１の外周部後方に放熱部材を巻きつけることとしてもよい。あるいは、中空部に応じて可能であれば、長方形状の放熱部材を、その前面が段部２１１の側面に接触した状態で鏡枠２１の外周部後方にスパイラル状に巻きつけるようにしてもよい。

また、上記した実施の形態では、発光素子としてＬＥＤを例示したが、これに限定されるものではない。すなわち、本願発明は、発光することで熱が発生する他の発光素子を用いて内視鏡装置の照明部を構成する場合にも同様に適用できる。

以上のように、本発明の内視鏡装置は、発光素子が発光することで発生する熱を効率良く放熱するのに適している。

１内視鏡装置
１０挿入部
２０湾曲部
２１，２２，２３鏡枠
２１１段部
２４１，２４２，２４３レンズ枠
２５ＣＣＤ基板
２６信号ケーブル
２６１信号線
２７電源用ケーブル
２８，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ放熱部材
２８１凹状部
２８３，２８３ｃ凸状部
３０先端部
３１カバー部材
３３カバーガラス
３５光学系受け
３５１段部
３７ＬＥＤ照明部
３７１ＬＥＤ基板
３７２−１ＬＥＤ
３７３接点
３７４接点ピン
４０連結管
５観察部
５１光学レンズ
５３ＣＣＤ
ＯＡ光軸

Claims

筒状の挿入部を備え、該挿入部の先端に発光素子を用いた照明部が配設されるとともに、該照明部の後方に撮像素子を備えた観察部が配設された内視鏡装置であって、
熱伝導性を有し、前記発光素子の後方近傍に配設されて前記観察部の前方部分を保持する保持部材と、
熱伝導性を有し、前記保持部材の後面に一端面が接触した状態で長手方向が前記挿入部の軸方向に沿うように配設されたシート状の放熱部材と、
を有し、前記保持部材の後面側は、断面形状が略Ｌ字状を有し、前記挿入部の軸方向に沿って延在する段部を形成し、
前記放熱部材は、幅方向に折りたたまれた状態で前面を前記段部の側面と接触させるとともに、前面側で下側となるシート面を前記段部の底面と接触させた状態で、長手方向が前記挿入部の軸方向に沿うように配設されることを特徴とする内視鏡装置。
前記放熱部材は、中途部が幅広に形成され、前記保持部材後方において前記挿入部の軸方向と直交する方向に存在する中空部に前記幅広部分が詰め込まれて配設されたことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記放熱部材は、熱伝導性を有する金属材料を用いた薄板または網状体であることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記放熱部材は、炭素繊維の複合材料であることを特徴とする請求項３に記載の内視鏡装置。
前記放熱部材の表面が凹凸を有することを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記放熱部材の周囲に熱伝導性を有する封止部材が配設されたことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
前記封止部材は、熱伝導性を有する添加物が混入された樹脂材料で形成されたことを特徴とする請求項６に記載の内視鏡装置。