JP5905169B1 - 超音波内視鏡 - Google Patents

Abstract

振動子エレメント１５ｂの下部電極側のバッキング材３３の背面側に、バッキング材３３よりも熱伝導率が大きい材料からなる冷却部３４を積層する。各振動子エレメント１５ｂと配線基板２５とを接続する複数の信号線２６は、バッキング材３３内を挿通され、配線をたわませて形成した撓み部３５が冷却部３４内に配置される。これにより、信号線２６の外表面と冷却部３４を形成する部材との接触面積を拡大し、振動子エレメント１５ｂで発生する熱を、放熱のための大きなスペースを要することなく効率的に放熱することができる。

Description

本発明は、超音波送受信部を有する超音波内視鏡に関する。

超音波内視鏡においては、挿入部の細径化、感度向上、超音波振動子の２次元化等の要求により、振動子自体の小型化、高出力化が求められている。これに伴い、振動子自体の発熱が大きくなる傾向があり、この振動子の発熱によるスコープ表面温度の上昇から、振動子出力が制限される場合がある。

これに対して、米国特許第５５４５９４２号公報には、超音波プローブのハウジング内に吸熱材を充填して熱対策を行う技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１の技術を超音波内視鏡に適用する場合、小型化を要求される超音波内視鏡では振動子周辺のスペースには限りがあり、吸熱材の充填量が制限されてしまう。このため、目的の吸熱効果を達成できない可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、超音波内視鏡の振動子で発生する熱を、放熱のための大きなスペースを要することなく効率的に放熱することのできる超音波内視鏡を提供することを目的としている。

本発明の一態様による超音波内視鏡は、超音波を送受信するための音響レンズと、前記音響レンズを通して送受信する超音波振動を発生させる振動子エレメントと、前記振動子エレメントの前記音響レンズとは反対の面に設けられた、絶縁性を有するバッキング材と、前記音響レンズ面が外部に露出するように、前記音響レンズと前記振動子エレメントと前記バッキング材とを収容するハウジングと、前記バッキング材より熱伝導率が大きく、前記バッキング材の前記振動子エレメントと接する面とは反対の面に積層した絶縁性の冷却部と、前記振動子エレメントから前記バッキング材を通って前記ハウジング内に延出させ、前記冷却部との接触面積が拡大するようにたわんだ撓み部を含めて前記冷却部により覆われている金属線よりなる信号線と、を含む。

本発明の実施の第１形態に係り、超音波内視鏡の全体構成図 同上、内視鏡先端部を示す説明図 同上、超音波送受信部の断面図 同上、図３のＡ−Ａ線断面図 同上、信号線の撓み部を示す説明図 同上、放熱部材を取り付けた例を示す説明図 本発明の実施の第２形態に係り、超音波送受信部の断面図 同上、図７のＢ−Ｂ線断面図 同上、放熱部材を取り付けた例を示す説明図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
先ず、本発明の実施の第１形態について説明する。図１に示すように本実施の形態の超音波内視鏡１は、細長管状に形成されて体腔内等に挿入される挿入部２の先端側に、超音波振動子ユニット３０を有する電子走査型超音波内視鏡である。この超音波内視鏡１の挿入部２の基端側には、把持部を兼用する操作部３が連設され、この操作部３の側部から延出されるユニバーサルコード４の先端側に、コネクタ部５が配設されている。

挿入部２は、先端側の超音波振動子ユニット３０に連設される硬質部６と、この硬質部６の後端側に連設され、例えば上下方向に湾曲自在に構成される湾曲部７と、この湾曲部７の後端側に連設される可撓管部８とを有して構成されている。可撓管部８は、湾曲部７から操作部３に至るまでの間に設けられ、受動的に可撓可能となるように柔軟性を持たせて形成される細径且つ長尺形状の管状部材である。

操作部３は、可撓管部８の基端を覆って可撓管部８と接続される折れ止め部３ａと、この折れ止め部３ａに連設され、使用者が内視鏡１を使用するときに手によって把持する把持部３ｂとを有している。把持部３ｂの上端側には、各種の操作部材が配設され、把持部３ｂの下端側に位置して折れ止め部３ａの上部となる部位には、処置具を体腔内に導くための処置具挿通口９等が設けられている。操作部３に設けられる操作部材としては、例えば湾曲部７の湾曲操作を行う湾曲レバー１０、送気送水操作又は吸引操作、撮像、照明等の各対応する操作を行うための複数の操作ボタン１１等がある。

ユニバーサルコード４は、挿入部２の先端から湾曲部７及び可撓管部８の内部を挿通して操作部３に至り、さらに操作部３から延出する各種信号線等を内部に挿通すると共に、光源装置（図示せず）のライトガイドを挿通し、さらに送気送水装置（図示せず）から延出される送気送水用チューブを挿通する複合ケーブルである。このユニバーサルコード４の先端側に配設されるコネクタ部５は、超音波観測装置（図示せず）との間を接続する超音波コネクタ５ａ、各種信号ケーブルが接続される電気コネクタ部５ｂ、光源装置や送気送水装置（図示せず）との間を接続する光源側コネクタ５ｃを備えて構成されている。

次に、挿入部２の先端側の構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、挿入部２先端側の硬質部６には、観察光学系を構成する対物レンズ窓２０、照明光学系を構成する照明レンズ窓２１、穿刺針等の処置具が導出される処置具導出口２２等が設けられている。

一方、硬質部６に連設される超音波振動子ユニット３０は、超音波送受信部１５と、この超音波送受信部１５を収容するハウジングであるノーズピース１６とを備えて構成されている。超音波送受信部１５は、ノーズピース１６の略中央部に形成された凹部をなす収容部に一体的に配設されて保持され、挿入部２の長手軸方向に超音波送受信面を形成する音響レンズ部１５ａと、この音響レンズ部１５ａの内側でコンベックス面に沿って配置された複数の振動子エレメント１５ｂとを主として備えている。

また、ノーズピース１６の先端には略円筒状の突出部１６ａが設けられ、この突出部１６ａの基部側外周に第１のバルーン保持溝１７ａが形成されると共に、ノーズピース１６の硬質部６との連結部外周に、第２のバルーン保持溝１７ｂが形成されている。第１のバルーン保持溝１７ａと第２のバルーン保持溝１７ｂとの間には、例えばシリコンゴムやラテックスゴム等で形成された肉薄で収縮性に富むバルーンがノーズピース１６を覆って着脱自在に介装されるようになっている。

次に、超音波振動子ユニット３０の信号配線系について説明する。
図３に示すように、超音波送受信部１５の複数の振動子エレメント１５ｂは、対応する信号ラインをパターンとして配した配線基板２５に、複数の信号線２６を介して電気的に接続され、この配線基板２５がノーズピース１６内に収容されている。配線基板２５からは、駆動ライン、信号ライン、接地ラインを形成する複数の信号ケーブル２７が延出され、これらの信号ケーブル２７が挿入部２内を挿通されて超音波コネクタ５ａに接続されている。

具体的には、超音波振動子ユニット３０は、ノーズピース１６の略中央部に保持される音響レンズ部１５ａの背面側に、所定の音響インピーダンスに調整するための音響整合層３１，３２を介して振動子エレメント１５ｂの上部電極側が接合されている。振動子エレメント１５ｂは、例えば、公知の圧電素子を上部電極および下部電極で挟み込んだ圧電型のエレメント、又は柱により上部電極および下部電極の間に所定距離空隙ができるよう離間した静電容量型のエレメントを適用することができる。

振動子エレメント１５ｂの下部電極の背面側には、不要な超音波を減衰させるためのバッキング材３３が配設されている。バッキング材３３は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン、ウレタン、若しくは各種エラストマ等の絶縁性を有する材料を母材として、この母材に、アルミナやジルコニア、酸化チタン等のセラミックス粒子をフィラー材として配合したものを用いることができる。

更に、バッキング材３３の背面側には、振動子エレメント１５ｂの熱を放熱して冷却するための冷却部３４が積層されている。各振動子エレメント１５ｂと配線基板２５とを接続する複数の信号線２６は、バッキング材３３内を挿通されて冷却部３４に至り、配線基板２５に電気的に接続されている。

信号線２６は、ハンダ、錫、ニッケル、銅、金等が表面にメッキされた金属線が用いられ、図３，図４に示すように、振動子エレメント１５ｂの背面側から所定距離離れた冷却部３４内部の位置でたわまされて湾曲された後、配線基板２５の複数のランド２５ａに個別に接続されている。すなわち、信号線２６の冷却部３４内の配線をたわませて撓み部３５を形成することにより、信号線２６の外表面と冷却部３４を形成する部材との接触面積を拡大するように構成されている。

尚、図３，４においては、複数の振動子エレメント１５ｂで上部電極を共通として配線基板２５に接続し、個々の振動子エレメント１５ｂの下部電極に接続される信号線２６毎に撓み部３５を設けて配線基板２５に接続するものとするが、上部電極と下部電極との双方の信号線に撓み部３５を設けるようしても良い。

ここで、冷却部３４は、絶縁性を有し、且つバッキング材３３よりも熱伝導率が大きい材料で形成されている。例えば、冷却部３４を、バッキング材３３と同じ樹脂の母材でバッキング材３３よりも多くのセラミックス粒子を混合した材料で形成することにより、放熱性（冷却性能）を向上させる。

このような冷却部３４で覆われた撓み部３５を含む信号線２６の配線系では、超音波の送受信のために各振動子エレメント１５ｂが駆動されて各振動子エレメント１５ｂに熱が発生すると、この熱が各信号線２６に伝熱される。信号線２６に伝わった熱は、バッキング材３３の背面側に積層された冷却部３４内の撓み部３５に伝熱される。撓み部３５は、熱伝導率が大きい冷却部３４の部材との接触面積が大きいため、振動子エレメント１５ｂで発生した熱が効果的に放熱され、振動子エレメント１５ｂで発生した熱を外部に効率的に排出することができる。

この場合、信号線２６は、図５に示すように、冷却部３４内に配置される部分を薄肉の平板状に成形し、この平板状の部分をたわませて撓み部３５Ａとしても良い。この平板状の撓み部３５Ａを用いることで、冷却部３４の構成部材との接触面積を更に拡大することができ、放熱性をより向上することができる。

また、図６に示すように、冷却部３４の外部には、冷却部３４の外表面に密着する金属材等からなるヒートシンク３６を配設するようしても良い。このヒートシンク３６は、冷却部３４の外表面とノーズピース１６の内壁面との間に配置されて、一端が挿入部２先端側の硬質部６まで延出され、信号線２６の撓み部３５から冷却部３４の構成部材に伝達された熱を、ノーズピース１６が連設される内視鏡本体側に排出することができる。

このように本実施の形態においては、振動子エレメント１５ｂに接続される信号線２６を、バッキング材３３背面側の熱伝導率が大きい部材で形成された冷却部３４内に延出し、信号線２６をたわませて湾曲させた撓み部３５を冷却部３４内に配置している。これにより、振動子エレメント１５ｂで発生する熱を、放熱のための大きなスペースを要することなく、冷却部３４の構成部材との接触面積が大きい撓み部３５から効率的に放熱することができる。

特に、先端部の小型化と振動子の高出力化を要求される超音波内視鏡では、大きな容積の冷却部を要することなく、効率的に振動子エレメント１５ｂの熱を放熱することができることから、音響レンズ部１５ａの表面温度の上昇を抑制することができ、振動子出力を不要に制限することがなく、効率的に超音波観察を行うことが可能となる。

次に、本発明の実施の第２形態について説明する。第２形態は、信号線２６の撓み部３５は配置される冷却部３４の構成を変更し、放熱性をより向上するものである。

具体的には、図７に示すように、第２形態の冷却部３４Ａは、熱伝導率が大きい材料で形成した棒状の伝熱部材４０を内部に埋設して構成されている。伝熱部材４０は、信号線２６が接触する外表面が少なくとも電気的に絶縁されており、熱容量の大きいセラミックスや金属材料等で形成されている。この伝熱部材４０には、図８に示すように、信号線２６の撓み部３５が密着するように巻き付けられている。

尚、この場合、撓み部３５は、第１形態の図５で説明したように、信号線２６の一部を薄い平板状に形成し、この平板状の部分を伝熱部材４０に巻き付けて密着するようにしても良い。これにより、撓み部３５と伝熱部材４０との接触面積をより拡大することができ、放熱性をより向上することができる。

このような構成では、振動子エレメント１５ｂで発生した熱は、信号線２６を伝わり、冷却部３４Ａ内で信号線２６の撓み部３５から伝熱部材４０に伝熱されて外部に排出される。冷却部３４Ａ内では、より熱伝導率の大きい伝熱部材４０に撓み部３５が密着されて配置されているため、撓み部３５からの熱を迅速に外部に放出することができる。

この場合においても、図９に示すように、冷却部３４Ａから露呈する伝熱部材４０の端部に、金属材等からなるヒートシンク４１を配設するようしても良い。このヒートシンク４１は、第１形態で説明したヒートシンク３６と同様、ノーズピース１６の内壁面に沿って配置されて挿入部２先端側の硬質部６まで延出され、信号線２６の撓み部３５から冷却部３４Ａの伝熱部材４０に伝達された熱を、ノーズピース１６が連設される内視鏡本体側に迅速に排出することができる。

第２形態は、第１形態と同様、振動子エレメント１５ｂで発生する熱を、放熱のための大きなスペースを要することなく信号線２６の撓み部３５から効率的に放熱することができるが、第２形態では、冷却部３４Ａ内で熱伝導率が大きい伝熱部材４０に撓み部３５を密着させて配置しているため、放熱性能を更に向上することができる。

本出願は、２０１４年９月２日に日本国に出願された特願２０１４−１７８３１０号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものである。

Claims (7)

1. 超音波を送受信するための音響レンズと、
   前記音響レンズを通して送受信する超音波振動を発生させる振動子エレメントと、
   前記振動子エレメントの前記音響レンズとは反対の面に設けられた、絶縁性を有するバッキング材と、
   前記音響レンズ面が外部に露出するように、前記音響レンズと前記振動子エレメントと前記バッキング材とを収容するハウジングと、
   前記バッキング材より熱伝導率が大きく、前記バッキング材の前記振動子エレメントと接する面とは反対の面に積層した絶縁性の冷却部と、
   前記振動子エレメントから前記バッキング材を通って前記ハウジング内に延出させ、前記冷却部との接触面積が拡大するようにたわんだ撓み部を含めて前記冷却部により覆われている金属線よりなる信号線と、
   を含むことを特徴とする超音波内視鏡。
2. 前記信号線は、表面にメッキを施したことを特徴とする請求項１に記載の超音波内視鏡。
3. 前記バッキング材は、絶縁性の母材にセラミックス粒子をフィラーとして配合したことを特徴とする請求項１に記載の超音波内視鏡。
4. 前記信号線は、前記冷却部に配置される部分を平板状の前記撓み部としたことを特徴とする請求項１に記載の超音波内視鏡。
5. 前記冷却部に、前記撓み部が巻き付けられる伝熱部材を埋設したことを特徴とする請求項１に記載の超音波内視鏡。
6. 前記冷却部の外表面と前記ハウジングの間にヒートシンクを設けたことを特徴とする請求項１に記載の超音波内視鏡。
7. 前記冷却部は、前記バッキング材と同じ母材に、前記バッキング材と同じセラミックをより多く配合したことを特徴とする請求項３に記載の超音波内視鏡。

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