JP6599867B2 - Endoscope, heat dissipation wire - Google Patents
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Description
本発明は、放熱効率のよい内視鏡であって、具体的には熱伝導体としてグラファイトシートを用いた内視鏡に関するものである。
また、本発明は、放熱効率のよい放熱線状物であって、具体的には放熱部材としてグラファイトシートを用いた放熱線状物に関するものである。
さらに、本発明は、前記グラファイトシート、その積層体又は前記放熱線状物などを用いた、グラファイト被覆光ファイバー、グラファイト被覆光配線ケーブル、ヒートパイプ、電子機器、医療機器、及びレーザーメスにも関するものである。The present invention relates to an endoscope with good heat dissipation efficiency, and specifically to an endoscope using a graphite sheet as a heat conductor.
In addition, the present invention relates to a heat radiating wire having good heat radiating efficiency, and specifically to a heat radiating wire using a graphite sheet as a heat radiating member.
Furthermore, the present invention also relates to a graphite-coated optical fiber, a graphite-coated optical wiring cable, a heat pipe, an electronic device, a medical device, and a laser knife using the graphite sheet, a laminate thereof, or the heat radiation wire. It is.
近年、医療分野においては、単に病気を治すだけでなく、患者の負担を可能な限り低減して診断、治療、手術などの医療行為を行うという低侵襲医療の考え方が浸透してきている。この低侵襲医療に欠かせない医療機器の一つに内視鏡がある。内視鏡は、口、鼻や体表の開口部などから内視鏡を体腔内に挿入することにより臓器を直接診断できるものである。医療現場において内視鏡が積極的に活用されるのに伴い、小型でかつ解像度などの性能が向上した内視鏡が開発されている。内視鏡では、使用時に光を照射するLEDなどの照明素子やCCDなどの撮像素子が発熱するため、温度が上昇する。しかしながら、内視鏡は体腔内に挿入して用いられるため、患者にやけどを生じさせることがないよう効率的に放熱して温度上昇を抑制する必要がある。また、内視鏡の発熱は、内視鏡の性能低下や誤動作を生じさせるという課題も有している。 In recent years, in the medical field, the concept of minimally invasive medical treatment, in which not only cures a disease but also reduces the burden on the patient as much as possible and performs medical acts such as diagnosis, treatment, and surgery, has been permeating. An endoscope is one of medical devices indispensable for this minimally invasive medical treatment. An endoscope can directly diagnose an organ by inserting the endoscope into a body cavity from the mouth, nose, or opening of the body surface. As endoscopes are actively used in the medical field, endoscopes having a small size and improved performance such as resolution have been developed. In an endoscope, an illumination element such as an LED that irradiates light during use and an imaging element such as a CCD generate heat, and thus the temperature rises. However, since an endoscope is used by being inserted into a body cavity, it is necessary to efficiently dissipate heat and suppress an increase in temperature so as not to cause burns to the patient. Further, the heat generation of the endoscope has a problem that the performance of the endoscope is degraded and malfunction occurs.
内視鏡内で発生する熱を逃がすための熱伝導材料としては、従来アルミや銅などの金属材料が用いられてきた。しかしながら、アルミや銅の熱伝導率は、それぞれ220W/m・K、400W/m・Kであってそれほど高いとはいえず、さらに金属材料であるため、内視鏡の重量が増加する欠点がある。このことから、内視鏡の熱伝導材料として、比重が小さく、かつ熱伝導率の高い材料が望まれていた。 Conventionally, metal materials such as aluminum and copper have been used as a heat conductive material for releasing heat generated in an endoscope. However, the thermal conductivities of aluminum and copper are 220 W / m · K and 400 W / m · K, respectively, which are not so high. Further, since they are metallic materials, there is a drawback that the weight of the endoscope increases. is there. For this reason, a material having a small specific gravity and a high thermal conductivity has been desired as a heat conductive material for an endoscope.
特許文献1には、グラフェン層を熱伝導材として使用することが開示されている。このグラフェン層は、c軸に垂直な方向の熱伝導率が400〜1600W/m・Kであり、従来用いてきた金属材料に比べて高いという特性を有している。
また、特許文献2には、導電体のシールド層としてグラファイトシートを用いた高熱伝導ケーブルが開示されている。
特許文献3には、光送信部および光受信部で発生する熱を放散する放熱線状物を備えた光配線ケーブルが開示されている。Patent Document 1 discloses the use of a graphene layer as a heat conductive material. This graphene layer has a thermal conductivity in the direction perpendicular to the c-axis of 400 to 1600 W / m · K, which is higher than that of conventionally used metal materials.
Patent Document 2 discloses a high thermal conductive cable using a graphite sheet as a shield layer of a conductor.
Patent Document 3 discloses an optical wiring cable including a heat dissipating wire-like object that dissipates heat generated in an optical transmitter and an optical receiver.
しかしながら、特許文献1に記載されたグラフェン層の熱伝導率は不十分であり、内視鏡の発熱量が大きくなった場合には、内視鏡の性能低下や誤動作を引き起こすおそれがあった。
また、特許文献2および3に記載されたケーブルに用いられている放熱部材についても、熱伝導率などの放熱性を改良する必要があった。
本発明は、軽量で、かつ高い熱伝導率を有するグラファイトシートを熱伝導体として用いた内視鏡を提供することを目的とする。
また、本発明は、軽量で、かつ高い熱伝導率を有するグラファイトシートを放熱部材として用いた放熱線状物を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、前記グラファイトシート、その積層体又は前記放熱線状物などを用いた、グラファイト被覆光ファイバー、グラファイト被覆光配線ケーブル、ヒートパイプ、電子機器、医療機器、及びレーザーメスを提供することも目的として掲げた。However, the thermal conductivity of the graphene layer described in Patent Document 1 is insufficient, and when the amount of heat generated by the endoscope becomes large, there is a possibility that the performance of the endoscope may be deteriorated or malfunction.
Moreover, also about the heat radiating member used for the cable described in patent document 2 and 3, it was necessary to improve heat dissipation, such as thermal conductivity.
An object of the present invention is to provide an endoscope using a graphite sheet that is lightweight and has high thermal conductivity as a thermal conductor.
Another object of the present invention is to provide a heat radiation wire using a graphite sheet having a light weight and high thermal conductivity as a heat radiation member.
Furthermore, the present invention provides a graphite-coated optical fiber, a graphite-coated optical wiring cable, a heat pipe, an electronic device, a medical device, and a laser knife using the graphite sheet, a laminate thereof, or the heat radiation wire. Also listed as a purpose.
本発明者らは、前記課題を解決するために、グラファイトシートの熱伝導率を高めることについて詳細な検討を行った。その結果、面積が4mm2以上であり、25℃におけるa−b面方向の熱伝導率が1950W/m・K以上であるグラファイトシートを作製することに成功し、このような特性を持つグラファイトシートを熱伝導体として用いれば、内視鏡の放熱効果を高められることに想到した。
また、本発明者らは上記検討において、グラファイトの高い熱伝導率をさらに生かした放熱部材を得るために、グラファイトが有する他の特性に着目できないかと考えた。新たな放熱部材を開発することができれば、放熱設計に必要な放熱部材の選択肢を増やすことができるからである。鋭意検討の結果、本発明者らは非常に薄いグラファイトシートを用いれば、容易に加工することができると考えた。そして、グラファイトシートをらせん状に巻いて線状物にした放熱部材にすれば、グラファイトの高い熱伝導率を保持したまま機械的な強度を大きくできることに想到した。
さらに、本発明者らは、上記グラファイトシートや、グラファイトシートを用いた上記線状物を光ファイバー、光配線ケーブル、ヒートパイプ、電子機器、医療機器、及びレーザーメスに適用すれば、これらの機器の性能の低下や破損を防止でき、機器の使用感を向上できることに想到した。In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted detailed studies on increasing the thermal conductivity of the graphite sheet. As a result, a graphite sheet having an area of 4 mm 2 or more and a thermal conductivity in the ab plane direction at 25 ° C. of 1950 W / m · K or more was successfully produced. It was conceived that the heat dissipation effect of the endoscope could be enhanced by using as a heat conductor.
Further, in the above examination, the present inventors considered whether it is possible to pay attention to other characteristics of graphite in order to obtain a heat radiating member that further utilizes the high thermal conductivity of graphite. This is because if a new heat radiating member can be developed, the options of the heat radiating member necessary for the heat radiating design can be increased. As a result of intensive studies, the present inventors thought that if a very thin graphite sheet was used, it could be easily processed. Then, it was conceived that if a graphite sheet is spirally wound into a linear heat radiation member, the mechanical strength can be increased while maintaining the high thermal conductivity of graphite.
Furthermore, the present inventors can apply the above graphite sheet or the above linear material using the graphite sheet to an optical fiber, an optical wiring cable, a heat pipe, an electronic device, a medical device, and a laser knife. We have come up with the idea that performance degradation and damage can be prevented and the usability of the equipment can be improved.
すなわち、前記課題を解決することができた本発明の内視鏡は、管部と、該管部内の発熱体と、該発熱体に接続されたグラファイト製熱伝導体とを有しており、前記熱伝導体は、グラファイトシート又はその積層体であって、このグラファイトシートは、面積が4mm2以上であり、25℃におけるa−b面方向の熱伝導率が1950W/m・K以上であることを特徴とする。内視鏡の熱伝導体にグラファイトシートを用いることによって、内視鏡を軽量化でき、しかも内視鏡での発熱を効率よく放熱することが可能であるため、内視鏡の性能低下、誤動作の発生、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。That is, the endoscope of the present invention that has been able to solve the above problems has a tube portion, a heating element in the tube portion, and a graphite thermal conductor connected to the heating element, The thermal conductor is a graphite sheet or a laminate thereof, and the graphite sheet has an area of 4 mm 2 or more and a thermal conductivity in the ab plane direction at 25 ° C. of 1950 W / m · K or more. It is characterized by that. By using a graphite sheet as the heat conductor of the endoscope, the weight of the endoscope can be reduced and the heat generated by the endoscope can be efficiently dissipated. Can prevent the operator and patient from getting burned.
本発明に係るグラファイトシートは、芳香族高分子を成膜して厚さ120nm以上18μm以下のフィルムにし、このフィルムを炭素化した後、温度3000℃以上でゲージ圧力0.10MPa以上で熱処理することによって得られるものであることが好ましい。このような製造条件に設定することにより、高熱伝導率を有するグラファイトシートを得ることができる。 The graphite sheet according to the present invention is formed by forming an aromatic polymer into a film having a thickness of 120 nm or more and 18 μm or less. After carbonizing this film, heat treatment is performed at a temperature of 3000 ° C. or more and a gauge pressure of 0.10 MPa or more. It is preferable that it is obtained by. By setting to such production conditions, a graphite sheet having high thermal conductivity can be obtained.
本発明に係るグラファイトシートの密度が1.8g/cm3以上であることが好ましい。グラファイトシートの密度が上記範囲にあれば、グラファイトシート中には欠損や空洞がなく、非常に密な構造をしているといえるため、高熱伝導性のグラファイトシートを得ることができる。The density of the graphite sheet according to the present invention is preferably 1.8 g / cm 3 or more. If the density of the graphite sheet is in the above range, it can be said that the graphite sheet has no defects or cavities and has a very dense structure, so that a highly heat conductive graphite sheet can be obtained.
本発明に係るグラファイトシートの平均結晶粒径が1.8μm以上であることが好ましい。通常、結晶粒が大きいほど熱伝導率が向上するが、本発明のように高品質グラファイトの場合、平均結晶粒径が1.8μm以上であれば、優れた熱伝導率特性を得ることができる。 The average crystal grain size of the graphite sheet according to the present invention is preferably 1.8 μm or more. Usually, the larger the crystal grains, the better the thermal conductivity. However, in the case of high quality graphite as in the present invention, excellent thermal conductivity characteristics can be obtained if the average crystal grain size is 1.8 μm or more. .
本発明に係るグラファイトシートの厚さが50nm超9.6μm以下であることが好ましい。グラファイトシートが薄ければ薄いほど、高分子焼成法によるグラファイトシート製造において、シート全体に整ったグラファイト構造ができやすいため、高い熱伝導率を示すグラファイトシートを得ることができる。 The thickness of the graphite sheet according to the present invention is preferably more than 50 nm and 9.6 μm or less. The thinner the graphite sheet, the easier it is to produce a graphite structure in the entire sheet in the production of the graphite sheet by the polymer firing method, so that a graphite sheet exhibiting high thermal conductivity can be obtained.
本発明に係る内視鏡は、前記管部に接続された操作部を有しており、前記グラファイト製熱伝導体の一端は前記発熱体に接続されて、他端が前記発熱体よりも前記操作部側の金属部材に接続されていることが好ましい。操作部側の金属部材には熱源が存在しないため、操作部側の金属部材の温度は、発熱体の温度よりも小さい。そうすると、発熱体で発生した熱は、グラファイト製熱伝導体により操作部側の金属部材に伝達されて、徐々に放熱される。これにより、発熱体で発生した熱の蓄積による内視鏡の性能低下、誤動作の発生、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。 The endoscope according to the present invention has an operation portion connected to the tube portion, one end of the graphite heat conductor is connected to the heating element, and the other end is more than the heating element. It is preferable to be connected to a metal member on the operation unit side. Since there is no heat source in the metal member on the operation unit side, the temperature of the metal member on the operation unit side is lower than the temperature of the heating element. If it does so, the heat which generate | occur | produced with the heat generating body will be transmitted to the metal member by the side of an operation part with a graphite heat conductor, and will be thermally radiated gradually. As a result, it is possible to prevent the performance of the endoscope from being deteriorated due to the accumulation of heat generated by the heating element, the occurrence of malfunction, and the burn of the operator or patient.
本発明に係るグラファイト製熱伝導体は、前記発熱体にらせん状に巻き付けられており、前記グラファイト製熱伝導体の少なくとも一部が互いに重なり合っていることが好ましい。このように発熱体にグラファイト製熱伝導体を配置することにより、放熱面積を大きくすることができる。また、らせん方向だけでなく、らせん軸方向にも熱伝導がなされるため、放熱を速やかに行うことができる。 It is preferable that the graphite thermal conductor according to the present invention is spirally wound around the heating element, and at least a part of the graphite thermal conductor overlaps with each other. Thus, by disposing the graphite heat conductor on the heating element, the heat radiation area can be increased. Further, heat conduction is performed not only in the spiral direction but also in the spiral axis direction, so that heat can be radiated quickly.
本発明に係るグラファイト製熱伝導体(好ましくは長方形(長さ方向>幅方向)のグラファイト製熱伝導体)により形成されるらせん部において、隣接するグラファイト製熱伝導体は互いに重なり合っていることが好ましい。上述した様に、らせん軸方向への熱伝導も可能となり、らせん方向への伝導と相まって放熱性を高めることができる。 In the spiral portion formed by the graphite thermal conductor according to the present invention (preferably a rectangular (long direction> width direction) graphite thermal conductor), adjacent graphite thermal conductors may overlap each other. preferable. As described above, heat conduction in the direction of the helical axis is also possible, and heat dissipation can be enhanced in combination with conduction in the helical direction.
巻回数が1.5以上のロール状に形成されたグラファイト製熱伝導体の内側面が、発熱体と接続していることも好ましい。発熱体の熱は、グラファイト製熱伝導体の内側面から伝わることにより放熱される。巻回数が1.5以上であればグラファイト製熱伝導体の一部が互いに重なり合うことになるため熱伝導が起こりやすく、放熱量も大きくすることができる。 It is also preferable that the inner surface of the graphite thermal conductor formed in a roll shape having a winding number of 1.5 or more is connected to the heating element. The heat of the heating element is dissipated by being transmitted from the inner surface of the graphite heat conductor. If the number of windings is 1.5 or more, some of the graphite heat conductors are overlapped with each other, so that heat conduction is likely to occur and the heat radiation amount can be increased.
本発明に係る発熱体は、撮像素子と、照明部のいずれか一方を少なくとも含むことが好ましい。 The heating element according to the present invention preferably includes at least one of an image sensor and an illumination unit.
本発明に係る内視鏡は、前記撮像素子と、前記照明部との間に、第2グラファイト製熱伝導体が配置されていることが好ましい。撮像素子と照明部はいずれも熱源であるため、撮像素子と照明部の間には熱が蓄積しやすいが、第2グラファイト製熱伝導体を配置することにより、撮像素子と照明部の間に蓄積する熱を放熱することができるため、内視鏡の性能低下や誤動作の発生を防止できる。 In the endoscope according to the present invention, it is preferable that a second graphite thermal conductor is disposed between the imaging element and the illumination unit. Since both the image sensor and the illumination unit are heat sources, heat is likely to accumulate between the image sensor and the illumination unit. However, by placing a second graphite thermal conductor, the image sensor and the illumination unit are disposed between the image sensor and the illumination unit. Since the accumulated heat can be dissipated, it is possible to prevent the degradation of the endoscope performance and the malfunction.
本発明に係る内視鏡は、前記発熱体の外側であって前記管部の内側面に、第3グラファイト製熱伝導体が配置されていることが好ましい。内視鏡の管部は人体内に挿入されるものであるため、できる限り発熱を抑えることが必要である。発熱体の外側であって管部の内側面に第3グラファイト製熱伝導体が配置されていれば、管部外側面への熱伝導が起こりにくくなる。そうすると、人体内で接触する内視鏡の管部の温度を抑えることができるため、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。 In the endoscope according to the present invention, it is preferable that a third graphite thermal conductor is disposed outside the heating element and on the inner surface of the tube portion. Since the tube part of the endoscope is inserted into the human body, it is necessary to suppress heat generation as much as possible. If the third graphite heat conductor is disposed on the inner side surface of the tube portion outside the heat generating body, heat conduction to the outer surface of the tube portion is less likely to occur. If it does so, since the temperature of the tube part of the endoscope which contacts in a human body can be suppressed, it can prevent that an operator and a patient get burned.
上記課題を解決することができた本発明の放熱線状物は、グラファイトシート又はその積層体を少なくとも一部が互いに重なるようにらせん状に巻いた放熱線状物であって、前記グラファイトシートの厚さが50nm超9.6μm以下であることを特徴とする。本発明の放熱線状物は、グラファイトシートを使用しているため軽量であり、熱伝導率が高い。上記範囲の厚さのグラファイトシートは、特に高い熱伝導率を得ることができる。また、このような厚さのグラファイトシートは加工性に優れているため、らせん状に巻いて線状物にすることが可能である。グラファイトシートを線状物にすれば、機械的強度を大きくすることができる。さらに、この放熱線状物は、グラファイトシート又はその積層体を一部が互いに重なるようにらせん状に巻いたものであるため、放熱面積を大きくすることができる。 The heat dissipating wire of the present invention that has solved the above-mentioned problems is a heat dissipating wire that is formed by spirally winding a graphite sheet or a laminate thereof so that at least a part thereof overlaps each other. The thickness is more than 50 nm and 9.6 μm or less. Since the heat-radiating wire of the present invention uses a graphite sheet, it is lightweight and has a high thermal conductivity. A graphite sheet having a thickness in the above range can obtain a particularly high thermal conductivity. Moreover, since the graphite sheet having such a thickness is excellent in workability, it can be spirally wound into a linear material. If the graphite sheet is linear, the mechanical strength can be increased. Furthermore, since this heat radiation linear object is a spirally wound graphite sheet or a laminate thereof partially overlapping each other, the heat radiation area can be increased.
本発明に係るグラファイトシートは、面積が4mm2以上であり、25℃におけるa−b面方向の熱伝導率が1950W/m・K以上であることが好ましい。グラファイトシートの熱伝導率が上記の範囲にあれば、効率よく放熱することができる。The graphite sheet according to the present invention preferably has an area of 4 mm 2 or more and a thermal conductivity in the ab plane direction at 25 ° C. of 1950 W / m · K or more. If the thermal conductivity of the graphite sheet is in the above range, heat can be efficiently radiated.
本発明に係るグラファイトシートは、芳香族高分子を成膜して厚さ120nm以上18μm以下のフィルムにし、このフィルムを炭素化した後、温度3000℃以上でゲージ圧力0.10MPa以上で熱処理することによって得られるものであることが好ましい。このような製造条件に設定することにより、高熱伝導率を有するグラファイトシートを得ることができる。 The graphite sheet according to the present invention is formed by forming an aromatic polymer into a film having a thickness of 120 nm or more and 18 μm or less. After carbonizing this film, heat treatment is performed at a temperature of 3000 ° C. or more and a gauge pressure of 0.10 MPa or more. It is preferable that it is obtained by. By setting to such production conditions, a graphite sheet having high thermal conductivity can be obtained.
放熱線状物が複数互いに編み込まれて形成されたグラファイト製放熱部材も本発明の態様に含まれる。このように複数の放熱線状物を編み込むことで、放熱面積を大きくすることができるため、放熱効率を上げることができる。 A graphite heat dissipating member formed by knitting a plurality of heat dissipating wires is also included in the aspect of the present invention. Thus, since the heat radiation area can be increased by braiding a plurality of heat radiation linear objects, the heat radiation efficiency can be increased.
本発明には、放熱線状物と、この放熱線状物内に収められた光ファイバーとから構成されるグラファイト被覆光ファイバーである態様も含まれる。これにより、光ファイバーで発生した熱を放熱することができるため、光ファイバーの性能の低下や破損を防止することができる。 The aspect of the present invention includes a graphite-coated optical fiber composed of a heat radiation wire and an optical fiber housed in the heat radiation wire. Thereby, since the heat generated in the optical fiber can be dissipated, it is possible to prevent the performance degradation or breakage of the optical fiber.
本発明に係るグラファイト被覆光配線ケーブルは、放熱線状物と、この放熱線状物内に収められた複数本の光ファイバーとから構成される。これにより、光ファイバーで発生した熱を放熱することができるため、光配線ケーブルの性能の低下や破損を防止することができる。 The graphite-coated optical wiring cable according to the present invention includes a heat dissipating wire and a plurality of optical fibers housed in the heat dissipating wire. Thereby, since the heat | fever generate | occur | produced with the optical fiber can be radiated | emitted, the performance fall and damage of an optical wiring cable can be prevented.
厚さが50nm超9.6μm以下のグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物が周囲に巻き付けられたヒートパイプである態様も本発明に含まれる。これにより、ヒートパイプ内部の作動液の環流が早まるため、ヒートパイプの熱伝導特性を向上することができる。 An embodiment in which the graphite sheet having a thickness of more than 50 nm and 9.6 μm or less, or a laminate thereof, or a heat pipe around which a radiating wire is wound is also included in the present invention. Thereby, since the circulation of the working fluid inside the heat pipe is accelerated, the heat conduction characteristics of the heat pipe can be improved.
本発明に係る電子機器は、発熱体と、該発熱体に接続された放熱線状物とを有する。これにより、発熱体で発生した熱を放熱することができるため、電子機器の性能の低下、誤動作、破損や機器の使用感の悪化を防止することができる。 The electronic device according to the present invention includes a heating element and a heat radiation wire connected to the heating element. Thereby, since the heat generated by the heating element can be dissipated, it is possible to prevent deterioration in performance, malfunction, damage and deterioration of the feeling of use of the electronic device.
本発明に係る医療機器は、発熱体と、該発熱体に接続された放熱線状物とを有する。これにより、医療機器の発熱体で発生する熱を放熱することができるため、医療機器の性能の低下、誤動作、破損、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。 The medical device according to the present invention includes a heating element and a heat radiation wire connected to the heating element. Accordingly, since heat generated by the heating element of the medical device can be dissipated, it is possible to prevent deterioration of the performance of the medical device, malfunction, damage, and burns of the operator and the patient.
本発明に係る内視鏡は、発熱体と、該発熱体に接続された放熱線状物とを有する。これにより、内視鏡の発熱体で発生する熱を放熱することができるため、LEDなどの照明素子が損傷して照明光の輝度が落ち、映像が不鮮明になること、発熱体の寿命が短くなって長時間の使用が困難になること、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。 The endoscope according to the present invention includes a heating element and a heat radiation wire connected to the heating element. As a result, the heat generated by the heating element of the endoscope can be dissipated, so that the illumination element such as the LED is damaged, the brightness of the illumination light is reduced, the image becomes unclear, and the life of the heating element is shortened. This makes it difficult to use for a long time and prevents the operator and patient from getting burned.
本発明に係るレーザーメスは、発熱体と、該発熱体に接続された厚さが50nm超9.6μm以下のグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物とを有する。これにより、レーザーメスで発生する熱を放熱できるため、レーザーメスの使用感が向上し、また、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。 The laser knife according to the present invention includes a heating element, and a graphite sheet having a thickness of more than 50 nm and not more than 9.6 μm connected to the heating element, or a laminate thereof, or a heat radiation line. As a result, the heat generated by the laser knife can be dissipated, so that the feeling of use of the laser knife is improved, and the operator and the patient can be prevented from getting burned.
本発明の内視鏡は、熱伝導体として、面積が4mm2以上であり、25℃におけるa−b面方向の熱伝導率が1950W/m・K以上のグラファイトシート又はその積層体を用いているため、内視鏡での発熱を効率よく放熱することができ、発熱体で発生した熱の蓄積による内視鏡の誤動作や破損が生じることを防止できる。
また、本発明の放熱線状物は、グラファイトシート又はその積層体を一部が互いに重なるようにらせん状に巻いた放熱線状物であって、前記グラファイトシートの厚さが50nm超9.6μm以下である。本発明の放熱線状物は、グラファイトシートを使用しているため軽量であり、熱伝導率が高い。上記範囲の厚さのグラファイトシートは、特に高い熱伝導率を得ることができる。また、このような厚さのグラファイトシートは加工性に優れているため、らせん状に巻いて線状物にすることが可能である。グラファイトシートを線状物にすれば、機械的強度を大きくすることができる。この放熱線状物は、グラファイトシート又はその積層体を一部が互いに重なるようにらせん状に巻いたものであるため、放熱面積を大きくすることができる。
さらに、上記グラファイトシートや、上記放熱線状物を放熱部材として適用した光ファイバー、光配線ケーブル、ヒートパイプ、電子機器、医療機器、及びレーザーメスは、機器の性能の低下や破損を防止でき、機器の使用感を向上できるものである。The endoscope of the present invention uses, as a heat conductor, a graphite sheet or a laminate thereof having an area of 4 mm 2 or more and a thermal conductivity in the ab plane direction at 25 ° C. of 1950 W / m · K or more. Therefore, it is possible to efficiently dissipate heat generated by the endoscope, and it is possible to prevent malfunction and damage of the endoscope due to accumulation of heat generated by the heating element.
In addition, the heat dissipating wire of the present invention is a heat dissipating wire that is formed by spirally winding a graphite sheet or a laminate thereof, and the graphite sheet has a thickness of more than 50 nm and 9.6 μm. It is as follows. Since the heat-radiating wire of the present invention uses a graphite sheet, it is lightweight and has a high thermal conductivity. A graphite sheet having a thickness in the above range can obtain a particularly high thermal conductivity. Moreover, since the graphite sheet having such a thickness is excellent in workability, it can be spirally wound into a linear material. If the graphite sheet is linear, the mechanical strength can be increased. Since this heat radiating wire is formed by winding a graphite sheet or a laminate thereof in a spiral shape so as to partially overlap each other, the heat radiating area can be increased.
Furthermore, the graphite sheet and the optical fiber, the optical wiring cable, the heat pipe, the electronic device, the medical device, and the laser knife to which the heat radiating wire is applied as the heat radiating member can prevent the device performance from being deteriorated or damaged. It is possible to improve the feeling of use.
本発明には、内視鏡(第一態様、第九態様)、放熱線状物(第二態様)、グラファイト製放熱部材(第三態様)、グラファイト被覆光ファイバー(第四態様)、グラファイト被覆光配線ケーブル(第五態様)、ヒートパイプ(第六態様)、電子機器(第七態様)、医療機器(第八態様)、レーザーメス(第十態様)が包含される。
いずれの態様も高熱伝導率を有するグラファイトシート、その積層体や放熱線状物を使用するものであり、第一態様の内視鏡に示されるグラファイトシートや積層体等の全内容は、第一態様以外の態様にも適用される。The present invention includes an endoscope (first aspect, ninth aspect), a heat dissipating wire (second aspect), a graphite heat radiating member (third aspect), a graphite-coated optical fiber (fourth aspect), and graphite-coated light. A wiring cable (fifth aspect), a heat pipe (sixth aspect), an electronic device (seventh aspect), a medical device (eighth aspect), and a laser knife (tenth aspect) are included.
All of the embodiments use a graphite sheet having a high thermal conductivity, a laminate thereof, and a heat radiation wire, and the entire contents of the graphite sheet, the laminate, etc. shown in the endoscope of the first embodiment are as follows. It applies also to aspects other than an aspect.
1.内視鏡(第一態様)
本発明の実施の形態に係る内視鏡は、管部と、該管部内の発熱体と、該発熱体に接続されたグラファイト製熱伝導体とを有しており、前記熱伝導体は、グラファイトシート又はその積層体であって、このグラファイトシートは、面積が4mm2以上であり、25℃におけるa−b面方向の熱伝導率が1950W/m・K以上であることを特徴とする。内視鏡の熱伝導体にグラファイトシートを用いることによって、内視鏡を軽量化でき、しかも内視鏡での発熱を効率よく放熱することが可能であるため、内視鏡の性能低下、誤動作の発生、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。1. Endoscope (first aspect)
An endoscope according to an embodiment of the present invention includes a tube part, a heating element in the tube part, and a graphite heat conductor connected to the heating element, and the heat conductor includes: A graphite sheet or a laminate thereof, wherein the graphite sheet has an area of 4 mm 2 or more and a thermal conductivity in the ab plane direction at 25 ° C. of 1950 W / m · K or more. By using a graphite sheet as the heat conductor of the endoscope, the weight of the endoscope can be reduced and the heat generated by the endoscope can be efficiently dissipated. Can prevent the operator and patient from getting burned.
内視鏡は、体腔内に挿入されて体腔内の検査、診断、治療を行うものである。内視鏡の体腔内への挿入方法は、鼻、口、肛門などの開口部から挿入する方法と、体表に穴を開けて挿入する方法とがある。内視鏡は、例えば、胃カメラ、ファイバースコープ、電子内視鏡などに用いられる。 An endoscope is inserted into a body cavity and performs inspection, diagnosis, and treatment in the body cavity. There are two methods for inserting an endoscope into a body cavity: a method of inserting through an opening such as a nose, mouth, or anus; and a method of inserting a hole in a body surface. The endoscope is used for, for example, a stomach camera, a fiber scope, an electronic endoscope, and the like.
本発明の内視鏡は、管部と、該管部内の発熱体と、該発熱体に接続されたグラファイト製熱伝導体を有している。管部は、人体の体腔内に挿入される部分であり、全体が細長い管状の形状をしている。 The endoscope of the present invention includes a tube portion, a heating element in the tube portion, and a graphite heat conductor connected to the heating element. The tube portion is a portion that is inserted into a body cavity of a human body, and has an elongated tubular shape as a whole.
本発明において発熱体とは、電気エネルギーや光エネルギー等が熱エネルギーに変換されて、管部内で熱を発生させる部材や部品のことであり、例えば、CCDやCMOSに代表される撮像素子、LEDやLDといった照明素子などの半導体素子、光ケーブルがあげられる。 In the present invention, a heating element refers to a member or component that generates heat in a tube part by converting electric energy, light energy, or the like into heat energy. And semiconductor devices such as illumination elements such as LD and optical cables.
グラファイト製熱伝導体とは、発熱体で発生する熱を放熱するために、発熱体に接続されるものである。本発明において熱伝導体として用いられるグラファイトの結晶の基本的な構造は、六角網目状に結ばれた炭素原子のつくる基底面が規則正しく積み重なった層状構造(層が積み重なった方向をc軸と言い、六角網目状に結ばれた炭素原子のつくる基底面の広がる方向をBasal面(a−b面)方向と言う)である。基底面内の炭素原子は共有結合で強く結ばれ、一方、積み重なった層面間の結合は弱いファンデルワールス力で結合しており、理想的な構造での層間距離は0.3354nmである。グラファイトにおける電気伝導度や熱伝導率はこのような異方性を反映してa−b面方向に大きく、この方向の電気伝導度や熱伝導率はグラファイトの品質を判定する良い指標となる。 The graphite heat conductor is connected to the heating element in order to dissipate heat generated by the heating element. The basic structure of the graphite crystal used as the heat conductor in the present invention is a layered structure in which the basal planes formed by hexagonal carbon atoms are regularly stacked (the direction in which the layers are stacked is called the c-axis, The direction in which the basal plane formed by the carbon atoms connected in a hexagonal network is expanded is called the Basal plane (ab plane) direction). Carbon atoms in the basal plane are strongly bonded by covalent bonds, while bonds between stacked layer surfaces are bonded by weak van der Waals forces, and the interlayer distance in an ideal structure is 0.3354 nm. Reflecting such anisotropy, the electrical conductivity and thermal conductivity of graphite are large in the ab plane direction, and the electrical conductivity and thermal conductivity in this direction are good indicators for determining the quality of graphite.
本発明の熱伝導体はグラファイトシート又はその積層体である。グラファイトシートの積層体とは、複数のグラファイトシートを重ね合わせて、直接又は間接にグラファイトシート同士を固定したものである。積層体は2層以上のグラファイトシートであるが、積層されるグラファイトシートの数が多ければ多いほど、放熱可能な熱量を大きくすることができる。従って、グラファイトシートの積層数は、3層以上であることが好ましく、5層以上であることがより好ましく、7層以上であることがさらに好ましく、10層以上であることが最も好ましい。後述するが、本発明のグラファイトシートの好ましい厚さは50nm超9.6μm以下であるため、熱伝導体にグラファイトシートの積層体を用いても内視鏡を小型化することが可能である。グラファイトシートを積層するには、2500℃以上の温度領域で100gf以上の圧力を印加して高温プレスすれば良い(非特許文献1)。 The heat conductor of the present invention is a graphite sheet or a laminate thereof. A laminate of graphite sheets is obtained by stacking a plurality of graphite sheets and fixing the graphite sheets directly or indirectly. The laminated body is a graphite sheet having two or more layers. However, the greater the number of laminated graphite sheets, the greater the amount of heat that can be radiated. Therefore, the number of laminated graphite sheets is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, still more preferably 7 or more, and most preferably 10 or more. As will be described later, since the preferred thickness of the graphite sheet of the present invention is more than 50 nm and not more than 9.6 μm, the endoscope can be downsized even if a laminate of graphite sheets is used as the heat conductor. In order to laminate the graphite sheets, high pressure pressing may be performed by applying a pressure of 100 gf or higher in a temperature range of 2500 ° C. or higher (Non-patent Document 1).
グラファイトシートの面積は4mm2以上である。なお、ここで言うシートの面積は以下の検討によって決定したものである。即ち、我々はまず正方形の形状のシートを作製して熱伝導率の測定を行った。シートの形状が正方形の場合4mm2以上の面積の試料では1950W/m・Kを超える高熱伝導率の発現が可能であったが、例えば2.25mm2の場合には1950W/m・Kを超えることは困難であった。同様に長方形の試料では4mm2の場合には1950W/m・Kを超えることが可能であったが、3mm2や2mm2の大きさの試料の場合には1950W/m・Kを超えることは困難であった。これらの結果から本発明の手法により高熱伝導性を発現するためには試料の面積は4mm2以上が好ましいと結論した。The area of the graphite sheet is 4 mm 2 or more. The area of the sheet referred to here is determined by the following examination. That is, we first made a square sheet and measured the thermal conductivity. When the sheet has a square shape, a sample having an area of 4 mm 2 or more was able to exhibit a high thermal conductivity exceeding 1950 W / m · K. For example, in the case of 2.25 mm 2 , it exceeded 1950 W / m · K. It was difficult. Similarly although the rectangular sample in the case of 4 mm 2 were able to exceed 1950W / m · K, in the case of 3 mm 2 and 2 mm 2 size of sample exceed 1950W / m · K is It was difficult. From these results, it was concluded that the area of the sample is preferably 4 mm 2 or more in order to exhibit high thermal conductivity by the method of the present invention.
このようにグラファイトシートの熱伝導率の値が試料サイズによって変わることは一般には理解し難いが、近年μmサイズのグラフェンやグラファイトフレークの熱伝導率が測定された結果、これらの試料ではその熱伝導率が試料のサイズによって変わることが報告されている。これはフォノンの試料端面での反射によりその熱伝導が妨げられることが原因であると説明されている。本発明のグラファイトシートの高熱伝導性も熱伝導のほとんどがフォノンによると考えられる。従って、上記のグラフェンやグラファイトフレークと同様に本発明の高熱伝導性グラファイトの場合でもフォノンの試料端面での反射によってその熱伝導率が低下するものと思われる。ただし、上記のグラフェンやグラファイトフレークではその熱伝導率の向上効果がμmサイズの試料で現れるのに対して、本発明の場合には熱伝導率への影響がmmサイズの試料でも現れるという大きな違いがある。これは全く新しい知見であり、本発明のポイントでもある。なおグラファイトシートの面積は、面積4mm2以上の試料の切り出しが可能である限り特に限定されず、例えば、100mm2以上であってもよく、150mm2以上であってもよく、200mm2以上であってもよい。また該シート面積の上限は特に限定されないが、例えば、1000mm2以下でもよく、500mm2以下でもよい。In general, it is difficult to understand that the value of thermal conductivity of graphite sheets varies depending on the sample size. However, in recent years, the thermal conductivity of graphene and graphite flakes of μm size has been measured. It has been reported that the rate varies with sample size. It is explained that this is because the heat conduction is hindered by the reflection of the phonon at the sample end face. The high thermal conductivity of the graphite sheet of the present invention is also considered to be mostly due to phonons. Therefore, similarly to the graphene and graphite flakes described above, even in the case of the high thermal conductivity graphite of the present invention, it is considered that the thermal conductivity is lowered by reflection of the phonon on the sample end face. However, in the above graphene and graphite flakes, the effect of improving the thermal conductivity appears in the μm size sample, whereas in the case of the present invention, the effect on the thermal conductivity appears in the mm size sample. There is. This is a completely new finding and a point of the present invention. The area of the graphite sheet is not particularly limited as long as a sample having an area of 4 mm 2 or more can be cut out. For example, it may be 100 mm 2 or more, 150 mm 2 or more, or 200 mm 2 or more. May be. The upper limit of the sheet area is not particularly limited, but may be, for example, 1000 mm 2 or less, or 500 mm 2 or less.
本発明のグラファイトシートは、温度25℃におけるa−b面方向の熱伝導率が1950W/m・K以上のものであるが、熱伝導率は、好ましくは1960W/m・K以上であり、より好ましくは2000W/m・K以上であり、さらに好ましくは2050W/m・K以上であり、特に好ましくは2080W/m・K以上であり、最も好ましくは2100W/m・K以上である。また熱伝導率は、例えば、2400W/m・K以下であってもよく、2300W/m・K以下であってもよい。従来、熱伝導体に用いられていたグラフェン層の熱伝導率400〜1600W/m・Kを上回る熱伝導率を有しているため、内視鏡で発生する熱を効率よく放熱することができる。 The graphite sheet of the present invention has a thermal conductivity in the ab plane direction at a temperature of 25 ° C. of 1950 W / m · K or more, but the thermal conductivity is preferably 1960 W / m · K or more, more It is preferably 2000 W / m · K or more, more preferably 2050 W / m · K or more, particularly preferably 2080 W / m · K or more, and most preferably 2100 W / m · K or more. Further, the thermal conductivity may be, for example, 2400 W / m · K or less, or 2300 W / m · K or less. Conventionally, since the thermal conductivity of the graphene layer used for the thermal conductor is higher than 400 to 1600 W / m · K, the heat generated by the endoscope can be efficiently radiated. .
以下、内視鏡の構造について詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る内視鏡の斜視図である。管部20は、人体の体腔に挿入される部分から順番に、先端部21、湾曲部22、可撓管部23を有しており、可撓管部23の湾曲部22側と反対側に操作スイッチ51を有する操作部50と接続部60が設けられる。接続部60は、内視鏡10と周辺装置とを接続するために、操作部50の可撓管部23側と反対側に設けられる。接続部60は、ユニバーサルコード61により画像表示装置71、プロセッサ装置72、光源装置73、送気・送水装置74とそれぞれ接続される。 Hereinafter, the structure of the endoscope will be described in detail. FIG. 1 is a perspective view of an endoscope according to an embodiment of the present invention. The tube portion 20 has a tip portion 21, a bending portion 22, and a flexible tube portion 23 in order from the portion inserted into the body cavity of the human body, and on the side opposite to the bending portion 22 side of the flexible tube portion 23. An operation unit 50 having an operation switch 51 and a connection unit 60 are provided. The connection part 60 is provided on the side opposite to the flexible tube part 23 side of the operation part 50 in order to connect the endoscope 10 and peripheral devices. The connection unit 60 is connected to the image display device 71, the processor device 72, the light source device 73, and the air / water supply device 74 by the universal cord 61.
図2は本発明の実施の形態に係る内視鏡10の管部20の先端部21の構成を示す平面図である。管部20の先端部21は筒状の形状をしている。管部20の先端部21を図1のX方向から見ると、図2に示すように上部中央から時計回りに観察窓30、照明窓31、送気・送水口32、吸引口33を兼ねた鉗子口34、照明窓31が配置されている。観察窓30の奥側(操作部50側)には、対物レンズおよび撮像素子が配され、照明窓31の奥側(操作部50側)には、照明部が設けられる。送気・送水口32は、観察窓30を洗浄するための液体を出したり、観察しやすくするために体腔内を膨らませる空気などの気体を送り込むために設けられる。吸引口33は、体腔内の液体を吸引するために設けられ、鉗子口34は鉗子を出し入れするために設けられる。内視鏡10の管部20を軸方向から見たときの観察窓30、照明窓31、送気・送水口32、吸引口33、鉗子口34の位置関係は特に限定されないが、観察をしやすくするために観察窓30と隣接する位置に照明窓31が設けられることが好ましい。なお、図2では、観察窓30の両側に照明窓31が2つ設けられているが、照明窓31は1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。 FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the distal end portion 21 of the tube portion 20 of the endoscope 10 according to the embodiment of the present invention. The distal end portion 21 of the tube portion 20 has a cylindrical shape. When the distal end portion 21 of the tube portion 20 is viewed from the X direction in FIG. 1, it also serves as the observation window 30, the illumination window 31, the air / water supply port 32, and the suction port 33 in the clockwise direction from the upper center as shown in FIG. A forceps port 34 and an illumination window 31 are arranged. An objective lens and an image sensor are arranged on the back side (operation unit 50 side) of the observation window 30, and an illumination unit is provided on the back side (operation unit 50 side) of the illumination window 31. The air supply / water supply port 32 is provided for supplying a liquid for cleaning the observation window 30 or for supplying a gas such as air for inflating the body cavity for easy observation. The suction port 33 is provided for sucking the liquid in the body cavity, and the forceps port 34 is provided for taking in and out the forceps. The positional relationship among the observation window 30, the illumination window 31, the air / water supply port 32, the suction port 33, and the forceps port 34 when the tube portion 20 of the endoscope 10 is viewed from the axial direction is not particularly limited. In order to facilitate, it is preferable that an illumination window 31 is provided at a position adjacent to the observation window 30. In FIG. 2, two illumination windows 31 are provided on both sides of the observation window 30, but the number of illumination windows 31 may be one, or two or more.
撮像素子は、画素内のフォトダイオードに入射した光を、その強弱に応じた電荷量に変換し、増幅するものである。先端部21の観察窓30を図1のX方向から見ると、観察窓30の奥側(操作部50側)には対物レンズが配されて、対物レンズのさらに奥側(操作部50側)には撮像素子が設けられる。対物レンズは、体腔内の被観察部位からの光を集めて撮像素子の表面で結像させる。また、撮像素子の一面には回路基板が設けられており、回路基板では、撮像素子からの出力信号をプロセッサ装置72に転送したり、撮像素子を動作させるための入力信号を伝達したりする。撮像素子としては、CCDやCMOSなどを用いることができる。撮像素子を駆動させると駆動熱が発生するが、この駆動熱の放熱を効率よく行わないと、撮像素子を構成するトランジスタ等の能動素子の適正動作温度範囲から外れるため処理速度が落ちるなど、内視鏡の性能が低下することがある。 The image sensor converts light incident on a photodiode in a pixel into a charge amount corresponding to the intensity and amplifies it. When the observation window 30 of the distal end portion 21 is viewed from the X direction in FIG. 1, an objective lens is disposed on the back side (operation unit 50 side) of the observation window 30, and further on the back side (operation unit 50 side) of the objective lens. Is provided with an image sensor. The objective lens collects light from the site to be observed in the body cavity and forms an image on the surface of the image sensor. In addition, a circuit board is provided on one surface of the image sensor, and the circuit board transfers an output signal from the image sensor to the processor device 72 and transmits an input signal for operating the image sensor. A CCD, CMOS, or the like can be used as the image sensor. When the image sensor is driven, driving heat is generated. However, if this heat is not efficiently dissipated, the processing speed decreases because it falls outside the proper operating temperature range of active elements such as transistors constituting the image sensor. The performance of the endoscope may deteriorate.
照明部は、管部20の先端部21に照明窓31と、照明窓31の奥側(操作部50側)に導光路を有している。導光路は、光源装置73で発生させた光を先端部21に導く。照明光を観察部位に照射するときに光源装置73に設けられるLEDなどの照明素子により光電変換の損失が発生するため、照明部は発熱する。この熱を効率良く放熱しないと、照明素子が損傷して照明光の輝度が落ち、映像が見難くなる、長時間の撮像が困難になるといった問題が発生する。
操作性の観点から、照明光の入切は操作部に設けられる操作スイッチで行えることが好ましい。The illumination unit has an illumination window 31 at the distal end 21 of the tube unit 20 and a light guide path on the back side (operation unit 50 side) of the illumination window 31. The light guide guides the light generated by the light source device 73 to the tip portion 21. When the illumination part is irradiated with the illumination light, a loss of photoelectric conversion is generated by an illumination element such as an LED provided in the light source device 73, so that the illumination unit generates heat. If this heat is not radiated efficiently, the illumination element will be damaged, the brightness of the illumination light will be reduced, and it will be difficult to view images and it will be difficult to capture images for a long time.
From the viewpoint of operability, it is preferable that the illumination light can be turned on and off with an operation switch provided in the operation unit.
導光路の種類は使用する光源の種類に応じて選択すればよいが、例えば、光ファイバー、反射鏡を内蔵した多関節の金属パイプ、フレキシブル伝送路などを用いることができる。 The type of the light guide path may be selected according to the type of the light source to be used. For example, an optical fiber, a multi-joint metal pipe with a built-in reflecting mirror, a flexible transmission path, or the like can be used.
発熱体は、撮像素子と、照明部のいずれか一方を少なくとも含むことが好ましい。上述したとおり、撮像素子と照明部は発熱するが、撮像素子や照明部で発生する熱は、内視鏡の性能の低下だけでなく、部品の交換や保守頻度の増加や短命化に直結する。また、内視鏡内で過度に蓄熱がなされると、最悪の場合、やけど、発煙、発火に至る可能性もある。このため、内視鏡において効率よく放熱を行うことは極めて重要である。 The heating element preferably includes at least one of the image sensor and the illumination unit. As described above, the image sensor and the illumination unit generate heat, but the heat generated by the image sensor and the illumination unit not only deteriorates the performance of the endoscope, but also directly increases parts replacement, maintenance frequency, and shortens life. . In addition, if heat is excessively stored in the endoscope, in the worst case, there is a possibility of causing burns, smoke, or fire. For this reason, it is extremely important to efficiently dissipate heat in an endoscope.
管部20の先端部21には、鉗子を出し入れするための鉗子口34が設けられており、操作部50で鉗子口34の開閉および鉗子の操作を行うことができる。鉗子は、手術などの外科的処置に用いられる器具であり、組織を挟んで固定したり、引っ張ったりするのに用いられる。また、先端部21には、体腔内の液体を吸い上げるための吸引口33が設けられている。鉗子口34は吸引口33と別に設けられてもよいし、鉗子口34が吸引口33を兼ねるように設けられてもよい。鉗子口34が吸引口33を兼ねていれば、先端部21を小型化することができる。 A distal end portion 21 of the tube portion 20 is provided with a forceps port 34 for inserting and removing forceps. The operation portion 50 can open and close the forceps port 34 and operate the forceps. The forceps is an instrument used for a surgical procedure such as surgery, and is used to fix or pull a tissue. In addition, the distal end portion 21 is provided with a suction port 33 for sucking up the liquid in the body cavity. The forceps port 34 may be provided separately from the suction port 33, or the forceps port 34 may be provided so as to also serve as the suction port 33. If the forceps port 34 also serves as the suction port 33, the tip 21 can be reduced in size.
管部20の湾曲部22は、先端部21よりも操作部50側に配設されて、管部20を体腔内に挿入するときの角度を変更するためのものである。湾曲部22は、複数の関節駒が接続された形状をしており、操作部50の角度調節手段とワイヤで接続されている。操作部50の角度調節手段を回して、ワイヤを引っ張ったり、緩めたりすることにより、湾曲部22が上下左右方向に湾曲するため、360度方向から体腔内を観察することができる。 The bending portion 22 of the tube portion 20 is disposed closer to the operation portion 50 than the distal end portion 21, and is for changing the angle when the tube portion 20 is inserted into the body cavity. The bending portion 22 has a shape in which a plurality of joint pieces are connected, and is connected to the angle adjusting means of the operation unit 50 by a wire. By turning the angle adjusting means of the operation unit 50 to pull or loosen the wire, the bending portion 22 bends in the vertical and horizontal directions, so that the inside of the body cavity can be observed from a 360 degree direction.
管部20の可撓管部23は、湾曲部22よりもさらに操作部50側に配置されて、体腔内の観察部位まで管部20の先端部21を移動させるものである。可撓管部23は、体腔内の形状にあわせて曲げるために可撓性を有していることが好ましい。また、可撓管部23は体腔内に挿入しても十分な長さを有していることが好ましい。 The flexible tube portion 23 of the tube portion 20 is arranged further on the operation portion 50 side than the bending portion 22, and moves the distal end portion 21 of the tube portion 20 to the observation site in the body cavity. The flexible tube portion 23 preferably has flexibility in order to bend in accordance with the shape in the body cavity. Moreover, it is preferable that the flexible tube portion 23 has a sufficient length even when inserted into the body cavity.
本発明の内視鏡10は、管部20に接続されて内視鏡10の操作を行う操作部50を有していることが好ましい。操作部50では、湾曲部22の角度調節、照明光・吸引・送気・送水などの入切操作を行うことができる。 The endoscope 10 of the present invention preferably includes an operation unit 50 that is connected to the tube unit 20 and operates the endoscope 10. The operation unit 50 can perform on / off operations such as adjusting the angle of the bending portion 22 and illumination light / suction / air supply / water supply.
画像表示装置71は、内視鏡10からの画像を表示するものである。例えば、据え置き型のディスプレイ、頭部装着型のディスプレイなどがある。図1には、据え置き型のディスプレイが示されている。 The image display device 71 displays an image from the endoscope 10. For example, there are a stationary display and a head-mounted display. FIG. 1 shows a stationary display.
プロセッサ装置72は、撮像素子からの出力信号を処理して映像信号に変換し、画像表示装置71に表示させるものである。また、プロセッサ装置72は各装置と接続されているため、操作部50を操作することにより、操作部50からの制御信号に基づき各装置の制御を行うことができる。 The processor device 72 processes an output signal from the image pickup device, converts it into a video signal, and displays it on the image display device 71. In addition, since the processor device 72 is connected to each device, each device can be controlled based on a control signal from the operation unit 50 by operating the operation unit 50.
光源装置73は、照射光の光源や集光レンズなどの集光光学系などを備えている。光源装置73で発生した光は集光レンズにより集光されて、グラスファイバーや光ファイバーなどを介して先端部21に導かれる。光源としては、例えば、LED(発光ダイオード)、LD(レーザーダイオード)、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどを用いることができる。 The light source device 73 includes a light source for irradiation light, a condensing optical system such as a condensing lens, and the like. The light generated by the light source device 73 is collected by a condenser lens and guided to the distal end portion 21 via a glass fiber or an optical fiber. As the light source, for example, an LED (light emitting diode), an LD (laser diode), a xenon lamp, a halogen lamp, a metal halide lamp, or the like can be used.
送気・送水装置74は、先端部21の送気・送水口32と接続されており、観察窓30を洗浄するための液体や、体腔内を膨らませるための空気などの気体を供給する。 The air / water supply device 74 is connected to the air / water supply port 32 of the distal end portion 21 and supplies a gas such as a liquid for cleaning the observation window 30 or an air for inflating the body cavity.
以下に本発明の詳細について述べるが、本発明は以下の説明に限定されるものではない。
<高分子原料>
最初に本発明に用いられる高分子フィルム原料について記述する。本発明のグラファイト作製に好ましく用いられる高分子原料として、芳香族高分子であることが好ましく、芳香族高分子が、ポリアミド、ポリイミド、ポリキノキサリン、ポリオキサジアゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾール、ポリキナゾリンジオン、ポリベンゾオキサジノン、ポリキナゾロン、ベンズイミダゾベンゾフェナントロリンラダーポリマー、およびこれらの誘導体から選択される少なくとも一種であることが好ましい。これらのフィルムは公知の製造方法で製造すればよい。特に好ましい芳香族高分子として芳香族ポリイミド、ポリパラフェニレンビニレン、ポリパラフェニレンオキサジアゾールを例示することができる。中でも以下に記載する酸二無水物(特に芳香族酸二無水物)とジアミン(特に芳香族ジアミン)からポリアミド酸を経て作製される芳香族ポリイミドは本発明のグラファイト作製のための原料高分子として特に好ましい。Details of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following description.
<Polymer raw material>
First, the polymer film raw material used in the present invention will be described. As a polymer raw material preferably used for producing the graphite of the present invention, an aromatic polymer is preferable, and the aromatic polymer is polyamide, polyimide, polyquinoxaline, polyoxadiazole, polybenzimidazole, polybenzoxazole, It is preferably at least one selected from polybenzthiazole, polyquinazolinedione, polybenzoxazinone, polyquinazolone, benzimidazobenzophenanthroline ladder polymer, and derivatives thereof. What is necessary is just to manufacture these films with a well-known manufacturing method. Particularly preferable aromatic polymers include aromatic polyimide, polyparaphenylene vinylene, and polyparaphenylene oxadiazole. Above all, the aromatic polyimide prepared from polyamic acid from acid dianhydride (especially aromatic dianhydride) and diamine (especially aromatic diamine) described below is used as a raw material polymer for preparing graphite of the present invention. Particularly preferred.
本発明のグラファイト作製のために好ましい芳香族ポリイミドフィルムの合成に用いられ得る酸二無水物は、ピロメリット酸無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、オキシジフタル酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、p−フェニレンビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)、エチレンビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)、ビスフェノールAビス(トリメリット酸モノエステル酸無水物)、およびそれらの類似物を含み、それらを単独または任意の割合の混合物で用いることができる。特に非常に剛直な構造を有した高分子構造を持つほどポリイミドフィルムの配向性が高くなること、さらには入手性の観点から、ピロメリット酸無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物が特に好ましい。 Acid dianhydrides that can be used in the synthesis of a preferred aromatic polyimide film for producing the graphite of the present invention are pyromellitic acid anhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 3,3. ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,2', 3,3'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3 , 3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) propane dianhydride, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride Bis (3,4-dicarboxyphenyl) propane dianhydride, 1,1-bis (2,3-dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, 1,1-bis (3,4-dicarboxyphenyl) Ethane dianhydride, bis (2,3-dicarboxyphenyl) methane dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) ethane dianhydride, oxydiphthalic dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) ) Sulfone dianhydride, p-phenylenebis (trimellitic acid monoester acid anhydride), ethylene bis (trimellitic acid monoester acid anhydride), bisphenol A bis (trimellitic acid monoester acid anhydride), and them These can be used alone or in mixtures in any proportions. In particular, the higher the orientation of the polyimide film is, the higher the polymer structure having a very rigid structure, and from the viewpoint of availability, pyromellitic anhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyl. Tetracarboxylic dianhydride is particularly preferred.
本発明においてポリイミドの合成に用いられ得るジアミンとしては、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、ベンジジン、3,3’−ジクロロベンジジン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,5−ジアミノナフタレン、4,4’−ジアミノジフェニルジエチルシラン、4,4’−ジアミノジフェニルシラン、4,4’−ジアミノジフェニルエチルホスフィンオキシド、4,4’−ジアミノジフェニルN−メチルアミン、4,4’−ジアミノジフェニルN−フェニルアミン、1,4−ジアミノベンゼン(p−フェニレンジアミン)、1,3−ジアミノベンゼン、1,2−ジアミノベンゼンおよびそれらの類似物を含み、それらを単独でまたは任意の割合の混合物で用いることができる。さらにポリイミドフィルムの配向性を高くすること、入手性の観点から、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、p−フェニレンジアミンを原料に用いて合成されることが特に好ましい。 Examples of diamines that can be used for the synthesis of polyimide in the present invention include 4,4′-diaminodiphenyl ether, p-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylpropane, 4,4′-diaminodiphenylmethane, benzidine, and 3,3 ′. -Dichlorobenzidine, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3,3'-diaminodiphenyl ether, 3,4 '-Diaminodiphenyl ether, 1,5-diaminonaphthalene, 4,4'-diaminodiphenyldiethylsilane, 4,4'-diaminodiphenylsilane, 4,4'-diaminodiphenylethylphosphine oxide, 4,4'-diaminodiphenyl N −Me Including 4,4'-diaminodiphenyl N-phenylamine, 1,4-diaminobenzene (p-phenylenediamine), 1,3-diaminobenzene, 1,2-diaminobenzene and the like, and It can be used alone or in any proportion of the mixture. Furthermore, it is particularly preferable to synthesize using 4,4'-diaminodiphenyl ether and p-phenylenediamine as raw materials from the viewpoint of increasing the orientation of the polyimide film and availability.
本発明に用いられるポリアミド酸の製造方法としては公知の方法を用いることができ、通常、芳香族酸二無水物の少なくとも1種とジアミンの少なくとも1種を有機溶媒中に溶解させて、得られた原料溶液を、制御された温度条件下で、上記酸二無水物とジアミンの重合が完了するまで攪拌することによって製造される。これらのポリアミド酸溶液は通常5〜35質量%、好ましくは10〜30質量%の濃度で得られる。この範囲の濃度である場合に適当な分子量と溶液粘度を得ることができる。
前記原料溶液中の酸二無水物とジアミンとは実質的に等モル量にすることが好ましく、モル比は、例えば、1.5:1〜1:1.5、好ましくは1.2:1〜1:1.2、より好ましくは1.1:1〜1:1.1である。As a method for producing the polyamic acid used in the present invention, a known method can be used, usually obtained by dissolving at least one aromatic dianhydride and at least one diamine in an organic solvent. The raw material solution is stirred under controlled temperature conditions until the polymerization of the acid dianhydride and the diamine is completed. These polyamic acid solutions are usually obtained at a concentration of 5 to 35% by mass, preferably 10 to 30% by mass. When the concentration is in this range, an appropriate molecular weight and solution viscosity can be obtained.
The acid dianhydride and diamine in the raw material solution are preferably substantially equimolar, and the molar ratio is, for example, 1.5: 1 to 1: 1.5, preferably 1.2: 1. To 1: 1.2, more preferably 1.1: 1 to 1: 1.1.
<ポリイミドの合成、製膜>
ポリイミドの製造方法には、前駆体であるポリアミド酸を加熱でイミド転化する熱キュア法、ポリアミド酸に無水酢酸等の酸無水物に代表される脱水剤や、ピコリン、キノリン、イソキノリン、ピリジン等の第3級アミン類の両方又は片方をイミド化促進剤として用い、イミド転化するケミカルキュア法があるが、そのいずれを用いても良い。得られるフィルムの線膨張係数が小さく、弾性率が高く、複屈折率が大きくなりやすく、フィルムの焼成中に張力をかけたとしても破損することなく、また、品質の良いグラファイトを得ることができるという点からケミカルキュア法が好ましい。<Polyimide synthesis and film formation>
The polyimide production method includes a heat curing method in which the precursor polyamic acid is converted to imide by heating, a polyhydric acid such as acetic anhydride and other dehydrating agents, picoline, quinoline, isoquinoline, pyridine, etc. There is a chemical cure method in which both or one of the tertiary amines is used as an imidization accelerator and imide conversion is performed, and any of them may be used. The resulting film has a small coefficient of linear expansion, a high elastic modulus, and a high birefringence, which can be easily damaged without being damaged even when a tension is applied during the baking of the film, and a high-quality graphite can be obtained. Therefore, the chemical cure method is preferable.
本発明のグラファイトシートは厚さが50nm超9.6μm以下の範囲であることが好ましいが、このような範囲のグラファイトシートを得るためには原料高分子フィルムの厚さは120nm以上18μm以下の範囲であることが好ましい。これは、最終的に得られるグラファイトシートの厚さは、一般に出発高分子フィルムが1μm以上では厚さの60〜30%程度となり、1μm以下では50〜20%程度となることが多いことによっている。従って、最終的に本発明の50nm超9.6μm以下の厚さのグラファイトシートを得るためには、出発高分子フィルムの厚さは18μm以下、120nm以上の範囲であることが好ましいと言うことになる。出発高分子フィルムの厚さは、例えば、15μm以下、より好ましくは10μm以下、特に好ましくは6μm以下、最も好ましくは4μm以下であってもよい。出発高分子フィルムの厚さは、好ましくは120nm以上、より好ましくは150nm以上である。一方、長さ方向は100〜70%程度に縮小することが多い。 The thickness of the graphite sheet of the present invention is preferably in the range of more than 50 nm and not more than 9.6 μm, but in order to obtain a graphite sheet in such a range, the thickness of the raw material polymer film is in the range of 120 nm to 18 μm. It is preferable that This is because the thickness of the finally obtained graphite sheet is generally about 60 to 30% of the thickness when the starting polymer film is 1 μm or more, and often about 50 to 20% when the thickness is 1 μm or less. . Therefore, in order to finally obtain a graphite sheet having a thickness of more than 50 nm and not more than 9.6 μm according to the present invention, the thickness of the starting polymer film is preferably not more than 18 μm and not less than 120 nm. Become. The thickness of the starting polymer film may be, for example, 15 μm or less, more preferably 10 μm or less, particularly preferably 6 μm or less, and most preferably 4 μm or less. The thickness of the starting polymer film is preferably 120 nm or more, more preferably 150 nm or more. On the other hand, the length direction is often reduced to about 100 to 70%.
前記高分子フィルムは、前記高分子原料又はその合成原料から公知の種々の手法によって製造できる。例えば、本発明のポリイミドフィルムは、上記ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の有機溶剤溶液をエンドレスベルト、ステンレスドラムなどの支持体上に流延し、乾燥・イミド化させることにより製造される。具体的にケミカルキュアによるフィルムの製造法は以下のようになる。まず上記ポリアミド酸溶液に化学量論以上の脱水剤と触媒量のイミド化促進剤を加え支持板やPET等の有機フィルム、ドラム又はエンドレスベルト等の支持体上に流延又は塗布して膜状とし、有機溶媒を蒸発させることにより自己支持性を有する膜を得る。次いで、これを更に加熱して乾燥させつつイミド化させポリイミドフィルムを得る。加熱の際の温度は、150℃から550℃の範囲の温度が好ましい。さらに、ポリイミドの製造工程中に、収縮を防止するためにフィルムを固定したり、延伸したりする工程を含むことが好ましい。これは、分子構造およびその高次構造が制御されたフィルムを用いることでグラファイトへの転化がより容易に進行する、と言うことによっている。すなわち、グラファイト化反応をスムーズに進行させるためには炭素前駆体中の炭素分子が再配列する必要があるが、配向性にすぐれたポリイミドではその再配列が最小で済むために、低温でもグラファイトへの転化が進み易いと推測される。 The polymer film can be produced from the polymer raw material or its synthetic raw material by various known methods. For example, the polyimide film of the present invention is produced by casting an organic solvent solution of polyamic acid, which is the polyimide precursor, on a support such as an endless belt or a stainless drum, followed by drying and imidization. Specifically, the method for producing a film by chemical curing is as follows. First, a stoichiometric or higher stoichiometric dehydrating agent and a catalytic amount of an imidization accelerator are added to the above polyamic acid solution, and cast or coated on a support such as a support plate, an organic film such as PET, a drum or an endless belt, etc. And a film having self-supporting properties is obtained by evaporating the organic solvent. Then, this is further heated and dried to imidize to obtain a polyimide film. The temperature during heating is preferably in the range of 150 ° C to 550 ° C. Furthermore, it is preferable to include a step of fixing or stretching the film in order to prevent shrinkage during the polyimide manufacturing process. This is because the conversion to graphite proceeds more easily by using a film having a controlled molecular structure and higher order structure. In other words, in order for the graphitization reaction to proceed smoothly, the carbon molecules in the carbon precursor need to be rearranged. However, since polyimides with excellent orientation require minimal rearrangement, they can be converted to graphite even at low temperatures. It is presumed that the conversion of
<炭素化・グラファイト化>
次に、ポリイミドに代表される高分子フィルムの炭素化・グラファイト化の手法について述べる。本発明では出発物質である高分子フィルムを不活性ガス中で予備加熱し、炭素化を行う。不活性ガスは、窒素、アルゴンあるいはアルゴンと窒素の混合ガスが好ましく用いられる。予備加熱は通常1000℃程度で行う。通常ポリイミドフィルムは500〜600℃付近で熱分解し、1000℃付近で炭素化する。予備処理の段階では出発高分子フィルムの配向性が失われないように、フィルムの破壊が起きない程度の面方向の圧力を加えることが有効である。<Carbonization / graphitization>
Next, a method for carbonization / graphitization of a polymer film represented by polyimide will be described. In the present invention, the starting polymer film is preheated in an inert gas to perform carbonization. As the inert gas, nitrogen, argon or a mixed gas of argon and nitrogen is preferably used. Preheating is usually performed at about 1000 ° C. Usually, a polyimide film is thermally decomposed around 500 to 600 ° C. and carbonized around 1000 ° C. In order to prevent the orientation of the starting polymer film from being lost in the pretreatment stage, it is effective to apply a pressure in the plane direction that does not cause the film to break.
上記の方法で炭素化されたフィルムを高温炉内にセットし、グラファイト化を行なう。炭素化フィルムのセットはCIP材やグラッシーカーボン基板に挟んで行うことが好ましい。グラファイト化は通常2600℃以上または2800℃以上の高温で行われるが、このような高温を作り出すには、通常グラファイトヒーターに直接電流を流し、そのジュ−ル熱を利用して加熱を行なう。グラファイト化は不活性ガス中で行なうが、不活性ガスとしてはアルゴンが最も適当であり、アルゴンに少量のヘリウムを加えても良い。処理温度は高ければ高いほど良質のグラファイトに転化できる。熱分解と炭素化によりその面積は元のポリイミドフィルムより約10〜40%程度収縮し、グラファイト化の過程では逆に約10%程度拡大することが多い。このような収縮、拡大によってグラファイトシート内には内部応力が発生しグラファイトシート内部にひずみが発生する。このようなひずみや内部応力は3000℃以上で処理することにより緩和されてグラファイトの層が規則正しく配列し、さらに熱伝導率が高くなる。本発明のグラファイトを得るためには2600℃では不足で、処理温度は3000℃以上が好ましく、3100℃以上の温度で処理することはより好ましく、3200℃以上であることは最も好ましい。無論、この処理温度はグラファイト化過程における最高処理温度としても良く、得られたグラファイトシートをアニーリングの形で再熱処理しても良い。なお熱処理温度の上限は、例えば、3700℃以下、好ましくは3600℃以下、より好ましくは3500℃以下である。当該処理温度での保持時間は、例えば、20分以上、好ましくは30分以上であり、1時間以上であってもよい。保持時間の上限は特に限定されないが、通常、5時間以下、特に3時間以下程度としてもよい。温度3000℃以上で熱処理してグラファイト化する場合、高温炉内の雰囲気は前記不活性ガスによって加圧されているのが好ましい。熱処理温度が高いとシート表面から炭素の昇華が始まり、グラファイトシート表面の穴、われの拡大と薄膜化などの劣化現象が生じるが、加圧することによってこのような劣化現象を防止でき、優れたグラファイトシートを得ることができる。不活性ガスによる高温炉の雰囲気圧力(ゲージ圧)は、例えば、0.10MPa以上、好ましくは0.12MPa以上、さらに好ましくは0.14MPa以上である。この雰囲気圧力の上限は特に限定されないが、例えば、2MPa以下、特に1.8MPa以下程度であってもよい。 The film carbonized by the above method is set in a high temperature furnace and graphitized. The carbonized film is preferably set between a CIP material and a glassy carbon substrate. Graphitization is usually carried out at a high temperature of 2600 ° C. or higher or 2800 ° C. or higher. In order to produce such a high temperature, a current is usually passed directly to the graphite heater, and heating is performed by using its juule heat. Graphitization is performed in an inert gas. Argon is most suitable as the inert gas, and a small amount of helium may be added to argon. The higher the processing temperature, the higher the quality graphite can be converted. By pyrolysis and carbonization, the area shrinks by about 10 to 40% from the original polyimide film, and in the process of graphitization, on the contrary, it is often enlarged by about 10%. Due to such shrinkage and expansion, internal stress is generated in the graphite sheet, and distortion is generated in the graphite sheet. Such strain and internal stress are alleviated by treating at 3000 ° C. or higher, the graphite layers are regularly arranged, and the thermal conductivity is further increased. In order to obtain the graphite of the present invention, 2600 ° C. is insufficient, and the treatment temperature is preferably 3000 ° C. or more, more preferably 3100 ° C. or more, and most preferably 3200 ° C. or more. Of course, this treatment temperature may be the maximum treatment temperature in the graphitization process, and the obtained graphite sheet may be reheated in the form of annealing. The upper limit of the heat treatment temperature is, for example, 3700 ° C. or lower, preferably 3600 ° C. or lower, more preferably 3500 ° C. or lower. The holding time at the treatment temperature is, for example, 20 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer, and may be 1 hour or longer. The upper limit of the holding time is not particularly limited, but it may be usually 5 hours or less, particularly 3 hours or less. In the case of graphitizing by heat treatment at a temperature of 3000 ° C. or higher, the atmosphere in the high temperature furnace is preferably pressurized by the inert gas. When the heat treatment temperature is high, sublimation of carbon starts from the sheet surface, and deterioration phenomena such as holes on the graphite sheet, expansion of cracks and thinning of the film occur, but such deterioration phenomenon can be prevented by applying pressure, and excellent graphite A sheet can be obtained. The atmospheric pressure (gauge pressure) of the high-temperature furnace with the inert gas is, for example, 0.10 MPa or more, preferably 0.12 MPa or more, and more preferably 0.14 MPa or more. The upper limit of the atmospheric pressure is not particularly limited, but may be, for example, about 2 MPa or less, particularly about 1.8 MPa or less.
熱伝導率の大きいグラファイトシートは、シート中に欠損や空洞がない、非常に密な構造である。欠損や空洞がグラファイトシート中に入ると、密度が小さくなり、熱伝導率が低下する傾向がある。このことから、グラファイトシートの密度は大きいことが好ましい。具体的には、密度が1.8g/cm3以上であることが好ましく、1.9g/cm3以上であることがより好ましく、2.0g/cm3以上であることがさらに好ましい。密度は、例えば2.5g/cm3以下であり、好ましくは2.3g/cm3以下である。A graphite sheet with high thermal conductivity has a very dense structure with no defects or cavities in the sheet. When defects and cavities enter the graphite sheet, the density tends to decrease and the thermal conductivity tends to decrease. For this reason, it is preferable that the density of the graphite sheet is large. Specifically, the density is preferably 1.8 g / cm 3 or more, more preferably 1.9 g / cm 3 or more, and further preferably 2.0 g / cm 3 or more. The density is, for example, 2.5 g / cm 3 or less, and preferably 2.3 g / cm 3 or less.
高熱伝導率を実現するためには、グラファイトシートの平均結晶粒径(ドメインサイズ)は1.8μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、3μm以上であることがさらに好ましく、4μm以上であることは最も好ましい。通常、結晶粒が大きくなると熱伝導率が向上することが知られている。これは熱伝導に寄与するフォノンが結晶粒界で散乱され、粒径が大きくなるほどフォノンの散乱が減るためである。現在報告されている高配向性熱分解グラファイト(HOPG)の平均結晶粒径は5〜20μmで熱伝導率は1800〜1950W/m・Kであることが知られている。従って、1950W/m・Kを超える高熱伝導性グラファイトの平均結晶粒径が1.8μm以上であれば良いということとは矛盾しているように思われる。 In order to achieve high thermal conductivity, the average crystal grain size (domain size) of the graphite sheet is preferably 1.8 μm or more, more preferably 2 μm or more, further preferably 3 μm or more, Most preferably, it is 4 μm or more. Usually, it is known that the thermal conductivity is improved as the crystal grains become larger. This is because phonons contributing to heat conduction are scattered at the crystal grain boundaries, and the phonon scattering decreases as the grain size increases. It is known that the average grain size of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) reported at present is 5 to 20 μm and the thermal conductivity is 1800 to 1950 W / m · K. Therefore, it seems to be contradictory to the fact that the average crystal grain size of high thermal conductivity graphite exceeding 1950 W / m · K should be 1.8 μm or more.
しかしながら、このことは以下のように説明できる。すなわち、グラファイトシートの場合ドメインサイズが520nm以下の比較的品質の劣るグラファイトの場合には平均結晶粒径が熱伝導率に比例するが、高品質グラファイトではフォノンによる散乱はこのような小さなサイズの結晶粒径には依存しなくなることが知られている。これは、高品質グラファイトではほとんどウムクラップ過程という散乱のみとなるためであると解釈されている(非特許文献2)。このことは本発明の高熱伝導性グラファイトシートのドメインサイズが1.8μm以上であれば、熱伝導率が1950W/m・K以上の優れた熱伝導特性出現が十分に可能であることを示している。 However, this can be explained as follows. That is, in the case of graphite sheets, the average crystal grain size is proportional to the thermal conductivity in the case of graphite having a domain size of 520 nm or less and relatively low quality, but in high quality graphite, scattering by phonons is such a small size crystal. It is known that it does not depend on the particle size. This is interpreted to be due to the fact that only high-quality graphite is scattered only by the umclapp process (Non-patent Document 2). This indicates that if the domain size of the high thermal conductivity graphite sheet of the present invention is 1.8 μm or more, the appearance of excellent thermal conductivity characteristics with a thermal conductivity of 1950 W / m · K or more is sufficiently possible. Yes.
本発明のグラファイトの平均結晶粒径(ドメインサイズ)は、例えば、10μm以下であってもよく、7μm以下であってもよく、5μm以下であってもよい。また該平均結晶粒径(ドメインサイズ)は、グラファイトシートの厚みの0.1倍以上が好ましく、より好ましくは1倍以上、さらに好ましくは2倍以上である。 The average crystal grain size (domain size) of the graphite of the present invention may be, for example, 10 μm or less, 7 μm or less, or 5 μm or less. The average crystal grain size (domain size) is preferably at least 0.1 times the thickness of the graphite sheet, more preferably at least 1 time, and even more preferably at least 2 times.
本発明によるグラファイトシートは薄いほど高熱伝導率に優れやすいという観点から9.6μm以下が好ましい。これは以下のように考えられる。すなわち、高分子焼成法によるグラファイトシート製造において、グラファイト化反応は高分子炭素化シート最表面層でグラファイト構造が形成され、膜内部に向かってグラファイト構造が成長すると考えられている。グラファイトシートの膜厚が厚くなると、グラファイト化時に炭素化シート内部のグラファイト構造が乱れ、空洞や欠損ができやすくなる。反対にシートが薄くなればシート表面のグラファイト層構造が整った状態で内部までグラファイト化が進行し、結果としてシート全体に整ったグラファイト構造ができやすい。上記のようにグラファイト層構造が整っているため、高い熱伝導率を示すグラファイトシートになると考えられる。 The thickness of the graphite sheet according to the present invention is preferably 9.6 μm or less from the viewpoint that the thinner the graphite sheet, the better the high thermal conductivity. This is considered as follows. That is, in the graphite sheet production by the polymer firing method, it is considered that the graphitization reaction forms a graphite structure in the outermost surface layer of the polymer carbonized sheet and the graphite structure grows toward the inside of the film. When the film thickness of the graphite sheet is increased, the graphite structure inside the carbonized sheet is disturbed during graphitization, and cavities and defects are easily formed. On the contrary, if the sheet becomes thinner, graphitization proceeds to the inside with the graphite layer structure on the surface of the sheet being in order, and as a result, it is easy to form a graphite structure in the entire sheet. Since the graphite layer structure is in place as described above, it is considered that the graphite sheet exhibits high thermal conductivity.
一方、本発明の作製方法ではグラファイトシートの厚さが50nm以下になると高熱伝導性が発現し難くなる。その理由は必ずしも明確ではないが、本発明の方法で作製したグラファイトシートは50nm以下になると柔軟性には富むものの弾力性には欠けるものとなる。グラファイトシートの熱伝導はそのほとんどが格子振動(フォノン)によって起こることが知られていることから、フィルムの弾力性が減少することが高熱伝導性発現の妨げになっていると推定している。50nm以下の厚さで弾力性に富むグラファイトシートを作製することは難しい。したがって、本発明によるグラファイトシートの厚さは50nm超であることが好ましい。 On the other hand, in the production method of the present invention, when the thickness of the graphite sheet is 50 nm or less, high thermal conductivity is hardly exhibited. The reason for this is not necessarily clear, but the graphite sheet produced by the method of the present invention has a high flexibility but lacks elasticity when it is 50 nm or less. Since it is known that most of the heat conduction of the graphite sheet is caused by lattice vibration (phonon), it is estimated that the reduction of the elasticity of the film hinders the expression of high heat conductivity. It is difficult to produce a graphite sheet rich in elasticity with a thickness of 50 nm or less. Therefore, the thickness of the graphite sheet according to the present invention is preferably more than 50 nm.
以上述べたように、本発明のグラファイトシートの厚さの範囲は50nm超9.6μm以下であることが好ましく、より好ましくは50nm超7.5μm以下であり、さらに好ましくは100nm以上6.5μm以下であり、さらにより好ましくは100nm以上5.0μm以下であり、特に好ましくは200nm以上3.0μm以下であり、最も好ましくは200nm以上2.0μm以下である。グラファイトシートの厚さが9.6μmより大きいと、グラファイト化時に炭素化シート内部のグラファイト構造が乱れ、空洞や欠損ができやすくなることがあるので好ましくない。また、50nm以下であると、柔軟性には富むものの弾力性には欠け、高熱伝導性発現の妨げになることがあるので好ましくない。 As described above, the thickness range of the graphite sheet of the present invention is preferably more than 50 nm and not more than 9.6 μm, more preferably more than 50 nm and not more than 7.5 μm, still more preferably not less than 100 nm and not more than 6.5 μm. Even more preferably, it is 100 nm or more and 5.0 μm or less, particularly preferably 200 nm or more and 3.0 μm or less, and most preferably 200 nm or more and 2.0 μm or less. If the thickness of the graphite sheet is larger than 9.6 μm, the graphite structure inside the carbonized sheet is disturbed during graphitization, and voids and defects may be easily formed. On the other hand, if it is 50 nm or less, it is not preferred because it is rich in flexibility but lacks elasticity and may hinder the expression of high thermal conductivity.
本発明のグラファイト製熱伝導体の形状は特に限定されず、例えば、長方形や先細りの台形などの多角形でもよいし、これらを組み合わせた形状でもよい。グラファイト製熱伝導体の形状が長方形であれば製造が容易である。グラファイト製熱伝導体が台形状であれば、台形の底辺のうち短辺側を管部の先端部側にある発熱体に接続させて、放熱面積が大きい長辺側を管部の操作部側の部材に接続することができるため、発熱体の放熱効果を高めることができる。 The shape of the graphite heat conductor of the present invention is not particularly limited, and may be, for example, a polygon such as a rectangle or a tapered trapezoid, or a combination thereof. Manufacture is easy if the shape of the graphite heat conductor is rectangular. If the graphite heat conductor is trapezoidal, connect the short side of the base of the trapezoid to the heating element on the tip of the tube, and the long side with the large heat dissipation area on the side of the tube Therefore, the heat dissipation effect of the heating element can be enhanced.
内視鏡の軸方向と直交する断面において、グラファイト製熱伝導体は発熱体の外周に設けられることが好ましい。図3は、本発明の実施の形態に係る内視鏡の発熱体の外周にグラファイト製熱伝導体が設けられる例を示す図である。内視鏡10の軸方向と直交する断面において、管部20の先端部21は上部中央から時計回りに撮像素子41、照明部42、送気・送水チャンネル44、吸引チャンネル45を兼ねた鉗子チャンネル46、照明部42が配置されている。発熱体40は、撮像素子41および照明部42であり、発熱体40の外周の全体にわたってグラファイト製熱伝導体43が設けられている。また、発熱体40の外周の一部にのみグラファイト製熱伝導体43が設けられることも好ましい。本発明のグラファイトシートは熱伝導率が高いため、発熱体40の外周の一部にのみグラファイト製熱伝導体43が設けられても、十分に放熱効果を得ることができる。なお、ここで発熱体40の外周長は、管部20の軸方向の位置によって変化してもよいし、変化しなくてもよい。 In the cross section orthogonal to the axial direction of the endoscope, the graphite thermal conductor is preferably provided on the outer periphery of the heating element. FIG. 3 is a diagram showing an example in which a graphite heat conductor is provided on the outer periphery of the heating element of the endoscope according to the embodiment of the present invention. In a cross section orthogonal to the axial direction of the endoscope 10, the distal end portion 21 of the tube portion 20 is a forceps channel that also serves as an imaging device 41, an illumination portion 42, an air / water supply channel 44, and a suction channel 45 clockwise from the upper center. 46 and the illumination part 42 are arrange | positioned. The heating element 40 is an image sensor 41 and an illumination unit 42, and a graphite heat conductor 43 is provided over the entire outer periphery of the heating element 40. It is also preferable that the graphite heat conductor 43 is provided only on a part of the outer periphery of the heating element 40. Since the graphite sheet of the present invention has a high thermal conductivity, even if the graphite thermal conductor 43 is provided only on a part of the outer periphery of the heating element 40, a sufficient heat dissipation effect can be obtained. Here, the outer peripheral length of the heating element 40 may or may not change depending on the axial position of the tube portion 20.
発熱体の形状が、内視鏡の軸方向において一様であることが好ましい。グラファイト製熱伝導体の製造を容易に行うことができる。 It is preferable that the shape of the heating element is uniform in the axial direction of the endoscope. A graphite heat conductor can be easily manufactured.
発熱体の形状が内視鏡の軸方向において一様である場合、内視鏡の軸方向と直交する断面において、グラファイト製熱伝導体が設けられる長さの割合は、発熱体の外周の50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。グラファイト製熱伝導体が、発熱体の外周に設けられる割合が大きければ大きいほど、放熱面積を大きくすることができる。 When the shape of the heating element is uniform in the axial direction of the endoscope, the ratio of the length in which the graphite heat conductor is provided in the cross section orthogonal to the axial direction of the endoscope is 50 on the outer periphery of the heating element. % Or more, preferably 70% or more, and more preferably 90% or more. The larger the proportion of the graphite heat conductor provided on the outer periphery of the heating element, the larger the heat radiation area.
発熱体へのグラファイト製熱伝導体の巻き付け方法は特に限定されないが、らせん状に巻き付けることが好ましい。図4は、本発明の実施の形態に係る内視鏡の発熱体に、グラファイト製熱伝導体をらせん状に巻き付ける例を示す側面図である。図4に示すように、グラファイト製熱伝導体43を、発熱体40(照明部42)にらせん状に巻き付ければ、放熱量を大きくできるだけでなく、発熱体40からグラファイト製熱伝導体43が剥がれにくい。 The method for winding the graphite heat conductor around the heating element is not particularly limited, but is preferably wound in a spiral shape. FIG. 4 is a side view showing an example in which a graphite heat conductor is spirally wound around a heating element of an endoscope according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, if the graphite heat conductor 43 is spirally wound around the heating element 40 (illuminating unit 42), not only can the heat dissipation be increased, but the graphite heat conductor 43 can be removed from the heating element 40. Hard to peel off.
グラファイト製熱伝導体は、発熱体にらせん状に巻き付けられており、グラファイト製熱伝導体の少なくとも一部が互いに重なり合っていることが好ましい。特にグラファイト製熱伝導体が互いに重なり合う部分で熱伝導が起こりやすくなるため、放熱量を大きくすることができる。 The graphite heat conductor is preferably spirally wound around the heating element, and at least a part of the graphite heat conductor is preferably overlapped with each other. In particular, heat conduction is likely to occur at the portion where the graphite heat conductors overlap each other, so that the heat radiation amount can be increased.
発熱体に巻き付けられたグラファイト製熱伝導体のらせん形状は、等しいピッチ間隔であってもよく、異なるピッチ間隔であってもよい。前記らせん形状は、放熱効率や生産性の点で、等ピッチ間隔であることが好ましい。グラファイト製熱伝導体(好ましくは長方形(長さ方向>幅方向)のグラファイト製熱伝導体)により形成されるらせん部において、隣接するグラファイト製熱伝導体は互いに重なり合っていることが好ましい。懸かるらせんを形成すると、らせん方向のみならず、らせん軸方向にも熱伝導が生じ、効率的な放熱を実現することが可能となる。
グラファイト製熱伝導体が長方形(長さ方向>幅方向)であり、幅方向の一端から他端を幅方向1〜100とする場合、グラファイト製熱伝導体の互いに重なり合う部分の割合は、グラファイト製熱伝導体の幅方向全体(幅方向100%)に対し、例えば1%以上50%未満であり、好ましくは5%以上、より好ましくは10%以上、さらに好ましくは15%以上、特に好ましくは20%以上である。グラファイト製熱伝導体の互いに重なり合う部分の割合が、1%以上50%未満であれば、らせん軸方向にも熱伝導が生じ、らせん方向の熱伝導と相まって放熱効率が高まる。
グラファイト製熱伝導体の互いに重なり合う部分の割合には、所定のらせん部において1ピッチ前のグラファイト製熱伝導体と重なり合う部分と1ピッチ後のグラファイト製熱伝導体と重なり合う部分のいずれかが含まれていればよく、その両方が含まれていてもよい。The helical shape of the graphite thermal conductor wound around the heating element may be at equal pitch intervals or at different pitch intervals. The helical shape is preferably at equal pitch intervals in terms of heat dissipation efficiency and productivity. In a spiral portion formed by a graphite heat conductor (preferably a rectangular heat conductor (longitudinal direction> width direction)), adjacent graphite heat conductors preferably overlap each other. When a suspended helix is formed, heat conduction occurs not only in the helix direction but also in the helix axis direction, and efficient heat dissipation can be realized.
When the graphite heat conductor is rectangular (length direction> width direction) and the width direction is changed from one end to the other end in the width direction 1 to 100, the ratio of the overlapping portions of the graphite heat conductor is made of graphite. For example, it is 1% or more and less than 50%, preferably 5% or more, more preferably 10% or more, still more preferably 15% or more, particularly preferably 20% with respect to the entire width direction (100% in the width direction) of the heat conductor. % Or more. If the ratio of the overlapping parts of the graphite heat conductor is 1% or more and less than 50%, heat conduction occurs in the direction of the helical axis, and the heat dissipation efficiency increases in combination with the heat conduction in the helical direction.
The ratio of the overlapping portions of the graphite heat conductor includes either a portion overlapping with the graphite heat conductor one pitch before and a portion overlapping with the graphite heat conductor after one pitch in the predetermined spiral portion. It is sufficient that both of them are included.
巻回数が1.5以上のロール状に形成されたグラファイト製熱伝導体の内側面が、前記発熱体と接続していることも好ましい。発熱体の熱は、グラファイト製熱伝導体の内側面から伝わることにより放熱される。巻回数が1.5以上であればグラファイト製熱伝導体の一部が互いに重なり合うことになるため熱伝導が起こりやすく、放熱量も大きくすることができる。巻回数が大きければ大きいほど、放熱量を大きくすることができるため、巻回数は2以上であることが好ましく、3以上であることがより好ましく、5以上であることがさらに好ましく、7以上であることが特に好ましく、10以上であることが最も好ましい。 It is also preferable that the inner surface of the graphite thermal conductor formed in a roll shape having a winding number of 1.5 or more is connected to the heating element. The heat of the heating element is dissipated by being transmitted from the inner surface of the graphite heat conductor. If the number of windings is 1.5 or more, some of the graphite heat conductors are overlapped with each other, so that heat conduction is likely to occur and the heat radiation amount can be increased. The greater the number of turns, the greater the amount of heat release, so the number of turns is preferably 2 or more, more preferably 3 or more, even more preferably 5 or more, and 7 or more. It is particularly preferred that it is 10 or more.
グラファイト製熱伝導体の一端は発熱体に接続されて、他端が発熱体よりも操作部側の部材に接続されていることが好ましい。ここで操作部側の部材は湾曲部に配されていることが好ましく、可撓管部であることがより好ましい。グラファイト製熱伝導体の一端から他端までの距離が長ければ長いほど、放熱面積を大きくすることができる。 It is preferable that one end of the heat conductor made of graphite is connected to the heating element, and the other end is connected to a member closer to the operation unit than the heating element. Here, the member on the operation unit side is preferably arranged in the bending portion, and more preferably a flexible tube portion. The longer the distance from one end to the other end of the graphite heat conductor, the larger the heat radiation area.
グラファイト製熱伝導体の一端は発熱体に接続されて、他端が発熱体よりも操作部側の金属部材に接続されていることが好ましい。操作部側の金属部材の温度は、発熱体の温度よりも小さいため、発熱体で発生した熱は、グラファイト製熱伝導体により操作部側の金属部材に伝達されて放熱される。これにより、発熱体で発生した熱の蓄積による内視鏡の性能低下、誤動作の発生、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。操作部側の金属部材とは、例えば、鉗子チャンネルである。 It is preferable that one end of the heat conductor made of graphite is connected to the heating element, and the other end is connected to the metal member on the operation unit side of the heating element. Since the temperature of the metal member on the operation unit side is lower than the temperature of the heating element, the heat generated in the heating element is transmitted to the metal member on the operation unit side by the graphite heat conductor and dissipated. As a result, it is possible to prevent the performance of the endoscope from being deteriorated due to the accumulation of heat generated by the heating element, the occurrence of malfunction, and the burn of the operator or patient. The metal member on the operation unit side is, for example, a forceps channel.
グラファイト製熱伝導体と発熱体、あるいはグラファイト製熱伝導体と金属部材との固定は熱伝導性接着剤により行うのが好ましい。熱伝導性接着剤は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、銀ペーストなどの導電性ペーストがあるが、中でも熱伝導率の高い金属を用いた導電性ペーストであることが好ましい。熱伝導率が低い接着剤を用いると、発熱体からグラファイト製熱伝導体への熱伝導や、グラファイト製熱伝導体から金属部材への熱伝導が十分になされないため、当該接着剤の部分が蓄熱されてしまう可能性がある。したがって、熱伝導体と同様、熱伝導性接着剤の熱伝導率も高ければ高い方がよい。 The graphite heat conductor and the heating element or the graphite heat conductor and the metal member are preferably fixed with a heat conductive adhesive. Examples of the heat conductive adhesive include conductive pastes such as epoxy resins, silicone resins, and silver pastes. Among them, conductive pastes using metals having high heat conductivity are preferable. If an adhesive with low thermal conductivity is used, heat conduction from the heating element to the graphite heat conductor and heat conduction from the graphite heat conductor to the metal member are not sufficiently performed. There is a possibility that heat is stored. Therefore, as with the heat conductor, the higher the heat conductivity of the heat conductive adhesive, the better.
図5は、本発明の実施の形態に係る内視鏡に第2グラファイト製熱伝導体が設けられる場合の、内視鏡の軸方向に直交する方向の断面図である。図3と同様に、図5に示す管部20の先端部21には上部中央から時計回りに撮像素子41、照明部42、送気・送水チャンネル44、吸引チャンネル45を兼ねた鉗子チャンネル46、照明部42が配置されている。撮像素子41と、照明部42との間に、第2グラファイト製熱伝導体47が配置されていることが好ましい。撮像素子41と照明部42はいずれも発熱体40であるため、撮像素子41と照明部42の間には熱が蓄積しやすい。したがって、第2グラファイト製熱伝導体47を配置することにより、撮像素子41と照明部42の間に蓄積する熱を放熱することができるため、内視鏡の性能低下や誤動作の発生を防止できる。図5では照明部42が2つ設けられているため、第2グラファイト製熱伝導体47も2箇所に配置されている。 FIG. 5 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to the axial direction of the endoscope when the second graphite thermal conductor is provided in the endoscope according to the embodiment of the present invention. 3, the distal end portion 21 of the tube portion 20 shown in FIG. 5 is a forceps channel 46 that also serves as an imaging element 41, an illumination portion 42, an air / water supply channel 44, and a suction channel 45 from the upper center clockwise. An illumination unit 42 is disposed. A second graphite thermal conductor 47 is preferably disposed between the imaging element 41 and the illumination unit 42. Since both the image sensor 41 and the illumination unit 42 are the heating elements 40, heat is likely to accumulate between the image sensor 41 and the illumination unit 42. Therefore, by disposing the second graphite thermal conductor 47, it is possible to dissipate the heat accumulated between the imaging element 41 and the illumination unit 42, and therefore it is possible to prevent the performance of the endoscope from being deteriorated and the occurrence of malfunction. . In FIG. 5, since the two illumination parts 42 are provided, the 2nd graphite thermal conductor 47 is also arrange | positioned at two places.
第2グラファイト製熱伝導体の形状は、グラファイト製熱伝導体と同様に、内視鏡で発生する熱を放熱することができる形状を有していればよく、長方形や台形などの多角形でもよいし、またはこれらを組み合わせた形状でもよい。 Similarly to the graphite heat conductor, the second graphite heat conductor may have a shape that can dissipate heat generated by the endoscope, and may be a polygon such as a rectangle or a trapezoid. It may be a shape or a combination thereof.
第2グラファイト製熱伝導体の一端が、撮像素子と照明部の間に配置されて、第2グラファイト製熱伝導体の他端が発熱体よりも操作部側の部材に接続されていることが好ましい。操作部側の部材は、湾曲部であることが好ましく、可撓管部であることがより好ましく、操作部であることがさらに好ましい。第2グラファイト製熱伝導体の一端から他端までの距離が長ければ長いほど、放熱面積を大きくすることができる。 One end of the second graphite thermal conductor is disposed between the imaging device and the illumination unit, and the other end of the second graphite thermal conductor is connected to a member closer to the operation unit than the heating element. preferable. The member on the operation portion side is preferably a curved portion, more preferably a flexible tube portion, and further preferably an operation portion. The longer the distance from one end to the other end of the second graphite thermal conductor, the larger the heat dissipation area.
内視鏡は、発熱体の外側であって管部の内側面に、第3グラファイト製熱伝導体が配置されていることが好ましい。図6は、本発明の実施の形態に係る内視鏡に第3グラファイト製熱伝導体48が設けられる場合の、内視鏡10の軸方向に直交する方向の断面図である。図3および5と同様に、図6に示す管部20の先端部21には上部中央から時計回りに撮像素子41、照明部42、送気・送水チャンネル44、吸引チャンネル45を兼ねた鉗子チャンネル46、照明部42が配置されている。図6では、管部20の内側面20aの周方向全体にわたって第3グラファイト製熱伝導体48が設けられている。内視鏡10の管部20は人体内に挿入されるものであるため、できる限り発熱を抑えることが必要である。発熱体40の外側であって管部20の内側面20aに第3グラファイト製熱伝導体48が配置されていれば、管部20の外側面20bへの熱伝導が起こりにくくなるため、人体内で接触する内視鏡10の管部20の温度を抑えることができる。 In the endoscope, it is preferable that a third graphite-made heat conductor is disposed outside the heating element and on the inner side surface of the tube portion. FIG. 6 is a cross-sectional view in the direction orthogonal to the axial direction of the endoscope 10 when the third graphite thermal conductor 48 is provided in the endoscope according to the embodiment of the present invention. Similar to FIGS. 3 and 5, the distal end portion 21 of the tube portion 20 shown in FIG. 6 is a forceps channel that also serves as the imaging device 41, the illumination portion 42, the air / water supply channel 44, and the suction channel 45 clockwise from the upper center. 46 and the illumination part 42 are arrange | positioned. In FIG. 6, the third graphite thermal conductor 48 is provided over the entire circumferential direction of the inner surface 20 a of the pipe part 20. Since the tube part 20 of the endoscope 10 is inserted into the human body, it is necessary to suppress heat generation as much as possible. If the third graphite thermal conductor 48 is arranged outside the heat generating body 40 and on the inner side surface 20a of the pipe part 20, heat conduction to the outer side face 20b of the pipe part 20 is unlikely to occur. It is possible to suppress the temperature of the tube portion 20 of the endoscope 10 in contact with.
第3グラファイト製熱伝導体は、発熱体の外側であって管部の内側面の周方向の一部に配置されることも好ましい。本発明のグラファイトシートは熱伝導率が高いため、管部の内側面の周方向全体にわたって設けられなくても十分に放熱効果を得ることができる。 It is also preferable that the third graphite-made heat conductor is disposed outside the heating element and at a part of the circumferential direction of the inner side surface of the tube portion. Since the graphite sheet of the present invention has high thermal conductivity, a sufficient heat dissipation effect can be obtained even if it is not provided over the entire circumferential direction of the inner side surface of the tube portion.
発熱体の形状が、内視鏡の軸方向において一様であることが好ましい。第3グラファイト製熱伝導体の製造を容易に行うことができる。 It is preferable that the shape of the heating element is uniform in the axial direction of the endoscope. The third graphite heat conductor can be easily manufactured.
また、内視鏡の軸方向と直交する断面において、第3グラファイト製熱伝導体が設けられる長さの割合は、管部の内側面の内周の50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。管部の内側面の内周に設けられる第3グラファイト製熱伝導体の長さの割合が大きければ大きいほど、放熱面積を大きくすることができる。 In the cross section orthogonal to the axial direction of the endoscope, the ratio of the length in which the third graphite thermal conductor is provided is preferably 50% or more of the inner circumference of the inner side surface of the tube portion, and 70%. More preferably, it is more preferably 90% or more. The larger the proportion of the length of the third graphite thermal conductor provided on the inner periphery of the inner side surface of the tube portion, the larger the heat radiation area.
第3グラファイト製熱伝導体よりも外側であって、管部の内側面に断熱部材が設けられることも好ましい。断熱部材が設けられることにより、管部の外側面への熱伝導が起こりにくくなり、人体内で接触する内視鏡の管部の温度を抑えることができるため、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。 It is also preferable that a heat insulating member is provided outside the third graphite thermal conductor and on the inner side surface of the tube portion. By providing a heat insulating member, heat conduction to the outer surface of the tube part is less likely to occur, and the temperature of the tube part of the endoscope that comes into contact with the human body can be suppressed. Can be prevented.
撮像素子が設けられる回路基板にグラファイトシートが用いられることも好ましい。これにより、撮像素子で発生する駆動熱をさらに放熱することができる。 It is also preferable that a graphite sheet is used for the circuit board on which the imaging element is provided. Thereby, it is possible to further dissipate the drive heat generated in the image sensor.
2.放熱線状物(第二態様)
以下では、グラファイトシートを放熱部材に用いた放熱線状物について説明する。本発明の実施の形態に係る放熱線状物は、グラファイトシート又はその積層体を少なくとも一部が互いに重なるようにらせん状に巻いた線状物であり、前記グラファイトシートの厚さが50nm超9.6μm以下である。本発明の放熱線状物は、グラファイトシートを使用しているため軽量であり、熱伝導率が高い。上記範囲の厚さのグラファイトシートは、特に高い熱伝導率を得ることができる。また、このような厚さのグラファイトシートは加工性に優れているため、らせん状に巻いて線状物にすることが可能である。グラファイトシートを線状物にすれば、機械的強度を大きくすることができる。さらに、この放熱線状物は、グラファイトシート又はその積層体を少なくとも一部が互いに重なるようにらせん状に巻いたものであるため、放熱面積を大きくすることができる。2. Heat dissipation wire (second mode)
Below, the heat radiation linear thing which used the graphite sheet for the heat radiating member is demonstrated. The heat dissipating linear object according to the embodiment of the present invention is a linear object in which a graphite sheet or a laminate thereof is spirally wound so that at least a part thereof overlaps each other, and the thickness of the graphite sheet is more than 50 nm. .6 μm or less. Since the heat-radiating wire of the present invention uses a graphite sheet, it is lightweight and has a high thermal conductivity. A graphite sheet having a thickness in the above range can obtain a particularly high thermal conductivity. Moreover, since the graphite sheet having such a thickness is excellent in workability, it can be spirally wound into a linear material. If the graphite sheet is linear, the mechanical strength can be increased. Furthermore, since this heat radiation linear object is formed by spirally winding a graphite sheet or a laminate thereof so that at least a part thereof overlaps each other, the heat radiation area can be increased.
本発明の放熱線状物は、放熱部材としてグラファイトが用いられている。グラファイトの特徴としては、高い熱伝導率のほかに銅よりも軽いことも挙げられる。グラファイトの理論的な比重は2.26であって、銅の比重(8.65)のおよそ1/3.8である。このため、グラファイトを用いれば、銅よりも軽い放熱部材を得られると考えられる。 In the heat dissipating wire of the present invention, graphite is used as a heat dissipating member. In addition to high thermal conductivity, graphite is also lighter than copper. The theoretical specific gravity of graphite is 2.26, which is approximately 1 / 3.8 of the specific gravity of copper (8.65). For this reason, if graphite is used, it is thought that a heat radiating member lighter than copper can be obtained.
本発明のグラファイトシートの積層体とは、複数のグラファイトシートを重ね合わせて、直接又は間接にグラファイトシート同士を固定したものである。積層体は2層以上のグラファイトシートであるが、積層されるグラファイトシートの数が多ければ多いほど、放熱可能な熱量を大きくすることができる。従って、グラファイトシートの積層数は、3層以上であることが好ましく、5層以上であることがより好ましく、7層以上であることがさらに好ましく、10層以上であることが最も好ましい。グラファイトシートを積層するには、2500℃以上の温度領域で100gf以上の圧力を印加して高温プレスすれば良い(非特許文献1)。 The graphite sheet laminate of the present invention is obtained by stacking a plurality of graphite sheets and fixing the graphite sheets directly or indirectly. The laminated body is a graphite sheet having two or more layers. However, the greater the number of laminated graphite sheets, the greater the amount of heat that can be radiated. Therefore, the number of laminated graphite sheets is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, still more preferably 7 or more, and most preferably 10 or more. In order to laminate the graphite sheets, high pressure pressing may be performed by applying a pressure of 100 gf or higher in a temperature range of 2500 ° C. or higher (Non-patent Document 1).
本発明の放熱線状物は、長さや径の大きさは特に限定されず、この放熱線状物を適用する機器や部品などの対象物の大きさに応じて設定することができる。例えば、放熱線状物内に対象物を収める場合には、放熱線状物の内側に円柱状の空間が形成されることが好ましい。また、放射線状物を対象物に巻き付ける場合には、放熱線状物の内側に円柱状の空間が形成されなくてもよい。なお、本発明の放熱線状物は、物に巻き付けられる程度の可撓性を有していればよい。 The heat radiation linear object of the present invention is not particularly limited in length and diameter, and can be set according to the size of an object such as a device or a part to which the heat radiation linear object is applied. For example, in the case where an object is stored in a heat dissipation linear object, a cylindrical space is preferably formed inside the heat dissipation linear object. Moreover, when winding a radial object around a target object, the column-shaped space does not need to be formed inside the heat dissipation linear object. In addition, the thermal radiation wire-like thing of this invention should just have the flexibility of the grade wound around a thing.
放熱線状物は、グラファイトシート又はその積層体の一部が互いに重なるようにらせん状に巻かれていればよく、らせん状の形成方法は特に限定されない。放熱線状物のらせん状の形成方法としては、例えば、グラファイトシート又はその積層体に力を加えながら一定方向に巻いていき、いわゆるコヨリ状に形成することが挙げられる。より具体的には、グラファイトシートを短冊状に切り出して、回転ローラなどで一定方向に巻くことにより、放熱線状物を作製することもできる。また、本発明の放熱線状物は、棒状部材の周囲にグラファイトシート又はその積層体を一定方向に巻き付けて作製することもできる。図7は、本発明の実施の形態に係る放熱線状物の形成方法の例を示す平面図である。例えば、図7(a)のようにグラファイトシート110aの長手方向(X1方向)と放熱線状物100aの軸方向(Y1方向)が異なるようにらせん状に巻くことができる。また、図7(b)のように、グラファイトシート110bの長手方向(X2方向)と放熱線状物100bの軸方向(Y2方向)が同じになるようにらせん状に巻くこともできる。 The heat dissipating wire may be wound in a spiral shape so that a part of the graphite sheet or its laminate overlaps each other, and the method of forming the spiral shape is not particularly limited. As a method for forming the heat radiation wire in a spiral shape, for example, a graphite sheet or a laminated body thereof is wound in a certain direction while applying a force to form a so-called twisted shape. More specifically, a heat-dissipating wire can be produced by cutting a graphite sheet into a strip shape and winding it in a certain direction with a rotating roller or the like. The heat dissipating wire of the present invention can also be produced by winding a graphite sheet or a laminate thereof around a bar-shaped member in a certain direction. FIG. 7 is a plan view showing an example of a method for forming a heat dissipating wire according to the embodiment of the present invention. For example, as shown in FIG. 7A, the longitudinal direction (X1 direction) of the graphite sheet 110a and the axial direction (Y1 direction) of the heat dissipating linear object 100a can be spirally wound. Further, as shown in FIG. 7B, the longitudinal direction (X2 direction) of the graphite sheet 110b and the axial direction (Y2 direction) of the heat dissipating linear object 100b can be spirally wound.
本発明のグラファイトシートの厚さは50nm超9.6μm以下である。その理由は上述したように、グラファイトシートの厚さが9.6μmより大きいと、グラファイト化時に炭素化シート内部のグラファイト構造が乱れ、空洞や欠損ができやすくなることがあるためである。したがって、グラファイトシートの厚さの上限は、7.5μm以下であることが好ましく、6.5μm以下であることがより好ましく、5.0μm以下であることがさらに好ましく、3.0μm以下であることが特に好ましく、2.0μm以下であることが最も好ましい。 The thickness of the graphite sheet of the present invention is more than 50 nm and not more than 9.6 μm. The reason is that, as described above, if the thickness of the graphite sheet is larger than 9.6 μm, the graphite structure inside the carbonized sheet is disturbed at the time of graphitization, and cavities and defects may be easily formed. Therefore, the upper limit of the thickness of the graphite sheet is preferably 7.5 μm or less, more preferably 6.5 μm or less, further preferably 5.0 μm or less, and 3.0 μm or less. Is particularly preferable, and most preferably 2.0 μm or less.
一方、グラファイトシートの厚さが50nm未満になると柔軟性には富むものの弾力性には欠け、高熱伝導性発現の妨げになることがある。その理由としては、グラファイトシートの熱伝導はそのほとんどが格子振動(フォノン)によって起こることが知られていることから、フィルムの弾力性が減少することであると推定している。したがって、グラファイトシートの厚さの下限は、60nm以上であることが好ましく、80nm以上であることがより好ましく、100nm以上であることがさらに好ましく、120nm以上であることが特に好ましく、200nm以上であることが最も好ましい。 On the other hand, if the thickness of the graphite sheet is less than 50 nm, it is rich in flexibility but lacks elasticity, which may hinder the expression of high thermal conductivity. The reason for this is that the thermal conductivity of the graphite sheet is known to be mostly caused by lattice vibration (phonon), so it is estimated that the elasticity of the film is reduced. Therefore, the lower limit of the thickness of the graphite sheet is preferably 60 nm or more, more preferably 80 nm or more, further preferably 100 nm or more, particularly preferably 120 nm or more, and 200 nm or more. Most preferred.
また、本発明のグラファイトシートは、上記範囲の厚さであることから、可撓性が大きく線状物に加工しやすく、また、加工された放熱線状物の外径を小さくすることができる。 In addition, since the graphite sheet of the present invention has a thickness in the above range, it is highly flexible and can be easily processed into a linear object, and the outer diameter of the processed heat dissipation linear object can be reduced. .
放熱線状物の外径のバラツキは少なければ少ないほど、熱伝導のバラツキによる局所的な発熱を抑えることができるほか、歩留まりの高い放熱線状物を製造することができる。このため、放熱線状物の外径のバラツキは±50%以下であることが好ましく、±40%以下であることがより好ましく、±30%以下であることがさらに好ましく、±20%以下であることが最も好ましい。本発明におけるバラツキ[%]は、グラファイトシートの任意の10点において膜厚を測定したとき、100×(膜厚の最大値−膜厚の最小値)/(膜厚の算術平均値)で定義される。 The smaller the variation in the outer diameter of the heat dissipating wire, the more the local heat generation due to the variation in heat conduction can be suppressed, and the heat dissipating wire having a high yield can be manufactured. For this reason, the variation in the outer diameter of the heat dissipating wire is preferably ± 50% or less, more preferably ± 40% or less, further preferably ± 30% or less, and more preferably ± 20% or less. Most preferably it is. Variation [%] in the present invention is defined as 100 × (maximum value of film thickness−minimum value of film thickness) / (arithmetic average value of film thickness) when the film thickness is measured at any 10 points of the graphite sheet. Is done.
高熱伝導性を発現するために、グラファイトシートの面積は4mm2以上であることが好ましい。なお、ここで言うシートの面積は、上述した検討によって決定したものである。グラファイトシートの面積は、面積4mm2以上の試料の切り出しが可能である限り特に限定されず、例えば、100mm2以上であってもよく、150mm2以上であってもよく、200mm2以上であってもよい。また該シート面積の上限は特に限定されないが、例えば、1000mm2以下でもよく、500mm2以下でもよい。In order to develop high thermal conductivity, the area of the graphite sheet is preferably 4 mm 2 or more. In addition, the area of the sheet said here is determined by the examination mentioned above. The area of the graphite sheet is not particularly limited as long as a sample having an area of 4 mm 2 or more can be cut out. For example, it may be 100 mm 2 or more, 150 mm 2 or more, and 200 mm 2 or more. Also good. The upper limit of the sheet area is not particularly limited, but may be, for example, 1000 mm 2 or less, or 500 mm 2 or less.
グラファイトシートの熱伝導率は高ければ高いほど、放熱効果を大きくすることができる。したがって、グラファイトシートの25℃におけるa−b面方向の熱伝導率が1950W/m・K以上であることが好ましく、2000W/m・K以上であることがより好ましく、2050W/m・K以上であることがさらに好ましく、2080W/m・K以上であることが特に好ましく、2100W/m・K以上であることが最も好ましい。また、熱伝導率は、例えば2400W/m・K以下であってもよく、好ましくは2300W/m・K以下であってもよい。 The higher the thermal conductivity of the graphite sheet, the greater the heat dissipation effect. Accordingly, the thermal conductivity in the ab plane direction at 25 ° C. of the graphite sheet is preferably 1950 W / m · K or more, more preferably 2000 W / m · K or more, and 2050 W / m · K or more. More preferably, it is more preferably 2080 W / m · K or more, and most preferably 2100 W / m · K or more. The thermal conductivity may be, for example, 2400 W / m · K or less, preferably 2300 W / m · K or less.
グラファイトシートは、芳香族高分子を成膜して厚さ120nm以上18μm以下のフィルムにし、このフィルムを炭素化した後、温度3000℃以上でゲージ圧力0.10MPa以上で熱処理することによって得られるものであることが好ましい。なお、本発明のグラファイトシートの製造方法は上述したとおりである。 The graphite sheet is obtained by depositing an aromatic polymer into a film having a thickness of 120 nm to 18 μm, carbonizing the film, and then heat-treating at a temperature of 3000 ° C. and a gauge pressure of 0.10 MPa or more. It is preferable that In addition, the manufacturing method of the graphite sheet of this invention is as above-mentioned.
本発明のグラファイトシートは厚さが50nm超9.6μm以下の範囲であるが、このような範囲のグラファイトシートを得るためには原料高分子フィルムの厚さは120nm以上18μm以下の範囲であることが好ましい。これは、最終的に得られるグラファイトシートの厚さは、一般に出発高分子フィルムが1μm以上では厚さの60〜30%程度となり、1μm以下では50〜20%程度となることが多いことによっている。従って、最終的に本発明の50nm超9.6μm以下の厚さのグラファイトシートを得るためには、出発高分子フィルムの厚さは18μm以下、120nm以上の範囲であることが好ましいと言うことになる。出発高分子フィルムの厚さは、例えば、15μm以下、より好ましくは10μm以下、特に好ましくは6μm以下、最も好ましくは4μm以下であってもよい。一方、長さ方向は100〜70%程度に縮小することが多い。 The graphite sheet of the present invention has a thickness in the range of more than 50 nm and not more than 9.6 μm. In order to obtain a graphite sheet in such a range, the thickness of the raw material polymer film must be in the range of 120 nm to 18 μm. Is preferred. This is because the thickness of the finally obtained graphite sheet is generally about 60 to 30% of the thickness when the starting polymer film is 1 μm or more, and often about 50 to 20% when the thickness is 1 μm or less. . Therefore, in order to finally obtain a graphite sheet having a thickness of more than 50 nm and not more than 9.6 μm according to the present invention, the thickness of the starting polymer film is preferably not more than 18 μm and not less than 120 nm. Become. The thickness of the starting polymer film may be, for example, 15 μm or less, more preferably 10 μm or less, particularly preferably 6 μm or less, and most preferably 4 μm or less. On the other hand, the length direction is often reduced to about 100 to 70%.
3.グラファイト製放熱部材(第三態様)
本発明に係るグラファイト製放熱部材は、放熱線状物が複数互いに編み込まれて形成されたものである。このように複数の放熱線状物を編み込んだグラファイト製放熱部材は、放熱面積を大きくすることができるため、放熱効率を上げることができる。放熱線状物の編み込み方法は特に限定されるものではないが、例えば、巻編みや平編みを用いることができる。図8は、本発明の実施の形態に係るグラファイト製放熱部材の平面図であり、図8(a)は放熱線状物を巻編みした場合の平面図、図8(b)は放熱線状物を平編みした場合の平面図である。図8(a)は、複数本の放熱線状物100cが互いにらせん状に巻き付くように編み込まれたグラファイト製放熱部材115aが示されている。放熱線状物100cを巻編みすることにより得られるグラファイト製放熱部材115aは製造が容易というメリットがある。一方、図8(b)は、複数本の放熱線状物100dが交互に重なり合うように平編みされたグラファイト製放熱部材115bが示されている。平編みされたグラファイト製放熱部材115bは、巻編みされたグラファイト製放熱部材115aに比べて柔軟性を大きくすることができる。3. Graphite heat dissipation member (third aspect)
The graphite heat dissipating member according to the present invention is formed by knitting a plurality of heat dissipating linear objects. Since the graphite heat dissipating member braided with a plurality of heat dissipating wires can increase the heat dissipating area, the heat dissipating efficiency can be increased. Although the method for weaving the heat dissipating wire is not particularly limited, for example, wound knitting or flat knitting can be used. FIG. 8 is a plan view of the heat dissipating member made of graphite according to the embodiment of the present invention, FIG. 8 (a) is a plan view when a heat dissipating wire is wound, and FIG. 8 (b) is a heat dissipating wire. It is a top view at the time of carrying out the flat knitting of the thing. FIG. 8A shows a graphite heat dissipating member 115a knitted so that a plurality of heat dissipating wire objects 100c are spirally wound around each other. The graphite heat dissipating member 115a obtained by winding and knitting the heat dissipating wire 100c has an advantage that it is easy to manufacture. On the other hand, FIG. 8B shows a graphite heat dissipating member 115b knitted flat so that a plurality of heat dissipating linear objects 100d are alternately overlapped. The flat knitted graphite heat radiating member 115b can be more flexible than the wound knitted graphite heat radiating member 115a.
以下では、各機器に本発明の放熱線状物またはグラファイトシートを放熱部材として採用した場合について述べる。 Below, the case where the thermal radiation wire or graphite sheet of this invention is employ | adopted as a thermal radiation member for each apparatus is described.
4.(1)グラファイト被覆光ファイバー(第四態様)
光ファイバーは、光を伝送する伝送路で細長い繊維状をしており、光ファイバーを軸方向と直交する方向の断面において、光を伝搬するコアと、コアの外側面を覆うクラッドを有している。コアとクラッドはいずれも誘電体であり、クラッドの屈折率をコアの屈折率よりも小さくして光の全反射を利用することにより、コア内に光を閉じ込めて光の伝搬を行っている。コアやクラッドは、例えば石英ガラスで出来ている場合には脆く、機械的強度も小さいため、クラッドの外側面はシリコン、ナイロン、紫外線硬化樹脂などの被覆部材で覆われることがある。4). (1) Graphite-coated optical fiber (fourth embodiment)
The optical fiber has an elongated fiber shape in a transmission path for transmitting light, and has a core that propagates light and a clad that covers the outer surface of the core in a cross section perpendicular to the axial direction of the optical fiber. The core and the clad are both dielectrics, and light is confined in the core and propagated by utilizing the total reflection of light by making the refractive index of the clad smaller than the refractive index of the core. For example, when the core and the clad are made of quartz glass, the core and the clad are fragile and have low mechanical strength. Therefore, the outer surface of the clad may be covered with a covering member such as silicon, nylon, or an ultraviolet curable resin.
光の損失がなく、遠くまで光信号を伝搬できるものが理想的な光ファイバーであるが、実際には光ファイバーの材料であるガラスが光を吸収して熱に変換してしまうことにより、光の損失と熱が発生する。また、光ファイバーの端部に光吸収物質が塗布された場合や光ファイバーに曲げ部や結び目がある場合などには、当該部分が加熱されて高温になり、光ファイバーヒューズ現象が発生することがある。光ファイバーヒューズ現象とは、光ファイバー内で青白い閃光が発生してこの閃光が導光路を進んでいく現象であるが、コア部分が溶融したり、空洞化するなどして光ファイバーが損傷してしまう。 An ideal optical fiber is one that can propagate optical signals over long distances without loss of light, but in reality the glass, which is the material of the optical fiber, absorbs light and converts it into heat, resulting in loss of light. And heat is generated. Also, when a light-absorbing substance is applied to the end of the optical fiber or when the optical fiber has a bent portion or a knot, the portion is heated to a high temperature, and an optical fiber fuse phenomenon may occur. The optical fiber fuse phenomenon is a phenomenon in which a bluish flash is generated in the optical fiber and the flash travels through the light guide path. However, the optical fiber is damaged by melting or hollowing the core portion.
以上のような光ファイバーで発生する熱を放熱するために、本発明に係るグラファイト被覆光ファイバーは、放熱線状物と、この放熱線状物内に収められた光ファイバーとから構成される。これにより、光ファイバーの性能の低下や破損を防止することができる。また、本発明の放熱線状物は可撓性を有しているため、光ファイバーを保護する被覆部材を兼ねることができる。 In order to dissipate the heat generated by the optical fiber as described above, the graphite-coated optical fiber according to the present invention includes a heat dissipating wire and an optical fiber housed in the heat dissipating wire. Thereby, the fall of the performance of an optical fiber and damage can be prevented. Moreover, since the heat dissipation linear object of this invention has flexibility, it can serve as the coating | coated member which protects an optical fiber.
本発明のグラファイト被覆光ファイバーは、放熱効果を高めるために、1本の光ファイバーを放熱線状物内に収めた上で、このグラファイトが被覆された光ファイバーを複数束ねたものをさらに放熱線状物内に収めてもよい。 In order to enhance the heat dissipation effect, the graphite-coated optical fiber of the present invention is obtained by placing a single optical fiber in a heat-dissipating wire and then bundling a plurality of optical fibers coated with this graphite in the heat-dissipating wire. It may fit in.
また、本発明のグラファイト被覆光ファイバーは、光ファイバーに放熱線状物が巻き付けられたものであってもよい。さらに放熱効果を高めるために、グラファイト被覆光ファイバーは、1本の光ファイバーに放熱線状物を巻き付けた上で、この放熱線状物が巻き付けられた光ファイバーを複数束ねたものの周囲に放熱線状物をさらに巻き付けてもよい。 Further, the graphite-coated optical fiber of the present invention may be one in which a heat radiating wire is wound around the optical fiber. In order to further enhance the heat dissipation effect, the graphite-coated optical fiber is formed by winding a heat radiation wire around a single optical fiber and then bundling a plurality of optical fibers around which the heat radiation wire is wound. Further, it may be wound.
あるいは、1本の光ファイバーを放熱線状物内に収めた上で、このグラファイト被覆光ファイバーを複数束ねたものの周囲に放熱線状物を巻き付けてもよい。 Alternatively, a heat radiating wire may be wound around a bundle of a plurality of graphite coated optical fibers after a single optical fiber is housed in the heat radiating wire.
図9は、本発明の実施の形態に係るグラファイト被覆光ファイバーの側面図と断面図であり、図9(a)は放熱線状物が設けられたグラファイト被覆光ファイバーの側面図であり、図9(b)は図9(a)のグラファイト被覆光ファイバーのA−A線に沿った断面図である。図9(a)および図9(b)に示すように、グラファイト被覆光ファイバー200はコア210とクラッド215から構成される光ファイバー205を有しており、この光ファイバー205が放熱線状物100内に収められている。 FIG. 9 is a side view and a cross-sectional view of the graphite-coated optical fiber according to the embodiment of the present invention, and FIG. 9A is a side view of the graphite-coated optical fiber provided with a heat radiation line. FIG. 9B is a cross-sectional view of the graphite-coated optical fiber of FIG. As shown in FIGS. 9A and 9B, the graphite-coated optical fiber 200 has an optical fiber 205 composed of a core 210 and a clad 215, and this optical fiber 205 is housed in the heat radiation linear object 100. It has been.
4.(2)グラファイト被覆光配線ケーブル(第五態様)
光配線ケーブルとは、複数本の光ファイバーを束ねて屋内外での配線に適した構造に加工したものである。上述したように光ファイバーでは熱が発生することから、複数本の光ファイバーを束ねた光配線ケーブルも同様に放熱が必要である。4). (2) Graphite-coated optical wiring cable (fifth aspect)
An optical distribution cable is a bundle of a plurality of optical fibers that is processed into a structure suitable for indoor and outdoor wiring. As described above, since heat is generated in the optical fiber, the optical wiring cable in which a plurality of optical fibers are bundled needs to be radiated in the same manner.
したがって、本発明のグラファイト被覆光配線ケーブルは、放熱線状物と、この放熱線状物内に収められた複数本の光ファイバーとから構成される。これにより、光配線ケーブルで発生した熱を放熱線状物により放熱することができるため、光配線ケーブルの性能の低下や破損を防止することができる。 Therefore, the graphite-coated optical wiring cable of the present invention is composed of a heat radiating wire and a plurality of optical fibers housed in the heat radiating wire. Thereby, since the heat generated in the optical wiring cable can be dissipated by the heat dissipating wire, it is possible to prevent the optical wiring cable from being deteriorated or damaged.
本発明のグラファイト被覆光配線ケーブルでは、ケーブルに加えられる外力を緩和して光ファイバーを保護するために、テンションメンバが設けられることが好ましい。テンションメンバには、例えば、鋼線、FRP(繊維強化プラスチック)、アラミド繊維などを用いることができる。 In the graphite-coated optical wiring cable of the present invention, it is preferable that a tension member is provided in order to reduce the external force applied to the cable and protect the optical fiber. For the tension member, for example, steel wire, FRP (fiber reinforced plastic), aramid fiber, or the like can be used.
複数本の光ファイバーを束ねて熱的に絶縁するために、押え巻と呼ばれる部材が設けられることも好ましい。押え巻には、例えばテープ状の部材が用いられ、その材料としてはポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の繊維を用いることができる。 In order to bundle and thermally insulate a plurality of optical fibers, it is also preferable to provide a member called presser winding. For the presser winding, for example, a tape-shaped member is used, and a material such as polyester, polyethylene, or polypropylene can be used as the material.
また、押え巻の外側には、光ファイバーの保護のために外被と呼ばれる被膜が施されることも好ましい。外被はグラファイト被覆光配線ケーブルの使用目的や場所により選択することができるが、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、アルミラミネート(LAP)などを用いることができる。 Moreover, it is also preferable that a coating called a jacket is provided on the outer side of the presser roll for protecting the optical fiber. The jacket can be selected depending on the purpose and place of use of the graphite-coated optical wiring cable. For example, polyvinyl chloride, polyethylene, aluminum laminate (LAP), or the like can be used.
グラファイト被覆光配線ケーブルに用いる光ファイバーの種類は特に限定されず、公知の光ファイバーを用いることができる。また、放熱線状物内に収められた光ファイバーや、周囲に放熱線状物が巻き付けられた光ファイバーを用いれば、光配線ケーブルの放熱効果をさらに高めることが可能である。 The type of optical fiber used for the graphite-coated optical wiring cable is not particularly limited, and a known optical fiber can be used. In addition, if an optical fiber housed in a heat radiation wire or an optical fiber around which a heat radiation wire is wound is used, the heat radiation effect of the optical wiring cable can be further enhanced.
また、テンションメンバの代わりに本発明の放熱線状物を用いることも好ましい。この放熱線状物は可撓性を有していることから、テンションメンバの代わりに放熱線状物を配置することも可能である。これにより、グラファイト被覆光配線ケーブルに加えられる外力の緩和と、放熱の両方の効果を得ることができる。 It is also preferable to use the heat dissipating wire of the present invention instead of the tension member. Since the heat dissipating wire has flexibility, it is also possible to dispose the heat dissipating wire in place of the tension member. Thereby, both the effect of relaxation of the external force applied to the graphite-coated optical wiring cable and heat dissipation can be obtained.
図10は、本発明の実施の形態に係るグラファイト被覆光配線ケーブルの軸方向と直交する方向の断面図であり、図10(a)は、グラファイト被覆光配線ケーブル300の押え巻310と、外被330との間に放熱線状物100が設けられる場合の断面図であり、図10(b)は図10(a)に加えて光ファイバー205の周囲に放熱線状物100が設けられる場合の断面図である。図10(a)および図10(b)の放熱線状物100の中央部には、光ファイバーを保護するためのテンションメンバ320が設けられている。
光ファイバーは、図10(a)に示すように放熱部材が設けられない光ファイバー205であってもよい。この場合、公知の光ファイバーを用いることができるため、グラファイト被覆光配線ケーブル300の製造が容易である。また、放熱効果を高めるために、光ファイバーは、図10(b)に示すように放熱線状物100内に収められた光ファイバー205であってもよい。FIG. 10 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to the axial direction of the graphite-coated optical wiring cable according to the embodiment of the present invention. FIG. FIG. 10B is a cross-sectional view in the case where the heat dissipating linear object 100 is provided between the heat sink 330 and FIG. 10B is a case where the heat dissipating linear object 100 is provided around the optical fiber 205 in addition to FIG. It is sectional drawing. A tension member 320 for protecting the optical fiber is provided at the center of the heat dissipating linear object 100 in FIGS. 10 (a) and 10 (b).
The optical fiber may be an optical fiber 205 not provided with a heat dissipating member as shown in FIG. In this case, since a known optical fiber can be used, the graphite-coated optical wiring cable 300 can be easily manufactured. Further, in order to enhance the heat radiation effect, the optical fiber may be an optical fiber 205 housed in the heat radiation linear object 100 as shown in FIG.
4.(3)ヒートパイプ(第六態様)
ヒートパイプは放熱部材の一種であり、その熱伝導率はおよそ数1000W/m・K(非特許文献3)と銅よりも良好な熱伝導部品である。図11は本発明の実施の形態に係るヒートパイプの断面図であり、図11(a)はヒートパイプ400の軸方向に沿った断面図であり、図11(b)は図11(a)のA−A線に沿った断面図である。ヒートパイプ400は、内壁にウィック420と呼ばれる溝や網目などが設けられた管体410内に作動液(図示しない)が封入され、管体410の内部を減圧状態にして両端を閉じたものである。図11(b)では、ウィック420としてワイヤウィックを示している。図11(a)に示すように、ヒートパイプ400の入熱側411が加熱されると、ヒートパイプ400内部では作動液(蒸気)の流れ430の方向に作動液が気化されて、ヒートパイプ400の放熱側412に移動する。ヒートパイプ400の放熱側412で放熱されると、凝縮された作動液はウィック420を経由して、毛細管現象により作動液(凝縮液)の流れ431の方向に環流する。4). (3) Heat pipe (sixth aspect)
The heat pipe is a kind of heat radiating member, and its thermal conductivity is approximately several thousand W / m · K (Non-patent Document 3), and is a heat conducting component better than copper. 11 is a cross-sectional view of the heat pipe according to the embodiment of the present invention, FIG. 11 (a) is a cross-sectional view along the axial direction of the heat pipe 400, and FIG. 11 (b) is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing along the AA of. The heat pipe 400 has a working body (not shown) sealed in a tube 410 having grooves and meshes called wicks 420 provided on the inner wall, and the tube 410 is evacuated to close both ends. is there. In FIG. 11B, a wire wick is shown as the wick 420. As shown in FIG. 11A, when the heat input side 411 of the heat pipe 400 is heated, the hydraulic fluid is vaporized in the direction of the hydraulic fluid (steam) flow 430 inside the heat pipe 400, and the heat pipe 400. To the heat radiation side 412. When heat is radiated on the heat radiating side 412 of the heat pipe 400, the condensed hydraulic fluid flows through the wick 420 in the direction of the hydraulic fluid (condensate) flow 431 by capillary action.
本発明に係るヒートパイプは、厚さが50nm超9.6μm以下のグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物が周囲に巻き付けられている。これにより、ヒートパイプ内部の作動液の環流が早まるため、ヒートパイプの熱伝導特性を向上することができる。図12は、本発明の実施の形態に係るヒートパイプ400の周囲に放熱線状物100が巻き付けられた場合の側面図である。 In the heat pipe according to the present invention, a graphite sheet having a thickness of more than 50 nm and 9.6 μm or less, or a laminate thereof, or a heat radiation wire is wound around. Thereby, since the circulation of the working fluid inside the heat pipe is accelerated, the heat conduction characteristics of the heat pipe can be improved. FIG. 12 is a side view in the case where the heat dissipating linear object 100 is wound around the heat pipe 400 according to the embodiment of the present invention.
また、ヒートパイプにグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物の一端が接続されて、グラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物の他端がヒートパイプ以外の金属部材に接続されることも好ましい。このような接続方法であれば、ヒートパイプの熱を金属部材に逃がすことができるため、ヒートパイプ内部の作動液の環流を早めることができる。 In addition, one end of a graphite sheet or a laminate thereof, or a radiating wire is connected to the heat pipe, and the other end of the graphite sheet or a laminate thereof, or the radiating wire is connected to a metal member other than the heat pipe. It is also preferable. With such a connection method, the heat of the heat pipe can be released to the metal member, so that the circulating fluid in the heat pipe can be accelerated.
複数のヒートパイプを用いる場合に、ヒートパイプ(以下、「第1ヒートパイプ」と記載する)と他のヒートパイプ(以下、「第2ヒートパイプ」と記載する)をグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物により接続することも好ましい。例えば、ヒートパイプ同士の接続は以下のように行うことができる。第1ヒートパイプの一端を電子機器などの発熱体に接続し、第1ヒートパイプの他端と第2ヒートパイプの一端を放熱線状物で接続する。第2ヒートパイプの他端は金属部材や配線板などの放熱部材に接続する。このようにグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物とヒートパイプを配置すれば、ヒートパイプ同士の熱伝導も良好となり、また、複数のヒートパイプを用いているため放熱面積を大きくすることができる。 In the case of using a plurality of heat pipes, a heat pipe (hereinafter referred to as “first heat pipe”) and another heat pipe (hereinafter referred to as “second heat pipe”) are made of a graphite sheet or a laminate thereof, Or it is also preferable to connect by a heat-radiating wire. For example, the heat pipes can be connected as follows. One end of the first heat pipe is connected to a heating element such as an electronic device, and the other end of the first heat pipe and one end of the second heat pipe are connected by a heat dissipating wire. The other end of the second heat pipe is connected to a heat radiating member such as a metal member or a wiring board. If a graphite sheet or a laminate thereof, or a heat dissipating wire and a heat pipe are arranged in this way, the heat conduction between the heat pipes will be good, and since a plurality of heat pipes are used, the heat dissipation area should be increased. Can do.
ヒートパイプの管体の外形は、丸筒型、角筒型、板型など公知の形状を採用することができる。 As the outer shape of the heat pipe tube, a known shape such as a round tube shape, a rectangular tube shape, or a plate shape can be adopted.
管体の種類は特に限定されず、公知のものを用いることができるが、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ステンレス、ステンレスコルゲート管などを用いることができる。 The type of the tube body is not particularly limited, and a known tube can be used. For example, copper, iron, aluminum, stainless steel, stainless corrugated tube, or the like can be used.
作動液は、使用温度に応じて選択すればよく、例えば、純水、エタノール、ナフタレン、アンモニア、R134aなどを用いることができる。 What is necessary is just to select a hydraulic fluid according to use temperature, for example, a pure water, ethanol, naphthalene, ammonia, R134a etc. can be used.
ウィックの種類は毛細管現象を生じさせることができれば特に限定されず、例えば、紐状の部材が網状に編み込まれたメッシュウィックや、ワイヤを環状に配置したワイヤウィック、管体の内壁自体に溝が設けられた溝形ウィック、管体の内壁に銅粉などの粉体を焼結した焼結ウィックなどを用いることができる。 The type of wick is not particularly limited as long as it can cause capillary action. For example, a mesh wick in which string-like members are knitted in a net shape, a wire wick in which wires are arranged in an annular shape, or a groove on the inner wall of the tubular body itself A groove-shaped wick provided, a sintered wick obtained by sintering a powder such as copper powder on the inner wall of the tube, and the like can be used.
また、本発明の放熱線状物がヒートパイプのウィックであることも好ましい。本発明の放熱線状物はグラファイトを用いているため、ヒートパイプ内部での熱伝導を向上することができ、作動液の環流速度を大きくすることが可能である。 It is also preferable that the heat dissipating wire of the present invention is a heat pipe wick. Since the heat dissipating wire of the present invention uses graphite, the heat conduction inside the heat pipe can be improved, and the circulating speed of the working fluid can be increased.
4.(4)電子機器(第七態様)
電子機器とは、電子工学の技術を利用した電気製品であり、例えば、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、テレビ、カーナビゲーション、ゲーム機、パーソナルコンピュータ(PC)、ハードディスクレコーダー、冷蔵庫などがある。電子機器は電力を供給することにより動作するが、動作時に損失が発生して熱に変換されるため、電子機器では発熱が生じる。後述するように、電子機器で主な熱源となる半導体素子は一般に温度依存性が高いため、放熱が十分になされないと機器の性能が低下する可能性がある。また、人体に直接触れる頻度の高い携帯電話やPCなどの電子機器において、放熱が十分になされないと筐体の温度が上昇して、機器の使用感の悪化を招くおそれがある。4). (4) Electronic equipment (seventh aspect)
An electronic device is an electrical product using electronic technology, such as a mobile phone, a digital camera, a video camera, a television, a car navigation system, a game machine, a personal computer (PC), a hard disk recorder, and a refrigerator. An electronic device operates by supplying electric power. However, since loss occurs during operation and the heat is converted into heat, the electronic device generates heat. As will be described later, a semiconductor element as a main heat source in an electronic device generally has a high temperature dependency, and thus the performance of the device may be deteriorated if heat is not sufficiently released. In addition, in electronic devices such as mobile phones and PCs that frequently come into direct contact with the human body, if the heat radiation is not sufficiently performed, the temperature of the housing rises, and there is a concern that the feeling of use of the devices may be deteriorated.
したがって、本発明に係る電子機器は、発熱体と、該発熱体に接続された放熱線状物とを有する。これにより、発熱体で発生した熱を放熱することができるため、電子機器の性能の低下、誤動作、破損や機器の使用感の悪化を防止することができる。 Therefore, the electronic device according to the present invention includes a heating element and a heat radiation wire connected to the heating element. Thereby, since the heat generated by the heating element can be dissipated, it is possible to prevent deterioration in performance, malfunction, damage and deterioration of the feeling of use of the electronic device.
電子機器における発熱体とは、電子機器内で発熱する素子や部品を指し、例えば、半導体素子、電動機(モータ)、コイル、電子管などがある。半導体素子には、例えば、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ、コンデンサ、抵抗、これらを組み合わせた集積回路などがある。 A heating element in an electronic device refers to an element or component that generates heat in the electronic device, and includes, for example, a semiconductor element, an electric motor (motor), a coil, and an electron tube. Examples of semiconductor elements include transistors, diodes, thyristors, capacitors, resistors, and integrated circuits combining these.
電子機器の消費電力は年々増加する傾向にあることから、適切に放熱設計を行うことは電子機器の性能確保の観点から益々重要になっている。半導体素子を例に挙げると、電子機器の小型化が進むにつれて、半導体素子を動作させるのに必要な電源電圧は小さくなっているものの、単位面積あたりの素子の数は増加し、動作周波数も大きくなっている。さらに、ソース・ドレイン間において漏れる電流であるリーク電流も大きくなっている。このため、半導体素子での消費電力は次第に大きくなる傾向にある。その一方で、低騒音化のためにファンを用いた強制空冷方式を採用することが困難である場合や、小型化・薄型化・軽量化のために単位体積あたりの発熱量の増加や発熱部品の使用が制限される場合がある(非特許文献3)。 Since power consumption of electronic devices tends to increase year by year, it is increasingly important to appropriately design heat dissipation from the viewpoint of securing the performance of electronic devices. Taking semiconductor elements as an example, as electronic devices become more compact, the power supply voltage required to operate the semiconductor elements decreases, but the number of elements per unit area increases and the operating frequency also increases. It has become. Furthermore, a leakage current that is a current leaking between the source and the drain is also increased. For this reason, power consumption in the semiconductor element tends to gradually increase. On the other hand, if it is difficult to adopt a forced air cooling system that uses a fan to reduce noise, an increase in the amount of heat generated per unit volume or a heat-generating component in order to reduce size, thickness, and weight May be restricted (Non-patent Document 3).
電子機器の放熱設計にあたっては上記のような様々な制約があるが、本発明の放熱線状物は電子機器の小型化・薄型化・軽量化に寄与すると思われる。それは、グラファイトを使用しているため電子機器の軽量化が図られること、グラファイトシートの厚さが50nm超9.6μm以下と薄いため、らせん状に巻いて線状物にしても電子機器の大きさや厚さに影響を及ぼしにくいと考えられるからである。 Although there are various restrictions as described above in designing heat dissipation of electronic devices, the heat dissipating wire of the present invention is thought to contribute to the reduction in size, thickness and weight of electronic devices. The use of graphite makes it possible to reduce the weight of electronic equipment, and the thickness of the graphite sheet is as thin as 50 nm to 9.6 μm. It is because it is thought that it is hard to influence a sheath thickness.
発熱体と放熱線状物の接続方法は特に限定されず、例えば、発熱体を放熱線状物内に収めてもよいし、発熱体の周囲に放熱線状物を巻き付けてもよいし、放熱線状物の一端を発熱体に接続して、他端を発熱体以外の部材に接続してもよい。発熱体を放熱線状物内に収めたり、発熱体の周囲に放熱線状物を巻き付ければ、発熱体と放熱線状物との接触面積を大きくすることができる。このため、発熱体から放熱線状物へ熱伝導がされやすくなる。また、本発明の放熱線状物は熱伝導率が高いため、一端を発熱体に接続して、他端を発熱体以外の部材に接続するだけでも十分に放熱効果を得ることができる。 There are no particular limitations on the method of connecting the heating element and the radiating wire. For example, the heating element may be housed in the radiating wire, or the radiating wire may be wrapped around the heating element. One end of the hot wire may be connected to the heating element, and the other end may be connected to a member other than the heating element. If the heat generating element is housed in the heat dissipating wire or the heat dissipating wire is wound around the heat generating element, the contact area between the heat generating element and the heat dissipating wire can be increased. For this reason, heat conduction from the heating element to the radiating wire is facilitated. Further, since the heat dissipating wire of the present invention has high thermal conductivity, it is possible to obtain a sufficient heat dissipating effect simply by connecting one end to a heating element and connecting the other end to a member other than the heating element.
本発明の放熱線状物の材料であるグラファイトは、電気伝導率も銅の約20分の1程度と大きい。このため、本発明の放熱線状物を銅に代る配線材料として電子機器に採用することも好ましい。そうすると、この放熱線状物を導電材料と兼ねることができるため、電子機器を構成する部品を少なくすることができる。 Graphite, which is a material for the heat dissipating wire of the present invention, has a large electrical conductivity of about 1/20 of copper. For this reason, it is also preferable to employ the heat dissipating wire of the present invention in an electronic device as a wiring material replacing copper. If it does so, since this thermal radiation linear object can serve as an electrically-conductive material, the components which comprise an electronic device can be decreased.
4.(5)医療機器(第八態様)
医療機器とは、一般に診断、検査、手術、処置などの医療行為に使用する機器を指すが、本発明は発熱体を有する医療機器に好ましく適用される。発熱体を有する医療機器は、機器の操作者や患者に直接接触する又は接触する可能性が高い機器と、機器の操作者や患者への接触の可能性が低い機器とに大別される。前者に該当する医療機器としては、例えば、内視鏡、レーザーメス、電気メス、ペースメーカ、AEDやICDなどの除細動器、補聴器、人工内耳、脳深部刺激装置、低周波治療器、高周波治療器、脊髄刺激電極、人工網膜、筋電義手、体内チップ、マイクロマシン、ナノマシンなどがある。一方、後者に該当する医療機器としては、放射線撮影装置、放射線照射装置、医療用モニタ、外科用ヘッドライトなどがある。4). (5) Medical equipment (eighth aspect)
The medical device generally refers to a device used for medical practice such as diagnosis, examination, surgery, and treatment, but the present invention is preferably applied to a medical device having a heating element. Medical devices having a heating element are broadly classified into devices that are in direct contact with or highly likely to be in contact with an operator or patient of the device and devices that are less likely to be in contact with the operator or patient of the device. Examples of medical devices that fall under the former include endoscopes, laser scalpels, electric scalpels, pacemakers, defibrillators such as AEDs and ICDs, hearing aids, cochlear implants, deep brain stimulators, low-frequency treatment devices, and high-frequency treatments There are organs, spinal cord stimulating electrodes, artificial retinas, myoelectric prostheses, internal chips, micromachines, nanomachines, etc. On the other hand, examples of the medical device corresponding to the latter include a radiation imaging apparatus, a radiation irradiation apparatus, a medical monitor, and a surgical headlight.
電子機器と同様に、医療機器においてもIC回路を構成する半導体素子を駆動させることによる発熱や、照明光による発熱があるため、これらを効率良く放熱することが必要になってくる。 Similar to electronic devices, medical devices also generate heat due to driving of semiconductor elements that constitute an IC circuit and heat generated by illumination light. Therefore, it is necessary to efficiently dissipate these.
本発明に係る医療機器は、発熱体と、該発熱体に接続された放熱線状物とを有する。これにより、医療機器の発熱体で発生する熱を放熱することができるため、医療機器の性能の低下、誤動作、破損、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。 The medical device according to the present invention includes a heating element and a heat radiation wire connected to the heating element. Accordingly, since heat generated by the heating element of the medical device can be dissipated, it is possible to prevent deterioration of the performance of the medical device, malfunction, damage, and burns of the operator and the patient.
発熱体と放熱線状物の接続方法は特に限定されず、例えば、発熱体を放熱線状物内に収めてもよいし、発熱体の周囲に放熱線状物を巻き付けてもよいし、放熱線状物の一端を発熱体に接続して、他端を発熱体以外の部材に接続してもよい。発熱体を放熱線状物内に収めたり、発熱体の周囲に放熱線状物を巻き付ければ、発熱体と放熱線状物との接触面積を大きくすることができる。このため、発熱体から放熱線状物へ熱伝導がされやすくなる。また、本発明の放熱線状物は熱伝導率が高いため、一端を発熱体に接続して、他端を発熱体以外の部材に接続するだけでも十分に放熱効果を得ることができる。 There are no particular limitations on the method of connecting the heating element and the radiating wire. For example, the heating element may be housed in the radiating wire, or the radiating wire may be wrapped around the heating element. One end of the hot wire may be connected to the heating element, and the other end may be connected to a member other than the heating element. If the heat generating element is housed in the heat dissipating wire or the heat dissipating wire is wound around the heat generating element, the contact area between the heat generating element and the heat dissipating wire can be increased. For this reason, heat conduction from the heating element to the radiating wire is facilitated. Further, since the heat dissipating wire of the present invention has high thermal conductivity, it is possible to obtain a sufficient heat dissipating effect simply by connecting one end to a heating element and connecting the other end to a member other than the heating element.
4.(6)内視鏡(第九態様)
上述したように、内視鏡は、体腔内に挿入されて体腔内の検査、診断、治療を行うものであり、主に撮像素子と照明部が発熱体となって発熱する。したがって、本発明に係る内視鏡は、発熱体と、該発熱体に接続された放熱線状物とを有する。これにより、内視鏡の発熱体で発生する熱を放熱することができるため、照明素子の損傷により照明光の輝度が低下して映像が不鮮明になる、発熱体の寿命が短くなって長時間の使用が困難になる、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。4). (6) Endoscope (9th mode)
As described above, an endoscope is inserted into a body cavity and performs inspection, diagnosis, and treatment in the body cavity, and the imaging element and the illumination unit mainly generate heat and generate heat. Therefore, the endoscope according to the present invention includes a heating element and a heat radiation wire connected to the heating element. As a result, it is possible to dissipate the heat generated by the heating element of the endoscope, so that the brightness of the illumination light decreases due to damage to the lighting element and the image becomes unclear. It can prevent the operator and patient from getting burned.
発熱体への放熱線状物の接続方法は特に限定されず、例えば、発熱体を放熱線状物内に収めてもよいし、発熱体に放熱線状物を巻き付けてもよいし、放熱線状物の一端を発熱体に接続して、他端を発熱体以外の部材に接続してもよい。発熱体を放熱線状物内に収めたり、発熱体に放熱線状物を巻き付ければ、発熱体と放熱線状物との接触面積を大きくすることができる。このため、発熱体から放熱線状物へ熱伝導がされやすくなる。また、本発明の放熱線状物は熱伝導率が高いため、一端を発熱体に接続して、他端を発熱体以外の部材に接続しても十分に放熱効果を得ることができる。 There is no particular limitation on the method of connecting the heat dissipating wire to the heating element. For example, the heating element may be housed in the heat dissipating wire, or the heat dissipating wire may be wrapped around the heat generating element. One end of the object may be connected to the heating element, and the other end may be connected to a member other than the heating element. If the heat generating element is housed in the heat dissipating wire or the heat dissipating wire is wound around the heat generating element, the contact area between the heat generating element and the heat dissipating wire can be increased. For this reason, heat conduction from the heating element to the radiating wire is facilitated. Moreover, since the heat radiation linear object of this invention has high heat conductivity, even if it connects one end to a heat generating body and connects the other end to members other than a heat generating body, it can fully obtain a heat dissipation effect.
4.(7)レーザーメス(第十態様)
レーザーメスとは、光エネルギーであるレーザー光を生体に照射して熱エネルギーに転換する光熱作用により、生体組織の接着、切開、止血などを行う医療機器である。4). (7) Laser knife (tenth aspect)
A laser scalpel is a medical device that performs adhesion, incision, hemostasis, and the like of a living tissue by a photothermal effect of irradiating a living body with laser light, which is light energy, and converting it into thermal energy.
図13は、本発明の実施の形態に係るレーザーメスの斜視図である。レーザーメス500は、光源発生部510、導光部520、把持部530、先端部540を有している。光源発生部510には、レーザー光を発光させるためにレーザー発振器が設けられることが好ましい。また、光源発生部510には、レーザー光の照射の入切操作を行うフットスイッチ511を設けることもできる。光源発生部510から導光部520の内部、把持部530の内部まで導光路が設けられており、光源発生部510で発生させたレーザー光を先端部540に導く。レーザー光を集光するために、把持部530内部の導光路(図示しない)と先端部540との間に集光レンズが設けられてもよい。把持部530は、レーザー光の照射位置をコントロールするために、メス操作者が手で握る部分である。先端部540には、レーザー光の受光部であるメス541が設けられる。導光路を伝搬するレーザー光はメス541に照射されることにより、メス541は加熱される。以上のことから、レーザーメス500では、導光路、先端部540を主な発熱体とみなすことができる。 FIG. 13 is a perspective view of the laser knife according to the embodiment of the present invention. The laser knife 500 includes a light source generator 510, a light guide 520, a grip 530, and a tip 540. The light source generator 510 is preferably provided with a laser oscillator for emitting laser light. Further, the light source generation unit 510 can be provided with a foot switch 511 for performing an on / off operation of laser light irradiation. A light guide path is provided from the light source generation unit 510 to the inside of the light guide unit 520 and the inside of the gripping unit 530, and guides the laser light generated by the light source generation unit 510 to the distal end portion 540. In order to condense the laser light, a condensing lens may be provided between a light guide (not shown) inside the grip portion 530 and the tip portion 540. The grip portion 530 is a portion that the scalpel operator grips with a hand in order to control the irradiation position of the laser beam. The tip 540 is provided with a knife 541 that is a laser light receiving unit. The knife 541 is heated by irradiating the knife 541 with laser light propagating through the light guide path. From the above, in the laser knife 500, the light guide path and the front end portion 540 can be regarded as main heating elements.
本発明に係るレーザーメスは、発熱体と、該発熱体に接続された厚さが50nm超9.6μm以下のグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物とを有する。これにより、レーザーメスの発熱体で発生する熱を放熱することができるため、レーザーメスの使用感が向上し、また、操作者や患者がやけどをすることを防止できる。 The laser knife according to the present invention includes a heating element, and a graphite sheet having a thickness of more than 50 nm and not more than 9.6 μm connected to the heating element, or a laminate thereof, or a heat radiation line. Thereby, since the heat generated by the heating element of the laser knife can be radiated, the usability of the laser knife can be improved, and the operator and patient can be prevented from getting burned.
導光路にグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物が接続されることが好ましい。導光路と、グラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物との接続方法は特に限定されないが、放熱効果を高める観点から導光路1本毎にグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物を巻き付けてもよい。図14は、本発明の実施の形態に係るレーザーメスの軸方向に沿った断面図(一部側面図)である。図14に示すように、レーザーメス500の先端部540にメス541が設けられている。また、導光路521である光ファイバー522に、放熱線状物100が巻き付けられている。光ファイバー522は支持部材523により支持される。 It is preferable that a graphite sheet or a laminate thereof, or a heat radiation wire is connected to the light guide path. The connection method between the light guide path and the graphite sheet or laminate thereof, or the heat radiation line is not particularly limited, but from the viewpoint of enhancing the heat dissipation effect, the graphite sheet or the laminate thereof, or the heat radiation line object for each light guide. May be wrapped around. FIG. 14 is a cross-sectional view (partial side view) along the axial direction of the laser knife according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, a knife 541 is provided at the tip 540 of the laser knife 500. Further, the heat dissipating linear object 100 is wound around the optical fiber 522 which is the light guide path 521. The optical fiber 522 is supported by a support member 523.
導光路の径が大きくなるのを防止するために、複数本の導光路を束ねたものにグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物を巻き付けてもよい。さらに、放熱効果を高めるために導光路1本毎にグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物を巻き付けた上で、複数本の導光路を束ねたものにもグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物を巻き付けてもよい。 In order to prevent the diameter of the light guide path from being increased, a graphite sheet or a laminate thereof, or a heat radiation line may be wound around a bundle of a plurality of light guide paths. Further, in order to enhance the heat dissipation effect, a graphite sheet or a laminate thereof for each light guide path, or a heat dissipation linear object is wound, and a graphite sheet or a laminate thereof is also bundled with a plurality of light guide paths. Or you may wind a heat-radiating wire.
グラファイトシートが巻き付けられた導光路を複数本束ねたものに、放熱線状物を巻き付けることも好ましい。これにより小径でかつ放熱効果の高い導光路を得ることができる。本発明のグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物は可撓性を有しているため、放熱部材としてだけではなく、導光路の被覆部材を兼ねることができる。 It is also preferable to wrap the heat radiation wire around a bundle of a plurality of light guides wound with a graphite sheet. Thereby, a light guide having a small diameter and a high heat dissipation effect can be obtained. Since the graphite sheet of the present invention or a laminate thereof, or a heat dissipating wire, has flexibility, it can serve not only as a heat dissipating member but also as a light guide covering member.
導光路の種類は使用するレーザー光の種類に応じて選択すればよいが、例えば、光ファイバー、反射鏡を内蔵した多関節の金属パイプ、フレキシブル伝送路などを用いることができる。 The type of the light guide path may be selected according to the type of laser light to be used. For example, an optical fiber, an articulated metal pipe with a built-in reflecting mirror, a flexible transmission path, or the like can be used.
レーザーメスの導光路に用いる光ファイバーの種類は特に限定されず、公知の光ファイバーを用いることができる。また、放熱効果を高めるために、周囲にグラファイトシートが巻き付けられた光ファイバーを用いることも可能である。あるいは上述したグラファイト被覆光ファイバーを用いることもできる。 The kind of optical fiber used for the light guide of the laser knife is not particularly limited, and a known optical fiber can be used. In order to enhance the heat dissipation effect, an optical fiber having a graphite sheet wrapped around it can be used. Alternatively, the above-described graphite-coated optical fiber can also be used.
また、先端部に設けられるメスにグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物が接続されることも好ましい。メスはレーザー光が照射されると高温状態になるが、メスにグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物が接続されれば、短時間でメスの消熱を行うことができるため、患者への負担を軽減することが可能である。 Moreover, it is also preferable that a graphite sheet or a laminate thereof, or a heat radiation wire is connected to a knife provided at the tip. When a knife is irradiated with laser light, it becomes a high temperature state, but if a graphite sheet or its laminate, or a heat radiation wire is connected to the knife, the knife can be quenched in a short time. It is possible to reduce the burden on
把持部の内部には導光路が設けられるが、導光路で発熱が生じて把持部の温度が上昇する可能性がある。このように把持部の温度が上昇すると、長時間の照射が困難になるなど、レーザーメスの効率的な使用が妨げられる。したがって、把持部の内側面にグラファイトシート若しくはその積層体、又は放熱線状物が設けられることも好ましい。 A light guide path is provided inside the grip portion, but heat may be generated in the light guide path and the temperature of the grip portion may rise. When the temperature of the gripping part rises in this way, efficient use of the laser knife is hindered, such as difficulty in long-time irradiation. Therefore, it is also preferable that a graphite sheet or a laminate thereof, or a heat radiation wire is provided on the inner side surface of the grip portion.
レーザーメスの操作において、照射位置のコントロールは極めて重要であることから、把持部は手で把持しやすい大きさや形状であることが好ましい。
また、把持部にはレーザー光の照射を手元で入切することが可能なように、操作スイッチが設けられることが好ましい。Since the control of the irradiation position is extremely important in the operation of the laser knife, it is preferable that the gripping portion has a size and shape that can be easily gripped by hand.
In addition, it is preferable that an operation switch is provided in the grip portion so that the laser beam irradiation can be turned on and off by hand.
レーザー光の種類は、用途に応じて選択することができるが、例えば、炭酸ガス、アルゴン、クリプトン、窒素、エキシマ(XeCl)、ルビー、Er−YAG、Nd−YAG(ネオジム・イットリウム・アルミニウム・ガーネット)、KTP(ポタシウム・チタニール・フォスフェイト):532、GaAs、AlGaAsなどを用いることができる。 The type of laser light can be selected according to the application, but for example, carbon dioxide, argon, krypton, nitrogen, excimer (XeCl), ruby, Er-YAG, Nd-YAG (neodymium yttrium aluminum garnet). ), KTP (Potassium Titanyl Phosphate): 532, GaAs, AlGaAs or the like can be used.
本願は、2014年7月31日に出願された日本国特許出願第2014−156131号に基づく優先権の利益を主張するものである。2014年7月31日に出願された日本国特許出願第2014−156131号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。 This application claims the benefit of priority based on Japanese Patent Application No. 2014-156131 filed on July 31, 2014. The entire contents of the specification of Japanese Patent Application No. 2014-156131 filed on July 31, 2014 are incorporated herein by reference.
以下実施例を示し、本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明はこれら実施例によって限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。 Examples will be shown below to describe the embodiments of the present invention in more detail. Of course, the present invention is not limited to these examples, and it goes without saying that various aspects are possible in detail.
以下、グラファイトシートの物性測定方法及び作製手順について説明する。 Hereinafter, a method for measuring physical properties of graphite sheets and a production procedure will be described.
(物性測定方法)
<膜厚>
原料である有機高分子シート、グラファイトシートの厚さは、フィルム(シート)の測定場所によって±5%程度の誤差があった。そのため得られたシートの10点平均の厚さを本発明における試料の厚さとした。(Physical property measurement method)
<Film thickness>
The thicknesses of the organic polymer sheet and the graphite sheet as raw materials had an error of about ± 5% depending on the measurement location of the film (sheet). Therefore, the thickness of the average of 10 points of the obtained sheet was taken as the thickness of the sample in the present invention.
<熱伝導率>
グラファイトシートの熱拡散率は、周期加熱法による熱拡散率測定装置(アルバック理工株式会社「LaserPit」装置)を用いて、20℃、真空下(10-2Pa程度)、10Hzの周波数を用いて測定した。これはレーザー加熱の点から一定距離だけ離れた点に熱電対を取り付け、その温度変化を測定する方法である。ここで熱伝導率(W/m・K)は、熱拡散率(m2/s)と密度(kg/m3)と比熱(798kJ/(kg・K))を掛け合わせることによって算出した。ただし、この装置ではグラファイトシートの厚さが1μm以上で、面積が25mm2以上の場合は熱拡散率の測定が可能であった。しかし、グラファイトシートの厚さが1μm以下の場合や、グラファイトシートの面積が25mm2以下の場合では測定誤差が大きくなりすぎて正確な測定は不可能であった。<Thermal conductivity>
The thermal diffusivity of the graphite sheet is measured using a thermal diffusivity measuring device (ULVAC RIKO "LaserPit" device) by a periodic heating method at 20 ° C under vacuum (about 10 -2 Pa) and using a frequency of 10 Hz. It was measured. In this method, a thermocouple is attached to a point separated from the laser heating point by a certain distance, and the temperature change is measured. Here, the thermal conductivity (W / m · K) was calculated by multiplying the thermal diffusivity (m 2 / s), the density (kg / m 3 ), and the specific heat (798 kJ / (kg · K)). However, in this apparatus, when the thickness of the graphite sheet was 1 μm or more and the area was 25 mm 2 or more, the thermal diffusivity could be measured. However, when the thickness of the graphite sheet is 1 μm or less, or when the area of the graphite sheet is 25 mm 2 or less, the measurement error becomes too large and accurate measurement is impossible.
そこで第二の測定方法として、周期加熱放射測温法((株)BETHEL製サーモアナライザーTA3)を用いて測定を行った。これは周期加熱をレーザーで行い、温度測定を放射温度計で行う装置であり、測定時にグラファイトシートとは完全に非接触であるため、グラファイトシートの厚さ1μm以下、面積25mm2以下の試料でも測定が可能である。両装置の測定値の信頼性を確認するために、幾つかの試料については両方の装置で測定を行い、その数値が一致する事を確認した。Therefore, as a second measurement method, measurement was performed using a periodic heating radiation temperature measurement method (BETHEL Thermo Analyzer TA3). This is a device that performs periodic heating with a laser and performs temperature measurement with a radiation thermometer. Since it is completely non-contact with the graphite sheet at the time of measurement, even a sample having a graphite sheet thickness of 1 μm or less and an area of 25 mm 2 or less is used. Measurement is possible. In order to confirm the reliability of the measured values of both apparatuses, some samples were measured with both apparatuses, and it was confirmed that the numerical values coincided.
BETHEL社の装置では周期加熱の周波数を最高800Hzまでの範囲で変化させる事ができる。すなわち、この装置の特徴は通常熱電対で接触的に行われる温度の測定が放射温度計により行われ、測定周波数を可変できる点である。原理的に周波数を変えても一定の熱拡散率が測定されるはずなので、本装置を用いた計測では周波数を変えてその測定を行った。1μm以下の厚さの試料や、グラファイトシートの面積が25mm2以下の試料の測定を行った場合は、10Hzや20Hzの測定においては測定値がばらつく事が多かったが、70Hzから800Hzの測定では、その測定値はほぼ一定になった。そこで、周波数に寄らず一定の値を示した数値(70Hz〜800Hzでの値)を用いて熱拡散率とした。In the BETHEL apparatus, the frequency of periodic heating can be changed in a range up to 800 Hz. That is, this apparatus is characterized in that the measurement of the temperature that is normally performed by a thermocouple is performed by a radiation thermometer, and the measurement frequency can be varied. In principle, a constant thermal diffusivity should be measured even if the frequency is changed. Therefore, in the measurement using this apparatus, the frequency was changed and the measurement was performed. When a sample having a thickness of 1 μm or less or a sample having a graphite sheet area of 25 mm 2 or less was measured, the measurement value varied in 10 Hz or 20 Hz, but in the measurement from 70 Hz to 800 Hz. The measured value became almost constant. Therefore, the thermal diffusivity was determined using a numerical value (a value at 70 Hz to 800 Hz) showing a constant value regardless of the frequency.
<密度>
作製したグラファイトシートの密度は、ヘリウムガス置換式密度計[AccuPyc II 1340島津製作所(株)]によりグラファイトシートの体積を測定し、質量を別途測定し、密度(g/cm3)=質量(g)/体積(cm3)の式から算出した。なお、この方法で測定可能なグラファイトシートは500nm以上の厚さの試料であり、厚さ500nm未満のグラファイトシートの密度測定はこの測定手法では誤差が大きすぎて不可能であった。そのため、500nm未満の厚さのグラファイトシートの熱拡散率から熱伝導率を計算する場合には、その密度として2.1を仮定して計算した。<Density>
The density of the produced graphite sheet was determined by measuring the volume of the graphite sheet with a helium gas displacement type densitometer [AccuPyc II 1340 Shimadzu Corp.], measuring the mass separately, and density (g / cm 3 ) = mass (g ) / Volume (cm 3 ). Note that the graphite sheet that can be measured by this method is a sample having a thickness of 500 nm or more, and the density measurement of the graphite sheet having a thickness of less than 500 nm is impossible due to an excessive error in this measurement method. Therefore, when calculating the thermal conductivity from the thermal diffusivity of the graphite sheet having a thickness of less than 500 nm, the calculation was performed assuming that the density is 2.1.
<平均結晶粒径>
本発明で言うグラファイトシートの平均結晶粒径は、電子後方散乱回折像法(EBSD)を利用した以下の方法により算出したものである。すなわち、走査型電子顕微鏡(SEM)の鏡筒内にセットしたグラファイトシートに電子線を照射して測定した。このとき隣り合う測定点間の角度差が16度以内の場合は連続する領域は一つの結晶粒として扱い、16度以上の場合は粒界としてグラファイトの結晶方位解析を行った。このようにして得られた結晶方位マップと結晶サイズマップから平均結晶粒径を算出した。具体的な測定手法は以下の通りである。<Average crystal grain size>
The average crystal grain size of the graphite sheet referred to in the present invention is calculated by the following method using electron backscatter diffraction imaging (EBSD). That is, the measurement was performed by irradiating an electron beam onto a graphite sheet set in a lens barrel of a scanning electron microscope (SEM). At this time, when the angle difference between adjacent measurement points was within 16 degrees, the continuous region was treated as one crystal grain, and when it was more than 16 degrees, the crystal orientation analysis of graphite was performed as a grain boundary. The average crystal grain size was calculated from the thus obtained crystal orientation map and crystal size map. The specific measurement method is as follows.
グラファイトシートをSEMの台座にカーボンテープで固定した後、走査型電子顕微鏡(SEM)の鏡筒内に入れ、20Pa以下まで減圧し、SEMの水平軸とEBSDの検出器間が70度の角度になるよう電子線を照射した。グラファイトシート上の300×600μmの範囲を60000点に分割して測定した。このとき、隣り合う測定点間の角度差が16度以内の場合はその領域をひとつの結晶粒として扱い、16度以上の場合は別の粒界としてグラファイトの結晶方位マップ解析を行った。得られた結晶方位マップ解析結果、結晶サイズマップから、EBSD装置(株式会社TSLソリューションズ製)に付属の解析ソフトウェアを用いて平均結晶粒径を算出した。なお平均結晶粒径は、結晶粒に含まれるピクセル数にピクセル面積(単位面積)をかけて算出される結晶粒径サイズをArea Fraction法で処理して求まる平均値を意味し、前記解析ソフトウェアで自動計算される。 After fixing the graphite sheet to the SEM pedestal with carbon tape, put it in the barrel of a scanning electron microscope (SEM), depressurize it to 20 Pa or less, and make the angle between the SEM horizontal axis and the EBSD detector 70 degrees. Irradiated with an electron beam. The 300 × 600 μm range on the graphite sheet was divided into 60000 points and measured. At this time, when the angle difference between adjacent measurement points was within 16 degrees, the region was treated as one crystal grain, and when it was 16 degrees or more, the crystal orientation map analysis of graphite was performed as another grain boundary. From the obtained crystal orientation map analysis results and crystal size map, the average crystal grain size was calculated using the analysis software attached to the EBSD device (manufactured by TSL Solutions Inc.). The average crystal grain size means an average value obtained by processing the crystal grain size calculated by multiplying the number of pixels contained in the crystal grain by the pixel area (unit area) by the Area Fraction method. Calculated automatically.
(製造例1)
ピロメリット酸無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルをモル比で1/1の割合で合成したポリアミド酸の18質量%のDMF溶液100gに無水酢酸20gとイソキノリン10gからなる硬化剤を混合、攪拌し、遠心分離による脱泡の後、アルミ箔上に流延塗布し、さらにワイヤバーを用いて厚さ調整を行った。この様な方法で50μmから1μmの範囲の厚さの異なるフィルムを調製した。1μm〜20nmの範囲の均一な厚さの高分子フィルムはこの様な方法では作製が困難であるため、スピンコーターを用いて、アミド酸溶液の濃度、回転数を変えることで厚さの異なる何種類かのフィルムを作製した。(Production Example 1)
A curing agent composed of 20 g of acetic anhydride and 10 g of isoquinoline was mixed with 100 g of a 18% by mass DMF solution of polyamic acid obtained by synthesizing pyromellitic anhydride and 4,4′-diaminodiphenyl ether in a molar ratio of 1/1 and stirred. Then, after defoaming by centrifugation, it was cast and applied onto an aluminum foil, and the thickness was adjusted using a wire bar. In this way, films having different thicknesses in the range of 50 μm to 1 μm were prepared. Since it is difficult to produce a polymer film having a uniform thickness in the range of 1 μm to 20 nm by such a method, the thickness of the polymer film can be varied by changing the concentration and rotation speed of the amic acid solution using a spin coater. Several types of films were made.
攪拌から脱泡までは0℃に冷却しながら行った。このアルミ箔とポリアミド酸溶液の積層体を120℃で150秒間、300℃、400℃、500℃で各30秒間加熱した後、アルミ箔を除去しポリイミドフィルム(高分子試料A)を作製した。また前記試料Aと同様にしてピロメリット酸無水物とp−フェニレンジアミンを原料に用い、ポリイミドフィルム(高分子試料B)と、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とp−フェニレンジアミンを原料に用いポリイミドフィルム(高分子試料C)とを作製した。この様な方法で50μmから20nmの範囲の厚さの異なる何種類かのフィルムを作製した。 The process from stirring to defoaming was performed while cooling to 0 ° C. The laminate of the aluminum foil and the polyamic acid solution was heated at 120 ° C. for 150 seconds, 300 ° C., 400 ° C., and 500 ° C. for 30 seconds, and then the aluminum foil was removed to prepare a polyimide film (polymer sample A). Similarly to sample A, pyromellitic acid anhydride and p-phenylenediamine were used as raw materials, polyimide film (polymer sample B), and 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride. And p-phenylenediamine were used as raw materials to prepare a polyimide film (polymer sample C). Several kinds of films having different thicknesses in the range of 50 μm to 20 nm were prepared by such a method.
(実施例1〜8)
製造例1で作製した厚さの異なる8種類のポリイミドフィルム(高分子試料A、面積10×10cm2)を、電気炉を用いて窒素ガス中、10℃/分の速度で1000℃まで昇温し、1000℃で1時間保って予備処理した。次に得られた炭素化シートを円筒状のグラファイトヒーターの内部にセットし、20℃/分の昇温速度で3000℃の処理温度(最高処理温度)まで昇温した。この温度で30分間(処理時間)保持し、その後40℃/分の速度で降温し、グラファイトシートを作製した。処理はアルゴン雰囲気で0.10MPa(1.0kg/cm2)の加圧下で行った。得られたグラファイトシートの面積は厚さの違いによって収縮、膨張の比率が異なるために一定ではなかったが、いずれも6.5×6.5cm2〜9.5×9.5cm2の範囲にあった。実施例3で得られたグラファイトシートの断面TEM写真を図15に示す。この写真に示す様に、グラファイトシートの内部は極めて綺麗に配向した層構造であり、広範囲な観察を行ったがHOPGにおいて見られるような大きなドメイン構造の存在は確認されなかった。(Examples 1-8)
Eight types of polyimide films (polymer sample A, area 10 × 10 cm 2 ) produced in Production Example 1 were heated to 1000 ° C. at a rate of 10 ° C./min in nitrogen gas using an electric furnace. And pre-treated at 1000 ° C. for 1 hour. Next, the obtained carbonized sheet was set in a cylindrical graphite heater and heated to a processing temperature of 3000 ° C. (maximum processing temperature) at a temperature rising rate of 20 ° C./min. This temperature was maintained for 30 minutes (treatment time), and then the temperature was lowered at a rate of 40 ° C./min to produce a graphite sheet. The treatment was performed under a pressure of 0.10 MPa (1.0 kg / cm 2 ) in an argon atmosphere. The area of the obtained graphite sheet was not constant because the ratio of shrinkage and expansion was different depending on the thickness, but both were in the range of 6.5 × 6.5 cm 2 to 9.5 × 9.5 cm 2 . there were. A cross-sectional TEM photograph of the graphite sheet obtained in Example 3 is shown in FIG. As shown in this photograph, the inside of the graphite sheet has a layer structure that is very neatly oriented, and a wide range of observations were made, but the presence of a large domain structure as seen in HOPG was not confirmed.
得られたグラファイトシートの厚さ(μm)、熱伝導率(W/m・K)、密度(g/cm3)、平均結晶粒径(μm)の値を表1に示す。この表に示した厚さのフィルムではいずれの試料でも3000℃、30分間の熱処理によって1950W/m・K以上の優れた熱伝導率を示す事が分かった。Table 1 shows values of the thickness (μm), thermal conductivity (W / m · K), density (g / cm 3 ), and average crystal grain size (μm) of the obtained graphite sheet. It was found that all the samples having the thicknesses shown in this table exhibited excellent thermal conductivity of 1950 W / m · K or more by heat treatment at 3000 ° C. for 30 minutes.
(実施例9〜14)
実施例1、3、4で用いた高分子試料Aを用い、最高処理温度をそれぞれ3100℃、3200℃とした以外は実施例1、3、4と同じ処理を行い、得られたグラファイトシートの厚み(μm)、熱伝導率(W/m・K)、密度(g/cm3)、平均結晶粒径(μm)を測定した。得られた結果を表1に示す。熱伝導率の値はさらに高くなっており、平均結晶粒径も大きくなっていた。この事から、3100℃および3200℃での熱処理は高熱伝導性グラファイトシートを得るためには極めて有効である事が分かった。(Examples 9 to 14)
Using the polymer sample A used in Examples 1, 3, and 4, the same treatment as in Examples 1, 3, and 4 was carried out except that the maximum treatment temperature was 3100 ° C. and 3200 ° C., respectively. Thickness (μm), thermal conductivity (W / m · K), density (g / cm 3 ), and average crystal grain size (μm) were measured. The obtained results are shown in Table 1. The value of thermal conductivity was further increased, and the average crystal grain size was also increased. From this, it was found that heat treatment at 3100 ° C. and 3200 ° C. is extremely effective for obtaining a highly heat conductive graphite sheet.
(比較例1〜4)
実施例4で用いた高分子試料Aを、電気炉を用いて窒素ガス中、10℃/分の速度で1000℃まで昇温し、1000℃で1時間保って予備処理した。次に得られた炭素化シートを円筒状のグラファイトヒーターの内部にセットし、20℃/分の昇温速度で、それぞれ2800℃、2900℃まで昇温した。この温度でそれぞれ30分間、および120分間保持し、その後40℃/分の速度で降温し、グラファイトシートを作製した。処理はアルゴン雰囲気で0.05MPa(0.5kg/cm2)の加圧下で行った。得られた結果を表2に示す。2800℃、および2900℃の処理では処理時間を30分、120分間としても、1950W/m・K以上の熱伝導率を実現できなかった。この事から本発明の高熱伝導率を実現するためには3000℃以上の温度が必要であると結論した。(Comparative Examples 1-4)
The polymer sample A used in Example 4 was pretreated by heating to 1000 ° C. at a rate of 10 ° C./min in nitrogen gas using an electric furnace and maintaining at 1000 ° C. for 1 hour. Next, the obtained carbonized sheet was set inside a cylindrical graphite heater, and heated to 2800 ° C. and 2900 ° C., respectively, at a temperature rising rate of 20 ° C./min. This temperature was maintained for 30 minutes and 120 minutes, respectively, and then the temperature was lowered at a rate of 40 ° C./minute to produce a graphite sheet. The treatment was performed under a pressure of 0.05 MPa (0.5 kg / cm 2 ) in an argon atmosphere. The obtained results are shown in Table 2. In the treatments at 2800 ° C. and 2900 ° C., the thermal conductivity of 1950 W / m · K or more could not be realized even when the treatment time was 30 minutes or 120 minutes. From this, it was concluded that a temperature of 3000 ° C. or higher is necessary to realize the high thermal conductivity of the present invention.
(比較例5〜10)
厚さ25μm、または50μmのポリイミドフィルム(高分子試料A)を用い、最高処理温度3100℃30分、3200℃30分、3200℃120分としたこと以外は、実施例1と同じ条件で炭素化・グラファイト化を行った。得られたグラファイトシートの厚さはそれぞれ3100℃処理では12μm(比較例5)、28μm(比較例8)、3200℃処理では11μm(比較例7)、12μm(比較例6)、26μm(比較例10)、28μm(比較例9)であった。得られた結果を表2に示す。グラファイトシートの厚さが厚くなるに従い、本発明の1950W/m・Kを超える高熱伝導率の実現は極めて困難になる事が分かる。これは高分子フィルムをグラファイト化する場合、その反応がフィルム表面から進行するために、厚いフィルムではフィルム全体を高品質グラファイトに転化する事が困難であるためと思われる。この事から本発明の高熱伝導率を実現するためにはグラファイトシートの厚さが9.6μm以下である事が好ましいと結論した。(Comparative Examples 5 to 10)
Carbonization was performed under the same conditions as in Example 1 except that a polyimide film (polymer sample A) having a thickness of 25 μm or 50 μm was used and the maximum treatment temperature was 3100 ° C. for 30 minutes, 3200 ° C. for 30 minutes, and 3200 ° C. for 120 minutes. -Graphitization was performed. The thicknesses of the obtained graphite sheets were 12 μm (Comparative Example 5), 28 μm (Comparative Example 8), and 11 μm (Comparative Example 7), 12 μm (Comparative Example 6), and 26 μm (Comparative Example), respectively. 10) and 28 μm (Comparative Example 9). The obtained results are shown in Table 2. It can be seen that as the thickness of the graphite sheet increases, it becomes extremely difficult to achieve high thermal conductivity exceeding 1950 W / m · K of the present invention. This seems to be because when the polymer film is graphitized, the reaction proceeds from the film surface, so that it is difficult to convert the entire film into high-quality graphite with a thick film. From this, it was concluded that the thickness of the graphite sheet is preferably 9.6 μm or less in order to realize the high thermal conductivity of the present invention.
(実施例15〜20)
高分子試料B、および高分子試料Cを用いた以外は実施例1〜8と同じ方法で厚さの異なる幾つかの試料のグラファイト化を行った。得られたグラファイトシートの厚み(μm)、熱伝導率(W/m・K)、密度(g/cm3)、平均結晶粒径(μm)を測定し、得られた結果を表1に示す。この表に示した厚さのフィルムでは試料Bでも、試料Cでも3000℃、30分の熱処理によって1950W/m・K以上の優れた熱伝導率を示す事が分かった。(Examples 15 to 20)
Several samples with different thicknesses were graphitized by the same method as in Examples 1 to 8 except that the polymer sample B and the polymer sample C were used. The thickness (μm), thermal conductivity (W / m · K), density (g / cm 3 ) and average crystal grain size (μm) of the obtained graphite sheet were measured, and the obtained results are shown in Table 1. . It was found that the films having the thicknesses shown in this table showed excellent thermal conductivity of 1950 W / m · K or more by heat treatment at 3000 ° C. for 30 minutes for both Sample B and Sample C.
(比較例11〜13)
ポリイミドフィルム(高分子試料A)を用い、厚さの異なるグラファイトシートについて最高処理温度3000℃30分、3100℃30分としたこと以外は、実施例1と同じ条件で炭素化・グラファイト化を行った。得られたグラファイトシートの厚さはそれぞれ3000℃処理では0.04μm(比較例11)、0.02μm(比較例12)、3100℃処理では0.02μm(比較例13)であった。得られた結果を表2に示す。グラファイトシートの厚さが薄くなると、本発明の1950W/m・Kを超える高熱伝導率の実現は極めて困難になる事が分かる。(Comparative Examples 11-13)
Carbonization / graphitization was performed under the same conditions as in Example 1 except that a polyimide film (polymer sample A) was used and the graphite sheets having different thicknesses were set to a maximum treatment temperature of 3000 ° C. for 30 minutes and 3100 ° C. for 30 minutes. It was. The thicknesses of the obtained graphite sheets were 0.04 μm (Comparative Example 11), 0.02 μm (Comparative Example 12), and 0.02 μm (Comparative Example 13), respectively, when treated at 3000 ° C. and 3100 ° C. The obtained results are shown in Table 2. It can be seen that when the thickness of the graphite sheet is reduced, it is extremely difficult to realize high thermal conductivity exceeding 1950 W / m · K of the present invention.
(比較例14〜19)
厚さ80nm、50nmのポリイミドフィルム(高分子試料A)を用い、実施例1から12と同じ条件で炭素化・グラファイト化を行った。得られたグラファイトシートの厚さはそれぞれ3000℃処理では0.05μm(比較例14)、0.032μm(比較例17)、3100℃処理では0.045μm(比較例15)、0.03μm(比較例18)、3200℃処理では0.04μm(比較例16)、0.027μm(比較例19)であった。得られた結果を表2に示す。グラファイトの厚さが薄くなり、50nm以下になると、本発明の1950W/m・Kを超える高熱伝導率の実現は極めて困難になった。この理由は明らかではないが本発明の高熱伝導率を実現するためにはグラファイトシートの厚さが50nm超である事が好ましいと結論した。(Comparative Examples 14-19)
Carbonization / graphitization was performed under the same conditions as in Examples 1 to 12 using a polyimide film (polymer sample A) having a thickness of 80 nm and 50 nm. The thicknesses of the obtained graphite sheets were 0.05 μm (Comparative Example 14), 0.032 μm (Comparative Example 17), and 0.045 μm (Comparative Example 15) and 0.03 μm (Comparative), respectively, when treated at 3000 ° C. Example 18) It was 0.04 μm (Comparative Example 16) and 0.027 μm (Comparative Example 19) in the 3200 ° C. treatment. The obtained results are shown in Table 2. When the thickness of graphite was reduced to 50 nm or less, it was extremely difficult to achieve high thermal conductivity exceeding 1950 W / m · K according to the present invention. The reason for this is not clear, but it was concluded that the thickness of the graphite sheet is preferably more than 50 nm in order to realize the high thermal conductivity of the present invention.
(実施例21〜25、比較例20〜23)
実施例10で得られたグラファイトシートを、面積324mm2とした試料(高分子試料A,最高処理温度3200℃)を切断してより小さな正方形又は長方形の試料を切り出し、それぞれの試料について熱伝導率を測定した。その結果を表1(実施例21〜25)と表2(比較例20〜23)に示す。
なお実施例22〜24と比較例20、23の試料は正方形であり、実施例25と比較例21、22の試料は長方形である。表1の結果は試料面積が小さくなればなるほどその熱伝導率は小さくなり、面積が4mm2(正方形)になると熱伝導率は2000W/m・Kに、4mm2(長方形)になると熱伝導率は1950W/m・Kに低下する事を示す。(Examples 21 to 25, Comparative Examples 20 to 23)
The graphite sheet obtained in Example 10 was cut into a sample (polymer sample A, maximum processing temperature 3200 ° C.) having an area of 324 mm 2 to cut out a smaller square or rectangular sample, and the thermal conductivity of each sample was cut. Was measured. The results are shown in Table 1 (Examples 21 to 25) and Table 2 (Comparative Examples 20 to 23).
The samples of Examples 22 to 24 and Comparative Examples 20 and 23 are square, and the samples of Example 25 and Comparative Examples 21 and 22 are rectangular. The results in Table 1 indicate that the smaller the sample area, the smaller the thermal conductivity. When the area becomes 4 mm 2 (square), the thermal conductivity becomes 2000 W / m · K, and when 4 mm 2 (rectangle), the thermal conductivity. Indicates a decrease to 1950 W / m · K.
さらに比較例20〜23に示す様に、試料面積を2.25mm2(正方形)、3mm2(長方形)、2mm2(長方形)、1mm2(正方形)と変化させたが、いずれの場合にもその熱伝導率は1950W/m・K未満となり、1950W/m・K以上の熱伝導率は実現できなかった。すなわちこの結果は、本発明の高熱伝導性グラファイトでは1950W/m・K以上の高熱伝導性を実現するためには、その面積を4mm2以上にする事が好ましい事を示す。Furthermore, as shown in Comparative Examples 20 to 23, the sample area was changed to 2.25 mm 2 (square), 3 mm 2 (rectangular), 2 mm 2 (rectangular), and 1 mm 2 (square). The thermal conductivity was less than 1950 W / m · K, and a thermal conductivity of 1950 W / m · K or more could not be realized. That is, this result indicates that the area of the high thermal conductivity graphite of the present invention is preferably 4 mm 2 or more in order to realize high thermal conductivity of 1950 W / m · K or more.
10:内視鏡
20:管部、20a:管部の内側面、20b:管部の外側面、21:先端部、22:湾曲部、23:可撓管部
30:観察窓、31:照明窓、32:送気・送水口、33:吸引口、34:鉗子口
40:発熱体、41:撮像素子、42:照明部、43:グラファイト製熱伝導体、44:送気・送水チャンネル、45:吸引チャンネル、46:鉗子チャンネル、47:第2グラファイト製熱伝導体、48:第3グラファイト製熱伝導体
50:操作部、51:操作スイッチ
60:接続部、61:ユニバーサルコード
71:画像表示装置、72:プロセッサ装置、73:光源装置、74:送気・送水装置
100、100a、100b、100c、100d:放熱線状物、
110a、110b:グラファイトシート
115a、115b:グラファイト製放熱部材
200:グラファイト被覆光ファイバー、205:光ファイバー、210:コア、215:クラッド
300:グラファイト被覆光配線ケーブル、310:押え巻、320:テンションメンバ、330:外被
400:ヒートパイプ、410:管体、411:入熱側、412:放熱側、420:ウィック、430:作動液(蒸気)の流れ、431:作動液(凝縮液)の流れ
500:レーザーメス、510:光源発生部、511:フットスイッチ
520:導光部、521:導光路、522:光ファイバー、523:支持部材
530:把持部、540:先端部、541:メス10: Endoscope 20: Tube portion, 20a: Inside surface of tube portion, 20b: Outside surface of tube portion, 21: Tip portion, 22: Curved portion, 23: Flexible tube portion 30: Observation window, 31: Illumination Window: 32: Air / water supply port, 33: Suction port, 34: Forceps port 40: Heating element, 41: Image sensor, 42: Illumination unit, 43: Thermal conductor made of graphite, 44: Air supply / water supply channel, 45: suction channel, 46: forceps channel, 47: second graphite thermal conductor, 48: third graphite thermal conductor 50: operation section, 51: operation switch 60: connection section, 61: universal cord 71: image Display device, 72: Processor device, 73: Light source device, 74: Air / water supply device 100, 100a, 100b, 100c, 100d: Heat radiation wire,
110a, 110b: Graphite sheets 115a, 115b: Graphite radiating member 200: Graphite coated optical fiber, 205: Optical fiber, 210: Core, 215: Clad 300: Graphite coated optical wiring cable, 310: Presser winding, 320: Tension member, 330 : Jacket 400: heat pipe, 410: tube, 411: heat input side, 412: heat dissipation side, 420: wick, 430: flow of working fluid (steam), 431: flow of working fluid (condensate) 500: Laser knife, 510: light source generation part, 511: foot switch 520: light guide part, 521: light guide path, 522: optical fiber, 523: support member 530: grip part, 540: tip part, 541: knife
Claims (20)
前記グラファイトシートの厚さが50nm超9.6μm以下であり、
前記グラファイトシートの密度が1.8g/cm 3 以上であることを特徴とする放熱線状物。 A heat radiation wire wound in a spiral shape so that at least a part of the graphite sheet or its laminate overlaps each other,
Ri is 50nm ultra 9.6μm der less the thickness of the graphite sheet,
Radiating linear material the density of the graphite sheet is characterized in der Rukoto 1.8 g / cm 3 or more.
前記熱伝導体は、グラファイトシート又はその積層体であって、このグラファイトシートは、面積が4mm2以上であり、25℃におけるa−b面方向の熱伝導率が1950W/m・K以上であり、前記グラファイトシートの密度が1.8g/cm 3 以上であることを特徴とする内視鏡。 A pipe section, a heating element in the pipe section, and a graphite heat conductor connected to the heating element,
The thermal conductor is a graphite sheet or a laminate thereof, and the graphite sheet has an area of 4 mm 2 or more and a thermal conductivity in the ab plane direction at 25 ° C. of 1950 W / m · K or more. Ri, endoscope density of the graphite sheet is characterized in der Rukoto 1.8 g / cm 3 or more.
前記グラファイト製熱伝導体の一端は前記発熱体に接続されて、他端が前記発熱体よりも前記操作部側の金属部材に接続されている請求項5〜7のいずれか1項に記載の内視鏡。 Having an operation part connected to the pipe part;
One end of the graphite heat conductor is connected to the heating element, the other end of any one of claims 5-7, which is connected to the metal member of the operation unit side than the heating element Endoscope.
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