JP7384133B2 - 放熱ケーブル及び医療用検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、放熱ケーブル及び医療用検査装置に関する。

従来、内視鏡や超音波プローブなどの端部に医療用機器が配置されたケーブルを備える医療用検査装置が知られている。このケーブルに、医療用機器を冷却させる機能を持たせたものが提案されている。

例えば、内視鏡における端部を冷却するために、シース内の多孔質セラミック内の毛細管現象によって冷却水を移動させて放熱する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９－０９８５７５号公報

特許文献１に記載の構成では、気化した冷却水（言い換えると水蒸気）が先端から排出されていた。排出された蒸気が冷えて再度液化する（言い換えると結露する）可能性がある。そのため、気化した冷却水が結露することを許容する用途にしか使用できないという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、使用用途の限定を緩和しやすい放熱ケーブル及び医療用検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の第１の態様に係る放熱ケーブルは、筒状に形成されたシースと、前記シースの内部に配置される筒状に形成されたチューブと、前記シースおよび前記チューブの両端部に配置され、前記シースおよび前記チューブの間に形成される空間と外部との間での熱輸送媒体の移動を抑制可能に区画するとともに前記空間および前記外部との間で熱交換可能とする封止部と、前記シースおよび前記チューブの間を前記両端部にわたって配置され、液相の前記熱輸送媒体が毛細管現象により移動可能な構成を有する液媒体移動部と、前記シースおよび前記チューブの間を前記両端部にわたって配置され、気相の前記熱輸送媒体が移動可能な流路を形成する流路形成部と、が設けられている。

本発明の第２の態様に係る医療用検査装置は、上記第１の態様に係る放熱ケーブルと、前記シースおよび前記チューブの内部に封入される熱輸送媒体と、医療用の検査に用いられる検査部と、内部に前記検査部が配置されるとともに、前記検査部および前記封止部の間で熱交換可能とするケースと、が設けられている。

本発明の第１の態様に係る放熱ケーブル及び第２の態様に係る医療用検査装置によれば、熱輸送媒体は外部への移動を抑制可能に区画されたシースとチューブとの間の空間に閉じ込められる。熱輸送媒体が外部に移動しにくくなることから、放熱ケーブル及び医療用検査装置における使用用途の限定を緩和しやすいという効果を奏する。なお、熱輸送媒体の外部への移動は漏えいと表現してもよい。

本発明の放熱ケーブルおよび医療用検査装置の構成を説明する模式図である。 図１の放熱ケーブルの構成を説明する断面図である。 図１の流路形成部および流路の構成を説明する模式図である。 他の流路形成部および流路の構成を説明する模式図である。 液媒体移動部および流路形成部の異なる配置例を説明する断面図である。 流路形成部および流路の更に別の構成を説明する断面図である。

この発明の一実施形態に係る放熱ケーブルおよび医療用検査装置について、図１から図６を参照しながら説明する。本実施形態の医療用検査装置４０は、例えば超音波を用いて検査を行う超音波プローブや、小型の光学撮像素子を用いて視覚的に観察する内視鏡装置などの各種の装置である。

医療用検査装置４０には、図１に示すように、放熱ケーブル１０と、検査部３０と、ケース３５と、が設けられている。
放熱ケーブル１０は、先端に検査部３０が設けられるケーブルであって、熱輸送媒体ＨＭを用いて検査部３０で発生した熱をケーブルの基端で放熱するものである。放熱ケーブル１０には、図１および図２に示すように、シース１１と、チューブ１２と、配線１３と、封止部１５と、液媒体移動部２１と、流路形成部２５と、が設けられている。

熱輸送媒体ＨＭは、検査部３０のデバイス３１で発生した熱を放熱ケーブル１０の先端から基端に輸送するものである。熱輸送媒体ＨＭは熱の輸送に用いられる媒体であって、冷媒または熱媒とも呼ばれる。熱輸送媒体ＨＭとしては、気化や液化の際の吸熱、放熱（潜熱とも呼ぶ。）を利用して熱を輸送する媒体であることが好ましい。

放熱ケーブル１０に用いられる熱輸送媒体ＨＭとしては生体適合性を有するものが好ましい。具体的には、パーフルオロカーボンを熱輸送媒体ＨＭとして用いる例を示すことができる。熱輸送媒体ＨＭとして沸点３０℃程度のパーフルオロカーボンを用いた場合、放熱ケーブル１０は、気化する側の封止部１５Ａの温度が４０℃程度、液化する側の封止部１５Ｂの温度が２０℃程度で使用されることが好ましい。なお、封止部１５Ａと封止部１５Ｂとを区別する必要がない場合には、単に封止部１５とも表記する。

シース１１は筒状に形成された部材であって、内部に液媒体移動部２１、流路形成部２５、チューブ１２、および、配線１３などが配置された部材である。シース１１を構成する材料としては、生体適合性を有するポリ塩化ビニル、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂（医療用高分子材料）を例示することができる。シース１１を構成する部材は、封止部１５を構成する部材よりも熱伝導率が低い材料が好ましい。

シース１１の外径は、医療用検査装置４０の用途に応じて適宜定めることができる。例えば、医療用検査装置４０が人体の検査に用いられる超音波プローブや内視鏡である場合には、外径の直径が１５ｍｍ程度から０．５ｍｍ程度の範囲内であることが好ましい。

チューブ１２は筒状に形成された部材であって、シース１１の内部に配置されるとともに配線１３が内部に配置された部材である。チューブ１２を構成する材料としては、生体適合性を有するポリ塩化ビニル、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂（医療用高分子材料）を例示することができる。

配線１３はチューブ１２の内部に配置された部材である。配線１３は、検査部３０に入力される信号や、検査部３０から出力される信号を伝送する部材である。配線１３は、検査部３０を駆動する電力を供給する部材であってもよい。本実施形態では７本の配線１３が配置された例で説明するが、配線１３の数は７本よりも多くてもよいし、少なくてもよい。

封止部１５は、図１に示すように、放熱ケーブル１０の先端および基端の両端部に配置され、シース１１およびチューブ１２の間に形成される空間と外部との間での熱輸送媒体ＨＭの移動を抑制可能に区画する部材である。より好ましくは、熱輸送媒体ＨＭの移動を防止可能に区画する部材である。封止部１５は、空間と外部との間で熱交換を可能とする熱伝導率を有する材料から形成されている。封止部１５は、例えば、銅または銅を成分に含む銅合金から形成されている。

封止部１５には、外周部１６と、内周部１７と、端部１８と、が設けられている。外周部１６は封止樹脂１９を用いてシース１１に取り付けられる筒状の部材である。内周部１７は封止樹脂１９を用いてチューブ１２に取り付けられる筒状の部材である。端部１８は外周部１６および内周部１７の端をつなぐリング板状の部材である。なお、封止部１５の形状は上述の形状に限定されるものではない。

液媒体移動部２１は、図１に示すように、シース１１およびチューブ１２の間を先端から基端にわたって配置される部材である。液媒体移動部２１は、図１および図２に示すように、素線を用いて円筒状に形成された編組である。液媒体移動部２１はシールドであってもよい。素線としては直径が０．０５ｍｍの軟銅線を例示することができる。軟銅線はスズメッキを施し、耐食性を向上したものが好ましい。

液媒体移動部２１である編組は、液相の熱輸送媒体ＨＭが毛細管現象により移動可能な構成を有していることが好ましい。例えば、編組を構成する素線と素線の間隔を、液相の熱輸送媒体ＨＭが毛細管現象を起こす間隔とすることが好ましい。また、素線の表面に液相の熱輸送媒体ＨＭとの親和性を高める処理を施してもよい。

液媒体移動部２１はシース１１の内側に隣接する位置であって、流路形成部２５よりも外側の位置に配置されている。液媒体移動部２１における先端側の端部は、先端に配置された封止部１５Ａにハンダ付けされている。

例えば、液媒体移動部２１は、封止部１５の内周部１７にハンダ付けされている。液媒体移動部２１は、封止部１５の外周部１６にハンダ付けされていてもよい。液媒体移動部２１は、封止部１５とのハンダ付けを容易にするために端部がシース１１から突出してもよい。液媒体移動部２１における基端側の端部も、基端に配置された封止部１５Ｂにハンダ付けされてもよい。

流路形成部２５は、図１および図３に示すように、シース１１およびチューブ１２の間を先端から基端にわたって配置される部材である。流路形成部２５はシース１１およびチューブ１２の間の空間を確保するものである。流路形成部２５は、シース１１およびチューブ１２の少なくとも一方とともに気相の熱輸送媒体ＨＭが先端および基端の間を移動可能な流路２６を形成するものである。流路形成部２５を形成する材料としては生体適合性を有するポリ塩化ビニル、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂（医療用高分子材料）を例示することができる。

流路形成部２５はチューブ１２の外周面上をらせん状に延びる柱状の形状を有していてもよい。らせん状に延びる流路形成部２５は、チューブ１２の外周面上に１つ以上配置されていればよい。

検査部３０は、図１に示すように、放熱ケーブル１０の先端に配置され、医療に用いられる情報を取得するものである。検査部３０はケース３５の内部に配置されている。検査部３０には、デバイス３１と、基板３２とが設けられている。

デバイス３１は医療に用いられる情報を取得するものである。例えば、医療用検査装置４０が超音波プローブである場合には超音波を発振したり反射した超音波を検知したりする探触子である。内視鏡装置である場合には、画像を取得する光学撮像素子である。

基板３２はデバイス３１が配置され、デバイス３１および配線１３の間を信号の通信が可能に接続するものである。基板３２は、配線１３からデバイス３１に電力を供給可能に接続してもよい。基板３２にデバイス３１を制御する制御回路が設けられていてもよい。

ケース３５は放熱ケーブル１０の先端に配置され、検査部３０を内部に収納するものである。ケース３５は熱伝導率が高い材料、例えば銅または銅を成分に有する銅合金から形成されている。その他に、ケース３５はアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼などから形成されていてもよい。

ケース３５は、デバイス３１と熱の伝達が可能に配置されている。例えば、ケース３５の一部がデバイス３１と熱伝達可能に接触している。ケース３５とデバイス３１との接触の態様は、医療用検査装置４０の用途（超音波プローブや内視鏡装置など）に応じて適宜選択される。

ケース３５は、放熱ケーブル１０における先端に配置された封止部１５Ａと熱の伝達が可能に配置されている。例えば、ケース３５の基端側の端が、封止部１５Ａの外周部１６と熱伝達可能に接触している。

次に、上記の構成からなる放熱ケーブル１０を有する医療用検査装置４０における放熱について図１を参照しながら説明する。具体的には、検査部３０のデバイス３１で発生した熱を、デバイス３１と比較して温度が低い外部へ放熱する場合について説明する。

医療用検査装置４０のデバイス３１は、医療に用いられる情報を取得する際に熱を発生する。デバイス３１で発生した熱は、熱伝導可能に接触するケース３５に伝わる。ケース３５に伝わった熱は、ケース３５と熱伝導可能に接触する封止部１５Ａに伝わる。

封止部１５Ａに伝わった熱は、封止部１５Ａと熱伝導可能に接触する液媒体移動部２１に伝わり、液媒体移動部２１に存在する液相の熱輸送媒体ＨＭに吸収される。熱を吸収した液相の熱輸送媒体ＨＭは、気化して気相の熱輸送媒体ＨＭとなる。

気相の熱輸送媒体ＨＭは、流路２６の内部を先端から基端に向かって流動する。基端に到達した気相の熱輸送媒体ＨＭは、基端側の封止部１５Ｂに熱を放出して液化して液相の熱輸送媒体ＨＭとなる。基端の封止部１５Ｂは熱を外部へ放出する。

液相の熱輸送媒体ＨＭは、液媒体移動部２１を毛細管現象により基端から先端に向かって移動する。先端に到達した液相の熱輸送媒体ＨＭは、先端の封止部１５Ａから熱を吸収して気相の熱輸送媒体ＨＭとなる。以後、熱輸送媒体ＨＭは上述した基端への移動、液化、先端への移動を繰り返す。

上記の構成の放熱ケーブル１０を有する医療用検査装置４０によれば、熱輸送媒体ＨＭは外部への移動を抑制可能に区画されたシース１１とチューブ１２との間の空間に閉じ込められる。そのため、気相の熱輸送媒体ＨＭが放熱ケーブルの外部に移動しにくくなり、移動した気相の熱輸送媒体ＨＭが外部で液化することが抑制しやすい。熱輸送媒体ＨＭが移動しにくくなることから、医療用検査装置４０における使用用途の限定を緩和しやすい。

熱輸送媒体は、液媒体移動部２１における毛細管現象、先端側における気化、および、基端側における液化を利用して循環するため、熱輸送媒体を循環させるコンプレッサや配管を設ける必要がない。コンプレッサ等を設ける必要がないため、放熱ケーブル１０や医療用検査装置４０の小型化を図りやすい。配管を設ける必要がないため、放熱ケーブル１０が太くなりにくい。また、放熱ケーブル１０の曲げやすさを確保しやすい。

流路形成部２５により形成される流路２６をらせん状に延びる流路とすることにより、直線状に延びる流路とした場合と比較して、放熱ケーブル１０の曲げやすさを確保しやすい。

液媒体移動部２１を複数の金属製の素線を含む編組などのシールドにすることにより、放熱ケーブル１０の内部に電界や磁界の影響が及びにくくなる。また、放熱ケーブル１０の強度を確保しやすい。

液媒体移動部２１と封止部１５とが熱伝導可能に接触することにより、外部と液熱輸送媒体ＨＭとの間で熱交換を行いやすくなる。例えば、外部の熱により液相の熱輸送媒体ＨＭが気化しやすくなる。または、気相の熱輸送媒体ＨＭが外部に放熱しやすくなり液化しやすくなる。

液媒体移動部２１をシース１１側に配置することにより、例えば、封止部１５の熱がシース１１側から進入する場合、液相の熱輸送媒体ＨＭが封止部１５の熱を吸収しやすい位置に導かれやすくなる。そのため、封止部１５の熱がシース１１側から進入する場合であって、液媒体移動部２１をチューブ１２側に配置したときと比較して、液相の熱輸送媒体ＨＭを気化させやすくなる。

封止部１５よりも熱伝導率が低い材料からシース１１を形成することにより、封止部１５の近傍以外の場所で液相の熱輸送媒体ＨＭが気化したり、気相の熱輸送媒体ＨＭが液化したりすることを抑制しやすい。言い換えると、熱輸送媒体ＨＭが封止部１５の近傍で気化させたり、液化させたりしやすくなる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、流路形成部２５は、図４に示すように、シース１１およびチューブ１２に沿って先端から基端に向かって直線状に延びる円柱状などの柱状の形状を有していてもよい。直線状に延びる流路形成部２５は、チューブ１２の外周面上に周方向に間隔をあけて複数（例えば３つ以上）配置されていることが好ましい。

流路形成部２５により形成される流路２６を直線状に延びる流路とすることにより、らせん状に延びる流路とした場合と比較して、気相の熱輸送媒体ＨＭが流れる際の抵抗を小さくしやすい。

液媒体移動部２１は、図５に示すように、チューブ１２の外側に隣接する位置であって、流路形成部２５よりも内側の位置に配置されていてもよい。
液媒体移動部２１をチューブ１２側に配置することにより、液媒体移動部２１をシース１１側に配置する場合と比較して放熱ケーブル１０の曲げやすさを確保しやすくなる。

液媒体移動部２１は複数の素線から形成された筒状の編組であってもよいし、複数の素線がらせん状に巻かれ筒形状となったもの（「横巻き」とも呼ぶ。）であってもよい。
液媒体移動部２１を横巻きとすることにより、編組とした場合と比較して、放熱ケーブル１０を屈曲させたことによる素線の破断を抑制しやすい。

基端側の封止部１５Ｂから熱を奪い、当該封止部１５Ｂの近傍における気相の熱輸送媒体の液化を促進させる冷却部が更に設けられていてもよい。冷却部としては、基端側の封止部１５Ｂよりも低い温度に保たれ、当該封止部１５Ｂと熱伝導可能に接触する部材を有するものであってもよい。基端側の封止部１５Ｂに外部の空気を送風し、当該空気により当該封止部１５Ｂの熱を奪う装置であってもよい。基端側の封止部１５Ｂと熱伝導可能に接触し、外部への放熱面積を増加させる部材であってもよい。

流路形成部２５は、図６に示すように、シース１１およびチューブ１２の間の空間を埋める筒状の部材であって、流路形成部２５の内部に流路２６Ａや、シース１１とともに流路２６Ｂを構成する溝や、チューブ１２とともに流路２６Ｃを構成する溝が形成されたものであってもよい。

１０…放熱ケーブル、 １１…シース、 １２…チューブ、 １５，１５Ａ，１５Ｂ…封止部、 ２１…液媒体移動部、 ２５…流路形成部、 ２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ…流路、 ３０…検査部、 ３５…ケース、 ４０…医療用検査装置、 ＨＭ…熱輸送媒体

Claims (7)

1. 筒状に形成されたシースと、
   前記シースの内部に配置される筒状に形成されたチューブと、
   前記シースおよび前記チューブの両端部に配置され、前記シースおよび前記チューブの間に形成される空間と外部との間での熱輸送媒体の移動を抑制可能に区画するとともに前記空間および前記外部との間で熱交換可能とする封止部と、
   前記シースおよび前記チューブの間を前記両端部にわたって配置され、液相の前記熱輸送媒体が毛細管現象により移動可能な構成を有する液媒体移動部と、
   前記シースおよび前記チューブの間を前記両端部にわたって配置され、気相の前記熱輸送媒体が移動可能な流路を形成する流路形成部と、
   が設けられ、
   前記流路形成部により形成される前記流路は、前記両端部の間を前記チューブのまわりを回転して延びるらせん形状を有している放熱ケーブル。
2. 前記液媒体移動部は、複数の金属製の素線を含むシールドである請求項１に記載の放熱ケーブル。
3. 前記液媒体移動部は、封止部材と熱伝導可能に接触している請求項１または２に記載の放熱ケーブル。
4. 前記液媒体移動部は前記シース側に配置され、
   前記流路形成部により形成される前記流路は、前記チューブ側に配置される請求項２または３に記載の放熱ケーブル。
5. 前記流路形成部により形成される前記流路は、前記シース側に配置され、
   前記液媒体移動部は前記チューブ側に配置される請求項２または３に記載の放熱ケーブル。
6. 前記シースは前記封止部よりも熱伝導率が低い材料から形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載の放熱ケーブル。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の放熱ケーブルと、
   前記シースおよび前記チューブの内部に封入される熱輸送媒体と、
   医療用の検査に用いられる検査部と、
   内部に前記検査部が配置されるとともに、前記検査部および前記封止部の間で熱交換可能とするケースと、
   が設けられている医療用検査装置。