(57)【要約】【課題】挿入部の先端部の温度上昇を抑制するようにした内視鏡を提供する。【解決手段】被検体内に挿入される挿入部２の先端部１１に、該被検体の観察領域を照明する照明光を射出する照明光学系２１及び該観察領域を撮像する撮像装置２３を収納した内視鏡１であって、前記先端部１１の内部空間に伝熱材３０が充填されており、前記伝熱材３０は、合成樹脂に電気絶縁性の熱伝導フィラーが分散された流動性ある材料が硬化されてなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に挿入される挿入部の先端部に、該被検体の観察領域を照明する照明光を射出する照明光学系及び該観察領域を撮像する撮像装置を収納した内視鏡であって、
前記先端部の内部空間に伝熱材が充填されており、
前記伝熱材は、合成樹脂に電気絶縁性の熱伝導フィラーが分散された流動性ある材料が硬化されてなる内視鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の内視鏡であって、
前記伝熱材の熱伝導率は、１Ｗ／ｍ・ｋ以上である内視鏡。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内視鏡であって、
前記熱伝導フィラーは、無機窒化物を含む内視鏡。
【請求項４】
請求項３に記載の内視鏡であって、
前記無機窒化物は、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素である内視鏡。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の内視鏡であって、
前記熱伝導フィラーは、無機酸化物を含む内視鏡。
【請求項６】
請求項５に記載の内視鏡であって、
前記無機酸化物は、アルミナである内視鏡。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の内視鏡であって、
前記合成樹脂は、熱硬化性樹脂である内視鏡。
【請求項８】
請求項７に記載の内視鏡であって、
前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂である内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部を備えている。そして、挿入部の先端部には、典型的には、観察領域に向けて照明光を射出する照明光学系、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の固体撮像素子を含む撮像装置、及び観察領域からの戻り光を集光して撮像装置の固体撮像素子上に結像させる対物光学系が収納されている。
【０００３】
近年では、挿入時の違和感を軽減すべく、挿入部のさらなる細径化が要望され、また、詳細な観察を行うべく、さらなる高品位な画像取得が要望されている。高品位な画像取得には、例えば、照明光学系から射出される光量を増加することが考えられる。それによれば、画像のノイズを低減でき、また対物光学系の絞り径を小さくし、即ちＦナンバーを大きくして広範囲に焦点を合わせることができる。また、固体撮像素子の高画素化も考えられる。
【０００４】
一方で、光量の増加、固体撮像素子の高画素化は、挿入部の先端部における発熱量の増加を伴い、また、挿入部の細径化は、挿入部の先端部からの放熱効率の低下を伴う。そのため、挿入部の先端部における温度上昇が懸念され、撮像装置に含まれる電子部品の劣化や、撮像装置から出力される画像信号に含まれるノイズの増加が懸念される。
【０００５】
挿入部の先端部の温度上昇を抑制するための従来の技術としては、先端部に収納された撮像装置近傍にシリコーン樹脂を充填し、撮像装置から発生する熱を、シリコーン樹脂を介して先端部の外周側に伝え、放出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３２７６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、挿入部の先端部の温度上昇を抑制するようにした内視鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
被検体内に挿入される挿入部の先端部に、該被検体の観察領域を照明する照明光を射出する照明光学系及び該観察領域を撮像する撮像装置を収納した内視鏡であって、前記先端部の内部空間に伝熱材が充填されており、前記伝熱材は、合成樹脂に電気絶縁性の熱伝導フィラーが分散された流動性ある材料が硬化されてなる内視鏡。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、伝熱材の材料に、合成樹脂に電気絶縁性の熱伝導フィラーが分散された流動性ある材料を用いており、熱伝導フィラーが電気絶縁性であることで、撮像装置に伝熱材を密着させても電気的な障害は生じず、そして、流動性があることで、先端部の内部空間に隙間無く充填でき、熱源となる照明光学系及び撮像装置に伝熱材を密着させることができる。そして、合成樹脂に電気絶縁性の熱伝導フィラーが分散されていることで、伝熱材の熱伝導率を合成樹脂単体のものに比べて向上させることができる。それにより、照明光学系及び撮像装置から発生する熱を、伝熱材を介して先端部の外周側そして先端部に連なる挿入部の基端側に速やかに拡散させ、先端部の温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を説明するための、内視鏡の一例を示す平面図である。
【図２】図１の内視鏡の挿入部の先端部の断面図である。
【図３】合成樹脂に熱伝導フィラーを分散させたものについて、その熱伝導率と熱伝導フィラーの充填率との関係を示すグラフである。
【図４】伝熱材の熱伝導率と内視鏡の挿入部の先端部の温度上昇との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示すように、内視鏡１は、操作部３と、操作部３に連なって設けられ被検体に挿入される挿入部２と、操作部３から延びるユニバーサルコード４と、を備えている。ユニバーサルコード４は、ライトガイドや信号線や送気・送水管などを内包しており、その末端に設けられたコネクタ５において、光源装置６や信号処理装置７やポンプ８などに接続される。
【００１２】
挿入部２は、先端部１１と、先端部１１の基端側に連なる湾曲部１２と、湾曲部１２と操作部３とを接続する軟性部１３とを含んでいる。上記のライトガイドや信号線や送気・送水管は、操作部３、軟性部１３、湾曲部１２を経て先端部１１に達している。
【００１３】
操作部３には、先端部１１への送気・送水を制御するためのボタンや、後述する撮像装置による撮像を制御するためボタンなどの複数のボタン１４、湾曲部１２の湾曲を操作するためのノブ１５などが設けられている。
【００１４】
図２に示すように、先端部１１は、観察領域に向けて照明光を射出する照明光学系２１と、例えばＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子２４及び回路基板２５を有する撮像装置２３と、観察領域からの戻り光を集光して撮像装置２３の固体撮像素子２４上に結像させる対物光学系２２とを含んでいる。回路基板２５には、固体撮像素子２４や、固体撮像素子２４の駆動回路及び固体撮像素子２４の出力信号を処理する信号処理回路などが実装されている。
【００１５】
光源装置６で生成された照明光は、ライトガイド２８を介して先端部１１に導光され、このライトガイド２８の先端部に接続された照明光学系２１よって被検体に照射される。そして、被検体からの戻り光が対物光学系２２によって集光され、撮像装置２３の固体撮像素子２４上に結像し、撮像装置２３によって被検体の画像信号が生成される。この画像信号は、撮像装置２３に接続している信号線２９を介して信号処理装置７に送られる。信号処理装置７は、例えば入力された画像信号を処理して表示画像データを生成し、生成した表示画像データに基づく被検体画像をモニタ（図示せず）に表示する。
【００１６】
また、先端部１１の突端部にはノズル２７が設けられており、ノズル２７には送気・送水管３１に接続されている。ノズル２７は、操作部３でのボタン操作に応じてポンプ８から空気あるいは水の供給を受け、その開口部から空気あるいは水を噴出する。ノズル２７の開口部は、先端部１１の突端面に露呈する対物光学系２２の対物レンズに向いており、開口部より噴出された流体は、対物レンズを洗浄する。
【００１７】
そして、先端部１１は、ステンレス等の金属材料からなり先端部１１の骨格をなす略円柱状の先端硬質部２６と、金属材料からなり先端硬質部２６の基端側の外周縁部に接合されている円筒状のアングル継ぎ手３２と、同じく金属材料からなりアングル継ぎ手３２の外周面を覆う円筒状のアングルネット３３と、を含んでいる。湾曲部１２は複数の円環状の節輪が順次連結されて湾曲可能に構成されており、アングル継ぎ手３２には、これらの節輪の並びにおける先端側の節輪３４が取り付けられている。そして、アングルネットネット３３は、これらの節輪の外周面も覆い、挿入部２の軸に沿って、湾曲部１２を経て、湾曲部１２と軟性部１３との接続部までのびている。照明光学系２１、対物光学系２２、及び撮像装置２３は、先端硬質部２６に形成されたそれぞれの収納部２６ａ、２６ｂ、２６ｃに挿入され、保持されている。
【００１８】
先端部１１の内部空間には、伝熱材３０が充填される。伝熱材３０は、照明光学系２１に含む複数のレンズを保持した鏡筒２１ａの外周面と収納部２６ａの内周面との隙間、及び収納部２６ａから露出した鏡等２１ａの外周面とアングル継ぎ手３２との間の空間、並びに撮像装置２３の回路基板２５の表裏面と収納部２６ｃの内周面との隙間、及び収納部２６ｃから露出した回路基板２５の表裏面とアングル継ぎ手３２との間の空間、をそれぞれ埋め、それらに密着している。
【００１９】
照明光学系２１からの照明光の照射及び撮像装置２３の駆動に伴い、照明光学系２１及び撮像装置２３において熱が発生する。照明光学系２１や撮像装置２３で発生した熱は、伝熱材３０を介して先端硬質部２６やアングル継ぎ手３２に伝えられる。そして、先端硬質部２６やアングル継ぎ手３２に伝えられた熱は、アングルネット３３を介して先端部１１に連なる湾曲部１２、そして軟性部１３にも順次伝わり、先端部１１、湾曲部１２、及び軟性部１３の表面から放熱される。
【００２０】
伝熱材３０は、合成樹脂に電気絶縁性の熱伝導フィラーが分散された流動性ある材料が硬化されて形成されている。伝熱材３０の材料に含む熱伝導フィラーが電気絶縁性であることで、撮像装置２３の回路基板２５に伝熱材３０を密着させても電気的な障害は生じず、そして、伝熱材３０を形成する材料が流動性を有することで、先端部１１の内部空間に隙間無く充填でき、熱源となる照明光学系２１及び撮像装置２３に伝熱材３０を密着させることができる。それにより、照明光学系２１及び撮像装置２３において発生した熱は、速やかに伝熱材３０に伝わる。
【００２１】
そして、合成樹脂の熱伝導率は一般に０．１〜０．５Ｗ／ｍ・ｋであり、例えばシリコーン樹脂の熱伝導率は約０．１６Ｗ／ｍ・ｋであるところ、合成樹脂に熱伝導フィラーが分散されることで、これより形成される伝熱材３０の熱伝導率は、合成樹脂単体のものに比べて向上する。それにより、照明光学系２１及び撮像装置２３において発生した熱は、伝熱材３０を介して速やかに先端硬質部２６やアングル継ぎ手３２に伝えられる。
【００２２】
伝熱材３０の熱伝導率は、好ましくは１Ｗ／ｍ・ｋ以上であり、より好ましくは５Ｗ／ｍ・ｋ以上である。伝熱材３０の熱伝導率が１Ｗ／ｍ・ｋ以上あれば、照明光学系２１及び撮像装置２３で発生する熱を効率的に拡散させることができ、先端部１１の温度上昇を抑制することができる。伝熱材３０の熱伝導率に関係する要素として、熱伝導フィラーの熱伝導率とその充填率が挙げられる。
【００２３】
そこで、伝熱材３０に含む電気絶縁性の熱伝導フィラーとしては、熱伝導率の比較的高い無機窒化物や無機酸化物の粒子若しくは繊維が好適である。無機窒化物としては窒化アルミニウムや窒化ホウ素などを例示でき、また無機酸化物としてはアルミナなどを例示できる。尚、複数種の熱伝導フィラーを混合して用いてもよい。
【００２４】
熱伝導フィラーの熱伝導率の観点では、窒化アルミニウムや窒化ホウ素などの無機窒化物が好適である。絶縁性物質における熱伝導は格子の熱振動が支配的であり、熱振動の伝播速度が大きく且つ熱振動が散乱され難い構造を有する物質であるほど高熱伝導率を有する。具体的には、原子相互の結合が強い物質ほど高熱伝導率を有する。そして、窒化物は、酸化物と比較すると一般に共有結合性が大きく原子相互の結合が強いから、酸化物と比較して一般に高熱伝導率を有する。
【００２５】
また、熱伝導フィラーの充填率の観点では、アルミナなどの無機酸化物が好適である。酸化物は、窒化物と比較すると一般に材料表面の官能基が多く、合成樹脂との親和性が高いから、窒化物と比較して合成樹脂中に均一に分散させることができ、合成樹脂中への充填率を高めやすい。
【００２６】
伝熱材３０に含む合成樹脂は、熱硬化性樹脂が好適である。熱硬化性樹脂であれば、照明光学系２１及び撮像装置２３で発生する熱に晒されても、軟化して散逸することがない。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂を例示することができる。
【００２７】
エポキシ樹脂に窒化アルミニウムの熱伝導フィラーを分散させたもの、及びエポキシ樹脂にアルミナの熱伝導フィラーを分散させたものについて、それぞれの熱伝導率と熱伝導フィラーの充填率（体積分率）との関係を図３に示す。尚、窒化アルミニウムの熱伝導フィラーの平均粒径（Ｄ５０）は２３．９μｍであり、アルミナの熱伝導フィラーの平均粒径（Ｄ５０）は１０．０μｍである。
【００２８】
図３から、窒化アルミニウムの熱伝導フィラーでは充填率３８％以上で熱伝導率が１Ｗ／ｍ・ｋ以上となり、また、アルミナの熱伝導フィラーでは充填率４５％以上で熱伝導率が１Ｗ／ｍ・ｋ以上となることが判る。
【００２９】
次に、伝熱材３０の熱伝導率と先端部１１の温度上昇との関係を評価した。図４に示すように、伝熱材３０が無い場合の先端部１１の温度上昇を１として、伝熱材３０の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・ｋで先端部１１の温度上昇は０．９９、伝熱材３０の熱伝導率が１Ｗ／ｍ・ｋで先端部１１の温度上昇は０．９８、伝熱材３０の熱伝導率が２.０Ｗ／ｍ・ｋで先端部１１の温度上昇は０．９７、伝熱材３０の熱伝導率が５Ｗ／ｍ・ｋで先端部１１の温度は０．９４である。温度上昇を約１％低下することができれば、伝熱材として有効であると考えられており、伝熱材３０の熱伝導率は、好ましくは１Ｗ／ｍ・ｋ以上であることが判る。
【００３０】
以上説明したように、本明細書に開示された内視鏡は、被検体内に挿入される挿入部の先端部に、該被検体の観察領域を照明する照明光を射出する照明光学系及び該観察領域を撮像する撮像装置を収納した内視鏡であって、前記先端部の内部空間に伝熱材が充填されており、前記伝熱材は、合成樹脂に電気絶縁性の熱伝導フィラーが分散された流動性ある材料が硬化されてなる。
【００３１】
上記の内視鏡によれば、伝熱材の材料に、合成樹脂に電気絶縁性の熱伝導フィラーが分散された流動性ある材料を用いており、熱伝導フィラーが電気絶縁性であることで、撮像装置に伝熱材を密着させても電気的な障害は生じず、そして、流動性があることで、先端部の内部空間に隙間無く充填でき、熱源となる照明光学系及び撮像装置に伝熱材を密着させることができる。そして、合成樹脂に電気絶縁性の熱伝導フィラーが分散されていることで、伝熱材の熱伝導率を合成樹脂単体のものに比べて向上させることができる。それにより、照明光学系及び撮像装置から発生する熱を、伝熱材を介して先端部の外周側そして先端部に連なる挿入部の基端側に速やかに拡散させ、先端部の温度上昇を抑制することができる。
【００３２】
また、本明細書に開示された内視鏡は、前記伝熱材の熱伝導率が１Ｗ／ｍ・ｋ以上である。この内視鏡によれば、照明光学系及び撮像装置で発生する熱を効率的に拡散させることができ、先端部の温度上昇を抑制することができる。
【００３３】
また、本明細書に開示された内視鏡は、前記熱伝導フィラーが、無機窒化物を含む。窒化物は、酸化物と比較すると一般に共有結合性が大きく原子相互の結合が強いから、酸化物と比較して一般に高熱伝導率を有し、伝熱材の熱伝導率の向上に寄与する。
【００３４】
また、本明細書に開示された内視鏡は、前記無機窒化物が、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素である。
【００３５】
また、本明細書に開示された内視鏡は、前記熱伝導フィラーが、無機酸化物を含む。酸化物は、窒化物と比較すると一般に材料表面の官能基が多く、合成樹脂との親和性が高いから、窒化物と比較して合成樹脂中に均一に分散させることができ、合成樹脂中への充填率を高めやすく、伝熱材の熱伝導率の向上に寄与する。
【００３６】
また、本明細書に開示された内視鏡は、前記無機酸化物が、アルミナである。
【００３７】
また、本明細書に開示された内視鏡は、前記合成樹脂が、熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂であれば、照明光学系及び撮像装置で発生する熱に晒されても、軟化して散逸することがない。
【００３８】
また、本明細書に開示された内視鏡は、前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂である。
【符号の説明】
【００３９】
１  内視鏡
２  挿入部
１１  先端部
２１  照明光学系
２１ａ  鏡筒
２３  撮像装置
２４  固体撮像素子
２５  回路基板
２６  先端硬質部
２６ａ、２６ｃ  収納部（内部空間）
３０  伝熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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