JP4531480B2 - 内視鏡光源用冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、内視鏡光源用冷却装置にかかり、より具体的には内視鏡用光源装置の冷却に適した冷却装置に関する。

近年の電子内視鏡装置は、生体内を照明する光源装置としてキセノン管からなる光源ランプや、可視レーザ光を照射するレーザダイオードをプロセッサの筐体内に備えている。レーザダイオード（ＬＤ）は、駆動中に温度が変動すると波長など発光特性が変化してしまうため、一定の温度範囲に保つ必要があるが、通常使用状態では発熱するので、冷却が必要である。そこで従来は、ペルチェ素子を使用してＬＤを冷却し、ペルチェ素子の発熱部を空冷ファンによって冷却していた。
また、光源ランプは発熱量が非常に多いため、光源ランプを、電気接片を兼ねたヒートシンクで支持し、光源ランプの側方に配置した冷却ファンによって外気を取り込み、光源ランプおよびヒートシンクに外気を当てて空冷していた（特許文献１）。

電子内視鏡装置の光源装置は、プロセッサの筐体内に収納されているため、プロセッサの冷却も必要となる。このプロセッサの筐体内は構造が複雑なので、冷却用に小型のファンを複数設けて送気、排気を行う構成では空気の流れが悪く、冷却効率が低く、しかも騒音が大きくなってしまう。
特公平５-５５８４７号公報

従来の内視鏡、内視鏡用光源ランプの冷却に係る問題に鑑みて本発明は、光源ランプ等の発熱体を効果的に冷却することができる、冷却能力が高く、騒音が低い内視鏡光源用冷却装置を提供することを目的とする。

この目的を達成する本発明は、相対向する位置に開口を有し、該開口間に直線的な通風路を形成する箱状体及び該箱状体内に突設された、前記通風路に沿って略平行に延びる複数の放熱フィンを備えたヒートシンクと、前記箱状体の開口の一方または双方に、外気を一方の開口から取り込んで前記通風路を通って他方の開口から排出する、吸気ファンもしくは排気ファンの一方、または吸気ファンおよび排気ファンの双方を備え、前記ヒートシンクは、光源ランプの一方の筒状電極に接触する放熱フィンを備えた第１ヒートシンクと、前記光源ランプの他方の筒状電極に接触する放熱フィンを備えた第２ヒートシンクと、該第１、第２ヒートシンクを絶縁状態で連結するとともに、前記光源ランプに接触する絶縁放熱フィンを備えた絶縁ヒートシンクとを備え、前記第１、第２ヒートシンクの前記複数のフィンを突設された壁部が前記箱状体の対向する一対の側壁を構成し、前記第１、第２、及び絶縁ヒートシンクの最も外側の放熱フィンが前記箱状体の対向する他の一対の側壁を構成し、さらに前記壁部の一方の側壁に、前記光源ランプから発せられた照明光を箱状体外に射出させる照明開口が形成されていることに特徴を有する。

発熱体は、前記ヒートシンクの箱状体の外周面に密着される。複数の発熱体を密着させる場合は、前記通風路内の空気流の方向に沿って、発熱量の小さいまたは低温の発熱体から発熱量の多いまたは高温の発熱体の順に配置することが好ましい。

より実際的には、前記ヒートシンクは内視鏡プロセッサの筐体内に収納され、前記筐体には、前記箱状体の開口と対向する通風開口が形成され、該開口と通風開口との間に吸気ファンまたは排気ファンが配置される。

前記第１、第２のヒートシンクは、光源ランプの外周面に所定間隔で設けられた筒状電極に接触する放熱フィンが、前記光源ランプを前記通風方向に対して直交方向に支持する。

各ヒートシンクの放熱フィンは、前記光源ランプと接触する部分が前記光源ランプの輪郭に沿って形成される。
前記第１、第２ヒートシンクおよび絶縁ヒートシンクの放熱フィンはそれぞれ水平方向に延びかつ上下方向に所定間隔で平行に形成されていて、これらの前記第１、第２ヒートシンクの放熱フィンは、前記絶縁ヒートシンクの放熱フィンに該放熱フィンを挟む方向から接触する。

本発明によれば、直線的な通風路内に通風路に沿って略平行に延びる複数の放熱フィンを備えているので、外気が通風路に沿って淀むことなく通り抜けて放熱フィンから熱を奪い、冷却効率が高くかつ乱流等が発生し難いので騒音が小さい内視鏡光源用冷却装置を提供できる。

以下、添付図面を参照して本発明の内視鏡用光源装置について詳細に説明する。電子内視鏡装置の光源装置３０は一般に、図１に示すように、スコープ１０が接続されるプロセッサ２０の筐体２１内に設けられている。スコープ１０は、周知のように体内挿入部１２、操作部１３、ユニバーサルチューブ１４およびコネクタ１５を有し、コネクタ１５から照明用ファイババンドル１６が突出している。コネクタ１５がプロセッサ２０のコネクタに接続されると、照明用ファイババンドル１６の入射端面が、光源装置３０の光源ランプ（キセノン管）３２に対向する。光源ランプ３２から射出された照明光は、図示しない集光レンズによって集光されて照明用ファイババンドル１６にその入射端面１６ａから入射し、ユニバーサルチューブ１４、操作部１３及び体内挿入部１２内を伸びる照明用ファイババンドル１６により体内挿入部１２先端の照明窓に導かれ、照明窓から射出される。さらにこの電子内視鏡装置はレーザダイオード（ＬＤ、後述）を備えていて、レーザダイオードＬＤから射出されたレーザ光は、照明用ファイババンドル１６の一部の入射端面１６ａから入射し、体内挿入部１２先端の照明窓から射出する。

光源装置３０は、光源ランプ３２を点灯させるための、パワートランジスタ３３等を含む電源ユニット（図示せず）、レーザダイオード３４およびレーザダイオード３４を冷却するペルチェ素子３５等を備えている。さらに筐体２１内には、画像処理用プロセッサ等、この電子内視鏡の機能を制御するコントロールユニットが実装された回路基板２３などの電子部品が内蔵されている。

光源ランプ３２は、光源用ヒートシンク６０内に収納されている。一方パワートランジスタ３３、ペルチェ素子３５等は、周辺部材用ヒートシンク４０の表面に密着固定されている（不図示）。光源用ヒートシンク６０および周辺機器用ヒートシンク４０は開口が連結されていて、直線的な通風路を形成している。

周辺機器用、光源用ヒートシンク４０、６０は、互いの開口部が連結されて一連の箱、筒状の通風路を形成し（図２参照）、周辺機器用、光源用ヒートシンク４０、６０の開口と対向する筐体２１の側面に形成された吸気、排気用の開口２１ａ、２１ｂの間に、吸気ファン５１および排気ファン５２が配置されている。これらの吸気、排気ファン５１、５２は、吸気ファン５１が外気を取り込んで周辺機器用、光源用ヒートシンク４０、６０内に強制的に送り込み、周辺機器用、光源用ヒートシンク４０、６０内の空気を排気ファン５２が強制排気する。パワートランジスタ３３、ペルチェ素子３５等の冷却が必要な発熱体は、発熱量が小さいまたは温度が低い方から発熱量が大きくまたは温度が高い順に、吸気側から排気側、つまり上流側から下流側に配置することが好ましい。そうして、これらの下流に、最も発熱量が多く、高熱になる光源ランプ３２を配置する。

図３には周辺機器用ヒートシンク４０の斜視図を示した。周辺機器用ヒートシンク４０は、吸排気方向から見た正面形状が正方形または長方形を呈する中空の箱状（筒状）に形成された箱状体４１と、該箱状体４１内に、送気（吸排気）方向と平行に、送気方向と直交する方向に所定間隔で複数枚形成された放熱フィン４２とを備えている。箱状体４１の外面に、パワートランジスタ３３、ペルチェ素子３５の発熱部が密着固定されている。周辺機器用ヒートシンク４０は、アルミニウムまたはより熱伝導率が高い銅等で形成される。なお、箱状体４１の断面形状は、５角形以上の多角形でもよく、また正多角形でなくてもよく、円形、長円形でもよい。

このように冷却風の通路を箱状体４１で囲んで直線的な通風路としたので冷却風の流れがよくなり、さらに放熱フィン４２を通風方向と平行に設けたので、空気が淀むことがなく通風路に沿って流れ、風切り音等の騒音が減少し、冷却、放熱効率が向上した。

パワートランジスタ３３、ペルチェ素子３５等の冷却が必要な発熱体は、発熱量が小さいまたは温度が低い方から発熱量が大きくまたは温度が高い順に、吸気側から排気側、つまり上流側から下流側に配置することが好ましい。そうして、これらの下流に、最も発熱量が多く、高熱になる光源ランプ３２を配置する。

図４および図５には、光源用ヒートシンク６０の斜視図を示した。この光源用ヒートシンク６０は、光源ランプ３２を冷却すると同時に、光源ランプ３２の筒状電極（陽極）３２ａおよび筒状電極（陰極）３２ｂとの導通接片を兼ねる構造である。光源ランプ３２は、反射鏡を備えた円筒形状であって、アルミナセラミックス等の絶縁材料からなるホルダの後部に筒状電極３２ａが、前部に筒状電極３２ｂがそれぞれ設けられている。通常、筒状電極３２ａが陽極で、前部の筒状電極３２ｂが陰極である。

光源用ヒートシンク６０は、光源ランプ３２の筒状電極３２ａと導通する第１ヒートシンク７１と、筒状電極３２ｂと導通する第２ヒートシンク８１と、第１、第２ヒートシンク７１、８１を絶縁状態で連結する絶縁ヒートシンク９１の３個の部分を備え、これらのヒートシンク７１、８１、９１が組み合わされて筒状の箱状体を形成している。

第１ヒートシンク７１は、箱状体の一方の側壁を構成する側壁７２と、側壁７２の上下方向に沿って所定間隔で平行に突設された複数の放熱フィン７３、７４を備えている。この実施形態では、上下端の放熱フィン７３が箱状体の上壁および下壁の一部を構成する。さらに側壁７２の上下方向の中間に位置する複数の放熱フィン７４は、縁端面が光源ランプ３２の筒状電極３２ａに接触する形状に形成され、筒状電極３２ａに接触して、光源ランプ３２の熱を奪う（冷却する）放熱フィンとして作用するとともに、筒状電極３２ａに正電圧を印加する電気接片としても作用する。

第２ヒートシンク８１は、箱状体の他方の側壁を構成する側壁８２と、側壁８２の上下方向に沿って所定間隔で平行に突設された複数の放熱フィン８３、８４を備えている。上下端の放熱フィン８３が箱状体の上壁および下壁の一部を構成する。さらに側壁８２の上下方向の中間に位置する複数の放熱フィン８４は、縁端面が光源ランプ３２の筒状電極３２ｂに接触する形状に形成され、光源ランプ３２の熱を奪う（冷却する）とともに筒状電極３２ｂに負電圧を印加する電気接片としても作用するように形成されている。さらに第２ヒートシンク８１の側壁８２には、上下中間位置に、光源ランプ３２から発せられた照明光を外部に射出させるための照明開口８５が形成されている。

以上の第１、第２ヒートシンク７１、８１は導電材で形成されるが、熱伝導率が高く、かつ抵抗率が低い導電材、例えばアルミ、銅が適している。

絶縁ヒートシンク９１は、冷却風の送風路を囲み、排気口を規制する枠部９２を備えている。この枠部９２の両柱部９２ａ、９２ａの間に、上下方向に所定間隔で平行に桟９３が設けられ、各桟９３の略中央付近から送風方向と平行に放熱フィン群９４、９５が突設されている。上下方向の中間部に設けられた放熱フィン群９５は、放熱フィン群９４の間に光源ランプ３２の収容を可能にし、かつ先端面が光源ランプ３２に当接して支持する形状に形成されている。この絶縁ヒートシンク９１は、セラミック等の耐熱絶縁材で形成される。

これらのヒートシンク７１、８１、９１は、次のように組み立てられる。まず、絶縁ヒートシンク９１の放熱フィン群９５の間に光源ランプ３２を挿入して接触支持させた状態で、光源ランプ３２の後方から第１ヒートシンク７１を、光源ランプ３２の前方から第２ヒートシンク８１を光源ランプ３２に接近させて、放熱フィン群８４、９４を筒状電極３２ａ、筒状電極３２ｂに接触させる。

このように組み合わせた状態で、図示しない連結材でヒートシンク７１、８１、９１を一体化させるか、あるいは予め第１、第２ヒートシンク７１、８１の放熱フィン群７３、７４、８３、８４と接触する絶縁ヒートシンク９１の放熱フィン群９４、９５に溝および突条を設けてこれらを嵌合させる、あるいは絶縁ヒートシンク９１の枠部９２と第１、第２ヒートシンク７１、８１の側壁７２、８２の接触する部分に溝および突条を設けてこれらを嵌合させる構造でもよい。

また、この第１、第２ヒートシンク７１、８１は、筐体に絶縁部材を介して固定され、ヒートシンク４０とも絶縁部材を介して連結される。そうして、第１ヒートシンク７１には電源のプラス極が接続され、第２ヒートシンク８１には電源のマイナス極が接続される。

図示実施形態の第１、第２、絶縁ヒートシンク７１、８１、９１はそれぞれ１個であるが、これを光源ランプ３２を通風方向から挟持するようにそれぞれ２個で形成してもよい。

図示実施形態では、最も発熱量が多く、高温になる光源ランプ３２用の光源用ヒートシンク６０と、その他用の周辺機器用ヒートシンク４０の２個に分割して形成したが、分割数はこれに限定されない。本発明は、冷却ユニットを箱、筒形状として冷却風を箱、筒内を通すように構成すること、好ましくは通気路を直線とすること、冷却風の流れと略平行に、好ましくは複数枚の放熱フィンを設けることにより、冷却効果を高めることができる。

本発明の実施形態の内視鏡用光源装置におけるスコープ、光源装置およびプロセッサとの関係を示す図である。 同実施形態のプロセッサおよび光源装置の要部を示す斜視図である。 本発明の実施形態による同光源装置の冷却ユニットを示す斜視図である。 本発明の実施形態による光源装置の光源冷却ユニットの実施形態を分解して示す斜視図である。 図４に示した光源冷却ユニットを組み立てて示す斜視図である。

符号の説明

１０ スコープ
２０ プロセッサ
２１ 筐体
３０ 光源装置
３２ 光源ランプ
３２ａ 筒状電極
３２ｂ 筒状電極
３３ パワートランジスタ
３５ ペルチェ素子
４０ 周辺機器用ヒートシンク
４１ 箱状体
４２ 放熱フィン
５１ 吸気ファン
５２ 排気ファン
６０ 光源用ヒートシンク
７１ 第１ヒートシンク
７２ 側壁
７３ ７４ 放熱フィン
８１ 第２ヒートシンク
８２ 側壁
８３ ８４ 放熱フィン
８５ 照明開口
９１ 絶縁ヒートシンク
９２ 枠部
９２ａ 柱部
９３ 桟
９４ ９５ 放熱フィン群

Claims (7)

1. 相対向する位置に開口を有し、該開口間に直線的な通風路を形成する箱状体及び該箱状体内に突設された、前記通風路に沿って略平行に延びる複数の放熱フィンを備えたヒートシンクと、
   前記箱状体の開口の一方または双方に、外気を一方の開口から取り込んで前記通風路を通って他方の開口から排出する、吸気ファンもしくは排気ファンの一方、または吸気ファンおよび排気ファンの双方を備え、
   前記ヒートシンクは、光源ランプの一方の筒状電極に接触する放熱フィンを備えた第１ヒートシンクと、
   前記光源ランプの他方の筒状電極に接触する放熱フィンを備えた第２ヒートシンクと、
   該第１、第２ヒートシンクを絶縁状態で連結するとともに、前記光源ランプに接触する絶縁放熱フィンを備えた絶縁ヒートシンクとを備え、
   前記第１、第２ヒートシンクの前記複数のフィンを突設された壁部が前記箱状体の対向する一対の側壁を構成し、前記第１、第２、及び絶縁ヒートシンクの最も外側の放熱フィンが前記箱状体の対向する他の一対の側壁を構成し、さらに前記壁部の一方の側壁に、前記光源ランプから発せられた照明光を箱状体外に射出させる照明開口が形成されていることを特徴とする内視鏡光源用冷却装置。
2. 前記ヒートシンクの箱状体の外周面に発熱体が密着されている請求項１記載の内視鏡光源用冷却装置。
3. 前記発熱体は、前記通風路内の空気流の方向に沿って、発熱量の小さいまたは低温の発熱体から発熱量の多いまたは高温の発熱体の順に配置されている請求項１記載の内視鏡光源用冷却装置。
4. 前記ヒートシンクは内視鏡プロセッサの筐体内に収納され、前記筐体には、前記箱状体の開口と対向する通風開口が形成され、該開口と通風開口との間に吸気ファンまたは排気ファンが配置されている請求項１から３のいずれか一項記載の内視鏡光源用冷却装置。
5. 前記第１、第２のヒートシンクは、光源ランプの外周面に所定間隔で設けられた筒状電極に接触する放熱フィンが、前記光源ランプを前記通風方向に対して直交方向に支持する請求項１記載の内視鏡光源用冷却装置。
6. 前記各ヒートシンクの放熱フィンは、前記光源ランプと接触する部分が前記光源ランプの輪郭に沿って形成されている請求項５記載の内視鏡光源用冷却装置。
7. 前記第１、第２ヒートシンクおよび絶縁ヒートシンクの放熱フィンはそれぞれ水平方向に延びかつ上下方向に所定間隔で平行に形成されていて、これらの前記第１、第２ヒートシンクの放熱フィンは、前記絶縁ヒートシンクの放熱フィンに各放熱フィンを挟む方向から接触している請求項５または６記載の内視鏡光源用冷却装置。

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