JP2020146124A

JP2020146124A - コイルパイプの接合構造

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Publication number: JP2020146124A
Application number: JP2019044027A
Authority: JP
Inventors: 晴崇近藤; Harutaka Kondo
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: JP7181130B2

Abstract

【課題】湾曲動作に対する高い耐久性を有するコイルパイプの接合構造を提供すること。【解決手段】コイルパイプの接合構造は、湾曲管を構成する環状部材に、可撓性のコイルパイプを溶接してなるコイルパイプの接合構造であって、環状部材の一部、およびコイルパイプを構成する線材の一部が溶融固化してなり、環状部材とコイルパイプとを接合する溶接部と、溶接部の周囲に形成される熱影響残存領域と、コイルパイプの融点よりも低い融点の材料をコイルパイプに被着し、該被着した材料を硬化してなり、溶接部からコイルパイプの長手方向に離れる向きの少なくとも一方に、溶接部の一部を含み、熱影響残存領域を経て溶接部よりも遠い位置まで延びる硬化部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、コイルパイプの端末がリング部材に固定されているコイルパイプの接合構造に関する。

従来、内視鏡の先端部や、マニピュレータの先端部には、湾曲することによって各々の先端の向きを変更可能な湾曲部が設けられている。図１０は、従来の内視鏡の構成例を示す模式図である。同図に示す内視鏡１００は、細長形状をなす挿入部１１０と、挿入部１１０の基端側に接続され、各種の操作信号の入力を受け付ける操作部１２０と、を備える。挿入部１１０は、光を受光して光電変換を行うことにより画像信号を生成する撮像部を内蔵した先端部１１１と、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部１１２と、湾曲部１１２の基端側に接続されるリング部材１１３と、リング部材１１３の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓管部１１４と、を有する。

挿入部１１０の湾曲部１１２と操作部１２０との間には、湾曲部１１２と操作部１２０とを接続し、湾曲部１１２を操作する操作ワイヤが設けられている。この操作ワイヤは、リング部材１１３の内周側に固定されたコイルパイプを介して操作部１２０から湾曲部１１２へ案内されている（例えば、特許文献１を参照）。図１１は、従来の内視鏡のリング部材の内周側の構成例を説明する部分断面図である。コイルパイプ１３０は、線材を巻回してなり、操作ワイヤ（図示せず）が挿通される。コイルパイプ１３０の一部は、複数箇所溶接されてリング部材１１３の内周側に固定される。図１１に示す例では、三つの溶接部（溶接部１４０〜１４２）が形成され、該溶接部１４０〜１４２がコイルパイプ１３０をリング部材１１３に固定する。

特許第３７９３４１６号公報

ところで、溶接部を形成すると、溶接時に発生する熱によって、溶接部近傍のコイルパイプ１３０も高温状態となる。コイルパイプ１３０が高温状態になると、線材がなまされたり、脆くなったりすることがある。例えば、図１１では、溶接部１４０の周囲に熱影響残存領域１４０ａが形成される。同様に、溶接部１４１の周囲には熱影響残存領域１４１ａが形成され、溶接部１４２の周囲には熱影響残存領域１４２ａが形成される。

また、内視鏡では、操作部１２０の操作によって湾曲部１１２が湾曲した際、コイルパイプ１３０も湾曲部１１２の湾曲態様に応じて湾曲する。コイルパイプ１３０が湾曲した際、例えば、コイルパイプ１３０の基端側（図１１の右側）が湾曲すると、溶接部１４２の端部１３１に、湾曲にかかる応力が集中する。端部１３１は、熱影響残存領域１４２ａに位置しており、湾曲に対する強度が低下しているおそれがある。この端部１３１に応力が繰り返し加わると、溶接部１４２が破壊されたり、コイルパイプ１３０が破断したりする場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、湾曲動作に対する高い耐久性を有するコイルパイプの接合構造を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るコイルパイプの接合構造は、湾曲管を構成する環状部材に、可撓性のコイルパイプを溶接してなるコイルパイプの接合構造であって、前記環状部材の一部、および前記コイルパイプを構成する線材の一部が溶融固化してなり、前記環状部材と前記コイルパイプとを接合する溶接部と、前記溶接部の周囲に形成される熱影響残存領域と、前記コイルパイプの融点よりも低い融点の材料を前記コイルパイプに被着し、該被着した前記材料を硬化してなり、前記溶接部から前記コイルパイプの長手方向に離れる向きの少なくとも一方に、前記溶接部の一部を含み、前記熱影響残存領域を経て前記溶接部よりも遠い位置まで延びる硬化部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るコイルパイプの接合構造は、上記発明において、前記硬化部は、前記コイルパイプの条間を固定することを特徴とする。

本発明によれば、湾曲動作に対する高い耐久性を有するコイルパイプの接合構造を得ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態に係る内視鏡の構成を示す模式図である。図２は、本発明の実施の形態に係る内視鏡の要部の構成を示す断面図である。図３は、図２の一部を拡大した図である。図４は、図１に示すＡ−Ａ線断面図である。図５は、接合前のコイルパイプを示す図である。図６は、コイルパイプが湾曲した状態を示す図である。図７は、本発明の実施の形態の変形例１に係る内視鏡の要部の構成を示す断面図である。図８は、本発明の実施の形態の変形例１に係る内視鏡の要部の構成を示す断面図である。図９は、本発明の実施の形態の変形例２に係る内視鏡の要部の構成を示す断面図である。図１０は、従来の内視鏡の構成例を示す模式図である。図１１は、従来の内視鏡のリング部材の内周側の構成例を説明する部分断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は模式的なものであり、各部の寸法の関係や比率は、現実と異なる。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る内視鏡の構成を示す模式図である。同図に示す内視鏡１は、細長形状をなし、被検体内に挿入される挿入部２と、挿入部２の基端側に接続され、各種の操作信号の入力を受け付ける操作部３と、を備える。操作部３には、該操作部３から挿入部２が延びる方向と異なる方向に延び、処理装置に接続する各種ケーブルを内蔵するユニバーサルコードが設けられる。内視鏡１が取得した画像信号は、ユニバーサルコードを介して処理装置に送信され、処理装置において表示用の画像が生成される。

挿入部２は、光を受光して光電変換を行うことにより画像信号を生成する撮像部を内蔵した先端部２１と、複数の湾曲駒によって構成された湾曲自在な湾曲部２２と、板状部材が環状をなして湾曲部２２の基端側に接続されるリング部材２３と、リング部材２３の基端側に接続され、可撓性を有する長尺状の可撓管部２４と、を有する。本実施の形態では、湾曲部２２とリング部材２３とによって湾曲管を構成する。

操作部３には、例えば、湾曲部２２を上下方向および左右方向に湾曲させる湾曲ノブ、被検体内に生検鉗子、電気メスおよび検査プローブ等の処置具を挿入する処置具挿入部、送気手段、送水手段、ならびに画面表示制御等の周辺機器の操作指示信号を入力する操作入力部である複数のスイッチが設けられている。

図２は、本発明の実施の形態に係る内視鏡の要部の構成を示す断面図であって、リング部材２３を含む内視鏡１の一部の構成を示す断面図である。図３は、図２の一部を拡大した図である。図４は、図１に示すＡ−Ａ線断面図である。なお、図３は、説明のため、操作ワイヤが挿通されていない構成を示している。

挿入部２には、操作部３と湾曲部２２とを接続し、湾曲部２２を操作する操作ワイヤ２７が挿通されている。挿入部２では、ワイヤガイド２５およびコイルパイプ２６によって操作ワイヤ２７が案内されている。本実施の形態において、リング部材２３の中心軸Ｎ_Rと、コイルパイプ２６の中心軸Ｎ_Cとは、平行である。ワイヤガイド２５およびコイルパイプ２６は、リング部材２３の周方向においてそれぞれ四つずつ設けられる（図４参照）。本明細書において、周方向とは、中心軸のまわりを周回する方向をさす。

ワイヤガイド２５は、湾曲部２２の基端側に設けられ、操作ワイヤ２７を挿通可能な筒状をなしている。

コイルパイプ２６は、線材を巻回してなる。コイルパイプ２６には、操作ワイヤ２７が挿通されている。また、コイルパイプ２６は、先端部２１側の端部が、リング部材２３の内周側で固定されている。具体的には、コイルパイプ２６の端部には、線材の端部が溶接により溶融固化してなる溶接部２８が形成されている。具体的に、溶接部２８は、コイルパイプ２６を構成する線材の一部と、リング部材２３の一部が溶融してなる。溶接部２８は、例えばレーザ光によるスポット溶接によって形成される。

溶接部２８の形成時（溶接時）に発生する熱によって、溶接部２８の周囲のコイルパイプ２６も高温状態となる。コイルパイプ２６が高温状態になると、線材がなまされたり、脆くなったりする熱影響残存領域２９が形成される。

コイルパイプ２６には、先端部２１側の端部における線材の外表面を被覆する硬化部３０が設けられている。硬化部３０は、スズを主成分とする半田や、銀ロウ、銅ロウ、リン銅ロウ等のロウをコイルパイプ２６に被着してなる。硬化部３０は、コイルパイプ２６の線材の隙間（条間）を経て内周側も被覆している。本実施の形態において、硬化部３０は、溶接部２８の形成部分を除き、配設位置におけるコイルパイプ２６の表面を覆っている。硬化部３０によって、コイルパイプ２６の条間が固定される。

硬化部３０は、中心軸Ｎ_C方向において、溶接部２８から熱影響残存領域２９を経て遠い位置まで延びる。具体的に、硬化部３０は、図３では、熱影響残存領域２９の端部Ｐ₁₁から中心軸Ｎ_C方向の可撓管部２４側に、長さＬ₁離れた位置Ｐ₁₂まで延びている。熱影響残存領域２９の端部Ｐ₁₁は、溶接部２８との境界をなす位置Ｐ₁₃とは反対側の、中心軸Ｎ_C方向における熱影響残存領域２９の端部である。

操作ワイヤ２７は、線状をなしている。操作ワイヤ２７は、ワイヤガイド２５およびコイルパイプ２６を挿通するとともに、一端が湾曲部２２の先端側の湾曲駒に固定され、他端が操作部３に固定されている。操作ワイヤ２７は、複数の素線を束ねてなる撚り線や、一つの素線を用いて構成される。ユーザが操作部３（例えば上述した湾曲ノブ）を操作すると、操作ワイヤ２７が進退動作し、この進退動作に連動して湾曲部２２が湾曲する（図１の破線参照）。

次に、上述したコイルパイプ２６のリング部材２３への接合方法について説明する。図５は、接合前のコイルパイプを示す図である。コイルパイプ２６の一端には、硬化部３０が設けられる。硬化部３０には、コイルパイプ２６の溶接部２８形成領域Ｒ₂₈を露出する孔部３０ａが形成される。

具体的に、コイルパイプ２６の一端を、上述した半田やロウなどの硬化部形成材料を加熱溶融した液状体中に、予め定めた深さまで浸す。硬化部形成材料は、例えば、レーザ、電子ビーム、抵抗炉、ガス、放電を用いて液体化される。その後、液状体からコイルパイプ２６を抜き出して冷却することによって、硬化部形成材料が固化する。その後、硬化部形成材料を洗浄して、フラックス等の硬化部３０形成に用いた補助剤を除去する。洗浄後、ヤスリによって研磨したり、砥石によって研削したりして、孔部３０ａの形成位置に応じた領域の硬化部形成材料を除去する。以上説明した処理によって、孔部３０ａを有する硬化部３０が形成される（図５参照）。

なお、マスクを用いて孔部３０ａを形成してもよい。この場合、コイルパイプ２６の一端を、硬化部形成材料を加熱溶融した液状体中に浸す際に、コイルパイプ２６に、上述した孔部３０ａの形状に応じたマスクを取り付ける。その後、液状体からコイルパイプ２６を抜き出して冷却することによって、硬化部形成材料が固化する。その後、硬化部形成材料を洗浄して、フラックス等の硬化部３０の形成に用いた補助剤を除去する。洗浄後、マスクを取り外すことによって、孔部３０ａを有する硬化部３０が形成される。

硬化部３０が形成されたコイルパイプ２６を、リング部材２３の内部に挿入する。この際、コイルパイプ２６は、使用する操作ワイヤ２の数だけ設けられる。例えば、挿入部２に挿通される操作ワイヤ２７が四本の場合は、コイルパイプ２６も四本設けられる。コイルパイプ２６をリング部材２３の内部に挿入後、硬化部３０の孔部３０ａを溶接位置に配置する。その後、リング部材２３に対してコイルパイプ２６を位置決めする。コイルパイプ２６の位置決めには、治具（図示せず）等を用いる。

コイルパイプ２６をリング部材２３に対して位置決めした後、レーザ光を照射して、コイルパイプ２６をリング部材２３に固定する。この際、レーザ光は、リング部材２３のコイルパイプ２６が配設されている側と反対側、すなわちリング部材２３の外表面に照射される。レーザ光を照射すると、リング部材２３の一部と、コイルパイプ２６の一部とが溶融する。レーザ光の照射を停止して溶融部分が冷めると、溶融したリング部材２３の一部、およびコイルパイプ２６の一部は、溶けて広がった後に固化する。これにより、上述した溶接部２８が形成され、リング部材２３とコイルパイプ２６とが接合される（図２、３参照）。この際、溶接部２８の周囲には、熱影響残存領域２９が形成される。

ここで、レーザ光は、発振周期をナノ秒から数秒単位で制御可能であり、一回のレーザ照射により溶接部２８を形成してもよいし、複数回照射することによって溶接部２８を形成してもよい。複数回レーザ光を照射する場合は、レーザ光の照射位置を、コイルパイプ２６の中心軸Ｎ_C方向に沿って移動させながらレーザ光を照射してもよい。また、レーザ光は、溶接位置および溶接領域を制御するという観点で、ファイバレーザなど、照射領域を制御可能な装置を用いて生成されることが好ましい。

上述した硬化部３０の配設によって、コイルパイプ２６の湾曲に対する耐久性が、硬化部３０が配設されていない構成に対して高くなる。図６は、コイルパイプが湾曲した状態を示す図である。図６に示す領域Ｒ₂₉は、熱影響残存領域の位置を示している。コイルパイプ２６が湾曲した際、湾曲によってかかる応力は、硬化部３０の端部３０ｂに集中する。この端部３０ｂは、熱影響残存領域２９の端部（図３に示す位置Ｐ₁₁）から中心軸Ｎ_C方向に長さＬ₁離間している。このため、応力が溶接部２８に集中することが抑制される。硬化部３０を設けることによって、従来の問題となっていた、端部１３１（図１０参照）への応力集中によって溶接部１４２が破壊されたり、コイルパイプ１３０が破断したりするという現象を防ぐことができる。特に、熱影響領域２９への応力集中を防げるため、湾曲動作に対する耐久性を高くできる。

また、本実施の形態では、硬化部３０に孔部３０ａを形成することによって、溶接部２８形成時に、硬化部３０の成分が溶接部２８に混入することが抑制される。溶接部２８の成分中に半田やロウ等の異材が含まれると、溶接部２８の割れ等によって強度が低下する場合があるが、硬化部３０の成分の混入を抑制することで、溶接部２８の強度を確保することができる。

なお、上述した実施の形態では、リング部材２３において中心軸Ｎ_R方向の一部の領域に溶接部２８を形成する例を説明したが、リング部材２３において中心軸Ｎ_R方向の全体に溶接部を形成してもよいし、リング部材２３よりも狭い領域に溶接部２８を形成してもよい。

（実施の形態の変形例１）
図７は、本発明の実施の形態の変形例１に係る内視鏡の要部の構成を示す断面図である。図８は、本発明の実施の形態の変形例１に係る内視鏡の要部の構成を示す断面図である。図８は、上述した図１のＡ−Ａ線断面に対応する。本変形例１では、上述した実施の形態の構成において、硬化部３０に代えて硬化部３１を備える。硬化部３１以外の構成は、実施の形態と同じである。以下、上述した実施の形態とは異なる硬化部３１について説明する。

硬化部３１は、コイルパイプ２６の周方向の一部を覆う。具体的に、硬化部３１は、コイルパイプ２６のリング部材２３に接する部分を含む領域以外の一部を覆っている。硬化部３１の中心軸Ｎ_C方向の長さは、上述した硬化部３０と同じである。

以上説明した本変形例１では、硬化部３１がコイルパイプ２６の周方向の一部を覆うことによってコイルパイプ２６の湾曲動作を規制する。硬化部３１においても、硬化部３１の端部が、溶接部２８や熱影響残存領域２９から離間しているため、応力が溶接部２８に集中することが抑制され、挿入部２としての耐久性を確保することができる。

上述した実施の形態や変形例１では、硬化部３０が、コイルパイプ２６の中心軸Ｎ_C方向において、溶接部２８（熱影響残存領域２９）の両端からそれぞれ延びている例を説明したが、これに限らない。例えば、コイルパイプ２６が湾曲する側（可撓管部２４側）のみに硬化部を設けてもよい。また、硬化部の中心軸Ｎ_C方向の長さは、溶接部２８の一部を含んで、熱影響残存領域２９を経て溶接部２８から遠い位置まで延びていれば上述した効果を得ることができる。

（実施の形態の変形例２）
図９は、本発明の実施の形態の変形例２に係る内視鏡の要部の構成を示す断面図である。本変形例２では、上述した実施の形態の構成において、硬化部３０に代えて硬化部３２を備える。硬化部３２以外の構成は、実施の形態と同じである。以下、上述した実施の形態とは異なる硬化部３２について説明する。

硬化部３２は、コイルパイプ２６の周方向の一部を覆う。具体的に、硬化部３２は、コイルパイプ２６において、溶接部２８の中心軸Ｎ_C方向の一方の端部を含み、溶接部２８から熱影響残存領域２９を経て、溶接部２８よりも遠い位置まで延びている。具体的に、硬化部３２は、熱影響残存領域２９の端部Ｐ₁₁から中心軸Ｎ_C方向の可撓管部２４側に、長さＬ₃離れた位置Ｐ₁₄まで延びている。

以上説明した本変形例２では、硬化部３２がコイルパイプ２６の一部、かつ中心軸Ｎ_C方向において溶接部２８の一部を覆う。硬化部３２においても、硬化部３２の端部が、溶接部２８や熱影響残存領域２９から離間しているため、応力が溶接部２８に集中することが抑制され、挿入部２としての耐久性を確保することができる。

ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、上述した実施の形態では、内視鏡の構成を例に説明したが、マニピュレータ等、湾曲部を有する装置であれば適用可能である。マニピュレータの場合、先端部には、鉗子等の処置具を着脱自在に取り付ける取付部として、穴部や係合部等が設けられる。

なお、上述した実施の形態および変形例では、レーザ光によるレーザ溶接を行うものとして説明したが、接合方法はこれに限らない。例えば、アーク溶接やスポット溶接、電子ビーム溶接等の公知の溶接技術を用いることも可能である。

また、上述した実施の形態および変形例のほか、コイルパイプ２６に対して部分的に材料を硬化させて硬化部を形成してもよい。例えば、条間に複数箇所、材料を添加して硬化部を形成してもよいし、条間に倣って螺旋状に材料を塗布して硬化部を形成してもよい。

また、上述した実施の形態および変形例において、コイルパイプ２６は、密着して巻回されるものでもよいし、予め設定されたピッチで離間して巻回される（粗巻き）ものであってもよい。この際、密着巻きの場合は隣接する線材同士が形成する溝部が条間となり、粗巻きの場合は中心軸Ｎ_C方向で隣り合う線材間の隙間が条間となる。硬化部３０は、この条間を埋めて固定する。

このように、本発明は、特許請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。

１内視鏡
２挿入部
３操作部
２１先端部
２２湾曲部
２３リング部材
２４可撓管部
２５ワイヤガイド
２６コイルパイプ
２７操作ワイヤ
２８溶接部
２９熱影響残存領域
３０、３１、３２硬化部

Claims

湾曲管を構成する環状部材に、可撓性のコイルパイプを溶接してなるコイルパイプの接合構造であって、
前記環状部材の一部、および前記コイルパイプを構成する線材の一部が溶融固化してなり、前記環状部材と前記コイルパイプとを接合する溶接部と、
前記溶接部の周囲に形成される熱影響残存領域と、
前記コイルパイプの融点よりも低い融点の材料を前記コイルパイプに被着し、該被着した前記材料を硬化してなり、前記溶接部から前記コイルパイプの長手方向に離れる向きの少なくとも一方に、前記溶接部の一部を含み、前記熱影響残存領域を経て前記溶接部よりも遠い位置まで延びる硬化部と、
を備えるコイルパイプの接合構造。
前記硬化部は、前記コイルパイプの条間を固定する
請求項１に記載のコイルパイプの接合構造。