JP4178964B2 - Medical equipment top plate - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲げ強度に優れる、X線撮影装置、CTスキャナ等の医療用X線機器に好適な天板に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線撮影装置、CTスキャナ等の医療用X線機器の天板においては、上面に1トンの荷重を等分布で負荷したような場合でも撮影に支障をきたさないように高い曲げ強度が求められている。特に、近年は、広い範囲を一度に撮影すべく天板の長尺化と耐久性の向上の要求が強い。
【0003】
さて、そのような天板の多くは、硬質のプラスチックフォームからなるコアとFRP(繊維強化プラスチック)製のスキンとのサンドイッチ構造として構成されている。かかる構成の天板においては、コアの厚みやスキンの厚みを増大させることで上述の要求に対応しているが、厚みの増大は重量の増大や価格の上昇を招くばかりでなく、X線透過率が減少するのでX線強度をより高くする必要がでてきて、被験者のX線被曝量が増大するという問題がある。そこで、使用時、すなわち曲げモーメントが加わったときに凸側(引張側)となる上側スキンを高い引張強度、引張弾性率を発現できる炭素繊維によるCFRP(炭素繊維強化プラスチック)で構成し、凹側(圧縮側)となる下側スキンを高い圧縮強度、圧縮弾性率を発現できる炭素繊維のCFRPで構成することが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。これは、天板全体としてみると、凸側には引張応力が発生し、凹側には圧縮応力が発生することから、それぞれに適した炭素繊維を用いることで効率的に高強度化を達成しようというものである。しかしながら、天板全体としてみるとそうであっても、スキンのみに着目すると、力学上明らかなように、凸側となる上側スキンにおいても、内層側では圧縮応力が発生している。したがって、引張強度、引張弾性率のみに着目して炭素繊維を選定することが、必ずしも効率的であるとはいえない。同様に、凹側となる下側スキンにおいては、内層側では引張応力が発生するから、圧縮強度、圧縮弾性率のみに着目して炭素繊維を選定すると、それによる作用はスキン全体としてみると減殺されることになる。かかる傾向は、コアとスキンとの剛性差が大きいほど顕著になる。
【0004】
【特許文献1】
実開平5−62208号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の天板の上述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、より高強度の医療機器用天板を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、コアとFRP製のスキンとのサンドイッチ構造を有し、スキンは複数個のFRP層を含み、かつ、曲げモーメントが作用したときに引張側となるスキンには、最もコア側に位置するFRP層にそのFRP層の次に位置するFRP層よりも圧縮強度の高いFRP層を配してなる医療機器用天板を提供する。最もコア側に位置するFRP層は、複数層のFRP層のうち圧縮強度の最も高いFRP層であるのが好ましい。
【0007】
また、本発明は、上記目的を達成するために、コアとFRP製スキンとのサンドイッチ構造を有し、スキンは複数個のFRP層を含み、かつ、曲げモーメントが作用したときに圧縮側となるスキンには、最もコア側に位置するFRP層にそのFRP層の次に位置するFRP層よりも引張強度の大きいFRP層を配してなる医療機器用天板を提供する。最もコア側に位置するFRP層は、複数個のFRP層のうち引張強度の最も高いFRP層であるのが好ましい。
【0008】
また、本発明は、最も好ましい態様として、コアとFRP製スキンとのサンドイッチ構造を有し、スキンは複数個のFRP層を含み、かつ、曲げモーメントが作用したときに引張側となるスキンには、最もコア側に位置するFRP層にそのFRP層の次に位置するFRP層よりも圧縮強度の高いFRP層を配し、曲げモーメントが作用したときに圧縮側となるスキンには、最もコア側に位置するFRP層にそのFRP層の次に位置するFRP層よりも引張強度の高いFRP層を配してなる医療機器用天板を提供する。この場合、曲げモーメントが作用したときに引張側となるスキンの最もコア側に位置するFRP層は、複数個のFRP層のうち圧縮強度の最も高いFRP層であり、曲げモーメントが作用したときに圧縮側となるスキンの最もコア側に位置するFRP層は、複数個のFRP層のうち引張強度の最も高いFRP層であるのが好ましい。
【0009】
上記において、コアは、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリ塩化ビニルフォーム、アクリルフォーム、ポリメタクリルイミドフォーム、酢酸セルロースフォーム、エポキシフォーム、フェノールフォーム等の硬質プラスチックフォームのようなものである。これらの硬質フォームは、おおむね100GPa以下の剪断弾性率を有している。大きさは、用途等にもよるが、厚み30〜70mm程度、幅200〜500mm程度であり、また、長さは2,000mmを超えるものもある。
【0010】
スキンは、複数個のFRP層を含んでいる。すなわち、層状構成をしている。層数は、用途や、天板の大きさや、用いる強化繊維の種類、特性、形態等にもるが、2〜6層程度である。厚みは、通常、1〜8mm程度である。スキンの表面は塗装されている場合もあり、FRP層を形成しているマトリクス樹脂そのものの表面である場合もある。
【0011】
FRP層は、強化繊維とマトリクス樹脂を含んで構成されている。強化繊維としては、炭素繊維(黒鉛繊維を含む)、アラミド繊維、高強度ポリエチレン繊維、ガラス繊維、ボロン繊維等の少なくとも1種を用いることができるが、高強度、高弾性率のものが得られ、しかも、X線透過性に優れている炭素繊維であるのが最も好ましい。これらの強化繊維は、ストランドや、平織、朱子織、綾織等の織物の形態で用いられる。また、マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ABS樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリオレフィン樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。これらのなかでも、炭素繊維と、それとの接着性に優れるエポキシ樹脂やビニルエステル樹脂との組み合わせが好ましい。
【0012】
スキンを構成するFRP層の引張強度や圧縮強度は、強化繊維の種類、特性、形態や、マトリクス樹脂の種類や、厚み等によって変更することができる。たとえば、炭素繊維は、原料繊維や製法の違いにより、引張強度、引張弾性率等においてさまざまな特性のものが提供されている。
【0013】
本発明の天板は、X線撮影装置、CTスキャナ(X線断層撮影装置)等の医療用X線機器に好適である。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1において、天板は、コア1と、このコア1を覆うように設けたスキン2とのサンドイッチ構造を有する。スキン2は、上側スキン2aと、下側スキン2bと、右側スキン2cと、左側スキン2dとを有している。もっとも、スキン2は、コア1を覆うように設けるのではなく、コア1の上下面のみに設けることもできる。このような天板は、たとえば、コアに強化繊維のプリプレグを巻き付け、加熱、加圧してコアとスキンとを一体成形したり、コアの上下面に強化繊維のプリプレグを配し、同様に一体成形することによって製造することができる。別途成形したスキンとコアとを貼り合わせることによってもよい。
【0015】
さて、スキン2は、図2に示すように、上側スキン2a、下側スキン2bともに、複数個、この例では5個のFRP層を有する。すなわち、上側スキン2aは、コア1側から順にFRP層2a1、2a2、2a3、2a4、2a5からなり、下側スキン2bは、コア1側から順にFRP層2b1、2b2、2b3、2b4、2b5からなっている。そして、天板に曲げモーメントが加わったときに引張側(凸側)となる上側スキン2aは、最もコア1側に位置するFRP層2a1をそのFRP層2a1の次に位置するFRP層2a2よりも圧縮強度の高いFRP層としている。最もコア1側に位置するFRP層2a1は、好ましくは、5個のFRP層のうち圧縮強度の最も高いFRP層とする。一方、天板に曲げモーメントが加わったときに圧縮側(凹側)となる下側スキン2bは、最もコア1側に位置するFRP層2b1をそのFRP層2b1の次に位置するFRP層2b2よりも引張強度の高いFRP層としている。最もコア1側に位置するFRP層2b1は、好ましくは、5個のFRP層のうち引張強度の最も高いFRP層とする。このように、本発明においては、天板に曲げモーメントが加わったときに、天板全体としてみると、上側スキンには引張応力が加わり、下側スキンには圧縮応力が加わることになるのであるが、スキンのみに着目してみると、内層側では、上側スキンにおいては圧縮応力が発生し、下側スキンにおいては引張応力が発生することに着目し、そのような応力の発生を考慮して上側スキンにおいては圧縮強度に優れるFRP層を、また下側スキンにおいては引張強度に優れるFRP層をそれぞれ最もコア側に配することで、コアやスキンをより薄くすることができるようになり、効率的に高強度化を達成することができるようになるのである。
【0016】
上記の例では、天板に曲げモーメントが加わったときに引張側となる上側スキンは、最もコア側に位置するFRP層をそのFRP層の次に位置するFRP層よりも圧縮強度の高いFRP層とし、また、天板に曲げモーメントが加わったときに圧縮側となる下側スキンは、最もコア側に位置するFRP層をそのFRP層の次に位置するFRP層よりも引張強度の高いFRP層としているが、効果は減るものの、上側スキンのみを上述の構成としたり、下側スキンのみを上述の構成としたりすることもできる。
【0017】
【実施例および比較例】
(実施例)
図1、図2に示したような、コア1とスキン2とのサンドイッチ構造を有する天板を製作した。ただし、上側スキンおよび下側スキンは各3個のFRP層で構成した。
【0018】
コアには、厚み50mm、幅500mm、長さ1,300mmの硬質アクリルフォーム(剪断弾性率:27MPa)を用いた。
【0019】
また、FRP層には、強化繊維として炭素繊維の朱子織物を用い、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂とビニルエステル樹脂を用いた。ただし、各FRP層の引張強度、圧縮強度、厚みが以下のようになるよう、炭素繊維の種類や織密度、マトリクス樹脂の種類を選定した。
【0020】
FRP層2a1:
引張強度0.5GPa・圧縮強度0.8GPa・厚み0.6mm
FRP層2a2:
引張強度0.9GPa・圧縮強度0.5GPa・厚み0.6mm
FRP層2a3:
引張強度0.9GPa・圧縮強度0.5GPa・厚み0.6mm
FRP層2b1:
引張強度0.9GPa・圧縮強度0.5GPa・厚み0.6mm
FRP層2b2:
引張強度0.5GPa・圧縮強度0.8GPa・厚み0.6mm
FRP層2b3:
引張強度0.5GPa・圧縮強度0.8GPa・厚み0.6mm
得られた天板の破壊荷重は1.4トンであった。ここで、破壊荷重は天板の曲げ強度の指標となるもので、次のようにして測定した。
【0021】
すなわち、図3に示すように、天板3を本体4に取り付けた可動部5に固定し、さらに本体4に設けられているローラ6で単純支持する。可動部5は前後(図面左右方向)に移動自在に設けられており、試験時は天板3の非固定端とローラ6との距離が最も長くなるようにする。そして、天板3に等分布荷重をかけ、荷重を徐々に増大させて天板3が1分間耐えきれなくて破壊したときの荷重をもって破壊荷重とし、その破壊荷重の値をもって曲げ強度の指標とする。
(比較例1)
実施例において、引張側である上側スキンのFRP層2a1〜2a3には高引張強度のFRP層を、圧縮側である下側スキンのFRP層2b1〜2b3は高圧縮強度のFRP層をそれぞれ配するというこれまでの設計指針にしたがい、各FRP層の引張強度、圧縮強度、厚みを次のとおりとした。
【0022】
FRP層2a1:
引張強度0.9GPa・圧縮強度0.5GPa・厚み0.6mm
FRP層2a2:
引張強度0.9GPa・圧縮強度0.5GPa・厚み0.6mm
FRP層2a3:
引張強度0.9GPa・圧縮強度0.5GPa・厚み0.6mm
FRP層2b1:
引張強度0.5GPa・圧縮強度0.8GPa・厚み0.6mm
FRP層2b2:
引張強度0.5GPa・圧縮強度0.8GPa・厚み0.6mm
FRP層2b3:
引張強度0.5GPa・圧縮強度0.8GPa・厚み0.6mm
得られた天板の破壊荷重は0.9トンであり、実施例のものにくらべて大きく低下していた。
(比較例2)
比較例1において、天板の破壊荷重値が実施例で得られた天板のそれとほぼ等しくなるよう、各FRP層の厚みを0.8mmに変更したところ、X線透過率を表すアルミニウム当量が実施例のものにくらべて約20%低下した。また、FRP層の厚みの増加により、その層の材料費が実施例のものにくらべて約30%増大した。
【0023】
【発明の効果】
本発明は、コアとFRP製のスキンとのサンドイッチ構造を有する天板において、曲げモーメントが作用したときに引張側となるスキンに高圧縮強度のFRP層を配したり、曲げモーメントが作用したときに圧縮側となるスキンに高引張強度のFRP層を配したりすることで、実施例と比較例との対比からも明らかなように、医療機器用天板の高強度化を極めて効果的に達成することができるようになる。また、すべてのFRP層を高仕様のものとする必要がなくなるので、材料費等を低減することができ、製造コストを下げることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る天板の概略斜視図である。
【図2】図1に示した天板の縦断面を示すモデル図である。
【図3】天板の強度試験方法のモデル図である。
【符号の説明】
1:コア
2:スキン
2a:上側スキン
2b:下側スキン
2c:右側スキン
2d:左側スキン
2a1〜2a5:FRP層
2b1〜2b5:FRP層
3:天板
4:本体
5:可動部
6:ローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a top plate suitable for medical X-ray equipment such as an X-ray imaging apparatus and a CT scanner, which has excellent bending strength.
[0002]
[Prior art]
A top plate of medical X-ray equipment such as an X-ray imaging apparatus and a CT scanner is required to have a high bending strength so as not to interfere with imaging even when a load of 1 ton is equally distributed on the upper surface. ing. In particular, in recent years, there is a strong demand for a longer top plate and improved durability in order to photograph a wide range at once.
[0003]
Many of such top plates are configured as a sandwich structure of a core made of hard plastic foam and a skin made of FRP (fiber reinforced plastic). In the top plate having such a structure, the above-mentioned requirements are met by increasing the thickness of the core and the thickness of the skin. However, the increase in thickness not only causes an increase in weight and an increase in price, but also transmits X-rays. Since the rate decreases, it is necessary to increase the X-ray intensity, and there is a problem that the X-ray exposure dose of the subject increases. Therefore, when used, that is, when the bending moment is applied, the upper skin that becomes the convex side (tensile side) is made of CFRP (carbon fiber reinforced plastic) with carbon fiber that can exhibit high tensile strength and tensile modulus, and the concave side It has been proposed that the lower skin to be (compressed side) is made of CFRP of carbon fiber capable of expressing high compressive strength and compressive modulus (for example, see Patent Document 1). This is because, as the whole top plate, tensile stress is generated on the convex side and compressive stress is generated on the concave side, so high strength can be achieved efficiently by using carbon fibers suitable for each. It is to try. However, even if it is the whole top plate, if attention is paid only to the skin, as is apparent from the mechanics, even in the upper skin on the convex side, compressive stress is generated on the inner layer side. Accordingly, it is not always efficient to select carbon fibers by paying attention only to tensile strength and tensile modulus. Similarly, in the lower skin, which is the concave side, tensile stress is generated on the inner layer side. Therefore, when carbon fiber is selected by paying attention only to compressive strength and compressive elastic modulus, the effect of the entire skin is reduced. Will be. Such a tendency becomes more prominent as the difference in rigidity between the core and the skin increases.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 5-62208
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the conventional top plate, and an object thereof is to provide a top plate for medical equipment with higher strength.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has a sandwich structure of a core and a skin made of FRP, the skin includes a plurality of FRP layers, and becomes a tension side when a bending moment acts. Provides a medical device top plate in which an FRP layer having a higher compressive strength than an FRP layer positioned next to the FRP layer is disposed on the FRP layer positioned closest to the core. The FRP layer located closest to the core is preferably the FRP layer having the highest compressive strength among the plurality of FRP layers.
[0007]
In order to achieve the above object, the present invention has a sandwich structure of a core and an FRP skin, the skin includes a plurality of FRP layers, and becomes a compression side when a bending moment acts. The skin is provided with a medical device top plate in which an FRP layer having a higher tensile strength than an FRP layer positioned next to the FRP layer is disposed on the FRP layer positioned closest to the core. The FRP layer located closest to the core is preferably the FRP layer having the highest tensile strength among the plurality of FRP layers.
[0008]
Further, the present invention has a sandwich structure of a core and an FRP skin as the most preferable embodiment, and the skin includes a plurality of FRP layers, and the skin that becomes the tension side when a bending moment is applied to the skin. An FRP layer having a higher compressive strength than the FRP layer positioned next to the FRP layer is disposed on the FRP layer positioned closest to the core side, and the skin that becomes the compression side when a bending moment is applied has the most core side A medical device top plate is provided in which an FRP layer having a higher tensile strength than an FRP layer positioned next to the FRP layer is disposed on the FRP layer positioned on the surface. In this case, the FRP layer located on the most core side of the skin that becomes the tension side when the bending moment is applied is the FRP layer having the highest compressive strength among the plurality of FRP layers, and when the bending moment is applied. The FRP layer located on the most core side of the skin on the compression side is preferably the FRP layer having the highest tensile strength among the plurality of FRP layers.
[0009]
In the above, the core is like a rigid plastic foam such as polyurethane foam, polystyrene foam, polyvinyl chloride foam, acrylic foam, polymethacrylimide foam, cellulose acetate foam, epoxy foam, phenol foam and the like. These rigid foams generally have a shear modulus of 100 GPa or less. The size is about 30 to 70 mm, the width is about 200 to 500 mm, and the length is more than 2,000 mm depending on the application.
[0010]
The skin includes a plurality of FRP layers. That is, it has a layered structure. The number of layers is about 2 to 6 layers, although it depends on the application, the size of the top plate, the type, characteristics, and form of the reinforcing fibers used. The thickness is usually about 1 to 8 mm. The surface of the skin may be painted or may be the surface of the matrix resin itself forming the FRP layer.
[0011]
The FRP layer includes a reinforcing fiber and a matrix resin. As the reinforcing fiber, at least one of carbon fiber (including graphite fiber), aramid fiber, high-strength polyethylene fiber, glass fiber, and boron fiber can be used. Moreover, it is most preferable that the carbon fiber is excellent in X-ray permeability. These reinforcing fibers are used in the form of strands, woven fabrics such as plain weave, satin weave, and twill weave. In addition, as the matrix resin, thermoplastic resins such as thermosetting resins such as epoxy resins, unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, phenol resins, polyimide resins, ABS resins, nylon resins, polyether ether ketone resins, polyolefin resins, etc. Resin can be used. Among these, a combination of carbon fiber and an epoxy resin or vinyl ester resin excellent in adhesiveness with the carbon fiber is preferable.
[0012]
The tensile strength and compressive strength of the FRP layer constituting the skin can be changed depending on the type, characteristics, and form of the reinforcing fibers, the type of the matrix resin, the thickness, and the like. For example, carbon fibers having various properties in terms of tensile strength, tensile elastic modulus, and the like are provided depending on the raw material fiber and the manufacturing method.
[0013]
The top plate of the present invention is suitable for medical X-ray equipment such as an X-ray imaging apparatus and a CT scanner (X-ray tomography apparatus).
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1, the top plate has a sandwich structure of a
[0015]
As shown in FIG. 2, the
[0016]
In the above example, the upper skin that becomes the tension side when a bending moment is applied to the top plate, the FRP layer having the higher compressive strength than the FRP layer positioned next to the FRP layer positioned closest to the core side In addition, the lower skin that becomes the compression side when a bending moment is applied to the top plate is such that the FRP layer positioned closest to the core is the FRP layer having higher tensile strength than the FRP layer positioned next to the FRP layer. However, although the effect is reduced, only the upper skin can be configured as described above, or only the lower skin can be configured as described above.
[0017]
Examples and Comparative Examples
(Example)
A top plate having a sandwich structure of the
[0018]
A hard acrylic foam (shear elastic modulus: 27 MPa) having a thickness of 50 mm, a width of 500 mm, and a length of 1,300 mm was used for the core.
[0019]
Further, for the FRP layer, a carbon fiber satin fabric was used as the reinforcing fiber, and an epoxy resin and a vinyl ester resin were used as the matrix resin. However, the type of carbon fiber, the woven density, and the type of matrix resin were selected so that the tensile strength, compressive strength, and thickness of each FRP layer were as follows.
[0020]
Tensile strength 0.5 GPa, compressive strength 0.8 GPa, thickness 0.6 mm
Tensile strength 0.9 GPa, compressive strength 0.5 GPa, thickness 0.6 mm
Tensile strength 0.9 GPa, compressive strength 0.5 GPa, thickness 0.6 mm
Tensile strength 0.9 GPa, compressive strength 0.5 GPa, thickness 0.6 mm
Tensile strength 0.5 GPa, compressive strength 0.8 GPa, thickness 0.6 mm
Tensile strength 0.5 GPa, compressive strength 0.8 GPa, thickness 0.6 mm
The breaking load of the obtained top plate was 1.4 tons. Here, the breaking load is an index of the bending strength of the top plate, and was measured as follows.
[0021]
That is, as shown in FIG. 3, the
(Comparative Example 1)
In embodiments, the FRP layer of high tensile strength in the
[0022]
Tensile strength 0.9 GPa, compressive strength 0.5 GPa, thickness 0.6 mm
Tensile strength 0.9 GPa, compressive strength 0.5 GPa, thickness 0.6 mm
Tensile strength 0.9 GPa, compressive strength 0.5 GPa, thickness 0.6 mm
Tensile strength 0.5 GPa, compressive strength 0.8 GPa, thickness 0.6 mm
Tensile strength 0.5 GPa, compressive strength 0.8 GPa, thickness 0.6 mm
Tensile strength 0.5 GPa, compressive strength 0.8 GPa, thickness 0.6 mm
The breaking load of the obtained top plate was 0.9 tons, which was significantly lower than that of the example.
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 1, when the thickness of each FRP layer was changed to 0.8 mm so that the breaking load value of the top plate was substantially equal to that of the top plate obtained in the example, the aluminum equivalent representing the X-ray transmittance was It was about 20% lower than that of the example. Moreover, the increase in the thickness of the FRP layer increased the material cost of the layer by about 30% compared to the example.
[0023]
【The invention's effect】
In the top plate having a sandwich structure of a core and an FRP skin, the present invention provides a high compression strength FRP layer on the skin on the tension side when a bending moment is applied, or when a bending moment is applied. By placing a high tensile strength FRP layer on the skin on the compression side, it is extremely effective to increase the strength of the top plate for medical devices, as is clear from the comparison between the example and the comparative example. Will be able to achieve. Moreover, since it is not necessary to make all the FRP layers have high specifications, material costs and the like can be reduced, and manufacturing costs can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a top plate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a model diagram showing a longitudinal section of the top plate shown in FIG.
FIG. 3 is a model diagram of a strength test method for a top board.
[Explanation of symbols]
1: Core 2:
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