JP4910806B2 - 片持ち部材およびそれを用いた放射線診断装置用天板 - Google Patents

Description

本発明は、放射線診断装置に好適な片持ち部材およびそれを用いた放射線診断装置用天板に関する。

例えば、図１６に示すような、中空部材２を有する放射線診断装置用天板（片持ち部材３）を、放射線診断装置の寝台へ取り付ける際には、天板の固定端側に固定部材１を挿入し、固定部材１と寝台（図示しない）とをボルト（図示しない）で締結する方法などが用いられている。

中空部材２と固定部材１とは、中空部材の内表面と固定部材の外表面との間に、図１７に示すように、接着剤４を介在させて固着させる方法などにより接合されている。

このとき、固定部材１と固定部材非占有部分８との境界１０では、急激に剛性が変化することから、天板への載荷時に接着剤４に応力集中が発生しやすい。そのため、これを緩和する目的で、非特許文献１に示すように、固定部材の自由端側の形状を、天板の長手方向に対して傾斜面とすることが一般的である。

また、接着接合部は、とくに引き剥がし力に対する接合強度が低いことが知られている。さらに、接着面積が大きいほど接合強度は高くなることも知られている。

したがって、従来、天板の固定部材１の自由端側の形状は、天板への載荷時には、中空部材の載荷面（２ａ）に対向する面(２ｂ)の側の内表面とこれに接する固定部材１の外表面との間の接着接合部に大きな引き剥がし力が発生することから、図１６および１７に示すように、中空部材２の、載荷面２ａに対向する面２ｂ側の内表面と、固定部材１の外表面との接着面積を大きくできるような傾斜面とされていた。

しかしながら、近年の放射線診断装置は、患者の負担を軽減するために１回の撮影で広い範囲を診断できるように片持ち長さが増加しており、これにともなって接着接合部の引き剥がし力も増大している。さらには、耐荷重を向上させたいとの要望も強いことから、接着接合部が破壊されやすくなっている。
宮入裕夫監修、「構造接着の基礎と応用」、シーエムシー出版、２００６年３月、ｐ．１４７

本発明は、このような問題に対処し、接合強度に優れた片持ち部材およびそれを用いた放射線診断装置用天板を提供することをその課題とする。

上記課題を達成するための本発明は、下記（１）〜（５）のいずれかの構成を特徴とするものである。
（１）中空部材と、前記中空部材の固定端側の端部に挿入された固定部材とを有する片持ち部材であって、
前記中空部材の内表面と前記固定部材の外表面との間には、接着剤が介在しており、
前記固定部材は、自由端側の縁に関して、前記中空部材の載荷面側の内表面と接する固定部材の外表面の自由端側の縁が、該載荷面に対向する面側と接する固定部材の自由端側の縁よりも、自由端側に位置することを特徴とする片持ち部材。
（２）前記中空部材が、繊維強化樹脂を含んでいることを特徴とする前記（１）に記載の片持ち部材。
（３）前記繊維強化樹脂が、炭素繊維を含んでいることを特徴とする前記（１）または（２）のいずれかに記載の片持ち部材。
（４）前記中空部材の固定部材非占有部分に、フォーム材が充填されていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の片持ち部材。
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の片持ち部材を用いたことを特徴とする放射線診断装置用天板。

本発明によれば、前記固定部材は、自由端側の縁に関して、前記中空部材の載荷面側が該載荷面に対向する面側よりも自由端側に位置するために、載荷時には、載荷面側の縁が支点の如く機能し、中空部材の載荷面と対向する面側の内表面を、これに接する固定部材の外表面に押し付けるように作用するので、接着接合部の引き剥がし力を小さくすることができ、接合強度を向上させることができる。

さらに、中空部材が炭素繊維などを用いた繊維強化樹脂を含んだり、固定部材非占有部分にフォーム材を充填したりすることで、載荷時のたわみ量を小さくすることができる。そのため、接着接合部の引き剥がし力をさらに小さくすることができ、接合強度を一層向上させることができる。

したがって、本発明による片持ち部材ならびに放射線診断装置用天板は、片持ち長さが増大したり荷重が増加したりしても、接合強度が高いため、好適に載荷することができる。

以下、本発明の最良の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の一形態を示す片持ち部材の概略図で、図１（ａ）は片持ち部材３の一部破断平面図、図１（ｂ）は、片持ち部材３の長手方向に平行なＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は、片持ち部材３の長手方向に直交するＢ−Ｂ断面図である。図２は、図１（ｂ）の円で囲んだ領域、すなわち、固定部材と固定部材非占有部分との境界９の拡大図である。

本発明の片持ち部材３は、中空部材２を有し、その中空部材２の固定端側には固定部材１が挿入されている。中空部材２と固定部材１との間には接着剤４が介在しており、両部材が接合されている。

ここで、固定部材１は、図２に示すように、中空部材２の載荷面２ａ側の内表面と接着剤４を介して接する、固定部材１の外表面の自由端側の縁５が、中空部材２の載荷面２ａと対向する面２ｂ側の内表面と接着剤４を介して接する、固定部材１の外表面の自由端側の縁６よりも、自由端側に位置するような形状となっている。

なお、載荷面２ａとは、例えば、片持ち部材３が放射線診断装置用天板である場合、患者を載せる面のことをいう。また、これら縁５、６の関係は、片持ち部材３の長手方向の断面で判断し、該断面は、固定部材１の自由端側の端面の最上端および最下端が含まれるようにとるものとする。最上端および最下端とは、使用時における状態、すなわち鉛直方向に関する最上端および最下端をいう。

中空部材２の長手方向と直交する断面の形状は、片持ち部材３の使用目的に応じて決定され、図３〜６に示す形状が例示できる。すなわち、図３および４に示す矩形を基本とした形状や、片持ち部材３が放射線診断装置用天板の場合には、人体を安定状態に載せるために、図５および６に示すような載荷面２ａを曲面状とした形状としてもよい。

中空部材２の自由端側の端面や固定端側の端面には、例えば図１に示すように、封止板７を装着してもよい。

また、図１（ｃ）に示す固定部材１のＢ−Ｂ断面の形状は、図７に示すように、中空部材２の内表面に完全に沿った形状としてもよいし、図８に示すように、軽量化の観点から部分的に窪みを有するような形状としてもよい。図９に示すように、２つ以上に分割した形状としてもよい。

このような断面形状を有する固定部材１としては、それぞれ、図１０〜１４に示すようなものが例示できる。なお、図１０〜１４は、固定部材１を中空部材２の載荷面２ａと対向する面２ｂ側から見た斜視図である。

具体的に、図１０は、固定部材１のＢ−Ｂ断面の形状が図３に示す中空部材２の内表面に沿った形状である場合、図１１は、固定部材１のＢ−Ｂ断面の形状が図４に示す中空部材２の内表面に沿った形状である場合、図１２は、固定部材１のＢ−Ｂ断面の形状が図７に示す形状である場合、図１３は、固定部材１のＢ−Ｂ断面の形状が図８に示す形状である場合、図１４は、固定部材１のＢ−Ｂ断面の形状が図９に示す形状である場合である。なお、図１２〜１４に示す形状の固定部材１は、図５に示す中空部材２の内表面に部分的に沿った形状である。

固定部材１の長手方向については、図１５に示すように、固定部材１を長手方向に２つ以上に分割してもよい。その場合、本発明でいう自由端側の縁とは、２つ以上に分割された固定部材１のうち、最も自由端側に位置する部分に基づいて決定される。

固定部材１は、例えば、片持ち部材３を別の構造物にボルトを用いて取り付ける場合の、ボルト穴や座ぐりを有していてもよい。

固定部材１としては、例えば固定のためのボルト締付力に耐えうる材料を用いることが好ましく、アルミニウム合金やステンレス鋼などの金属や繊維強化樹脂を用いることができる。

一方、中空部材２は、軽量高剛性化の観点から繊維強化樹脂を含むことが好ましい。この繊維強化樹脂は、強化繊維とマトリクス樹脂とを含むものである。

強化繊維としては、炭素繊維、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、高剛性化および軽量化の観点から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。

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、ポリオフィレ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、炭素繊維との接着性に優れるエポキシ樹脂や、エポキシ樹脂およびビニルエステル樹脂の組み合わせが好ましい。

また、中空部材２と固定部材１との間に介在させる接着剤４としては、ユリア系接着剤、メラミン系接着剤、フェノール系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリウレタン系接着剤等の熱硬化性樹脂系接着剤や、酢酸ビニル樹脂系接着剤、ＥＶＡ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、α−オレフィン系接着剤等の熱可塑性樹脂系接着剤や、クロロプレンゴム系接着剤、ニトリルゴム系接着剤、ＳＢＲ系接着剤、シリコーンゴム系接着剤、アクリルゴム系接着剤、ウレタンゴム系接着剤等の弾性体系接着剤を用いることができる。

そして、中空部材２の内部のうち、固定部材が存在していない部分、すなわち図１に示す固定部材非占有部分８には、載荷時に片持ち部材３の長手方向に直交する断面が潰れることを防止するために、フォーム材を充填してもよい。

フォーム材としては、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プラスチックフォームを用いることができる。

上述の片持ち部材３は、例えば次のようにして製造される。

まず、中空部材２については、断面が所定の形状である金属製の芯材に、強化繊維のプリプレグを巻き付け、もしくは貼り付けて、その外周面に所定の形状を有する外型を押し付けて加熱加圧したのち、芯材を抜き取ることによって製造することができる。

また、所定の成形隙間を有する成形金型を用いて、強化繊維に未硬化のマトリクス樹脂を含浸させて成形隙間に挿通するとともに、張力を与えながら引き抜くことにより加熱成形したのち、所定の長さに裁断することによって製造することもできる。

次に、固定部材１については、金属や繊維強化樹脂を所定の形状に機械加工したのちに、中空部材２の内表面と接する面に接着剤４を塗布して、中空部材２の固定端側へ挿入する。その後、ボルト締結する場合には座ぐり穴加工を施したり、ねじ締結する場合にはねじ穴加工を施したりして、片持ち部材３を製造することができる。

フォーム材については、中空部材２の固定部材非占有部分８に注入発泡すればよい。

また、フォーム材を充填する場合は、予め所定の形状にそれぞれ機械加工した固定部材１およびフォーム材を突き合わせ、外周に接着剤４を塗布し、強化繊維のプリプレグを貼り付け加熱加圧することによっても、片持ち部材３を製造することができる。

有限要素法を用いて本発明の効果を確認した。図１８および１９に有限要素モデルの概略断面図を示す。図１８（ａ）および（ｂ）は、以下に示す比較例１および実施例１の解析した片持ち部材の概略断面図であり、図１９（ａ）および（ｂ）は、比較例２および実施例２で解析した片持ち部材の概略断面図である。

いずれにおいても、片持ち部材３の全長は２４００ｍｍ、幅は５００ｍｍ、高さは４５ｍｍとした。

中空部材２の長手方向に直交する断面の形状は長方形とした。

固定部材１は、図１０に示す形状のもので、全長は６００ｍｍとした。固定部材１の長手方向に直交する断面の形状は、中空部材２の内表面に沿った形状とした。

中空部材２は４節点４辺形要素、固定部材１と中空部材２の固定部材非占有部分８に充填したフォーム材１２は８節点６面体要素、中空部材２と固定部材１の間の接着剤４は２節点梁要素を用いて要素分割した。２節点梁要素の個々の断面積は、それらの和が接着面積に等しくなるように定義した。

荷重については、片持ち部材３の自由端から長さ１６００ｍｍ、幅５００ｍｍの範囲の載荷面２ａに３００ｋｇを等分布負荷した。

拘束については、片持ち部材３の固定端側の端面の変位を拘束した。

中空部材２は炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）層で構成した。なお、以降、載荷面２ａを上面、載荷面と対向する面２ｂを下面とよぶ。

片持ち部材３の自由端側および固定端側の端面は、ＡＢＳ樹脂製の封止板７を装着した。固定部材１にはアルミニウム合金を用いた。フォーム材１２にはアクリルフォームを用いた。接着剤４にはエポキシ系接着剤を用いた。表１にそれらのヤング率を示す。

なお、表１で、０°方向とは片持ち部材３の長手方向のこと、９０°方向とは０°方向に直交する方向のことを表す。

中空部材２のＣＦＲＰ層の厚みは２．０ｍｍとした。また、ＡＢＳ樹脂製の封止板７の厚みは２．０ｍｍとした。接着剤４の厚みは０．１ｍｍとした。

接着剤４に作用する引き剥がし力は次のようにして算出した。

中空部材２の下面と接する固定部材１の自由端側の縁６から固定端側に１００ｍｍの範囲１１に存在する２節点梁要素の引張力の和を算出し、これを引き剥がし力とした。

（１）比較例１
従来の設計方法にしたがい、固定部材１の自由端側の形状を図１８（ａ）に示すようにした。すなわち、角度θを１３５°として、中空部材２の上面の内表面と接する固定部材１の外表面の自由端側の縁５が、中空部材２の下面の内表面と接する固定部材１の外表面の自由端側の縁６よりも、固定端側に位置するような形状とした。なお、中空部材２の固定部材非占有部分８は中空のままとした。このとき、引き剥がし力は５．３４ｋＮとなった。

（２）実施例１
本発明を適用し固定部材１の自由端側の形状を図１８（ｂ）に示すようにした以外は比較例１と同様にした。すなわち、角度θを４５°として、中空部材２の上面の内表面と接する固定部材１の外表面の自由端側の縁５が、中空部材２の下面の内表面と接する固定部材１の外表面の自由端側の縁６よりも、自由端側に位置するような形状とした。

この結果、引き剥がし力は３．４８ｋＮとなり、同じ荷重を負荷しても作用する引き剥がし力を比較例１に比べて約３５％低減することができた。

（３）比較例２
図１９（ａ）に示すように、中空部材２の固定部材非占有部分８にフォーム材１２を充填した以外は、比較例１と同様にした。このとき、引き剥がし力は１．６３ｋＮとなった。

（４）実施例２
本発明を適用し固定部材１の自由端側の形状を図１９（ｂ）に示すようにした以外は、比較例２と同様にした。すなわち、角度θを４５°として、中空部材２の上面の内表面と接する固定部材１の外表面の自由端側の縁５が、中空部材２の下面の内表面と接する固定部材１の外表面の自由端側の縁６よりも、自由端側に位置するような形状とした。

この結果、引き剥がし力は０．５９ｋＮとなり、同じ荷重を負荷しても作用する引き剥がし力を比較例２に比べて約６４％も低減することができた。

以上の結果を表２にまとめる。

本発明は、放射線診断装置用天板に限らず、液晶表示用ガラス基板や半導体基板の搬送装置用フォークや、液晶ガラス基板を収納する収納棚用支持棒などにも応用することができ、また、その応用範囲がこれらに限られることはない。

本発明の一実施形態を示す片持ち部材の概略図で、（ａ）は一部破断平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図１（ｂ）における、固定部材と固定部材非占有部分との境界領域の拡大図である。 本発明における中空部材の長手方向に直交する断面の形状の一例である。 本発明における中空部材の長手方向に直交する断面の形状の一例である。 本発明における中空部材の長手方向に直交する断面の形状の一例である。 本発明における中空部材の長手方向に直交する断面の形状の一例である。 本発明における固定部材の長手方向に直交する断面の形状の一例である。 本発明における固定部材の長手方向に直交する断面の形状の一例である。 本発明における固定部材の長手方向に直交する断面の形状の一例である。 本発明における固定部材の一例を示す斜視図である。 本発明における固定部材の一例を示す斜視図である。 本発明における固定部材の一例を示す斜視図である。 本発明における固定部材の一例を示す斜視図である。 本発明における固定部材の一例を示す斜視図である。 本発明における固定部材の長手方向に平行な断面の形状の一例である。 従来の片持ち部材の一例を示すものであり、（ａ）は一部破断平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図１６（ｂ）における、固定部材と固定部材非占有部分との境界領域の拡大図である。 有限要素モデルの概略断面図を示すものであり、（ａ）は比較例１で解析した片持ち部材の概略断面図であり、（ｂ）は実施例１で解析した片持ち部材の概略断面図である。 有限要素モデルの概略断面図を示すものであり、（ａ）は比較例２で解析した片持ち部材の概略断面図であり、（ｂ）は実施例２で解析した片持ち部材の概略断面図である。

符号の説明

１ 固定部材
２ 中空部材
２ａ 載荷面
２ｂ 載荷面に対向する面
３ 片持ち部材
４ 接着剤
５ 中空部材の載荷面側の内表面と接着剤を介して接する、固定部材の外表面の自由端側の縁
６ 中空部材の載荷面と対向する面側の内表面と接着剤を介して接する、固定部材の外表面の自由端側の縁
７ 封止板
８ 固定部材非占有部分
９ 固定部材と固定部材非占有部分との境界領域
１０ 固定部材と固定部材非占有部分との境界領域
１１ 中空部材の載荷面と対向する面と接着剤を介して接する固定部材の、自由端側の縁から固定端側に１００ｍｍの範囲
１２ フォーム材

Claims (5)

1. 中空部材と、前記中空部材の固定端側の端部に挿入された固定部材とを有する片持ち部材であって、
   前記中空部材の内表面と前記固定部材の外表面との間には、接着剤が介在しており、
   前記固定部材は、自由端側の縁に関して、前記中空部材の載荷面側の内表面と接する固定部材の外表面の自由端側の縁が、該載荷面に対向する面側と接する固定部材の自由端側の縁よりも、自由端側に位置することを特徴とする片持ち部材。
2. 前記中空部材が、繊維強化樹脂を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の片持ち部材。
3. 前記繊維強化樹脂が、炭素繊維を含んでいることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の片持ち部材。
4. 前記中空部材の固定部材非占有部分に、フォーム材が充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の片持ち部材。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の片持ち部材を用いたことを特徴とする放射線診断装置用天板。

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