JPWO2019182076A1 - 撮影台、マンモグラフィ装置用撮影台およびその製造方法およびマンモグラフィ装置 - Google Patents

撮影台、マンモグラフィ装置用撮影台およびその製造方法およびマンモグラフィ装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、薄肉・高剛性のマンモグラフィ用撮影台を提供する。それと伴に、薄肉化によりX線透過性が向上して、被験者の被曝量が低減されるマンモグラフィ用撮影台を提供する。マンモグラフィ装置本体に片持ち梁の状態で支持されるマンモグラフィ装置用撮影台であって、前記撮影台は、少なくともX線照射面が該炭素繊維複合材料で形成されており、前記炭素繊維複合材料には、一方向に引揃えられた炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む一方向炭素繊維複合材料が含まれる、マンモグラフィ装置用撮影台。

Description

本発明は、X線画像撮影装置に片持ち梁の状態で支持される撮影台、さらには、マンモグラフィ装置本体に片持ち梁の状態で支持されるマンモグラフィ装置用撮影台に関する。
被験者の乳房を検査の目的とし、乳房のX線撮影により画像データを得るマンモグラフィ装置が知られている(特許文献1)。このマンモグラフィ装置は、幾何学的ボケや体動によるボケが少なく、コントラストや解像度の高い画像データを得るために、乳房を圧迫する撮影台及び圧迫板を備えている。そして、撮影台に支持された乳房を圧迫板で圧迫して均一な厚さに保たれた乳房にX線を照射し、乳房を透過したX線を検出することにより、画像データを生成する。
前記撮影台は、内部に前記圧迫板と被写体である乳房とを透過したX線を検出するX線検出部を有するため、X線透過性に優れた材料で形成されている。また、被写体は、撮影時に前記圧迫板により均一厚みに圧迫されるため、前記撮影台にも圧迫板による外力が作用し、この外力により撮影台が容易に変形してしまうと、得られる画像データのコントラストや解像度が低下する。したがって、一般には撮影台は剛性に優れた材料で形成されている。以上の背景から、特許文献1記載のように、マンモグラフィ装置用撮影台には、X線透過性に優れ、剛性が高い、炭素繊維強化複合材料(カーボンコンポジット材)が好適に用いられていた。
また、マンモグラフィでは前記撮影台を用いた撮影方式の他、カセッテ上に被写体を置き直接撮影する手法も開示されている(特許文献2)。この撮影方法は、薄型矩方体のカセッテを用いるため、重量の増加を抑えられ、ハンドリング性に優れる利点を有する。また、X線が照射されるフロント部材が外周フレーム部材とともに一体化されているため、撮影時の変形を抑制できる効果を有する。ここで、特許文献2には、フロント部材が多数本の炭素繊維フィラメントが一方向に配列され並べられた複数の層(炭素繊維層)を重ねて熱硬化性樹脂に含浸されてなる積層体により構成されることが記載されている。
日本国特開2010−35622号公報 日本国特開2010−39267号公報
ここで、病巣の早期発見のためには、マンモグラフィ撮影画像のコントラストと解像度のさらなる向上が必要であり、マンモグラフィ装置用撮影台のX線透過性の向上や高剛性化に対するニーズがある。
しかしながら、特許文献1に記載のマンモグラフィ装置は、撮影台をカーボン繊維で形成することは開示されているものの、その要件、例えば繊維の形態やカーボン繊維で形成した領域の構成については何ら開示も示唆もされていない。
ここで、一般市場製品に見られるマンモグラフィ装置用撮影台は中空の箱型の形状であるが、炭素繊維複合材料を用いたものであっても、形状追従性に優れるとの理由から織物形態の材料に限定されている実状がある。このような炭素織物複合材料は、マトリックス樹脂中で、炭素繊維がうねりを有しながら織組織を形成していることから、特定形状への賦形時には、この織組織が組変わるため形状追従性に優れる。
しかし、炭素織物複合材料は、炭素繊維のうねりにより、炭素繊維の弾性率や強度のポテンシャルを十分に発揮できないという課題もある。また、上記うねりにより、繊維配置に制限が加わるため、炭素織物複合材料中の炭素繊維の体積含有率には上限が設けられてしまう。そのため、炭素織物複合材料を用いたマンモグラフィ装置用撮影台は、X線透過性に関わる薄肉化や剛性に関わる機械特性の向上には限界があった。また、炭素繊維複合材料は、炭素繊維を有するため剛性と強度に優れる一方、これを達成するためには、炭素繊維とマトリックス樹脂が空隙を含むこと無く成形する必要があり、X線透過性に影響を与えるX線透過方向の重量を低減し、X線透過性を向上させるには限界があった。
一方、特許文献2に係る発明では、マンモグラフィ撮影が可能な医療用カセッテが記載されており、多数本の炭素繊維フィラメントが一方向に配列され並べられた複数の層をフロント部材に用い、これによりカセッテは剛性に優れたものとなる。また、前記フロントパネルは平板形状であるために、軽量なコア材を含ませることができるためX線透過性を向上させることができる態様をとることが可能である。
しかしながら、医療用カセッテとはX線撮影に用いるフィルムを装填する入れ物のことであり、マンモグラフィ装置に片持ち梁の状態で支持されるマンモグラフィ装置用撮影台とは求められる特性が異なる。平板形状のフロント部材およびバック部材と立ち壁を形成するフレームより構成されるため、マンモグラフィ撮影のような中央面荷重が作用する条件では、立ち壁部が変形しやすく、X線照射面を形成するフロントパネルと立ち壁を形成するフレームの境界で破壊が生じる可能性がある。
また、カセッテは一般に薄型の矩方体であるため、前記コア材を含ませる割合に限界があることに加え、これを片持ち梁の状態で支持して撮影台に転用した場合には、圧迫板から受ける荷重で容易に変形してしまうため、得られる画像データのコントラストや解像度が低下してしまうおそれがある。さらには、マンモグラフィ撮影時に、被験者に立ち壁部が食いこみ、不快感を与える懸念がある。また、一方向に配列される繊維を多数本としていくと、複雑な形状の部材を成形するとき、繊維が十分に形状に追従しきれない懸念がある。この点、医療用カセッテは特許文献2記載のようにフロント部材及びバック部材を分離することも可能で、別々に成形できるわけであるが、マンモグラフィ装置用撮影台の場合、複数部材に分けて成形することは考えられてなく、一般には一方向配列繊維を用いた成形が容易ではないと考えられるものであった。
そこで本発明は、上記課題を鑑みてなされてものであって、その目的は、薄肉・高剛性の撮影台、及びマンモグラフィ装置用撮影台を提供することである。また、さらなる目的は、高いX線透過性と高い剛性を達成するマンモグラフィ装置用撮影台を提供することである。
上記問題を解決するために、本発明の撮影台は、以下のような構成をとる。
X線画像撮影装置に片持ち梁の状態で支持される撮影台であって、
前記撮影台は、装置と接続する面に開口部を有した面状体と、装置と接続する連結部を含み、
前記面状体における少なくともX線照射面は、一方向に引揃えられた炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む一方向炭素繊維複合材料を含み、
前記一方向炭素繊維複合材料で形成された領域に、前記連結部が接合されている、撮影台。
また、本発明のマンモグラフィ装置用撮影台は、以下のような構成をとる。
マンモグラフィ装置本体に片持ち梁の状態で支持されるマンモグラフィ装置用撮影台であって、
前記撮影台は、少なくともX線照射面が該炭素繊維複合材料で形成されており、
前記炭素繊維複合材料には、一方向に引揃えられた炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む一方向炭素繊維複合材料が含まれる、マンモグラフィ装置用撮影台。
さらに本発明のマンモグラフィ装置用撮影台は、以下のような構成をとる。
マンモグラフィ装置本体に片持ち梁の状態で支持される、面状体により形成されたマンモグラフィ装置用撮影台であって、
前記面状体における少なくともX線照射面は、連続繊維とマトリックス樹脂とを含む炭素繊維複合材料を有する表皮材と、前記表皮材より内層側に配された樹脂シートとにより形成された、マンモグラフィ装置用撮影台。
さらに本発明のマンモグラフィ装置用撮影台の製造方法は、以下である。
マンモグラフィ装置用撮影台の製造方法であって、以下に示す工程(I)〜(II)を含む、マンモグラフィ装置用撮影台の製造方法。
工程(I):連続繊維からなる炭素繊維(A)と熱硬化性樹脂(B)とを含む基材を片面型に賦形する工程
工程(II):該片面型と前記基材とを含む空間を可撓性のフィルムで覆い、加熱・加圧する工程
本発明によれば、薄肉・高剛性となるため、薄肉によるX線透過性向上の効果により被験者の被曝量が低減され、高剛性化の効果により撮影時の荷重負荷によるたわみが抑制されて撮影画像の質が向上することができる撮影台を提供できる。
また、本発明によれば、薄肉・高剛性となるため、薄肉によるX線透過性向上の効果により被験者の被曝量が低減され、高剛性化の効果により撮影時の荷重負荷によるたわみが抑制されて撮影画像の質が向上することができるマンモグラフィ装置用撮影台を提供できる。
また、軽量な樹脂シートを有するためX線透過性が向上して被験者の被曝量が低減され、また炭素繊維複合材料からなる表皮材を有するため、高い剛性を発現して撮影時の荷重負荷によるたわみが抑制されて撮影画像の質が向上することができるマンモグラフィ装置用撮影台を提供できる。
図1は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置の構成を示すブロック図である。 図2は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の外観の一例を示す模式図である。 図3aは、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の開口部の一例を示す模式図である。 図3bは、図2のy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図3cは、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の開口部の一例を示す模式図である。 図3dは、図2のy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図4は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台を成型する片面型の一例を示す模式図である。 図5は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の製造方法の工程(I)の一部の一例を示す模式図である。 図6は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の製造方法の工程(I)の一部の一例を示す模式図である。 図7は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の製造方法の工程(I)の一部の一例を示す模式図である。 図8aは、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の外観の一例を示す模式図である。 図8bは、図8aのx−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図8cは、図8aのy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図9は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の製造方法の工程(II)の一例を示す模式図である。 図10は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台を成型する両面型の一例を示す模式図である。 図11aは、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台を構成する第1の部材の外観の一例を示す模式図である。 図11bは、図11aのy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図12aは、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台を構成する第2の部材の外観の一例を示す模式図である。 図12bは、図12aのy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図13aは、図11aに係る第1の部材と図12aに係る第2の部材とからなるマンモグラフィ装置用撮影台の外観の一例を示す模式図である。 図13bは、図13aのx−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図13cは、図13aのy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図14は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の製造方法の工程の一例を示す模式図である。 図15は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の製造方法の工程の一例を示す模式図である。 図16は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の製造方法の工程の一例を示す模式図である。 図17aは、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の外観および断面形状の一例を示す模式図である。 図17bは、図17aのx−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図17cは、図17aのy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図18aは、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台を構成する第1の部材の外観の一例を示す模式図である。 図18bは、図18aのy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図19aは、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の外観の一例を示す模式図である。 図19bは、図19aのx−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図19cは、図19aのy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図20aは、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の外観の一例を示す模式図である。 図20bは、図20aのx−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図20cは、図20aのy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図21は、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の外観の一例を示す模式図である。 図22aは、図19aのy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。 図22bは、図19aのy−z面における断面形状の一例を示す断面図である。
本発明の実施形態に係る撮影台は、X線画像撮影装置に片持ち梁の状態で支持される撮影台であって、X線画像撮影装置と接続する面に開口部を有した面状体と、装置と接続する連結部を含み、前記面状体における少なくともX線照射面は、一方向に引揃えられた炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む一方向炭素繊維複合材料を含み、前記一方向炭素繊維複合材料で形成された領域に、前記連結部が接合されていることを特徴とする。X線画像撮影装置に片持ち梁の状態で支持されていれば、用途は限定されないが、マンモグラフィ装置用撮影台が例示できる。
本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置は、マンモグラフィ装置用撮影台がマンモグラフィ装置本体に接続されて形成されるものであり、以下、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台について説明する。
本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台は、少なくともX線照射面に一方向炭素繊維複合材料を用いることで、従来の炭素繊維織物複合材料対比、高剛性となるため、たわみ量に影響を与える特性である曲げ剛性を設計指標としたときに、炭素繊維織物複合材料に比べて板厚を薄くすることができる。そのため、マンモグラフィ装置用撮影台を透過して内部のX線検出器に到達するまでのX線強度の減衰が低減される、すなわちX線透過性が向上するため、被験者の被曝量を低減することができる。
ここでの板厚とは、X線透過性に寄与するX線照射面の板厚であり、好ましくは、0.5mm以上5.0mm以下である。より好ましくは、0.8mm以上3.5mm以下である。上記の上限と下限のいずれを組み合わせた範囲であってもよい。前記板厚が、0.5mmよりも薄い場合は、撮影台としての剛性を担保できずに撮影時に容易に変形してしまうおそれがある。前記板厚が、5.0mmより厚い場合は、X線透過性が劣るためにX線照射強度を上げる必要があり、1回の撮影における被験者の被曝量が増えるおそれがある。
前記マンモグラフィ装置本体は、X線発生部、圧迫板を含み、これらの配置としては、図1に示すような態様が例示できる。本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台1は、マンモグラフィ装置本体2に片持ち梁の状態で支持されるものである。また、図1に示すマンモグラフィ装置は、マンモグラフィ装置本体2、マンモグラフィ装置用撮影台1、圧迫板3、X線発生部4、を備え、マンモグラフィ装置用撮影台1は、X線照射面5、底面6を備える。また、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台1は、板厚よりも面を形成する辺の長さが十分に長い面状体により形成され、通常は内部が空洞となった略箱型の形状であり、内部にX線検出器が具備されることが多い。かかるX線検出器は、マンモグラフィ装置本体に直接接続されていても、撮影台内に固定されて配線でマンモグラフィ装置本体2と接続していても、構わない。
また、前記X線照射面とは、本発明の実施形態に係る撮影台の天面に含まれる平面領域のことである。該平面領域としては、撮影台の天面全体でもその一部分でも構わないが、X線透過性と剛性の観点から、X照射面は炭素繊維複合材料で形成される。また、X線照射面は、更に樹脂シートを含んでいてもよい。
さらに好ましくは、X線照射面以外の天面領域に段差部を設けるのが良い。かかる形状を設けることで、段差部が立ち壁として機能するため、マンモグラフィ撮影時の圧迫板の荷重によるたわみを抑制することができる。また、撮影台内部にX線検出器などを収納する領域を広げることができる。段差部を設ける位置としては、装置接続面が例示できる(図21)。
本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台は、上記した構成とすることで、炭素繊維複合材料単独で形成される構成と比較して、炭素繊維複合材料を有する表皮材より内層側に軽量である樹脂シートが配されるため、マンモグラフィ装置用撮影台を透過して内部のX線検出器に到達するまでのX線強度の減衰が抑制され、すなわちX線透過性が向上するため、被験者の被曝量を低減することができる。また、連続繊維を含む炭素繊維複合材料が表皮材を形成するため、撮影時にさらされる荷重の大部分を剛性の高い表皮材で受け持つことができる。そのため、剛性を維持しつつ、上記のX線透過性を向上させることができる。
面状体における少なくともX線照射面は、炭素繊維複合材料を有する表皮材が、樹脂シートを含むコア材の両面に配されたサンドイッチ構造により形成されることが好ましい。面状体の構造としては、表皮材が最表面の片側のみに存在するカナッペ構造でも、撮影台表面の両側に表皮材が存在するサンドイッチ構造でも構わないが、高い剛性と高いX線透過性を達成する観点から、X線照射面が炭素繊維複合材料からなる表皮材と樹脂シートからなるコア材とを有するサンドイッチ構造が好ましい。
一般的に、たわみ量に影響を与える曲げ剛性は板厚を厚くするほど向上して、たわみ量が低減できる効果があるものの、単純に板厚を厚くしてしまうとX線透過性の観点で不利になる。本発明のように、X線透過性に優れる樹脂シートをコア材とした構成とすることで、高いX線透過性と高い剛性を達成することができる。
前記X線照射面を形成する炭素繊維複合材料は、曲げ弾性率をEb、密度をρとしたとき、Eb1/3×ρ−1として表される比曲げ弾性率が2.50以上であることが好ましい。炭素繊維複合材料の比曲げ弾性率が2.50以上である場合、相対的には曲げ弾性率が高く密度が低い状態であるため、変形しにくさと高X線透過性とがバランスよく保たれ、好ましい。一方、比曲げ弾性率の上限値には特に制限はないが、20.00以下にすることで、X線透過性の向上効果と曲げ弾性率のバランスに優れるため、好ましい。
前記炭素繊維複合材料は、連続繊維の炭素繊維とマトリックス樹脂を含み、連続繊維の形態としては、連続繊維で織組織を形成した織物形態、連続繊維を一方向に引揃えた形態が例示できる。連続繊維の形態としては、これらを単独又は積層したもの、前記2種類を積層したものでも構わない。
なお、連続繊維とは、短繊維の状態に切断することなく、繊維束を連続した状態で引揃えたものを意味する。ここで、短繊維とは、長さが100mm以下の繊維のことを指す。中でもX線透過率の面内分布を均一にする、つまり面内の密度差を小さくする観点から、連続繊維が隙間無く並べやすい、一方向に引揃えられた連続繊維の形態を採用することが好ましい。また、形状追従性の観点から、不連続繊維が一方向に配列した形態や不連続繊維が分散された形態のものと組み合わせて、表皮材を形成しても良い。
好ましくは、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台は、一方向炭素繊維複合材料に加えて、さらに、炭素繊維の織物と樹脂とを含む炭素繊維織物複合材料を構成に有するのが良い。
かかる構成とすることで、炭素繊維織物複合材料による形状追従性の効果と一方向炭素繊維複合材料による高剛性の効果の両方を得ることができる。例えば、X線透過性や剛性に寄与する撮影台の天面には、一方向炭素繊維複合材料を多く用いるとか、デザイン性が重視されるなどの場合には最外層に炭素繊維織物複合材料を用いるなどの例が挙げられる。
炭素繊維複合材料の最外層には、炭素繊維の織物と樹脂とを含む炭素繊維織物複合材料が含まれることが好ましい。炭素繊維織物複合材料の割合を多くすればそれだけ形状成形が容易となる傾向にある一方、薄肉・高剛性が好ましいX線照射面には一方向炭素繊維複合材料を含めさせ、その割合を増やすことで、かかる特性の向上を達成しやすくなる。
マンモグラフィ装置は、デザイン性の観点から緩やかな曲面を有していたり、被験者が撮影時に体勢を保つための持ち手を有する場合がある。同様にマンモグラフィ装置用撮影台も被験者が接触した際の痛みを和らげるため、マンモグラフィ撮影に関わるX線照射面や被験者と接触する立ち壁面(マンモグラフィ装置本体に対向する立ち壁面)の角部(X線照射面から曲折する部分)を除いて、緩やかな曲面を有する設計にすることがある。
さらに好ましくは、炭素繊維複合材料の最外層に炭素繊維織物複合材料が含まれる態様である。また、前記面状体の最外層に炭素繊維織物複合材料が含まれる態様である。
被験者の素肌と接触する最表面をかかる構成とすることで、使用環境における消毒液の暴露などによる経時変化によって樹脂が劣化した場合でも、炭素繊維織物複合材料は炭素繊維の毛羽が一方向炭素繊維複合材料に比べて起毛しにくく、被験者に与える刺激が緩和される。この観点から、特に、X線照射面の最外層が炭素繊維織物複合材料で形成され、内層に一方向炭素繊維複合材料が配される態様が好ましい。
<材料>
本発明の実施形態に係る炭素繊維複合材料は、炭素繊維とマトリックス樹脂を含む。
炭素繊維としては、特に限定されないが、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ系などの炭素繊維を使用でき、これらは1種または2種以上を併用しても良い。中でも、得られる炭素繊維複合材料の強度と弾性率とのバランスの観点から、PAN系炭素繊維がさらに好ましい。炭素繊維のストランド弾性率は、200GPa以上が好ましく、220GPa以上がより好ましく、240GPa以上がさらに好ましい。炭素繊維のストランド弾性率が、200GPa未満の場合には、炭素繊維複合材料としたときに、所望の特性が得られないことがある。
マトリックス樹脂としては、特に限定されないが、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでも用いることができる。マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、成形時の加熱により、また必要に応じて成形後に熱硬化性樹脂が硬化する温度にさらに加熱することにより、熱硬化性樹脂が硬化し、マトリックス樹脂となる。マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、成形時の加熱により溶融した樹脂を冷まして固化させることで、マトリックス樹脂となる。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられ、熱により架橋反応を起こし、少なくとも部分的な三次元架橋構造を形成するものであればよい。また、炭素繊維複合材料を形成する成形基材としては、プリプレグを例示でき、その中における熱硬化性樹脂の形態としては、プリプレグ積層時にプリプレグ同士や型に圧着する必要があることから、タック性に優れる半硬化状態であることが好ましい。中でも、貼り付ける工程でのタック性、および成形品としたときの力学特性を考慮するとエポキシ樹脂が好ましい。
熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂が好ましく用いられ、また、これらのいずれかの樹脂の前駆体である環状のオリゴマーも好ましく用いられる。その中でも、マンモグラフィ装置用撮影台を運用する観点では消毒液などで清掃することを鑑みて、耐薬品性に優れる樹脂を選択するのが好ましい。
本発明の実施形態に係る一方向炭素繊維複合材料とは、一方向に引揃えられた炭素繊維とマトリックス樹脂を含む層からなり、1層から構成されていても、2層以上積層された積層状態から構成されていても構わない。また、一方向に引揃えられた炭素繊維とマトリックス樹脂を含む層が2層以上積層された場合は、炭素繊維の配向方向を任意にずらした構成としても良い。シート状の基材から材料を切り出す際の歩留まりの観点から、90°ずつ炭素繊維の配向方向をずらした積層構成が好ましい。また、等方性の観点からは、炭素繊維の配向方向を30°〜60°ずらした積層構成が好ましく、45°ずつ炭素繊維の配向方向をずらした積層構成や、60°ずつ炭素繊維の配向方向をずらした積層構成などが好ましい。
本発明の実施形態に係る炭素繊維織物複合材料は、炭素繊維を織りあげたシート状物とマトリックス樹脂とを含むものであり、通常は層構造を有し、1層から構成されていても、2層以上積層された積層状態から構成されていても構わない。炭素繊維の織組織としては、平織り、綾織り、繻子織りなどが例示でき、中でも、形状追従性とX線透過性の観点から、綾織りが好ましい。
本発明の実施形態に係る樹脂シートを構成する材料は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでもよく、炭素繊維複合材料よりも密度が低ければ特に限定されない。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ビスマレイミド樹脂、アクリル樹脂などが例示できる。エポキシ樹脂単体の他、エポキシ樹脂と熱硬化性樹脂の共重合体、変性体および2種類以上ブレンドした樹脂なども用いることができる。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリメタクリルイミド樹脂が例示でき、また、これらのいずれかの樹脂の前駆体である環状のオリゴマーも好ましく用いられる。また、力学特性を高める観点から炭素繊維やガラス繊維などのフィラーを含んでいても良い。熱硬化性樹脂を用いる場合は、未硬化の状態で成形に供すると、流動して成型できないおそれがあるため、あらかじめ所望の形状に成形した硬化シートとするのが良い。成形性の観点から、熱によって形状追従できるため、熱可塑性樹脂を材料とする樹脂シートが好ましく用いられる。また、熱可塑性樹脂を材料とする樹脂シートであっても、あらかじめ所望の形状に熱賦形したシートを成形に供することもできる。
また、本発明の実施形態に係る樹脂シートは、略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散した不連続強化繊維を含むことが好ましい。かかる態様とすることで、樹脂単体で樹脂シートを形成する場合に比べて、力学特性が向上する効果に加え、不連続強化繊維を略モノフィラメント状に分散させることで、不連続強化繊維の繊維束端における弱部が極小化できるため、優れた補強効率を発現する。また、不連続強化繊維をランダムに分散させることで、力学的に等方性が発現されるため、成形時に想定される配置間違えによる性能変化が実質的に生じなくなり、製品の信頼性が向上する。さらに、X線透過性の観点から、均質な画像を得やすいため好ましい。
ここで、略モノフィラメントとは、不連続強化繊維の単糸が500本未満の細繊度ストランドにて存在することを指す。前記不連続強化繊維の単糸径は、X線透視画像への映り込みの観点から、20μm以下が好ましく、10μm以下がさらに好ましい。単糸径が20μmより太い場合、X線透視画像への映り込みに影響を与える可能性がある。また、不連続強化繊維の種類は特に限定されないが、X線透過性と補強効果の観点から炭素繊維が好ましい。
また、本発明の実施形態に係る樹脂シートは、樹脂と不連続強化繊維と空隙からなることが好ましい。かかる態様とすることで、不連続強化繊維を含むことで力学特性を維持しつつ、空隙を含むため密度が低下し、X線透過性が向上する。ここで、空隙とは、樹脂により被覆された不連続強化繊維が柱状の支持体となり、それが重なり合い、又は、交差することにより形成された空間のことを指す。また、樹脂シート中における空隙の含有率は、10体積%以上、99体積%以下の範囲内にある。空隙の含有率が10体積%未満である場合、樹脂シートの密度が高くなるため、X線透過性の向上効果が薄れる可能性がある。一方、空隙含有率が99%より大きい場合には、不連続強化繊維の周囲に被覆された樹脂の厚みが薄くなるため、樹脂シート中における不連続強化繊維による補強が不十分となり、力学特性が低下する可能性がある。なお、本発明において、体積含有率は樹脂シートを構成する樹脂と不連続強化繊維と空隙のそれぞれの体積含有率の合計を100体積%とする。
本発明の実施形態に係る表皮材と樹脂シートの境界には、マンモグラフィ装置用撮影台の強度を高める観点から、接着層を含んでいても良い。接着層は、表皮材と樹脂シートを個別に作製した後に、接着剤を用いて接着層を形成する形態を例示できるが、生産性の観点から、成形中に接着層を形成させることが好ましい。成形中に接着層を形成させる方法としては、表皮材のマトリックス樹脂種と樹脂シートの樹脂種とが同一の場合は、成形中にお互いの樹脂が流動して接着層を形成でき、表皮材の樹脂種と樹脂シートの樹脂種とが異なる場合は、接着層を形成する基材を挿入することで接着層を形成させる方法が例示できる。このように接着層を形成する基材としては、表皮材の樹脂種と樹脂シートの樹脂種から任意に選択することができ、形態としては不織布などの薄いシート基材が例示できる。一例として、表皮材のマトリックス樹脂がエポキシ樹脂で樹脂シートがポリプロピレン樹脂の場合は、表皮材と樹脂シートの間に、樹脂シートを構成するポリプロピレン樹脂よりも低融点の不織布基材を挿入する態様が挙げられる。かかる構成とすることで、成形中に不織布がエポキシ樹脂とアンカリング構造を形成すると共に、不織布由来のポリプロピレン樹脂が一部融解して樹脂シートのポリプロピレン樹脂と接着するため、強度の高い接着層を形成することができる。
好ましくは、本発明の実施形態に係る樹脂シートがフォーム材であるのが良い。空隙を含むフォーム材を用いることで、厚さ方向の重量が低減され、X線透過性が向上する。さらに好ましくは、本発明の実施形態に係るフォーム材が独立気泡からなるフォーム材であるのが良い。独立気泡とは、内部に存在する気泡同士が連結しておらず、壁で仕切られている状態のことを示す。気泡同士が連結していないため、成形中に表皮材のマトリックス樹脂が、フォーム材の空隙に染み込むことを抑制でき、任意点で取得したX線透過特性のバラツキが低減されるため好ましい。
本発明の実施形態に係るフォーム材が有する独立気泡の発泡セルは、長径と短径の比で表される(短径/長径)が0.25〜0.90であるのが、独立気泡の緻密性が向上して得られるマンモグラフィ画像の良好となる観点で好ましい。長径と短径の比で表される(短径/長径)は、より好ましくは0.30〜0.80、さらに好ましくは0.35〜0.75である。上記の上限と下限のいずれを組み合わせた範囲であってもよい。長径と短径の比で表される(短径/長径)は、好ましくは、独立気泡の発泡セルの平均短径が25〜250μmであるのがよく、より好ましくは25〜225μm、さらに好ましくは50〜200μmである。上記の上限と下限のいずれを組み合わせた範囲であってもよい。かかる範囲とすることで、表皮材に含まれるマトリックス樹脂のフォーム材への染み込みを抑制できることに加え、表皮材からフォーム材へマトリックス樹脂が侵入することで表皮材のマトリックス樹脂が不足して形成される表面凹凸を抑制できるため、好ましい。平均短径が長い場合は、独立気泡を形成する壁の間隔が長くなるため、マトリックス樹脂の染み込みを抑制することが困難になるおそれがある。
ここで、長径と短径の比は、独立気泡の短径を長径で除した値で規定され、マンモグラフィ装置用撮影台のフォーム材を含む領域における任意断面を観察し、独立気泡毎に長径と短径の長さを測定し、同一の独立気泡における短径を長径で除して算出し、平均化した値とする。より具体的には、マンモグラフィ装置用撮影台のX線照射面の平面部の領域内から任意に小片を切り出し、エポキシ樹脂に包埋した後、X線照射面の厚み方向断面を研磨した試料を作製し、レーザー顕微鏡を用いて、前記試料を拡大倍率100倍で観察し、観察画像範囲内に見える50個の独立気泡について、長径と短径の長さをそれぞれ測定し、その平均値を算出して取得する。
好ましくは、独立気泡の短径軸が、撮影台の厚み方向と略平行であることが良い。かかる範囲とすることで、短径軸が厚さ方向に揃った均質な気泡構造をとるため、X線照射面の任意点において厚さ方向の重量分布のバラツキが低減され、撮影画像のムラが抑制できるため、好ましい。なお、略平行とは厚さ方向の軸に対する角度が±30°以内のことを示す。かかる厚さ方向の軸に対する角度は、[独立気泡の長径と短径の比率(短径/長径)の測定]と同様に、レーザー顕微鏡を用いて、前記試料を拡大倍率100倍で観察し、観察画像範囲内に見える独立気泡から任意に選択した50個の独立気泡について、厚さ方向軸に対する短径軸の傾きをそれぞれ測定し、その平均値を算出することで、取得する。
<構成>
本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台は、通常は、マンモグラフィ装置に片持ち梁の状態で支持される機構を有するものであり、好ましくは、前記炭素繊維複合材料で形成された領域に、マンモグラフィ装置本体と接続可能な連結部材が設けられる。また、前記面状体で形成された領域に、マンモグラフィ装置本体と接続可能な連結部材が設けられる。すなわち、上記領域に連結部材が取り付けられる部分が設けられ、当該部分に連結部材が取り付けられる態様が挙げられる。剛性が高い炭素繊維複合材料部を介してマンモグラフィ装置本体と連結することで、撮影時の運用荷重の大部分を炭素繊維複合材料で担保することができるため、撮影時のたわみが抑制され、撮影画像ムラを防止することができる。
上記領域とそれ以外の材料で形成された領域の両方で連結部材を支持してもよい。
連結部材が取り付けられる位置としては、炭素繊維複合材料で形成された領域内または面状体の領域内であれば特に限定されないが、得られるマンモグラフィ装置用撮影台の意匠性の観点から炭素繊維複合材料の内壁または面状体の内壁が好ましい。さらに好ましくは、後述する開口部を有する面における2つの側面の内壁である。
側面に連結部材を取り付けることでX線照射面を広くすることができ、マンモグラフィ被検者の身体に近い位置も撮影することができ、検査可能領域を広くすることができる。
マンモグラフィ装置本体と撮影台とを接続する構造としては、マンモグラフィ装置本体に具備されたフレームに、連結部材を具備した撮影台の連結部材を介して接続する方法と、マンモグラフィ装置用撮影台がフレーム状の連結部材を具備しており、該連結部材をマンモグラフィ装置に固定することで接続する方法が例示できる。
本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台は、前記X線照射面を形成する第1の部材と、前記X線照射面に対向する底面を形成する第2の部材とを有することが、好ましい。本発明では、一方向炭素繊維複合材料や樹脂シートを用いることから、成型時に材料が形状追従せず、中空の箱型といった複雑な形状の成型が困難になる課題が考えられるところ、このように撮影台を構成する部材を別々に成型する方法を採ることで、個々の部材における曲面や角部の数を減らすことができ、生産性良く撮影台を製造することができる。なお、本発明の実施形態に係る撮影台は、別途、第3、第4の部材を有していてもよい。
第2の部材の材料としては、第1の部材と同じ材料でも構わないし、炭素繊維織物複合材料のみで構成されても構わないが、金属、プラスチック、エラストマーの群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
第2の部材をかかる材料とすることで、X線透過性を担保する機能と被験者の持ち手などの形状を付与する機能を分離することができ、従来のマンモグラフィ装置に必要な機能を維持しつつ、良好な生産性で複雑形状の設計が容易になるため好ましい。
第2の部材の材料としては、加工性と寸法精度の観点からは金属が好ましく用いられ、その種類としては、アルミニウム、銅、ニッケル、錫、鉄、マグネシウム、クロム、タングステン、亜鉛、鉛など及びこれらの合金を例示できる。また、第2の部材の材料は、1種類の金属材料より構成されていても良いし、2種類以上の金属を組み合わせても良い。
第2の部材の材料としては、成形・加工性と製造コストの観点からはプラスチックが好ましく用いられ、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでも用いることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂などが例示できる。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂が例示でき、また、これらのいずれかの樹脂の前駆体である環状のオリゴマーも好ましく用いられる。また、力学特性を高める観点から、第2の部材の材料は、プラスチックがガラス繊維などのフィラーを含んでいても良い。
または、被験者を保護する観点からは、第2の部材の材料は、エラストマーが好ましく用いられ、シリコーンゴム、ウレタンゴム、熱可塑エラストマーなどが例示できる。
第1の部材の形状は、X線照射面が含まれていれば特に限定はされないが、X線照射面を含む天面を有することが好ましく、X線照射面を含む天面の外周に立ち壁部を有する形状もまた好ましい。第1の部材が立ち壁部を有することで、マンモグラフィ撮影時の圧迫板3より受ける荷重による変形を抑制することができる。また、第2の部材の形状は、マンモグラフィ装置用撮影台のうち、第1の部材で構成される領域以外を構成するものとして適した形状が例示でき、X線照射面と対面する底面及びその外周に立設された立ち壁部を有する形状が好ましい。
撮影台は、X線照射面を含む天面を形成する第1の部材と、前記X線照射面と対面する底面及びその外周に立設された立ち壁部を形成する第2の部材を有することが好ましい。
第1の部材における立ち壁の高さは10mm以上であることが好ましい。第1の部材は、立ち壁の高さが10mm以上であるとX線検出器を収納するスペースを大きくとることができる。立ち壁の高さとは、天面上部から立ち壁端部までの天面と垂直方向の距離である。また立ち壁の高さは20mm以上がより好ましく、特に好ましくは30mm以上である。
本発明の実施形態おいて、好ましくは、本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台は、マンモグラフィ装置本体と接続する接続面を有し、この接続面に開口部を有する構造とするのが良い。
図2に示すマンモグラフィ装置用撮影台1は、立ち壁部7を有し、マンモグラフィ装置本体と接続する接続面(マンモグラフィ装置本体側)に、開口部を有する。図3a及び図3bに示すように、開口部8は、マンモグラフィ装置本体に接続する接続面の全てが開口したものであってよく、図3c及び図3dに示すように、接続面の一部が開口したものであってもよい。図3b及び図3dは、図2に示すマンモグラフィ装置用撮影台1におけるy−z面の断面形状の一例を示す断面図である。
マンモグラフィ装置用撮影台1は、開口部8を有することで、マンモグラフィ装置本体に容易に脱着することができ、またメンテナンスが容易となる。また、マンモグラフィ装置用撮影台1は、開口部8を有する面にて互いに相対する2つの立ち壁部7に、上記連結部材のそれぞれが接合されることが好ましい。
好ましくは、第1の部材の立ち壁部と第2の部材の立ち壁部の両方と接合する第3の部材を有することが良い。第3の部材の接合位置としては、被検者が接触する面の内壁側が例示できる(図17)。かかる態様とすることで、第3の部材が補強部材の役割を担い剛性が向上するため、第1の部材の立ち壁部端部と第2の立ち壁部端部で生じる開口を抑制することができ、撮影時の位置精度が向上する。
好ましくは、被検者が接触する装置接続面の対面において、第1の部材と第2の部材の境界線がない態様とすることが良い。かかる態様とすることで、撮影時に被検者の素肌が触れる領域に凹凸が存在しなくなるため、撮影時に被検者が感じる不快感を緩和することができる。装置接続面の対面に第1の部材と第2の部材の境界線が存在しなければ、形態は特に限定されないが、例えば、第1の部材において装置接続面の対面に位置する立ち壁の長さを第2の部材の立ち壁高さまで伸ばし、該第1の部材の立ち壁で第2の部材の立ち壁を覆うように接合する形態(図22a)や、第2の部材において装置接続面の対面に位置する立ち壁長さを第1の部材の立ち壁高さまで伸ばし、該第2の部材の立ち壁で第1の部材の立ち壁を覆うように接続する形態(図22b)が例示できる。
本発明の実施形態に係るマンモグラフィ装置用撮影台の製造方法は、以下に示す工程(I)〜(II)を含むことが好ましい。
工程(I):連続繊維からなる炭素繊維(A)と熱硬化性樹脂(B)とを含む基材を片面型に賦形する工程。
工程(II):前記片面型と前記基材とを含む空間を可撓性のフィルムで覆い、加熱・加圧する工程。
かかる製造方法を適用することで、曲面などへの形状賦形が容易となり、ボイドが抑制されて寸法精度の高いマンモグラフィ装置用撮影台を得ることができるため好ましい。
工程(I)は、連続繊維からなる炭素繊維(A)と熱硬化性樹脂(B)を含む基材としてプリプレグを片面型に配置する工程である。プリプレグ中の熱硬化性樹脂(B)は、積層時にプリプレグ同士や型面に圧着する必要があることから、タック性に優れる半硬化状態であることが好ましい。中でも、貼り付ける工程でのタック性、および成型品としたときの力学特性を考慮するとエポキシ樹脂が好ましい。また、配置する方法としては、1層ずつ片面型の表面に賦形していく方法や、2層以上積層した積層体をまとめて片面型の表面に賦形していく方法が例示できる。また、プリプレグとプリプレグの層間に、さらに、樹脂シートを挿入することもできる。
工程(II)は、片面型とプリプレグを含む領域を可撓性のフィルム16で覆い、片面型9と可撓性のフィルム16とからなる空間を減圧した状態で加熱・加圧する工程である(図9)。一例として、シール材18を用いて、賦形したプリプレグより大きいサイズの可撓性のフィルム16の端部を片面型9に密着させる方法がある。この方法では、可撓性のフィルム16と片面型9の密着面の一部に、吸引口としてバルブ19を設置し、真空ポンプを用いて、吸引口から成型空間(片面型と可撓性のフィルムより構成される空間)内に存在する空気を吸引して、該成型空間内を減圧する。このとき、成型空間が外部よりも減圧状態となるため、賦形されたプリプレグ自体は加圧された状態となる。また、このときに、良好な意匠面を形成する観点から、片面型と対応する形状の型を押しつけた態様にするのが、好ましい。
前記型を押しつける方法としては、片面型にプリプレグを積層した工程(I)の後に、プリプレグ面に密着するように押しつけてから、前記型ごと可撓性のフィルムで覆う方法や、片面型とプリプレグを含む領域を可撓性のフィルムで覆い、片面型と可撓性のフィルムとからなる空間を減圧した後に、可撓性のフィルムの上から前記型を押しつける方法が例示できる。その後、オートクレーブや熱風オーブンなどに投入して、加熱することで、熱硬化性樹脂(B)の硬化反応が進行してマンモグラフィ装置用撮影台を得ることができる。かかる成型方法を用いると、成型空間に存在する気体が吸引されて減圧されるため、賦形したプリプレグの層間やプリプレグと片面型表面間の空気なども除去され、得られるマンモグラフィ装置用撮影台のボイド形成が抑制され、良好な力学特性、表面品位を有する効果がある。さらに、加熱と加圧をオートクレーブにて行うことにより、ボイドの形成がさらに抑制されるため好ましい。
さらに好ましくは、前記工程(I)において、基材を自動積層装置により片面型に賦形することが、好ましい。
一般に、一方向炭素繊維複合材料は大判の基材を皺なく形状を形成できるように、あらかじめ複雑な形状に裁断する工程が必要となる。一方で、自動積層装置により、細幅で片面型に賦形することで、裁断工程を経ることなく形成することができるばかりか、オートメーションを駆使するためヒューマンエラーを抑制でき、各サンプル間の品質バラツキも低減することができるため、好ましい。
以下に、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。以下、本文では、図面に記載された符号に、アルファベットを付して識別して説明する場合があるが、当該アルファベットは図面上では省略している。
[一方向炭素繊維プリプレグ]
一方向炭素繊維プリプレグとして、東レ(株)製の“トレカ(登録商標)プリプレグ”P3252S−10を準備した。
[炭素繊維織物プリプレグ]
炭素繊維織物プリプレグとして、東レ(株)製の“トレカ(登録商標)プリプレグ”F6347B−05Pを準備した。
[比曲げ弾性率の算出]
作製したマンモグラフィ装置用撮影台のX線照射面の平面部から切り出して得られた試験片を用いて、JIS K7074(1988)に準拠して3点曲げ弾性率Ebを取得した。また、弾性率Ebの試験前にJIS Z8807(2012)に準拠して密度ρを取得した。得られた曲げ弾性率Ebと密度ρから下記式を用いて比曲げ弾性率を算出した。
(比曲げ弾性率)=(曲げ弾性率:Eb[GPa])1/3×(密度:ρ[g/cm3])−1
[アルミニウム当量の測定]
作製したマンモグラフィ装置用撮影台のX線照射面の平面部について、その領域内で任意に設定した計10箇所に対し、X線照射装置を用いて、X線照射管電圧60kVおよび20kVでX線を平面部に厚みと垂直方向、すなわち厚み方向に入射し、平面部を透過したX線量を線量計で測定した。そして、得られた透過X線量からアルミニウム当量を算出した。なお、X線照射装置として、(株)東芝製 診断用X線高電圧装置 KXO−30Fを用い、線量計として、Radical Corporation製 model No.2025 Radiation Monitorを用いた。
平面部のX線照射面におけるX線透過線量は、任意の点において、X線照射管電圧の条件に関わらずアルミニウム当量が0.5mmAL以下であることが好ましく、X線照射管電圧20kV〜60kVのいずれかの条件で0.5mmAL以下であってもよく、X線照射管電圧が20kV又は60kVで0.5mmAL以下であってもよい。
[独立気泡の長径と短径の比率(短径/長径)の測定]
作製したマンモグラフィ装置用撮影台のX線照射面の平面部について、その領域内から任意に小片を切り出し、エポキシ樹脂に包埋した後、X線照射面の厚み方向断面を研磨した試料を作製した。レーザー顕微鏡(KEYENCE社製 VK−9500)を用いて、前記試料を拡大倍率100倍で観察し、観察画像範囲内に見える50個の独立気泡について、長径と短径の長さをそれぞれ測定し、その平均値を算出することで、取得した。
[短径軸と厚さ方向軸の角度測定]
前記[独立気泡の長径と短径の比率(短径/長径)の測定]と同様に、レーザー顕微鏡(KEYENCE社製 VK−9500)を用いて、前記試料を拡大倍率100倍で観察し、観察画像範囲内に見える独立気泡から任意に選択した50個の独立気泡について、厚さ方向軸に対する短径軸の傾きをそれぞれ測定し、その平均値を算出することで、取得した。
(実施例1)
図4に示す片面型9に12層の一方向炭素繊維プリプレグ13を積層した。前記片面型9は、X線照射面を含む天面を形成するA面10とマンモグラフィ装置用撮影台1Aの側面の立ち壁面を形成する3つの面(B面11)とマンモグラフィ装置用撮影台1Aの底面を形成するC面12とを有する。片面型9に一方向炭素繊維プリプレグ13を賦形する工程は、一枚一枚、片面型9の上記各面に積層する方法で実施した。
まず、B面11に一方向炭素繊維プリプレグ13を積層し(図5)、その後に、A面10とC面12にそれぞれ一方向炭素繊維プリプレグ13を積層構成[0/90]3Sで積層し(図6)、最後にB面11に一方向炭素繊維プリプレグ13を積層した(図7)。
なお、上記積層構成において、図5に示すx方向が0°方向と一致する。
ここで、[0/90]は一方向炭素繊維プリプレグ13の繊維配向方向を0°方向と90°方向となるよう2層積層することを示す。また、下付き記号の3Sとは、前記2層の積層を3回繰り返して、さらに対称に積層することを示す。従って、合計12層の一方向炭素繊維プリプレグ13を積層することを意味する。
なお、本積層構成における一方向炭素繊維プリプレグ13の裁断パターンは、B面11に積層する裁断パターン、A面10およびC面12に積層する0°方向裁断パターン(x方向に炭素繊維が配向している)、A面10およびC面12に積層する90°方向裁断パターン(y方向に炭素繊維が配向している)の3種類である。
一方向炭素繊維プリプレグ13を積層した領域の外周をシール材18(可撓性のフィルム16と型を密着させ、型内を密閉する)で覆った後、図9に示すようにプリプレグ積層体15の外周部に厚手の不織布からなるブリーダー17(空気の通り道となるスペーサーの役割を果たす)を配置した。
前記ブリーダー17上に吸引口として逆流防止弁を備えたバルブ19を配置した後、可撓性のフィルム16で片面型を覆って、シール材18と可撓性のフィルム16を密着させた。その後、真空ポンプを吸引口である前記バルブ19に接続して、成型空間(片面型と可撓性のフィルム16より形成される一方向炭素繊維プリプレグ13を積層した領域を含む空間)内の空気を吸引して成型空間内を減圧した。その後、オートクレーブ装置内に片面型を投入し、圧力3気圧の条件で、2.5℃/分の速度で昇温し、130℃到達後に90分間保持することで、加熱、加圧して、プリプレグ13中の熱硬化性樹脂組成物を硬化させた。成型後は、片面型9から成型品を取り外し、NCルーターにて端面をトリムして、マンモグラフィ装置用撮影台1Aを得た。
得られたマンモグラフィ装置用撮影台1A(図8a、図8b及び図8c)は開口部8を有し、開口部よりアルミニウム合金製の連結部材14を差し入れて、開口部を形成し互いに相対する2つの立ち壁部のそれぞれ内壁面に連結部材14をそれぞれ2液系のエポキシ接着剤で接合し(図8a及び図8b)、マンモグラフィ装置本体2に組み付けて、さらにマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。また、前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、A面(X線照射面5)のアルミニウム当量(アルミ当量)を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.17mmAL、20kV条件で0.14mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Aのx方向を長手方向として、NCルーターを用いて矩形の試験片を切り出し、前記[比曲げ弾性率の算出]に記載の方法で算出した比曲げ弾性率は2.70であった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1AのA面(X線照射面5)の厚みは1.28mmであった。
(実施例2)
(実施例1)と同じ片面型を用い、積層構成を型表面側から[0/90/0/90/0/0/90/0/90/0]として一方向炭素繊維プリプレグ13を積層した後、A面10、B面11、C面12すべての最外層に炭素繊維織物プリプレグを1層積層すること以外は、(実施例1)と同様の方法でマンモグラフィ装置用撮影台1Bを得た。得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Bは開口部8を有するものであり、さらにアルミニウム合金製の連結部材14を(実施例1)と同様に接合し(図8a、図8b及び図8c)、マンモグラフィ装置本体2に組み付けて、さらにマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、A面(X線照射面5)のアルミ当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.18mmAL、20kV条件で0.15mmALであった。
また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Bについて(実施例1)と同様に求めた比曲げ弾性率は2.75であった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1BのA面(X線照射面5)の厚みは1.30mmであった。
(実施例3)
一方向炭素繊維プリプレグ13を、積層構成[0/90]3Sで積層してプリプレグ積層体15を得た。プリプレグ積層体15は、正方形の形状で、一方向炭素繊維プリプレグ13の裁断パターンは1種類である。そのため、端材などの無駄が少なかった。前記積層体15を、図10に示す雌型20及び雄型21の一対の両面型内に配して、油圧プレス機を用いて130℃90分間、面圧1.0MPaで加熱加圧して、成型品を得た。
なお、面圧は成型前の積層体の面積(積層方向から見た投影面積)から算出した。前記成型品において、図11aのx方向が0°方向と一致するように、立ち壁面をNCルーターでトリムして、A面10とその外周3辺に立設されたB面11のそれぞれの一部を形成する炭素繊維複合材料部材22a(第1の部材22)を得た(図11a及び図11b)。
次に、押出成形にてABS樹脂(“トヨラック(登録商標)”600−309、東レ(株)製)を厚さ3mmの樹脂シートに成形し、該樹脂シートを真空成型にて、その外周3辺に立ち壁面が形成された成型品を得た。前記成型品の立ち壁面をNCルーターで加工し、C面12とその外周3辺に立設されたB面11のそれぞれの一部を形成し、かつB面11側に段差部を有する樹脂部材23a(第2の部材23)を得た(図12a及び図12b)。かかる炭素繊維複合材料部材22aと樹脂部材23aとを、2液系のエポキシ接着剤を用いて、図13a、図13b及び図13cに示すように前記段差部で接合して、マンモグラフィ装置用撮影台1Cを得た。
得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Cは一面に開口部8を有するものであり、さらにアルミニウム合金製の連結部材14を(実施例1)と同様に接合し、マンモグラフィ装置本体2に組み付けて、さらにマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。
前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、A面(X線照射面5)のアルミ当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.17mAL、20kV条件で0.14mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Cについて(実施例1)と同様に求めた比曲げ弾性率は2.71であった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1CのA面(X線照射面5)の厚みは1.28mmであった。
(実施例4)
一方向炭素繊維プリプレグ13を、積層構成[0/90/0/90/0/0/90/0/90/0]で積層し、その片面に炭素繊維織物プリプレグを1層積層して積層体15を得た。炭素繊維織物プリプレグ面を雌型面と接触させて両面型で加熱・加圧する以外は、(実施例3)と同様にして、炭素繊維複合材料部材22b(第1の部材22)を得た。次に、押出成形にてポリカーボネート樹脂(“ユーピロン(登録商標)”E−2000、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製)を厚さ3mmの樹脂シートに成形し、該樹脂シートを真空成型にて、3つの立ち壁面を有する成型品を得た。
前記成型品の立ち壁面をNCルーターで加工し、C面12とその外周3辺に立設されたB面11のそれぞれの一部を形成し、かつB面11側に段差部を有する樹脂部材23b(第2の部材23)を得た。前記炭素繊維複合材料部材22bと樹脂部材23bを、2液系のエポキシ接着剤を用いて、図13a、図13b及び図13cに示すように前記段差部で接合して、マンモグラフィ装置用撮影台1Dを得た。マンモグラフィ装置用撮影台1Dは開口部8を有するものであり、さらにアルミニウム合金製の連結部材14を(実施例1)と同様に接合し(図13a、図13b及び図13c)、マンモグラフィ装置本体2に組み付けて、さらにマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。
前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、A面(X線照射面5)のアルミ当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.18mAL、20kV条件で0.15mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Dについて(実施例1)と同様に求めた比曲げ弾性率は2.75であった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1DのA面(X線照射面5)の厚みは1.30mmであった。
(実施例5)
一方向炭素繊維プリプレグ13をその長手方向と繊維配向方向とを一致させて10mm幅に切り出し、一方向炭素繊維テープを得た。前記一方向炭素繊維テープを自動積層装置にセットし、(実施例1)と同じ片面型9を用い、型表面側から[0/90]3Sの構成で、自動積層装置を用いて、賦形した。賦形工程では、立ち壁面に継ぎ目を形成することなく、角部にも均一の厚さで一方向炭素繊維テープが賦形されていた。それ以外は、(実施例1)と同様の方法でマンモグラフィ装置用撮影台1Eを得た。マンモグラフィ装置用撮影台1Eは開口部8を有するものであり、アルミニウム合金製の連結部材14を(実施例1)と同様に接合し(図8a、図8b及び図8c)、マンモグラフィ装置本体2に組み付けてマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。
前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、A面(X線照射面5)のアルミ当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.17mmAL、20kV条件で0.14mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Eについて(実施例1)と同様に求めた比曲げ弾性率は2.68であった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1EのA面(X線照射面5)の厚みは1.28mmであった。
(比較例1)
炭素繊維織物プリプレグ7層を金型に賦形するために用いた以外は、(実施例1)と同様の方法でマンモグラフィ装置用撮影台1Fを得た。マンモグラフィ装置用撮影台1Fは開口部8を有するものであり、アルミニウム合金製の連結部材14を(実施例1)と同様に接合し(図8a、図8b及び図8c)、マンモグラフィ装置本体2に組み付けてマンモグラフィ画像を撮影したところ問題なく画像を得ることができた。前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、A面(X線照射面5)のアルミ当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.20mmAL、20kV条件で0.16mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Fについて(実施例1)と同様に求めた比曲げ弾性率は2.46であった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1FのA面(X線照射面5)の厚みは1.45mmであった。
上記実施例および比較例で得られたマンモグラフィ装置用撮影台の特性を表1にまとめる。マンモグラフィ装置用撮影台1Aは、マンモグラフィ装置用撮影台1Fと比較して、X線照射面を薄肉化でき、剛性とX線透過性の高いマンモグラフィ装置用撮影台であることが確認できた。またマンモグラフィ装置用撮影台1Aとマンモグラフィ装置用撮影台1Bの表面をサンドペーパーで研磨して炭素繊維を露出させた後、素手で表面をなぞったところ、マンモグラフィ装置用撮影台1Aは炭素繊維の毛羽が指に刺さり痛みを感じたのに対して、マンモグラフィ装置用撮影台1Bでは痛みを感じなかった。マンモグラフィ装置用撮影台1Cは、マンモグラフィ装置用撮影台1Aと比較して、同様の剛性とX線透過性を有しつつ、基材の裁断パターンを減らすことができ、生産性良く製造することができた。マンモグラフィ装置用撮影台1Eは、マンモグラフィ装置用撮影台1Aと比較して、片面型への積層工程を自動化することで、生産性良く製造することができた。
(実施例11)
樹脂シートとして、酸変性ポリプロピレン樹脂(“アドマー(登録商標)” QB510、三井化学(株)製)を押出機にて厚さ1.2mmの樹脂シートを得た。図4に示す片面型9に前記樹脂シート25と炭素繊維織物プリプレグ24を積層した。前記片面型9は、X線照射面を含む天面を形成するA面10とマンモグラフィ装置用撮影台1Aの側面の立ち壁面を形成する3つの面(B面11)とマンモグラフィ装置用撮影台1Aの底面を形成するC面12とを有する。片面型9に炭素繊維織物プリプレグ24と樹脂シート25を賦形する工程は、一枚一枚、片面型9に積層する方法で実施した。
まず、B面11に炭素繊維織物プリプレグ24を積層し(図14)、その後に、A面10とC面12にそれぞれ炭素繊維織物プリプレグ24を、A面10には[炭素繊維織物プリプレグ2層/樹脂シート/炭素繊維織物プリプレグ2層]の積層構成で、C面12には炭素繊維織物プリプレグ24を7層積層し(図15)、最後にB面11に炭素繊維織物プリプレグ24を積層した(図16)。なお、上記積層構成において、上記樹脂シート25はA面と同一サイズとした。なお、本積層構成における炭素繊維織物プリプレグ24の裁断パターンは、A面10に積層する裁断パターン、B面11に積層する裁断パターン、C面12に積層する裁断パターンの3種類である。図9に示すように炭素繊維織物プリプレグ24を積層した領域の外周をシール材18(可撓性のフィルム16と型を密着させ、型内を密閉する)で覆った後、プリプレグ積層体15の外周部に厚手の不織布からなるブリーダー17(空気の通り道となるスペーサーの役割を果たす)を配置した。
前記ブリーダー17上に吸引口として逆流防止弁を備えたバルブ19を配置した後、可撓性のフィルム16で片面型を覆って、シール材18と可撓性のフィルム16を密着させた。その後、真空ポンプを吸引口である前記バルブ19に接続して、成型空間(片面型と可撓性のフィルム16より形成される炭素繊維織物プリプレグ24と樹脂シート25を積層した領域を含む空間)内の空気を吸引して成型空間内を減圧した。その後、オートクレーブ装置内に片面型を投入し、圧力3気圧の条件で、2.5℃/分の速度で昇温し、130℃到達後に90分間保持することで、加熱、加圧して、炭素繊維織物プリプレグ24中の熱硬化性樹脂組成物を硬化させた。成型後は、片面型9から成型品を取り外し、NCルーターにて端面をトリムして、マンモグラフィ装置用撮影台1Gを得た。
得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Gは開口部を有し、開口部よりアルミニウム合金製の連結部材14を差し入れて、開口部を形成し互いに相対する2つの立ち壁部のそれぞれの内壁面に連結部材14を2液系のエポキシ接着剤で接合した(図17a、図17b及び図17c)。これをマンモグラフィ装置本体2に組み付けて、さらにマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。X線照射面のアルミニウム当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.19mmAL、20kV条件で0.15mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1GのX線照射面をx方向が長手方向として、NCルーターを用いて矩形の試験片を切り出し、[比曲げ弾性率Epの算出]に記載の方法で算出した、比曲げ弾性率は2.93であった。
(実施例12)
樹脂シートとして、酸変性ポリプロピレン樹脂(“アドマー(登録商標)” QB510、三井化学(株)製)を押出機にて厚さ1.2mmの樹脂シートを得た。炭素繊維織物プリプレグを2枚積層したものを2組準備し、前記樹脂シートの両面にそれぞれ積層して積層体を得た。前記積層体を、図10に示す雌型20及び雄型21の一対の両面型内に配して、油圧プレス機を用いて130℃90分間、面圧1.0MPaで加熱加圧して、成型品を得た。なお、面圧は成型前の積層体の面積(積層方向から見た投影面積)から算出した。
前記成型品の外周をNCルーターでトリムして炭素繊維複合材料からなる表皮材と樹脂シートからなるコア材を有する第1の部材22Hを得た(図18a及び図18b)。ポリカーボネート樹脂ペレット(“パンライト(登録商標)”G−3420、帝人(株)製)を原料として、射出成型機を用いて、図12a及び図12bに示される形状を有する第2の部材23Hを成型した。得られた第1の部材22Hと第2の部材23Hを2液系のエポキシ接着剤を用いて接合し、マンモグラフィ装置用撮影台1Hを得た。
得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Hは開口部を有するものであり、さらにアルミニウム合金製の連結部材14を(実施例11)と同様に接合し(図19a、図19b及び図19c)、マンモグラフィ装置本体2に組み付けて、さらにマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、X線照射面のアルミニウム当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.19mmAL、20kV条件で0.15mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1H中の第1の部材22HのX線照射面のx方向を長手方向として、NCルーターを用いて矩形の試験片を切り出し、[比曲げ弾性率Epの算出]に記載の方法で算出した、比曲げ弾性率は2.93であった。
(実施例13)
樹脂シートとしてアクリルフォーム(“フォーマック(登録商標)”S#1000、積水化学工業(株)製)を切り出して、厚さ1.5mmの樹脂シートを得た。この樹脂シートと一方向炭素繊維プリプレグを[0/90/樹脂シート/90/0]で積層し、積層体を得た。なお、上記積層構成において、図19aに示すx方向が0°方向となる。この積層体を用いること以外は、(実施例12)と同様にして、第1の部材22Iと第2の部材23Iからなるマンモグラフィ装置用撮影台1Iを得た。得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Iは開口部を有するものであり、さらにアルミニウム合金製の連結部材14を(実施例12)(図19a、図19b及び図19c)と同様に接合し、マンモグラフィ装置本体2に組み付けて、さらにマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。
前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、X線照射面のアルミニウム当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.12mmAL、20kV条件で0.11mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1I中の第1の部材22IのX線照射面のx方向を長手方向として、NCルーターを用いて矩形の試験片を切り出し、[比曲げ弾性率Epの算出]に記載の方法で算出した、比曲げ弾性率は7.13であった。前記[独立気泡の長径と短径の比率(短径/長径)の測定]および[短径軸と厚さ方向軸の角度測定]に記載の方法で評価した独立気泡の長径と短径の比率は0.58で、平均短径は123μmで、短径軸と厚さ方向軸がなす角度は53°であった。
(実施例14)
樹脂シートとしてポリメタクリルイミドフォーム(“ROHACELL(登録商標)”110HP、ダイセル・エボニック(株)製)を切り出して、厚さ1.5mmの樹脂シートを得た。この樹脂シートと一方向炭素繊維プリプレグを[0/90/樹脂シート/90/0]で積層し、積層体を得た。なお、上記積層構成において、0°方向が一方向炭素繊維の繊維配向方向と一致し、図19に示すx方向が0°方向となる。この積層体を用いること以外は、(実施例12)と同様にして、第1の部材22Jを得た。
次に、ABS樹脂(“トヨラック(登録商標)”600−309、東レ(株)製)を押出成形にて厚さ3mmの樹脂シートを作製し、前記樹脂シートを真空成型にて、立ち壁面を有する成型品を得た。
前記成型品の立ち壁面をNCルーターで加工し、立ち壁端部に段差部を有する第2の部材23Jを得た。得られた第1の部材22Jと第2の部材23Jを2液系のエポキシ接着剤を用いて接合し、マンモグラフィ装置用撮影台1Jを得た。得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Jは開口部を有するものであり、さらにアルミニウム合金製の連結部材14を(実施例12)(図19a、図19b及び図19c)と同様に接合し、マンモグラフィ装置本体2に組み付けて、さらにマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、X線照射面のアルミニウム当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.12mmAL、20kV条件で0.10mmALであった。
また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1J中の第1の部材22JのX線照射面のx方向を長手方向として、NCルーターを用いて矩形の試験片を切り出し、[比曲げ弾性率Epの算出]に記載の方法で算出した、比曲げ弾性率は7.54であった。前記[独立気泡の長径と短径の比率(短径/長径)の測定]および[短径軸と厚さ方向軸の角度測定]に記載の方法で評価した独立気泡の長径と短径の比率は0.75で、平均短径は209μmで、短径軸と厚さ方向軸がなす角度は24°であった。
(実施例15)
一方向炭素繊維プリプレグと(実施例14)で用いた樹脂シートを、[0/90/樹脂シート/90/0]で積層し、その片面に炭素繊維織物プリプレグを1層積層して、積層体を得た。なお、上記積層構成において、図19aに示すx方向が0°方向となる。炭素繊維織物プリプレグ面を雌型面と接触させて図10に示す雌型20及び雄型21の一対の両面型内に配して、油圧プレス機を用いて130℃90分間、面圧1.0MPaで加熱加圧して、成型品を得た。
前記成型品の外周をNCルーターでトリムして炭素繊維複合材料からなる表皮材と樹脂シートからなるコア材を有する第1の部材22Kを得た。なお、面圧は成型前の積層体の面積(積層方向から見た投影面積)から算出した。それ以外は(実施例14)と同様の方法にて、第1の部材22Kと第2の部材23Kからなるマンモグラフィ装置用撮影台1Kを得た。
得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Kは開口部を有するものであり、さらにアルミニウム合金製の連結部材14を(実施例12)(図19a、図19b及び図19c)と同様に接合し、マンモグラフィ装置本体2に組み付けて、さらにマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、X線照射面のアルミニウム当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.13mmAL、20kV条件で0.12mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1K中の第1の部材22KのX線照射面のx方向を長手方向として、NCルーターを用いて矩形の試験片を切り出し、[比曲げ弾性率Epの算出]に記載の方法で算出した、比曲げ弾性率は6.32であった。前記[独立気泡の長径と短径の比率(短径/長径)の測定]および[短径軸と厚さ方向軸の角度測定]に記載の方法で評価した独立気泡の長径と短径の比率は0.62で、平均短径は178μmで、短径軸と厚さ方向軸がなす角度は18°であった。
(比較例11)
(実施例11)と同じ片面型9を用いて、型表面から炭素繊維織物プリプレグを7層、金型に賦形した。それ以外は、(実施例11)と同様の方法でマンモグラフィ装置用撮影台1Lを得た。得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Lは開口部を有するものであり、さらにアルミニウム合金製の連結部材14を(実施例11)(図17a、図17b及び図17c)と同様に接合し、マンモグラフィ装置本体2に組み付けてマンモグラフィ画像を撮影したところ問題なく画像を得ることができた。前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、A面(X線照射面5)のアルミ当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.20mmAL、20kV条件で0.16mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Lのx方向を長手方向として、NCルーターを用いて矩形の試験片を切り出し、[比曲げ弾性率Epの算出]に記載の方法で算出した、比曲げ弾性率は2.46であった。
(実施例16)
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、及び表面酸化処理を行い、総単糸数12,000本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は、単繊維径7μm、密度1.8g/cm、引張強度4600MPa、引張弾性率220GPaであった。得られた連続炭素繊維をカートリッジカッターで6mmにカットし、チョップド炭素繊維を得た。水と界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル(商品名)、ナカライテクス(株)製)とからなる濃度0.1質量%の分散液を作製し、この分散液とチョップド炭素繊維とを抄紙した。抄紙装置は、分散槽としての容器下部に開口コックを有する直径1000mmの円筒形状の容器、分散槽と抄紙槽とを接続する直線状の輸送部(傾斜角30°)を備えている。分散槽の上面の開口部には撹拌機が付属し、開口部からチョップド炭素繊維及び分散液(分散媒体)を投入可能である。抄紙槽は、底部に幅500mmの抄紙面を有するメッシュコンベアを備え、メッシュコンベアは得られる炭素繊維基材(抄紙基材)を運搬可能である。抄紙は分散液中の炭素繊維濃度を0.05質量%として行った。抄紙した炭素繊維基材は200℃の乾燥炉で30分間乾燥し、強化繊維マットを得た。得られた目付は25g/mであった。
未変性ポリプロピレン樹脂(“プライムポリプロ”(登録商標)J105G、プライムポリマー(株)製)80質量%と、酸変性ポリプロピレン樹脂(“アドマー”QB510、三井化学(株)製)20質量%とからなる目付50g/mの樹脂フィルムを作製した。
強化繊維マットと樹脂シートを、[樹脂フィルム/強化繊維マット/樹脂フィルム/強化繊維マット/強化繊維マット/樹脂フィルム/強化繊維マット/樹脂フィルム]の順番に配置した積層物を作製した。次いで、以下の工程(I)〜(V)を経ることで、厚さ1.5mm、密度が0.2g/cmの樹脂シートを得た。得られた樹脂シートは、断面観察から、強化繊維が略モノフィラメント状、且つランダムに分散し、強化繊維を柱状の支持体とした空隙を有していることが確認された。
(I)積層物を230℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
(II)次いで、120秒間保持した後、3MPaの圧力を付与してさらに60秒間保持する。
(III)工程(II)の後、金型キャビティを開放し、その末端に金属スペーサーを挿入し、構造体を得る際の厚みが1.5mmとなるように調整する。
(IV)その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を50℃まで冷却する。
(V)金型を開いて樹脂シートを取り出す。
この樹脂シートと一方向炭素繊維プリプレグとを、[0/90/樹脂シート/90/0]で積層し、積層体を得た。なお、上記積層構成において、図19aに示すx方向が0°方向となる。図10に示す雌型20及び雄型21の一対の両面型内に配して、油圧プレス機を用いて160℃30分間、面圧3.0MPaで加熱加圧して、成型品を得た。
前記成型品の外周をNCルーターでトリムして炭素繊維複合材料からなる表皮材と樹脂シートからなるコア材を有する第1の部材22Mを得た。なお、面圧は成型前の積層体の面積(積層方向から見た投影面積)から算出した。それ以外は(実施例14)と同様の方法にて、第1の部材22Mと第2の部材23Mからなるマンモグラフィ装置用撮影台1Mを得た。
得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Mは開口部を有するものであり、さらにアルミニウム合金製の連結部材14を(実施例12)(図19a、図19b及び図19c)と同様に接合し、マンモグラフィ装置本体2に組み付けて、さらにマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、X線照射面のアルミニウム当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.12mmAL、20kV条件で0.10mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1M中の第1の部材22MのX線照射面のx方向を長手方向として、NCルーターを用いて矩形の試験片を切り出し、[比曲げ弾性率Epの算出]に記載の方法で算出した、比曲げ弾性率は7.70であった。
(実施例17)
(実施例16)で作製した強化繊維マットと樹脂シートを、[樹脂フィルム/強化繊維マット/樹脂フィルム/強化繊維マット/樹脂フィルム/強化繊維マット/樹脂フィルム/強化繊維マット/強化繊維マット/樹脂フィルム/強化繊維マット/樹脂フィルム/強化繊維マット/樹脂フィルム/強化繊維マット/樹脂フィルム]の順番に配置した積層物を作製した。次いで、以下の工程(I)〜(V)を経ることで、厚さ3.0mm、密度が0.2g/cmの樹脂シートを得た。得られた樹脂シートは、断面観察から、強化繊維が略モノフィラメント状、且つランダムに分散し、強化繊維を柱状の支持体とした空隙を有していることが確認された。
(I)積層物を230℃に予熱したプレス成形用金型キャビティ内に配置して金型を閉じる。
(II)次いで、120秒間保持した後、3MPaの圧力を付与してさらに60秒間保持する。
(III)工程(II)の後、金型キャビティを開放し、その末端に金属スペーサーを挿入し、構造体を得る際の厚みが3.0mmとなるように調整する。
(IV)その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を50℃まで冷却する。
(V)金型を開いて樹脂シートを取り出す。
この樹脂シートを図10に示す雌型20及び雄型21の一対の両面型内に配して、油圧プレス機を用いて180℃、面圧3.0MPaで5分間加熱加圧し、その後圧力を保持した状態で50℃まで冷却し、樹脂シートを賦形した。この賦形後の樹脂シートの雌型側に炭素繊維織物プリプレグを1層積層し、再び図10に示す一対の両面型内に配して、油圧プレス機を用いて130℃90分間、面圧1.0MPaで加熱加圧して、成型品を得た。
前記成型品の外周をNCルーターでトリムして炭素繊維複合材料からなる表皮材と樹脂シートの2層構成の第1の部材22Nを得た。なお、面圧は成型前の積層体の面積(積層方向から見た投影面積)から算出した。
次に、ABS樹脂(“トヨラック(登録商標)”600−309、東レ(株)製)を押出成形にて厚さ4.5mmの樹脂シートを作製し、前記樹脂シートを真空成型にて、立ち壁面を有する成型品を得た。
前記成型品の立ち壁面をNCルーターで加工し、立ち壁端部に段差部を有する第2の部材23Nを得た。得られた第1の部材22Nと第2の部材23Nを2液系のエポキシ接着剤を用いて接合し、マンモグラフィ装置用撮影台1Nを得た。得られたマンモグラフィ装置用撮影台1Nは開口部を有するものであり、さらにアルミニウム合金製の連結部材14を(実施例12)(図20a、図20b及び図20c)と同様に接合し、マンモグラフィ装置本体2に組み付けて、さらにマンモグラフィ画像を撮影したところ良好な画像を得ることができた。前記[アルミニウム当量の測定]に記載の方法に従って、X線照射面のアルミニウム当量を測定した結果、X線照射管電圧60kV条件で0.10mmAL、20kV条件で0.09mmALであった。また、得られたマンモグラフィ装置用撮影台1M中の第1の部材22MのX線照射面のx方向を長手方向として、NCルーターを用いて矩形の試験片を切り出し、[比曲げ弾性率Epの算出]に記載の方法で算出した、比曲げ弾性率は11.1であった。
上記実施例および比較例で得られたマンモグラフィ装置用撮影台の特性を表2にまとめる。マンモグラフィ装置用撮影台1Gとマンモグラフィ装置用撮影台1Lとの比較から、X線照射面の曲げ剛性を同等としながらも、X線透過性が良好となることが確認できた。マンモグラフィ装置用撮影台1Iとマンモグラフィ装置用撮影台1Jとの比較から、X線照射領域の密度ムラが低減されることが確認できた。マンモグラフィ装置用撮影台1Jとマンモグラフィ装置用撮影台1KのX線照射面をサンドペーパーで研磨して炭素繊維を露出させた後、素手で表面をなぞったところ、マンモグラフィ装置用撮影台1Jは炭素繊維の毛羽が指に刺さり痛みを感じたのに対して、マンモグラフィ装置用撮影台1Kでは痛みを感じなかった。また、マンモグラフィ装置用撮影台1Mおよび1Nは、マンモグラフィ装置用撮影台1Hと比較して、優れたX線透過性およびX線照射面の曲げ剛性を発現することが確認できた。
Figure 2019182076
Figure 2019182076
本発明によれば、薄肉・高剛性のマンモグラフィ用撮影台を提供できる。かかる撮影台は、薄肉のためX線透過性が向上して被験者の被曝量が低減でき、高剛性のため撮影時の荷重負荷によるたわみが低減されるため撮影画像の精度が向上する。また、樹脂シートを有するためX線透過性が向上して被験者の被曝量が低減でき、炭素繊維複合材料からなる表皮材を有するため高い剛性を発現して、撮影時の荷重負荷によるたわみが低減されるため撮影画像の精度が向上する。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2018年3月23日出願の日本特許出願(特願2018−55836)、及び2018年3月23日出願の日本特許出願(特願2018−55840)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1 マンモグラフィ装置用撮影台
2 マンモグラフィ装置本体
3 圧迫板
4 X線発生部
5 X線照射面
6 マンモグラフィ装置用撮影台の底面
7 立ち壁部
8 開口部
9 片面型
10 A面
11 B面
12 C面
13 一方向炭素繊維プリプレグ
14 連結部材
15 プリプレグ積層体
16 可撓性のフィルム
17 ブリーダー
18 シール材
19 バルブ
20 雌型
21 雄型
22 第1の部材
23 第2の部材
24 炭素繊維織物プリプレグ
25 樹脂シート
26 天面の段差部

Claims (17)

  1. X線画像撮影装置に片持ち梁の状態で支持される撮影台であって、
    前記撮影台は、装置と接続する面に開口部を有した面状体と、装置と接続する連結部を含み、
    前記面状体における少なくともX線照射面は、一方向に引揃えられた炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む一方向炭素繊維複合材料を含み、
    前記一方向炭素繊維複合材料で形成された領域に、前記連結部が接合されている、撮影台。
  2. マンモグラフィ装置本体に片持ち梁の状態で支持されるマンモグラフィ装置用撮影台であって、
    前記撮影台は、少なくともX線照射面が炭素繊維複合材料で形成されており、
    前記炭素繊維複合材料には、一方向に引揃えられた炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む一方向炭素繊維複合材料が含まれる、マンモグラフィ装置用撮影台。
  3. マンモグラフィ装置本体に片持ち梁の状態で支持される、面状体により形成されたマンモグラフィ装置用撮影台であって、
    前記面状体における少なくともX線照射面は、連続繊維とマトリックス樹脂とを含む炭素繊維複合材料を有する表皮材と、前記表皮材より内層側に配された樹脂シートとにより形成された、マンモグラフィ装置用撮影台。
  4. 前記X線照射面は、更に樹脂シートを含む請求項2に記載のマンモグラフィ装置用撮影台。
  5. 前記面状体における少なくとも前記X線照射面は、前記炭素繊維複合材料を有する前記表皮材が、前記樹脂シートを含むコア材の両面に配されたサンドイッチ構造により形成される、請求項3または4に記載のマンモグラフィ装置用撮影台。
  6. 前記樹脂シートがフォーム材である、請求項3から5のいずれか一項に記載のマンモグラフィ装置用撮影台。
  7. 前記樹脂シートは、略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散した不連続強化繊維を含む、請求項3から6のいずれか一項に記載のマンモグラフィ装置用撮影台。
  8. 前記樹脂シートは、樹脂と不連続強化繊維と空隙からなる、請求項3から7のいずれか一項に記載のマンモグラフィ装置用撮影台。
  9. 前記炭素繊維複合材料の最外層には、炭素繊維の織物と樹脂とを含む炭素繊維織物複合材料が含まれる、請求項2から8のいずれか一項に記載のマンモグラフィ装置用撮影台。
  10. 前記炭素繊維複合材料で形成された領域に、前記マンモグラフィ装置本体と接続する連結部材を有する、請求項2から9のいずれか一項に記載のマンモグラフィ装置用撮影台。
  11. 前記マンモグラフィ装置本体と接続する接続面を有し、前記接続面に開口部を有する、請求項2から10のいずれか一項に記載のマンモグラフィ装置用撮影台。
  12. 前記炭素繊維複合材料の比曲げ弾性率が2.50以上である、請求項2から11のいずれか一項に記載のマンモグラフィ装置用撮影台。
    (比曲げ弾性率)=(曲げ弾性率)1/3×(密度)−1
  13. 前記撮影台は、前記X線照射面を含む天面を形成する第1の部材と、前記X線照射面と対面する底面及びその外周に立設された立ち壁部を形成する第2の部材を有する、請求項2から12のいずれか一項に記載のマンモグラフィ装置用撮影台。
  14. 前記第2の部材が、金属、プラスチック及びエラストマーの群から選ばれる少なくとも1種である、請求項13に記載のマンモグラフィ装置用撮影台。
  15. 請求項2から14のいずれか一項に記載のマンモグラフィ装置用撮影台と前記マンモグラフィ装置本体とが接続されてなる、マンモグラフィ装置。
  16. 請求項2から15のいずれか一項に記載のマンモグラフィ装置用撮影台の製造方法であって、
    以下に示す工程(I)〜(II)を有する、マンモグラフィ装置用撮影台の製造方法。
    工程(I):連続繊維からなる炭素繊維(A)と熱硬化性樹脂(B)を含む基材を片面型に賦形する工程
    工程(II):前記片面型と前記基材とを含む空間を可撓性のフィルムで覆い、加熱・加圧する工程
  17. 前記工程(I)において、前記基材を自動積層装置により片面型に賦形する、請求項16に記載のマンモグラフィ装置用撮影台の製造方法。

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