(57)【要約】      （修正有）【課題】患者が載置され、大きな曲げモーメントが作用した場合において、優れた強度をもつ医療機器用天板を提供する。【解決手段】コアの外周を少なくとも２つの側面スキンと下面スキンとで被着させ、少なくとも一方の前記側面スキンの外側にフレームが取り付けられた医療機器用天板において、該側面スキンの少なくとも一部に、側面スキン４０ａ、４０ｂの厚みｔＳ（ｍｍ）と、下面スキン３０の厚みｔＬ（ｍｍ）とがｔＳ＞ｔＬの関係にある補強部を有することを特徴とする医療機器用天板。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの外周を少なくとも２つの側面スキンと下面スキンとで被着させ、少なくとも一方の前記側面スキンの外側にフレームが取り付けられた医療機器用天板において、該側面スキンの少なくとも一部に、側面スキンの厚みｔＳ（ｍｍ）と、下面スキンの厚みｔＬ（ｍｍ）とがｔＳ＞ｔＬの関係にある補強部を有することを特徴とする医療機器用天板。
【請求項２】
前記補強部が、前記側面スキンと前記フレームとが接する部位を含むように設けられることを特徴とする請求項１に記載の医療機器用天板。
【請求項３】
前記補強部に少なくとも１層の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の医療機器用天板。
【請求項４】
前記補強部に含まれるＦＲＰとして、医療機器用天板の長手方向に対して３０度〜６０度および／または−３０度〜−６０度に配向する層を含むことを特徴とする請求項３に記載の医療機器用天板。
【請求項５】
前記補強部に含まれるＦＲＰとして、医療機器用天板の長手方向に対して７０度〜１１０度に配向する層を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の医療機器用天板。
【請求項６】
前記ＦＲＰは炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を少なくとも含むことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の医療機器用天板。
【請求項７】
前記補強部は、別工程で成形された前記ＦＲＰを前記側面スキンに接合してなることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の医療機器用天板。
【請求項８】
前記補強部に少なくとも１層の金属板を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の医療機器用天板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は強度に優れ、Ｘ線診断装置等に好適な医療機器用天板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線診断装置や、ＣＴスキャナに用いられる医療機器用天板は、その上に載置される患者の体重を支えるために十分な強度、剛性を備えるとともに、撮影画像を鮮明にするためにＸ線透過性に優れた硬質のプラスチックからなるコアと繊維強化プラスチック (ＦＲＰ)製のスキンとのサンドイッチ構造として構成されたものが多く用いられている。
【０００３】
天板は、Ｘ線診断装置やＣＴスキャナ内で患者を任意の位置に固定して撮影する必要があるため、足元側を本体に固定した片持ち状態で使用されることが多い。天板の十分な曲げ強度を得るために、使用材料の検討や、コアやスキンの厚み増大などの検討が行われている。しかしながら、コアやスキン厚みの増大は、コストアップだけではなくＸ線透過性の悪化につながるため、単純に厚みを増大するのではなく、より最適にコアやスキン厚みや材料配置を設計することが求められている。
【０００４】
このような課題に対し、特許文献１では曲げモーメントが作用する時に、天板が凸側（引張側）となる上面スキンを高い引張り強度を有する炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で構成し、凹側（圧縮側）となる下面スキンを高い圧縮強度を有するＣＦＲＰで構成する事が提案されている。また、特許文献２では複数のＦＲＰ層からなるスキン層において、曲げモーメントが作用した時に、引張側となる上面スキン層の最もコア側に位置するＦＲＰ層の材料に、そのＦＲＰ層の外側に隣接するＦＲＰ層よりも圧縮強度の高い材料を配置し、逆に圧縮側となる下面スキン層では最もコア側に位置するＦＲＰ層の材料に、そのＦＲＰ層の外側に隣接するＦＲＰ層よりも引張強度の大きい材料を配置する事が提案されている。
【０００５】
このような天板に対し、特許文献３にあるような天板では、天板支持部となる根元側のＸ線透過範囲外側にフレームが取り付けられている。かかる構成の天板においては、上記片持ち曲げとなる天板とは異なり、フレームの取り付け部界面で応力集中が発生するため、前述の提案構成ではこの問題点を解決することが出来なかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平５−６２２０８号公報
【特許文献２】特開２００４−２１６０２１号公報
【特許文献３】特開平７−２６５３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来の天板の上述した問題点に鑑みてされたもので、Ｘ線透過範囲外側にフレームが取り付けられた天板において、優れた強度をもつ医療機器用天板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するため、本発明では、コアの外周を少なくとも２つの側面スキンと下面スキンとで被着させ、少なくとも一方の前記側面スキンの外側にフレームが取り付けられた医療機器用天板において、該側面スキンの少なくとも一部に、側面スキンの厚みｔＳ（ｍｍ）と、下面スキンの厚みｔＬ（ｍｍ）とがｔＳ＞ｔＬの関係にある補強部を有することを特徴とする医療機器用天板が提供される。
【０００９】
また、前記補強部が、前記側面スキンと前記フレームとが接する部位を含むように設けられることが好ましい。
【００１０】
さらにまた、前記補強部に少なくとも１層の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を含むことも好ましい。ここで、前記補強部に含まれるＦＲＰとして、医療機器用天板の長手方向に対して３０度〜６０度および／または−３０度〜−６０度に配向する層を含むことができる。また、前記補強部に含まれるＦＲＰとしてを、医療機器用天板の長手方向に対して７０度〜１１０度に配向する層を含むこともできる。
【００１１】
さらに、前記ＦＲＰは炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を少なくとも含むことも好ましい。
【００１２】
また、前記補強部は、別工程で成形された前記ＦＲＰを前記側面スキンに接合してなることが好ましい。
【００１３】
上記いずれかの場合において、前記補強部に少なくとも１層の金属板を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、２つの側面スキンの外側にフレームが取り付けられた医療機器用天板において、側面スキンの厚みtＳと下面スキン厚みｔＬとがｔＳ＞ｔＬの関係にある補強部を少なくとも一方の側面スキンに設けることによって、曲げモーメントが作用した時にフレームの取り付け部界面に集中する応力を効果的に低減することが出来、天板の強度を向上させる効果がある。
【００１５】
また、側面スキンとフレームが接する部位を含む一部分にのみ補強部を設けることによっても同様の効果が得られ、長手方向全域に補強部を設ける場合に比べ、材料コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明における天板の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明における天板の長手方向に直交する断面形状のうち、（ａ）は図１のａ−ａ’ 線に沿う断面図、（ｂ）は図１のｂ−ｂ’ 線に沿う断面図である。
【図３】本発明における天板の側面図であり、（ａ）は図１の右側から見た側面図、（ｂ）は図１の左側から見た側面図である。
【図４】本発明における天板の長手方向に直交する断面形状のうち、（ａ）は図１のａ−ａ’ 線に沿う断面図、（ｂ）は図１のｂ−ｂ’ 線に沿う断面図である。
【図５】本発明の一実施形態を示す天板の斜視図である。
【図６】本発明における天板の長手方向に直交する断面形状のうち、（ａ）は図５のａ−ａ’ 線に沿う断面図、（ｂ）は図５のｂ−ｂ’ 線に沿う断面図である。
【図７】本発明における補強部の構成を示す概略図である。
【図８】本発明における補強部の他の構成を示す概略図である。
【図９】本発明における実施態様に係る概略形状を示す天板の斜視図である。
【図１０】本発明における実施態様に係る概略形状を示す天板の断面図であり、（ａ）は図９のａ−ａ’ 線に沿う断面図、（ｂ）は図９のｂ−ｂ’ 線に沿う断面図である。
【図１１】本発明における他の実施態様に係る概略形状を示す天板の斜視図である。
【図１２】本発明における他の実施態様に係る概略形状を示す天板の断面図であり、（ａ）は図１１のａ−ａ’ 線に沿う断面図、（ｂ）は図１１のｂ−ｂ’ 線に沿う断面図である。
【図１３】本発明における実施態様に係る概略形状を示す天板の側面図である。
【図１４】本発明の実施例における強度評価の条件を示した概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて具体的に説明する。
【００１８】
図１は本発明における天板の概略斜視図、図２（ａ）は図１のａ−ａ’ 線に沿う断面図、図２（ｂ）は図１のｂ−ｂ’ 線に沿う断面図である。図１、図２に示すように、天板１は、コア１０とこのコア１０を包囲するように被着させた、上面スキン２０、下面スキン３０、側面スキン４０ａ、４０ｂからなるサンドイッチ構造を有している。また、この天板１の左右側部には、外方に突出する状態でフレーム５０が天板長手方向に沿って接着層６０を介して取り付けられている。
【００１９】
天板1の断面は、患者が横臥した際に十分にＸ線透過幅を確保しつつ、軽量化を両立させる点から、台形や矩形とする場合が多い。また、上面スキン２０は、図２に示すような平板状のもの以外に、患者の姿勢を安定な状態に保つために凹形の曲面状としてもよい。さらに、上面スキン２０だけでなく、コア１０全体の断面形状が三日月形状の断面を有していてもよい。
【００２０】
天板１の大きさは、用途等にもよるが、横臥した状態の患者がＸ線透過範囲に入るように、身長方向に２０００ｍｍ以上、幅方向に２００ｍｍ〜５００ｍｍ、厚みは３０ｍｍ〜７０ｍｍ程度が一般的に用いられる。
【００２１】
上記のような天板１は、例えば、コアに強化繊維を巻き付け、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、同様に一体成形したりすることができる。また、別途成形したスキンとコアを貼り合わせてもよい。
【００２２】
コア１０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などのプラスチック発泡体を用いることができる。これらのプラスチック発泡体は、Ｘ線透過性を確保するために高剛性・高強度の要求値を満足する範囲内で可能な限り低密度であることが好ましく、中でも安価で均一な物性が確保できるアクリルフォームが好適に用いられる。
【００２３】
スキンは、ＦＲＰ層を含んでいる事が好ましく、厚みは用途、天板の大きさや用いる強化繊維の種類、特性、形態等にもよるが通常、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が表面である場合もある。
【００２４】
ＦＲＰ層は、強化繊維とマトリクス樹脂を含んで構成される。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を用いることが好ましい。なお、これらの強化繊維は、平織、朱子織、綾織、すだれ織などの織物や、ストランドなどの形態で用いられる。
【００２５】
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、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂や、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などの熱可塑性樹脂を用いる事が出来る。なかでも、炭素繊維との接着性や成形性を考慮すると、エポキシ樹脂やビニルエステル樹脂を用いることが好ましい。
【００２６】
図３（ａ）は、図１に示す天板１の側面スキン４０ａ側から見た側面図、図３（ｂ）は図１の天板１の側面スキン４０ｂ側から見た側面図である。天板１において、曲げモーメントが負荷された場合、図３に示す側面スキン４０ａ、４０ｂの外方に取り付けられたフレーム５０の取り付け部境界Ｘ及びＹに応力集中が発生する。そこで、十分な強度を確保するため、図２に示すように側面スキン４０ａ、４０ｂの少なくとも一方の厚みｔＳが下面スキン３０の厚みｔＬに対して、ｔＳ＞ｔＬの関係を有することが本発明では重要である。
【００２７】
側面スキン４０ａ、４０ｂは、下面スキン３０と異なった厚みや積層構成であってよいが、連結部分が完全に不連続である場合、前記連結部分の強度が著しく低くなってしまう恐れがある。したがって、側面スキン４０ａ、４０ｂと下面スキン３０の少なくとも１層は連続になっていることが好ましい。
【００２８】
フレーム５０は、図２（ｂ）に示すように接着層６０を介して取り付けられており、例えばアルミ合金を押し出し成形して構成されたものが好適に用いられる。フレーム５０の取り付けに用いる接着剤は、曲げモーメント作用時に図３に示す境界Ｘ及びＹで発生する応力を吸収させるために弾性接着剤を使用することが好ましい。弾性接着剤は、剥離強度が高く、弾性に富み、かつ伸びの大きい接着剤であり、通常引張弾性率は１ＧＰａ〜２０ＧＰａで、破壊伸びは１〜５０％程度のものである。また、取り付け範囲について、図２（ｂ）では側面スキン４０ａ、４０ｂの途中までになっているが、側面スキン４０ａ、４０ｂの下端部まで広げることも可能である。
【００２９】
図４は、図２に示す本発明の別の実施形態である。図４（ａ）（ｂ）は、図２（ａ）（ｂ）に示す側面スキン４０ａ、４０ｂと下面スキン３０を一つの連続な下面スキン３１とし、側面に補強部１００を天板長手方向全域に配した態様を示したものである。
【００３０】
図５〜６は、図１、２、４に示す本発明の別の実施形態である。図５は、別の実施形態を示す斜視図、図６（ａ）は図５のａ−ａ’ 線に沿う断面図、図６（ｂ）は図５のｂ−ｂ’ 線に沿う断面図である。なお、図５に示すｂ−ｂ’ 線は、７０で示す補強範囲を含んでいるものとする。図５〜６に示す形態では、補強部１００を長手方向全域ではなく、図５に示すように、図３に示すフレーム５０の取り付け部境界Ｘ及びＹを含む一部分を補強範囲７０としている。また本形態においては、補強部１００を長手方向全域ではなく一部分に配置するため、長手方向全域に配置する場合に比べ、材料コストを抑えることが出来る。
【００３１】
また、図５〜６示す形態では、コア１０の形状を変えずに補強部１００を配置してしまうと、図５に示す補強範囲７０の表面には段差ができてしまうことになり、この段差によってフレーム６０の取り付け精度、あるいは意匠性などが低下する問題が発生するおそれがある。このような段差をなくすために、あらかじめ補強部１００を配置する範囲のコア１０を、補強部１００の厚み分削っておくことが好ましい。補強部１００は、樹脂が硬化していない状態で配置し、加熱・硬化して一体成形したり、あらかじめ別工程で成形したＦＲＰ硬化板や金属板を配置し、同様に一体成形したりすること等が可能である。
【００３２】
また、図５〜６に示す形態において、側面スキン４０ａ、４０ｂと下面スキン３０の少なくとも１層は連続になっていることが好ましく、より好ましくは側面スキン４０ａ、４０ｂと下面スキン３０が同じ構成で連続していることである。
【００３３】
図３に示すフレーム５０の取り付け部境界Ｘ及びＹでは、曲げモーメントが作用すると、天板長手方向の引張り・圧縮、天板厚み方向の引張り・圧縮、せん断のいずれか、あるいは組み合わせの大きな応力が発生する。したがって、補強部１００は設計の自由度が高いＦＲＰを少なくとも１層含んでいることが好ましい。さらに、少なくとも１層の金属プレートを含むことも可能である。また、図４、６に示す補強部１００はコア１０側に配置されているが、下面スキン３１の外側や層間にも配置することが可能である。
【００３４】
図７、８に補強部１００に含まれるＦＲＰの積層例１０１，１０２を示す。補強部１００に含まれるＦＲＰとして、図３に示す境界Ｘ及びＹにおいて、せん断応力が大きくなる場合には、図７に示すように、天板の長手方向（０度方向）に対して１０１ｂ、１０１ｃのような３０度〜６０度、又は−３０度〜−６０度の範囲、より好ましくは４０度〜５０度又は−４０度〜−５０度の範囲、さらに好ましくは±４５度方向に配向させた層を少なくとも１層含んでいることが好ましい。
【００３５】
また、図３に示す境界Ｘ及びＹにおいて、天板の厚み方向の引張・圧縮応力が大きくなる場合には、図８に示すように、天板の長手方向（０度方向）に対して１０２ｂ、１０２ｃのような７０度〜１１０度の範囲、より好ましくは８０度〜１００度の範囲、さらに好ましくは９０度方向に配向させた層を少なくとも１層含んでいることが好ましい。このように境界Ｘ及びＹに発生する応力によって、補強部１００に含まれるＦＲＰの積層厚みや配向角度の割合を変えて配置することが可能である。
【００３６】
補強部１００に含まれるＦＲＰは、平織、朱子織、綾織、すだれ織などの織物基材や繊維を一方向に揃えたプリプレグシートなどで構成される。前記ＦＲＰは高強度のものが得られ、積層枚数を少なくできることなどからＣＦＲＰであることが好ましい。
【実施例】
【００３７】
有限要素法を用いて本発明の効果を確認した。図９、図１０は実施例１の概略図、図１１，１２は実施例２の概略図を示している。なお、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。
【００３８】
図９〜１２に示す天板２の全長は３０００ｍｍ、幅は５００ｍｍ、厚みは３５ｍｍとし、断面形状は台形で、コア１１は弾性率０．０７ＧＰａのアクリルフォームとし、コア１１の周りを上面スキン２１と下面スキン３２と側面スキン４１ａと４１ｂで包囲されたサンドイッチ構造とした。
【００３９】
スキン層は全て同じ構成とし、天板長手方向を０度として０度方向弾性率８０ＧＰａ、９０度方向弾性率２４ＧＰａ、０度方向引張強度０．５７ＧＰａ、０度方向圧縮強度０．９１ＧＰａ、９０度方向引張強度０．１６ＧＰａ、９０度方向圧縮強度０．３ＧＰａ、せん断強度０．１ＧＰａ、厚み０．６５ｍｍの朱子織クロス２層、０度方向弾性率１４０ＧＰａ、９０度方向弾性率８．４ＧＰａ、０度方向引張強度１．９ＧＰａ、０度方向圧縮強度１．５ＧＰａ、９０度方向引張強度０．０７ＧＰａ、９０度方向圧縮強度０．２４ＧＰａ、せん断強度０．１ＧＰａ、厚み０．６５ｍｍのすだれ織クロス１層で構成した。
【００４０】
側面スキン４１ａ、４２ｂの外側のフレーム５１は、天板２の根元から長手方向に沿って１９００ｍｍ位置まで取り付けられ、弾性率６９．０ＧＰａのアルミ合金とした。また、側面スキン４１ａ、４１ｂとフレーム５１間の接着層６１は厚みを０．９ｍｍとし、接着剤の弾性率を２．０ＧＰａとした。
【００４１】
図９、１０に示す実施例１では、補強部１１０を長手方向全域に設けた。一方、図１１、１２に示す実施例２では、長手方向の一部分に設けた。長手方向の一部分に補強部１１０を設ける一例を図１３に例示した。図１３（ａ）は天板２の側面スキン４１ａ側から見た側面図、図１３（ｂ）は天板２の側面スキン４１ｂ側から見た側面図である。実施例２では、図１３で示すフレーム５１の取り付け境界Ｘ’、及びＹ’を中心に長手方向２００ｍｍの範囲、すなわち、天板２先端から１，０００〜１，２００ｍｍの範囲（根元から１，８００〜２，０００ｍｍの範囲）に配置した。なお、補強部１１０はＦＲＰ製で、以下に示す構成とした。
【００４２】
＜補強部構成＞
０度（９０度）方向弾性率５.４ＧＰａ、引張強度０．５ＧＰａ、圧縮強度０．７ＧＰａ、せん断強度０．１ＧＰa、厚み０．３６ｍｍの平織クロスを天板２の長手方向に対して０度（９０度）方向に４層、＋４５度方向２層、−４５度方向に２層積層した。
【００４３】
天板２の側面スキン４１ａ側から見た側面図である図１４に強度評価の荷重拘束条件を示した。強度評価は、図１４の中の２００で示したフレーム６１の根元から２００ｍｍ〜７００ｍｍ範囲を固定し、２０１で示す、天板の先端から８５０ｍｍ位置に剛性条件の約４倍に相当する８.５ｋＮの集中荷重を負荷して実施した。
【００４４】
（１）実施例１
上記構成の補強部１１０を長手方向全域のコア側に配置した場合について、有限要素法を用いて強度解析を実施した。
【００４５】
（２）実施例２
上記構成の補強部１１０を側面スキン４１とフレーム６１の接する境界点Ｙを含む長手方向２００ｍｍの範囲に配置した場合について、強度解析を実施した。
【００４６】
（３）比較例１
図９〜１２に示す実施例において、補強部１１０がない場合について、有限要素法を用いて強度解析を実施した。
【００４７】
強度解析より各要素における応力値を求め、（１）式から複合材料の破壊指標であるＴｓａｉ−ｗｕ値ηを算出した。
η＝Ｆ１σ１１＋Ｆ２σ２２＋Ｆ１１σ１１２＋Ｆ２２σ２２２＋Ｆ６６σ１２２＋２Ｆ１２σ１１σ２２    （１）
σ１１は天板長手方向の応力、σ２２は天板長手直交方向の応力、σ１２は面内せん断応力である。
また（１）式中の各係数は（２）〜（７）式で定義される。
Ｆ１＝１／Ｘｔ＋１／Ｘｃ    （２）
Ｆ２＝１／Ｙｔ＋１／Ｙｃ           （３）
Ｆ１１＝−１／ＸｔＸｃ             （４）  
Ｆ２２＝−１／ＹｔＹｃ             （５）
Ｆ６６＝１／Ｓ２                   （６）
Ｆ１２＝ｆ（Ｆ１１Ｆ２２）1/2      （７）
Ｘｔは天板長手方向の引張強度、Ｘｃは天板長手直交方向の圧縮強度、Ｙｔは天板長手直交方向の引張強度、Ｙｃは天板長手直交方向の圧縮強度、Ｓは面内せん断強度である。ｆは−１＜ｆ＜１の値でｆ＝−０．５として計算した。Ｔｓａｉ−ｗｕ値η≧１で破壊すると判断し、最大Ｔｓａｉ−ｗｕ値の逆数を安全率と定義して結果を表１に示した。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
上記の結果のとおり、比較例１に対して、実施例１で約９７％、実施例２で約８６％安全率が向上し、補強部１１０の効果を確認できた。
また、実施例１と実施例２で同程度の効果が得られており、材料コストを抑えることが出来る点で、実施例２の形態がより有効であることが確認できた。
【符号の説明】
【００５０】
１：  天板
１０、１１：コア
２０、２１：上面スキン
３０、３１、３２：下面スキン
４０ａ、４１ａ：側面スキン（右）
４０ｂ、４１ｂ：側面スキン（左）
５０：フレーム
６０：接着層
１００、１１０：補強部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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