医療技術のと 2. 開発とデザインの関わり画像診断装置の開発では一般にユーザ ( 操作者等 ) と開発者の接点が少ないため実使用上の良否を互いに共通認識する機会が余りありませんでした特に今回説明をいたします一般 X 線撮影装置の場合では使用する施設の規模によって使用頻度や運用方法等が異な

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ひでかこしの
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株式会社日立メディコ製一般 X 線撮影装置 Radnext PLUS の開発におけるデザインの関わり株式会社日立メディコ知的財産部業務情報グループ長蜂谷晃抄録当社が扱っている画像診断装置の開発では

また使い勝手は使用する施設の規模等によって使用方法が異なり操作者のニーズを的確に捉えることが困難でしたそのため最近の当社の開発においてはデザイナーが開発の初期段階から開発者と一体となって開発に関わり

さらにその装置で検査を受ける被検者からの視点で製品開発を行っております過去の画像診断装置は必要な検査ができることに重きが置かれ装置の外観まではあまり意識されておりませんでしたしかしながら

1 株式会社日立メディコ製一般 X 線撮影装置 Radnext PLUS の開発におけるデザインの関わり株式会社日立メディコ知的財産部業務情報グループ長蜂谷晃抄録当社が扱っている画像診断装置の開発では従来は装置を実際に利用する操作者と開発者の接点が少なく特に使い勝手の面を検討することが多いデザイナーが操作者の話を聞く機会はほとんどありませんでしたまた使い勝手は使用する施設の規模等によって使用方法が異なり操作者のニーズを的確に捉えることが困難でしたそのため最近の当社の開発においてはデザイナーが開発の初期段階から開発者と一体となって開発に関わりまたデザイナーと開発者が操作者より直接意見を聞いて開発に反映することで操作者の立場に立った製品の開発を行っております本稿では当社の一般 X 線撮影装置 Radnext PLUS を例にデザインと製品及び知的財産の関わりについてご紹介いたします 1. はじめに当社は病院等で利用される X 線装置 CT 装置 MRI 装置超音波装置等の画像診断装置を開発製造販売しており Patient Friendly をキーワードに装置を実際に利用する操作者さらにその装置で検査を受ける被検者からの視点で製品開発を行っております過去の画像診断装置は必要な検査ができることに重きが置かれ装置の外観まではあまり意識されておりませんでしたしかしながら最近の傾向として必要な検査ができるだけではなく装置自身のデザインも重視されるようになってきておりますなお当社装置のデザインは株式会社日立製作所デザイン本部様のご協力の元数々の製品を開発しその時代に合わせ操作者被検者双方に配慮したデザインを行ってきております S P e Radnext PLUS UR S A A R S AP R S AR A 図 1 デザインの変遷 30

2 医療技術のと 2. 開発とデザインの関わり画像診断装置の開発では一般にユーザ ( 操作者等 ) と開発者の接点が少ないため実使用上の良否を互いに共通認識する機会が余りありませんでした特に今回説明をいたします一般 X 線撮影装置の場合では使用する施設の規模によって使用頻度や運用方法等が異なっているため開発者にはわからないことが多くユーザニーズを的確に捉えることが難しくなっていましたさらに通常開発者は画像診断装置の機能を中心に開発するため実際に使用する際の使い勝手を考慮したデザインにするためにはデザイナーの協力が必要不可欠ですので当社の最近の開発では開発の初期段階からユーザ開発者デザイナーが一緒になって開発することが多くなってきています今回 2012 年度の機械工業デザイン賞において日本力 ( にっぽんぶらんど ) 賞を受賞いたしました Radnext PLUS の天井走行式管球保持装置 SX-A300 を例に開発から製品化さらにそれに付随する知的財産権の状況についてご説明します 3. Radnext PLUS 開発の背景 Radnext PLUS は X 線管を天井に配置した天井走行式管球保持装置を備え被検者が立った状態で撮影可能な立位撮影台及び被検者を寝かせた状態で撮影可能な臥位テーブル及び画像処理装置を組み合わせて使用される一般 X 線撮影装置であり基本的な画像診断装置の一つです使用頻度も高く高い操作性が求められ過去に数回に亘りマイナーチェンジを行ってまいりましたが今回当社では天井走行式管球保持装置に対するユーザニーズを根本的に見直すことにしましたまた一般 X 線撮影装置の市場に関する各種マーケット調査報告では国内及び先進国ではフラットパネル検出器 (FPD) の急激な展開に伴い買い替え需要が増えると予想されまた新興国でも経済発展に伴う医療レベルの向上により農村部等での医療施設の新設により増えることが予想されていました当社の従来装置では新興国での需要が高い普及機及び先進国等で要求されている高級機の2 機種を販売してきましたがそれぞれの機種において撮影用途や撮影方法が異なっておりましたので今回国内先進国のみならず新興国を含めた普及機高級機のユーザニーズに対応できる天井走行式管球保持装置を開発することにしました 4. 仕様の検討病院において画像診断装置で撮影する際患者に一番に接するのは操作者である診療放射線技師の方々でありその方々の使い勝手が良くなければ患者に対しても快適な検査ができませんしかしながら先ほども述べましたように今まではユーザである診療放射線技師の方々と製品の開発者の接点が少なかったため診療放射線技師の方々が満足する使い勝手にすることは難しいものでしたそこで今回の開発では小規模病院から大規模病院まで複数の施設より診療放射線技師の方々を仕様検討のワーキンググループ (WG) に加えてユーザと開発者デザイナーが開発の最上流から一緒になって開発を進めましたその中で病院内の装置を実際操作しながら診療放射線技師より直接話を伺い例えば以下のような問題点を抽出しました装置が重いため両手での操作になり被検者へのサポートが難しい図 2 Radnext PLUS 31

図 3 コンセプトスケッチ被検者により異なる撮影部位へのセッティングが煩雑作業中に装置が操作者被検者に接触することがある装置の外観が大きく威圧感がある

被検者も小児から老人までで体格も一人ひとり異なることなどから重い管球を上下左右前後に移動して細かい位置決めを行うことは大変な重労働となっていましたこれらの動作を分析し手動で

評価結果を踏まえ改良を加えて製品設計を行いました完成が近づいた段階で第二次モックアップを作り二次評価を行いその評価結果に対しさらに改良を加えて最終評価で OKとなるまで約 3

Radnext PLUS ( 天井走行式管球保持装置 SX-A300 ) の特徴 1) デザイン的特徴今回の開発コンセプトを達成するためデザイン面からは以下の開発を行いました 1.

3 図 3 コンセプトスケッチ被検者により異なる撮影部位へのセッティングが煩雑作業中に装置が操作者被検者に接触することがある装置の外観が大きく威圧感がある停止時の電磁ロックのノイズが大きい今までの開発では知り得なかった日常業務の中で天井走行式管球保持装置を使う苦労の多いさまざまな状況が分かりました検査部位は毎回異なること被検者も小児から老人までで体格も一人ひとり異なることなどから重い管球を上下左右前後に移動して細かい位置決めを行うことは大変な重労働となっていましたこれらの動作を分析し手動で素早く軽やかに静かにをコンセプトとしてコンセプトスケッチを作成しましたこの分析結果コンセプトスケッチから第一次モックアップを製作し WG メンバーで一次評価を行い評価結果を踏まえ改良を加えて製品設計を行いました完成が近づいた段階で第二次モックアップを作り二次評価を行いその評価結果に対しさらに改良を加えて最終評価で OKとなるまで約 3 年の開発期間を経て最終製品が完成しました 5. Radnext PLUS ( 天井走行式管球保持装置 SX-A300 ) の特徴 1) デザイン的特徴今回の開発コンセプトを達成するためデザイン面からは以下の開発を行いました 1.1) ワンハンドコントローラ従来は両手で行っていた操作を一部片手で効率良く代替しうるものとして片手での動作や操作ボタンの配置などを考慮しましたこれにより片手で管球を操作しながらもう一方の手で被検者の介助が行えまた管球の向きが変わってもハンドルが回転することで指と操作ボタンの位置図 4 ワンハンドコントローラ図 5 ワンハンドコントローラの使用例 32

医療技術のと関係が一定となりどのような位置でも変わらぬ操作性を実現しましたさらに右手と左手のいずれの操作でも同じように行えるよう

2) 操作部液晶画面従来からあるハンドル部はワンハンドコントローラを邪魔しないようできるだけコンパクトにするとともに

ボタンデザインは多様なポジションであっても操作しやすいデザインと配置に考慮しました液晶画面につきましては以下の点を配慮した画面構成にしました 1

その中でも被検者に対して少しでも検査のストレスを軽減できるよう全体に丸みを帯びたデザインを採用しました特に

装置外観 2) 機構的特徴今回の開発コンセプトの達成及びデザイン的特徴を実現するために技術的な面から以下の操作性向上機能向上を行いました図 6 図 7 操作部

4 医療技術のと関係が一定となりどのような位置でも変わらぬ操作性を実現しましたさらに右手と左手のいずれの操作でも同じように行えるようボタン配置はシンメトリカルとしました 1.2) 操作部液晶画面従来からあるハンドル部はワンハンドコントローラを邪魔しないようできるだけコンパクトにするとともにワンハンドコントローラ付近のハンドル部分に傾斜角をつけ自然に手が添えられるようにしましたまたボタンデザインは多様なポジションであっても操作しやすいデザインと配置に考慮しました液晶画面につきましては以下の点を配慮した画面構成にしました 1 明るい撮影室でも見やすい文字背景色 2 必要な項目のフォントサイズを大きく強調 3 縦位置横位置でも情報のブレが少ないレイアウト 4タブ画面や階層を浅くしページ遷移の簡易化 1.3) 装置外観ワンハンドコントローラや操作部は上記のようにデザインを一新しましたが天井走行式管球保持装置全体の構成は大きく変わるものではありませんしかしながらその中でも被検者に対して少しでも検査のストレスを軽減できるよう全体に丸みを帯びたデザインを採用しました特に今までは操作部を支える支柱部分は四角柱の四隅を面取りしたような八角柱でしたがゆるいアール形状を持たせた樹脂カバーを被せ支柱全体に丸みが出るようにしました図 8 装置外観 2) 機構的特徴今回の開発コンセプトの達成及びデザイン的特徴を実現するために技術的な面から以下の操作性向上機能向上を行いました図 6 図 7 操作部液晶画面 2.1) 操作力の軽減化 1 管球回転バランスの最適化および操作力の調整可能化一般 X 線撮影装置の使い勝手を考える上で X 線管球部の操作性を外すことはできませんので管球回転バランスの最適化および操作力の調整可能化による操作性の向上を図るべく各部のバランスを見直しました X 線管球部を回転動作させる際に X 線管球へ電源を供給するケーブルは次の支持点までの距離が長いことによりケーブル自体の自重が回転動作に影響している点について各部操作力を実測定で確認しました今回の開発ではケーブル自重の影響を最小化するためにケーブル束用カバーチューブの変更 ( 次項 ) による軽量化およびケーブル自重を小さくするためのケーブル中間固定点の追加その改良を考慮し管球回転軸を適切な位置へ移動するなどしました 33

てくるためケーブル束の軽量化は装置全体の操作性に影響します今回の開発では操作性を良くするための根本的な重さを軽減するため従来約

5kg まで軽量化を行い合わせて直径も 4cm 程度に細くし大幅に軽量化しました 3 支柱バランス用ワイヤーロープ部の最適化天井走行式管球保持装置は

このクリック感の感覚を納入後でも調整可能なように改良しましたに強力なスプリングを天井走行台車に納め

ワイヤーロープがプーリーに巻きつく際の曲げおよび伸ばしによって発生する抵抗を最小にすることにしました

装置に収まる大きさに最適化することが重要でありその最適化においては自己回帰型の計算手法を用いました結果的には上下ストローク延長に伴うバネの強化

管球回転の操作以外にも撮影部位への移動を伴うためX 線管球部から出ているケーブル束も装置の移動と同一範囲を移動するようになっていますこれは

5 てくるためケーブル束の軽量化は装置全体の操作性に影響します今回の開発では操作性を良くするための根本的な重さを軽減するため従来約 15kgあったケーブルカバーチューブの材質を変更して約 1.5kg まで軽量化を行い合わせて直径も 4cm 程度に細くし大幅に軽量化しました 3 支柱バランス用ワイヤーロープ部の最適化天井走行式管球保持装置は装置の移動を軽減するため図 9 固定点の追加と回転中心また管球回転操作において 45 度ずつの角度でクリック感を付けていますがこのクリック感の感覚を納入後でも調整可能なように改良しましたに強力なスプリングを天井走行台車に納め伸縮によって変化するスプリングの力を一定になるような機構を作りワイヤーロープで伸縮する支柱を支える構造になっています今回の開発ではワイヤーロープがプーリーに巻きつく際の曲げおよび伸ばしによって発生する抵抗を最小にすることにしました細いワイヤーロープをできるだけ大きな曲げ半径を持つプーリーで走行させることで支柱上下操作に必要な力の低減ができましたただし装置に収まる大きさに最適化することが重要でありその最適化においては自己回帰型の計算手法を用いました結果的には上下ストローク延長に伴うバネの強化バネの強化に伴う一部のワイヤーロープ直径の拡大などの効果で従来装置と同等なレベルとなりました 2ケーブル束用カバーチューブの変更被検者を撮影する場合管球回転の操作以外にも撮影部位への移動を伴うためX 線管球部から出ているケーブル束も装置の移動と同一範囲を移動するようになっていますこれは天井から吊り下げられた X 線管まで高電圧ケーブル ( 最大 15 万ボルトの電圧供給用 ) がつながっているためですすなわち装置を移動するとケーブル束も付い 4 天井走行ローラの幅広化による面圧の低減天井走行部はアルミ素材によって製造されたレールとほぼ同等の硬さを持つローラによって走行 / 保持されています今回の開発ではローラ幅を従来比 1.5 倍にすることでローラ及びレールの長寿命化動き出し抵抗の低減を実現しました図 10 ケーブルカバーの軽量化 34

線焦点位置は最も下げた状態で床上 350mm 450mm となりこの状態だと膝関節付近の撮影では踏み台等を使用しなければなりませんでした

ストロークは 1650mm に構成することにより最も高い位置でも従来装置と変わらない位置でありながら最も低い位置では従来装置よりも

3) 静音化従来装置では装置を動作させる際にバネを使用してブレーキ板から電磁ブレーキを垂直に 1 2mm 離しており

電磁ブレーキと鉄板が吸着して衝突する際に衝撃音が発生していました今回の開発ではブレーキの吸着 / 退避での移動を極小化して

常時非常に弱いバネで鉄板側に押しつける構造としました図 11 上下動長ストローク化 3)

6 医療技術のと 2.2) 上下動の長ストローク化従来装置は上下動のストロークが 1500mm に対し天井高さは mm 程度が想定され X 線焦点位置は最も下げた状態で床上 350mm 450mm となりこの状態だと膝関節付近の撮影では踏み台等を使用しなければなりませんでした今回の開発で天井高さを 2800mmと設定した場合床上 300mmまでのストロークを計画しました床からの最大高さは 1950mmでストロークは 1650mm に構成することにより最も高い位置でも従来装置と変わらない位置でありながら最も低い位置では従来装置よりも 150mm 下に伸び膝関節付近の撮影も踏み台を使用せずに撮影が可能となりました 2.3) 静音化従来装置では装置を動作させる際にバネを使用してブレーキ板から電磁ブレーキを垂直に 1 2mm 離しておりブレーキを掛ける際には電磁ブレーキがその吸着力で移動して吸着するという構造を採っていましたがこのような構造では電磁ブレーキと鉄板が吸着して衝突する際に衝撃音が発生していました今回の開発ではブレーキの吸着 / 退避での移動を極小化してブレーキの移動に伴う衝撃音の発生を極力抑え込む方針とし具体的には従来装置の動作時での電磁ブレーキの退避量をなくし常時非常に弱いバネで鉄板側に押しつける構造としました図 11 上下動長ストローク化 3) その他特徴画像処理やワークフロー等については日々改良が求められております例えば画像処理ではグリッドモアレ除去濃度安定化コントラスト向上階調特性の最適化を行う FAiCE α 技術を搭載し上記各種処理を適正に行うことで体型が変わっても最適な画像を得ることができるようになりましたまた撮影条件被検者情報撮影オーダー画像処理画面等を操作者のコンソールに表示できるようにし省スペース操作の一元化ワークフローの向上を図りました図 12 画像処理コンソール 35

6. Radnext PLUS ( 天井走行式管球保持装置 SX-A300 ) における知的財産上記において Radnext PLUS ( 天井走行式管球保持装置 SX-A300 ) の特徴を説明いたしましたが知的財産の観点

+ハンドルの構成はありましたが Radnext PLUS ではハンドルを握った時でも操作スイッチが容易に操作できる位置関係になるようにコンパクトなハンドル操作部としましたまたハンドル下部に傾斜を設け垂直に配置された時と比べ自然に手が添えられるよう配慮しましたおりました

被検者のストレス軽減という観点から目に触れる部分全てにおいて見直しを行い従来は直線的な構成となっていた天井走行部のカバーについても丸みをつけ意匠出願を行いましたなお 1.

( 相違点 ) を主張することが難しいと判断したためです 3ワンハンドコントローラ天井走行式管球保持装置を備えた一般 X 線撮影装置においてはワンハンドコントローラのような操作器は今までに存在しておりませんでしたのでワンハンドコントローラのみで意匠出願いたしました 2

7 6. Radnext PLUS ( 天井走行式管球保持装置 SX-A300 ) における知的財産上記において Radnext PLUS ( 天井走行式管球保持装置 SX-A300 ) の特徴を説明いたしましたが知的財産の観点特に今回はデザイン的な面を中心に製品との関係を説明いたします 1) 意匠出願今回の開発では操作器ワンハンドコントローラの操作部分さらにカバーを含めた装置全体を見直しましたので上記を中心に意匠出願を行いました 1 操作器従来の天井走行式管球保持装置の操作器においても操作画面 +ハンドルの構成はありましたが Radnext PLUS ではハンドルを握った時でも操作スイッチが容易に操作できる位置関係になるようにコンパクトなハンドル操作部としましたまたハンドル下部に傾斜を設け垂直に配置された時と比べ自然に手が添えられるよう配慮しましたおりましたしかしながら天井走行部のカバーは余り機能に関係する部分ではなく被検者も操作者も直接触れるところではないため外観についてはそれほど考慮しているものではありませんでした今回の開発において操作者の操作性だけでなく被検者のストレス軽減という観点から目に触れる部分全てにおいて見直しを行い従来は直線的な構成となっていた天井走行部のカバーについても丸みをつけ意匠出願を行いましたなお 1.3 装置外観において支柱に関してはカバーをつけ支柱全体に丸みを持たせたことを説明いたしましたがこの支柱に関しては意匠出願は行いませんでした支柱は従来においても八角柱を採用しており八角柱である時点で四角柱より円柱に近くその八角柱に丸みをつけたカバーを付けた点で従来との違い ( 相違点 ) を主張することが難しいと判断したためです 3ワンハンドコントローラ天井走行式管球保持装置を備えた一般 X 線撮影装置においてはワンハンドコントローラのような操作器は今までに存在しておりませんでしたのでワンハンドコントローラのみで意匠出願いたしました 2 天井走行部カバー従来の天井走行式保持装置については操作者が直接触れる操作器については各社とも検討し意匠出願等も行って 4 装置全体天井走行式管球保持装置は従来から存在しておりますので全体的な構成 ( カバー支柱操作器 ) 自体には大き図 13 Radnext PLUS(SX-A300) の意匠 (1) 1 意匠登録第号 2 意匠登録第号 3 意匠登録第号 4 意匠登録第号図 14 Radnext PLUS(SX-A300) の意匠 (2) 36

医療技術のと 5 意匠登録第 1430074 号 6 意匠登録第 1430198 号 7 意匠登録第 1446049 号 8 意匠登録第

今回はカバーを含めた全体の見直しを行いましたので装置全体での意匠出願を行いました 5 8

線条件などを表示した画面をそれぞれ意匠出願いたしました 2) 特許出願ワンハンドコントローラの意匠は最終的な製品形態のみを出願いたしましたが

仕様の検討の WGにて図 2に示すようなコンセプトスケッチを作成した段階で既に出来上がっておりましたので

年前の2010 年 3 月 29 日に出願しております特許出願においては意匠出願のワンハンドコントローラの形状とは多少異なりますが

8 医療技術のと 5 意匠登録第号 6 意匠登録第号 7 意匠登録第号 8 意匠登録第号図 15 Radnext PLUS(SX-A300) の意匠 (3) な違いはありませんが今回はカバーを含めた全体の見直しを行いましたので装置全体での意匠出願を行いました 5 8 操作画面今回の操作器及びワンハンドコントローラの開発に伴い操作画面も見直しを行い操作画面が横の時縦の時さらに画面の内容を異ならせたX 線条件などを表示した画面をそれぞれ意匠出願いたしました 2) 特許出願ワンハンドコントローラの意匠は最終的な製品形態のみを出願いたしましたがそのコンセプトは上述の 4. 仕様の検討の WGにて図 2に示すようなコンセプトスケッチを作成した段階で既に出来上がっておりましたのでそのコンセプト内容を特許として出願しましたワンハンドコントローラの意匠出願は 2011 年 3 月 31 日ですがそのコンセプト特許は約 1 年前の2010 年 3 月 29 日に出願しております特許出願においては意匠出願のワンハンドコントローラの形状とは多少異なりますが片手で操作できロック機構を備えた回転できる操作器として出願しワンハンドコントローラのコンセプトを権利化することができましたさらにコンセプト特許ではカバーしきれない使い勝手の部分については最終形態が出来上がった意匠出願と同時期に追加で出願しましたのでワンハンドコントローラを意匠特許の両方で出願することによりデザイン+ 機能をカバーすることができました図 16 ワンハンドコントローラのコンセプト特許 37

9 図 17 ワンハンドコントローラに関する他の特許 7. まとめ当社ではここ数年の開発において開発者とデザイナーが開発の初期段階から一緒になって開発しており開発者とデザイナーの意思を統一するため最初に開発のコンセプトをイメージにしております ( 例えばコンセプトカタログや今回の Radnext PLUS のようなコンセプトスケッチ ) また開発者とデザイナーが実際の現場に行き開発者デザイナー自身が操作者より直接話を聞くことで細かいニュアンスを含む課題や問題点要望を理解することができより操作者の立場に立った製品に近づけることができるものと考えておりますこのような開発者とデザイナーとの一体的に開発された製品が最近のデザイン賞 ( 全国発明表彰機械工業デザイン賞グッドデザイン賞キッズデザイン賞ドイツレッドドットデザイン賞ユニバーサルデザイン賞等 ) でも認められており当社としても今後の開発の励みになっております今後も操作者被検者の立場に立ちデザイン的な面機能的な面からの機能向上操作性の改良に取り組んでいきたいと思いますなお本文及び図面中に記載いたしました Radnext PLUS の名称は天井走行式管球保持装置を備えたX 線撮影装置 Radnext 50/80 と画像処理装置 DXR-3000F を組み合わせた総称ですまた今回説明するワンハンドコントローラ付の操作器を含む天井走行式管球保持装置 SX-A300 はオプション構成であり操作器が異なる他の天井走行式管球保持装置を組み合わせることも可能です Radnext AIRIS APERTO CUREVISTA HI VISION Preirus Preirus SCENARIA FAiCE FAiCE αは株式会社日立メディコの登録商標です Noblus は日立アロカメディカル株式会社の登録商標です参考文献 MEDIX Vol.57 新型天井走行式管球保持装置 SX-A300 の開発株式会社日立メディコ (2012.9) profile 蜂谷晃 ( はちやあきら ) 1990 年株式会社日立メディコ入社現在まで主に管理業務及び意匠商標業務に従事 38

ACモーター入門編サンプルテキスト

ACモーター入門編サンプルテキスト技術セミナーテキスト AC モーター入門編目次 1 AC モーターの位置付けと特徴 2 1-1 AC モーターの位置付け 1-2 AC モーターの特徴 2 AC モーターの基礎 6 2-1 構造 2-2 動作原理 2-3 特性と仕様の見方 2-4 ギヤヘッドの役割 2-5 ギヤヘッドの仕様 2-6 ギヤヘッドの種類 2-7 代表的な AC モーター 3 温度上昇と寿命 32 3-1 温度上昇の考え方