JP2004344289A

JP2004344289A - ４輪駆動式電動車椅子

Info

Publication number: JP2004344289A
Application number: JP2003143177A
Authority: JP
Inventors: Hideki Torita; 秀樹取田
Original assignee: Kanto Jidosha Kogyo KK; Kanto Auto Works Ltd
Current assignee: Kanto Jidosha Kogyo KK; Toyota Motor East Japan Inc
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: JP4307153B2

Abstract

【課題】ロータが周囲に配列された全方向車輪を用いて動力の伝達ロスを抑制でき、かつスムーズに走行できる前後連動型の４輪駆動式電動車椅子を提供する。
【解決手段】一方側の前輪２及び後輪３並びに他方側の前輪２及び後輪３をそれぞれ共通に駆動する両側一対の駆動部２０を備えると共に、一対の前輪２には、車輪直進方向に対して直交方向へ回転可能な複数個のロータ１０がリムの周囲に配列されている４輪駆動式電動車椅子において、各ロータ１０は、周面により車輪外周円の円弧を形成するように、先端部の直径を基端部の直径よりも小さくする半紡錘形状に形成され、かつ先端部が、隣合う基端部に近接し得るように、この基端部に形成された凹部に部分的に侵入すると共に、前輪２及び後輪３のトレッドが互いに同一に設定されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方側の前後輪並びに他方側の前後輪をそれぞれ共通に駆動する両側一対の駆動部を備えると共に、一対の前輪及び一対の後輪のうち一方対の車輪には、車輪直進方向に対して直交方向へ回転可能なロータがリムの周囲に配列されている４輪駆動式電動車椅子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の４輪駆動式移動車は特許文献１により周知であり、四輪駆動により坂道を安定に走行でき、凹凸段差もスムーズに通過でき、直進性も優れ、前後連動型であることにより高い操縦安定性及び走破性が安価に実現される。全方向輪の採用により操舵が両側の車輪の速度差による差動回転式に行われ、一般的な車輪操向式に較べて旋回時に旋回半径を小さくでき、室内での操舵時に床面を傷めないで済み、通常の後輪又は前輪駆動の電動車椅子と同様な操作性や取り回しでありながら、操舵の乱れも生じにくくなる。
【０００３】
一方、進行方向に対して直交方向へ回転するロータを周囲に備えた全方向輪としては特許文献２により円筒状ローラを配列するのが周知であるが、車輪周辺を円形にし得ない為にスムーズに走行できない問題があるのに対して、特許文献２による全方向輪の場合、幅狭のロータが両側に設けられ、一方側のロータ間の隙間に他方の対のローラが位置するように回転位置をずらして配列されている。また、これらの全方向輪は、ローラ間の隙間に小石などが挟まる問題があるために、本出願人は、隙間発生を抑制して車輪外周を略完全円形にするように、特許文献３により、車輪直進方向に対して直交方向へ回転可能な複数個の半紡錘形状のロータをリム周囲に配列した全方向輪を提案した。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６０−２４１４３８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３７６０２号公報
【特許文献３】
特開平１１−２２７４０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の１個の車輪の両側にローラを並設された全方向輪を用いた４輪駆動式移動車の場合、車輪の幅が広くなり、したがって他方のタイヤ車輪よりも幅が広くなり、それぞれの内側の側面をフレームに沿って揃えた場合、前後輪のトレッドが同一にならず、したがって旋回時に旋回半径がずれることにより駆動ロスが生じる問題がある。また、トレッドを同一にするように、両側のローラ間の中間位置を他方の車輪に揃えたとしても両側のローラの交互の接地或は旋回経路も他方の車輪に対して僅かにずれた状態で交互に切換わることになり、振動や騒音はいずれにしても解消できず、駆動ロスが発生し、タイヤの磨耗も早まる。加えて、このような全方向車輪を備えた４輪駆動式移動車の場合、いずれかの車輪がスリップした際にロータの回転で進行方向が乱れたり、或は走行面が進行方向に対して横方向に傾斜している場合ロータが回転して下り側へ蛇行する、所謂片流れ現象を伴う問題もある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて、特許文献３による全方向車輪を用いて動力の伝達ロスを抑制でき、かつスムーズに走行できる前後連動型の４輪駆動式電動車椅子を提供することを目的とする。別の目的は、このような全方向車輪付きの４輪駆動式電動車椅子においてロータが操舵時以外に回転するのを拘束可能にすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この動力の伝達ロスを抑制でき、かつスムーズに走行させる前述の目的を達成するために、請求項１により、一方側の前輪及び後輪並びに他方側の前輪及び後輪をそれぞれ共通に駆動する両側一対の駆動部を備えると共に、一対の前輪及び一対の後輪のうち一方対の車輪には、車輪直進方向に対して直交方向へ回転可能な複数個のロータがリムの周囲に配列されている４輪駆動式電動車椅子において、各ロータは、周面により車輪外周円の円弧を形成するように、先端部の直径を基端部の直径よりも小さくする半紡錘形状に形成され、かつ先端部が、隣合う基端部に近接し得るように、この基端部に形成された凹部に部分的に侵入すると共に、前輪及び後輪のトレッドが互いに同一に設定されていることを特徴とする。
【０００８】
一方側の前後輪並びに他方側の前後輪は、それぞれ互いに独立に同じ側同士が同一速度で回転駆動され、車輪操向に依ることなく、差動回転式に操舵される。その際、基端部に先端部が部分的に侵入して車輪外周円の隙間を抑止する半紡錘形ロータ付きの全方向輪を一対の前輪及び一対の後輪の一方対に採用したことにより、スムーズに走行すると共に、同一トレッドにより旋回経路を前後同一にして動力ロスが抑制された状態で曲進する。
【０００９】
ロータが操舵時以外に回転するのを拘束可能にする前述の目的を達成するために、請求項２により、一方側の前輪及び後輪並びに他方側の前輪及び後輪をそれぞれ共通に駆動する両側一対の駆動部を備えると共に、一対の前輪及び一対の後輪のうち一方対の車輪には、車輪直進方向に対して直交方向へ回転可能な複数個のロータがリムの周囲に配列されている４輪駆動式電動車椅子において、各ロータは、周面により車輪外周円の円弧を形成するように、先端部の直径を基端部の直径よりも小さくする半紡錘形状の形状に形成され、かつ先端部が、隣合う基端部に近接し得るように、この基端部に形成された凹部に部分的に侵入すると共に、前輪及び後輪のトレッドが互いに同一に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
ブレーキ板はガイド棒により車輪と連動回転する。制動時にローラ駆動部材が作動させられると、ローラ支持部材の移動によりブレーキローラがブレーキ板を回転させられつつ押圧し、ブレーキ板を弾性体に抗してロータに圧接せて拘束する。
【００１１】
同様に、ロータが操舵時以外に回転するのを拘束可能にする前述の目的を達成するために、請求項３により、ロータの車幅方向の内側及び外側に配置され、かつロータに対面し得る直径の一対のブレーキ板と、外端に外側のブレーキ板が取付けられ、内側のブレーキ板を途中位置でスライド可能にガイドするように、ホイールディスクをそれぞれスライド可能に車幅方向に貫通する複数本のガイド棒と、このガイド棒の内端に固定されたブレーキ基板と、互いに離反させるように、一対のブレーキ板及びホイールディスク間にそれぞれ介在する弾性体と、内側のブレーキ板及びブレーキ基板間に配置される一対のブレーキローラと、車軸を支持する軸受部に車輪半径方向の回転軸線上を中心に回転可能に支持され、かつこの回転軸線に沿った両側の回転軸線を中心に回転可能に一対のブレーキローラを支持するローラ支持部材と、軸受部に設けられてローラ支持部材を回転させるローラ駆動部材と、を備えたロータブレーキが、一方対の車輪にそれぞれ付設され、ローラ駆動部材が制動時に作動させられると、ローラ支持部材が回転することにより、通常状態でホイールディスクに沿っている一対のブレーキローラが回動して、その一方が内側のブレーキ板を、他方がブレーキ基板を回転させられつつ押圧して内側のブレーキ板及びブレーキ基板間を弾性体に抗して互いに離反させることにより、一対のブレーキ板をロータに圧接させることを特徴とする。
【００１２】
制動時にローラ駆動部材が作動させられると、ローラ支持部材が回転することにより一対のブレーキローラが回動し、ブレーキ板及びブレーキ基板をそれぞれ回転させられつつ押圧して弾性体に抗して互いに離反させる。これに連動してガイド棒が内側へスライドして、一対のブレーキ板間の間隔が弾性体に抗して狭くなってロータに圧接する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１乃至図５を基に本発明の実施の形態の一例による４輪駆動式電動車椅子を説明する。この電動車椅子は、図１及び図２に示すように、直交方向へ回転可能な半紡錘形状のロータ（スピンドル形の回転体）１０を周囲に配列された前輪２及びタイヤがリムに装着された通常の後輪３をフレーム１に支持させると共に、着座部フレーム４ａの底部両側フレーム部分が、両側のフレーム１間を横断して連結するトーションバー５の両側に設けられたヒンジブラケット５ａに前後に回動自在に支持され、かつその底部前後フレーム部分間に連結された縦断フレーム４ｂが中間部分でブラケット５ｂによりトーションバー５に固定されることにより、着座部４を緩衝作用を伴うように搭載している。
【００１４】
前輪２は、図２に示すように、走行面の段差を容易に乗り越え得る程度に大きな直径を有し、中心部に車軸１７（図３参照）を備えたリム１４の周囲に、車輪直進方向に対して直交方向へ回転する複数個の同一形状のロータ１０を配列して構成されている。このロータは、車軸１７の回転軸線Ｏを中心とする半径Ｒ１の方向に対してその半径円、即ち回転軸線Ｏの直交面と同一面状で、かつ半径Ｒ１に交差する回転軸線Ｘ１上に位置する回転軸１８に回転自在に支持されている。各ロータ１０の直径は、半径Ｒ１に沿った基端部１１から先端部１２に向けて連続的に小さく変化し、かつ周面１９が車輪外周円Ｃ１への回転位置でその円弧を形成する。したがって、各ロータ１０は、図示のように半紡錘形状に形成する。
【００１５】
また、先端部１２が隣合うロータ１０の基端部１１に形成された円錐面状の凹部１５の外周側半分に部分的に侵入して、車輪外周円Ｃ１に回転した周面１９が僅かな隙間１９ａで隣合う回転体１０の基端部１１に近接し得るようになっている。さらに、リム１４の周面には軸受アーム１３の基端部が取付けられ、凹部１５のリム１４側の周壁１２ａ及びリム１４側の周面１９間の隙間１２ｂに侵入し、さらに先端部１２間の隙間に侵入して隣合う回転軸１８に対して直交方向へ順に曲げられている。これにより、軸受アーム１３の途中位置で回転軸１８の基部側端部を支持し、先端位置で隣合うロータ１０の回転軸１８の先端側端部を支持している。
【００１６】
両側一対の前輪２は、図３に示すように、フレーム１に設けられた軸受部２１に支持された所属の車軸１７で互いに独立に回転駆動され、また両側一対の後輪３もフレーム１に設けられた軸受部２１ａに支持された所属の車軸１７ａで互いに独立に回転駆動されるようになっている。それぞれの車軸１７には、フレーム１の内側でプーリ２２が取付けられ、それぞれの車軸１７ａにはプーリ２３が取付けられ、これらのプーリ２２，２３に歯付きベルト２４が巻回されると共に、両側一対の車軸１７の内端部には、フレーム１にそれぞれ取付けられたハウジング内にプーリ２２と共に収納された減速機付きのモータによる駆動部２０が連結されている。これにより、一方側の前後輪２，３並びに他方側の前後輪２，３が、それぞれ相手側に独立に駆動部２０で共通に駆動され、前後連動型の４輪駆動式になっている。さらに、両側の前輪２及び両側の後輪３間の距離であるトレッドＴは、互いに同一に設定されている。両側一対の駆動部２０には、着座部４の周辺に設けられた操作部での速度操作及び操舵操作に応答して、相応の速度、停止或は回転方向を指令する制御信号を出力するＣＰＵ利用の制御手段が付属している。
【００１７】
ロータ１０を備えた前輪２には、図４に示すように、その回転を拘束するロータブレーキが付設されている。即ち、このロータブレーキは、ロータ１０の車幅方向に内側及び外側に配置されるドーナツ形状の一対のブレーキ板３１，３２と、外端にブレーキ板３１が取付けられ、前輪２のリム１４の中心側のホイールディスク１４ａを貫通し、さらにブレーキ板３２に挿通されて途中位置でこのブレーキ板を相対的に車幅方向にスライド可能にガイドする４本のガイド棒３５と、このガイド棒の内端に固定されるドーナツ形状のブレーキ板基板３３と、ガイド棒３５に外挿されてブレーキ板３１，３２及びホイールディスク１４ａ間にそれぞれ装着される圧縮ばね３４と、ブレーキ板３２及びブレーキ基板３３間に配置されて互いに離間した一対のブレーキローラ３７，３７ａと、軸受部２１に車輪半径方向に下設された軸支部３８ａに車輪半径方向の回転軸線を中心に回転可能に支持され、かつ一対のブレーキローラ３７，３７ａを、その間の中間位置を前述の回転軸線に位置させて、前述の回転軸線に沿って平行なもしくは略平行で回転半径方向の回転軸線を中心に回転自在に、一対の支持ピン３８ｂにＣリング３８ｃの係止で支持するローラ支持部材３８と、そのレバー３８ｄに枢着されるレバー３９ａが付属してローラ支持部材３８を回転駆動するソレノイド３９とを備えている。
【００１８】
図５に示す組立て状態で、外側のブレーキ板３１及び内側のブレーキ板３２は所属の圧縮ばね３４でホイールディスク１４ａに対してそれぞれ離反方向へ付勢されると共に、ブレーキ板３２がガイド棒３５に係止されたＣリング３２ａで位置決めされることにより、ブレーキ板３１，３２は、車輪外周円Ｃ１よりも小さく、かつロータ１０の略中間位置の直径を有する円形外周を備えることにより、ロータ１０に細隙を置いて対面し、かつブレーキ板３２及びブレーキ基板３３をホイールディスク１４ａに沿って車輪回転方向に離間して位置付けされたブレーキローラ３７，３７ａに細隙を置いて対面する。ソレノイド３９には、そのオンオフ制御をするように着座部４の周辺に設けられた操作部４ｘでの操作に応答して、制御信号を出力する制御手段が付属している。
【００１９】
このように構成された４輪駆動式電動車椅子の動作は次の通りである。駆動部２０が所属の車軸１７を互いに等速で回転駆動すると、そのハウジングの開口部から導出された歯付きベルト２４により所属の後輪３も連動して回転駆動され、ロータ１０を回転させることなく直進する。ブレーキ板３１，３２及びブレーキ基板３３は、ホイールディスク１４ａの回転に連動してロータ１０及びブレーキローラ３７，３７ａに当接することなく回転する。半紡錘形状のロータ１０により、車輪外周円Ｃ１上の隙間も僅かになるために騒音も抑制されてスムーズに走行する。
【００２０】
操舵時には、操作部の操作に応答して、両側の前後輪２，３の速度が差動回転式に速度制御され、電動車椅子は低速側に曲がる。即ち、全方向輪である前輪２には、速度差に対応してその直進方向に対して直交方向にベクトル分力が生じ、このベクトル分力を駆動力として回転体１０が回転して曲進する。スピン旋回させる場合には、互いに逆方向へ回転駆動される。これらの四輪駆動に際して、前輪２のロータ１０の車幅方向の中間位置及び後輪３の中間位置を基準にしたトレッドＴが同一であることにより、前後輪２，３の旋回経路が一致して、双方の駆動方向を合成した方向に曲進する必要がなく、したがって駆動損失が抑制され、騒音や振動を増すこともなくスムーズにカーブすると共に４輪駆動による強力な旋回力をもたらす。
【００２１】
走行面が、例えば進行方向に対して横方向へ傾斜していることにより、片流れが発生したり、或は車輪のスリップ時にロータ１０の回転で曲進しそうになった場合には、操作部４ｘの操作によりソレノイド３９が作動すると、ローラ支持部材３８が車輪半径方向の回転軸線を中心に回転することにより、この回転軸線を中心にブレーキローラ３７，３７ａがブレーキ板３２及びブレーキ基板３３に沿った位置から回動する。したがって、ブレーキローラ３７，３７ａはブレーキ板３２及びブレーキ基板３３を回転させられつつ押圧してばね力に抗して互いに離反させ、ガイド棒３５のスライドでブレーキ板３１，３２がばね力に抗して互いに接近してロータ１０に圧接し、その回転を拘束する。この拘束状態で、ブレーキローラ３７，３７ａは回転を継続する。
【００２２】
別の実施の形態として、ソレノイドを廃止すると共に、ローラ支持部材３８のレバー３８ｄに伝動体としてワイヤを接続することにより、着座部４での手動による牽引操作で制動することもできる。前輪に代えて、後輪を全方向輪で構成することもでき、前後輪に共通の駆動構造としては動力伝動体としてドライブシャフト等を用いた別構成も可能であり、後輪の車軸側或は前後輪の中間位置に駆動部を設けることもできる。
【００２３】
また、ロータブレーキは、場合により、ホイールディスクに車幅方向へ突出された複数本のガイド棒に挿通されてスライド可能にガイドされ、かつロータの車幅方向の内側に配置された１枚のブレーキ板で構成することも考えられる。即ち、前述の実施の形態において、ホイールディスク１４ａにガイド棒３５を固定して、圧縮ばね３４で付勢されたブレーキ板３２をスライド可能にガイドさせ、車輪半径方向の回転軸線を中心に回転可能に１個のブレーキローラ３７を支持するローラ支持部材３８をソレノイド３９で作動させる。これにより、ブレーキローラ３７はブレーキ板３２から離間して支持され、操舵時にブレーキ板３２を回転させられつつ押圧してロータ１０をその片側で拘束する。尚、ローラ支持部材は直進式に構成することもでき、同様にローラ駆動部材は手動の駆動操作式に構成することもできる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、前輪及び後輪の一方に半紡錘形状のロータを備えた全方向輪が採用され、前後輪のトレッドが同一であることにより、操舵時に動力の伝達ロスが抑制され、騒音を少なくしてスムーズに直進或は曲進できる前後輪連動型の４輪駆動式電動車椅子が実現される。砂浜や悪路も振動・騒音・駆動ロスを抑制して省電力下で高い操縦安定性と走破性を確保してスムーズに走行できるようになる。
【００２５】
請求項２の発明によればロータが内側の１枚のブレーキ板、請求項３の発明によれば両側の２枚のブレーキ板で制動可能となり、直進時の片流れ現象等が防止される。下り坂等でも安全性を高めることができる。その際、ブレーキ板は、請求項４の発明によれば手動の駆動操作で、請求項５の発明によればアクチュエータの駆動で作動させられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による４輪駆動式電動車椅子の斜視図である。
【図２】同電動車椅子の前輪の部分断面図である。
【図３】同電動車椅子の車輪部分の平面図である。
【図４】同電動車椅子のロータブレーキの分解斜視図である。
【図５】同ロータブレーキの組立て状態の部分的に断面にした正面図である。
【符号の説明】
１フレーム
２前輪
３後輪
１０ロータ
１４リム
１４ａホイールディスク
１７，１７ａ車軸
２０駆動部
２１，２１ａ軸受部
２２，２３プーリ
２４歯付きベルト
３１，３２ブレーキ板
３３ブレーキ板基板
３４圧縮ばね
３５ガイド棒
３７，３７ａブレーキローラ
３８ローラ支持部材
３９ソレノイド

Claims

一方側の前輪及び後輪並びに他方側の前輪及び後輪をそれぞれ共通に駆動する両側一対の駆動部を備えると共に、一対の前輪及び一対の後輪のうち一方対の車輪には、車輪直進方向に対して直交方向へ回転可能な複数個のロータがリムの周囲に配列されている４輪駆動式電動車椅子において、
各ロータは、周面により車輪外周円の円弧を形成するように、先端部の直径を基端部の直径よりも小さくする半紡錘形状に形成され、かつ前記先端部が、隣合う前記基端部に近接し得るように、この基端部に形成された凹部に部分的に侵入すると共に、前輪及び後輪のトレッドが互いに同一に設定されていることを特徴とする４輪駆動式電動車椅子。
ロータの車幅方向の内側に配置され、かつ前記ロータに対面し得る直径のブレーキ板と、このブレーキ板をスライド可能にガイドするように、ホイールディスクに車幅方向へ突出されて前記ブレーキ板に挿通された複数本のガイド棒と、前記ブレーキ板と前記ホイールディスク間に介在して前記ブレーキ板を前記ロータから離反させる弾性体と、車輪半径方向の回転軸線を中心に回転可能にローラ支持部材に支持されたブレーキローラと、制動時に前記ブレーキローラが前記弾性体に抗して前記ブレーキ板を押圧するように、車軸を支持する軸受部に設けられて前記ローラ支持部材を移動させるローラ駆動部材と、を備えたロータブレーキが、一方対の車輪にそれぞれ付設され、
前記ローラ駆動部材が作動させられると、前記ローラ支持部材が移動することにより、前記ブレーキローラが前記ブレーキ板を回転させられつつ押圧してロータに圧接させることを特徴とする請求項１記載の４輪駆動式電動車椅子。
ロータの車幅方向の内側及び外側に配置され、かつ前記ロータに対面し得る直径の一対のブレーキ板と、外端に外側の前記ブレーキ板が取付けられ、内側の前記ブレーキ板を途中位置でスライド可能にガイドするように、ホイールディスクをそれぞれスライド可能に車幅方向に貫通する複数本のガイド棒と、このガイド棒の内端に固定されたブレーキ基板と、互いに離反させるように、一対の前記ブレーキ板及び前記ホイールディスク間にそれぞれ介在する弾性体と、内側の前記ブレーキ板及び前記ブレーキ基板間に配置される一対のブレーキローラと、車軸を支持する軸受部に車輪半径方向の回転軸線上を中心に回転可能に支持され、かつこの回転軸線に沿った両側の回転軸線を中心に回転可能に一対の前記ブレーキローラを支持するローラ支持部材と、前記軸受部に設けられて前記ローラ支持部材を回転させるローラ駆動部材と、を備えたロータブレーキが、一方対の車輪にそれぞれ付設され、
前記ローラ駆動部材が作動させられると、前記ローラ支持部材が回転することにより、通常状態で前記ホイールディスクに沿っている一対の前記ブレーキローラが回動して、その一方が内側の前記ブレーキ板を、他方が前記ブレーキ基板を回転させられつつ押圧して内側の前記ブレーキ板及び前記ブレーキ基板間を前記弾性体に抗して互いに離反させることにより、一対の前記ブレーキ板を前記ロータに圧接させることを特徴とする請求項１記載の４輪駆動式電動車椅子。
ローラ駆動部材が、伝動体を介して手動の駆動操作により作動させられることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の４輪駆動式電動車椅子。
ローラ駆動部材が、アクチュエータにより作動させられることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の４輪駆動式電動車椅子。