JP2006006800A - 車椅子の補助駆動装置および車椅子 - Google Patents

Abstract

【課題】 ゼンマイ式の車椅子の補助駆動装置および車椅子を提供する。
【解決手段】 補助動力伝達機構３４のゼンマイバネ２８を巻き上げる際には、車椅子を前進させることによってシャフト２６を回転させ、シャフト２６の回転力を、シャフト側クラッチ４４、１次傘歯車５０、連結傘歯車５４、２次傘歯車５２、遊星ギヤ装置５８およびスリーブ３０等を介してゼンマイバネ２８に付与する。一方、補助動力を使用する際には、ゼンマイバネ２８の復元による回転力を、スリーブ３０、ゼンマイ側クラッチ４２およびシャフト側クラッチ４４を介してシャフト２６に付与する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ゼンマイバネの復元による回転力を車椅子の補助動力として用いるようにした、車椅子の補助駆動装置および車椅子に関する。

従来の車椅子の駆動方式には、「手動式」と「電動式」とがあるが、「手動式」では、人力に頼るため、車椅子での行動範囲が制限されるという問題があり、「電動式」では、モータを駆動するバッテリを頻繁に充電しなければならないため、利便性において問題があった。そこで考えられたのが「ゼンマイ式」の車椅子であり、その一例が特開２００１−３７８１７号（特許文献１）に開示されている。
特開２００１−３７８１７号

従来の「ゼンマイ式」の車椅子（特許文献１）では、ゼンマイの動力を利用しているので、これを実施することができるならば、「手動式」の車椅子に比べて行動範囲を広げることができ、「電動式」の車椅子に比べて利便性を高めることができる。

しかし、特許文献１では、「ゼンマイを巻き上げるための構成」や、「ゼンマイに蓄えられた力を動力として取り出すための構成」についての開示が不十分なため、当業者がその記載を見たとしても、当該車椅子を実施することはできなかった。つまり、特許文献１に記載された発明は、未だ着想の段階にあり、その着想を具体化するには至っていなかった。

それゆえに、本発明の主たる目的は、現に実施することのできるゼンマイ式の車椅子の補助駆動装置および車椅子を提供することである。

請求項１に記載した発明は、「駆動輪１４が取り付けられたシャフト２６、シャフト２６の外周に取り付けられたゼンマイバネ２８、シャフト２６の外周に回転自在に取り付けられ、ゼンマイバネ２８の一端が固定されたスリーブ３０、シャフト２６の前進方向の回転による回転力を、スリーブ３０を介してゼンマイバネ２８に付与するゼンマイ巻上機構３２、およびゼンマイバネ２８の復元による回転力を、スリーブ３０を介してシャフト２６に前進方向の回転力として付与する補助動力伝達機構３４を備える、車椅子１０の補助駆動装置１８」である。

この発明において、ゼンマイバネ２８を巻き上げる際には、車椅子１０を前進させることによって駆動輪１４およびシャフト２６を回転させ、シャフト２６の回転力を、スリーブ３０を介してゼンマイバネ２８に付与する。一方、上り坂等において補助動力を使用する際には、ゼンマイバネ２８の復元による回転力を、スリーブ３０を介してシャフト２６に前進方向の回転力として付与する。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した「車椅子１０の補助駆動装置１８」において、「ゼンマイ巻上機構３２は、シャフト２６の回転に伴って回転される１次傘歯車５０と、スリーブ３０と一体となって回転される２次傘歯車５２と、１次傘歯車５０の回転力を２次傘歯車５２へ伝達する連結傘歯車５４とを備える」ことを特徴とする。

この発明では、シャフト２６の回転力が、１次傘歯車５０、連結傘歯車５４および２次傘歯車５２を介してスリーブ３０に与えられる。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した「車椅子１０の補助駆動装置１８」において、「補助動力伝達機構３４は、シャフト２６に固定されたシャフト側クラッチ４４と、スリーブ３０に固定されたゼンマイ側クラッチ４２と、シャフト側クラッチ４４とゼンマイ側クラッチ４２とを必要に応じて連結するクラッチ連結機構６８とを備える」ことを特徴とする。

この発明では、ゼンマイバネ２８の復元による回転力が、スリーブ３０、ゼンマイ側クラッチ４２およびシャフト側クラッチ４４を介してシャフト２６に与えられる。

請求項４に記載した発明は、請求項２または３に記載した「車椅子１０の補助駆動装置１８」において、「連結傘歯車５４は、一方向へのみ回転可能なトルクキープ歯車であり、１次傘歯車５０および２次傘歯車５２から離脱可能である」ことを特徴とする。

この発明では、連結傘歯車５４が２次傘歯車５２に噛み合っている限り、２次傘歯車５２が逆回転されることはなく、ゼンマイバネ２８に蓄えられた力が解放されることはない。一方、１次傘歯車５０および２次傘歯車５２から連結傘歯車５４が離脱されると、２次傘歯車５２が回転可能となり、ゼンマイバネ２８に蓄えられた力が解放される。

請求項５に記載した発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載した「車椅子１０の補助駆動装置１８」において、「ゼンマイバネ２８の巻上数が所定数に達したときに、１次傘歯車５０を連結傘歯車５４から離脱させる巻上停止機構３６を備える」ことを特徴とする。

１次傘歯車５０を連結傘歯車５４から離脱させると、シャフト２６の回転力がスリーブ３０に与えられなくなるため、ゼンマイバネ２８の巻き上げ動作が停止される。

請求項６に記載した発明は、請求項２ないし５のいずれかに記載した「車椅子１０の補助駆動装置１８」において、「１次傘歯車５０は、前進時に噛み合うラチェットギヤ４８を介してシャフト２６の外周に取り付けられている」ことを特徴とする。

この発明では、車椅子１０が前進するときには、ラチェットギヤ４８が噛み合うことによって１次傘歯車５０がシャフト２６と共に回転し、車椅子１０が後退するときには、ラチェットギヤ４８が噛み合わないため、１次傘歯車５０がシャフト２６に対して空回りする。

請求項７に記載した発明は、「座席部１２ａの両側に配置された駆動輪１４のそれぞれに請求項１ないし６のいずれかに記載した補助駆動装置１８を取り付けた、車椅子１０」である。

この発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載した補助駆動装置１８が組み込まれた車椅子１０であり、ゼンマイバネ２８が復元するときの回転力を補助動力として用いることができる。

この発明によれば、ゼンマイ巻上機構によってゼンマイバネを巻き上げることができ、ゼンマイバネに蓄えられた力を、補助動力伝達機構によって駆動輪に伝達することができる。ゼンマイバネを巻き上げる際には、車椅子を前進させることによって駆動輪およびシャフトを回転させ、シャフトの回転力を、スリーブを介してゼンマイバネに付与する。したがって、坂を下るときの重力エネルギーを利用してゼンマイバネを楽に巻き上げることができ、そのときのゼンマイバネの反力をブレーキとして利用することもできる。

図１および図２を参照して、本発明が適用された車椅子１０は、フレーム１２、駆動輪１４、補助輪１６および補助駆動装置１８等を備えている。

フレーム１２は、アルミニウム等のような金属パイプによって折り畳み自在に構成されたものであり、座席部１２ａ、肘掛部１２ｂ、介護用ハンドル１２ｃ、足載部１２ｄ等を有している。そして、座席部１２ａの両側には、駆動輪１４が取り付けられており、駆動輪１４の前方であって足載部１２ｄの近傍には、補助輪１６が取り付けられている。また、座席部１２ａには、座席シート２０が取り付けられており、座席部１２ａの下方には、補助駆動装置１８が取り付けられている。

各駆動輪１４は、使用者の人力や補助駆動装置１８の動力が伝達される車輪であり、各駆動輪１４には、使用者が操作するリング状の駆動ハンドル２２（図２）が一体的に設けられている。一方、各補助輪１６は、フレーム１２の前部を支持するものであり、方向転換が容易なように、首振り自在に構成されている。

補助駆動装置１８は、各駆動輪１４に対して個別に取り付けられたものであり、図３〜図６に示すように、ハウジング２４、駆動輪１４が取り付けられたシャフト２６、シャフト２６の外周に取り付けられたゼンマイバネ２８、シャフト２６の外周に回転自在に取り付けられ、ゼンマイバネ２８の一端が連結されたスリーブ３０、シャフト２６の前進方向の回転による回転力を、スリーブ３０を介してゼンマイバネ２８に付与するゼンマイ巻上機構３２、ゼンマイバネ２８の復元による回転力を、スリーブ３０を介してシャフト２６に前進方向の回転力として付与する補助動力伝達機構３４、ゼンマイバネ２８の巻き上げを停止させる巻上停止機構３６および足踏式巻上装置３８を備えている。

ハウジング２４は、補助駆動装置１８の各構成部品が組み付けられる基台となるものであり、図３に示すように、ハウジング２４の中央部においてシャフト２６が軸受２４ａによって回転自在に支持されている。

ゼンマイバネ２８は、長尺の金属板を渦巻き状に巻いたものであり、ゼンマイバネ２８の中心側の端部はスリーブ３０に固定されており、外周側の端部はハウジング２４に固定されている。したがって、スリーブ３０が回転されると、ゼンマイバネ２８が巻き上げられ、ゼンマイバネ２８に復元しようとする力が蓄えられる。

スリーブ３０は、シャフト２６の外周に回転自在に取り付けられた筒状部材であり、図４に示すように、ゼンマイバネ２８が取り付けられる本体部３０ａと、本体部３０ａの一端に形成された袋状部３０ｂとを有しており、袋状部３０ｂの内側には、ラチェットギヤ４０を介してゼンマイ側クラッチ４２が取り付けられている。

ラチェットギヤ４０は、ゼンマイバネ２８が復元するときの回転力によってスリーブ３０が回転する方向で噛み合い、その逆の方向では噛み合わないように構成されている。したがって、ゼンマイバネ２８が復元するときの回転力が、スリーブ３０およびラチェットギヤ４０を介してゼンマイ側クラッチ４２に伝達される。

ゼンマイ巻上機構３２は、図３および図４に示すように、シャフト２６の外周にシャフト側クラッチ４４、ホルダー４６およびラチェットギヤ４８を介して取り付けられた１次傘歯車５０と、スリーブ３０の外周に固定的に取り付けられた２次傘歯車５２と、１次傘歯車５０および２次傘歯車５２に噛み合わされ、１次傘歯車５０の回転力を２次傘歯車５２へ伝達する連結傘歯車５４と、１次傘歯車５０および２次傘歯車５２から連結傘歯車５４を離脱させる離脱機構５６（図６）と、遊星ギヤ装置５８とによって構成されている。

ホルダー４６は、シャフト側クラッチ４４が挿通される孔４６ａを有しており、孔４６ａの内面には、軸方向へ延びる溝４６ｂが形成されている。そして、シャフト側クラッチ４４の外面に取り付けられたキー４４ａが溝４６ｂに嵌め合わされている。したがって、ホルダー４６は、シャフト側クラッチ４４に対して周方向へは移動しないが、軸方向へは移動可能である。

ラチェットギヤ４８は、車椅子１０が前進するときにシャフト２６が回転する方向で噛み合い、その逆の方向では噛み合わないように構成されている。したがって、車椅子１０が前進するときには、シャフト２６の回転力がシャフト側クラッチ４４、ホルダー４６およびラチェットギヤ４８を介して１次傘歯車５０に伝達され、車椅子１０が後退するときには、１次傘歯車５０が空転される。

連結傘歯車５４は、一方向へのみ回転可能なトルクキープ歯車である。したがって、連結傘歯車５４が２次傘歯車５２に噛み合っている限り、２次傘歯車５２が逆回転されることはなく、ゼンマイバネ２８に蓄えられた力が解放されることはない。一方、１次傘歯車５０および２次傘歯車５２から連結傘歯車５４が離脱されると、２次傘歯車５２が逆回転可能となり、ゼンマイバネ２８に蓄えられた力が解放される。

離脱機構５６は、図６に示すように、連結傘歯車５４の軸５４ａを支持する支持部５６ａと、支持部５６ａに回動可能に設けられたＬ状のレバー５６ｂと、連結傘歯車５４を押し上げるコイルバネ（図示省略）とを有しており、連結傘歯車５４の軸５４ａとレバー５６ｂの一端とが回動可能に連結されている。そして、レバー５６ｂの他端にはワイヤー５６ｃの一端が連結されており、ワイヤー５６ｃの他端がフレーム１２の介護用ハンドル１２ｃに取り付けられた駆動レバー５６ｄ（図１、図２）に連結されている。したがって、駆動レバー５６ｄを握ると、１次傘歯車５０および２次傘歯車５２から連結傘歯車５４が離脱され、ゼンマイバネ２８に蓄えられた力が補助動力として取り出される。一方、駆動レバー５６ｄから手を離すと、連結傘歯車５４が２次傘歯車５２に噛み合うことによってスリーブ３０の回転が停止される。

遊星ギヤ装置５８は、図７に示すように、内周にギヤ６０ａが形成された円形の孔６０ｂを有する枠体６０と、孔６０ｂの中心部に配置された太陽ギヤ６２と、太陽ギヤ６２の周囲に配置され、ギヤ６０ａと太陽ギヤ６２とに噛み合わされた複数の遊星ギヤ６４とを有している。そして、太陽ギヤ６２の中心部に形成された孔６２ａにスリーブ３０が挿通されており、スリーブ３０に対して太陽ギヤ６２が固着されている。一方、各遊星ギヤ６４の回転軸６４ａは、２次傘歯車５２の側面に固着されている。したがって、２次傘歯車５２が回転されると、各遊星ギヤ６４が回転されることによって太陽ギヤ６２が回転され、それに伴ってスリーブ３０が回転される。

このように、ゼンマイ巻上機構３２では、車椅子１０の前進時におけるシャフト２６の回転力が、シャフト側クラッチ４４、ホルダー４６、ラチェットギヤ４８、１次傘歯車５０、連結傘歯車５４、２次傘歯車５２、遊星ギヤ装置５８およびスリーブ３０を介してゼンマイバネ２８に与えられ、それによってゼンマイバネ２８が巻き上げられる。

補助動力伝達機構３４は、図３および図４に示すように、シャフト２６の外周に固定されたシャフト側クラッチ４４と、スリーブ３０に固定されたゼンマイ側クラッチ４２と、シャフト側クラッチ４４とゼンマイ側クラッチ４２との間に配置されたコイルバネ６６と、シャフト側クラッチ４４とゼンマイ側クラッチ４２とを連結操作するクラッチ連結機構６８とを備えている。

クラッチ連結機構６８は、図３に示すように、ハウジング２４の上部に回動可能に取り付けられた回動アーム６８ａと、ハウジング２４の下部に回動自在に取り付けられた作動アーム６８ｂとを有しており、回動アーム６８ａの下端と作動アーム６８ｂの上端とが回動自在に連結されている。そして、作動アーム６８ｂの中央部がシャフト側クラッチ４４に係止されており、回動アーム６８ａの上端にワイヤー６８ｃの一端が連結されており、ワイヤー６８ｃの他端が介護用ハンドル１２ｃに取り付けられたクラッチレバー６８ｄ（図１、図２）に連結されている。

したがって、クラッチレバー６８ｄを「ＯＮ」の位置に倒すと、ワイヤー６８ｃを介して回動アーム６８ａが引かれることによって作動アーム６８ｂが回動され、作動アーム６８ｂの中央部に係止されたシャフト側クラッチ４４がゼンマイ側クラッチ４２の側へ移動される。これにより、シャフト側クラッチ４４とゼンマイ側クラッチ４２とがコイルバネ６６を圧縮しながら連結される。一方、クラッチレバー６８ｄを「ＯＦＦ」の位置に倒すと、コイルバネ６６の復元力によってシャフト側クラッチ４４とゼンマイ側クラッチ４２とが切り離される。

巻上停止機構３６は、図５、図６および図１０に示すように、２次傘歯車５２に噛み合わされた傘歯車３６ａと、傘歯車３６ａの回転に伴って回転されるギヤユニット３６ｂと、ギヤユニット３６ｂの出力軸に取り付けられたカム３６ｃ（図１０）と、カム３６ｃによって作動される揺動アーム３６ｄ（図１０）とを有している。そして、揺動アーム３６ｄの一端が１次傘歯車５０の連結部５０ａに連結されており、揺動アーム３６ｄの他端近傍にカム３６ｃが配置されている。

したがって、２次傘歯車５２が回転されることによってゼンマイバネ２８の巻上げが開始されると、図１０（Ａ）に示すように、その巻上数に応じてカム３６ｃが回転され、巻上数が所定数に達すると、図１０（Ｂ）に示すように、カム３６ｃが揺動アーム３６ｄの他端を押し下げる。すると、揺動アーム３６ｄの一端に係止された１次傘歯車５０の連結部５０ａが引っ張られ、１次傘歯車５０が連結傘歯車５４から離脱される。

足踏式巻上装置３８は、介護者が足で踏むことによってゼンマイバネ２８を巻き上げるためのものであり、図８に示すように、外周部に鋸歯状のギヤを有する円盤部３８ａと、円盤部３８ａの周囲に配置された作動リング３８ｂと、作動リング３８ｂに固定された作動アーム３８ｃと、作動アーム３８ｃの先端に連結された足掛アーム３８ｄと、足掛アーム３８ｄの下端に取り付けられた足掛部３８ｅとを有している。そして、作動リング３８ｂの内周部には、円盤部３８ａの鋸歯に係止される係止爪３８ｆが取り付けられており、作動リング３８ｂの外周部には、回動された作動リング３８ｂを元の位置へ引き戻すためのバネ３８ｇが取り付けられている。

車椅子１０を手動式の車椅子として用いる場合には、介護者は、クラッチレバー６８ｄを「ＯＦＦ」の位置に倒した状態で介護用ハンドル１２ｃを操作する。クラッチレバー６８ｄを「ＯＦＦ」の位置に倒した状態では、コイルバネ６６（図４）によってシャフト側クラッチ４４とゼンマイ側クラッチ４２とが切り離されるので、連結傘歯車５４から１次傘歯車５０が離脱される。したがって、車椅子１０の前進時または後退時にシャフト２６が回転されたとしても、その回転力がゼンマイバネ２８に与えられることはない。

一方、車椅子１０をゼンマイ式の車椅子として用いる場合には、すなわち補助駆動装置１８を作動させる場合には、介護者がクラッチレバー６８ｄを「ＯＮ」の位置に倒し、図９に示すように、シャフト側クラッチ４４とゼンマイ側クラッチ４２とを噛み合わせる。そして、車椅子１０を前進させることによってシャフト２６を回転させ、その回転力を、シャフト側クラッチ４４、ホルダー４６、ラチェットギヤ４８、１次傘歯車５０、連結傘歯車５４、２次傘歯車５２、遊星ギヤ装置５８およびスリーブ３０を介してゼンマイバネ２８に付与し、ゼンマイバネ２８を巻き上げる。ゼンマイバネ２８の巻上数が所定数に達すると、図１０（Ｂ）に示すように、カム３６ｃが揺動アーム３６ｄを押し下げることによって、１次傘歯車５０が連結傘歯車５４から離脱される。つまり、巻上停止機構３６（図５、図６）が働くことによってゼンマイバネ２８の巻上動作が停止される。この状態では、図１１に示すように、トルクキープギヤである連結傘歯車５４が２次傘歯車５２に噛み合っているので、ゼンマイバネ２８に蓄えられた力が解放されることはない。

ゼンマイバネ２８に蓄えられた力を補助動力として使用する際には、クラッチレバー６８ｄを「ＯＮ」の位置に倒した状態で、駆動レバー５６ｄを握ることによって離脱機構５６を作動させる。すると、図１２に示すように、連結傘歯車５４が引き下げられて２次傘歯車５２から離脱され、ゼンマイバネ２８に蓄えられた力が解放される。つまり、ゼンマイバネ２８が復元するときの回転力が、スリーブ３０、ゼンマイ側クラッチ４２およびシャフト側クラッチ４４を介してシャフト２６に与えられ、駆動輪１４が前進方向へ回転される。

スリーブ３０の外周に取り付けられた２次傘歯車５２には、カム３６ｃ（図１０）を作動させる傘歯車３６ａが常時噛み合っているので、ゼンマイバネ２８の補助動力を使用するときには、ゼンマイバネ２８を巻き上げるときとは逆の方向へカム３６ｃ（図１０）が回転されることになる。したがって、ゼンマイバネ２８の巻戻し数が巻上数と同じ（巻戻し数＝巻上数）になったとき、すなわちゼンマイバネ２８の補助動力の全部が解放されたとき、１次傘歯車５０が連結傘歯車５４と噛み合う位置まで戻される。

補助動力を途中で解除したい場合には、駆動レバー５６ｄから手を離すだけでよい。駆動レバー５６ｄから手を離すと、連結傘歯車５４が２次傘歯車５２に噛み合うことによってスリーブ３０の回転が停止される。

この実施例によれば、車椅子１０を前進させることによって駆動輪１４およびシャフト２６を回転させ、シャフト２６の回転力でゼンマイバネ２８を巻き上げるようにしているので、坂を下るときの重力エネルギーを利用してゼンマイバネ２８を巻き上げることができる。

本発明の車椅子の駆動方式は、「手動式」に拘わらず「ゼンマイ」を利用することで、ある程度「電動式」のような駆動を可能にするものであり、「手動式車椅子」に活用することで車椅子の利便性を非常に高いものにすることが出来た。

車椅子の使用状態を示す側面図である。 車椅子を示す背面図である。 補助駆動装置を示す断面図（正面）である。 補助駆動装置を示す分解図である。 補助駆動装置を示す断面図（平面）である。 離脱機構を示す断面図である。 遊星ギヤ装置を示す断面図である。 足踏式巻上装置を示す断面図である。 クラッチを噛み合わせた状態を示す断面図である。 揺動アームの動作を示す図である。 １次傘歯車を連結傘歯車から離脱させた状態を示す断面図である。 連結傘歯車を２次傘歯車から離脱させた状態を示す断面図である。

符号の説明

１０… 車椅子
１８… 補助駆動装置
２６… シャフト
２８… ゼンマイバネ
３０… スリーブ
３２… ゼンマイ巻上機構
３４… 補助動力伝達機構
３６… 巻上停止機構
３８… 足踏式巻上装置
４２… ゼンマイ側クラッチ
４４… シャフト側クラッチ
５０… １次傘歯車
５２… ２次傘歯車
５４… 連結傘歯車
５６… 離脱機構
５８… 遊星ギヤ装置
６８… 連結機構

Claims (7)

1. 駆動輪が取り付けられたシャフト、
   前記シャフトの外周に取り付けられたゼンマイバネ、
   前記シャフトの外周に回転自在に取り付けられ、前記ゼンマイバネの一端が固定されたスリーブ、
   前記シャフトの前進方向への回転による回転力を、前記スリーブを介して前記ゼンマイバネに付与するゼンマイ巻上機構、および
   前記ゼンマイバネの復元による回転力を、前記スリーブを介して前記シャフトに前進方向の回転力として付与する補助動力伝達機構を備える、車椅子の補助駆動装置。
2. 前記ゼンマイ巻上機構は、前記シャフトの回転に伴って回転される１次傘歯車と、前記スリーブと一体となって回転される２次傘歯車と、前記１次傘歯車の回転力を前記２次傘歯車へ伝達する連結傘歯車とを備える、請求項１に記載の車椅子の補助駆動装置。
3. 前記補助動力伝達機構は、前記シャフトに固定されたシャフト側クラッチと、前記スリーブに固定されたゼンマイ側クラッチと、前記シャフト側クラッチと前記ゼンマイ側クラッチとを必要に応じて連結するクラッチ連結機構とを備える、請求項１または２に記載の車椅子の補助駆動装置。
4. 前記連結傘歯車は、一方向へのみ回転可能なトルクキープ歯車であり、前記１次傘歯車および前記２次傘歯車から離脱可能である、請求項２または３に記載の車椅子の補助駆動装置。
5. 前記ゼンマイバネの巻上数が所定数に達したときに、前記１次傘歯車を前記連結傘歯車から離脱させる巻上停止機構を備える、請求項２ないし４のいずれかに記載の車椅子の補助駆動装置。
6. 前記１次傘歯車は、前進時に噛み合うラチェットギヤを介して前記シャフトの外周に取り付けられている、請求項２ないし５のいずれかに記載の車椅子の補助駆動装置。
7. 座席部の両側に配置された駆動輪のそれぞれに請求項１ないし６のいずれかに記載した補助駆動装置を取り付けた、車椅子。

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