JP2008086690A - 電動車椅子の機能及び機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動車椅子利用者が電動車椅子から立ち上がる際に筋力が少なくてすみ、自力で立ち上がるために支援するものであり、医学的立場から見て電動車椅子から立ち上がる際に安定して、確実に操作できる電動車椅子の提供。
【解決手段】 利用者が同一平面からなる背面下部１２及び背面上部５を背に、同一平面からなる座面先端部６及び座面本体１１に腰を降ろして膝が直角となる位置で静止した状態に保った後、座面本体１１を上昇させることにより、座面先端部６を折り曲げて、同時に背面下部１２を折り曲げて座面本体１１と同じ平面を形成するようにし、利用者が座面本体１１に膝が鈍角となった状態で浅く腰をおろしている状態とする電動車椅子。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電動車椅子の機能及び機構に関するものである。

電動車椅子は健常者であっても時として事故による負傷から回復するために使用することを余儀なくされることもある移動手段である。又、障害をもつ人の場合にあっても自立するための移動手段として用いられるものである。いずれにしても、その重要性は広く認識されている。従来から、使用上の安全性の向上など目指して多くの改良がなされ、便利な移動手段である。電動式車椅子を必要とする人、電動式車椅子を使用する人にとっては便利であるというものの、その機能は安全性などを重視したものであり、必要とする機能を有していないことが指摘されることがあり、その点では限定的であり、新たな機能が要求されている点で注目される。又、必要とする機能は確かに有するものの、それを達成させるうえで高度な制御技術を駆使することとなり、高額な商品となってしまい、実用的でないものがあり、それらの高級機能を有するものは操作性が複雑で、使用に困難をきたすという結果にもなりかねない。
本発明者らは、電動車椅子に関し、従来有していない機能について、又有している場合であっても、利用者の立場からみて、医学的側面から分析し、本当に必要な機能を、医学的側面から見て合理的な状態で実現させることを目指して、新規な電動式車椅子及び実用的な機構の開発を目指している。

健常者ができることが当たり前と思っている動作の中に、車椅子利用者はそのような動作ができず、又はできても時間を要するなどのことがあり、不便を感じさせ、ときには絶望感に落ちいり、そのことが自立の妨げとなっていることがある。

電動式車椅子から立ち上がり、ベッドに移行する、或いはトイレを利用する場合について、電動車椅子の利用者に対して必要とする機能が何かということを考察してみる。
電動車椅子の利用者が、電動車椅子から離れてベッドやトイレを利用する場合には電動車椅子から自らの力で立ちあがり、これから離れてベッドやトイレに移行する。この場合に自らの力で移行することができない場合には、介護者が手を貸して移動する。仮に介護者がいない場合、又介護者が居ても応援に駆けつけても間に合わない場合があり、介護者が応援を得ること困難なことが多いことがある。このようなことを想定して電動車椅子の利用者が自らの力で立ち上がることができるように支援体制を備えるようにすることは重要なことである。
また、車椅子利用者にあっても、自力で何かをなしとげようという意欲があるうちは、できるだけ、自力で何か行って行くことを支援するサポート体制の充実をはかっていくことが、自力で自立して回復する意欲を高めることができ、そのような介護が重要であるとされている。

椅子から立ち上がることを支援する椅子の構造として、押上げ動力機により下部座板を押上げ、これに連動して上部座板を押上げることにより、利用者が立ち上がる姿勢に近い状態として、利用者が立ち上がることができるようにする椅子の構造体が知られている（特許文献１）。この構造体は、椅子の利用者が自らの力で立ち上がることができることを支援することをめざすものであるが、座面が急減に斜めに持ち上げられる結果、何の準備もなしに急に立ち上がらせる気持にさせ、利用者に不安感と恐怖感をあおる結果となり、座面が斜めに持ち上げられるので、前のめりにさせ、不安定な状態とすることは避けることができない。又、後述するように車椅子利用者が立ち上がるための動作について医学的な面から十分に観察し、それを反映するものとなっておらず、これらの点を考慮すると、十分な効果を期待できない。すなわち、車椅子利用者が立ち上がって、電動車椅子から離れようとする場合には、まず膝が直角の状態で座面に深く座り込む動作がある。次に立ち上がりの動作に移る。立ち上がりのための支援体制は、座面は水平状態を保って垂直方向に電動車椅子利用者を持ち上げることにより膝の角度が鈍角となり、その結果、筋肉の力を多く使用することなく、立ち上がりの動作を完了することができる。このように医学的な検討からの配慮がなされていない。
着座部を水平方向に維持してスタンドアップモードと同じ程度の高さとすることも知られている（特許文献２）。この場合は健常者の立ち姿勢の仕事を行うために高さを維持するためであり、健常者と目線をそろえて対話するために高さを維持するためであり、いずれも状態に保って健常者と同様に仕事を達成するために手段を提供するものであるから、電動車椅子から立ち上がり、移動するということは意図されておらず、そのための便利な手段を提供するものでもない。当然、前記の医学的な検討はなされておらず、電動車椅子利用者が降りるために十分な対応がなされていない。
座席部を昇降する電動車椅子についても、特許文献３により、座席シートを低くすることは特許文献４によってもよく知られているところである。また、着座部となる座面をアップしたり、角度を変更させて使用者の姿勢を制御することも知られている（特許文献５、特許文献６）。また、電動車椅子使用者が乗降する際に座面を前傾させることも知られている（特許文献７）。これらの場合も、いずれも電動車椅子から利用者が降りる姿勢となるように支援することを意図していないので、十分な結果を期待できない。
また、座面を水平に保つことができる座面安定型の電動車椅子（特許文献８）が知られているが、この場合には座面の位置は変化しない。また、車椅子の脱着のために座面の電動昇降装置が知られている（特許文献９）。これらの場合には、電動車椅子利用者による降りる姿勢をとらせることは意図していないし、期待することもできない。また、ホイールベースの広狭により着座部を昇降させるものが知られているが（特許文献１０）、この場合には人混みで埋もれなくするために着座部を昇降させるものである。又、トイレの利用のために着座部を昇降させるものもある（特許文献１１）。これらはいずれも意図する点で相違し、結局電動車椅子利用者が椅子から立ち上がる際に筋力が少なくてすみ、自力で立ち上がるために支援する椅子の構造をしているというものではない。

以上のことから明らかなように、電動車椅子にあっては、電動車椅子利用者が電動車椅子から立ち上がる際に筋力が少なくてすみ、自力で立ち上がるために支援する椅子の構造を有していることが求められており、医学的立場から見て電動車椅子から利用者が降りたり乗ったりするときに、安定して行うことができ、確実に操作できる電動車椅子の開発が望まれている。
特開２００５−２２４５５８号公報 特開２００５−３４２８８号公報 特開昭６３−２０６２４４号公報 特開２００２-１１３０５０号公報 特開２００４−２７５４８６号公報 特開２００５−３４２８８号公報 特開２００５−３２８９１４号公報 特開２００４−１６３０８号公報 特開２００５−２１６３１号公報 特開２００２−１５３５１５号公報 特開２００４−３２１６３０号公報

本発明の解決しようとする課題は、電動車椅子にあっては、電動車椅子利用者が電動車椅子から立ち上がる際に筋力が少なくてすみ、自力で立ち上がるために支援する椅子の構造を有しており、医学的立場から見て電動車椅子から利用者が降りたり乗ったりするときに、安定して行うことができ、確実に操作できる電動車椅子を提供することである。

本発明者らは前記課題について解決すべく、電動車椅子利用者の立ち上がりの動作を医学的な点から検討し、電動車椅子利用者にとって筋力の負担が少なくてすむようにすることを分析し、それに基づいて電動車椅子が必要とする機能を求め、そのための具体的な電動車椅子の開発を行うこととし、以下のことを見出した。
（１）高齢者（５０歳以上）を対象として、立ち上がる時の移動時間を三軸加速度計により測定を行った。母集団は５０人であり、計測回数は５回で男女の区別をせずに行った。
対象とした高齢者は両膝に人工関節の手術を行った患者である。術前と術後の反応時間、さらにアシスト機器として、座面が水平に保った状態で上下方向に移動できる椅子を使用して反応時間を調べた。測定は、横から見て膝の角度が９０°になるように調節して行った。これは個人個人によって足の長さが異なるため、同一条件で測定する必要であるからである。図８に測定結果に一部を示す。縦軸は動作加速度であり、横軸に移動時間を示している。一般に安定した状態で立ち上がる際（前のめりになったり、後ろのめりにならない状態で立ち上がること）、最初は座面にわずかな沈み込みがあって、次に立ち上がるための行動に移る。その初期動作では加速度計が（−）になり、次いで値は（＋）方向に転じている。この測定方法により立ち上がり時間の測定を行った。この結果から立ち上がろうとする場合には、最初に僅かな沈み込みがあることがわかり、沈み込みの姿勢又はその動作をとらせることが必要となることがわかる。
図９及び図１０は６０代、８０代の立ち上がり移動時間を測定した結果である。図１１は５０代から８０代の立ち上がり移動時間の比較を示すものである。
どの年齢別においても年齢が進んでも年齢前半と後半の値は一定せず、ばらつきがある。これは被験者の体格、体力の違いによる影響が大きいものと思われる。ただ、高齢になるにしたがって、術前と術後の反応時間に差が現れていることが認められる。又、水平に保った上下方向に移動できる座面の椅子（アシスト椅子）を使用することにより、立ち上がりの時間が早くなることを示している。これは全ての年齢に応じて有効であり、７０代まで其の効果があると判断できるが、８０代では術前との差がやや大きくなっていることから、其の効果が弱まることを示している。
以上の実験結果から、利用者が電動車椅子から立ち上がるようにする場合には、立ち上がる動作の支援は、利用者の膝の角度が９０°になるようにし、一度沈み込む姿勢をとらせる必要があり、次に、立ち上がりの動作を行わせる際には、水平に保った座面を上昇させ、膝の角度が９０°を超える鈍角の状態にし、腰掛ける状態にすることが筋力の負担を軽減するようにすることが有効であることがわかる。
電動車椅子の構造は上記のことを利用者が実行できるようなものとすればよい。
利用者が座面に腰をおろして、膝の角度が９０°になるようにし、一度沈み込む姿勢をとらせて、身体を安定に保つことができる構造とすることが必要となる。この状態から起立する場合には座っている状態から、筋力を利用して、身体を起立した状態とする。この場合に座面の高さを水平方向に維持して高くし、又浅く腰掛けた状態の構造とすれば、利用者の膝角度は鈍角となり、利用者の身体全体は起立した状態により近い状態となるために、利用者の筋力の利用は少なくて済む。利用者にとっては介護者の力を必要とすることなく、自らの力によって立ち上がることが可能となることもある。介護者がいる場合であっても、介護者が利用者にかける力は少なくて済む。又、この場合には利用者は自らの力によって立ち上がることが可能となることが理解できるので、リハビリテーションによって自力によって立ち上がろうとすることを目指す結果、自立への意欲を促進し良好な治療効果もたらすことがわかる。
以上の検討に基づいて以下の構造の電動車椅子を提供することができる。
（１）初めに、背面の背もたれ背に、利用者が腰を下ろしている座面を水平に保ち、利用者の膝の角度は９０°とし、利用者が立ち上がることを意識させたときに、座面を前記の位置に保ち、たたみこまれた状態を保つ。
（２）次に、座面を水平に保ちながら、立ち上がることができる程度にまで座面を高くし、安定に保ち、浅く腰掛けた状態とし、利用者の膝の角度は鈍角となり、筋力の利用が少ない状態として、電動車椅子から離れることができるようにすることが有効である。
上下の移行運動が可能な座面とするためには、座面裏側に、固定されたモーターに取り付けられたピニオンとラックを操作することにより、又、リニアヘッドを取り付け、モーターを駆動させて、ラックに固定された座面を上昇させる。
座面を上昇させるはじめは、座面先端部及び座面本体は同一平面の状態にあり、背もたれとなる背面下部と背面上部も同一平面にあり、背面を形成している。
座面を上昇させると、座面の先端部は折れ曲がり、背面の下部も折れ曲がり、背面の折れ曲がった部分は座面本体とともに同一平面を形成する。座面先端部と座面本体に座っていた利用者は、座面先端部が折れ曲がり、座面本体に浅く腰掛けて、膝が伸びた状態になる。座面先端部が折れ曲がり、垂れ下がることにより、座面に座っていた電動椅子利用者は、前かがみになることなく、座面は前方にせり出た状態となり、結果として手立ち上がりやすい状態となる。
（３）逆に電動車椅子に移動する場合には、前記の手順と反対に操作して電動車椅子利用者は座り込むこととなる。
まず、電動車椅子利用者は座面本体に浅く腰掛けた状態にする。次に座面を押し下げる。そうすると、膝は伸びた鈍角の状態から９０°の状態に変化し、折れ曲がっていた座面の先端部が水平となり、座面になり、座面の後部は背面になり、電動車椅子利用者は何の不安も無く、電動車椅子の座面に深く座った、安定した状態に戻る。

本発明によれば、座面を水平に安定した状態で高い状態にすることにより、筋力を格別用いることなく、電動車椅子利用者が立ち上がりやすい姿勢をとることができ、安心してベッドやトイレに移動しやすい姿勢をとることができ電動車椅子を得ることができる。

本発明の電動車椅子の構造を、図面を用いて説明する。
図１は本発明の電動車椅子の全体を示す図である。
座面は、座面先端部６及び座面本体１１により構成される。座面先端部６と座面本体１１はヒンジにより結合されており、座面先端部６は座面本体１１より折れ曲がることできる構造となっている。座面先端部６は座面本体１１は同一平面で、利用者が腰掛けることができる構造となっている。
座面本体１１は背面下部１２に同じくヒンジにより前後に動くことができるように結合している。背面下部と背面上部もヒンジにより結合されており、同一平面状で利用者の背もたれを形成している。
座面の両側部分は横板部分３により形成されている。この部分は電動椅子利用者が両側から外側に向かって振り落とされないように支えているものである。従来の電動車椅子のようにフレームにより組み立て、フレームにより電動椅子利用者が外側に降り落とされない構造とすれば、横板部分を設ける必要はない。

利用者から見て右側の肘掛４には、ジョイスティック１が、同じく左側の肘掛には椅子の上下方向を指示する椅子スイッチ２が設置されている。
ジョイスティック１は左右の動力輪のモーターの回転数を制御して電動車椅子の進行方向を制御する。椅子スイッチ２は、椅子の上下動を行うためのモーターを作動させるためのスイッチ、椅子を回転させるためのモーターを駆動させるためのスイッチ、動力輪を上下するためのスイッチとなる。椅子を回転する必要がない場合及び動力輪の上下を行う必要がないときには、これを設置する必要はない。左右の肘掛４はフレームとして設置することができる。
動力輪７が作用に設けられており、動力ボックス１０内に収納されている別々に設置されているモーター（図示せず）により駆動され、これにより電動車椅子は動くことができる。動力輪は座面の内側に設置されている状態で記載されているが、他の電動車椅子ように電動車椅子の横幅及び座面の外側に配置することもできる。
また、補助輪を弾性リーフバネからなる安定用アーム８の先に前方に２輪、後方に２輪設置している。これも通常の電動車椅子に設置されているように車輪として２輪を設置する構造としてもよい。
フットレスト９が設置されており、電動車椅子利用者は、此の部分に足を乗せて安定して電動車椅子を利用することができる。

図２には、本発明の特徴である座面を上下に昇降できる手段を示す構造が示されている。
座面裏部にラック２１を取り付ける。これにピニオン２３をかみ合わせ、ピニオンを駆動するモーター２２を固定して取り付ける。ピニオンを駆動するモーター２２を駆動してピニオン回転させ、ピニオン２３にかみ合わされているラックが昇降させ、その結果、座面を昇降させることができる。
図２の上部には、座面を回転運動させるための手段も記載されている。座面裏側に内歯車２４を取り付けておき、それに小歯車２５を噛み合わせておき、小歯車２５を、小歯車駆動用モーター２６により駆動させると、それに応じて外側の内歯車２４が動いて座面を回転させることができる。座面とラックの間にはスラスト軸受けを介在させることもできる。
図３は、図２の具体例であるラックにリニアヘッドと取り付けて用いる場合を示している。リニアヘッド２７はラック２１に取り付けられている。リミットスイッチ２８がとりつけられている。

座面を上下する手段についてついては前記図２及び図３にとらわれず、他の方法によっても可能である。例えば、座面を油圧シリンダー用いて昇降させることも可能である。

図1は、前記したように、背面の背もたれ背に、利用者が腰を下ろしている座面を水平に保ち、利用者の膝の角度は９０°とし、利用者が立ち上がることを意識させたときに、座面を前記の位置に保ち、たたみこまれた状態であり、沈み込む姿勢をとる必要があるときの同一平面に座面先端部６及び座面本体１１があること、背面下部１２と背面上部５が同一平面で背もたれを形成していることを示している。
図４は、座面が上昇したときの、座面先端部６及び座面本体１１の状態を示している。
座面本体を上昇させることにより、座面先端部６を折り曲げて、同時に背面下部１２を折り曲げて座面本体と同じ平面を形成するようにし、利用者が座面本体１１に膝が鈍角となった状態で浅く腰を下ろして座っている状態を示している。
座面先端部６は前側に折れ曲がるので、座面本体１１は前に出される状態になる。

逆に電動車椅子に移動する場合には、前記の手順と反対に操作して電動車椅子利用者は座り込むこととなる。
座面先端部を折り曲げて、同時に背面下部を折り曲げて座面本体と同一平面を形成している状態で、利用者は座面本体に膝が鈍角となった状態で浅く腰をおろしている状態とする。
座面本体を下降させることにより、座面先端部が座面本体と同一平面とし、背面下部を折り曲げて背面上部と背面下部を同一平面として背もたれを形成し、座面先端部及び座面本体に深く腰を降ろして膝が直角となる位置で静止した状態とする。

座面先端部を折り曲げる場合に、折り曲げようとする部位に相当する位置にガイド２９を当接して設けることができる。ガイドは動力ボックス１０上部にガイド２９の下部を固定して設置する。ガイド２９上部はガイドを必要とする箇所にあわせて設置することもできる。
前記ラックと共に、座面先端部及び座面本体又は座面本体にガイドを当接して設けることができる。
座面先端部が急減に折れ曲がる状態にすると利用者に不安感を与えることもあり得るので、その場合にはガイドが当たる位置を調節して（例えば、図５右側の図に示すようにフットレストに当たるように調節することにより）、座面先端部が急激に折り曲がることを避けることもできる。又、ガイドが座面先端部に当たるように設置すれば座面先端部が確実に９０°の状態で折れ曲がる状態とすることができる。

上記の説明では、ジョイスティック１及び椅子スイッチ２を個別に設置した場合について説明した。従来のジョイスティック１の機能及び椅子スイッチ２の機能を合わせて、ジョイスティック１に集約して各制御を行うことができる。そのためには、ジョイスティック１内に２配線を組み込んで、ジョイステイック１により動力輪のモーター３１、３２を駆動する回路とジョイステイック１により座面を上下させるためのモーター２２及び座面を回転させるためのモーター２６を制御する回路を切り替えて用いることができる。ジョイステイックの切り替えとスイッチ機構３０を用いることにより、一方の回路が働いているときには、他の回路が働かないようにして制御するものである（図６）。

また、ジョイスティックは確実に操作する必要があるので、ジョイステイックが動くことができる範囲を定めるジョイステイックガイド３６を設ける（図７）。ジョイスティックは接点が銅板になっている。このようにすると、どの角度でも触れてしまうので、全方向（３６０°）に自由に動き、誤作動を伴う結果になりかねない。このような誤作動を改善するために、ガイドを設置してジョイスティックの可動範囲を一定とする。この場合にジョイスティックの可動範囲の自由度は減少するものの誤作動は少なくなり事故を未然に防止することができる。電動車椅子利用者はスティック３７を上手く操作できないような場合であっても、ガイドにそって確実に動かすことができる。
また、スティック３７には電動車椅子利用者の手を固定できる手段（差し込むことにより握ることができる形状のプロテクター又はテープによる固定手段）を取り付けて置くことにより電動車椅子利用者のジョイスティックの操作性を向上させることができる。

本発明の電動車椅子の全体を示す図である。 座面を上下に昇降できる手段を示す図である。 リニアヘッドを用いる場合を示す図である。 座面本体が上昇したときの状態を示す図である。 座面が最も下にある状態（左側）及び座面が最も上にある状態（右側）において、座面先端部及び座面本体に当接するガイドを示す図である。 ジョイスティックの機能を示す配線図である。 ジョイステイックにガイドを設けることを示す図である。 両膝に人工関節の手術を行った患者の術前と術後の反応時間、上下方向に移動できる椅子を使用した場合の動作加速度と移動時間の関係を示す図である。 ６０代の立ち上がり移動時間を測定した結果である。 ８０代の立ち上がり移動時間を測定した結果である。 ５０代から８０代の立ち上がり移動時間の比較を示す図である。

符号の説明

１：ジョイスティック
２：椅子スイッチ
３：横板部分
４：右側肘掛
５：背面上部
６：座面先端部
７：動力輪
８：安定用アーム
９：フットレスト
１０：動力ボックス
１１：座面本体
１２：背面下部
２１：ラック
２２：ピニオンを駆動するモーター
２３：ピニオン
２４：内歯車
２５：小歯車
２６：小歯車を駆動するモーター
２７：リニアヘッド
２８：リミットスイッチ
２９：ガイド
３０：スイッチ
３１：制御配線
３２：動力輪駆動モーター
３３：動力輪駆動モーター
３４：ホイール
３５：バッテリ
３６：ジョイスティックガイド
３７：スティック

Claims (8)

1. 利用者が同一平面からなる背面下部及び背面上部を背に、同一平面からなる座面先端部及び座面本体に腰を降ろして利用者の膝が直角となる位置で静止した状態に保った後、座面本体を上昇させることにより、座面先端部を折り曲げて、同時に背面下部を折り曲げて座面本体と同一平面を形成するようにし、座面本体上の利用者の膝が鈍角となり、浅く腰をおろしている状態とすることを特徴とする電動車椅子。
2. 座面先端部を折り曲げて、同時に背面下部を折り曲げて座面本体と同一平面を形成するようにし、座面本体上の利用者の膝が鈍角となり、浅く腰をおろしている状態とした後、座面本体を下降させることにより、座面先端部が座面本体と同一平面とし、背面下部を折り曲げて背面上部と同一平面として背面を形成し、利用者が背面下部及び背面上部を背に、座面先端部及び座面本体に腰を降ろして、利用者の膝が直角となる位置で静止した状態とすることを特徴とする電動車椅子。
3. 前記座面本体を上昇させることを、座面裏側に配置したラック及びこれとかみ合わせる回転するピニオンにより行うことを特徴とする請求項1記載に電動車椅子。
4. 前記座面本体を下降させることを、座面裏側にラックを固定し、ラック及びこれとかみ合わせる回転するピニオンにより行うことを特徴とする請求項1記載に電動車椅子。
5. 前記ラックと共に、座面先端部及び座面本体又は座面本体にガイドを当接して配置することを特徴とする請求項１から４いずれ下記の電動車椅子。
6. 前記回転するピニオンを駆動するモーターの駆動制御と電動車椅子動力輪を駆動するモーターの駆動制御をジョイステック操作の切り替えにより行うことを特徴とする請求項１から５いずれか記載の電動車椅子。
7. 前記ジョイステック操作の切り替えを、固定されたガイドにしたがって行うことを特徴とする請求項６記載の電動車椅子。
8. 前記ジョイステック操作をスティックに取り付けられた補助具を介して行うことを特徴とする請求項６又は７いずれか記載の電動車椅子。

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