JP2009023544A - 駆動力自動解除式一方向回転駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ペダルから足或いは手を離すとペダルの動きが停止し、惰性で前進し、且つ駆動機構と車輪（出力軸）の間の摩擦がなくなり駆動機構と車輪の接続が自動的に解除される簡単な一方向回転駆動装置を提供する。
【解決手段】車椅子の駆動輪１３に出力軸が結合され車椅子の前進方向に入力軸が駆動された場合にのみ駆動力を伝える一方向クラッチと、一方向クラッチの入力軸の外周側に少なくとも部分的に巻かれた紐部材３５と、紐部材３５の中央部分に対する一端側を入力軸から離れる方向に牽引する牽引手段３２、３３と、牽引方向を抑制する抑制手段３６と、を備え、牽引手段３２、３３の牽引と抑制手段３６の抑制により一方向に回転駆動し、牽引力がゼロになると入力軸の摩擦抵抗もゼロになるため駆動力の伝達が自動的に解除される。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動体や車椅子の駆動力を自動的に解除する一方向回転駆動装置に関し、特に、上肢だけではなく下肢でも駆動可能な駆動力自動解除式一方向回転駆動装置に関する。

一般的な車椅子は、後輪が大径の駆動輪、前輪が小径のキャスターとされ、後輪の駆動輪にハンドリムが直結され、患者が手で回転駆動するようになっている。また、後輪にはブレーキ装置が付属している。ところで、上肢によるハンドリムを操作しての車椅子駆動は上肢に大きな負担が加わるため、患者によっては肩に傷害が発生する場合もあると報告されている。車椅子を利用する患者には、下肢が全く動作しない人だけではなく、安定した歩行は困難であっても、ある程度の下肢の筋力を保持している人がいる。そこで、下肢を動かして駆動力を得られる車椅子の回転駆動装置が考えられる。

従来の下肢駆動可能な車椅子の回転駆動装置は、サドルに座りペダルを踏むことによりクランク機構を介して後輪の２輪を回転駆動するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

また、公報には無いが、自転車のようにペダルで後輪を駆動し、ペダルの駆動を止めるとラチェット機構により後輪が惰性で回転し前進するようにしたものがカナダで開発されている。

また、一方向クラッチ機構によりペダルの駆動を止めると後輪が惰性で回転し前進するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０００−２１０３３７号公報 特開２００４−１４７８１９号公報

サドルに座りペダルを踏むことによりクランク機構を介して後輪の２輪を回転駆動する従来の回転駆動装置は、前進駆動にのみ着目したもので、前進し出すとペダルから足を離してもペダルが動き続け危険である。ペダルに足を載せたままでは制動が係ってしまう。

また、ラチェット機構を用いた自転車のような駆動系を有する車椅子では、駆動装置が複雑で高価になるだけでなく、上肢手指でハンドリムを駆動し後退しようとするとラチェットが掛かりペダルが逆方向に回転駆動されてしまう。そのため後退時に駆動機構の入力軸と出力軸を繋ぐクラッチを手動で切り離す必要があった。

狭い場所（トイレやエレベータ等）では、Ｕターンすることができないため、前進、後退が簡単にできることが必要であるが、そのたびに、手動でクラッチを操作することは非常に煩雑であった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ペダルから足或いは手を離すとペダルの動きが停止し、惰性で前進し、且つ駆動機構と車輪（出力軸）の間の摩擦がなくなり駆動機構と車輪の接続が自動的に解除される駆動力自動解除式一方向回転駆動装置を提供することを課題としている。

上記の課題を達成するため、本発明の第１の実施態様による駆動力自動解除式一方向回転駆動装置は、移動体の駆動軸に出力軸が結合され前記移動体の前進方向に入力軸が駆動された場合にのみ駆動力を伝える一方向クラッチと、前記一方向クラッチの入力軸の外周側に少なくとも部分的に巻かれた紐部材と、前記入力軸の外周側に巻かれた前記紐部材の中央部分に対する一端側を前記入力軸から離れる方向に牽引する牽引手段と、前記牽引手段による牽引により前記紐部材の前記中央部分に対する他端側が前記入力軸方向に移動する移動を抑制する抑制手段と、を備え、前記牽引手段の牽引と前記抑制手段の抑制により前記紐部材が前記一方向クラッチの入力軸に巻き付く前記紐部材と前記入力軸の摩擦抵抗により前記牽引手段の牽引力で前記紐部材を介して前記入力軸を一方向に回転駆動し、前記牽引力がゼロになると前記摩擦抵抗もゼロになるため駆動力の伝達が自動的に解除されることを特徴とする。

このように形成すると、牽引手段で紐部材を牽引することで一方向クラッチの入力軸が所定の方向に回転駆動された時に駆動軸が前進方向に回転駆動される。牽引手段による入力軸の回転速度が遅い時は駆動軸が惰性で回転し、早いときは加速されて回転する。牽引手段による入力軸の回転速度が遅い時は駆動軸が惰性で回転するので、駆動軸の回転により牽引手段が動き続けることがなく、安全である。また、牽引手段により紐部材を牽引しないと、紐部材と入力軸の間の摩擦抵抗が小さいので、駆動力が自動的に切れ、駆動軸を手動で駆動して後退や旋回、位置の微調整を行うことができる。

上記の課題を達成するため、本発明の第２の実施態様による駆動力自動解除式一方向回転駆動装置は、車椅子の駆動輪に出力軸が結合され車椅子の前進方向に入力軸が駆動された場合にのみ駆動力を伝える一方向クラッチと、前記一方向クラッチの入力軸の外周側に少なくとも部分的に巻かれた紐部材と、前記入力軸の外周側に巻かれた前記紐部材の中央部分に対する一端側を前記入力軸から離れる方向に牽引する牽引手段と、前記牽引手段による牽引により前記紐部材の前記中央部分に対する他端側が前記入力軸方向に移動する移動を抑制する抑制手段と、を備え、前記牽引手段の牽引と前記抑制手段の抑制により前記紐部材が前記一方向クラッチの入力軸に巻き付く前記紐部材と前記入力軸の摩擦抵抗により前記牽引手段の牽引力で前記紐部材を介して前記入力軸を一方向に回転駆動し、前記牽引力がゼロになると前記摩擦抵抗もゼロになるため駆動力の伝達が自動的に解除されることを特徴とする。

このように形成すると、牽引手段で紐部材を牽引することで一方向クラッチの入力軸が所定の方向に回転駆動された時に駆動輪が前進方向に回転駆動される。牽引手段による入力軸の回転速度が遅い時は駆動輪が惰性で回転し、早いときは加速されて回転する。牽引手段による入力軸の回転速度が遅い時は駆動輪が惰性で回転するので、駆動輪の回転により牽引手段が動き続けることがなく、安全である。また、牽引手段により紐部材を牽引しないと、紐部材と入力軸の間の摩擦抵抗が小さいので、駆動力が自動的に切れ、クラッチ操作がなくても駆動輪を手動で駆動して後退や旋回、位置の微調整を行うことができる。

ここで、第３の実施態様の発明のように、前記牽引手段が車椅子のフレームに揺動自在に支承されたペダル支持フレームと前記ペダル支持フレームの一端に取り付けられたペダルと、を備え、前記抑制手段が前記紐部材の前記中央部分に対する他端側を引っ張った状態で車椅子のフレームに固定する引っ張りコイルバネを備えるようにすることができる。

このように形成すると、一方向クラッチの入力軸に巻かれた紐部材と患者がペダルを踏み込むことにより揺動するペダル支持フレームとが連結され、ペダルを踏み込むとペダル支持フレームが前方に揺動し紐部材が入力軸から離れる方向に牽引される。すると、入力軸に巻かれた紐部材の他端側が引っ張りバネを介してフレームに固定されているので、紐部材と入力軸の摩擦抵抗が増大し入力軸が車椅子の前進方向に回転される。患者がペダルから足を浮かせるか或いはペダルの踏み込み力を弱くすると、紐部材と入力軸の間の摩擦抵抗が小さくなるので、駆動力が自動的に切れ、駆動輪を手動で駆動して後退や旋回、位置の微調整を行うことができる。

牽引手段により紐部材を牽引しないと、紐部材と入力軸の間の摩擦抵抗が小さいので駆動力が自動的に切れ（牽引手段と入力軸の接続が自動的に切れ）、従来のようなロック解除手段がなくても駆動輪を手動で駆動して後退や旋回、位置の微調整を行うことができる。

本発明の第１の実施形態について図１〜２を参照して説明する。

図１は、本発明に係る駆動力自動解除式一方向回転駆動装置を備える車椅子の斜視図である。車椅子１０は通常のものと同様に、パイプで本体の骨組み（フレーム）１１が構成され、前輪が小径のキャスター１２、後輪が大径の駆動輪１３となっている。駆動輪１３にはハンドリム１４が直結されており、左右のハンドリム１４を操作することにより左右の駆動輪１３を回転駆動し、車椅子１０を前後に移動したり左右に旋回したりすることができるようになっている。左右の本体フレーム１１の間にはキャンパスが張られ、シートバック１５やシート１６を構成している。また、右側の駆動輪１３の前方下方のフレームにはブレーキ装置１７が取り付けられ、駆動輪１３にブレーキを掛けることができるようになっている。

左側のキャスター１２にはキャスター連結軸２６が直結され、キャスター１２の方向がそのままキャスター連結軸２６の回転として伝達されるようになっている。把持棒２３は、キャスター連結軸２６に対して９０°ずつ前後に１８０°折れ曲がることのできる連結構造２７でキャスター連結軸２６に連結されている。そして、連結構造２７内部の図示しないバネによって、自由状態では把持棒２３が直立するように付勢されている。

このような把持棒２３の構造とすると、左右のハンドリム１４を使用して車椅子１０を操作するときは、患者の手指は把持棒２３から離れている。このため、図示しないバネの付勢力により把持棒２３は直立しており、その位置で自転するのみで患者の邪魔にならない。患者が車椅子１０を下肢駆動しようとするときは、把持棒２３を、想像線で示すように、９０°いずれかの方向に倒し、キャスター連結軸２６の回転位置を制御することにより、車椅子の進行方向を制御することができる。ハンドルから手を離していればバネによって直立した単一の軸（２３、２６、２７）が自転するのみで、患者の邪魔にならないという利点がある。

左側前方の本体フレーム１１の下方には、揺動軸３１を中心にペダル支持フレーム３２が揺動自在に取り付けられている。ペダル支持フレーム３２の先端には患者の足を載せるペダル３３が軸３４を中心に回転可能に軸支されている。ペダル支持フレーム３２の上方には、ペダル支持フレーム３２の揺動によって駆動軸１８を回転駆動する紐部材３５の一端側が結合される。

図２は、図１のＡ−Ａ線断面で見た矢視図である。前方にキャスター１２があり、後方の駆動輪１３は多数のスポーク４３により中心のハブ４２に支持されている。駆動軸１８の外周にドラム１９が固定され、ドラム１９には紐部材３５の中間付近が巻き付けられている。紐部材３５の一端側は、本体フレーム１１の下方前方に揺動軸３１により揺動自在に支承されたペダル支持フレーム３２に固定されている。紐部材３５の他端側は、引っ張りコイルバネ３６を介して本体フレーム１１の下方前方に固定されている。ハブ４２内には、この図には描かれていない一方向クラッチが組み込まれており、駆動軸１８がその一方向クラッチの入力軸と一体に回転するように構成されている。紐部材３５は、ドラム１９と駆動軸１８を介して一方向クラッチの入力軸の外周側に巻き付けられている。

紐部材３５は、例えば、ステンレス製のワイヤロープで、長さは、自由長の引っ張りコイルバネ３６を含め、ペダル支持フレーム３２が図２に示すように水平に対して約４５度の状態で弛まないように且つ紐部材３５とドラム１９との摩擦抵抗が略ゼロになるように選定される。なお、３７は、紐部材３５のガイドローラである。

ペダル３３を足で矢印Ｂ１方向に踏み込むと、ペダル支持フレーム３２が前方に揺動し、紐部材３５が駆動軸１８から離れる方向に牽引されるので、ペダル支持フレーム３２とペダル３３が「牽引手段」を構成する。

紐部材３５が牽引されると、引っ張りコイルバネ３６が延びてバネ３６の付勢力により紐部材３５の他端側が駆動軸１８方向に移動することが抑制されるので、引っ張りコイルバネ３６が「抑制手段」を構成する。

なお、ペダル３３を矢印Ｂ２方向に移動させることで、たたむことができ、車椅子から降りたり車椅子に乗ったりする際、邪魔にならないようにできる。

図３は、図２のＣ−Ｃ線断面の端面図である。駆動輪１３のハブ４２内に一方向クラッチ５０が組み込まれ、ネジ５１によりハブ４２に固定されている。一方向クラッチ５０は、内輪５０ａ、第１の外輪５０ｂ、第２の外輪５０ｃを主な要素としている。内輪５０ａに対してラジアルベアリング５０ｄにより第１の外輪５０ｂが回転自在に支承されている。第２の外輪５０ｃは第１の外輪５０ｂに対してボール係合子５０ｅにより軸方向には移動自在に、回転方向には拘束されて一体に回転するようにされている。すなわち、自由状態では、波バネ５０ｇの付勢力によりローラ係合子５０ｆがくさび状空間に食い込み、回転方向の一方向には内輪５０ａと第２の外輪５０ｃとをロックし一体に回転し、他方向にはローラ係合子５０ｆのロックが外れ、内輪５０ａに対して第２の外輪５０ｃは自由に回転する。

車椅子１０の左の駆動輪１３は、ハブ４２、一方向クラッチ５０の第１の外輪５０ｂ、ラジアルベアリング５０ｄ、内輪５０ａ、駆動軸１８、ベアリング５３、ステー４５及びブラケット４６を経由して本体フレーム１１に回転可能に支承されている。駆動軸１８の左端付近には外周に断面コの字状溝を有するドラム１９が固定され、そのドラム１９に紐部材３５が巻き付けられている。

以上の構成に基づき、作動について説明する。患者が車椅子に座り、下肢でペダル３３を踏み下ろし始めると、紐部材３５の一端側が駆動軸１８から離れる方向に牽引される。すると、紐部材３５の他端側に連結された引っ張りコイルバネ３６が延びて、バネ３６の付勢力により紐部材３５の他端側が駆動軸１８方向に移動することが抑制される。その結果、ドラム１９に巻き付いている部分の紐部材３５とドラム１９との摩擦抵抗がペダル３３を踏み下ろすストロークに比例して大きくなり、駆動軸１８が前進（時計回り）方向に駆動回転される。駆動軸１８が前進（時計回り）方向に駆動回転されると、ローラ係合子５０ｆがロックして入力軸の内輪５０ａと第１及び第２の外輪５０ｂ、５０ｃは一体に回転し、駆動輪１３が前進駆動される。

ペダル３３を踏み下ろして駆動軸１８を回転させる速度が駆動輪１３の回転速度より遅いときは、駆動軸１８が空転し、駆動輪１３が惰性で回転する。ペダル３３を踏み下ろして駆動軸１８を回転させる速度が駆動輪１３の回転速度より早いときは、駆動軸１８の回転駆動力で駆動輪１３が加速されて回転する。駆動軸１８と紐部材３５との間に摩擦抵抗があって、たとえ駆動軸１８が反時計回りに回転駆動（ペダル３３を矢印Ｂと反対方向に上昇させて）されても、ローラ係合子５０ｆのロックが外れ、内輪５０ａ（入力軸）に対して第２の外輪５０ｃは自由に回転する。その結果、駆動軸１８が反時計回りに空転するだけで、駆動輪１３が惰性で回転し続ける。

ペダル３３から下肢を離すと、ドラム１９に巻き付いている部分の紐部材３５とドラム１９との摩擦抵抗がほぼゼロになり、駆動力が自動的に解除される（ドラム１９と紐部材３５の接続が自動的に切れる）ので、ハンドリムを使って前進、後退させることができる。すなわち、ハンドリムを使っての手動駆動で例えば後退させるためには、ペダル３３から下肢を離せばよい。ペダル３３から下肢を離すと、前進駆動力が駆動軸１８に掛からなくなるので、ハンドリムを使って手動駆動で後退させることができる。駆動輪１３が反時計方向に回転すると、ローラ係合子５０ｆがロックして入力軸の内輪５０ａと第１及び第２の外輪５０ｂ、５０ｃは一体に回転し、駆動軸１８も半時計方向に回転するが、紐部材３５とドラム１９との間の摩擦抵抗がほぼゼロであるため、駆動軸１８の回転がペダル３３に伝えられることがなく、安全である。

本発明の実施形態１の駆動力自動解除式一方向回転駆動装置を備える車椅子の斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面で見た矢視図である。 図２のＣ−Ｃ線断面の端面図である。

符号の説明

１０・・・・・・・・・・車椅子
１１・・・・・・・・・・フレーム
１３・・・・・・・・・・駆動輪
１８・・・・・・・・・・駆動軸
３２・・・・・・・・・・ペダル支持フレーム
３３・・・・・・・・・・ペダル
３５・・・・・・・・・・紐部材
３６・・・・・・・・・・抑制手段（引っ張りコイルバネ）
５０・・・・・・・・・・一方向クラッチ
５０ａ・・・・・・・・内輪（入力軸）
５０ｂ・・・・・・・・第１の外輪（出力軸）

Claims (3)

1. 移動体の駆動軸に出力軸が結合され前記移動体の前進方向に入力軸が駆動された場合にのみ駆動力を伝える一方向クラッチと、
   前記一方向クラッチの入力軸の外周側に少なくとも部分的に巻かれた紐部材と、
   前記入力軸の外周側に巻かれた前記紐部材の中央部分に対する一端側を前記入力軸から離れる方向に牽引する牽引手段と、
   前記牽引手段による牽引により前記紐部材の前記中央部分に対する他端側が前記入力軸方向に移動する移動を抑制する抑制手段と、を備え、
   前記牽引手段の牽引と前記抑制手段の抑制により前記紐部材が前記一方向クラッチの入力軸に巻き付く前記紐部材と前記入力軸の摩擦抵抗により前記牽引手段の牽引力で前記紐部材を介して前記入力軸を一方向に回転駆動し、前記牽引力がゼロになると前記摩擦抵抗もゼロになるため駆動力の伝達が自動的に解除されることを特徴とする駆動力自動解除式一方向回転駆動装置。
2. 車椅子の駆動輪に出力軸が結合され前記車椅子の前進方向に入力軸が駆動された場合にのみ駆動力を伝える一方向クラッチと、
   前記一方向クラッチの入力軸の外周側に少なくとも部分的に巻かれた紐部材と、
   前記入力軸の外周側に巻かれた前記紐部材の中央部分に対する一端側を前記入力軸から離れる方向に牽引する牽引手段と、
   前記牽引手段による牽引により前記紐部材の前記中央部分に対する他端側が前記入力軸方向に移動する移動を抑制する抑制手段と、を備え、
   前記牽引手段の牽引と前記抑制手段の抑制により前記紐部材が前記一方向クラッチの入力軸に巻き付く前記紐部材と前記入力軸の摩擦抵抗により前記牽引手段の牽引力で前記紐部材を介して前記入力軸を一方向に回転駆動し、前記牽引力がゼロになると前記摩擦抵抗もゼロになるため駆動力の伝達が自動的に解除されることを特徴とする車椅子の駆動力自動解除式一方向回転駆動装置。
3. 前記牽引手段は、車椅子のフレームに揺動自在に支承されたペダル支持フレームと前記ペダル支持フレームの一端に取り付けられたペダルと、を備え、
   前記抑制手段は、前記紐部材の前記中央部分に対する他端側を引っ張った状態で車椅子のフレームに固定する引っ張りコイルバネを備える請求項２に記載の車椅子の駆動力自動解除式一方向回転駆動装置。

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