JP2014226267A - 足漕ぎ式車椅子 - Google Patents

Abstract

【課題】進行方向への走行安定性の高い足漕ぎ式車椅子を提供する。【解決手段】足漕ぎ式車椅子は、足漕ぎによる前進方向及び後進方向の回転動力が伝達される第一の前輪２と、該第一の前輪と対の関係をなす第二の前輪１と、該第一の前輪及び該第二の前輪とは別に設けられた操舵可能な操舵車輪２０と、回転動力を生成する電動機４８とを備え、電動機４８による回転動力は、第二の前輪２に伝達される。【選択図】図２

Description

本発明は、人の足漕ぎ動作による回転動力により走行する足漕ぎ式車椅子に関し、特に、補助動力を供給する電動機を搭載する足漕ぎ式車椅子に関する。

特許文献１に示されるように、足漕ぎ式車椅子が提案され、実用化されている。足漕ぎ式車椅子は、脚力の衰えた身体障害者のリハビリテーションに用いられるのみならず、足漕ぎ式車椅子をその利用者の日常生活の足としても用いることも有用である。足漕ぎ式車椅子を利用者の生活に用いる場合には、足漕ぎ動作による利用者のリハビリテーション機能及び運動効果を確保するともに、利用者の体力に応じて走行負荷の軽減を図ることも期待されている。足漕ぎ動作の負荷を軽減するために、足漕ぎ式車椅子に電動機を搭載し、いわゆるパワーアシスト機能を付加することが考えられる。パワーアシスト機能は、いわゆる電動アシスト自転車で実用化されているとおり、利用者が入力する駆動力を所定の増幅率Ｑに従って増幅する機構である。例えば増幅率Ｑ＝２の場合、利用者から入力される駆動力と同じ駆動力が補助動力として電動モータから供給され、これにより、自転車に入力される駆動力は、利用者が自転車に入力する駆動力の２倍となるため、利用者の負担は半分に減少し、利用者の負荷が軽減される。

特開２０１２−２２３５２７号公報

足漕ぎ式車椅子は、自転車などの車両と比較して、そのホイールベースが短く、直進性を保ちにくい構造となっており、また、操舵車輪の径も、自転車などの車両と比較して小さいため、横方向の摩擦が小さく、安定した直進走行が保ちがたい。

特許文献１に開示される足漕ぎ式車椅子は、旋回時の補助動力を駆動輪に供給する電動機を有し、２つの前輪の一方が、足漕ぎクランクによる回転動力と電動機による回転動力の両方により駆動される構成となっており、もう一方の前輪は遊動車輪となる。そのため、旋回時のみならず、進行する走行において、電動機による補助動力で走行アシストする場合は、２つの前輪の駆動力差により、車椅子に対する回転モーメントの影響が大きくなり、進行方向を維持することが困難となる場合があり得る。

そこで、本発明の目的は、進行方向への走行安定性の高い足漕ぎ式車椅子を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の足漕ぎ式車椅子の第一の構成は、足漕ぎによる前進方向及び後進方向の回転動力が伝達される第一の前輪と、該第一の前輪と対の関係をなす第二の前輪と、該第一の前輪及び該第二の前輪とは別に設けられた操舵可能な操舵車輪と、回転動力を生成する電動機とを備え、該電動機による回転動力は、第二の前輪に伝達されることを特徴とする。

本発明の足漕ぎ式車椅子の第二の構成は、足漕ぎによる前進方向及び後進方向の回転動力が伝達される第一の前輪と、該第一の前輪と対の関係をなす第二の前輪と、該第一の前輪及び該第二の前輪とは別に設けられた操舵可能な操舵車輪と、回転動力を生成する電動機とを備え、該電動機による回転動力は、操舵車輪に伝達されることを特徴とする。

本発明の足漕ぎ式車椅子の第三の構成は、第一の前輪と、該第一の前輪と対の関係をなす第二の前輪と、足漕ぎによる前進方向及び後進方向の回転動力を第一の前輪及び第二の前輪に伝達する差動装置と、該第一の前輪及び該第二の前輪とは別に設けられた操舵可能な操舵車輪と、回転動力を生成する電動機とを備え、該電動機による回転動力は、差動装置を介して、第一の前輪及び第二の前輪に伝達されることを特徴とする。

本発明の足漕ぎ式車椅子の第四の構成は、第一の前輪と、該第一の前輪と対の関係をなす第二の前輪と、足漕ぎによる前進方向及び後進方向の回転動力を第一の前輪及び第二の前輪に伝達する差動装置と、該第一の前輪及び該第二の前輪とは別に設けられた操舵可能な操舵車輪と、回転動力を生成する電動機とを備え、該電動機による回転動力は、操舵車輪に伝達されることを特徴とする。

本発明の足漕ぎ式車椅子によれば、足漕ぎによる回転動力と電動機による回転動力を、進行方向を乱す回転モーメントを小さくするように複数の車輪に分散して供給する構成とすることで、進行方向への高い走行安定性を得ることができる。

本発明の実施の形態における足漕ぎ式車椅子を進行方向に向かって左側面から見た説明図である。 電動機を搭載した足漕ぎ式車椅子の第一の構成を示す上面図である。 ペダルの説明図である。 本発明の実施の形態における足漕ぎ式車椅子の第二の構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態における足漕ぎ式車椅子の第三の構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態における足漕ぎ式車椅子の第四の構成を示す上面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施の形態における足漕ぎ式車椅子の側面を示す図であり、図２は、本発明の実施の形態における足漕ぎ式車椅子の第一の構成を示す上面図である。

前後に伸びるメインフレーム１０の前端部には足漕ぎクランク４が回動自在に取り付けられている。メインフレーム１０の後方部には連結チューブ１４を外側方に向かって一体に設ける。メインフレーム１０の後端部には上下方向に伸びる中空の後輪支持部２１を一体に設け、メインフレーム１０の中間部にはクロスバー１３を側方に向けて一体に取り付けて基礎フレーム部８を構成する。一方、サイドフレーム１１とサイドバー１２とを上下２カ所で一体化する。サイドバー１２は立ち上がり部３５と座席部３３及び背もたれ部３４を構成するものである。サイドフレーム１０とサイドバー１２と、サイドバー１２の上部接合部近傍から斜め下方に伸びさらに内側方に伸びるアンダーバー１６とで側方フレーム部９を構成している。基礎フレーム部８と両側の側方フレーム部９とは、サイドフレーム１１がクロスバー１３に位置調整可能に支持され且つアンダーバー１６が連結チューブ１４に位置調整可能に差し込み支持されることにより骨格を構成している。基礎フレーム部８と側方フレーム部９との位置調整をすることにより車椅子に乗る人の体格に合わせて座席幅を可変にすることができる。

一方側のサイドフレーム１１には一方の前輪たる左車輪１が外側方に向かい軸方向に支承されている。左車輪１はサイドフレーム１１に支持されている。駆動軸３は他方側のサイドフレーム１１に軸方向に可動でありメインフレーム１０には不動に支承されており、駆動軸３の先端には他方の前輪たる右車輪２が取り付けてある。足漕ぎクランク４と駆動軸３とは巻き掛け伝動装置５により伝動関係にあり、足漕ぎクランク４を足で踏むことにより、右車輪２が回転を始め前輪駆動が達成される。足漕ぎによる前進方向及び後進方向の回転動力が右車輪２に伝達される。

クロスフレーム１３にパワーアシスト用の電動機４８が取り付けられる。電動機４８による回転動力を巻き掛け伝動装置４９から、左車輪１と連結している駆動軸７を介して、電動機４８の前進方向又は後進方向の回転動力が左車輪１に伝達される。

制御ユニット７０は、足漕ぎクランク４に取り付けられたトルクセンサ６など各種センサ類からの信号に基づいて、電動機４８の回転動力の大きさ及び回転方向（前進方向又は後進方向）を判定し、電動機４８の動作を制御する。制御ユニット７０の制御手法については、例えば、人がシステムに加えた力（本例の場合、人の足漕ぎによる回転動力）を定数培する制御を採用しうる。該定数培増幅制御は、電動アシスト自転車などで従来実用化されてきた制御である。背景技術の項で述べたように、例えば増幅率Ｑ＝２とすると、制御ユニット７０は、トルクセンサ６からの信号から求められる利用者から入力される回転動力を求め、その大きさと同じ回転動力を電動機４８に発生させる。これにより、電動機４８からの回転動力により左車輪１が駆動される。足漕ぎによる回転動力と電動機４８による回転動力を、２つの前輪１、２に分散して供給することで、２つの前輪の駆動力差を小さくすることで、進行方向を乱す回転モーメントが小さくなり、安定した走行が可能となる。

定数培増幅制御に代わって、傾斜角度などの環境による走行抵抗を補償する走行抵抗補償制御が適用されてもよい。走行抵抗補償制御については、例えば、特開平１１−３３４６７６号公報に開示される制御手法を用いることができる。

また、図２の例では、足漕ぎクランク４からの回転動力（駆動力）が右車輪２に伝達され、電動機４８の回転動力が左車輪１に伝達される構成が示されるが、その反対の構成とすることも可能である。

後輪たる操舵車輪２０は後輪支承部２２と一体の後輪支持軸２３により後輪支持部２１に支承されて操舵可能とされている。後輪支承部２２の上部とメインフレーム１０との間には引っ張りバネが設けられているので、後輪たる操舵車輪２０には常に中央に戻ろうとする付勢力が付与されて三輪型足漕ぎ式車椅子の直進性が担保されている。

足漕ぎ車椅子は、２つの前輪１、２と操舵車輪２０との間の距離、すなわちホイールベースが自転車などと比較して短く、２つの前輪１、２の駆動力の差により回転しやすい構成となっており、進路が変わりやすい。また、操舵車輪２０の径も、自転車などと比較すると小さく、車輪の横方向に対する摩擦が小さく横力が小さい。

そのため、電動機４８による補助動力を供給するパワーアシスト機能を足漕ぎ式車椅子に搭載する場合、上述のとおり、人の足漕ぎによる回転動力を伝達する車輪と、電動機４８による回転動力を伝達する車輪を異ならせ、足漕ぎ式車椅子の進行方向を乱す回転モーメントの発生を減らす構成とする。これにより、左右一対の前輪の駆動力差が小さくなり、直進性が高まり、走行安定性が向上する。

双方のサイドバー１２にはアームレスト３０が所望により後方に退避し得るように取り付けられているので、車椅子を用いる際にはセットして通常のように使用する。身体障害者が車椅子に乗り降りする際には、後方に退避させてやれば、身体障害者が側方から乗り降りするときの邪魔にならず、車椅子への乗り降りをスムースに行うことができる。

サイドバー１２には固定部４１により固着された支持装置４０が取り付けられている。支持装置４０の上方に取り付けられた二股部４２には操作円盤４３が回動可能に収納され、操作円盤４３に一体に取り付けられた縦型操作レバー４５と横型操作アーム４４とが一体となって水平面上で揺動すれば、縦型操作レバー４５と横型操作アーム４４の揺動は操作円盤４３にそのまま伝えられる。操作円盤４３には左右に一対のボーデンワイヤー４６が固着されているので、操作円盤４３の揺動はボーデンワイヤー４６を介して後輪支承部２２と一体の後輪支持軸２３に伝えられる。操作円盤４３の径は後輪支持軸の径に比して大きく設定してあるので、操作円盤４３の揺動は倍力した揺動として後輪支持軸２３に伝えられるから操舵車輪２０を左右に楽に操舵することができる。操舵車輪２０は９０度近くまで揺動させることができる。このように、操舵に用いる操作装置がサイドバー１２に取り付けられているので片手で楽に操舵車輪２０の操舵を行うことができる。そして、操舵に用いる操作装置は、左右いずれのサイドバー１２に取り付けることも可能であるから、左右いずれに半身麻痺の残っている身体障害者にも容易に対応することができる。

左右のサイドフレーム１１と左右のアンダーバー１６には転倒防止バー１７が一体に取り付けられており、転倒防止バー１７の先端にはボール型キャスター２６が取り付けられているので、左右への転倒を防止する効果がある。メインフレーム１０の前方部にはローラー２８を支承するローラー支持体２７が圧縮バネ２９により後方にのみ傾動可能に取り付けられているので、三輪型足漕ぎ式車椅子がもし前方に傾きかけても確実に支えて、転倒を防止することができる。これらにより、転倒防止装置が構成される。ローラー支持体２７とローラー２８とは段差がある箇所では後方に傾くので三輪型足漕ぎ式車椅子はうまく段差を乗り越えることができる。

図３は、ペダルを説明する図である。ペダル５０が足漕ぎクランク４にボルト等で回動自在に取り付けられる。ペダル５０は基本的に平坦な足置き部５１と足置き部５１に続く平坦で前方に拡開する前部足置き部５２と取付孔５７を有する基部５６と足置き部５１の後端部の踵受け５８とが一体化されて構成されている。前部足置き部５２の両側方にはそれぞれ前部ベルト装着孔５３が前部足置き部５２を貫通して形成されている。基部５６と一体で斜め下方向に伸びる両側方の張り出し部５４にはそれぞれ後部ベルト装着孔５５が張り出し部５４を貫通して形成されている。足置き部５１及び前部足置き部５２には軽量化や滑り止めのための透孔５９及び浅穴６０が多数設けられている。身体障害者の足を足置き部５１、５２に載せ踵受け５８に足を合わせた後、左右の前部ベルト装着孔５３にそれぞれ取り付けられているファスナー付のベルト（図示せず）と、左右の張り出し部５４に形成された後部ベルト装着孔５５にそれぞれ取り付けられているファスナー付のベルト（図示せず）により足を足置き部５１、５２にしっかりと固定すれば、身体障害者は足漕ぎ動作を安全でスムースに行うことができる。

縦型操作レバー４５にはブレーキレバー４７が取り付けられている。後輪支承部２２にはキャリパー２４が取り付けられており、ブレーキレバー４７とキャリパー２４とはボーデンワイヤーでつながれている。ブレーキレバー４７を握ることによりボーデンワイヤーを介してキャリパー２４を締め付けて、操舵車輪２０と一体のディスク３２に制動力を与えるようになっており、キャリパー２４の設置位置と傾きとを設定することにより制動力が前進時よりも後進時に大きくなるように設定する。また、ブレーキレバー４７を制動位置でロックすることができるように、ロックピン、パーキングピン等を内蔵する図示しない手段を備えてなるので、乗り降り時等の停止時にロックピン、パーキングピン等を作動させれば車椅子が妄動することはない。

図４は、本発明の実施の形態における足漕ぎ式車椅子の第二の構成を示す上面図である。第二の構成では、足漕ぎクランク４による回転動力は駆動軸３を介して右車輪２に伝達され、電動機４８の回転動力は、操舵車輪２０に伝達される構成となっている。電動機４８は操舵車輪２０の回転軸に直結され、操舵車輪２０を駆動する。図２における第一の構成と比較して、２つの前輪１、２間の駆動力差は変化しないが、足漕ぎによる人の駆動力が伝達される車輪（右車輪２）と異なる車輪（操舵車輪２０）に電動機４８による補助動力を付加することで（特に、右車輪２よりも、進行方向左側に位置する車輪に回転動力を供給することで）、右車輪２にのみ駆動力が与えられる構成と比較して、進行方向を乱す回転モーメントの発生を減らす構成となる。これにより、直進性が高まり、進行方向へ走行安定性が向上する。第二の構成においては、制御ユニット７０は、電動機４８と一体的に構成されて、操舵車輪２０に取り付けられ、トルクセンサからの信号により電動機４８を制御する。

図５は、本発明の実施の形態における足漕ぎ式車椅子の第三の構成を示す上面図である。第三の構成では、回転動力を２つの前輪１、２に分配する差動ギヤ８０が設けられ、足漕ぎクランク４による回転動力と電動機４８による回転動力が、２つの前輪１、２両方に分配される構成となっている。差動ギヤ８０を搭載する構成とすることで、２つの前輪１、２の両方に駆動力が分配され、特に直進走行の場合は、足漕ぎクランク４による駆動力と電動機４８による駆動力が２つの前輪１、２に等分に分配されるので、前輪の駆動力差がなくなり、直進性が高まり、走行安定性が向上する。

図６は、本発明の実施の形態における足漕ぎ式車椅子の第四の構成を示す上面図である。第四の構成では、回転動力を２つの前輪１、２に分配する差動ギヤ８０が設けられ、足漕ぎクランク４による回転動力が２つの前輪１、２両方に分配され、さらに、電動機４８の回転動力は、操舵車輪２０に伝達される構成となっている。本構成例の場合も前輪の駆動力差がなく、また、操舵車輪２０は、進行方向の中心線上に配置されているため、進行方向を乱すモーメントが発生せず、進行方向への高い走行安定性が得られる。

上述の実施の形態によれば、足漕ぎによる回転動力と電動機による回転動力は、一対の前輪である左車輪と右車輪、及び操舵車輪のうちの少なくとも２つの車輪に分散して伝達する構成とすることで、進行方向を乱すモーメントを小さくし、高い走行安定性を有する足漕ぎ式車椅子が実現される。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る各種変形、修正を含む要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。

１：左前輪、２：右前輪、３：駆動軸、４：足漕ぎクランク、５：巻き掛け伝動装置、 ６：トルクセンサ、７：駆動軸、８：基礎フレーム部、９：側方フレーム部、１０：メインフレーム、１１：サイドフレーム、１２：サイドバー、１３：クロスバー、１４：下部連結チューブ、１５：補強バー、 １６：アンダーバー、１７：転倒防止バー、２０：操舵車輪、２１：後輪支持部、２２：後輪支承部、２３：後輪支持軸、２４：キャリパー、２５：引っ張りバネ、２６：ボール型キャスター、２７：ローラー支持体、２８：ローラー、２９：圧縮バネ、３０：アームレスト、３１：アームレスト取付部、３２：ディスク、３３：座席部、３４：背もたれ部、 ３５：立ち上がり部、４０：支持装置、４１：固定部、４２：二股アーム、４３：操作円盤、４４：横型操作アーム、４５：縦型操作レバー、４６：ボーデンワイヤー、４７：ブレーキレバー、４８：電動機、４９：巻き掛け伝動装置、５０：ペダル、５１：足置き部、 ５２：前部足置き部、５３：前部ベルト装着孔、５４：張り出し部、５５：後部ベルト装着孔、５６：基部、５７：取付孔、５８：踵受け、５９：透孔、７０：制御ユニット、８０：差動ギヤ

Claims (5)

1. 足漕ぎによる前進方向及び後進方向の回転動力が伝達される第一の前輪と、
   該第一の前輪と対の関係をなす第二の前輪と、
   該第一の前輪及び該第二の前輪とは別に設けられた操舵可能な操舵車輪と、
   回転動力を生成する電動機とを備え、
   該電動機による回転動力は、前記第二の前輪に伝達されることを特徴とする足漕ぎ式車椅子。
2. 足漕ぎによる前進方向及び後進方向の回転動力が伝達される第一の前輪と、
   該第一の前輪と対の関係をなす第二の前輪と、
   該第一の前輪及び該第二の前輪とは別に設けられた操舵可能な操舵車輪と、
   回転動力を生成する電動機とを備え、
   該電動機による回転動力は、前記操舵車輪に伝達されることを特徴とする足漕ぎ式車椅子。
3. 第一の前輪と、
   該第一の前輪と対の関係をなす第二の前輪と、
   足漕ぎによる前進方向及び後進方向の回転動力を前記第一の前輪及び前記第二の前輪に伝達する差動装置と、
   該第一の前輪及び該第二の前輪とは別に設けられた操舵可能な操舵車輪と、
   回転動力を生成する電動機とを備え、
   該電動機による回転動力は、前記差動装置を介して、前記第一の前輪及び前記第二の前輪に伝達されることを特徴とする足漕ぎ式車椅子。
4. 第一の前輪と、
   該第一の前輪と対の関係をなす第二の前輪と、
   足漕ぎによる前進方向及び後進方向の回転動力を前記第一の前輪及び前記第二の前輪に伝達する差動装置と、
   該第一の前輪及び該第二の前輪とは別に設けられた操舵可能な操舵車輪と、
   回転動力を生成する電動機とを備え、
   該電動機による回転動力は、前記操舵車輪に伝達されることを特徴とする足漕ぎ式車椅子。
5. 第一の前輪と、
   該第一の前輪と対の関係をなす第二の前輪と、
   該第一の前輪及び該第二の前輪とは別に設けられた操舵可能な操舵車輪と、
   回転動力を生成する電動機とを備え、
   足漕ぎによる前進方向及び後進方向の回転動力が伝達される
   足漕ぎによる回転動力と電動機による回転動力は、前記第一の前輪、前記第二の前輪及び前記操舵車輪のうちの少なくとも２つの車輪に分散して伝達されることを特徴とする足漕ぎ式車椅子。

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