JP2018110663A - 移動装置及び移動装置を有する電動車椅子 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車椅子の向きを変更することなく、横方向又は斜め方向等の３６０°のいずれの方向にも移動可能であり、また車輪を駆動させることなく着座部の方向を変更することができる車椅子及びこうした車椅子その他の移動体に使用可能な移動装置を提供する。【解決手段】本発明の移動装置１００は、駆動装置５０と、少なくとも２つの車輪４０と、前記駆動装置５０からの駆動力を２つの車輪４０の車軸の動力に差をつける差動装置６０と、上方本体部と、前記上方本体部を回転させるターンテーブル２０と、前記ターンテーブル２０を駆動する作動させるターンテーブル用駆動装置２５と、前記上方本体部に直接又は間接的に設けられてなる補助車輪と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、移動装置及び移動装置を有する電動車椅子に関する。

電動車椅子には、運転操縦用の操作部と、使用者が着座する着座部を有する車体フレームに対し、駆動部と連結した車輪が左右に１つずつ合計２つの車輪が設けられているタイプのもの（特許文献１）、又は車体フレームに対し、前側に進行方向を決定する機能を有する２つの前車輪と、主として駆動輪としての機能又は車体安定性の機能を有する２つの後車輪とで合計４つの車輪を有するタイプのもの（特許文献２）がある。

しかしながら、いずれの電動車椅子においても、使用者が正面に向いた状態で電動車椅子を横方向や斜め方向に移動させることができない。そのため、室内等の狭い場所において希望の位置まで電動車椅子を移動させたい場合に、直線状に移動することができず、大きく回り込んだり、スイッチバックさせたりする必要があったりと、所望の位置に移動することが困難であったり、時間がかかったりするという課題があった。

また、電動車椅子の車輪の位置を変更することなく、使用者の向きを変更することができないといった課題があった。

特開２０１５−１１９８２１号公報 特開２０１５−１４２６５６号公報

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、電動車椅子の向きを変更することなく、横方向又は斜め方向等の３６０°のいずれの方向にも移動可能であり、また車輪を駆動させることなく着座シートの方向を変更することができる車椅子及びこうした車椅子その他の移動体に使用可能な移動装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために、以下の手段を採った。

本発明にかかる移動装置は、
駆動装置と、
少なくとも２つの車輪と、
前記駆動装置からの駆動力を２つの車輪の車軸に伝達するとともに、それぞれの車軸の回転数に差をつけることができる差動装置と、
上方本体部と、
前記上方本体部を回転させるターンテーブルと、
前記ターンテーブルを駆動するターンテーブル用駆動装置と、
前記上方本体部に直接又は間接的に設けられてなる補助車輪と、
を備えていることを特徴とする。

本発明にかかる移動装置によれば、駆動装置によって車輪を可動することで前後左右等の車輪の向いている方向への移動を可能にするとともに、ターンテーブル用駆動装置を駆動することによって、車輪の向きを３６０°任意の方向に回転移動させることができる。したがって、上方本体部の向きにかかわらず、任意の方向へ移動装置を移動させることができる。

また、本発明にかかる移動装置において、前記差動装置は、デフロック機構を有することを特徴とするものであってもよい。

デフロック機構を設けることによって、車輪を回転させることなく、上方本体部のみ回転させることができる。そのため、移動装置下方側を所定の位置に固定した状態のまま、上方本体部のみを任意の方向へ向けることができる。

さらに、本発明にかかる移動装置において、前記デフロック機構を可動するデフロック用アクチュエータを有することを特徴とするものであってもよい。

かかる構成を採用することによって、上方本体部のみの回転と、移動装置下方側の回転を自在に変更することができる。

さらに、本発明にかかる移動装置において、前記補助車輪は、４個有することを特徴とするものであってもよい。

かかる構成を採用することによって、上方本体部の安定性を向上させることができる。

さらに、本発明にかかる移動装置において、さらに、操作手段を有することを特徴とするものであってもよい。

かかる構成を採用することによって、使用者が任意に上方本体部のみの回転移動、移動装置下方側のみの回転移動、前進、後進等を自在に制御することができる。

さらに、本発明は、上述した移動装置を備えたことを特徴とする電動車椅子を提供する。

かかる電動車椅子によれば、使用者は、着座シートを任意の向きたい方向に向けることができる。また、着座シートの向きにかかわらず、任意の方向へ電動車椅子を移動させることができる。

本発明にかかる移動装置及び電動車椅子によれば、下方部を固定した状態で上方本体部を任意の方向へ向けることができ、また、上方本体部の向きにかかわらず、３６０°任意の方向へ移動させることができる。

図１は、本実施形態にかかる移動装置１００の斜視図である。 図２は、本実施形態にかかる移動装置１００において上方本体部１０を省略した斜視図である。 図３は、本実施形態にかかる移動装置１００の一部正面図である。 図４は、本実施形態にかかる移動装置１００の断面図である。

以下、本発明にかかる移動装置１００の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかる移動装置１００の斜視図であり、図２は、本実施形態にかかる移動装置１００において上方本体部１０を省略した斜視図であり、図３は、本実施形態にかかる移動装置１００の一部正面図である。図４は、本実施形態にかかる移動装置１００の断面図である（ただし、見づらくなることから、断面線は省略してある。）。なお、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではない。また、各図において対応する構成要素には同一又は類似の符号が付されている。

本実施形態にかかる移動装置１００は、人間が乗ったり、又は荷物等を載置したりして人間や荷物の移動を補助するための器具に適用可能な装置であり、例えば、電動車椅子、電動カートや台車等に適用可能である。勿論これらの使用に限定されるものではない。本実施形態においては、車椅子に適用する場合を例として説明する。

移動装置１００は、図１及び図２に示すように、主として、人間が着座する着座シート（図示せず。）や着座シートが取り付けられる取付部等からなる上方本体部１０と、上方本体部１０の回転方向の移動を制御するターンテーブル２０及びこのターンテーブル２０を駆動するターンテーブル用駆動装置２５と、移動装置１００を移動させるための２つの車輪４０、主としてこの車輪４０を駆動する駆動装置５０及び２つの車輪４０の回転を差動可能にする差動装置６０と、上方本体部１０の水平状態を保持する補助車輪７０と、移動装置１００を操作する操作手段９０と、を備えている。

上方本体部１０は、荷物や人間等の移動させたい物体を載置する部分であり、例えば、電動車椅子の場合は、着座シート又はこの着座シートが取り付けられる取付部材等が相当する。

ターンテーブル２０は、図２に示すように、内側に配置されるリング状の第１ターンテーブル２１と、第１ターンテーブル２１の外周側に配置されるリング状の第２ターンテーブル２２とを有している。それぞれ第１ターンテーブル２１と第２ターンテーブル２２との間には、図４に示すように、ベアリング２３が設けられており、同心軸を中心に互いに異なる回転が可能に設けられる。

第１ターンテーブル２１は、上方本体部１０と相対位置が変更しないように上方本体部１０に対して直接又は間接的に固定されている。すなわち、第１ターンテーブル２１は、上方本体部１０と同様に回転する。第２ターンテーブル２２は、下方の差動装置６０や車輪４０との相対位置が変更しないように固定される。本実施形態では下方側の差動装置６０や車輪４０と位置が固定されている底面板２４に固定されている。したがって、第２ターンテーブル２２は、車輪４０の方向の変更と同様に回転する。第２ターンテーブル２２の外周には、図２に示すように、ギア歯２２ａが設けられている。

ターンテーブル用駆動装置２５は、電動モータ等の駆動機器からなり、図４に示すように、上方本体部１０に固定されている。ターンテーブル用駆動装置２５はピニオンギア２５ａで第２ターンテーブル２２のギア歯２２ａと噛合しており、ターンテーブル用駆動装置２５を駆動させることによって、第２ターンテーブル２２に対して回転する力を加えることができる。よって、第２ターンテーブル２２が移動しないように固定されていれば、ターンテーブル用駆動装置２５を駆動することによって、ターンテーブル用駆動装置２５は、第２ターンテーブル２２の周囲に沿って回転するように移動し、ひいてはターンテーブル用駆動装置２５が固定されている上方本体部１０が回転することになる。

なお、本実施形態においては、第１ターンテーブル２１を上方本体部１０に固定し、第２ターンテーブル２２を下方の差動装置６０や車輪４０等との相対位置が変更しないように配置したが、逆に第１ターンテーブル２１を差動装置６０や車輪４０との相対位置が変更しないように配置し、第２ターンテーブル２２を上方本体部１０に固定し、第１ターンテーブル２１とターンテーブル用駆動装置２５とが連動するように設けてもよい。

車輪４０は、移動装置１００の両側に配置される２つの車輪４０ａ、４０ｂを有しており、後述する駆動装置５０と連動しており、移動装置１００の駆動輪としての機能を有する。

駆動装置５０は、電動モータ等の駆動機器からなる。駆動装置５０は、第１ターンテーブル２１との相対位置が変わらないように、第１ターンテーブル２１に対して直接又は間接的に取り付けられる。本実施形態においては、第１ターンテーブル２１と固定されている上方本体部１０に固定することによって、第１ターンテーブル２１との相対位置が変わらないように設置されている。駆動装置５０の回転力は差動装置６０内に配置されるドライブピニオン５５に伝達される。駆動装置５０とドライブピニオン５５の間には、適切な速度又はトルクを調整する中間ギア５２を適宜設けても良い。駆動装置５０としては、駆動していない場合に、電磁ブレーキ付モータのように軸が回転するのを防止するタイプのものを使用してもよい。

差動装置６０は、いわゆるディファレンシャル機構を有する装置であり、それぞれの車輪４０ａ及び車輪４０ｂの車軸４２ａ及び車軸４２ｂの回転数に差を設けたり、回転方向を逆にしたりするための機構である。差動装置６０は、図３に示すように、駆動装置５０に連動しているドライブピニオン５５と、このドライブピニオン５５の回転を車軸４２ａへ伝達するため、ドライブピニオン５５と噛合するかさ歯車からなるリングギア６４と、それぞれギア歯が対向するようにそれぞれの車軸４２ａ及び車軸４２ｂに設けられたかさ歯車からなる２つのサイドギア６５ａ及びサイドギア６５ｂと、それぞれのサイドギア６５ａ、６５ｂに係合するかさ歯車からなる２つのディファレンシャルピニオン６６と、ディファレンシャルピニオン６６の軸を支持するデフケース６８と、を有している（それぞれのギア歯は省略してある。）。さらに、差動装置６０は、デフロック機構を有している。本実施形態においては、車軸４２ｂには複数の嵌合孔６９ａを有するデフロック板６９が設けられており、デフケース６８の先端に設けられた嵌合突起６８ａと嵌合することにより、ロックして車軸４２ａと車軸４２ｂが連結され、同回転に回転する。デフロック板６９は、車軸４２ｂの軸に対して平行に移動可能に設けられるとともに、かつこのデフロック板６９に対して、デフロックを解除する方向（図３の矢印Ａの方向）に付勢する付勢ばね６９ｂが設けられている。また、デフロック板６９には、図２に示すように、デフロック用アクチュエータ６２が連結されている。したがって、デフロック用アクチュエータ６２がオフの場合には、デフロックが解除され、デフロック用アクチュエータ６２をオンにすることによって、デフロック板６９をデフケース６８側に移動させてデフロックさせることができる。

補助車輪７０は、自ら駆動するものではなく、上方本体部１０の水平方向を支持するための車輪であり、上方本体部１０に固定され、上方本体部１０が傾くことを防止している。補助車輪７０は特に限定するものではなく、前後左右の移動を可能にする形態であればよく、例えば、キャスター等であってもよい。補助車輪７０は、水平状態を保持するものであるため、少なくとも３つ以上、好ましくは、安定性確保のため４つ以上設けるとよい。

操作手段９０は、人間による入力によって、ターンテーブル用駆動装置２５、駆動装置５０及びデフロック用アクチュエータ６２に信号を送信し、これらの駆動を制御する装置である。例えば、操縦桿のようなスティック状のもの、タッチパネルのようなタッチ型入力手段、リモートコントローラ、又はタブレット型コンピュータであってもよい。コントロールユニットは、操作手段９０側であっても、別体に設けられていてもいずれであってもよい。本実施形態では、図１に示すように、タブレット型コンピュータを使用している。

次に、以上のように作製された移動装置１００の動きについて説明する。まず、移動装置１００を車輪４０の向いている方向に移動させる場合について説明する。操作手段９０に前進又は後進等の車輪４０を回転させる入力をすることによって、入力信号により駆動装置５０が駆動する。この際にターンテーブル用駆動装置２５は駆動しない。駆動装置５０が駆動することによって、中間ギア５２を介してドライブピニオン５５を回転させる。ドライブピニオン５５の回転は、リングギア６４に伝達され、車軸４２ａが回転し、車輪４０ａが回転する。この際に、車軸４２ｂは、デフロック状態、デフロック解除状態にかかわらず、差動装置６０のディファレンシャル機能によって同方向に回転する。よって、デフロック用アクチュエータ６２は、オンの状態でもオフの状態でも構わない。より好ましくは、デフロック状態にすれば、車軸４２ａ及び車軸４２ｂの回転が完全に固定し、直進性が安定するため、デフロック用アクチュエータ６２をオンにし、デフロック状態で使用するとよい。これにより、車輪４０の回転方向に移動装置１００全体が移動することになる。なお、車輪４０の回転方向の切り替えは、駆動装置５０の回転方向を逆転してもよいし、中間ギア等に例えば遊星ギア等を利用したりして、機構的に正逆反転機構を設けても構わない。

次に、車輪４０が回転することなく（すなわち、上方本体部１０の下方側は移動、又は回転することなく）、上方本体部１０を回転させる場合について説明する。操作手段９０に上方本体部１０の回転を入力することで、入力信号が送信されデフロック用アクチュエータ６２がオンになる。これにより差動装置６０がデフロックされる。次に、信号によりターンテーブル用駆動装置２５が起動される。これにより、第２ターンテーブル２２に対し、回転させる力が加わる。この際に、車輪４０には反力が発生し、反対方向に回転する力が加わる。例えば、図２に示すように、矢印Ｂの方向に上方本体部１０を回転させようとすると、車輪４０ｂには、反力として矢印Ｃの方向へ回転する力が加わる。車輪４０ｂの回転する力は、デフロックされているので、リングギア３０ｂ、ドライブピニオン５５、駆動装置５０の順に力が伝達する。しかし、駆動装置５０がオフの状態にあるので、逆相ブレーキやうず電流ブレーキ等のモーターブレーキによってドライブピニオン５５の回転が防止されるため、車輪４０の回転が防止される。そのため、下方側は回転することができず、ターンテーブル用駆動装置２５が第２ターンテーブル２２の周囲を回転するように移動し、ターンテーブル用駆動装置２５が固定されている上方本体部１０が下方側の車輪４０、差動装置６０等に対して回転することになる。

次に、上方本体部１０を移動、回転させることなく、車輪４０の方向を回転する方法について説明する。操作手段９０に車輪４０の向きの変更を入力することで、入力信号によってデフロック用アクチュエータ６２がオフになり、差動装置６０のデフロック機構が解除される。次に信号により、ターンテーブル用駆動装置２５が起動される。これにより、図２に示すように、矢印Ｂの方向に上方本体部１０を回転させようとすると、車輪４０ｂには、反力として矢印Ｃの方向へ回転する力が加わる。この回転は、差動装置６０のサイドギア６５ｂ（矢印Ｃの回転方向）、２つのディファレンシャルピニオン６６（矢印Ｄ及びＥの回転方向）、サイドギア６５ａ（矢印Ｆの回転方向）と伝達し、サイドギア６５ａに対してサイドギア６５ｂと逆回転の力が伝達される。そのため、このサイドギア６５ｂに連結された車輪４０ａは車輪４０ｂと逆回転することになる。これにより、車輪４０は回転し、方向を変更することができる。この際に、上方本体部１０は、補助車輪７０に荷重がかかっているため、回転することが防止される。

上方本体部１０が回転することなく、車輪４０の方向が変更するための条件は以下のとおりである。
Ｔ１：回転中心に対して、車輪４０を回転させるのに必要なトルク、すなわち、上方本体部１０の下方側を回転させるために必要なトルク
Ｔ２：回転中心に対して補助車輪７０が回転するのに必要なトルク、すなわち、上方本体部１０を回転させるのに必要なトルク
とした場合に、Ｔ２＞Ｔ１となれば補助車輪７０が移動することなく、車輪４０の方向が変更することになる。
したがって、
Ｆ１：車輪４０の転がり抵抗力
Ｆ２：補助車輪７０の転がり抵抗力
Ｌ１：回転中心から車輪４０までの距離
Ｌ２：回転中心から補助車輪７０までの距離
μ ：転がり軸受けの摩擦トルク
とし、車輪４０が２個、補助車輪７０が４つとした場合、それぞれＴ１、Ｔ２は以下のようになる。
Ｔ１＝（Ｆ１×μ×Ｌ１）×２
Ｔ２＝（Ｆ２×μ×Ｌ２）×４
よって、（Ｆ２×μ×Ｌ２）×４＞（Ｆ１×μ×Ｌ１）×２
の場合に車輪４０の方向が変更することになる。

具体的に、一般的な人間及び車椅子の重量・大きさを想定して計算すると、
車椅子の重量：６０Ｋｇ
乗員の重量 ：７５Ｋｇ
車椅子と乗員の重量：１３５Ｋｇ
車輪車軸、補助車輪軸の転がり軸受け摩擦トルク ：μ＝０．００１
Ｌ１ ：１４５ｍｍ
Ｌ２ ：２９４．５ｍｍ
とすると、
車輪２個とキャスター４個に等分して負荷がかかると想定すると、
（１３５Ｋｇ）×９．８／６＝２２０．５Ｎ
Ｆ１＝２２０．５Ｎ×０．００１＝０．２２０５Ｎ
Ｆ２＝２２０．５Ｎ×０．００１＝０．２２０５Ｎ

Ｔ１＝（０．２２０５Ｎ×１４５ｍｍ）×２＝６３．９Ｎｍｍ
Ｔ２＝（０．２２０５Ｎ×２９４．５ｍｍ）×４＝２５９．７Ｎｍｍ
→ Ｔ２＞Ｔ１
となり、車輪４０のみが方向を変更することになる。
かかる結果によれば、Ｔ２とＴ１との間には約４倍の負荷の相違があり、一般的な車椅子やカート、台車等であれば、車輪４０のみが方向を転換することがわかる。

以上のように作製された移動装置１００によれば、車輪４０の向きに対して、上方本体部１０の向きを自在に変更することができる。したがって、例えば、車椅子の場合、一定の位置まで移動した後に自身の方向を３６０°すべての方向に向けることができる。また、自分の向いている方向に対して、車輪４０の方向を任意に変更することができるので、自身の向いている方向以外のすべての方向に移動させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得る。

上述した実施形態で示すように、電動車椅子として産業上利用可能である。

１０…上方本体部、２０…ターンテーブル、２１…第１ターンテーブル、２２…第２ターンテーブル、２２ａ…ギア歯、２３…ベアリング、２４…底面板、２５…ターンテーブル用駆動装置、２５ａ…ピニオンギア、３０ｂ…リングギア、４０…車輪、４０ａ…車輪、４０ｂ…車輪、４２ａ…車軸、４２ｂ…車軸、５０…駆動装置、５２…中間ギア、５５…ドライブピニオン、６０…差動装置、６２…デフロック用アクチュエータ、６４…リングギア、６５ａ…サイドギア、６５ｂ…サイドギア、６６…ディファレンシャルピニオン、６８…デフケース、６８ａ…嵌合突起、６９…デフロック板、６９ａ…嵌合孔、６９ｂ…付勢ばね、７０…補助車輪、９０…操作手段、１００…移動装置

Claims (6)

1. 駆動装置と、
   少なくとも２つの車輪と、
   前記駆動装置からの駆動力を２つの車輪の車軸に伝達するとともに、それぞれの車軸の回転数に差をつけることができる差動装置と、
   上方本体部と、
   前記上方本体部を回転させるターンテーブルと、
   前記ターンテーブルを駆動するターンテーブル用駆動装置と、
   前記上方本体部に直接又は間接的に設けられてなる補助車輪と、
   を備えていることを特徴とする移動装置。
2. 前記差動装置は、デフロック機構を有することを特徴とする請求項１記載の移動装置。
3. 前記デフロック機構を可動するデフロック用アクチュエータを有することを特徴とする請求項２に記載の移動装置。
4. 前記補助車輪は、４個有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の移動装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の移動装置において、
   さらに、操作手段を有することを特徴とする移動装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の移動装置を備えたことを特徴とする電動車椅子。
   

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