JP2019170447A - 車椅子 - Google Patents

Abstract

【課題】段差を上るときの補助としてエアモータの動力を活用できる車椅子を提供する。【解決手段】車椅子１は、車椅子１を走行させるための駆動輪２と、駆動輪２に付与するトルクを発生するエアモータ３と、エアモータ３に駆動用の圧縮エアを供給するエアタンク４と、圧縮エアの供給に供するエア供給路５と、エア供給路５の流路抵抗を切り替えるための流路抵抗切替手段５ａとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、簡便な操作により、エアモータで適切・効率よく補助する車椅子に関する。

車椅子で移動している際に、坂道を上る場合や、前方に障害物や段差がある場合には、平地等よりも駆動力が必要となるために、使用者の力のみで駆動するのが困難になる場合がある。

このため、電動力で駆動を補助する技術が提案されており、通常は使用者の力、手動式で駆動する一方、坂道、起伏の大きな道、砂利道、段差など、使用者の力のみによる駆動が困難な場合に、電動力で駆動を補助することができる。

また、充填時間が、バッテリーの充電時間よりも短時間ですむ、圧縮空気を駆動源とする車椅子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車椅子では、駆動源としてエアモータを２個使用しており、これらの間をクラッチで連結することにより双方の同期を改善し、直進性を確保している。しかしながら、上記特許文献１の車椅子は、駆動時間は１時間と短く、その性能は不十分であった。

特開２００２−１５９５３７号公報

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、坂道や段差等を上るときの補助として簡便な操作で、かつ効率よくエアモータの駆動力を活用できる車椅子を提供することにある。

第１発明に係る車椅子は、
車椅子を走行させるための駆動輪と、
前記駆動輪に付与するトルクを発生するエアモータと、
前記エアモータに駆動用の圧縮ガスを供給するガス供給手段と、
前記圧縮ガスの供給に供するガス供給路と、
前記ガス供給路の流路抵抗を切り替えるための流路抵抗切替手段とを備えることを特徴とする。

第１発明によれば、ガス供給手段から圧縮ガスをエアモータに供給することにより、エアモータが出力するトルクを駆動輪に付与し、車椅子の走行に供することができる。その際に、流路抵抗切替手段によりガス供給路の流路抵抗を切り替えることにより、エアモータの回転数−トルク特性を変更することができる。

したがって、変更し得る回転数−トルク特性を適切に設定することにより、段差を乗り超えるのに適した特性に変更したり、斜面を上るのに適した特性に変更したりして、簡便な操作でエアモータから効率よく適切な補助駆動力を得ることができる。

例えば、段差を上るときには、ガス供給路の流路抵抗を大きい値に切り替えることによって、エアモータの回転数−トルク特性を、回転数が上がると直ちにトルクが小さくなる特性に変更する。かかる流路抵抗の切替えを行っておくことにより、エアモータは低い回転速度で大きいトルクを発生するので、支障なく段差を上ることができる。また、上り終えて平坦面の走行速度に戻ったときには、使用者が操作せずとも、エアモータの回転数―トルク特性に従って、自動的にエアモータのトルクが速やかに減少するので、予期しない車椅子の暴走を抑制することができる。

一方、坂を上る場合には、例えば、ガス供給路の流路抵抗を小さい値に切り替えることによって、エアモータの回転数−トルク特性を、回転数が多少上がってもトルクをある程度高く維持できる特性に変更する。かかる流路抵抗の切替えを行っておくことにより、ある程度のトルクを駆動輪に付与しながら、車椅子を進行させることができる。

車椅子で段差に正対したり、坂の上り下りの際には、車椅子の使用者は、車椅子の制御等のために両手でしっかりとハンドリムを制御しなければならないため、補助駆動力の手による操作は困難である。しかし、本発明によれば、最初に回転数―トルク特性を設定すれば、その後は操作することなく、自動的に、かつ適切な大きさの補助駆動力が付与される、つまり、簡便な操作のみで、効率よく適切な補助駆動力を活用することができる。

第２発明に係る車椅子は、第１発明において、
前記流路抵抗切替手段は、
前記ガス供給路の途中において並列に設けられ、流路抵抗が異なる複数の管路と、
前記複数の管路のうちで前記圧縮ガスの供給に供するものを択一的に切り替える管路切替手段とを備えることを特徴とする。

第２発明によれば、流路抵抗が異なる複数の管路と、管路切替手段を設けるだけで、流路抵抗切替手段を容易に構成することができる。

第３発明に係る車椅子は、第１又は第２発明において、一方が前記ガス供給路に接続され、他方が大気に通じて、前記エアモータの吸気側が負圧になるのを抑制する逆止弁を有することを特徴とする。

第３発明によれば、エアモータの吸気側が負圧（大気圧以下）になり、真空ポンプ状態になって、車椅子の進行方向に対応する向きと逆向きのトルクを発生する場合もあり得るが、この逆向きのトルクの発生を、逆止弁により軽減させることができる。

第４発明に係る車椅子は、第３発明において、前記逆止弁には、該逆止弁を閉塞する閉止バルブが設けられていることを特徴とする。

第４発明によれば、坂を下る場合などにおいて、閉止バルブによって逆止弁を閉じた状態とし、流路抵抗切替手段でガス供給路の流路抵抗を適切に設定することにより、エアモータの吸気側を負圧状態にすることができる。これにより、車椅子の進行方向に対応する向きと逆向きのトルクをエアモータに発生させ、エンジンブレーキのような効果を得ることができる。

第５発明に係る車椅子は、第１〜第４発明において、
前記駆動輪は、左右に１輪ずつ設けられており、
前記エアモータと各駆動輪との間には、該エアモータのトルクを２つに分割してそれぞれ左右の前記駆動輪に伝達する差動装置が設けられ、
前記差動装置と左右の前記駆動輪のうちの少なくとも一方との間のトルクの伝達は、フレキシブルシャフトを介して行われることを特徴とする。

第５発明によれば、差動装置と駆動輪との間にフレキシブルシャフトが介在するので、差動装置の機能を利用しながら、エアモータや差動装置を、限られた車椅子上のスペースにおいて、高い自由度で支障なく配置することができる。

第６発明に係る車椅子は、第１〜第５発明において、
車体フレームを構成するパイプフレームを備え、
前記ガス供給手段は、前記パイプフレーム内に設けられた前記圧縮ガス又は該圧縮ガスとなる液化ガスの収納容器を備えることを特徴とする。

第６発明によれば、収納容器をすべてパイプフレームの外部に設ける場合に比べて、ガス供給手段を設置するスペースを縮小又は実質的に不要とすることができる。

本発明の一実施形態に係る車椅子の側面図である。 図１の車椅子の背面図である。 図１の車椅子のエア供給路を示す模式図である。 図１の車椅子のエアモータの回転数−トルク特性を示す図である。 図１の車椅子を折り畳んだ状態を後ろ側から見た様子を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る車椅子の側面図である。図１に示すように、この車椅子１は、車椅子１を走行させるための２つの駆動輪２と、駆動輪２に付与されるトルクを発生するエアモータ３と、エアモータ３に供給する圧縮空気が収納された収納容器としてのエアタンク４とを備える。

エアタンク４は、エアモータ３に駆動用の圧縮ガスとしての圧縮空気を供給するガス供給手段を構成する。エアタンク４からエアモータ３への圧縮空気の供給は、ガス供給路としてのエア供給路５を介して行われる。

また、車椅子１は、車体フレームを構成するパイプフレーム６を備える。２つの駆動輪２の各回転軸２ａは、使用者が座るシート７の両側において、パイプフレーム６により回転自在に支持される。各駆動輪２の外側には、使用者自身が駆動輪２を回すためのハンドリム２ｂが設けられる。各駆動輪２の外側のタイヤの部分と対応する回転軸２ａとの間は、一部を図示したスポーク２ｃにより結合されている。

エアモータ３としては、例えば、パイプフレーム６に沿って実装し易いベーン型のものが使用できる。ピストン型のエアモータを用いてもよい。また、エアモータ３には、適切な減速比を有するプラネタリギヤなどの減速機構が組み込まれている。エアモータ３と各駆動輪２との間には、エアモータ３のトルクを２つに分割してそれぞれ左右の駆動輪２の回転軸２ａに伝達する差動装置８が設けられる。

エアタンク４としては、例えば、２５リットル程度の容量を有するものが使用できる。エアタンク４又はエア供給路５には、エアタンク４からエアモータ３に圧縮空気を供給するか否かを切り替えるための切替バルブ１０が設けられる。エア供給路５には、エア供給路５の流路抵抗を切り替えるための流路抵抗切替手段５ａが設けられる。

図２は、車椅子１の背面側を示す。図２に示すように、差動装置８により２つに分配されるエアモータ３のトルクのうちの一方は、直接一方の駆動輪２の回転軸２ａに伝達され、他方のトルクは、フレキシブルシャフト９を経由して、他方の駆動輪２の回転軸２ａに伝達される。

図３は、エアタンク４からエアモータ３に圧縮空気を供給するためのエア供給路５を模式的に示す。図３に示すように、流路抵抗切替手段５ａは、エア供給路５の途中に並列に設けられた流路抵抗が異なる複数の管路１１ａ〜１１ｄと、管路１１ａ〜１１ｄのうちの圧縮空気の供給に使用する管路を選択して切り替える管路切替手段１２とを備える。

管路１１ａ〜１１ｄは、径が異なることにより流路抵抗が相互に異なっている。すなわち、管路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの順に径が大きく（すなわち流路抵抗が小さく）なっており、管路１１ｄは、有意な流路抵抗を生じない程度に大きい径を有する。管路切替手段１２は、例えば流路切替バルブなどを用いて構成することができる。

エア供給路５又はエアタンク４には、エアタンク４からエアモータ３に圧縮空気を供給するか否かを切り替えるための切替バルブ１０が設けられる。

エア供給路５における管路切替手段１２とエアモータ３との間には、一方がエア供給路５に接続され、他方が大気に通じ、エアモータ３の吸気側が負圧になるのを抑制する逆止弁１３が設けられる。逆止弁１３には、逆止弁１３を閉塞状態に維持する閉止バルブ１４が設けられている。

図１に戻り、パイプフレーム６の使用者が操作し易い位置に、管路切替手段１２や閉止バルブ１４、切替バルブ１０を操作するための操作部１５が設けられる。操作部１５と、管路切替手段１２や閉止バルブ１４、切替バルブ１０との間は、ワイヤにより接続され、このワイヤを経て、操作部１５の操作内容が、管路切替手段１２や閉止バルブ１４、切替バルブ１０に反映されるように構成される。

その他、車椅子１は、通常の車椅子が装備するキャスタ１６、フットレスト１７、バックサポート１８などを備える。また、パイプフレーム６には、車椅子１の折畳みを可能とするクロスバー１９が設けられる。

図４は、エアモータ３のおおよその回転数（回転速度）−トルク特性を示す。図４中のグラフ曲線２０ａは、管路切替手段１２により管路１１ａを選択したときの特性を示す。同様に、グラフ曲線２０ｂは管路１１ｂ、グラフ曲線２０ｃは管路１１ｃ、グラフ曲線２０ｄは管路１１ｄを選択したときの特性を示す。

なお、上記の「流路抵抗」とは、管路を流れるエアに働く抵抗のうちの管路の形態（形状、長さ、径、摩擦係数など）が寄与する部分を意味しており、「流路抵抗を切り替える」とは、この管路の形態を切り替えることを意味している。

図４に示すように、管路１１ａを選択した場合には、回転数が遅いときに大きいトルクが得られるが、回転数が速くなると速やかにトルクが低下し、負の値に移行する。これは、管路１１ａの流路抵抗が大きいので、回転数の増加に応じて管路１１ａを流れるエアに働く抵抗が飛躍的に大きくなるからである。

一方、管路１１ｂを選択した場合には、管路１１ａを選択した場合に比べて、回転数の増加に対するトルクの低下は緩やかである。同様に、管路１１ｃを選択した場合はトルクの低下はさらに緩やかになる。管路１１ｄを選択した場合には、有意な流路抵抗の増加がないので、実質的にトルクが負になることは無い。

この構成において、平坦な路面を走行する場合等、補助駆動力を要しない時には、使用者は、操作部１５の操作により切替バルブ１０を閉状態（すなわち圧縮空気を供給しない状態）、逆止弁１３の閉止バルブ１４を開状態に設定し、ハンドリム２ｂにより車椅子１を走行させることができる。

この状態において、エアモータ３の吸気側が負圧となることは逆止弁１３により抑制されるので、該吸気側が負圧となって走行方向に対応する向きと逆向きのトルクがエアモータ３に生じ、走行性が損なわれることは無い。

走行方向に段差が出現した場合には、使用者は、その手前で操作部１５を操作することにより、管路切替手段１２で管路１１ａを選択し、かつ切替バルブ１０を開状態（すなわち圧縮空気を供給する状態）に切り替える。

このとき、車椅子１は、速度が低いか又はほぼ停止した状態であるため、この操作後、エアモータ３は、大きいトルクの出力を開始する。ただし、圧縮空気は管路１１ａを経由してエアモータ３に到達するので、該操作後、やや間をおいてから該トルク（アシスト力）の出力が開始される。この間に、使用者は両手でハンドリム２ｂを把持し、駆動輪２に段差を乗り越えるように力を加え始めることができる。

このとき、エアモータ３のトルク（アシスト力）が使用者の力に重畳され、すなわち、使用者が段差部を乗り越えるのをアシストする。したがって、使用者は、容易に段差を乗り越えることができる。

段差を乗り越えた後、エアモータ３は、図４中のグラフ曲線２０ａで示されるように、出力トルクが速やかに低下する。このため、エアモータ３は、大きいトルクによって車椅子１を暴走させることは無い。したがって、使用者は、余裕をもって操作部１５により切替バルブ１０を閉状態に切り替えて、ハンドリム２ｂのみによる車椅子１の走行を継続することができる。

一方、下り坂に差し掛かった場合には、操作部１５で逆止弁１３の閉止バルブ１４を閉状態とすることにより、エアモータ３の吸気側が負圧状態となることによるエンジンブレーキ的な制動作用を利用し、下り坂を安全な速度で降りてゆくことができる。

このとき、操作部１５で管路１１ａ、１１ｂ又は１１ｃを適宜切り替えることにより、下り坂の勾配に適した制動特性を利用することができる。例えば、勾配が急で速度を低くする必要がある場合には管路１１ａが選択され、勾配が中程度で中程度の速度で走行する場合には管路１１ｂが選択され、勾配が緩やかで比較的速い速度で下る場合には管路１１ｃが選択される。また、必要に応じて切替バルブ１０を閉状態に切り替えることにより、圧縮空気を消費することなく最大の制動力を得るようにしてもよい。

他方、上り坂に差し掛かった場合には、操作部１５により切替バルブ１０を開状態とし、エアモータ３のトルク（アシスト力）を利用して上り坂を楽に上ってゆくことができる。すなわち、図４におけるエアモータ３の特性のうちの、トルクが正（進行方向のトルク）の部分の特性が利用される。

このとき、操作部１５により管路１１ａ、１１ｂ、１１ｃ又は１１ｄを適宜切り替えることにより、走行速度や要望するアシスト力に応じた特性を利用することができる。例えば、比較的速い速度で大きいアシスト力を得て上りたい場合には管路１１ｄが選択され、それほど速い速度や大きいアシスト力が必要でない場合には、管路１１ｂや１１ｃが選択される。

このように走行状況に応じて切替バルブ１０の開閉や、圧縮空気の供給に使用する管路１１ａ〜１１ｄ、逆止弁１３の閉止バルブ１４の開閉を切り替えながら、エアモータ３の機能や特性を適切に利用し、車椅子１の快適な走行が行われる。

以上のように、本実施形態の車椅子１によれば、エアモータ３により駆動輪２に回転トルクを付与し、エアモータ３へのエア供給路５の流路抵抗を切り替えることができるようにしている。これにより、段差を容易かつ安全に乗り越えたり、下り坂をエアモータ３のエンジンブレーキ的な作用により安全に下ったり、上り坂を適切なアシスト力を得ながら上ったりすることができる。また、圧縮空気の適切・効率的な使用が可能となるため、１回の充填あたりの駆動時間を大幅に伸ばすことができる。

また、流路抵抗切替手段５ａを、流路抵抗が異なる管路１１ａ〜１１ｄと、管路切替手段１２により構成したので、流路抵抗切替手段５ａを容易に構成することができる。

また、エア供給路５上に大気に通じた逆止弁１３を設けたので、エアモータ３に進行方向と逆向きのトルクが発生するのを抑制することができる。また、この逆止弁１３に閉止バルブ１４を設けたので、エアモータ３のエンジンブレーキ的な効果を利用することができる。

また、エアモータ３と各駆動輪２との間に差動装置８を設け、差動装置８から駆動輪２へのトルクの伝達を、フレキシブルシャフト９を経由して行うようにしたので、車椅子１上に、エアモータ３や差動装置８などを高い自由度で配置することができる。

以上、本願発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、エアモータ３に供給するエアが充填されるエアタンクは、パイプフレーム６内に設けてもよい。これによれば、エアタンクをパイプフレーム６の外部に設ける場合に比べて、エアタンクを設置するスペースを縮小又は実質的に不要とすることができる。

また、エアモータ３を２つ設けて、各エアモータ３により各駆動輪２にそれぞれトルクを付与するようにしてもよい。

この場合、各エアモータ３からの各駆動輪２へのトルクの伝達は、回転軸２ａ側ではなく、各駆動輪２のタイヤ側に、摩擦力により行うようにしてもよい。これは、例えば、各エアモータ３の出力軸が対応するタイヤに垂直な位置関係となるように各エアモータ３を配置し、各エアモータ３の出力軸に、対応するタイヤに接触してトルクを直接伝達するローラを設けることにより実現することができる。

また、ハンドリム２ｂを設けずに、エアモータ３のみよって車椅子を駆動するようにしてもよい。この場合も、管路切替手段１２で管路１１ａ〜１１ｄを適宜切り替えることより、段差を容易に乗り越えたり、坂道を容易に走行したりすることができる。

また、エアモータ３から駆動輪２への動力の伝達を許容する接続状態と該伝達を遮断する切断状態とに切り替えられるクラッチ、又は該エアモータから該駆動輪への動力の伝達を許容し、逆方向への動力の伝達を遮断するワンウエイクラッチを備えてもよい。

また、エアタンク４の圧縮空気を使い果たした場合には、応急的に、液化二酸化炭素カートリッジなどの液化ガスを収納した収納容器をエア供給路５に接続し、ガス供給手段として利用してもよい。

１…車椅子、２…駆動輪、２ａ…回転軸、２ｂ…ハンドリム、３…エアモータ、４…エアタンク、５…エア供給路（ガス供給路）、５ａ…流路抵抗切替手段、６…パイプフレーム、７…シート、８…差動装置、９…フレキシブルシャフト、１０…切替バルブ、１１ａ〜１１ｄ…管路、１２…管路切替手段、１３…逆止弁、１４…閉止バルブ、１５…操作部、１６…キャスタ、１７…フットレスト、１８…バックサポート、１９…クロスバー、２０ａ〜２０ｄ…グラフ曲線。

Claims (6)

1. 車椅子を走行させるための駆動輪と、
   前記駆動輪に付与するトルクを発生するエアモータと、
   前記エアモータに駆動用の圧縮ガスを供給するガス供給手段と、
   前記圧縮ガスの供給に供するガス供給路と、
   前記ガス供給路の流路抵抗を切り替えるための流路抵抗切替手段とを備えることを特徴とする車椅子。
2. 前記流路抵抗切替手段は、
   前記ガス供給路の途中において並列に設けられ、流路抵抗が異なる複数の管路と、
   前記複数の管路のうちで前記圧縮ガスの供給に供するものを択一的に切り替える管路切替手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の車椅子。
3. 一方が前記ガス供給路に接続され、他方が大気に通じて、前記エアモータの吸気側が負圧になるのを抑制する逆止弁を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の車椅子。
4. 前記逆止弁には、該逆止弁を閉塞する閉止バルブが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の車椅子。
5. 前記駆動輪は、左右に１輪ずつ設けられており、
   前記エアモータと各駆動輪との間には、該エアモータのトルクを２つに分割してそれぞれ左右の前記駆動輪に伝達する差動装置が設けられ、
   前記差動装置と左右の前記駆動輪のうちの少なくとも一方との間のトルクの伝達は、フレキシブルシャフトを介して行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車椅子。
6. 車体フレームを構成するパイプフレームを備え、
   前記ガス供給手段は、前記パイプフレーム内に設けられた前記圧縮ガス又は該圧縮ガスとなる液化ガスを収納した収納容器を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車椅子。