JP5665220B2 - 車椅子のキャスター構造及びこれを用いた車椅子 - Google Patents

Description

本発明は、車椅子用キャスター構造及びこれを用いた車椅子に関し、詳しくは、全非金属材料により構成されるキャスター構造及びこれを用いた全非金属材料による車椅子に関する。

近年、飛行機を利用する際に各空港ではハイジャックやテロ対策のため金属探知機による乗客の検査が入念に行われている。

この乗客の検査において、車椅子を利用せざるを得ない障害者や高齢者等の車椅子使用者の検査を行う場合に、車椅子に使用されている金属が金属探知機に反応してしまい、正確な検査が行えないという問題が発生している。

現在このような場合には、空港警備員等の介護者が車椅子使用者を抱きかかえる等して対応しているのが現状であり、介護者の労力や車椅子使用者の心理的苦痛を考慮した場合、これらの問題を解決する新たな手段の採用が急務となっている。

このような状況を解決するための手段の１つとして、金属材料を全く用いない全非金属材料による車椅子の開発が行われている。

この全非金属材料による車椅子は、シート、バックレスト、アームレスト等のフレームの構成材料として木材、竹材等の天然素材を用い、主車輪用ホイールやキャスター部等、荷重が集中する部分や、木材で成形するのが困難な部分は繊維強化プラスチック等を用いるとともに、軸受けにはセラミック製ボールベアリング等を採用して製造されている。

この全非金属材料による車椅子によれば、空港での金属探知機による検査においても誤感知することなく正確な検査が行える点で非常に有用なものであり、さらに天然材料を多く使用していることにより、暖かみのある人間工学的にも優れた車椅子とすることができる。

しかしながら、限られた構成材料の採用条件があるため、衝撃を受ける部分の材料の強度や耐久性、形状については未だ検討課題を多く残している。

特に、車椅子において重要な構成要素の１つである前輪となるキャスターは、地面からの振動や衝撃を直接受けるため、耐衝撃性、耐久性が必要となる部分である。

車椅子には安全性確保のため、所定の段差の乗り越え動作を繰り返すＪＩＳの走行耐久性試験が規定されており、これによれば２０万回の所定の段差の乗り越え動作による耐久性が要求されている。

全非金属材料による車椅子のキャスターについて、一般に公知のキャスター構造をそのまま非金属材料に変更したものを用いて前記ＪＩＳ走行耐久性試験を行った場合、特にキャスターのシャフトの付け根部分に短時間で亀裂が発生し破断してしまう。

実際に、キャスターのシャフトを炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により製造して試験したところ、僅か４００回未満の段差乗り越え動作で破断してしまい、ＪＩＳの走行耐久性試験をクリアすることは到底不可能であった。

なお、これまでに通常の車椅子を対象として、地面からの震動を吸収するために、キャスターに緩衝部材を組み込んだものが提案されている（例えば特許文献１、２参照）。

これらの提案ものは、衝撃の緩衝作用の点では改善されたものではあるが、構造がコンパクト且つ複雑であり、これらの構造を全て非金属材料により構成して全非金属材料による車椅子に採用することは非常に困難である。

また、これらを採用した場合でも、キャスター自体の基本構成が従来のキャスターと同様であることから、キャスターのシャフトの付け根部分に短時間で亀裂が発生するものと考えられる。

特許第２４６４７１８号公報 特許第４１５０５８３号公報

本発明は上記問題を解決し、より簡便な機構により耐衝撃性及び耐久性を有する、全非金属材料による車椅子のキャスター構造及びこれを用いた全非金属材料による車椅子を提供することを課題とするものである。

本発明の車椅子のキャスター構造は以下のことを特徴としている。

第１に、全てが非金属材料から形成された車椅子のキャスター構造であって、ホイールと、前記ホイールの外周に取り付けられたタイヤと、ヨークと、前記ヨークに前記ホイールを回転自在に取り付けるためのホイール軸と、前記ヨークと接続されたシャフトとからなるキャスター部を備え、車椅子本体の両側から横に水平に上部フレームが架設され、この上部フレームの近傍から斜め下方に延びる下部フレームが設けられ、この下部フレームは、その下端で湾曲し、水平かつ前記車椅子本体の後方に延びており、前記シャフトを回転自在に支持する上部ベアリングの外周に、凸形状の上端ブッシュが嵌合され、この上端ブッシュは、前記上部フレームに形成された凹状窪みに嵌合し、前記シャフトを回転自在に支持する下部ベアリングの外周に、凸形状の下部ブッシュが嵌合され、この下部ブッシュは、前記下部フレームを上下方向に貫通する第１貫通孔の内壁に嵌合し、前記ヨークの上端部に形成された第２貫通孔の内壁に下端ブッシュが嵌合し、前記シャフトは、上端部において前記上部ベアリングに嵌合し、前記上部フレームに前記上端ブッシュ及び前記上部ベアリングを介して支持され、かつ、前記シャフトは、前記下部フレームを上下方向に貫通し、前記下部フレームを貫通する部分において前記下部ベアリングに嵌合し、前記下部フレームに前記下部ブッシュ及び下部ベアリングを介して支持され、さらに前記シャフトは、下端部において前記下端ブッシュに固定されている。

第２に、上記第１の発明の車椅子のキャスター構造において、前記シャフトの前記ヨークとの固定部から前記下部ブッシュまでの距離が、前記下部ブッシュから前記上端ブッシュまでの距離よりも短く設定されている。

第３に、上記第１または第２に記載した前記キャスター部、前記上部フレーム、前記下部フレーム、前記上部ベアリング、前記上端ブッシュ、前記下部ベアリング、および前記下端ブッシュも全て非金属材料から形成されている車椅子である。

上記本発明によれば、キャスター部のシャフトの支持を上部フレームと下部フレームの２点支持とし、キャスター部のヨークとキャスターの接続部と２点の支持部の距離をそれぞれ規定し、さらに、上端ブッシュ、下部ブッシュ、下端ブッシュの３箇所で緩衝することにより、キャスター部にかかる力を分散、吸収するようにしたので、耐衝撃性、耐久性に優れた全非金属材料による車椅子のキャスターとすることが可能となる。

また、このキャスターを組み込んだ全非金属材料による車椅子は、ＪＩＳの走行耐久性試験にも耐え、空港等の金属探知機にも反応しない車椅子とすることができる。

本発明に係るキャスター部の概略図 本発明に係るキャスター部の概略断面図 本発明に係るフレーム部の概略図 本発明に係る支持部の概略断面図 本発明の車椅子のキャスター構造の概略断面図

以下、本発明の車椅子のキャスター構造の実施形態について詳細に説明する。

なお、本発明の説明のためのフレーム部に関連する図面は、説明を理解しやすくするために全て右側のフレームを示しているが、実際は左側のフレームと１組で構成されており、左右対称に設計されている。

本発明の車椅子のキャスター構造を用いる全非金属材料による車椅子の構成は、構成部材が全て非金属材料である点を除いて、通常一般に知られる車椅子と同様の構成であって、フレームと、フレームに設けられた座面及び背もたれと、フレームに取り付けられた主車輪と、フレームに取り付けられたキャスターと、折り畳み可能なフットレストから構成されており、これらの各構成部材は樹脂製のボルトとナット等により取り付けられている。

そして、本発明の車椅子のキャスター構造は、キャスター部、フレーム部、フレーム部がキャスター部を支持するための支持部から構成されている。

前記キャスター部は、図１に示すように、ホイール１２と、ホイール１２の外周に取り付けられたタイヤ１３と、ヨーク１１と、ヨーク１１にホイール１２を回転自在に取り付けるためのホイール軸１４と、ヨーク１１に接続されたシャフト１０から構成されている。

シャフト１０には、後述する支持部のベアリングを嵌合支持するための下部フランジ１０１及び上部フランジ１０２が成形されている。

この下部フランジ１０１の形成は、シャフト１０の成形時に一体として成形してもよく、シャフト１０に後から一定厚みの円筒状の部材を差し込んで接着して一体としてもよい。

ヨーク１１は、ホイール１２を回転自在に取り付けるためのホイール軸１４を支持するための左右のアーム部と左右のアーム部を結合させる結合部が一体に成形されており、結
合部とアーム部は側面から見て、くの字状に屈曲した形状になっている。

ヨーク１１の結合部には、図２に示すように、シャフト１０が軸着される縦方向に第２貫通孔が形成されており、第２貫通孔の内壁には、一定の厚みをもった円筒状の下端ブッシュ４２が嵌合されている。

円筒状の下端ブッシュ４２にはシャフト１０の下端部が挿入され、ヨーク１１、下端ブッシュ４２、シャフト１０が嵌合されて、さらにそれぞれが接着剤で接着固定されて、回転、脱落しないように一体に構成されている。

上記のキャスター部の構成部材は全て非金属材料であれば特に制限なく用いることができ、例えば、ヨーク、ホイール、ホイール軸の材質としては、プラスチック、繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略称する）等を適宜用いることができる。

また、ヨーク１１とシャフト１０の接合部に嵌合される下端ブッシュ４２の材質は、硬質ウレタン等が好適に用いられる。

また、タイヤ１３の材質はゴムを好適に用いることができるが、タイヤは直接地面に接触し、振動、衝撃を受けることからゴムの材質、硬さ等は車椅子の使用状況等に応じて適宜選択して用いることができる。また、タイヤ１３の構造も中空構造のものや、金属以外のワイヤーを用いたものを適宜選択することができる。

さらに、シャフト１０は特に強度及び耐久性が要求されるため、可能な限り太径とすることが好ましく、また、強度が確保できれば丸棒であっても中空であっても構わない。材質としてはＦＲＰが好ましく、特に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を好適に用いることができる。

フレーム部は、図３に示すように、車椅子本体の両側に設けられ座板２０を支持する上部フレーム２１と、上部フレーム２１の下方に対向配置した下部フレーム２２から構成されている。

上部フレーム２１は、座板２０を支持するように両側から横に架設され、上部フレーム２１は、座板２０に取り付けられて固定されている。また、下部フレーム２２の一端は、座板２０の側面に接続され、上部フレーム２１近傍から斜め下方に延び、下端で湾曲し、後方に向けて延びている。

上部フレーム２１の下裏側には、前記キャスター部のシャフト上端部を支持するための凹状窪み２１０が形成されている。また、下部フレーム２２にはキャスター部のシャフトを通すための第１貫通孔２２０が形成されている。

フレーム部の材質は、非金属材料であれば特に制限なく用いることができる。これらのものとしては、例えばプラスチック、ＦＲＰ、木材、竹材等を挙げることができるが、加工性の点から特に木材、竹材を好適に用いることができる。

キャスター部は、キャスター部のシャフトが下部フレームの第１貫通孔２２０を通り、シャフト上端部が上部フレーム２１に支持されるように配置される。そして、キャスター部は、上部フレーム２１及び下部フレーム２２の各フレーム部に、ベアリング及びブッシュからなる支持部により支持される。

支持部は、図４に示すように、シャフト１０に嵌合される上部ベアリング３１及び、上
端ブッシュ４１並びに、シャフト１０に嵌合される下部ベアリング３０及び下部ブッシュ４０により構成されている。

シャフト１０のシャフト上端部は、上部フランジ１０２を境に一回り細い径となっており、上部フランジ１０２には、シャフト１０を回転自在に支持する上部ベアリング３１が嵌合されている。

そして、上部ベアリング３１の外周には、該上部ベアリング３１外周に嵌合し、また、上部フレーム２１に形成された凹状窪み２１０に嵌合する凸形状の上端ブッシュ４１が取り付けられている。上部ベアリング３１と上端ブッシュ４１の嵌合部の上部には空間４１１が設けられ、上端ブッシュ４１内壁とシャフト１０の上端部が当接しないようになっている。これにより、シャフト１０の回転をスムーズにすることができる。

また、シャフト１０は、下部フランジ１０１を境にヨーク側のシャフト１０が一回り太い径となっており、下部フランジ１０１にはシャフト１０を回転自在に支持する下部ベアリング３０が嵌合されている。

そして、下部ベアリング３０の外周には、下部ベアリング３０の外周に嵌合し、また、下部フレーム２２に形成された第１貫通孔２２０の内壁に嵌合する凸形状の下部ブッシュ４０が取り付けられている。

下部ブッシュ４０の下部ベアリング３０の嵌合部の上部にはシャフト１０を通すための、シャフト径より僅かに径の大きい第１貫通孔２２０が設けられ、下部ブッシュ４０の内壁とシャフト１０が当接しないようになっており、スムーズなシャフト１０の回転を可能としている。

そして、上記の支持部は、図５に示すように、キャスター部とフレーム部をベアリング及びブッシュを介して支持している。

ここで、ヨーク１１とシャフト１０との接続部と、下部ブッシュ４０までの距離及び、下部ブッシュ４０と上端ブッシュ４１までの距離が必要十分であること、その長さによって衝撃に対してシャフトがたわみながら耐えうることが重要である。この構成とすることにより、本発明のキャスターは耐衝撃性及び耐久性を実現することができる。

上部ベアリング３１及び下部ベアリング３０は、非金属材料により製造されているものであれば、種類及び材質は特に制限ないが、車椅子の重量を直接支える部材であることから、強度及び耐久性を有するものである必要があり、このようなものとしてはセラミック製のボールベアリングが好適に用いられる。

上部ベアリング３１と上部フレーム２１を支持する上端ブッシュ４１及び、下部ベアリング３０と下部フレーム２２を支持する下部ブッシュ４０は、ベアリングと同様に車椅子の重量を直接支える部材であることから、容易に変形せず適度な弾性を有する材質が好ましい。

このようなものとしては、硬質ウレタンゴムを好適に用いることができる。この硬質ウレタンゴムの硬度は特に制限されるものではないが、ダンパー効果と車椅子の直進安定性を考慮した場合、硬度９０のものを特に好適に用いることができる。

上記のような構成の本発明の車椅子のキャスター構造によれば、キャスター部のシャフト１０が、上部ベアリング３１及び上端ブッシュ４１、並びに下部ベアリング３０及び下
部ブッシュ４０により上部フレーム２１及び下部フレーム２２にそれぞれ支持されているので、キャスター部全体がシャフト１０の軸方向に回転自在となる。

また、キャスター部が、上部フレーム２１及び、下部フレーム２２の２点で距離を置いてそれぞれ支持されている構成であるので、上部フレーム２１の支持部を作用点、下部フレーム２２の支持部を支点、これまでの実験で最も破損が多かったヨーク１１とシャフト１０との接合部を力点として見た場合、上記のように上部フレーム２１（作用点）と下部フレーム２２（支点）の距離よりも下部フレーム２２（支点）とヨーク１１とシャフト１０との接合部（力点）の距離を短く設定した場合には特に、ヨーク１１とシャフト１０との接合部（力点）にかかった大きな力は下部フレーム２２（支点）、上部フレーム２１（作用点）に距離を長く設定した場合に比べて小さな力として分散される。

さらに、下部フレーム２２（支点）、上部フレーム２１（作用点）、ヨーク１１とシャフト１０との接合部（力点）のそれぞれに設けたブッシュにより、各点にかかる横方向又は垂直方向の力は更に吸収される。

上記のような本発明によれば、キャスター部を上部フレーム２１及び下部フレーム２２の２点で支持した構成と、上端ブッシュ４１、下部ブッシュ４０及び下端ブッシュ４２を設けた構成による、力の分散作用及び力の吸収作用により、これまで強度的に困難であった全非金属材料によるキャスターを車椅子に用いることが可能となる。

上記の構成による全非金属材料によるキャスター構造を用いた車椅子でＪＩＳの走行耐久試験を行ったところ、３１万回の衝撃に耐え、ＪＩＳの規定である２０万回をはるかに超える耐衝撃性及び耐久性が実証された。

このように、上記の構成により優れた耐衝撃性及び耐久性が実現されるが、本発明の車椅子のキャスター構造及びこれを用いた非金属材料による車椅子はこの構成に限定されるものではなく、本発明の基本構成を逸脱しない限り各部の改良が可能である。

例えば、上部ベアリング３１及び下部ベアリング３０の嵌合部に設けたフランジは、ベアリングの嵌合がベアリング固定部材等により行える場合には省略することができる。

また、フレーム部において、座板そのものを上部フレームとして、座板で上端ブッシュを支持することもできる。

さらに、下部フレームを、上記構成の下部フレームとは別の他の構成フレーム、例えば、上記下部フレームの内側、両側に前後に設けられた図示しないフレームを下部フレームとすることもできる。

１０ シャフト
１０１ 下部フランジ
１０２ 上部フランジ
１１ ヨーク
１２ ホイール
１３ タイヤ
１４ ホイール軸
２０ 座板
２１ 上部フレーム
２１０ 凹状窪み
２２ 下部フレーム
２２０ 第１貫通孔
３０ 下部ベアリング
３１ 上部ベアリング
４０ 下部ブッシュ
４１ 上端ブッシュ
４１１ 空間
４２ 下端ブッシュ

Claims (3)

1. 全てが非金属材料から形成された車椅子のキャスター構造であって、ホイールと、前記ホイールの外周に取り付けられたタイヤと、ヨークと、前記ヨークに前記ホイールを回転自在に取り付けるためのホイール軸と、前記ヨークと接続されたシャフトとからなるキャスター部を備え、
   車椅子本体の両側から横に水平に上部フレームが架設され、この上部フレームの近傍から斜め下方に延びる下部フレームが設けられ、この下部フレームは、その下端で湾曲し、水平かつ前記車椅子本体の後方に延びており、
   前記シャフトを回転自在に支持する上部ベアリングの外周に、凸形状の上端ブッシュが嵌合され、この上端ブッシュは、前記上部フレームに形成された凹状窪みに嵌合し、
   前記シャフトを回転自在に支持する下部ベアリングの外周に、凸形状の下部ブッシュが嵌合され、この下部ブッシュは、前記下部フレームを上下方向に貫通する第１貫通孔の内壁に嵌合し、
   前記ヨークの上端部に形成された第２貫通孔の内壁に下端ブッシュが嵌合し、
   前記シャフトは、上端部において前記上部ベアリングに嵌合し、前記上部フレームに前記上端ブッシュ及び前記上部ベアリングを介して支持され、かつ、前記シャフトは、前記下部フレームを上下方向に貫通し、前記下部フレームを貫通する部分において前記下部ベアリングに嵌合し、前記下部フレームに前記下部ブッシュ及び下部ベアリングを介して支持され、
   さらに前記シャフトは、下端部において前記下端ブッシュに固定されていることを特徴とする車椅子のキャスター構造。
2. 前記シャフトの前記ヨークとの固定部から前記下部ブッシュまでの距離が、前記下部ブッシュから前記上端ブッシュまでの距離よりも短く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車椅子のキャスター構造。
3. 請求項１または２に記載した前記キャスター部、前記上部フレーム、前記下部フレーム、前記上部ベアリング、前記上端ブッシュ、前記下部ベアリング、および前記下端ブッシュも全て非金属材料から形成されていることを特徴とする車椅子。

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