JP6486124B2 - 車椅子 - Google Patents

Description

本発明は、車椅子、特に、トラックレースやマラソン等で用いる競走用の車椅子に関する。

従来、トラックレースやマラソン等で用いられる競走用の車椅子として、着座用シートを有するケージと、ケージの前方に延設された車体フレームと、車体フレームに設けられた操舵用のハンドルと、車体フレームの前端部に配置された前輪と、ケージの左右に取り付けられた一対の後輪と、車体フレームの前端部に取り付けられ、前輪を保持するフロントフォークとを備えたものが知られている。

ところで、特許文献１に記載のような構成を備えた従来の車椅子は、前輪が路面の凹凸を受けた際に前輪に跳ね上がりや振動が発生して、直進安定性が低下するおそれがある。そこで、従来の車椅子では、前輪を保持するフロントフォークの構成材料の一部を繊維強化プラスチックによって形成することで、前輪の跳ね上がりや振動の発生を抑制している（すなわち、直進安定性の低下防止を図っている。）。

特開２０１２−１９８２１号公報

ところで、従来の車椅子では、フロントフォークの構造を改良して振動減衰特性の向上を図っているが、フロントフォークよりも大きな部材である車体フレームの構造を改良して、振動減衰特性を向上させることが提案されている。

しかし、振動減衰特性の良好な材料は剛性の低い場合が多く、そのような材料で車体フレームを構成した場合、剛性が不足してしまい、使用者が漕ぎ動作をした際に、その動作による駆動力が十分に伝達されにくくなるおそれがある。

また、振動減衰特性と剛性とのバランスは、使用者によって好まれるバランスが大きく異なるので、車椅子がトラックレースやマラソン等で用いる競走用の車椅子等の使用者に対する最適な設計が要求されるものである場合には、その設計を行うことが難しいという問題があった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、振動減衰特性と剛性とのバランスが使用者に最適な車椅子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の車椅子は、着座用シートを有するケージと、ケージの前方に延設された車体フレームと、車体フレームに設けられた操舵用のハンドルと、車体フレームの前端部に取り付けられた前輪と、ケージの左右に取り付けられた一対の後輪とを備えた車椅子であって、車体フレームは、前輪が取り付けられた前方部、ケージに接続された後方部、及び、前方部と後方部との間の少なくとも１つの中央部を含む少なくとも３つの領域に区分され、車体フレームは、複数の繊維強化プラスチックを積層して形成された柱状の部材であり、車体フレームの前方部、後方部及び中央部は、領域ごとに、繊維強化プラスチックの積層構造が異なり、前方部の繊維強化プラスチックの積層数は、後方部の繊維強化プラスチックの積層数よりも多く、中央部の繊維強化プラスチックの積層数は、後方部の繊維強化プラスチックの積層数よりも少ないことを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明の車椅子は、着座用シートを有するケージと、ケージの前方に延設された車体フレームと、車体フレームに設けられた操舵用のハンドルと、車体フレームの前端部に取り付けられた前輪と、ケージの左右に取り付けられた一対の後輪とを備えた車椅子であって、車体フレームは、前輪が取り付けられた前方部、ケージに接続された後方部、及び、前方部と後方部との間の少なくとも１つの中央部を含む少なくとも３つの領域に区分され、車体フレームの前方部、後方部及び中央部の径の太さを、領域ごとに異ならせて、且つ、前方部の繊維強化プラスチックの積層数を、後方部の繊維強化プラスチックの積層数よりも多くするとともに、中央部の繊維強化プラスチックの積層数を、後方部の繊維強化プラスチックの積層数よりも少なくして、車体フレームの曲げ剛性を設定したことを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明の車椅子は、着座用シートを有するケージと、ケージの前方に延設された車体フレームと、車体フレームに設けられた操舵用のハンドルと、車体フレームの前端部に取り付けられた前輪と、ケージの左右に取り付けられた一対の後輪とを備えた車椅子であって、車体フレームは、前輪が取り付けられた前方部、ケージに接続された後方部、及び、前方部と後方部との間の少なくとも１つの中央部を含む少なくとも３つの領域に区分され、車体フレームの後方部と中央部との軸方向の長さの比率を異ならせて、且つ、前方部の繊維強化プラスチックの積層数を、後方部の繊維強化プラスチックの積層数よりも多くするとともに、中央部の繊維強化プラスチックの積層数を、後方部の繊維強化プラスチックの積層数よりも少なくして、車体フレームの剛性を設定したことを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の車椅子の設計方法は、着座用シートを有するケージと、ケージの前方に延設された車体フレームと、車体フレームに設けられた操舵用のハンドルと、車体フレームの前端部に取り付けられた前輪と、ケージの左右に取り付けられた一対の後輪とを備えた車椅子を設計するための設計装置により実行される設計方法であって、車体フレームを、前輪が取り付けられた前方部、ケージに接続された後方部、及び、前方部と後方部との間の少なくとも１つの中央部を含む少なくとも３つの領域に区分する領域区分工程と、車体フレームの前方部、後方部及び中央部における構造を、車体フレーム全体の剛性及び振動減衰特性が使用者の要望に応じたものとなるように、各領域ごとに決定する構造決定工程とを備えていることを特徴とする。

このように、本発明の車椅子、及び、本発明の設計方法で設計された車椅子は、車体フレームを少なくとも３つの領域に区分するとともに、その各領域ごとに構造を設計することによって、車体フレーム全体の特性を競技者等の使用者の要望に応じたものになるように構成されている。

このため、本発明の車椅子、及び、本発明の設計方法で設計された車椅子は、単一の構造の車体フレームを持つ車椅子に比べ、使用者の要望に柔軟に対応し得る。したがって、本発明によれば、容易に、振動減衰特性と剛性とのバランスを使用者に最適なものにすることができる。

また、繊維強化プラスチックを積層して車体フレームの各領域を構成する場合、容易に各領域の特性を異ならせることができるので、車椅子の設計がさらに容易になる。ここで、積層構造とは、例えば、積層した繊維強化プラスチックに含まれる繊維の隣接する繊維強化プラスチックに含まれる繊維に対する傾斜角度や、各繊維強化プラスチックの厚み等を指す。

また、本発明の車椅子においては、繊維強化プラスチックを積層して車体フレームの各領域を構成するようにした場合には、車体フレームの前方部、後方部及び中央部のうち、中央部に、振動減衰特性の高い繊維強化プラスチックを含んでいることが好ましい。

このように、他の領域よりも大きく設計されることが多い中央部に、振動減衰特性の高い繊維強化プラスチック（例えば、アラミド繊維強化プラスチックやポリアリレート繊維強化プラスチック等）を用いれば、振動減衰特性を向上させやすくなる。

本発明の実施形態に係る車椅子の平面図。 図１の車椅子のフロントフォークの平面図。 図１の車椅子の側面図。 図１の車椅子の車体フレームの断面図であり、図４Ａは図２のＡ−Ａ線断面図、図４Ｂは図２のＢ−Ｂ線断面図、図４Ｃは図２のＣ−Ｃ線断面図である。 図１の車椅子における振動特性と従来の車椅子における振動特性を示すグラフ。

まず、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る車椅子１の概略構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態の車椅子１は、着座用シートを有するケージ１０と、ケージの前方に延設された車体フレーム１１と、車体フレーム１１に設けられた操舵用のハンドル１２と、車体フレーム１１の前端部に配置された前輪１３と、ケージ１０の左右に取り付けられた一対の後輪１４と、車体フレーム１１の前端部に取り付けられ、ハンドル１２が連結され、前輪１３を保持するフロントフォーク１５とを備えている。

ケージ１０は上部が開放され、ケージ１０の内部には競技者（使用者）が着座する着座用シート１０ａが配置されている。

後輪１４には、ハンドリム１４ａが設けられており、着座用シート１０ａに着座した競技者は、ハンドリム１４ａを介して駆動力を後輪１４に伝達する。

図２に示すように、フロントフォーク１５は、車体フレーム１１の先端部に支持されるコラム部１５ａと、コラム部１５ａから二股状に前方に延びるフォーク部１５ｂとを有している。フォーク部１５ｂの先端部には、前輪１３の車軸を支持する軸受け孔１５ｃが形成されている。

コラム部１５ａは円筒状に形成され、図示しないベアリングを介して車体フレーム１１の前端部に枢支される。コラム部１５ａの上端部にはハンドル１２（図３参照）が固設される。

図３に示すように、ハンドル１２は、車体フレーム１１の先端部に枢支されたフロントフォーク１５のコラム部１５ａの端部に接続されている。車椅子１では、ハンドル１２を操作することにより、フロントフォーク１５の向きを変更して、車椅子１を所望の方向に旋回走行させることができるようになっている。

次に、図３及び図４を参照して、車体フレーム１１の構造について詳細に説明する。

図３に示すように、車体フレーム１１は、複数の繊維強化プラスチックを積層することによって、中空の部材として形成されている。車体フレーム１１の構造は、前輪１３が取り付けられた前方部１１ａと、前方部１１ａのケージ１０側に設けられた中央部１１ｂと、中央部１１ｂのケージ１０側に設けられ、ケージ１０に接続された後方部１１ｃとに区分される。

図４Ａに示すように、前方部１１ａは、フロントフォーク１５及びハンドル１２を保持する部分であるので、高い剛性を持つように、他の領域よりも多数の繊維強化プラスチックを積層して形成されている。そのため、前方部１１ａは、剛性が高いが、肉厚があり重量も重くなっている。しかし、前方部１１ａは中央部１１ｂ及び後方部１１ｃに比べて小さな領域であるので、前方部１１ａをこのように構成しても、大きく重量が増加することはない。

具体的には、前方部１１ａの最外層１１ａ１及び最内層１１ａ６は、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックによって形成されている。最外層１１ａ１と最内層１１ａ６との間の４つの中間層１１ａ２〜１１ａ５は、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を基本として、その他、アラミド繊維、ガラス繊維、ピッチ系炭素繊維、ＰＢＯ繊維、ポリアリレート繊維、ポリエチレン繊維等により強化した繊維強化プラスチックにより形成されている。４つの中間層１１ａ２〜１１ａ５は、所定のパターン（例えば、その層に含まれる繊維の、隣接する層に含まれる繊維に対する傾斜角度のパターン）に従って積層されている。

図４Ｂに示すように、中央部１１ｂは、他の領域よりも軸方向の長さが長いので、車体フレーム１１の全体としての振動減衰特性は、この領域の構成が大きく影響する。そのため、中央部１１ｂには、前方部１１ａや後方部１１ｃと同様にポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックを使用するだけではなく、良好な振動減衰特性を持つように、アラミド繊維を用いた繊維強化プラスチックも使用している。

なお、アラミド繊維を用いた繊維強化プラスチックに代わり、ポリアリレート繊維等の有機繊維やピッチ系炭素繊維といった振動減衰特性の高い繊維を用いた繊維強化プラスチックを用いてもよい。

具体的には、中央部１１ｂの最外層１１ｂ１及び最内層１１ｂ３は、前方部１１ａと同様に、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックによって形成されている。最外層１１ｂ１と最内層１１ｂ３との間の中間層１１ｂ２は、アラミド繊維やポリアリレート繊維等を用いた繊維強化プラスチックによって形成されている。

図４Ｃに示すように、後方部１１ｃは、後輪１４が取り付けられたケージ１０に接続された部分であるので、使用者が漕ぎ動作を行った際に、その動作による駆動力が十分に伝達されるように、中央部１１ｂよりも高い剛性を有するように構成されている。

具体的には、後方部１１ｃの最外層１１ｃ１及び最内層１１ｃ４は、前方部１１ａ及び中央部１１ｂと同様に、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックによって形成されている。最外層１１ｃ１と最内層１１ｃ４との間の２つの中間層１１ｃ２，１１ｃ３は、ガラス繊維、ピッチ繊維、ＰＢＯ繊維、ポリアリレート繊維、ポリエチレン繊維等、振動減衰特性の高い繊維を用いた繊維強化プラスチックにより形成されている。２つの中間層１１ｃ２，１１ｃ３は、所定のパターンに従って積層されている。

このように、本実施形態の車椅子１では、前方部１１ａ、中央部１１ｂ及び後方部１１ｃにおいて独立して構造を設定することによって、競技者等の使用者の要望に対応する特性を車体フレーム１１全体で実現する構成となっている。

そのため、本実施形態の車椅子１は、単一の構造の車体フレームを持つ従来の車椅子に比べ、使用者の要望に柔軟に対応し、振動減衰特性と剛性とのバランスを使用者に最適なものにすることができる。

図５に、一例として、本実施形態の車椅子１における振動特性と従来の車椅子における振動特性のグラフを示す。このグラフからも明らかなように、本実施形態の車椅子１は、従来の形態の車椅子（例えば、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維のみで車体フレーム全体を構成したもの）に比べ、ほぼ全ての周波数において振動が抑えられている。特に、低周波数又は高周波数の場合において、特に振動が抑えられている。

そのため、本実施形態の車椅子１は、従来の車椅子に比べ、直進安定性（操縦安定性）や乗り心地が向上したものになっている。

なお、上記のような前方部１１ａ、中央部１１ｂ及び後方部１１ｃの構造は、あくまでも一例であり、分割する領域の数、材料、積層パターン、軸方向の長さ、積層数等の構造は、車体フレーム１１全体の特性が使用者の要望に応じたものになるように、適宜変更されるものである。

次に、設計装置を用いて車体フレーム１１の構造を設計する際に、設計装置が実行する処理について説明する。

設計装置を用いて車椅子１を設計する場合には、まず、設計装置は、車体フレーム１１の領域数を決定する（領域区分工程）。領域数は、多いほど使用者の要望に柔軟に対応し得るようになるが、製造工数、ひいては、生産コストの増加にもつながる。そのため、設計装置は、使用者の使用時における要望の他、予算等を考慮して、領域数を決定する。

領域の数としては、例えば、上記のように前方部、中央部、後方部の３つの領域に区分してもよい。中央部を複数の領域に分割し、４つ以上の領域に区分してもよい。以下の説明においては、３つの領域に区分した場合を説明する。

次に、設計装置は、前方部１１ａ、中央部１１ｂ及び後方部１１ｃの構造を、車体フレーム１１全体の剛性及び振動減衰特性が使用者の要望に応じたものとなるように、各領域ごとに構造を決定する（構造決定工程）。

設定される構造としては、例えば、各領域の断面形状、各領域が中空であるか中実であるか、各領域の径の太さ、各領域の形成材料、中央部１１ｂと後方部１１ｃとの軸方向における長さの比率等がある。また、車体フレーム１１が繊維強化プラスチックを積層して形成される場合には、各領域における繊維強化プラスチックの積層構造も含まれる。

径の太さを変化させた場合には、断面二次モーメントが変化するため、各領域における曲げ剛性が変化することになる。

形成材料としては、例えば、鉄やアルミ等の金属や積層された繊維強化プラスチック等が選択し得るようになっている。繊維強化プラスチックとしては、例えば、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いた繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック、ガラス繊維、ピッチ系炭素繊維、ＰＢＯ繊維、ポリアリレート繊維、ポリエチレン繊維により強化した繊維強化プラスチック等が選択し得るようになっている。この形成素材によって、車体フレーム１１の振動減衰特性と重量が大きく変化する。

中央部１１ｂと後方部１１ｃとの軸方向における長さの比率としては、中央部１１ｂ：後方部１１ｃが、例えば、８：２、７：３又は６：４となるように設定し得るようになっている。この比率によって、車体フレーム１１の剛性が大きく変化する。

設計装置は、車体フレーム１１全体の特性が使用者の要望に応じたものとなるように、各構造を、パターンテーブルから検索して決定する。

このような処理を実行する設計装置によって設計された本実施形態の車椅子１は、使用者の要望に柔軟に対応したものとなるので、振動減衰特性と剛性とのバランスを使用者に最適なものとなる。

以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態では、繊維強化プラスチックを積層することによって車体フレーム１１を中空の部材として形成している。しかし、本発明の車体フレームは、中実の部材であってもよい。また、単一の層によって形成してもよい。また、中央部以外の領域にも、アラミド繊維をはじめとした各種繊維により強化された振動減衰特性の高いプラスチックを用いてもよい。また、必ずしも繊維強化プラスチックを積層して形成する必要はなく、他の材料を用いたり、単一の層で形成したりしてもよい。

また、上記実施形態では、車体フレーム１１を構成する領域の積層構造、径の太さ、軸方向の長さをパラメータとし、そのパラメータを変化させて、各領域の特性を変化させている。しかし、本発明では、他のパラメータを変化させて特性を変化させてもよい。例えば、軸の断面形状を筒状、柱状、矩形状、半円形状等から選択するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、設計の際に、予め定められたパターンテーブルから、後方部及び中央部の径の太さ、各領域の軸方向の長さの比率及び繊維強化プラスチックの積層構造を選択している。しかし、本発明は、パターンテーブルによらずに、使用者の要望に応じて、各パラメータを変更するようにしてもよい。また、他のパラメータについてもパターンテーブルを定めて、そのパラメータも含めてパターンテーブルから選択するようにしてもよい。

１…車椅子、１０…ケージ、１０ａ…着座用シート、１１…車体フレーム、１１ａ…前方部、１１ｂ…中央部、１１ｃ…後方部、１２…ハンドル、１３…前輪、１４…後輪、１４ａ…ハンドリム、１５…フロントフォーク、１５ａ…コラム部、１５ｂ…フォーク部、１５ｃ…軸受け孔。

Claims (4)

1. 着座用シートを有するケージと、前記ケージの前方に延設された車体フレームと、前記車体フレームに設けられた操舵用のハンドルと、前記車体フレームの前端部に取り付けられた前輪と、前記ケージの左右に取り付けられた一対の後輪とを備えた車椅子であって、
   前記車体フレームは、前記前輪が取り付けられた前方部、前記ケージに接続された後方部、及び、前記前方部と前記後方部との間の少なくとも１つの中央部を含む少なくとも３つの領域に区分され、
   前記車体フレームは、複数の繊維強化プラスチックを積層して形成された柱状の部材であり、
   前記車体フレームの前記前方部、前記後方部及び前記中央部は、前記領域ごとに、前記繊維強化プラスチックの積層構造が異なり、
   前記前方部の前記繊維強化プラスチックの積層数は、前記後方部の前記繊維強化プラスチックの積層数よりも多く、前記中央部の前記繊維強化プラスチックの積層数は、前記後方部の繊維強化プラスチックの積層数よりも少ないことを特徴とする車椅子。
2. 請求項１に記載の車椅子であって、
   前記車体フレームの前記前方部、前記後方部及び前記中央部のうち、前記中央部に、振動減衰特性の高い繊維強化プラスチックを含んでいることを特徴とする車椅子。
3. 着座用シートを有するケージと、前記ケージの前方に延設された車体フレームと、前記車体フレームに設けられた操舵用のハンドルと、前記車体フレームの前端部に取り付けられた前輪と、前記ケージの左右に取り付けられた一対の後輪とを備えた車椅子であって、
   前記車体フレームは、前記前輪が取り付けられた前方部、前記ケージに接続された後方部、及び、前記前方部と前記後方部との間の少なくとも１つの中央部を含む少なくとも３つの領域に区分され、
   前記車体フレームの前記前方部、前記後方部及び前記中央部の径の太さを、前記領域ごとに異ならせて、且つ、前記前方部の前記繊維強化プラスチックの積層数を、前記後方部の前記繊維強化プラスチックの積層数よりも多くするとともに、前記中央部の前記繊維強化プラスチックの積層数を、前記後方部の繊維強化プラスチックの積層数よりも少なくして、前記車体フレームの曲げ剛性を設定したことを特徴とする車椅子。
4. 着座用シートを有するケージと、前記ケージの前方に延設された車体フレームと、前記車体フレームに設けられた操舵用のハンドルと、前記車体フレームの前端部に取り付けられた前輪と、前記ケージの左右に取り付けられた一対の後輪とを備えた車椅子であって、
   前記車体フレームは、前記前輪が取り付けられた前方部、前記ケージに接続された後方部、及び、前記前方部と前記後方部との間の少なくとも１つの中央部を含む少なくとも３つの領域に区分され、
   前記車体フレームの前記後方部と前記中央部との軸方向の長さの比率を異ならせて、且つ、前記前方部の前記繊維強化プラスチックの積層数を、前記後方部の前記繊維強化プラスチックの積層数よりも多くするとともに、前記中央部の前記繊維強化プラスチックの積層数を、前記後方部の繊維強化プラスチックの積層数よりも少なくして、前記車体フレームの剛性を設定したことを特徴とする車椅子。