JP6562397B2 - 段差昇降機能付き車椅子 - Google Patents

Description

本発明は、段差昇降機能付き車椅子に関する。

先天的に、あるいは交通事故等によって下肢が不自由となった人の移動手段として、手動式又は電動式の車椅子が広く使用されている。近年では、各種公共施設や住宅等でバリアフリー化が推進されているが、車椅子使用者のために全ての階段等の段差にスロープ等を設けるのは困難である。このような階段等の段差の存在により、車椅子使用者の移動範囲は制限されてしまう。

そこで、階段等の段差を昇降可能な電動式の段差昇降装置が搭載された車椅子が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に係る段差昇降装置が搭載されることで、階段等の段差を車椅子で昇降して移動することが可能になる。

特開２０１２−８５８５４号公報

しかしながら、電動式の装置を搭載することで、車椅子の機構複雑化、重量増、及び大型化を招く可能性がある。また、例えば階段を車椅子で昇降する場合には、使用者が階段から落下するという不安を感じる場合がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、使用者が自力で段差を昇降可能であり、段差昇降時における使用者の不安を軽減可能な段差昇降機能付き車椅子を提供することを目的とする。

本発明の一態様の段差昇降機能付き車椅子によれば、使用者が前方を向いて座る座シートと、前記座席の両側にそれぞれ回転可能に設けられている一対の駆動輪と、前記一対の駆動輪の後方に設けられて回転可能に支持されている回転軸と、前記回転軸に設けられて走行時に接地する走行車輪と、一方向に回転力を伝達する機構を介して前記回転軸に連結されているレバーと、放射状に突出する複数のロッドを有して前記回転軸に固定され、段差昇降時に前記レバーが回動操作されて前記複数のロッドの何れかが段差面に接しながら回転する回転脚と、前記座シートを、走行姿勢と前記走行姿勢よりも座面の後端部が下方に位置する段差昇降姿勢との間で回動可能に支持する回動支持機構と、を有する。

本発明の実施形態によれば、使用者が自力で段差を昇降可能であり、段差昇降時における使用者の不安を軽減可能な段差昇降機能付き車椅子が提供される。

実施形態における車椅子を例示する図である。 実施形態における車椅子の回動支持機構を例示する概略図である。 実施形態における車椅子の回動支持機構の動作を例示する図である。 回転脚接地点から重心位置までの距離に対する摩擦力及び反力を例示する図である。 車椅子の回転脚接地点から重心位置までの距離を例示する図である。 実施形態における段差昇降機構を例示する図である。 実施形態における回転脚を例示する図である。 実施形態における車椅子が階段を上る様子を例示する図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

＜昇降機能付き車椅子＞
図１は、実施形態における車椅子１００を例示する図である。図１（Ａ）は車椅子１００を前方から見た斜視図、図１（Ｂ）は車椅子１００を後方から見た斜視図である。車椅子１００は、後述する各機構により使用者が自力で階段等の段差を昇降できる段差昇降機能を有する。

図１に示すように、車椅子１００は、車体フレーム１０、座シート１１、背凭れ１２、駆動輪２０、回転軸３０、キャスタ４１、回転脚５０、レバー６０を有する。

車体フレーム１０は、図１（Ｂ）に示すように、右側板１０Ｒ、左側板１０Ｌを有する。右側板１０Ｒ及び左側板１０Ｌは、それぞれ板状の部材である。右側板１０Ｒと左側板１０Ｌとは、複数の支柱により支持されて平行に配置されている。また、車体フレーム１０の前方には、車椅子１００の使用者が足を乗せるフットプレート７０が設けられている。

座シート１１及び背凭れ１２は、車椅子１００の使用者が座る座席を構成する。座シート１１及び背凭れ１２は、後述する回動支持機構により回動可能に支持されている。本実施形態では、背凭れ１２が座シート１１に対して後傾するようにリクライニング可能に設けられている。

座シート１１の両側には、それぞれ車体フレーム１０に回転可能に支持されている一対の駆動輪２０が設けられている。駆動輪２０は、座シート１１とは反対側にハンドリム２１が固定されている。車椅子１００の使用者は、座シート１１に座り、ハンドリム２１を回して駆動輪２０を回転させることで、任意の方向に走行できる。

回転軸３０は、車体フレーム１０に回転可能に支持されている。回転軸３０は、両端部が右側板１０Ｒ及び左側板１０Ｌに回転可能に支持されている。

キャスタ４１は、走行車輪の一例であり、回転軸３０に回転自在に取り付けられている走行支持部材４０に設けられている。走行支持部材４０には、２つのキャスタ４１が設けられている。走行支持部材４０は、キャスタ４１を含む自重により、キャスタ４１が鉛直方向において下方に位置するように回転する。本実施形態では、回転軸３０の両端部に、それぞれ走行支持部材４０及びキャスタ４１が設けられている。

車椅子１００は、平地及び緩やかな傾斜面を含む路面を走行する場合には、駆動輪２０及びキャスタ４１が接地する。キャスタ４１は、車椅子１００の走行時に進行方向に沿って旋回しながら回転する。

回転脚５０は、放射状に突出する複数のロッドを有し、回転軸３０に固定されている。本実施形態では、回転軸３０の両端部に、それぞれ回転脚５０が固定されている。回転脚５０は、段差昇降時に複数のロッドの何れかが段差面に接しながら回転軸３０と共に回転する。車椅子１００は、回転脚５０が段差面に接して昇り降りするように回転することで、階段等の段差を昇降できる。回転脚５０の構成については後述する。

レバー６０は、一方向に回転力を伝達する機構としてのワンウェイクラッチ６１を介して回転軸３０に連結されている。レバー６０は、回転軸３０から座シート１１の側部に向かって延伸するように設けられている。本実施形態では、座シート１１の両側に、それぞれレバー６０が設けられている。なお、レバー６０と回転軸３０とを連結する機構は、回転軸３０に一方向に回転力を伝達可能あれば、ワンウェイクラッチ６１に限られるものではない。

レバー６０が図１において上方に引き上げられると、ワンウェイクラッチ６１を介して一方向への回転力が回転軸３０に伝達され、回転軸３０及び回転軸３０に固定されている回転脚５０が一方向に回転する。レバー６０が図１において下方に引き下げられると、ワンウェイクラッチ６１が滑って回転力が回転軸３０に伝達されず、回転軸３０及び回転脚５０は回転しない。

このような構成により、車椅子１００の使用者は、座シート１１に座ってレバー６０の引き上げと引き下げとを交互に繰り返し行うことで、回転軸３０及び回転脚５０を一方向に回転させ、段差を昇降することができる。

＜回動支持機構＞
次に、座シート１１及び背凭れ１２を回動可能に支持する回動支持機構について説明する。図２は、実施形態における車椅子１００の回動支持機構を例示する概略図である。

回動支持機構は、座シート１１及び背凭れ１２を、図２（Ａ）に示す走行姿勢と、図２（Ｂ）に示すように使用者Ｐが背凭れ１２側に後傾する段差昇降姿勢との間で回動可能に支持する。回動支持機構は、車体フレーム１０、支持脚１３、ガススプリング１５を含んで構成されている。

支持脚１３は、一端が車体フレーム１０に回動可能に支持され、他端が座シート１１の座面とは反対側の背面の前方側（図２における左側）端部に固定されている。本実施形態では、２つの支持脚１３で座シート１１及び背凭れ１２が回動可能に支持されている。各支持脚１３は、車体フレーム１０の右側板１０Ｒ又は左側板１０Ｌに支軸１４を中心に回動可能に支持されている。

ガススプリング１５は、一端が座シート１１と車体フレーム１０との間で支持脚１３に連結され、他端が支持脚１３よりも後方側（図２における右側）で車体フレーム１０に連結されている。ガススプリング１５は、車椅子１００の使用者Ｐの操作により伸縮し、図２（Ａ）に示す走行姿勢と図２（Ｂ）に示す段差昇降姿勢との間で、座シート１１及び背凭れ１２を回動可能に支持する。

ガススプリング１５は、伸長すると支持脚１３を付勢して図２において反時計回り方向に回動させ、座シート１１及び背凭れ１２を図２（Ａ）に示す走行姿勢に保つ。また、ガススプリング１５は、収縮すると支持脚１３を図２において時計回り方向に回動させ、座シート１１及び背凭れ１２を図２（Ｂ）に示す段差昇降姿勢に保つ。

本実施形態では、図３（Ａ）に示すように走行姿勢で路面Ｇｄと座シート１１の座面とがほぼ平行となり、図３（Ｂ）に示すように段差昇降姿勢で路面Ｇｄと座シート１１の座面とのなす角度θが２５度となるように回動支持機構が設けられている。なお、座シート１１が回動する角度θは、本実施形態において例示される角度に限られるものではない。

車椅子１００の使用者Ｐは、平地及び緩やかな傾斜面を含む路面を走行する場合には走行姿勢となり、階段等の段差を昇降する場合には段差昇降姿勢となるように、ガススプリング１５を自重やロック機構等により伸縮させる。使用者Ｐは、走行時に座シート１１及び背凭れ１２を走行姿勢とすることで、駆動輪２０を操作し易くなる。また、使用者Ｐは、段差昇降時に座シート１１及び背凭れ１２を後傾するように回動させ、段差昇降時に座シート１１の座面を段差面に近付けることで、落下に対する不安感・恐怖感を軽減できる。

また、座シート１１及び背凭れ１２が走行姿勢から段差昇降姿勢となるように回動することで、図３に示すように、使用者Ｐを含む車椅子１００全体の重心Ｇｃの位置が、鉛直方向において下方に変化する。このように重心Ｇｃが下方に移動して路面又は段差面に近付くことで、段差昇降時における使用者Ｐの落下に対する不安感が軽減される。

なお、回動支持機構には、使用者Ｐが走行姿勢と段差昇降姿勢との間の任意の角度で座シート１１及び背凭れ１２の回動位置を保つことができるように、姿勢維持機構を備えてもよい。使用者Ｐが階段等の段差の傾斜角度に応じて、任意の角度に姿勢を保ち、より安定して段差を昇降することが可能になる。

ここで、図４に示すグラフは、回転脚接地点から重心位置までの距離ｄに対して、回転脚５０が接地面から受ける反力及び回転脚５０と接地面との間の最大摩擦力を求めた結果である。回転脚接地点から重心位置までの距離ｄは、図５に示すように、段差昇降姿勢で回転脚５０が後方側のロッドで路面Ｇｄに接地した状態で、回転脚５０と路面Ｇｄとの接地点Ｇｐから車椅子１００の重心Ｇｃまでの路面Ｇｄに平行な方向における距離である。

回転脚５０が接地面から受ける反力及び回転脚５０と接地面との間の最大摩擦力は、回転脚５０と接地点の静止摩擦係数を０．５、使用者Ｐの重量を６５ｋｇ、車椅子１００の重量を２４ｋｇとして求めた。また、回転脚５０が接地面から受ける反力は、段差の高さｈが１００ｍｍ、１３０ｍｍ、１６０ｍｍ、１９０ｍｍ、２２０ｍｍの場合についてそれぞれ求めた。

図４に示されるように、距離ｄが大きくなるほど、回転脚５０が接地面から受ける反力は大きくなり、回転脚５０と接地面との最大摩擦力は小さくなる。また、段差の高さｈが大きいほど、回転脚５０が接地面から受ける反力は大きくなる。

回転脚接地点から重心位置までの距離ｄが大きくなり、回転脚５０と接地面との最大摩擦力が、回転脚５０が接地面から受ける反力よりも小さくなると、回転脚５０が接地面で滑って段差の昇降が困難になる。そこで、本実施形態に係る車椅子１００は、高さｈが１１０ｍｍ程度の段差を昇降できるように、段差昇降姿勢において回転脚接地点から重心位置までの距離ｄが１５０ｍｍとなるように、座シート１１及び背凭れ１２が回動支持機構により支持されている。

なお、回転脚接地点から重心位置までの距離ｄは、本実施形態において例示される１５０ｍｍに限られるものではなく、上記した様に回転脚５０が接地面から受ける反力や回転脚５０と接地面との最大摩擦力等に基づいて適宜設定される。

＜段差昇降機構＞
次に、車椅子１００での段差昇降を可能とする段差昇降機構について説明する。図６は、実施形態における段差昇降機構を例示する図である。図６（Ａ）は段差昇降機構の上面図であり、図６（Ｂ）は段差昇降機構の側面図である。

段差昇降機構は、回転軸３０、回転脚５０、レバー６０、ワンウェイクラッチ６１を含んで構成されている。

回転軸３０は、車体フレーム１０に回転可能に支持されている。回転脚５０は、回転軸３０の端部に固定され、回転軸３０と共に回転する。回転脚５０は、図６（Ｂ）に示すように、３つのロッド５１を有し、段差昇降時に何れかのロッドが段差面に接しながら回転する。

レバー６０は、ワンウェイクラッチ６１を介して回転軸３０に連結され、座シート１１の側部に延伸するように設けられている。図６（Ｂ）に示すように、車椅子１００の使用者Ｐが座シート１１に座ってレバー６０をＡ方向に引き上げると、ワンウェイクラッチ６１が回転軸３０にレバー６０の回転力を伝達し、回転軸３０と共に回転脚５０がＲ１方向に回転する。また、使用者Ｐがレバー６０をＢ方向に引き下げた場合には、ワンウェイクラッチ６１が滑って回転軸３０にレバー６０の回転力を伝達せず、回転軸３０及び回転脚５０は回転しない。

車椅子１００の使用者Ｐは、座シート１１に座ってレバー６０をＡ方向及びＢ方向に交互に回動させることで、回転軸３０及び回転脚５０をＲ１方向に一方向に回転させることができる。

回転軸３０には、２つのキャスタ４１を有する走行支持部材４０が、ワンウェイクラッチ６１と回転脚５０との間に設けられている。走行支持部材４０は、図６（Ｂ）に示すように、Ｒ２方向に回転自在に回転軸３０に取り付けられており、キャスタ４１を含む自重によってキャスタ４１が下方に位置する姿勢に保たれる。キャスタ４１は、走行支持部材４０に旋回可能に設けられ、車椅子１００の走行時に路面Ｇｄに接して進行方向に沿うように旋回しながら回転する。

図６（Ａ）に示すように、走行支持部材４０、回転脚５０、ワンウェイクラッチ６１及びレバー６０は、回転軸３０の両端部に１組ずつ設けられている。車椅子１００の使用者Ｐは、座シート１１に座って両方の手でそれぞれレバー６０を把持して回動させ、回転軸３０及び回転脚５０を回転させる。

車椅子１００の使用者Ｐは、路面Ｇｄを走行する時には、図６（Ｂ）に示すように、キャスタ４１が路面Ｇｄに接し、回転脚５０の各ロッド５１が路面Ｇｄに接しないようにレバー６０を操作する。また、使用者Ｐは、このようにキャスタ４１を路面Ｇｄに当接させた状態で駆動輪２０を回転させることで、路面Ｇｄの上を走行する。

また、車椅子１００の使用者Ｐは、階段等の段差を昇降する時には、段差に回転脚５０を近づけた状態でレバー６０を回動させ、回転軸３０と共に回転脚５０を回転させる。段差において回転脚５０を回転させると、ロッド５１の何れかが段差面に当接しながら回転して、車椅子１００が段差を昇降する。

（回転脚）
図７は、実施形態における回転脚５０を例示する図である。

図７に示すように、回転脚５０は、回転軸３０に固定される中心部Ｃから放射状に突出する同一長さの３つのロッド５１を有する。３つのロッド５１は、中心部Ｃの周方向に等間隔（θｒ＝１２０°）に設けられている。各ロッド５１は、それぞれ中心部Ｃから延伸するアーム部５２、アーム部５２の先端に設けられている円形状の接地部５３を有する。回転脚５０が回転すると、各ロッド５１の接地部５３の何れかが路面Ｇｄ又は段差面に当接する。

ロッド５１の長さＬ（中心部Ｃから接地部５６の中心までの距離）は、高さｈの段差を昇降できるように、例えば以下の式（１）を満足するように設定される。

また、ロッド５１の長さＬは、一つのロッド５１が段差面に接地した状態で他のロッド５１が次の段差面に接地できるように、例えば以下の式（２）を満足するように設定される。

ここで、ｒは接地部５３の半径であり、Ｚは段差面の奥行きである。

ロッド５１が式（１）及び式（２）を満足する長さＬを有することで、一つのロッド５１が段差面に接地した状態で他のロッド５１が次の段差面に接地し、回転脚５０が高さｈの段差を乗り越えることが可能になる。

本実施形態では、高さｈが２２０ｍｍで、段差面の奥行きＺが１９５ｍｍの段差を昇降できるように、接地部５３の半径ｒが４０ｍｍ、ロッド５１の長さＬが１６０ｍｍに設定されている。

なお、回転脚５０に設けられるロッド５１の数、ロッド５１の形状等は、本実施形態において例示される構成に限られるものではない。

本実施形態における車椅子１００は、上記した段差昇降機構により回転脚５０が段差において回転することで段差を昇降できる。

＜段差昇降動作＞
次に、車椅子１００が階段を昇降する際の動作について説明する。図８は、実施形態における車椅子１００が階段を上る様子を例示する図である。

図８に示すように車椅子１００が階段に近付くと、使用者Ｐは、階段に背を向けるように車椅子１００を反転させる。次に、使用者Ｐは、回動支持機構に設けられているガススプリング１５を操作して、走行姿勢から段差昇降姿勢となるように座シート１１及び背凭れ１２を後方に倒すように回動させる。

続いて、使用者Ｐは、レバー６０を操作して回転脚５０のロッドを段差面に接地させるように回転脚５０を回転させる。使用者Ｐは、一つのロッド５１が段差面に接地した状態で隣のロッド５１を一段上の段差面に接地させ、回転脚５０をさらに回転させることで、自力で車椅子１００に乗ったまま後ろ向きに階段を上っていくことができる。

階段を上りきった後は、使用者Ｐが再びガススプリング１５を操作して、段差昇降姿勢から走行姿勢となるように座シート１１及び背凭れ１２を前方に起こすように回動させる。使用者Ｐは、走行姿勢に戻した状態で、階段に背を向けるように車椅子１００を反転させ、駆動輪２０を回転させて目的地に向かって走行できる。

階段を下る場合には、使用者Ｐが、階段の手前で階段に背を向けるように車椅子１００を反転させ、走行姿勢から段差昇降姿勢となるようにガススプリング１５を操作する。次に、使用者Ｐは、レバー６０を操作して回転脚５０を回転させ、後ろ向きに階段を下って行く。

階段を下りきった後は、使用者Ｐが再びガススプリング１５を操作して、段差昇降姿勢から走行姿勢となるように座シート１１及び背凭れ１２を前方に起こすように回動させる。使用者Ｐは、走行姿勢に戻した状態で、階段に背を向けるように車椅子１００を反転させ、駆動輪２０を回転させて目的地に向かって走行できる。

以上で説明したように、本実施形態における車椅子１００によれば、使用者Ｐがレバー６０を操作して回転脚５０を段差において回転させることで、自力で階段等の段差を昇降することができる。電動式の装置等を設ける必要がないため、重量の増加や大型化を招くことなく、簡易な構成で段差の自力昇降が可能になる。

また、本実施形態における車椅子１００は、走行姿勢と段差昇降姿勢との間で座シート１１及び背凭れ１２が回動可能に設けられており、使用者Ｐは段差昇降時に座シート１１及び背凭れ１２を後方に倒すように回動させることができる。段差昇降時に座シート１１及び背凭れ１２を後方に倒す段差昇降姿勢とすることで、使用者Ｐは、自身の体を段差の斜面に近付けると共に目線を下げ、段差昇降時の不安感や恐怖感を軽減することが可能になる。

以上、実施形態に係る段差昇降機能付き車椅子について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

例えば、ワンウェイクラッチ６１を介して回転軸３０及び回転脚５０を一方向に回転させるレバー６０に加えて、ワンウェイクラッチを介して回転軸３０及び回転脚５０を他方向に回転させるレバー６０を設けてもよい。このような構成により、使用者Ｐは回転軸３０及び回転脚５０を任意の方向に回転させることが可能になり、後ろ向きで段差を昇降するだけでなく、前向きで段差を昇降することが可能になる。

１０ 車体フレーム
１１ 座シート
１２ 背凭れ
１３ 支持脚
１５ ガススプリング
２０ 駆動輪
３０ 回転軸
４０ 走行支持部材
４１ キャスタ（走行車輪）
５０ 回転脚
５１ ロッド
５２ アーム部
５３ 接地部
６０ レバー
６１ ワンウェイクラッチ
１００ 車椅子

Claims (4)

1. 使用者が前方を向いて座る座シートと、
   前記座シートの両側にそれぞれ回転可能に設けられている一対の駆動輪と、
   前記一対の駆動輪の後方に設けられて回転可能に支持されている回転軸と、
   前記回転軸に設けられて走行時に接地する走行車輪と、
   一方向に回転力を伝達する機構を介して前記回転軸に連結されているレバーと、
   放射状に突出する複数のロッドを有して前記回転軸に固定され、段差昇降時に前記レバーが回動操作されて前記複数のロッドの何れかが段差面に接しながら回転する回転脚と、
   前記座シートを、走行姿勢と前記走行姿勢よりも座面の後端部が下方に位置する段差昇降姿勢との間で回動可能に支持する回動支持機構と、を有する
   ことを特徴とする段差昇降機能付き車椅子。
2. 前記回動支持機構は、
   一端が車体フレームに回動可能に支持され、他端が前記座シートの前記座面とは反対側の背面に固定されている支持脚と、
   一端が前記支持脚に連結され、他端が前記支持脚よりも後方で前記車体フレームに連結されて伸縮するガススプリングと、を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の段差昇降機能付き車椅子。
3. 前記走行車輪は、前記回転軸に回転自在に取り付けられている走行支持部材に旋回可能に設けられているキャスタである
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の段差昇降機能付き車椅子。
4. 前記ロッドは、前記回転軸に固定される中心部から延伸するアーム部と、前記アーム部の先端に設けられている円形状の接地部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の段差昇降機能付き車椅子。

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