JP7128644B2 - 段差昇降用車輪装置 - Google Patents

Description

本発明は、車椅子等の車両に装着することにより階段等の段差を車両が昇降可能とするための段差昇降用車輪装置に関する。

一般的に、車椅子の利用範囲は平坦地であり、階段等の段差での移動は考慮されていない。そのため、例えば介助者が車椅子ごと持ちあげる必要があり、段差での移動は負担が大きい。従って、段差の昇降を容易にする車両が求められている。

段差の昇降が可能な車両には、クローラ方式の車輪を有するものが多い。クローラは、無限軌道、履帯、キャタピラ（登録商標）等と呼ばれる。クローラ方式の車輪は、通常のタイヤ方式の車輪と比較して、不整地での走破性が高いものの、平坦地での走行では、旋回性能が低い、駆動に必要な消費エネルギーが大きいといった問題がある。

そこで、例えば、特許文献１には、タイヤ方式とクローラ方式との両方の車輪を備える車両が開示されている。この車両は、平坦地を走行する際におけるタイヤ方式の車輪を接地して駆動する機構と、段差を昇降する際におけるクローラ方式の車輪を接地して駆動する機構とで、駆動機構を切り替えることにより、平坦地での走行におけるタイヤ方式の車輪の利点を確保した上で段差の昇降を可能としている。

特開２００２－３７１４７号公報 特開２００２－２６３１４４号公報 特開平１０－３１４２３１号公報 特開平１０－３２８２４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された車両では、駆動機構を切り替える際に、特別な制御をする必要がある。すなわち、平坦地から段差に移行する際には、タイヤ方式の車輪を浮かせてクローラ方式の車輪を接地させる制御が必要であり、段差から平坦地に移行する際には、クローラ方式の車輪を浮かせてタイヤ方式の車輪を接地させる制御が必要である。この制御のために、車輪の駆動とは別の目的でモータ等の制御部品が必要となり、車両のコストが大きくなり、また、車両が大型化してしまうという問題がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、平坦地での走行におけるタイヤ方式の利点を確保した上で段差の昇降を可能とする車輪装置であって、平坦地から段差への移行時に、または、段差から平坦地への移行時に特別な制御の必要のない車輪装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る段差昇降用車輪装置は、タイヤとホイールからなる車輪と、前記車輪と同軸上に設けられ、前記車輪よりも小径な環状レールと、前記環状レールに沿って滑動自在であり、前記車輪の外径よりも外方へ突出して設けられた突出部分を有する複数の昇降用アームと、外力が作用していない自由状態において前記複数の昇降用アームを前記環状レールに沿って略等間隔に保持するために、隣接する前記昇降用アーム間に張架された伸縮自在な弾性体と、前記複数の昇降用アームの前記突出部分に沿って架け渡され、前記車輪の外方からの押圧外力が作用すると作用点を軸心方向へ撓ませる屈曲性を有する段差検出リングと、を備え、前記複数の昇降用アームのそれぞれは、当該昇降用アームの前記環状レールに沿った滑動における重力の作用する方向への滑動は許可しつつ逆方向への滑動をロックするワンウェイロック機構を有し、平坦地の走行の際は、前記車輪が接地して走行し、段差昇降時は、段差の踏み面又は蹴込み面の作用により前記段差検出リングが撓み、撓みに連動して撓み箇所に近接する前記昇降用アームの前記ワンウェイロック機構が作動し、前記ワンウェイロック機構が作動した前記昇降用アームの前記突出部分と段差の踏み面とが噛み合うことにより段差を昇降することを特徴とする。

また、前記ワンウェイロック機構は、前記環状レールの内周に対向するように前記アーム本体部に形成されたくさび面と、前記くさび面及び前記環状レールの内周に接触することによりくさび作用を発揮するくさび部材とからなり、前記複数の昇降用アームのそれぞれは、さらに、前記くさび部材を保持すると共に前記段差検出リングの該昇降用アームに近接する部分の撓みに連動してスライドする保持部を有し、前記くさび部材は、前記段差検出リングが撓んでいない通常状態において前記保持部により前記くさび面および前記環状レールの内周の少なくとも一方に接触しないよう保持され、前記保持部のスライドに連動して前記くさび面及び前記環状レールの内周に接触するよう移動するとしてもよい。

本発明に係る段差昇降用車輪装置は、平坦地では、タイヤ方式の車輪により走行するので平坦地におけるタイヤ方式の車輪の利点をそのまま享受することができる。また、本発明に係る段差昇降用車輪装置は、段差検出リングに段差の踏み面や蹴込み面が作用することで段差検出リングが撓み、その撓みに連動して段差昇降用アームのワンウェイロック機構が作動する構成としている。この構成により、段差昇降用車輪装置が段差に進入するだけで操作者が特別な操作をすることなく自動的に段差昇降用アームのワンウェイロック機構が作動する。そして、ワンウェイロック機構が作動した昇降用アームと段差の踏み面とが噛み合うことにより、車輪の回転だけで段差を昇降するので、特別な制御の必要のなく、平坦地から段差へ、及び、段差から平坦地への移行を行うことができる。

また、本発明に係る段差昇降用車輪装置は、段差昇降用アームが環状レールに沿って滑動することにより段差昇降用アームが噛み合うことが可能な任意の高さの段差を昇降することができる。また、ワンウェイロック機構により、一の段差昇降用アームが段差の踏み面と噛み合っている状態のとき、他の段差昇降用アームが段差の蹴込み面と接触しても、当該他の段差昇降用アームは段差の蹴込み面を押さずに重力の作用する方向に滑動する。これにより、段差の踏み面と噛み合っている段差昇降用アームと段差の踏み面との噛み合い幅が小さくなること、及び、それによって段差昇降用車輪装置が段差から滑落してしまうことを防ぐことができる。また、ワンウェイロック機構が作動しても段差昇降用アームは重力の作用する方向への滑動はロックされないので、段差を降りる際に段差の踏み面と噛み合うことになる段差昇降用アームは、段差昇降用車輪装置の荷重がかかる直前までは車輪に連れ回りせず段差の踏み面に接触した状態が維持される。これにより段差をスムーズに降りることができる。

実施の形態に係る電動車椅子の構成を示す図である。 段差昇降用車輪装置の構成を示す図である。 段差検出リングを示す模式図である。 スライド部に外力が作用していない状態における、アーム本体部とスライド部とくさび面ブロックとくさびローラとの模式図である。 スライド部に外力が作用している状態における、アーム本体部とスライド部とくさび面ブロックとくさびローラとの模式図である。 段差昇降用アームのワンウェイロック機構が作動する様子を説明する模式図である。 電動車椅子が平坦地を走行する際における、各段差昇降用アームのポジション及び段差検出リングの撓み状態を説明する模式図である。 電動車椅子が段差を昇る動作の一例を説明する図である。 段差昇降用アームのワンウェイロック機構が作動する様子を説明する模式図である。 電動車椅子が段差を昇る動作の一例を説明する図である。 電動車椅子が段差を下降する動作の一例を説明する図である。 段差昇降用アームのワンウェイロック機構が作動する様子を説明する模式図である。 変形例に係る段差昇降用アームの一例を示す図である。 変形例に係る段差昇降用アームの一例を示す図である。 変形例に係る段差昇降用アームの一例を示す図である。 変形例に係る段差昇降用アームの一例を示す図である。 変形例に係る段差昇降用アームの一例を示す図である。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る電動車椅子１００の構成を示す図である。

電動車椅子１００は、フレーム１０１と、コントローラ１０２と、走行用モータ１０３と、補助輪１０４と、段差昇降用車輪装置２００とを備える。

フレーム１０１は、電動車椅子１００の骨格であり、例えば、金属材料で形成されている。コントローラ１０２は、例えばジョイスティック等の入力機器を有し、入力機器への入力に応じて走行用モータ１０３を駆動するための制御信号を生成し、生成した制御信号を走行用モータ１０３へ送信する。走行用モータ１０３は、２つの段差昇降用車輪装置２００のそれぞれに対応して設けられ、コントローラ１０２の制御により、対応する段差昇降用車輪装置２００を回転駆動する。補助輪１０４は、所謂キャスターであり、フレーム１０１の左右両側に一対設けられている。段差昇降用車輪装置２００は、フレーム１０１の左右両側に一対設けられ、走行用モータ１０３により回転駆動されることにより電動車椅子１００を走行させるための車輪である。

図２は、段差昇降用車輪装置２００の構成を示す図である。

図２（ａ）は、電動車椅子１００を側面から見た時の段差昇降用車輪装置２００を示す模式図である。段差昇降用車輪２００は、車輪２０１と、ガイドレール２０２，２０３と、複数の段差昇降用アーム２０４と、複数の連結バネ２０５と、段差検出リング２０６とを備える。

車輪２０１は、金属材料等で形成されたホイールとゴム材料で形成されたタイヤチューブからなるタイヤ方式の車輪である。

ガイドレール２０２，２０３は、車輪２０１と同軸上に形成された、車輪２０１よりも小径な環状の形状をした部材であり、車輪２０１のホイール部分に固定されている。ガイドレール２０２は、ガイドレール２０３よりも小径である。

複数の段差昇降用アーム２０４は、それぞれガイドレール２０２，２０３に沿って滑動自在に設けられている。複数の段差昇降用アーム２０４は、それぞれワンウェイロック機構を有している。ワンウェイロック機構は、作動すると、重力が作用する方向への段差昇降用アーム２０４の滑動を許可し、逆方向への滑動をロックする。ワンウェイロック機構についての詳細は後述する。複数の段差昇降用アーム２０４は、それぞれ車輪２０１の外径よりも外側に突出した部分を有している。上記ワンウェイロック機構が作動した段差昇降用アーム２０４のこの突出部分が段差の踏み面と噛合った状態で、車輪に連動して回転することにより、電動車椅子１００は、段差の昇降を行う。外力が作用していない自由状態においてガイドレール２０２，２０３に沿って複数の段差昇降用アーム２０４を略等間隔に保持するために、隣接する段差昇降用アーム２０４間には、伸縮自在な弾性体からなる連結バネ２０５が張架されている。なお、この自由状態で車輪２０１が回転した場合、ワンウェイロック機構が作動していない各段差昇降用アーム２０４は、車輪２０１の回転に連れ回りせず、ガイドレール２０２，２０３に沿って自由に滑動する。

車輪２０１の外径よりも外方には、車輪の外方からの押圧外力が作用すると作用点を軸心方向へ撓ませる屈曲性を有する環状の段差検出リング２０６が設けられている。段差検出リング２０６は、複数の段差昇降用アーム２０４の車輪２０１の外径よりも外方に存在する部位に沿って回転自在に環状にかけ渡されている。段差検出リング２０６は、例えば、板バネをゴム製のチューブで包むことにより構成されている。

図２（ｂ）は、段差昇降用アーム２０４の詳細を示す模式図であり、段差昇降用アーム２０４が図２（ａ）における段差昇降用アーム２０４Ａと同じ位置に位置している状態を示している。また、図２（ｃ）は、図２（ｂ）におけるＡ－Ａ’線による矢視断面図である。

なお、車輪２０１は、ホイール部２０７とタイヤチューブ部２０８により構成されている。

段差昇降用アーム２０４において、図２（ｃ）の左側の面（車輪２０１のホイール部２０７に対向する面）を裏面、図２（ｃ）の右側の面を正面として説明する。

段差昇降用アーム２０４は、アーム本体部２０９と、スライド部２１０と、ベアリングローラ２１１と、くさび面ブロック２１２と、くさびローラ２１３と、小車輪２１４とを備える。

アーム本体部２０９の正面には、スライド部２１０が形成されている。スライド部２１０は、車輪２０１の軸心方向にスライド自在に保持されており、スライド部２１０に対して車輪２０１の軸心方向に外力が作用すると、スライド部２１０がアーム本体部２０９に対して車輪２０１の軸心方向にスライドする。スライド部２１０をスライドさせる機構は特に図示しないが公知のスライド機構を用いることができる。また、スライド部２１０は、車輪２０１の軸心方向に伸縮する弾性体（不図示）によりアーム本体部と連結されており、スライド部２１０に対して外力が作用しなくなったときは標準位置に戻るように形成されている。スライド部２１０は、車輪２０１の外径よりも外側に突出する部分を有するように形成されている。スライド部２１０の車輪２０１の外径よりも外側に突出する部分の裏面には、小車輪カバー２１０ａが形成されており、小車輪カバー２１０ａ内に小車輪２１４が装着されている。この小車輪カバー２１０ａ及び小車輪２１４が、上述した段差の踏み面との噛み合い部分となる。また、スライド部２１０の車輪２０１の外径よりも外側に突出する部分の正面には、リング状のフック２１０ｂが形成されており、フック２１０ｂ内に段差検出リング２０６が車輪２０１の軸に対して回転自在に環状に保持されている。

アーム本体部２０９の裏面には、ガイドレール２０２よりも内径側に１つ、ガイドレール２０３よりも外径側に２つのローラ軸２０９ａが形成されている。ローラ軸２０９ａにはそれぞれベアリングローラ２１１が装着されており、ガイドレール２０２の内側のベアリングローラ２１１と、ガイドレール２０３の外側のベアリングローラ２１１により、ガイドレール２０２、２０３を挟み込む構造となっている。ガイドレール２０２の内周及びガイドレール２０３の外周は溝状に形成されており、溝内にベアリングローラ２１１入り込んでいる。これにより、ベアリングローラ２１１がガイドレール２０２，２０３から外れることがないようになっている。ベアリングローラ２１１が回転することにより、段差昇降用アーム２０４が、ガイドレール２０２，２０３に沿ってスムーズに滑動する。

アーム本体部２０９の裏面には、ガイドレール２０２よりも外径側かつガイドレール２０３よりも内径側にくさび面ブロック２１２が固定されている。くさび面ブロック２１２には、ガイドレール２０３の内周と対向する面にくさび面を有している。そして、くさび面ブロック２１２とガイドレール２０３の内周との間にくさびローラ２１３が設けられている。くさびローラ２１３は、スライド部２１０に外力が働かない自由状態においては、くさび面ブロック２１２のくさび面又はガイドレール２０３の内周との少なく一方とは接触しないように、後述するスライド部２１０の保持爪２１０ｃに保持されている。なお、このくさび面ブロック２１２とくさびローラ２１３と保持爪２１０ｃとにより、上述のワンウェイロック機構が構成されている。

上述のガイドレール２０２，２０３や、段差昇降用アーム２０４の各構成要素は、例えば、金属材料により形成されている。また、炭素繊維などで強化したプラスチックで形成されていてもよい。

図３は、段差検出リング２０６を示す模式図である。図３（ａ）は、段差検出リング２０６に外力が作用していない状態を、図３（ｂ）は、段差検出リング２０６に外力が作用している状態を示している。

段差検出リング２０６は、外力が作用していない自由状態においては、図３（ａ）に示すように、略円形を保持している。一方、段差検出リング２０６は、車輪の外方から円周方向における任意の角度より押圧外力が作用すると、図３（ｂ）に示すように、作用点が軸心方向へ撓む屈曲性を有している。図の符号２０６ａで示した部分が、外力により段差検出リング２０６が撓んだ部分である。この撓み部分２０６ａの範囲に段差昇降用アーム２０４が存在する場合、段差検出リング２０６に作用する外力が、スライド部２１０のフック２１０ｂを介してスライド部２１０に伝達され、スライド部２１０がアーム本体部２０９に対してスライドすることになる。すなわち、段差検出リング２０６の撓みに連動してスライド部２１０がアーム本体部２０９に対してスライドすることになる。

次に、段差昇降用アーム２０４のワンウェイロック機構の詳細について図４乃至６を用いて説明する。

図４は、スライド部２１０に外力が作用していない状態における、アーム本体部２０９とスライド部２１０とくさび面ブロック２１２とくさびローラ２１３との関係を説明するための模式図である。図４（ａ）は、アーム本体部２０９及びスライド部２１０の正面を示している。図４（ｂ）は、アーム本体部２０９及びスライド部２１０の裏面を示している。図４（ｃ）は、アーム本体部２０９及びスライド部２１０の側面を示している。

図に示すように、スライド部２１０には、保持爪２１０ｃが形成されており、スライド部２１０に外力が作用していない状態では、保持爪２１０ｃによりくさびローラ２１３が保持されている。

図５は、スライド部２１０に外力が作用し、スライド部２１０が車輪２０１の軸心方向にスライドした状態における、アーム本体部２０９とスライド部２１０とくさび面ブロック２１２とくさびローラ２１３との関係を説明するための模式図である。図５（ａ）は、アーム本体部２０９及びスライド部２１０の正面を示している。図５（ｂ）は、アーム本体部２０９及びスライド部２１０の裏面を示している。図５（ｃ）は、アーム本体部２０９及びスライド部２１０の側面を示している。

図に示すように、スライド部２１０が車輪２０１の軸心方向にスライドにすることにより、くさびローラ２１３が保持爪２１０ｃから外れ、くさびローラ２１３が任意の方向に移動可能な状態となる。

図６は、段差昇降用アーム２０４のワンウェイロック機構が作動する様子を説明する模式図である。図６（ａ）は、スライド部２１０に外力が作用していない状態を示している。図６（ｂ）は、スライド部２１０に外力が作用してくさびローラ２１３が保持爪２１０ｃから外れている様子を示している。図６（ｃ）は、重力の作用する方向にくさびローラ２１３が移動することにより、ワンウェイロック機構が作動している様子を示している。

スライド部２１０に外力が作用していない状態では、図６（ａ）に示すように、くさびローラ２１３は、ガイドレール２０３の内周と接触しないように保持爪２１０ｃに保持されている。なお、図６（ａ）では、くさびローラ２１３は、くさび面ブロック２１２のくさび面２１２ａ，２１２ｂと接触する形で保持されているが、くさびローラの保持形態はこれには限られない。ガイドレール２０３の内周とくさび面ブロックのくさび面（２１２ａ，２１２ｂ）とのうち、少なくともいずれか一方と接触しない形態で保持されていればよい。

なお、くさび面２１２ａは、段差昇降用アーム２０４が図の下方向に滑動するのをロックするためのくさび面であり、くさび面２１２ｂは、段差昇降用アーム２０４が図の上方向に滑動するのをロックするためのくさび面である。

この状態で、スライド部２１０が車輪２０１の軸心方向（図の右方向）にスライドすると、図６（ｂ）に示すように、くさびローラ２１３が保持爪２１０ｃから外れ、くさびローラ２１３が図の上下任意の方向に移動可能な状態となる。

そして、図６（ｃ）に示すように、重力により重力の作用する方向にくさびローラ２１３が移動すると、くさびローラ２１３は、くさび面ブロックのくさび面２１２ｂ及びガイドレール２０３の内周の両方と接触する。この状態で、くさび面ブロック２１２が固定されている段差昇降用アーム２０４が図の上方向に滑動しようとすると、くさびを打ち込む方向に、くさびローラ２１３がくさび面２１２ｂとガイドレール２０３に作用する。従って、くさび効果により、くさび面ブロック２１２とガイドレール２０３とが強固に連結され、くさび面ブロック２１２が固定されている段差昇降用アーム２０４がガイドレール２０２，２０３に沿って上方向に滑動することができなくなる。すなわち、段差昇降用アーム２０４のガイドレール２０２，２０３に沿った滑動のうち、上方向への滑動がロックされる。逆に、この状態で、くさび面ブロック２１２が固定されている段差昇降用アーム２０４がガイドレールに対して下方向（重力の作用する方向）に滑動しようとすると、くさびが緩む方向に、くさびローラ２１３がくさび面２１２ｂとガイドレール２０３に作用する。従って、くさび効果は発揮されず、くさび面ブロック２１２とガイドレール２０３とは連結されないため、くさび面ブロック２１２が固定されている段差昇降用アーム２０４がガイドレール２０２，２０３に沿って下方向に滑動することができる。

まとめると、段差昇降用アーム２０４のワンウェイロック機構が作動するメカニズムは以下の通りである。段差検出リング２０６に外力が作用すると、段差検出リング２０６が撓む。段差検出リング２０６の撓みに連動して段差検出リング２０６の撓み部分に存在する段差昇降用アーム２０４のスライド部２１０が車輪２０１の軸心方向にスライドする。スライド部２１０のスライドに連動してくさびローラ２１３が保持爪２１０ｃから外れ、重力の作用する方向にくさびローラ２１３が落ち込み、くさびローラ２１３がくさび面ブロック２１２のくさび面とガイドレール２０３の内周の両方に接触する。くさび効果により、段差昇降用アーム２０４は、重力に反する方向へのガイドレール２０２，２０３に沿った滑動がロックされる。一方、段差昇降用アーム２０４は、重力の作用する方向へのガイドレール２０２，２０３に沿った滑動はロックされない。このようにして、段差昇降用アーム２０４のワンウェイロック機構が作動する。なお、段差検出リング２０６を介さず、段差昇降用アーム２０４のスライド部２１０に直接外力が作用した場合も同様に段差昇降用アーム２０４のワンウェイロック機構が作動する。

図７は、電動車椅子１００が平坦地を走行する際における、各段差昇降用アーム２０４のポジション及び段差検出リング２０６の撓み状態を説明する模式図である。

図７（ａ）は、平坦地を走行する際における各段差昇降用アーム２０４のポジションを示している。図に示すように、平坦地を走行する際には、車輪２０１が地面３００と接触している状態で走行する。地面３００からの反発力により段差昇降用アーム２０４のうち段差昇降用アーム２０４ａと段差昇降用アーム２０４ｇとの間隔が大きくなり、その他の段差昇降用アーム２０４間の間隔が略等間隔に保たれている。

図７（ｂ）は、平地を走行する際における段差検出リング２０６の撓み状態を示している。図に示すように、地面３００からの反発力により地面３００との接触部分に撓み部２０６ｂが生じている。このとき、段差昇降用アーム２０４ａと段差昇降用アーム２０４ｇとを含むすべての段差昇降用アーム２０４は、この撓み部分２０６ｂの外に存在するため、ワンウェイロック機構は作動せず、車輪２０１に固定されたガイドレール２０２，２０３に沿って自由に滑動できる状態である。従って、電動車椅子１００の走行において車輪２０１が回転しても、各段差昇降用アーム２０４は、図７（ａ）のポジションを維持したままとなる。このように、電動車椅子１００が平坦地を走行する際には、タイヤ方式の車輪である車輪２０１により走行するので、平坦地におけるタイヤ方式の車輪の利点をそのまま享受することができる。

図８は電動車椅子１００が段差を昇る動作の一例を説明する図である。なお、電動車椅子１００は、段差昇降時は、後ろ向きに進む（図１における右方向に進む）ものとする。図８においては、車輪２０１は、時計回りに回転して右向きに（ａ）から（ｅ）の順に進むものとして説明する。

図８（ａ）に示すように、段差検出リング２０６が段差の蹴込み面３０２又は踏み面３０３に接触するまでは、複数の段差昇降用アーム２０４は、図７（ａ）で示した平坦地での走行と同じポジションをとり車輪２０１が地面３０１に接触した状態で電動車椅子１００が走行する。

図８（ｂ）に示すように、段差検出リング２０６が段差の蹴込み面３０２又は踏み面３０３に接触すると、接触した部分を作用点として段差検出リング２０６が撓む。そして、段差検出リング２０６の撓みに連動して、段差検出リング２０６の撓み部分に近接する段差昇降用アーム２０４ｂのワンウェイロック機構が作動する。

図９は、図８（ｂ）においてワンウェイロック機構が作動する仕組みを説明するための模式図である。図に示すように、段差検出リング２０６の撓み範囲２０６ｃに含まれる段差昇降用アーム２０４ｂにおいて、段差検出リング２０６の撓みに連動してスライド部２１０が車輪２０１の軸心方向にスライドするため、くさびローラ２１３が保持爪２１０ｃから外れて重力の作用する方向に移動し、くさびローラ２１３がくさび面２１２ｂ及びガイドレール２０３の内周に接触する。従って、段差昇降用アーム２０４ｂのワンウェイロック機構が作動し、段差昇降用アーム２０４ｂは、ガイドレール２０２，２０３に沿って時計回りに滑動することは可能であるが、反時計回りには滑動することができない状態になる。

このように、段差昇降用アーム２０４ｂのワンウェイロック機構が作動した状態で、車輪２０１が時計回りに回転すると、段差昇降用アーム２０４ｂにおける車輪２０１の外径よりも外側に突出している部分が踏み面３０３と噛み合い、図８（ｃ）に示すように、車輪２０１が地面３０１から浮き、段差昇降用アーム２０４ｂにより車輪２０１が支えられる状態になる。

この状態でさらに車輪２０１が時計回りに回転すると、図８（ｄ）に示すように、車輪２０１が段差昇降用アーム２０４ｂに乗り上げた状態となる。図８（ｃ）から図８（ｄ）に至るまでに、蹴込み面３０２及び踏み面３０３と段差検出リング２０６とが離間するが、車輪２０１が段差昇降用アーム２０４ｂに乗り上げた状態であるため車輪２０１の荷重に対する踏み面３０３の反発力が段差昇降用アーム２０４ｂのスライド部２１０に作用し、スライド部２１０のスライドが維持された状態になる。従って、蹴込み面３０２及び踏み面３０３と段差検出リング２０６とが離間した状態でも段差昇降用アーム２０４ｂのワンウェイロック機構は作動したままの状態が維持されたまま図８（ｄ）の状態に至る。

なお、スライド部のスライドが仮に維持されなかったとしても図８（ｄ）の状態に至るまでは、くさびローラ２１３にはくさびが打ち込まれる方向に重力が作用し続けるため、ワンウェイロック機構は作動したままの状態が維持される。

さらに車輪２０１が時計回りに回転すると、段差昇降用アーム２０４ｂにくさびが抜ける方向に荷重が掛かり、くさびローラ２１３に重力が作用して、図９におけるくさび面２１２ｂに接触している状態からくさび面２１２ａに接触している状態に、くさびローラ２１３が移動する。これにより、段差昇降用アーム２０４ｂのワンウェイロック機構のロック方向が切り替わり、段差昇降用アーム２０４ｂは、ガイドレール２０２，２０３に沿って反時計回りに滑動することは可能であるが、時計回りには滑動することができない状態になる。

この状態でさらに車輪２０１が回転すると車輪２０１が接地することにより車輪２０１の荷重に対する踏み面３０３の反発力がスライド部２１０には作用しなくなる。そのため、スライド部２１０がスライドしていない状態に戻り、くさびローラ２１３が保持爪２１０ｃに保持された状態に戻り、段差昇降用アーム２０４のワンウェイロック機構が解除される。このようにして、図８（ｅ）の状態に至る。

以上が、電動車椅子１００における段差を昇る動作である。

図１０を用いて電動車椅子１００が段差を昇る動作をさらに説明する。図８の時と同様に、車輪２０１は、時計回りに回転して右向きに（ａ）から（ｃ）の順に進むものとして説明する。図１０の段差は、図８と比較して、蹴込み面３０２の高さが異なっている。図８では、蹴込み面の高さが、進行方向前方の段差昇降用アーム２０４（２０４ｂ）よりも低い場合における、段差を昇る動作を説明した。図１０では、蹴込み面の高さが、進行方向前方の段差昇降用アーム２０４（２０４ｂ）よりも高い場合における、段差を昇る動作を説明する。

図１０（ａ）は、平坦地を走行していた車輪２０１の進行方向前方の段差昇降用アーム２０４ｂが蹴込み面３０２に接触した状態である。この状態でさらに車輪２０１が時計回りに回転して前方に進行すると、蹴込み面３０２からの反発力が段差昇降用アーム２０４ｂのスライド部２１０に直接作用し、段差昇降用アーム２０４ｂのスライド部２１０がスライドする。その結果、段差昇降用アーム２０４ｂのワンウェイロック機構が作動し、時計回り（重力の作用する方向）に滑動することは可能であるが、反時計回りに滑動することはできない状態になる。

車輪２０１がさらに時計回りに回転すると、段差昇降用アーム２０４ｂは反時計回りに滑動できない状態のため、車輪２０１と連結して段差昇降用アーム２０４ｂも時計回りに回転する。

段差昇降用アーム２０４ｂが時計回りに回転することにより、段差昇降用アーム２０４ｂと連結バネ２０５（図２（ａ）参照）で連結されている段差昇降用アーム２０４ｃが、段差昇降用アーム２０４ｂと所定の距離を保つように移動する。また、段差昇降用アーム２０４ｂが時計回りに回転することにより、段差昇降用アーム２０４ａが車輪２０１の下方に押し込まれる。つまり、車輪２０１が段差昇降用アーム２０４ａの上方に乗り上げる。その結果、図１０（ｂ）に示すように、段差昇降用アーム２０４ｃにおける車輪２０１の外径よりも外側に突出している部分が、踏み面３０３に乗り上げる形となる。そして、蹴込み面３０２及び踏み面３０３の作用により、段差検出リング２０６の段差昇降用アーム２０４ｃに近接する部分が撓み、段差昇降用アーム２０４ｃのワンウェイロック機構が作動する。

段差昇降用アーム２０４ｃのワンウェイロック機構が作動した状態で、車輪２０１が時計回りに回転すると、段差昇降用アーム２０４ｃにおける車輪２０１の外径よりも外側に突出している部分が踏み面３０３と噛み合い、図１０（ｃ）に示すように、車輪２０１が地面３０１から浮き、段差昇降用アーム２０４ｃにより車輪２０１が支えられる状態になる。

そのあとの動作については、踏み面３０３と噛み合っている段差昇降用アーム２０４が段差昇降用アーム２０４ｂではなく段差昇降用アーム２０４ｃである点を除いて図８（ｄ），（ｅ）と同様であり、説明を省略する。

図８，１０で示したように動作することで、電動車椅子１００は、段差昇降用アーム２０４が噛み合うことのできる任意の高さの段差を昇ることができる。

なお、図１０では、蹴込み面３０２からの反発力により段差昇降用アーム２０４ｂのワンウェイロック機構が作動するとしているが、段差昇降用アーム２０４ｂの角度や蹴込み面の角度などの要因により、段差昇降用アーム２０４ｂのワンウェイロック機構が作動する前に、段差昇降用アーム２０４ｂが下方向に滑動し、それに連動して段差昇降用アーム２０４ｃが下りてきて踏み面と噛み合うこともあり得る。また、段差昇降用アーム２０４ｂが上方向に滑動し、段差昇降用アーム２０４ｂが踏み面３０３と噛み合うこともあり得る。それらの場合でも、同様に段差を昇ることができる。

なお、図８、１０では、蹴込み面３０２のある段差を昇る様子を示しているが、本実施の形態に係る電動車椅子１００は、所謂スケルトン階段のような蹴込み面３０２のない段差も同様に昇ることができる。蹴込み面３０２のない段差の場合は、踏み面の３０３の下側に車輪２０１が一部潜りこむことにより、蹴込み面３０２のある段差と比較して、段差検出リング２０６のより上側に存在する部分を撓ませることができる。従って、蹴込み面３０２のない階段の場合は、蹴込み面３０２のある段差と比較して、より高い段差を昇ることができる。

図１１は、電動車椅子１００が段差を下降する動作の一例を説明する図である。図１１においては、車輪２０１は、時計回りに回転して右向きに（ａ）から（ｄ）の順に進むものとして説明する。

図１１（ａ）に示すように、平坦地では複数の段差昇降用アーム２０４は、図７（ａ）で示したポジションをとり、車輪２０１が地面３００（踏み面３０４）に接触した状態で電動車椅子１００が走行する。このとき、図７（ｂ）で示したように、段差検出リング２０６は、地面３００（踏み面３０４）に接触している部分が撓んでいるが、いずれの段差昇降用アーム２０４も、段差検出リング２０６の撓み範囲には含まれない。従って、いずれの段差昇降用アーム２０４もワンウェイロック機構は作動していない状態である。

図１１（ｂ）に示すように段差昇降用アーム２０４ａが蹴込み面３０５を超えてからさらに車輪２０１が進むと、段差検出リング２０６の撓み範囲に段差昇降用アーム２０４ｇが含まれるようになり、段差昇降用アーム２０４ｇのワンウェイロック機構が作動する。

図１２は、図１１（ｂ）において段差昇降用アーム２０４ｇのワンウェイロック機構が作動する仕組みを説明するための模式図である。図に示すように、段差検出リング２０６の撓み範囲２０６ｄに含まれる段差昇降用アーム２０４ｇにおいて、段差検出リング２０６の撓みに連動してスライド部２１０が車輪２０１の軸心方向にスライドするため、くさびローラ２１３が保持爪２１０ｃから外れて重力の作用する方向に移動し、くさびローラ２１３がくさび面２１２ｂ及びガイドレール２０３の内周に接触する。従って、段差昇降用アーム２０４ｇのワンウェイロック機構が作動し、段差昇降用アーム２０４ｇは、ガイドレール２０２，２０３に沿って反時計回りに滑動することは可能であるが、時計回りには滑動することができない状態になる。

このように、段差昇降用アーム２０４ｇのワンウェイロック機構が作動した状態で、車輪２０１が時計回りに回転する（右方向に進行する）と、段差昇降用アーム２０４ｇにおける車輪２０１の外径よりも外側に突出している部分が踏み面３０４と噛み合い、図１１（ｃ）に示すように、車輪２０１が踏み面３０４を通過し、段差昇降用アーム２０４ｇにより車輪２０１が支えられる状態になる。ワンウェイロック機構が作動しても段差昇降用アーム２０４ｇの重力の作用する方向への滑動はロックされないので、段差昇降用アーム２０４ｇは、荷重がかかる直前までは車輪２０１に連れ回りせず段差の踏み面３０４に接触した状態が維持される。これにより車輪２０１から段差昇降用アーム２０４ｇへスムーズに荷重が移動する。

この状態でさらに車輪２０１が時計回りに回転することにより、車輪２０１は、段差昇降用アーム２０４ｇにより支えられながら図面の下方向に下降していき、車輪２０１が地面３０６に接地すると車輪２０１は図面の右方向に進行する。そして、車輪２０１は図面の右方向に進行することにより、踏み面３０４及び蹴込み面３０５が段差検出リングに作用しなくなるため段差昇降用アーム２０４ｇのワンウェイロック機構が解除され、図１１（ｄ）に示す状態に至る。

図１１で示したように動作することで、電動車椅子１００は、段差昇降用アーム２０４ｇが噛み合うことのできる任意の高さの段差を下降することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る電動車椅子１００は、段差昇降用アーム２０４が噛み合うことのできる任意の高さの段差を昇降することが可能である。また、平坦地では、タイヤ方式の車輪である車輪２０１により走行するので平坦地におけるタイヤ方式の車輪の利点をそのまま享受することができる。

また、本実施の形態に係る電動車椅子１００は、屈曲性を有する段差検出リング２０６に円周方向における任意の角度より段差の踏み面や蹴込み面が接触することで段差検出リング２０６が撓み、その撓みに連動して段差昇降用アーム２０４のワンウェイロック機構が作動する構成としている。この構成により、電動車椅子１００が段差に進入するだけで操作者が特別な操作をすることなく自動的にワンウェイロック機構が作動する。そして、ワンウェイロック機構が作動した段差昇降用アーム２０４と段差の踏み面とが噛み合うことにより、車輪２０１の回転だけで段差を昇降するので、特別な制御の必要のなく、平坦地から段差へ、及び、段差から平坦地への移行を行うことができる。

（補足）
本発明は上記の実施の形態で説明した内容に限定されず、本発明の目的とそれに関連又は付随する目的を達成するためのいかなる形態においても実施可能であり、例えば、以下であってもよい。

（１）上述の実施の形態に係る電動車椅子１００は、重心を移動する仕組みが搭載されていないため、段差の昇降において重心を保つためには、介助者の介助が必要である。しかしながら、電動車椅子において、重心を保つ技術は周知であり、例えば、特許文献１－４などに開示されている。従って、本発明の電動車椅子に、周知の重心を保つ技術を組み合わせることにより、段差昇降用アーム２０４が噛み合うことのできる任意の高さの段差を介助者なしで安全に昇降可能な電動車椅子を実現することが可能である。

（２）段差昇降用アーム２０４の構成は、下記に示すものであってもよい。

図１３及び図１４は、変形例に係る段差昇降用アーム２０４を説明するための模式図である。図１３は、スライド部に外力が作用していない状態における、段差昇降用アーム２０４を示し、図１４は、スライド部に外力が作用している状態における、段差昇降用アーム２０４を示している。図１３（ａ）及び図１４（ａ）は、段差昇降用アーム２０４の正面を示している。図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）は、段差昇降用アーム２０４の裏面を示している。図１３（ｃ）及び図１４（ｃ）は、段差昇降用アーム２０４の側面を示している。

図１３に示すように、変形例に係る段差昇降用アーム２０４は、アーム本体部４００と、スライド部４０１とを備える。実施の形態と同様に、ベアリングローラ２１１と、くさび面ブロック２１２と、くさびローラ２１３も備えているが説明を省略する。

アーム本体部４００の裏面には、小車輪カバー４０３が固定されている。アーム本体部４００及び小車輪カバー４０３には、図の上下方向に長いスライド孔４００ａ及び４０３ａが開設されている。そして、小車輪２１４の車輪軸４０２がスライド孔４００ａ及び４０３ａを貫通している。これにより小車輪２１４は、アーム本体部４００及び小車輪カバー４０３に対して車輪２０１の軸心方向にスライド自在に保持されている。

スライド部４０１は、図４、図５におけるスライド部２１０のフック部２１０ｂ、保持爪２１０ｃと同様にフック部４０１ａ、保持爪４０１ｂを備える。また、スライド部４０１は、上述の実施の形態と同様に、アーム本体部４００によって車輪２０１の軸心方向にスライド自在に保持されている。

ここで、小車輪２１４に対して車輪２１０の軸心方向（図の上方向）に外力が作用すると、図１４に示すように小車輪２１４がアーム本体部４００に対して車輪２０１の軸心方向にスライドする。そして、小車輪２１４の車輪軸４０２に押されることによってスライド部４０１もアーム本体部４００に対して車輪２０１の軸心方向にスライドする。そして、上述の実施の形態と同様にくさびローラ２１３が保持爪４０１ｂから外れ、ワンウェイロック機構が作動する。

段差昇降用アーム２０４は、このように小車輪２１４に作用する外力をスライド部４０１に伝達してワンウェイロック機構を作動させる構成であってもよい。

（３）段差昇降アーム２０４は、図１５に示すように、くさびローラ２１３の移動方向を規定するためのガイド部材４１０を備えていてもよい。ガイド部材４１０により、保持爪２１０ｃから外れたくさびローラ２１３の移動方向は、図１５（ａ）の左右方向のみに限定される。

（４）上述の実施の形態において、段差昇降用アーム２０４は、段差検出リング２０６の撓み又はスライド部２１０に直接作用する外力によりスライドし、ワンウェイロック機構が作動するものと説明した。ここで、段差昇降用アーム２０４は、意図しない作動を抑制する目的で、特定の方向からの外力による段差検出リング２０６の撓みによっては、ワンウェイロック機構が作動しないようにする機構を備えてもよい。

図１６、図１７は、特定の方向からの外力に対してワンウェイロック機構の作動を抑制する機構を備えた段差昇降用アーム２０４の模式図である。図１６（ａ）及び図１７（ａ）は、段差昇降用アーム２０４の表面を示し、図１６（ｂ）及び図１７（ｂ）は、段差昇降用アーム２０４の側面を示している。

段差昇降用アーム２０４のアーム本体部２０９は、回転軸４２０及び振り子部材４２１を備える。そして、振り子部材４２１には、スライド抑制面４２１ａが形成されており、重力によって、常にスライド抑制面４２１ａが地面側を向く。段差昇降用アーム２０４のスライド部２１０には、スライド抑制ブロック４２２が形成されている。

ここで、図１６に示すように、スライド抑制面４２１ａがスライド抑制ブロック４２２と対向する位置に存するときは、スライド抑制面４２１ａによってスライド部２０９のスライドが抑制されて、ワンウェイロック機構は作動しない。逆に、図１７に示すように、スライド抑制面４２１ａがスライド抑制ブロックと対向する位置に存しないときは、スライド部２０９のスライドは抑制されずワンウェイロック機構が作動する。ここでは、地面方向からの外力に対するワンウェイロック機構の作動を抑制する場合について説明したが、振り子部材４２１において、重力方向とはべつの方向にスライド抑制面４２１ａを形成することにより任意の角度からの外力に対してワンウェイロック機構の作動を抑制させることができる。また、スライド抑制ブロック４２２を所定以上の外力により伸縮する材料で構成することにより、所定以上の外力が掛かったときのみスライドさせること、すなわち所定以上の外力が掛かったときのみワンウェイロック機構を作動させることも可能である。

電動車椅子の車輪として有用である。また、運搬用の台車の車輪としても有用である。

２００ 段差昇降用車輪装置
２０１ 車輪
２０２，２０３ ガイドレール
２０４ 段差昇降用アーム
２０５ 連結バネ
２０６ 段差検出リング
２０７ ホイール部
２０８ タイヤチューブ部
２０９ アーム本体部
２１０ スライド部
２１１ ベアリングローラ
２１２ くさび面ブロック
２１３ くさびローラ
２１４ 小車輪

Claims (2)

1. タイヤとホイールからなる車輪と、
   前記車輪と同軸上に設けられ、前記車輪よりも小径な環状レールと、
   前記環状レールに沿って滑動自在であり、前記車輪の外径よりも外方へ突出して設けられた突出部分を有する複数の昇降用アームと、
   外力が作用していない自由状態において前記複数の昇降用アームを前記環状レールに沿って略等間隔に保持するために、隣接する前記昇降用アーム間に張架された伸縮自在な弾性体と、
   前記複数の昇降用アームの前記突出部分に沿って架け渡され、前記車輪の外方からの押圧外力が作用すると作用点を軸心方向へ撓ませる屈曲性を有する段差検出リングと、を備え、
   前記複数の昇降用アームのそれぞれは、当該昇降用アームの前記環状レールに沿った滑動における重力の作用する方向への滑動は許可しつつ逆方向への滑動をロックするワンウェイロック機構を有し、
   平坦地の走行の際は、前記車輪が接地して走行し、
   段差昇降時は、段差の踏み面又は蹴込み面の作用により前記段差検出リングが撓み、撓みに連動して撓み箇所に近接する前記昇降用アームの前記ワンウェイロック機構が作動し、前記ワンウェイロック機構が作動した前記昇降用アームの前記突出部分と段差の踏み面とが噛み合うことにより段差を昇降する
   ことを特徴とする段差昇降用車輪装置。
2. 前記ワンウェイロック機構は、前記環状レールの内周に対向するように前記昇降用アームに形成されたくさび面と、前記くさび面及び前記環状レールの内周に接触することによりくさび作用を発揮するくさび部材とからなり、
   前記複数の昇降用アームのそれぞれは、さらに、前記くさび部材を保持すると共に前記段差検出リングの該昇降用アームに近接する部分の撓みに連動してスライドする保持部を有し、
   前記くさび部材は、前記段差検出リングが撓んでいない通常状態において前記保持部により前記くさび面および前記環状レールの内周の少なくとも一方に接触しないよう保持され、前記保持部のスライドに連動して前記くさび面及び前記環状レールの内周に接触するよう移動する
   請求項１記載の段差昇降用車輪装置。

Images