JP7498103B2 - 電動車椅子 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、電動車椅子に関する。特に、簡単な構造で階段を昇降することができる電動車椅子に関する。

階段を昇降することのできる電動車椅子が知られている。特許文献１に開示された電動車椅子は、無限軌道を利用したクローラ式の補助輪を用いる。特許文献２には、無限軌道を利用したクローラ式の階段昇降機が開示されている。特許文献２の階段昇降機の技術は車椅子にも応用が可能である。

特開２００３－３２５５８６号公報 特開平０８－０５８６４２号公報

特許文献１、２の技術は、いずれも、無限軌道を利用するものである。本明細書が開示する技術は、無限軌道よりも簡単な構造で階段を昇降することのできる電動車椅子を提供する。

本明細書が開示する電動車椅子は、椅子と、椅子の両側に配置されておりモータで駆動される主輪と、主輪よりも後方に配置されている補助輪と、補助輪を上下動させる第１アクチュエータと、椅子から補助輪よりも後方に延びている支持棒と、支持棒を上下に揺動させる第２アクチュエータと、コントローラを備える。コントローラは、支持棒を下方に揺動させて接地させるとともに補助輪を地面から浮かせるように第１アクチュエータと第２アクチュエータを制御する。階段では、補助輪を浮かせ、主輪と支持棒で椅子を支えながら登り降りする。本明細書が開示する電動車椅子は、無限軌道のかわりに支持棒という簡単な構造で階段を昇降できる。

コントローラは、階段の昇降時に椅子のピッチ軸回りの姿勢を保持するように第２アクチュエータ（すなわち支持棒）を制御するとよい。階段の昇降時の乗り心地が向上する。また、支持棒は椅子の背部の後に折り畳まれるようになっているとよい。あるいは、支持棒は、椅子の座部の下に収容されるようになっているとよい。平地走行時に支持棒が邪魔にならない。

補助輪は、椅子の側方から見て主輪の外輪郭の内側へ収納可能であるとよい。椅子がどのような姿勢になっても補助輪が接地しない状態を作ることができる。階段昇降時に補助輪があやまって階段に接してしまうことが回避できる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の車椅子の側面図である（平地走行時）。 実施例の車椅子の側面図である（支持棒接地）。 実施例の車椅子の側面図である（補助輪収容）。 実施例の車椅子の側面図である（姿勢調整）。 階段走行時の車椅子の側面図である（１）。 階段走行時の車椅子の側面図である（２）。 実施例の車椅子の側面図である（整備モード）。 第１変形例の車椅子の側面図である（階段登り）。 第１変形例の車椅子の側面図である（階段降り）。 第２変形例の車椅子の側面図である（支持棒展開）。 第２変形例の車椅子の側面図である（支持棒折り畳み）。 第３変形例の車椅子の側面図である（支持棒伸張）。 第３変形例の車椅子の側面図である（支持棒収容）。

図面を参照して実施例の電動車椅子２を説明する。図１に、電動車椅子２の側面図を示す。以下では、説明の便宜上、電動車椅子２を単純に車椅子２と称する。図中の座標系のＸ方向は水平方向を示し、＋Ｚ方向が鉛直上方を示す。Ｙ軸は、主輪３（後述）の車軸方向を示す。主輪３の主軸３を通る直線が車椅子２のピッチ軸に相当する。別言すれば、Ｙ軸は、椅子１０のピッチ軸に平行である。他の図でも、座標系の各軸の意味は同じである。

車椅子２は、ユーザが座る椅子１０、主輪３、モータ４、コントローラ５、後補助輪４１、前補助輪５１、支持棒２０、第１アクチュエータ３１、第２アクチュエータ３２を備える。椅子１０の両側のそれぞれに主輪３が備えられている。図１（および以降の図）では、理解を助けるために主輪３は仮想線で描いてあり、主輪３の後側の部品が見えるようにしてある。図示は省略しているが、車椅子２にはバッテリが備えられている。バッテリは、モータ４、コントローラ５、第１アクチュエータ３１、第２アクチュエータ３２に電力を供給する。バッテリは、例えば椅子１０の座部１２の下に配置される。

主輪３はモータ４で駆動される。モータ４（主輪３）は、コントローラ５によって制御される。不図示の操作レバーが椅子１０に取り付けてあり、ユーザが操作レバーを操作することで、主輪３とモータ４によって、椅子１０は前後への移動と回転移動を行うことができる。

図１は、平地を走行するときの車椅子２の形状を示している。平地を走行するときは、主輪３とともに後補助輪４１が接地して椅子１０の姿勢を保持する。前補助輪５１は通常は地面から浮いている（車椅子２の重心は、主輪３の接地位置と後補助輪４１の間に位置する）。前補助輪５１は、椅子１０が前方へ倒れることを防ぐ。例えば、走行中に主輪３が障害物に接触して椅子１０が慣性力で前方に回転したとき、前補助輪５１が接地して椅子１０の転倒を防ぐ。

後補助輪４１は、前後方向と左右方向に移動可能なオムニホイールタイプである。後補助輪４１は、鉛直軸回りに回転可能なキャスタ付きの車輪であってもよい。

後補助輪４１は、支柱４２を介して椅子１０の座部１２の下面に支持されており、前補助輪５１は支柱５２を介して座部１２の下面に支持されている。支柱４２、５２は前後方向に揺動可能に座部１２に支持されている。支柱４２、５２は、連結棒４３で連結されており、支柱４２、５２は、連動して前後に揺動する。すなわち、前補助輪５１と後補助輪４１は連動して前後に揺動可能である。

支柱４２には第２アクチュエータ３２が取り付けてある。第２アクチュエータ３２は、伸縮するリニアアクチュエータであり、一端が椅子１０の座部１２の下に取り付けられており、他端が支柱４２に取り付けられている。詳しくは後述するが、第２アクチュエータ３２によって、前補助輪５１と後補助輪４１は、前上方向に移動する。

椅子１０の背部１１の後には支持棒２０が取り付けられている。支持棒２０は、椅子１０のピッチ方向に揺動可能に背部１１に取り付けられている。ピッチ方向の揺動とは、主輪３の軸に平行な軸回り（図中の座標系のＹ軸に平行な軸回り）の揺動を意味する。

支持棒２０には第１アクチュエータ３１の一端が取り付けられており、第１アクチュエータ３１の他端は背部１１に取り付けられている。第１アクチュエータ３１も、第２アクチュエータ３２と同様に、リニアアクチュエータであり、伸縮する。第１アクチュエータ３１が伸びると、支持棒２０は後下方へ揺動する。支持棒２０には、そり２１が設けられている。支持棒２０が後下方へ揺動すると、支持棒２０の先端、すなわちそり２１が接地する。そり２１は弾性を有しており、支持棒２０が接地するときの衝撃を緩和する。

椅子１０には、ピッチ方向の姿勢角を計測する傾斜角センサ６が取り付けられている。傾斜角センサ６の計測データはコントローラ５に送られる。厳密には、傾斜角センサ６は、コントローラ５に内蔵されている。

車椅子２は、階段を昇降することができる。階段を昇降する場合には、支持棒２０の先端を接地させ、後補助輪４１を地面から浮かせる。椅子１０のピッチ方向の姿勢角は、主輪３と支持棒２０により保持される。車椅子２は、支持棒２０の先端を接地させながら主輪３で階段を昇降する。

図２から図４を参照しつつ、平地を走行する状態から階段を昇り降りする状態への車椅子２の形態の変化を示す。コントローラ５が第１アクチュエータ３１と第２アクチュエータ３２を制御し、椅子１０を、平地を走行する形態から階段上を移動するときの形態へと変化させる。なお、図３以降では、コントローラ５と傾斜角センサ６の図示は省略した。

コントローラ５は、第１アクチュエータ３１を伸ばし、支持棒２０を下方へ揺動させ、支持棒２０の先端（そり２１）を接地させる。より厳密には、支持棒２０の先端が下方へ揺動する。コントローラ５が支持棒２０をさらに下方へ揺動させると、椅子１０が図の左回りに回転し、後補助輪４１が浮く（図２参照）。

続いてコントローラ５は、第２アクチュエータ３２を収縮させ、後補助輪４１を上方へ揺動させる。このとき、後補助輪４１は、車椅子２の側面視にて、主輪３の外輪郭の内側へと収容される（図３参照）。なお、後補助輪４１の支柱４２と前補助輪５１の支柱５２は連結棒４３で連結されているので、後補助輪４１が前上方へ移動すると、前補助輪５１も前上方へ移動する。

コントローラ５は、椅子１０の姿勢角（椅子１０のピッチ軸回りの傾斜角）が、階段上の移動に適した角度となるように、支持棒２０を逆方向へ揺動させる。後補助輪４１の支えを失った椅子１０は、後方に回転する（図４）。先に述べたように、椅子１０には傾斜角センサ６が備えられており、コントローラ５は、傾斜角センサ６の計測データに基づいて、第２アクチュエータ３１を制御し、椅子１０を所望の姿勢角に合わせる。図４の状態では、車椅子２の重心は、背部１１と座部１２の連結点のあたりに位置する。

図５と図６に、階段を登り降りするときの車椅子２の側面図を示す。図５は、椅子１０の前方が高くなっている階段を移動する様子を示しており、図６は、椅子１０の前方が低くなっている階段を移動する様子を示している。白矢印が示すように、車椅子２は、前進でも後進でも階段上を移動することができる。椅子１０の前方が高くなっている階段を移動する場合は、椅子１０の背部１１が比較的に垂直に近くなるように（別言すれば、背部１１が４５度よりも垂直に近くなるように）、コントローラ５が椅子１０の姿勢角を調整する（図５）。先に述べたように、コントローラ５は、第１アクチュエータ３１を制御することで、椅子１０の姿勢角を調整することができる。

椅子１０の前方が低くなっている階段を移動する場合は、椅子１０の背部１１が比較的に水平に近くなるように（別言すれば、背部１１が４５度よりも水平に近くなるように）、コントローラ５が椅子１０の姿勢角を調整する。

主輪３が階段の段差を乗り越える毎に椅子１０が上下するが、椅子１０の姿勢角が一定を保持するように、コントローラ５は第１アクチュエータ３１を制御する。

また、図５、図６に示されているように、階段上を移動中は、後補助輪４１は側面視で主輪３の外輪郭の内側に収容されているので、後補助輪４１が階段を接触することはない。また、支持棒２０は、その先端に位置するそり２１（弾性を有するそり２１）で接地しているので、支持棒２０が段差を超えるときの衝撃が緩和される。実施例の車椅子２は、支持棒２０という簡単な構造で階段を昇降することができる。

実施例の車椅子２は、支持棒２０を活用して椅子１０の下面の構造や部品を整備するのに好都合な姿勢にも変化できる。図７に、整備モードにおける車椅子２の側面図を示す。図７の姿勢は、図４の姿勢から、背部１１が後方に倒れるように支持棒２０を揺動させた後に後補助輪４１を下方に揺動させ、主輪３を地面から浮かせた姿勢である。図７の姿勢においては、座部１２の下面がよく見える。また、図７の姿勢においては、主輪３が地面から浮いているので主輪３を空転させることもできる。図７の姿勢は車椅子２の整備に都合がよい。

（第１変形例）図８、図９を参照して第１変形例の車椅子２ａを説明する。図８は、椅子１０の前方が高くなっている階段を前進で登るときの様子を示している。図９は、椅子１０の前方が低くなっている階段を前進で降るときの様子を示している。車椅子２ａでは、支持棒１２０の先端の地面に対向する面に、楔状の凹凸１２２が設けられている。図８、図８では、理解を助けるために凹凸１２２をグレーで示してある。

凹凸１２２は、車椅子２ａが階段上を前進する際に階段の角に引っ掛かり、車椅子２ａが後退することを防止する。凹凸１２２は、図８のケースでも図９のケースでも階段の段差に引っ掛かる。実施例の車椅子２は、階段上を前進でも後進でも移動することができるが、第１変形例の車椅子２ａは、前進のみで階段上を移動することができる。第１変形例の車椅子２ａは、凹凸１２２が階段の角に引っ掛かるため、階段上に位置しているときに主輪３の駆動力が無くなっても後退しない。

（第２変形例）図１０、図１１を参照して第２変形例の車椅子２ｂを説明する。第２変形例の車椅子２ｂは、支持棒１２０が折り畳み可能になっている。図１０は、支持棒１２０を伸展させたときの側面図であり、図１１は、支持棒１２０を折り畳んだときの側面図である。

支持棒１２０は、基部１２０ａ、先端部１２０ｂ、一対の平行リンク１２０ｃで構成されている。基部１２０ａの一端が椅子１０の背部１１に揺動可能に連結されている。基部１２０ａと先端部１２０ｂは、一対の平行リンク１２０ｃで連結されている。平行リンク１２０ｃは、先端部１２０ｂと基部１２０ａとの平行を保持したまま、先端部１２０ｂを基部１２０ａに近づけたり遠ざけたりすることができる。平行リンク１２０ｃは、不図示のアクチュエータにより基部１２０ａに対して回転する。図１０は、第１アクチュエータ３１を伸展させるとともに、先端部１２０ｂを基部１２０ａから遠ざけた状態である。図１０の状態から第１アクチュエータ３１をさらに進展させると、後補助輪４１が浮き上がり、階段を昇降できる姿勢となる。

図１１は、第１アクチュエータ３１を縮めるとともに、先端部１２０ｂを基部１２０ａに近づけた状態である。図１１に示されているように、支持棒１２０は、椅子１０の背部１１の後に折り畳まれる。支持棒１２０が折り畳まれるので、平地走行時に支持棒１２０が邪魔にならない。

（第３変形例）図１２、図１３を参照して第３変形例の車椅子２ｃを説明する。第３変形例の車椅子２ｃは、支持棒２２０が伸縮自在になっている。図１２は、支持棒２２０を伸展させたときの側面図であり、図１３は、支持棒２２０を座部１２の下に収容させたときの側面図である。図１２、図１３では、理解を助けるために、座部１２の下に配置されている部品（モータ４、コントローラ５など）の図示は省略した。

支持棒２２０は、基部２２０ａ、中間部２２０ｂ、先端部２２０ｃで構成されている。基部２２０ａ、中間部２２０ｂ、先端部２２０ｃは、長手方向が一致するように配置されており、中間部２２０ｂは基部２２０ａに対してスライド可能に連結されており、先端部２２０ｃは中間部２２０ｂに対してスライド可能に連結されている。基部２２０ａは、第２アクチュエータ２３１を介して椅子１０の座部１２に連結されている。第２アクチュエータ２３１は、基部２２０ａをピッチ方向に揺動させるともに、中間部２２０ｂと先端部２２０ｃをスライドさせる。また、第２アクチュエータ２３１は、基部２２０ａを座部１２の下へ引き込むことができる。

図１２は、第２アクチュエータ３２によって中間部２２０ｂと先端部２２０ｃを伸展させるとともに先端部２２０ｃが接地するように基部２２０ａを揺動させた状態である。図１２の状態から基部２２０ａ（支持棒２２０）をさらに下方へ揺動させると、後補助輪４１が浮き上がり、階段を昇降できる姿勢となる。

図１３は、第２アクチュエータ３２によって中間部２２０ｂと先端部２２０ｃを後退させるとともに先端部２２０ｃを座部１２の下に引き込んだ状態である。図１３に示されているように、支持棒２２０は、椅子１０の座部１２の下に収容される。支持棒２２０が座部１２の下に収容されるので、平地走行時に支持棒２２０が邪魔にならない。

実施例および変形例の車椅子の特徴のいくつかは以下の通りである。支持棒は、一端が椅子に支持されており、他端が椅子の後方へ延びている。支持棒は、後方側の端が上下動するように椅子に支持されている。第１アクチュエータは、支持棒の後方側の端を上下に揺動させることができる。椅子の重心の前後方向の位置は、平地走行時には主輪の接地点と後補助輪の接地点の間に位置する。階段走行時には、主輪の接地点と支持棒の接地点の間に位置すればよい。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。車椅子２は、主輪３の半径よりも大きい段差の階段は昇降することができない。別言すれば、車椅子２は、主輪３の半径よりも小さい段差の階段を昇降することができる。

主輪３はゴム製であり、その静止摩擦係数は、支持棒２０（１２０、２２０）の先端（そり２１）の静止摩擦係数よりも大きく、その動摩擦係数は、支持棒２０（１２０、２２０）の先端（そり２１）の動摩擦係数よりも大きい。

支持棒２０（１２０、２２０）が接地した状態のとき、車椅子２（２ａ－２ｃ）の重心は、支持棒２０（１２０、２２０）の接地点よりも車輪３の接地点に近い。支持棒２０（１２０、２２０）の接地点に加わる荷重が小さくなり、支持棒２０（１２０、２２０）の先端（そり２１）に加わる負荷を軽減することができるとともに、支持棒２０（１２０、２２０）の先端（そり２１）と床面の間の摩擦力を軽減することができる。

説明は省略したが、車椅子２は、主輪３の回転を止めるブレーキも備えており、形態を変化させるときは、コントローラ５がブレーキを制御し、主輪３を静止させておく。

コントローラ５は、第１アクチュエータ３１と第２アクチュエータ３２を制御し、椅子１０を様々な姿勢角に保持することができる。コントローラ５は、平地を走行中は第２アクチュエータ３２を制御し、椅子１０を一定の姿勢角に保持する。コントローラ５は、階段の昇降中は傾斜角センサ６のデータに基づいて第１アクチュエータ３１を制御し、椅子１０を一定の姿勢角に保持する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２、２ａ、２ｂ、２ｃ：電動車椅子
３ ：主輪
４ ：モータ
５ ：コントローラ
６ ：傾斜角センサ
１０：椅子
１１：背部
１２：座部
２０、１２０、２２０：支持棒
３１、２３１：第１アクチュエータ
３２：第２アクチュエータ
４１：後補助輪
４２、５２：支柱
４３：連結棒
５１：前補助輪
１２０ａ、２２０ａ：基部
１２０ｂ：先端部
１２０ｃ：平行リンク
１２２：凹凸
２２０ｂ：中間部
２２０ｃ：先端部

Claims (4)

1. 椅子と、
   前記椅子の両側に配置されており、モータで駆動される主輪と、
   前記主輪よりも後方に配置されている補助輪と、
   前記補助輪を上下動させる第１アクチュエータと、
   前記椅子から前記補助輪よりも後方に延びている支持棒と、
   前記支持棒を上下に揺動させる第２アクチュエータと、
   前記支持棒を下方に揺動させて接地させるとともに前記補助輪を地面から浮かせるように前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータを制御するコントローラと、
   を備えている、電動車椅子。
2. 前記コントローラは、階段の昇降時に前記椅子のピッチ軸回りの姿勢を保持するように前記第２アクチュエータを制御する、請求項１に記載の電動車椅子。
3. 前記支持棒は前記椅子の背部の後に折り畳まれる、または、前記椅子の座部の下に収容される、請求項１または２に記載の電動車椅子。
4. 前記椅子の側方から見て前記補助輪は前記主輪の外輪郭の内側へ収納可能である、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動車椅子。

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