(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右の後輪をそれぞれ駆動する駆動用モータと、
該駆動用モータと後輪との間にそれぞれ設けられた一対のクラッチと、
後輪とハンドリムとの間の軸のねじり応力の方向及び大きさを検出する一対のねじり応力検出部と、
該一対のねじり応力検出部によって検出されたねじり応力の方向及び大きさに応じて前記駆動用モータを駆動し、左右の後輪に前記一対のクラッチを介してそれぞれ回転力を供給させる制御装置とを有し、
前記ねじり応力検出部を、ハンドリムと後輪との間の軸に接着され、軸にねじり応力が加わると透磁率が変化する一対の軟磁性箔と、該一対の軟磁性箔の透磁率を検出するための一対のコイルと、該一対のコイルとそれぞれ接続され車椅子本体側に信号を伝達する一対の誘導板と、該一対の誘導板に接続され、前記一対のコイルを含み、そのインピーダンス変化に基いてねじり応力の方向及び大きさを検出するブリッジ回路とによって構成したことを特徴とする補助動力付き車椅子。
【請求項２】
前記ねじり応力検出部に代えて、ねじり応力検出部を、ハンドリムと後輪との間の軸に接着され、軸にねじり応力が加わると透磁率が変化する一対の軟磁性箔と、該一対の軟磁性箔に対して所定の間隔をもって対向して軸受けを介して配置され、前記軟磁性箔の透磁率の変化を検出するための一対のコイルと、該一対のコイルを含み、そのインピーダンス変化に基いてねじり応力の方向及び大きさを検出するブリッジ回路とを有し、前記一対のコイルと前記ブリッジ回路とを、車椅子本体に固定された信号線用フレームによって接続して構成したことを特徴とする請求項１記載の補助動力付き車椅子。
【請求項３】
前記ねじり応力検出部に代えて、ねじり応力検出部を、磁性合金からなり磁気異方性が付与されてハンドリムと後輪との間に設けられ、ねじり応力が加わると透磁率が変化する応力検出軸と、該応力検出軸の透磁率を検出するための一対のコイルと、該一対のコイルを含み、そのインピーダンスの変化に基いてねじり応力の方向及び大きさを検出するブリッジ回路とによって構成したことを特徴とする請求項１記載の補助動力付き車椅子。
【請求項４】
前記駆動用モータは左右の後輪にそれぞれ対応して一対設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の補助動力付き車椅子。
【請求項５】
前記駆動用モータは１個のモータから成り、デファレンシャルギアを介して左右の後輪を駆動することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の補助動力付き車椅子。
【請求項６】
前記制御装置は、ねじり応力の大きさが所定の大きさに達した場合に前記駆動用モータを駆動することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の補助動力付き車椅子。
【請求項７】
前記一対のクラッチは、前記駆動用モータが駆動されるときにのみ、該駆動用モータと後輪とを接続するものであることを特徴とする請求項６記載の補助動力付き車椅子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンドリムの操作により後輪に駆動力を供給する車椅子、特にその補助駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、障害者や高齢者が利用している車椅子には、手動によってハンドリムを回転させ走行させる車椅子、及び電気モータの駆動力によって走行させる電動車椅子がある。手動による車椅子は或る程度の腕力を必要とし、路面の状態が悪い場合や坂道等の場合には、自力による走行が困難となり介助者を必要とする場合がある。一方、電動車椅子は腕力をまったく必要としないで走行できるが、腕力を使わないために引き起こされる運動機能の低下、長時間運転によるバッテリー切れ等のトラブル、大容量のバッテリー搭載のため堅固な構造を要し、重量が重くなる等問題も多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これ等の欠点を解決する手段として手動と電動の両機能を有する車椅子が開発されており、それは、手動と電動とが切替スイッチにより切替わり、いづれか一方の方式で運転がなされるようになっている。しかしながら、手動による操作と電動による操作とではその操作内容が全く異なっているため、手動による車椅子の操作に慣れた者にとっては、急に電動に切り替わった場合にはその操作に戸惑ってしまう、という問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、手動と電動の両機能を備えるものの、その切り替え操作を不要とし、且つ手動による操作によって操作できるようにした補助動力付き車椅子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る補助動力付き車椅子は、左右の後輪をそれぞれ駆動する駆動用モータと、該駆動用モータと後輪との間にそれぞれ設けられた一対のクラッチと、後輪とハンドリムとの間の軸のねじり応力の方向及び大きさを検出する一対のねじり応力検出部と、該一対のねじり応力検出部によって検出されたねじり応力の方向及び大きさに応じて前記駆動用モータを駆動し、左右の後輪に前記一対のクラッチを介してそれぞれ回転力を供給させる制御装置とを有し、前記ねじり応力検出部を、ハンドリムと後輪との間の軸に接着され、軸にねじり応力が加わると透磁率が変化する一対の軟磁性箔と、該一対の軟磁性箔の透磁率を検出するための一対のコイルと、該一対のコイルとそれぞれ接続され車椅子本体側に信号を伝達する一対の誘導板と、該一対の誘導板に接続され、前記一対のコイルを含み、そのインピーダンス変化に基いてねじり応力の方向及び大きさを検出するブリッジ回路とによって構成したものである。
【０００６】
上記のねじり応力検出部に代えて、ねじり応力検出部を、ハンドリムと後輪との間の軸に接着され、軸にねじり応力が加わると透磁率が変化する一対の軟磁性箔と、該一対の軟磁性箔に対して所定の間隔をもって対向して軸受けを介して配置され、前記軟磁性箔の透磁率の変化を検出するための一対のコイルと、該一対のコイルを含み、そのインピーダンス変化に基いてねじり応力の方向及び大きさを検出するブリッジ回路とを有し、前記一対のコイルと前記ブリッジ回路とを、車椅子本体に固定された信号線用フレームによって接続して構成した。
【０００７】
上記のねじり応力検出部に代えて、ねじり応力検出部を、磁性合金からなり磁気異方性が付与されてハンドリムと後輪との間に設けられ、ねじり応力が加わると透磁率が変化する応力検出軸と、該応力検出軸の透磁率を検出するための一対のコイルと、該一対のコイルを含み、そのインピーダンスの変化に基いてねじり応力の方向及び大きさを検出するブリッジ回路とによって構成した。
【０００８】
上記の駆動用モータを左右の後輪にそれぞれ対応して一対設けた。
また、上記の駆動用モータは１個のモータから成り、デファレンシャルギアを介して左右の後輪を駆動するようにした。
【０００９】
上記の制御装置は、ねじり応力の大きさが所定の大きさに達した場合に前記駆動用モータを駆動するようにした。
上記の一対のクラッチは、前記駆動用モータが駆動されるときにのみ、該駆動用モータと後輪とを接続するようにした。
【００１４】
【発明の実施形態】
実施形態１．
図１は本発明の第１の実施形態に係る車椅子の側面図である。この車椅子は、前部には小径の一対の前輪１０が設けられ、後部には大径の一対の後輪１２が設けられている。この後輪１２は従来の手動による車椅子の場合と同様な構成からなり、図示を省略したが多数の支持ロッド（スポークス）を介して駆動軸に支持されている。後輪１２の外側には軸を介してハンドリム１４が取り付けられており、その中央部にはハブ１６が設けられている。
【００１５】
図２の（Ａ）はハンドリム１４及びその周辺部の正面図であり、（Ｂ）はその断面図である。そして、図３はハンドリム１４びその周辺部の斜視図である。ハブ１６は、後輪１２とハンドリム１４とを連結する軸１８を長くするために凹型形状になっており、このハブ１６に支持ロッド（スポーク）２０を介してハンドリム１４が固定されている。軸１８は軸受２２に支持された駆動軸２４と後述の応力検出軸を介して連結されている。ハブ１６に覆われた応力検出軸１９に後述するねじり応力の検出部を設けて、ハンドリム１４の手動による駆動力が後輪１２の駆動軸２４に対してねじり応力として検出できるようにしている。なお、上記の説明では、軸１８、応力検出軸１９及び駆動軸２４をそれぞれ別体に構成して連結した場合を示したが、これらを１本の軸で一体に構成してもよい。
【００１６】
図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は応力検出軸１９におけるねじり応力検出部２５を示した模式図である。同図（Ａ）は一対の軟磁性箔（磁歪特性を有するアモルファスが代表例である）２６を、軸１８に加わるねじり応力と方向を検出するため、複数のスリット、凹溝等により磁気異方性を持たせて、軸円周に沿って接着したものであり、応力検出軸１９に生じたねじり応力が軟磁性箔２６に伝達される。なお、スリット、凹溝等の角度は特に限定されないが、本実施形態においては、軸方向に対して＋４５°、−４５となっている。一対の軟磁性箔２６は各々独立したものでも、一体化したものでも良い。磁気異方性については強磁界の中でアニールする方法や異方性を持つ形状に加工することにより付加することができる。軟磁性箔２６の透磁率を検出するため、それぞれの異方性を持った軟磁性箔２６の円周上にボビン２８を固定し、ボビン２８にコイル３０ａ，３０ｂを巻回している。
【００１７】
同図（Ｂ）はハウジング３２を軸受３４を介して応力検出軸１９に取り付け、そして、ハウジング３２の内側にボビン２８及びコイル３０ａ，３０ｂを設けてねじり応力検出部２５を構成したものである。このように構成したことにより、応力検出軸１９が回転してもコイル３０ａ，３０ｂは静止した状態を保持することができ、信号を取り出すのに都合の良い構成になっている。
同図（Ｃ）は軟磁性箔２６の代わりに、歪ゲージ３６を軸方向に対しそれぞれ＋４５°、−４５°の方向に軸に接着し、応力検出軸１９に加わるねじり応力の方向と大きさを歪ゲージ３６の抵抗の変化として検出するようにしたものである。
【００１８】
図４の（Ａ）及び（Ｃ）はコイル３０ａ，３０ｂ又は歪ゲージ３６を応力検出軸１９に固定しており、軸１８が回転しているときに信号を本体に伝送するためにはスリップリングを使う必要があるが、本実施形態においては２枚の円板からなる誘導板を後輪１２の内側と本体の外側とに設置することにより、無接触で信号の授受を行うことができるように構成している。
【００１９】
図５は誘導板３８の取付位置を示した断面図、図６はその誘導板３８の構成を示した模式図であり、（Ａ）は誘導板３８の全体を示した断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。誘導板３８は２枚の円板４０ａ，４０ｂをスライドベアリング４２を介して連結しており、駆動軸２４に固定された回転板４０ａと本体に固定された固定板４０ｂとの間隙が常に等間隔で平行に保たれている。回転板４０ａには磁気的に遮蔽部分４３をそれぞれもつ誘導コイル４４ａ，４４ｂが設けられ、固定板４０ｂにもそれに対向して磁気的に遮蔽部分４３をそれぞれもつ誘導コイル４６ａ，４６ｂが設けられている。
【００２０】
図７は誘導板３８にラジアルベアリング４８を使用した場合の構成例を示す断面図である。この実施例はラジアルベアリング４８の内輪と外輪の精度を利用して図示のように構成している。
【００２１】
図６及び図７のいずれの実施例においても、回転板４０ａには送信するための誘導コイル４４ａ，４４ｂが組み込まれており、固定板４０ｂにはそれに対向して受信のための誘導コイル４６ａ，４６ｂが組み込まれていて、電磁誘導により高周波信号を無接触で伝送することができるように構成されている。
【００２２】
図８は図１の車椅子に適用される２モータ方式の駆動部の説明図である。後輪１２の左右には各々ねじり応力検出部２５（図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）参照）が取付けられており、誘導板３８（又は信号線用フレーム）によりねじり応力値を本体に送信する。後輪１２と駆動用モータ６２との間にはクラッチ６６が介在し、両者を遮断又は結合する。
【００２３】
図９は図８の駆動部に適用される駆動制御回路の構成を示すブロック図であり、図には一方の後輪の分だけが図示されている。なお、図８の構成において、図４（Ｃ）の歪ゲージの検出部を用いる場合にはコイル３０ａ，３０ｂの部分にそれぞれ歪ゲージを接続することにより対応することができる。図４（Ｂ）の場合は誘導板３８を使用しないため直接導線で接続されることになる。
【００２４】
図９において、応力検出軸１９に矢印方向の応力が発生すると、軟磁性箔２６のうちＸ1 は透磁率が増加しコイル３０ａのインダクタンスＬ1 は大きくなり、軟磁性箔２６のうちＸ2 は逆の磁気異方性が付加されているためコイル３０ｂの透磁率Ｌ2 は減少する（軸に加わる応力が逆になるとコイル３０ａ，３０ｂのインピーダンスＬ1 ，Ｌ2 は逆になる）。ブリッヂ部５０のＡ点とＢ点のインピーダンスＬ1 ，Ｌ2 が等しい場合には、抵抗Ｒによりバランスが保たれているが、上記のねじり応力によってコイル３０ａ，３０ｂの透磁率が変わることにより、Ａ点とＢ点の電圧バランスがくずれる。これを差動増幅回路５４により増幅し、整流回路５６で整流し、その結果を比較器５８において基準の信号と比較することによりハンドリム１４に加えられたねじり応力の方向及び大きさが検出される。この比較器５８の比較結果は増幅器６０において増幅され、それによって駆動用モータ６２に駆動電圧が印加されて駆動用モータ６２が回転し、後輪１２を駆動する。このとき、増幅器６０のボリウムＶＲを適宜調整することにより駆動用モータ６２がアシストするレベルを調整することができる。
【００２５】
また、絶対値検知回路６４は、増幅器６０の出力、即ち、駆動用モータ６２への駆動出力（前進／後進を含む）を検出し、駆動用モータ６２を使用しない場合には、手押し状態で車椅子を運転させるために、クラッチ６６を作動させないようにして駆動用モータ６２を切り離した状態にしておいて、ハンドリム１４による負荷を軽減する。そして、駆動用モータ６２を駆動する場合にはクラッチ６６を作動させて駆動用モータ６２と後輪１２とを接続し、駆動用モータ６２の駆動力を後輪１２に伝達する。
【００２６】
図１０は図１の車椅子に適用される１モータ方式の駆動部の説明図である。１個の駆動用モータ６２はデファレンシャルギア６８によって左右に振り分けられ、クラッチ６６を介して駆動軸２４に駆動力が伝達されて左右の後輪１２が駆動される。なお、図１０の構成においても、図４（Ｃ）の歪ゲージの検出部を用いる場合にはコイル３０ａ，３０ｂの部分にそれぞれ歪ゲージ３６を接続することにより対応することができる。また、図４（Ｂ）の場合は誘導板３８を使用しないため直接導線で接続されることになり、この場合には破線で示される信号線用フレーム７２によって信号が伝達される。
【００２７】
図１１は図１０の駆動部に適用される駆動制御回路の構成を示すブロック図である。この回路構成は図９の回路構成と基本的には同一であるが、被制御対象である駆動用モータ６２が１個であるために次の点が図９のそれとは異なったものとなっている。即ち、左右の比較器５８の出力は加算回路７４において加算されて、ハンドリム１４からの応力が合成され、増幅器６０において増幅されて駆動用モータ６２を駆動することにより左右の後輪１２を回転駆動する。急激な方向転回を要する時に、左と右に逆の駆動力を与えることも考えられるが、走行の安全性を考慮し、後進の出力信号を前進の出力信号より低速に調整し、デファレンシャルギア６８の機能により、一方が停止し他方が微速前進し、車椅子の方向を安全に転回させる。このことは図８に示す２モータ方式の場合も同様であり、前進と後進とでは、後進の方を低速にしてある。
【００２８】
本実施形態においても、絶対値検知回路６４は、増幅器６０の出力、即ち駆動用モータ６２への駆動出力（前進／後進を含む）を検出し、駆動用モータ６２を使用しない場合には、手押し状態で車椅子を運転させるために、クラッチ６６を作動させないで駆動用モータ６２を切り離して、ハンドリム１４による負荷を軽減する。そして、駆動用モータ６２を駆動する場合にはクラッチ６６を作動させて駆動用モータ６２と後輪１２とを接続し、駆動用モータ６２の駆動力を左右の後輪１２に伝達する。
【００２９】
実施形態２．
図１２は本発明の第２の実施形態の要部をなすねじり応力検出部の縦断面図である。なお、第１の実施形態と同じ部分にはこれと同じ符号が付してある。
第１の実施形態ではねじり応力検出部２５として、磁気異方性が付与された一対の軟磁性箔２６を応力検出軸１９に固着した場合を示したが、本実施形態におては、応力検出軸に直接磁気異方性を付与したものである。
図１２において、８０は中実の応力検出軸で、例えば、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金あるいはＳＮＣＭ系浸炭鋼の如き磁歪特性を有する磁性合金からなり、軸方向の中央部近傍に、左右対称に互いに逆方向に傾斜したシェブロン状の凹溝８１ａ，８１ｂを設けることにより、互いに反対方向の磁気異方性を付与したものである。
【００３０】
２８はほぼ中空円筒状のボビンで、応力検出軸８０の凹溝８１ａ，８１ｂに対向してコイル３０ａ，３０ｂが巻かれている。８２はボビン２８の外周に結合されて磁路を形成するヨークで、コイル３０ａ，３０ｂから引出されたワイヤの通路８３が設けられている。３０ｃはワイヤの引出し線である。
一体に結合されたボビン２８とヨーク８２はハウジング３２内に挿入されてねじ８５によりハウジング３２に固定される。そしてボビン２８の中空部に応力検出軸８０を挿通してその凹溝８１ａ，８１ｂをそれぞれコイル３０ａ，３０ｂに対向させ、両側に軸受３４を装着して応力検出軸８０を回転自在に支持したものである。
【００３１】
上記のように構成したねじり応力検出部２５は、第１の実施形態の駆動軸２４と軸１８との間に連結し（図２の（Ｂ）参照）、あるいは駆動軸２４、軸１８と一体にして１本の応力検出軸８０で構成してもよい。
本実施形態におけるねじり応力の検出作用は、第１の実施形態の場合とほぼ同様なので、説明を省略する。
【００３２】
実施例では、第２の実施形態における応力検出軸８０を重量％でＡｌを１１．０〜１５．０％含み残部が実質的にＦｅからなるＦｅ−Ａｌ系合金、重量％でＮｉを３２〜８５％含み残部が実質的にＦｅからなるＦｅ−Ｎｉ系合金、及びＳＮＣＭ−８１５で製作した。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ハンドリムを操作したときの後輪とハンドリムとの間の軸のねじり応力の方向及び大きさに基いて駆動用モータを駆動し、左右の後輪に一対のクラッチを介してそれぞれ回転力を供給するようにしたので、操作者にとって、その操作自体は手動によるものと同一であり切り替え操作を不要とし、しかも、駆動用モータによる駆動力が得られるので操作時の労力が極めて軽減され、扱い易いものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車椅子の側面図である。
【図２】図１の車椅子のハンドリム及びその周辺部の正面図及びその断面図である。
【図３】図２のハンドリム及びその周辺部の斜視図である。
【図４】図２のねじり応力検出部を示した図である。
【図５】図４のねじり応力検出部からの信号を取り出すための誘導板の取付け位置を示した断面図である。
【図６】図５の誘導板の構成を示した図である。
【図７】図５の誘導板の他の構成例を示した図である。
【図８】図１の車椅子に適用される２モータ方式の駆動部の説明図である。
【図９】図８の駆動部に適用される駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１の車椅子に適用される１モータ方式の駆動部の説明図である。
【図１１】図１０の駆動部に適用される駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態のねじり応力検出部の縦断面図である。
【符号の説明】
１２  後輪
１４  ハンドリム
１６  ハブ
１８  軸
１９  応力検出軸
２４  駆動軸
２５  ねじ応力検出部
２６  軟磁性箔
２８  ボビン
３０ａ，３０ｂ  コイル
３２  ハウジング
３６  歪ゲージ
３８  誘導板
４０ａ  回転板
４０ｂ  固定板
５０  ブリッジ部
６２  モータ
６６  クラッチ
６８  デファレンシャルギヤ
８０  応力検出軸
８２  ヨーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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