(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操縦桿が差動歯車機構の主動軸に結合され、該操縦桿の回転動作または揺動動作が従動軸に伝達するように構成された操舵装置と、
前記差動歯車機構を構成する２つの従動軸の一方の回転を右側車輪の操舵軸の回転に、他方の従動軸の回転を左側車輪の操舵軸の回転にそれぞれ伝達することにより、左右両側の車輪の操舵軸の回転が連動するような第1の連結手段と、
右側前後車輪の操舵軸同士および左側前後車輪の操舵軸同士をそれぞれ逆相に回転するように連結された第２の連結手段と、
を備えたことを特徴とする４輪車の走行形態切換え装置。
【請求項２】
操縦桿が差動歯車機構の主動軸に結合され、該操縦桿の回転動作または揺動動作が従動軸に伝達するように構成された操舵装置と、
前記差動歯車機構を構成する２つの従動軸の一方の回転を右側車輪の操舵軸の回転に、他方の従動軸の回転を左側車輪の操舵軸の回転にそれぞれ伝達することにより、左右両側の車輪の操舵軸の回転が連動するような第1の連結手段と、
右側前方と左側後方の車輪操舵軸が同相に、左側前方と右側後方の車輪操舵軸が同相にそれぞれ回転するように連結された第２の連結手段と、
を備えたことを特徴とする４輪車の走行形態切換え装置。
【請求項３】
操縦桿とピニオン・ラック機構とを含み、該操縦桿の回転動作または移動動作をピニオン・ラック機構に伝達するように構成された操舵装置と、
前記ピニオン・ラック機構を構成する２つのピニオンの回転のうち、一方のピニオンの回転を右側車輪の操舵軸の回転に、他方のピニオンの回転を左側車輪の操舵軸の回転にそれぞれ伝達することにより、左右両側の車輪の操舵軸の回転が連動するような第1の連結手段と、
右側前後車輪の操舵軸同士および左側前後車輪の操舵軸同士をそれぞれ逆相に回転するように連結された第２の連結手段と、
を備えたことを特徴とする４輪車の走行形態切換え装置。
【請求項４】
操縦桿とピニオン・ラック機構とを含み、該操縦桿の回転動作または移動動作をピニオン・ラック機構に伝達するように構成された操舵装置と、
前記ピニオン・ラック機構を構成する２つのピニオンの回転のうち、一方のピニオンの回転を右側車輪の操舵軸の回転に、他方のピニオンの回転を左側車輪の操舵軸の回転にそれぞれ伝達することにより、左右両側の車輪の操舵軸の回転が連動するような第1の連結手段と、
右側前方と左側後方の車輪操舵軸が同相に、左側前方と右側後方の車輪操舵軸が同相にそれぞれ回転するように連結された第２の連結手段と、
を備えたことを特徴とする４輪車の走行形態切換え装置。
【請求項５】
操縦桿が差動歯車機構の主動軸に結合され、該操縦桿の回転動作または揺動動作が従動軸に伝達するように構成された操舵装置と、
前記差動歯車機構を構成する２つの従動軸の一方の回転を右側車輪の操舵軸の回転に、他方の従動軸の回転を左側車輪の操舵軸の回転にそれぞれ伝達することにより、左右両側の車輪の操舵軸の回転が連動するような第1の連結手段と、
右側前方と左側後方の車輪の操舵軸が同相に、左側前方と右側後方の車輪の操舵軸が同相にそれぞれ回転するように連結された系と、
右側前後車輪の操舵軸同士および左側前後車輪の操舵軸同士をそれぞれ逆相に回転するように連結された系と、
前記２つの系の何れかに前記操舵装置からの出力が伝達されるように切換える手段と、
を備えたことを特徴とする４輪車の走行形態切換え装置。
【請求項６】
操縦桿とピニオン・ラック機構とを含み、該操縦桿の回転動作または移動動作をピニオン・ラック機構に伝達するように構成された操舵装置と、
前記ピニオン・ラック機構を構成する２つのピニオンの回転のうち、一方の回転を右側車輪の操舵軸の回転に、他方の回転を左側車輪の操舵軸の回転にそれぞれ伝達することにより、左右両側の車輪の操舵軸の回転が連動するような第1の連結手段と、
右側前後車輪の操舵軸同士および左側前後車輪の操舵軸同士をそれぞれ逆相に回転するように連結された系と、
右側前方と左側後方の車輪操舵軸が同相に、左側前方と右側後方の車輪操舵軸が同相にそれぞれ回転するように連結された系と、
前記２つの系の何れかに前記操舵装置からの出力が伝達されるように切換える手段と、
を備えたことを特徴とする４輪車の走行形態切換え装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４輪車の前後走行、左旋回、右旋回、その場回転、平行移動、停止制動等の様々な走行形態を片手による簡単な操作で切換え可能にする制御方法と切換え装置に関する。とくに、肢体障害者の歩行を支援する歩行支援車や電動車椅子において、車輪操舵軸の回転角を定める操縦桿の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪に駆動力が与えられる限り、走行支援車は車輪の操舵角に応じて進路を変える。この場合の操舵法として、前輪操舵、後輪操舵、全輪(４輪)操舵の３つがある。これらは一般に、走行車の速度や路面広がりの大小によって使い分けられる。高速において前輪操舵、低速において後輪操舵、狭隘領域では全輪操舵が安全で効果的である。全輪操舵には、前後の車輪の向きを逆にする車庫入れ的操舵と、前後の車輪の向きを同じにする幅寄せ的操舵がある（以下、前者を車庫入れ型操舵、後者を幅寄せ型操舵という。）。そして、殆どの車両がこれらのうちのいずれかに該当する。
【０００３】
現状の技術において、その場回転を可能にする４輪車はなく、大半が前後への移動に左右への旋回を加えた走行である。停止制動は、車輪のドラム、あるいはリムをディスクやシューパッドで直接抑えつけることで実現する。操舵角の制御手段は手動による機械的なハンドル操作、あるいはジョイスティック等を介在させる電動的なサーボ操作である。手動力の負担を軽減させるパワーステアリング操作もある。
【０００４】
これまで、手動のハンドル操作によって連繋ワイヤを駆動し、４車輪を操舵する乗り物がある。これは、左右車輪の向きを常に平行にするため、操舵形態を限定している。また、後輪の車輪軸自体を回転させるため走行車の構造を複雑にしている（例えば、特許文献１参照）。その他、前輪と後輪を連動した方向に、あるいは独立した方向に舵を切る走行車として操舵角度検出器からの信号に比例要素や積分要素を導入して操舵指令を生成し、これによって操舵電動機を駆動する姿勢制御方法がある（例えば、特許文献２参照）。また、コントローラとステッピングモータ、油圧シリンダ等の専用アクチュエータを使って全輪の操舵角をきめ細かに電動制御するステアリング装置がある（例えば、特許文献３参照）。非特許文献１では、種々の操舵方式が取り上げられ、全ての方向に進行できる舵取り方式は独立ステアリング方式と定義されている。
【特許文献１】特開平09-109970号公報
【特許文献２】特開平08-272443号公報
【特許文献３】特開平07-291143号公報
【非特許文献１】市川誠 著「車輪移動機構のステアリング方式と駆動力伝達」、日本ロボット学会誌、13巻１号、107-112頁、1995年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
４輪車の走行動作を様々に切換え、その場回転や停止制動までをも含めて制御しようとすると、ハンドル操作に留まらず、切換えスイッチやレバー等をも操作しなければならないのが通常である。このため、両手やフットワークの助けが必要である。しかし、操作者が健常体であっても両手両足を使えないこともある。このような問題は、様々な走行動作の形態を片手で切換えられれば解決する。これを支援する方法や手段は、特に、手や足の一部が麻痺した人にとって非常に有用である。日常生活に使われる電動４輪移動車にとってもこの装置が運転の利便性を高める。
【０００６】
本発明の課題は、４輪車の前後走行、左旋回、右旋回、その場回転、平行移動、停止制動等の走行動作を、片手の操作だけで様々に切換えることができる方法や手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、操縦桿が差動歯車機構の主動軸に結合され、該操縦桿の回転動作または揺動動作が従動軸に伝達するように構成された操舵装置と、前記差動歯車機構を構成する２つの従動軸の一方の回転を右側車輪の操舵軸の回転に、他方の従動軸の回転を左側車輪の操舵軸の回転にそれぞれ伝達することにより、左右両側の車輪の操舵軸の回転が連動するような第1の連結手段と、右側前後車輪の操舵軸同士および左側前後車輪の操舵軸同士をそれぞれ逆相に回転するように連結された第２の連結手段と、を備えたことを特徴とする４輪車の走行形態切換え装置である。
【０００８】
差動歯車機構を含んだ操舵装置によって、操縦桿を操作して右側および左側の前方車輪の操舵軸を回転させると、右側の前後および左側の前後の車輪軸はそれぞれ逆相で回転するように連結されているので、前後移動、左旋回、右旋回、その場回転、およびその場停止制動等の走行動作を、片手操作のみで自在に切換えることができる。
【０００９】
請求項２の発明は、操縦桿が差動歯車機構の主動軸に結合され、該操縦桿の回転動作または揺動動作が従動軸に伝達するように構成された操舵装置と、前記差動歯車機構を構成する２つの従動軸の一方の回転を右側車輪の操舵軸の回転に、他方の従動軸の回転を左側車輪の操舵軸の回転にそれぞれ伝達することにより、左右両側の車輪の操舵軸の回転が連動するような第1の連結手段と、右側前方と左側後方の車輪操舵軸が同相に、左側前方と右側後方の車輪操舵軸が同相にそれぞれ回転するように連結された第２の連結手段と、を備えたことを特徴とする４輪車の走行形態切換え装置である。
【００１０】
差動歯車機構を含んだ操舵装置によって、操縦桿を操作して右側および左側の前方車輪の操舵軸を回転させると、右側前方および左側後方の操舵軸がそれぞれ同相で回転し、並びに左側前方および右側後方の操舵軸がそれぞれ同相で回転するように連結されているので、前後移動、左平行移動、右平行移動、その場回転、およびその場停止制動等の走行動作を、片手操作のみで自在に切換えることができる。
【００１１】
請求項３の発明は、操縦桿とピニオン・ラック機構とを含み、該操縦桿の回転動作または移動動作をピニオン・ラック機構に伝達するように構成された操舵装置と、前記ピニオン・ラック機構を構成する２つのピニオンの回転のうち、一方のピニオンの回転を右側車輪の操舵軸の回転に、他方のピニオンの回転を左側車輪の操舵軸の回転にそれぞれ伝達することにより、左右両側の車輪の操舵軸の回転が連動するような第1の連結手段と、右側前後車輪の操舵軸同士および左側前後車輪の操舵軸同士をそれぞれ逆相に回転するように連結された第２の連結手段と、を備えたことを特徴とする４輪車の走行形態切換え装置である。
【００１２】
本発明では、請求項１の発明における差動歯車機構を、ピニオン・ラック機構で置き換えることにより、切り替え装置の設置位置の自由度が増す。また、その操作においても、平面的な操作になり、設置位置と操作の整合がとれる。この発明による装置では、前後移動、左旋回、右旋回、その場回転、およびその場停止制動等の走行動作を、片手操作のみで自在に切換えることができる。
【００１３】
請求項４の発明は、操縦桿とピニオン・ラック機構とを含み、該操縦桿の回転動作または移動動作をピニオン・ラック機構に伝達するように構成された操舵装置と、前記ピニオン・ラック機構を構成する２つのピニオンの回転のうち、一方のピニオンの回転を右側車輪の操舵軸の回転に、他方のピニオンの回転を左側車輪の操舵軸の回転にそれぞれ伝達することにより、左右両側の車輪の操舵軸の回転が連動するような第1の連結手段と、右側前方と左側後方の車輪操舵軸が同相に、左側前方と右側後方の車輪操舵軸が同相にそれぞれ回転するように連結された第２の連結手段と、を備えたことを特徴とする４輪車の走行形態切換え装置である。
【００１４】
本発明では、請求項２の発明における差動歯車機構を、ピニオン・ラック機構を置き換えることにより、切換え装置の設置位置の自由度が増す。また、その操作においても、平面的な操作になり、設置位置と操作の整合がとれる。この発明による装置では、前後移動、左平行移動、右平行移動、その場回転、およびその場停止制動等の走行動作を、片手操作のみで自在に切換えることができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１の発明による装置と請求項２の発明による装置とを組み合わせて、その動作の切換えを可能にしたものである。差動歯車を構成する２つの従動軸の回転が、前記左右両側の車輪の操舵軸の回転をそれぞれ連動させ逆相に操舵するような連結手段か、または前記右側前方と左側後方の車輪操舵軸の回転と左側前方と右側後方の車輪操舵軸の回転とがそれぞれ連動し同相で操舵するような連結手段、の何れかに伝達されるように切換える手段とを備えている。
【００１６】
この切換え手段により、差動歯車を構成する２つの従動軸の回転が、前記左右両側の車輪の操舵軸の回転をそれぞれ連動させるような連結手段に伝達されるときには、前後移動、左旋回、右旋回、その場回転、およびその場停止制動等の走行動作を、片手操作のみで自在に切換えることができる。また、前記右側前方と左側後方の車輪操舵軸の回転と左側前方と右側後方の車輪操舵軸の回転とをそれぞれ連動させるような連結手段に伝達されるときには、前後移動、左平行移動、右平行移動、その場回転、およびその場停止制動等の走行動作を、片手操作のみで自在に切換えることができる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項３の発明による装置と請求項４の発明による装置とを組み合わせて、その動作の切換えを可能にしたものである。ピニオン・ラック機構を構成する２つのピニオンの回転が、前記左右両側の車輪の操舵軸の回転をそれぞれ連動させ逆相に操舵するような連結手段か、または前記右側前方と左側後方の車輪操舵軸の回転と左側前方と右側後方の車輪操舵軸の回転とがそれぞれ連動し同相で操舵するような連結手段、の何れかに伝達されるように切換える手段とを備えている。
【００１８】
この切換え手段により、ピニオン・ラック機構を構成する２つのピニオンの回転が、前記左右両側の車輪の操舵軸の回転をそれぞれ連動させるような連結手段に伝達されるときには、前後移動、左旋回、右旋回、その場回転、およびその場停止制動等の走行動作を片手操作のみで自在に切換えることができる。また、前記右側前方と左側後方の車輪操舵軸の回転と左側前方と右側後方の車輪操舵軸の回転とをそれぞれ連動させるような連結手段に伝達されるときには、前後移動、左平行移動、右平行移動、その場回転、およびその場停止制動等の走行動作を、片手操作のみで自在に切換えることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、操縦桿と差動機構とを結合させ、その差動機構による動きを車輪の操舵軸と連繋することで、４つの車輪の操舵軸の回転制御をすることができる。その結果、４輪車の前後走行、左旋回、右旋回、その場回転、平行移動、停止制動等の走行動作を、片手の操作だけで様々に切換えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について図面に基づいて説明する。図１は４輪車１の車庫入れ型走行形態を示す略図であり、図２は４輪車１の幅寄せ型走行形態を示す略図である。４輪車１の車庫入れ型走行形態は、車輪２の操舵角に着目すると停止制動も含めて図１のように分類される。ただし、矢印は４輪車１の進行方向を、また、アルファベットＤ、Ｌ、Ｒ、Ｓ、Ｂは前後走行(Direct)、左旋回(Left turn)、右旋回(Right turn)、その場回転(Spin)、停止制動(Brake)、をそれぞれ示す。これらの形態は、舵切りのよさを大にする特長をもち、車庫入れ等に有利である。
【００２１】
一方、幅狭の廊下をすれ違うような場合には、４輪車１の向きを変えないで平行移動する幅寄せ型操舵が有利である。この場合の走行形態は図２のように整理される。この操舵法では、その場回転の形態Ｓによって４輪車１の向きを変える。形態Ｂは、図１と同様車輪２の全てを４輪車１の中心から放射状に伸びる方向に操舵し、車輪２と路面間の摩擦力を利用して移動を拘束し静止させる。この点は、従来の一般車両と異なる。
【００２２】
本発明は、アクチュエータや電子的な制御回路を一切使わず、片手による1つの操縦桿操作で、図１または図２に示す５つの走行形態を切換えたいという技術的課題を解決するものである。そのため、車輪２の回転方向に着目し、結合可能な操舵軸をワイヤ等の動力伝達手段によって束ねる。この作業を図１に示す走行形態に対し行った結果を図３に示す。図３に示す車輪２の向きから、前後走行形態Ｄの状態を基準にして右側の前後車輪２の操舵軸が互いに逆方向に回転し、左側の前後車輪２の操舵軸も互いに逆方向に回転することを確認できる。このため、図４(a)、(b)に示すようにベルト30等により車輪２の操舵軸32を襷掛けに連結しても、図１に示す走行形態が全く問題なく実現可能であることが分かる。
【００２３】
図２に示す走行形態では、車輪２の向きは図５に示すようになる。これらの車輪２の向きから、前後走行形態Ｄの状態を基準にして対角線上の車輪２の操舵軸32が互いに同方向に回転し、別の対角線上の車輪２の操舵軸32が互いに同方向に回転することを確認できる。このため、図６(a)、(b)に示すようにベルト31等により車輪２の操舵軸32を平行掛けに連結しても、図２に示す走行形態が全く問題なく実現可能であることが分かる。
【００２４】
しかも、以上のように操舵軸32を連結すると、前記５つの動作形態を実現するために必要な駆動力は、わずか２つの操舵軸32の揺動的回転力を制御するだけでよい。すなわち、図４及び図６に示す操舵軸32(X)，32(Y)の揺動的回転角のみを制御すればよい。ただし、これらの操舵軸32(X)，32(Y)を独立に制御することはできず、形態Ｄ、Ｌ、Ｒ、Ｓ、Ｂに応じて回転方向を指定する。すなわち、連繋動作を作り出す革新的な技術が重要である。
【００２５】
本発明は、図７〜図１３に示すように、差動歯車機構５の主動軸を操縦桿７とし、この操縦桿７の操作によって得られる２つの従動軸6a，6bの回転を上記２つの操舵軸32(X)，32(Y)の駆動に使用し、操舵軸32(X)，32(Y)の連繋動作に活かす。また、２つの平行なラック19a，19b間に置く棒を操縦桿７とし、ラック19a，19bに沿って転がる２つのピニオン18a，18bの回転を上記２つの操舵軸32(X)，32(Y)の駆動に使用し、操縦桿７の操作によって得られるピニオン18a，18bの揺動回転を操舵軸32(X)，32(Y)の連繋動作に活かす。ピニオン18a，18bは一般に操舵軸32(X)，32(Y)から離れた部位に設けられるため、蛇管内を通るフレキシブルワイヤ3a，3bによって、その動作を操舵軸32(X)，32(Y)に伝達することができる。
【００２６】
４輪車１の縦横比は、肢体障害者の歩行を支援する歩行支援車の場合には１に近い。しかし、一般車になると、縦横比は1以上である。このため、４つの車輪２の配置形態は真四角から縦長四角形になる。この場合、その場旋回のための操舵軸32は45度以上の角度に制御する必要がある（図１および図２の中のＳ参照）。また、停止制動のための操舵軸32の角度は、４輪車１の中心から操舵軸32を見る方向角以上に大きくする必要がある（図１および図２の中のＢ参照）。このような場合には差動歯車機構５の歯数比を変えることで対応できる。すなわち、操縦桿７を回し、あるいは傾ける角度の上限値、下限値を変えずに操舵軸32の角度範囲を機構的に自由に設計することが可能である。
【００２７】
したがって、上記２つの従動軸6a，6bに結合されたドラム4a，4bと、操舵軸32(X)，32(Y)を結ぶフレキシブルワイヤ3a，3bや、各操舵軸32を連動させる襷掛け連結手段、あるいは平行掛け連結手段たるフレキシブルワイヤ30，31が伸縮せずに一定の張力を保って駆動力を伝達するとき、本発明の実施は最良の形態となる。襷掛け連結手段や平行掛け連結手段たるフレキシブルワイヤ3a，3b，30，31を回転シャフト、タイミングベルト、チェーン、リンク、歯車等に替えてもよく、その場合には、機構にガタがないとき最良の形態となる。
【００２８】
前記５つの走行形態を効率よく切換えるには４つの車輪２が常時着地することが必要である。このため、走行車１は前部と後部で、あるいは左部と右部で多少のねじれを許容可能にされている。ただし、４つの車輪２が独自にサスペンション機能を備える必要はない。
【実施例１】
【００２９】
図７は、本発明の実施例１としての操舵装置50の構造を示す斜視図である。差動歯車機構５の主動軸が操縦桿７として構成されている。その一端は人手によって把持操作されるグリップ８に、他端は主動軸歯車９に直結する。主動軸歯車９は、２つの従動軸歯車10a，10bと噛み合う。操縦桿７は見易さのため図示してない枠に保持されて奥側と手前側に自由に倒れる。ただし、グリップ８の下に１枚の案内板11を固定し、長穴12の伸びる向きに一致するときにのみ長穴12の間隙に沿って摺動自在である。操縦桿７が倒れている間はグリップ８の回転操作を機械的に阻止する。
【００３０】
一方、操縦桿７を案内する長穴12の壁13の上方中心には案内板11の幅をわずか上回る直径の丸穴14があり、この中で操縦桿７は自由に回転可能である。ただし、丸穴14内のストッパ17によって、操縦桿７の回転は±90度以内の回転角に制限される。また、ストッパ17によって、案内板11は長穴12内で常に同方向に保たれる。このような機構により操縦桿７を一方に倒すと、２つの従動軸歯車10a，10bは、これらに直結するドラム4a，4bを同方向に同量だけ回転させる。逆方向に倒すと先の方向とは逆向きに回転させる。
【００３１】
また、丸穴14内にある操縦桿７のグリップ８に回転力を与えると、ドラム4a，4bを互いに逆方向に回転させる。グリップ８の回転方向を逆にするとドラム4a，4bを、ともに先の向きと逆方向に回転させる。
【００３２】
２つのドラム4a，4bは、図示しない蛇管内を通って巻きつけられるフレキシブルワイヤ3a，3bを介して、図４および図６に示す操舵軸32(X)，32(Y)に操縦桿７の動作を伝える。ただし、フレキシブルワイヤ3a，3bの連結方法は、操縦桿７を傾ける動作と操縦桿７のグリップ８を回転させる動作の使い方に応じて決まる。すなわち、２つのドラム4a，4bの回転を操舵軸32(X)，32(Y)に伝えるフレキシブルワイヤ3a，3bの掛け方を変えるだけで、操縦桿７を傾ける動作を形態ＬとＲに、操縦桿７のグリップ８を回転させる動作を形態ＳとＢの切換えに利用できる。また、操縦桿７を傾ける動作を形態ＳとＢ、操縦桿７のグリップ８を回転させる動作を形態ＬとＲの切換えに利用できる。そのための新たな装置は必要としない。
【００３３】
具体的には、図７に示す実施例１において、２つのドラム４a，4bで、図４(a)及び図６(a)に示す操舵軸32(X)，32(Y)をそれぞれ駆動すると、操縦桿７を傾ける動作で形態ＬとＲを、操縦桿７のグリップ８を回転させる動作で形態ＳとＢを選択できる。一方、図４(b)及び図６(b)に示す操舵軸32(X)，32(Y)をそれぞれ駆動すると操作方法による動作形態の切換えは逆転し、操縦桿７を傾ける動作で形態ＳとＢを、グリップ８を回転させる動作で形態ＬとＲを切換える。いずれの連結方法であってもグリップ８を上部に置き、グリップ８を回転させる量をゼロにすることで形態Ｄを選択することに変わりはない。
【００３４】
選択した走行形態を変えないだけでなく、グリップ８の回転量や操縦桿７の傾斜角を所望の大きさに保持するには、長穴12あるいは丸穴14との間に発生する案内板11の摩擦力を利用できる。バネやゴム等の弾性体を用いて操縦力の硬軟を適正値に設定することも可能である。
【００３５】
設定するグリップ８の回転量や操縦桿７の傾斜角の大きさは、グリップ８に設置した角度表示や位置の目印で視覚的に表示できる。２つの従動軸6a，6bの一方にポテンショメータ等の角度センサを噛み合わせ、得られる信号を使い数値で表示させることも可能である。補足的説明に過ぎないが、図７に示す回転角センサ16はこの表示のために組み込まれる。
【００３６】
図８および図９は、実施例１に関する操縦桿７の傾斜時と回転時の外観を表わす。操縦桿７の傾斜角の上下限は長穴12の長さで機械的に与えられるが、２つの従動軸6a，6bのうちの１つに図示してないストッパ17を固定することでも回転角を設定できる。この場合にはグリップ８の回転角の上下限も併せて制限できる。これとは別に、図７、図８、図10に示すように、丸穴14の内部片側にストッパ17を配置することでも回転角の上下を制限できる。これは、案内板11を長穴12内で常に同方向に移動させる役割も果たす。
【実施例２】
【００３７】
実施例１で説明してきた操縦桿７の操作に必要な手動作軌道は円弧状である。しかし、ユーザあるいは取り付け状況によっては、手の動きは直線形の方が効果的な場合がある。例えば、腕筋肉の障害部位によっては円形よりも線形の方が力を出し易い。もちろん、円弧状の方が出し易い人もいる。したがって、手動作の形態はユーザが選択できるようにしておくのがよい。
【００３８】
図10は、本発明による実施例２の外観で、図11、図12はこれを斜め上方又は上方から観た構成を示す。手の動きを線状に換えるために有用な装置である。実施例１と同様、４輪車１の前記５つの走行形態を切換えることができる。差動歯車機構に換えて２組のピニオン18a，18bとラック19a、19bを用いて操縦桿７の回転動作または移動動作を入力し、ピニオン軸15a，15bに直結するドラム4a、4bに巻き付けるフレキシブルワイヤ3a、3bを使って操舵軸32の操舵角を制御する。
【００３９】
グリップ８が取り付けられた操縦桿７には、腕20が直角に固定され、その下に案内板11が固定される。さらに、一線上で滑らかに移動可能にするためのラック19a，19bに平行な長穴12内を案内板11で倣うように移動する。また、腕20を所定の高さに保持するため図示しないベアリングを介してピニオン18a，18bの軸を腕20に設けた長穴12aと12b内にそれぞれ通す。ただし、ピニオン18a，18bは常時ラック19a，19bに噛み合うように、リニアブッシュ等を使って互いに平行な２つのレイル21a，21b上を自由に滑動可能である。また、長穴12は中央部に実施例１と同様に操縦桿回転用の丸穴14を備える。
【００４０】
この構造により、グリップ８は操縦桿７が丸穴14内に有るときにのみ回転できる。このとき、腕20も同様に回転し、２つのピニオン18a，18bは同方向に回転しながら丸穴14の中心から同一の距離に落ち着く。２つのピニオン18a，18bの軸は２つのレイル21a，21bに支持され、かつ、長穴12aと12bに案内されるため、グリップ８の回転操作に応じて正逆自在な方向に揺動可能である。また、案内板11の向きを長穴12と同じにするとき、グリップ８は線状に移動する。このとき、腕20は回転せず、ラック19a，19bに対して常に垂直である。そして、ピニオン18a、18bが丸穴14を中心として互いに等距離を保ちながら逆方向に回る。これらの動作は、図12の平面的な説明からも明らかである。
【００４１】
操縦桿７は、限られた範囲内で揺動的に回転し、あるいは移動する。また、長穴12内を移動する案内板11の向きが不変であることも、実施例１と同様である。この不変な状態が、丸穴14内部に設ける突起等のストッパ17により実現することは容易に理解できる（図13参照）。このような装置の外観が図10となることも明らかである。
【００４２】
図11に示す実施例２の装置構成において、ピニオン18a，18bはドラム4a，4bをそれぞれ同軸上に固定し、操縦桿７を回すときには互いに同方向に回転し、移動させるときには逆方向に回転する。また、ドラム4a，4bに巻きつけられるフレキシブルワイヤ3a，3bは、腕20に固定するバックル15a，15bを介在させて蛇管に案内され、車輪２を駆動する２つの操舵軸32(X)，32(Y)を連結する。このことは実施例１と同様である。したがって、ドラム4a，4bに巻かれるフレキシブルワイヤ3a，3bを操舵軸32(X)，32(Y)のどちらにどの向きで連結するかの違いによって、グリップ８の回転動作を形態Ｌ、Ｒ、あるいは形態Ｓ、Ｂのいずれにも関連付けられる。要するに、図１の５つの走行形態、あるいは図２の５つの走行形態のいずれの用途にも変更できる。このような用途の変更に機械要素の調達は不要であることも実施例１と同様である。
【００４３】
長穴12や丸穴14の間にゴムシート等の素材を置く構造にする場合、案内板11が回転し、あるいは移動するとき、操縦桿案内壁13との間で発生する摩擦力をグリップ８の回転角や位置の保持に利用できる。また、素材の種類や厚さ、固定法を違えて保持力を適正値に設定できる。このことは、実施例１と全く同様である。２つのピニオン18a，18bの一方に回転角センサ（図示せず）を噛み合わせ、得られる信号を用いて操縦桿７の回転角や移動量、すなわち、操舵角を数値で表示できることも実施例１と同様に可能である。フレキシブルワイヤ3a，3bを回転シャフト、タイミングベルト、チェーン、リンク、歯車等に替える実施例も考えられることは容易に想像できる。
【００４４】
前記５つの走行形態に示すＬとＲにおいて、操縦桿７で指定する位置や角度は連続量にするのがよいが、走行形態ＳとＢの切換えにおいては、指定量をオンオフ的な適正値にするのがよい。この値は走行車１の縦横比や車輪配置によって決まる。そのため、走行形態ＳやＢを選択する場合には操縦桿７が操作範囲の上限あるいは下限に至るとき、この適正値が満たされるように設計するのが望ましい。また、操縦桿７を上下限まで一気に運ぶのが上手な手動操作となる。走行形態ＬとＲの最大操舵角はこの影響を受けて一方的に指定できなくなるが、車輪配置の縦横比は一般に１から極端にずれないのでこのことが問題になることはない。
【００４５】
本発明が採用する走行形態Ｂは、車輪２の回転を拘束するために特別な力を必要としないことから、供給する動力の全てが車輪２の回転力として利用できる。このため、４輪車１のエネルギー利用効率を高める利点を有する。
【００４６】
以上に詳述したように、本発明は４輪車１の操舵軸32の回転角を連繋制御し、前後移動、左旋回、右旋回、その場回転、平行移動、およびその場停止制動の走行動作を１つの操縦桿７操作によって自在に切換える方法を提供する。具体的には差動歯車機構５またはピニオン・ラック機構18，19を使用し、操縦桿７の軸周りの回転操作、あるいはその傾け操作や平行移動操作を２つの回転軸6a，6b，15a，15bと、これらにドラム4aと4bを直結しそれぞれに巻きつけるフレキシブルワイヤ3aと3bとによって、前記２つの操舵軸32(X)，32(Y)に伝動する。そして、右側前後車輪操舵軸を襷状に掛ける操舵軸32(X)と左側前後車輪操舵軸を襷状に掛ける操舵軸32(Y)に、あるいは1つの対角位置にある車輪の操舵軸32を平行状に掛ける操舵軸32(X)と他の対角位置にある車輪の操舵軸32を平行状に掛ける操舵軸32(Y)にそれぞれ伝達し、上記の走行形態を片手で簡単に切換え可能にする装置を提供する。
【実施例３】
【００４７】
図14は、図1に示す車庫入れ型操舵と図２に示す幅寄せ型操舵を片手で簡単に切換可能にするような本発明による実施例３を示す。本実施例においては、実施例１の差動歯車機構や実施例２のピニオン・ラック機構等の差動機構の出力軸に連結されたドラム4a、4bの回転が、フレキシブルワイヤ3a、3bによって車輪の操舵軸32(X)、32(Y)を回転させるように伝達される。左側の前後の操舵軸32(X)，32間、および右側の前後の操舵軸32(Y)，32間は、それぞれフレキシブルワイヤ33a、33bで襷掛けに連結されている。したがって、左側および右側において、それぞれ前後の車輪は、逆相に操舵される。同時に、左前方の操舵軸32(X)と右後方の操舵軸32とは、フレキシブルワイヤ34aで平行掛けに連結され、右前方の操舵軸32(Y)と左後方の操舵軸32とは、フレキシブルワイヤ34bで平行掛けに連結されている。したがって、左前方の車輪と右後方の車輪および右前方の車輪と左後方の車輪とは、それぞれ同相に操舵される。なお、図14では、ドラム4a，4bからフレキシブルワイヤ3a，3bで連結されている操舵軸32(X)，32(Y)は前輪になっているが、これは後輪の操舵軸32であっても同様の効果が得られる。
【００４８】
ドラム4a、4bの回転を車輪の操舵軸32(X)，32(Y)に伝達するときに、それぞれフレキシブルワイヤ33a、33bで襷掛けに連結されている系を動作させるのか、フレキシブルワイヤ34a、34bで平行掛けに連結された系を動作させるのかを選択して、アーム35により切換えることができる。アーム35は、固定された軸37を軸に回動するレバー36を操作することにより上下に駆動され、その力は、操舵軸32(X)と操舵軸32(Y)に設けられた切換え装置に作用する。
【００４９】
前記切換え装置を図15に基づいて説明する。左側操舵軸32(X)と右側操舵軸32(Y)とは同じ動作を行うので、操舵軸32(X)を例に挙げて説明する。
【００５０】
車軸40には、伝動ドラム41，42が回転自在に取り付けられている。伝動ドラム41はフレキシブルワイヤ33aにより、左側前後の車輪が逆相に操舵されるように後輪の操舵軸32と襷掛けに連結されている。伝動ドラム42はフレキシブルワイヤ34aにより、右側後方の車輪と同相に操舵されるように右側後輪の操舵軸32と平行掛けに連結されている。
【００５１】
伝動ドラム43はリニアブッシュ44と一体になっており、車軸40に沿って上下にスライドするようになっている。車軸40には、溝45があり、その溝45に嵌め合わせてスライドするキー46が伝動ドラム43とリニアブッシュ44に取り付けられている。伝動ドラム43は、フレキシブルワイヤ3aにより、ドラム4aに結合されている。また、伝動ドラム41，42には、キー46と嵌め合うように、ピット47，48がそれぞれに設けられている。
【００５２】
以下、この切換え装置の動作について説明する。レバー36を操作して上側に倒すと、アーム35がリニアブッシュ44を下方に押して、溝45をスライドしたキー46が伝動ドラム41のピット48に噛み合う。一方、伝動ドラム42のピット47とキー46との結合は開放されている。この状態で操縦桿７が操作されてドラム4aが回転すると、フレキシブルワイヤ3aに連結された伝動ドラム43が回転する。この回転により車輪軸40が回転し、車輪２が操舵される。キー46が伝動ドラム41のピット48と噛み合わされているので、同時に、伝動ドラム41が回転し、フレキシブルワイヤ33aに連結された後輪も逆相に操舵される。キー46とピット47の結合が開放されているので、伝動ドラム42は空転することになる。
【００５３】
一方、レバー36を操作して下側に倒した場合、アーム35がリニアブッシュ44を上方に押して、溝45をスライドしたキー46が伝動ドラム42のピット47に噛み合う。一方、伝動ドラム41のピット48とキー46との結合は開放される。この状態で操縦桿７が操作されてドラム4aが回転すると、フレキシブルワイヤ3aに連結された伝動ドラム43が回転する。この回転により車輪軸40が回転し、車輪２が操舵される。キー46が伝動ドラム42のピット47と噛み合わされているので、同時に、伝動ドラム42が回転し、フレキシブルワイヤ34aに連結された右側後輪も同相に操舵される。キー46とピット48の結合が開放されているので、ドラム41は空転する。
【００５４】
このように、レバー36を上下に操作して動作形態の選択切換えを行うことにより、車庫入れ型操舵の前後走行、左旋回、右旋回、その場回転、停止制動の５種類の操縦桿による片手での制御モードと、幅寄せ型操舵の前後走行、右平行移動、左平行移動、その場回転、停止制動の５種類の操縦桿による片手での制御モード、とを実現できる。
【００５５】
このような切換え装置は、上記において説明した実施例に限られるものではなく、例えば、遊星ギヤや差動ギヤ等の1入力２出力をもつ連動機構に置き換えても実現可能である。勿論、リニアブッシュ方式で、キーとピットの代わりに板クラッチのような摩擦力を利用してドラムの回転力を伝達してもよい。さらに、ドラム4a，4bを楕円形の歯車やドラム、あるいは円形と楕円形で外周を構成する歯車やドラム、等の機械要素に替えて回転軸の角度変位をフレキシブルワイヤの移動量変位として伝え、かつ、操舵軸側のドラムも同様に替えて車輪２の操舵軸を操舵することでアッカーマンジオメトリを満たす操舵が実現する。要するに、ドラム4a，4bの角度変位は揺動的であるのでワイヤの張りや弛みを作らずに、角度に対するワイヤ移動量を非線型に制御して舵きりを向上させることが可能である。
【００５６】
なお、差動歯車装置からドラムやフレキシブルワイヤを全て撤去し、図７に示すように回転角センサ16を左右の従動軸に噛合わせ、これらのセンサからの信号を処理して操舵用アクチュエータを駆動し、手動力を電動力に置換する電動走行車の運転を指令する操縦桿として使うことも可能である。
【００５７】
以上、実施例により本発明を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨と精神に基づき、部分的な置き換えや変更実施ができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
片手人力操作によって４輪車１の走行形態を確実に切換え可能にする技術を提供でき、操舵や制動のための電子回路やアクチュエータを全く必要としない。これにより、肢体障害者の歩行を支援する歩行支援車、あるいは電動車椅子等の手動操舵装置を制御可能にする。したがって、本発明によれば、車両価格の低廉化、操舵制御の信頼性や利便性の向上、動力エネルギーの利用効率向上を図ることができ、車両産業界に寄与することが大である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】４輪車の車庫入れ型走行形態を示す略図である。
【図２】４輪車の幅寄せ型走行形態を示す略図である。
【図３】車庫入れ型走行形態の操舵軸の束ね方を示す略図である。
【図４】車庫入れ型走行形態の駆動軸の連結を示す略図である。
【図５】幅寄せ型走行形態の操舵軸の束ね方を示す略図である。
【図６】幅寄せ型走行形態の駆動軸の連結を示す略図である。
【図７】本発明による実施例１としての操舵装置の構造を示す斜視図である。
【図８】同上
【図９】同上
【図１０】本発明による実施例２としての操舵装置の外観を示す斜視図である。
【図１１】同上
【図１２】本発明による実施例２としての操舵装置の外観を示す平面図である。
【図１３】同上
【図１４】本発明による実施例３としての操舵軸の連結状態を示す図である。
【図１５】本発明による実施例３としての操舵軸の構造図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  ４輪車（走行車）
２  車輪
3a，3b  第１の連結手段（フレキシブルワイヤ）
５  差動歯車機構
6a，6b  従動軸
７  操縦桿（主動軸）
18a，18b  ピニオン
19a，19b  ラック
30，31，33，34  第２の連結手段（フレキシブルワイヤ、ベルト）
32，32a，32b  操舵軸
50  操舵装置
【図１】
0004590568.tif 000002
【図２】
0004590568.tif 000003
【図３】
0004590568.tif 000004
【図４】
0004590568.tif 000005
【図５】
0004590568.tif 000006
【図６】
0004590568.tif 000007
【図７】
0004590568.tif 000008
【図８】
0004590568.tif 000009
【図９】
0004590568.tif 000010
【図１０】
0004590568.tif 000011
【図１１】
0004590568.tif 000012
【図１２】
0004590568.tif 000013
【図１３】
0004590568.tif 000014
【図１４】
0004590568.tif 000015
【図１５】
0004590568.tif 000016