(57)【要約】【課題】中空で外殻が繊維強化樹脂材料から成る車椅子用のハンドリムを形成することで、従来品と比べ、より一層の軽量化され、且つ強度性、安全性の高い車椅子用のハンドリム及びその製造方法を提供する。【解決手段】ハンドリム１は、外殻を繊維強化樹脂材料で形成され、且つ、内部に中空部を有する外殻構造を有するもので、全体として、環状体形状を呈しており、一体的に形成されている。ハンドリム１には、インサートナットを取り付けるためのナット取付穴が形成され、該ナット取付穴の中心軸に直交する平面部が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車椅子の駆動輪に取り付けられ、該駆動輪を回転させるハンドリムであって、該ハンドリムの外殻を繊維強化樹脂製材料によって積層して繊維強化樹脂層が形成され、且つ、外殻内部に中空部が形成されていることを特徴とする車椅子用のハンドリム。
【請求項２】
前記ハンドリムには、インサートナットを取り付けるためのナット取付穴が形成され、該ナット取付穴の中心軸に直交する平面部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の車椅子用のハンドリム。
【請求項３】
車椅子の駆動輪に取り付けられ、該駆動輪を回転させる車椅子用のハンドリムの製造方法であって、略ハンドリム形状の芯材の外周に繊維強化樹脂材料を配設したのち、該芯材を抜き取って中空部を得る工程と、該中空部の内部に弾力性を有するチューブを挿入し、予備成形体を得る工程と、該予備成形体を所望のハンドリム形状を有する金型内に配置して型締め後、前記チューブ内に内圧を加えて膨張させ、前記予備成形体を成形型の型内面に沿わせて加圧加熱してハンドリムを成形する工程とからなることを特徴とする車椅子用のハンドリムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車椅子の駆動輪を回転させるハンドリムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から車椅子は、大径の駆動輪と小径の操行用補助輪によって車椅子フレームが支持されており、補助輪で操行を行い、駆動輪で駆動を行っており、使用者が両手で左右両方の駆動輪に取付けられたハンドリムを介して車輪を回転操作して前後に走行し、あるいは、左右に方向転換するのが一般的である。
【０００３】
前記ハンドリムは、これを回して駆動輪を回転させるものであり、車椅子の使用者にとって非常に重要な役割を果たす部分である。特に、力が弱い老人や握力が極度に小さい障害者にとっては、ハンドリムを回して駆動輪を回転させて自身を移動させるのは大変な重労働であり、ハンドリム全体としての軽量化が望まれている。
【０００４】
また、前記ハンドリムにおいて、軽量化を図るために通常は、アルミ、ステンレス、スチール、チタン等の軽金属をパイプ状に形成されており、例えば、特許文献１には、チタン製のハンドリムが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２９９８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記従来の金属製のハンドリムや特許文献１に開示されているハンドリムにおいては、軽量化されてはいるが、衝撃によって、凹みや曲がりが生じ易い問題がある。また、部材の材料として軽金属を用いているので、車椅子としての一定の強度を確保するためには、パイプの肉厚を大きくする必要があり、従って、軽量化を図るのに限界があった。
【０００６】
また、ハンドリムの材料としてステンレス鋼やアルミニウムを用いている場合は、耐食性が劣るという問題が発生する。従って、アルミニウムを用いる場合はその表面に厚肉のアルマイトコーティングや防錆塗装を施してあるため、製造時間が多大となってしまうという問題がある。
【０００７】
また、図１２に示すように従来、駆動ホイール５５と前記ハンドリム５４を取付けるにあたっては、駆動ホイール５５に貫通孔５３を形成し、これら両者を取付けるボルト５０を挿通するにあたり、前記ハンドリム５４内にインサートナット５１を挿入して配設し、駆動ホイール側面から一定の間隔を形成させるためにカラー５２を挿通して固着する形態であった。しかし、インサートナット５１を配設するにあたり、ハンドリム５４は円形状の断面形状であるため、駆動ホイール５５との取付け工程のボルト５０の締め付け等で外表面が歪んでしまう可能性がある。従って、駆動ホイールとハンドリムとの距離にバラツキが生じ、走行時にぶれが発生し、安全性が確保できないう問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題を解決することで、中空で外殻が繊維強化樹脂材料から成る車椅子用のハンドリムを形成することで、従来品と比べ、より一層の軽量化され、且つ強度性、安全性の高い車椅子用のハンドリム及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る車椅子用のハンドリムは、車椅子の駆動輪に取り付けられ、当該駆動輪を回転させるハンドリムであって、該ハンドリムの外殻を繊維強化樹脂製材料によって積層して繊維強化樹脂層が形成され、且つ、外殻内部に中空部が形成されていることを特徴とする車椅子用のハンドリムである。
【００１０】
本発明の請求項２に係る車椅子用のハンドリムは、請求項１に係わる車椅子用のハンドリムであって、前記ハンドリムには、インサートナットを取り付けるためのナット取付穴が形成され、該ナット取付穴の中心軸に直交する平面部が形成されていることを特徴とする車椅子用のハンドリムである。
【００１１】
本発明の請求項３に係る車椅子用のハンドリムの製造方法は、車椅子の駆動輪に取り付けられ、当該駆動輪を回転させる車椅子用のハンドリムの製造方法であって、略ハンドリム形状の芯材の外周に繊維強化樹脂材料を配設したのち、該芯材を抜き取って中空部を得る工程と、該中空部の内部に弾力性を有するチューブを挿入し、予備成形体を得る工程と、該予備成形体を所望のハンドリム形状を有する金型内に配置して型締め後、前記チューブ内に内圧を加えて膨張させることにより、前記予備成形体を成形型の型内面に沿わせて加圧加熱してハンドリムを成形する工程とからなることを特徴とする車椅子用のハンドリムの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のハンドリムによれば、中空で外殻が繊維強化樹脂材料から成る車椅子用のハンドリムを形成することで、従来品と比べ、より一層の軽量化され、且つ強度性、安全性の高い車椅子用のハンドリム及びその製造方法を提供することができる。
【００１３】
また、ハンドリムには、インサートナットを取り付けるためのナット取付穴が形成され、該ナット取付穴の中心軸に直交する平面部が形成されているため、ハンドリム内へのインサートナットの取付け精度を高めることがでる。
【００１４】
本発明のハンドリムの製造方法によれば、外殻内部が中空であるハンドリムが容易に得られ、この結果、ハンドリムの全質量が１８０ｇ〜２００ｇといった極めて軽量化したハンドリムを再現性よく製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明のハンドリムを説明する全体図、図２は、ハンドリムの断面円形状を説明する断面図である。
【００１７】
図１に示すように本実施形態のハンドリム１は、外殻を繊維強化樹脂製材料によって積層して繊維強化樹脂層が形成され、且つ、内部に中空部を有する外殻構造を有するもので、全体として、環状体形状を呈しており、一体的に形成されている。前記ハンドリム１は図示しない車椅子の駆動輪（駆動ホイール）に取り付けられ、当該駆動輪を回転させるものである。
【００１８】
図２に示すように、前記ハンドリム１は、円形状の断面中空体からなり、該ハンドリム１の外殻内部には、中空部２が形成されることで、従来のハンドリムに比べ、ハンドリム、ひいてはそれが取り付けられる車椅子全体の軽量化が図られ得るように構成させている。
【００１９】
また、前記ハンドリム１の厚さｔは、軽量化と強度の兼ね合いより、好ましくは０．６ｍｍ〜２．５ｍｍ、より好ましくは０．８ｍｍ〜２ｍｍとするのが望ましい。前記厚さが、０．６未満であると、例えば、肉厚が過度に薄くなって強度低下を招き、一方、２．５ｍｍを超えると肉厚が過度に厚くなって質量増加を招く傾向があるなど、強度向上と質量増加とのバランスを損ねることになる。なお、ハンドリム１の直径は５００ｍｍ〜６００ｍｍ程度、断面円形状の直径は１５ｍｍ〜２５ｍｍ程度としている。
【００２０】
次に他の実施形態を説明する。図３は、駆動ホイールとハンドリムとの取付箇所のうち、１カ所の構成を拡大して示す断面図である。
図３に示すように、ハンドリム１は、駆動ホイール２０と同軸状に固設されている。駆動ホイール２０とハンドリム１とを取り付ける軸部材１０を挿通するにあたり、駆動ホイール２０に貫通孔を形成し、前記ハンドリム内には、インサートナット１１が挿入され固着されている。また、ハンドリム１と前記軸部材１０の止着方法は本実施例においては、ハンドリム１にインサートナット１１に軸部材１０端部に設けた雄ネジ部１０ａを螺着させる方法としている。なお、駆動輪側面から一定の間隔を形成させるためにカラー１２を挿通して取付けられている。
【００２１】
図４は、前記インサートナットの取付箇所のうち、１カ所の構成を示す拡大図である。
図４に示す、ハンドリム１には、前記インサートナット１１を取り付けるためのナット取付穴３１が形成され、該ナット取付穴３１の中心軸３０に直交する平面部３２が形成されている。また、前記平面部３２はハンドリム１の外表面に凹部３３が形成されることで、平面部３２が形成されている。なお、前記平面部は、図４に示した形態に限定されることなく、例えば、図５に示すような、ハンドリム１の外表面に凸部３４が形成された平面部３２とすることもできる。
【００２２】
前記平面部３２が形成されることにより、ハンドリム１内へのインサートナット３１の取付け精度を高めることがでる。従って、本発明のハンドリムは、図６に示すように駆動ホイール２０の径方向の平面軸２０ａに対して直交する方向にハンドリム１を取り付けることができる。
【００２３】
本発明に使用する繊維強化樹脂材料の強化繊維および樹脂としては、特に限定されるものではない。すなわち、強化繊維として、例えば、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維や、アラミド繊維、高張力ポリエチレン繊維等の有機繊維を少なくとも一種使用することができ、樹脂として、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を単独または混合して使用することができる。
【００２４】
以下、本発明をハンドリムの製造方法に適用した実施形態例を図面にて詳細に説明する。
図７〜図１１は、本発明に係わるハンドリムの製造方法を示す説明図である。
【００２５】
本発明の方法では、先ず、図７に示すように、所望するハンドリムの内部形状（外殻分だけ小さい形状）のハンドリムと円周寸法が同等の芯材４０を用意する。
なお、この段階での前記芯材４０の形状は、最終成型品となるハンドリムの内部形状と同一又は相似形である必要はなく、大まかに一致する形状をしていればよい。
また、前記芯材４０の材質のとしては、シリコン、ナイロン等が好適に挙げられる。
【００２６】
次に、図８に示すように、前記芯材４０の外周に、繊維強化樹脂材料からなる外殻成形材料４１として、強化繊維を引揃え、樹脂を含浸させた所定の形状のプリプレグ４１ａを配設積層する。
【００２７】
また、前記芯材４０の外周に積層されるプリプレグ４１ａは、ハンドリムのほぼ全体をなす主要なものであり、通常、３層から８層程度が積層される。
なお、プリプレグ４１ａの成形後の伸縮等を考慮して、その繊維方向が適切な配向性を有するように留意する。
【００２８】
なお、外殻成形材料４１を積層するに際しては、予め、芯材の表面に例えば、シリコーンポリマー又は／及びフッ素系ポリマーからなる離型層を設けることで、積層後、芯材を引き抜き易いようにしても良い。
【００２９】
また、前記外殻成形材料の材料の形態についてはとくに限定されない。例えば、外殻成形材料における強化繊維形態としては、一方向プリプレグ（ＵＤプリプレグ）、織物プリプレグ、等が挙げられる。一般的には、一方向プリプレグが主体で、織物プリプレグは、一方向プリプレグと組み合わせて、副次的に使用することが多い。また、ヤーンプリプレグやトウプリプレグを用いるフィラメントワインディング法、縦糸を含む編み組み構造のブレーディング法等による成形方法でもよい。
【００３０】
次に、図９に示すように、前記芯材４０の外周に前記プリプレグ４１ａからなる外殻成形材料４１を積層したのち、芯材４０を抜き取って中空部を得る。
そして、図１０に示すように、積層された外殻成形材料４１の中空部内に、可撓性を有するチューブ４３を挿入させ、ハンドリムの予備成形体４５を得る。
本実施例によれば、前記した可撓性を有するチューブ１３と外殻成形材料４１の積層によって予備成形体４５とした。
【００３１】
また、前記チューブ４３には可撓性が必要なだけでなく、後述する成形型内における加圧加温に耐えるものでなければならない。従って、チューブ１３の材料は可撓性を持ち、１５０℃以上、好ましくは１８０℃以上の温度にも充分耐えられる材料であることが求められる。このような材料としては、例えば、ナイロン、シリコン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性合成樹脂製のチューブ他、これらを組み合わせてラミネートしたものなどでもよい。
【００３２】
なお、前記チューブ４３を挿入するに際しては、予め、チューブ４３の表面に例えば、シリコーンポリマー又は／及びフッ素系ポリマーからなる離型層を設けることで、成形後、予備成形体４５からチューブを引き抜け易いようにしても良い。
【００３３】
また、前記可撓性を有するチューブ４３の端部には、開口部４６を設け、該開口部４６の両側から気体を挿入できるようにする。このため、チューブ４３の内部の全域に均一かつ充分な圧力を加えることができるのである。
【００３４】
次に、このようにして得られた前記予備成形体４５を図１１に示すような、成形型４７の上型４７ａ及び下型４７ｂに形成されたハンドリムに対応した形状のキャビティ４８内に配置する。また、成形型４７内に配置されたチューブ４３の開口部４６には口金が取り付けられ、圧縮空気を送るパイプと接続される。
【００３５】
次に、前記成形型４７は、図示しないプレス機にセットされ、前記予備成形体４５は加圧加温されるとともに内部には気体が挿入される。すなわち、成形型４７がプレス機によってプレス固定された後、直ちに圧縮空気の開口弁を開いてチューブ４３を膨らまし、予備成形体４５を金型内に押し当てて成形を行うのである。
【００３６】
この内圧付与により、前記チューブ４３は外方に膨張するので、その外周面に巻かれている外殻成形材料４１も徐々に膨張し、該外殻成形材料４１がキャビティ４８内面に密着される。このように、積層された外殻成形材料４１の内部のチューブ４３が存在しているため、圧縮空気が漏れるといった心配がなく、圧縮空気の圧力が十分効果的に利用できる厚みであるので成形時に圧力が予備成形体内全体にわたって均等にかかり、ハンドリムの外殻層が不均一になるといったことがなく成形できる。従って、外殻成形用材料４１は、内部圧力で押されて緻密な繊維強化樹脂層となるとともに、その層の形状は、最終成型品となるハンドリムの外部形状に完全に一致したものとなる。
【００３７】
次に、上記の内圧をかけつつ所定時間だけ成形型４７を加熱・加圧成形する。これによって、外殻成形材料４１中の熱硬化性樹脂が硬化し、外殻を補強繊維で緊密かつ一体的に形成した中空部が形成されたハンドリムが得られる。
【００３８】
なお、ハンドリム１には、前記インサートナットを取り付けるための前記ナット取付穴３１および平面部３２が形成されるが、例えば、予め、成形型４７をナット取付穴３１および平面部３２が形成できる形状とすることで、内圧成形法によってハンドリムを成型すると同時にナット取付穴３１および平面部３２を形成することができる。
【００３９】
また、前記成形型４７の加熱温度は１１０℃から１６５℃であり、繊維強化樹脂の樹脂が硬化するまで１０分から９０分程度加熱する。なお、加熱温度と硬化時間は繊維に含浸している樹脂によって異なるので使用樹脂に合わせて調節する。
【００４０】
また、成形型を加圧する圧力は特に限定されるものではなく、チューブ４３への送気圧や樹脂の流動等によって成形型の蓋が浮き上がったり移動したりしない程度の圧力であればよい。
さらに、成形中のチューブ４３内の圧力は０．１Ｍｐａから１．０Ｍｐａ程度とされるが、本発明によれば、一般的な圧力である０．４Ｍｐａから０．５Ｍｐａよりも高く設定しても特に問題はない。
【００４１】
次に、前記加圧状態を一定時間保持して内圧成形を行った後、成形型を冷却し、硬化した成形品を型から取り出し、成形品の内部に残るチューブ４３を取り除き、このようにし
て、図１に示されるようなハンドリム１が得られる。
【００４２】
なお、成形型の冷却は任意の手段で行うことができるが、例えば、予備成形体の一端に開閉可能なバルブが挿入し、成形終了後、水や空気のような冷却用媒体をノズルから、開いた状態としたバルブへと流動させることができ、成形品を急冷することができる。これにより、成形サイクルの短縮が図られ、生産性が向上する。
【００４３】
また、ハンドリムの端部同士の接合は、例えば、前記端部同士との接合部に、テープ状の補強繊維を巻き付け、内圧成形法によってハンドリムを成型すると共に前記ハンドリムの端部同士を固定することによりハンドリムを成形することもできる。
【００４４】
また、本実施形態により製造したハンドリムの繊維強化樹脂製材料からなる外殻成形材料の繊維含有率が５０体積％〜７５体積％としている。
これにより、ハンドリムの高剛性化、軽量化を図ると共に、耐衝撃強度を向上させることができる。上記範囲としているのは、繊維含有率が５０体積％より小さいと、フレーム成形品の肉厚増加が大きく、各断面において断面２次モーメントが小さくなる。また、成形品の繊維含有率も低いことを意味しており、高剛性設計が困難になるという問題があるためである。また、繊維含有率が７５体積％より大きいと、高剛性化は可能であるが、樹脂割合が低下することとなり、衝撃強度が低下するという問題がある。
【００４５】
また、ハンドリムの繊維強化樹脂製材料からなる外殻成形材料の樹脂割合は、２５重量％以上５０重量％以下であることが好ましい。これにより、プリプレグのボイドの低減、目付量のばらつきを抑制しながら、耐衝撃強度を向上させることができる。成形時には樹脂流出が起こり、上記範囲の繊維含有率となるためである。また、成形時の予備成形体内への内圧、成形型を加圧する圧力及び、昇温速度、昇温開始温度による樹脂粘度と硬化時間を調整することで、繊維含有率を上記範囲とすることができる。
【００４６】
前記繊維強化樹脂製材料の繊維目付量は、５０ｇ／ｍ２以上２５０ｇ／ｍ２以下が好ましく、プリプレグ目付量は、１００ｇ／ｍ２以上４００ｇ／ｍ２以下が好ましい。上記範囲としているのは、目付量が上記範囲より小さいと、プリプレグの樹脂割合や目付量のばらつきが大きくなり、成形品の物性が不安定になるという問題があり、上記範囲より大きいと、同一重量にするにはプリプレグ積層数が減少し、設計自由度が低下する上に、目付量が大きいことは、プリプレグ厚みも増加し、プリプレグ端が下にある場合に、次層のプリプレグが重なった場合、繊維のクリンプが大きくなり強度低下が起こるという問題があるためである。
【００４７】
上記実施形態によれば、外殻内部が中空であるハンドリムが容易に得られる。この結果、ハンドリムの全質量が１８０ｇ〜２００ｇといった極めて軽量化したハンドリムを再現性よく製造することができる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例をもって本発明を更に詳細に説明する。
図７に示す、芯材４０には、ナイロン製のものを使用した。
前記芯材４０の外周に積層する外殻成形材料のプリプレグ４１ａには、エポキシ樹脂で樹脂割合は４２重量％、カーボン繊維目付量が１００ｇ／ｍ２、プリプレグの目付量１７２ｇ／ｍ２の一方向繊維のプリプレグ４１ａを使用した。
【００４９】
図８、図９に示す、芯材４０の外周に前記プリプレグ４１ａを５層積層したのち、芯材４０を抜き取って中空部を得た。
【００５０】
次に、図１０に示すように、積層された外殻成形材料の中空部内に、可撓性を有するナイロン製のチューブ４３を挿入させ、ハンドリムを形成するための予備成形体４５を得た。
次に、前期予備成形体４５を図１１に示す、成形型４７の上型４７ａ及び下型４７ｂに形成されたハンドリムに対応した形状のキャビティ４８内に配置した。また、成形型４７内に配置された予備成形体４５のチューブ４３の開口部には口金が取り付けられ、圧縮空気を送るパイプと接続された。
【００５１】
次いで、成形型を閉めてプレス機で加圧加熱して成形する。なお、成形型１５圧する圧力を１３Ｍｐａ、成形型の温度１３０℃とした。
成形型に充分圧力が加わったら、圧縮空気の弁を開いてチューブ１３内を０．４Ｍｐａの圧力条件で４０分間保持した。
この内圧付与により、チューブ４３は外方に膨張するので、その外周面に巻かれている外殻成形材料４１も徐々に膨張し、外殻成形材料４１が型内面に密着された。
【００５２】
このようにして内圧成形を行った後、冷却パイプを介して成形型４７内に冷却水を注入して型を５０℃以下に冷却し、型を開いて、硬化した成形品を型から取り出した。
次いで、成形品の内部に残るチューブ４３を取り除いて、図１に示す把ハンドリムを得た。その結果、ハンドリムの全質量が約１９０ｇとなり、極めて軽量化したハンドリムを再現性よく製造できた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のハンドリムを説明する全体図。
【図２】ハンドリムの断面円形状を説明する断面図。
【図３】駆動ホイールとハンドリムとの取付箇所を説明する拡大図。
【図４】インサートナットの取付箇所を説明する拡大図。
【図５】他の平面部を示す説明図。
【図６】駆動ホイールとハンドリムとの取付構造を示す説明図。
【図７】ハンドリムの製造方法を示す説明図。
【図８】ハンドリムの製造方法を示す説明図。
【図９】ハンドリムの製造方法を示す説明図。
【図１０】ハンドリムの製造方法を示す説明図。
【図１１】ハンドリムの製造方法を示す説明図。
【図１２】従来例を示す説明図。
【符号の説明】
【００５４】
１    ハンドリム
２    中空部
１０    軸部材
１０ａ    雄ネジ部材
１１    インサートナット
１２    カラー
２０    駆動ホイール
２０ａ    平面軸
３０    中心軸
３１    ナット取付穴
３２    平面部
３３    凹部
３４    凸部
４０    芯材
４１    外殻成形部材
４１ａ    プリプレグ
４３    チューブ
４５    予備成形体
４６    開口部
４７    成形型
４７ａ    上型
４７ｂ    下型
４８    キャビティ
５１    インサートナット
５２    カラー
５３    貫通孔
５４    ハンドリム
５５    駆動ホイール
【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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