(57)【要約】      （修正有）【課題】片手で操作可能な操作機構を有する片手用車椅子を提供する。【解決手段】車椅子フレーム１の内部と外部を結ぶ回転可能な中空軸１０を設ける。この中空軸１０に溝を設け、左折用ハンドリム６に加えた操作情報の伝達経路を確保する。直進用ハンドリム７と右折用ハンドリム８と左車輪２を連結する中実軸９を中実軸１０の内部を通す。この中実軸９に溝を設け、直進用ハンドリム７および右折用ハンドリム８に加えた操作情報の伝達経路を確保する。中空軸１０と中実軸９は独立に回転できる構造にする。以上により、直進、左折および右折の操作意思を表す信号を取得可能とする。操作意思と左車輪２および右車輪３の回転状態に関する情報を用いて、モーター３８、３９、電磁クラッチ３６、３７、電磁ブレーキ４０、４１を制御して、パワーアシスト、上り坂の逆転防止、下り坂の速度制限、片流れ現象の軽減を行い、片手用車椅子の走行をアシストする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車椅子の片側に取り付けられた直進用ハンドリム、左折用ハンドリムおよび右折用ハンドリムに操作者が加える操作の情報を取得し、アシスト機構にその情報を送ることを可能とする中空軸を備え、片手で車椅子操作可能な操作機構を有することを特徴とする片手用車椅子。
【請求項２】
前記車椅子操作機構から得られる操作情報を用いて、「右車輪の回転速度測定装置」と「左車輪の回転速度測定装置」と「右車輪を停止させることができる電磁ブレーキ」と「左車輪を停止させることができる電磁ブレーキ」と「右車輪の運動を制御できるモーター」と「左車輪の運動を制御できるモーター」と「右車輪用のモーターと右車輪を切り離すことができる電磁クラッチ」と「左車輪用のモーターと左車輪を切り離すことができる電磁クラッチ」を制御することにより、直進のパワーアシスト、左折のパワーアシスト、右折のパワーアシスト、上り坂の逆転防止、下り坂の走行速度制限および片流れ現象の軽減を可能とするアシスト機能を有することを特徴とする請求項1記載の片手用車椅子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、走行をアシストする機能を有する片手で操作可能な車椅子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハンドリムを用いた従来の片手用車椅子は、図１に示すように、片側に２本のハンドリムを装備する方式である。それに対して、図２に示すような、３本ハンドリム方式が報告されている。（
【非特許文献１】）この３本ハンドリム方式は、人力のみで車椅子を操作する場合には有効である。また、直進のパワーアシストは可能である。しかしながら、図２の方式では、左折および右折の場合は、操作者の希望する進行方向を示す信号を取得することができなかった。したがって、アシスト機能は直進のパワーアシストに限定されていた。
【非特許文献２】中西剛史、安田寿彦、桑原将吾、田中勝之著  「電動式片手用車椅子の開発  −第２報  ３本ハンドリム式操作機構とパワーアシスト」  第２２回バイオメカニズム学術講演会講演論文集  ３１〜３４頁  ２００１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以上の技術によれば、直進のパワーアシストは可能であったが、左折あるいは右折のパワーアシストは不可能であった。この発明は、直進のパワーアシスト、左折のパワーアシスト、右折のパワーアシスト、上り坂の逆転防止、下り坂の走行速度制限および片流れ現象の軽減を行い、操作者の少ない身体的負担で安全な走行が可能となる片手で操作できる車椅子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以上の課題を解決するために、第一発明は、車椅子の片側に取り付けられた直進用ハンドリム、左折用ハンドリムおよび右折用ハンドリムに操作者が加える操作の情報を取得し、アシスト機構にその情報を送ることを可能とする中空軸を備え、片手で車椅子操作可能な操作機構を有することを特徴とする片手用車椅。である。
【０００５】
また、第二発明は、前記の車椅子操作機構から得られる操作情報を用いて、「右車輪の回転速度測定装置」と「左車輪の回転速度測定装置」と「右車輪を停止させることができる電磁ブレーキ」と「左車輪を停止させることができる電磁ブレーキ」と「右車輪の運動を制御できるモーター」と「左車輪の運動を制御できるモーター」と「右車輪用のモーターと右車輪を切り離すことができる電磁クラッチ」と「左車輪用のモーターと左車輪を切り離すことができる電磁クラッチ」を制御することにより、直進のパワーアシスト、左折のパワーアシスト、右折のパワーアシスト、上り坂の逆転防止、下り坂の走行速度制限および片流れ現象の軽減を可能とするアシスト機能を有することを特徴とする片手用車椅子である。
【発明の効果】
【０００６】
第一発明および第二発明によれば、左折したい、右折したい、直進したいという操作者の意思をアシスト機構に伝達することができ、アシスト機構によって、パワーアシスト、上り坂での逆転防止、下り坂での走行速度制限、片流れ現象の軽減を行い、片手で車椅子を操作する際の身体的負担を軽減し、かつ、平地、上り坂、下り坂を片手の車椅子操作で安全に走行できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
この発明の一実施形態を、図３、図４、図５、図６および図７に示す。
ただし、図３は車椅子を後方から見た背面図である。
車椅子の右側に右折用ハンドリム８、直進用ハンドリム７、左折用ハンドリム６がそれぞれ１本、合計３本設けられている。
【０００８】
図４に示す、左折用ハンドリム６、クラッチカップリング１４、中空軸１０および右車輪３は一体となっている。中空軸１０はベアリング１８を介して、車椅子フレーム１に固定された右側板５に取り付けられている。したがって、左折用ハンドリム６を回転させることにより、右車輪３のみが回転し、車椅子が左折する。
【０００９】
右折用ハンドリム８、中実軸９および左車輪２は一体となっている。中実軸９はベアリング１９を介して、車椅子フレーム１に固定された左側板４に取り付けられている。また、中実軸９は中空軸１０の内部に設置されたベアリング２０を介して、中空軸１０の中を通っている。したがって、右折用ハンドリム８を回転させることにより、左車輪２のみが回転し、車椅子が右折する。
【００１０】
クラッチ本体１３は中実軸９に固定されている。直進用ハンドリム７が中立の状態にあるときには、クラッチ本体１３とクラッチカップリング１４は分離しており、クラッチ本体１３とクラッチカップリング１４は別々に回転することができる。
【００１１】
直進用ハンドリム７を前向きに回転させるとクラッチ（クラッチ本体１３とクラッチカップリング１４で構成）が操作されて、クラッチ本体１３とクラッチカップリング１４が連結する。このとき、同時に、直進用ハンドリム７に加えた力をクラッチ本体１３に伝達できる状態になる。この状態で、さらに、直進用ハンドリム７を前向きに回転させると、クラッチ本体１３とクラッチカップリング１４が一体となって回転する。したがって、クラッチ本体１３と中軸軸９を介して連結している左車輪２が回転し、さらに、クラッチカップリング１４と一体となっている右車輪３も同時に回転する。すなわち、一体となった直進用ハンドリム７、左車輪２、右車輪３が同じ速度で回転し、車椅子が前向きに直進する。
【００１２】
直進用ハンドリム７を後ろ向きに回転させるとクラッチ（クラッチ本体１３とクラッチカップリング１４で構成）が操作されて、クラッチ本体１３とクラッチカップリング１４が連結する。このとき、同時に、直進用ハンドリム７に加えた力をクラッチ本体１３に伝達できる状態になる。この状態で、さらに、直進用ハンドリム７を後ろ向きに回転させると、クラッチ本体１３とクラッチカップリング１４が一体となって回転する。したがって、クラッチ本体１３と中軸軸９を介して連結している左車輪２が回転し、さらに、クラッチカップリング１４と一体となっている右車輪３も同時に回転する。すなわち、一体となった直進用ハンドリム７、左車輪２、右車輪３が同じ速度で回転し、車椅子は後ろ向きに直進する。
【００１３】
図４に示すように、左折用ハンドリム６に取り付けられた左折トルク検出センサ１５の信号線２１は中空軸１８に設けられた溝を通して車椅子フレーム１の内部に入り、中空軸１にとりつけられた右スリップリング１２の右スリップリング内輪１２Aに入る。右スリップリング内輪１２Aは中空軸１０とともに回転するが、右スリップリング外輪１２Bは内輪と一緒に回転しない。右スリップリング内輪１２Aに入った左折トルク検出センサ１５の信号は、右スリップリング外輪１２Bから取り出すことができる。右スリップリング１２の使用によって、信号線２１が中空軸１０に巻きつくことはない。したがって、操作者が左折用ハンドリム６に加えた情報をアシスト機構に送ることができる。
【００１４】
直進用ハンドリム７に取り付けられた直進トルク検出センサ１６の信号線２２は中実軸９に設けられた溝を通して車椅子フレーム１の内部に入り、中実軸９にとりつけられた左スリップリング１１の内輪１１Aに入る。左スリップリング内輪１１Aは中実軸９とともに回転するが、左スリップリング外輪１１Bは回転しない。左スリップリング内輪１１Aに入った信号は、左スリップリング外輪１１Bから取り出すことができる。左スリップリング１１の使用によって、信号線２２が中実軸９に巻きつくことはない。したがって、操作者が直進用ハンドリム７に加えた情報をアシスト機構に送ることができる。
【００１５】
同様に、右折用ハンドリム８に取り付けられた右折トルク検出センサ１７の信号線２３は中実軸９に設けられた溝を通して車椅子フレーム１の内部に入り、中実軸９にとりつけられた左スリップリング１１の左スリップリング内輪１１Aに入る。このとき、信号線２２と信号線２３は左スリップリング内輪１１Aの別々の端子から、左スリップリングないりん１１Aに入る。左スリップリング内輪１１Aは中実軸９とともに回転するが、スリップリング外輪１１Bは回転しない。左スリップリング内輪１１Aに入った信号は、左スリップリング外輪１１Bから取り出すことができる。左スリップリング１１の使用によって、信号線２３が中実軸９に巻きつくことはない。したがって、操作者が右折用ハンドリム８に加えた情報をアシスト機構に送ることができる。
【００１６】
なお、直進用ハンドリム７はクラッチ本体１４を介して常に中実軸９とともに回転し、右折用ハンドリム８は中実軸９と一体となっている。したがって、信号線２２あるいは信号線２３は直進用ハンドリム７を回転させた場合も共に回転し、右折用ハンドリム８を回転させた場合も共に回転するので、直進用ハンドリム７を回転させた場合も、右折用ハンドリム８を回転させた場合も断線することはない。
【００１７】
つぎに、直進操作のとき、左車輪２と右車輪３が一体になるしくみを図５、図６および図７に示す。
直進用ハンドリム７を回転させると、直進用ハンドリム７に取り付けられている中空ボス２４が回転する。中空ボス２４は、クラッチ本体１３の円柱部のまわりを回転および並進できる。クラッチ本体１３には、ピン２６が固定されている。中空ボス２４には中空ボス外面と内面を貫通する半円形スリット２５があけられており、この半円形スリット２５に、クラッチ本体１３に固定されたピン２６が通してある。直進用ハンドリム２４が操作されないときは、直進用ハンドリム７は中立位置であり、ピン２６は半円形スリット２５の円弧部中央に位置する。この中立位置は直進用ハンドリム７と右折用ハンドリム８の間に取り付けられたばねA３０およびばねB３１によって、保持される。ばねA３０およびばねB３０は同じばねであり、直進用ハンドリムの中立位置において、同じ長さとなるように設置する。
【００１８】
直進用ハンドリム７を車椅子が前進する方向に回転させると、中空ボス２４が回転し、ピン２６と半円形スリット２５によって、中空ボス２４が左方向に誘導され、クラッチ本体１３上を中空ボス２４が左方向に並進する。
【００１９】
図６に示すように、中空ボス２４が左に並進すると、中空ボス２４の内面がクラッチ本体１３のレバー２７を押し下げる。クラッチ本体１３のレバー２７が押し下げられると、クラッチ本体摩擦板２８とクラッチカップリング摩擦板２９が密着し、クラッチ本体１３がクラッチカップリング１４に連結する。クラッチ本体１３は中実軸９を介して左車輪２と一体となっており、クラッチカップリング１４は中空軸１０を介して右車輪３と一体となっている。したがって、直進用ハンドリム７を車椅子が前進する方向に回転するだけで、以上のような動作が発生し、直進用ハンドリム７、左車輪２および右車輪３が一体化する。
【００２０】
この状態で、さらに直進用ハンドリム７を車椅子が前進する方向に回転させると、ピン２６が半円形スリット２５の下端に到達し、それ以上、中空ボス２４とクラッチ本体１３の相対的回転が不可能となる。この状態で、直進用ハンドリム７を車椅子が前進する方向に回転させると直進用ハンドリム７とクラッチ本体１３が一体となって回転し、その結果、左車輪２と右車輪３が一体となって回転する。
【００２１】
直進用ハンドリム７から手を離すと、直進用ハンドリムの前進方向回転によって伸びたばねA３０が縮み、前進操作によって縮んだばねB３１が伸びて、ばねA３０およびばねB３１が中立状態における長さになろうとし、中空ボス２４が回転し、ピン２６と半円形スリット２５に誘導されて、中空ボス２４が右に並進する。その結果、図５の中立状態に復帰する。したがって、レバー２７が上がり、クラッチ本体摩擦板２８とクラッチカップリング摩擦板２９が分離する。これにより、直進用ハンドリム７から手を離すだけで左車輪２と右車輪３は分離し、ただちに、左折操作あるいは右折操作に切り換えることが可能な状態になる。
【００２２】
直進用ハンドリム７を車椅子が後退する方向に回転させると、中空ボス２４が回転し、ピン２６と半円形スリット２５によって、中空ボス２４が左方向に誘導され、クラッチ本体１３上を中空ボス２４が左方向に並進する。
【００２３】
図７に示すように、中空ボス２４が左に並進すると、中空ボス２４の内面がクラッチ本体１３のレバー２７を押し下げる。クラッチ本体１３のレバー２７が押し下げられると、クラッチ本体摩擦板２８とクラッチカップリング摩擦板２９が密着し、クラッチ本体１３がクラッチカップリング１４に連結する。クラッチ本体１３は中実軸９を介して左車輪２と一体となっており、クラッチカップリング１４は中空軸１０を介して右車輪３と一体となっている。したがって、直進用ハンドリム７を車椅子が後退する方向に回転するだけで、以上のような動作が発生し、直進用ハンドリム７、左車輪２および右車輪３が一体化する。
【００２４】
この状態で、さらに直進用ハンドリム７を車椅子が後退する方向に回転させると、ピン２６が半円形スリット２５の上端に到達し、それ以上、中空ボス２４とクラッチ本体１３の相対的回転が不可能となる。この状態で、直進用ハンドリム７を車椅子が後退する方向に回転させると直進用ハンドリム７とクラッチ本体１３が一体となって回転し、その結果、左車輪２と右車輪３が一体となって回転する。
【００２５】
直進用ハンドリム７から手を離すと、直進用ハンドリム７の後退方向回転によって縮んだばねA３０が伸び、後退方向回転によって伸びたばねB３１が縮んで、ばねA３０およびばねB３１が中立位置における長さになろうとし、中空ボス２４が回転し、ピン２６と半円形スリット２５に誘導されて、中空ボス２４が右に並進する。その結果、図５の中立状態に復帰する。したがって、レバー２７が上がり、クラッチ本体摩擦板２８とクラッチカップリング摩擦板２９が分離する。これにより、直進用ハンドリム７から手を離すだけで左車輪２と右車輪３は分離し、ただちに、左折操作あるいは右折操作に切り換えることが可能な状態になる。
【００２６】
直進のパワーアシストはつぎのようにして実施する。操作者が直進用ハンドリム７に前進方向のトルクが加えると直進トルク検出センサ１６が操作者の操作トルクを検出する。このときには、左電磁ブレーキ４０および右電磁ブレーキ４１をオフ、左電磁クラッチ３６および右電磁クラッチ３７をオンにする。左モーター３８および右モーター３９に電流を流して、前進をアシストする同じ強さのモータートルクを左駆動力伝達ローラー３４および右駆動力伝達ローラーを介して、左車輪２および右車輪３に加える。操作者が後退方向のトルクを加えた場合は、後進をアシストする同じ強さのモータートルクを左車輪２および右車輪３に加える。
【００２７】
左折のパワーアシストはつぎのようにして実施する。操作者が左折用ハンドリム６に前進方向のトルクが加えると左折トルク検出センサ１５が操作者の操作トルクを検出する。このときには、左電磁ブレーキ４０および右電磁ブレーキ４１をオフ、左電磁クラッチ３６をオフ、右電磁クラッチ３７をオンにする。右モーター３９に電流を流して、モータートルクを右車輪３に加える。操作者が後退方向のトルクを加えた場合は、後進をアシストするモータートルクを右車輪３に加える。
【００２８】
右折のパワーアシストはつぎのようにして実施する。操作者が右折用ハンドリム８に前進方向のトルクが加えると右折トルク検出センサ１５が操作者の操作トルクを検出する。このときには、左電磁ブレーキ４０および右電磁ブレーキ４１をオフ、左電磁クラッチ３６をオン、右電磁クラッチ３７をオフにする。左モーター３８に電流を流して、モータートルクを左車輪２に加える。操作者が後退方向のトルクを加えた場合は、後進をアシストするモータートルクを左車輪３に加える。
【００２９】
上り坂の逆転防止はつぎのようにして実施する。左折トルク検出センサ１５、直進トルク検出センサ１６および右折トルク検出センサ１７がすべて操作者の後退方向の操作トルクを検出していないときに、左回転速度計測装置３２および右回転速度計測装置３３によって車椅子が後退方向に加速していることが検出されると、上り坂で逆転していると判断する。このとき、左モーター３８および右モーター３９を停止状態にし、左電磁クラッチ３６、右電磁クラッチ３７、左電磁ブレーキ４０および右電磁ブレーキ４１をオンにして、左車輪２および右車輪３が回転できない状態にする。
【００３０】
左車輪２および右車輪３が逆転防止機能によって回転できない状態になっているときに、直進用ハンドリム７に操作者がトルクを加えると、左電磁ブレーキ４０および右電磁ブレーキ４１をオフにし、左モーター３８および右モーター３９に電流を流して、直進走行をパワーアシストする。
【００３１】
左車輪２および右車輪３が逆転防止機能によって回転できない状態になっているときに、左折用ハンドリム６に操作者がトルクを加えると、右電磁ブレーキ４１をオフにし、右モーター３９に電流を流して、右折走行をパワーアシストする。
【００３２】
左車輪２および右車輪３が逆転防止機能によって回転できない状態になっているときに、右折用ハンドリム８に操作者がトルクを加えると、左電磁ブレーキ４０をオフにし、左モーター３８に電流を流して、左折走行をパワーアシストする。
【００３３】
下り坂の速度制限はつぎのようにして実施する。左折トルク検出センサ１５、直進トルク検出センサ１６および右折トルク検出センサ１７がすべて操作者の前進方向の操作トルクを検出していないときに、左回転速度計測装置３２および右回転速度計測装置３３によって車椅子が前進方向に加速していることが検出されると、車椅子が重力によって下り坂を降りていると判断する。このとき、左回転速度計測装置３２および右回転速度計測装置３３によって観測された車椅子の走行速度が、予め設定しておいた危険速度を越えると、左モーター３８および右モーター３９に後退方向のトルクを発生する電流を流し、左電磁クラッチ３６および右電磁クラッチ３７をオン、左電磁ブレーキ４０および右電磁ブレーキ４１をオフにして、左車輪２および右車輪３に車椅子を減速させるトルクを供給する。
【００３４】
片流れ現象の軽減はつぎのようにして実施する。直進用ハンドリム７に操作者がトルクを加えていることを直進トルク検出センサ１６が検出したとき、操作者は直進したいと判断する。このとき、操作者が直進用ハンドリム７から手を離した後、左回転速度計測装置３２および右回転速度測定装置３３によって観測された左車輪２の回転速度と右車輪３の回転速度が異なっていることが検出された場合、片流れ現象が発生していると判断する。このときには、左モーター３８あるいは右モーター３９によって、回転速度が遅い方の車輪の速度を加速する。この動作は、つぎに操作者が直進用ハンドリム７あるいは左折用ハンドリム６あるいは右折用ハンドリム８を操作するまで、あるいは、３本のハンドリムから操作者の手が離れている間の左車輪２の回転量と右車輪３の回転量が一致するまで、実行する。
【００３５】
「実施形態の効果」
この実施形態によれば、車椅子の直進走行は直進用のハンドリムを回すだけで実現する。また、右折したい、左折したい、直進したいという車椅子操作者の意思が信号線を通じ、アシスト機構に伝達できる。信号線が回転軸に巻きつき切断することがない。したがって、右折、直進、左折のすべての場合にパワーアシストが可能となり、片手用車椅子操作時の身体的負担を軽減できる。さらに、上り坂における逆転防止、下り坂における速度制限、片流れ現象の軽減が可能となり、片手用車椅子を安全に走行させることができる。
【００３６】
「他の実施形態」
図３、図４、図５、図６および図７の実施形態では、右手のみで車椅子を操作する場合であるが、左手のみで車椅子を操作する場合は図３、図４、図５、図６および図７を左右対称にした実施形態で対応できる。
【００３７】
中実軸９および中空軸１０に電磁クラッチを取り付けて、左モーター３８および右モーター３９の発生するアシストトルクの伝達を制御する方法もある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】２本のハンドリムを用いた片手用車椅子の従来技術を示す背面図である。
【図２】３本のハンドリムを用い、直進のみパワーアシスト可能な片手用車椅子の従来技術を示す背面図である。
【図３】この発明の一実施形態を示す背面図である。
【図４】この発明の一実施形態を示す操作機構の断面図である。
【図５】この発明の一実施形態を示す直進操作機構説明図である。ただし、直進操作前の中立状態を示す。
【図６】この発明の一実施形態を示す直進操作機構説明図である。ただし、前進操作後の前進トルク伝達可能状態を示す。
【図７】この発明の一実施形態を示す直進操作機構説明図である。ただし、後退操作後の後退トルク伝達可能状態を示す。
【符号の説明】
【００３９】
１  車椅子フレーム  ２  左車輪
３  右車輪          ４  左側版
５  右側版          ６  左折用ハンドリム
７  直進用ハンドリム ８  右折用ハンドリム
９  中実軸          １０  中空軸
１１  左スリップリング                      １１A  左スリップリング内輪
１１B  左スリップリング外輪            １２  右スリップリング
１２A  右スリップリング内輪            １２B  右スリップリング外輪
１３  クラッチ本体  １４  クラッチカップリング
１５  左折トルク検出センサ            １６  直進トルク検出センサ
１７  右折トルク検出センサ            １８  ベアリング
１９  ベアリング     ２０  ベアリング
２１  信号線        ２２  信号線
２３  信号線        ２４  中空ボス
２５  半円形スリット ２６  ピン
２７  レバー        ２８  クラッチ本体摩擦板
２９  クラッチカップリング摩擦板        ３０  ばねA
３１  ばねB        ３２  左回転速度計測装置
３３  右回転速度計測装置                    ３４  左駆動力伝達ローラー
３５  右駆動力伝達ローラー            ３６  左電磁クラッチ
３７  右電磁クラッチ ３８  左モーター
３９  右モーター     ４０  左電磁ブレーキ
４１  右電磁ブレーキ
【図１】
2007075479.tif 000003
【図２】
2007075479.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007075479.tif 000006
【図５】
2007075479.tif 000007
【図６】
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【図７】
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