(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車いすの左右のフレームにそれぞれ固着され、左右の車輪の回転軸にそれぞれ連結された２個の液体ポンプと、
車いすの左右のフレームにそれぞれ固着され、前記液体ポンプから吐き出された液体が再び前記液体ポンプの吸い込み口に循環するための２組の液体循環回路と、
前記２つの液体循環回路中にそれぞれ設けられた液体を貯蔵する２つの容器と、
通過する液体の流量を制御することによって車輪の回転に制動力を与えるため、車いすの左右のフレームにそれぞれ固着され、前記容器と前記液体ポンプとを連結する前記液体循環回路の２本の管の途中に設けられた一対の双方向連動弁と、
車いすの進行方向に対して内側に直角方向に回動した場合にブレーキがかかり、車いすの進行方向と平行な位置に回動した場合にブレーキが解除されるように前記双方向連動弁に装着された操作レバーと、
を備えたことを特徴とする車いす用のブレーキ装置。
【請求項２】
前記双方向連動弁は車いすの左右のフレームの前部に固着され、
更に、通過する液体の流量を制御することによって車輪の回転に制動力を与えるため、車いすの左右のフレーム後方にそれぞれ固着され、前記容器と前記液体ポンプとを連結する前記液体循環回路の２本の管の途中に設けられた一対の第２の双方向連動弁を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の車いす用のブレーキ装置。
【請求項３】
更に、通過する液体の流量を制御することによって車輪の一方向の回転のみに制動力を与えるために、前記液体循環回路の途中に設けられた、逆止弁が並列接続された双方向弁を備えたことを特徴とする請求項１に記載の車いす用のブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は人力を動力とする手動車いすや自転車の車輪の制動を軽い力で操作できるブレーキ装置に関し、特に、回転している車輪の動きを制御したり、静止している車輪を固定したり、車輪の回転を一方向のみにするなどの多彩な制御が可能となるブレーキ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、人力を動力とする手動車いすや自転車の車輪の回転を制御するブレーキ装置には、回転している車輪の動きを制御する制動ブレーキ装置と、静止している車輪の動きを固定する駐車ブレーキ装置があった。前者のブレーキ装置は、一般に回転している車輪のホイールなどに摩擦係数の高い材質からなるブレーキ板を人力で押し付けて制御するものである。また後者のブレーキ装置は静止している車輪のタイヤなどにバネの力でブレーキ板を押し付けて固定させようとするものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような、従来のブレーキ装置においては、ブレーキ装置を作動させるために必要な力は、てこの原理である程度増強されるものの、大きな制動力を与えるためにはかなりの人力を必要とした。一般の健常者ならさほど問題ではないが、高齢者で自転車に乗っている人や、高齢者あるいは障害者で手動車いすを使用している人、更には介護のために車いすを押している介護者などにおいてもブレーキを操作するための力が不足し、確実にブレーキを掛けづらいという問題点があった。
【０００４】
また、車いすより立ち上がる際にブレーキ装置を掛け忘れてしまうような知的障害のある高齢障害者には、立ち上がる際に自動的に車いすのブレーキが掛かる装置が必要となるが、そのような装置ではバネなどの機械的エネルギーやバッテリなどの電気的エネルギーを利用してブレーキを掛ける必要があるため、従来のブレーキ装置に適用しても十分な制動力が得られないという問題点もあった。
【０００５】
本発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決し、軽い力でブレーキの操作が可能となるブレーキ装置を提供することにある。更に本発明の目的は、制動ブレーキと駐車ブレーキと一方向制動ブレーキを一つのブレーキ装置で実現可能なブレーキ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のブレーキ装置は、車輪の回転軸に連結されたポンプにより液体を吐き出し、該吐き出した液体が再びポンプの吸い込み口に循環する液体循環回路を形成し、該液体循環回路の途中に弁を設け、その弁を通過する液体の流量を制御することによって車輪の回転に制動力を与えることを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、ポンプとして、任意の回転位置における静止状態において吸い込み側と吐き出し側の間に液漏れが無く、回転方向によって液の流れが逆転するような機能を持ったポンプを使用し、少なくとも該ポンプの吐き出し側における液の流量を弁によって制御することによって、ポンプの回転に制動力を与えるように作用する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の原理を説明するための液圧回路図である。ポンプ１の回転軸は制動力を与える車輪に連結されている。ポンプ１は、前記したように、任意の回転位置における静止状態において吸い込み側と吐き出し側の間に液漏れが無く、回転方向によって液の流れが逆転するような機能を持ったポンプを使用し、例えば市販されている油圧モータであるオービット（登録商標）モータ（後述する）をポンプ１として採用可能である。
【０００９】
車輪の正転時に液が吐き出される吐き出し口７は管３を介して弁２に接続されており、弁２の他方の口は管４を介してポンプ１の逆転時に液が吐き出される吐き出し口６に接続され、液体循環回路が形成されている。
【００１０】
弁２が開かれている時にはポンプ１から吐き出された液は循環するので、車輪は正方向あるいは逆方向に自由に回転可能である。いま、正転時に車輪に制動力を与える場合には、ポンプ１の回転に制動力を与えればよい。そこで、弁２のレバー５を操作して弁２を完全に閉じると、管３の内部は急激に圧力が上昇する。するとこの圧力がポンプ１のローターに反力として作用するため、圧力値が高いほどポンプ１のローターに作用する反力も大きくなり、ポンプ１は回転を止め、結果としてポンプに連結している車輪の回転が止まる。ポンプ１が逆方向に回転しているときも同じく管４の内圧が上昇し、回転が止まる。
【００１１】
なお、弁２を完全に閉じるのではなく、一部しか閉じないと、循環している液の流量が制限されるため、吐き出し側の液圧は弁の開量に応じて増加し、その反力が液圧ポンプの回転に制動を掛けることになる。つまり、弁の開量をレバー５によって制御することによって、ブレーキの制動量を制御できることになる。
【００１２】
図２は、車いすに本発明を適用した場合の液圧回路図である。左右の車輪にはそれぞれポンプ１０が直結されており、それぞれのポンプ１０の液圧回路は独立している。本実施例においては、一対の双方向連動弁１１を使用しており、それぞれの弁の操作部１２、１３は同一の軸に連結されており、該軸をレバーによって回動させることにより、一対の弁が同時に開閉あるいは流量制御される。
【００１３】
ポンプ１０の２つの吐き出し口はそれぞれ管１６、１７を介して双方向連動弁１１に接続されている。そして、連動弁１１の他方の２つの口は、管１８、１９を介して液１５を貯蔵する容器１４に接続されている。容器１４は、液１５の補充・交換、液体の循環回路内に混入した空気等の除去、あるいはゴミの除去などの機能を有する。
【００１４】
図３は、本発明のポンプ１０として採用可能な油圧モータの構造例を示す断面図である。このモータは前記したように、米国イートン社が製造し、オービット（登録商標）モータとして市販されている。このモータは、スター型のロータ３１およびリング３０からなる駆動部（図３左側の断面図）と、ロータリーバルブ機能を備えた出力シャフト３６を有するバルブ部（図３右側の断面図）からなり、偏芯しているロータ３１と出力シャフト３６は自由継ぎ手機能を有する軸３２で連結されている。従って、ロータ３１の自転と出力シャフト３６の回転は同期している。
【００１５】
駆動部は７つの溝を持つリング３０と６つの突起部を持つロータ３１からなり、ロータ３１の各突起部はリング３０の内面と接触しながら偏芯して回転する。ロータリバルブの出力口とリング３０の各溝の間にはそれぞれ液の流路３３が形成されている。
【００１６】
該モータがポンプとして動作する場合には、出力シャフト３６の正転（あるいは逆転）に従って、ロータ３１が公転しながら自転する。すると、リング３０の溝とロータ３１の隙間の容量がそれぞれ独立して増減する。容量の増加時にはロータリーバルブの働きによって逆転側吐き出し口４０（６）と接続されているので、液を吸い込む。また、容量の減少時にはロータリーバルブの働きによって正転側吐き出し口３９（７）と接続されているので、液を吐き出す。逆転の場合には液の流れが逆転する。
【００１７】
図４、５は本発明を適用した車いすの側面図および背面図である。２個のポンプ１０はそれぞれ車いすの車輪２１の軸に直結されている。それぞれの操作レバー２０を左右それぞれの手で操作できるように、２個の双方向連動弁１１がそれぞれ車いすの左右側面のフレームに固定されている。双方向連動弁１１とポンプ１０の間および双方向連動弁１１と容器１４の間はそれぞれ２本の管１６、１７、１８、１９によって連結され、図２に示すような液圧回路が形成されている。左右のブレーキ装置が独立しているのは、車いすのシート部分を持ち上げることによって、車いすを折り畳み、幅を小さくすることができるようにするためである。
【００１８】
いま、車いすの使用者が座面に座って車いすを移動させているときは、連動弁１１は開いた状態であり、レバー２０の位置は図４、５の状態よりそれぞれ内側に９０度回転した位置に来るようにする。これは、レバーがこの位置にあると、立ち上がる際の邪魔になるので、立ち上がる際には、必ずレバーを左右に開いてブレーキを掛けることになり、ブレーキのかけ忘れを防止する意味がある。ここで、車いすの使用者が車いすから立ち上がるために車いすのブレーキ装置を掛ける場合には、図４、５に示すように、レバー２０を水平外側に９０度回転させる。すると弁１１が閉じられ、ポンプ１０に大きな制動力が加わることになる。この際、ブレーキを掛けるための力はレバー２０を９０度回転させるだけの力であればよいので、ごく小さな力でブレーキ装置を作動させることができる。
【００１９】
以上、第１の実施例を説明したが、以下のような変形例も考えられる。図６（（ａ）は、第２の実施例における液圧回路図である。なお、片方の液圧回路図のみを示す。第２の実施例は、第１の実施例に加えてもう一つの双方向連動弁５０を直列に接続したものである。このブレーキ装置は、双方向連動弁１１を閉じても、双方向連動弁５０を閉じても制動力が発生する。つまり離れた２ヶ所からブレーキを操作することが簡単にできるわけである。
【００２０】
このようなブレーキ装置は、一台の手動車いすを、障害者自身が移動用として利用したり、介助者が介助用として利用したりする際に有効である。例えば、ある程度長い距離の外出のために、車いすに座っている障害者を介護者が車いすの背後から押して進む場合に、坂道の下りなどでは介護者が制動ブレーキを掛けながら進まないと危険で、このためには車いすの後ろ側にブレーキ操作装置が必要になる。他方、障害者自身がトイレなどに独力で室内移動を行なう場合は、トイレで障害者自身が車いすのブレーキを掛けて立ち上がることが必要で、ブレーキ操作装置は車いすの前方になければならない。
【００２１】
つまり第２実施例のような構成は、一台の車いすに対して二人の操作者が別々に、しかも一人は駐車ブレーキとして、もう一人は制動ブレーキとして操作する際に極めて便利なブレーキ装置であり、油圧ポンプを利用することによって簡単に実現できることになる。
【００２２】
図６（ｂ）は、一対の双方向連動弁１１に加えて、逆転時の吐き出し口側に並列接続した逆止弁５２と双方向弁５１を直列に接続した、ブレーキ装置の第３の実施例の液圧回路図である。この場合は、一対の双方向連動弁１１の開閉によってブレーキ効果が得られるが、それに加えて、双方向弁５１を閉じてもポンプ１０が正方向に回転している限りは逆止弁５２を介して液が循環するため、制動力は発生しない。しかし、ポンプ１０を逆方向に回転しようとすると、逆止弁５２が液の循環を阻止するために逆方向の回転に対しては大きな制動力を発生することになる。
【００２３】
このようなブレーキ装置は、例えば車いすの使用者が車いすで坂道を登るときに有用になる。車いす使用者は坂道の直前に双方向弁を閉じてから、坂道を登り始める。すると、車いすの車輪は前進方向には抵抗なく回転するものの、逆に回転しようとすると大きな制動力を受けることになる。つまり、坂を登る途中でそのまま休止しても、車いすが重力の影響で逆回転して坂を下ってしまうことがない。この結果、車いすの使用者は坂の登りの途中で休みながら、各自の肉体的疲労を考慮しつつ少しずつ前進することが可能となり、障害者が利用するブレーキ装置としては極めて有用である。
【００２４】
図６（ｃ）は、第４の実施例の液圧回路図である。この実施例は、第１の実施例のブレーキ装置（図２）の双方向連動弁１１（５３）のそれぞれに逆止弁５４、５５を並列に接続したものである。第１の実施例の回路においては、吸い込み側の弁も閉じるために、もしも、吐き出し側の弁が完全に閉じていない場合にはポンプ１０から液が流出し、ポンプ１０の吸い込み側に真空状態が発生して、空気の混入等が生じる恐れがあった。第４の実施例は、この問題点を解決するために、ポンプ１０の吸い込み側においては、逆止弁５４あるいは５５を介して容器１４から液が流入するように構成し、真空状態の発生を防止する。
【００２５】
図７は、第５の実施例の構成を示す説明図である。第１の実施例のブレーキ装置は左右の車輪に対して別々に作動するものであるが、操作が面倒である。そこで、連動弁６０、６１を左右のポンプ１０の近くに置き、ブレーキを掛けるレバー７０と連動弁のレバー６２、６３とはフレキシブルワイヤー６８、６９で接続し、レバー７０の回転の動きでワイヤー６６、６７を引っ張り、一つのレバー７０で左右の連動弁６０、６１を同時に開閉する。なお、非制動時にはバネ６４、６５の力によってレバー６２、６３が開の位置に戻るようにしておく。
【００２６】
このような構成により、車いすが折り畳み可能であり、かつ１本のレバーで両輪にブレーキを掛けることができる。なお、車いすの走行時には液が循環するので、ポンプと弁の間の距離が長いと流体抵抗が増し、走行するための負荷が重くなってしまう。しかし、第５の実施例においては、弁あるいは弁と液体容器とをポンプの近傍あるいはポンプと一体化して設置可能であり、走行時の負荷の増加を最小限に押さえることができる。
【００２７】
以上、実施例を説明したが、更に以下のような変形例も考えられる。ポンプとしては、前記したように任意の回転位置における静止状態において吸い込み側と吐き出し側の間に液漏れが無く、回転方向によって液の流れが逆転するような機能を持ったポンプであれば、例えば歯車式ポンプなど任意の型式のポンプを使用可能である。なお、ポンプの軸の回転方向に関わらず常に決まった吐き出し口から液が流出するようなポンプにおいても、本発明を適用可能であり、この場合には吐き出し口側に弁を設けるのみでよい。
【００２８】
ポンプは車輪の軸と直結している例を開示したが、チェーンやベルト、歯車等を介して連結してもよい。この場合に、車軸の回転に対してポンプの回転数が増加するようにギヤ比等を決定すれば、制動力がより大きくなるが、走行時の負荷も増加するので、実験等により最適な比率を決定する。
【００２９】
液を貯蔵する容器は例えば連動弁の近傍あるいは一体化して設けてもよい。走行時に制動をかける場合には、制動のエネルギーにより液温が上昇するので、容器やポンプに放熱効果のある構造や材料を採用したり、管を車いすのフレームと接着して、フレームを放熱板として利用するなどの対策を講じてもよい。
実施例としては本発明を車いすに適用する例を開示したが、本発明は車いす、自転車、三輪車等人力により走行する車両を始め、任意の動力付き車両、車両以外の回転軸を有する任意の装置において、回転軸に制動をかけるブレーキ装置として適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明においては、ポンプで液を循環させ、液の流量を弁によって制御することによって、ポンプの軸に制動力を与えるように作用する。従って、本発明のブレーキ装置は、軽い力でブレーキの操作が可能であり、更に、制動ブレーキと駐車ブレーキと一方向制動ブレーキを一つのブレーキ装置で実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための液圧回路図である。
【図２】車いすに本発明を適用した場合の液圧回路図である。
【図３】ポンプとして採用可能な油圧モータの構造を示す断面図である。
【図４】本発明を適用した車いすの側面図である。
【図５】本発明を適用した車いすの背面図である。
【図６】第２、第３、第４の実施例における液圧回路図である。
【図７】第５の実施例の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１、１０…ポンプ、２…弁、３、４…管、５…操作レバー、６…逆転時吐き出し口、７…正転時吐き出し口、１１…双方向連動弁、１４…容器、１５…液（油）、１６、１７、１８、１９…管
【図１】
0003972073.tif 000002
【図２】
0003972073.tif 000003
【図３】
0003972073.tif 000004
【図４】
0003972073.tif 000005
【図５】
0003972073.tif 000006
【図６】
0003972073.tif 000007
【図７】
0003972073.tif 000008