(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドリムと駆動輪との間に、ハンドリムの回転を増速して駆動輪に伝えるための機械的増速装置が介在されてなり、
電気的駆動力により駆動輪を補助的に駆動するためのモータ及びその電源用バッテリ部と、ハンドリムに加わる人的駆動力を検出するための駆動力検出部と、この駆動力検出部で検出された人的駆動力の大きさに基づいて駆動輪に所定量の電気的駆動力を付加すべくモータを制御する制御部とを備え、
付加される所定量の電気的駆動力が検出された人的駆動力の大きさに、増速装置における増速比の逆数を１から減じた数またはその数よりも大きい数を乗じたものであることを特徴とする車いす。
【請求項２】
増速装置が、駆動輪のハブ軸を覆うハブ体に連結されるとともに駆動軸に連結された内歯車と、そのハブ軸を覆いかつハンドリムに連結されたキャリアと、このキャリアに回転可能に設けられかつ前記内歯車に噛み合わされた遊星歯車と、前記ハブ軸に一体に設けられかつ遊星歯車に噛み合わされた太陽歯車とを有してなり、ハンドリムに加わる回転が、キャリア、遊星歯車、太陽歯車及び内歯車により増速されて駆動輪に伝えられる請求項１に記載の車いす。
【請求項３】
増速装置が、駆動輪のハブ軸を覆うハブ体に連結されるとともに駆動輪に連結された内ローラと、そのハブ軸を覆いかつハンドリムに連結されたキャリアと、このキャリアに回転可能に設けられかつ前記内ローラに係合された遊星ローラと、前記ハブ軸に一体に設けられかつ遊星ローラに係合された太陽ローラとを有してなり、ハンドリムに加わる回転が、キャリア、遊星ローラ、太陽ローラ及び内ローラにより増速されて駆動輪に与えられる請求項１に記載の車いす。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は車いすに関するものであり、さらに詳しくは、駆動輪を回転させるためのハンドリムを備えた車いすにおけるハンドリム操作性の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ハンドリムを備えた車いすとしては、使用者のハンドリム操作による人的駆動力で駆動輪を回転させて人力走行する手動式車いすと、このようなハンドリムに加えて駆動用モータ及びその電源となるバッテリをさらに備え、人力走行の他にモータによる電気的駆動力で駆動輪を回転させる電動走行をも可能にした電動式車いすとが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような手動式車いす及び電動式車いすにあっては、ハンドリムは駆動輪と一体となるように設けられている。
【０００４】
このため、人力走行を行う際に、特に段差のある場所や上り坂などでは大きな人的駆動力が必要となることから、使用者や使用場所の点で制限があった。
【０００５】
また、車いすを比較的速い速度（例えば時速６ｋｍ以上）で人力走行させる場合には、ハンドリムは駆動輪と一体となって回転するため、速度が速くなると手がハンドリムの回転に間に合わなくなるおそれがあり、上半身が頑健で腕の力に自信のある使用者には不満があった。
【０００６】
この発明は、このような実情を考慮してなされたものであり、その主要目的は、使用者がハンドリム操作する人的駆動力をあまり必要とせず、しかも比較的速い速度で人力走行させる場合にも手がハンドリムの回転について行くことのできる車いすを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、ハンドリムと駆動輪との間に、ハンドリムの回転を増速して駆動輪に伝えるための機械的増速装置が介在されてなり、電気的駆動力により駆動輪を補助的に駆動するためのモータ及びその電源用バッテリ部と、ハンドリムに加わる人的駆動力を検出するための駆動力検出部と、この駆動力検出部で検出された人的駆動力の大きさに基づいて駆動輪に所定量の電気的駆動力を付加すべくモータを制御する制御部とを備え、付加される所定量の電気的駆動力が検出された人的駆動力の大きさに、増速装置における増速比の逆数を１から減じた数またはその数よりも大きい数を乗じたものである車いすが提供される。
【０００８】
駆動輪は、使用者の人的駆動力により回転するものであれば、前輪であってもよく、後輪であってもよい。通常は、一対の前輪が自在輪として構成され、一対の後輪が駆動輪として構成される。ハンドリムは、駆動輪の外側または内側に取り付けられて、使用者の手による回転操作で駆動輪を回転させる。
【０００９】
機械的増速装置は、ハンドリムの回転速度（回転数）を機械的に増加させて駆動輪に伝え、駆動輪の回転速度（回転数）をハンドリムのそれよりも大きくする。増速装置は例えば、駆動輪の中央部に設けられることのある盤状ケーシングの内側や同ケーシングの一部などに設けられる。
【００１０】
増速装置としては例えば、駆動輪のハブ軸を覆うハブ体に連結されるとともに駆動輪に連結された内歯車と、そのハブ軸を覆いかつハンドリムに連結されたキャリアと、このキャリアに回転可能に設けられかつ前記内歯車に噛み合わされた遊星歯車と、前記ハブ軸に一体に設けられかつ遊星歯車に噛み合わされた太陽歯車とを有してなるものが採用される。
【００１１】
その場合の増速比（内歯車からの出力の大きさ／キャリアからの入力の大きさ）は、互いに噛み合う内歯車、遊星歯車及び太陽歯車の直径（歯数）を適宜設定することで所望の値にすることができる。すなわち、増速比をＮ、内歯車の基準ピッチ円径をＤ、太陽歯車の基準ピッチ円径をｄとすると、Ｎ＝１＋（ｄ／Ｄ）で表されるので、例えば、Ｄ＝１００ｍｍ、ｄ＝５０ｍｍとすると、Ｎ＝１＋（５０／１００）＝１．５となり、ハンドリムの回転数に対して駆動輪の回転数は１．５倍となる。
【００１２】
このように構成された増速装置にあっては、ハンドリムの回転が、キャリア、遊星歯車、太陽歯車及び内歯車により増速されて駆動輪に伝えられる。また、内歯車の内側に遊星歯車及び太陽歯車が配されているので装置がコンパクトであるうえ、歯車どうしの噛み合わせによるため確実な増速伝達を行うことができる。
【００１３】
他の増速装置としては例えば、駆動輪のハブ軸を覆うハブ体に連結されるとともに駆動輪に連結された内ローラと、そのハブ軸を覆いかつハンドリムに連結されたキャリアと、このキャリアに回転可能に設けられかつ前記内ローラに係合された遊星ローラと、前記ハブ軸に一体に設けられかつ遊星ローラに係合された太陽ローラとを有してなるものが採用される。
【００１４】
このように構成された増速装置にあっては、ハンドリムの回転が、キャリア、遊星ローラ、太陽ローラ及び内ローラにより増速されて駆動輪に伝えられる。また、内歯車の内側に遊星ローラ及び太陽ローラが配されているので装置がコンパクトであるうえ、ローラどうしの摩擦によるため作動時の音が静かである。
【００１５】
この発明に係る車いすは、電気的駆動力により駆動輪を補助的に駆動するためのモータ及びその電源用バッテリ部と、前記人的駆動力を検出するための駆動力検出部と、この駆動力検出部で検出された人的駆動力の大きさに基づいて駆動輪に所定量の電気的駆動力を付加すべくモータを制御する制御部とをさらに備えていてもよい。
【００１６】
ここで、モータは、ハンドリムから駆動輪に使用者の人的駆動力が一定の大きさで加わったときに、その人的駆動力に所定の比率で電気的駆動力を付加するように作用する。バッテリ部としては、充電式乾電池、充電式蓄電池、非充電式乾電池などのバッテリと、これらのバッテリを所定個数収納するためのケースなどとを備えたものが用いられる。
【００１７】
駆動力検出部はハンドリムに加わる人的駆動力の大きさを検出する。この駆動力検出部としては例えば、金属あるいは半導体からなる板状の歪ゲージが用いられる。すなわち、この歪ゲージは、ハンドリムに連結されたスリーブなどの周壁面に取り付けられ、ハンドリムの回転により同スリーブにねじり力がかかり抵抗値が変化したときにその変化を電気信号として出力する。
【００１８】
制御部は、例えば前記ケーシングの内側などに設けられ、モータを制御する。その制御の内容は、駆動力検出部が検出した人的駆動力の大きさに基づいて駆動輪に所定量の電気的駆動力を付加するようなものである。
【００１９】
制御部によりモータに付加される所定量の電気的駆動力の一例としては、検出された人的駆動力の大きさに、増速装置で設定されている増速比の逆数を１から減じた値を乗じたものがある。すなわち、増速比が１．６のときは、その逆数である１/１．６＝０．６２５を１から減じた０．３７５を検出された人的駆動力の大きさに乗じる。これにより、増速装置のない従来の車いすにおける駆動輪に働く回転駆動力と同じ大きさの力を維持したまま、この発明に係る車いすのハンドリム操作力を６２．５％に軽減することが可能になる。
【００２０】
制御部によりモータに付加される所定量の電気的駆動力が、検出された人的駆動力の大きさに、増速装置で設定された増速比の逆数を１から減じた数よりも大きい数を乗じたものであるときは、ハンドリム操作力をさらに軽減することが可能になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。なお、これによってこの発明が限定されるものではない。なお、ここで「左」とは、使用者が車いすに腰掛けたときにその左側をいい、「右」とはその右側をいう。
【００２２】
図１〜図３は、本発明の実施の形態に係る車いすＤの外観構成を示す。
図１〜図３において、車いすＤは、フレーム体１と、このフレーム体１の前部に支持された左右一対の自在輪（前輪）２・３と、フレーム体１の後部におけるハブ軸１２・１３に支持された左右一対の駆動輪（後輪）４・５と、各駆動輪４・５に取り付けられ使用者の人的駆動力により各駆動輪４・５を回転させるための左右一対のハンドリム６・７と、フレーム体１の後部上方に設けられ介助者の人的駆動力により各駆動輪４・５を回転させるための左右一対のハンドル８・９と、フレーム体１の中央部に配されたシートユニット１０と、フレーム体１の左側に配されたバッテリ部１１とから、主として構成されている。
【００２３】
シートユニット１０は、シート１０ａ、背もたれ１０ｂ、左右一対のひじ当て１０ｃ・１０ｄ、左右一対のフットレスト１０ｅ・１０ｆなどからなる。バッテリ部１１は、正面形状が略長方形の手提げ部付きのバッテリケースと、その内部に収納された２０個の単一型充電式乾電池（１．２Ｖ×２０＝２４Ｖ）とを備えてなる。
【００２４】
次に、駆動輪４・５およびハンドリム６・７の構造や機能について説明する。これらは左右対称なものであるので、以下、一方（右側または左側）のみ説明し、他方の説明は省略する。
【００２５】
図４に示すように、車いすＤのハブ軸１３は円盤状ケーシング１４により保護されている。ケーシング１４は、ハブ軸１３を覆うハブ体１６に取り付けられており、駆動輪５とともに回転可能なものである。
【００２６】
すなわち、ケーシング１４は、ハブ軸１３の内側寄り箇所に配された内側ケーシング１５と、この内側ケーシング１５にねじ止めされた外側ケーシング１７とからなる。内側ケーシング１５の周壁面にはその全周にわたる歯車部１５ａが設けられている。外側ケーシング１７は、タイヤ５ａ、リム５ｂ及びスポーク５ｃからなる駆動輪５に連結固定されている。
【００２７】
ケーシング１４の内部には、使用者の人的駆動力により操作されるハンドリム７の回転を増速して駆動輪５に伝えるための増速装置１８が設けられている。
【００２８】
駆動輪５の内側には、モータ取付板１９がハブ軸１３にナット止めされて配されている。モータ取付板１９には、電気的駆動力により駆動輪５を補助的に駆動するためのモータ２０が取り付けられている。モータ２０はバッテリ部１１に接続され、バッテリ部１１を電源として回転する。モータ２０のシャフトには、内側ケーシング１５の歯車部１５ａに噛み合う歯車部２０ａが設けられている。
【００２９】
増速装置１８は、図４及び図５に示すように、１つの内歯車２１、１つのキャリア２２、４つの遊星歯車２３及び１つの太陽歯車２４を有してなる。内歯車２１の基準ピッチ円径は１００ｍｍに、太陽歯車２４の基準ピッチ円径は５０ｍｍにされている。
【００３０】
内歯車２１は、内側ケーシング１５の内面にねじ止めされて、駆動輪５と一体化されている。キャリア２２は、ハブ軸１３を覆って回転できる状態に設けられており、外側ケーシング１７の中央部に嵌め込まれたスリーブ２５を介してハンドリム７に一体的に連結されている。
【００３１】
４つの遊星歯車２３は、キャリア２２における内側ケーシング１５に対向する面に、９０度の中心角ごとにかつ回転可能に取り付けられており、内歯車２１に噛み合わされている。太陽歯車２４はハブ軸１３に一体に設けられており、４つの遊星歯車２３に噛み合わされている。
【００３２】
スリーブ２５の外面には方形板状の半導体製歪ゲージ２６が１つ取り付けられている。歪ゲージ２６は使用者の人的駆動力を検出するための駆動力検出部として機能する。すなわち、歪ゲージ２６は、ハンドリム７の回転によりスリーブ２５にねじり力がかかり抵抗値が変化したときにその変化を電気信号として出力する。
【００３３】
ケーシング１４の内部には制御部２７が設けられている。すなわち、制御部２７は、図６に示すような各種の電子回路（制御回路、降圧回路、モータ駆動回路など）が搭載された基板や放熱板などからなり、モータ２０及び歪ゲージ２６に電気的に接続されている。そして、歪ゲージ２６で検出された人的駆動力の大きさに基づいて駆動輪５に所定量の電気的駆動力を付加すべくモータ２０を制御する。なお、図６における「車速検出回路」は、車いすＤの車速検出部（図示略）に設けられている。
【００３４】
増速装置１８における増速比（内歯車２１からの出力の大きさ／キャリア２２からの入力の大きさ）Ｎは、内歯車２１の基準ピッチ円径をＤ、太陽歯車２４の基準ピッチ円径をｄとすると、Ｎ＝１＋（ｄ／Ｄ）で表される。前記のように、Ｄ＝１００ｍｍ、ｄ＝５０ｍｍにされているので、Ｎ＝１＋（５０／１００）＝１．５となる。
【００３５】
増速装置１８が以上のように構成されているので、使用者の人的駆動力により操作されるハンドリム７の前進方向の回転速度は、図５の実線矢印及び破線矢印に示すように、キャリア２２、遊星歯車２３、太陽歯車２４及び内歯車２１により１．５倍に増大されて駆動輪５に伝えられる。
【００３６】
歪ゲージ２６で人的駆動力が検出されると、その駆動力の大きさに基づいて制御部２７が所定量の電気的駆動力を付加するようモータ２０に指示を行う。すると、モータ２０が回転し、その回転が内側ケーシング１５に伝えられるので、駆動輪５が回転する。ここで、制御部２７によりモータ２０に付加される所定量の電気的駆動力は、歪ゲージ２６で検出された人的駆動力の大きさに、増速装置１８で設定されている増速比１．５の逆数を１から減じた数−約０．３３３−を乗じたものである。これにより、増速装置１８のない従来の車いすにおける駆動輪に働く回転駆動力と同じ大きさの力を維持したまま、この車いすＤのハンドリム操作力を約６６．７％に軽減することが可能になる。
【００３７】
図７に、ハンドリム７に加わる人的駆動力が駆動輪５に伝えられる経路及び、歪ゲージ２６で検出された人的駆動力の大きさに基づく制御部２７の指示により付加される電気的駆動力が駆動輪５に伝えられる経路をそれぞれ示す。
【００３８】
また、図８に、この増速装置１８における増速比（１．５）と車いすＤの車速（６ｋｍ）との関係を示す。なお、この増速比は、使用者の体力などに応じて、ボリウムつまみやその他の調整器で１．５よりも小さい値に設定できるようにされている。
【００３９】
この増速装置１８に代えて、図９に示すように、１つの内ローラ３１、１つのキャリア２２、４つの遊星ローラ３３及び１つの太陽ローラ３４を有してなる増速装置２８を採用してもよい。このように構成された増速装置２８にあっては、ハンドリム７の回転が、キャリア２２、遊星ローラ３３、太陽ローラ３４及び内ローラ３１により所定量だけ増速されて駆動輪５に伝えられる。また、内歯車３１の内側に遊星ローラ３３及び太陽ローラ３４が配されているので装置がコンパクトであるうえ、ローラ３１・３３・３４どうしの摩擦によるため作動時の音が静かである。
【００４０】
この車いすＤは、以上のような増速装置１８を備えているので、ハンドリム６・７の回転が駆動輪４・５に伝わる際に駆動輪４・５を増速させることが可能になり、使用者が比較的速い速度で人力走行させる場合にも手がハンドリム６・７の回転について行くことができる。また、電気的駆動力により駆動輪４・５を補助的に駆動するためのモータ２０及びその電源用バッテリ部１１と、人的駆動力を検出するための歪ゲージ２６と、この歪ゲージ２６で検出された人的駆動力の大きさに基づいて駆動輪４・５に所定量の電気的駆動力を付加すべくモータ２０を制御する制御部２７とをさらに備えているので、モータ２０の電気的駆動力を付加させることにより、ハンドリム操作力を軽減することが可能になる。
【００４１】
【発明の効果】
この発明の請求項１に記載の車いすは、ハンドリムと駆動輪との間に、ハンドリムの回転を増速して駆動輪に伝えるための機械的増速装置が介在されてなるので、使用者が比較的速い速度で車いすを人力走行させる場合にも手がハンドリムの回転について行くことができる。
【００４２】
また、電気的駆動力により駆動輪を補助的に駆動するためのモータ及びその電源用バッテリ部と、前記人的駆動力を検出するための駆動力検出部と、この駆動力検出部で検出された人的駆動力の大きさに基づいて駆動輪に所定量の電気的駆動力を付加すべくモータを制御する制御部とを備えている。したがって、モータの電気的駆動力を付加することでハンドリム操作力を軽減することが可能になる。
【００４３】
また、付加される所定量の電気的駆動力が、検出された人的駆動力の大きさに、増速装置における増速比の逆数を１から減じた値またはその値よりも大きい数を乗じたものである。したがって、増速装置のない従来の車いすにおける駆動輪に働く回転駆動力と同じ大きさの力を維持したまま、ハンドリム操作力を軽減することが可能になる。
【００４４】
この発明の請求項２に記載の車いすは、増速装置が、駆動輪のハブ軸を覆うハブ体に連結されるとともに駆動輪に連結された内歯車と、そのハブ軸を覆いかつハンドリムに連結されたキャリアと、このキャリアに回転可能に設けられかつ前記内歯車に噛み合わされた遊星歯車と、前記ハブ軸に一体に設けられかつ遊星歯車に噛み合わされた太陽歯車とを有してなり、ハンドリムに加わる回転が、キャリア、遊星歯車、太陽歯車及び内歯車により増速されて駆動輪に伝えられる。しがたって、請求項１に記載の車いすが奏する前記効果に加えて、内歯車の内側に遊星歯車及び太陽歯車が配されているので装置がコンパクトであるうえ、歯車どうしの噛み合わせによるため確実な増速伝達を行うことができる。
【００４５】
この発明の請求項３に記載の車いすは、増速装置が、駆動輪のハブ軸を覆うハブ体に連結されるとともに駆動輪に連結された内ローラと、そのハブ軸を覆いかつハンドリムに連結されたキャリアと、このキャリアに回転可能に設けられかつ前記内ローラに係合された遊星ローラと、前記ハブ軸に一体に設けられかつ遊星ローラに係合された太陽ローラと有してなり、ハンドリムに加わる回転が、キャリア、遊星ローラ、太陽ローラ及び内ローラにより増速されて駆動輪に伝えられる。したがって、請求項１に記載の車いすが奏する前記効果に加えて、内歯車の内側に遊星ローラ及び太陽ローラが配されているので、装置がコンパクトであるうえ、ローラどうしの摩擦によるため作動時の音が静かである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る車いすの全体外観を示す側面図である。
【図２】図１の車いすの平面図である。
【図３】図１の車いすの背面図である。
【図４】図１の車いすにおける右側の駆動輪、増速装置、ハンドリムの背面断面図である。
【図５】図１の車いすにおける右側の増速装置の側面図である。
【図６】図１の車いすにおける制御部を示すブロック図である。
【図７】図１の車いすにおける人的駆動力及び電気的駆動力の伝達経路を示す説明図である。
【図８】    図１の車いすにおける増速比と車いすの車速との関係を示すグラフである。
【図９】図１の車いすにおける右側の増速装置の変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
４    駆動輪
５    駆動輪
６    ハンドリム
７    ハンドリム
１１    電源用バッテリ部
１２    ハブ軸
１３    ハブ軸
１４    ケーシング
１５    内側ケーシング
１６    ハブ体
１７    外側ケーシング
１８    増速装置
２０    モータ
２１    内歯車
２２    キャリア
２３    遊星歯車
２４    太陽歯車
２６    歪ゲージ（駆動力検出部）
２７    制御部
２８    増速装置
３１    内ローラ
３３    遊星ローラ
３４    太陽ローラ
【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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