研究論文
テーマ〜

介護車両における段差乗り越え装置に関する研究 〜

大阪産業大学 工学部 機械工学科

伊瀬 裕介

志賀 健史

渋谷 圭祐

野口 慎一

指導教員 西村 誠一 教授

0杉山 幸三 助手

目次

1. はじめに ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐2
2. 緒言‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐2

3. 車いす各部名称‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐3

3.1 車いすの各部名称

33.2 車いすの寸法

44. 試作品 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐5
4.1 多輪タイヤ

54.1.1 三輪タイヤ

54.1.2 五輪タイヤ

六輪タイヤ

6

4.1.3 五輪タイヤ＋内タイヤ・六輪タイヤ＋内タイヤ
4.2 ソリ型プレート

9104.2.1 木製プレート＋滑りテープ

10

4.2.2 木製プレート＋スキットプレート（前部のみ）

12

4.2.3 木製プレート＋スキットプレート（前後）13

4.2.4 木製プレート＋スキットプレート（前後）14

4.2.5 スチール製プレート＋スキットプレート（前後）16

4.2.6 スチール製プレート（穴あけ有）＋スキットプレート（前後）17

5. 完成品 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐19
5.1 スチール製プレート（穴あけ有）＋スキットプレート（前後を溶接）
5.2 ボールジョイント
6. 実験

19

20

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐22

6.1 実験装置使用器具

226.2 実験装置

226.3 測定方法

24

7. 実験結果 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐25
7.1 段差乗り越え時の力学的理論値
7.2 摩擦係数
7.3 考察252627

8. まとめ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐2711. はじめに
近年、高齢化が進むにつれ車いすの需要は増えているが解決すべき点は多い。社会の環境整理が追いついていないため段差乗り越えという問題が存在する。家の中では敷居が障害物になり、街に出れば様々な高さの段差がある。実際、車いすは２０〜３０ｍｍの段差しか乗り越えることができないが高齢者や車いす使用者にとってはこの２０ｍｍでさえ乗り越えるには困難な場合がある。車いすは一般に手動車いすと電動車いすの二種類に分けられる、今回は利用者が最も多い手動車いすに分類されるものに注目して研究を行った。

2. 緒言
本研究ではこの現状を改善するために、車いすにおける段差乗り越え装置を試作し、実用化に結びつけることにした。装置を製作するうえで既存の車いすを加工しないことを前提とおき、車いすは使用者にとって自分自身の身体の一部となっていると思われるので、加工に時間をかけることは使用者から移動手段を奪うことになる。このことから車いすに短時間で簡単に取り付けられる装置にすることが重要である。車いすは自走用車いす（カワムラサイクル KR801N）を研究に使用した。
車いす使用者の日常生活における段差として２０〜５０mm 程度の高さが多く、それ以上の高さの段差は極めて少ない。段差が高すぎると車いすが後傾状態となってしまい危険である。このようなことから段差の高さ５０mm を越えられるものにする必要がある。
なお、５０ｍｍの段差についてはＪＩＳ Ｔ ９２０１に基づいている。

2

3. 車いすの各部名称および寸法
3.1 車いすの各部名称
自走用手動車いす名称

説明

シート

座面

バックレスト

背もたれ

アームレスト

肘掛け

レッグサポート

足を支える部分の総称

フットレスト

足を乗せるところ

レッグレスト足が後ろに落ちないようにするもの

駐車ブレーキ

停止中に走り出さないためのもの

キャスター

前輪で自在輪

ティッピングレバー

段差などでキャスターを上げるときに介助者が足で押さえる部分

グリップ

介助者が車いすを操作するときに握る部分

スカートガード

衣服が横からたれないようにするためのカバー

駆動輪

移動するときに駆動力を伝えるタイヤ

ハンドリム

使用者が車いすを操作するときに握る部分、自走用手動車いすのみに装備

3

3.2 車いすの寸法（カワムラサイクル KR801N）記号

部位寸法(ｍｍ)

備考

A

全幅

６１５

使用時における左右ハンドリム間の外側寸法

B

折りたたみ幅

２９０

折りたたみ時における左右ハンドリム間の外側寸法

C

基準点から５９０

基準値からフットレストとプレードシャフトの交点までの水平距離

フットレストD

全高８５０

床から握り上縁までの最大寸法

E

床から座４１５

床から基準点までの寸法

F

座幅

４１５使用時におけるフロントパイプの内側寸法

G

自在輪径

１７２

自在輪の外形寸法H

フットレスト１２０

フットレストの最下端から床までの寸法の最低地上高
車いす利用者の行動性①

狭い場所、段差の大きいところは通行できない。

②

車輪で動くため、真横への移動ができない。

③

高いところは手が届かない。

④

車輪を漕いでいるときは両手が使えないので、傘を差したり、物を持ったりすることはできない。また、斜面で停止していることは難しい。

⑤

車いすの乗り降りにスペースが必要である。

⑥

フットレストが前に出ているため、足元にスペースがないと近寄れない。

4

4. 製作過程
車いすが段差を乗り越えるためには前輪が段差に乗り上がらなければならない、本研究では前輪部分に着目した。車いすの前輪はタイヤ径が小さく段差を乗り越えることができない、段差乗り越えにおいて車輪の直径の４分の１（タイヤ有効径）が段差を乗り越えられる限度の高さとなっているためこの問題を解決できるものを試作する。

4.1 試作品（多輪タイヤ）
多輪タイヤの外接円を自在輪径（１７２ｍｍ）におさまる範囲内で製作する。

4.1.1 三輪タイヤ

Fig.1 三輪タイヤ
Table.1部品

木製プレート（コンパネ）
タイヤ

三輪タイヤの部品
サイズ

数量

厚さ１２ｍｍ２

直径５０ｍｍ×幅２１ｍｍ

３

ワッシャー

（軸）

Ｍ８×２６ｍｍ

２

ワッシャー

（軸）

Ｍ８×１８ｍｍ

６ワッシャー

Ｍ６×２２ｍｍ６さら小ねじ

Ｍ６×５０ｍｍ

３Ｍ６３

ナット
仕組み・欠点Fig.1 のように三つの車輪を使い中心に軸を通して回転できるようなものを作った。三つのタイヤの外接円をキャスターと同じ直径とし中心軸内径を Fig.１の木材部分の中心軸内径と同じ径にして車輪だけを取り外して交換できるようにした。この三輪で段差を越える仕組みは Fig.2 の①のように車輪Ａが段差にぶつかったときに車輪Ｃ・Ｂが車輪Ａを支点と5して回転する(②)。この回転により車輪Ｃが段の上にのぼり(③)、同じようにして次はＣを支点としてＡ・Ｂが回転して段の上にのぼるという仕組みになる。(④)
実際に製作したものを車いすに取り付け、段差で昇降実験をしたが段差は乗り越えられず原因は三つのタイヤの間隔があいているため、力が伝わっていなかった。

Fig.2 三輪タイヤの仕組み

4.1.2 五輪タイヤ・六輪タイヤ
五輪タイヤ

Fig.3 五輪タイヤ
Table.2部品

スチール製プレート
タイヤ
ワッシャー（軸）

五輪タイヤの部品
サイズ

数量厚さ２.３ｍｍ

２

直径５０ｍｍ×幅２１ｍｍ

５Ｍ８×１８ｍｍ

２6ワッシャーＭ６×１３ｍｍ

１０ワッシャー

Ｍ６×２２ｍｍ１０ボルト

Ｍ６×４０ｍｍ

５ナイロンナット

Ｍ６５スペーサー（軸）Ｍ８×１０ｍｍ

２六輪タイヤFig.4 六輪タイヤ
Table.3部品

スチール製プレート

六輪タイヤの部品
サイズ

数

量

厚さ２.３ｍｍ２

直径５０ｍｍ×幅２１ｍｍ

６ワッシャー（軸）Ｍ８×１８ｍｍ２

ワッシャー

Ｍ６×１３ｍｍ

１２

ワッシャー

Ｍ６×２２ｍｍ

１２ボルト

Ｍ６×４０ｍｍ

６ナイロンナット

Ｍ６６スペーサー（軸）Ｍ８×１０ｍｍ

２タイヤ

仕組み・欠点
五輪タイヤにすることでタイヤ間の距離を縮めることができた。五輪で段差をのぼる
仕組みは三輪タイヤと同じように、Fig.5 の①のように車輪 D が段差にぶつかったとき他の車輪が車輪Ｄを支点として回転する(②)。この回転により車輪 F が段の上にのぼり(③)、同じようにして次は車輪 F を支点とし回転して段の上にのぼるという仕組みになる。(④)
車いすに取り付けて実験をしてみたが、段差を乗り越えることはできなかった。
その回転させるために必要な力を分散させ少しでも軽くできるようにしなければならない。
六輪タイヤも同時進行で製作したが五輪タイヤと同じ結果となった。

7

段差から降りるときの衝撃は車いすの標準のタイヤおよび三輪タイヤに比べて、タイヤの数が多くなっているため衝撃が分散されて軽くなっていた。

Fig.5 五輪タイヤの仕組み

Fig.6 六輪タイヤの仕組み

4.1.3 五輪タイヤ＋内タイヤ・六輪タイヤ＋内タイヤ

8

Fig.7 内側にタイヤを入れた五輪タイヤ

Fig.8 内側にタイヤを入れた六輪タイヤ

五輪タイヤと六輪タイヤの内側に直径７５ｍｍのゴムタイヤを入れて周りのタイヤの回転を円滑なものにしようとしたが、全く回転しなかった。
次の課題として車いすの前輪部分をどのようにして段の上に乗り上げるかを検討した結果、前輪部分を滑らせるようにして段の上に乗り上げる方法としてソリ型のプレートを前輪タイヤに取り付けることにした。

9

4.2 試作品（ソリ型プレート）
タイヤを回転させるのではなく段差を滑らせて乗り越えるものにするためソリ型に加工したプレートをタイヤに取り付けた。

4.2.1 木製プレート＋滑りテープ

Fig.9 木製プレート＋滑りテープ

Table.4
部品

木製プレート

サイズ（コンパネ）

車いす標準型前輪タイヤ
滑りテープ

木製プレート＋滑りテープの部品数

量

厚さ１２ｍｍ２

直径１７２ｍｍ×幅２８ｍｍ

１

長さ１９０ｍｍ２10

ブラケット
コンパネ

（止め具）
（止め具）

１５×５５ｍｍ

２９ｍｍ

１

ボルト

（止め具）

Ｍ６×２０ｍｍ

６ナット

（止め具）

Ｍ６

６

Ｍ６×１３ｍｍ

１２

ワッシャー
特性

・ 段差乗り越えにおいて車輪の直径の４分の１（タイヤ有効径）が段差を乗り越えられる限度の高さとなっているため５０ｍｍの段差を越えるには直径２００ｍｍのタイヤが必要となるがタイヤの入るスペースはない。前輪タイヤの位置はフットレストから後輪の間であるためこの幅に段差乗り越え装置が入らなければならない。そこで木製プレートをソリ型にして段差接触面のみを直径２００ｍｍの円弧にした。
・ 標準タイヤで１０ｍｍの段差までは容易に乗り越えられるため、木製プレートからタイヤを下部１０ｍｍ出すようにしたことで０〜５０ｍｍまで乗り越えられる。
・ 木製プレートと段差とが接触する部分に滑りテープを貼り摩擦力を減らすことによって滑りやすくなっている。
欠点（改良ポイント）
・ 滑りテープの耐久性がなくすぐに機能しなくなる。
・ 段差から降りるときの衝撃が大きい。
・ グレーチングの上を通ると溝にはまり込んで抜けない。

11

4.2.2 木製プレート＋スキットプレート（前部のみ）

Fig.10

Table.5部

品

木製プレート

木製プレート＋スキットプレート

木製プレート＋スキットプレートの部品
サイズ

数量

厚さ９ｍｍ

２

直径１７２ｍｍ×幅２８ｍｍ

１５０×１４５×４１ｍｍ

２なべ小ねじＭ３×１２ｍｍ

４

ワッシャー

Ｍ３×６ｍｍ

４コンパネ

厚さ１２ｍｍ

１１５×５５ｍｍ

２Ｍ６×２０ｍｍ

６車いす標準型前輪タイヤ
スキットプレート

（止め具）

ブラケット
ボルト（止め具）

（止め具）

12

ナット（止め具）

ワッシャー

（止め具）

Ｍ６６

Ｍ６×１３ｍｍ

１２

特性・ 滑りテープを使用せずスキットプレートを段差との接触面に位置するように木製プレートの間に固定することによって段差に直接あたる部分の耐久性が向上した。
・ タイヤ有効径（4.2.1）によりスキットプレートを地面から角度２７度にしたことでフットレストと後輪の間に入り段差を越えることができる。
・ スキットプレートはパーテーションの L 型脚部の部材を使用し、プレス成形がされており通常の L 型の材料よりも強度がある。
・ スキットプレートはスチール製のため段差との摩擦力も小さい。
欠点
・ グレーチングの上を通ると溝にはまり込んで抜けない。
・ 段差から降りるときの衝撃は解消されていない。

4.2.3 木製プレート＋スキットプレート（前後）Fig.11 木製プレート＋スキットプレート

13

Table.6部

木製プレート＋スキットプレートの部品品サイズ数量

木製プレート（コンパネ）

厚さ９ｍｍ

２

車いす標準型前輪タイヤ

直径１７２ｍｍ×幅２８ｍｍ

１５０×１４５×４１ｍｍ

１なべ小ねじＭ３×１２ｍｍ

１２

ワッシャー

Ｍ３×６ｍｍ

１２

コンパネ

厚さ９ｍｍ

１１５×５５ｍｍ

２

スキットプレート

（止め具）

ブラケット

（止め具）

ボルト（止め具）

Ｍ６×２０ｍｍ

８ナット

（止め具）

Ｍ６

８

Ｍ６×１３ｍｍ

１６

ワッシャー

（止め具）

特性
・ 後部にもスキットプレートをつけたことでグレーチングの溝にはまらなくなった。
・ 段差を降りるときにも後部のスキットプレートが段差に接触するため衝撃が少なく降りることができる。
欠点
・ タイヤを出すために後部のスキットプレートをくり抜いたことで細くなった部分の強度が下がった。
・ 木製プレート二枚でタイヤをはさんでいるため横方向の強度が弱い。
・ 木製プレートと車いすのキャスターを固定しているブラッケットが外側に出ている。
ため突起物となって危険。

14

4.2.4 木製プレート＋スキットプレート（前後）Fig.12

Table.7部

木製プレート＋スキットプレート

木製プレート＋スキットプレートの部品

品

サイズ数量

木製プレート（コンパネ）

厚さ２.５ｍｍ２

車いす標準型前輪タイヤ

直径１７２ｍｍ×幅２８ｍｍ

１５０×１４５×４１ｍｍ

２

なべ小ねじ

Ｍ３×６ｍｍ

１２ワッシャー

Ｍ３×６ｍｍ

１２スペーサー

Ｍ６×３０ｍｍ

１ワッシャー

Ｍ６×１２ｍｍ

１２１５ｍｍ２スキットプレート

木製ブロック（止め具）
なべ小ねじ

（止め具）

Ｍ３×１５ｍｍ

８

ワッシャー

（止め具）

Ｍ３×８ｍｍ８

特性・ スキットプレートの内側に木製プレートを入れたことで後部スキットプレートの細い部分の強度が上がった。
・ 横方向の強度が弱い部分にスペーサーを入れたことで強度が上がった。

15

・ ブラケットを使用せず木製プレートの上部を少し上方向に増やし、プレートの内側に止め具として木製ブロックを取り付けたことで、外側の突起物がなくなった。
欠点
・ タイヤの軸を通しているプレートの軸穴が滑りにくいためタイヤの回転がぎこちない。

4.2.5 スチール製プレート＋スキットプレート（前後）
これまで木製プレートを使用してきたがより実用性のあるものに近づけるため、スチール製のプレートを使用した。

部

Fig.13

スチール製プレート＋スキットプレート

Table.8

スチール製プレート＋スキットプレートの部品品

スチール製プレート

サイズ

数量

厚さ３.２ｍｍ２

直径１７２ｍｍ×幅２８ｍｍ

１５０×１４５×４１ｍｍ

２

なべ小ねじ

Ｍ３×６ｍｍ

１２

ワッシャー

Ｍ３×６ｍｍ１２

スペーサー

Ｍ６×３０ｍｍ

３

ワッシャー

Ｍ６×１２ｍｍ６

車いす標準型前輪タイヤ
スキットプレート

ドライベアリング

内径３０16外径３４２木製ブロック（止め具）

厚さ１５ｍｍ

２

なべ小ねじ

（止め具）

Ｍ３×１５ｍｍ

８

ワッシャー

（止め具）

Ｍ３×８ｍｍ８

特性・ 強度に関しての問題がなくなった。
・ ドライベアリングにより軸のすべりが良くなった。
・ スペーサーの数を増やしてさらに安定度が増した。
欠点
・ 重量がスチール製プレート一枚０．９ｋｇになり重すぎる。

4.2.6 スチール製プレート（穴あけ有）＋スキットプレート（前後）Fig.14

Table.9部品

スチール製プレート
車いす標準型前輪タイヤ
スキットプレート

スチール製プレート＋スキットプレート

スチール製プレート＋スキットプレートの部品
サイズ

数

厚さ２.５ｍｍ２

直径１７２ｍｍ×幅２８ｍｍ

１５０×１４５×４１ｍｍ

２17量

なべ小ねじＭ３×６ｍｍ

１２

ワッシャー

Ｍ３×６ｍｍ１２

スペーサー

Ｍ６×３０ｍｍ

３

ワッシャー

Ｍ６×１２ｍｍ

１２

ドライベアリング

内径３０外径３４２

木製ブロック（止め具）

厚さ１５ｍｍ

２

なべ小ねじ

（止め具）

Ｍ３×１５ｍｍ

８

ワッシャー

（止め具）

Ｍ３×８ｍｍ８

特性・ 穴あけ加工によりスチール製プレート一枚の重量を０．５ｋｇにまで軽量化することができた
欠点
・ ドライベアリングが軸穴から抜け出そうになる・ 前部と後部のスキットプレートの接触部分が段差に引っかかる・ 止め具の部分だけまだ木製のものである

18

5. 完成品
5.1 スチール製プレート（穴あけ有）＋スキットプレート（溶接）Fig.15
Table.10部

品

完成品
完成品の部品

サイズ

スチール製プレート数

量

厚さ１.６ｍｍ２

直径１７２ｍｍ×幅２８ｍｍ

１

スキットプレート

５０×１４５×４１ｍｍ

２

座金組み込みねじ

Ｍ３×６ｍｍ

１２スペーサー

Ｍ６×３０ｍｍ

３

ワッシャー

Ｍ６×１２ｍｍ１８

車いす標準型前輪タイヤ

鍔つきドライベアリング

内径３０

外径３４２

アルミ製プロファイル

３２×４０ｍｍ

２

なべ小ねじ

（止め具）

Ｍ６×１５ｍｍ

８

ワッシャー

（止め具）

Ｍ６×１２ｍｍ８

特性・ スチール製プレートの厚みを１．６ｍｍ（穴あけ有）にしたことにより１車輪の重量が１．６５ｋｇになった。
・ 止め具部分を木製からアルミ製に変えすべて金属製にした。
・ 車いす走行中にドライベアリングがプレートの軸穴から抜け出しそうになっていたため鍔つきドライベアリング（Fig.16）取り替えたことで抜け出しを防止できた。

19

Fig.16

鍔つきドライベアリング

・ スキットプレートの前後接触部分を溶接によりつなげたことで段差に引っかからずなおかつ接触部分の強度が上がった。

Fig.17

スキットプレート

これらの製作過程により段差を乗り越えることができ、グレーチングの溝にはまり込むことのない取り付け取り外し可能な段差乗り越え装置が完成した。

5.2 キャスターフォーク補助支持装置
段差乗り越え装置を車いすに取り付けた際、キャスターフォークとその軸にすべての荷重がかかり、フォーク部分の歪みやキャスターフォーク内のベアリングの破損につながる恐れがある。ボールキャスターを鉄製の円柱を加工したものにはめ込み（Fig.18）アームレストの下の部分に固定し、段差乗り越え装置の止め具（アルミ製プロファイル）に接触させた。接触の際ボールジョイントと止め具が、進路変更の妨げにならないようにした。
今までキャスターフォークにかかっていた荷重をアームレストにも分散させることができた。

20

Fig.18

キャスターフォーク補助支持装置

Fig.19 ボールキャスター
品番Fig.20鉄製の円柱を加工

タキゲン K−140−1

Fig.21 段差乗り越え装置と補助支持装置

21Fig.22

Fig.23

補助支持装置装着前補助支持装置装着後

6. 実験
6.1 実験装置使用器具
車いす（カワムラサイクル KR801N） フラットバー

ポリタンク

ペットボトル

ばねばかり（計測範囲２０ｋｇ）

ロープ

コンパネ

グレーチング

段差乗り越え装置完成品

パイプ

木材

マスキングテープ

6.2 実験装置
今回 JIS で規定されているものに合わせ、ダミーの重量を５０ｋｇと７５ｋｇに設定した。Fig.22 の様に重量に関わらず人の足の重さも JIS から６ｋｇと設定し水２ℓのペットボトルを３本フットレストに乗せ固定した。座面部分には水を入れたポリタンクの重さをそれぞれ４４ｋｇと６９ｋｇに設定した。後輪のハンドリム円周上にロープを巻きつけ（Fig.25）、レッグサポートに固定されたパイプの下を通して両先端に計測範囲２０ｋｇのばねばかりを取り付ける。両ばねばかりを１本のパイプに固定した。
JIS に基づき車いすの前輪との接触面に５C の面取りを施してある厚さ１０mm のフラットバーを木部上部に設置し、段差５０mm となるようにした。高さ５０mm のグレーチン
グを段差と接触するように設置した。（Fig.26）
実験装置の段差の高さ設定については、車いす使用者の日常生活における段差として２０〜５０mm 程度の高さが多く、それ以上の高さの段差は極めて少ない。段差が高すぎると車いすが後傾状態となってしまい危険である。このようなことから、段差の高さを５０mm に設定した。

22

Fig.24

Fig.25

ダミーを乗せた車いす

Fig.26

実験装置断面図

Fig.27

グレーチング23

ハンドリム

6.3 測定方法
車いすの前輪部分を段差と接触させてばねばかりを取り付けたパイプを人間の手で地面と水平に引っ張るものとした。車いすの前輪が段差を乗り越える時のハンドリムに加わる力をこの装置で計測する。（Fig.29）その際、ばねばかりの目盛り部分にマスキングテープを貼り付けて数値を読み取れるようにした。

Fig.28段差乗り越え装置と段差の接地点

Fig.29実験装置

24

7. 実験結果
7.1 段差乗り越え時の力学的理論値
前輪が段差を乗り越えるために必要とする力の大きさについての数式（空気抵抗などを無視した理想的な状態、理想的な車いすとして考えているので、現実とは多少の差が出てしまう）
変数は Table. 11 に表す
Table.11 変数
Ｍ 全重量
ＭF 前輪にかかる重量
ＭB 後輪にかかる重量
ＮF 地面が前輪に加える力（=MFｇ）
ＮB 地面が後輪に加える力（=MBg）
ｇ

重力加速度

F

ハンドリムに加える力

ｒ1

ハンドリムの半径

ｒ2

後輪の半径

ｒF

前輪の半径

前輪が段差を乗り越える場合ハンドリムに加える力の限界の条件式は{ r − (r − h) }M gr(rF − h ) f r1 ≥2

F

2

F（1）

F2

本研究で使用した車いすの各数値は Table. 12 のようになる。前輪および後輪にかかる荷重は四輪重量測定機を用いて測定した。
Table.12

カワムラサイクル KR801N

前輪の半径

rF = ８６（ｍｍ）

前輪にかかる重量M F = ８（ｋｇ）

後輪の半径

r2 = ３００（ｍｍ）

段差高さ

h = ５０（ｍｍ）

ハンドリムの半径r1 = ２７０（ｍｍ）

重力加速度

g = ９．８（ｍ/ｓ２）

前輪、後輪の重量比

M F : M B = ４：５

車いすの質量M = １８（ｋｇ）

この数値を代入して、体重５０ｋｇおよび７５ｋｇの場合を計算する。

25

Table.13
段差（mm）
５０

段差乗り越え装置を付けていない場合の理論値

ダミーの質量（ｋｇ）
５０７５

ハンドリムに加える力の理論値（N）
５９５．３１
６８０．３６

５０ｋｇと７５ｋｇの条件で各１００回の実験値

ばねばかりの値（kg）

ダミーの重量５０ｋｇ

ダミーの重量７５ｋｇ

線形 (ダミーの重量５０ｋｇ)

線形 (ダミーの重量７５ｋｇ)

3530
25201510500102030

Fig.304050
回数（回）60708090100

ダミー５０ｋｇと７５ｋｇの実験値

Table.14 は各実験を１００回行いその平均値を出したものである。

段差（mm）
５０

Table.14 測定平均値
ダミーの質量（ｋｇ） F ハンドリムに加える力の測定平均値（N）
５０２０６．１１
７５２４７．４５

7.2 摩擦係数
Table.15
ダミーの質量（ｋｇ） F

測定平均値と前輪荷重

ハンドリムに加える力の測定平均値（N） W

前輪荷重（N）

５０

２０６．１１

２７４．４０７５２４７．４５

３３３．２０

スキットプレートと段差（フラットバー）との摩擦係数を求める式

tan θ =

FW

（２）

（３）
µ = tan (θ − 27 o )µ ：摩擦係数式（２）に F は Table.15 で示したハンドリムに加える力の測定平均値（Ｎ）を代入、Wは車いすの前輪荷重を代入する。求めた θ を式（３）に代入して摩擦係数を求める。
求めた結果、摩擦係数は０．１７となった。
267.3 考察
Table.13の理論値は算出できるが段差を乗り越えられるタイヤ有効径の範囲を超えているためハンドリムに加える力が大きくなり実際に段差を乗り越えることはできない。
Table.14 の測定値と比べても差は大きいといえる。
Table.13 はダミーの質量が増加するとハンドリムに加わる力も大きく変化す るがTable.14 では測定値の変化は小さい。
摩擦係数は０．１７と非常に低いことがわかる、この数値は黒鉛と同程度である。摩擦係数が低いため段差を乗り越えることが容易にできる。本来摩擦係数は０．３５〜０．４０であるが、今回の実験では接触する面積が狭いため摩擦係数は低かったと考えられる。

8. まとめ
本研究を終えて、実際に小さい力で段差乗り越えを可能とし、グレーチングの溝にはまり込むことの無いものを製作することができた。段差を降りるときの衝撃も少ない。
今回は自走用車いすを用いて使用者による運転の場合での研究を行ったが、今後の課題として自走用車いすおよび介助用車いすにおける介助者の手押しでも段差を乗り越えられ、段差乗り越え装置の素材を軽くて強度のあるものにする必要がある。
ノーマライゼーションや、バリアフリーなどの考え方が進んできてはいるが、まだまだ社会に浸透しきってはいない。高齢者、車いす使用者をはじめとする、すべての人が安心して生活できる環境づくりを推進するための建築物、道路、公園などのハード面のバリアフリー化と福祉教育によるソフト面のバリアフリー化にも取り組む必要があると考えられる。

謝辞
本研究においてご協力頂いた大阪産業大学大学院工学研究室

中島義和さん、土田紘也

さんに深く感謝いたします。また、資料を参考させていただいたみなさんに謝意を示します。

参考文献、資料
（1）

JIS T

9201

（2）

車いすの力学（ホームページ）（http://www.tco.st/wc2.htm）

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