平成１９年度

佐賀県工業技術センター

研究報告書

重度障害児の自立を支援する屋内用電動椅子に関する研究（第２報）
生産技術部
辛川洋介 川口比呂志 田中 徹 正木 潤
株式会社戸上電機製作所
武富利勝
有限会社佐賀プラント工業
北島健郎
佐賀大学医学部付属地域医療科学教育研究センター
松尾清美
社会福祉法人佐賀整肢学園こども発達医療センター
吉田勇一 前田伸也 長谷川雅彦 本松 茜
本研究は，肢体不自由児が使用している姿勢保持装置を駆動させる電動の移動遊具を開発するものである．本年度は，移動遊具を開発するにあたり，基本性能である走行性の向上や駆動電源の改善を図るとともに速度調節機能の追加について検討し，新たな試作機の設計及び製作を行った．また，県内の肢体不自由児施設の協力を得て，新たな試作機を実際に使用してもらい評価を行った．その結果，コイルバネを使用したサスペンション機構の開発により，安定した走行性能を実現することができた．また，市販の電動車いす用バッテリーを駆動電源として使用することで，安全性と利便性を同時に向上させることができた．さらには，タイマカウンタ I C を使用した P W M 制御機能を付加することで，二段階の速度調節ができるようになった．

１．はじめに障害児の自立と日常生活の質的向上を図るためには，幼少期から移動訓練を行うことが重要であると言われている．しかし，電動車いす等の自操型移動装置は，障害者自立支援法に基づき，小学校高学年にならなければ支給対象にはならない．また，これまで幼児や小学校低学年が自操型の移動装置を使うことは危険と見なされてきたことから，入手できる装置そのものが非常に少ないのが現状である．
そこで，本研究では，障害者自立支援法で自操型移動装置の支給が認められていない，2 歳から 9 歳までの肢体不自由児を対象にした電動の移動遊具を開発する．また，県内企業や地域の大学をはじめ，障害者支援施設等との協働をとおして，本県における福祉用具の開発体制の構築を目指す．
昨年度に製作した移動遊具の試作 1 号機と 2 号機（図 1，図 2）を肢体不自由児施設において実際に使用してもらい評価を行った結果，本移動遊具が肢体不自由児や保護者から必要とされており，有効な自立支援用具になる得ることが分かった．しかし，走行安定性をはじめ，駆動電源の改善や速度調節機能の必要性など，解決すべき課題や問題点も同時に明らかとなった 1）．
本年度は，移動遊具を開発するにあたり，基本性

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図1

昨年度の試作機（1 号機：座位保持装置用）

図2

昨年度の試作機（2 号機：立位保持装置用）

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能である走行性の向上や駆動電源の改善を図るとともに速度調節機能の追加について検討し，新たな試作機として 3 号機（図 3，図 4）を製作し，肢体不自由児施設で実際に使用してもらい評価を行った．
２．主な課題と改善方法
2.1 走行性
試作 1 号機と 2 号機は，床面のわずかな凹凸で駆動輪が浮いてしまい，動かなくなる場合があることが分かった．また，肢体不自由児施設から走行できるようにと要望があった，段差 5  程度の足ふきマット（図 5）と玄関入口の点字ブロックをうまく乗り越えることができなかった．さらに，段差 10の訓練室のマット（図 6）も乗り越えることができず，職員室入口の敷居（図 7）も前輪が敷居の溝にはまり通過することができなかった．
そこで，これらの問題を解決するために，コイルバネを利用したサスペンション機構を開発した．本機構は，駆動輪が浮いた場合にコイルバネが伸びて駆動輪を床面に押しつける仕組みとなっている．本
サスペンション機構に使用するコイルバネは，バネ力が強過ぎた場合，駆動輪以外の車輪が浮くことになり安定性が損なわれることから，移動遊具に何も乗せていない状態でも浮くことのないバネ力のものを選定した．
2.2 駆動電源
試作 1 号機と 2 号機には，容易に入手可能で比較的安価な駆動電源である自動二輪車用のバッテリーを搭載した．しかし，肢体不自由児施設で実際に使用してもらい評価を行った結果，肢体不自由児施設の職員が，バッテリー残量を確認できなかったために，完全にバッテリーを使い切ってしまってから充電することが多く，バッテリーが次第に十分な性能を発揮しなくなった．自動二輪車用のバッテリーは，本来，繰り返し充電による使用に不向きであることから，移動遊具の駆動電源としては適さないことが分かった．
そこで，価格的に高価にはなるが，市販の電動車いす用バッテリーとその専用充電器を使用することにした．バッテリーの選定にあたっては，容易に入手できることはもちろんのこと，肢体不自由児施設において普及していることやバッテリー残量が容易に確認できること，そして，安全性が使用実績によ由児の体重や姿勢保持装置の重さの違いにより変化するため，一概にどの程度の速度が適切であるかを判断することは難しい．そのため，肢体不自由児施設において約 15 ヶ月間，試作 1 号機と 2 号機を合わせて，延べ約 500 名の肢体不自由児に実際に使用してもらい評価を行った．
その結果，肢体不自由児施設の作業療法士や理学り確保されていることを条件とした．
2.3 速度調節
移動遊具の走行速度は，移動遊具に乗る肢体不自‑３２‑

図3

新たな試作機（3 号機：座位保持装置用）

図4新たな試作機（座位保持装置を外した外観）

図5

図6

足ふきマット

訓練室のマット図7

職員室入口

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療法士からは，移動遊具に不慣れな肢体不自由児や低年齢児に対しては，ほぼ適正な速度であるとの評価を得た．しかし，一方では，移動遊具に慣れてきた肢体不自由児や高年齢児には少々物足りないという意見もあり，より速度を上げる方向で，少なくとも二段階の速度調節機能が欲しいという要望が出された．
そこで，新たに製作した試作 3 号機においては，モーターギアの減速比を下げることで走行速度を高速化させるとともに，タイマカウンタ I C を使用した P W M 制御機能を付加することによって，同時に低速での走行も可能にした．また，走行速度の高速側においては，前進のみを高速化し，後進と左右旋回は低速側の速度で走行するように設定した．
2.4 積載荷重
試作 1 号機を肢体不自由児施設において実際に使用してもらった結果，作業療法士等の大人が肢体不自由児と同乗して操作する場合もあることが分かった 1）．試作 1 号機は，肢体不自由児施設において約15 ヶ月間使用してもらったが，その間，特に問題は発生しなかった．
しかし，移動遊具が対象としている肢体不自由児は 2 歳から 9 歳であり，大人が同乗した場合の合計積載荷重は約 100 と想定する必要があることから，その積載荷重においても電動移動遊具としての安全性を確保できるように，定格電流値がより大きな駆動モーターを選定することとした．
３．評価結果及び考察
3.1 走行性
試作 3 号機を肢体不自由児施設において実際に使用してもらい評価を行った結果，開発したサスペンション機構により，床面のわずかな凹凸で走行不能になることはなくなった．また，肢体不自由児施設から走行可能にして欲しいと要望があった，足ふきマットと点字ブロックの 5  程度の段差について

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研究報告書であったが，それ以上の積載荷重では乗り越えることが困難であった．
職員室入口の敷居と訓練室マットの段差について
は，移動遊具の全ての車輪径を大きくすれば走行可能になると思われる．しかし，姿勢保持装置を設置する高さをできるだけ低く抑えたいという肢体不自由児施設からの要望と相反するため，段差乗り越え性能と姿勢保持装置の設置高さのどちらを優先するかを今後検討する必要がある．また，移動遊具の車輪径を大きくした場合，肢体不自由児が一人でも施設内外の何処にでも行けるようになる虞もあり，安全性確保の観点から，どの程度まで走行可能にするべきかも併せて検討する必要がある．
3.2 駆動電源
試作 1 号機から 3 号機まで，選定した電動車いす用バッテリーを搭載し，肢体不自由児施設において約 4 ヶ月間，実際に使用してもらい評価を行った．
その結果，肢体不自由児施設の職員が，バッテリー残量を容易に確認できるようになり，専用の充電器を使用することによって利便性と安全性も向上した．また，選定した電動車いす用バッテリーは比較的高価ではあるが，肢体不自由児施設が保有している電動車いすの中には同じバッテリーを使用しているものもあり，兼用できるというメリットがある．
なお，図 4 に示すとおり，試作 3 号機には，後方に駆動電源を配置するためのスペースがある．しかし，できるだけ軽くコンパクトにして欲しいという肢体不自由児施設からの強い要望があることから，駆動電源を配置する位置や方法について今後検討する必要がある．
3.3 速度調節
移動遊具における適切な走行速度を見出すために，二段階の速度調節機能を付加した試作 3 号機をも止まることなくスムーズに乗り越えることができた．図 8 は，床面の凹凸がかなり激しい屋外のタイル面での走行試験の様子であるが，止まることなくスムーズに走行できた．
試作 3 号機は，前輪の直径を試作 1 号機と 2 号機と同様としたため，肢体不自由児施設から走行可能にして欲しいと要望があった職員室入口の敷居については，敷居の溝にはまり通過することは困難であった．また，
段差 10 の訓練室マットについては，積載荷重が 20 程度までは乗り越えることが可能

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図8

凹凸のある床面での走行試験

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肢体不自由児施設において約 4 ヶ月間，延べ約 70名の肢体不自由児に実際に使用してもらい評価を行った．その結果，肢体不自由児施設の作業療法士や理学療法士からは，走行速度の低速側と高速側のいずれの速度においても前進方向と後進方向において，一定速度になった時点では適度な速度であると評価された．
しかし，前後，左右旋回の全方向において，始動時と停止時の挙動が急激過ぎるため，始動時はゆっくりと加速し，停止時はゆっくりと減速するようにして欲しいという要望が評価者全員から出された．
特に旋回における始動時と停止時の挙動は，左右の駆動輪が逆回転することから前後進より速度が速くなるため，より低速で走行するように制御するとともに，始動時と停止時の挙動がよりゆっくりと加速または減速するように制御する必要がある．
その他，より障害の重い肢体不自由児や低年齢児を移動遊具に乗せることができるように，肢体不自由児施設から，試作 1 号機や 2 号機と同等の遅い速度でも走行できるようにして欲しいという要望があった．そのため，移動遊具における速度調節機能は，少なくとも三段階は必要であることが分かった．
なお，三段階の速度調節を可能にし，駆動挙動を制御するためには，新たに制御プログラムを開発し，電子回路にマイクロコントローラとして組み込む必要がある．

図9

走行時の全方向における積載荷重別電流値

3.4 積載荷重
試作 3 号機に重りを順次 100 程度まで乗せ，走行可能であるか評価を行った．また，走行時に駆動モーターに流れる電流値が定格電流値内に収まるかどうかを，全方向において電流値を測定して確かめた（図 9）．
その結果，肢体不自由児と大人が同乗した場合の想定積載荷重である 100 において走行可能であり，駆動モーターに流れる電流値も定格電流値内に収まることが分かった．また，図 9 に示したグラフの傾きから，大人約 2 人分の積載荷重である 120
においても，全方向における電流値は駆動モーターの定格電流値内に収まることが分かった．
４．おわりに予定である．
本年度は，前年度に明らかになった課題の中で，移動遊具を開発するにあたり，基本性能である走行性の向上や駆動電源の改善を中心に取り組んだ．その結果，走行性能を大幅に向上させることができ，想定される積載荷重に対応できるだけの性能を達成できた．また，駆動電源の安全性と利便性を同時に向上させることができた．
しかし，移動遊具の走行性能において，始動時や停止時の制御，三段階の速度調節の必要性など，解決すべき新たな課題も明らかになった．来年度は，これらの課題を解決するとともに，実用化に向けて移動遊具の軽量化とコンパクト化を図り，姿勢保持装置の固定方法や各種安全性の確保について検討する予定である．
最後に，本研究を実施するにあたり，移動遊具が満たすべき性能や仕様に関して御助言いただいた株
式会社きさく工房の松枝秀明氏に深く感謝いたします．
参考文献
1） 辛 川 洋 介， 川 口 比 呂 志， 田 中 徹 他： 重 度 障 害児の自立を支援する屋内用電動椅子に関する研究，
平成 18 年度佐賀県工業技術センター研究報告書，
N.15，.27-30，2006‑３４‑