JP2013009849A - 車椅子に備える姿勢制御機構 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を簡単化し、横傾斜路面を走行する車椅子の移動操作性を向上することが可能な姿勢制御機構を提供することを目的とする。
【解決手段】車椅子１００の進行方向に対して左側または右側へ傾斜する横傾斜路面における傾斜姿勢を水平に制御する姿勢制御機構１０であって、横傾斜路面を検出する傾斜角検出センサ１１と、傾斜角検出センサ１１の傾斜角を基に車椅子１００の車輪１２０を上下作動する車輪上下作動機構１２とで構成しており、車椅子１００の左側または右側の何れか一方のフレーム１１０に設けられる上下作動ベース１３内部に、車輪１２０を上下作動するための動力となるモータ１３ａと、モータ１３ａの駆動に伴い回転する複数の台形ネジ１３ｂと、台形ネジ１３ｂを連結し台形ネジ１３ｂの回転に伴って上下に移動する移動プレート１３ｄを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、車椅子に備える姿勢制御機構に係るもので、車椅子の進行方向に対して左側または右側へ傾斜する横傾斜路面における横傾斜姿勢を水平に制御する機構に関わる。

従来、車椅子の進行方向に対して左側または右側へ傾斜する横傾斜路面における姿勢を水平に制御する機構として、例えば、特許文献１に記載する車椅子の座席水平保持装置が提案されている。この座席水平保持装置は、前輪と動力後車輪に支持された基台フレームと、座席を固定する座席フレームとの間に、傾斜角検出センサにより電気的に自動制御される前後方向及び横方向揺動型の水平保持手段とで構成しており、水平保持手段は、軸受部を対設した上開きコ字型軸支部とその軸受部と９０度角度位相させた軸受部を対設した下開きコ字型の軸支部とを一体化した軸支体を介して、各軸受部に基台フレームの中央に対設した軸支部とその上に載架される座席フレームの中央に対設した軸支部を枢支軸が中央で立体交差状態に枢支し、軸支体の軸受部の下部近傍に紐状物を緊張固定してその紐状物を基台フレーム上に設けた牽引手段により、また、座席フレームの両揺動側部に紐状物を緊張固定してその紐状物を軸支体上に設けた牽引手段によりそれぞれ緊張方向に往復させて、座席フレームの傾斜角度を自動的に制御して車椅子の座席を常に水平に保持している。

特開２００２−２６３１４４

上記に記載する姿勢制御装置（特許文献１記載の座席水平保持装置）は、車椅子の座席を水平に保持するために、軸支体や牽引手段などの要素を複雑に係合していることから、現在使用している車椅子に備えることは困難であると考える。また、この姿勢制御装置を備える車椅子は、車椅子の進行方向に対して左側または右側に傾く傾斜面を走行する際、座面を水平に保持することは可能であるが、傾斜面の低い方の車輪に車椅子の重量と乗員の体重との和の荷重が集中した状態であって、乗員または介助者により移動操作を行うことは容易ではないと考える。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、構造を簡単化し、横傾斜路面を走行する車椅子の移動操作性を向上することが可能な姿勢制御機構を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、車椅子の進行方向に対して左側または右側へ傾斜する横傾斜路面を検出する傾斜角検出センサと、傾斜角検出センサの傾斜角を基に車椅子の車輪を上下作動する車輪上下作動機構とで構成している姿勢制御機構であって、車椅子の左側または右側の何れか一方のフレームに設けられる上下作動ベース内部に、車輪を上下作動するための動力となるモータと、モータの駆動に伴い回転する複数の台形ネジと、台形ネジを連結し台形ネジの回転に伴って上下に移動する移動プレートを備えることを技術的特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、構成要素が少なく車椅子の左側または右側の何れか一方に組み付けることが可能であるため姿勢制御機構の構造を簡単化することがすることができる。また、姿勢制御機構により左右の車輪に均等に荷重を加えることが可能になることから横傾斜路面を走行する車椅子において移動操作性を向上することができる。

本発明の姿勢制御機構を備えた車椅子の正面図を示す。 本発明の上下作動機構の構成を示す図である。 姿勢制御機構により制御されながら走行する車椅子を示しており、(a)左側に傾く傾斜面を走行する状態(b)平坦路を走行する状態(c)右側に傾いて傾斜面を走行する状態を示す。 実施例２に関わる上下作動機構の構成を示す図である。

（実施例１）
以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
本発明の姿勢制御機構１０は、左右一組の車輪を有する車椅子１００の進行方向に対して左側または右側へ傾斜する横傾斜路面における横傾斜姿勢を水平に制御する機構であって、図１に示すように、横傾斜路面の傾斜角を検出する傾斜角検出センサ１１と、傾斜角検出センサ１１の傾斜角の情報を基に車椅子１００の左側または右側の何れか一方の車輪を上下に作動する車輪上下作動機構１２とで構成している。ここで、横傾斜路面は、車椅子１００の進行方向に対して左側または右側に傾斜する路面であって、車椅子１００の進行方向の前後方向に対する傾斜はないものとする。

まず、姿勢制御装置１０を備える車椅子１００について説明する。
車椅子１００は、図１に示すように、乗員を支持するフレーム１１０と、フレーム１１０の左右に配設された車輪１２０と、車輪１２０の制動を行う制動機構１３０と、後述する姿勢制御装置１０の電力源となるバッテリー１４０とで構成している。

フレーム１１０は、車椅子１００に着座する乗員を支持するものであって、乗員が着座可能な座面１１１と、座面１１１に着座する乗員の脚を保持するフットレスト１１３およびレッグレスト１１２（図示しない）と、座面１１１に着座する乗員の背凭れとなるバックレスト１１４と、介助者が車椅子１００の移動操作を行う操作部１１５（図示しない）とを備える。ここで、操作部１１５は、後述する制動機構１３０の制動ブレーキ１３１を操作可能にしている。

車輪１２０は、フレーム１１０の左右に配設されており、鉛直軸線を中心に回動可能な左右一組の前輪（以下、キャスター１２１）と、座面１１１に着座する乗員に対して車椅子１００を前進および後進可能に組み付けられる左右一組の後輪（以下、駆動輪１２２）とで構成している。

制動機構１３０（図示しない）は、車輪１２０の駆動輪１２２を制動する機構であって、駆動輪１２２の制動を行う制動ブレーキ１３１と、駆動輪１２２が不意に回動するのを防止する停止ブレーキ１３２とで構成している。制動ブレーキ１３１は、一般的なドラムブレーキの構造をしており、ブレーキの操作を操作部１１５で行っている。ここで、停止ブレーキ１３２は、制動ブレーキ１３１とは異なる構造であって、レバーの操作によってストッパーが駆動輪１２２を押し付けることで駆動輪１２２を停止させており、主に傾斜面で車椅子１００を停車する場合や乗員が車椅子１００に乗降する場合に使用される。

バッテリー１４０は、後述する姿勢制御機構１０の車輪上下作動機構１２の電力源となるものであって、リチウムイオン等を用いた電池や電力を得ることの可能な発電機いずれの場合であっても良い。

上記に示す車椅子１００は、本実施例において、車輪１２０の駆動を乗員または介助者の人力で行うものであり、バッテリー１４０の電力を基に車輪１２０の駆動を行う電動車椅子とは異なる。また、バッテリー１４０の電力を基に車輪１２０の駆動を行う電動車椅子に後述する姿勢制御機構１０を備える場合においては、車輪１２０を駆動するバッテリー１４０と姿勢制御機構１０を作動するバッテリー１４０を共通化してもよい。

次に、車椅子１００に備える姿勢制御機構１０について説明する。
姿勢制御機構１０を構成する傾斜角検出センサ１１は、車椅子１００の進行方向に対して左側または右側へ傾斜する横傾斜路面の傾斜角を検出するセンサであって、図１に示すように、乗員が着座する座面１１１の裏側に備える。この傾斜角検出センサ１１は、横傾斜路面の傾斜角を検出することが可能であれば、加速度センサやジャイロセンサや平行センサといったセンサのいずれを用いてもよい。

姿勢制御機構１０を構成する車輪上下作動機構１２は、車椅子１００に組み付けられる車輪１２２を上下作動する装置であって、図１および図２に示すように、車椅子１００の座面１１１に着座する乗員に対して左側または右側の何れか一方のフレーム１１０に上下作動ベース１３を設ける。この上下作動ベース１３は、内部に車輪上下作動機構１２が設けられる側の駆動輪１２２ｂを上下作動するための動力となるモータ１３ａと、モータ１３ａの駆動に伴い回転する複数の台形ネジ１３ｂと、台形ネジ１３ｂの回転に伴い上方向または下方向に移動する移動プレート１３ｄとで構成している。

上下作動ベース１３は、車輪上下作動機構１２をフレーム１１０に組み付け可能にするものであって、図１および図２に示すように、座面１１１に着座する乗員に対して左側または右側の何れか一方のフレーム１１０に上下移動可能に組み付けられる。

モータ１３ａは、車輪上下作動機構１２を組み付ける側の駆動輪１２２ｂを上下に作動する動力源であって、図２に示すように、上下作動ベース１３内部の上方または下方の略中央に備えられ、車椅子１００に備えるバッテリー１４０の電力を基に駆動し、正回転することで駆動輪１２２ｂを上方向に作動し逆回転することで駆動輪１２２ｂを下方向に作動する。このモータ１３ａは、本実施例において、正回転することで駆動輪１２２ｂを上方向に作動し逆回転することで駆動輪１２２ｂを下方向に作動したが、正回転することで駆動輪１２２ｂを下方向に作動し逆回転することで駆動輪１２２ｂを上方向に作動する構造であってもよい。

台形ネジ１３ｂは、図２に示すように、モータ１３ａの駆動軸にギヤボックスを介して連結することでモータ１３ａの駆動に伴って回転が可能になっている。この台形ネジ１３ｂは、上下作動ベース１３内部の車椅子１００の進行方向に対して前方と後方にそれぞれ１本ずつ上下作動ベース１３の側面に平行になるよう配設し、略中央にナット１3ｃを備える。このナット１３ｃは、台形ネジ１３ｂに挿通して備えられており、台形ネジ１３ｂの回転に伴って上下に移動する。ここで、ナット１３ｃは、台形ネジ１３ｂの略中央にある状態が車輪上下作動機構１２の標準位置であって、傾斜角検出センサ１１が左側または右側に傾いた横傾斜路面を検出した際に上下に移動する。

移動プレート１３ｄは、車輪上下作動機構１２を組み付ける側の駆動輪１２２ｂに加わる荷重を変化させるものであって、図２に示すように、２本の台形ネジ１３ｂに備えるナット１３ｃを連結するよう設けられ各ナット１３ｃの移動に伴い上下に移動する。この移動プレート１３ｄは、略長方形に形成しており、略中央に駆動輪１２２ｂの車軸を挿通可能になっている。

次に、車椅子１００に備える姿勢制御機構１０が車輪１２０を上下作動する手順について説明する。

車椅子１００は、傾斜角検出センサ１１により走行する路面の横傾斜角度を検出する。この傾斜角検出センサ１１は、図３（ｂ）に示すように、路面の横傾斜角度が０度を検出している場合において、車輪上下作動機構１２をさせることはない。これは、車椅子１００が平坦路を走行している状態であって、車椅子１００の重量と乗員の体重との鉛直荷重を左右の車輪１２２に均等に加えており、車椅子１００の移動操作を比較的容易に行うことが可能である。ここで、平坦路を走行する車椅子１００の車輪上下作動機構１２は、移動プレート１３ｄを台形ネジ１３ｂの略中央に配設した状態であって、傾斜角検出センサ１１が横傾斜路面を検出すると移動プレート１３ｄを上下移動可能な位置に配設している。

ところが、路面が車椅子１００の進行方向に対して左側へ傾斜すると、車椅子１００の重量と乗員の体重との和の鉛直荷重に対して横傾斜路面と直角な下方への分力と横傾斜路面と平行な低い方向（左側）への分力が生じる。これにより、車椅子１００の車輪１２０に加わる荷重が左右で不均衡にあることから、車椅子１００を移動操作することが困難になる。

ここで、傾斜角検出センサ１１は、横傾斜路面の傾斜角を検出すると車輪上下作動機構１２を作動する。この時、車輪上下作動機構１２は、傾斜角検出センサ１１の傾斜角の情報を基にモータ１３ａを正回転に駆動することで台形ネジ１３ｂを回転する。すると、移動プレート１３ｄは、台形ネジ１３ｂが回転するのに伴って移動するナット１３ｃが台形ネジ１３ｂの略中央位置から上方向に移動する。これにより、上下作動ベース１３は、左右の駆動輪１２２に加わる車椅子１００の重量と乗員の体重との和の荷重が均等になるよう作動する。ここで、上下作動ベース１３が左右の駆動輪１２２に加わる荷重を均等になるよう作動した場合、車椅子１００の座面１１１は水平状態になる。（図２および図３ａ参照）

車輪上下作動機構１２が座面１１１を水平状態にすることにより、左右の車輪１２０に加わる荷重が均等になることから、路面が車椅子１００の進行方向に対して左側に傾斜している場合において、車椅子１００の移動操作を比較的容易にすることが可能となる。

次に、路面が車椅子１００の進行方向に対して右側に傾斜している場合について説明する。
路面が車椅子１００の進行方向に対して右側へ傾斜すると、車椅子１００の重量と乗員の体重との和の鉛直荷重に対して横傾斜路面と直角な下方への分力と横傾斜路面と平行な低い方向（右側）への分力が生じる。これにより、車椅子１００の車輪１２０に加わる荷重が左右で不均衡にあることから、車椅子１００を移動操作することが困難になる。

ここで、傾斜角検出センサ１１は、横傾斜路面の傾斜角を検出すると車輪上下作動機構１２を作動する。この時、車輪上下作動機構１２は、傾斜角検出センサ１１の傾斜角の情報を基にモータ１３ａを正回転に駆動することで台形ネジ１３ｂを回転する。すると、移動プレート１３ｄは、台形ネジ１３ｂが回転するのに伴って移動するナット１３ｃが台形ネジ１３ｂの略中央位置から上方向に移動する。これにより、上下作動ベース１３は、左右の駆動輪１２２に加わる車椅子１００の重量と乗員の体重との和の荷重が均等になるよう作動する。ここで、上下作動ベース１３が左右の駆動輪１２２に加わる荷重を均等になるよう作動した場合、車椅子１００の座面１１１は水平状態になる。（図２および図３ｃ参照）

車輪上下作動機構１２が座面１１１を水平状態にすることにより、左右の車輪１２０に加わる荷重が均等になることから、路面が車椅子１００の進行方向に対して左側に傾斜している場合において、車椅子１００の移動操作を比較的容易にすることが可能となる。

（実施例２）
本発明の姿勢制御機構１０の車輪上下作動機構１２は、上下作動ベース１３内部に、車輪上下作動機構１２を組み付ける側の駆動輪１２２ｂを上下に作動する動力源であるモータ１３ａと、モータ１３ａの駆動に伴って回転するピニオンギヤ１４ａとピニオンギヤ１４aの回転を上下方向の運動に変換するラック１４ｂとを備える複数のラックアンドピニオン機構１４と、ラックアンドピニオン機構１４を上下作動ベース１３に固定する固定部１５と、ラックアンドピニオン機構１４のラック１４ｂの上下に伴って上下に移動する移動プレート１３ｄとで構成した構造であってもよい。

このラックアンドピニオン機構１４は、モータ１３ａの駆動に伴って回転するギヤ１４ａと、ギヤ１４ａの回転に伴って上下に移動するラック１４ｂとで構成している。このラックアンドピニオン機構１４は、上下作動ベース１３内部の車椅子１００の進行方向に対して前方と後方にそれぞれ１個ずつ上下作動ベース１３の側面に平行になるよう配設しており、各ラック１４ｂは移動プレート１３ｄにより連結されている。ここで、ギヤ１４ａは、ラック１４ｂの略中央にある状態が車輪上下作動機構１２の標準位置であって、傾斜角検出センサ１１が左側または右側に傾いた横傾斜路面を検出した際にラック１４ｂを上下に移動する。

上記に示す車輪上下作動機構１２の作動手順は、傾斜角検出センサ１１が左側または右側に傾いた横傾斜路面を検出すると、モータ１３ａが傾斜角検出センサ１１の傾斜角の情報を基に正回転または逆回転する。これに伴い、モータ１３ａの駆動方向と同じ方向にギヤ１４ａが回転しラック１４ｂを上下に移動することで、移動プレート１３ｄは上下に移動を行う。これによって、車輪上下機構１２の上下作動ベース１３は、左右の駆動輪１２２に加わる車椅子１００の重量と乗員の体重との和の荷重が均等になるよう作動することから、車椅子１００の移動操作を比較的容易に行うことができる。

１０ 姿勢制御機構
１１ 傾斜角検出センサ
１２ 車輪上下作動機構
１３ 上下作動ベース
１３ａ モータ
１３ｂ 台形ネジ
１３ｃ ナット
１３ｄ 移動プレート
１４ ラックアンドピニオン機構
１４ａ ギヤ
１４ｂ ラック
１５ 固定部
１００ 車椅子
１１０ フレーム
１１１ 座面
１２０ 車輪
１２１ 前輪（キャスター）
１２２ 後輪（駆動輪）
１３０ 制動機構
１４０ バッテリー

Claims (1)

1. 左右一組の車輪を有する車椅子の進行方向に対して左側または右側へ傾斜する横傾斜路面における横傾斜姿勢を水平に制御する姿勢制御機構であって、
   前記横傾斜路面の傾斜角を検出する傾斜角検出センサと、
   該傾斜角検出センサの傾斜角の情報を基に前記車椅子の左側または右側の何れか一方の車輪を上下作動する車輪上下作動機構とで構成しており、
   前記車輪上下作動機構は、前記車椅子の左側または右側の何れか一方のフレームに設けられる上下作動ベース内部に、
   前記車椅子の車輪を上下作動するための動力となるモータと、
   該モータの駆動に伴い回転する複数の台形ネジと、
   該台形ネジを連結し台形ネジの回転に伴って上下に移動する移動プレートを備えることを特徴とする姿勢制御機構。

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