Vibration absorbing rack for ambulance

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、傷病者を搬送する救急車内に設けられ、傷病者が乗せられた担架の乗り心地を改善する救急車用除振架台に関する。

【０００２】

【従来の技術】救急車用除振架台の除振機構は、油圧、
空気サスペンションを用いたものが大半を占めており、
現在までに様々な乗り心地改善へ向けての対策がなされている。 また、アクティブ制御を行うことにより乗り心地を改善した除振機構も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】救急車の走行には、車の流れに沿って走行する通常走行と緊急走行時の特別走行とがあり、この走行差により乗り心地が異なる。

【０００４】そこで、除振架台の乗り心地に対する効果を確認するために、国産車及び輸入車のうちで代表的な２種類の救急車による実車走行を行い、救急車の床と担架上に寝ている人の腰部における前後・左右・上下方向の加速度を測定し、解析を行ったところ、高周波領域（１０〜２０Hz)は、効果的に絶縁されているが、特に前後・上下方向の低周波振動（０．１〜１０Hz)が効果的に抑制されておらず、生体共振の中で特に内臓共振による容体の悪化、ノーズダイブによる血圧変動（血液が頭部に集中する感覚）、傷病者の車酔いや車体と除振架台のサスペンション調整のアンマッチという問題があった。

【０００５】本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、除振架台のサスペンションメカニズムに磁気ばねと磁気ダンパを利用することにより、急停車、急減速に起因する患者の不快感を抑制し、乗り心地を改善した救急車用除振架台を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、フロアに揺動自在に取り付けられた下部フレームと、該下部フレームに対しリンク機構を介して上下動自在に取り付けられた上部フレームとを備え、反発磁極が対向する磁気ばねにより上下振動を抑制するとともに、前方への加速度の入力により前部側を持ち上げるようにしたことを特徴とする救急車用除振架台である。

【０００７】また、請求項２に記載の発明は、上記下部フレームの瞬間回転中心廻りの重力片振り子運動により前後方向に入力される加速度を抑制するようにしたことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 図１は、本発明の実施の形態１にかかる救急車用除振架台Ａを示しており、
フロアに前後方向に揺動自在に取り付けられた一体構成の下部フレーム２ａ，２ｂと、下部フレーム２ａ，２ｂ
に対し上下動自在に取り付けられた上部フレーム４と、
上部フレーム４に対し前後方向に摺動自在に取り付けられた頂板６とを備えている。

【０００９】下部フレーム２ａ，２ｂの各々には、その下面にアルミニウム等の導体８ａ，８ｂが固定されており、導体８ａ，８ｂは、フロアに立設された支持プレート１０ａ，１０ｂにレバー１２ａ，１２ｂを介して前後方向に揺動自在に取り付けられている。 各導体８ａ，８
ｂの両側には永久磁石１４ａ，１４ｂが所定距離離間した状態でフロアに固定されている。

【００１０】また、上部フレーム４は下部フレーム２に対し、Ｘリンク１６ａ，１６ｂ及びパンタグラフ１８
ａ，１８ｂを介して連結されている。

【００１１】Ｘリンク１６ａ，１６ｂの各々は、上部及び下部フレーム４，２に一端が枢着された２本の長レバー２０，２２と、長レバー２０，２２の他端に一端が枢着された２本の短レバー２４，２６からなり、長レバー２０，２２はその中間部が互いに枢着される一方、短レバー２４，２６の他端は上部及び下部フレーム４，２に立設された支持部材２８，３０に枢着されている。

【００１２】また、パンタグラフ１８ａ，１８ｂの各々は、略く字状に枢着された２本のレバーが前後対称に配設された４本のレバー３２，３４，３６，３８からなり、レバー３２，３６の上端は上部フレーム４に枢着される一方、レバー３４，３８の下端は下部フレーム２
ａ，２ｂに枢着されている。 さらに、略く字状に枢着されたレバー３２，３４及びレバー３６，３８の枢着部にはコイルスプリング４０が係止せしめられ、上部フレーム４の押し上げ力を発生している。

【００１３】下部フレーム２ａ，２ｂの幅方向中央部には永久磁石４２，４４が固定され、永久磁石４２，４４
と反発(同一）磁極が対向する永久磁石４６，４８が上部フレーム４に固定されており、互いに対向する永久磁石４２と４６あるいは４４と４８の反発力により上部フレーム４の押し上げ力を発生している。 また、頭部側に位置する下部フレーム２ａの一端は、フロアに立設された支持部材５０にショックアブソーバ５２及びコイルスプリング５４を介して連結されている。

【００１４】さらに、頂板６は上部フレーム４に対しスライダ５６ａ，５６ｂを介して前後方向に摺動自在に取り付けられており、頂板６の頭部側及び足部側の下面にそれぞれ二つの突設部５８ａ，５８ｂを固定する一方、
上部フレーム４の上面に固定された突設部６０を前記二つの突設部５８ａ，５８ｂの中間に配設し、上部フレーム４の突設部６０と頂板６の突設部５８ａ，５８ｂとの間にコイルスプリング６２ａ，６２ｂとゴムダンパ（図示せず）をそれぞれ介装することにより頂板６は上部フレーム４の所定位置に保持されている。

【００１５】なお、上記構成において、上部及び下部フレーム４，２と頂板６に取り付けられた部材のうち、永久磁石４２，４４，４６，４８、ショクアブソーバ５
２、コイルスプリング５４等は除振架台Ａの幅方向中央部に設けられており、他の部材は除振架台Ａの両側に設けられているが、図１では片側のみ示されている。

【００１６】上記構成の本発明にかかる救急車用除振架台Ａの作用を以下説明する。 まず、図２に示されるように、傷病者、担架、救急車用除振架台Ａの質量をそれぞれｍ ₀ 、ｍ ₁ 、ｍ ₂とし、突設部６０と突設部５８ａ，５
８ｂの間に設けられたコイルスプリング６２ａ，６２ｂ
のばね定数とゴムダンパの減衰係数をそれぞれｋ ₁ 、
ｋ ₂ 、Ｃ ₁ 、Ｃ ₂とする。 また、パンタグラフ１８ａ，１
８ｂに設けられたコイルスプリング４０のばね定数をｋ
₃ 、対向する二つの永久磁石４２，４６あるいは４４，
４８で構成される磁気ばねのばね定数をｋ ₄ 、下部フレーム２ａに取り付けられたコイルスプリング５４のばね定数をｋ ₅ 、永久磁石１４ａ，１４ｂと導体８ａ，８ｂ
とで構成される磁気ダンパの減衰係数をＣ _3mg 、下部フロア２ａに取り付けられたショックアブソーバ５２の減衰係数をＣ ₄とする。

【００１７】本発明にかかる救急車用除振架台Ａにおいては、急ブレーキや突起の乗り越えによって発生する生体のピッチング振動と頭足方向（前後方向）の加速度を抑制する手段として、頭部の動きを上方向にのみ規制する手段としての下部フレーム２ａ，２ｂとフロアとの瞬間中心廻りの擬似重力片振り子運動と、質量ｍ ₀ ＋ｍ ₁の車両進行方向と同一の並進運動を除振機構に利用している。 これは、アクティブ制御方式において、重力加速度を利用して急ブレーキ時発生する約０．５Ｇの加速度を軽減する方法の代わりに、図３のように急ブレーキによる加速度の反動を利用して質量ｍ ₀ ＋ｍ ₁の重心位置を後方に移動し、後側の金属ばね（ｋ ₃ ）と磁気ばね（ｋ ₄ ）
を作用させ、除振架台Ａの傾きθを大きくする。 この時、図４に示されるように、急ブレーキによる加速度の架台進行方向成分を重力加速度の架台進行方向成分により減少する。 その残りを金属ばね（ｋ ₁ 、ｋ ₂ ）とゴムダンパ（Ｃ ₁ ，Ｃ ₂ ）及び磁気ダンパ（Ｃ ₃ ）で減衰させる。

【００１８】また、金属ばね（ｋ ₅ ）とショックアブソーバ（Ｃ ₄ ）により、図５のように除振架台Ａの初期傾斜角θ ₀を与える。

【００１９】さらに詳述すると、傷病者を乗せた担架を除振架台Ａに載置した状態では、図５に示されるように、上部フレーム４はコイルスプリング５４とショクアブソーバ５２により初期傾斜角θ ₀に保持されている。
この時、急ブレーキにより例えば約０．５Ｇの加速度が入力されると、コイルスプリング６２ａの付勢力に抗して、除振架台Ａは、図２に示される点Ｏを瞬間回転中心として頭部側（前方）に揺動する。 次ぎに、加速度の反動すなわちコイルスプリング６２ａの付勢力によりｍ ₀
（傷病者）＋ｍ ₁ （担架）の重心位置が後方に移動して、足部側のパンタグラフ１８ｂと磁気ばね４４，４８
に大荷重が加わり、図３に示されるように上部フレーム４の傾斜角θが大きくなる。 傾斜角θが大きくなると、
図４に示されるように、急ブレーキによる加速度の前方成分は重力加速度の後方成分により減衰させるとともに、重力加速度の後方成分により減少できなかった残りの成分は、コイルスプリング６２ａ，６２ｂのばね力と、ゴムダンパの減衰力と、永久磁石１４ａ，１４ｂと導体８ａ，８ｂとの電磁誘導による減衰力により減衰させる。

【００２０】次に、上下振動を抑制する手段としては、
磁気ばねの振動特性を利用する。 図６は、上下方向振動に対応する除振機構のばね特性と加速度振幅０．３Ｇのサイン波で加振した時の各周波数でのばね上の応答振幅を表している。 磁気ばね力と変位の関係は、式（３）、
（４）で求められ、金属ばねと変位の関係はリンク構造による力の変換を考慮して求めた。 これは、実測値と５
％のバラツキ内で収まっている。

【００２１】図６及び図７に示されるように、予め平衡点Ｐに設計されたパンタグラフが突起物等によるフロアの衝撃変位によって圧縮されると負のばね特性によりパンタグラフはさらに圧縮され、ばね上架台は重力方向に押し下げられる。 そして、下死点で速度が０に近づいた時に（突起の頂点付近到達時に対応）、静的な磁気ばねと金属ばねの合成ばねの正の特性により、上方向に押し戻しが開始する。

【００２２】一方、振動している状態では、パンタグラフの負のばね特性に対して、図６の点Ｑのように正の特性として動的な磁気ばねが作用する。 パンタグラフと動的な磁気ばねの合特性が擬似的にｋ＝０の状態となって、共振点がほぼなくなり、伝達率を低減する。

【００２３】具体的には、振り子の振動数は、

【数１】

₅ ）の固有振動数は、ｆより高めの値に設定する。 ショックアブソーバ（Ｃ

₄ ）と磁気ダンパ（Ｃ

₃ ）で減衰を与えるが、磁気ダンパの減衰係数は近似的に、

【数２】

ｈ：導体の厚さ、Ａ：磁束の面積、α：実験的補正係数、ρ：導体の電気抵抗率である。

【００２４】また、磁気ばねによる力は、

【数３】

_m 、Ｆ

₀を定数として負荷質量との平衡点位置での磁石間距離ｚを選ぶことで、任意のばね定数が設定できる。 一例として、磁石とそのストローク範囲での平衡点付近及び最下端付近の磁気ばねによる力は、それぞれ

【数４】

【００２５】磁気ばねの固有振動数は、負荷質量をｍとした場合、

【数５】

【００２６】図６には、使用した磁気ばねの静的ばね定数、動的ばね定数の実測値も示されている。

【００２７】質量が５６ｋｇ、７２ｋｇ、８２ｋｇの３
人の被験者とサスペンションのチューニングが硬い国産Ａ車、柔らかい輸入Ｂ車による実車走行により、後輪車軸上の床面（除振架台支持部）及び担架上に寝ている人の腰部での、前後、左右、上下方向の加速度を測定した。

【００２８】また、床面の加速度の大きいＡ車とほぼ同一の加速度を再現する模擬車両Ｃ車に、本発明にかかる磁気ばね式除振架台Ａを装着して舗装路を実車走行し、
加速度の測定と官能評価を実施した。

【００２９】図８及び図９は、実車走行によるフロア上の加速度のＰＳＤ(Power SpectralDensity)と担架上の生体腰部における前後方向及び上下方向の加速度伝達率をそれぞれ示している。 磁気ばね式除振架台Ａは、前後方向の振動に対して２Ｈｚ、上下方向の振動に対して３
Ｈｚ付近に共振周波数を持ち、フロアのそれぞれの共振周波数０．４Ｈｚ及び２Ｈｚを外している。

【００３０】図８の前後方向の振動については、０．３
〜１Ｈｚ付近及び３Ｈｚ付近にある低周波領域での性能改善の効果が認められ、０．６〜４Ｈｚ近辺に共振点を持つ頭足部の共振が生じにくい。

【００３１】ここで、Ｖ：車速、Ｌ：ホイルベース長、
路面形状成分をｎ次とした場合の上下振動ホイルベースのｎ次固有周波数は、

【数６】

【００３２】また、Griffinの提案するＳＥＡＴ値（Sea
t Effective Amplitude Transmissibility)を利用してフロア面と人体の腰部の振動エネルギー比を評価すると、従来品は１４５〜１５５の値を示す。 一方、本発明品は１３５となり、１０％前後の振動エネルギー低減効果が認められる。

【００３３】さらに、模擬車両を用いて行った官能評価は以下の通りであった。 ・急ブレーキ時の頭の下がり方がかなり緩和されている。 ・車体の振動が担架に伝わってこない。 ・衝撃を受けた際、足が跳ね上がらず、引っ付いた感じである。 ・性能は従来品よりよい。 ・ローリングも良くなっている。

【００３４】図１０は、本発明の実施の形態２にかかる救急車用除振架台Ａ１を示しており、フロアに前後方向に摺動自在かつ揺動自在に取り付けられた下部フレーム７２と、下部フレーム７２に対し上下動自在に取り付けられた上部フレーム７４とを備えている。

【００３５】下部フレーム７２は、その前部及び後部に設けられた複数のスライダ７６,…,７６を介してフロアに前後方向に摺動自在に取り付けられるとともに、複数のレバー７８，８０を介してスライダ７６,…,７６に揺動自在に取り付けられている。 レバー７８は、その下端が下部フレーム７２に枢着されるとともに、その上端がスライダ７６の上部に立設された支持プレート８２に枢着されている。 一方、レバー８０は、その上端が下部フレーム７２に枢着されるとともに、その下端がスライダ７６の上部に立設された支持プレート８４に枢着されている。

【００３６】また、上部フレーム７４は下部フレーム７
２に対し、y字状リンク及びく字状リンクを介して上下動自在に連結されている。

【００３７】y字状リンクの各々は、長レバー８６と短レバー８８からなり、長レバー８６の上端は上部フレーム７４に枢着されるとともに、その下端は別のレバー９
０の下端に枢着されており、レバー９０の上端は下部フレーム７２の上面に固定されたブラケット９２に枢着されている。 一方、短レバー８８の上端は長レバー８６の中間部に枢着されるとともに、その下端は下部フレーム７２に枢着されている。 また、下部フレーム７２の両側に位置する２本の長レバー８６の下端及び２本の短レバー８８の下端はロッド９４，９６でそれぞれ連結されており、ロッド９４,９６に係止された複数のコイルスプリング（図示せず）により上部フレーム７４の持ち上げ力を発生している。

【００３８】一方、く字状リンクは、互いに枢着された２本のレバー９８，１００からなり、レバー９８の上端は上部フレーム７４に枢着されるともに、レバー１００
の下端は下部フレーム７２に枢着されている。 また、レバー９８，１００の枢着部と、y字状リンクを構成する長レバー８６及び短レバー８８の枢着部はロッド１０２
で連結されており、y字状リンクとく字状リンクは互いに連動して上部フレーム７４を上下動させる構成となっている。

【００３９】下部フレーム７２の前部（頭部側）及び後部（足部側）には、矩形開口１０４，１０６が穿設されており、フロアに固定された突設部１０８及び永久磁石１１０，１１２が矩形開口１０４，１０６を介してそれぞれ突設している。 突設部１０８の前方及び後方には、
複数のコイルスプリング１１４，１１６が介装される一方、永久磁石１１０，１１２の前方及び後方には、反発（同一）磁極が対向する永久磁石１１８，１２０が所定距離離間した状態で下部フレーム７２に固定されており、下部フレーム７２の前後動を減衰するように作用する。

【００４０】また、下部フレーム７２の中央部には、左右二つの矩形開口１２２，１２４が穿設されており、フロアに固定された永久磁石１２６，１２８が矩形開口１
２２，１２４を介してそれぞれ突設している。 永久磁石１２６，１２８の間には下部フレーム７２に固定されたアルミニウム等の導体１３０が介装されており、電磁誘導を利用して下部フレーム７２の前後動を減衰する。

【００４１】さらに、導体１３０の前方及び後方の下部フレーム７２には、１つの永久磁石１３２と２つの永久磁石１３４，１３６が取り付けられており、これらの永久磁石１３２，１３４，１３６と反発（同一）磁極が対向する永久磁石１３８，１４０，１４２が上部フレーム７４に所定距離離間した状態で取り付けられており、対向する２つの永久磁石で磁気ばねを構成することにより上部フレーム７４の上下動を減衰する。 なお、永久磁石１３４，１３６，１４０，１４２は、図１０に示されるように傾斜した状態で下部フレーム７２及び上部フレーム７４にそれぞれ取り付けられている。

【００４２】また、下部フレーム７２の中央部両側には、上端が下部フレーム７２に枢着され、下端がフロアに枢着されたショックアブソーバ１４４が配設されている。

【００４３】なお、図１０の実施の形態２にかかる救急車用除振架台Ａ１においては、傷病者を乗せた担架は上部フレーム７４の上に載置される。

【００４４】上記構成の除振架台Ａ１の作用を図１１及び図１２を参照して以下説明する。 傷病者を乗せた担架を除振架台Ａ１に載置した状態では、図１１（ａ）に示されるように、下部フレーム７２はコイルスプリング１
１４，１１６、永久磁石１１０，１１２，１１８，１２
０、ショクアブソーバ１４４等により所定の位置に保持されている。 この時、急ブレーキにより加速度が入力されると、コイルスプリング１１６の付勢力あるいは永久磁石１１０，１１８の反発力に抗して、下部フレーム７
２は、瞬間回転中心廻りに頭部側（前方）に揺動する。

【００４５】この時、レバー７８は、その上端及び下端がスライダ７６及び下部フレーム７２にそれぞれ枢着される一方、レバー８０は逆に、その上端及び下端が下部フレーム７２及びスライダ７６に枢着されていることから、下部フレーム７２の頭部側が持ち上げられる一方、
足部側が下降する。 その結果、急ブレーキによる加速度の前方成分は重力加速度の後方成分により減衰し、重力加速度の後方成分により減少できなかった残りの成分は、コイルスプリング１１４，１１６のばね力と、永久磁石１１０，１１８の反発力と、永久磁石１２６，１２
８と導体１３０との電磁誘導による減衰力により減衰させる。

【００４６】なお、図１０の除振架台Ａ１において、ｙ
字状リンクとく字状リンクを連結するロッド１０２は必ずしも必要ではなく、ロッド１０２がない構成では、y
字状リンクとく字状リンクを独立して作動する。 この場合、急ブレーキにより加速度が入力されると、上部フレーム７４の傾斜角及び重力加速度の後方成分はさらに大きくなり、急ブレーキによる加速度の前方成分を効果的に減衰させることができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。 本発明のうちで請求項１に記載の発明によれば、反発磁極が対向する磁気ばねにより上下振動を抑制するとともに、急減速等による前方への加速度の入力により前部側を持ち上げるようにしたので、加速度の架台進行方向成分が重力加速度の架台進行成分により減少し、除振架台の乗り心地を改善することができる。

【００４８】また、請求項２に記載の発明によれば、下部フレームの瞬間回転中心廻りの重力片振り子運動により前後方向に入力される加速度を抑制するようにしたので、簡素な構成で乗り心地を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１にかかる救急車用除振架台の概略側面図である。

【図２】 図１の除振架台に傷病者を乗せた担架を載置した場合の各部の挙動を示す概略側面図である。

【図３】 図２の除振架台に急ブレーキによる加速度が加わった場合の概略側面図である。

【図４】 通常走行時と急減速時における加速度の架台進行方向成分と重力加速度の架台進行方向成分の関係を示す模式図である。

【図５】 図２の除振架台の初期傾斜角を示す概略側面図である。

【図６】 図１の除振架台に設けられた種々のばねのばね力と変位との関係を示すグラフである。

【図７】 図１の除振架台が突起を乗り越える場合の上部フレームの挙動を示す概略側面図である。

【図８】 実車走行時の前後方向の振動に対するフロア上の加速度のＰＳＤと担架上の生体腰部における加速度伝達率を示すグラフである。

【図９】 実車走行時の上下方向の振動に対するフロア上の加速度のＰＳＤと担架上の生体腰部における加速度伝達率を示すグラフである。

【図１０】 本発明の実施の形態２にかかる救急車用除振架台の分解斜視図である。

【図１１】 通常走行時における図１０の除振架台の概略図であり、（ａ）は下部フレームの側面図を、（ｂ）
は下部フレームの前部に設けられたコイルスプリングの平面図である。

【図１２】 急減速時における図１０の除振架台の概略図であり、（ａ）は下部フレームの側面図を、（ｂ）は下部フレームの前部に設けられたコイルスプリングの平面図である。

【符号の説明】

２ａ，２ｂ，７２ 下部フレーム ４，７４ 上部フレーム ６ 頂板 ８ａ，８ｂ，１３０ 導体 １２ａ，１２ｂ，７８，８０ レバー 14a,14b,42,44,46,48,110,112,118,120,126,128,132,13
4,136,138,140,142永久磁石 １６ａ，１６ｂ Ｘリンク １８ａ，１８ｂ パンタグラフ ４０，５４，１１４，１１６ コイルスプリング ５２,１４４ ショックアブソーバ ５６ａ，５６ｂ，７６ スライダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千▲柄▼ 一義 広島県広島市安芸区矢野新町一丁目２番10 号 株式会社デルタツーリング内