Electric wheelchair

本発明は、電動駆動式の左右の後輪と、車輪直進方向に対して直交方向へ回転する複数個のローラが車輪の周囲に転向用に配列されている非旋回式の前輪とを備えた電動車椅子に関するものである。

特許文献１又は特許文献２により、補助駆動用としてモータ駆動される駆動ユニットを電動車椅子の後輪に着脱自在に装着することにより、その駆動ローラで車輪周面を圧接状態で回転駆動する２輪駆動式電動車椅子は周知である。 また、特許文献３によれば、一方側の前後輪並びに他方側の前後輪をそれぞれ共通に駆動する両側一対の駆動部を備えると共に、一対の前輪には、車輪直進方向に対して直交方向へ回転可能な複数個のローラがリムの周囲に配列され、各ローラは、周面により車輪外周円の円弧を形成するように、先端部の直径を基端部の直径よりも小さくする半紡錘形状に形成され、かつ先端部が、隣合う基端部に近接し得るように、この基端部に形成された凹部に部分的に侵入すると共に、前輪及び後輪のトレッドが互いに同一に設定されている４輪駆動式電動車椅子が開示されている。

特開平８−５６９９１号公報

特開平１０−１７９６５１号公報

特開２００４−３４４２８９号公報

特許文献３の４輪駆動式電動車椅子によれば、坂道、不整地を安定に走行でき、凹凸、段差もスムーズに通過でき、直進性も優れて高い走破性が実現され、また前後連動型であることにより高い操縦安定性も得られる。 さらに、操舵が両側の車輪の速度差による差動回転式に行われ、一般的な車輪操向式に較べて旋回時に旋回半径を小さくでき、室内での操舵時に床面を傷めないで済む。 さらに、左右の前輪に相手方に部分的に侵入する半紡錘形状のローラを備えた非旋回式の全方向輪が採用され、特に前後輪のトレッドが同一であることにより、騒音を少なくしてスムーズに直進或は曲進でき、ローラ間の隙間に小石などが挟まるのも抑制される。

しかしながら、このように常時４輪駆動を行う場合、４輪の走行領域が非平坦でいずれかが空回転すると、その都度電力損失を生じ、その際全方向輪のローラ周面が摩擦回転による傷みを生じ易くなる問題もある。 一方、後輪の２輪駆動式の電動車椅子の場合、下り坂では重心が前方へ移動することにより後輪の接地力が弱くなりそのブレーキ性能や操舵性が低下し、整地されてない路面の走行時には走破性が低下する。 また、横方向へ傾斜した路面では特に前輪がキャスタ式の場合片流れを生じ易い問題がある。

本発明は、このような点に鑑みて、伝動ローラを前後輪間に介在させる簡単な構造により、必要時に４輪駆動に切換可能にする電動車椅子を提供することを目的とする。

本発明は、この目的を達成するために、請求項１により、電動駆動式の左右の後輪と、車輪直進方向に対して直交方向へ回転する複数個のローラが周囲に転向用に配列されている非旋回式の前輪とを備えた電動車椅子において、本体フレーム（７、７ａ、７ｂ、１０、２０）に設けられて通常位置及び作動位置間で操作される操作レバー（１４、２４）と、後輪（１）及び前輪（５）の車輪周面間の伝動位置を占めて後輪（１）の回転を前輪（５）に伝動する伝動ローラ（１１、２１、３１、４１）と、この伝動ローラを回転自在で、かつ前後方向に揺動可能に支持した状態で中立位置及び伝動位置間で移動させ得るように、本体フレーム（７、７ａ、７ｂ、１０、２０）に移動可能に設けられたローラ支持アーム（１２、１３、２２、２３、３２、３３、４２）と、伝動ローラ（１１、２１、３１、４１）が伝動位置で車輪周面に圧接するように、ローラ支持アーム（１２、１３、２２、２３、３２、３３、４２）を伝動位置方向に付勢する伝動ローラ圧接用ばね（１６、２６、４６）とを備え、操作レバー（１４、２４）が、通常位置への操作によりローラ支持アーム（１２、１３、２２、２３、３２、３３、４２）を反伝動位置方向に連動させて拘束し、また作動位置への操作によりローラ支持アーム（１２、１３、２２、２３、３２、３３、４２）の拘束を解除することを特徴とする。

操作レバー（１４、２４）が作動位置へ操作されてローラ支持アーム（１２、１３、２２、２３、３２、３３、４２）が伝動位置方向にばね付勢されると、伝動ローラ（１１、２１、３１、４１）は前後方向の揺動を伴い得ることにより確実に伝動位置へ移動して前後輪（１、５）の車輪周面間に圧接し、後輪（１）の回転を前輪（５）に伝動可能な状態になる。

操作レバーの操作に連動するローラ支持アームを動作の信頼度を確保して簡単に構成するには、請求項２により、操作レバー（１４）が本体フレーム（１０）に軸支された回転軸に固着されると共に、ローラ支持アームが、先端部で伝動ローラ（１１）を回転自在に支持する第１のリンクアーム（１２）及びその基端部に先端部が枢着され、かつ基端部が回転軸に固着されて伝動ローラ圧接用ばね（１６）で付勢された第２のリンクアーム（１３）を備えると共に、伝動ローラ（１１）を中立位置において前後方向に揺動させ得るように、第１のリンクアーム（１２）の第２のリンクアーム（１３）に対する回動位置を規制する弾性体（１９）が、第１のリンクアーム（１２）及び第２のリンクアーム（１３）間に介在し、操作レバー（１４）の通常位置への操作により第２のリンクアーム（１３）が反伝動位置方向に回動させられて拘束され、作動位置への操作により第２のリンクアーム（１３）の拘束が解除される。

操作レバーの操作に連動するローラ支持アームを動作の信頼度を前輪の回転状態に左右されることなく確保して簡単に構成するには、請求項３により、操作レバー（２４）が本体フレーム（２０）に枢着されると共に、ローラ支持アームが、車輪周面間の最接近位置の上側及び下側の伝動位置で伝動を行う２個の伝動ローラ（２１、３１）を先端部で回転自在にそれぞれ支持する２本の第１のリンクアーム（２２、３２）及びその所属の基端部に先端部が枢着され、かつ基端部が本体フレーム（２０）にそれぞれ枢着されて伝動ローラ圧接用ばね（２６）でそれぞれ付勢された２本の第２のリンクアーム（２３、３３）とにより上下１対に構成されると共に、伝動ローラ（２１、３１）を中立位置において前後方向に揺動させ得るように、第１のリンクアーム（２２、３２）の第２のリンクアーム（２３、３３）に対する回動位置を規制する弾性体（１９）が、第１のリンクアーム（２２、３２）及び第２のリンクアーム（２３、３３）間に介在し、操作レバー（２４）の通常位置への操作により第２のリンクアーム（２３、３３）が反伝動位置方向に回動させられて拘束され、作動位置への操作により第２のリンクアーム（２３、３３）の拘束が解除される。

請求項１の発明によれば、通常は無駄な電力消費を抑制するために後輪駆動を行い得ると共に、坂道、段差のある路面、不整地の路面を走行する場合等の必要時には、レバー操作で４輪駆動に切換えることにより、特に前後輪間に速度差を生じた場合でも伝動作用により、常時安全で快適に走行することが可能になる。 また、ベルトによる前後輪連動式の４輪駆動に対して軽量・コンパクトで安価に構成でき、２輪／４輪駆動の切換も容易になる。

請求項２の発明によれば、ローラ支持アームが、操作レバーの回動操作に連動して回動するリンクアームにより、簡単に構成されると共に、伝動ローラの移動が回動式に容易、かつ確実に行われる。 請求項３の発明によれば、リンクアーム式のローラ支持アームを上下の両側に備えることにより、路面の凹凸或は上りもしくは下り勾配でも前輪の減速・停止又は自動回転に追従していずれかの側の伝動ローラが伝動位置に確実に食込み、伝動作用が確保される。 請求項４の発明によれば既存の後輪駆動式電動車椅子のキャスタを前輪駆動ユニットと交換でき、請求項５の発明によればローラの互いの隙間が狭いことにより伝動ローラの安定した圧接状態が確保され、走行時に隙間への小石の嵌まり込み、或はガタツキ走行が抑制される。

図１乃至図６を基に本発明の実施の形態による電動車椅子を説明する。 この電動車椅子は、図６に示すように、本体フレーム７に設けられたモータ２ａによる駆動ユニット２でそれぞれ駆動される左右の後輪１及び車輪直進方向に対して直交方向へ回転する複数個のローラ６が車輪の周囲に転向用に配列されている左右に非旋回式の前輪５を備え、左右の駆動ユニット２の回転速度の差により、差動式に操舵が行われる。

前輪５は、図２及び図３に示すように、前後輪１，５を互いに同一トレッドにする位置に、前輪５を回転自在に支持する車軸１７が外側面に突設された前輪駆動ユニット１０Ａが、その内側面で既存の後輪駆動式の電動車椅子のキャスタ式前輪と交換することにより左右に装着される。 即ち、前輪駆動ユニット１０Ａの基部フレーム１０の内側面には、上向きの嵌入パイプ８と、先端部に半円部を有する横向きのブラケット９とが突設され、この半円部と半円状ブラケット９ａとで前後方向フレーム７ａを両側から挟持した状態でねじ止めされる取付け機構が付設されている。 本体フレーム７を構成するパイプ状の前後方向フレーム７ａの側方には、キャスタ式前輪の嵌入パイプが嵌入されるキャスタ装着パイプ７ｂが設けられており、この装着パイプに嵌入パイプ８が代わりに嵌入された状態で、ブラケット９、９ａによる取付けが行われる。

前輪５は、道路の歩道車道間等の段差を容易に乗り越え得る程度に大きな直径を有し、各ローラ６は車軸１７の周囲のリムに配列され、周面により前輪５の外周円の円弧を形成するように、先端部の直径を基端部の直径よりも小さくする半紡錘形状に形成され、かつ先端部が、隣合う基端部に近接し得るように、この基端部に形成された凹部に部分的に侵入している。

前輪駆動ユニット１０Ａの外側面には、その基部フレーム１０に軸支された回転軸１５に基端部が固着された操作レバー１４と、後輪１及前輪５の双方の周面間に介在して後輪１の回転を前輪５に伝動する伝動ローラ１１と、操作レバー１４及び伝動ローラ１１間の連動機構として先端部でピン１２ａにより伝動ローラ１１を回転自在に支持するリンクアーム１２及びその基端部が先端部にピン１３ａで枢着され、かつ基端部が回転軸１５に操作レバー１４と同軸状に固着されたリンクアーム１３とを有するローラ支持アーム１２Ａと、基部フレーム１０に突設された係止ピン１６ａ及びリンクアーム１３に突設された係止ピン１６ｂ間に、操作レバー１４の操作に連動してリンクアーム１３を伝動ローラ１１の中立位置及び伝動位置に移動させる回動位置にトグル式に拘束するための伝動ローラ圧接用ばねとしての引張りばね１６とが設けられている。

係止ピン１６ａ及び係止ピン１６ｂ間を結ぶばねラインは、操作レバー１４の略垂直上方位置で回転軸１５の中心位置を横断する位置を占めることにより、操作レバー１４が後倒されると、図１に示すように、リンクアーム１３の回動により、このばねラインが回転軸１５の中心位置よりも下方位置を占め、したがってリンクアーム１３が下方、即ち反伝動位置方向へ回動付勢されて、操作レバー１４が基部フレーム１０に突設された通常位置のストッパピン１４ａで拘束される。 一方、操作レバー１４が通常位置から前倒されると、図５に示すように、リンクアーム１３が上方、即ち伝動位置方向に連動して回動し、ばねラインが回転軸１５の中心位置よりも上方位置を占める所謂支点越えにより、リンクアーム１３は操作レバー１４と共に伝動位置方向に回動付勢され、伝動ローラ１１は最接近位置Ｐ１に向けて伝動位置へ移動する。

図４Ａに示すように、リンクアーム１２は、その側面に突設された位置決めピン１９ａがリンクアーム１３の先端部の周面に装着された弾性体弾としてのブロック状のゴム１９に弾接することにより、伝動ローラ１１が前後輪１、５間の下側の双方の周面に対して略同程度の離間距離で離反した中立位置を占めるように、リンクアーム１３に対する回動位置が規制されると共に、ゴム１９を膨縮させて前後方向に揺動可能となる。 したがって、伝動ローラ１１は、引張りばね１６のばね力により、前後輪１、５の車輪周面に圧接する伝動位置に必要により揺動を伴って自動的に移動する。 引張りばね１６のばね力は、前後の車輪周面に水、泥等が付着してもスリップすることなく圧接して、伝動可能に確実に食込み得るように設定される。 尚、リンクアーム１２の回動位置を規制する弾性体は、ゴム等に依ることなく、例えば図４Ｂに示すように、ピン１３ａの突出部分に巻回保持させて、リンクアーム１２、１３に係止させたトーションばね１９ｂで行うこともできる。

このように構成された２輪／４輪切換駆動式の電動車椅子の動作は次の通りである。 通常の路面では操作レバー１４が通常位置に操作されて伝動ローラ１１が中立位置を占めた状態で、後輪１による２輪駆動が行われ、前輪５は本体フレーム７を介して回転駆動される。 操舵レバー７ｄの操作に応答して、左右の駆動ユニット２の回転駆動に速度差が生じると、直進方向の進行力に対する直交方向のベクトル分力が生じ、前輪５のローラ６も回転して曲進する。 また、操舵レバー７ｄにより後輪１側で制動も行われる。

凹凸路、下り坂等において、左右の操作レバー１４が作動位置に前倒操作されると、リンクアーム１３が引張りばね１６によるトグル作用により伝動位置方向に回動し、したがって伝動ローラ１１は前後輪１、５の車輪周面の一方のみに先行して当接した場合前方もしくは後方の反対方向へ自在に揺動して伝動位置で圧接する。 前輪５には各ローラ６が緊密に配列されていることにより、伝動ローラ１１が安定して圧接する。 この状態で、４輪とも平坦領域に在る場合、本体フレーム７を介して接地状態で回転駆動される前輪５は、後輪１に連動して等速で走行し、伝動ローラ１１は前後輪１、５に圧接して殆ど伝動を行うことなくスムーズに追従回転し、また後輪１が差動制御される場合にも、対応の速度で回転する。

一方、路面の凹凸で後輪１が空回転すると、前輪５が減速しようとするが、伝動ローラ１を介して回転が伝動されて安定した走行が可能になる。 前輪５が段差に当接した場合でもスムーズに乗越え易くなる。 下り坂では、前輪５が自動回転しようとするが、伝動ローラ１１が下側から当接することにより、前輪５の自動回転が伝動ローラ１１を食込ませる方向、つまり上方に作用し、安定した伝動状態が確保される。 加えて、下り坂で後輪駆動のみの場合のように重心の前方移動により、後輪による減速制御或は制動が利き難くなるのが回避され、伝動ローラ１１を介して減速制御又は制動力が確実に伝動される。 また、前輪５のローラ６により、横方向へ傾斜した路面では特に後輪が空転した場合等に片流れを生じ易いが、前輪５が進行方向へ回転駆動されるために抑制される。 非旋回・回転自在式の前輪５は、曲進方向の分力に応じてローラ６が回転して操舵方向にスムーズに追従走行し、またローラ６が互いの隙間を狭くして緊密に車輪円周を形成することにより、隙間に小石が挟まることもなく、またガタツキもなくスムーズに走行する。

図７乃至図９は別の実施の形態による電動車椅子を示す。 前述の基部フレームに相当する基部フレーム２０には、このフレームに突設された支軸２５に途中位置を枢着された操作レバー２４と、前後の車輪周面間の最接近位置Ｐ１の上下に位置する上側及び下側の伝動ローラ２１、３１と、先端部で支軸ピン２２ａ、３２ａにより伝動ローラ２１、３１を回転自在に支持する上側及び下側のリンクアーム２２、３２及びその基端部に先端部がピン２３ａ、３３ａで枢着され、かつ基端部が基部フレーム２０に突設された支軸２３ｂ、３３ｂに枢着された上側及び下側のリンクアーム２３、３３と、これらのリンクアームに突設された支軸３５ａ、３６ａに枢着され、かつ先端部が操作レバー２４の途中の支軸２５の反対側に形成された長溝２４ｃに沿ってスライド可能に係入しているスライドピン３７で互いに枢着されているリンク状のストッパアーム３５、３６と、これらのストッパアームの先方寄りの位置を占めるように、リンクアーム２３、３３に突設された係止ピン２６ａ、２６ｂ間に装着された伝動ローラ圧接用ばねとしての引張りばね２６とが設けられている。 リンクアーム２２、３２は、前述のものと同様な構造により、リンクアーム２３、３３に対する回動位置を弾性を伴って揺動自在に規制されている。

図７は、操作レバー２４が前倒されて通常位置に在る非伝動状態を示すもので、スライドピン３７が係止ピン２６ａ、２６ｂ間を結ぶラインよりも後方位置を占めることにより、操作レバー２４は、引張りばね２６によるトグル作用により前倒方向へ付勢されてストッパピン２４ａに拘束されている。 これにより、リンクアーム２３、３３は、互いの接近を拘束された回動位置を占めて、伝動ローラ２１、３１を中立位置に支持している。

一方、図９に示すように、操作レバー２４を後方の作動位置に向けて操作すると、スライドピン３７が長溝２４ｃに沿って滑動して、ばねラインよりも前方へ移動することにより引張りばね２６によるトグル作用でリンクアーム２３、３３は互いに接近する伝動位置方向へ回動付勢され、伝動ローラ２１、３１は前後輪１、５の車輪周面に圧接する伝動位置に必要により前後方向に揺動しつつ移動する。

これにより、走行状態で前輪５が段差に乗上げた際に減速又は停止により後輪１が空転しようとすると、特に上側の伝動ローラ３１には後輪１から食込む方向の回転力が加わり、前輪５に圧接して回転駆動を行う。 同様に、重心が後方へ移動する上り坂で上側の伝動ローラ３１は確実に伝動を行って安定状態で走行させる。 前述の実施の形態について説明したように、下側の伝動ローラ２１の存在により、下り坂でも安定した走行が可能になる。 したがって、凹凸、段差、前後もしくは側方への傾斜等の路面を安定して走行し得る。

図１０はキャスタ式前輪との交換に依らない固設式の実施の形態を示すもので、伝動ローラ４１を先端部で回転自在に支持する１本のローラ支持アーム４２の基端部に突設されたローラ４２ａが、本体フレーム７に一体に設けられたガイド部４５の長溝４５ａに回転及びスライド可能に係入されている。 ローラ支持アーム４２は、弾性体としての板ばね４３により、前後方向に揺動可能に中立位置を規制されると共に、引張りばね４６により伝動位置方向へ付勢されている図示の状態では、ローラ支持アーム４２がワイヤ４７を介して操作レバー(図示せず)で引張られてばね力に抗し中立位置に拘束されている。 その拘束が解除されると、伝動ローラ４１は場合によりローラ４２ａを支点として揺動して前後輪１、５の車輪周面に圧接する伝動位置に移動する。 この操作レバーは、左右両側のローラ支持アーム４２に所属のワイヤ４７を共通に通常位置へ牽引することにより、左右連動式に１本で構成することができる。 さらに別の実施の形態として、カムに従動し得るようにローラ支持アームを操作レバーに連動させる構成も考えられる。

本発明の実施の形態による電動車椅子の前後輪部分の側面図である。

同前輪の正面図である。

前輪駆動ユニットの部分側面図である。

同前輪駆動ユニットのリンクアームの位置規制機構の側面図を示し、同図Ａはゴムによる位置規制機構、同図Ｂはその変形例である。

同電動車椅子の伝動状態を説明する側面図である。

同電動車椅子の斜視図である。

別の実施の形態による電動車椅子の前後輪部分の側面図である。

図７による電動車椅子の前後輪部分の正面図である。

図７による電動車椅子の伝動状態を説明する側面図である。

さらに別の実施の形態による前輪駆動部分の側面図である。

符号の説明

１ 後輪 ２ 駆動ユニット ５ 前輪 ６ 前輪のローラ ７ 本体フレーム １０、２０ 基部フレーム １０Ａ 前輪駆動ユニット １１、２１、３１、４１ 伝動ローラ １２、１３、２２、２３、３２、３３ リンクアーム １２Ａ、４２ ローラ支持アーム １４、２４ 操作レバー １６、２６、４６ 引張りばね １９ 弾性体 １９ａ リンクアームの位置決めピン