JP2005111182A - 電動車いすの駆動装置に使用されるギヤドモータ - Google Patents

Abstract

【課題】軽量、コンパクト、静音、低振動の各特性を同時に実現することができ、低コストかつ高性能の電動車いす駆動用のギヤドモータを得る。
【解決手段】ＤＣモータ２６の動力によって車輪軸３２を駆動する電動車いす２０の駆動装置２４において、ＤＣモータ２６を、そのモータ軸２６Ａを車輪軸３２と直角の方向に向けて配置すると共に、該モータ軸２６Ａと前記車輪軸３２との間に、ハイポイドピニオン３４及びハイポイドギヤ４０を有するハイポイド減速機構を介在・配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動車いすの駆動装置に使用されるギヤドモータに関する。

近年、車いすは道路や歩道等のフラット化、あるいは屋内のフロアのフラット化の普及に伴い、身体の不自由な人々のほか、老齢化に伴って歩行が次第に困難になってきた人々、あるいは病院内で移動する人々にも広く使用されるようになってきた。

車いすを利用する人々は、その車輪を手動で駆動するのが困難なことが多い。また、必ずしも常に側に付き添いがいるとは限らない。こうした背景から、最近ではモータの動力によってその車輪軸を駆動するいわゆる電動車いすも数多く提案されている（例えば特許文献１参照）。

図４に特許文献１において開示されている電動車いすの例を示す。

車いす１は、骨格をなすフレーム２と、該フレーム２の前方（図４の左側）に取り付けられた補助輪４と、フレーム２の後方（図４の右側）に取り付けられた駆動輪５と、フレーム２の前部上方に取付けられた運転操作盤６を備える。この車いす１は、バッテリ７及びモータ（図示略）により、駆動輪５の車輪軸１２を駆動できる。モータは、そのモータ軸（図示略）が車輪軸１２と平行になるように配置されており、図示せぬ平行軸歯車機構を介して車輪軸１２に動力が伝達される構成とされている。

特開２０００−７０３０４号公報

特に病院内や家庭内での使用が考慮される場合、電動車いすの駆動装置には低騒音であることが要求される。また、振動もできるだけ小さいことが要求される。更には、軽量、コンパクト性も重要な要求要素となる。

しかしながら、従来の電動車いすの駆動装置は、必ずしもこうした要求に合致するものではなかった。

本発明は、このような現状を考慮して開発されたもので、低騒音、低振動、軽量、コンパクト等の各特性を同時に実現可能な、電動車いすの駆動装置に適用するのに好適なギヤドモータを提供することをその課題としている。

本発明は、モータと、該モータの回転を減速する減速機を備え、モータの動力によって車いすの車輪軸を駆動する電動車いすの駆動装置に使用されるギヤドモータにおいて、前記減速機が、前記モータのモータ軸により回転するハイポイドピニオンと、該ハイポイドピニオンと噛合可能なハイポイドギヤと、該ハイポイドギヤの軸心と平行に配置された出力軸と、を備えた構成とすることにより、上記課題を解決したものである。

本発明では、モータのモータ軸を車いすの車輪軸と直角の方向に向けて配置することが可能となるためコンパクト性に優れる。

また、モータ軸と車輪軸との間に、ハイポイドピニオン及びハイポイドギヤを有するハイポイド減速機構を介在・配置するようにしたため、回転軸の直角方向の変更と減速とを同時に実現でき、しかも、例えばベベルギヤ等に比べてその減速比を高くとれるため、駆動装置全体の減速段数を減少（例えば３段から２段に減少）させることができる。この減速段数の減少は特にギヤドモータの軽量、コンパクト性の実現に寄与する。

さらには、ハイポイド減速機構は、その噛み合い率を大きく設定できるため、低騒音、低振動化も実現でき、また、伝達効率もそれほど低くないため、バッテリの消費電力の増大もほとんどない。

本発明によれば、電動車いすにおいて要求される、軽量、コンパクト性、静音、及び低振動等の各特性を同時に実現することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態の例を詳細に説明する。

図１は、本発明が適用された電動車いすの駆動装置の主要構成（ギヤドモータ部分）を示す一部破断の正面図、図２は同縦断面図、図３は本駆動装置の全体を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。

図３を参照して、本駆動装置の全体概略構成から説明する。図３は、電動車いす２０の片側の駆動輪２２の駆動装置２４を示している。なお、他側の駆動輪の駆動装置はこれと全く対称に構成されているため、図示は省略する。

図３に示されるように、本駆動装置２４は、ＤＣモータ２６と、ハイポイド減速機２８とを有するハイポイドギヤドモータ３０を備える。ＤＣモータ２６は、そのモータ軸２６Ａの軸心Ｏ１が電動車いす２０の駆動輪２２の車輪軸３２の軸心Ｏ２と直角の方向に配置されており、ハイポイドギヤドモータ３０によってその回転方向が９０度変換される構成とされている。ハイポイドギヤドモータ３０は、その出力軸（４５）がそのまま電動車いす２０の駆動輪２２の車輪軸３２を兼ねている。

図１及び図２を参照して、ＤＣモータ２６のモータ軸２６Ａの先端には、ハイポイドピニオン３４が歯切り形成されている。ハイポイドピニオン３４は、ハイポイド減速機２８のケーシング３６の本体３６Ａ内に臨まされ、ハイポイドギヤ４０と噛合している。ハイポイドピニオン３４の軸心（即ちモータ軸２６Ａの軸心）Ｏ１と、ハイポイドギヤ４０の装着されている中間軸４２の軸心Ｏ３は、シフト量Ｅ１を隔てて平面視で互いに直角に交差している。

中間軸４２には、２段目ピニオン４４が直接形成されている。２段目ピニオン４４は、出力軸４５に摺動自在に装着された出力ギヤ４６と噛合している。出力軸４５は、軸受４７、４９を介してこの中間軸４２と平行（即ちモータ軸２６Ａと直角）に配置されており、前述したように電動車いす２０の駆動輪２２の車輪軸３２を兼ねる。出力軸４５の外周の一部には雄スプライン（外歯歯車）４５Ａが形成されている。一方、出力軸４５には出力ギヤ４６が摺動自在に装着されている。この出力ギヤ４６には自身の内周に該雄スプライン４５Ａと係合可能な雌スプライン４６Ａが形成されている。すなわち、出力ギヤ４６は、２段目ピニオン４４と噛合する外歯歯車であると同時に、雄スプライン４５Ａと噛合する内歯歯車でもある。

出力ギヤ４６は、その外周の一部にリング状の凹部４６Ｂを有し、この凹部４６Ｂにスライド体４８の係止部４８Ａが係合している。スライド体４８は、出力軸４５と平行に別途設けられたスライドピン５０に沿ってスライド可能とされている。このスライド体４８には前記係止部４８Ａと反対側（ハイポイドギヤドモータ３０の上方側）にカム面４８Ｂが形成されている。一方、ハンドル５２には、その中心軸Ｈ１の周りで該ハンドル５２と一体的に回転する偏心カム軸５４が配置されている。この偏心カム軸５４には、中心軸Ｈ１から所定の距離Ｌ２を隔ててピン５６が組み込まれている。即ち、ピン５６は、ハンドル５２の回転に伴って中心軸Ｈ１に対して公転可能であり、この公転によってスライド体４８のカム面４８Ｂを押圧可能である。スライド体４８はスライドピン５０に沿ってのみ移動が可能であるため、ピン５６側からの押圧力によりスライド体４８のスライドピン５０方向の駆動力（分力）が得られる。なお、スライド体４８はばね６０によって常時図の左方向（出力ギヤ４６の雌スプライン４６Ａを出力軸４５のオススプライン４５Ａと係合させる方向）に付勢されている。

ハンドル５２、偏心カム軸５４、スライド体４８、出力ギヤ４６の雌スプライン４６Ａ、及び出力軸４５の雄スプライン４５Ａが、車輪軸３２（出力軸４５）とハイポイドギヤ４０との間の動力伝達を断接可能なクラッチ機構６２を構成している。

一方、ハイポイド減速機２８のケーシング３６は、本体３６Ａとカバー３６Ｂとで主に構成され、シールリング６４を介して取付ボルト６６により一体化されている。カバー３６Ｂは、ハイポイド減速機２８内の各軸、即ち中間軸４２、出力軸４５、及びスライドピン５０を支持するための支持穴７０、７２、７４を備え、ケーシング３６の本体３６Ａ側は対応する支持穴７６、７８、８０を備える。中間軸４２は軸受８２、８３を介して、出力軸４５は軸受４８、４９を介して、スライドピン５０は直接的に、これらの支持穴７０、７２、７４、７６、７８、８０によって回転自在に支持されている。カバー３６Ｂ側に形成された支持穴７０、７２、７４の中心は、同一の仮想平面Ｓ１上に並べられており、且つ、該カバー３６Ｂを本体３６Ａ側に取付けるための前記取付ボルト６６を挿通するための取付孔（本体３６Ａ側の対応孔６８参照）は、この仮想平面Ｓ１に対して、それぞれ対称に形成されている。これは、ハイポイド減速機２８を、そのカバー３６Ｂを含めて電動車いす２０の左右のいずれの駆動輪２２に対しても使用できるようにするための構成である。

ハイポイド減速機２８は、ボルト孔７８を介して電動車いす２０の図示せぬフレームに、左右対称に組み込まれ、それぞれの出力軸４５に左右の駆動輪２２が装着される。出力軸４５の先端に形成された雄ねじ４５Ｃは、駆動輪２２を止めるためのナット（図示略）をねじ込むためのものである。すなわち、このハイポイド減速機２８は、全体として電動車いす２０の駆動輪２２を片持ち状態で支持している「軸受ボックス」として機能していることになる。

なお、図の符号８１は、ボルト８１Ａ、ばね８１Ｂ、ボール８１Ｃからなる偏心カム軸５４の位置決め機構であり、偏心カム軸５４の中心軸Ｈ１方向の動きを拘束するためのものである。また、符号８２は、ＤＣモータ２６をハイポイド減速機２８のケーシング３６の本体３６Ａに連結するためのボルトである。

次にこの実施形態に係る電動車いす２０の駆動装置２４の作用を説明する。

ＤＣモータ２６のモータ軸２６Ａが回転すると、該モータ軸２６Ａの先端に形成されたハイポイドピニオン３４が一体的に回転する。ハイポイドピニオン３４が回転すると、これと噛合しているハイポイドギヤ４０に伝達され、中間軸４２に直接歯切り形成された２段目ピニオン４４が回転する。２段目ピニオン４４の回転は出力ギヤ４６に伝達される。

ここで、通常使用時は、ハンドル５２の位置がばね６０の機能によりスライド体４８を図２の実線の位置に位置決めしているため、該出力ギヤ４６の雌スプライン４６Ａは出力軸４５の雄スプライン４５Ａと噛合しており、出力ギヤ４６の回転はそのまま出力軸４５（すなわち車輪軸３２）の回転となって駆動輪２２を回転させる。

一方、例えば家庭内での移動を行うときなどにおいては、ＤＣモータによる駆動を行うよりも乗員が直接手で駆動輪２２を回転させた方が便利なことがある。このようなときに、車輪軸３２（すなわち出力軸４５）が２段目ピニオン４４やハイポイドギヤ４０及びハイポイドピニオン３４を介してモータ軸２６Ａと連結状態にあると、大きな駆動抵抗が発生する。そこで、この場合には、ハンドル５２を回転させることにより偏心カム軸５４のピン５６を中心軸Ｈ１に対して公転させる。すると、この公転によりスライド体４８がカム面４８Ｂを介してピン５６からスライドピン５０の軸方向の分力を得ることができ、スライド体４８は、ばね６０の付勢力に打ち勝って図２の右方向にスライドし、その係止部４８Ａを介して出力ギヤ４６を図２の右方向に摺動させる。この結果、出力ギヤ４６の雌スプライン４６Ａと出力軸４５の雄スプライン４５Ａとの噛合が解かれ、出力軸４５（車輪軸３２）はＤＣモータ２６からの動力伝達系統から外れる。この結果、乗員はこのクラッチ機構６２の存在により、駆動輪２２を容易に回転させることができる。

また、該クラッチ機構６２を、出力軸４５に形成された雄スプライン４５Ａに対して、雌スプライン４６Ａを有する出力ギヤ４６を出力軸４５に沿って摺動させ、該雄スプライン４５Ａと雌スプライン４６Ａの噛合、離反を行わせる構成としているため、クラッチ機構６２自体の構成が簡易であり、低コスト化が実現できる。

さらに、この出力ギヤ４６の出力軸４５に沿った摺動を、出力軸４５と平行に配置したスライドピン５０上を摺動可能なスライド体４８によって実現するようにしたため、スペース的に比較的余裕のある車輪軸３２の上側の空間を有効に利用することができ、車輪軸３２の下側の空間をより大きく確保することができる。そのため、ちょっとした障害物を跨いだ運転ができるようになり、走行の自由度を高めることができる。

又、この駆動装置２４においては、ハイポイド減速機２８の出力軸４５がそのまま電動車いす２０の駆動輪２２の車輪軸３２を兼用しているため、駆動輪２２の取付取り外しが容易であり、メンテナンスも容易である。

更には、ケーシング３６のカバー３６Ｂにおける本体３６Ａに対する取付け孔、これと対応する本体３６Ａ側の対応孔６８及び減速機２８の各軸４２、４５、５０を支持するための支持穴７０、７２、７４、７６、７８、８０が、該支持穴７０、７２、７４、７６、７８、８０のそれぞれの中心を結ぶ仮想平面に対してそれぞれ対象に形成されているため、ケーシング３６のカバー３６Ｂを左右の駆動輪２２のそれぞれのハイポイドギヤドモータ３０に対して兼用できる。即ち、図２に示されるような図の右側が開いている本体３６Ａに対しても、又、（他方の駆動輪２２に対して用いられる）左側が開いている本体（図示略）に対しても、同じカバー３６Ｂを使用することができる。そのため、電動車いす２０全体のコストを低減することができる。

本発明により、電動車いすにおいて要求される、軽量、コンパクト、静音、低振動の各特性を同時に実現することができ、低コストかつ高性能の電動車いす駆動用のギヤドモータを提供することができるようになる。

本発明が適用された電動車いすの駆動装置の例の主要構成（ギヤドモータ部分）を示す一部破断の正面図 図１の矢視II−II線に沿う断面図 本駆動装置の全体を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図 従来の電動車いすの全体構成を示す側面図

符号の説明

２０…電動車いす
２２…駆動輪
２４…駆動装置
２６…ＤＣモータ
２６Ａ…モータ軸
２８…ハイポイド減速機
３０…ハイポイドギヤドモータ
３２…車輪軸（出力軸）
３４…ハイポイドピニオン
３６…ケーシング
３６Ａ…本体
３６Ｂ…カバー
４０…ハイポイドギヤ
４２…中間軸
４４…２段目ピニオン
４５…出力軸（車輪軸）
４５Ａ…雄スプライン
４６…出力ギヤ（内歯歯車）
４６Ａ…雌スプライン（外歯歯車）
４８…スライド体
５０…スライドピン
５２…ハンドル
５４…偏心カム軸
５６…ピン
６０…ばね
７０、７２、７４、７６、７８、８０…支持穴

Claims (5)

1. モータと、該モータの回転を減速する減速機を備え、モータの動力によって車いすの車輪軸を駆動する電動車いすの駆動装置に使用されるギヤドモータにおいて、
   前記減速機が、前記モータのモータ軸により回転するハイポイドピニオンと、該ハイポイドピニオンと噛合可能なハイポイドギヤと、該ハイポイドギヤの軸心と平行に配置された出力軸と、を備えた
   ことを特徴とする電動車いすの駆動装置に使用されるギヤドモータ。
2. 請求項１において、
   前記出力軸と前記ハイポイドギヤとの間に、該出力軸とハイポイドギヤとの間の動力伝達を断接可能なクラッチ機構を備えた
   ことを特徴とする電動車いすの駆動装置に使用されるギヤドモータ。
3. 請求項２において、
   前記クラッチ機構が、前記出力軸に固定された外歯歯車と、該出力軸に摺動自在に組み込まれ前記外歯歯車と噛合可能な内歯歯車とを備え、該内歯歯車を出力軸に沿って摺動させることにより、内歯歯車と外歯歯車とを噛合、離反させる構成とされた
   ことを特徴とする電動車いすの駆動装置に使用されるギヤドモータ。
4. 請求項３において、
   前記クラッチ機構は、出力軸と平行に配置されたスライドピン上を摺動可能なスライド体を備え、該スライド体のスライドピン上の摺動に連動して前記内歯歯車を前記出力軸に沿って摺動させる
   ことを特徴とする電動車いすの駆動装置に使用されるギヤドモータ。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記減速機は、ケーシング本体及びケーシングカバーを備え、且つ
   該ケーシングカバーに形成されている減速機内の各軸を支持するための支持穴及び該ケーシングカバーをケーシング本体に取り付けるための取り付け孔が、該ケーシングカバー上の前記出力軸を支持するための支持穴及びハイポイドギヤを支持するための支持穴のそれぞれの中心を結ぶ仮想平面に対して、それぞれ対称に形成されている
   ことを特徴とする電動車いすの駆動装置に使用されるギヤドモータ。

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