JP2007222562A - 車体フレーム - Google Patents

Abstract

【課題】乗用者の乗り心地をより平穏にし、エネルギーの使用効率も向上する車体フレームを提供することを目的とする。
【解決手段】前方から後方へと、その下方前側に前輪２８２が取付けられる前輪フレーム２２と、それにモータ付き駆動輪２４２が取付けられた駆動輪フレーム２３と、その上に座席が、下方後側に後輪２９２がそれぞれ取付けられた後輪フレーム２１とが、それぞれ上下回動可能なリンク構造を構成し、且つ、常時に、前輪２８２、駆動輪２４２及び後輪２９２が同一の平面上に接地し、障害物を乗り越えるとき、全車体が前方から後方へと段階的に乗り越えを行うことができる車体フレームであり、駆動輪フレーム２３は、前輪フレーム２３を介さずに直接的に後輪フレーム２１の荷重を受ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、車体フレームに関し、特に電動車椅子の車体フレームに関する。

肢体障害などの原因で行動が不便な人たちにとって、車椅子は生活に必要不可欠な用品である。その中でも、他人に押してもらう必要がなく、乗用者が自分で車輪を回す必要もない電動車椅子は、より便利なものとされている。だが、行動が不便な人たちに優しい路面整備がまだ不足している現状では、電動車椅子に階段や段差などの障害物を乗り越える機能が必要である。

しかし、電動車椅子が障害物を乗り越える時の上下振動は、行動が不便なために電動車椅子を乗用する乗用者に怪我を負わせる恐れがある。従って、電動車椅子の車体フレームを設計する際、乗用者に伝わる上下振動をいかに低減して快適な乗り心地を感じさせるのは重視しなければならない問題である。

図７に示すのは、例として挙げられた従来の電動車椅子の車体フレームの側面図である。図示のように、その車体フレーム１は、前輪フレーム１１と後輪フレーム１２と駆動輪ユニット１５とからなり、更にばね手段１６が取付けられたものである。

前輪フレーム１１は、棒状のメインリンク１１２とメインリンク１１２の前方の一端に枢接している前輪コネクタ１１３と、メインリンク１１２の後方の一端に枢接している後コネクタ１１４と前輪コネクタ１１３の下方に取付けられている前輪１１５と、メインリンク１１２と間隔を空けてメインリンク１１２の下に位置しその両端がそれぞれ前輪フレーム１１の前輪コネクタ１１３の中央近く及び後述の後輪フレーム１２における前コネクタ１２３の中央近くと枢接している連動リンク１３１を有している。

後輪フレーム１２は、メインリンク１１２の上方に位置していて座席を設置できる略直棒状設置リンク１２２と、設置リンク１２２の前方の一端から下方へ延伸している前コネクタ１２３と、設置リンク１２２の後方の一端から後下方へ斜めに延伸している後輪コネクタ１２４と後輪コネクタ１２４の下方に取付けられている後輪１２５とを有している。

駆動輪ユニット１５は、その直径が前、後輪１１５、１２５の直径より大きく、且つ回転できるように前輪フレーム１１の後コネクタ１１４に取付けられている駆動輪１４１と、駆動輪１４１を駆動して回転させ、かつ乗用者によって操作できるように後コネクタ１１４に取付けられている電動モータ１５１とを有している。

ばね手段１６はその両端がそれぞれ前輪フレーム１１のメインリンク１１２の前方の一端及び後輪フレーム１２の前コネクタ１２３の下の一端と繋がっていて、メインリンク１１２の前方の一端及び後輪フレーム１２の前コネクタ１２３の下の一端を引き寄せるばね１６１と、その両端がそれぞれ前輪フレーム１１の後コネクタ１１４及び後輪フレーム１２の設置リンク１２２の中央近くと繋がっていて、前輪フレーム１１の後コネクタ１１４及び後輪フレーム１２の設置リンク１２２の中央近くを引き寄せるばね１６２とを有している。

このような車体フレーム１を有している電動車椅子が水平面を走行している場合、前輪フレーム１１におけるメインリンク１１２と、後輪フレーム１２における設置リンク１２２と、連動リンク１３１とは略水平の配置となっている。前、後輪１１５、１２５及び駆動輪１４１は駆動輪ユニット１５及びばね手段１６におけるばね１６１によって、同一の水平面に保持されて平穏な走行を確保するようになっている。

また、図８、図９はこの従来の電動車椅子の車体フレーム１を有している電動車椅子が段差を乗り越える時の説明図である。図８に示すように、前輪１１５及び前輪コネクタ１１３が上方へ移動し、前輪フレーム１１は前方の前輪コネクタ１１３がより高く、後方の後コネクタ１１４がより低い態勢となっている。この時、ばね１６１、１６２は引張られているので、連動リンク１３１と後輪フレーム１２の相対角度も変っている。続いて、駆動輪１４１が該段差に接触すると、この従来の電動車椅子の車体フレーム１では、図９に示すように、ばね１６１の弾性回復力により駆動輪１４１が引き上げられ、また後輪フレーム１２もばね１６１、１６２それぞれの弾性回復力の両端から上下違う方向への働きによって、その前方がより高い態勢となって該段差を乗り越える。

しかし、このような従来の電動車椅子の車体フレーム１における駆動輪ユニットは、前輪フレーム１１を介して前記後輪フレーム１２からの荷重を受けるように構成されているため、ばね１６１、１６２の弾性回復力をすべて前記障害物の乗り越えに生かすことができない。即ち、駆動輪ユニット１５は乗用者の体重による荷重を前輪フレーム１１を介して支持しているため、障害物を乗り越える時、ばね１６１、１６２の働きによって前輪フレーム１１に与える回動エネルギーも上下振動として後輪フレーム１２の上の座席に乗っている乗用者に与えてしまうのである。

また、障害物を乗り越える時、後輪フレーム１２、駆動輪１４１、そして座席に乗っている乗用者を上方へ引き上げるためのエネルギーは、すべて駆動手段により出力されたものであり、ゆえに障害物を乗り越えるのに必要なエネルギーを十分に出力するまでの時間も、図１０に示すように長くかかるものである。

つまり、乗用者を上方へ引き上げることが乗用者に不快感を与えるだけでなく、怪我を負わせる可能性もあり、更に出力するまでに時間もかかるので、そのために使ったエネルギーは浪費されたと同然である。

従って、これらの問題点を有している車体フレーム１は、更なる改良を施す必要がある。

本発明は、上記の問題点を解決し、乗用者の乗用をより平穏にし、エネルギーの使用効率も向上する電動車椅子の車体フレームを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は前方から後方へと延伸してなり、且つその下方前側に前輪が取付けられる前輪フレームと、それにモータ付き駆動輪が取付けられる駆動輪フレームと、その上に座席が、下方後側に後輪がそれぞれ取付けられる後輪フレームとが、それぞれ、上下回動可能なリンク構造を構成し、且つ、常時に、前記前輪、駆動輪及び後輪が同一の平面上に接地すると共に、障害物を乗り越えるとき、全車体が前方から後方へと段階的に乗り越えを行うことができるようになっている車体フレームであって、前記駆動輪フレームは、前記前輪フレームを介さずに直接的に前記後輪フレームの荷重を受けるようになっていることを特徴とする車体フレームを提供し、特に、その上に座席が取付けられる設置リンクと、前記設置リンクから前下方へ斜めに延伸してなった延伸リンクと、前記延伸リンクから直下へ延伸してなった第１枢接リンクとを有し、下方後側に後輪が取付けられる後輪フレームと、その下に前輪が取付けられる前輪取付枠と、その一端が前記前輪取付枠に枢接している上リンクと、前記上リンクと前記前輪取付枠との枢接部より下の位置にその一端が枢接している下リンクと、前記下リンクの中央近くから後下方へ斜め及び後方へと延伸してなる制限リンクと、その両端が前記制限リンクの中央近く及び前記下リンクの前記制限リンクの後方と繋がり、その中央近くで前記第１枢接リンクと回動可能に枢接している第２枢接リンクとを有している前輪フレームと、モータ付き駆動輪を保持するために前方から後上方へと斜めに配置されている駆動輪保持リンクと、その両端部がそれぞれ前記第１枢接リンクと前記第２枢接リンクとの枢接部及び前記駆動輪保持リンクの前端部と枢接されている連結リンクと、その３つの端部がそれぞれ前記上リンクの後端部、前記下リンクの後端部及び前記駆動輪保持リンクの後端部と枢接されているフォーク形リンクとを有している駆動輪フレームとからなっており、且つ、常時に、前記前輪、駆動輪及び後輪が同一の平面上に接地し、障害物を乗り越えるとき、全車体が前方から後方へと段階的に乗り越えを行うことができるようになっている車体フレームを提供する。

本発明は上記構成によれば、乗用をより平穏にし、エネルギーの使用効率も向上して障害物の乗り越えにかかる時間をも短縮する電動車椅子の車体フレームを提供することができる。

図１は本発明の実施形態として挙げられた車体フレーム２の側面図である。

図示のように、車体フレーム２は後輪フレーム２１と前輪フレーム２２と駆動輪フレーム２３とからなるものである。

後輪フレーム２１はその上に座席が取付けられる設置リンク２１１と、設置リンク１１から前下方へ斜めに延伸してなる延伸リンク２１２と、延伸リンク２１２から下方へ延伸してなる第１枢接リンク２１３とを有しており、その後側の下に後輪２９２が取付けられる。

前輪フレーム２２はその下に前輪２８２が取付けられる前輪取付枠２８１と、その一端が前輪取付枠２８２に枢接している上リンク２２１と、上リンク２２１と前輪取付枠２８１との枢接部３１より下に位置している枢接部３２にその前方の一端が枢接している下リンク２３１（第１部分）と、下リンク２３１の中央近くから後下方へ斜めにそして後方へと延伸してなる制限リンク２３２（第２部分）と、その両端がそれぞれ制限リンク２３２の中央近く及び下リンク２３１の制限リンク２３２より後方の位置と繋がっている第２枢接リンク２３３（第３部分）とを備えている。

また、前輪フレーム２２は第２枢接リンク２３３の中央近くに設置されている中央枢接部３０によって後輪フレーム２１と相対回動可能に枢接している。更に、引張りコイルばねにより構成された第１ばね手段２７１は、下リンク２３１の時計方向もしくは逆時計方向のどちらへの回動でも引張られるように、前輪フレーム２２における制限リンク２３２中央近くと後輪フレーム２１における第１枢接リンク２１３の下端側との間に掛け渡されている。

駆動輪フレーム２３は駆動輪２４２を保持するために前方から後上方へと斜めに配置されている駆動輪保持リンク２４１と、その一端が中央枢接部３０と枢接し、他の一端が枢接部３３で駆動輪保持リンク２４１の前端部と枢接されている連結リンク２１４と、その３つの端部が枢接部３４、３５、３６としてそれぞれ順番に上リンク２２１の後端部、下リンク２３１の後端部及び駆動輪保持リンク２４１の後端部と枢接されているフォーク形リンク２５とを有している。

駆動輪保持リンク２４１には図示のようにモータ２４３が取付けられている。連結リンク２１４は第１枢接リンク２１３及び第２枢接リンク２３３に対して回動できるように中央枢接部３０において枢接されている上、その中央近くから突出している当接部２１５が形成されている。なお、当接部２１５は連結リンク２１４と第２枢接リンク２３３との相対回動によって第２枢接リンク２３３と制限リンク２３２に当接できるように配置されている。

また、枢接部３６と後輪フレーム２１における設置部２１１の中央近くとの間に引張りコイルばねにより構成された第２ばね手段２６１が掛け渡されている。

なお、常時に、つまり水平面に走行や停止している時に、車体フレーム２は前輪２８２、駆動輪２４１及び後輪２９２が同一の平面上に接地するように配置構成されている。

このように構成されている車体フレーム２は、駆動輪フレーム２３が前輪フレーム２２を介さずに直接的に後輪フレーム２１の荷重を連結リンク２１４に通じて受けるようになっていることが特徴である。

続いて、上記のように構成されている本実施形態の車体フレーム２が障害物を乗り越える動作を、図２及び図３を用いて説明する。

図２及び図３は段差の乗り越えを例として挙げられた説明図であり、太い線は車体フレーム２の各リンクを略して示し、黒い円形は枢接部を示し、白い円形は回動できない通常な結合を示している。

図２に示すのは段差を乗り越える第１段階、つまり前輪だけ該段差の上に乗っている状態である。図示のように、この時、上リンク２２１、下リンク２３１は前端の枢接部３１、３２がより高く、後端の枢接部３４、３５がより低い斜めな態勢となっている。この態勢は、前輪フレーム２２及び駆動輪フレーム２３が、後輪フレーム２１に対して中央枢接部３０を中心に時計方向に回動することによるものであり、これと同時に第１ばね手段２７１及び第２のばね手段２６１が引張られている。また、第２ばね手段２６１はその一端がより中央枢接部３０から離れている枢接部３６に掛けられているので、第２ばね手段２６１の引張られる長さが第１ばね手段２７１の引張られる長さよりも長くなっていて、与えられた位置エネルギーも第１ばね手段２７１より多い。

続いて、駆動輪２４２が該段差に接触すると、図３に示すように、駆動輪保持リンク２４１及び駆動輪２４２は第１ばね手段２７１の弾性回復力によって引き上げられて該段差の上に乗るようになって、後輪リンク２１も第２ばね手段２６１の弾性回復力によって引き上げられる。

ここで、駆動輪フレーム２３が前輪フレーム２２を介さずに直接的に後輪フレーム２１の荷重を連結リンク２１４に通じて受けるようになっているため、各ばね手段２６１、２７１が引張られること及び回復することによる前輪フレーム２２における上下２のリンク２２１、２３１の回動が後輪フレーム２１に与える影響が殆どないので、乗用者に与える上下振動の解消に役を立っている。

更に、第２ばね手段２６１に与えられた位置エネルギーは第１ばね手段２７１より少ないため、引き上げられる高さはより短く、つまり第２ばね手段２６１が乗用者に与える上下振動のエネルギーもより少なくなったのである。

また、図４に示すような下方への段差越えの場合、前輪フレーム２２における上下２のリンク２２１、２３１は逆時計方向に回動する。これによって、フォーク形リンク２５が時計方向に回動し、その一端が枢接部３６に枢接している第２ばね手段２６１は引張られるようになっている。また、その両端がそれぞれ第１枢接リンク２１３及び制限リンク２３２に掛け渡されている第１ばね手段２７１も引張られるようになっている。更に、連結リンク２１４に形成されている当接部２１５は制限リンク２３２と当接するようになって、上下２のリンク２２１、２３１の回動量を制限することができる。これによって、下方への段差越えの場合も後輪フレーム２１及び乗用者に与える急遽な振動を軽減することができる。

図５、図６及び図１０を併せて見ると、図６に示す同じ入力トルク分析（ｉｎｐｕｔ ｔｏｒｑｕｅ ａｎａｌｙｓｉｓ）図を有する駆動手段（モータ）が取付けられている場合、本発明の車体フレーム２が行った上方への段差越え（図５）は背景技術で言及した従来のものと比べると、段差を乗り越えるのに必要なエネルギーを十分に出力するまでの時間を約１．５秒短縮していることがわかる。

上記構成による本発明の車体フレームは、乗用者の乗り心地をより平穏にし、エネルギーの使用効率も向上して段差などの障害物の乗り越えにかかる時間をも短縮する電動車椅子の車体フレームを提供することができる。

実施形態として挙げられた車体フレーム２の側面図。 該車体フレームが段差を乗り越える時の説明図。 該車体フレームが段差を乗り越える時の説明図。 該車体フレームが段差を乗り越える時の説明図。 該車体フレームが段差を乗り越えるまでの時間を示すグラフ。 本発明と従来例を比較するために採用された駆動手段の入力トルク分析図。 従来の電動車椅子の車体フレームの側面図。 該従来の車体フレームが段差を乗り越える時の説明図。 該従来の車体フレームが段差を乗り越える時の説明図。 該従来の車体フレームが段差を乗り越えるまでの時間を示すグラフ。

符号の説明

２ 車体フレーム
２１ 後輪フレーム
２２ 前輪フレーム
２３ 駆動輪フレーム
２５ フォーク形リンク
３０ 中央枢接部
３１、３２、３３、３４、３５、３６ 枢接部
２１１ 設置リンク
２１２ 延伸リンク
２１３ 第１枢接リンク
２１４ 連結リンク
２１５ 当接部
２２１ 上リンク
２３１ 下リンク（第１部分）
２３２ 制限リンク（第２部分）
２３３ 第２枢接リンク（第３部分）
２４１ 駆動輪保持リンク
２４２ 駆動輪
２４３ モータ
２６１ 第２ばね手段
２７１ 第１ばね手段
２８１ 前輪取付枠
２８２ 前輪
２９２ 後輪

Claims (11)

1. 前方から後方へと延伸してなり、且つその下方前側に前輪（２８２）が取付けられる前輪フレーム（２２）と、それにモータ（２４３）付き駆動輪（２４２）が取付けられる駆動輪フレーム（２３）と、その上に座席が、下方後側に後輪（２９２）がそれぞれ取付けられる後輪フレーム（２１）とが、それぞれ、上下回動可能なリンク構造を構成し、且つ、常時に、前記前輪、駆動輪及び後輪が同一の平面上に接地すると共に、障害物を乗り越えるとき、全車体が前方から後方へと段階的に乗り越えを行うことができるようになっている車体フレーム（２）であって、
   前記駆動輪フレームは、前記前輪フレームを介さずに直接的に前記後輪フレームの荷重を受けるようになっていることを特徴とする車体フレーム。
2. 前記前輪フレーム（２２）と前記後輪フレーム（２１）との間のリンク構造は、前記前輪フレームの前端部と前記後輪フレームの後端部とをそれぞれ上方に変位させ、前記前輪フレームの後端部と前記後輪フレームの前端部とをそれぞれ下方に変位させ、且つ、前記後輪フレームの前端部が直下へ延伸させる際に、前記前輪フレームの前記後端部と上下回動可能に枢接されていることを特徴とする請求項１に記載の車体フレーム。
3. 前記前輪フレーム（２２）における後端部の前記後輪フレーム（２１）との枢接部の前端側と、前記後輪フレームにおける前端部の前記枢接部の前端側との間に、第１ばね手段（２７１）が掛け渡されていることを特徴とする請求項２に記載の車体フレーム。
4. 前記前輪フレーム（２２）における後端部は、常時に、後方へ延伸してなる第１部分（２３１）と、該第１部分の延伸途中で突出し、後下方へ曲がって延伸してなる第２部分（２３２）と、該第２部分の延伸途中で後上方へ立ち上がって前記第１部分と連結された第３部分（２３３）とを有し、且つ、前記前輪フレームの後端部と前記後輪フレーム（２１）の前端部との枢接はこの第３部分でなされていることを特徴とする請求項３に記載の車体フレーム。
5. 前記前輪フレーム（２２）は、それらの前端（２８２）が前輪（２８２）を保持するための前輪取付枠（２８１）とそれぞれ枢接され、且つ常時に後方へ延伸して後端になる上下２つのリンク（２２１，２３１）からなり、且つ、前記下リンクは前記第１部分となっており、
   前記駆動輪フレーム（２３）は、モータ（２４３）付き駆動輪（２４２）を保持するために前方から後上方へと斜めに配置されている駆動輪保持リンク（２４１）と、その両端部がそれぞれ前記前輪フレームの後端部と前記後輪フレーム（２１）の前端部との枢接部（３０）及び前記駆動輪保持リンクの前端部（３３）と枢接されている連結リンク（２１４）と、その３つの端部がそれぞれ前記上リンク（２２１）の後端部（３４）、前記下リンク（２３１）の後端部（３５）及び前記駆動輪保持リンクの（２４１）後端部（３６）と枢接されているフォーク形リンク（２５）とからなっており、
   前記フォーク形リンクの前記駆動輪保持リンクとの枢接部（３６）と前記後輪フレームの中央近くとの間に第２ばね手段（２６１）が掛け渡されていることを特徴とする請求項４に記載の車体フレーム。
6. 前記連結リンク（２１４）から突出し、前記前輪フレーム（２２）と前記後輪フレーム（２１）との間のリンク構造の上下回動を前記前輪フレームにおける前記第３部分（２３３）及び前記第２部分（２３２）との当接によって制限できる当接部（２１５）が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の車体フレーム。
7. その上に座席が取付けられる設置リンク（２１１）と、前記設置リンクから前下方へ斜めに延伸してなった延伸リンク（２１２）と、前記延伸リンクから直下へ延伸してなった第１枢接リンク（２１３）とを有し、下方後側に後輪（２９２）が取付けられる後輪フレーム（２１）と、
   その下に前輪（２８２）が取付けられる前輪取付枠（２８１）と、その一端が前記前輪取付枠に枢接している上リンク（２２１）と、前記上リンクと前記前輪取付枠との枢接部（２１）より下の位置にその一端が枢接している下リンク（２３１）と、前記下リンクの中央近くから後下方へ斜め及び後方へと延伸してなる制限リンク（２３２）と、その両端が前記制限リンクの中央近く及び前記下リンクの前記制限リンクの後方と繋がり、その中央近くで前記第１枢接リンク（２１３）と回動可能に枢接している第２枢接リンク（２３３）とを有している前輪フレーム（２２）と、
   モータ（２４３）付き駆動輪（２４２）を保持するために前方から後上方へと斜めに配置されている駆動輪保持リンク（２４１）と、その両端部がそれぞれ前記第１枢接リンクと前記第２枢接リンクとの枢接部（３０）及び前記駆動輪保持リンクの前端部（３３）と枢接されている連結リンク（２１４）と、その３つの端部がそれぞれ前記上リンクの後端部（３４）、前記下リンクの後端部（３５）及び前記駆動輪保持リンクの後端部（３６）と枢接されているフォーク形リンク（２５）とを有している駆動輪フレームとからなっており、
   且つ、常時に、前記前輪、駆動輪及び後輪が同一の平面上に接地し、障害物を乗り越えるとき、全車体が前方から後方へと段階的に乗り越えを行うことができるようになっている車体フレーム。
8. 前記連結リンク（２１４）から突出していて前記前輪フレーム（２２）と前記後輪フレーム（２１）との前記回動を前記前輪フレームにおける前記制限リンク（２３２）及び前記第２枢接リンク（２３３）との当接によって制限できる当接部（２１５）が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の車体フレーム。
9. 前記フォーク形リンク（２５）の前記駆動輪保持リンク（２４１）との枢接部（３６）と前記後輪フレーム（２１）における設置リンク（２１１）の中央近くとの間に第２ばね手段（２６１）が掛け渡されていることを特徴とする請求項８に記載の車体フレーム。
10. 前記前輪フレーム（２２）における前記制限リンク（２３２）の中央近くと、前記後輪フレーム（２１）における前記第１枢接リンク（２１３）の下端側との間に、第１ばね手段（２７１）が掛け渡されていることを特徴とする請求項９に記載の車体フレーム。
11. 前記前輪（２８２）及び前記後輪（２９２）はいずれも左右回動できるように取付けられていて車体の進行方向を変えることができることを特徴とする請求項８に記載の車体フレーム。

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