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軽量折り畳み電動アシスト車椅子用減速機の作成

那波 悦次

那波 悦次

軽量折り畳み電動アシスト車椅子用減速機の作成

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目標金額を達成した場合のみ、実行者は集まった支援金を受け取ることができます(AllorNothing型)。支援募集は12月7日(土)午後11:00までです。

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プロジェクト本文

▼自己紹介

 

 皆さんも一度くらい「車椅子」に乗ったことがが有るかと思います。

 

 私の場合幸いにも怪我で足を折ったりする事も無く数十年を生きてました。

 

 ところが数年前、夕食後に嘔吐・下痢を繰り返し夜になって横にもなれず、
翌朝まで眠れず座った儘に時間を過ごして翌早朝に予約を入れて受診しました
が診断は「急性胆嚢炎」とかで、先生曰くなんで「救急車」で来なかったんだ
と云われ…検査から即日入院となりました。

 

 受診時も痛みを堪えて自分の車を運転して行きましたが、検査後も即入院で
この時に人生初の「車椅子」を体験しました、それ自体は非常に快適ですけど
比較的健康(足の怪我や内臓疾患)でも動かすのはかなり大変だと感じました。

 

 病気自体は検査の日々と10日余りの点滴漬けで体調を崩し、今度は糖尿病を
疑われる事に(そりゃ糖分しか摂ってないから)「急性胆嚢炎」は治まっては
いたんですが今度は「糖尿病」として内科に院内転院(転科)して更に入院。

 

https://www.kadokura.org/wheelchair/chaps_blue.html

 

 病院はこうした増築拡張された事が多くこれらの増築部分には自然と段差が
出来る事になるんですよね、健康な人は気付く事のない僅か1㎝程度の段差です
けど車椅子では結構な負担が…病院内でも出入り口の段差やスロープの問題で
健康な人でも苦労するんですよね。(無くならないんですけど)

 

 食事療法とか栄養指導とかあったんですが、私には塩辛過ぎて病院食が受け
付けられなかったので「糖尿病」なのに何故か「減塩食」を食べてましたね。

 

 それすらも結構食べられないものが多かった気がするしやはり塩辛かったが
汁物は薄めて煮物はご飯に混ぜ込んで何とか平らげてました(笑)

 

 その「糖尿病」疑惑で一カ月近く入院させられました、原因は入院時の点滴
だったのですが、どうやら食事等で一度上昇した血糖値が下がり難い体質だっ
たらしく上昇した血糖値が示す「活動状態」が「糖尿病」によるものとの判断。

 

 最終的に「インスリン」の様なものを投与された直後に「低血糖」の症状を
発症し、危うくこの世から退場してしまう処でした…マリー(ビスケット)の
3枚で無事生還する事が出来ました。

https://www.morinaga.co.jp/products/detail.php?id=PRD2009-12-0003

 

 実際に私の父が「糖尿病」で2度程意識混濁に陥って主治医のブドウ糖注射
に拠って生還してましたが、3度目に入院したその夜に運悪く意識混濁に陥り
主治医が不在で当番医がインスリンを投与したため程無く絶命しました。

 

 「糖尿病」の場合、意識不明に陥る原因は血糖値の上昇に拠るものが原因の
大半を占めていますので医師も最初に疑うのが血糖値の上昇ですが、実は低血

糖症状の方が危険だと担当医師も云ってましたのでそれは正しいんでしょう。

 

 低血糖症状は血中の糖分を使い切ってしまった結果意識の混濁を招くもので、

「低血糖」の症状を発症した時にインスリンを投与されていたら、血中の糖分

を使い切って脳の栄養が欠乏(栄養失調)してしまい、多分あちら側に渡って

いたかも知れません。

 

 結局この「糖尿病」疑惑は食後の高い血糖値が長い時間維持される「体質」
によるもので、人より長い時間「活動状態」を維持する事が出来る様に訓練の
結果行きついた体質だったと云うオチでした。

 

 入院中に種々の検査をされ、投与された造影剤でもアレルギーが出てしまい
死にかけたりしたが、以前に特許申請したまま権利化せずに放っておいたもの
を発見、病院のスパイラルCT検査だったかな頭部を上下から挟んで検査する奴、
あれの患者さんからの信号をオペレータに伝える奴に使われていた(笑)

 

 やっぱりちゃんと権利化はやっておいた方が良いよね?単に受感部と患者を
ゴムボールの様な操作部と細いビニールチューブで繋ぐだけの装置だった(^^♪

 

 上記は私が特許申請した際のブロック図

http://www.patentjp.com/17/V/V102563/DA10001.html

 

 特許出願した際にはON/OFFだけでなく2接点にしてクリックとリリース動作が
可能なようにしていたんだが…ソフト的にはマウスの左と右ボタンを提供して
コントローラを回す事でチューブが捻じれ円形に配置したボタンを選択する。

 

 これもちゃんと作ってればもっと役に立ったのにね…入院してみてあいつを
商品化しておくべきだったと思ったから…特許フリーだから誰か作って(笑)(^^♪

 

 今は引退したが私も元々航空機の発動機や電機計器に携わり諸般の事情で軽
薄短小の職業に携わり、従来から交通機械やレーザー応用機器等の製作や販売
を行ったり、後にコンピュータソフトウェアの開発(CAD)等を行っていたが
減速機の開発に携わってから、機構の開発にも携わりました。

 

 今回の特許申請で小型から大型迄を一段で高い増減速比を可能にしました。

先ずは自転車や車椅子から実用化に向けて開発しようと思っています。


▼プロジェクトを立ち上げたきっかけ

 

 小さなモータと小さなバッテリーで人の補助が出来たら素晴らしいとは思い
ませんか?小さいと云う事はそれだけ軽く扱う人の負担を軽減してくれます。

 上図左は90W/24Vの小型モータ

https://www.nidec.com/ja-JP/product/motor/category/A010/B010/P0030185/

で、上図右が30W/12Vの薄型小型モータ。(Maxon 200142 ブラシレス 12V)

https://jp.rs-online.com/web/p/dc-motors/4205192/

 

 最初は自転車での使用を考えていましたので(使用する機構が1個で済む)
当然ですが試作に要する費用が安く済むと思っていたのですが、以前モータの
メーカさんにお願いしていたモータが入手出来ない。

 上図は24W/24Vの小型モータですが全長が60mmと長いのが問題。

 

 それはもう10年以上前だからと云うのもありましたが、前回の物は未だ販売
されていたので同様に考えてたんですが、10年以上前に使用したのは工作機械
等に使用されるACサーボモータで、50W/100Vの物でした。

 

 前回と今回のプロジェクトで必要なのはDCモータでした。

 

 当該メーカにDCモータが無かったため、急遽あちこちのモータメーカに連絡
して確認を取っていましたが機構的に必須の小径中空モータが何処にも無い。

 

※上図の14が問題のモータで内部に15の軸を通す構造です。

 

 プロジェクトが開始してからも使用可能なモータ探しは継続して居たんです
が目途が立たない儘日にちだけが過ぎてしまうためここで一旦プロジェクトを
打ち切り小径の中空モータが無くても開始出来るものに方向転換を考えました。

 

 試作品が1個で済むからと前回は自転車をターゲットにしたのですが間違い、
この人達は自分から大変なルートや目的地を選んで挑んでいく人達でした。

 

 自転車では扱う人が兎にも角にも健康であり筋肉隆々の健康オタク(失礼)
の様で一般人とは明らかに違い自分を鍛えている人たちなので緊急性は無いと
判断し当初の予定通り機構は2個必要だが病人やけが人のための車椅子に変更。

 

 やっぱり一般の人で、特に精神的・肉体的に万全な状態ではない人達にこそ
使って戴くのが正しいのではないかと考え「原点」に立ち戻って「車椅子」に
目標を合わせて進めていく事にしました。

 

 さて市販の電動車椅子はジョイスティックで自走する全自動タイプが主流。

JWアクティブ PLUS+

https://www.yamaha-motor.co.jp/wheelchair/lineup/active-plus/

 

こちらはバッテリー込みで約30kgです。

 

 

 こちらは介助者が楽になる様に考えられた電動アシスト介助用車椅子

http://welfare.nabtesco.com/pdf/aw_light.pdf

小径車が多く介助者が付きそう事が前提で実は結構重いんですよね(笑)

 

バッテリーや背クッション無しで(16.9kg)なので取り扱いは大変です。

※メーカ公表値(当方調べ)

 

 市販の電動アシスト付き車椅子は特定メーカの一部車種に限られます。

 

 

 タウニィジョイX PLUS+

https://www.yamaha-motor.co.jp/wheelchair/lineup/tjx-plus/

 

 こちらはバッテリー込みで約30kgです。

 

 普通に購入すると市販の電動アシスト付き車椅子は20~50万円ですし…
簡単には購入出来る金額ではありませんよね?※メーカ公表値(当方調べ)

 

 勿論予算的には何も問題ない人も多いとは思います、選択肢が限られるのは
間違いなく、特にスポーツ車や特殊なタイプ(折り畳みや小径車)は余りなく
特にカスタムが求められるスポーツタイプでは電動アシスト付きは諦める状態。

 

 歩けないだけで健康な人が自身の車椅子を折り畳んで自分で運転する自動車
に乗り込むんだが、一人で問題無いのは軽い車椅子を折り畳んで車に搭載する
事だけで、重量級の電動車椅子は当然ですが無理ですよね?

https://www.kadokura.org/wheelchair/chaps_blue.html

※重量12.8kg(DB仕様13.1kg)

 

 そこでそれらの要求に応えるものが出来ないかと電動アシスト機構のお勉強!
 勿論専用車では無いので市販レベルは難しいとしても発進時や急な上り坂で…
それなりのアシストが得られれば車椅子にもっと愛着が沸くものと思います。

 

 軽さに重点を置くと軽量のアルミ製折り畳みか次点でステンレス製になるか
ベース車はふつうの軽量な折り畳み可能な車椅子になりますよね?

 

本体重量が約13kgなら駆動系とバッテリーをそれぞれ1㎏程度に出来れば…
かなり難しい挑戦ですが機能を限定すれば可能なのかも?ステンレスで20㎏?

 

 電動アシストタイプも有るけどこちらもかなり大掛かりで重いから可搬性に
劣りますので移動には不向きですよね…最近は軽量化も図られていますけど。

 

 専用の市販車が大きなモータ(120W程度)を車輪個々に内蔵し道交法の制限に
従い駆動、快適な運転が出来ている様ですけどね、手動でも軽ければ羨ましくは
ないけど…

JWスウィング

https://www.yamaha-motor.co.jp/wheelchair/lineup/swing/

 

※バッテリー無しで約24kg、バッテリーが3~4㎏※メーカ公表値(当方調べ)

 

 それでは車椅子に機構を搭載するとなると何処に搭載するのか?駆動方法は?

上図の様に車軸に搭載するのが自然の流れですよね?

 

 それで考えたのが前回の『ボトムブラケットシェル』に格納する機構ですけど
それを車輪に…でもそれは中空モータが必須なんで今回の案には使えないのです。

 上図と前述の写真の駆動部が違って見えるかも知れませんが、それは気のせい

です。前述の写真の駆動部が直径200mm程度であるのに対し上図は70mmです

ので単に直径が3分の1になってるからそう見えるだけなんです。

 

 そもそもそれは元々ペダルとクランクシャフトやスプロケットを支持する機構

の外周を回転させる様にした機構で、自転車でクランク軸を回転させていた部分

は車椅子の車輪を固定するために使用して外周のフィンとリムの間にスポークを

張り車輪を構築させます。

 

 この電動アシストの駆動機能を『ボトムブラケットシェル』中に兼用させて、
完成すれば後付けで電動アシスト駆動が追加できる筈だったんですけどね。

 

 前回はこの案が実用になるのかどうかは中空モータ入手の可否に掛かっていて
プロジェクトの成功や来年や再来年にこれが商品化されるかどうかもこれに左右
されてましたが、中空モータが入手出来無かったためプロジェクトの継続を断念。

 

 この様な機構の重要性を痛感し個人で立案し特許案件の申請まで漕ぎ着けたが
取り敢えず市販に向けてマーケティングや試作を行い良いものを量産して市場に
提供出来る事を目指しプロジェクトを進めていきたいと考えています。

 

 また、本案を具体的な製品として市場に提供する際に予想される反応を得た上
で人の役に立つ人にやさしい製品の開発に繋げていきたい。


▼プロジェクトの内容

 

 具体的には小さなモータを備えただけでは力が小さく、人が乗った重い車両
を動かすには足りない、ではどうすれば良いか…小さなモータの一つを回転させ
ても必要な力が得られないならモータの数を増やして協力させればいい。

 

 直流モータの回転を減速させてトルクを増大させ、車椅子の両輪に回転力を
加える機構で、平たく言えば手で漕ぐ代わりに切っ掛けを与えモータを廻して

車椅子の両輪を廻す補助をするもの。

 

 

 実際には図の右側にある減速機部分を埋める作業で、これが基本となり小型の
動力装置を開発すると云う地道な作業なんだがややこしい事は私の仕事ですね。

 

 ここの部分が特許申請している増減速機で従来のものとは大きく異なります。

 

 自転車での失敗は「ボトムブラケットシェルに収める」事を発案した結果、
直径φ40mm程度で幅68mm(JIS)しかないフレームのクランク軸を納める
部分に、駆動用モータと小型減速機を組み込んで外部から電源を供給する事、
この案一つに集約した結果根幹の中空モータが得られない事だけで頓挫。

 

 この結果を踏まえて種々の案を比較検討しながら良い結果を得られる様に、
小型軽量と耐久性の両立や高耐力への展開を実現させるため、発展させようと
様々なアプローチを考案しています。

 

 本プロジェクトでは車椅子の車輪内部に収めたり、携行可能な電動車椅子の
駆動部に応用させたりする事を考えており、自転車の方のプロジェクトでは、
「ボトムブラケットシェルに格納する」機能を提供するために必要なモータの
中空化が果たせなかっただけで頓挫したため諦めざるを得ませんでした。

 

 従来の機構では難しかった車輪内部に収める機構と携行可能な電動車椅子の
駆動部に応用する両案を並行する事で「ボトムブラケットシェルに格納する」
機能の様に一つの問題点で頓挫したりしない様にする事を考えております。

 本件の内容は市販の電動アシスト車椅子の様な専用の車体ではなく、日頃か
ら愛用している折り畳み車椅子に電動アシスト機能を組み込めないかと考え、
技術的には非常に難度が高い車椅子の車輪に組み込む方法(中空モータ使用)
や市販品(中実モータ使用)を使った案やモータの外出し案とかに考えを拡げ、
一つに集約せずに立案していきます。

 

 最終的には軸固定で駆動・伝達・制動を一体のユニットで行う事を目標にして、
上記の方針で順次プロジェクトを進めていきたいと考えています。

 

#何れ使用する事になるでしょうし、自分が使わずとも家族が使う様になる事

は想像に難くありませんから、レンタルじゃなくても手が届く価格に(^^♪

 

▼プロジェクトの展望・ビジョン

 

 本プロジェクトは機関的に短いため実際に量産出来る訳では無い、クラウド
で協力をして戴いたとしても完成品をご提供出来るものでもないので、充分な
お返しが出来るか定かでは無いが遣い勝手の良いものを目指し一緒に夢を見て
頂きたいと思う。

 

 仮にこのプロジェクトのリターンを成果物でお返しするとなると必要な支援
金額の単位が跳ね上がってしまいます、ご協力頂けるメーカとの折衝も必要と
なりますのでそれらの引き合いが有るのならばプロジェクト後とさせて下さい。

 

 本件では軽量折り畳み車椅子に追加する駆動部の開発を目指していますが、
最終的な目標として車椅子のアドオン機能として市場に販売する事で、所定の
車椅子屋さんで改造が出来る様にする事です。(車軸組み込み)

 

 上記の物は機構的にギヤードモーターの外周にベアリングを装着して駆動し
内部に車軸を貫通させる構造の機構を目指しているが車輪にかかる荷重を支え
る機構の他には車軸を貫通させる以外に可能方法が無いかも並行して検討して
今回は外形をこちらに合わせ軽量の車体で車輪の強固な固定とを可能にする。

 

 モータや減速機を中空化し車軸を通す事が可能なら車椅子の車輪や自転車の
前後輪に組み込むのは簡単ですが中空モータが得られなければ車軸に拠らない
専用の電動アシスト機構日常的に通勤・通学に使用している軽快車や折り畳み
自転車にも取り付け可能にする事で気軽で手軽に電動アシスト機能を提供する
事を目指します。

 本件の進捗次第で本プロジェクトにて開発中の駆動装置を応用して折り畳み
式の車椅子に小型軽量の電動アシスト機能を提供する事も展開可能になります。

 

※プロジェクト実施に関するお約束事項となります。
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
 ・プロジェクトの終了要項
2020/2/20までに、軽量折り畳み電動アシスト車椅子用減速機を2個作成し、テスト用車椅子1台を完成させたことをもってプロジェクトを終了とする。 
※着手予定日:2019/09/20 
※外部委託先について 
 委託先の決定:未定(決定予定日:2019/09/20) 
 委託先候補名称:岡本工機 株式会社 
 委託先候補URL:http://okamoto-kouki.co.jp/
 委託先候補住所:広島県福山市金江町金見2050
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

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【5千円】お気持ちコース

・実行者からお礼のメッセージメールをお送りいたします

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【1万円】プロジェクト後、開発の模様をご報告します!

・開発の様子を支援者様にだけ特別にご報告いたします
(開発の様子を記載したメールを送付いたします。)
・お礼のメッセージメール

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【3万円】プロジェクト応援コース

・開発作業から完成状態を記録した(DVD)をお送りします
・お礼のメッセージメール

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【5万円】プロジェクト応援コース

・開発作業から完成状態を記録した(DVD)をお送りします
・開発の様子を支援者様にだけ特別にご報告いたします(メールにて)
※イベント毎又は一回/月以上を予定しています。
・お礼のメッセージメール

支援者
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【10万円】特別編集・小冊子(DVDと図面集)をお届けします!

・開発作業から完成状態を記録した(DVDと図面集)をお送りします
・開発の様子を支援者様にだけ特別にご報告いたします(メールにて)
※イベント毎又は一回/月以上を予定しています。
・お礼のメッセージメール

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