シーティング「タイヤの直径が車いす走行性に与える影響」【vol.187】
第三章「人車一体の操作性について」
第4回目です。
「車いすの走行性」に影響する要因7つ、
1)質量中心の位置 (vol.186で済み)
2)ホイールベースの長さ
3)キャンバ角の有無
4)トウ角の有無
5)キヤスター角の有無
6)タイヤの直径・素材・弾性・空気圧・接地面積
7)走行面の状態
の中から、
今回取り上げるのは、6番の中の
タイヤの直径が車いす走行性に与える影響について
です。
前々回説明した1番「質量中心の位置」と
タイヤの直径は
走行性に与える関係性が強いので先に取り上げます。
▼タイヤの直径と走行性
直径が大きいほどよく転がり
直径が小さいほど転がりにくくなります。
例えば、
車いすからキャスターと駆動輪を外し
同じ走行面を、同じ力で転がしてみたとします。
遠くまで転がっていくのは駆動輪で
近くで倒れてしまうのはキャスターです。(下図)
スタート
┃
┃→ →○キャスター
┃
┃→ → → → → → → →○駆動輪
┃
一つの車いすに
よく転がる駆動輪と
転がりにくいキャスターが同時にあることの理由は
走行性以外の旋回性にあります。
小回りが利くようにするためです。
小回りの必要がない車いす
例えばマラソン競技用の車いすは
走行性重視でキャスターは使用せず
直径の大きい車輪を前輪に使用していますよね。
▼直径が大きいほどよく転がる理由
直径が大きいほどよく転がり
直径が小さいほど転がりにくくなる。
その理由は2つあります。
一つ目の理由は、
直径が大きいほど回転モーメントが大きくなるから。
二つ目の理由は、
直径が大きいほど段差越え時の抵抗が少ないから。
一つ目の理由から詳しく説明します。
▼直径が大きいほど回転モーメントが大きくなる
物理的に説明すると
車輪を回転する力は「回転モーメント」と言います。
回転モーメントの大きさは
車輪の半径に比例するので
直径が大きいほど
回転モーメントが大きくなるんです。
つまり、
車輪の直径が大きいほど
回転モーメントは大きくなり
車輪の回転は長続きします。
逆に
車輪の直径が小さいほど
回転モーメントは小さくなり
車輪は回転を止めやすくなります。
この理屈は
次の方法で体感できます。
▼5円玉に糸を結んで回す
5円玉に糸を結んで手で回すと
回転半径の長さの違いが
回転の持続性にどう影響するか体感できます。
初めに
半径となる糸の長さを10cmにして
5円玉を手で水平に回します。
手を止めて固定し
5円玉の回転がとれ位続くか見てください。
すぐに回転が止まりますね。
次は
半径となる糸の長さを50cmと長くして
5円玉を手で水平に回します。
手を止めて固定し
5円玉の回転がとれ位続くか見てください。
すぐには回転が止まりませんね。
回転しようとする力が大きいのは後者の方です。
続いて二つ目の理由を説明します。
▼直径が大きいほど段差越え時の抵抗が少ない
走行面には少なからず凹凸があります。
凹凸を敢えて段差と呼びます。
段差は車輪が回転して前進する時の抵抗になり
段差越えをする度に車輪は
回転モーメントを奪われていきます。
車輪の直径が大きいと段差越えは楽になり
回転モーメントの減少も少なくて済みます。
理由は、
車輪が走行面と接する点Aと
段差と接する点Bの距離が長くなり
乗り越える傾斜角度が緩やかになるからです。(下図)
───A
段差
───────────────B───走行面
なので
車輪の回転は持続しやすくなります。
車輪の直径が小さいと
点Aと点Bの距離が近く
乗り越える傾斜角度が急になり
段差越えで回転モーメントが消費されます。(下図)
───A
段差
──────B────────走行面
なので
車輪は回転を弱めてしまいます。
▼質量中心が駆動輪寄りだと車いすはよく進む
前々回説明してなかった
質量中心の位置が駆動輪寄りになるほど
車いすがよく進むようになるのは
以上の理由によります。