DE10217842A1

DE10217842A1 - Scheibenwischervorrichtung und hinterer Scheibenwischer eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE10217842A1
Application number: DE10217842A
Authority: DE
Inventors: Michio Tsukui; Junichi Saito; Hiroki Kuroiwa; Kouji Kobayashi
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2003-01-23
Also published as: US20020152573A1; JP2003011786A

Abstract

Ein Wischerblatt (4) ist beweglich entlang einer Glasfläche (3) angeordnet. Piezo-elektrische Elemente (6a und 6b) weisen eine piezo-elektrische Keramik auf und bringen eine Schwingung auf das Wischerblatt (4) auf. Aufgrund dieser Schwingung bewegt sich das Wischerblatt (4) selbsttätig auf der Glasfläche (3). Die piezo-elektrischen Elemente (6a und 6b) sind an dem Wischerblatt (4), an seiner Spitze etc., vorgesehen. Da das Wischerblatt (4) sich selbsttätig bewegt, besteht keine Notwendigkeit für einen elektromagnetischen Motor oder einen Gelenkmechanismus, um das Wischerblatt anzutreiben. Es ist möglich, eine kleine und leichtgewichtige Wischereinrichtung zu schaffen oder das Layout zu verbessern. Demzufolge kann die Wischereinrichtung an einem engen und kleinen Platz angebracht werden, wie beispielsweise einer Glasladeluke oder der Heckscheibe eines Cabriolets.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibenwischervorrichtung, welche für Automobile verwendet wird, für im Freien benutzte Überwachungskameras, etc.. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Scheibenwischervorrichtung, welche an einem engen Raum, wie beispielsweise einer CCD-Kamera oder einem hinteren Scheibenwischer angebracht ist, was es schwierig macht, einen Motor oder einen Getriebemechanismus zum Antreiben eines Wischerblatts anzuordnen.

Beschreibung des Stands der Technik

In den letzten Jahren hat sich das allgemeine Bewusstsein hinsichtlich der Bewahrung der Natur von einer Ausweitung hin zu einer Unterwanderung verändert. Auf dem Gebiet der Fahrzeuge besteht eine gefragte Lösung beispielsweise in der Einsparung des Gewichts eines Fahrzeugkörpers. Elektrische Komponenten inklusive eines Wischersystems unterliegen diesem Trend ebenfalls, und eine Gewichtsersparnis wird für verschiedene Teile wie beispielsweise ein Wischerblatt, einen Motor, etc. vorangetrieben.
Was das Design des Fahrzeugs angeht, kann die Gestalt des Wischers ein kritischer Faktor bei ästhetischen Effekten des Erscheinungsbilds des Fahrzeugs sein. Das Design kann beträchtlich davon abhängen, an welcher Stelle ein Wischerblatt vorne oder hinten am Fahrzeug angebracht wird. Demzufolge verbessert die Möglichkeit, die Wischeinrichtung an jeder beliebigen Stelle anzubringen, den Freiheitsgrad bei der Gestaltung des Fahrzeugs und verbessert die Wettbewerbsfähigkeit des Designs.
Ein herkömmliches Wischersystem verwendet einen elektromagnetischen Motor als Antriebseinheit und verwendet einen Gelenkmechanismus, um die Wischfunktion zu implementieren. Die Verwendung des Motors oder des Gelenkmechanismus macht es jedoch unmöglich, ein innovativ kleines und leichtes System unter dem Gesichtspunkt der technologischen Reife zu erwarten. Mechanisch begrenzt das herkömmliche Wischersystem den Freiheitsgrad beim Auswählen von Stellen zur Anbringung des Wischerblatts. Dies ist eine starke Beschränkung beim Design, und auf eine Verbesserung ist lange gewartet worden.
Insbesondere ist ein hinterer Scheibenwischer eines Fahrzeugs von den folgenden Problemen begleitet. Zunächst ist der hintere Wischer im allgemeinen so ausgestaltet, dass eine Wischerwelle unter einem Heckfenster vorgesehen ist und das Wischerblatt um diese Welle herumschwingt. Das Anbringen eins Motors im Kofferraum senkt jedoch die Kofferraumkapazität für den Motor. Im Falle eines Fahrzeugs mit einer Ladeluke aus Glas macht außerdem das Anbringen eines Motors für den hinteren Scheibenwischer an der Ladeluke die Ladeluke schwer und behindert den Blick nach hinten. Wenn im Gegensatz dazu der Motor an dem Fahrzeugkörper angebracht ist, muss das Wischerblatt separat an der Ladeluke angeordnet sein zum Öffnen und Schließen der Ladeluke. Außerdem müssen der Motor und das Wischerblatt lösbar sein, wenn die Ladeluke geöffnet oder geschlossen wird, was den Aufbau kompliziert. Drittens kann der Wischermotor nicht an einem Cabriolet angebracht werden. Der hintere Wischer selbst kann nicht angebracht werden. Viertens implementiert der hintere Wischer eine Hin- und Herbewegung des Wischerblatts nur mittels der Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Motors. Demzufolge ist ein Vorwärts-/Rückwärts-Schaltkreis oder eine Relaisplatte notwendig, das die Ausgestaltung es Schaltkreises oder anderer Ausgestaltungen in der Nähe des Motors kompliziert.
In letzter Zeit wird verschiedenen Steuerungen auf der Basis der Videoerfassung und unter Verwendung einer CCD Kamera spezielle Beachtung geschenkt, um ein sicheres und komfortables Fahren sicherzustellen. Demzufolge sind Kameras an verschiedenen Teilen eines Fahrzeugs angebracht worden. Regentropfen oder Staub, die vorne an der Kamera anhaften, können das Gesichtsfeld behindern und die Bilderfassung so beeinträchtigen. Es ist wünschenswert, die Kamera mit einem Wischersystem auszustatten, d. h. mit einer Einrichtung, um Regentropfen etc. zu entfernen. Unter den vorliegenden Bedingungen gibt es jedoch kein Mikrominiatur-Wischersystem, welches an der CCD Kamera angebracht werden könnte. Auf seine Entwicklung ist lange gewartet worden.
Abgesehen von dem Gebiet der Fahrzeuge sind viele Überwachungskameras im Freien angebracht und unterliegen den gleichen Problemen bezüglich des Gesichtsfelds vor der Kamera. Einige Überwachungskameras sind mit einem Wischersystem ausgestattet, welches einen elektromagnetischen Motor verwendet. Ein solches System erfordert jedoch einen großen Mechanismus und ist nicht auf kleine Überwachungskameras anwendbar.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kleine und leichtgewichtige Wischeinrichtung zu schaffen, ohne die Notwendigkeit für einen elektromagnetischen Motor oder einen Gelenkmechanismus. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen kleinen und leichtgewichtigen hinteren Wischer für ein Fahrzeug zu schaffen, welcher an einer Glasladeluke oder an einem Cabriolet angebracht werden kann.
Um die o. g. Ziele zu erreichen, weist eine Wischeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung folgendes auf: ein Wischerblatt, welches auf einer Wischfläche angebracht ist und beweglich entlang dieser Wischfläche angeordnet ist; und ein Schwingungsmittel, welches dieses Wischerblatt mit Schwingung versorgt, um das Wischerblatt auf der Wischfläche anzutreiben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bringt das Schwingungsmittel Schwingungen auf das Wischerblatt auf, so dass das Wischerblatt sich selbsttätig auf der Wischfläche bewegen kann. Dies vermeidet die Notwendigkeit eines elektromagnetischen Motors oder eines Gelenkmechanismus, um das Wischerblatt anzutreiben, so dass das Wischerblatt klein und leichtgewichtig sein kann. Da die Stelle zum Anbringen des Wischerblatts nicht durch einen Motor oder ein Gelenk begrenzt ist, kann das Layout der Einrichtung verbessert werden. Die Wischeinrichtung kann an einem engen und kleinen Raum angebracht werden. Demzufolge kann die Wischereinrichtung beispielsweise an einer CCD-Kamera an einem Fahrzeug angebracht werden, wo bisher aufgrund eines begrenzten Anbringraums keine Wischeinrichtung vorgesehen war.
Bei der Wischereinrichtung kann das Schwingungsmittel an dem Wischerblatt vorgesehen sein, beispielsweise oben oder an der Seite des Wischerblatts. Das Schwingungsmittel kann beispielsweise mit dem Wischerblatt zusammen ausgeformt sein, so dass es innerhalb des Wischerblatts angeordnet ist. Außerdem kann es vorteilhaft sein, die Wischereinrichtung so auszugestalten, dass mehrere Wischerblätter in Reihe miteinander verbunden sind.
Das Wischerblatt kann an einem Ende an einer Drehwelle befestigt und schwingbar auf der Wischfläche vorgesehen sein; und das Schwingungsmittel kann am anderen Ende des Wischerblatts oder in der Nähe der Drehwelle vorgesehen sein. Alternativ kann es vorteilhaft sein, mehrere Schwingungsmittel in einem gegebenen Abstand auf dem Wischerblatt vorzusehen.
Das Wischerblatt kann mittels eines Führungselements geführt sein, welches entlang der Wischfläche vorgesehen ist; und das Schwingungsmittel kann eine Schwingung auf das Führungselement aufbringen. Das Schwingungsmittel kann dort angeordnet sein, wo es eine Schwingung auf das Führungselement aufbringen kann. Es ist auch möglich, das Schwingungselement nicht nur an dem Ende des Führungselements vorzusehen oder in dessen Innerem, sondern auch an einer Stelle, die beabstandet ist von dem Führungselement über ein Schwingungsübertragungsmittel.
Eine Wischereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung treibt ein auf einer Wischfläche vorgesehenes Wischerblatt entlang dieser Wischfläche an; wobei das Wischerblatt ein Schwingungsmittel aufweist; und das Schwingungsmittel eine Schwingung erzeugt, um es dem Wischerblatt zu ermöglichen, sich selbsttätig auf der Wischfläche zu bewegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bildet das Schwingungsmittel das Wischerblatt selbst, was die Ausgestaltung der Einrichtung vereinfacht und das Gewicht senkt. Auch in diesem Fall eliminiert die Ausgestaltung die Notwendigkeit für den elektromagnetischen Motor oder den Gelenkmechanismus zum Antreiben des Wischerblatts, so dass die Wischereinrichtung klein und leichtgewichtig ausgestaltet werden und das Layout verbessert werden kann.
Das Schwingungsmittel kann ein piezo-elektrisches Element aufweisen. Beispielsweise ist es möglich, bimorphe piezo-elektrische Keramiken als Schwingungsmittel zu verwenden. Das piezo-elektrische Element kann mit einer Spannung versorgt werden, welche eine sinusförmige Wellenform hat. Durch Aufbringen der sinusförmigen Wellenform erzeugt das Schwingungsmittel eine elliptische Schwingung für einen Antriebslagerabschnitt, welcher in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Wischerblatt und der Wischfläche ausgeformt ist, und die elliptische Schwingung verwendet, um das Wischerblatt auf der Wischfläche anzutreiben.
Das piezo-elektrische Element kann auch mit einer Spannung versorgt werden, welche eine Sägezahn-Wellenform hat. Die Sägezahnspannung verursacht einen Unterschied in den Verformungsgeschwindigkeiten des piezo-elektrischen Elements; der Unterschied in der Verformungsgeschwindigkeit erzeugt einen Unterschied in Trägheitskräften, welche auf das Wischerblatt einwirken; der Betrag der Auslenkung für eine langsame Veränderung in der Sägezahnspannung wird größer als der für eine schnelle Veränderung darin. Das Wischerblatt bewegt sich in Richtung einer Seite des größeren Auslenkungsbetrags. Das Aufbringen einer Spannung mit Sägezahn-Wellenform ist geeignet, wenn das Wischerblatt mit einem Schwingungsmittel versehen ist oder das Schwingungsmittel aufweist.
Andererseits weist ein hinterer Scheibenwischer eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung folgendes auf: ein Wischerblatt, welches an einer Heckscheibe eines Fahrzeugs angebracht ist und schwingbar an der Heckscheibe vorgesehen ist, wobei ein Ende an einer Drehwelle befestigt ist; und ein piezo-elektrisches Element, welches an dem Wischerblatt angebracht ist und eine Hin- und Herschwingung auf das Wischerblatt entlang seiner Bewegungsrichtung aufbringt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein piezo-elektrisches Element verwendet, um das an einer Heckscheibe angeordnete Wischerblatt mit einer Hin- und Herschwingung entlang der Bewegungsrichtung zu versorgen. So kann sich das Wischerblatt selbsttätig auf der Wischfläche bewegen. Dies vermeidet die Notwendigkeit eines elektromagnetischen Motors oder eines Gelenkmechanismus, um das Wischerblatt anzutreiben, so dass das Wischerblatt klein und leichtgewichtig sein kann. Da die Stelle zum Anbringen des Wischerblatts nicht durch einen Motor oder ein Gelenk begrenzt ist, kann das Layout der Einrichtung verbessert werden.
In diesem Fall ist es möglich, den gesamten Körper der Wischereinrichtung mit dem Wischerblatt, dem piezo-elektrischen Element, etc. an der Heckscheibe anzuordnen. Es ist nur notwendig, einen Leiterdraht und einen Antrieb in dem Körper anzuordnen. Außerdem kann der Leiterdraht ersetzt werden durch eine gedruckte Leitung, die im Glas der Heckscheibe verlaufen kann. Demzufolge kann die Wischereinrichtung in einem kleinen und engen Raum angeordnet werden. Beispielsweise kann der hintere Scheibenwischer an der Glasladeluke eines Fahrzeugs mit Ladeluke oder an einer Heckscheibe eines Cabriolets angebracht werden.
Der hintere Scheibenwischer kann frei angesteuert werden für einen unterbrochenen Betrieb, eine variable Geschwindigkeit, einen Rückwärtsbetrieb, etc. durch Verändern der Wellenform der Eingangsspannung. Demzufolge sind ein Vorwärts-Rückwärts- Kreis, eine Relayplatte, etc. nicht notwendig, was die Ausgestaltung des Schaltkreises oder anderer Ausgestaltungen in der Nähe des Motors vereinfacht.
Das piezo-elektrische Element kann mit einer Spannung versorgt werden, welche eine Sägezahn-Wellenform hat. Die Sägezahnspannung verursacht einen Unterschied in den Verformungsgeschwindigkeiten des piezo-elektrischen Elements; der Unterschied in der Verformungsgeschwindigkeit erzeugt einen Unterschied in Trägheitskräften, welche auf das Wischerblatt einwirken; der Betrag der Auslenkung für eine langsame Veränderung in der Sägezahnspannung wird größer als der für eine schnelle Veränderung darin. Das Wischerblatt bewegt sich in Richtung einer Seite des größeren Auslenkungsbetrags.
Der hintere Scheibenwischer kann weiter ein Widerstandsmittel zum Aufbringen eines Drehwiderstands auf die Drehwelle aufweisen. Es kann vorteilhaft sein, mehrere piezo- elektrische Elemente in Reihe mit dem Wischerblatt zu verbinden. Das piezo-elektrische Element kann an der Spitze des anderen Endes des Wischerblatts angeordnet sein.
Der hinterer Scheibenwischer kann auch so ausgestaltet sein, dass er folgendes aufweist: eine Führungsschiene, welche entlang einer Kante einer Heckscheibe eines Fahrzeugs vorgesehen ist; ein Wischerblatt, welches an der Führungsschiene angebracht ist und entlang der Führungsschiene beweglich ist; und ein piezo-elektrisches Element, welches an der Führungsschiene angebracht ist und das Wischerblatt mit einer Hin- und Herschwingung versorgt entlang seiner Bewegungsrichtung über diese Führungsschiene.
Die oben beschriebenen und weitere Ziele, und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausgestaltung einer Wischereinrichtung als Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung eines Wischerblatts zeigt, welches für die Wischereinrichtung in Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Wischerblatts in Fig. 2;
Fig. 4 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung eines Schwingungsmodells eines Elements zeigt unter Verwendung von piezo- elektrischer Keramik;
Fig. 5 ist ein erläuterndes Diagramm, welches Schwingungsformen des Modells in Fig. 4 zeigt, wobei Fig. 5A eine Schwingungsform in der XY-Ebene und Fig. 5B eine Schwingungsform in der XZ-Ebene zeigt;
Fig. 6 ist ein erläuterndes Diagramm, welches die Auslenkung an der Spitze des Modells zeigt;
Fig. 7 ist ein erläuterndes Diagramm, welches einen Schwingungszustand an der Spitze des Modells zeigt;
Fig. 8 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung einer Wischereinrichtung als Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung einer laminierten piezo-elektrischen Keramik zeigt;
Fig. 10 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung eines modifizierten Beispiels zur Anordnung des piezo-elektrischen Elements in der Nähe einer Drehwelle zeigt, so dass sich das piezo- elektrische Element in einer Richtung erweitert und zusammenzieht, welche senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung eines Wischerblatts liegt;
Fig. 11 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung eines modifizierten Beispiels zur Anordnung des piezo-elektrischen Elements in der Nähe der Drehwelle zeigt, so dass das piezo- elektrische Element sich in einer Richtung erweitert und zusammenzieht, welche parallel zu einer Erstreckungsrichtung des Wischerblatts liegt;
Fig. 12 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung einer Wischereinrichtung als Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 13 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung einer Wischereinrichtung als Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 14 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine allgemeine Form eines bimorphen piezo-elektrischen Elements zeigt;
Fig. 15 ist ein erläuterndes Diagramm, welches einen Betrieb eines Betriebsbestätigungsmodells zeigt, wobei die Basis des bimorphen piezo-elektrischen Elements fixiert ist;
Fig. 16 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Verhalten des piezo-elektrischen Elements zeigt, wenn eine Sägezahnspannung auf das Modell in Fig. 15 angewandt wird;
Fig. 17 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Wellenform einer Spannung zeigt, welche tatsächlich auf die Wischereinrichtung aufgebracht wird;
Fig. 18 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Verhalten des Wischerblatts zeigt, wenn die Spannung in Fig. 17 aufgebracht wird;
Fig. 19 ist ein erläuterndes Diagramm, welches ein modifiziertes Beispiel zur Anordnung an der Wischereinrichtung zeigt;
Fig. 20 ist ein erläuterndes Diagramm, welches einen Zustand zur Anbringung eines hinteren Wischers als Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 21A und 21B sind ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung des hinteren Wischers in Fig. 20 zeigt;
Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht, welche den hinteren Wischer in Fig. 21A, 21B zeigt, wie er an einer Glasladeluke eines Fahrzeugs mit einer Ladeluke angebracht ist;
Fig. 23 ist eine perspektivische Ansicht, welche der hinteren Wischer in Fig. 21A, 21B zeigt, wie er an der Heckscheibe eines Cabriolets angebracht ist;
Fig. 24 ist ein erläuterndes Diagramm, welches ein modifiziertes Beispiel zur Anordnung des piezo- elektrischen Elements für den hinteren Wischer in Fig. 21A, 21B zeigt;
Fig. 25 ist ein erläuterndes Diagramm, welches ein weiteres modifiziertes Beispiel zur Anordnung des piezo- elektrischen Elements für den hinteren Wischer in Fig. 21A, 21B zeigt;
Fig. 26 ist ein erläuterndes Diagramm, welches einen Zustand zur Anbringung eines hinteren Wischers als Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 27 ist ein erläuterndes Diagramm, welches einen Zustand zur Anbringung eines hinteren Wischers als Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun genauer mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Ausführungsform 1

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausgestaltung einer Wischereinrichtung als Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 2 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung eines Wischerblatts zeigt, welche für die Wischereinrichtung in Fig. 1 verwendet wird. Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Wischerblatts in Fig. 2.
Eine Wischereinrichtung 1 gemäß der Ausführungsform ist eine weibliche, welche an einer CCD Kamera angebracht ist, welche für einen rückwärtigen Monitor eines Fahrzeugs verwendet wird, für einen Seitenmonitor, welcher an der Seite einer vorderen Stoßstange angebracht ist, etc.. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Wischereinrichtung 1 an einer Glasoberfläche (Wischfläche) 3 vor einem Körper 2 einer CCD Kamera angebracht. Die Wischereinrichtung 1 weist ein Wischerblatt (im folgenden als Blatt abgekürzt) 4 auf und eine Drehwelle 5 zum Lagern des Blatts 4. Piezo-elektrischen Elemente (Schwingungsmittel) 6a und 6b sind an dem Blatt 4 angebracht und erzeugen eine Schwingung, um das Blatt 4 selbsttätig auf der Glasfläche 3 zu bewegen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, weist das Blatt 4 einen Arm 7 auf, piezo-elektrische Elemente 6a und 6b, welche an einer Seitenfläche und einer Oberfläche des Arms 7 angebracht sind, ein Wischgummi 8 sowie einen Antriebslagerabschnitt 9. Der Arm 7 ist ein metallenes quadratisches Prisma, ungefähr 20 mm lang, und sein Ende ist an der Drehwelle 5 befestigt. Die Drehwelle 5 beinhaltet ein Lager und kann sich frei auf der Glasfläche 3 drehen. Das Blatt 4 ist frei schwingbar um die Drehwelle 5 herum gelagert, und zwar unter einem konstanten Druck für das Wischen. Das Blatt 4 kann sich frei innerhalb eines Bereichs bewegen, welcher durch Strichpunktlinien dargestellt ist.
Das Wischgummi 8 ist ein Gummielement, welches an der unteren Fläche des Arms 7 angebracht ist. Die untere Kante des Wischgummis 8 berührt die Glasfläche 3. Das Wischgummi 8 bewegt sich gleitend auf der Glasfläche 3 gemäß einem Betrieb des Blatts 4, um Wassertropfen oder Staub von der Glasfläche 3 zu wischen. Der Antriebslagerabschnitt 9 besteht aus einer Stahlkugel und ist an der unteren Fläche des Arms 7 an dessen Spitze angebracht. Das untere Ende des Antriebslagerabschnitts 9 steht in Punktkontakt mit der Glasfläche 3 und erzeugt eine elliptische Schwingung aufgrund von Schwingungen der piezo-elektrischen Elemente 6a und 6b, welche später beschrieben werden.
Die piezo-elektrischen Elemente 6a und 6b weisen plattenförmige piezo-elektrische Keramiken auf und sind direkt auf der Seitenfläche und der oberen Fläche des Arms 7 aufgeklebt. Fig. 2 zeigt die piezo-elektrischen Elemente 6a und 6b, wobei deren Dicke nicht dargestellt ist. Spannungen mit unterschiedlichen Phasen werden auf die piezo- elektrischen Elemente 6a und 6b aufgebracht, um eine elliptische Schwingung bei dem Antriebslagerabschnitt 9 zu erzeugen. Diese elliptische Schwingung ermöglicht es dem Blatt 4, sich selbsttätig auf der Glasfläche 3 zu bewegen. Das folgende beschreibt das Prinzip der elliptischen Schwingung bei dem Antriebslagerabschnitt 9 unter Verwendung eines Modells.
Fig. 4 ist ein erläuterndes Diagramm, welches einen Aufbau eines Schwingungsmodells eines Elements unter Verwendung von piezo-elektrischer Keramik zeigt. Fig. 5 ist ein erläuterndes Diagramm, welches Schwingungsformen des Modells in Fig. 4 zeigt, wobei Fig. 5A eine Schwingungsform in der XY-Ebene zeigt und Fig. 5B eine Schwingungsform in der XZ-Ebene. Fig. 6 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Auslenkung an der Spitze des Modells zeigt. Fig. 7 ist ein erläuterndes Diagramm, welches einen Schwingungszustand an der Spitze des Modells zeigt.
Gemäß dem Modell in Fig. 4 sind piezo-elektrische Elemente 12a und 12b an der Seitenfläche und der oberen Fläche eines quadratischen prismatischen Metallstreifens 11 angebracht. Das piezo-elektrische Element 12a wird für den Modus A verwendet, so dass der Metallstreifen 11 eine Schwingung in Richtung entlang der XY-Ebene erzeugt, d. h. eine Schwingung in Richtung A in Fig. 4. Das piezo-elektrische Element 12b wird verwendet für den Modus B, so dass der Metallstreifen 11 eine Schwingung in Richtung entlang der XZ-Ebene erzeugt, d. h. eine Schwingung in Richtung B in Fig. 4. Wie in den Fig. 5A, 5B gezeigt, verursacht das Aufbringen einer Spannung auf das piezo-elektrische Element 12a eine Biegeschwingung des Metallstreifens 11 in Richtung Y in der XY-Ebene. Das Aufbringen einer Spannung auf das piezo-elektrische Element 12b verursacht eine Biegeschwingung auf den Metallstreifen 11 in Richtung Z in der XZ-Ebene.
Die piezo-elektrischen Elemente 12a und 12b werden mit Spannungen VA = V₀sinωt (Phase A) bzw. VB = V₀cosωt (Phase B) versorgt. Zwischen diesen Phasen besteht eine Abweichung um einen Viertelzyklus. Eine Auslenkung des Metallstreifens 11 hängt von der Spannung ab. Wie in Fig. 6 dargestellt, können Auslenkungen des Metallstreifens 11 in Richtungen Y und Z ausgedrückt werden als y = a₀sinωt bzw. z = b₀cosωt. Der Metallstreifen 11 unterliegt nämlich einer Biegeschwingung in Richtung Y aufgrund des piezo-elektrischen Elements 12a und einer Biegeschwingung in Richtung Z aufgrund des piezo- elektrischen Elements 12b mit einer Abweichung von einem Viertelzyklus. Die Auslenkungen in Richtungen Y und Z versetzen des Metallstreifen 11 in Schwingung. Der Ort wird ausgebildet durch Kombinieren der Auslenkungen in beiden Richtungen. Die Auslenkungen in Richtungen Y und Z, d. h. y = a₀sinωt und z = b₀cosωt ergeben die durch die folgenden Gleichungen repräsentierte Beziehung:

y² = a₀ ²sin²ωt (1)

22 = b₀ ²cos²ωt
y²a₀ ² + z²/b₀ ² = 1 (2)

Gleichung (2) beschreibt eine Ellipse mit der Haupt- oder Nebenachse gleich a₀ oder b₀. Demzufolge wird festgestellt, dass der Metallstreifen 11 schwingt durch Ausbilden eines elliptischen Ortes, wie in Fig. 7 dargestellt. Wenn Spannungen gleich VA = V₀sinωt und VB = V₀cosωt auf die piezo- elektrischen Elemente 6a und 6b aufgebracht werden, wie in Fig. 2 dargestellt, wird eine elliptische Schwingung auch in gleicher Weise bei dem Antriebslagerabschnitt 9 des Arms 7 erzeugt. Der Arm 7 zeigt nämlich ein Verhalten, das gleich dem eines Ultraschallmotors ist. In Übereinstimmung mit der elliptischen Schwingung des Antriebslagerabschnitts 9 unterliegt der Arm 7 einer Kraft in Rechts-Links-Richtung aufgrund einer Reibkraft zwischen der Glasfläche 3 und dem Antriebslagerabschnitt 9. Demzufolge bewegt sich das Blatt 4 selbsttätig auf der Glasfläche 3.
Eine Richtung der elliptischen Bewegung für den Antriebslagerabschnitt 9 bestimmt, in welcher Richtung sich das Blatt 4 auf der Glasfläche 3 bewegt. In Fig. 2 bewegt sich, wenn der Antriebslagerabschnitt 9 im Uhrzeigersinn schwingt, von der Spitze des Blatts 4 aus gesehen, das Blatt 4 nach rechts. Wenn im Gegensatz dazu der Antriebslagerabschnitt 9 gegen den Uhrzeigersinn schwingt, bewegt sich das Blatt 4 nach links. Demzufolge kann das Blatt 4hin- und herbewegt werden durch Umschalten zwischen Eingangsspannungen der Phase A und der Phase B, die auf die piezo-elektrischen Elemente 6a und 6b aufgebracht werden, wie von VA = V₀sinωt nach V₀cosωt und von VB = V₀cosωt zu V₀sinωt.
Wie oben beschrieben, verwendet die Wischereinrichtung 1 das mit den piezo-elektrischen Elementen 6a und 6b versehene Blatt 4 als Antriebseinheit. Die piezo-elektrischen Elemente 6a und 6b bringen eine Schwingung auf das Blatt 4 auf, was es dem Blatt 4 ermöglicht, sich selbsttätig auf der Glasfläche 3 zu bewegen. Die Wischereinrichtung 1 eliminiert einen elektromagnetischen Motor oder einen Gelenkmechanismus zum Antreiben des Blatts und führt zu einer kleinen und leichtgewichtigen Wischereinrichtung. Da eine Stelle zum Anbringen des Blatts nicht durch einen Motor oder ein Gelenk begrenzt ist, kann das Layout der Einrichtung verbessert werden. Demzufolge kann die Wischereinrichtung an einem engen und kleinen Ort angebracht werden. Die Wischereinrichtung kann beispielsweise an einer an einem Fahrzeug angebrachten CCD Kamera montiert werden, wo bisher aufgrund eines begrenzten Anbringbereichs keine Wischereinrichtung vorgesehen war.
Das Beispiel in Fig. 1 zeigt die Ausgestaltung des Anbringens der piezo-elektrischen Elemente 6a und 6b an der äußeren Fläche des Blatts 4. Es kann auch vorteilhaft sein, das Blatt 4 mit Gummi oder Kunstharz auszubilden und piezo-elektrische Elemente integral damit auszuformen. Es ist auch möglich, ein piezo-elektrische Element zu verwenden und es mittels einer Sägezahnspannung anzutreiben, welche später beschrieben wird.
Die Ausführungsform hat das Beispiel des Anordnens der Drehwelle 5 in der Mitte der Kante an der Glasfläche 3 erläutert, wie in Fig. 1 dargestellt. Offensichtlich ist die Stelle zum Anordnen des Blatts nicht darauf begrenzt. Bei einer Verbesserung des Layouts können verschiedene Veränderungen und Modifikationen in der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden bezüglich der Stelle zum Anordnen des Blatts. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, die Drehwelle 5 in der Ecke anzuordnen und das Blatt 4 so vorzusehen, dass es sich um 90° zum Wischen drehen kann, wie in Fig. 19 dargestellt.

Ausführungsform 2

Als Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beschreibt das folgende eine hammerförmige Wischereinrichtung 21, deren Arm 7 an der Spitze mit einem piezo-elektrischen Element versehen ist. Fig. 8 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung der Wischereinrichtung 21 als Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Im folgenden sind die der Ausführungsform 1 entsprechenden Elemente, Teile, etc. durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und auf eine detaillierte Beschreibung dieser Elemente wird aus Gründen der Einfachheit verzichtet.
Wie die Einrichtung in Fig. 1 ist die Wischereinrichtung 21 auch so ausgestaltet, dass das Blatt 4, welches durch die Drehwelle 5 gelagert ist, frei auf der Glasoberfläche 3 schwingen kann. Die Wischereinrichtung 1 in Fig. 1 ist so ausgestaltet, dass die piezo-elektrischen Elemente integral an dem Blatt 4 angeklebt sind. Wie in Fig. 8 dargestellt, ist jedoch die Wischereinrichtung 21 so ausgestaltet, dass ein piezo-elektrisches Element (Schwingungsmittel) 22 an der Spitze des Arms 7 angebracht ist.
Eine laminierte piezo-elektrische Keramik wird als piezo- elektrisches Element 22 der Wischereinrichtung 21 verwendet. Fig. 9 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung der laminierten piezo-elektrischer Keramik zeigt. Wie in Fig. 9 dargestellt, ist die laminierte piezo- elektrische Keramik aufgebaut durch abwechselndes Schichten einer inneren Elektrode 23 und einer Keramikplatte 24 und Vereinigen dieser Elemente durch Klebstoff etc. Jede innere Elektrode 23 ist parallel mit jeder anderen Schicht mittels einer externen Elektrode 25 verbunden. Die aneinander grenzenden inneren Elektroden 23 sind durch ein isolierendes Material 26 voneinander getrennt. Das Aufbringen einer Spannung auf ein Metallblech verursacht eine Expansion und Kontraktion des gesamten Elements in der Richtung der Laminierung.
Die Wischereinrichtung 21 ermöglicht es, dass das piezo- elektrische Element 22 an der Spitze des Arms 7 angebracht ist, so dass das piezo-elektrische Element horizontal geschichtet ist, d. h. die Laminierung ist entlang der Glasfläche 3 orientiert. Wenn eine Spannung an das piezo- elektrische Element 22 angelegt wird, schwingt es durch Expandieren und Zusammenziehen in Rechts-Links-Richtung. Wenn eine Sägezahnspannung (die später beschrieben wird) an das piezo-elektrische Element 22 angelegt wird, bewegt sich das Blatt 4 selbsttätig entlang der Glasfläche 3. Daher kann die Wischereinrichtung ausgestaltet werden ohne Verwendung eines Motors oder eines Gelenkmechanismus.
Das piezo-elektrische Element 22 kann nicht nur an der Spitze des Blatts 4 angebracht werden, sondern auch in dessen Mitte oder an dessen Basis. Die Fig. 10 und 11 sind erläuternde Diagramme, welche Ausgestaltungen von modifizierten Beispielen zur Anordnung des piezo-elektrischen Elements 22 in der Nähe der Drehwelle 5 zeigen. In Fig. 10 ist das piezo- elektrische Element 22 so angeordnet, dass es sich in einer Richtung senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Blatts 4 ausweitet und zusammenzieht. In Fig. 11 ist das piezo- elektrische Element 22 so angeordnet, dass es sich in einer Richtung parallel zur Erstreckungsrichtung des Blatts 4 erweitert und zusammenzieht. Mittels der Drehwelle 5 gelenkig gelagert, ist das piezo-elektrische Element 22 gegenüber dem Blatt 4 angeordnet. Eine Auslenkung des piezo-elektrischen Elements 22 wird wie ein freitragender Arm verstärkt. Unter der Annahme, dass ein Hebelverhältnis, beispielsweise 1 : 20 beträgt, verursacht die Betätigung des piezo-elektrischen Elements um 7 µ eine Auslenkung von 140 µ an der Spitze des Blatts 4.
Das Anordnen des piezo-elektrischen Elements 22 an der Spitze des Blatts 4 ist vorteilhaft, um direkt ein Drehmoment zum Antreiben des Blatts zu erzeugen. Das Anordnen des piezo- elektrischen Elements 22 an der Basis des Blatts 4 ist jedoch insofern vorteilhaft, als eine große Auslenkung aufgrund der Hebelwirkung erzeugt wird. Das piezo-elektrische Element 22 kann in der Mitte des Blatts 4 angeordnet sein. Bei einer großen Wischereinrichtung wie beispielsweise einem hinteren Scheibenwischer etc. ist es möglich, mehrere piezo- elektrische Elemente 22 in vorbestimmten Abständen in der Mitte des Wischerblatts 4 anzuordnen.
Eine kreisende Wischereinrichtung treibt das Blatt 4 nur in einer spezifizierten Richtung an. Eine solche Wischereinrichtung braucht keine Anwendung einer Sägezahnspannung und kann gesteuert werden, indem lediglich eine Sinuswellenspannung verwendet wird. Das Blatt 4, welches mit einer Rückholfeder versehen ist, kann hin- und herbewegt werden, ohne dass eine Sägezahnspannung verwendet wird. Außerdem ist es auch möglich, mehrere piezo-elektrische Elemente vorzusehen. Das Anlegen einer unabhängigen Zwei- Phasen-Spannung dort kann die Bewegung erzeugen, wie sie in Ausführungsform 1 beschrieben ist, in einem Kontaktabschnitt mit der Glasfläche.

Ausführungsform 3

Als Ausführungsform 3 beschreibt das folgende eine Wischereinrichtung 31, welche mit einer Führungsschiene zum Führen des Blatts 4 auf der Glasfläche 3 versehen ist. Fig. 12 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung der Wischereinrichtung 31 als Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Für die Wischereinrichtung 31 ist, wie in Fig. 12 dargestellt, das Blatt 4 mittels einer Führungsschiene (Führungselement) 32 geführt und bewegt sich auf der Glasfläche 3. Die Führungsschiene 32 ist entlang der Kante der Glasfläche 3 vorgesehen. Ein Gleitabschnitt 33 des Blatts 4 ist an der Führungsschiene 32 so angebracht, dass er frei in Rechts-Links-Richtung in Fig. 12 beweglich ist. Ein Ende der Führungsschiene 32 ist mit einem piezo-elektrischen Element (Schwingungsmittel) 34 versehen. Wie oben erwähnt, weist das piezo-elektrische Element 34 eine piezo-elektrische Keramik auf und erzeugt eine Schwingung als Antwort auf das Anlegen einer gegebenen Spannung.
Die Wischereinrichtung 31 verwendet das piezo-elektrische Element 34, um eine Schwingung auf die Führungsschiene 32 aufzubringen. Die Schwingung des piezo-elektrischen Elements 34 wird auf den Gleitabschnitt 33 über die Führungsschiene 32 übertragen, so dass eine Schwingung auf das Blatt 4 aufgebracht wird. Diese Schwingung führt dazu, dass sich das Blatt selbsttätig auf der Glasfläche 3 bewegt und diese wischt.
Eine Sägezahnspannung (die noch beschrieben wird) wird an das piezo-elektrische Element 34 angelegt, was dazu führt, dass das Blatt 4 sich selbsttätig an der Führungsschiene 32 bewegen kann. Das Blatt 4 kann nach rechts oder links angetrieben werden durch Verändern der Wellenform der Sägezahnspannung. Es kann vorteilhaft sein, es der Führungsschiene 32 zu ermöglichen, eine Oberflächenbewegung zu Erzeugen durch Ausformen eines elliptischen Ortes durch Verwenden von zwei piezo-elektrischen Elementen 34. Wenn zwei piezo-elektrische Elemente 34 verwendet werden, um beispielsweise eine stabwandernde Welle zu erzeugen, wird das Blatt 4 entlang der Führungsschiene 32 angetrieben.
Das piezo-elektrische Element 34 kann nicht nur an dem Ende der Führungsschiene 32, sondern auch innerhalb der Schiene vorgesehen sein. Das piezo-elektrische Element 34 kann angebracht werden, wo immer eine Schwingung anwendbar ist, insofern die Bewegung des Blatts 4 nicht behindert wird. Beispielsweise kann das piezo-elektrische Element 34 am Ende der Führungsschiene 32 oder innerhalb dieser Führungsschiene 32 vorgesehen sein, aber auch an einer Stelle, die von der Führungsschiene 32 beabstandet ist, und zwar über ein Schwingungsübertragungsmittel wie beispielsweise einen Hebel, etc.

Ausführungsform 4

Als Ausführungsform 4 beschreibt das folgende eine Wischereinrichtung 41 mit dem Blatt 4 mit einem bimorphen piezo-elektrischen Element. Fig. 13 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung der Wischereinrichtung 41 als Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Für die Wischereinrichtung 41 in Fig. 13 besteht der Arm 7 in Fig. 1 aus einem bimorphen piezo-elektrischen Element (Schwingungsmittel) 42. Fig. 14 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine allgemeine Form des bimorphen piezo- elektrischen Elements zeigt. Fig. 15 ist ein erläuterndes Diagramm, welches einen Betrieb eines Betriebsbestätigungsmodells zeigt, wobei die Basis des bimorphen piezo-elektrischen Elements fixiert ist. Wie in Fig. 14 dargestellt, ist ein bimorphes piezo-elektrisches Element 40 ausgeformt durch Laminieren von piezo-elektrischen Keramiken 44a und 44b auf beide Seiten einer Distanzleiste 43, welche als Elektrode verwendet wird. Die piezo- elektrischer Keramiken 44a und 44b werden von einer Energieversorgung 45 über die Distanzleiste 43 mit Spannung versorgt. In Fig. 14 stellt eine Linienverbindung zwischen den piezo-elektrischen Keramiken 44a, 44b eine elektrische Verbindung zwischen diesen Elementen dar.
Wie in Fig. 1 dargestellt, wird eine Spannung an die piezo- elektrischer Keramiken 44a und 44b über die Distanzleiste 43 angelegt. Dann werden sich die piezo-elektrischer Keramiken 44a, 44b nach oben verbiegen, so dass sich das gesamte piezo- elektrische Element 40 so verformt, dass es sich nach oben wölbt. Ein Umkehren der Polarität der Spannung verformt das piezo-elektrische Element 40 in der entgegengesetzten Richtung. Wie in Fig. 15 dargestellt, ist in dem Modell die Basis des piezo-elektrischen Elements 40 fixiert. Das Verändern der Polarität der angelegten Spannung lenkt das piezo-elektrische Element 40 gemäß der Polarität nach rechts und links aus.
Das Blatt 4 wird ausgeformt durch Verwenden eines solchen bimorphen piezo-elektrischen Elements. Wenn eine Spannung mit der Sägezahn-Wellenform daran angelegt wird, bewegt sich das Blatt 4 selbsttätig auf der Glasfläche 3. Fig. 16 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Verhalten des piezo- elektrischen Elements 40 zeigt, wenn eine Sägezahnspannung an das Modell in Fig. 15 angelegt wird. Fig. 17 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Wellenform einer Spannung zeigt, welche tatsächlich an die Wischereinrichtung 41 angelegt wird. Fig. 18 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Verhalten des Blatts 4 zeigt, wenn die Spannung in Fig. 17 angelegt wird.
Mit Bezug auf das Modell in Fig. 15 beschreibt das folgende das Verhalten des piezo-elektrischen Elements 40 gemäß der Sägezahnspannung. wie in Fig. 16 dargestellt, verbleibt, wenn die Spannung ±0 (P oder R) beträgt, das piezo-elektrische Element 40 in einer neutralen Position N. Wenn die Spannung jedoch positiv ist (Q), wird das piezo-elektrische Element 40 nach rechts in der Zeichnung ausgelenkt. Wenn die Spannung negativ ist (S), wird das piezo-elektrische Element 40 nach links in der Figur ausgelenkt.
Dieser Vorgang bezüglich des Blatts 4 wird nun genauer beobachtet. Da die positive Spannung bei (1) in Fig. 17 angelegt wird, wird das Blatt 4 nach rechts ausgelenkt, wie in Fig. 18 (1) dargestellt. Wenn die Spannung sich von positiv zu negativ verändert, wie in Fig. 17 (2) dargestellt, wird das Blatt 4 demzufolge nach links ausgelenkt, wie in Fig. 18 (2) dargestellt. Die Spannung verändert sich schnell von (1) nach (2) in Fig. 17. Die Spannung verändert sich langsam wie (1) in Fig. 17. Zwischen diesen Veränderungen tritt ein Unterschied in der Verformungsgeschwindigkeit des Blatts auf. Im Fall von Fig. 18 (2) unterliegt das Blatt 4 selbst stark einem Trägheitseffekt. Der Betrag der Auslenkung für das Blatt 4 nach links wird kleiner als nach rechts, wie in Fig. 18 (1) dargestellt. Demzufolge bewegt sich das Blatt 4 nach rechts in der Zeichnung, um einen Unterschied zwischen diesen Auslenkungsbeträgen. In Fig. 18 bezeichnet die Linie K eine Stelle zum Anbringen der Drehwelle 5 und des Blatts 4. Gemäß der Veränderung von (1) nach (2) in Fig. 18 wird festgestellt, dass die Linie K sich nach rechts zusammen mit der Bewegung des Blatts 4 bewegt. Die Strichpunktlinie C in Fig. 18 stellt die mittlere Position eines Wischerbereichs durch das Blatt 4 dar.
Nachdem sich die angelegte Sägezahnspannung rapide von (1) nach (2) in Fig. 17 verändert hat, verändert sich die Spannung nach und nach ins Positive von (2) nach (3). Gemäß der Spannungsänderung wird das Blatt 4 nach rechts ausgelenkt, wie in Fig. 18 (3) gezeigt. Da das Verhältnis der Spannungsänderung in diesem Fall gering ist, unterliegt das Blatt 4 geringfügig einem Trägheitseffekt. Das Blatt 4 wird nach rechts ausgelenkt, um einen Betrag der Auslenkung, der der Spannung entspricht. Wenn die Spannung den Zustand (3) in Fig. 17 erreicht, verändert sich die Spannung wieder rapide zu dem Zustand (4) hin. Auch in diesem Fall wird, wie oben erwähnt, eine Trägheitskraft erzeugt auf der Basis eines Unterschieds zwischen Geschwindigkeiten zum Verformen des Blatts. Der Betrag der Auslenkung für das Blatt 4 nach links in Fig. 18 (4) wird kleiner als der nach rechts in Fig. 18 (3). Demzufolge bewegt sich das Blatt 4 nach rechts in der Zeichnung um einen Unterschied zwischen diesen Auslenkungsbeträgen. Die Linie K bewegt sich auch nach rechts.
Durch Anlegen der Sägezahnspannung auf diese Art und Weise bewegt sich das Blatt 4 nach und nach rechts (siehe Bewegung der Linie K) wie (2), (4) und (6) in Fig. 18. Die Bewegung wird erzeugt durch einen Effekt der Trägheitskraft auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen Geschwindigkeiten zum Deformieren des Blatts. Das Blatt wiederholt nämlich einen Vorgang des langsamen Biegens und schnellen Zurückkehrens und bewegt sich selbsttätig auf die Auslenkungsseite entsprechend einer langsamen Biegung. Im Gegensatz zu Fig. 17 verändert sich die Spannung langsam ins Negative und schnell ins Positive. In diesem Fall bewegt sich das Blatt 4 nach links in Fig. 18. Durch Umschalten von Spannungsveränderungsmustern kann sich das Blatt 4 auf der Glasoberfläche hin- und herbewegen. Demzufolge ist es möglich, eine selbstantreibende Wischereinrichtung zum Wischen der Glasfläche 3 ohne Verwenden eines Motors oder eines Gelenkmechanismus auszugestalten.
Das bimorphe piezo-elektrische Element kann eine große Auslenkung mit einer relativ geringen Spannung erzeugen, erzeugt jedoch eine kleine Kraft. Aus diesem Grund ist die Wischereinrichtung in Fig. 13 geeignet für eine CCD Kamera, wo ein schweres und großes Hindernis wie Schlamm, Schnee, etc. kaum anhaftet. Im Gegensatz dazu erzeugt die Wischereinrichtung mit einem Ultraschallmotor in Fig. 1 eine geringe Auslenkung, kann jedoch eine große Kraft erzeugen, und daher ist die Wischereinrichtung dieser Art beispielsweise geeignet für einen hinteren Scheibenwischer, welcher eine relativ große Antriebskraft erfordert. Der Betrag der Auslenkung kann vergrößert werden durch Steigern der Frequenz der angelegten Spannung. Wenn diese Frequenz ungefähr 20 kHz beträgt, ist es beispielsweise möglich, eine Bewegung von ungefähr 50 cm/s sicherzustellen. Darüber hinaus hat das laminierte piezo-elektrische Element eine relativ große Größe, kann jedoch eine gute Balance zwischen dem Betrag der Auslenkung und der erzeugten Kraft schaffen.

Ausführungsform 5

Als Ausführungsform 5 beschreibt das folgende einen hinteren Scheibenwischer unter Verwendung eines piezo-elektrischen Elements. Fig. 20 ist ein erläuterndes Diagramm, welches einen Zustand des Anbringens eines hinteren Scheibenwischers als Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Fig. 21A, 21B sind ein erläuterndes Diagramm, welches eine Ausgestaltung des hinteren Scheibenwischers in Fig. 20 zeigt ein hinterer Scheibenwischer 51 gemäß der Ausführungsform 5 verwendet ein piezo-elektrische Element in der Ausführungsform 1. Der hintere Wischer 51 schwingt das Blatt 4 nach rechts und links durch Anlegen der Sägezahnspannung, wie in Ausführungsform 4 beschrieben, an das piezo- elektrische Element.
Wie in Fig. 20 dargestellt, verwendet der hintere Wischer 51 das Blatt 4, welches ungefähr 500 mm lang ist und an einer Heckscheibe 52 eines Fahrzeugs angebracht ist. Das Blatt 4 ist an der Drehwelle 5 angebracht, welche an dem Fahrzeugkörper 53 befestigt ist, und es ist schwingbar an der Heckscheibe 52 um die Drehwelle 5 herum vorgesehen. Das Wischgummi 8 ist unter dem Blatt 4 angebracht, wie in Fig. 21A dargestellt.
Wie in den Fig. 21A, 21B dargestellt, ist ein flaches bimorphes piezo-elektrisches Element 54 (im folgenden abgekürzt als piezo-elektrisches Element 54) innerhalb des Blatts 4 vorgesehen. Ein Leiterdraht 55 ist an dem piezo- elektrischen Element 54 angebracht. Wie in Fig. 21B dargestellt, ist der Leiterdraht 55 mit einem Antrieb 56 durch den Raum innerhalb der hohlen Drehwelle 5 hindurch verbunden.
Die Drehwelle 5 ist drehbar durch ein Lager 57 gelagert, welches an dem Fahrzeugkörper 53 angebracht ist. Ein Abschnitt 58 mit kleinem Durchmesser der Drehwelle 5 ist leicht in das Lager 57 hineingepresst. Das Lager 57 beliefert die Drehwelle 5 mit einem Drehwiderstand, welcher in einer Richtung wirkt, in der er die Umdrehung begrenzt. Ein Antrieb 56 legt eine Sägezahnspannung an, wie in Fig. 17 dargestellt. Das gesamte piezo-elektrische Element 54 biegt sich auf der Basis der Drehwelle 5. Die Spitze des Blatts 4 arbeitet in Richtung X in Fig. 21B. Das Blatt dreht sich um die Drehwelle 5 herum ähnlich wie in Fig. 18.
In diesem Fall wirkt der Drehwiderstand, welcher auf die Drehwelle 5 angewandt wird, auf eine Trägheitskraft, welche erzeugt wird auf der Basis eines Unterschieds zwischen Geschwindigkeiten zum Verformen des Blatts. Wenn sich das Blatt 4 verformt, sind die Trägheitskraft und die Reibkraft einander entgegengesetzt. Ein relevanter Aktor ist so ausgestaltet, dass der Drehwiderstand größer als die Trägheitskraft in Richtung (1) in Fig. 17 wird und kleiner als die Trägheitskraft für den Übergang von (1) nach (2) in Fig. 17. Demzufolge wird die Trägheitskraft in Richtung (1) durch den Drehwiderstand aufgehoben. Das Blatt 4 wird langsam ausgelenkt um einen Winkel, welcher dem Spannungswert entspricht. Im Gegensatz dazu wird während des Übergangs von (1) nach (2) die Trägheitskraft durch den Drehwiderstand nicht ausgeglichen. Das Blatt 4 wird schnell in der entgegengesetzten Richtung ausgelenkt, um den Winkel, der dem Spannungswert entspricht, nicht zu kompensieren. Das Blatt 4 kehrt nicht vollständig zurück. Während des Übergangs von (1) nach (2) unterliegt das Blatt 4 stark seiner Trägheit. Der Betrag der Auslenkung des Blatts 4 wird kleiner als der für den Übergang nach (1). Daher bewegt sich das Blatt 4 um einen Unterschied zwischen diesen Auslenkungsbeträgen.
Die angelegte Sägezahnspannung verändert sich schnell während des Übergangs von (1) nach (2) und verändert sich dann nach und nach ins Positive während des Übergangs von (2) nach (3). Das Blatt 4 wird gemäß den Spannungsveränderungen ausgelenkt. Da das Verhältnis der Spannungsänderung in diesem Fall gering ist, unterliegt das Blatt 4 geringfügig einem Trägheitseffekt. Das Blatt 4 wird ausgelenkt um einen Betrag der Auslenkung, welcher der Spannung entspricht. Wenn die Spannung den zustand (3) erreicht, verändert sich die Spannung wieder rapide zum Zustand (4) hin. Auch in diesem Fall wird, wie oben erwähnt, eine Trägheitskraft erzeugt auf der Basis eines Unterschieds zwischen Geschwindigkeiten zum Verformen des Blatts 4. Der Betrag der Auslenkung für das Blatt 4 für den Übergang von (3) nach (4) wird geringer als der für den Übergang von (2) nach (3). Demzufolge bewegt sich das Blatt 4 um einen Unterschied zwischen diesen Auslenkungsbeträgen.
Durch Anlegen der Sägezahnspannung auf diese Art und Weise bewegt sich das Blatt 4 nach und nach in einer gegebenen Richtung aufgrund eines Effekts der Trägheitskraft auf der Basis eines Unterschieds zwischen Verformungsgeschwindigkeiten des piezo-elektrischen Elements 54. Das Blatt 4 dreht sich daher um die Drehwelle 5 herum. Das Blatt 4 wiederholt nämlich einen Vorgang des langsamen Biegens und schnellen Rückkehrens und bewegt sich selbsttätig zu der Auslenkungsseite hin, entsprechend einer langsamen Biegung. Im Gegensatz zu Fig. 17 verändert sich die Spannung langsam ins Negative und schnell ins Positive. In diesem Fall dreht sich das Blatt 4 rückwärts. Durch Umschalten der Spannungsänderungsmuster kann sich das Blatt 4 hin- und herbewegen. Demzufolge ist es möglich, den hinteren Wischer 51 auszugestalten, welcher schwingt ohne einen Motor oder einen Gelenkmechanismus.
Der hintere Wischer 51 kann das Blatt 4 drehen unter Verwendung eines einfachen Aufbaus. Der hintere Wischer 51 eliminiert einen elektromagnetischen Motor oder einen Gelenkmechanismus zum Antreiben des Blatts 4. Da eine Position zum Anbringen des hinteren Wischers nicht durch einen Motor oder ein Gelenk begrenzt ist, kann das Layout der Einrichtung verbessert werden. Der gesamte Körper der Wischereinrichtung kann nämlich an der Heckscheibe 52 angebracht werden. Es ist nur notwendig, nur den Leiterdraht 55 und den Antrieb 56 in dem Körper 53 anzuordnen. Demzufolge kann der hintere Wischer in einem engen und kleinen Raum angebracht werden. Beispielsweise kann der hintere Wischer 51 an einer Glasladeluke 60 eines Fahrzeugs mit einer Ladeluke angebracht werden, wie in Fig. 22 gezeigt, und an der Heckscheibe 52 eines Cabriolets mit einem zurückziehbaren Stoffdach 59, wie in Fig. 23 dargestellt. Da das piezo- elektrische Element 54 bei einer hohen Spannung gesteuert wird, kann er Leiterdraht 55 entsprechend dünn ausgestaltet sein. Wie in Fig. 22 dargestellt, kann der Leiterdraht 55 ersetzt werden durch eine gedruckte Verdrahtung wie beispielsweise einen Entfroster 61 an der Heckscheibe 52.
Der hintere Wischer 51 kann fallgesteuert werden für einen unterbrochenen Betrieb, eine variable Geschwindigkeit, einen Rückwärtsbetrieb, etc. durch Verändern der Eingangsspannungswellenform. Der unterbrochene Betrieb kann gesteuert werden durch Einstellen eines Sägezahnintervalls. Die Geschwindigkeit kann gesteuert werden durch Einstellen der Sägezahnfrequenz. Die Vorwärts-Rückwärts-Kontrolle kann erleichtert werden durch Umschalten von Spannungsveränderungsmustern. Demzufolge sind ein Vorwärts- Rückwärts-Kreis, eine Relayplatte etc. nicht notwendig, was die Schaltkreisausgestaltung oder andere Ausgestaltungen in der Nähe des Motors vereinfacht.
Während der hintere Wischer 51 unter Verwendung eines piezo- elektrischen Elements 54 beschrieben worden ist, kann es vorteilhaft sein, mehrere piezo-elektrische Element seriell zu verbinden, die ungefähr 20 bis 100 mm lang sind, wie beispielsweise in Fig. 24 dargestellt. In diesem Fall ist ein Ende des piezo-elektrischen Elements 54 an einem Befestigungsabschnitt 62 befestigt. Das andere Ende ist mit einem Gewicht 63 zum Verstärken der Trägheit versehen. Es ist möglich, einen hinteren Wischer 64 auszugestalten, wie in Fig. 25 dargestellt, durch serielles Verbinden von mehreren piezo-elektrischen Elementen 54. Der hintere Wischer 64bewegt sich schlangenartig auf der Heckscheibe 52 zum Wischen innerhalb eines elliptischen Bereichs.

Ausführungsform 6

Als Ausführungsform 6 beschreibt das folgende ein Beispiel des Anbringens der Wischereinrichtung gemäß Ausführungsform 2 an einem hinteren Scheibenwischer. Fig. 26 ist das zugehörige erläuternde Diagramm. Bei einem hinteren Wischer 65 befindet sich an der Spitze des Blatts 4 das piezo-elektrische Element 22. Eine laminierte piezo-elektrische Keramik wird als piezo- elektrisches Element 22 verwendet. Das piezo-elektrische Element 22 ist an der Spitze des Blatts 4 angebracht, so dass die Laminierungsrichtung der Heckscheibe 52 folgt. Wenn Spannung angelegt wird, erweitert sich das piezo-elektrische Element 22 und zieht sich zusammen in Rechts-Links-Richtung. Wenn weiter eine Sägezahnspannung angelegt wird, bewegt sich das Blatt 4 selbsttätig entlang der Heckscheibe 42. Demzufolge ist es möglich, den hinteren Wischer auszugestalten ohne einen Motor oder einen Gelenkmechanismus.

Ausführungsform 7

Als Ausführungsform 7 beschreibt das folgende ein Beispiel des Anbringens der Wischereinrichtung gemäß Ausführungsform 3 auf einen hinteren Scheibenwischer. Fig. 27 ist das zugehörige erläuternde Diagramm. Ein hinterer Scheibenwischer 66 ist mit der Führungsschiene 32 am Ende eines Dachs 67 an dem Fahrzeugkörper 53 versehen entlang einer oberen Kante 52a der Heckscheibe 52. Der Gleitabschnitt 33 des Blatts 4 ist frei beweglich an der Führungsschiene 32 in Breitenrichtung des Fahrzeugs angebracht. Das piezo-elektrische Element 34 ist an einem Ende der Führungsschiene 32 angebracht.
Das piezo-elektrische Element 34 bringt eine Schwingung auf die Führungsschiene 32 auf. Die Führungsschiene 32 übermittelt die Schwingung auf das Blatt 4 über den Gleitabschnitt 33. Diese Schwingung ermöglicht es dem Blatt 4, sich selbsttätig auf der Heckscheibe 52 zu bewegen. Auch in diesem Fall wird eine Sägezahnspannung auf das piezo- elektrische Element 34 angewandt, wie oben erwähnt. Ein Verändern der Wellenform ermöglicht es, Bewegungsrichtungen, Geschwindigkeiten, etc. des Blatts 4 zu steuern. Während Fig. 27 das Beispiel des Vorsehens der Führungsschiene 32 entlang der oberen Kante 52a der Heckscheibe 52 zeigt, kann die Führungsschiene 32 auch entlang einer unteren Kante 52b oder einer Seitenkante 52c vorgesehen sein. Wenn die Führungsschiene 32 entlang der Seitenkante 52c vorgesehen ist, kann ein Paar von Blättern 4 rechts und links vorgesehen sein.
Die vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen begrenzt. Fachleuten wird bewusst sein, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen in der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne dass man sich von dem Geist und Bereich der Erfindung entfernt.
Während die o. g. Ausführungsformen die Beispiele zum Anbringen der Wischereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung an ein Auto erläutert haben, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Die Wischereinrichtung kann nicht an Einrichtungen an einem Fahrzeug angebracht werden, sondern auch beispielsweise an eine Überwachungskamera im Freien. Die Wischereinrichtung kann an eine kleine Überwachungskamera angebracht werden, an der herkömmlicher Weise keine Wischereinrichtung vorgesehen war. Eine kleine und leichtgewichtige Einrichtung ist erhältlich durch Ersetzen der Wischereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gegen das Wischersystem mit einem elektromagnetischen Motor, welches herkömmlicher Weise an einer großen Kamera, etc., angebracht war.
Während die Ausführungsformen 5 bis 7 die Beispiele zum Anbringen der Wischereinrichtungen gemäß Ausführungsformen 1 bis 3 an dem hinteren Scheibenwischer eines Fahrzeugs erläutert haben, kann die Wischereinrichtung gemäß der Ausführungsform 4 auch auf den hinteren Scheibenwischer angewandt werden. In diesem Fall kann die Einrichtung in Fig. 13 vergrößert werden. Es ist auch möglich, ein langes Blatt auszubilden durch serielles Verbinden von mehreren kurzen Blättern, beispielsweise 20 bis 100 mm lang.
Wie oben beschrieben, kann die Wischereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung es dem Wischerblatt ermöglichen, sich selbsttätig auf der Wischfläche zu bewegen durch Aufbringen von Schwingung auf das Wischerblatt durch die Verwendung von Schwingungsmitteln wie einer piezo-elektrischen Keramik, etc. Es besteht keine Notwendigkeit für einen elektromagnetischen Motor oder einen Gelenkmechanismus, um das Wischerblatt anzutreiben, wodurch die Wischereinrichtung klein und leichtgewichtig wird. Da eine Stelle zum Anbringen eines Wischerblatts nicht durch einen Objekt oder ein Gelenk begrenzt ist, kann das Layout der Einrichtung verbessert werden. Demzufolge kann die Wischereinrichtung an einem engen und kleinen Platz angebracht werden. Die Wischereinrichtung kann beispielsweise an einer an einem Fahrzeug angebrachten CCD Kamera angebracht werden, wo bisher aufgrund eines begrenzten Anbringbereichs keine Wischereinrichtung vorgesehen war.
Außerdem verwendet die Wischereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Schwingungsmittel, um das Wischerblatt selbst auszugestalten, was es ermöglicht, die Ausgestaltung der Einrichtung zu vereinfachen und das Gewicht der Einrichtung zu senken. Es besteht keine Notwendigkeit für einen elektromagnetischen Motor oder einen Gelenkmechanismus, um das Wischerblatt anzutreiben, was es ermöglicht, die Wischereinrichtung klein und leichtgewichtig auszugestalten und das Layout zu verbessern.
Außerdem verwendet der hintere Scheibenwischer gemäß der vorliegenden Erfindung das piezo-elektrische Element, um das an der Heckscheibe angebracht Wischerblatt mit einer Hin- und Herschwingung entlang der Bewegungsrichtung zu versorgen. Das Wischerblatt kann sich selbsttätig auf der Heckscheibe bewegen. Es besteht keine Notwendigkeit für einen elektromagnetischen Motor oder einen Gelenkmechanismus, um das Wischerblatt anzutreiben, was die Wischereinrichtung klein und leichtgewichtig macht. Da eine Stellung zum Anbringen des Wischerblatts nicht durch einen Motor oder ein Gelenk begrenzt ist, kann das Layout der Einrichtung verbessert werden. Demzufolge kann der hintere Scheibenwischer an der Glasladeluke eines Fahrzeugs mit einer Ladeluke angebracht werden, an der Heckscheibe eines Cabriolets, etc. Der hintere Wischer kann frei gesteuert werden für einen unterbrochenen Getriebe, eine variable Geschwindigkeit, einen Rückwärtsbetrieb, etc. durch Verändern der Spannungseingangswellenform. Demzufolge sind ein Vorwärts-Rückwärts-Kreis, eine Relayplatte etc. nicht notwendig, was die Schaltkreisausgestaltung vereinfacht oder andere Ausgestaltungen in der Nähe des Motors.

Claims

1. Wischereinrichtung mit:
einem Wischerblatt, welches auf einer Wischfläche angebracht ist und beweglich entlang dieser Wischfläche angeordnet ist; und
einem Schwingungsmittel, welches dieses Wischerblatt mit Schwingung versorgt, um das Wischerblatt auf der Wischfläche anzutreiben.

2. Wischereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schwingungsmittel an dem Wischerblatt vorgesehen ist.

3. Wischereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schwingungsmittel innerhalb des Wischerblatts angeordnet ist.

4. Wischereinrichtung nach Anspruch 1, wobei mehrere Wischerblätter in Reihe miteinander verbunden sind.

5. Wischereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wischerblatt an einem Ende an einer Drehwelle befestigt ist und schwingbar auf der Wischfläche vorgesehen ist; und wobei das Schwingungsmittel an einer Spitze des anderen Endes des Wischerblatts vorgesehen ist.

6. Wischereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wischerblatt an einem Ende an einer Drehwelle befestigt ist und schwingbar auf der Wischfläche vorgesehen ist; und das Schwingungsmittel in der Nähe der Drehwelle vorgesehen ist.

7. Wischereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wischerblatt an einem Ende an einer Drehwelle befestigt ist und schwingbar auf der Wischfläche vorgesehen ist; und wobei mehrere Schwingungsmittel in einem gegebenen Abstand auf dem Wischerblatt vorgesehen sind.

8. Wischereinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wischerblatt mittels eines Führungselements geführt ist, welches entlang der Wischfläche vorgesehen ist; und wobei das Schwingungsmittel eine Schwingung auf das Führungselement aufbringt.

9. Wischereinrichtung, welche ein auf einer Wischfläche vorgesehenes Wischerblatt entlang dieser Wischfläche antreibt; wobei das Wischerblatt ein Schwingungsmittel aufweist; und das Schwingungsmittel eine Schwingung erzeugt, um es dem Wischerblatt zu ermöglichen, sich selbsttätig auf der Wischfläche zu bewegen.

10. Wischereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Schwingungsmittel eine piezo-elektrisches Element aufweist.

11. Wischereinrichtung nach Anspruch 10, wobei das piezo- elektrische Element mit einer Spannung versorgt ist, welche eine sinusförmige Wellenform hat.

12. Wischereinrichtung nach Anspruch 11, wobei das Schwingungsmittel eine elliptische Schwingung erzeugt für einen Antriebslagerabschnitt, welcher in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Wischerblatt und der Wischfläche ausgeformt ist, und die elliptische Schwingung verwendet, um das Wischerblatt auf der Wischfläche anzutreiben.

13. Wischereinrichtung nach Anspruch 10, wobei das piezo- elektrische Element mit einer Spannung versorgt ist, welche eine Sägezahn-Wellenform hat.

14. Wischereinrichtung nach Anspruch 13, wobei die Sägezahnspannung einen Unterschied in den Verformungsgeschwindigkeiten des piezo-elektrischen Elements erzeugt; der Unterschied in der Verformungsgeschwindigkeit einen Unterschied in Trägheitskräften erzeugt, welche auf das Wischerblatt einwirken; der Betrag der Auslenkung für eine langsame Veränderung in der Sägezahnspannung größer wird als der für eine schnelle Veränderung darin; und wobei sich das Wischerblatt in Richtung einer Seite des größeren Auslenkungsbetrags bewegt.

15. Hinterer Scheibenwischer eines Fahrzeugs mit:
einem Wischerblatt, welches an einer Heckscheibe eines Fahrzeugs angebracht ist und schwingbar an der Heckscheibe vorgesehen ist, wobei ein Ende an einer Drehwelle befestigt ist; und mit einem piezo- elektrischen Element, welches an dem Wischerblatt angebracht ist und eine Hin- und Herschwingung auf das Wischerblatt entlang seiner Bewegungsrichtung aufbringt.

16. Hinterer Scheibenwischer eines Fahrzeugs nach Anspruch 15, wobei der hintere Scheibenwischer eines Fahrzeugs weiter ein Widerstandsmittel zum Aufbringen eines Drehwiderstands auf die Drehwelle aufweist.

17. Hinterer Scheibenwischer nach Anspruch 15, wobei mehrere piezo-elektrische Elemente in Reihe mit dem Wischerblatt verbunden sind.

18. Hinterer Scheibenwischer nach Anspruch 15, wobei das piezo-elektrische Element an der Spitze des anderen Endes des Wischerblatts angeordnet ist.

19. Hinterer Scheibenwischer nach Anspruch 15, wobei das piezo-elektrische Element mit einer Spannung versorgt ist, welche eine Sägezahn-Wellenform hat.

20. Hinterer Scheibenwischer nach Anspruch 19, wobei die Sägezahnspannung einen Unterschied in den Verformungsgeschwindigkeiten des piezo-elektrischen Elements erzeugt; der Unterschied in der Verformungsgeschwindigkeit einen Unterschied in Trägheitskräften erzeugt, welche auf das Wischerblatt einwirken; der Betrag der Auslenkung für eine langsame Veränderung in der Sägezahnspannung größer wird als der für eine schnelle Veränderung darin; und wobei sich das Wischerblatt in Richtung einer Seite des größeren Auslenkungsbetrags bewegt.

21. Hinterer Scheibenwischer eines Fahrzeugs mit:
einer Führungsschiene, welche entlang einer Kante einer Heckscheibe eines Fahrzeugs vorgesehen ist; mit einem Wischerblatt, welches an der Führungsschiene angebracht ist und entlang der Führungsschiene beweglich ist; und mit einem piezo-elektrischen Element, welches an der Führungsschiene angebracht ist und das Wischerblatt mit einer Hin- und Herschwingung versorgt entlang seiner Bewegungsrichtung über diese Führungsschiene.