JP2000043682A - ブレードレスワイパー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】風防ガラスのワイパーのブレードを廃止して、
より安全でクリヤーな運転視界を維持確保するとともに
洗浄液の使用を避けて環境保全に貢献する。 【解決手段】風防ガラス２内面に超音波振動子３を装着
して縦波、横波、表面波からなる超音波を発振し、風防
ガラス外面に雨滴等によって形成される境膜及び水層を
破壊すると同時にスリット状ノズル４から風防ガラス外
面に沿って高圧気体を噴射して雨滴等を吹き飛ばす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は航空機、鉄道車輛、自動
車、船舶等交通機関（以降交通移動体と称する）の運転
視界を維持確保するためのワイパーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来交通移動体のワイパーといえばゴム
質の掻き取りブレードをスプリング機構によって風防ガ
ラス外面に圧着しつつ、これをモータによって扇状に左
右に動かして風防ガラス外面の雨滴、雪片、みぞれ、泥
水その他の汚れ（以降雨滴等と称する。）を掻き取る方
式のものが主流であり必要に応じてブレードの移動速度
を調節したり、洗浄液を放出したりすることができるよ
うになっている。また回転式のものも一部使用されてい
るが掻き取り方式の範囲を出ない。航空機の風防ガラス
外面に高圧の気体だけを吹き付けて雨滴等を除去しよう
とした試みがあったが実用化に至っていない。機械装置
ではなく、表面エネルギーの小さな弗素系化合物を含有
するコーティング材を風防ガラス外面に塗布して雨滴等
の付着を防止する方法もあるがその効果は長持ちせず環
境を汚染する原因ともなっている。最近、主として自動
車のウィンドウの水滴除去を目的としてウィンドウに撓
み振動を与えその節部に雨滴を凝集してからブローする
装置（特開平６−２２７３６９）や車外ミラー等のガラ
ス表面の雨滴を高周波スピーカからの音圧によって凝集
流下させる装置（特開平８−２９５２０４）或いは撥水
処理をしたウィンドウを加振して雨滴を凝集流下させる
装置（特開平８−２６８２３２）などが提案されている
が、いずれもガラス表面を雨滴や水膜が流下するので視
界の歪みは避けられず特に高速走行時には問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のワイパーはその
機構から拭き残し部が発生するのは避けられず、また運
転者の眼前を横切って掻き取りブレードが左右に激しく
動くのはそのこと自体運転視界の妨害となっている。本
発明は風防ガラス外面の拭き残しをなくし、運転者の眼
前で移動を繰り返す掻き取りブレードを廃止して運転視
界の質的向上を目的としている。さらに洗浄液の使用を
廃止して環境にも配慮する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては風防ガラス内面に１個又は複数個の
超音波振動子を装着し、縦波、横波、表面波からなる２
８乃至５００ＫＨｚの超音波振動を間欠的又は連続的に
風防ガラスに与え、一方風防ガラス外面に沿って主とし
て下方から上方に向け高圧の気体を間欠的又は連続的に
噴射することによって風防ガラス外面に降り掛かる雨滴
等視界を妨げる物体を吹き飛ばして運転視界を維持確保
しようとするものでこれによって従来のワイパーのブレ
ードは不要となる。

【０００５】装着する超音波振動子の振動端面の角度が
振動軸に対して１０°乃至８０°となるように形成して
超音波振動が風防ガラス面に斜めに入射するようにする
と超音波振動の伝播範囲を拡大するのに有効である。

【０００６】風防ガラスに装着する超音波振動子が複数
個の場合、それぞれが同時又は順次又は独立にランダム
に作動させるかは必要に応じて選択することにする。

【０００７】風防ガラス外面に沿って噴射させる高圧気
体は７ｋｇ／ｃｍ^２以下に圧縮した空気又はエンジン排
ガスとし、水平に細長いスリット状の噴射口が、基準噴
射方向を風防ガラス下端とした時この位置を０°として
上向きに３５°までの方向を任意に設定できるか又は０
°乃至３５°の範囲を可変速往復運動できる高圧気体噴
射装置であることが望ましい。

【０００８】

【作用】雨滴等は通常各種の塩類や油分その他のイオン
性の塵埃を含んでいるのでガラス表面との親和力が大き
く、ガラス表面を濡らして極めて薄く且つ安定な境膜を
形成しているので高圧気体を吹き付けたり衝突させるだ
けではこの境膜をはぎ取ることは困難である。更に気体
の圧力を上げて境膜剥離を図ると噴射騒音が激しくなり
実用化が断念された経緯がある。

【０００９】本発明においては風防ガラス内面に装着し
た超音波振動子を作動するとその周波数に対応する縦
波、横波、表面波が風防ガラス外面へ伝播するが水の境
膜はガラスとその音響インピーダンスが近似しているた
め超音波は境膜にもよく伝播する。この時の振動の加速
度は地球の重力の加速度Ｇの１０^６乃至１０^７倍である
のでガラス表面の水分層は境膜もろとも引き剥がされ微
粒化される。この時別途用意した高圧の空気又はエンジ
ン排ガスをスリット状の噴射口を通して風防ガラス外面
に沿って噴射すると薄いナイフの刃状の気体層がガラス
表面と前記剥離した水分層の間へ進入して丁度フィルム
を剥がすような作用をする。これをエァナイフ効果と呼
ぶこととするが、この操作を繰り返すことにより風防ガ
ラス外面から視界を妨げる水層膜が除去され、しかも洗
浄液を使用しなくても清潔となり運転視界が維持確保さ
れる。

【００１０】超音波の周波数が大きくなるに従って指向
性が鋭くなり伝播面積が狭まり一個の振動子のカバーす
る面積が小さくなることから本発明においては使用する
超音波の上限は５００ＫＨｚとした。また低い周波数の
方が強力な超音波を発生しやすいが風防ガラスの厚さ形
状によっては不快な騒音を起こすことがあるので下限は
２８ＫＨｚとした。これは２８ＫＨｚと２０ＫＨｚの振
動子を用いて比較した場合前者が騒音発生の傾向が小さ
いことから決めた。一般的には厚い風防ガラスには低め
の周波数を、薄い風防ガラスには高めの周波数を適用す
るのがよい。また使用する超音波振動子のパワー密度は
いづれの場合も５Ｗ／ｃｍ^２以上であることが望まし
い。

【００１１】超音波振動子は風防ガラス内面の下端部の
なるべく視界を妨げない場所を選んで装着するが、振動
端面をガラス面に垂直に取り付けるよりも振動軸に対し
て斜めにカットされた端面の振動子を取り付ける方が超
音波の上方への伝播は拡大する。この場合振動子を１個
づつ間隔を置いて並べる方法もあるが数個の振動子を一
ヶ所にまとめ互いに上向き角度を変えたものをひと組み
としてこれを配置してもよい。いづれにしても視界を妨
げないことが肝要であるが本発明では配置の自由度が大
きいので適正位置を選ぶことによって風防ガラス面の拭
き残し部分を実質上ゼロにすることができる。

【００１２】本発明の作用を区分けして説明すると第一
段階として超音波の強大な加速度を利用して風防ガラス
外面と水の境膜とを引き剥がし次いで高圧気体の噴射に
よるエァナイフ効果によって境膜と水層を吹き飛ばすの
である。従来のワイパーの掻き取りブレードではこの境
膜の除去は不可である。噴射気体は水平に細長いスリッ
トから所謂二次元ジェットとして噴射され、周囲の空気
との剪断層が粘性のために断熱的に噴散されて気体の温
度が低下して結露の原因となったり、乱流による騒音発
生の点も考慮すると噴射気体の圧力は７ｋｇ／ｃｍ^２以
下が好ましい。

【００１３】噴射口からの噴射角度は風防ガラスの傾斜
角より小さくなければならないことは当然であるが高圧
噴流が風防ガラスの下端に当たるだけではエァナイフ効
果も制約を受けて上方にまでは及ばない。また高圧噴流
が噴射口から約５０ｃｍ以上進行した所ではその流速分
布はつりがね型から平山型に広がり流速も低下してくる
ようになる。したがって噴射口は風防ガラスにできるだ
け近接して設置すると同時に噴射角度を０°乃至３５°
の範囲に可変速往復運動させて噴射させるとエァナイフ
効果が広範囲に及び視界の拡大につながる。

【００１４】

【実施例】長さ１８００ｍｍ、巾５００ｍｍ、厚さ５ｍ
ｍの板ガラスを金属枠にはめ込んでテスト用風防ガラス
とした。超音波振動子は角柱型フェライトで２８ＫＨ
ｚ、７５ＫＨｚ２５０ＫＨｚの三種類を準備し、端面は
振動軸に対して４５°の傾きとなるようにカットした。
端面の寸法はいずれも２５ｍｍ＊３５．４ｍｍに揃え、
板ガラス下端部に端から３００ｍｍ、９００ｍｍ、１５
００ｍｍの位置でこの板ガラスを支える金属フレームと
の間に接着した。この板ガラスを金属フレームに４５°
の傾斜になるように取り付け上方から水滴を降下させて
テストを行なった。各振動子はそれぞれ３００Ｗの出力
の超音波発信電源に連結されている。

【００１５】三個の噴射日のスリットは 長さ４００ｍ
ｍ、巾０．７ｍｍに加工しホーン型の箱の先端に取り付
け噴射出口での乱流をできるだけ抑制した。小型コンプ
レッサーの圧縮空気をリザーブタンクに導いて所定圧力
に調整した上、ここから三つの噴射口へ電磁弁を経て配
管した。電磁弁の操作は手動又は自動タイマーでコント
ロールされる。噴射口は板ガラス下端から３０ｍｍ離れ
た位置とし噴射角度は３０°に固定した。

【００１６】水滴降下装置は断面が楔形の先端をカット
した台形状の樋で、透明なプラスチック板を接着して組
み立てたもので、カットした部分を底面としてここに
０．２¢及び０．４¢の孔を５ｍｍ乃至７ｍｍ間隔をお
いてあけ、水の高さを調節することによって降水量や水
滴の大きさを大雑把に変更調節することができた。寸法
は長さ１６００ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、底面の巾１５ｍ
ｍである。この樋を水平に保つことによって全長にわた
ってほぼ同一の降水状況を達成できることを確認した。
上記の設備を用いて下記のテストを実施した。

【００１７】ケース １．風防ガラス全面が水層に覆わ
れる程大量の降雨に相当する水量を板ガラス上に降らせ
てみた。ガラス表面を流下する波状で凹凸のある水層を
通しての視野は著しく歪んでいる。この時点で各振動子
を作動させると、いずれの振動子の作動領域でも気泡が
生成してかえって見通しが悪化した。これはキャビテー
ションのためである。 ケース ２．ケース １．と同じ降水条件において超音
波振動子の作動を止め４ｋｇ／ｃｍ^２の高圧空気を噴射
口から噴射したところ噴流の先端が衝突した付近の水層
は除去されるが、他の水層にしわ状の模様が生成して寧
ろ視界が妨げられた。気体の圧力を順次７ｋｇ／ｃｍ^２
まで上昇してみたが排除される水層部分がやや広がるだ
けで改善の効果は殆どないといってよい。すなわち高圧
気体の噴射だけでは全面的なエァナイフ効果は認められ
なかった。 ケース ３．ケース １．と同じ降水条件で超音波振動
子を作動させつつ４ｋｇ／ｃｍ^２の高圧空気を噴射する
と板ガラスの上端へあと約１００ｍｍの位置まで水層が
排除されて著しく視界は改善された。２５０ＫＨｚ振動
子領域では水層排除巾が約３００ｍｍとやや狭いが縦方
向では板ガラス上端近くまで水層が排除されることもあ
る。これは他の二つに比べて超音波の指向性が鋭いため
と思われる。２８と７５ＫＨｚの振動子とでは殆ど差は
なく水層排除巾はスリットノズルの巾と同程度であっ
た。以上のテストから超音波と高圧気体の噴射の相乗作
用に基づくエァナイフ効果を利用して風防ガラスの雨滴
等をブレードを使用せずに排除できることを確認した。

【００１８】

【発明の効果】本発明は上記に説明したように超音波の
強大な加速度と高圧の噴流との相乗作用によるエァナイ
フ効果を利用して従来のワイパーの必須部品であるブレ
ードを廃止することができた。その結果、より安全でク
リヤーな運転視界を維持確保できる上、設計上の自由度
が大きいので超音波振動子及び高圧気体噴射口の適正配
置によって所謂拭き残しを実質上ゼロにすることがで
き、また高速交通移動体のデザイン上も有利となる。超
音波の強大な加速度によって風防ガラス外面の水や油を
含有する境膜を破壊することができるので従来のように
洗浄液を用いて表面を洗い流す作業は殆ど必要なく、こ
れによる水質悪化が避けられ環境保全にも貢献できる。

【００１９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るブレードレスワイパーを
示す概略説明図である。

【符号の説明】

１ 金属フレーム ２ 風防ガラス ３ 超音波振動子 ４ スリットノズル ５ ホーン型エァガイド ６ ノズル回転機構 ７ 電磁弁 ８ 接着剤

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 航空機、鉄道車輛、自動車、船舶の風防
   ガラスの内面に１個又は複数個の超音波振動子を装着し
   て、縦波、横波、表面波からなる２８乃至５００ＫＨｚ
   _ｚの超音波振動を間欠的又は連続的に風防ガラスに与え
   てガラス表面と雨滴等の間の境膜を破壊し、更に風防ガ
   ラスの外面に沿って主として下方から上方に向け高圧の
   気体を間欠的又は連続的に噴射することによって風防ガ
   ラス外面の雨滴等を除去することを特徴とするブレード
   レスワイパー。
2. 【請求項２】 超音波振動が風防ガラス面に対して斜め
   に入射するように振動子の振動端面の角度が振動軸に対
   して１０°乃至８０°となすように形成して風防ガラス
   に装着することを特徴とする請求項１記載のブレードレ
   スワイパー。
3. 【請求項３】 風防ガラスに装着される超音波振動子が
   複数個の場合それぞれが同時又は順次又は独立にランダ
   ムに作動することを特徴とする請求項１記載のブレード
   レスワイパー。
4. 【請求項４】 風防ガラス外面に沿って噴射させる高圧
   気体は７ｋｇ／ｃｍ^２以下に圧縮した空気又はエンジン
   排ガスとし、水平に細長いスリット状の噴射口が噴射気
   体の基準噴射方向を風防ガラスの下端とした時この位置
   を０°として上向きに３５°までの方向を任意に設定で
   きるか又は０°乃至３５°の範囲を可変速往復運動でき
   る高圧気体噴射装置を有する請求項１記載のブレードレ
   スワイパー。