JP2003011786A

JP2003011786A - ワイパ装置及び自動車用リヤワイパ

Info

Publication number: JP2003011786A
Application number: JP2001335336A
Authority: JP
Inventors: Michio Tsukui; 道夫津久井; Junichi Saito; 淳一斎藤; Hiroki Kuroiwa; 広樹黒岩; Koji Kobayashi; 幸治小林
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-01-15
Also published as: US20020152573A1; DE10217842A1

Abstract

(57)【要約】【課題】モータやリンク機構が不要な小型・軽量のワ
イパ装置及びリヤワイパを提供する。【解決手段】ガラス面３上に沿って移動可能に配置さ
れたワイパブレード４に対し、圧電セラミックスからな
る圧電素子６ａ，６ｂにより振動を付与する。ワイパブ
レード４は、この振動によってガラス面３上を自走す
る。圧電素子６ａ，６ｂは、ワイパブレード４上やワイ
パブレード４の先端等に配設される。ワイパブレード４
が自走するため、ワイパブレード駆動用の電磁モータや
リンク機構は不要となり、ワイパ装置の小型・軽量化や
レイアウト性の向上が図られる。このため、狭く小さな
場所にもワイパ装置を取り付けることができ、ガラスハ
ッチやオープンカーのリヤウインドにもリヤワイパを取
り付けることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や野外監視
カメラ等に使用されるワイパ装置に関し、特に、ＣＣＤ
カメラやリヤワイパなど、ワイパブレード駆動用のモー
タやリンク機構が配置しにくい狭い場所に取り付けられ
るワイパ装置に適用して有効な技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境に対する一般的意識は拡大か
ら浸透段階へと移行しており、例えば自動車分野におい
ては、その方策として車体の軽量化が求められてきてい
る。ワイパシステムを含めた電装部品もその例外ではな
く、ワイパブレードやモータ等の各種部品の軽量化が進
められている。

【０００３】また、自動車デザインにおいては、ワイパ
形状が自動車外観形態の美観性の重要な要素を占める場
合がある。つまり、ワイパブレードが自動車のフロント
部あるいはリヤ部においてどのような位置に設置される
かにより、デザイン性に大きな影響を与えることがあ
る。このため、ワイパ装置を任意の場所に配置し得ると
すれば、自動車デザインの自由度が向上し、デザイン面
での競争力も強化される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、従来のワイパ
システムは、電磁モータを駆動源とし、リンク機構を用
いてワイピング機能を達成している。しかしながら、モ
ータやリンク機構を用いる限り、技術の成熟度の点から
見ても、システムの革新的な小型・軽量化は期待できな
い。また、従来のワイパシステムでは、機構上、ワイパ
ブレード設置位置の自由度が少なくデザイン上の大きな
制約ともなっており、その改善が求められていた。

【０００５】特に、自動車用のリヤワイパにおいては、
リヤウインド下部にワイパ軸を配し、そこを中心として
ワイパブレードを揺動させる構成が一般的であるが、そ
の際、トランク内にモータを設置するとその分トランク
容量が減少するという問題がある。また、ガラスハッチ
タイプの自動車では、ハッチ側にリヤワイパ用のモータ
を取り付けると、ハッチが重くなると共に後方視界の妨
げとなる。これに対し車体側にモータを取り付けると、
ハッチ開閉のため、モータとワイパブレードを車体側と
ハッチ側に分割配置する必要がある上に、それらをハッ
チ開閉時に着脱可能としなければならず、構造が複雑化
するという問題が生じる。さらに、幌タイプのオープン
カーでは、ワイパモータを取り付けることができず、リ
ヤワイパそのものが設置できない。加えて、リヤワイパ
では、ワイパブレードの往復動は専らモータ正逆転によ
って達成されており、この場合、正逆転回路又はリレー
プレートなどが必要となり、回路構成やモータ近傍の構
成が複雑となるという問題もあった。

【０００６】一方、最近では、自動車の安全走行や快適
走行確保のため、ＣＣＤカメラを用いた映像認識に基づ
く各種制御が注目されており、自動車の各部にも実際に
カメラが装着されてきている。この場合、カメラ前方に
雨滴や埃等が付着すると視界を遮り画像認識の妨げとな
るおそれがあるため、その除去装置、つまり、ワイパシ
ステムをカメラに併設することが望ましい。しかしなが
ら、現状においては、ＣＣＤカメラに併設可能な超小型
のワイパシステムは実現されておらず、その開発が望ま
れていた。

【０００７】さらに、自動車分野以外においても、野外
には多くの監視カメラが設置されており、その前方視界
に関しても同様の課題がある。この場合、監視カメラの
中には、電磁モータを使用したワイパシステムを備えた
ものも散見されるが、機構が大がかりであり、小型の監
視カメラには適用できないという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、電磁モータやリンク機構
が不要な小型・軽量のワイパ装置を提供することにあ
る。また、本発明の他の目的は、小型・軽量でガラスハ
ッチやオープンカーにも設置可能な自動車用リヤワイパ
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のワイパ装置は、
払拭面上に配置され、前記払拭面に沿って移動可能に設
けられたワイパブレードと、前記ワイパブレードに対
し、前記ワイパブレードを前記払拭面上にて駆動させる
ための振動を付与する振動手段とを有することを特徴と
する。

【００１０】本発明によれば、振動手段によってワイパ
ブレードに振動を付与することにより、ワイパブレード
を払拭面上にて自走させることができる。このため、ワ
イパブレード駆動用の電磁モータやリンク機構が不要と
なり、ワイパ装置の小型・軽量化が図られると共に、ワ
イパブレードの設置位置にモータやリンクによる制約が
なくなり装置のレイアウト性の向上も図られる。従っ
て、狭く小さな場所にワイパ装置を取り付けることがで
きるようになり、車載用のＣＣＤカメラなど、従来、取
り付けスペースの関係からワイパ装置が設置されていな
かった部位にもワイパ装置を取り付けることが可能とな
る。

【００１１】前記ワイパ装置において、前記振動手段
を、例えばワイパブレード上面や側面など、前記ワイパ
ブレード上に配設しても良い。また、例えば前記振動手
段をワイパブレードと一体にモールド成形するなどし
て、前記振動手段を前記ワイパブレードの内部に配設し
ても良い。さらに、振動手段を配設したワイパブレード
を複数個連設してワイパ装置を構成しても良い。

【００１２】加えて、前記ワイパブレードの一端側を回
転軸に固定して前記払拭面上に揺動自在に設け、前記振
動手段を前記ワイパブレードの他端側先端部に配設した
り、前記回転軸の近傍に配設したり、あるいは、前記ワ
イパブレードに所定間隔をあけて複数個配設するように
しても良い。

【００１３】また、前記ワイパブレードを前記払拭面に
沿って設けられた案内部材に従って移動させ、前記振動
手段により前記案内部材に対して振動を付与してワイパ
ブレードを駆動しても良い。この場合、前記振動手段
は、前記案内部材に振動を付与できる位置であれば良
く、案内部材の端部やその内部のみならず、振動伝達手
段を介して案内部材と離れた位置に設置することも可能
である。

【００１４】さらに、本発明のワイパ装置は、払拭面上
に配置したワイパブレードを前記払拭面に沿って駆動さ
せてなるワイパ装置であって、前記ワイパブレードを振
動手段にて構成し、前記振動手段によって発生する振動
により前記ワイパブレードを前記払拭面上にて自走させ
ることを特徴とする。

【００１５】本発明によれば、ワイパブレード自体を振
動手段にて構成しているため、装置構成が簡単となると
共に、装置重量の軽減を図ることが可能となる。また、
この場合もワイパブレード駆動用の電磁モータやリンク
機構が不要であるため、ワイパ装置の小型・軽量化やレ
イアウト性の向上を図ることが可能となる。

【００１６】加えて、前記振動手段を圧電素子によって
構成しても良く、例えば、振動手段として圧電セラミッ
クスを用いることが可能である。また、前記振動手段に
対し鋸歯状の波形を有する電圧を印加するようにしても
良く、例えば、ワイパブレードに振動手段を１個配設し
た場合や、ワイパブレードを振動手段にて構成した場合
などに好適である。

【００１７】一方、本発明の自動車用リヤワイパは、自
動車のリヤウインド上に配置され、その一端側を回転軸
に固定されて前記リヤウインド上に揺動自在に設けられ
たワイパブレードと、前記ワイパブレードに取り付けら
れ、前記ワイパブレードに対しその移動方向に沿った往
復振動を付与する圧電素子とを有することを特徴とす
る。

【００１８】本発明によれば、リヤウインド上に配した
ワイパブレードに対し、圧電素子を用いて移動方向に沿
った往復振動を付与することにより、ワイパブレードを
リヤウインド上にて自走させることができる。このた
め、ワイパブレード駆動用の電磁モータやリンク機構が
不要となり、ワイパ装置の小型・軽量化が図られると共
に、ワイパブレードの設置位置にモータやリンクによる
制約がなくなり装置のレイアウト性の向上も図られる。

【００１９】この場合、リヤウインド上にワイパブレー
ドや圧電素子などのワイパ装置本体をすべて配置するこ
とができ、車体側にはリード線やドライバを配置すれば
足りる。しかも、リード線としては、リヤウインドにガ
ラス配線可能なプリント配線を用いることができる。こ
のため、狭く小さな場所にもリヤワイパを取り付けるこ
とが可能となる。これにより、例えば、ハッチバックタ
イプの自動車におけるガラスハッチや、幌タイプのオー
プンカーのリヤウインドにもリヤワイパを取り付けるこ
とが可能となる。

【００２０】また、リヤワイパの間欠、速度可変、反転
等の制御も電圧入力波形を変えることによって自由に行
うことができる。従って、正逆転回路やリレープレート
などが不要となり、回路構成やモータ近傍の構成を簡略
化することが可能となる。

【００２１】前記自動車用リヤワイパにおいては、前記
回転軸に対して回転抵抗力を付与する抵抗力付与手段を
さらに設けても良い。また、前記圧電素子を前記ワイパ
ブレードに複数個連設しても良い。さらに、前記圧電素
子を前記ワイパブレードの他端側先端部に配設しても良
い。

【００２２】加えて、本発明の自動車用リヤワイパで
は、自動車のリヤウインドの端縁に沿って設けられたガ
イドレールと、前記ガイドレールに取り付けられ前記ガ
イドレールに沿って移動可能なワイパブレードと、前記
ガイドレールに取り付けられ前記ワイパブレードに対し
その移動方向に沿った往復振動を前記ガイドレールを介
して付与する圧電素子とを有する構成とすることも可能
である。

【００２３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本
発明の実施の形態１であるワイパ装置の構成を示す斜視
図、図２は図１のワイパ装置に使用されるワイパブレー
ドの構成を示す説明図、図３は図２のワイパブレードの
側面図である。

【００２４】本実施の形態のワイパ装置１は、自動車の
バックモニタやフロントバンパー側面に配置されるサイ
ドモニタなどに使用されるＣＣＤカメラに取り付けられ
るワイパ装置であり、図１に示すように、ＣＣＤカメラ
本体２前面のガラス面（払拭面）３上に設置される。当
該ワイパ装置１は、ワイパブレード（以下、ブレードと
略記する）４と、ブレード４を支持する回転軸５とから
構成されており、ブレード４上に配設した圧電素子（振
動手段）６ａ,６ｂの発生する振動によってブレード４
がガラス面３上を自走するようになっている。

【００２５】ブレード４は、図２に示すように、アーム
７と、アーム７の側面および上面に取り付けられた圧電
素子６ａ,６ｂと、払拭用ゴム８および駆動支持部９と
から構成されている。アーム７は、全長約２０mmの金属
製の角柱からなり、その一端側は回転軸５に固定されて
いる。回転軸５にはベアリングが内蔵されており、ガラ
ス面３上にて回転自在となっている。これにより、ブレ
ード４は回転軸５を中心として、払拭のための一定の加
圧下にて揺動自在に支持され、図１に一点鎖線にて示し
た範囲を自在に移動できるようになっている。

【００２６】払拭用ゴム８はアーム７の下面に取り付け
られたゴム製部材であり、その下端はガラス面３上に接
触している。そして、ブレード４の作動に伴ってガラス
面３上を摺動し、ガラス面３に付着した水滴や埃などを
払拭する。また、駆動支持部９は鋼球にて形成されてお
り、アーム７の下面先端に取り付けられている。駆動支
持部９の下端はガラス面３に点接触しており、後述する
圧電素子６ａ,６ｂの振動により楕円振動を行う。

【００２７】圧電素子６ａ,６ｂは、板状に形成された
圧電セラミックスからなり、アーム７の側面と上面に直
接貼り付けられている。なお、図２においては、圧電素
子６ａ,６ｂの厚みを省略して記載している。圧電素子
６ａ,６ｂには、位相の異なる電圧が印加され、これに
より先の駆動支持部９に楕円振動が発生する。そして、
この楕円振動によりブレード４がガラス面３上にて自走
することになる。そこで、駆動支持部９の楕円振動につ
き、モデルを用いてその動作原理を説明する。

【００２８】図４は圧電セラミックスによる部材振動モ
デルの構成を示す説明図、図５は図４のモデルにおける
振動形態を示す説明図であり、（ａ）はＸＹ平面、
（ｂ）はＸＺ平面における振動形態を示している。ま
た、図６はモデル先端部の変位を示す説明図、図７はモ
デル先端部の振動状態を示す説明図である。

【００２９】図４のモデルでは、一端側を固定した角柱
形状の金属片１１の側面および上面に圧電素子１２ａ,
１２ｂが取り付けられている。この場合、圧電素子１２
ａは、金属片１１にＸＹ平面方向の振動、すなわち、図
４のＡ方向の振動を発生させるＡモード用の圧電素子で
ある。また、圧電素子１２ｂは、金属片１１にＸＺ平面
方向の振動、すなわち、図４のＢ方向の振動を発生させ
るＢモード用の圧電素子である。そして、図５に示すよ
うに、圧電素子１２ａに電圧を印加すると金属片１１は
ＸＹ平面にてＹ方向に曲げ振動し、圧電素子１２ｂに電
圧を印加すると金属片１１はＸＺ平面にてＺ方向に曲げ
振動する。

【００３０】一方、各圧電素子１２ａ,１２ｂにはそれ
ぞれ、互いに１／４周期だけ位相がずれた電圧VA＝V0si
nωt（Ａ相）、VB＝V0cosωt（Ｂ相）が印加されてい
る。この場合、金属片１１の変位は電圧に依存してお
り、金属片１１のＹＺ方向への変位はそれぞれ、図６に
示すようにy＝a0sinωt、z＝b0cosωtの形で表すことが
できる。すなわち、金属片１１には、圧電素子１２ａに
よるＹ方向の曲げ振動と、圧電素子１２ｂによるＺ方向
の曲げ振動が１／４周期ずれた状態で発生する。そし
て、このＹＺ方向の変位により金属片１１は振動し、そ
の軌跡は両方向の変位を合成した形となる。そこで、Ｙ
Ｚ方向の変位y＝a0sinωt、z＝b0cosωtより次式の関係
が導かれる。

【００３１】

【数１】

【００３２】ここで、式（２）は、長径若しくは短径が
a０,b０となった楕円を意味している。従って、金属片
１１には、図７に示すような楕円形状の軌跡を描きつつ
振動を行うことが分かる。よって、図２に示すように、
圧電素子６ａ,６ｂにVA＝V0sinωt、VB＝V0cosωtのよ
うな電圧を印加すると、これと同様にアーム７の駆動支
持部９にも楕円振動が発生する。すなわち、アーム７が
超音波モータと同様の挙動を示し、駆動支持部９の楕円
振動に伴って、ガラス面３と駆動支持部９との間の摩擦
力によりアーム７に左右方向の力が働く。そしてこれに
より、ブレード４がガラス面３上を自走することにな
る。

【００３３】また、この場合、何れの方向に楕円運動を
行うかにより、ブレード４がガラス面３上を何れの方向
に移動するかが決定される。すなわち、図２においてブ
レード４の先端側から見て右回りの方向に駆動支持部９
が振動する場合には右方向へ、逆に左回りの回転の時に
は左方向へ移動する。従って、圧電素子６ａ,６ｂに印
加する電圧を、VA＝V0sinωt→V0cosωt、VB＝V0cosωt
→V0sinωtのようにＡ相とＢ相の入力電圧を切り換える
ことにより、ブレード４を往復動させることができる。

【００３４】このように当該ワイパ装置１では、ブレー
ド４上に駆動源として圧電素子６ａ,６ｂを搭載したこ
とにより、圧電素子６ａ,６ｂによってブレード４に振
動を付与し、これによりブレード４をガラス面３上にて
自走させている。このため、ワイパ装置１では、ブレー
ド駆動用の電磁モータやリンク機構が不要となり、ワイ
パ装置の小型・軽量化が図られる。また、ブレード位置
にモータやリンクによる制約がないため、装置のレイア
ウト性も向上する。従って、狭く小さな場所にワイパ装
置を取り付けることができるようになり、車載用のＣＣ
Ｄカメラなど、従来、取り付けスペースの関係からワイ
パ装置が設置されていなかった部位にもワイパ装置を取
り付けることが可能となる。

【００３５】なお、図１に例においては、圧電素子６
ａ，６ｂをブレード４外面に貼付した構成を示したが、
ブレード４をゴムや合成樹脂にて形成し、圧電素子をそ
の内部に一体にモールド成形しても良い。また、圧電素
子の個数を１個とし、後述する鋸歯電圧により駆動する
ことも可能である。

【００３６】さらに、当該実施の形態では、図１のよう
にガラス面３の端縁部中央に回転軸５を配置した例を示
したが、ブレード配設位置がこれに限定されないのは言
うまでもない。すなわち、本発明においては、レイアウ
ト性の向上に伴い、ブレードの配設位置も種々変更可能
であり、例えば、図１９のように回転軸５を隅に配し、
ブレード４を９０°払拭動作可能なように設けても良
い。

【００３７】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２として、アーム７の先端に圧電素子を配設したハン
マ型のワイパ装置２１について説明する。図８は、本発
明の実施の形態２であるワイパ装置２１の構成を示す説
明図である。なお、以下の実施の形態では、実施の形態
１と同様の部材、部品等は同一の符号を付しその説明は
省略する。

【００３８】ワイパ装置２１もまた、図１の装置と同様
に、回転軸５に支持されたブレード４がガラス面３上に
揺動自在に配設される形態となっている。そして、図１
のワイパ装置１では圧電素子がブレード４上に一体に貼
付されていたのに対し、当該ワイパ装置２１では、図８
に示すように、圧電素子（振動手段）２２がアーム７の
先端に取り付けられている。

【００３９】ここで、ワイパ装置２１の圧電素子２２に
は、いわゆる積層型の圧電セラミックスが使用されてい
る。図９は、積層型圧電セラミックスの構成を示す説明
図である。図９に示すように、積層型圧電セラミックス
は、内部電極２３とセラミックス板２４とを交互に積み
重ねて接着剤等により一体化した構造となっている。各
内部電極２３は一層おきに外部電極２５にて並列接続さ
れ、隣接する内部電極２３間は絶縁物２６によって隔離
される。そして、メタルシートに電圧を印加することに
より、素子全体として積層方向に伸縮運動を行うように
なっている。

【００４０】ワイパ装置２１では、この圧電素子２２を
横置き、つまり積層方向がガラス面３に沿った方向とな
るようにアーム７の先端に取り付ける。従って、圧電素
子２２に電圧を印加すると、圧電素子２２は左右方向に
伸縮し振動することになる。この際、後述する鋸歯状電
圧を印加することにより、ブレード４がガラス面３に沿
って自走し、モータやリンク機構を用いることなく、ワ
イパ装置を構成することが可能となる。

【００４１】一方、圧電素子２２の取付位置は、ブレー
ド４の先端に限らず、ブレード４の中程や基部に設ける
ことも可能ではある。図１０，１１は圧電素子２２を回
転軸５の近傍に配置した変形例の構成を示す説明図であ
る。図１０は圧電素子２２の伸縮方向をブレード４の延
伸方向と直角に配置した場合、図１１は圧電素子２２の
伸縮方向をブレード４の延伸方向と平行に配置した場合
を示している。ここでは、圧電素子２２は回転軸５を挟
んでブレード４の反対側に配置されており、圧電素子２
２の変位はカンチレバー方式に拡大される。従って、例
えばレバー比を１：２０に設定すれば、圧電素子が７μ
動作するとブレード４先端は１４０μ変位することにな
る。

【００４２】このように、圧電素子２２によって直接ブ
レード駆動トルクを得る場合には、ブレード４の先端に
配置する方が有利であるが、てこの効果によって大きな
変位を得る場合には、ブレード４の基部に圧電素子２２
を配置した方が有利である。また、ブレード４の中程に
圧電素子２２を配置することも可能であり、さらに、リ
ヤワイパ等のように大型のワイパ装置では、ワイパブレ
ード４の中程に圧電素子２２を一定間隔で複数個配置す
ることも可能である。

【００４３】なお、旋回型のワイパ装置のようにブレー
ド４が一定方向にのみ駆動するものでは、前述のように
鋸歯状の電圧を印加する必要はなく、正弦波電圧によっ
ても制御可能である。また、ブレード４にリターンスプ
リングを取り付けることにより、鋸歯状電圧によらずブ
レード４を往復動させることも可能である。さらに、圧
電素子２２を複数個配置し、そこに２相の独立電圧を印
加することにより、圧電素子２２等に駆動源となる接触
面表面運動を発生させることも可能である。

【００４４】（実施の形態３）さらに、実施の形態３と
して、ガラス面３上にブレード４を案内するガイドレー
ルを設けたワイパ装置３１について説明する。図１２
は、本発明の実施の形態３であるワイパ装置３１の構成
を示す説明図である。

【００４５】図１２に示すように、ワイパ装置３１で
は、ブレード４はガイドレール（案内部材）３２によっ
て案内されてガラス面３上を移動する。ガイドレール３
２は、ガラス面３の端縁に沿って配設されており、ガイ
ドレール３２上にはブレード４のスライダ部３３が図１
２において左右方向に移動自在に取り付けられている。
そして、ガイドレール３２に一端側には、圧電素子（振
動手段）３４が取り付けられている。この圧電素子３４
も前述同様、圧電セラミックスによって構成されてお
り、所定の電圧を印可することにより振動を発生させる
ことができる。

【００４６】当該ワイパ装置３１では、この圧電素子３
４によりガイドレール３２に振動を付与する。この振動
はガイドレール３２を伝わってスライダ部３３に伝達さ
れ、これによりブレード４に振動が付与される。そし
て、この振動によりブレード４はガラス面３上を自走し
てガラス面３上を払拭する。

【００４７】この場合、圧電素子３４には後述の鋸歯状
電圧が印加され、これによりブレード４がガイドレール
３２上を自走する。この際、鋸歯状電圧の波形を変化さ
せることによりブレード４は左右何れの方向にも駆動す
ることができる。また、圧電素子３４を２個用いて、ガ
イドレール３２上に楕円軌跡の表面運動を発生させても
良く、この際、例えば進行波を棒状に発生させることに
より、ブレード４はガイドレール３２に沿って駆動され
る。

【００４８】なお、圧電素子３４の取付位置は、ガイド
レール３２の端部には限定されず、それをガイドレール
３２の内部に配設するようにしても良い。また、圧電素
子３４は、ガイドレール３２に振動を付与できる位置で
あればブレード４の動作の妨げとならない限り何れの場
所に設置しても良く、ガイドレール３２の端部や内部の
みならず、レバー等の振動伝達手段を介してガイドレー
ル３２から離れた位置に設置することも可能である。

【００４９】（実施の形態４）さらに、実施の形態４と
して、バイモルフ型の圧電素子にてブレード４を構成し
たワイパ装置４１について説明する。図１３は、本発明
の実施の形態４であるワイパ装置４１の構成を示す説明
図である。

【００５０】図１３に示すように、ワイパ装置４１で
は、図１におけるアーム７がバイモルフ型の圧電素子
（振動手段）４２にて形成されている。図１４は、バイ
モルフ型圧電素子の一般的形態を示す説明図、図１５は
バイモルフ型圧電素子の基部を固定した動作確認モデル
の動作形態を示す説明図である。図１４に示すように、
バイモルフ型の圧電素子４０は、電極となるシム４３の
両側に圧電セラミックス４４ａ，４４ｂを張り合わせた
形態となっている。圧電セラミックス４４ａ，４４ｂに
は、シム４３を介して電源４５から電圧が供給される。
なお、図１４において圧電セラミックス４４ａ，４４ｂ
を結ぶ線分は、両者を電気的に接続させる意を示すもの
である。

【００５１】図１に示すように、シム４３を介して圧電
セラミックス４４ａ，４４ｂに電圧を印加すると、圧電
セラミックス４４ａ，４４ｂが上方に曲がろうとし、圧
電素子４０全体が上方に反るように変形する。また、電
圧の極性を反転させると、圧電素子４０は反対方向に変
形する。従って、図１５に示すように、圧電素子４０の
基部を固定したモデルにおいて印加電圧の極性を変化さ
せると、その極性により圧電素子４０は左右に変位する
ことになる。

【００５２】一方、このようなバイモルフ型圧電素子を
用いてブレード４を形成し、そこに鋸歯状の波形を有す
る電圧を印加すると、ブレード４はガラス面３上を自走
する。図１６は図１５のモデルにおいて鋸歯状電圧を印
加した場合の圧電素子４０の挙動を示す説明図、図１７
は実際にワイパ装置４１に印加される電圧の波形を示す
説明図、図１８は図１７の電圧が印加された場合のブレ
ード４の挙動を示す説明図である。

【００５３】まず、図１５のモデルにて鋸歯電圧による
圧電素子４０の挙動を説明すると、図１６に示すよう
に、電圧が±０のとき（Ｐ，Ｒ）には、圧電素子４０は
中立位置Ｎに位置する。これに対して、＋電圧のとき
（Ｑ）には、圧電素子４０は図中右方に変位する。ま
た、−電圧のとき（Ｓ）には、圧電素子４０は図中左方
に変位する。

【００５４】そこで、この動きを実際のブレード４にて
見ると、図１７の（１）のときは、＋電圧であることか
ら、図１８（１）のようにブレード４は右方に変位す
る。次に、図１７（２）のように電圧が＋から−に変化
すると、ブレード４もまたそれに応じて図１８（２）の
ように左方に変位する。この場合、図１７（１）→
（２）の電圧変化が急激であるため、図１７（１）のよ
うにゆっくりと電圧が変化する場合との間でブレード変
形速度に差が生じる。このため、図１８（２）の際に
は、ブレード４自体の慣性の影響が大きくなり、ブレー
ド４の左方への変位量は図１８（１）における右方への
変位量より少なくなる。従って、ブレード４はその変位
量の差分だけ図中右方側へと移動する。図１８において
線分Ｋは、回転軸５とブレード４との取付位置を示して
おり、図１８（１）→（２）において、ブレード４の移
動と共にこの線分Ｋも右方へ移動していることが分か
る。なお、図１８における一点鎖線Ｃは、ブレード４の
払拭領域の中央位置を示している。

【００５５】鋸歯状の印加電圧では、図１７（１）→
（２）にて急激に電圧が変化した後、（２）→（３）で
は電圧が徐々に＋側へと変化し、ブレード４は、電圧変
化に合わせて、図１８（３）のように右方に変位する。
この場合は、電圧変化率が小さいため、ブレード４の慣
性の影響は小さく、電圧に応じた変位量だけブレード４
は右方に変位する。電圧が図１７（３）に至ると、電圧
は再び急変して（４）に至る。このときも前述のよう
に、ブレード変形の速度差に基づき慣性力が発生し、図
１８（４）におけるブレード４の左方への変位量は、図
１８（３）での右方への変位量よりも小さくなる。従っ
て、ブレード４は変位量の差分だけ図中右方側へと移動
し、線分Ｋもまた右方へと移動する。

【００５６】このように鋸歯状電圧を印加すると、ブレ
ード変形の速度差に基づく慣性力の働きにより、ブレー
ド４は図１８（２），（４），（６）のように徐々に右
方へと移動する（線分Ｋの動作参照）。すなわち、ゆっ
くり曲げて急激に戻す動作の繰り返しにより、ゆっくり
曲げたときの変位側にブレード４が自走する。そして、
電圧変化を図１７とは逆に、ゆっくりと−側へと変化さ
せ、急激に＋側へと変化させることにより、ブレード４
は図１８において左方へと移動することになる。従っ
て、電圧変化パターンの切り換えにより、ブレード４を
ガラス面３上にて往復動させることが可能となり、モー
タやリンク機構を用いることなく、ガラス面３上を自走
払拭するワイパ装置を構成することが可能となる。

【００５７】なお、バイモルフ型の圧電素子では、比較
的低電圧で大きな変位が得られるものの発生力が小さく
なる。このため、図１３のようなワイパ装置は、泥や雪
などの重く大きな障害物が付着しにくいＣＣＤカメラ用
のワイパ装置に好適である。これに対して、図１のよう
な超音波モータ型のワイパ装置は、変位量は小さいもの
の大きな力が得られるため、リヤワイパなどのように比
較的大きな駆動力を要するものに好適である。この際、
変位量は印加電圧の周波数を高めることにより大きくす
ることができ、例えば２０kHz程度の周波数とすると５
０cm/s程度の移動量を確保できる。一方、積層型の圧電
素子は、素子自体の大きさは多少大きくなるが、変位量
と発生力をバランス良く得ることが可能である。

【００５８】（実施の形態５）次に、実施の形態５とし
て圧電素子を用いたリヤワイパについて説明する。図２
０は本発明の実施の形態５であるリヤワイパの取付状態
を示す説明図、図２１は図２０のリヤワイパの構成を示
す説明図である。当該実施の形態のリヤワイパ５１は、
実施の形態１において圧電素子の個数を１個とし、そこ
に実施の形態４のような鋸歯電圧を印加することにより
ブレード４を左右に揺動させる形態となっている。

【００５９】図２０に示すように、当該実施の形態のリ
ヤワイパ５１では、自動車のリヤウインド５２上に長さ
が５００mm程度のブレード４が配置される。ブレード４
は、車体５３側に取り付けられた回転軸５に固定されて
おり、回転軸５を中心としてリヤウインド５２上を揺動
可能に設けられている。また、ブレード４の下方には、
図２１（ａ）に示すように払拭用ゴム８が取り付けられ
ている。

【００６０】ブレード４の内部には、図２１に示すよう
に平板状のバイモルフ圧電素子５４（以下、圧電素子５
４と略記する）が取り付けられている。圧電素子５４に
はリード線５５が取り付けられており、図２１（ｂ）に
示すように、中空状に形成された回転軸５の内部空間を
介してドライバ５６と接続されている。

【００６１】一方、回転軸５は、車体５３に取り付けら
れた軸受５７に回転可能に支持されている。この場合、
回転軸５の小径部５８は軸受５７に対し若干圧入気味に
挿入されており、回転軸５は軸受５７から回転を規制す
る方向に働く回転抵抗力が付与される。そして、ドライ
バ５６から図１７に示すような鋸歯状の電圧を印加する
ことにより、圧電素子５４は全体が回転軸５側を基部と
して曲がり、ブレード４の先端が図２１（ａ）のＸ方向
に作動し、図１８と同様に回転軸５を中心とした回転運
動を行う。

【００６２】なお、この場合には、ブレード変形の速度
差に基づいて発生する慣性力に対して、回転軸５に付与
される回転抵抗力が作用する。すなわち、ブレード４の
変形に伴い慣性力と摩擦力とが対抗する形となる。当該
アクチュエータでは、回転抵抗力が、図１７（１）に至
るときの慣性力よりも大きく、図１７（１）→（２）の
ときの慣性力よりも小さくなるよう設定されている。従
って、（１）に至る場合の慣性力は、回転抵抗力によっ
て打ち消される形となり、ブレード４は電圧値に応じた
角度だけゆっくりと変位する。これに対して、（１）→
（２）の場合には、慣性力は回転抵抗力によって打ち消
されない。このため、ブレード４は電圧変化に伴い急激
に反対方向へと変位するが、電圧値に応じた角度は変位
できず、戻り切れない状態となる。すなわち、（１）→
（２）の際には、ブレード４自体の慣性の影響が大きく
なり、ブレード４の変位量は（１）に至る場合の変位量
より少なくなる。従って、ブレード４はその変位量の差
分だけ移動する。

【００６３】鋸歯状の印加電圧では、（１）→（２）に
て急激に電圧が変化した後、（２）→（３）では電圧が
徐々に＋側へと変化し、ブレード４は、電圧変化に合わ
せて変位する。この場合は、電圧変化率が小さいため、
ブレード４の慣性の影響は小さく、電圧に応じた変位量
だけブレード４は変位する。電圧が（３）に至ると、電
圧は再び急変して（４）に至る。このときも前述のよう
に、ブレード４の変形の速度差に基づき慣性力が発生
し、（３）→（４）におけるブレード４の変位量は、
（２）→（３）での変位量よりも小さくなる。従って、
ブレード４は変位量の差分だけ移動する。

【００６４】このように鋸歯状電圧を印加すると、圧電
素子５４の変形速度差に基づく慣性力の働きにより、ブ
レード４は徐々に一定方向へと移動、回転軸５を中心と
した回転運動を行う。すなわち、ゆっくり曲げて急激に
戻す動作の繰り返しにより、ゆっくり曲げたときの変位
側にブレード４が自走する。そして、電圧変化を図１７
とは逆に、ゆっくりと−側へと変化させ、急激に＋側へ
と変化させることにより、ブレード４は逆方向に回転す
ることになる。従って、電圧変化パターンの切り換えに
より、ブレード４を適宜往復動させることが可能とな
り、モータやリンク機構を用いることなく揺動するリヤ
ワイパ５１を構成することが可能となる。

【００６５】このように当該リヤワイパ５１では、簡単
な構成にてブレード４を回転運動させることが可能とな
る。この場合、ブレード４を駆動するために電磁モータ
やリンク機構は不要であり、リヤワイパの設置位置にモ
ータやリンクによる制約がなくなり、装置のレイアウト
性の向上が図られる。すなわち、リヤウインド５２にワ
イパ装置本体をすべて配置することができ、車体５３側
にはリード線５５とドライバ５６のみを配置すれば足り
る。このため、狭く小さな場所にもリヤワイパを取り付
けることができ、例えば、図２２のようなハッチバック
タイプの自動車におけるガラスハッチ６０や、図２３の
ような天井幌５９を備えた幌タイプのオープンカーのリ
ヤウインド５２にもリヤワイパ５１を取り付け可能であ
る。また、圧電素子５４が高電圧制御されるためその分
リード線５５を細くすることができ、図２２に示すよう
に、リード線５５をリヤウインド５２にデフロスタ６１
のようにプリント配線することも可能である。

【００６６】また、リヤワイパの間欠、速度可変、反転
等の制御も電圧入力波形を変えることによって自由に行
うことができる。すなわち、鋸歯間隔調整により間欠動
作を、鋸歯周波数調整により速度を、そして、電圧変化
パターンの変更により正逆転制御を容易に行うことがで
きる。このため、正逆転回路やリレープレートなどが不
要となり、回路構成やモータ近傍の構成を簡略化するこ
とが可能となる。

【００６７】なお、前述のリヤワイパ５１では、圧電素
子５４を１個用いた例を示したが、例えば２０〜１００
mm程度の圧電素子を図２４のように複数個直列に連設し
ても良い。この場合、圧電素子５４は、その一端部側が
固定部６２に固定される一方、他端側には慣性増加用の
おもり６３が取り付けられている。また、圧電素子５４
を複数連設して図２５のような形態のリヤワイパ６４を
構成することも可能である。この場合、リヤワイパ６４
はリヤウインド５２上を蛇行動しつつ、楕円形状の領域
内において払拭動作を行う。

【００６８】（実施の形態６）また、実施の形態６とし
て、実施の形態２のワイパ装置をリヤワイパに適用した
例について説明する。図２６はその説明図である。当該
実施の形態のリヤワイパ６５では、ブレード４の先端に
圧電素子２２が取り付けられている。圧電素子２２とし
ては、積層型の圧電セラミックスが使用され、積層方向
がリヤウインド５２に沿った方向となるようにブレード
４の先端に取り付ける。そして、圧電素子２２に電圧を
印加すると圧電素子２２が左右方向に伸縮し、そこに鋸
歯状電圧を印加するとブレード４がリヤウインド５２に
沿って自走する。これにより、モータやリンク機構を用
いることなくリヤワイパを構成することが可能となる。

【００６９】（実施の形態７）さらに、実施の形態７と
して、実施の形態３のワイパ装置をリヤワイパに適用し
た例について説明する。図２７はその説明図である。当
該実施の形態のリヤワイパ６６では、車体５３の天井部
６７端部に、リヤウインド５２の上端縁５２ａに沿って
ガイドレール３２が設けられている。ガイドレール３２
上にはブレード４のスライダ部３３が車幅方向に移動自
在に取り付けられている。また、ガイドレール３２に一
端側には、圧電素子３４が取り付けられている。

【００７０】そして、圧電素子３４によりガイドレール
３２に振動を付与することにより、ガイドレール３２か
らスライダ部３３を介してブレード４に振動が伝わり、
この振動によりブレード４がリヤウインド５２上を自走
する。この場合も、前述同様圧電素子３４には鋸歯状電
圧が印加され、その波形を変化させることによりブレー
ド４は動作方向や速度等の制御を行うことができる。な
お、図２７では、ガイドレール３２をリヤウインド５２
の上端縁５２ａに沿って設けた例を示したが、それを下
端縁５２ｂや側端縁５２ｃに沿って設けても良い。ま
た、ガイドレール３２を側端縁５２ｃに設ける場合に
は、ブレード４を左右１対に配置することも可能であ
る。

【００７１】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
あることは言うまでもない。たとえば、前述の実施の形
態では本発明のワイパ装置を自動車に適用した例を示し
たが、その設置対象は車載用品には限定されず、例えば
野外の監視カメラなどにも適用可能である。これによ
り、従来、ワイパ装置が取り付けられなかった小型の監
視カメラにもワイパ装置を設置することが可能となる。
また、大型カメラなどに設置されていた電磁モータを使
用したワイパシステムに代えて本発明のワイパ装置を使
用することにより、装置の小型・軽量化が可能となる。

【００７２】また、実施の形態５〜７では、実施の形態
１〜３のワイパ装置を自動車用リヤワイパに適用した例
を示したが、実施の形態４のワイパ装置をリヤワイパに
適用することも可能である。この場合、図１３の装置を
そのまま大きくした形態も勿論可能ではあるが、短尺
(例えば２０〜１００mm程度)のブレードを直列に複数連
結して長尺のブレードを形成することも可能である。

【００７３】

【発明の効果】本発明のワイパ装置によれば、圧電セラ
ミックス等の振動手段によってワイパブレードに振動を
付与することにより、ワイパブレードを払拭面上にて自
走させることができる。このため、ワイパブレード駆動
用の電磁モータやリンク機構が不要となり、ワイパ装置
の小型・軽量化を図ることが可能となると共に、ワイパ
ブレードの設置位置にモータやリンクによる制約がなく
なり装置のレイアウト性の向上も図られる。従って、狭
く小さな場所にワイパ装置を取り付けることができるよ
うになり、車載用のＣＣＤカメラなど、従来、取り付け
スペースの関係からワイパ装置が設置されていなかった
部位にもワイパ装置を取り付けることが可能となる。

【００７４】また、本発明のワイパ装置によれば、ワイ
パブレード自体を振動手段にて構成することにより、装
置構成が簡素化されると共に、装置重量の軽減を図るこ
とが可能となる。また、ワイパブレード駆動用の電磁モ
ータやリンク機構が不要となるため、ワイパ装置の小型
・軽量化やレイアウト性の向上を図ることが可能とな
る。

【００７５】さらに、本発明の自動車用リヤワイパによ
れば、リヤウインド上に配したワイパブレードに対し、
圧電素子を用いて移動方向に沿った往復振動を付与する
ことにより、ワイパブレードをリヤウインド上にて自走
させることができる。このため、ワイパブレード駆動用
の電磁モータやリンク機構が不要となり、ワイパ装置の
小型・軽量化が図られると共に、ワイパブレードの設置
位置にモータやリンクによる制約がなくなり装置のレイ
アウト性の向上も図られる。従って、ハッチバックタイ
プの自動車におけるガラスハッチや、幌タイプのオープ
ンカーのリヤウインドなどにもリヤワイパを取り付ける
ことが可能となる。また、リヤワイパの間欠、速度可
変、反転等の制御も電圧入力波形を変えることによって
自由に行うことができるため、正逆転回路やリレープレ
ートなどが不要となり、回路構成やモータ近傍の構成を
簡略化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１であるワイパ装置の構成
を示す斜視図である。

【図２】図１のワイパ装置に使用されるワイパブレード
の構成を示す説明図である。

【図３】図２のワイパブレードの側面図である。

【図４】圧電セラミックスによる部材振動モデルの構成
を示す説明図である。

【図５】図４のモデルにおける振動形態を示す説明図で
あり、（ａ）はＸＹ平面、（ｂ）はＸＺ平面における振
動形態を示している。

【図６】モデル先端部の変位を示す説明図である。

【図７】モデル先端部の振動状態を示す説明図である。

【図８】本発明の実施の形態２であるワイパ装置の構成
を示す説明図である。

【図９】積層型圧電セラミックスの構成を示す説明図で
ある。

【図１０】圧電素子を回転軸の近傍に配置した変形例の
構成を示す説明図であり、圧電素子の伸縮方向をブレー
ドの延伸方向と直角に配置した場合を示している。

【図１１】圧電素子を回転軸の近傍に配置した変形例の
構成を示す説明図であり、圧電素子の伸縮方向をブレー
ドの延伸方向と平行に配置した場合を示している。

【図１２】本発明の実施の形態３であるワイパ装置の構
成を示す説明図である。

【図１３】本発明の実施の形態４であるワイパ装置の構
成を示す説明図である。

【図１４】バイモルフ型圧電素子の一般的形態を示す説
明図である。

【図１５】バイモルフ型圧電素子の基部を固定した動作
確認モデルの動作形態を示す説明図である。

【図１６】図１５のモデルにおいて鋸歯状電圧を印加し
た場合の圧電素子の挙動を示す説明図である。

【図１７】実際にワイパ装置に印加される電圧の波形を
示す説明図である。

【図１８】図１７の電圧が印加された場合のブレードの
挙動を示す説明図である。

【図１９】ワイパ装置におけるブレード配置の変形例を
示す説明図である。

【図２０】本発明の実施の形態５であるリヤワイパの取
付状態を示す説明図である。

【図２１】図２０のリヤワイパの構成を示す説明図であ
る。

【図２２】図２１のリヤワイパをハッチバックタイプの
自動車におけるガラスハッチに取り付けた様子を示す斜
視図である。

【図２３】図２１のリヤワイパを幌タイプの自動車のリ
ヤウインドに取り付けた様子を示す斜視図である。

【図２４】図２１のリヤワイパにおける圧電素子の配置
に関する一変形例を示す説明図である。

【図２５】図２１のリヤワイパにおける圧電素子の配置
に関する他の変形例を示す説明図である。

【図２６】本発明の実施の形態６であるリヤワイパの取
付状態を示す説明図である。

【図２７】本発明の実施の形態７であるリヤワイパの取
付状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ワイパ装置２ＣＣＤカメラ本体３ガラス面（払拭面）４ワイパブレード５回転軸６ａ，６ｂ圧電素子（振動手段）７アーム８払拭用ゴム９駆動支持部１１金属片１２ａ，１２ｂ圧電素子（振動手段）２１ワイパ装置２２圧電素子（振動手段）２３内部電極２４セラミックス板２５外部電極２６絶縁物３１ワイパ装置３２ガイドレール（案内部材）３３スライダ部３４圧電素子（振動手段）４０圧電素子４１ワイパ装置４２圧電素子（振動手段）４３シム４４ａ，４４ｂ圧電セラミックス４５電源５１リヤワイパ５２リヤウインド５２ａ上端縁５２ｂ下端縁５２ｃ側端縁５３車体５４バイモルフ圧電素子５５リード線５６ドライバ５７軸受５８小径部５９天井幌６０ガラスハッチ６１デフロスタ６２固定部６３おもり６４リヤワイパ６５リヤワイパ６６リヤワイパ６７天井部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒岩広樹群馬県桐生市広沢町１丁目2681番地株式会社ミツバ内 (72)発明者小林幸治群馬県桐生市広沢町１丁目2681番地株式会社ミツバ内Ｆターム(参考） 3D025 AA01 AB01 AC01 AD03 AE57

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】払拭面上に配置され、前記払拭面に沿っ
て移動可能に設けられたワイパブレードと、前記ワイパブレードに対し、前記ワイパブレードを前記
払拭面上にて駆動させるための振動を付与する振動手段
とを有することを特徴とするワイパ装置。
【請求項２】請求項１記載のワイパ装置において、前
記振動手段は前記ワイパブレード上に配設されることを
特徴とするワイパ装置。
【請求項３】請求項１記載のワイパ装置において、前
記振動手段は前記ワイパブレード内部に配設されること
を特徴とするワイパ装置。
【請求項４】請求項２または３記載のワイパ装置にお
いて、前記ワイパブレードを複数個連設することを特徴
とするワイパ装置。
【請求項５】請求項１記載のワイパ装置において、前
記ワイパブレードはその一端側を回転軸に固定されて前
記払拭面上に揺動自在に設けられ、前記振動手段は前記
ワイパブレードの他端側先端部に配設されることを特徴
とするワイパ装置。
【請求項６】請求項１記載のワイパ装置において、前
記ワイパブレードはその一端側を回転軸に固定されて前
記払拭面上に揺動自在に設けられ、前記振動手段は前記
回転軸の近傍に配設されることを特徴とするワイパ装
置。
【請求項７】請求項１記載のワイパ装置において、前
記ワイパブレードはその一端側を回転軸に固定されて前
記払拭面上に揺動自在に設けられ、前記振動手段は前記
ワイパブレードに所定間隔をあけて複数個配設されるこ
とを特徴とするワイパ装置。
【請求項８】請求項１記載のワイパ装置において、前
記ワイパブレードは前記払拭面に沿って設けられた案内
部材に従って移動し、前記振動手段は前記案内部材に対
して振動を付与することを特徴とするワイパ装置。
【請求項９】払拭面上に配置したワイパブレードを前
記払拭面に沿って駆動させてなるワイパ装置であって、前記ワイパブレードを振動手段にて構成し、前記振動手
段によって発生する振動により前記ワイパブレードを前
記払拭面上にて自走させることを特徴とするワイパ装
置。
【請求項１０】請求項１〜９の何れか１項に記載のワ
イパ装置において、前記振動手段が圧電素子によって構
成されることを特徴とするワイパ装置。
【請求項１１】請求項１０記載のワイパ装置におい
て、前記圧電素子に対し鋸歯状の波形を有する電圧を印
加することを特徴とするワイパ装置。
【請求項１２】自動車のリヤウインド上に配置され、
その一端側を回転軸に固定されて前記リヤウインド上に
揺動自在に設けられたワイパブレードと、前記ワイパブレードに取り付けられ、前記ワイパブレー
ドに対しその移動方向に沿った往復振動を付与する圧電
素子とを有することを特徴とする自動車用リヤワイパ。
【請求項１３】請求項１２記載の自動車用リヤワイパ
において、前記自動車用リヤワイパはさらに、前記回転
軸に対して回転抵抗力を付与する抵抗力付与手段を有す
ることを特徴とする自動車用リヤワイパ。
【請求項１４】請求項１２記載の自動車用リヤワイパ
において、前記圧電素子は、前記ワイパブレードに複数
個連設されることを特徴とする自動車用リヤワイパ。
【請求項１５】請求項１２記載の自動車用リヤワイパ
において、前記圧電素子は、前記ワイパブレードの他端
側先端部に配設されることを特徴とする自動車用リヤワ
イパ。
【請求項１６】自動車のリヤウインドの端縁に沿って
設けられたガイドレールと、前記ガイドレールに取り付けられ、前記ガイドレールに
沿って移動可能なワイパブレードと、前記ガイドレールに取り付けられ、前記ワイパブレード
に対しその移動方向に沿った往復振動を前記ガイドレー
ルを介して付与する圧電素子とを有することを特徴とす
る自動車用リヤワイパ。