JP2009512594A - ワイパ装置及びワイパ装置を運転する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車用のワイパ装置であって、ワイパアームがワイパ軸受軸と結合されており、かつワイパアームがワイパ軸受軸を介して駆動される形式のものに関する。このような形式のワイパ装置において本発明の構成では、ワイパ軸受軸が次のように、すなわちウインドシールドガラスにわたるワイパアームの払拭運動時に、ワイパアームのリフト角度がほぼ一方向に変化するように、幾何学的に方向付けられている。

Description

本発明は、ワイパ装置及びワイパ装置を運転する方法に関する。

自動車用のワイパ装置が通常ワイパアームを備えていて、このワイパアームがワイパ軸受軸を介して駆動されることは周知である。この場合単数又は複数のワイパ軸受軸は通常次のように、すなわち該ワイパ軸受軸が、延長されたウインドシールドガラス表面に対するワイパ軸受軸の仮想の貫通ポイントの領域において、ウインドシールドガラス表面に対してほぼ垂直に位置するように、幾何学的に方向付けられている。さらに、ワイパ軸受軸の幾何学的な方向付けが、ワイパアームの反転ポジションにおいていわゆる変位補助が生ぜしめられるように、形成されていることも公知である。この場合、ワイパアームによって案内されたワイパブレードは、ウインドシールドガラス上における払拭領域の反転ポジションもしくは終端位置において、既にワイパアームの逆向きの新たな運動方向に傾けられており、これによってワイパブレードのワイパゴムの変位を助成することができる。

通常、ワイパ軸受軸のこのような幾何学的な方向付けは、使用される構成部材に技術的な問題がない場合、通常の走行速度では良好な払拭結果を示す。しかしながら汎用のワイパ装置は高い走行速度の場合に、低減された払拭特性を有することがある。その原因は、ワイパアームばねの力が減じられ、ひいてはウインドシールドガラスに対するワイパアームの圧着力が減じられることにある。この低減された払拭特性は、ワイパアームの圧着力に対して不都合な影響を及ぼす、ワイパアームに対して作用する空気力学的な力にも、その原因がある。

ワイパゴムのワイパリップの折り曲げられた位置に基づいて、空気流に抗した払拭運転（「下方払拭」）時には、空気の流れに沿った払拭（「上方払拭」）時に比べて、大きな揚力が生じる。このような状況に対して、従来は、ワイパ軸受軸に対してワイパアームジョイント軸を回動させることによって対処しようとした。このようにジョイントを回動させることによって、ワイパアームの圧着力は空気流に抗した払拭時に高められる。このような処置は一方では、限定された作用効果しか奏することができず、かつ他方では、強力なワイパモータ、ひいては高いコストを必要とし、不都合である。上に述べた払拭特性の低減は、ワイパアーム及び／又はワイパブレードにおけるスポイラの使用によって、又は高められた圧着力を生ぜしめる強力なワイパアームばねによって、補償することもできる。しかしながらこのような処置も、同様にコスト高騰の原因となり、しかも、ゴムの変形が増すことに起因して、ワイパブレードの耐用寿命を短くするという欠点を引き起こす。

ゆえに本発明の課題は、運転特性を改善されたワイパ装置及びワイパ装置を運転する方法を提供することである。

この課題は、請求項１記載の方法によって、かつ請求項６記載の方法によって解決される。本発明による装置の別の有利な構成及び本発明による方法の別の有利な方法は、それぞれ従属請求項に記載されている。

自動車のための本発明によるワイパ装置では、ワイパアームがワイパ軸受軸と結合されており、かつワイパアームがワイパ軸受軸を介して駆動される形式のものにおいて、ワイパ軸受軸が次のように、すなわちウインドシールドガラスにわたるワイパアームの払拭運動時に、ワイパ軸受軸に結合されたワイパアーム部分に対する、ワイパブレードを案内するワイパアーム部分の角度位置が、ほぼ一方向に変化するように、幾何学的に方向付けられている。

ワイパ軸受軸に結合されたワイパアーム部分に対する、ワイパブレードを案内するワイパアーム部分の角度位置、つまりワイパアームのリフト角度が、払拭運動中にほぼ一方向に変化することによって、揚力、ワイパ装置の運転中に走行風に基づいてワイパ装置に対して作用する揚力は、有利に均一化され、これにより揚力による不都合な作用が減じられる。これによってワイパ装置の払拭特性を、汎用のワイパ装置に比べて有利に高めることができる。さらに、ワイパアームの摩耗及びワイパ装置の別の構成部材の摩耗が減じられることによって、ワイパ装置の長期の運転特性に対しても有利な影響を与えることができる。

本発明によるワイパ装置の有利な構成では、リフト角度のほぼ一方向の変化が、駐車位置と反転位置との間において生ぜしめられる。これによって、ワイパ装置の駐車位置と反転位置との間における全払拭動作中における本発明によるワイパ装置の改善された運転特性と有利な作用効果とが得られる。これによって自動車のウインドシールドガラスの払拭面全体にわたる、必要に応じた改善された払拭特性が、持続的に助成される。

本発明によるワイパ装置の別の有利な構成では、ワイパ軸受軸がさらに次のように、すなわち駐車位置及び／又は反転位置においてワイパアームのワイパブレードのための変位補助の機能が生ぜしめられるように、幾何学的に方向付けられている。このように構成されていると、既に従来技術において公知の変位補助は、ワイパ軸受軸を本発明におけるように方向付けることによって有利に包含されている。そしてこれにより、払拭運転において使用されるワイパゴムの耐用寿命は、本発明によるワイパ装置によって有利に助成される。

次に図面を参照しながら本発明の実施例を詳説する。

図１は、汎用のワイパアームの構造をワイパブレードと共に示す概略図であり、
図２は、自動車のウインドシールドガラスを、電動モータによって駆動される２つのワイパアームと共に示す概略図であり、
図３は、払拭角度に対するワイパアームの圧着圧の汎用の経過を概略的に示す図であり、
図４Ａは、図１に示された汎用のワイパアームの一部を拡大して示す図と、該拡大図に示されたワイパアームの一部を断面して示す図であり、
図４Ｂは、払拭角度に対するリフト角度の汎用の経過を概略的に示す図であり、
図５は、払拭角度に対する圧着圧の本発明による経過を概略的に示す図であり
図６は、払拭角度に対するリフト角度の経過を概略的に示す図である。

図１には、汎用のワイパアーム１の原理的な構成が図示されている。この場合ワイパアーム１は、ワイパアームジョイント軸２を用いて互いに可動に結合されている下側領域４と上側領域５とを有している。ワイパアーム１の下側領域４と上側領域５との間には、ワイパアームジョイント軸２を中心にした回動によってワイパアーム１のリフト角度αが形成される。ワイパアーム１は、ワイパアーム１の下側領域４と堅く結合されたワイパ軸受軸３を介して、機械的に駆動される。例えば、ワイパ軸受軸３が駆動ロッドを介して電動モータ８（図１には図示せず）と結合されていて、この電動モータがワイパ軸受軸３を介してワイパアーム１を駆動するようになっている構成が可能である。図１からさらに分かるように、ワイパアーム１は、ワイパ軸受軸３とは反対側の前端部に、湾曲領域を有しており、この湾曲領域には、ワイパゴム１０を備えたワイパブレード９が固定可能である。

図２には、ワイパアーム１を備えたワイパ装置が使用される自動車のウインドシールドガラス１１を概略的に示す図である。この図２から分かるように、ウインドシールドガラス１１は図示の実施例では、２つのワイパアーム１によって払拭され、この場合両ワイパアーム１は、それぞれ別個のワイパ軸受軸３を介して駆動される。両ワイパアーム１ウインドシールドガラス１１における両終端位置においてそれぞれ駐車位置Ｐか又は反転位置Ｕを占めることができ、この駐車位置Ｐと反転位置Ｕとは、ワイパアーム１によって払拭されるウインドシールドガラス１１における領域を画成している。

両ワイパアーム１は電動モータ８によって、図２に略示された駆動機構を介して駆動されることができ、この駆動機構はウインドシールドガラス１１上におけるワイパアーム１の往復動を生ぜしめる。汎用のようにワイパ軸受軸３はウインドシールドガラス１１に対して幾何学的に次のように方向付けられている。すなわちこの場合ワイパアーム１は両方の位置Ｐ，Ｕにおいて、ワイパブレード９が両方の位置Ｐ，Ｕにおいて既に新たな運動方向に傾けられているように、方向付けられている（「折返し補助」もしくは「変位補助」（Umlegehilfe））。これによってワイパゴムのワイパリップの変位が容易になり、ひいてはワイパゴムの耐用寿命を伸ばすことができ、しかも非変位の場合に生じてしまう、ウインドシールドガラス１１におけるワイパゴムの不快な「ビビリ音（Rattern）」が回避される。ワイパゴムはこのようにして、終端位置Ｐ，Ｕを起点として改善されて、それぞれ反対側に位置する終端位置Ｐ，Ｕへと「引っ張られる」ことができる。

図３には、払拭角度φにわたるワイパーアーム１の圧着力Ｆの経過が略示されている。この図３から分かるように、駐車位置Ｐ（払拭角度φ＝０°）においてワイパアーム１は力Ｆ₁でウインドシールドガラス１１に圧着される。駐車位置Ｐから反転位置Ｕへのワイパアーム１の運動中に、ほぼ払拭領域中心において圧着力Ｆは急激に低下する。その後、払拭動作は反転位置Ｕに向かって、減じられた圧着力Ｆ₂（破線参照）で行われる。次いで、反転位置Ｕから駐車位置Ｐへの払拭動作を続けるために、反転位置Ｕにおいてワイパアーム１の圧着力はＦ₂からＦ₁に跳ね上がる。

払拭動作のこの段階（「下方払拭」）は、自動車の走行中に走行風に抗して実施されるので、ワイパアーム１に対して作用する高められた揚力と対抗することになる。そして再びほぼ払拭領域中心において圧着力は大きな値Ｆ₁から小さな値Ｆ₂に下降し、その後で駐車位置Ｐに到るまでこの減じられた力Ｆ₂で払拭動作が続けられる。これによって圧着力Ｆの経過においてはヒステリシスが生じ、この場合払拭領域は、払拭動作の経過中に駐車位置Ｐと反転位置Ｕとの間において、異なった大きさの圧着力Ｆによって払拭されることになり、不都合である。

図４Ａから、ほぼ払拭領域中心において、図３に示された圧着力Ｆにおける飛躍がなぜ生じるかが、明らかである。そのために図４Ａでは、ワイパアーム１における簡単化された運動力学的な分析が行われており、これにより、ワイパアーム１に対して作用する力及びモーメントが分かる。図４Ａの上側の図には、図１に示されたワイパアームの一部が拡大して示されている。この場合ワイパアーム１の下側領域４とワイパアーム１の上側領域５と、ワイパアーム１の両領域４，５を互いに可動に結合するワイパアームジョイント軸２とが示されている。図４Ａの上側の図におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である、図４Ａの下側の図には、なぜワイパアームジョイント軸２においてクーロンの摩擦力Ｆ_Ｒ（Coulomb'sche Reibungskraefte Ｆ_Ｒ）が、発生するかが明らかに示されている。この摩擦力によって次のような運動が生じる。すなわちこの場合ワイパアームジョイント軸２はピン６及びブシュ７として形成されており、このブシュ７内におけるピン６の回転によって、ワイパアームばねによる負荷を受けて前記摩擦力Ｆ_Ｒが生じる。

さらに図４Ａの上側の図に示されているように、図４Ａに略示されているワイパアームばねの作用によって引張り力Ｆ_Ｚが軸方向において上側領域５に向かってワイパアームジョイント軸２に対して加えられる。この引張り力Ｆ_Ｚはほぼ、ワイパアームジョイント軸２に対して作用する垂直力Ｆ_Ｎとして作用する。ワイパアームジョイント軸２を中心にした上側領域５の回転によって、摩擦力Ｆ_Ｒから摩擦モーメント摩擦力Ｍ_Ｒがワイパアームジョイント軸２において生ぜしめられる。ワイパアームジョイントにおけるこの摩擦（クーロンの摩擦）は、ワイパアームジョイント軸２を中心にした可動のワイパアーム部分の回転運動を困難にする。これによりこの摩擦は、ワイパアーム端部の下降（リフト角度αの減少）時に圧着力Ｆを低減させ、払拭動作中におけるワイパアームの上昇（リフト角度αの増大）時に圧着力Ｆを助成するように作用する。つまりこのようにして、図３に示されたワイパアーム１の昇降時における圧着力Ｆのヒステリシスが生ぜしめられる。摩擦モーメントＭ_Ｒは、下記の等式で表すことができる：
Ｍ_Ｒ＝１／２・ｄ・Ｆ_Ｒ
式中、
Ｍ_Ｒ・・・・摩擦モーメント
ｄ・・・・・ワイパアームジョイント軸２の直径
Ｆ_Ｒ・・・・摩擦力
である。

ワイパアームジョイント軸２に対して作用する垂直力Ｆ_Ｎと摩擦力Ｆ_Ｒとの間における関係は、下記の等式によって表すことができる：
Ｆ_Ｒ＝μ・Ｆ_Ｎ
式中、
Ｆ_Ｒ・・・・ワイパアームジョイント軸２に対して作用する摩擦力
Ｆ_Ｎ・・・・ワイパアームジョイント軸２に対して作用する垂直力
μ・・・・・摩擦係数
である。

図４Ｂには、従来技術による払拭角度φに対するリフト角度αの経過を概略的に示す線図である。この図４Ｂから明らかなように、この場合ワイパ軸受軸３がウインドシールドガラス表面に対してほぼ垂直に方向付けられていることに基づいて、駐車位置Ｐを起点としてリフト角度αは払拭領域中心に向かって持続的に上昇している。そして払拭領域中心から反転位置Ｕに向かっていく際に、リフト角度αは払拭動作中に再び減じられ、その後、払拭領域中心に向かう逆の払拭方向において、リフト角度αは再び増大し、払拭領域中心の通過後、駐車位置Ｐに向かって再び減少する。ワイパアームジョイント軸２におけるクーロンの摩擦力は、駐車位置Ｐから払拭領域中心に向かっての払拭経過時に圧着力Ｆを助成する。しかしながらこの摩擦力は、ほぼ払拭領域中心から反転位置Ｕに達するまでの払拭時には圧着力Ｆを低減させる。これにより、摩擦力は一方では圧着力Ｆに対して有利に助成するように作用し、しかしながら他方では圧着力Ｆに対してこれを減じるように作用する。

つまり図４Ａを参照しながら述べたワイパアーム１の運動力学によって、なぜ汎用のワイパシステムにおける圧着力Ｆが払拭領域中心において、圧着力における急激な飛躍を被るかが、明らかになり、このような圧着力における急激な飛躍は、特に、高い走行速度時における払拭特性を持続的に悪化させるおそれがある。

本発明によればワイパ軸受軸３は次のように幾何学的に方向付けられている。すなわちこの場合この方向付けの結果として、払拭経過全体にわたって、払拭角度φにわたるリフト角度αのほぼ一方向の変化が生じるようになっている。リフト角度αは駐車位置Ｐでは最大値を有し、反転位置Ｕにおいて最小値を有している。その結果、反転位置Ｕから駐車位置Ｐへの全払拭動作中、ワイパアームジョイント軸２におけるクーロンの摩擦力は圧着力Ｆを助成し、これは、走行風に基づいてワイパアーム１に対して揚力が作用した場合における、有利な運転特性を意味している。つまり圧着力Ｆ₁は、まさにこの圧着力Ｆ₁が必要とされるその時に最大であり、これにより改善された均一な払拭結果を生ぜしめる。駐車位置Ｐから反転位置Ｕへの払拭時には、減じられた圧着力Ｆ₂で払拭が行われる。この場合減じられた圧着力Ｆ₂は、上方に向かっての払拭中には風の力が圧着力Ｆを助成するので、良好な払拭結果のために十分である。

従って本発明によるワイパシステムのためには、図５に略示されているような、払拭角度φにわたる圧着力の経過が生じる。図５から分かるように、従来技術において見られた圧着力の経過における不都合なヒステリシスは、一度しか生じない。すなわち、ほぼ払拭領域中心において見られた圧着力における汎用の飛躍はなくなり、終端位置Ｐ，Ｕの間におけるワイパアーム１の払拭動作は、それぞれ一定の圧着力Ｆで実施される。駐車位置Ｐからの上方払拭時には、払拭は減じられた小さな圧着力Ｆ₂で実施され、反転位置Ｕからの下方払拭時には大きな圧着力Ｆ_１で払拭が行われる。この場合に特に有利なのは、払拭領域中心における圧着力の急激な変化が阻止され、走行風に抗した下方払拭時には一定の大きな圧着力Ｆ_１が使用されることである。この大きな圧着力Ｆ_１は特に、この払拭方向における大きな揚力を相殺するために有利である。汎用のワイパシステムに比べて、本発明によるワイパ装置によって、接触力（Auflagekraft）が等しい場合、自動車の著しく高い走行速度が極めて良好な払拭特性をもって可能である。ワイパ装置の従来の運転特性が高い走行速度において十分である場合には、本発明によって、圧着力Ｆを減じることができ、もしくは小型のひいては安価なワイパモータを使用することができる。その結果使用される構成部材の耐用期間を持続的に高めることができる。

本発明による別の利点としては次のことが挙げられる。すなわち本発明では、従来技術において公知の変位補助が本発明によるワイパ装置においても実現されている。そのためにワイパ軸受軸３の幾何学的な方向付けはさらに次のように、すなわち変位補助が機能するために必要な、駐車位置Ｐにおけるワイパブレード位置と反転位置Ｕにおけるワイパブレード位置との間における角度差が得られるように、構成されている。この場合駐車位置Ｐ及び反転位置Ｕにおける変位補助のほぼ均一な特性を得るために、ワイパアーム１の上側領域５が下側領域４に対してねじれ（傾斜（Schraenkung））を有していると有利である。

本発明による最適な幾何学的な方向付けは、例えばＣＡＤ−３Ｄ−シミュレーションのような、データ処理装置における計算プログラムを用いて、求めることができる。ワイパ軸受軸３の本発明による方向付けは、それが汎用の方向付けに対して著しく強く車両中心及びエンジンフード中心に向かって形成されていることによって、特徴付けられている。前記ねじれによって、駐車位置Ｐと反転位置Ｕとの間における変位補助の機能性を、精密に調整、修正もしくは重み付けすることができる。

図６には、払拭角度φにわたるリフト角度αの２つの経過が示されている。この場合図６において経過Ａは、払拭角度φにわたるリフト角度αの汎用の経過を示しており、この汎用の経過ではリフト角度αはほぼ払拭領域中心に向かって上昇し、その後、反転位置Ｕに向かって下降する。符号Ｒで、リフト角度αの反転ポイントが示されている。これに対して図６の経過Ｂでは、払拭角度φにわたるリフト角度αの本発明による経過が示されている。この図６の経過Ｂから分かるように、駐車位置Ｐから反転位置Ｕに達するまで、連続的にほぼ一定してリフト角度αは減少している。なお図６に示されたリフト角度αの値は、単に一例に過ぎない。

汎用のワイパアームの構造をワイパブレードと共に示す概略図である。 自動車のウインドシールドガラスを、電動モータによって駆動される２つのワイパアームと共に示す概略図である。 払拭角度に対するワイパアームの圧着圧の汎用の経過を概略的に示す図である。 図１に示された汎用のワイパアームの一部を拡大して示す図と、該拡大図に示されたワイパアームの一部を断面して示す図である。 払拭角度に対するリフト角度の汎用の経過を概略的に示す図である。 払拭角度に対する圧着圧の本発明による経過を概略的に示す図である。 払拭角度に対するリフト角度の経過を概略的に示す図である。

Claims (9)

1. 自動車用のワイパ装置であって、ワイパアーム（１）がワイパ軸受軸（３）と結合されており、かつワイパアーム（１）がワイパ軸受軸（３）を介して駆動される形式のものにおいて、ワイパ軸受軸（３）が次のように、すなわちウインドシールドガラス（１１）にわたるワイパアーム（１）の払拭運動時に、ワイパアーム（１）のリフト角度（α）がほぼ一方向に変化するように、幾何学的に方向付けられていることを特徴とするワイパ装置。
2. リフト角度（α）のほぼ一方向の変化が、駐車位置（Ｐ）と反転位置（Ｕ）との間において生ぜしめられる、請求項１記載のワイパ装置。
3. ワイパアーム（１）のリフト角度（α）が、駐車位置（Ｐ）から反転位置（Ｕ）へのワイパアーム（１）の運動時に最大値から最小値に変化し、反転位置（Ｕ）から駐車位置（Ｐ）へのワイパアーム（１）の運動時に最小値から最大値に変化する、請求項２記載のワイパ装置。
4. ワイパ軸受軸（３）がさらに次のように、すなわち駐車位置（Ｐ）及び／又は反転位置（Ｕ）においてワイパアーム（１）のワイパブレード（９）のための変位補助の機能が生ぜしめられるように、幾何学的に方向付けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のワイパ装置。
5. ワイパアーム（１）が次のように、すなわち変位補助の機能性が駐車位置（Ｐ）及び反転位置（Ｕ）においてほぼ均一に生ぜしめられるように、形成されている、請求項４記載のワイパ装置。
6. 自動車用のワイパ装置を運転する方法であって、ワイパアーム（１）がワイパ軸受軸（３）と結合されていて、ワイパアーム（１）をワイパ軸受軸（３）を介して駆動する形式の方法において、
   次の方法ステップ、すなわち：
   ワイパアーム（１）を備えたワイパ軸受軸（３）を運動させ、この際にワイパアーム（１）のワイパブレード（９）を、自動車のウインドシールドガラス（１１）にわたって払拭運動させ、
   ワイパアーム（１）を備えたワイパ軸受軸（３）の運動中にワイパアームジョイント軸（２）を中心にしてワイパアーム（１）の１つの領域（５）を回転させ、ワイパアーム（１）の払拭動作中におけるワイパアーム（１）のリフト角度（α）をほぼ一方向に変化させる、
   という方法ステップを実施することを特徴とする、ワイパ装置を運転する方法。
7. ワイパアーム（１）のリフト角度（α）を、駐車位置（Ｐ）から反転位置（Ｕ）への払拭動作中及び反転位置（Ｕ）から駐車位置（Ｐ）への払拭動作中に、ほぼ一方向に変化させる、請求項６記載の方法。
8. ワイパアーム（１）のリフト角度（α）を、駐車位置（Ｐ）から反転位置（Ｕ）への払拭動作中に最大値から最小値に変化させ、かつ反転位置（Ｕ）から駐車位置（Ｐ）への払拭動作中に最小値から最大値に変化させる、請求項７記載の方法。
9. ワイパ軸受軸（３）をさらに次のように、すなわち駐車位置（Ｐ）及び／又は反転位置（Ｕ）においてワイパブレード（９）のための変位補助の機能が生ぜしめられるように、幾何学的に方向付ける、請求項６から８までのいずれか１項記載の方法。

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