JP2023170161A - 気体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射部から装置内への液体の浸入を抑制することが可能な気体噴射装置を提供する。【解決手段】気体噴射装置は、軸方向一端部に噴射部を有するシリンダと、軸方向に沿って往復移動可能なピストンと、ピストンを噴射部に接近させる方向に付勢する付勢部材と、ピストンを噴射部から離間させる方向に移動させる駆動部と、ピストンの噴射部との対向領域に配置されて径方向に広がる封止部材と、を備える。シリンダは、軸方向一端部の径方向に広がる内端壁に、噴射部へと続く径方向に広がる開口部を有する。封止部材は、径方向外周部に配置されて内端壁に向かって延び、内端壁との隣接時に開口部の径方向外周縁よりも外側の内端壁に接触する環状の突起部を有し、開口部を閉塞する。【選択図】図６

Description

本発明は、気体噴射装置に関する。

従来、車両に搭載されたカメラやセンサー等の表面に付着した付着物に対し、気体を噴射して付着物を除去する気体噴射装置がある。例えば、筐体内に収納されたピストンを駆動することで、圧縮空気をカメラのレンズに噴射し、レンズに付着した雨滴、塵埃等の付着物を除去する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０２０－３３９８２号公報

しかしながら、従来技術では、例えば車両の洗浄時や、雨天時等において、液体がレンズに空気を噴射するノズルから筐体内に浸入する虞があることが課題であった。

本発明は、上記の課題に鑑み、噴射部から装置内への液体の浸入を抑制することが可能な気体噴射装置を提供することを目的とする。

例示的な本発明の気体噴射装置は、軸方向一端部に噴射部を有するシリンダと、前記シリンダ内に配置され、前記軸方向に沿って往復移動可能なピストンと、前記ピストンを前記噴射部に接近させる方向に付勢する付勢部材と、前記ピストンを前記噴射部から離間させる方向に移動させる駆動部と、弾性体で構成され、前記ピストンにおける前記噴射部との前記軸方向の対向領域に配置されて前記軸方向と交差する径方向に広がる封止部材と、を備える。前記シリンダは、前記軸方向一端部に位置する前記径方向に広がる内端壁に、前記噴射部へと続く前記径方向に広がる開口部を有する。前記封止部材は、前記径方向外周部に配置されて前記内端壁に向かって延び、前記内端壁との隣接時に前記開口部の径方向外周縁よりも外側の前記内端壁に接触する環状の突起部を有し、前記開口部を閉塞する。

本発明の構成によれば、噴射部からシリンダ内への液体の浸入を抑制することが可能になる。

第１実施形態の気体噴射装置の第１の断面側面図 図１の気体噴射装置の第２の断面側面図 図２の気体噴射装置の部分断面側面図 図３の気体噴射装置の封止部材の断面側面図 図４の封止部材の斜視図 図２の気体噴射装置のピストンをシリンダの内端壁に隣接させた状態を示す断面側面図 図６の気体噴射装置の部分断面側面図 図２の気体噴射装置の部分断面側面図であって、吸気時のシリンダ内の圧力状態を示す説明図 図２の気体噴射装置の部分断面側面図であって、噴射時のシリンダ内の圧力状態を示す説明図 第２実施形態の気体噴射装置の封止部材の断面側面図 第３実施形態の気体噴射装置の封止部材の断面側面図

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この説明では、後述するシリンダ２が延びる方向を「軸方向」と呼び、この軸方向を表す矢線Ｄｘを図中に記載した。軸方向Ｄｘのプラス側が「一端部側」であり、マイナス側が「他端部側」である。さらに、軸方向Ｄｘに関して、直交座標系を表す矢線Ｄｙ、Ｄｚを図中に記載した。また、軸方向Ｄｘと交差する方向を「径方向」と呼ぶ。径方向は、軸方向Ｄｘと直交する方向Ｄｙ、Ｄｚ、すなわちＤｙ－Ｄｚ平面を含み、厳密に直交に限定されるわけではなく、略直交も含む。

＜１．第１実施形態＞
図１及び図２は、第１実施形態の気体噴射装置１の第１及び第２の断面側面図である。
なお、図１及び図２のそれぞれは、気体噴射装置１の軸方向Ｄｘと交差する径方向（図１及び図２の紙面奥行き方向Ｄｙ）において異なる箇所で気体噴射装置１を切断した断面図である。方向Ｄｙに対し、図２は、図１よりも紙面手前側に位置する。また、図１は後述するピストン３をシリンダ２の内端壁２１ａに隣接させた状態を示す図であり、図２は、ピストン３をシリンダ２の内端壁２１ａから離間させた状態を示す図である。

気体噴射装置１は、例えば車両に搭載されたカメラやセンサー等の表面に付着した付着物に対し、気体を噴射して当該付着物を除去する。気体噴射装置１は、車両以外の、例えば船舶、航空機、ロボット等の移動体に搭載されても良いし、移動体以外のものに搭載されても良い。

気体噴射装置１は、シリンダ２と、ピストン３と、付勢部材４と、駆動部５と、封止部材６Ａと、を備える。

シリンダ２は、気体噴射装置１の筐体であり、ピストン３と、付勢部材４と、駆動部５と、封止部材６Ａと、を収容する。シリンダ２は、本体部２１と、蓋部２２と、を含む。

本体部２１は、軸方向Ｄｘに延びる筒形状に形成される。本体部２１の軸方向Ｄｘ一端部は、閉塞され、内端壁２１ａを備える。内端壁２１ａは、本体部２１の軸方向Ｄｘ一端部に位置し、径方向に広がる。本体部２１の軸方向Ｄｘ他端部は、開口している。本体部２１は、噴射部２１１を有する。

噴射部２１１は、本体部２１の軸方向Ｄｘ一端部に配置される。噴射部２１１は、本体部２１から外側に向かって突出し、軸方向Ｄｘの先端に噴射口２１１ｐを有する。内端壁２１ａは、噴射部２１１へと続く径方向に広がる開口部２１１ｗを有する。これにより、本体部２１の内部は、噴射口２１１ｐまで連通する。気体噴射装置１は、噴射口２１１ｐから気体を噴射する。

蓋部２２は、本体部２１の軸方向Ｄｘ他端部の開口に取り付けられる。蓋部２２は、本体部２１の軸方向Ｄｘ他端部の開口を閉塞する。蓋部２２は、軸部２２１を有する。

軸部２２１は、本体部２１内に配置される。軸部２２１は、軸方向Ｄｘ一端部側に向かって延びる円柱形状である。軸部２２１は、ピストン３の、軸方向Ｄｘに沿う往復移動を案内する。なお、ピストン３の往復移動を案内する軸部は、蓋部２２に設けられていても良いし、本体部２１に設けられていても良い。本実施形態において、一例として、軸部２２１は、蓋部２２に設けられている。

ピストン３は、シリンダ２内に配置される。ピストン３は、ピストンヘッド３１と、軸受部３２と、ラック部３３と、を有する。

ピストンヘッド３１は、ピストン３の軸方向Ｄｘ一端部側に配置される。ピストンヘッド３１は、本体部２１の内周壁２１ｂに沿って軸方向Ｄｘに延びる柱形状である。ピストンヘッド３１の外周面は、本体部２１の内周壁２１ｂに接触する。なお、ピストンヘッド３１の外周面は、本体部２１内の、ピストンヘッド３１を挟んで軸方向Ｄｘ一端部側と他端部側との間で容易に気体が流通できないようになっており、且つピストン３が円滑に往復移動できる程度に本体部２１の内周壁２１ｂに接触していれば良い。

軸受部３２は、ピストンヘッド３１から軸方向Ｄｘ他端部側に向かって延びる円筒形状である。軸受部３２は、蓋部２２の軸部２２１が軸方向Ｄｘに沿って挿入される。ピストン３は、本体部２１内において軸受部３２を介して軸部２２１に案内され、軸方向Ｄｘに沿って往復移動可能である。

ラック部３３は、ピストンヘッド３１よりも軸方向Ｄｘ他端部側に配置される。ラック部３３は、駆動部５と連結される。

付勢部材４は、ピストン３に対し、軸方向Ｄｘ他端部側であって、蓋部２２側に配置される。付勢部材４は、例えば圧縮コイルばねで形成され、軸方向Ｄｘに沿って伸縮可能である。付勢部材４は、軸方向Ｄｘ一端部側がピストン３に接続され、軸方向Ｄｘ他端部側が蓋部２２に接続される。付勢部材４は、ピストン３を軸方向Ｄｘ一端部側に、すなわち噴射部２１１に接近させる方向に付勢する。

駆動部５は、シリンダ２内に配置される。駆動部５は、モータ５１と、ギヤ部５２と、を有する。ギヤ部５２は、例えば互いに噛み合わされた複数のギヤによって構成される。モータ５１は、ギヤ部５２に連結され、ギヤ部５２の複数のギヤそれぞれを回転させる。

ギヤ部５２は、モータ５１の駆動力の伝達方向の末端にピニオン５２１を有する。ピニオン５２１は、ピストン３のラック部３３と噛み合う欠歯歯車である。なお、ピニオン５２１は、常に、図２における時計方向に回転する。

駆動部５においてモータ５１が駆動すると、ピニオン５２１が、図２における時計方向に回転し、ラック部３３と噛み合う。これにより、駆動部５は、ピストン３を噴射部２１１から離間させる方向（図２の右方向）に、付勢部材４の付勢力に抗して移動させる。

引き続きピニオン５２１が回転し、ピニオン５２１の欠歯領域がラック部３３と対向すると、ピニオン５２１とラック部３３との噛み合わせが解除される。これにより、ピストン３は、付勢部材４の付勢力によって噴射部２１１に接近する方向（図２の左方向）に移動される。ピストン３が付勢部材４に付勢されて噴射部２１１に接近すると、本体部２１の気室２１ｃ内の気体が圧縮され、当該気体が噴射口２１１ｐから噴射される。

なお、さらにピニオン５２１が図２における時計方向に回転すると、再度ラック部３３と噛み合い、次の気体の噴射のために、ピストン３が噴射部２１１から離間する方向（図２の右方向）に移動される。

封止部材６Ａは、例えばゴム等の弾性体で構成され、ピストン３に取り付けられる。

続いて、封止部材６Ａの、さらに詳細な構成について、図３から図７を用いて説明する。図３は、図２の気体噴射装置１の部分断面側面図である。図４及び図５は、図３の気体噴射装置１の封止部材６Ａの断面側面図及び斜視図である。図６は、図２の気体噴射装置１のピストン３をシリンダ２の内端壁２１ａに隣接させた状態を示す断面側面図である。図７は、図６の気体噴射装置１の部分断面側面図である。なお、図６では、後述する制御部７の描画を省略した。

封止部材６Ａは、ピストン３のピストンヘッド３１の、軸方向Ｄｘ一端部側の端面に配置される。言い換えれば、封止部材６Ａは、ピストン３における噴射部２１１との軸方向Ｄｘの対向領域に配置される。封止部材６Ａは、軸方向Ｄｘと交差する径方向に広がる。封止部材６Ａは、平板部６１と、ボス部６２と、突起部６３Ａと、を有する。

平板部６１は、ピストンヘッド３１の軸方向Ｄｘ一端部側の端面に隣接し、当該端面に沿って延びる。平板部６１は、本実施形態において、例えば軸方向Ｄｘから見て円形であり、径方向に広がる円板状に形成される。平板部６１の外径は、ピストンヘッド３１の外径よりも小さい。なお、平板部６１は、軸方向Ｄｘから見て円形に限定されるわけではなく、例えば矩形や他の多角形など、他の形状であっても良い。

ボス部６２は、円形である平板部６１の、軸方向Ｄｘから見て中心部に配置される。ボス部６２は、平板部６１に対し、軸方向Ｄｘ他端部側に向かって、すなわちピストン３に向かって突出する。ボス部６２は、径方向中心部に、軸方向Ｄｘに貫通する孔部６２ｈを有する。孔部６２ｈは、ピストン３の、軸方向Ｄｘ一端部側に向かって延びる接続軸３１１が挿入され、ピストン３に接続される。

突起部６３Ａは、円形である平板部６１の径方向外周部に配置される。突起部６３Ａは、平板部６１の径方向外周部において、周方向の全域にわたって延びる環状に形成される。突起部６３Ａは、軸方向Ｄｘに対し、シリンダ２の内端壁２１ａに向かって延びる。言い換えれば、突起部６３Ａは、平板部６１に対し、軸方向Ｄｘ一方側に向かって、すなわち内端壁２１ａに向かって突出する。

図６及び図７に示すように、内端壁２１ａとの隣接時において、突起部６３Ａは、開口部２１１ｗの径方向外周縁よりも外側の内端壁２１ａに接触する。これにより、封止部材６Ａは、開口部２１１ｗを閉塞する。この構成によれば、噴射部２１１からシリンダ２内への液体の浸入を抑制することが可能になる。

また、突起部６３Ａが平板部６１に対して内端壁２１ａに向かって突出することで、ピストン３が内端壁２１ａに隣接したときの衝撃を緩和することができ、衝突音の発生を抑制することが可能である。また、突起部６３Ａが内端壁２１ａに接触するため、平板部６１が内端壁２１ａに直接接触する場合と比較して接触面積を小さくすることができる。これにより、内端壁２１ａに接触した封止部材６Ａを内端壁２１ａから離間させるときに、抵抗が小さくなり、離間し易くすることができる。

また、突起部６３Ａは、環状の平面部６３１Ａを有する。平面部６３１Ａは、内端壁２１ａと軸方向Ｄｘに対向する。ピストン３が内端壁２１ａに隣接すると、平面部６３１Ａの一面が周方向の全域にわたって内端壁２１ａに接触する。突起部６３Ａの、内端壁２１ａとの接触領域が平滑な平面部６３１Ａで構成されることで、突起部６３Ａと内端壁２１ａとの密着性を高めることができる。これにより、噴射部２１１からシリンダ２内への液体の浸入を抑制する効果を向上させることが可能になる。

気体噴射装置１による気体の噴射時、図７に示すように、ピストン３は、付勢部材４によって軸方向Ｄｘ一端部側に付勢され、内端壁２１ａに押し付けられる。ピストン３がシリンダ２の内端壁２１ａに隣接すると、封止部材６Ａの突起部６３Ａは、内端壁２１ａに押し付けられる。さらに、突起部６３Ａは、内端壁２１ａと、ピストンヘッド３１の端面との間に挟まれる。このようにして、封止部材６Ａは、突起部６３Ａを介してシリンダ２の内端壁２１ａに密着し、噴射部２１１の開口部２１１ｗを閉塞する。封止部材６Ａは、噴射部２１１からシリンダ２内への液体の浸入を抑制する。

また、図３及び図７に示すように、ピストン３は、気体流路３１２を有する。気体流路３１２は、ピストン３のピストンヘッド３１に配置される。詳細に言えば、気体流路３１２は、ピストンヘッド３１に配置された封止部材６Ａの径方向外周縁よりも内側に配置される。気体流路３１２は、ピストンヘッド３１を軸方向Ｄｘに貫通し、気体が流通可能である。気体流路３１２は、軸方向Ｄｘにおいて、封止部材６Ａの平板部６１と対向する。

図８及び図９は、図２の気体噴射装置１の部分断面側面図であって、吸気時及び噴射時のシリンダ２内の圧力状態を示す説明図である。なお、図８及び図９には、シリンダ２内の圧力状態を表す白抜き矢印を描画した。

ピストン３を、シリンダ２の内端壁２１ａに隣接した状態（図６及び図７参照）から、軸方向Ｄｘ他端部側（蓋部２２側）に向かって移動させると、図８に示すように、シリンダ２の本体部２１内に気室２１ｃが生じる。このとき、本体部２１内において、気室２１ｃ内の圧力（低圧）と、ピストン３よりも軸方向Ｄｘ他端部側の空間内の圧力（高圧）とに圧力差が生じる。この圧力差により、弾性体で構成された封止部材６Ａは湾曲し易くなり、気体流路３１２を開放し、気室２１ｃと気体流路３１２とを連通させる。そして、図８に破線矢印で示したように、気体ｇは、気体流路３１２を通過し、ピストン３の軸方向Ｄｘ他端部側から気室２１ｃ内へ流入する。

すなわち、封止部材６Ａは、シリンダ２内への吸気時に、気体をピストン３の軸方向Ｄｘ他端部側から気室２１ｃ内へ流入させるバルブの役割を果たす。封止部材６Ａは、容易に気体流路３１２を開放することができ、気体を気室２１ｃ内へと流入させることが可能である。

一方、ピストン３を、シリンダ２の軸方向Ｄｘ他端部側（蓋部２２側）から一端部側（噴射部２１１側）に向かって移動させると、図９に示すように、気室２１ｃ内が高圧となる。この気室２１ｃ内の圧力により、封止部材６Ａは、ピストンヘッド３１に押し付けられ、ピストンヘッド３１の軸方向Ｄｘ一端部側の端面に密着し、気体流路３１２を閉塞する。これにより、気室２１ｃと気体流路３１２との連通が妨げられ、気室２１ｃ内の気体の、ピストン３の軸方向Ｄｘ他端部側への流出が阻止される。

すなわち、封止部材６Ａは、噴射部２１１からの噴射時に、気体の、気室２１ｃ内からピストン３の軸方向Ｄｘ他端部側への流出を阻止する逆流防止バルブの役割を果たす。封止部材６Ａは、容易に気体流路３１２を閉塞することができ、気室２１ｃ内の気体の流出を阻止することが可能である。気体噴射装置１は、封止部材６Ａによって高圧噴射を実現することができる。

また、気体噴射装置１は、図１及び図２に示すように、制御部７を備える。制御部７は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びＲＯＭ（Read Only Memory）を備えるコンピュータである。制御部７は、予め記憶されたプログラムに基づいてＣＰＵが演算処理を行い、駆動部５の動作を制御する。

制御部７は、駆動部５の動作停止時に、ピストン３を内端壁２１ａに隣接させる。詳細に言えば、ピストン３は、付勢部材４により、封止部材６Ａを介して内端壁２１ａに押し付けられる。駆動部５の動作停止時に、封止部材６Ａは、噴射部２１１の開口部２１１ｗを閉塞する。この構成によれば、気体噴射装置１の動作停止時に、例えば車両の洗浄や雨天等の理由により、噴射部２１１からシリンダ２内へ液体が浸入することを抑制することが可能になる。

＜２．第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態の気体噴射装置１の封止部材６Ｂの断面側面図である。なお、第２実施形態から第４実施形態までの基本的な構成は、先に説明した第１実施形態と同じであるので、共通する構成要素には前と同じ符号または同じ名称を付してその説明を省略する場合がある。

第２実施形態の気体噴射装置１は、封止部材６Ｂを備える。封止部材６Ｂは、平板部６１と、ボス部６２と、突起部６３Ｂと、を有する。

突起部６３Ｂは、円形である平板部６１の径方向外周部に配置される。突起部６３Ｂは、平板部６１の径方向外周部において、周方向の全域にわたって延びる環状に形成される。突起部６３Ｂは、軸方向Ｄｘに対し、シリンダ２の内端壁２１ａに向かって延びる。

突起部６３Ｂは、内端壁２１ａに向かって突出する環状の湾曲部６３１Ｂを有する。湾曲部６３１Ｂは、内端壁２１ａと軸方向Ｄｘに対向する。言い換えれば、湾曲部６３１Ｂの、軸方向Ｄｘ一端部側の先端に位置して環状に延びる湾曲面が、内端壁２１ａと軸方向Ｄｘに対向する。ピストン３が内端壁２１ａに隣接すると、湾曲部６３１Ｂの先端の湾曲面が周方向の全域にわたって内端壁２１ａに接触する。

上記の構成によれば、突起部６３Ｂの軸方向Ｄｘの先端部が平面である場合よりも、衝突時の荷重を分散させる形状となる。これにより、衝突音の発生を抑制することが可能である。

＜３．第３実施形態＞
図１１は、第３実施形態の気体噴射装置１の封止部材６Ｃの断面側面図である。第３実施形態の気体噴射装置１は、封止部材６Ｃを備える。封止部材６Ｃは、平板部６１と、ボス部６２と、突起部６３Ｃと、を有する。

突起部６３Ｃは、円形である平板部６１の径方向外周部に配置される。突起部６３Ｃは、平板部６１の径方向外周部において、周方向の全域にわたって延びる環状に形成される。突起部６３Ｃは、軸方向Ｄｘに対し、シリンダ２の内端壁２１ａに向かって延びる。

突起部６３Ｃは、内端壁２１ａに向かって突出する環状の三角柱部６３１Ｃを有する。三角柱部６３１Ｃは、内端壁２１ａと軸方向Ｄｘに対向する。言い換えれば、三角柱部６３１Ｃの、軸方向Ｄｘ一端部側の先端に位置して環状に延びる稜線が、内端壁２１ａと軸方向Ｄｘに対向する。ピストン３が内端壁２１ａに隣接すると、三角柱部６３１Ｃの先端の稜線が周方向の全域にわたって内端壁２１ａに接触する。

上記の構成によれば、突起部６３Ｃの軸方向Ｄｘの先端部が平面である場合よりも、衝突時の荷重を分散させる形状となる。これにより、衝突音の発生を抑制することが可能である。

＜４．留意事項等＞
本明細書中で実施形態として開示された種々の技術的特徴は、その技術的創作の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれる。また、本明細書中で示した複数の実施形態は、可能な範囲で適宜組み合わせて実施して良い。

１ 気体噴射装置
２ シリンダ
３ ピストン
４ 付勢部材
５ 駆動部
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ 封止部材
７ 制御部
２１ 本体部
２１ａ 内端壁
２１ｂ 内周壁
２１ｃ 気室
２２ 蓋部
３１ ピストンヘッド
６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ 突起部
２１１ 噴射部
２１１ｐ 噴射口
２１１ｗ 開口部
３１２ 気体流路
６３１Ａ 平面部
６３１Ｂ 湾曲部
６３１Ｃ 三角柱部
Ｄｘ 軸方向

Claims (6)

1. 軸方向一端部に噴射部を有するシリンダと、
   前記シリンダ内に配置され、前記軸方向に沿って往復移動可能なピストンと、
   前記ピストンを前記噴射部に接近させる方向に付勢する付勢部材と、
   前記ピストンを前記噴射部から離間させる方向に移動させる駆動部と、
   弾性体で構成され、前記ピストンにおける前記噴射部との前記軸方向の対向領域に配置されて前記軸方向と交差する径方向に広がる封止部材と、
   を備え、
   前記シリンダは、前記軸方向一端部に位置する前記径方向に広がる内端壁に、前記噴射部へと続く前記径方向に広がる開口部を有し、
   前記封止部材は、前記径方向外周部に配置されて前記内端壁に向かって延び、前記内端壁との隣接時に前記開口部の径方向外周縁よりも外側の前記内端壁に接触する環状の突起部を有し、前記開口部を閉塞する、気体噴射装置。
2. 前記突起部は、前記内端壁と前記軸方向に対向する環状の平面部を有する、請求項１に記載の気体噴射装置。
3. 前記突起部は、前記内端壁と前記軸方向に対向し、前記内端壁に向かって突出する環状の湾曲部を有する、請求項１に記載の気体噴射装置。
4. 前記突起部は、前記内端壁と前記軸方向に対向し、前記内端壁に向かって突出する環状の三角柱部を有する、請求項１に記載の気体噴射装置。
5. 前記ピストンは、前記封止部材の径方向外周縁よりも内側に配置され、軸方向に貫通して気体が流通可能な気体流路を有する、請求項１に記載の気体噴射装置。
6. 前記駆動部の動作を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記駆動部の動作停止時に、前記ピストンを前記内端壁に隣接させる、請求項１から請求項５のいずれかに記載の気体噴射装置。