JP3190305U - 降水の除去 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー損失が小さく、効率良く車の窓などのシートの表面から降水を取り除くことができる装置を提供する。【解決手段】シート１０の縁部の周りに分散し、適切な接着剤によりシートに付着される１つ又は複数の圧電変換器１〜８と、配線１２３を介して圧電変換器を駆動して表面波をシートに照射して、降水を超音波で蒸発させるように構成された電源１１、制御ユニット１２、周波数発生器１３、及び電力増幅器１４を含む駆動システムと、を備える。制御ユニットは、雨センサ１２２及び／又は手動制御１２１によりシステムを制御する。【選択図】図２

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１１年１月１０日の英国特許出願第１１００２９０．４号及び２０１１年１０月２５日の英国特許出願第１１１８３６９．６号について、米国特許法第１１９条（ａ）及び米国特許施行規則第１．５５条に基づく優先権を主張するものであり、それらの内容の全てが参照により本明細書に組み込まれる。

本考案は、窓から降水を取り除く方法及び装置に関する。本考案の実施形態は、車両の前窓から降水を取り除くことに関する。

Ｍａｒｙ Ａｎｄｅｒｓｏｎによって１９０３年に発明された現在の前窓ワイパは、ほぼ１世紀にわたって自動車運転者の助けとなってきたが、長年にわたる多くの改良にも関わらず、運転者及び乗客にとって狭い視野、汚れ、振動、急速な上昇、前窓の表面の傷、ワイパブレードの更新の必要性などの制限を有する。さらに、夜間の豪雨中に高速で運転するとき、運転者の視覚が、特に接近車両のヘッドライトに対して損なわれる。

降雨に際しては、前窓を通じた光の透過を通常ひずませる水滴により、道路をはっきりと見ることがほぼ不可能となる。従来型の前窓ワイパは、制御された速度で運転者及び乗客の真正面のエリアを間欠的にきれいにする。しかし、豪雨に際しては、運転者が明瞭な視界を得るのは、ワイパが前窓を横切る短い期間だけである。この結果、運転者が事実上部分的に見通しの効かない状態で運転することになり、特に夜間に、サイクリスト又は他の車両を見落とす可能性がある。

超音波による降水の除去に用いるための様々な従来の提案が、とりわけ英国特許第２３８７１０７号明細書及び米国特許第４７６８２５６号明細書に開示されている。独国第２０ ２００４ ０１９ ６０８ Ｕ１号明細書からは、前窓を横切って移動する前窓ワイパに超音波変換器を設けることが知られている。英国特許１０３７７８７号明細書からは、前窓のコーナ又は縁部から超音波を照射することが知られており、そこでは、変換器が前窓に付着されておらず、又は物理的に接触しておらず、その結果、著しいエネルギー損失が生じる。本出願人が知る限り、超音波による従来の提案は実施されていない。

本考案の一態様によれば、窓の表面から降水を取り除く方法が提供され、この方法は、降水を超音波で蒸発させることを含む。

他の態様によれば、窓の表面から降水を取り除く装置が提供され、この装置は、降水を超音波で蒸発させる手段を備える。

本考案の他の態様によれば、窓の表面から降水を取り除く方法が提供され、この方法は、窓の表面と降水の間の表面張力を超音波で低減し、表面から降水を取り除くことを含む。

さらに他の態様によれば、窓の表面から降水を取り除く装置が提供され、装置は、窓の表面と降水の間の表面張力を超音波で低減し、表面から降水を取り除く手段を備える。

本考案の一実施形態では、窓は、車両の前窓（windscreen）又は車両の他の窓である。

本考案の一実施形態では、窓は、例えばモーターサイクリストが使用するバイザ（visor）である。

本考案の一実施形態では、窓は、建築物用の窓又は建築物の窓である。

装置は、従来型の車両用前窓ワイパとは異なり、可動部を有しない。装置はまた、摩耗にさらされ定期的な交換を必要とするワイパブレードのような部品も有しない。

本考案の一実施形態では、前窓と水滴の間の表面張力を低減し、同時に、本考案者らがコールドスチームと呼ぶプロセスによって、雨滴が前窓に当たった瞬間に雨滴を蒸発させることにより、降水、例えば雨が前窓から取り除かれる。

添付の図面を参照しながら行われる、単に例として与えられる以下の本考案の好ましい実施形態の説明から、本考案の他の特徴及び利点が明らかとなるであろう。

前窓に本考案の一実施形態が組み込まれる車両の概略図である。 本考案の一実施形態が組み込まれる前窓の概略ブロック図である。 本考案の一実施形態が組み込まれるバイザの概略ブロック図である。

（概要）
本考案の実施形態による「超音波前窓システム」（Ultrasonic Windscreen System；ＵＷＳ）の例示的な実施例は、窓、例えば車両の前窓及び／又は車両の側窓及び／又は後窓から、降水を除去する目的を有する。システムの一実施形態は可動部を有しておらず、良好な信頼性及び長寿命性を保証する。システムの一実施形態は、ソリッドステート技術を使用してデジタル制御され、ほぼシームレスな制御変数を提供する。車両に適用するとき、システムの一実施形態を標準的な車両前窓と共に使用することができる。

他の実施形態はまた、前窓を除霜し、くもりを取り、及び／又は洗浄することもできる。

いくつかの修正によって、自動車、バス、トラック、列車、航空機、緊急車両、警備用車両、又はモーターサイクリストが使用するバイザのために超音波前窓システム（ＵＷＳ）を使用することができる。

前窓ワイパシステムの代わりに超音波前窓システム（ＵＷＳ）を使用することができる。しかし、必要な場合は、従来型のワイパシステムに加えてＵＷＳを使用することもできる。

本考案の一実施形態では、前窓と水滴の間の表面張力を低減し、同時に、雨滴が前窓に当たった瞬間に雨滴を蒸発させることにより、前窓から雨が取り除かれる。プロセスをキャビテーションと混同すべきではない。キャビテーションは異なる現象であり、前窓を損なう可能性がある。発生する水蒸気は、非常に低速であっても車両上の気流によって前窓から消散する。

（実施例）
図１を参照すると、車両９は、圧電変換器１〜８が付着される前窓１０を有する。変換器は、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）変換器である。具体的には、この実施例の変換器は、最大の周波数及び出力効率をもたらす容積及び寸法で設計される。

システムは、超音波振動の出力及び強度を制御する自動デジタル制御と手動制御の一方又は両方を有する。降水の強度に応じて波の出力及び強度を制御することができる。

装置はまた、超音波エネルギーを使用して前窓の表面を加熱する効果も有することができ、くもり取り及び除氷を可能にする。

システムを従来型の前窓洗浄装置と共に使用して、前窓を洗浄することができる。しかし、これは、超音波洗浄技術の効果を利用することができるので、従来型システムよりも効率的となるはずである。

本考案の一実施形態は、超音波縦波又は超音波横波を主波モードとして利用する。前窓の断面内で誘導される超音波表面（レイリー）波及び／又はラム波などの他の音波モードも利用することができる。

図２を参照すると、前窓１０は、前窓の縁部の周りに分散する変換器１〜８を有する。この実施例の変換器は、エポキシ樹脂又は他の適切な接着剤によって前窓１０に直接付着される。この実施例では、変換器は、前窓の上部及び下部に付着される。図示していないが、変換器を前窓の側部に付着することができる。前窓の縁部の周りに変換器を均一に分散させることができ、又は不均一に分散させることができる。例えば、乗客位置の付近よりも運転者位置の付近により多くの変換器を配置することができる。

変換器１〜８は、配線織器（wiring loom）を含むことのできる配線１２３を介して、電源１１、制御ユニット１２、周波数発生器１３、及び電力増幅器１４を備える運転者システム１１〜１４に接続される。電源は、通常の１２ボルト又は２４ボルトの車両用バッテリを備えることができる。標準的な雨センサ１２２及び／又は手動制御１２１によってシステムを制御することができる。不透明マスク、例えばブラックビニルプラスチックフィルムで、ＰＺＴ変換器及び配線をマスクすることができる。

対向する変換器、例えば上部変換器及び下部変換器１〜８を、同一位相又は異なる位相で独立に駆動することができる。好ましくは、すべての変換器を同一の周波数で動作させることができる。

超音波は、車両搭乗者（人間と、他の哺乳動物、例えば犬の両方）の可聴域のしきい値より十分高い周波数を有する。本考案の実施形態は、０．５〜５ＭＨｚの範囲、例えば１〜３ＭＨｚで動作する。超音波の周波数は、振動の振幅を最適化するように選ばれる。超音波の振幅は、降水を蒸発させるように選ばれる。

多くの異なる波モードを利用することができる。最も主要な波モードは縦波となる。波モードは、限定はしないが、横波（剪断波）、ラム波、及びレイリー波を含む。

実験により、及び／又は有限要素解析の利用により、特定の前窓に関する周波数及び振幅を選ぶことができる。さらに、有限要素解析を利用して、ＰＺＴ変換器の寸法を選択することができる。有限要素解析では、積層前窓の各構成要素層、及び変換器を前窓に付着するためのエポキシ樹脂のａ）ヤング率、ｂ）密度、ｃ）タンデルタ（損失係数）、ｄ）ポアッソン比が考慮される。前窓の厚さも考慮される。異なる材料及び厚さの前窓は、異なる照射周波数を必要とすることがある。

従来型の積層前窓は、約６．４ｍｍの全厚を有する。従来型の積層前窓に照射するために使用される主超音波としては、２ＭＨｚプラスマイナス１ＭＨｚの範囲の周波数を使用することができる。超音波は、２ＭＨｚプラスマイナス０．５ＭＨｚの範囲の周波数を有することができる。
（変形例）

例えばモーターサイクリストが使用するバイザ３０に関してシステムを使用することができる。図３に示すように、バイザ３０は、バイザに固定された変換器３１〜３３を有する。変換器は、図２を参照しながら説明した圧電変換器である。変換器は、図２を参照しながら説明した駆動システム１１〜１４で駆動することができる。図３の変換器は、プラグ及びソケット３６によって駆動システムに接続される。変換器をバイザに直接付着することができ、又はバイザの上端に留められるクリップ３４に付着することができる。

建築物の窓から降水を取り除くために、及び／又は建築物、例えば大型の高層建築物の窓の自動洗浄のためにシステムを使用することができる。

図３では３つの変換器を示し、図２では８つの変換器を示したが、任意の適切な数の変換器を使用することができる。

（利点）
システムは、可視部又は可動部を有しておらず、人間又は動物の可聴レベルより高い周波数を使用する。したがって、システムは事実上完全に無音である。

大量生産では、システムのコストが潜在的には従来型の車両用ワイパシステムよりも安価となると推定される。

米国だけで毎年１億個のワイパブレードが交換され、その結果、米国では毎年３，１３８，７６７ｌｂｓのゴムブレードが浪費されている。２００９年には、世界における年間の自動車販売台数が４４，６８６，１４９台であり、それに対してアメリカにおける販売台数が５，４４０，４２９台であった。したがって、自動車及び軽商用車両（トラック及び中型商用車両を除く）について、リサイクルされないワイパゴムは、最大で毎年１１，５０９，３５トンの廃棄ゴムとなる可能性がある。

システムは、例えば豪雨中に運転するときに、運転者及び乗客に対して明瞭な視野を与えることが意図される。

上記の実施形態は、本考案の例示的な実施例として理解されたい。本考案の他の実施形態も想定される。いずれか１つの実施形態に関して説明した任意の特徴を単独で使用することができ、又は記載の他の特徴と組み合わせて使用することができ、任意の他の実施形態又は任意の他の実施形態の任意の組合せの１つ又は複数の特徴と組み合わせて使用することもできることを理解されたい。さらに、添付の実用新案登録請求の範囲で定義される本考案の範囲から逸脱することなく、上記で説明していない均等物及び修正形態も利用することができる。

Claims (23)

1. 窓の表面から降水を取り除く方法であって、前記降水を超音波で蒸発させることを含む方法。
2. 前記窓が車両の前窓又は車両の他の窓である、請求項１に記載の方法。
3. 前記窓がバイザである、請求項１に記載の方法。
4. 前記窓が建築物の窓である、請求項１に記載の方法。
5. 前記窓に超音波縦波が照射される、請求項１、２、３、又は４に記載の方法。
6. 前記窓に他のモードの波も照射される、請求項５に記載の方法。
7. 前記超音波が、前記窓に付着された１つ又は複数の圧電変換器によって生成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記変換器又は各変換器がジルコン酸チタン酸鉛変換器である、請求項７に記載の方法。
9. 前記超音波が０．５〜５ＭＨｚの範囲の周波数を有する、請求項６、７、又は８に記載の方法。
10. 前記超音波が２ＭＨｚプラスマイナス１ＭＨｚの範囲の周波数を有する、請求項６、７、又は８に記載の方法。
11. 前記超音波が２ＭＨｚプラスマイナス０．５ＭＨｚの範囲の周波数を有する、請求項６、７、又は８に記載の方法。
12. 前記降水が雨、霧雨、氷、又は雪である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記窓の表面と前記降水の間の表面張力を超音波で低減することを含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. シートの表面から降水を取り除く装置であって、前記降水を超音波で蒸発させるように構成された手段を備える装置。
15. 窓を備え、該窓が車両の前窓又は車両の他の窓である、請求項１４に記載の装置。
16. 窓を備え、該窓がバイザである、請求項１４に記載の装置。
17. 前記シートを備え、該シートが建築物用の窓又は建築物の窓である、請求項１４に記載の装置。
18. 前記窓に付着された１つ又は複数の圧電変換器を備える、請求項１５、１６、又は１７に記載の装置。
19. 前記変換器又は各変換器がジルコン酸チタン酸鉛変換器である、請求項１８に記載の装置。
20. 前記変換器又は各変換器が、０．５〜５ＭＨｚの範囲の周波数を有する超音波を生成するように構成される、請求項１８又は１９に記載の装置。
21. 前記超音波が２ＭＨｚプラスマイナス１ＭＨｚの範囲の周波数を有する、請求項２０に記載の装置。
22. 前記超音波が２ＭＨｚプラスマイナス０．５ＭＨｚの範囲の周波数を有する、請求項２０に記載の装置。
23. 前記変換器又は各変換器に結合された、前記変換器を刺激して超音波を放出するための超音波信号発生器をさらに備える、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の装置。

Images