JP6846346B2 - 異物除去装置および当該異物除去装置を備える車両 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから高圧空気等を噴射して車載カメラのレンズに付着した異物を除去する異物除去装置および当該異物除去装置を備える車両に関する。

近年、車両周囲の状況を撮影する車載カメラが搭載された車両が増えてきている。車載カメラは、撮像面であるレンズが雨や泥等で汚れてしまう場合がある。このため、従来、レンズ上に付着した水滴等の異物を除去するために、車載カメラのレンズに洗浄液や高圧空気等を吹き付けて異物を除去する異物除去装置が知られている（特許文献１参照）。

このような異物除去装置では、カメラのレンズに対するノズルの先端の位置決め精度が低いと、異物を除去する性能が低下してしまう場合がある。そこで、例えば、車両のボディパネルにカメラを取り付けるための専用のブラケットを設けて、その専用のブラケットを介してノズルがカメラのハウジングの上面に対して位置決めされる構成が提案されている（特許文献２参照）。

また、特許文献１には、車載カメラの近傍に圧縮空気発生ユニットを設置し、圧縮空気発生ユニットで発生させた圧縮空気をノズルから噴射して車載カメラの前面ガラスに高圧の空気を吹き付けるようにすることで前面ガラスに付着した水滴を取り除く構成が開示されている。

日本国特開２００１−１７１４９１号公報 日本国特開２０１４−６９５８６号公報

高圧空気をカメラのレンズに吹き付けて異物を除去する場合には、レンズに吹き付けられる空気の流速を高めるために、ノズルの開口面積を小さくしたり、チェックバルブを空気の流通路内に配置して蓄圧したりすることにより、一時的に風速を高める手段が考え得る。しかし、ノズルの開口面積を小さくすると、レンズに対して空気を吹き付け可能な範囲が狭くなるため、ポンプの大型化が必要となる。また、チェックバルブを搭載すると、蓄圧に耐えうるポンプ構造が必要となる等、構成が複雑化する。

また、特許文献１のような構成においては、圧縮空気発生ユニットにより圧縮空気を発生させる際にノズルから水等が逆流して圧縮空気発生ユニットに侵入することで、圧縮空気発生ユニットが損傷したり故障したりして、所望の圧力を備えた圧縮空気を生成できない可能性がある。

本発明は、異物を除去する性能を維持しつつ、小型化および構成の容易化が可能であって、水等の逆流も防止できる異物除去装置および当該異物除去装置を備える車両を提供することを目的とする。

本発明に係る異物除去装置は、
車載カメラのレンズが車両のボディパネルの外側に向けて露出した状態となるように車両に取り付けられた前記車載カメラのレンズ上の異物を除去する異物除去装置であって、
高圧空気を生成する単気筒型往復動ポンプと、
前記高圧空気を前記レンズに向けて噴射するノズルと、を備え、
前記ポンプの内部空間の容積を１０ｃｍ^３以下とし、且つ前記内部空間内の空気の１回あたりの排気に要する時間が０．０３秒以下である。

上記構成によれば、１０ｃｍ^３以下の小容積のポンプ内の空気を瞬間的に排気するように構成されており、ポンプ容積の拡大を招くことなく、レンズ表面の水滴を適切に移動させることができ、異物除去の性能の維持とポンプ小型化を両立することができる。

前記排気に要する時間のうち０．０２秒間は前記ポンプの流量が５０ｃｍ^３／ｓ以上であっても良い。

上記構成によれば、流量が高い領域で一定時間ポンプを使用しているため、水滴をより確実に除去させることができる。

前記ポンプの１回あたりの排気における最大流量が１００ｃｍ^３／ｓ以上であっても良い。

上記構成によれば、最大流量を一定値以上にすることで、水滴をより確実に除去させることができる。

前記ポンプからの排気は、少なくとも１秒に１回以上行われても良い。

上記構成によれば、ポンプからの排気を短いサイクルで複数回行うことにより、レンズ表面の水滴を除去した後に新たに付着する水滴についても、運転者に違和感を与えることなく速やかに除去することができる。

前記ノズルの噴射口の中心を通る線と、前記レンズの頂点の接線とのなす角度が、０°以上６０°以下であっても良い。

前記レンズを上下方向において６等分したときに、前記ノズルの噴射口の中心を通る線が前記レンズの上から２番目の領域と交差しても良い。

前記ポンプは、前記高圧空気を送り出すピストンと、当該ピストンを前記高圧空気の送出方向に付勢するバネとを備えていても良い。

前記ポンプは、前記ピストンを前記送出方向に従って摺動可能とするラックアンドピニオンギヤ機構を備えていても良い。

前記ピストンが上死点から下死点へ移動する時間が、前記ピストンが下死点から上死点に移動する時間の１０倍以上であっても良い。

これらの構成によれば、容積が少なくパワーの小さいポンプであってもレンズ上の水滴をより確実に除去することができる。

また、本発明の別の例に係る異物除去装置は、
カメラのレンズ上の異物を除去する異物除去装置であって、
高圧空気を生成する単気筒型往復動ポンプと、
前記高圧空気を前記レンズに向けて噴射するノズルと、を備え、
前記ポンプの内部空間の容積を１０ｃｍ^３以下とし、且つ前記内部空間内の空気の１回あたりの排気に要する時間が０．０３秒以下である。

上記構成によれば、１０ｃｍ^３以下の小容積のポンプ内の空気を瞬間的に排気するように構成されており、ポンプ容積の拡大を招くことなく、レンズ表面の水滴を適切に移動させることができ、異物除去の性能の維持とポンプ小型化を両立することができる。

また、本発明に係る異物除去装置は、
車載センサーと当該車載センサーの測定対象との間に介在する隔壁に付着する異物を除去するための異物除去装置であって、
高圧空気を生成する単気筒型往復動ポンプと、
前記高圧空気を前記隔壁に向けて噴射するノズルと、を備え、
前記ポンプの内部空間の容積を１０ｃｍ^３以下とし、且つ前記内部空間内の空気の１回あたりの排気に要する時間が０．０３秒以下である。

本発明に係る異物除去装置は、
車載カメラのレンズが車両のボディパネルの外側に向けて露出した状態となるように前記車両に取り付けられた前記車載カメラのレンズ上の異物を除去する異物除去装置であって、
高圧空気を生成する生成部と、
前記高圧空気を前記車載カメラに向けて噴射するノズルと、
前記生成部と前記ノズルとの間を連結する配管と、を備え、
前記配管は、水逆流防止機能を有している。

上記構成によれば、配管が水逆流防止機能を有しているため、生成部により高圧空気を生成する際にノズル先端から水等が流入した場合であっても、生成部まで水が浸入することを防止することができる。そのため、生成部が損傷・故障等することなく異物を除去する性能を維持することができる。

前記配管の内部空間の容積が前記生成部の内部空間の容積よりも大きくても良い。

前記生成部は、ピストンを用いたポンプから構成され、当該ポンプの内部空間の容積よりも前記配管の内部空間の容積が大きくても良い。

これらの構成によれば、配管の内部空間の容積が例えばポンプである生成部の内部空間の容積よりも大きいため、水等の逆流を確実に防止することができる。

前記生成部は、前記ノズルよりも前記車両の上下方向において上方に配置されていても良い。

上記構成によれば、水等の逆流をより確実に防止することができる。

前記配管は、その中間部が前記生成部に接続される一端部および前記ノズルに接続される他端部よりも前記車両の上下方向において下方に位置していても良い。

上記構成によれば、生成部への水等の侵入をより確実に防止することができる。

また、本発明の別の例に係る異物除去装置は、
カメラのレンズ上の異物を除去する異物除去装置であって、
高圧空気を生成する生成部と、
前記高圧空気を前記レンズに向けて噴射するノズルと、
前記生成部と前記ノズルとの間を連結する配管と、を備え、
前記配管は、水逆流防止機能を有している。

上記構成によれば、配管が水逆流防止機能を有しているため、生成部により高圧空気を生成する際にノズル先端から水等が流入した場合であっても、生成部まで水が浸入することを防止することができる。そのため、生成部が損傷・故障等することなく異物を除去する性能を維持することができる。

また、本発明に係る異物除去装置は、
車載センサーと当該車載センサーの測定対象との間に介在する隔壁に付着する異物を除去するための異物除去装置であって、
高圧空気を生成する生成部と、
前記高圧空気を前記隔壁に向けて噴射するノズルと、
前記生成部と前記ノズルとの間を連結する配管と、を備え、
前記配管は、水逆流防止機能を有している。

また、本発明の車両は、上述の異物除去装置を備えている。

例えば、車載カメラのレンズが雨や泥等で汚れてしまった場合であっても、高圧空気を吹き付けてレンズ上の異物を除去することができ、車載カメラから得られる情報の精度を高めることができる。

本発明によれば、異物を除去する性能を維持しつつ、小型化および構成の容易化が可能であって、水等の逆流も防止できる異物除去装置および当該異物除去装置を備える車両を提供することができる。

（ａ）は、車両の背面図（異物除去装置は透視で図示）であり、（ｂ）は、車両の後部の側面図（異物除去装置は透視で図示）であり、（ｃ）は、車両の後部の部分拡大図である。 （ａ），（ｂ）は、異物除去装置が取り付けられる位置の別の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る異物除去装置の斜視図である。 異物除去装置が備える高圧空気生成ユニットの構成図である。 （ａ）〜（ｃ）は、高圧空気生成ユニットで生成されてノズルへ向けて排気される高圧空気の流量−時間曲線のイメージ図である。 （ａ），（ｂ）は、異物除去装置が備えるノズルと、車載カメラのレンズとの位置関係を示す概略構成図である。 高圧空気生成ユニットから排気される高圧空気の実施例１に係る流量−時間グラフである。 実施例１に係る流量−圧力−時間グラフである。 高圧空気生成ユニットから排気される高圧空気の実施例２に係る流量−時間グラフである。 参考例に係るポンプから排気される空気の流量−圧力−時間グラフである。 異物除去装置の側面側から見た一部断面図である。 図２（ａ），（ｂ）に示す異物除去装置の側面側から見た一部断面図である。

以下、本実施形態の一例について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の異物除去装置は、例えば車載カメラのレンズに付着する水滴や泥や塵埃等の異物を除去する装置として適用される。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、異物除去装置１は、例えば車両Ｖのバックドア２００Ａに取り付けられる。異物除去装置１は、駆動部５５を備えており、駆動部５５の電源端子が車両の電源ラインに接続されている。例えば、車両Ｖのギアがリバースに入ったことをトリガーとして、図示せぬ車両制御部（ＥＣＵ）により後述する車載カメラ１００による撮影が開始され、例えば撮影開始時の数秒間に異物除去装置１が車両制御部（ＥＣＵ）により動作するように制御される。

車載カメラ１００は、車両Ｖの例えば後方を確認するためのカメラであり、図１（ｃ）に示すように、車載カメラ１００のレンズ１０１が車両Ｖのバックドア２００Ａの外側に向けて露出した状態となるようにバックドア２００Ａに取り付けられている。車載カメラ１００は、撮像部（図示省略）を有し、レンズ１０１は撮像部を覆っている。レンズ１０１としては、光の収束や拡散をしない単なる透光性カバーも本例のレンズに含まれる。

なお、異物除去装置１Ａは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、例えば車両Ｖのリアバンパー２００Ｂに取り付けられても良い。なお、車載カメラ１００が取り付けられる位置は，車両の後端側に限定されず、車両の前方側や側方側等のボディパネルであっても良い。また、車載カメラ１００は、ボディパネルに取り付けられたランプ、ドアノブ、ミラー、バンパー等の車両表装部品を介して車体に取り付けられても良く、車載カメラ１００がこれらの部品の一部として（一体物として）搭載されていても良い。

図３に示すように、異物除去装置１は、ノズルユニット２と、ジョイント部材３と、ホース４と、高圧空気生成ユニット５とを備えている。

ノズルユニット２は、車載カメラ１００に対して着脱可能に構成されており、取付部２１と、ノズル２２とを有している。ノズルユニット２は、例えば樹脂を材料として形成されている。

取付部２１は、車載カメラ１００の上面を覆うようにして車載カメラ１００のハウジング１０２に取り付けられる。ノズル２２は、高圧空気を車載カメラ１００のレンズ１０１に向けて噴射する。ノズル２２は、取付部２１と一体的に形成されており、取付部２１がハウジング１０２に取り付けられた際に、ノズル２２の噴射口がレンズ１０１を向くように設けられている。ここで、「一体的に形成され」とは、ノズル２２と取付部２１とを作業者が組立作業時に一体の部品として取り扱うこと可能に構成されることを意味する。具体的には、例えば、ノズル２２と取付部２１とを、同一材料で同一金型で成形しても良いし、ノズル２２と取付部２１とを別々の材料でそれぞれ成形して、互いに嵌め合わせて一体的に形成して、ノズルユニット２を構成しても良い。

ジョイント部材３は、ノズルユニット２のノズル２２とホース４とを接合する部材であり、一方側の端部がノズル２２と連結され、反対側の端部がホース４と連結されている。ジョイント部材３は、例えば樹脂を材料として形成されている。

ホース４は、ジョイント部材３とともに、ノズル２２と高圧空気生成ユニット５とを接続する配管部材である。ホース４は、一方側の端部がジョイント部材３に連結され、反対側の端部が高圧空気生成ユニット５の排出口５０に連結されている。ホース４は、例えば樹脂やゴム等の材料で形成されている。

高圧空気生成ユニット５は、ノズル２２に送出する高圧空気を生成するためのユニットであり、例えば単気筒型往復動ポンプである。高圧空気生成ユニット５は、車両の内部において車体の一部に取り付けられる。

図４に示すように、高圧空気生成ユニット５は、ケース体５１と、ケース体５１の内部に配置された移動機構とを有している。高圧空気生成ユニット５において、ピストン５２の移動方向は、空気を送り出す方向である後方が送出方向とされ、送出方向と反対方向である前方が溜力方向とされている。

高圧空気生成ユニット５は、高圧空気を送り出すピストン５２と、ピストン５２を高圧空気の送出方向に付勢する付勢バネ５８と、ピストン５２を高圧空気の送出方向に従って摺動可能とするラックアンドピニオンギヤ機構を備えている。高圧空気が送り出される前の初期状態では、ピストン５２が付勢バネ５８の付勢力により送出方向側に位置され、ラック５３はラック部５３ａがピニオン５４のギヤ部５４ａに噛合可能な状態で位置される。

モータ（駆動部）５５の駆動が開始され、モータ５５の駆動力がウォーム５６を介してウォームホイール５７に伝達されると、ピニオン５４のギヤ部５４ａがラック５３のラック部５３ａに噛合される。このため、ラック５３は、ピニオン５４の回転に伴って付勢バネ５８の付勢力に反して溜力方向へ移動されていく。ラック５３が溜力方向へ移動されていくと、所定の位置でギヤ部５４ａとラック部５３ａの噛合が解除される。ギヤ部５４ａとラック部５３ａの噛合が解除された位置（図４に示す位置）がピストン５２の下死点とされる。ピストン５２が下死点に位置された状態では、ピストン支持部５９の内部空間６０における前側略半分の部分（第２の空間）６０ｂに流入された空気（外気）が段差６１ａに沿い隙間６１ｂを通って内部空間６０における後側略半分の部分（第１の空間）６０ａへ向けて流動される。

ピストン５２が下死点まで移動されると、ギヤ部５４ａとラック部５３ａの噛合が解除され、ピストン５２が付勢バネ５８の付勢力によって溜力方向への移動速度より高速で送出方向へ移動される。なお、ピストン５２の端部５２Ａが第１の空間６０ａの仮想線Ｌまで移動された位置がピストン５２の上死点とされる。これにより、第２の空間６０ｂから第１の空間６０ａに流動された空気が第１の空間６０ａから連結突部６２の排出口５０を通ってホース４を介しノズルユニット２のノズル２２へ向けて送出される。このとき、排出口５０の径がピストン支持部５９の径よりも小さく形成されているため、第１の空間６０ａから排出口５０を通って排出される空気は圧縮されて高圧空気となって送出される。

本実施形態において、高圧空気生成ユニット５のピストン支持部５９の内部空間６０の容積Ｖｏは１０ｃｍ^３以下である。容積Ｖｏは、ピストン５２が下死点に位置した状態（図４参照）における第１の空間６０ａの容積である。

図５（ａ）〜（ｃ）は、高圧空気生成ユニット５で生成されてノズル２２の先端から車載カメラ１００のレンズ１０１へ向けて排気される高圧空気の時間流量曲線のイメージ図である。
図５（ａ）に示すように、高圧空気生成ユニット５で生成された高圧空気はノズル２２へ流入し、ノズル２２の先端からレンズ１０１へ向けて排気される。このときの最大流量をＱ１（ｃｍ^３／ｓ）とし、１回あたりの排気に要する時間をｔ１（ｓ）とする。発明者による鋭意検討の結果、ピストン支持部５９の第１の空間６０ａの容積Ｖｏが１０ｃｍ^３以下である小型の高圧空気生成ユニット５（単気筒型往復動ポンプ）を用いて車載カメラ１００のレンズ１０１上に付着した水滴を除去するためには、第１の空間６０ａ内の空気の１回あたりの排気時間ｔ１（ｓ）を０．０３秒以下とすればよいことが見出された。１回あたりの排気時間ｔ１（ｓ）が０．０３秒よりも長いと、高圧空気の流速や最大流量Ｑ１を十分に確保することができないため、レンズ１０１上に付着した水滴を適切に吹き飛ばすことができない。また、１回あたりの排気における最大流量Ｑ１は、好ましくは１００ｃｍ^３／ｓ以上、より好ましくは１５０ｃｍ^３／ｓ以上とする。最大流量Ｑ１を１００ｃｍ^３／ｓ以上としておくことで、レンズ１０１上の水滴等を確実に除去することができる。なお、図５（ａ）において、１回あたりの排気時間ｔ１内に最大流量Ｑ１で排気される空気の量が、ピストン支持部５９の第１の空間６０ａの容積Ｖｏに相当する。

また、図５（ｂ）に示すように、１回あたりの排気時間ｔ１（ｓ）のうち所定の時間ｔ２（ｓ）の間は、所定の流量Ｑ２（ｃｍ^３／ｓ）を維持するように高圧空気が廃棄されることが好ましい。具体的には、１回あたりの排気時間ｔ１のうち、少なくとも０．０２秒間（時間ｔ２）は、高圧空気の流量Ｑ２が５０ｃｍ^３／ｓ以上となるように高圧空気を排気することが好ましい。水滴の除去のためには、高圧空気生成ユニット５の流量がある程度高い領域で一定時間排気を行うことが望ましいためである。

高圧空気生成ユニット５は、高圧空気の排気を繰り返し行うように制御される。高圧空気生成ユニット５からの高圧空気の排気は、少なくとも１秒に１回以上行われることが好ましい。高圧空気の排気間隔ｔ３（ｓ）は、例えば、図５（ｃ）に示すように、各排気時間ｔ１の最大流量に到達した時点の間の時間として設定される。高圧空気生成ユニット５から短いサイクルで複数回排気を行うことで、レンズ１０１表面の水滴を除去した後に新たに付着する水滴についても速やかに除去することができる。

図５（ｃ）において、高圧空気生成ユニット５内のピストン５２が上死点（端部５２Ａが第一の空間６０ａの仮想線Ｌに位置した状態）から下死点（図４に示す状態）に移動する時間を溜力時間ｔ４（ｓ）とし、ピストン５２が下死点から上死点に移動する時間を排気時間（送出時間）ｔ１とする。このとき、図５（ｃ）に示すように、溜力時間ｔ４は送出時間ｔ１の１０倍以上であることが好ましい。このように、ピストン５２の上死点から下死点への移動をゆっくりと行う一方、下死点から上死点への移動を瞬間的に行うことで、すなわち送出時間ｔ１よりも十分に長い溜力時間ｔ４を確保しつつ送出時間ｔ１内に瞬間的に空気を排気することで、付勢バネ５８の付勢力が小さい高圧空気生成ユニット５でも、レンズ１０１に付着した水滴を確実に移動させることができる。

上述の通り、ノズルユニット２は、車載カメラ１００に対して着脱可能に構成されているが、図６（ａ）に示すように、ノズル２２の噴射口２４の中心を通る線Ｃと、レンズ１０１の頂点の接線とのなす角度をθとすると、角度θが０°以上６０°以下となるように、レンズ１０１に対するノズル２２の位置決めが行われている。角度θは、５°以上３０°以下であることが好ましい。このように、レンズ１０１に対して、ノズル２２の噴射口２４を所定の傾きを保って配置することで、レンズ１０１の表面全体に高圧空気を吹き付けやすくなり、水滴の除去の性能を向上させることができる。なお、車載カメラに搭載されるレンズが、本実施形態のように曲面状のレンズ１０１ではなく、平面レンズ（例えば、平凹レンズ）である場合には、平面レンズの表面に沿った線が上記の接線とみなされ、レンズ平面とノズル２２の噴射口２４の中心線Ｃとのなす角度θが０°以上６０°以下となるように、平面レンズに対するノズル２２の位置決めを行えばよい。

また、図６（ｂ）に示すように、レンズ１０１を上下方向において６等分し、上から第１領域１０１Ａ，第２領域１０１Ｂ，第３領域１０１Ｃ，第４領域１０１Ｄ，第５領域１０１Ｅおよび第６領域１０１Ｆとしたときに、ノズル２２の噴射口２４の中心線Ｃがレンズ１０１の上から二番目の第２領域１０１Ｂに交差することが好ましい。このように、ノズル２２の噴射口２４をレンズ１０１の上側の一定領域（第２領域１０１Ｂ）に向けて位置決めすることで、レンズ１０１の表面全体に高圧空気を吹き付けやすくなり、水滴除去の性能を向上させることができる。

次に、異物除去装置１の動作について、図３および図４を再度参照して説明する。
高圧空気生成ユニット５においてモータ５５の駆動が開始されると、先ず、高圧空気を生成するための空気（外気）が吸い込まれる。空気は、ノズル２２の噴射口２４から高圧空気生成ユニット５へ吸い込まれる。吸い込まれた空気は、付勢バネ５８の付勢力によるピストン運動により、高圧空気生成ユニット５の排出口５０からホース４へ高圧空気となって送出される。高圧空気は、ホース４からジョイント部材３を通ってノズルユニット２のノズル２２へ送出される。

高圧空気は、ノズル２２に流入され、ノズル２２の噴射口２４から噴射されて、車載カメラ１００のレンズ１０１に向けて所定の角度で吹き付けられる。これにより、レンズ１０１に付着されている異物が吹き飛ばされてレンズ１０１の汚れが解消される。

（実施例１）
図７は、高圧空気生成ユニットから排気される高圧空気の実施例１に係る流量−時間グラフであり、図８は、実施例１に係る流量−圧力−時間グラフである。実施例１において、高圧空気生成ユニットは容積Ｖｏが１０ｃｍ^３以下のものを用い、ノズルは先端開口部の径がφ１．２ｍｍのものを用いている。
図７および図８に示すように、実施例１では、１回あたりの排気時間は約１０ｍｓ（０．０１ｓ）、最大流量は約２７５ｃｍ^３／ｓ、排気間隔は、５５０ｍｓである。また、排気時の最大圧力は約８０ｋＰａである。

実施例１の流量−時間グラフに示す流量、排気時間および排気間隔にてノズルから排気を行うことで、レンズ上に付着した水を適切に除去できることが確認できた。

（実施例２）
図９は、高圧空気生成ユニットから排気される高圧空気の実施例２に係る流量−時間グラフである。実施例２においても、実施例１と同様に、高圧空気生成ユニットは容積Ｖｏが１０ｃｍ^３以下のものを用い、ノズルは先端開口部の径がφ１．２ｍｍのものを用いている。
図９に示すように、実施例２では、１回あたりの排気時間は実施例１と同様に約１０ｍｓ（０．０１ｓ）とするが、最大流量は約２００ｃｍ^３／ｓ、排気間隔は、２８０ｍｓである。

実施例２の流量−時間グラフに示す流量、排気時間および排気間隔にてノズルから排気を行うことで、レンズ上に付着した水を適切に除去できることが確認できた。実施例２では、実施例１よりも排気間隔を短くする、すなわち、より頻回に排気を行うことで、１回あたりの最大流量を実施例１より低く抑えても異物除去の性能を維持できることが確認できた。

なお、１回あたりの排気時間ｔ１における必要流量Ｑは、以下のように求められる。
例えば、所定の外径（例えば、１５ｍｍ）のレンズを備えた車載カメラにおいて、レンズ表面に付着した水滴の総量を３ｃｍ^３とすると、３ｃｍ^３の水をレンズ上で１５ｍｍ移動させるための運動エネルギーＦは以下の数式（１）で求められる。

ここで、μ（摩擦係数）は、０．３とする。

一方、ノズルからレンズに向けて噴射される空気（風）のエネルギーＷは、以下の数式（２）で求められる。

ここで、Ａ（ノズル吹き出し部の開口面積）は、７．５ｍｍ^２とする。

上記数式（１）で求めた運動エネルギーＦおよび数式（２）で求めた空気（風）のエネルギーＷから、３ｃｍ^３の水をレンズ上で１５ｍｍ移動させるための風速Ｖを以下の数式（３）により求める。なお、このときの単位時間ｔは０．０１ｓとする。

上記数式（３）で求められた風速Ｖに基づき、高圧空気生成ユニットに要求される流量Ｑは、以下の数式（４）で求められる。

このように、レンズの表面積、レンズに付着する水滴の総量、ノズル開口面積、単位時間等を適宜設定することにより、レンズ表面に付着した水滴等を適切に除去するための高圧空気生成ユニット５に必要な流量Ｑを求めることができる。本実施形態においては、高圧空気生成ユニット５の必要流量Ｑに基づき、発明者の鋭意検討により、高圧空気生成ユニット５の小型化と異物除去性能を両立を図るべく、排気時間ｔ１や排気間隔ｔ３、最低限必要な流量Ｑ２等の好適な範囲を見出したものである。

（参考例）
図１０は、高圧空気生成ユニットから排気される高圧空気の参考例に係る流量−圧力−時間グラフである。参考例においては、実施例１と同様に、ノズルは先端開口部の径がφ１．２ｍｍのものを用いている。
参考例では、１回あたりの排気時間は約２００ｍｓ（０．２ｓ）であり、最大流量は約１２５ｃｍ^３／ｓであり、排気時の圧力は約５０ｋＰａである。参考例に示すように、従来はレンズ上に付着した水を除去するために１回あたりの排気時間を長くして、比較的小さい流量で排気を行っていた。この場合、高圧空気生成ユニット（例えば、単気筒型往復動ポンプ）の容積を大きくする必要があり、省スペース化に対応できなかった。

これに対して、本実施形態の異物除去装置１によれば、内部空間（第１の空間）６０ａの容積Ｖｏが１０ｃｍ^３以下である高圧空気生成ユニット５を用い、内部空間６０ａ内の空気の１回あたりの排気に要する時間ｔ１が０．０３秒以下となるように高圧空気の噴射を行っている。このように、本実施形態においては、１０ｃｍ^３以下の小容積の高圧空気生成ユニット５内の空気を瞬間的に排気するように構成されており、高圧空気生成ユニット５の容積Ｖｏの拡大を招くことなく、レンズ１０１表面の水滴を適切に移動させることができ、異物除去の性能の維持と装置の小型化を両立することができる。

また、本実施形態によれば、高圧空気生成ユニットの排気は、排気時間ｔ１のうち０．０２秒間は空気流量Ｑ２が５０ｃｍ^３／ｓ以上を維持するように設定されている。このように、一定時間は流量が高い領域を維持するように高圧空気生成ユニット５を駆動させているため、水滴をより確実に除去させることができる。

また、本実施形態によれば、高圧空気生成ユニット５からの排気は、少なくとも１秒に１回以上という短いサイクルで複数回行われているため、例えばレンズ１０１表面の水滴を除去した後に新たに付着する水滴についても、運転者に違和感を与えることなく速やかに除去することができる。

また、本実施形態の異物除去装置は、ノズル２２の噴射口２４の中心を通る線Ｃと、レンズ１０１の頂点の接線とのなす角度θが、０°以上６０°以下であり、レンズ１０１を上下方向において６等分したときに、ノズル２２の噴射口２４の中心線Ｃがレンズ１０１の上から２番目の第２領域１０１Ｂに交差するように構成されている。さらに、高圧空気生成ユニット５内のピストン５２が下死点にある状態の時間（溜力時間）ｔ４が、ピストン５２が上死点にある状態の時間（排気時間）ｔ１の１０倍以上となるように構成されている。これらの構成により、容積が少なくパワーの小さい高圧空気生成ユニット５を用いた場合でもレンズ１０１上の水滴をより確実に除去することができる。

図１１は、異物除去装置１の側面側から見た一部断面図である。
図１１に示されるように、異物除去装置１は、高圧空気生成ユニット５がノズルユニット２よりも車体の上下方向において上側に位置するように、高圧空気生成ユニット５、およびノズルユニット２が取り付けられる車載カメラ１００が配置されている。そして、ホース４の内部空間４３の容積Ｖｈがピストン支持部５９の第１の空間６０ａの容積Ｖｏよりも大きくなるように、ピストン支持部５９の形状やホース４の径および長さが設定されている。なお、容積Ｖｏは、ピストン５２が下死点に位置した状態（図３，４参照）における第１の空間６０ａの容積である。このように、高圧空気生成ユニット５とノズルユニット２（ジョイント部材３）との間を連結するホース４は、水逆流防止機能を有している。

ところで、高圧空気生成ユニット５において駆動モータの駆動が開始されて高圧空気を生成するための空気（外気）がノズル２２の先端から吸い込まれる際に、ノズル２２の先端から水や泥等が流入して高圧空気生成ユニット５の内部にこれらの異物が浸入してしまうおそれがある。そのため、従来は、エアポンプである高圧空気生成ユニットからノズルまでを連結するホース（排気管路）とは別に、高圧空気生成ユニットに吸気管路を設け、排気管路と吸気管路のそれぞれにワンウェイバルブ（チェックバルブ）を設けて、高圧空気生成ユニット５への水等の侵入を防いでいた。

これに対して、本実施形態においては、ホース４の内部空間４３の容積Ｖｈがピストン支持部５９の第１の空間６０ａの容積Ｖｏよりも大きくなるように構成されている。このため、高圧空気生成ユニット５により高圧空気を生成する際にノズル２２の先端から水等の異物が流入した場合であっても、高圧空気生成ユニット５のピストン支持部５９内にまで異物が浸入することを防止することができる。そのため、高圧空気生成ユニット５が損傷・故障等することなく、所望の高圧空気を生成してノズル２２からレンズ１０１に向けて噴射することができる。また、高圧空気生成ユニット５がノズルユニット２よりも車体の上部に位置されているため、水等の逆流をより確実に防止することができ、車載カメラ１００のレンズ１０１に付着した異物を除去する性能を維持することができる。さらに、異物除去装置１は、高圧空気生成ユニット５に吸気のための吸気管路を設けてチェックバルブ等の新たな部品を例えばホース４や吸気管路に搭載することなく、水逆流防止機構を備えることができ、構成が非常に簡便である。

次に、異物除去装置１の変形例について図２および図１２を参照して説明する。
上述の通り、図２（ａ），（ｂ）に示すように、異物除去装置１Ａは、例えば車両Ｖのリアバンパー２００Ｂに取付けられても良い。このとき、車両の構造上、ノズルユニット２が取り付けられる車載カメラ１００よりも高圧空気生成ユニット５を車体の下部に位置するように配置しなければならない場合がある。

図１２に示すように、異物除去装置１Ａのホース４Ａは、ジョイント部材３に接続される後端部４１および高圧空気生成ユニット５に接続される前端部４２よりも車両の上下方向において下方に位置する中間部４４を備えている。また、ホース４Ａは、ジョイント部材３に接続される後端部４１から一旦上方に配置されて、その後、略Ｕ字状に撓ませて前端部４２において高圧空気生成ユニット５に連結されている。すなわち、ホース４Ａは、山部４５と谷部４６とから構成されている。

このように、高圧空気生成ユニット５がノズル２２よりも低い位置に配置される場合には、ホース４Ａは、ノズル２２よりも高い位置において、ピストン支持部５９の第１の空間６０ａの容積Ｖｏよりも大きな内部空間４３の容積を確保している。すなわち、異物除去装置１Ａにおいては、ホース４Ａの後端部４１からホース４Ａが下向きに変曲された変曲点Ｌ１までの内部空間４３の容積Ｖｈ１をピストン支持部５９の第１の空間６０ａの容積Ｖｏよりも大きくなるように設定されている。このため、高圧空気生成ユニット５による高圧空気を生成する際にホース４Ａ内の空気がピストン支持部５９内に吸気されても、ノズル２２の先端から逆流した水がホース４Ａの山部４５を超えて高圧空気生成ユニット５側に流れることを防止することができる。これにより、異物除去装置１Ａの性能を維持することができる。

また、異物除去装置１Ａは、ホース４Ａの中間部４４においてホース４Ａが上向きに変曲された変曲点Ｌ２から高圧空気生成ユニット５と接続される前端部４２までの内部空間４３の容積Ｖｈ２が、ピストン支持部５９の第１の空間６０ａの容積Ｖｏよりも大きくなるように構成されていることが好ましい。この構成によれば、たとえノズル２２からホース４Ａの谷部４６内に水が浸入した場合であっても、高圧空気生成ユニット５の内部にまで水が逆流してしまうことがなく、異物除去装置１Ａの性能を維持することができる。

以上において本発明の実施形態の例を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、必要に応じて他の構成を採用することが可能である。

上記の実施形態においては、ノズルユニット２のノズル２２とホース４とを接合する部材としてジョイント部材３が設けられているが、ノズル２２に対するホース４の姿勢を変更する必要がない場合であれば、ジョイント部材３を設けずにノズル２２にホース４を直接取り付ける構成としてもよい。

また、上述の例ではカメラ（可視光に限られない）への適用について記載したが、本発明を適用するセンサーは、これに限られない。ＬＩＤＡＥ（レーザーレーダ）、ミリ波レーダ、超音波センサーなど、車両に取り付け可能なセンサーに対して本発明は適用可能である。

また、異物除去装置が異物を除去する対象部位は、カメラのレンズに限られない。例えば、センサー素子の光学レンズ、光学レンズの前面を覆うカバー、センサーの通信窓として機能する部位を有する灯具、ミラー、バンパー、グリル、ドアノブ等の車両表装部品のカバー、車両室内にセンサーが搭載された場合の車両窓等、を包括する概念として規定される「隔壁」上に付着した異物を除去する異物除去装置に対して、本発明を適用することは可能である。なお、この隔壁は、透明部材（透光性）に限らず、超音波センサーやミリ波レーダ等においては透明でなくても良い。

なお、上記の実施形態においては、異物除去装置の車載カメラへの適用について記載したが、本発明を適用する対象は、屋外で使用されるカメラであれば種類を問わない。例えば、航空機、鉄道、船舶、ロボット、屋外設置物、建築物等の外部に向けて露出した状態になるように取り付けられたカメラを含むことができる。

本出願は、２０１５年６月３０日出願の日本特許出願・出願番号２０１５−１３１７８９と、２０１５年６月３０日出願の日本特許出願・出願番号２０１５−１３１７９０とに基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims (17)

1. 車載カメラのレンズが車両のボディパネルの外側に向けて露出した状態となるように車両に取り付けられた前記車載カメラのレンズ上の異物を除去する異物除去装置であって、
   高圧空気を生成する単気筒型往復動ポンプと、
   前記高圧空気を前記レンズに向けて噴射するノズルと、を備え、
   前記単気筒型往復動ポンプの内部空間の容積を１０ｃｍ^３以下とし、且つ前記内部空間内の空気の１回あたりの排気に要する時間が０．０３秒以下である、異物除去装置。
2. 前記排気に要する時間のうち０．０２秒間は前記単気筒型往復動ポンプの流量が５０ｃｍ^３／ｓ以上である、請求項１に記載の異物除去装置。
3. 前記単気筒型往復動ポンプの１回あたりの排気における最大流量が１００ｃｍ^３／ｓ以上である、請求項１または２に記載の異物除去装置。
4. 前記単気筒型往復動ポンプからの排気は、少なくとも１秒に１回以上行われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の異物除去装置。
5. 前記ノズルの噴射口の中心を通る線と、前記レンズの頂点の接線とのなす角度が、０°以上６０°以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載の異物除去装置。
6. 前記レンズを上下方向において６等分したときに、前記ノズルの噴射口の中心を通る線が前記レンズの上から２番目の領域と交差する、請求項１から５のいずれか一項に記載の異物除去装置。
7. 前記単気筒型往復動ポンプは、前記高圧空気を送り出すピストンと、当該ピストンを前記高圧空気の送出方向に付勢する付勢バネとを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の異物除去装置。
8. 前記単気筒型往復動ポンプは、前記ピストンを前記送出方向と前記送出方向とは反対方向の溜力方向との間で摺動可能とするラックアンドピニオンギヤ機構を備える、請求項７に記載の異物除去装置。
9. 前記単気筒型往復動ポンプは、モータをさらに備え、
   前記ラックアンドピニオンギヤ機構は、前記ピストンに噛み合うことで前記モータの駆動力が前記ピストンに作用するときに前記付勢バネの付勢力に抗して前記ピストンを前記溜力方向へ向けて移動させるギヤ部を有し、
   前記ピストンが前記付勢力により前記ギヤ部から最も遠い位置である第一位置に位置している状態から前記付勢力に抗して前記ギヤ部に最も近い位置である第二位置まで移動する時間が、前記ピストンが前記第二位置から前記第一位置まで移動する時間の１０倍以上である、請求項８に記載の異物除去装置。
10. カメラのレンズ上の異物を除去する異物除去装置であって、
    高圧空気を生成する単気筒型往復動ポンプと、
    前記高圧空気を前記レンズに向けて噴射するノズルと、を備え、
    前記単気筒型往復動ポンプの内部空間の容積を１０ｃｍ^３以下とし、且つ前記内部空間内の空気の１回あたりの排気に要する時間が０．０３秒以下である、異物除去装置。
11. 車載センサーと当該車載センサーの測定対象との間に介在する隔壁に付着する異物を除去するための異物除去装置であって、
    高圧空気を生成する単気筒型往復動ポンプと、
    前記高圧空気を前記隔壁に向けて噴射するノズルと、を備え、
    前記単気筒型往復動ポンプの内部空間の容積を１０ｃｍ^３以下とし、且つ前記内部空間内の空気の１回あたりの排気に要する時間が０．０３秒以下である、異物除去装置。
12. 車載カメラのレンズが車両のボディパネルの外側に向けて露出した状態となるように前記車両に取り付けられた前記車載カメラのレンズ上の異物を除去する異物除去装置であって、
    高圧空気を生成する生成部と、
    前記高圧空気を前記車載カメラに向けて噴射するノズルと、
    前記生成部と前記ノズルとの間を連結する配管と、を備え、
    前記生成部は、ピストンを用いたポンプから構成され、
    前記ノズルから前記配管内に流入した水が前記ポンプまで侵入することのないように、前記配管の内部空間の容積が前記ポンプの内部空間の容積よりも大きく構成されている、異物除去装置。
13. 車載カメラのレンズが車両のボディパネルの外側に向けて露出した状態となるように前記車両に取り付けられた前記車載カメラのレンズ上の異物を除去する異物除去装置であって、
    高圧空気を生成する生成部と、
    前記高圧空気を前記車載カメラに向けて噴射するノズルと、
    前記生成部と前記ノズルとの間を連結する配管と、を備え、
    前記ノズルから前記配管内に流入した水が前記生成部まで侵入することのないように、前記生成部は、前記ノズルよりも前記車両の上下方向において上方に配置されている、異物除去装置。
14. 車載カメラのレンズが車両のボディパネルの外側に向けて露出した状態となるように前記車両に取り付けられた前記車載カメラのレンズ上の異物を除去する異物除去装置であって、
    高圧空気を生成する生成部と、
    前記高圧空気を前記車載カメラに向けて噴射するノズルと、
    前記生成部と前記ノズルとの間を連結する配管と、を備え、
    前記ノズルから前記配管内に流入した水が前記生成部まで侵入することのないように、前記配管は、その中間部が前記生成部に接続される一端部および前記ノズルに接続される他端部よりも前記車両の上下方向において下方に位置している、異物除去装置。
15. カメラのレンズ上の異物を除去する異物除去装置であって、
    高圧空気を生成する生成部と、
    前記高圧空気を前記レンズに向けて噴射するノズルと、
    前記生成部と前記ノズルとの間を連結する配管と、
    を備え、
    前記生成部は、ピストンを用いたポンプから構成され、
    前記ノズルから前記配管内に流入した水が前記ポンプまで侵入することのないように、前記配管の内部空間の容積が前記ポンプの内部空間の容積よりも大きく構成されている、異物除去装置。
16. 車載センサーと当該車載センサーの測定対象との間に介在する隔壁に付着する異物を除去するための異物除去装置であって、
    高圧空気を生成する生成部と、
    前記高圧空気を前記隔壁に向けて噴射するノズルと、
    前記生成部と前記ノズルとの間を連結する配管と、
    を備え、
    前記生成部は、ピストンを用いたポンプから構成され、
    前記ノズルから前記配管内に流入した水が前記ポンプまで侵入することのないように、前記配管の内部空間の容積が前記ポンプの内部空間の容積よりも大きく構成されている、異物除去装置。
17. 請求項１から１６のいずれか一項に記載の異物除去装置を備える車両。

Images