JP6968061B2 - 流体発振器洗浄ノズルの微小サイズ構造体及び構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には、流体噴霧ノズルアセンブリに関し、より詳細には、微小サイズノズル構造体、及び流体発振器を装備したスプレーアセンブリの構築の方法に関する。

［関連出願情報］
本願は、２０１５年１０月１９日に出願された「Micro-sized Structure and Construction Method for Fluidic Oscillator Wash Nozzle」と題する米国仮特許出願第６２／２４３３７１号に対する優先権を主張する。この出願の開示全体は、引用することによって本明細書の一部をなす。本願は、以下の同一出願人による特許出願にも関連する：（ａ）２０１５年５月１日に出願された「Split-lip Shear Shape Washer Nozzle」と題する米国特許出願第６２／１５５６９３号、及び（ｂ）「Integrated automotive system, compact, low profile nozzle assembly, compact fluidic circuit and remote control method for cleaning wide-angle image sensor's exterior surface」と題する国際出願ＰＣＴ／ＵＳ１５／２５４８９号。これらの出願の開示全体は、引用することによって本明細書の一部をなす。

流体タイプの洗浄器ノズルは、高効率（高カバレッジ、低流量での高速性）のスプレー性能でよく知られている。より最近の流体発振器を装備したノズルアセンブリは、低温流体（２５センチポアズ（２５ｃＰ）にのぼる粘度を有する）でも向上した性能を有する。一般的な低流量の低圧流体ノズルアセンブリは、低温の粘性流体を噴霧しなければならない場合、非常に性能が損なわれる。より小さなサイズの従来技術のノズルは、低流量の低圧（例えば、１５ｐｓｉ以下）の流体が供給される場合、特に効率が悪い。なぜなら、これらの従来技術のノズルは、所望の目標表面をカバーする又は清掃するのに十分なカバレッジ及びスプレー速度をもたらす液滴の振動スプレーを確実に生成することができないためである。したがって、従来の流体ノズルの顕著な制限は、ノズルアセンブリのパッケージサイズを、必要な流体流を扱うのに十分に大きくする必要があることである。例えば、流体入口若しくは供給部から出口オリフィスまでの直線距離、又は正面から背面までの厚さは、通例、大抵の流体回路にとって、特に、スプレー塗布が、非常に低い温度（粘度が２５ｃＰにもなる）での自動車フロントガラス洗浄流体又はカメラ洗浄流体等の低温粘性流体を含む場合、少なくとも６ｍｍである必要がある。

いくつかの用途の場合、パッケージサイズは、利用可能な空間が非常に限られているために、大きな関心事である。ジェットスプレーノズルは、このような限られた空間での用途において一般的に用いられているが、ジェットスプレーノズルの非常に狭いスプレーパターンに起因して、ジェットスプレーノズルは、通常、ガラス又はレンズ外面を効果的に清掃するのに、高い流体流量を組み込まなければならず、又はより長いスプレー持続時間にわたって動作しなければならない。ジェットスプレーノズルは、流体ノズルよりも小さなパッケージサイズを有するが、表面を十分に清掃しなければならず、機械的ワイパー等を必要としないような、多くの自動車清掃用途、例えば、カメラレンズの清掃にとって、効果的なスプレーパターンを有しない。

本出願人と同一出願人による従来技術は、米国特許出願公開第２０１４／２９１４２３号に記載の「Cup-shaped nozzle assembly with integral filter structure」、米国特許出願公開第２０１４／１４５００９号に記載の「Cup-shaped Fluidic Circuit, Nozzle Assembly and Method」、及び国際公開ＰＣＴ／ＵＳ１５／２５４８９号に記載の「Integrated automotive system, compact, low profile nozzle assembly, compact fluidic circuit and remote control method for cleaning wide-angle image sensor's exterior surface」を含む。これらの出願の全ては、術語のために参照され、引用することによって本明細書の一部をなすが、これらのノズルアセンブリは、現在の自動車デザイナーの要求を全て満たすものではない。

米国運輸省道路交通安全局（ＮＨＳＴＡ）は、２０１８年より、全ての車両がリアビューカメラを備えなければならないことを義務付けている。さらに、相手先商標製造会社（ＯＥＭ）は、車両の周囲のあらゆる点（背後、横、又は正面）を見渡せるようにカメラを付加することを続けており、これらのカメラの全ては、清掃が必要となる。美観及び様式上の理由から、車両ＯＥＭは、機能装置を、可能であれば隠れたパッケージ内に有することを望んでいる。目に見えることなく又は他の設計空間の邪魔をすることなく所望の機能及び性能を提供することが可能であることが、多くの工業デザイナーにとっての要件である。したがって、自動車デザイナーは、自動車洗浄器ノズルの非常に小型のノズルアセンブリを求めているが、効果的な清掃を行うのに均一なスプレー分布も求めている。また、自動車ＯＥＭは、非常に経済的で汎用性のあるノズルを求めている。例えば、外部トリムアセンブリは、多くの機能を兼ね備える場合が多く、例えば、ＵＳ ＤＯＴ規則によって現在要求されているセンターハイマウントストップライト（「ＣＨＭＳＬ」）のライトアセンブリは、ノズルアセンブリを備えることができる。ＣＨＭＳＬアセンブリは、外部カメラ等の他の機構を備えることができるが、それらのカメラのレンズの清掃は、自動車スタイリストによる外部トリムの設計を守ろうとすると、問題が多くなる。

スプレーノズルを不適切に組み込んだ自動車の外部トリムアセンブリの多くの例が存在し、これは、自動車トリムの美観を守ることができるが、ウィンドウ又は他の表面を適切に掃除するスプレーを生成しない。従来の一例が米国特許第６，０７４，０７８号において提供されており、これには、本明細書において複製されている従来技術の図１Ａ〜図１Ｄに示されているように、外部パネル又は外部表面１２が、レンズ２４を備えるＣＨＭＳＬトリムアセンブリ１０を備え、レンズ２４は、洗浄流体のジェットをノズルフード４４の下から孔７７を通して噴霧するように構成されているスプレーチップ７０を有する、車両１４が記載されている。このノズル構成は、洗浄流体のジェットを下方に、概して車両のリアウィンドウ又はバックライトガラス上に確実に放出するが、任意の特定の表面を清掃するスプレーの能力についてはあまり多く言うことはできない。図１Ａ〜図１Ｄに示されているようなノズル構成は、ワイパーブレードも用いられる場合、リアウィンドウを清掃するのに十分よく機能するが、このノズルからのスプレー単独では、ウィンドウを清掃するのに不十分である。したがって、或る特定の種類のスプレーを生成する、効果的で目立たないノズル構成システム及び方法が必要である。

したがって、本発明の目的は、流体発振器を装備した洗浄ノズルアセンブリ又はスプレーノズルアセンブリの微小サイズノズル構造体及び構築方法を提供することによって、上述の難点を克服することである。

本発明によれば、自動車用途の洗浄器ノズルは、微小パッケージサイズ（例えば、３ｍｍ（厚さ）×３ｍｍ（高さ）×７ｍｍ（幅））を有することを特徴とする。このノズルのスプレーパターンは、２２ｐｓｉにおいて５０ｍｌ／分〜３５０ｍｌ／分の低流量で１５度〜８０度のスプレー角度を有する均一なスプレーファン（spray fan：扇形に広がるスプレー）である。スプレーファンは、６度〜２５度の選択された厚さを有することができ、それにより、微小ノズルは、横幅軸に沿って１５度〜８０度の幅及び横断垂直高さ軸において６度〜２５度の厚さのスプレーファンを生成することができる。

本出願人は、本明細書に記載及び図示されているようなプロトタイプの試験を通じて、本発明のノズルアセンブリは、１５０ｍＬ／分未満の流量で、場合によっては５０ｍＬ／分程度の流量であっても良好に機能し、非常に小型の自動車カメラレンズ及びセンサーの洗浄用途に効果的であることを発見した。このノズル構成及び方法は、カメラ洗浄に加えて、多様な自動車用途に組み込まれることが意図されるため、ＣＨＭＳＬ搭載後部洗浄ノズル及びワイパーアームノズルマウントも示されている。この場合、そのいずれも、流量及び寸法（少なくとも内寸）のスケールアップが必要であろうと思われる。本発明の微小サイズ洗浄器ノズルは、非常に小型のパッケージサイズ、低コスト、及び、このような小さなサイズのノズルアセンブリにしては驚くほど優れたスプレー性能という著しい利点を有する。

簡潔に述べると、本発明の微小パッケージサイズ洗浄器ノズルは、ノズルハウジングを備え、ノズルハウジングは、インサート内の干渉領域と連通する第１のパワーノズル及び第２のパワーノズルに通じる対向する横入口を画定する、内部流体通路を有するインサートを収容する内部容積を包囲する。インサートは、概ね矩形であり、底部開口を介してハウジング内に挿入又は設置され、上方に押し込まれて、インサートを位置決め及び固定する内部の側壁及び頂壁又は端壁内の内面に当接する。インサートの対向する横入口は、ハウジング内の内部流体通路と連通し、内部容積から、すなわちインサートの下のハウジングの内腔から加圧流体を受け取る。流体は、流体供給源からハウジングの底部における内腔に流入し、横入口へと上方に流れ、それぞれの第１のパワーノズル及び第２のパワーノズルに流入する。それにより、加速された第１の流体流及び第２の流体流は、第１のパワーノズル及び第２のパワーノズルによって、インサートの内部に画定される干渉領域において互いに向かって狙いをつけられる。ノズルアセンブリの横断スプレー出口は、横断スプレー軸に沿って側方に位置合わせされ、スプレー出口は、インサートの干渉チャンバーと流体連通するスロート孔によって形成されるフレア状又は拡張した角状のスプレーオリフィスとして構成され、インサートの干渉チャンバーは、（挿入時）ノズルハウジングの側壁を通して画定されるスロート孔又は横断内腔と位置合わせされる。スロート孔又は内腔は、スロット形状の開口と垂直に位置合わせされ、スロット形状の開口は、インサートの干渉領域上に中心を置くとともに、インサートの干渉領域と連通する。スロート又は出口オリフィスの断面形状は、ハウジング側壁が湾曲面に対称的に位置合わせされることによって規定される。

ハウジングに供給される圧力下の流体は、入口へと上方に流れ、対向するパワーノズルに流入し、対向する第１のパワーノズル及び第２のパワーノズルを通して供給される流れジェットを生成する。このジェットは、ハウジングの干渉領域内で衝突及び干渉し、干渉領域において振動する流れの渦を発生させる。その後、これらの流れの渦は、外方に圧出され、横断スプレー軸に沿ってスロート窓又は出口オリフィスから平坦なファンスプレーとして放出される。

例示的な一実施形態において、スロート窓の孔サイズは、矩形の小さな領域である（例えば、０．７ｍｍ×０．３５ｍｍ）。このノズルアセンブリを製造する射出成形工具を作製するために、流体発振器の干渉領域及び出口オリフィス又はスロート窓は、インサートの干渉領域の上壁及び下壁と、スプレー軸に沿って外方にフレア状になっているハウジングのスロートオリフィスとの双方において画定される又はそれによって形成される。

本出願人の最適化されたノズル設計は、ノズルが車両搭載カメラの対物レンズ表面の周囲により近く位置することを可能にし、それにより、カメラ本体又は周囲の車両トリムピースにより容易に組み入れられる小型のパッケージを提供する。カメラレンズ（複数の場合もある）のより近くに位置付けられると、これらの表面を良好に清掃するように、利用可能な流体流をカメラレンズ（複数の場合もある）にわたって均一に分布させることが可能でない場合があることから、通常のノズル設計に関する清掃性能問題を生じることが予期される。これは、従来技術のノズル設計における欠点、すなわち、不良なスプレー速度プロフィール及び狭いスプレー角度に起因する。これらの欠点は、本発明のノズルアセンブリによって克服される。本出願人の微小ノズルは、より小型であるが、そのサイズにしては驚くほど広範囲で高速のスプレーを有する。このより小さいサイズは、工業デザイナーの美的要求を満たすとともに、大きな視野角を有するカメラであっても、イメージセンサーの視野を損なったり視野にはみ出たりすることがない。さらに、本発明のノズルアセンブリは、低温環境における良好なスプレー性能に必要とされる、高粘性液体による良好に規定されたスプレーを生成する。より具体的には、本出願人のノズルのスプレーパターンは、２２ｐｓｉにおいて５０ｍｌ／分〜３５０ｍｌ／分の低流量で１５度〜８０度のスプレー角度を有する均一なスプレーファンであり、スプレーファンは、６度〜２５度の選択された厚さを有することができ、それにより、微小ノズルは、横幅軸に沿って１５度〜８０度の幅及び横断垂直高さ軸において６度〜２５度の厚さのスプレーファンを生成することができる。十分なスプレー及び清掃性能が、低流体の供給圧力（例えば、１５ｐｓｉ以下の圧力）及び低温の粘性流体（２５ｃＰにのぼる粘度を有する）の場合に提供される。本出願人の微小ノズルのカメラ洗浄用途は、限定はしないが、駐車支援若しくは他の運転者支援において用いられるカメラ、又は、限定はしないが、車線逸脱警報、標識認識、及び自動ブレーキ等の自動運転機構を含むことができる。これらのカメラは、車両のグリル、車両のテールゲート又はリフトゲート、車両のトランク蓋、サイドビューミラー、又はルーフマウントに位置することができる。

本発明の小さなパッケージサイズ及びノズル構成は、車全体にわたる噴霧用途に関して利点を有し、したがって、カメラ洗浄に関しないスプレー用途において有利な用途が見出される。例えば、スプレー射出流の方向における最小限のパッケージ寸法は、ワイパーアームの幅と同様又はそれよりも小さいノズルサイズを有するために、ワイパーアーム搭載ノズルに望ましい。本発明のノズルアセンブリは、自動車のフロントガラスワイパーのアームに、運転者の視界に対する悪影響が最小限になるように取り付けるのに十分適している。フロントガラス洗浄器流量は、通常、カメラ洗浄流量よりも高流量であるが、より高流量を要するこの必要性に適応し、本発明のノズルアセンブリ及び方法は、容易にスケールアップすることができ、又は複数のノズルは、各ワイパーアームの長さに沿って位置決めするとともに狙いをつけ、大きなフロントガラス又は他の目標領域にわたって流体を分布させるように構成及び意図された、複数の位置合わせされた協働する同時のスプレーを生成することができる。

本発明の小サイズのノズルアセンブリが望ましい別の領域は、センターハイマウントストップライト（「ＣＨＭＳＬ」）トリムアセンブリに位置するリアウィンドウ洗浄ノズルに関するものである。ＣＨＭＳＬアセンブリ又はトリムピース（例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示されている１０）に組み込まれた洗浄ノズルは、通常、車両のバックライト又はリアウィンドウ上のストップインジケーターライトに組み込まれた剪断又はジェットタイプノズルを含み、そのような装置は、通常、過度に高い流量及び比較的不良な流体分布をもたらす。様式上の理由から、ノズルは、通常、４ｍｍ〜８ｍｍの範囲の直径を有する円筒形の形状であり、５ｍｍ未満だけＣＨＭＳＬの表面を越えて延出する。従来の流体ノズルはこのパッケージ外囲に適合することができないが、本発明のノズルアセンブリは適合することができ、リアガラスにわたるより良好な流体分布を有するスプレーを生成する。

本発明の上記目的、特徴、及び利点並びにまた更なる目的、特徴、及び利点は、特に添付図面と併せると、本発明の具体的な実施形態の以下の詳細な記載を考慮して明らかとなる。図面において、種々の図における同様の参照符号は、同様の構成要素を示すのに用いられている。

従来技術による、清掃流体の非振動ジェット又はストリームを車両のリアウィンドウ又はバックライトに放出するように構成されているノズルを備える、従来のセンターハイマウントストップライト（「ＣＨＭＳＬ」）トリムアセンブリを備える車両を示す図である。 従来技術による、清掃流体の非振動ジェット又はストリームを車両のリアウィンドウ又はバックライトに放出するように構成されているノズルを備える、従来のセンターハイマウントストップライト（「ＣＨＭＳＬ」）トリムアセンブリを備える車両を示す図である。 従来技術による、清掃流体の非振動ジェット又はストリームを車両のリアウィンドウ又はバックライトに放出するように構成されているノズルを備える、従来のセンターハイマウントストップライト（「ＣＨＭＳＬ」）トリムアセンブリを備える車両を示す図である。 従来技術による、清掃流体の非振動ジェット又はストリームを車両のリアウィンドウ又はバックライトに放出するように構成されているノズルを備える、従来のセンターハイマウントストップライト（「ＣＨＭＳＬ」）トリムアセンブリを備える車両を示す図である。 スプレー出口オリフィスを有するハウジングを示す、本発明の微小サイズノズルアセンブリの第１の実施形態の正面斜視図である。 ハウジングの内部容積内のインサート、及びハウジングの内部側壁とインサート部材の流体通路規定機構との間に規定される流体流路の構成を示す、図２Ａの微小サイズノズルアセンブリの線２Ｂ−２Ｂに沿った断面図である。 本発明に係る、図２Ａ及び図２Ｂの微小サイズノズルアセンブリにおいて流体流を中央干渉領域へと向ける、対向するパワーノズル通路を有するインサートを示す図である。 本発明の微小サイズノズルアセンブリ構造における、インサート干渉チャンバーへの流体流路及びインサート干渉チャンバー内の流体流路を示す、図２Ａの微小サイズノズルアセンブリの線４−４に沿った断面図である。 本発明に係る、出口オリフィスの対称的なフレア状のスロートを示す、図４の線４Ａ−４Ａに沿った図２Ａ及び図４の微小サイズノズルアセンブリの断面図である。 本発明に係る、図２〜図４Ｂの微小サイズノズルアセンブリにおける、インサートの干渉チャンバーに対するスロート窓の位置合わせを示す、インサート干渉チャンバー内から見たスロート窓の拡大図である。 本発明に係る、インサートによって画定される図５Ａの出口オリフィスのスロート窓と、ハウジングのフレア状側壁の壁特徴部に対するその位置合わせとを示す、ハウジングの外側から見た斜視図である。 本発明に係る、図２〜図５Ｂの微小サイズノズルアセンブリによって生成されるスプレーファンパターンを示す側面図である。 本発明の３つの微小流体発振器洗浄ノズル又はスプレーノズルのアレイを支持するとともに方向付けるワイパーアーム部材を備える、フロントガラスワイパーアセンブリを示す側面斜視図である。 本発明に係る、図２〜図６の微小流体発振器洗浄ノズル又はスプレーノズルを組み込んだＣＨＭＳＬハウジングアセンブリを示す正面斜視図である。 本発明に係る、向上したシール性、インサート保持力、及び凍結／解凍応力耐性を提供する微小流体発振器洗浄ノズルアセンブリ又はスプレーノズルアセンブリの第２の実施形態を示す図である。

図１Ａ〜図１Ｄに示されているように、従来技術において、センターハイマウントストップライト（「ＣＨＭＳＬ」）トリムアセンブリ１２において、車両用のリアウィンドウ洗浄ノズル１０を配置することが知られている。図１Ｂ及び図１Ｃにおいて１４で示されているこのような洗浄ノズルは、図１Ｂの分解図において示されているようなＣＨＭＳＬアセンブリ又はトリムピース１２に組み込まれ、通常、従来技術の図１Ｄの断面図に示されているような剪断又はジェットタイプノズルを含む。このようなノズルは、車両１４のバックライト又はリアウィンドウ２６上のストップインジケーターライト２４に組み込むことができ、ウィンドウ表面上へと下方に流体を向けるスプレーオリフィス７２を組み込んだスプレーヘッドアセンブリ７０を収容するハウジング４４を備える。このような装置は、通常、過度に高い流量及び比較的不良な流体分布をもたらす。様式上の理由から、ノズルは、通常、４ｍｍ〜８ｍｍの範囲の直径を有する円筒形の形状であり、５ｍｍ未満だけＣＨＭＳＬの表面を越えて延出する。従来の流体ノズルは、このパッケージ外囲に適合することができないが、本発明のノズルアセンブリは適合することができ、リアガラスにわたり良好な流体分布を有するスプレーを生成する。現在の自動車は、小型バックアップカメラ（図示せず）をトリムアセンブリ１０等のトリムピースに組み込んでいる場合があるが、バックアップカメラレンズは、汚れやすく、清掃が必要である。なぜなら、カメラ及び清掃に必要な任意の付随するスプレーノズルは、可能な限り視覚的に目立たないようにすべきであるが、効果的なスプレーを提供すべきであるためである。

ここで、本発明のノズルアセンブリ及び小型スプレーノズル部材の詳細な記載を参照すると、図２Ａ〜図９は、スプレーノズル構成、及び所望のスプレーを提供するようにノズルを選択するとともに狙いをつける方法の具体的な例示の実施形態を示している。図示の実施形態の全ては、選択された角度広がり、例えば、１５度〜８０度の幅広がりを有するスプレーファンを生成することによって、表面にわたり所望の流体（例えば、水又は他の清掃流体）を均一に分布させるスプレーファン又はスプレーパターンを確実に生成する、非常に小型のスプレーヘッド設計を提供する。本発明のスプレーノズルアセンブリ及び小型剪断スプレーノズル部材は、自動車における種々の構成に取り付けるのに非常に適しており、車両１４に用いられる、図１Ａにおいて１０で示されているようなセンターハイマウントストップライト（「ＣＨＭＳＬ」）アセンブリ等の自動車の外部トリムピースに組み入れられるものである。下記のノズルアセンブリ及びノズル部材は、車両の外部パネルに非常に目立たないように容易に組み込まれ、又はサイドミラーアセンブリ等の外部構成要素に組み込まれ、外部表面の洗浄を提供し、好ましい用途では、外部ビューカメラが設けられる場合、非常に小型のカメラ洗浄ノズルを提供する。

本発明の第１の実施形態が、図２Ａ〜図５Ｂに示されている。微小サイズノズルアセンブリ１００は、自動車用途に提供され、図２Ａに与えられた寸法によって示されているような「微小」パッケージサイズ（例えば、３ｍｍ（厚さ）×３ｍｍ（高さ）×７ｍｍ（幅））を組み込んでいる。本発明によれば、微小サイズノズルアセンブリ１００は、横軸１０６において１５度〜８０度の横角度１０４にわたって、（２２ｐｓｉにおいて５０ｍｌ／分〜３５０ｍｌ／分）という低流量で、均一な出口スプレーパターン、すなわちスプレーファン１０２をもたらすように構成されている。スプレーファンは、図に示されているように軸１０６に対して横断する垂直軸１０８において６度〜２５度の選択された厚さを有することもできる。すなわち、微小サイズノズルアセンブリ１００は、横幅軸１０４によって示されている横平面において１５度〜８０度の幅であり、横平面に対して横断する軸１０８によって示されている垂直平面又は高さ平面において６度〜２５度の厚さであるスプレーファン１０２を生成することができる。

本出願人は、図示の実施形態のプロトタイプの試験を通じて、１５０ｍＬ／分未満の流量、いくつかの試験では５０ｍＬ／分程度の流量での或る特定のカメラ洗浄用途について、本発明のノズルアセンブリが良好に機能することを発見した。これらのノズル構成及び方法は、カメラ洗浄以外の自動車用途に組み込むのにも好適であるため、ＣＨＭＳＬ搭載後部洗浄ノズル及びワイパーアームノズルマウントが示されている（例えば、図７を参照）。ただし、これらの用途の双方は、流量及び寸法（少なくとも内寸）のスケールアップが必要であろうと思われる。本発明の微小サイズノズルアセンブリ１００は、非常に小さなパッケージサイズ、低コスト、及び驚くほど良好なスプレー性能という著しい利点を有する。

ここで、図示の微小パッケージサイズの微小サイズノズルアセンブリ１００をより詳細に参照するとともに、図２Ａ、図２Ｂ、及び図３を特に参照すると、アセンブリは、流体流ガイドインサートプレート１１４を収容及び保持するような形状の内部キャビティ１１２を包囲するノズルハウジング１１０を備える。インサートプレート１１４を示す図２Ａの断面線２Ｂ−２Ｂに沿ったハウジング１１０の断面である図２Ｂに最もよく示されているように、キャビティ１１２は、インサート１１４の互いに反対側の縁部に沿って延在し、インサート１１４の１つの面１２４（図３を参照）に画定される第１のパワーノズル１２０及び第２のパワーノズル１２２に通じる内部流体通路１１６及び１１８を有する。ノズルアセンブリは、矢印１３０によって示されている噴霧される加圧流体を、ハウジングの内部キャビティ１１２の底部の開放内腔１３２において受け取る。この流体は、好適な導管を介して、加圧源（図示せず）によって供給され、一対の流体通路、すなわち、インサート１１４の互いに反対側の縁部に沿ったチャネル１１６及び１１８を通って、インサート縁部における対応する、対向する横パワーノズル入口１４０及び１４２に流れ、それぞれ第１のパワーノズル１２０及び第２のパワーノズル１２２へと向かう。この例示的な実施形態の入口１４０及び１４２の断面又は内腔領域は、０．４ｍｍ×０．３ｍｍであり、図４に示されているように、干渉領域又は干渉チャンバー１５４に向かってより小さな断面又は内腔領域へとテーパー状になっていることが好ましい。対向するパワーノズルは、対応する第１の流体流１５０及び第２の流体流１５２を干渉領域１５４へと加速する。干渉領域１５４は、インサート１１４内に形成されるとともにインサート１１４を貫通し、図３に示されている実施形態では０．９ｍｍの高さを有する。パワーノズルは、流体発振器において知られているように、それぞれの流体流１５０及び１５２を互いに向かってかつ干渉領域１５４内へと向け、対向する流体ジェットを衝突及び干渉させて、振動する出口スプレーを生成する渦を形成する。

微小サイズノズルアセンブリ１００は、ノズルハウジング１１０の正面側壁１６２を通る中央スプレー軸ＳＡの周りに対称的に画定される横断内腔である、スロート又はスプレー出口オリフィス１６０を組み込んでいる。スプレー出口オリフィス１６０及びスプレー軸ＳＡは、インサートがハウジング内に装着されている場合、インサート１１４の干渉領域１５４の略中心に位置合わせされる。図４（図２Ａの線４−４に沿った断面図である）、及び図４Ｂ（図２Ａの線４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である）に最もよく示されているように、また、図５Ａ及び図５Ｂ（平面図及び斜視図において干渉チャンバー１５４内から見たスロート１６０を示す）の部分図に示されているように、本発明の流体発振器の干渉チャンバーは、インサート内の箱形のチャンバー１５４によって画定され、挿入時、ハウジング側壁１６２に画定されるスロート１６０は、ハウジング１１０の側壁の外面に画定される外方にフレア状に湾曲した側壁セグメント１６６、１６８によって画定される。スロート又は出口オリフィス進入部１６４の垂直に位置合わせされた矩形形状は、スプレー軸ＳＡに沿って流体スプレーを排出する起点又は窓を画定し、フレア状又は角状のハウジング側壁孔は、スプレー軸に沿って遠位に延在する。図示の実施形態では、出口孔又はスロート窓１６４は、高さ０．７ｍｍ及び幅０．３５ｍｍである小さな矩形の内腔である。図示の例では、ノズルアセンブリのスロート１６０は、湾曲した左側壁セグメント１６６及び右側壁セグメント１６８によって画定される、上側及び下側の実質的に平坦かつ平行な上壁セグメント１６１及び下壁セグメント１６３によって画定される。微小サイズノズルアセンブリ１００の製造をより効果的にするために、出口オリフィス１６０は、スロート窓１６４が合流する干渉チャンバー１５４と、フレア状側壁１６６及び１６８との双方によって形成される。外方に遠位に湾曲する側壁１６６及び１６８は、ハウジングの内面から外方に遠位に湾曲する、ハウジング１１０の正面壁１６２の厚さにわたる湾曲面を形成する。ハウジングの内面は、ハウジング１１０の前面又は遠位外面１７２に向かうインサート１１４の前面１７０に接触し、開口を画定する孔１６０の最も広い部分を形成する。パワーノズルからの加圧された振動流体１５０、１５２は、湾曲壁によって形成されるスロート１６０を通して干渉領域から圧出され、振動スプレーは、スプレー軸の周りで振動しながら遠位に飛び出し、図２Ａ及び図４Ａに示されている扇形のスプレーパターン１０２を生成する。

本発明のアセンブリの微小寸法をもたらすとともに、ノズルアセンブリの厚さを最小限にするために、ノズル構造のアセンブリ、すなわち微小サイズノズルアセンブリ１００は、ハウジング１１０に、概ね矩形のインサート１１４を密接して収容するような形状の内部キャビティ１１２を設けることによって実施される。このキャビティは、底面において下方に開口した内腔１３２を有し、内腔は、狭い内部スロット１７８が、インサートを収容するとともに、インサート１１４の対応する正面壁１７０及び後部壁１８４に接触するのに十分な距離で離間する正面内壁１８０及び後部内壁１８２を有するように、上方に延在する。インサートは、内腔１３２の開放した底部を通してハウジング内に設置され、スロット１７８へと上方に押し込まれて、ハウジングの正面側壁及び後部側壁に係合し、ハウジング内の頂壁内面１８６に当接する。狭いスロット１７８は、両側部において拡大され、上述したようにインサートパワーノズルに流体を流入させる流体チャネル１１６及び１１８をもたらす。

使用時、圧力下の流体１３０は、第１のパワーノズル１２０及び第２のパワーノズル１２２内に、これらのパワーノズルを通って流れ、ハウジングの干渉領域１５４内で衝突するように意図された対向流１５０及び１５２を生成し、干渉領域（図３及び図４に示されている）における振動する流れの渦を発生させる。その後、これらの流れの渦は、壁１５０及び１５２によって画定されるスロート領域を通り、オリフィス１６４を通して干渉領域から圧出され、平坦なファンスプレー１０２として放出される。微小サイズノズルアセンブリ１００のプロトタイプを用いた試験は、図６に示されているように、本発明のノズルが、１５０ｍＬ／分未満の流量、５０ｍＬ／分程度の流量で、また、適切に構成された場合、（２２ｐｓｉにおいて）３５０ｍｌ／分もの流量で良好に機能することを示している。図示のスプレーファンパターン１９０は、５０度の角度、及び３５ｐｓｉにおいて１９０ｍｌ／分の流量を有する。このノズル構成及び方法は、カメラ洗浄だけでなく、多種多様な自動車用途に組み込まれることが意図されるため、ＣＨＭＳＬ搭載後部洗浄ノズル及びワイパーアームノズルマウントが以下に記載される。なお、このような用途では、流量及び寸法（少なくとも内寸）のスケールアップが必要であろうと思われる。

本出願人の最適化されたノズル設計は、ノズルがカメラの対物レンズ表面の周囲により近く位置することを可能にし、また場合によっては、カメラ本体又は周囲の車両トリムピースにより容易に組み入れられることも可能にする小型のパッケージを提供する。カメラレンズ（複数の場合もある）のより近くに位置付けられると、利用可能な流体流をカメラレンズ（複数の場合もある）にわたって均一に分布させることが可能でない場合があることから、通常のノズル設計に関する性能問題を生じる。さらに、従来技術のノズルの欠点、すなわち、効果的な清掃を妨げる不良なスプレー速度プロフィール及び狭いスプレー角度が、本明細書に記載の微小サイズノズルアセンブリ１００によって克服される。本出願人の微小サイズノズルアセンブリ１００は、より小型であるが、そのサイズにしては驚くほど広範囲で高速のスプレーを生成する。このより小さいサイズは、工業デザイナーの美的要求を満たすとともに、大きな視野角を有するカメラであっても、イメージセンサーの視野を損なったり視野にはみ出たりすることがない一方、このノズルは、低温環境における良好なスプレー性能に必要とされる、高粘性液体による良好に規定されたスプレーを生成する。より具体的には、微小サイズノズルアセンブリ１００のスプレーパターンは、２２ｐｓｉにおいて５０ｍｌ／分〜３５０ｍｌ／分の低流量で１５度〜８０度のスプレー角度を有する均一なスプレーファンであり、スプレーファンは、６度〜２５度の選択された厚さを有することができ、それにより、微小サイズノズルアセンブリ１００は、横幅軸に沿って１５度〜８０度の幅及び横断垂直高さ軸において６度〜２５度の厚さのスプレーファンを生成することができる。十分なスプレー及び清掃性能が、低流体の供給圧力（例えば、１５ｐｓｉ以下の圧力）及び低温の粘性流体（２５ｃＰにのぼる粘度を有する）の場合に提供される。このより小さいサイズは、工業デザイナーの要求を満たすが、広い視野角のカメラの視野を損なうこともない。これらのカメラは、限定はしないが、駐車支援若しくは他の運転者支援において用いられるカメラ、又は、限定はしないが、車線逸脱警報、標識認識、及び自動ブレーキ等の自動運転機構を含むことができる。これらのカメラは、車両のグリル、車両のテールゲート又はリフトゲート、車両のトランク蓋、サイドビューミラー、又はルーフマウントに位置することができる。

上記に記載のように、本発明の小さなパッケージサイズによって提供されるノズル構成は、車全体にわたる噴霧用途に関して利点を有し、したがって、これは、カメラ洗浄に関しないスプレー用途において有利な用途を見出す。例えば、図７に示されているように、本発明によってもたらされるスプレー射出の方向における最小限のパッケージサイズは、従来のワイパーブレード２１２を保持することができるワイパーアーム２１０上に複数のノズル２００、２０２、及び２０４を取り付けるのにも望ましい。本発明の微小ノズルは、ノズルを、ワイパーアームの幅と同様のサイズ又はそれよりも小さなサイズにすることが可能であり、それにより、ノズルは、ワイパーアーム上に最小限目立たないように配置することができる。フロントガラス洗浄器流量は、通常、カメラ洗浄流量よりも高流量であるので、設計は、容易にスケールアップすることができ、又は複数のノズルは、各ワイパーアームの長さに沿って位置決めするとともに狙いをつけ、大きなフロントガラス又は他の目標領域にわたって流体を分布させるように構成及び意図された、複数の位置合わせされた協働する同時のスプレーを生成することができる。

小サイズの設計が望ましい別の領域は、図８に示されているようなＣＨＭＳＬアセンブリ２２０に位置するリアウィンドウ洗浄ノズルに関するものである。ＣＨＭＳＬアセンブリは、車両のリアウィンドウ上に位置するストップインジケーターライト２２２を含むことができ、過度に高い流量及び比較的不良な流体分布をもたらす剪断又はジェットタイプのノズルとともに従来どおりパッケージ化されている。様式上の理由から、ノズルは、通常、４ｍｍ〜８ｍｍの範囲の直径を有する円筒形の形状であり、５ｍｍ未満だけＣＨＭＳＬの表面を越えて延出する。従来の流体ノズルは、このパッケージ外囲に適合することができないが、当該設計を組み込んだノズル２２４は適合することができ、スプレーパターン２２６によって示されているように、リアガラスにわたり良好な流体分布を提供することができる。

また、本発明の微小流体ノズルを異なる構成に組み入れることを保証するとともに可能にする代替的な実施形態が示されている。このような代替的な実施形態は、図９に示されている。ここでは、自動車用途の洗浄器ノズルアセンブリ２５０は、微小サイズインサート２５４を収容するように構成されているハウジング２５２を組み込んでおり、微小サイズインサート２５４の寸法は、矢印２５６によって示されているインサート高さが、矢印２５８によって示されているインサート幅の半分未満となるように制限される。例えば、インサートは、３ｍｍ（高さ）×７ｍｍ（幅）とすることができる。インサートは、ハウジング内のスプレーオリフィスと協働し、アセンブリ２５０は、上述の微小サイズノズルアセンブリ１００と同様に動作するようになっている。したがって、低流量（１５ｐｓｉ〜２２ｐｓｉにおいて５０ｍｌ／分〜３５０ｍｌ／分）で均一なスプレーファン（１５度〜８０度）及び選択された厚さが６度〜２５度のスプレーパターンが生成される。すなわち、ノズル２５０は、横幅軸に沿って１５度〜８０度の幅及びその横断垂直高さ軸において６度〜２５度の厚さのスプレーファンを生成することができ、低温の粘性流体（２５ｃＰにのぼる粘度を有する）でも十分なスプレーを生成するのに十分適している。

図示のノズルアセンブリは、ハウジング２５２内の内部キャビティ２６２と圧力下の好適な流体源（図示せず）とを接続する導管２６０を組み込んでいる。キャビティは、底部開口２６６と、インサートを受けて固定する上部スロット２６８とを有し、インサートの壁は、ハウジング１１０に関して上述したようにスロットの内壁に係合する。インサート２５４の互いに反対側にある第１の流体通路２７０及び第２の流体通路２７２は、圧力下の流体を、キャビティ２６２から、対応する対向パワーノズル２８０及び２８２を通して方向付け、流体を干渉領域２８４へと加速して、対向する加圧流体流を領域２８４においてもたらす。それにより、流体振動渦が形成され、横断射出スロート２９０を通して出口オリフィス２９２から、スプレー軸（上記）に沿ったスプレーファンとして流体が放出される。上述の実施形態におけるように、スロート及び出口オリフィスの断面形状は、スプレー軸及びインサートの干渉領域と軸方向に位置合わせされたハウジング側壁孔によって規定される。

インサート２５４は、インサートキャリア２９４に固定することができ、又はインサートキャリア２９４の上部を形成することができる。インサートキャリア２９４は、ハウジング２５２の垂直長さに延在し、ガイド２９６及び２９８によってキャビティ２６２内に位置決めされる。キャリアの底端部３００は、拡張され、キャビティ２６２の底端部２６６に係合して底端部２６６を埋める形状になっている。ノズルアセンブリ２５０の組立て方法において、インサート２５２は、底部開口２６６を介してキャリア２９４によってハウジング内に位置付けられ、微小サイズノズルアセンブリ１００に関して述べたように、出口スロート２９０と位置合わせされるとともに、スロットの上壁に当接するように、上部スロット２６８に押し込まれる。インサートは、スプレー放出の方向（図９には図示せず）に対して実質的に垂直方向である。キャリア２９４は、必要に応じて、流体を汚染する粒子を除去する流体フィルターピン３０２のアレイを備えることができる（又は、適切なサイズの第２のアレイの場合、離間して位置決めされたピンが導入され（図示せず）、流体流における渦流を低減する）。また、組立てが完了すると、図９に示されているように、キャリア２９４の底端部は、キャリア２９４を設置するのに通した開口２６６をシールする。

図９に示されている実施形態では、スロート窓のサイズは、０．７ｍｍ×０．３５ｍｍであることが好ましい。ノズルアセンブリ２５０をより効果的に製造及び工具加工するために、出口オリフィス又はスロート窓２８４は、インサートのスロート／チャンバー孔とハウジング側壁のスロート孔（図示せず）との双方によって形成されるが、スロート孔は、ハウジング２５２の側壁のみに形成してもよい。インサートアセンブリ２５０及びこのノズルを組み立てる方法の著しい利点は、向上したインサート／ハウジングのシール性、インサート保持力、及び凍結／解凍応力耐性である。

新規の改善された方法の好ましい実施形態を記載してきたが、他の変更形態、変形形態、及び改変形態が、本明細書に記載の教示を考慮して、当業者には示唆されると考えられる。したがって、全てのそのような変形形態、変更形態、及び改変形態は、特許請求の範囲において記載される本発明の範囲内に入ると考えられることが理解される。

Claims (14)

1. 微小サイズノズルアセンブリであって、
   該微小サイズノズルアセンブリは、内部キャビティ（１１２）を包囲するノズルハウジング（１１０）を備え、前記内部キャビティは、インサート（１１４）を受けるように構成されている底部開口を有する上部スロット（１７８）を有し、前記インサートは、第１のパワーノズル及び第２のパワーノズル（１２０、１２２）を画定する内部流体通路と、干渉領域（１５４）とを有し、前記第１のパワーノズル及び前記第２のパワーノズルは、前記インサートにおける該第１のパワーノズル及び該第２のパワーノズルの対向する横入口（１２０、１２２）を介して、前記ノズルハウジングの前記内部キャビティから加圧流体を受け取り、前記第１のパワーノズル及び前記第２のパワーノズルによって、前記インサート内に画定される前記干渉領域において互いに向かって狙いをつけられた、加速された第１の流体流及び第２の流体流（１５０、１５２）がもたらされるように構成されており、
   前記ノズルハウジングは、該ノズルハウジングの側壁を通して画定される横断内腔を有し、スプレー軸の周りに画定されるフレア状スロートに、対向する湾曲壁セグメントをもたらし、該対向する湾曲壁セグメントは、前記干渉領域（１５４）と流体連通するスロートセグメントを画定し、出口オリフィスは、一部が前記インサートの干渉チャンバーによって、及び一部が、前記側壁（１６２）を通して画定される前記フレア状スロート又はスプレー出口オリフィス（１６０）内に画定されるようになっており、
   前記ノズルハウジング内の前記インサートは、組立て時の前記微小サイズノズルアセンブリの厚さを最小限に抑えるために、前記内部キャビティの底部開口（１３２）を介して挿入し、該インサートを前記上部スロットへと上方に押し込み、該上部スロット内の側壁及び頂壁の表面に当接させるように構成されている、微小サイズノズルアセンブリ。
2. 前記微少サイズノズルアセンブリの組立て時、前記微少サイズノズルアセンブリの厚さを最小限に抑えるために、前記インサートは、圧力下の流体が、前記内部キャビティ内及び前記インサートの２つの対向側端部の周りを、前記入口及び対応するパワーノズルへと流れることを可能にするように位置付けられ、前記側壁は、前記上部スロット内の内面に当接して、前記インサートを固定する、請求項１に記載の微小サイズノズルアセンブリ。
3. 前記微少サイズノズルアセンブリの組立時、前記微少サイズノズルアセンブリの厚さを最小限に抑えるために、前記インサートは、好ましくは、キャリア（２９４）上に取り付けられ、底部シール開口（２６６）を介して前記上部スロット内に設置され、上方に押し込まれて、前記上部スロット内の内面に当接し、その際、前記キャリア及び前記底部シール開口は、互いに係合して前記ハウジング開口をシールし、それにより、導管（２６０）を介して前記内部キャビティに流入する流体は、前記内部キャビティ及び前記パワーノズル内に全て流れる、請求項１に記載の微小サイズノズルアセンブリ。
4. 前記キャリアは、フィルターポストアレイ（３０２）を有して構成され、該フィルターポストアレイは、流体が、前記内部キャビティ内に、前記キャリアを越えて遠位に又は下流に、該フィルターポストアレイを通って流れ、その後、前記パワーノズルに流入することを可能にするように構成されている、請求項３に記載の微小サイズノズルアセンブリ。
5. 微小サイズノズルアセンブリを組み立てる方法であって、
   （ａ）ノズルハウジング（１１０）内に内部キャビティ（１１２）を画定することであって、該内部キャビティは、底部開口と流体連通する上部スロット（１７８）を有し、該上部スロットは、インサート（１１４）を受けて保持するように構成されており、該インサートは、第１のパワーノズル及び第２のパワーノズル（１２０、１２２）を画定する内部流体通路を有するとともに、干渉領域（１５４）を有することと、
   （ｂ）前記インサートにおいて、第１のパワーノズル及び第２のパワーノズルを設けることであって、該第１のパワーノズル及び該第２のパワーノズルは、前記ノズルハウジングの前記内部キャビティから前記インサートにおける該第１のパワーノズル及び該第２のパワーノズルの対向する横入口（１２０、１２２）を介して加圧流体を受け取り、前記第１のパワーノズル及び前記第２のパワーノズルによって、前記インサート内に画定される前記干渉領域において互いに向かって狙いをつけられた、加速された第１の流体流及び第２の流体流（１５０、１５２）を生成するように構成されていることと、
   （ｃ）前記ノズルハウジング内に、該ノズルハウジングの側壁を通してスプレー軸に沿って位置合わせされた横断内腔を画定し、スロート又はスプレー出口オリフィス（１６０）を形成することであって、前記スロート又は前記スプレー出口オリフィスの断面形状は、前記インサートが前記ノズルハウジングの内部キャビティに挿入された場合、前記ノズルハウジングの側壁及び軸方向に位置合わせされた前記インサートによって規定されることと、
   （ｄ）前記インサートを、前記内部キャビティの底部開口（１３２）を通して、前記ノズルハウジングに挿入することであって、前記インサートを、前記上部スロットへと上方に押し込み、前記上部スロット内の側壁及び頂壁の表面に当接させることと、
   を含む、方法。
6. 圧力下の流体を受け取る内部キャビティ（１１２）を有するハウジング（１１０）であって、前記内部キャビティは、開放底部（１３２）及び上方に延在するスロット（１７８）を有し、該ハウジングは、前記スロットを包囲及び画定する正面壁（１８０）、背面壁（１８２）、及び頂壁（１８６）を有するとともに、前記正面壁を通して前方に延在し、スプレーオリフィス（１６４）において終端するスロート（１６０）を有する上部を含む、ハウジングと、
   前記正面壁、前記背面壁、及び前記頂壁の内面に接触するとともに、それによって固定される、前記スロット内に取付け可能なインサート（１１４）であって、該インサートは、該インサートが前記スロット内に固定される場合、スプレー軸及び前記スロートに位置合わせされる干渉領域（１５４）を組み込んでおり、第１のパワーノズル（１２０）及び第２のパワーノズル（１２２）を有する、インサートとを備え、
   前記スロット内に前記インサートが固定される場合に、前記インサートの互いに反対側の端部と前記スロットとの間に一対の内部流体通路（１１６，１１８）が形成され、
   前記インサートに形成された前記第１のパワーノズル（１２０）及び第２のパワーノズル（１２２）は、入口端部において前記内部流体通路と流体連通するとともに、出口端部において前記干渉領域と流体連通し、
   前記開放底部で流体を受け取り、流体を前記内部流体通路を通って前記第１のパワーノズル及び第２のパワーノズルに流し、前記第１のパワーノズル及び第２のパワーノズルにおいて前記内部流体通路から前記干渉領域へと互いに対向して流体を加速するとともに方向付けて前記干渉領域に流体を流し、前記干渉領域において流体振動渦を生成し、前記スロート及び前記スプレーオリフィスを通して前記流体を放出して、パターン化されたスプレー（１０２）をもたらす、微小サイズノズルアセンブリ。
7. 前記インサートは、前記内部キャビティの前記開放底部を通して前記スロット内に位置決めされ、前記干渉領域（１５４）は、一部が前記インサート内に、及び一部が、前記ハウジングの側壁（１６２）を通して画定されるテーパー状の前記スロート又は前記スプレーオリフィス（１６４、）内に画定される容積を有するようになっている、請求項６に記載の微小サイズノズルアセンブリ。
8. 前記インサートを前記スロット内に位置決めするとともに、前記内部キャビティの前記開放底部をシールするインサートキャリア（２９４）を更に備える、請求項７に記載の微小サイズノズルアセンブリ。
9. 前記内部キャビティの前記開放底部は、加圧流体源に接続可能である、請求項７に記載の微小サイズノズルアセンブリ。
10. 前記スロートは、前記ハウジングの正面壁に形成される内方及び前方に湾曲した壁（１６６、１６８）によって形成される、請求項６に記載の微小サイズノズルアセンブリ。
11. 前記インサートの干渉領域は、前記湾曲した壁と協働し、前記スロートを形成する、請求項１０に記載の微小サイズノズルアセンブリ。
12. 前記ハウジングの前記上部は、幅７ｍｍ、深さ３ｍｍ、及び高さ９ｍｍの外寸を有し、前記インサートは、厚さ．８５ｍｍである、請求項６に記載の微小サイズノズルアセンブリ。
13. 前記パターン化されたスプレーは、流体源から１５ｐｓｉ〜２２ｐｓｉにおいて５０ｍｌ／分〜３５０ｍｌ／分の流量で供給される場合、１５度〜８０度のスプレー角度を有する均一なスプレーファンであり、該スプレーファンは、６度〜２５度の選択された厚さを有することができる、請求項６に記載の微小サイズノズルアセンブリ。
14. 前記パターン化されたスプレーは、２５ｃＰにのぼる粘度を有する低温流体が供給される場合に生成される、請求項１３に記載の微小サイズノズルアセンブリ。

Images