(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗り物の窓ガラスから雨滴を払拭する往復揺動式ワイパ装置であって、
ワイパアームと、そのワイパアームの基部に連結されたリンクプレートと、前記ワイパアームをピボット軸を中心に回動させる駆動手段に取り付けられたクランクアームと、前記リンクプレートと前記クランクアームに連結されるリンクロッドを有すると共に、
前記ワイパアームの往復揺動範囲を増減させる往復揺動範囲調整手段と、
単位時間当たりの往復揺動回数を可変にする可変手段とを備え、
前記揺動範囲調整手段は、前記リンクロッドと前記クランクアームの双方に、それぞれ連結軸を介して連結され、軸を支点として回動自在なロッドであり、
前記軸の位置を変えずに、前記軸に対する前記ロッドの回動中心位置を変更する変更手段がボディーに固定されていることを特徴とする往復揺動式ワイパ装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、自動車、電車、船、航空機、あるいは、その他の乗り物用のウインドガラス等のワイパ法およびその装置に関するものである。
背景技術
従来、車両等におけるウインドガラスから、雨や雪あるいは塵埃等を払拭除去するための装置としてワイパ装置が知られている。
一方、雨の強さ、いわゆる降雨強度については、１時間当たりの降雨量として次の８段階に分類されている。
１ｍｍ未満の『小雨』、１〜３ｍｍ未満の『弱い雨』、３〜８ｍｍ未満の『雨』、８〜１５ｍｍ未満の『やや強い雨』、１５〜２０ｍｍ未満の『強い雨』、２０〜３０ｍｍ未満で土砂降りの『激しい雨』、３０〜５０ｍｍ未満でバケツをひっくり返したように降る『非常に激しい雨』、５０ｍｍ以上で滝のように降る『猛烈な雨』、の８段階である〔雨の楽しい話、原田稔著、（株）日本図書刊行会発行、１９９７年６月２０日〕。
そして、自動車等に用いられているワイパ装置は、往復揺動式ワイパが一般的であり、降雨量が５０ｍｍ未満の通常の雨に対してはウインドガラスを機能良く払拭して良好な視界を確保することができる。
しかし、降雨量が５０ｍｍ以上の滝のように降る『猛烈な雨』の場合、往復揺動式ワイパが払拭しても、次から次ぎに猛烈な雨がウインドガラスに降り注ぎ、透視度が低下し、視界の確保が困難となる場合がある。
特に、高速道路走行中では、停車することもできず、恐怖感を持ちながらも『勘』をたよりに運転を強いられる状況となっている。
さらに、夜間では一層深刻な状況となり、このような問題点を解決してほしいという欲求はあるが、いまだ解決されていないのが現状である。
一方、滝のように降る『猛烈な雨』は、低気圧の通過、梅雨前線や秋雨前線の周辺あるいは熱帯性低気圧（台風、ハリケーン、サイクロン等）に伴ってしばしば発生し、また、熱帯・亜熱帯地方のスコールとして良く発生している。
運転者の視界を確保するということは、自動車等の基本的機能の一つであり、如何なる悪条件下でも『視界の確保』は、交通事故を未然に防ぎ、安全性を高め、運転者の不安を取り除く面からも必須の要件である。
これまで、往復揺動式ワイパに代わるワイパとして、回転式ワイパや圧縮空気噴射式ワイパ等が提案されている。
これらの回転式ワイパや圧縮空気噴射式ワイパによるウインドガラスの払拭方法自体については、既に公知技術となっている。
回転式ワイパとしては、たとえば、特公昭４７―１６５号公報には、払拭杵を高速で回転する回転式ウインドワイパが記載され、特公昭４８―１３０１９号公報および特公昭４８―４２１４２号公報には、回転運動する払拭体の半分がガラス面で半分がボンネット内に位置する回転式ウインドクリーナーが記載され、特公昭４７―２１０４３号公報には、回転運動をしながら左右に揺動運動する回転揺動併用式ウインドガラスワイパが記載され、特公昭５０―２４５０２号公報および特公昭５０―３９２９３号公報には、ブラシ払拭子を回転させるウインドワイパが記載され、また、特公平３―６０６９８号公報には、払拭体を昇降させる回転式ウインドクリーナーが記載され、さらに、特公平７―３９２６４号公報には、回転払拭する左右の払拭体が相互干渉しないよう遅れ角を持たせた回転式ウインドクリーナーが記載されている。
一方、圧縮空気噴射式ワイパとしては、たとえば、特開昭４８―１５２３９号公報に、エアーカーテンを形成する自動車フロントガラス防護装置が記載され、特公昭５２―２４２９３号公報には、圧縮空気を噴出するエアーワイパーが記載され、特公平０１―５０６１９号公報および特公平０１―５０６２０号公報には、加圧空気によって二重のエアーカーテンを形成する自動車用エアーワイパーが記載され、特開平０３―２４８９４８号公報には、高速の噴流膜を次々に形成する空気噴射式ワイパーが記載され、特開平０４―９０９４８号公報には、往復揺動式ワイパと圧縮空気噴射式ワイパとを併用し、往復揺動式ワイパによる未払拭の雨滴をエアー噴射で除去する雨滴除去装置が記載され、特開平０６―１５６２０４号公報には、圧縮空気噴射により複数のエアーカーテンを形成する車両用エアワイパーが記載され、また、特開平０７―５２７５５号公報には、撥水剤と圧縮空気を噴射するエアーワイパーおよび撥水剤コーティング装置が記載され、さらに、特開平１０―１４７２１４号公報には、フロントガラスにシリコン樹脂の皮膜を形成させ加圧空気を噴射する無ワイパー自動車が記載されている。
一般的に用いられている往復揺動式ワイパは、降雨量が１時間当たり５０ｍｍ以上の猛烈な雨の場合には、払拭能力の限界を超え、往復揺動式ワイパが払拭しても次から次ぎに猛烈な雨がウインドガラスに降り注ぎ、透視度が低下し、視界がまったく確保できないという大きな問題がある。
また、回転式ワイパにあっては、いずれも往復揺動式ワイパに代わる装置として考案されているが、回転式ワイパは往復揺動式ワイパに比べ払拭面積が必然的に狭くなるという欠点を有する。
そして、複雑な曲率を有するウインドガラス面を回転払拭すると、払拭ムラが生じることが容易に予想され、この払拭ムラは回転数を上げる程遠心力が作用するためさらに大きくなると予想される。
また、これらの回転式ワイパは猛烈な雨に対しての払拭効果を意図したものではなく、さらに、前記各技術は、何れも降雨量に対する効果の証明がなされていない。
したがって、これらの技術は概念的なものといえ、回転式ワイパは一般に普及するに至っていない。
さらに、前述した圧縮空気噴射式ワイパは、いずれも往復揺動式ワイパに代わる装置として提案されているが、前述した技術は、何れも降雨量に対する効果の証明がなされていない。
そこで本発明者等は、実際に圧縮空気をウインドガラスに噴射して雨の吹き飛ばし効果について確認した。
すなわち、噴射ノズルとして▲１▼：口径２．０ｍｍのノズルを付けたエアーダスター、▲２▼：入力エアーの３倍以上の出力エアーを吐出するノズルを付けたエアーダスター、▲３▼及び▲４▼：噴射口が巾４７．５ｍｍ内に１６ケ並列して設けられ、その口径が０．８ｍｍ及び１．１ｍｍのマルチオリフィス構造のノズル〔スプレーイングシステムスジャパン（株）製のウインドジェットブローオフノズル〕を用いて、０．５ＭＰａ（５ｋｇ／ｃｍ２）の圧縮空気を、ノズル１本当たりの流量として２００〜４００Ｌ／ｍｉｎ、風速として２０〜３０ｍ／ｓｅｃ（７２〜１０８ｋｍ／ｈｒ）でウインドガラスに噴射し、降雨に対する吹き飛ばし効果を確認した。
その結果、降雨量が５０ｍｍ未満の通常の雨や５０ｍｍ以上の猛烈な雨のいずれの条件でも雨を吹き飛ばして視界を確保する効果はほとんど認められなかった。
わずかに圧縮空気が当たった狭い範囲についてのみ透視度が向上し、ぼやけて見える程度であった。
また、噴射角度、噴射距離等について工夫したが大きな改善効果は認められなかった。
一方、シリコン系の撥水剤（ＳＯＦＴ９９コーポレーション製のガラコ）を塗布して、圧縮空気を噴射すると、雨滴の吹き飛ばし効果が大きく改善され、透視度が向上し、視界を確保できることが分かった。
しかしながら、圧縮空気噴射式ワイパは、常に撥水剤を併用する必要があること、また、ウインドガラスの全面に圧縮空気を噴射して視界を確保するには、非常に大きな能力の空気圧縮機が必要となることから、圧縮空気噴射式ワイパの実用化は困難と思われる。
本発明は、このような従来の技術における問題点に鑑みてなされたもので、主な目的とするところは、降雨量が５０ｍｍ以上の猛烈な雨の時でも、運転者の視界を良好に確保することにある。
発明の開示
本発明は、往復揺動式ワイパと回転式ワイパの２種のワイパを用い、通常の雨量時には往復揺動式ワイパを作動させて雨を払拭し、前記往復揺動式ワイパの払拭能力の限界を超える雨量時には、前記往復揺動式ワイパを所定の位置で停止させた後に、回転式ワイパを作動させることにより雨を払拭するようにしたものである。
これによって、複雑な曲率を有するウインドガラスであっても、視界を確保するに必要な適度の大きさの払拭体を用い、所定の回転速度で回転することにより、猛烈な雨をウインドガラスより除去して、透視度を高め、視界を確保することができる。
払拭体の大きさとしては、１００〜５００ｍｍが好ましく、１００〜４００ｍｍがより好ましく、１００〜３００ｍｍがさらに好ましい。
また、回転速度は、８０ｒｐｍ以上であれば良く、１００〜２０００ｒｐｍが好ましく、１２０〜１５００ｒｐｍがより好ましく、１４０〜１０００ｒｐｍがさらに好ましい。
また、払拭回数としては、１分間に２００〜４０００回が好ましく、２４０〜３０００回がより好ましく、２８０〜２０００回がさらに好ましい。
払拭体の駆動は、駆動用モーターから伝達軸等を介して駆動されるが、この駆動用モーターは、ワイパアーム部内に設けても良く、エンジンルーム内等に設けて伝達軸等の伝達手段により駆動しても良い。
エンジンルーム内に設けると伝達手段がやや複雑な構造となるが、一般的な往復揺動式ワイパとほとんど同じ外観を有することから、デザイン的にも好ましい。
そして、晴天の時には、往復揺動式ワイパと回転式ワイパは、ともにウインドガラスの下部に収納され、ボンネットを有する自動車にあってはボンネット内に収納される。
通常の雨の場合には、往復揺動式ワイパを使用し、猛烈な雨の場合にのみ、往復揺動式ワイパを開いた状態で停止させ、次に、回転式ワイパを収納位置から開いた状態に回動して停止させ、回転式ワイパの払拭体を高速で回転させながら猛烈な雨を除去するものである。
猛烈な雨が過ぎ去った後は、回転式ワイパの払拭体の回転を停止し、ワイパアームを回動して収納位置に収納し、次に往復揺動式ワイパを再使用するものである。
また、本発明は、往復揺動動作と回転動作とを行うワイパを用い、通常の雨量時には、前記ワイパを往復揺動させることにより雨を払拭し、往復揺動されるワイパの払拭能力の限界を超える雨量時には、前記ワイパを回転させることにより雨を払拭するようにしたものである。
前記ワイパは、晴天の時にはウインドガラスの下部に収納され、ボンネットを有する自動車にあってはボンネット内に収納される。
そして、通常の雨の場合には払拭体を所定位置で固定するとともに駆動手段の接続を遮断して往復揺動式ワイパとして使用し、猛烈な雨の場合のみ、ワイパアームを開いた状態で停止させ、払拭体の固定を解除するとともに駆動手段を接続して払拭体を高速で回転させながら猛烈な雨を除去するものである。
猛烈な雨が過ぎ去った後は、払拭体の回転を停止し、払拭体を所定の位置に固定するとともに駆動手段の接続を遮断して、往復揺動式ワイパとして再使用するものである。
このような回転式ワイパを用いると、複雑な曲率を有するウインドガラスであっても、払拭体を所定の回転速度で回転することにより、猛烈な雨をウインドガラスより除去して、透視度を高め、視界を確保することができる。
すなわち、払拭体が大きい場合には、払拭体を高速で回転すると、遠心力が作用して円周部に払拭ムラが生じるが、中心部で運転に支障のない範囲の視界を確保するものである。
このため、払拭体の大きさに制限はないが、払拭体が大きいと頑丈なワイパアームとより強力な駆動用モーターが必要となる。
払拭体の駆動は、駆動用モーターから伝達軸等を介して駆動されるが、この駆動用モーターは、ワイパアーム部内に設けても良く、エンジンルーム内等に設けて伝達軸等の伝達手段により駆動しても良い。
エンジンルーム内に設けると伝達手段がやや複雑な構造となるが、一般的な往復揺動式ワイパとほとんど同じ外観を有することから、デザイン的にも好ましい。
また、本発明は、往復揺動式ワイパを用い、通常の雨量時の払拭能力の限界を超える雨量時に、前記往復揺動式ワイパの往復揺動回数を、８０回／分以上に増加させるものであり、さらに、本発明は、その往復揺動範囲を減少させ、かつ、往復揺動式ワイパの往復揺動回数を、８０回／分以上に増加させるようにしたものである。
そして、このようなワイパ法を実施するための主要な構成部品として、往復揺動式ワイパでは、回動用モーター、回動用減速機、リンク機構、ピボット軸、ワイパアーム、払拭体を有する。
一方、回転式ワイパでは、回動用モーター、回動用減速機、リンク機構、ピボット軸、ワイパアーム、駆動用モーター、駆動用減速機、伝達軸、払拭体を有する。
このように往復揺動式ワイパと回転式ワイパの２種の装置を設ける必要がある。
しかし、回転式ワイパは、使用頻度が少ないことから、エンジンルーム内等の空きスペースに、これらの回動用モーター、回動用減速機を設け、リンク機構はフレキシブルケーブルによってピボット軸と固定しているリンクプレートに接続し、ワイパアームを回動する方式とすることもできる。
こうすることによって、限られたスペース内に往復揺動式ワイパと回転式ワイパの２種のワイパを組み込むことが可能となる。
一方、ワイパアームの収納位置及び開状態での停止位置の制御は、従来の往復揺動式ワイパで用いられている、減速機内に設けられた自動停止位置スイッチにより制御される。
すなわち、収納状態での停止は、従来と同じ自動停止位置スイッチであるが、新たに、これの１８０度の対称位置に開状態の自動停止位置スイッチを設けることにより制御される。
また、払拭体の停止位置の制御は、駆動用減速機内に自動停止位置スイッチを設けることにより制御される。
往復揺動回数の可変手段としては、回動用減速機の減速比率を可変させる方法または回動用モーターの回転数を可変させる方法が考えられる。
いずれも公知技術であるが、減速比率を可変する変速機としては、歯車減速機、摩擦車式無段変速機、ベルト式無段変速機、チェーン式無段変速機、流体変速装置、などが挙げられるが、これらの変速機は構造が複雑で高価となることから、モーターの回転数を可変する方法がより好ましい。
直流モーターの回転速度は、電気子誘起電圧に比例し、界磁磁束に反比例する。その速度制御は、電気子電圧制御法、界磁制御法、抵抗制御法など多くの方法がある（例えば、▲１▼新版モーター活用マニュアル、坪島茂彦、中村修照著、（株）オーム社発行、平成８年１２月１０日、▲２▼モーター応用回路１０１選、谷腰欣司著、日刊工業新聞社発行、１９９２年５月２９日）。
変速範囲が１：３〜１：１０では界磁電流を増減するか直列抵抗を変えるかして簡単に制御でき、広範囲の速度制御では電気子電圧を制御する方法が好ましい。
なお、一般的に使用されている往復揺動式ワイパの往復揺動回数は、１分間当たり低速（Ｌｏ）で５０回、高速（Ｈｉ）で７２回であり、払拭回数としてはそれぞれ２倍の１００回、１４４回である。
このため、この往復揺動式ワイパでは、往復揺動回数として１分間に８０回以上、より好ましくは１４０回以上に増加させる必要があり、必然的に往復揺動速度が高速になる難点が生じる。
高速になると、ワイパアームに働く慣性作用がさらに大きくなり、ワイパアームとピボット軸との固着部位の強化やワイパ機構の耐久性の確認が必要となる。
本発明においては、往復揺動速度は従来の往復揺動式ワイパと同じであるが、往復揺動範囲を減少することによって、往復揺動回数の増加を可能としたものである。
すなわち、従来の往復揺動式ワイパと往復揺動速度が同じで、ワイパアームに働く慣性作用等も同じであるが、往復揺動範囲が減少したことによって、往復揺動回数を増加することができ、この事によって、猛烈な雨をウインドガラスより払拭除去するものである。
一般的に使用されている往復揺動式ワイパの往復揺動範囲は回動角として約９０度で、往復揺動回数は高速（Ｈｉ）で７２回で、払拭回数としては１４４回である。
これを、往復揺動速度を同じに保って、回動角を４５度に減少すると往復揺動回数は２倍の１４４回になり、払拭回数としては２８８回になる。回動角を３０度にすると往復揺動回数は３倍の２１６回になり、払拭回数としては４３２回になる。
ここで、回動角を４５度にした場合、往復揺動範囲は減少するが、中央部で約４５０ｍｍ四方の払拭が可能であり、回動角を３０度にした場合は、中央部で約３００ｍｍ四方の払拭が可能である。このため、回動角を減少しても、運転に支障のない充分な視界範囲が確保できる。
回動角としては、１０〜９０度が好ましく、２０〜７０度がより好ましく、３０〜５０度がさらに好ましい。
往復揺動回数としては、１分間に８０回以上であれば良く、１００〜１０００回が好ましく、１２０〜６００回がより好ましく、１４０〜３００回がさらに好ましい。
すなわち、払拭回数としては、１分間に２００〜２０００回が好ましく、２４０〜１２００回がより好ましく、２８０〜６００回がさらに好ましい。
また、往復揺動範囲を減少させる方法として、次のいくつかの方法が考えられる。
一つは、従来の往復揺動式ワイパの減速機内にモーターの逆転スイッチを設け、所定の範囲内で、モーターの逆転を繰り返えして往復揺動させる方法である。
しかし、モーターの逆転を１分間当たり３００回以上の高速で繰り返さなければならず、実用化は困難と思われる。
二つ目は、回動用モーターの減速機に連動しているクランクアームの支点間の距離を短くする方法である。
短くすることによってリンクロッドの往復運動の振幅が小さくなり、このためピボット軸に連結しているリンクプレートの往復運動の振幅も小さくなり回動角が減少する。
しかし、回転しているクランクアームの支点間の距離を可変するには構造がやや複雑となる難点がある。
三つ目は、ピボット軸に連結しているリンクプレートとリンクロッドとの連結点の位置を可変する方法である。
すなわち、ピボット軸の軸芯と前記連結点の軸芯との距離を可変とし、長くすることによってワイパアームの回動角を小さくすることができる。
回動角を９０度から４５度にするには、軸芯間の距離を２．４１倍にする必要があり、３０度にするには３．７３倍にする必要がある。
リンクプレートとリンクロッドとの連結点の位置の可変は、各種アクチュエーターを用いることができ、たとえば、電動シリンダー、エアーシリンダー、油圧シリンダー、電磁ソレノイド、モーター駆動などにより行われる。
すなわち、電動シリンダーなどの往復作動を直接連結軸に伝達して可変させるか、あるいはモーターの減速機に連結しているアームの往復作動をフレキシブルケーブルなどによって伝達し、連結軸を可変させることもできる。
しかし、軸芯間の距離は、自動車（トヨタカローラ）で５４ｍｍあり、これを２．４１倍にすると１３０ｍｍで、３．７３倍にすると２０１ｍｍとなる。
このため、この方法ではかなり広いスペースが必要となる難点がある。
四つ目は、リンクプレートとクランクアームとはリンクロッドにより連結されているが、このリンクロッドの間に往復運動の振幅の減少手段を設ける方法である。
この減少手段を設けることにより狭い場所でも往復運動の減少を行うことが可能となる。
すなわち、従来のリンク機構の収納スペースでも設置可能であり、ボディーの大きな設計変更を伴わないのでより好ましい。
この方法として例えば、シーソーを横向きにしたような中央部に支点を有し、左右に振幅する装置を組み込み、この中央部の支点を可変とし、支点と両端のロッドとの連結点の距離を可変して往復運動の振幅を減少させる方法である。
具体的には、ロッドをカムプレートの回転により長手方向に移動させる方法が挙げられ、また、ロッドと一体に固定されているラックをピニオンの回転により長手方向に移動させる方法とすることもでき、さらに、前記した各種アクチュエーターを用いることができる。
別の方法として、歯車の組み合わせ比率を変更する方法や変速機などを用いて振幅を可変させることも可能であるが、構造が複雑でコストが高くなる難点がある。
一方、回動角を減少すると往復揺動速度が低下する。すなわち、往復揺動回数は、クランクアームの１回転により行われ、これはリンクロッドの１往復に相当し、回動角が減少しても往復揺動回数は変わらないため往復揺動速度が低下する。
従って、往復揺動速度を同じに保つためには回動用モーターの回転数を増加させる必要がある。
回動角を９０度から４５度に減少すると往復揺動速度は１／２に低下することからモーターの回転数を２倍に増加する必要があり、回動角を３０度に減少すると往復揺動速度は１／３に低下するためモーターの回転数を３倍に増加する必要がある。
この往復揺動範囲の減少手段と往復揺動回数の可変手段とは、前述したように別々の機構として行っても良いが、変速機とアクチュエーター等を組み合わせて一つの機構として一括して行うことも可能である。
また、往復揺動範囲の減少手段と往復揺動回数の可変手段とを連動させて、徐々に、あるいは、同時に変更するようにしてもよく、降雨量に応じて複数の段階的に可変することも可能である。
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説明するために、添付図面を参照してこれを説明する。
本発明の第１の実施形態について、第１図および第２図を参照して説明する。
本実施形態は、往復揺動式ワイパと回転式ワイパの２種のワイパを有するワイパ装置を示すものである。
これらの図において符号１は、図示しない回動用モーターの出力を受け、ピボット軸２を中心に所定範囲を回動する往復揺動式ワイパのワイパアームで、このワイパアーム１の先端部に払拭体３が保持されている。
符号４は、図示しない回動用モーターの出力を受け、ピボット軸５を中心に所定範囲を回動する回転式ワイパのワイパアームで、このワイパアーム４の先端部に払拭体６が回転自在に保持されている。
第２図に示すように、前記ワイパアーム４の中空部には、第１の駆動手段としての駆動用モーター７が設けられ、この駆動用モーター７の出力軸にウオーム８が一体に取り付けられている。
このウオーム８には、ワイパアーム４内に回転自在に取り付けられたウオームホイール９が噛合させられており、このウオームホイール９には、傘歯車１０が同軸上に一体に固定して設けられ、この傘歯車１０に噛み合った傘歯車１１が、前記ワイパアーム４内に回転自在に支持された動力伝達軸１２の一端に固定されている。
また、前記動力伝達軸１２の他端には傘歯車１３が同軸上に一体に取り付けられており、この傘歯車１３に噛合する傘歯車１４が、前記ワイパアーム４の先端内部に設けられ、前記払拭体６を取り付けるための保持手段１６に取り付けられて、前記払拭体６の回転中心となる枢軸としての回転軸１５に固定されている。
そして、この回転軸１５と保持手段１６は、ボルトナット１７により回転自在に連結されており、この回転自在の保持手段１６に払拭体６が保持されている。
また、ワイパアーム４を収納した場合に、前記払拭体６を略水平状態に停止させるために、前記ウオームホイール９に、図示しない位置停止スイッチが設けられ、さらに、ウオームホイール９の１回転が払拭体６の１回転に相当するよう歯車比を構成してある。
このように構成された本実施形態のワイパ装置では、通常の雨量の場合には、往復揺動式ワイパを構成するワイパアーム１を揺動させることにより、このワイパアーム１に装着されている払拭体３を使用して雨の払拭を行い、また、猛烈な雨で往復揺動式ワイパの払拭能力の限界を超え、視界の確保が困難になった場合には、第１図に示すように、往復揺動式ワイパを開いた位置で停止させた後に、回転式ワイパのワイパアーム４を所定角度回動させることにより、前記払拭体６を払拭動作位置に移動させ、つぎに、駆動用モーター７を駆動することによって払拭体６を高速で回転させ、猛烈な雨をウインドガラスＷより払拭除去して視界を確保することができる。
ついで、本発明の第２の実施形態について第３図を参照して説明する。
第３図において符号１８は、アームヘッドで、このアームヘッド１８の基端部には、ピボット軸１９が嵌合連結されており、これらのアームヘッド１８とピボット軸１９が、キー（あるいはスプライン）２０によってピボット軸１９の軸線回りの相対回動が拘束され、また、アームヘッド１８とピボット軸１９とが、前記アームヘッド１８に螺着される袋ナット２１により、離脱が防止された構造となっている。
前記アームヘッド１８の他端には、中空状のワイパアーム２２が、上下方向（ウインドガラスＷの面にほぼ直交する方向）に揺動自在となるように、図示しないリベットにより接続されている。
また、前記ピボット軸１９の、前記アームヘッド１８との連結部分と反対側の端部には、ボールジョイント２３が設けられており、このボールジョイント２３には、第２の駆動手段としてのモータ（図示略）が連結されており、このモータの出力を受けて前記ピボット軸１９が所定範囲を往復回動させられ、これによって、アームヘッド１８およびワイパアーム２２が図示しないウインドガラス面を往復揺動するようになされている。
符号２４は、たとえば車体に固定されるハウジングであり、このハウジング２４の中に、第２の駆動手段としての駆動用モータ２５が設けられ、この駆動用モータ２５の出力軸にウオーム２６が一体に取り付けられている。
そして、このウオーム２６に噛合するウオームホイール２７が、前記ハウジング２４の内部に配設されているとともに、このウオームホイール２７が、前記ハウジング２４およびピボット軸１９を貫通して前記アームヘッド１８内に突出させられた回転自在な動力伝達軸２８に固定されている。
また、前記動力伝達軸２８の、前記アームヘッド１８内に位置する端部には傘歯車２９が一体に固定されており、この傘歯車２９と噛合する傘歯車３０が、前記アームヘッド１８内に回転自在に装着された第２の動力伝達軸３１の一端に固定されている。
前記ワイパアーム２２の基端部から先端部近傍に至る位置には、前記第２の動力伝達軸３１に自在継手３３を介して連結された第３の動力伝達軸３２が設けられている。この自在継手３３の連結位置は、前記アームヘッド１８とワイパアーム２２とを揺動自在に連結する図示しないリベットの軸芯と同一延長線上である。
さらに、前記ワイパアーム２２の先端内部には、前記第３の動力伝達軸３２と同軸上に第４の動力伝達軸３４が回転自在に設けられており、これらの第３の動力伝達軸３２と第４の動力伝達軸３４との間には、両者の接続と遮断を行うクラッチ機構が設けてある。
このクラッチ機構は、前記第４の動力伝達軸３４の一端部にキー（あるいはスプライン）３７を介して軸方向に沿って摺動自在に取り付けられたクラッチリング３５と、このクラッチリング３５を摺動させることにより、前記第３の動力伝達軸３２の先端部に形成されているキー（あるいはスプライン）３８へ噛合させ、かつ、その噛合を解除する電磁ソレノイド３６とによって構成されている。
前記第４の動力伝達軸３４の他端には、傘歯車３９が一体に固定され、この傘歯車３９に噛合するようにして設けられた傘歯車４０が、前記ワイパアーム２２の先端部を貫通して設けられた回転軸４１に固定されている。
この回転軸４１の外部側の端部には、払拭体６が取り付けられる保持手段４２が、ボルトナット４３により回転自在に固定されている。
また、前記回転軸４１には、この回転軸４１の回転、すなわち、この回転軸４１に前記保持手段４２を介して取り付けられる払拭体６の回転を拘束して、この払拭体６を、前記ワイパアーム２２に対して所定位置に固定するための非真円形状の固定板４４が設けられ、この固定板４４を挟み込んで払拭体の固定を行うコの字形の固定ピン４５が設けてある。
一方、前記電磁ソレノイド３６の可動子には、前記クラッチリング３５に、その軸回りの回動を許容した状態で、軸方向において係合させられるクラッチ機構を構成する操作ロッドＲが一体に連結されており、この操作ロッドＲの先端には、前記電磁ソレノイド３６によって操作ロッドＲが摺動させられた際に、前記固定板４４へ係脱させられることにより、前記回転軸４１の回転を拘束しあるいはその拘束を解除する固定ピン４５が一体に設けられている。
また、前記ウオームホイール２７には、ワイパアーム２２を収納した場合に、払拭体６を略水平状態で停止させるために、図示しない位置停止スイッチが設けられ、さらに、ウオームホイール２７の１回転が払拭体の１回転に相当するよう歯車比を構成してある。
このように構成したワイパ装置にあっては、通常の雨の場合には、電磁ソレノイド３６の作動によって、クラッチリング３５が第３の動力伝達軸３２から切り離されて、モータ２５と払拭体６との連結が解除され、かつ、操作ロッドＲに設けられている固定ピン４５が固定板４４へ係合させられることにより、払拭体６がワイパアーム２２に対して所定の位置関係で固定される。
この状態において、図示しないモーターによってワイパアーム２２が往復揺動させられることにより、ワイパ装置が往復揺動式ワイパとして機能して雨の払拭が行われる。
そして、猛烈な雨で往復揺動式ワイパの払拭能力の限界を超え、視界の確保が困難になった場合には、ワイパアーム２２を所定の位置で停止させ、電磁ソレノイド３６を逆方向に作動させることにより、操作ロッドＲによって前記クラッチリング３５を第３の動力伝達軸３２へ噛合させ、かつ、固定ピン４５と固定板４４との係合を解除する。
これより、第２の駆動手段のモーター２５を駆動することによって払拭体６を高速で回転させ、猛烈な雨をウインドガラスより払拭除去して視界を確保することができる。
つぎの、本発明の第３の実施形態である往復揺動式ワイパは、単位時間当たりの往復揺動回数を増加させるようにしたものであり、これは、たとえばモーターの回転数を可変することが挙げられるが、実施例としての図面に基づいての説明は省略する。
つぎに、本発明の第４の実施形態について、第４図〜第１３図に基づき説明する。
第４図は全体の概要図で、第５図〜第６図はリンクプレート部における往復揺動範囲の調整手段を示す断面図である。第７図〜第１３図はリンクロッド部における往復揺動範囲の調整手段を示す平面図および断面図である。
つぎに、リンクプレート部における往復揺動範囲の調整手段の例について説明する。
第４図において符号４６ａおよび４６ｂは、ピボット軸４７ａおよび４７ｂを中心に所定範囲を回動する往復揺動式ワイパのワイパアームで、このワイパアーム４６ａおよび４６ｂの先端部に、払拭体４８ａおよび４８ｂが保持されている。
前記ピボット軸４７ａには、リンクプレート４９が回動自在に取り付けられており、このリンクプート４９には、リンクロッド５０の一端が、回動自在に連結され、リンクロッド５０の他端は、前記ピボット軸４７ｂに回動自在に取り付けられたリンクプレート５１に回動自在に連結され、このリンクプレート５１には、駆動手段としてのモータ５４によって往復移動させられるリンクロッド５２が連結されている。
また、前記リンクプレート５１の、前記リンクロッド５２との連結点には、前記リンクプレート５１の回動中心となるピボット軸４７ｂから遠ざかる方向に沿って形成された長穴Ｌが形成されており、この長穴Ｌに、前記リンクロッド５２の一端部が摺動可能に連結されることにより、このリンクロッド５２の一端部が、前記ピボット軸４７ｂに接近する位置Ａ点から、最も離間する位置Ｂ点まで相対移動させられるようになっている。
そして、前記連結点とリンクプレート５１の回動中心であるピボット軸４７ｂとの間の距離が変化させられることにより、前記リンクプレート５１に回動角度、すなわち、払拭体４８ａ・４８ｂの移動範囲が変更させられるようになっている。
前記リンクロッド５２の他端は、前記モータ５４によって回転駆動されるクランクアーム５３へ連結されており、このクランクアーム５３は、前記モーター５４に対して、図示しないウオームとウオームホイール等からなる減速機構を介して連結されている。
また、モーター５４の回転速度は、制御装置５５によって制御されるよう設定してある。
一方、前記リンクプレート５１とリンクロッド５２との連結点の位置の変更は、第５図に示すように、前記リンクプレート５１とリンクロッド５２の一端部との間に介装された電動シリンダー５６の作動により行われるようになっており、Ａ点からＢ点、また、Ｂ点からＡ点への位置変更が行われるように設定されている。
また、前記リンクプレート５１とリンクロッド５２との連結点の位置の変更を行う他の構造として、第６図に示すように、モータ５７に、ウオームとウオームホイール等からなる減速機構（図示略）を介して揺動アーム５８を取り付けておき、この揺動アーム５８の揺動端部を環状のフレキシブルケーブル５９に固定するとともに、このフレキシブルケーブル５９の他の部分に、前記リンクロッド５２の一端部を固定する構造である。
そして、前記揺動アーム５８をモーター５７の正転と逆転とによって所定角度の範囲で往復運動させ、この往復運動をフレキシブルケーブル５９に伝達させることによって、前記リンクプレート５１とリンクロッド５２との連結点の位置がＡ点からＢ点、Ｂ点からＡ点に変更するものである。
つぎに、リンクロッド部において往復運動範囲を変更させる場合の構造例について説明する。
符号４７ａ及び４７ｂはピボット軸で、このピボット軸４７ａおよび４７ｂには、ワイパアームが固定されるリンクプレート４９および５１が回動自在に連結されており、このリンクプレート４９と５１とはリンクロッド５０で連結され、さらに、リンクプレート５１はリンクロッド５２に連結されている。
このリンクロッド５２は、払拭体４８ａ・４８ｂの往復運動範囲の変更を行うロッド１０１に連結軸１０２を介して連結されている。
すなわち、前記ロッド１０１は、軸１０３を中心に回動自在に取り付けられ、他端は連結軸１０４を介してロッド１０５と連結されており、かつ、前記ロッド１０１には、その長さ方向に沿った長穴Ｌが形成されて、ロッド１０１が、前記長穴Ｌに沿って摺動し、前記軸１０３によって設定される揺動中心位置が、Ｃ点からＤ点、Ｄ点からＣ点に可変されるよう設定してある。すなわち、支点と両端の連結軸との距離が可変される機構となっている。
また、前記ロッド１０５の一端部は、他のロッド１０７の一端部に連結され、さらに、このロッド１０７は、軸１０６を中心に回動自在に取り付けられているとともに、その他端部がリンクロッド１０８の一端部に連結されている。
そして、前記リンクロッド１０８の他端部は、図示しないウオームとウオームホイールからなる減速機構を介して、モータ５４によって回転駆動されるクランクアーム５３へ回転自在に連結されている。
一方、前記ロッド１０１には、第８図および第９図に示すように、軸１０９が固定されており、このロッド１０１と所定間隔をおいてカムプレート１１０が対向配置されている。
このカムプレート１１０は、渦巻き状のカム溝Ｆが形成されているとともに、前記軸１０３に同軸上に固定され、この軸１０３に固定されたウオームホイール１１３と、このウオームホイール１１３に噛合させられたウオーム１１２を介してモータ１１１に連結されて、このカムプレート１１０に形成されている前記カム溝Ｆに前記軸１０９が摺動自在に嵌合させられている。
そして、ロッド１０１の揺動中心をＤ点からＣ点へ変更する場合には、カムプレート１１０が左回りに１回転させられることにより行われ、Ｃ点からＤ点への変更はカムプレート１１０が右回りに１回転させられることによって行われる。このように、ロッド１０１の揺動中心位置が変更されることによって、前記リンクプレート４９・５１の揺動角度、すなわち、払拭体４８ａ・４８ｂの揺動範囲が変更される。
また、ウオームホイール１１３には図示しない位置停止スイッチが設けてあり、モーターの正転と逆転とによりカムプレート１１０が右回り、左回りに所定位置まで回転するよう設定してある。
さらに、前記ロッド１０１の揺動位置を変更させるための他の構造を、第１０図および第１１図に示す。
この構造は、前述したカムプレート１１０と軸１０９に代えて、ラックとピニオンを用いたものである。
すなわち、前記ロッド１０１にラック１１４を形成するとともに、このラック１１４を取り囲むようにして、ケーシングＫを、前記ロッド１０１の長さ方向に摺動自在に取り付け、このケーシングＫに、前記軸１０３を回動可能に貫通させて取り付け、この軸１０３に前記ラック１１４に噛合させられるピニオン１１５を形成した構成としている。
そして、前記軸１０３には、ウオームホイール１１８が一体に固定され、このウオームホイール１１８にはウオーム１１７が噛合され、さらに、このウオーム１１７にはモータ１１６が連結されており、軸１０３の回転に伴ってラック１１４、すなわち、ロッド１０１が長手方向に移動させられることにより、このロッド１０１の揺動中心が、Ｄ点からＣ点、Ｃ点からＤ点に変更されるようになっている。
また、ウオームホイール１１８には図示しない位置停止スイッチが設けてあり、モーター１１６の正転と逆転とによりラック１１４がスライドするよう設定してある。
前記ロッド１０１の揺動位置を変更するためのさらなる変形例として、第１２図および第１３図に示す構造が考えられる。
この構造は、前述した渦巻き状のカムプレート１１０に代えて、円弧カム１２１を用いたものである。
すなわち、前記軸１０３に円弧カム１２１を一体に取り付けて、前記ロッド１０１と所定間隔をおいて重畳させるように配設し、前記ロッド１０１の、前記円弧カム１２１を挟み込むような位置に、前記軸１０３と平行な一対の支持軸１１９・１２０を突設し、これらの支持軸１１９・１２０の先端部に、前記円弧カム１２１のカム面に接触させられるカムフォロア１２２・１２３を回転自在に取り付け、さらに、前記各支持軸１１９・１２０と前記軸１０３との間に、前記各カムフォロア１２２・１２３を前記カム面へ弾性的に当接させるためのバネ１２５を設けた構成としたものである。
このような構成において、前記ロッド１０１の揺動中心をＤ点からＣ点へ変更するには、円弧カム１２１が、時計回りあるいは反時計回りに１８０°回転させられることによって行われ、さらに、Ｃ点からＤ点への変更は、円弧カム１２１がさらに１８０°時計回りあるいは反時計回りに回転させられることにより行われる。
また、ウオームホイール１１８には、図示しない位置停止スイッチが設けてあり、モータ１１６の正逆転により、前記円弧カム１２１を所定位置に回転させるようになっている。
このように構成された本実施形態に係わるワイパ装置にあっては、通常の雨の場合には、通常の往復揺動範囲で使用する。
すなわち、リンクプレート部における連結点の位置はＡ点とし、あるいはリンクロッド部における支点はＣ点として、ワイパアーム４６ａ・４６ｂを往復揺動させながら雨を払拭除去する。
そして、猛烈な雨で往復揺動式ワイパの払拭能力の限界を超え、視界の確保が困難になった場合には、リンクプレート部における連結点をＢ点に変更し、あるいはリンクロッド部における支点をＤ点に変更して、往復揺動範囲を減少させるとともに、前記モータ５４の回転数を増加させることにより、払拭体４８ａ・４８ｂの往復揺動回数を増加させて払拭能力を高めることが可能である。
なお、前記各実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって設計要求等に基づき種々変更可能である。
たとえば、前記第４の実施形態における払拭体４８ａ・４８ｂの往復揺動位置は、前記リンクロッド５２とリンクプレート５１との連結位置Ｂを、前記ピボット軸４７ｂ周りにずらすことにより、その払拭範囲を維持した状態において、ウインドガラスの面方向にシフトすることができる。
すなわち、前記連結位置Ｂを第４図において時計方向にずらすことにより、払拭位置を運転席側へシフトすることができる。
また、第７図に示す構成においては、長穴Ｌを、鎖線で示すように連結軸１０２と連結軸１０４とを結ぶ線に対して傾斜させた長穴Ｌ２とすることによって、前述した払拭位置を運転席側にシフトすることができる。
つぎに、具体的な実験例を挙げて、本願発明をさらに詳述する。
本発明の効果を確認するため、下記のような試験を実施した。
試験条件および評価方法
人工降雨
地上約２ｍの位置に人工降雨用のノズルを設け、これにホースを接続し、水道水を自動車のウインドガラスに噴霧して人工降雨を降らせた。
ノズルは、シャワー状のノズル〔（株）タカギ製のノズルシックスＰ〕を用い、口径０．２５ｍｍのミクロスクリーンを取り付け、開口率を調節して揺動させながら降らせた。
降雨量
自動車のウインドガラスに降る人工降雨を、内径１８０ｍｍの容器で受け、１分間当たりの降雨量（ｍｌ）をメスシリンダーで計測し、１時間当たりの降雨量（ｍｍ／ｈ）に換算した。
回転数
非接触式の回転計〔横河インスツルメンツ（株）製〕を用いて、払拭体の回転数（ｒｐｍ）を測定した。
人工風
走行時の風の影響を見るため、０．５ＭＰａ（５ｋｇ／ｃｍ２）の圧縮空気を口径２．０ｍｍのエアーダスターを用いて、流量約２００Ｌ／ｍｉｎでウインドガラスに噴射し、透視度に対する影響を評価した。
風速
風速計〔日本科学工業（株）製アネモマスター〕を用いて、人工風がウインドガラスに当たる面の風速（ｍ／ｓｅｃ）を測定した。
透視度（評価方法）
自動車の運転席から５０ｍ先の道路標示ライン（幅１５０ｍｍの白色のライン）が鮮明に見えるか否か、４名のパネラー（男性３名、女性１名）により評価し、次の記号で示した。
○：道路標示ラインが鮮明に確認できる。
△：道路標示ラインがわずかに確認できる。
×：道路標示ラインが確認できない。
（試験例１）
自動車の往復揺動式ワイパを用い、往復揺動回数、降雨量、透視度の関係について評価し、その結果を第１４図に示す。
（試験例２）
自動車のウインドガラスに、回転式ワイパの試作装置を取り付け、ワイパブレードの回転数、降雨量、透視度の関係について評価し、その結果を第１５図および第１６図に示す。
なお、回転式ワイパの試作装置は、市販のワイパアームの先端を切断除去し、ここにシンクロプーリーを回転自在に取り付け、このシンクロプーリーの軸芯の先端に市販のワイパブレードホルダーをボルトナットにより回転自在に固定し、このワイパブレードホルダーにワイパブレードを回転自在に保持させ、このワイパアームを９０度に開いた状態でピボット軸に固定した。
駆動用モーターとしては交流１００Ｖ、４０Ｗ、１５００ｒｐｍを用い、これに減速機を取り付け、この減速機の出力軸にシンクロプーリーを固定し、シンクロベルトによってワイパブレードを回転した。回転数の変更はシンクロプーリーのそれぞれの大きさを変更するとともに単巻摺動変圧器を用い電圧を調節して行った。
なお、市販のワイパブレードとしては、３００ｍｍおよび５００ｍｍの２種を用いた。
（試験例３）
自動車を用い、リンクプレートとリンクロッドとの連結軸の位置を２．４倍に長くし、さらに、１２Ｖのバッテリー２台を直列に接続して２４Ｖの電圧にしてワイパモーターを回転させ、往復揺動回数、降雨量、透視度の関係について評価し、その結果を第１７図に示す。
なお、リンクプレートとリンクロッドとの連結軸の位置の変更は、ワイパリンク機構の収納スペースとエンジンルームとの隔壁をグラインダーにて切断除去し、リンクプレートに補助リンクプレートをボルトナットにて固定し、この補助リンクプレートに往復揺動角度が約４５度となるよう連結軸を２．４倍の位置に設けた。
第１４図ないし第１７図から明らかなように、往復揺動式ワイパでは降雨量が約５０ｍｍで透視度が低下し、視界の確保ができなくなることが分かった。
一方、回転式ワイパでは、回転数が約１４０ｒｐｍ以上であれば降雨量に関係なく、２００〜３５０ｍｍの猛烈な雨でも、透視度が向上し、視界が鮮明に確保できた。
しかし、回転数が８０〜１４０ｒｐｍでは、回転数と降雨量によって視界の確保が影響され、明確に判定することは難しいが、降雨量が１００〜２００ｍｍでは１１０〜１４０ｒｐｍで視界が確保でき、５０〜１００ｍｍでは８０〜１１０ｒｐｍで視界が確保できることが分かった。
また、風の影響はほとんど認められないことが分かった。
さらに、払拭ムラについては、ワイパブレードの大きさに影響され、３００ｍｍでは高速で回転しても生じないが、５００ｍｍでは円周部に払拭ムラが生じ、高速で回転する程払拭ムラは大きくなることが分かった。
しかし、中央部で運転に支障のない範囲の視界は確保することができた。
他方、往復揺動式ワイパで往復揺動角度を約４５度に減少し、往復揺動回数を１分間当たり１４６回に増加した場合では、降雨量が２３０〜３２０ｍｍの猛烈な雨でも透視度が向上し、視界が鮮明に確保できた。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明によれば、小雨から猛烈な雨に至る如何なる降雨条件下でも、ウインドガラスより雨を払拭除去して、透視度を高め、運転者の視界を良好に確保することができる。このことにより、運転者の不安を取り除き、安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の参考例を示す正面図である。
第２図は、本発明の参考例を示すもので、要部の縦断面図である。
第３図は、本発明の参考例を示すもので、要部の縦断面図である。
第４図は、本発明の第４の実施形態を示す正面図である。
第５図は、本発明の第４の実施形態を示す要部の縦断面図である。
第６図は、本発明の第４の実施形態を示すもので、要部の変形例を示す縦断面図である。
第７図は、本発明の第４の実施形態を示すもので、要部の変形例を示す縦断面図である。
第８図は、本発明の第４の実施形態を示すもので、要部の変形例を示す縦断面図である。
第９図は、本発明の第４の実施形態を示すもので、第８図の平面図である。
第１０図は、本発明の第４の実施形態のさらに他の変形例を示す縦断面図である。
第１１図は、本発明の第４の実施形態を示すもので、第１０図の平面図である。
第１２図は、本発明の第４の実施形態のさらに他の変形例を示す縦断面図である。
第１３図は、本発明の第４の実施形態を示すもので、第１２図の平面図である。
第１４図は、試験例１の試験結果を示す図である。
第１５図は、試験例２で、３００ｍｍのワイパーブレードを用いた場合の試験結果を示す図である。
第１６図は、試験例２で、５００ｍｍのワイパーブレードを用いた場合の試験結果を示す図である。
第１７図は、試験例３の試験結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004000245.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004000245.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0004000245.tif 000013
【図１３】
0004000245.tif 000014
【図１４】
0004000245.tif 000015
【図１５】
0004000245.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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