ワイパーモーター
ワイパーモーターは、フロントガラスやリアガラスのワイパー機構を駆動する小型の電動機であり、自動車や建設機械、鉄道車両などに広く用いられる装置である。一般に12Vまたは24V系のDCモーターに減速機を一体化し、クランク機構とリンケージを介して往復動作を生み出す。低速・高速・間欠の各モードや自動制御に対応し、視界確保という安全上重要な機能を担う。耐水・耐塵・耐振動・耐久性の観点で厳しい設計要件が課されるのが特徴である。
構造と作動原理
ワイパーモーターは、電機子・磁極・ブラシから成るDCモーター（近年はブラシレスDCも増加）と、ウォームギヤや遊星減速機による高減速のギヤボックス、回転を往復に変えるクランク・リンク、停止位置を決めるパーク機構で構成される。モーター回転は大きく減速され高トルク化され、クランクの偏心によってワイパーアームの首振り角（約60〜120°程度）に変換される。ウォームギヤは自己保持性に優れ、外力で逆駆動されにくい利点を持つ。
パークリターン機構
パーク機構はスイッチOFF後でも所定の停止位置まで復帰させる回路・カム・接点の総称である。常時電源とパーク接点を用いて自律的に復帰し、ガラス視界の妨げにならない位置に停止させる。近年はECU内蔵化によりホール素子で角度検出し、より正確なパーク制御を行う設計もみられる。
制御方式と電装アーキテクチャ
従来の二速制御はモーター巻線の接続や抵抗切替で実現していたが、現在はPWM制御により連続可変化が容易である。間欠（インターバル）モードはタイマ制御で拭取り周期を調整し、降雨センサと連携した自動ワイパーでは車載ECUが雨量信号を受けて作動周期と速度を最適化する。ネットワークはLINやCANでの指令・診断に対応し、フェイルセーフとしてヒューズ/保護リレー、サーマルプロテクタ、過電流・固着検出が実装される。
主要性能指標
設計・評価では下記のような指標が用いられる。車両クラスやガラス曲率、アーム/ブレードの長さによって要求は変動する。
- 定格電圧と消費電流：12V/24V、無負荷/定格/突入電流、エコ負荷時の電力
- トルクと減速比：起動・定格・ストールトルク、τ−ω特性、減速比と効率
- 回転数・拭取り速度：低速/高速/rpm、ブレード先端の走行速度と往復周期
- 作動角・可動範囲：リンク幾何で決まるスイープ角、端部衝突の有無
- 耐環境：耐水・耐塵（IP相当）、耐塩害、−30〜+85℃級の温度範囲
- 信頼性：寿命サイクル、固着（氷雪）再始動性、騒音・振動（dB）
電気・機械設計の要点
ワイパーモーターは高頻度の起動停止と逆転に晒されるため、銅損・鉄損・整流損の発熱を考慮したサーマル設計が重要である。ギヤボックスはウォームと相手歯車（POMや焼結金属など）の摩耗・潤滑を最適化し、グリースは低温始動性と耐水性を両立させる。ハウジングやコネクタ部はOリングやリップシールで侵水を防ぎ、アース経路の電圧降下も小さく抑える。EMC対策としてフェライト、ノイズフィルタ、シールドの配置が検討される。固定用のボルトは緩み止めと腐食対策を施し、振動試験条件を満たす締結設計とする。
ワイパーアーム/ブレードとの関係
アーム質量や慣性、ブレードの接触圧（面圧）はモーター負荷に直結する。アームのバネ定数やリフト特性、ブレードのプロファイルが不適切だと鳴きやビビリが増え、消費電力や摩耗が悪化する。リンク長さ・偏心量の最適化により、端部での速度低下と均一な拭取りを両立させる設計が望ましい。
故障モードと診断ポイント
代表的な故障として、ブラシ摩耗・整流子の汚損、ギヤ欠損、リンク固着、コネクタ腐食、パーク接点不良、水侵入、ヒューズ溶断などがある。実車診断では、端子間電圧と電流の同時測定、電圧降下（バッテリ〜ボディアース）の確認、モーター単体直結試験、リンケージの手回し抵抗確認を行う。PWM波形のデューティ評価や異音解析も有効である。
- 「動かない」：ヒューズ/リレー/スイッチの一次側を確認し、アース不良や断線を排除する。
- 「遅い/止まりがち」：リンク固着・ブレード過荷重・電圧低下・ブラシ摩耗を点検する。
- 「異音/振動」：ギヤ摩耗、グリース枯渇、リンクガタ、ハウジング共振を調べる。
ブラシレス化とスマート化の動向
近年はブラシレスDC化により効率と耐久性が向上し、低騒音・低発熱・高制御性を実現している。ホール/磁気エンコーダで角度検出し、ECUがPWMでトルクを制御するため、間欠や速度連続制御、パーク角最適化が高精度化する。LIN/CANにより車両側から診断DIDや故障コードを読み出せ、氷着検知や過負荷時の自己復帰ロジックも実装しやすい。
環境・信頼性要求
ワイパーモーターは雨水や融雪剤、洗車水に曝されるため、端子・ケースの防錆とシール設計が要となる。寒冷地では氷雪でブレードが固着するため、ストール時の過電流保護と再始動性が重視される。評価は温度サイクル、耐湿、塩水噴霧、振動/衝撃、耐泥水、連続・間欠寿命などの複合試験で行い、実使用条件に近い負荷プロファイルを採ることが有効である。
搭載位置とサービス性
フロント用はカウルトップ内部、リア用はテールゲート内に収める配置が一般的で、サービス時の脱着性、水抜き経路、ハーネス取り回し、静粛性、熱源からの離隔を考慮する。交換時はパーク位置の再学習やリンケージの初期角合わせを行い、締結部の再トルクと防水処理を確実に実施することが望ましい。
関連部品とのインターフェース
ワイパーモーターはワイパースイッチ、間欠リレー/ECU、雨滴センサ、ウォッシャーポンプ、アーム・ブレード、リンケージ機構と密接に連携する。電気的にはハーネスとコネクタの接触信頼性、機械的にはリンクのがた・曲げ剛性、ガラス側では撥水処理や表面粗さが性能に影響する。個々のサブシステムを総合的に最適化することが、視界確保と耐久性の鍵である。