KR101623340B1 - 윈드실드 와이퍼용 스프링 장착 레일을 제조하는 방법 - Google Patents

윈드실드 와이퍼용 스프링 장착 레일을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 코팅된 스프링 장착 강철 레일, 특히 고무 또는 엘라스토머 와이퍼 블레이드를 포함하는 윈드실드 와이퍼용의 코팅된 스프링 장착 강철 레일을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서, 냉간 압연된 강철 레일 블랭크는 아연층을 구비하고, 이 위에 아연 함유 앵커층이 제조되며, 중합 가능한 코팅 분말로 이루어진 코팅이 앵커층에 도포되고 부분적으로 경화된다.

Description

윈드실드 와이퍼용 스프링 장착 레일을 제조하는 방법{METHOD FOR THE PRODUCTION OF SPRING-LOADED RAILS FOR WINDSHIELD WIPERS}
본 발명은, 강철로 만들어진 스프링 레일(spring rail)을 제조하는 방법에 관한 것이고, 구체적으로는 고무 또는 엘라스토머 와이퍼 블레이드(wiper blade)를 갖는 윈드실드 와이퍼(windshield wiper)용 스프링 레일을 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래의 자동차용 윈드실드 와이퍼는 와이퍼 샤프트에 지지되고 와이퍼 모터에 의해 구동되는 와이퍼 아암을 포함한다. 고무로 만들어진 와이퍼 블레이드를 구비한 스프링 레일은 와이퍼 아암의 단부에 배열되고, 흔히 관절식으로 부착된다. 와이퍼 블레이드는 윈드실드에 붙은 물 및/또는 먼지를 제거하기 위해 사용되는 와이퍼 에지를 구비한다.
와이퍼 블레이드의 만족스러운 기능을 위해서는 와이퍼 에지는 동작 동안 일정한 압력으로 대체로 만곡된 윈드실드를 가로질러 이동하여야 한다. 스프링 레일의 곡률과, 또한, 이에 따른 와이퍼 에지의 곡률은 동작 조건에 따라 자체적으로 조절되어 그 전체 길이에 걸쳐 세정 대상 윈드실드와 접촉하여야 하고, 특히 그 단부에서 충분한 압력으로 접촉하여야 한다.
특히 차량의 속도가 빠를 때, 바람의 난류는 흔히 전체 와이퍼 길이에서 일정한 가압력을 감소시키고, 특히 이 경우 윈드실드는 더 큰 곡률을 갖는다.
차량의 속도 및/또는 풍속이 높은 경우에도 와이퍼 블레이드의 압력을 유지하기 위해, 와이퍼 블레이드는 스프링 레일에 의해 윈드실드에 대해 가압되어야만 한다. 예를 들어, 하나 또는 두 개의 스프링 레일을 측방향 홈에 삽입하거나 중앙으로 와이퍼 블레이드에 삽입하는 것이 알려져 있다.
스프링 레일의 스프링 탄성으로 인해, 진동이 일어날 수 있고, 특히 특징적이거나 공명 진동이 일어날 수 있으며, 이러한 진동은 와이퍼 에지를 부분적으로 들뜨게 하여 차량 윈드실드를 통한 가시성을 크게 감소시킨다.
와이퍼 블레이드의 진동 특성을 개선하기 위해, 공개된 PCT 출원 WO 01/58731 A1호는 두 개의 스프링 레일을 사용하는 것을 제안하고 있으며, 이 두 개의 스프링 레일은 그 서로 다른 폭 또는 두께의 결과로서 또는 그 재료 조성의 결과로서 서로 다른 공진 주파수를 갖는다. 이로 인해 와이퍼가 더 조용하게 작동하는 것으로 생각된다. 그러나, 진동 특성은 단지 매우 고정된 주파수에 대해서만 감소되어, 실제 용도에서 변하는 작동 및 진동 작용은 만족스럽게 제거되지 않는다. 또한, 서로 다른 스프링 레일을 사용하는 것은 복잡한 조립을 필요로 하며, 또한, 재고(inventory) 비용을 증가시킨다.
윈드실드 와이퍼에서 바람직하지 않은 탄성 진동은 일반적으로 스프링 레일에 사용되는 스프링 강철의 낮은 댐핑(damping)에 의해 일어난다. 이는, 에너지를 발산하는 극히 적은 공정이 강철에서 일어나기 때문이다. 이는 윈드실드 와이퍼의 경우 불리하고 바람직하지 않은데, 덜컥임(rattling)을 일으킬 수 있기 때문이다. 이러한 덜컥임은 작동을 크게 방해하여, 와이퍼 레일의 수명을 감소시키고, 또한, 안전 위험성을 일으킨다.
연구를 통해 윈드실드 와이퍼의 스프링 레일의 진동 특성은 와이퍼 블레이드의 고무로 감소될 수 있음이 드러났다. 그러나, 이는 매우 타이트한 포지티브 접촉 또는 연결이 와이퍼 블레이드의 고무와 스프링 레일 사이에 존재할 때만 (적어도 국지적으로 특정 위치에서) 만족스럽다. 그러나, 와이퍼 블레이드의 리세스 또는 가이드 채널 내로 스프링 레일을 삽입하는 것은 일반적으로 충분한 진동 완충을 생성하지 못하며, 이는 스프링 레일(내장시에도)이 진동에 대한 자유도를 갖기 때문이다. 실제, 이는 스프링 레일과 와이퍼 블레이드 사이에 상대적인 운동을 유발하여, 빠른 차량 속도 또는 바람의 난류 동안 균일한 와이핑을 방해한다. 이는, 특히 빠른 차량 속도에서 부정적인 영향을 미치는 바람직하지 않고 유해한 덜컥임 진동을 초래한다.
본 발명은, 이러한 단점을 제거하기 위한 것으로, 다층 코팅 스프링 요소를 윈드실드 와이퍼용 스프링 레일로 사용할 것을 제안한다. 또한, 스프링 레일을 고정하기 위한 천공 개구를 필요로 하지 않고, 간단하고 비용 효율적인 방식으로 와이퍼 블레이드와 함께 스프링 레일을 논포지티브식으로(non-postively) 복합 부품으로 가공하는 것이 가능하여야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 또한 와이퍼 블레이드에 대한 논포지티브 연결을 가능하게 하도록 스프링 레일의 표면을 제작하는 것이다.
해결책은 상술한 유형의 방법에 의해 제공되는데, 상기 방법에서는, 바람직하게 냉간 압연 강철로 제조된 냉간 압연 스프링 레일 블랭크가 아연층을 구비하고, 이후, 바람직하게 본래 위치에서 아연 함유 앵커층이 생성되고, 방사선 경화 및/또는 중합 가능 코팅 분말 또는 UV 경화성 바니시 또는 에폭시 수지계 플라스틱 재료로 이루어진 커버층이 도포된다. 커버층은, 아크릴 에스테르, 폴리아미드, 폴리부텐테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 아크릴 부타디엔 스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리설폰 또는 폴리에스테르 카보네이트 및 고무와, 와이퍼 블레이드에 용접될 수 있는 폴리에스테르로 이루어질 수 있다. CHCl3(디클로로메탄 또는 클로로포름)에서 부분적으로 용해될 수 있는 물질이 또한 커버층으로서 사용될 수 있다. 아연층은 개별적으로 또는 조합하여, 15% 이하의 니켈, 철 및 코발트를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 한편으로 스프링 레일과 다른 한편으로 와이퍼 블레이드 사이에, 세 개의 층, 즉, 베이스 층인 아연층과, 아연 함유 앵커층과, CHCl3에서 부분적으로 용해될 수 있는 커버층을 갖는 연결을 제안한다.
아연 화합물로 이루어진 앵커층은 그 아연층으로 스프링 레일을 침지(immersion) 또는 스프레이(spray) 처리함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 코팅된 스프링 레일은 앵커 분자의 용액을 갖는 배쓰를 통해 이동되거나, 이런 용액으로 스프레이될 수 있다. 이 방식으로, 앵커층으로서 안정한 아연 화합물 층이 도포된 앵커 분자와 아연층 사이에 화학 반응으로 형성되고, 잔류 용액만이 앵커층으로부터 제거되면 된다. 용액과 아연의 화학 반응에 의해 생성된 앵커층은 그대로 남아 있다. 적절한 앵커 분자는, 철, 니켈, 크롬, 바나듐, 티타늄, 지르코늄, 몰리브덴 및 실리콘 같은 원소의 아연 화합물이다.
본 발명은, 경화/응고된 코팅 분말이 탄소 사슬의 가교결합된 3차원 시스템이고 "거대 분자(giant molecule)"로 유사 존재하지만, 코팅 분말 층이, 예를 들어, 초음파를 사용하여 엘라스토머 및/또는 열가소성 재료에 용접 또는 결합될 수 있다는 놀라운 관찰에 기초한다. 이 "거대 분자"는 사실 반응하거나 화학적으로 결합할 수 없어서, 이런 바니시 층은 대기 조건에서 매우 안정하다. 또한, 이런 바니시(varnish)는 더 이상 국부적으로 용융되어 액체 상을 형성하지 않으며, 이는 용접, 예를 들어, 초음파 용접을 위해 중요한 필요조건이다.
초음파 용접은 제 2 재료에 대한 접촉 영역에서 진동에 의해 마찰열을 일으키고, 200℃ 이상의 온도에 도달하는 것으로 알려져 있다. 이 온도는 일반적으로 저 가교결합 주도적 선형 사슬 분자의 용융을 유발하여 얇은 용융 액체를 형성하고, 이는 다른 중합체 재료와의 결합을 가능하게 한다. 이는 경화된 코팅 분말 층에서 더 오래 가능한데, "거대 분자"가 완전히 가교되고 용융되지 않기 때문이다.
놀랍게도, 바니시 층이 단지 부분적으로 경화된 경우 코팅 분말 층의 진동 용접, 특히, 초음파 용접이 가능하다는 것이 관찰되었다. 불완전한 경화의 경우, 대부분의 선형 사슬 분자는 "거대 분자"의 배후에 남고, 이는 부분 결정 열가소성 상이며, 초음파의 영향하에 용융 및 반응할 수 있다.
여기서, 부분 경화된 커버층에서 필요한 분율(fraction)의 열가소성 또는 저 분자 잔여 성분이 조절될 수 있는 것이 중요하다. 본 발명은, 클로로포름(CHCl3)에서 용해성 또는 팽윤성의 형태의 접근 방식을 증거로 예시한다. 용해 분율의 광도계 측정에 의해 정확한 조절이 가능하다. 다른 가능성은, 클로로포름의 팽윤성을 측정하는 것으로, 여기서, 경화된 커버층 안으로 용매의 삼투 침투는 본 발명에 따라 팽윤 척도(swelling measure)(Q)로 표시되는 최소한의 팽윤을 필요로 한다.
따라서, 베어 스프링 레일은 세 개의 층으로 코팅되고, 커버층은 기계적인 진동에 의해 와이퍼 블레이드에 용접될 수 있도록 구성된다. 한 가지 적절한 프로세스는, 저 진동 주파수에서의 진동 용접 또는 초음파 용접이다. 이 프로세스는 짧은 반응 기간을 특징으로 하고, 이는 신속하고 저렴한 비용의 조인트를 생성한다. 그러나, 이는 스프링 레일이 본 발명에 따라 코팅되는 경우에만 가능하다. 와이퍼 블레이드를 둘러싸고 침투하는 플라스틱 재료를 사용함으로써 스프링 레일과의 포지티브 조인트가 가능하다. 그러나, 가황(vulcanizing)은 비용상의 이유로 덜 적합하다.
스프링 레일은 다음 조성을 갖는 스프링 탄성 강철(spring-elastic steel)로 이루어지는 것이 바람직하다.
0.40 내지 0.80% 탄소
0.15 내지 1.80% 실리콘
0.40 내지 1.80% 망간
0.01 내지 2% 크롬
0.001 내지 2% 바나듐
잔여부 철(용융 관련 오염물 포함)
스프링 레일은 1400 내지 2100 N/mm2의 인장 강도로 켄칭 및 템퍼링, 또는 패턴팅(patented) 및 냉간 재인발 상태에서 사용되는 것이 바람직하다. 켄칭(quenching) 및 템퍼링(tempering)은 850℃에서 10 내지 30초 동안 어닐링하고 추후 냉각한 뒤, 350 내지 450℃에서 템퍼링하는 것을 포함할 수 있다.
초음파 용접 장치는, 용접할 재료 사이에 가압력을 생성하고 진동을 전달하는 소니트로드(Sonitrode)를 갖는 소형 프레스로 구성된다. 추가 구성요소는 진동을 생성하기 위한 어쿠스틱 헤드(acoustic head)와, 용접될 구성요소에 소니트로드로 진동을 전달하는 전달 요소이다.
초음파 용접을 위한 통상적 진동 주파수는 200 내지 400Hz에서 진동 용접에 대해 20 내지 60kHz의 범위이다. 초음파 용접 동안, 스프링 레일의 표면층은 와이퍼 블레이드에 대한 경계 영역에서 마찰과 진동 운동에 의해 일시적으로 가열된다. 바니시의 개별 구성요소가 용융되기 때문에 이는 용융 조인트를 형성한다. 그러나, 이 조인트는 표면층의 적절한 접착뿐만 아니라, 하부 층을 서로 접착하거나 스프링 레일의 강철에 접착하는 경우에만 내구성이 있다. 그렇지 않으면, 진동 에너지로부터의 영향으로 인해 층이 분리된다. 사용 가능한 조인트를 형성하고 층 분리를 방지하기 위해, 앵커 분자를 갖는 층을 포함하는 다층 코팅이 필요한 것으로 관찰되었다. 층은 200㎛ 미만의 전체 두께를 갖고, 커버층은 CHCl3에서 용융 및/또는 팽윤 가능한 분율을 포함하는 것이 바람직하며, 여기서, 커버층의 경계는 흡광도(extinction; E) 또는 팽윤 척도(Q)를 측정하여 결정될 수 있다. 이러한 조건에서, 커버층은 다른 플라스틱 또는 열가소성 재료에 용접될 수 있어서, 와이퍼 블레이드는 스프링 레일에 포지티브 또는 논포지티브식으로 결합된다.
광범위한 테스트는 윈드실드 와이퍼가 아연의 베이스 층과 두 개의 추가 층(즉, 앵커층과 커버층)을 구비하는 본 발명에 따른 스프링 레일을 구비하여야 함을 보여주었다. 이러한 층은 기계적 진동에 의한 영향을 견디는 동시에, 스프링 레일에 대한 가능한 최상의 부식 보호를 제공하도록 서로 매칭되어야 한다.
이제, 도면과 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은, 고무 또는 엘라스토머 와이퍼 블레이드를 갖는 윈드실드 와이퍼용 스프링 레일을 제조하는 방법을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은, 스프링 레일을 구비한 와이퍼 블레이드를 통한 단면도.
도 2는, 코팅을 갖는 스프링 레일의 일부의 단면 개략도.
도 3은, 코팅을 갖는 스프링 레일의 일부의 단면의 현미경사진.
도 4는, 코팅을 갖는 스프링 레일의 일부의 확대 단면도.
도 5는, 열악한 층 부착을 갖는 스프링 레일의 일부의 확대 단면도.
도 6은, 팽윤 척도의 예시도.
도 7은, CHCl3로 처리된 샘플의 팽윤 거동을 예시하는 샘플의 이미지.
본 발명에 따른 스프링 레일(1)은 강철로 제조되고, 종래의 와이퍼 블레이드(2)를 구비한다. 스프링 레일(1)은 총 세 개의 층, 즉, 아연으로 이루어진 베이스 층(3), CHCl3에서 용해 가능한 부분적 결정 성분(5)을 갖는 커버층(4), 및 샘플을 내장하기 위해서만 사용되는 일반적인 내장재(7)(도 3)의 앵커 분자로 이루어진 중간 반응 또는 앵커층(6)을 갖는다.
베이스 층(3)은, 니켈, 철, 및 코발트를 개별적으로 또는 조합하여 15% 이하 갖는 아연 합금 또는 아연으로 구성된다. 베이스 층(3)은 전해조에서 금속 스프링 레일(1)의 표면에 직접 동전기에 의하여(galvanically) 도포된다. 베이스 층(3)은 2 내지 20㎛, 바람직하게는 3 내지 10㎛의 두께(d1)를 갖는다.
아연은 앵커층(6)에서, 즉, 커버층(4)으로의 전이 영역으로, 분자력에 의해 층(3, 4)을 서로 접착 또는 고정하도록 의도된 산소 농후 앵커 화합물을 포함한다.
바람직하게는 적어도 3의 산화 수를 갖는 아연, 니켈, 크롬, 바나듐, 티타늄, 지르코늄, 몰리브덴 및 실리콘 같은 원소의 아연 화합물이 개별적으로 또는 조합하여 앵커 분자로 사용된다. 이들 화합물 중, 예를 들어, 크롬산염, 바나듐산염, 티탄산염, 지르코늄산염 및 몰리브덴산염과, 약 1 내지 3의 pH 값에서 특히 유효한 관련 산이 있다. 앵커 분자는 아연층(3)의 표면 영역의 아연 원자와 안정한 화합물을 형성하고, 예로서 아연 크롬산염 또는 아연 몰리브덴산염을 포함하는 매우 얇은 반응층(6)으로 아연층의 표면을 덮는다. 이 반응층(6)이 소실되거나, 이들 앵커 분자가 소실되는 경우, 전체적인 결과가 열악하다 (실험 번호 19, 20). 반응층(6)은 앵커 분자의 용액으로 아연 코팅된 스프링 레일(1, 3)을 스프레이하고/스프레이하거나 침지에 의해 본래 위치에서 형성된다. 이후, 표면이 물로 세척되고 건조된다.
추가 층으로, 20 내지 200㎛, 바람직하게는 30 내지 120㎛의 층 두께(d2)를 갖는 커버 또는 표면층(4)이 최종 도포된다.
커버층(4)은 방사선 및/또는 온도에 의해 경화된 코팅 분말로 구성된다. 그러나, 이 코팅 분말은, 예를 들어, CHCl3로 추출될 수 있는 용해 가능한 잔류 분율(5)이 탄소 사슬 스캐폴드(carbon chain scaffold)(8)에 남고/남거나 바람직하게는 1.1보다 큰 팽윤 척도(swelling measure)(Q)가 보증될 수 있는 정도로 경화된다. 이 재료 특성에 의해, 커버층은 초음파에 의해 고무, 열가소성 재료 또는 엘라스토머에 용접될 수 있다. 이와 반대로, 코팅 분말이 완전히 경화되면, 이는 더 이상 엘라스토머 또는 열가소성 재료에 용접될 수 없다. 따라서, 본 발명에 따라, 코팅 분말은 부분적으로만 경화된다.
팽윤 척도 외에, 최적의 코팅을 얻기 위한 부분 경화 코팅 분말에서 용해 가능 잔류 분율의 양에 대한 상한과 하한이 존재한다. 한계 값은 흡광도로 정의된다.
E = -log l0/l = -log T
l0는 입사선으로 정의되고, l는 출사선(exiting radiation)(매체 및/또는 코팅 통과 후)으로 정의된다. 흡광도(extinction)(E)는 미리 결정된 파장(λ)에서 로그량으로 투과율(T)을 설명한다. 투과된 방사선의 분율은 투과율로 지칭된다. 감쇠는 일반적으로, 흡수, 산란, 회절 및 반사로 구성되며, 파장 의존적이다. 흡광도는 투과율의 음의 베이스-10 로그이다. 흡광도(E)는 용해된, 즉, 비경화된 바니시 분율에 대한 척도이다. 흡광도의 수가 높을수록, 용해 가능 분율은 더 크다.
용해 가능 잔류 분율의 양에 대한 특성은 또한 삼투 팽윤 거동(osmotic swelling behavior)으로, 이는 비가교 성분이 팽윤 실험(도 6, 7)에서 용매인 클로로포름(CHCl3)으로 희석된다는 사실 때문으로, 내부 압력의 누적과, 이로 인한 팽윤, 즉, 부피의 증가를 일으킨다.
이러한 부피 증가의 정도는 다음 팽윤 척도로 표시된다.
Q = BQ/B
상기 식에서, BQ는 실온에서 클로로포름으로 5분 팽윤한 후 코팅된 스프링 레일(coated spring rail)의 폭이고, B는 도 6에 개략적으로 표시된 바와 같이 처리되지 않은 샘플의 초기 크기이다.
팽윤 척도는 1.1보다 큰 것이 바람직하고, 예시적인 값은 1.5 또는 심지어 1.7이다.
실험의 설명에 수치값이 주어지며, 다음 표에 재현되어 있다. 측정은 340nm의 파장에서 수행되었다.
흡광도가 1.2 내지 2.8일 때 유리한 특성이 얻어진다. 흡광도와, 이에 따라, CHCl3에서 탄소 사슬 골격의 잔류 분율의 용해성이 더 크면, 유용한 특성이 떨어지고, 이는 물이나 수분에 대한 커버층의 과도하게 큰 흡수 용량에 의한 것일 수 있다. 이 경우, 커버층의 탄소 사슬의 가교는 밀도가 낮고, 이는 물과 수분의 침입(incursion)을 용이하게 하여, 스프링 레일의 부식을 유발할 수 있다(실험 번호 14, 15, 16). 이와 반대로, 흡광도가 1.2의 하한값보다 낮으면 (실험 번호 8, 18, 23, 25), 커버층이 지나치게 경화되어, 더 이상 초음파에 의해 와이퍼 블레이드의 재료에 결합될 수 없으며, 이는 도 2에 참조번호 5로 표시된 바와 같이 열가소성 재료가 존재하지 않기 때문이다.
실험에서, 경화 및 템퍼링 또는 페턴팅 상태에서 두께와 7.0의 폭을 갖는 냉간 압연 및 세척된 강철 샘플은, 10A의 전류와 60℃의 배쓰 온도에서 붕산과 NaOH를 추가하여 상업적으로 입수할 수 있는 Zn-염으로 실험실 조건 하에 갈바닉 배쓰(galvanic bath)에서 아연 코팅되었다 (실험 번호 1-20).
샘플 특성에 대한 층 두께(d1)의 영향을 측정하기 위해, 반응 시간이 변하여, 2 내지 10㎛의 층 두께를 낳았다.
두 번째 계열의 실험에서, 아연/니켈의 베이스 층은 2.8의 pH 값의 산성 전해질에서 세척된 강철 샘플에 도포되었다 (실험 번호 21 내지 23).
샘플 표면에 정전 건(electrostatic gun)으로 인가된 상업적으로 입수할 수 있는 방사선 경화성 블랙 코팅 분말이 커버층(3)을 위해 사용되었다. 샘플 1 내지 25는 각각, 0.1 내지 3분 동안 0.7 내지 4㎛의 범위의 파장으로 챔버 내에서 IR 방사선으로 경화되었다. 다른 테스트 계열에서, 샘플은 IR과 UV 선의 혼합으로 경화되었다 (실험 번호 21 내지 23).
층 접착과 장기간의 안정성을 평가하기 위해, 샘플은 DIN 50021에 따른 염 스프레이 테스트(salt spray test)를 거치고, 표면은 각각 100 및 200시간 동안 에이징(aging) 한 후 1 ~ 5의 품질 스케일로 광학적으로 평가되었다. 층 분리로 인한 조기 실패(failure)는 표에 "neg"로 표시되어 있다. 또한, 포화된 NaCl 용액에서 에이징 테스트는 초음파 배쓰에서 수행되고, 이후, 샘플은 육안으로 평가되었다. 이 테스트는 진동 영향 하에 층 접착이 적합한지 나타내기 위한 것이다. 다른 테스트 계열에서, 아연층과 커버층 사이의 접착은 앵커층 또는 반응층(4)의 앵커 연결로 개선되었다. 2.5의 pH 값에서 각각 0.5m/l의 농도를 갖는 K2CrO4, Na2VO4, CrO3 및 NaMoO4를 포함하는 수용액에 샘플을 침지하여 베이스 층의 표면 영역에 앵커 연결이 도입되었다. 침지 처리 결과 변화된 아연 표면의 색상은 화합물의 형성을 나타낸다. 이 계열의 샘플은 이후 물로 세척되고 고온 공기로 건조되며, 코팅 분말로 코팅되었다.
커버층 또는 코팅 분말 층(4)이 엘라스토머 및 열가소성 재료와 용접되기에 적합한지 평가하기 위해, 경화된 코팅 분말의 CHCl3 용해 분율 및/또는 이 분율에 비례하는 흡광도(E)와, 팽윤 척도(Q)가 측정되었다. 이를 위해, 4cm2의 바니시 표면을 갖는 샘플이 10ml의 용매 CHCl3에 배치되었다. 30분 내지 1시간 동안 노출한 후, 바니시 층의 비가교 열가소성 성분이 부피 증가를 동반하면서 용해되고, 용매에 용해되었다. 용매는 변색되고, 변색 정도는 경화 또는 중합의 완료 또는 완료되지 않음을 나타낸다. 변색 또는 흡광 정도는 1cm2(용기 단면)의 광학 셀의 단면과 340nm의 파장에서 광도계로 측정되었다. 측정 결과는 표에 "E"로 나열되어 있다. 1.2 내지 2.6의 E 값이 적절한 내부식성을 보증하는데 바람직한 것으로 관찰되었다.
E 값의 측정과 병행하여, 10분의 반응 시간 후 B와 BQ를 측정함으로써 팽윤 거동이 측정되었다. 측정 결과는 또한 표에 나열되어 있다. 실험 8의 Q 값은 Q가 1.1을 초과하여야 함을 보여준다.
초음파 용접 실험은 20kHz에서 400W 용접 장치를 사용하여 수행되었다. PECA(폴리에스테르 카보네이트)로 만들어진 1mm 두께의 고무 디스크와 스트립이 테스트 샘플에 용접되었다. 이 샘플은 육안과 현미경으로 양호(+)/불량(-)으로 평가되었다.
Figure 112010055526772-pct00001
실험 1과 2는 강철 단독 상에서 20 또는 30㎛의 두께를 갖는 커버층이 적절한 부식 보호를 제공하지 못한다는 것을 보여준다. 따라서, 이러한 조건에서는 추가의 특징적인 값이 측정되지 않았다.
앵커층(6) 없이 커버층(4)과 결합된 아연층(3)은 개선을 제공하지만, 실험 3 내지 5에서 예시된 바와 같이 적절한 내부식성을 나타내지 못했다.
실험 9 내지 13, 17, 21 및 22에서 앵커층 또는 반응층(6)으로 앵커 분자를 갖는 아연층을 사용하는 것은 약 1.2 내지 2.80의 E 값과 조합하여 지속적으로 양호 내지 매우 양호한 결과를 나타낸다.
실험 15와 16은 다른 적절한 두께의 경우, 커버층에서 지나치게 높은 용해 가능 분율(각각 E = 3.15와 3.30)이 용접성은 양호하지만, 내부식성에는 부정적인 영향을 준다는 것을 나타낸다. 이는, 이들 샘플이 커버층에서 물에 대해 높은 투과성을 갖는다는 사실에 때문이다.
실험 18은, 매우 작은 CHCl3 용해 가능 분율을 갖는 상당히 경화된 바니시 층(E = 0.95)이 매우 양호한 내부식성을 갖지만, 용접될 수 없음을 보여준다. 실험 7, 8 및 23은, 0.51과 0.79의 E 값을 갖는 상당히 경화된 커버층에 대한 열악한 용접성을 또한 보여준다.
실험 21 내지 23은, 혼합된 광(IR/UV)으로 조사하여 얻어진 특별한 이점이 없음을 보여준다.
본 발명에 따른 스프링 레일의 제조는 전체적으로 다음 공정 단계를 포함한다.
1. 바람직하게는 프로파일 강철로 제조된 스프링 레일을 세척.
2. 아연으로 이루어진 베이스 층의 전해 증착.
3. 앵커 분자로 베이스 층의 표면 부근의 영역에 반응층을 형성. 적절한 앵커 분자는, 적어도 3의 산화 수를 갖는 크롬, 철, 니켈, 바나듐, 티타늄, 지르코늄, 몰리브덴 및 실리콘과 같은 원소의 개별 또는 조합 화합물이다. 이들은 크롬산염, 바나듐산염, 티탄산염, 지르코늄산염 및 몰리브덴산염뿐만 아니라, 해당하는 산의 용액인 것이 바람직하다.
4. 물로 헹구고 표면을 건조시켜 과도하거나 부착된 용매 잔류물을 제거
5. 층 두께가 20 내지 200㎛, 바람직하게는 30 내지 120㎛인 IR- 및/또는 UV-경화 코팅 분말로 표면을 코팅(커버층).
6. CHCl3 용해 가능 분율이 340nm의 파장에서 1.2 내지 2.6의 흡광도를 발생시키거나 팽윤 척도(Q)가 1.1을 초과하도록 바람직하게 선택되어야 하는 조사선의 세기와 기간을 조절하여 커버층을 경화.
7. 와이퍼 블레이드에 코팅된 스프링 레일을 결합.

Claims (18)

  1. 강철로 제조된 코팅된 스프링 레일(coated spring rail)을 제조하는 방법에 있어서,
    강철 블랭크(steel blank)는 베이스 층으로 아연층을 구비하고, 이후 아연 함유 앵커층은 적어도 3의 산화 수를 갖는 산소 농후 금속 화합물과 아연의 반응으로 제조되며, 중합 가능 코팅 분말의 커버층은 상기 앵커층에 도포되고 부분적으로 경화되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 커버층은, 아크릴 에스테르, 폴리아미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 아크릴 부타디엔, 스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리설폰, 또는 폴리에스테르 카보네이트 및 고무와 용접될 수 있는 폴리에스테르로 제조되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 아연층은 개별적으로 또는 조합하여 15% 이하의 니켈, 철, 및 코발트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 앵커층은, 적어도 3의 산화 수를 갖는 철, 니켈, 크롬, 바나듐, 티타늄, 지르코늄, 몰리브덴, 및 코발트의 산소 화합물을 개별적으로 또는 조합하여 5 내지 20% 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 아연층의 두께는 2 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 아연층은 산성 배쓰(acdic bath)에서 전해 증착되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 커버층 두께는 20 내지 200㎛로 조절되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 앵커층의 두께는 0.01 내지 0.3㎛로 조절되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 앵커층은 침지(immersion), 압연(rolling) 또는 스프레잉(spaying)에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    0.40 내지 0.80% 탄소
    0.15 내지 1.80% 실리콘
    0.40 내지 1.80% 망간
    0.01 내지 2% 크롬
    0.001 내지 2% 바나듐, 및
    용융 관련 오염물을 포함하는 잔여 철의
    스프링 레일이 코팅되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 강철 블랭크는 200 내지 400℃에서 3 내지 30초 동안 어닐링되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 코팅된 스프링 레일은 초음파 또는 진동 스팟 용접(spot-welding)에 의해 와이퍼 블레이드에 포지티브 결합되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 아연층은 3 내지 8㎛의 두께로 도포되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  14. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 입자, 염료, 및 마이크로-버블은 개별적으로 또는 조합하여, 상기 커버층 안으로 도입되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  15. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 코팅된 스프링 레일은 고무로 제조된 와이퍼 블레이드에 20 내지 60 kHz의 주파수에서 초음파로 용접되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  16. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 코팅된 스프링 레일은 고무로 제조된 와이퍼 블레이드에 200 내지 800Hz의 진동에서 진동 용접에 의해 용접되는 것을 특징으로 하는, 코팅된 스프링 레일 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
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