KR101976694B1 - 차량의 고속 주행시 와이퍼의 부상억제 성능이 향상된 와이퍼 일체형 스포일러 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차량의 고속 주행시 와이퍼의 부상억제 성능이 향상된 와이퍼 스포일러 구조물은, 차량의 유리에 슬라이딩 접촉되는 와이퍼 스트립의 상단부를 지지하고 상기 와이퍼 스트립이 상기 유리에 가까워지도록 공압을 발생시키는 와이퍼 일체형 스포일러 면을 구비한 와이퍼 스포일러 구조물에 있어서, 상기 스포일러 구조물은 차량에 설치된 상태에서 와이퍼 암이 연결되는 커넥터부를 기준으로 상기 스포일러 구조물의 길이 방향으로 양측에 배치된 스포일러 면과 지면이 이루는 각도는 85° 내지 90°인 것을 특징으로을 특징으로 한다.

Description

차량의 고속 주행시 와이퍼의 부상억제 성능이 향상된 와이퍼 일체형 스포일러 구조물{wiper integrated spoiler structure for vehicle provided with enhanced anti-lifting performance in high speed driving}

본 발명은 차량의 와이퍼 일체형 스포일러 구조물에 관한 것으로서, 더 구체적으로 차량의 고속 주행시 와이퍼의 부상 억제 성능이 향상된 스포일러 구조물에 관한 것이다.

자동차 와이퍼 장치는 자동차의 전면 유리 표면의 이물질을 제거하거나 빗물을 제거하여 그 자동차 운전자의 시야를 확보하도록 하기 위해 설치되는 자동차의 편의 장치인 동시에 적극적인 안전장치(active safety device)의 하나이다.

일반적으로 자동차의 와이퍼 장치는 자동차의 유리에 슬라이딩 접촉되며 고무 탄성을 가지는 와이퍼 스트립과, 그 스트립을 탄성적으로 지지하기 위한 지지부재와, 와이퍼 암에 그 와이퍼 스트립을 견고하게 고정하기 위한 연결 조립체로서 리테이너와 연결장치를 구비하고 있다. 일반적으로 와이퍼 스트립과 리테이너 사이에 자동차의 유리의 곡률의 차이에 따른 와이퍼 스트립과 자동차의 유리와의 접촉 오차를 수용하기 위하여 리테이너는 토너먼트(tournament) 구조를 가지고 있다. 이러한 토너먼트 구조는 와이퍼 스트립과 리테이너 사이에 공간이 존재하게 된다. 최근에 도로 여건이 고속주행이 가능하도록 개선되고, 자동차의 고성능화가 진행되면서, 종래의 와이퍼 장치를 구성하는 와이퍼 블레이드 장치의 문제점이 대두 되었다. 즉, 160km 이상의 고속 주행 중에 와이퍼를 작동시키면, 와이퍼 블레이드에 양력이 작용하여 자동차의 유리와의 접촉이 제대로 이루어지지 않게 됨으로써 와이핑 역할을 제대로 하지 못하게 되는 문제점이 발생하게 된 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 와이퍼 블레이드에 양압을 발생시키는 스포일러 구조물이 채용된다. 스포일러 구조물은 차량의 고속 주행시 차량의 전면 유리에 가해지는 공기의 흐름을 이용하여 와이퍼 블레이드를 유리쪽으로 가압하여 그 와이퍼 블레이드가 부상하지 못하도록 하는 역할을 수행하는 스포일러 면을 구비한다.

이와 같이 스포일러 구조물이 채용된 와이퍼 블레이드 장치의 일 예가 공개특허 제2011-0116521호에 개시되어 있다.

그런데 와이퍼 블레이드와 차량의 전면 유리가 접촉된 상태에서 상기 와이퍼 블레이드가 접촉되는 지점에서 차량의 전면 유리에 수직인 선과 와이퍼 블레이드의 중심축은 일정한 각도만큼 공기가 진행하는 방향으로 기울어지게 설치된다. 이 각도를 통상적으로 어택 앵글(attack angle)이라 한다. 상기 어택 앵글은 자동차 제조사에 따라 변동이 있지만 5°내지 6°정도의 값을 가진다. 상기 어택 앵글은 와이퍼 블레이드의 왕복 회전 운동시 유리와의 슬라이딩시 불규칙한 접촉을 방지하기 위해 부여된다. 상기 어택 앵글이 주어지지 않을 경우 채터링(chattering)이라 불리는 떨림이 발생하며, 소음이 동반되기도 한다. 또한, 스포일러 구조물에서 와이퍼 블레이드에 양압을 생성하는 면은 지면에 대해 90° 이하로 유지해야 와이퍼 블레이드의 부상 억제 성능이 양호하다. 스포일러 면은 곡면으로 형성되는 것이 일반적이다. 상기 스포일러 면의 종단면은 중심부가 오목한 곡선을 형성한다. 상기 스포일러 면의 상단 경계와 하단 경계를 연결한 직선과 지면과 이루는 각도가 90°이하로 유지되어야 한다.

그런데 상술한 어택 앵글의 적용으로 인하여 일반적인 차량에 설치된 와이퍼 블레이드에서 스포일러 면과 지면이 이루는 각도는 90°를 초과하는 문제점이 있다. 일반적으로 어택 앵글은 차량의 디자인적인 공력 특성에 종속되기 때문에 자유롭게 변경할 수 없다. 또한, 와이퍼 블레이드를 구성하는 와이퍼 스트립과 유리와 접촉되는 각도가 상기 어택 앵글에 종속된다. 따라서 상기 어택 앵글이 고정된 상태에서 상기 스포일러 면과 지면이 이루는 각도는 일반적으로 90°를 초과하게 되므로 차량의 고속 주행시 와이퍼가 부상하여 와이핑 성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 어택 앵글에 의해 제한되는 스포일러 면과 지면이 이루는 각도를 일정 범위가 되도록 함으로써 차량의 고속 주행시 부상이 억제되는 와이퍼 스포일러 구조물을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량의 고속 주행시 와이퍼의 부상억제 성능이 향상된 와이퍼 일체형 스포일러 구조물은, 차량의 유리에 슬라이딩 접촉되는 와이퍼 스트립의 상단부를 지지하고 상기 와이퍼 스트립이 상기 유리에 가까워지도록 공압을 발생시키는 와이퍼 일체형 스포일러 면을 구비한 스포일러 구조물에 있어서,

상기 스포일러 구조물은 차량에 설치된 상태에서 와이퍼 암이 연결되는 커넥터부를 기준으로 상기 스포일러 구조물의 길이 방향으로 양측에 배치된 스포일러 면과 지면이 이루는 각도는 85° 내지 90°인 점에 특징이 있다.

상기 스포일러 구조물은,

상기 스포일러 구조물의 하면 구조가 역상으로 구비된 하부 금형; 및

상기 하부 금형에 대해 취출 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 스포일러 구조물의 상면 구조가 역상으로 구비된 상부 금형으로 이루어진 금형에 의해 제조되며,

상기 스포일러 구조물의 중심선과 상기 상부 금형의 취출 방향은 서로 일치하지 않도록 된 것이 바람직하다.

상기 스포일러 구조물의 중심선은, 와이퍼 암과 결합 되도록 상기 스포일러 구조물의 중심부에 배치되며 상기 스포일러 구조물의 폭 방향으로 연장된 와이퍼 암 결합축의 종단면 중심에서 상기 와이퍼 암 결합축의 방향에 대해 수직인 선과 평행한 선인 것이 바람직하다.

상기 스포일러 구조물의 중심선과 상기 상부 금형의 취출 방향이 이루는 각도는 3°내지 9°인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 와이퍼 일체형 스포일러 구조물은, 지면과 스포일러 면이 항상 90° 이하로 유지됨으로써 차량의 고속 주행시 상기 스포일러 면에 가해지는 공압에 의해 와이퍼가 부상하는 것을 현저하게 억제하여 고속 주행 안정성과 와이핑 성능을 양호하게 유지하는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 와이퍼 일체형 스포일러 구조물은 상기 스포일러 구조물의 중심선과 상기 스포일러 구조물을 제조하는 상부 금형의 취출 방향이 일치하도록 않도록 구성함으로써 어택 앵글이 적용되어도 상기 스포일러 면이 지면과 90° 이하가 양호하게 유지되도록 하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 스포일러 구조물이 채용된 와이퍼 블레이드 장치가 차량에 설치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 Ⅱ - Ⅱ 선 단면도이다.
도 3은 도 도 1에 도시된 Ⅲ - Ⅲ 선 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 스포일러 구조물을 제조하는 금형과 상기 스포일러 구조물의 중심선 간 관계를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 스포일러 구조물과 종래 스포일러 구조물의 고속 주행시 부상 방지 성능을 비교한 시험 결과이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스포일러 구조물이 채용된 와이퍼 블레이드 장치가 차량에 설치된 상태를 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 Ⅱ - Ⅱ 선 단면도이다. 도 3은 도 도 1에 도시된 Ⅲ - Ⅲ 선 단면도이다. 도 4는 도 1에 도시된 스포일러 구조물을 제조하는 금형과 상기 스포일러 구조물의 중심선 간 관계를 보여주는 도면이다. 도 5는 본 발명에 따른 스포일러 구조물과 종래 스포일러 구조물의 고속 주행시 부상 방지 성능을 비교한 시험 결과이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 고속 주행시 와이퍼의 부상억제 성능이 향상된 와이퍼 일체형 스포일러 구조물(30, 이하, "스포일러 구조물"이라 함)은 차량의 와이퍼 블레이드 장치(10)를 구성하는 부품이다. 상기 와이퍼 블레이드 장치(10)는 차량의 유리에 슬라이딩 가능하게 설치된다. 상기 와이퍼 블레이드 장치(10)는 상기 유리 표면에 묻은 이물질을 제거하여 운전자의 시야를 확보하는 기능을 수행 한다.

상기 와이퍼 블레이드 장치(10)는 와이퍼 스트립(20)과, 지지 부재(25)와, 스포일러 구조물(30)을 포함한다.

상기 와이퍼 스트립(20)은 고무와 같은 유연성이 있는 소재로 제조된다. 상기 와이퍼 스트립(20)은 차량의 유리(100)에 슬라이딩 접촉되도록 설치된다. 상기 와이퍼 스트립(20)은 후술하는 지지 부재(25)나 요크(27)를 매개로 스포일러 구조물(30)에 결합 된다.

상기 지지 부재(25)는 와이퍼 스트립(20)의 상부에 형성된 홈부에 결합 된다. 상기 지지 부재(25)는 판상의 막대 구조로 구성될 수 있다. 상기 지지 부재(25)는 상기 와이퍼 스트립(20)에 강성을 부여할 뿐 아니라 상기 와이퍼 스트립(20)이 상기 유리(100) 곡면을 양호하게 추종할 수 있도록 탄성 복원력을 부여하는 작용을 한다. 상기 지지 부재(25)는 복수 구비될 수 있다.

상기 스포일러 구조물(30)은 상기 와이퍼 스트립(20)의 상단부를 지지한다. 상기 스포일러 구조물(30)은 복수 개가 서로 결합 되어 이루어질 수 있다. 예컨대 상기 스포일러 구조물(30)은 주 레버(31)와 보조 레버(32)로 이루어질 수 있다. 상기 주 레버(31)와 상기 보조 레버(32)는 일정한 각도 범위에서 서로 회전할 수 있게 연결되는 것이 바람직하다. 상기 스포일러 구조물(30)의 중심부에는 와이퍼 암(300)이 결합 되는 커넥터부(34)가 구비된다.

상기 스포일러 구조물(30)은 합성수지 소재를 사출 성형하여 제조될 수 있다. 상기 스포일러 구조물(30)은 상기 지지 부재(25)를 매개로 상기 와이퍼 스트립(20)에 연결될 수 있다. 상기 스포일러 구조물(30)은 스포일러 면(33)을 일체로 포함한다. 본 발명에서 상기 스포일러 면(33)은 도 1에 도시된 바와 같이 와이퍼 암(300)과 상기 스포일러 구조물(30)이 연결되는 커넥터부(34)를 기준으로 상기 스포일러 구조물(30)의 길이 방향으로 양측에 배치된다. 상기 스포일러 면(33)은 상기 커넥터부(34)를 제외한 구간에 형성된 양압 형성을 위한 면으로 한정한다. 즉, 상기 주 레버(31)에 형성된 경사면 중 상기 커넥터부(34)와 중복되는 구간에 형성된 경사면은 스포일러 면이 아닌 것으로 정의한다.

상기 스포일러 면(33)은 상기 와이퍼 스트립(20)이 상기 유리(100)에 가까워지도록 공압을 발생시키는 기능을 수행한다. 상기 스포일러 면(33)은 차량의 주행시 차량의 전방으로부터 상기 유리(100)에 부딪히는 공기의 흐름을 이용하여 상기 와이퍼 스트립(20)을 상기 유리(100) 쪽으로 가압하는 작용을 한다. 상기 스포일러 면(33)의 종단면 구조는 활꼴 형태로 중심부가 오목한 곡면으로 이루어질 수 있다.

상기 스포일러 면(33)은 상기 와이퍼 블레이드 장치(10)가 차량에 설치된 상태에서 지면(200)과 이루는 각도(θ)가 85° 내지 90°를 형성한다. 상기 스포일러 면(33)과 지면(200)이 이루는 각도(θ)는 다음과 같이 정의한다. 즉, 상기 스포일러 면(33)의 종단면 구조에서 상기 스포일러 면(33)의 상단과 상기 스포일러 면(33)의 하단을 연결한 선과 지면(200)이 한 평면상에서 이루는 각도를 상기 스포일러 면(33)과 지면(200)이 이루는 각도(θ)라 정의한다. 상기 스포일러 면(33)과 상기 지면(200)이 이루는 각도(θ)가 85° 미만인 경우에는 상기 스포일러 구조물(30)을 사출 성형하는 과정에서 금형의 취출 방향 상 언더 컷 부위가 발생하므로 성형이 어려운 문제점이 있다. 상기 스포일러 면(33)과 상기 지면(200)이 이루는 각도(θ)가 90°를 초과하는 경우에는 차량에 설치된 상태에서 상기 스포일러 면(33)에 가해지는 공기의 압력이 약해져서 와이퍼 블레이드 장치(10)가 차량의 고속 주행 중에 부상할 수 있는 문제점이 있다.

상기 스포일러 구조물(30)은 하부 금형(40)과 상부 금형(50)으로 이루어진 금형에 의해 제조된다. 상기 스포일러 구조물(30)에서 상기 스포일러 면(33)이 지면(200)과 이루는 각도(θ)를 상술한 범위로 용이하게 제조하기 위해서 상기 하부 금형(40)과 상기 상부 금형(50)과 상기 스포일러 구조물(30) 간에는 특별한 관계를 가지도록 배치되는 것이 바람직하다.

상기 하부 금형(40)에는 상기 스포일러 구조물(30)의 하면 구조가 역상으로 구비된다. 상기 하부 금형(40)은 고정된 금형으로써 상기 스포일러 구조물(30)을 제조하는 과정에서 지면에 대해 고정된 상태를 유지한다.

상기 상부 금형(50)은 상기 하부 금형(40)에 대해 취출 방향(Z)으로 이동 가능하게 설치된다. 상기 상부 금형의 취출 방향(Z)은 지면에 수직인 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 상부 금형(50)에는 상기 스포일러 구조물(30)의 상면 구조가 역상으로 구비된다.

상기 스포일러 구조물의 중심선(36)과 상기 상부 금형의 취출 방향(Z)은 서로 일치하지 않도록 배치된다. 상기 스포일러 구조물의 중심선(36)은 와이퍼 암(300)이 상기 와이퍼 블레이드 장치(10)에 결합 되는 부위를 기준으로 형성된다. 상기 스포일러 구조물의 중심선(36)은 와이퍼 암 결합축(35)의 종단면 중심에 형성된다. 더 구체적으로 상기 스포일러 구조물의 중심선(36)은 상기 와이퍼 암(300)과 결합되는 와이퍼 암 결합축(35)의 중심을 종단하는 단면에서 정의할 수 있다. 상기 스포일러 구조물의 중심선(36)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 스포일러 구조물(30)에 구비된 와이퍼 암 결합축(35)의 중심을 통과하는 종단면도에 형성된다. 상기 스포일러 구조물의 중심선(36)은 상기 스포일러 구조물(30)의 폭 방향으로 연장된 와이퍼 암 결합축(35)의 종단면 중심에서 상기 와이퍼 암 결합축(35)의 방향에 대해 수직인 선과 평행한 선으로 정의한다.

상기 스포일러 구조물의 중심선(36)은 상기 상부 금형(50)의 취출 방향과 일치하지 않고 일정한 범위 내의 각도를 형성한다. 상기 스포일러 구조물의 중심선(36)과 상기 상부 금형의 취출 방향(Z)이 이루는 각도(β)는 3°내지 9°인 것이 바람직하다. 상기 스포일러 구조물의 중심선(36)과 상기 상부 금형의 취출 방향(Z)이 이루는 각도(β)가 3°미만인 경우에는 상기 스포일러 구조물(30)이 차량에 설치된 상태에서 상기 스포일러 면(33)과 지면(200)이 이루는 각도(θ)가 90°를 초과할 가능성이 높다. 이 경우 와이퍼 블레이드 장치(10)의 부상 억제 성능이 나빠지는 문제점이 있다. 한편, 상기 스포일러 구조물의 중심선(36)과 상기 상부 금형의 취출 방향(Z)이 이루는 각도(β)가 9°를 초과하는 경우에는 상기 스포일러 구조물(30)이 차량에 설치된 상태에서 상기 스포일러 면(33)과 지면(200)이 이루는 각도(θ)가 90° 이하로 유지되어 차량의 고속 주행시 와이퍼 블레이드 장치(10)의 부상 방지 성능이 양호하게 유지될 수 있다. 그러나 이 경우 상기 스포일러 구조물(30)을 제조하는 과정에서 언더 컷(under cut) 부위가 발생하여 성형이 어려운 문제점이 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 스포일러 구조물(30)을 하부 금형(40)과 상부 금형(50)으로 제조하는 과정에서 상기 스포일러 구조물의 중심선이 상기 상부 금형(50)의 취출 방향(Z)과 일치하지 않고 일정 범위의 각도를 가지도록 배치된 구조를 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 스포일러 구조물(30)의 스포일러 면(33)과 지면(200)이 이루는 각도(θ)가 88.1°를 형성하도록 제조하여 실차에 적용한 상태에서 고속 주행시 부상 방지 성능과, 종래의 스포일러 구조물의 스포일러 면과 지면이 이루는 각도(θ)가 91.1°를 형성한 경우의 고속 주행시 부상 방지 성능을 비교한 시험 결과를 비교한 결과 본 발명에 따른 스포일러 구조물(30)의 고속 주행시 부상 방지 성능이 현저하게 개선된 것을 알 수 있다. 즉, 종래 구조의 경우 차량의 주행속도가 160km일 경우 와이퍼 블레이드 장치가 유리면으로부터 부상되었으나, 본 발명에 따른 스포일러 구조물이 채용된 와이퍼 블레이드 장치의 경우 차량의 주행속도가 180km에 도달해서 와이퍼 블레이드 장치가 유리면으로부터 부상되었다.

이와 같이 본 발명에 따른 와이퍼 일체형 스포일러 구조물은, 지면과 스포일러 면이 항상 90° 이하로 유지됨으로써 차량의 고속 주행시 상기 스포일러 면에 가해지는 공압에 의해 와이퍼가 부상하는 것을 현저하게 억제하여 고속 주행 안정성과 와이핑 성능을 양호하게 유지하는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 와이퍼 일체형 스포일러 구조물은 상기 스포일러 구조물의 중심선과 상기 스포일러 구조물을 제조하는 상부 금형의 취출 방향이 일치하도록 않도록 구성함으로써 어택 앵글이 적용되어도 상기 스포일러 면이 지면과 90° 이하가 양호하게 유지되도록 하는 효과를 제공한다.

이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.

10 : 와이퍼 블레이드 장치
20 : 와이퍼 스트립
25 : 지지 부재
27 : 요크
30 : 스포일러 구조물
31 : 주 레버
32 : 보조 레버
33 : 스포일러 면
34 : 커넥터부
35 : 와이퍼 암 결합축
36 : 스포일러 구조물의 중심선
40 : 하부 금형
50 : 상부 금형
100 : 유리
200 : 지면
300 : 와이퍼 암
Z : 상부 금형의 취출 방향
θ : 스포일러 면과 지면이 이루는 각도
β : 스포일러 구조물의 중심선과 상부 금형의 취출 방향이 이루는 각도

Claims (4)

1. 차량의 유리에 슬라이딩 접촉되는 와이퍼 스트립의 상단부를 지지하고 상기 와이퍼 스트립이 상기 유리에 가까워지도록 공압을 발생시키는 와이퍼 일체형 스포일러 면을 구비한 스포일러 구조물에 있어서,
   상기 스포일러 구조물은 차량에 설치된 상태에서 와이퍼 암이 연결되는 커넥터부를 기준으로 상기 스포일러 구조물의 길이 방향으로 양측에 배치된 스포일러 면과 지면이 이루는 각도는 85° 내지 90°이며,
   상기 스포일러 구조물은,
   상기 스포일러 구조물의 하면 구조가 역상으로 구비된 하부 금형; 및
   상기 하부 금형에 대해 취출 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 스포일러 구조물의 상면 구조가 역상으로 구비된 상부 금형으로 이루어진 금형에 의해 제조되며,
   상기 스포일러 구조물의 중심선과 상기 상부 금형의 취출 방향은 서로 일치하지 않도록 된 것을 특징으로 하는 차량의 고속 주행시 와이퍼의 부상억제 성능이 향상된 와이퍼 일체형 스포일러 구조물.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 스포일러 구조물의 중심선은, 와이퍼 암과 결합 되도록 상기 스포일러 구조물의 중심부에 배치되며 상기 스포일러 구조물의 폭 방향으로 연장된 와이퍼 암 결합축의 종단면 중심에서 상기 와이퍼 암 결합축의 방향에 대해 수직인 선과 평행한 선인 것을 특징으로 하는 차량의 고속 주행시 와이퍼의 부상억제 성능이 향상된 와이퍼 일체형 스포일러 구조물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 스포일러 구조물의 중심선과 상기 상부 금형의 취출 방향이 이루는 각도는 3°내지 9°인 것을 특징으로 하는 차량의 고속 주행시 와이퍼의 부상억제 성능이 향상된 와이퍼 일체형 스포일러 구조물.

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