KR102005798B1 - 윈드스크린 와이퍼 장치 - Google Patents

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마이클 오슬리즐로
데니스 이 콕스
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페더럴-모걸 엘엘씨
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Abstract

윈드스크린 와이퍼 장치가 제공된다. 윈드스크린 와이퍼 장치는 윈드실드에 대하여 밀착하기 위하여 가요성 재료로 된 기다란 와이퍼 스트립과 적어도 하나의 기다란 그루브를 포함한다. 적어도 하나의 가요성이면서 기다란 캐리어 요소는 이완 상태에 있을 때 와이퍼 스트립을 소정의 형상으로 편향가압하기 위하여 와이퍼 스트립의 적어도 하나의 그루부 내부에 배치된다. 적어도 하나의 캐리어 요소는 이완 상태에 있을 때 적어도 하나의 위쪽을 향하는 만곡부와 적어도 하나의 아래쪽을 향하는 만곡부를 제공한다.

Description

윈드스크린 와이퍼 장치{WINDSCREEN WIPER DEVICE}
당해 출원은 2011년 12월 14일자로 출원된 미국출원 제61/570,563호의 이익을 주장하고, 그 전체 내용은 참조사항으로 본 명세서에 통합되어 있다.
본 발명은 전체적으로 윈드스크린 와이퍼 장치에 관한 것이고, 더 상세하게는 윈드스크린 와이퍼 장치용 캐리어 요소들에 관한 것이다.
대부분의 자동차 윈드스크린 와이퍼 장치, 즉 와이퍼 블레이드는 종래형 와이퍼 블레이드(conventional-style wiper blade)(이하 "종래의 블레이드"라 함) 또는 빔형 와이퍼 블레이드(beam-style wiper blade)(이하 "빔 블레이드"라 함)로서 분류될 수 있다. 종래의 블레이드는 통상적으로, 기다란 와이퍼 스트립; 적어도 하나의 캐리어 요소('플렉서(flexor)'로도 알려져 있음)); 및 와이퍼 아암에의 부착을 위한 연결 장치, 복수 개의 링키지 및 복수 개의 클로(claw)를 가진 프레임 구조체;를 포함하고 있다. 캐리어 요소는 이완 상태에 있을 때 대체로 직선 형상이고, 프레임 구조체는 와이퍼 아암으로부터의 힘을 캐리어 요소 및 와이퍼 스트립의 길이에 걸쳐 분배하고, 이와 동시에 캐리어 요소 및 와이퍼 스트립이 휘어서 차량의 윈드실드의 곡률에 맞추어지는 것을 허용한다. 이는 와이퍼 스트립과 윈드실드 사이의 밀착을 형성한다.
빔 블레이드는, 종래의 블레이드와 대조적으로, 프레임 구조체가 없다. 그 대신에, 빔 블레이드의 캐리어 요소는 이완 상태에 있을 때 만곡되고, 연결 장치가 캐리어 요소에 직접 부착된다. 빔 블레이드가 윈드실드에 대해 가압될 때, 만곡된 캐리어 요소는 와이퍼 스트립을 윈드실드의 곡률에 맞추고, 와이퍼 스트립의 전체 길이를 윈드실드에 대해 실질적으로 가압하여, 와이퍼 스트립과 윈드실드 사이에 밀착을 형성한다. 빔 블레이드는 또한 통상적으로 하나 이상의 스포일러 요소를 포함하는데, 스포일러 요소는, 차량이 와이퍼 스트립을 윈드실드에 대하여 더 가압하도록 운행 중인 동안, 빔 블레이드 위의 공기의 유동을 이용하여 캐리어 요소들과 와이퍼 스트립 상에 다운 포스(down force)를 가한다.
종래의 블레이드 및 빔 블레이드는 와이퍼 스트립의 길이에 걸친 윈드실드에 대한 균일한 압력 분배를 항상 보이는 것은 아니다. 예를 들어, 몇몇 종래의 블레이드의 와이퍼 스트립은 클로들의 위치에서 윈드실드에 대해 증가된 힘을 받는 영역 또는 압점을 보이는데, 이는 윈드실드에 기다란 자국을 남기는 와이핑(streaky wiping)을 초래할 수 있다. 다른 한편으로는, 빔 블레이드 와이퍼 스트립의 단부 영역은 윈드실드에 대하여 중간 영역만큼 항상 강하게 가압되는 것은 아니고, 이는 윈드실드에서의 고르지 않은 와이핑을 초래할 수 있다.
본 발명의 일 양태는, 개선된 와이핑 성능을 제공하기 위해서 와이퍼 스트립의 길이에 걸쳐 윈드실드에 대한 개선된 압력 분배를 보이는 윈드스크린 와이퍼 장치, 즉 와이퍼 블레이드를 제공한다. 윈드스크린 와이퍼 장치는, 적어도 하나의 기다란 그루브를 가지고 있되 윈드실드에 대하여 밀착하기 위하여 가요성 재료로 된 기다란 와이퍼 스트립을 포함한다. 가요성이면서 기다란 적어도 하나의 캐리어 요소는 이완 상태에 있을 때 와이퍼 스트립을 소정의 형상으로 편향가압(bias)하기 위하여 와이퍼 스트립의 그루브 내부에 배치된다. 적어도 하나의 캐리어 요소는 이완 상태에 있을 때 위쪽을 향하는 적어도 하나의 만곡부와 아래쪽을 향하는 적어도 하나의 만곡부를 제공한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 적어도 하나의 캐리어 요소는, 위쪽을 향하는 만곡부에 의하여 서로 떨어져 있는 아래쪽을 향하는 한 쌍의 만곡부를 제공하고, 그 결과 캐리어 요소는 이완 상태에 있을 때 대체로 M자형상이다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 윈드스크린 와이퍼 장치는 적어도 하나의 캐리어 요소와 결합하는 적어도 2 세트의 클로를 포함하는 프레임 구조체를 포함하고, 적어도 한 세트의 클로는 위쪽을 향하는 만곡부와 아래쪽을 향하는 만곡부 사이에서 캐리어 요소와 결합한다.
본 발명의 다른 양태는, 적어도 하나의 가요성이면서 기다란 캐리어 요소를 준비하는 단계를 포함하는, 윈드스크린 와이퍼 장치를 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 캐리어 요소가 이완 상태에 있을 때 위쪽을 향하는 적어도 하나의 만곡부를 캐리어 요소에 제공하기 위해서 적어도 하나의 캐리어 요소를 소성적으로 변형시키는 단계로 계속된다. 이 방법은 캐리어 요소가 이완 상태에 있을 때 아래쪽을 향하는 적어도 하나의 만곡부를 제공하기 위해서 적어도 하나의 캐리어 요소를 소성적으로 변형시키는 단계로 속행된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 적어도 하나의 캐리어 요소를 소성적으로 변형시키는 단계는 캐리어 요소에 대해 가변적으로 편향가압되는 복수 개의 롤러를 포함하는 롤러 어셈블리에 의해 실행된다.
본 발명은 차량의 윈드실드를 닦아내기 위한 윈드스크린 와이퍼 장치 및 그 제조방법에 관한 것이고, 본 발명에 의하면, 종래의 블레이드에 비해 와이퍼 스트립의 길이에 걸친 윈드실드에 대한 균일한 압력 분배를 제공하는 것, 개선된 와이핑 성능을 제공하는 것, 및 와이퍼 블레이드 어셈블리의 성능 및 내구성을 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명의 여러 가지 특징과 이점은, 첨부의 도면과 관련하여 고려하여 다음에 오는 발명의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 잘 이해될 수 있는 바와 같이 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 예시적인 와이퍼 블레이드 어셈블리의 정면 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타나 있는 예시적인 와이퍼 블레이드 어셈블리로부터의 한 쌍의 플렉서의 정면 사시도이다.
도 3은 도 1의 와이퍼 블레이드 어셈블리를 분해한 부분 사시도이다.
도 4는 이완 상태에서 캐리어 요소와 결합하는 한 쌍의 링키지의 정면도이다.
도 5a는 윈드실드와 결합하는 도 1의 와이퍼 블레이드 어셈블리의 최하부가 나타나 있는 정면도이고, 도 5b에는 윈드실드에 대하여 약간 가압되어 있는 와이퍼 블레이드 어셈블리가 나타나 있고, 도 5c에는 와이핑할 준비가 되어있는 위치에 있되 윈드실드에 대하여 가압되어 있는 와이퍼 블레이드 어셈블리가 나타나 있다.
도 6은 와이퍼 블레이드 어셈블리용 캐리어 요소를 제조하기 위한 셋업(setup)의 개략적인 도면이다.
도면을 참조하면, 여기에서 유사한 참조번호는 몇몇 도면에 걸쳐 유사한 부분을 지시하고, 하이브리드 윈드스크린 와이퍼 장치, 즉 하이브리드 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)의 예시적인 실시예는 도 1에 전체적으로 나타나 있다. 예시적인 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)는, 차량의 윈드실드(24)에 대해 밀착하고(도 5에 나타나 있음) 비, 눈, 얼음 또는 다른 요소들을 윈드실드로부터 몰아내기 위하여 고무와 같은 가요성이면서 탄성인 재료로 된 와이퍼 스트립(22)을 포함한다. 이어서 도 3을 참조하면, 예시적인 와이퍼 스트립(22)은 실질적으로 와이퍼 스트립(22)의 전체 길이방향에 걸쳐 뻗어 있는 한 쌍의 반대쪽을 향하는 그루브(26)를 포함한다. 한 쌍의 캐리어 요소(28)(플렉서로도 알려져 있음)는 그루브(26)들 내부에 배치되어 와이퍼 스트립(22)을 소정의 형상으로 편향가압한다. 캐리어 요소(28)들은 스프링강과 같은 가요성이면서 스프링성인 재료로 형성된다. 캐리어 요소(28)들은 바람직하게는 완전히 슬라이딩가능하게 그루브(26)들 내부에 배치되거나 한 위치에서 와이퍼 스트립(22)과 잠금 결합만 되고, 그 결과 와이퍼 스트립(22)의 잔여 부분은 길이방향으로 캐리어 요소(28)들에 대하여 축방향으로 슬라이딩할 수 있다. 이들 형상들 중 어느 하나는 윈드실드(24)의 곡률에 맞추어 휘어질 때 와이퍼 스트립(22) 내부의 응력을 경감시키는 효과를 가져서, 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)의 성능 및 내구성을 향상시킨다.
예시적인 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)는 또한 프레임 구조체(30)를 포함하는데, 프레임 구조체는 캐리어 요소(28)에 결합되어 와이퍼 아암(미도시)에 부착하도록 구성된다. 도 3의 부분 분해도에 가장 잘 나타나 있는 바와 같이, 예시적인 프레임 구조체(30)는 메인 브리지(32)와, 메인 브리지(32)의 양쪽 단부에 부착하도록 구성된 한 쌍의 엔드 피스 서브어셈블리(34)를 포함한다. 연결 장치(36)는 메인 브리지(32)의 대체적인 중심 위치에 배치되고, 와이퍼 아암의 일 단부에 부착하도록 구성된다. 연결 장치(36)가 후크형상의 와이퍼 아암, 핀형 와이퍼 아암, 상부 잠금식(top lock-style) 와이퍼 아암, 바요넷식(bayonet-style) 와이퍼 아암 등과 같은 여러 가지 유형의 와이퍼 아암들을 가지고 부착하기 위한 일정 범위의 여러 가지 디자인으로 이루어 질 수 있다는 것은 이해되어야 한다. 엔드 피스 서브어셈블리(34) 각각은 서로 이격되어 있는 2 세트의 클로(40)를 가진 링키지(38)를 포함한다. 예시적인 프레임 구조체(30)의 클로(40)들은 예시적인 캐리어 요소(28)들과 슬라이딩(즉, 비고정식) 결합하고, 이로써 캐리어 요소(28)들과 와이퍼 스트립(22)이 프레임 구조체(30)에 대하여 길이방향으로 슬라이딩하는 것을 허용한다. 이 구성요소들이 윈드실드(24)의 곡률과 맞추어 휘어질 때, 이러한 구성은 캐리어 요소(28)들과 와이퍼 스트립(22) 내부에서의 내부 응력의 발생을 감소시킴으로써 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)의 성능과 내구성을 향상시킨다. 예시적인 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)가 차량의 윈드실드(24)에 기대어 설치되는 경우, 차량 위의 이 구성요소들인 프레임 구조체(30)는 와이퍼 아암으로부터 캐리어 요소(28) 쪽으로 힘을 전달하고나서 와이퍼 스트립(22) 쪽으로 힘을 전달하고, 이로써 와이퍼 스트립(22)을 윈드실드(24)에 대하여 가압하고 와이퍼 스트립과 윈드실드 사이에서 밀착 관계를 형성한다.
도 1을 다시 참조하면, 엔드 피스 서브어셈블리(34)는 또한 캐리어 요소(28)들과 와이퍼 스트립(22)의 단부들에 인접하여 위치되어 있는, 아래쪽을 향하여 뻗어 있는 플랜지부(42)들을 가진 엔드 캡들을 포함한다. 더불어, 플랜지부(42)는 프레임 구조체(30)에 대한 와이퍼 스트립(22)과 캐리어 요소(28)들의 운동을 제한하기 위한 정지점(stopping point)을 형성한다. 바꾸어 말하면, 캐리어 요소(28)들과 와이퍼 스트립(22)은 엔드 피스 서브어셈블리(34)의 플랜지부(42)에 의해 형성된 소정의 한계 범위 내에서 프레임 구조체(30)에 대하여 슬라이딩만 할 수 있다.
도 1을 더 참조하면, 예시적인 프레임 구조체(30)의 엔드 피스 서브어셈블리(34)와 메인 브리지(32)의 외부 표면은 모두, 차량이 고속으로 주행하고 있을 때 다운 포스(down-force)를 생성하기 위한 스포일러 형상을 가져서, 차량의 윈드실드(24)에 대한 와이퍼 스트립(22)의 압력을 증가시키고 와이퍼 스트립(22)과 윈드실드(24) 사이의 밀착을 향상시킨다. 이는, 차량이 고속으로 주행하고 있을 때 예시적인 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)의 와이핑 성능을 향상시키는 효과를 가진다.
이어서 도 2를 살펴보면, 예시적인 캐리어 요소(28)들은 와이퍼 스트립(22)의 그루브(26) 속에 삽입되기 전에 예비성형되어 있다. 특히, 예시적인 캐리어 요소(28)들 각각은 M자형을 나타내도록 예비성형되어 있고, 이 캐리어 요소들 각각이 이완된 무응력(unstressed) 상태에 있을 때 한 쌍의 아래쪽을 향하는 만곡부(44)는 위쪽을 향하는 만곡부(46)에 의하여 서로 떨어져 있다.
이어서 도 4를 참조하면, 2 세트의 클로(40)는, 캐리어 요소(28)들이 대략적으로 아래쪽을 향하는 만곡부(44)들과 위쪽을 향하는 만곡부(46) 사이에서 전이하는 위치에서 캐리어 요소(28)들과 결합하고 있다. 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)가 윈드실드(24)에 기대어 설치될 때, 이 특별한 형상은 와이퍼 스트립(22)의 길이를 따라 가장 고르게 분배된 압력 경도(pressure gradient)를 제공하는 것으로 발견되었다. 예를 들어, 이어서 도 5a를 참조하면, 예시적인 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)는 와이퍼 스트립(22)의 최하부만이 윈드실드(24)와 접촉하고 있는 것으로 나타나 있다. 도 5b에는 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)가 와이퍼 아암에 의하여 윈드실드(24)에 대하여 밀릴 때 와이퍼 스트립(22)이 어떻게 평평해지는지가 나타나 있다. 클로(40) 세트들을 아래쪽을 향하는 만곡부(44)들과 위쪽을 향하는 만곡부(46) 사이의 전이 영역에 위치시키는 것은 이 평평해지는 과정을 촉진하고 보조한다. 도 5c에는 와이핑할 준비가 되어있는 형상인 예시적인 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)가 나타나 있다. 나타나 있는 바와 같이, 와이퍼 스트립(22)이 윈드실드(24)에 대하여 밀리는 압력은 예시적인 와이퍼 블레이드 어셈블리(20)의 길이를 따라 전체적으로 균일하게 분배되어 있다. 이는 다른 알려진 와이퍼 블레이드 어셈블리들과 비교했을 때 실질적으로 기다란 자국을 남기지 않고(streak-free) 전체적으로 균일한 와이핑동작을 고려한 것이다.
이어서 도 6을 참조하면, M자형상의 캐리어 요소(28)를 제조하는 셋업이 전체적으로 나타나 있다. 나타나 있는 바와 같이, 이 셋업은 서로를 향하여 편향가압되는 적어도 한 쌍의 롤러(50)를 포함하는 롤러 어셈블리(48)를 포함한다. 스프링강과 같은 편향가능하고 탄성인 재료로 된 스트립은 롤러(50)들 사이에 공급된다. 각각의 롤러(50)는 와이퍼 스트립(22)에 대하여 롤러(50)들에 의해 가해지는 압력을 변경시키기 위한 비원형 캠(52)에 작동가능하게 결합된다. 롤러(50)들에 의해 가해진 압력을 변경시키는 것은 스트립이 일정한 곡률로 롤러 어셈블리(48)를 빠져나가는 방식으로 스트립의 재료를 변형시키는 효과를 가진다. 예를 들어, 롤러(50)들 중 어느 하나에 의해 가해지는 압력을 증가시키는 것은 아래쪽을 향하는 만곡부를 스트립에 제공할 수 있고, 다른 롤러(50)에 의해 가해지는 압력을 증가시키는 것은 위쪽을 향하는 만곡부를 스트립에 제공할 수 있다. 절단 메커니즘(54)은 스트립을 소정의 길이로 절단하기 위하여 롤러 어셈블리(48)에 인접하여 배치된다. 이 공정은 매우 신속하고 비용면에서 효율적인 것으로 발견되었다. 그러나, 캐리어 요소(28)가 일정 범위의 여러 압연 공정 또는 벤딩 공정을 통하여 만곡될 수 있다는 것은 이해되어야 한다.
본 발명의 다른 양태는 윈드스크린 와이퍼 장치를 제조하는 방법이다. 이 방법은 적어도 하나의 가요성이면서 기다란 캐리어 요소(28)를 준비하는 단계를 포함한다. 캐리어 요소(28)는 바람직하게는 스프링강과 같은 탄성인 재료로 형성된다. 이 방법은 이완 상태에 있을 때 적어도 하나의 위쪽을 향하는 만곡부(46)와 적어도 하나의 아래쪽을 향하는 만곡부(44)를 캐리어 요소에 제공하기 위해서 적어도 하나의 캐리어 요소(28)를 소성적으로 변형시키는 단계로 계속된다. 변형 공정은 바람직하게는 캐리어 요소(28)가 롤러들 사이에 공급될 때 가변적인 힘으로 캐리어 요소(28)에 대하여 편향가압되는 복수 개의 롤러(50)를 포함하는 롤러 어셈블리(48)를 이용한다. 이 방법은 와이퍼 스트립(22)을 적어도 하나의 위쪽을 향하는 만곡부(46)와 적어도 하나의 아래쪽을 향하는 만곡부(44)를 가지는 형상으로 편향가압하기 위해서 적어도 하나의 캐리어 요소(28)를 와이퍼 스트립(22)과 결합시키는 단계로 계속된다.
명백하게도, 본 발명의 다수의 수정과 변경은 위의 교시의 관점에서 가능하고, 첨부된 특허청구범위의 범위 내에서 특히 설명되는 것과 다르게 실시될 수 있다.

Claims (12)

  1. 차량의 윈드실드를 닦아내기 위한 윈드스크린 와이퍼 장치로서,
    메인 브리지 및 한 쌍의 엔드 피스 서브어셈블리를 포함하는 프레임 구조체로서, 상기 메인 브리지는 차량이 고속으로 주행하고 있을 때 다운 포스(down-force)를 생성하기 위한 스포일러 형상이고, 상기 메인 브리지의 바닥으로 연장되는 측벽들을 가지고 있고, 상기 메인 브리지는 상기 측벽들 사이에 개구를 제공하는 프레임 구조체;
    윈드실드에 대하여 밀착하고 적어도 하나의 기다란 그루브를 가지고 있고 상면을 가지고 있는, 가요성 재료로 된 기다란 와이퍼 스트립; 및
    이완 상태에 있을 때 상기 기다란 와이퍼 스트립을 소정의 형상으로 편향가압하기 위하여 상기 기다란 와이퍼 스트립의 상기 적어도 하나의 그루브 내부에 배치되는 적어도 하나의 가요성이면서 기다란 캐리어 요소;를 포함하고 있고,
    상기 적어도 하나의 캐리어 요소는 단일의 위쪽을 향하는 만곡부에 의하여 서로 떨어져 있는 한 쌍의 아래쪽을 향하는 만곡부를 제공하도록 예비성형되어, 상기 캐리어 요소가 상기 이완 상태에 있을 때 상기 와이퍼 스트립의 상기 소정의 형상은 대체로 M자형이고, 상기 위쪽을 향하는 만곡부의 영역에서의 상기 와이퍼 스트립의 상기 상면은 상기 메인 브리지의 상기 바닥으로부터 상기 메인 브리지와 상기 와이퍼 스트립 사이의 개방된 갭만큼 이격되어 있고,
    상기 위쪽을 향하는 만곡부의 상기 영역에서의 상기 와이퍼 스트립의 상기 상면은 상기 와이퍼 스트립이 와이핑할 준비가 되어있는 형상에 있을 때 상기 메인 브리지의 상기 측벽들 사이의 상기 개구에 배치되어, 상기 와이퍼 스트립이 와이핑할 준비가 되어있는 형상에 있을 때 상기 메인 브리지와 상기 와이퍼 스트립 사이에 갭이 없는 것을 특징으로 하는 윈드스크린 와이퍼 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기다란 와이퍼 스트립 상의 상기 적어도 하나의 기다란 그루브는 한 쌍의 기다란 그루브로 한정되고, 상기 적어도 하나의 캐리어 요소는 한 쌍의 캐리어 요소로 한정되는 것을 특징으로 하는 윈드스크린 와이퍼 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드 피스 서브어셈블리 각각은 상기 위쪽을 향하는 만곡부와 상기 아래쪽을 향하는 만곡부 사이의 위치에서 상기 캐리어 요소와 결합하는 적어도 2 세트의 클로를 포함하는 것을 특징으로 하는 윈드스크린 와이퍼 장치.
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