KR20090072917A - 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼에 관한 것으로, 초음파를 가진 하는 압전소자 및 복수 개의 압전소자를 소정의 배열로 구성하는 몰딩 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 우천시 운전자에게 넓은 시야를 확보하고 소음을 방지할 수 있는 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼에 관한 것이다.

압전소자, 초음파, 와이퍼

Description

압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼{ULTRASONIC WIPER FOR AUTOMOBILE USING PIEZOELECTRIC ELEMENT}

본 발명은 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 압전소자를 이용하여 초음파를 발생시킴으로 빗방울을 기화하여 산포 시키고, 제거할 수 있는 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 운전석 전면이나, 또는 배면에는 차량 윈도우 글래스를 쓸어내리거나 닦기 위한 와이퍼 장치가 구비된다. 이는 운행 중 차량 윈도우 글래스에 달라붙는 빗물, 눈, 또는 이물질, 먼지 등을 모터의 구동에 의해 좌·우 양측으로 쓸어 내려 운전자의 시야를 확보하도록 한다.

이러한 와이퍼 장치는 차량 윈도우 글래스에 면 접촉하도록 고무재로 된 와이퍼가 설치되어, 차량 윈도우 글래스의 표면을 긁어내듯이 쓸어내리면서 차량 윈도우 글래스 면을 닦도록 구성되고 있다.

도 1은 종래의 와이퍼 장치를 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 차량 윈도우 글래스를 닦기 위해, 대부분 와이퍼 모터(3)를 구동할 수 있다. 이때, 와이퍼 모터(3)의 회전 구동력이 크랭크 아암(7)에 전달되어 메인 레버(4)를 좌, 우 방향으로 이송할 수 있다. 메인 레버(4)의 일단에는 축 핀에 의해 결합하는 링크(5)가 와이퍼(1)를 고정하는 와이퍼 아암(2)과 결합하여 고정된다.

한편, 와이퍼 모터(3)의 동력을 받은 크랭크 아암(7)이 메인 레버(4)를 좌, 우 방향으로 이송시킴에 따라, 일단의 링크(5)와 결합한 와이퍼 아암(2)이 소정의 각도 범위 내에서 회전 운동을 하게 되며, 와이퍼 아암(2)에 체결된 와이퍼(1)가 차창의 유리창을 닦아낸다.

그러나, 상기와 같이 설치되는 와이퍼(1)는 우천시 차량 윈도우 글래스에서 빗물을 제거하기 위해 계속적인 회전 운동을 반복하게 되며, 상기 와이퍼(1)의 반복적인 운동으로 인한 운전자의 시야를 가릴 뿐 아니라, 동시에 소음 발생과 외관미가 떨어지는 문제가 있다.

아울러, 우천시 와이퍼(1)의 반복적인 운동으로도 물기가 말끔히 제거되지 않으며, 윈도우에 얼룩이 남거나, 장기적으로 사용했을 경우 와이퍼(1)의 채터링(Chattering) 현상이 일어나서, 소음을 일으킬 수 있다.

또한, 와이퍼(1)와 차량 윈도우 글래스의 계속적인 마찰에 의해, 차량 윈도우 글래스와 마찰하는 부분에 와이퍼(1)는 고무 등으로 제작되어 동절기에는 딱딱하게 굳어질 수 있으며, 와이퍼 아암(2) 등을 청소하고, 와이퍼(1)의 교체로 인해 비용 상승의 문제점이 있으며, 우천시 와이퍼(1)의 작동으로 차량 윈도우 글래스에 흠집이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 운전자에게 넓은 시야를 확보하고, 와이퍼 작동 시 소음 발생을 방지하며, 차량 제작비 및 와이퍼 교체 비용을 절감할 수 있는 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 초음파를 가진 하는 압전소자 및 복수 개의 압전소자를 소정의 배열로 구성하는 몰딩 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼를 제공한다.

또한, 본 발명에서 몰딩 부재는 차량의 창틀에 배치되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼를 제공한다.

또한, 본 발명에서 복수 개의 압전소자 배열 간격은 차량의 윈도우에 따라 일정한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼를 제공한다.

또한, 본 발명에서 외부 신호를 받아 소정의 전압을 발생시키는 발진부와, 소정의 전압을 받아 펄스신호로 출력하는 펄스 발생부와, 펄스신호를 소정의 전압으로 출력하는 실리콘 제어 정류부와, 임피던스 매칭을 위한 전기 신호를 발생시키는 매칭 변압부를 통한 전기 신호를 받아 초음파 진동을 발생할 수 있는 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼를 제공한다.

근래의 자동차들은 안전을 위해 여러 장치를 사용하고 있다. 운전자의 시야 확보를 위한 자동차의 유리판의 경우도 예외가 아니다. 하지만, 빗방울이나 갑작스런 기온변화에 의해 맺히는 물방울 등을 차량 윈도우의 경우 대부분 와이퍼의 사용에 의한 제거 방법을 채택하고 있으나, 이 방법은 여러 가지 단점이 있다. 이런 단점을 보완하고, 보다 직접적인 방안으로 초음파 진동에 의한 제거방법이 있다.

본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 와이퍼는 이러한 초음파를 이용하는 장치로, 압전소자에 의해 발생한 초음파 진동 에너지를 빗방울에 전달하여 움직이게 함으로써 빗방울을 제거하는 방법이다.

압전소자는 압전소자를 구성하는 결정에 변형력을 가하면 그 힘에 비례하는 전하가 생기고 또 전기장 속에 두면 기계적인 변형이 생기는 현상, 즉 압전효과를 이용하는 소자이다. 상기 압전소자는 전기 기계변환용의 압전 변환소자, 공진 특성을 이용한 공진자에 쓰일 수 있으며, 변환소자는 기계 진동을 전기 진동으로 변환하는 것과 전기 진동을 기계 진동으로 변환하고, 전기 진동을 기계 진동으로 변환하는 것 중에서 안정된 주파수의 전기 진동을 발생하게 하거나, 어느 특정한 주파수의 전기신호에 대하여 응답하게 하기 위해 쓰이는 것이 있는데, 이것을 공진자라고 한다.

압전소자의 압전효과는 결정의 변형에 의해 이온의 상대위치가 변화하기 때문에 일어나며, 결정판의 탄성 진동과 전기 진동이 일치될 때 공진 현상이 발생한다. 따라서, 사용되는 결정의 절단방식, 치수, 모양 및 가해지는 전압 등에 따라 여러 가지의 변환소자와 공진자를 만들 수 있다. 압전소자 결정의 절단 방식, 모양 등에 따라 수 kHz ~ 수백 MHz에 이르는 발진회로나 공진회로의 소자로 사용하며 송신기 수신기의 주파수 제어, 수정필터, 전자시계 등에도 사용된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼의 일실시예를 장착한 차량을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼의 일실시예를 도시한 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)는 차량의 운전석 전면 윈도우의 창틀을 따라 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)는 차량의 배면 윈도우(미도시)의 창틀을 따라 설치 가능하다. 상기 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)는 압전소자(미도시)를 통한 초음파 가진으로 차량의 전면 윈도우 또는 배면 윈도우(미도시)에 떨어진 빗방울들을 기화시켜 산포 및 제거를 할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100) 구조의 일실시예로, 창틀을 따라 차량의 전면의 차창에 설치된 것은 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)의 성능을 극대화할 수 있는 구조로 형성하는 것이다. 또한, 운전자가 전방을 주시할 수 있는 최적화된 환경을 제공할 수 있다. 즉, 종래기술의 와이퍼가 반복적으로 회전 운동을 하면서 운전자의 전 방 시야를 가리고, 소음을 발생하였던 것을 획기적으로 회피할 수 있으며, 차량의 윈도우에 흠집이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)는 압전소자(120) 및 압전소자(120)의 몰딩 부재(140)로 구성될 수 있다. 상기 압전소자(120)에 전기를 인가하면, 압전소자(120)는 진동하는 특성의 초음파 가진기로, 수 Hz부터 수십 MHz까지 가진 할 수 있다.

압전소자(120)의 배열은 다양할 수 있으며, 압전소자(120)의 배열에 따라 몰딩 부재(140)에 의해 몰딩 되고, 몰딩 된 압전소자(120)는 차량 윈도우의 창틀을 따라 설치된다.

이때, 상기 몰딩 부재(140)는 차량 윈도우와 압전소자(120)와의 임피던스 매칭을 위한 것으로, 압전소자(120)는 몰딩 부재(140)에 의해 다양한 배열을 할 수 있음은 물론이다.

도 4는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼의 일실시예를 나타내는 내부 구성 블럭도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)는 사용자의 조작에 의해 초음파 와이퍼(100 : 도 2 및 도 3에 도시)의 구동을 위한 입력 신호를 받으면, 변환 및 출력하는 인터페이스의 외부 신호에 동기 되어 동작하는 발진부(200)는 주파수를 일정한 폭으로 유지하고 제어할 수 있도록, 상기 발진부(200)는 삼각파를 신호 전압으로 사용한다.

펄스 발생부(210)에서는 발진부(200)에서 발생하는 삼각파 전압을 입력으로 받아서, 펄스 폭을 변조하여 출력하여, 펄스 발생부(210) 후단에 접속된 실리콘 제어 정류부(220)로 전달한다.

실리콘 제어 정류부(Silicon Controlled Rectifier)(220)는 원하는 주파수 변조를 행하기 위해서 주파수를 고속 주파수 증가 또는 감소시키는 것에 상응하는 동작을 행하는 것으로, 공진 주파수 근처를 스위칭하게 되며, 실리콘 제어 정류부(220)를 거치면서 펄스신호를 소정의 전압으로 출력하게 된다.

또한, 상기 실리콘 제어 정류부(220)를 통하여 출력되는 소정의 전압을 압전소자(240)에 인가되기 전에 매칭 변압부(230)에서 임피던스 매칭을 이룰 수 있다.

매칭 변압부(230)는 임피던스를 매칭을 통해 신호의 손실을 최소화시키기 위해 주파수 인터페이스를 수행하기 위한 것으로, 일반적으로 전자 회로단의 출력 임피던스는 수십 옴 정도의 낮은 값을 취하는 반면, 압전소자(240)는 수십 메가옴 이상의 높은 저항 성분이 있으므로, 최대전력전송을 위하여 실리콘 제어 정류부(220)에서 나온 전압을 높여주면 임피던스 매칭 시킬 수 있다. 상기의 과정을 거친 변경 신호를 인가해주는 인터페이스를 지나 압전소자(240)에 인가되어 차량 윈도우와 공진을 일으켜 빗방울을 제거할 수 있다.

상기와 같이 형성된 본 발명의 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)의 작동을 살펴 보면, 몰딩 된 압전소자(120)가 차량 윈도우의 창틀에 설치되는 경우, 우천시 사용자로부터 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)의 구동을 위해 전기적 신호를 인가받아, 압전소자(120)를 가진 하게 되며, 가진 된 압전소자(120)에 의해 발생한 초음파에 의해 차량의 윈도우에 떨어지는 빗방울들을 기화 시켜 제거하게 된다.

더욱 상세하게, 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)는 적은 에너지를 이용하여 윈도우에 효율적으로 초음파 주파수 대역의 진동을 발생시키고자, 전기를 인가하면 발진부(200)를 통해 발생한 펄스신호가 실리콘 제어 정류부(220)를 거쳐 임피던스 매칭하여 윈도우의 공진 주파수와 압전소자(120)의 공진 주파수가 일치하는 구동 주파수로 가진 한다. 그 결과, 윈도우 전면에 발생하는 고른 초음파로 진동하고, 전기적으로 임피던스 매칭을 통해 더 큰 효율의 초음파 진동을 발생시킬 수 있으며, 압전소자(120)에 의해 발생한 초음파 진동 에너지가 빗방울에 전달하여 기화되어 산포되게 함으로써 빗방울을 제거한다. 따라서, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)는 종래기술에 따른 와이퍼를 구동할 때, 생길 수 있는 차량 윈도우의 흠집, 소음, 와이퍼의 교체 등을 방지할 수 있다.

아울러, 압전소자(120)는 소정의 간격으로 배열하여 몰딩 부재(140)를 통해 몰딩 되며, 배열에 따라 압전소자(120)가 더욱더 큰 파워를 가진 진동으로 가진 할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)는 차량의 윈도우에 따라 압전소자(120)의 배열 간격이 다르게 형성되고, 몰딩 부재(140)를 이용하여 다양한 배열로 몰딩 되더라도, 본 발명에 따른 권리 범위에 속한다.

본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)는 설 치하는 장소의 크고 작음에 제한받지 않는다. 따라서, 상기와 같이 형성된 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)는 차량의 전면, 배면의 윈도우는 물론이며, 측면 윈도우, 사이드 미러, 전방 전조등, 후미 경보등에 설치가 가능하다.

본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼(100)는 차량의 윈도우에 떨어지는 빗방울을 제거할 수 있는 기능이 영구적이며, 차량의 윈도우에 떨어지는 빗방울을 기화시켜 제거하므로, 종래기술에 따른 와이퍼의 사용으로 일어날 수 있는 문제점인 소음을 방지할 뿐만 아니라, 와이퍼와 윈도우의 마찰로 인한 윈도우의 흠집과, 와이퍼 교체를 방지할 수 있으며, 운전자가 주시할 수 있는 시야의 확보를 위한 최적화된 환경을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 전기 회로를 구성하는 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다.

그렇지만, '~부'는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합 되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시 예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시 예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해 서만 제한될 것이다.

도 1은 종래의 와이퍼 장치를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼의 일실시예를 장착한 차량을 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼의 일실시예를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼의 일실시예를 나타내는 내부 구성 블럭도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 초음파 와이퍼 120 : 압전소자

140 : 몰딩 부재

Claims (4)

1. 초음파를 가진 하는 압전소자; 및

   복수 개의 압전소자를 소정의 배열로 구성하는 몰딩 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼.
2. 제1항에 있어서,

   몰딩 부재는 차량의 창틀에 배치되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼.
3. 제1항에 있어서,

   복수 개의 압전소자 배열 간격은 차량 윈도우에 따라 일정한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼.
4. 제1항에 있어서,

   외부 신호를 받아 소정의 전압을 발생시키는 발진부; 와,

   소정의 전압을 받아 펄스신호로 출력하는 펄스 발생부; 와,

   펄스신호를 소정의 전압으로 출력하는 실리콘 제어 정류부; 와,

   임피던스 매칭을 위한 전기 신호를 발생시키는 매칭 변압부; 를 통한 전기 신호를 받아 초음파를 가진 할 수 있는 압전소자를 이용한 차량 윈도우용 초음파 와이퍼.

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