KR101206140B1 - 공기역학적 배플을 구비하는 평판 블레이드의 와이퍼블레이드 아암 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중앙의 강화 요소(20), 와이핑 스트립(14), 공기역학적 디플렉터(16)의 바람 대향 측면을 구획하는 전방측(AE)을 포함하는 전체 삼각형 형상의 윤곽(AE-FM-MA)을 갖는 공기역학적 디플렉터 형성 요소를 포함하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)에 있어서, 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)의 전체 높이(H)와, 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)의 전체 횡방향 폭(L)의 비율(H/L)은 1.5 내지 2인 것을 특징으로 한다.

Description

공기역학적 배플을 구비하는 평판 블레이드의 와이퍼 블레이드 아암{FLAT-BLADE WIPER BLADE ARM COMPRISING AN AERODYNAMIC BAFFLE}

본 발명은 평판 블레이드 타입의 차량용 윈드스크린 와이퍼 블레이드에 관한 것이다.

구체적으로 말하면, 본 발명은

- 와이핑 스트립(wiping strip)을 지지하는 하부 수단과 종방향 주축이 있는 관형 바디를 구비하고, 종방향 주 방위를 갖는 지지 프레임으로서, 상기 관형 바디는 수평 하부 벽과 2개의 수직 종방향 측벽에 의해 구획되는 것인 지지 프레임;

- 상기 관형 바디의 내측에 수용되는 종방향 수평 스트립 형태의 구조 요소를 포함하는 타입의 차량용 윈드스크린 와이퍼 블레이드에 관한 것이다.

그러한 윈드스크린 와이퍼 블레이드의 공기역학적 성능을 개선하기 위하여, US-B1-6,292,974, US-A1-2003/0145412 및 US-A-2002/0000018에서 제안한 바와 같이, 차량용의 공지의 윈드스크린 와이퍼 블레이드는

- 중앙의 종방향 강화 요소;

- 와이핑 대상 창을 와이핑하기 위한 스트립으로서, 상기 중앙의 종방향 강화 요소 아래에서 종방향으로 연장되고, 와이핑 대상 창의 상면과 협력하는 하부 종방향 와이핑 에지를 구비하는 스트립;

- 중앙의 종방향 강화 요소의 적어도 하나의 섹션을 따라 이 종방향 강화 요소 위에서 종방향으로 연장되는 공기역학적 디플렉터 형성 요소로서, 수직 횡단면도로 볼 때, 수평 베이스측, 공기역학적 디플렉터의 바람 대향 측면을 구획하는 전방측, 전체 수직 방위를 갖고 디플렉터의 상기 바람 대향 측면과 반대쪽의 측면을 구획하는 후방측을 포함한 전체 삼각형 형상의 윤곽을 갖고, 후방측은 공기역학적 디플렉터의 상부 자유단을 갖는 상부 종방향 에지를 구획하는 섹션에 의해 전방측에 연결되어 있는 것인 공기역학적 디플렉터 형성 요소를 포함한다.

윈드스크린 와이퍼 블레이드와 이것의 공기역학적 디플렉터의 공기역학적 성능을 더욱 개선하기 위하여, 본 발명은 상기 타입의 윈드스크린 와이퍼 블레이드에 있어서, 공기역학적 디플렉터의 상부 에지와 하부 와이핑 에지 사이의 거리인 상기 윈드스크린 와이퍼 블레이드의 전체 높이(H)와, 중앙 강화 요소의 평면에서 측정한 윈드스크린 와이퍼 블레이드의 전체 횡방향 폭(L)의 비율(H/L)은 1.5 내지 2인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면,

- 상기 삼각형 윤곽의 전방측은 실질적으로 직선이고, 하부 수평 에지에 대하여 예각(B)을 형성한다.

- 상기 예각(B)은 5° 내지 30°이다.

- 상기 하부 섹션은 실질적으로 중앙의 종방향 강화 요소와 하부 와이핑 스트립의 중간 수직면의 우측 방향으로 연장된다.

- 상기 삼각형 윤곽의 전방측의 하부 섹션에는 실질적으로 원의 오목한 호를 형성하는 중간 섹션이 뒤따른다.

- 상기 오목한 중간 섹션의 반경(R)은 상기 전체 폭의 50% 내지 70% 이다.

- 상기 삼각형 윤곽의 전방측은 상단부 섹션을 포함한다.

- 상기 전방측의 상단부 섹션은 실질적으로 직선이고, 수직 방위를 갖는다.

- 상기 전방측의 상단부 섹션은 실질적으로 원의 볼록한 호를 형성한다.

- 상기 전방측의 상단부 섹션은 공기역학적 디플렉터의 전체 높이(Hsp)의 15% 내지 25%의 가장자리 수직 높이(Hv)에 걸쳐 연장된다.

- 상기 삼각형 윤곽의 후방측은 전방측의 상단부 섹션에 대략 평행한 상부 섹션을 포함한다.

- 상기 삼각형 윤곽의 후방측은 전방측의 중간 섹션에 대략 평행한 중간 섹션을 포함한다.

- 상기 후방측의 상부 직선형 섹션은 중앙의 종방향 강화 요소의 후방 측방향 에지의 우측 방향으로 연장된다.

- 상기 삼각형 윤곽의 후방측은 원의 오목한 호를 형성하는 하부 섹션을 포함한다.

- 상기 후방측의 원의 오목한 호를 형성하는 하부 섹션의 횡방향 최내측 지점은 중앙의 종방향 강화 요소의 후방 측방향 에지에 대하여 내측을 향해 횡방향으로 후퇴하여 위치된다.

- 상기 후방 측방향 에지의 최내측 지점과 중앙 강화 요소 사이의 수평 거리(P)는 상기 전체 폭(L)의 15% 내지 25% 이다.

- 상기 공기역학적 디플렉터의 상부 에지를 구획하는 섹션은 반원 형상이다.

- 2개의 수직 직선형 상부 섹션을 분리하는 공기역학적 디플렉터의 상부 부분의 두께(e)는 상기 전체 폭(L)의 8% 내지 15% 이다.

본 발명의 추가의 특징 및 이점은 첨부 도면을 참고로 하는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 제작된 윈드스크린 와이퍼 블레이드의 제1 실시예의 특징을 나타내는 섹션을 수직 평면을 가로지르는 단면도로 도시하는 개략적인 확대도이고,

도 2는 일반적 형태의 공기역학적 디플렉터의 제1 변형예를 도시하는 도 1에 도시된 것과 유사한 도면이고,

도 3은 일반적 형태의 공기역학적 디플렉터의 제2 변형예에 따른 윈드스크린 와이퍼 블레이드의 상부 부분을 도시하는 도 1에 도시된 것과 유사한 도면이고,

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 윈드스크린 와이퍼 블레이드의 공기역학적 디플렉터의 상부 부분의 두 가지 변형예를 각각 도시하는 2개의 상세도이고,

도 6은 선행 에지의 변형예를 도시하는 상세도이다.

한정의 의도는 없는 예로서 발명의 이해를 돕기 위하여, 이하의 상세한 설명 및 청구범위에서는, 도면의 방위와 관련해서 도 1에 도시된 삼면각(L, V, T)을 채용하며, 이들은 종방향(윈드스크린 와이퍼 블레이드의 메인 방향), 수직 방향 및 횡방향(수평 기준에 대응)에 대응하는 것이다.

동일하거나, 유사하거나, 비슷한 요소 및 구성은 동일 도면 부호를 사용하여 지칭하기로 한다.

도 1에 도시된 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)는 주로 와이핑 스트립을 지지하는 하부 수단을 구비한 지지 프레임과 종방향 주축을 갖는 관형 바디를 포함하며, 상기 관형 바디는 상부 수평 벽, 하부 수평 벽 및 2개의 수직 종방향 측벽에 의해 구획된다.

중앙의 관형 바디(12)는 예컨대 경질 또는 반경질의 플라스틱 재료를 성형함으로써 제조된다.

도 1에 도시된 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)는, 고무, 천연 또는 합성 엘라스토머를 압출함으로써 제조되는 하부 와이핑 스트립(14)과, 중앙의 관형 바디(12)에 부착된 경질 또는 가요성 합성 재료로 제조되거나 상기 관형 바디(12)를 동시 압출하거나 동시 성형함으로써 제조되는 상부의 공기역학적 디플렉터 또는 스포일러(16)를 또한 포함한다.

중앙의 관형 바디(12)는 대략 장방형 단면을 갖고, 이 단면의 긴 변은 수평면을 따라 배치되고, 짧은 변이 수직면을 따라 배치된다. 중앙의 관형 바디(12)는 중앙의 수직면(PVM)에 대하여 대략 대칭의 구조를 갖고, 이 평면은 또한 하부 와이핑 스트립(14)의 대칭면이다.

중공의 관형 바디(12)는, 특히 종방향으로 약간의 상대 운동을 허용하도록 자유 간극(free play)을 두고 종방향 수평 스트립 형태의 구조 요소, 즉 장방형 단면을 갖는 중앙 종방향 요소(20)를 수용하는 장방형 윤곽의 내부 중공 하우징(18)을 구획하고, 상기 구조 요소는 중공의 중앙 관형 바디(12)와 관련하여 평판 블레이드 타입의 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)의 구조를 구성하는 종방향 수평 스트립 또는 강화 스파인 형태의 구조 요소이며, 이 구조 요소는 또한 수직 및 종방향 평면에서 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)에 탄성을 부여하여, 블레이드가 적합한 형상을 가질 수 있게 하고, 특히 와이핑 대상 창(24)의 외측면 또는 상면(22)의 곡선에 적합하게 할 수 있다.

중앙의 관형 바디(12)의 상면은 디플렉터(16)의 하부 부분을 수용하는 평탄한 수평 하부를 갖는 상부 하우징 또는 오목부(26)를 포함한다.

중앙의 관형 바디(12)는 장방형 단면의 하부 하우징을 구획하는 후크를 형성하는 L형 단면의 두 대향 리브(32)의 섹션에 의해 하면(30)으로부터 수직 하향으로 연장되고, 상기 하부 하우징은 하부 와이핑 스트립(14)의 장방형 단면의 평탄한 상부 힐(36; heel)을 자유 간극을 두고 수용한다.

스트립(14)은 일반적으로 공지의 구조이며, 하부 에지에서 종료되어 창(24)의 면(22)을 와이핑하는 하부 와이핑 블레이드(38)를 하부에 구비한다.

이하에서는 주로 공기역학적 디플렉터(16), 특히 수직면을 가로지르는 단면으로 다양한 형상 및 윤곽의 프로파일을 갖는 디플렉터를 포함하는 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)의 상부 부분을 상세하게 설명하기로 한다.

이러한 윤곽은 대략 삼각형이고,

- 직선 및 수평이고, 중앙의 관형 바디(12)의 평탄한 베이스(28) 위로 연장되는 하부측 또는 베이스(AM);

- 대략 오목하게 만곡된 전방측(AE);

- 대략 수직 방위를 갖고, 디플렉터(16)의 단부에서 종방향 에지(42)에 의해 전방측(AE)의 상단부(E)에 연결되어 있는 후방측(FM)을 포함한다.

이 경우의 상부 에지(42)는 볼록한 반원형 단면(EF)을 갖고, 이 단면의 직경은 공기역학적 디플렉터(16)의 얇은 상부 부분(44)의 폭 또는 가장자리 두께(e)를 정한다.

윈드스크린 와이퍼 블레이드의 전체 높이는 디플렉터(16)의 상부 에지의 선단으로부터 하부 와이핑 블레이드(38)의 하부 와이핑 에지에 이르는 수직 거리(H)로서 정의된다.

전방측(AE)은 실질적으로 직선이거나 매우 큰 직경으로 오목하게 만곡된 제1 하부 섹션(AC)을 포함하고, 이 하부 섹션은 도 1에 도시된 예에서는 A 지점부터 C 지점까지 연장되며 실질적으로 대칭면(PVM)의 높이에 위치되어 있다. 직선(AC)은 수평면, 예컨대 하부측(AM)과 함께 디플렉터(16)의 붙임각(angle of incidence)으로 또한 지칭되는 예각(B)을 형성한다.

예각(B)은 양의 값을 갖는데, 즉 섹션(AC)이 수평 하부측(AM) 위에 있다.

제1 하부 섹션(AC)의 상단부의 지점 C를 지나서, 전방측(AE)은 오목하게 만곡된 중앙 섹션(CD)을 포함하고, 이 경우의 중앙 섹션은 예컨대 일정한 반경(R)을 갖는 원의 오목한 호를 형성하는 섹션이다.

도시 생략한 변형예로서, 오목한 중간 섹션(CD)은 상이한 반경으로 연속하는 여러 개의 연속부를 포함할 수 있다.

오목한 중간 섹션(CD)을 지나서, 공기역학적 디플렉터(16)의 메인 전방 측면을 구획하고 창에 대향하는 전방측(AE)은 제3의 상단부 섹션(DE)을 포함하고, 이 상단부 섹션은 도 1의 예에서 수직 방위, 즉 수직 대칭면(PVM)에 평행한 방위를 갖는 직선형 섹션이다.

C 지점이 대칭면(PVM)의 높이에 위치하고 있기 때문에, 오목한 중간 섹션(CD)과 상부 섹션 또는 선단(DE)으로 구성되는 공기역학적 디플렉터(16)의 메인 작용부는 대략 중간의 수직 대칭면(PVM)의 후방 또는 뒤에 배치되어 있다.

가장자리 높이(Hv)는 디플렉터(16)의 상부 에지(42)의 선단으로부터 제3의 상부 섹션(DE)의 최하점(D)에 이르는 수직 거리를 지칭한다.

디플렉터(16)의 높이(Hsp)는 디플렉터(16)의 상부 에지(42)의 선단으로부터 하부측(AM)에 이르는 수직 거리를 지칭한다.

후방측(MF)은 오목하게 만곡된 제1 섹션(MJ)을 포함하고, 이 경우의 제1 섹션은 예컨대 실질적으로 원의 호를 형성하는 섹션이다.

오목한 제1 하부 섹션(MJ)은 이 섹션의 측방향 최내측 지점인 중간 지점(K), 즉 대칭면(PVM)에 가능한 한 근접한 지점을 포함한다.

따라서 상기 중간 지점(K)은 중앙의 관형 바디(12)의 후방 수직 에지(NQ)로부터 수평 거리를 두고 위치되어 있고, 이 경우의 수직 에지는 후방측(MF)의 제3의 상단부 섹션(GF)과 수직 방향으로 동일 직선상에 있는 수직 직선형 섹션이고, 상기 상단부 섹션은 전방측(AE)의 섹션(DE)에 평행한 수직 직선형 섹션이다. 따라서 P는 상부 후방 섹션(FG)의 최후방 지점, 즉 대칭면(PVM)으로부터 가장 먼 지점으로부터 지점 K에 이르는 거리이다.

도 1에 도시된 예에서, 섹션(GF)의 길이 또는 높이는 섹션(DE)의 길이 또는 높이보다 크다.

제1 하부 섹션(MJ)과 제3의 상부 섹션(GF) 사이에서, 후방측(MF)은 볼록하게 만곡된 섹션인 제2의 중간 섹션(JG)을 포함하고, 이 경우의 중간 섹션은 대략 원의 호를 형성하고 오목한 섹션(CD)에 실질적으로 평행하지만, 오목한 섹션보다 약간 크고 동심이 아닌 반경을 갖는다.

이 경우에 후방측(MF)의 최저 지점(M)은 원의 볼록한 호를 형성하는 섹션(MN)에 의하여 중앙의 관형 바디(12)의 후방 수직 에지(NQ)의 상부 지점(N)에 연결되어 있고, 이와 동일한 방식으로 하부 지점(Q)은 원의 볼록한 호를 형성하는 섹션(QS)에 의해 중앙의 관형 바디(12)의 하부 에지 또는 면(30)에 연결되어 있다.

이 경우의 윈드스크린 와이퍼 블레이드의 전방 에지 또는 선행 에지(46)는 중앙의 관형 바디(12)의 선행 에지이고, 이 선행 에지는 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)에 작용하는 유체 유동 또는 공기의 상대 유동에 있어서 최전방에 위치되어 있는 에지 또는 프로파일 표면이다.

선행 에지(46)는 전방 직선형 수직 섹션(VU)을 포함하고, 이 수직 섹션의 상부 지점은 실질적으로 원의 호를 형성하는 볼록하게 만곡된 섹션(VA)에 의해 공기 역학적 디플렉터(16)의 전방측(AE)의 최저 지점(A)에 연결되어 있고, 그 하부 지점(UQ)은 원의 볼록한 호를 형성하는 섹션(UT)에 의해 중앙의 관형 바디(12)의 하부 에지 또는 면(30)에 연결되어 있다.

그에 따라 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)의 전체 폭(L)은 중앙의 관형 바디(12)의 전방 수직 섹션 또는 에지(VU)와 후방 수직 섹션 또는 에지(NQ) 사이의 수평 거리에 대응한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 전체 폭(L)/전체 높이(H)의 비는

1.5 ≤ H/L ≤ 2 이다.

예컨대, 도 1에 있어서는, 전체 높이(H)가 대략 20 mm인 경우에, 전체 폭(L)은 대략 10 mm이다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 붙임각(B)은 양의 값을 갖고, 바람직하게는 5°≤ B ≤ 35° 이다.

예컨대 도 1에 있어서, 각도(B)는 대략 15° 이다.

오목한 중간 섹션(CD)의 반경(R)은 전체 폭(L)의 50% 내지 70%의 값이다.

따라서 오목한 중간 섹션(CD)의 곡률 반경(R)은 5 mm 내지 7 mm의 값이고, 공기역학적 디플렉터(16)의 전체 높이(Hsp)는 대략 7.5 mm 이다.

각도 B가 작을수록, 반경(R)은 더 작아지고, 공기역학적 디플렉터(16)는 보다 많이 "디핑(dipped)" 되는 것으로 말할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 공기역학적 디플렉터(16)의 가장자리 두께(e)는 L의 8% ≤ e ≤ L의 15% 이다.

공기역학적 디플렉터(16)의 상단부 부분의 두께(e)는 실질적으로 1 mm 이다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 공기역학적 디플렉터(16)의 가장자리 높이(Hv)는 Hsp의 15% ≤ Hv ≤ Hsp의 25% 이다.

이러한 방식으로, 도 1에 있어서는, 결과적인 높이(Hv)가 대략 1.5 mm 이다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 디플렉터의 창 뒤에 있는 후방면의 거리 또는 딥(dip; P)은 L의 20% ≤ P ≤ L의 25% 이다.

이러한 방식으로, 예컨대 P는 대략 2 mm 이다.

이와 관련하여, 선행 에지(46)의 두께, 달리 말하면 지점 A와 지점 V 사이의 수직 거리(Ha)는 Ha ≤ L의 3/1 이다.

따라서 Ha는 0.5 mm 내지 3 mm의 값이다.

부가되거나, 압출되거나, 성형된 디플렉터는 일반적으로 와이핑 대상 윈드 스크린의 평면에 대하여 윙의 전체 형상 또는 평균 각도에 의해 정의된다.

이와 같이 제작된 디플렉터는 효율이 제한적이거나 비효율적이므로, 성능의 손실과, 그에 따른 와이핑 능력의 저하 및 안전과 관련한 위험을 초래한다.

심지어 전술한 프로파일 중 일부는 "워터 드래그-백(water drag-back)" 또는 "워터 풀-백(water pull-back)" 현상, 즉 윈드스크린 하부의 위치에 복귀한 때에 블레이드가 방금 제거된 물을 잡아당기는 현상을 개선하는 난류를 발생시킨다.

소정 프로파일의 공기역학적 성능은 이하의 것을 포함한 여러 기준의 조합에 따른다.

- 양력;

- 항력;

- 프로파일의 뒤 또는 후방으로 기류를 재부속시키기 거리를 정하는 재부속 지점(re-attachment point).

이들 다양한 기준은 이하의 사항에 따라 변경된다.

- 윤곽의 전체 치수, 특히 높이(H)/폭(L)의 비율;

- 바람에 대향하는 공기역학적 디플렉터의 작용면 아래에 위치한 유체의 유동에 있어서 프로파일의 최전방 표면인 선행 에지의 기하형상;

- 디플렉터(16) 또는 스포일러의 실제 기하형상, 특히 붙임각(B), 오목한 곡률 반경(R) 및 가장자리 높이(Hv);

- 윤곽의 전방, 중간(디플렉터에 구비된 선단) 또는 후방에서 돌출한 상승 표면.

종래 기술과 이론적 2차원 시뮬레이션으로부터, 개략적으로 H=L(즉 H/L = 1)이고 x N/m의 양력 성능(lift performance) 레벨을 갖는 프로파일은, 본 발명에 따르면, 비율이 1.5 내지 2인 상태에서 H>L이 얻어지는 경우에 현저하고 용이하게 개선될 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

H/L 비율이 높을수록, 양력 성능이 더 높아지는 반면에, 항력 성능(drag performance)은 저하되고, 와이핑 사이클의 규칙(regularity)에 영향을 끼치는 현저한 "캐치 인 더 윈드(catch in the wind)" 효과를 가질 뿐 아니라, 워터 드래그-백 현상을 갖는다.

본 발명에 따라 제안된 해법의 원리는 최적의 치수 조합을 얻고, 이에 따라 1.5 내지 2의 값을 갖는 H/L 치수 비율을 얻는 것에 있다.

이들 범위 아래에서는, 낮은 항력의 평균 양력 성능이 얻어지며, 전술한 현상을 초래할 수 있는 상당한 양력 성능이 얻어진다.

H/L 비율이 1.5 내지 2로 되도록 폭(L)을 감소시키고 초기 높이(H)를 유지함으로써, 양력 성능이 증가하는 한편, 항력 및 재부속 지점의 거리는 안정적으로 유지된다.

리플렉터의 작용부는 성능을 증가시키도록 프로파일의 후방을 향하여 변위되며, 이는 프로파일의 후방에 형성된 딥(P)이고, 이로 인하여 난류의 양을 감소시킬 수 있다.

한편으로 디플렉터, 특히 선행 에지, 붙임각(B), 오목한 표면의 곡률 반경(R), 및 디플렉터의 가장자리 수직 높이(Hv)에 특유한 특정 기하형상을 채택함으로써, 디플렉터의 표면 위에서 공기 유동의 채널링 및 가이딩이 개선되어 공기역학적 방해를 감소시키고, 이로써 프로파일의 성능을 개선할 수 있다.

선행 에지의 프로파일 및 형상은 제로의 받음각에 대하여, 즉 윈드스크린 와이퍼 블레이드가 도 1에 도시된 위치로 있을 때에 유체 유동에 있어서 최전방인 블레이드의 표면을 구성하고, 이 상태에서 대칭면(PVM)은 와이핑 대상 표면(22)에 수직이다.

유동은 제1 근사치로 두 부분, 즉 와이핑 블레이드(38)의 하부에서 재순환되는 하부 부분과, 와이핑 블레이드(10)의 공기역학적 디플렉터(16)와 상호 작용하는 다른 상부 부분으로 분리된다. 선행 에지의 역할은 최상의 푸시 효과(push effect)를 얻기 위하여 디플렉터 위로 유동을 적절하게 안내하는 것이다.

선행 에지의 레벨에서 유체의 임의의 분리를 방지하기 위하여, 선행 에지는 최적으로 유동으로 들어가야 한다. 1.5 내지 2의 H/L의 비율 내로 유지하기 위하여 최대 폭을 갖도록 하는 다양한 이유, 및 부분을 제작하고 얻기 위한 방법과 관련한 이유로 인하여, 전술한 비율을 갖도록 원하는 만큼 얇은 선행 에지를 얻는 것이 항상 가능한 것은 아니다. 이러한 이유로, 섹션(VA)에 대한 작은 반경과 모나지 않는 것(non-angularity)"을 보장함으로써 분리를 가능한 한 많이 줄일 수 있는데, 즉 정방형 에지를 확실하게 제거함으로써, 공기 유동을 가능한 한 방해하지 않을 수 있다.

붙임각(B)은 전체적으로 지점 A에 대응하는 선행 에지의 단부와 디플렉터(16)의 오목한 곡률 반경(CED)의 시작부 사이의 경사에 대응한다.

전술한 치수 및 제작 한계와 관련하여, 붙임각(B)은 공기의 유동을 안내하고 공기역학적 디플렉터(16)의 작용면(CD + DE)과 접촉 상태로 유지할 수 있다. 이러한 붙임각(B)의 값은 5° 내지 35° 사이에 있어야 한다. 5° 보다 작으면, 공기 유동은 디플렉터의 오목한 작용면에 충돌하여 소용돌이 및 교란을 초래한다. 35°를 넘으면, 기류가 제1 섹션(AC)의 경사에 의해 편향되어 더 이상 공기역학적 디플렉터(16)의 오목한 작용면(CD)을 따라 안내되지 않는다. 따라서 극단의 경사에서, 기류는 오목한 작용면의 "위로" 통과하여, 디플렉터의 비효율 및 저조한 공기역학적 성능을 초래한다.

공기역학적 디플렉터(16)의 반경(R)을 갖는 오목한 곡률 반경(CD)은 붙임 각(B)과 마찬가지로 기류를 이상적으로는 전방면을 따른 상승 실속(whipstall) 없이 공기역학적 디플렉터(16)의 상부 수직면(DE)을 향하여 안내할 수 있다. 오목한 곡률 반경(CD)의 이점은, 디플렉터의 레벨에서 기류를 "제동"하여 과압(overpressure)을 유도한다는 것이다. 이러한 과압의 일부는 양력, 즉 블레이드와 와이핑 블레이드의 상승 또는 분리에 대항하는 푸싱력으로 변환되고, 다른 부분은 항력으로 변환된다.

이는 바람(AE)에 대향하는 실질적으로 직선형 디플렉터의 경우보다 효과가 우세하여, 푸싱 효과를 얻기에 충분히 높은 과압을 국부적으로 발생시키지 않고 유체가 전방면 위로 슬라이드할 수 있게 한다.

다른 한편으로, 공기역학적 디플렉터(16)의 과잉의 중공 오목면(CD)은 선행 에지의 레벨에 또는 디플렉터를 따라 유체를 실속시키는 특징을 갖는 국부적 저압 영역의 발생에 기인하여 적절한 성능 레벨을 제공하지 못한다. 따라서 선행 에지의 형상과 디플렉터의 곡률 반경은 와이핑 블레이드의 받음각(angle of attack)의 범위를 -10° 내지 +10°의 범위에 대하여 함께 최적으로 되어야 한다.

가장자리 높이(Hv)의 상대 증가로 인하여, 특히 음의 받음각에 대하여 디플렉터의 성능을 증가시킬 수 있다. 이로 인하여, 디플렉터의 하부에 존재하는 와동 영역의 가능한 영역을 줄일 수 있고, 이는 부분적으로 제작 및 생산 관련 제한에 기인하여 선행 에지의 부분적이고 불완전한 최적화에 의해 초래될 수 있는 것이다. 또한 이로 인하여, 음의 받음각에 대하여 과압 양력(푸시 효과)를 위하여 돌출된 표면을 증가시킬 수 있다. 다른 한편으로, 또한 이로 인하여 제로의 붙임각에 대 하여 상당히 증가된 항력을 유도할 수 있고, 이는 가장자리 수직 높이가 항력과 음의 양력 사이에 최적의 조합을 제공하도록 최적화될 것을 필요로 한다.

실제로, 윤곽의 공기역학적 양력은 와이핑 대상 창 또는 윈드스크린 표면(22)에 대하여 윈드스크린 와이퍼 블레이드의 모드 위치에서 최적으로 되어야 하는 것에 주의해야 한다. 2차원 시뮬레이션으로부터, 윤곽은 제로의 붙임각에 대하여 양호한 성능 레벨을 가질 수 있고, 보다 극단의 위치에서 성능이 현저하게 감소한다는 것을 알 수 있다. 실험에 의해 정해지는 바와 같이, 이들 극단의 위치에서 받음각의 값은 윈드스크린 상의 이론적 수직 위치에 대하여 -10° 내지 +10° 사이에서 변경되고, 이는 교호하는 스위핑 이동 시의 와이핑 중에 윈드스크린 와이퍼 블레이드의 전후 위치에 대응한다.

또한 공기역학적 디플렉터(16)의 상부 선단의 기하형상은 정밀하게 치수 및 위치가 결정되는데, 그 이유는 공기역학적 디플렉터(16)의 프로파일의 전체 성능에 영향을 끼치기 때문이다. 실제로, 돌출된 표면이 작을수록, +10°에서 위치 결정된 때의 프로파일의 성능이 더 양호하게 된다.

디플렉터의 선단은 돌출된 상승 표면을 줄이기 위하여 가능한 한 얇아야 하고, 생산 제한에 의해 한계가 설정된다. 이것은 또한 기류가 부착된 상태로 유지되는 것을 허용하며, 블레이드 후방의 재순환 영역의 사이즈를 감소시키기 위하여 기류를 지향시켜야 한다.

이하에서는 도 2 등에 도시된 실시예의 여러 변형예를 설명하기로 한다.

선행 에지 섹션(AV, MN)은 대칭면(PVM)에 대하여 대칭이고, 원의 호를 형성 하는 볼록한 윤곽을 갖는다.

공기역학적 디플렉터(16)의 수직 방위(44)를 갖는 얇은 상부 부분은 대칭면(PVM)의 방향으로 횡방향 내측을 향하여 전체적으로 변위된다. 이러한 방식으로, 수평 거리로서의 갭(d)이 존재한다.

도 3에 도시된 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)의 상부 부분은 도 1에 도시된 것과 전체적으로 유사하다.

선행 에지 섹션(AV, MN)은 대칭면(PVM)에 대하여 대칭이고, 원의 호를 형성하는 볼록한 윤곽을 갖는다.

공기역학적 디플렉터(16)의 수직 방위(44)를 갖는 얇은 상부 부분은 대칭면(PVM)의 방향으로 횡방향 내측을 향하여 전체적으로 변위된다. 이러한 방식으로, 수평 거리로서의 갭(d)이 존재한다.

또한, 양측의 대칭 지점(V, N)을 통과하는 수평면 아래에서, 즉 선행 에지 아래에서, 전방 섹션(VU)과 후방 섹션(NQ)은 더 이상 수직이 아니며, 대신에 이들 섹션은 큰 반경을 갖는 원의 호를 형성하는 섹션(AV)과 직선형 섹션(VU) 사이의 전이(transition)로 인하여 어떠한 과도한 정방형 에지도 구비하지 않고 기류를 두 부분으로 용이하게 분리하도록 대칭면의 방향으로 경사져 있다.

도 4에 도시된 변형예에 따르면, 도 1과 비교할 때, 제3의 전방(DE) 및 후방(FG) 상부 섹션은 더 이상 직선 및 수직이 아니고, 오히려 만곡되어 원의 볼록한 호 및 오목한 호를 각각 형성한다는 것을 알 수 있다.

이러한 방식으로, 섹션(DE)의 상단부 지점(E)은 평탄 자유 상부 "에지"를 갖 는 얇은 부분(44)의 섹션(GF)의 상단부 지점(F)보다 높은데, 즉 섹션(EF)은 직선형이다.

도 5에 도시된 변형예에서, 도 1과 비교할 때, 제3의 상부 후방 섹션(FG)은 직선형 및 수직이고, 상단부 지점(F)은 디플렉터(16)의 최고 지점이며, 얇은 부분(44)의 상부 에지에 대응하는 섹션(EF)은 볼록한 사분원이라는 것을 알 수 있다.

도 6에 도시된 변형예에 따르면, 도 1과 비교할 때, 선행 에지(AV)가 종방향 리브(48)를 포함하는 것을 알 수 있다. 도면의 평면을 따른 단면도에서, 각각의 리브는 삼각형 또는 실질적으로 사각형 또는 평행사변형 윤곽을 가질 수 있다. 리브의 높이, 개수 및 분포는, 예컨대 둥글거나 볼록할 수도 있는 윤곽의 경우와 마찬가지로 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있다.

도시 생략한 다른 변형예에 따르면,

- 섹션(EF)에 대응하는 공기역학적 디플렉터의 상부 에지는 공기역학적 디플렉터의 후단 에지를 따라 종방향으로 분포된 구멍, 노치 또는 크림핑된 섹션을 포함할 수 있고,

- 바람에 마주하는 공기역학적 디플렉터의 작용부의 오목한 섹션의 윤곽(CE)은 반드시 반경이 일정한 원의 호를 형성하지 않고, 상이한 반경의 연속한 여러 오목부를 포함할 수도 있다.

- 공지의 방식으로, 공기역학적 디플렉터의 하부를 횡방향으로 통과하는 통로 또는 채널을 제공하여, 항력 및 워터 풀-백 현상을 줄이기 위하여 바람 뒤의 후방면을 통하여 개방되는 벤튜리 관을 형성하는 것이 또한 가능하다.

Claims (17)

1. - 와이핑 스트립(14)을 지지하는 하부 수단(32)과 종방향 주축이 있는 관형 바디(12)를 구비하고, 종방향 주 방위를 갖는 지지 프레임으로서, 상기 관형 바디는 수평 상부 벽, 수평 하부 벽 및 2개의 수직 종방향 측벽에 의해 구획되는 것인 지지 프레임;

   - 상기 관형 바디(12)의 내측에 수용되는 중앙의 종방향 강화 요소(20);

   - 와이핑 대상 창(22, 24)을 와이핑하기 위한 스트립(14)으로서, 상기 중앙의 종방향 강화 요소(20) 아래에서 종방향으로 연장되고, 와이핑 대상 창(24)의 상면(22)과 협력하는 하부 종방향 와이핑 에지(40)를 구비하는 스트립(14);

   - 상기 중앙의 종방향 강화 요소(20)의 적어도 하나의 섹션을 따라 이 종방향 강화 요소(20) 위에서 종방향으로 연장되는 공기역학적 디플렉터(16) 형성 요소로서, 수직면을 따른 횡단면도로 볼 때, 베이스를 형성하는 하부 수평측(AM), 공기역학적 디플렉터(16)의 바람 대향 측면을 구획하는 전방측(AE), 전체 수직 방위를 갖고 디플렉터의 상기 바람 대향 측면과 반대쪽의 측면을 구획하는 후방측(FM)을 포함한 전체 삼각형 형상의 윤곽(AE-FM-MA)을 갖고, 상기 전방측(AE)은 하부 섹션(AC), 원의 오목한 호를 형성하는 오목한 중간 섹션(CD) 및 상단부 섹션(DE)을 구비하고, 상기 후방측은 공기역학적 디플렉터의 상부 자유단을 갖는 상부 종방향 에지(42)를 구획하는 섹션(EF)에 의해 전방측(AE)에 연결되어 있는 것인 공기역학적 디플렉터(16) 형성 요소

   를 포함하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)에 있어서,

   상기 공기역학적 디플렉터(16)의 상부 에지(42)와 하부 와이핑 에지(40) 사이의 거리인 상기 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)의 전체 높이(H)와, 중앙 강화 요소(20)의 평면에서 측정한 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)의 전체 횡방향 폭(L)의 비율(H/L)은 1.5 내지 2이되,

   상기 하부 섹션(AC)은 직선이고, 하부 수평 에지(AM)에 대하여 예각(B)을 형성하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
2. 제1항에 있어서, 상기 예각(B)은 5° 내지 30°인 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
3. 제2항에 있어서, 상기 하부 섹션(AC)은 중앙의 종방향 강화 요소(20)와 하부 와이핑 스트립(14)의 중간 수직면(PVM)의 우측 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 오목한 중간 섹션(CD)의 반경(R)은 상기 전체 폭(L)의 50% 내지 70%인 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전방측의 상단부 섹션(DE)은 직선이고, 수직 방위를 갖는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 전방측의 상단부 섹션(DE)은 원의 볼록한 호를 형성하는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
7. 제5항에 있어서, 상기 전방측의 상단부 섹션(DE)은 공기역학적 디플렉터(16)의 전체 높이(Hsp)의 15% 내지 25%의 가장자리 수직 높이(Hv)에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 삼각형 윤곽의 후방측(FM)은 전방측(AE)의 상단부 섹션(DE)에 전체적으로 평행한 상부 섹션(FG)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 삼각형 윤곽의 후방측(FM)은 전방측(AE)의 중간 섹션(CD)에 전체적으로 평행한 중간 섹션(GJ)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
10. 제8항에 있어서, 상기 전방측의 상단부 섹션(DE)은 직선이고 수직 방위를 갖으며, 상기 후방측(FM)의 상부 직선형 섹션(FG)은 중앙의 종방향 강화 요소(20)의 후방 측방향 에지(NQ)의 우측 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 삼각형 윤곽의 후방측(FM)은 원의 오목한 호를 형성하는 하부 섹션(JM)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 후방측(FM)의 원의 오목한 호를 형성하는 하부 섹션(JM)의 횡방향 최내측 지점(K)은 중앙의 종방향 강화 요소(20)의 후방 측방향 에지에 대하여 내측을 향해 횡방향으로 후퇴하여 위치되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
13. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 후방 측방향 에지의 최내측 지점과 중앙 강화 요소 사이의 수평 거리(P)는 상기 전체 폭(L)의 15% 내지 25%인 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
14. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 공기역학적 디플렉터(16)의 상부 에지를 구획하는 섹션(EF)은 반원 형상인 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
15. 제8항에 있어서, 2개의 수직 직선형 상부 섹션(DE, FG)을 분리하는 공기역학적 디플렉터(16)의 상부 부분의 두께(e)는 상기 전체 폭(L)의 8% 내지 15%인 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
16. - 와이핑 스트립(14)을 지지하는 하부 수단(32)과 종방향 주축이 있는 관형 바디(12)를 구비하고, 종방향 주 방위를 갖는 지지 프레임으로서, 상기 관형 바디는 수평 상부 벽, 수평 하부 벽 및 2개의 수직 종방향 측벽에 의해 구획되는 것인 지지 프레임;

    - 상기 관형 바디(12)의 내측에 수용되며, 적어도 하나의 후방 측방향 에지를 구비하는 중앙의 종방향 강화 요소(20);

    - 와이핑 대상 창(22, 24)을 와이핑하기 위한 스트립(14)으로서, 상기 중앙의 종방향 강화 요소(20) 아래에서 종방향으로 연장되고, 와이핑 대상 창(24)의 상면(22)과 협력하는 하부 종방향 와이핑 에지(40)를 구비하는 스트립(14);

    - 상기 중앙의 종방향 강화 요소(20)의 적어도 하나의 섹션을 따라 이 종방향 강화 요소(20) 위에서 종방향으로 연장되는 공기역학적 디플렉터(16) 형성 요소로서, 수직면을 따른 횡단면도로 볼 때, 베이스를 형성하는 하부 수평측(AM), 공기역학적 디플렉터(16)의 바람 대향 측면을 구획하는 전방측(AE), 전체 수직 방위를 갖고 디플렉터의 상기 바람 대향 측면과 반대쪽의 측면을 구획하는 후방측(FM)을 포함한 전체 삼각형 형상의 윤곽(AE-FM-MA)을 갖고, 상기 전방측(AE)은 하부 섹션(AC), 원의 오목한 호를 형성하는 오목한 중간 섹션(CD) 및 상단부 섹션(DE)을 구비하고, 상기 후방측은 공기역학적 디플렉터의 상부 자유단을 갖는 상부 종방향 에지(42)를 구획하는 섹션(EF)에 의해 전방측(AE)에 연결되어 있는 것인 공기역학적 디플렉터(16) 형성 요소

    를 포함하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)에 있어서,

    상기 공기역학적 디플렉터(16)의 상부 에지(42)와 하부 와이핑 에지(40) 사이의 거리인 상기 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)의 전체 높이(H)와, 중앙 강화 요소(20)의 평면에서 측정한 윈드스크린 와이퍼 블레이드(10)의 전체 횡방향 폭(L)의 비율(H/L)은 1.5 내지 2이되,

    상기 삼각형 형상의 윤곽의 후방측(FM)은 상기 중앙의 종방향 강화 요소(20)의 적어도 하나의 후방 측방향 에지의 우측 방향으로 연장되는 상부 직선형 섹션(FG)을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.
17. 제16항에 있어서, 상기 상부 직선형 섹션(FG)은 상기 지지 프레임의 후방 측방향 에지(NQ)의 우측 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 차량의 윈드스크린 와이퍼 블레이드.

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