KR20040089080A - 와이퍼 아암 - Google Patents

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KR20040089080A
KR20040089080A KR10-2004-7007094A KR20047007094A KR20040089080A KR 20040089080 A KR20040089080 A KR 20040089080A KR 20047007094 A KR20047007094 A KR 20047007094A KR 20040089080 A KR20040089080 A KR 20040089080A
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wiper arm
plate
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요아킴 짐머
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 와이퍼 바(18)를 구비한 힌지부(16) 및 고정부(14)를 포함하는 와이퍼 아암(10)으로서, 이런 부품들 중 적어도 하나의 판재 벤딩 부품(14, 16, 18)이 스탬핑 및 벤딩을 통해 금속판으로부터 제조되며, 복수의 금속판(26, 28)을 갖는, 적어도 하나의 구간을 갖는 와이퍼 아암(10)에 관한 것이다. 본 발명에서는, 외측 금속판(26) 및 내측 금속판(28)이 중첩된 상태에서 벤딩 모서리(52)를 통해 함께 벤딩되며, 상기 외측 금속판(26)이 벤딩 모서리(52)에 대해 종방향으로 진행하는 자신의 측면 모서리(54)에서 결합 돌기부(32)를 가지고, 이 결합 돌기부가 내측 금속판(28)의 상응하는 측면 모서리(56)에 배치된 상응하는 홈(30)에 삽입되며, 상기 내측 금속판(28)이 벤딩 공정 후에 초기 응력을 갖는 상태로 외측 금속판(26)에 접한다.

Description

와이퍼 아암{WIPER ARM}
알려진 윈드실드 와이퍼는, 구동되는 고정부, 이 고정부와 접이식 조인트를 통해 결합된 힌지부 및 이 힌지부에 연결되는 와이퍼 바를 구비한 와이퍼 아암을 포함한다. 또한 윈드실드 와이퍼는, 지지부재와 이 지지부재에 의해 고정되는 와이퍼 고무날을 구비하며 와이퍼 바에 결합되는 와이퍼 블레이드를 포함한다.
일반적으로 고정부, 힌지부 및 여기에 필요에 따라 고정된 와이퍼 바는 스탬핑, 벤딩 및 디프 드로잉(deep drawing)을 통해 성형되는 판재 벤딩 부품이다. 이런 판재 벤딩 부품의 형태는 상이한 요건 및 부하에 따라 결정한다. 와이퍼 아암은 가능한 한 내비틀림성, 내좌굴성 및 저진동성을 가져야 하며, 운전자의 가시 구간을 방해하지 않아야 한다. 알려진 와이퍼 아암은 비교적 넓은 고정부를 포함하며, 일반적으로 차량의 유리창 방향으로 개방된 U-자형 프로파일을 갖는다.
DE 197 35 301 A1에는 고정부, 힌지부 및 여기에 고정되는 와이퍼 바를 포함하는 와이퍼 아암이 알려져 있다. 고정부, 힌지부 및 와이퍼 바 중에서 적어도 하나의 부품이 금속판으로 제작되며, 각 횡단면에 필요한 재료 두께에 도달할 때까지, 복수의 구간에서 부하에 따라 서로 다른 복수의 금속판 층이 서로 중첩된다.상기 재료는 일회 또는 수 차례에 걸쳐 약 180°로 접을 수 있으며, 또는 상호 보강이 이루어지도록 하기 위해, 이격된 면의 구간이 일회의 공정 또는 바람직하게는 복수의 공정을 통해 접을 수 있다.
이런 방식으로 비교적 얇은 평평한 금속판에서 판재 부품을 제작할 수 있으며, 이런 판재 부품은 복수의 구간에서 예상되는 부하에 적합한 다양한 재료 두께를 갖는다. 판재 부품은 윤곽면(contour surface) 및 접이면(folding surface)을 갖는다. 윤곽면은 판재 부품의 기본적인 성형을 위해 사용하며, 접이면은 고정부 및 상이한 재료 두께의 달성을 위해 사용한다. 스탬핑 공정 및 벤딩 공정은 비교적 복잡하다. 또한 금속판의 두께의 배수에 상응하는 두께만이 실현될 수 있다. 마지막으로 판재 부품은 단지 하나의 재료로만 이루어질 수 있다.
본 발명은, 청구항 1의 도입부에 명시된 와이퍼 아암에 관한 것이다.
도 1은 와이퍼 아암의 정면도.
도 2, 도 3 및 도 4는 와이퍼 아암의 각 제조 공정을 도시한 도면으로서, 도 1의 라인 IV-IV를 따라 절개한 와이퍼 아암의 단면도.
도 5, 도 6, 및 도 7은 두 겹의 금속 스트립의 각 제조 공정을 도시하는 단면도.
도 8, 도 9 및 도 10은 하부에서 관찰한 복수의 적용 변형을 도시한 도면.
본 발명에서 와이퍼 아암의 부품의 외측 금속판 및 내측 금속판은 중첩된 상태에서 공동의 벤딩 모서리를 중심으로 벤딩되며, 외측 금속판은 벤딩 모서리의 종방향으로 진행하는 자신의 측방 모서리에서 결합 돌기부를 가지고, 이 결합 돌기부는 내측 금속판의 상응하는 측방 모서리의 상응하는 홈에 삽입된다. 벤딩 모서리를 중심으로 벤딩하는 과정에서 외측 금속판은 내측 금속판의 두께에 비례하여 내측 금속판의 벤딩 반경보다 큰 벤딩 반경을 갖게되므로, 결합 돌기부는 홈으로 당겨지고 홈의 기저부와 접한다. 여기서 외측 금속판이 내측 금속판을 완전하게 감싸며, 외측 금속판과 내측 금속판 사이에 초기 응력이 발생하도록, 와측 금속판의 폭, 내측 금속판의 폭 및 홈의 깊이를 결정한다. 벤딩 후에는 내측 금속판 및 외측 금속판이 공차 없이 억지끼워맞춤식으로 서로 결합하며, 전체적으로 증가한 강성 (stiffness)을 갖는다.
마찰력 또는 관성력(mass force)과 같은 외부의 힘 및 예를 들어 스프링 장치의 구간에서의 장력과 같은 내부적인 힘에 의해 발생하는 큰 부하가 나타나는 위치에 중첩된 금속판을 배치한다. 따라서 와이퍼 아암은, 강도 이유 또는 제조 기술적 측면에서 기능적으로 필요한 위치에서 정확하게 보강된다. 와이퍼 아암이 기능적 및 부하적 측면에서 필요한 구간만 보강되며, 다른 구간은 얇은 금속판으로 제작되므로, 종래 방식의 와이퍼 아암에 비해 재료를 절감하고 중량을 줄일 수 있다. 와이퍼 아암의 경량화는 곧 진자 운동에서 발생하는 관성력의 감소를 의미하므로, 와이퍼 구동장치를 상응하게 작은 크기로 제작할 수 있다.
본 발명에서는 동일한 재료로 이루어진 여러 겹의 금속판을 사용하거나 또는 예를 들어 알루미늄과 같은 경량 재료와 고강도 재료를 조합적으로 사용할 수 있다. 강철 재료와 알루미늄 재료의 조합은 알루미늄과 유사한 코팅으로 강철 재료를 표면 처리함으로써 아무런 문제없이 가능하다. 예를 들어 갈판(galfan)과 같은 코팅을 포함하는 강철판은 코팅된 스트립재(strip material)로서 구입할 수 있으며, 또한 이 갈판은 경량일 뿐 아니라 도색성이 우수하므로, 이미 알려진 와이퍼 아암에도 적용되고 있다.
바람직하게도, 와이퍼 아암의 각 구간에 대해 서로 상이한 재료를 사용할 수 있으며, 부하 및 기능을 고려하여 서로 상이한 재료를 사용할 수 있다. 따라서 리벳팅되는 위치에는 연성이 우수한 재료를 사용하고, 큰 변형이 예상되지 않는 위치에는 더 큰 강도 및 취성(brittle)을 갖는 재료를 사용한다. 본 발명의 한 변형에서는 외측 금속판 및 내측 금속판을 하나의 금속 스트립으로 제작하며, 횡축을 중심으로 180°접음으로써 이 금속판을 서로 중첩하고 여러 겹의 부품으로 계속 가공한다. 이런 변형은 특히 단부의 보강에 적합하다.
본 발명에서는 금속판의 배치와 관련하여 다양한 기능을 충족하고 필요에 따라 변형이 가능한 복수의 방법을 제공한다. 제1 변형에서는 내측 금속판을 국부적 보강판으로서 사용한다. 이런 변형에서 상기 내측 금속판은 특히 큰 부하가 가해지는 외측 금속판의 구간을 보강하며 외부에서 관찰할 수 없다. 내측 금속판의 강도는 외측 금속판의 강도보다 클 수 있으며, 외측 금속판은 더욱 우수한 내부식성 및/또는 더 가벼운 중량을 가질 수 있다.
제2 변형에서는 상기 부품이, 단지 결합부와 중첩하며 벤딩 공정에서 서로 결합되는 두 개의 구간을 포함한다. 결합부에서는, 복수의 결합 돌기부를 포함하는 외측 금속판으로서 판재 부품이 형성되며, 다른 판재 부품은 상기 결합 돌기부에 상응하는 홈을 포함하는 내측 금속판으로서 형성된다. 상기 양측 판재 부품이 결합 돌기부의 외부에서 서로 적합한 외측 윤곽을 갖는다. 결합부에서 내측 금속판으로서 형성된 판재 부품이 외측 금속판으로서 기능하는 판재 부품의 두께에 해당하는 압입된 단차를 갖는다. 벤딩 공정 후에 양측 판재 부품이 공차 없이 억지끼워맞춤식으로 서로 결합하며, 각 판재 부품의 외측 윤곽이 맞게 서로 조정된다. 따라서 외부에서는 양 판재 부품은 디자인적 요소로서 나타나는 이음부를 연결부위에 갖는다. 또한 이와 관련하여 서로 상이한 재료를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
바람직하게도 모든 금속판의 층은 이미 알려진 방법을 통해 평평한 하나의 금속 스트립에서 제작되며 스탬핑 가공 후에는 결합 돌기부 및 홈을 포함하는 외측 윤곽을 갖는다. 후속 공정에서는 이런 금속판 층을 중첩시켜, 결합 돌기부를 홈에 대해 정렬시킨다. 그 다음 내측 금속판 및 외측 금속판을 벤딩 공구 내에서 공구 코아의 벤딩 모서리를 통해 함께 벤딩한다. 각 금속판의 외측 윤곽이 이미 알려진 와이퍼 아암의 판재 부품과 거의 유사하므로, 동일한 공구를 사용할 수 있다. 양측 금속판이 동시에 성형되므로 벤딩 공구를 양측 금속판에 맞게 개조하는 비용이 그리 높지 않다. 와이퍼 아암을 동일한 재료의 국부적 보강판으로 부분적으로 보강하는 경우에는, 이 보강판을 동일한 금속 스트립으로 제작함으로써, 예를 들어, 그렇지 않으면 생길 수 있는 자르고 남은 자투리 범위에서 배열됨으로써, 재료의 활용도를 더 높일 수 있다.
기타 이점은 다음 도면에 대한 설명에서 기술한다. 도면은 본 발명의 실시예를 도시한다. 도면, 설명 및 청구항은 조합된 복수의 특징을 포함한다. 전문가라면 이런 특징을 개별적으로 분류할 수 있고 다른 조합으로 변형할 수 있다.
차량용 윈드실드 와이퍼(windshield wiper)의 와이퍼 아암(wiper arm)(10)은 구동축(12)의 구동 토크를 와이퍼 블레이드(wiper blade)(20)로 전달한다. 와이퍼 아암은 고정부(14)를 포함하며, 이 고정부의 하나의 단부는 구동축(12) 상에 고정되고, 다른 단부는 접이식 조인트(folding joint)(22)를 통해 힌지부(16)와 결합한다(도 1). 힌지부(16)의 자유 단부에는 힌지(24)를 통해 와이퍼 블레이드(20)와 결한된 와이퍼 바(wiper bar)(18)가 연결된다. 고정부(14) 및 힌지부(16) 및 힌지부에 결합된 와이퍼 바(18)는 판재 벤딩 부품(sheet bending part)이며 차량의 유리창 방향으로 개방된 U-자형 프로파일을 갖는다. 와이퍼 아암(10)의 길이에 걸쳐 필요한 강성 및 강도를 보장하기 위해, 더 강한 부하가 가해지거나 또는 인장 스프링을 위한 장치를 갖는 판재 벤딩 부품(14, 16, 18)의 적어도 몇 몇 구간은 이중벽 구조로 실시한다. 도 4는 이에 대한 예로서 도 1의 라인 IV-IV를 따라 절개한 단면도를 도시한다.
이 구간에서 힌지부(16)는 두 겹의 금속판으로 형성하며, 내측 금속판(28)은 초기 응력 하에 외측 금속판(26)에 접한다(도 4). 측면 모서리(54)에서 상기 외측 금속판(26)은, 스탬핑 공정 후 평평한 금속판에서 접촉 구간 방향으로 90°벤딩되는 복수의 결합 돌기부(32)를 갖는다(도 2). 마찬가지로 내측 금속판(28)도 평평한 금속판에서 스탬핑 가공하며, 동시에 복수의 홈(30)을 측면 모서리(56)에 제작한다. 내측 금속판(28) 및 외측 금속판(26)은 동일한 재료 또는 다른 재료로 이루어질 수 있다. 동일한 재료로 이루어진 조합은 큰 부하가 발생하는 구간에 배치하는 반면, 예를 들어 연성 재료를 포함하는 조합은 차후 공정에서 리벳팅되는 구간에 사용한다.
다음 공정 단계에서는, 결합 돌기부(32)가 홈(30)에 대해 정렬되도록 외측 금속판(26)을 내측 금속판(28) 상에 올려 놓는다. 정렬된 금속판(26, 28)은 벤딩 공구 내에서 공구 코아(34)의 벤딩 모서리(52)를 통해 함께 벤딩한다(도 3). 벤딩 공정에서 결합 돌기부(32)가 홈(30)으로 인발되고 홈(30)의 단부에서 접촉하도록, 외측 금속판(26)의 폭, 내측 금속판(28)의 폭 및 홈(30)의 깊이를 조절하며, 벤딩 공정의 종결 시 외측 금속판(26)과 내측 금속판(28) 사이에서 공차 없이, 내비틀림성 및 내좌굴성의 결합을 보장하는 초기 응력이 발생한다(도 4).
본 발명의 한 실시예에서는, 외측 금속판(26) 및 내측 금속판(28)이 종방향에서 병렬로 배치되며 하나의 금속 스트립(metal strip)에서 스탬핑된다. 스탬핑된 금속 스트립(36)은 결합 돌기부(32)를 포함하는 외측 금속판(26)으로서 제1 구간 (38) 및 홈(30)을 포함하는 내측 금속판(28)으로서 제2 구간(40)을 포함한다. 그 다음 공정에서 180° 접음으로써 내측 금속판(28)이 외측 금속판(26) 상에 놓이며, 금속판(26, 28)은 주름부(42)를 통해 추가적으로 서로 결합한다(도 7). 결합 돌기부(32)는 홈(30) 상으로 정렬되므로, 벤딩 모서리(52)를 중심으로 금속 스트립(36)을 벤딩할 때 결합 돌기부가 자신의 기능을 이행할 수 있다. 이런 변형예에서는, 예를 들어 와이퍼 바(18)의 후크형 단부에서 간단한 방식으로 단부 구간을 보강할 수 있다.
도 8은 외측 금속판(26)과 내측 금속판(28)이 동일한 길이를 갖는, 본 발명의 다른 변형를 도시한다. 이 실시예에서는 상기 부품이 전체 길이에 걸쳐 두 겹의 금속판으로 이루어진다. 더 두꺼운 한 겹의 금속판을 사용하는 실시예에 비해, 예를 들어 경량의 제품 또는 개선된 가공성을 얻기 위해 서로 다른 재료를 각각의 금속판에 사용할 수 있다는, 이점을 제공한다. 한 변형에서는, 각 구간을 선별적으로 보강하기 위해서, 외측 금속판(26)보다 현저치 짧고 강한 부하가 발생하는 위치에만 배치하는, 국부적 보강판(44)을 사용한다(도 9). 상기 양측 변형에서 부품의 외측 윤곽은 다만 외측 금속판(26)을 통해 형성되며, 내측 금속판(28) 또는 보강판 (44)은 전혀 노출되지 않는다.
또한 본 발명의 원칙적인 방법은 이외에도 두 개의 판재 부품(46, 48)을 서로 결합하는데도 사용할 수 있다(도 10). 하나의 결합부(50)에서 판재 부품(46, 48)이 중첩되며, 제1 판재 부품(46)은 결합 돌기부(32)를 포함하는 외측 금속판으로 형성되며, 제2 판재 부품(48)은 홈(30)을 포함하는 내측 금속판으로서 형성된다. 벤딩 모서리(52)를 중심으로 벤딩하는 과정에서 제1 판재 부품(46)과 제2 판재 부품(48)이 공차 없이 서로 결합한다. 제2 판재 부품(48)의 외측 윤곽이 제1 판재 부품(46)의 외측 윤곽에 적응되도록 하기 위해서, 제2 판재 부품(48)에서 결합부 (50) 방향으로 계단(58)을 형성하며, 이 계단의 높이는 제1 판재 부품(46)의 재료 두께에 해당한다.
[각부의 명칭]
10: 와이퍼 아암 36: 금속 스트립
12: 구동축 38: 제1 구간
14: 고정부 40: 제2 구간
16: 힌지부 42: 주름부
18: 와이퍼 바 44: 보강판
20: 와이퍼 블레이드 46: 제1 판재 부품
22: 접이식 조인트 48: 제2 판재 부품
24: 힌지 50: 결합부
26: 외측 금속판 52: 벤딩 모서리
28: 내측 금속판 54: 측면 모서리
30: 홈 56: 측면 모서리
32: 결합 돌기부 58: 계단
34: 공구 코아
전술된 바와 같이, 본 발명은 차량용 윈드실드 와이퍼의 와이퍼 아암에 이용가능하다.

Claims (8)

  1. 와이퍼 바(18)를 구비한 힌지부(16) 및 고정부(14)를 포함하는 와이퍼 아암(10)으로서, 이런 부품들 중 적어도 하나의 판재 벤딩 부품(14, 16, 18)이 스탬핑 및 벤딩을 통해 판재로부터 제조되며, 복수의 금속판(26, 28)을 갖는, 적어도 하나의 구간을 갖는 와이퍼 아암(10)에 있어서,
    외측 금속판(26) 및 내측 금속판(28)이 중첩된 상태에서 벤딩 모서리(52)를 통해 함께 벤딩되며, 상기 외측 금속판(26)이 벤딩 모서리(52)에 대해 종방향으로 진행하는 자신의 측면 모서리(54)에서 결합 돌기부(32)를 가지고, 이 결합 돌기부가 내측 금속판(28)의 상응하는 측면 모서리(56)에 배치된 상응하는 홈(30)에 삽입되며, 상기 내측 금속판(28)이 벤딩 공정 후에 초기 응력을 갖는 상태로 외측 금속판(26)에 접하는 것을 특징으로 하는, 와이퍼 아암.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속판(26, 28)이 서로 상이한 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 와이퍼 아암(10).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 외측 금속판(26) 및 내측 금속판(28)이 하나의 금속 스트립(36)에서 성형되며, 180°접음으로써 서로 중첩되고, 주름부(42)가 벤딩 모서리(52)에 대해 횡방향으로 진행하는 것을 특징으로 하는, 와이퍼 아암(10).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내측 금속판(28)이 국부적 보강판(44)인 것을 특징으로 하는, 와이퍼 아암(10).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 양측 판재 부품(46, 48)이 결합부(50)에서 중첩함으로써 제1 판재 부품(46)이 제2 판재 부품(48)과 결합하며, 상기 판재 부품(46, 48) 중 하나가 외측 금속판(26)으로 형성되고, 다른 하나가 내측 금속판(28)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 와이퍼 아암(10).
  6. 제 5 항에 있어서, 결합부(50)의 대향측에서, 외측 금속판(26)으로서 형성된 제2 판재 부품(48)이, 제1 판재 부품(46)의 두께에 상응하는 높이의계단(58)을 갖는 것을 특징으로 하는, 와이퍼 아암(10).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항에 따른 와이퍼 아암을 제작하기 위한 방법에 있어서,
    제1 공정 단계에서는 하나의 금속판에서 외측 금속판(26) 및 내측 금속판(28)의 윤곽이 스탬핑을 통해 형성되며, 제2 공정 단계에서는 결합 돌기부(32)가 벤딩되고, 제3 공정 단계에서는 외측 금속판(26)이 내측 금속판(28)에 중첩되어, 결합 돌기부(32)가 홈(30)으로 정렬되며, 제4 공정 단계에서는 외측 금속판(26)이 내측 금속판(28)과 함께 벤딩 모서리(52)를 중심으로 벤딩되는 것을 특징으로 하는, 와이퍼 아암 제작 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    하나의 금속 스트립(36)에서 제작되는 상기 외측 금속판(26) 및 내측 금속판(28)이 벤딩 모서리(52)의 방향으로 정렬된 상태에서 스탬핑되어, 함께 접히며, 이 금속판들이 중첩되고, 결합 돌기부(32)가 홈(30)에 대해 정렬되는 것을 특징으로 하는, 와이퍼 아암 제작 방법.
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