와이퍼는 자동차, 기차, 비행기 등의 유리창에 부착되어 빗물, 눈, 먼지 등을 제거하여 시야를 확보하는 장치이다. 1896년 조지 J. 케이프웰이 최초의 와이퍼 특허를 출원했으며, 메리 앤더슨은 1903년 작동 가능한 와이퍼를 고안했다. 와이퍼는 텐덤, 대향, 싱글, 수직, 3단 방식 등 다양한 종류가 있으며, 블레이드 형태, 장착 위치에 따라 구분된다. 작동 방식은 전동기, 공압, 유압, 기계식 등 다양하며, 윈도우 워셔, 우천 감지식 와이퍼 등 부가 기능이 추가되기도 한다.
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와이퍼
지도 정보
기본 정보
명칭
앞유리 와이퍼
다른 명칭
윈드스크린 와이퍼, 윈드실드 와이퍼
문화어
빗물닦개
기능 및 용도
주요 기능
차량의 앞유리에서 빗물, 눈, 먼지 등을 제거하여 운전자의 시야를 확보하는 장치
사용 장소
대부분의 자동차, 트럭, 기차, 항공기 등
구조 및 작동 방식
구성 요소
와이퍼 암 와이퍼 블레이드 와이퍼 모터 와이퍼 링키지 와이퍼 스위치
작동 원리
와이퍼 모터의 회전 운동을 링키지를 통해 왕복 운동으로 변환시켜 와이퍼 암과 블레이드를 움직여 유리를 닦음
메리 앤더슨(1866-1953)은 안전과 관련된 중요한 장치인 와이퍼를 발명하였다. 이전에도 유사한 고안은 있었지만, 앤더슨이 고안한 고무 블레이드와 스프링식 암을 사용한 장치는 곡면 유리에도 완전히 밀착하여 효과적으로 닦을 수 있다는 점에서 획기적이었다. 이 발명은 1903년 11월에 특허로 인정받았고, 1920년 특허 만료 후 대부분의 자동차에 표준 장비로 장착되었다. 세계 최초로 레인센서식 간헐 오토 와이퍼를 장착한 자동차는 1983년에 출시된 6세대 닛산 세드릭이다.[32]
2. 1. 초기 와이퍼
조지 J. 케이프웰의 '창문 청소기' 특허 그림
가장 초기의 자동차 와이퍼 특허 중 하나는 1896년 8월 6일 코네티컷주 하트퍼드 출신의 조지 J. 케이프웰이 출원한 것이다.[1] 그의 발명품은 "느리게 움직이는 선박의 창문을 위한 것이지만, 고속 기관차와 자동차와 같이 관찰자나 운전자가 진행 경로 또는 선로를 명확하게 볼 필요가 있는 고속 차량의 창문에 특히 적합"하도록 고안되었다. 그의 발명품은 "일반적으로 이러한 와이퍼 두 개를 사용하며, 차량의 앞쪽 판 아래 또는 창문을 둘러싼 하우징 뒤에 시야에서 벗어난 위치에 고정하여 유리에 쌓인 물질의 가장 무거운 부분을 긁어낼 수 있도록" 설계되었다.
와이퍼의 다른 초기 디자인은 폴란드 출신의 콘서트 피아니스트 요제프 호프만[2]과 버밍햄의 밀스 무니션스에게 공이 돌아간다. 1903년경에는 메리 앤더슨, 로버트 더글라스, 존 앱존 등 적어도 세 명의 발명가가 와이퍼 장치에 대한 특허를 받았다. 1911년 4월, 슬론 앤 로이드 바네스는 휘틀리 베이 출신의 글래드스톤 애덤스를 위해 와이퍼 특허를 등록했다.
앤더슨의 1903년 창문 청소기 디자인
미국의 발명가 메리 앤더슨은 1903년에 최초의 작동 가능한 와이퍼를 고안한 사람으로 널리 알려져 있다.[3][4] 앤더슨은 자신의 발명품을 전기 자동차 및 기타 차량용 "창문 청소 장치"라고 불렀다. 차량 내부의 레버로 작동되는 그녀의 와이퍼 버전은 초기 자동차 모델에 장착된 와이퍼와 매우 유사하다. 앤더슨은 1903년 6월 18일에 특허(US 743,801)를 출원했으며, 1903년 11월 10일에 미국 특허청으로부터 특허를 받았다.[5][6]
1903년 기관차 운전실 창문 청소기[7]
앱존의 1903년 창문 청소 장치 디자인
아일랜드 출신 발명가 제임스 헨리 앱존(1845–1914)은 브러시 또는 와이퍼를 사용하고 모터 구동 또는 수동 구동이 가능한 "마차, 자동차 및 기타 창문 청소 장치"에 대한 특허를 받았다. 브러시 또는 와이퍼는 수직 창문에서 위아래 또는 한 방향으로 청소하도록 설계되었다. 앱존의 발명품은 1903년 10월 9일에 영국에서 우선권 날짜를 가졌다.[8]
존 R. 오이셰이는 1917년에 트라이컨티넨탈 코퍼레이션을 설립했다. 이 회사는 최초의 와이퍼인 레인 러버를 출시했다. 오늘날 트리코 제품은 세계 최대의 와이퍼 제조업체 중 하나이다. 보쉬는 티에넨에 세계 최대의 와이퍼 공장을 보유하고 있으며, 매일 35만 개의 와이퍼 블레이드를 생산한다.[9] 최초의 자동 전동 와이퍼 암은 1917년 샬럿 브리지우드가 특허를 받았다.[10]
발명가 윌리엄 M. 폴버스와 그의 형제 프레드는 1919년에 자동 와이퍼 장치에 대한 특허를 신청했으며, 1921년에 특허를 받았다.[11] 트리코는 나중에 폴버스와 특허 분쟁을 해결하고 폴버스의 클리블랜드 회사를 인수했다. 새로운 진공 구동 시스템은 빠르게 자동차의 표준 장비가 되었고, 진공 원리는 1960년경까지 사용되었다. 1950년대 후반에는 앞유리 와셔 버튼을 누르면 와이퍼가 두세 번 자동으로 작동하는 기능이 처음 등장했다.
메리 앤더슨이 고안한 고무 블레이드와 스프링식 암을 사용한 장치는 곡면 유리에도 완전히 밀착하여 효과적으로 닦을 수 있다는 점이 획기적이었고, 1903년 11월에 특허가 성립되었다. 1920년 특허 만료 이후 대부분의 자동차에 표준 장비로 장착되고 있다.
세계 최초로 레인센서식 간헐 오토 와이퍼를 장착한 것은 1983년에 출시된 6세대 닛산 세드릭(日産・セドリック)이다.[32]
2. 2. 간헐식 와이퍼
로버트 커닝스가 1963년에 발명한 간헐식 와이퍼는 사람의 눈이 깜빡이는 기능을 모방하여 설계되었다.[3] 몇 초에 한 번씩만 와이퍼가 작동하도록 하여 운전자의 시야를 확보하고, 와이퍼 작동으로 인한 불편함을 줄였다. 커닝스는 기성품 전자 부품을 사용하여 최초의 간헐식 와이퍼 시스템을 제작했다. 와이퍼 작동 간격은 콘덴서에 전류가 흐르는 속도에 따라 결정되었다. 콘덴서의 전하가 특정 전압에 도달하면 방전되어 와이퍼 모터를 한 사이클 활성화하고, 이 과정을 반복하는 방식이었다.
커닝스는 자신의 와이퍼 설계를 포드에 제안했지만, 포드는 처음에 이 제안을 거절했다. 그러나 1969년 모델부터 포드 머큐리 라인에 유사한 설계를 옵션으로 제공하기 시작했다.[3] 이후 커닝스는 포드를 상대로 특허 분쟁을 벌였고, 결국 법정에서 승소했다.[12] 이 법정 분쟁은 1993년 뉴요커 기사에 실렸으며, 2008년 영화 《천재의 섬광(Flash of Genius)》의 소재가 되었다.
1970년 3월, 시트로엥은 시트로엥 SM 모델에 더욱 발전된 강우 감지 방식의 간헐식 와이퍼를 도입했다. 앞 유리가 건조하면 와이퍼 모터가 높은 전류를 소모하여 다음 와이핑까지 긴 지연 시간을 설정하고, 유리가 젖어 있으면 모터가 소량의 전류만 소모하여 지연 시간을 최소화하는 방식이었다.
세계 최초로 레인센서식 간헐 오토 와이퍼를 장착한 것은 1983년에 출시된 6세대 닛산 세드릭이다.[32]
2. 3. 한국에서의 발전
메리 앤더슨(1866-1953)은 안전과 관련된 중요한 장치인 와이퍼를 발명하였다. 이전에도 유사한 고안은 있었지만, 앤더슨이 고안한 고무 블레이드와 스프링식 암을 사용한 장치는 곡면 유리에도 완전히 밀착하여 효과적으로 닦을 수 있다는 점에서 획기적이었다. 이 발명은 1903년 11월에 특허로 인정받았고, 1920년 특허 만료 후 대부분의 자동차에 표준 장비로 장착되었다.
세계 최초로 레인센서식 간헐 오토 와이퍼를 장착한 자동차는 1983년에 출시된 6세대 닛산 세드릭이다.[32]
3. 종류
와이퍼는 운전 중 시야 확보를 위해 자동차 유리에 부착된 물, 얼음, 오물 등을 닦아내는 장치이다. 와이퍼의 종류는 작동 방식과 형태에 따라 다양하게 나뉜다.
텐덤 방식: 가장 일반적인 형태로, 두 개의 와이퍼가 같은 방향으로 움직인다. 텐덤 방식, 텐덤 방식 (우측 운전석)
대향 방식: 두 개의 와이퍼가 서로 반대 방향으로 움직이는 방식이다. 푸조, 혼다 시빅, 일부 미니밴, 대형 트럭, 버스, 기아 카렌스 3세대 등에 사용된다. 대향 방식, 대향 방식 (SEAT Altea, SEAT León Mk2, SEAT 톨레도 Mk3)
싱글 방식: 하나의 와이퍼가 넓은 범위를 닦는 방식이다. 쌍용 체어맨 2세대 등에 사용된다. 싱글 방식, 싱글 방식 (쌍용 체어맨 2세대 등)
수직 방식: 주로 시내버스에서 볼 수 있는 형태로, 와이퍼가 수직으로 움직인다. 수직 방식
3단 방식:MAN, 토요타 FJ 크루저, MGB, 일부 대형 버스에서 사용되는 방식으로, 텐덤 방식과 유사하지만 와이퍼가 3개이다. 3단 방식, 과거 소방차에서 사용되었던 방식
기타:미국 군용 차량, 일부 스쿨버스 등에서 사용되는 특수한 형태의 와이퍼도 있다. 기타 와이퍼 방식
3. 1. 모양에 따른 종류
와이퍼의 형태는 시대적 배경과 기술 향상, 그리고 실험적인 요소들이 복합적으로 작용하여 여러 종류가 존재한다.
일반 와이퍼
가장 많이 보편화된 방식이며, 과거의 전차종에 기본으로 적용되었다. 장점: 리벳과 요크로 이루어진 관절 구조로 밀착 압력이 일정하며, 가격이 저렴하다. 단점:관절 사이에 이물질이 걸리면 떨림 현상을 일으키고 동절기에는 블레이드가 쉽게 동결되어 작동에 지장이 생길 수 있다.
플랫 와이퍼
일반 와이퍼의 단점을 보완한 방식으로 최근 생산되는 거의 모든 수입차에 기본으로 적용된다. 장점:공기 저항형 구조로 이루어져 있기 때문에 고속 주행 시에도 안정적으로 닦이며, 블레이드의 동결이 일어나지 않는다. 단점: 제품에 따라 와이퍼 끝부분 압력이 약해 끝부분 물기가 덜 닦일 수 있다.
하이브리드 와이퍼
일반 와이퍼와 플랫 와이퍼의 장점을 결합한 방식으로 최근 생산되는 내수용 국산차, 일부 수입차에 적용된다. 장점:공기 저항을 최소화하면서도 2~4개의 관절 구조로 이루어져 있기 때문에 균일하게 닦인다. 단점: 다른 종류보다 가격이 다소 비싸고, 관절 구조에 이물질 끼임, 동결 현상이 발생하여 성능이 저하될 수 있다.
매직 와이퍼
와이퍼 내에 스프링클러가 내장되어 있어 와이퍼 여러 군데에서 비눗물을 분사하기 때문에 유리를 더 효과적으로 닦을 수 있다. 적용 모델: 2013~15년식 메르세데스-벤츠 S클래스
다중 분기형 와이퍼 블레이드 홀더 구조도
초기 와이퍼 대부분은 평평한 금속 기판에 고무 블레이드를 부착한 방식을 사용했지만, 공기역학적 요소와 스타일을 고려하여 곡면 유리가 도입되면서 이 방식은 부족한 것으로 판명되었다. 1945년, 트리코(Trico)의 경쟁사인 안코(Anco)의 설립자 존 W. 앤더슨(John W. Anderson)은 곡면과 평면 유리 모두에 블레이드가 고르게 밀착되도록 하는 분기형 암을 가진 와이퍼에 대한 특허를 출원했다.[16] 이는 거의 모든 유리창 곡률에 적용 가능했다.[17] 1947년 스튜드베이커 스타라이트 쿠페(Studebaker Starlight Coupe) 출시 이후[18] 곡면 유리가 대중화되면서 이러한 와이퍼는 곧 표준 장비가 되었다. 유연한 재질로 만들어진 "빔 타입" 와이퍼에 의해 대체되었지만, 이 유형은 여전히 가장 인기 있는 유형으로 남아 있다.
좌핸들 차량에서 일반적인 우측 스윙 방식
우핸들 차량에서 일반적인 좌측 스윙 방식
관광버스 및 일부 승용차에서 볼 수 있는 좌우 양쪽 스윙 방식
매우 드문, 앞유리 양쪽 끝에 고정하는 형태
일반 차량에서는 채용 사례가 적지만, 경주용 자동차에서는 비교적 자주 볼 수 있는 싱글 방식
암의 신축으로 닦는 면적을 확대한 싱글 방식
창문의 폭이 넓은 트럭에서 볼 수 있는 트리플 방식
골프카트나 건설기계 등에서 볼 수 있는 형태
일부 군용차에서 볼 수 있는 형태
3. 2. 장착 위치에 따른 종류
일부 차량에는 뒷유리에도 와이퍼가 장착되어 있다. 후면 와이퍼는 해치백, 스테이션 왜건, 스포츠 유틸리티 자동차, 미니밴과 같이 먼지가 쌓이기 쉬운 수직 방향의 뒷유리를 가진 차량에 주로 장착된다.
3. 3. 기타 와이퍼 형태
와이퍼의 형태는 시대적 배경, 기술 향상, 그리고 실험적인 요소들이 복합적으로 작용하여 여러 종류가 존재한다.
대부분의 와이퍼는 피벗(또는 방사형) 타입으로, 단일 암에 부착되어 모터에 연결된다. 이러한 와이퍼는 자동차, 트럭, 기차, 보트, 비행기 등에서 일반적으로 볼 수 있다.
현대식 와이퍼는 일반적으로 평행하게 움직인다(그림 1). 그러나 메르세데스-벤츠의 다양한 모델과 폭스바겐 샤란 등은 반대 방향으로 움직이도록 구성된 와이퍼를 사용한다(그림 2). 이는 기계적으로 더 복잡하지만 앞좌석 동승석 앞쪽의 닦이지 않은 앞유리 모서리를 남기지 않도록 할 수 있다. 또한 우측 통행 국가에 수출되는 자동차의 경우 위치를 재조정할 필요가 없어 자동차 제조업체에게 비용상의 이점이 있다.
메르세데스-벤츠 O 405 NH에 사용된 팬터그래프 와이퍼(그림 6)
또 다른 와이퍼 디자인(그림 6)은 팬터그래프 기반이며, 많은 상용차, 특히 큰 앞유리를 가진 버스에 사용된다. 팬터그래프 와이퍼는 블레이드마다 두 개의 암을 가지고 있으며, 블레이드 어셈블리 자체는 두 개의 암을 연결하는 수평 막대에 지지된다. 암 중 하나는 모터에 부착되고 다른 하나는 유휴 피벗에 있다. 팬터그래프 메커니즘은 더 복잡하지만 각 와이핑 시 블레이드가 앞유리의 더 넓은 영역을 덮을 수 있도록 한다. 그러나 일반적으로 와이퍼를 앞유리 중앙에 "주차"해야 하며, 사용하지 않을 때 운전자의 시야를 부분적으로 가릴 수 있다. 일부 자동차 모델은 운전석 쪽에는 팬터그래프 암을, 조수석 쪽에는 일반 암을 사용하는 경우가 있다. 트라이엄프 스태그, 렉서스 및 여러 미국 브랜드는 앞유리가 매우 넓지만 매우 얕은 경우 더 많은 유리 면적을 덮기 위해 이 방법을 사용한다.
DAF XF 트럭에 사용된 트리플 와이퍼(그림 7)
중앙 피벗이 있는 간단한 단일 블레이드 설정(그림 4)은 후면 앞유리뿐만 아니라 일부 자동차의 전면에도 일반적으로 사용된다. 메르세데스-벤츠는 캔틸레버를 기반으로 "모노블레이드"라는 시스템(그림 5)을 개척했다. 이 시스템에서 단일 암이 바깥쪽으로 확장되어 앞유리의 상단 모서리에 도달하고 스트로크의 끝과 중앙에서 안쪽으로 당겨져 다소 M자 모양의 경로를 청소한다.
70년대 후반과 80년대 초반의 일부 대형 자동차, 특히 좌측 운전석 미국 자동차는 운전석 쪽에는 팬터그래프 와이퍼를, 조수석 쪽에는 기존 피벗을 사용했다. 비대칭 와이퍼 배열은 일반적으로 운전석 쪽에 더 많은 앞유리 영역을 청소하도록 구성되므로 좌측 및 우측 통행 차량에 대해 대부분 미러링된다(그림 1 대 그림 10). 한 가지 예외는 르노 클리오, 트윙고 및 세닉의 2세대와 BMW의 E60 5 시리즈 및 E63 6 시리즈, 푸조 206 및 닛산 알메라 티노에서 와이퍼가 항상 왼쪽으로 쓸린다.
그림 6과 같은 와이퍼 형상을 사용하지만 두 개 대신 하나의 와이퍼를 사용하는 V3A 트램
큰 단일 와이퍼를 장착한 토요타 야리스(Toyota Yaris)
아래는 다양한 와이퍼 형태와 그 사용 예시를 정리한 표이다.
그림
설명
사용 예시
대부분의 차량, 주로 좌측통행 차량에서 발견되는 가장 일반적인 형태; 우측통행 메르세데스-벤츠 W140 및 일부 초기 영국 차량
좌측통행 또는 우측통행 작동에 적합한 널리 사용되는 대체 구성[31]
뷰익 베라노, 메르세데스-벤츠 W114, W168, W169, W245, W414 및 W639, 스마트 포투 (1998-2015), 폭스바겐 골프 플러스, 폭스바겐 샤란 I/세아트 알함브라 I, 폭스바겐 투란 (2011년까지 일부 모델), 닛산 510 (1968년형만), 미쓰비시 델리카, 미쓰비시 그랜드리스, 혼다 시빅 (2005–2011), 올즈모빌 컷리스 슈프림 (5세대), 일부 미니밴, 일부 버스, 푸조 307, 푸조 308 (2007-2013), 푸조 407, 푸조 508, 푸조 3008, 푸조 5008, 푸조 RCZ, 포드 포커스 (3세대), 포드 몬데오 (4세대), 포드 B-맥스, 포드 C-맥스 (2세대), 포드 S-맥스, 포드 갤럭시, 포드 쿠가 (2세대), 포드 트랜짓 커넥트 (2세대), 포드 트랜짓 커스텀, 시트로엥 C4, 시트로엥 자사라 픽사소, 시트로엥 C4 픽사소, 시트로엥 C5 II, 시트로엥 C6, 시트로엥 C8/피아트 울리세 II/란치아 페드라/푸조 807, DS 4, DS 5, BMW i3, BMW i8, 오펠 메리바, 오펠 자피라, 오펠 아스트라 J, 오펠 카스카다, 쉐보레 볼트/오펠 암페라, 르노 세닉 III, 르노 에스페이스 (2002년 현재), 르노 벨 사티스, 플리머스 보이저/도지 캐러밴/크라이슬러 보이저/크라이슬러 타운 앤 컨트리, 마즈다 MPV, 일부 1세대 토요타 프리비아, 3세대 기아 카렌스
*르노 PR100(Renault PR100) 및 그 관절식 르노 PR180(Renault PR180) 버전
*영국철도 92형(British Rail Class 92)
그림 1 또는 그림 10과 같이 작동하지만, 와이퍼가 거꾸로 배열되어 있는 형태:
*보리스마스터(Borismaster)
*알렉산더 데니스 인비로400(Alexander Dennis Enviro400), 알렉산더 데니스 인비로500(Alexander Dennis Enviro500)
4. 작동 원리 및 기술
운송 수단에 장착되는 와이퍼는 비나 눈이 올 때, 또는 바다에서 풍랑이 칠 때 운전자의 시야를 확보하기 위해 사용된다. 주로 앞유리에 부착된 물, 얼음, 바닷물, 진흙탕물 등을 닦아내는 역할을 한다. 일본에서는 '마도후키키', 미국에서는 'Windshield wiper', 영국에서는 'Windscreen wiper'라고 부른다. 푸조가 세계 최초로 자동차에 와이퍼를 장착했다.
와이퍼는 전동기의 회전 운동을 링크를 통해 왕복 운동으로 바꿔, 유리 표면에 긴 날을 댄 고무로 일정 영역을 부채꼴 모양으로 닦는다. 카울탑 내부에 전동기와 링크, 피봇이 있고, 카울탑 외부로 노출된 피봇에 암과 블레이드가 부착된다. 블레이드는 복잡한 링크 구조로 되어 있어 유리 곡면에 잘 밀착된다. 이러한 기본 구조는 발명된 지 100년이 넘었지만 거의 변하지 않았다.
; 닦는 고무
자동차용 와이퍼의 닦는 고무
와이퍼 블레이드에 부착된 고무는 유리면에 직접 닿아 물기를 닦아낸다. 단순히 물방울을 제거하는 것이 아니라, 얇고 균일한 물 막을 만들어 빛의 굴절을 막고 시야를 확보한다.[33] 닦는 고무는 소모품이므로 정기적으로 교체해야 하며, 블레이드 본체도 링크가 헐거워져 닦는 기능이 떨어지면 교체해야 한다.
; 스포일러
와이퍼의 스포일러
고속 주행 시 기류가 유리면과 닦는 고무 사이에 들어가 블레이드가 뜨는 것을 막기 위해, 블레이드나 암에 스포일러를 설치하기도 한다. 스포일러는 기류를 이용해 블레이드를 유리면에 밀착시키는 역할을 한다.
; 조작
자동차의 와이퍼 스위치
현대 자동차의 와이퍼는 핸들 옆에 스위치가 있어 운전 중에도 조작하기 쉽다.[34] 1980년대 일부 차종에는 다이얼식 스위치가 사용되기도 했다.[35] 초기에는 수동으로 와이퍼를 조작했다.
4. 1. 동력원
와이퍼는 다양한 방법으로 구동될 수 있지만, 오늘날 사용되는 대부분의 와이퍼는 일반적으로 전기 모터로 구동된다. 전기 모터는 직렬 또는 병렬로 연결된 일련의 기계 부품(일반적으로 두 개의 4절 링크 장치)을 통해 작동한다.
공압식 브레이크를 사용하는 차량에서는 브레이크 시스템에서 소량의 압축 공기를 사용하는 공압식 와이퍼를 사용하기도 한다. 이 와이퍼는 압축 공기가 모터로 유입되도록 밸브를 열어 작동한다. 철도 기관차 앞 유리 와이퍼의 공압 모터 구동 장치. 모터의 레버는 압축 공기를 공급하는 밸브를 작동시킨다.
초기 와이퍼는 매니폴드 진공에 의해 구동되는 진공 모터로 작동하는 경우가 많았다. 하지만 이 방식은 매니폴드 진공이 스로틀 위치에 따라 달라져 와이퍼가 느려지거나 멈추는 문제가 있었다. 이 문제는 연료/진공 부스터 펌프를 사용하여 어느 정도 해결되었다.
1960년대와 1970년대의 일부 자동차, 특히 1961년~1969년형 링컨 컨티넨탈(Lincoln Continental),[13] 1969년~1971년형 링컨 컨티넨탈 마크 III(Lincoln Continental Mark III)(단, 1970년형 모델은 모두 아님),[14] 그리고 1963년~1971년형 포드 썬더버드(Ford Thunderbird)[15]는 유압식 가변 속도 와이퍼를 사용했다. 이는 파워 스티어링 메커니즘에도 사용되는 동일한 유압 펌프에 의해 구동되었다.
초기 시트로엥 2CV(Citroën 2CV)에서는 앞 유리 와이퍼가 변속기에 연결된 케이블을 이용한 기계식 시스템으로 구동되었다. 와이퍼 속도는 자동차 속도에 따라 달라졌으며, 자동차가 정지해 있으면 와이퍼는 구동되지 않았지만, 운전자가 수동으로 구동할 수 있었다.
1950년대 이전에는 엔진 흡기관 측의 부압(진공)을 동력으로 사용하는 것이 널리 사용되었다. 진공식은 엔진에서 배관을 연결하면 사용할 수 있어 저렴하고 고장이 적다는 장점이 있었지만, 엔진 부하가 큰 고속 영역에서는 부압이 떨어져 안정적으로 작동하지 않는 단점이 있어 1950년대 후반 이후 전동식으로 대체되었다. 시트로엥 2CV(Citroën 2CV)처럼 기계식 속도계를 구동하는 와이어 케이블에서 동력을 얻는 것도 있었지만, 정지 중에는 작동하지 않고 속도에 비례하는 단순한 움직임만 하기 때문에 일반적인 방식이 되지는 못했다.
4. 2. 윈도우 워셔
윈도우 워셔는 세척제 분사 장치로, 와이퍼와 함께 사용하여 먼지, 가벼운 물때, 경미한 서리 등을 제거한다. 레시프로 엔진을 장착한 항공기에는 전면 유리에 부착된 기름때나 그리스를 휘발유로 용해하는 윈도우 워셔만 갖춘 경우도 있다.[33]
일반적으로 워셔액이라고 불리는 세척제는 주로 알코올류와 계면활성제로 구성되며, 발수나 제빙 기능을 추가한 제품도 있다. 업무용 자동차는 물만 보충하기도 하지만, 기온에 따라 동결되거나 워셔액 탱크, 배관, 워셔 노즐 등이 부식 또는 열화될 수 있다.
대부분의 와이퍼는 윈드실드 와셔와 함께 작동한다. 윈드실드 와셔는 물, 알코올, 세제(윈드실드 와셔액)를 탱크에서 윈드실드로 공급하는 펌프이다. 액체는 후드의 작은 노즐로 분사된다. 일반적인 노즐 외에 유체 진동자를 사용해 액체를 더 효과적으로 분산시키는 설계도 있다.
따뜻한 기후에서는 물만으로도 작동하지만, 추운 기후에서는 얼어 펌프가 손상될 수 있다. 자동차 부동액은 윈드실드 와이퍼액과 화학적으로 유사하나, 페인트를 손상시킬 수 있어 사용해서는 안 된다.
윈드실드 와이퍼 장치와 윈드실드 와셔액 저장소를 연결하는 아이디어는 1931년 오하이오 주 맨스필드의 Richland Auto Parts Co.에서 처음 기록되었다.[22][23] 1930년대 후반에는 우루과이 출신 레이싱카 운전자이자 정비사인 에크토르 수피치 세데스(Héctor Suppici Sedes)가 윈드실드 와셔를 개발했다.[24]
2012년부터 테슬라, 볼보 XC60(2018-2021), 시트로엥 C4 칵투스 등 일부 자동차에는 Valeo사의 AquaBlade 시스템이 적용되어 노즐이 와이퍼 블레이드의 스포일러 요소에서 직접 세척액을 공급한다. 이 시스템은 운전 중 시각적 방해를 줄여 사고 발생 시 운전자 반응 시간을 단축시킨다.[25]
4. 3. 우천 감지식 와이퍼
우천 시, 빗물의 양을 감지해서 작동하며 와이퍼 컨트롤을 자동 위치로 설정하면 맑은 날에는 작동하지 않으며, 우천 시에 빗물의 양을 감지해서 속도와 간격을 자동으로 조절하면서 작동한다. 일부 차량에는 이제 비 감지 센서(비 감지 센서)를 사용하여 비의 존재 및 양을 감지하는 자동 또는 운전자 프로그래밍 가능 와이퍼가 장착되어 있다. 센서는 감지된 비의 양에 따라 블레이드의 속도와 빈도를 자동으로 조절한다. 이러한 제어에는 일반적으로 수동 오버라이드가 있다.
비 감지 와이퍼는 20세기 후반에 여러 모델에 등장했으며, 초기 모델 중 하나는 시트로엥 SM (Citroën SM)이다. 비 감지 와이퍼는 모든 캐딜락(Cadillac)과 대부분의 폭스바겐(Volkswagen)에서 선택 사양 또는 표준 사양이며, 다른 많은 주요 제조업체에서도 사용할 수 있다.
현재 대부분의 자동차 제조업체에서 사용하는 비 감지 와이퍼 시스템은 원래 1978년 호주인 레이먼드 J. 노액(Raymond J. Noack)이 발명하여 특허를 받았다 (미국 특허 제4,355,271호 및 제5,796,106호 참조). 원래 시스템은 와이퍼, 라이트 및 와이퍼 세척기를 자동으로 작동했다.[33]
5. 기타 기능
윈도우 와셔는 와이퍼와 함께 사용되어 자동차 유리에 붙은 먼지, 가벼운 물때, 옅은 서리 등을 제거하는 세척액 분사 장치이다. 워셔액은 주로 알코올과 계면활성제로 구성되며, 발수나 제빙 기능을 가진 것도 있다. 왕복 엔진(Recipro Engine)을 조종석 앞에 장착하는 항공기는 전면 유리에 묻은 기름때나 그리스를 휘발유로 닦아내는 윈도우 와셔만 갖추기도 한다.[33]
닦는 고무는 와이퍼 블레이드에 부착되어 유리면과 직접 접촉한다. 물방울을 닦아내고 유리 표면에 얇고 균일한 물 막을 만들어 시야를 확보하는 역할을 한다.[33] 닦는 고무와 블레이드 본체는 소모품이므로 정기적으로 교체해야 한다.
현대 자동차의 와이퍼는 핸들 옆 스위치로 조작하지만,[34] 1980년대에는 다이얼식 스위치를 사용한 차종도 있었다.[35] 초기에는 와이퍼를 수동으로 조작했다.
5. 1. 히든 와이퍼
일부 대형차에는 숨겨진 와이퍼(또는 하향 주차 와이퍼)가 장착되어 있다. 일반적인 숨겨진 디자인이 아닌 표준 디자인에서 와이퍼를 끄면 "주차" 메커니즘이나 회로가 와이퍼를 앞유리 하단의 와이핑 영역 최하단으로 이동시키지만, 여전히 눈에 보인다. 와이퍼를 숨기는 디자인의 경우 앞유리가 보닛의 후면 가장자리 아래로 확장된다. 와이퍼는 앞유리 하단의 와이핑 범위 아래에, 하지만 시야에서 벗어나 주차된다. 앞유리 아래에 와이퍼 블레이드를 숨기는 최신 차량은 와이퍼 블레이드를 앞유리에서 들어 올리기 위해 서비스 위치에 놓아야 한다.
5. 2. 전조등 와이퍼
1960년대에 자동차 안전에 대한 관심이 높아지면서, 엔지니어들은 다양한 전조등 세척 시스템을 연구하기 시작했다. 1968년 말, 쉐보레(Chevrolet)는 1969년형 모델에 고압 유체 전조등 세척기를 도입했다. 1970년, 사브(Saab Automobile)는 자사의 모든 제품군에 전조등 와이퍼를 도입했다. 이 와이퍼는 단일 모터를 사용하는 수평 왕복 메커니즘으로 작동했다. 이후 각 전조등에 개별 모터가 장착된 회전축 동작 와이퍼 메커니즘으로 대체되었다. 1972년, 스웨덴에서는 전조등 세척 시스템이 의무화되었다.
오늘날 대부분의 현대적인 디자인은 전조등 세척을 위해 고압 유체 분사에만 의존하기 때문에 전조등 와이퍼는 거의 사라졌다. 이는 제조 비용을 줄이고, 공기 역학적 항력을 최소화하며, 유리 렌즈 장치에만 전조등 와이퍼 사용을 제한하는 EU 규정(오늘날 대부분의 렌즈는 플라스틱으로 만들어짐)을 준수하기 때문이다.
5. 3. 후면 와이퍼
일부 차량에는 뒷유리에도 와이퍼(와셔 유무에 관계없이)가 장착되어 있다. 후면 와이퍼는 해치백, 스테이션 왜건/에스테이트, 스포츠 유틸리티 자동차, 미니밴과 같이 먼지가 쌓이기 쉬운 수직에 가까운 뒷유리를 가진 차량에 주로 설치된다. 1940년대에 처음 등장하였고, 1966년 포르쉐 911과 1969년 볼보 145에 도입된 이후 1970년대에 널리 보급되었다.[21]
6. 재료
와이퍼 블레이드는 천연 고무, EPDM 고무(에틸렌 프로필렌 고무)[19] 또는 이 둘을 조합하여 만들어진다. 천연 고무는 추운 날씨에 성능이 더 우수하지만, EPDM 고무는 "경화"되지 않고 열화, 자외선, 오존 및 찢김에 대한 내성이 더 뛰어나다.[20] 일부 제조업체는 흑연 코팅을 하기도 한다.[20]
전면 유리 등의 닦는 면에 직접 접촉하는 것은 와이퍼 블레이드에 부착된 고무이다. 이 고무는 완전히 물을 닦는 것이 아니라, 정기적인 동작으로 유리면에 부착된 물방울을 닦으면서 유리 표면에 얇고 균일한 물의 막을 만들어 물방울에 의한 굴절을 억제하여 차내에서의 시야를 확보[33]하고 있다.
닦는 고무는 소모나 경년 열화에 의해 닦는 기능이 저하되므로 정기적으로 교체해야 한다.
7. 기타
이 섹션은 '와이퍼' 문서의 '기타' 섹션에 해당하며, 하위 섹션의 내용과 중복되지 않도록 간략하게 작성되었다.
도어 미러에 부착된 물방울을 초음파로 제거하는 장치나, 겨울철 와이퍼 동결을 완화하는 열선 프린트 방식의 디아이서(de-icer)를 장착한 자동차도 있다.
더글러스 DC-8은 앞유리에 압축 공기를 이용하는 ‘레인 리무벌(rain removal)’을 탑재하고 있다.
7. 1. 와이퍼 교체
와이퍼 고무는 사용 기간에 따라 열화되므로 1~2년마다 와이퍼를 교체해야 하며, 승용차의 경우에는 직접 교체할 수도 있다. 미국에서는 대형마트나 홈센터에서 ITW(Illinois Tool Works|일리노이 툴 웍스영어), 보쉬(Robert Bosch GmbH|로베르트 보쉬 GmbHde) 등의 와이퍼 블레이드를 저가형 5USD, 중간 가격대 10USD, 고가형 20USD에 판매하고 있으며, "J-Hook"(U자 후크)[38] 등으로 장착이 용이하도록 되어 있어 직접 교체하는 사람이 많다. 일본에서는 와이퍼 고무만 교체하는 사람도 많다.[39] 좌우 와이퍼의 길이가 다를 수 있으므로 주의해야 한다.
7. 2. 와이퍼를 세우는 이유 (한국)
한국에서는 겨울철 주차 시 와이퍼를 세워 두는 모습을 종종 볼 수 있다. 이는 와이퍼 본체가 눈의 무게로 인해 휘어지거나, 고무가 동결되어 앞유리에 달라붙어 손상되는 것을 막기 위해서이다. 그러나 이러한 방법은 눈이 많이 내리는 일본에서 주로 사용되는 것이며, 다른 나라에서는 흔히 볼 수 없다. 일부 유럽산 자동차는 와이퍼를 세울 수 없도록 설계되어 있기도 하다.[40]
7. 3. 와이퍼 외 제거 장치
클리어 뷰 스크린은 거친 파도 속에서도 시야를 확보해 준다.
선박에서 일반적으로 사용되는 클리어 뷰 스크린은 고무 와이퍼 블레이드를 사용하지 않는다. 앞유리의 원형 부분은 두 개의 층으로 이루어져 있으며, 바깥층이 고속으로 회전하여 물을 떨어뜨린다.
고속 항공기는 무게와 항력을 줄이기 위해 기계식 와이퍼 대신 터빈 엔진에서 나오는 압축 공기를 사용하여 물을 제거하는 블리드 에어를 사용할 수 있다. 이 방법의 효과는 발수성 유리 처리(예: 레인엑스(Rain-X))와 같이 물을 튕겨내는 처리에도 의존한다.
와이퍼 외에도, 도어 미러에 부착된 물방울을 초음파로 제거하는 장치나, 겨울철 와이퍼 동결을 완화하는 열선 프린트 방식의 디아이서(de-icer)를 장착한 자동차도 있다.
선박이나 혹한 지역의 철도 차량에서는 투명한 원반을 회전시켜 그 원심력으로 빗방울이나 눈을 날려 보내는 회전창도 사용되고 있다.
더글러스 DC-8은 조종석 앞유리에 와이퍼를 장착하지 않고, 엔진 컴프레서에서 추출된 압축 공기를 이용하여 비 등을 날려 보내는 ‘레인 리무벌(rain removal)’을 탑재하고 있다.
8. 관련 법규
많은 관할 구역에서 차량에 와이퍼를 장착하도록 법으로 규정하고 있다. 와이퍼는 자동차 자동차 검사에서 필수 안전 장비일 수 있다. 미국 일부 주에서는 자동차에 대해 "와이퍼 작동 시 전조등 점등" 규칙을 시행하고 있다.[26][27]
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