JPH04502959A - 湿り検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 静電容量結合湿気センサ 本発明は風防ガラスの湿りを検出するためのセンサに関する。さらに詳細にいえ ば、本発明は、風防ガラス湿すセンサ上に水が検出された時、風防ガラス・ワイ パ電動機を自動的に作動させるセンサに関する。

２Ａ、技術的考察 自動車または航空機のような乗物のフロントガラスは、通常、風防ガラスと呼ば れている。運転者はこの風防ガラスを通して外の世界を観察する。通常、乗物の 風防ガラスは積層構造体であって、ガラスおよびまたはプラスチックの多数個の 層か、中間層材料によって、相互にしっかりと接着されている。この風防ガラス を通して透明で歪みのない視野領域が保持されることが重要であるので、乗物の 運転者の視野を妨害することがある水およびまたは埃で汚れた風防ガラスの選定 された部分を清掃するために、通常、ワイパ構造体が用いられる。

風防ガラスの上の雨を検出するために、湿気センサが用いられている。このセン サは制御装置に接続され、そしてこの制御装置は風防ガラスのワイパ電動機を自 動的に作動させて水を除去し、視野領域を清掃して透明にする。通常、センサは 、風防ガラスの外側主要表面上に、保護用被覆体をそなえた導電部品を有する。

これらの導電部品は固定された関係に配置されており、保護用被覆体の上に湿気 が存在するとき、センサ回路の静電容量の値が変わる可変コンデンサが構成され る。

２Ｂ、関連特許 サントラの米国特許第４，１６４，８６８号は、静電容量性湿度変換器を開示し ている。この特許では、電気的には絶縁体である基板が少なくとも１対の導電被 覆体を有し、そしてこれらの導電被覆体の対は、基板の主要表面に沿って相互に 間隔を有して配置される。水の吸収に関して活性を存する誘電体膜がまた基板の 上に配置され、そして被覆体の少なくとも一部分を覆うように配置される。この 誘電体膜の誘電率は、この膜が吸収する水の量の関数として変わる。誘電体膜は 、外側に水が浸透できる導電層を有する。誘電体膜は外側層を被覆体の少なくと も１つを永久的に接触しないように保持し、これにより、これらの被覆体の間の 静電容量を測定することを可能にする。この静電容量の値は雰囲気の湿度を示す であろう。

フロイトの米国特許第４．４２９．３４３号は、ガラス基板の表面上に指を組合 うような形に蒸着した１対の薄膜白金フィンガを育する、湿度検出素子を開示し ている。この膜は、セルローズ・アセテート・ブチレートまたはシリコン・ゴム のような水を吸収する材料の被覆体によって被覆される。このセンサの湿度に対 する感度は、フィンガの上の被覆体の中で起こる湿度に関連した誘電率の変化か ら生ずる。この誘電率が変化する時、交互嵌合したフィンガの間の静電容量が変 化する。

イヨダの米国特許第４，６３９．８３１号は、窓ガラスの上の雨を検出するため の透明なセンサを開示している。この雨センサは透明な材料で作成され、そして 窓ガラスの外側表面のワイパで掃除される領域の中に配置される。このセンサは 交互嵌合したフィンガ部品を存する１対の電極を有する。これらのフィンガ部品 は、それらの間に隙間があることにより、電気的には相互に絶縁されている。透 明な絶縁体保護膜が電極と隙間を被覆する。

これらの交互嵌合部品は、可変静電容量値を有するコンデンサを構成する。１滴 の水が、１対のフィンガ部品の間の保護用被覆体の一部分の上にある時、すなわ ち、隙間と整合した保護用被覆体の一部分の上にある時、水滴の誘電率は空気の 誘電率より大きいから、このコンデンサの静電容量値は平常の静電容量値よりも 大きくなる。

したがって、数多くの水滴が保護用被覆体の上に存在する時、電極の間にえられ る静電容量値の全体は大きくなる。

発明の要約 本発明の１つの目的は、基板の表面上の湿気を検出するセンサをうろことである 。本発明の１つの特定の実施例では、基板は、内側ガラス層と、外側ガラス層と 、これらのガラス層を分離する中間層とを有する、多層風防ガラスである。第１ 透明導電被覆体と第２透明導電被覆体が、風防ガラスの外側ガラス層の外側表面 にしっかりと取り付けられる。ここで、第１被覆体は第２被覆体から間隔を有し て配置される。第３透明導電被覆体と第４透明導電被覆体が間隔を有して配置さ れ、かつ、可撓性のあるポリエステル膜にしっかりと取り付けられる。この膜は 、中間層と内側ガラス層との間に配置される。その際、第１被覆体が第３被覆体 の少なくとも一部分の上にあるように配置され、および第２被覆体が第４被覆体 の少なくとも一部分の上にあるように配置される。第３被覆体が電気信号発生器 に接続され、また第４被覆体が電気信号受信器に接続される。ここで、第１被覆 体および第３被覆体と、第２被覆体および第４被覆体とで、結合した静電容量性 回路が構成される。第１被覆体と第３被覆体、および第２被覆体と第４被覆体の おのおのは、外側ガラス層と中間層とがこれらの被覆体の間で誘電体として動作 する、コンデンサを構成する。

動作のさいには、十分な湿気が風防ガラス・センサの上に蓄積して、第１導電被 覆体と第２導電被覆体との間の隙間を橋渡しをする時、第３被覆体に送り込まれ 、そして結合した静電容量性回路を通過する、電気信号の性質が変化するであろ う。この変化した信号が、第４被覆体に接続された信号受信器によって検出され る。この受信された信号に応答して、風防ガラス・ワイパ電動機が作動され、そ して風防ガラスの外側表面が清掃される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の特徴を取り入れた静電容量性結合雨センサの平面図。

第２図は、本発明のコンデンサ極板を示した、第１図の線２−２に沿っての断面 図。

第３図は、コンデンサ極板および内部に配置された内側極板からの導線を示した 、第１図の線３−３に沿っての断面図。

第４図は、第１図に示された結合コンデンサ雨センサと共に用いることができる 、１つの形式の回路の概要図。

発明の詳細な説明 本発明は積層風防ガラス構造体に関連して説明されるが、本発明は、表面の湿気 を検出することが必要である場合ならば、とのような応用にも用いることができ る。

第１図から第３図までの図面において、本発明の主題である雨センサ１０か従来 の３層風防ガラス１２の中に組み込まれている。この３層風防ガラス１２は、外 側ガラス層１４と、内側ガラス層１６と、中間可撓層１８とを有する。センサｌ Ｏは風防ガラス１２の任意の位置に配置することかできるが、風防ガラスの視野 領域を清掃する場合、風防ガラス・ワイパ（図示されていない）によって、清掃 される領域に配置されることが好ましい。

第１図から第３図までに示された本発明の特定の実施例では、外側層１４の外側 表面２０は、２個の導電体膜被覆体２２および２４で被覆される。２個のこれら の導電体膜被覆体２２および２４は、予め定められた間隙２６だけ相互に離れて おり、かつ電気的に相互に絶縁されている。通常、間隙２６は、風防ガラス１２ に衝突するまたは蓄積する小さな雨粒または霧粒の大きさよりは大きくてはいけ ない。間隙２Ｇの好ましい大きさは約０゜０２０インチ（０，５ミリメートル） の程度である。他の雨センサと異なる点は、被覆体２２および２４の上に保護層 がないことであり、したがって、本発明の雨センサは露出している。したがって 、これらの被覆体は酷使に耐えるものでなければならない。すなわち、耐摩耗性 、耐溶剤性、および耐候性を有しなければならない。被覆体２２および２４は、 真空蒸着法または熱分解沈着法のような、風防ガラスの透明度を大幅に損うこと のないよく知られた被覆法のいずれかによって、外側層１４の外側表面２０の上 に沈着される。被覆体２２および２４は交互嵌合している。すなわち、被覆体２ ２の突起部２８は、被覆体２４の相補的突起部３０の間に、かつ、それからは離 れて配置される。間隙２６は、突起部２８と突起部３０とを電気的に絶縁する。

風防ガラス１２の中に、第２組の導電被覆体がそなえられる。この第２組の導電 被覆体のそなえられる位置は、内側層１６の表面３２に沿った位置であることが 好ましい。第１図から第３図までに示された特定の実施例では、被覆体３４およ び３６は、内側層１６と中間層１８との間に挿入された、例えばプラスチック膜 のような、可撓キャリア３８に取り付けられる。好ましい実施例では、被覆体３ ４および３６は中間層１８に隣接している。キャリア３８の表面３９は接着性被 覆体４１をそなえていて、キャリア３８とガラス層Ｉ６との間で、風防ガラスが 層間剥離を起こすのが防止される。この被覆体は、例えば、圧力に敏感なアクリ ル接着剤、またはメタノールに溶解されたポリビニールブチラール（重量で２１ ／２％）を有するプライマであることができる。被覆体３４および３６は必らず しも交互嵌合している必要はないが、それぞれ、被覆体２２および２４の下にあ るように配置される。ただし、被覆体３４および３６は、それぞれ、被覆体２２ および２４から、外側層１４と中間層１８とによって分離される。被覆体２２お よび２４と同じように、被覆体３４および３６は相互に電気的に分離されるが、 被覆体２２および２４の場合とは違って、これらの被覆体は風防ガラス１２の中 に密封されているので、必らずしも酷使に耐えるものである必要はない。被覆体 ３４および３６は、風防ガラス１２またはキャリア３８の光学的性質を著しく損 なうことのない従来の方法によって、作成することができる。被覆体３４および ３６が、内側層１６の表面３２に直接に取り付けられるのではなくて、第１図か ら第３図までの図面に示されているように、キャリア３８に取り付けられている 実施例では、熱分解沈着法は多分用いることはできない。それは、キャリア３８ を歪ませ、風防ガラス１２の中に光学的欠陥を生ずるからである。したがって、 真空蒸着法または磁界スパッタリング沈着法が好ましい方法であろう。

導線部分４０および４２は、それぞれ、被覆体３４および３６から風防ガラスＩ ２の端部４４に延長され、そしてそれぞれ、電気信号発生器４６および電気信号 受信器４８に電気的に接続される。電気信号発生器４６と電気信号受信器４８の いずれも、下記で考察されるように、（第４図に示された）制御装置５０の中に 組み込むことができる。第１図に示された特定の実施例では、内側層１６の一部 分を端部４４に沿って除去することができ、それにより、キャリア３８が中間層 １８から引き離される時、導線の端部４０および４２の端部を露出させ、そして 電気的接続を行なうことができる。

雨センサの１つの特定の実施例では、ガラス層１４および１６は厚さが０．０９ ０インチ（２，３ミリメートル）のソレックス・ガラスであり、そして中間層１ ８は厚さが０．０３０インチ（０，８ミリメートル）のポリビニルブチラールで ある。被覆体２２および２４は、約５０〜１０００オーム／平方の範囲の表面抵 抗率を存する透明な酸化スズである。可撓キャリア３８は、厚さが約０．００３ ５インチ（０，０９ミリメートル）のポリエステル膜である。被覆体３４および ３６は、銀金属、亜鉛・スズ金属、および亜鉛・スズ酸化物を存する透明な金属 膜であり、そして約１５オーム／平方またはそれ以下の抵抗値を有する。

第４図は、センサｌＯの動作を示す回路５４の概要図である。被覆体２２および ３４は極板部品であり、それらの間に誘電体、すなわち、ガラス層１４および中 間層１８が配置され、これらがコンデンサ５６を構成する。

同様に、被覆体２４および３６は極板部品として動作し、それらの間に誘電体１ ４およびＩ８が配置され、これらがコンデンサ５８を構成する。交互嵌合した突 起＃２８および３０はインピーダンス・ネットワーク６ｏを構成する。隣接する 突起部の対のおのおのが、下記で考察されるように、本質的に並列接続されたコ ンデンサ６２および抵抗器６４として動作する。

信号発生器４６からの一連の信号が導線４ｏを通して回路５４の中に入力され、 そして出力信号が導線４２を通して信号受信器４８に送られる。出力信号の変化 は制御装置５０によって監視される。センサ１０が乾燥状態にある時、コンデン サ６２の静電容量値は高レベルであり、および抵抗器６４の抵抗値は高レベルで ある。したがって、インピーダンス・ネットワーク６ｏは実質的にコンデンサと 同様に機能する、すなわち、信号は主としてコンデンサ６２を通って回路５４を 通過し、乾燥状態に特徴的な出力信号を生ずる。けれども、センサ１０の上に水 がある場合には、コンデンサ６２の静電容量値は減少し、および抵抗器６４の抵 抗値が降下する。したがって、インピーダンス・ネットワーク６０は本質的に抵 抗器と同様に機能する、すなわち、信号は主として抵抗器６４を通って回路５４ を通過し、湿った状態に特徴的な異なる信号を生ずる。この信号は乾燥状態信号 から区別することができる。

本発明において、それに限定、されるわけではないけれども、１つの特定の実施 例では、監視することができる入力信号は一連の方形電圧パルスである。この入 力信号の場合、乾燥状態出力信号は一連のスパイク状パルスであり、そして湿状 態出力信号は一連の減衰した方形波信号である。電流または抵抗値のような回路 に特徴的なその他の信号を、乾燥状態から湿状態への変化、または湿状態から乾 燥状態への変化を検出するのにまた用いることができる。制御装置５０は湿状態 出力信号に応答して風防ガラスのワイパ電動機６６を作動してワイパ（図示され ていない）を動作させ、それにより風防ガラス１２の視野領域を清掃する。

作動される時、ワイパ電動機６６はいくつかのモードのうちの１つのモードで動 作することができる。もし必要ならば、風防ガラス・ワイパ（図示されていない ）は風防ガラスを１回だけ清掃することも可能であるし、または予め定められた 時間間隔の間だけ動作することも可能であるし、または予め設定された回数だけ 往復して清帰することも可能である。さらに、風防ガラス・ワイパ制御装置（図 示されていない）の電子回路は、もし設定された時間間隔の間、予め定められた 回数だけ往復するように電動機６６が繰り返し作動されるならば、電動機６６は その乗物の運転者が手動でスイッチをオフにするまで動作状態を続けるようにす ることができる。

センサ１０の間隙２６の上により多くの水が存在する時、被覆体２２から被覆体 ２４へより大きな電流が流れ、したがって、回路５４の選定された監視可能な信 号が変化する。もし必要ならば、信号受信器４８または制御袋ｒＩ１５０は、１ 個または複数個のこれらの信号を監視するセンシング回路６８を存することかで きる。速度可変ワイパ電動機６６の制御装置をセンシング回路６８に接続するこ とにより、制御装置５０はセンシング回路６８が受け取った出力信号に応答して ワイパの速度を変えることかでき、したがってワイパの速度を自動的に制御する ことができる。

本発明のこの好ましい実施例における導線の配置により、風防ガラス・ワイパ電 動機が動作し続けて止らなくなってしまうという欠点が防止されることは、注目 されるべきことである。具体的にいえば、導線４０および４２はガラス層１４と ガラス層１６との間の風防ガラス１２の中に配置されているので、これらの導線 は相互に電気的に絶縁されたままであり、したかって、（表面を導電的にしてし まう可能性のある）湿気の沈着や塩の沈着によっても、または風防ガラス１２の 周縁にある乗物の車体（図示されていない）によっても、導線４０と導線４２が 電気的に相互接続されることはなく、したがって、コンデンサが側路されること はない。

さらに当業者には、風防ガラスの別々の位置に複数個のセンサを配置して、別々 の風防ガラス電動機を独立に制御することも可能であることがわかるはずである 。例えば、第１センサを乗物の運転者の視野領域に配置し、そして第２センサを 乗客の視野領域に配置することができる。

さらに、複層構造（図示されていない）を有する風防ガラス、すなわち、１つの 外側ガラス層と内側衝撃吸収裂傷防止層とを有する風防ガラスの中に、センサ１ ０を用いることができる。第１図から第３図までに示された実施例の場合のよう に、センサｌＯの被覆体はガラス層の内側表面と外側表面に沿って配置されるで あろう。

さらに、センサｌＯは風防ガラスの外側表面にだけ使用されるものとは限られな い。例えば、センサｌＯは、ガラス層の内側表面に被覆体２２および２４を配置 し、そして前記のようにこのガラス層の対向する主要表面に被覆体３４および３ ６を配置することによって、乗物の窓の内側表面上の曇りまたは結氷を検出する のに用いることができる。センサ１０は、窓ガラス曇り防止装置または電気加熱 可能窓ガラスのような、窓ガラス清掃装置を作動させるであろう。もし被覆体３ ４および３６が外気環境に露出された表面上に配置されるならば、被覆体は酷使 に耐える被覆体であるか、または酷使に耐える被覆体でさらに保護されるかのい ずれかでなければならない。

本発明において、被覆体３４および３６は中間層１８とガラス層１６との間に配 置されることに限定されないことは明らかである。例えば、キャリア３８は風防 ガラス１２の中の位置に配置することができ、そして被覆体３４および３６は隣 接するガラス層１４または１６に向かう側面またはそれとは反対の側面の上に配 置することができる。さらに、被覆体３４および３６がガラス層１４の表面７０ に直接に取り付けられ、ガラス層１４がコンデンサの誘電体層として動作するこ ともできるし、または被覆体３４および３６がガラス層１６の表面７２に取り付 けられ、風防ガラス１２の全体か誘電体層として動作することもできる。

湿気を吸収する誘電体被覆体によって生ずる静電容量の変化を定常的に監視する 他の雨センサとは異って、本発明では、露出したセンサ被覆体の上に保護被覆体 が存在する。本発明のセンサ１０は、被覆体２０と被覆体２４との間の電気的連 絡の性質の監視可能な変化だけを必要とする。したがって、被覆体２２および２ ４の少なくとも一部分が露出したままになっており、湿気が間隙２６を橋渡しし て、回路５４に変化が生ずることが重要である。

前記で説明された本発明の実施例は例示のためのものである。下記の請求の範囲 に定められた本発明の範囲内において、種々の変更の可能であることは理解され るであろう。

ＦＩＧ、４ 補正書の翻訳文提出書　（曲法組８４条）、７組組

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．誘電体基板と、 相互に固定されかつ間隔を有して配置され、かつ、前記基板の第１主要表面に隣 接して配置された第１導電部品および第２導電部品と、 相互に固定されかつ間隔を有して配置され、かつ、前記基板の反対側の第２主要 表面に隣接して配置された第３導電部品および第４導電部品であって、前記第１ 導電部品が前記第３導電部品の少なくとも一部分の上にありかつ前記第２導電部 品が前記第４導電部品の少なくとも一部の上にある、前記第３導電部品および前 記第４導電部品と、 を有する湿り検出のためのセンサ。
2. ２．請求項１において、電気信号発生器を前記第３導電部品に電気的に接続する ための装置と、電気信号受信器を前記第４導電部品に電気的に接続するための装 置とをさらに有するセンサ。
3. ３．請求項２において、前記信号受信器に応答して前記基板の前記第１主要表面 を清掃する装置を作動するための装置をさらに有するセンサ。
4. ４．請求項３において、前記第１導電体部品と前記第２導電体部品と前記第３導 電体部品と前記第４導電体部品とが前記基板の前記反対側主要表面に確実に取り 付けられた導電性被覆体であるセンサ。
5. ５．請求項４において、前記基板および前記被覆体が透明であるセンサ。
6. ６．請求項１において、前記基板および前記導電部品が透明であるセンサ。
7. ７．請求項６において、前記導電部品が金属被覆体であるセンサ。
8. ８．請求項７において、前記第１導電部品が第１組の突起部を有しおよび前記第 ２導電部品が第２組の突起部を有し、かつ、前記第１突起部が前記第２突起部の 間にかつ間隔を有して配置されたセンサ。
9. ９．請求項８において、電気信号発生器を前記第３導電部品に電気的に接続する ための装置と、電気信号受信器を前記第４導電部品に電気的に接続するための装 置とをさらに有するセンサ。
10. １０．請求項９において、前記信号受信器に応答して前記基板の前記第１主要表 面を清掃する装置を作動するための装置をさらに有するセンサ。
11. １１．請求項１０において、前記清掃装置が速度可変ワイパ電動機を有し、かつ 、前記信号受信器が前記信号発生器によって発生された信号の信号変化を検出す るための装置を有し、それにより前記速度変化センシング装置に応答して前記電 動機のスピードを変更するセンサ。
12. １２．請求項６において、前記第１導電部品および前記第２導電部品が前記基板 の前記第１主要表面に確実に取り付けられたセンサ。
13. １３．請求項１２において、前記基板が第１基板であり、かつ、複合組立体を作 成するために前記第１基板の前記第２主要表面に確実に取り付けられた付加的基 板をさらに有するセンサ。
14. １４．請求項１３において、前記第３導電部品および前記第４導電部品が前記付 加的基板の中の１つの基板の主要表面に確実に取り付けられたセンサ。
15. １５．請求項１２において、前記第３導電部品および前記第４導電部品が前記第 １基板の前記第２主要表面に隣接して配置された可撓キャリアに確実に取り付け られたセンサ。
16. １６．請求項１５において、前記可撓キャリアがポリエステル膜であるセンサ。
17. １７．請求項１３において、前記付加的基板が前記第１基板の前記第２主要表面 に確実に取り付けられた中間層と前記中間層の第２主要表面に確実に取り付けら れた第１主要表面を有する第２基板とを有し、かつさらに、前記第３導電部品お よび前記第４導電部品が前記中間層と前記第２基板との間に配置されたセンサ。
18. １８．請求項１７において、前記第１導電部品が第１組の突起部を有し、かつ、 前記第２導電部品が第２組の突起部を有し、かつ、前記第１突起部が前記第２突 起部の間にかつ間隔を有して配置されたセンサ。
19. １９．請求項１８において、電気信号発生器を前記第３導電部品に電気的に接続 するための装置と、電気信号受信器を前記第４導電部品に電気的に接続するため の装置とをさらに有するセンサ。
20. ２０．請求項１９において、前記第３導電部品および前記第４導電部品が前記中 間層と前記第２基板との間に配置された可撓キャリアに確実に取り付けられたセ ンサ。
21. ２１．請求項２０において、前記可撓キャリアと前記第２基板との間に接着性被 覆体をさらに有するセンサ。
22. ２２．請求項２１において、前記可撓キャリアがポリエステル膜であるセンサ。
23. ２３．請求項２２において、前記信号受信器に応答して前記第１基板の前記第１ 主要表面を清掃する装置を作動するための装置をさらに有するセンサ。
24. ２４．請求項２３において、前記清掃装置が速度可変ワイパ電動機を有し、かつ 、前記信号受信器が前記信号発生器によって発生した信号の信号変化を検出する ための装置を有し、それにより前記信号変化センシング装置に応答して前記電動 機のスピードを変更するセンサ。
25. ２５．請求項２４において、前記複合組立体が乗物の風防ガラスであり、かつ、 前記第１基板の前記第１主要表面が前記風防ガラスの外側表面であるセンサ。