JP2009522168A - 窓ガラス用の印刷可能なセンサ - Google Patents

Abstract

窓アセンブリ２１４、３１４上の環境条件を感知するシステム。システムは、透明パネルと、該パネル上に一体化されたセンサ１１２、２１２とを含む。センサは、パネル上の環境変化を感知するように構成される。センサは、窓アセンブリに印刷された導電性インク１３０、１３２を含むことができる。窓アセンブリは、センサの一部分がパネルの１つの層上に位置することができ、且つセンサの別の部分が窓の第２の層上で第１の部分に重なるように、多層ポリカーボネート・パネルなどのプラスチック・パネルを含むことができる。センサは、抵抗又は容量センサとすることができ、温度や水分などの１つ若しくは複数の環境条件の変化を検出するように構成することができる。さらに、センサは、該センサに基づいて様々な車両サブシステムを制御するように構成された制御装置１１６、２１６と電気通信していてよい。

Description

本発明は、一般に、車両の窓の上の環境変化を感知するシステムに関する。

温度センサなどの環境センサは、通常、車両の個室内に据え付けられる。これが実施されるのは、センサが通常は車両の美観と調和せず、また、各車両の外観に共形となるセンサの設計が追加コストや在庫を必要とし、きわめて望ましくない製造上の問題をもたらすという理由からである。しかし、乗員の個室内にセンサを据え付けると、それらセンサの性能及び精度に影響を与える虞がある。

市販のセンサを車両の美観と調和しないものにする１つの側面は、センサを車両に取り付けるために必要な据付台（ｍｏｕｎｔｉｎｇ）である。さらに、商業的に生産されるセンサの電気接続のスペース要件及び完全性は、過酷な自動車環境には十分でないことがある。

以上に鑑みて、窓の上の環境変化を感知する改良されたシステムが必要であることが明らかである。

前述の必要を満たし、さらに関連分野の列挙された欠点及び他の限界を克服する際に、本発明は、車両の窓の上の環境変化を感知するシステムを提供する。

システムは、窓アセンブリに一体化された、環境変化を感知するように構成されたセンサを含む。センサは、窓アセンブリの透明なグレージング・パネル（ｇｌａｚｉｎｇ ｐａｎｅｌ）に印刷された導電性インクを含むことができる。グレージング・パネルは、単層又は多層のプラスチック（ポリカーボネート若しくは他の適切な材料）とすることができる。センサは、抵抗又は容量センサを含むことができ、これだけに限るものではないが、温度や水分など、１つ若しくは複数の環境条件の変化を検出するように構成することができる。車両へと組み立てられたときには、センサは、該センサの出力に基づいて、車両窓ワイパー、車両霜取り装置、車両気候制御サブシステムなど、様々な車両サブシステムを制御するように構成された制御装置と電気通信する。

本発明の他の態様では、センサは、１つ若しくは複数の環境条件の変化を検出するように構成された抵抗／容量センサ（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ−ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｓｅｎｓｏｒ）とすることができる。したがって、抵抗要素及び容量要素が、時定数を形成する並列電気接続で配置される。制御装置は、時定数の変化を検出して、センサの得られる抵抗又は容量変化に基づいた１つ若しくは複数の環境条件の変化を解釈することができる。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は、本明細書の一部を成す本明細書添付の諸図面及び特許請求の範囲に即して以下の説明を検討すれば、当業者には容易に明らかとなる。

ここで図１を参照すると、本発明の原理を具体化するシステムが図に示され、１０で指定されている。システム１０は、窓アセンブリ１４のグレージング・パネルと一体化された、制御装置１６と電気通信するセンサ１２を含む。センサ１２は、温度センサ、水分センサ、又は窓１４上の環境変化を検出する他のセンサとすることができる。したがって、センサ１２は、１つ若しくは複数の環境変化に応答して制御装置１６によって検出できる、抵抗、容量、又は他の電気的特性の変化を生み出すことができる。

窓アセンブリ１４は、一般的な透明ガラス・パネルを含むことができる。ただし、好ましくは窓アセンブリ１４は、透明プラスチック・パネル、例えば、ポリカーボネート・パネルを含む。それゆえに、センサ１２は、公知の技術と、当業界でガラス若しくはプラスチック・パネルに適用されることで知られているような導電性インク若しくは導電性ポリマーとを使用して、パネルに印刷又は適用することができる。特定の用途に基づいて様々な材料を使用することができる。導電性インクの一例としては、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、スズ、ケイ素、又は同種のものの混合物及び合金の顔料を含む、金属顔料インクが含まれる。導電性ポリマーの例としては、これだけに限るものではないが、ポリアニリン及びポリチオフェン（すなわち、Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標）ポリマー、Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ ＧｍｂＨ、ドイツ）が含まれる。

他の材料としては、導電性フィルムを含めることができる。導電性フィルムは、これだけに限るものではないが、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム・ドープされた酸化亜鉛（ＩＺＯ）、及びアルミニウム・ドープされた酸化亜鉛を含むことができる。導電性フィルムは、これだけに限るものではないが、プラズマ化学気相成長、イオン・アシスト・プラズマ蒸着、マグネトロン・スパッタリング、電子ビーム蒸着、イオン・ビーム・スパッタリングなどの真空蒸着プロセスを含めた当業者に公知のいずれか適切な技術によって、透明パネルに適用することができる。さらに、本明細書で後述する、トレース（ｔｒａｃｅｓ）、パッド、抵抗要素、又は容量要素は、そのような導電性顔料インク、導電性ポリマー、若しくは導電性フィルムから形成することができる。

窓アセンブリは、パネルにインクを印刷することによって又は２ショット成型プロセスを用いて得られるフレームなど、不透明な領域をさらに含むことができる。他の不透明領域は、フェードアウト・ドットやロゴなどを含むことができる。２ショット成型プロセスでは、プラスチック樹脂の不透明な第２のショットは、樹脂の透明な第１のショットに類似した、又は第１のショットとは異なるプラスチック樹脂組成物とすることができる。透明樹脂は、パネルに所望の色を付けるために着色剤などの添加物をさらに含むことができる。

制御装置１６は、センサ１２に電流又は電圧信号を提供する。窓アセンブリ１４に近接した環境条件が変化すると、制御装置１６によって提供される駆動信号に影響を及ぼす電気的特性の変化がセンサ１２で起こる。次いで、センサ１２における電気的特性の変化を引き起こした特定の環境変化を決定するために、制御装置１６は駆動信号に対する効果を解釈する。

制御装置１６は、環境変化に関する情報を使用して、他の車両サブシステムを制御することができる。例えば、センサ１２が水分センサである場合、制御装置１６は、該センサ１２に基づいて、ワイパーを作動させる、ワイパーの速度を増加させる、又はワイパーの速度を減少させるように、ウインドシールド・ワイパー・システム１８を制御することができる。類似の一実施例では、制御装置１６を、車両霜取り装置サブシステム２０を制御するために使用することができる。したがって、センサ１２は、水分センサ若しくは温度センサ、又はそれら両方とすることができる。それゆえに、制御装置１６は、センサ１２に基づいて、窓１４に結合された霜取り装置を作動させる、霜取りを増加させる、又は霜取りを減少させることができる。

他の実施例では、制御装置１６は、気候制御サブシステム２２と電気通信している。前述の諸実施例と同様に、制御装置１６は、センサ１２に基づいて、気候制御システムを作動させる、加熱若しくは冷却を増加させる、加熱若しくは冷却を減少させる、又は他の気候変化を起こすことができる。さらに、制御装置１６は、サスペンション・システム、アンチロック・ブレーキ・システム、安全システム（エアバッグ、乗客拘束装置、その他）など、車両制御システム２４と通信していてよい。それゆえに、制御装置１６は、センサ１２によって検出される環境変化に基づいて、これだけに限るものではないが、前述の変形すべてを含めた車両制御システム２４を制御するように構成することができる。

ここで図２を参照すると、センサ１１２は、図では抵抗温度センサとして示されている。センサ１１２は、窓アセンブリ１１４のグレージング・パネルの表面に適用される。センサ１１２は、窓アセンブリ１１４の露出した表面に印刷されてもよく、又は、例えば多層ポリカーボネート・パネルの場合、メイン・パネルに適用された１つ若しくは複数の保護層の下の、窓アセンブリ１１４の２つの層の間に印刷されてもよい。制御装置１１６は、やはり導電性インク製の、第１のトレース１３０と電気接続している。トレース１３０は、窓アセンブリ１１４及びセンサ１１２における温度変化に基づいて抵抗を変化するように構成された導電性材料製の、抵抗要素１３４の第１の側部に制御装置１１６を接続する。トレースと同様に、抵抗要素１３４は、導電性インク製とすることができ、また、以上で提案されたように窓アセンブリ１１４の表面に印刷することができる。それゆえに、第２のトレース１３２は、要素１３４の第２の側部を制御装置１１６に接続して回路を完成させる。したがって、制御装置１１６は、トレース１３０に沿って進み、要素１３４を通り、トレース１３２を通って制御装置１１６へと戻る駆動信号を提供する。要素１３４によって引き起こされる駆動信号（電圧若しくは電流）の変化を測定することによって、制御装置１１６は、センサ１１２及び窓アセンブリ１１４の周囲の環境の温度又は温度変化を決定することができる。

ここで図３を参照すると、センサ２１２は、容量センサとして示されている。トレース２３０及び２３２は、制御装置２１６をセンサ２１２に電気的に接続するために設けられており、前述したのと同じ変形を有する。センサ２１２は、第１のパッド２４０と第２のパッド２４２とを含む。第１及び第２のパッド２４０、２４２は、ポリカーボネート・パネルなどの窓アセンブリ２１４の表面上に、互いに隣接して配置することができる。さらに、多層ポリカーボネート・パネルの場合、パッド２４０及び２４２は、別個の層上に配置することができ、より大きな容量表面積を提供し、それによってセンサ２１２の感度を高めるために、さらに重ね合わせることもできる。それゆえに、第１のトレース２３０は、第１のパッド２４０に接続され、第２のトレース２３２は、第２のパッド２４２に接続される。したがって、制御装置２１６は、トレース２３０に沿って進み、第１及び第２のパッド２４０、２４２によって形成された容量要素を通り、トレース２３２を通って戻る駆動信号を提供する。センサ２１２及び窓アセンブリ２１４の周囲の環境変化を検出且つ解釈するために、第１のパッド２４０と第２のパッド２４２と間の電圧又は電流の変化を測定するように、制御装置２１６は構成される。

ここで図４を参照すると、容量センサの他の実施例が与えられている。トレース３３０及び３３２は、制御装置３１６をセンサ３１２に電気的に接続するために設けられており、前述したのと同じ変形を有する。センサ３１２は、交互トレースの対合パターン３５４を形成する、第１の一連のトレース３５０と、第２の一連のトレース３５２とを含む。第１及び第２の一連のトレース３５０、３５２は、前述のように、窓アセンブリ３１４の表面上に配置することができる。さらに、第１の一連のトレース３５０を第２の一連のトレース３５２とは別個の層上に配置でき、それによって２つの一連のトレース３５０と３５２との間に絶縁をもたらすように、窓アセンブリ３１４は多層ポリカーボネート・パネルとすることができる。さらに、第１及び第２の一連のトレース３５０、３５２は、ポリカーボネート・パネルの別個の層上に配置される場合、容量効果を改善するために重なり合うことができる。前述の実施例と同様に、センサ３１２及び窓アセンブリ３１４の周囲の環境条件及び任意の変化を検出且つ解釈するために、対合パターン３５４間、より具体的には第１の一連のトレース３５０と第２の一連のトレース３５２との間の電圧又は電流の変化を測定するように、制御装置３１６は構成される。

ここで図５を参照すると、容量センサの他の実施例が与えられている。トレース４３０及び４３２は、制御装置４１６をセンサ４１２に電気的に接続するために設けられており、前述したのと同じ変形を有する。センサ４１２は、窓アセンブリ４１４上で互いに近接して平行に配置された第１のトレース４６０と第２のトレース４６２とを含む。さらに、第１及び第２のトレース４６０、４６２を窓アセンブリ４１４の別個の層上に配置でき、それによって第１のトレース４６０と第２のトレース４６２との間に絶縁をもたらすように、窓アセンブリ４１４は多層ポリカーボネート・パネルである。このような構造では、第１及び第２のトレース４６０、４６２は、重なり合うことができ、それによって窓を通じた視界を改善し、容量表面積を増大させて容量効果を改善する。この場合もやはり、センサ４１２及び窓アセンブリ４１４の周囲の環境変化を検出且つ解釈するために、第１のトレース４６０と第２のトレース４６２との間の電圧又は電流の変化を測定するように制御装置４１６は構成される。

ここで図６を参照すると、さらに他の容量センサが与えられている。トレース５３０及び５３２は、制御装置５１６を窓アセンブリ５１４上のセンサ５１２に電気的に接続するために設けられており、前述したのと同じ変形を有する。センサ５１２は、らせんパターン５７０を形成する、第１のトレース５７２と第２のトレース５７４とを含む。らせんパターン５７０全体を通じて、第１及び第２のトレース５７２、５７４は、ほぼ等距離の間隔をあけて維持することもでき、又はらせんパターン５７０の幾何学形状に基づいた様々な距離を有することもできる。らせんパターン５７０は、卵形、又は円形にさえすることができ、それによって窓アセンブリ５１４上に改善された容量及び縮小されたパターン・サイズをもたらす。前述のように、第１及び第２のトレース５７２、５７４は、窓アセンブリ５１４の別個の層上に配置することができ、また互いに重なり合うことができる。前述の諸実施例と同様に、環境条件又はそれら環境条件の変化を検出するために、第１のトレース５７２と第２のトレース５７４との間の容量の変化を測定するように、制御装置５１６は構成される。

ここで図７を参照すると、抵抗／容量回路が備えられている。トレース６３０及び６３２は、制御装置６１６を窓アセンブリ６１４上のセンサ６１２に電気的に接続するために設けられており、前述したのと同じ変形を有する。センサ６１２は、抵抗要素６８２と容量要素６８０とを含む。明確にするために、抵抗要素６８２及び容量要素６８０は、模式的な形態で示されている。さらに、抵抗要素６８２及び容量要素６８０は、電気的に並列な接続で設けられている。したがって、抵抗要素６８２及び容量要素６８０は、単一の環境パラメータ若しくは多数の環境パラメータに基づいて抵抗及び／又は容量特性を変化するように構成することができる。例えば、制御装置６１６は、抵抗要素６８２と容量要素６８０との組合せによって生成される時定数による影響を受けることのあるパルス状信号を提供することができる。それゆえに、制御装置６１６は、時定数の変化を感知して、環境条件又は環境条件の変化を決定することができる。一実施例では、抵抗要素６８２は、温度に敏感なものとすることができ、他方、容量要素６８０は、一定（ｃｏｎｓｔａｎｔ）、又はやはり温度に敏感なものとすることができる。他の実施例では、抵抗要素６８２は、温度に敏感なものとすることができ、他方、容量要素６８０は、水分に敏感なものとすることができ、ゆえに、多数の環境条件、すなわち、この実施例では温度及び水分に対して変化する出力を提供する。したがって、センサ６１２によって感知された水分及び温度変化に関する情報を別々に引き出すために、信号に対する時定数の影響を制御装置６１６は解釈することができる。

ここで図８を参照すると、抵抗／容量センサ７１２の他の実施例が与えられている。トレース７３０及び７３２は、制御装置７１６を窓アセンブリ７１４上のセンサ７１２に電気的に接続するために設けられており、前述したのと同じ変形を有する。センサ７１２は、第２の一連のトレース７９２と対合する第１の一連のトレース７９０を含んでおり、それによって容量要素を提供する。さらに、抵抗要素７９８が、第１の一連のトレース７９０の第１の部分７９４と、第２の一連のトレース７９２の第２の部分７９６との間に取り付けられている。したがって、第１及び第２の一連のトレース７９０、７９２は、抵抗要素７９８とともに、図７に関して大まかに前述した抵抗／容量センサを形成する。さらに、第１及び第２の一連のトレース７９０、７９２によって形成される対合パターンは、概ね円形の形状を有しており、第１及び第２の一連のトレース７９０、７９２は、センサ７１２の容量効果を高めるために、相互嵌合リング（ｉｎｔｅｒｆｉｔｔｉｎｇ ｒｉｎｇｓ）、例えば、交互同心リング（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ ｒｉｎｇｓ）を形成する。

ここで図９を参照すると、駆動信号と、図７及び図８に関して述べたＲＣ時定数の影響とを示すグラフが与えられている。駆動信号８１０は、制御装置１６から、例えばパルス幅変調器によって提供される。明らかに、駆動信号の周波数及びデューティ・サイクルは、用途に基づいて変えることができる。高周波の駆動信号を使用すると、制御装置１６とセンサ１２との間のより容易な導電率適合をもたらすことができ、またセンサ１２の容量性を高めることができる。しかし、駆動信号８１０の周波数を低減すると、得られる信号８１２のサンプリング増加が可能となり、また、環境変化に対応する容量及び抵抗変化を決定する際の分解能の増大をもたらすことができる。諸図に見られるように、得られる信号８１２は、駆動信号８１０に対応する周波数及びデューティ・サイクルをもつ波形を有する。しかし、センサ１２の抵抗及び容量要素によって形成されるＲＣ時定数は、センサ１２の抵抗及び容量電気的パラメータに基づいて概ね鋸歯状の波を作り出す。したがって、鋸歯波形の上昇曲線部分及び下降曲線部分の形状は、センサ１２における得られる抵抗及び容量変化にしたがって、センサ１２及び窓１４の周りの環境パラメータの変化に基づいて曲率が変化する。

当業者には容易に理解されるように、以上の説明は、本発明の原理を実装する一例として意図されている。この説明は、冒頭の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨から逸脱することなく、本発明に修正、変形、及び変更が可能であるという点で、本発明の範囲又は用途を制限しようとするものではない。

本発明の一実施例による窓の上の環境変化を感知するシステムの略図である。 窓の上の環境変化を感知する抵抗システムの略図である。 窓の上の環境変化を感知する容量システムの略図である。 窓の上の環境変化を感知する他の容量システムの略図である。 窓の上の環境変化を感知する他の容量システムの略図である。 窓の上の環境変化を感知する他の容量システムの略図である。 窓の上の環境変化を感知する抵抗／容量（ＲＣ）システムの略図である。 窓の上の環境変化を感知する他のＲＣシステムの略図である。 窓の上の環境変化を感知するＲＣシステムの入出力信号を示すグラフである。

Claims (23)

1. 車両用の窓アセンブリであって、
   前記車両の透明パネルと、
   前記パネル上に一体化された、環境変化を感知するように構成されたセンサとを含む窓アセンブリ。
2. 前記センサが、前記窓に印刷された導電性インクを含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
3. 前記センサが導電性フィルムを含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
4. 前記センサが導電性ポリマーを含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
5. 前記透明パネルがガラス・パネルを含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
6. 前記透明パネルがプラスチック・パネルを含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
7. 前記プラスチック・パネルがポリカーボネート・パネルを含む、請求項６に記載の窓アセンブリ。
8. 前記プラスチック・パネルが多層プラスチック・パネルを含んでおり、前記センサの第１の部分が前記多層プラスチック・パネルの第１の層上に位置し、前記センサの第２の部分が前記多層プラスチック・パネルの第２の層上に位置する、請求項６に記載の窓アセンブリ。
9. 前記センサが温度センサを含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
10. 前記センサが水分センサを含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
11. 前記センサが前記環境変化に基づいて抵抗を変化するように構成される、請求項１に記載の窓アセンブリ。
12. 前記センサと電気通信し、かつ前記センサに基づいて車両窓ワイパーを制御するように構成された制御装置をさらに含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
13. 前記センサと電気通信し、かつ前記センサに基づいて車両霜取り装置を制御するように構成された制御装置をさらに含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
14. 前記センサと電気通信し、かつ前記センサに基づいて車両気候制御サブシステムを制御するように構成された制御装置をさらに含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
15. 前記センサが容量センサを含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
16. 前記センサが第１及び第２のトレースを含んでおり、各トレースがパッドと電気通信しており、前記パッドが前記トレースの幅よりも大きな幅を有する、請求項１に記載の窓アセンブリ。
17. 前記センサが、相互嵌合パターンの複数のトレースを含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
18. 前記センサが、らせんパターンに形成されたトレースを含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
19. 前記センサが抵抗／容量要素を含む、請求項１に記載の窓アセンブリ。
20. 前記抵抗／容量要素が、並列電気接続している、請求項１９に記載の窓アセンブリ。
21. 前記抵抗／容量要素が、時定数を形成し、前記時定数に基づいて駆動信号に影響を与えるように構成される、請求項２０に記載の窓アセンブリ。
22. 前記時定数が、環境変化に基づいて変化するように構成される、請求項２１に記載の窓アセンブリ。
23. 環境条件の変化を検出するために時定数の変化を感知するように構成された制御装置をさらに含む、請求項２２に記載の窓アセンブリ。

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