JPH06511561A - 容量性水滴センサ - 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】 容量性水滴センサ 発明の分野 本発明は容量性水滴センサに関する。

λ肌葛１１ 窓を閉めたりコンバーチプル型の屋根をがけたりするために家屋や乗物にて使用 される従来の水滴センサの多くは、互いに離れて配置された１対の電気ワイヤを 使用している。

このワイヤは、降雨によりワイヤ間が橋絡したときに、ワイヤ間の抵抗値がおよ そ１９ＭΩがら３ＭΩに減少するものである。水滴は、例えば露、雪、みぞれ、 あられなど気象条件、すなわち結果として導体を橋絡する水となるあらゆる形態 の水を指すものである。１９ＭΩがら３ＭΩへの減少は、水滴か存在する証拠と して検出される。しがしながら、上記装置は、電気的にノイズが多く、低感度で あり、特に例えばデザインが優れた自動車の滑らかな輪郭に組み込まれた場合、 多くは美的ではない。また、上記装置は、通常高電圧を要し、導体及びリード線 の露出によって気象条件による腐食に対して傷を受け易く、装置の寿命を短くし ている。ＩＶから２０Ｖまでの範囲の高電圧が用いられる場合、腐食は特に加速 される。

発明の概要 本発明の第１の目的は、水滴センサを改良することである。

本発明の第２の目的は、水滴の存在を検出する電気的容量への影響を検出する水 滴センサを提供することである。

本発明の第３の目的は、簡単で、信頼性を有し、正確で高感度の水滴センサを提 供することである。

本発明の第４の目的は、小型で、フンバクトであり、装着が容易で、突起のない 水滴センサを提供することである。

本発明の第５の目的は、電極及び他の腐食され易い部品の露出を最小にした水滴 センサを提供することである。

本発明の第６の目的は、安全で長寿命を有し低電圧で駆動する水滴センサを提供 することである。

本発明による簡単で効率の良い水滴センサは、絶縁体の外面に互いに距離を介し て配置された複数の容量性センサ導体と絶縁体の内面の１対の電極とを有する検 出コンデンサを用いて形成される。また、水滴か２つの容量性センサ導体を橋絡 したときに電極に供給される周期的電流に反映される容量の変化を検出する手段 を有する。汚染やドリフトによるセンサの劣化防止は、第２リフアレンスコンデ ンサを使用するとこと、両方のコンデンサに供給された周期的電流の位相差を水 滴による容量の変化として検出することによって行われる。

容量性水滴センサは、絶縁手段と、周囲に曝すために絶縁手段に互いに距離を介 して取り付けられた複数の容量性センサ導体を有する検出コンデンサを含む容量 手段とを含む。容量手段は、さらに容量性センサ導体から離れた絶縁手段に取り 付けられた第１及び第２電極を有する。さらに、第１及び第２電極間を流れる周 期的入力端子を供給する手段と、容量性センサ導体の少なくとも２つを橋絡する 水滴を表す第１及び第２電極間の容量の変化を検出する手段とを有する。

好ましい実施例において、絶縁手段は、プリント回路基板またはガラス製部材と することができる。ガラス製部材は窓であったり、窓は乗物の一部であっても良 い。また、ガラス製部材はサンルーフでも良い。絶縁手段は、気象条件に曝され る外面と、気象条件から遮断（シールド）された内面とを有する。容量性センサ 導体は、曝された外面上にあり、第１及び第２電極は遮蔽された内面に接してい る。

容量手段は、容量性センサ導体近傍の絶縁手段に互いに距離を介して取り付けら れた複数の容量性リファレンス導体を含むリファレンスコンデンサをさらに含ん でも良い。リファレンスコンデンサは、容量性リファレンス導体から離れた絶縁 手段に取り付けられた第３及び第４電極を含む。

サラニ、容量性リファレンスコンデンサを気象条件から遮断（シールド）する被 覆手段を有する。周期的電流を供給する手段は、第１及び第２電極と同様に第３ 及び第４電極に周期的電流を供給する。検出手段は、容量性センサ導体の少なく とも２つを橋絡させる水滴を示す位相差を測定するために、第１及び第２電極と 第３及び第４電極とに供給された周期的電流に応答する位相検出器を含む。リフ ァレンスコンデンサは、検出コンデンサと同様に間隔を開けて配置された複数の 容量性リファレンス導体を含む。容量手段は、自動車のエンブレムやアンテナベ ースまたは所望の場所に組み込むことかできる。

図面の簡単な説明 本発明の目的、特徴及び効果は、以下の好ましい実施例の記載及び添付図面に基 づいて当業者においては理解されることであろう。

図１は、本発明による水滴センサの分解斜視図である。

図２は、図１の検出コンデンサにおいて水滴が無いときの状態を示す等何回路で ある。

図３は、水滴が存在するときの図２と同様な等価回路図である。

図４は、水滴が存在する場合及び水滴のない場合の図１に示すリファレンスコン デンサの等価回路図である。

図５は、降雨がない時に検出コンデンサ及びリファレンスコンデンサによって生 成される波形の位相差を示すグラフである。

図６は、水滴が存在する場合の図５と同様なグラフである。

図７は、容量検出器及び交流電源を備えた本発明による水滴センサを示す構成図 である。

図８は、自動車における本発明による水滴センサの様々な配置を示す上面図であ る。

図９は、サンルーフの様々な部品における本発明による水滴センサの可能な配置 を示す図８と同様な上面図である。

図１０Ａ−Ｄは、図１０Ａはアンテナベース、図１０Ｂ−りは様々な自動車のエ ンブレムに組み込まれた本発明による水滴センサを示す図である。

本発明は、検出コンデンサを含む水滴センサによって達成される。検出コンデン サは、水滴に曝される可能性を有する面の上に互いに間隔を介して配置された複 数の容量性検出導体を有する。これらの導体は、１対の電極を有し且つ水滴から は完全に保護されている、または遮蔽（シールド）されている面と反対側の面の 絶縁体に取り付けられている。これらの電極は、例えば交流電源などの周期的電 流の供給源に接続されている。従って、水滴が生じて少なくとも２つの導体を橋 絡したとき、検出コンデンサの容量は変化し、この変化は水滴が存在する徴候と して検出される。

絶縁体の多くはプラスチック製またはガラス製である。例えば、導体は従来のプ リント回路基板の上に形成することができる。絶縁体には、自動車のガラス製の 窓やサンルーフなどのガラスも含まれている。水滴センサは様々な場合に用いる ことができる。効果としては、露出させる必要のある部分は容量性センサ導体の みであることであり、さらに導体間の電圧が小さいので導体が過度に腐食される ことはないことである。一方、電極及び電気的な接続は、水滴が生成される環境 からはシールドされている。電流値１ｍＡから１００ｍＡ、　周波数１００Ｈｚ から１００ｋＨｚ。

及び電圧１ｖから２０Ｖまでの交流電流がシステムを起動するために用いられる 。導体の多くは、全長が２．５４ｃｍ（１インチ）から１２．７ｃｍ（５インチ ）であり、２゜５４ｃｍ（１インチ）から１２．　７ｃｍ（５インチ）間隔毎に 配置されている。電極間の絶縁体の厚みは０．１６ｃｍ（１／１６インチ）から ０．６３５インチ（１／４インチ）までの範囲内にある。容量性センサ導体と電 極との間の絶縁体は、厚みが０．２５４ｃｍ（１／１０インチ）から１．２７ｃ ｍ（１／２インチ）のガラスに、厚みが０゜２５４ｃｍ（１／１０インチ）から ０．６３５ｃｍ（１／４インチ）の回路基板が加えられたものである。

第２リフアレンスコンデンサを同一の回路基板に形成することができる。しかし 、第２リフアレンスコンデンサは、全体に亘ってカバーにて被覆されているので 、水滴に曝されることはない。第１電極対近傍の第２電極対も絶縁手段の内面に 位置する。第２電極対は、リファレンスコンデンサの容量をモニタするために用 いられる。このように、２つのコンデンサの電流の間に生じた位相差を、検出コ ンデンサでの水滴の存在を指摘するために用いることができる。

一方、同時に測定値を歪める汚染物質や環境条件を、リファレンスコンデンサか 近接して有することによって、補償することができる。

図１に本発明による水滴センサ１ｏを示す。この水滴センサ１０は、回路基板１ ６に互いに間隔を開けて配置された複数の容量性センサ導体１４を有する検出コ ンデンサ１２を含む。回路基板１６は、１一枚のガラス製または他の絶縁性媒体 ２２の外面２０に両面テープや接着剤１８によって固着されている。テープや接 着剤からなる第２層２４が、リード線３０．３２を有する検出用電極２６．２８ を絶縁体２２の底面３４に固着するために用いられている。リファレンスコンデ ンサ４０は、互いに間隔を開けて配置され且つ導体１４と類似した複数の容量性 リファレンス導体４２を有する。リファレンス導体４２は、テープや接着剤１８ を用いて、絶縁体２２の外面２０に導体１４と同様な方法で、異なる基板または 同一の基板１６に取り付けられている。カバー４１が、プラスチック部材または 水分を浸透しない他の部材にて形成され、リファレンスコンデンサ４０に接着剤 なとによって確実に締着されている。故に、導体４２は、カバー４１によって水 滴や他の気象条件がらシールドされている。リード線４８．５０を有する第２電 極対４４．４６が、テープ１８と同じテープや接着剤２４にて絶縁体２２の水滴 シールド及び気象シールド面３４に取り付けられている。

図２に示すようにコンデンサ１２に水滴のない場合、コンデンサ１２には、入力 端子５２．５４に印加される１から２０Ｖまでの方形波５１が給電される。ＩＫ ΩからＩＭΩまでの抵抗値を有する抵抗５６か、０．００１μＦから２０μＦの 容量を有する検出コンデンサ１２とともにＲＣ回路に組み込まれている。図３に 示すように水滴が存在する場合、２つまたはそれ以上の導体１４間を短絡したり 橋絡する雨滴６０の存在により、容量が０．００１μＦから２０μＦから若干変 化する。容量の変化は出力端子５８゜５９にて検出される。

対照的に、リファレンスコンデンサ４０には、入力端子６２．６４から同一の方 形波５１が同一振幅にて入力される。リファレンスコンデンサ４０は、抵抗５６ と同一の抵抗値を有する抵抗６６を用いている。しかしながら、リファレンスコ ンデンサ４０は、カバー４１によって覆われているので水滴か付着することはな い。コンデンサ４０の容量は出力端子６８．７０にて検出される。

通常の雨や水滴のない状態での結果を図５に示す。図５において、コンデンサ１ ２からの端子５８．５９における出力は波形８０によって示され、リファレンス コンデ、ンサ４０からの出力信号は波形８２によって示されている。水滴の無い 状態では、２つの波形の間には僅かな位相差が生じるのみである。対照的に、図 ６に示すように、雨や水滴か存在する場合、位相差は顕著に増大する。特に、図 ５に示す雨の無い状態では、検出コンデンサ１２からの信号８０はリファレンス コンデンサ４０の波形８２に先行する。

雨の時は、図６に示すように、リファレンスコンデンサ４０の波形８２は検出コ ンデンサ１２の波形８０に先行する。

このように、水滴か存在する場合、明白で、信頼性を有し、且つ正確な測定を行 うことができる。

図７に示す水滴センサ１０は、交流電源９０による入力波５１が給電されて起動 される。検出コンデンサ１２のみが使用されて信号３０．３２のみが供給される 場合、容量検出器９２は、容量を測定するアナログコンパレータまたはタイマを 備えたコンパレータである。リファレンスコンデンサ４０も用いられて信号４８ ．５０が存在する場合は、容量検出器９２は、電圧コンパレータタイマ及びＲＣ 回路から構成されるタイマを備えたコンパレータなどの位相検出器である。本発 明による水滴センサは、図８に示すように自動車の様々な場所に配置することが できる。ガラス製の窓が用いられる場合、絶縁体は不要となる。しかしながら、 自動車の車体の他の部品が用いられる場合、もちろん絶縁体は必要である。

都合の良いことに、図９に示すように、水滴センサ１０は、サンルーフ１１６の トリムリング１１０や、フレーム１１２の低い位置、または可動のルーフパネル １１４に配置することができる。

美観上の理由から、水滴センサ１０は、図１０Ａ−Ｄに示すように、特定の自動 車のエンブレムやロゴ内に、または伸縮自在なアンテナベースの上に備えること が望ましい。

図１０　Ａ、　−Ｄにおいて、間隔を開けて配置される導体１４ａは、図１０Ａ においてはアンテナベースの表面に、図１０Ｂにおいてはフォードのエンブレム に、図１０Ｃにおいてはメルセデスのエンブレムに、図１０Ｄにおいてはボンテ ィアツクのエンブレムに現れている。

本発明の特定の特徴か図面に示されているか、各特徴は本発明による適宜の特徴 と組み合わせられているので、これは便宜的なものである。

当業者においては、請求項に基づいて様々な実施例が導出される。

図１ 図５　図６ 図７ 図８ 図９ 手続補正書 １、事件の表示　ＰＣＴ／ＵＳ９３１０９２０８平成６年特許願第５０９２５１ 号 ２、発明の名称　容量性水滴センサ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　アメリカ合衆国　マサチューセッツ州　０１８７９テイングズボロ　ユ ニット　８ インダストリアルウェイ　１ 名称　プロスペクツ　コーポレーション４、代理人 住　所　〒１０４東京都中央区銀座３丁目１０番９号５、補正命令の日付　自発 ８、補正の内容　別紙添付の通り ［特許請求の範囲 １、　絶縁体と、 環境に曝すために前記絶縁体但間隔を開けて取り付けられな容量性センサ導体棒 と、 前記第１及び第２電極に電流を供給するとともに前記容量性センサ導体９７つを 橋絡する水滴を表す前記第１及び第２電極間の容量の変化を検出するムヌ但接杭 Ｎれ六回路とを有することを特徴とする容量性水滴センサ。

２、　前記絶縁体はガラス製部材）名（ｉことを特徴とする請求項１記載の容量 性水滴センサ。

３　前記ガラス製部材は乗物の窓ガ乏２であることを特徴とする請求項２記載の 容量性水滴センサ。

４、　前記絶縁体はプリント回路基板を含むことを特徴とする請求項１記載の容 量性水滴センサ。

とを特徴とする請求項１記載の容量性水滴センサ。

６　前記第１及び第２電極は遮蔽された前記内面に接することを特徴とする請求 項１記載の容量性水滴センサ。

７、前記容量性センサ導体近傍の前記絶縁体但間隔を開けて取り付けられに容量 性リファレンス導体を含むリファレンスコンデンサと、前記容量性リファレンス 導体から離れた前記絶縁体に取り付けられた第３及び第４電極と、前記容量性リ ファレンス導体を気象条件から遮蔽（シールド）するｉｔ＜ことをさらに有す灸 ことを特徴とする請求項１記載の容量性水滴センサ。

８、　前記回路は、前記第３及び第４電極１流を供給することを特徴とする請求 項７記載の容量性水滴センサ。

９、　前記回路は、前記第↓及び箪λ電極上「５１第３　び第４″　とに共給さ れた前記電流に反応し且つ寸記′Ｎ量性センサ導イの２つを　する水滴を　す相 差を測定する位相検出器を含むことを特徴とする請求項８記載の容量性水滴セン サ。

１０、前記ガラス１゜　はサンルーフであることを特徴とする請求項７記載の容 量性水滴センサ。

１１、　リファレンスコンデンサをさらに有することを特徴とする請求項↓記載 の容量性水滴センサ。

ｆｕ位相検出器を含むことを特徴とする請求項１↓記載の容量性水滴センサ。

１溢、　前記ｍユ之デ＞９は自動車のアンテナベースに組み込まれていることを 特徴とする請求項１記載の容量性水滴センサ。

１４、前記検出コンデンサは自動車のエンブレムに組み込まれていることを特徴 とする請求項１記載の容量性水滴センサ。

１６、″ｌ　に　リ・けられたリファレンスコンデンサをさらに　し量性センサ 　を　る　コンデンサ　Ｔｇｏ　センサ　゛　の″″１ｆ−ｐ＋；、！１ｊニー 囮、、間＋４　をＪ工＝１ｙＩ？−ａ−イｔｔｔ　’＋ｈｊ：ｍｉｔｏｇｆｔｕ 　＋Ｊ　７−＝ｂｋ；、−１４（＊fＬ＠ｂ 電極（、− 釦′ｉ７．＞−こと特徴上す奏容量性丞適欠ス九−−１−８，前起玲岨毛戊（４ ）朋起第ｊ返び」Ａ実極Ｕ周期拍ｊ流全供給することを特徴とする諺玉項１７記 載の容量性丞輝欠２す。

↓旦−−助起検出手段株、前記第１及び第２電極上１庸ツＵ見灯ｅΔ■キ供拾Δ れム肘杷周斯的電流長メ応諌且つ１丁１ｍヤセンサ１ψ知４（５辷Ｌλ２（椙節 す不水適）表す位相羞）測定す蚤位桓検坦器炙含も≦処ｌ」昇順ト釘蚕逍求項１ 冬記載の容量七ブ■ｌｚど九− ２０、環境に曝される外面と前記環境から遮蔽される内面とを有する基板と、重 −記基板の前記内面に互いに距離を開けて取り・けられた２つのコンデンサ電塗 唄走ユニ画寅立熟不検世ユ２デ２ｙ上〜水滴枠よｍによって−ｇコンデンサの６ 量を・　せしめるようにゴ゛５コンデ２す篤　に交して配　され且つ″ｉ５　の 寸！　に　リ・けられて寸！１■」される互いに　日記　されたセンサ　の小な 　と−Ａ２立を有し、 水滴は、供給された電流による前記コンデンサ電極間の０量のモニタによって槍 世虜力擾；（（透ｌ涙Ｊ訃り９組を水散す２竺え２１、互いに　。配　された２ 　のリファレンスコンデンサ　ｌ二よユテ画定され且つ１言１４コンデンサの　 に配　されるリファレンスコンデンサと水滴による　が生じた場合には［″リフ ァレンスコンデンサの′量を゛　せＵ吟（よテ量動ビグスニリ各ユ４私イ太叩飯 量仇り」ｎ紀像肛２２デ２竺ｐ誘２ン狂−」那引灸出コンデンツ及ρ１１遣己リ フアレがｐ−斗−ｉつ）６雪Ｍ：＋ｔ’ｔ＋γ（１不轡袷月社介すη５１年■号 ！！２１ｍｍ２廊、−ニブ二へ（す）■己？９１（ト９λグ≧９１≦−シー１と ンし１λ杢ミＢｌ影）づ−３シｌに４i ２４、煎紀基仮ぶ■竹チ侶ＮガラＺＡｙ頃！４；す４１月掌とするＢｉｇ項３表 １弾の″″量外性水滴セン サ］−−１川用１趨大乗物のサンノにニフ予・らなるこ火を１１ＩＪ訃４逍求項 λ旦記載９容ｌ性渉表ｅごり力、」 フロントページの続き （７２）発明者　リー　ジエイムス　ニス。

アメリカ合衆国　マサチューセッツ州 ０１８５４　ローウェル　クローフォードストリート１１４ （７２）発明者　チャンク　クリ７　エル。

アメリカ合衆国　マサチューセッツ州 ０１８５４　ローウェル　クローフォードストリート　１１４

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．絶縁手段と、 環境に曝すために前記絶縁手段に互いに間隔を開けて取り付けられた複数の容量 性センサ導体を有する検出コンデンサを含む容量手段と、 前記容量性センサ導体から離れた前記絶縁手段に取り付けられた第１及び第２電 極と、 前記第１及び第２電極間に周期的入力電流を供給する手段と、 前記容量性センサ導体の少なくとも２つを橋絡する水滴を指摘する前記第１及び 第２電極間の容量の変化を検出する検出手段とを有することを特徴とする容量性 水滴センサ。
2. ２．前記絶縁手段はガラス製部材であることを特徴とする請求項１記載の容量性 水滴センサ。
3. ３．前記ガラス製部材は窓であることを特徴とする請求項２記載の容量性水滴セ ンサ。
4. ４．前記絶縁手段はプリント回路基板を含むことを特徴とする請求項１記載の容 量性水滴センサ。
5. ５．前記絶縁手段はガラス製部材を含むことを特徴とする請求項１記載の容量性 水滴センサ。
6. ６．前記絶縁手段は、気象条件に曝される外面と、前記気象条件から遮蔽（シー ルド）された内面とを有し、前記容量性センサ導体は、曝される前記外面に接し 、前記第１及び第２電極は遮蔽された前記内面に接することを特徴とする請求項 １記載の容量性水滴センサ。
7. ７．前記容量手段は、前記容量性センサ導体近傍の前記絶縁手段に互いに間隔を 開けて取り付けられた複数の容量性リファレンス導体を含むリファレンスコンデ ンサと、前記容量性リファレンス導体から離れた前記絶縁手段に取り付けられた 第３及び第４電極と、前記容量性リファレンス導体を気象条件から遮蔽（シール ド）する被覆手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の容量性水滴セ ンサ。
8. ８．周期的電流を供給する前記手段は、前記第３及び第４電極に周期的電流を供 給することを特徴とする請求項７記載の容量性水滴センサ。
9. ９．前記検出手段は、前記容量性センサ導体の少なくとも２つを橋絡する水滴を 指摘する位相差を測定するために、前記第１及び第２電極ならびに前記第３及び 第４電極に供給される前記周期的電流に反応する位相検出器を含むことを特徴と する請求項８記載の容量性水滴センサ。
10. １０．前記リファレンスコンデンサは、互いに間隔を開けて配置された複数の容 量性リファレンス導体を含むことを特徴とする請求項７記載の容量性水滴センサ 。
11. １１．前記ガラス製部材はサンルーフであることを特徴とする請求項２記載の容 量性水滴センサ。
12. １２．前記容量手段はさらにリファレンスコンデンサを含むことを特徴とする請 求項１記載の容量性水滴センサ。
13. １３．前記検出手段は、前記容量性センサ導体の少なくとも２つを橋絡する気象 状態を指摘する位相差を測定するために前記リファレンスコンデンサ及び前記検 出コンデンサに反応する位相検出器を含むことを特徴とする請求項１２記載の容 量性水滴センサ。
14. １４．前記容量手段は自動車のアンテナベースに組み込まれていることを特徴と する請求項１記載の容量性水滴センサ。
15. １５．前記容量手段は自動車のエンブレムに組み込まれていることを特徴とする 請求項１記載の容量性水滴センサ。