WO2008015251A1 - Detecteur de pluie capacitif - Google Patents

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WO2008015251A1
WO2008015251A1 PCT/EP2007/058002 EP2007058002W WO2008015251A1 WO 2008015251 A1 WO2008015251 A1 WO 2008015251A1 EP 2007058002 W EP2007058002 W EP 2007058002W WO 2008015251 A1 WO2008015251 A1 WO 2008015251A1
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capacitive
circuit
sheet
adhesive
glazing
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PCT/EP2007/058002
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Inventor
Yves Delatte
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Agc Flat Glass Europe Sa
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Definitions

  • the present invention relates to glazings comprising a rain sensor, and in particular those used on motor vehicles.
  • sensors to detect the presence of water on a glazing unit, for example to control an operation such as the starting of wipers for motor vehicles is usual.
  • the marketed sensors are of the type using the alteration of a light signal on the path of which are the drops of water to be detected.
  • the sensor comprises a transmitter and a receiver of the light signal constituted for example by a reflected ray.
  • the sensors operating on these optical signals when used in particular on automotive windows, have the disadvantage of leading to the presence on the glazing of non-transparent elements. Even miniaturized, the sensor covers about ten square centimeters. To minimize annoyance to the windshields, the sensor is usually hidden behind the interior rearview mirror. Even in this arrangement, the presence of the sensor on the windshield remains unsightly, at least seen from the outside.
  • Another type of sensor has been proposed previously, which implements a device in which the signal is generated by a variation of capacity.
  • An electrode assembly is disposed on the glazing.
  • This variation constitutes the signal generated by the sensor.
  • Provisions have been proposed, wherein the electrodes constituting the capacitive sensor are located on the face of the glazing not exposed to rain. In these embodiments the sensors usually have insufficient sensitivity. They have the further disadvantage of generating erroneous signals when the glazing is the object of fogging on the face carrying the sensor.
  • the electrodes between the glass sheets in the laminated glazings using, to form these electrodes, a conductive layer coating this glazing and intended in particular to reduce the transmission of infrared radiation.
  • layers having this property are conductive layers that are formed of conductive oxides such as ITO I 1 ( “indium-tin oxide”) or, more frequently a set of layers including the reflecting infrared is a thin metal layer, most often silver.
  • the advantage of the layers in question is that they retain a very large transmission of the visible light spectrum.
  • laminated glazing comprising these layers offer as the regulation requires for automotive windshields, a light transmission that is not less than 75%.
  • Capacitive sensors of the latter type like those of the previous types, have not experienced any industrial operation to date.
  • the inventors proposed capacitive rain sensors that are compatible with all laminated glazing, without these windows have a layer limiting the transmission of infrared rays.
  • these sensors are introduced into a laminated glazing in the form of an insert disposed between the sheets of the glazing.
  • the insert comprises a substantially transparent support sheet on which the conductive circuit constituting the sensor is disposed.
  • This conductive circuit is advantageously in the form of a conductive thin film itself essentially transparent or a very thin metal film retaining a certain transparency.
  • the glazing in question is usually made of two sheets of glass assembled by means of an interlayer sheet of synthetic material such as polyvinyl butyral (PVB), an ethylene vinyl acetate (EVA) resin or any conventional interlayer for this purpose. type of assembly.
  • PVB polyvinyl butyral
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • it can also be so-called "bilayer" glazing which comprise a sheet of glass associated with a sheet of a plastic material, in particular polyurethane, a material which simultaneously offers the plasticity ensuring the resistance against the eviction of the passengers in case accident, and sufficient surface quality to resist scratching.
  • the capacitive sensor is inserted in the glazing. In other words, it is not on the face of the glazing exposed to rain, and is not in contact with the atmosphere located on the other side of the glazing. It is at least isolated from this atmosphere by a non-conductive protective film of electricity.
  • the introduction into the glazing is advantageously carried out during the lamination operation.
  • the sensor and the elements that constitute it are then subjected to relatively moderate operating conditions compared to those corresponding to the forming of bending and tempering glass sheets.
  • the assembly of the laminated glazing is usually performed under conditions including temperature of the order of 150 0 C which do not affect the constituent elements of the sensors.
  • the presence of the inserted element changes the quality of the assembly. This element whether the conductive circuit or the sheet constituting the support of this circuit does not have most often properties promoting adhesion to glass sheets.
  • Another embodiment involves inserting the sensor between a glass sheet and the interlayer using an adhesive on the face in contact with the glass sheet. Multiplying the introduced elements makes the assembly more delicate and more expensive, and significantly increases the risk of defective parts.
  • the invention proposes to develop capacitive sensors in the form of inserts, which are of simplified manufacture and implementation.
  • a first characteristic of the invention is to propose capacitive detectors in the form of an insert comprising a support sheet and a circuit constituting the detector, the assembly being substantially transparent, the insert in question being provided on at least one of its faces. an adhesive film selected from those capable of good adhesion to the glass.
  • the introduction is advantageously further simplified by using a pressure-sensitive adhesive. Fixing on the glass sheet is thus obtained instantly and avoids any displacement or subsequent deformation of this assembly that its small thickness makes mechanically fragile.
  • the supports on which the circuits forming the rain sensor are constituted are necessarily very thin to remain transparent on the one hand, and secondly to be introduced into the laminated assemblies without substantially modifying the structure of the glazing.
  • the sheets for example PET, which are advantageously used for support, have for example a thickness of the order of twenty microns. But at these thicknesses if the mechanical properties are sufficient in terms of tensile strength in particular, the sheets are difficult to handle because of their lack of rigidity.
  • the semi-rigid sheet is chosen from a material which limits the adhesion so that during its separation it practically does not cause the adhesive in question.
  • the inserts according to the invention necessarily include a strong adhesive to fix the insert to the glass sheet.
  • the adhesive is on the backing sheet or on the material constituting the ⁇
  • the adhesion of the side facing the interlayer is normally easier to achieve because of the nature of the interlayer.
  • the materials constituting the capacitive circuit generally adhere sufficiently to the interlayer, particularly when it is made of a sheet of PVB.
  • Some substrates such as PET sheets, offer only limited adhesion with traditional interleaves.
  • the adhesion is reinforced either by means of a second adhesive or by modifying the surface state of the support in order to improve its adhesion characteristics.
  • a suitable modification consists for example of a "flame" or a plasma discharge activation treatment.
  • the adhesive intended to fix the insert on the glass sheet is advantageously protected by a film whatever the face of the coated insert, (that bearing the circuit or the other face), it is also preferred to protect the second face by a second protective film removed at the time of use, that is to say during assembly in the glazing.
  • This second protective film is all the more useful when the capacitive circuit is not turned on the side of the glass and therefore is not covered by the adhesive and the first protective film.
  • the second protective film has a preferably low adhesive coating and preferably also such that it remains on the protective film in question when the latter is removed during the introduction of the insert.
  • the face in contact with the interlayer is also advantageously coated with an adhesive when the interlayer sheet does not present itself.
  • a sufficiently "sticky” character This is particularly the case for some media like PET sheets with what is most commonly used as an interlayer sheet namely PVB.
  • the adhesive used can also maintain the second protective film but is not removed with the latter.
  • the manufacture of the inserts according to the invention can also benefit from certain simplifications because of their structure.
  • the simplification concerns in particular the mode of production of the conductive circuit forming the capacitive detector.
  • the elements constituting the circuit, electrodes and supply conductors are advantageously formed in a layer or set of thin layers or in a thin metal film.
  • circuit forming techniques on the support directly according to the chosen pattern.
  • the means used in this case depend on the nature of the conductive material.
  • a masking technique In particular in the techniques of forming conductive layers by pyrolysis or by vacuum deposition it is possible to use a masking technique. This mode is however relatively inconvenient to produce elements of very small dimensions (eg drivers). For this reason to form such drawings the most usual is to form the circuit by localized ablation from a united surface. Ablation, whatever the means used, in particular a laser beam, remains a relatively delicate and expensive operation.
  • the mode of formation of the most usual circuit passes through a continuous conductive element on the entire surface of the support, followed by the formation of the pattern usually by localized ablation.
  • the support and the conductive circuit being very thin, they must be associated with a holding means during and after cutting. Otherwise they would not be practically manipulable.
  • the conductive surface and its support are reinforced by a semi-rigid sheet on which they are temporarily fixed.
  • This semi-rigid sheet is advantageously of a polymer material having a limited adhesion to facilitate subsequent separation from the sensor itself. This is for example a sheet of polyethylene, polyamide, etc.
  • the thickness of the sheet to give it the required rigidity is advantageously greater than 0.1 mm.
  • the semi-rigid sheet gives the insert the consistency that allows its implementation in a convenient manner.
  • the circuit can then be formed by cutting the layer and its support according to the shape of the final circuit the depth of the cut leaving substantially intact the semi-rigid sheet.
  • the superfluous elements are eliminated the circuit and its support, which then have the same design, remain alone fixed on the semi-rigid sheet.
  • the circuit thus formed is held on the semi-rigid sheet until it is applied to the glass sheet as will be described below with reference to the drawings.
  • This method of manufacture is all the more advantageous as it corresponds to the general structures of products according to the invention necessarily comprising an adhesive which is preferably protected by a sheet.
  • the same sheet can thus be used for cutting and subsequent application of the sensor.
  • Conductive structures used according to the invention are, for example, layers of conductive oxide type, or thin metal layers protected by dielectric layers.
  • the formation is advantageously obtained by a pyrolysis technique.
  • the formation is obtained by vacuum techniques, such as magnetron sputtering.
  • Metal films, silver, aluminum, copper, gold, platinum in particular are also usable, but must be very thin.
  • the thickness of the layer is, of course, a function of the nature of the materials that constitute it.
  • the thicknesses are advantageously between 25 and 200 ° and preferably between 50 and 150 °.
  • the electrodes advantageously consist of a silver layer 60 to 140 thick, arranged between layers of oxide protecting the silver and to achieve a good neutrality of color in reflection in particular.
  • the thickness is substantially greater, of the order of 50 to 1000 nm and most frequently 100 to 500 nm.
  • the thicknesses can be even greater. They are for example between 1 and 50 ⁇ , and
  • the sensor according to the invention is preferably of sufficiently low thickness to maintain an essentially transparent character.
  • the light transmission in the visible range of the support elements and the capacitive circuit is advantageously greater than
  • the supports used in the constitution of the inserts can be of varied nature. They are, for example, polypropylene sheets, high or low density polyethylene, but especially polyethylene glycol terephthalate (PET).
  • PET polyethylene glycol terephthalate
  • Preferred films are polyethylene glycol terephthalate (PET). These films have a high mechanical strength, which allows them to be used at extremely low thicknesses of the order of a few tens of microns. These low thicknesses favor a very important visible light transmission. In other words, the presence of this additional film does not cause a significant reduction in light transmission. Note that the very small thickness of the support does not affect the stability and accuracy of the pattern in the glazing. These are ensured by the use of the adhesive. Once applied to the glass sheet, the adhesion is such that the intrinsically fragile structure of the sensor is well stabilized. In the same way the fixing on a semi-rigid sheet before the application on the sheet of glass avoids the accidental deformations.
  • PET polyethylene glycol terephthalate
  • the sensor circuit essentially comprises the electrodes and possibly the conductive elements connecting these electrodes to the signal supply and analysis device.
  • the electrodes are of such size and configuration that they develop sufficient capabilities to have adequate sensitivity to changes related to the presence of water drops.
  • the conductors respond only to the need to connect the electrodes to the analyzer or to the ground. They are also as little as possible to the measured variations. They therefore have a relatively small surface area compared to those of the electrodes.
  • the conductive surface may also extend beyond the elements forming the actual sensor. These conductive elements adjoining the sensor itself do not participate strictly speaking in the measurement. These conductive elements, which may also be grounded, are preferably of limited area so as not to unnecessarily increase the areas of the glazing comprising conductive elements, which even essentially transparent remain discernible.
  • the conducting elements constituting the electrodes of the sensor must offer a certain capacity so that the modification of the dielectric constant related to the presence of water on the glazing introduces a significant variation of this capacity. For this reason the electrodes must offer a certain surface given that the thicknesses of the conductive layers are necessarily very small.
  • the distance between the electrodes is low to favor the intensity of the electric fields, it is necessary that it is sufficient to prevent a risk of short circuit due to a possible insufficiently precise configuration. It is especially necessary that the surface located between the electrodes is sufficient so that the presence of drops of water on the glazing is detected from their appearance, and this regardless of the fact that their distribution is necessarily random. In this sense the increase of the surface "sensitive" to the presence of drops of water increases the probability of finding drops as soon as they appear.
  • the design of the sensor may comprise two or three or more electrodes, depending on the signal to be developed and its mode of analysis.
  • a type of sensor with two electrodes is described for example in European Application No. 04104149.2
  • Another technique for analyzing the signal variation proposed previously requires the comparison of two capacitors.
  • the so-called “differential” technique is based on the principle that within the limits of the size of the field on which the drops are capable of modifying the capacitance, two neighboring capacitors are never precisely modified in the same way, the random distribution not leading to variations of exactly the same magnitude.
  • the analysis then consists of a capacity state corresponding to the absence of water, to detect the imbalances introduced by the presence of drops.
  • both capacities can be formed from three or more electrodes.
  • FIG. 1 is a schematic perspective representation of the principle of implementation of a rain sensor on a car windshield
  • FIG. 2 illustrates in "exploded" a mode of arrangement of the elements of the glazing with respect to each other;
  • FIG. 3a is a section along A-A of Figure 1 of a glazing assembled as in Figure 2;
  • Figure 3b is a section similar to Figure 3a in which the insert is disposed between two intermediate sheets;
  • FIGS. 4a and 4b are schematic perspective views of the basic elements of the insert according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of an assembly used according to the invention for the convenient implementation of the inserts according to the invention;
  • FIG. 6 is a diagrammatic view of a means of cutting the circuits constituting a sensor according to the invention.
  • FIG. 7 schematically illustrates a mode of application of an insert according to the invention
  • FIGS. 8a and 8b schematically show an electrical connection mode according to the invention
  • FIGS. 9a and 9b show another connection mode according to the invention.
  • FIG. 10 schematically shows a drawing of the electrodes of a sensor according to the invention.
  • FIG. 11 is another electrode pattern of a sensor according to the invention.
  • FIG. 12 is yet another drawing of a sensor according to the invention.
  • FIG. 13 shows an embodiment of an insert according to the invention wherein the connections with the outside of the glazing are integrated during the production of the insert.
  • Figure 1 shows the typical arrangement of a rain sensor on a car windshield 1.
  • the rain sensor 4 On the windshield the rain sensor 4 is necessarily located in a zone 2, 3 swept by the wipers. In the figure these areas are shown schematically by broken lines. This provision is controlled by the fact that the sensor 4 is intended to trigger the movement of the wipers in the presence of water on the scanned areas. Outside these areas, water may remain after rain has ceased. As a result, if the sensor were disposed out of the swept areas, the movement of the wipers could be unnecessarily maintained.
  • the senor which has non-transparent elements is preferably located at a point where it does not cause any inconvenience to the driver. If nevertheless it is still in the field of vision, preferably this location is already obscured by another functional element. Very usually the optical sensors are arranged behind the interior rearview mirror.
  • the fact that the electrodes are very largely transparent to visible radiation offers a greater latitude in the choice of this location, even if the surface occupied by the sensor is substantially larger than the masked surface. by traditional optical sensors.
  • Capacitive sensors work with a set of analysis of the signals they generate. Most usually the assembly in question consists of a relatively small electronic circuit. It can even be reduced to a "chip" of a few square millimeters or less. This set is ordinarily non-transparent. For this reason it is advantageous to locate it outside the transparent part of the glazing. For the reasons indicated, however, the analysis assembly is as close as possible to the electrodes of the sensor. It is located for example behind the enamelled strips that are often placed at the edge of the glazing. Given their size, most often extremely small, they can even fit between the sheets of glass. The conductors connecting the electrodes to this analysis circuit are inevitably the seat of parasitic signals, except to protect them by a "shielding".
  • This protection is generally not desirable insofar as it is established by means of sheaths that are not transparent. To ensure that the conductors are as little visible as possible, they are preferably unsheathed. They develop themselves a certain capacity which is superimposed on that of the electrodes of the sensor. To minimize this parasitic effect, it is desirable to shorten these conductors as much as possible. For this reason the sensor is normally near an edge of the glazing.
  • the senor is, as is common, in the central high position, ie behind the rearview mirror. Given the essentially transparent nature another positioning is nevertheless possible.
  • Figure 2 shows the superposition of the various elements of the glazing, and the location of the sensor as an insert.
  • the glazing comprises two sheets of glass 9 and 10, and a thermoplastic interlayer sheet 11, for example PVB, intended to bond the two sheets of glass.
  • the insert 15 carrying the circuit forming the sensor is disposed between the glass sheet 10 and the intermediate sheet 11.
  • the sensor comprises a part on which the electrodes are arranged and a part 18 comprising the conductors which connect the electrodes to the assembly measurement not shown.
  • the insert can be disposed between the outer glass sheet and the spacer to optimize sensitivity, but it can also be located between the spacer and the inner sheet.
  • the section of the glazing unit of FIG. 3a reproduces the arrangement indicated with reference to FIG. 2.
  • the electrodes 12 and 13 are schematically represented on a support 5.
  • the various elements are disjoint in the figure and their exaggerated dimensions to better distinguish them.
  • the dimensions of the electrodes in particular their thickness and the distances between them are voluntarily forced.
  • the distances between the electrodes are relatively small, usually 1 to 5 millimeters, to maximize the electric field. It is a question of establishing a compromise between a sufficiently intense field, and a surface sufficient to cover a variation of field well representative of the detected phenomenon.
  • the arrangement of Figure 3b is similar to the previous one.
  • the insert is this time between two interlayer sheets 11a and 11b.
  • the arrangement does not normally require the use of additional adhesive, but the use of two interlayers is not economical.
  • the invention relates to the use of inserts between a spacer sheet and the glazing without the need to apply an adhesive at the time of assembly of the sheets.
  • FIGS 4a and 4b show schematically exploded a set of elements involved in the constitution of a detector according to the invention.
  • This set consists of a support sheet 5.
  • This support sheet 5 is essentially non-conductive and sufficiently transparent. Its thickness for this reason as small as its role of support allows it.
  • it is a PET film whose thickness is between 15 and 100 ⁇ .
  • the conductive element 6 in which the capacitive circuit is formed.
  • the element conductor is shown as a sheet or continuous layer, the circuit is not drawn.
  • the entire support 5 and the conductive element 6 further comprises an adhesive coating 8.
  • the adhesive 8 is represented on the face of the support 5 opposite to that comprising the conductive element 6.
  • This arrangement is that which is advantageously used when the connections with the conductors external to the glazing are applied between the sheets. at the time of assembly thereof after the insert has been previously arranged on the glass sheet as indicated below.
  • the arrangement of Figure 4b according to which the adhesive 8 for fixing on the glazing is on the conductive element is equally satisfactory. The latter is advantageous when the insert has the external conductors even before application to the glass sheet (see Figure 13). In this case once the insert applied to the glass sheet, the circuit is protected by the support 5 against possible alterations at the time of assembly of the sheets constituting the glazing.
  • the adhesive 8 must itself be covered until the installation of the capacitive detector.
  • a film (not shown in Figures 4a and 4b) that can be easily removed (“stripable”) is used.
  • stripable its contact face with the adhesive can advantageously in a known manner be coated with a release-resistant compound, for example a compound based on silicone wax. This release agent also ensures the retention of the adhesive on the insert during the removal of the protective film.
  • Figure 5 further comprises a film 17 and its adhesive coating 7.
  • This film 17 is shown relatively thick relative to the other constituents. It is convenient indeed to facilitate handling to have a less flexible element that is the support 5. The flexibility of the latter is mainly due to its very small thickness.
  • the film 17 which is removed at the time of installation of the detector on the glazing may advantageously be in the form of a semi-rigid sheet, in particular to facilitate handling.
  • the removal of the film 17 normally causes the adhesive 7 which in the structure shown in this figure is not intended for fixing on the glass, unlike the adhesive 8.
  • the other side, which in the form presented is in contact with the interlayer material of the laminated glazing may not require the presence of additional adhesive.
  • the adhesion may be improved as indicated above either by the use of a adhesive either by a modification treatment of the PET surface for example by "flame" or activation by plasma.
  • the adhesive which holds the detector on the glass sheet (in the form shown in FIG. 5, the adhesive 8) is advantageously relatively powerful, whereas that that (7) which mainly maintains the protective film 17 may be significantly less powerful especially to allow easy removal of the protective film 17 ..
  • the presence of a sufficiently rigid sheet 17 in the detector packaging may have additional advantages. If the conductive element 6 can be produced in the various previously mentioned ways relatively easily, the formation of the circuit, in other words the separation of conductive zones and non-conductive zones according to a precise drawing, requires relatively delicate operations in the modes previously proposed. .
  • the invention makes it possible to use a simpler and less expensive type of stamping technique to constitute the circuit.
  • the embodiment is illustrated schematically in FIG. 6.
  • the support sheet 5 of the detector covered with the conductive element 6 (whether it be thin layers or a thin metallic sheet ), is fixed on the sheet 17 by means of the adhesive 7.
  • the assembly 6, 5 is subjected to cutting by stamping. Precise adjustment limits the depth of the cut.
  • the punch (or punch) 19 is shown schematically in Figure 6 in the deepest part of the cut. The latter can start the sheet 17 but must maintain the integrity of this sheet so that the formed circuit, which may comprise tenuous elements, remains well shaped on this sheet 17.
  • the protection of this circuit is possibly completed by the introduction of the adhesive 8 and the protective film 16.
  • the adhesive 8 and the film 16 are applied separately or simultaneously. If the adhesive 8 is to be relatively powerful to fix in a subsequent operation the detector on the glass sheet, the adhesion to the sheet 16 must be well controlled so that the separation of this sheet does not risk damaging the circuit during the transfer on the glass sheet or the removal of a portion of the adhesive 8. For this, if necessary the choice of the nature of the sheet 16 allows to limit the adhesion. This adhesion can also be controlled by the use of a coating, for example a silicone wax applied to the sheet 16.
  • the mode of application of a detector comprising an assembly as represented in FIGS. 5 and 6, preferably comprises the following sequence:
  • the circuit 6 and its support 5, which adhere to the protective film 17 via the adhesive 7, are firmly applied for example by means of a pressure roller 22 on the glass sheet 20 (FIG. 7) (possibly after the interposition of the external conductors, but preferably these are pre-arranged in the structure of the insert); the adhesive is advantageously of the pressure-activated type;
  • the assembly of the glass, glass sheets and thermoplastic sheet, for example PVB is carried out according to the traditional techniques of lamination namely vacuum steaming and / or calendering techniques.
  • the constituent elements of the inserted detector do not undergo operating conditions, in particular thermal conditions, capable of altering them.
  • the pressures are normally exerted in terms of these elements without shearing force.
  • the detector therefore does not risk deformation or tearing, or especially occurrence of short circuits between the separate conductive elements.
  • connection means With the assembly of the sheets, the connection means must be put in place. Either the support and the conductors it carries, extend beyond the glazing. In this case the junction takes place outside the glazing and preferably in a set of "encapsulated" type, which prevents the risk of rupture of the support sheet, the latter being secured to the glass sheets in a a strong envelope from which the conductors which connect to the means for generating and analyzing the signals depart. Either conductors are reported in the glazing itself at the time of assembly of the sheets, traditional connecting elements of these conductors with the means of analysis completing the circuit. The first of these two modes is illustrated in Figures 8a and 8b.
  • the support 5 taken between the glass sheet 10 and the interlayer sheet 11 exceeds the edge of the glazing of a portion 18 possibly forming a tongue.
  • This portion 18 is advantageously folded and glued on the face of the glazing as 8b.
  • Local "encapsulation" 23 formed for example by molding a shell of polymeric material by means for example of a thermoplastic material formed directly on the edge of the glazing. Connections with the conductors connected to the analysis device are for example provided by means of ribbon conductors 24 applied to the ends of the portion 18.
  • the fixing of the conductors can be obtained by welding, gluing or crimping.
  • the encapsulation 23 possibly makes it possible to avoid additional fixing the conductors are then simply brought into contact and embedded in the encapsulating material.
  • Figures 9a and 9b illustrate the second mode of connection of the electric circuit.
  • the constituent elements are shown exploded in Figure 9a as they are before assembly of the glazing.
  • the contact between the reported conductor 25 and the corresponding conductor end of the detector circuit disposed on the support 5 is in the glazing itself.
  • the maintenance of the outer conductor can then be ensured by the fact that it is caught in the lamination.
  • the electrical continuity between the circuit of the detector and the conductor 25 is ensured possibly by simple contact and under the pressure exerted by the lamination. It is preferred to have either a solder or a conductive adhesive to prevent any failure.
  • FIG. 13 shows another mode to ensure the electrical connections of the sensor with the elements outside the glazing.
  • the figure shows the elements of Figure 6 after they have been joined together.
  • the constitution of the circuit can be obtained as shown in FIG. 6 by die-cutting or by any other means, in particular by localized ablation of the conductive layer as indicated above.
  • the conductors 25 are integrated in the assembly constituting the insert before it is placed in the glazing.
  • the conductor 25 is in electrical contact with the elements 6 constituting the sensor.
  • Their attachment may be at least partly achieved by the adhesive 8 which holds the protective sheet 16, which adhesive is subsequently used for bonding to the glass sheet. Nevertheless a stronger attachment of the conductor may be preferred. This may include the local use of a conductive glue or solder.
  • the realization of this type of assembly limits as much as possible the operations performed during the assembly of the glazing. These only include the application and gluing on the glass sheet after removing the protective film 16 and the same detachment of the sheet 17.
  • the sensor and its conductors 25 is then ready.
  • the assembly of the glazing continues according to traditional techniques.
  • FIG. 10 is an example of a circuit constituting a sensor according to the invention.
  • the sensor shown has two electrodes 26 and 27 of rectangular shape.
  • the same material which constitutes the electrodes also forms two conductors 28, 29 which terminate in connection pads 30 and 31 to which unrepresented external conductors are connected. All of these elements constitute the sensor circuit.
  • two conductive elements 32, 33 remain from the operation of forming the design of the sensor from a support uniformly covered with the conductive element.
  • These bodies which may possibly be removed as the non-conductive zones separating the electrodes, may be involved in the development of the signal and its treatment, especially when they are grounded.
  • the sensor of FIG. 11 comprises three electrodes 34,
  • the two capacitors consist of a common central electrode 35 and each of the lateral electrodes 34 and 36.
  • the same differential mode can also be implemented with two completely separate capacitors, for example with four electrodes forming two by two capacitors.
  • the trapezoidal shape of the electrodes and the distance between their respective edges which is not constant has the effect of promoting good detection of the drops regardless of how they appear, thin and many or, conversely, large and spaced.
  • the arrangement presented leads to electric field intensities that are not uniform along the electrodes.
  • the detection area is increased with the distance between the electrodes. To reduce the background noise caused by the conductors as much as possible, they are also located as close as possible to one another.
  • the sensor of FIG. 11 can be introduced with a support 37 which extends well beyond the electrodes. It is however preferable, by taking advantage of the method of manufacture described above to cut support and electrical circuit according to the final design of the sensor. In this case the support 37 is superimposed exactly on the electrodes and the conductors.
  • the sensor shown in FIG. 12 also comprises three electrodes 38, 39, 40, for example for differential operation.
  • the measurement field is this time made between the electrodes 38 and 39 which have two distances Z 1 and z 2 to allow, as for the sensor of FIG. 11, to detect the drops of different dimensions.
  • the electric field is more intense and makes it possible to detect drops of small dimensions.
  • the sensitivity in the zone of distance z 2 in which the field is less intense increases the available surface and therefore the probability of finding a "big" drop less regularly distributed.
  • the less intense field is compensated by the size of the drop which causes a more important modification of this field.

Abstract

La présente invention concerne un détecteur de pluie capacitif (4) inséré dans un vitrage (9,10). Le détecteur comprend une feuille (5) supportant le circuit conducteur capacitif, électrodes et conduits d'alimentation. Au moins une face de cet ensemble est revêtue d 'un adhésif (8). Les vitrages munis du détecteur de pluie selon l'invention sont utilisés notamment pour les véhicules automobiles.

Description

Détecteur de pluie capacitif
La présente invention concerne les vitrages comportant un détecteur de pluie, et notamment ceux utilisés sur les véhicules automobiles.
L'utilisation de capteurs pour détecter la présence d'eau sur un vitrage, par exemple pour commander une opération telle que la mise en marche d'essuie-glace pour les véhicules automobiles est usuelle. Dans cette application les capteurs commercialisés sont du type utilisant l'altération d'un signal lumineux sur le trajet duquel se situent les gouttes d'eau à détecter. Le capteur comprend un émetteur et un récepteur du signal lumineux constitué par exemple d'un rayon réfléchi.
Les capteurs fonctionnant sur ces signaux optiques, lorsqu'ils sont utilisés notamment sur des vitrages automobiles, ont l'inconvénient de conduire à la présence sur le vitrage d'éléments non- transparents. Même miniaturisés, le capteur recouvre une dizaine de centimètres carrés. Pour minimiser la gêne sur les pare-brise, le capteur est habituellement dissimulé derrière le rétroviseur intérieur. Même dans cette disposition, la présence du capteur sur le pare-brise reste inesthétique, au moins vu de l'extérieur.
Un autre type de capteur a été proposé antérieurement, qui met en oeuvre un dispositif dans lequel le signal est généré par une variation de capacité. Un ensemble d'électrodes est disposé sur le vitrage. La présence d'eau sur le vitrage, eau qui présente une constante diélectrique très différente de celle de l'air ou du verre, modifie de façon significative la capacité du système d'électrodes. Cette variation constitue le signal généré par le capteur. Des dispositions ont été proposées, dans lesquelles les électrodes constituant le capteur capacitif sont situées sur la face du vitrage non-exposée à la pluie. Dans ces modes de réalisation les capteurs présentent habituellement une sensibilité insuffisante. Ils ont en plus l'inconvénient de générer des signaux erronés lorsque le vitrage est l'objet de la formation de buée sur la face portant le capteur.
Pour répondre aux limites ou inconvénients indiqués ci- dessus, il a été aussi envisagé de disposer les électrodes entre les feuilles de verre dans les vitrages feuilletés en utilisant pour constituer ces électrodes, une couche conductrice revêtant ce vitrage et destinée notamment à réduire la transmission des rayonnements infrarouges. On sait que les couches ayant cette propriété sont des couches conductrices qu'elles soient formées d'oxydes conducteurs comme I1ITO ("indium-tin oxide") ou, plus fréquemment d'un ensemble de couches dont celle réfléchissant les infrarouges est une couche métallique mince, le plus souvent d'argent.
L'avantage des couches en question est qu'elles conservent une transmission très importante du spectre lumineux visible.
Typiquement les vitrages feuilletés comportant ces couches offrent comme la réglementation l'impose pour les pare-brise automobiles, une transmission lumineuse qui n'est pas inférieure à 75%.
Les capteurs capacitifs de ce dernier type, comme ceux des types précédents, n'ont pas connu d'exploitation industrielle jusqu'à ce jour. Commercialement en effet les pare-brise comportant les couches réfléchissant les rayons infrarouges restent un produit relativement peu répandu en raison d'un coût élevé, coût lié aux difficultés de production de produits sans défauts.
Dans une demande antérieure non-publiée les inventeurs ont proposé des capteurs de pluie capacitifs qui soient compatibles avec tous les vitrages feuilletés, sans pour autant que ces vitrages comportent une couche limitant la transmission des rayons infrarouges. En particulier ces capteurs sont introduits dans un vitrage feuilleté sous forme d'un insert disposé entre les feuilles du vitrage. Le plus commodément l'insert comprend une feuille support essentiellement transparente sur laquelle le circuit conducteur constituant le capteur est disposé. Ce circuit conducteur est avantageusement sous forme d'une couche mince conductrice elle-même essentiellement transparente ou d'une pellicule métallique très mince conservant une certaine transparence.
Le vitrage en question est le plus usuellement constitué de deux feuilles de verre assemblées au moyen d'une feuille intercalaire en matériau synthétique tel que le polyvinyl-butyral (PVB) une résine d'éthylène vinyle acétate (EVA) ou tout intercalaire traditionnel pour ce type d'assemblage. Mais il peut aussi s'agir de vitrages dits "bilayer" qui comportent une feuille de verre associée à une feuille d'un matériau plastique, notamment de polyuréthane, matériau qui offre simultanément la plasticité assurant la résistance contre l'éviction des passagers en cas d'accident, et une qualité de surface suffisante pour résister aux rayures.
Dans tous les cas le capteur capacitif est inséré dans le vitrage. Autrement dit, il n'est pas sur la face du vitrage exposée à la pluie, et n'est pas au contact avec l'atmosphère située de l'autre côté du vitrage. Il est au moins isolé de cette atmosphère par un film protecteur non-conducteur de l'électricité.
L'introduction dans le vitrage est avantageusement effectuée au cours de l'opération de feuilletage. Le capteur et les éléments qui le constituent ne sont alors soumis qu'à des conditions de mise en oeuvre relativement modérées par comparaison avec celles correspondant au formage des feuilles de verre de bombage et de trempe. L'assemblage du vitrage feuilleté est habituellement effectué dans des conditions notamment de température de l'ordre de 1500C qui n'altèrent pas les éléments constitutifs des capteurs.
La présence de l'élément inséré modifie la qualité de l'assemblage. Cet élément qu'il s'agisse du circuit conducteur ou la feuille constituant le support de ce circuit ne présente pas le plus souvent de propriétés favorisant l'adhérence aux feuilles de verre.
Pour bien solidariser le capteur il est possible de l'introduire entre deux feuilles intercalaires qui assurent une bonne adhérence. Cette façon de procéder complique cependant la mise en oeuvre et renchérit sensiblement les vitrages concernés.
Un autre mode de mise en oeuvre consiste à insérer le capteur entre une feuille de verre et la feuille intercalaire en utilisant un adhésif sur la face au contact de la feuille de verre. Le fait de multiplier les éléments introduits rend l'assemblage plus délicat et plus coûteux, et accroît sensiblement le risque de pièces défectueuses.
L'invention se propose de développer des capteurs capacitifs sous forme d'inserts, qui soient d'une fabrication et d'une mise en oeuvre simplifiées.
Une première caractéristique de l'invention est de proposer des détecteurs capacitifs sous forme d'insert comportant une feuille support et un circuit constituant le détecteur l'ensemble étant sensiblement transparent, l'insert en question étant pourvu sur au moins une de ses faces d'un film adhésif choisi parmi ceux capables d'une bonne adhésion sur le verre.
La présence de l'adhésif sur l'insert lui-même avant l'assemblage du vitrage permet d'éviter l'utilisation de deux feuilles intercalaires entre lesquelles le détecteur serait disposé ou au moins la mise en place d'un adhésif au moment de l'assemblage.
La mise en place est avantageusement encore simplifiée par utilisation d'un adhésif du type activé par pression ("pressure sensitive") . La fixation sur la feuille de verre est obtenue ainsi instantanément et évite tout déplacement ou déformation ultérieure de cet ensemble que sa faible épaisseur rend mécaniquement fragile.
Pour protéger l'adhésif et conserver ses qualités jusqu'à l'utilisation il est avantageux d'y associer un film de protection facilement détachable qui est retiré le moment venu.
Les supports sur lesquels les circuits formant le détecteur de pluie sont constitués sont nécessairement très peu épais pour rester transparents d'une part, et d'autre part pour pouvoir être introduits dans les assemblages feuilletés sans modifier de manière sensible la structure du vitrage. Les feuilles, par exemple de PET, qui sont avantageusement utilisées pour support, ont par exemple une épaisseur de l'ordre d'une vingtaine de microns. Mais à ces épaisseurs si les propriétés mécaniques sont suffisantes en terme de résistance à la traction notamment, les feuilles sont difficiles à manipuler du fait de leur manque de rigidité. Pour une manipulation commode il est avantageux selon l'invention, d'associer le support du circuit du détecteur à une feuille d'un matériau au moins semi-rigide. Cette feuille peut simultanément servir à la protection de l'adhésif. Dans ce cas la feuille semi-rigide est choisie dans un matériau qui limite l'adhérence de manière que lors de sa séparation elle n'entraîne pratiquement pas l'adhésif en question.
Les inserts selon l'invention comportent nécessairement un adhésif fort pour fixer l'insert à la feuille de verre. Selon les cas l'adhésif se situe sur la feuille support ou sur le matériau constituant le ό
circuit capacitif. L'adhérence de la face tournée vers l'intercalaire est normalement plus facile à réaliser en raison de la nature même de l'intercalaire. Ainsi les matériaux constituant le circuit capacitif adhèrent généralement suffisamment à l'intercalaire, en particulier lorsque celui-ci est constitué d'une feuille de PVB.
Certains supports, comme les feuilles de PET n'offrent qu'une adhérence limitée avec les intercalaires traditionnels. Dans ce cas l'adhérence est renforcée soit au moyen d'un deuxième adhésif, soit encore en modifiant l'état de surface du support pour en améliorer les caractéristiques d'adhérence. Toujours dans le cas d'un support constitué par un film de PET, une modification appropriée consiste par exemple en un "flammage" ou un traitement d'activation par décharge plasma.
Si l'adhésif destiné à fixer l'insert sur la feuille de verre est avantageusement protégé par un film quelle que soit la face de l'insert revêtue, (celle portant le circuit ou l'autre face) , il est aussi préféré de protéger la seconde face par un deuxième film protecteur retiré au moment de l'utilisation, c'est à dire lors de l'assemblage dans le vitrage. Ce second film protecteur est d'autant plus utile lorsque le circuit capacitif n'est pas tourné du côté du verre et donc n'est pas couvert par l'adhésif et le premier film protecteur. Le deuxième film protecteur comporte un revêtement adhésif de préférence faible et de préférence également tel qu'il reste sur le film protecteur en question lorsque ce dernier est retiré lors de la mise en place de l'insert.
Par ailleurs si l'adhérence de l'insert avec la feuille de verre nécessite la présence d'un adhésif, la face au contact de l'intercalaire est aussi avantageusement revêtue d'un adhésif lorsque la feuille intercalaire ne présente pas en elle-même un caractère suffisamment "collant". Ceci est particulièrement le cas de certains supports comme les feuilles de PET avec ce qui est le plus habituellement utilisé comme feuille intercalaire à savoir le PVB. Dans ce cas l'adhésif utilisé peut aussi maintenir le second film protecteur mais n'est pas retiré avec ce dernier.
La fabrication des inserts selon l'invention peut aussi bénéficier de certaines simplifications en raison de leur structure. La simplification concerne en particulier le mode de production du circuit conducteur formant le détecteur capacitif.
Dans la production des capteurs capacitifs selon l'invention les éléments constituant le circuit, électrodes et conducteurs d'alimentation, sont avantageusement formés dans une couche ou ensemble de couches minces ou encore dans une fine pellicule métallique.
Il est possible d'utiliser des techniques de formation du circuit sur le support directement selon le motif choisi. Les moyens utilisés dans ce cas dépendent de la nature du matériau conducteur. En particulier dans les techniques de formation de couches conductrices par pyrolyse ou par dépôt sous vide il est possible d'utiliser une technique de masquage. Ce mode est cependant relativement mal commode pour produire des éléments de très faibles dimensions (par exemple les conducteurs). Pour cette raison pour former des dessins de ce type le plus usuel consiste à former le circuit par ablation localisée à partir d'une surface unie. L'ablation, quel que soit le moyen utilisé, notamment un faisceau laser, reste une opération relativement délicate et coûteuse.
D'autres modes d'application peuvent conduire directement au dessin du circuit du capteur. Il s'agit d'applications de compositions conductrices au moyen de pochoirs ou par sérigraphie. L'impression du motif constituant les électrodes peut aussi être obtenue par projection du type "jet d'encre". Ces techniques présentent néanmoins des limites en ce qui concerne les structures conductrices qui peuvent être obtenues. Les compositions applicables par ces moyens conduisent habituellement à épaisseurs plus importantes et limitent les propriétés de transparence des produits.
Pour ces raisons le mode de formation du circuit le plus usuel passe par un élément conducteur continu sur toute la surface du support, suivi de la formation du motif habituellement par ablation localisée. Selon l'invention il est proposé avantageusement de recourir à un mode de formation du circuit par découpe à l'emporte pièce à partir d'une structure conductrice uniforme.
Le support et le circuit conducteur étant très peu épais, ils doivent être associés à un moyen de maintien pendant et postérieurement à la découpe. Faute de quoi ils ne seraient pas pratiquement manipulables. Pour cela la surface conductrice et son support sont renforcés par une feuille semi-rigide sur laquelle ils sont temporairement fixés. Cette feuille semi-rigide est avantageusement d'un matériau polymère présentant une adhérence limitée pour faciliter la séparation ultérieure d'avec le capteur proprement dit. Il s'agit par exemple d'une feuille de polyéthylène, de polyamide etc. L'épaisseur de la feuille pour lui conférer la rigidité requise est avantageusement supérieure à 0,1mm.
La feuille semi-rigide confère à l'insert la consistance qui permet sa mise en oeuvre de manière commode. Le circuit peut alors être formé par découpe de la couche et de son support selon la forme du circuit final la profondeur de la coupe laissant pratiquement intacte la feuille semi-rigide. Les éléments superflus sont éliminés le circuit et son support, qui présentent alors le même dessin, restent seuls fixés sur la feuille semi-rigide. Avantageusement le circuit ainsi formé est maintenu sur la feuille semi-rigide jusqu'à son application sur la feuille de verre comme il sera décrit plus loin en référence aux dessins.
Ce mode de fabrication est d'autant plus avantageux qu'il correspond aux structures générales de produits selon l'invention comportant nécessairement un adhésif lequel est de préférence protégé par une feuille. La même feuille peut ainsi servir à la découpe et à l'application ultérieure du capteur.
Les matériaux constituant les électrodes, et de façon générale les éléments conducteurs, répondent tous aux conditions de conductivité et de transparence aux épaisseurs utilisées. La conductivité est un facteur significatif notamment du fait que les techniques préférées sont effectuées en mettant en oeuvre des fréquences relativement élevées (plusieurs dizaines de kilohertz) . A ces fréquences, les matériaux doivent être suffisamment conducteurs pour que les charges électriques, et les champs qu'elles génèrent soient suffisamment intenses. En feuilles ou couches minces les matériaux conducteurs utilisés selon l'invention ne doivent pas de préférence présenter une résistance supérieure à 50Ω/Q, et de préférence inférieure à 20Ω/Q.
Des structures conductrices utilisées selon l'invention sont par exemple des couches de type oxyde conducteur, soit des couches métalliques minces protégées par des couches diélectriques. Pour les couches de type oxyde conducteur tel que I1ITO, SnO2 dopé au fluor ou à l'antimoine, les oxydes de vanadium, la formation est avantageusement obtenue par une technique de pyrolyse. Pour les ensembles de couches comportant une couche conductrice métallique, notamment d'argent, de préférence la formation est obtenue par des techniques sous vide, comme la pulvérisation avec magnétron. Des pellicules métalliques, argent, aluminium, cuivre, or, platine notamment sont aussi utilisables, mais doivent être de très faible épaisseur.
L'épaisseur de la couche est, bien entendu, fonction de la nature des matériaux qui la constituent.
Pour les ensembles comportant une couche métallique du type de celles déposées par pulvérisation sous-vide les épaisseurs sont avantageusement comprises entre 25 et 200Â et de préférence entre 50 et 150Â.
Pour l'obtention d'une conductivité élevée sous l'épaisseur la plus faible possible, les électrodes sont avantageusement constituées d'une couche d'argent de 60 à 140Â d'épaisseur, disposée entre des couches d'oxyde protégeant l'argent et permettant d'atteindre une bonne neutralité de couleur en réflexion notamment.
Pour les couches à base d'oxyde conducteur, notamment
ITO ou SnO2 dopé, l'épaisseur est sensiblement plus importante, de l'ordre de 50 à lOOOnm et le plus fréquemment de 100 à 500nm.
Pour les couches déposées par les techniques d'impression ou pour les fines feuilles métalliques, les épaisseurs peuvent être encore plus importantes. Elles se situent par exemple entre 1 et 50μ, et de
préférence entre 5 et 20μ.
Le capteur selon l'invention est de préférence d'épaisseur suffisamment faible pour conserver un caractère essentiellement transparent. La transmission lumineuse dans le domaine du visible des éléments support et circuit capacitif est avantageusement supérieure à
60% et de préférence supérieure à 65%. Les supports entrant dans la constitution des inserts peuvent être de nature variée. Il s'agit par exemple de feuilles de polypropylène, de polyéthylène haute ou basse densité, mais surtout de polytéréphtalate d'éthylène glycol (PET) .
Pour éviter que les circuits des capteurs soient déformés lors de l'incorporation dans le vitrage, l'utilisation la plus usuelle consiste à prendre comme support des films relativement peu extensibles. Des films préférés sont constitués de polytéréphtalate d'éthylène glycol (PET) . Ces films présentent une grande résistance mécanique, ce qui permet de les utiliser à des épaisseurs extrêmement faibles de l'ordre de quelques dizaines de microns. Ces faibles épaisseurs favorisent une transmission lumineuse visible très importante. Autrement dit, la présence de ce film supplémentaire n'occasionne pas de diminution sensible de la transmission lumineuse. A noter que la très faible épaisseur du support ne nuit pas à la stabilité et à la précision du motif dans le vitrage. Celles-ci sont assurées par l'utilisation de l'adhésif. Une fois appliquée sur la feuille de verre, l'adhérence est telle que la structure intrinsèquement fragile du capteur est bien stabilisée. De la même manière la fixation sur une feuille semi- rigide avant l'application sur la feuille de verre évite les déformations accidentelles.
Le circuit du capteur comprend essentiellement les électrodes et éventuellement les éléments conducteurs reliant ces électrodes au dispositif d'alimentation et d'analyse des signaux. Les électrodes sont de dimensions et de configuration telles qu'elles développent des capacités suffisantes pour présenter une sensibilité adéquate aux modifications liées à la présence des gouttes d'eau.
Les conducteurs répondent seulement à la nécessité de relier les électrodes au dispositif d'analyse ou à la terre. Ils sont aussi peu sensibles que possible aux variations mesurées. Ils présentent de ce fait une surface relativement faible par rapport à celles des électrodes.
La surface conductrice peut aussi s'étendre au-delà des éléments formant le capteur proprement dit. Ces éléments conducteurs avoisinant le capteur lui-même ne participent pas à proprement parler à la mesure. Ces éléments conducteurs, qui peuvent aussi être à la terre, sont de préférence de surface limitée pour ne pas accroître inutilement les zones du vitrage comportant des éléments conducteurs, lesquels même essentiellement transparents restent discernables.
Les éléments conducteurs constituant les électrodes du capteur doivent offrir une certaine capacité pour que la modification de la constante diélectrique liée à la présence d'eau sur le vitrage introduise une variation sensible de cette capacité. Pour cette raison les électrodes doivent offrir une certaine surface compte tenu de ce que par ailleurs les épaisseurs des couches conductrices sont nécessairement très faibles.
Si la distance entre les électrodes est faible pour favoriser l'intensité des champs électriques, il est nécessaire qu'elle soit suffisante pour prévenir un risque de court-circuit en raison d'une éventuelle configuration insuffisamment précise. Il faut surtout que la surface située entre les électrodes soit suffisante pour que la présence des gouttes d'eau sur le vitrage soit détectée dès leur apparition, et ceci indépendamment du fait que leur distribution est nécessairement aléatoire. Dans ce sens l'accroissement de la surface "sensible" à la présence des gouttes d'eau accroît la probabilité de trouver les gouttes dès leur apparition.
Le dessin du capteur peut comprendre deux ou trois électrodes, ou davantage, selon le signal que l'on veut développer et son mode d'analyse. Un type de capteur à deux électrodes est décrit par exemple dans la demande européenne n°04104149.2
Une autre technique d'analyse de la variation du signal proposée antérieurement, nécessite la comparaison de deux capacités. La technique, dite "différentielle", est basée sur le principe selon lequel dans les limites des dimensions du champ sur lequel les gouttes sont susceptibles de modifier la capacité, deux capacités voisines ne sont jamais précisément modifiées de la même façon, la distribution aléatoire ne conduisant pas à des variations parfaitement de même ampleur. L'analyse consiste alors à partir d'un état des capacités correspondant à l'absence d'eau, à détecter les déséquilibres introduits par la présence de gouttes.
Dans les modes différentiels les deux capacités peuvent être formées à partir de trois électrodes ou davantage.
L'invention est décrite de manière détaillée dans la suite en faisant référence aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique en perspective du principe de mise en oeuvre d'un détecteur de pluie sur un pare-brise automobile;
- la figure 2 illustre en "éclaté" un mode de disposition des éléments du vitrage le uns par rapport aux autres;
- la figure 3a est une coupe selon A-A de la figure 1 d'un vitrage assemblé comme à la figure 2;
- la figure 3b est une coupe analogue à la figure 3a dans laquelle l'insert est disposé entre deux feuilles intercalaires ;
- les figures 4a et 4b sont des vues schématiques en perspective des éléments de base de l'insert selon l'invention; - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'un ensemble utilisé selon l'invention pour la mise en oeuvre commode des inserts selon l'invention;
- la figure 6 est une vue schématique d'un moyen de découpe des circuits constituant un capteur selon l'invention;
la figure 7 illustre schématiquement un mode d'application d'un insert selon l'invention;
- les figures 8a et 8b montrent schématiquement un mode de connexion électrique selon l'invention;
- les figures 9a et 9b montrent un autre mode de connexion selon l'invention;
- la figure 10 représente schématiquement un dessin des électrodes d'un capteur selon l'invention;
- la figure 11 est un autre dessin d'électrodes d'un capteur selon l'invention;
- la figure 12 est encore un autre dessin d'un capteur selon l'invention;
- la figure 13 représente une mode de réalisation d'un insert selon l'invention dans lequel les connexions avec l'extérieur du vitrage sont intégrées lors de la production de l'insert.
La figure 1 présente la disposition typique d'un capteur de pluie sur un pare-brise automobile 1.
Sur le pare-brise le capteur de pluie 4 est nécessairement situé dans une zone 2, 3 balayée par les essuie-glace. Sur la figure ces zones sont schématisées par les traits discontinus. Cette disposition est commandée par le fait que le capteur 4 est destiné à déclencher le mouvement des essuie-glace en présence d'eau sur les zones balayées. En dehors de ces zones, l'eau peut demeurer après que l'apport de pluie a cessé. En conséquence si le capteur était disposé hors des zones balayées, le mouvement des essuie-glace pourrait être maintenu sans nécessité.
Dans les systèmes de détection optique le capteur qui comporte des éléments non-transparents est disposé de préférence en un point où il ne cause aucune gêne pour le conducteur. Si néanmoins il est encore dans le champ visuel, de préférence cet emplacement est déjà occulté par un autre élément fonctionnel. Très habituellement les capteurs optiques sont disposés derrière le rétroviseur intérieur.
Dans le cas des capteurs capacitifs selon l'invention, le fait que les électrodes soient très largement transparentes au rayonnement visible offre une plus grande latitude dans le choix de cet emplacement, même si la surface occupée par le capteur est sensiblement plus importante que celle masquée par les capteurs optiques traditionnels.
Les capteurs capacitifs fonctionnent avec un ensemble d'analyse des signaux qu'ils génèrent. Le plus usuellement l'ensemble en question est constitué d'un circuit électronique relativement peu volumineux. Celui-ci peut même se réduire à une "puce" de quelques millimètres carrés ou moins. Cet ensemble est ordinairement non- transparent. Pour cette raison il est avantageux de le situer hors de la partie transparente du vitrage. Pour les raisons indiquées, l'ensemble d'analyse est cependant le plus voisin possible des électrodes du capteur. Il est situé par exemple derrière les bandes émaillées qui très souvent sont disposées en bordure des vitrages. Compte tenu de leur encombrement, le plus souvent extrêmement réduit, ils peuvent même s'insérer entre les feuilles de verre. Les conducteurs reliant les électrodes à ce circuit d'analyse sont inévitablement le siège de signaux parasites, sauf à les protéger par un "blindage". Cette protection n'est généralement pas souhaitable dans la mesure où elle s'établit au moyen de gaines qui ne sont pas transparentes. Pour faire en sorte que les conducteurs soient aussi peu visibles que possible, ils sont de préférence non-gainés. Ils développent eux-mêmes une certaine capacité qui se superpose à celle des électrodes du capteur. Pour minimiser cet effet parasite, il est souhaitable de raccourcir le plus possible ces conducteurs. Pour cette raison le capteur est normalement à proximité d'un bord du vitrage.
Dans la forme présentée à la figure 1 , le capteur est, comme il est fréquent, en position haute centrale, c'est à dire derrière le rétroviseur. Compte tenu du caractère essentiellement transparent un autre positionnement est néanmoins possible.
La figure 2 montre la superposition des différents éléments du vitrage, et l'emplacement du capteur sous forme d'insert. Dans l'exemple présenté le vitrage comprend deux feuilles de verre 9 et 10, et une feuille intercalaire thermoplastique 11 , par exemple de PVB, destinée à coller les deux feuilles de verre. L'insert 15 portant le circuit formant le capteur est disposé entre la feuille de verre 10 et la feuille intercalaire 11. Le capteur comprend une partie sur laquelle les électrodes sont disposées et une partie 18 comportant les conducteurs qui relient les électrodes à l'ensemble de mesure non représenté.
L'insert peut être disposé entre la feuille de verre externe et l'intercalaire pour optimiser la sensibilité, mais il peut aussi être situé entre l'intercalaire et la feuille interne.
La coupe du vitrage de la figure 3a, reproduit la disposition indiquée à propos de la figure 2. Les électrodes 12 et 13 sont représentées schématiquement sur un support 5. Les différents éléments sont disjoints sur la figure et leurs dimensions exagérées pour permettre de mieux les distinguer.
En particulier les dimensions des électrodes notamment leur épaisseur et les distances entre celles-ci sont volontairement forcées. En pratique les distances entre les électrodes sont relativement réduites, habituellement de 1 à 5 millimètres, afin de maximiser le champ électrique. Il s'agit d'établir un compromis entre un champ suffisamment intense, et une surface suffisante pour recouvrir une variation de champ bien représentative du phénomène détecté.
A la figure 3a le support 5 est en contact avec la feuille de verre externe 10. Pour assurer le collage de cette feuille par exemple de PET, un adhésif doit être utilisé.
La disposition de la figure 3b est analogue à la précédente. L'insert est cette fois entre deux feuilles intercalaires lia et 11b. La disposition ne nécessite pas normalement l'usage d'un adhésif supplémentaire, mais l'utilisation de deux feuilles intercalaires n'est pas économique. L'invention vise l'utilisation d'inserts entre une feuille intercalaire et le vitrage sans qu'il soit nécessaire d'appliquer un adhésif au moment de l'assemblage des feuilles.
Les figures 4a et 4b montrent de manière schématique éclatée un ensemble des éléments entrant dans la constitution d'un détecteur selon l'invention. Cet ensemble se compose d'une feuille support 5. Cette feuille support 5 est essentiellement non-conductrice et suffisamment transparente. Son épaisseur pour cette raison aussi réduite que son rôle de support le permet. Avantageusement il s'agit d'un film de PET dont l'épaisseur est comprise entre 15 et lOOμ.
Sur ce support se situe l'élément conducteur 6 dans lequel est constitué le circuit capacitif. A la figure 4a ou 4b l'élément conducteur est représenté sous forme d'une feuille ou couche continue, le circuit n'est pas dessiné. L'ensemble du support 5 et de l'élément conducteur 6 comporte encore un revêtement d'adhésif 8.
Sur la figure 4a l'adhésif 8 est représenté sur la face du support 5 opposée à celle comportant l'élément conducteur 6. Cette disposition est celle qui est avantageusement mise en oeuvre lorsque les connexions avec les conducteurs externes au vitrage sont appliquées entre les feuilles au moment de l'assemblage de celles-ci après que l'insert ait été préalablement disposé sur la feuille de verre comme indiqué plus loin. La disposition de la figure 4b suivant laquelle l'adhésif 8 servant à la fixation sur le vitrage est sur l'élément conducteur est tout aussi satisfaisante. Cette dernière est avantageuse lorsque l'insert comporte les conducteurs externes avant même l'application sur la feuille de verre (voir figure 13) . Dans ce cas une fois l'insert appliqué sur la feuille de verre, le circuit est protégé par le support 5 contre de possibles altérations au moment de l'assemblage des feuilles constituant le vitrage.
Pour permettre une manipulation commode de cet ensemble, l'adhésif 8 doit être lui-même recouvert jusqu'à la mise en place du détecteur capacitif. Pour cela un film (non-représenté aux figures 4a et 4b) qui peut être facilement retiré ("stripable") est utilisé. Pour faciliter l'enlèvement du film protecteur, sa face au contact avec l'adhésif peut avantageusement de façon connue être revêtue d'un composé anti-adhésif, par exemple un composé à base de cire de silicone. Cet agent anti-adhésif garantit aussi le maintien de l'adhésif sur l'insert lors de l'enlèvement du film protecteur.
A la figure 5 un ensemble plus complexe est représenté. Aux éléments indiqués à propos des figures 4 s'ajoute en particulier le film protecteur 16 dont il est question ci-dessus à propos de la figure 4b.
La figure 5 comprend encore un film 17 et son revêtement adhésif 7. Ce film 17 est représenté relativement épais par rapport aux autres constituants. Il est commode en effet pour faciliter la manipulation de disposer d'un élément moins souple que ne l'est le support 5. La souplesse de ce dernier tient essentiellement à sa très faible épaisseur.
Le film 17 qui est retiré au moment de la mise en place du détecteur sur le vitrage peut avantageusement se présenter sous forme d'une feuille semi-rigide, notamment pour en faciliter le maniement. L'enlèvement du film 17 entraîne normalement l'adhésif 7 qui dans la structure présentée à cette figure n'est pas destiné à la fixation sur le verre, contrairement à l'adhésif 8.
Si une couche adhésive est nécessaire pour assurer une bonne adhésion du détecteur à la feuille de verre, l'autre face, qui dans la forme présentée est au contact du matériau intercalaire du vitrage feuilleté peut ne pas nécessiter la présence d'un adhésif additionnel.
Si le support au contact de l'intercalaire adhère insuffisamment, ce qui peut être le cas par exemple de la feuille de PET au contact d'un intercalaire PVB, l'adhérence peut être améliorée comme indiquée précédemment soit par l'usage d'un adhésif soit par un traitement de modification de la surface de PET par exemple par "flammage" ou activation par plasma.
Compte tenu des fonctions distinctes de ces revêtements adhésifs, leurs propriétés peuvent différer sensiblement. L'adhésif qui maintient le détecteur sur la feuille de verre (dans la forme présentée à la figure 5 l'adhésif 8) est avantageusement relativement puissant, alors que celui (7) qui principalement maintient le film de protection 17 peut être nettement moins puissant notamment pour permettre l'enlèvement facile du film de protection 17..
La présence d'une feuille 17 suffisamment rigide dans le conditionnement du détecteur présente éventuellement des avantages complémentaires. Si l'élément conducteur 6 peut être produit des diverses façons indiquées précédemment de manière relativement aisée, la formation du circuit autrement dit la séparation de zones conductrices et de zones non-conductrices suivant un dessin précis nécessite des opérations relativement délicates dans les modes proposés antérieurement.
L'invention permet d'utiliser une technique plus simple et moins coûteuse de type estampage pour constituer le circuit. Le mode de mise en oeuvre est illustré de façon schématique à la figure 6. Dans cette application la feuille support 5 du détecteur, recouverte de l'élément conducteur 6 (qu'il s'agisse de couches minces ou d'une mince feuille métallique) , est fixée sur la feuille 17 au moyen de l'adhésif 7. Dans cette configuration l'ensemble 6, 5 est soumis la découpe par estampage. Un réglage précis permet de limiter la profondeur de la découpe. L'emporte-pièce (ou poinçon) 19 est présenté schématiquement à la figure 6 au plus profond de la découpe. Celle-ci peut entamer la feuille 17 mais doit maintenir l'intégrité de cette feuille pour que le circuit formé, qui peut comprendre des éléments ténus, reste bien en forme sur cette feuille 17.
Après élimination des parties qui correspondent aux zones non-conductrices du circuit formé, la protection de ce circuit est éventuellement complétée par la mise en place de l'adhésif 8 et du film de protection 16. L'adhésif 8 et le film 16 sont appliqués séparément ou simultanément. Si l'adhésif 8 doit être relativement puissant pour bien fixer dans une opération ultérieure le détecteur sur la feuille de verre, l'adhérence à la feuille 16 doit être bien contrôlée pour que la séparation de cette feuille ne risque pas d'endommager le circuit lors du transfert sur la feuille de verre ou l'enlèvement d'une partie de l'adhésif 8. Pour cela, le cas échéant le choix de la nature de la feuille 16 permet d'en limiter l'adhérence. Cette adhérence peut aussi être contrôlée par l'usage d'un revêtement par exemple une cire de silicone appliquée sur la feuille 16.
Le mode d'application d'un détecteur comprenant un ensemble tel que représenté aux figures 5 e t6, comprend de préférence la séquence suivante :
- la feuille 16 est détachée dégageant l'adhésif 8 qui couvre le circuit découpé comme indiqué précédemment. ;
- le circuit 6 et son support 5, qui adhèrent au film de protection 17 par l'intermédiaire de l'adhésif 7, (ces éléments étant globalement représentés en 21), sont appliqués fermement par exemple au moyen d'un rouleau presseur 22 sur la feuille de verre 20 (figure 7) (éventuellement après interposition des conducteurs externes, mais de préférence ceux-ci sont pré-disposés dans la structure de l'insert) ; l'adhésif est avantageusement du type activé par pression ("pressure sensitive") ;
- le support et le circuit conducteur adhérant fortement au verre par l'intermédiaire du puissant adhésif 8, le film protecteur 17 adhérant moins fortement au support 5, est ensuite enlevé ("strippé") pour ne laisser adhérer sur la feuille de verre que le circuit du capteur et le support 5. La mise en place est analogue lorsque le circuit capacitif est face à l'intercalaire. Dans ce cas le collage sur le verre correspond à celui du support 5. La suite des opérations est aussi analogue et s'achève par la suppression du film protecteur du circuit conducteur 6.
Une fois le détecteur fixé à la feuille de verre selon le mode décrit ci-dessus ou un mode analogue, l'assemblage du vitrage, feuilles de verre et feuille thermoplastique, par exemple de PVB, est effectué suivant les techniques traditionnelles de feuilletage à savoir des techniques d'étuvage sous vide et/ou de calandrage.
Dans ces techniques les éléments constitutifs du détecteur inséré ne subissent pas de conditions opératoires notamment thermiques, susceptibles de les altérer. Les pressions s'exercent normalement au plan de ces éléments sans effort de cisaillement. Le détecteur ne risque donc ni déformation ni déchirure, ni surtout apparition de court-circuits entre les éléments conducteurs distincts. Il n'y a pas non plus de risque de dégradation des éléments conducteurs même si ceux-ci sont fragiles dans la mesure où l'opération se fait à l'abri de l'air et à des températures de l'ordre de 1500C.
Avec l'assemblage des feuilles, les moyens de connexion doivent être mis en place. Soit le support et les conducteurs qu'il porte, s'étendent au-delà du vitrage. Dans ce cas la jonction s'effectue à l'extérieur du vitrage et de préférence dans un ensemble de type "encapsulé", qui prévient les risques de rupture de la feuille support, celle-ci se trouvant solidarisée avec les feuilles de verre dans une enveloppe résistante d'où partent les conducteurs qui assurent la liaison avec les moyens de génération et d'analyse des signaux. Soit des conducteurs sont rapportés dans le vitrage lui-même au moment de l'assemblage des feuilles, des éléments de jonction traditionnels de ces conducteurs avec les moyens d'analyse complétant le circuit. Le premier de ces deux modes est illustré aux figures 8a et 8b. Le support 5 pris entre la feuille de verre 10 et la feuille intercalaire 11 dépasse le bord du vitrage d'une partie 18 formant éventuellement une languette. Cette partie 18 est avantageusement rabattue et collée sur la face du vitrage comme en 8b. Une "encapsulation" locale 23 formée par exemple par moulage d'une enveloppe de matériau polymère au moyen par exemple d'un matériau thermoplastique formé directement sur le bord du vitrage. Les connexions avec les conducteurs reliés au dispositif d'analyse sont par exemple assurées au moyen de conducteurs rubans 24 appliqués sur les extrémités de la partie 18. La fixation des conducteurs peut être obtenue par soudage, collage ou sertissage. L'encapsulation 23 permet éventuellement d'éviter de procéder à une fixation supplémentaire les conducteurs sont alors simplement mis en contact et enrobés dans le matériau d'encapsulation.
Les figures 9a et 9b illustrent le second mode de raccordement du circuit électrique. Les éléments constitutifs sont présentés en éclaté à la figure 9a tels qu'ils se présentent avant l'assemblage du vitrage. Dans ce cas le contact entre le conducteur rapporté 25 et l'extrémité du conducteur correspondant du circuit du détecteur disposé sur le support 5 se situe dans le vitrage lui-même. Le maintien du conducteur extérieur peut alors être assuré par le fait qu'il est pris dans le feuilletage. La continuité électrique entre le circuit du détecteur et le conducteur 25 est assurée éventuellement par simple contact et sous la pression exercée par le feuilletage. Il est préféré de disposer soit une soudure soit une colle conductrice pour prévenir toute défaillance.
Pour garantir le positionnement correct des conducteurs 25 ou éviter leur déplacement lors de l'assemblage du vitrage il est encore possible de les maintenir par un ruban adhésif transparent local qui recouvre ces conducteurs et les fait adhérer à la couche conductrice. La figure 13 présente un autre mode permettant d'assurer les connexions électriques du capteur avec les éléments extérieurs au vitrage. La figure reprend les éléments de la figure 6 après que ceux-ci aient été réunis. La constitution du circuit peut être obtenue comme indiqué à propos de la figure 6 par découpe à l'emporte-pièce ou par n'importe quel autre moyen notamment par ablation localisée de la couche conductrice comme indiqué précédemment.
A la figure 13, les conducteurs 25 sont intégrés à l'ensemble constituant l'insert avant que celui-ci soit mis en place dans le vitrage. Le conducteur 25 est en contact électrique avec les éléments 6 constituant le capteur. Leur fixation peut en partie au moins être obtenu par l'adhésif 8 qui maintient la feuille de protection 16, adhésif qui est ultérieurement utilisé pour le collage sur la feuille de verre. Néanmoins une fixation plus forte du conducteur peut être préférée. Il peut s'agir notamment de l'usage local d'une colle conductrice ou d'une soudure. La réalisation de ce type d'ensemble limite le plus possible les opérations effectuées lors de l'assemblage du vitrage. Celles-ci ne comprennent plus que l'application et le collage sur la feuille de verre après avoir retiré le film protecteur 16 et de même le détachement de la feuille 17. Le capteur et ses conducteurs 25 est alors prêt. L'assemblage du vitrage se poursuit selon les techniques traditionnelles.
La figure 10 est un exemple de circuit constituant un capteur selon l'invention. Le capteur présenté comporte deux électrodes 26 et 27 de forme rectangulaire. Le même matériau qui constitue les électrodes forme aussi deux conducteurs 28, 29 qui s'achèvent par des plots de connexions 30 et 31 sur lesquels se raccordent des conducteurs externes non représentés. L'ensemble de ces éléments constitue le circuit du capteur. Au mode représenté à la figure 10 deux éléments conducteurs 32, 33 restent de l'opération de formation du dessin du capteur à partir d'un support uniformément recouvert de l'élément conducteur. Ces dépouilles qui peuvent éventuellement être ôtées comme les zones non-conductrices séparant les électrodes, peuvent intervenir dans l'élaboration du signal et son traitement, notamment lorsqu'elles sont mises à la masse.
Le dessin de la figure 10 est obtenue par exemple comme précédemment décrit par une découpe à l'emporte-pièce sur un élément initial de composition uniforme. Le motif formé demeure bien stable même si le support du circuit se limite par endroit à des éléments très étroits, comme au niveau des conducteurs 28 et 29, ceux-ci étant maintenus collés sur la feuille représentée aux figures précédentes sous la référence 17.
Le capteur de la figure 11 comporte trois électrodes 34,
35, 36 utilisé avantageusement suivant une technique de mesure différentielle. Les deux capacités sont constituées avec une électrode centrale commune 35 et chacune des électrodes latérales 34 et 36. Le même mode différentiel peut être également mis en oeuvre avec deux capacités entièrement distinctes, par exemple avec quatre électrodes formant deux à deux une capacité.
La forme trapézoïdale des électrodes et la distance qui sépare leur bords respectif qui n'est pas constante a pour effet de favoriser une bonne détection des gouttes quelle que soit la façon dont celles-ci se présentent, fines et nombreuses ou, au contraire, grosses et espacées. La disposition présentée conduit à des intensités de champ électrique qui ne sont pas uniformes le long des électrodes. De plus la surface de détection est accrue avec la distance entre les électrodes. Pour réduire autant que possible le bruit de fond dû aux conducteurs, ceux-ci sont par ailleurs situés le plus près possible les uns des autres.
Le capteur de la figure 11 peut être introduit avec un support 37 qui s'étend bien au-delà des électrodes. Il est cependant préférable, en mettant à profit le mode de fabrication décrit précédemment de découper support et circuit électrique selon le dessin final du capteur. Dans ce cas le support 37 se superpose exactement aux électrodes et aux conducteurs.
Le capteur présenté à la figure 12 comporte aussi trois électrodes 38, 39, 40, par exemple pour un fonctionnement différentiel. Le champ de mesure est cette fois réalisé entre les électrodes 38 et 39 qui comportent deux distances Z1 et z2 pour permettre comme pour le capteur de la figure 11 de détecter les gouttes de dimensions différentes. A la zone de distance Z1 le champ électrique est plus intense et permet de détecter des gouttes de petites dimensions. La sensibilité dans la zone de distance z2 dans laquelle le champ est moins intense accroît la surface disponible et donc la probabilité de trouver une "grosse" goutte moins régulièrement distribuée. Le champ moins intense est compensé par la dimension de la goutte qui occasionne une modification plus importante de ce champ.
Les dessins des électrodes présentés ci-dessus à titre d'exemples ne sont bien évidemment pas limitatifs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Détecteur de pluie capacitif pour insertion dans un vitrage, le détecteur étant composé d'une feuille supportant le circuit conducteur capacitif, électrodes et conduits d'alimentation, au moins une face de cet ensemble étant revêtue d'un adhésif.
2. Détecteur selon la revendication 1 dans lequel la ou les faces revêtues d'adhésif, avant l'insertion dans le vitrage, sont recouvertes d'un film protecteur qui peut être retiré sans entraîner l'adhésif.
3. Détecteur de pluie selon l'une des revendications précédentes dans lequel le film protecteur au moins sur sa face au contact avec l'adhésif comporte un revêtement anti-adhésif facilitant la séparation lors de l'utilisation.
4. Détecteur de pluie selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins un film protecteur présente une épaisseur suffisante pour conférer à l'ensemble un caractère semi-rigide.
5. Détecteur selon l'une des revendications 2 à 4 dans lequel le dessin du circuit conducteur capacitif est obtenu par découpe à l'emporte pièce du support et du matériau conducteur supporté, la profondeur de découpe étant réglée de manière à épargner le film protecteur.
6. Détecteur selon la revendication 5 dans lequel après découpe, le circuit constitué est maintenu sur le film protecteur et les éléments superflus sont éliminés.
7. Détecteur selon l'une des revendications 4 à 6 dans lequel le film protecteur présente une épaisseur d'au moins 0,1mm.
8. Détecteur de pluie selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'ensemble support et circuit capacitif présente une transmission lumineuse dans le visible qui n'est pas inférieure à 60% et de préférence pas inférieure à 65%.
9. Détecteur de pluie capacitif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la surface des électrodes est comprise entre 0,0004 et 0,04m2.
10. Détecteur de pluie capacitif selon l'une des revendications précédentes dans lequel le support du circuit capacitif est un film de PET d'une épaisseur comprise entre 15 et lOOμ.
11. Détecteur de pluie capacitif selon l'une des revendications précédentes dans lequel le circuit conducteur est constitué par une couche mince déposée par pyrolyse ou par un ensemble de couches minces comprenant une couche métallique, formé par dépôt sous-vide ou par une mince feuille métallique.
12. Détecteur de pluie selon la revendication 11 dans lequel le circuit conducteur est constitué d'au moins une couche d'un oxyde conducteur du groupe comprenant I1ITO, l'oxyde d'étain dopé au fluor ou à l'antimoine.
13. Détecteur de pluie capacitif selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel le circuit conducteur est constitué sur le support par une méthode d'impression.
14. Détecteur selon l'une des revendications précédentes comprenant deux adhésifs et des feuilles de protection de ces adhésifs des conducteurs destinés à relier le circuit capacitif aux éléments du capteurs externes au vitrage étant connectés au circuit capacitif et disposés sous l'une des feuilles de protection située du côté du support portant le circuit capacitif;
15. Détecteur de pluie selon l'une des revendications précédentes, inséré entre une feuille de verre et une feuille d'un matériau polymère transparent, la face du détecteur au contact du verre étant revêtue d'adhésif.
16. Détecteur de pluie selon la revendication 15, inséré dans un vitrage feuilleté comprenant deux feuilles de verre et une feuille intercalaire d'un matériau thermoplastique essentiellement transparent.
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