JP5158043B2 - アルコール検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用者から排出される呼気中のアルコール濃度を検出するために、複数種類のセンサを備えてなる複合ガスセンサから構成されるアルコール検出装置に関するものである。

本明細書では、車両（例えば、自動車）に搭載されるアルコール検出装置について説明する。

近年、車両の飲酒運転は重大な社会問題となっていて、運転者が酒気を帯びた状態で車両を運転することは厳禁とされている。これを担保するため、各種の車両用アルコール検出装置の発明が出願されている（例えば、特許文献１を参照）。

従来のアルコール検出装置は、その検出精度が低いことが問題となっている。例えば、複合ガスセンサよりなるアルコール検出装置の場合、自己発熱するセンサを使用する場合がある。いずれかのセンサが自己発熱すると、その発熱が他のセンサに影響を及ぼし、検出精度を低下させてしまうおそれがある。

特許第４２０８８７１号公報

本発明は上記した事情に鑑み、アルコール検出装置におけるアルコール濃度の検出精度を向上させることを課題としている。

上記した課題を解決するための本発明は、
使用者から排出された呼気中のアルコール濃度を検出するために、複数種類のセンサを備えてなる複合ガスセンサから構成されるアルコール検出装置であって、
その装置本体部には、前記装置本体部に流入した呼気を含む空気を下流側に送るための空気送出手段と、
前記装置本体部における前記空気送出手段の上流側又は下流側に配置され、前記空気中のアルコール濃度を検出するアルコール検出センサと、
前記アルコール検出センサの上流側又は前記空気の送出方向における同位置に配置され、前記空気の温度を検出する温度センサと、
同じく、前記空気の湿度を検出する湿度センサと、
前記空気の送出方向において前記アルコール検出センサ、前記温度センサ、及び前記湿度センサよりも下流側の位置に配置され、前記空気中の酸素濃度を検出することにより前記空気に使用者の呼気が含まれているか否かの判定をする酸素センサと、
前記温度センサ、前記湿度センサ及び前記酸素センサの検出値に基づき、前記アルコール検出センサの検出値を補正する制御手段と、
を備えることを特徴としている。

本発明に係るアルコール検出装置は複合ガスセンサの形態であり、空気送出手段の上流側又は下流側に配置されたアルコール検出センサの上流側又は同位置に温度センサと湿度センサとが配置され、アルコール検出センサの下流側又は同位置に酸素センサが配置されている。使用者から排出された呼気は、外気と混ざり合うことにより希釈されて各センサと接触する。このため、アルコール検出センサによって検出された値が、現実の使用者の呼気（使用者から排出された直後の呼気）のアルコール濃度と異なるおそれがある。しかし、本発明に係るアルコール検出装置では、温度センサ、湿度センサ及び酸素センサによって検出された温度、湿度及び酸素濃度に応じて、制御手段がアルコール検出センサの検出値を補正する。これにより、使用者の呼気のアルコール濃度を高精度に検出することかできる。

しかも、温度センサと湿度センサは、発熱量が最も大きい酸素センサから離れて配置されている。これにより、酸素センサの発熱の影響が温度センサと湿度センサに及びにくくなり、温度センサと湿度センサの検出誤差が少なくなるため、アルコール検出センサによるアルコール濃度の検出値の正確性が確保される。なお、温度センサと湿度センサの発熱量は僅かなので、空気の送出方向における同位置に配置しても、異なる位置に配置してもよい。また、いずれを上流側に配置してもよい。

前記各センサを、前記装置本体部におけるそれぞれの周方向の位相を異ならせて配置してもよい。このとき、空気の送出方向における各センサの位置は、同じであっても、異なっていてもよい。これにより、発熱量が最も大きい酸素センサと、発熱量が酸素センサに次いで大きいアルコール検出センサとの発熱の影響が、温度センサと湿度センサに及ばないようにしたまま、装置本体部の全長（空気の送出方向の長さ）を短くすることができる。

そして、前記温度センサ、前記湿度センサ、前記アルコール検出センサ及び前記酸素センサを、前記空気の送出方向にこの順で配置することができる。このとき、前記空気の送出方向における各センサ同士の距離のうち、前記湿度センサと前記アルコール検出センサとの距離が最も長くなるようにすることが望ましい。なお、このときの空気送出手段の位置は、各センサの上流側であっても、下流側であっても、それらの間であってもよい。

このアルコール検出装置を、車両に搭載することができる。この場合、アルコール検出装置の検出結果を、車両のエンジン等と連動させてもよい。もろん、アルコール検出装置を単独として使用することもできる。

第１実施例のアルコール検出装置１０１が搭載された運転席の概略図である。 アルコール検出装置１０１の全体斜視図である。 アルコール検出装置１０１の分解斜視図である。 アルコール検出装置１０１の装置本体部７の断面模式図である。 アルコール検出装置１０１の作用を示すフローチャートである。 （ａ）は第２実施例のアルコール検出装置１０２の装置本体部７の断面模式図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１線断面模式図、（ｃ）は同じくＸ２−Ｘ２線断面模式図である。 （ａ）は第３実施例のアルコール検出装置１０３の装置本体部７の断面模式図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面模式図である。 第４実施例のアルコール検出装置１０４の装置本体部７の断面模式図である。 第５実施例のアルコール検出装置１０５の装置本体部７の断面模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本明細書では、車両に搭載されたアルコール検出装置について説明する。

図１は第１実施例のアルコール検出装置１０１が搭載された運転席の概略図、図２はアルコール検出装置１０１の全体斜視図、図３はアルコール検出装置１０１の分解斜視図、図４はアルコール検出装置１０１の装置本体部７の断面模式図、図５はアルコール検出装置１０１の作用を示すフローチャートである。

図１に示されるように、車両（自動車）の運転席に第１実施例のアルコール検出装置１０１が取り付けられている。このアルコール検出装置１０１は、例えば運転席のインストゥルメントパネル１に対して着脱自在に、ケーブル２で連結されている。運転席に着席した運転者Ｍ（使用者）が、車両のエンジンを始動させようとするとき、アルコール検出装置１０１に呼気を吹き付ける。この呼気中のアルコール濃度が所定値以下であれば、アルコール検出ＥＣＵ（図示せず）は、運転者Ｍが酒気帯び状態ではないと判断し、エンジンの始動を許可する。もし、呼気中のアルコール濃度が所定値を超えるものであれば、アルコール検出装置１０１のＥＣＵ（図示せず）は、運転者Ｍが酒気帯び状態であると判断し、エンジンの始動を許可しない。これにより、飲酒運転を防止する。

図２及び図３に示されるように、第１実施例のアルコール検出装置１０１は、フロントパネル３とリアケース４とを備えるケース体に、複数種類のセンサ（後述）が装着された複合ガスセンサの形態としてなる。フロントパネル３とリアケース４には支持部材５が内装されていて、この支持部材５にファン６と筒状のアルコール検出装置１０１の装置本体部７と、基板８に実装された各センサ（温度センサ９、湿度センサ１１、アルコール検出センサ１２及び酸素センサ１３）が支持されている。フロントパネル３には、運転者Ｍが吹き付けた呼気を通すための吸気孔１４が設けられている。支持部材５に取り付けられたファン６は、吸気孔１４に対向配置されて組み付けられる。また、支持部材５には、スピーカ１５、表示器１６及びスイッチ１７が取り付けられる基板１８が装着される。表示器１６は、運転者Ｍのアルコール濃度の検出結果を液晶で文字表示するものであり、フロントパネル３の表示窓１９から運転者Ｍが視認可能である。また、スイッチ１７は、ファン６、各センサ９，１１，１２，１３、スピーカ１５に通電して、アルコール検出装置１０１を作動可能とするものである。

なお、図３において２１は、アルコール検出装置１０１と車両のインストゥルメントパネル１（図１参照）とを連結するケーブル２を保護するためのブッシュであり、２２は、スイッチ１７をカバーするためのノブである。

運転者Ｍがフロントパネル３の吸気孔１４に吹き付けた呼気は、吸気孔１４を通過し、ファン６によって装置本体部７に送出される。このとき、呼気が攪拌され、呼気と外気（呼気と同時に流入する空気、及び予め装置本体部７内に存する空気）とが混ざり合う。そして、装置本体部７において、各センサ９，１１，１２，１３に接触することにより呼気を含む空気中のアルコール濃度が検出された後、リアケース４の排気孔２３から外部（車両の室内）に排気される。

図４に示されるように、本実施例のアルコール検出装置１０１は、装置本体部７の上流側（呼気が流入する側で、図３の図面視における左側）の端部にファン６が配置され、ファン６の下流側に、温度センサ９、湿度センサ１１、アルコール検出センサ１２及び酸素センサ１３が、呼気の送出方向Ｐにこの順で配置されている。次に、各センサ９，１１，１２，１３について説明する。

温度センサ９は、例えば「サーミスタ」と称され、ニッケル、コバルト、マンガン等の酸化物よりなるセラミクス半導体である。呼気の温度は、運転者Ｍによる呼気の吹付け方法によって変化する。例えば、運転者Ｍが吹き付けた呼気が運転者Ｍの体内（肺）から生じたものである場合、その温度は高く、しかもアルコールを含んでいるか否かの判定が容易である。しかし、運転者Ｍの口腔内から生じたものであったり、風船等を使用した不正手段によって吹き付けたものであったりする場合、その温度は低い。また、外気温によっても変化する。このため、温度センサ９により、呼気の温度を検出することにより、それが運転者Ｍの肺からの呼気であるか否かを判定する。そして、温度センサ９の作動中の発熱量は僅かである。

湿度センサ１１は、空気中の水分量の変化によってセンサ素子の導電率や静電容量が変化することによって、当該空気の湿度を計測するセンサ（例えば、容量変化型湿度センサ）である。アルコール検出センサ１２は、外気中の湿度にも反応してしまう場合がある。また、運転者Ｍの呼気には、当該運転者Ｍが酒気帯び状態でなくてもアルコールを含んでいるため、アルコール検出センサ１２が通常状態（酒気を帯びていない状態）の呼気のアルコール濃度を検出してしまう場合がある。このため、湿度センサ１１が検出する湿度をモニタすることにより、アルコール検出センサ１２が外気の湿度や通常状態の呼気のアルコール濃度を検出しても、それらの検出値を採用しないようにすることができる。そして、湿度センサ１１の作動中の発熱量は僅かである。

アルコール検出センサ１２は、アルコール（例えば、エチルアルコール）に特化された触媒が設けられた半導体ガスセンサである。半導体ガスセンサは、ヒータを有しているため、作動中に自己発熱する。

酸素センサ１３は、外気と混ざり合うことによって希釈される呼気の酸素濃度を検出するものであり、例えば限界電流式の酸素センサ１３を用いる場合、アルコール検出センサ１２と同様、ヒータを有しており、作動中に自己発熱する。その発熱量は、上記の各センサ９，１１，１２，１３の中で最も大きい。ここで、車室内の外気の酸素濃度は、天候や乗員の数が変化してもほぼ一定である。しかし、呼気の酸素濃度（換言すれば、呼気の希釈率）は、外気によって希釈された場合であっても外気の酸素濃度よりも低い。即ち、酸素センサが検出する酸素濃度の変化をモニタすることにより、装置本体部７内の空気に呼気が含まれているか否かを判定することができる。

本実施例のアルコール検出装置１０１の作用について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。図１に示されるように、運転者Ｍは、運転席に着席した状態でインストゥルメントパネル１に引っ掛けられているアルコール検出装置１０１を取り外し、スイッチ１７を押す。これにより、アルコール検出装置１０１が通電され、各センサ９，１１，１２，１３が検出待機状態となる（ステップＳ１）。運転者Ｍは、アルコール検出装置１０１を自身の口に近づけてフロントパネル３の吸気孔１４に呼気を吹き付ける（ステップＳ２）。呼気は、外気（車室内の空気）又は予め装置本体部７に存する空気と混ざり合って装置本体部７に流入する。以下、呼気が混入した空気を、「呼気混合空気」と記載する。

この呼気混合空気は、ファン６によって攪拌されながら装置本体部７の下流側に送出される。ファンによって攪拌されるため、呼気混合空気中の呼気の分布が一定になる。そして、呼気混合空気が、温度センサ９、湿度センサ１１、アルコール検出センサ１２及び酸素センサ１３に接触しながら装置本体部７を通過し、リアケース４の排気孔２３から排気される。このとき、温度センサ９により呼気混合空気の温度が検出され、湿度センサ１１により呼気混合空気の湿度が検出され、アルコール検出センサ１２によって呼気混合空気中のアルコール濃度が検出され、酸素センサ１３によって呼気混合空気中の酸素濃度が検出される。これらの検出値は、制御手段（図示せず）に記憶される。

このアルコール検出装置１０１が、運転者Ｍの呼気中のアルコール濃度を検出するためには、最初に、装置本体部７に運転者Ｍの呼気が吹き込まれたことを検出する必要がある。本実施例のアルコール検出装置１０１の場合、呼気の検出は、酸素センサ１３が呼気混合空気中の酸素濃度を検出することによって行われる。即ち、装置本体部７内の空気に呼気が含まれていると、その酸素濃度が低下する。このときの酸素濃度が予め定められた一定値以上であれば、制御手段は呼気が含まれていると判断し（ステップＳ３における「Ｙｅｓ」）、呼気混合空気の温度、湿度及びアルコール濃度を検出する（ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６）。

もし、運転者Ｍによる呼気の吹付けが弱いと、呼気混合空気の酸素濃度はそれ程低下しない（ステップＳ３における「Ｎｏ」）。この場合、制御手段がスピーカ１５や表示器１６を作動させ、運転者Ｍに検出エラーを報知する（ステップＳ７）。

ここで、アルコール検出センサ１２によって検出されたアルコール濃度は、呼気混合空気のアルコール濃度であり、運転者が排出した直後の呼気ではない。このため、外気の混合度合いにより、実際に検出されたアルコール濃度では運転者Ｍの酒気帯び状態を正確に把握できないおそれがある。これを防止するため、本実施例のアルコール検出装置１０１は、温度センサ９、湿度センサ１１及び酸素センサ１３によって検出された値により、アルコール検出センサ１２の検出値を補正する制御手段（図示せず）を備えている。即ち、温度センサ９によって検出された呼気混合空気の温度と湿度センサ１１によって検出された呼気混合空気の湿度（相対湿度）とから、呼気混合空気の絶対湿度（呼気混合空気中の水蒸気の量）が計測される。

更に、酸素センサ１３によって検出された呼気混合空気中の酸素濃度より、呼気の希釈率が計測される。上記で計測された絶対湿度及び希釈率より、制御手段がアルコール濃度を補正する（ステップＳ８）。そして、補正されたアルコール濃度より運転者Ｍの酒気帯び状態が判断され、その結果をアルコール検出装置１０１に設けられたスピーカ１５や表示器１６によって運転者Ｍに報知する。これにより、運転者Ｍが酒気帯び状態と判断されれば、制御手段がエンジンの始動をさせなくする等の措置をする。

図４に示されるように、本実施例のアルコール検出装置１０１は、装置本体部７の最も上流側にファン６が取り付けられ、呼気混合空気の送出方向Ｐに温度センサ９、湿度センサ１１、アルコール検出センサ１２及び酸素センサ１３がこの順で配置されている。換言すれば、温度センサ９と湿度センサ１１は、アルコール検出センサ１２と酸素センサ１３から離れて配置されている。次に、各センサ９，１１，１２，１３をこのように配置した理由を説明する。

前述したように、アルコール検出センサ１２と酸素センサ１３は半導体ガスセンサであるため、作動中に自己発熱する。この発熱により呼気混合空気が加熱され、温度センサ９と湿度センサ１１の検出精度が低下してしまうおそれがある。このため、本実施例のアルコール検出装置１０１では、温度センサ９と湿度センサ１１とを、呼気混合空気の送出方向Ｐにおいてアルコール検出センサ１２と酸素センサ１３とからできるだけ離すように配置している。更に、各センサ９，１１，１２，１３同士の距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のうち、湿度センサ１１とアルコール検出センサ１２との距離Ｌ２が最も大きくなるように配置している（Ｌ２＞Ｌ１，Ｌ２＞Ｌ３）。これにより、温度センサ９と湿度センサ１１に、アルコール検出センサ１２と酸素センサ１３の発熱の影響が及びにくくなり、温度センサ９と湿度センサ１１の検出精度の低下を防止できる。

次に、第２実施例のアルコール検出装置１０２について説明する。図６に示されるように、第２実施例のアルコール検出装置１０２では、湿度センサ１１の位相を周方向にずらす（異ならせる）ことにより、温度センサ９と湿度センサ１１を呼気混合空気の送出方向Ｐにおける同位置に配置し、同様に酸素センサ１３の位相を周方向にずらすことにより、アルコール検出センサ１２と酸素センサ１３を呼気混合空気の送出方向Ｐにおける同位置に配置している。これにより、温度センサ９と湿度センサ１１に及ぶアルコール検出センサ１２と酸素センサ１３の発熱の影響を少なくして、しかも装置本体部７の全長Ｌを短くすることができる。この結果、アルコール検出装置１０２の全体の大きさをコンパクトなものにすることができる。

また、図７に示される第３実施例のアルコール検出装置１０３のように、温度センサ９、湿度センサ１１及びアルコール検出センサ１２を呼気混合空気の送出方向Ｐにおける同位置で、かつアルコール検出センサ１２が温度センサ９と湿度センサ１１からできるだけ離れるように周方向に位相をずらして配置させるとともに、最も発熱量の大きい酸素センサ１３が送出方向Ｐに離れるように下流側に配置させてもよい。この実施例のアルコール検出装置１０３は、第２実施例のアルコール検出装置１０２と同様な効果が奏される。

上記した第１ないし第３の実施例のアルコール検出装置１０１〜１０３では、装置本体部７の最上流側にファン６が取り付けられている。しかし、図８に示される第４実施例のアルコール検出装置１０４のように、装置本体部７の最下流側にファン６を取り付けてもよい。

また、図９に示される第５実施例のアルコール検出装置１０５のように、装置本体部７における各センサ同士の間（例えば、湿度センサ１１とアルコール検出センサ１２との間）にファン６を取り付けてもよい。第４実施例のアルコール検出装置１０４の場合、アルコール検出センサ１２と酸素センサ１２の発熱の影響が、温度センサ９と湿度センサ１１とに最も及びにくくなるという利点がある。

本明細書では、車両に搭載されるアルコール検出装置１０１〜１０５の場合について説明した。しかし、本実施例のアルコール検出装置１０１〜１０５を、車両に搭載される形態以外の形態（例えば、単体として使用されるもの）であってもよいのはもちろんである。

本発明は、車両（例えば、自動車）のアルコール検出装置に利用することができる。

１０１〜１０５ アルコール検出装置
７ 装置本体部
６ ファン（空気送出手段）
９ 温度センサ
１１ 湿度センサ
１２ アルコール検出センサ
１３ 酸素センサ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 距離
Ｍ 運転者（使用者）
Ｐ 送出方向

Claims (5)

1. 使用者から排出された呼気中のアルコール濃度を検出するために、複数種類のセンサを備えてなる複合ガスセンサから構成されるアルコール検出装置であって、
   その装置本体部には、前記装置本体部に流入した呼気を含む空気を下流側に送るための空気送出手段と、
   前記装置本体部における前記空気送出手段の上流側又は下流側に配置され、前記空気中のアルコール濃度を検出するアルコール検出センサと、
   前記アルコール検出センサの上流側又は前記空気の送出方向における同位置に配置され、前記空気の温度を検出する温度センサと、
   同じく、前記空気の湿度を検出する湿度センサと、
   前記空気の送出方向において前記アルコール検出センサ、前記温度センサ、及び前記湿度センサよりも下流側の位置に配置され、前記空気中の酸素濃度を検出することにより前記空気に使用者の呼気が含まれているか否かの判定をする酸素センサと、
   前記温度センサ、前記湿度センサ及び前記酸素センサの検出値に基づき、前記アルコール検出センサの検出値を補正する制御手段と、
   を備えることを特徴とするアルコール検出装置。
2. 前記各センサは、前記装置本体部におけるそれぞれの周方向の位相を異ならせて配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアルコール検出装置。
3. 前記温度センサ、前記湿度センサ、前記アルコール検出センサ及び前記酸素センサが、前記空気の送出方向にこの順で配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルコール検出装置。
4. 前記空気の送出方向における各センサ同士の距離のうち、前記湿度センサと前記アルコール検出センサとの距離が最も長くなるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のアルコール検出装置。
5. 車両に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアルコール検出装置。

Images