JP5234367B2 - 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、運転者から排出された呼気は、アルコール検出装置のセンサに到達するまでに外気と混ざり合い、乱流となって送出される。このときの外気と呼気の分布が一定でないと、呼気のアルコール濃度の検出精度に影響を及ぼすおそれがある。これを防止するため、従来のアルコール検出装置では、運転者から排出された呼気をファンで攪拌し、呼気の分布がほぼ一定になるようにしてセンサに接触させている。しかし、ファンによる攪拌のみでは、装置本体部の全域に亘って呼気を含む空気の分布を一定にすることは困難である。例えば、装置本体部の内周面の近傍と軸心部分（中心部分）とでは、空気中の呼気の分布は異なっていると考えられる。

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いて、吹き込まれた呼気を含む空気の流れを乱流にしないで送出させるようにして、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。

上記の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、
筒状の装置本体部の上流側に設けられ、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軸流ファンと、
該軸流ファンによって送出される空気の送出方向に沿った螺旋状に捩れた状態で前記装置本体部の内周面に形成される螺旋溝部と、を備え、
前記複数種類のセンサは、前記螺旋溝部内に配置されることを特徴としている。
また、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、
筒状の装置本体部の上流側に設けられ、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軸流ファンと、
該軸流ファンによって送出される空気の送出方向に沿って複数に分割され、かつそれぞれが前記空気の送出方向に沿った螺旋状に捩れて形成される複数の室と、を備え、
前記複数種類のセンサは、前記複数の室のいずれかの室に配置され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、軸流ファンによって下流側に送出された使用者の呼気を含む空気が、装置本体部に形成された螺旋溝部又は室に案内され、螺旋溝部又は室に配置された複数種類のセンサと接触しながら送出される。この螺旋溝部又は室に案内された空気は、乱流とならない状態で送出される。このため、螺旋溝部又は室の最上流側に配置されたセンサに接触する空気と、最下流側に配置されたセンサと接触する空気は正確に同一のものとなる。この結果、アルコール濃度の検出精度が良好となる。

前記装置本体部を、上流側から下流側にかけて内径が連続的に小さくなるテーパ筒形状としてもよい。

そして、前記複数種類のセンサは、温度センサ、湿度センサ、アルコール検出センサ及び酸素センサであり、前記装置本体部の上流側から下流側にかけてこの順で配置されている。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。なぜならば、アルコール検出センサと酸素センサとの発熱の影響が温度センサと湿度センサに及ぶことにより、アルコール濃度の検出精度が低下するおそれがある。このため、湿度センサとアルコール検出センサとの距離を長くして、アルコール検出センサと酸素センサの発熱が、温度センサと湿度センサに及びにくくする。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。

そして、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。

本発明の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。 呼気混合空気Ａの流れのシミュレーション結果を示す図である。 （ａ）は第１実施例の装置本体部７の斜視図、（ｂ）は同じく側面図である。 装置本体部７の断面図である。 （ａ）は第２実施例の装置本体部２５の斜視図、（ｂ）は同じく側面図である。 （ａ）は第３実施例の装置本体部２８の斜視図、（ｂ）は同じく側面図である。 （ａ）は第４実施例の装置本体部３１の斜視図、（ｂ）は同じく側面図である。 第５実施例の装置本体部３６の斜視図である。

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は本発明の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は呼気混合空気Ａの流れのシミュレーション結果を示す図、図５の（ａ）は第１実施例の装置本体部７の斜視図、（ｂ）は同じく側面図である。

図１に示されるように、車両（自動車）の運転席に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、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、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、口内から生じたものであったり、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、アルコール検出センサ１２と同様、半導体ガスセンサである。このため、作動中に自己発熱し、その発熱量は上記の各センサのうち、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。

次に、呼気の流れについて説明する。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い、ファン６によって攪拌されて装置本体部７に流入する。以下、呼気が混合した空気を、「呼気混合空気Ａ」と記載する。本出願人は、装置本体部７における呼気混合空気Ａの流れのシミュレーション解析を行った。すると、図４に示されるように、ファン６から送出された呼気混合空気Ａは、装置本体部７における円柱穴形状の内周面をなぞるように螺旋状に送出される。これは、装置本体部７の長さ及び内径の大きさに関係なく、同様に螺旋状に送出された。この結果、呼気混合空気Ａの流れのシミュレーション解析により求められる流線の傾きからなる螺旋形状を、装置本体部７における流路の形状とすることとした。

上記の解析結果より、図５及び図６に示されるように、装置本体部７に呼気混合空気Ａを案内するための案内溝部２４（案内路）を形成した。この案内溝部２４は、装置本体部７の内周面に、左ねじ形状で螺旋状に設けられている。そして、この案内溝部２４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。なお、案内溝部２４を左ねじ形状とするか右ねじ形状とするかは、ファン６の回転方向によって決定される。

ここで、温度センサ９と湿度センサ１１の自己発熱量は少ないが、アルコール検出センサ１２と酸素センサ１３の自己発熱量は大きい。このため、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の発熱の影響が及ばないように、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することが望ましい。

この装置本体部７（第１実施例の装置本体部７）を有するアルコール検出装置１０１の作用について説明する。外気と一緒に装置本体部７に吹き込まれた呼気は、ファン６によって攪拌され、呼気混合空気Ａとなって下流側に送出される。呼気混合空気Ａ中の外気と呼気の分布は、ファン６によって攪拌されることでほぼ一定になる。

そして、装置本体部７に流入した呼気混合空気Ａは、案内溝部２４に入り込んで送出される。呼気混合空気Ａのうち、少なくとも案内溝部２４に入り込んだ部分は乱流とならずに（換言すれば、層流となって）送出されると考えられる。この呼気混合空気Ａの層流部分は、案内溝部２４を送出されながら、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と接触する。これにより、最初に温度センサ９と接触した呼気混合空気Ａと、最後に温度センサ１３と接触した呼気混合空気Ａは同一のものであると考えられる。しかも、各センサと接触するのは呼気混合空気Ａの層流部分であるため、呼気混合空気Ａ中のアルコール分の分布も一定であると考えられる。これにより、アルコール濃度の検出精度が向上する。

更に、温度センサ９と湿度センサ１１とは、アルコール検出センサ１２と酸素センサ１３とから離れて配置されているため、温度センサ９と湿度センサ１１とがアルコール検出センサ１２と酸素センサ１３との発熱の影響を受けにくくなる。これによっても、アルコール濃度の検出精度が向上する。

なお、案内溝部２４のピッチやねじれ方向の左右は、ファン６の特性（羽根のねじれ方向、ねじれ角度や回転数等）によって定まる呼気混合空気Ａの流線によって定めることが望ましい。

図７に示される第２実施例の装置本体部２５のように、装置本体部２５の内周面に２本の案内溝部２６，２７を螺旋状に設けてもよい。各案内溝部２６，２７は、同一ピッチで２条ねじの形態で設けられている。そして、各センサ９，１１，１２，１３は、いずれかの案内溝部２６，２７に配置される。

図８に示される第３実施例の装置本体部２８のように、装置本体部２５を、上流側から下流側にかけて内径が連続的に小さくなるようなテーパ筒とし、その内周面に案内溝部２９を螺旋状に設けてもよい。

なお、図８に示される装置本体部２８の場合、装置本体部２８の全長に亘ってテーパ穴が形成されている。しかし、テーパ穴の部分は、装置本体部３２の全長の一部であってもよい。

図９に示される第４実施例の装置本体部３１のように、装置本体部３１の内周面を呼気混合空気Ａの送出方向Ｐに沿って複数に分割（本実施例の場合、３分割）して各室３２，３３，３４とし、更にそれらの室３２，３３，３４を捩り、そのうちの１室（室３２）を案内溝部３５を形成してもよい。そして、この案内溝部３５に各センサ９，１１，１２，１３がこの順で配置される。この場合であっても、案内溝部３５に入り込んだ呼気混合空気Ａは乱流とならずに送出されるため、アルコール濃度の検出精度が高められる。

図１０に示される第５実施例の装置本体部３６のように、装置本体部３６の内周面にねじ溝３７（この場合、左ねじ形状のねじ溝）を形成し、そのねじ溝３７に各センサ９，１１，１２，１３を配置してもよい。なお、ねじ溝３７の向きやピッチは、ファン６の回転方向や回転数によって定められる。

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 アルコール検出装置
６ ファン（空気送出手段）
７，２５，２８，３１，３６ 装置本体部
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
２４，２６，２７，２９ 案内溝部（案内路、螺旋溝部）
３２，３３，３４ 室
３５ 案内溝部（案内路、直線溝部）
３７ ねじ溝（案内路、直線溝部）
Ａ 呼気混合空気（呼気を含む空気）
Ｍ 運転者（使用者）
Ｐ 送出方向

Claims (6)

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、
   筒状の装置本体部の上流側に設けられ、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軸流ファンと、
   該軸流ファンによって送出される空気の送出方向に沿った螺旋状に捩れた状態で前記装置本体部の内周面に形成される螺旋溝部と、を備え、
   前記複数種類のセンサは、前記螺旋溝部内に配置されることを特徴とするアルコール検出装置。
2. 前記装置本体部は、上流側から下流側にかけて内径が連続的に小さくなるテーパ筒形状であ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. 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、
   筒状の装置本体部の上流側に設けられ、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軸流ファンと、
   該軸流ファンによって送出される空気の送出方向に沿って複数に分割され、かつそれぞれが前記空気の送出方向に沿った螺旋状に捩れて形成される複数の室と、を備え、
   前記複数種類のセンサは、前記複数の室のいずれかの室に配置されることを特徴とするアルコール検出装置。
4. 前記複数種類のセンサは、温度センサ、湿度センサ、アルコール検出センサ及び酸素センサであり、前記装置本体部の上流側から下流側にかけてこの順で配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアルコール検出装置。
5. 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４に記載のアルコール検出装置。
6. 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５のいずれか１項に記載のアルコール検出装置。