WO2018110117A1 - 呼気センサ - Google Patents

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WO2018110117A1
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sensor
housing
heater
chamber
unit
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PCT/JP2017/038833
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七田　貴史
賢治 西尾
上木　正聡
井上　剛
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日本特殊陶業株式会社
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    • G01N33/4975—Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath other than oxygen, carbon dioxide or alcohol, e.g. organic vapours

Definitions

  • the present disclosure relates to an expiration sensor that detects the concentration of a specific gas component contained in expiration.
  • a sensor for measuring extremely low concentration (several ppb to several hundred ppb level) NOx in exhaled breath is known for diagnosis of asthma (see Patent Document 1).
  • This sensor includes a conversion unit having a catalyst made of PtY (zeolite supporting Pt) that converts NO in exhaled air into NO 2 , and a detection unit having a mixed potential type sensor element that detects NO 2.
  • the unit is made into one unit by using the stacking technique.
  • a heater for heating the catalyst is provided in the conversion unit, and a heater for heating the sensor element is provided in the detection unit. Are controlled separately at different temperatures.
  • the battery for supplying electric power to the heater when the battery for supplying electric power to the heater is made compact, the capacity of the battery is usually small, so that there is a problem that the heating state (for example, heating time) by the heater is limited. Therefore, it is desired to reduce power consumption by a heater or the like as much as possible.
  • the present disclosure has been made in view of such a background, and an object of the present disclosure is to provide an exhalation sensor that can operate with less power consumption by effectively using heat.
  • the breath sensor according to the first aspect of the present disclosure is provided with a chamber for introducing breath into the inside thereof, and a detection unit whose electrical characteristics change according to the concentration of a specific gas component in the chamber.
  • a sensor main body having a sensor unit and a heater for heating the detection unit; and a housing disposed to surround the outer periphery of the sensor main body.
  • This housing is provided with a surface layer on the surface on the sensor main body side, and the surface layer has a feature of higher performance of reflecting radiant heat radiated from the sensor main body side than the housing.
  • the performance of reflecting the radiant heat at the surface layer on the sensor main body side is higher than the performance of reflecting the radiant heat at the housing. That is, the radiant heat reflectance of the surface layer is higher than the radiant heat reflectance of the housing. Therefore, in the surface layer, the radiant heat radiated from the sensor main body side can be reflected more efficiently than in the case of the housing.
  • the radiant heat radiated from the sensor main body side hardly escapes to the outside of the housing, the heat generated by the heater can be efficiently retained in the housing. That is, when the heat generated by the heater is difficult to escape to the outside of the housing, the temperature inside the housing is unlikely to decrease, so that the power consumption of the heater used to heat the detection unit to the operating temperature can be suppressed. it can.
  • the operation start time after the breath sensor is turned on can be shortened. Specifically, the time required to reach the specified temperature (that is, the operation temperature) after energizing the heater can be shortened, There is also an advantage of improving.
  • a conversion unit that converts the first gas component contained in the exhaled breath introduced into the chamber into the second gas component is provided in the chamber for introducing exhaled breath therein.
  • a heater for heating the conversion unit is provided in the chamber for introducing exhaled breath therein.
  • the chamber of the sensor unit may be configured to introduce exhaled gas that has passed through the chamber of the adjustment unit, and the detection unit of the sensor unit may include the second gas component in the exhaled gas introduced from the chamber of the adjustment unit.
  • the electrical characteristics may be changed according to the concentration of the liquid.
  • the conversion unit of the adjustment unit can convert the first gas component contained in the exhaled air introduced into the chamber (for example, the first chamber) into the second gas component.
  • the chamber of the sensor unit for example, the second chamber
  • exhaled gas that has passed through the chamber of the adjustment unit can be introduced, and in the detection unit, the electric power is changed according to the concentration of the second gas component in the introduced exhaled gas. Changes its characteristic.
  • the conversion unit converts the first gas component contained in the exhalation into the second gas component
  • the detection unit changes the electrical characteristics according to the concentration of the second gas component. Since it is changed, the concentration of the specific gas component can be detected on the basis of the electrical characteristics changed according to the concentration of the second gas component.
  • a single heater may be used as a heater for heating the conversion unit and the detection unit.
  • the apparatus configuration can be simplified and the battery can be made compact.
  • the housing may be made of resin.
  • the housing is made of resin, for example, there is an advantage that it is lighter and has higher heat insulation than the case of being made of metal. In particular, when the heat insulation is high, the temperature in the housing is unlikely to decrease, so that the power consumption of the heater can be further reduced.
  • the surface layer may be a metal layer.
  • the reflectance of radiant heat is usually about 0.5 to 0.9, which is higher than that of resin (for example, 0.1 to 0.3). There is an advantage that it is difficult to escape. Thereby, the power consumption of the heater can be further reduced.
  • the surface layer may be a plating layer. Radiation heat can be efficiently reflected by the plating layer made of metal. Thereby, the power consumption of the heater can be further reduced.
  • the surface layer may be a film layer made of a metal film. Radiant heat can be efficiently reflected by a film layer made of a metal film. Thereby, the power consumption of the heater can be further reduced.
  • the thermal radiation reflectance of the surface layer may be 0.5 or more.
  • the reflectance of the heat radiation of the surface layer is 0.5 or more, the heat radiation can be efficiently reflected. Thereby, the power consumption of the heater can be further reduced.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section (AA cross section of FIG. 1) of the breath sensor of the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a cross section (cross section AA in FIG. 1) of the sensor main body according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section (BB cross section in FIG. 1) of the breath sensor of the first embodiment.
  • It is sectional drawing which fractures
  • the breath sensor 1 accommodates an adjustment unit 5, a sensor unit 7, a ceramic wiring board 9, and a first connector portion 11 inside a housing 3.
  • the exhalation sensor 1 includes a gas flow pipe 13 that connects the adjustment unit 5 and the sensor unit 7, and a second connector unit 15 that is connected to the first connector unit 11.
  • the breath sensor 1 is driven by power supplied from, for example, a battery (not shown), but is not limited thereto. Details will be described below.
  • the housing 3 is a substantially rectangular parallelepiped housing, and is made of a resin such as PPS resin.
  • the housing 3 has a structure in which a pair of boxes 3a and 3b each having a substantially rectangular box shape and having an opening on one side are combined from above and below in FIG. It has become.
  • the adjustment unit 5 has a substantially rectangular box shape with a flange and a metal case 17 having an open top surface (upper side in FIG. 2), and a sealing material (packing) made of a rectangular frame-shaped mica that contacts the flange of the case 17. 19, a conversion part 21 accommodated in the case 17, and the ceramic wiring substrate 9.
  • the first chamber C ⁇ b> 1 is configured by the closed internal space of the case 17.
  • pipe-like inlets that is, exhalation introduction pipes
  • outlets 23 that serve as connection ports of the pipes are projected apart from each other, and the inlets 22 and 23 communicate with the first chamber C 1. Yes.
  • the porous conversion part 21 which can permeate
  • the conversion unit 21 is a structure that functions to convert a first gas component (for example, NO) contained in exhaled breath into a second gas component (for example, NO 2 ).
  • exhaled gas (G) introduced from the inlet 22 into the first chamber C ⁇ b> 1 comes into contact with the conversion unit 21 to convert the gas component, and then is discharged from the outlet 23 to the gas circulation pipe 13.
  • the sensor unit 7 is housed in the case 25, a metal case 25 having a substantially rectangular box shape with a flange and having an open bottom surface, a sealing material 27 made of rectangular frame mica bonded to the flange of the case 25, and the case 25.
  • Sensor element portion 29 a heat insulating sheet 31 made of a non-woven fabric of inorganic fibers (for example, alumina fibers) excluding metal fibers, and a ceramic wiring board 9.
  • the flange of the case 25 is bonded to the upper surface of the sealing material 27, and the outer peripheral portion of the upper surface of the ceramic wiring substrate 9 is bonded to the lower surface of the sealing material 27, so that the opening of the case 25 is blocked by the ceramic wiring substrate 9.
  • the A second chamber C ⁇ b> 2 is configured by the closed internal space of the case 25.
  • the sensor element portion 29 has a substantially rectangular plate shape, the detection portion 29a is disposed on the upper surface (upper side in FIG. 3) of the base portion 29b, and the heater 29c is disposed on the lower surface of the base portion 29b. ing. That is, the sensor element unit 29 has a stacked structure in which the detection unit 29a, the base unit 29b, and the heater 29c are integrally stacked.
  • the detection unit 29a has a mixed potential type sensor structure, as will be described later, and its electrical characteristics change according to the concentration of the second gas component.
  • the base portion 29b is a ceramic substrate made of alumina having electrical insulation, for example.
  • the heater 29c heats the detection unit 29a to an operating temperature by heating by energization from a battery (not shown), and is made of a heating resistor such as platinum formed on the surface of the ceramic substrate, for example.
  • a concave portion 9a is formed in the center of the upper surface of the ceramic wiring substrate 9.
  • a heat insulating sheet 31 is disposed in the concave portion 9a, and the sensor element portion 29 is disposed on the heat insulating sheet 31 so that the heater 29c side is in contact therewith. Has been.
  • a pipe-like inlet 33 and an outlet (that is, an exhalation discharge pipe) 35 protrude apart from each other, and the inlet 33 and the outlet 35 communicate with the second chamber C2.
  • the sensor element part 29 is arrange
  • the gas distribution pipe 13 is a resin or metal pipe. As shown in FIG. 2, one end of the gas flow pipe 13 is connected to the outlet 23 of the first chamber C1, and the other end of the gas flow pipe 13 is connected to the inlet 33 of the second chamber C2. In other words, the first chamber C1 and the second chamber C2 are communicated with each other through the gas circulation pipe 13 so that exhalation can be circulated.
  • the one end side and the other end side of the gas flow pipe 13 are disposed in the housing 3, but the other portions are disposed outside the housing 3 along the outer peripheral surface of the housing 3.
  • the wiring pattern connected to the detection part 29a and the wiring pattern connected to the heater 29c are provided in the edge part (left side of FIG. 2) of the ceramic wiring board 9.
  • these wiring patterns are connected to terminal fittings (not shown) provided on the first connector portion 11, and the terminal fittings are connected to lead wires (not shown) arranged on the second connector portion 15.
  • the sensor unit 7 and the heater 29c are arranged as indicated by an arrow H1 because the heater 29c is stacked via the detection unit 29a and the base unit 29b in the sensor unit 7. Thermally coupled.
  • the adjustment unit 5 and the heater 29c are stacked in the direction indicated by the arrow H2 because the heater 29c is laminated via the conversion unit 21 in the adjustment unit 5, a part of the ceramic wiring board 9, and the heat insulating sheet 31. So that they are thermally bonded.
  • the adjustment unit 5, the sensor unit 7, and the heater 29c are integrated to form the sensor main body 37.
  • the sensor body 37 is fixed in the housing 3 by a plurality of locking portions 3c (see FIG. 4) provided so as to protrude in the housing 3.
  • the heat coupling as described above enables the conversion unit 21 of the adjustment unit 5 and the detection unit 29a of the sensor unit 7 to be heated by a single heater 29c. Yes.
  • the sensor unit 7 and the heater 29c are thermally coupled” means that some member constituting the sensor unit 7 and the heater 29c are directly coupled without interposing air. This also applies to the meaning of “adjustment unit 5 and heater 29c being thermally coupled”.
  • a surface layer 4 made of a metal such as Ni or Cr is formed on the entire inner peripheral surface of the housing 3.
  • the surface layer 4 is preferably formed over the entire inner peripheral surface of the housing 3, but may be formed in part. For example, it may be mainly formed around the sensor body 37 where the temperature is increased by the heat generated by the heater 29c.
  • the surface layer 4 has higher performance than the housing 3 for reflecting radiant heat radiated from the sensor body 37 side.
  • the reflectance of the surface layer 4 is, for example, in the range of 0.5 to 0.9, which is higher than the reflectance of the resin housing 3 (for example, 0.1 to 0.3).
  • the surface layer 4 can be formed by various methods such as known electroless plating, sputtering, and vapor deposition. Moreover, it can also form by affixing a metal film (for example, metal tape) on the inner peripheral surface of the housing 3.
  • a metal film for example, metal tape
  • exhaled air (G) discharged from a person is introduced into the first chamber C1 from the inlet 22, passes through the conversion unit 21, and then passes through the outlet 23 from the first chamber C1. Through the gas flow pipe 13.
  • exhaled air is introduced into the second chamber C2 from the gas flow pipe 13 through the inlet 33.
  • the second chamber C2 moves along the detection unit 29a and is discharged out of the second chamber C2 via the outlet 35 (that is, discharged out of the housing 3).
  • the converter 21 is made of a catalyst made of zeolite carrying Pt, for example, and has a porous shape so that exhaled air can pass through.
  • the first gas component for example, NO
  • the predetermined activation temperature which is the operating temperature
  • the predetermined ratio that is, the predetermined NO / NO 2 partial pressure ratio
  • the detection unit 29a is configured as a mixed potential type NOx sensor (nitrogen oxide) using a solid electrolyte body and a pair of electrodes disposed on the surface of the solid electrolyte body.
  • NOx sensor nitrogen oxide
  • the detection portion 29a, the solid electrolyte on the body made of YSZ, can be employed, such as element disposed sensor electrode composed of a reference electrode and a WO 3 consisting of Pt.
  • the detection unit 29a changes its electrical characteristics (electromotive force) according to the concentration of NOx (ie, NO 2 ) contained in exhaled air at an activation temperature that is an operating temperature different from the activation temperature of the catalyst. Is.
  • the heater 29c is disposed in the vicinity of the detection unit 29a, the temperature of the detection unit 29a can be heated to the above-described high temperature.
  • the heater 29c is thermally coupled to the converter 21 via the heat insulating sheet 31 and the ceramic wiring substrate 9, the temperature of the converter 21 can be set to a temperature different from that of the detector 29a.
  • NO is a specific gas component in exhalation as follows.
  • the concentration of x can be detected.
  • exhaled air is first introduced from the inlet 22 into the first chamber C1. Since the conversion unit 21 is heated to a predetermined activation temperature by the heater 29c, NO in the exhalation is converted to NO 2 by a predetermined partial pressure ratio.
  • the exhaled air after the conversion is discharged from the first chamber C1 to the gas flow pipe 13 through the outlet 23 and introduced into the second chamber C2 through the inlet 33.
  • a potential difference electroactive force
  • the concentration of NO 2 can be detected.
  • this NO 2 is converted from NO at a predetermined partial pressure ratio in the converter 21, the concentration of NO can be obtained from this partial pressure ratio.
  • the breath sensor 1 of the first embodiment includes the surface layer 4 on the surface on the sensor body 37 side, and the performance of reflecting the radiant heat of the surface layer 4 is higher than the performance of reflecting the radiant heat of the housing 3. . That is, the radiant heat reflectance of the surface layer 4 is higher than the radiant heat reflectance of the housing 3. Therefore, the radiant heat radiated from the sensor main body 37 side can be reflected more efficiently than in the case of the housing 3.
  • the heater 29c is used to heat the conversion unit 21 and the detection unit 29a to the operating temperature, but when the heat generated by the heater 29c is difficult to escape outside the housing 3, the temperature inside the housing 3 decreases. Hard to do. Therefore, the power consumption of the heater 29c for setting the conversion unit 21 and the detection unit 29a to the operating temperature can be suppressed.
  • the power consumption of the heater 29c can be reduced.
  • a battery with a compact battery (thus having a small capacity) is usually used.
  • the power consumption of the heater 29c can be suppressed. Further, battery consumption can be suppressed, and thus a great effect can be obtained that the driving time of the breath sensor 1 can be lengthened.
  • the activation start time after the breath sensor 1 is turned on specifically, the time to reach the operation temperature after the heater 29c is energized can be shortened, so that the startability is improved. There are also advantages.
  • the housing 3 is made of resin, there is an advantage that it is lighter and has higher heat insulation than, for example, metal. In particular, due to the high heat insulating property, the temperature in the housing 3 is not easily lowered, so that the power consumption of the heater 29c can be further reduced.
  • the surface layer 4 is a metal layer, the reflectance of the radiant heat is higher than that of the resin (for example, 0.5 or more). For this reason, it is difficult for radiant heat to escape outside the housing 3, so that the power consumption of the heater 29c can be further reduced.
  • the second chamber C2, the detection unit 29a, the sensor unit 7, the heater 29c, the sensor main body unit 37, the housing 3, and the surface layer 4 of the first embodiment are respectively a sensor unit chamber, a detection unit, and a sensor of the present disclosure. It corresponds to an example of a unit, a heater, a sensor main body, a housing, and a surface layer.
  • the breath sensor 101 according to the second embodiment is similar to the first embodiment in that the sensor main body 37 includes the adjustment unit 5, the sensor unit 7, and the heater 29 c in the housing 3. Etc. are arranged.
  • a surface layer 4 made of a metal having a higher reflectance than the material of the housing 3 is formed on the inner peripheral surface of the housing 3.
  • the gas flow pipe 103 that connects the first chamber C ⁇ b> 1 and the second chamber C ⁇ b> 2 is disposed inside the housing 3.
  • the second embodiment also has the same effect as the first embodiment.
  • [3. Third Embodiment] Next, the third embodiment will be described, but the description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted. In addition, about the structure similar to 1st Embodiment, the same symbol is used.
  • the breath sensor 201 of the third embodiment includes the adjustment unit 5 and the sensor unit 7 in the housing 3 as in the first embodiment.
  • the sensor unit 7 is arranged via a heat insulating material 203 and is configured to be heated by separate heaters 29c and 205, respectively.
  • the detection unit 29a is heated by the heater 29c, and the conversion unit 21 is heated by the heater 205.
  • a surface layer 4 made of a metal having a higher reflectance than the material of the housing 3 is formed on the inner peripheral surface of the housing 3.
  • the gas flow pipe 103 that connects the first chamber C1 and the second chamber C2 is mainly disposed outside the housing 3.
  • the third embodiment also has the same effect as the first embodiment.
  • a sensor unit including a detection unit whose electrical characteristics (for example, resistance value, electromotive force, etc.) change according to the concentration of a specific gas component in the chamber, and the detection unit at the operating temperature That is, there is no particular limitation as long as it includes a heater that heats to a temperature at which the change in electrical characteristics can be detected.
  • electrical characteristics for example, resistance value, electromotive force, etc.
  • the conversion unit and the detection unit are not particularly limited as long as the functions of the present disclosure are exhibited.
  • the functions of one component in the above embodiment may be distributed as a plurality of components, or the functions of a plurality of components may be integrated into one component.
  • at least a part of the configuration of the above embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other embodiment.
  • all the aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present invention.

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Abstract

熱の有効利用を図って、少ない消費電力で作動することができる呼気センサを提供すること。呼気センサ１は、センサ本体部３７側の表面に表面層４を備えており、この表面層４の輻射熱を反射する性能は、ハウジング３の輻射熱を反射する性能よりも高い。即ち、表面層４の輻射熱の反射率は、ハウジング３の輻射熱の反射率より高い。従って、センサ本体部３７側から放射される輻射熱を、ハウジング３の場合と比べて、効率良く反射することができる。これにより、センサ本体部３７側から放射される輻射熱は、ハウジング３の外側に逃げにくいので、センサ本体部３７のヒータ２９ｃにて発熱した熱を、ハウジング３内に効率良く留めることができる。よって、変換部２１や検知部２９ａを作動温度にするためのヒータ２９ｃの消費電力を抑制することができる。

Description

呼気センサ
　本開示は、呼気に含まれる特定ガス成分の濃度を検知する呼気センサに関する。
　従来、例えば喘息の診断のために、呼気中の極低濃度（数ｐｐｂ～数百ｐｐｂレベル）のＮＯｘを測定するセンサが知られている（特許文献１参照）。
　このセンサは、呼気中のＮＯをＮＯ２に変換するＰｔＹ（Ｐｔを担持したゼオライト）からなる触媒を有する変換部と、ＮＯ２を検知する混成電位型のセンサ素子を有する検知部とを、セラミックの積層技術を用いて１つのユニットとしたものである。
　また、このセンサでは、触媒とセンサ素子とでは最適に動作する温度が異なるので、変換部には触媒を加熱するヒータを設けるとともに、検知部にはセンサ素子を加熱するヒータを設け、これらのヒータを別々に異なる温度に制御している。
米国特許出願公開 第2015/0250408号明細書
　しかしながら、上述した従来技術では、呼気センサを例えば携帯可能なようにコンパクトにする場合には、バッテリもコンパクトにすることが望まれるので、呼吸センサの駆動時間等が制限されるなどの問題があった。
　つまり、ヒータに電力を供給するバッテリをコンパクトにする場合には、通常、バッテリの容量も小さくなるので、ヒータによる加熱状態（例えば加熱時間）も制限されるという問題があった。そのため、ヒータ等による消費電力をできる限り少なくすることが望まれている。
　本開示は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱の有効利用を図って、少ない消費電力で作動することができる呼気センサを提供することである。
　（１）本開示の第１局面の呼気センサは、自身の内部に呼気を導入するためのチャンバが設けられるとともに、チャンバ内の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化する検知部を備えるセンサユニットと、検知部を加熱するヒータと、を有するセンサ本体部を備えており、更に、センサ本体部の外周を囲むように配置されたハウジングを備えている。
　このハウジングは、センサ本体部側の表面に表面層を備えており、表面層は、ハウジングよりもセンサ本体部側から放射される輻射熱を反射する性能が高いという特徴がある。
　このように、本第１局面の呼気センサでは、センサ本体部側の表面層にて輻射熱を反射する性能は、ハウジングにて輻射熱を反射する性能よりも高い。即ち、表面層の輻射熱の反射率は、ハウジングの輻射熱の反射率より高い。よって、表面層では、センサ本体部側から放射される輻射熱を、ハウジングの場合と比べて、効率良く反射することができる。
　そのため、センサ本体部側から放射される輻射熱は、ハウジングの外側に逃げにくいの
で、ヒータにて発熱した熱を、ハウジング内に効率良く留めることができる。
　つまり、ヒータにて発熱した熱がハウジング外に逃げにくい場合には、ハウジング内の温度が低下しにくいので、検知部を作動温度に加熱するために使用されるヒータの消費電力を抑制することができる。
　このように、本第１局面では、熱の有効利用ができるので、消費電力を低減できるという顕著な効果を奏する。
　特に、呼気センサが携帯可能なコンパクトな場合には、バッテリの容量も小さいので、ヒータの消費電力を低減することにより、バッテリの蓄積エネルギー（即ち電力）の消耗を抑制することができる。つまり、バッテリの駆動時間（いわゆる寿命）を長くできるので、その効果は大きなものである。
　また、本第１局面では、呼気センサの電源を入れてからの作動開始時間を短縮でき、詳しくはヒータに通電してから規定温度（即ち作動温度）に達するための時間を短縮でき、起動性が向上するという利点もある。
　ここで、輻射熱の反射率（reflectivity）とは、輻射による熱放射の全エネルギーをＥとし、そのうち反射面にて反射されるエネルギーをＥｒとした場合の割合（＝Ｅｒ／Ｅ）である。
　（２）本開示の第２局面では、自身の内部に呼気を導入するためのチャンバが設けられるとともに、チャンバに導入された呼気に含まれる第１ガス成分を第２ガス成分に変換する変換部を備える調整ユニットと、変換部を加熱するヒータと、を備えていてもよい。さらに、センサユニットのチャンバは、調整ユニットのチャンバを通過した呼気を導入するように構成されていてもよく、センサユニットの検知部は、調整ユニットのチャンバから導入された呼気中の第２ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化するようにしてもよい。
　本発明の第２局面では、調整ユニットの変換部にて、チャンバ（例えば第１チャンバ）に導入された呼気に含まれる第１ガス成分を第２ガス成分に変換することができる。また、センサユニットのチャンバ（例えば第２チャンバ）では、調整ユニットのチャンバを通過した呼気を導入することができ、検知部では、その導入された呼気中の第２ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化する。
　このように、本第２局面では、変換部にて、呼気に含まれる第１ガス成分を第２ガス成分に変換し、検知部にて、第２ガス成分の濃度に応じて電気的特性を変化させるので、この第２ガス成分の濃度に応じて変化した電気的特性に基づいて、特定ガス成分の濃度を検出することができる。
　（３）本開示の第３局面では、変換部及び検知部を加熱するヒータとして、単一のヒータを用いてもよい。
　本第３局面のように、単一のヒータを用いる場合には、装置構成を簡易化できるとともに、バッテリをコンパクトにできる。
　特に、単一のヒータを用いる場合には、複数のヒータをそれぞれ加熱する場合に比べて、バッテリの電力の消耗を抑制できるので、バッテリの容量が小さいでも、呼気センサの駆動時間等の制限を緩和することができる。
　（４）本開示の第４局面では、ハウジングが、樹脂製であってもよい。
　ハウジングが樹脂製の場合には、例えば金属製の場合に比べて、軽量であり、断熱性が
高いという利点がある。特に断熱性が高い場合には、ハウジング内の温度は低下しにくいので、ヒータの消費電力を一層低減できる。
　（５）本開示の第５局面では、表面層は、金属層であってもよい。
　表面層が金属層である場合には、通常、輻射熱の反射率は、０．５～０．９程度であり、樹脂の場合（例えば０．１～０．３）より高いので、輻射熱を外部に逃がしにくいという利点がある。これにより、ヒータの消費電力を一層低減することができる。
　（６）本開示の第６局面では、表面層は、メッキ層であってもよい。
　金属からなるメッキ層によって、輻射熱を効率良く反射することができる。これにより、ヒータの消費電力を一層低減できる。
　（７）本開示の第７局面では、表面層は、金属フィルムからなるフィルム層であってもよい。
　金属フィルムからなるフィルム層によって、輻射熱を効率良く反射することができる。これにより、ヒータの消費電力を一層低減できる。
　（８）本開示の第８局面では、表面層の熱輻射の反射率が、０．５以上であってもよい。
　表面層の熱輻射の反射率が、０．５以上である場合には、熱輻射を効率良く反射率することができる。これにより、ヒータの消費電力を一層低減できる。
第１実施形態の呼気センサを示す平面図である。 第１実施形態の呼気センサの断面（図１のＡ－Ａ断面）を示す断面図である。 第１実施形態のセンサ本体部の断面（図１のＡ－Ａ断面）を拡大して示す断面図である。 第１実施形態の呼気センサの断面（図１のＢ－Ｂ断面）を示す断面図である。 第１実施形態のハウジングと表面層の一部を厚み方向に破断して示す断面図である。 第２実施形態の呼気センサをインレット等に沿って破断して示す断面図である。 第３実施形態の呼気センサの一部をインレット等に沿って破断して示す断面図である。
　以下、本開示が適用された呼気センサの実施形態について、図面を用いて説明する。
　［１．第１実施形態］
　［１－１．呼気センサの全体構成］
　図１及び図２に示すように、第１実施形態の呼気センサ１は、ハウジング３の内部に、調整ユニット５と、センサユニット７と、セラミック配線基板９と、第１コネクタ部１１とが収容されている。また、この呼気センサ１には、調整ユニット５とセンサユニット７とを接続するガス流通管１３と、第１コネクタ部１１に接続される第２コネクタ部１５とを備えている。
　なお、この呼気センサ１は、例えばバッテリ（図示せず）から供給される電力によって駆動されるものであるが、それに限定される訳ではない。以下、詳細に説明する。
　図１に示すように、ハウジング３は、略直方体形状の筐体であり、例えばＰＰＳ樹脂等
の樹脂から構成されている。
　このハウジング３は、図２に示すように、略矩形箱状で一方に開口を有する一対の箱３ａ、３ｂが、開口側を向き合わせるようにして、図２の上下方向から組み合わされた構造となっている。
　また、後に詳述するように、ハウジング３の内周面には、金属からなる表面層４が形成されている。
　調整ユニット５は、略矩形箱状でフランジを有し上面（図２の上方）が開口する金属製のケース１７と、ケース１７のフランジに当接する矩形枠状のマイカからなるシール材（パッキン）１９と、ケース１７内に収容される変換部２１と、セラミック配線基板９とを有している。
　そして、シール材１９の下面にケース１７のフランジが当接し、シール材１９の上面にセラミック配線基板９の下面の外周部分が当接することで、ケース１７の開口がセラミック配線基板９によって閉塞される。この閉塞されたケース１７の内部空間によって、第１チャンバＣ１が構成されている。
　ケース１７の下面には、配管の接続口となるパイプ状のインレット（即ち呼気導入管）２２及びアウトレット２３がそれぞれ離間して突出しており、インレット２２及びアウトレット２３は第１チャンバＣ１に連通している。
　第１チャンバＣ１におけるインレット２２とアウトレット２３との間に、多孔質状でガスを透過可能な変換部２１が配置されている。なお、この変換部２１は、後述するように、呼気に含まれる第１ガス成分（例えばＮＯ）を第２ガス成分（例えばＮＯ２）に変換するように機能する構造体である。
　この調整ユニット５では、インレット２２から第１チャンバＣ１に導入された呼気（Ｇ）は、変換部２１に接触してガス成分が変換された後、アウトレット２３からガス流通管１３に排出される。
　センサユニット７は、略矩形箱状でフランジを有し下面が開口する金属製のケース２５と、ケース２５のフランジに接着される矩形枠状のマイカからなるシール材２７と、ケース２５内に収容されるセンサ素子部２９と、金属繊維を除く無機繊維（例えば、アルミナ繊維）の不織物からなる断熱シート３１と、セラミック配線基板９とを有している。
　そして、シール材２７の上面にケース２５のフランジが接着され、シール材２７の下面にセラミック配線基板９の上面の外周部分が接着されることで、ケース２５の開口がセラミック配線基板９によって閉塞される。この閉塞されたケース２５の内部空間によって、第２チャンバＣ２が構成されている。
　図３に示すように、センサ素子部２９は、略矩形板状であり、ベース部２９ｂの上面（図３の上方）に検知部２９ａが配置され、ベース部２９ｂの下面にヒータ２９ｃが配置されている。つまり、センサ素子部２９は、検知部２９ａとベース部２９ｂとヒータ２９ｃとが一体に積層された積層構造を有している。
　このうち、検知部２９ａは、後述するように、混成電位式のセンサ構造を有しており、第２ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化するものである。ベース部２９ｂは、電気絶縁性を有する例えばアルミナからなるセラミック基板である。ヒータ２９ｃは、バッテリ（図示せず）からの通電による加熱によって、検知部２９ａを動作温度に加熱するもの
であり、例えばセラミック基板の表面に形成された例えば白金等の発熱抵抗体からなる。
　なお、セラミック配線基板９の上面の中央に凹部９ａが形成されており、この凹部９ａに断熱シート３１が配置され、断熱シート３１の上に、ヒータ２９ｃ側が接するようにしてセンサ素子部２９が配置されている。
　また、ケース２５の上面には、パイプ状のインレット３３及びアウトレット（即ち呼気排出管）３５がそれぞれ離間して突出しており、インレット３３及びアウトレット３５は第２チャンバＣ２に連通している。
　なお、センサ素子部２９は、第２チャンバＣ２におけるインレット３３とアウトレット３５との間にて、凹部９ａ上に配置されている。
　ガス流通管１３は、樹脂製又は金属製のパイプである。前記図２に示すように、ガス流通管１３の一端は、第１チャンバＣ１のアウトレット２３に接続され、ガス流通管１３の他端は、第２チャンバＣ２のインレット３３に接続されている。つまり、ガス流通管１３により、呼気の流通が可能なように、第１チャンバＣ１と第２チャンバＣ２とが連通している。
　このガス流通管１３の一端側及び他端側は、ハウジング３内に配置されているが、その他の部分は、ハウジング３の外周面に沿うようにして、ハウジング３外に配置されている。
　なお、セラミック配線基板９の端部（図２の左側）には、図示しないが、検知部２９ａに接続された配線パターンやヒータ２９ｃに接続された配線パターンが設けられている。また、これらの配線パターンは、第１コネクタ部１１に設けられた図示しない端子金具に接続され、端子金具は、第２コネクタ部１５に配置された図示しないリード線に接続される。
　ここで、図３に示すように、センサユニット７とヒータ２９ｃとは、ヒータ２９ｃがセンサユニット７内の検知部２９ａとベース部２９ｂとを介して積層されていることにより、矢印Ｈ１のように熱結合している。
　同様に、調整ユニット５とヒータ２９ｃとは、ヒータ２９ｃが調整ユニット５内の変換部２１と、セラミック配線基板９の一部と断熱シート３１とを介して積層されていることにより、矢印Ｈ２のように熱結合している。
　そして、調整ユニット５とセンサユニット７とヒータ２９ｃが一体化されて、センサ本体部３７が構成されている。なお、このセンサ本体部３７は、ハウジング３内にて突出するように設けられた複数の係止部３ｃ（図４参照）によって、ハウジング３内に固定されている。
　つまり、センサ本体部３７において、上述のように熱結合していることにより、単一のヒータ２９ｃで、調整ユニット５の変換部２１とセンサユニット７の検知部２９ａとを加熱できるようになっている。
　なお、「センサユニット７とヒータ２９ｃとが熱結合している」とは、センサユニット７を構成する何らかの部材とヒータ２９ｃとが、空気を挟まずに直接に結合していることをいう。「調整ユニット５とヒータ２９ｃとが熱結合している」の意味も同様である。
　［１－２．表面層］
　図５及び前記図２等に示すように、ハウジング３の内周面には、全体にわたって、例えばＮｉ、Ｃｒなどの金属からなる表面層４が形成されている。
　なお、表面層４は、ハウジング３の内周面の全体にわたって形成されていることが好ましいが、一部に形成されていてもよい。例えばヒータ２９ｃの発熱によって温度が高くなるセンサ本体部３７の周囲に主として形成されていてもよい。
　この表面層４は、ハウジング３よりもセンサ本体部３７側から放射される輻射熱を反射する性能が高いものである。具体的には、表面層４の反射率は、例えば０．５～０．９の範囲であり、樹脂製のハウジング３の反射率（例えば０．１～０．３）より高い。
　この表面層４は、例えば周知の無電解メッキや、スパッタリング、蒸着など各種の方法で形成することができる。また、ハウジング３の内周面に金属フィルム（例えば金属テープ）を貼り付けることにより形成することもできる。
　［１－３．呼気の流路］
　次に、呼気センサ１における呼気の流路について説明する。
　図２等の矢印に示すように、人から排出された呼気（Ｇ）は、インレット２２から第１チャンバＣ１内に導入され、変換部２１を通ってから、第１チャンバＣ１から、アウトレット２３を介してガス流通管１３に排出される。
　次に、呼気は、ガス流通管１３からインレット３３を介して第２チャンバＣ２内に導入される。第２チャンバＣ２内では、検知部２９ａに沿って移動して、アウトレット３５を介して第２チャンバＣ２外に排出される（即ちハウジング３外に排出される）。
　［１－４．呼気センサの動作原理］
　次に、呼気センサ１の動作原理について説明するが、上述したように、公知の技術であるので、簡単に説明する。
前記変換部２１は、例えばＰｔを担持したゼオライトからなる触媒によって構成されており、呼気が通過可能なように、多孔質状となっている。この触媒は、動作温度である所定の活性化温度にて、呼気に含まれる第１ガス成分（例えばＮＯ）を、所定の割合（即ち所定のＮＯ／ＮＯ２の分圧比）で、第２ガス成分（例えばＮＯ２）に変換するものである。
　また、前記検知部２９ａは、固体電解質体と、固体電解質体の表面に配置された一対の電極を用いた混成電位型のＮＯｘセンサ（窒素酸化物）として構成されている。
　例えば、検知部２９ａとしては、ＹＳＺからなる固体電解質体上に、Ｐｔからなる基準電極とＷＯ３からなるセンサ電極を配置した素子などを採用できる。
　この検知部２９ａは、前記触媒の活性化温度とは異なる動作温度である活性化温度において、呼気に含まれるＮＯｘ（即ちＮＯ２）の濃度に応じて、電気的特性（起電力）が変化するものである。
　また、前記ヒータ２９ｃは、検知部２９ａに近接して配置されているので、検知部２９ａの温度を上述した高温に加熱することができる。一方、ヒータ２９ｃは、断熱シート３１及びセラミック配線基板９を介して変換部２１に熱結合されているので、変換部２１の温度を検知部２９ａとは異なる温度とすることができる。
　従って、この呼気センサ１では、下記のようにして、呼気中の特定ガス成分であるＮＯ
ｘの濃度を検出することができる。
　図２に示すように、呼気は、まず、インレット２２から第１チャンバＣ１内に導入される。変換部２１は、ヒータ２９ｃによって、所定の活性化温度に加熱されているので、呼気中のＮＯは所定の分圧比によりＮＯ２に変換される。
　この変換後の呼気は、第１チャンバＣ１からアウトレット２３を介してガス流通管１３に排出され、インレット３３を介して第２チャンバＣ２内に導入される。
次に、呼気は、第２チャンバＣ２内にて検知部２９ａに接触することによって、ＮＯ２の濃度に応じて、一対の電極間に電位差（起電力）が発生するので、この電位差に応じて、ＮＯ２の濃度を検出することができる。また、このＮＯ２は、変換部２１にて所定の分圧比でＮＯから変換されたものであるので、この分圧比からＮＯの濃度を求めることができる。
　［１－５．効果］
　本第１実施形態の呼気センサ１は、センサ本体部３７側の表面に表面層４を備えており、この表面層４の輻射熱を反射する性能は、ハウジング３の輻射熱を反射する性能よりも高い。即ち、表面層４の輻射熱の反射率は、ハウジング３の輻射熱の反射率より高い。従って、センサ本体部３７側から放射される輻射熱を、ハウジング３の場合と比べて、効率良く反射することができる。
　これにより、センサ本体部３７側から放射される輻射熱は、ハウジング３の外側に逃げにくいので、センサ本体部３７のヒータ２９ｃにて発熱した熱を、ハウジング３内に効率良く留めることができる。
　つまり、ヒータ２９ｃは、変換部２１や検知部２９ａを作動温度に加熱するために用いられるが、ヒータ２９ｃにて発熱した熱がハウジング３外に逃げにくい場合には、ハウジング３内の温度が低下しにくい。よって、変換部２１や検知部２９ａを作動温度にするためのヒータ２９ｃの消費電力を抑制することができる。
　このように、本第１実施形態では、熱の有効利用ができるので、ヒータ２９ｃの消費電力を低減できるという顕著な効果を奏する。
　特に、呼気センサ１が携帯可能なコンパクトな場合には、通常、バッテリもコンパクトなもの（従って容量が小さいもの）が用いられるが、本第１実施形態では、ヒータ２９ｃの消費電力を抑制できるので、バッテリの消耗も抑制でき、よって、呼気センサ１の駆動時間を長くできるという大きな効果が得られる。
　また、本第１実施形態では、呼気センサ１の電源を入れてからの作動開始時間、詳しくはヒータ２９ｃに通電してから作動温度に達するための時間を短縮できるので、起動性が向上するという利点もある。
　さらに、本第１実施形態では、ハウジング３は、樹脂製であるので、例えば金属製の場合に比べて、軽量であり、断熱性が高いという利点がある。特に高い断熱性により、ハウジング３内の温度は低下しにくいので、ヒータ２９ｃの消費電力を一層低減することができる。
　その上、本第１実施形態では、表面層４は金属層であるので、樹脂に比べて輻射熱の反射率が高い（例えば０．５以上である）。そのため、輻射熱をハウジング３外に逃がしにくいので、ヒータ２９ｃの消費電力を一層低減することができる。
　［１－６．文言の対応関係］
　ここで、本開示と第１実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
　第１実施形態の、第２チャンバＣ２、検知部２９ａ、センサユニット７、ヒータ２９ｃ、センサ本体部３７、ハウジング３、表面層４が、それぞれ、本開示の、センサユニットのチャンバ、検知部、センサユニット、ヒータ、センサ本体部、ハウジング、表面層の一例に該当する。
　［２．第２実施形態］
　次に、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な構成については、その説明は省略する。なお、第１実施形態と同様な構成については、同様な記号を用いる。
図６に示すように、本第２実施形態の呼気センサ１０１は、前記第１実施形態と同様に、ハウジング３内に、調整ユニット５とセンサユニット７とヒータ２９ｃとを備えたセンサ本体部３７などが配置されている。
　また、ハウジング３の内周面には、ハウジング３の材料よりも反射率の高い金属からなる表面層４が形成されている。
　特に、本第２実施形態では、第１チャンバＣ１と第２チャンバＣ２とを接続するガス流通管１０３を、ハウジング３の内部に配置している。
　本第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果を奏する。
　［３．第３実施形態］
　次に、第３実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な構成については、その説明は省略する。なお、第１実施形態と同様な構成については、同様な記号を用いる。
図７に示すように、本第３実施形態の呼気センサ２０１は、前記第１実施形態と同様に、ハウジング３内に、調整ユニット５とセンサユニット７とを備えているが、調整ユニット５とセンサユニット７とは断熱材２０３を介して配置され、それぞれ別のヒータ２９ｃ、２０５によって加熱されるように構成されている。
　つまり、検知部２９ａはヒータ２９ｃによって加熱され、変換部２１はヒータ２０５によって加熱されるようになっている。
　また、ハウジング３の内周面には、ハウジング３の材料よりも反射率の高い金属からなる表面層４が形成されている。
　なお、第１チャンバＣ１と第２チャンバＣ２とを接続するガス流通管１０３は、主としてハウジング３外に配置されている。
　本第３実施形態においても、第１実施形態と同様な効果を奏する。
　［４．他の実施形態］
　本開示は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本開示を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
　（１）例えば、センサ本体部としては、チャンバ内の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性（例えば抵抗値や起電力など）が変化する検知部を備えるセンサユニットと、検知部を作動温度、即ち前記電気的特性の変化を検知可能な温度に加熱するヒータとを備えたものであれば、特に限定はない。
　（２）また、変換部や検知部については、前記第１実施形態の構成以外に、本開示の機
能を発揮するものであれば、特に限定はない。
　（３）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
　１、１０１、２０１…呼気センサ
　３…ハウジング
　４…表面層
　５…調整ユニット
　７…センサユニット
　１３、１０３…ガス流通管
　２１…変換部
　２２、３３…インレット
　２３、３５…アウトレット
　２９ａ…検知部
　２９ｃ、２０５…ヒータ
　３７…センサ本体部
　Ｃ１…第１チャンバ
　Ｃ２…第２チャンバ

Claims (8)

  1. 　自身の内部に呼気を導入するためのチャンバが設けられるとともに、前記チャンバ内の特定ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化する検知部を備えるセンサユニットと、
    　前記検知部を加熱するヒータと、
    　を有するセンサ本体部を備えるとともに、
    　前記センサ本体部の外周を囲むように配置されたハウジングを備え、
    　前記ハウジングは、前記センサ本体部側の表面に表面層を備えるととともに、前記表面層は、前記ハウジングよりも前記センサ本体部側から放射される輻射熱を反射する性能が高い、呼気センサ。
  2. 　自身の内部に呼気を導入するためのチャンバが設けられるとともに、前記チャンバに導入された前記呼気に含まれる第１ガス成分を第２ガス成分に変換する変換部を備える調整ユニットと、
    　前記変換部を加熱するヒータと、
    　を備え、
    　前記センサユニットの前記チャンバは、前記調整ユニットの前記チャンバを通過した前記呼気を導入するように構成されており、
    　前記センサユニットの前記検知部は、前記調整ユニットの前記チャンバから導入された前記呼気中の前記第２ガス成分の濃度に応じて電気的特性が変化する、
    請求項１に記載の呼気センサ。
  3. 　前記変換部及び前記検知部を加熱する前記ヒータとして、単一のヒータを用いる、
    　請求項２に記載の呼気センサ。
  4. 前記ハウジングが、樹脂製である、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の呼気センサ。
  5. 前記表面層は、金属層である、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の呼気センサ。
  6. 前記表面層は、メッキ層である、
    　請求項５に記載の呼気センサ。
  7. 前記表面層は、金属フィルムからなるフィルム層である、
    　請求項５に記載の呼気センサ。
  8. 前記表面層の熱輻射の反射率が、０．５以上である、
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の呼気センサ。
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