WO2023119851A1 - におい測定装置、においセンサの制御方法、およびにおい測定装置のクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

におい測定装置は、複数のにおいセンサと、センサ室と、供給部と、を具備する。上記の複数のにおいセンサは、におい物質を検出する。上記のセンサ室は、上記の複数のにおいセンサを収容し、複数の吸入口と排出口とを有する。上記の供給部は、上記の複数の吸入口を介して上記のセンサ室に流入し、上記の排出口を介して上記のセンサ室から排出される気流を生じさせる。このようなにお測定装置によれば、複数のにおいセンサに対してにおい物質を均一に供給することができる。　

Description

におい測定装置、においセンサの制御方法、およびにおい測定装置のクリーニング方法

　本発明は、におい測定装置、においセンサの制御方法、およびにおい測定装置のクリーニング方法に関する。

　従来、センサ室内に複数個のにおいセンサを配置して、においを測定する装置が知られている。ファンやポンプ等を用いてセンサ室へ気体を流入させることで、強制的に圧力を加えてセンサ室へ気体Ｍを供給する機構がある（例えば、特許文献１及び２参照）。
　また、センサ室内を減圧することで、においセンサへ気体を供給する方法がある（例えば特許文献３参照）。

特開２０１２－２１８４９号公報 国際特開第２０２１／１７２５９２号 実用新案登録第３０９４４１５号公報

　上記のようにセンサ室内に気体を供給する際、減圧したり、加圧したりすることで、一つのにおいセンサへ気体Ｍを供給することができる。しかしながら、一つの吸入口からセンサ室へ流入した気体Ｍは排出口に向かって直線的に流れる。そのため、センサ室に複数のセンサを並べた時、全てのにおいセンサに気体Ｍが均一に供給できないことがある。

　また例えばポンプを介して気体Ｍをセンサ室に供給する機構がある。
　この場合、ポンプで供給し始めると、初期はセンサ室内が加圧され、センサ室の空間の温度が上昇する。これは、ポンプの供給量に対し、排気の量が少ない為である。この温度上昇は、相対湿度の変化および／またはガス吸着の温度特性により、検出値の変化をきたす。つまり、気体Ｍが直線的に流れ、気体Ｍが流れた部分の温度が上昇しがちになる事もあり、均一な測定条件に成らない課題がある。

　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、複数のにおいセンサに対してにおい物質を均一に供給することが可能なにおい測定装置、においセンサの制御方法、およびにおい測定装置のクリーニング方法を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るにおい測定装置は、複数のにおいセンサと、センサ室と、供給部と、を具備する。
　上記複数のにおいセンサは、におい物質を検出する。
　上記センサ室は、上記複数のにおいセンサを収容し、複数の吸入口と排出口とを有する。
　上記供給部は、上記複数の吸入口を介して上記センサ室に流入し、上記排出口を介して上記センサ室から排出される気流を生じさせる。

　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るにおい測定装置は、複数のにおいセンサと、センサ室と、供給部と、を具備する。
　上記複数のにおいセンサは、基板の主面に実装され、におい物質を検出する。
　上記センサ室は、上記複数のにおいセンサを収容し、１つ又は複数の吸入口と排出口とを有し、上記１つ又は複数の吸入口のうち少なくとも１つは、上記複数のにおいセンサに向かって上記主面に平行な第１方向に沿って延伸する流路である第１流路に接続されている。
　上記供給部は、上記１つ又は複数の吸入口を介して上記センサ室に流入し、上記排出口を介して上記センサ室から排出される気流を生じさせる。

　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るにおい測定装置は、複数のにおいセンサと、センサ室と、供給部と、を具備する。
　上記複数のにおいセンサは、におい物質を検出する。
　上記センサ室は、上記複数のにおいセンサを収容し、１つ又は複数の吸入口と排出口とを有する。
　上記供給部は、上記１つ又は複数の吸入口を介して上記センサ室に流入し、上記排出口を介して上記センサ室から排出される気流を生じさせ、上記気流において上記複数のにおいセンサより下流側に配置されている。

　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るにおいセンサの制御方法は、におい測定装置を用意する。
　上記におい測定装置は、センサ基板と、筐体と、複数の吸入口と、排出口と、ポンプと、を有する。
　上記センサ基板は、においセンサが複数並べられて設けられている。
　上記筐体は、上記センサ基板を空間の一表面とし、少なくとも側壁を使ってセンサ室の空間を成す。
　上記複数の吸入口は、上記センサ基板の一方の側辺側の上記筐体に設けられ、上記空間に連通する。
　上記排出口は、上記センサ基板の他方の側辺側の上記筐体に設けられ、上記空間に連通する。
　上記ポンプは、上記センサ室の空間のガスを吸引し、上記排出口へ上記ガスを排出する。
　上記ポンプで上記ガスを排出する事で、上記センサ室の内部空間を、外気の気圧よりも低く設定する。
　上記センサ室の気圧を低くする事で、上記内部空間の面に露出する上記吸入口から上記内部空間へ流入するガスを放射状に流入させる。
　上記放射状に流入させた上記ガスを上記複数のにおいセンサに流す。

　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るにおい測定装置は、センサ基板と、筐体と、流路と、排出口と、ポンプと、を有する。
　上記センサ基板は、においセンサが複数並べられて設けられている。
　上記筐体は、上記センサ基板をセンサ空間の一表面とし、少なくとも側壁を採用して上記センサ空間を成す。
　上記流路は、上記センサ基板の一方の側辺側の上記筐体に設けられて上記センサ空間に連通し、一つの取込み口から複数に枝分かれした先に位置する複数の吸入口を有する。
　上記排出口は、上記センサ基板の他方の側辺側の上記筐体に設けられ、上記センサ空間に連通する。
　上記ポンプは、上記センサ空間のガスを吸引し、上記排出口へ上記ガスを排出する。

　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るにおい測定装置のクリーニング方法は、におい測定装置を用意する。
　上記におい測定装置は、センサ基板と、筐体と、複数の吸入口と、排出口と、ポンプと、を有する。
　上記センサ基板は、においセンサが複数並べられて設けられている。
　上記筐体は、上記センサ基板を空間の一表面とし、少なくとも側壁を使ってセンサ室の空間を成す。
　上記複数の吸入口は、上記センサ基板の一方の側辺側の上記筐体に設けられ、上記空間に連通する。
　上記排出口は、上記センサ基板の他方の側辺側の上記筐体に設けられ、上記空間に連通する。
　上記ポンプは、上記センサ室の空間のガスを吸引し、上記排出口へ上記ガスを排出する。
　上記においセンサの起動時に、上記ポンプで上記ガスを排出する事で、上記センサ室の内部空間を、外気の気圧よりも低く設定する。
　上記センサ室の空間に取り込まれたにおいまたはガスを排出する。
　その後で、においの測定を行う。

　以上のように本発明によれば、センサ室内の環境が安定した状態で複数のにおいセンサに対してにおい物質を均一に供給することが可能なにおい測定装置、においセンサの制御方法、およびにおい測定装置のクリーニング方法を提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係るにおい測定装置の斜視図である。 上記におい測定装置の分解斜視図である。 上記におい測定装置の平面図である。 上記におい測定装置の断面図である。 上記におい測定装置の断面図である。 上記におい測定装置が備えるセンサ室の断面図である。 上記センサ室の斜視図である。 上記におい測定装置における気流を示す模式図である。 上記におい測定装置が備える流路の斜視図である。 上記流路の延伸方向を示す模式図である。 上記センサ室における気流を示す模式図である。 上記におい測定装置のサイズを示す模式図である。 上記流路の他の構成を示す平面図である。 上記流路の他の構成を示す断面図である。 上記流路の他の構成を示す断面図である。 比較例に係るにおい測定装置に対する流体シミュレーション図である。 本発明の第１の実施形態に係るにおい測定装置に対する流体シミュレーション図である。 第１の実施形態に係るにおい測定装置が備えるにおいセンサの感度を示すグラフである。 第１の実施形態に係るにおい測定装置が備えるにおいセンサの感度を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るにおい測定装置の分解斜視図である。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るにおい測定装置について説明する。

（第１の実施形態）
　本発明のにおい測定装置について説明する。

［陰圧型のにおい測定装置の構成］
　におい測定装置１００は、筐体１０１、センサ基板１０２、センサ基板１０２に実装されたにおいセンサ１０３、センサ基板１０２の表面または裏面に設けられた制御素子１０４、センサ基板１０２に設けられた湿度センサ１０５および温度センサ１０６、センサ基板１０２の下方に位置する回路基板１０７、回路素子１０８、第１供給部１０９、及び第２供給部１１０を備える。
　におい測定装置１００は気体に含まれるにおい物質を測定する装置であり、この測定対象の気体を、以下に気体Ｍとして呼称する。
　尚、第１供給部１０９及び第２供給部１１０は、ポンプ、ファンなどの、気体移送機器で、以下ポンプとして説明していく。

　筐体１０１は、気体Ｍを流入させ、においセンサ１０３を通過した後に、外部に排出するための流路を形成する。
　筐体１０１は、図１に示すように、第１筐体１１１と第２筐体１１２の２つの部分によって構成され、両者はネジ１１３によって互いに接合（嵌合）されている。
　なお、図３は、第１筐体１１１を取り外し、第２筐体１１２を上から見たもので、実装されたセンサ基板１０２が見える。
　筐体１０１は、流路１２１、第１排出流路１２２、及び第２排出流路１２３が設けられている。
　この流路１２１は、筐体１０１の外部に解放された流入側の開口と、センサ室１３１に解放および気体Ｍを排出する排出側の開口を有する。更に、第１排出流路１２２及び第２排出流路１２３は、センサ室１３１から筐体１０１の外部へ気体Ｍを放出する流路である。
　図４では、センサ室１３１の先に、センサ空間と一体で成る吸気空間が設けられ、その吸気空間の下に排気空間が設けられる。そして吸気空間と排気空間の間には、隔壁が設けられ、この隔壁にポンプ１０９、１１０が設けられる。ポンプ１０９、１１０が取り付けられた隔壁で、吸気空間と排気空間は遮断され、モータの駆動により、気体Ｍはセンサ空間、吸気空間、排気空間と流れて、外部へ放出される。
　図３では、二つのポンプ１０９、１１０が配置され、紙面に対して上側が吸気空間、下側が排気空間である。
　筐体１０１はＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）等の耐熱樹脂で一体成型されたものである。ただし、アルミニウム、Ｃｕ又はステンレス等の金属の部材で形成されてもよい。また、樹脂や金属の異なる材料で別々の部品を用意し、組み合わせてもよい。

　センサ基板１０２は、配線を有する樹脂材からなるプリント基板であり、においセンサ１０３及び制御素子１０４が実装される。尚、センサ基板１０２は、セラミック基板などでも良い。
　図４に示すように、センサ基板１０２の流路側、つまり第１主面１０２ａににおいセンサ１０３が実装され、制御素子１０４は、裏側である第２主面１０２ｂに実装されている。尚、制御素子１０４は、においセンサ１０３の都合で第１主面１０２ａに配置されても良い。

　におい測定装置１００は、図２、図４に示すように、筐体１０１の内部空間とセンサ基板１０２でセンサ室１３１の内部空間を構成している。また、別の表現では、流路１２１を構成している。
　この筐体１０１の内部空間は、上面、上面の周囲を囲む側面（区画壁）を有し、この内部空間の底面側（開放側）に設けられたセンサ基板１０２によって、センサ室１３１の内部空間の５面を構成する。図４を見ると、センサ空間の左側は、吸気空間と一体で、区画壁が設けられていないので、５面である。
　ここではセンサ基板１０２の内側周囲、または外側周囲が区画壁の下端と当接して、センサ空間の底面となる。要は、センサ空間の底面側にセンサ基板１０２が露出している。
　尚、図２のように、第２筐体１１２側にセンサ基板１０２が水平に取り付けられる。センサ空間の底面側には、第２筐体１１２の上面を水平に延在する区画壁があり、この区画壁に開口部がある。そして、この開口部にセンサ基板１０２が取り付けられている。区画壁の上にセンサ基板１０２が当接すれば、底面は全域がセンサ基板１０２と成り、図４のように、センサ基板１０２外周辺の外で区画壁が当接すれば、中央でセンサ基板１０２が露出し、その周囲は筐体１０１側の区画壁が露出している。

　図４、図６のように、センサ基板１０２の第１主面１０２ａは、センサ室１３１の内部空間となり、第２主面１０２ｂはセンサ室１３１とは反対側の主面、つまりセンサ基板１０２の裏面で、センサ基板１０２下の空間を構成し、電子部品やマザーボードの実装用空間と成る。
　以下、センサ基板１０２に平行な一方向をＸ方向、Ｘ方向と垂直な方向をＹ方向する。また、センサ基板１０２の鉛直方向をＺ方向とする。
　上述した流路１２１、第１排出流路１２２及び第２排出流路１２３はセンサ室１３１と外部空間を連通させる流路である。

　センシングの際は、気体Ｍは、流路１２１、センサ室１３１、吸気空間、ポンプ１０９、排出空間、第１排出流路１２２を流れる。またクリーニングの際は、気体Ｍは、流路１２１、センサ室１３１、吸気空間、ポンプ１１０、第２排出流路１２３を流れる。
　特に流路１２１は、図３～図９に示すように、外側から円筒形の流路がほぼ水平または少し傾いて設けられている。
　図５は、流路が水平に設けられている例で、図３および図４のＣ－Ｃ断面図である。流路１２１の断面である円の上半分が示されているが、円の下半分が、センサ空間への口となる。この流路１２１の一部は、断面方向で見ると、センサ基板１０２、またはにおいセンサ１０３の表面と一致するように設けられている。外からの気体が流路１２１を介してにおいセンサ１０３を通過するようになっている。
　図４では、Ｃ－Ｃの点線の左側に於いて、流路１２１の上半部を筐体の壁が覆っており、下半分が開放している。よって流路１２１を塞いだ部分で気体が衝突し、開口からやや下方へと流れるようにしている。

　図６のように、センサ室１３１の空間は、薄型の直方体から成る空間で、底面１３１ａ、天井面１３１ｂと、４つの側面から成る。第１側面１３１ｃは、流路１２１が在る側で、第３側面１３１ｅ及び第４側面１３１ｆ（図７を参照）は、センサ室１３１の空間を挟む側面である。尚、第２側面１３１ｄは、空間の壁面であるが、センサ基板１０２の先に位置するのでセンサ室１３１の空間の外であるとも言える。ここではポンプ１０９、１１０の吸気側の吸気空間の一側面とも言える。尚、センサ室１３１の空間は直方体以外でも良い。尚、第２筐体１１２側にある底面１３１ａは、センサ基板１０２の第１主面１０２ａと面一である。
　図４、図８のように、センサ空間の底面１３１ａは、途中で終端し、その先で、吸気空間があり、ポンプ１０９、１１０を介して排気空間が設けられている。そして、その先に、第１排出流路１２２及び第２排出流路１２３が設けられ、接続される。ポンプ１０９、１１０は、吸気空間側に吸引口、排気空間側に排気口がある。

　ここではセンサ基板１０２の左端の先から、下方に向かって排気口が設けられている。これはポンプ１０９、１１０がダイアフラム型であるため、概ね板状であって小型であるから可能となった。
　また、排出の向きは、左に水平に向かっても、上に向かって放出されても良い。その場合、ポンプ１０９、１１０の種類や設置方向を調整する必要がある。図４のポンプ１０９、１１０を９０度右側に回転することで、排出口を水平方向に設置できる。また、ポンプ１０９、１１０を上下逆転させると上向きに排気口を設けることもできる。
　天井面１３１ｂにおいて、センサ基板１０２の左端の先は、上側に凹部の空間（吸気空間）が設けられる。ポンプ１０９、１１０と上面までの距離は、センサ基板１０２のセンサ空間よりも上に長く離間している。ここは、センサ空間と同じ高さでも良いし、若干低くても良い。

　第１側面１３１ｃ、第２側面１３１ｄ、第３側面１３１ｅ、及び第４側面１３１ｆは、垂直な面である。第１側面１３１ｃと第２側面１３１ｄは互いに対向する。第１側面１３１ｃ側は、においセンサ１０３に接近し、流路１２１の３つの口が設けられている。第２側面１３１ｄは、センサ基板１０２の左端から離間し、吸気空間の内部空間を構成する。

　においセンサ１０３は、センサ基板１０２の第１主面１０２ａに実装され、におい物質や気体を吸着し、その吸着量に応じた検出値を出力する。
　においセンサ１０３は、色々とある。例えば圧電材料が設けられたＦＢＡＲ、ＭＥＭＳ型の半導体センサ、ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサなどが実装可能である。このタイプは、振動面に設けられた感応膜の吸着量に応じて、周波数が変化するものである。しかし２つの対向電極およびその間に感応膜が設けられた抵抗型センサ、ＭＥＭＳ構造の抵抗型センサなど、市販のセンサも採用できる。
　図７でも判るように、感応部が上を向き、プリント基板への実装を考えると、直方体のチップで、表面に感応膜、チップ裏面がプリント基板に接着可能なものが良い。
　一定の共振周波数で振動させている時に、吸着膜の重量が増加し、共振周波数が増減する。においセンサ１０３はこの共振周波数の変動量を検出値として出力する。

　においセンサ１０３は第１主面１０２ａ上に複数実装されている。各においセンサ１０３の吸着膜は、においセンサ１０３毎に異なる材料で構成される。
　測定対象の気体Ｍに含まれるにおいは、１以上のガス、または複数の気体状の化学成分を含む浮遊物質を含んでいる。においセンサ１０３毎に異なる吸着膜が用いられて、その出力を総合して判断することで、色々なにおい物質が検出可能となる。

　吸着膜として、セルロース、フッ素系ポリマー、レシチン、フタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物、ポリイミド、ポリピロール、ポリスチレン、アクリルポリマー、スフィンゴミエリン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリビニルアルコール系ポリマーのほか、ＵｉＯ－６６、ＭＩＬ－１２５、ＺＩＦ－８等の有機金属構造体（ＭＯＦ）を用いることができる。また、吸着膜は、これらの材料のうちいずれか１つの材料を素子に塗っても良く、または２つ以上の材料を積層しても良いし、混ぜあわせたりしていてもよい。

　なお、前述の他に、においセンサ１０３は、二枚の電極に誘電体である膜が挟まれ、膜の誘電率が変化する容量型のにおいセンサ、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）と呼ばれ、振動する膜の表面に膜が塗られ、振動の変化を検出して判断する振動型のにおいセンサでもよい。

　制御素子１０４は、センサ基板１０２の裏面、主に第２主面１０２ｂに実装され、においセンサ１０３と電気的に接続される。制御素子１０４は、ＩＣ（Integrated Circuit）またはＴＲ（transistor）などの半導体素子、または受動素子を含む。制御素子１０４をセンサ基板１０２の裏面に設ける理由は、できる限りにおいに触れない方が、誤動作を防止できるからである。
　制御素子１０４は、においセンサ１０３を検出するための駆動回路または制御回路素子でもある。においセンサ１０３に駆動信号を供給すると共ににおいセンサ１０３の検出値を取得し、信号処理を実行する。においセンサ１０３が振動型のにおいセンサである場合、制御素子１０４は発振回路と周波数カウンター回路を含む。

　図３、図７の湿度センサ１０５は、センサ室１３１内の気体の湿度を検出する。湿度センサ１０５は水蒸気に対して吸着性を有する感応膜を備えたＱＣＭセンサが利用可能である。しかし、抵抗型、容量型など、市販の湿度センサが採用可能である。温度センサ１０６はセンサ室１３１内の気体の温度を検出する。温度センサ１０６は、サーミスタまたはＰｔを用いた電子式センサが利用可能である。

　回路基板１０７は、センサ室１３１の下側、あるいはセンサ室１３１の上側に設けられて接続され、回路素子１０８が実装された、いわゆるマザー基板である。回路基板１０７の位置及び数は特に限定されない。回路素子１０８は回路基板１０７に実装され、制御素子１０４から出力された信号の処理や外部との信号処理を行う、例えばＢＬＥ（Bluetooth（登録商標） Low Energy）である。第１供給部１０９及び第２供給部１１０は、ポンプやファンで、回路素子１０８は、その駆動、回路駆動に必要な電源回路を構成する素子である。これらの電源系の回路もマザーボード側に設けられている。一般に、電源系の部品は、発熱する事が多く、センサ基板１０２への実装は避けるべきである。センシングに影響を与えるからである。

　第１供給部１０９は、ポンプ又はファン等の気体の送出が可能な気体送出機構である。ポンプ１０９は、図４に示すように、センサ室１３１と第１排出流路１２２の間、或いは吸気空間と排気空間の間に配置され、センサ室１３１内の気体Ｍを第１排出流路１２２に送出する。
　図８に気体Ｍの流れを記号Ｆで示す。気体Ｍは流路１２１からセンサ室１３１に流入し、センサ室１３１内をある程度均一に広がって流れ、ポンプ１０９を介して第１排出流路１２２から排出される。そのため、ポンプ１０９の熱が溜まった気体、ポンプ１０９内でのにおいや湿気が取り込まれた気体は、センサ室１３１に流れず、外部へと放出される。この流れ方は、測定精度を向上する。要は、流路１２１側にポンプを設けて、ポンプからセンサ室１３１内へ流入させず、外気の気体Ｍをそのまま流し込んでいる事が重要な点である。
　以下、このにおい測定装置１００における気体Ｍの流れを「気流Ｆ」とする。

［測定時の気流Ｆ］
　測定に採用されるポンプ１０９は、センサ室１３１と第１排出流路１２２の間で、図８の気流Ｆにおいて、においセンサ１０３の下流側に位置する。
　ポンプ１０９が駆動されると、ポンプ１０９の吸気空間側の吸入口から吸引が始まり、外部の気体Ｍがセンサ室１３１内へ吸引される。また排気空間側の排出口から気体Ｍが排出され、第１排出流路１２２から排出される。ポンプ１０９の始動からしばらくの間、センサ室１３１内は陰圧となり、流路１２１から測定対象の気体が流入する。
　なお、ポンプ１０９は、においセンサ１０３の下流側に位置すればよく、第１排出流路１２２の途中、又は筐体１０１の外側に配置されてもよい。

［クリーニング時の気流Ｆ］
　図３に示す第２供給部１１０は、第１供給部１０９と同じポンプを採用した。しかし他の物でも良い。このポンプ１１０は、センサ室１３１と第２排出流路１２３の間に配置される。または吸気空間と排気空間の間に設置され、図３のように、ポンプ１０９と水平に並んで配置される。
　ポンプ１１０は、センサ室１３１内の気体を第２排出流路１２３に送出する。ポンプ１１０は、においセンサ１０３のクリーニング時に駆動され、クリーニングガス（例えば清浄な外気）を流路１２１からセンサ室１３１に流入させ、第２排出流路１２３から排出させる。クリーニングガスはにおい物質及び水分を含まない気体である。この様に、クリーニング機構を別に設けているが、ポンプ１１０、第２排出流路１２３を省略し、ポンプ１０９と第１排出流路１２２を兼用しても良い。つまり対象のにおいを検知した後に、清浄な気体をポンプ１０９で吸引し、においセンサ１０３に当てればクリーニングが可能である。
　尚、電源を入れる前には、外気と平衡になっている事が多く、センサ室１３１に露出しているセンサ基板１０２、センサ空間を構成する側壁は、においまたはガスなどがトラップされている事が多い。そのため電源をＯＮしてポンプが起動した際、陰圧にすることで、そのトラップされたにおいを離脱させる事が可能となり、清浄効果を発揮させる事が出来る。
　また前述したクリーニングガスを流す前、または同時に、ポンプの排気量を多くして、より陰圧にしてクリーニングしても良い。

［流路１２１について］
　図８、図９に示すように、流路１２１は、筐体１０１の側壁または区画壁を貫通して設けられ、センサ室１３１と室外を連通している。一つの流路口１４１と、この流路口１４１から枝分かれした複数の吸入口１４２を有する。

　ここでは、１つの流路口１４１と３つの吸入口１４２を有し、流路口１４１から３本の流路に分岐（枝わかれ）した流路形状を有する。
　以下、３つの吸入口１４２を第１吸入口１４２ａ、第２吸入口１４２ｂ、及び第３吸入口１４２ｃとする。

　また、図９において、流路口１４１と３つの第１～第３吸入口１４２ａ～１４２ｃの間を、第１流路１２１ａ、第２流路１２１ｂ、第３流路１２１ｃとする。更にその流路の中心軸を、第１中心軸Ｐ１、第２中心軸Ｐ２、第３中心軸Ｐ３とする。

　図９に示すように、第１流路１２１ａは、真ん中の流路で、第１中心軸Ｐ１は、センサ基板１０２の中央を通過するように設定される。そしてこの第１流路１２１ａは、複数のにおいセンサ１０３側に向い、センサ基板１０２と平行な第１方向Ｄ１に沿った流路を有する。
　また第２流路１２１ｂは、第２中心軸Ｐ２が第１主面１０２ａに平行で、かつ第１方向Ｄ１に対して一方に角度を有する。
　さらに第３流路１２１ｃは、第３中心軸Ｐ３が第１主面１０２ａに平行で、かつ第１方向Ｄ１に対して、第２方向Ｄ２とは反対側に傾いた第３方向Ｄ３に沿う。

　第１中心軸Ｐ１、第２中心軸Ｐ２、及び第３中心軸Ｐ３と底面１３１ａからの高さは、夫々等しい。図３からも判るように、第１吸入口１４２ａ、第２吸入口１４２ｂ、及び第３吸入口１４２ｃは、筐体１０１の内壁側に露出して設けられるため、流路口１４１を始点として、Ｙ方向に放射状に広がって配列している。
　尚、第１中心軸Ｐ１、第２中心軸Ｐ２、及び第３中心軸Ｐ３は、図８に示すように天井面１３１ｂと同等か、より高くてもよい。
　図４、図１０のように、流路１２１の吸入口１４２側は、この吸入口１４２の上半分を筐体１０１の側壁が塞ぐように成っており、この側壁で気体がぶつかって乱流がおこり、やや下向きに流れる。

　図１０の右側から左側に向かって見た第１～第３吸入口１４２ａ～１４２ｃの円は、少なくとも一部がセンサ基板１０２の表面またはにおいセンサ１０３の表面と重なる様に位置すると、気体Ｍは、センサ基板１０２の表面またはにおいセンサ１０３の表面を流れていく。
　また第１～第３中心軸Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、センサ室１３１の高さが低く設定されているため、やや下向きまたはやや上向きでも良い。下向きであれば、においセンサ１０３の表面に直ぐに交差するように流れるし、上向きであれば、天井にぶつかって直ぐにおいセンサ１０３の表面に向かう。天面や側面に気体Ｍが衝突する事で、気体Ｍの勢いが弱まりセンサ室１３１内に拡散しやすくなる。
　尚、流路口１４１を一つにして枝分かれさせる事も重要な点で、ある程度位置的にまとまって均一な気体Ｍが、流路口１４１を通過し、そのまま分岐するので、センサ基板１０２には、ある程度均一な気体Ｍが流れる事に成る。また気体Ｍを一度壁にぶつけて勢いを弱めることで、均一に気体Ｍが流れやすくなるとも考えられる。

［におい測定装置の動作］
　におい測定が開始されると、ポンプ１０９が駆動され、センサ室１３１内の気体が第１排出流路１２２を介して排出される。このため、センサ室１３１内は陰圧となり、外の気体Ｍが流路１２１を介してセンサ室１３１に流入する。気体Ｍに含まれるにおい物質は、図１１の気流Ｆの流れで、各においセンサ１０３に供給され、各においセンサ１０３の吸着膜に吸着されて検出される。

　真ん中の第１流路１２１ａから流れ出る気体は、センサ基板１０２の中央を手前から先に向かって流れる。更に、陰圧であるため、第１吸入口１４２ａから解放されて、ある程度円錐状、または放射状に流れるため、気体Ｍは、やや広がって流れる。また第２流路１２１ｂ、第３流路１２１ｃから流れ出る気体は、左右の側壁にぶつかって流れる。更には、気圧が低いため、第２吸入口１４２ｂ、第３吸入口１４２ｃから解放されて円錐状に流れ、広がって流れる。
　これは、図１７のシミュレーションでも確認できる。ある時間、陰圧のセンサ空間に開放されるため、第１～第３吸入口１４２ａ～１４３ｃから若干広がった気体Ｍの流れが確認できる。この様に、気体Ｍは、平面視で、ある程度均一に分布して流れる。更には、センサ室１３１の高さが低い事もあり、気体Ｍは、センサ空間全体で均一な層流と成って各においセンサ１０３に触れながら流れていく。
　前述したように、ポンプの始動時から２～３秒で、図１７のような気体Ｍの軌跡で安定して流れ続ける。よって所定時間を待って測定する事がポイントでもある。尚、この時、センサ空間の圧力は、始動時よりも弱いが、陰圧状態で安定化する。

　このにおい測定の前または後には、センサ室１３１のクリーニングが実行される。
　クリーニングは、図１１のポンプ１１０が駆動され、センサ室１３１内の気体が第２排出流路１２３を介して外へ排出される。
　この気流Ｆは、前述したように、図１７のように均一と成る。よってセンサ基板１０２全体を一様に流れる。
　クリーニングガスは、吸着膜に吸着していたにおい物質及び水分を取り込み、外部へと放出するだけでなく、内壁などの吸着していたにおいもクリーニングされていく。

［におい測定装置の効果］
　例えば、流路１２１の上流にポンプ等の供給部が配置されると、ポンプ内部の側壁などがにおいを取り込んでしまう。しかし、ポンプ１０９がにおいセンサ１０３の下流側に配置され、吸引すると、外部から直接センサ室１３１へ気体Ｍが入るので、においセンサ１０３の検出精度を高められる。

　またセンサ室１３１が圧縮されると、センサ室１３１の気体が温度上昇する。これは、圧縮による温度上昇とポンプ１０９自体の温度上昇が原因と推察できる。
　においセンサ１０３の温度特性、更にはにおい自体の吸脱着の温度特性などで、においセンサ１０３の出力特性が変化する。においセンサ１０３の感応膜、センサ室１３１の内壁、ポンプ１０９の内壁も、その温度上昇により吸脱着特性が変化する。更には、相対湿度、温度センサ１０６も変化する。よってこの環境では、測定に誤差が発生してしまう。更には、感応膜の劣化も多少発生するだろう。
　しかし陰圧であると、外部と流路１２１の間には、ポンプを介さないので、温度は上昇せず、圧縮タイプよりも測定精度が高くなる。
　どちらにしても、図１７の均一な気流に成るには、数秒（２～３秒程度）の時間が必要なため、この安定時間を過ぎてから測定する事が好ましい。

　一つの流路口１４１にすると、流路口１４１の付近のまとまって均一な気体Ｍが入り込む。そして、そのまとまった気体Ｍが複数に分岐されるため、条件の揃った気体Ｍが分布する。しかも陰圧により、その分岐口から放射状にセンサ室１３１に流れ込む。そのため、並べられているにおいセンサ１０３の表面に、均一な気体Ｍが供給される。
　よって各においセンサ１０３への気体供給状態が均一になり、夫々のにおいセンサ１０３の検出値をほぼ同一条件の下で測定できる。よって機械学習によるパターン判別を用いたにおいの判定を行う場合も、その識別精度を向上させることができる。

　図２や図１０において、第１～第３流路１２１ａ～１２１ｃが、センサ基板１０２の表面と平行に延在し、その第１～第３吸入口１４２ａ～１４２ｃが、センサ室１３１の内壁に、横に並んでいるため、センサ室１３１の高さをより狭くできる。ここはピッタリと合わず、少しは前後しても良い。よって、センサ室１３１の高さを低くできる。つまり、第１～第３吸入口１４２ａ～１４２ｃから入った気体Ｍは、均一な層流になる。この層流は、第１～第３流路１２１ａ～１２１ｃの枝分かれ効果と相まって、気体Ｍの均一化が可能と成る。

［におい測定装置のサイズ］
　におい測定装置１００のサイズについて説明する。図１２に示すように、センサ室１３１のＸ方向に沿った長さをＳ１、Ｙ方向に沿った幅をＳ２、Ｚ方向に沿った高さをＳ３とし、
　長さＳ１≒５２ｍｍ、幅Ｓ２≒３６ｍｍ、高さＳ３≒３ｍｍとした。
　その際、流路１２１の直径Ｓは、２ｍｍ～２．５ｍｍである。この際の、気体の流れが図１７である。
　センサ室１３１の高さは、１ｍｍ以上９ｍｍ以下の間で選択され、高さに対し、流路１２１の直径Ｓは、同等～１／２程度である。例を挙げると、流路１２１の直径Ｓを２ｍｍとすれば、センサ室１３１の高さは２ｍｍ程度から４ｍｍ程度である。
　ただし、実装されるにおいセンサ１０３の高さも考慮される。ワイヤボンドで接続される場合、チップ厚み、チップ表面からのワイヤの這い上がり高さ、チップ裏面の固着剤厚みが加算されて、この合計よりも若干高い事が望ましい。

　また、図９に示すように、流路口１４１の直径をＳ４、第１流路１２１ａの直径をＳ５、第２流路１２１ｂの直径をＳ６、第３流路１２１ｃの直径をＳ７とする。直径Ｓ４～Ｓ７は、ここでは２ｍｍ～２．５ｍｍ程度で同じサイズである。
　なお、このこれらのサイズは、空間のサイズの大小で調整される。

［考えられる他の流路構造］
　流路１２１の構成は、以下のような構造であってもよい。

　図９、図１３に示すように、流路１２１は、流路口１４１が一つで、吸入口１４２が２以上で良い。また流路口１４１は、一つにまとまらず、各流路毎にバラバラでも良い。

　図１４は、第１～第３中心軸Ｐ１～Ｐ３が、においセンサ１０３の表面と一致した構成である。また別の表現では、流路１２１の直径がセンサ室１３１の高さと同じである。つまり、センサ室１３１の上面は、流路１２１の上点と一致し、センサ基板１０２の表面が流路１２１の下点と一致する。仮に流路１２１の直径が５ｍｍなら、センサ室１３１の高さも５ｍｍである。図１５は、第１～第３中心軸Ｐ１～Ｐ３が、センサ基板１０２の第１主面１２０ａと一致した構成である。

［流体シミュレーションの検証］
　図１６は、右端の流路３２１が一つである。そして一つの排出流路３２２が左下に配置され、その間にセンサ室３３１を備えている。図１１の配置とは、第１排出流路１２２、第２排出流路１２３が逆になっている。図１７も逆である。図１６および図１７において、黒の実線が気体の軌跡を示している。
　図１６は、流路３２１からセンサ室３３１に流入した気体の流れを示し、粗密の分布が顕著である。紙面の中央において流路３２１から左方向に濃く流れているが、この真ん中から下の側壁の間、上の側壁との間は疎になっている。
　この疎の部分は、複数あるにおいセンサの一部は、気体が供給されていない事を示す。

　一方、図１７は、３分岐した時の検証で、良好なシミュレーション結果を得た。
　右側の第１～第３吸入口１４２ａ～１４２ｃからの気体の軌跡を見ると、第１～第３吸入口１４２ａ～１４２ｃの夫々から若干広がって流れているのが見られる。センサ室１３１は、左側のポンプの吸引で、当初陰圧に成っている。つまり、センサ室１３１に露出する第１～第３吸入口１４２ａ～１４２ｃから気体が出ると、気圧が低い事から円錐状に広がる。この広がった一番外側と、隣の広がった気流が重なるか、重ならない程度に広がれば、図１７のような分布に成ると推察できる。
　センサ室１３１の右側にポンプがあって加圧する場合は、気圧の高い部分に解放されるため、陰圧のように広がらない事も推察できる。
　吸入口を３つ以上設けた場合、陰圧も陽圧もある程度広がりはすれが、陰圧の方が解放されるため、好ましい分布に成る。
　このような流体の軌跡は、センサ基板１０２に平面状に多数配置されたにおいセンサ１０３にまんべんなく流れている事から、個々のにおいセンサ１０３の検出精度が上がる事に成る。

［実験結果について］
　図１８は、２０ｐｐｍのトルエンを含む空気を気体Ｍとし、図１９は、９０ｐｐｍのエタノールを含む空気を気体Ｍとした。両方ともに３つに分岐したものである。
　多くのチャンネルの感度が１倍～数十倍となる結果が得られた。３分岐していることによってセンサ室１３１ににおい物質が広がりながら流入するため、センサ感度が向上したと考えられる。

　（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態に係るにおい測定装置について説明する。

［におい測定装置の構成］
　第１の実施形態でも少し触れたセンサ室内を加圧型にするタイプである。基本、においセンサより上流側にポンプを配置すればよく、ポンプの配置と流路の位置を調整するだけで良いので、以下簡単に説明する。
　図２を参照すれば、二つのタイプが考えられる。
　まず第１の方法は、ポンプ１０９の出入りを逆転させて、ポンプ１０９でセンサ室１３１内を圧縮し、流路１２１から排気するタイプである。
　第２の方法は、ポンプ１０９、１１０を取り外し、流路１２１の右外にポンプを設けたタイプである。このポンプは、外気を取り込み、センサ室１３１内へ送付する。そしてセンサ室１３１の左下の先、図２では、２つのポンプ１０９、１１０がある場所に排気口を設け、気体Ｍをこの排気口を介して排出すタイプである。

［第１の構造］
　図２０を用いて第１の方法について更に説明する。
　図２０は、図２をベースに書き直したもので、異なる部分は、流路２２２が排気側で一つ設けられている。更には、ポンプ２１０とセンサ室２３１の間には、センサ室２３１を構成する区画壁ｂｋが設けられ、この区画壁ｂｋに流路２２１が設けられる。筐体は、センサ室２３１の上面、右側面、この右側面と角部を共通にする二つの側壁、左側面、区画壁ｂｋを有する。底面の区画壁には、センサ基板２０２が取り付けてある。センサ基板２０２の表面は、センサ室２３１の空間を成す表面と成る。
　流路２２１の流入口は、ポンプ２１０の排出口と連通している。ポンプ２１０の取込み口２２４は、外気に連通している。
　第１の実施形態と同じで、流路２２１は、３つに分岐されており、ポンプ２１０側に流路口が一つ、センサ室２３１側に３つの排出口が設けられる。

［におい測定装置の動作］
　気体Ｍは、取込み口２２４に取り込まれ、ポンプ２１０によって流路２２１の流入口を介して３分岐され、センサ室２３１に送られる。この３分岐された気体Ｍは、センサ基板２０２に広がり、においセンサ２０３を通過して、最終的には排気側の流路２２２を介して外部に放出される。
　第１の実施形態と異なり、センサ室２３１は当初圧縮されるため、放射状の流れは抑制されるものの、三分岐構造の流路２２１を採用するため、良好な精度で検知が可能である。

［第２の構造］
　第２の構造は、図２を使って説明する。つまり気体Ｍを取り込むポンプは流路１２１側に取り付けられる。ポンプの設置位置は、図２０の符号Ｐで示した。ポンプは筐体の外または内部に設置可能である。また、流路１２１の様に、ポンプから送られた気体Ｍは、三分岐されてセンサ室１３１に入る。
　ポンプ１０９、１１０が設けられている所は、この二つのポンプが取り外され、排気口が設けられる。

［におい測定装置の動作］
　流路１２１の外側にあるポンプは、気体Ｍを流路１２１に送付する。そして、気体Ｍは流路１２１で三分岐されてセンサ室１３１内に入る。センサ室１３１内へ気体Ｍを送り込むため、センサ室１３１は、当初圧縮される。しかし、気体Ｍは流路１２１で３分岐されるため、センサ基板１０２に均一に流れる。センサ室１３１を流れた気体Ｍは、筐体の左下に設けられた排気口から排気される。

［におい測定装置の効果］
　におい測定装置２００では上記のように、流路２２１は分岐して各方向に延伸する流路形状を有する。このため、気体Ｍはセンサ室２３１内で拡散し、におい物質が各においセンサ２０３に均一に供給される。これにより、各においセンサ２０３の検出値が高くなり、検出精度が向上する。また、複数のにおいセンサ２０３の検出値を用いて機械学習によるパターン判別を用いたにおいの判定を行う場合もにおいの種類と強度の識別精度が向上する。

　さらに、複数の吸入口は、一列に配列しているため、センサ室２３１の高さを最小限にし、センサ室２３１の容積を小さくすることができる。センサ室２３１の容積を最小限にすることで気体Ｍの供給効率が上昇し、におい物資の吸着速度を向上させることができる。

［におい測定装置のサイズ］
　第２の実施形態のにおい測定装置２００のサイズは、第１の実施形態と同様な考えで、同じ寸法を設定できるため、説明は省略する。

　１００、２００…測定装置
　１０１…筐体
　１０２、２０２…センサ基板
　１０３、２０３…においセンサ
　１０４…制御素子
　１０５、２０５…湿度センサ
　１０６、２０６…温度センサ
　１０７、２０７…回路基板
　１０８…回路素子
　１０９、２０９…第１供給部、ポンプ
　１１０、２１０…第２供給部、ポンプ
　１２１、２２１…流路
　１２２…第１排出流路
　１２３…第２排出流路
　１３１、２３１…センサ室
　１４１…流路口
　１４２…吸入口
　２２２…流路
　２２３…取込み口
　２２４…取込み口
　

Claims (18)

1. 　におい物質を検出する複数のにおいセンサと、
   　前記複数のにおいセンサを収容し、複数の吸入口と排出口とを有するセンサ室と、
   　前記複数の吸入口を介して前記センサ室に流入し、前記排出口を介して前記センサ室から排出される気流を生じさせる供給部と
   　を具備するにおい測定装置。
2. 　前記供給部は、前記気流において前記複数のにおいセンサより下流側に配置されている、請求項１に記載のにおい測定装置。
3. 　前記供給部は、前記気流において前記複数のにおいセンサより上流側に配置されている、請求項１に記載のにおい測定装置。
4. 　前記複数の吸入口のうち少なくとも１つは、前記複数のにおいセンサに向かって第１方向に沿って延伸する流路である第１流路に接続され、前記複数の吸入口のうち他の少なくとも１つは前記第１方向に対して傾いた第２方向に沿って延伸する流路である第２流路に接続されている、請求項１または２に記載のにおい測定装置。
5. 　前記複数のにおいセンサは基板の主面に実装され、
   　前記第１方向及び前記第２方向は前記主面に平行な方向である、請求項４に記載のにおい測定装置。
6. 　基板の主面に実装され、におい物質を検出する複数のにおいセンサと、
   　前記複数のにおいセンサを収容し、１つ又は複数の吸入口と排出口とを有し、前記１つ又は複数の吸入口のうち少なくとも１つは、前記複数のにおいセンサに向かって前記主面に平行な第１方向に沿って延伸する流路である第１流路に接続されたセンサ室と、
   　前記１つ又は複数の吸入口を介して前記センサ室に流入し、前記排出口を介して前記センサ室から排出される気流を生じさせる供給部と、
   　を具備するにおい測定装置。
7. 　前記供給部は、前記気流において前記複数のにおいセンサより下流側に配置されている、請求項６に記載のにおい測定装置。
8. 　前記供給部は、前記気流において前記複数のにおいセンサより上流側に配置されている、請求項６に記載のにおい測定装置。
9. 　前記１つ又は複数の吸入口は第１吸入口と第２吸入口を含み、
   　前記第１吸入口は前記第１流路に接続され、
   　前記第２吸入口は前記主面に平行かつ前記第１方向に対して傾いた第２方向に沿って延伸する流路である第２流路に接続されている、請求項６または７に記載のにおい測定装置。
10. 　前記センサ室は、前記センサ室の室外と連通する１つの流路口を有し、前記第１流路は前記流路口と前記第１吸入口を接続し、前記第２流路は前記流路口と前記第２吸入口を接続し、前記第１流路と前記第２流路は前記流路口と前記第１吸入口及び前記第２吸入口の間で分岐する、請求項９に記載のにおい測定装置。
11. 　前記センサ室は、前記主面と同一面上に位置する底面と、前記底面と対向する天井面と、を有し、
    　前記第１流路は、前記第１流路の中心軸と前記底面の距離が、前記天井面と前記底面の距離よい大きい、請求項６に記載のにおい測定装置。
12. 　におい物質を検出する複数のにおいセンサと、
    　前記複数のにおいセンサを収容し、１つ又は複数の吸入口と排出口とを有するセンサ室と、
    　前記１つ又は複数の吸入口を介して前記センサ室に流入し、前記排出口を介して前記センサ室から排出される気流を生じさせ、前記気流において前記複数のにおいセンサより下流側に配置された供給部と、
    　を具備するにおい測定装置。
13. 　前記１つ又は複数の吸入口は第１吸入口と第２吸入口を含み、
    　前記第１吸入口は前記複数のにおいセンサに向かって第１方向に沿って延伸する流路である第１流路に接続され、
    　前記第２吸入口は前記第１方向に対して傾いた第２方向に沿って延伸する流路である第２流路に接続されている、請求項１２に記載のにおい測定装置。
14. 　前記複数のにおいセンサは基板の主面に実装され、
    　前記第１方向及び前記第２方向は前記主面に平行な方向である、請求項１３に記載のにおい測定装置。
15. 　においセンサが複数並べられて設けられたセンサ基板と、
    　前記センサ基板を空間の一表面とし、少なくとも側壁を使ってセンサ室の空間を成す筐体と、
    　前記センサ基板の一方の側辺側の前記筐体に設けられ、前記空間に連通する複数の吸入口と、
    　前記センサ基板の他方の側辺側の前記筐体に設けられ、前記空間に連通する排出口と、
    　前記センサ室の空間のガスを吸引し、前記排出口へ前記ガスを排出するポンプと、を有するにおい測定装置を用意し、
    　前記ポンプで前記ガスを排出する事で、前記センサ室の内部空間を、外気の気圧よりも低く設定し、
    　前記センサ室の気圧を低くする事で、前記内部空間の面に露出する前記吸入口から前記内部空間へ流入するガスを放射状に流入させ、
    　前記放射状に流入させた前記ガスを前記複数のにおいセンサに流すこと事を特徴としたにおいセンサの制御方法。
16. 　前記ポンプの始動の後、所定の時間をおいて測定する請求項１５に記載のにおいセンサの制御方法。
17. 　においセンサが複数並べられて設けられたセンサ基板と、
    　前記センサ基板をセンサ空間の一表面とし、少なくとも側壁を採用して前記センサ空間を成す筐体と、
    　前記センサ基板の一方の側辺側の前記筐体に設けられて前記センサ空間に連通し、一つの取込み口から複数に枝分かれした先に位置する複数の吸入口を有する流路と、
    　前記センサ基板の他方の側辺側の前記筐体に設けられ、前記センサ空間に連通する排出口と、
    　前記センサ空間のガスを吸引し、前記排出口へ前記ガスを排出するポンプと、
    　を具備するにおい測定装置。
18. 　においセンサが複数並べられて設けられたセンサ基板と、
    　前記センサ基板を空間の一表面とし、少なくとも側壁を使ってセンサ室の空間を成す筐体と、
    　前記センサ基板の一方の側辺側の前記筐体に設けられ、前記空間に連通する複数の吸入口と、
    　前記センサ基板の他方の側辺側の前記筐体に設けられ、前記空間に連通する排出口と、
    　前記センサ室の空間のガスを吸引し、前記排出口へ前記ガスを排出するポンプと、を有するにおい測定装置を用意し、
    　前記においセンサの起動時に、前記ポンプで前記ガスを排出する事で、前記センサ室の内部空間を、外気の気圧よりも低く設定し、
    　前記センサ室の空間に取り込まれたにおいまたはガスを排出し、
    　その後で、においの測定を行うにおい測定装置のクリーニング方法。
    　

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