アルコール検出器
【課題】呼気が正常に測定されたか否かを判定し、呼気に含まれるアルコール濃度を簡易かつ正確に検知することができるアルコール検出器を提供する。
【解決手段】アルコール検知電極と第１基準電極と酸素イオン伝導性の第１固体電解質層とを有し、呼気中のアルコールを選択的に検知するアルコール検知部１０と、水素ガス検知電極と第２基準電極と酸素イオン伝導性の第２固体電解質層とを有し、呼気中の水素ガスを検知する水素ガス検知部２０と、水素ガス検知部の検知結果に応じて、前記呼気が正常に測定されたか否かを判定する判定部５とを備えたアルコール検出器１である。
【解決手段】アルコール検知電極と第１基準電極と酸素イオン伝導性の第１固体電解質層とを有し、呼気中のアルコールを選択的に検知するアルコール検知部１０と、水素ガス検知電極と第２基準電極と酸素イオン伝導性の第２固体電解質層とを有し、呼気中の水素ガスを検知する水素ガス検知部２０と、水素ガス検知部の検知結果に応じて、前記呼気が正常に測定されたか否かを判定する判定部５とを備えたアルコール検出器１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼気に含まれるアルコール濃度を検知するアルコール検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、飲酒による交通事故の増大に伴い、運転手の呼気中のアルコール濃度を測定する酒気帯び運転調査が頻繁に行われるようになっている。又、自動車等の車両にアルコール検出器を搭載し、呼気中のアルコール濃度が多い場合は運転できないよう、イグニッションにインターロックを掛けるアルコール・イグニッション・インターロックシステムが提案されている。
しかしながら、運転手（被験者）が自身の息の代わりに大気をビニル袋等に捕集してアルコール検出器に吹き付けたり、浅い呼吸をして肺に近い深部の呼気が出ないようにして、不正な測定結果を得ることがあり、対策が必要になっている。
【０００３】
このようなことから、呼気中アルコール濃度の測定の際、併せて呼気中のＣＯ２ガス濃度をも測定し、ＣＯ２ガス濃度に応じてアルコール濃度の測定結果を補正する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
又、ガスセンサと音声センサとを呼気測定器に併設し、音声センサを用いて被験者の声の調子が一定になった時に、呼気が一定の吹付状態になったと判定してアルコール濃度を測定する提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７９２２８号公報
【特許文献２】特開２００２−３９９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の技術の場合、ＣＯ２ガス濃度の測定に赤外線吸収式の装置を用いると、装置が高価で大型となり測定が容易に行えない。一方、ＣＯ２ガスセンサとして、Ｌｉイオン伝導体やＮａイオン導電体の固体電解質を用いたものが存在するが、長期安定性が低いという問題がある。
又、特許文献２記載の技術の場合、被験者が一定の声の調子を出すのが難しく、測定に習熟する時間を要するという問題がある。又、戸外等の騒音の大きい環境では正確な測定が行えない可能性がある。
そこで、本発明は、呼気が正常に測定されたか否かを判定し、呼気に含まれるアルコール濃度を簡易かつ正確に検知することができるアルコール検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のアルコール検出器は、アルコール検知電極と第１基準電極と第１固体電解質層とを有し、呼気中のアルコールを選択的に検知するアルコール検知部と、水素ガス検知電極と第２基準電極と第２固体電解質層とを有し、前記呼気中の水素ガスを検知する水素ガス検知部と、前記水素ガス検知部の検知結果に応じて、前記呼気が正常に測定されたか否かを判定する判定部とを備えたことを特徴としている。
このようにすると、呼気中に水素ガスが含まれていることを利用し、同質の固体電解質層を用いた水素ガス検知部により呼気が正常に測定されたか否かを判定できる。このため、従来の別方式の呼気中のＣＯ２ガス濃度を測定する場合に比べ、アルコール検出器の構成を簡略化できる。又、戸外等の騒音の大きい環境でも測定が行え、故意に呼気を吹き込まない等の測定異常を検出し、呼気に含まれるアルコール濃度を簡易かつ正確に検知することができる。また、酸素イオン導電性の固体電解質を用いる事で、従来のLiイオン導電体やＮａイオン導電体の固体電解質を用いたものよりも長期安定性を向上する事ができる。
【０００７】
前記判定部は、前記水素ガス検知部が検知した水素ガス濃度が閾値以上である場合に、前記呼気が正常に測定されたと判定するとよい。
このようにすると、呼気には水素ガスが１ｐｐｍ程度以上含まれているにも関わらず、呼気が正常に吹き込まれていない（不正に呼気を吹き込まない場合の他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）状態を判定部が識別できるので、アルコール濃度を正確に検知することができる。
【０００８】
前記判定部は、前記水素ガス検知部が検知した水素ガス濃度が前記閾値以上で所定時間維持された場合に、前記呼気が正常に測定されたと判定するとよい。
このようにすると、一旦吹き込んだ呼気を止める等の異常な状態（不正に呼気を止める他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）に起因して水素ガス濃度が低下したことを判定部が識別できるので、アルコール濃度をより正確に検知することができる。
【０００９】
前記アルコール検知電極は、下地電極と、該下地電極を覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層とから構成されているか、又は前記アルコール検知電極はビスマスバナジウム酸化物を主成分とするとよい。
このようにすると、水素ガスとアルコールの混合ガスから、アルコールのみを選択的に検知することができる。これは、ビスマスバナジウム酸化物により、水素ガスが燃焼するためと考えられる。このため、アルコール検知部の構成が簡易になり、アルコール濃度の測定精度も向上する。
【００１０】
前記第１固体電解質層と前記第２固体電解質層とが共通になっていてもよい。
このようにすると、共通の固体電解質層上に、アルコール検知部及び水素ガス検知部が形成され、全体として１つの検知部を構成しているため、検知部がコンパクトになり、コスト低減の他、測定の安定性にも優れる。
【００１１】
前記第１基準電極と前記第２基準電極とが共通になっていてもよい。
このようにすると、アルコール検知部及び水素ガス検知部の基準電極をも共通としたので、検知部がさらにコンパクトになる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、呼気が正常に測定されたか否かを判定し、呼気に含まれるアルコール濃度を簡易かつ正確に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアルコール検出器の断面図を示す。
アルコール検出器１は、箱状の筐体２と、筐体２内に収容される回路基板４と、回路基板４に実装されるアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０と、回路基板４に実装される制御部５とを備えている。なお、制御部５が特許請求の範囲における「判定部」に相当する。
アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０は、詳しくは後述する固体電解質層を用いた板状センサであり、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の一端からそれぞれ突出する端子１５ａ〜１５ｄ及び端子２５ａ〜２５ｄを介し、回路基板４に実装されている。そして、回路基板の上面からアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０が突出し、それぞれアルコール及び水素ガスを検知するようになっている。又、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の周囲が円筒状の金属網７でそれぞれ覆われ、各検知部１０，２０を保護している。
【００１４】
筐体２上面のうち、回路基板４からアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０が突出している部分は、この突出部を囲むように円筒状に張り出す測定室２ａを構成し、測定室２ａ上端が縮径して呼気導入口２ｂを形成している。又、呼気導入口２ｂと各検知部１０，２０との間における測定室２ａ内部にはガスフィルタ３が介装され、ガスフィルタ３より下側の測定室２ａの側壁に排気穴２ｃが開口している。そして、呼気導入口２ｂから導入された呼気がアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０でそれぞれ測定に供された後、排気穴２から流出するようになっている。
【００１５】
制御部５は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）を備え、ＲＯＭ等に予め格納されたプログラムがＣＰＵにより実行されるマイクロコンピュータである。
又、回路基板４には電源スイッチ８及び表示部（ディスプレイ）９が実装され、電源スイッチ８が筐体２上面に露出し、アルコール検出器１の電源のオンオフを行えるようになっている。さらに、筐体２上面には表示部９を露出させるための表示窓２ｄが開口している。
【００１６】
図２は、アルコール検出器１の構成を示すブロック図である。制御部５はアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の動作を制御すると共に、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の検知結果を受信して、後述する判定を行い、判定結果を表示部９に表示する。
又、制御部５はアルコール検知部１０が有するヒータを制御するヒータ制御回路６ａを制御し、アルコール検知部１０を動作温度に加熱する。同様に、制御部５は水素ガス検知部２０が有するヒータを制御するヒータ制御回路６ｂを制御し、水素ガス検知部２０を動作温度に加熱する。
【００１７】
図３は、アルコール検知部１０の構成を示す平面図である。アルコール検知部１０は、長尺平板状の第１固体電解質層１３と、第１固体電解質層１３の片面に併設されるアルコール検知電極１１及び第１基準電極１２とを備えている。アルコール検知電極１１及び第１基準電極１２は、第１固体電解質層１３の一端側に配置されている。
アルコール検知電極１１から第１固体電解質層１３の長手方向に沿ってリード部１１ａが延び、リード部１１ａの末端が第１固体電解質層１３の他端側に位置している。リード部１１ａの末端には電極パッド１１ｂが接続され、電極パッド１１ｂから第１固体電解質層１３の外部に端子１５ａが突出している。
同様に、第１基準電極１２から第１固体電解質層１３の長手方向に沿ってリード部１２ａが延び、リード部１２ａの末端が第１固体電解質層１３の他端側に位置している。リード部１２ａの末端には電極パッド１２ｂが接続され、電極パッド１２ｂから第１固体電解質層１３の外部に端子１５ｂが突出している。
【００１８】
一方、第１固体電解質層１３の反対面には図示しない絶縁層が積層され、この絶縁層内に発熱抵抗体３０が埋設され、全体としてヒータを構成している。発熱抵抗体３０は、アルコール検知電極１１と第１基準電極１２の直下に位置する蛇行線状の発熱部３１と、発熱部３１から第１固体電解質層１３の長手方向に沿って延びる一対のリード部３２と、各リード部３２の末端にそれぞれ接続された２個の電極パッド３３とを有する。各電極パッド３３から第１固体電解質層１３の外部にそれぞれ端子１５ｃ、１５ｄが突出している。
なお、上記した各端子１５ａ〜１５ｄは、それぞれ対応する電極パッドにロウ付けされている。そして、アルコール検知部１０を図１の回路基板４に実装する際には、突出した各端子１５ａ〜１５ｄを回路基板４の対応する孔に挿入し、はんだ付け固定される。
【００１９】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。アルコール検知電極１１は、下地電極１１ｘと、下地電極１１ｘを覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層１１ｙとから構成されている。又、絶縁層１４が第１固体電解質層１３の下面に積層され、絶縁層１４内部に発熱抵抗体３０が埋設されている。
【００２０】
下地電極１１ｘはＡｕを主成分とし、第１基準電極１２はＰｔを主成分としている。又、選択反応層１１ｙに用いるビスマスバナジウム酸化物の組成としては特に限定されないが、例えばＢｉＶＯ４が挙げられる。なお、本発明において「主成分」とは、含有率が５０％以上のことを指す。選択反応層１１ｙはガスを通過させるため、多孔質体である必要があるが、ビスマスバナジウム酸化物を焼成することで多孔質体を形成することができる。又、アルコール検知電極１１がビスマスバナジウム酸化物を主成分とする一層であってもよい。なお、ＢｉＶＯ４は、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）粉末及び酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）粉末を１：１（モル比）混合して得られる。
ビスマスバナジウム酸化物を含む選択反応層１１ｙを設けると、水素ガスとアルコールの混合ガスから、アルコールのみを選択的に検知することができる。これは、ビスマスバナジウム酸化物により水素ガスが燃焼するためと考えられる。
【００２１】
各リード部１１ａ、１２ａ、３２、各電極パッド１１ｂ、１２ｂ、３３、発熱抵抗体３０は、例えばＰｔやＰｄを主成分（合金含む）としている。各端子１５ａ〜１５ｄは、各種の導電線を用いることができる。
第１固体電解質層１３は、例えば部分安定化ジルコニアを主成分とし、ヒータの加熱によって活性化されて酸素イオン伝導性を示す。第１固体電解質層１３としては、例えばＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＧＤＣ（ガドニアドープドセリア）、ＳＤＣ（サマリアドープドセリア）、ランタンガーレートを主成分とすることができる。
絶縁層１４は、例えばアルミナ等のセラミックからなる。
【００２２】
水素ガス検知部２０は、アルコール検知部１０のアルコール検知電極１１に代えて、水素ガス検知電極を用いること以外は、アルコール検知部１０と同一の構成を有するので、説明を省略する。水素ガス検知電極としては、例えば下地電極１１ｘと同様、Ａｕを主成分としたもの（Ａｕ合金を含む）を用いることができる。
なお、図１において、水素ガス検知部２０の各端子２５ａ〜２５ｄは、それぞれアルコール検知部１０の各端子１５ａ〜１５ｄに相当する。
【００２３】
次に、図５を参照して、制御部（判定部）５による判定処理の一例について説明する。
まず、制御部５は、被験者が電源スイッチ８をＯＮしたことを検知し（ステップＳ２）、ヒータ制御回路６ａ、６ｂを動作させ、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０をヒータ加熱する（ステップＳ４）。又、制御部５は、表示部９に「ＷＡＲＭ ＵＰ（待機中）」を表示する（ステップＳ６）。そして、制御部５は、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０が所定の動作温度になったと判断すると、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の出力に基づき、アルコール濃度及び水素ガス濃度を測定する（ステップＳ８）。
次に、制御部５は、ステップＳ８で測定したアルコール濃度及び水素ガス濃度がそれぞれ閾値以下か否かを判定し（ステップＳ１０）、閾値を超えている（「Ｎｏ」）場合はステップＳ８に戻る。これは、前回測定時の被験者の呼気が測定室２ａに残存して次の測定に影響を与えるのを防止するためである。又、アルコール濃度についての閾値Ｔｈ１と、水素ガス濃度についての閾値Ｔｈ２はそれぞれ異なる。
【００２４】
一方、アルコール濃度及び水素ガス濃度がそれぞれ閾値以下（ステップＳ１０で「Ｙｅｓ」）であれば、制御部５は、表示部９に「ＲＥＡＤＹ（測定準備完了）」を表示し（ステップＳ１２）、被験者に測定（呼気吹き込み）を促す。この状態で呼気が吹き込まれるので、次に水素ガス検知部２０の出力に基づき、水素ガス濃度を測定する（ステップＳ１４）。
そして、制御部５は、ステップＳ１４で測定した水素ガス濃度が閾値以上か否かを判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６で閾値未満の（「Ｎｏ」）の場合、ステップＳ１４に戻る。これは、通常、呼気には水素ガスが１ｐｐｍ程度以上含まれているにも関わらず、被験者が吹き込んだ呼気中の水素ガスが閾値未満であるのは、呼気が正常に吹き込まれていない（不正に呼気を吹き込まない場合の他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）と考えられるからである。なお、ステップＳ１６での閾値は、ステップＳ１０での閾値Ｔｈ２と同一でもよく、異なっていてもよい。
【００２５】
ステップＳ１６で水素ガス濃度が閾値以上（「Ｙｅｓ」）の場合、次に制御部５は、タイマーをスタートさせる（ステップＳ１８）。さらに、制御部５は、表示部９に「ＭＥＡＳＵＲＥ（測定）」を表示し（ステップＳ２０）、水素ガス検知部２０の出力に基づき、制御部５は水素ガス濃度を測定する（ステップＳ２２）。
次に、制御部５は、ステップＳ２２で測定した水素ガス濃度が閾値以上か否かを判定する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４はステップＳ１６と同様な処理であるが、被験者がステップＳ１６で呼気を吹き込んだ後、呼気を止めることを防止するため、ステップＳ２２を設けている。
ステップＳ２４で閾値未満（「Ｎｏ」）の場合、制御部５は、表示部９に「ＮＧ」を表示し（ステップＳ２８）、処理を終了する。
【００２６】
ステップＳ２４で水素ガス濃度が閾値以上（「Ｙｅｓ」）の場合、次に制御部５は、所定時間維持されたか否かを判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６で所定時間を経過する前（「Ｎｏ」）場合、ステップＳ２２に戻る。ステップ２２〜２６の処理により、水素ガス濃度が閾値以上で所定時間維持されたか否かを判断できる。これは、アルコール濃度を正確に測定するためには、呼気が所定時間継続して吹き込まれる必要があり、呼気を止める等の異常な状態（不正に呼気を止める他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）に起因して水素ガス濃度が低下したことを検出するためである。
【００２７】
そして、ステップＳ２６で所定時間を経過しても水素ガス濃度が閾値以上（「Ｙｅｓ」）の場合、呼気が正常に吹き込まれたとみなし、制御部５は、アルコール検知部１０の出力に基づき、アルコール濃度を測定し（ステップＳ３０）、測定結果を表示部９に表示して（ステップＳ３２）処理を終了する。
【００２８】
以上のように、本発明のアルコール検出器は、呼気中に水素ガスが含まれていることを利用し、固体電解質層を用いた水素ガス検知部（水素ガスセンサ）により呼気が正常に測定されたか否かを判定している。このため、呼気中のＣＯ２ガス濃度を測定する場合に比べ、水素ガス検知部が簡易でコンパクトとなるので、アルコール検出器自体も簡易でコンパクトとなる。又、戸外等の騒音の大きい環境でも測定が行え、故意に呼気を吹き込まない等の測定異常を検出し、呼気に含まれるアルコール濃度を簡易かつ正確に検知することができる。
【００２９】
又、制御部５がステップＳ１６で水素ガス濃度が閾値以上であるか否かを判定するようにした場合、呼気には水素ガスが１ｐｐｍ程度以上含まれているにも関わらず、呼気が正常に吹き込まれていない（不正に呼気を吹き込まない場合の他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）状態を識別し、アルコール濃度を正確に検知することができる。
さらに、制御部５がステップＳ２６で、水素ガス濃度がこの閾値以上で所定時間維持されたか否かを判定するようにした場合、呼気を止める等の異常な状態（不正に呼気を止める他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）に起因して水素ガス濃度が低下したことを識別し、アルコール濃度をより正確に検知することができる。
又、アルコール検知電極１１が、下地電極１１ｘと、下地電極１１ｘを覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層１１ｙとから構成されていると、水素ガスとアルコールの混合ガスから、アルコールのみを選択的に検知することができる。これは、ビスマスバナジウム酸化物により、水素ガスが燃焼するためと考えられる。このため、アルコール検知部１０の構成が簡易になる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態に係るアルコール検出器について、図６、図７を参照して説明する。但し、第２の実施形態に係るアルコール検出器は、アルコール検知部及び水素ガス検知部以外の構成（筐体２、回路基板４、制御部５等）は、第１の実施形態に係るアルコール検出器と同一であるので、アルコール検知部及び水素ガス検知部についてのみ説明する。
又、図６において、図３に示したものと同一の構成部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
図６は、アルコール検知部１０１及び水素ガス検知部２０１の構成を示す平面図である。第２の実施形態においては、共通の第１固体電解質層１３上に、アルコール検知部１０１及び水素ガス検知部２０１が形成されており、全体として１つの検知部（マルチセンサ）１００を構成している。
【００３２】
アルコール検知部１０１は、長尺平板状の第１固体電解質層１３と、第１固体電解質層１３の片面に併設されるアルコール検知電極１１及び共通基準電極４２とを備えている。アルコール検知電極１１及び共通基準電極４２は、第１固体電解質層１３の一端側のうち、長手方向に沿う上半分の位置に設けられている。又、アルコール検知電極１１が第１固体電解質層１３の長辺に沿う外側に位置し、共通基準電極４２が内側に位置している。
アルコール検知電極１１から第１固体電解質層１３の長手方向に沿ってリード部１１ａが延び、リード部１１ａの末端が第１固体電解質層１３の他端側に位置している。リード部１１ａの末端には電極パッド１１ｂが接続され、電極パッド１１ｂから第１固体電解質層１３の外部に端子１５ａが突出している。
同様に、共通基準電極４２から第１固体電解質層１３の長手方向に沿ってリード部４２ａが延び、リード部４２ａの末端が第１固体電解質層１３の他端側に位置している。リード部４２ａの末端には電極パッド４２ｂが接続され、電極パッド４２ｂから第１固体電解質層１３の外部に端子４５ｅが突出している。
なお、共通基準電極４２及びリード部４２ａは、第１固体電解質層１３の長手方向の中心線上に配置されている。
【００３３】
水素ガス検知部２０１は、第１固体電解質層１３と、第１固体電解質層１３の片面に併設される水素ガス検知電極２２及び共通基準電極４２とを備えている。水素ガス検知電極２２及び共通基準電極４２は、第１固体電解質層１３の一端側のうち、長手方向に沿う上半分の位置に設けられている。又、水素ガス検知電極２２が第１固体電解質層１３の長辺に沿う外側に位置し、共通基準電極４２が内側に位置している。
なお、共通基準電極４２は、特許請求の範囲における「第１基準電極」及び「第２基準電極」に相当する。
水素ガス検知電極２２から第１固体電解質層１３の長手方向に沿ってリード部２２ａが延び、リード部２２ａの末端が第１固体電解質層１３の他端側に位置している。リード部２２ａの末端には電極パッド２２ｂが接続され、電極パッド２２ｂから第１固体電解質層１３の外部に端子２５ｂが突出している。
【００３４】
水素ガス検知電極２２としては、Ａｕを主成分としたもの（Ａｕ合金を含む）を用いることができる。又、共通基準電極４２はＰｔを主成分としている。リード部２２ａ、４２ａ、各電極パッド２２ｂ、４２ｂは、例えばＰｔやＰｄを主成分（合金含む）としている。各端子２５ｂ、４５ｅは、各種の導電線を用いることができる。
【００３５】
一方、第１固体電解質層１３の反対面には図示しない絶縁層が積層され、この絶縁層内に、発熱抵抗体３０が埋設され、全体としてヒータを構成している。発熱抵抗体３０については、図３の発熱抵抗体３０と同一構成であるため、説明を省略する。
なお、上記した各端子１５ａ、２５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、４５ｅは、それぞれ対応する電極パッドにロウ付けされている。そして、マルチセンサ１００を図１の回路基板４に実装する際には、突出した各端子１５ａ、２５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、４５ｅを回路基板４の対応する孔に挿入し、はんだ付け固定される。
【００３６】
図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。アルコール検知電極１１は、下地電極１１ｘと、下地電極１１ｘを覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層１１ｙとから構成され、図７の左端に位置している。共通基準電極４２が図７の中心に位置し、水素ガス検知電極２２が右端に位置している。
マルチセンサ１００は、アルコール検知電極１１と共通基準電極４２の間の電圧Ｖ２を測定してアルコール濃度を検知し、水素ガス検知電極２２と共通基準電極４２の間の電圧Ｖ１を測定して水素ガス濃度を検知する。
【００３７】
第２の実施形態に係るアルコール検出器によれば、共通の第１固体電解質層１３上に、アルコール検知部１０１及び水素ガス検知部２０１が形成され、全体として１つの検知部を構成しているため、検知部がコンパクトになり、コスト低減の他、測定の安定性にも優れる。さらに、アルコール検知部１０１及び水素ガス検知部２０１の基準電極４２を共通とすれば、検知部がさらにコンパクトになる。
【００３８】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
【実施例】
【００３９】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
（感度特性）
図１〜図４に示したアルコール検出器１を用意した。このアルコール検出器１をモデルガス発生装置に接続し、モデルガス発生装置のモデルガスを呼気導入口２ｂから導入した。モデルガスとして、相対湿度５０％のベースガスに対し、アルコールガス（エタノール）又は水素ガスをそれぞれ１００ｐｐｍ添加し、温度２５℃としたものを用いた。
アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０をヒータで６５０℃に保持した状態で、モデルガスを呼気導入口２ｂから導入し、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の出力電圧を測定した。
得られた結果を図８に示す。アルコール検知部１０にベースガスとアルコールからなるモデルガスを吹き込んだところ、アルコールガスを検知した。一方、アルコール検知部１０にベースガスと水素ガスからなるモデルガスを吹き込んだところ、水素ガスをまったく検知せず、アルコールを選択的に検知できることがわかった。
水素ガス検知部２０にベースガスとアルコールからなるモデルガスを吹き込んだところ、アルコールガスを若干検知した。一方、水素ガス検知部２０にベースガスと水素ガスからなるモデルガスを吹き込んだところ、水素ガスを検知した。なお、アルコールと水素ガスの混合ガスに対しては、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の各ガス濃度に応じた出力電圧を検量線として予め求めておき、アルコール検知部１０で判明したアルコール濃度を、水素ガス検知部２０で検知したアルコールと水素ガスの出力から差引くことにより、水素ガス濃度を求めることができる。
【００４１】
（呼気の判定）
上記アルコール検出器１の呼気導入口２ｂへ、被験者の呼気を吹き込み、上記と同様にしてアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の出力電圧を測定した。各検知部の測定を開始してから１０秒後に呼気を吹き込んだ。
次に、大気を捕集したビニル袋を、上記アルコール検出器１の呼気導入口２ｂへ接続し、ビニル袋を押しつぶして大気を呼気導入口２ｂへ導入した。同様にアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の出力電圧を測定した。
得られた結果を図９、図１０に示す。呼気を吹き込んだ場合（図９）、水素ガスを検知したのに対し、大気を導入した場合（図１０）、水素ガスを検知しなかった。これより、水素ガス検知部２０の水素ガス濃度の出力の閾値を３ｍＶ程度に設定しておけば、呼気が正常に吹き込まれたか否かを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアルコール検出器の断面図である。
【図２】アルコール検出器の構成を示すブロック図である。
【図３】アルコール検知部の構成を示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】制御部（判定部）による判定処理フローを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るアルコール検出器において、アルコール検知部及び水素ガス検知部の構成を示す平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】モデルガスを導入したときの、アルコール検知部及び水素ガス検知部の出力電圧を示す図である。
【図９】被験者の呼気を導入したときの、アルコール検知部及び水素ガス検知部の出力電圧を示す図である。
【図１０】大気を導入したときの、アルコール検知部及び水素ガス検知部の出力電圧を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ アルコール検出器
５ 判定部（制御部）
１０ アルコール検知部
１１ アルコール検知電極
１１ｘ 下地電極
１１ｙ 選択反応層
１２ 第１基準電極
１３ 第１固体電解質層、第２固体電解質層
２０ 水素ガス検知部
２２ 水素ガス検知電極
４２ 第２基準電極（共通電極）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼気に含まれるアルコール濃度を検知するアルコール検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、飲酒による交通事故の増大に伴い、運転手の呼気中のアルコール濃度を測定する酒気帯び運転調査が頻繁に行われるようになっている。又、自動車等の車両にアルコール検出器を搭載し、呼気中のアルコール濃度が多い場合は運転できないよう、イグニッションにインターロックを掛けるアルコール・イグニッション・インターロックシステムが提案されている。
しかしながら、運転手（被験者）が自身の息の代わりに大気をビニル袋等に捕集してアルコール検出器に吹き付けたり、浅い呼吸をして肺に近い深部の呼気が出ないようにして、不正な測定結果を得ることがあり、対策が必要になっている。
【０００３】
このようなことから、呼気中アルコール濃度の測定の際、併せて呼気中のＣＯ２ガス濃度をも測定し、ＣＯ２ガス濃度に応じてアルコール濃度の測定結果を補正する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
又、ガスセンサと音声センサとを呼気測定器に併設し、音声センサを用いて被験者の声の調子が一定になった時に、呼気が一定の吹付状態になったと判定してアルコール濃度を測定する提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７９２２８号公報
【特許文献２】特開２００２−３９９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の技術の場合、ＣＯ２ガス濃度の測定に赤外線吸収式の装置を用いると、装置が高価で大型となり測定が容易に行えない。一方、ＣＯ２ガスセンサとして、Ｌｉイオン伝導体やＮａイオン導電体の固体電解質を用いたものが存在するが、長期安定性が低いという問題がある。
又、特許文献２記載の技術の場合、被験者が一定の声の調子を出すのが難しく、測定に習熟する時間を要するという問題がある。又、戸外等の騒音の大きい環境では正確な測定が行えない可能性がある。
そこで、本発明は、呼気が正常に測定されたか否かを判定し、呼気に含まれるアルコール濃度を簡易かつ正確に検知することができるアルコール検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明のアルコール検出器は、アルコール検知電極と第１基準電極と第１固体電解質層とを有し、呼気中のアルコールを選択的に検知するアルコール検知部と、水素ガス検知電極と第２基準電極と第２固体電解質層とを有し、前記呼気中の水素ガスを検知する水素ガス検知部と、前記水素ガス検知部の検知結果に応じて、前記呼気が正常に測定されたか否かを判定する判定部とを備えたことを特徴としている。
このようにすると、呼気中に水素ガスが含まれていることを利用し、同質の固体電解質層を用いた水素ガス検知部により呼気が正常に測定されたか否かを判定できる。このため、従来の別方式の呼気中のＣＯ２ガス濃度を測定する場合に比べ、アルコール検出器の構成を簡略化できる。又、戸外等の騒音の大きい環境でも測定が行え、故意に呼気を吹き込まない等の測定異常を検出し、呼気に含まれるアルコール濃度を簡易かつ正確に検知することができる。また、酸素イオン導電性の固体電解質を用いる事で、従来のLiイオン導電体やＮａイオン導電体の固体電解質を用いたものよりも長期安定性を向上する事ができる。
【０００７】
前記判定部は、前記水素ガス検知部が検知した水素ガス濃度が閾値以上である場合に、前記呼気が正常に測定されたと判定するとよい。
このようにすると、呼気には水素ガスが１ｐｐｍ程度以上含まれているにも関わらず、呼気が正常に吹き込まれていない（不正に呼気を吹き込まない場合の他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）状態を判定部が識別できるので、アルコール濃度を正確に検知することができる。
【０００８】
前記判定部は、前記水素ガス検知部が検知した水素ガス濃度が前記閾値以上で所定時間維持された場合に、前記呼気が正常に測定されたと判定するとよい。
このようにすると、一旦吹き込んだ呼気を止める等の異常な状態（不正に呼気を止める他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）に起因して水素ガス濃度が低下したことを判定部が識別できるので、アルコール濃度をより正確に検知することができる。
【０００９】
前記アルコール検知電極は、下地電極と、該下地電極を覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層とから構成されているか、又は前記アルコール検知電極はビスマスバナジウム酸化物を主成分とするとよい。
このようにすると、水素ガスとアルコールの混合ガスから、アルコールのみを選択的に検知することができる。これは、ビスマスバナジウム酸化物により、水素ガスが燃焼するためと考えられる。このため、アルコール検知部の構成が簡易になり、アルコール濃度の測定精度も向上する。
【００１０】
前記第１固体電解質層と前記第２固体電解質層とが共通になっていてもよい。
このようにすると、共通の固体電解質層上に、アルコール検知部及び水素ガス検知部が形成され、全体として１つの検知部を構成しているため、検知部がコンパクトになり、コスト低減の他、測定の安定性にも優れる。
【００１１】
前記第１基準電極と前記第２基準電極とが共通になっていてもよい。
このようにすると、アルコール検知部及び水素ガス検知部の基準電極をも共通としたので、検知部がさらにコンパクトになる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、呼気が正常に測定されたか否かを判定し、呼気に含まれるアルコール濃度を簡易かつ正確に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアルコール検出器の断面図を示す。
アルコール検出器１は、箱状の筐体２と、筐体２内に収容される回路基板４と、回路基板４に実装されるアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０と、回路基板４に実装される制御部５とを備えている。なお、制御部５が特許請求の範囲における「判定部」に相当する。
アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０は、詳しくは後述する固体電解質層を用いた板状センサであり、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の一端からそれぞれ突出する端子１５ａ〜１５ｄ及び端子２５ａ〜２５ｄを介し、回路基板４に実装されている。そして、回路基板の上面からアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０が突出し、それぞれアルコール及び水素ガスを検知するようになっている。又、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の周囲が円筒状の金属網７でそれぞれ覆われ、各検知部１０，２０を保護している。
【００１４】
筐体２上面のうち、回路基板４からアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０が突出している部分は、この突出部を囲むように円筒状に張り出す測定室２ａを構成し、測定室２ａ上端が縮径して呼気導入口２ｂを形成している。又、呼気導入口２ｂと各検知部１０，２０との間における測定室２ａ内部にはガスフィルタ３が介装され、ガスフィルタ３より下側の測定室２ａの側壁に排気穴２ｃが開口している。そして、呼気導入口２ｂから導入された呼気がアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０でそれぞれ測定に供された後、排気穴２から流出するようになっている。
【００１５】
制御部５は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）を備え、ＲＯＭ等に予め格納されたプログラムがＣＰＵにより実行されるマイクロコンピュータである。
又、回路基板４には電源スイッチ８及び表示部（ディスプレイ）９が実装され、電源スイッチ８が筐体２上面に露出し、アルコール検出器１の電源のオンオフを行えるようになっている。さらに、筐体２上面には表示部９を露出させるための表示窓２ｄが開口している。
【００１６】
図２は、アルコール検出器１の構成を示すブロック図である。制御部５はアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の動作を制御すると共に、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の検知結果を受信して、後述する判定を行い、判定結果を表示部９に表示する。
又、制御部５はアルコール検知部１０が有するヒータを制御するヒータ制御回路６ａを制御し、アルコール検知部１０を動作温度に加熱する。同様に、制御部５は水素ガス検知部２０が有するヒータを制御するヒータ制御回路６ｂを制御し、水素ガス検知部２０を動作温度に加熱する。
【００１７】
図３は、アルコール検知部１０の構成を示す平面図である。アルコール検知部１０は、長尺平板状の第１固体電解質層１３と、第１固体電解質層１３の片面に併設されるアルコール検知電極１１及び第１基準電極１２とを備えている。アルコール検知電極１１及び第１基準電極１２は、第１固体電解質層１３の一端側に配置されている。
アルコール検知電極１１から第１固体電解質層１３の長手方向に沿ってリード部１１ａが延び、リード部１１ａの末端が第１固体電解質層１３の他端側に位置している。リード部１１ａの末端には電極パッド１１ｂが接続され、電極パッド１１ｂから第１固体電解質層１３の外部に端子１５ａが突出している。
同様に、第１基準電極１２から第１固体電解質層１３の長手方向に沿ってリード部１２ａが延び、リード部１２ａの末端が第１固体電解質層１３の他端側に位置している。リード部１２ａの末端には電極パッド１２ｂが接続され、電極パッド１２ｂから第１固体電解質層１３の外部に端子１５ｂが突出している。
【００１８】
一方、第１固体電解質層１３の反対面には図示しない絶縁層が積層され、この絶縁層内に発熱抵抗体３０が埋設され、全体としてヒータを構成している。発熱抵抗体３０は、アルコール検知電極１１と第１基準電極１２の直下に位置する蛇行線状の発熱部３１と、発熱部３１から第１固体電解質層１３の長手方向に沿って延びる一対のリード部３２と、各リード部３２の末端にそれぞれ接続された２個の電極パッド３３とを有する。各電極パッド３３から第１固体電解質層１３の外部にそれぞれ端子１５ｃ、１５ｄが突出している。
なお、上記した各端子１５ａ〜１５ｄは、それぞれ対応する電極パッドにロウ付けされている。そして、アルコール検知部１０を図１の回路基板４に実装する際には、突出した各端子１５ａ〜１５ｄを回路基板４の対応する孔に挿入し、はんだ付け固定される。
【００１９】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。アルコール検知電極１１は、下地電極１１ｘと、下地電極１１ｘを覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層１１ｙとから構成されている。又、絶縁層１４が第１固体電解質層１３の下面に積層され、絶縁層１４内部に発熱抵抗体３０が埋設されている。
【００２０】
下地電極１１ｘはＡｕを主成分とし、第１基準電極１２はＰｔを主成分としている。又、選択反応層１１ｙに用いるビスマスバナジウム酸化物の組成としては特に限定されないが、例えばＢｉＶＯ４が挙げられる。なお、本発明において「主成分」とは、含有率が５０％以上のことを指す。選択反応層１１ｙはガスを通過させるため、多孔質体である必要があるが、ビスマスバナジウム酸化物を焼成することで多孔質体を形成することができる。又、アルコール検知電極１１がビスマスバナジウム酸化物を主成分とする一層であってもよい。なお、ＢｉＶＯ４は、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）粉末及び酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）粉末を１：１（モル比）混合して得られる。
ビスマスバナジウム酸化物を含む選択反応層１１ｙを設けると、水素ガスとアルコールの混合ガスから、アルコールのみを選択的に検知することができる。これは、ビスマスバナジウム酸化物により水素ガスが燃焼するためと考えられる。
【００２１】
各リード部１１ａ、１２ａ、３２、各電極パッド１１ｂ、１２ｂ、３３、発熱抵抗体３０は、例えばＰｔやＰｄを主成分（合金含む）としている。各端子１５ａ〜１５ｄは、各種の導電線を用いることができる。
第１固体電解質層１３は、例えば部分安定化ジルコニアを主成分とし、ヒータの加熱によって活性化されて酸素イオン伝導性を示す。第１固体電解質層１３としては、例えばＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＧＤＣ（ガドニアドープドセリア）、ＳＤＣ（サマリアドープドセリア）、ランタンガーレートを主成分とすることができる。
絶縁層１４は、例えばアルミナ等のセラミックからなる。
【００２２】
水素ガス検知部２０は、アルコール検知部１０のアルコール検知電極１１に代えて、水素ガス検知電極を用いること以外は、アルコール検知部１０と同一の構成を有するので、説明を省略する。水素ガス検知電極としては、例えば下地電極１１ｘと同様、Ａｕを主成分としたもの（Ａｕ合金を含む）を用いることができる。
なお、図１において、水素ガス検知部２０の各端子２５ａ〜２５ｄは、それぞれアルコール検知部１０の各端子１５ａ〜１５ｄに相当する。
【００２３】
次に、図５を参照して、制御部（判定部）５による判定処理の一例について説明する。
まず、制御部５は、被験者が電源スイッチ８をＯＮしたことを検知し（ステップＳ２）、ヒータ制御回路６ａ、６ｂを動作させ、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０をヒータ加熱する（ステップＳ４）。又、制御部５は、表示部９に「ＷＡＲＭ ＵＰ（待機中）」を表示する（ステップＳ６）。そして、制御部５は、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０が所定の動作温度になったと判断すると、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の出力に基づき、アルコール濃度及び水素ガス濃度を測定する（ステップＳ８）。
次に、制御部５は、ステップＳ８で測定したアルコール濃度及び水素ガス濃度がそれぞれ閾値以下か否かを判定し（ステップＳ１０）、閾値を超えている（「Ｎｏ」）場合はステップＳ８に戻る。これは、前回測定時の被験者の呼気が測定室２ａに残存して次の測定に影響を与えるのを防止するためである。又、アルコール濃度についての閾値Ｔｈ１と、水素ガス濃度についての閾値Ｔｈ２はそれぞれ異なる。
【００２４】
一方、アルコール濃度及び水素ガス濃度がそれぞれ閾値以下（ステップＳ１０で「Ｙｅｓ」）であれば、制御部５は、表示部９に「ＲＥＡＤＹ（測定準備完了）」を表示し（ステップＳ１２）、被験者に測定（呼気吹き込み）を促す。この状態で呼気が吹き込まれるので、次に水素ガス検知部２０の出力に基づき、水素ガス濃度を測定する（ステップＳ１４）。
そして、制御部５は、ステップＳ１４で測定した水素ガス濃度が閾値以上か否かを判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６で閾値未満の（「Ｎｏ」）の場合、ステップＳ１４に戻る。これは、通常、呼気には水素ガスが１ｐｐｍ程度以上含まれているにも関わらず、被験者が吹き込んだ呼気中の水素ガスが閾値未満であるのは、呼気が正常に吹き込まれていない（不正に呼気を吹き込まない場合の他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）と考えられるからである。なお、ステップＳ１６での閾値は、ステップＳ１０での閾値Ｔｈ２と同一でもよく、異なっていてもよい。
【００２５】
ステップＳ１６で水素ガス濃度が閾値以上（「Ｙｅｓ」）の場合、次に制御部５は、タイマーをスタートさせる（ステップＳ１８）。さらに、制御部５は、表示部９に「ＭＥＡＳＵＲＥ（測定）」を表示し（ステップＳ２０）、水素ガス検知部２０の出力に基づき、制御部５は水素ガス濃度を測定する（ステップＳ２２）。
次に、制御部５は、ステップＳ２２で測定した水素ガス濃度が閾値以上か否かを判定する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４はステップＳ１６と同様な処理であるが、被験者がステップＳ１６で呼気を吹き込んだ後、呼気を止めることを防止するため、ステップＳ２２を設けている。
ステップＳ２４で閾値未満（「Ｎｏ」）の場合、制御部５は、表示部９に「ＮＧ」を表示し（ステップＳ２８）、処理を終了する。
【００２６】
ステップＳ２４で水素ガス濃度が閾値以上（「Ｙｅｓ」）の場合、次に制御部５は、所定時間維持されたか否かを判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６で所定時間を経過する前（「Ｎｏ」）場合、ステップＳ２２に戻る。ステップ２２〜２６の処理により、水素ガス濃度が閾値以上で所定時間維持されたか否かを判断できる。これは、アルコール濃度を正確に測定するためには、呼気が所定時間継続して吹き込まれる必要があり、呼気を止める等の異常な状態（不正に呼気を止める他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）に起因して水素ガス濃度が低下したことを検出するためである。
【００２７】
そして、ステップＳ２６で所定時間を経過しても水素ガス濃度が閾値以上（「Ｙｅｓ」）の場合、呼気が正常に吹き込まれたとみなし、制御部５は、アルコール検知部１０の出力に基づき、アルコール濃度を測定し（ステップＳ３０）、測定結果を表示部９に表示して（ステップＳ３２）処理を終了する。
【００２８】
以上のように、本発明のアルコール検出器は、呼気中に水素ガスが含まれていることを利用し、固体電解質層を用いた水素ガス検知部（水素ガスセンサ）により呼気が正常に測定されたか否かを判定している。このため、呼気中のＣＯ２ガス濃度を測定する場合に比べ、水素ガス検知部が簡易でコンパクトとなるので、アルコール検出器自体も簡易でコンパクトとなる。又、戸外等の騒音の大きい環境でも測定が行え、故意に呼気を吹き込まない等の測定異常を検出し、呼気に含まれるアルコール濃度を簡易かつ正確に検知することができる。
【００２９】
又、制御部５がステップＳ１６で水素ガス濃度が閾値以上であるか否かを判定するようにした場合、呼気には水素ガスが１ｐｐｍ程度以上含まれているにも関わらず、呼気が正常に吹き込まれていない（不正に呼気を吹き込まない場合の他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）状態を識別し、アルコール濃度を正確に検知することができる。
さらに、制御部５がステップＳ２６で、水素ガス濃度がこの閾値以上で所定時間維持されたか否かを判定するようにした場合、呼気を止める等の異常な状態（不正に呼気を止める他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む）に起因して水素ガス濃度が低下したことを識別し、アルコール濃度をより正確に検知することができる。
又、アルコール検知電極１１が、下地電極１１ｘと、下地電極１１ｘを覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層１１ｙとから構成されていると、水素ガスとアルコールの混合ガスから、アルコールのみを選択的に検知することができる。これは、ビスマスバナジウム酸化物により、水素ガスが燃焼するためと考えられる。このため、アルコール検知部１０の構成が簡易になる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態に係るアルコール検出器について、図６、図７を参照して説明する。但し、第２の実施形態に係るアルコール検出器は、アルコール検知部及び水素ガス検知部以外の構成（筐体２、回路基板４、制御部５等）は、第１の実施形態に係るアルコール検出器と同一であるので、アルコール検知部及び水素ガス検知部についてのみ説明する。
又、図６において、図３に示したものと同一の構成部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
図６は、アルコール検知部１０１及び水素ガス検知部２０１の構成を示す平面図である。第２の実施形態においては、共通の第１固体電解質層１３上に、アルコール検知部１０１及び水素ガス検知部２０１が形成されており、全体として１つの検知部（マルチセンサ）１００を構成している。
【００３２】
アルコール検知部１０１は、長尺平板状の第１固体電解質層１３と、第１固体電解質層１３の片面に併設されるアルコール検知電極１１及び共通基準電極４２とを備えている。アルコール検知電極１１及び共通基準電極４２は、第１固体電解質層１３の一端側のうち、長手方向に沿う上半分の位置に設けられている。又、アルコール検知電極１１が第１固体電解質層１３の長辺に沿う外側に位置し、共通基準電極４２が内側に位置している。
アルコール検知電極１１から第１固体電解質層１３の長手方向に沿ってリード部１１ａが延び、リード部１１ａの末端が第１固体電解質層１３の他端側に位置している。リード部１１ａの末端には電極パッド１１ｂが接続され、電極パッド１１ｂから第１固体電解質層１３の外部に端子１５ａが突出している。
同様に、共通基準電極４２から第１固体電解質層１３の長手方向に沿ってリード部４２ａが延び、リード部４２ａの末端が第１固体電解質層１３の他端側に位置している。リード部４２ａの末端には電極パッド４２ｂが接続され、電極パッド４２ｂから第１固体電解質層１３の外部に端子４５ｅが突出している。
なお、共通基準電極４２及びリード部４２ａは、第１固体電解質層１３の長手方向の中心線上に配置されている。
【００３３】
水素ガス検知部２０１は、第１固体電解質層１３と、第１固体電解質層１３の片面に併設される水素ガス検知電極２２及び共通基準電極４２とを備えている。水素ガス検知電極２２及び共通基準電極４２は、第１固体電解質層１３の一端側のうち、長手方向に沿う上半分の位置に設けられている。又、水素ガス検知電極２２が第１固体電解質層１３の長辺に沿う外側に位置し、共通基準電極４２が内側に位置している。
なお、共通基準電極４２は、特許請求の範囲における「第１基準電極」及び「第２基準電極」に相当する。
水素ガス検知電極２２から第１固体電解質層１３の長手方向に沿ってリード部２２ａが延び、リード部２２ａの末端が第１固体電解質層１３の他端側に位置している。リード部２２ａの末端には電極パッド２２ｂが接続され、電極パッド２２ｂから第１固体電解質層１３の外部に端子２５ｂが突出している。
【００３４】
水素ガス検知電極２２としては、Ａｕを主成分としたもの（Ａｕ合金を含む）を用いることができる。又、共通基準電極４２はＰｔを主成分としている。リード部２２ａ、４２ａ、各電極パッド２２ｂ、４２ｂは、例えばＰｔやＰｄを主成分（合金含む）としている。各端子２５ｂ、４５ｅは、各種の導電線を用いることができる。
【００３５】
一方、第１固体電解質層１３の反対面には図示しない絶縁層が積層され、この絶縁層内に、発熱抵抗体３０が埋設され、全体としてヒータを構成している。発熱抵抗体３０については、図３の発熱抵抗体３０と同一構成であるため、説明を省略する。
なお、上記した各端子１５ａ、２５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、４５ｅは、それぞれ対応する電極パッドにロウ付けされている。そして、マルチセンサ１００を図１の回路基板４に実装する際には、突出した各端子１５ａ、２５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、４５ｅを回路基板４の対応する孔に挿入し、はんだ付け固定される。
【００３６】
図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。アルコール検知電極１１は、下地電極１１ｘと、下地電極１１ｘを覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層１１ｙとから構成され、図７の左端に位置している。共通基準電極４２が図７の中心に位置し、水素ガス検知電極２２が右端に位置している。
マルチセンサ１００は、アルコール検知電極１１と共通基準電極４２の間の電圧Ｖ２を測定してアルコール濃度を検知し、水素ガス検知電極２２と共通基準電極４２の間の電圧Ｖ１を測定して水素ガス濃度を検知する。
【００３７】
第２の実施形態に係るアルコール検出器によれば、共通の第１固体電解質層１３上に、アルコール検知部１０１及び水素ガス検知部２０１が形成され、全体として１つの検知部を構成しているため、検知部がコンパクトになり、コスト低減の他、測定の安定性にも優れる。さらに、アルコール検知部１０１及び水素ガス検知部２０１の基準電極４２を共通とすれば、検知部がさらにコンパクトになる。
【００３８】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
【実施例】
【００３９】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
（感度特性）
図１〜図４に示したアルコール検出器１を用意した。このアルコール検出器１をモデルガス発生装置に接続し、モデルガス発生装置のモデルガスを呼気導入口２ｂから導入した。モデルガスとして、相対湿度５０％のベースガスに対し、アルコールガス（エタノール）又は水素ガスをそれぞれ１００ｐｐｍ添加し、温度２５℃としたものを用いた。
アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０をヒータで６５０℃に保持した状態で、モデルガスを呼気導入口２ｂから導入し、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の出力電圧を測定した。
得られた結果を図８に示す。アルコール検知部１０にベースガスとアルコールからなるモデルガスを吹き込んだところ、アルコールガスを検知した。一方、アルコール検知部１０にベースガスと水素ガスからなるモデルガスを吹き込んだところ、水素ガスをまったく検知せず、アルコールを選択的に検知できることがわかった。
水素ガス検知部２０にベースガスとアルコールからなるモデルガスを吹き込んだところ、アルコールガスを若干検知した。一方、水素ガス検知部２０にベースガスと水素ガスからなるモデルガスを吹き込んだところ、水素ガスを検知した。なお、アルコールと水素ガスの混合ガスに対しては、アルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の各ガス濃度に応じた出力電圧を検量線として予め求めておき、アルコール検知部１０で判明したアルコール濃度を、水素ガス検知部２０で検知したアルコールと水素ガスの出力から差引くことにより、水素ガス濃度を求めることができる。
【００４１】
（呼気の判定）
上記アルコール検出器１の呼気導入口２ｂへ、被験者の呼気を吹き込み、上記と同様にしてアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の出力電圧を測定した。各検知部の測定を開始してから１０秒後に呼気を吹き込んだ。
次に、大気を捕集したビニル袋を、上記アルコール検出器１の呼気導入口２ｂへ接続し、ビニル袋を押しつぶして大気を呼気導入口２ｂへ導入した。同様にアルコール検知部１０及び水素ガス検知部２０の出力電圧を測定した。
得られた結果を図９、図１０に示す。呼気を吹き込んだ場合（図９）、水素ガスを検知したのに対し、大気を導入した場合（図１０）、水素ガスを検知しなかった。これより、水素ガス検知部２０の水素ガス濃度の出力の閾値を３ｍＶ程度に設定しておけば、呼気が正常に吹き込まれたか否かを判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアルコール検出器の断面図である。
【図２】アルコール検出器の構成を示すブロック図である。
【図３】アルコール検知部の構成を示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】制御部（判定部）による判定処理フローを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るアルコール検出器において、アルコール検知部及び水素ガス検知部の構成を示す平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】モデルガスを導入したときの、アルコール検知部及び水素ガス検知部の出力電圧を示す図である。
【図９】被験者の呼気を導入したときの、アルコール検知部及び水素ガス検知部の出力電圧を示す図である。
【図１０】大気を導入したときの、アルコール検知部及び水素ガス検知部の出力電圧を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ アルコール検出器
５ 判定部（制御部）
１０ アルコール検知部
１１ アルコール検知電極
１１ｘ 下地電極
１１ｙ 選択反応層
１２ 第１基準電極
１３ 第１固体電解質層、第２固体電解質層
２０ 水素ガス検知部
２２ 水素ガス検知電極
４２ 第２基準電極（共通電極）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコール検知電極と第１基準電極と酸素イオン導電性の第１固体電解質層とを有し、呼気中のアルコールを選択的に検知するアルコール検知部と、
水素ガス検知電極と第２基準電極と酸素イオン導電性の第２固体電解質層とを有し、前記呼気中の水素ガスを検知する水素ガス検知部と、
前記水素ガス検知部の検知結果に応じて、前記呼気が正常に測定されたか否かを判定する判定部とを備えたアルコール検出器。
【請求項２】
前記判定部は、前記水素ガス検知部が検知した水素ガス濃度が閾値以上である場合に、前記呼気が正常に測定されたと判定する請求項１記載のアルコール検出器。
【請求項３】
前記判定部は、前記水素ガス検知部が検知した水素ガス濃度が前記閾値以上で所定時間維持された場合に、前記呼気が正常に測定されたと判定する請求項２記載のアルコール検出器。
【請求項４】
前記アルコール検知電極は、下地電極と、該下地電極を覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層とから構成されているか、又は前記アルコール検知電極はビスマスバナジウム酸化物を主成分とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルコール検出器。
【請求項５】
前記第１固体電解質層と前記第２固体電解質層とが共通になっている請求項１〜４のいずれかに記載のアルコール検出器。
【請求項６】
前記第１基準電極と前記第２基準電極とが共通になっている請求項１〜５のいずれかに記載のアルコール検出器。
【請求項１】
アルコール検知電極と第１基準電極と酸素イオン導電性の第１固体電解質層とを有し、呼気中のアルコールを選択的に検知するアルコール検知部と、
水素ガス検知電極と第２基準電極と酸素イオン導電性の第２固体電解質層とを有し、前記呼気中の水素ガスを検知する水素ガス検知部と、
前記水素ガス検知部の検知結果に応じて、前記呼気が正常に測定されたか否かを判定する判定部とを備えたアルコール検出器。
【請求項２】
前記判定部は、前記水素ガス検知部が検知した水素ガス濃度が閾値以上である場合に、前記呼気が正常に測定されたと判定する請求項１記載のアルコール検出器。
【請求項３】
前記判定部は、前記水素ガス検知部が検知した水素ガス濃度が前記閾値以上で所定時間維持された場合に、前記呼気が正常に測定されたと判定する請求項２記載のアルコール検出器。
【請求項４】
前記アルコール検知電極は、下地電極と、該下地電極を覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層とから構成されているか、又は前記アルコール検知電極はビスマスバナジウム酸化物を主成分とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルコール検出器。
【請求項５】
前記第１固体電解質層と前記第２固体電解質層とが共通になっている請求項１〜４のいずれかに記載のアルコール検出器。
【請求項６】
前記第１基準電極と前記第２基準電極とが共通になっている請求項１〜５のいずれかに記載のアルコール検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−９１５０２（Ｐ２０１０−９１５０２Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６３６１７（Ｐ２００８−２６３６１７）
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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