非接触型呼気センサ
【課題】呼気の流入を正しく検知でき、呼気中の検査対象成分の正確な検出を行うことの可能な非接触型呼気センサの提供にある。
【解決手段】前端が非接触型の呼気の吹き込み口１５である開放端となっている筒状の呼気通路１４を備えた非接触型呼気センサ１２において、呼気通路１４の延びる方向と平行な中心軸線ｍに対して垂直な断面上において、呼気通路１４の中心からずれた複数の位置に相当する円周方向に等間隔な３箇所の位置において、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知手段としての流速検知器１７を備え、流速検知器１７の下流側である呼気通路１４の後端側に呼気中の検査対象成分としてのアルコールの検出を行うアルコールセンサを有するセンサ部１６が設けられている。
【解決手段】前端が非接触型の呼気の吹き込み口１５である開放端となっている筒状の呼気通路１４を備えた非接触型呼気センサ１２において、呼気通路１４の延びる方向と平行な中心軸線ｍに対して垂直な断面上において、呼気通路１４の中心からずれた複数の位置に相当する円周方向に等間隔な３箇所の位置において、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知手段としての流速検知器１７を備え、流速検知器１７の下流側である呼気通路１４の後端側に呼気中の検査対象成分としてのアルコールの検出を行うアルコールセンサを有するセンサ部１６が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、呼気中のアルコール濃度等を検出する呼気センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１で開示された従来技術では、飲酒運転防止装置が開示されている。運転席の適当な位置に運転者が呼気を吹き込む筒体１４が設けられ、この筒体１４内に総量センサ１６が設けられている。総量センサ１６は、筒体１４内に吹き込まれた呼気により回転する風車１８と、風車１８の回転数に応じた電力を発電する発電部２０とで構成されている。この筒体１４内に吹き込まれた呼気は呼気取り入れ口２２によりアルコールセンサ２４に導かれ、ここで呼気中のアルコール濃度が検出される。そして、総量センサ１６及びアルコールセンサ２４はマイクロコンピュータ１２に接続され、マイクロコンピュータ１２はエンジン１０と接続されている。また、筒体１４には蓋２６が設けられている。
【０００３】
このような構成を持つ飲酒運転防止装置において、運転者は蓋２６を開けて、呼気を筒体１４内に非接触で吹き込むと、風車１８が回転し総量センサ１６により吹き込まれた呼気の総量が検出される。マイクロコンピュータ１２は、総量センサ１６で検出される呼気の総量が飲酒検査に充分な量と判断され、かつアルコールセンサ２４で検出される呼気中アルコール濃度が水準値以下であると判断された場合にのみ、運転者は飲酒していないと判断し、エンジン１０の始動ロックの解除を行う。その他の場合には、エンジン１０の始動ロックの解除は行われない。
【特許文献１】特許文献１；実開昭５８−６８４３５号公報（第３〜８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１で開示された技術においては、筒体１４内に呼気を吹き込むことにより風車１８が回転し、総量センサ１６により吹き込まれた呼気の総量が検出されるが、筒体１４内へ呼気が偏って吹き込まれた場合にも、風車１８が回転してしまう問題がある。非接触で呼気を吹き込む場合には、運転者は筒体１４内の中心方向に呼気を吹き込んでいるつもりでも、違う方向に吹き込まれる事はあり得ることであり、特に呼気が筒体１４内の一方に偏って吹き込まれた場合には、筒体１４の吹き込み口より外気が侵入してしまい、呼気が薄められてしまう問題がある。具体的には、例えば、呼気が筒体１４の中心ではなく下側に偏って吹き込まれた場合、呼気に引き込まれるようにして筒体１４の上側に外気が侵入するということが起ることがある。アルコールセンサ２４で呼気中のアルコール濃度が検出されるが、筒体１４内へ呼気が偏って吹き込まれた場合には、呼気が外気により薄められその薄められた呼気中のアルコール濃度の検出が行われるので、アルコール濃度は実際より低く検出される恐れがある。
【０００５】
このように、筒体１４内へ呼気が偏って吹き込まれた場合にも風車１８が回転し、呼気の総量の検出が行われるので、呼気の総量が飲酒検査に充分な量に達したと判断された場合には、アルコールセンサ２４で呼気中のアルコール濃度が検出されるが、呼気は外気によって薄められているので、実際には呼気中アルコール濃度は水準値以上であっても水準値以下であると誤って判断され、エンジン１０の始動ロックの解除が行われてしまう。このように従来技術１においては、呼気が偏って吹き込まれた場合には呼気中のアルコール濃度の正確な検知が出来なくなる可能性がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、呼気の流入を正しく検知でき、呼気中の検査対象成分の正確な検出を行うことの可能な非接触型呼気センサの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するため、請求項１記載の発明は、一端が非接触型の呼気の吹き込み口である開放端となっている筒状の呼気通路を備えた非接触型呼気センサにおいて、前記呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面において、前記呼気通路の中心からずれた複数の位置に、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知手段を備え、前記流速検知手段の下流側に呼気中の検査対象成分の検出を行うセンサ部が設けられていることを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面において、呼気通路の中心からずれた複数の位置に、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知手段を備えているので、呼気の吹き込み口に対して偏って呼気が吹き込まれた場合に、呼気通路の中心からずれた複数の位置に配置されている流速検知手段の少なくとも１箇所において、吹き込まれた呼気の流速が不充分であることが検知されることから、呼気が正しく吹き込まれていないことが分るので、被検査者は呼気を正しく吹き込み直すことができる。また、流速検知手段の下流側に呼気中の検査対象成分の検出を行うセンサ部が設けられているので、呼気が正しく吹き込まれた場合には、センサ部により呼気中の検査対象成分の正確な検知を行うことができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の非接触型呼気センサにおいて、前記複数の流速検知手段は、前記呼気通路内において、前記呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面上において回転対称となる位置に配置されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、流速検知手段は呼気通路内において、呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面上において回転対称となる位置に配置されているので、例えば、２個の流速検知手段が設けられているとすると、呼気通路の中心から等距離で円周方向に１８０°の間隔で設けられていることになる。また、３個の流速検知手段が設けられているとすると、呼気通路の中心から等距離で円周方向に１２０°の間隔で設けられていることになる。従って、呼気の吹き込みの偏りを確実に検知することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の非接触型呼気センサにおいて、前記流速検知手段は前記呼気通路の内縁領域に設けられていることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、流速検知手段は呼気通路の内縁領域に設けられているので、呼気の吹き込みの偏りを確実に検知することができる。ここで、内縁領域とは、筒状の呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面上において、呼気通路の中心と壁面を結んだ線分の中間点よりも呼気通路の壁面側の領域を指すこととする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、呼気吹き込み口の通路内に複数個の流速検知手段を設けることにより、呼気が正しく流入しているかどうかを検知でき、呼気中の検査対象成分の正確な検出を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る非接触型呼気センサについて、図１〜図７に基づいて説明する。
図１は、自動車の運転席１０の一部を示し、運転席１０には運転ハンドル１１が備えられ、運転ハンドル１１の中心部に運転者の呼気中のアルコール濃度を検出するための非接触型呼気センサ１２が設けられている。運転者は、この非接触型呼気センサ１２の吹き込み口１５に非接触で呼気を吹き込むことにより、呼気中のアルコール濃度の検出が行われ、その結果は、運転席１０の前方のフロントパネル２６に取り付けてある表示パネル２２に表示される。
【００１２】
図２に示されるように、非接触型呼気センサ１２は円筒状の筒体１３に呼気通路１４が形成され、呼気通路１４の前端は、運転席側に開口した呼気の吹き込み口１５となっており、呼気通路１４の後端側には、呼気中の検査対象成分としてのアルコール濃度の検出を行うアルコールセンサからなるセンサ部１６が設けられている。尚、図２において、左方向の運転席側を前方とし、それと反対側の右方向を後方とする。運転者は吹き込み口１５に口を直接接触させずに、吹き込み口１５から口を少し離した状態で呼気の吹き込みを行う。このように吹き込み口に直接口を接触させずに呼気の吹き込みを行うような形式のセンサを非接触型呼気センサと呼ぶ。
【００１３】
呼気通路１４は前方より後方に延びているが、呼気通路１４の中心軸線をｍとすれば、中心軸線ｍも前方より後方に延びており、中心軸線ｍは呼気通路１４の延びる方向に対して平行となっている。呼気通路１４の内縁領域における、吹き込み口１５から後方に若干入った位置に、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知手段に相当する流速検知器１７が複数個設置されている。ここで、内縁領域とは、筒体１３の延びる方向に対する垂直な断面上において、筒体１３の中心と筒体１３の壁面を結んだ線分の中間点よりも筒体１３の壁面側の領域を指している。なお、筒体１３が円筒の場合には、筒体１３の半径の中間点よりも筒体１３の壁面側の領域が内縁領域になる。この流速検知器１７は、呼気通路１４の中心軸線ｍに対する垂直な断面上の位置を考えた時に、それぞれずれた位置に設けられている。言い換えれば、この流速検知器１７は、呼気通路１４の中心軸線ｍの延びる方向に重ならないようにそれぞれずれた位置に設けられている。この実施形態では、図３に示すように、同一断面上に３箇所設けられ、周に沿った距離が等間隔、即ち、呼気通路１４の中心から等距離で円周方向に１２０°間隔の回転対称となる位置に配置されており、この配置位置は呼気通路１４の内縁領域に該当する。
【００１４】
流速検知器１７は、バネ体１８と、バネ体１８の先端に取り付けられた平板状の検出板１９と、検出板１９の後方に一定の隙間を介して設けられた平板状のベース体２０とで構成されている。バネ体１８とベース体２０とは呼気通路１４の周壁に固定され、検出板１９及びベース体２０の板面（面積の広い一対の面）を前後方向に向けて取り付けられている。バネ体１８と検出板１９とベース体２０とはそれぞれ金属材料で形成され、バネ体１８と検出板１９とは電気的に導通されている。また、筒体１３は絶縁材料（例えば樹脂）で形成されている。
【００１５】
吹き込み口１５から呼気が吹き込まれ、吹き込まれた呼気により検出板１９を後方に押し付ける力が作用しバネ体１８が変形するが、呼気の流速が充分な場合には、バネ体１８の先端に取り付けられた検出板１９がベース体２０に接触し、バネ体１８とベース体２０とが電気的に導通状態となる。また、呼気が吹き込まれない場合或いは、吹き込まれた呼気の流速が不充分な場合には、検出板１９とベース体２０とは接触せず離れたままであり、バネ体１８とベース体２０とは電気的に非導通状態となる。尚、充分な流速を持った呼気が検出板１９に吹き付けられた時には、バネ体１８が充分に変形し検出板１９がベース体２０に接触するように、予めバネ体１８のバネ定数の調整が行われているものとする。
【００１６】
バネ体１８とベース体２０とはリード線で制御装置２１に連結されており、このバネ体１８とベース体２０との導通又は非導通の信号は制御装置２１に送信される。制御装置２１では、各種演算処理、制御処理及び判断処理が行われる。
流速検知器１７は３箇所設けられているので、３箇所それぞれから導通又は非導通の信号が制御装置２１に送信される。制御装置２１では、３箇所からの導通又は非導通の信号に基づき、呼気の吹き込みが正しく行われたのかどうかの比較処理、判断処理を行い、正しく行われなかった場合には、再吹き込みの表示を表示パネル２２に表示されるように制御を行う。
【００１７】
流速検知器１７の下流側に設けられたセンサ部１６にはアルコールセンサが備えられ、呼気通路１４を介して導入された呼気中のアルコール濃度の検出が行われる。この検出信号は制御装置２１に送信され、制御装置２１にて、飲酒運転を判定するための別途定められた基準値との比較処理、判断処理が行われ、その結果を表示パネル２２に表示されるように制御が行われる。
【００１８】
次に、このような構成を持つ非接触型呼気センサ１２における処理フローを図４のフローチャートに基づき説明を行う。
まず、Ｓ１０１で一連の処理フローがスタートをすると、Ｓ１０２にて運転席１０に着座した運転者Ｄは、運転を始める前に運転ハンドル１１に備えられている非接触型呼気センサ１２の吹き込み口１５に口を近づけ非接触で呼気の吹き込みを行う。
【００１９】
次に、Ｓ１０３にて呼気通路１４に設けられた流速検知器１７で吹き込まれた呼気の流速の検知が行われる。Ｓ１０４では、その検知結果に基づき判断処理が行われる。図５（ａ）に示されるように、運転者Ｄが呼気の吹き込み口１５へ偏りのない均一な吹き込みを行った場合には、呼気通路１４に設置された３個所の流速検知器１７の全てにおいて呼気が均等に吹き付けられ、流速検知器１７におけるバネ体１８とベース体２０とが電気的に導通状態となる。なお、図５（ａ）において、網状にハッチングを施した部分は呼気の流れを表している。図５（ｂ）には、各流速検知器１７の導通状態を等価的に表したものである。このように、３箇所の流速検知器１７の全てで、吹き込まれた呼気の流速が充分と検知された場合には、呼気の吹き込みが正しく行われたものと判断され、Ｓ１０５に進む。
【００２０】
もし、図６（ａ）に示されるように、運転者Ｄが呼気の吹き込み口１５へ下方に偏った吹き込みを行った場合には、呼気通路１４に設置された３個所の流速検知器１７の内、下方の２箇所の流速検知器１７には呼気が均等に吹き付けられ、流速検知器１７におけるバネ体１８とベース体２０とが電気的に導通状態となる。しかし、上方の１箇所の流速検知器１７には呼気の吹き付けは弱く、前方の吹き込み口１５から矢印で示すように下方に偏って吹き込まれた呼気の流れにより引き込まれる外気の侵入があるだけであり、その外気の流速は呼気の流速よりも遅いので、流速検知器１７における検出板１９とベース体２０とは接触せず離れたままでバネ体１８とベース体２０とは電気的に非導通状態となる。このように、呼気が偏って吹き込まれた場合には、少なくとも１つの流速検知器１７が反応しないようにバネ体１８のバネ定数が調整されている。なお、図６（ａ）において、網状にハッチングを施した部分は呼気の流れを表しており、斜線でハッチングを施した部分は外気の流れを表している。図６（ｂ）には、各流速検知器１７の導通状態を等価的に表したものである。
【００２１】
このように、Ｓ１０４にて、３箇所の流速検知器１７の内、１箇所でも吹き込まれた呼気の流速が不充分と検知された場合には、呼気の吹き込みが正しく行われずに偏って吹き込まれたものと判断され、Ｓ１０６に進む。そして、Ｓ１０６にて、表示パネル２２に再吹き込みを行うようにメッセージを表示する。図７には、表示パネル２２の表示例を示している。この場合には、表示パネル２２の「もう一度センサ真中に吹き込んで下さい」との再吹き込み表示２３の個所が点灯表示される。運転者Ｄは、Ｓ１０２にリターンして、再度呼気の吹き込みを行う。
【００２２】
次に、Ｓ１０５にて、正しく吹き込まれた呼気は、呼気通路１４を介してセンサ部１６へと導入され、センサ部１６のアルコールセンサにより呼気中のアルコール濃度の検出が行われる。Ｓ１０７では、その検出結果に基づき判断処理が行われる。飲酒運転を判定するための別途定められた基準値に対して、呼気中のアルコール濃度が基準値以下であれば飲酒していないと判断され、Ｓ１０８に進む。もし、呼気中のアルコール濃度が基準値を超えておれば飲酒していると判断され、Ｓ１０９に進む。
【００２３】
Ｓ１０８では、表示パネル２２に飲酒していないので問題なしとの「ＯＫ」表示が行われる。図７には、表示パネル２２の表示例を示しており、この場合には表示パネル２２の「ＯＫ」表示２４の個所が点灯表示される。
Ｓ１０９では、表示パネル２２に飲酒しているので問題ありとの「ＮＧ」表示が行われる。図７には、表示パネル２２の表示例を示しており、この場合には表示パネル２２の「ＮＧ」表示２５の個所が点灯表示される。
Ｓ１１０で一連の処理フローは完了し、運転者Ｄはその表示結果に基づき、適切なアクションをとることができる。
【００２４】
この実施形態に係る非接触型呼気センサ１２によれば以下の効果を奏する。
（１）運転席１０に設けられた非接触型呼気センサ１２の呼気通路１４の内縁領域における、吹き込み口１５から後方に若干入った位置に、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知器１７が３箇所設置されており、この流速検知器１７は呼気通路１４の中心軸線ｍに対する垂直な同一断面上に、円周方向に１２０°間隔で設けられているので、呼気の吹き込み口１５に対して偏って呼気が吹き込まれた場合に、呼気通路１４の内縁領域における少なくとも１箇所において、吹き込まれた呼気の流速が不充分であることが流速検知器１７により検知され、表示パネル２２に呼気が正しく吹き込まれていないので再吹き込みを行うようにメッセージ表示されるので、運転者Ｄは呼気を正しく吹き込み直すことができ、呼気中のアルコール濃度の正確な検知を行うことができる。
（２）運転者Ｄが呼気の吹き込み口１５へ偏りのない均一な吹き込みを行った場合には、３箇所の流速検知器１７の全てで、吹き込まれた呼気の流速が充分と検知されると共に、センサ部１６のアルコールセンサにより呼気中のアルコール濃度の検出が行われる。そして、呼気中のアルコール濃度が基準値以下であれば飲酒していないと判断され、呼気中のアルコール濃度が基準値を超えておれば飲酒していると判断され表示パネル２２に表示されるので、運転者Ｄはその表示結果に基づき、適切なアクションをとることができ、飲酒運転を防止できる。
（３）流速検知器１７は、バネ体１８と、バネ体１８の先端に取り付けられた平板状の検出板１９と、検出板１９の後方に一定の隙間を介して設けられた平板状のベース体２０とで構成されており、充分な流速を持った呼気が検出板１９に吹き付けられた時には、バネ体１８が充分に変形し検出板１９がベース体２０に接触し導通状態となることにより、呼気の流速の検知を行うことができる。構成が簡単であり、安価に実施可能である。
（４）運転者Ｄは呼気の吹き込み口１５へ非接触で呼気の吹き込みを行えば良いので、接触型の場合におけるマウスピースの洗浄又は、交換を必要としない。
【００２５】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○ 第１の実施形態では、流速検知器１７を円周方向に等間隔で３箇所設けるとして説明したが、２箇所でも良いし、４箇所以上であっても構わない。また、等間隔でなくてもずらして設けられておれば良い。
○ 第１の実施形態では、流速検知器１７は呼気通路１４の中心軸線ｍに対する垂直な同一断面上に設けられているとして説明したが、同一断面上ではなくて前後方向にずれたそれぞれ別の断面上に設けられていても構わない。また、呼気通路が中心軸線に対して平行ではなく傾いていても構わない。
○ 第１の実施形態では、流速検知手段をバネ式の流速検知器１７として説明したが、流量センサ、流速センサ、或いは圧力センサであっても良い。これらのセンサを使用する場合には、センサで検出した値がある値以上であった場合に呼気の流速が充分であるというように判断すればよい。また、バネの変形量を光センサを使って検出しても良い。
○ 第１の実施形態では、呼気の吹き込みが正しく行われない場合には、表示パネルに再吹き込みを促すメッセージを表示するとして説明したが、音を発するようにしても良い。
○ 第１の実施形態では、非接触型呼気センサを自動車に適用したアルコールセンサとして説明したが、自動車以外の乗り物、或いは飛行機などへの適用も可能である。また、検査対象成分がアルコール以外の臭気などの検出であっても良い。
○ 第１の実施形態において、非接触型呼気センサの吹き込み口にフィルタを設けても良い。このことにより、吹き込み口より塵埃等が侵入することを防止できる。
○ 第１の実施形態において、ステップ１０９に進んだ場合には自動車のエンジンが始動しないようにすることで、飲酒運転を抑制するようにしても良い。
○ 第１の実施形態では、筒体１３の後端に直接センサ部１６を配置するとして説明したが、筒体１３の後端から少し離れた場所にセンサを配置して、そのセンサと筒体１３の後端を連通する通路を設けてセンサ部を構成したり、流速検知器１７の下流側であれば筒体１３の内部にセンサ部を備えるようにしても良い。
○ 第１の実施形態では、筒体１３は入口と出口の大きさが同じであったが、例えば入口から出口に向かって通路が狭くなっているというように、入口と出口の大きさが違っていても良い。
○ 流速検知手段を、羽根車と、その下半分に取り付けられた流れを緩和する緩和板とで構成し、呼気の吹き込みにより羽根車が回転することにより、呼気の吹き込みの偏りを運転者が目視チェック可能としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係る非接触型呼気センサを備えた自動車の運転席の概略図である。
【図２】第１の実施形態に係る非接触型呼気センサの概略構成を示す模式図である。
【図３】図２のＡ方向からの矢視図である。
【図４】第１の実施形態に係る非接触型呼気センサの処理フローを示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態に係る非接触型呼気センサの呼気の吹き込みと検知状況を説明するための模式図である。（ａ）均一な吹き込みの場合、（ｂ）流速検知器の導通状況。
【図６】第１の実施形態に係る非接触型呼気センサの呼気の吹き込みと検知状況を説明するための模式図である。（ａ）不均一な吹き込みの場合、（ｂ）流速検知器の導通状況。
【図７】第１の実施形態に係る検出結果の表示パネルへの表示を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１２ 非接触型呼気センサ
１３ 筒体
１４ 呼気通路
１５ 吹き込み口
１６ センサ部
１７ 流速検知器
ｍ 呼気通路の中心軸線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、呼気中のアルコール濃度等を検出する呼気センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１で開示された従来技術では、飲酒運転防止装置が開示されている。運転席の適当な位置に運転者が呼気を吹き込む筒体１４が設けられ、この筒体１４内に総量センサ１６が設けられている。総量センサ１６は、筒体１４内に吹き込まれた呼気により回転する風車１８と、風車１８の回転数に応じた電力を発電する発電部２０とで構成されている。この筒体１４内に吹き込まれた呼気は呼気取り入れ口２２によりアルコールセンサ２４に導かれ、ここで呼気中のアルコール濃度が検出される。そして、総量センサ１６及びアルコールセンサ２４はマイクロコンピュータ１２に接続され、マイクロコンピュータ１２はエンジン１０と接続されている。また、筒体１４には蓋２６が設けられている。
【０００３】
このような構成を持つ飲酒運転防止装置において、運転者は蓋２６を開けて、呼気を筒体１４内に非接触で吹き込むと、風車１８が回転し総量センサ１６により吹き込まれた呼気の総量が検出される。マイクロコンピュータ１２は、総量センサ１６で検出される呼気の総量が飲酒検査に充分な量と判断され、かつアルコールセンサ２４で検出される呼気中アルコール濃度が水準値以下であると判断された場合にのみ、運転者は飲酒していないと判断し、エンジン１０の始動ロックの解除を行う。その他の場合には、エンジン１０の始動ロックの解除は行われない。
【特許文献１】特許文献１；実開昭５８−６８４３５号公報（第３〜８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１で開示された技術においては、筒体１４内に呼気を吹き込むことにより風車１８が回転し、総量センサ１６により吹き込まれた呼気の総量が検出されるが、筒体１４内へ呼気が偏って吹き込まれた場合にも、風車１８が回転してしまう問題がある。非接触で呼気を吹き込む場合には、運転者は筒体１４内の中心方向に呼気を吹き込んでいるつもりでも、違う方向に吹き込まれる事はあり得ることであり、特に呼気が筒体１４内の一方に偏って吹き込まれた場合には、筒体１４の吹き込み口より外気が侵入してしまい、呼気が薄められてしまう問題がある。具体的には、例えば、呼気が筒体１４の中心ではなく下側に偏って吹き込まれた場合、呼気に引き込まれるようにして筒体１４の上側に外気が侵入するということが起ることがある。アルコールセンサ２４で呼気中のアルコール濃度が検出されるが、筒体１４内へ呼気が偏って吹き込まれた場合には、呼気が外気により薄められその薄められた呼気中のアルコール濃度の検出が行われるので、アルコール濃度は実際より低く検出される恐れがある。
【０００５】
このように、筒体１４内へ呼気が偏って吹き込まれた場合にも風車１８が回転し、呼気の総量の検出が行われるので、呼気の総量が飲酒検査に充分な量に達したと判断された場合には、アルコールセンサ２４で呼気中のアルコール濃度が検出されるが、呼気は外気によって薄められているので、実際には呼気中アルコール濃度は水準値以上であっても水準値以下であると誤って判断され、エンジン１０の始動ロックの解除が行われてしまう。このように従来技術１においては、呼気が偏って吹き込まれた場合には呼気中のアルコール濃度の正確な検知が出来なくなる可能性がある。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、呼気の流入を正しく検知でき、呼気中の検査対象成分の正確な検出を行うことの可能な非接触型呼気センサの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するため、請求項１記載の発明は、一端が非接触型の呼気の吹き込み口である開放端となっている筒状の呼気通路を備えた非接触型呼気センサにおいて、前記呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面において、前記呼気通路の中心からずれた複数の位置に、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知手段を備え、前記流速検知手段の下流側に呼気中の検査対象成分の検出を行うセンサ部が設けられていることを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面において、呼気通路の中心からずれた複数の位置に、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知手段を備えているので、呼気の吹き込み口に対して偏って呼気が吹き込まれた場合に、呼気通路の中心からずれた複数の位置に配置されている流速検知手段の少なくとも１箇所において、吹き込まれた呼気の流速が不充分であることが検知されることから、呼気が正しく吹き込まれていないことが分るので、被検査者は呼気を正しく吹き込み直すことができる。また、流速検知手段の下流側に呼気中の検査対象成分の検出を行うセンサ部が設けられているので、呼気が正しく吹き込まれた場合には、センサ部により呼気中の検査対象成分の正確な検知を行うことができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の非接触型呼気センサにおいて、前記複数の流速検知手段は、前記呼気通路内において、前記呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面上において回転対称となる位置に配置されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、流速検知手段は呼気通路内において、呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面上において回転対称となる位置に配置されているので、例えば、２個の流速検知手段が設けられているとすると、呼気通路の中心から等距離で円周方向に１８０°の間隔で設けられていることになる。また、３個の流速検知手段が設けられているとすると、呼気通路の中心から等距離で円周方向に１２０°の間隔で設けられていることになる。従って、呼気の吹き込みの偏りを確実に検知することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の非接触型呼気センサにおいて、前記流速検知手段は前記呼気通路の内縁領域に設けられていることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、流速検知手段は呼気通路の内縁領域に設けられているので、呼気の吹き込みの偏りを確実に検知することができる。ここで、内縁領域とは、筒状の呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面上において、呼気通路の中心と壁面を結んだ線分の中間点よりも呼気通路の壁面側の領域を指すこととする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、呼気吹き込み口の通路内に複数個の流速検知手段を設けることにより、呼気が正しく流入しているかどうかを検知でき、呼気中の検査対象成分の正確な検出を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る非接触型呼気センサについて、図１〜図７に基づいて説明する。
図１は、自動車の運転席１０の一部を示し、運転席１０には運転ハンドル１１が備えられ、運転ハンドル１１の中心部に運転者の呼気中のアルコール濃度を検出するための非接触型呼気センサ１２が設けられている。運転者は、この非接触型呼気センサ１２の吹き込み口１５に非接触で呼気を吹き込むことにより、呼気中のアルコール濃度の検出が行われ、その結果は、運転席１０の前方のフロントパネル２６に取り付けてある表示パネル２２に表示される。
【００１２】
図２に示されるように、非接触型呼気センサ１２は円筒状の筒体１３に呼気通路１４が形成され、呼気通路１４の前端は、運転席側に開口した呼気の吹き込み口１５となっており、呼気通路１４の後端側には、呼気中の検査対象成分としてのアルコール濃度の検出を行うアルコールセンサからなるセンサ部１６が設けられている。尚、図２において、左方向の運転席側を前方とし、それと反対側の右方向を後方とする。運転者は吹き込み口１５に口を直接接触させずに、吹き込み口１５から口を少し離した状態で呼気の吹き込みを行う。このように吹き込み口に直接口を接触させずに呼気の吹き込みを行うような形式のセンサを非接触型呼気センサと呼ぶ。
【００１３】
呼気通路１４は前方より後方に延びているが、呼気通路１４の中心軸線をｍとすれば、中心軸線ｍも前方より後方に延びており、中心軸線ｍは呼気通路１４の延びる方向に対して平行となっている。呼気通路１４の内縁領域における、吹き込み口１５から後方に若干入った位置に、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知手段に相当する流速検知器１７が複数個設置されている。ここで、内縁領域とは、筒体１３の延びる方向に対する垂直な断面上において、筒体１３の中心と筒体１３の壁面を結んだ線分の中間点よりも筒体１３の壁面側の領域を指している。なお、筒体１３が円筒の場合には、筒体１３の半径の中間点よりも筒体１３の壁面側の領域が内縁領域になる。この流速検知器１７は、呼気通路１４の中心軸線ｍに対する垂直な断面上の位置を考えた時に、それぞれずれた位置に設けられている。言い換えれば、この流速検知器１７は、呼気通路１４の中心軸線ｍの延びる方向に重ならないようにそれぞれずれた位置に設けられている。この実施形態では、図３に示すように、同一断面上に３箇所設けられ、周に沿った距離が等間隔、即ち、呼気通路１４の中心から等距離で円周方向に１２０°間隔の回転対称となる位置に配置されており、この配置位置は呼気通路１４の内縁領域に該当する。
【００１４】
流速検知器１７は、バネ体１８と、バネ体１８の先端に取り付けられた平板状の検出板１９と、検出板１９の後方に一定の隙間を介して設けられた平板状のベース体２０とで構成されている。バネ体１８とベース体２０とは呼気通路１４の周壁に固定され、検出板１９及びベース体２０の板面（面積の広い一対の面）を前後方向に向けて取り付けられている。バネ体１８と検出板１９とベース体２０とはそれぞれ金属材料で形成され、バネ体１８と検出板１９とは電気的に導通されている。また、筒体１３は絶縁材料（例えば樹脂）で形成されている。
【００１５】
吹き込み口１５から呼気が吹き込まれ、吹き込まれた呼気により検出板１９を後方に押し付ける力が作用しバネ体１８が変形するが、呼気の流速が充分な場合には、バネ体１８の先端に取り付けられた検出板１９がベース体２０に接触し、バネ体１８とベース体２０とが電気的に導通状態となる。また、呼気が吹き込まれない場合或いは、吹き込まれた呼気の流速が不充分な場合には、検出板１９とベース体２０とは接触せず離れたままであり、バネ体１８とベース体２０とは電気的に非導通状態となる。尚、充分な流速を持った呼気が検出板１９に吹き付けられた時には、バネ体１８が充分に変形し検出板１９がベース体２０に接触するように、予めバネ体１８のバネ定数の調整が行われているものとする。
【００１６】
バネ体１８とベース体２０とはリード線で制御装置２１に連結されており、このバネ体１８とベース体２０との導通又は非導通の信号は制御装置２１に送信される。制御装置２１では、各種演算処理、制御処理及び判断処理が行われる。
流速検知器１７は３箇所設けられているので、３箇所それぞれから導通又は非導通の信号が制御装置２１に送信される。制御装置２１では、３箇所からの導通又は非導通の信号に基づき、呼気の吹き込みが正しく行われたのかどうかの比較処理、判断処理を行い、正しく行われなかった場合には、再吹き込みの表示を表示パネル２２に表示されるように制御を行う。
【００１７】
流速検知器１７の下流側に設けられたセンサ部１６にはアルコールセンサが備えられ、呼気通路１４を介して導入された呼気中のアルコール濃度の検出が行われる。この検出信号は制御装置２１に送信され、制御装置２１にて、飲酒運転を判定するための別途定められた基準値との比較処理、判断処理が行われ、その結果を表示パネル２２に表示されるように制御が行われる。
【００１８】
次に、このような構成を持つ非接触型呼気センサ１２における処理フローを図４のフローチャートに基づき説明を行う。
まず、Ｓ１０１で一連の処理フローがスタートをすると、Ｓ１０２にて運転席１０に着座した運転者Ｄは、運転を始める前に運転ハンドル１１に備えられている非接触型呼気センサ１２の吹き込み口１５に口を近づけ非接触で呼気の吹き込みを行う。
【００１９】
次に、Ｓ１０３にて呼気通路１４に設けられた流速検知器１７で吹き込まれた呼気の流速の検知が行われる。Ｓ１０４では、その検知結果に基づき判断処理が行われる。図５（ａ）に示されるように、運転者Ｄが呼気の吹き込み口１５へ偏りのない均一な吹き込みを行った場合には、呼気通路１４に設置された３個所の流速検知器１７の全てにおいて呼気が均等に吹き付けられ、流速検知器１７におけるバネ体１８とベース体２０とが電気的に導通状態となる。なお、図５（ａ）において、網状にハッチングを施した部分は呼気の流れを表している。図５（ｂ）には、各流速検知器１７の導通状態を等価的に表したものである。このように、３箇所の流速検知器１７の全てで、吹き込まれた呼気の流速が充分と検知された場合には、呼気の吹き込みが正しく行われたものと判断され、Ｓ１０５に進む。
【００２０】
もし、図６（ａ）に示されるように、運転者Ｄが呼気の吹き込み口１５へ下方に偏った吹き込みを行った場合には、呼気通路１４に設置された３個所の流速検知器１７の内、下方の２箇所の流速検知器１７には呼気が均等に吹き付けられ、流速検知器１７におけるバネ体１８とベース体２０とが電気的に導通状態となる。しかし、上方の１箇所の流速検知器１７には呼気の吹き付けは弱く、前方の吹き込み口１５から矢印で示すように下方に偏って吹き込まれた呼気の流れにより引き込まれる外気の侵入があるだけであり、その外気の流速は呼気の流速よりも遅いので、流速検知器１７における検出板１９とベース体２０とは接触せず離れたままでバネ体１８とベース体２０とは電気的に非導通状態となる。このように、呼気が偏って吹き込まれた場合には、少なくとも１つの流速検知器１７が反応しないようにバネ体１８のバネ定数が調整されている。なお、図６（ａ）において、網状にハッチングを施した部分は呼気の流れを表しており、斜線でハッチングを施した部分は外気の流れを表している。図６（ｂ）には、各流速検知器１７の導通状態を等価的に表したものである。
【００２１】
このように、Ｓ１０４にて、３箇所の流速検知器１７の内、１箇所でも吹き込まれた呼気の流速が不充分と検知された場合には、呼気の吹き込みが正しく行われずに偏って吹き込まれたものと判断され、Ｓ１０６に進む。そして、Ｓ１０６にて、表示パネル２２に再吹き込みを行うようにメッセージを表示する。図７には、表示パネル２２の表示例を示している。この場合には、表示パネル２２の「もう一度センサ真中に吹き込んで下さい」との再吹き込み表示２３の個所が点灯表示される。運転者Ｄは、Ｓ１０２にリターンして、再度呼気の吹き込みを行う。
【００２２】
次に、Ｓ１０５にて、正しく吹き込まれた呼気は、呼気通路１４を介してセンサ部１６へと導入され、センサ部１６のアルコールセンサにより呼気中のアルコール濃度の検出が行われる。Ｓ１０７では、その検出結果に基づき判断処理が行われる。飲酒運転を判定するための別途定められた基準値に対して、呼気中のアルコール濃度が基準値以下であれば飲酒していないと判断され、Ｓ１０８に進む。もし、呼気中のアルコール濃度が基準値を超えておれば飲酒していると判断され、Ｓ１０９に進む。
【００２３】
Ｓ１０８では、表示パネル２２に飲酒していないので問題なしとの「ＯＫ」表示が行われる。図７には、表示パネル２２の表示例を示しており、この場合には表示パネル２２の「ＯＫ」表示２４の個所が点灯表示される。
Ｓ１０９では、表示パネル２２に飲酒しているので問題ありとの「ＮＧ」表示が行われる。図７には、表示パネル２２の表示例を示しており、この場合には表示パネル２２の「ＮＧ」表示２５の個所が点灯表示される。
Ｓ１１０で一連の処理フローは完了し、運転者Ｄはその表示結果に基づき、適切なアクションをとることができる。
【００２４】
この実施形態に係る非接触型呼気センサ１２によれば以下の効果を奏する。
（１）運転席１０に設けられた非接触型呼気センサ１２の呼気通路１４の内縁領域における、吹き込み口１５から後方に若干入った位置に、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知器１７が３箇所設置されており、この流速検知器１７は呼気通路１４の中心軸線ｍに対する垂直な同一断面上に、円周方向に１２０°間隔で設けられているので、呼気の吹き込み口１５に対して偏って呼気が吹き込まれた場合に、呼気通路１４の内縁領域における少なくとも１箇所において、吹き込まれた呼気の流速が不充分であることが流速検知器１７により検知され、表示パネル２２に呼気が正しく吹き込まれていないので再吹き込みを行うようにメッセージ表示されるので、運転者Ｄは呼気を正しく吹き込み直すことができ、呼気中のアルコール濃度の正確な検知を行うことができる。
（２）運転者Ｄが呼気の吹き込み口１５へ偏りのない均一な吹き込みを行った場合には、３箇所の流速検知器１７の全てで、吹き込まれた呼気の流速が充分と検知されると共に、センサ部１６のアルコールセンサにより呼気中のアルコール濃度の検出が行われる。そして、呼気中のアルコール濃度が基準値以下であれば飲酒していないと判断され、呼気中のアルコール濃度が基準値を超えておれば飲酒していると判断され表示パネル２２に表示されるので、運転者Ｄはその表示結果に基づき、適切なアクションをとることができ、飲酒運転を防止できる。
（３）流速検知器１７は、バネ体１８と、バネ体１８の先端に取り付けられた平板状の検出板１９と、検出板１９の後方に一定の隙間を介して設けられた平板状のベース体２０とで構成されており、充分な流速を持った呼気が検出板１９に吹き付けられた時には、バネ体１８が充分に変形し検出板１９がベース体２０に接触し導通状態となることにより、呼気の流速の検知を行うことができる。構成が簡単であり、安価に実施可能である。
（４）運転者Ｄは呼気の吹き込み口１５へ非接触で呼気の吹き込みを行えば良いので、接触型の場合におけるマウスピースの洗浄又は、交換を必要としない。
【００２５】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○ 第１の実施形態では、流速検知器１７を円周方向に等間隔で３箇所設けるとして説明したが、２箇所でも良いし、４箇所以上であっても構わない。また、等間隔でなくてもずらして設けられておれば良い。
○ 第１の実施形態では、流速検知器１７は呼気通路１４の中心軸線ｍに対する垂直な同一断面上に設けられているとして説明したが、同一断面上ではなくて前後方向にずれたそれぞれ別の断面上に設けられていても構わない。また、呼気通路が中心軸線に対して平行ではなく傾いていても構わない。
○ 第１の実施形態では、流速検知手段をバネ式の流速検知器１７として説明したが、流量センサ、流速センサ、或いは圧力センサであっても良い。これらのセンサを使用する場合には、センサで検出した値がある値以上であった場合に呼気の流速が充分であるというように判断すればよい。また、バネの変形量を光センサを使って検出しても良い。
○ 第１の実施形態では、呼気の吹き込みが正しく行われない場合には、表示パネルに再吹き込みを促すメッセージを表示するとして説明したが、音を発するようにしても良い。
○ 第１の実施形態では、非接触型呼気センサを自動車に適用したアルコールセンサとして説明したが、自動車以外の乗り物、或いは飛行機などへの適用も可能である。また、検査対象成分がアルコール以外の臭気などの検出であっても良い。
○ 第１の実施形態において、非接触型呼気センサの吹き込み口にフィルタを設けても良い。このことにより、吹き込み口より塵埃等が侵入することを防止できる。
○ 第１の実施形態において、ステップ１０９に進んだ場合には自動車のエンジンが始動しないようにすることで、飲酒運転を抑制するようにしても良い。
○ 第１の実施形態では、筒体１３の後端に直接センサ部１６を配置するとして説明したが、筒体１３の後端から少し離れた場所にセンサを配置して、そのセンサと筒体１３の後端を連通する通路を設けてセンサ部を構成したり、流速検知器１７の下流側であれば筒体１３の内部にセンサ部を備えるようにしても良い。
○ 第１の実施形態では、筒体１３は入口と出口の大きさが同じであったが、例えば入口から出口に向かって通路が狭くなっているというように、入口と出口の大きさが違っていても良い。
○ 流速検知手段を、羽根車と、その下半分に取り付けられた流れを緩和する緩和板とで構成し、呼気の吹き込みにより羽根車が回転することにより、呼気の吹き込みの偏りを運転者が目視チェック可能としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係る非接触型呼気センサを備えた自動車の運転席の概略図である。
【図２】第１の実施形態に係る非接触型呼気センサの概略構成を示す模式図である。
【図３】図２のＡ方向からの矢視図である。
【図４】第１の実施形態に係る非接触型呼気センサの処理フローを示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態に係る非接触型呼気センサの呼気の吹き込みと検知状況を説明するための模式図である。（ａ）均一な吹き込みの場合、（ｂ）流速検知器の導通状況。
【図６】第１の実施形態に係る非接触型呼気センサの呼気の吹き込みと検知状況を説明するための模式図である。（ａ）不均一な吹き込みの場合、（ｂ）流速検知器の導通状況。
【図７】第１の実施形態に係る検出結果の表示パネルへの表示を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１２ 非接触型呼気センサ
１３ 筒体
１４ 呼気通路
１５ 吹き込み口
１６ センサ部
１７ 流速検知器
ｍ 呼気通路の中心軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が非接触型の呼気の吹き込み口である開放端となっている筒状の呼気通路を備えた非接触型呼気センサにおいて、
前記呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面において、前記呼気通路の中心からずれた複数の位置に、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知手段を備え、
前記流速検知手段の下流側に呼気中の検査対象成分の検出を行うセンサ部が設けられていることを特徴とする非接触型呼気センサ。
【請求項２】
前記複数の流速検知手段は、前記呼気通路内において、前記呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面上において回転対称となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触型呼気センサ。
【請求項３】
前記流速検知手段は前記呼気通路の内縁領域に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触型呼気センサ。
【請求項１】
一端が非接触型の呼気の吹き込み口である開放端となっている筒状の呼気通路を備えた非接触型呼気センサにおいて、
前記呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面において、前記呼気通路の中心からずれた複数の位置に、吹き込まれた呼気の流速が充分かどうかを検知する流速検知手段を備え、
前記流速検知手段の下流側に呼気中の検査対象成分の検出を行うセンサ部が設けられていることを特徴とする非接触型呼気センサ。
【請求項２】
前記複数の流速検知手段は、前記呼気通路内において、前記呼気通路の延びる方向に対する垂直な断面上において回転対称となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の非接触型呼気センサ。
【請求項３】
前記流速検知手段は前記呼気通路の内縁領域に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触型呼気センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−３０９６５０（Ｐ２００８−３０９６５０Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５７９０７（Ｐ２００７−１５７９０７）
【出願日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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