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特開2024-158489匂い物質受容層、それを用いたセンサ素子、匂いセンサおよび匂い測定装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024158489
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】匂い物質受容層、それを用いたセンサ素子、匂いセンサおよび匂い測定装置
(51)【国際特許分類】
G01N 27/12 20060101AFI20241031BHJP
【ＦＩ】
G01N27/12 C
G01N27/12 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023073726
(22)【出願日】2023-04-27
(71)【出願人】
【識別番号】000002288
【氏名又は名称】三洋化成工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】金澤 岳
【テーマコード（参考）】
2G046
【Ｆターム（参考）】
2G046AA22
2G046AA23
2G046AA24
2G046AA25
2G046AA26
2G046BA01
2G046BB02
2G046FA01
2G046FC07
(57)【要約】
【課題】低濃度の匂い成分であっても検出可能な匂い物質受容層、それを用いたセンサ素子、匂いセンサおよび匂い測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様は樹脂（Ａ）およびコイル状炭素繊維（Ｂ）を含む匂い物質受容層、それを含むセンサ素子、および匂いセンサである。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の一態様は樹脂（Ａ）およびコイル状炭素繊維（Ｂ）を含む匂い物質受容層、それを含むセンサ素子、および匂いセンサである。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
樹脂（Ａ）およびコイル状炭素繊維（Ｂ）を含む、樹脂組成物を含む匂い物質受容層。
【請求項2】
前記樹脂組成物は、界面活性剤（Ｃ）をさらに含む、請求項１に記載の匂い物質受容層。
【請求項3】
請求項１または２に記載の匂い物質受容層、第１金属配線、および第２金属配線を備えるセンサ素子であって、
前記第１金属配線と前記第２金属配線とは離間しており、
前記匂い物質受容層は、前記第１金属配線の少なくとも一部と前記第２金属配線の少なくとも一部とに接している、センサ素子。
前記第１金属配線と前記第２金属配線とは離間しており、
前記匂い物質受容層は、前記第１金属配線の少なくとも一部と前記第２金属配線の少なくとも一部とに接している、センサ素子。
【請求項4】
請求項３に記載の少なくとも１つのセンサ素子と、
前記センサ素子に給電するための電源と、
前記電源から給電されたセンサ素子の前記匂い物質受容層の電気伝導性を示す測定値を出力する測定機器と、を備える、匂いセンサ。
前記センサ素子に給電するための電源と、
前記電源から給電されたセンサ素子の前記匂い物質受容層の電気伝導性を示す測定値を出力する測定機器と、を備える、匂いセンサ。
【請求項5】
前記電源は、前記少なくとも１つの匂いセンサ素子に対して、定電流を供給するかまたは定電圧を印加する、請求項４に記載の匂いセンサ。
【請求項6】
請求項５に記載の匂いセンサ、および推定装置を備える匂い測定装置であって、
前記推定装置は、
前記測定機器から前記測定値を取得する取得部と、
前記少なくとも１つの匂いセンサ素子の電気伝導性の経時的な変化を解析する解析部と、
推定モデルを用いて、前記解析部が解析した解析結果に基づいて当該匂い物質を推定する推定部と、を備え、
前記推定モデルは、複数種類の匂い物質のそれぞれを前記少なくとも１つの匂いセンサ素子に触れさせた場合の前記解析部による解析結果と、当該匂い物質の識別情報との組み合わせを含む学習用データを用いた機械学習によって生成されたものである、匂い測定装置。
前記推定装置は、
前記測定機器から前記測定値を取得する取得部と、
前記少なくとも１つの匂いセンサ素子の電気伝導性の経時的な変化を解析する解析部と、
推定モデルを用いて、前記解析部が解析した解析結果に基づいて当該匂い物質を推定する推定部と、を備え、
前記推定モデルは、複数種類の匂い物質のそれぞれを前記少なくとも１つの匂いセンサ素子に触れさせた場合の前記解析部による解析結果と、当該匂い物質の識別情報との組み合わせを含む学習用データを用いた機械学習によって生成されたものである、匂い測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、匂い物質受容層、それを用いたセンサ素子、匂いセンサおよび匂い測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年の情報処理技術の発達により、人間の五感のうち機械的な測定が十分に達成できていない嗅覚を何らかの方法で数値化することができれば、幅広い産業分野で利用可能であることが期待される。例えば、医療分野では介護・介助、未病予防診断や疾病検査など、環境分野では工場などでの臭気管理、バイオガス利用の分野での発酵工程管理や排水処理の管理など、安全分野では土砂崩れや水害などの予兆検知、エンジンオイルや機械動作油の劣化検知などが可能になる。また、食品分野では植物や肉などの食材の熟成状態検知、例えば酒類などの発酵食品の工程管理、植物の栽培管理や食品の生産・保管・流通過程での品質管理など、マーケティング分野では香粧品、体臭、香り環境、商材の香りのプロデュースなどに利用可能である。これまでに、特定の気体物質（ガス）を検出する方法は半導体ガスセンサなどによって高精度・高感度の測定が実現されている。様々な匂いに対して異なる応答特性を有するセンサが報告されており、センサが含む受容体の組成についても検討がされている。
【0003】
特許文献１に記載の発明は、半導体ガスセンサの半導体を導電性高分子に置き換えて導電性高分子表面への匂い成分の吸着を検出する仕組みを提案している。特許文献１では、熱分解しやすい匂い成分およびセンサの検出部表面で酸化還元反応を生じない物質の検出が可能になることを報告している。
【0004】
また、特許文献２においては、有機ポリマーと導電性物質の混合物の電気抵抗が有機ガスに曝露されることで変化する性質に着目している。特許文献２では、上記混合物のうち有機ポリマーの組成が異なる有機ポリマー／導電性物質の組み合わせを複数調製し、これらを電気抵抗アレイとしてセンサに用いると、同一の有機ガスに曝露された際の電気抵抗変化がそれぞれ異なることが記載されている。これを利用して、電気抵抗変化のパターンと匂い（＝有機ガスの混合物）の種類を帰属することによって匂いを識別できることが特許文献２では報告されている。
【0005】
さらに、特許文献３において、上記の有機ポリマーに対して可塑剤を添加することでセンサの応答速度が向上することが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平１１－２３５０８号公報
【特許文献2】特表平１１－５０３２３１号公報
【特許文献3】特表２００２－５１９６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１～３に記載のような従来技術には、低濃度の匂い成分の検出において改善の余地があった。
【0008】
本発明の一態様は、低濃度の匂い成分であっても検出可能な匂い物質受容層、それを用いたセンサ素子、匂いセンサおよび匂い測定装置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】
【0009】
本発明者らは、上記の目的を達成するべく検討を行った結果、本発明に到達した。
【0010】
すなわち、本発明の一態様は、匂い物質受容層を形成するための樹脂組成物であって、樹脂（Ａ）コイル状炭素繊維（Ｂ）を含む樹脂組成物、それを用いたセンサ素子、匂いセンサおよび匂い測定装置である。
【発明の効果】
【0011】
本発明の一態様によれば、低濃度の匂い成分であっても検出可能な匂い物質受容層、それを用いたセンサ素子、匂いセンサおよび匂い測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施形態に係る匂いセンサの構成の一例を示す概略図である。
【図2】センサ素子の構成の一例を示す上面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る匂い測定装置の構成の一例を示す概略図である。
【図5】匂い測定装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図6】推定装置が推定モデルを生成する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図7】匂い測定装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図8】推定装置が匂い物質を推定する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の一実施形態について以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ～Ｂ」は、「Ａ以上Ｂ以下」を意図する。
【0014】
〔１．匂い物質受容層〕
本発明の一実施形態に係る匂い物質受容層は、樹脂（Ａ）およびコイル状炭素繊維（Ｂ）を含む、樹脂組成物を含む。本発明の一実施形態において、匂い物質受容層は、前記樹脂組成物をセンサ素子用基板上に塗布し、加熱乾燥させて得られる乾固物である。
本発明の一実施形態に係る匂い物質受容層は、樹脂（Ａ）およびコイル状炭素繊維（Ｂ）を含む、樹脂組成物を含む。本発明の一実施形態において、匂い物質受容層は、前記樹脂組成物をセンサ素子用基板上に塗布し、加熱乾燥させて得られる乾固物である。
【0015】
本明細書中、「匂い物質」とは、広義において匂い物質受容層に吸着可能な物質を意味する。従って、一般的に匂いの原因物質とされていない物質も含まれる。「匂い」には原因となる匂い物質が複数含まれることが多く、また、匂い物質として認知されていない物質または未知の匂い物質も存在する。本発明の一実施形態は、匂い物質受容層への匂い物質の吸着量が匂い物質の種類によって異なることに着目するものである。
【0016】
なお、本明細書中、単に「匂い物質」と記載した場合であっても、個々の匂い物質ではなく、複数の匂い物質が含まれ得る「匂い物質の集合体」を意味する場合がある。
【0017】
「匂い物質」としては特に限定されないが、例えばヘキサン、酢酸エチル、メタノール、炭酸ジエチル、トルエン、ｄ－リモネン、ボルナン－２－オン、シス－３－ヘキセノール、β－フェニルエチルアルコール、シトラール、Ｌ－カルボン、γ－ウンデカラクトン、オイゲノール、リナリルアセテート、メントール、ベンズアルデヒド、バニリン、ヘキサナール、エタノール、吉草酸ペンチル、リナロール、２－プロパノール等が挙げられる。
【0018】
また、本明細書中、「匂い物質受容層」とは、識別対象となる匂い物質を吸着する層を意味する。匂い物質受容層は上述の樹脂組成物から形成される。匂い物質受容層は、後述のセンサ素子の一部として設けられ得る。
【0019】
引用文献１に記載のセンサでは、単体の化合物からなる匂いの検出は可能であると考えられる。一方で多くの匂いは複数の物質の混合物である。引用文献１に記載のセンサでは検出部に匂いの成分を識別させる機能がないため、混合物に対する匂い識別性能が十分でない。引用文献２では検出部に用いる導電性を示す高分子の化学構造の違いを利用して、それぞれの導電性高分子を介して検出部が示す種々の化合物に対する応答に違いを持たせることで混合物としての匂いを認識させることができることが示されている。しかしながら、導電性を示す高分子の化学構造は限られており、任意の匂い成分に対する検出部の応答を感度良く分離することが難しく、類似の成分からなる匂い同士を識別させることは難しい。引用文献３では有機ポリマーと可塑剤と導電性物質からなる混合物を検出材料として検出部に用いて匂い成分が有機ポリマー中に浸透することを上記混合物の電気抵抗変化として検出する方法を提案している。異なる組成の有機ポリマーを用いれば浸透する匂い成分が異なることを利用して異なる組成の有機ポリマーを含む上記の検出材料からなる検出部を複数並列して用いるアレイにすることで、混合物としての匂いを認識させることができる。しかしながら、上記の有機ポリマーおよび可塑剤を含有する有機ポリマーでは、電気抵抗の変化量が小さいため、低濃度の匂い成分を検出することは難しい。
【0020】
本発明者らは、上述した樹脂組成物に吸着した匂い物質の量に応じて樹脂組成物の電気伝導性が異なること、上述の樹脂組成物への吸着過程は匂い物質毎に異なっていること、およびコイル状炭素繊維は通常の炭素繊維よりも導電性が変化しやすいことに着目し、本発明の一実施形態に係る匂い物質受容層およびセンサ素子等を発明するに至った。そして、このような匂い物質受容層を用いることにより、匂いの識別性能を向上させるとともに、低濃度の匂い成分であっても検出することができることを見出した。例えば、複数の物質が相互作用する現実の匂いパターンまたは組成が不明である物質による現実の匂いパターンをも識別することができる。また別の例としては、従来のセンサでは検出が困難であった低濃度の匂いを検出することができる。
【0021】
＜樹脂（Ａ）＞
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物に含まれる樹脂（Ａ）は、特に限定されないが、ウレタン樹脂、ポリアルキレンオキサイド、アクリル樹脂、フッ素基含有樹脂、ビニル樹脂（例えば、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルブチラールなど）、シリコーン樹脂、ポリエステル、ポリアミド等であってもよい。
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物に含まれる樹脂（Ａ）は、特に限定されないが、ウレタン樹脂、ポリアルキレンオキサイド、アクリル樹脂、フッ素基含有樹脂、ビニル樹脂（例えば、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルブチラールなど）、シリコーン樹脂、ポリエステル、ポリアミド等であってもよい。
【0022】
＜コイル状炭素繊維（Ｂ）＞
本明細書において、コイル状炭素繊維とは、コイル構造を備える炭素繊維である。コイル状炭素繊維はカーボンナノコイル（ＣＮＣ）あるいはカーボンマイクロコイル（ＣＭＣ）などと称されることもある。樹脂組成物がコイル状炭素繊維（Ｂ）を含むことにより、低濃度の匂い成分であっても検出が可能になる。
本明細書において、コイル状炭素繊維とは、コイル構造を備える炭素繊維である。コイル状炭素繊維はカーボンナノコイル（ＣＮＣ）あるいはカーボンマイクロコイル（ＣＭＣ）などと称されることもある。樹脂組成物がコイル状炭素繊維（Ｂ）を含むことにより、低濃度の匂い成分であっても検出が可能になる。
【0023】
コイル状炭素繊維（Ｂ）により、低濃度の匂い成分が検出可能となるメカニズムは、以下の通りであると推測される。ただし、以下の説明は本発明のメカニズムを限定するものではない。匂い物質受容層に匂い物質が吸着、あるいは溶解すると、匂い物質受容層が膨張し体積が増加する。これにより炭素繊維の導電性パスの一部が切断され、匂い物質受容層の電気抵抗が増加して、匂いを検出することができる。ここで、炭素繊維がコイル状であると、匂い物質受容層の体積が膨張した際に、コイル状炭素繊維それ自体がばねのように伸長する。コイル状炭素繊維は収縮状態であると、直線状等他の形状を有する炭素繊維よりも導電性が高い。一方で、コイル状炭素繊維は伸長すると導電性が大きく低下する。それゆえ、コイル状ではない炭素繊維を使用した場合と比較して、体積変化に伴う抵抗値の変化が大きい。また、コイル状炭素繊維は僅かな荷重で伸長するため、匂い物質受容層が僅かに膨張した場合でも伸長する。したがって、コイル状炭素繊維（Ｂ）を使用することにより、低濃度の匂い成分であっても検出が可能となる。
【0024】
コイル状炭素繊維の炭素繊維の直径、コイル径、コイル長、コイルピッチ等は、同一であってもよいし、ばらつきがあってもよい。また、例えば、コイル状炭素繊維に超音波等を照射することにより、コイル長等を短くして、コイル状炭素繊維の性状を変化させることも可能である。
【0025】
コイル状炭素繊維（Ｂ）の、炭素繊維の平均直径は、好ましくは０．０５～３μｍ、より好ましくは０．１～２μｍである。コイル状炭素繊維が備えるコイル構造の平均直径は、好ましくは０．２～２０μｍ、より好ましくは１～１０μｍである。コイル状炭素繊維（Ｂ）が備えるコイル構造の平均長さ（すなわち、コイル構造の軸方向の全長）は、好ましくは５μｍ～３００μｍ、より好ましくは１０μｍ～２００ｍｍである。
【0026】
コイル状炭素繊維（Ｂ）は、コイルの巻き数が１以上であれば右巻きであってもよく、左巻きであってもよいし、一重螺旋構造を有してもよいし、二重螺旋構造を有してもよく、これらが混合されたコイル状炭素繊維であってもよい。
【0027】
コイル状炭素繊維（Ｂ）は、体積固有抵抗が１Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、０．５Ω・ｃｍ以下がより好ましく、０．１Ω・ｃｍ以下がさらに好ましい。体積固有抵抗の下限は、例えば０．０１Ω・ｃｍ以上であってもよい。体積固有抵抗が上記の範囲であることで、コイル状炭素繊維の添加量を減らすことができ、低濃度成分における検出能を向上させることができる。
【0028】
上述したコイル状炭素繊維のコイル構造の平均直径等については、例えば電子顕微鏡により測定することができる。電子顕微鏡としては、走査型、透過型のいずれであってもよく、例えば、日本電子社製、製品名「ＪＥＭ－２２００ＦＳ」を用いることができる。
【0029】
コイル状炭素繊維の製造方法の例としては、金属触媒を使用して、周期律表の第１５族又は第１６族の化合物のガス、水素ガス及びシールガスの存在下において、炭化水素又は一酸化炭素を６００～９５０℃の温度に加熱し、熱分解する方法が挙げられる。
【0030】
コイル状炭素繊維の含有量は、樹脂（Ａ）およびコイル状炭素繊維（Ｂ）の合計１００重量％に対し、匂い物質の受容感度の観点より、好ましくは２～４０重量％であり、さらに好ましくは２～３０重量％である。
【0031】
＜界面活性剤（Ｃ）＞
前記樹脂組成物は、必要により界面活性剤（Ｃ）を含んでも良い。界面活性剤を含むことにより、コイル状炭素繊維の分散性が向上し、センサ素子の性能が安定する。
前記樹脂組成物は、必要により界面活性剤（Ｃ）を含んでも良い。界面活性剤を含むことにより、コイル状炭素繊維の分散性が向上し、センサ素子の性能が安定する。
【0032】
界面活性剤（Ｃ）は、特に制限はないが、８～１８のＨＬＢ値を有していることが好ましく、更に好ましくは９～１７であり、特に好ましくは１０～１６である。このようなＨＬＢ値の界面活性剤（Ｃ）を用いることによって、良好な匂い識別性能が得られる。
【0033】
ここでの「ＨＬＢ値」とは、親水性と親油性のバランスを示す指標であって、例えば「界面活性剤入門」〔２００７年三洋化成工業株式会社発行、藤本武彦著〕２１２頁に記載されている小田法による計算値として知られているものであり、グリフィン法による計算値ではない。
【0034】
ＨＬＢ値は有機化合物の有機性の値と無機性の値との比率から計算することができる。
【0035】
ＨＬＢ＝１０×無機性／有機性
ここで、上式中の無機性および有機性の値は藤田らによって提案された有機性と無機性を表現する指標値を表しており、前記「界面活性剤入門」２１３頁に記載の表の値を用いて算出できる。
ここで、上式中の無機性および有機性の値は藤田らによって提案された有機性と無機性を表現する指標値を表しており、前記「界面活性剤入門」２１３頁に記載の表の値を用いて算出できる。
【0036】
界面活性剤（Ｃ）としては、例えばアニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤およびノニオン性界面活性剤が挙げられる。これらの中でも、コイル状炭素繊維（Ｂ）に対する分散性の観点から、ノニオン性界面活性剤であることが好ましい。
【0037】
ノニオン性界面活性剤としては、例えば、高級アルコールエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。
【0038】
高級アルコールとしては、１－ヘキシルアルコール、１－ヘプチルアルコール、１－オクチルアルコール、１－ノニルアルコール、１－デシルアルコール、１－ウンデシルアルコール、１－ドデシルアルコール、１－トリデシルアルコール、１－テトラデシルアルコール、１－ペンタデシルアルコール、１－ヘキサデシルアルコール、１－ヘプタデシルアルコール、１－オクタデシルアルコール等が挙げられる。
【0039】
界面活性剤（Ｃ）は、コイル状炭素繊維（Ｂ）に対する分散性の観点から、アミド基、第１級アミノ基、第２級アミノ基、第３級アミノ基のうち少なくとも１つを有することが好ましい。また、界面活性剤（Ｃ）は、コイル状炭素繊維（Ｂ）に対する分散性の観点から、オキシエチレン鎖、オキシプロピレン鎖、および、オキシエチレン・オキシプロピレンのランダム構造もしくはブロック構造、の少なくとも１つを有することが好ましい。なお、オキシエチレン・オキシプロピレンのランダム構造は、オキシエチレンとオキシプロピレンとの両方が不規則に連結してなる鎖状構造である。また、オキシエチレン・オキシプロピレンのブロック構造は、オキシエチレンが連結してなるオキシエチレンブロックと、オキシプロピレンが連結してなるオキシプロピレンブロックとが連結してなる鎖状構造である。
【0040】
界面活性剤の含有量は、樹脂（Ａ）、コイル状炭素繊維（Ｂ）および界面活性剤（Ｃ）の合計１００重量％に対し、匂い物質の受容感度の観点より、好ましくは２～２５重量％であり，さらに好ましくは２～２０重量％であり，最も好ましくは２～１５重量％である。
【0041】
樹脂組成物は、本発明の効果が得られる範囲において、前述した樹脂（Ａ）、コイル状炭素繊維（Ｂ）および界面活性剤（Ｃ）以外の他の成分をさらに含有していてもよい。他の成分の例には、溶媒（Ｄ）、フィラー（Ｆ）が含まれる。当該他の成分は、本発明の効果および当該他の成分による効果の両方が得られる範囲で好適に使用され得る。
【0042】
溶剤（Ｄ）は、樹脂（Ａ）とコイル状炭素繊維（Ｂ）の分散性を高める観点、樹脂組成物中における界面活性剤（Ｃ）との相溶性を高める観点、または樹脂組成物の塗布性を高める観点から樹脂組成物に配合することが可能である。溶媒（Ｄ）は乾燥によって除去できれば特に限定されないが、例えば、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酪酸エチル、酪酸ブチル、酢酸エチル、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、トルエンおよびキシレンが含まれる。
【0043】
樹脂組成物におけるコイル状炭素繊維（Ｂ）の含有量は、上記の観点の観点から適宜に決定し得る。たとえば、樹脂組成物における溶媒（Ｄ）の含有量は、塗工性の観点から、樹脂（Ａ）、コイル状炭素繊維（Ｂ）および界面活性剤（Ｃ）の合計１００重量部に対して、１００～１００００重量部であることが好ましい。
【0044】
フィラー（Ｆ）は、互いに接触して導電経路を形成することで樹脂組成物の導電性を向上させる観点から樹脂組成物に配合可能である。フィラー（Ｆ）の例としては、例えばコイル状炭素繊維以外の導電性炭素材料、顔料、シリカ、金属粉等が挙げられる。これらの中でも、樹脂組成物の電気伝導性を向上させる観点からコイル状炭素繊維以外の導電性炭素材料が好ましい。導電性炭素材料としては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびグラフェン等が挙げられる。樹脂組成物におけるフィラー（Ｆ）の含有量は、樹脂組成物１００重量部に対して例えば１０～３０重量部であってもよい。
【0045】
＜樹脂組成物の製造方法＞
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の製造方法の具体的な一例を示せば、下記の通りである。
本発明の一実施形態に係る樹脂組成物の製造方法の具体的な一例を示せば、下記の通りである。
【0046】
前記樹脂組成物は、樹脂（Ａ）、コイル状炭素繊維（Ｂ）、界面活性剤（Ｃ）および溶媒（Ｄ）、さらに必要に応じてフィラー（Ｆ）を混合して、撹拌機で均一に混練することでスラリーとして得られる。これを２本一組の金属配線の隙間に塗工した後、加熱乾燥させて得られる乾固物が匂い物質受容層である。
【0047】
〔２．センサ素子３１〕
上述した樹脂組成物は、樹脂組成物に匂い物質Ａが吸着した場合と、匂い物質Ａとは異なる匂い物質Ｂが吸着した場合とで、電気伝導性の経時的な変化が異なる。この性質を利用すれば、匂い物質を検出・識別可能なセンサ素子３１を実現することができる。
上述した樹脂組成物は、樹脂組成物に匂い物質Ａが吸着した場合と、匂い物質Ａとは異なる匂い物質Ｂが吸着した場合とで、電気伝導性の経時的な変化が異なる。この性質を利用すれば、匂い物質を検出・識別可能なセンサ素子３１を実現することができる。
【0048】
以下では、本発明の一実施形態に係る樹脂組成物を適用したセンサ素子３１の概要および効果について説明する。
【0049】
センサ素子３１は、上述の樹脂組成物を含む匂い物質受容層３１５、第１金属配線３１３Ａ、および第２金属配線３１３Ｂを備えている。なお、以下では、第１金属配線３１３Ａおよび第２金属配線３１３Ｂを区別しない場合、金属配線３１３と記す場合がある。
【0050】
ここで、第１金属配線３１３Ａおよび第２金属配線３１３Ｂについて、図２および図３を用いて説明する。図２は、センサ素子３１の構成の一例を示す上面図であり、図３は、図２に示すセンサ素子３１の構成の一例を示す断面図である。
【0051】
第１金属配線３１３Ａおよび第２金属配線３１３Ｂは、匂い物質受容層３１５（すなわち、樹脂組成物）の電気伝導性の変化を計測するための電極として機能する金属配線である。すなわち、第１金属配線３１３Ａと第２金属配線３１３Ｂとは互いに離間しており、匂い物質受容層３１５は、第１金属配線の少なくとも一部と第２金属配線の少なくとも一部とに接している。一例において、第１金属配線３１３Ａおよび第２金属配線３１３Ｂは、互いに直接接していない金属配線であり、図２に示すように、互いに略平行な金属配線であってもよい。
【0052】
図２に示すように第１金属配線３１３Ａおよび第２金属配線３１３Ｂを含む金属配線３１３は、基板３１１上に配置されていてもよい。基板３１１は、電子回路に一般的に用いられるガラスエポキシ等の基板であり得る。金属配線３１３は、銅、または金等の金属配線であり得る。基板の面に対して垂直な方向から見た第１金属配線３１３Ａおよび第２金属配線３１３Ｂそれぞれの太さは１０μｍ～２ｍｍが好ましく、更に好ましくは１０μｍ～１ｍｍである。基板の面に対して平行な方向から見た第１金属配線３１３Ａおよび第２金属配線３１３Ｂそれぞれの高さ、すなわち厚さは１μｍ～１００μｍが好ましく、更に好ましくは１０μｍ～５０μｍである。第１金属配線３１３Ａおよび第２金属配線３１３Ｂの間隔は１μｍ～１ｍｍが好ましく、更に好ましくは１μｍ～１００μｍである。金属配線３１３の長さは１０μｍ～５０ｍｍが好ましく、更に好ましくは１０μｍ～３０ｍｍである。
【0053】
金属配線３１３はシール基板３１２上に配置されていてもよい。図３は、図２のＡ－Ａ断面を示している。図３に示すようにガラスエポキシ等の基板３１１上にシール基板３１２を配置し、そのシール基板３１２上に金属配線３１３が配置されていてもよい。基板３１１上にシール基板３１２を固定するためにビニールテープ３１４を用いていてもよい。また、ビニールテープ３１４は、金属配線３１３の余分な部分をマスクすることにより、金属配線３１３の露出部分の長さを調整するためにも用いられ得る。ここで、金属配線３１３の露出部分とは、金属配線３１３と匂い物質受容層３１５とが接する部分である。ビニールテープ３１４は、金属配線３１３と匂い物質受容層３１５とが接する部分の長さを調節するための絶縁体でもあり得る。
【0054】
匂い物質受容層３１５は、第１金属配線３１３Ａの少なくとも一部と第２金属配線３１３Ｂの少なくとも一部とに接していてもよい。匂い物質受容層３１５は、例えば、図２および図３に示すように、第１金属配線３１３Ａと第２金属配線３１３Ｂとに挟まれた領域を埋めるように配されていてもよい。
【0055】
匂い物質受容層３１５の電気伝導性（すなわち、センサ素子３１の電気伝導性）が低い場合、第１金属配線３１３Ａと第２金属配線３１３Ｂとの間隔は所定の距離（例えば、５００μｍ）以下であることが望ましい。
【0056】
センサ素子３１は、匂い物質Ａが吸着した場合と、匂い物質Ａとは異なる匂い物質Ｂが吸着した場合とで、電気伝導性の経時的な変化が異なる樹脂組成物を適用することにより、さまざまな匂い物質を検出したり、識別したりすることが可能である。なお、後述する匂いセンサ３０では、匂い物質を検出するための構成（金属配線３１３および匂い物質受容層３１５）が設けられた基板３１１を備えるセンサ素子３１が複数配設されていてもよい。それぞれの基板３１１には、同じ組成の匂い物質受容層３１５を含む複数のセットが配設されていてもよい。複数のセンサ素子３１が配設される場合、センサ素子３１ごとに定電圧電源および電圧計を備える。匂いセンサ３０において、各基板３１１上に匂い物質を検出するための構成（金属配線３１３および匂い物質受容層３１５）が１つ配設されていてもよい。あるいは、匂いセンサ３０において、１つの基板３１１上に匂い物質を検出するための構成（金属配線３１３および匂い物質受容層３１５）のセットが複数配設されていてもよい。後者の場合、基板３１１上に設けられるセットの各々に定電圧電源および電圧計が接続される。
【0057】
匂いセンサ３０が備える複数の匂い物質受容層３１５それぞれの組成は、同じであってもよいし異なっていてもよい。匂いセンサ３０が同じ組成の匂い物質受容層３１５を含む場合、複数の匂い物質受容層３１５それぞれにおいて同じ匂い物質を検出することができる。また、匂いセンサ３０がそれぞれ異なる組成の匂い物質受容層３１５を含む場合、複数の匂い物質受容層３１５のそれぞれは、匂い物質に対して異なる応答をする。このように、匂い物質を検出するための構成のセットを複数備えることで、匂いセンサ３０における匂い物質の識別精度を向上させることができる。
【0058】
〔３．匂いセンサ３０〕
以下では、センサ素子３１を適用した匂いセンサ３０の概要および効果について、図４を用いて説明する。図４は、センサ素子３１を適用した匂いセンサ３０を備える匂い測定装置１００の構成の一例を示すブロック図である。なお、図４に示すセンサ素子３１において、ビニールテープ３１４は簡略化のためにその図示を省略している。
以下では、センサ素子３１を適用した匂いセンサ３０の概要および効果について、図４を用いて説明する。図４は、センサ素子３１を適用した匂いセンサ３０を備える匂い測定装置１００の構成の一例を示すブロック図である。なお、図４に示すセンサ素子３１において、ビニールテープ３１４は簡略化のためにその図示を省略している。
【0059】
匂いセンサ３０は、匂い物質を検出するセンサ素子３１、定電圧電源３２（電源）、および電圧計３３（測定機器）を備えている。
【0060】
センサ素子３１の第１金属配線３１３Ａと第２金属配線３１３Ｂとはリード線Ｗで接続されている。図１には、リード線Ｗに定電圧電源３２および電圧計３３が配された例を示している。
【0061】
定電圧電源３２は、センサ素子３１に給電するための電源である。定電圧電源３２は、センサ素子３１にリード線を介して定電流（例えば、１ｍＡの直流電流）を供給する。定電圧電源３２が供給する電圧値は、０．５Ｖ～１０Ｖであり、例えば２．５Ｖまたは５．０Ｖである。
【0062】
電圧計３３は、定電圧電源３２から供給された定電流を匂い物質受容層３１５に供給した場合に、第１金属配線３１３Ａと第２金属配線３１３Ｂとの間に生じる電位差を測定する。
【0063】
なお、匂いセンサ３０は、匂い物質測定用の回路において、電圧計３３の前段にアンプ（不図示）を備えており、当該アンプは取得した信号を増幅し電圧計３３に供給する。
【0064】
また、匂いセンサ３０は、匂い物質測定用の回路のほかにリファレンス回路を備えており、電圧計３３は、匂い物質測定用の回路において取得された値とリファレンス回路において取得された値との差（電位差）を電圧値として取得する。
【0065】
匂いセンサ３０は、必須の構成ではないが、筐体３４をさらに備えていてもよい。筐体３４は、匂い物質を含む空気を内包可能な容器である。筐体３４を備えている場合、センサ素子３１は筐体３４内に設置される。
【0066】
筐体３４は、匂い物質を導入するための導入口３４１および匂い物質を含む空気を排出するための排出口３４２を備えていている。匂い物質の導入は、導入口３４１から匂い物質を浸漬したろ紙Ｐ等を筐体３４内に挿入することによって行われてもよいし、匂い物質を含む空気を導入口３４１から筐体３４内に挿入することによって行われてもよい。筐体３４は、匂い物質を所定の濃度（例えば、２００ｐｐｍ）以上含む空気を内包するための容器である。
【0067】
筐体３４の排出口３４２には、必須では無いが、気流生成用ファン３５が配されていてもよい。気流生成用ファン３５は、筐体３４内に気流を生じさせたり、筐体３４内の気体を排出口３４２から筐体３４外へ排出させたりするためのものである。
【0068】
なお、匂いセンサ３０は、定電圧電源３２の代替として不図示の定電圧源（電源）、電圧計３３の代替として不図示の電流計（測定機器）を備えていてもよい。この場合、定電圧源は、センサ素子３１に給電するための電源として機能し、センサ素子３１にリード線を介して定電圧を印加する。一方、電流計は、匂い物質受容層３１５に定電圧が印加された場合に、第１金属配線３１３Ａと第２金属配線３１３Ｂとの間を流れる電流値を測定する。第１金属配線３１３Ａおよび第２金属配線３１３Ｂはいずれも電極として機能し得る。以下、金属配線３１３が電極として機能する場合には、「電極３１３」と記載する場合もある。
【0069】
匂いセンサ３０は、センサ素子３１に匂い物質が吸着する前後における、該センサ素子３１の電気伝導性の経時的な変化を示す測定値を出力する。これにより、さまざまな匂い物質を検出したり、識別したりすることが可能である。
【0070】
〔４．匂い測定装置１００〕
上述した匂いセンサ３０は、センサ素子３１にさまざまな匂い物質が吸着した場合、該センサ素子３１の電気伝導性の経時的な変化を匂い物質毎に出力することができる。この匂いセンサ３０を適用すれば、匂い物質Ａがセンサ素子３１に吸着した場合の該センサ素子３１の電気伝導性の経時的な変化と、匂い物質Ｂがセンサ素子３１に吸着した場合の該センサ素子３１の電気伝導性の経時的な変化と比較することができる。このような比較結果に基づいて、センサ素子３１に吸着した匂い物質を推定可能な匂い測定装置１００を実現することができる。
上述した匂いセンサ３０は、センサ素子３１にさまざまな匂い物質が吸着した場合、該センサ素子３１の電気伝導性の経時的な変化を匂い物質毎に出力することができる。この匂いセンサ３０を適用すれば、匂い物質Ａがセンサ素子３１に吸着した場合の該センサ素子３１の電気伝導性の経時的な変化と、匂い物質Ｂがセンサ素子３１に吸着した場合の該センサ素子３１の電気伝導性の経時的な変化と比較することができる。このような比較結果に基づいて、センサ素子３１に吸着した匂い物質を推定可能な匂い測定装置１００を実現することができる。
【0071】
さらに、匂い測定装置１００は、機械学習によって生成した推定モデル２２を用いれば、高精度な匂い物質の推定を行うことができる。推定モデル２２は、複数の匂い物質のそれぞれを少なくとも１つのセンサ素子３１に吸着させた場合に測定される測定値と、該測定値を与えた匂い物質に固有の識別情報との組み合わせを含む学習用データを用いて生成され得る。
【0072】
以下では、匂いセンサ３０を適用した匂い測定装置１００の概要および効果について説明する。匂い測定装置１００は、上述した樹脂組成物を適用したセンサ素子３１に生じた電気伝導性の変化から、センサ素子３１に吸着した匂い物質を推定する装置である。
【0073】
本実施形態の匂い測定装置１００は、複数のセンサ素子３１Ａ（以下、「センサ素子群３１Ａ」とも称する）を備えるセンサチャンバ６０と、匂い物質を含む対象試料が導入され、対象試料から発生した匂い物質を含む気体が内包される対象試料受入部５０とを別々に備える。本実施形態では、センサ素子群３１Ａに含まれる個々のセンサ素子３１を単に「センサ素子３１」と記す。
【0074】
本実施形態の匂い測定装置１００は、対象試料受入部５０の内部の、匂い物質を含む気体を別の気体（キャリアガス）を用いてセンサチャンバ６０の方へ押し出す構成を採用している。本実施形態において、対象試料受入部５０内に対象試料が導入された場合の該対象試料受入部５０内の気体（すなわち、検出対象の匂い物質を含む気体）を第１気体と称す。一方、第１気体をセンサチャンバ６０の方へ押し出すためのキャリアガスのことを第２気体と称す。
【0075】
図１は、匂い測定装置１００の概略図である。図１に示すように、匂い測定装置１００は、匂いセンサ３０、対象試料受入部５０、センサチャンバ６０、気体供給部８０、および推定装置１０を備える。また、匂い測定装置１００は、調節部５１をさらに備えてもよい。また、匂い測定装置１００は、推定装置１０ａをさらに備えてもよい。
【0076】
図１は、一例として、気体供給部８０から、対象試料受入部５０、センサチャンバ６０の順に気体が流れる例を示している。気体供給部８０、対象試料受入部５０、およびセンサチャンバ６０は、それぞれ管体で接続されている。
【0077】
図１は、匂い測定装置１００の概略図である。図１に示すように、匂い測定装置１００は、匂いセンサ３０、対象試料受入部５０、センサチャンバ６０、気体供給部８０、および推定装置１０を備える。また、匂い測定装置１００は、調節部５１をさらに備えてもよい。また、匂い測定装置１００は、推定装置１０ａをさらに備えてもよい。
【0078】
図１は、一例として、気体供給部８０から、対象試料受入部５０、センサチャンバ６０の順に気体が流れる例を示している。気体供給部８０、対象試料受入部５０、およびセンサチャンバ６０は、それぞれ管体で接続されている。
【0079】
［対象試料受入部５０］
対象試料受入部５０は、匂い物質を含む対象試料を内部に受け入れて第１気体を保持可能である。対象試料受入部５０は、内部に進入する第２気体が通過する第１口５０１と、内部から出る第１気体および第２気体が通過可能な第２口５０２とを備えている。図１では、第１口５０１は、対象試料受入部５０の紙面上部に設置され、第２口５０２は、対象試料受入部５０の紙面下部に設置される態様を示すが、これに限定されない。例えば、第１口５０１および第２口５０２の位置は、第１気体に含まれる匂い成分の種類および組み合わせなどに応じて適宜設定し得る。例えば、第１気体に含まれる匂い成分の単位体積当たりの重量（すなわち、比重）が第２気体より重い場合と、軽い場合とで、第１口５０１の位置および第２口５０２の位置を変更してもよい。また、対象試料受入部５０は、図４と同じく、気流生成用ファン３５を内部に備えていてもよい。
対象試料受入部５０は、匂い物質を含む対象試料を内部に受け入れて第１気体を保持可能である。対象試料受入部５０は、内部に進入する第２気体が通過する第１口５０１と、内部から出る第１気体および第２気体が通過可能な第２口５０２とを備えている。図１では、第１口５０１は、対象試料受入部５０の紙面上部に設置され、第２口５０２は、対象試料受入部５０の紙面下部に設置される態様を示すが、これに限定されない。例えば、第１口５０１および第２口５０２の位置は、第１気体に含まれる匂い成分の種類および組み合わせなどに応じて適宜設定し得る。例えば、第１気体に含まれる匂い成分の単位体積当たりの重量（すなわち、比重）が第２気体より重い場合と、軽い場合とで、第１口５０１の位置および第２口５０２の位置を変更してもよい。また、対象試料受入部５０は、図４と同じく、気流生成用ファン３５を内部に備えていてもよい。
【0080】
対象試料受入部５０は、液体または固体の対象試料を受け入れるための試料導入口５０３を備える。対象試料受入部５０は、対象試料を設置するための設置部（不図示）を備えていてもよい。対象試料が液体である場合、設置部は、液体を保持するためのコップであってもよいし、対象試料が固体である場合、設置部は、固体が静置されるシャーレであってもよい。対象試料受入部５０には、対象試料が試料導入口５０３から第１気体として気体状態で導入されてもよい。このように、対象試料受入部５０が、液体または固体の対象試料を受け入れ可能であることにより、第１気体中の匂い物質の濃度を調節することが可能である。例えば、同一の匂い物質であっても、第１気体中の匂い物質の濃度の高低を調節することが容易である。
【0081】
対象試料受入部５０の内側面には、匂い物質に対して不活性な素材が配されていてよい。匂い物質に対して不活性な素材は、センサチャンバ６０に送り出される気体に含まれる匂い物質の各々の濃度を大きく変化させない素材である。例えば、匂い物質に対して不活性な素材は、匂い物質が吸着したり、溶け込んだりしにくい素材である。匂い物質に対して不活性な素材としては、例えば、ガラス、金属、樹脂が挙げられる。金属を採用する場合、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が好ましく、樹脂を採用する場合、フッ素系樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が好ましい。
【0082】
対象試料受入部５０の内側面が第１気体に含まれる匂い物質を吸着する素材である場合、各部に匂い物質が吸着して、後の測定に影響を及ぼす虞がある。
【0083】
このように対象試料受入部５０の内側面が匂い物質に対して不活性な素材であることにより、内側面の素材と、第１気体に含まれる匂い物質とが反応する、または内側面に匂い物質が吸着するなどの虞が低減される。従って、センサチャンバ６０に供給された第１気体に含まれる匂い物質が、対象試料受入部５０に内包されている間に変化する、または匂い物質の濃度が薄まるなどの虞が低減する。
【0084】
匂い測定装置１００は、対象試料が液体または固体であっても、対象試料受入部５０を備えることにより、第１気体をセンサチャンバ６０に送り込む前に対象試料受入部５０内で第１気体の濃度を均一にすることができる。また、匂い測定装置１００は、対象試料受入部５０を備えることにより、第１気体をセンサチャンバ６０へ一定の流量で押し出すことができる。これにより、匂い測定装置１００は、測定を繰り返し行う場合であっても、毎回同じ条件でセンサチャンバ６０へ第１気体を送ることができるため、繰り返し安定した測定を行うことができる。
【0085】
対象試料受入部５０内の容積は、センサチャンバ６０内の容積の１倍以上２００倍以下であることが好ましい。特に、対象試料受入部５０内の容積は、センサチャンバ６０内の容積よりも大きいことが好ましい。対象試料受入部５０内の容積は、センサチャンバ６０内の容積の２倍以上がより好ましく、４倍以上であることがさらに好ましい。また、対象試料受入部５０内の容積は、センサチャンバ６０内の容積の１００倍以下であることが好ましく、６０倍以下であることがさらに好ましい。対象試料受入部５０内の容積が、センサチャンバ６０内の容積に対して１倍以上の大きさであることにより、センサチャンバ６０における匂い物質の濃度が適切に調整され、センサチャンバ６０が備えるセンサによる測定結果が安定して出力される。また、対象試料受入部５０内の容積が、センサチャンバ６０内の容積に対して２００倍以下であることにより、対象試料受入部５０内の温湿度調整がしやすくなるため、センサによる測定結果が安定して出力されると共に、匂い測定装置１００のサイズをコンパクトに収めることができる。
【0086】
対象試料受入部５０内の容積が、センサチャンバ６０内の容積の１倍未満である場合は、対象試料受入部５０で発生した匂い物質がセンサチャンバ６０内で希釈され、センサにおける測定感度が低下する虞がある。また、対象試料受入部５０内の容積が、センサチャンバ６０内の容積の２００倍よりも大きい場合は、対象試料受入部５０の容積が大き過ぎるため、第１気体の濃度、温度、湿度の均一性が低下し、測定を繰り返し行う場合に、同じ条件でセンサチャンバ６０に第１気体を送ることができない虞がある。さらに匂い測定装置１００全体のサイズが大きくなる虞がある。
【0087】
図１では、一例として、対象試料受入部５０内の容積が、センサチャンバ６０内の容積の８倍の例を示している。
【0088】
例えば、管体９３の内側面が、第１気体に含まれる匂い物質を吸着する素材である場合、各部に匂い物質が吸着して、後の測定に影響を及ぼす虞がある。そこで、第１気体を対象試料受入部５０からセンサチャンバ６０へと導く管体９３の内側面に、対象試料受入部５０の内側面と同様に、匂い物質に対して不活性な素材が配されることが好ましい。匂い物質に対して不活性な素材としては、例えば、ガラス、金属、樹脂が挙げられる。金属を採用する場合、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が好ましく、樹脂を採用する場合、フッ素系樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が好ましい。
【0089】
対象試料受入部５０は、管体９２および管体９３から着脱可能な構成であってもよい。
このように、対象試料受入部５０が着脱可能であることにより、前の測定が終了し、次の測定を行う場合に、対象試料受入部５０内をパージせずとも新しい対象試料受入部５０を付け替えることができる。これによれば、匂い測定装置１００は、複数の測定を短時間で行うことができる。
このように、対象試料受入部５０が着脱可能であることにより、前の測定が終了し、次の測定を行う場合に、対象試料受入部５０内をパージせずとも新しい対象試料受入部５０を付け替えることができる。これによれば、匂い測定装置１００は、複数の測定を短時間で行うことができる。
【0090】
また、対象試料受入部５０が着脱可能であることにより、匂い測定装置１００とは別体の保温室を用いて、対象試料を導入した対象試料受入部５０を所望の温度に保持することができる。これによれば、例えば、後述する調節部５１を匂い測定装置１００に設けることが出来ない場合であっても、匂い測定装置１００は、対象試料受入部５０の温度を調節することができる。
【0091】
［調節部５１］
調節部５１は、対象試料受入部５０内に内包されている第１気体の温度および湿度の少なくとも一方を調節する。調節部５１が温度を調節する場合、調節部５１は、例えば、ヒータまたは冷却器である。この場合、調節部５１は、対象試料受入部５０全体を覆うような構成であってもよい。また、調節部５１が湿度を調節する場合、調節部５１は、例えば、加湿器または除湿器である。調節部５１は、第１気体の種類ごとに温度および湿度の少なくとも一方を調節してもよいし、同じ第１気体の測定中において所定時間毎に温度および湿度の少なくとも一方を変化させてもよい。
調節部５１は、対象試料受入部５０内に内包されている第１気体の温度および湿度の少なくとも一方を調節する。調節部５１が温度を調節する場合、調節部５１は、例えば、ヒータまたは冷却器である。この場合、調節部５１は、対象試料受入部５０全体を覆うような構成であってもよい。また、調節部５１が湿度を調節する場合、調節部５１は、例えば、加湿器または除湿器である。調節部５１は、第１気体の種類ごとに温度および湿度の少なくとも一方を調節してもよいし、同じ第１気体の測定中において所定時間毎に温度および湿度の少なくとも一方を変化させてもよい。
【0092】
調節部５１が、対象試料受入部５０内の第１気体の温度および湿度の少なくとも一方を調節することにより、匂い測定装置１００は、例えば、第１気体の種類（気体の重さ、揮発性など）に応じた条件を用いてセンサチャンバ６０へ第１気体を送ることができる。
また、これによれば、匂い測定装置１００は、安定した濃度の第１気体をセンサチャンバ６０へ送ることができ、測定の精度が向上する。
また、これによれば、匂い測定装置１００は、安定した濃度の第１気体をセンサチャンバ６０へ送ることができ、測定の精度が向上する。
【0093】
［センサチャンバ６０］
センサチャンバ６０は、匂い物質を測定するためのセンサ素子３１を格納する空間である。センサチャンバ６０には、対象試料受入部５０の第２口５０２と接続されている。具体的には、センサチャンバ６０は、気体供給口６０１と、気体排出口６０２とを備え、対象試料受入部５０の第２口５０２と、気体供給口６０１とが接続されている。
センサチャンバ６０は、匂い物質を測定するためのセンサ素子３１を格納する空間である。センサチャンバ６０には、対象試料受入部５０の第２口５０２と接続されている。具体的には、センサチャンバ６０は、気体供給口６０１と、気体排出口６０２とを備え、対象試料受入部５０の第２口５０２と、気体供給口６０１とが接続されている。
【0094】
センサチャンバ６０は、第１気体に含まれる匂い物質に応じた測定結果を出力可能な複数のセンサ素子３１Ａを備える。複数のセンサ素子３１Ａは、それぞれ異なる樹脂組成物を物質受容層として備えるセンサ素子３１であってよい。すなわち、複数のセンサ素子３１Ａは、それぞれのセンサ素子３１の匂い物質に対する感度および特異性が異なっていてよい。図１のセンサチャンバ６０は、一例として、センサ素子３１と、センサ素子３１ｂとを含むが、これに限定されない。また、図１のセンサチャンバ６０は、センサ素子３１、３１ｂとは異なる樹脂組成物を物質受容層として備えるセンサ素子３１ｃを備えている。センサ素子３１と、センサ素子３１ｂとは、第１気体に含まれる同じ匂い物質に応じた測定結果を出力可能であるが、それぞれが出力する測定結果は異なる。匂い物質に応じた測定結果は、例えば、匂い物質の濃度に応じた測定結果である。なお、以下の説明において特にセンサ素子３１、３１ｂ、３１ｃおよび後述するセンサ素子３１ｄを区別しない場合、「センサ素子３１」と総称する。
【0095】
センサチャンバ６０には、それぞれ異なる樹脂組成物を物質受容層として備えるセンサ素子３１がどのような組み合わせで、どのような配置で設置されてもよい。また、センサチャンバ６０には、同じ樹脂組成物を物質受容層として備えるセンサ素子３１が複数設置されていてもよい。
【0096】
ここで、センサ素子３１と、センサ素子３１ｂとは、それぞれが異なる匂い物質に応じた測定結果を出力可能なセンサ素子であってもよい。例えば、センサチャンバ６０には、第１気体に含まれる匂い物質に応じた測定結果を出力可能なセンサ素子３１と、第１気体に含まれる匂い物質とは異なる第２匂い物質に応じた測定結果を出力可能なセンサ素子３１ｂとが配置されていてもよい。例えば、匂いセンサ３０は、匂い物質受容層３１５に用いた樹脂組成物が互いに異なるセンサ素子３１、３１ｂを備えていてもよい。
【0097】
匂い物質を吸着する特性が異なる樹脂組成物を匂い物質受容層３１５に用いたセンサ素子３１を複数備えることにより、匂い測定装置１００は、複数の匂い物質についての推定を同時に実行することができる。なお、本発明の一実施形態に係るセンサ素子３１に加えて、匂い物質受容層３１５に界面活性剤（Ｃ）を含まないセンサ素子３１を併用してもよい。
【0098】
また、匂い測定装置１００を用いれば、既知の匂い物質のそれぞれについて、センサ素子３１の電気伝導性の変化を示す第１変化パターンと、センサ素子３１ｂの電気伝導性の変化を示す第２変化パターンとを得ることが可能である。推定モデル２２は、第１変化パターンおよび第２変化パターンの両方を用いた機械学習によって生成されてもよい。匂い測定装置１００は、このように生成された推定モデル２２を用いて匂い物質を推定するため、各匂い物質をより精密に識別することが可能である。
【0099】
図１のセンサチャンバ６０は、一例として、４個×４列の配置で複数のセンサ素子３１Ａを備えている。センサ素子３１Ａの数、ならびにセンサ素子３１Ａの配列の仕方は限定されない。センサチャンバ６０が備えるセンサ素子３１Ａの合計の数も特に限定されないが、例えば、２個、１６個、６４個であってよい。
【0100】
センサチャンバ６０の内側面の素材は、対象試料受入部５０と同様に、匂い物質に対して不活性な素材であることが好ましい。匂い物質に対して不活性な素材としては、例えば、ガラス、金属、樹脂が挙げられる。金属を採用する場合、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が好ましく、樹脂を再送する場合、フッ素系樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が好ましい。センサチャンバ６０の内側面の素材が、第１気体に含まれる匂い物質を吸着する素材の場合、センサチャンバに匂い物質が吸着することにより、後の測定におけるセンサ素子３１からの出力の変化量が小さくなり、匂い測定装置１００が正確な測定を行えない虞がある。
【0101】
【0102】
センサチャンバ６０内に匂い物質を含む第１気体を送り込む態様として、例えば、センサチャンバ６０の気体排出口６０２側に真空ポンプを設置し、真空ポンプを用いて気体を引くことにより、センサチャンバ６０の気体供給口６０１側から匂い物質をセンサチャンバ６０へ送り込む態様が考えられる。しかし、センサ素子３１、３１ｂが薄膜を備える場合、センサチャンバ６０内が陰圧であると、薄膜が膨張して、センサ素子３１、３１ｂが安定した測定結果を出力できない虞がある。本実施形態に係る匂い測定装置１００であれば、センサチャンバ６０および対象試料受入部５０の第１口５０１側から気体供給部８０が気体を押すことによりセンサチャンバ６０に第１気体を送り込むため、センサチャンバ６０内の圧力は陽圧である。このため、匂い測定装置１００は、複数のセンサ素子３１Ａが薄膜を備えていても安定した測定結果を得ることができる。
【0103】
また、複数のセンサ素子３１Ａの薄膜は、導電性炭素材料、樹脂組成物、および界面活性剤を含んでもよい。
【0104】
［気体供給部８０］
気体供給部８０は、対象試料受入部５０の第１口５０１と接続されており、対象試料受入部５０の内部へ第２気体を送ることによって、第１気体を対象試料受入部５０内からセンサチャンバ６０の方へ送り出す。
気体供給部８０は、対象試料受入部５０の第１口５０１と接続されており、対象試料受入部５０の内部へ第２気体を送ることによって、第１気体を対象試料受入部５０内からセンサチャンバ６０の方へ送り出す。
【0105】
気体供給部８０と、対象試料受入部５０との間にはバルブ８１を備えていてもよい。バルブ８１の開閉によって、気体供給部８０からのガス供給の開始および停止を調節してもよい。
【0106】
このように、対象試料受入部５０の第１口５０１側から気体供給部８０が気体を押すことによりセンサチャンバ６０に第１気体を送り込むため、センサチャンバ６０内の圧力は陽圧である。このため、匂い測定装置１００は、安定した測定結果を得ることができる。また、バルブ８１の開閉によって、第２気体を送ることができるため、匂い測定装置１００は、任意のタイミングで第１気体を対象試料受入部５０内からセンサチャンバ６０の方へ送り出すことができる。これによれば、匂い測定装置１００は、センサ素子群３１Ａを用いて第１気体に含まれる匂い物質を繰り返し測定する場合、各センサ素子３１が出力する波形の形の再現性を向上させることができる。
【0107】
第２気体は、不活性ガスまたは空気であってよい。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素などが挙げられる。第２気体が不活性ガスである場合、気体供給部８０はガスボンベであってよい。
【0108】
また、第２気体が空気である場合、気体供給部８０はポンプであってよい。この場合、
対象試料受入部５０に内包される第１気体と反応する成分を除去するために、匂い測定装置１００は、対象試料受入部５０の第１口５０１側に、一例として、活性炭フィルタを備えていてもよい。
対象試料受入部５０に内包される第１気体と反応する成分を除去するために、匂い測定装置１００は、対象試料受入部５０の第１口５０１側に、一例として、活性炭フィルタを備えていてもよい。
【0109】
匂い測定装置１００は、対象試料受入部５０の第１口５０１側、さらに具体的にはバルブ８１と、気体供給部８０との間にマスフローコントローラをさらに備えてもよい。この構成を採用した匂い測定装置１００は、対象試料受入部５０からセンサチャンバ６０へ一定の流量で第１気体を送ることができ、複数のセンサ素子３１Ａが安定して出力を行うことができる。
【0110】
なお、図１では、対象試料受入部５０の内部から出た第１気体および第２気体が管体９３およびセンサチャンバ６０を通る構成を示したが、この構成に限定されない。匂い測定装置１００の対象試料受入部５０は、センサチャンバ６０に対して大きい容積を持つため、測定時に対象試料受入部５０の内部の第１気体の全量をセンサチャンバ６０に送り出す必要はない。また、測定後に、対象試料受入部５０の内部を、第２気体を用いてパージする場合、対象試料受入部５０とセンサチャンバ６０とが接続されている必要はない。そこで、匂い測定装置１００は、管体９３にバルブ（不図示）を配置して、対象試料受入部５０の内部から出た第１気体および第２気体がセンサチャンバ６０を通さずに排気可能な構成であってもよい。
【0111】
【0112】
図１に示すように、匂い測定装置１００は、推定装置１０、および匂いセンサ３０を備えている。
【0113】
（推定装置１０）
推定装置１０は、匂いセンサ３０によって検出された匂い物質を推定する装置である。推定装置１０は、例えばコンピュータであり、不図示のＣＰＵおよびメモリを備えている。推定装置１０は、匂いセンサ３０と通信可能に接続されている。具体的には、推定装置１０は、匂いセンサ３０から取得した計測値を解析することによって、匂い物質の推定を実行する。センサチャンバ６０が、センサ素子３１、センサ素子３１ｂとは異なる樹脂組成物を物質受容層３１５に用いたセンサ素子３１ｃをさらに備える場合、推定装置１０は、センサ素子３１ｃに定電圧を供給して電圧計によって測定される測定値をさらに取得し解析してもよい。また、推定装置１０は、測定値そのもの、測定値をプロットした波形、および推定モデルに基づいた未知の匂い物質の推定結果を表示してもよい。また、推定装置１０は、複数の匂い物質を含む気体に対して、それぞれの匂い物質の存在割合の変化を示す数値、およびグラフなどを表示してもよい。また、推定装置１０は、匂い物質を推定するために用いる推定モデル２２を生成してもよい。
推定装置１０は、匂いセンサ３０によって検出された匂い物質を推定する装置である。推定装置１０は、例えばコンピュータであり、不図示のＣＰＵおよびメモリを備えている。推定装置１０は、匂いセンサ３０と通信可能に接続されている。具体的には、推定装置１０は、匂いセンサ３０から取得した計測値を解析することによって、匂い物質の推定を実行する。センサチャンバ６０が、センサ素子３１、センサ素子３１ｂとは異なる樹脂組成物を物質受容層３１５に用いたセンサ素子３１ｃをさらに備える場合、推定装置１０は、センサ素子３１ｃに定電圧を供給して電圧計によって測定される測定値をさらに取得し解析してもよい。また、推定装置１０は、測定値そのもの、測定値をプロットした波形、および推定モデルに基づいた未知の匂い物質の推定結果を表示してもよい。また、推定装置１０は、複数の匂い物質を含む気体に対して、それぞれの匂い物質の存在割合の変化を示す数値、およびグラフなどを表示してもよい。また、推定装置１０は、匂い物質を推定するために用いる推定モデル２２を生成してもよい。
【0114】
＜推定モデル２２の生成＞
次に、匂い物質を推定するために用いる推定モデル２２を生成する処理を行う匂い測定装置１００の構成、および、推定モデル２２を生成する処理について、図５および図６を用いて説明する。
次に、匂い物質を推定するために用いる推定モデル２２を生成する処理を行う匂い測定装置１００の構成、および、推定モデル２２を生成する処理について、図５および図６を用いて説明する。
【0115】
推定モデル２２は、複数の匂い物質のそれぞれを少なくとも１つのセンサ素子に吸着させた場合に電圧計３３によって測定される測定値と、該測定値を与えた匂い物質に固有の識別情報との組み合わせを含む学習用データを用いた機械学習によって生成される。ここで、匂い物質に固有の識別情報とは、例えば、匂い物質の名称、ＣＡＳ番号、および化学式等であってもよい。
【0116】
（推定装置１０の構成（推定モデル２２の生成））
図５は、匂い測定装置１００の構成の一例を示す機能ブロック図である。なお、説明の便宜上、図１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
図５は、匂い測定装置１００の構成の一例を示す機能ブロック図である。なお、説明の便宜上、図１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0117】
図５に示すように、推定装置１０は、入力部１５、制御部１、記憶部２を備えている。
【0118】
入力部１５は、ユーザからの各種入力操作を受付けるためのものであり、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等であってもよい。
【0119】
制御部１は、測定値取得部１１（取得部）、変化パターン解析部１２（解析部）、学習制御部１３、および推定モデル生成部１４を備えている。
【0120】
測定値取得部１１は、電圧計３３から測定値を取得する。また測定値取得部１１は、取得した測定値を用いて、センサ素子３１の電気伝導性を示す値（例えば、抵抗値、およびインピーダンスなど）を算出する。測定値取得部１１は、電圧計３３から所定の時間間隔（例えば０．１秒間隔）で測定値を取得してもよい。
【0121】
変化パターン解析部１２は、少なくとも１つのセンサ素子３１の電気伝導性の経時的な変化を解析する。変化パターン解析部１２は、測定値取得部１１によって算出された抵抗値を用いて、匂い物質が吸着したことによるセンサ素子３１の電気伝導性の変化量を示す値を算出する。変化パターン解析部１２は、算出した電気伝導性の変化量の時間変化を示す変化パターンを示すデータを生成する。変化パターン解析部１２は、生成した変化パターンが既知の匂い物質である場合、生成した変化パターンを該既知の匂い物質に固有の識別情報と対応付けて、変化パターンデータベース２１（学習用データ）に格納してもよい。
【0122】
学習制御部１３は、記憶部２から変化パターンデータベース２１を読み出して、機械学習による推定モデル２２の生成を制御する。ここで、変化パターンデータベース２１は、複数の匂い物質をセンサ素子３１に吸着させた場合に測定される測定値と、該測定値を与えた既知の匂い物質に固有の識別情報との組み合わせを含むデータベースである。学習制御部１３は、変化パターンデータベース２１から読み出した変化パターンを推定モデル生成部１４に入力する。また、学習制御部１３は、推定モデル生成部１４に入力した変化パターンに対応する匂い物質の識別情報と、推定モデル生成部１４から出力される推定結果とを比較し、比較結果に応じた補正指示を推定モデル生成部１４に出力する。
【0123】
推定モデル生成部１４は、変化パターンデータベース２１に格納されている変化パターンを用いた機械学習アルゴリズムによって、推定モデル２２を生成する。推定モデル生成部１４は、公知の教師有り機械学習アルゴリズムを用いて推定モデル２２を生成する構成であってもよい。推定モデル生成部１４に適用可能な機械学習アルゴリズムとしては、例えば、ｋ近似法（k-nearest neighbor method）、ロジスティック回帰、サポートベクトルマシン、ランダムフォレスト、およびニューラルネットワーク等が挙げられる。
【0124】
（推定モデル２２を生成する処理）
以下、制御部１の各部が行う具体的な処理については、図６を用いて説明する。図６は、推定装置１０が推定モデル２２を生成する処理の流れの一例を示すフローチャートである。推定モデル２２は、複数の匂い物質のそれぞれを少なくとも１つのセンサ素子３１に吸着させた場合に電圧計３３によって測定される測定値と、該測定値を与えた匂い物質に固有の識別情報との組み合わせを含む学習用データを用いた機械学習によって生成される。ここで、匂い物質に固有の識別情報とは、例えば、匂い物質の名称、ＣＡＳ番号、および化学式等であってもよい。
以下、制御部１の各部が行う具体的な処理については、図６を用いて説明する。図６は、推定装置１０が推定モデル２２を生成する処理の流れの一例を示すフローチャートである。推定モデル２２は、複数の匂い物質のそれぞれを少なくとも１つのセンサ素子３１に吸着させた場合に電圧計３３によって測定される測定値と、該測定値を与えた匂い物質に固有の識別情報との組み合わせを含む学習用データを用いた機械学習によって生成される。ここで、匂い物質に固有の識別情報とは、例えば、匂い物質の名称、ＣＡＳ番号、および化学式等であってもよい。
【0125】
まず、測定値取得部１１は、匂い物質を浸漬させたろ紙Ｐを筐体３４へ挿入する前の匂いセンサ３０において測定された電圧値Ｖ０を取得し、抵抗値Ｒ０を算出する（ステップＳ１１）。抵抗値Ｒ０としては２００～１０００Ωが好ましく、さらに好ましくは２５０～９００Ω、最も好ましくは３００～８００Ωである。その後、匂い物質を対象試料受入部５０に入れる（ステップＳ１）。
【0126】
一方、入力部１５は、筐体３４内に挿入したろ紙Ｐに浸漬させた既知の匂い物質の名称等の入力を受け付ける（ステップＳ２）。ステップＳ２の処理はステップＳ１の前に行ってもよい。
【0127】
次に、測定値取得部１１は、センサ素子３１への匂い物質吸脱着前後の過程における電圧値Ｖの変化量（ΔＶ）データ（波形または経時的変化パターン）を取得する（ステップＳ３）。
【0128】
続いて、変化パターン解析部１２は、匂い物質吸脱着前後の過程における電圧値Ｖの変化量（ΔＶ）データ（波形または経時的変化パターン）と入力された既知の匂い物質の名称とを対応付けて変化パターンデータベースに記憶する（ステップＳ４）。
【0129】
所定種類の既存の匂い物質について変化パターンが記憶されていない場合（ステップＳ５にてＮＯ）、すなわち、機械学習に用いるデータがまだ不足している場合、ステップＳ１に戻る。
【0130】
所定種類の既存の匂い物質について変化パターンが記憶された場合（ステップＳ５にてＹＥＳ）、学習制御部１３は、変化パターンデータベース２１に記憶されている、既知の匂い物質についての変化パターンを読み出して、推定モデル生成部１４に入力する。推定モデル生成部１４は、変化パターンデータベース２１に格納されている経時的変化パターン（または変化パターンから抽出した特徴量）に基づき、機械学習によって推定モデル２２を生成する（ステップＳ６）。
【0131】
推定モデル生成部１４は、所定の機械学習によって生成した推定モデル２２を記憶部２に格納する（ステップＳ７）。
【0132】
図５および図６に示す例では、推定装置１０が推定モデル２２を生成しているが、これに限定されない。例えば、推定装置１０とは異なる外部のコンピュータであって、学習制御部１３および推定モデル生成部１４と同じ機能を備えるコンピュータに変化パターンデータベース２１と同じデータを提供して、推定モデル２２を作成させてもよい。
【0133】
【0134】
（推定装置１０ａの構成（推定処理の実行））
図７は、匂い測定装置１００ａの構成の一例を示す機能ブロック図である。なお、説明の便宜上、図１および図５にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
図７は、匂い測定装置１００ａの構成の一例を示す機能ブロック図である。なお、説明の便宜上、図１および図５にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0135】
図７に示すように、推定装置１０ａは、制御部１ａ、記憶部２ａ、および出力部１８を備えている。ここで、図７は、図５に示す推定装置１０を、匂い物質の推定処理に利用した場合の構成例を示している。すなわち、図５に示す推定装置１０と図７に示す推定装置１０ａとは、同じハードウェア構成を備えるコンピュータであってもよい。
【0136】
出力部１８は、ユーザに推定結果を提示するためのものであり、例えば、ディスプレイ、スピーカ、ランプ等であってもよい。
【0137】
制御部１ａは、測定値取得部１１（取得部）、変化パターン解析部１２（解析部）、推定部１６、および出力制御部１７を備えている。
【0138】
推定部１６は、推定モデル２２を用いて、匂いセンサ３０から取得した測定値を解析した解析結果から匂い物質を推定する。
【0139】
出力制御部１７は、推定結果を出力するように出力部１８を制御する。
【0140】
【0141】
まず、測定値取得部１１は、匂い物質を対象試料受入部５０へ導入する前の匂いセンサ３０において測定された電圧値Ｖ０を取得し、抵抗値Ｒ０を算出する。その後、未知の匂い物質（性状問わない）を対象試料受入部５０に導入する（ステップＳ１１）。
【0142】
次に、測定値取得部１１は、センサ素子３１への未知の（すなわち、推定対象の）匂い物質吸脱着前後の過程における電圧値Ｖの変化量（ΔＶ）データ（波形または経時的変化パターン）を取得する（ステップＳ１２）。
【0143】
次に、推定部１６は、推定モデル２２に基づき、経時的変化パターン（または変化パターンから抽出した特徴量）から、未知の匂い物質を推定する（ステップＳ１３）。
【0144】
出力制御部１７は、出力部を制御して、推定結果を出力する（ステップＳ１４）。
【0145】
上述の実施形態では、推定モデル２２を生成する推定装置１０および推定モデル２２を用いて匂い物質を推定する推定装置１０ａについて説明した。なお、推定装置１０と推定装置１０ａとは、別体の装置であってもよいし、１つの装置であってもよい。
【0146】
＜センサ素子の製造方法＞
以下、匂い測定装置１００において用いられる、複数種類のセンサ素子３１を製造する製造方法について説明する。センサ素子３１の匂い物質受容層３１５は、その原料として様々な組成を有するスラリーを使用し得る。
以下、匂い測定装置１００において用いられる、複数種類のセンサ素子３１を製造する製造方法について説明する。センサ素子３１の匂い物質受容層３１５は、その原料として様々な組成を有するスラリーを使用し得る。
【0147】
（スラリー調製工程）
まず、導電性炭素材料および樹脂組成物の混合比が異なる複数種類のスラリーが調製される。導電性炭素材料および樹脂組成物の混合比は、所望する匂い物質受容層３１５の感度および検知特異性によって適宜設定されればよい。スラリーは、導電性炭素材料および樹脂組成物以外に溶媒、添加剤、および界面活性剤を含んでいてもよい。
まず、導電性炭素材料および樹脂組成物の混合比が異なる複数種類のスラリーが調製される。導電性炭素材料および樹脂組成物の混合比は、所望する匂い物質受容層３１５の感度および検知特異性によって適宜設定されればよい。スラリーは、導電性炭素材料および樹脂組成物以外に溶媒、添加剤、および界面活性剤を含んでいてもよい。
【0148】
（電極配置工程）
次に、基板上に電極が配置される。電極は、第１電極および第２電極を備えていてよい。第１電極および第２電極は、平行直線状、平行曲線状、櫛形状、および同心円状に配置されてもよい。また、第１電極および第２電極は、前記のどの形状が採用される場合においても、互いに線対称、または点対称で配置されていることが好ましい。さらに、第１電極および第２電極は平行直線状又は平行曲線状に配置されていることがより好ましい。第１電極および第２電極は、第１金属配線３１３Ｃが互いに垂直になるようＴ字状に配された２本の金属配線（３１３ａおよび金属配線３１３ｃ）によって構成され、第２金属配線３１３Ｄが互いに垂直になるようＴ字状に配された２本の金属配線（３１３ｃおよび金属配線３１３ｄ）によって構成され、第１金属配線３１３Ｃと、第２金属配線３１３Ｄとは、金属配線３１３ａと、金属配線３１３ｃとが向かい合うように平行線状に配置されることが好ましい。このように第１金属配線および第２金属配線が配置されることにより、匂い測定装置１００は、気体に含まれる匂い物質を高精度に測定することができる。
次に、基板上に電極が配置される。電極は、第１電極および第２電極を備えていてよい。第１電極および第２電極は、平行直線状、平行曲線状、櫛形状、および同心円状に配置されてもよい。また、第１電極および第２電極は、前記のどの形状が採用される場合においても、互いに線対称、または点対称で配置されていることが好ましい。さらに、第１電極および第２電極は平行直線状又は平行曲線状に配置されていることがより好ましい。第１電極および第２電極は、第１金属配線３１３Ｃが互いに垂直になるようＴ字状に配された２本の金属配線（３１３ａおよび金属配線３１３ｃ）によって構成され、第２金属配線３１３Ｄが互いに垂直になるようＴ字状に配された２本の金属配線（３１３ｃおよび金属配線３１３ｄ）によって構成され、第１金属配線３１３Ｃと、第２金属配線３１３Ｄとは、金属配線３１３ａと、金属配線３１３ｃとが向かい合うように平行線状に配置されることが好ましい。このように第１金属配線および第２金属配線が配置されることにより、匂い測定装置１００は、気体に含まれる匂い物質を高精度に測定することができる。
【0149】
（領域規定工程）
続いて、電極が配置された基板上に、複数種類のスラリーのそれぞれを塗布する塗布領域が規定される。塗布領域は、例えば、レジストが配されることによって規定されてもよい。また、塗布工程において、スラリーがノズルから滴下される場合は、塗布領域は、ノズル径に合わせて規定されてもよい。レジストＭは、塗布領域３３０を規定するように配されている。塗布領域３３０は、基板３１１がむきだしの状態である。
続いて、電極が配置された基板上に、複数種類のスラリーのそれぞれを塗布する塗布領域が規定される。塗布領域は、例えば、レジストが配されることによって規定されてもよい。また、塗布工程において、スラリーがノズルから滴下される場合は、塗布領域は、ノズル径に合わせて規定されてもよい。レジストＭは、塗布領域３３０を規定するように配されている。塗布領域３３０は、基板３１１がむきだしの状態である。
【0150】
塗布領域３３０の広さは、複数種類のスラリーのそれぞれに対して同じになるよう規定されてもよい。すなわち、導電性炭素材料および樹脂組成物の混合比がそれぞれ異なるスラリーであっても、スラリーを塗布するための塗布領域３３０の面積は、均一であってよい。これによれば、混合比が異なる、複数種類のスラリーを用いても、乾燥させた後の複数種類の匂い物質受容層３１５の面積のばらつきが少なくなる。
【0151】
塗布領域３３０は、一例として円状であるが、塗布領域３３０の形状はこれに限定されない。塗布領域３３０の形状は、円状、または帯状であってよい。これにより、円状、または帯状の匂い物質受容層３１５が形成される。
【0152】
塗布領域３３０の形状が円状である場合、円の直径は、０．２ｍｍ以上、５ｍｍ以下であってよく、塗布領域３３０の形状が帯状である場合、帯の短方向の長さが０．２ｍｍ以上、５ｍｍ以下であってよい。これにより、円の直径が０．２ｍｍ以上、５ｍｍ以下の円状の匂い物質受容層３１５ｃ、また、帯の短方向の長さが０．２ｍｍ以上、５ｍｍ以下の円状の匂い物質受容層３１５ｄが形成される。
【0153】
レジストＭが配される方法は特に限定されないが、規定された領域にソルダーレジストをシルク印刷し、その後ソルダーレジストをＵＶ硬化させる方法、レジストフィルムを基板に貼付する方法、規定された領域のレジストのみを硬化し、未硬化部分を除去する方法などが挙げられる。
【0154】
（塗布工程）
続いて、複数種類のスラリーのそれぞれが塗布領域３３０に塗布される。スラリーが塗布される方法は、従来公知の方法を適用可能であり、ノズルから滴下されてもよく、スプレーされてもよく、スピンコートされてもよい。スラリーが塗布される方法は、特にノズルから滴下される方法が好ましく、例えば武蔵エンジニアリング株式会社製のＩＭＡＧＥ ＭＡＳＴＥＲ３５０ＰＣＳｍａｒｔにＳＵＳ製金属ニードルノズル（内径０．１ｍｍΦ，外形０．２３ｍｍ）を使用することで、所望の塗布形状を得ることができる。
続いて、複数種類のスラリーのそれぞれが塗布領域３３０に塗布される。スラリーが塗布される方法は、従来公知の方法を適用可能であり、ノズルから滴下されてもよく、スプレーされてもよく、スピンコートされてもよい。スラリーが塗布される方法は、特にノズルから滴下される方法が好ましく、例えば武蔵エンジニアリング株式会社製のＩＭＡＧＥ ＭＡＳＴＥＲ３５０ＰＣＳｍａｒｔにＳＵＳ製金属ニードルノズル（内径０．１ｍｍΦ，外形０．２３ｍｍ）を使用することで、所望の塗布形状を得ることができる。
【0155】
（乾燥工程）
最後に、塗布領域３３０に塗布されたスラリーを乾燥させて、匂い物質受容層３１５が形成される。スラリーの乾燥方法としては、特に限定されないが、例えば、常圧で１００℃、１時間加熱し、その後真空乾燥機内で減圧しながら１００℃で１時間加熱する方法を採用することができる。
最後に、塗布領域３３０に塗布されたスラリーを乾燥させて、匂い物質受容層３１５が形成される。スラリーの乾燥方法としては、特に限定されないが、例えば、常圧で１００℃、１時間加熱し、その後真空乾燥機内で減圧しながら１００℃で１時間加熱する方法を採用することができる。
【0156】
＜ソフトウェアによる実現例＞
推定装置１０、１０ａの制御ブロック（特に制御部１）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
推定装置１０、１０ａの制御ブロック（特に制御部１）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
【0157】
後者の場合、推定装置１０、１０ａは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路等を用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）等をさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【0158】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【0159】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る匂い物質受容層は、樹脂（Ａ）およびコイル状炭素繊維（Ｂ）を含む、樹脂組成物を含む。
本発明の態様１に係る匂い物質受容層は、樹脂（Ａ）およびコイル状炭素繊維（Ｂ）を含む、樹脂組成物を含む。
【0160】
本発明の態様２に係る匂い物質受容層は、上記態様１において、前記樹脂組成物が界面活性剤（Ｃ）をさらに含む。
【0161】
本発明の態様３に係るセンサ素子は、上記態様１または２に記載の匂い物質受容層、第１金属配線、および第２金属配線を備えるセンサ素子であって、前記第１金属配線と前記第２金属配線とは離間しており、前記匂い物質受容層は、前記第１金属配線の少なくとも一部と前記第２金属配線の少なくとも一部とに接していてもよい。
【0162】
本発明の態様４に係る匂いセンサは、態様１～３のいずれかに記載の少なくとも１つのセンサ素子と、前記センサ素子に給電するための電源と、前記電源から給電されたセンサ素子の前記匂い物質受容層の電気伝導性を示す測定値を出力する測定機器と、を備えていてもよい。
【0163】
本発明の態様５に係る匂いセンサは、上記態様４において、前記電源が、前記少なくとも１つの匂いセンサ素子に対して、定電流を供給するかまたは定電圧を印加してもよい。
【0164】
本発明の態様６に係る匂いセンサは、上記態様４または５に記載の匂いセンサ、および推定装置を備える匂い測定装置であって、前記推定装置は、前記測定機器から前記測定値を取得する取得部と、前記少なくとも１つの匂いセンサ素子の電気伝導性の経時的な変化を解析する解析部と、推定モデルを用いて、前記解析部が解析した解析結果に基づいて当該匂い物質を推定する推定部と、を備え、前記推定モデルは、複数種類の匂い物質のそれぞれを前記少なくとも１つの匂いセンサ素子に触れさせた場合の前記解析部による解析結果と、当該匂い物質の識別情報との組み合わせを含む学習用データを用いた機械学習によって生成されたものであってもよい。
【実施例0165】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、％は重量％、部は重量部を示す。
【0166】
実施例および比較例で使用した各種材料に関する説明を以下に示す。
【0167】
〔樹脂（Ａ）〕
（Ａ－１）：ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）（シグマアルドリッチ(株)製）
〔コイル状炭素繊維（Ｂ）〕
（Ｂ－１）：コイル状炭素繊維（後述の製造例１に基づいて製造）
〔界面活性剤（Ｃ）〕
（Ｃ－１）：ディスパロン（登録商標）ＤＡ－３２５（楠本化成(株)製）
〔溶剤（Ｄ）〕
（Ｄ－１）：Ｎ－メチルピロリドン
〔フィラー（Ｆ）〕
（Ｆ－１）：カーボンブラック（ＭＴＩ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製、「ＳｕｐｅｒＣ６５」、一次粒子径：５０ｎｍ、ＤＢＰ吸油量：２５４ｃｍ３／１００ｇ）
（Ｆ－２）：カーボンブラック（デンカ（株）製、「デンカブラック」、一次粒子径：４８ｎｍ、ＤＢＰ吸油量：１７７ｃｍ３／１００ｇ）
（Ｆ－３）：カーボンナノチューブ（昭和電工（株）製、「ＶＧＣＦ－Ｈ」）
＜コイル状炭素繊維（Ｂ－１）の作製＞
〔製造例１〕
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１９９０，５６，３２１に記載のコイル状炭素繊維の合成方法を参考に下記の方法で作製を行った。
（Ａ－１）：ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）（シグマアルドリッチ(株)製）
〔コイル状炭素繊維（Ｂ）〕
（Ｂ－１）：コイル状炭素繊維（後述の製造例１に基づいて製造）
〔界面活性剤（Ｃ）〕
（Ｃ－１）：ディスパロン（登録商標）ＤＡ－３２５（楠本化成(株)製）
〔溶剤（Ｄ）〕
（Ｄ－１）：Ｎ－メチルピロリドン
〔フィラー（Ｆ）〕
（Ｆ－１）：カーボンブラック（ＭＴＩ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製、「ＳｕｐｅｒＣ６５」、一次粒子径：５０ｎｍ、ＤＢＰ吸油量：２５４ｃｍ３／１００ｇ）
（Ｆ－２）：カーボンブラック（デンカ（株）製、「デンカブラック」、一次粒子径：４８ｎｍ、ＤＢＰ吸油量：１７７ｃｍ３／１００ｇ）
（Ｆ－３）：カーボンナノチューブ（昭和電工（株）製、「ＶＧＣＦ－Ｈ」）
＜コイル状炭素繊維（Ｂ－１）の作製＞
〔製造例１〕
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１９９０，５６，３２１に記載のコイル状炭素繊維の合成方法を参考に下記の方法で作製を行った。
【0168】
内径４０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの石英管からなる熱ＣＶＤ装置の中央にＮｉ粉末２．５ｇを散布し、アルゴンガスを流しながら昇温した。炉内の温度が７００℃になった時点で昇温をストップし、７００℃に保持した。この系内にアルゴンガスに代り硫化水素ガスを１．７ｃｃ／ｍｉｎで導入し、５分後にガスの導入を止めた。さらにこの系に、アセチレンガス：５０ｃｃ／ｍｉｎ、アルゴンガス：５０ｃｃ／ｍｉｎの条件で炉内混合ガスを導入し、１時間系内に流し続けた。炉内圧力は大気圧でおこなった。１時間反応後電気炉前方部Ｎｉ粉末上に析出した生成物は１．８ｇであり、生成物中に約４５％のコイル状炭素繊維が含まれていた。このコイル状炭素繊維の直径は０．１～２μｍ、コイル構造の平均長さは２００μｍ、コイル構造の直径は０．２～２０μｍであった。
【0169】
＜スラリーの作製＞
樹脂（Ａ）、コイル状炭素繊維（Ｂ）、界面活性剤（Ｃ）、溶媒（Ｄ）およびフィラー（Ｆ）を表１に記載した量でポリプロピレン製容器に量り取り、混合物を得た。当該混合物を、自転・公転ミキサー（（株）シンキー社製ＡＲＥ－３１０）を用いて２０００回転／分で６０分間撹拌して、スラリーを得た。当該スラリーを、匂い物質受容層を形成するための樹脂組成物として用いた。
樹脂（Ａ）、コイル状炭素繊維（Ｂ）、界面活性剤（Ｃ）、溶媒（Ｄ）およびフィラー（Ｆ）を表１に記載した量でポリプロピレン製容器に量り取り、混合物を得た。当該混合物を、自転・公転ミキサー（（株）シンキー社製ＡＲＥ－３１０）を用いて２０００回転／分で６０分間撹拌して、スラリーを得た。当該スラリーを、匂い物質受容層を形成するための樹脂組成物として用いた。
【0170】
＜センサ素子の作製＞
（実施例１、比較例１～３）
間隙幅５００μｍの複数の金属配線を備えたシール基板（ＩＣＢ－０７３、サンハヤト（株）製）から、２本１組の金属配線を含むシール基板を切り出した。切り出したシール基板を、さらに金属配線の長さが３．５ｃｍとなるように切断した。
（実施例１、比較例１～３）
間隙幅５００μｍの複数の金属配線を備えたシール基板（ＩＣＢ－０７３、サンハヤト（株）製）から、２本１組の金属配線を含むシール基板を切り出した。切り出したシール基板を、さらに金属配線の長さが３．５ｃｍとなるように切断した。
【0171】
切断されたシール基板をガラス板の上に、金属配線が上になるよう両面テープで貼り付けた。また、金属配線の露出部分の長さが３．０ｃｍとなるように、金属配線の余分な部分にビニールテープを貼り付けてマスクした。ついで、前記の方法で調製したそれぞれのスラリーを、バーコーター（Ｎｏ．４）を用いて金属配線の露出部に塗布して、匂い物質受容層を形成した。塗布後、１００℃に加熱した順風乾燥機で３時間乾燥させた。乾燥後、室温まで冷却してから、匂い物質受容層を備えた金属配線をガラス板から剥離して、センサ素子（Ｅ－１）および比較用センサ素子（Ｅ’－１）～（Ｅ’－３）を得た。
【0172】
【表1】
【0173】
＜＜樹脂組成物およびセンサ素子の評価＞＞
（実施例２、比較例４～６）
樹脂組成物の評価は、センサ素子（Ｅ）および比較用センサ素子（Ｅ’）から得られる、電気抵抗に関するデータを比較することで行うことができる。
（実施例２、比較例４～６）
樹脂組成物の評価は、センサ素子（Ｅ）および比較用センサ素子（Ｅ’）から得られる、電気抵抗に関するデータを比較することで行うことができる。
【0174】
＜測定方法＞
検体（匂い物質）を導入する導入口と検体が均一に広がるようエアフローを作るためのファンとを備えた筐体を作製した。端子を外部へ取り出すためのリード線をはんだ付けしたセンサ素子（Ｅ－１）および比較用センサ素子（Ｅ’－１）～（Ｅ’－３）を筐体内に設置した。
検体（匂い物質）を導入する導入口と検体が均一に広がるようエアフローを作るためのファンとを備えた筐体を作製した。端子を外部へ取り出すためのリード線をはんだ付けしたセンサ素子（Ｅ－１）および比較用センサ素子（Ｅ’－１）～（Ｅ’－３）を筐体内に設置した。
【0175】
筐体外部に取り出したリード線の末端に１ｍＡの定電流電源と、リード線の両端子にかかる電圧を測定するための電圧計を取りつけ、電圧計の測定値をコンピュータで記録した。
【0176】
筐体内の検体の濃度について２００ｐｐｍとなるようにろ紙に検体を浸漬させ、当該ろ紙を導入口から挿入した。ろ紙の挿入後すぐに測定を開始した。測定開始から６０秒後に再びファンを６０秒間回転させ、筐体内の蒸気を外部に排出させながら測定を行った。なお、電圧の測定は０．１秒間隔で実施した。また、測定は同じ条件につき、１００回繰り返し行った。
【0177】
検体としては、酢酸エチル、エタノール、またはトルエンの３種類を用いた。
【0178】
＜評価方法＞
各時間で測定された電圧と定電流電源から供給される電流値１ｍＡを用いて、オーム法則から電気抵抗Ｒを算出した。検体導入前の電気抵抗Ｒ０を予め算出しておき、算出されたＲのうち、最大値をＲｍａｘとして、Ｒｍａｘ／Ｒ０（％）を算出した。
各時間で測定された電圧と定電流電源から供給される電流値１ｍＡを用いて、オーム法則から電気抵抗Ｒを算出した。検体導入前の電気抵抗Ｒ０を予め算出しておき、算出されたＲのうち、最大値をＲｍａｘとして、Ｒｍａｘ／Ｒ０（％）を算出した。
【0179】
各実施例および比較例の匂いセンサ素子について、上記のＲｍａｘ／Ｒ０（％）の値を低濃度成分検出における性能指標とした。Ｒｍａｘ／Ｒ０（％）の値が大きいほど匂いセンサ素子は匂いに対してより強く応答しているため、匂い成分が低濃度であっても検出が可能となる。
【0180】
＜評価結果＞
評価結果を表２に示す。
評価結果を表２に示す。
【0181】
【表2】
【0182】
表２に示す実施例２と比較例４～６のＲｍａｘ／Ｒ０（％）を比較すると、コイル状炭素繊維（Ｂ）を含有する実施例２のセンサ素子（Ｅ－１）は、酢酸エチル、エタノール、またはトルエンのいずれの匂いを測定した場合でも、比較例のセンサ素子（Ｅ’－１）～（Ｅ’－３）よりも、高い値のＲｍａｘ／Ｒ０（％）を示した。
【0183】
したがって、表２の結果より、コイル状炭素繊維（Ｂ）を用いることにより、匂い物質受容層およびセンサ素子の低濃度成分における検出能を向上させることができることが示された。
【産業上の利用可能性】
【0184】
本発明は、医療用、ガス検知用、農業用およびその他工業や生活に用いられる匂い識別センサとして有用である。例えば、農家が香りのある作物の成熟具合を匂いセンサで判定して最適な収穫タイミングを管理することもできる。また、食品または化粧品などの製品の匂いを匂いセンサでデータ化して、製品開発の効率向上および品質安定化を支援することもできる。
【符号の説明】
【0185】
１０、１０ａ 推定装置
１１ 測定値取得部（取得部）
１２ 変化パターン解析部（解析部）
１６ 推定部
３０、３０ｂ 匂いセンサ
３１、３１ｂ センサ素子
３２ 定電圧電源（電源）
３３ 電圧計（測定機器）
１００、１００ａ 匂い測定装置
３１３Ａ、３１３Ｃ 第１金属配線
３１３Ｂ、３１３Ｄ 第２金属配線
３１５、３１５ｃ、３１５ｄ 匂い物質受容層
１１ 測定値取得部（取得部）
１２ 変化パターン解析部（解析部）
１６ 推定部
３０、３０ｂ 匂いセンサ
３１、３１ｂ センサ素子
３２ 定電圧電源（電源）
３３ 電圧計（測定機器）
１００、１００ａ 匂い測定装置
３１３Ａ、３１３Ｃ 第１金属配線
３１３Ｂ、３１３Ｄ 第２金属配線
３１５、３１５ｃ、３１５ｄ 匂い物質受容層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】