JP2005339284A

JP2005339284A - 火災検出器

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Publication number: JP2005339284A
Application number: JP2004158292A
Authority: JP
Inventors: Masato Aizawa; 真人相澤; Isao Asano; 功浅野; Masahiko Nemoto; 雅彦根本
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: JP3990684B2

Abstract

【課題】ＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線を含んだ光を、ＣＯ₂共鳴放射帯用の検出素子のみでなく他の検出素子にも入射させて誤報を防止すること。
【解決手段】監視領域における火災発生を検出するためのものであって、受光窓２を介して入射される光の光量のうち、ＣＯ₂共鳴放射帯を含む第１の波長帯域の光量を検出する火災用素子３と、ＣＯ₂共鳴放射帯以外の第２の波長帯域の光量を検出する高温用素子４とを備えた火災検出器１において、受光窓２を介して火災用素子３に向けて入射される光を、火災用素子３及び高温用素子４にて受光可能に散乱させる非平滑面１０を形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、火災検出器に関するものであり、特に、ＣＯ₂共鳴放射帯を含む第１の波長帯域の光の光量を検出して火災検出を行う火災検出器に関する。

従来から、監視領域で発生した火災を検出する火災検出器が利用されている。この火災検出器においては、火災から放射される光（赤外線）を検出素子で検出することで火災検出を行っている。このような火災検出器においては、火災以外の光源から発せられた光を検出して誤報を出してしまうことを防止するため、有炎燃焼時に生ずるＣＯ₂共鳴放射帯（炭酸ガスから共鳴放射される、中心波長帯域４．５μｍ近辺を頂点とする放射帯）を含む特定波長帯域の赤外線を検出し、この特定波長帯域の検出レベルと、同時に検出した他の波長帯域の検出レベルとの相対的な比率に基づいて、火災有無の判定を行っていた。例えば、ＣＯ₂共鳴放射帯に加えて、他の１つの波長帯を検出する方式は２波長式、他の２つの波長帯を検出する方式は３波長式と称されていた。

しかしながら、これら従来の２波長式や３波長式の火災検出器においても、依然として誤報が発せられる可能性があった。これは、有炎燃焼時以外にも、ＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線が検出され得ることに起因するものである。例えば、図９に示すように、ＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線を検出する火災用素子１００、比較的高温域の波長の光の光量を検出する高温用素子１０１、及び、比較的低温域の波長の光の光量を検出する低温用素子１０２を備えた３波長式の火災検出器１０３において、これら火災用素子１００、高温用素子１０１、及び、低温用素子１０２に対し、受光窓１０４を介して、ほぼ均等に太陽光（短周期での光量変化がない直線光）が入射している場合を想定する。

ここで、太陽光は直線光（短周期での光量変化がない光）であるが、火災用素子への入射光のみが木の葉等で遮られた場合には、太陽光が交流光（短周期での光量変化がある光）になる可能性がある。このような場合において、各素子１００〜１０２に焦電素子を用いて構成している時、高温用素子１０１及び低温用素子１０２には直線光のみが入射していることから光量変化がないために受光出力がないが、火災用素子には交流光が入射していることから光量変化が生じて受光出力がある。従って、火災用素子１００による受光量のみが大きくなり、あたかも火災からの光が受光された場合と類似の受光状態になるため、誤報が生じ得る。あるいは、図１０に示すように、３波長式の火災検出器１０３において、蛍光灯からの光（交流光）が、受光窓１０４を介して火災用素子１００のみに入射したような場合にも、火災用素子１００による受光量のみが大きくなり、誤報が生じ得る。

そこで、このような問題を解消するため、従来から、様々な提案が行われていた。例えば、ＣＯ₂共鳴放射帯用の検出素子を２つ設け、これら２つの検出素子による検出レベルを相互に比較していた。そして、いずれか一方の検出素子による検出レベルのみが高い場合には、火災以外を光源とする光が当該一方の検出素子のみに照射されたものと判断して、誤った火災判定を行うことを防止していた（例えば、特許文献１参照）。

あるいは、ＣＯ₂共鳴放射帯用の検出素子や他の検出素子の設置位置を調整することで、これら各検出素子の視野を相互に重複させていた。そして、ＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線を含んだ光を、ＣＯ₂共鳴放射帯用の検出素子のみでなく他の検出素子にも入射させて、誤報を防止していた（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１２１２５７号公報特開２００３−２６３６８８号公報

しかしながら、ＣＯ₂共鳴放射帯用の検出素子を複数設けた場合には、検出素子の総数の増加、検出素子用の基板の大型化、検出素子の感度調整時間の増加、及び、各検出素子の視野を確保するための受光窓の大径化等の弊害を招く可能性があり、火災検出器の製造コストや設置コストを上昇させる可能性があった。

また、ＣＯ₂共鳴放射帯用の検出素子の視野と、他の検出素子の視野とを相互に重複させた場合には、検出素子同士の視野を重複させるために、火災検出器全体の視野を狭める必要があるという弊害が生じるため、所要範囲の検出を行うためには火災検出器の設置個数を増やす必要が生じる等、火災検出器の設置コストを上昇させる可能性があった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであって、ＣＯ₂共鳴放射帯の赤外線を含んだ光を、ＣＯ₂共鳴放射帯用の検出素子のみでなく他の検出素子にも入射させて誤報を防止することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の火災検出器は、監視領域における火災発生を検出するためのものであって、所定の受光窓を介して入射される光のうち、ＣＯ₂共鳴放射帯を含む第１の波長帯域の光の光量を検出する第１の検出素子と、前記ＣＯ₂共鳴放射帯以外の第２の波長帯域の光の光量を検出する第２の検出素子とを備えた火災検出器において、前記受光窓を介して前記第１の検出素子に向けて入射される光を、前記第１の検出素子及び前記第２の受光素子にて受光可能に散乱させる散乱手段を備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の火災検出器は、請求項１に記載の火災検出器において、前記散乱手段を、前記受光窓の表面のうち、当該火災検出器の内部に対向する面に形成したことを特徴とする。

また、請求項３に記載の火災検出器は、請求項１に記載の火災検出器において、前記散乱手段を、前記受光窓と前記第１の検出素子との間に配置したことを特徴とする。

また、請求項４に記載の火災検出器は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の火災検出器において、前記散乱手段を、前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子の両方を略覆う領域に配置したことを特徴とする。

また、請求項５に記載の火災検出器は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の火災検出器において、前記散乱手段を、前記第１の検出素子を略覆う領域のみに配置したことを特徴とする。

また、請求項６に記載の火災検出器は、請求項１〜５のいずれか一つに記載の火災検出器において、前記散乱手段を、所定の表面粗さの非平滑面として形成したことを特徴とする。

また、請求項７に記載の火災検出器は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の火災検出器において、前記非平滑面の表面粗さを、前記第２の波長帯域の１０分の１以上、かつ、前記第２の波長帯域以下としたことを特徴とする。

本発明に係る火災検出器によれば、火災以外を光源とする光が第１の検出素子のみに向けて入射した場合でも、この光が散乱手段にて散乱されてその一部が第２の検出素子に入射するので、第１の検出素子による受光量と第２の検出素子による受光量との相互の差分が小さくなり、誤報を減じることができるという効果を奏する。特に、このような構成によれば、第１の検出素子を複数設ける必要がなくなるため、検出素子の総数の増加、検出素子用の基板の大型化、検出素子の感度調整時間の増加、及び、各検出素子の視野を確保するための受光窓の大径化等の弊害を生じることがないので、火災検出器の製造コストや設置コストの上昇を抑えることができる。また、本来であれば測定視野外に入射する光も、散乱手段にて散乱されて測定視野に入る場合があり、測定視野を広げることができる。従って、従来のように検出素子の設置位置をずらす必要がないので、所要範囲の検出を行うために火災検出器の設置個数を増やす必要がなく、火災検出器の設置コストの上昇を抑えることができる。

また、本発明に係る火災検出器によれば、火災検出器の内面に散乱手段を設けているので、受光窓の外面は従来と同様に平滑化等することができ、外部からの埃が受光窓の外面上に溜まること等を防ぐことができるという効果を奏する。

また、本発明に係る火災検出器によれば、受光窓の構成を変えることなく散乱手段を設けることができ、既設の火災検出器に対しても、散乱手段を追加するだけで誤報を低減できるという効果を奏する。

また、本発明に係る火災検出器によれば、散乱手段にて第１の検出素子及び第２の検出素子の両方を略覆っているので、受光窓のいずれの位置から光が入射された場合であっても、これを散乱させて、第２の検出素子に入射させることができる。また、受光窓に散乱手段を設けるような場合、受光窓全体を非平滑化等すればよく、受光窓を部分的に加工等する必要がないので、散乱手段の形成が一層容易になる。

また、本発明に係る火災検出器によれば、散乱手段にて第１の検出素子のみを略覆っているので、第２の検出素子のみに向けた偏った光が入射した場合にはこの光を散乱させることがないので、第１の検出素子の受光量を不用意に増加させることがない。

また、本発明に係る火災検出器によれば、散乱手段を非平滑面として形成したので、受光窓の表面を粗くするだけで散乱手段を形成でき、散乱手段を簡易に形成できる。

また、本発明に係る火災検出器によれば、非平滑面の表面粗さを第２の波長帯域の１０分の１以上としたので、最低限の光の散乱を生じさせることができる。また、非平滑面の表面粗さを第２の波長帯域以下としたので、最も効率良く散乱させることができる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る火災検出器の実施例を詳細に説明する。まず、〔I〕本発明の基本的概念を説明した後、〔II〕本発明の実施例について説明し、〔III〕最後に、本発明の実施例に対する変形例について説明する。

〔I〕本発明の基本的概念
まず、本発明の基本的概念について説明する。本発明は、監視領域における火災発生を検出するための火災検出器に関する。ここで、火災検出器の具体的な監視領域や監視目的は任意であるが、以下の実施例では、一般家屋やオフィスビルの屋外壁面に設置されて失火や放火の有無を監視する火災検出器について説明する。

特に、火災検出器の検出原理としては、ＣＯ₂共鳴放射帯を含む波長帯域の光の光量を検出することを前提とする。より具体的には、受光窓を介して入射される光の光量のうち、ＣＯ₂共鳴放射帯を含む第１の波長帯域の光の光量を検出する第１の検出素子と、ＣＯ₂共鳴放射帯以外の波長帯の光の光量を検出する第２の検出素子とを備え、第１の検出素子と第２の検出素子にて検出されたそれぞれの光量を相互に比較することで、火災有無の判定を行う複数波長方式の火災検出器を前提とする。

このような前提において、本発明に係る火災検出器は、散乱手段を有することを特徴の一つとしている。この散乱手段は、受光窓を介して第１の検出素子に向けて入射される光を、第１の検出素子及び第２の受光素子にて受光可能に散乱させるものである。このことにより、火災以外の何らかの光源によって第１の検出素子のみに向けて多量の光が入射する状態が生じた場合においても、この光が散乱手段にて散乱され、第１の検出素子にて検出される光量が低減されると共に、散乱された光の一部が第２の検出素子に入射することによって、当該第２の検出素子にて検出される光量が増加する。従って、これら第１の検出素子と第２の検出素子のそれぞれにて検出された光量の相互差が小さくなるので、火災と判定される可能性を小さくでき、誤報を防止できる。

〔II〕本発明の実施例
次に、本発明に係る火災検出器の各実施例について説明する。ただし、これら各実施例によって本発明が限定されるものではない。

まず最初に、実施例１について説明する。本実施例１に係る火災検出器は、概略的に（１）受光窓を介して第１の検出素子に向けて入射される光を、第１の検出素子及び第２の受光素子にて受光可能に散乱させる散乱手段を形成したこと、（２）散乱手段を、受光窓の表面のうち、当該火災検出器の内部に対向する内面に形成したこと、（３）散乱手段を、第１の検出素子及び第２の検出素子の両方を略覆う領域に配置したこと、（４）散乱手段を、所定の表面粗さの非平滑面として形成したこと、及び、（５）非平滑面の表面粗さを、第２の波長帯域の１０分の１以上、かつ、第２の波長帯域以下としたこと、等を主たる特徴とする。

〔火災検出器の概要〕
最初に、本実施例に係る火災検出器の概要を説明する。図１は、火災検出器の構成を機能概念的に例示する構成図、図２は、検出素子近傍の縦断面図である。図１に示すように、火災検出器１は、受光窓２、火災用素子３、高温用素子４、記憶部５、及び、判断部６を備えて構成されている。このうち、受光窓２は、図示しない筐体の一側面に設けられており、透光部材にて形成され、監視領域の光を透過させて筐体内部に入射させる。この透光部材の具体的内容は任意であるが、例えば、赤外線吸収率が低いサファイアガラスを用いて構成できる。

また、火災用素子３は、ＣＯ₂共鳴放射帯を含む第１の波長帯域の光の光量を検出する検出素子である（特許請求の範囲における「第１の検出素子」に対応する）。また、高温用素子４は、ＣＯ₂共鳴放射帯以外の第２の波長帯域の光の光量を検出する検出素子である（特許請求の範囲における「第２の検出素子」に対応する）。ここで、「高温用」とは、ＣＯ₂共鳴放射帯以外の波長帯域のうち、比較的高温域の波長（例えば、約１〜４μｍ）の光の光量を検出するものであることを意味し、例えば、太陽光や自動車等のライト光の光量を検出する。このように本実施例では、火災用素子３と高温用素子４とを設けることで、いわゆる２波長式の火災検出器１を構成している。ただし、高温用素子４に代えて、人体やその他の動物からの赤外線等、比較的低温域の波長（例えば、約５〜１０μｍ）の光の光量を検出する低温用の検出素子を設けても良い。あるいは、高温用素子４と低温用素子とを同時に設けることによって、いわゆる３波長式の火災検出器を構成しても良い。更に、前記の高温用素子や低温用素子以外の任意の素子、例えば、紫外線領域の波長光を検出する素子であっても良い。すなわち、本発明における「第２の検出素子」とは、第１の検出素子以外の１又は複数の検出素子を意味する。

これら火災用素子３及び高温用素子４の具体的構成は任意であるが、例えば、受光量の変化に応じた電圧を出力する焦電素子を用いることができる。また、火災用素子３や高温用素子４が検出対象とする波長帯域の光のみを選択的に検出するため、任意の手段を用いることができる。例えば、本実施例では、図２に示すように、火災用素子３及び高温用素子４と、受光窓２との間に、検出対象の波長帯域の光のみを透過させる光学フィルタ３ａ、４ａを設けている。

また、図１において、記憶部５は、火災有無の判定に用いる閾値を記憶する記憶手段であり、任意の記憶手段、例えば、フラッシュメモリやＥＰＲＯＭ (Erasable Programmable Read Only Memory)の如き不揮発性の記憶媒体を用いることができる。また、判断部６は、火災用素子３及び高温用素子４にて検出された光量と、記憶部５にて記憶された閾値とに基づいて、火災有無を判定し、火災があると判定した場合にはその旨を示すための発報出力を所定の外部機器に行う制御手段である。この判断部６の具体的構成は任意であるが、例えば、所定の記憶媒体に記憶されたプログラムを呼出して解析及び実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）として構成することができる。

このように構成された火災検出器１において、火災検出は下記のように行うことができる。すなわち、図２において、火災検出器１の監視領域の光が、受光窓２を介して図示しない筐体内部に入射する。この光のうち、ＣＯ₂共鳴放射帯を含む第１の波長帯域の光のみが、光学フィルタ３ａを透過して火災用素子３に入射し、この光の光量が火災用素子３にて検出される。火災用素子３は、この受光量変化に応じた信号を図１の判断部６に出力する。また、図２において、筐体内部に入射した光のうち、第２の波長帯域の光（図２においては高温域の波長の光）のみが、光学フィルタ４ａを透過して高温用素子４に入射し、この光の光量が高温用素子４にて検出される。高温用素子４は、この受光量変化に応じた信号を図１の判断部６に出力する。そして、判断部６は、火災用素子３から出力された光量が、記憶部５にて記憶された閾値を超えているか否かを判断する。閾値を超えている場合には、高温火災用素子３と高温用素子４のそれぞれからの出力信号の差分が、記憶部５に記憶された閾値を超えているか否かを判断し、超えている場合には火災が発生したものと判定して、発報出力を行う。

〔散乱手段〕
ここで、図２に示すように、受光窓２には、その表面の表面粗さを荒くすることによって、非平滑面１０（特許請求の範囲における「散乱手段」及び「非平滑面」に対応する）が形成されている。この非平滑面１０は、受光窓２を介して火災用素子３に向けて入射される光を、火災用素子３及び高温用素子４にて受光可能に散乱させるものである。このことにより、火災以外を光源とする光が火災用素子３のみに向けて入射した場合でも、この光を散乱されてその一部を高温用素子４に入射させることができ、火災用素子３による受光量と高温用素子４による受光量との相互の差分を小さくして、誤報を減じることができる。また、本来であれば測定視野範囲外に入射する光であっても、非平滑面１０にて散乱させて火災用素子３や高温用素子４に入射できる場合があるため、測定視野を広げることができる。なお、図２に示す非平滑面１０は、火災検出器１の内側表面上に形成されている。これは、火災検出器１の外側表面上に形成すると、汚れの付着等により、以下に述べる光の散乱の効果が十分得られなくなることを防止するためである。しかし、光の散乱という本来の目的に沿えば、非平滑面１０は、受光窓２の内外いずれの面に形成しても良い。

この散乱の具体的な程度については後述するが、少なくとも、火災用素子３にて検出される光量と、高温用素子４にて検出される光量との相互の差分を減じるように散乱が行われる。この非平滑面１０の具体的形成方法は任意であるが、例えば、従来、受光窓２の製造過程において必然的に形成された非平滑面１０を、後工程で研磨等して平滑化して火災検出器１に組み込んでいたような場合には、この研磨等の工程を単に省略することで、非平滑面１０を有する受光窓２を得ることができる。あるいは、平滑面を有する受光窓２に対して、型押しやレーザ加工等にて非平滑面１０を形成しても良い。

また、非平滑面１０の形成位置は任意であるが、本実施例においては、受光窓２の両面のうち、火災用素子３に対向する側の面（内面）２ａに、非平滑面１０を形成している。従って、受光窓２の外面２ｂを平滑化でき、外部からの埃が外面上に溜まること等を防ぐことができる。また、受光窓２に対する非平滑面１０の形成領域は任意であるが、本実施例においては、受光窓２の内面の略全面を非平滑面１０としており、この非平滑面１０によって、火災用素子３と高温用素子４の両方を略覆っている。この場合、受光窓２のいずれの位置から光が入射された場合であっても、これを散乱させて、高温用素子４に入射させることができる。

この非平滑面１０の効果をより具体的に説明する。図３は、図２の検出素子近傍の拡大縦断面図である。この図３に示すように、火災以外の原因によって生じた光（図３においてＬ１）が、何らかの原因で火災用素子３のみに向けて入射されようとしている場合、この光は、受光窓２を通過した際、この受光窓２の非平滑面１０にて散乱される。この結果、受光窓２を通過して火災用素子３に最終的に入射する光（図３においてＬ２）は、元の光Ｌ１に比べてその光量が減じられるため、火災用素子３にて検出される光量が減じられる。また、散乱によって生じた光の一部（図３においてＬ３）は、高温用素子４にて受光されるため、火災用素子３にて検出される光量が増加される。この結果、火災用素子３にて検出される光量と、高温用素子４にて検出される光量との相互の差分が減じられ、誤報を低減できる。

〔第２の波長帯域の光の透過率の確認実験〕
次に、本願発明者によって行われた、サファイアガラスに対する、第２の波長帯域の光の透過率の確認実験について説明する。図４は、透過率の確認実験に用いた装置の構成を示す構成図である。この図４に示すように、実験装置２０は、黒体炉２１、チョッパ２２、非平滑面１０を有する受光窓としてのサファイアガラス２３、及び、火災用素子３又は高温用素子４を備えて構成されている。このような装置において、４００℃の黒体炉２１から発せられた光を、黒体炉２１から約２０ｃｍ隔てて配置したチョッパ２２で遮光することで約３Ｈｚの交流光とし、この光を黒体炉２１から約５５ｃｍ隔てて配置したサファイアガラス２３を透過させ、その光量を火災用素子３又は高温用素子４にて検出した。

この透過率の確認実験の結果を図５に示す。この図５には、サファイアガラスの非平滑面１０の表面粗さＲａを、０．０５μｍ、０．４μｍ、２．６μｍに順じ変えた場合の、各表面粗さＲａにおける火災用素子３と高温用素子４による受光量を示す。表面粗さＲａ＝０．０５μｍの場合における受光量を１００とすると、火災用素子３による受光量は、表面粗さＲａ＝０．４μｍの場合に９５、表面粗さＲａ＝２．６μｍの場合に９１であった。また、高温用素子４による受光量は、表面粗さＲａ＝０．４μｍの場合に９１、表面粗さＲａ＝２．６μｍの場合に８３であった。

これらのことから、表面粗さＲａが大きいほど（表面が粗い程）、火災用素子３による受光量よりも、高温用素子４にて検出された光の光量が小さくなることが分かる。この原因は、表面粗さＲａが大きいほど、第２の波長帯域の光の方が、第１の波長帯域の光よりも多量に散乱されたためであると考えられる。すなわち、透過率の観点から評価すれば、表面粗さＲａが大きいほど、第２の波長帯域の光の透過率が、第１の波長帯域の光の透過率よりも小さくなることが分かる。従って、表面粗さＲａが大きいサファイアガラス２３を図２の受光窓２として用いれば、火災以外の光源からの光が火災用素子３のみに向けて入射する状況下においても、この光の第２の波長帯域の成分を第１の波長帯域の成分よりも多く散乱させることができ、火災用素子３の受光量と高温用素子４の受光量との相互の差分を低減できることが確認された。

〔非平滑面の散乱効果の確認実験〕
次に、本願発明者によって行われた、非平滑面１０による散乱効果の確認実験について説明する。この実験においては、図４に示した実験装置２０とほぼ同様の構成を用いているが、黒体炉２１に代えて図示しないハロゲンライトを光源とし、火炎用素子３及び高温用素子４の両方を並設して同時に受光量を検出する。そして、ハロゲンライトから放射された直線光線をチョッパ２２にて遮光することで約３Ｈｚの交流光とし、サファイアガラス２３を透過させて火災用素子３のみに向いた偏った方向で入射させ、その光量を火炎用素子３及び高温用素子４にて検出した。

この散乱効果の確認実験の結果を図６に示す。この図６には、サファイアガラスの非平滑面１０の表面粗さＲａを、０．０５μｍ、０．４μｍ、２．６μｍに順じ変えた場合の、各表面粗さＲａにおける火炎用素子３及び高温用素子４による受光量を示す。表面粗さＲａ＝０．０５、０．４、２．６μｍの場合における高温用素子４による受光量を１とすると、火災用素子３による受光量は、表面粗さＲａ＝０．０５μｍの場合に５．１８、表面粗さＲａ＝０．４μｍの場合に４．１１、表面粗さＲａ＝２．６μｍの場合に２．９８であった。

これらのことから、表面粗さＲａが大きいほど（表面が粗い程）、高温用素子４の受光量と火災用素子３の受光量との相互の差分が小さくなることが分かる。この原因は、透過率の確認実験でも確認されたように、表面粗さＲａが大きいほど、火災用素子３のみに向けて入射された光のうちの第２の波長帯域の光が、第１の波長帯域の光よりも多量に非平滑面１０で散乱され、高温用素子４にて受光されたためであると考えられる。従って、表面粗さＲａが大きいサファイアガラスを図２の受光窓２として用いれば、火災以外の光源からの光が火災用素子３のみに向けて入射する状況下においても、この光のうち第２の波長帯域の成分が拡散され、その少なくとも一部が高温用素子４にて受光されて、火災用素子３にて検出される光量と高温用素子４にて検出される光量との相互の差分を低減できることが確認された。

〔表面粗さＲａの下限値〕
次に、受光窓２の表面粗さＲａの下限値について検討する。光が粒子により散乱される際の現象に関しては、ミー散乱理論が知られている（LIGHT SCATTERING by small particles, H.C.van de Hulst, Dover Publications, Inc.参照)。このミー理論によれば、一般には、光の散乱は、波長λの概ね１／１０以上の粒子径に光を照射した際に生じるとされている。このミー理論は、粒子による散乱に関するものであるが、本願においては、この粒子による散乱と等価の効果が、受光窓２の表面を粗すことにより得られることに着眼したものであり、粒子径を表面粗さＲａと置き換えることで、表面粗さＲａを有する受光窓２による散乱にも適用できるものと考えた。

従って、第２の波長帯域の光を散乱させる場合、「表面粗さＲａ≧第２の波長の１／１０」とすれば、第２の波長帯域の光の散乱を生じさせることができると考えられる。換言すれば、「表面粗さＲａ≧第２の波長の１／１０」という関係を満たす表面粗さＲａを、光を散乱させるための表面粗さＲａの下限値にすることができる。従って、例えば、太陽光や自動車等のライト光の如き高温域の波長の光を散乱させたい場合には、これらの光の波長が約２μｍであることから、表面粗さＲａの下限値を約０．２μｍとすれば良い。あるいは、人体やその他の動物からの赤外線等、比較的低温域の波長の光を散乱させたい場合には、これらの光の波長が約５〜１０μｍであることから、表面粗さＲａの下限値を約０．５〜１μｍとすれば良い。

〔表面粗さＲａの上限値〕
次に、受光窓２の表面粗さＲａの上限値について検討する。上述のミー散乱理論では、「Ｘ＝ａ／λ」（ここで、ａは光を散乱させる粒子の粒子径、λは散乱される光の波長）であり、Ｘ≧１の場合（すなわち、「粒子径ａ≧散乱される光の波長λ」の場合）に、散乱効率がほぼ一定になることが知られている。

従って、第２の波長帯域の光を散乱させる場合、「表面粗さＲａ≧第２の波長帯域」とすれば、散乱効率がほぼ一定になり、受光窓２をそれ以上の表面粗さＲａにしても散乱効率は向上しないと考えられる。このことから、「表面粗さＲａ＝第２の波長帯域」という関係を満たす表面粗さＲａを、効率よく光を散乱させるための表面粗さＲａの上限値と考えることができる。従って、例えば、高温域の波長の光については、表面粗さＲａの上限値を約２μｍとした場合に、最も効率よく散乱させることができる。あるいは、低温域の波長の光については、表面粗さＲａの上限値を約５〜１０μｍとした場合に、最も効率よく散乱させることができる。

なお、図２において、非平滑面１０にて散乱された光のうち、高温用素子４に実際に到達する光の光量は、非平滑面１０の表面粗さＲａのみでなく、非平滑面１０と高温用素子４との垂直距離（光の入射方向に関する距離）ＬＶ１、及び、火災用素子３と高温用素子４との水平距離（光の入射方向に略直交する方向に関する距離）ＬＨ２の影響を受ける。従って、高温用素子４に所要量の光が到達するように、これら垂直距離ＬＶ１及び水平距離ＬＨ２を決定することが好ましい。

このように本実施例に係る火災検出器１によれば、火災以外を光源とする光が火災用素子３のみに向けて入射した場合でも、この光が非平滑面１０にて散乱されてその一部が高温用素子４に入射するので、火災用素子３による受光量と高温用素子４による受光量との相互の差分が小さくなり、誤報の可能性を低減できる。また、本来であれば測定視野外に入射する光も散乱されて測定視野に入る場合があり、測定視野を広げることができる。さらに、受光窓２の内面２ａに非平滑面１０を形成したので、受光窓２の外面２ｂは平滑化することができ、外部からの埃が外面２ｂに溜まること等を防ぐことができる。また、非平滑面１０によって火災用素子３と高温用素子４の両方を略覆ったので、受光窓２のいずれの位置から光が入射された場合であっても、これを散乱させて、高温用素子４に入射させることができる。

次に、実施例２に係る火災検出器について説明する。図７は、本実施例２に係る火災検出器の検出素子近傍の縦断面図、図８は、図７の検出素子近傍の拡大縦断面図である。なお、特に説明なき構造及び方法については、上述した実施例１と同様であり、同一の構成を同一の符号を付して説明する。

本実施２に係る火災検出器３０は、図７に示すように、受光窓３１と散乱用ガラス３２とを備えて構成されている。このうち、受光窓３１は、実施例１の受光窓２とほぼ同様に構成されているが、その両面を略平滑面としている点において実施例１と異なる。また、図８に示すように、散乱用ガラス３２には、その受光窓３１に対向する面（外面）３２ａの表面粗さを荒くすることによって、非平滑面４０（特許請求の範囲における「散乱手段」及び「非平滑面」に対応する）が形成されている。この非平滑面４０は、受光窓３１から入射して火災用素子３に向かう光を、火災用素子３及び高温用素子４にて受光可能に散乱させるものである。このことにより、図８に示すように、火災以外を光源とする光Ｌ１が火災用素子３のみに向けて入射した場合でも、この光Ｌ１が散乱されてその一部Ｌ３が高温用素子４に入射するので、火災用素子３による受光量と高温用素子４による受光量との相互の差分が小さくなり、誤報の可能性を低減できる。

ここで、散乱用ガラス３２は、受光窓３１と火炎用素子３との間に配置されている。従って、受光窓３１として従来と同様の平滑状のものを用いた場合においても、散乱用ガラス３２を介して光を散乱させることができる。また、このことから、平滑状の受光窓３１を有する既設の火災検出器３０に対しても、散乱用ガラス３２を追加することによって本実施例２の構成を得ることができるので、火災検出器３０を取り替える必要がない。なお、図７において、実施例１と同様に、非平滑面４０と高温用素子４との垂直距離ＬＶ３と、火災用素子３と高温用素子４との水平距離ＬＨ４とは、高温用素子４に所要量の光が到達するように決定することが好ましい。

また、散乱用ガラス３２は、受光窓３１と火炎用素子３との間にのみ配置されており、その非平滑面４０にて火災用素子３のみを略覆っている。従って、高温用素子４のみに向けた偏った光が入射した場合、この光は非平滑面４０による散乱の影響を受けることなく、そのまま高温用素子４にのみ入射し、火災用素子３の受光量を不用意に増加させることがない。

このように本実施例に係る火災検出器３０によれば、火災以外を光源とする光が火災用素子３のみに向けて入射した場合でも、この光が非平滑面４０にて散乱されてその一部が高温用素子４に入射するので、火災用素子３による受光量と高温用素子４による受光量との相互の差分が小さくなり、誤報を減じることができる。また、受光窓３１として従来と同様の平滑状のものを用いた場合においても、散乱用ガラス３２を介して光を散乱させることができる。さらに、高温用素子４のみに向けた偏った光が入射した場合でも、火災用素子３の受光量を不用意に増加させることがない。

〔III〕実施例に対する変形例
以上、本発明の各実施例１〜２について説明したが、本発明の具体的な構成及び方法は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。

（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。例えば、火災用素子３が火災以外を光源とする光源からの光を受光することに起因する誤報を１００％防止できない場合であっても、この可能性を従来より低減できている限りにおいて、本願効果を奏している。

（火災検出器について）
また、前記の実施例では、火災のみを検出する火災検出器１、３０に本発明を適用した場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、火災やガスを検出する火災ガス漏れ検出器に本願発明を摘要することができる。

（散乱手段について）
また、散乱手段は、受光窓２や散乱ガラス３２に設けた非平滑面１０、４０に限られない。例えば、受光窓２と火災用素子３との間に、所定の透過率を有するハーフミラーを設け、火災用素子３に向けて入射する光の一部はハーフミラーを透過させて火災用素子３に導き、他の部分はハーフミラーの反射によって高温用素子４に導くようにしても良い。また、実施例１では、受光窓２の内面２ａに非平滑面１０を設けた例を示したが、外面２ｂに設けても良い。また、実施例１では、受光窓２の略全面に非平滑面１０を設けた例を示したが、受光窓２の内面２ａ又は外面２ｂのうち、火災用素子３を略覆う部分にのみ非平滑面１０を設け、他の部分は平滑状にしても良い。

以上のように、本発明に係る火災検出器は、監視領域における火災発生を検出するために有用であり、特に、火災以外を光源とする光源からの光が火災用素子のみに偏って入射するような状況下において、誤報を低減して信頼性の高い火災検出を行うことに適している。

本発明の実施例１に係る火災検出器の構成を機能概念的に例示する構成図である。検出素子近傍の縦断面図である。図２の検出素子近傍の拡大縦断面図である。透過率の確認実験に用いた装置の構成を示す構成図である。透過率の確認実験の結果を示す図である。散乱効果の確認実験の結果を示す図である。実施例２に係る火災検出器の検出素子近傍の縦断面図である。図７の検出素子近傍の拡大縦断面図である。従来の３波長式の火災検出器における誤報状況を説明するための説明図である。従来の３波長式の火災検出器における他の誤報状況を説明するための説明図である。

符号の説明

１、３０、１０３火災検出器
２、３１、１０４受光窓
２ａ内面
２ｂ外面
３、１００火災用素子
３ａ、４ａ光学フィルタ
４、１０１高温用素子
５記憶部
６判断部
１０、４０非平滑面
２０実験装置
２１黒体炉
２２チョッパ
２３サファイアガラス
３２散乱用ガラス
１０２低温用素子

Claims

監視領域における火災発生を検出するためのものであって、所定の受光窓を介して入射される光のうち、ＣＯ₂共鳴放射帯を含む第１の波長帯域の光の光量を検出する第１の検出素子と、前記ＣＯ₂共鳴放射帯以外の第２の波長帯域の光の光量を検出する第２の検出素子とを備えた火災検出器において、
前記受光窓を介して前記第１の検出素子に向けて入射される光を、前記第１の検出素子及び前記第２の受光素子にて受光可能に散乱させる散乱手段、
を備えることを特徴とする火災検出器。
前記散乱手段を、前記受光窓の表面のうち、当該火災検出器の内部に対向する面に形成したこと、
を特徴とする請求項１に記載の火災検出器。
前記散乱手段を、前記受光窓と前記第１の検出素子との間に配置したこと、
を特徴とする請求項１に記載の火災検出器。
前記散乱手段を、前記第１の検出素子及び前記第２の検出素子の両方を略覆う領域に配置したこと、
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の火災検出器。
前記散乱手段を、前記第１の検出素子を略覆う領域のみに配置したこと、
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の火災検出器。
前記散乱手段を、所定の表面粗さの非平滑面として形成したこと、
を特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の火災検出器。
前記非平滑面の表面粗さを、前記第２の波長帯域の１０分の１以上、かつ、前記第２の波長帯域以下としたこと、
を特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の火災検出器。