JP2005352932A - 煙感知器 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の基本構造の制約にとらわれず高い設計自由度が得られる構造とする。
【解決手段】煙感知器１は、発光部１０からの光の煙による散乱光を受光部１１で受光する検煙部４と、感知器回路を実装した回路基板１２と、検煙部４及び回路基板１２を収納する外カバー２とを備え、検煙部４と外カバー２との間に回路基板１２を配置する。外カバー２の先端中心位置に発報表示灯１４を配置して背後の回路基板１２に接続する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、検煙空間に流入した煙による発光部からの光の散乱光を受光部で受光して火災を検出する煙感知器に関する。

従来、散乱光式の煙感知器においては、発光部から検煙空間に対し光を発し、発光部からの光を直接受光しない位置に受光部を配置し、検煙空間に流入してきた煙による散乱光を受光部で受光し、受光信号が閾値を越えたときに火災発報信号を受信機に出力して火災警報を行っている。

図８は従来の煙感知器の組立分解図であり、端子金具１０１、端子盤１０２、シールドケース１０３、回路基板１０４、発光部１０５と受光部１０６を収納した検煙部カバー１０７、ラビリンス１０９及び煙流入口１０８を備えた検煙部１１０、防虫網１１１、段付きのドーム形状をもち煙流入窓１１２を開口した外カバー１１３で構成される。

ここで、端子金具１０１、端子盤１０２、シールケース１０３、回路基板１０４、検煙部カバー１０７、検煙部１１０はビス１１４により一体に組み立てられ、外カバー１１３の中に収納される。

また回路基板１０４には発報表示灯１１５が実装されており、発報表示灯１１５からの光は外カバー１１３の内部に配置した透明なライトガイド１１６を介して外カバー１１３の外部から見ることができるようにしている。

このような煙感知器にあっては、通常、煙の流入特性を考慮して、検煙部１１０等の構造が設計されている。具体的には、天井面に設置した状態で、検煙部１１０による検煙空間が天井面より離れた位置となるように配置され、検煙部カバー１０７の背後に感知器回路を実装した回路基板１０４が配置された構造となる。

これは火災により生じた煙が熱の上昇気流と共に天井へ到達し、天井面を這うような流れで煙が拡散していく。このとき火災による熱の層が天井面に形成されるため、検煙空間が天井面に近すぎると熱の層によって煙の流入特性が落ちてしまう。そこで煙感知器を設計する場合には、回路基板を天井面側に配置し、検煙空間を天井面より離れた側に設けるという基本的な感知器構造が確立されている。

また、最近の傾向としては、天井面の美観上の観点から煙感知器も小型・薄型化の流れにあり、限られた大きさの中に煙感知器の機能を入れている。

更に、最近にあっては住宅向けの感知器において、火災・ガス漏れ警報器等、複数のセンサで火災やガス漏れ検出を行い、警報を行う感知器が主流になってきている。
特開平１１−３１２２８１号公報

しかしながら、このような従来の煙感知器にあっては、基本構造が固まっているため、構造設計は基本構造による種々の制約を受け、煙感知器も小型・薄型化や火災・ガス漏れ警報器といった複合化のための構造設計の自由度が低いという問題がある。

例えば煙感知器を設置した場合、感知器配線を布設している天井側から伝播してくるノイズがあり、回路基板１０４を保護するためにシールドケース１０３が必ず必要であり、その分、製造工数とコストの増加を招いている。

また回路基板１０４に実装している発報表示灯１１５を外カバー１１３を介して見ることができるようにするため、外カバー１１３の内部に透明なライトガイド１１６を取り付けて位置合わせする必要があり、この点も製造工数とコストの増加を招く原因となっている。

更に、発報表示灯１１５は、周囲のあらゆる方向から見えるようにするため、２ケ所に対向配置することもあった。また定期メンテナンス等で検煙部１１０の埃等を清掃するためには、外カバーを外し、更に検煙部１１０を検煙部カバー１０７から取り外さなければならず手間がかかった。

本発明は、従来の基本構造の制約にとらわれずに高い設計自由度をもった煙感知器を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は次のように構成する。本発明は、発光部からの光の煙による散乱光を受光部で受光する検煙部と、感知器回路を実装した回路基板と、検煙部及び回路基板を収納する外カバーとを備えた煙感知器に於いて、検煙部と外カバーとの間に回路基板を配置したことを特徴とする。

ここで本発明による煙感知器の具体的な形態にあっては、
一端を閉鎖して端子盤を一体に形成すると共に他端に開口した円筒形状を有し、外部から煙を流入する煙流入口と煙流入口からの外光の入射を遮断するラビリンスを周囲に形成した検煙部と、
検煙部の開口側に配置され、検煙部内の検煙空間に向けて光を発する発光部と、検煙空間に発した発光部からの光の煙による散乱光を受光する受光部とを備えた検煙部カバーと、
検煙部カバーに続いて配置され、感知器回路を実装した回路基板と、
一端に検煙部カバーを介して回路基板に電気的に接続するリードを形成すると共に、他端に電源へ電気的に接続する複数の端子金具と、
取付け側に開口したドーム形状を有し、ドーム先端側の周囲に煙流入口を形成し、ドーム先端内側から回路基板、検煙部カバー及び前記検煙部を順次収納した外カバーと、
を備えたことを特徴とする。

本発明の煙感知器は、外カバーの先端中心位置に発報表示灯を配置して背後の前記回路基板に接続する。また外カバーの先端中心位置にスイッチを配置して背後の前記回路基板に接続する。また外カバーの先端中心位置に温度検出素子を配置して背後の回路基板に接続する。

更に、外カバーの先端中心位置に音響穴を形成すると共に背後の回路基板との間にスピーカーを配置して背後の回路基板に接続する。

本発明によれば、外カバーと検煙部との間に回路基板を配置したことで、回路部品を外カバー側の基板表面に実装することで天井面側の基板裏面のアースパターンがノイズに対してシールド板として機能し、このため天井側からのノイズから保護するためのシールドケースが不要となる。

また回路基板は外カバーの先端内側に配置されているため、回路基板に実装した発報表示灯をカバー中央の通し穴から突出させることで直接視認でき、ライトガイド等の光学部材が不要となる。

更に、回路基板が外カバーの背後に配置されていることで、リセットスイッチ、テストスイッチ、温度検出素子、スピーカー等の実装が余分なスペースや部材を追加することなく適切に設置できる。

このため部品点数の低減により構造が簡単となり、 設計の自由度が高くなり、生産性が向上してコストを低減することができる。

更に、感知器設置後の感知器内部に堆積した塵や埃を定期メンテナンス時に清掃する場合も、外カバー、回路基板、検煙部カバー、端子金具が一つのブロックを形成し、検煙部を有する端子盤との分離構造を実現したため、外カバーから端子盤を取り外した状態で、検煙部カバーの検煙空間側に堆積した塵や埃、あるいは防虫網、ラビリンスに付着した塵や埃に対し、エアーふきつけによる清掃が効率的に行える。

図１は本発明による煙感知器の実施形態を示した断面図である。図１において、煙感知器１は外カバー２を有し、外カバー２は２段に絞り込まれたドーム形状を持ち、先端側の絞り込み部分の外周に煙流入口２ａを複数開口している。

外カバー２の取付側となる開口側には検煙部４が組み込まれ、検煙部４は下方に開口した円筒体であり、その周囲に煙流入口７を開口すると共に、煙流入口７の内側にラビリンス８を配置し、内部の検煙空間６に対し外部からの煙の流入を許容するが光の入射は遮るようにしている。また煙流入口７の外側には防虫網９が配置される。

検煙部４の開口側には検煙部カバー５が配置される。検煙部カバー５には発光部１０と受光部１１が埋込み状態で組み込まれており、検煙部カバー５の検煙空間６側の面から離れた位置に光軸交点Ｐを設定し、この光軸交点Ｐを検煙点としている。また検煙部カバー５を平面的に見ると、発光部１０からの光軸に対し受光部１１の光軸は直接対向しない、ずれた位置になるように配置されている。

検煙部カバー５に続いては回路基板１２が配置されている。回路基板１２は外カバー２の中央部の内側に相対する面を部品実装面として、ここに感知器回路を構成する回路部品１３を実装している。また回路基板１２の裏面側からは、検煙部カバー５内に埋込み設置された発光部１０及び受光部１１のリードがハンダ付けされ、機械的・電気的に接続される。

回路基板１２の検煙部カバー５側となる裏面の回路パターンの空き部分にはアースパターン１２ａが形成されており、このアースパターン１２ａによって天井面側からのノイズの影響を防ぐようにしている。

回路基板１２に対しては、一対の端子金具３からのリード３ｂが挿入され、リード３ｂの先端を回路基板１２に半田付け固定し、検煙部カバー５及び外カバー２で挟み込んで取り付け、回路基板１２を一体化したアッセンブリィ組立体とし、更に検煙部４を組み込む構造としている。

具体的なアッセンブリ作業の手順を説明すると次のステップ１〜４のようになる。

（ステツプ１）
回路基板１２と検煙部カバー５を組み合わせる。即ち、検煙部カバー５内に埋込み設置された発光部１０およぴ受光部１１のリードを回路基板１２ヘハンダ付けすることで機械的、電気的に接続・固定される。

（ステツプ２）
端子金具３を、組み合わされた検煙部カバー５、回路基板１２に挿入し、端子金具３の一端を回路基板１２にハンダ付けすることで、ユニット化される。

（ステツプ３）
ユニット化された端子金具３、検煙部カバー５、回路基板１２を外カバー２へ組み込む。

（ステツプ４）
更に外カバー２へ検煙部４を組み込み、固定することでアセンブリ作業が完了する。なお、外カバー２への検煙部４の固定方法は、ネジ止めや、嵌め入れ、その他公知の手法により実現できる。

また外カバー２のドーム先端中央部の通し穴には内側から発報表示灯１４が挿入されて外部に露出しており、発報表示灯１４のリードは背後に位置する回路基板１２に直接、半田付け固定されている。

このような本発明の煙感知器１にあっては、回路基板１２は図８に示した従来構造における検煙部４の上側即ち天井面側ではなく、検煙部４の下側の外カバー２との間に配置されている点が構造上の特徴である。

このように回路基板１２を検煙部カバー５の組合せで検煙空間６を構成する検煙部４と外カバー２の間に配置したことで、回路基板１２の裏面側のアースパターン１２ａがシールドケースとして機能して、従来、別途設けていたシールドケースが不要となる。

また外カバー２の先端中央部の背後に回路基板１２が位置するため、回路基板１２に実装した発報表示灯１４を直接、外カバーの中央の通し穴から外部に露出させることができ、発報表示灯１４を外部から見せるために従来必要としていたライトガイドが不要となる。また、１個の発報表示灯で３６０°方向から視認が可能となる。

更に、この実施形態にあっては、検煙部カバー５に発光部１０及び受光部１１を収納するホルダ部を一体に形成していることで、従来、別途ホルダを組み立てた場合に比べ、部品点数の低減と組立性を大幅に向上している。

図２は図１の煙感知器の組立分解図である。図２において、本発明の煙感知器１は、端子金具３、検煙部４、検煙部カバー５、発光部１０、受光部１１、回路基板１２、発報表示灯１４及び外カバー２で構成されている。

端子金具３は、一端に天井面に固定される感知器ベースに嵌合して電気的且つ機械的に結合する嵌合片３ａを形成すると共に、他端に回路基板１２に接続するためのリード３ｂを形成している。

検煙部４は取付側を端子盤４ａとして一体に形成しており、下側に開口した円筒部の周囲には煙流入口７が開口され、その内側にラビリンスが形成されており、更に煙流入口７の外側に防虫網９を組み付けることになる。

検煙部カバー５は図１に示したように、内部に発光部用及び受光部用のホルダを備えており、この各ホルダに対し発光部１０及び受光部１１を組み込むことになる。回路基板１２には外カバー２側となる表面側に感知器回路を構成する回路部品を実装し、その中央に発報表示灯１４を実装している。

外カバー２は取付側に開口した先端で２段に絞り込まれたドーム形状を持ち、ドーム形状の先端絞り込み部分の外周に煙流入口２ａを複数開口している。この外カバー２に対して検煙部カバー５、リード３ｂを挿入した回路基板１２で挟み込んで構成されたアッセンブリィ組立体を作成し、このアッセンブリィ組立体に検煙部４を組み込むことで本発明の煙感知器１が完成する。

ここで図１の断面図において、回路基板１２の収納部分に対する機密性を確保するためには、発報表示灯１４の外カバー２に対する組付け部分にシールを設けるか、あるいは直接、接着固定し、同時に外カバー２内に対する検煙部カバー５の組込み部分にシールなどを配置することで、密閉性を高めることができる。

図３は、図１の発光部１０及び受光部１１を配置する検煙部カバー５を取り出している。図３において、検煙部カバー５の検煙空間側の面には発光開口１５及び受光開口１６が形成され、それぞれの開口の内部に図１の発光部１０と受光部１１を組み込んでいる。

図４（Ａ）は図３の検煙部カバー５に設けている発光部１０と受光部１１の設置位置に対応した光学的な位置関係を３次元座標空間で模式的に表している。

図４（Ａ）において、発光部１０による発光点Ｏからの発光光軸１７をベクトルで示し、外部の開放空間に位置する光軸交点Ｐからの散乱光が入射する受光光軸１８を受光部１１の受光点Ｑに対するベクトルで示している。

この発光点Ｏ、光軸交点Ｐ及び受光点Ｑを結ぶ三角形が本発明における散乱光式煙検知のための仮想的な光学面であり、三角形ＯＰＱを形成する面はｘｙ平面となる水平面及びｚｘ平面となる鉛直面のそれぞれに対し、ある角度を持って配置されている。

説明を簡単にするため発光点Ｏのｘ軸上への投影を投影点Ａとなるように配置しており、従って発光光軸１７の鉛直方向の傾斜角φは、この場合ｘ軸に対する角度となる。

ここで発光光軸１７と受光光軸１８をｘｙ平面となる水平面から見ると図４（Ｂ）のように、投影点Ａが発光点Ｏに対応し、投影点Ｂが受光点Ｑに対応する。すなわち発光光軸１７と受光光軸１８は、水平方向において、所定の角度αをもって交差している。一方、発光光軸１７と受光光軸１８を面ＡＢＱＯに投影すると、発光光軸１７と受光光軸１８が鉛直方向において、所定の角度βをもって交差する。

例えば垂直方向の傾斜角φ＝３０°に設定し、水平面でのみかけ上の構成角α＝１２０°とすると、構成角δ＝９７°となる。また水平面でのみかけ上の構成角αをα＝１２０°、傾斜角φをφ＝９．８°に設定していると、構成角δはδ＝１１７°となる。

これをまとめると、みかけ上の構成角α＝１２０°を一定に保った場合の傾斜角φ＝９．８°，３０°に対し、実際の構成角δ＝１１７°，９７°となり、発光点Ｏと受光点Ｑの水平方向での位置を変化させない場合、垂直方向の傾斜角φを大きくすれば、逆に実際の構成角δを小さくする関係が得られる。もちろん垂直方向の傾斜角φを小さくすれば光軸交点Ｏの高さが低くなることから、より薄型化することになる。

図４のような発光から受光までの光軸の３次元関係に基づき、本発明の実施形態では、発光光軸１７と受光光軸１８の構成角δを略１１０°としている。もちろんこの構成角δ＝１１０°に対応する散乱角θはθ＝１８０°−δ＝７０°である。

このように本発明にあっては、発光部１０の発光光軸１７と受光部１１の受光光軸１８を構成角δ＝１１０°に設定した状態で水平面におけるみかけ上の構成角α及び垂直面における傾斜角φをもつように検煙部カバー５内に埋め込み配置することで、煙粒子の大きさに対する感度の影響の少ない最適な角度配置を行っても、煙に対する光軸交点Ｐの飛び出し量を低く抑えることができる。

図５は火災警報器として使用する本発明の他の実施形態を示した説明図であり、図６に図５の煙検出部分を断面で示した側面図を示す。

図５において、本発明の煙感知器の変形となる火災警報器２０にあっては、例えば正面から見て本体２１及び外カバー２は矩形の箱型形状を持ち、この箱型形状の外カバー２は前部にドーム状に煙検出部を突出させており、この煙検出部の円周部分に煙流入口２ａを開口している。

また本体２１の上部には取付部２２が一体に形成され、取付部２２に形成した取付穴２２ａにより火災警報器２０を監視対象とする部屋の壁面などに取り付けて監視することができる。この火災警報器２０は電池で駆動し、主に住宅向けに使用される。

図５の火災警報器２０の内部構造は、図６に示すように、外カバー２内には、本体２１側から端子金具３、検煙部４及び検煙部カバー５が組み込まれ、内部に検煙空間６を形成している。なお、本実施形態にあって、端子金具３は、検煙部４、検煙部カバー５、回路基板１２に嵌入し、電池２３からの電源を回路基板１２に供給している。

検煙部カバー５内には発光部１０と受光部１１が組み込まれ、検煙空間６に検煙点Ｐを位置させている。また検煙空間６の周囲には煙流入口７とラビリンス８が設けられ、更にその外側に防虫網９を配置している。検煙カバー５に続いては回路基板１２が配置される。即ち回路基板１２は、検煙部カバー５を備えた検煙部４と外カバー２の間に配置される。

この実施形態において、回路基板１２の中央にはリセットスイッチ２４が実装されており、リセットスイッチ２４は外カバー２の先端中央部の開口から外部に突出し、図５の正面図から明らかなように外カバー２の中央にリセットスイッチ２４が露出しており、必要に応じてリセットスイッチ２４を操作できるようにしている。

また本体２１には電池２３が内蔵されており、更に本体２１内には音響警報を出すためのスピーカ（図示せず）が内蔵され、煙流入口７を通して警報が外部に出力される。

この図５及び図６に示す本発明の火災警報器２０にあっては、火災による煙が検煙空間６に流入し、発光部１０からの光の煙による散乱光が受光部１１で受光され、受光信号が所定の閾値を超えると火災と判断し、火災警報を出すようになる。

火災警報が出されたとき警報を停止したいような場合には、カバー２の先端中央部に設けているリセットスイッチ２４を操作する。またリセットスイッチ２４の使い方としては、電池２３の消耗度合いをチェックするなどのためのテストスイッチとして用いることもできる。

なお図５及び図６の火災警報器２０にあっては、発報表示灯は設けていないが、必要に応じて発報表示灯を設けることもできる。発報表示灯は回路基板１２に直接、接続して、外カバー２から図１の実施形態に示したように外部に突出させてもよいし、外カバー２における取り外し部分を外れた周辺位置に設けるようにしてもよい。

図７は煙検出部分にスピーカを備えた本発明による火災警報器の他の実施形態の説明図である。図７において、火災警報器２０は、基本的に図６の実施形態と同じであるが、外カバー２の２段に絞り込んだ先端部分に、検煙部カバー５に続いて回路基板１２を組み込み、更にスピーカー構造を組み込んでいる。

このスピーカー構造は、基台２６上にセラミック上にピエゾ素子２５を配置し、基台２６を導電性バネ２８を介して回路基板１２に対し電気的に接続すると同時に、機械的に振動自在に支持している。ここで基台２は０．１〜０．５ｍｍの真ちゅう、ＳＵＳ等の金属円板であり、その上にセラミックを介して銀電極を形成した構造のピエゾ素子２５を積層している。更に基台２６の外側は、固定リング２９により外カバー２の先端部分に支持されている。このため基台２６はカバー２の先端側に固定リング２９で支持され、回路基板１２側には導電性バネ２８で振動自在に支持されている。

ピエゾ素子２５に相対した外カバー２の中央部には音響孔２７が開口される。この固定リング２９で仕切られた外カバー２内の音響孔２７を備えた空間は、ピエゾ素子２５による音響出力に対する共鳴空間即ちヘルツホルムの共鳴器として機能することになる。

なお上記の実施形態にあっては、外カバー２の検煙部に続いて配置した回路基板１２に、発報表示灯１４やピエゾ素子２５を用いたスピーカー基板２６を設けた場合を例に取るものであったが、これ以外に回路基板１２にサーミスタなどの温度検出素子やガス検出素子などを実装して外部に露出させることで、煙検出機能に加え他の検出機能を備えた複合型の感知器としてもよい。

サーミスタを感知器中央に実装した場合の熱気流の方向性について設計上の制約を受けない複合型の感知器が提供できる。

またに本発明は、検煙部と外カバーとの間に回路基板を配置する構造を基本構造とし、この基本構造を持つ限り、他の部分については適宜の変形が可能である。

更に上記の実施形態は検煙部カバー５に発光部１０と受光部１１を組み込んで検煙空間に立体角配置で検煙点を設定する散乱光式煙検出構造を例にとるものであったが、本発明はこれに限定されず、検煙空間６の中に発光部１０と受光部１１が配置されて光軸が異なる位置にずらされた構造の散乱光式煙検出構造であっても、そのまま適用することができる。

本発明による煙感知器の実施形態を示した断面図 図１の煙感知器の組立分解図 図１の検煙部カバーを取り出して示した説明図 図３の検煙部カバーに組み込まれた発光部と受光部の立体配置構造の説明図 本発明による火災警報器の実施形態を示した説明図 図５の煙検出部分の構造を示した部分断面図 スピーカーを備えた本発明による火災警報器の説明図 従来の煙感知器の組立分解図

符号の説明

１：煙感知器
２：外カバー
２ａ，７：煙流入口
３：端子金具
３ａ：嵌合片
３ｂ：リード
４：検煙部
５：検煙部カバー
６：検煙空間
８：ラビリンス
９：防虫網
１０：発光部
１１：受光部
１２：回路基板
１２ａ：アースパターン
１３：回路部品
１４：発報表示灯
１５：発光開口
１６：受光開口
１７：発光光軸
１８：受光光軸
２０：火災警報器
２１：本体
２２：取付部
２２ａ：取付穴
２３：電池
２４：リセットスイッチ
２５：ピエゾ素子
２６：スピーカー基板
２７：音響孔
２８：導電性バネ
２９：バネ

Claims (6)

1. 発光部からの光の煙による散乱光を受光部で受光する検煙部と、感知器回路を実装した回路基板と、前記検煙部及び回路基板を収納する外カバーとを備えた煙感知器に於いて、
   前記検煙部と外カバーとの間に前記回路基板を配置したことを特徴とする煙感知器。
   
2. 一端を閉鎖して端子盤を一体に形成すると共に他端に開口した円筒形状を有し、外部から煙を流入する煙流入口と前記煙流入口からの外光の入射を遮断するラビリンスを周囲に形成した検煙部と、
   前記検煙部の開口側に配置され、前記検煙部内の検煙空間に向けて光を発する発光部と、前記検煙空間に発した前記発光部からの光の煙による散乱光を受光する受光部とを備えた検煙部カバーと、
   前記検煙部カバーに続いて配置され、感知器回路を実装した回路基板と、
   一端に前記検煙部カバーを介して前記回路基板に電気的に接続するリードを形成すると共に、他端に電源へ電気的に接続する複数の端子金具と、
   取付け側に開口したドーム形状を有し、ドーム先端側の周囲に煙流入口を形成し、ドーム先端内側から前記回路基板、前記検煙部カバー及び前記検煙部を順次収納した外カバーと、
   を備えたことを特徴とする煙感知器。
   
3. 請求項１又は２記載の煙感知器に於いて、前記外カバーの先端中心位置に発報表示灯を配置して背後の前記回路基板に接続したことを特徴とする煙感知器。
   
4. 請求項１又は２記載の煙感知器に於いて、前記外カバーの先端中心位置にスイッチを配置して背後の前記回路基板に接続したことを特徴とする煙感知器。
   
5. 請求項１又は２記載の煙感知器に於いて、前記外カバーの先端中心位置に温度検出素子を配置して背後の前記回路基板に接続したことを特徴とする煙感知器。
   
6. 請求項１又は２記載の煙感知器に於いて、前記外カバーの先端中心位置に音響穴を形成すると共に背後の前記回路基板との間にスピーカーを配置して背後の前記回路基板に接続したことを特徴とする煙感知器。

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