JP2010112787A

JP2010112787A - 炎検知装置

Info

Publication number: JP2010112787A
Application number: JP2008284248A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nakayama; 茂中山; Masashi Yoshimura; 雅司吉村; Shigenori Kinoshita; 茂則木下; Yutaka Tsuji; 裕辻; Masaki Fukuma; 正樹福間
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】高い感度で炎の検知をすることができる炎検知装置を提供する。
【解決手段】ＭｇＦ_２、スピネル、ＣＶＤ−ＺｎＳ、透明ＺｎＳのいずれかよりなる赤外線透過材料を光透過窓として用いることを特徴とする炎検知装置。前記赤外線透過材料の片面または両面に、少なくとも１層の反射防止コーティング層が形成されていることを特徴とする炎検知装置。前記反射防止コーティング層が、金属酸化物層および／または金属弗化物層により形成された１または２以上の層であることを特徴とする炎検知装置。
【選択図】なし

Description

本発明は、炎検知装置に関し、詳しくは、炎検知器や火災報知器等に用いられる光透過窓材を有する炎検知装置に関する。

炎検知器や火災報知器等の炎検知装置は、光透過窓を透過してきた炎の光をセンサが受けることにより、その炎の状態、例えば、火災報知器においては、火災による炎か否かを判断するよう構成されている。

そして、これらの炎検知装置における光透過窓には、従来、ＳｉやＧｅからなる光透過材料が用いられていた（例えば、特許文献１）。
特開２００３−２２７７５０号公報

しかしながら、ＳｉやＧｅからなる光透過材料は、充分な光学特性を有しているとは言えず、このような光透過材料を光透過窓として用いた炎検知装置は、炎の検知に関して充分な感度を有しているとは言えなかった。

そこで、本発明は、高い光学特性を有する光透過材料を光透過窓として用いて、高い感度で炎の検知をすることができる炎検知装置を提供することを課題とする。

本発明者は、上記の課題に鑑み鋭意研究の結果、ＳｉやＧｅは、炎であることを判定するために重要な波長の光、具体的には、３〜５μｍの所謂中赤外域の炭酸ガスから共鳴放射される赤外線における光透過率が充分でなく、その結果、炎の検知が充分とは言えないことが分かった。

そして、ＭｇＦ_２、スピネル、ＣＶＤ−ＺｎＳ、透明ＺｎＳのいずれかよりなる赤外線透過材料を光透過窓として用いることにより、高い感度で炎の検知をすることができる炎検知装置を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。
以下、各請求項の発明について説明する。

請求項１に記載の発明は、
ＭｇＦ_２、スピネル、ＣＶＤ−ＺｎＳ、透明ＺｎＳのいずれかよりなる赤外線透過材料を光透過窓として用いることを特徴とする炎検知装置である。

請求項１に記載の発明においては、炎であることを判定するために重要な、炭酸ガスから共鳴放射される赤外線の波長（３〜５μｍ）における光透過率が高いＭｇＦ_２、スピネル、ＣＶＤ−ＺｎＳ、透明ＺｎＳのいずれかよりなる赤外線透過材料を光透過窓として用いているため、高い感度で炎の検知をすることができる炎検知装置を提供することができる。

前記において、スピネルは、分子式がＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３（ｎ＝１〜３）で示される化合物である。本発明においては、ｎの値として、１．０５〜１．３０が好ましく、１．０７〜１．１２５がより好ましく、１．０８〜１．０９であることが特に好ましい。

ＣＶＤ−ＺｎＳは、ＣＶＤ法（化学蒸着法）を用いて製造されたＺｎＳである。また、透明ＺｎＳは、可視光が透過できるように透明化されたＺｎＳであり、前記ＣＶＤ−ＺｎＳにＨＩＰ（熱間等方圧プレス）を行うことにより製造することができる。

前記したように、従来の技術では、炎であることを判定するために重要な、炭酸ガスから共鳴放射される赤外線の波長（３〜５μｍ）における光透過率が充分ではなく、高い感度で炎の検知をすることが困難であった。
しかし、上記各材料の波長３〜５μｍにおける光透過率（１ｍｍ厚み）は、ＭｇＦ_２が９２％、スピネルが８２％、ＣＶＤ−ＺｎＳが６８％、透明ＺｎＳが７３％で、従来のＳｉが５３％、Ｇｅが４６％であるのに対してはるかに高い値であり、センサに充分な光量を供給することができるため、高い感度で炎の検知をすることが可能となる。

また、上記各材料は、耐熱性（３００℃）や絶縁性に優れているため、炎検知装置に用いられる光透過窓材として好適である。

上記各材料の他に、波長３〜５μｍにおける光透過率が高い材料として、サファイヤがあるが、非常に高価であるため、光透過窓材として用いることは適当でない。

請求項２に記載の発明は、
炎検知器または火災報知器であることを特徴とする請求項１に記載の炎検知装置である。

請求項２に記載の発明においては、高い感度で炎の検知をすることができる装置として、炎検知器や火災報知器として好適に用いることができる。

請求項３に記載の発明は、
前記赤外線透過材料の片面または両面に、少なくとも１層の反射防止コーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炎検知装置である。

請求項３に記載の発明においては、光透過窓として用いる赤外線透過材料の片面または両面に、少なくとも１層の反射防止コーティング層が形成されているため、赤外線透過材料の光透過性をより向上させることができる。その結果、センサにはより多い光量を供給することができ、より高い感度で炎を検知することが可能となる。
さらに、反射防止コーティング層を２層以上の複層とすることにより、赤外線透過材料の光透過性をさらに向上させることができ、炎の検知感度をさらに向上させることができる。

反射防止コーティング層の形成方法としては、従来公知のＰＶＤ法（物理蒸着法）、具体的には、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等を用いることができる。特に、イオンアシスト、プラズマアシストを併用すると層の膜性能が向上する。
反射防止コーティング層の厚さとしては、０．４〜１．３μｍであることが好ましい。０．６〜０．９μｍであるとより好ましい。
また、複層の層数については、特に限定されないが、２〜６層程度が好ましく、総厚としては、０．４〜１．３μｍであることが好ましく、０．６〜０．９μｍであるとより好ましい。

請求項４に記載の発明は、
前記反射防止コーティング層が、金属酸化物層および／または金属弗化物層により形成された１または２以上の層であることを特徴とする請求項３に記載の炎検知装置である。

請求項４に記載の発明においては、反射防止コーティング層が、金属酸化物層および／または金属弗化物層により形成された１または２以上の層であるため、赤外線透過材料との密着性も良く、環境安定性に優れた光透過窓とすることができ好ましい。

金属酸化物としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＬａＯ_３等が、金属弗化物としては、例えば、ＭｇＦ_２、ＹＦ_３、ＬａＦ_３、ＣｅＦ_３、ＢａＦ_２等を好ましく使用することができる。

上記の請求項１〜４に記載の発明は、炎検知装置に関する発明であるが、炎を検知するために重要な波長（３〜５μｍ）は、ガスを検知するためにも重要な波長であるため、本発明は、ガス検知器に適用することも可能である。

本発明によれば、高い感度で炎の検知をすることができる炎検知装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態につき、図を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

図１に、火災報知器として用いられる炎検知装置の概念図を示す。図１において、炎検知装置１は、光透過窓２、および前面に受光素子３が設けられたセンサ部４を有している。そして、センサ部４は、判断処理部（図示せず）に接続されている。

炎から発せられた光は、光透過窓２を透過して、受光素子３の表面で受光される。受光量に応じて、センサ部４が電気信号を判断処理部に送信する。判断処理部は、送信された電気信号に基づいて炎の状態を判断する。判断処理部が炎の状態を異常と判断した場合、判断処理部は異常信号を発する。そして、異常信号に基づいて、警報等（図示せず）により異常状態、即ち火災の発生を周囲に伝達する。

以下に、実施例および比較例を用いて、本発明を具体的に説明する。
（実施例）
以下に示す各赤外線透過材料（試料１〜５）を光透過窓２として組み込んだ炎検知装置１を作製し、炎検知の感度につき、比較例に示す光透過材料（比較試料１、２）を光透過窓２として組み込んだ炎検知装置１と比較した。
なお、各試料において、反射防止コーティング層を形成させない試料については、試料１ａ、試料２ａのように、添え字としてａを付し、反射防止コーティング層を形成させた試料については、試料１ｂ、試料２ｂのように、添え字としてｂを付している。

（試料１の作製）
試料１は、ＭｇＦ_２製赤外線透過材料である。
純度９９．５％以上のＭｇＦ_２粉末を、温度６００〜９００℃、圧力１４７ＭＰａ以上の条件でホットプレス焼結した後、切断および研磨加工により、所定の寸法に加工して、ＭｇＦ_２製赤外線透過材料を作製した（試料１ａ）。
試料１ａの波長３〜５μｍにおける光透過率を測定したところ、９２％であった（１ｍｍ厚み）。
９２％と言う高い光透過率を示したため、試料１ａの表面に反射防止コーティング層を形成することは行わなかった（即ち、試料１ｂは作製しなかった）。

（試料２の作製）
試料２は、ＨＩＰ処理したスピネル製赤外線透過材料である。
純度９９．９％以上のスピネル（ＭｇＯ・ｎＡｌ_２Ｏ_３：ｎ＝１．０００〜１．２００）粉末を、圧力１４７ＭＰａで予備成形し、できた成形体をグラファイト製の容器に入れ、温度１５００℃で、真空焼結した。さらに、温度１６５０℃、圧力１９６ＭＰａおよびアルゴンガス雰囲気の条件でＨＩＰを行った後、切断および研磨加工により、所定の寸法に加工して、ＨＩＰ処理したスピネル製赤外線透過材料を作製した（試料２ａ）。
試料２ａの波長３〜５μｍにおける光透過率を測定したところ、８２％であった（１ｍｍ厚み）。

得られたＨＩＰ処理したスピネル製赤外線透過材料の光透過率をさらに向上させるために、試料２ａの表面に、ＭｇＦ_２を用いて、厚さ０．６〜０．９μｍの反射防止コーティング層を形成させ、試料２ｂとした。ＭｇＦ_２コーティング層の形成方法としては、ＰＶＤを用いて行った。
試料２ｂの波長３〜５μｍにおける光透過率を測定したところ、８８％であった（１ｍｍ厚み）。

（試料３の作製）
試料３は、ＨＩＰ処理していないスピネル製赤外線透過材料である。前記試料の作製に用いた純度９９．９％以上のスピネル粉末を、圧力２０６ＭＰａでＣＩＰ（冷間等方圧プレス）成形し、できた成形体をグラファイト製の容器に入れ、温度１７９０℃で、真空焼結した後、切断および研磨加工により、所定の寸法に加工して、ＨＩＰ処理していないスピネル製赤外線透過材料を作製した（試料３ａ）。なお、試料３ｂは作製しなかった。

作製した試料３ａについて、波長２〜９μｍにおける光透過率の測定を行った。測定結果を図２に示す。図２より、１．０ｍｍ厚みの場合、波長３〜５μｍにおいて最大８０％、平均７５％であることが分かる。なお、図２は、鏡面処理後の厚みを０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍに変化させて、光透過率を測定した結果を示すグラフであり、（１）が５５ｋＮプレス品の光透過率であり、（２）が３５０ｋＮプレス品の光透過率である。図２よりいずれのプレスを用いても、得られたスピネル製赤外線透過材料は各厚み毎にほぼ同じ傾向の光透過率を示し、厚みが２．０ｍｍの場合であっても、平均約６５％の光透過率を示していることが分かる。

（試料４の作製）
試料４は、ＣＶＤ−ＺｎＳ製赤外線透過材料である。
純度９９．９％以上のＺｎとＨ_２Ｓから、ＣＶＤ装置を用いて高純度のＺｎＳバルクを作製した。ＣＶＤにおける反応は、基板温度７００℃、坩堝温度７００℃、炉内圧力１．３ｋＰａとし、アルゴンガス雰囲気下で行った。このバルクを、切断および研磨加工により、所定の寸法に加工して、ＣＶＤ−ＺｎＳ製赤外線透過材料を作製した（試料４ａ）。
試料４ａの波長３〜５μｍにおける光透過率を測定したところ、６８％であった（１ｍｍ厚み）。なお、試料４ｂは作製しなかった。

（試料５の作製）
試料５は、透明ＺｎＳ製赤外線透過材料である。
試料４の作製途中に得られたＺｎＳバルクに、温度１０００℃、圧力１９６ＭＰａおよびアルゴンガス雰囲気下でＨＩＰを行った後、切断および研磨加工により、所定の寸法に加工して、透明ＺｎＳ製赤外線透過材料を作製した（試料５ａ）。
試料５ａの波長３〜５μｍにおける光透過率を測定したところ、７３％であった（１ｍｍ厚み）。

得られた透明ＺｎＳ製赤外線透過材料の光透過率をさらに向上させるために、試料５ａの表面の表面に、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＦ_３、ＭｇＦ_２の順に総厚０．５〜０．８μｍの反射防止コーティング層を形成させ、試料５ｂとした。反射防止コーティング層の形成方法としては、ＰＶＤを用いて行った。

試料５ｂの波長３〜５μｍにおける光透過率を測定したところ、９０％以上であった（１ｍｍ厚み）。

（比較例）
比較のために、Ｓｉ製光透過材料（比較試料１）およびＧｅ製光透過材料（比較試料２）を光透過窓２として組み込んだ炎検知装置１を用意した。なお、比較試料１の波長３〜５μｍにおける光透過率は５３％であり、比較試料２では４６％であった。

（炎検知感度の比較）
実施例で作製された炎検知装置において、高い感度を示したのは、試料１ａの炎検知装置であった。一方、低い感度を示したのは、試料５ａの炎検知装置であった。
しかし、低い感度を示した試料５ａの炎検知装置でも、比較試料１、２の炎検知装置よりも高い感度を示していた。

炎検知装置の概念図である。ＨＩＰ処理していないスピネル製赤外線透過材料の光透過率と波長の関係を示す図である。

符号の説明

１炎検知装置
２光透過窓
３受光素子
４センサ部

Claims

ＭｇＦ_２、スピネル、ＣＶＤ−ＺｎＳ、透明ＺｎＳのいずれかよりなる赤外線透過材料を光透過窓として用いることを特徴とする炎検知装置。
炎検知器または火災報知器であることを特徴とする請求項１に記載の炎検知装置。
前記赤外線透過材料の片面または両面に、少なくとも１層の反射防止コーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炎検知装置。
前記反射防止コーティング層が、金属酸化物層および／または金属弗化物層により形成された１または２以上の層であることを特徴とする請求項３に記載の炎検知装置。