JP6771392B2

JP6771392B2 - 光電式煙感知器

Info

Publication number: JP6771392B2
Application number: JP2017000063A
Authority: JP
Inventors: 健二大木; 宏果大嶋; 英人濱田; 正史沼田
Original assignee: Nippon Dry Chemical Co Ltd
Current assignee: Nippon Dry Chemical Co Ltd
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2017-01-04
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2037-01-04
Also published as: JP2017138968A; KR20170090366A; KR102554162B1

Description

本発明は、発光素子（光源）及び受光素子を有し、光で煙を検出する光電式煙感知器に関する。

従来、ビルなどの建造物や工場施設や船舶に設置される自動火災報知システムにおいて、光電式煙感知器が多く使用されている。
光電式煙感知器は、一般に、筐体内に発光素子及び受光素子が組み込まれたプリント基板とラビリンス（迷路）体によって包囲された暗室とを備えている。プリント基板に設置された発光素子及び受光素子は暗室内に露出して配置されており、暗室内における光の散乱の有無や散乱の程度を検出することで、煙が検知される（例えば、下記特許文献１参照）。

このように構成される光電式煙感知器は、電気機械器具の一種として労働安全衛生法や船舶用の規格の適用を受ける。例えば、光電式煙感知器が可燃性ガス（プロパン、ガソリン、シンナー等）雰囲気下にある工場や事業所などに設置される場合、光電式煙感知器内に入った埃や虫などによってプリント基板上の電気部品が短絡して火花を発してガスに引火するおそれがある。
このため、光電式煙感知器を可燃性ガス雰囲気下にある建造物に設置する場合は、光電式煙感知器に本質安全防爆構造や安全増防爆構造といった耐防爆手段を備えることが要求される。

例えば、化学合成プラントや可燃性ガスを取り扱う空間は、漏洩した可燃性ガスが点火源（電気火花や高温度の物体など）に触れて火災の発生源となり得る場所である。このような環境では、防爆構造を有する電気機器を使用しなければならなく、本質安全防爆構造を有する電気機器が使われている。本質安全防爆構造では電気機器への過電圧や過電流に対処するためバリア装置が使われている。なお、バリア装置は、危険箇所に設置された電気機器と安全箇所にある電源との間に設置して安全を保持するものである。また上記の環境では、金属筐体などの耐圧防爆構造も使われている。耐圧防爆構造では、配線に対して耐圧防爆に適合した配管（例えば金属管など）が要求される。

特開２００９−２４５０８８号公報

光電式煙感知器の耐防爆手段として本質安全防爆構造が多く取り入れられている。しかし、本質安全防爆構造は、過電圧や過電流に対処するためのバリア装置を備えるなどするので、複雑で高価な機器構成となってしまう。一方、安全増防爆構造は、本質安全防爆構造に比べ機械構成が簡単であり、コストも低く押さえられる。しかし、安全増防爆構造は、光電式煙感知器の耐防爆手段としては採用されていない。従来、光電式煙感知器の安全増防爆構造は、耐圧防爆構造のために複雑な構造となり、また、高価な部品や金属などの配管を利用しなければならないので、適当なコストで製作できなかった。

なお、本質安全防爆構造の煙感知器としては、光電式煙感知器ではなく、放射性物質を使用するイオン化式煙感知器も使われている。しかし、イオン化式煙感知器は、コストが高く、特に放射性物質アメリシウム（Ａｍ２４１）を使用しているので、その廃棄には厳しい制約がある。

本発明の目的は、安全増防爆構造を備え、可燃性ガス雰囲気下にある建造物や工場施設や船舶への設置を可能にした光電式煙感知器を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、発光素子及び受光素子が配置されたプリント基板とラビリンス体によって包囲された暗室とを筐体内に備え、前記暗室内の光の散乱の有無や程度を検出して、煙を検知する光電式煙感知器において、前記筐体内で、前記プリント基板と前記暗室とが、仕切板で仕切られており、前記発光素子の光を前記暗室に導く、前記仕切板を貫通するガラス製の棒状の発光用導光体と、前記暗室から前記受光素子に光を導く、前記仕切板を貫通するガラス製の棒状の受光用導光体とが、前記プリント基板に取り付けられており、前記仕切板で仕切られた、前記プリント基板が収納されている前記筐体内の空間に前記ガラスよりも屈折率が小さい屈折率の樹脂が充填されている、ことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光電式煙感知器において、前記発光用導光体及び前記発光素子、並びに／又は、前記受光用導光体及び前記受光素子が互いに接触されている、ことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光電式煙感知器において、前記筐体内に充填された前記樹脂が、ＵＬ規格：ＵＬ７４６Ｂの長期的耐熱性評価の規定を連続動作温度ＣＯＴが１００℃超１５０℃以下の条件で満足する、ことを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、前記請求項１〜３の何れか一項に記載の光電式煙感知器において、前記プリント基板の電気回路では、電源ライン上に温度ヒューズが直列接続されている、ことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、前記請求項１〜４の何れか一項に記載の光電式煙感知器において、前記筐体が、ＵＬ規格：ＵＬ９４の難燃性についてのＶ−０規格に合致した樹脂で形成されている、ことを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、前記請求項１〜５の何れか一項に記載の光電式煙感知器において、前記筐体内に充填された前記樹脂が、前記プリント基板を埋め込んだ状態で、直径２００μｍより大きな気泡を含まない、ことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、発光素子及び受光素子が組み込まれたプリント基板は、仕切板で仕切られた筐体内の空間内で充填された樹脂に覆われて埋め込まれた状態になる。このため、プリント基板は可燃性ガスから遮断された状態となり、プリント基板上の電気部品の電気火花や、電気部品が発する熱によって可燃性ガスに引火することを確実に防止できる。また、プリント基板上の電気部品の接点に埃や虫などが接触することを完全に防ぐことができ、埃や虫などによって電気部品がショート（短絡）して可燃性ガスに引火することを確実に防止できる。従って、本発明は、可燃性ガス雰囲気下にある建造物に設置される光電式煙感知器として有用である。また、本発明の光電式煙感知器は、構成が簡単なので、製造が容易であると共に、低コストで製造できる。さらに、プリント基板が樹脂に埋め込まれた状態で樹脂に覆われるので、光電式煙感知器が腐食性ガス雰囲気下に置かれても電気部品やプリント基板を劣化させることがない。

また、高価で複雑なバリア装置や廃棄に制約のあるイオン化式煙感知器を使用しなくてよく、安価で簡素な構成とできる。
さらに、電気部品の発熱を、充填された樹脂を通じて拡散できるので、筐体内の温度を均一化でき、電気部品の寿命や信頼性を向上できる。
またさらに、樹脂に埋め込まれた状態となって覆われたプリント基板には、発光素子の光を暗室に導く、仕切板を貫通する発光用導光体と、暗室から受光素子に光を導く、仕切板を貫通する受光用導光体が取り付けられている。このため、暗室内における光の散乱の有無や程度を検出して、煙を確実に検知できる。
さらにまた、発光用導光体及び受光用導光体をガラス製の棒状とすることで、発光素子の光は発光用導光体を通して暗室内に確実に導光され、及び／又は、暗室内で散乱した光は受光用導光体を通して受光素子に確実に導光される。

請求項２に記載の発明によれば、発光用導光体と発光素子とが互いに接触されるので発光素子の光を発光用導光体を通して暗室内に確実に導光でき、及び／又は、受光用導光体と受光素子とが互いに接触されるので暗室内で散乱した光を受光用導光体を通して受光素子に確実に導光できる。特に、微弱光を受光する受光素子を受光用導光体に接触させることで、隙間があった場合の光量損失を改善できる。

請求項３に記載の発明によれば、ＵＬ規格：ＵＬ７４６Ｂの長期的耐熱性評価の規定を連続動作温度ＣＯＴが１００℃超１５０℃以下の条件で満足する樹脂を使用する（筐体内に充填する）ことで、筐体内の電子部品が発熱しても充填された樹脂は設計上の所定特性を維持するので、防爆性能を維持できる。

請求項４に記載の発明によれば、温度ヒューズを使用することで、プリント基板の温度が電子部品の発熱によって設計温度を超えるのを防止できる。また、樹脂が設計上の所定特性を維持でき、防爆性能が維持される。

請求項５に記載の発明によれば、ＵＬ規格：ＵＬ９４の難燃性についてのＶ−０規格に合致する樹脂で筐体を構成することにより筐体の内部に異常が生じた場合でも、筐体の内部温度が上昇しても筐体の発火を防ぐことができ、筐体を構成する樹脂が設計時の所定の特性を維持するので、感知器の防爆性能を維持できる。

請求項６に記載の発明によれば、樹脂が気泡を含まないので、樹脂とプリント基板及び電子部品とを、光電式煙感知器の周囲の雰囲気（例えば可燃性ガス雰囲気）より確実遮断できるので、発火を防ぐことができ、また、防爆性能を維持できる。

本発明に係る光電式煙感知器の実施形態を示す概略断面図である。

以下、図１を参照しつつ、本発明に係る光電式煙感知器の実施形態を詳細に説明する。

本実施形態の光電式煙感知器は、発光素子２、受光素子３及び表示灯４等が配置されたプリント基板５と、ラビリンス体６によって包囲された暗室７とを、その筐体１内に備えている。プリント基板５には、発光素子２を発光させ、受光素子３における受光を検出する回路部（図示せず）が組み込まれている。プリント基板５は、ねじ８により筐体１内に形成された取付枠９に固定されている。また、プリント基板５と暗室７は、筐体１内で、仕切板１０で仕切られている。

筐体１は、ＵＬ規格：ＵＬ９４の難燃性についてのＶ−０規格に合致した樹脂で形成されている。
プリント基板５には、仕切板１０を貫通する発光用導光体１１と、仕切板１０を貫通する受光用導光体１２と、仕切板１０を貫通する表示灯用導光体１３とが取り付けられている。発光用導光体１１は、発光素子２の光を暗室７に導。受光用導光体１２は、暗室７から受光素子３に光を導く。表示灯用導光体１３は、表示灯４の光を筐体１外に導く。
発光用導光体１１の暗室７内の端面と受光用導光体１２の暗室７内の端面とは、傾斜されており、光の反射面として対向されている。この構造によって、発光用導光体１１の端面と受光用導光体１２の端面との間の煙を感度良く検出できる。これらの導光体の各端面は、各導光体を斜めに切断して形成してもよいし、水平な端面にプリズムを接着して形成してもよい。発光用導光体１１からの光が受光用導光体１２に効率よく受光されればよい。

本実施形態では、発光用導光体１１、受光用導光体１２及び表示灯用導光体１３はいずれも透明なガラス製である。ここで使用されるガラスは特に限定されないが、光閉じ込めの点で屈折率が後述する樹脂の屈折率より大きいことが求められ、屈折率が１．６〜１．７の光学ガラスでもよい。屈折率が１．７以上であると、ガラス中を伝播する光線の閉じ込めがさらに容易になり、光量の損失を少なくできるので好ましい。上記ガラスの屈折率が後述する樹脂の屈折率より小さいと光が外に出てしまい、導光を良好に行うことができなくなる。屈折率の大きいガラスとしては光学ガラスの重フリントガラスがあり、またサファイヤガラスでもよい。
表示灯用導光体１３の先端部は、筐体１を貫通する孔１５を通して外部から視認可能となっている。孔１５には、表示灯用導光体１３の先端部を保護する透明な樹脂製カバー１６が嵌め込まれている。

プリント基板５が収納されている、仕切板１０で仕切られた筐体１内の空間には、樹脂１４が充填されている。この樹脂１４は、ＵＬ規格：ＵＬ７４６Ｂの連続動作温度ＣＯＴ（高温）の規定を満足する。プリント基板５の設計温度は、安全のため１００℃以下とされているので、樹脂１４の連続動作温度ＣＯＴは１００℃超１５０℃以下とするのがよい。樹脂１４としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられ、上記の連続動作温度ＣＯＴを満足するものであれば適宜選択できる。
ここで、ＵＬ７４６Ｂは物質の長期的物性評価（耐熱性）の規格であり、連続動作温度ＣＯＴは、物質を一定温度の大気中に４０，０００時間放置した場合に、その物質の物性値が初期値の５０％劣化する当該一定温度を指す。

プリント基板５の電気回路では、電源ラインの入力端近傍で温度ヒューズが直列接続される。温度ヒューズによって、プリント基板５の温度が電子部品の発熱によって設計温度を超えるのを防ぐことができる。また、温度ヒューズの溶断温度を７０℃以上１１０℃以下とすることで、充填されている樹脂１４の連続動作温度ＣＯＴを超えないようにできる。温度ヒューズによって、樹脂１４は設計上の所定の特性を維持し、光電式煙感知機の防爆性能が維持され得る。

樹脂１４の選択においては、組み立て時に速やかに充填でき、かつ、硬化後に適切な硬度を発現して被覆した電気部品に対するストレス（応力）を緩和できることが考慮される。このような樹脂１４を選択することで、電気部品及びプリント基板５の信頼性を高めることができる。
樹脂１４の充填時の粘性（配合粘度）は５０〜５，０００ｍＰａ・ｓがよい。粘性が５０ｍＰａ・ｓ未満であると、流動しすぎて充填時の取り扱いが難しくなる。一方、粘性が５，０００ｍＰａ・ｓ超では、十分な流動が得られないので充填不良が生じるおそれが増大する。
また、特に、粘性を５００〜４，０００ｍＰａ・ｓとすることが好ましい。このようにすることで、充填前の樹脂１４を十分に脱泡できる流動性と充填時の取り扱いやすさとを両立できる。この結果、樹脂１４と電気部品及びプリント基板５とが十分に密着し、ガスの侵入を防ぐことができる。
脱泡については、Ｘ線ＣＴスキャナ（コムスキャンテクノ株式会社製ScanXmate-D225RSS270［検出器：フラットパネルディテクタ方式］）によって、直径が２００μｍより大きい気泡のを含まないことを確認する。なお、気泡は小さいほど好ましく、直径が２０μｍより大きい気泡のないことが好ましい。また、爆発性雰囲気規格のＩＥＣ６００７９−１８：２０１４を満たすことがさらに好ましい。

このようにすることで、樹脂１４が電気部品及びプリント基板５にしっかりと密着し、樹脂１４にクラックが生じたり、樹脂１４が電気部品やプリント基板５から剥離したりすることがなくなる。即ち、樹脂１４に隙間は形成されず、ガスが侵入することもない。従って、ショート（短絡）による火花や故障時に生じる高温を確実に封じ込められるように、電気部品及びプリント基板５を被覆することができる。また、ガスの侵入がないので、腐食性ガスによる電気部品やプリント基板５の劣化も防ぐこともできる。
硬化後の樹脂１４の「ショアＡ硬度」は、１０〜７０（試験法ＪＩＳ−Ｋ６２５３：室温）がよい。１０未満では、筐体に衝撃が加わったときに柔らかすぎて十分な強度を得ることができないので筐体１が破損するおそれがある。一方、７０超では、充填された樹脂１４が硬すぎるので、電気部品やプリント基板５にストレスがかかり、故障の原因となるおそれがある。
充填後の樹脂１４の熱伝導率は、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であると、筐体１内の温度を均一化するのに好ましい。０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満では、発熱する電気部品の熱を十分に均一化できずに、当該熱を外部に放出することができない。

本実施形態の光電式煙感知器によれば、仕切板１０で仕切られた、プリント基板５が収納されている筐体１内の空間に、樹脂１４が充填されているので、プリント基板５は樹脂１４に埋め込まれた状態となって覆われる。このため、プリント基板５上の電気部品の接点に埃や虫などが接触することを完全に防ぐことができる。また、プリント基板５の周囲にガスが侵入しないので、ショート（短絡）による火花や故障時に生じる高温とガスとが接触することを確実に回避できる。また、ガスの侵入がないので、腐食性ガスによる電気部品やプリント基板５の劣化も防ぐことができる。さらに、電気部品が発する熱を充填された樹脂１４を通じて拡散できるので、筐体１内の温度を均一化でき、電気部品の寿命や信頼性を向上できる。

さらに、樹脂１４に埋め込まれた状態となって覆われたプリント基板５には、発光素子２の光を暗室７に導く、仕切板１０を貫通する発光用導光体１１と、暗室７から受光素子３に光を導く、仕切板１０を貫通する受光用導光体１２とが取り付けられている。このため、暗室７内での光の散乱の有無や程度を検出して、煙を確実に検知できる。

また、本実施形態では、発光用導光体１１、受光用導光体１２及び表示灯用導光体１３がガラス製である。このため、発光用導光体１１、受光用導光体１２及び表示灯用導光体１３を、プリント基板５に設置された発光素子２、受光素子３及び表示灯４に直接接触させて取り付けできる。従って、発光素子２の発光を、発光用導光体１１を通して暗室７内に確実に導光できる。また、暗室７内で散乱した光を、受光用導光体１２を通して受光素子３に確実に導光できる。さらに、表示灯４の発光を、表示灯用導光体１３を通して筐体１外に確実に導光できる。表示灯４は光電式煙感知器が作動していることを点灯して表示する。
本実施形態では、防爆構造の性能を得るために導光体１１〜１３が樹脂製ではなく耐火性の良いガラス製とされている。このため、上述したように導光体１１〜１３と発光素子２、受光素子３及び表示灯４とをそれぞれ直接接触させることができる。しかし、導光体１１〜１３が一般の樹脂製（ポリカーボネートやアクリル等）場合は耐熱温度が低く、防爆性能を得るために導光体１１〜１３と発光素子２、受光素子３及び表示灯４とを直接接触させることができずに、それらの間に間隔を空けなければならない。このため、光量ロスが発生し、十分な性能を得るためには、より高価な発光素子２、受光素子３及び表示灯４を利用しなければならない。

特に、表示灯用導光体１３の外側端を樹脂製カバー１６で覆うことによって、表示灯４からの表示光を拡散させて視認性を向上できる。さらに、光電式煙感知器に衝撃が加わったときには、衝撃が樹脂製カバー１６によって和らげられるので、表示灯用導光体１３を破損から守ることができる。特に好ましい構成は、樹脂製カバー１６は、筐体１の端面（底面）より内側にあり、端面（底面）から突出されないことが、耐衝撃性の点で好ましい。また、樹脂製カバー１６を砲弾型とすることで、表示灯４からの表示光をさらに拡散させて視認性を向上できる。

本発明は、ビルなどの建造物や工場施設や船舶に設置される自動火災報知システムの光電式煙感知器に適用が可能である。また、温泉地の硫黄ガスやメッキ工場、製紙工場、化学薬品工場、冶金工場などの腐食性ガスが存在する環境の光電式煙感知器にも適用可能である。

１筐体
２発光素子
３受光素子
４表示灯
５プリント基板
６ラビリンス体
７暗室
８ねじ
９取付枠
１０仕切板
１１発光用導光体
１２受光用導光体
１３表示灯用導光体
１４樹脂
１５孔
１６樹脂製カバー

Claims

発光素子及び受光素子が配置されたプリント基板とラビリンス体によって包囲された暗室とを筐体内に備え、前記暗室内の光の散乱の有無や程度を検出して、煙を検知する光電式煙感知器において、
前記筐体内で、前記プリント基板と前記暗室とが、仕切板で仕切られており、
前記発光素子の光を前記暗室に導く、前記仕切板を貫通するガラス製の棒状の発光用導光体と、前記暗室から前記受光素子に光を導く、前記仕切板を貫通するガラス製の棒状の受光用導光体とが、前記プリント基板に取り付けられており、
前記仕切板で仕切られた、前記プリント基板が収納されている前記筐体内の空間に前記ガラスよりも屈折率が小さい屈折率の樹脂が充填されている、ことを特徴とする光電式煙感知器。
前記発光用導光体及び前記発光素子、並びに／又は、前記受光用導光体及び前記受光素子が互いに接触されている、ことを特徴とする請求項１に記載の光電式煙感知器。
前記筐体内に充填された前記樹脂が、ＵＬ規格：ＵＬ７４６Ｂの長期的耐熱性評価の規定を連続動作温度ＣＯＴが１００℃超１５０℃以下の条件で満足する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電式煙感知器。
前記プリント基板の電気回路では、電源ライン上に温度ヒューズが直列接続されている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光電式煙感知器。
前記筐体が、ＵＬ規格：ＵＬ９４の難燃性についてのＶ−０規格に合致した樹脂で形成されている、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の光電式煙感知器。
前記筐体内に充填された前記樹脂が、前記プリント基板を埋め込んだ状態で、直径２００μｍより大きな気泡を含まない、ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光電式煙感知器。