JPH06213807A

JPH06213807A - 火災感知器及び受光素子

Info

Publication number: JPH06213807A
Application number: JP539393A
Authority: JP
Inventors: Masao Inoue; 雅央井上
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 1993-01-14
Filing date: 1993-01-14
Publication date: 1994-08-05

Abstract

(57)【要約】【目的】炎のＣＯ₂共鳴により放射される４．３μｍを
中心とする赤外線を検出する火災感知器及び受光素子に
おいて、監視範囲が横方向に十分な広がりが得られるこ
とを目的としている。【構成】開口部が設けられた火災感知器の筐体内、もし
くは、受光窓を有する受光素子ケース内に設けられた受
光素子の受光体の前方に、中心波長４．４５μｍ±０．
１μｍの帯域透過光学フィルタを設けることにより、斜
め前方の炎に対する感度を高めるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は火災感知器に関するも
ので、特に火災時に炎から放射される光を検出すること
によって火災を検知する、炎式あるいは輻射式といわれ
る火災感知器に関するものである。

【０００２】また、火災などの炎から放射される光を検
出するのに適した受光素子に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】火災を検出するのに、火災によって生じ
る炎から放射される赤外線を検出する赤外線式、炎式、
あるいは輻射式等といわれる火災感知器があり、トンネ
ル、ビル等で広く用いられている。

【０００４】この種の火災感知器において、炎のＣＯ₂
共鳴により放射される４．３μｍの波長の放射光、すな
わち赤外線を、焦電素子等の受光素子で受光検出するこ
とにより、火災を検出するようにしている火災感知器が
従来用いられている。

【０００５】このような火災感知器では、受光素子の受
光面に対向して設けられた筐体の開口部に４．３μｍの
波長を中心とする帯域透過光学フィルタを設けるか、も
しくは、受光素子自体のケースの、例えば焦電体などの
受光体に対向して設けられた受光窓に、４．３μｍの波
長を中心とする帯域透過光学フィルタを設けた受光素子
を用いることによって、炎特有の波長成分の光を検出す
るようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
４．３μｍを中心とする波長の赤外線を透過させる帯域
透過光学フィルタを用いた火災感知器で炎を検出しよう
とすると、炎が火災感知器の開口部、すなわち受光素子
の正面前方にある時と、受光素子の斜め前方にある時と
では、同じ火皿を用いて等量の石油を、火災感知器から
等距離で燃やした場合、感度が異なることが、各種実験
の結果、判明した。

【０００７】更に、中心波長が４．３μｍの帯域透過光
学フィルタを用いた火災感知器で実験を重ね、同規模の
炎を検出する範囲を測定したところ、その監視範囲は、
図８に示す通りであり、火災感知器の正面を最遠点とす
る楕円に近い監視範囲で、正面の角度を０とした場合、
角度が大きくなるにつれて監視距離が極端に短くなるこ
とが判明した。

【０００８】なお、上記の点は、火災感知器の筐体の前
面に光学フィルタを設けた場合、もしくは、受光素子の
ケースの受光体が対向する面に光学フィルタを設けた場
合のいずれでも同様である。

【０００９】これらの実験の結果、従来の火災感知器
は、同一規模の炎に対する横方向の監視範囲が狭く、火
災感知器の正面方向に奥行きのある監視領域における火
災監視には適しているものの、正方形に近い監視領域
や、例えばトンネルのように、感知器の設置面の正面方
向に奥行きがなく横方向に広がりのある監視領域には適
さないことが判明した。

【００１０】この発明は、上記の点に鑑み、監視範囲が
横方向に広がりのある赤外線を検出する火災感知器、及
び、受光素子を目的とするものである。

【００１１】このため、中心波長が４．３μｍの帯域透
過光学フィルタについて、その赤外線が入射する角度を
変えて実験をおこない、入射角度の違いによる透過波長
について調査した。

【００１２】なお、実験は、赤外分光光度計内に、中心
波長が４．３μｍで、透過波長帯域が４．３μｍ±１８
０ｎｍの帯域透過光学フィルタをセットし、そのセット
角度を変えて中心周波数を測定した。中心波長は、検出
した波長帯の最大値の半値幅の中心値である。

【００１３】この実験の結果は図９に示すとおりで、
４．３μｍ±１８０ｎｍの光学フィルタを透過した赤外
線の波長は、光学フィルタの正面、すなわち入射角度が
０度の時には中心波長は４．３μｍであったが、入射角
度が大きくなるにつれて中心波長は短波長側にずれ、入
射角度が４５度の時は中心波長は約４．２μｍとなるこ
とが判明した。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この実験結果をふまえ、
更に実験を重ねたところ、中心波長が４．４５μｍ±
０．１μｍの帯域透過光学フィルタを用いれば、炎のＣ
Ｏ₂共鳴により放射される４．３μｍの波長の放射光、
すなわち赤外線を、横方向の広がりを持って検出するこ
とができることが判明した。

【００１５】従って、この発明は、前面に炎から放射さ
れる光を通過させる開口部が設けられた筐体内に前記炎
から放射される光を検出する受光素子が設けられ、前記
受光素子の受光体の前方に光学フィルタが設けられた火
災感知器において、前記受光素子の受光体の前方に設け
られる光学フィルタは、中心波長が４．４５μｍ±０．
１μｍの帯域透過光学フィルタであることを特徴とする
ものである。

【００１６】また、この発明は、受光窓を有するケース
内に、前記受光窓に対向して受光体が設けられ、前記受
光窓に光学フィルタが設けられてなる受光素子におい
て、前記光学フィルタは、中心波長が４．４５μｍ±
０．１μｍの帯域透過光学フィルタであることを特徴と
するものである。

【００１７】また、前記火災感知器、もしくは、受光素
子において、前記帯域透過光学フィルタは、中心波長±
２００ｎｍの波長領域の光を通過させることを特徴とす
るものである。

【００１８】

【作用】この発明の火災感知器は、受光素子の受光体の
前方に、帯域透過光学フィルタとして、中心波長が４．
４５μｍ±０．１μｍの帯域透過光学フィルタを用いた
ことにより、感知器正面、すなわち入射角度が０度の炎
に対する感度は低下するものの、感知器の斜め前方、す
なわち入射角度が大きくなるにつれて感度が高くなる。
この結果、火災感知器の監視範囲は横方向の広がりが大
きくなる。

【００１９】また、この発明の受光素子は、受光素子の
受光体の前方に、帯域透過光学フィルタとして、中心波
長が４．４５μｍ±０．１μｍの帯域透過光学フィルタ
を用いたことにより、受光素子の正面、すなわち入射角
度が０度の炎に対する感度は低下するものの、受光素子
の斜め前方、すなわち入射角度が大きくなるにつれて感
度が高くなる。この結果、受光素子の監視範囲は横方向
の広がりが大きくなる。

【００２０】

【実施例】この発明による火災感知器、及び、受光素子
の１実施例を図面により説明する。

【００２１】図１はこの発明による火災感知器の１実施
例の断面図である。

【００２２】図１において、１０は基台１１とカバー１
２とで構成された火災感知器１の筐体、２０は基台１１
にネジ２１等により固定されたプリント基板である。こ
のプリント基板２０には、図示していないが、その上面
には広い面積にわたってシールドパターンが形成され、
下面には増幅回路や信号送出回路等の各種の回路チップ
部品が搭載されるとともにシールドケースが設けられて
いる。

【００２３】３０は、保持筒体２２によって保持されて
プリント基板２０に接続固定された受光素子の一例とし
ての焦電素子、４０は、カバー１２に焦電素子３０の受
光面に対向して設けられた開口部１３に保持具１４によ
って保持固定された、帯域透過光学フィルタである。

【００２４】この帯域透過光学フィルタ４０は、例えば
サファイアでなる基板４１の両面４２、４３のそれぞれ
に、例えばＰｂＴｅとＺｎＳとを交互に蒸着積層した膜
層４２、４３が形成されており、その一方の膜層４２は
４．６９μｍ以下の光を透過させるように、また、他方
の膜層４３は４．３３μｍ以上の光を透過させるように
形成されている。従って、この帯域透過光学フィルタ４
０は、中心波長が４．５１μｍで、４．５１μｍ±１８
０ｎｍの帯域の光、すなわち赤外線を透過させる光学フ
ィルタとなっている。

【００２５】次に、このように構成される火災感知器１
が、炎に対してどのような感度、すなわち監視領域を有
しているかを実験した。

【００２６】この実験は、０．１ｍ²の火皿でノルマル
ヘプタン９００ｃｃを燃焼させて炎を発生させ、各角度
において火災感知器が所定時間内で炎を検出できる最大
測定距離を測定した。

【００２７】この実験の結果は図２に示す通りで、この
４．５１μｍ±１８０ｎｍの帯域透過光学フィルタを用
いた火災感知器は、４．３μｍに中心波長を有する光学
フィルタを用いる場合よりも入射角度が０度、すなわち
感知器正面の炎に対する監視距離は短くなるものの、入
射角度が大きくなる、すなわち感知器の斜め前方の炎に
対する監視距離は逆に長くなり、横に広がった監視領域
が得られることが判明した。なお、図２において、入射
角度が５０度が最大なのは感知器の視野角度が１００度
（左右各５０度）であることによるものである。

【００２８】また、上記火災感知器１において、帯域透
過光学フィルタ４０を、中心波長が４．４５μｍで４．
４５μｍ±１８０ｎｍの帯域の赤外線を透過させる光学
フィルタに変更して、同様な実験を行った。

【００２９】この実験の結果は図３に示す通りで、図２
の場合に比べ、入射角度が０度の場合の監視距離が長く
なった反面、横方向の監視距離が短くなる傾向にあっ
た。しかし、図２、図３のいずれの場合でも、従来の中
心波長が４．３μｍの帯域透過光学フィルタを用いたも
のの場合に比べ、十分な横方向への監視範囲の拡大が得
られている。

【００３０】図４は、この発明による受光素子の１実施
例の断面図である。

【００３１】図４において、３００は受光素子の１例と
しての焦電素子で、３１０は各々が金属製のステム３１
１とキャン３１２とで構成された焦電素子３００のケー
ス、３１３はキャン３１２の上底面に設けられた受光窓
である。

【００３２】３２０は、ステム３１１を貫通して設けら
れた３本のニールピン（端子）３２１の上端部に半田付
けなどにより取り付けられたプリント板である。このプ
リント板３２０には、電界効果トランジスタ３２２や高
抵抗のゲート抵抗３２３などの回路部品が、図示を省略
したプリント配線に接続されて設けられている。

【００３３】３３０は、ケース３１０内に受光窓３１３
に対向して設けられる、受光体の一例としてのポリフッ
化ビニリデンを主材とするコポリマ（ＰＶＤＦ／ＴｒＦ
Ｅ）等のフィルム状の焦電体である。焦電体３３０は、
その上面３３１である受光面が、赤外線の受光効率を高
めるために凹凸のある粗面に形成されている。そして焦
電体３３０の上面３３１と下面には、例えばニクロム等
の材質による引出し電極３３２、３３３がそれぞれ平面
視で鍵穴状に蒸着されて形成されている。

【００３４】この焦電体３３０は、プリント板３２０上
に、中央に略方形状の開口部を有する基台３５０を介し
て固定され、電極３３２、３３３が、リード線としての
例えば銀粉が混入された導電性接着剤３３４、３３５に
よって、プリント板３２０の図示を省略されたプリント
配線と接続されている。

【００３５】３４０は、キャン３１２の受光窓３１３に
取り付けられた、中心波長が４．５１μｍで赤外線の透
過帯域が４．５１μｍ±１８０ｎｍの帯域透過光学フィ
ルタである。この帯域透過光学フィルタ３４０は、上記
実施例の帯域透過光学フィルタ４０と同様に、サファイ
アの基板３４１の両面に上記透過帯域を定めるＰｂＴｅ
とＺｎＳを蒸着積層した膜層３４２、３４３が形成され
ている。さらに、上面３４２上にはＩＴＯ（インジウム
酸化スズ）の導電薄膜３４４が形成されている。

【００３６】なお、図４において、３６１、３６２は帯
域透過光学フィルタ３４０をキャン３１２に気密に固定
しているエポキシ樹脂などの接着剤、３６３は導電薄膜
３４４とキャン３１２との間の電気的導通をはかる例え
ば銀粉が混入されたエポキシ樹脂などの導電性接着剤、
３６４、３６５は焦電体３３０と基台３５０並びに基台
３５０とプリント板３２０を固定するエポキシ樹脂など
の接着剤である。また３２４は、プリント板３２０に設
けられ、基台３５０の略方形状の開口部に連通する貫通
孔である。

【００３７】このような構成を有する受光素子としての
焦電素子３００を、図１の火災感知器１において、焦電
素子３０の代わりに取り付け、更に筐体１０の開口部１
３に帯域透過光学フィルタ４０の代わりに窓板としてサ
ファイア板を取り付け、上記と同様の方法で実験を行
い、所定の炎に対する監視距離を測定した。

【００３８】この測定の結果は、上記火災感知器の場合
の図２と同様な結果であった。

【００３９】また、焦電素子３００の帯域透過光学フィ
ルタ３４０として、中心波長が４．４５μｍで赤外線の
透過帯域が４．４５μｍ±１８０ｎｍの帯域透過光学フ
ィルタとした焦電素子３００で同様な実験を行ったとこ
ろ、所定の炎に対する監視距離は、上記火災感知器の場
合の図３と同様な結果が得られた。

【００４０】次に、上記実施例で用いた４．５１μｍ±
１８０ｎｍの帯域透過光学フィルタ、及び、４．４５μ
ｍ±１８０ｎｍの帯域透過光学フィルタをそれぞれ赤外
分光光度計にセットし、そのセット角度を変えて中心波
長を測定した。中心波長は、前記と同様に検出した波長
帯の最大値の半値幅の中心値とした。

【００４１】この４．５１μｍ±１８０ｎｍの帯域透過
光学フィルタに対する測定結果は図５に示すとおりであ
り、４．４５μｍ±１８０ｎｍの帯域透過光学フィルタ
に対する測定結果は図６に示す通りである。

【００４２】なお、炎から放射される赤外線の波長特性
と、これに対する４．５１μｍ±１８０ｎｍ、４．４５
μｍ±１８０ｎｍ及び４．３μｍ±１８０ｎｍの各帯域
透過光学フィルタの入射角度に対するフィルタ特性の変
化状態を示すと、図７の（１）、（２）、（３）及び
（４）に図示するような関係となる。なお、図７の
（２）、（３）及び（４）において、実線は入射角度が
０度の時のフィルタ特性を、点線は入射角度が４５度の
時のフィルタ特性を示し、×はその時の中心波長を示し
ている。

【００４３】これらの実験の結果、受光素子である焦電
素子３０が受光する赤外線は、炎からの赤外線の入射角
が０度の場合は、炎のＣＯ₂共鳴によって放射される赤
外線のエネルギー量のピーク値を示す４．３μｍからず
れた波長、すなわち長波長の赤外線を多く受光するの
で、正面方向の炎の検出感度が低下し、それに反し、入
射角度が大きくなるにつれてピーク値を示す４．３μｍ
に近い波長の赤外線を多く受光するので、斜め方向の炎
に対する検出感度が向上し、監視距離が伸びていること
が判明した。

【００４４】ところで、上記実施例では、受光素子とし
て焦電素子を用いた場合について説明したが、受光素子
として、ＰｂＳ（硫化鉛）受光素子、ＰｂＳｅ（セレン
化鉛）受光素子、ＨｇＣｄＴｅ（水銀カドミテルル）あ
るいはＰｔＳｉ（白金ケイ素）を用いた受光素子、Ｉｎ
Ｓｂ（インジウムアンチモン）受光素子を用いるように
してもよい。

【００４５】また、上記各実施例では、帯域透過光学フ
ィルタ４０、３４０として、基板４１、３４１がサファ
イアのものを用いたが、基板４１、３４１としてシリコ
ンやゲルマニウムの基板を用いても、また基板４１、３
４１の両面４２、４３、３４２、３４３の膜層は、Ｐｂ
Ｔｅの代わりに例えばＧｅを、ＺｎＳの代わりに例えば
ＳｉＯを用いて積層形成しても同様である。さらに、帯
域透過光学フィルタ４０、３４０は、２枚のフィルタで
構成するようにしてもよく、この場合には、一方のフィ
ルタは上限の波長以下の光を透過させ、他方のフィルタ
は下限の波長以上の光を透過させるように、それぞれ片
方の面に上記膜層を形成すればよい。

【００４６】そして、上記筐体に受光素子に対向して設
けられる、もしくは、受光素子の受光窓に受光体に対向
して設けられる、すなわち受光素子の受光体の前方に設
けられる帯域透過光学フィルタ４０、３４０は、その中
心波長が４．４５μｍ±０．１μｍの範囲のものを選択
すれば、トンネルなどの監視範囲が横方向に長い場所で
も十分な監視範囲が得られる。中心波長をこの範囲より
短波長にすると、入射角度が０度に近い方向に対しては
高感度となるが、入射角度が大きくなるにつれて感度が
極端に低下する。一方、中心波長を上記範囲より長波長
にすると、入射角度が大きくなるにつれて高感度となる
が、入射角度が０度に近づくにつれて感度が低下し、感
知器もしくは受光素子の前方に対する監視距離が大幅に
短くなることになる。

【００４７】また、帯域透過光学フィルタの透過帯域幅
は、中心波長±２００ｎｍとすればよく、好ましくは中
心波長±１８０ｎｍ以下にすることが望ましい。透過帯
域幅を±２００ｎｍより大きくすると、炎検出に対して
ノイズとなる波長の光を検出しやすくなる。

【００４８】

【発明の効果】この発明によれば、火災感知器の受光素
子の受光体の前方に、帯域透過光学フィルタとして、中
心波長が４．４５μｍ±０．１μｍの帯域透過光学フィ
ルタを設けたので、感知器正面、すなわち入射角度が０
度の炎に対する感度は低下するものの、感知器の斜め前
方、すなわち入射角度が大きくなるにつれて感度が高く
なる特性を有する火災感知器が得られる。従って、横方
向の広がりが大きな監視範囲を有する火災感知器が得ら
れる効果がある。

【００４９】また、この発明によれば、受光素子の受光
体の前方に、帯域透過光学フィルタとして、中心波長が
４．４５μｍ±０．１μｍの帯域透過光学フィルタを設
けたので、受光面の正面、すなわち入射角度が０度の炎
に対する感度は低下するものの、受光面の斜め前方、す
なわち入射角度が大きくなるにつれて感度が高くなる特
性を有する受光素子が得られる。従って、横方向の広が
りが大きな監視範囲を有する、炎のＣＯ₂共鳴等によっ
て放射される赤外線を検出するのに適した受光素子が得
られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による火災感知器の一実施例の断面図で
ある。

【図２】図１の火災感知器において４．５１μｍ±１８
０ｎｍの帯域透過光学フィルタを用いた時の感度特性図
である。

【図３】図１の火災感知器において４．４５μｍ±１８
０ｎｍの帯域透過光学フィルタを用いた時の感度特性図
である。

【図４】本発明による受光素子の一実施例の断面図であ
る。

【図５】４．５１μｍ±１８０ｎｍの帯域透過光学フィ
ルタの、入射角度に対する中心波長の変化状態を示す特
性図である。

【図６】４．４５μｍ±１８０ｎｍの帯域透過光学フィ
ルタの、入射角度に対する中心波長の変化状態を示す特
性図である。

【図７】炎のＣＯ₂共鳴により放射される赤外線に対す
る、本発明で用いられる帯域透過光学フィルタと、従来
用いられている帯域透過光学フィルタとの、入射角度に
対する中心波長の変化を示す特性図である。

【図８】従来の火災感知器の感度特性図である。

【図９】従来の火災感知器の帯域透過光学フィルタの、
入射角度に対する中心波長の変化状態を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１火災感知器１０火災感知器の筐体１３開口部３０、３００受光素子としての焦電素子４０、３４０帯域透過光学フィルタ３１０受光素子のケース３１３受光窓３３０受光体としての焦電体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前面に炎から放射される光を通過させる開
口部が設けられた筐体内に前記炎から放射される光を検
出する受光素子が設けられ、前記受光素子の受光体の前
方に光学フィルタが設けられた火災感知器において、前記受光素子の受光体の前方に設けられる光学フィルタ
は、中心波長が４．４５μｍ±０．１μｍの帯域透過光
学フィルタであることを特徴とする火災感知器。
【請求項２】請求項１記載の火災感知器において、前記
受光素子の受光体の前方に設けられる帯域透過光学フィ
ルタは、前記筐体の開口部に設けられていることを特徴
とする火災感知器。
【請求項３】請求項１記載の火災感知器において、前記
受光素子の受光体の前方に設けられる帯域透過光学フィ
ルタは、前記受光素子のケースの受光体の前面に設けら
れた受光窓に設けられていることを特徴とする火災感知
器。
【請求項４】請求項１記載の火災感知器において、前記
帯域透過光学フィルタは、第１の光学フィルタと、第２
の光学フィルタとからなることを特徴とする火災感知
器。
【請求項５】請求項１ないし請求項４いずれか記載の火
災感知器において、前記帯域透過光学フィルタは、中心
波長±２００ｎｍの波長領域の光を通過させる光学フィ
ルタであることを特徴とする火災感知器。
【請求項６】受光窓を有するケース内に、前記受光窓に
対向して受光体が設けられ、前記受光窓に光学フィルタ
が設けられてなる受光素子において、前記光学フィルタは、中心波長が４．４５μｍ±０．１
μｍの帯域透過光学フィルタであることを特徴とする受
光素子。
【請求項７】請求項６記載の受光素子において、前記帯
透過光学フィルタは、第１の光学フィルタと第２の光学
フィルタとから構成されていることを特徴とする受光素
子。
【請求項８】請求項６または請求項７に記載の火災感知
器において、前記帯域透過光学フィルタは、中心波長±
２００ｎｍの波長領域の光を通過させる光学フィルタで
あることを特徴とする火災感知器。