JPH1049774A - 防火センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発火前の燻焼により発生した有機系臭ガスを
誤動作なく検出する。 【解決手段】 赤外線発光素子１２から波長６〜６．５
μｍの赤外線をセンサ部１３に照射する。センサ部１３
の外側はガスを吸着して分極が生じる分極部材２１があ
り、この分極部材２１を透過した赤外線により分極する
焦電部材１８があり、これら両部材１８、２１の分極の
極性は互いに逆とされ、両分極電圧の和がＦＥＴ１４の
ゲートに印加される。有機系臭ガスにより赤外線２５が
吸収され、その吸収により活性化されたガスが部材２１
に吸着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は例えば閉空間内で
の作業機械などの異常加熱などにより発生する火災を未
然に検出する防火センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来においては火災センサとして、煙の
検出や温度の異常上昇の検出又はこれらの両者の検出に
より火災が発生したことを検出していた。火災センサと
しては使用されていないが焦電体に赤外線を照射し、赤
外線が有機臭ガスに吸収されることを利用して臭気を検
出する臭センサがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の火災センサは実
際に火災が発生し、その火災により発生した煙や、火災
にもとづく温度上昇を検出するものであり、つまり火災
が発生しそうな状況を検出することはできず、防災とし
ては用いることができず、手遅れになることが多い。

【０００４】火災、つまり火の焔が発生している状況に
なる前に、有機材料よりなる各種の建物の部材や、家具
などは熱により臭を発生し、つまり燻焼状態となって臭
が発生する。また作業機械などの異常加熱の際にも臭が
発生する。よってこの臭を検出して火災になる前の状態
を検出することが考えられ、この検出のための前記焦電
体による臭センサを用いるとすると、焦電体は赤外線に
より分極するため、周囲の加熱など、その他により赤外
線の線量が変化すると、誤動作するおそれがある。

【０００５】この発明の目的は火災状況となる前の燻焼
で発生する臭を誤動作なく検出する防火センサを提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明によれば有機系
臭ガスを吸着して分極するガス吸着分極部材と焦電部材
とがその分極が互いに逆極性で接続され、焦電部材には
これと気体が通ることができる間隔を置いて赤外線が照
射され、前記両分極の加算分極電圧が検出手段で検出さ
れ、その検出電圧が所定値以上か否かが判定手段により
判定される。

【０００７】上記ガス吸着分極部材と焦電部材が積層さ
れている。この積層部材がガス吸着分極材料を外側とし
て半導体素子の制御電極に取付けられている。半導体素
子としてはＦＥＴが用いられる。

【０００８】

【作用】有機系臭ガスが焦電部材と赤外線発生素子との
間に到来すると、有機ガスに赤外線が吸収され、焦電部
材の分極が減少し、一方赤外線吸収により活性化された
有機系臭ガスがガス吸着分極部材に吸着され、ガス吸着
分極部材に分極が生じ、これは焦電部材の分極減少を増
大させるように作用し、有機系臭ガスの到来が検出され
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１にこの発明の実施例を示す。
コ字状支持体１１の両脚部の対向面の一方に赤外線発光
素子１２が、他方にセンサ部１３がそれぞれ取付けられ
る。センサ部１３は図１Ｂに示すようにＦＥＴ１４のソ
ース１５及びドレイン１６間のゲート絶縁膜１７上に電
極２０ａを介して焦電部材１８が形成され、焦電部材１
８上に電極２０ｂを介してガス吸着分極部材２１が形成
され、ガス吸着分極部材２１上に電極２０ｃが形成され
る。焦電部材１８はＰＺＴ、ＬｉＴａＯ₃ などの赤外線
が照射されると、その照射線量に応じた大きさの分極が
生じるもので、厚さは例えば数１０００Å程度とされ
る。ガス吸着分極部材２１は有機系臭ガスを吸着してそ
の吸着量に応じた分極が生じるもので、例えばＳｎＯ₂
にＳｂ、Ｚｎなどの小量の不純物金属を混入したものが
用いられる。焦電部材１８に生じる分極とガス吸着分極
部材２１に生じる分極とは互いに逆極性になるように、
これら両部材１８、２１は重ねられている。赤外線を透
過させることができる厚さ、例えば５００〜１０００Å
とされる。

【００１０】ガス吸着分極部材２１を外側とし、赤外線
発光素子１２と対向し、赤外線発光素子１２よりの赤外
線がガス吸着分極部材２１に入射されるようになされて
いる。赤外線発光素子１２から放射される赤外線として
は有機系臭ガス成分中の＝Ｃ＝Ｃ＝基、＝Ｃ＝Ｏ基、Ｎ
Ｈ₂ 基を吸収し易い波長が６〜６．５μｍ程度のものが
好ましく、必要に応じてこの波長成分のみを透過するフ
ィルタを用いてこの波長成分のみをガス吸着分極部材２
１に入射させる。

【００１１】図２Ａに示すように電源２４の両端間に赤
外線発光素子１２が接続され、赤外線発光素子１２より
発生した赤外線２５はフィルタ２６を通されて、波長が
６〜６．５μｍ程度のものが取出され、部材１８、２１
の積層体２７に照射される。ＦＥＴ１４のドレインは電
源２４の一端に接続され、ソースは抵抗素子２８を通じ
て電源２４の他端に接続され、電源２４に接続されたバ
イアス回路２９により積層体２７に適当なバイアスＶｂ
が与えられ、ＦＥＴ１４が丁度、オフし、つまり、わず
かの電圧が加算されるとＦＥＴ１４に電流が流れ始める
ようにされている。抵抗素子２８の電流にもとづく降下
電圧が判定手段としての比較器３１に与えられ、基準電
圧発生回路３２で作られた基準電圧と比較し、この基準
電圧を越えると、比較器３１の出力が反転して、その出
力により警報手段、例えばブザー３３が鳴動される。

【００１２】この構成において赤外線発光素子１２とセ
ンサ部１３との間に有機系臭ガスが存在しない状態にお
いては、赤外線２５が吸収されるなどの変化はなく、焦
電部材１８での温度変化がないことから、分極は起こら
ない。また、ガス吸着分極部材２１もガスが吸着しない
ため、分極は起こらない。これにより、ゲートにかかる
電圧は変化しない。

【００１３】この状態から、赤外線発光素子１２とセン
サ部１３との間に有機系臭ガスが到来するとその有機ガ
スにより、赤外線２５が吸収され、焦電部材１８に照射
される赤外線量が減少し、焦電部材１８に加熱時とは逆
の分極が発生する（分極が減少する）。また、有機系臭
ガスは赤外線２５を吸収して活性化し、ガス吸着分極部
材２１に吸着されて、分極が発生する。ガス吸着分極部
材２１の分極と焦電部材１８の分極が同極となるため、
ゲートにかかる電圧は焦電部材１８で発生した分極電圧
をさらに減少するように作用し、ゲートにかかる電圧が
大きくなり、ＦＥＴ１４に電流が流れる。この電流によ
り、抵抗素子２８に降下電圧が生じ、この降下電圧はガ
ス濃度に比例する。従ってある程度以上の有機系臭ガス
が到来すると抵抗素子２８の降下電圧が基準電圧を越
え、比較器３１の出力が反転して、ブザー３３が駆動さ
れ、警報を知らすことができる。

【００１４】上述においてセンサ部１３側のブザー３３
以外の部分は例えば１個のＩＣとして又は混成ＩＣとし
て構成して支持体１１に支持させることができる。図２
Ｃに示すように、板状支持体１１上に赤外線発光素子１
２とセンサ部１３とを並べて取付け、支持体１１に立て
た上極３５に反射板３６を取付け、赤外線発光素子１２
より放射された赤外線２５が反射板３６で反射されてセ
ンサ部１３に入射するように構成することもできる。こ
の場合赤外線２５の通路が長くなり、それだけ有機系臭
ガスに赤外線が吸収され、またその吸収により有機系臭
ガスが活性化されてガス吸着分極部材２１に吸着し易く
なる。

【００１５】焦電部材１８とガス吸着分極部材２１を積
層することなく、図４に示すようにゲート絶縁膜１７上
に電極３０ａを介して焦電部材１８を形成し、ゲート絶
縁膜１７をゲート領域より外れて基板１４上に延長した
部分上に電極３０ｂを介してガス吸着分極部材２１を形
成し、焦電部材１８上、ガス吸着分極部材２１上にそれ
ぞれ電極３０ｃ、３０ｄを形成し、電極３０ａと３０ｃ
を導線３１で接続し、電極３０ｄを接地し、焦電部材１
８とガス吸着分極部材２１を直列に接続してもよい。焦
電部材１８の熱変化がＦＥＴに吸収されないようにする
ため、焦電部材１８とゲート部との間に隙間３２を設け
るとよい。つまり電極３０ａの面積を焦電部材１８の面
積より小として、電極３０ａと接しない焦電部材１８と
絶縁膜１７との間に隙間３２が形成される。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば発火
前の燻焼状態に発生する有機系臭ガスを検出するため、
火災を未然に防止することができる。更に有機系臭ガス
の赤外線吸収により焦電部材１８の分極が減少し、ガス
吸着分極部材２１の有機系臭ガス吸着により、前記分極
減少を等価的に増大させ、しかも有機系臭ガスが赤外線
を吸収し、活性化し、ガス吸着分極部材２１に吸着し易
く、全体として検出感度が高いものとなっている。

【００１７】また赤外線の吸収を利用するため、周囲の
赤外線により誤動作するおそれがない焦電部材１８によ
るガスの検出は有機系臭ガス以外に、例えばアンモニア
に対して比較的大きく応答し、一方ガス吸着分極部材２
１も有機系臭ガス以外メタン系可燃ガス、アルコールな
どを吸着して比較的大きな分極が生じる。しかし、この
発明では焦電部材１８の検出と、ガス吸着分極部材２１
の検出と相加的に利用しているため誤動作のおそれをな
くすことができる。つまり焦電部材１８、ガス吸着分極
部材２１の各種ガスに対する検出感度は、それぞれ有機
系臭ガスを１００とした場合の相対値は図３Ａに示すよ
うになり、例えばガス吸着分極部材２１だけでは有機系
臭ガスを正しく検出することはできない。しかしこの発
明でこれら焦電部材１８、ガス吸着分極部材２１の各検
出が相加されるように構成されているため、各種ガスに
対する検出電流が例えば図３Ｂに示すようになり、有機
系臭ガスによる電流が、他のガスによる電流よりも大と
なり、有機系臭ガスを正しく検出することができ、誤動
作のおそれがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａはこの発明の実施例の外観を示す斜視図、Ｂ
はそのセンサ部１３の例を示す断面図である。

【図２】Ａはこの発明の実施例における電気回路構成を
示す図、Ｂは焦電部材１８、ガス吸着分極部材２１の各
分極電圧のＦＥＴのゲートに対する印加状態を等価的に
示す図、Ｃはこの発明の他の実施例を示す斜視図であ
る。

【図３】Ａは焦電部材、ガス吸着分極部材のそれぞれ各
種ガスに対する検出感度を、それぞれ有機系臭ガスを１
００として示した図、Ｂはこの発明の実施例の各種ガス
に対する検出電流の例を示す図である。

【図４】請求項４の発明の実施例におけるセンサ部の例
を示し、Ａは平面図、ＢはＡのII線断面図、ＣはＡの I
I II線断面図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機系臭ガスを吸着して分極するガス吸
   着分極部材と、 焦電部材と、 その焦電部材に対し、気体が通過することができる間隔
   を保って赤外線を照射する赤外線発光素子と、 上記ガス吸着分極部材と上記焦電部材とがその発生分極
   とを互いに逆極性で加算した分極電圧を検出する手段
   と、 その検出分極電圧が所定値以上か否かを判定する手段と
   を具備する防火センサ。
2. 【請求項２】 上記ガス吸着分極部材と上記焦電部材と
   が積層されていることを特徴とする請求項１記載の防火
   センサ。
3. 【請求項３】 上記検出手段は制御電極を有する半導体
   素子よりなり、その半導体素子の制御電極に上記積層さ
   れたものが上記ガス吸着分極部材を外側として取付けら
   れていることを特徴とする請求項２記載の防火センサ。
4. 【請求項４】 上記検出手段は制御電極を有する半導体
   素子よりなり、その半導体素子の制御電極上に上記焦電
   部材が形成され、上記半導体素子と離れて、上記半導体
   素子形成基板上に上記ガス吸着分極部材が形成され、上
   記焦電部材及び上記ガス吸着分極部材は導線で直列に接
   続されていることを特徴とする請求項１記載の防火セン
   サ。
5. 【請求項５】 上記半導体素子はＦＥＴであることを特
   徴とする請求項３又は４記載の防火センサ。