JPS622267B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放射性物質を二つの電離室と組合せて
使用する煙探知器に関する。この種の煙探知器は
外部電極、集電電極、および放射性物質から作ら
れたかまたはそれを支持する内部電極を包含して
いる。外部電極および集電電極はそれらの間に、
周囲雰囲気から煙を導入できるようにした外部電
離室を限定し、集電電極および内部電極はそれら
の間に内部電離室を限定している。集電電極は、
両電離室中で同時に電離を生ぜしめるように放射
性物質によつて放出される放射線を通過せしめう
る少なくとも一つの孔を有する。電位差が外部電
極と内部電極の間に維持されたとき、集電電極は
二つの室中で放射性物質によつて生ぜしめられた
電離応答の比によつて決る中間電位を生ずる。煙
が外部室に入つたとき、この比および集電電極の
電位が変化し、この電位の変化を例えば警報器を
作動させるために使用できる。

かかる探知器は知られており、例えばホーチ
キ・コーポレイシヨンの英国特許第1280304号明
細書に記載されている。第１図はかかる探知器の
一例の軸方向断面図である。絶縁支持体１０は、
ドーム状外部電極１２、中心孔１６を有する環状
集電電極１４、および頂面中央に放射性物質２０
を装着した円形内部電極１８を支持している。外
部電極１２は、外部電極および内部電極それぞれ
に取り付けた端子２２および２４によつて内部電
極１８に対して9Vの電位で保たれる。放射性物
質２０は、内部電離室２６および外部電離室２８
の両方において気体の電離を生ぜしめる放射線を
放出する。印加した電場の下で、イオンは電極に
向つて移動し、典型的には10^-10〜10^-12Aの範囲
のイオン電流を通過させる。清浄な空気の状態の
下では、集電電極は例えば5.5Vの電位を生ず
る。煙が外部電離室２８に入つたとき、煙粒子は
イオンを吸収し、電極へ向つて急速に移動するに
は大きくなりすぎる、従つて電流は例えば集電子
の電位が4.5Vに低下するまで低下する、この点
で外部室および内部室内の電流は再び均衡する。
この電位低下は電界効果トランジスターの如き標
準電子回路によつて端子３０を介して検出でき、
警報器を作動させるために使用できる。

ホーチキ・コーポレイシヨンによつて発表され
た装置においては、内部電離室２６への唯一の進
入口は孔１６であり、この孔１６は煙粒子の侵入
を実質的に防ぐ程小さく作られている。この特長
は設計に当つて多くの困難と欠点を生ぜしめてい
る。この特長は、イオン電流が煙粒子の進入によ
つて実質的な影響を受けるよう内部電離室を容易
に設計しうることから全く不必要なものでもあ
る。

探知器は内部電離室中のイオンが短い通路を通
つた後電極で集められるように設計される。更に
イオンは急速に集収される、何故ならば内部電離
室中の電場は大であるからである、そして室は本
質的に飽和されたイオン電流状態下に作動する、
いわば室中で電離性放射線で作られるイオンの大
部分が電極で集められるような状態の下で作動す
る。一方外部電離室２８は不飽和状態で作動す
る。

本発明の目的はホーチキ・コーポレイシヨンが
内部電離室と称する室に煙粒子が自由に入ること
ができるという事実の利点を取つた煙探知器を提
供することにある。

本発明は指示装置と共に使用するための煙感応
探知器を提供し、上記煙探知器は、煙を通過せし
めうるようにした室；上記室の基体は室の残余部
と絶縁した第一電極または内部電極を形成し、上
記室の残余部は第二電極または外部電極を形成
し；上記室は、適切な電位差を上記内部電極およ
び外部電極間に維持したとき異なる電気的特性を
有する二つの帯域に上記室を分割する作用をする
第三電極または集電電極その中に有し；第一電離
帯域は上記外部電極および上記集電電極によつて
形成され、通過する電流が煙の進入によつて大き
く影響を受けるように構成され；第二電離帯域ま
たは基準電離帯域は上記内部電極および上記集電
電極によつて形成され、本質的に一定電流が通過
し、その電流が煙の進入によつて殆んど影響を受
けないよう構成し；上記内部電極は放射線源を支
持または混入し；上記集電電極には放射性材料か
らの放射線が通過できる一つ以上の孔を有せし
め；上記集電電極は絶縁材料の一つ以上の柱を使
用して上記内部電極上に装着することからなる。

集電電極が絶縁材料の柱によつて内部電極上に
装着されているこの設計は次の利点を有する。

(a) 絶縁性柱の簡単な形が製造原価の引き下げ
と、PTFEの如き望ましいが比較的高価な絶縁
材料の使用を可能にする。ホーチキ・コーポレ
イシヨンの室の対応する部分はPTFEで非常に
高価である。

(b) これらの絶縁体の長さに対する表面積の比を
有利にできる（表面積が小さくなればなる程表
面を通る電流漏洩の機会が少なくなる）。

(c) 絶縁体に沿つての漏洩があるとき、装置は、
漏洩が内部電極へと向い、これが全体として煙
と同じ効果を有することから安定性に欠ける。

(d) 集電電極を内部電極に対して正確かつ堅固に
装着することが容易であり、従つて二つの電離
帯域中での電離性放射線の分布間に正しい一定
の関係を得ることができるようになる、これは
特に集電電極が二つまたは三つまたはそれ以上
の絶縁材料の柱上に装着されているときそうで
ある。

(e) 全体としての設計が安価な製造技術に適応し
うる。

上記(a)，(b)および(c)との組合せにおいて、絶縁
体の欠陥は煙探知器電離室中の欠陥の共通原因で
あること、およびある幾つかの設計における欠陥
はフエールセーフモードにないことを知るべきで
ある。

本発明を第４図および第５図を参照して説明す
る。第４図は明示のため外部電極を除いた探知器
の平面図であり、第５図は外部電極を含めた第４
図の５―５線での断面図である。

第一電極または内部電極は、放射線源６０を受
け入れるため中心に凹み５８を有する平板な内部
部分５６に小さい垂直壁５４によつて接合された
平らな外部部分５２を有する円形不銹鋼盤；およ
び壁５４上に押圧嵌合している周囲スカート６
４、放射線源６０の縁にかぶさり、それを保持す
る平板部分６６、および放射線放出を可能にする
ための小さい中心孔６８を有するこれも不銹鋼製
の円形カバー盤からなつている。電極には電気的
接続のためのリード７０を設ける。

３本のPTFE柱７２によつて内部電極上に、バ
ー８０によつて半分に分けられた中心孔７８をと
りまいた中央凹部７６を有する円形不銹鋼板の形
の集電電極７４を装着してある。集電電極の形、
特に中心孔は以下に詳述する。集電電極のセクタ
ーは８２で切りとられ、電気的接続のためのリー
ド８４はPTFE絶縁ブロツク８６内の内部電極５
２を通る。

盤５２の円形外縁は絶縁性ポリプロピレン材料
の環状ブロツク９０中に８８で埋め込まれてお
り、環状ブロツク９０はまた外部電極９２も支持
し、外部電極への電気的接続のためのリード９６
のための二つのスリツト９４を有する。外部電極
９２は円形ドーム状不銹鋼ケーシングである普通
のもので、その傾斜側壁９８は、第一電離帯域１
００および第二または基準電離帯域１０２を有す
る室中に空気および煙を自由に流出入させうるよ
う適合した孔を有する。

外部電極９２、集電電極７４および内部電極５
２には、電子回路に接続するため錫メツキされた
ブロツク９０の反対側上にそれぞれ端子９６，８
４および７０を設けてある。端子９６と７０の間
に9Vの電位差を保つ。

探知器は、端子９６，８４および７０、および
絶縁８６をに通すことのできる孔を有する印刷回
路板（図示せず）上に装着するとよい。

放射性材料は金の２μの保護層を有する金属箔
上に支持されたアメリシウム２４１である。孔６
８を通して認知しうる放射線源の放射能は0.4ミ
クロキユーリーである。探知器の主寸法は次の通
りである。

孔６８の直径 ３mm 孔７８の直径 10mm バー８０の幅 １mm 外部電極９２の高さ（放射線源６０の上） 15mm 外部電極９２の全体的直径 40mm この探知器の操作は第１図について前述したの
と同じである。

本発明の好ましくかつ副次的な特長は、集電電
極の設計にある。第二または基準電離帯域が実質
的な飽和イオン電流状態下に操作し、第一電離帯
域が実質的な不飽和イオン電流状態下に操作する
要件は、探知器の寸法を大きく決定する。第５図
を参照して、放射性物質がα粒子エミツターであ
るとき、基準電離帯域は非常に小さいことが要求
され、集電電極内の放射性物質６０と孔７８の間
の距離は典形的には約2.5mmであることができ
る。大量生産において、５８で内部電極上に放射
性物質６０を装着する操作は微妙なもので、一つ
の探知器から次の探知器へと同じ正確度で寸法を
維持することは容易にできることではない。放射
性物質６０が孔７８から離れすぎて、例えば2.5
mmの代りに2.6mmの位置に配置された場合を考え
る。第一帯域と第二帯域における電離応答の比
は、小さすぎるようになる、従つて集電電極７４
の電位は低すぎる、例えば5.5Vの代りに4.8Vと
なり、探知器は敏感になりすぎ、何ら煙が存在し
なくても室中でのイオン生成における自然変動の
結果として警報器を作動させる。反対に放射性物
質６０が孔７８に近接しすぎて配置された探知器
は相対的に鈍感になり、有効に作用しなくなりさ
えする。

本発明の好ましい特長によれば、集電電極は、
第一電離帯域および第二電離帯域中で電離によつ
て生成される電流の比は、集電電極に対する放射
線源の位置とは実質的に無関係であるように成形
される。

一定の放射性物質および探知器の設計のため
に、集電電極に対する放射線源の最適位置、およ
び集電電極からの放射線源の最適距離があるであ
ろう。この最適値は製造の目的であるが、製造中
常に正確に達成されるものではない。本発明は放
射線源と集電電極の間の距離の５％、望ましくは
10％、好ましくは20％の製造誤差を、英国基準
5446：第1L部（1977年）の第20節により0.5dB／
ｍの密度で燃焼木材火災からの基準煙によつて生
ぜしめられる変化の20％以下、望ましくは10％以
下、好ましくは５％以下まで集電子電流電位を変
える（往居区域のための自動火災警報装置の成
分）ような設計を目的としている。本発明は、内
部電極を有する集電電極を適切に並べるに失敗し
たような（これらは実際に重要性が少ないようで
ある）他の製造変動に対する同様な許容性を与え
るとを目的としている。

一般に探知器は煙密度が0.05〜0.5dB／ｍ（英
国基準5446：第１部の付録Ｄ）の範囲で定められ
た値に達したとき警報器を操作するように設計さ
れる。望ましくはこの初期煙密度は、外部電極と
内部電極が9Vの電位差で保たれるとき、少なく
とも1V、好ましくは少なくとも1.5Vの集電電極
の電位の変化を生ぜしめる。上述した製造誤差率
は0.2V以下特に0.1V以下まで条件下集電電極の
電位を変化させる。

第２図および第３図は本発明により作つた二つ
の集電電極の平面図であり、放射線源は裏側に点
線で示してある。これらの例示以外の他の形も当
業者には明らかなように使用できる。

第２図において円形集電電極３２は、バー３６
で半分に分けられた中心孔３４を有する。放射線
源は３７で示す。2.5mm離して置いた直径３mmの
放射線源を用いたとき、本発明では幅１mmのバー
３６で分けられた直径１cmの孔３４が好ましい。

第３図において、円形集電電極３８は環状孔４
０および三つの放射方向支柱４４で支持された円
形センターピース４２を有する。2.5mm離して置
いた直径２mmの放射線源を用いたとき、本発明で
は、適切な強度と一致させたできる限り薄い、支
柱４４で支持された直径２mmのセンターピースと
直径1.6cmの孔４０が好ましい。

本発明者等は、何如なる特定の探知器の設計の
ためにも第一電離帯域および第二電離帯域で生成
する電離比を計算できるコンピユータープログラ
ムを開発した。これによつて本発明者等は、第３
図の集電電極を用い、放射線源を、生成する電離
比に大きな影響を与えることなく2.0mmから3.0mm
までの距離で配置できること、および第２図の集
電電極を用いて、放射線源を生成させる電離比に
大きな影響を与えることなく2.4mmから2.6mmまで
の距離で配置できることを計算する。

孔（第２図の３４、第３図の４０）が小さすぎ
るとき、基準帯域で過剰割合の電離が生ずる。孔
が大きすぎるときには、第一帯域において過剰割
合の電離が生じ、多すぎるイオンが集電電極で捕
集されずに孔を通過し、従つてイオン電流中の変
化に対する鋭敏性が劣るようになる。バー（第２
図の３６）またはセンターピース（第３図の４
２）が大きすぎると、第一帯域で生成する電離が
少なすぎるようになり、小さすぎると少ない補償
効果を生ぜしめる。

注意すべき他の設計要因は、第一電離帯域おび
第二電離帯域で生成する電離比が探知器にとつて
満足できる操作電位を許容するに充分な大きさで
なければならないことである。第２図の設計がこ
の点で好ましい。

放射線源の強度は、定常の測定しうるイオン電
流を発生すること一致してできる限り小さくすべ
きである。放射線源が弱すぎるとき、集電電極の
電位はその平均値付近で変化を受け易く、火災も
ないのに警報器を作動させる危険を伴う。本発明
では0.01〜10、特に0.1〜１ミクロキユーリーの
放射性材料を使用するのが好ましい。α粒子源
は、耐摩耗性および耐蝕性を与えるため金の薄い
表面層を有する箔の形で設けるのが好都合であ
る。しかしながら保護層は若干の放射エネルギー
を吸収する、典形的には、放射性材料としてアメ
リシウム241を使用するとき、箔の面に対し90゜
で放出するα粒子のエネルギーの20％を吸収し、
放射角が小さくなる程その率は大となる。箔の面
に対する角が大きいとき放出されるα粒子は小さ
い角で放出されるα粒子よりも更に遠くへ移動
し、第一電離帯域で電離を生ぜしめるのに現則的
に応答しうる。探知器の圧力依存性を最小にする
ため、放射線源からの外部電極の距離は、標準温
度および圧力で清浄な空気中でのα粒子の平均範
囲の半分より多くないのが好ましい。

電離性放射線を放出する幾つかの放射線源例え
ばβ粒子、内部転換電子、オージエ電子またはＸ
線のみならずα粒子にとつて、集電電極中の一つ
以上の孔を放射線を通過させるのに充分な薄さの
膜で被覆することができる。

本発明の探知器は、雰囲気圧力および温度の変
動効果を最小にするため；煙がないときでさえも
一定の高温で警報器を作動させるため；煙を使用
せずにそれを試験できるようにするため；周囲雰
囲気中に放射線が放出されるのを防ぐため既知の
基準に従つて設計するとよい。かかる探知基に使
用する電子回路は良く知られており、ここでは説
明しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は既知の探知器の一例の軸方向断面図で
あり、第２図および第３図は本発明に従つて作つ
た２種の集電電極の平面図であり、第４図は明示
のため外部電極を除いた探知器の平面図であり、
第５図は外部電極も含めた第４図の５―５線での
断面図である。 １０は絶縁支持体、１２は外部電極、１４は集
電電極、１６は中心孔、１８は内部電極、２０は
放射性物質、２２および２４は端子、３０は端
子、３２は集電電極、３４は中心孔、３６はバ
ー、３７は放射線源、３８は集電電極、４０は
孔、４２はセンターピース、４４は支柱、５２は
平板外部、５４は壁、５６は平板内部、６０は放
射線源、６４は周囲スカート、６６は平板部、７
０はリード、７２は支柱、７４は集電電極、７６
は中心凹部、７８は中心孔、８０はバー、８２は
切欠部、８４はリード、８６は絶縁ブロツク、９
０は環状ブロツク、９２は外部電極、９４はスリ
ツト、９６はリード、９８は傾斜側壁、１００は
第一電離帯域、１０２は第二または基準電離帯
域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 指示装置と共に使用する煙感応探知器であつ
   て、上記煙探知器が、 煙を通過させるようにした室；上記室の基体が
   室の残余部から絶縁された第一電極または内部電
   極を形成し、上記室の残余部が第二電極または外
   部電極を形成し；上記室が、上記内部電極と外部
   電極間に適切な電位差を維持するとき異なる電気
   的特性を有する二つの帯域に上記室を分ける作用
   をする第三電極または集電電極を室中に有し；第
   一電離帯域を上記外部電極および上記集電電極で
   形成し、通過する電流が煙の進入によつて大きく
   影響されるように構成し；第二電離帯域または基
   準電離帯域を上記内部電極および上記集電電極で
   形成し、本質的に一定電流が通過し、電流が煙の
   進入によつて殆んど影響されないように構成し；
   上記内部電極が放射線源を支持または混入し；上
   記集電電極が放射性材料からの放射線を通過させ
   ることのできる一つ以上の孔を有し；上記集電電
   極が絶縁材料の一つ以上の柱を使用することによ
   つて上記内部電極上に装着されている ことを特徴とする煙感応探知器。 ２ 集電電極をポリテトラフルオロエチレンの３
   本の柱で内部電極上に装着する特許請求の範囲第
   １項記載の探知器。 ３ 集電電極を、第一電離帯域および第二電離帯
   域中での電離によつて作られる電流の比が集電電
   極に対する放射線源の位置と実質的に無関係であ
   るよう形作られている特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の探知器。 ４ 集電電極がバーによつて半分に分けられた円
   形孔を有し、放射線源が孔に対向した中心に内部
   電極上に配置した特許請求の範囲第３項記載の探
   知器。 ５ 集電電極が放射状支柱で支持された中実円形
   センターピースおよび環状孔を有し、放射線源が
   孔に対向した内部電極の中心に配置されている特
   許請求の範囲第３項記載の探知器。 ６ 放射線源が0.1〜１ミクロキユーリーの放射
   能を有するα粒子源である特許請求の範囲第１項
   〜第５項の何れか一つに記載の探知器。 ７ 放射線源がα粒子、β粒子、内部転換電子、
   オージエ電子またはｘ線を放出する特許請求の範
   囲第１項〜第６項の何れか一つに記載の探知器。