JP2006244162A - Heat detector - Google Patents
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- Fire-Detection Mechanisms (AREA)
Abstract
Description
本発明は、監視領域における熱を感知して警報等を行う熱感知器に関する。 The present invention relates to a heat detector that senses heat in a monitoring area and issues an alarm or the like.
従来から、火災の発生を、火災により発生する熱で感知する熱感知器が提案されている。このような熱感知器は、一般的に、監視領域における熱を感知する感熱部と、この感熱部による感知状態に応じて警報を行う感知器本体とを備えて構成されている。 Conventionally, heat detectors that detect the occurrence of a fire with the heat generated by the fire have been proposed. Such a heat sensor is generally configured to include a heat sensitive part that senses heat in the monitoring region, and a sensor main body that issues an alarm according to the sensing state of the heat sensitive part.
このうち、感熱部は、監視領域における熱を感知し、その感知状態を他の状態変化へ変換するセンサ部を備えて構成されている。このセンサ部には、温度上昇による空気の膨張により変形するダイヤフラム、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ、又は、温度に応じて所定方向に変形するバイメタル等が使用されている（例えば、特許文献１参照）。 Among these, the heat sensitive unit is configured to include a sensor unit that senses heat in the monitoring region and converts the sensed state into another state change. A diaphragm that deforms due to expansion of air due to temperature rise, a thermistor that changes its resistance value according to temperature, or a bimetal that deforms in a predetermined direction according to temperature is used for this sensor unit (for example, a patent) Reference 1).
図１０は、従来のサーミスタ式の熱感知器の正面図、図１１は、図１０の熱感知器のＡ−Ａ矢視断面図である。この熱感知器１１０は、概略的に、感知器本体１１１の一側面にサーミスタ１１２を立設して構成されていた。このようにサーミスタ１１２を立設するのは、感知器本体１１１からサーミスタ１１２を極力離すことで感知器本体１１１との間の熱伝導を防止すると共に、感知器本体１１１の外側からの気流をサーミスタ１１２に極力直接的に当てることにより、サーミスタ１１２の熱応答性を高めるためである。また、このように立設されたサーミスタ１１２を外部から保護するため、このサーミスタ１１２の周囲にはサーミスタガイド１１３が設けられていた。
FIG. 10 is a front view of a conventional thermistor type heat sensor, and FIG. 11 is a cross-sectional view of the heat sensor of FIG. The
しかしながら、このような従来の熱感知器１１０においては、サーミスタ１１２自体が嵩張ることに加えて、このサーミスタ１１２の周囲にサーミスタガイド１１３を設けていたので、熱感知器１１０が全体として比較的大型になってしまい、この熱感知器１１０の薄型化を図ることが困難になっていた。
However, in such a
このような問題を解決するため、本願発明者等により、温度が変化すると焦電効果によって焦電電流を出力する強誘電性物質であるセラミック素子を、熱感知素子として利用することが検討されている。このセラミック素子は薄膜状に成型できるため、これを熱感知素子として利用することで、熱感知器全体を小型化することが可能になる。 In order to solve such a problem, the inventors of the present application have examined the use of a ceramic element, which is a ferroelectric substance that outputs a pyroelectric current due to the pyroelectric effect when the temperature changes, as a heat sensing element. Yes. Since this ceramic element can be formed into a thin film, the entire heat sensor can be miniaturized by using this ceramic element as a heat sensing element.
しかし、セラミック素子はこれまで圧電スピーカ等に利用されていたものの、これをこのまま熱感知素子として利用した場合には種々の問題が生じ得る。例えば、セラミック素子の誘電率の変化曲線はその周囲環境温度によって異なる傾きを有し得るが、セラミック素子を用いた従来の圧電スピーカ等においては、周囲環境温度があまり問題にならなかったので、誘電率の変化曲線の温度特性をほとんど考慮していなかった。従って、火災環境という特殊な温度環境下で従来のセラミック素子をそのまま使用した場合には、誘電率の変化曲線の傾きが緩やかになり過ぎる等、所望の温度特性を得られず、所望の熱応答性を得ることができない可能性があった。 However, although ceramic elements have been used for piezoelectric speakers and the like, various problems may occur when they are used as heat sensing elements as they are. For example, the change curve of the dielectric constant of a ceramic element may have different slopes depending on the ambient temperature. However, in a conventional piezoelectric speaker using a ceramic element, the ambient temperature has not become a problem. Little consideration was given to the temperature characteristics of the rate change curve. Therefore, when a conventional ceramic element is used as it is under a special temperature environment such as a fire environment, the desired temperature characteristics cannot be obtained because the slope of the dielectric constant change curve becomes too gentle, etc. There was a possibility that sex could not be obtained.
また、熱感知器の熱応答性は熱感知素子の熱容量に影響されるが、セラミック素子を用いた従来の圧電スピーカ等においては、その熱容量がほとんど考慮されていなかった。従って、従来のセラミック素子をそのまま熱感知器に使用した場合には、所望の熱応答性を得られない可能性があった。 In addition, the thermal response of the heat sensor is affected by the heat capacity of the heat sensing element, but in the conventional piezoelectric speaker using a ceramic element, the heat capacity is hardly considered. Therefore, when a conventional ceramic element is used as it is for a heat sensor, there is a possibility that a desired thermal response cannot be obtained.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱感知部の熱感知素子として用いられるセラミック素子の各種の特性を最適化することにより、熱応答性を高めた、熱感知器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a thermal sensor with improved thermal responsiveness by optimizing various characteristics of a ceramic element used as a thermal sensing element of a thermal sensing unit. The purpose is to do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の熱感知器は、監視領域内の温度をセラミック素子の誘電率に基づいて測定する熱感知器であって、前記セラミック素子のキュリー点温度を、当該熱感知器の感知温度範囲に対して所定の関係を有する範囲としたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the thermal sensor according to
また、請求項２に記載の熱感知器は、請求項１に記載の熱感知器において、前記セラミック素子のキュリー点温度を、当該セラミック素子の温度特性曲線における当該キュリー点温度の近傍範囲と、前記感知温度範囲とが、相互に略一致する範囲としたことを特徴とする。
Moreover, the heat sensor according to
また、請求項３に記載の熱感知器は、請求項１又は２に記載の熱感知器において、前記キュリー点温度を、約６０度から約１７０度の範囲としたことを特徴とする。
The heat sensor according to
また、請求項４に記載の熱感知器は、監視領域内の温度をセラミック素子の誘電率に基づいて測定する熱感知器であって、前記セラミック素子の厚みを、火災感知における所定の時定数に略対応する厚み以下としたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a heat detector for measuring a temperature in a monitoring region based on a dielectric constant of a ceramic element, wherein the thickness of the ceramic element is a predetermined time constant in fire detection. The thickness is approximately equal to or less than the thickness.
また、請求項５に記載の熱感知器は、請求項４に記載の熱感知器において、前記時定数を、約２４秒以下としたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the heat sensor according to the fourth aspect, the time constant is about 24 seconds or less.
また、請求項６に記載の熱感知器は、請求項４又は５に記載の熱感知器において、前記セラミック素子の厚みを、約１００ミクロン以下としたことを特徴とする。
The heat sensor according to
また、請求項７に記載の熱感知器は、請求項４から６のいずれか一項に記載の熱感知器において、前記セラミック素子と当該セラミック素子に設けられる電極との厚みを、約１３０ミクロン以下としたことを特徴とする。
The heat sensor according to
また、請求項８に記載の熱感知器は、請求項１から７のいずれか一項に記載の熱感知器において、前記セラミック素子は、ペロブスカイト型構造をもつ圧電性セラミック素子であることを特徴とする。
Moreover, the thermal sensor according to
この発明によれば、セラミック素子のキュリー点温度を、当該熱感知器の感知温度範囲に対して所定の関係、より具体的には、セラミック素子の温度特性曲線における当該キュリー点温度の近傍範囲と、前記感知温度範囲とが、相互に略一致する関係にすることができ、温度特性曲線の傾きが顕著な範囲で温度検知を行うことができるので、感知器の熱応答性を高めることができる。 According to the present invention, the Curie point temperature of the ceramic element has a predetermined relationship with the sensing temperature range of the heat detector, more specifically, a range near the Curie point temperature in the temperature characteristic curve of the ceramic element. The sensing temperature range can be in a substantially coincident relationship with each other, and the temperature can be detected in a range where the inclination of the temperature characteristic curve is remarkable, so that the thermal response of the sensor can be improved. .
また、この発明によれば、セラミック素子の厚みを、火災感知における所定の時定数に略対応する厚み以下にすることができ、セラミック素子の熱容量を低減することができるので、感知器の熱応答性を高めることができる。 In addition, according to the present invention, the thickness of the ceramic element can be reduced to a thickness substantially corresponding to a predetermined time constant in fire detection, and the heat capacity of the ceramic element can be reduced. Can increase the sex.
以下に添付図面を参照して、この発明に係る熱感知器の各実施の形態を詳細に説明する。まず、〔Ｉ〕本発明の基本的構成を説明した後、〔II〕本発明の実施の形態について説明し、〔III〕最後に、本発明の実施の形態に対する変形例について説明する。 Embodiments of a heat sensor according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. First, [I] the basic configuration of the present invention will be described, then [II] an embodiment of the present invention will be described, and [III] Finally, a modification to the embodiment of the present invention will be described.
〔Ｉ〕本発明の基本的構成
まず、本発明の基本的構成について説明する。本発明は、監視領域の温度を監視するための感熱器に関する。ここで、熱感知器の具体的な監視領域や監視目的は任意であるが、以下の実施例では、一般家屋やオフィスビルの室内に設置されて火災発生の有無を監視する熱感知器について説明する。
[I] Basic Configuration of the Present Invention First, the basic configuration of the present invention will be described. The present invention relates to a heat detector for monitoring the temperature of a monitoring area. Here, the specific monitoring area and monitoring purpose of the heat detector are arbitrary, but in the following embodiment, a heat detector that is installed in a room of a general house or office building and monitors the occurrence of a fire will be described. To do.
ここで、本発明は、熱感知素子として用いられるセラミック素子の各種の特性を最適化することにより、熱応答性を高めた、熱感知器を提供することを目的の一つとしている。ここで、熱応答性の向上は、（１）セラミック素子の誘電率の変化曲線を最適化すること、及び、（２）セラミック素子の熱容量を最適化すること、等によって達成している。すなわち、本願発明者は、熱感知器における所望の熱応答性を確保するためには、セラミック素子の誘電率の変化曲線を熱感知器の感知温度範囲を考慮して決定する必要性があることや、セラミック素子の熱容量を適切な範囲にする必要があることを見出した。以下の実施の形態においては、これら諸点を考慮して構成した熱感知器について説明する。 Here, an object of the present invention is to provide a heat sensor having improved thermal response by optimizing various characteristics of a ceramic element used as a heat sensing element. Here, the improvement of the thermal response is achieved by (1) optimizing the change curve of the dielectric constant of the ceramic element and (2) optimizing the heat capacity of the ceramic element. That is, the present inventor needs to determine the change curve of the dielectric constant of the ceramic element in consideration of the sensing temperature range of the thermal sensor in order to ensure the desired thermal response in the thermal sensor. It was also found that the heat capacity of the ceramic element needs to be in an appropriate range. In the following embodiments, a heat sensor configured in consideration of these points will be described.
〔II〕本発明の実施の形態
次に、本発明に係る熱感知器の実施の形態について説明する。ただし、これら各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。図１は、熱感知器の構成を示す機能ブロック図である。熱感知器１は、セラミック素子１０、温度算定部２０、記憶部３０、及び、制御部４０を備える。このように構成された熱感知器１において、火災検出は以下のように行われる。すなわち、監視領域の温度に応じて変化したセラミック素子１０の温度が、このセラミック素子１０の誘電率に基づいて、温度算定部２０にて算定される。制御部４０は、このセラミック素子１０の温度と、記憶部３０に予め記憶された閾値とを比較し、セラミック素子１０の温度が閾値を上回る場合、監視領域で火災があったと判定し、発報出力を指示する。以下、この熱感知器１の構成及び処理のうち、特に温度算定に関する部分について、説明する。
[II] Embodiment of the Present Invention Next, an embodiment of a heat detector according to the present invention will be described. However, the present invention is not limited by these embodiments. FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the heat detector. The
まず、温度算定部２０の要部の具体的構成を説明する。温度算定部２０は、セラミック素子１０の誘電率に基づいて、監視領域の温度を算定する温度算定手段である。図２は、温度算定部２０の要部の回路図である。この図２に示すように、温度算定部２０の要部を構成する電気回路は、複数のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、及び、コンパレータＩＣ１を図示のように接続して構成されている。
First, a specific configuration of the main part of the
次に、この温度算定部２０による温度算定について説明する。ＴＲ３のベース端子に放電トリガが与えられると、セラミック素子１０は放電する。放電後、図示しない入力部から入力を受けると、定電流がセラミック素子１０に供給され、このセラミック素子１０が充電される。この充電の過程において、セラミック素子１０の充電量が所定値を超えた場合、コンパレータＩＣ１の出力がHighになる。従って、セラミック素子１０の放電後であって入力部からの入力があった時点から、コンパレータＩＣ１の出力がHighになった時点までの経過時間を測定することによって、セラミック素子１０が所定値を超える程度に充電された時間を測定できる。このセラミック素子１０の充電時間は、セラミック素子１０の誘電率に略一意的に対応しており、さらにこの誘電率はセラミック素子１０の温度に略一意に対応しているため、セラミック素子１０の充電時間に基づいてセラミック素子１０の温度、すなわち監視領域の温度を測定できる。
Next, temperature calculation by the
図３は、セラミック素子１０の温度変化と充電時間との関係を示す図である。この図３に示すように、入力部から矩形波を入力した場合において、セラミック素子１０の温度が上昇すると、充電波形における充電初期の立ち上がりが徐々に鈍くなり、これに伴って充電波形が閾値を超えるまでの時間（充電時間）ｔが時間ｔｓのように長くなる。従って、この充電時間に基づいて温度を決定できる。ここで、図１の記憶部３０には、充電時間と温度との関係を特定するテーブルが記憶されており、温度算定部２０は、このテーブルを参照し、充電時間に対応する温度を決定できる。なお、充電時間と温度との関係の具体的数値は実験等によって容易に求めることができるので、ここでは省略する。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the temperature change of the
上述したセラミック素子１０は、少なくともこの熱感知器１の温度測定範囲において、強誘電性を示す強誘電性物質である。この強誘電性物質は、例えば、ＰＺＴ系の強誘電性物質（特許請求範囲における「ペロブスカイト型構造をもつ圧電性セラミック」に対応する）を用いて構成され、その場合、多数の結晶粒がランダムに組み合わさって構成された多結晶体を成す。この結晶粒は微小な結晶であり、各結晶粒は、自発分極の向きが異なる複数の分域を備える。この分域の形や自発分極の向きは、各結晶粒又は強誘電性物質のエネルギー状態が安定するように形成されている。なお、この強誘電性物質に対して、微結晶毎及び分域毎に異なる方向を向いている自発分極を配向するため、ポーリング処理を施しても良く、この場合には、自発分極の向きに依存する圧電効果が一層顕著になる。
The
このセラミック素子１０の具体的構成例についてさらに説明する。図４は、セラミック素子１０等の平面図及び縦断面図を相互に関連させて示した図である。この図４に示すように、セラミック素子１０は略円板状に形成されており、その両面には一対の電極１１、１２を備えて構成されている。これら電極１１、１２は、セラミック素子１０から出力された焦電電流を図示しない電線を介して温度算定部２０へ出力するための電極手段であり、金属板をセラミック素子１０に接着することにより、あるいは、金属をセラミック素子１０に蒸着すること等により形成されている。
A specific configuration example of the
（セラミック素子１０のキュリー点温度Ｔcについて）
次に、セラミック素子１０の誘電率の温度特性を最適化するための構成について説明する。この温度特性を最適化するためには、セラミック素子１０のキュリー点温度Ｔcを所定の温度範囲、例えば、約６０度〜１７０度の範囲にすることが好ましい。これは以下の理由による。
(About the Curie point temperature Tc of the ceramic element 10)
Next, a configuration for optimizing the temperature characteristics of the dielectric constant of the
まず、キュリー点温度Ｔcは、熱感知器１の一般的な感知温度範囲よりも高くすることが好ましい。これは、キュリー点温度Ｔcを感知温度範囲内又はそれ以下とした場合、感知すべき温度が誘電体のキュリー点温度Ｔcよりも高温になることにより、セラミック素子１０が強誘電体から常誘電体に変移し、その特性が変わってしまうためである。ここで、熱感知器１の一般的な感知温度範囲は２０〜６０度であることから、キュリー点温度Ｔcは約６０度以上とすることが好ましい。
First, the Curie point temperature Tc is preferably higher than the general sensing temperature range of the
また、熱感知器１における温度測定において高いＳ／Ｎ比を得るためには、セラミック素子１０の誘電率の温度特性の傾きが顕著である範囲において、熱感知を行うことが好ましい。換言すれば、セラミック素子１０の誘電率の温度特性の傾きが顕著な範囲と、熱感知器１における感知温度範囲とを、相互に合致させることが好ましい。ここで、セラミック素子１０の誘電率の温度特性の傾きは、そのキュリー点温度Ｔｃ付近で最大勾配を持つ一方、キュリー点温度Ｔcから温度が離れるほど勾配が緩くなる傾向にある。従って、これらのことから、セラミック素子１０の特性曲線のうち、特に傾きの大きなキュリー点温度Ｔｃに近い範囲（キュリー点温度Ｔｃから３０度〜５０度程度マイナス側の範囲、例えばキュリー点温度Ｔｃ−４０度の範囲）、を、熱感知器１における感知温度範囲に合致させることが好ましい。
Further, in order to obtain a high S / N ratio in the temperature measurement in the
このようにキュリー点温度Ｔｃと感知温度範囲とを所定の関係にするためには、不純物の添加率ｘを変えればよい。例えば、図５は、キュリー点温度Ｔｃと比誘電率εとの関係を示す図である。ペロブスカイト型結晶の一つであるチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）に不純物としてＰｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3をドープした場合について、不純物の添加率をｘとすると、この時のチタン酸鉛の構成は「（１−ｘ）×Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ｘ×ＰｂＴｉＯ3」と表現される。図５においては、不純物の添加率ｘを変えた場合の温度特性曲線ａ〜ｅが示されている。この図５から分かるように、添加率ｘを変えることによって、キュリー点温度Ｔｃはそれぞれ約−１０、２０、６０、８０、１７０度に変り、これに伴って温度特性曲線が曲線ａ〜ｅのようになる。この図５に示されるように、不純物の添加率ｘが異なる各温度特性曲線ａ〜ｅのいずれにおいても、キュリー点温度Ｔｃに近い範囲において傾きが特に増大する傾向があり、例えば、添加率ｘ＝０．１７の特性曲線ｄの５０〜８０度での傾きは、添加率ｘ＝０．３３の特性曲線ｅの同温度での傾きよりも大きくなっている。 Thus, in order to make the Curie point temperature Tc and the sensed temperature range have a predetermined relationship, the impurity addition rate x may be changed. For example, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the Curie point temperature Tc and the relative dielectric constant ε. When lead titanate (PbTiO 3 ), which is one of the perovskite crystals, is doped with Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 as an impurity, the addition rate of the impurity is assumed to be x. The structure of lead acid is expressed as “(1-x) × Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 —x × PbTiO 3 ”. FIG. 5 shows temperature characteristic curves a to e when the impurity addition rate x is changed. As can be seen from FIG. 5, by changing the addition rate x, the Curie point temperature Tc is changed to about -10, 20, 60, 80, and 170 degrees, respectively, and accordingly, the temperature characteristic curves are the curves a to e. It becomes like this. As shown in FIG. 5, in each of the temperature characteristic curves a to e with different impurity addition rates x, the inclination tends to increase particularly in a range close to the Curie point temperature Tc. For example, the addition rate x The slope at 50 to 80 degrees of the characteristic curve d = 0.17 is larger than the slope at the same temperature of the characteristic curve e with the addition rate x = 0.33.
次に、このような各特性曲線とＳ／Ｎとの関係について検討する。キュリー点温度Ｔｃが約６０、８０、又は、１７０度であるそれぞれの場合について、感知温度が２０度である場合と６０度である場合との誘電率変化率（＝６０度の場合の誘電率／２０度の場合の誘電率）を計算すると、キュリー点温度Ｔｃが約６０度の場合には誘電率変化率＝２７．５Ｅ−３／１４Ｅ−３＝２．０、約８０度の場合には誘電率変化率＝２２Ｅ−３／５Ｅ−３＝４．４、約１７０度の場合には誘電率変化率＝３．９Ｅ−３／１．９Ｅ−３＝２．１になる。このことから、キュリー点温度Ｔｃが約６０〜１７０度である場合には、感知温度範囲２０〜６０度の温度変化においてＳ／Ｎ比は２．０以上になるが、逆にキュリー点温度Ｔｃ＝約６０〜１７０度を満足しない場合には、Ｓ／Ｎ比は２．０以下になる。
Next, the relationship between each characteristic curve and S / N will be examined. For each case where the Curie point temperature Tc is about 60, 80, or 170 degrees, the dielectric constant change rate when the sensed temperature is 20 degrees and 60 degrees (= dielectric constant when 60 degrees) When the Curie point temperature Tc is about 60 degrees, the dielectric constant change rate = 27.5E-3 / 14E-3 = 2.0 and about 80 degrees. Is the dielectric constant change rate = 22E-3 / 5E-3 = 4.4, and in the case of about 170 degrees, the dielectric constant change rate = 3.9E-3 / 1.9E-3 = 2.1. From this, when the Curie point temperature Tc is about 60 to 170 degrees, the S / N ratio becomes 2.0 or more in the temperature change of the sensed
次に、熱感知器１において必要とされるＳ／Ｎ比について検討する。一般に、熱感知器１におけるセンサのＳ／Ｎ比は大きいほど好ましいが、少なくともＳ／Ｎ比を２以上とすることが、安定した感知特性を維持する上で必要となる。これは以下の理由による。すなわち、熱感知器１の性能を規格する法令（例えば、「火災報知設備の感知器及び発信機に係る技術上の規格を定める省令」）によれば、特種６５度定温式熱感知器は、周囲温度５５度中に投げ込んだ場合、１分以内に作動してはならないと規定されている（不作動試験）。このため、キュリー点温度Ｔｃが約６０、８０、又は、１７０度であるそれぞれの場合について、感知温度が２０度である場合と５５度である場合との誘電率変化率（＝５５度の場合の誘電率／２０度の場合の誘電率）を計算すると、キュリー点温度Ｔｃが約６０度の場合には誘電率変化率＝２６．８Ｅ−３／１４Ｅ−３＝１．９、約８０度の場合には誘電率変化率＝１７Ｅ−３／５Ｅ−３＝３．４、約１７０度の場合には誘電率変化率＝３．６Ｅ−３／１．９Ｅ−３＝１．９になる。つまり、この場合の最低のＳ／Ｎ比は１．９程度になる。
Next, the S / N ratio required in the
このことから、不作動試験を満たすためには、熱感知器１の制御部４０において、不作動試験の５５度環境下で得られるＳ／Ｎ比１．９と、これより大きな２．０以上のＳ／Ｎ比とを相互に区別しなければならない。さらに現実的には、このような判定を電気的ノイズや機械的変動要素による擬信号が存在する環境の中で正しく行わなければならず、それらノイズの大きさを信号の５％と勘案した場合、Ｓ／Ｎ比は最低でも２．０以上が必要となる。このようにＳ／Ｎ比を２．０以上とするためには、上述のようにキュリー点温度Ｔｃを約６０〜１７０度とすればよい。これらのことから、熱感知器１に用いるセラミック素子１０のキュリー点温度Ｔｃは、約６０〜１７０度であることが好ましいことが分かる。
From this, in order to satisfy the inoperative test, the
（セラミック素子１０の厚みについて）
次に、セラミック素子１０の適切な厚みについて検討する。一般に、セラミック素子１０の熱容量は、当該セラミック素子１０の板厚が厚くなる程、大きくなる傾向にある。しかしながら、セラミック素子１０の熱容量が大きくなると、監視領域からの熱気流がセラミック素子１０に当たってから当該セラミック素子１０の温度が上昇するまでの時間が長くなるため、熱応答性が低減する。したがって、セラミック素子１０は、当該セラミック素子１０が必要な耐久性等を満たす限りにおいて、薄く形成することが好ましい。
(About the thickness of the ceramic element 10)
Next, an appropriate thickness of the
次に、セラミック素子１０の熱容量について検討する。周囲温度Ｔｆによるｔ秒後の温度Ｔ（ｔ）は、下記式（１）のように表すことが出来き、また、熱容量をＣ＝γｃＶとすると、時定数は、下記式（２）のように表すことができる。
Ｔ（ｔ）−Ｔｆ＝（Ｔ０−Ｔｆ）×Ｅｘｐ（−ｔ／τ） ・・・式（１）
τ＝Ｃ／ｈＡ ・・・式（２）
ただし、Ｔ０＝初期温度、τ＝時定数＝γｃＶ／ｈＡ、γ＝比重量、ｃ＝比熱、Ｖ＝体積、ｈ＝熱伝達率、Ａ＝表面積。
Next, the heat capacity of the
T (t) −Tf = (T0−Tf) × Exp (−t / τ) (1)
τ = C / hA (2)
Where T0 = initial temperature, τ = time constant = γcV / hA, γ = specific weight, c = specific heat, V = volume, h = heat transfer coefficient, A = surface area.
ここで、特種６５度感知器の作動試験における、上記式（１）によって計算した、熱時定数による感熱特性の違いを図６に示す。熱感知器１の性能を規格する上記法令によれば、特種６５度定温式熱感知器は周囲温度８１度中に投げ込んだ場合、３０秒以内に作動しなければならない。この場合、図６から、熱感知器１の時定数τは２４秒以下であることが必要となる。
Here, FIG. 6 shows the difference in thermal characteristics according to the thermal time constant calculated by the above formula (1) in the operation test of the special 65-degree sensor. According to the above-mentioned laws and regulations that standardize the performance of the
このように時定数τを２４秒以下にするためには、式（２）において時定数τが熱容量に比例することから、熱容量を所定量以下にする必要あることが分かる。この熱容量は、セラミック素子１０や、このセラミック素子１０に接触している電極１１、１２の体積に比例する。これらセラミック素子１０や電極１１、１２の直径は、監視領域の熱気流を受けるためにある程度の径を確保することが必要になるので、具体的には、セラミック素子１０や電極１１、１２の厚みを調整する必要が生じる。
Thus, in order to make the time constant τ 24 seconds or less, since the time constant τ is proportional to the heat capacity in the equation (2), it can be seen that the heat capacity needs to be a predetermined amount or less. This heat capacity is proportional to the volume of the
ここで、セラミック素子１０の厚みを８０μｍとし、電極１１、１２の厚みを５０μｍとした試作品を作成し、この試作品の感熱特性を測定した結果、これらセラミック素子１０及び電極１１、１２の時定数が約２１秒であった。ここで、上述のように熱感知器１の時定数τは２４秒であることから、熱感知器１として規格を満足するためには、セラミック素子１０及び電極１１、１２は、上記試作品に対して約１１０（≒２４／２１）％以下の熱容量を持たねばならない。
Here, as a result of creating a prototype in which the thickness of the
図７は、セラミック素子１０の厚み（横軸）と相対値としての熱容量（縦軸）との関係を示す図、図８は、セラミック素子１０及び電極１１、１２の厚み（横軸）と、上記試作品に対する相対値としての熱容量（縦軸）との関係を示す図である。これら各図から分かるように、約１１０％以下の熱容量を得るためには、セラミック素子１０の厚みは約１００μｍ以下、セラミック素子１０及び電極１１、１２の厚みは約１３０μｍ以下であることが必要である。このように熱容量を低減することにより、セラミック素子１０が火災による熱気流を受けた場合に、その温度が速やかに上昇し、迅速な熱感知を行うことができる。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the thickness (horizontal axis) of the
次に、本発明の実施の形態に係るセラミック素子１０の製造方法について説明する。図９は、この製造方法のフローチャートである。この図９に示すように、まず、セラミック素子１０の構成材料の配合及び調合を行う。具体的には、金属酸化物（ＰｂＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2等）に不純物を所望の添加率だけ添加する（ステップＳＡ−１）。そして、これらを粉砕及び混合し（ステップＳＡ−２）、乾燥機にて乾燥させた後（ステップＳＡ−３）、坩堝内において８００〜８５０度で仮焼結して焼結体（ＰｂＯ3、ＴｉＯ3、ＺｒＯ3等）を得る（ステップＳ−４）。
Next, a method for manufacturing the
次いで、焼結体を粉砕し（ステップＳＡ−５）、得られた粉をバインダにて混合して（ステップＳＡ−６）、略平板状に成型する（ステップＳＡ−７）。そして、この平板状の成型物を円板状にパンチングし（ステップＳＡ−８）、この円板を複数枚づつ匣鉢詰めして（ステップＳＡ−９）、トンネル釜等にて１１００〜１２００度程度の温度で約２日間かけて本焼結を行う（ステップＳＡ−１０）。そして、超音波等をあてながら円板を匣鉢から剥離し（ステップＳＡ−１１）、電極１１を構成する銀ペーストを円板の一側面にパターン印刷する（ステップＳＡ−１２）。次いで、必要に応じて分極処理（ポーリング処理）を行うことによって圧電効果を高めた後（ステップＳＡ−１３）、電気特定を測定し（ステップＳＡ−１４）、円板の銀ペーストのない側面に電極１２を接着した後（ステップＳＡ−１５）、検査を経て（ステップＳＡ−１６）、完成する。
Next, the sintered body is pulverized (step SA-5), and the obtained powder is mixed with a binder (step SA-6) and molded into a substantially flat plate shape (step SA-7). Then, this flat molded product is punched into a disc shape (step SA-8), and a plurality of the discs are packed in a bowl (step SA-9), and 1100 to 1200 degrees in a tunnel pot or the like. The main sintering is performed at a temperature of about 2 days (step SA-10). Then, the disk is peeled from the mortar while applying ultrasonic waves (step SA-11), and the silver paste constituting the
〔III〕実施の形態に対する変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び方法は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
[III] Modifications to Embodiments Although the embodiments of the present invention have been described above, specific configurations and methods of the present invention are within the scope of the technical idea of each invention described in the claims. Any modification and improvement can be made. Hereinafter, such a modification will be described.
（セラミック素子１０について）
実施の形態では、セラミック素子１０を構成する強誘電性物質１１としてＰＺＴ系のセラミックについて説明したが、ＺｒとＴｉの混合比は任意である。さらに、ＰＺＴ系のセラミックは、Ｎｂ、Ｌａ、Ｃａ、Ｓｒ等の添加物を含んでいてもよい。また、セラミック素子１０を構成する強誘電性物質１１は、上述したＰＺＴ系のセラミックやチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）に限らず、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）の如き他のペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電性セラミックを用いてもよい。
(Ceramic element 10)
In the embodiment, the PZT-based ceramic has been described as the
また、セラミック素子１０を構成する強誘電性セラミックは、硬度が高いという利点を有するが、この利点が不要である場合、セラミック以外の強誘電性を示す物質を用いてセラミック素子１０を構成してもよい。例えば、セラミック以外の強誘電性物質１１として、ポリフッ化ビニデリン（ＰＶＤＦ）等の高分子強誘電性物質、あるいは硫酸グリシン等の強誘電性結晶体が挙げられるが、これらの強誘電性物質を用いてセラミック素子１０を構成してもよい。このように、強誘電性セラミック以外の強誘電性物質を用いてセラミック素子１０を構成した場合であっても、熱感知器１は、セラミック素子１０の誘電率又は誘電率の変化率に応じて温度算定を行うことができる。
In addition, the ferroelectric ceramic constituting the
（本発明の適用分野について）
本発明の適用対象は、上述したような熱感知器１には限られず、監視領域における熱を感知して、感知状態に応じて警報を行う全ての機器、例えば、熱検知器にも適用できる。
(Regarding the field of application of the present invention)
The application target of the present invention is not limited to the
（解決しようとする課題や発明の効果について）
また、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。例えば、熱感知器１の熱応答性が所望の熱応答性に満たない場合であっても、その熱応答性が従来の熱感知器に比べて若干でも向上している限りにおいて、本発明の課題が達成されている。
(About problems to be solved and effects of the invention)
In addition, the problems to be solved by the invention and the effects of the invention are not limited to the above-described contents, and the present invention solves the problems not described above or has the effects not described above. There are also cases where only some of the described problems are solved or only some of the described effects are achieved. For example, even if the thermal response of the
この発明は、セラミック素子等の熱感知部の熱応答性を高めることができ、迅速に熱感知を行うことができる。 According to the present invention, the thermal response of the heat sensing unit such as a ceramic element can be improved, and heat sensing can be performed quickly.
１、１１０ 熱感知器
１０ セラミック素子
１１、１２ 電極
２０ 温度算定部
３０ 記憶部
４０ 制御部
１１１ 感知器本体
１１２ サーミスタ
１１３ サーミスタガイド
Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗
ＴＲ１〜ＴＲ３ トランジスタ
ＩＣ１ コンパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,110
Claims (8)
前記セラミック素子のキュリー点温度を、当該熱感知器の感知温度範囲に対して所定の関係を有する範囲としたこと、
を特徴とする熱感知器。 A thermal sensor for measuring the temperature in the monitoring region based on the dielectric constant of the ceramic element,
The Curie point temperature of the ceramic element is set to a range having a predetermined relationship with respect to the sensed temperature range of the heat detector,
A heat sensor characterized by
を特徴とする請求項１に記載の熱感知器。 The Curie point temperature of the ceramic element is a range in which the vicinity range of the Curie point temperature in the temperature characteristic curve of the ceramic element and the sensed temperature range substantially coincide with each other,
The heat sensor according to claim 1.
を特徴とする請求項１又は２に記載の熱感知器。 The Curie point temperature was in the range of about 60 degrees to about 170 degrees;
The heat sensor according to claim 1 or 2.
前記セラミック素子の厚みを、火災感知における所定の時定数に略対応する厚み以下としたこと、
を特徴とする熱感知器。 A thermal sensor for measuring the temperature in the monitoring region based on the dielectric constant of the ceramic element,
The thickness of the ceramic element was equal to or less than a thickness substantially corresponding to a predetermined time constant in fire detection,
A heat sensor characterized by
を特徴とする請求項４に記載の熱感知器。 The time constant was about 24 seconds or less,
The heat sensor according to claim 4.
を特徴とする請求項４又は５に記載の熱感知器。 The thickness of the ceramic element was about 100 microns or less;
The heat sensor according to claim 4 or 5, characterized by the above-mentioned.
を特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の熱感知器。 The thickness of the ceramic element and the electrode provided on the ceramic element was about 130 microns or less,
The heat sensor according to any one of claims 4 to 6.
を特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の熱感知器。
The ceramic element is a piezoelectric ceramic element having a perovskite structure;
The heat sensor according to claim 1, wherein
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