Thermal switch with a self-test characteristics

熱スイッチは、感知した温度の関数として設備を作動及び（又は）不作動にすることが望ましいような種々の用途において使用される。 このような用途は、ロケットモータ及びスラスタ、バッテリー充電量制御、燃料装置の温度制御、環境制御、オーバーヒート保護及び多くの他の用途を含むことができる。 いくつかの熱スイッチの応用においては、スイッチが作動した時期及びそのときの温度を知ることが望ましい。 例えば、スイッチが設備を保護するために使用される安全装置の一部であるか又は制御装置の一部である場合に、スイッチが正しく機能していることを知ることが望ましい。 スナップ動作式の熱スイッチは、モータや軸受のような機械的な装置の温度制御及びオーバーヒート検出のような多数の用途に使用される。

ある応用においては、多数のスイッチが設備のまわりで異なる位置に位置する。 例えば、ある航空機の翼、胴体及びエンジンカバーのオーバーヒート検出の応用においては、多数の熱スイッチが前縁フラップの直後に位置され、他の熱スイッチが各翼の長さに沿って離間されている。 付加的な熱スイッチがエンジンパイロン（engine pylon；機関指示塔）内に位置され、そこで翼が胴体（fuselage）に取り付けられる。 この例においては、多数の熱スイッチは、並列に電気的に接続され、この場合、たった２つのワイヤが各翼上のすべてのスイッチと航空機の翼、胴体及びエンジンカバーの温度を監視する器具との間をインターフェイス接続するために使用される。

現代のスナップ動作式の熱スイッチのデザインは、典型的には開き機能及び閉じ機能のみを提供する。 典型的には、航空機の翼、胴体及びエンジンカバーのオーバーヒート検出応用におけるすべての熱スイッチは常開状態で作動する。 従って、熱スイッチはすべて、オーバーヒート状態が検出されるまで、「開いた」状態にあり、検出時には、１又はそれ以上のスイッチが「閉じた」状態へ変化し、それによって、「右翼」、「左翼」又は「胴体」のオーバーヒートの表示をコックピット内に知らせる回路を完成させる。 次いで、パイロットは適当な手順を遂行してオーバーヒート状態を減少させる。

並列作動の多数の熱スイッチのオーバーヒート検出装置に使用される現代のスナップ動作式の熱スイッチは種々の欠点に悩まされる。 コックピットと翼先端部との間のワイヤハーネスの一体化即ち完全性は保証できない。 その理由は、回路が通常の作動状態の下で常に開いているからである。 スイッチコネクタが係合していない場合又はワイヤハーネスが破損したリード線を含んでいる場合、故障表示は行われず、オーバーヒート検出装置は実際の飛行中のオーバーヒート状態中でも作動する。 更に、オーバーヒート状態が生じていない場合、現代のスナップ動作式の熱スイッチはオーバーヒートの精確な位置を示す情報を提供するようには設計されていない。 両方の場合、飛行安全性は損なわれ、オーバーヒート状態を生じさせた問題の後者の修正は一層困難になる。 その理由は、オーバーヒート欠陥を正確に定めることができないからである。

従来の装置の欠点を明確に示す熱スイッチのための１つの応用はダクト漏洩オーバーヒート検出装置である。 ダクト漏洩オーバーヒート検出装置は航空機の除氷装置の一部である。 この形式の除氷装置においては、高温空気は翼の前縁に沿ってチューブを通して空気式に強制的に送られる。 このダクトに沿って位置する熱スイッチは構造体の破壊及び他の装置の故障を招くことのあるオーバーヒートを表示する。 熱スイッチが始動したとき、コックピット内のライトが点灯し、「右側」又は「左側」の翼のオーバーヒート状態を表示する。 適当な翼において装置が停止した後、スイッチがリセットされない場合は、飛行機は緊急着陸しなければならない。

着陸時に、飛行機の保守者は特定のスイッチが作動してしまったことを知る方法を持たない。 その理由は、特定のコックピットライトにリンク接続された多数の熱スイッチが存在するからである。 既存の飛行機の装置は、熱スイッチが始動してしまった特定の翼のセミスパンのみを乗組員に提供していた。 スイッチがリセットされた場合、オーバーヒート状態により始動してしまったことを保守者に表示しない。 情報のこの欠乏のため、乗組員は適当な翼のセミスパンに沿って全体の装置に物理的にアクセスし、これを検査する必要がある。 たった１つの温度プローブが飛行中に警告温度を表示するような応用においてさえ、広範囲で高価な修理が時には必要となる。 例えば、航空機の抽気ダクト内の温度プローブからの空輸中の警告は、プローブ及び（又は）抽気装置が故障しているか否かを決定するために、地上でのエンジンの助走及び監視を必要とすることがある。

実施の形態は、スイッチのトグル切換え動作を行う温度を熱スイッチが経験したことを容易に表示する熱スイッチ試験装置を提供する。 特定の実施の形態は加熱素子（heating element）と試験箱（test box）とを備えた熱スイッチを含み、試験箱は、熱スイッチの試験を行う温度応答性のアクチュエータが本来の場所（in situ）で、即ち熱スイッチの設置位置で扱われることができるように、熱スイッチの設置位置において熱スイッチに結合できる。 熱スイッチのその場所での試験は熱スイッチの取り外しのコスト及び不便さを引き起こすことなく有利な試験を許容する。

特定の実施の形態は、電力源、温度ディスプレイ、事象インジケータ及びデータレコーダを有する試験箱に連通する２対の４個の接点を有する熱スイッチを含む。 事象インジケータ及び温度ディスプレイはデータレコーダに連通する。

本発明の好ましい及び代わりの実施の形態を、図面を参照して以下に詳細に説明する。 図１は、加熱素子へのリード線を有するスナップ動作式の熱スイッチとして具体化された熱スイッチ２００の１つの実施の形態の上面図である。 図２は加熱素子に結合されたリード線を示す、スナップ動作式の熱スイッチ２００の側断面図である。 図１、２に示す熱スイッチ２００は常開位置となるように形状づけられる。 常閉であるスイッチ形状もこの１つの実施の形態の範囲内に含まれる。 熱スイッチ２００はヘッダ３３から電気的に隔離された２つの付加的なリード線２４ａ、２４ｂを有する。 リード線２４ａ、２４ｂは加熱素子２４ｃに結合される。 ガラス絶縁体２８は端子２０、２２を取り囲む。 絶縁体２８はヘッダ３３から端子２０、２２を分離する。

熱スイッチ２００は、一対の離間した導電性の端子２０、２２の端部に装着された一対の電気接点１４、１６ｂを有する。 電気接点１４、１６ｂは熱応答性のアクチュエータ１８の制御の下で開いた状態と閉じた状態との間を互いに関して移動できる。 接点１６ｂはアーマチュアバネ１６を介して移動できる。 バネ１６は端子２２に取り付けられる。 接点１４は移動できないか又は固定されている。 接点１６ｂが接点１４に接触すると、閉回路が形成される。 接点１６ｂが接点１４から離れるか又は接点１４に接触しない度に、開回路が形成される。

本発明の１つの実施の形態によれば、熱応答性のアクチュエータ１８は２つの双安定性の対向する凹凸状態間で所定の温度の関数としてスナップ動作により逆転するスナップ動作式のバイメタルディスクである。 アクチュエータ１８の運動は中間のストライカピン１９を介して可動接点１６ｂに伝達される。 ストライカピン１９は力を伝達するか又はアクチュエータ１８及びアーマチュアバネ１６に係合するように形状づけられる。 ストライカピンはまたスイッチ及び膨張可能なケースの下方で電気的な隔離を提供する。

第１の状態においては、バイメタルディスクアクチュエータ１８は相対的に可動な電気接点１４、１６ｂに関して凸状となり、それによって、電気接点１４、１６ｂは開回路を形成するように離間する。 第２の状態においては、バイメタルディスクアクチュエータ１８は相対的に可動な電気接点１４、１６ｂに関して凹状となり、それによって、電気接点１４、１６ｂは閉回路を形成するように一緒に移動する。

図３は、熱素子２４ｃへのリード線２４ａ、２４ｂ及び温度センサ２６ｃへのリード線２６ａ、２６ｂを有する熱スイッチ３００の１つの代わりの実施の形態の上面図である。 図４は加熱素子２４ｃに結合されたリード線２４ａ、２５ｂ及び温度センサ２６ｃに結合されたリード線２６ａ、２６ｂを示す、スナップ動作式の熱スイッチ３００の側断面図である。 図３、４に示す熱スイッチ３００は常開位置にあるように形状づけられるが、常閉位置において実行することもできる。 ガラス絶縁体２８は端子２０、２２を取り囲む。 絶縁体２８はヘッダ３３から端子２０、２２を分離する。

図５は、図１、２に示す熱スイッチ２００と一緒に使用する１つの試験箱４００を示す。 熱スイッチ２００はハウジング２２０内に含まれる。 １つの実施の形態においては、試験箱４００はリード線２４ａ、２４ｂ及びポスト２０、２２に電気的に接続するハウジング２２０内のピンに接続するポートを備えた雌型カップリングを有する。 ワイヤハーネス又は他のケーブル手段は試験箱４００を設置ハウジング２２０に接続するのに役立つことができる。 例えば、熱スイッチ２００はハウジング２２０内で固定され、このハウジングは航空機の抽気ダクト内に設置される。 １つの実施の形態においては、試験箱４００は（調整可能な電源のような）電源４００ａ、ディスプレイ４００ｂ、事象インジケータ４００ｃ、データ記憶装置４００ｄ及び処理構成要素４０２を有する。 処理構成要素４０２は電源４００ａ、ディスプレイ４００ｂ、事象インジケータ４００ｃ及びデータ記憶装置４００ｄに結合される。 処理構成要素４０２は熱スイッチ２００の作動状態に関連する温度関連及び時間関連信号を処理するように形状づけられたマイクロプロセッサとすることができる。 これは図６について後に一層詳細に説明する。

図６は、試験箱４００のカップリングを概略的に示す。 試験箱４００はリード線２０、２２間の接触状態の変化を表す信号を表示するように設計される。 接触状態の変化はリード線２０、２２間の常開位置から閉位置へ又は常閉位置から開位置へとすることができる。 試験箱４００はまた、接触状態の変化が生じたときの温度を表示する。

処理構成要素４０２により制御される電源４００ａは、リード線２４ａ、２４ｂを介して電流を加熱素子２４ｃに送給する。 電源４００ａはキーボード入力又はある他の手段により調整される機械的に旋回可能なノブを介して調整できる。 加熱素子２４ｃに送給される電力及び送給された電力の期間に応じて、温度値は処理構成要素４０２により決定され、表示のためにディスプレイ４００ｂへ送られる。 温度値はアクチュエータを移動させるような運動で発生する温度を含む。 例えば、アクチュエータがバイメタルディスク１８の形をしている場合、バイメタルディスク１８はスナップ運動又はトグル切換え運動を行う。 バイメタルディスク１８のスナップ運動は接点１６ｂを閉じさせ、固定接点１４に接触させる。

次いで、電流信号が端子２０、２２を介して事象インジケータ４００ｃへ送られ、事象がインジケータ４００ｃによって視覚的又は音響的に示される。 処理構成要素４０２は、スイッチ２００がトグル切換えを行った時点での運動で発生する温度の温度値を記録し、記憶装置４００ｄ内にこれを記憶させる。 試験箱４００は、記憶装置４００ｄに記憶された情報を引き出すための別の装置に無線的又はハードワイヤ的にリンク接続することができる。

図７は、図３、４に示す熱スイッチ３００と一緒に使用する別の試験箱４５０を示す。 熱スイッチ３００はハウジング２４０内に含まれる。 １つの実施の形態においては、試験箱４５０はリード線２４ａ、２４ｂ及び２６ａ、２６ｂ及びポスト２０、２２に電気的に接続するハウジング２４０内のピンに接続するポートを備えた雌型カップリングを有する。 ワイヤハーネス又は他のケーブル手段は試験箱４５０を設置ハウジング２４０に接続するのに役立つことができる。 例えば、熱スイッチ３００はハウジング２４０内で固定され、このハウジングは航空機の抽気ダクト内に設置される。 試験箱４５０は同様に試験箱４００の多数の構成要素を有するが、これらの構成要素は図８について後に説明するように異なって形状づけられる。

図８は、熱スイッチ３００を備えた試験箱４５０のカップリングを概略的に示す。 試験箱４００と同様、試験箱４５０はリード線２０、２２間での接触状態の変化を表す信号を表示するように設計される。 接触状態の変化はリード線２０、２２間の常開位置から閉位置へ又は常閉位置から開位置へとすることができる。 試験箱４５０はまた、接触状態の変化が生じたときの温度を表示する。

試験箱４５０は、電源４６０、ディスプレイ４６２、インジケータ４６４及び記憶装置４６６に結合された処理構成要素４５８を有する。 処理構成要素４５８により制御されるような電源４６０はリード線２４ａ、２４ｂを介して電流を加熱素子２４ｃに送給する。 電源４６０はキーボード入力又はある他の手段により調整される機械的に旋回可能なノブを介して調整できる。 熱スイッチ３００の内部空間内で経験する実際の温度は温度センサ２６ｃにより測定される。 処理構成要素４５８は測定した温度を表示するようにディスプレイ４６２を指示する。 バイメタルディスク１８がスナップ運動したとき、接点１６ｂが閉じ、プレート１４に接触する。

次いで、電流信号がリード線２０、２２を介してインジケータ４６４へ送られ、事象がインジケータ４６４により視覚的又は音響的に示される。 処理構成要素４５８は、スイッチ３００がトグル切換えを行った時点での温度値を記録し、記憶装置４６６内にこれを記憶させる。 試験箱４５０は、記憶装置４６６に記憶された情報を引き出すための別の装置に無線的又はハードワイヤ的にリンク接続することができる。

図９は、航空機上での熱スイッチ２００、３００の使用のための試験箱４００、４５０を示す。 航空機５００は翼構造体５０４内で分布設置された熱スイッチ２００、３００を有するものとして示される。 例えば、多数のスイッチ２００は翼５０４の後方区分に設置され、多数のスイッチ３００は翼５０４の前方区分に設置される。 設置されたスイッチ２００のその箇所即ち決まった場所での試験は試験箱４００のカップリング及び作動を介して達成される。 同様に、設置されたスイッチ３００のその箇所即ち決まった場所での試験は試験箱４５０のカップリング及び作動を介して達成される。

航空機５００は、左側（Ｌ）及び右側（Ｒ）のコックピットインジケータ５０６、５０８を有する。 コックピットインジケータ５０６、５０８は、それぞれの（左側又は右側の）翼内のスイッチ２００、３００がトグル切換えを行った時期を表示する。 試験箱４００、４５０はスイッチハウジング２２０又は２４０に接続されたケーブル端部においてそれぞれのコックピットインジケータ５０６、５０８に結合することができる。 事象インジケータ４００ｃ又は４６４に従ってコックピットライトがそれぞれオン又はオフになったとき、熱スイッチ２００、３００とコックピットインジケータ５０６又は５０８との間の一体性即ち完全性が良好になる。 事象インジケータ４００ｃ又は４６４から送られる信号に従ってコックピットインジケータが点灯しない場合は、コックピットインジケータ５０６又は５０８とスイッチ２００、３００との間のケーブルの接続は悪くなる。

上述のように、本発明の好ましい実施の形態を図示し、説明したが、本発明の精神及び要旨から逸脱することなく種々の変更を行うことができる。 例えば、試験箱４００又は試験箱４５０は処理構成要素を有しないように形状づけることができる。 このような試験箱においては、熱スイッチが意図するように作動していることの確認、すなわち、リード線２０、２２間の接触状態の変化がアクチュエータの運動で発生する温度において生じたことの証明は、アクチュエータの運動の瞬間における事象インジケータを使用者が直接見ることにより又はデータレコーダに記憶された事象信号データを吟味することにより、立証される。 従って、本発明の要旨は好ましい実施の形態の開示により限定されるものではない。 代わりに、本発明は特許請求の範囲により全体的に決定すべきである。

加熱素子へのリード線を有するスナップ動作式の熱スイッチとして具体化された自己試験特性を備えた熱スイッチの１つの代わりの実施の形態の上面図である。

加熱素子に結合されたリード線を示す、自己試験特性を備えたスナップ動作式の熱スイッチの側断面図である。

加熱素子へのリード線及び温度感知熱電対へのリード線を有するスナップ動作式の熱スイッチとして具体化された自己試験特性を備えた熱スイッチの別の代わりの実施の形態の上面図である。

加熱素子に結合されたリード線及び温度感知熱電対へのリード線を示す、自己試験特性を備えたスナップ動作式の熱スイッチの側断面図である。

自己試験特性を備えた熱スイッチの１つの実施の形態を有するハウジングに結合された１つの試験箱の実施の形態を示す図である。

自己試験特性を備えた熱スイッチの別の実施の形態を有するハウジングに結合された別の試験箱を示す図である。

自己試験特性を備えた熱スイッチの１つの実施の形態に結合された１つの試験箱の実施の形態のカップリングの概略図である。

自己試験特性を備えた熱スイッチの別の実施の形態に結合された他の試験箱の実施の形態の別のカップリングの概略図である。

航空機上に位置する自己試験特性を備えた熱スイッチの１つの又は他の実施の形態へ設置すべきカップリングのために用意された１つの又は別の試験箱の実施の形態を示す図である。