リードスイッチとは何ですか？どのように機能しますか？

リードスイッチとは何ですか?

リードスイッチは1936年に誕生しました。これはW.B. の発案によるものです。このスイッチはベル電話研究所のエルウッドによって発明され、1941年に特許を取得しました。このスイッチは、両端から電気リード線が突き出ている小さなガラスカプセルのような外観をしています。

リードスイッチはどのように機能しますか?

スイッチング機構は、わずか数ミクロン離れた2つの強磁性ブレードで構成されています。磁石がこれらのブレードに近づくと、2つのブレードは互いに引き合います。接触すると、ブレードは通常開（NO）接点を閉じ、電気が流れるようになります。一部のリード スイッチには非強磁性接点も含まれており、通常閉 (NC) 出力を形成します。磁石が近づくと接点が切断され、スイッチング接点から離れます。

接点は、タングステンやロジウムなどのさまざまな金属から作られています。一部の種類では水銀が使用されており、正しく切り替えるには正しい向きで保管する必要があります。不活性ガス（通常は窒素）で満たされたガラス容器が、1気圧以下の内部圧力で接点を密封します。シーリングにより接点が分離され、接点の動きによって発生する腐食や火花を防ぎます。

図1: NOリードスイッチ

実世界におけるリードスイッチの応用

車や洗濯機などの日用品にもセンサーは使われていますが、これらのスイッチ/センサーが最もよく使われる場所の1つは防犯アラームです。実際、アラームはこの技術のほぼ完璧な応用例です。可動式の窓やドアには磁石が内蔵されており、センサーはベース上に設置され、磁石が取り外されるまで信号を送信します。窓が開いている場合、または誰かがワイヤーを切断した場合、警報が鳴ります。

防犯アラームはリードスイッチの優れた用途ですが、これらのデバイスはさらに小型化できます。小型スイッチは、PillCamsと呼ばれる摂取型医療機器の内部に収まります。患者が小さなプローブを飲み込むと、医師は体外で磁石を使ってそれを起動することができます。この遅延により、プローブが正しく配置されるまで電力が節約され、搭載バッテリーをさらに小型化できることになります。これは、人間の消化管を通過するように設計された機器にとって重要な機能です。このアプリケーションは、その小型さに加えて、これらのセンサーが人間の肉体を通して磁場を感知できるため、その感度がいかに高いかを示しています。

リードスイッチを作動させるには永久磁石は必要ありません。電磁石リレーでスイッチをオンにすることができます。ベル研究所が最初にこれらのスイッチを開発して以来、1990年代にすべてがデジタル化されるまで、電話業界が制御機能とメモリ機能にリード リレーを使用していたのは驚くことではありません。このタイプのリレーはもはや通信システムのバックボーンを形成しませんが、今日でも他の多くのアプリケーションでは一般的に使用されています。

リードリレーの利点

図2:  NO（下）とNC（上）の接点を備えたリードスイッチ

の ホール効果センサー は磁場を検出できるソリッドステートデバイスであり、リードスイッチの代替手段の1つです。ホール効果は確かにいくつかのアプリケーションに適していますが、リード スイッチはソリッド ステート スイッチよりも優れた電気的絶縁を特徴とし、接点が閉じているため電気抵抗が少なくなります。さらに、リード スイッチは、単純に接続または切断されたワイヤとして機能するため、さまざまな電圧、負荷、周波数で動作できます。あるいは、ホール センサーが機能するようにサポート回路が必要になります。

リードスイッチは機械式スイッチとしては信じられないほど高い信頼性を誇り、故障するまで数十億サイクルにわたって機能することができます。さらに、密閉構造のため、火花が爆発して悲惨な結果を招く可能性のある爆発性環境でも動作できます。リードスイッチは古い技術かもしれませんが、決して時代遅れではありません。自動ピックアンドプレース機械を使用して、リード スイッチを含むパッケージをプリント回路基板 (PCB) に適用できます。

次のビルドでは、ここ数年で登場したさまざまな集積回路やコンポーネントが必要になるかもしれませんが、控えめなリード スイッチを忘れないでください。基本的なスイッチング作業は、非常にシンプルな方法で完了します。80年以上の使用と開発を経て、リード スイッチの実証済みの設計は一貫して機能すると信頼できます。