現代の工場を訪れ、組立セルで稼働する驚異的な電子機器を観察すると、様々なセンサーが展示されているのを目にするでしょう。これらのセンサーのほとんどは、正電圧供給、接地、信号用の別々の配線を備えています。電源を供給することで、センサーは機能を発揮します。例えば、近くにある強磁性金属の存在を検知したり、施設のセキュリティシステムの一環として光線を発射したりといった機能です。これらのセンサーを作動させるリードスイッチのような簡素な機械式スイッチは、わずか2本の配線で動作します。これらのスイッチは磁場によって作動します。
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。これはベル電話研究所の WB エルウッドの発明であり、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、わずか数ミクロンしか離れていない2枚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枚のブレードは互いに引き合います。接触すると、ノーマリーオープン（NO）接点が閉じ、電流が流れます。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、ノーマリークローズ（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引き離されます。
接点はタングステンやロジウムなど、様々な金属で作られています。中には水銀を使用しているものもあり、正しくスイッチを入れるためには正しい向きで挿入する必要があります。不活性ガス（通常は窒素）を充填したガラス容器が、1気圧以下の内部圧力で接点を密封します。この密封によって接点が分離され、腐食や接点の動きによる火花の発生を防ぎます。
実世界におけるリードスイッチの応用
車や洗濯機といった日用品にもセンサーは搭載されていますが、これらのスイッチ／センサーが最もよく使われる用途の一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、センサーはベース部分に設置され、磁石が取り外されるまで信号を出力します。窓が開いている場合、あるいは誰かがワイヤーを切断した場合、アラームが鳴ります。
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、PillCamと呼ばれる経口摂取型医療機器に内蔵されます。患者が小さなプローブを飲み込むと、医師は体外の磁石を使ってプローブを作動させることができます。この遅延により、プローブが正しく装着されるまで電力が節約されるため、搭載バッテリーをさらに小型化できます。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非常に重要な機能です。小型であることに加えて、この用途は、これらのセンサーが人体を通して磁場を感知できることから、その感度の高さを実証しています。
リードスイッチは永久磁石を必要とせず、電磁リレーでスイッチをオン/オフできます。ベル研究所が最初にこのスイッチを開発して以来、電話業界が1990年代にすべてがデジタル化されるまで、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当然のことです。このタイプのリレーはもはや通信システムの基幹を成すものではありませんが、今日でも多くの用途で広く使用されています。
リードリレーの利点
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として使用できます。ホール効果センサーは確かに一部の用途に適していますが、リードスイッチはソリッドステートデバイスよりも優れた電気的絶縁性を備えており、接点が閉じているため電気抵抗が少なくなっています。さらに、リードスイッチは接続または切断されたワイヤのように機能するため、さまざまな電圧、負荷、周波数で動作します。ホールセンサーが機能するには、補助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非常に高い信頼性を誇り、故障するまでに数十億サイクルの動作が可能です。さらに、密閉構造のため、火花が爆発的な被害をもたらす可能性のある環境でも動作可能です。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。リードスイッチを内蔵したパッケージは、自動ピックアンドプレース装置を用いてプリント基板（PCB）に取り付けることができます。
次回の工作では、ここ数年で登場した様々な集積回路や部品が必要になるかもしれませんが、リードスイッチも忘れてはいけません。リードスイッチは、基本的なスイッチング機能を非常にシンプルな方法で実現します。80年以上もの使用と開発を経て、その確かな設計は、常に安定した動作を約束します。
投稿日時: 2024年4月22日