取り扱いおよび負荷に関する注意事項

Reedスイッチの切断と曲げ

センサー用途やReedリレー用途でReedスイッチを使うユーザーの多くは、センサーやリレーを自社内で製作しようとすることがあるよ。でも、スイッチの信頼性ある動作を確保するための基本的な注意事項や予防策を守っていないケースも少なくない。以下では、ユーザーやメーカーが守るべき重要ポイントを取り上げるよ。

Reedスイッチの改造は、正しく行わないとReedスイッチにとって非常に危険になり得る。主な理由は、リード端子がガラス封止部に比べて大きいこと。ここでは、Reedスイッチの感度と機械的強度のバランスが取られている。もしReedスイッチのリードがガラスよりずっと小さければ、封止部の応力やガラス破損は問題にならない。でも、Reedスイッチの感度と電力要件を満たすためには、より大きなリードブレードが必要になる。そういう前提があるので、Reedスイッチのリードを成形したり切断したりする作業は、極めて慎重に行う必要があることは強調しすぎることはないよ。ガラスのひび割れや欠けは、損傷が起きたサイン。封止部に外観上の異常がなくても内部損傷が起きることがある。こうした場合、封止部に応力が発生していて、ねじり・横方向・または平行移動方向の応力が封止部に残っている。これにより接点部に合力が生じ、動作特性（Pull-InおよびDrop-Out）、接触抵抗、寿命特性に影響する可能性がある。

多くのReedスイッチ供給元は、適切な工具と治具を使い、応力のかからない環境でリードの付加価値加工（切断・成形）を行える。多くの場合、ユーザーにとってこれが最も経済的なアプローチになることが多い（その時点ではそう見えないこともあるけど）。

ユーザーは自分で改造を選ぶことが多く、製造面や品質面で問題が出てから、Reedスイッチメーカーに付加価値加工を任せるという選択に戻るケースがよくある。図#1 & 図#2は、Reedスイッチの切断および／または曲げの正しいアプローチを示している。Reedスイッチの切断や曲げがPull-InおよびDrop-Out特性に与える影響については、後ほどより詳しく説明するよ。

Reedスイッチのはんだ付けと溶接

Reedスイッチのはんだ付けや溶接が必要になることがよくある。Reedスイッチには通常、はんだ付けに適したメッキが施されている。溶接も、Reedスイッチのニッケル／鉄リードに対して比較的容易に行える。ただし、どちらの工程も、正しく行わないと応力、ひび割れ、欠け、または破損が発生することがある。はんだ付けや溶接では、ガラス封止部から離れているほど良い。とはいえ、そうできない場合も多い。溶接は、封止部のすぐ近くで行うと最も危険で、最大1,000 °Cの熱 фронт が封止部まで伝導してしまうことがある。

熱は封止部の片側に先に到達するため、もう一方の端は20 °Cのまま、という状態になり得る。これにより封止部に大きな温度勾配が生じ、さまざまな形で封止部を損ない、結果としてReedスイッチの誤動作を引き起こす原因になる。図#3を参照。

はんだ付けでも同様に、封止部の近くで行うと（はんだ温度が200°C～300°Cと低い分だけ影響は小さいが）同じような影響が起こり得る。成功確率を上げる方法は2つあって、Reedスイッチのリードにヒートシンクを付ける（図#4）か、Reedスイッチおよび／または組立品を予熱すること。多くの商用フローはんだ機には、PCBや組立品をはんだ槽に浸す前に予熱セクションがある。ここでは、はんだ波に入る前に周囲温度が高い状態になっているため熱衝撃が低減され、結果としてReedスイッチ封止部の温度勾配が小さくなる。

多くの商用フローはんだ機には、PCBや組立品をはんだ槽に浸す前に予熱セクションがある。ここでは、はんだ波に入る前に周囲温度が高い状態になっているため熱衝撃が低減され、結果としてReedスイッチ封止部の温度勾配が小さくなる。

プリント基板（PCB）

PCBに取り付けたReed製品の実装は、ときどき問題になることがある。フローはんだ後にPCBに反り（たわみ）がある場合、基板を固定位置に取り付ける際に、その反りを戻す必要が出ることがある。反りを戻すと、たとえばReedスイッチを実装する穴ピッチがわずかに変化することがある。取り付け側にこの小さな動きを吸収する余裕がないと、Reedスイッチの封止部がその変位を吸収することになり、封止応力、ガラスの欠け、ひび割れにつながる。特に、非常に薄いPCBを使っていて反りや基板歪みが起こりやすい場合は、この点に注意してね。

超音波の使用

Reedスイッチへの接続方法として、超音波溶着というアプローチもある。ReedスイッチセンサーやReedリレーは、超音波溶着による封止工程を使ってプラスチックハウジングに封入されることもある。さらに、洗浄ステーションでも超音波を使うことがある。これらすべての場面で、超音波周波数によってReedスイッチが損傷する可能性がある。超音波周波数は10kHz～250kHzで、場合によってはさらに高いこともある。Reedスイッチ本体の共振周波数やその高調波だけでなく、Reedスイッチが組み込まれているアセンブリ全体の共振周波数も考慮する必要がある。適切な周波数と条件が揃うと、接点に重大な損傷が起こり得る。上記のいずれかの条件で超音波を使う場合は、十分に注意し、Reedスイッチとの相互作用や反応がないことを確認するために徹底的な試験を行ってね。

Reedスイッチ製品の落下

Reedスイッチ、Reedセンサー、またはReedリレーを硬い物（多くは製造現場の床）に落とすと、Reedスイッチに損傷を与える衝撃が加わる可能性がある。200 Gを超える衝撃は何としても避けるべき。（図#5参照）上記のいずれかを硬い床に30cm以上（1フィート以上）から落とすと、100 Gを超えるGが発生することも珍しくなく、Reedスイッチが破壊されることがよくある。この状況ではガラス封止部が割れるだけでなく、Reedブレードが大きく変形する可能性もある。ギャップが大幅に広がったり、高Gによってギャップが閉じてしまったりすることがある。組立ステーションにゴムマットを敷くなどの簡単な対策で、こうした問題は解消できる。また、Reed製品を落とした場合は、再試験するまで使用できないことを作業者に周知してね。

Reedスイッチ製品の封止（エンキャプスレーション）

Reedスイッチをシール、ポッティング、または封止（エンキャプスレーション）してパッケージ化しようとすると、さらに損傷が起きる可能性がある。1液または
2液エポキシ、熱可塑性樹脂封止、熱硬化性樹脂封止、その他の方法のいずれであっても、ガラス封止部が損傷することがある。バッファがないと、封止材がガラス封止部を
割ったり、欠けさせたり、応力を与えたりする。Reedスイッチと封止材の間に、誘起される応力を吸収するバッファ材を使うのは、この問題をなくす良い方法。別の方法としては、Reedスイッチと線膨張係数を合わせ、温度変動時の応力を低減することもある。ただし、この方法は、硬化工程で多くのエポキシや封止材に起こる収縮を考慮していない点に注意してね。

製品をReedスイッチと一緒に封止するには、これら2つの方法を組み合わせるのが最適な場合もある。

温度の影響と機械的衝撃

Reedスイッチ用途で自然に発生する温度サイクルや温度ショックは、考慮する必要がある。繰り返しになるけど、温度変化によって材料が線膨張係数に応じて
動くことで、適切に対処しないとReedスイッチに応力が加わる。うちのReedセンサーとReed Relaysはすべて、温度変化と機械的衝撃に耐えられるよう設計されている。温度サイクル、温度ショック、機械的衝撃にさらす厳格な認定試験を通じて、潜在的な設計欠陥はうちの
製品から取り除かれている。

Reedスイッチの接点定格は、スイッチサイズ、ギャップサイズまたはアンペアターン定格、接点材料、そしてガラスカプセル内の雰囲気に依存する。所定の負荷で最大寿命を得るには、いくつかの注意事項が必要になる場合がある。

Reedスイッチは機械デバイスで可動部があるため、主に接点摩耗によって寿命が短くなる状況がある。無負荷、または電圧が5 Volts未満で10 mA以下の負荷をスイッチングする場合、接点の摩耗はほとんどないか、まったくない。ここでは数十億回を超える動作寿命が期待でき、実際に達成される。10 Volt帯では接点摩耗が増える。摩耗量はスイッチングする電流に依存する。一般的に言えば、10 Volts @ 10 mAをスイッチングする場合、5,000万～2億回の寿命が期待できる。こうした条件でさらに寿命を求め、かつ負荷の実スイッチングを避けられないなら、水銀ウェッティング接点が適切な解決策になる可能性がある。ここでは接点に少量の水銀が付着していて、接点間で金属の純移動が起こらない。水銀ウェッティング接点を使った多くの「ホット」スイッチング負荷では、100’s of Voltsを10’s of mAでスイッチングする場合でも、寿命は数十億回になる。

純粋なDC負荷をスイッチングすることは常に推奨される。うちの寿命試験セクションに示しているデータはすべて、この条件で取得したもの。進み／遅れ力率の負荷は避けてね。

急激な遮断により高い誘導電圧が発生し、アークが発生する。これが接点表面の焼損を引き起こす。

接点が全体として容量性負荷を見る場合、接点を閉じたときに突入電流が発生する。総容量、印加電圧、直列抵抗によっては、接点損傷や固着（スティッキング）が起こる。

タングステンフィラメントランプは、特に自動車用途でReedスイッチの非常に一般的なスイッチング負荷で、冷えたフィラメントによる突入電流がある。点灯するとフィラメント抵抗が急激に上がって電流が減少する。通常、定常電流の10～20倍程度の電流サージが起こることが期待される。突入電流の大きさを決めるには、冷間フィラメント抵抗を把握することが重要。同じ回路に直列抵抗を追加すると、スイッチ寿命が大幅に改善することがある。

容量性負荷と誘導性負荷

どんな電圧・電流をスイッチングする場合でも、ある程度の浮遊容量が存在することがある。所定の電圧・電流を閉成してスイッチングする際、最初の50 nanoSecondsが最も重要（図#1）。ここで実際のアーク量が決まる。スイッチング回路に（スイッチングする電圧に依存して）有意な浮遊容量があると、より大きなアークが発生し、寿命が短くなる可能性がある。

ある程度大きい電圧をスイッチングする場合、回路に高速電流プローブを入れて、最初の50 nanoSecondsで実際に何をスイッチングしているのかを確認するのは賢いやり方だよ。一般的には、50 Voltsを超える電圧をスイッチングする場合、50 picoFarads以上は期待寿命に対して非常に大きな要因になり得る。Reedスイッチを長いケーブルで遠隔操作している場合、そのケーブルが分布容量のように働くことがある。シールドやその他の容量性を持ち得る部品も、高い突入電流の原因となる容量を付加することがある。

電源電圧（ライン電圧）が、敏感な回路内または近傍に存在する場合は注意してね。それらの電圧が回路に結合して、寿命要件に悪影響を与えることがある。通常、この寿命低下は故障したReedスイッチのせいにされがちだけど、実際には回路内の予期しない条件が原因であることもある。

保護回路

上記の条件では、遷移時の金属移動を最小化（ただしゼロにはできない）するための保護回路を追加できる。図2に示す回路はとても一般的。容量は、浮遊容量に起因する数pF程度の場合もあれば、mfレンジの実際の容量性コンポーネントの場合もある。電子回路のコンデンサは電荷を蓄える。性質上、できるだけ速く電荷をすべて放出したがる。電流の流れに対する抵抗やインピーダンスがなければ、その通りのことが起こる。

Reedスイッチの接点を閉成する際の突入電流は、回避または最小化するべき。回路的に可能なら、Reedスイッチと直列に抵抗を入れるのが一般的に最良の選択肢。図#3に示すように、抵抗値は高いほど効果がある。インダクタを使う、または回路にインダクタンスを追加する方法も有効な場合がある。インダクタは初期的に電流の流れを妨げるため、突入電流を低減できる。ただし、インダクタンスを増やしすぎると効果を打ち消し、接点が開くときに別の問題を作ってしまうので、慎重にバランス計算が必要。リレー、ソレノイド、コイル駆動カウンタ、小型モータ、または誘導性回路のような誘導性負荷をスイッチングする場合は、Reed接点の寿命を延ばすために保護回路が必要になる（図8参照）。

突入電流負荷

ランプ負荷も、最初に点灯する際に高い突入電流を発生させることがある。ここでは通常、小型電球にタングステンフィラメントが使われ、投入直後に通常動作電流の最大10倍の突入電流が流れることがある。図#4参照。ランプと直列に抵抗を追加すると突入電流を大幅に低減でき、Reedスイッチ寿命の延長に大きく寄与する。

別の方法として、図#4に示すように接点に並列抵抗を入れる方法がある。この場合、常に小さな電流がフィラメントに流れ、フィラメントを温めて抵抗を高く保つ。この電流は、フィラメントが「発光」しないようにバランスされる。
その後Reedスイッチが動作すると、スイッチングされる電流は定常電流に近くなる。

• 使用条件 & 温度に関する考慮事項
  • 推奨される保管温度および動作温度については、各データシートを参照してね。
  • センサーは規定の環境条件範囲内で使用してね。
• 取り付け手順
  • センサーは必ず歪みが出ないように取り付けてね。はめ込みで固定する際、過度な力や衝撃は避けて。
  • 取り付け中に接続ケーブルを損傷しないように注意してね。
• 環境保護
  • UV、海水、直射日光への曝露により、センサーのケースやケーブルが劣化することがある。
  • 屋外や過酷環境では、耐候性に優れた特殊材料で作られたセンサーを使ってね。

• 磁界干渉
  • 外部磁界の近くにセンサーを取り付けないでね。
  • 強磁性材料の上、または強磁性材料と一緒にReedセンサーを取り付けないでね。
  • 取り付けには真鍮製のシリンダーヘッドボルトを使用してね。皿頭ファスナーは取り付けスロットや穴を損傷する可能性があるので避けて。
• はんだ付けガイドライン
  • フローはんだ：最大260°Cで5秒。
  • リフローはんだ：はんだペーストメーカー推奨の温度プロファイルに従ってね。
  • 工程に関わるすべての部品の温度上限を常に考慮してね。
• 衝撃への感度
  • センサーを落とすなどの機械的衝撃は、即時または遅延故障の原因になることがある。
  • 輸送および取り付け時は丁寧に扱ってね。