取り扱いおよび負荷に関する注意事項

リードスイッチの切断・曲げ加工

センサー用途やリードリレー用途でリードスイッチを使用しているユーザーの多くは、センサーやリレーを社内で自作しようとすることがあります。しかし、スイッチの信頼動作を確実にするための基本的な注意事項や予防策が守られていないケースが少なくありません。以下では、ユーザーおよびメーカーが遵守すべき主要ポイントを整理します。

リードスイッチの加工は、適切に行わないとリードスイッチにとって非常に危険です。主な理由は、リード端子がガラスシールに比べて大きいことにあります。リードスイッチでは、感度と機械強度のバランスが取られています。もし端子がガラスよりはるかに小さければ、シール応力やガラス破損は問題になりません。しかし、リードスイッチで求められる感度と電力要件を満たすためには、より大きな端子ブレードが必要です。そのため、端子の成形や切断は、細心の注意を払って実施する必要があります。ガラスのひび割れや欠けは損傷発生の兆候です。シール部に外観上の異常がなくても内部損傷が発生する場合があります。このような場合、シールに応力が発生し、ねじり、横方向、または移動方向の応力が残留します。これにより接点部に合力が生じ、動作特性（Pull-In／Drop-Out）、接触抵抗、寿命特性に影響を与えます。

多くのリードスイッチサプライヤーは、適切な治工具・固定具を用い、無応力環境で端子の切断・成形といった付加価値加工に対応できます。ユーザーにとっては、その時点ではそう見えない場合もありますが、多くの場合これが最も経済的な方法です。

ユーザーが自社で加工を選択し、製造上・品質上の問題が発生した後になって初めて、リードスイッチメーカーに付加価値要求を委託するというケースも多く見られます。図#1 & 図#2は、リードスイッチの切断／曲げ加工における適切な方法を示しています。切断・曲げ加工がPull-InおよびDrop-Out特性に与える影響については、後段でより詳細に説明します。

リードスイッチのはんだ付け・溶接

リードスイッチのはんだ付けや溶接が必要になることがあります。リードスイッチには通常、はんだ付けに適しためっきが施されています。また、リードスイッチのニッケル／鉄系端子に対して溶接を行うことも容易です。ただし、いずれの工程も適切に行わない場合、応力、ひび割れ、欠け、破断などの損傷が発生するおそれがあります。はんだ付けや溶接では、ガラスシールから離れた位置で作業するほど望ましいですが、それが難しい場合も少なくありません。特に、シール近傍で溶接する場合は最も危険であり、最大1,000 °Cの熱フロントがシール部へ伝導することがあります。

熱がシールの片側に先に到達すると、反対側が20 °Cのままという状況が起こり得ます。これによりシール部に大きな温度勾配が生じ、さまざまな形でシールを損ない、結果としてリードスイッチの誤動作につながります。図#3を参照してください。

はんだ付けも同様に、シール近傍で行うと、はんだ温度が低い（200°C～300°C）とはいえ、程度の差はあれ同様の影響が生じます。成功確率を高める方法として、リードスイッチ端子のヒートシンク（図#4）またはリードスイッチ／アセンブリの予熱が挙げられます。多くの商用フローはんだ装置には、PCBまたはアセンブリをはんだ槽（はんだウェーブ）へ浸漬する前に予熱セクションがあります。これにより、はんだウェーブ前の周囲温度が高く保たれ、熱衝撃が低減されることで、リードスイッチのシール部に生じる温度勾配が小さくなります。

多くの商用フローはんだ装置には、PCBまたはアセンブリをはんだ槽（はんだウェーブ）へ浸漬する前に予熱セクションがあります。これにより、はんだウェーブ前の周囲温度が高く保たれ、熱衝撃が低減されることで、リードスイッチのシール部に生じる温度勾配が小さくなります。

プリント基板（PCB）

PCBに実装されたリード製品の実装は、問題になる場合があります。フローはんだ後にPCBに反り（たわみ）が残る場合、基板を固定位置に取り付ける際にその反りを除去する必要が生じることがあります。反りを除去すると、例えばリードスイッチが実装される穴ピッチがわずかに変化する場合があります。この微小な変位を吸収できる取り付け構造になっていないと、リードスイッチのシール部が変位を吸収することになり、シール応力、ガラスの欠け、ひび割れにつながります。特に薄いPCBを使用し、反りや基板歪みが発生しやすい場合は注意してください。

超音波の使用

リードスイッチへの接続方法として、超音波溶着という手法もあります。リードスイッチセンサーやリードリレーは、超音波溶着を用いた封止工程でプラスチックハウジングに封入される場合があります。また、洗浄工程でも超音波が使用されます。これらのいずれにおいても、超音波周波数によりリードスイッチが損傷するおそれがあります。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ります。リードスイッチ本体の共振周波数および高調波だけでなく、リード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にも注意が必要です。周波数と条件が合致すると、接点に重大な損傷が発生することがあります。上記条件で超音波を使用する場合は、相互作用や反応がないことを確認するため、十分な注意と徹底した評価試験を実施してください。

リードスイッチ製品の落下

リードスイッチ、リードセンサー、またはリードリレーを硬い物体（多くは製造現場の床）に落下させると、リードスイッチに損傷を与える衝撃が加わる可能性があります。200Gを超える衝撃は、いかなる場合でも回避してください（図#5参照）。硬い床に30cm以上（1フィート超）の高さから落下すると、100Gを超えるG力が加わることも珍しくなく、多くの場合リードスイッチは破損します。この状況ではガラスシールが割れるだけでなく、リードブレードが大きく変形することがあります。高Gにより、ギャップが大幅に拡大する、またはギャップが閉じるといった事象が起こり得ます。組立ステーションにゴムマットを敷くといった簡単な予防策で、これらの問題を解消できます。また、リード製品を落下させた場合、再試験が完了するまで使用できないことを作業者に周知してください。

リードスイッチ製品の封止

リードスイッチをシール、ポッティング、または封止してパッケージングしようとすると、リードスイッチにさらなる損傷が発生する場合があります。1液または
2液エポキシ、熱可塑性樹脂封止、熱硬化性樹脂封止など、いずれの方法であってもガラスシールが損傷する可能性があります。緩衝材がない場合、封止材が
ガラスシールを割る、欠けさせる、または応力を与えることがあります。リードスイッチと封止材の間に、誘起応力を吸収する緩衝コンパウンドを用いることは、この問題を解消する有効な方法です。別の方法として、温度変動時の応力を低減するために、リードスイッチと線膨張係数を一致させる方法もあります。ただし、この方法は、多くのエポキシや封止材で硬化工程中に発生する収縮を考慮していない点に注意してください。

場合によっては、これら2つの手法を組み合わせることが、リードスイッチ搭載製品を封止する最適な方法となります。

温度影響と機械的衝撃

リードスイッチ用途で自然に発生する温度サイクルや温度衝撃は考慮する必要があります。繰り返しになりますが、各材料の線膨張係数に起因する温度変化による
変位は、適切に対処しない場合、リードスイッチに応力を与えます。当社のすべてのリードセンサーおよびリードリレーは、温度変化および機械的衝撃に耐えるよう設計されています。温度サイクル、温度衝撃、機械的衝撃への曝露による厳格な認定試験を通じて、潜在的な設計不具合を当社
製品から排除しています。

リードスイッチの接点定格は、スイッチサイズ、ギャップ寸法またはアンペアターン定格、接点材質、ガラスカプセル内の雰囲気に依存します。所定の負荷で最大寿命を得るためには、いくつかの注意事項が必要になる場合があります。

リードスイッチは機械デバイスで可動部を有するため、主に接点摩耗により寿命が短くなる状況があります。無負荷、または5V未満 @ 10mA以下の負荷をスイッチングする場合、接点はほとんど摩耗しません。この場合、数十億回を超える動作寿命が期待でき、実際に達成されます。10Vレンジでは接点摩耗が増加します。摩耗量はスイッチング電流に依存します。一般に、10V @ 10mAのスイッチングでは、5,000万回～2億回の寿命が期待できます。この条件でさらに寿命を求め、かつ負荷のスイッチング自体を排除できない場合、液体金属（水銀）ウェット接点が適切な解となる場合があります。この場合、接点表面に微量の水銀が存在するため、接点間での金属移行が実質的に発生しません。水銀ウェット接点を用いた多くの「ホット」スイッチング負荷では、100V台の電圧を10mA台でスイッチングする場合でも、寿命は数十億回に達します。

純DC負荷のスイッチングを常に推奨します。当社の寿命試験セクションに示すデータはすべて、この条件下で取得しています。進みまたは遅れの力率を伴う負荷は避けてください。

急速な遮断により高い誘導電圧が発生し、アークが生じます。これにより接点表面に焼損が発生します。

接点が実質的に容量性負荷を見込む場合、接点閉成時に突入電流が発生します。総容量、印加電圧、直列抵抗に応じて、接点損傷や溶着（スティッキング）が発生します。

タングステンフィラメントランプは、特に自動車用途でリードスイッチの代表的なスイッチング負荷ですが、冷間時のフィラメントにより突入電流が発生します。点灯後はフィラメント抵抗が急速に上昇し、電流は低下します。通常、定常電流の10～20倍程度の電流サージが発生すると見込まれます。突入電流の大きさを決定するには、冷間時フィラメント抵抗の把握が重要です。同一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場合があります。

容量性／誘導性負荷

電圧・電流をスイッチングする際、程度の差はありますが浮遊容量が存在する場合があります。所定の電圧・電流を投入してスイッチングする際、最初の50ナノ秒が最も重要です（図#1）。この期間にアーク量が決まります。スイッチング回路に有意な（スイッチング電圧に依存）浮遊容量がある場合、アークが大きくなり、寿命が低下します。

ある程度の電圧をスイッチングする場合、最初の50ナノ秒に何をスイッチングしているかを正確に把握するため、回路に高速電流プローブを入れて観測することは有効です。一般に50Vを超える電圧をスイッチングする場合、50pF以上は期待寿命に対して非常に大きな影響を持ち得ます。リードスイッチを長いケーブルで遠隔駆動する場合、そのケーブルは分布容量として作用します。シールドなど、容量性となり得る部品も高い突入電流に寄与する場合があります。

ライン電圧が高感度回路内、または近傍に存在する場合は注意してください。これらの電圧が回路に結合し、寿命要件に悪影響を与える場合があります。通常、この寿命低下はリードスイッチ不良として扱われがちですが、実際には回路内の想定外条件が原因であるケースがあります。

保護回路

上記条件では、遷移時の金属移行を最小化（ただし完全には排除できません）する保護回路を追加できます。図2に示す回路は典型例です。容量は浮遊容量に起因する数pF程度の場合もあれば、mFレンジの実容量部品の場合もあります。電子回路におけるコンデンサは電荷を蓄えます。その性質上、可能な限り短時間で電荷を放出しようとします。電流の流れに対して抵抗やインピーダンスがなければ、まさにその通りに放出が起こります。

リードスイッチの接点閉成時に発生する突入電流は、回避または最小化してください。回路上、リードスイッチ直列に抵抗を追加できる場合は、一般にそれが最適解です。図#3に示す通り、抵抗値は高いほど効果的です。インダクタの使用、または回路にインダクタンスを追加する方法も有効です。インダクタは初期に電流の流れを妨げ、突入電流を低減します。ただし、インダクタンスを過大にすると効果を阻害し、接点開放時に別の問題を生じるため、慎重なバランス設計が必要です。リレー、ソレノイド、コイル駆動カウンタ、小型モータなどの誘導性負荷や誘導性回路のスイッチングでは、リード接点の寿命を延ばすために保護回路が必要です（図8参照）。

突入電流負荷

ランプ負荷も、初回点灯時に大きな突入電流を生じる場合があります。小型電球では一般にタングステンフィラメントが用いられ、初回点灯時に通常動作電流の最大10倍に達する突入電流が流れることがあります。図#4を参照してください。ランプ直列に抵抗を追加すると突入電流を大幅に低減でき、リードスイッチ寿命の延伸に大きく寄与します。

別の方法として、図#4に示すように接点と並列に抵抗を追加します。この場合、フィラメントに常時微小電流が流れ、フィラメントが温まり抵抗が高い状態に維持されます。この電流は、フィラメントが「発光」しない範囲でバランスさせます。
その結果、リードスイッチ動作時にスイッチングされる電流は定常電流に近くなります。

• 使用条件・温度条件
  • 推奨保管温度および動作温度は、各データシートを参照してください。
  • センサーは規定された環境条件範囲内で使用してください。
• 取り付け手順
  • センサーは必ず歪みのない状態で取り付けてください。はめ込み固定時に過大な力や衝撃を与えないでください。
  • 取り付け時に接続ケーブルを損傷しないようにしてください。
• 環境保護
  • UV、海水、直射日光への曝露により、センサーケースおよびケーブルが劣化する場合があります。
  • 屋外や過酷環境では、耐候性材料を用いた専用センサーを使用してください。

• 磁界干渉
  • 外部磁界の近傍にセンサーを取り付けないでください。
  • リードセンサーを強磁性材料上、または強磁性材料と組み合わせて取り付けないでください。
  • 取り付けには真鍮製シリンダーヘッドボルトを使用してください。皿ねじは、取り付けスロットや穴を損傷する可能性があるため避けてください。
• はんだ付けガイドライン
  • フローはんだ：最大260°C、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ください。
  • 工程に関わる全コンポーネントの温度上限を常に考慮してください。
• 衝撃感度
  • センサーの落下などの機械的衝撃は、即時故障または遅延故障の原因となります。
  • 輸送・取り付け時は丁寧に取り扱ってください。