リードスイッチ製品の基本電気パラメータ

プルイン

プルイン（PI）は、接点が閉じる点を指します。磁石を用いる場合、通常はリードスイッチから磁石までの距離（mm（インチ））または磁界強度（AT、mTesla、Gauss）として測定します。コイルの場合、プルインはコイル両端の電圧、コイルに流れるmA、またはアンペアターン（AT）で測定します。一般に、このパラメータは最大値として規定されます。リード片がどれほど良好に焼鈍されていても、
わずかな残留性（磁界を除去してもリードスイッチのリード片に残る微小な磁性）が残ります。一貫した
プルインおよびドロップアウト結果を得るには、プルイン測定の前に強い磁界でリードスイッチを先に飽和させると、より安定した結果が得られます。
図#5参照。

コイル、特にリードリレーで測定する場合、プルインは温度によって変化し、通常は20° Cで規定されます。図#6参照。

ここでは、銅コイル線が温度で膨張・収縮するため、プルイン（動作点）は温度に対して0.4% ^oCの割合で変動します。適切に設計されたリレーでは、通常このパラメータ変化を設計および仕様に織り込みます。

ドロップアウト

ドロップアウト（DO）は、接点が開く点を指し、上記プルインと同様の特性を持ちます。リリースまたはリセット電圧／電流／ATとして表現されることもあります。

ヒステリシス

ヒステリシスはプルインとドロップアウトの間に存在し、通常はDO/PIの比を%で表します。ヒステリシスはリードスイッチの設計により変動し、（図#7）、めっきまたはスパッタ膜厚、リード片の剛性、リード片の重なり、リード片長、ギャップ寸法、シール長などの違いが本パラメータに影響します。磁石でリードスイッチを操作する場合のヒステリシス例は図7を参照してください。

接点抵抗

接点抵抗は、リード片（バルク抵抗）で生じるDC抵抗と、接点ギャップを介した抵抗から構成されます。接点抵抗の大部分はニッケル／鉄のリード片に由来します。各材料の抵抗率はそれぞれ7.8 x 10-8 Ohm/m、10.0 x 10-8 Ohm/mです。これは銅の抵抗率1.7 x 10-8 Ohm/mと比べると相対的に高い値です。リードスイッチの代表的な接点抵抗は約70 mOhmで、そのうち10～25 mOhmが接点間の実抵抗です。リードリレーでは、リレー端子（ピン）がニッケル／鉄の場合が多く、全体の磁気効率は向上しますが、接点抵抗にバルク抵抗が加わります。この増加量は25 mOhm～50 mOhm程度になることがあります。図#8参照。

動的接点抵抗

動的接点抵抗（DCR）は、接点状態を真に評価する指標です。前述のとおり、接点抵抗は主としてバルク抵抗またはリード抵抗で構成されます。リードスイッチ両端の抵抗を測定するだけでは、接点が機能しているかどうかの大まかな指標にとどまります。接点の機能性をより適切に把握するには、動的条件下で接点を評価する必要があります。

50 Hz～200 Hzの範囲で接点を開閉させると、より多くの情報が得られます。0.5 Volts以下、約50 mAでスイッチングすることで、問題の兆候を検出するのに十分な電圧・電流を確保できます。この試験はオシロスコープで実施でき、より自動化された試験のために容易にデジタル化することも可能です。‘ブレークオーバー’（非導電性膜の可能性）を避けるため、0.5 Voltsを超える試験電圧は避けるべきです。この極薄膜は、極低信号をスイッチングする場合や、電圧／電流を接点に印加する前にリードスイッチを閉成する場合（無電圧・無電流での閉成）には開回路のように見えることがあります。0.5 Vを超える電圧を用いると、この潜在的な品質問題を見逃す可能性があります。図9参照。

上記の周波数をコイルに適用すると、接点は約½ mAで動作して閉成します。その後、接点は約100msバウンスし、最大で約½ msの動的ノイズ期間を経ることがあります。この動的ノイズは、接点が開かないままバウンスを継続することで発生し、接点に加わる力（圧力）が調和的に変化するため接点抵抗が大きく変動し、約½ ms以下で臨界減衰します。図10参照。 この動的ノイズが消失すると、次に‘‘揺らぎ期間’’に移行します。ここでは接点は閉成していますが、最大1 ms以上、閉成状態のまま揺らぐことがあります。コイル磁界中でのこの接点の揺らぎにより、接点を介して電流が発生します。この影響が消失すると、
接点は静的状態に入ります。

この動的試験で得られる電気的パターンを観察すると、リードスイッチ品質について多くの情報が得られます。一般に、コイル電圧を印加した後、動的な接点活動は1½ msまでに収束するべきです。接点のバウンスが250 msを超えて継続する場合、閉成力が弱い可能性があり、
特にある程度の負荷をスイッチングしている場合、寿命低下につながることがあります。図#11参照。

動的ノイズまたは接点の揺らぎが上記より長く続く場合、リードスイッチのシールが弱い、または過大応力が加わっている可能性があります。
その結果、カプセルのクラックや破損につながることがあります。また、揺らぎの振幅が過大な場合、カプセルに付加応力が加わっており、
シール漏れを引き起こす可能性があります。この場合、外気や湿気がカプセル内に侵入し、接点に不要な汚染を生じることがあります。図#12および#13参照。

また、接点抵抗が閉成のたびにわずかに変動する場合、汚染、シール漏れ、粒子、めっきの緩み／剥離が存在する可能性があり、寿命短縮につながるおそれがあります（図#14）。コイルに印加する周波数を変えると、共振に起因する問題をより微妙に把握できる場合があります。これは、動的ノイズや接点揺らぎの振幅増大または時間の長期化としても現れます。

長寿命、安定した接点抵抗、無故障動作がアプリケーション要件である場合、接点の動的試験と厳格な試験限界の設定は必須です。

コモンモード電圧

コモンモード電圧も、リードスイッチ寿命に大きく影響し得るパラメータの一つです。回路や環境によっては、コモンモード電圧がスイッチング回路内の浮遊容量を実質的に充電し、予期しない形でリードスイッチ寿命を大幅に低下させることがあります。高速電流プローブを用いると、最初の50 nanoSecondsにスイッチングされる電圧・電流が驚くほど大きいことが明らかになる場合がありますが、これは実際の負荷とは無関係です。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て、寿命要件に重大な影響を与える可能性があります。一般に、この寿命低下は故障したリードスイッチのせいにされがちですが、実際には回路内の想定外条件に起因する場合があります。

スイッチング負荷

スイッチング負荷は、接点が閉じる瞬間にスイッチングされる電圧と電流の組み合わせです。このパラメータは混同されることがあります。例えば、あるスイッチのスイッチング定格が200 Volts、0.5 Amperes、10 Wattsの場合、スイッチングする電圧と電流の積は10 Wattsを超えてはなりません。200 Voltsをスイッチングするなら、50 milliAmperesまでしかスイッチングできません。0.5 Amperesをスイッチングするなら、20 Voltsまでしかスイッチングできません。

絶縁破壊電圧（耐電圧）

絶縁破壊電圧（耐電圧）は一般にスイッチング電圧より高くなります。大型の真空リードスイッチでは、15,000 Volts DCの定格も珍しくありません。小型の真空リードの中には4,000 Volts DCまで耐えるものもあります。小型の加圧リードスイッチは一般に250～600 Volts DCに耐えます。

絶縁抵抗

絶縁抵抗は接点間の絶縁（分離）を示す指標であり、リードスイッチを他のあらゆるスイッチングデバイスと差別化する、最も特徴的なパラメータの一つです。一般に、リードスイッチの絶縁抵抗は平均1 x 10¹⁴ ohmsです。この高い絶縁性により、picoAmpereやfemtoAmpereレンジの漏れ電流が測定に干渉するような極限の測定条件でも使用できます。半導体試験では、複数のゲートを並列に扱う場合があり、スイッチングデバイスの漏れ電流が合算されて、試験測定回路において無視できない値になることがあります。

誘電吸収

誘電吸収は、異なる誘電体が極微小電流に与える影響を表します。nanoAmpere未満の電流は、誘電体がこれらの電流を遅らせる（遅延させる）傾向の影響を受けます。測定する電流がどれほど小さいかによっては、これらの遅延は数秒オーダーになることがあります。Standex Detectのエンジニアは、誘電吸収を最小化するためのリードリレーおよび回路を設計してきました。

スイッチング電圧

スイッチング電圧は通常、Volts DCまたはVolts peakを単位とする最大値として規定され、接点間でスイッチング可能な許容最大電圧を指します。
アーク発生電圧を超えるスイッチング電圧では、金属移動が生じる場合があります。アーク発生電圧は一般に5 Voltsを超える領域で発生します。アークは接点寿命短縮の主要因です。5 V～12 Vの範囲では、スイッチングする電流の大きさに応じて、多くの接点が数千万回の動作に耐えます。

多くの加圧リードスイッチは500 Voltsを超えてスイッチングできません。主な理由は、接点を開こうとした際に発生するアークを遮断できないためです。一般に500 Voltsを超えるスイッチングには真空リードスイッチが必要で、最大10,000 Voltsまで可能です。5 Volts未満のスイッチングではアークが発生しないためリード片の摩耗がなく、リードスイッチ寿命は数十億回動作まで延長されます。適切に設計されたリードリレーは、10 nanoVoltsという低電圧のスイッチングおよび識別が可能です。

スイッチング電流

スイッチング電流は、接点閉成の瞬間にスイッチングされる電流を指し、Amperes DC（peak AC）で測定されます。電流レベルが高いほど、開閉時のアークが持続しやすくなり、スイッチ寿命は短くなります。

通電電流

通電電流もAmperes DC（peak AC）で測定され、接点がすでに閉じている状態で許容される最大電流として規定されます。接点が閉じているため、より大きい電流が許容されます。アークは開閉遷移時にのみ発生するため、接点損傷は起こりません。また、パルス幅が非常に短い場合は発熱が最小となるため、リードスイッチはより大きい電流を流すことも可能です。逆に、電機子型の電気機械式リレーとは異なり、リードリレーはfemptoAmperes（10-15 Amperes）という極低電流のスイッチング／通電にも対応します。

浮遊容量

浮遊容量はmicroFaradsまたはPicoFaradsで測定され、例えば導通経路やケーブルにより常に存在します。電圧・電流をスイッチングする際、最初の50 nanoSecondsが最も重要です。この区間でアークが発生します。スイッチング回路内に（スイッチング電圧の大きさに応じて）顕著な浮遊容量があると、より大きなアークが発生し、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は常に、高速電流プローブを回路に入れて、最初の50 nanoSecondsに実際に何をスイッチングしているのかを正確に確認することが賢明です。一般に、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影響を持ち得ます。

動作時間

動作時間は、接点が閉じてバウンスが収束するまでの時間です。水銀ウェッティング接点を除き、リード片が閉成すると十分な力で閉じ、
調和運動を引き起こします。この臨界減衰運動は、リード片の比較的強いばね力により急速に減衰します。一般に、50 ms～100 msの間に1～2回のバウンスが観測されます。小型リードスイッチの多くは、バウンスを含めて100 ms～500 msの範囲で動作します。図#15参照。

復帰時間

復帰時間は、磁界を除去してから接点が開くまでの時間です。リレーでは、コイルをオフすると大きな負の誘導パルス（‘キック’）が発生し、リード片は非常に速く開きます。この復帰時間は20 ms～50 ms程度になることがあります。コイルに並列にダイオードを入れて、この誘導電圧スパイク（100 Volts～200 Voltsになる場合があります）を除去すると、接点の開放時間は約300 msまで遅くなります。設計者の中には高速復帰が必要である一方、負の高パルスが高感度デジタル回路に結合する可能性を許容できない場合があります。そのため、コイルに並列で、ダイオードと直列の12 Volt～24 Voltツェナーダイオードを追加します。この構成では、コイルをオフしたとき、電圧はツェナー電圧値だけ負側に許容され、通常100 ms未満で接点が開くのに十分です。図#16参照。

共振周波数

リードスイッチの共振周波数は、リードスイッチの正確な共振点において、リードに関するすべてのパラメータが影響を受け得る物理特性です。リード
カプセル長が20 mmの場合、通常1500～2000 Hzの範囲で共振します。10 mm程度のリードカプセルは7000～8000の範囲で共振します。これら特定の共振領域を避けることで、リードスイッチにとって無故障環境を確保できます。影響を受けやすい代表的パラメータはスイッチング電圧および絶縁破壊電圧です。図#17参照。

容量

接点間容量はpico-Faradsで測定され、0.1 pF～0.3 pFの範囲です。この非常に低い容量により、半導体のように
100 picoFarads台の容量を持つデバイスでは考慮できない用途でもスイッチングに使用できます。半導体テスタでは、この低容量は極めて重要です。図#18参照。