JP5289267B2

JP5289267B2 - リードスイッチ制御装置

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Publication number: JP5289267B2
Application number: JP2009237092A
Authority: JP
Inventors: 寿一入江
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Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: JP2011086433A

Description

本発明は、磁石の位置により変化する磁力に応じてリードスイッチがオンオフ動作するようにしたリードスイッチ制御装置に係り、詳しくは、リードスイッチのオフ領域を拡大し、またオン領域を縮小させるための磁気遮蔽部材の配置構造に関する。

リードスイッチは、磁性体でできた２つのリード片を不活性ガスとともにガラス管に封入し、外部磁界によってリード片間のギャップに発生する吸引力によって、リード片間に設けた接点をオンオフするスイッチであって、移動できる磁石（永久磁石）により外部磁界を与えると単純な構造となり、信頼性の高いスイッチが得られる。鉄道車両の扉開閉の検出などに多用されている。

特開２００１−１８４９７３号公報

日本ハムリン編：「リードスイッチの知識」日本ハムリン株式会社（昭和５５年１月発行）

ところで、従来、リードスイッチと磁石とを図６に示すような位置に配置する例がある。

図６において、符号３はリードスイッチを示す。リードスイッチ３はリ−ド片３１，３２からなり、その間のギャップ３３に接点が設けられ、リ−ド片３１，３２は不活性ガスとともにガラス容器３４に封入されている。リードスイッチ３のオンオフは、端子３５を通じてガラス容器３４外に導かれる。各リード片３１，３２と対応する端子３５，３５とは磁気的にも一体である。

このリードスイッチ３に対して、その電極軸方向（長手方向）をＸ軸とし、リードスイッチ３の電極軸方向と直交する軸をＹ軸とすると、磁石４の位置は、Ｘ−Ｙ座標で（ｘ，ｙ）と表せる。座標の原点Ｏは、ギャップ３３の位置とする。

磁石４は、そのN極、Ｓ極の磁化軸がリードスイッチ３の電極軸方向と平行であるとする。

図７（A）は、図６に示す位置関係において、磁石４の位置（ｘ、ｙ）に対するリードスイッチ３のオン領域およびオフ領域を実線と点線とで示しており、同図（B）は、磁石４がリードスイッチ３との距離を一定値ｙ₁に保って移動した場合のリードスイッチ３のオンオフの動作状態を示す。

磁石４がオン領域にあれば、リードスイッチ３はオンに駆動され、オフ領域にあればオフとなる。オン領域とオフ領域の間（実線と点線とに挟まれた部分）はヒステリシスを示す領域で、この領域でリードスイッチ３のオンオフは、磁石４がこの領域に入る前の状態を保つ。

オン領域には、中央のオン領域Ａと、その両側のオン領域Ｂ（Ｂ１，Ｂ２）とがある。

オン領域Ａは、磁石４がギャップ３３に近い位置にある場合で、両リード片３１，３２はＮとＳの異極性に磁化され、ギャップ３３に吸引力が働く。磁石４がＸ方向に移動する場合は、ヒステリシス領域が小さく、オンオフ切り換わりのＸ方向での位置精度が高い。

オン領域Ｂ（Ｂ１、Ｂ２）は、磁石４の位置ｘがギャップ３３より離れた位置で、Ｘの正負両側に現れる。リード片３１および３２は、磁石４のＮ極またはＳ極の同じ側にあり同極性に磁化されるが、リード片３１と３２とは、磁石４の磁極との距離が異なるので磁化の強さに差ができ、ギャップ３３に磁界が生じて磁束が通過し、吸引力が生じてリードスイッチ３をオンに駆動する。

このように、磁石４がＸ方向に移動したときには、３つのオン領域が順次現れ、３点動作と呼ばれている。

リードスイッチ３の代表的な駆動法の１つは、図６でリードスイッチ３と磁石４の距離を一定値ｙ₁に保ち、磁石４の位置ｘを変化するというものである。リードスイッチ３のオン領域としては図７のオン領域Ａを使い、オンオフ位置は精度の高いｘ₂（ｙ₁のレベル線がオン領域Ａの境界と交叉するＸの位置）を使用する。

磁石４の移動範囲をｘ₁〜ｘ₄とすれば、ｘがｘ₂以下では、リードスイッチ３はオンである。ｘがｘ₂より大きくなると、リードスイッチ３は一旦オフになるが、ｘがさらに大きくなり、ｘ₃以上になると、オン領域Ｂ１に達してリードスイッチ３は再びオンとなる。

通常、オン領域Ａとオン領域Ｂ１の間のオフ領域は狭く、また、リードスイッチ３の動作からはオン領域Ａとオン領域Ｂ１の区別はできない。リードスイッチが正常な動作をするためには、オン領域Ｂ１は不要有害であると言える。

リードスイッチ３が正常な動作をするために、図８に示すように、磁性体でできた磁気遮蔽板５を設ける構造が知られている。磁石４がＸ方向に移動してオン領域Ｂ１に達したとき、磁気遮蔽板５は磁石４の発生する磁力線を分流し、リードスイッチ３のリード片３２および端子３５に達しないようにする。

この場合のオンオフ領域は図９に示す形となり、オン領域Ｂ１は狭くなる。磁石４のリードスイッチ３からの距離をｙ₁に保てば、オン領域Ｂ１は動作せず、磁石４の可動範囲の中ではｘ₁〜ｘ₂でオン、ｘ₂〜ｘ₄でオフとなり、オンとオフ範囲が明確になると共に、充分広いオフ範囲が得られるようになる。

上記のように磁気遮蔽板を設けたものにおいて、磁気遮蔽板として充分な板厚と幅を持つ磁性体の板が使用できるときは、磁気遮蔽板の磁気抵抗を充分小さくでき、磁力線を分流、遮蔽できるが、リードスイッチのハウジング内に遮蔽板を置かなければならない等、スペース的に制限があって、磁気遮蔽板の板厚や幅を充分に確保できない場合には、磁気抵抗が小さくなかったり、磁気遮蔽板に磁気飽和を生じたりして磁力線を充分に分流できず、オン領域Ｂ１を充分小さくできない。すなわち遮蔽効果が不充分で、動作領域は図７に示す状態に近くなり、本来オフであるべき磁石位置ｘ₂〜ｘ₄の間にオン動作やヒステリシス動作を生じ、誤動作の原因となる。

本発明の課題は、リードスイッチの周囲に充分に大きなスペースがなくても、磁気遮蔽部材を支障なく設けることができて、効果的にオフ領域の拡大、不要なオン領域の抑制を図れるようにすることである。

本件の発明者は、上記課題を達成するために、種々の試作実験やシミュレーションを行った結果、磁気遮蔽部材は、必ずしもリードスイッチと磁石との間に設ける必要がなく、全体として充分な断面積であれば、磁気遮蔽部材をリードスイッチの周囲に複数に分割して設けて、有効に磁気遮蔽ができるという知見を得た。

本発明は、リード片をガラス容器内に有し前記リード片に接続されて前記ガラス容器外に電極軸方向に延びる端子を備えたリードスイッチと、前記端子に沿って前記電極軸と平行に移動する磁石と、前記端子の周囲に配置されて前記磁石からの磁束が前記リードスイッチに達しないように磁束を分流する磁気遮蔽部材と、を具備するリードスイッチ制御装置において、
前記磁気遮蔽部材は、帯板状に前記電極軸方向に延びる２つの磁気遮蔽部材からなり、第１の磁気遮蔽部材と第２の磁気遮蔽部材は、前記端子を挟んで反対側に設置され、かつ、前記第１と前記第２の磁気遮蔽部材それぞれの端部は、前記端子から離れてさらに電極軸方向に延びて連結部でＵ字形に連結されてなり、前記第１、第２磁気遮蔽部材それぞれが前記磁石からの磁束を分流する並列の磁路を構成した、ことを特徴とする。前記２つの磁気遮蔽部材は前記リードスイッチ端子の周囲に配置すれば磁束を分流する効果を持つので，一方を磁石との間に他方を磁石と遠い側においても良いし，前記リードスイッチ端子の周りに回転した他の角度で配置しても同様の効果が得られる。

上記構成において、磁石の磁化軸の向きは、従来例で述べたように、リードスイッチの電極軸と平行であってもよいし、リードスイッチの電極軸と直交する向きであってもよい。

また、上記構成において、「リードスイッチの電極軸方向の一部」とは、リードスイッチに対する磁石の磁化軸の向きや、磁石の移動方向により位置が異なる部分であり、例えば、磁石の磁化軸の向きがリードスイッチの電極軸と平行であって、その磁石の移動方向がリードスイッチの電極軸と平行の方向である場合、「リードスイッチの電極軸方向の一部」とは、リードスイッチの電極軸方向の両側に現われるオン領域のいずれか一方に対応する部分である。

上記構成のように、リードスイッチの周囲に複数の磁気遮蔽部材を設けることにより、磁力線の分流効果が増し、磁力線をリードスイッチのリード片や端子に及ばないようにすることができ、これにより、オフ領域を拡大し、またオン領域を縮小させることができる。

この場合、磁気遮蔽部材は、リードスイッチと磁石との間の位置だけでなく、磁石から遠い側にも設けられるから、リードスイッチの周囲のスペースを有効に利用して、全体として大きな断面積の磁気遮蔽部材を設置することができる。

また、上記のように、全体として大きな断面積の磁気遮蔽部材を設置できることから、磁気抵抗の増大や磁気飽和により磁気遮蔽効果が損なわれるようなことがない。

上記構成のリードスイッチ制御装置において、上記複数の磁気遮蔽部材は、連結部を介して一体に形成されていることが望ましい。複数の磁気遮蔽部材が一体に形成されていると、複数の磁気遮蔽部材を単一の素材から作ることができて、製作が容易であるばかりでなく、連結部がある分、磁気遮蔽部材全体の大きさが増し、磁気抵抗が減少し、しかも、設置の際、一体化されている複数の磁気遮蔽部材を折り曲げ等の加工により変形させて、リードスイッチの周囲に設置して、折り曲げの復元弾力によりハウジング内部に仮固定することができ、磁気遮蔽部材の位置決め作業を簡略化できる。

本発明によれば、スペース的な制限を受けずに大きな断面積の磁気遮蔽部材を設置することができ、これによりオフ領域を拡大し、あるいは不要なオン領域を縮小させて、リードスイッチのオンオフ動作を確実にすることができる。

本発明の一実施形態に係るリードスイッチ制御装置の構成図。図１のリードスイッチ制御装置の要部拡大断面図。本発明の他の実施形態に係るリードスイッチ制御装置の構成図。本発明のさらに他の実施形態に係るリードスイッチ制御装置の要部拡大断面図。図４のリードスイッチ制御装置における磁気遮蔽部材の展開図。従来例に係るリードスイッチ制御装置の構成図。図６のリードスイッチ制御装置の動作説明図で、（Ａ）はオン領域およびオフ領域を示し、（B）はリードスイッチのオンオフ出力を示す。他の従来例に係るリードスイッチ制御装置の構成図。図８のリードスイッチ制御装置の動作説明図で、（Ａ）はオン領域およびオフ領域を示し、（B）はリードスイッチのオンオフ出力を示す。

図１および図２に基づいて、本発明の一実施形態に係るリードスイッチ制御装置を説明する。

上記の図において、リードスイッチ３は、保持および機械的な保護の目的で、非磁性体でできたハウジング２に納められている。リードスイッチ３は、従来例で述べたものと同様に、リ−ド片３１，３２からなり、その間のギャップ３３に接点が設けられ、リ−ド片３１，３２が不活性ガスとともにガラス容器３４に封入されているものであり、リードスイッチのオンオフは、端子３５を通じてガラス容器３４外に導かれる。

磁石（永久磁石）４は、ハウジング２の外側に設けられている。この磁石４は、磁化軸がリードスイッチ３の電極軸方向（長手方向）と平行であり、リードスイッチ３と一定の距離を保ちながら、リードスイッチ３の電極軸方向と平行に移動しうるようになっている。磁石４を上記方向に移動させる手段は、適宜のものでよく、図面には特に図示しない。

なお、図１では、リードスイッチ３の電極軸方向をＸ軸とし、リードスイッチ３の電極軸方向と直交する軸をＹ軸とし、ギャップ３３の位置を原点としている。

本発明では、リードスイッチ３のオフ領域を拡大し、またオン領域を縮小させるための磁気遮蔽部材の配置構造に特徴があり、この実施形態では、リードスイッチ３の電極軸方向の一部の周囲に、２つの帯板状の磁気遮蔽部材５１，５２を配置している。一方の磁気遮蔽部材５１は、ガラス管３４の電極軸方向の外側で端子３５と磁石４の間に設置し、他の磁気遮蔽部材５２は磁石４より遠い側に設置している。

これらの磁気遮蔽部材５１，５２は、シリコンゴム等の固定手段によりハウジング２の取り付け溝２ａの内面に固定すればよい。

上記のように、２つ磁気遮蔽部材５１，５２を、リード片３２および端子３５の近くに、すなわちリードスイッチ３の周辺に設置することにより、その磁束の分流効果が増加するとともに、１つ当たりの磁束密度が減少するので、磁気飽和や磁気抵抗の増大の危険性も著しく減少する。そして、磁石４の磁力線をリードスイッチ３のリード片３２および端子３５に届かないようにするから、図９で示した場合と同様に、磁気遮蔽部材５１，５２により一方のオン領域Ｂ１（もしくはＢ２）を縮小させることができる。この事実は、シミュレーションおよび試作実験で容易に確認できる。

次に、図３は本発明の他の実施形態を示している。この実施形態では、２つの磁気遮蔽部材５１，５２は、それぞれの端部に設けた連結部５４を介して繋がっており、全体で二つ折りに曲げ加工されている。製作に当たっては、遮蔽板５１，５２およびその連結部５４は一枚の磁性体板から製作し、折り曲げ成形して所定の形状に加工する。実施形態では、２つの磁気遮蔽部材５１，５２と連結部５４とはＵ字形に成形されている。

上記実施形態では、磁気遮蔽部材５１，５２の連結部５４も磁性体であるから、磁気抵抗をさらに減少させる効果がある。磁気遮蔽部材５１，５２と連結部５４との全体をＵ字形等とすれば、その弾力によりリードスイッチ３のハウジング２の取り付け溝２ａの内部に自力で留まることができ、しかも容易に動かすことができるので、磁気遮蔽部材５１，５２を最良の遮蔽効果が得られるように位置調整することが可能となる。磁気遮蔽部材５１，５２はこの位置調整後にシリコンゴム等により固定することで、安定した性能を維持できる。さらに、端子３５に接続された引き出し線（図示せず）をハウジング２から外部に引き出すとき、Ｕ字形等の隙間を使用することができる。

図４および図５は、さらに他の実施形態を示すもので、この実施形態では、３つの磁気遮蔽部材５１，５２，５３が設けられ、これらの磁気遮蔽部材５１，５２，５３は、隣り合うものどうしが連結部５５で一体に連結されている。これら３つの磁気遮蔽部材５１，５２，５３と連結部５５とは、円形に折り曲げ成形されて、ハウジング２の取り付け溝２ａ内に収納される。

２ハウジング
３リードスイッチ
３１、３２リード片
３３ギャップ
３５端子
４磁石
５１、５２、５３磁気遮蔽部材
５４，５５連結部

Claims

リード片をガラス容器内に有し前記リード片に接続されて前記ガラス容器外に電極軸方向に延びる端子を備えたリードスイッチと、前記端子に沿って前記電極軸と平行に移動する磁石と、前記端子の周囲に配置されて前記磁石からの磁束が前記リードスイッチに達しないように磁束を分流する磁気遮蔽部材と、を具備するリードスイッチ制御装置において、
前記磁気遮蔽部材は、帯板状に前記電極軸方向に延びる２つの磁気遮蔽部材からなり、第１の磁気遮蔽部材と第２磁気遮蔽部材は、前記端子を挟んで反対側に設置され、かつ、前記第１と前記第２の磁気遮蔽部材それぞれの端部は、前記端子から離れてさらに電極軸方向に延びて連結部でＵ字形に連結されてなり、前記第１、第２磁気遮蔽部材それぞれが前記磁石からの磁束を分流する並列の磁路を構成した、ことを特徴とするリードスイッチ制御装置。
前記電極軸方向に延びる取り付け溝を備えたハウジングを備え、前記リードスイッチを前記ハウジングの前記取り付け溝に前記電極軸方向に沿って収納すると共に、前記２つの磁気遮蔽部材を前記Ｕ字形に連結して生じる弾性により、前記取り付け溝内部に自力で留まるようにした請求項１に記載のリードスイッチ制御装置。