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JP2013206628A - リードスイッチ - Google Patents

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JP2013206628A JP2012072457A JP2012072457A JP2013206628A JP 2013206628 A JP2013206628 A JP 2013206628A JP 2012072457 A JP2012072457 A JP 2012072457A JP 2012072457 A JP2012072457 A JP 2012072457A JP 2013206628 A JP2013206628 A JP 2013206628A
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Tomoo Nakagawa
友雄 中川
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Abstract

【課題】接点ズレやオーバラップ長さなどのばらつきによる感度変動を抑制し得る生産性の高いリードスイッチを提供する。
【解決手段】磁性材料のプレス加工品からなり一端に接点部3a,3bを有する一対のリード1a,1bと、接点部3a,3bの特定範囲がオーバラップするよう対向させて空洞内に封入する封入部材2と、を備え、リード1a,1bの少なくとも一方は、接点部3aにつながる可動部4と、封入部材2によって固定されリード1a,1b全体を支える支持部5を有し、リード1a,1bに印加される磁界に応じて接点部3a,3bを接触又は開放するリードスイッチである。一方の接点部3aの幅が少なくともオーバラップ範囲において他方の接点部3bの幅よりも広く形成る。また、一方の接点部3bには、接点部3a,3bのオーバラップ範囲を超えない範囲に接点部3a,3bの他部よりも厚肉とした部位6を設けている。
【選択図】図1

Description

本発明は、外部磁界によって接点部が開閉するリードスイッチに関する。
リードスイッチは、長手方向の先端部に接点部を有する2本以上のリードを直状ガラス管に封入し、接点部同士が所定の微小間隔を保って対向するようにガラス管の両端部で固定してなる。リードは磁性材料から形成されるため、リードに外部磁界が印加されることによって接点部が開閉する。このようなリードスイッチは、その密閉構造のため、信頼性の高いスイッチとして、または磁気を用いたセンサなどとして広く産業に供されている。
図9は、従来の一般的なリードスイッチの一構成の概略構造を示し、(a)は正面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。図9に示されたリードスイッチ70は、プレス機械で52%Fe−Ni合金などの磁性材料を成形加工したリード61の接点部63に接点めっきが施され、所定の空隙とオーバラップ量を確保できるように2本のリード61を対向させ、一対の接点を構成している。リード61は、ガラス管62中に成形部位を挿入し部分的に封入して固定されている。なお、ガスや蒸気などの影響を受けてリード61が腐食劣化してリード61の接点性能が劣化しないように、ガラス管62の内部に窒素などの不活性ガス又は無機還元性ガスを注入するか真空にした上で、密封される。
リードスイッチ70は、外部からの起磁力によって生じる磁束により、磁性材料からなるリード61の対向する接点部63が、それぞれ異なる極となるように磁化される。その結果、微小間隔を保って対向する接点間に吸引力が発生する。接点部63と支持部65の間の可動部64はより薄く形成された片持ち梁ばねの機能を備えているため、吸引力により可動部64がたわみ、接点部63が接触してON動作する。外部磁気保持型リードスイッチの場合は、外部起磁力の減少に伴い、吸引力が減少することで接点部63の開放動作、すなわちOFF動作を行う。
図10は、図9に示したリード61を示し、(a)は正面図、(b)は平面図である。このようなリード61は、図10に示されるように、支持部65から連続する境界部66を経て順に可動部64と接点部63とを有しており、円柱状の磁性材料を部分的にプレス加工することで形成される。片持ち梁ばねとして主に機能する可動部64は、柔軟性を確保するために支持部65、境界部66及び接点部63と比べてより薄くなるように形成される。
図11は、外部磁気保持型リードスイッチにおける接点間の空隙に対する磁気吸引力と開離力との関係を示す図である。横軸は接点間の空隙長を示し、縦軸は接点間にかかる力である磁気吸引力と開離力を示す。図11に示された接点間隙と磁気吸引力及び開離力との関係は、リードスイッチ負荷曲線と呼ばれる。外部からの起磁力がゼロの場合は、磁気吸引力も開離力も働かない。起磁力を増加すると磁気吸引力はF1からF2に変化する。外部からの起磁力がゼロの場合における接点間の空隙がXoffであるリードスイッチは、起磁力を得て磁気吸引力がF1となり、接点間の空隙xがX1になると磁気吸引力F1と開離力Frは等しくなって釣り合う。空隙xがX1より狭い領域では磁気吸引力F1は開離力Frより低くなり、リードスイッチの接点は空隙X1より接近することができず、接点は接触しない。
起磁力を増加させて、磁気吸引力がF2となった場合、空隙xがX0で磁気吸引力の曲線と開離力直線が接するようになる。この場合は、空隙xがX0より狭い場合も磁気吸引力F2は開離力Frより高くなり、リードスイッチの接点が接触しON動作する。
このようにリードスイッチの接点が接触するように磁気吸引力を発生させる起磁力は、リードスイッチの感動動作特性と呼ばれ、概ねそのリードスイッチの感度として扱われる。
図12は接点間の空隙と感度の関係について説明する図である。図12は、図11と同様に、接点間隙と磁気吸引力及び開離力との関係を図示しており、図中、F5Aは外部から5A(アンペア)の起磁力が与えられた際の磁気吸引力を示し、同様にF10A、F15Aはそれぞれ10A、15Aの起磁力が与えられた際の磁気吸引力を示す。また、Fr5A、Fr10A、Fr15AはそれぞれF5A、F10A、F15Aの吸引力にて接点が閉じるリードスイッチの開離力を示す。
例えば起磁力10Aで接点を閉じるリードスイッチを得る場合は、外部から起磁力を与えない状態において、開離力を示す直線Fr10AのX切片であるX10Aに相当する接点間隙を設ければよい。また、起磁力15Aで接点の閉じるリードスイッチを得る場合は、開離力を示す直線Fr15AのX切片であるX15Aに相当する接点間隙を設ければ良い。つまり起磁力10Aから15Aの範囲で動作するリードスイッチを得るためには、X10AからX15Aの範囲に接点間隙を設定すればよく、同様に起磁力5Aから10Aの範囲で動作するリードスイッチを得るためにはX5AからX10Aの範囲に接点間隙を設定すればよい。
このように特定の感度を持ったリードスイッチを得るためには接点間隙の制御が不可欠であり、様々な工夫がなされている。たとえば、特許文献1では、接点形状を工夫して、組み立て時に一定の接点間隙が得られるリード構造が提案されている。また、特許文献2では、接点間隙の再現性をより良くするための製造装置が示されている。
リードスイッチも工業製品である以上、一定の製造ばらつきは避けられない。図13は図9に示した従来のリードスイッチの製造ばらつきの例を示すもので、(a)は正面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。図13(a)に示すように、正面視では、対向する接点部63のオーバラップ長さ68bが図9(a)において符号68aで示す距離と比較すると長くなっている。また、図13(b)に示すように、平面視では、接点部63がずれている。
リードスイッチ動作の源泉である磁気吸引力は磁束によって発生するわけであるが、リードスイッチの接点間に生じる磁気吸引力は、外部からの起磁力によってリードスイッチを通過する磁束によってもたらされる。
磁気吸引力は、面積が一定であれば磁束密度の自乗に比例し、磁束密度が一定であれば面積に比例する。リードスイッチの場合、外部からの起磁力によって得られる磁束が概ね一定であると考えると、同一の起磁力、同一の接点空隙であっても、接点のオーバラップ面積が変動すると吸引力が変化する。そのため、所定の感度が得られない。
図14は図13を用いて説明した製造ばらつきによる接点のオーバラップ面積の変化について説明する図であり、(a)は理想的な状態、(b)はオーバラップ長さが長くなった場合、(c)は接点がずれた場合について示しており、いずれの図もハッチング部分が対向する接点のオーバラップ面積を示している。図14(b)に示すように、接点のオーバラップ長が長くなった場合には、図14(a)に示す理想的な状態と比べ、対向する接点の面積が増える。逆に、図14(c)に示すように接点ズレが生じた場合には、図14(a)に示す理想的な状態と比べ、オーバラップする面積が減少する。
図15は、ある外部磁気保持型リードスイッチの接点間隙と感度との関係を示す図である。横軸は外部からの起磁力がない状態での接点間隙、縦軸はリードスイッチの感度を示している。オーバラップ長さのばらつきも接点ズレもないリードスイッチを基準とし、オーバラップ面積が50%の場合の関係、オーバラップ面積が150%の場合の関係を示している。
図15から次のことが分かる。オーバラップのばらつきも接点ズレもないリードスイッチであって、外部からの起磁力がない状態で接点間隙が20μmのリードスイッチは、約7Aの感度となる。同様に30μmのリードスイッチでは約12Aの感度となる。このことから、逆に10Aの感度のリードスイッチを得たい場合は、外部起磁力のない状態での接点間隙を約27μmとすればよく、20Aの感度のリードスイッチを得たい場合はその接点間隙を約38μmとすればよい。
例えば、図15において、10Aの感度を持つリードスイッチを作成するために、接点間隙を前述のように約27μmとなるよう制御した場合、接点ズレやオーバラップ長さなどのばらつきによって、オーバラップ面積が50%に減少した場合、図15によると、約8Aの感度のリードスイッチとなってしまう。逆に、接点オーバラップ面積が150%に増加した場合、約13Aの感度のリードスイッチとなり、何れの場合も所期の目的から外れてしまう。
先に説明した図14のようなオーバラップ長さの変動や接点ずれは、接点部オーバラップ面積の変動を伴うため、図15を用いて説明したように、感度生産性の低下をもたらすことになる。
特開平8-106842公報 実用新案登録3074562号公報 特開平6-162866公報
上記のように、特定の感度を有するリードスイッチを得るために、接点間隙を高精度に制御しても、プレス形状や封着時の組み立て時の位置ずれによって、感度のばらつきが生じていた。
このような状況にあって、本発明の目的は、接点ズレやオーバラップ長さなどのばらつきによる感度変動を抑制し得る生産性の高いリードスイッチを提供することにある。
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、リードスイッチの接点部における局部的な磁束−吸引力特性の解析に基づき、接点部の最適形状を得ることにより、本発明を完成するに至った。
上記目的を達成するために、本発明は、磁性材料からなり一端に接点部を有する複数のリードと、複数のリードの各接点部がオーバラップするように対向して空洞内に封入する封入部材と、を備え、複数のリードに印加される磁界に応じて複数のリードの接点部同士を接触、解放するリードスイッチにおいて、複数のリードの接点部同士がオーバラップする範囲において、複数のリードの一つの接点部が複数のリードの他の接点部よりも広い幅を有することを特徴とする。
具体的には、本発明は、磁性材料のプレス加工品からなり一端に接点部を有する一対のリードと、接点部の特定範囲がオーバラップするよう対向させて空洞内に封入する封入部材とを備え、リードの少なくとも一方は、接点部につながる可動部と、封入部材によって固定されリード全体を支える支持部を有し、リードに印加される磁界に応じて接点部を接触又は開放するリードスイッチにおいて、一方の接点の幅が少なくともオーバラップする範囲において他方の接点の幅よりも広く形成されていることを特徴とする。
好ましくは、リードスイッチであって、一方の接点部に、接点部のオーバラップ範囲を超えない範囲に接点部の他の部位よりも厚肉とした部位を設ける。
本発明によれば、オーバラップ長さや接点のずれによる接点オーバラップ面積変動に伴う吸引力変化を極小とし、感度生産性に優れたリードスイッチを得ることができる。
本発明の実施の形態に係るリードスイッチの内部の概略構造を示し、(a)は平面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。 図1に示したリードスイッチの接点部付近を示し、(a)は正面図、(b)は平面図である。 図1及び図2を参照して説明したリードスイッチに製造ばらつきが生じた場合について説明する図であり、(a)はオーバラップ長さの変動、(b)は接点先端のずれについて示している。 本発明の他の実施の形態に係るリードスイッチの接点部の概略構造を示し、(a)は正面図、(b)平面図である。 本発明の別の実施の形態に係るリードスイッチの概略構造を示し、(a)は正面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態によるリードスイッチの概略構造を示し、(a)は正面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係るリードスイッチの概略構造を示し、(a)は正面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。 図7に示した本発明の実施の形態に係るリードスイッチにおいて、製造ばらつきに伴う接点オーバラップ面積の変化を示す図である。 従来のリードスイッチの一構成例で、(a)は正面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。 図9に示したリードを示し、(a)は正面図、(b)は平面図である。 外部磁気保持型リードスイッチにおける接点間の空隙に対する磁気吸引力と開離力との関係(リードスイッチ負荷曲線)を示す図である。 リードスイッチ負荷曲線を用いてリードスイッチの感度と接点空隙の関係を説明する図である。 図9に示した従来のリードスイッチの製造ばらつきの例に関し、(a)は正面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。 図13に示した従来のリードスイッチの製造ばらつきに伴う接点オーバラップ面積の変化を示す図である。 外部磁気保持型リードスイッチの、接点オーバラップ面積変化に伴う接点間隙と感度との関係の変化を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るリードスイッチの内部の概略構造を示し、(a)は正面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。図1を参照すると、リードスイッチ10は、磁性材料からなる一対のリード1a,1bと、このリード1a,1bの先端部を互いに対向させて、このリード1a,1bの他端部が互いに逆方向に伸びるように、封入するガラス管2とを備えている。この点は従来技術と共通である。
図2は、図1のリード1a,1bの接点部付近を示し、(a)は正面図、(b)は平面図である。リード1a及び1bは、素材の磁性材料にプレス加工を行い、厚みを減じて形成した接点部3a,3bと、素材の磁性材料の厚みを減じて形成しばね性を有する可動部4と、素材の磁性材料の形状を保った支持部5とを一体に備えている。一方のリード1aの接点部3aは他方のリード1bの接点部3bよりも幅が広くなるよう、接点部3aは他方のリード1bの接点部3bよりも薄く形成されている。これは、従来技術として例示した図10の接点部63の厚さを薄く変更することで幅の拡大を図ったものである。もう一方のリード1bには接点部3bの先端部を他部位より一段厚くすることで膨出部6を形成している。膨出部6は、接点部3bのうち膨出部6を除いた他の部位の下面と比べ、一方のリード1aの接点部3aよりに僅かに張り出して突出している。これは、従来技術として例示した図10の接点部63の基本的な厚さはそのままにし、図2(a)の符号7に示す範囲について一段厚みを増すことによって、膨出部6を設けたものである。この膨出部6の長さ7は、リードスイッチ組み立て時の理想的なオーバラップ長さ8aと等しくなるよう設定されている。
図3は図1及び図2を参照して説明したリードスイッチに製造ばらつきが生じた場合について説明する図であり、(a)はオーバラップ長さの変動、(b)は接点先端のずれについて示している。
図3(a)は、図2(a)における一方のリード1aの接点部3aと他方のリード1bの接点部3bのオーバラップ長さ8a(図2参照)が符号8bで示す長さまで拡大した場合を示している。従来技術によるリードスイッチにおいては、図9(a)及び図13(a)で説明したように、オーバラップ長さの変化は、そのままオーバラップ面積の変化につながる。これに対し、本発明の実施形態に係るリードスイッチにおいては、他方のリードの接点部3bの先端側の膨出部6が他部位より厚く、膨出部6が他の部位よりも一方のリード1aの接点部3a寄りに突出するように形成されているため、接点部3a,3bの先端側のオーバラップ長さが、図2(a)の符号8aから図3(a)の符号8bのように拡大しても、対向する接点部の近接する部位は膨出部6の長さ7に限定される。外部からの起磁力によって生じる磁束の大半は、最も近接する部位である膨出部6を通過するため、オーバラップが変化しても実質的なオーバラップ面積は変化しない。この結果、オーバラップ長さのばらつきによる接点間吸引力特性は変化しにくくなり、所定の感度を有するリードスイッチの生産性が改善される。
図3(b)は、図2(b)における接点部3aと3bが幅方向に長さ9だけずれた場合を示している。点線が理想的な状態を示しており、実線がずれた状態を示している。従来技術によるリードスイッチにおいては図9(b)及び図13(b)で説明したように、接点部のずれは、そのままオーバラップ面積の変化につながる。これに対し、本発明の実施形態に係るリードスイッチにおいては、一方のリード1aの接点部3aが他方のリード1bの接点部3bよりも薄く、幅広くなるよう形成されている。そのため、図13(b)の例のように、接点ずれがそのままオーバラップ面積の変化にはつながらない。この結果、接点部のずれによる接点間吸引力特性は変化しにくくなり、所定の感度を有するリードスイッチの生産性が改善される。
図4は本発明の他の実施の形態に係るリードスイッチの接点部の概略構造を示し、(a)は正面図、(b)平面図である。図4に示す実施形態は、図1から図3までを参照して説明したリードスイッチにおいて、接点部の先端にテーパーを設けたものである。このような構造はリードの表裏の区別をしない製法によく用いられる構造である。
ところで、リードスイッチに用いられるリード1a,1bを円柱状磁性材料からプレス加工する場合、一般に、予め可動部と接点部を形成するために必要な断面を持った金型で、円柱状磁性材料を挟むように潰し加工することで形成される。この際、接点部3a,3b先端の形状を安定させるために接点部にある程度の余長を持たせてプレス成形し、事後に切断する、という方法が一般的に用いられる。この際、表裏の金型の位置ずれを起こす場合があり、図1から図3までを参照して説明した構造の場合、表裏で膨出部の長さが変化してしまう可能性がある。この点、図4に示した実施形態において、特許文献3において提案されている、接点部先端のテーパー部の一部を接点部と同時に形成する工法を用いることで、安定した形状を得ることができる。
図4(a)において、一方のリード11aは図1などを参照して説明した実施形態と同じであるが、他方のリード11bでは金型が位置ずれを起こした形状を有している。このようなプレス形成におけるばらつきが生じた場合においても、図4のような形状を特許文献3にて提案されているようにテーパー部と接点部を同時に形成することで、膨出部16の上側の左右の長さ17aと下側の左右の長さ17bとは等しくなり、表裏両面いずれを用いた場合においても、図3を参照して前述したオーバラップのばらつきと同様に吸収され、所定の感度を有するリードスイッチの生産性が改善される。
図5は、本発明の他の実施の形態に係るリードスイッチの概略構造を示し、(a)は正面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。図5に示す実施形態は、オフセット接点リードスイッチへの適用例である。可動部を持たない一方のリード21aの接点部23aは、対向する可動部24を持つ他方のリード21bの接点部23bよりも薄く、幅広く形成されている。これにより、たとえ接点がずれたとしても、所定の感度を有するリードスイッチの生産性に影響を与えない。また、可動部24を持つ他方のリード21bの接点部23b先端には図1から図3で説明したものと同様の膨出部26を設けることで、オーバラップ長さのばらつきを吸収し、これらの効果により所定の感度を有するリードスイッチの生産性が改善される。
図6は、本発明の他の実施の形態によるリードスイッチの概略構造を示し、(a)は正面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。図6に示す実施形態は、リードの表裏を異形状としたオフセット接点リードスイッチへの適用例である。可動部を持たない一方のリード31aの接点部33aは、対向する可動部34を持つ他方のリード31bの接点部33bよりも薄く、幅広く形成されている。これにより、接点ずれによる接点間吸引力特性は変化しにくくなり、所定の感度を有するように生産性が改善される。また、可動部34を持つ他方のリード31bの接点部33bにおいて一方のリード11aの接点部31aとの対向面には、図1から図3を参照して説明したものと同様の膨出部36を設けることで、オーバラップ長さばらつきを吸収し、これらの効果により所定の感度を有するリードスイッチの生産性が改善される。
図7は、本発明のさらに他の実施の形態に係るリードスイッチの概略構造を示し、(a)は正面視の断面図、(b)は平面視の断面図である。図7に示す実施形態は、リードの表裏を異形状としたオフセット接点リードスイッチへの適用例を示している。可動部を持たない一方のリード41aの接点部43aは、対向する可動部44を持つ他方のリード41bの接点部43bよりも薄く、幅広く形成されている。また、接点部43aの先端には一段厚みを増した膨出部46を設けている。このように幅を拡大して形成した接点部43aに膨出部46を設けることにより、接点ずれやオーバラップ長がばらついた場合でも所定の感度を有するリードスイッチの生産性が改善される。また、図7の例においては、接点部43aに設けた膨出部46の先端側で他方のリード41bの接点部43bとの対向面のみにテーパーを設けている。この例のように表裏両面を利用しない場合には、図4で示した例のように表裏両面にテーパーを設ける必要はなく、接点部同士で接触する面、つまり接点として機能する面のみにテーパーを設ければよい。
図8は図7を用いて説明した本発明の実施の形態に係るリードスイッチにおいて、製造ばらつきによる接点のオーバラップ面積の変化を説明する図であり、(a)は理想的な状態、(b)はオーバラップ長さが長くなった場合、(c)は接点がずれた場合について示している。いずれの図もハッチング部分が対向する接点のオーバラップ面積を示す。図8(b)に示すオーバラップ長さが長くなった状態、図8(c)を示す接点ズレを起こした状態の何れも、図8(a)に示す理想的な状態と同様、ほぼ同等のオーバラップ面積を維持していることがわかる。
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、プレス形状の変動や組立精度による変動を吸収し、特定の感度を容易に得ることができる。
1a、1b、11a、11b、21a、21b、31a、31b、41a、41b、61:リード
2、22、32、42、62:ガラス管(封入部材)
3a、3b、13a、13b、23a、23b、33a、33b、43a、43b、63:接点部
4、24、34、44、64:可動部
5、25、35、45、65:支持部
6、16、26、36、46:膨出部
7、17a、17b:膨出部の長さ
8a、8b、68a、68b:接点部のオーバラップ長さ
9、69:接点ずれ
10、30、40、50、70:リードスイッチ

Claims (3)

  1. 磁性材料からなり一端に接点部を有する複数のリードと、上記複数のリードの各接点部がオーバラップするように対向して空洞内に封入する封入部材と、を備え、上記複数のリードに印加される磁界に応じて上記複数のリードの接点部同士を接触、解放するリードスイッチにおいて、
    上記複数のリードの接点部同士がオーバラップする範囲において、上記複数のリードの一つの接点部が上記複数のリードの他の接点部よりも広い幅を有することを特徴とする、リードスイッチ。
  2. 磁性材料のプレス加工品からなり一端に接点部を有する一対のリードと、上記接点部の特定範囲がオーバラップするよう対向させて空洞内に封入する封入部材とを備え、上記リードの少なくとも一方は、上記接点部につながる可動部と、上記封入部材によって固定されリード全体を支える支持部を有し、上記リードに印加される磁界に応じて上記接点部を接触又は開放するリードスイッチにおいて、
    一方の接点の幅が少なくともオーバラップする範囲において他方の接点の幅よりも広く形成されていることを特徴とする、リードスイッチ。
  3. 請求項1に記載のリードスイッチであって、一方の接点部に、該接点部のオーバラップ範囲を超えない範囲に接点部の他の部位より厚肉とした部位を設けたことを特徴とする、リードスイッチ。
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