３分でわかる技術の超キホン「ヒューズ」の必須前提知識・ミニマムまとめ解説

ヒューズの基礎知識を解説

今回は、電子部品「ヒューズ」について説明します。

現在、家のAC100Vのコンセントから電源をとっている電子機器の殆どにヒューズが内蔵されています。
ヒューズは、電子機器が故障、または電気の使い過ぎなどで電子機器に大きな電流が流れたときに、安全のために電源を遮断する部品です。
では、このヒューズについての基本知識を確認していきましょう。

１．ヒューズとは？（ヒューズの基礎）
- ヒューズエレメントと溶断
２．ヒューズの電流値の定義
３．ヒューズの選定

１．ヒューズとは？（ヒューズの基礎）

ヒューズとは、電気回路に過大電流が流れたとき、自ら溶断して回路を遮断して、機器を保護する部品です。
図1（a）に一般的なヒューズの外観のイメージを示します。
また、図1（b）は、ヒューズの回路記号です。

【図1　ヒューズの外観と回路記号】

一般的なヒューズは、図1（a）のように、硬質ガラス管の中に可溶体であるヒューズエレメントを入れ、これを外部接続するために黄銅にニッケルメッキした口金を取り付けた構造になっています。

ヒューズエレメントと溶断

ヒューズエレメントには、融点の低い金属を使用しています。その金属に流れる電流によってジュール熱が発生し、金属の温度が上昇することによって溶融して異常電流を遮断します。
ヒューズエレメントは、鉛、スズ、ビスマス、カドミウム、銀、銅などを組み合わせた合金で、組成の配合により、融点を70～100℃間の値にもたせることができます。

図2は、ヒューズエレメントが電流によって溶断に至る過程を示した図です。

【図2　ヒューズエレメントの溶断】

図2（a）は、定常電流の時の様子で、熱はエレメントに均等に伝わります。
（b）で、過負荷になって電流値が増えると、エレメントの中央から熱が上昇し広がります。
（c）で、溶断する電流に達すると、熱でエレメントが溶断してしまいます。

ヒューズは、このように温度上昇（異常温度）を検知して動作しますので、ヒューズエレメントの構造（発熱量、熱時定数）によって溶断特性は変わります。

２．ヒューズの電流値の定義

図3は、ヒューズの電流値と溶断時間の関係を示した図です。

ヒューズの電流値の定義
【図3　ヒューズの電流値と溶断時間】

ヒューズの仕様書には、様々な電流値が規定されていますが、電流値の定義は下記の通りです。

（1）遮断電流

ヒューズが破壊することなく、安全に遮断できる電流です。

この電流値を超える場合、亀裂が生じたり、ひどい場合にはヒューズが破壊する可能性があります。
そのため、ヒューズに流れる電流がこの遮断電流を超えるような場合、1ランク上の遮断能力を持つヒューズに変更する必要があります。
なお、ヒューズが破壊すると、ヒューズエレメントが飛び散るため、安全規格上では不合格となります。

この遮断電流は遮断定格電流、定格遮断電流、定格遮断容量、許容電流とも呼ばれています。