[ Home > 電気製品の EMC／安全適合性 > 用語 ]

ヒューズ
(fuse)

その構造は極めて単純であるものの、その挙動はそれほど単純なものではない。 効果的な使用のためにはその特性の理解が必要となるであろうが、 これはその動作原理を考えれば理解しやすいかも知れない。

可溶体に電流が流れるとジュール熱によって可溶体の温度が上昇する。 温度が上昇すると周囲への放熱も増加するため、 電流が最小溶断電流よりも低い場合には 可溶体の温度は発熱と放熱とが平衡する融点以下の点で安定し、 この場合には可溶体は溶断せず、電流は流れ続けることができる。 最小溶断電流よりも大きな電流を流した場合には 可溶体の温度は融点に達して電流を遮断することになるが、 可溶体の熱容量があるため、 ごく短時間であればかなり大きな電流を流しても温度は融点まで上昇せず、 従って溶断は生じないことになる。 また、電流が (従って発熱量が) 少ないほど溶断までの時間は長くなり、 特に最小溶断電流よりも僅かに大きいだけの電流を流した場合には 温度が融点に近付くと温度の上昇は極めて緩やかになることから 溶断までには相当の時間を要する。 ヒューズの製造業者はその熱容量などによって ある程度この特性を制御することが可能であり、 例えば意図的に溶断時間を長くしたタイムラグ・ヒューズ (あるいはスロー・ブロー・ヒューズ) と呼ばれるものが 突入電流のような 過渡的な過大電流が予期される場合に用いられている。

ヒューズの溶断特性は、主に時間 ― 電流特性 (電流と溶断までの時間との関係； I - t 特性) として示される。 だが、これは過渡的な過大電流に対する挙動を示すためには充分なものではなく、 そのような場合には I² t 特性 (可溶体の抵抗を r とすれば 発生するジュール熱は ∫ r i² dt となり、 これがある値に達した時 ――短時間であれば放熱は無視できる―― に溶断するものと考えられる) の考慮も必要となろう。 パルス状の過大電流が繰り返して流れる場合などには、 単純に平均的な電流で考えることもできず、 また放熱の影響を無視することもできないことがあり、 そのような場合にはやや複雑な分析が必要となるかも知れない。

大抵はメーカーのカタログなどにそれぞれの定格電流のヒューズに対する 時間 ― 電流曲線が示されているが、 これは典型値のみを示していることが多く、 実際にはこの特性は相当の幅を持つことに注意が必要である。 また、特にユーザーによるヒューズ交換が予期される場合などには、 特定の型式の部品の特性のみではなく、 該当する規格で要求されている特性を考慮すべきであろう。

例えば、IEC 60127-2 における 時間 ― 電流特性の例は次のようなもの (ここで、I_m はヒューズの定格電流を示す) であり、 かなり広い幅の溶断時間が許容されていることがわかる：

ヒューズは、通常状態で溶断することがなく、 かつ異常が発生したなら確実に溶断するという 相反する要求を満足する必要があるため、その選定には慎重な検討が必要となろう。 一般に、平常時の定常電流 (通常、ヒューズの定格電流の 75% を超えないことが推奨される) 以外に、 電源投入時の突入電流、 そして異常時に予期される電流などに関する検討が必要となる。 溶断特性は温度の影響を受ける (周囲温度が高くなると溶断しやすくなる) ことにも注意が必要である。 また、溶断特性以外に、 定格電圧や遮断容量 (正常に遮断できる電流の上限)、 形状、適合する規格や認証なども考慮する必要がある。

ヒューズの使用でのありがちな失敗は、 余裕の少ない定格電流のヒューズを使ったために ヒューズが (大抵は客先で) 切れるべきではない時に切れてしまうというものや、 トランス (特に小容量のものや複数の二次巻線を持つもの) の二次側で短絡があった場合に 一次側に挿入されたヒューズが切れずに トランスなどが過熱してしまうといったものであろう。 特に後者のようなものは危険を引き起こし得るので、 ヒューズが実際に保護の機能を果たすかどうかを常に確認すべきである。 一般には、故障時の電流がヒューズの定格電流の 2.75倍以上 (IEC 60127 に適合したヒューズの場合) あれば、 ヒューズの確実な溶断が期待できるであろう。

ヒューズの代わりにブレーカーが用いられることもあり、 この場合には作動後の素子の交換を考える必要はなくなる。 また、特に二次回路の保護には PTC のような素子を使用できる場合もあり、 これを用いた場合は作動後の手動でのリセットも不要 (一度電源を切って冷ませば回復する) となることから、 用途によっては大きなメリットがある。

by Tom Sato, 2002-06-05