ヒューズ線材

ヒューズ要素の特性と材料

ヒューズ要素に選ばれる材料は、特定の性質を持つ必要があります。過大な電流が流れるとすぐに溶けるように低い融点を持つことが求められます。これにより、回路が遮断され、電気システムが保護されます。さらに、これらの材料は通常運転中にエネルギー損失を最小限に抑えるために低抵抗損失を示すべきです。高い導電性（低い抵抗率に相当）は、有意な電圧降下なしに効率的な電流の流れを可能にするためには不可欠です。コスト効果も重要な要素であり、ヒューズはさまざまな電気アプリケーションで大量に使用されるからです。また、時間経過とともに劣化や故障につながる可能性のある性質を含まないことも重要であり、信頼性の高い性能を確保します。

一般的に、ヒューズ要素は錫、鉛、亜鉛などの低融点の材料で作られています。これらの金属は低融点の特性でよく知られていますが、高抵抗率を持つ一部の金属も低融点を提供することがあります。以下の表に示すように、これらの材料は故障条件での急速な溶けやすさと通常運転中の適切な電気性能の維持とのバランスを提供します。

ヒューズ要素材料：特性、用途、トレードオフ

ヒューズ要素に一般的に使用される材料には、錫、鉛、銀、銅、亜鉛、アルミニウム、および鉛と錫の合金があります。各材料は独自の特性を持ち、電気回路内の特定の用途に適しています。

鉛と錫の合金は、小電流定格のヒューズに典型的に使用されます。しかし、電流が15Aを超えると、この合金は実用的ではなくなります。より高電流の用途では、鉛-錫合金を使用すると、ヒューズ線の直径が大きくなる必要があります。そのため、ヒューズが溶けると、過度の量の溶融金属が放出され、安全上のリスクが生じ、周囲の部品に広範な損傷を与える可能性もあります。

15Aを超える電流定格の回路では、銅線ヒューズがしばしば選択されます。銅は広く使用されていますが、いくつかの顕著な欠点があります。合理的に低い融断係数（最小融断電流と定格電流の比）を得るために、銅線ヒューズは比較的高温で動作する傾向があります。この高い動作温度により、時間が経つにつれてワイヤの断面積が徐々に減少し、融断電流も低下します。この現象は、不要な早期溶断を引き起こし、電気サービスの中断につながる可能性があります。

一方、銀はヒューズ要素材料として多くの利点を持っています。その主な利点の一つは酸化への耐性です。銀は安定した酸化物を容易に形成しません。薄い酸化層が形成されたとしても、それは不安定で簡単に分解されます。この特性により、銀の導電性は酸化によって影響を受けず、その寿命を通じて一貫した電気性能を維持します。さらに、高い導電性により、ヒューズが動作する際に生成される溶融金属の量が最小限に抑えられます。これにより、ヒューズは過電流状態でより迅速に回路を遮断することができます。ただし、銀は銅や鉛-錫合金などの他の金属と比べて高価であるため、コスト効果が重要な考慮事項となる多くの実際の用途では、銅や鉛-錫合金の方が一般的にヒューズ線として使用されます。

亜鉛がヒューズ要素として使用される場合、通常はストリップ形式で使用されます。これは、亜鉛は小さな過負荷条件下では急速に溶けないためです。比較的ゆっくりとした溶け方により、一時的なまたは小さな過電流に対する許容度が得られ、不要なヒューズの動作を防ぎ、電気回路での誤動作の可能性を減らします。