ブスバーにボルト穴をあけると、その断面の有効断面積は「穴径 ÷ 幅」の割合だけ減ります。幅50mmの銅ブスバーにφ14の穴を1つあければ、板厚が6mmでも10mmでも減少率は同じ28%です。この記事では、減少率の早見表、JIS C 8480が定める「断面積の減少が1/2以下なら考慮しなくてよい」という規定の意味、縁距離(へりあき)と穴間ピッチの目安、そして断面が減ったときに発熱がどう変わるかまでを、電気設計側の判断材料として整理します。

銅ブスバー
ボルト穴
有効断面積
縁距離
穴ピッチ
JIS C 8480
設計・計算

ブスバーに穴をあけると有効断面積はどれだけ減るか

穴が1つ通っている断面の有効断面積は「(幅 − 穴径) × 板厚」で求まり、減少率は「穴径 ÷ 幅」だけで決まります。板厚は減少率に影響しません。幅50mm・板厚6mmにφ14の穴なら、有効断面積は(50 − 14) × 6 = 216mm²で、元の300mm²から28%減という計算です。

有効断面積とは、その断面で実際に電流が通れる金属部分の面積のことです。計算に使うべきは「一番細くなっている断面」であり、穴の位置がまさにそこにあたります。

この式から分かるのは、板厚を厚くしても減少率は1%も改善しないということです。板厚10mmにしても、幅50mmにφ14の穴なら減るのは同じ28%です。断面欠損を減らしたいときに効くのは板厚ではなく幅であり、これは意外と設計現場で取り違えられやすい点です。

要点:減少率は「穴径 ÷ 幅」。板厚を増やしても率は変わらず、効くのは幅だけ。

幅と穴径から減少率を読む早見表

実務でよく使う組み合わせでは、断面の減少率はおおむね15〜35%に収まります。幅が穴径の3倍あれば減少率は33%、4倍あれば25%、6倍あれば約17%という比例関係で読めます。

要点:幅が穴径の4倍あれば減少率25%。幅25mm以下に大きい穴を通す設計は要注意。

JIS C 8480の「断面積の減少が1/2以下なら考慮しなくてよい」とは

キャビネット形分電盤の規格であるJIS C 8480では、帯状導体の途中にねじ穴などがあっても、その部分の断面積の減少が1/2以下であれば考慮しなくてよい、という趣旨の規定が置かれています。つまり、幅が穴径の2倍以上あれば、電流密度の計算は元の断面積のままで進めてよいということです。

この規定が成り立つのは、穴の周りだけ抵抗が上がっても、その熱が銅の高い熱伝導によって周囲へすぐ逃げるためです。銅の熱伝導率は約400W/(m·K)と金属の中でも高く、数十mmの範囲で見れば温度はほぼ均される。だから「一点だけ細い」ことは、その一点だけの温度上昇にはつながりにくい、という理屈です。

また、JIS C 8480には母線の電流密度の上限も定格電流の区分ごとに示されています。公開されている情報の範囲では、定格125A以下では3.0A/mm²程度、400Aを超え630A以下の区分では1.7A/mm²程度と、電流が大きい区分ほど許される電流密度は小さくなる方向で定められています。大きい導体ほど放熱面積に対する発熱量の比が不利になるためです。

要点:幅 ≥ 穴径 × 2 が、規格上「穴を無視してよい」境界の目安。

ブスバーの縁距離(へりあき)はどれだけ取ればよいか

穴の中心から板の端までの縁距離は、穴径の1.2〜1.5倍(=ボルト呼び径の約1.5〜2倍)を確保するのが実務上の目安です。M12(φ14穴)なら片側17〜21mm、両側で幅34〜42mmが必要という計算になります。

縁距離とは、穴の中心から最も近い板の端までの距離のことです。ブスバーの縁距離は、次の3つの条件のうち最も厳しいもので決まります。

座金の観点は見落とされがちです。一般的な平座金(並形)の外径は、M8で約17mm、M10で約21mm、M12で約24mmです。縁距離が座金外径の半分を下回ると、座金が板からはみ出して締め付け力が偏り、接触抵抗のばらつきと緩みの原因になります。M12なら最低でも12mm、実務では余裕を見て15mm以上というのが自然な線です。

要点:縁距離は「穴径の1.2〜1.5倍」かつ「座金外径の半分以上」の両方を満たす値で。

穴間ピッチと千鳥配置はどう考えるか

穴と穴の間隔は、穴の縁どうしが穴径1つ分以上離れるように取る、つまりピッチは穴径の2倍以上が目安です。φ14の穴なら28mm以上、M8のφ10なら20mm以上ということになります。

ピッチが詰まりすぎると、穴の間に残った細い金属部分がそのまま電流の通り道になり、局所的に電流密度が高くなります。加工の側から見ても、穴が近いと打ち抜き時に間の材料が引っ張られて変形し、穴ピッチの精度が落ちます。

【幅方向に2穴】同じ断面で2つ抜ける
   ┌──────────────┐
   │   ○      ○   │   欠損 = 穴径 × 2
   └──────────────┘

【千鳥(長手方向にずらす)】各断面では1穴分だけ
   ┌──────────────┐
   │   ○          │   欠損 = 穴径 × 1
   │          ○   │
   └──────────────┘
        ← 電流の向き →

同じ2穴でも幅方向に並べるか長手方向にずらすかで、最小断面の欠損は倍違います。幅の狭いブスバーで2本のボルトを使う場合は、千鳥配置にできないかを先に検討する価値があります。

要点:ピッチは穴径の2倍以上。幅が足りないときは千鳥配置で欠損を半分にできる。

断面が減ると発熱はどこまで増えるか

断面が28%減ると、その部分の抵抗は約1.39倍になり、同じ電流を流したときの発熱量も約1.39倍になります。ただし穴の周囲だけの話なので、銅の熱伝導によって熱は周囲に広がり、実際の温度上昇の増加はこれよりずっと小さくなります。

グラフを見ると、50%を超えたあたりから抵抗の増え方が急になるのが分かります。規格が「1/2以下なら考慮不要」と線を引いているのは、この曲がり角の手前で止めているとも読めます。

要点:抵抗は 1÷(1−減少率)。50%を超えると急に効いてくるので、そこが実質の線引き。

中間部の穴と接続部の穴は別問題として扱う

接続部(2枚のブスバーを重ねてボルトで締める部分)の穴は、重なった分だけ断面が増えているため、中間部に単独であけた穴より条件はゆるくなります。設計で気をつけるべきは、むしろ「途中に配線や部品を逃がすためにあけた穴」のほうです。

接続部については、断面よりも「重ね代をどれだけ取るか」と「接触面をどう仕上げるか」のほうが性能を左右します。重ね代の目安は導体幅と同等以上とされることが多く、ボルト本数も接続部の電流に応じて決めます。締結部の接触抵抗と発熱の関係は、品質管理の観点でも重要な確認項目です。

要点:一番効くのは「途中にあけた1枚分の穴」。接続部は断面より接触面の話。

図面を出す前のチェックリスト

穴に関する手戻りの大半は、穴径・縁距離・ピッチのいずれかが図面に数値で書かれていないことから起きます。次の項目が埋まっていれば、加工側からの問い合わせはほぼなくなります。

要点:穴径・縁距離・ピッチ・公差の4つを数値で書けば、手戻りはほぼ消える。

よくあるご質問