アースについて

質問

アースについてお聞きしたいのですが、単車の配線にはアースが組み込まれていますが、アースの効果はなんとなく分かるのですが（電気の流れを良くする為？？）、効果的なアースのポイントとか、なぜ、そこにつけているのか？あと、アースが触れてショートとはどういう現象なのかということなどアーシングについて詳しく知りたいのですが、ご教授お願いします。

回答No.2

BERSERGA · ベストアンサー

このような質問が出るということは、ＮＳＲは無事直ったのでしょうか？（笑）
えー、おおまかには、１番の方が解説して下さっていますので、補足というかなんというか。
おそらく、こういう回答を望んでいるんだろうなー、なんて思ったんで、より細かく解説してみたり。
死ぬほど長いです。
気合い入れて読んで下さい。
こっからは、学校の授業みたいになりますが・・・まずは、電気の基礎から。（をひをひ）
電源の＋と－を接続すると、電流が流れます。
この時に流れる電流量は、電圧÷抵抗値になります。
式で表すとＩ＝Ｖ/Ｒです。
（Ｉ＝電流、Ｖ＝電圧、Ｒ＝抵抗）
１２Ｖの電源に２オームの抵抗をつなげば６Ａ、４オームなら３Ａ流れます。
ちなみに、消費電力は、電圧×電流で出ます。
（式で言えばＷ＝ＩＶ）
６０Ｗのヘッドライトは、１２Ｖ電源なら、５Ａの電流が流れている、というわけです。
そこから計算すれば、６０Ｗ電球の抵抗値は２.４オームになるのもわかるはずです。
（中学生レベルの数学の方程式ですから・・・）
これが、電気の基礎の基礎です。

さて、それではアースです。
「アースは電圧が０Ｖになる場所」なのは、すでに１番の方の回答に出ています。
ならば、どこからどこまでが０Ｖなのでしょうか。
まず、小学生の理科の実験。
豆電球にニクロム線をくっつけ、乾電池につなぎます。
（なつかしいな～（笑））
電球がピカっとつきますね。
乾電池の電圧は１.５Ｖです。
そして電圧は、電球の入り口までは１.５Ｖ、電球の出口で０Ｖになっています。
電球の代わりにモーターをつないでみましょう。
モーターがブイーンと回りますね。
これまた、モーター入り口まで１．５Ｖ、出口で０Ｖです。
なにをつなごうが、入り口で１.５Ｖ、出口で０Ｖです。
これらの、電球やモーター、コイル、その他「電力を消費するもの」を、まとめて「負荷」と呼びます。
つまり、負荷の入り口までは電源電圧、負荷を超えると０Ｖ、なわけです。
なので、一般的には、負荷を通過した後の配線は全て「アース線」と呼ばれます。
また、負荷の両端で電圧が低下する現象を「電圧降下」と言います。
また、「負荷」とは、「電力を消費するもの」ですが、別の言い方をすれば「電気エネルギーを他のエネルギーに変換するもの」とも言えます。
電球なら光エネルギー、モーターなら運動エネルギーに変換します。
なんの変換もしないただの抵抗は、熱エネルギーに変換します。
ただし、電球やモーターも、変換効率が１００％ではないので、そのロス分は熱エネルギーに変換されます。
また、熱線のように、最初から熱エネルギーに変換するのを目的とした負荷もあります。
（電気ストーブや電気ポットなどがそうですね）

ここでちょっと応用編に入ります。
１２Ｖ電源に２オームの抵抗をつなげば６Ａ、４オームなら３Ａの電流が流れるのは、前述しました。
ならば、２オームと４オームの抵抗を直列につなぐと、何アンペアの電流が流れるでしょうか。
６＋３で９Ａでしょうか？
そんなわけはありません。
抵抗は、直列につないだ場合、トータルの抵抗値は全ての抵抗の合計になります。
なので、２＋４＝６オームの抵抗になるので、流れる電流は２Ａです。
ならばこの時の電圧の変化はどうなっているのでしょうか？
抵抗を直列に接続した場合、電圧は各々の抵抗値の割合に応じて分圧します。
さっきの２オームと４オームの２個の場合で説明しましょう。
＋端子に近い側に２オーム、次に４オームをつないだ場合、まず２オーム抵抗の入り口では１２Ｖです。
２オーム抵抗の出口では、いままでと違って０Ｖにはなりません。
２オーム抵抗の両端では、電圧×（その負荷の抵抗値÷トータル抵抗値）ボルトの電圧降下が起こります。
つまり、１２×（２／６）で４ボルト消費されます。
なので、２オーム抵抗の出口の電圧は１２－４＝８Ｖです。
そして、４オーム抵抗の入り口でも、もちろんそのまま８Ｖであり、４オーム抵抗の出口で初めて０Ｖになります。
以上の事をとりあえず覚えておいてください。
まだまだ前振り、伏線の段階です。

次は、基礎知識その２です。
また、さっきの豆電球と乾電池に戻ります。
今度は、スイッチを途中に入れてみましょう。
まず、乾電池の＋と、電球の間にスイッチを入れます。
今、スイッチが切れた状態です。
もちろん電流は流れていません。
この時、どこにどんな電圧がかかっているでしょうか。
答えは、乾電池の＋から、スイッチの＋側までが１．５Ｖ、スイッチの－側から、電球を通って乾電池の－までが０Ｖです。
次に、電球と乾電池の－の間にスイッチを入れるとどうでしょうか。
同様に、スイッチの切れた状態で考えてください。
答えは、乾電池の＋側から、電球を通って、スイッチの＋側までが１.５Ｖ、スイッチの－側から乾電池の－までが０Ｖです。
このように、途中が切れている電気回路においては、電源＋側から、切れた部分までの全てに電源電圧が、切れた部分から先全てが０Ｖ、となり、電流が流れていない状態では、負荷による電圧降下は一切起こりません。
これも前振り段階なので、とりあえず記憶に留めておいてください。
（ずいぶん長い前振りだよな・・・）

いい加減、読むのに疲れてきたと思います。
大丈夫、書くほうも疲れてきています。（笑）
もうちょっとがんばりましょう。（こらこら）

さて、それでは、「ショート」と呼ばれる現象は、何を言っているのでしょうか。
（ああ、やっとここまできた！（爆））
ショートは、正式にはショート・サーキット（日本語では回路短絡）と言います。
具体的には、「負荷を通過する前の電源線が、アース側に接触してしまう現象」を指します。
さて、すると、どういうことになるか。
電源を出た電流は、配線やスイッチを通過し、負荷を通り超えて電源のマイナス側に戻ってきてしまいます。
途中の抵抗は、配線やスイッチのわずかな抵抗しかありません。
最初に説明したように、回路に流れる電流は、Ｉ＝Ｖ/Ｒであり、電源電圧が変わらない以上、抵抗値が減れば減るほど流れる電流はどこまでも増えていきます。
さて、配線にも、わずかながら電気抵抗があります。
抵抗に電気を流すと、熱エネルギーになるのは、前述した通りです。
発生する熱エネルギーは、流れる電流の２乗に比例します。
（Ｗ＝ＩＶで、Ｖ＝ＩＲなので、Ｗ＝Ｉ2Ｒになる）
ショートした回路の抵抗はわずかなので、ものすごい電流が流れます。
すると、配線が、とてつもない勢いで過熱します。
そして過熱した配線は、被覆のビニールを溶かし、こがし、しまいには燃やします。
（実際、配線の太さにもよりますが、わずか数秒で火を吹きます）
これが、ショートです。
現実的には、一般に配線に使われる銅は、温度が上がるほど抵抗値が増えるので、天井知らずに電流が増えることはなく、過熱したために抵抗値が上がり、どこかでバランスします。
が、数十アンペアの電流が流れ続けることになり、配線を燃やすには充分な電流量です。
そう、ヒューズとは、この「配線が焼けるのを防止するための非常手段」なわけです。
なので、昔よく言われた「切れたヒューズを銀紙や針金で代用」するのは、どうぞ燃えて下さいと言わんばかりの危険な行為だというのがわかります。
大量の電力を消費する装置に、細い配線を使用した場合も、ショートしてなくとも同様の現象が起こる可能性があります。
（配線は細いほど電気抵抗が大きく、流れる電流量が同じなら、発熱量は抵抗値に比例するため）

さて、最後にアーシングについて、です。
が、今までの前振りの復習も兼ねて、なぜそんな物が必要になるのか、というところから。
一般に、車やバイクの電装関係では、直列に２つ以上の負荷を接続するケースはまずありません。
が、何年も使っているうちに、知らず知らずに直列の負荷ができてしまっているケースがあります。
「接触抵抗」というやつです。
スイッチ端子の焼け、コネクター端子の腐食や接触不良などが、主な原因です。
さっきの、応用編の内容を思い出してください。
直列に負荷をつなぐと、電圧は各負荷の抵抗値に応じて分圧し、さらに合計抵抗値も増えるので流れる電流も減少します。
たとえばヘッドライトスイッチの接点が焼けて抵抗が増えたとします。
すると、本来は電球だけで消費するはずの電圧の一部がスイッチの抵抗で食われ、さらに全体の電流量も減ります。
古くなったバイクで、「ライトが暗くなってきたな」なんていうのは、だいたいこれです。
同様に、途中のコネクターの端子の接触不良でも同じ症状が出ます。
さらに、抵抗がある、ということは、そこに電流を流すと、当然熱が発生します。
接触抵抗が増えると、その熱でコネクターやスイッチが溶けるケースも、古いバイクでは時々見られます。
バッテリープラス端子と、負荷のプラス側端子の間に電圧が発生しているようなら、スイッチやコネクタ端子の劣化を疑いましょう。
（ただし、もともと配線なども抵抗がゼロではないので、ほんのコンマ数ボルトは新車でも出ます）
そしてこの接触抵抗というやつ、必ずしもプラス側だけに発生しません。
アース側に発生するケースも多々あります。
ほとんどのバイクでは、なにかの装置の配線には、電源線とアース線が出ています。
アース線は、そのままズルズルとバッテリーまで戻しているわけではなく、近隣の装置を何本かまとめて、フレームにボルト止めされています。
フレームをアースに利用することで、各装置のアース配線を長々とバッテリーまで戻さずに済み、バッテリー－端子は、近くのフレームにつないでやればいい、ということになります。
が、この、アース線をフレームにボルト止めしている部分が、古くなると緩んだり錆びたりします。
ここで抵抗が発生します。
負荷のマイナス側とバッテリーマイナス端子間に必要以上に電圧があるようだと、アース不良の可能性アリです。
（これも、新車でも、ごくわずかには電圧があります）
なお、基礎知識その２で述べたように、「電流が流れていない時には電圧降下は発生しない」ので、負荷の電源側やアース側の接触不良による電圧降下をテスターで調べる場合、必ずスイッチＯＮ状態で計測してください。
さて、いよいよ、アーシングです。
これで最後です。
アーシングと呼ばれる物は、エンジンブロックとフレーム、もしくはエンジンブロックとバッテリーマイナス端子を太い配線で直結するものです。
なぜ、そんなものがいるのか。
一般的にエンジンは振動対策でラバーマウントされているので、エンジンとフレームを別に配線で接続しないと、アースされないからです。
もちろん、ノーマルでも、ちゃんとエンジンとフレームをつなぐ太い配線はついています。
が、エンジンには、大電流、及び大電圧を必要とする装置があり、特に古くなってくると、ノーマルの配線では役不足になるからです。
大電流を必要とする装置は、セルモーター。
大電圧が必要なのは点火プラグです。
セルモーターは、おそらく車やバイクの全ての電気装置の中で、最大の電流を消費します。
車だと、普通の乗用車でも、回転を始める瞬間には瞬間最高で数百アンペアもの電流が流れます。
（回転が始まってしまえば、数十アンペアで落ちつきます）
なので、バッテリーからセルモーターに太いプラス線がつながっていても、アース線がショボいと、元気よくセルが回りません。
そして点火プラグです。
点火プラグは、電流は極めて微小ですが、電圧は最大で３～５万Ｖに達します。
なので、わずかな抵抗でも、簡単に２～３千Ｖは電圧降下してしまうわけです。
電圧が下がればそれだけ火花が弱くなり、エンジンの調子も落ちる、というわけです。
そういうのを防止するために、改めて太いアース線を追加するのがアーシングです。

以上、最後まで読んでくれてるかどうかも怪しいけれど（苦笑）、長々と解説してみました。
ここに書いたことを全てキッチリ理解できれば、テスターと配線図があれば、ちょっとした電気的トラブルは解決できるはずです。
（はっきし言って、これ、プロのノウハウです・・・）
電気は目に見えないので、一見難しく感じます。
が、基本的理論をキッチリ理解すれば、電気は絶対にウソをつきません。
必ず決められた物理法則に従って作動します。
その法則を覚えてしまえば、むしろ電気は簡単です。
電気が「得意」と言えるように、なれそうですか？（笑）

お礼

ながながと講義ありがとうございました（笑）
大変勉強になりました。しっかり直りました。どうもありがとうございました。

回答No.1

inu2

アースってのは、電圧や電位が0Vになるところで
バイクや車でいうところのバッテリーのマイナスです
バッテリーのマイナスはフレームやエンジンに接続されています

小学校の時に直流電流は習ったと思いますが、電球を点けるためにはプラスとマイナスの線を繋がなくてはならないということはわかると思います
つまりバイクや車のライトを点けるときは。。。
ライト用にプラスとマイナス
ウインカー用にプラスとマイナス
など、電球一個一個にわざわざ線を2本づつ繋ぐのでは効率が悪いし組み立てもメンドウになります

そこで、フレームやエンジン等の金属部分にバッテリーのマイナスを繋いでおけば、フレームそのものがマイナス端子とみなすことが出来ますので、電球類の配線はプラスだけですみ、マイナスはフレームにつなげれば良いだけになりますよね

つまり、アースというのは、装置の名前ではなく、電気回路的に必要不可欠な構造と思ってください

バッテリーのプラスがフレームやエンジンに接触するとショートして火花でたりします

一般にアーシングという製品は、バッテリーからエンジンへマイナス端子を直接繋ぐことによって、点火プラグの火花を効率よくするための製品です

アーシングの原理をより深く理解するには、バイクや車のエンジンはどうやって動いているのかという点を理解し、点火プラグの働きを理解する必要があります

お礼

アーシングについてだいぶ理解が深まりました。
どうもありがとうございました。