タコメーターについて

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伊能忠敬は中学の時に習いましたが、日本全国測量の旅へ出かけたなんで、かなり大変な作業だったのだなと思います。
しかし、個人的にはちょっとしたロマンを感じざるを得ません。
ロマンの嫌いな方は、単に現実的に考えるかもしれませんが・・・。
さらにその地図は、大変精度の高い地図だったらしく大日本沿海與地全図と呼ばれているようです。
現在では、人工衛星で測量とか簡単にできそうですね。時代とともにいろんなことがどんどん便利に簡単になっていっているように思います。

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2007/01/15 日記<タコメーター>

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タコメーター

タコメーター（''tachometer''、回転速度計）は、機器において軸の回転数（回転速度）を指示する計器、測定器であり、回転計の一種。「タコメーター」（tachometer）は米語表記であり、英語表記では''レブカウンター（rev counter）''。エンジン、電動機、発電機などの軸回転が重要な意味を持つ機器に装備され、操作者が現在の回転数を把握するのに用いられる。また、タコメーターを備えない機器の回転数を測定するたための汎用測定器としてのタコメーターがある。しばしばタコグラフ（運行記録計）がタコメーターと誤用される。
タコグラフは元々、速度を記録する記録紙が円形であり、組み込まれた時計に連動、時間の経過と共に回転して速度を記録する構造だったため、''自動回転速度記録装置''と呼ばれた。これの英語表記が、タコ＝回転する、グラフ＝記録装置、とされた。以下では特に、自動車、オートバイのタコメーターに関して記述する。

概要

エンジンにとって回転数は運転状況を左右する重要な要素である。回転数の変化によってエンジンのパワー、トルク、レスポンス、等の特性は大きく変化してしまう。一般的にエンジンの出力効率が良好なのはパワーバンドと言われる回転数領域に限られ、この領域から外れた運転では十分は出力が得られなかったり、最悪の場合はエンジンが破損する場合もある（特に極端な高回転の場合）。一方で、自動車およびオートバイなどの車軸を回転させて駆動力とする車両では、車軸の回転数はゼロから毎分数千回転まで大きく変化する特徴がある。これをカバーするために、ほとんどの自動車、オートバイではエンジンの出力軸と車軸の回転比を変化させる変速装置(マニュアルトランスミッション|手動変速装置あるいはオートマチックトランスミッション|自動変速装置)を備えるが、それでも出力、速度を細かく制御するためにはエンジン回転数を制御する必要がある。タコメーターはエンジンを効率よく運転し、出力を極限まで引き出す（レースなどの競技）・あるいは燃料消費を抑える(省燃費運転など）ための、重要な情報であるエンジン回転数を、ドライバーやライダーに提供するための計器である。計器としての単位はRPM（Rpm|revolutions per minute:分あたり回転数の略）またはr/minだが、そのままの表記だと桁数が大きくなりすぎるため、多くのタコメーターは『×100』や『×1000』のように桁を省略し、文字盤には一桁・もしくは二桁しか記載しない場合が多い。タコメーターの中には、あらかじめ任意に設定した回転数やメーター既定の回転数に達すると、シグナルランプが点灯・点滅する警告灯付きの物やブザー音が鳴る警告音付きの物もあり、シフトチェンジの合図、過回転警告などに使用される。また、最大回転数を記録する“スパイ針”（指針と共に最大数値まで押し上げられ、指針が戻った後もそこに残る）が装備されている物もある。

歴史

自動車の創生期においては、計器はほとんど装備されずドライバーの五感からの情報に頼った運転がされていた。エンジン回転数はエンジン音・振動の大きさの変化から判断されていた。最初にタコメーターを装備したのは1911年、フランスのコッタン･デ･エグードである。このタコメーターは時計式と呼ばれるもので、計器に機械式時計を内蔵しており、ワイアによってエンジン回転を引き込み、一定時間に何回転したかをカウントしてメーター針を動かす方式である。時計式タコメーターは原理上正確であり、現在でも汎用測定器のタコメーターなどでは使用されている方式であるが、時計機構を内蔵することから非常に精巧なものとなり、路面やエンジンからなどの振動の環境が厳しい自動車の計器としては不向きな面もあった。また、機械式時計を使用することからメーターの動きは断続的になり、針が動く間隔は0.5秒から1秒程度が限界であった。さらに、精巧ゆえにに非常に高価な装備とされた。ほぼ同時期にスピードメーターとして遠心力式（ガバナ式）が採用される、スピードメーターとタコメーターは測定する対象が非常に良く似ている事から、タコメーターにも同様の方式が導入された。遠心力式タコメーターは、遠心力の大きさが回転数に比例する事を利用した方式である。メーターに伸縮式の回転を内蔵し、ワイヤで回転させると回転数に比例して、遠心力により回転振が縮まる。回転振の長さを測るアーム（ガバナ）とメーターの針を連動させる事により、針を動かす。遠心力式は構造が単純で、時計式と比べると非常に安価であり、さらに実用上充分な精度を発揮した。そのため、乗用車向けにはこれが主流となる。1950年代になると、磁気式タコメーターが開発される。磁気式タコメーターは磁石をワイヤによって回転させ、向かい合った金属板を誘導して針を動かす方式である。回転する磁石で電流を発生する原理から、フーコー式とも呼ばれる。磁気式タコメーターは遠心力式に比べて耐久性に優れ、現在でもオートバイのタコメーターなどに採用されている。1970年代に入ると回転数をセンサによってパルスカウントする、あるいは点火のためスパークプラグに印加されるパルス電圧を読み取ってカウントし、カウント量を電圧量に変換して電圧計を動かす電気式タコメーターが開発される。1970年代のオイルショックによって自動車は燃費の向上が至上命題とされた。燃費を向上させるために、エンジンは燃焼効率の最適化制御が求められる事となる。メーカーの多くは、これを燃料供給と点火の電子制御によって実現したが、最適な燃料供給を行うためにはエンジンの正確な回転数を計測する必要があり、そのためにエンジンの回転を計測するセンサが設けられた。本来はエンジン制御のための回転センサではあったが、これを利用することで電気式タコメーターは結果的に安価に装備することが可能となった（メーターとしては単なる電流計、あるいは電圧計でよい）。1980年代にはセンサ部分は電気式と同じ構造だが、メーター部分をデジタル表示とする、デジタルタコメーターが登場する。デジタルタコメーターは一時期流行したが、後述するような理由により現在は針式が主流となっている。

構造

現在使用されているタコメーターは、大きく分けて機械式と電気式に分類される。両者の大きな違いは、エンジンの回転を機械的式に読み取るか、電気的に読み取るかである。

機械式タコメーター

機械式タコメーターは、エンジンのカムシャフト回転をギアで取り出し、ワイヤを用いてメーターまで回転を伝達する方式である。カムシャフトの回転は非常に高速な為、そのまま伝達するとワイヤの寿命が非常に短くなるため、取り出し段階でギアを用いて減速される、アフターパーツなどの後付けタコメーターでは、減速ギア比が規格化されており、減速比を数段階から選択できるようにになっている（オートバイ用ではギア比2、4が良く使用される）。
メーター本体は安価なものは磁気式（フーコー式）、精度が要求される高価なものはワイア回転を回転センサでパルスカウントする電子式が使用される。なお、2サイクル機関|2ストロークエンジンなどカムシャフトが存在しないエンジンなどではクランクシャフトから直接回転を取り出すものもあったが、現在、このような場合は電気式を採用するためほとんど見られなくなった。

電気式タコメーター

電気式タコメーターはスパークプラグへの印加電圧を電気的にカウントし回転数として表示する方式であり、機械式のようにエンジン本体側に大掛かりな仕掛けが必要ないため後付けタコメーターによく使用される。通常カウントには高電圧かつ波形の崩れが大きいスパークコイルの2次側ではなく、1次側の電圧(点火パルス)が使用され、エンジンの気筒数によってカウントと回転数の対応が変化する（4ストロークの4気筒であれば4カウントで2回転）ため、後付け用のタコメーターには気筒数選択用のスイッチが備えられている。メーター本体には点火パルスをカウントする電子回路が内蔵される。同じく電気式タコメータとして、ECUから回転数を得て指示する方式がある。ECUはエンジン制御のためにクランク角センサ（ロータリーエンコーダー）からの信号を元に回転数を計測しており、この計測結果を電流量、あるいは電圧量に変換してタコメーターに供給しタコメーターを作動させる。メーター本体は単なる電流計、あるいは電圧計である。現在ではほとんどの自動車は電子制御エンジンを採用しているため、純正タコメーターにはこの方式が採用される。また、ECUで計測されたエンジン回転数はデジタル量であるため、デジタルデータを出力することが容易であり、デジタルタコメーターに向いている。

デジタルタコメーター

デジタルタコメーターは、タコメーターの表示部分によるバリエーションのひとつである。メーターのデジタル化は、1970年代にスピードメーターを初めとするほとんどの計器で始まったが、スピードメーターなどで採用されたセグメント表示器を使用した数値表示方式は、タコメーターには向いていなかった。回転数は短時間に大きく数値が変化するために読み取りが困難で、また回転数は上昇中であるのか・下降中であるのかといった情報がドライバーには重要であるが、その判定が困難であったためである。このため、デジタルタコメーターはLEDをバー状、あるいはグラフ状に並べて順番に点灯させ、バーが伸び縮みして表示されるバーグラフ式が採用された。バーグラフ式はのちに、表示デバイスを液晶として一部車種に採用された。しかし、バーグラフ式では良好な視認性を確保するのに比較的大きなメーター面積が必要なこと、視認性では針式よりも勝る部分はなかったこと、そしてなによりも『目新しさ』以外の実用上のメリットがなかったことから、主流にはならなかった。なお、レーシングカー用のタコメーターでは、回転数の値によって表示レンジを可変として、ドライバーが回転数をより正確に把握できるようにした可変式のデジタルタコメーターが開発され、フォーミュラ1|F1を初めとする各種レーシングカーに採用されている。

ステッピングモーター式タコメーター

電気式タコメーターは、パルスカウント式、ECU信号式のいずれの場合もメーター本体は電圧計または電流計が使用されてきたが、これらのメーターは電磁誘導による力とリターンスプリングの力をバランスさせることで指示を行う。したがって、これら2種類以外の外力（車両の旋回による遠心力など）が加わった場合、力のバランスが崩れ、指示位置が狂う、針が振動して読み取りが困難になる、などの問題が存在した。この問題はレース等の過酷な使用環境で深刻であり、これの解決のために、1990年前後からステッピングモーターを使用した針式のタコメーターが登場している。リターンスプリングや指針の微振動を抑えるダンンピング機構を持たないため、指針のオーバーシュートやアンダーシュートが原理的に生じない。指針の移動中であっても極めて正確に回転数を示し続けることができる。ステッピングモーターは軸の位置を電磁力で常に保持するもので、モーター回転子の質量に比べ指針の質量が充分小さいため、外部からの振動や遠心力では針の位置は狂わない。一方でステッピングモーターを作動させるには、駆動電源として電圧等のアナログ量ではなく、位相が異なる複数の駆動パルスを与える必要があり、駆動パルスを生成するためのデジタル回路による制御が必須となる（従って、ステッピングモーター式メーターは針式ではあってもアナログメーターではない、デジタルメーターの一種である）。しかし、電子回路による制御は高速化が容易なため、電圧計／電流計方式と比較して遙かに高速でメーターを作動させる事が可能である。指示が正確で、かつ高速に動作するステッピングモーター方式は従来の電子式と比較し全ての性能において勝っているが、反面、モーター本体、制御用の電子回路を含め、構成部品にコストがかかり、登場当時は非常に高価な機器となった。その後、一般家電にステッピングモーターが広く普及し、部品が安価に供給可能となったため、一般のアフターマーケット向けのタコメーターも販売されている。電子回路を内蔵しており、エンジンの回転数検出には電気式タコメーターと同じく点火パルスを用いる。気筒数選択スイッチを持つことも電気式タコメーターと同様である。なお、ステッピングモータ式のメータは、針を制御回路によって自由に動かすことができる。これを利用し実用目的以外のギミック的な要素を入れる事が容易であり、一般向けのタコメーターでは、起動時にいったん針がフルスケールまで振り切ってからゼロ位置まで戻る機能（これは、航空機においてサバイバビリティに直結するようなアナログ計器類を、機体起動時にチェックするように採用されていた機能のフェイクである）、または、クラシックカー時代の時計式タコメーターの動きを模して、針の移動を1秒程度の間隔で間欠的に行う機能などが見られる。

装備としてのタコメーター

1960年代頃までは高価なオプション、あるいは競技用、スポーツ走行用の計器とされていたタコメーターではあるが、電気式タコメーターと電子部品の低価格化によって安価に提供できること、メーターデザイン上の見栄えの効果がある事などから、様々な価格帯の車両にも搭載されるようになった。
しかし、一方で商用車などのコスト優先の車両の場合には、まず真っ先に省略される装備でもある。つまり、タコメーターは法律上必要な装備ではなく、タコメーターを排除したり、故障により動作しない状態であっても整備不良となる事は無く、車検にも影響は無い。

競技・スポーツ装備

マニュアルトランスミッション全盛の当時では、ギアチェンジのタイミングを計るのに有効な計器であったが、当時から乗用車の日常使用レベルで必須とされていた訳ではなく、スピードメーターの文字盤に各ギアのレンジを表記することで、タコメーターの代用とすることも多かった。必須とされたのは競技などのスポーツ目的での運転であり、特にレーシングカーではドライバーがスピードを知る意味はあまりなく、当初よりタコメーターのみを装備していた。これは現在でも同様である。レーシングカーに針式のタコメーターを装備する場合、パワーバンドの領域が最も見やすい真上にくるように、表示面を故意に（反時計回りに）傾けて装備する場合がある。これを模して、乗用車やオートバイの装備でもタコメーターを傾けるドレスアップがある。競技車両用のなかには、文字盤の目盛りにパワーバンド以下を省略したものがある。これは、限りある指針の指示角度をパワーバンド中心に展開したものであり、拡大表示とよばれる。この場合、エンジン回転数がパワーバンドに達するまでは、計器として作動しない。

オートマチック車の装備

コンパクトカーや軽自動車はエンジンのパワーが基本的に非力であるため、高速道路走行などでは高回転域を多用しがちである。そのような場合、エンジンの回転数を上げ過ぎないための指標としての存在意義がある。また、自動変速機の段数が充分ではなく、変速比の段間差が大きいため、高速走行にてシフトダウンする際にエンジンを過回転させない指標にもなる。CVTでない自動変速機で、意図的に手動にてシフトアップ（L→2→D"O/D OFF"→D"O/D ON"）する場合も価値がある。運転を楽しむための『スポーツ系』に分類される乗用車では、手動変速機や手動モードつき自動変速機が多く、変速タイミングの指標ともなる。通常の公道での走行ではエンジンからの音に変速のタイミングを頼る人が多いが、近年ではエンジンが静音型に改良されているので、車内でオーディオを聞きながら運転しているときには便利である。

エコラン装備

原油価格の高騰化に伴って、経済走行を心がけるドライバーが増えてきたが、自動変速する場合にも不必要にエンジンを高回転させて燃料を浪費したりしないための指標として使われる。また省燃費車において、燃費を向上させるテクニックの手助けとなる計器として使用される。近年になって増えた用途である。バス (車両)|バスや貨物自動車|トラックなどの、ディーゼルエンジンを持つ商用大型自動車|大型車の文字盤には、トルクバンドが緑色で示されていることがある。最大トルク発生回転数が、最大燃費効率回転数と一致することから、省燃費運転の指標とされる。この範囲より回転数が高くなった場合、警告音やランプの点灯を行って運転者に知らせる機能を持つ製品もある（三菱ふそうのバスは、不経済走行と書いてあるランプが点灯され警告音が鳴る）。

その他

タコメーターの文字盤には、エンジンの過回転域を赤色で示してある場合が多く、この領域を''レッドゾーン''と称する。この部分までエンジンを回転させた状態での運転は、エンジンに過大な負荷をかけるので危険であり、最悪の場合はエンジンの焼き付き・停止といった事態を招き、最悪の場合はエンジンブローに至る。

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