理論的考察
概要
自動車の電気回路は，プラス側にスイッチやヒューズがついていて，
マイナス側については近くのボディにつなぎ，ボディを通して電気を返すようにできている車が多い
（マイナスアース車の場合・・・たいていの車はこちらのパターン．プラスアース車も一部，存在するらしい）．
車のボディというのは，たいてい鉄でできているので（最近はアルミもあるが），それなりに電気を通す．
したがって，こうなっていても車の電気機器はちゃんと動作するわけであるし，
自動車メーカーとしてもマイナス側の配線を省略できてコストダウンにもなるので，
基本的にほとんどの車ではマイナス側の配線はボディアースであった．
しかし，鉄は，電線に使用されている銅よりも若干，電気を通しにくいし，
古い車では接触部分のサビや汚れなどで電気抵抗が増加していることがある．
そのため，ボディアース以外に，バッテリーのマイナス端子から直接，マイナス配線を各機器につなぐと，
電気が流れやすくなって，車によってはヘッドランプが明るくなったり，
燃費が改善するなどの効果があるということが，最近，よく言われるようになった．
これがいわゆる「アーシング」である．
このアーシングについては，色々な雑誌やホームページ上で施工例を見ることができるが，
今のところどれも，とりあえず太い線であちこちアーシングしてみました，という段階のようで，
見栄えに気を遣ったものはあっても，電気的に理論立てて設計されたものは見あたらないようだ．
ということで，ここではまず自動車内における実際の電流の流れ方を分析し，そこから電磁気学的に最適な配線方法を導く．
しかし現実の自動車においては，技術的・コスト的制約により，必ずしも理想通りのアーシングができるわけではない．
それらの制約の中で，自分にとって最善のアーシング方法を探求する，というのが今回の趣旨である．
注：電気回路として，本当に最適な電源供給というものを考えるのなら，
プラス側の配線の見直しなどの対策も考える必要があるのだが，これはアーシングの範囲からは逸脱するので，
将来的に別項で考察してみたい．
基礎理論
まず簡単な直流抵抗の低減について考える．導線の抵抗に関しては，「太い線で短く」配線すれば，
確かに電気抵抗は減る．ただし，他の要因・・・例えば導線に端子を圧着したときの接触抵抗，
端子と他の端子やアースボルトとの間の抵抗，端子接続部から実際の電気負荷までの間の抵抗などを勘案して，
その中で最も影響の大きいものから順に対策していくことが望ましい．私見としては，
22sqで1本アーシングするより，8sqで3本アーシングした方が，8×3＝24ということ以上に抵抗値の減少に効果的と思う．
また太い電線はそれだけ重いので，車重増加によるデメリットも考慮する必要があるだろう．
「装飾のためのアーシング」なら気の済むまで電線を張り巡らせればいいが，チューニングとしてのアーシングを目指すのなら，
その効果とデメリットを考え，「最少の配線で最大の効果」をあげるようにすべきである．
さて，通常のアーシングでも直流抵抗の低下という効果は間違いなくある．アーシングの効果の検証に，
しばしば各部位の電位差を測定して，アーシング後に電位差が減少することを示している記事も多いが，
ここで大きな疑問が生じる．まず，アーシングによる電圧降下の改善は，せいぜい10mV程度であり，
自動車の電源電圧（12V強）と比べて1000分の1もない．それでいったい，どんな効果があるというのだろうか．
たしかにスターターのように100Aもの電流が流れる場合には，ごくわずかな抵抗値の減少でも効果が感じられるかもしれないが，
他のほとんどの機器に対しては，まさに「誤差範囲」でしかないように思われる．
そもそも，直流的な電圧降下が問題なら，その分だけオルタネータの発電電圧を上げてやれば同じではないか，
ということにもなる．がんばってアーシングをして，やっと10mVほどの電圧の上昇を得るより，
オルタネータをいじってサクッと100mV電圧を上げた方が効果が高いということがあるだろうか．
多くの人は，本能的に「そんなことはない」と思うだろう．アーシングには，単に電圧が上がるという以上の利益があるはずだ，と．
これは確かに正しいのであるが，直流的な抵抗値や電位差だけを見ていたのでは，それは決して説明できない．
ではここで，実際に車が走行しているときに働いている電気機器の動作を考えてみよう．
現代の車はコンピュータ制御のインジェクション車が普通であるから，エンジンの回転中，
エンジンコントロールユニットがエンジンの状態を監視し，適切なタイミングでインジェクターやイグナイタをON/OFFして，
エンジンを制御しているわけである．ところで，自動車のエンジンというのはかなり高速で回転しており，
6気筒エンジンが6000rpmで回っていると1秒間に300回・・・等間隔と仮定すると約3ミリ秒に1回・・・の爆発が起こっている．
すなわち，その程度の間隔で数アンペアの電流のON/OFFが行われているわけだから，
このときの瞬間的な応答特性・・・周波数にして数キロヘルツ以上・・・というものが非常に重要になってくるわけである．
そして，この過度応答特性の改善こそが，直流抵抗の低減と並ぶアーシングのもう一つの効果ではないかと考えている．
まず言葉の定義から説明しよう．車の電源回路のように，基本的に直流だが，それに電流の変動が伴っている場合は「脈流」
と呼ばれる．これは回路を考えるときには交流成分と直流成分を加算したものとみなせる．
直流成分に関しては電気抵抗だけが問題になるが，交流成分に関しては周波数と回路との関係で通りやすさが変わってくる．
この直流抵抗も含めた，総合的な電流の通りにくさを表すのに，「インピーダンス」という言葉を使う．
オームの法則では抵抗値はR=E/Iであるが，インピーダンスはZ=ΔE/ΔIと表現され，単位はΩ（オーム）である．
実際にはインピーダンスは直流抵抗に各種のリアクタンス分が加わったものなので，直流抵抗を減らせばインピーダンスも減る．
しかし，ある程度の周波数になってくると，リアクタンス分が直流抵抗より大きくなってきて，
直流抵抗を減らしただけではインピーダンスがあまり減らなくなってくる．そうなってくると，
交流的なリアクタンス成分を減らすような対策を行わないと，アーシングの効果がないことになってしまう．
交流的なインピーダンスを下げるには，配線の引き回しにかなり注意が必要になってくる．
ある機器を中心にそこからの電流の通り道を考えたときに，電流は必ず行った分だけ戻ってくるので，
その通り道はループを描くことになるが，交流回路の設計では，この電流ループができるだけ小さくなるようにしなければならない．
「小さく」というのは，単に「長さが短い」という意味でなく，そのループの囲む「面積が小さい」ことが重要である．
これは，交流でのインピーダンス増加の大きな原因として磁気誘導によるインダクタンスがあり，
インダクタンスの大きさはループの面積に比例するため，面積をできるだけ減らす必要があるのである．
多くの自動車は鉄製のエンジンに鉄製のボディであり，電気回路としては1ターンの鉄心コイルのような状態になっているわけで，
これによるインダクタンスは意外と無視できない大きさがあると思われる．
面積を小さくするには，プラス側とマイナス側の配線が必ず平行になるように配線するべきである．
家庭用機器に使われている平行ビニル線を思い浮かべてもらうとわかりやすいが，この場合，
行きと帰りの電流が同じ道すじを通っている．自動車内の配線もこのように配線するのがよい．
具体的には，実車のプラス側の配線を調べ，それと平行にできるだけ密着させて配線すればよい
さらに高性能を目指すならプラス側とマイナス側の配線を撚り合わせてツイストペアにすれば完璧だろう．
交流信号の伝達という意味なら同軸ケーブルが理想的なように思えるが，同軸ケーブルは外径のわりに心線が細く，
自動車のように数十アンペアの電流を流そうとするととてつもなく太くなってしまうし，
しかも心線が単線（撚り線ではない）なので曲げにくい，という性質があるため，無線機程度の電力ならともかく，
自動車の電源ケーブルとしては適していない．
一般的に行われているアーシングでは，各アーシングポイントからバッテリーのマイナス端子まで，
できるだけ短距離で配線することだけを考えているものが多い．しかし，上で説明したような事柄を含めて考えると，
自動車内のプラス側の配線は，ヒューズボックスや運転席周囲のスイッチを経由するため，
かなり遠回りに敷設されていることも多いが，この場合にマイナス側だけバッテリーにまっすぐつないでも，
交流的にはあまり改善がなされないということになる．
材料の検討
次に，個々の部品について，電気的特性や使用上の注意点などの検討を行ってみたい．
(1)電線
電線にも多くの種類があり，最近ではカー用品店でもアーシング用として各種の電線が売られていて，
選ぶのに迷うことだろう．ここでは，電線を評価する基準として，次のようなものを選んでみた．
まず電気的特性として問題になるのは，心線の性状や太さであろう．電線の太さは，導体の断面積で表されれ，
sq（「スケア」または「スケ」と読むようだ）という単位を用いる．ある電線の導体の断面積が1平方ミリメートルのとき，
その電線の太さを1sqという．さて，導体の断面積が同じでも，心線の作り方には何種類かある．
まず一本の太い銅線になっているもの（同軸ケーブルなど），細い銅線が集まって少しねじってある撚り線（通常の電線），
細い銅線を編んだ網組線などがあり，通常は撚り線を用いる．撚り線でも，太めの銅線が数本撚ってあるもの（IV線など）
と細めの銅線を多数撚ってあるもの（KIV線など）があり，一般的には細い線を多数撚ってあるもののほうが，
電線全体が曲がりやすくて配線が容易だし，端子をかしめたときの接触抵抗が小さくなる傾向があるらしい．
アーシング専用ケーブルの場合は，KIV線よりももっと細い線を使っていることが多く，
電線自体もしなやかで曲げやすい特徴がある．IV線は心線が太くて曲げにくいので，ちょっと配線がやりにくい．
外観としては，アーシング専用として売られているものは，たいてい透明で内部が見える絶縁被覆を用いていて，
色も赤や青が好まれているようだ．オーディオ用ケーブルも似たような傾向がある．
標準的な電工用の電線の場合，IV線は色が豊富だが，心線が太くて曲げにくい．
車用としてはKIV線のほうが適しているが，色が，ふつうの店だと赤・黒・白くらいしかないだろう．
自動車用に用いられているAV線は，普通のカー用品店では2sqまでが標準で，時に5.5sqがあるが，5.5sqは黄色と黒しかないかもしれない．
耐熱性としては，車内に用いるにはどんな電線でも大丈夫だが，エンジンルームの場合，
IV線やKIV線のような通常のビニル被覆線は耐熱温度が60℃しかないので，原則的に保護管を通す必要がある．
アーシング専用ケーブルの場合は80〜120℃くらいは耐えられるらしいので，排気管周囲以外なら問題ないだろう．
排気管周囲に配線するときは，LKGB線（ガラス繊維被覆・耐熱温度180℃）や，被覆のない網組線を用いる．
アーシングの場合，車体がもともとアースされているので，被覆が融けて他の部品と接触しても，電気的には問題ない．
ただし，排気管や触媒のような高温部に触れると最悪，火災などの危険があるし，
ファンなどの回転部品に接触するのもよくないから，配線時に固定についても十分な注意を払う方がよい．
価格的には，IV線やKIV線は非常に安く（1mにつき100円以下），アーシング専用ケーブルは高い（5mほどのセットで数千円以上）
のだが，自作の場合，端子の圧着工具（14sqまででも5000円程度，22sq以上の油圧式は数万円くらいするらしい）などが必要なので，
1台だけに施工するなら工具の要らない完成品を買うのも，それほど高い買い物ではないのではないだろうか．
(2)端子
端子も，電工用の標準品は銀灰色のスズメッキである．腐食には強いのだが，接触抵抗は少し大きいかもしれない．
これも，こだわる人向けには金メッキ端子も市販されているので，検討してもよいかもしれない．
なお，ケーブルを自作する場合，端子を圧着したあとにスリーブや熱収縮チューブで圧着部位を保護するようにしないと，
振動が加わったときに電線と端子の境界付近に力が集中して，長期的に金属疲労により破断する恐れがある．
さらに腐食による抵抗増加を防止するため，かしめ部分のすきまにシリコーンシーラントを流しこむという方法もある．
(3)端子台
バッテリーのマイナス端子に直接，アーシングケーブルを固定する場合，ネジの長さや角度的な問題で，
2〜3本くらいが限度であろう．100sq用の巨大な端子を用いて多数のケーブルを1カ所でまとめてしまう方法も読んだことがあるが，
そのような器具を使える人は限られているだろう．そこで，ふつうは多数のケーブルを取り付けるための端子台
（アーシングターミナル）が必要になってくる．以前はアーシングセットに付属しているものしかなかったが，
最近ではターミナル単品でも販売されている．この設置方法にも2種類あって，バッテリーのマイナス端子に直接，
ターミナルを取り付けるタイプ（ULTRA，M's，Pivot，SEIWAなど）と，少し離れた場所にターミナルを設置して，
バッテリーとは専用の極太ケーブルで接続するタイプ（SplitFire，DAIKEIなど）とがある．
バッテリーのマイナス端子に直接，つなげるタイプは，どうしてもバッテリー上に配線が集中して見苦しくなることがあり，
バッテリーから離れた場所に設置するタイプだと，バッテリー回りはすっきりと仕上げることができる．
ただ，電気回路として見た場合は，いろいろな電気負荷の共通アース区間が長くなると，
他の負荷のノイズに影響されたりしやすくなるので，個人的にはあまり好ましくないのでは，と考えている．
一方，バッテリー端子に取り付けるタイプは，形状によってはボンネットの低い車種だとボンネットに干渉することがあるので，
前もってチェックしておく必要がある．
設計方針
車に使用されている電気負荷の種類を，エンジンとの関係で分類すると，次のようになるのではないだろうか．
1. 純粋な直流負荷
ヘッドランプなどの灯火類や，リヤデフォッガが該当する．これらに対するアーシングは，
純粋に直流抵抗だけが問題になる．（灯火でも，蛍光灯やCATZ ZETA，HIDなどは2.の脈流負荷に該当する）
2. 走行には直接関係しない脈流負荷
ワイパーやエアコンなどのモーター類や，家庭用の100V機器をつなぐためのインバータ，
オーディオ機器などが該当する．これらの場合も，直流抵抗の低減が主な目的となり，
交流成分についてはあまり考えなくてよいことが多いが，動作時にラジオにノイズが入る場合や，
オーディオ機器のように特別な目的がある場合は，交流成分も含めたアーシング設計が必要になる．
このグループの中で特別なのがスターターモーターである．これは流れる電流が約100A，あるいはそれ以上にもなるので，
わずかな抵抗の減少でも大きな効果がある．インターネット上でも，アーシングによりスターターの回転が速くなったようだ，
という書き込みが多く見られる．ただし，スターターというのはあくまでもエンジン始動時にしか働かないものであり，
走行中は単なるお荷物であるから，ほどほどにしておく方がトータルバランス的には好ましいと思われる．
3. エンジン回転に連動して動作する負荷
エンジンコントロールユニット（ECU）や，イグナイタなどが該当する．
電源の質によって，エンジン回転に影響があると考えられる部分であり，直流成分だけでなく交流成分についても，
可能な限りの対策を行うべきだろう．
4. オルタネータ
オルタネータは発電機であり，他の電装品のように電気を消費する機器とはまったく異なっている．
オルタネータというのは交流発電機であり，発生した交流電流をオルタネータ内部のレクティファイヤ（整流器）
で直流（脈流）に変換し，バッテリーを通して平滑化した後に各電気機器に分配される．
ここで，オルタネータに対してアーシングや+B線の強化を行った場合を考えてみよう．
この場合，電気が流れやすくなるので，オルタネータで発電した電気に含まれる脈流成分
（他の機器にとっては「ノイズ」と言っていい）がよりダイレクトにバッテリーに伝わり，
バッテリーで吸収しきれない分が車内の他の機器に伝わることになる．純正の配線は，
プアであるがゆえに抵抗（R成分）やインダクタンス（L成分）が大きく，それがバッテリーの容量（C成分）
によってLCあるいはRCフィルタを形成している，と言えそうである．これがアーシングによりLやRが減少すると，
フィルタ効果が弱まり，出力ノイズが増加してしまう可能性が考えられる．
しばしばインターネット上でも，オルタネータにアーシングすると，却って車の調子が悪くなった，
という書き込みが見られるが，その原因はこういうところにあるのかもしれない．
以上のことから，オルタネータにはアーシングしないか，する場合にはバッテリーの強化を行った方がよい，
ということになりそうである．
MARK-IIでの施工例
Keiでの施工例
準備
用意した物
- 電線各種（KIV 14sq黒，IV 8sq緑，IV 2sq緑，網線 5.5sq）
- 端子各種（適応コード2sq〜22sq，ボルト径6mm〜10mm）
- 熱収縮チューブ各種（3mm〜25mm，透明・黒）
- コルゲートチューブ，結線バンド
- 接点清浄剤
- シリコンシーラント
- ジェットトーチ，ライター等
- ワイヤーカッター（max 22sq）
- 圧着工具（max 14sq）
- ニッパー，ラジオペンチ，ハンドツール各種
- ボルト（6mm，8mm）
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