クランク（機構）

最も初期の真のクランクハンドルの証拠は、紀元後200年以前の漢時代の釉薬をかけた土器の墓の農業用箕の模型で見つかったと考えられていたが、 ^{[ 3 ] [ 4 ]}それ以降、クランクで操作する箕の模型を備えた同様の土器の模型が次々と発掘され、そのうちの1つは西漢王朝（紀元前202年～紀元後9年）に遡る。^{[ 5 ] [ 6 ]}中国人は、西漢王朝（紀元前202年～紀元後9年）以前の古代の爆破装置、繊維機械、農業機械にクランクと連結棒を使用していた。最初は手動式の石臼と箕（穀物の脱穀用具）に使用され、その後他の装置に発展した。 F. LishengとT. Qingjunによると、回転式石臼の手回しクランクは、手回しクランクと蝶番で連結された押し引き連結棒の組み合わせであるクランクとは異なっていた。^{[ 7 ]}最終的に、クランクと連結棒は、小麦粉のふるい分け、足踏み紡ぎ車、水力炉のふいご、絹糸巻き機などの他の用途で、回転運動と往復運動の相互変換に使用された。^{[ 8 ] [ 6 ]}

最初の回転式手回しミル、または回転式石臼はスペイン（紀元前600年～紀元前500年）に登場し、^{[ 21 ] [ 22 ]}東方に広まった。^{[ 21 ] [ 22 ]}回転部分の外縁近くのハンドルがクランクとなり、^{[ 21 ] [ 2 ] [ 23 ]}回転を動かす人間の腕が連結棒となる。^{[ 21 ]} F. LishengとT. Qingjunによると、回転式石臼の手回しクランクは、手回しクランクと蝶番で連結された押し引き連結棒の組み合わせであるクランクとは異なっていた。^{[ 7 ]}

紀元前200年頃のアンティキティラ島の機械^{[ 24 ] [ 25 ]}は、その機構の一部としてクランクを使用していた^{[ 26 ]} 。クランクは、予測の開始日を手動で設定するために使用された^{[ 27 ] [ 28 ]。}

クランクと連結棒が組み合わされた機械の証拠は、紀元3世紀のローマ領アジアの古代ギリシャのヒエラポリス製材所と、ローマ領シリアのゲラサとローマ支配下のギリシャのイオニアのエフェソス（いずれも紀元6世紀）にある2つの石製材所に見られる。 ^{[ 11 ]}ヒエラポリス製材所のペディメントには、水車が水路から水を供給され、ギアトレインを介して2つのフレームソーを駆動し、何らかの連結棒と機械的必要性からクランクを介して長方形のブロックを切断する様子が描かれている。付随する碑文はギリシャ語である。^{[ 12 ]}考古学的に証明されている他の2つの製材所のクランクと連結棒機構は、ギアトレインなしで動作していた。^{[ 13 ] [ 14 ]}

用途不明のローマ時代の鉄製クランクが、スイスのアウグスタ・ラウリカで発掘された。長さは82.5cm （32インチ）で、片端に長さ15cm （6インチ）の青銅製の取っ手が付いているが、もう片方の取っ手は失われている。^{[ 30 ] [ 29 ]}  

ミュンヘン近郊のアシュハイムでは、長さ約40cm （16インチ）の本物の鉄製のクランクが、直径50～65cm （20～26インチ）の砕けた一対の石臼と様々な鉄製品とともに発掘された。このクランク式のローマ時代の水車は、西暦2世紀後半のものとされている。^{[ 31 ]}しかし、ネミ船から出土した手回しのフライホイールで駆動するバケツチェーンポンプの現代の復元図は、「考古学的空想」として却下されている。^{[ 32 ]}  

古代の文献には、 4 世紀後半の詩人アウソニウスが、現在のドイツのトリーア近郊で水力で動く大理石の鋸の仕組みについて言及している。^{[ 11 ]}ほぼ同時期に、アナトリア出身のギリシャ正教の聖人ニュッサのグレゴリウスもこれらの製粉機について言及しており、ローマ帝国の多くの地域で水力が多様に利用されていたことを示している。^{[ 33 ]} 3 つの発見により、クランクとコネクティングロッドの発明の年代が 1000 年も遡ることになる。^{[ 11 ]}

クランクとコネクティングロッドシステムにより、蒸気機関（1712年に発明）を構築するためのすべての要素、すなわちヘロンのアイオロピル（蒸気動力の発生）、シリンダーとピストン（金属製の力ポンプ）、逆止弁（水ポンプ）、歯車（水車や時計）はローマ時代には知られていた。^{[ 34 ]}

クランクハンドルで操作する回転式砥石（その最古の描写）^{[ 35 ]}は、カロリング朝の写本『ユトレヒト詩篇』に描かれている。830年頃のペン画は、古代末期の原本に遡る。^{[ 36 ]}クリュニー修道院長オド（878年頃- 942年）に帰せられる楽譜には、クランクで回される樹脂製の車輪によって音が出るフレット付き弦楽器が記述されている。この装置は後に12世紀の2つの装飾写本に登場する。^{[ 35 ]}また、この世紀と次の世紀には、運命の車輪を回すフォルトゥナの絵が2枚ある。 ^{[ 35 ]}

穿頭ドリルにクランクハンドルを使用する様子は、 1887 年版のDictionnaire des Antiquités Grecques et Romainesに描かれており、スペインのイスラム教徒の外科医アブ・アル＝カシム・アル＝ザフラウィによるものとされている。しかし、そのような装置の存在はオリジナルの挿絵では確認できず、したがって否定せざるを得ない。^{[ 20 ]}ベネディクト会の修道士テオフィロス・プレスビテル(1070 年頃 - 1125 年) は、「鋳造コアを回転させる際に使用される」クランクハンドルについて記述している。^{[ 37 ]}

イタリアの医師グイド・ダ・ヴィジェヴァーノ（1280年頃 - 1349年）は、新たな十字軍を計画するにあたり、手動で回転させる複合クランクと歯車で推進される外輪船と軍用車両の図を作成した（図の中央）。 ^{[ 38 ]} 1340年頃のラトレル詩篇には、車軸の両端に1つずつある2つのクランクで回転する砥石が記述されている。1つまたは2つのクランクで操作される歯車式の手動ミルは、15世紀後半に登場した。^{[ 39 ]}

中世のクレーンは、クランクで動くこともあったが、多くの場合、巻き上げ機で動いていた。^{[ 40 ]}

クランクは15世紀初頭までにヨーロッパで普及し、ドイツの軍事技術者コンラート・カイザーなどの著作によく見られるようになった。^{[ 39 ]}カイザーの『ベリフォルティス』に描かれている装置には、攻城用クロスボウを吊り上げるためのクランク付き巻き上げ機（スポークホイールの代わりに）、水を汲み上げるためのクランク付きバケツチェーン、ベルホイールに取り付けられたクランクなどがある。^{[ 39 ]}カイザーはまた、水を汲み上げるためのアルキメデス式スクリューにクランクハンドルを取り付けたが、これは後にパイプを踏み込むという古代の慣習に取って代わる革新となった。^{[ 41 ]}井戸巻き機にクランクを取り付けた最も古い証拠は、メンデル財団のドイツの家文集にある1425年頃の細密画に見られる。^{[ 42 ]}

大工のブレースにおける複合クランクの最初の描写は、1420年から1430年の間に、北ヨーロッパのさまざまな美術作品に現れます。^{[ 43 ]}複合クランクの急速な普及は、当時の軍事技術の状況について書いた無名のドイツ人技師であるフス戦争の匿名者の著作に見ることができます。まず、クランクに適用される連結棒が再び現れ、次に、二重複合クランクにも連結棒が装備され始め、そして、これらのクランクを「デッドスポット」を越えさせるためにフライホイールが使用されました。

フス戦争の匿名の絵の一つには、両端に一対の外輪があり、人々が複合クランクを操作して回しているボートが描かれている（上記参照）。この概念は、1463年にイタリアの技術者で作家のロベルト・ヴァルトゥリオによって大幅に改良され、彼は5組のクランクを備えたボートを考案した。このボートでは、平行なクランクがすべて1本の連結棒で単一の動力源に接続されている。このアイデアは、彼の同胞であるフランチェスコ・ディ・ジョルジョにも採用された。^{[ 44 ]}

ルネサンス期のイタリアでは、複合クランクとコネクティングロッドの最も初期の証拠はタッコラのスケッチブックに見られるが、その装置は機械的にはまだ誤解されている。^{[ 45 ]}少し後のピサネッロは、クランクの動きを正しく理解しており、水車によって駆動され、2つの単純なクランクと2つのコネクティングロッドで操作されるピストンポンプを描いた。^{[ 45 ]}

15世紀には、クランク式のラックアンドピニオン装置であるクランクインが導入され、クロスボウのストックに取り付けられて、ミサイル武器を張る際にさらに大きな力を加える手段となった（右図参照）。^{[ 46 ]}繊維産業では、糸の束を巻き取るためのクランク式リールが導入された。^{[ 39 ]}

1480年頃、中世初期の回転式砥石は、足踏みとクランク機構によって改良された。手押し車に取り付けられたクランクは、1589年のドイツの版画に初めて登場する。^{[ 47 ]}

16世紀以降、クランクや連結棒が機械設計に組み込まれた証拠は、当時の技術論文に豊富に見られるようになった。 1588年のアゴスティーノ・ラメッリの『多様な人工機械』だけでも18の例が描かれており、ゲオルク・アンドレアス・ベックラーの『新機械劇場』ではその数が45種類に増え、全体の3分の1を占める。^{[ 48 ]}