スポーク

スポークは、車輪の中心（車軸が接続されるハブ）から放射状に伸びる複数のロッドのうちの 1 つであり、ハブと円形のトラクション面を接続します。

この用語は、もともとは、4 つまたは 6 つの部分に裂かれた(縦に分割された)丸太の部分を指していました。荷馬車の車輪の放射状の部分は、丸太からスポークを削って完成した形にすることで作られました。スポークシェーブは、もともとこの目的のために開発されたツールです。最終的に、スポークという用語は、車輪職人が使用した材料よりも、車輪職人の作業 の完成品によく使われるようになりました。

スポーク車輪は、より軽くて速い乗り物の製造を可能にするために発明されました。スポーク車輪の最も古い物理的証拠は、紀元前2000年頃のシンタシュタ文化で発見されています。 ^[1]その後すぐに、コーカサス地方の馬文化では、3世紀の大半にわたって馬に引かせたスポーク車輪の戦車が使用されました。彼らはギリシャ半島の奥深くに移動し、そこで既存の地中海諸国民と合流して、ミノア文明の崩壊と前古典期のスパルタとアテネによる統合の後、最終的に古典期ギリシャを生み出しました。

新銅器時代/原史時代（紀元前1800-1200年）^[注1]のチッバール・ヌッラ、チャトゥル・ボージ・ナス・ヌッラ、カトーティアなどのインドのさまざまな地域の絵画には、スポーク付きの車輪を備えた戦車の使用が描かれています。^{[5] [6]}

紀元前1千年紀にケルトの戦車は車輪の周りに鉄の縁を導入しました。スポーク車輪は、ワイヤーホイールとゴムタイヤが発明された1870年代まで、大きな変更なしに使用され続けました。^[7]

スポークは、張力がかかるか圧縮されるかに応じて、木材、金属、合成繊維で作られます。

木製のスポークを持つスポーク車輪の元のタイプは、馬車や荷馬車に使用されていました。初期の自動車では、砲兵タイプの木製のスポーク車輪が通常使用されていました。

単純な木製の車輪では、ハブに負荷がかかると、一番下の木製スポークが短くなり圧縮されるため、車輪のリムが地面に対してわずかに平らになります。他の木製スポークには大きな変化は見られません。

木製のスポークは放射状に取り付けられています。また、通常は車両の外側に凹みがあり、ぐらつきを防止します。また、凹みにより、吸収した水分によるスポークの膨張を車輪がさらに凹むことで補うことができます。^[8]

自転車で使用するために、重い木製スポークの車輪は、ワイヤーホイールと呼ばれる、張力のある調整可能な金属ワイヤーで作られたスポークを備えたより軽い車輪に置き換えられました。これらは、車椅子、オートバイ、自動車、および初期の航空機にも使用されています。

車輪の種類によっては、スポークが取り外し可能で、折れたり曲がったりした場合に個別に交換できるものもあります。自転車や車椅子の車輪がこれに該当します。従来型の車輪を備えた高品質の自転車はステンレス鋼のスポークを使用しますが、安価な自転車は亜鉛メッキ（「錆びない」とも呼ばれる）またはクロムメッキのスポークを使用する場合があります。良質のスポークは約 225 kgf（約 500ポンド力または 2,200ニュートン）の張力に耐えることができますが、疲労破損を避けるためにこの負荷のほんの一部で使用されます。自転車や車椅子の車輪のスポークは張力のみを受けているため、合成繊維などの柔軟で強い素材も時々使用されます。^[9]金属スポークは、空気抵抗を減らすために楕円形またはブレード状にしたり、強度を維持しながら重量を減らすために突き合わせ（二重または三重に）したりすることもできます。

ワイヤースポークホイールのバリエーションとして、Tioga の「テンションディスク」があります。これは表面的にはソリッドディスクのように見えますが、実際には通常のテンションスポークホイールと同じ原理を使用して構築されています。個々のワイヤースポークの代わりに、ケブラー (アラミド) の連続糸を使用して、高張力でハブをリムに結び付けます。糸は保護と空気力学的利点のために半透明のディスクに覆われていますが、これは構造部品ではありません。

ワイヤースポークはハブに対して放射状に配置できますが、多くの場合はハブに対して接線方向に取り付けられます。接線方向スポークにより、リムとハブ間のトルクの伝達が可能になります。したがって、ペダリングによってハブにトルクがかかる駆動輪や、ブレーキ時にリムからブレーキに反対方向 (ハブ経由) にトルクを伝達するディスク ブレーキやバンド ブレーキなどのハブに取り付けられたブレーキを使用するホイールには、接線方向スポークが必要です。

テンションスポークホイールを構成部品から組み立てることをホイールビルディングと呼び、強くて長持ちする最終製品を作るには正しい組み立て手順が必要です。テンションスポークは通常リムに取り付けられますが、スポークニップルでハブに取り付けられることもあります。もう一方の端は、ハブの穴から抜けないように、一般的にはディスク状に打ち付けられますが、まれに「Z」字型に曲げられることもあります。曲げたバージョンには、後輪の壊れたスポークを後輪のギアを取り外さずに交換できるという利点があります。

ワイヤーホイールは重量強度比に優れ、すぐに軽自動車で人気を博しました。 日常の乗用車では、ワイヤーホイールはすぐに安価な金属製ディスクホイールに置き換えられましたが、スポーツカーでは1960 年代までワイヤーホイールが人気を博しました。 スポークホイールは、オートバイや自転車で今でも人気があります。

自転車の車輪を組み立てる際、スポークの長さは正しくなければなりません。そうでないと、かみ合うねじ山が足りず車輪が弱くなったり、リムから突き出てインナーチューブに穴が開いたりする可能性があります。

自転車のスポークの場合、スポークの長さはフランジシートからねじの先端までで定義されます。曲がった端を持つスポークの場合、公称スポーク長さには曲がった端のスポークの幅は含まれません。

交差スポーク（標準）のホイールの場合、望ましいスポークの長さは

${\displaystyle l={\sqrt {d^{2}+{r_{1}}^{2}+{r_{2}}^{2}-2\,r_{1}r_{2}\cos(a)}}-r_{3}}$

どこ

• d = ハブの中心からフランジまでの距離（軸に沿って） 、例えば30 mm、
• r ₁ = ハブのスポーク穴円の半径、例えば19.5 mm、
• r ₂ = 有効リム径（ERD）の半分、またはホイールのスポークの端がリムの直径を形成する（説明についてはこの記事に添付されている「ディスカッション」を参照）、たとえば301 mm、
• r _{3 =}フランジのスポーク穴の半径、例えば1.1 mm、
• m = ホイールの片側に使用するスポークの数、例： ⁠36/2⁠ =18,
• k = スポークあたりの交差数、例えば3と
• a = 360° k / m、例えば⁠360° ⋅ 3/18⁠ = 60°。

dについて：ディスクブレーキのない前輪などの対称ホイールの場合、これはフランジ間の距離の半分です。ディスクブレーキ付きの前輪やチェーンディレイラー付きの後輪などの非対称ホイールの場合、 dの値は左右で異なります。

a は、(1) スポークが取り付けられているリムのニップル穴の半径と、(2) スポークを固定しているフランジ穴の半径との間の角度です。スポークは、レーシング デザインに応じて、1、2、または 3 本の反対向きのスポークと交差します。フランジでは、隣接する穴の半径間の角度は 360°/ mです(等間隔の穴の場合)。交差するスポークごとに、ハブはリムに対して「隣接するフランジ穴間の角度」 1 つ分回転します。したがって、「隣接するフランジ穴間の角度」にkを掛けると、角度aが得られます。たとえば、32 スポーク ホイールには片側に 16 本のスポークがあり、360° を 16 で割ると 22.5° になります。22.5° (「隣接するフランジ穴間の角度」) に交差数を掛けると角度aが得られます。交差が 3 回の場合、32 スポーク ホイールの角度aは 67.5° になります。 r ₃について: フランジのスポーク穴のサイズは、必要なスポークの長さには関係ありません。この項は、穴のサイズの影響を排除します。穴は通常小さいため (直径 2 mm 強)、影響は小さく、実際にはほとんど問題になりません。

放射状にスポークが取り付けられた車輪（ゼロ交差）の場合、式はピタゴラスの定理に簡略化され、スポークの長さlプラスr ₃が傾斜、r ₂マイナスr ₁が底辺、dが上昇となります。

${\displaystyle (l+r_{3})^{2}=(r_{2}-r_{1})^{2}+d^{2}}$; または長さを解く

${\displaystyle l={\sqrt {d^{2}+(r_{2}-r_{1})^{2}}}-r_{3}.}$

スポークの長さの公式は、想像上の長方形の箱の空間対角線の長さを計算します。ニップルが上になるように車輪を目の前に持った状態を想像してください。軸に沿って車輪を見ます。上部の穴を通るスポークは、想像上の箱の対角線になります。箱の奥行きはd、高さはr ₂ - r ₁ cos( α )、幅はr ₁ sin( a ) です。

同様に、余弦定理を使用して、まず車輪の平面に投影されたスポークの長さを計算し（図に示すように）、次にピタゴラスの定理を適用することもできます。

• 自転車の車輪
• スポークニップル
• スポークレンチ
• スポークシェーブ
• ホイールビルディング
• ワイヤーホイール

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• オンラインスポーク長さ計算機（ドイツ語）、上記の式とは少し異なる測定値を使用（ドイツ語）