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車輪は、車軸ベアリング上で回転するように設計された回転部品（通常は円形）です。車輪は、 6つの単純機械の1つである車輪と車軸の主要構成要素の1つです。車輪は車軸と組み合わせることで、重い物体を容易に移動させることができ、輸送を容易にし、荷重を支え、機械で作業を行うことができます。車輪は、船の舵輪、操舵輪、陶芸用ろくろ、フライホイールなど、他の用途にも使用されます。
一般的な例としては、輸送機器などが挙げられます。車輪は、車軸と連動して転がることで摩擦を軽減し、動きを容易にします。車輪を回転させるには、重力、あるいは外部からの力やトルクによって、車輪の軸を中心としたモーメントを加える必要があります。
英語の単語wheel は、古英語の単語hwēolに由来し、それはゲルマン祖語の* hwehwlazに由来し、さらにインド・ヨーロッパ祖語の* k w ék w losに由来します。[ 1 ]これは語根* k w el- '回転する、周りを移動する'の拡張形です。インド・ヨーロッパ語族内の同族語には、アイスランド語のhjól '車輪、タイヤ'、ギリシャ語のκύκλος kúklos、サンスクリット語のchakra があり、後者の 2 つはどちらも'円'または'車輪'を意味します。[ 2 ]
車輪は、岩盤や大きな丸太などの重い物を移動させるために先史時代に使われていたローラー（丸太）から間違いなく発展した。頑丈な木製車輪（車軸に取り付けられた円盤）の発明は新石器時代後期に遡り、青銅器時代初期をもたらした他の技術的進歩と関連していると考えられる。これは、農業や土器の発明後も、土器以前の新石器時代には数千年にわたって車輪のない時代があったことを意味する。
紀元前6500～5100年のハラフ文化は、車輪 付き乗り物の最古の描写で知られることがあるが、ハラフ人が車輪付き乗り物やろくろを使用していたという証拠はない。[ 3 ]ろくろは紀元前4千年紀に中東で使用されていたと考えられている。[ 4 ]現存する最古のろくろは、紀元前3100年頃のウル（現在のイラク ）で発見されたものと考えられていた。[ 5 ]しかし、ウクライナ西部で発見されたククテニ・トリピリア文化のろくろは紀元前5千年紀半ばのもので、メソポタミアにおけるろくろの最古の使用よりも古い。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]紀元前4千年紀後半のインダス文明では、現代のインドとパキスタンの地域にまたがる地域で、年代不明の車輪が発見されている。[ 12 ]
車輪付き乗り物の最古の間接的な証拠は、紀元前 4000 年以前に黒海の北で発見された粘土製のミニチュア車輪の形をしています。紀元前4 千年紀 の中頃から、おもちゃの車、絵、または轍の形でヨーロッパ全土に証拠が集中しており、北ドイツで発見された最古のものは紀元前 3400年頃に遡ります。[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]メソポタミアでは、シュメール文明のウルクのエアンナ地区の粘土板の絵に描かれた車輪付き荷車の描写は、紀元前3500 ～ 3350年頃のものとされています。[ 16 ]紀元前 4千年紀の後半には、車輪付き乗り物の証拠が北コーカサス (マイコープ文化) と南コーカサス、東ヨーロッパ(ククテニ・トリピリア文化)でほぼ同時に現れました。
車輪付き乗り物の描写は、ポーランド南部の漏斗状ビーカー文化の集落で発掘されたブロノチツェの土器 に紀元前3631年から3380年の間に現れた。[ 17 ]近くのオルシャニツァでは、荷馬車が入る幅2.2mの扉が作られ、この納屋は長さ40mで扉が3つあり、紀元前5000年に遡り、新石器時代の線状土器文化に属していた。スロベニアのリュブリャナ近郊のスタレ・グマイネから出土した車輪と車軸の組み合わせの現存する証拠（木製のリュブリャナ湿地車輪）は、2標準偏差の範囲内で紀元前3340～3030年、車軸は紀元前3360～3045年と年代が特定されている。[ 18 ]初期新石器時代のヨーロッパの車輪と車軸には 2 種類が知られています。1 つはアルプス周辺型の荷車構造 (リュブリャナ湿地の車輪のように車輪と車軸が一緒に回転する)、もう1 つはハンガリーのバーデン文化のもの(車軸は回転しない) です。どちらも紀元前3200 ～ 3000年頃のものとされています。[ 19 ]一部の歴史家は、車輪付き車両が紀元前 4 千年紀半ば頃に近東からヨーロッパに伝播したと考えています。[ 20 ]
初期の車輪は、車軸を通す穴が開いた単純な木製の円盤でした。最も初期の車輪の中には、木の幹を水平にスライスして作られたものもありました。木材は構造が不均一なため、木の幹を水平にスライスして作られた車輪は、丸く加工された縦長の板で作られた車輪よりも性能が劣る傾向があります。
スポーク付き車輪は比較的最近発明され、より軽量で高速な乗り物の製造を可能にした。スポーク付き木製車輪の最も古い既知の例は、紀元前2000年頃のシンタシュタ文化（クリヴォエ湖）のものである。その後まもなく、コーカサス地方の馬文化は、3世紀近くにわたって馬が引くスポーク付き車輪の戦車を使用した。彼らはギリシャ半島奥深くへと移動し、既存の地中海の人々と合流して、ミノア文明の支配が崩壊し、古典期以前のスパルタとアテネが主導した統合を経て、最終的に古典期ギリシャを生み出した。ケルトの戦車は、紀元前1千年紀に車輪の周りに鉄の縁を導入した。
中国では、龍山文化 の遺跡である平良台で紀元前2200年頃の車輪の跡が発見されている。[ 21 ]同様の跡は、紀元前1700年頃の二里頭文化の都市である囃石でも発見されている。中国でスポーク付き車輪の最古の証拠は青海省のもので、紀元前2000年から1500年の間に作られた遺跡から出土した2つの車輪のハブの形をしている。[ 22 ]車輪付き車両は西から中国にもたらされた。[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]
イギリスでは、直径約1メートル（3.3フィート）の大きな木製の車輪が、 2016年にイースト・アングリアのマスト・ファーム遺跡で発見された。紀元前1100年から800年のものと推定されるこの標本は、イギリスで発見された同種のものとしては最古かつ最も完全なものである。車輪のハブも残っている。近くで発見された馬の背骨から、この車輪は馬車の一部であった可能性が示唆される。この車輪は湿地の上に高床式で建てられた集落で発見されたことから、集落が陸地と何らかのつながりを持っていたことがわかる。[ 26 ]
ヨーロッパ人との接触以前にはアメリカ大陸で車輪が大規模に使用されていませんでしたが、子供のおもちゃと特定された多数の小さな車輪付きの遺物がメキシコの遺跡で発見されており、中には紀元前1500 年頃のものもあります。[ 27 ]アメリカ大陸で車輪が大規模に発展しなかった主な障害は、車輪付きの馬車を引くために使用できる家畜化された大型動物がいなかったことだと主張する人もいます。[ 28 ]コロンブス以前のアメリカ大陸で牛に最も近い近縁種であるアメリカバイソンは家畜化が難しく、ネイティブアメリカンによって家畜化されることはありませんでした。数種の馬は約12,000年前まで存在していましたが、最終的に絶滅しました。[ 29 ]西半球で家畜化された唯一の大型動物であるラマは、荷役動物でしたが、車輪付きの乗り物を引くための牽引動物として使用するのに身体的に適しておらず、[ 30 ]ヨーロッパ人が到着した時点でラマの使用はアンデス山脈をはるかに超えては広がりませんでした。
一方、メソアメリカ人は、手押し車、ろくろ、あるいは車輪のついたその他の実用的な道具を開発したことはなかった。 [ 31 ] [ 32 ]世界中で見られ、今でも子供向けに作られているおもちゃ（「引っ張るおもちゃ」）と非常によく似たおもちゃの一部ではあるが、[ 31 ] [ 32 ] 16 世紀以前にメソアメリカで車輪が実用化されたことはなかった。[ 31 ] [ 32 ]マヤ人が実用的な車輪に最も近かったのは紡錘車であり、一部の学者は、これらの玩具は元々「車輪」と「軸」として紡錘車と紡錘棒で作られていたと考えている。[ 32 ]
オーストラリア先住民は伝統的に、地面を転がす円盤を標的射撃に用いていた。[ 33 ]
紀元前400年頃以降のヌビア人は 、陶器を紡ぐための車輪や水車として使用していた。[ 34 ]ヌビアの水車は牛が動力源だったと考えられている。[ 35 ]また、ヌビア人はエジプトから輸入した馬車を使用していたことも知られている。[ 36 ]
18 世紀から西アフリカでは、車輪付きの乗り物はダホメーなどの場所で主に儀式目的で使用されていました。[ 37 ] 19 世紀に入っても、サハラ以南のアフリカのエチオピアとソマリアを除いて、車輪は輸送にはほとんど使用されていませんでした。[ 38 ] [ 37 ]
スポークホイールは、ワイヤースポークホイールと空気入りタイヤが発明された1870年代まで、大きな変更なく使用され続けました。[ 39 ]空気入りタイヤは、転がり抵抗を大幅に低減し、快適性を向上させることができます。ワイヤースポークは圧縮ではなく張力がかかるため、ホイールは剛性が高く軽量です。初期の放射状スポークのワイヤーホイールは、接線方向スポークのワイヤーホイールを生み出し、これは20世紀後半まで自動車に広く使用されました。鋳造合金ホイールがより一般的に使用されています。重量が重要な場合は、鍛造合金ホイールが使用されます。
車輪の発明は、技術全般にとっても重要であり、水車、歯車（アンティキティラ島の機構も参照）、糸車、アストロラーベ（トルケトゥム）などの重要な応用例がある。車輪のより現代的な派生物としては、プロペラ、ジェットエンジン、フライホイール（ジャイロスコープ）、タービンなどが挙げられる。
車輪付きの乗り物は、同じ重さの物体を単に引きずるよりも、動かすのに必要な仕事量がはるかに少なくて済みます。この低い運動抵抗は、摩擦による仕事が乗り物が走行する路面ではなく、ベアリングで行われるという事実によって説明できます。最も単純で古いケースでは、ベアリングは車軸が通る丸い穴（「滑り軸受」）にすぎません。滑り軸受であっても、摩擦による仕事量は大幅に減少します。その理由は次のとおりです。
例：
車輪と路面の接触面からもエネルギーが失われます。これは転がり抵抗と呼ばれ、主に変形による損失です。転がり抵抗は、路面の状態、車輪の材質、タイヤの空気圧、エンジンの正味トルクなど、多くの要因によって変化します。
車輪は、その半径が凹凸の大きさに比べて十分に大きければ、不規則な路面を走行する際にも利点を発揮する。
車輪単体では機械ではありませんが、車軸にベアリングとともに取り付けられると、単純機械の一つである車輪と車軸を形成します。駆動輪は車輪と車軸の一例です。車輪は駆動輪よりも約6000年も前から存在しており、それ自体が丸太をローラーとして用いて重い荷物を移動させるという慣習の進化形です。この慣習は先史時代にまで遡るため、正確な年代は特定されていません。
リムとは、「タイヤを保持するホイールの外側の縁」のことです。[ 40 ]自動車などの車両では、タイヤの内側の縁が取り付けられるホイールの外側の円形のデザインを構成しています。たとえば、自転車のホイールでは、リムはホイールのスポークの外側の端に取り付けられた大きな輪で、タイヤとチューブを保持します。
ハブはホイールの中心部分であり、通常はベアリングが内蔵されており、スポークが交わる場所である。
ハブレスホイール（リムライダーホイール、センターレスホイールとも呼ばれる）は、センターハブのないタイプのホイールです。より正確に言うと、ハブはホイール本体とほぼ同じ大きさです。車軸は中空で、ホイールに非常に高い精度で沿っています。
スポークとは、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棒状の部材の一つで、ハブと円形の接地面を繋ぐ役割を果たします。この用語は元々、丸太を縦方向に4つまたは6つに分割したものを指していました。荷馬車の車輪の放射状の部材は、丸太からスポークを削り出して最終的な形状に仕上げ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工具です。やがて、スポークという用語は、使用された材料よりも、車輪職人の作品である完成品を指す言葉として使われることが多くなりました。
ワイヤーホイール（または「ワイヤースポークホイール」）のリムは、ワイヤースポークによってハブに接続されています。これらのワイヤーは一般的に通常のワイヤーロープよりも硬いですが、張力がかかった柔軟なワイヤーと同じように機械的に機能し、荷重を支えながらリムの形状を維持します。
ワイヤーホイールはほとんどの自転車に使用されており、現在でも多くのオートバイに使用されています。ワイヤーホイールは航空技術者のジョージ・ケイリーによって発明され、ジェームズ・スターリーによって初めて自転車に使用されました。ワイヤーホイールを組み立てる工程はホイールビルディングと呼ばれます。
タイヤ（アメリカ英語とカナダ英語ではtire 、イギリス、インド、南アフリカ、オーストラリア、ニュージーランドなどの一部の英連邦諸国ではtyre ）は、ホイールリムを覆い、ホイールを保護し、衝撃を吸収する柔軟なクッションを提供することで、ホイールを地面に密着させ、車両の性能を向上させるリング状のカバーです。この単語自体は、木製の荷車の車輪の外側の鋼鉄製のリングで、木製の部分を結び付けている「tie」に由来している可能性があります（上記の語源を参照）。
現代のタイヤの基本材料は、合成ゴム、天然ゴム、布、ワイヤー、その他の化合物です。タイヤはトレッドとボディで構成されています。トレッドはトラクションを提供し、ボディはサポートを確保します。ゴムが発明される前は、初期のタイヤは、摩耗を防ぐために木製の車輪に巻き付ける金属製のバンドでした。今日では、タイヤの大部分は空気圧式膨張構造で、ゴムで覆われたコードとワイヤーのドーナツ状のボディで構成され、通常は圧縮空気が充填されて膨張式のクッションを形成します。空気圧式タイヤは、自動車、自転車、オートバイ、トラック、建設機械、航空機など、多くの種類の車両に使用されています。
過酷なオフロード走行条件に対応するため、取り外し可能なアタッチメントタイプや固定式のカバーなど、様々なタイプのホイールカバーが開発されてきた。こうしたホイールは、必ずしも円形である必要はなく、接地面を平らにするパネルを備えている必要もない。
例としては以下のようなものがあります。
トラックやバスの車輪は、ブレーキシステムの故障など特定の状況下ではロックアップ（回転停止）することがあります。これを検知するために、「車輪回転インジケーター」と呼ばれるものが取り付けられている場合があります。これは、リムに取り付けられ、運転手がサイドミラーで確認できるようにリムから突き出ている色の付いたプラスチック製のストリップです。これらの装置は、1998年にカナダのトラック修理工場のオーナーによって発明され、特許を取得しました。[ 44 ]
車輪は地上輸送に広く用いられているが、代替手段も存在し、中には車輪が効果的でない地形に適したものもある。車輪を使わない地上輸送の代替手段には以下のようなものがある。
車輪は、周期や規則的な繰り返しを表す強力な文化的・精神的なメタファーにもなっています（チャクラ、輪廻転生、陰陽などを参照）。そのため、また地形が険しいため、古いチベットでは車輪付きの乗り物は禁止されていました。古代中国では、車輪は健康と力の象徴とみなされ、一部の村では将来の健康と成功を予測する道具として使われています。車輪の直径は、将来の健康状態を示す指標です。カーラチャクラ、つまり時間の車輪は、ダルマチャクラとともに、仏教のいくつかの形態における主題でもあります。[ 45 ] [ 46 ]
翼の付いた車輪は進歩の象徴であり、パナマの国章、オハイオ州ハイウェイパトロールのロゴ、タイ国鉄など、様々な場面で見られます。また、車輪はインドの国旗にも大きく描かれており、ここでは法（ダルマ）を表しています。さらに、ロマ民族の旗にも描かれており、彼らの遊牧民としての歴史とインド起源を暗示しています。
6世紀の修道士ドロテウス・オブ・ガザは、棘のついた車輪のイメージを用いて、相互依存的な慈悲の倫理がどのように機能するかを説明しました。神に近づく人は他の人々に近づき、その逆もまた然りです。[ 47 ] [ 48 ]中世ヨーロッパでは、運命の輪は権力の移ろいやすく、はかなく、ほとんど幻想的な性質を示すことを目的としており、頂点に上り詰めた人も車輪の回転によって再び落ちぶれる可能性があることを示しています。[ 49 ]
中期青銅器時代にスポーク付き（戦車）車輪 が導入されたことは、ある種の威信を伴っていたようだ。太陽十字は青銅器時代の宗教において重要な意味を持ち、それ以前の太陽船の概念を、より「近代的」で技術的に進んだ太陽戦車に置き換えたようだ。車輪は古代エジプト人にとっても太陽のシンボルであった。[ 50 ]
現代においては、「車輪の発明」は、農業や金属加工と並んで、初期文明における最初の技術の一つを象徴するものとみなされ、社会の進歩のレベルを評価する基準として用いられることがある。
ウィッカなどのネオペイガニズムの中には、年間の輪を宗教的実践に取り入れているものもある。 [ 51 ]
車輪付きのカートや手押し車さえも存在しなかった。メソアメリカの遺跡からは車輪付きのおもちゃや装飾品が見つかっているが、車輪が実用化されたことは一度もない。
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク){{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)サブサハラ・アフリカの経済史における大きな技術的謎の一つは、植民地時代以前には車輪付き輸送手段がほとんど使われていなかったことである。代わりに、頭上運搬が主な輸送手段であった。