ワイヤーホイール

ワイヤーホイール、ワイヤースポークホイール、テンションスポークホイール、または「サスペンション」ホイールは、リムがワイヤースポークによってハブに接続されているホイールです。^{[1] [2] [3]}これらのワイヤーは、同様の直径のワイヤーロープよりもかなり硬いですが、張力がかかった柔軟なワイヤーと機械的に同じ機能を果たし、リムを真直に保ちながら適用された荷重を支えます。サスペンションホイールという用語は、車両のサスペンションと混同しないでください。^[3]

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、1808年に航空技術者のジョージ・ケイリーによって発明されました。 ^[4] ケイリーは最初にワイヤーホイールを提案しましたが、特許を申請しませんでした。ワイヤーホイールの最初の特許は、1826年10月11日にイギリスのロンドンのセオドア・ジョーンズに発行されました。 ^{[5]フランスのパリの} ウジェーヌ・マイヤーは、1869年に自転車のワイヤーホイールの特許を取得した最初の人物でした。^[6]

自転車の車輪は、接線方向にスポークが付いた車輪が開発されるまでは、自動車に装着できるほどの強度がありませんでした。接線方向にスポークが付いた車輪は、自転車や三輪バイクの世界では急速に定着しましたが、自動車に装着されるようになったのは 1907 年頃になってからでした。これを後押ししたのが、ジョン・ピューが設計し、特許を取得した、取り外して交換できるラッジ・ウィットワース社の車輪です。これらの車輪は、内側の 2 列の接線方向にスポークが付いているため、ブレーキや加速時の応力に強くなっています。外側の 1 列の放射状スポークは、コーナリング時の応力に対して横方向の強度があります。これらの車輪は、ステアリング ピボット ピンがタイヤの中心線にできるだけ近くなるように、深く窪んでいました。2 つ目の特徴は、スプライン付きの疑似ハブに取り付けられているため、簡単に取り外せることです。ワイヤー ホイールを組み立てるプロセスは、ホイールビルディングと呼ばれます。

初期の頃から、自動車にはワイヤーホイールか、重い木製またはプレス鋼製のスポーク付き砲兵型が使用されていました。ラッジ・ウィットワースまたはライリー設計の素早く取り外し可能なハブの開発は、ワイヤーホイールの普及に大きく貢献し、偶然にも「スペアホイール」の装着につながりました。木製スポーク付き砲兵型車輪が不十分であることが判明した後、多くの米国の製造業者はラッジ・ウィットワースのジョン・ピューに特許使用料を支払い、彼の特許を使用してワイヤーホイールを製造しました。砲兵型車輪は 1920 年代後半に人気を失い、ジョセフ・サンキーによるより安価なプレス鋼製車輪の開発により、重量軽減によってワイヤーホイールのプレミアム価格が正当化されない場所ではワイヤーホイールが置き換えられました。

• 自動車用ワイヤーホイールのサンプル
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  キャデラック
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  クライスラー
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  フォード
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  リンカーン
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  パッカード
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  ロールスロイス ファントム III 1937 高品質のセンターロック (ワイヤー) ホイールとネイブプレートによる流線型
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  1929年式アルファロメオ6C 1750スパイダースーパースポーツのワイヤーホイール
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  1957年MGAのワイヤーホイール
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  1922年型ボクスホール25のラッジ・ウィットワース製ワイヤーホイール

1960年以前、スポーツカーやレーシングカーには、通常、スプラインハブとクイックリリースの「ノックオフ」（中央の蝶ナット）ロックキャップを備えたラッジ・ウィットワース センターロックワイヤーホイールが装備されていました。 ^[7]このロックキャップは、特殊な合金製の木槌または「ノックオフハンマー」でナットの蝶ナットを叩くことで緩めることができます。^[8]米国や西ドイツを含む一部の管轄区域では、1960年代後半に安全上の理由から耳付きハブキャップが禁止されました。これに応じて、一部のメーカー（マセラティなど）は、特別な大型スパナを必要とする従来の蝶ナットのない六角ナット1つでキャップして、スプラインハブにホイールを固定することを好みました。^[9]

1960 年代には、さらに軽量な鋳造合金ホイールが一般的になり、最初はスプライン ハブとノックオフ キャップが採用されていましたが、現在では主流となっています。ワイヤー ホイールの新しいバージョンも今でも製造されていますが、多くの場合、標準のハブ ボルト パターンがセンター キャップで覆われ、アダプターなしで取り付けられます。

• スポーツカーのワイヤーホイール
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  1989 年型キャデラック ブロアムの本物のワイヤーホイールを模したワイヤーホイールキャップ
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  フェラーリのボラーニワイヤーホイール

かつてのオートバイは、別々の部品から組み立てられたワイヤーホイールを使用していましたが、アドベンチャー、エンデューロ、ダートバイクを除いて、現在ではレトロな外観のために主に使用されています。

• ワイヤーホイール付きバイク
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  1906 年型カーティス V-8 バイクのワイヤーホイール
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  フランスのサンスーパップバイクのワイヤーホイール^[10]
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  現代のモトクロススタイルのバイクのワイヤーホイール
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  現代のエンデューロスタイルのバイクのワイヤーホイール
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  現代のクルーザースタイルのバイクのワイヤーホイール
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  最初のハーレーダビッドソンの バイクのワイヤーホイール

ワイヤーホイールが商業的に成功した最初の例は自転車でした。自転車の開発初期に導入され、ソリッドゴムタイヤの採用直後に続きました。この開発により、重量と快適性（ホイールの弾力性が向上し、道路の振動を吸収するのに役立つ）の両方の点で、古い木製のホイールに比べて大きな改善が見られました。^[11]

イギリスでは、技術者ウィリアム・スタンレーが1849年に鋼線製のスパイダーホイールを開発しました。これは、彼の雇い主が製造していた三輪車に取り付けられていた扱いにくい木製のスポークホイールの改良版でした。^{[12] [13] [14]}

自転車メーカーは、隣接するスポークの交差がホイールのスポーク数によって決まる一般的なクロススポークパターンを使用して、年間何百万ものホイールを製造しています。レーシングチームや優良自転車店のホイールビルダーは、2クロス、1クロス、またはクロスなし（通常ラジアルと呼ばれる）などの他のパタ​​ーンでホイールを製造しています。これらのパターンの多くは100年以上使用されています。クロスパターンは強度と安定性が高く、不規則なパターンは芸術形式であり、構造上のメリットはほとんどないと言われています。^[15]

1980 年代には、5 本または 6 本の剛性スポークを備えた鋳造ホイールがオリンピックやプロのレースに登場し始めました。これらはタイム トライアルなどの特殊な用途では利点がありますが、ほとんどの用途ではワイヤー スポーク ホイールが使用されています。

通常、各スポークは、荷重がかかっていない状態で約100ポンドの力で張力がかけられています。自転車にライダーが乗って荷重がかかると、ハブの下のスポークの張力は低下します。ホイールが回転するたびにスポークの張力が繰り返し変化し、疲労破壊によってスポークが破損する原因となります。通常、スポークが破損するのは疲労が原因です。^[16]

適切な空気圧であれば、タイヤは軽い衝撃や振動を吸収し、120～130psigの範囲の高い空気圧の硬くて柔軟性のないタイヤよりも速く転がります。体重の重いライダーには、少し高い空気圧が必要です。^[17]

十分に張力のかかったワイヤースポークホイールにラジアル荷重がかかった場合、例えばライダーが自転車に座っている場合、ホイールは地面との接触面の近くでわずかに平らになります。ホイールの残りの部分はほぼ円形のままです。^{[18] [19] [20] [21]}すべてのスポークの張力が大幅に増加するわけではありません。代わりに、ハブの真下のスポークだけが張力を減少させます。^{[15] [22] [23] [24]}この状況を最もよく説明する方法は議論されています。^[25]一部の著者は、このことから、ハブは張力の低下を経験するすぐ下のスポークの上に「立っている」と結論付けていますが、ハブの下のスポークはハブに上向きの力を加えておらず、ホイールの物理的性質をあまり変えずにチェーンに置き換えることができます。^{[20] [15]}他の著者は、ハブは、ハブに上向きの力を加え、ハブを引き下げるハブの下のスポークよりも張力が高い、ハブの下のスポークから「ぶら下がっている」と結論付けています。^{[23] [26]}

ワイヤーホイールは細くて比較的柔軟なスポークで構成されているにもかかわらず、放射状に硬く、高圧自転車タイヤと比較してもサスペンションの柔軟性が非常に低い。^{[27] [28] [29] [30]}

• ワイヤーホイール
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  放射状のスポークパターン（左）と3つのクロススポークパターン（右）の自転車の車輪
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  ワイヤーホイールを備えた初期のハーレーダビッドソン
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  ポートランドベイスン運河倉庫の吊り輪

ウィキメディア・コモンズには、ワイヤーホイールに関連するメディアがあります。

• Astounding.org.uk、ワイヤーホイールのたわみの分析。
• Duke.edu、ワイヤーホイールのたわみの分析（PDF形式）。