齒輪科普之齒輪簡史
齒輪簡史,主要取材自日本京都大學名譽教授会田俊夫《歯車の技術史》( 開発社,東京,1970),以西洋齒輪的發展為主幹並加以補充,使讀者從歷史中,知道齒輪的演變,從演變中瞭解齒輪的進化。特此說明。

齒輪簡史:從古早古早到亞里斯多德
齒輪由誰發明無從考證,但可以確定的是時間非常久遠。而齒輪的演變,是循著時間從古至今:由需求→應用→理論的軌跡來展開的。

一般來說,思考齒輪的發生有以下幾種來源:
※ 模仿自然的裝飾或道具——「齒狀輪」圖案
※ 有輻輳但並無輪緣的輪子——「齒狀輪」輪子
※ 銼刀
※ 金屬鑄造

★象徵性原始「齒狀輪」之圖案
齒狀輪之概念,自然而然的是由太陽、月亮與車輪演變而來。但當初之人類,尚不知齒狀輪具有傳達動力的技術意涵與功能,只是以太陽在自然界的至高無上,象徵無比的權威或在壁畫、陶器、銅器上常可見到圓形或齒形狀的標誌、裝飾或擬人的圖案或雕塑。

甚至也表現在神話上:
• 古埃及神話:拉(Ra)
• 古希臘神話:阿波羅
• 古羅馬神話:阿波羅
• 波斯神話:密特拉
• 先秦楚國神話:東君
• 中國神話和朝鮮:羲和( 女神)、金烏
• 日本神話:天照大神( 女神)
• 北歐神話:蘇爾
• 阿茲特克:維齊洛波奇特利
• 印加帝國:印地
• 婆羅門教:蘇利耶
• 佛教:大日如來( 與太陽相關)
• 道教:太陽星君

★「齒狀輪」之起源
滾柱之運用:BC 3000年,古埃及人已經能夠充分利用滾柱搬運巨石。
但是,前項屬於西元前2000年的古代思想及實際的運用,是否為有意義的技術表現,尚無法確認。
車輪之使用:BC 2000~BC 1000年間,古代幼發拉底河口之閃族,使用原始木輪戰車進行戰爭。
換言之,在我們理解齒輪具有技術意含之前很久的時間,齒輪已經以非技術性的面貌,存在於我們的生活之中了。

★銼刀
至於人類如何著手製造齒輪,其背後應具備怎樣的技術能力?基本上,人類在西元前400年的時候,便懂得使用銼刀。由於銼刀的發明,人類才有能力配合已經擁有的斧頭、槌子等工具,以雕塑木頭和進一步地型塑金屬。

金屬鑄造的「齒狀輪」
早期的齒輪質地多為木質、形狀多為柱狀、沒有齒形和齒距等規範,只要是能傳達運動的都可被拿來使用。常作為水力、風力、獸力等機構的傳動部件之一。
產生初步的齒輪之後,人類就想探究齒輪相關議題與原理。這樣的嘗試,以我們所知, 最早是亞里斯多德(Aristotle,BC384~BC322,古希臘哲學家,柏拉圖的學生、亞歷山大大帝的老師,是希臘三哲人:蘇格拉底、柏拉圖、亞里斯多德之一)。

他在《機械的問題》一書中,提到楔形、曲軸、滾柱、車輪、滑輪等機械元件之外,還提及以青銅或鑄鐵可以傳達回轉運動的齒狀輪,這是可查證最早對齒輪描述的記錄。

換言之,至少在亞里斯多德的時代以前,就存在金屬材質的雛形齒輪。

齒輪簡史:最早應用
既然知道人類已經發現齒輪,接著讓我們進一步探討古代人類如何使用這雛形齒輪。就我們所知,人類使用雛形齒輪的用途,集中於汲水或揚水裝置的傳動。
但是,汲水或揚水裝置是何時、由誰發明的,根據我們的理解,是逐漸演變的。雖然齒輪的發詳並無確切的論說,但是直到今天,仍然可以在兩河流域、尼羅河,甚至黃河流域等地,看見這使用
雛形齒輪的揚水裝置。


(下期待續)