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自転車（じてんしゃ、）は、一般には、ふたつの車輪を前後に一直線に並べた構造をもち、乗り手の力によって駆動し、かつ乗り手の操縦（運転）によって地上を走行する二輪車のこと『世界大百科事典』第二版「自転車」。広義には、「三輪車」や四輪車など二輪車でないもの、水上自転車や氷上自転車など地上以外を走行するものも含む。
英語の 「bicycle」や「bike」 は車輪の数に着目した命名法であり、「二輪」を意味する。英語では3輪のものはtricycle（トライシクル）と呼ぶ。日本語の「自転車」には車輪の数に関する言葉が含まれておらず、三輪や四輪も含む。
日本の道路交通法では「軽車両」に分類される
。
運転免許を取得する必要は無いが、自転車でも交通事故は起き、死傷者が発生することもあるため、自転車の運転者には安全運転を心掛けることが求められる。
主な自転車に関する道路交通法の規定を以下に記す【自転車編】みんな知らずに捕まる道路交通法15選MOBY 2020年2月7日閲覧道路交通法イーガブ 2020年2月7日閲覧。
これらの違反について警察官による取り締まりも強化されるようになった。同時に、自転車利用の促進のため、道路での走行ルールの明確化、走行場所の法的な明確化・確保もされた。なおそれと連動して自転車専用レーン整備のための行政的な推進も図られる。
2024年11月1日、道路交通法が改正され、運転中の「ながらスマホ」と酒気帯び運転及び幇助について、罰則規定が整備された。
平成後期より、自転車の運転者「自転車保険」（事故時の損害賠償などに対応するもの）への加入を義務化する地方自治体も現れた。2015年10月に兵庫県で義務化が開始され、以降全国に広まる自転車保険の加入義務化ってなに？ au損保 2020年2月7日閲覧。
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|Saddle area サドルエリア
|Front set フロントセット
|Wheel ホイール（車輪）
|Drivetrain ドライブトレイン
|rear brakes リアブレーキ
フレームは自転車を構成する各部品が組み付けられる車台である。自転車のフレームは伝統的にフロントフォークとセットで製造され、流通してきた歴史があり、公的な強度・耐久性試験もフレームとフロントフォークを組み付けた状態で行われる。この場合、フロントフォークを含めた構造物はフレームセットと呼ばれる。
一方、スポーツ用の自転車においてはフロントフォークを含まないフレーム単体で製造、販売されることも多い。
フロントフォークとフレームはステアリングコラムと呼ばれる軸構造によって回転可能に接続され、ヘッドパーツと呼ばれる転がり軸受け構造によって滑らかに操舵できるようになっている。
ホイールとタイヤによって構成される。ホイールのハブとリムとの間は金属製のワイヤースポークによって支え、ハブには滑らかに回転するために転がり軸受け構造を採用し、タイヤは中空で、円形の断面形状を持つものが一般的である。
2輪の自転車では前輪が操舵、後輪が駆動を受け持つ構成が多いが、ベロシペードおよびペニー・ファージングまでは駆動と操舵の両方を前輪で行っていた。リカンベントの一部には駆動と操舵の両方を前輪で受け持つ構成の車種があるほか、前輪で駆動し後輪で操舵するものもある。
2輪の自転車では、操舵用のハンドルは棒状でフロントフォークの最上部に固定され、フロントフォークを直接回転させる構造のものが一般的である。操舵に必要な機能以外にも、強くこぐ際には運転者が上体を支えるよりどころとしての機能を持つため、用途によりさまざまな形態がある。3輪以上の自転車では、リンク機構によって操作を操舵輪に伝達する構造を持つものが多い。
運転者が座る部分はまたがって座るサドル型が一般的で、前方が細く、後方が広くなっている形状のものがほとんどである。
運転者が体重をかける割合が少ない用途では、こぎやすさを重視して細長く、運転者の体重の多くをサドルに乗せる乗車姿勢の車種では幅が広く作られていて、スプリングを備えたものもある。リカンベントでは運転者の背中までの広い範囲を支える椅子型（シート）のものが多い。
手漕ぎ自転車（ハンドサイクル）及び特殊なもの（主に遊戯用）を除けば、運転者が動力を与えるのにはクランクの先端に回転可能に支持されたペダルで行われる。
単純な平板状のものは踏み込む力だけを動力とするが、革紐などによって足を固定するトウクリップや、クリートと呼ばれる金具を備えた靴を固定するビンディングペダルによって、踏み込む力だけでなく足を引き上げる力も動力として利用できるペダルもある。
クランクには運転者の体格や体力、車体各部の寸法などに応じて選択できるように、いくつかの異なる長さのバリエーションを持つ製品もある。
ドライブトレインは、クランク、軸受、チェーンホイール（後述）、チェーン（あるいはコグドベルトや少数ではあるがシャフト）、スプロケット（あるいはカセットスプロケット）、フリーホイールなどによって構成される。
運転者の足や腕によって回転されるクランクはボトムブラケット（BB）と呼ばれる軸受け構造で支持される。
クランクの回転はローラーチェーンとスプロケットの組合せにより駆動輪へと伝達されるものが一般的である。19世紀末の安全型自転車が登場するまでは前輪の軸がクランクと直結しているものが通常であった。また、初期の自転車用チェーンはブロックチェーン（block chain）と呼ばれるもので、現在用いられているローラーチェーンとは構造が異なっていた。
スプロケットのうちクランクと同軸にあるスプロケットは自転車においてはチェーンホイールと呼び、単に「スプロケット」と呼ぶ場合は駆動輪と同軸にある被駆動スプロケットを指す。駆動輪のスプロケット軸にはフリーホイールが内蔵されていて、クランキングを止めて惰性で走行することができる車種がほとんどである。フリーホイールは安全型自転車の後期になって普及した一方、トラック自転車競技や室内自転車競技に用いられる自転車には現代でもフリーホイールは組み込まれていない。
変速機をもつ車種もあり、チェーンホイールとスプロケットの組合せを複数持ち、チェーンを掛け替える方式の外装変速機と、ハブ内部に歯車を持ち、スプロケットの回転速度を増速あるいは減速してホイールに伝達する内装変速機がある。外装変速機には複数のスプロケットをまとめてハブから分離することができる構造のものがあり、カセットスプロケットと呼ばれる。前後のディレイラによってチェーンの位置を左右に移動させ、チェーンと組み合わさるチェーンホイールやスプロケットを変える。
多くの場合はハンドルバーの端部に備えられたレバーで操作し、コントロールケーブルやリンク機構で操作が伝達される。クランクを逆転させることで作動するコースターブレーキと呼ばれるものも一部で採用されている。エラストマー製の摩擦材がリムを挟んで制動する構造や、ハブにと同軸に備えられた円筒を皮革など帯状の摩擦材を巻き付けて制動する構造のものが多く採用されている。
日本では公道を走行する自転車にはブレーキ装置を前後両輪に備えることが義務づけられている道路交通法施行規則 第九条の三 法第六十三条の九第一項の総理的令で定める基準は、次の各号に掲げるとおりとする。。
日本では道路交通法第52条により夜間の点灯義務がある。夜間は必ず前照灯を点灯させなければならない。前方を照射するための部品でもあるが、周囲の歩行者や車両の運転者に、自転車の存在を認知させること（被視認性）が主たる目的である。
前照灯は、あらかじめ自転車に備わっているものも、後付けの製品もある。自転車販売店のほか、ホームセンターや百均などでも販売されている。
前輪のリムに接触させたダイナモの回転子が前輪の動きに合わせて回転し発電して発光するリムダイナモ式が古くから用いられている。前輪のハブにダイナモを取り付け、夜間走行中に自動的に点灯するハブダイナモ式も増えている。他に、乾電池や太陽電池と二次電池で発光する前照灯も販売されている。
後部に設置し自車の存在を知らせ、後部からの被視認性を向上させる。他の車両の前照灯の光を反射して赤く光る反射材と、赤い光を後方に照射する尾灯とがある。日本では道路交通法第52条および第63条の9により夜間に運転する場合は反射材か尾灯の少なくとも一方を装備する必要がある。
自転車の車輪や車体を電源や反射塗料、無機ELなどで発光させ、側面からの被視認性を向上させるもの夜間、どこから見ても光る自転車が話題に - 桑原恵美子、日経トレンディネット、2016年1月27日。
反射塗料を塗装した自転車としては、アメリカ合衆国カリフォルニア州サンフランシスコのMission Bicycle Companyによる「Lumen」がある。これは、車体に再帰反射粒子を含有する物質を粉体塗装したもので、フレーム全体が光を反射する。Kickstarterで15,000ドルを目標に出資を募ったところ、60,000ドル以上を集めている。自動車メーカーのボルボは、自転車向けの光反射スプレー「LifePaint」を、2015年にイギリスで試験発売している。また、マルキン自転車（ホダカ）も「レアルタシティ ハイブリッド」を発売している～夜間走行が安全安心に ～『360°視認される電動アシスト自転車』 ホダカ株式会社、2014年4月2日。
無機EL発光体を使用した自転車としては、カインズが2015年11月に発売した「光る自転車KiLaCle（キラクル）」がある。これは、前輪で発生させた電気を利用し、自ら発光することにより視認性を向上させたモデルである連載：ヒットの芽 夜間、どこから見ても光る自転車が話題に 日経トレンディネット、2016年1月27日]カインズの光る自転車 KiLaCle（キラクル） カインズ。
自車の接近を音で伝えるための部品。指でレバーを操作し、ベルを鳴らすものが多い。
道路交通法第54条により、警音器を鳴らす義務がある場面がある。また、法令で規定されている場面以外では鳴らしてはならないとされている。
道路交通法に記述されているのは「鳴らす義務」であり、自転車に警音器を整備する義務は無い。ただし、多くの都道府県の道路交通法施行細則や条例で整備を義務化している。例えば、東京都では条例（東京都道路交通規則第8条第9項）により警音器が整備されていない自転車に乗車することを禁じている。
ファイル:Maskinfabriks-aktiebolaget Scania bicycle crank.jpg|クランクとチェーンホイールの実物
ファイル:Britannica Bicycle Crank-Axle Bearing.jpg|自転車のクランクの軸受の断面図。（『ブリタニカ百科事典』掲載の図）
ファイル:Shimano xt rear derailleur.jpg|外装型変速機の外観 横型パンタグラフ式
ファイル:Speed1c.png|内装型14段変速機の内部構造
ファイル:Gazelle Speciaal -5.jpg|前照灯（リムダイナモ式）
ファイル:HeadlightHandlebar3.jpg|前照灯（電池式、LED式）
通勤や通学のために広く使われている。大人が幼稚園児・保育園児を送り迎えするのにも使われている。小・中・高生が習い事や塾に通うためにも使われている。
ファイル:Torvegade Bike Commuters (15730632647).jpg|通勤利用（デンマーク、コペンハーゲン、2014年）
ファイル:Commuter with bike in the Great Barrier Island Car ferry, Auckland - 0339.jpg|通勤（の途中でフェリーも利用中。イギリス）
ファイル:Kiuchi Kyou.png|自転車通学する女学生。明治時代
レンタサイクルは、最近では世界各国の都市部で、駅前やバスターミナルなどの交通拠点近くに配備されることが増えており、なかでも、都市部に同一規格の多数の「レンタル・ステーション」が用意されていて、都合のよいステーションで借り別のステーションで返却できるシステムはその利便性から、ヨーロッパなどで急速に普及しつつある。フランス・パリではこのタイプのシステムがすでに大規模に整備されている。
中国の都市部では、不特定多数の人々で膨大な数の自転車をシェアするシェア自転車のシステムが大人気となり急速に広まっている。システムの登録者は、スマホのアプリを使ってどこでも解錠と施錠ができ、利用したい時は空いている自転車の場所をスマホの画面で検索可能、というシステムであるモノフラッシュ「シェア自転車」。
File:Firefighter_bicycle.jpg|消防での利用例
File:Bicycle-ambulance-russian-empire.jpg|救急活動での利用（ロシア）
ヨーロッパ諸国では自転車の利用が非常に盛んな国が多い。欧州諸国では、1990年代以降自転車が環境や健康にもたらす効果を重視し、自転車を都市交通の重要な担い手と位置づけている。
オランダ、デンマーク、スウェーデン、ドイツなど多くの国で自転車交通教育の推進によって自転車交通が促進されている。通行規則は自動車やバスなど同じ道路を走る他の車両と一体として整備され、全ての車両の運転者に等しく、車道での安全走行が規則として徹底される。自転車または二輪車のための専用レーン整備が進められる一方で、専用レーンがない場合でも、自転車は車道を走行する車両とみなされ交通規則が適用されている。
オランダやデンマークでは通勤利用者に対する購入時の金銭的補助がある。スイスでは山岳地帯であるにもかかわらず、自転車観光ルートを充実させ、ルートガイドを徹底することにより、自転車による観光が推進されている。ドイツ、オランダ、サンフランシスコなど、鉄道車両などの公共交通機関に折りたたむことなく、そのままの状態で自転車を持ち込むことができる場所も多い。これにより自転車で最終目的地に到達できる可能性が増す。
近年、共有自転車（コミュニティサイクル、バイシクルシェアリング）を都市内で大規模に導入する動きもみられ、ヴェリブ (フランス・パリの自転車貸出システム)はその中でも代表例である。
南アメリカのコロンビアの首都ボゴタは、市長提唱による自転車交通推進によって短期間に欧州的な自転車都市となった。長年毎週日曜日には中心の7番街でシクロ・ビア（自転車天国）と呼ばれる自転車中心に歩行者やローラースケーターたちへの道路の開放が行われてきたが、1990年代後半以降は地域を拡大し、さらに大規模に行われるようになった。
インドでも自転車は多く利用されている。インドは自転車生産でも世界有数の国となっている。
北米（アメリカ合衆国・カナダ）は典型的な車社会で、4輪の自動車ばかりが前面に出がちだが、ニューヨーク市、サンフランシスコなどの都市では、渋滞の影響をさほど受けずにスムースに移動できる手段として重宝されている。都市内部のビルの上層階の住宅に住み都市内部の別のビルの職場へと通勤する者や、自転車便などによってさかんに利用されている。歩行者や自転車運転者を護るために、自転車レーンが設けられている道路が多い。また米国全土で、スポーツやレジャーなどのための自転車利用が行われている。
日本は国土の多くが自転車利用に不向きな山岳にもかかわらず、自転車普及率は世界的に見ても高い。保有台数は8655万台で、人口1.5人当たり1台にのぼる（2005年）。これは西欧で特に自転車利用が多いオランダ（人口0.9人当たり1台）、ドイツ（同1.2人）、に次いでベルギー（同1.9人）と同等の水準であり、アメリカ、中国、イギリス、フランス、イタリアといった国々を上回る。
自転車は標識で通行を認められた歩道を除き、車道の左側を走ると定められており、車道の右側および認められていない歩道を走行すると「逆走」ということになり道路交通法違反である。2016年12月には自転車活用推進法が制定され、これに伴いさまざまな施策が立案されている。
都市部では公共交通機関が発達している一方、自動車優先の交通政策が敷かれ、自転車が交通手段として明確に位置づけられていなかった。
ファイル:長岡市立 南中学校 学区外生徒用 自転車 駐輪場.jpg|中学校の学区外から自転車通学する生徒のための自転車置き場。
ファイル:郵便自転車 2009 (4164065859).jpg|郵便配達での利用
自転車による移動は生物と機械の両方の中で、その移動に要するエネルギーの量に関して突出して効率的であり、人間がある距離をある速度で移動するのに必要なエネルギーの量で比べると自転車は徒歩の5分の1に過ぎないという定説がある。1950年代の中期に、現在の「財団法人自転車産業振興協会自転車技術研究所」の前身にあたる「自転車生産技術開放研究室」がまとめた研究により、この数値はおおむね正しいことが確認された。この際には、被験者の呼気に含まれる二酸化炭素の量から消費カロリーを推算する手法が用いられた。
こうした数値を基に、一般的な自転車で1kgの物体（車体を含む）を1km移動させるのに必要なカロリーは、おおよそ自動車の6分の1、ジャンボジェット機の4分の1程度しか必要ないとの試算もある。
瞬間的な速度の記録に関しては、平地単独走行で全風圧を受けての最高速度の記録は、2013年12月6日、メキシコのアグアスカリエンテス・二百周年自転車競技場（Velódromo Bicentenario）標高1800 m、屋内、周長250 m木製走路でフランス人'''フランソワ・ペルヴィ'''がUCIトラック自転車競技ワールドカップ・メキシコ大会のスプリント予選（200 mフライングタイムトライアル）で出した世界記録9秒347は速度換算では77.03 km/hとなる。これがユネスコ所管の唯一公式にしてサイクリストが全風圧を受ける通常形態の安全型自転車による最速記録といえる。Union Cycliste Internationale - Track - About
機材の形態にとらわれない記録挑戦では、2015年9月19日、米国ネヴァダ州バトルマウンテン（Battle Mountain）標高1475 m、直線走路郊外の一時的に閉鎖した公道でカナダ人トッド・ライカート（Todd Reichert）がタイヤ接地面のみわずかに開口したストリームラインボディのリカンベント Eta で達成した139.45 km/hがヒト一人のみの出力による最高速度記録であった。Etaは極めて低い位置に仰向いて座り前輪を両脚で挟むように前端のクランクを回すため、後輪駆動は構造上ほぼ不可能で前輪駆動を採用している。また前を見通す視界はなくカメラ映像に依存する。2016年9月19日、同地、同プロジェクトによって記録は144.17 km/hに更新された。Aerovelo - Eta — Aerovelo世界各国に自転車メーカーが存在し、多くの自転車が製造されている。
2009年には全世界で一年に1億3000万台の自転車が販売され、そのうちの66％が中華人民共和国で製造された。ただし世界最大の自転車メーカーは台湾に本社があるジャイアント・マニュファクチャリング（GIANT）であり、2014年の統計によると この一社だけで世界の自転車製造の10%を占めており、およそ600万台を製造したZIPPA, "Who is the biggest bicycle manufacturer in the world?"（同社は台湾、オランダ、中華人民共和国、ハンガリーに製造所を所有している）。その他ジャイアントに次ぐ世界大手の名を挙げるとメリダ・インダストリー、ドレル Dorel Industries（カナダに本社があり、キャノンデールブランドを抱える）、アクセルグループ（Accell。オランダの自転車メーカー）を挙げることができる。自転車の部品にも焦点をあてると、シマノが最大手である。
2011年には、世界の自転車市場の規模は610億ドルにのぼった。
欧州諸国の中ではポルトガルが最大の製造国で、2020年の統計で およそ260万台を製造したCycling Industry News, "How collaboration made Portugal Europe’s largest bike maker" 。
自転車メーカーの一覧は別記事「自転車メーカー一覧」が参照可能である。
日本国内で販売される自転車についての統計資料は（日本の）自転車産業振興協会が集計しており、その資料によると、日本で販売された自転車は2021年の1年間でおよそ689万台で、そのほとんどは輸入されている自転車産業振興協会「自転車生産動態・輸出入統計」の表の2021年「国内向け」の欄。
自転車の製造は、自転車のフレーム自体やボールベアリング、ワッシャー、スプロケットなどの特別な部品の両方に高度な技術を必要とするため、金属加工技術の進歩を促し、他の高度な産業にも影響を与えた。これらの製造を通じて熟練した金属加工技術を身に付けた労働者は、初期の自動車や飛行機の開発に大きな役割を果たした。また、自転車製造業は機械化や大量生産. GM's practice of sharing chassis, bodies, and other parts is exactly what the early bicycle manufacturer Pope was doing.（のちにフォード・モーターやゼネラルモーターズも採用した）、垂直統合（のちにフォードも採用した）、積極的な広告（1898年の米国の雑誌のすべての広告のうち10％は自転車メーカーが占めていた）、道路改善のためのロビイングなどいくつもの産業モデルを開発し、他の産業に伝授する役割を果たした。また、自転車産業は年間のモデルチェンジを初めて採用、この方式はゼネラル・モーターズにも受け継がれ、大成功をおさめた。
初期の自転車は、ファッショナブルなエリートによって財力を誇示するために消費されるもののひとつであった。そのため、自転車それ自体よりもそれにつけるためのカスタムパーツのの消費が多くなることがあった。
自転車の普及によって自転車メッセンジャー、自転車教室などの新たな職業が生まれ、また自転車レースも開催されるようになった。自転車レースの形態はのちにオートバイレースや自動車レースへとつながっていった。
初期の自動車や飛行機の開発者には自転車によって機械製造の基礎を身に付けたものが多く、飛行機を発明したライト兄弟もオハイオ州デイトンの自転車屋であった
。いくつかの自動車メーカーは自転車メーカーから成長してきたものである。イギリスのローバーは1878年にStarley & Sutton Co. of Coventryとして創業したときは自転車メーカーであり、1901年に自動車の製造を開始した。同じくイギリスのモーリスも1910年の創業時は自転車メーカーであり、1913年に自動車メーカーとなった。チェコのシュコダもオーストリア＝ハンガリー帝国時代の1895年にラウリン&クレメント社として創業したときは自転車メーカーで、自動車業進出は1901年のことであった。また、日本の本田技研工業は自転車メーカーではなかったが、自転車に搭載するモペッド用の補助エンジン制作からスタートして世界有数の自動車メーカーとなった。
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