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Trip hammer - Wikipedia

トリップ・ハンマーとは水力を動力にするものであれば、水車の回転がカムにより、ハンマーの「つく」動き に変換され、これが色々な用途に利用されました。 日本の水車は、水車の回転運動がカムにより杵の「つく」動きに変換されるので、 水力トリップ・ハンマーは日本の水車に似ています。 ヨーロッパの古いトリップ・ハンマーには穀物を「つく」ことに使用されたものもありました。 但し、ハンマーは軸のまわりに回転するので杵が垂直に動く日本の水車とは違うように見えますが、 トリップ・ハンマーの変形版であるスタンプ・ミルでは複数の杵が垂直に動き、 鉱石の粉砕に利用されました。従って、この場合は杵の動きは日本の水車と同じです。 この意味では、日本の水車はヨーロッパの製粉水車 (製粉ミル) よりも、 トリップ・ハンマーの方に類似している。

ヨーロッパの水車には日本の水車との類似点もありますが、馬力が大いに違い、 「つく」動作は、穀物の処理に使用されることがなくなり、鉱石の処理に使用された。 なお、日本の杵が「つく」のは石臼ですが、ヨーロッパの杵が「つく」のは石でできたアンビル (anvil, 金床) です。 このようなアンビルにはローマ帝国の時代のものが発見されている。

トリップ・ハンマーは、チルト・ハンマー (tilt hammer) あるいはヘルブ・ハンマー (helve hammer) とも 呼ばれ、巨大な動力ハンマーである。 伝統的なトリップ・ハンマーの使用には、 農業で穀物を つき (pounding, 搗く (杵 (きね) で搗く)、 皮をむき (decorticating)、 そして磨くこと (polishing) がある。 鉱業ではトリップ・ハンマーは鉱石 (metal ore) を小さなかけらに粉砕することに使用された。 もっとも、このためにはスタンプ・ミル (stamp mill) がもっと普通であった。 (トリップ・ハンマーは) 精製炉 (finery forge) で、 塊鉄 (bloom) を引き出して (drawing out)、 錬鉄 (wrought iron) から もっと作業しやすい板鉄 (bar iron) にするために使用された。 トリップ・ハンマーは錬鉄 (wrought iron)、 ラテン (latten, 初期の真鍮の形式)、 鋼などの金属の色々な品物を製造するのに使用された。

セント・ミカエル溶鉱炉 (St. Michael's Furnace) の資産のトリップ・ハンマー、 サンチュベール (Saint-Hubert) (ベルギー) の「鉄の博物館」(Museum of Iron)

1 台以上のトリップ・ハンマーがフォージ (forge, 鍛冶場) に設置され、 フォージ (forge) は ハンマー・ミル (hammer mill)、 ハンマー・フォージ (hammer forge)、 あるいはハンマー工場 (hannmaer works) とも呼ばれた。 ハンマーは通常、カムで持ち上げ・解放されて重力で落下した。

トリップ・ハンマーは 前漢 (Western Han dynasty) 以来、帝政中国 (Imperial China) で使用された。 これらは同時代のギリシャ・ローマ世界 (Greco-Roman world) にも存在し、 12 世紀の中世ヨーロッパで使用されたことの証拠がもっとある。 産業革命の最中に、トリップ・ハンマーは気に入られなくなり、 動力ハンマー (power hammer) で交代された。 しばしば複数のハンマーが、中央にある動力源から、 一連のラインシャフト (line shaft)、滑車 (pulley)、そしてベルトを経由して動力が与えられた。

古代中国では、トリップ・ハンマーは臼 (mortar, うす) と杵 (pestle, きね) の使用から発展し、 ここから足踏み式チルト・ハンマー (treadle operated tilt hammer) が登場した (tilt hammer = 中国語：碓、 拼音 (Pinyin) dui、 ウェード式 (Wade-Giles) tui)。 後者は単純な装置で、テコと支点 (lever and fulcrum) を使用し (足の重さを一方にかけた圧力で操作され)、 これは、一連の留め金 (catch) あるいは突起 (lug) もその造作に含んでいる。 この装置は穀物をつき、しばしば皮をむき、 そして磨く労働を可能にし、手作業でつくことを避けた。

水力を動力にするトリップ・ハンマー、 王禎 (Wang Zhen, 1290年 - 1333年に活躍) による農書 (Nong Shu)	水力を動力にするトリップ・ハンマー装置、 天工開物 (Tiangong Kaiwu) の百科事典からの挿絵、 宋応星 (Song Yingxing) (1587年 - 1666年) による著書

中国の歴史家が、この (トリップ・ハンマーの) 起源が 周 (BC 1050 年 - BC 221 年) までさかのぼると断言しているが、 英国の中国学者である ジョセフ・ニーダム (Joseph Needham) が考えていることは、 装置を記述している最も古い教科書は BC 40 年の 急就篇 (Jijiupian dictionary)、 揚雄 (Yang Xiong) の教科書で BC 15 年の 方言 (Fangyan)、 更には AD 20 年頃の ( 王莽の簒奪 (Wang Mang) の最中に) 桓譚 (Huan Tan) により書かれた 「最も優れた記述」 ("best statement") の「新論」 (the Xin Lun) である。 後者の本では伝説的で神話的な王である 伏羲 (Fu Xi) が杵と臼を作ったとされている (これがチルト・ハンマー、更にはトリップ・ハンマー装置に進化したとされている)。 著者は神話的な伏羲のことを述べているが、 彼の記述の一節から、中国の AD 1 世紀に水車とトリップ・ハンマーが 広範囲に使用されていたことがわかる (中国における水力を使用した冶金に関しては 杜詩を参照のこと)：

しかしながら、このくだりは漢時代の他の初期の言及と と同様に、トリップ・ハンマーではなく「水力レバー」 (water lever) を 言及するかもしれない。 後の研究は、水圧ハンマー (hydraulic hammer) を描写する 同時期の漢時代の葬式用品 (funeral ware) を指摘して、 垂直水車が漢朝の期間に、一連のトリップ・ハンマーに動力を与えるのに使用されたことを示した。

彼の描写では、時代遅れの中国の「杵と臼」(dui, tui) がまもなく、 中国の水力によるトリップ・ハンマー (水碓) に交代されたようである。 漢朝の学者で詩人である馬融 (AD 79年 -- AD 166年) は詩の中で「水の流れがこだまする洞窟の中でハンマーが響く」ことに言及している。 AD 129 年の後漢書の中で 官吏の虞詡 (Yu Xu) は順帝に報告書を書き、その中で トリップ・ハンマーが漢から 祁連山脈 の運河を経由して 西の羌に輸出されたことを述べている。 政府の役人である 孔融 (AD 153年 - AD 208年) は 彼の著書 Rou Xing Lun の中で 「トリップ・ハンマーの発明は (古代の賢者の相対的な業績と比較して) 彼の時代の知性ある人間によって創り上げられた製品の すばらしい実例である」と述べている。 AD 3 世紀に、政府高官で技術者である杜預 (Du Yu) が複合トリップ・ハンマーの使用を設立した。 これにはいくつかのシャフト [訳注：ラインシャフトのこと] が使用され、 一つの大きな水車から動作するように配置されていた。 4 世紀の中国の教科書には何百ものトリップ・ハンマーを所有し、 これを操業している人たちのことが書かれており、 この様な人には尊敬された数学者である Wang Rong (AD 306 年死亡)、 Deng Yu (AD 326 年死亡)、Shi Chong (AD 300 年死亡) がおり、 中国における 30 以上の政府直領地の何百ものトリップ・ハンマーの操業の責任を担っていた。 唐 (Tang Dynasty, AD 618年 - 907年)、 宋 (王朝) (Song Dynasty, AD 960年 - 1279年) にはトリップ・ハンマーに関しての無数の記述があり、 明 (Ming Dynasty, 1368年 - 1644年) に関しては 福建省の紙工場における トリップ・ハンマーの使用に関しての報告がある。

中国におけるトリップ・ハンマーは、しばしばより効率的な垂直に設置された水車を動力とするが、 中国ではトリップ・ハンマーの操業では、 しばしば水平に設置された水車を使用し、ハンマーは横向きであった。 横向きのハンマーは AD 1313 年までに中国の挿絵に登場し、 古代と現代 (これは中世) の中国の冶金学の本である 王禎の農書 に出版された。 宋応星 (1587-1666) により 1637 年に書かれた百科辞典にも トリップ・ハンマーの挿絵がある。

中国のカムの使用は水平形式に限定されたまゝであり、 種類の少ない機械に限定されていた。 これには米の殻取り (rice hulling) のみが含まれ、 ずっと後には 雲母粉砕装置 (mica-pounder)、 製紙工場 (paper mills) と 製材所 (saw mills) が含まれるが、 縮充ストック (fulling stocks)、 鉱石粉砕機 (ore stamps)、 フォージ・ハンマー (forge hammer) は知られていなかった。

ギリシャ・ローマ世界 (Greco-Roman world)

水力によるトリップ・ハンマーの主要な部品 -- 水車、カム、ハンマー -- はすでに ヘレニズム時代に知られていた。 古代にカムがあったことは、BC 3 世紀の水力による 自動人形 (automata) に証拠がある。 とりわけギリシャの自動人形である 「フルート奏者」 (flute player) は、 機械がバーヌ・ムーサ (Banu Musa) により記述されたが、 合理的に ペルガのアポロニウス (Apollonius of Perge) によるものとされ、 水力によるトリップ・ハンマーの原理で機能する。

ピムサイント石 (Carreg Pumsaint) の規則正しいくぼみ と類似の石臼の塊は機械的に操業したトリップ・ハンマーに由来すると信じられている。	ローマの石のアンビル、 スタンプ・ミル (stamp battery)

ローマの学者である プリニウス (Pliny) (「博物誌」の 18.97) が示唆することは水力による杵が AD 1 世紀までに、イタリアでは広範囲に使用されていたことである：

何人かの学者はこのくだりを水力ミル (water mill) と 見なしていたが、 最近の学者は mola とは水力で駆動するトリップ・ハンマーのことで、 穀物をつき・殻を取る (pounding and hulling) ことに使用したのに違いないと議論している。 この機械的性質はルシウス・ポンポニウス (Lucius Pomponius, BC 100年 - BC 85年に活躍) の 縮充工ミル (fuller's mill) ---- 常に落下ストック (falling stock) によって操業した形式のミル (mill) ---- のこれ以前の言及によっても示唆されている。 しかしながら、最近の学者により、 ポンポニウス (Pomponius) の "mola" の翻訳に依存した 断片的な教科書の翻訳には間違いがある可能性が指摘された。 しばしば"mola" はミル (mill) あるいはミル石 (millstone) を意味するものと見なされ、 水力によるトリップ・ハンマーを言及するものと見なされていなかったのである。

「杵による穀物をつく装置」 (Grain-pounders with pestles) は 通常の水力ミル (watermill) と同様に、 「コンダの聖ロマヌス」 (Romanus of Condat) により辺鄙な ジュラ地方 (Jura region) に設立された 修道院で 5 世紀中頃になっても存在が示され、 示唆されることはトリップ・ハンマーの知識が中世中頃まで継続したことである。

サエピヌム (Saepinum) のイタリアの発掘現場で最近 古代末期 (late antique) の水力ミル (water mill) を発掘し、 タニング (tanning) のためにトリップ・ハンマーを使用したかもしれないもので、 古典的な環境でこの種のもので最も初期の証拠である。

最も広範囲のトリップ・ハンマーの使用はローマ帝国の鉱山で起きたようである。 ここでは深い鉱脈から取り出された鉱石が最初に細かい粒に粉砕され、更なる加工に供された。 石でできたアンビル (金床) には大きなヘコミが規則的に等間隔で残されており、 ここから示唆されることはカムで操作する鉱石の粉砕 (ore stamp) であり、 後の中世の (鉱石の) 採掘装置と極めてよく似たものである点である。 このような機械的に変形したアンビル (金床) は西ヨーロッパの数多くの銀鉱山と金鉱山で 見つかり、 これに含まれるものは ドライコシ (Dlaucothi, ウェールズ) とイベリア半島にあり、 年代測定のできる実例は AD 1 世紀と 2 世紀のものである。 ドライコシ (Dolaucothi) ではトリップ・ハンマーは水力駆動で、 恐らくは他のローマの鉱山場所でも同様である。 大規模な ハッシングと大地への放水技術 (hushing and ground sluicing technique) の意味することは大量の水が機械の動力を与えるのに利用可能であったことであるが、 スペインとポルトガルのアンビルのいずれも、 ミルの場所にあったわけではないことが確実である。 もっとも大半の鉱山は簡単に利用できる水資源と水路 (leat) のシステムがあった。 同様にピムサイント石 (Pumsaint stone) のローマ時代への年代決定は、 石が移動されたかもしれないことを処理しておらず、連結した可能性に依存し、 ローマ時代の結論はどれかが解明されると危うくなる。

中世ヨーロッパ

水を動力とする機械化されたトリップ・ハンマーは 12 世紀までに中世ヨーロッパに 再び登場した。 これらが使用されたことは中世のスチリア (Stylia, 現在のオーストリア) の文書に 述べられており、 1135 年の記録と別の 1175 年の記録がある。 1116 年と 1249 年の中世フランスの情報源はどちらも機械化された トリップ・ハンマーの使用を記録し、錬鉄のフォージ (forging) に使用された。 15 世紀までの中世ヨーロッパのトリップ・ハンマーは、 最も頻繁には垂直杵のスタンプ・ミル (stamp-mill) の形であった。 もっともこれらは初期の中国のもの (これらは頻繁に水平水車を使用) よりも、 もっと頻繁に垂直水車を利用した。 よく知られたルネッサンスの芸術家且つ発明家 レオナルド・ダ・ビンチ (Leonardo da Vinci) はフォージ (forge) そして書類切断の機械で使用されるトリップ・ハンマーのスケッチを描いた。 これは「垂直杵のスタンプ・ミル形式」 (vertical pestle stamp-mill type) のものであった。 フォージ・ハンマーの最古の描写は恐らくオラウス・マグナス (Olaus Magnus) の 北方民族文化誌 (A Description of the Northen People) で、 AD 1565 年のものである。 この木版の絵では、3 台のマーチネット (martinets, フォージ・ハンマーのこと ?) と 1 台の水車が、 オズモンドの 塊鉄炉の木と皮のふいごを動作させている。 横向きのハンマーでは、AD 1621 年のザンドラルト (Sandrart) とヅォンカ (Zonca) による挿絵がヨーロッパでは 最も最初のものである。

水力による鉱石粉砕機 (ore crusher)、 ゲオルク・アグリコラ (Georgius Agricola) による。

トリップ・ハンマーは頭部が横向きの柄 (helve、ヘルブ) の端に搭載されており、 ここから別名がヘルブ・ハンマー (helve hammer) であった。 個々の状況で使用する形式の選択は、操作が柄 (helve) に 加えるひずみ (strain) に依存していた。 ハンマーは通常、木造で、 鋳鉄製の輪 (ハースト (hurst) と呼ぶ) に搭載され、 ここが回転した。 しかしながら、10 世紀には最も重い柄 (helve) は時々、単一鋳造 (single cast, シングル・キャスト) で、ハースト (hurst) を組み込んでいた。

アビーデール産業村の水力駆動のハンマー

チルト・ハンマー (tilt hammer) あるいは テール・ヘルブ・ハンマー (tail helve hammer, 後部ヘルブ・ハンマー) は支点 (pivot) が柄 (helve) の中央で、 ここが装置の搭載場所で、頭部の反対側の端を下に押すことで持ち上がる。 実際にはこのようなハンマーの頭部は 1 ハンドレッドウェイト (hundredweight, およそ 50 kg) に 制限されたようであるが、非常に早く打つことができた。 これにより、鉄を刃物類に適した小さなサイズに取り出すことに適していた。 そのため シェフィールドのあたりには「チルト」と呼ばれる 多くのフォージがあった。 それらはまた、真鍮 (あるいは銅) の深鍋 (pot) や鍋 (pan) を製造するための並列製造機 (battery works) にも使用された。 並列製造機では (少なくとも ) 1 つの動力源から幾つものハンマーを動作させることが 可能であった。 ドイツには 300 kg ものチルト・ハンマーがハンマー・ミル (hammer mills) で使用され、 鉄をフォージした。 水車 (water wheels) により駆動された現存する可動ハンマーを 見ることができ、例えば エルツ山地 (Ore Mountains) のフローナウ・ハンマー・ミル (Frohnauer Hammer、[訳注：フローナウ村の博物館]) にある。

ベリー・ヘルブ・ハンマー (belly helve hammer, 中央ヘルブ・ハンマー) は通常は 精製炉で見受けられ、銑鉄をフォージ可能な板鉄にするために 使用された。 カムが柄に動力を伝えたのは、 支点とハンマー頭部 (hammer head) の中間であった。 ハンマー頭部は通常は 1/4 トンであった。 このようにしたのは恐らくハンマー頭部がより重ければ 木製の柄におけるひずみ (strain) がとても大きくなったためであろう。

ノーズ・ヘルブ・ハンマー (nose helve hammer, 先端ヘルブ・ハンマー) は 18 世紀後期あるいは 19 世紀初期に至るまではほとんど見受けられなかったものである。 これはハンマー頭部より遠い位置で持ち上げる型式である。 現存するノーズ・ヘルブ・ハンマー、及び絵に描かれているものは鋳鉄製のもののようである。

(少なくとも最大のフォージ (forging) に関しては) 蒸気動力のドロップ・ハンマー (drop hammer) が トリップ・ハンマー (trip hammer) の代わりになった。 ジェームス・ナスミス (James Nasmith) がこれを 1839 年に発明して、1842 年に特許を取った。 しかしながら、この時までに、 フォージは鉄産業 (iron industry) にとり重要でなくなっており、 これは 18 世紀末のパドル工程 (puddling) の 採用と共に進展したローラー・ミル (rolling mill, ローラー工場) の改良に 引き続いていた。 にもかかわらず、ハンマーはシングリング (shingling) で必要とされ続けた。