パワーハンマーとは？種類、設計、動作原理を徹底解説

パワーハンマーとは

パワーハンマーは、電気または蒸気を動力源としてハンマーを持ち上げ、打撃時に加速させて被加工物に打撃を与える機械式鍛造ハンマーです。「開放型ダイパワー鍛造ハンマー」とも呼ばれます。1880年代後半から鍛冶屋、刀鍛冶、金属加工者、製造業者に使用され、それまでのチルトハンマー（跳ね上げハンマー）に取って代わってきました。

設計と動作

典型的なパワーハンマーは、フレーム、アンビル、ハンマーヘッドまたはダイを保持する往復ラムで構成されます。ワークは下部アンビルまたはダイ上に置かれ、上部ヘッドまたはダイがワークを打撃します。

パワーハンマーはチルトハンマーの直系子孫ですが、機械リンク・ばね配列、圧縮空気、または蒸気の形で位置エネルギーを蓄え、下降ストロークでラムを加速させる点が異なります。これにより、単なる自由落下以上の打撃力を得られます。チルトハンマー、蒸気落下ハンマー、板/ストラップハンマーなどの先駆機は、動力源でラム/ハンマーヘッドを持ち上げるのみで、落下は重力のみに頼っていました。

パワーハンマーの能力は、ワークに直接作用する可動部品の重量で格付けされます。これには上部ダイ、ラム、機械リンクアーム・ばね、またはラム・ピストン・連結ロッド等が含まれます。具体的設計要素は動力源によって決まります。史上最大のパワーハンマーは蒸気駆動で、定格125ショートトン（約113トン）でした。

パワーハンマーの種類

市場で広く使用されている鍛造パワーハンマーには様々なタイプがあります。

• 空気圧ハンマー（ニューマチックハンマー）
• 蒸気/空気ハンマー
• ヘルベハンマー
• 油圧パワーハンマー
• レバー・スプリングハンマー

1. 空気圧パワーハンマー

シリンダ内で作動するピストンを担う典型的な機械装置です。ピストンはクランクと連結ロッド機構で主モーターシャフトに接続されます。ハンドレバーでエアバルブを操作。

エアバルブは別シリンダを通じて供給されます。もう一方のシリンダ内にもピストンが働き、その底部にタップ（タップ）を保持し、固定ガイドに沿ってスライドさせます。タップを動かすため、シリンダ内ピストンを下降させ、もう一方シリンダ内ピストン上部に真空を生成。この吸引効果でタップが持ち上がります。

シリンダ内ピストン上昇ストローク末端付近で、空気が一方シリンダから他方へ押し出され、ピストン上昇により圧縮されます。これがピストンを押し下げ、タップを高速で下降させます。この動作を定期的に繰り返し、必要な打撃を得ます。

2. 蒸気/空気パワーハンマー

蒸気または圧縮空気の効果で動作するハンマーです。可動ラム、ロッド、ピストン、リフティングツール、複動高圧蒸気シリンダ、ハウジング/フレーム、アンビルで構成されます。

蒸気が最初に入り、シリンダ底部でピストンが上昇し可動部品を持ち上げます。力は3m/s、可動部品質量は約5,000kgと見積もられます。

打撃が必要になるとレバーが自動で作動し、上部スライドバルブを開いてシリンダ上部から蒸気を導入、底部の排気蒸気を排出。こうして必要な打撃を得ます。

3. ヘルベパワーハンマー

「トリップハンマー」または「チルトハンマー」とも呼ばれる大型動力ハンマーです。1つの鍛冶場に複数のヘルベハンマーが設置されることもあり、「ハンマーミル」と呼ばれます。

これら鍛造パワーハンマーは通常、カムで持ち上げられ、突然解放されて重力で落下します。ヘルベハンマーは水車で油圧駆動される機械装置が主流です。

また、精錬炉で鉄塊（ブルーム）をより加工しやすい棒鉄に変える用途でも使用されます。

4. 油圧パワーハンマー

油圧ハンマーは油圧プレスとも呼ばれ、大気圧の200〜300倍の油圧を油圧シリンダで使用します。重鍛造に適用され、プレスと油圧駆動で構成。単一絞り込み動作で完了するため、他のハンマー鍛造に比べ生産速度が速いと観測されています。

速度・低圧・ダイ移動が自動制御されるため、低騒音・低振動です。75,000トン力のプレスも現在では一般的。鍛造業界では1,000〜10,000トン級プレスが広く使用され、ナット・ボルト・ネジ・リベット生産に多用されています。

5. レバー・スプリングハンマー

小物鍛造用の比較的軽量なパワーハンマーです。頑丈なフレームに上部垂直突起があり、ここに積層スプリングを収めたベアリングハウジングとして機能します。

スプリング両端：一方は連結ロッドを保持、他方は垂直タップを保持。タップが重量を担い、固定ガイド内で上下動します。

連結ロッド下端はエキセントリックシーブに取付、さらにクランクホイールに接続され、ハンマー作動とトレッドル踏み込みを担います。これによりシーブがクランクホイール経由で回転し、積層スプリングがベアリング内で振動開始。この連続振動でタップが上下動し、ワークに必要な打撃を与えます。ハンドレバーで連結ロッドストロークと打撃強度を調整します。