Forge Trip Hammer の作り方

川や小川の一部を、敷地まで導き、水車が設置される場所へ安定した流れを届ける水路（用水路または水門）を掘ります。水路の始点にあるゲートで、流れの開始、停止、および流量の調整ができます。機械全体はこの流れる水で動きます。重力と水流だけが動力源です。

水車を組み立て、固定された軸受で回転する頑丈な鉄の車軸に取り付けます。分流された水が水車に当たるように配置します。上から当てる（オーバーショット）か、下部の羽根に当てる（アンダーショット）かのいずれかです。押し流される水が車軸に一定の回転トルクを与えます。

重い木製または鉄製のカムシャフトを水車の車軸に連結し、水車と一緒に回転するようにします。この回転する軸がハンマーを駆動します。

カムシャフトの周囲に、突出した湾曲の鉄製カム（ラグ）を取り付けます。各カムは、一回転ごとにハンマービームを引っ掛けて持ち上げる爪の役割を果たします。シャフトの周囲にカムが多いほど、一回転あたりの打撃回数が増えます。

重い木製の梁（ヘルヴ）を成形し、固定されたピボット（支点）に取り付けて、シーソーのように揺れるようにします。尾部はカムシャフト側、頭部は金床側になります。

重い鉄のハンマーヘッドを鍛造し、柄の作業側の端に固定します。これが叩く役目を担う質量であり、高所から落下するその重さが打撃を与えます。

重い鉄製の金床を、ハンマーヘッドの真下にある頑丈な土台にしっかりと埋め込み、ヘッドが金床の面に真っ直ぐ当たるように位置を合わせます。加工物はここに置かれて打たれます。

ハンマーの柄尾がカムの回転経路に入るように柄を位置合わせします。カム軸が回転すると、各カムは柄尾の下面を捉えて持ち上げ、カムが通過する際に柄尾を確実に解放しなければなりません。

水門を開けます。水車が回り、カムシャフトが回転し、各カムがハンマーの柄尻（ヘルブ・テイル）を持ち上げ、先端（ヘッド）が上がります。カムが通り過ぎた瞬間、柄尻が下がり、ヘッドは重力によって金床の上へ落下します。カムが一回通過するごとに打撃が一回起こります。これが全サイクルであり、水が流れている限り繰り返されます。

水路の先端にある水門で槌を制御します。水が多いほど水車は速く回り、打撃も速く強くなります。水が少なければ遅くなるか停止します。水門はスロットルの役割を果たします。

多くの歴史的な鍛冶場ではトロンプを備えていました。これは、管を落ちる水が空気を一緒に引き込み、下の室で圧縮して、その安定した送風を鍛冶の火へ送る仕組みです。ふいごも扇風機も不要です。ハンマーを動かすのと同じ落下水で鍛冶場の火にも送風できます。

鍛冶炉で被加工材を加熱する ― スポンジ状の鉄塊を締め固める場合や、棒材を引き伸ばす場合に用いる。被加工材を落下するハンマーヘッドの下の金床に載せ、槌に仕事をさせる。鉄塊の締め固め、延伸、成形を、手槌よりもはるかに速く行うことができる。

基本原理:トリップハンマーは水車の回転エネルギーを、垂直方向の繰り返し打撃へと変換します。カムは持ち上げる役割であり、打ち下ろす力を生むのではありません。カムはハンマーヘッドを持ち上げるだけで、力を生み出すのは重力です。1分あたりの打撃回数はカムの数と水車の回転数の積で決まり、打撃の力はヘッドの質量と持ち上げられる高さで決まります。

その重要性:蒸気機関が登場する以前、水力が利用できる場所では、このようにして世界の錬鉄や鋼が成形されていました。水力で鉄の塊(ブルーム)を圧密し、棒材を延ばす作業は2,000年以上にわたって行われてきました。同じ原理は1840年代に蒸気ハンマーへと拡大され、その後の産業革命につながりました。現在でも、水力で動く鍛造ハンマーの一部は手作業で稼働しています。