ハンマー

ハンマーは道具であり、多くの場合は手工具であり、長い柄に固定された重り付きの「ヘッド」で構成され、これを振り回すことで物体の小さな領域に衝撃を与えます。例えば、木材に釘を打ち込む、金属を成形する（鍛冶場など）、岩を砕くなどです。^[¹^]^[²^]ハンマーは、打ち込み、成形、破壊、非破壊的な打撃など、幅広い用途に使用されます。伝統的な用途としては、大工仕事、鍛冶屋、戦争、打楽器を使った音楽演奏（ゴングなど）などがあります。

現代のハンマーの頭は、一般的には熱処理されて硬くなった鋼で作られており、ハンドル (柄またはヘルブとも呼ばれる) は、一般的には木やプラスチックで作られています。

骨組み工事で広く使用されているクローハンマーは、木材から釘を抜くための「爪」を備えており、北米の家庭用工具の在庫によく見られます。その他の種類のハンマーは、用途に応じて形状、サイズ、構造が異なります。多くの職業で使用されるハンマーには、スレッジハンマー、マレット、ボールペンハンマーなどがあります。ほとんどのハンマーは手工具ですが、スチームハンマーやトリップハンマーなどの電動ハンマーは、人間の腕の能力を超える力を加えるために使用されます。ハンマーには40種類以上あり、様々な用途があります。^[³^]

スチールヘッドの高い弾力性は、特に同様に弾力性のあるアンビルと組み合わせて使用する場合、エネルギー伝達に重要です。

人間の生理学的観点から見ると、ハンマーの使用の多くは、強力な筋力による協調的な弾道運動を伴う。これらの運動は、飛行中に意識的に調整するには速すぎるため、神経筋レベルで事前に計画する必要がある。このため、高速で正確に打撃するには、同じ標的部位を軽く叩く動作よりも多くの練習が必要である。投擲、棍棒打ち、ハンマー打ちといった関連する弾道運動に伴う事前の計画、順序付け、正確なタイミングといった認知的要求が、初期人類の脳の進化を促したと考えられている。^[⁴^]

歴史

ストーニーブルック大学のソニア・ハルマンドとジェイソン・ルイスが2012年にケニアのトゥルカナ湖付近の遺跡を発掘した際、木や骨、その他の石を叩いて砕いたり形を整えたりするのに使われた石を含む、様々な形の石が大量に堆積したことを発見したことによると、単純なハンマーの使用は330万年ほど前に遡るという。 ^[⁵^]^[⁶^]最初のハンマーには柄が付いていなかった。石を皮革や動物の腱で棒に取り付けたものが、旧石器時代中期の紀元前3万年頃には柄付きのハンマーとして使われていた。柄が加わることで、ハンマーをコントロールしやすくなり、事故が減った。ハンマーは建築、食料、護身用の主要ツールとなった。^[⁷^]

考古学的記録によると、このハンマーは確かな証拠が存在する最古の道具である可能性がある。^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

ミネソタ州ドーバータウンシップで発見された、北米の古期紀元前8000～3000年頃の石槌。
石叩きハンマー
石の穴あきハンマーの頭
古代ギリシャの青銅製の犠牲の槌、紀元前7世紀、ドドナ出土
16世紀の爪金槌。デューラーの『メレンコリア I』（1514年頃）の詳細。

構造と材料

伝統的な手持ちハンマーは、別々のヘッドとハンドルで構成され、専用のくさび、接着剤、またはその両方を使用して固定できます。この2ピース設計は、高密度の金属製の打撃ヘッドと非金属製の機械的衝撃吸収ハンドル（繰り返し打撃する際の使用者の疲労を軽減するため）を組み合わせるためによく使用されます。木材がハンドルに使用される場合、多くの場合ヒッコリーまたはアッシュが使用され、これらはハンマーヘッドからの衝撃波を分散させることができる丈夫で長持ちする素材です。 ^{[ 2 ]}硬質グラスファイバー樹脂がハンドルに使用される場合があります。この素材は水を吸収せず、腐敗しませんが、木材ほど衝撃を分散しません。

ハンマーヘッドが緩んでいると、振り回されている間にヘッドがハンドルから外れ、制御不能な危険な飛び道具となる危険性があるため、危険とみなされます。木製ハンドルは、摩耗や損傷した場合に交換できる場合が多く、様々なサイズやデザインのハンドルに対応した専用キットが用意されており、しっかりと固定するための特殊なウェッジやスペーサーも用意されています。

ハンマーの中には、主に単一の素材で作られた一体型のものもあります。一体型の金属製ハンマーでは、グリップ力を向上させ、使用者の疲労を軽減するために、ハンドルをゴムなどの弾性素材でコーティングまたは巻き付けるオプションもあります。^[⁸^]

ハンマーヘッドの表面は、真鍮、青銅、木材、プラスチック、ゴム、革など、様々な素材で仕上げられています。一部のハンマーには、必要に応じて打撃面を選択したり、摩耗したら交換したりできる交換可能な打撃面を備えたものもあります。

デザインとバリエーション

大きなハンマーのような道具はモール（時には「ビートル」と呼ばれる）、木製またはゴム製の頭のハンマーはマレット、そして切断刃を備えたハンマーのような道具は通常、ハチェットと呼ばれます。ハンマーの重要な部分はヘッドで、これは変形することなく意図したターゲットに打撃を与えることができるコンパクトな固体の塊です。道具の打撃面は通常平らかわずかに丸みを帯びています。打撃塊の反対側の端は、ボールペンハンマーのようにボール形状をしている場合があります。一部の家具製造用ハンマーには、画鋲を拾うために磁化された面があります。ハチェットでは、平らなハンマーヘッドは道具の刃先の補助的な役割を果たしている場合があります。

鋼鉄製のハンマーヘッドと打撃対象物との衝突により火花が発生し、可燃性ガスや爆発性ガスに引火する可能性があります。これは、地下炭鉱（メタンガスの存在により）などの一部の産業や、石油精製所や化学工場などの危険な環境において危険です。これらの環境では、主にアルミニウムやベリリウム銅製の、火花を発生しない様々な金属工具が使用されています。近年では、ハンドルは耐久性のあるプラスチックやゴムで作られるようになりましたが、衝撃吸収性と修理のしやすさから、木製ハンドルも依然として広く使用されています。

手動式

ボールペンハンマー、^{[ 9 ]}またはメカニックハンマー
ボイラースケーリングハンマー^{[ 9 ]}
真鍮ハンマーは、非発火ハンマーまたは防火ハンマーとも呼ばれ、主に油田などの可燃性区域で使用されます。
レンガ職人のハンマー
大工のハンマー（釘打ち用）、例えばフレーミングハンマーやクローハンマー、ピンハンマー（ボールピン型とクロスピン型）^{[ 9 ]}
牛のハンマー -家畜の屠殺に使われることもあるが、動物福祉の観点から現在は推奨されていない^[¹⁰^]
クロスピーンハンマー^{[ 9 ]}は、丸い面とくさび形の面が1つずつあります。
デッドブローハンマーは、砂、鉛の弾丸、またはペレットが詰まった中空のヘッドのおかげで、反動がほとんどない状態で衝撃を与えます。
解体ハンマー
ドリリングハンマー– 元々はノミを用いて岩石を掘削するために用いられた、柄の短いスレッジハンマー。この名称は通常、2～4ポンド（0.91～1.81 kg）のヘッドと10インチ（250 mm）の柄を持つハンマーを指します。片手にノミ、もう片手にハンマーを持ち、一人で掘削作業を行うため、「シングルジャック」ハンマーとも呼ばれます。^{[ 11 ]}現代の用法では、この用語は「エンジニアズハンマー」とほぼ同義ですが、柄がやや短いバージョンを指すこともあります。
短柄ハンマーであるエンジニアハンマーは、もともと鉄道技師が蒸気機関車の整備作業を行う際に使用する工具キットの必須部品でした。^{[ 12 ]}典型的な重量は2～4ポンド（0.9～1.8 kg）、柄の長さは12～14インチ（30～35 cm）です。元々はクロスピーンハンマー（丸い面とくさび形の面が1つずつ）を指すことが多かったのですが、現代では主に2つの丸い面を持つハンマーを指します。
裁判官や裁判長が注意を引くために使用する小槌
地質学者のハンマーまたは岩石ピック
ジョイナーハンマー、またはウォリントンハンマー^{[ 9 ]}
ナイフエッジハンマー。その特性は、ハンマー打ちが殴打しながら切断するのを助けるために開発された。
旋盤ハンマー（または、ラスハンマー、旋盤ハンマー、旋盤手斧とも呼ばれる）は、木製のラスを切断および釘打ちするために使用されるツールで、片側に小さな手斧の刃（釘を抜くための小さな横の切り込みがある）、もう片側にハンマーの頭があります^{[ 13 ]}
ランプハンマー、またはクラブハンマー
木槌（硬いゴムや巻いた生皮のシートで作られたものを含む）
鉄道線路キーイングハンマー^{[ 9 ]}
磁気式両頭ハンマー
磁気タックハンマー
ロッククライミングハンマー
丸めハンマー、鍛冶屋や蹄鉄工のハンマー。丸い面は金属を動かしたり引き抜いたりするのに、平らな面は表面の傷を「平らにならす」、つまり滑らかにするのに使用します。
シングラーのハンマー
スレッジハンマー
ソフトフェイスハンマー
スパイクハンマー
スプリッティングモール
ストライクタックハンマー
石工のハンマー
ティンナーのハンマー
室内装飾用ハンマー
溶接工のチッピングハンマー^{[ 9 ]}

機械駆動

機械式ハンマーは手工具とは見た目がかなり異なりますが、その原理はほとんど同じです。以下のようなものがあります。

物理

力の増幅器として

ハンマーは、機械的な仕事を運動エネルギーに変換したり、その逆に変換したりすることで機能する単純な力増幅器です。

各打撃の前のスイングで、ハンマーの頭は一定量の運動エネルギーを蓄えます。この運動エネルギーは、スイングの長さDと、腕の筋肉と重力によって生み出される力f の積に等しくなります。ハンマーが打撃すると、ハンマーの頭は、ターゲットから来る反対の力によって停止します。この力は、ハンマーの頭からターゲットに適用される力と等しく反対の力です。ターゲットが硬くて重い物体である場合、または何らかの金床の上に置かれている場合、ハンマーの頭は停止するまでに非常に短い距離dしか移動できません。停止する力Fとその距離の積は、ハンマーの頭の運動エネルギーに等しくなければならないため、Fは元の駆動力fよりもはるかに大きくなります。おおよそ、係数D / dだけ大きくなります。このように、鋼鉄を曲げたり、最も硬い石を割ったりするほどの力を生み出すのに、それほど大きな力は必要ありません。

頭部の質量の影響

ハンマー打撃によってターゲットに伝えられるエネルギーの量は、ヘッドの質量の半分に衝突時のヘッドの速度の2乗を掛けたものに等しい。ターゲットに伝えられるエネルギーは質量に対して直線的に増加するのに対し、速度に対しては2乗的に増加する（下記のハンドルの影響を参照）。ハイテクチタンヘッドは軽量でハンドルを長くできるため、速度が上がり、重いスチールヘッドハンマーよりも腕の疲労が少なく同じエネルギーを伝えることができる。^[¹⁴^]チタンヘッドの反動エネルギーは約3％で、最大30％の反動を持つスチールヘッドと比較した場合、効率が向上し疲労が軽減される。デッドブローハンマーは、衝突後にハンマーヘッドを跳ね返らせるのではなく、特殊なゴムまたはスチールショットを使用して反動エネルギーを吸収する。 $(E={mv^{2} \over 2})$

ハンドルの効果

ハンマーの柄はいくつかの点で役立ちます。使用者の手を打撃点から遠ざけ、手で握りやすい広い面積を提供します。最も重要なのは、使用者が一撃ごとにヘッドの速度を最大化できるようにすることです。柄の長さを長くすることに関する主な制約は、ハンマーを振り回すスペースの不足です。そのため、主に広い空間で使用されるスレッジハンマーは、標準的な大工のハンマーよりもはるかに長い柄を持つことができます。2番目に重要な制約は、より微妙です。疲労の影響を考慮しなくても、柄が長くなるほど、ハンマーのヘッドを全速力で目標に導くのが難しくなります。

ほとんどの設計は、実用性とエネルギー効率の間の妥協点です。ハンドルが長すぎると、力が狙い通りではなく、間違った場所に伝わってしまうため、ハンマーは非効率的です。ハンドルが短すぎると、十分な力が伝わらず、特定の作業を完了するためにより多くの打撃が必要になるため、ハンマーは非効率的です。ハンマーが使用者に与える影響についても改良が加えられてきました。釘打ち機やその他の電動ドライバーが伝統的な使用分野を侵食しているにもかかわらず、衝撃吸収素材で作られたハンドルやさまざまな角度のハンドルは、ユーザーがこの古くからある道具を使い続けやすいように工夫されています。

ハンマーは、使用する人の姿勢を一定に保てない状況で使われることが多いため、実用性のために様々な妥協が求められます。十分なスペースがある場所では、スレッジハンマーのように柄が長く、ヘッドが重いハンマーの方が、対象物に最大の力を伝えることができます。しかし、そのような大きなハンマーをあらゆる作業に使用するのは現実的ではありません。そのため、様々な状況で最適な実用性を実現するために、全体的な設計は繰り返し改良されてきました。

重力の影響

重力はハンマーヘッドに力を及ぼします。下向きにハンマーを叩く場合、重力はハンマーストローク中の加速度を増加させ、一撃ごとに伝達されるエネルギーを増加させます。上向きにハンマーを叩く場合、重力はハンマーストローク中の加速度を減少させ、結果として一撃ごとに伝達されるエネルギーを減少させます。従来の機械式杭打ち機など、一部のハンマー打ち方法では、下向きのストロークにおける加速度を完全に重力に依存しています。

人間工学と怪我のリスク

ハンマーは体に当たると重大な傷害を引き起こす可能性があります。手動ハンマーも電動ハンマーも、不適切に使用すると末梢神経障害をはじめとする様々な疾患を引き起こす可能性があります。扱いにくいハンマーは、手や腕の関節に反復性ストレス障害（RSI）を引き起こす可能性があり、繰り返し衝撃を与えることで制御不能な衝撃波が神経や骨格を損傷する可能性があります。さらに、ハンマーで金属物を叩くと、小さな金属片が飛び散り、目に刺さる可能性があります。そのため、安全メガネの着用をお勧めします。

ウォーハンマー

ウォーハンマーは、近距離戦闘を目的とした中世後期の戦争兵器です。

象徴主義

ハンマーは人類が最もよく使う道具の一つであり、旗や紋章などのシンボルとして広く用いられてきました。中世には、鍛冶屋ギルドのロゴや多くの家紋によく使われていました。ハンマーとつるはしは、鉱業のシンボルとして用いられています。

神話において、トール神（北欧神話）とスケルス神（ケルト神話およびガロ・ローマ神話）、そして英雄ヘラクレス（ギリシャ神話）は、それぞれ伝承に登場し、それぞれ異なる意味を持つハンマーを持っていました。雷神トールは、ミョルニルと呼ばれるハンマーを振るいます。装飾用のハンマーの遺物が数多く発見されており、現代のこの宗教の信者は信仰の証として、しばしば複製品を身に着けています。

アメリカの民間伝承では、ジョン・ヘンリーのハンマーは人間の強さと忍耐力を表しています。

シンガポールの政党、シンガポール労働者党は、党の公民国家主義と社会民主主義の理念を象徴するためにハンマーをモチーフにしたロゴを採用した。

ハンマーが描かれたよく知られたシンボルの異形に鎌と槌がある。これは旧ソ連のシンボルで、共産主義や初期の社会主義と深く結びついている。このシンボルのハンマーは工業労働者階級を（鎌は農業労働者階級を表す）表している。ハンマーは東ドイツなどの旧社会主義国の一部の国章に使われている。同様に、ハンマーと剣は労働者階級にアピールしようとするナチズムの一派、シュトラッサー主義を象徴している。このシンボルの別の異形は北朝鮮の政党、朝鮮労働党に使われ、中央に主体思想と先軍思想の両方を象徴する筆が組み込まれている。