自動センターパンチ

自動センター パンチは、ワークピース (金属片など) にくぼみを作るのに使用する手動ツールです。通常のセンター パンチと同じ機能を果たしますが、ハンマーは必要ありません。ワークピースに押し付けると、バネにエネルギーが蓄えられ、最終的にパンチを駆動するインパルスとして放出され、くぼみを作ります。パンチの先端に与えられるインパルスは、非常に再現性が高く、均一な刻印を作ることができます。

自動パンチの特許履歴を見ると、このツールの開発における 2 つの主な目標が、衝撃の再現性と操作の利便性であることが分かります。その他の望ましい特性としては、トリガー時の反動の少なさ、調整のしやすさ、信頼性などが挙げられます。

19 世紀後半から、打撃工具を必要とするパンチの改良として、自動センターパンチの設計が数多く開発されてきた。初期のタイプは完全自動ではなく、ユーザーが持ち上げる固定重り、またはユーザーが引くバネと重りを使用して打撃衝撃を与えていた。これらの設計には多数の特許が発行されており、21 世紀に入っても特許で参照され続けている。^{[1] [2] [ 3] [4] [5]}また、片手での使用を目的としたハンマーとパンチの組み合わせの例も数多くあるが、これは従来のハンマーが別のパンチ工具を打撃する様子をモデルにしている。^[6]

現代の自動センターパンチに関する最も古い米国特許は、1904年にハートリーとストリハルによって申請されたもので、板バネキャッチを使用してハンマーを解放する設計で、^{[7] [8]}両者ともブラウンとシャープに譲渡された。1905年にザイツは、後の全自動モデルの内部構造要素の多くを備えた手動トリガーパンチの特許を取得し、^[9]スポルディングは、1904年に提出された、打撃の調整が容易で、交換可能なねじ込みポイントを備えた板バネ制御の全自動パンチの異なる設計の特許を1908年に取得した。^[10]

L. S. スターレット社のアデルとバルツァーは、同心円状のシェルとピンをカムスロットに取り付けたトリガー機構の設計で特許を取得し、^[11]アデルとスターレットは、ハンマーを保持するために本体のテーパー穴によって作動するスライディングブロックを使用する設計で1907年の特許を取得しました。^[12]

1923年のザイラー特許^[13]で導入された改良のいくつかは、米国で大量に生産され、この特許は21世紀に入っても他の特許で参照されています。この設計では、アデルとスターレットの特許と概念的に類似したスライディングブロックを使用していますが、スライディングブロックを戻すために板バネではなくコイルバネが使用され、ブロックをスライドさせてハンマーを解放するというより複雑な仕組みになっています。

1942年のスウィート特許^[14]は、20世紀後半に最も多く製造されたトリガータイプの最初の説明であり、傾斜した中間ピンを使用して、メインスプリングが圧縮されるまでハンマーを押し戻すものです。この設計は他の多数の特許で参照されており、1965年のフレイ特許^[15]の基礎となりました。この特許は、デバイスのリセットの信頼性を向上させることを目的としていました。この設計も大量に製造されました。

他にも様々なメカニズムが使用されており、複雑さや信頼性も様々ですが、そのうちのいくつかは21世紀になっても特許を取得したり、特許申請中だったりしています。^[16]

より質の高い現代のデザインは、スウィートの特許^{[17] [18]}またはフレイの特許^[19]に従う傾向がありますが、アデルとスターレットのデザインに基づいたものもあります。^[20]

他にも、カムベース、スライドカラーに閉じ込められたボールベアリング、引っ張りアタッチメントを使用する双方向メカニズムなど、さまざまなメカニズムが存在し、使用されてきました。

自動センターパンチ機構は、さまざまな用途に使用されています。これには以下が含まれます。

• ビットの位置がずれることなく、穴あけ用のマーキングと穴あけの開始
• レタースタンプセット
• 救助活動で使用されるガラス破壊ツールであり、自動車泥棒がよく使用するツールです。
• 硬度試験用衝撃工具^[21]
• 電子組立用ピンプレス^{[22] [23]}

硬度試験などの多くのアプリケーションでは、メカニズムに衝撃強度の調整機能がないため、定期的な校正チェックが必要になる場合があります。

すべてのデザインには共通する要素がいくつかあります。

• エネルギーを蓄えるバネ
• 衝撃を与える質量（ハンマー）
• 体の移動の一定地点で蓄積されたエネルギーを放出する放出機構
• 作動後にデバイスをリセットする規定

最も一般的なメカニズムは Sweet の特許に基づいています。パンチ本体内には、3 つの主要な可動部品が一列に並んで配置されています。

• パンチ
• 中間ロッド（タンブラー）
• ハンマー（ハンマーマス）

ハンマー マスは、大きなスプリングによってパンチの背面からバネ仕掛けになっています。(スプリングのプリロード圧縮は通常、パンチの最後部にあるエンド キャップを緩めたり締めたりすることで調整でき、パンチの力を増減できます。) タンブラーに面したハンマー マスの前中央部分に開けられたストッパー穴は、ロッドのレシーバーとして、またパンチ動作のアンビルとして機能します。

タンブラーは自動化を実現します。リセットすると、タンブラーロッドがわずかに傾くように準備されているため、その休止位置が斜めになり、先端が穴に対してわずかにオフセットされたハンマーの面でハンマーマスに接触します。これは通常、タンブラースプリングの特別な曲げ端を使用するか^[17]、ピンの下端またはパンチの上部の平らでない面を使用することによって行われます。^[18]パンチが押されると、タンブラーはハンマーマスに接し、スプリングに押し戻されてハンマースプリングにエネルギーが蓄えられます。

パンチがワークピースにさらに押し付けられると、タンブラーは、テーパー状の中央部分がパンチ本体のガイド穴の表面に接触し始めるまで後退します。後退を続けると、タンブラーはツールの中心軸と一直線になるように押し込まれます。タンブラーの先端がほぼ中心に位置すると、ハンマー マスの受け穴に滑り込み、ハンマーを解放します。次に、ハンマー マスは後部のスプリングによって前進します。ハンマー マスの穴はマスを貫通しておらず、タンブラーの端部よりも深さが浅いため、タンブラーの先端はハンマーの穴の底まで到達し、ハンマー マスの衝撃はタンブラー、パンチ、ワークピースに伝達されます。

アデルとスターレットの機構では、中間ピンではなく、ハンマーを横切るスライド ブロックを使用します。ハンマーの中央には穴が開いており、パンチの上部がそこに収まり、パンチの上部を中央に保持します。スライド ブロックには穴が開いていますが、リセットするとハンマーの穴と位置がずれます。本体がトリップ ポイントまで押されると、本体のテーパーによってブロックが横に押し出され、ブロックの穴がハンマーの穴と位置が合うまで押し出され、ハンマーが解放されてパンチを叩きます。

この機構は、スウィート機構よりもリセット時に固着する可能性が低く、スウィート機構ほどボディ内部が摩耗せず、ハンマーの端を使用してパンチ先端のより広い領域に衝撃を与えることができるため、材料へのストレスが軽減されるため、高負荷パンチに使用されます。主な欠点は、スウィート設計よりも部品が多く、ハンマーとブロックの両方を旋盤以外の方法で製造する必要があることです。

Frey 機構では、中間ピンの鋼球と平らでない端部を使用して、リセット時に中間ピンをコックさせます。つまり、中間スプリングには特別な端部は必要ありませんが、鋼球との接触時に高い応力が発生すると、中間ピンの端部またはパンチの上部が鋼球によってブリネル状 に変形する可能性があります。