シールドマシン(またはTBM)のカッターヘッド形状の謎

質問

シールドマシンのカッターヘッドは，”面盤型””スポーク型””歯車上の刃が複数個付いている型”なありますが，なぜ金属加工などに用いられる穴を開ける”ドリル”形状をしていないのでしょうか？

分かっていること)
・面盤型・スポーク型は粘性土や砂が掘削対象，歯車上の刃が複数個付いている型は礫・岩盤が掘削対象

分からないこと)
・カッターヘッドを正面から見たとき，放射線状に直線的にカッタービットが配置されている(ドリルは渦巻き状なのに！)

刃を滑らす距離を大きくとると切断抵抗が小さくてすむのと同様に，カッターヘッドも渦巻状(インペラ状)にカッタービットが配置されていると思ったのですが，放射状に直線的にカッタービットが配置されているものが大半でした．

とっても気になるので，カッターヘッド形状のデザインの設計論を教えていただけのいでしょうか？
またよろしければURL,論文，学会誌や特許など参考資料のタイトルなど教えていただけたらうれしいです．

回答No.1

chiezo2005 · ベストアンサー

ドリルの場合は先端の部分だけが金属などを削る役目を
しており、軸の周りのスパイラル部分は削りかすを後ろに送り出すために
存在します。
ドリルを先端から見ると、歯の部分は直線的で渦巻きにはなっていません。

スパイラルのような構造では削った岩石は後ろに送り出すことは
できませんので、軸の周りにはスクリュー溝はありません。

また、先端のカッターヘッドは岩を砕くというイメージです。
金属用のドリルは鋭角のバイトの先端を金属に押しつけて削り出しますが、
岩の場合には鋭角のバイトを押し当てても歯がこぼれるだけで削れません。

通常は、円盤やギヤのような形のカッターを岩石に押し当てて破壊します。
破壊した岩石はそのカッターの後ろを通ってヘッドの裏側に落ちますが、
これを内部のコンベアで搬出します。

カッターの配列はいろいろだと思いますが、少なくとも排出する仕組みが
ドリルとは違いますので、渦巻きに配置する意味は無いと思います。
一つのカッターが一回の通過で砕く岩石の量は一定ですので、円周の
外側はカッターの数を増やす必要があります。

添付されている写真をみるとそのように配列されているのがわかります。

お礼

回答ありがとうございます．
改めてドリルを確認してみると，確かに直線的になっていますね．．

逆に疑問に感じるのが，なぜ歯の部分は直線的なのでしょうか？
エンドミルも直線的になっている気がします．
切削抵抗を低減させるためには(当然切り込み深さに依存しますが)渦巻状にするのがよいと思うのですが．．．
これは切屑が綺麗とか製作が簡単だからということでしょうかね．

回答No.2

debukuro

切削するのではなく破砕するのです
ドリルで岩石を切削してみれば分かる
滑るだけで穴は開かない
振動でたたき壊して破砕屑をツイスト部で排出する
これが正しいコンクリートドリルの使い方

お礼

振動でたたき壊しているとは知りませんでした！
金属加工のように切削するものだと思っていました．

新たに疑問がのこるのは，
建機アタッチメントの杭状のブレーカーと同様に，シールドマシンのカッターヘッドも回転運動だけでなく，前後に激しく振動しているのでしょうか？もしくはイボイボ歯車状のカッタービットのため面盤が回転運動するだけで振動状態を再現できるということでしょうか？