トラクタ直装型培土機の開発に関する研究

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Kyushu University Institutional Repository

トラクタ直装型培土機の開発に関する研究

杉本, 光穗

https://doi.org/10.15017/1441316

出版情報：Kyushu University, 2013, 博士（農学）, 課程博士 バージョン：

権利関係：Fulltext available.

ト ラ ク タ 直 装 型 培 土 機 の 開 発 に 関 す る 研 究

杉 本 光 穗

2014

目 次

第 １ 章 序 論 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ １ ． １ 本 論 文 の 目 的 と 背 景 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ １ ． ２ 本 論 文 の 概 要 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ８

第 ２ 章 溝 掘 ロ ー タ リ 成 形 機 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 11

２ ． １ 緒 言 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 11

２ ． ２ 新 栽 培 様 式 の 大 き さ の 決 定 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 12

２ ． ２ ． １ 調 査 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 12

２ ． ２ ． ２ 結 果 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 12

２ ． ３ 溝 掘 ロ － タ リ 成 形 機 の 構 造 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 14

２ ． ３ ． １ ロ ー タ リ 部 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 16

２ ． ３ ． ２ ロ ー タ リ カ バ ー ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 20

２ ． ４ 培 土 性 能 試 験 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 21

２ ． ４ ． １ 試 験 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 21

２ ． ４ ． ２ 結 果 お よ び 考 察 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 23

２ ． ５ ． 摘 要 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 25

第 ３ 章 ロ ー タ リ づ め の 試 作 と 特 性 の 解 明 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 27

３ ． １ 緒 言 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 27

３ ． ２ 供 試 づ め の 形 状 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 28

３ ． ２ ． １ 供 試 づ め ａ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 28

３ ． ２ ． ２ 供 試 づ め ｂ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 28

３ ． ２ ． ３ 供 試 づ め ｃ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 29

３ ． ３ 供 試 づ め の ト ル ク 波 形 解 析 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 30

３ ． ３ ． １ 試 験 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 30

３ ． ３ ． ２ 結 果 お よ び 考 察 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 39

３ ． ４ 側 方 投 て き 距 離 の 評 価 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 54

３ ． ５ 摘 要 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 56

第 ４ 章 培 土 機 の 開 発 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 58

４ ． １ 緒 言 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 58

４ ． ２ ロ ー タ リ 軸 特 性 評 価 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 58

４ ． ２ ． １ 評 価 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 58

４ ． ２ ． ２ 評 価 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 63

４ ． ３ 培 土 機 の 構 造 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 67

４ ． ３ ． １ ロ ー タ リ づ め の 配 置 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 69

４ ． ３ ． ２ ロ ー タ リ カ バ ー ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 69

４ ． ３ ． ３ 分 草 桿 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 71

４ ． ４ 摘 要 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 73

第 ５ 章 作 業 条 件 と PTO 軸 ト ル ク の 関 係 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 74

５ ． １ 緒 言 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 74

５ ． ２ 耕 深 と PTO 軸 ト ル ク の 関 係 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 74

５ ． ２ ． １ 試 験 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 74

５ ． ２ ． ２ 結 果 お よ び 考 察 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 80

５ ． ３ ． 摘 要 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 88

第 ６ 章 培 土 機 の 性 能 試 験 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 90

６ ． １ 緒 言 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 90

６ ． ２ 作 業 能 率 試 験 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 90

６ ． ２ ． １ 試 験 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 90

６ ． ２ ． ２ 結 果 お よ び 考 察 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 92

６ ． ３ 培 土 性 能 試 験 ① ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 94

６ ． ３ ． １ 試 験 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 94

６ ． ３ ． ２ 結 果 お よ び 考 察 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 95

６ ． ４ 培 土 性 能 試 験 ② ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 96

６ ． ４ ． １ 試 験 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 96

６ ． ４ ． ２ 結 果 お よ び 考 察 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 97

６．５ 新 栽 植 様 式 に お け る 品 質 ・ 収 量 に 関 す る 試 験 （ 収 量 比 較 試 験 ） ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 99

６ ． ５ ． １ 試 験 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 100

６ ． ５ ． ２ 試 験 結 果 お よ び 考 察 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 101

６ ． ６ 摘 要 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 104

第 ７ 章 総 括 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 105

Summary ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 109

謝 辞 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 111

参 考 文 献 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 113

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１ ． １ 本 論 文 の 目 的 と 背 景

サ ト イ モ は ， サ ト イ モ 科 の 植 物 で あ り ， イ ン ド 原 産 で あ る タ ロ イ モ が ， 古 代 に 中 国 お よ び 日 本 に 伝 わ り ， そ こ で 発 達 し 選 抜 さ れ て 生 じ た も の と 考 え ら れ る ． タ ロ イ モ と 比 べ て 環 境 に 対 す る 耐 性 が 強 く ， タ ロ イ モ よ り 少 な い 雨 量 の 地 域 に も 育 ち ， 低 温 に も 抵 抗 力 が あ る ． サ ト イ モ は ， タ ロ イ モ 類 の 中 で ， 最 も 冷 涼 地 す な わ ち 日 本 な ど 温 帯 北 部 の 気 候 に 適 し て 生 育 で き る 系 統 と い う こ と が で き る ． 栽 培 は 畑 作 が 主 で あ る が ， 排 水 の 良 く な い 場 所 な ど に 植 え ら れ ， ま た 時 に は 湿 地 ， 水 田 に 栽 培 さ れ る こ と も あ る （ 星 川 ， 1980 ）． サ ト イ モ は 元 来 日 本 に は 野 生 し て い な い が ， 中 国 南 部 か ら 渡 来 し 広 が っ た も の と 考 え ら れ る ． 渡 来 は 非 常 に 古 く 万 葉 集 に も 記 載 さ れ て お り ， 近 年 ま で 主 食 と し た 地 域 も あ り ， ま た 重 要 な 供 え 物 と さ れ た (農 研 機 構 ， 2006)．

種 い も が 発 芽 し て こ の 新 芽 が 遮 光 に よ っ て 地 下 部 分 が 肥 大 し 親 い も に な る ． さ ら に ， 親 い も が 肥 大 す る に つ れ て 側 芽 が 発 生 し ， 子 い も と な り ， 茎 の 地 下 部 分 は 大 き な 塊 茎 を 形 成 す る ． 親 い も の 地 上 部 は 草 丈 が 1～ 1.5m に 達 し ， さ ら に 周 囲 の 子 い も の 地 上 部 が 群 生 す る ． 生 長 し た 塊 茎 は 晩 夏 か ら 秋 に か け て 収 穫 さ れ ， 食 用 と し て 利 用 さ れ る ． な お ， 子 い も 用 品 種 （「 土 垂 」，「 石 川 早 生 」 等 ）， 親 い も 用 品 種 （「 八 つ 頭 」 等 ） お よ び い も 柄 用 品 種 （「 み が し き 」） に 分 け る こ と が で き る （ 飛 高 ， 1976）．

サ ト イ モ の 作 型 は ， ２ 月 ～ ６ 月 に か け て 播 種 し ， ７ 月 ～ 12 月 に 収 穫 す る

「 秋 冬 サ ト イ モ 」 （ 中 生 ， 晩 生 ） と ， 12 月 に 播 種 し て ６ 月 ～ ７ 月 に か け て 収 穫 す る 「 そ の 他 」 （ 早 生 ， 主 に 沖 縄 県 や 南 九 州 で ト ン ネ ル 栽 培 さ れ て い る ） の 作 型 に 分 け ら れ る ． 現 在 で は ， ほ と ん ど が 秋 冬 サ ト イ モ の 作 型 で あ る ． ６

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月 か ら 出 荷 さ れ る 早 生 種 に つ い て は ， 宮 崎 県 を は じ め と す る 九 州 地 域 の 限 ら れ た 産 地 で 栽 培 さ れ て い る ．

サ ト イ モ の 全 国 の 作 付 面 積 は ， 1980 年 度 ま で は 増 加 傾 向 に あ り ， 31,700ha に 達 し た が ， そ れ 以 降 は 減 少 傾 向 に 転 じ ， 1985 年 度 に は 28,500ha， 1990 年 度 以 降 は 労 働 力 不 足 ， 他 の 野 菜 等 へ の 転 換 等 に よ り 一 段 と 減 少 傾 向 を 示 し ， 1995 年 度 に は 22,400ha と な っ た ． さ ら に ， 1997 年 度 以 降 の 卸 売 価 格 低 迷 が 減 少 の 要 因 に 加 わ っ た こ と も あ り ， 2000 年 度 以 降 は 20,000ha を 割 り 込 み ， 2003 年 度 に は 16,500ha と な り 1980 年 度 の 半 分 に ま で 減 少 し た ．

ま た ， 国 内 産 サ ト イ モ の 出 荷 量 は 作 付 面 積 と 同 様 の 推 移 を 示 し て お り ， 1990 年 度 以 降 は 消 費 の 減 少 お よ び 労 働 力 不 足 や 他 の 野 菜 へ の 転 換 な ど に よ り 総 じ て 減 少 し て き た ．

一 方 ， 輸 入 量 は ， 1992 年 度 ま で は 2,000ｔ 以 下 で 推 移 し て い た が ， 国 内 産 の 出 荷 量 の 減 少 と 1990 年 度 か ら 1996 年 度 頃 ま で の 端 境 期 の 価 格 変 動 の 大 き さ と 全 般 的 な 高 値 傾 向 の 継 続 に よ り ， 1993 年 度 に は 10,000ｔ に 増 加 し ， 以 降 も 増 加 を 続 け 2004 年 度 に は 輸 入 量 が 32,700ｔ と な っ た ． 輸 入 は ， 国 内 の 不 作 時 に 対 応 す る 緊 急 回 避 的 な も の と い う よ り も ， 作 付 面 積 が 減 少 す る な か で 特 に 業 務 用 需 要 に 対 応 す る た め ， 構 造 的 に 増 加 し て い る と み る こ と が で き る ．

国 内 産 出 荷 量 と 輸 入 量 の 合 計 で あ る 国 内 供 給 量 は 1999 年 度 以 降 150,000～

160,000ｔ で 推 移 し て い る ． 国 内 供 給 量 に 占 め る 輸 入 サ ト イ モ の 割 合 は ， 1992 年 度 ま で は １ ％ 以 下 で あ っ た が ， 1993 年 度 に は 5.8 ％ と な り ， そ れ 以 降 は ， 中 国 産 の 不 作 な ど に よ り 減 少 し た 1997～ 1999 年 度 を 除 く と ， 13％ 以 上 と 高 く な っ て お り ， 2003 年 度 に は 過 去 最 高 の 19.3％ ま で 上 昇 し た ． 1989 年 度 か ら の 14 年 間 に 国 内 産 出 荷 量 が 41％ 減 少 し た が ， 輸 入 量 が 44.8 倍 に 増 加 し た た め ， 国 内 供 給 量 は 28％ の 減 少 に と ど ま っ て い る ．

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一 方 ， 宮 崎 県 は 全 国 有 数 の サ ト イ モ 生 産 県 で あ り ， ト ン ネ ル 栽 培 か ら 普 通 栽 培 ま で 作 型 や 品 種 の 組 み 合 わ せ に よ る 周 年 出 荷 を 確 立 し て い る ． し か し ， 作 付 面 積 ， 出 荷 量 の 動 向 は ， 図 １ － １ に 示 す と お り ， 全 国 の 動 向 と 同 様 の 傾 向 で あ り ， 1988 年 度 の 3,220ha ， 44,000ｔ （ 九 州 農 政 局 宮 崎 統 計 情 報 事 務 所 ， 1990） を ピ ー ク と し ， 以 降 減 少 傾 向 に な り ， 2006 年 度 に は 1,110ha， 15,000 ｔ （ 九 州 農 政 局 宮 崎 農 政 事 務 所 ， 2008） と ピ ー ク 時 の 1/3 に 減 少 し た ． ま た ， 農 業 従 事 者 の 人 口 は ， 図 １ － ２ に 示 す と お り ， 1980 年 代 か ら 減 少 傾 向 に あ り ， 1981 年 度 に 103,000 人 で あ っ た 農 業 基 幹 従 事 者 が 2005 年 度 に は 55,000 人 ま で 減 少 し 約 半 分 に な っ た ． 一 方 ， 65 歳 以 上 に 限 る と 同 期 間 内 に 13,800 人 か ら ２ 倍 以 上 の 28,200 人 に 増 加 し 担 い 手 の 高 齢 化 が 進 ん だ ． 作 付 面 積 ， 出 荷 量 の 減 少 傾 向 の 原 因 と し て は ， 中 国 を 中 心 と し た 安 価 な 輸 入 サ ト イ モ の 増 加 の ほ か に こ の よ う な サ ト イ モ 生 産 の 担 い 手 の 高 齢 化 に 伴 う 労 働 力 の ぜ い 弱 化 が 挙 げ ら れ る ． 宮 崎 県 は 出 荷 量 等 の 減 少 傾 向 を 回 避 す る た め に 機 械 化 等 省 力 化 に よ る 軽 労 化 や 低 コ ス ト 化 の 推 進 を 目 指 し て い る ．

0 1000 2000 3000 4000 5000

0 100 200 300 400 500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 作付面積

出荷量 価格

出荷量（×100ｔ），価格（円/ｋｇ） 作付面積（ha）

1981 1985 1990 1995 2000

西 暦（年度）

1981 1985 1990 1995 2000

西 暦（年度）

1981 1985 1990 1995 2000 2005

図 １ － １ 宮 崎 県 に お け る サ ト イ モ の 作 付 面 積 ， 出 荷 量 お よ び 価 格 の 推 移

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サ ト イ モ の 普 通 栽 培 に お け る 省 力 的 な 機 械 化 作 業 体 系 の 例 を 表 １ － １ に 示 す ． 植 付 け 前 の 耕 う ん ・ 整 地 作 業 は 一 般 の 畑 作 機 械 化 体 系 と 同 様 の 作 業 を 行 う ． 具 体 的 に は ， マ ニ ュ ア ス プ レ ッ ダ や ラ イ ム ソ ア 等 を 使 い 堆 肥 散 布 作 業

（ 作 業 時 間 ： 3.0 時 間 /10ａ ） を 行 っ た 後 に ， ロ ー タ リ で 耕 起 ・ 整 地 作 業 （ 同 2.0 時 間 /10ａ ） を 行 う ． 次 に ， ブ ロ ー ド キ ャ ス タ で 基 肥 散 布 作 業 （ 同 0.8 時 間 /10ａ ） を 行 っ た 後 ， マ ル チ ャ で 畦 立 ・ マ ル チ 作 業 （ 同 2.0 時 間 /10ａ ） を 行 う ． 一 般 に 普 通 栽 培 の 場 合 は 無 マ ル チ 栽 培 で あ る が ， 早 生 栽 培 や 中 生 栽 培 で は 地 温 確 保 の た め 追 肥 ・ 培 土 作 業 ま で は マ ル チ を し て い る こ と が 多 い ． ま た ， 近 年 野 菜 栽 培 を 中 心 に 減 化 学 肥 料 や 省 力 化 の た め の 畦 内 施 肥 技 術 が 研 究 さ れ ， ト ラ ク タ 前 方 に 施 肥 機 を 装 着 す る こ と で 施 肥 同 時 畦 立 て 作 業 を 行 う こ と が 可 能 と な っ た ． 種 い も の 植 付 け 作 業 は ， 近 年 歩 行 型 植 付 け 機 （ 同 3.4 時 間 /10ａ ） が 市 販 さ れ て い る が ， 人 力 作 業 （ 同 8.0 時 間 /10ａ ） が ほ と ん ど で あ る ． 管 理 作 業 と し て 芽 か き ， 培 土 ， 防 除 等 の 作 業 が あ る ． 芽 か き 作 業 （ 同 2.0 時 間 /10ａ ） は ， 親 い も や 子 い も か ら 出 て い る 地 上 部 を そ れ ぞ れ 数 本 に 調

0 20 40 60 80 100 120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 全体

６５歳以上

西 暦（年度）

1981 1985 1990 1995 2000 2005

農業従事者数（千人）

図 １ － ２ 宮 崎 県 に お け る 基 幹 的 農 業 従 事 者 の 推 移

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製 す る 作 業 で ， 現 在 の と こ ろ 人 力 に 頼 る し か な い ． 防 除 作 業 （ 同 1.0 時 間 /10 ａ ） は ブ ー ム ス プ レ ー ヤ を 用 い て 行 う ． 防 除 作 業 ま で は サ ト イ モ の 草 丈 が 低 い た め 乗 用 ト ラ ク タ を 用 い た 作 業 が 可 能 で あ り 省 力 的 に 行 え る ． し か し ， 追 肥 ・ 培 土 作 業 で は 歩 行 作 業 と な る ． 追 肥 作 業 （ 同 0.9 時 間 /10ａ ） は 背 負 式 動 力 散 布 機 で ， 培 土 作 業 （ 同 4.0 時 間 /10ａ ×２ 回 ） は 歩 行 型 管 理 機 で 行 う ． マ ル チ 栽 培 の 場 合 は 追 肥 ・ 培 土 作 業 前 に マ ル チ 除 去 作 業 （ 同 4.0 時 間 /10ａ ） を 人 力 で 行 う ． 収 穫 ・ 調 製 ・ 出 荷 作 業 （ 同 70 時 間 /10ａ ） で は ， 収 穫 作 業 の う ち 土 中 か ら の 掘 取 り は 機 械 で 行 う が ， 拾 い 上 げ ， コ ン テ ナ へ の 収 納 は 人 力 で 行 う ． 収 穫 さ れ た サ ト イ モ を 出 荷 す る た め に は 塊 茎 を 親 い も と 分 球 に 分 離 ・ 調 製 す る 必 要 が あ る が ， こ の 作 業 も 人 力 で あ る ．

宮 崎 県 で は ， 近 年 こ れ ら の 作 業 の う ち 培 土 作 業 と 塊 茎 の 分 離 作 業 の 省 力 化 技 術 を 対 象 に 研 究 を 行 っ て き た ．

宮 崎 県 の 栽 培 指 針 で は 、 サ ト イ モ 普 通 栽 培 （ 中 生 ， 晩 生 ） の 培 土 作 業 は 追 肥 作 業 と 同 時 期 に ２ 回 行 う （ 磯 崎 ， 2004） こ と に な っ て い る ． 中 生 で は 種 い も の 植 付 け は ３ 月 中 旬 ～ ４ 月 上 旬 に ， １ 回 目 の 追 肥 ・ 培 土 作 業 は ６ 月 中 旬 に 培 土 高

表 １ － １ サ ト イ モ 普 通 栽 培 に お け る 機 械 化 体 系 の 例

作業名 使用する機械

堆肥散布 トラクタ＋マニュアスプレッダ 耕起整地 トラクタ+ロータリ

基肥散布 トラクタ+ブロードキャスタ 畦立て トラクタ+マルチャー

定植 半自動野菜植付け機

除草剤散布 動力噴霧機

追肥 背負式動力散布機

病虫害防除 ブームスプレーカ

培土 歩行型管理機

収穫調製 トラクタ＋リッジャ

出荷 トラック

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さ 90mm で ， ２ 回 目 は ８ 月 中 旬 に 培 土 高 さ 60mm で 行 う ． 晩 生 で は 種 い も の 植 付 け は ３ 月 下 旬 ～ ４ 月 上 旬 に ， １ 回 目 の 追 肥 ・ 培 土 作 業 は ７ 月 上 旬 に 培 土 高 さ 90mm で ， ２ 回 目 は ８ 月 中 旬 に 培 土 高 さ 60mm で 行 う ． な お ， 培 土 作 業 前 に は 培 土 の 土 塊 を 小 さ く す る た め 畦 溝 の 耕 う ん ・ 砕 土 作 業 を 行 う ． 畦 溝 幅 が 450mm と 狭 い た め こ れ ら の 作 業 に は 歩 行 型 管 理 機 が 用 い ら れ る ． な お ， 栽 植 様 式 は 平 畦

（ 畦 間 1100mm， 株 間 400mm） の １ 条 植 え で あ る ．

し か し ， 現 在 で は 追 肥 ・ 培 土 作 業 を 省 略 す る 農 家 が ほ と ん ど で ， 産 地 と し て 生 産 量 や 品 質 の 低 下 を 心 配 す る 意 見 も あ る ． 省 略 す る 理 由 と し て ， １ 回 目 の 追 肥 ・ 培 土 作 業 時 期 が 南 九 州 の 梅 雨 に あ た り か つ マ ル チ 栽 培 で は マ ル チ は ぎ を 行 う 必 要 が あ る た め ， 追 肥 ・ 培 土 作 業 の 可 能 作 業 日 数 が 比 較 的 短 い こ と が 挙 げ ら れ る ． ま た ， ２ 回 目 の 作 業 時 期 に は サ ト イ モ 高 さ が 畦 溝 か ら １ m 近 く に な る ほ ど 繁 茂 し て お り ， 図 １ － ３ － （ ｂ ） に 示 す と お り 歩 行 型 管 理 機 を 操 縦 す る 作 業 者 に と っ て 劣 悪 な 作 業 環 境 と な っ て い る こ と が 挙 げ ら れ る ．

（ ａ ） １ 回 目 の 培 土 作 業 （ ｂ ） ２ 回 目 の 培 土 作 業 図 １ － ３ サ ト イ モ 栽 培 の 歩 行 型 管 理 機 に よ る 培 土 作 業

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高 収 量 を 得 る に は ， い も が 土 壌 で 圧 迫 さ れ る こ と な く 肥 大 す る よ う に 順 次 培 土 を 行 う こ と が 大 切 で あ る （ 飛 高 ， 1976）． ま た ， 追 肥 ・ 培 土 作 業 を 省 略 す る サ ト イ モ ト ン ネ ル 無 培 土 高 畦 栽 培 （ 鈴 木 ・ 甲 田 ， 1997） で は ， 慣 行 と 同 じ 植 付 け 深 さ （ 100mm） の 場 合 に は 培 土 栽 培 よ り 収 量 は 減 少 し ， 植 付 け 深 さ を 150mm と 深 植 え す る こ と で 増 収 を 図 る こ と が で き る ． し か し ， 深 植 え は 植 付 け 作 業 に 時 間 を 要 し ， 種 い も 周 辺 の 地 温 が 上 が ら ず 発 芽 が 遅 れ ， 土 の 圧 迫 に よ り 子 い も が 長 く な り ， 孫 い も や ひ 孫 い も が 減 収 す る 等 の 問 題 が あ る ． 宮 崎 県 と し て は ， 担 い 手 が 減 少 し て い る 現 状 に お い て 生 産 量 を 確 保 し ， 産 地 を 維 持 す る た め に 農 家 一 戸 あ た り の 生 産 規 模 を 拡 大 す る こ と が 重 要 で あ り ， 追 肥 ・ 培 土 作 業 を は じ め と す る 作 業 の 機 械 化 等 に よ る 省 力 化 ・ 軽 労 化 の 推 進 が 求 め ら れ て い る ．

宮 崎 県 総 合 農 業 試 験 場 畑 作 園 芸 支 場 で は ， サ ト イ モ の 品 質 （ 特 に 形 状 ） の 安 定 に は 培 土 作 業 が 不 可 欠 で あ り ， さ ら に 培 土 作 業 を 復 活 さ せ る た め に は 作 業 の 省 力 化 が 必 要 と 考 え ， サ ト イ モ 栽 培 に お け る 管 理 作 業 の 乗 用 化 を 図 る 栽 培 様 式 の 研 究 が 行 わ れ た ． 当 初 ， 乗 用 ト ラ ク タ に よ る 培 土 作 業 方 法 と し て ト ラ ク タ が 畦 を ま た ぎ な が ら 作 業 す る 方 式 が 提 案 さ れ た ． し か し ， サ ト イ モ の 普 通 栽 培 で は ２ 回 目 の 培 土 作 業 時 に サ ト イ モ の 高 さ が 約 １ m に な り ， 畦 を ま た ぐ 方 式 で は ト ラ ク タ が サ ト イ モ の 葉 柄 を 折 っ て 進 む と い う 問 題 が 生 じ た た め ， 乗 用 ト ラ ク タ が 走 行 で き る よ う に 畦 溝 を 広 げ た 栽 植 様 式 （ 以 下 ， 新 栽 植 様 式 ） の 検 討 （ 本 部 ら ， 2006） を 行 い ， 筆 者 ら は ， 新 栽 植 様 式 を 対 象 と し た 培 土 作 業 の 省 力 化 ・ 軽 労 化 を 目 指 し ， ト ラ ク タ に 装 着 可 能 な サ ト イ モ 用 培 土 機 の 開 発 を 行 っ た ．

野 菜 作 の 管 理 作 業 の 機 械 化 に 関 す る 研 究 は ， 防 除 機 ， 除 草 機 お よ び 間 引 き 機 に つ い て 研 究 が 行 わ れ て き た ． し か し ， 培 土 機 に 関 す る 研 究 報 告 は 少 な く ， け ん 引 刃 と ア ッ プ カ ッ ト ロ ー タ リ を 組 み 合 わ せ た ト ラ ク タ 直 装 型 培 土 機 の 培 土 作 業 性 能 （ 澤 村 ら ， 1979 ）， 培 土 プ ラ ウ に ロ ー タ リ カ ル チ ベ ー タ を 組 み 合 わ せ た

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ロ ー タ リ 培 土 機 の 回 転 所 要 動 力 （ 村 井 ら ， 1984） お よ び 歩 行 型 管 理 機 に よ る 培 土 投 て き 特 性 （ 片 平 ら ， 2005） の 報 告 が 確 認 さ れ る 程 度 で あ り ， サ ト イ モ に 関 す る 報 告 は 確 認 で き な か っ た ． し か も ， 歩 行 型 管 理 機 や ロ ー タ リ カ ル チ ベ ー タ は 作 業 幅 が 狭 く ， 畦 溝 の 土 塊 を 直 接 作 物 に 投 て き す る 作 業 機 で あ る ． し か し ， 新 栽 植 様 式 で は ， 畦 頂 幅 900 ㎜ に 培 土 高 さ 100 ㎜ が 要 求 さ れ る た め ， 畦 溝 （ 幅 1400mm） の 土 塊 を 効 率 よ く 側 方 へ 移 動 し 投 て き す る 必 要 が あ る ． ま た ， ロ ー タ リ 耕 に 関 す る 研 究 に つ い て 数 多 く の 報 告 が 確 認 で き ， な か で も 耕 う ん 抵 抗 （ PTO 軸 ト ル ク ） や 後 方 投 て き 特 性 に つ い て の 報 告 例 は 数 多 い ． し か し ， サ ト イ モ 栽 培 に お け る 培 土 作 業 で は 直 前 に 畦 溝 の 耕 う ん ・ 砕 土 作 業 を 行 う た め ， 培 土 作 業 時 の 土 壌 は 一 般 の 耕 う ん と 比 べ て か な り 膨 軟 で あ り ， ま た 梅 雨 時 期 の 作 業 の た め 土 壌 水 分 が 高 い な ど ， 作 業 条 件 が 一 般 に ロ ー タ リ 耕 う ん 作 業 と 異 な る た め ， 培 土 機 で 発 生 す る PTO 軸 ト ル ク は ロ ー タ リ 耕 う ん 機 に よ る PTO 軸 ト ル ク と は 異 な る と 思 わ れ る ．

本 論 文 で は ， ト ラ ク タ 直 装 型 培 土 機 を 開 発 す る た め 溝 掘 ロ ー タ リ 成 形 機 を ベ ー ス と し た 培 土 機 の 構 造 ， 特 に ロ ー タ リ づ め の 種 類 と 配 置 に つ い て 検 討 を 行 っ た ． ロ ー タ リ づ め １ 本 の PTO 軸 ト ル ク 特 性 や 配 置 に よ る PTO 軸 ト ル ク の 特 性 評 価 を 行 い ， 適 正 な ロ ー タ リ づ め の 配 置 を 検 討 し た ． ま た ， 開 発 機 の 培 土 作 業 時 の 所 要 動 力 を 明 ら か に し ， か つ 培 土 性 能 を 評 価 す る た め ， 作 業 条 件 と PTO 軸 ト ル ク と の 関 係 に つ い て 検 討 を 行 っ た ．

１ ． ２ 本 論 文 の 概 要

第 ２ 章 で は ， 培 土 機 開 発 の ベ ー ス と な る 作 業 機 を 選 定 し ， そ の 構 造 や 性 能 に つ い て 検 討 し ， 適 正 な 培 土 作 業 を 行 う た め の 問 題 点 を 抽 出 し た ． 宮 崎 県 は ， 幅 を 広 げ た 畦 溝 を ト ラ ク タ が 走 行 す る 方 式 を 提 案 し た が ， 具 体 的 な 畦 溝 幅 に

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つ い て は 明 示 し な か っ た ． そ の た め ， ま ず 新 栽 植 様 式 の 畦 溝 幅 と 畦 間 を 決 定 す る た め に ， 作 業 機 お よ び ト ラ ク タ の 大 き さ に つ い て 検 討 し た ． サ ト イ モ 栽 培 の 管 理 作 業 に 使 用 す る ト ラ ク タ の 大 き さ は 一 般 的 に 普 及 し て い る 20kW 級 と し ， 畦 溝 幅 を 決 定 し た ． そ の 後 ， 栽 培 指 針 （ 磯 崎 ， 2004 ） が 示 す 栽 植 密 度 が 維 持 で き る 畦 間 を 決 定 し た ． 次 に ， 20kW 級 の ト ラ ク タ に 装 着 で き る 市 販 の 作 業 機 （ 溝 掘 ロ ー タ リ 成 形 機 ； 以 下 成 形 機 ） を 選 定 し ， 培 土 試 験 を 行 い 培 土 機 開 発 の た め の 問 題 点 を 抽 出 し た ．

第 ３ 章 で は ， 成 形 機 に 装 着 さ れ て い た ３ 種 類 の ロ ー タ リ づ め と 新 た に 培 土 機 に 装 着 す る た め に 準 備 し た ３ 種 類 の ロ ー タ リ づ め の 計 ６ 種 類 の ロ ー タ リ づ め を 供 試 し ， PTO 軸 ト ル ク の 計 測 を 行 っ た ． ロ ー タ リ づ め の PTO 軸 ト ル ク 波 形 モ デ ル の 特 性 値 を 明 ら か に し ， 土 壌 条 件 と 最 大 PTO 軸 ト ル ク の 関 係 に つ い て 明 ら か に し た ． ま た ， 培 土 機 の 培 土 性 能 を 向 上 さ せ る た め ， 土 塊 を 遠 く ま で 投 て き で き る 最 外 側 の ロ ー タ リ づ め の 選 定 を 行 っ た ．

第 ４ 章 で は ， 培 土 機 の 試 作 に 際 し ， ま ず 供 試 し た ロ ー タ リ づ め と そ の 配 置 に つ い て 検 討 し た ． そ の た め ， ロ ー タ リ 耕 う ん 軸 の 耕 う ん 軸 特 性 評 価 法 （ 坂 井 ら ， 1990） を 用 い て 最 適 な ロ ー タ リ づ め の 配 置 を 明 ら か に し た ． さ ら に ， 投 て き さ れ た 土 塊 が 飛 散 せ ず 畦 頂 部 に 向 か っ て 落 ち る よ う に ロ ー タ リ カ バ ー の 変 更 を 行 っ た ．

第 ５ 章 で は ， 培 土 機 の 培 土 性 能 を 検 討 す る た め ， 作 業 速 度 ， 耕 深 な ど の 作 業 条 件 と 培 土 高 さ お よ び PTO 軸 ト ル ク と の 関 係 に つ い て 検 討 を 行 っ た ． サ ト イ モ 栽 培 で は 生 育 に 適 し た 培 土 高 さ を 変 え る が ， 培 土 高 さ 調 整 は 主 に 耕 深 に よ っ て 行 わ れ る ． ま た ， 梅 雨 時 期 の 作 業 の た め 土 壌 水 分 も 安 定 せ ず 土 壌 水 分 に 対 す る 安 定 性 も 重 要 で あ る ． そ こ で ， 耕 う ん ピ ッ チ ， 耕 深 ， 土 壌 水 分 と PTO 軸 ト ル ク お よ び 培 土 高 さ の 関 係 に つ い て 検 討 し た ．

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第 ６ 章 で は ， 新 栽 培 様 式 に よ る サ ト イ モ 栽 培 に 開 発 し た 培 土 機 を 供 試 し ， 作 業 適 性 を 評 価 す る た め 作 業 能 率 試 験 や 培 土 性 能 試 験 を 行 い ， ロ ー タ リ カ バ ー や 分 草 桿 の 効 果 お よ び 収 量 性 に つ い て 調 査 を 行 っ た ．

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第 ２ 章 溝 掘 ロ ー タ リ 成 形 機

２ ． １ 緒 言

宮 崎 県 が 提 案 し た サ ト イ モ 栽 培 に お け る 新 栽 植 様 式 で は ， 管 理 作 業 の 乗 用 化 の た め に 畦 溝 幅 を 広 げ た が ， 具 体 的 な 寸 法 ま で は 提 示 し て い な か っ た ． 培 土 機 の 開 発 た め に は ， 新 栽 植 様 式 の 寸 法 ， 特 に 畦 溝 幅 を 決 め る 必 要 が あ っ た ． そ こ で ， ま ず 導 入 す る ト ラ ク タ の 大 き さ を 決 定 し た ． 畦 溝 幅 を 広 く す れ ば 導 入 で き る ト ラ ク タ の 範 囲 は 広 が る が ， 栽 植 密 度 は 低 く な り ， 収 量 が 減 少 す る ． そ の た め ， で き る 限 り 小 さ い ト ラ ク タ を 使 用 し 栽 植 密 度 を 高 く す る こ と で 収 量 の 確 保 を 図 っ た ． し か し ， 10kW 級 の ト ラ ク タ で は 小 さ す ぎ て 保 有 す る 農 家 も 少 な い た め ， 一 般 的 な 農 家 が 保 有 し て い る 20kW 級 の ト ラ ク タ を 対 象 と し ， 新 栽 植 様 式 の 寸 法 を 決 定 し た ．

宮 崎 県 の サ ト イ モ の 栽 培 指 針 (磯 崎 ， 2004)で は ， 培 土 作 業 に は 歩 行 型 管 理 機 に 土 入 れ ロ ー タ リ を 装 着 し て 使 用 し ， 畦 幅 650mm の 畦 に 対 し て １ 回 の 培 土 作 業 で 培 土 高 さ 90mm が 必 要 で あ る ． 新 栽 培 様 式 で は 畦 幅 が 広 い た め ， 培 土 機 に は 大 量 の 土 塊 を 畦 頂 部 中 央 ま で 移 動 す る 性 能 が 必 要 で あ る ． よ っ て ， 開 発 す る 培 土 機 は ， リ ッ ジ ャ の よ う に 培 土 板 で 土 壌 を 側 方 に 押 し 上 げ て 培 土 を 行 う 作 業 機 で は な く ， 投 て き に よ り 土 入 れ を 行 う 方 式 の 作 業 機 と し た ． 開 発 機 の ベ ー ス は 畦 溝 幅 に 近 い 作 業 幅 を 持 ち ， 土 塊 を 側 方 に 移 動 さ せ る こ と が で き る ロ ー タ リ 作 業 機 を 対 象 に 選 定 し ， そ の 培 土 性 能 を 検 討 し た ．

新 栽 培 様 式 に 関 す る 栽 培 方 法 は 未 だ 確 立 さ れ て い な い た め 栽 培 や 作 業 は で き る 限 り 栽 培 指 針 に 準 じ る こ と に し た ． 培 土 機 の 培 土 性 能 は 培 土 高 さ を 指 標 と し た ． 最 大 培 土 高 さ は ， 対 象 と し た 現 地 農 家 で は 100mm と 栽 培 指 針 が 示 す 培 土 高 さ （ 90mm） と 異 な り ， 10mm 高 か っ た ． そ こ で ， 本 論 文 で は 現 地 に 対 応 で き る

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よ う に １ 回 の 培 土 作 業 で 安 定 的 に 培 土 高 さ 100mm を 得 る こ と を 培 土 性 能 の 目 標 と し た ．

２ ． ２ 新 栽 培 様 式 の 大 き さ の 決 定 ２ ． ２ ． １ 調 査 方 法

新 栽 植 様 式 の 畦 溝 幅 を 決 定 す る た め ， 畦 溝 を 走 行 さ せ る ト ラ ク タ の 輪 距 を 調 査 し た ． 出 力 の 大 き い ト ラ ク タ を 使 用 す れ ば 輪 距 が 大 き く な り ， 畦 溝 幅 も 広 く ， 裁 植 密 度 が 低 く な り 収 量 は 減 少 す る ． ま た ， 現 在 保 有 し て い な い 出 力 の ト ラ ク タ を 対 象 と す れ ば ， 培 土 機 と 同 時 に ト ラ ク タ も 購 入 し な け れ ば な ら ず ， コ ス ト 高 と な る ．

そ こ で ， 一 般 的 農 家 が 保 有 し て い る 小 型 ト ラ ク タ と し て 20kW 級 の ト ラ ク タ を 対 象 に し た ． 20kW 級 の ト ラ ク タ が 走 行 す る た め に 必 要 な 通 路 幅 （ 畦 溝 幅 ） を 決 定 す る た め ， カ タ ロ グ 等 で 集 め る こ と が で き た 20kW 級 の ト ラ ク タ 34 型 式 の 輪 距 に つ い て 調 査 し た ．

２ ． ２ ． ２ 結 果

カ タ ロ グ 等 の 調 査 の 結 果 は ， 図 ２ － １ に 示 す と お り ， 前 輪 よ り 後 輪 の 輪 距 が 広 く ， 後 輪 の 車 輪 外 幅 （ 輪 距 +タ イ ヤ 幅 ） は 1160～ 1570mm と な り ， 平 均 値 は 約 1400mm で 約 90％ の ト ラ ク タ は 1500mm 以 下 で あ っ た ． よ っ て ， 新 栽 培 様 式 の 畦 溝 幅 は 1400mm 必 要 で あ り ， 1500mm を 確 保 す れ ば ほ と ん ど の 20kW 級 の ト ラ ク タ が 走 行 で き る こ と が わ か っ た ．

一 方 ， 栽 培 指 針 に 示 す 栽 植 様 式 は ， 図 ２ － ２ － （ ａ ） に 示 す と お り ， 畦 間 1100mm， 畦 幅 650mm， 畦 溝 幅 450mm， 株 間 400mm で ， 裁 植 密 度 は 約 2300 株 /10a で あ る ． 新 栽 植 様 式 の 栽 植 密 度 は ， １ 畦 １ 条 （ 畦 幅 450mm， 畦 間 1850～ 1950mm）

の 場 合 に は 約 1300 株 /10a と 栽 培 指 針 の 約 半 分 に な り ， 収 量 は 大 幅 に 減 少 す る

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こ と が 予 想 さ れ る ． そ こ で ， 栽 植 密 度 を 高 く す る た め １ 畦 ２ 条 植 え と し た ． そ の た め ， 畦 幅 を 450mm か ら 900mm に 広 げ ， 畦 頂 部 の 条 間 を 450mm に し ， 栽 植 密 度 は 2100 株 /10a と な り 栽 培 指 針 の 90％ 以 上 と な っ た ． 以 上 よ り ， 新 栽 植 様 式 の 寸 法 は ， 図 ２ － ２ － （ ｂ ） に 示 す と お り ， 畦 幅 900mm， 畦 間 2300～ 2400mm，

株 間 400mm と し ， 隣 接 す る サ ト イ モ と の 間 隔 を 広 げ ， い も の 肥 大 を 促 す た め 千 鳥 植 え と し た ．

図 ２ － １ ト ラ ク タ の 出 力 と 輪 距 の 関 係

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開 発 し た 培 土 機 の ベ ー ス と な っ た 作 業 機 は 20kW 級 の ト ラ ク タ に 装 着 可 能 で ， 作 業 幅 が 1400mm 以 下 で ， 畦 溝 中 央 部 の 土 塊 を 側 方 へ 移 動 さ せ 投 て き で き る 作 業 機 と し た ． 選 定 し た 成 形 機 （ 三 菱 農 機 ㈱ 、 RNM－ 141） は ， 図 ２ － ３ に 示 す と お り ， 主 に ロ ー タ リ 部 ， ロ ー タ リ カ バ ー ， 成 形 板 か ら な り ， 重 量 は 205kg で あ っ た ．

図 ２ － ２ 宮 崎 県 の 栽 培 指 針 に よ る 栽 植 様 式 と 宮 崎 県 が 提 案 し た 新 栽 植 様 式

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図 ２ － ３ 供 試 し た 溝 掘 ロ ー タ リ 成 形 機

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ロ ー タ リ は セ ン タ ー ド ラ イ ブ 方 式 の ア ッ プ カ ッ ト ロ ー タ リ で ， ロ ー タ リ づ め の ロ ー タ リ 軸 へ の 取 り 付 け 方 法 は ホ ル ダ 型 で あ る ． ホ ル ダ の 配 置 を 図 ２ － ４ お よ び 表 ２ － １ に 示 す ． 回 転 面 ⅰ に ３ か 所 （ ホ ル ダ ａ ,ｂ ,ｃ ）， 回 転 面 ⅱ に １ か 所 （ 同 ｄ ）， 回 転 面 ⅲ に １ か 所 （ 同 e）， 回 転 面 ⅳ に １ か 所 （ 同 ｆ ）， 回 転 面 ⅴ に ２ か 所 （ 同 ｇ ， h）， 回 転 面 ⅵ に １ か 所 （ 同 i）， 回 転 面 ⅶ に １ か 所 （ 同 ｊ ），

回 転 面 ⅷ に １ か 所 （ 同 ｋ ）， 回 転 面 ⅸ に １ か 所 （ 同 ｌ ） で あ る ． 回 転 面 ⅰ は チ ェ ー ン ケ ー ス 中 央 か ら 90 ㎜ の 位 置 に あ り ， 隣 接 す る 回 転 面 間 の 距 離 は ⅰ と ⅱ 間 が 40 ㎜ ， ⅳ と ⅴ 間 が 60 ㎜ ， 残 り の 回 転 面 間 が 50 ㎜ で あ り ， 間 隔 は 均 等 で は な い ． ま た ， ホ ル ダ ａ か ら ホ ル ダ ｃ ま で の 角 度 間 隔 が チ ェ ー ン ケ ー ス の 左 右 で 異 な っ て お り ， 進 行 方 向 に 対 し て 右 側 (以 下 ， 進 行 方 向 に 対 し て 左 右 を 示 す ) が 120 度 の 等 角 配 置 に 対 し て ， 左 側 が 90 度 ， 180 度 ， 90 度 の 配 置 に な っ て い る ． ホ ル ダ ｃ か ら ホ ル ダ ｌ ま で 配 置 は 左 右 対 称 で あ り ， ホ ル ダ ｃ か ら ホ ル ダ ｈ の 間 の 角 度 間 隔 が 180 度 ， 90 度 の 繰 り 返 し ， ホ ル ダ ｈ と ホ ル ダ ｉ 間 の 角 度 が 240 度 ， ホ ル ダ ｉ か ら ホ ル ダ ｌ の ホ ル ダ 間 の 角 度 が 180 度 ， 270 度 ， 180 度 で あ る ． ま た ， 左 側 の ホ ル ダ は 右 側 に 対 し て 逆 転 方 向 に 45 度 ず れ て い る ． な お ， ロ ー タ リ 軸 は ホ ル ダ ｈ と ホ ル ダ ｉ の 間 で 取 り 外 し が で き ， 作 業 幅 を 700 ㎜ ， 1100 ㎜ に 調 整 で き る ．

成 形 機 に 配 置 す る ロ ー タ リ づ め は 次 の ３ 種 類 か ら な り ， ロ ー タ リ づ め の 形 状 を 図 ２ － ５ に ， ロ ー タ リ づ め の 重 心 と 質 量 を 表 ２ － ２ に 示 す ． な お ， 一 般 的 な ロ ー タ リ づ め の 各 部 の 名 称 を 図 ２ － ６ に 示 す ．

２ ． ３ ． １ ． １ ロ ー タ リ づ め １

チ ェ ー ン ケ ー ス 下 の 残 耕 処 理 を 行 う た め の ロ ー タ リ づ め で ， 主 要 寸 法 は 刃 先 幅 が 60mm， 切 削 幅 が 40mm， わ ん 曲 部 曲 率 半 径 が 50mm， 回 転 半 径 が 225mm で あ

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る ． 直 刃 部 が 基 部 よ り わ ん 曲 方 向 に 40mm オ フ セ ッ ト し て い る ． ロ ー タ リ づ め の 質 量 は 485ｇ で あ り ， 重 心 位 置 は 表 ２ － ２ の O 点 を 基 準 に Ｘ ＝ 90mm， Ｙ ＝ 35mm， Ｚ ＝ -75mm で あ る （ 図 ２ － ５ － （ ａ ）， 表 ２ － ２ ）．

２ ． ３ ． １ ． ２ ロ ー タ リ づ め ２

チ ェ ー ン ケ ー ス 下 の 残 耕 処 理 を 行 う た め の ロ ー タ リ づ め で ， 主 要 寸 法 は 刃 先 幅 が 60mm， 切 削 幅 が 40mm， わ ん 曲 部 曲 率 半 径 が 50mm， 回 転 半 径 が 225mm で あ る ． ロ ー タ リ づ め の 質 量 は 480ｇ で あ り ， 重 心 位 置 は Ｘ ＝ 95mm， Ｙ ＝ 10mm， Ｚ

＝ -80mm で あ る （ 図 ２ － ５ － （ ｂ ）， 表 ２ － ２ ）．

２ ． ３ ． １ ． ３ ロ ー タ リ づ め ３

主 要 寸 法 は 刃 先 幅 が 60mm， 切 削 幅 が 100mm， わ ん 曲 部 曲 率 半 径 が 80mm， 回 転 半 径 が 225mm で あ る ． ロ ー タ リ づ め の 質 量 は 660ｇ で あ り ， 重 心 位 置 は Ｘ ＝ 110mm， Ｙ ＝ 25mm， Ｚ ＝ -75mm で あ る （ 図 ２ － ５ － （ ｃ ）， 表 ２ － ２ ）．

３ 種 類 の ロ ー タ リ づ め の 配 置 を 表 ２ － １ に 示 す ． ホ ル ダ ａ に は ホ ル ダ か ら 内 側 40～ 80mm の 範 囲 （ 最 も チ ェ ー ン ケ ー ス 中 央 に 近 い 部 分 ） を 耕 う ん す る た め ロ ー タ リ づ め １ を 内 向 き ， ホ ル ダ ｂ に は ホ ル ダ か ら 内 側 ０ ～ 40mm の 範 囲 を 耕 う ん す る た め ロ ー タ リ づ め ２ を 内 向 き ， ホ ル ダ ｃ か ら ｌ に は ホ ル ダ か ら 外 側 0

～ 100 ㎜ の 範 囲 を 耕 う ん す る た め ロ ー タ リ づ め 3 が 外 向 き に 取 り 付 け ら れ て い る ．

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注 ） 回 転 面 ⅰ ～ ⅸ お よ び ホ ル ダ ａ ～ ｌ は 図 ２ － ４ に 対 応 し ， 角 度 間 隔 は 右 ホ ル ダ

a

注 ） 位 置 関 係 に つ い て は 表 ２ － １ を 参 照 ． ⅰ ～ ⅸ は 回 転 面 ， ａ ～ ｌ は ホ ル ダ を 示 す ． 回 転 面 間 の 距 離 の 単 位 は mm で あ る ．

a c

b d e g j k

h

f i l

ⅰ ⅱ ⅲ ⅳ ⅴ ⅵ ⅶ ⅷ ⅸ

チェ ー ン ケー ス

90 40 50 50 50 60 50 50 50

左側 右側

a 75 0 ロータリづめ１

b 255 240 ロータリづめ２ c 165 120 ロータリづめ３

ⅱ 130 d 345 300 ロータリづめ３

ⅲ 180 e 75 30 ロータリづめ３

ⅳ 230 f 255 210 ロータリづめ３

g 345 300 ロータリづめ３ h 165 120 ロータリづめ３

ⅵ 340 i 45 0 ロータリづめ３

ⅶ 390 j 255 180 ロータリづめ３

ⅷ 440 k 135 90 ロータリづめ３

ⅸ 490 ｌ 315 270 ロータリづめ３

ⅰ 90

ⅴ 280

回転面 チェーンケース

中央からの距離 (mm)

ホルダの 位置

角度間隔（度）

ロータリづめの種類 表 ２ － １ 溝 掘 ロ ー タ リ 成 形 機 の ロ ー タ リ づ め と ホ ル ダ の 配 置

図 ２ － ４ ホ ル ダ の 配 置 図 (片 側 ）

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図 ２ － ５ 溝 掘 ロ ー タ リ 成 形 機 に 装 着 さ れ て い る ロ ー タ リ づ め の 形 状

図 ２ － ６ ロ ー タ リ づ め の 各 部 の 名 称

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ロ ー タ リ カ バ ー の 構 造 を 図 ２ － ７ に ， 外 観 を 図 ２ － ３ に 示 す ． ロ ー タ リ カ バ ー は 上 部 カ バ ー ， リ ヤ カ バ ー お よ び サ イ ド カ バ ー か ら な る ． 上 部 カ バ ー は ロ ー タ リ 軸 中 心 か ら 280mm 上 方 に ， リ ヤ カ バ ー は ロ ー タ リ 軸 中 心 よ り 300mm 後 方 に ， サ イ ド カ バ ー は 上 部 カ バ ー の 左 右 に ， ま た 長 方 形 の ゴ ム カ バ ー は サ イ ド カ バ ー の 前 面 （ ト ラ ク タ 側 ， 200mm×290mm） と 背 面 （ 100mm×290mm） に 取 り 付 け ら れ て い る ． リ ヤ カ バ ー は 幅 が 500～ 900mm の 範 囲 で ， サ イ ド カ バ ー は 傾 斜 角 ０ ， 50， 60， 70 度 の ４ 段 階 で ， さ ら に サ イ ド カ バ ー の 先 端 部 は 下 方 に ０ ～ 90 度 の 範 囲 で 調 整 で き る ． ま た ， リ ヤ カ バ ー の 左 右 端 か ら 後 方 に 成 形 板 が 取 り 付 け ら れ て い る ．

表 ２ － ２ 溝 掘 ロ ー タ リ 成 形 機 の ロ ー タ リ づ め の 重 心 と 質 量

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２ ． ４ ． １ 試 験 方 法

成 形 機 の 耕 深 と 培 土 高 さ の 関 係 を 明 ら か に す る た め の 培 土 性 能 試 験 を 行 っ た ． 供 試 圃 場 は ， 九 州 沖 縄 農 業 研 究 セ ン タ ー （ 都 城 研 究 拠 点 ） の サ ト イ モ 栽 培 を 行 っ て い な い 裸 地 の 圃 場 （ 厚 層 腐 植 質 黒 ボ ク 土 都 城 統 ） で あ っ た ． 供 試 畦 は 平 畦 （ 畦 溝 幅 1400mm， 畦 間 2300mm， 畦 高 50mm） と し た ． 供 試 ト ラ ク タ は 22kW の ト ラ ク タ （ ㈱ ク ボ タ ， KL300） と し ， 作 業 速 度 は 約 0.20m/s に な る よ う に エ ン ジ ン 回 転 数 を 2400rpm ， 速 度 段 を 低 －

10

（ 1260rpm/2700 rpm） に 設 定 し ， ロ ー タ リ 回 転 数 を 316rpm（ 減 速 比 0.282） と し た ． な お ， 試 験 日 は 2006 年 ５ 月 24 ～ 25 日 で あ っ た ．

畦 溝 の 耕 う ん ・ 砕 土 作 業 は ， 耕 深 150mm に 設 定 し た ロ ー タ リ で 試 験 前 日 に 行 っ た ．

図 ２ － ７ ロ ー タ リ カ バ ー の 構 造

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土 壌 硬 度 は SR－ 2 型 土 壌 抵 抗 測 定 器 に よ り 円 す い 貫 入 抵 抗 を 測 定 し た が ， 地 表 面 か ら 土 壌 深 さ 250mm ま で の 測 定 値 は 全 て ０ で あ っ た ． ま た ， 圃 場 は 通 常 培 土 作 業 に 適 し た 状 態 で あ り ， 砕 土 率 お よ び 土 壌 含 水 比 の 計 測 は 行 わ な か っ た ． ２ ． ４ ． １ ． ２ 耕 深 お よ び 培 土 高 さ

計 測 は ， 計 測 対 象 と な る 畦 の 両 側 の 畦 溝 中 央 に 立 て た 支 柱 に ， 地 上 高 約 500mm で 水 平 に な る よ う に 固 定 し た 梁 （ 角 パ イ プ ） を 基 点 と し て 行 っ た ． 培 土 作 業 前 後 に 支 柱 か ら 100mm 間 隔 で 梁 か ら 地 表 面 ま で の 距 離 を 計 測 し ， そ の 差 を 求 め た ． 培 土 高 さ は 畦 頂 部 ま で の ９ 点 の 距 離 の 差 の 平 均 値 ， 耕 深 は 対 象 畦 の 左 右 畦 溝 に つ い て 各 ２ 点 ず つ 計 ４ 点 の 距 離 の 差 の 平 均 値 と し た ． ま た ， 培 土 作 業 中 は 支 柱 を 撤 去 し 作 業 後 再 び 設 置 し た が ， 梁 の 位 置 は 垂 直 方 向 に ず れ が 生 じ た ． そ の た め ， 畦 頂 部 中 央 に 杭 を 立 て ， 支 柱 を 設 置 す る た び に 梁 か ら 杭 ま で の 距 離 を 計 測 し 垂 直 方 向 の ず れ を 修 正 し た （ 図 ２ － ８ ）．

（ａ）培土前

・・・・・・・ ・・・・・・

・・・・・・

（ｃ）培土後

・・・・・・・ ・・・・・・

・・・・・・

畦溝 畦頂部

（ｂ）培土中

梁

100mm間隔で梁から地表面までの距離を計測

杭 支柱

図 ２ － ８ 耕 深 お よ び 培 土 高 さ の 計 測 方 法

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成 形 機 に よ る 培 土 作 業 は ， サ ト イ モ の 草 冠 の 上 か ら 土 塊 が 落 ち る 状 態 に な る よ う に サ イ ド カ バ ー を 調 整 し て 行 っ た ． 培 土 作 業 の 状 況 は ， 図 ２ － ９ に 示 す と お り ， 土 塊 が ト ラ ク タ の キ ャ ビ ン 上 面 ま で 飛 散 し て お り ， 投 て き 高 さ は 十 分 で あ っ た ． し か し ， 作 業 機 前 方 に 投 て き さ れ る 土 塊 に 対 し て サ イ ド カ バ ー は 遮 蔽 の 役 割 を 果 た し て お ら ず ， 大 量 の 土 塊 が 前 方 向 へ 投 て き さ れ て い た ．

成 形 機 の 耕 深 と 培 土 高 さ の 関 係 を 図 ２ － 10 に 示 す ． 耕 深 150～ 238mm に 対 し て 培 土 高 さ は 60 ～ 110mm と な り ， 正 の 相 関 を 示 し ， 相 関 係 数 （ 以 下 ， ｒ ） は 0.72 で 有 意 確 率 （ 以 下 ， ｐ ） は 0.26 で あ っ た ． 耕 深 と 培 土 高 さ の 関 係 を 表 す 図 ２ － ９ 溝 掘 ロ ー タ リ 成 形 機 に よ る 培 土 作 業

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H=

H

D

－ （ １ ） の Y 切 片 は ０ と な ら な か っ た が ， Y 切 片 の 95％ 信 頼 区 間 は － 192.1～

221.8 で 原 点 を 含 ん で い た ．

式 ２ － （ １ ） よ り 培 土 高 さ 100mm を 得 る た め に は 耕 深 が 243.3mm と な り ， ロ ー タ リ づ め の 回 転 半 径 （ 225mm） よ り 大 き い ． こ れ は ， 作 業 中 ロ ー タ リ 軸 が 土 中 に 埋 没 し て い る 状 態 を 表 し て お り ， 適 切 な 作 業 で は な く ， 培 土 性 能 の 向 上 が 求 め ら れ た ．

作 業 幅 （ 1100mm） の 土 塊 が 全 て 畦 頂 部 （ 900mm） に 投 て き さ れ た と 仮 定 し た 場 合 ， 平 均 培 土 高 さ は 耕 深 の 約 1.2 倍 （ 作 業 幅 /畦 幅 ） に な っ た ． し か し ， 成

図 ２ － 10 溝 掘 ロ ー タ リ 成 形 機 の 耕 深 と 培 土 高 さ の 関 係

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形 機 に よ る 培 土 作 業 で は ， 式 ２ － （ １ ） よ り 耕 深 150mm に 対 し て 培 土 高 さ が 約 67mm， 耕 深 200mm に 対 し て 培 土 高 さ が 約 85mm と な り ， 畦 頂 部 に 落 下 し た 土 塊 量 は 全 投 て き 量 の 35％ ～ 37％ で あ り ， 残 り の 土 塊 は 畦 頂 部 以 外 に 落 下 し た こ と に な る ． 松 尾 （ 1963） に よ る と ， ア ッ プ カ ッ ト ロ ー タ リ の 場 合 ， 前 方 へ の 投 て き 量 が 全 耕 う ん 量 の ほ ぼ 半 分 を 占 め る ． 成 形 機 に よ る 培 土 作 業 の 場 合 ， 前 方 へ の 投 て き 量 が 多 く ， 側 方 へ の 投 て き 量 が 少 な い た め 培 土 高 さ が 十 分 に 確 保 で き な か っ た ． そ こ で ， ロ ー タ リ づ め と サ イ ド カ バ ー の 開 発 改 良 に よ り ， 前 方 へ の 投 て き を 抑 制 し ， 側 方 へ の 投 て き 量 を 増 加 す る こ と で 培 土 性 能 の 向 上 を 図 る ．

以 上 よ り ， 成 形 機 は 土 塊 を 側 方 へ 投 て き す る こ と が で き た が ， 畦 頂 部 へ の 投 て き 量 は 少 な く ， サ ト イ モ の 培 土 作 業 に 使 用 す る こ と は で き な い こ と が 明 ら か に な っ た ． そ こ で ， 培 土 機 で は 畦 頂 部 に 落 下 す る 投 て き 量 を 増 加 さ せ る た め に ロ ー タ リ づ め の 試 作 と サ イ ド カ バ ー の 改 良 を 行 う が ， 本 論 文 で は ロ ー タ リ づ め を 中 心 に 検 討 す る こ と に し た ．

２ ． ５ 摘 要

サ ト イ モ 栽 培 に お け る 新 栽 植 様 式 の 寸 法 の 検 討 は 畦 溝 幅 と 裁 植 密 度 を 中 心 に 行 っ た ． 導 入 す る ト ラ ク タ と し て 一 般 的 農 家 が 保 有 し て い る 20kW 級 を 想 定 し た 場 合 ， 畦 溝 幅 は 1400～ 1500mm 必 要 で あ り ， 新 栽 植 様 式 は 畦 幅 900mm， 畦 間 2300～ 2400mm， 株 間 400mm の １ 畦 ２ 条 の 千 鳥 植 え と し ， 栽 植 密 度 は 栽 培 指 針 の 90％ に あ た る 2100 株 /10a を 確 保 で き た ．

成 形 機 は 土 壌 を 側 方 に 排 出 し な が ら 溝 を 掘 っ て い く 作 業 機 で あ り ， 側 方 に 投 て き す る 必 要 が あ る 培 土 作 業 に は 適 し て い る 作 業 機 と 考 え ， サ ト イ モ 栽 培 用 培 土 機 と し て の 適 性 に つ い て 検 討 し た ． 成 形 機 に よ る 耕 深 と 培 土 高 さ の 関 係 は ， 耕 深 150～ 238mm の 範 囲 で 正 の 相 関 （ ｒ ＝ 0.72） と な り ， 回 帰 式 は

H

D

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＋ 14.86（ た だ し ，

H

D

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第 ３ 章 ロ ー タ リ づ め の 試 作 と 特 性 の 解 明

３ ． １ 緒 言

成 形 機 に よ る 培 土 作 業 で は 全 投 て き 量 の 約 35％ し か 畦 頂 部 に 達 し て お ら ず ， 十 分 な 培 土 高 さ を 得 る こ と は 不 可 能 で あ る こ と が 明 ら か に な っ た ．

成 形 機 は 溝 を 成 形 す る た め の 作 業 機 で あ り ， ロ ー タ リ づ め で 耕 う ん さ れ た 土 塊 は ， 溝 か ら 溝 脇 に 落 と す た め 側 方 に 排 出 さ れ た が ， 遠 方 に 投 て き さ れ な か っ た ． 畦 頂 部 に 落 下 す る 投 て き 量 を 増 加 さ せ る た め に は ， ① ロ ー タ リ 中 央 部 の 耕 う ん 層 の 土 塊 を ロ ー タ リ 最 外 側 ま で 移 動 さ せ 遠 く ま で 投 て き さ せ る た め の ロ ー タ リ づ め の 形 状 ， ② 前 方 へ の 土 塊 の 投 て き を 抑 制 し 側 方 に 集 中 さ せ る た め の ロ ー タ リ カ バ ー の 形 状 を 改 良 す る 必 要 が あ り ， 本 章 で は ロ ー タ リ づ め の 形 状 に つ い て 検 討 し た ．

ロ ー タ リ づ め の 形 状 に つ い て は ， 寸 法 ， 形 状 を 系 統 的 に 調 べ ３ グ ル ー プ に 分 類 し た 報 告 （ 川 村 ら ， 1987 ） の ほ か ， な た 刃 の 設 計 用 数 値 モ デ ル （ 櫻 井 ら ， 1989） の 研 究 等 が あ る ． ま た ， ロ ー タ リ づ め の 耕 う ん 抵 抗 特 性 に つ い て は ， 三 角 形 型 モ デ ル や 四 角 形 型 モ デ ル の 検 討 （ 柴 田 ・ 坂 井 ， 1978 等 ） や 四 角 形 型 モ デ ル を 用 い た ロ ー タ リ 耕 う ん 軸 性 能 評 価 の た め の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 手 法 の 検 討

（ 坂 井 ら ， 1990） が あ る ． し か し ， こ れ ら の 報 告 で は 土 塊 の 動 き （ 投 て き ） に つ い て は ， ほ と ん ど 触 れ ら れ て い な い ．

ロ ー タ リ づ め に よ る 投 て き に つ い て は ， 坂 井 ら （ 1997） が ロ ー タ リ づ め の 機 体 後 方 に 対 す る 土 塊 の 最 小 投 て き 距 離 や 最 小 側 方 投 て き 距 離 を ， 澁 澤 ら （ 1984）

が 深 耕 ロ ー タ リ 耕 う ん の す く い 面 形 状 と 後 方 投 て き の 関 係 を 示 し て い る ． ま た ， 片 平 ら （ 2005） は 歩 行 型 管 理 機 の 培 土 用 ロ ー タ リ づ め に よ る 培 土 投 て き 特 性 に つ い て 報 告 し て い る ． な お ， 報 告 に よ り 「 投 て き 」 と 「 放 て き 」 の ２ つ の 単 語

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が 使 用 さ れ て い る が ， 本 論 文 で は 「 投 て き 」 を 使 用 す る こ と と し た ．

本 章 で は ， 成 形 機 の ロ ー タ リ づ め ３ に か わ る ロ ー タ リ づ め を 供 試 し ， そ の PTO 軸 ト ル ク 特 性 を 調 べ ， 波 形 モ デ ル を 作 成 す る ． さ ら に ， ロ ー タ リ づ め の 側 方 投 て き 距 離 に つ い て 検 討 し ， ロ ー タ リ 軸 最 外 側 に 取 り 付 け る ロ － タ リ づ め を 選 定 す る ．

３ ． ２ 供 試 づ め の 形 状

成 形 機 の ロ ー タ リ づ め ３ に か わ る ロ ー タ リ づ め と し て 以 下 の ３ 種 類 を 供 試 し た ．

３ ． ２ ． １ 供 試 づ め ａ

畦 成 形 時 等 に 土 塊 を 側 方 に 移 動 さ せ る た め に 使 用 す る 市 販 の ロ ー タ リ づ め で ， 一 般 に プ ラ ウ づ め と 呼 ば れ て い る ． 主 要 寸 法 は 刃 先 幅 が 120mm， 切 削 幅 が 50mm，

わ ん 曲 部 曲 率 半 径 が 200mm， 回 転 半 径 が 250mm で あ る ． 回 転 半 径 は 供 試 し た 他 の ロ ー タ リ づ め よ り 25mm 長 い が ， 購 入 可 能 な プ ラ ウ づ め の 回 転 半 径 が 250mm で あ っ た た め で ， 回 転 半 径 の 長 い ロ ー タ リ づ め を 意 図 的 に 準 備 し た わ け で は な い ． ロ ー タ リ づ め の 質 量 は 1100ｇ で あ り ， 重 心 は Ｘ ＝ 100mm， Ｙ ＝ 90mm， Ｚ ＝ -35mm で あ る ． ロ ー タ リ づ め ３ と 比 較 す る と わ ん 曲 部 屈 曲 角 は 小 さ く ， 刃 先 角 は 鈍 角 で 刃 先 幅 は 広 か っ た （ 図 ３ － １ － （ ａ ）， 表 ３ － １ ）．

３ ． ２ ． ２ 供 試 づ め ｂ

切 削 幅 を 長 く す る こ と で 隣 接 す る ロ ー タ リ づ め と の 間 隔 を 広 げ ， 土 塊 の 側 方 移 動 を ス ム ー ズ に す る た め の ロ ー タ リ づ め で あ る ． 切 断 し た ロ ー タ リ づ め ３ の わ ん 曲 部 を 別 の ロ ー タ リ づ め ３ の わ ん 曲 部 先 端 に 溶 接 す る こ と で わ ん 曲 部 を 延 長 し ， 切 削 幅 の 長 い ロ ー タ リ づ め を 試 作 し た ． 主 要 寸 法 は 刃 先 幅 が 60mm， 切 削 幅 が 210mm， わ ん 曲 部 曲 率 半 径 が 80mm， 回 転 半 径 が 225mm で あ る ． ロ ー タ リ

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づ め の 質 量 は 765ｇ で あ り ， 重 心 は Ｘ ＝ 115mm， Ｙ ＝ 55mm， Ｚ ＝ -50mm で あ る

（ 図 ３ － １ － （ ｂ ）， 表 ３ － １ ）．

３ ． ２ ． ３ 供 試 づ め ｃ

大 量 の 土 塊 を 畦 頂 部 中 央 に 投 て き す る た め に わ ん 曲 部 の 幅 を 広 げ た ロ ー タ リ づ め で あ る ． 切 断 し た ロ ー タ リ づ め ３ の わ ん 曲 部 を 別 の ロ ー タ リ づ め ３ の 背 に 溶 接 す る こ と で 刃 先 幅 の 広 い ロ ー タ リ づ め を 試 作 し た ． 主 要 寸 法 は 刃 先 幅 が 110mm， 切 削 幅 が 100mm， わ ん 曲 部 曲 率 半 径 が 80mm， 回 転 半 径 が 225mm で あ る ． ロ ー タ リ づ め の 質 量 は 880ｇ で あ り ， 重 心 は Ｘ ＝ 55mm， Ｙ ＝ 40mm， Ｚ ＝ -60mm で あ る ． プ ラ ウ づ め と 同 様 刃 先 幅 は 広 い が ， わ ん 曲 部 の 屈 曲 角 は ロ ー タ リ づ め ３ と 同 程 度 で あ っ た （ 図 ３ － １ － （ ｃ ）， 表 ３ － １ ）．

表 ３ － １ 培 土 機 の た め に 供 試 し た ロ ー タ リ づ め の 質 量 と 重 心

Y

（わん曲部先端）

X

（直刀部先端側）

Z

０

（ロータリづめ基部）

X Y Z

供試づめａ 100 90 -35 1100

供試づめｂ 115 55 -50 　765

供試づめｃ 　55 40 -60 　880

ロータリづめ の種類

重心（㎜）

質量（g）

注）重心の座標系は右図を参照

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供 試 し た ロ ー タ リ づ め は ， 成 形 機 に 装 着 さ れ て い た ロ ー タ リ づ め １ ， ロ ー タ リ づ め ２ ， ロ ー タ リ づ め ３ と ， 培 土 機 用 に 供 試 し た 供 試 づ め ａ ， 供 試 づ め ｂ お よ び 供 試 づ め ｃ の 計 ６ 種 類 で あ っ た ． 全 て の ホ ル ダ の ロ ー タ リ づ め を 取 り 外 し た ロ ー タ リ 軸 の 左 側 の ホ ル ダ e に ， 計 測 す る ロ ー タ リ づ め を 外 向 き に 取 り 付 け

図 ３ － １ 培 土 機 の た め に 供 試 し た ロ ー タ リ づ め 注 ） 色 塗 り し て い る 部 分 は ロ ー タ リ づ め ３ に 溶 接 で 追 加 し た 部 分 で あ る ．