概要ミニゴボウ収穫方法に関する研究（引抜き収穫のための力学的検討）小林起（工学部平成 16 年度入学） KeyWords：Agricultural Machinery, Burdock, Mini Vegetable, Harvest Machine, Tensile Properties 1. 緒論近年の食生活をみると，家庭における食事については，都心部を中心に核家族や単身者世帯の増加等によって食の個食化が進み，一度の食事で消費される食材の量も減尐する傾向をみせている．さらには，鮮度の低いものは，うまみが落ちると同時に日もちが悪くなるため，家庭内で生じるロスをなくしたいとする節約傾向のほか，量と価格とのバランスや環境・衛生への関心の高まりなど，食品に対する消費者ニーズは極めて多様化かつ高度化してきている．その中で従来のような大型野菜に代わり，大きさとして 1 /3 から 1/2 程度で成熟するミニ野菜への注目が高まっている．このミニ野菜は小分けのためにカットする必要はなく，カット野菜のような切り口からの鮮度低下や不要な過剰梱包を省くことができる．そのため消費者にとっては，ミニ野菜は高鮮度かつ日もちのよさ，調理しやすさなどのメリットがあり，近年ミニ野菜の売り上げは急激に増加している．一方，ミニ野菜の生産に関しては，それ自体が小ぶりであるという特性から通常の野菜と同じ播種を行う場合では収穫量が減尐してしまう．収穫量を等しくするためにはミニ野菜の播種密度を上げることが必要となる．播種密度を上げた場合による作業ができないこともあり，ミニ野菜の生産方法に合わせた農機の開発が望まれている．本研究では，ミニ野菜の中で長さ 500 mm 以下のミニゴボウに着目し，その収穫用農機の開発を目的とし，そのための基礎的設計の技術的要求としてミニゴボウの収穫時の引抜き抵抗力と，ミニゴボウ自身の引張破断力について調べた． 2. ゴボウとミニゴボウの栽培・収穫方法ゴボウの栽培と収穫方法を図 1 に示す．引抜きベルト通常のゴボウの場合，ロータリートレンチャーを使用し 1m 以上深く土壌を掘り起こし，その上に紐状になった種子を播種用農栽培用ベルト機に取り付け，1 畝に 2 列の種の植え付けをする．収穫は図 1a ）に示した収穫機のルートディガーを用い，ゴボウ周囲の畝の土壌を深く掘り，ゴボウの根と土壌との接合状態を緩めてから，引抜きベルトでゴボウを狭持して収穫する方法で行っている．収穫作業ルートディガー a）ゴボウの収穫法図1 ルートディガー b）ミニゴボウの収穫法（検討案）ゴボウとミニゴボウの収穫法は 1 条刈であるため 1 畝のゴボウを 1 往復で片道 1 列ずつ行う．一方，ミニゴボウの場合，生産量の維持のため 1 畝に 4 列以上のマルチ栽培法が取られる．このため，現有の収穫機ではミニゴボウを収穫することはできない．そこで，ミニゴボウは前にも述べたように普通のゴボウに比べ全長が短いという特性から，ミニゴボウを土壌から離脱するために必要な力は普通のゴボウを引抜く力と比べ低くなることが予想される．その栽培と収穫方法は，例えば，図 1 b）に示すように栽培用のベルトを用いた植え付けと収穫方法が考えられる．栽培用の特殊なベルトに穴を開け，ミニゴボウの種をベルトの穴に入れて播種する．収穫は収穫機の “ U” 型のルートディガーにてゴボウ底部の土を掘り，ベルトを巻き上げて複数列のミニゴボウを収穫できると考える． 3. ゴボウの破断力 b)瓶口結び図 1 に示すミニゴボウの引抜き式収穫法にて収穫するため，ミニゴボウの引張破断力が，ゴボウの引抜き抵抗力より大きくなることが必要となる．然すれば，ミニゴボウが土中で折れることはない．ミニゴボウと通常のゴボウは材料の性質が同じと考え，現段階で入手可能な通常のゴボウを用い引張試験を行い， a)万能引張試験機図 2 ゴボウの破断力を測定した． c)破断したゴボウゴボウの引張試験引張試験の外観を図 2a ）に示す．また供試 1200 形態であるものを選定した．しかし，ゴボウ 1000 自体が通常の標準引張試験片と違い，非常に柔らかいものであるため，万能試験機のチャックを使用して固定することができない．本ゴボウの破断 Fσ N するゴボウは，直径の変化が尐ない円柱状の 800 600 400 実験では紐（タコ糸 2 0 号）を使用し中国古来 200 の“瓶口結び”を用いアダプターを介しゴボ 0 ウを固定することにした．図 2b ）に瓶口結びにより緊縛したゴボウを示す．ゴボウの片側に約 12 本の紐を用いた． 5 10 15 20 25 ゴボウの直径 d mm 図 3 ゴボウの破断力 30 引張試験後の破断したゴボウを図 2 c）に示す．また，ゴボウは，通常の引張標準試験片のような破断部を細くすることができないため，その破断部は緊縛部に発生している．これは，緊縛部に応力が集中するためだと考えられる．従って，本実験で得られた破断力は緊縛による応力集中の影響を含めた破断力である．図 3 にゴボウの直径 d mm と破断力の関係を示す．ゴボウの直径には，破断断面の直径を用いた．測定した破断力の値から最小２乗法により算出した 1 次式で近似すると F σ =36.3d-115 （ 1）が得られる．ただし F σ はゴボウの破断力（ N）， d はゴボウの直径（ mm）である．破断力とゴボウの直径との相関係数 r は 0.8 1 であった．両者の間には，強い関連性があることが 35 脚立言える．図 3 から，ゴボウの直径が 10 mm から 30 mm 手動ウィンチ程度の範囲では，破断力は直径の増加に伴い増加することがわかった．また，破断力には，ばらつきが大きく，直径 10 mm から 30 mm のゴボウの破断力は出力電圧測定用テスター最低で 200N から最高 1100N であり，ゴボウの生長直尺状況によってその機械的性質の変動が大きいことがわかった． 4. ひずみアンプデータレコーダーロードセルゴボウの引抜き抵抗力瓶口結び部ゴボウの収穫は通常，引抜き方法で行う，ミニゴゴボウボウを引抜くために必要な力を調べることにした．ゴボウの引抜き力の測定装置を図 4 に示す．引抜き力は慣性を無視できるように手動ウィンチ図 4 ゴボウの引抜き抵抗力測定装置で極低速にて引き抜けることにした．引抜ドセル及びデータレコーダーを用いた．また，引抜き距離による引抜き力の変化も同時に測定することにした．ゴボウの引抜き距離測定方法は，直尺を用いロードセルに取り付けた計測用針とで目測する．引抜きゴボウの引抜き抵抗力 Fp N き力の測定記録には，ひずみゲージ式ロー 250 ルートディガー無 200 150 ルートディガー有 100 50 0 抵抗力の推定のため，ゴボウの全長と根身 20 図5 最大値に達してから 8 0 mm まで急激に減尐し，その後は穏やかに減尐する特徴が見られた．また，ルートディガーを用いた場合，引抜き抵抗力が約半分に減尐していることがわかる．最大引抜き抵抗力 F pmax N 関係を図 5 に示す．引抜き抵抗力は，引抜き開始直後に増加し， 30 mm から 40 mm で 60 80 100 120 140 160 ゴボウの引抜き距離 l mm 直径も測定した．ゴボウの引抜き抵抗力と引抜き距離との 40 ゴボウ最大引抜き抵抗力と表面積の関係 900 800 700 600 500 400 300 200 ルートディガー使用無 100 ルートディガー使用有 0 0.0 最大引抜き抵抗力とゴボウの表面積との 2.0 4.0 6.0 4　2 ゴボウの表面積 S ×10 mm 8.0 関係を図 6 に示す．ゴボウの表面積は，ゴボウの全長を 5 等分して各部の直径を測り，図6 ゴボウの引抜き抵抗力と引抜き距離の関係それを用いて算出した．最大引抜き抵抗力 Fp ma x とゴボウの表面積 S との関係を最小 2 乗法により算出した 1 次式で近似すれば， F p m a x =0. 0095S+84. 5 （ 2）が得られ，両者の相関係数 r は 0. 87 であり，強い相関があることが考えられる．一方，ゴボウの引抜き抵抗力をゴボウの全長及びゴボウの上部根径との相関係数 r はそれぞれ 0.73 と 0.75 であり，ゴボウの引抜き抵抗力の推定には，ゴボウの表面積を用いた方がよいこと 1200 最大引抜き抵抗力 Fpmax 破断力 Fσ N が言える．また，ルートディガーを用いるこ破断力 1000 とによって，ゴボウの引抜き抵抗力の低下についても図 6 に示す．ルートディガーを用いることでゴボウの引抜き抵抗力が大幅に低下することがわかった．一方，ゴボウを引抜く方法で収穫する場合，ゴボウの破断力は，引ルートディガー無 800 600 400 200 ルートディガー有 0 抜き抵抗力より大きくなることが必要である． 5 10 15 20 25 30 35 ゴボウの直径 d mm 両者の比較を図 7 に示す．図 7 から，ゴボウの破断力がその引抜き抵抗力より大きく，ゴ図7 最大引抜き抵抗力と破断力の関係ボウの強度の面から，ルートディガーを用いらなくても，収穫が可能である．しかし，図 6 に示す引抜き抵抗力のばらつきを考慮すれば，引抜き抵抗力がゴボウの破断力より大きくなることもあり，確実に破断せずに引抜き収穫を行うためにはルートディガーの使用が望ましいことがわかる． 5. 結論本研究では，ミニゴボウの引抜き式収穫においての技術条件としてゴボウの破断力と，土壌から引抜く際の引抜き抵抗力を測定し，ならびに土壌の作溝による引抜き抵抗力への影響を調べ，得られた実験結果を以下に示す．（ 1）ゴボウの破断力はゴボウの直径 10 mm から 30 mm の範囲で，最低 200N から最高 1100N であることがわかった．（ 2）ゴボウの最大引抜き抵抗力は，ゴボウの表面積が約 2×10 4 mm 2 以下のミニゴボウの場合．最大引抜き抵抗力は 350N 以下であることがわかった．（ 3）最大引抜き抵抗力とゴボウの各測定値との間には相関性があり，表面積が最も強い相関関係が認められた．よって，最大引抜き抵抗力を推定には表面積を用いるべきことを示した．（ 4）ゴボウの引抜き抵抗力は，引抜き開始直後で増加し， 30 mm から 5 0 mm で最大値に達してから 8 0 mm まで急激に減尐し，それ以降は穏やかに減尐する特徴がわかった．（ 5）ゴボウの破断力が引抜き抵抗力より大きく，強度の面では引抜きが可能であること，ルートディガーを用いるとより確実に引抜くことができることがわかった．謝辞終わりに，本研究を行うにあたり，有限会社新福青果社長新福秀秋様，渡辺克己様，木之下広幸助教，ならびに院生各位のご指導・ご援助に深く感謝します．参考文献（ 1）濱田千裕・青木弘二・宮下陽里・山口豊・田辺仁志，ゴボウの機械化栽培について（第 2 報） ,愛知農総試研報 16，（ 19 84） 1 38-146 （ 2）岩崎正美・石原昂，根菜類の引抜き抵抗力，農機誌 37 ， 76-80 （ 3）古谷正，根菜収穫に関する研究，農機誌 38， 2 96， 303 （ 4）古谷正，根菜の引抜き力に関する研究（第 1 報），農機誌 40， 47-5 2