コンバインハーベスター

コンバインハーベスターあるいは複式収穫機は、穀物の収穫・脱穀・選別をする農業機械である。アブラナ、亜麻、大豆、米、カラスムギ、コムギ、ライムギ、トウモロコシなど、植物の種子の刈り入れと脱穀・選別を同時に行うことができる。

日本の稲作で主に使われるコンバインは自脱型コンバインと呼ばれる。それと区別するために、通常のコンバインを普通型コンバインと呼ぶ。なお「自脱」とあるが、普通型コンバインも自動脱穀をおこなう。

以下では普通型コンバインを主に扱う。

1. 歴史
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1.1. コンバインの発明と改良
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コンバインは米国で発明され、1834年にハイラム・ムーアが特許を取得、また同年に刈取機の特許をサイラス・マコーミックが取得した。

初期のコンバインのうち、特に大きなものは多頭立ての馬やラバに引かせ、機械の原動力は車輪の回転力を取り出して利用した。その後、トラクターで牽引し、そのトラクターのPTOから取り出す動力を使うようになった。

これらのコンバインは、ワラ屑から穀粒を分離するためにふるいを使い、ストローウォーカーがワラを後方に排出し、穀粒のみを貯める。

牽引式のコンバインは、穀物の選別に独立したガソリンエンジン、またはディーゼルエンジンの動力を使うように進化した。今日のコンバインは、自走式であり、動力にディーゼルエンジンを使用する。

コンバインの設計における重要な進歩は回転式のデザインだった。ワラ屑と穀粒は強力な回転ファンを使用して選別された。軸流式のコンバインは1977年にインターナショナル・ハーベースター  が発表した。1980年代には、より適切な能力で脱穀するために電子制御が普及した。この新しい装置によって最適化された刈取速度やその他の操作により、オペレータはより良い穀物を得ることが出来るようになった。

1.2. 日本における普及
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[[ファイル:Clayson_m122_for_paddy_field.jpg|thumb|right|180px|かつて大潟村で使われていた無限軌道を装備したコンバイン]]米国やソビエト連邦などの大規模農場で普及した一体型のコンバインハーベスターは、日本では普通型コンバイン、あるいは汎用コンバインと呼ばれる。

日本では1962年から政府が推進した農業構造改善事業の一環として導入され、水田での稲の収穫にも利用されたことがあったが、大型の普通型コンバインは日本の水田では使いづらかった。

その後、稲の収穫により適するよう日本で独自に開発された「自脱型コンバイン」の登場により、自脱型コンバインの方が徐々に普及してゆく。

日本農業機械工業会の統計による、2006年に輸入されたコンバインは167台、農林水産省の統計による2006年における普通型コンバインの出荷実績は679台であったが、これは同じ農林水産省の統計による2006年の自脱型コンバインの国内出荷台数、約3万台に比較すると遥かに少ない。

農林水産省の統計による、普通型コンバインの地域別出荷台数と刃幅別構成比を表に示す。

 日本では1970年頃より始まった減反政策により水稲から大豆・小麦・ソバ等への転作が増え、それら多種類に対応可能なコンバインが開発されて利用されている。世界的にはコンバインハーベスターは乾燥した畑で使用されることが殆どのため走行部がタイヤであるのに対し、日本製の普通型コンバインはゴムクローラを装備し、水田や転作田などでの条件適応性を高めているのが特徴である。

日本で製造される普通型コンバインのうち、刃幅1.5m以下のクラスは40馬力前後のコンバインであり、主に大豆・ソバ・麦の収穫に使用され、稲の収穫は出来ない。また、刃幅1.5m～2.5mのクラスは90馬力前後で、稲・麦・大豆・ソバなどを収穫することができ、刃幅2.5m～3.5mのクラスは140馬力前後であり、3.5m以上は輸入されたコンバインが占める。

2. 構造と工程
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2.1. 刈取部
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コンバインは、作物にあわせて設計されている脱着可能な刈取部を装備している。

標準ヘッダはグレンプラットフォーム、あるいはプラットフォームヘッダと呼ばれ、レシプロモアーを装備し、刈取られた作物をヘッドに落とすための金属またはプラスチックのツースが付いた回転するリールを特色とする。その後、クロス・オーガがスロートへ作物を引き込む。 グレンプラットフォームは、穀粒、マメ科植物および多くの種子作物を含む多くの作物に使用される。

リールがツースを装備していないという点を除いて、小麦ヘッドは同様の構造である。 ドレーパヘッドと呼ばれるいくつかの小麦用ヘッドは、クロス・オーガの代わりに、布かゴムのエプロンを使用する。 ドレーパヘッドはクロスオーガよりも搬送速度が速く、処理能力が高い。しかし、収量が高いヨーロッパの作物では、このヘッダの能力に脱穀能力が追いつかないため、このようなヘッダは全く利点が無い。多くの農場ではコストダウンのために、小麦用ヘッダの代わりにプラットフォーム・ヘッダが使用される。

ダミーヘッド、またはピックアップヘッドはスプリングタインのあるピックアップを特色とし、普通は強靭なゴムのベルトコンベアが付いている。 これは、既に刈り取られた作物のウインドロー、またはスワースに使用される。これはカナダ西部などの北部の気候で、事前に作物を刈り倒して雑草を早く乾燥させるのに特に役立つ。

グレンプラットフォームをトウモロコシに使うことができるが、通常は専用のコーンヘッドが使用される。 コーンヘッドは、茎や葉とトウモロコシを分離するスナップロールを備え、トウモロコシとその皮だけがスロートに入る。その分、脱穀部を通さなければならない物の量が大幅に減るので、効率が劇的に改善する。 コーンヘッドは、各列の間に尖った先端がある事で見分けることが出来る。

時々、グレンプラットフォームのように機能するが、コーンヘッドのように列の間に尖った先端がある条刈り用ヘッドが見られる。これは粒の小さな穀物を収穫するときに、混入する雑草の種子を減らすために使用される。

2.2. 走行部
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一般的なコンバインハーベスターは走行部に4本のタイヤを備え、フォークリフトと同じように前輪が駆動輪、後輪が操舵を担う。仕様によって4WDを用意する機種もある。日本製の汎用コンバインは水田など耐性の低い圃場での使用を想定し、走行部に自脱型コンバインのようなクローラを装備する事が多い。海外のコンバインでもクローラを採用する場合はある。グレーナーの自走コンバインは、タイヤが25cmもめり込む圃場で稲を収穫するのを補助するために、タイヤの代りに特殊な履帯を装着することができる。イタリアのラベルダは、前輪の代りに履帯を標準装備している。これ以外のメーカーの機種でもクローラの装着が可能な機種はあり、耐性の低い圃場に配慮されている。

いくつかのコンバイン、特にFF型のタイプには、泥で沈むのを防ぐダイヤモンド型のトレッドパターンがあるタイヤがある。これらのタイヤは、アダプタとなるプレートを作るだけで他のコンバインにも取り付けることができ、ジョンディア JD6620型のコンバインには、カバーを取外すだけで取りつけることができる。

2.3. ヒルサイド・コンバイン
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米国の太平洋側北西部パルース地域では面白い技術が使用されていて、コンバインが斜面でも車体の水平を保つよう油圧システムで改造されている。これは、肥沃だが驚くほど起伏が激しいその地域の農地でも、コンバインで収穫することを可能にしている。この油圧装置を装備したヒルサイド・コンバインは50%の勾配でも作業が出来る。

グレーナー、ケースIH、ジョンディアおよび他のコンバインメーカーは、この斜面でも車体の水平を保つシステムを装備したコンバインを生産している。また、地方の機械工場は後付け用としてそれらを製作している。

最初のヒルサイド・コンバインの技術は、1891年にカリフォルニアのホルト社によって開発された。その後何年も経った後、現代の自動車体水平の技術は1946年にレイモンド・ヘイワイヤ・ハンソンによって発明された水銀スイッチ式水平センサーの発明および特許とともに出現した。ハンソンのラウコ社は、今でも主にジョンディアコンバイン用の車体水平システムを生産している。

斜面において車体の水平を保つことには、いくつかの利点がある。その中の第一点目は、斜面での作業であっても脱穀効率が高められた事である。

車体の水平を保てないと、穀粒とワラ屑が選別板の一方に偏って動き、選別されずに大きな固まりとなって地面に大量の穀粒を飛散させる。車体を水平に維持することによって、ストローウォーカーはより効率的に作動することができる上に、選別も効率的にできることから、この問題は解消される。

ケースインターナショナルが生産した453型コンバインは、斜面のどのような向きの勾配であっても車体の前後左右を水平に保つため、効率的に脱穀することを可能にした。 

二点目として車体を水平に保つことは、斜面に対するコンバインの重心位置を適正に保ち、コンバインが横転せずに斜面の等高線に沿って収穫することを可能にする。急勾配の斜面は非常に危険な領域であり、コンバインがとても急な丘で横転する事故は珍しくない。

より新しい型の水平装置は、古いもの程には傾斜に対応出来ない。ラウコ製の車体水平コンバージョンキットを装備したジョンディア9600型コンバインで44%まで、より新型のSTSコンバインでも35%に対応する程度である。これら近代的なコンバインは、車体の水平がそれほど重要ではない回転式の穀粒選別装置を使用する。

また、パルースのほとんどのコンバインは機械を安定させるために駆動輪にダブルタイヤを装備している。

2.4. 脱穀速度の維持
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コンバインでよく使用される技術として、他に無段変速機があげられる。 これは、一定のエンジン回転数と脱穀機回転数を維持しながらも、コンバインの走行速度を自在に変化させることを可能にする。

普通、脱穀機はある回転数で最良に作動するように調節されているので、脱穀機の回転数は一定に保つことが望ましい。 また、脱穀機が処理する穀物の流量が多すぎても少なすぎても穀粒のロスが発生してしまう。それを防ぐためには刈取速度を適切に制御する必要がある。

初期の自走コンバインは、走行速度を一定のギア比で変速する手動変速機だった。

やがてこの欠点は見直され、1950年代初期のコンバインではジョンディアがバリアブルスピードドライブと呼ばれるものを装備していた。 これは単にばねと油圧で制御された、幅が可変するプーリーだった。この可変プーリーは変速機の入力軸に付けられた。 この駆動方式には4段変速の手動変速機がまだ使用された。オペレータは普通、3速のギヤを選択する。

オペレータがバリアブルスピードドライブシステムの範囲内で機械を加速したり減速したりするために、別な操作が追加された。 変速機の入力軸上の可変プーリーの幅を減少させることによって、ベルトはプーリーの溝のより外周に移動する。 これは、変速機の入力軸の回転数を遅くし、それにより、そのギヤでの走行速度を遅くした。 クラッチはオペレータが機械を止めたり、変速機のギヤを変えるために、まだ残されていた。

その後、油圧技術が向上するにつれ、新しいタイプの駆動方式が発明された。 この駆動方式は以前のように4段の手動変速機も備えているが、この発明では、変速機の入力軸を駆動するために油圧ポンプと油圧モータのシステムを使用した。 このシステムは静油圧式無段変速機(Hydraulic Static Transmission）