JP2020167849A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの小型化を図るとともに、応答性を良好にする。【解決手段】アクチュエータ３００は、回転軸３１０を有する駆動手段３０４と、回転軸３１０と一体的に回転する回転部材３１４と、回転軸３１０と回転部材３１４の間に介在する連結具３１２とを備える。アクチュエータ３００は、さらに、フライホイール３０８を備える。該フライホイール３０８は円筒形状部３５０を有し、該円筒形状部３５０内に、連結具３１２が収容される。【選択図】図６

Description

本発明は、駆動手段の回転軸と、該回転軸と一体的に回転する回転部材の間に介在する連結具を有するアクチュエータに関する。

回転軸を有する駆動手段（例えば、モータ）と、前記回転軸と一体的に回転する回転部材とを含むアクチュエータでは、イナーシャ比を低減するべく、回転軸にフライホイールが外嵌される。なお、回転軸と回転部材の間には、連結具が介挿される。換言すれば、回転部材は、連結具を介して回転軸に連結される。

すなわち、この場合、駆動手段（回転軸）、フライホイール、連結具、回転部材が直列配置される。この分、回転軸の長手方向寸法や、アクチュエータの全長が大きくなる。また、長手方向寸法が大きな回転軸は比較的撓み易い（剛性が小さい）ので、回転軸が揺動を起こし易くなる。このような事態が生じると、駆動手段が付勢されてから回転軸が揺動を起こすことなく安定して回転するまでの時間、すなわち、応答性が低下する。

以上のような不都合を回避するべく、特許文献１に記載されるように、連結部分の軸長を可及的に小さくすることが想起される。

特開２０１２−２１９４８８号公報

例えば、アクチュエータが狭小スペースで作業を行うロボットに取り付けられるとき等では、アクチュエータのさらなる小型化及び軽量化が要請される。しかしながら、駆動手段、フライホイール、連結具、回転部材を直列配置する構成では、連結部分の軸長を可及的に小さく設定した場合、それ以上の小型化及び軽量化は困難である。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、小型化を図ることが容易であり、しかも、回転軸が十分な剛性を示すために応答性が良好なアクチュエータを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、回転軸を有する駆動手段と、前記回転軸と一体的に回転する回転部材と、前記回転軸と前記回転部材の間に介在する連結具とを有するアクチュエータにおいて、
前記連結具を内部に収容する円筒形状部を有するフライホイールを備えるアクチュエータが提供される。

本発明によれば、フライホイールの中空内部に連結具を収容するようにしている。この分、アクチュエータの長手方向の全長が小さくなる。従って、アクチュエータの小型化を図ることが容易となる。

しかも、回転軸の軸長が小さくなるので、該回転軸が撓み難くなる。この分、該回転軸の剛性が大きくなり、駆動手段が付勢されてから回転軸が安定して回転するまでの時間が短くなる。すなわち、応答性が向上する。

鉛直移動機構（変位部材移動機構）、回転軸停止用ロック機構、アクチュエータが組み込まれた果菜収穫装置の概略全体側面図である。 鉛直移動機構の要部断面側面図である。 鉛直移動機構の後下方からの要部概略斜視図である。 鉛直移動機構のやや後上方からの要部概略斜視図である。 鉛直移動機構を構成する駆動モータ（駆動力発生機構）の底部及びその近傍を示した底面図である。 アクチュエータの概略分解斜視図である。 フライホイール及び連結具の側面断面図である。 フライホイール及び連結具の正面断面図である。 アクチュエータが組み込まれた水平移動ステージの要部概略斜視図である。 水平移動ステージの側面断面図である。 図５から、駆動回転軸がロック機構によってロックされた状態を示す底面図である。

以下、本発明に係るアクチュエータにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、変位部材移動機構としての鉛直移動機構１００が組み込まれた果菜収穫装置１０の概略全体側面図である。この果菜収穫装置１０は、収穫した果菜１２（例えば、トマト）を収納するストッカ部１４と、回転軸停止用ロック機構２００が設けられた鉛直移動機構１００を支持する支持台部１６と、鉛直移動機構１００を構成する鉛直移動スライダ１０２（変位部材）に支持された移動台座１８と、該移動台座１８の上方に設けられた収穫用アーム２０とを備える。さらに、移動台座１８の内部には、収穫用アーム２０を紙面に直交する水平方向に変位させる水平移動機構３０２が設けられる。なお、以下では、回転軸停止用ロック機構２００を単に「ロック機構２００」とも表記する。

ストッカ部１４の下部における四方の隅角部には、果菜収穫装置１０を前進又は後退させることや、方向変換を行うことが可能な車輪２２が設けられる。このことから諒解されるように、果菜収穫装置１０は、収穫用アーム２０を上下、左右及び前後に移動させることが可能なロボットである。

図２は、鉛直移動機構１００の要部断面側面図である。鉛直移動機構１００は、駆動力発生機構としての鉛直変位用モータ１０４と、鉛直側減速機構１０６と、鉛直変位用ボールネジ１０８とを備え、これら鉛直変位用モータ１０４、鉛直側減速機構１０６、鉛直変位用ボールネジ１０８は、ギアケーシング１１０内で並列するように配置された駆動回転軸１１２、中継回転軸１１４、従動回転軸１１６をそれぞれ有する。換言すれば、中継回転軸１１４は、駆動回転軸１１２と従動回転軸１１６に挟まれる位置に設けられる。従って、従動回転軸１１６は、駆動回転軸１１２に対してオフセット配置されている。

鉛直変位用モータ１０４のモータ本体部は、ギアケーシング１１０の上部開口を閉塞する蓋部材１２０の上方に設けられており、ギアケーシング１１０外に露呈している。モータ本体部から下方に向かって突出した前記駆動回転軸１１２は、蓋部材１２０に形成された大通過孔１２２を通ってギアケーシング１１０内に挿入されている。該駆動回転軸１１２の下端には前記ロック機構２００が設けられるが、これについては後述する。

該駆動回転軸１１２には、さらに、駆動歯車１２４と、駆動回転軸１１２の上端近傍を覆う第１円筒状カバー１２６が設けられる。図３に示すように、第１円筒状カバー１２６には略正方形状をなす第１平板形状部１２８が含まれる。第１平板形状部１２８の四方の隅角部近傍には、第１雌ネジ孔１３０がそれぞれ形成される。一方、蓋部材１２０には、図４に示す第１長穴１３２が形成される。該第１長穴１３２に通された連結ネジ１３４が第１雌ネジ孔１３０に螺合されることにより、鉛直変位用モータ１０４が位置決め固定される。なお、第１長穴１３２は、図２中の前後方向に沿って延在する。

第１平板形状部１２８は、蓋部材１２０の、ギアケーシング１１０の内面となる下面に対し連結ネジ１３４によって位置決め固定された第１ネジ盤１４０、第２ネジ盤１４２に挟まれた位置にある。これら第１ネジ盤１４０、第２ネジ盤１４２には第１調整ネジ１４４、第２調整ネジ１４６が螺回可能に通されている。第１調整ネジ１４４は第１平板形状部１２８に向かうようにして第１ネジ盤１４０から突出する。後述するように、第１調整ネジ１４４によって第１平板形状部１２８、ひいては鉛直変位用モータ１０４を押圧して変位させることが可能である。第１調整ネジ１４４の螺回を停止して該第１調整ネジ１４４の位置を保つことにより、第１円筒状カバー１２６が位置決め固定される。すなわち、第１調整ネジ１４４は、駆動力発生機構用位置決め手段としての役割を果たす。

なお、第１円筒状カバー１２６と駆動回転軸１１２の間には第１ベアリング１４８が介挿される。従って、第１円筒状カバー１２６が駆動回転軸１１２に追従して回転することはない。

鉛直側減速機構１０６の中継回転軸１１４には、大径な第１中継歯車１５０、小径な第２中継歯車１５２、第２中継歯車１５２よりも上方を覆う第２円筒状カバー１５４が設けられる。この中の第１中継歯車１５０は駆動歯車１２４に噛合しており、一方、第２中継歯車１５２は、従動回転軸１１６に設けられた従動歯車１５６に噛合する。すなわち、駆動歯車１２４の回転駆動力は、第１中継歯車１５０及び第２中継歯車１５２を介して従動歯車１５６に伝達される。第２中継歯車１５２が第１中継歯車１５０に比して小径であることから、従動回転軸１１６の回転速度が駆動回転軸１１２に比して小さくなる。なお、第２円筒状カバー１５４と中継回転軸１１４の間には第２ベアリング１５８が介挿されているので、第２円筒状カバー１５４が中継回転軸１１４に追従して回転することはない。

第２円筒状カバー１５４には、略正方形状をなすとともに第２雌ネジ孔１６０が四方の隅角部近傍に貫通形成された第２平板形状部１６２が含まれる。鉛直変位用モータ１０４と同様に、蓋部材１２０に形成された第２長穴１６３（図４参照）に連結ネジ１３４が通されるとともに、該連結ネジ１３４が第２雌ネジ孔１６０に螺合されることにより、鉛直側減速機構１０６が位置決め固定される。第２長穴１６３は、第１長穴１３２と同様に図２中の前後方向に沿って延在する。

前記第２ネジ盤１４２に螺回可能に通された第２調整ネジ１４６は、第２平板形状部１６２に向かうようにして第２ネジ盤１４２から突出する。後述するように、第２調整ネジ１４６によって第２平板形状部１６２、すなわち、鉛直側減速機構１０６を押圧して変位させることが可能である。勿論、第２調整ネジ１４６の螺回を停止して該第２調整ネジ１４６の位置を保つことにより、第２円筒状カバー１５４が位置決め固定される。このように、第２調整ネジ１４６は、鉛直側減速機構１０６を位置決めする減速機構用位置決め手段である。

中継回転軸１１４の下端には、ロック機構２００を支持するための支持板１７０が第３ベアリング１７２を介して配設される。支持板１７０には、段付長穴１７４が厚み方向に沿って形成されている。該支持板１７０は、該段付長穴１７４を通された連結ネジ１３４を介して、４本の支柱部材１７６に連結される。なお、各支柱部材１７６は、連結ネジ１３４を介して蓋部材１２０に位置決め固定されている。

従動歯車１５６が設けられた従動回転軸１１６の上端は、第４ベアリング１７８を介して第３円筒状カバー１８０に収容される。すなわち、第３円筒状カバー１８０が従動回転軸１１６に追従して回転することはない。

第３円筒状カバー１８０には、断面略真円形状の第３雌ネジ孔１８１が形成された第３平板形状部１８２が含まれる。蓋部材１２０に形成された小通過孔１８３（図４参照）に通された連結ネジ１３４が、第３雌ネジ孔１８１に螺合されることにより、従動回転軸１１６、ひいては鉛直変位用ボールネジ１０８の鉛直変位用送りネジ１８４（図１参照）が位置決め固定される。

図１に示すように、鉛直変位用ボールネジ１０８は、鉛直変位用送りネジ１８４と、該鉛直変位用送りネジ１８４に変位可能に設けられた鉛直移動スライダ１０２（変位部材）とを有する。鉛直変位用送りネジ１８４の下端は、蓋部材１２０の大通過孔１２２に通された従動回転軸１１６の上端に連結されており、従って、鉛直変位用送りネジ１８４は、従動回転軸１１６と一体的に回転する。

図５は、鉛直変位用モータ１０４の底部及びその近傍を示した底面図である。該図５に示すように、駆動回転軸１１２には、該駆動回転軸１１２の回転を阻止するためのロック機構２００が設けられる。このロック機構２００は、駆動回転軸１１２の下端部に設けられて該駆動回転軸１１２と一体的に回転する円環形状の係合用リング部材２０２と、真円形状から約９０°の扇形が切除された形状をなす支持部材としての保持盤２０４とを有する。

係合用リング部材２０２には、複数個の係合凹部が形成される。本実施の形態では、第１区画壁２０６、第２区画壁２０８によって分離された第１係合凹部２１０と第２係合凹部２１２の２個である。第１区画壁２０６と第２区画壁２０８の位相差（離間角度）は、それぞれ、約１２０°、約２４０°に設定されている。すなわち、第１係合凹部２１０と第２係合凹部２１２の離間間隔は不均等である。このため、第１係合凹部２１０の中心角は１８０°よりも小さく、一方、第２係合凹部２１２の中心角は１８０°よりも大きい。

保持盤２０４には、回動ボルト２１４（回動軸）を介してレバー部材２２０が回動可能に軸支される。レバー部材２２０の一端には、電磁石としての図示しない電磁コイルと、永久磁石と、図示しない可動コアとを含んで構成される公知のソレノイド２２２（回動力付与手段）が近接する。また、該レバー部材２２０の他端に、第１係合凹部２１０又は第２係合凹部２１２のいずれかに係合する係合フック部２２４（係合部）が係合用リング部材２０２に向かって突出するように設けられる。

ソレノイド２２２を構成する前記可動コアには、進退軸２２６が連結される。可動コアが、電磁コイルに対する一時的な通電に伴って往復動作を行うことにより、進退軸２２６が前進又は後退する。なお、進退軸２２６の前進又は後退は、電磁コイルに対する通電方向を変更することによって切り替えられる。また、ソレノイド２２２が自己保持型である場合、通電が停止されても、進退軸２２６は、通電時の前進位置又は後退位置を保つ。

進退軸２２６の先端は、レバー部材２２０の一端に形成されたＵ字状溝２２８に係合している。このため、進退軸２２６が前進する方向の通電がなされると、レバー部材２２０には、係合フック部２２４が係合用リング部材２０２に接近する回動方向への回動力が付与される。

保持盤２０４には、さらに、レバー部材２２０の長手方向略中間部を弾発付勢するコイルスプリング２３０（弾性部材）が設けられる。具体的には、コイルスプリング２３０の一端は、レバー部材２２０の長手方向略中間部に設けられた掛止部２３２に掛止される。また、該コイルスプリング２３０の他端は、ステー２３４に掛止されることで位置決め固定されている。

ソレノイド２２２への、進退軸２２６の後退方向の通電時において、後退する進退軸２２６を介してソレノイド２２２が付与する回動力は、コイルスプリング２３０の弾発付勢力に比して大きい。そして、一旦後退した進退軸２２６は、ソレノイド２２２内の永久磁石の作用によって位置を保つ。従って、この場合、レバー部材２２０は、係合フック部２２４が係合用リング部材２０２から離間する姿勢を保つ。この状態では、コイルスプリング２３０は、掛止部２３２から引っ張られることで伸張する。コイルスプリング２３０が元の長さに戻ろうとすることから、レバー部材２２０には、係合フック部２２４が係合用リング部材２０２に対して接近する回動方向への弾発付勢力が作用する。

一方、ソレノイド２２２に対し、永久磁石の保持力を打ち消す方向に作用する力が発生する通電を行うと、進退軸２２６が前進する。従って、レバー部材２２０は、進退軸２２６によって押し出されるとともに、コイルスプリング２３０による弾発付勢を受ける。その結果、該レバー部材２２０は、係合フック部２２４が係合用リング部材２０２に接近するように回動し、コイルスプリング２３０の作用によってその状態を維持する。

鉛直移動スライダ１０２には、上記したように移動台座１８が支持される。該移動台座１８の内部には、収穫用アーム２０を図１の紙面に直交する方向に変位させる水平移動機構３０２が収納されている。上記したように、水平移動機構３０２は、アクチュエータ３００を含めるようにして構成される。

図６及び図７に示すように、アクチュエータ３００は、駆動手段としての幅方向変位用モータ３０４と、水平側ベアリング３０６と、フライホイール３０８とを備える。幅方向変位用モータ３０４は水平回転軸３１０を有するとともに、該水平回転軸３１０の先端に連結具３１２を介してピニオンギア３１４（回転部材）の小径な軸部３１６が連結される。勿論、水平回転軸３１０と軸部３１６の軸線は同一である。

水平回転軸３１０の先端の一部は、軸線方向に沿って直線状に切り欠かれている。これにより、水平回転軸３１０に平坦部３１８が形成されている。平坦部３１８は、連結具３１２とフライホイール３０８の空転を防止するためのいわゆるキー溝である。

幅方向変位用モータ３０４のモータ本体部の、水平回転軸３１０が突出する端面には、Ｌ字型ブラケット３２０が取り付けられる。一方、軸部３１６は、ピニオンギアホルダ３２２の貫挿孔３２４に通される。Ｌ字型ブラケット３２０は、ピニオンギアホルダ３２２が連結された状態で、取付ネジ３２６を介して橋架フレーム３２８（図９参照）の壁部に支持されている。水平側ベアリング３０６は、貫挿孔３２４内に収納されている。

ここで、橋架フレーム３２８の壁部に形成されて取付ネジ３２６を通すネジ通し孔は、鉛直方向に沿って延在する縦長穴となっている。このため、取付ネジ３２６を壁部に対して弛緩した状態では、Ｌ字型ブラケット３２０をアクチュエータ３００ごと上下方向に変位させることが可能である。

連結具３１２は、略円柱形状をなすとともに、その両底面に、第１嵌合穴３３０、第２嵌合穴３３２（特に図７参照）がそれぞれ形成される。第１嵌合穴３３０には水平回転軸３１０が嵌合され、第２嵌合穴３３２には軸部３１６が嵌合される。また、連結具３１２の側周壁には、第１嵌合穴３３０に近接する側に第１周回スリット３３４が形成され（図６参照）、第２嵌合穴３３２に近接する側に第２周回スリット３３６が形成される。さらに、第１嵌合穴３３０が形成された底面から第１周回スリット３３４にわたって第１縦スリット３３８が形成され、第２嵌合穴３３２が形成された底面から第２周回スリット３３６にわたって第２縦スリット３４０が形成されている。

第２縦スリット３４０近傍の一部が切り欠かれて切欠部３４２が形成されるとともに、該切欠部３４２内に、連結具３１２の直径に対して略平行に延在する連結具側螺合穴３４４が形成される。なお、図８に示すように、第１縦スリット３３８近傍にも同様に連結具側螺合穴３４４が形成されており、これらの連結具側螺合穴３４４には、連結具用緊締部材としての第１緊締ネジ３４６が螺合される。この螺合により、連結具３１２の、第１縦スリット３３８、第２縦スリット３４０を介して離間した壁部同士が接近し、その結果、連結具３１２が軸部３１６又は水平回転軸３１０のそれぞれに対して緊締される。

フライホイール３０８は、連結具３１２を収納する円筒形状部３５０と、水平回転軸３１０を覆う遮蔽部３５２とを有する（図６及び図７参照）。円筒形状部３５０には、連結具側螺合穴３４４に螺合される際に第１緊締ネジ３４６を通すための挿通孔３５４が形成される。挿通孔３５４は、円筒形状部３５０の直径に対して平行となる方向に延在する。

フライホイール３０８には、挿通孔３５４に対し、円周方向に沿って１８０°離間する位置に第１貫通孔３５６が形成される。さらに、挿通孔３５４及び第１貫通孔３５６に対して等間隔で離間するように、すなわち、挿通孔３５４及び第１貫通孔３５６との位相差が９０°となる位置に、第２貫通孔３５８及び第３貫通孔３６０が形成される（図８参照）。連結具３１２に形成された連結具側螺合穴３４４は２個であるので、フライホイール３０８に形成される挿通孔３５４及び第１貫通孔３５６〜第３貫通孔３６０の個数もそれぞれ２個（図６参照）である。

第１貫通孔３５６〜第３貫通孔３６０は、挿通孔３５４と同様に、円筒形状部３５０の直径に対して平行となる方向に延在する。従って、挿通孔３５４と第３貫通孔３６０を結ぶ仮想直線Ｌ１、及び第２貫通孔３５８と第１貫通孔３５６を結ぶ仮想直線Ｌ２は、円筒形状部３５０の所定の直径に対して平行となる。なお、連結具３１２の、第１貫通孔３５６〜第３貫通孔３６０の位置に対応する位置には、切欠部３４２は形成されていない。

遮蔽部３５２には、互いに等間隔で離間する複数個のフライホイール側螺合穴３６２が形成される（図６参照）。個々のフライホイール側螺合穴３６２には、すりわり付き止めネジからなる２個の第２緊締部材３６４（フライホイール用緊締部材）が直列配置されるようにして螺合されている。２個の第２緊締部材３６４はいずれも、全体がフライホイール側螺合穴３６２に収納されている。換言すれば、第２緊締部材３６４はフライホイール側螺合穴３６２から露呈していない。

図７に示すように、フライホイール側螺合穴３６２内奥側の第２緊締部材３６４の下端面は、水平回転軸３１０に着座する。この着座により、フライホイール３０８が遮蔽部３５２を含めて水平回転軸３１０に緊締される。

フライホイール側螺合穴３６２の深さは、好ましくは、フライホイール側螺合穴３６２内手前側に位置する第２緊締部材３６４の上端面が、フライホイール側螺合穴３６２の入口開口と面一となるように設定される。ここで、第２緊締部材３６４の素材として、フライホイール３０８の比重と略同一のものを選定することが好ましい。このためには、例えば、第２緊締部材３６４を、フライホイール３０８と同一の素材から構成すればよい。

水平移動機構３０２は、上記のように構成されるアクチュエータ３００がピニオンギア３１４を回転させることにより、図９及び図１０に示す水平移動ステージ３７０を図１及び図１０の紙面に直交する方向（果菜収穫装置１０の幅方向）に水平移動させる。具体的には、水平移動ステージ３７０の上面には、鉛直上方に立ち上がるようにして柱状壁部３７２が立設される。柱状壁部３７２の上端には段部３７４が形成されており、この段部３７４に、連結ネジ３７６を介してラックギア３８０が位置決め固定される。

ピニオンギア３１４は、連結ネジ３７６が緊締されることで位置決め固定されたラックギア３８０に対し、バックラッシュが所定の範囲内となるように位置調整がなされて噛合される。ここで、水平移動ステージ３７０の上面には第１水平方向案内レール３８２、第２水平方向案内レール３８４が敷設されるとともに、第１水平方向案内レール３８２、第２水平方向案内レール３８４の各々に複数個の水平移動スライダ３８６が摺動可能に設けられる。各水平移動スライダ３８６には、橋架フレーム３２８の脚部が連結される。すなわち、橋架フレーム３２８は、第１水平方向案内レール３８２に設けられた水平移動スライダ３８６から、第２水平方向案内レール３８４に設けられた水平移動スライダ３８６に跨がる。

上記したように、橋架フレーム３２８にはＬ字型ブラケット３２０が取付ネジ３２６を介して連結される。従って、ピニオンギア３１４が回転することに伴ってラックギア３８０上を相対的に変位すると、Ｌ字型ブラケット３２０と一体的に橋架フレーム３２８が同一方向に向かって変位する。

橋架フレーム３２８の上面には、前記収穫用アーム２０が取り付けられる。従って、収穫用アーム２０は、橋架フレーム３２８と一体的に変位する。移動台座１８の上面には、その長手方向（ラックギア３８０の延在方向に直交する方向）に沿ってスリットが形成されている。従って、収穫用アーム２０が変位する際に移動台座１８の上面に干渉することはない。

図１に示すように、水平移動機構３０２は、水平移動ステージ３７０を紙面の左右方向（果菜収穫装置１０の前後方向）に沿って変位させるための前後移動用モータ３９０と、前後移動用送りネジ３９２を含む前後移動用ボールネジ３９４とをさらに備える。前後移動用モータ３９０の駆動回転軸と、前後移動用送りネジ３９２の先端に設けられた従動回転軸にはプーリが各々設けられる。また、プーリ同士に駆動ベルト３９６が架け渡される。

水平移動ステージ３７０は、前後移動用送りネジ３９２に設けられている。従って、前後移動用モータ３９０の駆動回転軸の回転駆動力がプーリ及び駆動ベルト３９６を介して従動回転軸から前後移動用送りネジ３９２に伝達されると、前後移動用送りネジ３９２が追従回転することに伴って水平移動ステージ３７０が収穫用アーム２０ごと変位する。

果菜収穫装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、鉛直移動機構１００、ロック機構２００及びアクチュエータ３００の作用効果につき説明する。

鉛直変位用送りネジ１８４、鉛直側減速機構１０６、鉛直変位用モータ１０４をギアケーシング１１０に組み付けるに際しては、先ず、従動回転軸１１６及び従動歯車１５６が設けられた鉛直変位用送りネジ１８４からとする。蓋部材１２０の小通過孔１８３に通された連結ネジ１３４が、第３円筒状カバー１８０の一部位である第３平板形状部１８２の第３雌ネジ孔１８１に螺合されることにより、第３円筒状カバー１８０が蓋部材１２０に堅牢に位置決め固定される。第３円筒状カバー１８０の固定位置は、小通過孔１８３と第３雌ネジ孔１８１が重なる位置である。そして、第３円筒状カバー１８０が位置決め固定されることに伴い、該第３円筒状カバー１８０内の第４ベアリング１７８に軸支された鉛直変位用送りネジ１８４、該鉛直変位用送りネジ１８４に通された鉛直移動スライダ１０２も位置決め固定される。

次に、鉛直側減速機構１０６を組み付ける。すなわち、鉛直側減速機構１０６を構成する第２中継歯車１５２を従動歯車１５６に仮噛合するとともに、蓋部材１２０の第２長穴１６３に連結ネジ１３４を通し、第２円筒状カバー１５４の一部位である第２平板形状部１６２の第２雌ネジ孔１６０に仮締めする。

第２中継歯車１５２と従動歯車１５６とのバックラッシュが大きいときには、鉛直側減速機構１０６の位置調整を行う。具体的には、第２ネジ盤１４２に設けられた第２調整ネジ１４６を、第２平板形状部１６２に向かって一層突出する前進方向に螺回する。前進した第２調整ネジ１４６が第２平板形状部１６２を押圧することで、第２円筒状カバー１５４、ひいては鉛直側減速機構１０６が、第２長穴１６３に通された連結ネジ１３４に案内されながら、鉛直変位用ボールネジ１０８側に指向して若干変位する。これにより、バックラッシュを小さくすることができる。勿論、第２調整ネジ１４６の螺回を停止することにより、鉛直側減速機構１０６の変位が終了する。

次に、鉛直変位用モータ１０４を組み付ける。すなわち、鉛直側減速機構１０６を構成する第１中継歯車１５０を駆動歯車１２４に仮噛合するとともに、蓋部材１２０の第１長穴１３２に連結ネジ１３４を通し、第１円筒状カバー１２６の一部位である第１平板形状部１２８の第１雌ネジ孔１３０に仮締めする。必要に応じ、保持盤２０４と支持板１７０を仮連結するようにしてもよい。

第１中継歯車１５０と駆動歯車１２４とのバックラッシュが大きいときには、上記に準拠して鉛直変位用モータ１０４の位置調整を行う。すなわち、第１ネジ盤１４０に設けられた第１調整ネジ１４４を、第１平板形状部１２８に向かって一層突出する前進方向に螺回する。前進した第１調整ネジ１４４が第１平板形状部１２８を押圧することで、第１円筒状カバー１２６が第１長穴１３２に通された連結ネジ１３４に案内されながら、鉛直側減速機構１０６側に指向して若干変位する。結局、鉛直変位用モータ１０４の全体が鉛直側減速機構１０６に接近するので、バックラッシュが小さくなる。その後、第１調整ネジ１４４の螺回を停止し、鉛直変位用モータ１０４の変位を終了させる。さらに、保持盤２０４と支持板１７０を本連結する。

このように、第１調整ネジ１４４が通された第１ネジ盤１４０、第２調整ネジ１４６が通された第２ネジ盤１４２を設け、且つ連結ネジ１３４を第１長穴１３２、第２長穴１６３に通すようにしたことで、鉛直変位用モータ１０４や鉛直側減速機構１０６の位置を調整することが容易となる。この調整の後にナットを緊締することにより、鉛直変位用モータ１０４や鉛直側減速機構１０６が堅牢に位置決め固定される。また、第１中継歯車１５０と駆動歯車１２４、第２中継歯車１５２と従動歯車１５６の各バックラッシュが、設計値から大きく相違することが回避されるようにして設定される。従って、ガタツキを可及的に小さくすることができる。

しかも、本実施の形態においては、鉛直変位用モータ１０４、鉛直側減速機構１０６及び鉛直変位用ボールネジ１０８を並列配置している。従って、これらを直列配置したときに比して全長を小さくすることができる。この分、鉛直移動機構１００や、該鉛直移動機構１００を組み込んだ果菜収穫装置１０の小型化を図ることができる。

なお、上記に代替し、従動歯車１５６と第２中継歯車１５２のバックラッシュの調整、第１中継歯車１５０と駆動歯車１２４のバックラッシュの調整が終わった後、従動回転軸１１６に鉛直変位用送りネジ１８４を取り付けるようにしてもよい。

一方、アクチュエータ３００を組み上げる際には、フライホイール３０８の内部に収容された連結具３１２の第１嵌合穴３３０、第２嵌合穴３３２に対し、幅方向変位用モータ３０４の水平回転軸３１０、ピニオンギア３１４の軸部３１６をそれぞれ嵌合する。そして、各フライホイール側螺合穴３６２に対し、２本の第２緊締ネジを順次螺合する。これにより、フライホイール側螺合穴３６２に２本の第２緊締ネジが直列配置される。奥側の第２緊締ネジの先端は、回転軸の平坦部３１８に着座する。これにより、フライホイール３０８が水平回転軸３１０に緊締される。すなわち、フライホイール３０８が水平回転軸３１０に位置決め固定される。

さらに、第１緊締ネジ３４６を、フライホイール３０８の円筒形状部３５０に形成された挿通孔３５４に通して連結具側螺合穴３４４に螺合する。上記したように、挿通孔３５４が円筒形状部３５０の直径に対して平行に延在し、且つ連結具側螺合穴３４４が連結具３１２の直径に対して平行に延在する（図８参照）。このため、第１緊締ネジ３４６を挿通孔３５４に通すことや、連結具側螺合穴３４４に螺合することが容易である。

この螺合により、連結具３１２の、第１縦スリット３３８、第２縦スリット３４０を介して離間した切欠部３４２内の底壁同士が接近する。その結果、連結具３１２が、軸部３１６及び水平回転軸３１０に対して緊締される。

本実施の形態では、上記したように、フライホイール３０８の内部に連結具３１２を収容するようにしている。この分、フライホイール、連結具及び回転部材が直列に配置される従来技術に係るアクチュエータに比して全長が小さくなる。また、同時に、幅方向変位用モータ３０４の水平回転軸３１０の全長を小さくすることもできる。以上のことも、果菜収穫装置１０の小型化に寄与する。

組み上げられたアクチュエータ３００は、ピニオンギアホルダ３２２が連結されたＬ字型ブラケット３２０を介して橋架フレーム３２８に組み付けられる。この際、取付ネジ３２６を橋架フレーム３２８の壁部に対して弛緩し、Ｌ字型ブラケット３２０とともにアクチュエータ３００を上下方向に変位させてラックギア３８０とピニオンギア３１４の位置合わせを行う。これにより、ラックギア３８０とピニオンギア３１４のバックラッシュを調整することができる。

トマト等の果菜１２を収穫する際、果菜収穫装置１０は、自動的に又は作業者による手動操作によって、果菜１２に接近する。勿論、この際には車輪２２が回転する。そして、収穫用アーム２０を果菜１２の位置に合わせるべく、鉛直変位用モータ１０４が付勢されて駆動回転軸１１２及び駆動歯車１２４が回転（例えば、正回転）する。なお、この際、ソレノイド２２２を構成する電磁コイルに予め通電し、ロック機構２００を構成するレバー部材２２０の係合フック部２２４を第１係合凹部２１０、第２係合凹部２１２から離間（離脱）させておく。

駆動歯車１２４が第１中継歯車１５０に噛合しているため、第１中継歯車１５０、中継回転軸１１４及び第２中継歯車１５２が、駆動歯車１２４とは逆方向に回転動作し始める。また、第２中継歯車１５２に噛合した従動歯車１５６、該従動歯車１５６が外嵌された従動回転軸１１６が、第２中継歯車１５２とは逆方向、すなわち、駆動回転軸１１２と同一方向に回転する。

従動回転軸１１６が鉛直変位用送りネジ１８４に連結されていることから、鉛直変位用送りネジ１８４が従動回転軸１１６と同一方向（すなわち、駆動回転軸１１２と同一方向）に回転する。なお、鉛直変位用モータ１０４と鉛直変位用送りネジ１８４の間に介在する鉛直側減速機構１０６により、鉛直変位用送りネジ１８４の回転速度が制御される。

鉛直変位用送りネジ１８４が回転することに伴って、該鉛直変位用送りネジ１８４に設けられた鉛直移動スライダ１０２が、該鉛直変位用送りネジ１８４の長手方向である鉛直方向に沿って変位する。すなわち、鉛直移動スライダ１０２は、例えば、上昇する。従って、鉛直移動スライダ１０２が支持する移動台座１８や、該移動台座１８に設けられた収穫用アーム２０が一体的に変位（例えば、上昇）する。

上記したように、駆動歯車１２４と第１中継歯車１５０、第２中継歯車１５２と従動歯車１５６の各バックラッシュは十分に小さい。従って、各歯車間のガタツキが抑制されている。このため、鉛直移動スライダ１０２の変位量が精度よく設定される。従って、収穫用アーム２０の停止位置を高精度に設定することができる。

何らかの事情により収穫用アーム２０を緊急停止したい場合には、鉛直変位用モータ１０４の駆動回転軸１１２の回転を停止させる。この場合、図５に示すソレノイド２２２を構成する電磁コイルに、永久磁石の保持力を打ち消す方向に作用する力が発生する通電を行う。この通電を受け、進退軸２２６が前進する。

該進退軸２２６の先端は、レバー部材２２０の一端に形成されたＵ字状溝２２８に係合している。従って、レバー部材２２０の一端が、前進する進退軸２２６から押し出される。また、コイルスプリング２３０の弾発付勢力により、レバー部材２２０が引っ張られる。以上のような理由から、レバー部材２２０が、圧縮するコイルスプリング２３０に引っ張られ、回動ボルト２１４を回動中心として、係合フック部２２４が係合用リング部材２０２に接近する方向に回動する。

回動したレバー部材２２０の係合フック部２２４が、駆動回転軸１１２と一体的に回転している係合用リング部材２０２の第１区画壁２０６又は第２区画壁２０８に接触したときには、係合フック部２２４が第１区画壁２０６又は第２区画壁２０８からの反力を受けて弾かれる。係合フック部２２４が弾かれたレバー部材２２０は、該係合フック部２２４が係合用リング部材２０２から離間する戻り方向に反回動した後、コイルスプリング２３０の弾発付勢力によって、該係合フック部２２４が係合用リング部材２０２に接近する方向に再回動する。

ここで、第１係合凹部２１０と第２係合凹部２１２の各中心角が同一となるように第１区画壁２０６と第２区画壁２０８が等間隔で離間している場合、レバー部材２２０の反回動開始から再回動終了までの周期と、係合フック部２２４が第１区画壁２０６又は第２区画壁２０８と対向する周期とが略同一であると、換言すれば、レバー部材２２０の固有振動数と、駆動回転軸１１２の回転数とが略同一であると、レバー部材２２０は、第１区画壁２０６又は第２区画壁２０８に弾かれることによる反回動と、コイルスプリング２３０の弾発付勢力による再回動とを繰り返す。従って、係合フック部２２４が第１係合凹部２１０又は第２係合凹部２１２に係合することは困難である。

これに対し、本実施の形態では、第１区画壁２０６と第２区画壁２０８が、第１係合凹部２１０と第２係合凹部２１２の各中心角が相違するように不均等に離間している。このため、例えば、係合フック部２２４が第１区画壁２０６及び第２区画壁２０８の双方に弾かれてレバー部材２２０が反回動を起こしたとしても、第２区画壁２０８に弾かれた後に再回動した係合フック部２２４が第１区画壁２０６に対向することはない。第１区画壁２０６は、係合フック部２２４の位置まで未だ到達していないからである。このため、係合フック部２２４が第１区画壁２０６に再度弾かれることが回避される。

従って、この場合、係合フック部２２４が第２係合凹部２１２内に進入し、その後、図１１に示すように、係合フック部２２４の位置に到達した第１区画壁２０６の側壁に係合する。この係合により、駆動回転軸１１２のそれ以上の回転が阻止される。すなわち、駆動回転軸１１２がロックされるとともに、鉛直変位用送りネジ１８４の回転が停止して収穫用アーム２０の昇降が停止するに至る。結局、本実施の形態によれば、駆動回転軸１１２が高速回転している場合であっても、係合フック部２２４を第１係合凹部２１０又は第２係合凹部２１２のいずれかに係合させて収穫用アーム２０を停止させることができる。その後、収穫用アーム２０を再度昇降させる場合には、電磁コイルに対し、進退軸２２６の後退方向への通電を行ってロックを解除すればよい。

収穫用アーム２０が目標高さに到達した際に収穫用アーム２０が自重で下降することを防止したい場合にも、上記と同様に、永久磁石の保持力を打ち消す方向に作用する力が発生する通電を行うようにしてもよい。すなわち、ロック機構２００の作用下に駆動回転軸１１２の回転を停止してその状態を維持する。

次に、収穫用アーム２０を水平方向に移動させて果菜１２に接近させるべく、アクチュエータ３００を構成する幅方向変位用モータ３０４が付勢される。すなわち、水平回転軸３１０が回転を開始する。フライホイール３０８により、イナーシャ比が低減される。

また、フライホイール３０８を連結具３１２の外周側に配置する本実施の形態では、水平回転軸３１０の全長が小さいので、該水平回転軸３１０が撓み難くなる。換言すれば、水平回転軸３１０の剛性が大きくなる。このため、幅方向変位用モータ３０４が付勢されてから水平回転軸３１０が安定な回転状態となるまでの応答速度や、幅方向変位用モータ３０４が停止されてから水平回転軸３１０が回転を停止するまでの応答速度が大きくなる。すなわち、いわゆる応答性が良好となる。

さらに、フライホイール３０８には、挿通孔３５４の他に第１貫通孔３５６〜第３貫通孔３６０が形成されている。挿通孔３５４と第１貫通孔３５６の位相差は１８０°であり、第２貫通孔３５８、第３貫通孔３６０は、挿通孔３５４及び第１貫通孔３５６に対する位相差が９０°となる位置に形成されている。すなわち、挿通孔３５４、第２貫通孔３５８、第１貫通孔３５６、第３貫通孔３６０は等間隔で離間している。このため、円筒形状部３５０の周回方向の重量が均等化される。

加えて、第２緊締ネジの比重がフライホイール３０８の比重と同一である。また、好ましくは、フライホイール側螺合穴３６２の手前側の第２緊締ネジの上端面が、フライホイール側螺合穴３６２の入口開口と面一に設定される。すなわち、この場合、フライホイール側螺合穴３６２を穿設することで低減したフライホイール３０８の重量と略同量の重量を、第２緊締ネジで補っている。このため、遮蔽部３５２に重量の偏りが生じることが回避される。

以上のような理由が相俟って、フライホイール３０８の回転バランスを良好に保ちつつ、イナーシャ比を低減することができる。

さらに、フライホイール側螺合穴３６２内で２個の第２緊締ネジを直列配置するようにしている。従って、奥側の第２緊締ネジが手前側の第２緊締ネジに押圧されるので弛緩し難い。このため、水平回転軸３１０に対するフライホイール３０８の緊締が保たれる。すなわち、フライホイール３０８が安定して回転するとともに、イナーシャ比が良好に低減される。

ピニオンギア３１４は、ラックギア３８０に噛合している。このため、水平回転軸３１０及び連結具３１２と一体的にピニオンギア３１４が回転すると、ピニオンギア３１４がラックギア３８０に沿って相対的に変位する。従って、アクチュエータ３００が、ラックギア３８０の延在方向である水平方向（図１の紙面に直交する方向）に沿って変位するとともに、これと一体的に橋架フレーム３２８及び収穫用アーム２０が同一方向に変位する。

さらに、前後移動用モータ３９０が付勢されて駆動回転軸が回転する。この回転駆動力は、プーリ及び駆動ベルト３９６を介して従動回転軸から前後移動用送りネジ３９２に伝達される。その結果として前後移動用送りネジ３９２が回転し、水平移動ステージ３７０が収穫用アーム２０ごと、図１の紙面の左方向又は右方向のいずれかに変位する。なお、高さ方向、幅方向、前後方向への収穫用アーム２０の移動は、順不同で行うことができる。

以上のようにして高さ位置、水平位置が果菜１２に合わせられた収穫用アーム２０は、果菜１２を果梗から切断する等して分離する。収穫された果菜１２は、ストッカ部１４に一時的に保管される。

次の収穫を行うべく収穫用アーム２０の位置を変更する場合、上記と同様に幅方向変位用モータ３０４又は鉛直変位用モータ１０４の少なくともいずれかを付勢すればよい。なお、鉛直変位用モータ１０４の駆動回転軸１１２を回転させる場合には、ロック機構２００を予め解除することは勿論である。

ロック機構２００を解除するには、電磁コイルに対し、進退軸２２６が後退する方向の通電を行う（図５参照）。これにより後退する進退軸２２６は、レバー部材２２０の一端を引っ張る。この引っ張りに伴い、レバー部材２２０に、係合フック部２２４が係合用リング部材２０２から離間する方向に回動する力が付与される。この力は、コイルスプリング２３０の弾発付勢力よりも大きい。従って、レバー部材２２０が回動ボルト２１４を中心に回動し、その結果、係合フック部２２４が係合用リング部材２０２から離間（離脱）する。これにより駆動回転軸１１２に対するロックが解除され、該駆動回転軸１１２が回転可能な状態となる。

目標個数の果菜１２を収穫した後は、幅方向変位用モータ３０４や鉛直変位用モータ１０４の付勢を停止するとともに、電磁コイルに、永久磁石の保持力を打ち消す方向に作用する力が発生する通電を行うようにしてもよい。これにより係合フック部２２４が第１係合凹部２１０又は第２係合凹部２１２に係合するので、駆動回転軸１１２がロック状態となる。従って、果菜収穫装置１０が休止状態であるときに、鉛直移動スライダ１０２や移動台座１８、収穫用アーム２０が自重で下降することが防止されてその位置を保つ。

ソレノイド２２２が自己保持型であれば、通電を停止した後も、ロック作動状態又はロック解除状態が保たれる。すなわち、ロックの作動と解除を切り替える際にのみ通電を行えばよい。従って、省エネルギ化や低コスト化を図ることができる。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、鉛直移動機構１００（変位部材移動機構）やロック機構２００（回転軸停止用ロック機構２００）、アクチュエータ３００は、果菜収穫装置１０のみならず、他の装置にも適用することが可能である。これらの他の好適な適用例としては、溶接ガンが挙げられる。

また、鉛直移動機構１００（変位部材移動機構）を、鉛直側減速機構１０６（減速機構）を含めることなく構成するようにしてもよい。

さらに、ソレノイド２２２は、通電を停止したときに進退軸２２６が後退し、通電したときに前進するものであってもよい。

１０…果菜収穫装置 １２…果菜
１８…移動台座 ２０…収穫用アーム
２２…車輪 １００…鉛直移動機構
１０２…鉛直移動スライダ １０４…鉛直変位用モータ
１０６…鉛直側減速機構 １０８…鉛直変位用ボールネジ
１１２…駆動回転軸 １１４…中継回転軸
１１６…従動回転軸 １２０…蓋部材
１２４…駆動歯車 １２６…第１円筒状カバー
１２８…第１平板形状部 １３２…第１長穴
１４０…第１ネジ盤 １４２…第２ネジ盤
１４４…第１調整ネジ １４６…第２調整ネジ
１５０…第１中継歯車 １５２…第２中継歯車
１５４…第２円筒状カバー １５６…従動歯車
１６２…第２平板形状部 １６３…第２長穴
１７４…段付長穴 １８０…第３円筒状カバー
１８２…第３平板形状部 １８４…鉛直変位用送りネジ
２００…回転軸停止用ロック機構 ２０２…係合用リング部材
２０４…保持盤 ２０６…第１区画壁
２０８…第２区画壁 ２１０…第１係合凹部
２１２…第２係合凹部 ２１４…回動ボルト
２２０…レバー部材 ２２２…ソレノイド
２２４…係合フック部 ２２６…進退軸
２３０…コイルスプリング ３００…アクチュエータ
３０２…水平移動機構 ３０４…幅方向変位用モータ
３０６…水平側ベアリング ３０８…フライホイール
３１０…水平回転軸 ３１２…連結具
３１４…ピニオンギア ３１６…軸部
３１８…平坦部 ３２０…Ｌ字型ブラケット
３２２…ピニオンギアホルダ ３２８…橋架フレーム
３４２…切欠部 ３４４…連結具側螺合穴
３４６…第１緊締ネジ ３５０…円筒形状部
３５２…遮蔽部 ３５４…挿通孔
３５６…第１貫通孔 ３５８…第２貫通孔
３６０…第３貫通孔 ３６２…フライホイール側螺合穴
３６４…第２緊締部材 ３７０…水平移動ステージ
３８０…ラックギア ３８６…水平移動スライダ
３９０…前後移動用モータ ３９２…前後移動用送りネジ
３９４…前後移動用ボールネジ ３９６…駆動ベルト

Claims (5)

1. 回転軸を有する駆動手段と、前記回転軸と一体的に回転する回転部材と、前記回転軸と前記回転部材の間に介在する連結具とを有するアクチュエータにおいて、
   前記連結具を内部に収容する円筒形状部を有するフライホイールを備えるアクチュエータ。
2. 請求項１記載のアクチュエータにおいて、前記連結具に、該連結具を前記回転軸に対して緊締する連結具用緊締部材が螺合される連結具側螺合穴が形成されるとともに、前記フライホイールの前記円筒形状部に、前記連結具用緊締部材が通される複数個の挿通孔が形成され、
   さらに、前記挿通孔に対し、前記円筒形状部の円周方向に沿って１８０°離間する第１貫通孔と、前記挿通孔及び前記第１貫通孔に対して等間隔で離間する第２貫通孔及び第３貫通孔とが形成されたアクチュエータ。
3. 請求項１又は２記載のアクチュエータにおいて、前記フライホイールは、前記円筒形状部に連なるとともに前記回転軸を覆う遮蔽部を有し、
   前記遮蔽部に、該遮蔽部を前記回転軸に対して緊締するフライホイール用緊締部材が螺合されるフライホイール側螺合穴が形成され、
   前記フライホイール用緊締部材の全体が前記フライホイール側螺合穴内に収納されたアクチュエータ。
4. 請求項３記載のアクチュエータにおいて、前記フライホイール用緊締部材の比重が前記フライホイールの比重と同一であるアクチュエータ。
5. 請求項３又は４記載のアクチュエータにおいて、複数個の前記フライホイール用緊締部材が前記フライホイール側螺合穴内で直列配置されたアクチュエータ。

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