JP5839384B2 - 果実の果柄切断機および果柄切断方法、並びに果柄切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、果実の果柄を切断する果実の果柄切断機および果柄切断方法、並びに果柄切断装置に関する。

従来、イチゴ、トマト、きゅうり等のように、果柄を介して実が吊下される果実の収穫においては、果実を傷めないために人手による収穫が主であった。しかし近年、農業における労働力不足に加えて、果実の収穫は過酷な作業環境下で長時間労働を強いられることから、作業効率の向上、労働負荷の軽減を目的として収穫作業の機械化に対する要望が高まってきている。

このような要望を受けて、画像処理技術やマニピュレーション制御技術などといったロボット技術を活用した果実収穫装置が開発、実用化されている。具体的に果実収穫装置は、主に、果実の位置を検出する画像処理部と、画像処理部で検出された位置に合わせてアームにより把持ハンドを接近させ、把持ハンドで果実を把持、収穫して搬送トレイへ置くマニピュレータとで構成されている。

果実収穫装置として、例えば特許文献１（特開２００８−２０６４３８号公報）には、果実群の下方と正面から果実をそれぞれ撮像する撮像装置を備え、これらの撮像装置で撮像した画像から果実の三次元位置を特定し、この位置に合わせてマニピュレータを作動させて果実を収穫する構成が開示されている。さらにこのマニピュレータは、果実群に向かって左右に並列配置されており、果実との距離に合わせて水平旋回して果実を把持するようになっている。

こういった果実収穫装置においては、果実を切断する際に、果実の損傷を防ぐために把持ハンドで果実の直上の茎をつかみ、さらにつかんだ部分の上側で茎を切り取るようになっていた。しかし、結果として、切り取られた果実に余分な茎が残ることとなる。一般に、出荷される果実は、パック等に詰めた際に茎が他の果実に当たって果肉を傷つけないように、あるいは見栄え等の観点から余分な茎は除去されることが望ましい。そこで従来は、余分な茎、すなわち果柄を手作業で切り取っていた。

このように、ロボット技術を用いて収穫作業を自動化しても、結果的に新たな手作業が増えてしまい、収穫自動化による効率向上が相殺されてしまうという問題があった。
そこで、特許文献２（特開２００８−１１８１９号公報）には、果柄が果実から露出しないように果柄を切断することができる果柄切断装置が開示されている。この装置は、空気または電気などの駆動源により駆動する駆動機構と、該駆動機構に接続された可動刃保持部および可動刃と、可動刃に対向した固定刃とを備える。そして、固定刃と可動刃の間に果柄を挿入し、駆動機構を駆動させて可動刃を固定刃方向へスライドさせて果柄を切断する。

特開２００８−２０６４３８号公報 特開２００８−１１８１９号公報

しかしながら、特許文献２に記載される果柄切断装置は、駆動機構で可動刃を駆動させる構成となっており、駆動機構を内蔵するため装置が大型化し、また駆動機構の動力エネルギが必要となることからランニングコストが嵩むという問題があった。さらに、可動刃を保持する可動刃ガイドが果実に接触しない位置に配置される構成としており、可動刃と固定刃の間に挿入する果実の位置調整が難しく、所望の長さの果柄が残るように果柄を切断することは困難であった。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、駆動源を必要としない簡単な構成を有し、果実を傷つけることなく確実に果柄を切断可能な果実の果柄切断機および果柄切断方法、並びに果柄切断装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る果実の果柄切断機は、果実の果柄を切断する果実の果柄切断機であって、平行な一対の支軸を中心に回動し、刃先が互いに対向して配置された一対の刃部と、前記一対の刃部の下方に配置され、前記刃先の下側可動範囲を決定する下側ストッパ部と、前記一対の刃部の上方に配置され、前記刃先の上側可動範囲を決定する上側ストッパ部とを備え、前記下側ストッパ部は、一対の刃先間の開口幅が前記果実の肩幅より小さく且つ果柄径より大きくなる位置で前記刃先を支持するように配置されており、前記下側ストッパ部により支持された前記一対の刃先間に前記果柄が挿入され、前記果柄が上方に引き上げられることにより前記果実の肩部と接触する前記一対の刃部が上方に回動して前記果柄を切断するようにしたことを特徴とする。

この果柄切断機によれば、果実の肩部で一対の刃部を押し上げ、これにより刃部を回動させて果柄を切断するようにしたので、刃部を駆動する駆動機構を設けずに済み、装置の小型化が可能で、且つ油圧や空気圧等の駆動源を不要とすることができる。ここで、果柄に近い果実の肩部は、一般に果肉の中でもっとも硬い部分であり、本構成では刃部を押し上げる力しかかからないので、果実を傷めることはない。
また、下側ストッパ部は、一対の刃先間の開口幅が果実の肩幅より小さく且つ果柄径より大きくなる位置で刃先を支持するように配置されているため、刃部の回動により果実が挟まれて果実に傷がつくことを防止できる。
さらに、上側ストッパ部により上側可動範囲を決定する構成としているため、刃部が必要以上に上方に回動することを防止できる。なお、本発明において果柄とは、果実の柄になっている部分のことをいう。また、果実の肩部とは、果実が吊下された状態で果実の鉛直方向の部位と果柄との間の部分のことをいう。

また、上記果柄切断機において、前記一対の刃部は、これらの刃先がそれぞれ前記支軸と同一高さのときに刃先端が互いに一致するように構成され、前記上側ストッパ部は、前記刃先が前記支軸より上方へ回動することを規制するように配置されていてもよい。

刃先端が一致する位置が支軸の高さより下側であると、下側ストッパ部で支持される刃先端の位置もより下側に移動する。そうすると、果実の肩部が刃部に接触するとき、刃先がより大きな角度をもって果実の肩部に接触することとなり、果実を傷つける可能性が出てくる。したがって、本構成のように、刃先がそれぞれ支軸と同一高さのときに刃先端が互いに一致するように構成されることにより、下側ストッパ部で支持される刃部をより水平に近い角度とすることができ、刃先で果実が傷つくことを防ぐことができる。

また、上記果柄切断機において、前記一対の支軸にそれぞれ連結して前記一対の刃部の回動を左右対称で同期させる機構、例えばギヤ部をさらに備える構成としてもよい。
このように、ギヤ部により一対の刃部の回動を左右対称で同期させることにより、対向する刃先端を正確に一致させることができ、果柄を確実に切断することが可能となる。

さらに、上記果柄切断機において、前記果実の種類に応じて、前記刃部の前記果実との接触部位から刃先端までの前記刃部の肉厚方向の高さを調整する調整手段をさらに備える構成としてもよい。

このように、刃部の果実との接触部位から刃先端までの刃部の肉厚方向の高さを調整する調整手段を備えることにより、果柄切断後の果柄の長さを自在に設定可能となる。通常、果実はその種類に応じて、出荷時に残しておくべき果柄の長さがおおよそ決まっている。したがって、上記したような調整手段を備えることにより、適切な長さの果柄を残すことができ、果実の商品価値を高くすることができる。

本発明に係る果実の果柄切断方法は、果実の果柄を切断する果実の果柄切断方法であって、平行な一対の支軸を中心に回動する一対の刃部が用いられ、前記一対の刃部の各刃先が下側ストッパで支持された状態で、これらの刃先間の隙間に前記果柄が挿入される工程と、前記果柄が上方に引き上げられるに従って前記果実の肩部で前記刃部が押されて上方に回動し、前記果柄を切断する工程とを有することを特徴とする。

この果柄切断方法によれば、果実の肩部で一対の刃部を押し上げ、これにより刃部を回動させて果柄を切断するようにしたので、果柄の切断動作を少ない工程で行うことができ、収穫作業の時間の短縮化が図れる。また、駆動機構を用いる必要がないため、果柄切断作業の簡易化が可能となる。

また、本発明に係る果実の果柄切断装置は、果実の果柄を切断する果実の果柄切断装置であって、前記果実の果柄を把持し、前記果実ごと前記果柄を移動させる把持部と、平行な一対の支軸を中心に回動し、刃先が互いに対向して配置された一対の刃部と、前記一対の刃部の下方に配置され、前記刃先の下側可動範囲を決定する下側ストッパ部と、前記一対の刃部の上方に配置され、前記刃先の上側可動範囲を決定する上側ストッパ部とを備え、前記下側ストッパ部は、一対の刃先間の開口幅が前記果実の肩幅より小さく且つ果柄径より大きくなる位置で前記刃先を支持するように配置されており、前記下側ストッパ部により支持された前記一対の刃先間に前記把持部で把持した前記果柄を挿入し、前記把持部により前記果柄を上方に引き上げることにより前記果実の肩部と接触する前記一対の刃部が上方に回動して前記果柄を切断するようにしたことを特徴とする。

この果柄切断装置によれば、果実の肩部で一対の刃部を押し上げ、これにより刃部を回動させて果柄を切断するようにしたので、刃部を駆動する駆動機構を設けずに済み、装置の小型化が可能で、且つ油圧や空気圧等の駆動源を不要とすることができる。
また、下側ストッパ部は、一対の刃先間の開口幅が果実の肩幅より小さく且つ果柄径より大きくなる位置で刃先を支持するように配置されているため、刃部の回動により果実が挟まれて果実に傷がつくことを防止できる。
さらに、上側ストッパ部により上側可動範囲を決定する構成としているため、刃部が必要以上に上方に回動することを防止できる。なお、本発明において把持部は、油圧または空気圧、あるいは電気等により駆動するように構成されていてもよい。

以上記載のように本発明によれば、果実の肩部で一対の刃部を押し上げ、これにより刃部を回動させて果柄を切断するようにしたので、刃部を駆動する駆動機構を設けずに済み、装置の小型化が可能で、且つ油圧や空気圧等の駆動源を不要とすることができる。
また、下側ストッパ部は、一対の刃先間の開口幅が果実の肩幅より小さく且つ果柄径より大きくなる位置で刃先を支持するように配置されているため、刃部の回動により果実が挟まれて果実に傷がつくことを防止できる。
さらに、上側ストッパ部により上側可動範囲を決定する構成としているため、刃部が必要以上に上方に回動することを防止できる。

本発明の実施形態に係る果柄切断機の一例を示す斜視図である。 図１に示した果柄切断機の側面図である。 本発明の実施形態に係る果柄切断機の作用を説明する図である。 本発明の実施形態に係る果柄切断機の変形例を示す図である。 本発明の実施形態に係る果柄切断機の他の変形例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係る果柄切断機を説明する。ここで、図１は本発明の実施形態に係る果柄切断機の一例を示す斜視図で、図２は図１に示した果柄切断機の側面図である。
本実施形態の果柄切断機１は、果実の果柄を切断するものである。なお、本実施形態の果柄切断機１が適用できる果実は、イチゴ、ぶどう、さくらんぼ、トマト、きゅうり、ピーマン等のように、果柄を介して実が茎に吊下される果実である。このとき、果実は、果物や野菜（あるいは分類方法により果菜類）を含むものである。また、果柄とは、果実の柄になっている部分のことをいう。

この果柄切断機１は、一対の刃部２と、刃部２の下方に配置される下側ストッパ部３と、刃部２の上方に配置される上側ストッパ部４とを備える。
一対の刃部２は、フレーム５に取り付けられた一対の支軸２０を中心に、それぞれ自在に回動するようになっている。これらの刃部２の刃先２２は、互いに対向して配置されている。そして、支軸２０に対して刃先２２が所定の角度に位置するときに、一対の刃先端２２ａが互いに一致するようになっている。好適には、一対の刃部２は、これらの刃先２２がそれぞれ支軸２０と同一高さのとき、すなわち刃部２の刃面２１が水平になったときに、刃先端２２ａが互いに一致するように構成されるとよい。ここで、「刃先端２２ａが一致する」とは、２つの刃先端２２ａが接する状態、および果柄径より小さい間隙を存して非接触で近接する状態を含む。また、刃部２は、板状で且つ刃先端２２ａが直線状である直線刃を用いることが好ましい。ここで、支軸２０には、例えばヒンジ等が用いられる。

通常、一対の刃部２は、初期状態において重力により刃先２２が下方に位置して、後述する下側ストッパ部３で支持されるようになっているが、確実に刃先２２が下方に位置するように、バネ部材７等の弾性部材を設けてもよい。例えば、バネ部材７は刃部２の下面とフレーム５との間に張架され、刃先２２に対して下向きの力を強制的に加えるようになっている。

下側ストッパ部３は、刃先２２の下側可動範囲を決定するものである。具体的には、下側ストッパ部３は、一対の刃先２２間の開口幅が果実の肩幅より小さく且つ果柄径より大きくなる位置で刃先２２を支持するように、一対の刃部２の下方にそれぞれ配置されている。なお、果実の肩部とは、果実が吊下された状態で果実の鉛直方向の部位と果柄との間の部分のことをいう。
上側ストッパ部４は、刃先２２の上側可動範囲を決定するものであり、刃先２２が支軸２０より上方、すなわち水平方向より上方へ回動することを規制するように配置する。この上側ストッパ部４は、一対の刃部２のそれぞれに個別に設けてもよいし、一対の刃部２の両方を規制するように一つだけ設けてもよい。

また、本発明の実施形態に係る果柄切断装置は、上記した果実切断機１に加えて、果実の果柄を把持し、果実ごと果柄を移動させる把持部１０（図３参照）をさらに備えている。把持部１０は、果実の果柄を掴んで一対の刃先２２間に果柄を挿入する位置に移動し、その後果柄を上方に引き上げる動作を行う。この把持部１０は、油圧または空気圧、あるいは電気等を用いた駆動機構により上記動作を実行するようにしてもよい。

次に、図３を用いて、本実施形態に係る果柄切断機の作用を、果柄切断方法とともに説明する。
果柄切断機１の最初の状態は、重力により刃部２の刃先２２が下方に位置し、下側ストッパ部３により支持されている。
図３（Ａ）に示すように果柄挿入工程において、把持部１０は、果柄３２を把持した状態で刃部２まで移動し、果柄３２を刃先２２間に挿入する。
次いで、図３（Ｂ）に示すように果柄切断工程において、把持部１０は果柄３２を上方に引き上げる。これにより果実３０の肩部３３で刃部２が押されて上方に回動する。一対の刃部２が同時に回動し、これに伴い一対の刃先端２２ａ間の開口幅が減少し、水平位置に近くなると刃先端２２ａが果柄３２に切り込み、刃部２の刃面２１がほぼ水平になる位置で果実３０を切断する。

そして、図３（Ｃ）に示すように、果実３０の果肉部分３１から果柄３２を切り離す。切り離された果実３０を受ける収納ケース内には、緩衝部材を敷設しておくことが好ましい。
なお、果柄切断機１を長時間稼働し、刃先２２がなまってしまい果柄３２を完全に切断できなかった場合、最終的には果柄３２を引き切ることになるが、その際に引く力が加わるのは一対の刃部２に挟まれた果柄３２の部分であり、果肉３１には無理な力が働かないので果肉３１を傷めることはない。

上記した果柄切断機１は、果実３０を主茎から自動で収穫する果実収穫装置とともに設置し、これらの装置間で把持部１０を共通化してもよい。具体的には、果実収穫装置と収納ケースとの間に果柄切断機１を設置する。そして、果実収穫装置にて果実３０を収穫した後、把持部１０で果柄３２をつかんだ状態のまま果柄切断機１に移動し、果柄切断機１で果柄３２を切断して収納ケースに果実を収納する。このような一連の作業の流れとすることで、果柄切断機１を設置しない場合と比べても、収穫から収納までの動作時間にほとんど影響を与えずに収穫作業を行うことが可能となる。

本実施形態の果柄切断機１によれば、果実３０の肩部３３で一対の刃部２を押し上げ、これにより刃部２を回動させて果柄３２を切断するようにしたので、刃部２を駆動する駆動機構を設けずに済み、装置の小型化が可能で、且つ油圧や空気圧等の駆動源を不要とすることができる。なお、果柄３２に近い果実３０の肩部３３は、一般に果肉３１の中でもっとも硬い部分であり、本構成では刃部２を押し上げる力しかかからないので、果実３０を傷めることはない。
また、下側ストッパ部３は、一対の刃先２２間の開口幅が果実３０の肩幅３３より小さく且つ果柄径より大きくなる位置で刃先２２を支持するように配置されているため、刃部２の回動により果実３０が挟まれて果肉３１に傷がつくことを防止できる。
さらに、上側ストッパ部４により上側可動範囲を決定する構成としているため、刃部２が必要以上に上方に回動することを防止できる。

さらに、上記果柄切断機１において、一対の刃部２は、これらの刃先２２がそれぞれ支軸２０と同一高さのときに刃先端２２ａが互いに一致するように構成され、上側ストッパ部４は、刃先２２が支軸２０より上方へ回動することを規制するように配置されていてもよい。
刃先端２２ａが一致する位置が支軸２０の高さより下側であると、下側ストッパ部３で支持される刃先端２２ａの位置もより下側に移動する。そうすると、果実３０の肩部３３が刃部２に接触するとき、刃先２２がより大きな角度をもって果実３０の肩部３３に接触することとなり、果肉３１を傷つける可能性が出てくる。したがって、本構成のように、刃先２２がそれぞれ支軸２０と同一高さのときに刃先端２２ａが互いに一致するように構成されることにより、下側ストッパ部３で支持される刃部２をより水平に近い角度とすることができ、刃先２２で果肉３１が傷つくことを防ぐことができる。

ここで、図４および図５を参照して、本発明の実施形態に係る果柄切断機の変形例について説明する。

図４に示す果柄切断機１は、果柄切断後に果実３０に残される果柄３２の長さを調整可能な調整手段を備えた構成となっている。この調整手段は、刃部２の果実３０との接触部位から刃先端２２ａまでの刃部２の肉厚方向の高さを調整するものである。
通常、果実３０はその種類に応じて、出荷時に残しておくべき果柄３２の長さがおおよそ決まっている。そこで、以下に示す調整手段を備えることによって、適切な長さの果柄３２を残すことができ、果実３０の商品価値を高くすることができる。
ここで、上記した図１乃至図３においては、刃先２２の切削面である傾斜面を果実３０と接しない方向（上側）に設置しているため、茎の根元で果柄３２を切断することができ、果柄３２はほとんど果実３０に残らない。

図４（Ａ）に示す刃部２は、刃先２２の切削面である傾斜面２２ｂを果実３０と接する方向（下側）に設置している。なお、この傾斜面２２ｂは平面状に形成されている。
これにより果実３０に少しの果柄３２を残すことができる。
図４（Ｂ）に示す刃部２は、図４（Ａ）と同様に、刃先２２の切削面を果実３０と接する方向に設置している。さらにこの切削面を、果実３０の表面に沿って湾曲させた湾曲面２２ｃとしている。これにより果実３０と刃部２の接触面積を増大し、果実３０の肩部３３に加えられる力を分散することができる。

図４（Ｃ）に示す刃部２は、刃部２の肉厚を厚くし、刃先２２に段差部２２ｄを設けている。そして、段差部２２ｄの上部に刃先端２２ａを形成し、段差部２２ｄの最下面に果実３０の肩部３３が接触するようになっている。この段差部２２ｄの高さＤを調整することにより、果実３０に残す果柄３２の長さを調整可能となっている。
図４（Ｄ）に示す刃部２は、刃部２の下面に着脱自在な調整部材２２ｅを備えた構成となっている。調整部材２２ｅを取り付けた刃部２において、調整部材２２ｅの下面が果実３０の肩部３３に接触するようになっている。このように、必要に応じて調整手段２２ｅを取り付けることにより、果実３０に残す果柄３２の長さを調整可能となっている。なお、調整部材２２ｅは高さが異なるものを複数用意しておくことで、複数段階の果柄長さ調整が可能となる。

図５に示す果柄切断機１は、上記した構成に加えて、一対の刃部２の回動を左右対称で同期させるギヤ部４０を備えた構成となっている。ギヤ部４０は、端部ギヤ４１と中間ギヤと４２を有する。端部ギヤ４１は、一対の支軸２０にそれぞれ連結して該支軸２０と同時に回転する。この２つの端部ギヤ４１間には、偶数個の中間ギヤ４２が設けられている。端部ギヤ４１と中間ギヤ４２とは互いに噛み合うように配置され、これにより一対の刃部２の回動を左右対称で同期させるようになっている。
また、中間ギヤ４２を設けない構成としてもよく、この場合、端部ギヤ４１同士を互いに噛み合わせて左右対称に同期させるようにする。
このように、ギヤ部４０により一対の刃部２の回動を左右対称で同期させることにより、対向する刃先端２２ａを正確に一致させることができ、果柄３２を確実に切断することが可能となる。

１ 果実切断機
２ 刃部
３ 下側ストッパ部
４ 上側ストッパ部
５ フレーム
７ バネ部材
２０ 支軸
２１ 刃面
２２ 刃先
２２ａ 刃先端
２２ｂ 傾斜面
２２ｃ 湾曲面
２２ｄ 段差部
２２ｅ 調整部材
２５ 緩衝部材

Claims (6)

1. 果実の果柄を切断する果実の果柄切断機であって、
   平行な一対の支軸を中心に回動し、刃先が互いに対向して配置された一対の刃部と、
   前記一対の刃部の下方に配置され、前記刃先の下側可動範囲を決定する下側ストッパ部と、
   前記一対の刃部の上方に配置され、前記刃先の上側可動範囲を決定する上側ストッパ部とを備え、
   前記下側ストッパ部は、一対の刃先間の開口幅が前記果実の肩幅より小さく且つ果柄径より大きくなる位置で前記刃先を支持するように配置されており、
   前記下側ストッパ部により支持された前記一対の刃先間に前記果柄が挿入され、前記果柄が上方に引き上げられることにより前記果実の肩部と接触する前記一対の刃部が上方に回動して前記果柄を切断するようにしたことを特徴とする果実の果柄切断機。
2. 前記一対の刃部は、これらの刃先がそれぞれ前記支軸と同一高さのときに刃先端が互いに一致するように構成され、
   前記上側ストッパ部は、前記刃先が前記支軸より上方へ回動することを規制するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の果実の果柄切断機。
3. 前記一対の支軸にそれぞれ連結して前記一対の刃部の回動を左右対称で同期させる機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の果実の果柄切断機。
4. 前記果実の種類に応じて、前記刃部の前記果実との接触部位から刃先端までの前記刃部の肉厚方向の高さを調整する調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の果実の果柄切断機。
5. 果実の果柄を切断する果実の果柄切断方法であって、
   平行な一対の支軸を中心に回動する一対の刃部が用いられ、前記一対の刃部の各刃先が下側ストッパで支持された状態で、これらの刃先間の隙間に前記果柄が挿入される工程と、
   前記果柄が上方に引き上げられるに従って前記果実の肩部で前記刃部が押されて上方に回動し、前記果柄を切断する工程とを有することを特徴とする果実の果柄切断方法。
6. 果実の果柄を切断する果実の果柄切断装置であって、
   前記果実の果柄を把持し、前記果実ごと前記果柄を移動させる把持部と、
   平行な一対の支軸を中心に回動し、刃先が互いに対向して配置された一対の刃部と、
   前記一対の刃部の下方に配置され、前記刃先の下側可動範囲を決定する下側ストッパ部と、
   前記一対の刃部の上方に配置され、前記刃先の上側可動範囲を決定する上側ストッパ部とを備え、
   前記下側ストッパ部は、一対の刃先間の開口幅が前記果実の肩幅より小さく且つ果柄径より大きくなる位置で前記刃先を支持するように配置されており、
   前記下側ストッパ部により支持された前記一対の刃先間に前記把持部で把持した前記果柄を挿入し、前記把持部により前記果柄を上方に引き上げることにより前記果実の肩部と接触する前記一対の刃部が上方に回動して前記果柄を切断するようにしたことを特徴とする果実の果柄切断装置。

Images