JP4930815B2

JP4930815B2 - ミシンの糸調子装置

Info

Publication number: JP4930815B2
Application number: JP2001194779A
Authority: JP
Inventors: 宏野口
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: JP2003010581A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミシンの糸に付与する張力が可変な糸調子器を備えた糸調子装置に関し、特に低張力設定時の糸調子器の駆動法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
糸に付与する張力が可変なミシンの糸調子装置として、糸に張力を付与する糸調子器と、この糸調子器の張力付与部（調子皿、ロータリーテンション等）に作用する電気的なアクチュエータ（駆動手段）とを備えたものがある。糸張力の設定制御は、アクチュエータから直接もしくはリンク機構を介して推力（押圧とは逆方向の吸引力を含む）を糸調子器の可動軸に伝達して、可動軸により張力付与部を駆動する（押すまたは引く）ことによって行っている。
【０００３】
たとえば図１に示す糸調子装置は、アクチュエータとしてボイスコイルモータ１１１を備え、モータ１１１の可動コイル１１６に直流の駆動電流を供給するによって推力を発生させ、可動コイル１１６に取り付けられた可動軸１０５を糸調子器１０１の中空軸１０４内で前進または後退させて、中空軸１０４の外面に取り付けた可動皿１０３を中空軸１０４内の当接片１０６を介して移動し、可動皿１０３と中空軸１０４の外面の固定皿１０２との押圧力を変更して、これにより可動皿と固定皿の間に介挿した糸に付与する張力を制御し、ミシン回転中またはミシン停止中に所望の張力を設定するものである。
【０００４】
図１５は、このボイスコイルモータ１１１を用いた糸調子装置のミシン停止時における印加電圧Ｖdcに対する張力Ｐの特性の一例を示すものである。糸張力Ｐは、印加電圧（直流）Ｖdcの上昇および下降に対し、理想的には図２の一点鎖線で示すように、同一の印加電圧（例えばＶｄ）に対して同一の張力（例えばＰｅ）となることが望ましいが、実際には、糸調子器の可動部の摩擦抵抗による不感帯ｄ１、ｄ２が存在し、印加電圧Ｖdcの下降および上昇にともなって実線上を矢印ａ〜ｄの順に変化して、印加電圧の下降時と上昇時とでは、同一の印加電圧（例えばＶｄ）に対して異なる張力（例えばＰｍあるいはＰｅ）が発生し、正確な張力を付与することができないことに加えて、残留張力Ｐｂが残ってしまうため、張力を０にすることができない。
【０００５】
図１６は、図１５と同じ条件で糸調子装置を駆動した場合の印加電圧Ｖdcと糸張力Ｐの関係を横軸を時間軸として図１５に対応させて図示したものである。印加電圧Ｖdcは時間ｔに対し直線的に増加し、直線的に減少させる条件とした。図１６に示されるように、印加電圧Ｖdcが張力Ｐが上昇を開始するＶｈに達する時間ｔ＝ｔｄまでは、張力Ｐは残留張力Ｐｂのままであり、印加電圧Ｖdcの増加に対し張力Ｐが増大し始めるには時間ｔｄだけの遅れがある。つぎに印加電圧ＶdcをＶｘまで増加した状態から減少すると、張力ＰはＶdcの減少から時間ｔｅだけ遅れて減少に転じ、Ｖdc＝０Ｖで残留張力Ｐｂになる。
なお、図１５および図１６は、ミシン停止時における従来の糸調子装置の特性を示したものであるが、ミシンの振動が少ない低速時においても同様な特性となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、糸調子装置には、駆動手段による駆動に対し糸調子器の可動部に摩擦による不感帯がある。つまり、糸調子器のスライドする可動軸や可動皿に中空軸と摩擦が発生する。この摩擦は小さいため、張力が強い場合には無視できるが、押し・引きする推力が弱い低張力時には摩擦の影響が無視できなくなり、スライドする部分が摩擦抵抗によって引っ掛かってなめらかに移動せず、いわゆるスティックスリップを起こす。その結果、従来は低い張力を正確に設定できない問題があった。また、ミシン回転中に、被縫製物の縫製部位に対応させて駆動手段を制御して、張力を種々変更しながら縫製を行う場合には、図１６に示すような応答遅れが発生し、各縫製部位に所望の張力を付与できないという問題もあった。
【０００７】
また印加電圧に頼らず実際に張力を測定しながら、ミシンの停止時に張力設定を行っても、可動軸や可動皿の摩擦抵抗による引っ掛かりが発生した状態で張力が設定され、ミシンの高速運転時には引っ掛かり状態が振動によって開放されてなくなるので、ミシン停止時に設定した張力が高速運転時に変わってしまう問題もあった。
【０００８】
また糸経路の１カ所で糸調子装置により張力を付与し、制御しようとすると、大きな力を発生するアクチュエーターが必要となるので、糸経路上の複数箇所に糸調子装置を設置して、張力を複数個の糸調子装置に分担させて糸に付与させる方法がある。このようにすると、個々の糸調子装置で付与する張力を、１個の糸調子装置だけで張力を付与する場合の算術平均値よりも小さくできるが、この場合、糸調子装置の個数分だけ摩擦抵抗も増大するので、さらに正確な設定ができなくなるという問題があった。
【０００９】
一方、張力の設定をボイスコイルモータ等の駆動手段によらず、可動皿と固定皿を押圧するバネ圧を手動にて調整するタイプの糸調子装置も知られているが、同様な問題が発生していた。
【００１０】
本発明の課題は、糸に付与する張力が可変な糸調子器を備えるミシンの糸調子装置において、糸調子器の可動軸や可動皿など可動部の摩擦の影響を無くして、低張力の正確な設定など、所望の張力を正確に設定可能とすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決すべく請求項１記載の発明は、ミシンの糸調子装置であって、
たとえば図１に示すように、ミシンの糸に付与する張力が変更可能な糸調子器１０１と、
前記糸調子器に連結されるとともに、駆動電流により動作して、前記付与する張力を制御する駆動手段（ボイスコイルモータ１１１）と、
前記駆動手段を動作させる駆動電流を周期的に変化させることにより、張力設定値（Ｐａ）に基づいて、前記糸調子器に一定振幅の振動を加える振動印加手段（ボイスコイルモータ１１０＋脈流電源１２０）とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、以下の作用効果を有する。
（１）低張力の張力設定時に、振動印加手段で糸調子器に振動を加えるので、糸調子器の可動部（可動軸、可動皿）の摩擦抵抗を緩和し、ほぼなくならせることができ、可動部をスティックスリップすることなくなめらかに駆動して、低張力であっても所望の張力を正確に設定して糸に付与することができる。
（２）ミシン停止時に糸調子器の可動部の摩擦による影響をなくして張力を正確に設定できるので、ミシン高速運転時にミシン停止時に設定した張力と同じ張力が得られ、縫い始め、縫い途中および縫い終わりの全段階で、安定した同じ縫い目を得ることができる。
（３）ミシン運転中に張力を変更する場合、ミシンが低速で回転していると、スティックスリップが発生するため正確な張力を設定できないが、振動を加えることによりスティップスリップをなくすので、ミシンの回転数にかかわらず、正確な張力をできるようになる。
（４）駆動手段により糸調子器の可動部（可動軸、可動皿）を駆動して張力設定する糸調子装置のみならず、手動により糸調子器の可動部（可動皿）を駆動して張力設定するタイプの糸調子装置についても、張力設定時に糸調子器に振動を加えることにより、上記（１）〜（３）の作用効果を得ることができる。
（５）脈流の駆動電流で駆動手段を動作させるので、駆動手段に糸調子器の可動部を微振動しながら押し・引きする推力を容易に得ることができ、また振動印加手段を含めて糸調子装置全体を小型化、安価にすることができる。さらに脈流の交流成分の振幅を変えることにより、糸調子器に加える振動の大きさ（振幅）を容易に変えることができる利点もある。
【００１３】
さらに、請求項１記載の発明は、
前記振動印加手段は、直流電圧に交流電圧を重畳した駆動電流で前記駆動手段を駆動して張力を設定することを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のミシンの糸調子装置において、
前記振動印加手段による前記糸調子器への振動の付加を、前記糸に付与する張力が所定の張力より小さい場合にのみ行うことを特徴とする。
【００１６】
糸調子器の可動部の駆動の際に摩擦の影響が無視できなくなるのは、駆動手段により弱い推力で可動部を駆動して、低い張力を設定する場合である。
従って、請求項２記載の発明によれば、糸調子器への振動の付加を、糸に付与する張力が所定の張力より小さい場合にのみ行うので、適切かつ合理的な張力の設定制御ができる。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のミシンの糸調子装置において、
前記振動印加手段により前記糸調子器に加える振動の大きさを、前記糸に付与する張力が小さくなるにしたがって大きくすることを特徴とする。
【００１８】
糸調子器の可動部の駆動に対する摩擦の影響の度合いは、設定する張力が低いほど強くなる。
従って、請求項３記載の発明によれば、糸調子器に加える振動の大きさ（振幅）を、糸に付与する張力が小さくなるにつれて大きくするので、適切かつ合理的な張力の設定制御ができる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のミシンの糸調子装置において、
前記振動印加手段による前記糸調子器への振動の付加を、ミシンの速度が所定速度より小さい場合にのみ行うことを特徴とする。
【００２０】
ミシンの速度が高い場合、ミシンの振動が大きくなり、糸調子器の振動も大きくなるため、低張力の設定でも、糸調子器の可動部の摩擦の影響をなくして、張力を正確に設定できる。
従って、請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明により奏する前述した作用効果（１）〜（５）に加え、ミシンの速度が所定速度より小さい場合にのみ糸調子器に振動を付加するので、張力の適切かつ合理的な設定制御ができる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１記載のミシンの糸調子装置において、
前記振動印加手段により前記糸調子器に加える振動の大きさを、ミシンの速度が高くなるにしたがって小さくすることを特徴とする。
【００２２】
ミシンの振動、糸調子器の振動（振幅）の度合いは、ミシンの速度が高いほど、大きくなる。
従って、請求項５記載の発明によれば、請求項１記載の発明により奏する前述した作用効果（１）〜（５）に加え、糸調子器に加える振動の大きさを、ミシンの速度が高くなるにしたがって小さくするので、適切かつ合理的な張力の設定制御ができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
［第一の実施の形態］
図１は、本発明の第一の実施の形態における糸調子装置を示す断面図である。本実施の形態において、糸調子装置は、糸調子器１０１に駆動手段として、直動アクチュエータのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１１１を取り付けた基本構成を有している。本発明は、たとえばボイスコイルモータ１１１で糸調子器１０１を駆動して、糸調子器で糸に付与する張力を設定するに際し、糸調子器１０１に振動を印加することにより、その可動軸１０５および可動皿１０３の摩擦による影響を無くして、低張力であっても正確に設定することを可能とした。
【００２６】
まず、糸調子装置の全体構成について説明する。
糸調子装置において、糸調子器１０１は、軸受ケース１０７に回転自在に軸支された中空軸１０４を有し、中空軸１０４の先端部側に張力付与部として１対の調子皿１０２、１０３を設けている。この１対の皿のうちの外側の皿１０２は、中空軸１０４の外面に固定した固定皿であり、これと対向した内側の皿１０３は、中空軸１０４の外面にスライド自在に組み付けた可動皿である。中空軸１０４の先端部外周には雄ねじ部１８１が形成され、調子皿調節手段としてのナット１８２を雄ねじ部１８１に螺合して、ナット１８２により固定皿１０２の固定位置を調節することにより、固定皿１０２と可動皿１０３の初期の押圧力を調節している。
【００２７】
軸受ケース１０７内には、中空軸１０４の外面に被嵌したねじりコイルバネ（糸取りバネ）１０８が介挿されており、コイルバネ１０８の先端には、固定皿１０２の外周に臨む糸掛け棒１０９が一体に設けられている。中空軸１０４の内部には、可動軸１０５がスライド自在に挿入され、また可動軸１０５の先端によって押される当接片１０６が配置されていて、この当接片１０６は可動皿１０３に一体に設けられている。軸受ース１０７は、ミシンアームブロック１００の組み込み穴に填め込んで固定されている。
【００２８】
なお、この実施の形態とは逆に、内側の皿１０３を固定皿とし、外側の皿１０２を可動皿としてもよく、その場合には、当接片１０６を外側の可動皿１０２と一体に設けて、その当接片１０６に可動軸１０５の先端部を係合等により接続することで、可動軸１０５により当接片１０６を介して可動皿１０２を引けるようにしておけばよい。
【００２９】
ボイスコイルモータ１１１は低イナーシャの直流リニアモータで、磁気回路１１２を構成する円筒型ヨーク１１３と、その端部内周に設けた永久磁石の外極１１４と、円筒形ヨーク１１３の中心部に一体的に設けた鉄心の中央極１１５と、この中央極１１５と外極１１４との間に配設された円筒状の可動コイル１１６とからなる。可動コイル１１６は、補償銅管１１７の外周にコイル巻線１１８を設けてなり、その先端部のコイルヘッド１１９の中央部に前記の可動軸１０５を一体に取り付けている。
【００３０】
上記の可動コイル１１６には、外極（永久磁石）１１４により中央極（鉄心）１１５との間に形成された磁界が作用しており、この磁界中にある可動コイル１１６のコイル巻線１１８に、電源から直流の駆動電流を供給すると、その駆動電流の極性によって可動コイル１１６に推力（糸調子器方向への押し力またはこれと反対方向への引っ張り力）が生じる。この可動コイル１１６の推力により、可動軸１０５が駆動されて中空軸１０４内を前進または後退し、中空軸１０４内で可動軸１０５に押圧された当接片１０６を介して、当接片１０６と一体の可動皿１０３が軸線方向に沿って前後方向に移動し、可動皿１０３と固定皿１０２との間の押圧力が変更され、糸に付与する張力が設定される。
【００３１】
すなわち、ミシンの糸巻（糸駒）から繰り出されて糸取りバネに至るまでの糸巻と天秤との間の糸経路で、固定皿１０２と可動皿１０３との間に通した糸に対する把持力が変わり、糸の繰り出し量が規制されて糸に所望の張力が付与される。なお、上記では、外極１１４を永久磁石、中央極１１５を鉄心として、ボイスコイルモータを構成しているが、外極１１４を鉄心、中央極１１５を永久磁石として、ボイスコイルモータを構成してもよい。
【００３２】
ボイスコイルモータ１１１は、インダクタンスが小さく、また移動体が可動コイル１１６だけで慣性が小さいので、駆動電流の入力に対する推力の出力応答が早いという特性を具備している。さらに駆動電流に比例した線形の推力（押し力・吸引力）を取り出せる特性を有しており、可動皿１０３を駆動電圧（駆動電流）に比例した線形の移動量で駆動することができる。
【００３３】
しかしながら、従来技術の項で述べたように、糸調子器１０１の中空軸１０４に対しスライドする可動軸１０５や可動皿１０３には、それぞれ中空軸１０４の内面、外面と摩擦が発生し、押し・引きする推力が弱い低張力時に摩擦の影響が無視できなくなり、スライドする部分が摩擦抵抗により引っ掛かって、いわゆるスティックスリップを起こし、正確に張力を設定できない問題があった。
【００３４】
そこで、本発明では、低張力設定時に、可動軸１０５や可動皿１０３が摩擦抵抗の影響を受けずになめらかに移動可能とするために、糸調子器１０１に振動印加手段を設置して、駆動手段による糸調子器の可動部（可動軸１０５、可動皿１０３）の駆動に際し、糸調子器１０１に振動を付加するようにした。
【００３５】
本実施の形態の場合には、糸調子器１０１の駆動手段に直流電流により動作するボイスコイルモータ１１１を用いているので、図２に示すように、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１１１の電源として、直流を周期的に変化させる脈流を発生する脈流電源１２０を用いることにより、ボイスコイルモータ１１１を利用して糸調子器１０１の振動印加手段を構成した。脈流電源としては、直流に交流を重畳した電流を発生する電源を使用することができる。交流としてはサイン波、矩形波、三角波など各種のものを使用することができる。
【００３６】
このような脈流の駆動電流でボイスコイルモータ１１１を動作させれば、可動コイル１１６に移動方向に微振動しながら可動軸１０５を押し・引きする推力が容易に得られ、可動軸１０５および当接片１０６を介して可動軸１０５により駆動される可動皿１０３を微振動しながら駆動できるので、これら可動軸１０５や可動皿１０３の中空軸１０４との摩擦抵抗を緩和して、ほぼなくならせることができる。このため弱い推力で駆動しても、可動軸１０５や可動皿１０３が摩擦抵抗により引っ掛からず、スティックスリップを起こすことなくなめらかに移動する。したがって、本実施の形態によれば、糸に付与する張力が低い張力であっても、所望の張力を正確に設定して付与することができる。
【００３７】
振動印加手段（本例では、ボイスコイルモータ＋脈流電源）による糸調子器１０１への振動の付加は、図３に示すように、糸に付与する張力Ｐが所定の張力Ｐ１より小さい場合にのみ行うことが好ましい。これは、可動軸１０５、可動皿１０３の移動の際に摩擦の影響が無視できなくなるのは、糸に付与する張力が低いとき、つまりボイスコイルモータ１１１を弱い推力で動作させて、弱い推力で可動軸１０５、可動皿１０３を駆動するときだからである。糸に付与する張力が高く、可動軸１０５、可動皿１０３を強い推力で駆動する場合は、これら可動軸１０５、可動皿１０３は摩擦に影響されずになめらかに移動する。
【００３８】
振動印加手段により糸調子器に加える振動の大きさ（振幅）は、糸に付与する張力が小さくなるにつれて、可動軸１０５、可動皿１０３の移動に対する摩擦抵抗の影響の度合いが強くなることから、同じ図３に示すように、Ｐ１以下よりもＰ２以下（Ｐ２＜Ｐ１）の方が大きいというように、張力Ｐが小さいほど大きくすることが好ましい。
【００３９】
振動印加手段による糸調子器１０１への振動の付加は、図４に示すように、ミシン停止時も含めて、ミシンの速度Ｓが所定速度Ｓ１より小さい場合にのみ付加するようにすることが好ましい。これは、ミシンの速度が高くなると、ミシンの振動が大きくなって糸調子器１０１の振動も大きくなるので、低張力の設定でも、可動軸１０５、可動皿１０３の摩擦の影響が緩和され、これらをなめらかに移動して、張力を正確に設定することができるからである。
【００４０】
振動印加手段により糸調子器に加える振動の大きさ（振幅）は、同じ図４に示すように、ミシンの速度Ｓが高くなるほど糸調子器の振動が大きくなることから、ミシンの速度が高くなるにしたがって小さくすることが好ましい。
【００４１】
糸調子器１０１に加える振動の大きさを変えるには、図５に示すように、電源１２０でボイスコイルモータ１１１に加える駆動電流について、重畳する交流電圧Ｖａの大きさを変えればよい。たとえば交流電圧ＶａをＶａ１からＶａ２に増大すれば、振幅をａ１からａ２に大きくできる。
【００４２】
図６に、本実施の形態の糸調子装置を備えたミシンの制御部を示すブロック図を掲げる。図６に示すように、ミシン制御部はＣＰＵ２を有し、ＣＰＵ２には、たとえばミシンのペダル１、操作パネル３、針上下位置検出器７が接続され、これら各部の信号が入力される。またＣＰＵ２には、モータドライバー４を介してミシンモータ５が、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）ドライバ９を介してボイスコイルモータ８（図１のボイスコイルモータ１１１である）が接続され、さらにミシンモータの回転速度を検出するモータエンコーダ６が接続され、これら各部の信号が入力される。そしてＣＰＵ２により、これら入力された各部のデータをＲＯＭ１０やＲＡＭ１１に設定されているデータと比較演算して、所望の糸張力が設定されるように、ボイスコイルモータ１１１に流す駆動電流について、直流にだけにするか、あるいは脈流にするかを決定し、直流だけのときはその直流の大きさを決め、脈流にするときはその直流分および交流分の大きさを決める等の制御をする。
【００４３】
本実施の形態における張力設定制御の一例を図７のフローチャートにより説明する。図７において、張力設定制御のシーケンスがスタートすると、ＣＰＵ２が、設定しようとする張力設定値Ｐａを読み込む（ステップＳＴ１）。なお、この張力設定値Ｐａは、例えば操作パネル３により入力され、ＲＡＭ１１に記憶されている。ついで張力設定値Ｐａが基準値Ｐ１よりも低いか否かを判断し（ステップＳＴ２）、設定値Ｐａが基準値Ｐ１より低くないとき、つまり高いときは糸調子器１０１の駆動、すなわち可動軸１０５、可動皿１０３の駆動に対する摩擦の影響が少ないので、直流電圧Ｖｄの駆動電流でボイスコイルモータ１１１を動作させて、可動軸１０５を駆動し、これによって可動皿１０３を移動して、張力Ｐａを設定する。可動皿１０３と固定皿１０２との間隙に通された糸には、所望の設定値Ｐａの張力が付与される。
【００４４】
ステップＳＴ２で、張力設定値Ｐａが基準値Ｐ１より低いときは、糸調子器１０１の駆動に対し摩擦の影響があるので、さらに基準値Ｐ１よりも低い第２の基準値Ｐ２に対し低いか否かを判断し（ステップＳＴ４）、設定値Ｐａが基準値Ｐ２より高いときは、摩擦の影響を無くすために、交流電圧Ｖａ１を重畳した電圧Ｖｄ＋Ｖａ１の駆動電流でボイスコイルモータ１１１を動作させて、糸調子器を駆動し（ステップＳＴ５）、張力Ｐａを設定する。
【００４５】
ステップＳＴ４で、張力設定値Ｐａが基準値Ｐ２より低いときは、上記よりも摩擦抵抗の影響が大きいので、直流電圧ＶｄにＶａ１よりも大きい交流電圧Ｖａ２を重畳した電圧Ｖｄ＋Ｖａ２の駆動電流でボイスコイルモータ１１１を動作させて、糸調子器を駆動し（ステップＳＴ６）、張力Ｐａを設定する。
【００４６】
糸張力をさらに変更するときは、ステップＳＴ３、ＳＴ４またはＳＴ５からステップＳＴ１に戻って、新たに設定する張力についての設定値Ｐａの読み込み以下の操作を行い、同様な手法により、糸に新たな張力Ｐａを設定すればよい。
【００４７】
本実施の形態における張力設定制御の他の例を図８のフローチャートにより説明する。図７で示した張力設定制御では、ミシンの速度を変えずに一定とした条件下で行ったが、本例は、ミシンの速度が変更される場合の張力設定時の制御である。
【００４８】
図８において、張力設定制御のシーケンスがスタートすると、ＣＰＵが、設定しようとする張力設定値Ｐａを読み込んだ後（ステップＳＴ１１）、モータエンコーダ６で検出したミシンの速度Ｓを読み込んで（ステップＳＴ１２）、ミシン速度Ｓが基準値Ｓ１よりも低いか否かを判断し（ステップＳＴ１３）、ミシン速度Ｓが基準値Ｓ１より低くないときは、つまり高いときはミシンの振動により、糸調子器１０１の駆動、すなわち可動軸１０５、可動皿１０３の駆動に対する摩擦の影響が取り除かれるので、直流電圧Ｖｄの駆動電流でボイスコイルモータ１１１を動作させて、糸調子器１０１を駆動し（可動軸１０５を駆動して可動皿１０３を移動し）（ステップＳＴ１４）、張力Ｐａを設定する。可動皿１０３と固定皿１０２との間隙に通された糸には、所望の設定値Ｐａの張力が付与される。
【００４９】
ステップＳＴ１３で、ミシン速度Ｓが基準値Ｓ１より低いときは、さらに基準値Ｓ１よりも低い第２の基準値Ｓ２に対し低いか否かを判断し（ステップＳＴ１５）、ミシン速度Ｓが基準値Ｓ１よりも低くＳ２より高いときは、ミシンの振動により摩擦の影響を余り解消できないので、摩擦の影響を無くすために、交流電圧Ｖａ１を重畳した電圧Ｖｄ＋Ｖａ１の駆動電流でボイスコイルモータ１１１を動作させて、糸調子器を駆動し（ステップＳＴ１６）、張力Ｐａを設定する。
【００５０】
ステップＳＴ１５で、ミシン速度Ｓが基準値Ｓ２より低いときは、ミシンの振動で摩擦の影響を解消する効果がほとんど期待できないので、直流電圧ＶｄにＶａ１よりも大きい交流電圧Ｖａ２を重畳した電圧Ｖｄ＋Ｖａ２の駆動電流でボイスコイルモータ１１１を動作させて、糸調子器を駆動し（ステップＳＴ１７）、張力Ｐａを設定する。
【００５１】
糸張力をさらに変更するときは、ステップＳＴ１４、ＳＴ１５またはＳＴ１７からステップＳＴ１１に戻って、新たに設定する張力についての定値Ｐａの読み込み、ミシン速度Ｓの読み込み以下の操作を行い、同様な手法により、新たな張力Ｐａを設定すればよい。
【００５２】
［第二の実施の形態］
図９は、本発明の第二の実施の形態における糸調子装置を示す断面図である。図９において、図１に付した符号と同一の符号は同一の部材を示す。
【００５３】
本実施の形態では、糸調子装置は、図９に示すように、ミシンアームブロック１００に設置された糸調子器１０１の駆動手段として、低イナーシャモータであるコアレスモータ３０１を具備する。説明の簡便のために内部構造を省略するが、このコアレスモータ３０１は、ケーシング内に固定の永久磁石と、この永久磁石に対応して設けられた、鉄心を持たない回転自在な電機子とを内蔵してなり、電機子の巻線に駆動電流を流すことにより電機子が回転し、電機子の中心部に設けた出力軸３０２が回転する。このコアレスモータ３０１は、前述したボイスコイルモータ（ＶＣＭ）と非常に良く似た特性を有する。
【００５４】
コアレスモータ３０１は、その出力軸３０２に取り付けたリンク３０３を継ぎ手３０４で糸調子器１０１の可動軸１０５に接続することにより、出力軸３０２の回転運動を直線運動に変換して可動軸１０５に伝えるようになっている。これにより、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）の場合と同様、コアレスモータ３０１の動作で、糸調子器１０１の可動部、すなわち可動軸１０５および可動皿１０３を駆動して、糸に所定の張力を設定するようになっている。
【００５５】
なお、コアレスモータ３０１の出力軸３０２から糸調子器１０１の可動軸１０５までの動力伝達機構として、リンク３０３および継手３０４に代えて、プーリ等の他の機構を用いて、出力軸３０２の回転運動を可動軸１０５の直線運動に変換するよう構成してもよい。
【００５６】
本実施の形態でも、第一の実施の形態のときと同様、コアレスモータ３０１の駆動電源として脈流を発生できる電源を使用することにより、コアレスモータを利用して糸調子器１０１の振動印加手段を構成した。同様に、脈流電源からコアレスモータ３０１に脈流の駆動電流を供給して、コアレスモータを動作させれば、コアレスモータの出力軸３０２に微振動する推力が発生するので、糸調子器１０１の可動軸１０５、可動皿１０３を微振動させながら駆動することができる。このため、弱い推力で駆動しても、可動軸１０５や可動皿１０３が摩擦抵抗により引っ掛からず、スティックスリップを起こすことなくスムーズに移動する。したがって、本実施の形態によっても、糸に付与する張力が低い張力であっても、張力を正確に設定して付与することができ、第一の実施の形態のときと同様な作用効果を奏する。
【００５７】
［第三の実施の形態］
図１０は、本発明の第三の実施の形態における糸調子装置を示す断面図である。図１０において、図１に付した符号と同一の符号は同一の部材を示す。本実施の形態では、糸調子装置の糸調子器１０１は吸引型に構成されている。糸調子器１０１の駆動手段はボイスコイルモータ１１１である。
【００５８】
糸調子器１０１は、中空軸１０４の外面に配置した１対の皿のうち、内側の皿１０２を固定皿とし、外側の皿１０３を可動皿としている。可動皿１０３は、糸調子器１０１の中空軸１０４の外面にスライド自在に取り付けられ、中空軸１０４先端部のネジ部１８１に螺合されたナット１８２の内側位置の回り止め１３０と可動皿１０３との間には、中空軸１０４の外面に被嵌した圧縮コイルバネ１３２が取り付けられている。中空軸１０４内にスライド自在に挿入された可動軸１０５の先端は、この回り止め１３０に係合している。
【００５９】
ボイスコイルモータ１１１の可動コイル１１６に駆動電流を流して吸引方向の推力を発生させ、可動軸１０５をモータ１１１側に引くと、回り止め１３０に係合されたコイルバネ１３２が圧縮されて、可動皿１０３を固定皿１０２に押圧し、その間に挿通された糸に張力が付与される。可動コイル１１６に流す駆動電流の極性を反対にすると、可動コイル１１６は可動軸１０５を押圧し、これによりコイルバネ１３２が広がって可動皿１０３の押圧が緩み、糸に付与された張力が減り、さらに駆動すると張力が解除される。
【００６０】
このような吸引型の糸調子装置でも、低張力の設定時、糸調子器１０１の可動軸１０５、可動皿１０３と中空軸１０４との間の摩擦が無視し得ず、スティックスリップが生じて、張力を正確に設定できない。そこで、本実施の形態でも、第一の実施の形態のときと同様、ボイスコイルモータ１１１の駆動電源として脈流電源を使用することにより、ボイスコイルモータを利用して糸調子器１０１の振動印加手段を構成した。同様に、脈流電源から可動コイル１１６に脈流の駆動電流を供給して動作させることにより、可動コイル１１６に微振動する推力を発生させて、糸調子器１０１の可動軸１０５、可動皿１０３を微振動させながら駆動できる。したがって、第一の実施の形態のときと同様に、弱い推力で駆動しても、可動軸１０５や可動皿１０３が摩擦抵抗により引っ掛からず、スティックスリップを起こすことなくスムーズに移動して、張力を正確に設定して付与することができる等、同様な作用効果を奏する。
【００６１】
［第四の実施の形態］
図１１は、本発明の第四の実施の形態における糸調子装置を示す斜視図である。図１１において、図１に付した符号と同一の符号は同一の部材を示す。
【００６２】
本実施の形態では、糸調子装置は、糸調子器１０１の可動軸１０５とボイスコイルモータ１１１とを、その間に介挿したリンク機構１７１で連結している。リンク機構１７１は図示しないミシンアーム内に収容され、ボイスコイルモータ１１１はブラケット１６１により、糸調子器１０１の側とは反対側のミシンアーム裏面に固定されている。
【００６３】
リンク機構１７１は、上下方向の揺動アーム１７４と、このアーム１７４の上端に継ぎ手１７３を介して取り付けられた水平方向のロッド１７２と、アーム１７４の下端に継ぎ手１７８を介して取り付けられた水平方向のロッド１７７とを備え、アーム１７４はミシンアームブロックに固定したブラケット１７６に対し、支軸１７５で下端部寄りの位置を軸支されている。上記のロッド１７２はボイスコイルモータ１１１の可動コイル１１６のヘッド１１９に固定され、ロッド１７７は糸調子器１０１の可動軸１０５に連結され、ロッド１７７の先端部にはフランジ１８０が設けられている。フランジ１８０と糸調子器１０１の軸受ース１０７の端面との間には、リンク機構１７１が有する摩擦力の分だけ可動軸１０５を戻すための圧縮コイルバネ１７９が介挿され、コイルバネ１７９は糸調子器１０１の中空軸１０４の外面に被嵌されている。
【００６４】
ボイスコイルモータ１１１の可動コイル１１６に駆動電流を流して、可動コイルに推力を発生させるとロッド１７２が駆動されて、ロッド１７２がボイスコイルモータ１１１の方向またはその逆の方向に移動し、ロッド１７２の移動によりアーム１７４が支軸１７５を中心に反時計方向または時計方向に揺動し、アーム１７４の揺動によりロッド１７７が糸調子器１０１の方向またはその逆の方向に移動し、かくして可動軸１０５が中空軸１０４内を進退して可動皿１０３を駆動し、可動皿１０３と固定皿１０２との間の押圧力が制御される。
【００６５】
この糸調子装置では、リンク機構１７１のアーム１７４の揺動中心を下端寄りの位置として、可動コイル１１６に連結したロッド１７２の移動量に比べて、可動軸１０５に連結したロッド１７７の移動量を小にしているので、可動コイル１１６の推力を増幅して可動軸１０５に伝達することができる。このため、大きな推力で可動軸１０５を押し・引きして、可動皿１０３、固定皿１０２の押圧力を調整することができ、糸に高い張力を付与することが可能になる。
【００６６】
このような推力増幅型の糸調子装置でも、低張力の設定時、糸調子器１０１の可動軸１０５、可動皿１０３と中空軸１０４との間の摩擦が無視し得ない事情は同じであるから、スティックスリップが生じて、張力を正確に設定できない。本実施の形態でも、これまでの実施の形態と同様、ボイスコイルモータを利用して糸調子器１０１の振動印加手段を構成し、脈流電源から可動コイル１１６に脈流の駆動電流を供給して微振動する推力を発生させることにより、糸調子器１０１の可動軸１０５、可動皿１０３を微振動させながら駆動する。これにより、弱い推力で駆動しても、可動軸１０５や可動皿１０３が摩擦抵抗により引っ掛からず、スティックスリップを起こすことなくなめらかに移動して、張力を正確に設定して付与することができ、同様な作用効果を奏する。
【００６７】
［第五の実施の形態］
本発明の第五の実施の形態における糸調子装置を図１２に示す。図１２において、図１に付した符号と同一の符号は同一の部材を示す。
【００６８】
図１２に示されるように、本実施の形態では、糸調子装置の糸調子器１０１は、中空軸１０４の外面の先端部寄りの位置に回転自在に装着した糸車４０１を有する。この糸車４０１は、皿の面を形成するように中心から外側に旋回形状に延びて端部で湾曲した複数本の間隔を開けた細幅の条材を２組み、２枚の皿が背中合わせでクロスする格好に設けた構造とされ、糸車４０１の外皿部と内皿部が交わった外側周縁部は、糸を１巻きする溝をなしている。
【００６９】
糸車４０１の外皿部の内面、内皿部の内面には、それぞれフェルト製の摩擦板４０２、４０３が接触され、その外側に糸車４０１の回転を制動する制動部材であるブレーキ板４０４、４０５が配設されている。外側のブレーキ板４０４は中空軸１０４の外面に固定し、内側のブレーキ板４０５は中空軸１０４の外面にスライド自在に取り付けられている。中空軸１０４の内部には可動軸１０５により押される当接片４０６が配置され、この当接片４０６は可動ブレーキ板４０５と一体に設けられている。
【００７０】
ボイスコイルモータ１１１の可動コイル１１６に駆動電流を流して推力を発生させ、可動コイルに取り付けられた可動軸１０５を中空軸１０４内で移動すると、可動軸１０５により可動ブレーキ板４０５が当接片４０６を介して移動し、これにより可動ブレーキ板４０５と固定ブレーキ板４０４との間の押圧力が変って、その内側の摩擦板４０２、４０３による糸車４０１の回転に対する制動力を変えることができる。したがって、糸経路の途中で糸車４０１に巻き付けて引かれることにより、糸車４０１を回転しながら走行する糸に、糸車４０１によって張力が付与され、糸車４０１の制動力を変更することによって付与される張力が変えられる。
【００７１】
なお、この実施の形態とは逆に、内側のブレーキ板４０５を固定ブレーキ板とし、外側のブレーキ板４０４を可動ブレーキ板としてもよく、その場合には、当接片４０６を外側の可動ブレーキ板４０４と一体に設けて、その当接片４０６に可動軸１０５の先端部を係合等により接続することで、可動軸１０５により当接片４０６を介して引けるようにしておけばよい。
【００７２】
このような糸車タイプの糸調子装置でも、低張力の設定時、糸調子器１０１の可動軸１０５、可動ブレーキ板４０５等と中空軸１０４との間の摩擦が無視し得ず、スティックスリップが生じて、張力を正確に設定できない。そこで、本実施の形態でも、これまでと同様、ボイスコイルモータ１１１の駆動電源として脈流電源を使用して、ボイスコイルモータを利用して糸調子器１０１の振動印加手段を構成し、脈流電源から可動コイル１１６に脈流の駆動電流を供給して動作させることにより、可動コイル１１６に微振動する推力を発生して、糸調子器１０１の可動軸１０５、可動ブレーキ板４０５等を微振動させながら駆動するようにした。したがって、弱い推力で駆動しても、可動軸１０５や可動ブレーキ板４０５等が摩擦抵抗により引っ掛からず、スティックスリップを起こすことなくスムーズに移動して、張力を正確に設定して付与することができ、第一の実施の形態と同様な作用効果を奏する。
【００７３】
［第六の実施の形態］
図１３は、本発明の第六の実施の形態における糸調子装置を示す断面図である。図１３において、図１に付した符号と同一の符号は同一の部材を示す。
【００７４】
本実施の形態において、糸調子装置自体は第一の実施の形態と同じで、糸調子器１０１およびボイスコイルモータ１１１を備える。ただし、ボイスコイルモータ１１１は、本来の駆動法にしたがって直流の駆動電流で動作させる。
【００７５】
本実施の形態では、糸調子器１０１に振動を加えるために、振動印加手段として圧電素子振動器２００を設けたことが大きな特徴である。圧電素子振動器（アクチュエータ）２００は、ミシンアームブロック１００に設けた凹嵌部２０２に下部を挿入して取り付け、ボイスコイルモータ１１１寄りの位置で、糸調子器１０１の軸受ース１０７の外面に当接配置している。
【００７６】
圧電素子はピエゾ素子といわれるもので、圧電素子振動器には、圧電板を金属薄板を介して張り合わせたバイモルフ型と、多数の圧電板を積層したスタック型とがあり、いずれも使用できるが、変位の安定性がよい、エネルギー変換効率が高いなどの利点を有するスタック型が好ましい。
【００７７】
スタック型の素子構造の一例を示せば、圧電セラミック層（圧電板）と内部電極層とが交互に重なった均一層を複数層層積し、その上下に圧電セラミック層と内部電極層が交互に重なった不均一層を２層ずつ積層し、その上下に圧電セラミック層のみの保護層を１層ずつ重ねた態様をしている。外部電極を介して内部電極層とコンタクトを取ったリード線に振動電圧（たとえば±１５０Ｖ以下）を印加して駆動すると、圧電素子が振動電圧に高い追従性で積層方向に伸縮し振動する。
【００７８】
本実施の形態によれば、低張力設定時、ボイスコイルモータ１１１を脈流でなく、交流成分のない直流の駆動電流で動作させて、糸調子器１０１を駆動すると同時に、圧電素子振動器２００を振動電圧で駆動して、糸調子器１０１に振動を加える。これにより、糸調子器１０１に可動軸１０５の進退方向と直交する方向の振動が加わり、可動軸１０５、可動皿１０３が微振動しながら駆動されるので、摩擦の影響をなくして低張力の正確な設定ができ、第一の実施の形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００７９】
なお、図１３は、圧電素子振動器２００が振動を加える方向が、可動軸１０５の進退方向と直交方向となるように構成されているが、可動軸１０５の進退方向と平行な方向に振動を加えるように構成しても、振動の回り込みにより同様な効果が得られる。
【００８０】
［第七の実施の形態］
上記の第六の実施の形態では、低張力設定時の振動印加手段として圧電素子振動器２００を、糸調子器１０１の駆動手段としてボイスコイルモータ１１１を備えた糸調子装置に適用した場合を示したが、図９に示したようなコアレスモータ３０１を備えた糸調子装置にも適用することができる（勿論、この場合には、コアレスモータ３０１は、脈流でなく、交流成分のない直流の駆動電流で動作させる）。また駆動手段として電磁石を用いたソレノイドタイプの糸調子装置にも、圧電素子振動器を適用することができる（電磁石に供給する直流電流は、脈流でなく、交流成分のない直流とする）。また糸調子器の駆動手段としてエアーシリンダーを用いた糸調子装置も知られているが、エアーシリンダーで糸調子器を駆動して低張力を設定する際にも、糸調子器の振動印加手段として圧電素子振動器を用いることができる。
【００８１】
さらには、本第七の実施の形態を示す図１４に示されるように、手動で張力設定する糸調子装置にも圧電素子振動器２００を適用することができる。本実施の形態では、糸調子装置は、糸調子器１０１の電磁力等を用いた駆動手段を有せず、手動で可動皿１０３を駆動し、糸に付与する張力を制御するようになっている。
【００８２】
糸調子器１０１は、中空軸１０４の外面に配置した１対の皿のうち、内側の皿１０２を固定皿とし、外側の皿１０３を可動皿としており、可動皿１０３は、糸調子器１０１の中空軸１０４の外面にスライド自在に取り付けられ、中空軸１０４先端部のネジ部１８１に螺合されたナット１８２の内側位置の回り止め１３０と可動皿１０３との間には、中空軸１０４の外面に被嵌した圧縮コイルバネ１３２が取り付けられている。
【００８３】
この糸調子装置では、人が手でナット１８２を回して可動皿１０３の方向に押し進めることにより、回り止め１３０に係合されたコイルバネ１３２を圧縮して、可動皿１０３を固定皿１０２に押圧し、これにより可動皿１０３と固定皿１０２との間に挿通された糸に押圧力に応じた張力が付与される。ナットを逆方向に回転して緩めると、コイルバネ１３２の圧縮力が小さくなって可動皿１０３の押圧が弱まり、糸に付与された張力が減る。さらに回転すると張力が解除される。
【００８４】
このような手動調整型の糸調子装置でも、低張力の張力設定時、糸調子器１０１の可動皿１０３と中空軸１０４との間の摩擦が無視し得ず、スティックスリップが生じて、張力を正確に設定できないことが起こる。そこで、本実施の形態でも、圧電素子振動器２００を、ミシンアームブロック１００に設けた凹嵌部２０２に取り付け、糸調子器１０１の軸受ケース１０７の外面に当接配置した。
【００８５】
そして、低張力設定時、手動でナット１８２を回して可動皿１０３を移動し、糸に付与する張力を設定する際、圧電素子振動器２００を振動電圧で駆動して、糸調子器１０１に可動皿１０３の移動方向と直交する方向の振動を加える。これにより、摩擦の影響をなくした低張力の正確な設定ができ、第一の実施の形態と同様な作用効果を得ることができる。なお、この場合も、圧電素子振動器２００により振動を加える方向は、図１４に示した方向に限らず、図１４の方向と直交する方向に振動を加えてもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）糸調子器に振動を印加することにより、その可動部（可動軸、可動皿）の摩擦抵抗を緩和して、可動部をスティックスリップすることなくなめらかに駆動でき、低張力であっても所望の張力を正確に設定して糸に付与することができる。
（２）ミシン高速運転時にも、ミシン停止時に設定した張力と同じ張力が得られ、縫い始め、縫い途中および縫い終わりの全段階で、安定した同じ縫い目を得ることができる。
（３）手動により糸調子器の可動部（可動皿）を駆動して、張力設定するタイプの糸調子装置についても、糸調子器に振動を印加しながら張力設定することにより、同様な効果を得ることができる。
（４）糸の経路上の複数箇所に糸調子装置を設置して、個々の糸調子装置で付与する張力を、１個の糸調子装置だけで付与する場合の算術平均値よりも小さくできる利点のある、張力を分担して付与させるような使用法ができる。これにより、個々の糸調子装置における糸調子器の駆動手段（アクチュエータ）を小さくでき、また個々の糸調子装置における駆動手段を個別に動作させることにより、糸調子装置を縫製時は張力設定用に使用し、糸切り時は張力を変えて糸切り後の残り長さをコントロールするような使用法もできる。
（５）駆動手段に糸調子器の可動部を微振動しながら押し・引きする推力を容易に得ることができ、また振動印加手段を含めて糸調子装置全体を小型化、安価にすることができる。さらに脈流の交流成分の振幅を変えることにより、糸調子器に加える振動の大きさ（振幅）を容易に変えることができる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態における糸調子装置を示す断面図である。
【図２】図１の糸調子装置の糸調子器への振動印加手段を示すブロック図である。
【図３】図１の糸調子装置の糸調子器への振動の付加の有無および振動の大きさと付与する張力との関係を概念的に示す説明図である。
【図４】図１の糸調子装置の糸調子器への振動の付加の有無および振動の大きさとミシンの速度との関係を概念的に示す説明図である。
【図５】図２の振動印加手段の脈流電源の交流電圧を変えることによって付加する振動の振幅を変更することを示す説明図である。
【図６】図１の糸調子装置を備えたミシンの制御部を示すブロック図である。
【図７】図１の糸調子装置における張力設定制御を示すフローチャートである。
【図８】図１の糸調子装置における張力設定制御の他の例を示すフローチャートである。
【図９】第二の実施の形態における糸調子装置を示す断面図である。
【図１０】第三の実施の形態における糸調子装置を示す断面図である。
【図１１】第四の実施の形態における糸調子装置を示す斜視図である。
【図１２】第五の実施の形態における糸調子装置を示す断面図である。
【図１３】第六の実施の形態における糸調子装置を示す断面図である。
【図１４】第七の実施の形態における糸調子装置を示す断面図である。
【図１５】ボイスコイルモータを用いた糸調子装置の印加電圧−張力特性の一例を示す説明図である。
【図１６】図１５の印加電圧−張力特性を時間軸に対し図示した説明図である。
【符号の説明】
２ＣＰＵ
６モータエンコーダ
８ボイスコイルモータ
９ＶＣＭドライバ
１０１糸調子器
１０２固定皿
１０３可動皿
１０４中空軸
１０５可動軸
１１１ボイスコイルモータ
１１６可動コイル
１２０脈流電源

Claims

ミシンの糸に付与する張力が変更可能な糸調子器と、
前記糸調子器に連結されるとともに、駆動電流により動作して、前記付与する張力を制御する駆動手段と、
前記駆動手段を動作させる駆動電流を周期的に変化させることにより、張力設定値に基づいて、前記糸調子器に一定振幅の振動を加える振動印加手段とを備え、
前記振動印加手段は、直流電圧に交流電圧を重畳した駆動電流で前記駆動手段を駆動して張力を設定することを特徴とするミシンの糸調子装置。
前記振動印加手段による前記糸調子器への振動の付加を、前記糸に付与する張力が所定の張力より小さい場合にのみ行うことを特徴とする請求項１記載のミシンの糸調子装置。
前記振動印加手段により前記糸調子器に加える振動の大きさを、前記糸に付与する張力が小さくなるにしたがって大きくすることを特徴とする請求項１記載のミシンの糸調子装置。
前記振動印加手段による前記糸調子器への振動の付加を、ミシンの速度が所定速度より小さい場合にのみ行うことを特徴とする請求項１記載のミシンの糸調子装置。
前記振動印加手段により前記糸調子器に加える振動の大きさを、ミシンの速度が高くなるにしたがって小さくすることを特徴とする請求項１記載のミシンの糸調子装置。