JPS6047865B2 - ミシン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ７ 本発明はミシンに関するものであり、特に針棒支持
体、送り調節器のように一固定軸線の周りに往復回動す
る揺動部材を駆動するための駆動装置に特徴を有するミ
シンに関するものである。

従来のミシンにおいては、針棒支持体、送り調節器等の
揺動部材は、ミシン主軸の回転を運動変換機構によつて
揺動運動に変換して駆動されていた。この運動変換機構
は一般に多くの部品を必要とするため装置コストが高く
なり、またミシンをコンパクトに製作することが困難と
なる欠点を有している。また多くの部品を組合せれば、
各部品間に摩擦抵抗及び遊隙が生ずることを避け得ず、
これらがエネルギ効率の低下及び揺動部材の位置決め精
度悪化の原因となり、更に各部品の慣性によつて高速応
答性能が制限されることとなつてしまう。これに対して
、回転形のステップモータを揺動部材の駆動源として使
用することによつて、運動変換機構を簡単化もしくは省
略することも行なわれていたが、この場合には比較的大
形のステップモータを限られたミシン機枠内に収容する
ことが，困難であるため設計の自由度が著しく制限され
る欠点があり、しかもステップモータの駆動力を揺動部
材に伝達する伝達機構は矢張り必要てあつた。

本発明はこのような事情を背景として、ミシンンにおけ
る各種揺動部材の駆動装置を、これら揺動部材を直接的
に駆動し得るものとすることによつて、ミシンの機構を
簡単化し、エネルギ効率及び縫製精度を向上させ、高速
運転を可能にし、設計の自由度を高めることを目的とし
てなされたもの５てある。

この目的を達成するために、本発明に係るミシンは、（
１）下端に針が固定される針棒と、 （２）その針棒を上下往復運動し得るように支持３し、
且つ前記針に横方向揺動運動を付与するために１つの固
定軸線の周りに揺動し得るようにミシン機枠に装着され
た針棒支持体と、（３）その針棒支持体と一体的に構成
されて前記固定軸線の周りに揺動可能で、多数の歯が形
成さ４．れた可動部と、その可動部の多数の歯と対向す
る多数の歯が形成され、ミシン機枠に装着された固定部
と、その可動部と固定部との間に磁気力を発生させて可
動部をステップ的に移動させるために固定部に巻装され
た励磁コイルとを有するステップ駆動装置と、（４）
縫製されるべき加工布に対する前記針の横方向揺動位置
を決定するために前記励磁コイルにステップ駆動指令を
供給するための駆動指令装置とを含み、前記ステップ駆
動装置のステップ動作に従つて前記加工布に所望の縫製
作業を行うように構成される。

また、別の態様においては、 （１）縫製されるべき加工布に送り運動を付与するため
の送り歯と、（２）その送り歯による加工布の送り運動
を制御するために１つの固定軸線の周りに揺動可能な送
り調節器と、（３）その送り調節器と一体的に構成され
て前記固定軸線の周りに揺動可能で、多数の歯が形成さ
れた可動部と、その可動部の多数の歯と対向する多数の
歯が形成され、ミシン機枠に装着された固定部と、その
可動部と固定部との間に磁気力を発生させて可動部をス
テップ的に移動させるために固定部に巻装された励磁コ
イルとを有するステップ駆動装置と、（４）前記送り調
節器の調節位置を決定するために前記励磁コイルにステ
ップ駆動指令を供給するための駆動指令装置を含み、前
記ステップ駆動装置のステップ動作に従い、上下往復動
する針と共働して前記加工布に所望の縫製作業を行うよ
うに構成される。

可動部及ひ固定部は、積層珪素鋼板、塊状電磁軟鋼等で
製作することが可能であり、可動部を永久磁石とするこ
とも可能である。

可動部及び固定部の互に対向する面は、揺動部材の回動
角度が極く小さい場合には平面とすることも可能である
が、一般的には揺動部材の回動中心軸線を中心とする円
弧状の曲面とすることが望ましい。

固定部及び可動部は、接着、ねじ止め、スプリング止め
、圧入等種々の手段によつて、直接または別部材を介し
て間接にミシン機枠及ひ揺動部材に装着される。

以下本発明の実施例を図面に基いて詳細に説明する。

第１図は本発明に係るミシンの特徴的な部分のみを示す
図であり、ミシン機枠１は内部の機構を明瞭に示すため
に取り除かれて位置のみが二点鎖線で示されている。

ここに示された部分以外は公知のミシンと同様であるた
め説明を省略する。ミシン機枠１は、ベッド２とその上
方に支柱３及びアーム４に支持されて配置された頭部５
とを備えている。頭部５の内部には揺動部材の一つであ
る針棒支持体６が、その上端部に形成されたボス部７を
枢軸８によつて図示しない固定フレームに枢着されて設
けられている。

針棒支持体６は上下に１個ずつの針棒支持部９及び１１
を備え、これらによつて針棒１２を軸心方向に揺動可能
に支持している。針棒１２の下端にはミシン針１３が針
抱き１４１こよつて取付けられている。一方針棒１２の
中間部には、針棒抱き１５によつて針棒抱き軸１６が固
定され、この針棒抱き軸１６は針棒クランクロッド１７
によつて針棒クランク１８に連結されている。針棒クラ
ンク１８は、アーム４内に水平に配設されて図示しない
ミシンモータによつて回一転駆動されるミシン主軸１９
の一端に固定されているため、ミシン主軸１９の回転に
伴つて針棒１２が上下に往復運動させられることとなる
。直線縫い以外の縫製作業を行なうためには、針棒１２
に上記上下往復運動の他に横方向の揺動運動を与えるこ
とが必要であるが、この揺動運動は揺動形ステップ駆動
装置２０（以後単にステップモータという）によつて与
えられる。振巾用ステップモータ２０は、図示しない止
めねじによつてミシン機枠１に固定されたステータ（固
定部）２１と、針棒支持体６の下端において針棒支持部
１１に止めねじ２３て固定されたスインガ（可動部）２
２とを備えている。ステータ２１は積層珪素鋼板製であ
るが、第２図及び第３図に拡大して示すように、スイン
ガ２２に対向する面にＩ，■，■及び■の４個の突極２
４を備えており、これらの突極２４には１本ずつのワイ
ヤ２５が巻かれて励磁コイルとされ、４つのステータ相
を構成している。

また各突極２４の先端には適数個のステータ歯２６が形
成されている。一方スインガ２２はステータ２１に対向
する面に多数のスインガ歯３０が形成された積層珪素鋼
板部２７，２８の間に永久磁石２９が挟まれた構造を有
し、積層珪素鋼板部２７がＮ極となり、積層珪素鋼板部
２８がＳ極となつている。

Ｎ極側のスインガ歯３０とＳ極側のスインガ歯３０とは
位相が丁度１８０度ずらされている。ステータ歯２６と
スインガ歯３０とは、それぞれの先端面が針棒支持体６
の回動中心軸線（枢軸８の軸心）を中心とする円弧状の
曲面上に位置するように形成されており、僅かなギャッ
プを隔てて互に対向させられている。

スインガ２２の最大揺動角度は３ギ１２″であり、これ
はミシン針１３の針先で±５ＴｍＩＴＬの振巾に相当し
、この揺動角度範囲を３涛分した任意の位置にスインガ
２２、針棒１２、針棒支持体６及びミシン針１３を位置
決め保持し得るようにステータ歯２６及びスインガ歯３
０が形成されている。第１図に戻つて、３５は押え棒で
あり、スプリング３６によつて常時下方へ付勢されてい
るが、図示しない公知の機構によつて上昇位置に保持す
ることも可能とされている。押え棒３５の下端にはつま
みねじ３７によつて押え３８が固定されている。押え３
８の下方のベッド２には図示しない針板が設けられ、そ
の下方には送り歯４１が配置されている。

送り歯４１は送り台４２にねじ止めされており、送り台
４２が図示しない公知の送り駆動機構によつて作動させ
られることによつて、送り歯４１が前述の押え３８及び
針板と共同して加工布に送りを与える。本実施例のミシ
ンにおいては、この送り歯４１』による加工布の送り方
向及び送り量を調節するための送り調節器４３もステッ
プモータ５０によつて駆動されるようになつている。

送り調節器４３は端面に矩形断面の案内溝４４を備えて
おり、ベッド２の軸受部４７（第４図参照）に支持され
て７回転可能に配設された送り調節器軸４５の一端に、
止めねじ４８によつて固定されている。送り調節器４３
の案内溝４４には送り角こま４６が摺動可能に嵌合され
ており、この送り角こま４６は図示しない送り駆動機構
によつて案内溝４４内をフ上下動させられるのであるが
、この時案内溝４４が垂直ではなく傾斜させられておれ
は送り角こま４６に水平方向の運動成分が発生し、この
水平方向の運動成分が送り駆動機構を介して送り台４２
に伝達され、送り歯４１に送り運動を与えることとなる
。この送り運動の大きさ、すなわち送り量は案内溝４４
の傾斜が大きい程大きく、案内溝４４の傾斜の向きを逆
にすれば送り方向が逆になるのであり、そのためには送
り調節器４３を送り調節器軸４５と共に正逆両方向に所
定角度揺動させることが必要なのであつて、その駆動機
構として送り用ステップモータ５０が使用されているの
である。ステップモータ５０は、第４図に示すように止
めねじ５３によつてミシン機枠１に固定されたステータ
５１と、送り調節器軸４５に止めねじ６２によつて固定
されたスインガ５２とを備えている。

ステータ５１は純鉄とリンの粉末とを焼結した焼結品で
あつて、スインガ５２に対向する面に１，■，■及び■
の４個の突極５４を備え、各突極５４には夫々１本ずつ
のワイヤ５５が多数回巻かれて励磁コイルとされ、４つ
のステータ相を構成している。Ｉ，■の突極５４におけ
るワイヤ５５の巻方向は同一であり、■，■の突極５４
のワイヤ５５の巻方向も同一であるが、Ｉ，■の突極５
４と■，■の突極５４とにおけるワイヤ５５の巻方向は
互に異なつている。各突極５４の先端には送り調節器軸
４５の軸心を中心とする円弧に沿つて適数個ずつのステ
ータ歯５７が形成され、スインガ５２のこれに対向する
面には多数のスインガ歯５８が、同じく送り調節器軸４
５の軸心を中心とする円弧に沿つて形成されている。ス
インガ５２もステータ５１と同じ材質の焼結品であつて
、取付アーム５９を備え、取付アーム５９のボス部６１
において送り調節器軸４５に嵌合され、止めねじ６２て
固定されている。スインガ５２の揺動角度範囲は４０に
で、この範囲を３涛分した位置において位置決め保持さ
れ得るように、スインガ歯５８及びステータ歯５７が形
成されている。

以上のように構成されたミシンは第５図に示す制御回路
によつて制御される。

タイミングパルス発生器６５はミシン主軸１９が特定の
回転位相となる度に１パルスずつのタイミングパルスを
アドレスカウンタ６６のＣＫ（クロック）端子に供給す
るものである。

アドレスカウンタ６６は、電源投入信号ＳＮがＲＴ（リ
セット）端子に供給される時リセットされ、ＣＫ端子に
供給されるタイミングパルスを計数し、その計数内容の
夫々に従つて縫目情報記憶装置６７のアドレスが指定さ
れるように構成されている。縫目情報記憶装置６７の各
アドレスには所定の縫目を形成するための針位置（振巾
）情報と送り情報とが記憶されており、ミシン主軸１９
が１回転してアドレスカウンタ６６の指定アドレスが変
化する度に１組すつの針位置情報と送り情報とがステッ
プモータ駆動回路６８に向つて出力される。但し、針位
置情報と送り情報とはミシン主軸）１９の約半回転の位
相差をもつて出力される。ステップモータ駆動回路６８
は、最終段のトランジスタＴｌ，Ｔ２，Ｔ３及びＴ４が
前述のワイヤ２５に対して第６図に示すように接続され
た振巾用駆動回路６９と、最終段のトランジスタＴ５・
が前述のワイヤ５５に対して第７図に示すように接続さ
れた送り用駆動回路７１とを含んでいる。すなわち振巾
用ステップモータ２０の各ワイヤ２５は、トランジスタ
Ｔ１及びＴ２が導通させられるか、トランジスタＴ３及
びＴ４が導通させられ”るかによつて、正逆いずれかの
方向に選択的に通電され、それによつてステータ歯２６
がＮ極またはＳ極となるようにＩ，■，■及び■の突極
２４を含む４つのステータ相が励磁されるのであり、送
り用ステップモータ５０のＩ，■，■及び■の突極の各
ワイヤ５５に接続されたトランジスタＴ５が選択的に導
通させられて夫々のワイヤ５５に通電されることにより
、Ｉ，■の突極５４を夫々含むステータ相はＳ極に励磁
され、■，■の突極を夫々含むステータ相はＮ極に励磁
されるのである。次に作動を説明する。

振巾用ステップモータ２０のＩ，■，■，■の各突極２
４のワイヤ２５に第１表のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのように順次
通電される時、ステップモータ２０は第８図にＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄとして示す状態で安定する。

但し第８図の上半部はスインガ２２のＮ極側を、下半部
はＳ極側を夫々直線的に展関して示したものであり、作
図及び理解を容易にするために、ステータ歯２６及びス
インガ歯３０の数は実際より少なく描かれている。ステ
ータ２１におけるＩ，■，■，■の突極２４の各ワイヤ
２５に第１表中Ａに示すような方向１の電流が供給され
ている状態では、Ｉ，■の突極２４のステータ歯２６が
Ｓ極に、■，■の突極２４のステータ歯２６がＮ極にな
るようにワイヤ２５が夫々励磁される。

従つて第８図の上半部に示すスインガ２２のＮ極側では
、Ｉ，■の突極２４のステータ歯２６が異極であるスイ
ンガ歯３０を最も近い位置に引き付け、■，■の突極２
４のステータ歯２６が同極であるスインガ歯３０を最も
遠い位置へ押しのけて第８図中Ａに示す状態で安定して
いる。第８図の下半部においても■，■の−突極２４の
ステータ歯２６が異極のスインガ３０と吸引し合い、Ｉ
，■の突極２４のステータ歯２６が同極のスインガ歯３
０と反発し合つて、第８図中Ａに示す状態で安定してい
る。次に第１表中のＢに示すようにＩ，■，■，■の突
極２４の各ワイヤ２５に通電され）ば、上記と同様な理
由で第８図中Ｂに示す状態で安定し、スインガ２２はス
インガ歯３０のピッチ（スインガピツチ）の１１４に相
当する角度だけ左方へ回動させられることとなる。

以下同様に第１表中Ｃ，Ｄに示すようにＩ，■，■，■
の突極２４のワイヤ２５に通電され）ば、スインガ２２
は夫々第８図中Ｃ，Ｄに示す位置に回動して安定し、再
び第１表中Ａに示すように通電され）ば、スインガピツ
チに相当する角度だけ回動させられることとなる。通電
状態が第１表中Ｄ−Ｃ→Ｂ−Ａと変化させられる場合も
スインガ２２の回動方向が逆転するのみで全く同様な説
明が適用できる。

すなわち、Ｉ，■，■，■の突極２４のワイヤ２５に、
夫々第１表中Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに示した極性のステップ駆
動指令を順次与えることによつて、スインガ２２をスイ
ンガピツチの１１４に相当する角度の整数倍の角度だけ
正逆いずれの方向にも回動させ得ることとなり、これに
伴つて針棒支持体６も同角度だけ回動させられることと
なるのである。

従つて、縫目情報記憶装置６７からの針位置情報に基い
て、振巾用駆動回路６９のトランジスタＴｌ，Ｔ２，Ｔ
３及びＴ４が適宜導通させられ、ワイヤ２５にステップ
駆動指令が与えられることによつて、針棒１２の上下往
復運動と振巾用ステップモータ２０による針棒１２の揺
動運動とが組合わされて、種々の模様縫目を形成するた
めに必要なミシン針１３の運動が得られることとなる。

なお付言すれば本実施例においては振巾用ステップモー
タ２０が以上の説明から明らかなようにハイブリッドＰ
Ｍ（永久磁石）形とされているため、（１）装置の大き
さの割に大きな駆動及び保持トルクが得られ、（２）ス
テータ２１とスインガ２２との間に吸引力と反発力の両
方が作用するため、これらが相殺し合うことにより針棒
支持体６の枢軸８の軸受負荷が少なくなつて、各部の撓
みが軽減され、（３）基本的に振動・騒音が少ないため
、ステップモータ駆動回路６８に励磁電圧波形成形用の
回路が不要であり、（４）ステータ２１とスインガ２２
とのギャップを大きくし得るために、加工、組立共に容
易となる等多くの利点が得られることとなつたが、スイ
ンガ２２を永久磁石としないバリアブル●リラクタンス
形のステップモータとすることも勿論可能である。次に
第２表及び第９図を参照しつつ送り調節器４３の作動を
説明する。

第９図は送り用ステップモータ５０を直線的に展関して
示したものであり、作図及び理解を容易９にするために
、ステータ歯５７及びスインガ歯５８の数は実際より少
なく描かれている。

第２表中Ａに示すようにステータ５１のＩの突極５４の
ワイヤ５５と■の突極５４のワイヤ５５とに通電され、
他のワイヤには通電されていない状態においては、第９
図のＡに示すようにＩの突極５４のステータ歯５７はＳ
極に、■の突極５４のステータ歯５７はＮ極にそれぞれ
励磁され、それぞれのステータ歯５７はスインガ歯５８
を最も近い位置に引き付けて、スインガ５２を保持して
いる。

この状態から第２表中Ｂに示すように通電状態が変化さ
せられ）ば、第９図のＢに示すように■の突極５４のス
テータ歯５７がＮ極に、■の突極５４のステータ歯５７
がＳ極に夫々励磁されて、これらに対向するスインガ歯
５８を吸引し、その結果スインガ５２はスインガピツチ
の１ノ４に相当する角度だけ左方へ回動させられて安定
する。

以下同様に第２表中Ｃ，Ｄに示すようにワイヤ５５に通
電され）ば、スインガ５２は夫々第９図中Ｃ，Ｄに示す
位置に回動して安定し、再び第２表中Ａに示すように通
電されるに到れば、スインガ５２はスインガピツチに相
当する角度だけ回動させられることとなる。通電状態が
第２表中Ｄ−Ｃ−Ｂ−Ａと変化させられる場合には勿論
スインガ５２が上記の場合とは逆に第９図において右方
へ移動させられるのであり、結局スインガ５２は送り用
駆動回路７１から与えられる１個のステップ駆動指令毎
にスインガピツチの１ノ４に相当する角度ずつ正逆いず
れかの方向に回動させられることとなる。

従つてミシン主軸１９が１回転する毎に縫目情報記憶装
置６１からの送り情報に対応した数のステップ駆動指令
が送り用駆動回路７１に加えられることによつて、送り
歯４１に上記送り情報通り．の方向及び量の送り運動が
得られることとなり、この送り運動と前述のミシン針１
３の横方向揺動運動との組合せによつて、所定の縫製作
業が自動的に遂行されることとなる。

なお付言すれば、送り用ステップモータ５０は３以上の
説明から明らかなように、モノフアイラ巻ユニポーラ励
磁のバリアブルリラクタンス形とされているが、振巾用
ステップモータ２０と同様にハイブリッドＰＭ形とする
ことも可能である。

また揺動部材も上記二実施例のものに限定され４るもの
ではなく、例えば、特公昭３５−１４０８６号で知られ
ているように、針棒を垂直な一軸線のまわりに揺動させ
ることによつて、ミシン針の横方向揺動運動を得る形式
の針棒支持体や、米国特許第３，７８２，３１１号で知
られているように、針棒を歳差的に運動させることによ
つてミシン針の横方向揺動運動を得る形式の針棒支持体
の駆動装置に本発明を適用することも可能である。更に
良く知られているように、ミシン主軸に設けられたカム
に係合させられて揺動運動させられる二又ロッドによつ
て作動させられる角こまを案内する案内溝を備えた前記
送り調節器４３に類似の送り調節器の駆動装置にも本発
明を適用することが可能であつり、要するに一固定軸線
の周りに揺動し、複数位置に位置決めされる必要のある
部材を備えたミシンであれば同様に本発明を適用し得る
のである。本発明は以上詳記したように、ミシンにおい
て一固定軸線の周りに揺動する部材であつて、複数７位
置に位置決めされる必要のある揺動部材を、新規な揺動
形ステップ駆動装置によつて駆動するようにしたもので
あるため、回転形のパルスモータを使用する場合に比較
して駆動装置自体が小形化されてミシン設計の自由度が
増し、またミシン主ｊ軸の回転運動を揺動運動に変換す
る楊合のように複雑な運動変換機構を必要としないため
、摩擦抵抗、遊隙及び慣性を著しく低減し得て、エネル
ギ効率及び縫製精度を向上させ得るとともに、高速運転
が可能になる等多くの効果が得られる。さらに、ステッ
プ駆動装置の励磁コイルに対する電流の供給を制御する
ことによりミシンの揺動部材の位置をオープンループで
制御することが可能であり、クローズドループのサーボ
制御を採用する場合に比較して装置コストが安価となる
効果が得られる。また、ステップ駆動装置の励磁コイル
を固定部に巻装するものであるため、可動部にコイルを
巻装する場合に比較して可動部全体の質量を小さくする
ことができ、揺動部材の位置決め精度および応答性を向
上させ得る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるミシンの要部斜視図で
ある。 第２図は第１図のミシンにおける振巾用ステップモータ
の正面図である。第３図は第２図における３−３断面図
である。第４図は第１図のミシンにおける送り用ステッ
プモータの正面図である。第５図は第１図に示したミシ
ンの制御回路のブロック線図である。第６図及び第７図
は第５図のステップモータ駆動回路の要部回路図である
。第８図は第２図に示した振巾用ステップモータの作動
説明図である。第９図は第４図に示した送り用ステップ
モータの作動説明図である。１ ミシン機枠、６：針棒
支持体（揺動部材）、８：枢軸、２０：振巾用ステップ
モータ、２１：ステータ（固定部）、２２：スインガ（
可動部入２４：突極、２５：ワイヤ、２６：ステータ歯
、３０：スインガ歯、４３：送り調節器揺動部材、４５
：送り調節器軸、５０：送り用ステップモータ、５１：
ステータ（固定部）、５２：スインガ（可動部）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下端に針が固定される針棒と、 その針棒を上下往復運動し得るように支持し、且つ前記
   針に横方向揺動運動を付与するために１つの固定軸線の
   周りに揺動し得るようにミシン機枠に装置された針捧支
   持体と、その針棒支持体と一体的に構成されて前記固定
   軸線の周りに揺動可能で、多数の歯が形成された可動部
   と、その可動部の多数の歯と対向する多数の歯が形成さ
   れ、ミシン機枠に装着された固定部と、その可動部と固
   定部との間に磁気力を発生させて可動部をステップ的に
   移動させるために固定部に巻装された励磁コイルとを有
   するステップ駆動装置と、縫製されるべき加工布に対す
   る前記針の横方向揺動位置を決定するために前記励磁コ
   イルにステップ駆動指令を供給するための駆動指令装置
   とを含み、前記ステップ駆動装置のステップ動作に従つ
   て前記加工布に所望の縫製作業を行うミシン。 ２ 前記可動部と固定部との対向面は、前記固定軸線を
   中心とする円弧状の曲面として形成され、その可動部は
   前記針棒支持体の下端に固着されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のミシン。 ３ 縫製されるべき加工布に送り運動を付与するための
   送り歯と、その送り歯による加工布の送り運動を制御す
   るために１つの固定軸線の周りに揺動可能な送り調節器
   と、その送り調節器と一体的に構成されて前記固定軸線
   の周りに揺動可能で、多数の歯が形成された可動部と、
   その可動部の多数の歯と対向する多数の歯が形成され、
   ミシン機枠に装着された固定部と、その可動部と固定部
   との間に磁気力を発生させて可動部をステップ的に移動
   させるために固定部に巻装された励磁コイルとを有する
   ステップ駆動装置と、前記送り調節器の調節位置を決定
   するために前記励磁コイルにステップ駆動指令を供給す
   るための駆動指令装置を含み、前記ステップ駆動装置の
   ステップ動作に従い、上下往復動する針と共働して前記
   加工布に所望の縫製作業を行うミシン。 ４ 前記可動部と固定部との対向面は、前記固定軸線を
   中心とする円弧状の曲面として形成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載のミシン。