JP2007222555A - ミシンの下糸残量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミシン釜に収容されるボビンに巻かれている下糸残量を、より好適に検出することができるミシンの下糸残量検出装置を実現する。
【解決手段】下糸残量検出装置１００は、投光ランプ４により、ミシン釜１０内に収容されているボビン３に巻かれる下糸の下糸束の外周面に向けて赤外光を照射し、その照射赤外光がボビン３の下糸束の外周面で反射した反射赤外光をレンズ６で集光してＰＳＤ７により受光することによって、その下糸束の外周面の位置を検知するようにして、そのボビンに巻かれている下糸残量を検出し、その検出した下糸残量を表示部２０に表示するなどして報知することを可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ミシンの下糸残量検出装置に係り、特にミシンのミシン釜内に収容されているボビンに巻かれている下糸の残量を検出するミシンの下糸残量検出装置に関する。

従来、ミシンにおいて、下糸が巻かれたボビンはボビンケース内に収容され、そのボビンケースがミシンの針棒の下方におけるミシンベッド部内のミシン釜に装着されるため、縫製中に下糸の残量を視認することができない。そのため、ボビンに巻かれた下糸の残量を検出する下糸検出装置を備え、下糸がなくなる前に下糸を補充すべきタイミングを作業者に認識させることを可能にしたミシンが提案されている。

この下糸検出装置として、所定のアクチュエータにより進退駆動される検知棒をボビンに巻かれた下糸に当接させ、その検知棒が下糸に当接した位置などに基づき、下糸残量を検出する下糸検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、下糸が巻かれるボビンの軸部と直交する向きに所定の光を出力する光源を備えるとともに、その光源と対向する位置に光検出器を備える下糸検出装置であって、光源から出力された光がボビンに巻かれている下糸によって遮られて光検出器により検出できない場合は、所定量（閾値）以上の下糸がボビンに巻かれているものと処理し、一方、その光が光検出器により検出された際に、下糸残量が所定量（閾値）以下になったものと処理する下糸検出装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平９−５６９５０号公報 特公平７−３２８３１号公報

しかしながら、上記特許文献１の場合、下糸残量を検出する際、回転するボビンに巻かれている下糸に検知棒を接触させるため、検知棒が下糸を傷つけてしまう恐れや、検知棒と下糸とが擦れる摩擦音が騒音となってしまう恐れなどの問題があった。

また、上記特許文献２の場合、ボビンに巻かれている下糸残量が閾値以上であるか否かを判断するようにして、下糸残量が所定量以下となるタイミングを検出するため、経時的な下糸量の変化を捉えることはできなかった。

本発明の目的は、ミシン釜に収容されるボビンに巻かれている下糸残量を、より好適に検出することができるミシンの下糸残量検出装置を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ミシンのミシン釜内に収容されるボビンに巻かれている下糸の残量を検出するミシンの下糸残量検出装置であって、ボビンに下糸が巻かれてなる下糸束の外周面に向けて、所定の光を照射する発光部と、ボビンに巻かれた下糸束の外周面で反射された、発光部が照射した光の反射光を集光する集光部と、集光部により集光された光を受光した位置からその光の位置情報を出力する受光部と、受光部から出力された光の位置情報に基づく下糸束の外周面の位置を演算して、ボビンに巻かれている下糸の残量を検出する下糸量検出手段と、下糸量検出手段により検出された下糸の残量を報知する下糸残量報知手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、下糸残量検出装置は、発光部によりボビンの下糸束の外周面に向けて所定の光を照射し、その照射した光がボビンの下糸束の外周面で反射して反射光となった光を集光部で集光し、その集光された反射光を受光部により受光することによって、その下糸束の外周面の位置を検知するようにして、そのボビンに巻かれている下糸残量を検出し、その検出した下糸残量を報知することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のミシンの下糸残量検出装置において、ミシンのミシン主軸の回転に連動して回転されるミシン釜が有する開口部が、発光部が照射する光の光路に対応する位置となるタイミングを判定する釜位置判定手段を備え、釜位置判定手段により判定された、ミシン釜の開口部が所定の位置となるタイミングに、発光部が光を照射することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、下糸残量検出装置は、ミシンのミシン主軸の回転に連動して回転されるミシン釜が有する開口部が、発光部が照射する光の光路に対応する位置となるタイミングを判定することができるとともに、その判定された所定のタイミングに発光部による光の照射を行うことができる。

請求項１に記載の発明によれば、下糸残量検出装置は、発光部によりボビンの下糸束の外周面に向けて所定の光を照射し、その照射光がボビンの下糸束の外周面で反射した反射光を集光部で集光して受光部により受光することによって、その下糸束の外周面の位置を検知するようにして、そのボビンに巻かれている下糸残量を検出し、その検出した下糸残量を表示するなどして報知することができる。

つまり、下糸残量検出装置は、ボビンの下糸束の外周面で反射された反射光が集光部により集光されてなるスポット光が受光部に当たった位置に関する情報を、受光部により受光された光の位置情報として取得することができる。
なお、ボビンに巻かれている下糸量に応じて下糸束の厚みは変化するため、ボビンの下糸残量に応じて下糸束の外周面の位置が変わることとなる。そして、発光部が照射した照射光が反射される下糸束の外周面の位置が変わることに伴い、その反射光が受光部に当たる位置も変化する。
ここで、受光部に当たった反射光の位置情報と、下糸束の外周面の位置とを関連つけることにより、その下糸束の厚みなどを検知することが可能になるので、その下糸束に応じた下糸残量を検出することが可能になる。
そして、その検出した下糸残量を表示するなどして報知することができる。

このように、下糸残量検出装置は、ボビンの下糸束の外周面の位置を検知するようにして、ボビンの下糸残量を検出することができるので、下糸の種類が変わり、その下糸の太さや色などが変わった場合であっても、測定基準や検出基準などを変えることなく、どのような下糸であっても同様に下糸残量検出を行うことができる。
よって、この下糸残量検出装置は、ミシン釜に収容されるボビンに巻かれている下糸残量を、より好適に検出することができる下糸残量検出装置であるといえる。

請求項２に記載の発明によれば、下糸残量検出装置は、ミシン主軸の回転に連動して回転されるミシン釜が有する開口部が、発光部が照射する光の光路に対応する位置となるタイミングを判定することができるとともに、その判定された所定のタイミングに発光部による光の照射を行うことができる。
つまり、回転するミシン釜の開口部が、発光部が照射する光の光路に対応する位置となるタイミングに、発光部による光の照射を行うことができるので、下糸残量検出装置は、その開口部を通じて、ミシン釜内に収容されているボビンに向けて好適に光を照射することができる。そして、そのボビンの下糸束の外周面にて反射された反射光は、その開口部を通じて受光部に向かうことができるので、その反射光を受光部にて受光することができる。
よって、この下糸残量検出装置は、ボビンの下糸束の外周面に向けて良好に照射光を照射し、その下糸束の外周面での反射光を受光部にて良好に受光することができるので、その下糸束の外周面の位置を良好に検知し、好適にボビンの下糸残量を検出することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るミシンの下糸残量検出装置に関する実施形態について詳細に説明する。
図１は、下糸残量検出装置の要部構成を示すブロック図であり、図２は、下糸残量検出装置のミシン釜近傍の構成を示す説明図である。

下糸残量検出装置１００は、図１、図２に示すように、ミシンのミシン主軸（図示省略）により回転されるミシン釜１０の回転角度位置を検知する釜位置判定手段としての釜位相検出器１１と、釜位相検出器１１によるミシン釜１０の所定位置の検知に伴い発光する発光部としての投光ランプ４と、投光ランプ４が照射した光の反射光を集光する集光部としてのレンズ６と、レンズ６により集光された光を受光する受光部としてのＰＳＤ（Position Sensitive Device）７と、ＰＳＤ７により受光された光の態様に基づき、ミシン釜１０内に収容されているボビン３に巻かれている下糸の残量を検出する下糸量検出手段としての割り算回路１７と、割り算回路１７により検出された下糸の残量を報知する下糸残量報知手段としての表示部２０等を備えている。

また、ミシン釜１０は、図２、図３に示すように、下糸が巻かれたボビン３を収容するボビンケース３ａ（図３参照）を保持する内釜２と、内釜２の外側に回転可能に備えられる外釜１等を有している。また、外釜１の開口端部１ａと剣先１ｂの間には開口部１ｃが形成されており、この開口部１ｃを通じてミシン釜１０内のボビン３を視認することができるようになっている。なお、図２におけるボビンケースの図示は省略している。
このミシン釜１０は、例えば、垂直全回転釜であって、ミシンのミシン主軸の回転に連動して回転する下軸（図示省略）に連結されており、図示しない下軸の回転に応じてミシン釜１０（外釜１）が回転するようになっている。なお、図２に示す外釜１の位置は、ミシンの針棒（図示省略）が上死点にあるときの外釜１の配置を示している。

釜位相検出器１１は、例えば、発光素子と受光素子を有する光検知器（図示省略）と、その発光素子と受光素子との間を通過可能に、図示しない下軸に配設される遮光板（図示省略）と、を備えている。つまり、遮光板は、下軸の回転に伴い回転する際に、発光素子と受光素子との間を通過するようになっている。そして、遮光板が発光素子と受光素子の間に存在する状態では、受光素子は発光素子の発光光を受光することができず、一方、遮光板が発光素子と受光素子の間にない状態において、受光素子が発光素子の発光光を受光することができるようになっている。
そして、釜位相検出器１１は、受光素子による発光素子からの発光光の受光の有無に応じて、外釜１の回転角（釜位相）を検出することが可能になっている。

具体的には、釜位相検出器１１は、例えば、外釜１がミシンの針棒上死点に対応する位置（図２参照）から、図中（図４参照）反時計回りに８０°回転した際に、受光素子が発光素子からの発光光を受光することにより、オン状態となるようになっている。また、外釜１がミシンの針棒上死点に対応する位置から、図中（図５参照）反時計回りに１１０°回転した際に、発光素子からの発光光を遮光板が遮ることにより、オフ状態となるようになっている。つまり、外釜１がミシンの針棒上死点に対応する位置を基準（０°）に、８０°回転した位置から１１０°回転した位置までの間が、釜位相検出器１１がオン状態となる角度範囲となっている。
そして、釜位相検出器１１は、ミシンの針棒上死点に対応する位置を基準位置（０°）として、外釜１が８０°から１１０°回転した位置までの間が、ミシン釜１０の外釜１が有する開口部１ｃが、投光ランプ４が照射する光の光路に対応する位置となるタイミングであると判定することが可能になっている。

この釜位相検出器１１における受光素子が発光素子からの発光光を受光して、釜位相検出器１１がオン状態となると、タイミング制御部１２が起動される。そして、タイミング制御部１２は、投光ドライバ１３を介して投光ランプ４を発光させる。
また、釜位相検出器１１がオフ状態となると、タイミング制御部１２は、投光ドライバ１３を介して投光ランプ４を消灯させる。
また、釜位相検出器１１は、後述するラッチ＆表示ドライバ１９の信号ラッチを行う。

投光ランプ４は、例えば、糸色の影響を受けにくい狭指向性の赤外発光ダイオードであり、略平行な赤外光を出力することができる。特に、投光ランプ４は、釜位相検出器１１がオン状態となるタイミングであって、ミシン釜１０の外釜１が有する開口部１ｃが、投光ランプ４が照射する光の光路に対応する位置となるタイミングに発光し、赤外光を照射する。
そして、投光ランプ４が発光して出力した赤外光は、スリット板５のスリット５ａを通じて、ミシン釜１０内のボビン３に下糸が巻かれてなる下糸束の外周面に向けて照射される。なお、投光ランプ４は、レーザ光を出力するものを使用してもよい。
このスリット板５は、例えば、縦０．５〔ｍｍ〕、横２．０〔ｍｍ〕の矩形形状を呈する開口部であるスリット５ａを有しており、赤外光の照射方向に垂直な断面が高さ０．５〔ｍｍ〕、幅２．０〔ｍｍ〕となるように、投光ランプ４が出力した赤外光の周辺部をカットするようになっている。

レンズ６は、例えば、球面収差を補正した非球面レンズであり、投光ランプ４が照射した赤外光であって、ボビン３に巻かれた下糸束の外周面で反射されて反射光となった赤外光（反射赤外光）を集光し、後述するＰＳＤ７の受光面７７に結像させる。
なお、この反射赤外光が受光面７７に結像した位置を光点とする。

ＰＳＤ７は、例えば、縦方向に３〔ｍｍ〕、横方向に１〔ｍｍ〕の受光面７７を有するスポット光の位置センサであり、レンズ６によって集光された反射赤外光を受光面７７で受光し、その反射赤外光が受光面７７に当たった位置を検知することができる。
特に、ＰＳＤ７は、光点の中心位置（光量の重心位置）を反射赤外光の受光位置として検知することができるので、下糸束の外周面における下糸の毛羽などにより乱反射された望まない反射光部分による誤差の影響を抑えることができる。
具体的には、ＰＳＤ７の受光面７７の一端側には第１電極７ａ（図６、図７参照）が配され、受光面７７の他端側には第２電極７ｂ（図６、図７参照）が配されている。そして、その受光面７７にスポット光（例えば、反射赤外光）が当たると電荷が発生し、その発生した電荷が両端の電極（７ａ、７ｂ）に到達する際に取り出される光の位置情報としての電流値に基づき、受光面７７に当たったスポット光（反射赤外光）の位置を検知することができるようになっている。
なお、ＰＳＤ７には、バイアス回路１４が接続されている。

このＰＳＤ７の受光面７７に反射赤外光が当たって発生した電荷に伴い、第１電極７ａから取り出される出力電流（Ｉ_１）は第１アンプ１５ａに、第２電極７ｂから取り出される出力電流（Ｉ_２）は第２アンプ１５ｂに入力され、それぞれ電圧に変換される。そして、それぞれの電圧は加算器１６で加算されて投光ドライバ１３に出力される。この加算器１６は、例えば、オペアンプを用いた回路で構成されている。
なお、投光ドライバ１３は、加算器１６から入力される電圧値が略一定となるように投光ランプ４を発光させるように、投光ランプ４に供給する電流量を制御し、投光ランプ４の光量を制御するようになっている。この投光ドライバ１３による投光ランプ４の光量に関する制御によって、ＰＳＤ７が過大な光量により飽和してしまうことや、加算器１６などの演算回路の出力が正常動作範囲を逸脱してしまうことを防止している。

また、加算器１６により加算された電圧値は、割り算回路１７の第１対数変換器１７ａに入力され、また、第２アンプ１５ｂにより変換された、出力電流（Ｉ_２）に対応する電圧値は、割り算回路１７の第２対数変換器１７ｂに入力される。

割り算回路１７は、第１対数変換器１７ａと、第２対数変換器１７ｂと、差動器１７ｃと、指数増幅器１７ｄと、を備えている。なお、第１対数変換器１７ａ、第２対数変換器１７ｂ、差動器１７ｃ、指数増幅器１７ｄは、例えば、オペアンプを用いた回路で構成されている。
この割り算回路１７は、入力された電圧値を、第１対数変換器１７ａと第２対数変換器１７ｂとでそれぞれ対数変換するとともに、第１対数変換器１７ａによる出力値から第２対数変換器１７ｂによる出力値を減算する引き算処理を差動器１７ｃにより行い、更に、差動器１７ｃによる出力値を指数増幅器１７ｄにより逆対数変換を行うことによって、割り算処理を行うようになっている。
この割り算回路１７により割り算されて得られた出力値（Ｖ_Ｌ；後述する式（３））は、レンズ６の光軸中心６ａと、ボビン３に巻かれた下糸の下糸束の外周面までの距離における、投光ランプ４が出力する赤外光の照射方向成分の長さＬ（図６参照）に比例する。そして、ボビン３の容量一杯に下糸が巻かれた状態における下糸束の外周面までの距離（長さＬの最小値；Ｌｍｉｎ）と、ボビン３に下糸が巻かれていない状態における下糸束の外周面（つまり、ボビン３の中心軸面）までの距離（長さＬの最大値；Ｌｍａｘ）とを予め測定するなどして求め、その長さＬの最小値（Ｌｍｉｎ）と最大値（Ｌｍａｘ）を設定しておくことにより、その得られた出力値（Ｖ_Ｌ）と、長さＬの最小値と最大値を関連つけるようにして、ＰＳＤ７がスポット光（反射赤外光）を受光した際の長さＬｎを取得することが可能である。

つまり、割り算回路１７は、ＰＳＤ７が受光した反射赤外光の位置情報に基づき、レンズ６の光軸中心６ａと、ボビン３に巻かれた下糸の下糸束の外周面までの距離における投光ランプ４が出力する赤外光の照射方向成分の長さＬｎを取得し、その長さＬｎに基づく下糸束の外周面の位置に基づき、ボビン３に巻かれている下糸の残量を判定することが可能であり、ＰＳＤ７により受光された反射赤外光の光点の位置情報に基づき、ボビン３に巻かれている下糸の残量を検出することが可能になっている。

この割り算回路１７により割り算されて得られた出力値は、Ａ／Ｄ変換器１８に入力される。
Ａ／Ｄ変換器１８は、例えば、１６個のコンパレータ（電圧比較器）が並べられてなり、それぞれの比較電位は、直列抵抗分割によって等電位差で設定されるようになっている。
そして、このＡ／Ｄ変換器１８における各コンパレータ（第１コンパレータ〜第１６コンパレータ）のオン／オフ出力信号を、ラッチ＆表示ドライバ１９がラッチして、表示部２０を駆動するようになっている。
また、Ａ／Ｄ変換器１８における第１５コンパレータのオン／オフ出力信号は、ミシン停止ドライバ２１にも入力されるようになっており、この第１５コンパレータのオフ信号がミシン停止ドライバ２１に入力されると、（つまり、第１６コンパレータのみオン状態）ミシン停止ドライバ２１は、図示しないミシン制御部に対して針棒停止指令（ミシン停止指令）を出力する。

表示部２０は、例えば、１６個の発光素子であるＬＥＤ（第１ＬＥＤ〜第１６ＬＥＤ）が並べられてなる発光表示器であり、割り算回路１７による所定の算出処理により得られた出力値（Ｖ_Ｌ）に応じたボビン３の下糸残量を報知するように、ＬＥＤの点灯／消灯を切り替えるようになっている。
なお、表示部２０の第１ＬＥＤが第１コンパレータに対応し、第１６ＬＥＤが第１６コンパレータに対応するように、Ａ／Ｄ変換器１８の各コンパレータと表示部２０の各ＬＥＤとが対応付けられている。そして、Ａ／Ｄ変換器１８のコンパレータのオン信号に応じて対応するＬＥＤが点灯し、コンパレータのオフ信号に応じて対応するＬＥＤが消灯するようになっている。
また、第１ＬＥＤが青色、第２ＬＥＤから第８ＬＥＤが白色、第９ＬＥＤから第１３ＬＥＤが黄色、第１４ＬＥＤから第１６ＬＥＤが赤色の発光色を有するようになっている。

次に、下糸残量検出装置１００による、ミシンのミシン釜１０内に収容されるボビン３に巻かれている下糸の残量を検出する処理について説明する。

ミシンにおける所定のスタートスイッチがオフからオンに切り替えられ、縫製が開始されると、ミシン主軸（図示省略）の回転に連動して、図示しない針棒は上下動し、図示しない下軸は回転する。その下軸の回転に伴い下軸に連結されているミシン釜１０の外釜１は、図中、反時計回りに回転する。
そして、図４に示すように、外釜１が基準位置（０°）から８０°回転したタイミングに、投光ランプ４は発光し、ボビン３の中心軸に向けて、赤外光を照射する。
この投光ランプ４が出力した照射赤外光は、スリット板５のスリット５ａと、外釜１の開口部１ｃとを通じて、ボビン３に巻かれた下糸である下糸束の外周面に照射される。
そして、投光ランプ４から照射された赤外光は、ボビン３における下糸束の外周面で反射される。
その下糸束の外周面で反射された反射赤外光は、図４に示すように、レンズ６により集光されて、ＰＳＤ７の受光面７７に結像される。

ここで、ＰＳＤ７の受光面７７上の光点位置と、ボビン３に巻かれた下糸の下糸束の外周面までの距離との関係について説明する。
図６に示すように、レンズ６の光軸中心６ａから下糸束の外周面までの距離における、投光ランプ４が出力する赤外光の照射方向成分の長さをＬ、その照射方向と直交する成分の長さをＢとし、また、レンズ６の光軸中心６ａから受光面７７上の光点位置までの距離における、投光ランプ４が出力する赤外光の照射方向成分の長さをｆ、その照射方向と直交する成分の長さをＸとすると、三角測距の原理により、以下の式（１）が成り立つ。
Ｌ＝（１／Ｘ）×ｆ×Ｂ ・・・（１）

そして、受光面７７で反射赤外光を受光したことに伴い、その受光面７７に当たった反射赤外光の光点の位置をＰＳＤ７が検知する。

ここで、ＰＳＤ７の受光面７７に当たった反射赤外光の光点の位置と、ＰＳＤ７の第１電極７ａと第２電極７ｂとにより取り出される電流値との関係について説明する。
図７に示すように、ＰＳＤ７の受光面７７の縦方向の長さをＰｘ、第１電極７ａから光点までの長さをＸｐ、第１電極７ａの出力電流をＩ_１、第２電極７ｂの出力電流をＩ_２、Ｉ_１＋Ｉ_２＝Ｉ_０とすると、ＰＳＤ特性に基づき、以下の式（２）が成り立つ。
Ｉ_２＝（Ｘｐ／Ｐｘ）×Ｉ_０ ・・・（２）

なお、図８に示すように、ボビン３の容量一杯に下糸が巻かれた状態における下糸束の外周面までの距離である長さＬの最小値（Ｌｍｉｎ）は、以下の式（１’）と表すことができる。
Ｌｍｉｎ＝（１／Ｘｍａｘ）×ｆ×Ｂ ・・・（１’）
また、図９に示すように、ボビン３に下糸が巻かれていない状態における下糸束の外周面（ボビン３の中心軸面）までの距離である長さＬの最大値（Ｌｍａｘ）は、以下の式（１’’）と表すことができる。
Ｌｍａｘ＝（１／Ｘｍｉｎ）×ｆ×Ｂ ・・・（１’’）

そして、ＰＳＤ７の受光面７７に反射赤外光が当たったことに伴い、ＰＳＤ７の第１電極７ａから取り出される出力電流（Ｉ_１）は第１アンプ１５ａに、ＰＳＤ７の第２電極７ｂから取り出される出力電流（Ｉ_２）は第２アンプ１５ｂに入力され、それぞれ電圧に変換される。そして、それぞれの電圧は加算器１６で加算される。

次いで、割り算回路１７は、加算器１６や第２アンプ１５ｂから入力された電圧値に対し、所定の割り算処理を施し、ＰＳＤ７の受光面７７に当たった反射赤外光の光点位置に応じた出力値（Ｖ_Ｌ）を算出する。
なお、割り算回路１７は、その出力値（Ｖ_Ｌ）を、以下の式（３）に基づき算出する。
Ｖ_Ｌ＝（Ｉ_１＋Ｉ_２）／Ｉ_２＝Ｐｘ／Ｘｐ ・・・（３）
この出力値（Ｖ_Ｌ）は、式（３）に示すように、受光面７７の縦方向の長さＰｘと、第１電極７ａから光点までの長さＸｐとにより求めることができる。
なお、第１電極７ａから光点までの長さＸｐは、その光点の位置（図８、図９参照）と式（１）を関連つけることによって、長さＬｎ（Ｌｍｉｎ〜Ｌｍａｘ）に対応つけることができる。
そして、式（３）の長さＸｐと、式（１）の長さＸとを対応つけることによって、式（３）と式（１）とに基づき、出力値（Ｖ_Ｌ）は、長さＬｎに比例することがわかる。例えば、ボビン３の下糸量が最大のとき出力値（Ｖ_Ｌ）が最低となり、下糸量の減少に伴い出力値（Ｖ_Ｌ）は増加し、ボビン３の下糸量が最低のとき（ボビン３の中心軸が露出するとき）、出力値（Ｖ_Ｌ）が最大となる。

つまり、図８に示す、ボビン３の容量一杯に下糸が巻かれた状態における下糸束の外周面に投光ランプ４が赤外光を照射した際の反射赤外光の光点位置に応じた出力値（Ｖ_Ｌ）と、図９に示す、ボビン３に下糸が巻かれていない状態における下糸束の外周面（ボビン３の中心軸面）に投光ランプ４が赤外光を照射した際の反射赤外光の光点位置に応じた出力値（Ｖ_Ｌ）を、予め長さＬｍｉｎ、Ｌｍａｘに対応つけて求めておけば、任意の下糸量が巻かれたボビン３に対する反射赤外光の光点測定の結果として得られる出力値（Ｖ_Ｌ）が、そのＬｍｉｎに対応する出力値（Ｖ_Ｌ）からＬｍａｘに対応する出力値（Ｖ_Ｌ）までの範囲に対して、どの程度の値であるか対応つけることにより、その任意の下糸量に対応する、レンズ６の光軸中心６ａから下糸束の外周面までの距離における投光ランプ４が出力する赤外光の照射方向成分の長さＬｎを取得することができる。

次いで、割り算回路１７により算出された出力値（Ｖ_Ｌ）に応じた、Ａ／Ｄ変換器１８の各コンパレータのオン／オフ出力信号に基づき、表示部２０の各ＬＥＤが点灯と消灯とを切り替えることによって、出力値（Ｖ_Ｌ）に応じた長さＬｎに対応するボビン３に巻かれる下糸量である下糸残量を表示する。
例えば、表示部２０に、Ａ／Ｄ変換器１８の第１コンパレータから第１６コンパレータの全てのコンパレータからのオン信号が入力されると、第１ＬＥＤから第１６ＬＥＤの全てのＬＥＤが点灯し、ボビン３の下糸量が最大量であることを表示する。
そして、ボビン３の下糸量の減少に伴い、第１コンパレータから順にオフ信号に切り替わることにより第１ＬＥＤから順に消灯に切り替わり、発光するＬＥＤが減少する。つまり、ＬＥＤの点灯数がボビン３の下糸残量を示すこととなる。
なお、第１５コンパレータのオフ信号がミシン停止ドライバ２１に入力されると、図示しないミシン制御部は、ミシン停止処理を実行する。

以上のような、投光ランプ４による赤外光の照射、ＰＳＤ７による反射赤外光の受光、割り算回路１７による出力値（Ｖ_Ｌ）の算出およびボビン３の下糸残量の検出、表示部２０のＬＥＤ点灯によるボビン３の下糸残量の表示等の処理を、下糸残量検出装置１００は、外釜１の１回転毎に繰り返し行う。

このように、下糸残量検出装置１００は、投光ランプ４によるボビン３に向けた赤外光の照射を行い、その照射赤外光がボビン３の下糸束の外周面で反射した反射赤外光をＰＳＤ７により受光することによって、レンズ６の光軸中心６ａから下糸束の外周面までの距離における投光ランプ４が出力する赤外光の照射方向成分の長さＬｎを検出するようにして、ボビン３の下糸の残量を検出し、表示部２０に検出した下糸残量を表示することができる。
特に、下糸残量検出装置１００は、下糸束の外周面までの距離（Ｌｎ）を検出するようにして、ボビン３の下糸の残量を検出することができるので、下糸の種類が変わり、その下糸の太さや色などが変わった場合でも、測定基準や検出基準、下糸残量表示基準などを変えることなく、どのような下糸であっても同様に下糸残量検出を行うことができる。
また、下糸残量検出装置１００は、ミシンのミシン釜１０の外釜１の回転毎に、ボビン３の下糸残量の検出を繰り返し行うことができるので、下糸残量が徐々に減っていく経時変化を捕えることができる。
また、下糸残量検出装置１００は、下糸に接触することなく下糸の残量を検出することができるので、下糸を損傷させてしまうことや、その接触に伴う摩擦音などの発生を防止することができる。
また、下糸残量検出装置１００は、従来の下糸残量検出装置の検知棒のような可動性の部材やパーツを用いていないので、装置の小型化や、低コスト化を図ることができる。
従って、本発明に係る下糸残量検出装置１００は、ミシン釜１０に収容されるボビン３に巻かれている下糸残量を、より好適に検出することができる下糸残量検出装置であるといえる。

また、下糸残量検出装置１００は、ボビン３の下糸残量が徐々に減っていく経時変化を捕えて、その経時変化に応じた下糸残量を表示部２０に表示することができるので、作業者は、表示部２０の表示に基づき下糸残量の経時変化を認識することができ、作業者が適切なタイミングで下糸補充（ボビン交換）を行うことが可能になり、縫い継ぎのない美しい仕上がりの縫い目を形成する縫製を行うことができる。また、適切なタイミングでボビン交換を行うことによって、ボビン３に残る下糸量の無駄を低減し、下糸消費量を抑えることができる。
また、下糸残量検出装置１００は、下糸残量が所定量以下（例えば、第１５コンパレータのオフ信号がミシン停止ドライバ２１に入力されるタイミング）になると、図示しないミシン制御部の制御処理によって、ミシン停止処理を実行することができるので、ボビン３の下糸が完全になくなってしまう前に、停止したミシンのミシン釜１０内のボビン交換を行い、下糸補充することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、本実施形態においては、オペアンプを用いた回路で構成されている加算器１６や割り算回路１７などによって、下糸残量を算出し検出するようにしたが、所定のソフトによる演算処理によって下糸残量を求めるようにしてもよい。

また、下糸残量の検出は、外釜１の１回転毎に行うことに限らず、１針毎や、所定の時間毎に行うようにしてもよい。

また、スリット板５の代わりに、投光ランプ４に対し投光レンズを設けて平行光の投射を行うことを可能にしたり、光源として平行光を出力する半導体レーザを用いるようにしてもよい。

また、レンズ６の代わりに、集光部としての凹面鏡を用いてＰＳＤ７に反射光を結像させるようにしてもよい。なお、集光部として凹面鏡を用いる場合、反射光の光路の向きを所望する方向に変えることができるので、ＰＳＤ７の配置を任意の位置に変えることができる。また、反射光の光路を変えることによって、全体の光路長を短くすることも可能になる。

また、受光部は、１次元のＰＳＤ７に限らず、２次元ＰＳＤや、電荷結合素子（ＣＣＤ）や、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）などであってもよい。

また、装置周囲の環境光による測定誤差を排除するために、ＰＳＤ７に可視光カットフィルタを備えるようにしてもよい。
また、投光ランプ４の消灯時の第１アンプ１５ａと第２アンプ１５ｂの出力電位を記憶するようにして、投光ランプ４の点灯時との差をとる演算処理を行い、環境光の影響を排除するようにしてもよい。（つまり、投光ランプ４の消灯時の明るさ（環境光）を記憶しておき、投光ランプ４の点灯時にその記憶した環境光分の値を引くようにする。）

また、ミシン釜１０へのボビン３の装着し忘れや、検知回路や演算回路などの故障を判別することができるように、加算器１６の出力電位が所定の範囲内にあるか否かを判定し、判定結果によっては警告を行うようにしてもよい。

また、下糸残量の検出として、下糸束の外周面までの距離（Ｌｎ）を検知することに限らず、ボビン３に巻かれた下糸の下糸束の厚みや、下糸束の断面積や、下糸束の体積を検知することによって、下糸の残量を検出するようにしてもよい。
また、ボビン３の形状や下糸の太さ（断面積）データなどを利用して、下糸残量としての下糸の長さを検出するようにしてもよい。
また、縫いピッチや被縫製物の布厚などのデータを与えて、針数や縫い長さに対応する下糸残量を判断してもよく、また、縫い速度データを与えて、縫製時間に対応する下糸残量を判断してもよい。

また、下糸残量の表示は、等間隔分割表示であることに限らず、下糸残量が多い範囲では疎な表示形態、下糸残量が少ない範囲では密な表示形態とし、下糸残量が少ない程、より細かな残量表示を行うようにしてもよい。
また、下糸残量の表示は、複数のＬＥＤが一列に並んだバー表示であることに限らず、ＬＣＤなどに数値表示したり、絵表示したりする任意の表示形態であってもよい。

また、ボビン３に巻かれる下糸量の全ての範囲を下糸残量検出することに限らず、所定量以下の範囲の下糸残量検出を行うようにしてもよい。
また、下糸残量検出範囲や、検出結果の表示範囲を任意に設定することができるようにしてもよい。

また、下糸残量の検出結果に基づき、下糸残量表示を行うことに限らず、警告音、警告灯、警告振動等による下糸残量報知を行ってもよい。
また、下糸残量の検出結果に基づき、ミシン停止処理を行うことに限らず、縫製速度制限などの動作制御処理を行うようにしてもよい。

また、ミシン停止処理を行う基準とする下糸残量値は固定値であることに限らず、任意の閾値を設定し、任意の下糸残量値においてミシン停止するようにしてもよい。

また、ミシンのミシン釜１０は、垂直全回転釜であることに限らず、垂直半回転釜や水平全回転釜などであってもよい。

なお、本発明の適用は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明に係る下糸残量検出装置の要部構成を示すブロック図である。 下糸残量検出装置のミシン釜近傍の構成を示す正面図である。 図２の矢印III方向からのミシン釜を示す上面図である。 下糸残量検出装置のミシン釜近傍の構成を示し、外釜が８０°回転した位置を示す正面図である。 下糸残量検出装置のミシン釜近傍の構成を示し、外釜が１１０°回転した位置を示す正面図である。 ＰＳＤの受光面上の光点位置と、ボビンに巻かれた下糸の下糸束の外周面までの距離との関係を示す説明図である。 ＰＳＤの受光面における光点の位置と、ＰＳＤの第１電極と第２電極との位置関係を示す説明図である。 ＰＳＤの受光面上の光点位置と、ボビンの容量一杯に巻かれた下糸の下糸束の外周面までの距離との関係を示す説明図である。 ＰＳＤの受光面上の光点位置と、ボビンの中心軸の外周面までの距離との関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 外釜
１ａ 開口端部
１ｂ 剣先
１ｃ 開口部
２ 内釜
３ ボビン
４ 投光ランプ（発光部）
５ スリット板
６ レンズ（集光部）
６ａ 光軸中心
７ ＰＳＤ（受光部）
７ａ 第１電極
７ｂ 第２電極
７７ 受光面
１０ ミシン釜
１１ 釜位相検出器（釜位置判定手段）
１７ 割り算回路（下糸量検出手段）
２０ 表示部（下糸残量報知手段）
１００ 下糸残量検出装置

Claims (2)

1. ミシンのミシン釜内に収容されるボビンに巻かれている下糸の残量を検出するミシンの下糸残量検出装置であって、
   前記ボビンに下糸が巻かれてなる下糸束の外周面に向けて、所定の光を照射する発光部と、
   前記ボビンに巻かれた下糸束の外周面で反射された、前記発光部が照射した光の反射光を集光する集光部と、
   前記集光部により集光された光を受光した位置からその光の位置情報を出力する受光部と、
   前記受光部から出力された光の位置情報に基づく前記下糸束の外周面の位置を演算して、前記ボビンに巻かれている下糸の残量を検出する下糸量検出手段と、
   前記下糸量検出手段により検出された前記下糸の残量を報知する下糸残量報知手段と、
   を備えることを特徴とするミシンの下糸残量検出装置。
2. 前記ミシンのミシン主軸の回転に連動して回転される前記ミシン釜が有する開口部が、前記発光部が照射する光の光路に対応する位置となるタイミングを判定する釜位置判定手段を備え、
   前記釜位置判定手段により判定された、前記ミシン釜の開口部が前記所定の位置となるタイミングに、前記発光部が光を照射することを特徴とする請求項１に記載のミシンの下糸残量検出装置。

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