JP2008264500A - ミシンの針釜タイミング調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ミシンの安定的な作動を確保できるミシンの針釜タイミング調節装置を提供すること。
【解決手段】
針棒を駆動する上軸３と、釜５０を駆動する下軸１７と、上軸３及び下軸１７を回転自在に支持する機枠２と、上軸３の回転と下軸１７の回転を同期させるタイミングベルト２２と、を備えたミシンに設けられるミシンの針釜タイミング調節装置であって、板カムであって、互いに独立したカム面４２ａ及びカム面４２ｂを有し、駆動力を受けて回転するカム４２と、機枠２に回転自在に支持されるテンションプーリブラケット２６，３１と、テンションプーリブラケット２６，３１の各々に取り付けられ、タイミングベルト２２に常時接触するテンションプーリ２３，２４と、を備え、テンションプーリブラケット２６がカム４２のカム面４２ａに従動し、テンションプーリブラケット３１がカム４２のカム面４２ｂに従動する構成としたこと。
【選択図】 図８

Description

本発明は、ミシンにおいて、釜の剣先が針と出会うタイミングを調節する、ミシンの針釜タイミング調節装置に関する。

公知のミシンが、後述の特許文献１に記載されている。このミシンは、針棒を駆動する上軸と、釜を駆動する下軸を備えている。上軸は、針棒腕を左右に揺動させるための幅出機構に連結されている。下軸と釜（釜軸）の間には、針釜タイミング調節装置が設けられている。下軸と釜軸はプーリ及びベルトによって連結され、下軸の回転がベルトを介して釜軸に伝達される。ベルトは、４個のアイドラーと接触している。２個のアイドラーが１つのアイドラーユニットを構成し、当該ミシンには２つのアイドラーユニットが設けられている。アイドラーユニットは、歯車機構を介して上述の幅出機構と連結されている。歯車機構は、平歯車を用いた単純な機構である。幅出機構からアイドラーユニットに駆動力が歯車機構を介して伝達され、２つのアイドラーユニットが幅出機構と連動して一度に作動する。アイドラーユニットの作動にともなってベルトのテンションが変化し、釜軸に不等速回転運動が与えられる。
特開昭４９−１１０４５０号公報

しかしながら、上述のミシンでは、平歯車を用いた単純な歯車機構によって、２つのアイドラーユニットが一度に作動するので、下軸と釜軸とを連結するベルトのテンションが一定にならない。

ベルトのテンションが高くなったり低くなったりして一定でないと、上軸と下軸のトルクがばらついて（トルクムラ）、騒音や振動が引き起こされるおそれがある。

また、意図しない釜速度の変化が発生して、針棒腕（針棒、針）の揺動に釜速度の変化が追従せず、針釜タイミング（釜の剣先が針と出会うタイミング）にずれが生じる。このずれは、目飛びの原因となりうる。

さらに、ベルトのテンション次第では、ベルトがゆるんで「歯飛び」が発生して、下軸と釜軸との間のタイミングの基準がずれるおそれがある。このずれも、目飛びの原因となりうる。

以上のように、釜速度に係るベルトのテンションが一定に保たれないと、ミシンの安定的な作動を確保できない可能性があった。

よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ミシンの安定的な作動を確保できるミシンの針釜タイミング調節装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明にて講じた技術的手段は、請求項１に記載の様に、針棒を駆動する上軸と、釜を駆動する下軸と、前記上軸及び前記下軸を回転自在に支持する機枠と、前記上軸と前記下軸を連結し前記上軸の回転と前記下軸の回転を同期させるタイミングベルトと、を備えたミシンに設けられるミシンの針釜タイミング調節装置であって、板カムであって、互いに独立した第１カム面及び第２カム面を有し、駆動力を受けて回転するカム部材と、前記機枠に回転自在に支持される一対のアーム部材と、前記一対のアーム部材の各々に取り付けられ、前記タイミングベルトに常時接触するプーリと、を備え、前記一対のアーム部材の一方が前記カム部材の前記第１カム面に従動し、前記一対のアーム部材の他方が前記カム部材の前記第２カム面に従動する構成としたことである。

好ましくは、請求項２に記載の様に、前記カム部材がステッピングモータによって駆動されると良い。

好ましくは、請求項３に記載の様に、前記一対のアーム部材が前記機枠に同軸に支持されると良い。

好ましくは、請求項４に記載の様に、前記カム部材と前記一対のアーム部材は、前記軸を中心に前記機枠に対して相対回転可能なブラケットに設けられると良い。

請求項１に記載の発明によれば、一対のアーム部材の一方がカム部材の第１カム面に従動し、一対のアーム部材の他方がカム部材の第２カム面に従動するので、カム部材の回転角度に対するアーム部材の従動量を各々のアーム部材で独立して制御できる。したがって、カム部材の第１カム面、第２カム面の形状（カムプロフィール）を適宜設定することで、釜速度に係るタイミングベルトのテンションが一定に保たれる。タイミングベルトのテンションが一定に保たれれば、意図しない釜速度の変化は発生せず、針落ちに応じた適切な針釜タイミングが常に設定され、目飛びの発生が防止される。また、上軸と下軸のトルクが一定に保たれ、騒音や振動が引き起こされることもなく、ミシンの安定的な作動を確保できる。

請求項２に記載の発明によれば、カム部材がステッピングモータによって駆動されるので、上軸や下軸の回転速度に関係なく、釜速度を自由に制御可能である。

請求項３に記載の発明によれば、一対のアーム部材が機枠に同軸に支持されるので、一対のアーム部材が各々支持される場合に比べて、支持に係る部品点数を削減でき、支持に係る構造を簡単にできる。

請求項４に記載の発明によれば、カム部材と一対のアーム部材は、軸を中心に機枠に対して相対回転可能なブラケットに設けられるため、アーム部材の一方を軸を中心にプラス方向に角度調整（例えば＋α）した場合、ブラケットを前記軸に対してマイナス方向（例えば−α／２）に相対回転させることで、中央針落ち状態において、上軸と下軸を結ぶ直線に対してプーリを対象に組み付けることが可能になり、左右針落ちでのタイミングベルトの周長を一定にできる。したがってプーリの揺動中にタイミングベルトの周長が変化して、タイミングベルトの緊張・弛緩を繰り返すことによる耐久性の低下、騒音の問題を解決できる。

（第１実施例）
図１は本発明の第１実施例に係るミシンの正面図、図２は同ミシンの側面図である。

１はミシン外郭、２は機枠である。上軸３は、機枠２に固着された一対の軸受け４、４により回動自在に支持されている。上軸３の一端には、ハンドホィール５、プーリ６が固着されている。プーリ６には、大径の従動プーリ６ａと小径のタイミングプーリ６ｂが形成されている。機枠２には、駆動モータ９が取り付けられ、駆動モータ９の出力軸には、モータプーリ８が固着されている。このモータプーリ８と従動プーリ６ａには駆動ベルト７が掛けられ、駆動モータ９の回転は減速されて上軸３に伝えられる。上軸３の他端には、周知のように針棒クランク１０が固定されていて、クランクロッド１１により針棒１２が上下動する。また、針棒１２の下端には針１３が針止め１４により固定されている。針棒１２は、周知のように、軸１５を介して左右方向に揺動自在に軸支された針棒腕１６により、上下方向に摺動自在に軸支されている。これにより、針棒１２は上下動しつつ、軸１５を中心に左右揺動も可能である。下軸１７は、機枠２に固着された軸受け１８、１９により回動自在に支持されている。下軸１７の一端には、タイミングプーリ２０が止めねじ２１により固着されている。タイミングプーリ２０とタイミングプーリ６ａは同一歯数に設定してある。一方、下軸１７の他端には、図示しないねじ歯車が固着されていて、下軸１７の回転にともなって釜（図５乃至図７参照）が２倍に増速されて回転する。タイミングプーリ６ｂとタイミングプーリ２０にはタイミングベルト２２が掛けられていて、上軸３と下軸１７は通常は等速回転する。タイミングプーリ６ｂとタイミングプーリ２０の間であってタイミングプーリ２０寄りの位置には、一対のテンションプーリ２３，２４がタイミングベルト２２を外側から挟むように設置されている。

図３は図１のＡ−Ａ断面図で、テンションプーリ２３，２４に係る要部のみを示す図、図４はテンションプーリ２３，２４に係る要部の分解斜視図である。

機枠２において、タイミングプーリ６ａとタイミングプーリ２０の略中間でタイミングベルト２２が走行する付近には、軸２５が突設されている。テンションプーリブラケット２６は、略三角形を成しており、上部コーナには軸２５に嵌合するブッシュ２７が突設されていて、下部コーナには軸２８が突設されている。軸２８には、テンションプーリ２３が回動自在に嵌合されている。もうひとつの角部は直角に折り曲げられ雌ねじ２６ａが穿設されていて虫ねじ２９がねじ込まれナット３０によりロックされている。テンションプーリブラケット３１は、上部でコの字状に曲げられ穴３１ａ，３１ａが開けられていて、ブッシュ２７の外周に回動自在に嵌合され、下端には軸３２が突設されている。軸３２には、テンションプーリ２４が回動自在に嵌合されている。また、略中央部には、軸３２と反対側にピン３３が突設されている。テンションプーリブラケット２６とテンションプーリブラケット３１は機枠２に同軸に支持されている。カム従動腕３４は、テンションプーリブラケット３１と同様に上部でコの字状に曲げられ穴３４ｂ，３４ｂが開けられ、ブッシュ２７の外周に回動自在に嵌合している。さらに、カム従動腕３４は、テンションプーリブラケット３１におけるコの字曲げ部の間に挟持されている。３６は、カム従動腕３４の動きをスムーズにする為のスペーサである。カム従動腕３４は、下端部にピン３５が突設すると共に突起部３４ａを備えている。これら、テンションプーリブラケット２６、テンションプーリブラケット３１、及びカム従動腕３４は、それぞれ機枠２の軸２５を中心として回動自在である。そして、止め輪３７により軸方向は係止される。ステッピングモータ３８は、ねじ４０によりブラケット３９に螺着されている。さらに、ブラケット３９は、ねじ４１により機枠２に螺着されている。カム４２は、板カムであって、垂直軸に対し略対称を成した互いに独立した二つのカム面４２ａ，４２ｂを有しており、ステッピングモータ３８の回転軸３８ａに圧入固定されている。カム面４２ａは、カム従動腕３４のピン３５に当接している。カム面４２ｂは、テンションプーリブラケット３１のピン３３に当接している。さらに、テンションプーリブラケット２６に取り付けられた虫ねじ２９の先端は、カム従動腕３４の突起部３４ａに当接している。このことにより、ステッピングモータ３８が回動すると、一対のテンションプーリ２３，２４は、図２に於いて軸２５を中心に左右に揺動する。ステッピングモータ３８は、図示しないが上軸３の回転及び振り幅量や糸の種類、布の種類等の情報に応じコンピュータ制御により作動する。

図１において、幅ステッピングモータ４３は、小歯車４４が軸に取り付けられ幅駆動腕４５の扇状歯車４５ａと噛み合っている。幅駆動腕４５はロッド４６と連結されており、さらにロッド４６は針棒腕１６の下部に連結されている。これにより、幅ステッピングモータ４３の回動は、針棒腕１６に伝えられ針１３が左右に揺動する。

本実施例では、カム４２の駆動がステッピングモータ３８によって行われるが、勿論、機械的に行うことは容易である。即ち、模様を発生するカムからリンクまたは歯車などを介してカム４２を駆動すればよい。カム４２の駆動がステッピングモータ３８によって行われる場合は、上軸２や下軸１７の回転速度に関係なく釜速度を自由に制御可能なので、例えば、布地の種類に応じて釜速度を適宜変化させることができる。

次に、本発明の作用を説明する。

駆動モータ９の回転は、約１／９に減速されて上軸３に伝達される。上軸３に固着された針棒クランク１０により往復運動に変換され、クランクロッド１１を介して針棒１２が上下動し、針止め１４により針棒１２の下端に固着された針１３も一体となって上下動する。一方、上軸３の一端に固着されたタイミングプーリ６ｂからタイミングベルト２２を介してタイミングプーリ２０が速比１：１で回動し、一体となって下軸１７も回動する。下軸１７の回転は、周知のように図示しないねじ歯車機構により２倍に増速され、釜５０が回動する。幅ステッピングモータ４３は、上軸３の回転と同期してコンピュータ制御により回転し、幅出しロッド４６を介して針１３を左右に揺動する。

ここで、従来のミシンに於いては、図５及び図６に示すように、針１３と釜５０の剣先５１の出会いタイミングが左針落ちと右針落ちで大きく違いが出る。即ち、左針落ちは中央針落ちに対し、釜５０の剣先５１が＋θ遅れが発生し、右針落ちは中央針落ちに対し、−θ早くなる。このことは、図５及び図６に示すように、左針落ち、中央針落ち、右針落ちで針１３と釜５０の剣先５１との隙間（δＬ、δＭ、δＲ）の変化や、針穴１３ａと釜５０の剣先５１との距離（ｈＬ、ｈＭ、ｈＲ）の変化を生じさせる。これは、振り幅を大きくすればするほど顕著に現れることになる。よって、目飛びの発生や針１３と釜５０の干渉といった不具合が発生することになる。

しかし、以下説明するように、本発明の機構を実施すれば前記不具合は解消される。即ち、左針落ちの命令がコンピュータから発せられると、ステッピングモータ３８は図３の状態に於いて時計方向に適宜回転する。すると、カム４２も時計方向に適宜回転しピン３５がカム面４２ａを登る。と同時に、ピン３３がカム面４２ｂを下る。これにより、カム従動腕３４が軸２５を中心に時計方向に揺動し、この動きが突起部３４ａに当接した虫ねじ２９を介してテンションプーリブラケット２６に伝えられ、テンションプーリ２３が左方向に移動する。同時に、テンションプーリブラケット３１がブッシュ２７を中心に時計方向に揺動し、テンションプーリ２４が左方向に移動する。これにより、図８に示すように、中央針落ちの状態に対し、＋θ／２分、タイミングプーリ６ｂに対しタイミングプーリ２０が進角される。このことは、図６に示した左針落ち時の＋θを補正し、中央針落ちと同じ針１３と釜５０の出会いタイミングになる。ここで、補正量は正確に＋θ／２を守る必要はなく、目飛びや針１３と釜５０の干渉がない範囲であれば許容される。

次に、右針落ちの命令がコンピュータから発せられると、ステッピングモータ３８は図３の状態に於いて反時計方向に適宜回転する。すると、前述とは反対の動きでテンションプーリ２３，２４が右方向に移動し、タイミングプーリ２０が−θ／２分遅角する。これにより、図７に示すように、針１３と釜５０の剣先５１の出会いタイミングがどの針落ちに於いても一定になる。

ここで、虫ねじ２９を調節することにより上軸３と下軸１７のピッチのばらつきや、タイミングベルト２２の周長のばらつきによるタイミングベルト２２の張力変化を調節できる。

さらに、カム４２における二つのカム面４２ａ，４２ｂは、タイミングベルト２２の張力が常に一定になるようカムプロフィールを決定してある。この場合、カム４２の回転角とテンションプーリブラケット２６の従動量との間の関係、及びカム４２の回転角とテンションプーリブラケット３１の従動量との間の関係が非線形となり、このことが図９に示される。

図９は、図８における３つの針落ちの状態を重ねて描いた図である。

中央針落ちの状態（図中実線）から左針落ちの状態（図中点線）に推移する場合、テンションプーリ２３の移動量Ｌ１はテンションプーリ２４の移動量Ｌ２よりも小さく、移動量Ｌ１と移動量Ｌ２とは異なっている。なお、中央針落ちの状態（図中実線）から右針落ちの状態（図中２点鎖線）に推移する場合も同様である。

このように、本発明の構造によれば、カム４２の回転角度に対するテンションプーリブラケット２６、３１の従動量（すなわち、テンションプーリ２３、２４の移動量）を、テンションプーリブラケット２６、３１で各々独立して制御でき、タイミングベルト２２のテンションを常に一定に保つことが可能となる。タイミングベルト２２のテンションが一定に保たれれば、意図しない釜速度の変化は発生せず、針落ちに応じた適切な針釜タイミングが常に設定され、目飛びの発生が防止される。また、上軸３と下軸１７のトルクが一定に保たれ、騒音や振動が引き起こされることもなく、ミシンの安定的な作動を確保できる。

（第２実施例）
図１０は本発明の第２実施例で、ブラケット３９が機枠２に対して軸２５を中心に相対回転可能に設けられたミシンの側面図である。第１実施例のミシンと同一の機能、部位については同一の符番を用いて説明し、第１実施例と異なる構成・作用効果について詳述する。

ブラケット３９を取り付ける機枠２のねじ穴２ａ、２ｂは、軸２５を中心に略長円穴になっており、ブラケット３９と一体でテンションプーリブラケット２６、３１、カム従動腕３４、カム４２、ステッピングモータ３８の取り付け角度の調節が可能である。テンションプーリブラケット２６の虫ねじ２９によりカム従動腕３４とテンションプーリブラケット２６の位置を調節すると、テンションプーリ２３がテンションプーリ２４に対して相対移動し、タイミングベルト２２の張力が調節される。

図１１は、虫ねじ２９によりカム従動腕３４とテンションプーリブラケット２６の位置を調節する場合のタイミングベルト２２と一対のテンションプーリ２３、２４の動きを示す説明図である。テンションプーリブラケット２６は軸２５を中心に回動するので、中央針落ちでのテンションプーリ２３の調整角度が＋αであると、左右の針落ちでもテンションプーリ２３は＋αずれた位置でタイミングベルト２２に接する。テンションプーリ２３が＋αずれた位置でタイミングベルト２２に接する状態では、左右針落ち状態でのタイミングベルト２２の周長は一定ではない。なぜならばカム４２は中央針落ち、すなわちタイミング調整のされていない状態において、上軸３のタイミングプーリ６ｂと下軸１７のタイミングプーリ２０の中心を結ぶ直線に対してテンションプーリ２３、２４を対称に対して、タイミングベルト２２の周長を変化させないようにテンションプーリ２３、２４を駆動させるように設計されるためである。

図１２は、タイミングベルト２２の周長の変化量の説明図で、タイミングベルト２２の右半分を表している。テンションプーリ２３がＳ１移動した場合のタイミングプーリ２０の進角量がδ１（図中実線）、Ｓ２移動した場合のタイミングプーリ２０の進角量がδ２である。

ここで図中のＳ１とＳ２は等しいが、δ１とδ２は等しくならない。このようにテンションプーリ２３の移動量が同じでも、どの位置から移動するかによってタイミングプーリ２０の進角量（＝タイミングベルト２２の周長変化量）は変化するので、前述のようにタイミングプーリ２３のみ＋α角度調整するとタイミングプーリ２３によるタイミングベルト２２の周長の弛み量（張り量）が変化する為、タイミングプーリ２４による張り量（弛み量）と一致しなくなり、タイミングベルト２２のテンションを一定に保てなくなる。

図１３は、ブラケット３９を角度調整する場合のタイミングベルト２２と一対のテンションプーリ２３、２４の動きを示した説明図である。テンションプーリ２３、２４のテンションベルト２２の張り量・弛み量を等しくするには、テンションプーリ２３、２４の揺動量を一定ではなく、内側ほど小さく外側ほど大きな角度で動かす必要がある。ブラケット３９を取り付ける機枠２のねじ穴２ａ、２ｂは軸２５を中心とする略長円穴であり、ブラケット３９はテンションプーリブラケット２６、３１、カム従動腕３４、カム４２、ステッピングモータ３８と一体で機枠２に対して相対回転可能である。

テンションプーリ２３を＋α調整した場合、ブラケット３９を機枠２に対して相対回転して−α／２角度調整すると、中央針落ち状態において、上軸３のタイミングプーリ６ｂと下軸１７のタイミングプーリ２０の中心を結ぶ直線に対してテンションプーリ２３、２４が対象になり、左右針落ち状態でのタイミングベルトの周長は一定になる。

本発明の第１実施例に係るミシンの正面図。 本発明の第１実施例に係るミシンの側面図。 図１のＡ−Ａ断面図で、テンションプーリ２３，２４に係る要部のみを示す図。 テンションプーリ２３，２４に係る要部の分解斜視図。 従来品の針１３と釜５０の剣先５１の出会いを示した拡大図。 従来品の針１３と釜５０の剣先５１の出会いを示した拡大図。 本発明の針１３と釜５０の剣先５１の出会いを示した拡大図。 タイミングベルト２２とテンションプーリ２３，２４の動きを示す図で、本発明の作用を模式的に示す図。 図８における３つの針落ちの状態を重ねて描いた図。 本発明の第２実施例で、ブラケットが機枠に対して軸を中心に相対回転可能に設けられたミシンの側面図である。 虫ねじによりカム従動腕とテンションプーリブラケットの位置を調節する場合のタイミングベルトと一対のテンションプーリの動きを示す説明図である。 タイミングベルトの周長の変化量を示す説明図である。 ブラケットを角度調整する場合のタイミングベルトと一対のテンションプーリの動きを示す説明図である。

符号の説明

２ 機枠
３ 上軸
１２ 針棒
１７ 下軸
２２ タイミングベルト
２３ テンションプーリ（プーリ）
２４ テンションプーリ（プーリ）
２６ テンションプーリブラケット（アーム部材）
３１ テンションプーリブラケット（アーム部材）
３８ ステッピングモータ
３９ ブラケット
４２ カム（カム部材）
４２ａ カム面（第１カム面）
４２ｂ カム面（第２カム面）
５０ 釜

Claims (4)

1. 針棒を駆動する上軸と、釜を駆動する下軸と、前記上軸及び前記下軸を回転自在に支持する機枠と、前記上軸と前記下軸を連結し前記上軸の回転と前記下軸の回転を同期させるタイミングベルトと、を備えたミシンに設けられるミシンの針釜タイミング調節装置であって、
   板カムであって、互いに独立した第１カム面及び第２カム面を有し、駆動力を受けて回転するカム部材と、
   前記機枠に回転自在に支持される一対のアーム部材と、
   前記一対のアーム部材の各々に取り付けられ、前記タイミングベルトに常時接触するプーリと、を備え、
   前記一対のアーム部材の一方が前記カム部材の前記第１カム面に従動し、前記一対のアーム部材の他方が前記カム部材の前記第２カム面に従動することを特徴とするミシンの針釜タイミング調整装置。
2. 前記カム部材がステッピングモータによって駆動されることを特徴とする請求項１に記載のミシンの針釜タイミング調節装置。
3. 前記一対のアーム部材が前記機枠に同軸に支持されることを特徴とする請求項１に記載のミシンの針釜タイミング調節装置。
4. 前記カム部材と前記一対のアーム部材は、前記軸を中心に前記機枠に対して相対回転可能なブラケットに設けられることを特徴とする請求項３に記載のミシンの針釜タイミング調節装置。

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