JP4692044B2 - ミシンの糸調子装置 - Google Patents

Description

本発明は、糸調子皿駆動用のソレノイドに印加する直流電圧をＰＷＭ制御して該ソレノイドの動作力を制御するミシンの糸調子装置に関する。

従来、例えばミシンにおいては、糸供給源から縫針までの糸経路に一対の糸調子皿を設け、この一対の糸調子皿により糸を挟んで糸に張力を与えるようにしている。この場合、一対の糸調子皿のうち一方を可動皿とし他方を固定皿とし、この可動皿をソレノイドにより動作できるようにしている。そしてソレノイドにより固定皿に対する可動皿の押圧力の調整（ソレノイドの動作力調整）により糸の張力を加減できるようになっている（例えば特許文献１）。
特開昭５９−１９７２８７号

上述の特許文献１に記載のミシンの糸調子装置では、ソレノイドの駆動電流と推力（動作力）との間にヒステリシスがあることから、糸の張力を変更する場合つまりソレノイドの動作力を変更する場合、ソレノイドの駆動電流を一旦ゼロまで落としてから、目標とする推力相当の駆動電流まで制御するようにしている。
しかしこれでは、ソレノイドの動作力が一旦ゼロになってしまい、糸の張力が不必要に一旦大きく低下してしまう問題がある。このような事情はミシンの糸調子装置に用いられるソレノイドに限らないものであった。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ソレノイドの動作力が不用意に大きく変動することなく、スムーズに目標とする動作力を得ることができるミシンの糸調子装置を提供するにある。

本発明は、次の点に着目してなされたものである。すなわち、ソレノイドに印加する直流電圧を、設定されたデューティー比でのＰＷＭ制御することにより、該ソレノイドの動作力を制御する場合、ＰＷＭ周波数が高いと、駆動電流と動作力との関係にヒステリシスを示す。従って、駆動電流を増加もしくは減少させて動作力を増加もしくは減少させる場合に、目標とする動作力がリニアに得られないものである。一方、ＰＷＭ周波数が低いと上記ヒステリシスが少なく、目標とする動作力がほぼリニアに得られる。そして、本願発明者の調査によって３００Hz以下のＰＷＭ周波数で動作力の変化を行うと、駆動電流と動作力との関係にさほどヒステリシスがないことが判明した。

ところで、ＰＷＭ周波数が低い場合には、リニアに目標の動作力まで制御できるとはいう効果を奏するものではあるが、高いＰＷＭ周波数の場合と異なり電磁音などの騒音が問題となる。

請求項１のミシンの糸調子装置は、ベッド部に脚柱部を介して設けられたアーム部と、
このアーム部に設けられた一方の糸調子皿、及びこの一方の糸調子皿と対をなして該一方の糸調子皿に対してロッドを介して押圧可能に設けられた他方の糸調子皿を有して糸に張力を与える一対の糸調子皿と、前記アーム部に設けられ自身の動作力により前記他方の糸調子皿を前記一方の糸調子皿に対して押圧させるソレノイドであって当該動作力を変更することにより前記一対の糸調子皿による糸の張力を調整するソレノイドと、前記ソレノイドに印加する直流電圧をＰＷＭ制御することにより、前記糸の張力の目安となる該ソレノイドの前記動作力を制御する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、ＰＷＭ周波数の変更が可能であり、前記ＰＷＭ周波数として、前記駆動制御手段が前記ソレノイドの動作力をほぼ一定に維持するときの維持用ＰＷＭ周波数と、前記ソレノイドの動作力を変化させるときの変化用ＰＷＭ周波数とを有し、前記維持用ＰＷＭ周波数を５０００Hz以上に設定し、且つ前記変化用ＰＷＭ周波数を３００Hz以下に設定したＰＷＭ周波数設定手段を設けたことを特徴とするものである。

これによれば、ソレノイドの動作力を増加もしくは減少させるときには、３００Hz以下といった低い周波数の変化用ＰＷＭ周波数に設定してＰＷＭ制御することにより、リニアに目標の動作力まで制御できて、糸の張力が不用意に大きく変動して緩むようなこともなく、スムーズに目標とする張力を得ることができることに加え、その動作力を維持するときには高いＰＷＭ周波数に設定してＰＷＭ制御することにより、騒音を極力少なくでき、糸張力変更に伴う騒音の問題も少ないという効果を奏する。

請求項２のミシンの糸調子装置は、請求項１の発明において、ソレノイドの動作力がほぼ一定に維持されたか否かを判断する安定状態判断手段を備え、ＰＷＭ周波数設定手段は、変化用ＰＷＭ周波数から維持用ＰＷＭ周波数への切り替えを、前記安定状態判断手段により前記ソレノイドの動作力がほぼ一定に維持されたことが判断されたことを条件に行なうことを特徴とするものである。これによれば、糸の張力を変化させるときの変化用ＰＷＭ周波数から、糸の張力を維持するときの維持用ＰＷＭ周波数への切り替えを、適正に行なうことができる。

請求項３のミシンの糸調子装置は、請求項２の発明において、安定状態判定手段は、変化用ＰＷＭ周波数でのＰＷＭ制御の開始時点から所定時間が経過したことをもってソレノイドの動作力がほぼ一定に維持されたと判断することを特徴とするものである。これによれば、簡単な構成により、動作力つまり糸の張力が一定に維持された安定状態となったことを判定することができる。
請求項４のミシンの糸調子装置は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、維持用ＰＷＭ周波数及び変化用ＰＷＭ周波数は変更可能であることを特徴とするものである。これによれば、ミシンとして固有振動音の低減などに有効である。

本発明によれば、ソレノイドの動作力が不用意に大きく変動することなく、スムーズに目標とする動作力を得ることができるという効果を奏する。

以下、本発明の一実施例につき図面を参照して説明する。図２に示すように、本縫いミシン１は作業テーブルＴ上に載置されている。本縫いミシン１のベッド部２には針板５が設けられている。このベッド部２の後端部には脚柱部３が上方に立設されている。この脚柱部３の上端部にはベッド部２と対向するように前方へ延びるアーム部４が設けられている。

アーム部４には、ミシンモータ（図示略）の動作力が主軸を介して伝達されることによって、縫針７を有する針棒６を上下駆動させる針棒駆動機構、上糸９を引き上げる天秤８を上下駆動させる天秤駆動機構及び後述する糸調子装置１０が設けられている。ここで、針棒駆動機構や天秤駆動機構は公知の技術であるため、その詳細な説明を省略する。

次に、図示しない糸供給源から天秤８を経て縫針７に至る上糸供給経路の途中部に位置し、アーム部４に設けられた糸調子装置１０について概略的に説明する。この糸調子装置１０は、一対の糸調子皿１１、１２、ソレノイド１３、押圧力伝達部材１４、後述するソレノイド制御装置１５（図１参照）などを備えて構成されている。

前記一対の糸調子皿１１、１２は上糸９に張力を与えるためのものであり、一方の糸調子皿１１は、他方の糸調子皿１２に対して動かないようにアーム部４に固定されており、この糸調子皿１１に対して他方の糸調子皿１２がロッド１２ａを介して移動可能（押圧可能）な構成となっている。ソレノイド１３は一般的な比例ソレノイドからなり、これは、駆動されると出力軸１３ａが進出駆動され、そして、押圧力伝達部材１４及びロッド１２ａを介して、前記他方の糸調子皿１２を移動させるものである。このソレノイド１３は印加される駆動電圧（駆動電流）に応じて出力軸１３ａの糸調子皿１２に対する押圧力が変化し、ひいては一対の糸調子皿１１、１２による糸の張力が変化するようになっている。なお、このソレノイド１３は駆動電圧印加が解除（断電）されると、その出力軸１３ａがばね１４ａにより元位置（図３に示す位置）に復帰するようになっている。

ソレノイド制御装置１５は、図１に示すように、制御部１６と、駆動制御部１７と、電流検出部１８とを有して構成されている。制御部１６はマイクロコンピュータを含んで構成されており、このマイクロコンピュータはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースなどを備えている。この制御部１６は、ソレノイド１３の制御全般を司ると共に、ＰＷＭ周波数設定手段及び安定状態判定手段に相当するものである。設定するＰＷＭ周波数としては、前記駆動制御部１７が前記ソレノイド１３の動作力をほぼ一定に維持するときの維持用ＰＷＭ周波数（図５（ａ）、（ｂ）、図７参照）と、前記ソレノイドの動作力を変化させるときの変化用ＰＷＭ周波数（図５（ｃ）、（ｄ）、図８参照）とを有し、糸張力設定指令Ｓに応じて、その指令Ｓを張力の目安となる駆動電流値を変換し、この駆動電流値に応じたデューティー比指令Ｄを駆動制御部１７に出力するものである。さらに、この制御部１６はＰＷＭ周波数指令として変化用ＰＷＭ周波数指令Ｐｈと維持用ＰＷＭ周波数指令Ｐｉとを切替えて出力する。なお、変化用ＰＷＭ周波数は例えば１００Hzに設定され、また維持用ＰＷＭ周波数は１０KHzに設定されている。

駆動制御部１７は、図示しないスイッチング素子を備えたＰＷＭ駆動制御回路から構成されており、これには、図示しない直流電源（直流電圧Ｖｋ、例えば３０Ｖ）が与えられるようになっている。そして、この駆動制御部１７は、デューティー比指令Ｄが与えられると、当該指令Ｄに応じて、図５（ａ）又は（ｂ）、あるいは図５（ｃ）又は（ｄ）に示すように、デューティー比を変更する。

図５（ａ）と（ｃ）とは、ＰＷＭ周波数は異なるものの、ソレノイド１３の駆動電流実行値は同じであり、ソレノイド１３の動作力はほぼ同じである。また、図５（ｂ）と（ｄ）とは、ＰＷＭ周波数は異なるものの、ソレノイド１３の駆動電流実行値は同じであり、ソレノイド１３の動作力はほぼ同じである。

ここで、図７には維持用ＰＷＭ周波数（高周波数）の場合における駆動電流値（Ａ）とソレノイド１３の推力（Ｎ）との関係を示しており、同図から分かるように、駆動電流値と推力（動作力に相当する）とにはヒステリシスがある。また、図８には変化用ＰＷＭ周波数（低周波数）の場合の、駆動電流値と推力との関係を示している。この図８から分かるように、変化用ＰＷＭ周波数の場合には、ヒステリシスは殆ど見られない。なお、上記推力は駆動電流値（ひいては出力電圧）によってほぼ決定され、この駆動電流値は前述のＰＷＭ制御のデューティー比に応じて制御されるものである。

また、図９には、ＰＷＭ周波数と、各ＰＷＭ周波数に応じたヒステリシスの大きさ（所定駆動電流における推力増加方向と減少方向との推力の差（絶対値））との関係を示しており、また図１０には、各ＰＷＭ周波数と騒音の大きさの程度との関係を示している。上記図９から分かるように、ＰＷＭ周波数が３００Hz以下であれば、ヒステリシスはほとんど無視できるものであり、変化用ＰＷＭ周波数としては３００Hz以下であれば良い。ただし、本実施例では変化用ＰＷＭ周波数を１００Hzとすることで、さらにヒステリシスが小さいものとしている。また図１０から分かるように、ＰＷＭ周波数が５０００Hz以上であれば騒音が小さく、従って維持用ＰＷＭ周波数としては５０００Hz以上であれば良い。本実施例では維持用ＰＷＭ周波数を１０KHzとしているので、さらに騒音が小さいものである。

前記図１において、入力部１９は、糸調子皿１１、１２の糸張力についての調整をするために、ユーザーにより操作されるものであり、その操作に応じた糸張力設定指令Ｓが制御部１６に入力されるようになっている。また、表示部２０には、糸張力の度合いを示す表示がなされるようになっている。

さて、前記制御部１６の制御内容について、図４のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートは例えばミシンの図示しない主電源が「ＯＮ」されたときにスタートする。糸調子皿１１、１２について糸張力設定指令Ｓが入力されると（ステップＲ１で判断）、その設定値を読み込み（ステップＲ２）、駆動電流値に変換し（ステップＲ）、これに応じた電流値指令であるデューティー比指令Ｄを出力する。そして、ＰＷＭ周波数指令として変化用ＰＷＭ周波数指令Ｐｈを出力する。

上述のデューティー比指令Ｄ、及び変化用ＰＷＭ周波数指令Ｐｈを受けた駆動制御部１７は、変化用ＰＷＭ周波数で、且つデューティー比指令Ｄに応じたデューティー比により直流電圧ＶｋをＰＷＭ制御する。

この場合、駆動電流を電流検出部１８により検出して制御部１６にフィードバックし、制御部１６は、目標とする駆動電流に近づけるようにデューティー比を制御する。
そして、変化用ＰＷＭ周波数でのＰＷＭ制御の開始時点から所定時間が経過したか否かを判断し（ステップＲ５）、所定時間が経過したことが判断されると、これをもって、ソレノイド１３の動作力がほぼ一定に維持されたと判断し、ステップＲ６で、ＰＷＭ周波数指令として維持用ＰＷＭ周波数指令Ｐｉを出力する（変化用ＰＷＭ周波数から維持用ＰＷＭ周波数に切り替える）。周波数の低い維持用ＰＷＭ周波数により動作力過渡期の制御を行なうことで、動作力（駆動電流）を上げる場合も下げる場合も、推力と駆動電流とのヒステリシスが少なく、リニアに糸の張力を設定あるいは設定変更することができる。

この維持用ＰＷＭ周波数指令Ｐｉを受けた駆動制御部１７は、周波数が前記変化用ＰＷＭ周波数より高い維持用ＰＷＭ周波数によりＰＷＭ制御する。この場合も駆動電流をフィードバックして目標とする駆動電流に近づけるようにする。この高周波のＰＷＭ制御により、電磁音などの騒音を少なくしつつ動作力を維持できる。

なお、図６には、糸張力の設定に伴う駆動電流変化の一例を示しており、タイミングｔ１において、糸の張力を任意の張力に設定すると、その張力に応じた駆動電流Ｉ１となるデューティー比で且つ変化用ＰＷＭ周波数の制御モードＱＬでＰＷＭ制御する（この期間は前述の所定時間Ｔｓである）。この所定時間Ｔｓ後、維持用ＰＷＭ周波数の制御モードＱＨでＰＷＭ制御する。この後、タイミングｔ２において、糸の張力をさらに上げる設定がなされると、これに応じて駆動電流Ｉ２（Ｉ２＞Ｉ１）となるデューティー比で変化用ＰＷＭ周波数の制御モードＱＬでＰＷＭ制御する（この期間も前述の所定時間Ｔｓである）。またタイミングｔ３において、糸の張力を下げる設定がなされると、これに応じて駆動電流Ｉ３（Ｉ３＜Ｉ２）となるデューティー比で変化用ＰＷＭ周波数の制御モードＱＬでＰＷＭ制御する（この期間も前述の所定時間Ｔｓである）。そして、タイミングｔ４において、主電源がオフもしくは糸の張力フリーが設定されると、ソレノイド１３を断電（オフ）する。

このような糸調子装置１０によれば、ソレノイド１３に印加する直流電圧Ｖｋを、設定されたデューティー比でのＰＷＭ制御することにより、糸の張力の目安となる該ソレノイド１３の動作力つまり駆動電流を制御し、且つＰＷＭ周波数の変更が可能な構成の駆動制御部１７を設けると共に、ＰＷＭ周波数として、この駆動制御部１７がソレノイド１３の動作力をほぼ一定に維持するときの維持用ＰＷＭ周波数と、ソレノイド１３の動作力を変化させるときの変化用ＰＷＭ周波数とを有し、維持用ＰＷＭ周波数に対して変化用ＰＷＭ周波数を相対的に低くし、且つ該変化用ＰＷＭ周波数を３００Hz以下である例えば１００Hzに設定した制御部１６を設けたから、ソレノイド１３の動作力を増加もしくは減少させるときには、低い周波数の変化用ＰＷＭ周波数に設定してＰＷＭ制御することにより、ヒステリシスが極めて小さく、リニアに目標の動作力まで制御でき、その動作力を維持するときには周波数の高い維持用ＰＷＭ周波数に設定してＰＷＭ制御することにより、騒音を極力少なくできる。特に、この維持用ＰＷＭ周波数を５０００Hz以上の例えば１０KHzに設定したから、さらに騒音を少なくできる。この結果、ソレノイド１３の動作力つまり糸の張力が不用意に大きく変動して緩むようなこともなく、スムーズに目標とする張力を得ることができ、しかも糸張力変更に伴う騒音の問題も少ないという効果を奏する。

また、本実施例によれば、制御部１６がソレノイド１３の動作力がほぼ一定に維持されたか否かを判断し、変化用ＰＷＭ周波数から維持用ＰＷＭ周波数への切り替えを、ソレノイド１３の動作力がほぼ一定に維持されたことが判断されたことを条件に行なうから、糸の張力を変化させるときの変化用ＰＷＭ周波数から、糸の張力を維持するときの維持用ＰＷＭ周波数への切り替えを、適正に行なうことができる。

さらに本実施例によれば、変化用ＰＷＭ周波数でのＰＷＭ制御の開始時点から所定時間Ｔｓが経過したことをもってソレノイド１３の動作力がほぼ一定に維持されたと判断するようにしたから、実際の張力を検出する検出装置を必要とせず、簡単な構成により、動作力つまり糸の張力が一定に維持された安定状態となったことを判定することができる。

なお、上述した維持用ＰＷＭ周波数及び変化用ＰＷＭ周波数は変更可能としても良い。このようにすると、ミシンとして固有振動音の低減などに有効である。
本発明は上記した実施例に限られず、次のように変更して実施しても良い。
１）ソレノイド１３の動作力を押圧力伝達部材１４により直線的に糸調子皿１２に伝達する構成としたが、上記動作力はリンクなどを介して糸調子皿１２に伝達するようにしても良い。

２）ソレノイド制御装置１５は、フィードバック制御でなくても良く、オープン制御でも良い。

３）変化用ＰＷＭ周波数は３００Hz以下であれば、適宜変更しても良く、また、維持用ＰＷＭ周波数は５０００Hz以上の適宜の周波数としても良い。

４）その他、本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、前記実施形態に種々の変更を付加して実施することができ、本発明はそれらの変更形態を包含するものである。

本発明の一実施例を示す糸調子装置の電気的構成のブロック図 本縫いミシンの斜視図 糸調子装置部分の縦断正面図 制御部の制御内容を示すフローチャート （ａ）、（ｂ）は変化用ＰＷＭ周波数でのＰＷＭ制御波形を示し、（ｃ）、（ｄ）は維持用ＰＷＭ周波数でのＰＷＭ制御波形を示す図 糸張力の設定に伴う駆動電流変化の一例を示す図 維持用ＰＷＭ周波数の駆動電流値と推力との関係を示す図 変化用ＰＷＭ周波数の駆動電流値と推力との関係を示す図 ＰＷＭ周波数とヒステリシスとの関係を示す図 ＰＷＭ周波数と騒音との関係を示す図

図面中、１は本縫いミシン、１０は糸調子装置、１１、１２は糸調子皿、１３はソレノイド、１５はソレノイド制御装置、１６は制御部（ＰＷＭ周波数設定手段、安定状態判断手段）、１７は駆動制御部（駆動制御手段）を示す。

Claims (4)

1. ベッド部に脚柱部を介して設けられたアーム部と、
   このアーム部に設けられた一方の糸調子皿、及びこの一方の糸調子皿と対をなして該一方の糸調子皿に対してロッドを介して押圧可能に設けられた他方の糸調子皿を有して糸に張力を与える一対の糸調子皿と、
   前記アーム部に設けられ自身の動作力により前記他方の糸調子皿を前記一方の糸調子皿に対して押圧させるソレノイドであって当該動作力を変更することにより前記一対の糸調子皿による糸の張力を調整するソレノイドと、
   前記ソレノイドに印加する直流電圧をＰＷＭ制御することにより、前記糸の張力の目安となる該ソレノイドの前記動作力を制御する駆動制御手段とを備え、
   前記駆動制御手段は、ＰＷＭ周波数の変更が可能であり、
   前記ＰＷＭ周波数として、前記駆動制御手段が前記ソレノイドの動作力をほぼ一定に維持するときの維持用ＰＷＭ周波数と、前記ソレノイドの動作力を変化させるときの変化用ＰＷＭ周波数とを有し、前記維持用ＰＷＭ周波数を５０００Hz以上に設定し、且つ前記変化用ＰＷＭ周波数を３００Hz以下に設定したＰＷＭ周波数設定手段を設けたことを特徴とするミシンの糸調子装置。
2. ソレノイドの動作力がほぼ一定に維持されたか否かを判断する安定状態判断手段を備え、
   ＰＷＭ周波数設定手段は、変化用ＰＷＭ周波数から維持用ＰＷＭ周波数への切り替えを前記安定状態判断手段により前記ソレノイドの動作力がほぼ一定に維持されたことが判断されたことを条件に行なうことを特徴とする請求項１に記載のミシンの糸調子装置。
3. 安定状態判定手段は、変化用ＰＷＭ周波数でのＰＷＭ制御の開始時点から所定時間が経過したことをもってソレノイドの動作力がほぼ一定に維持されたと判断することを特徴とする請求項２に記載のミシンの糸調子装置。
4. 維持用ＰＷＭ周波数及び変化用ＰＷＭ周波数は変更可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のミシンの糸調子装置。

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