JPH07171286A - ミシンの下糸検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 縫製時にボビンの下糸残量を正確に検出する
ことを可能とする。 【構成】 光電センサ部から出力される下糸の単位長さ
当りのパルス信号数を、閾値と比較してボビンの下糸残
量を判定する下糸残量判定部４が、同一長さの縫製物を
繰返して縫製する際、１枚の縫製物の縫製開始から終了
までの１縫製サイクルに要する下糸消費長さと、予め求
めてあるボビン１段分の下糸長さとから、ボビン１段分
の下糸長さで縫える可縫枚数を算出する可縫枚数計算部
１０と、順次実行する各縫製サイクル毎に検出されるパ
ルス信号数を、１縫製サイクル進む毎に上記可縫枚数分
を単位に順次平均して平均パルス信号数を算出するパル
ス信号数平均部１２と、閾値を算出し、設定する閾値計
算・設定部１４と、算出された平均パルス信号数と予め
設定されている閾値とを比較して下糸残量を判定する比
較・判定部１６とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縫製中にボビンに巻か
れている下糸の残量を検知するためのミシンの下糸残量
検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、本縫いミシンなどの下糸ボビン
に巻装し得る下糸量は小量であり、比較的短時間で消費
されるため頻繁に下糸残量の確認を行う必要があるが、
その確認をその都度ミシン頭部を倒して行っていたので
は作業能率の低下を招く。そのため、下糸残量が一定量
以下になった時点で光学的にこれを自動検知する装置が
従来より用いられている。

【０００３】このようなミシンの下糸残量を光電的に検
出する下糸残量検知装置は、例えば図３に示すように、
下糸ボビン１のフランジ部に形成されている透孔の通過
を検知する光電センサ部２と、その出力信号からノイズ
成分を除去するフィルタ部３と、その出力信号から下糸
ボビン１の回転数を測定して、ボビンから繰り出された
下糸の長さと対応させてその下糸ボビン１に巻かれてい
る下糸の残量を判定する下糸残量判定部４とによって構
成されている。

【０００４】なお、５はミシン頭部であり、そのベット
６内に針７と対向して釜が設けられており、図４に示す
ような下糸ボビン１に下糸が巻装されて、図５に示すボ
ビンケース８内に回転自在に収納されて上記の釜に装填
されるようになっている。

【０００５】標準品の下糸ボビン１は、図４に示すよう
に下糸を巻装する軸部１a の両端に対向してフランジ部
１b 、１c を有し、そのフランジ部１b 、１c には軸部
１aと同心の円周上にそれぞれ中心を有する複数の透孔
１d が等間隔で形成されている。そして、下糸の繰り出
しによってこの下糸ボビン１がボビンケース８内で回転
する際、図５に示すようにボビンケース８の窓部８a を
透孔１d が通過する。

【０００６】そこで、図示しない発光素子による光を投
光用光ファイバ２a を通して窓部８a に投光し、その反
射光を受光用光ファイバ２b を通して受光素子へ導くこ
とによって、下糸ボビン１の回転による透孔１d の通過
を電気信号として検出する。

【０００７】図３の光電センサ部２は、図５に示した投
光用光ファイバ２a 及び受光用光ファイバ２b と、図示
しない発光素子及び受光素子、並びにその発光素子の駆
動回路と受光素子による信号検出回路等からなる。

【０００８】この光電センサ部２からの出力信号は、図
６に示すように透孔１d を検出している時にハイレベ
ル、フランジ１b を検出している時にはローレベルのパ
ルス信号となる（ハイレベルとローレベルが逆であって
もよい）が、上下動する針７の影響や糸の渡り、下糸ボ
ビン１のブレなどにより、下糸ボビン１の回転とは無関
係な不用波（ノイズ成分）が含まれるため、フィルタ部
３のローパスフィルタによってそのノイズ成分を除去し
た後、コンパレータで波形成形してノイズ成分のない図
６に示すような矩形波パルスにして出力する。

【０００９】このパルス信号に基づき、下糸残量判定部
４は前記透孔１d の数に関連して下糸ボビン１の回転数
をカウントすることにより測定回転数を求め、その測定
回転数と予め縫製によってボビンが引き出される下糸の
長さに関連して設定した最小下糸残量における下糸ボビ
ンの回転数とを比較して、測定回転数が設定回転数を上
回った時点で下糸残量不足が発生したと判定して、それ
を表示あるいは報知音の発生などによって作業者に知ら
せるようになっている。

【００１０】従来、上記最小下糸残量（目標下糸残量）
に達したか否かの判定は、下糸が消費され、糸巻径が減
小していくに従ってボビンの回転数が増大し、これに伴
って増大する検出パルス信号の数に閾値を設定して行っ
ていた。

【００１１】即ち、ある一定の針数（Ｎ針）で縫製した
際に得られるボビンの回転信号（パルス信号）をカウン
トした値を１つのデータ（Ｐn ）とし、縫製中にこれら
のデータの平均値（Ｐ_AVE ＝ΣＰn ／n ）がある一定の
レベル（閾値Ｐ_TH）を超えた時、目標下糸残量に達した
と判定する。

【００１２】この判定に用いる閾値は、以下のように設
定する。Ｎ針当りの下糸の理論的な消費量（Ｌ［mm］）
は、縫製状態における上糸と下糸との関係を、布を省略
して図７に示したように、縫いピッチをp ［mm］、布厚
をt ［mm］とすると、次の（１）式で与えられる。この
（１）式で、２×（t ／２）は、布の半分の厚さまでの
往復長さを表わしている。

【００１３】 Ｌ＝Ｎ｛p ＋２×（t ／２）｝ ＝Ｎ（p ＋t ） …（１）

【００１４】又、ボビンの下糸巻径をＤ［mm］とする
と、単位長さ当りのボビン回転信号のパルス数Ｃ［pls
／mm］は、ボビン１回転当りのボビン回転信号パルス数
をＢpとすると、次の（２）式で与えられる。

【００１５】 Ｃ＝Ｂp ／（πＤ） …（２）

【００１６】従って、ボビンの下糸巻径Ｄ［mm］の時に
得られるＮ針（下糸Ｌ［mm］）当りのパルス信号数Ｐ
（Ｄ）は、（３）式で与えられる。

【００１７】 Ｐ（Ｄ）＝ＣＬ ＝Ｂp Ｎ（p ＋t ）／（πＤ） …（３）

【００１８】ここで、Ｂp Ｎ（p ＋t ）／π＝a （定
数）とおくと、ボビンの下糸巻径Ｄ［mm］は、次の
（４）式となり、Ｐ（Ｄ）を計測することによって、そ
の時点でのボビンの下糸巻径Ｄが得られる。

【００１９】 Ｄ＝a ／Ｐ（Ｄ） …（４）

【００２０】従来は、下糸残量をＲ［mm］とすると、こ
の値は糸の直径が微小であることから、下糸巻径Ｄの変
化に対して直線的に変化していくとして、上記（４）式
の下糸巻径Ｄを下糸残量Ｒに置き換えた次の（５）式で
求まるＰ（Ｒ）を閾値として設定し、このＰ（Ｒ）を変
えることにより任意の下糸長さを判定できるとしてい
た。

【００２１】 Ｒ＝b ／Ｐ（Ｒ） …（５） （b ：定数）

【００２２】ところが、ボビンには、図８に１段目のみ
に下糸が巻かれている状態を模式的に示すように、２段
目以上にも同様に巻かれ、下糸ＤＴがほぼ段階的に巻か
れており、従って下糸巻径Ｄもステップ状に変化してい
ると考えられる。この傾向は糸径が大きくなる程顕著に
なる。

【００２３】このボビンの糸巻状態を計算で求めると図
９に破線で示すようになる。この図９に示すグラフは、
縦軸が右側に示す下糸巻径Ｄと左側に示すボビン信号の
パルス数Ｐであり、横軸が下糸残り長さである。下糸巻
径は１〜５段目がそれぞれr０〜r ４であるとし、破線
は下糸残り長さ０の位置から巻かれ、ボビン１段分の下
糸長さＬＸ（Ｘ＝０〜４）毎に階段状に下糸巻径Ｄが増
大していくことを示している。

【００２４】このように、ボビン１には糸が階段状に巻
かれていることから、同一長さの縫製物、例えばワイシ
ャツのポケット部分を繰り返し縫製する場合、各縫製物
の縫製中に下糸の単位長さ当りに検出されるボビン信号
のパルス数Ｐをプロットすると、計算上は図中●で示す
ように下糸巻径に準じて階段状に推移することになる。

【００２５】なお図９では、下糸巻径とボビン信号のパ
ルス数の単位は便宜上一致するように相対的に設定され
ている。又、●と●との間は１枚の縫製物を縫製する１
サイクル当りに消費される下糸長さを表わし、図中１枚
〜１２枚は、１枚分の下糸消費長さを単位として、下糸
の巻き始め位置から順にプロットしたときの枚数を表わ
している。

【００２６】上記図９に示したようにパルス信号数が階
段状に推移している場合には、前述したように下糸残量
を検出するための閾値Ｐ_THを、例えば同図に示すように
一定値として設定すると、検出パルス数がこの閾値Ｐ_TH
を超えると、下糸の残り長さはボビン１段分であるとし
て、例えばその後１枚分の下糸長さが消費された時点で
目標の下糸残量に達したと判定することにより、ほぼ一
定の下糸残量の検出を行うことができる。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように固定した１つの閾値Ｐ_THを用いて判定する下糸残
量検知装置によっては、検出される下糸残量にばらつき
があった。その理由を詳細に検討したところ、実際の縫
製時には、ボビン信号のパルス数は、上述したような階
段状の推移はしていないことにあることが明らかになっ
た。これを、便宜上前記図８を用いて説明すると、下糸
ＤＴは縫製中にボビンケースのばねの部分（下糸引出
点）a を支点にして、b （右端）からc （左端）、c か
らb への往復運動を繰り返しているが、下糸ＤＴにかか
る張力はボビン１に対する下糸のベクトルの関係からb
の位置の時に最も大きく、c の位置の時に最も小さくな
る。即ち、下糸の張力が、前記図９に付記したように丁
度折り返し位置で最大値（Ｈ）又は最小値（Ｌ）をとる
と考えられる。

【００２８】従って、上糸に対して下糸の張力が略一定
の幅で周期的に変動していることになるが、下糸の張力
の大小によって前記図７に示した下糸ＤＴと上糸ＵＴが
交差する点ＣＰの位置が変動することになり、その結
果、前記（１）式における２×（t ／２）の実際の値は
変動していることになるため、同様に下糸の消費量も周
期的に変動し、張力が大きい程交差点ＣＰが下方に引張
られるので下糸の消費量は小さくなると考えられる。

【００２９】図１０は、上述した下糸張力の変動による
下糸の消費量の変動を考慮して前記図９に点線で示した
階段状に変化する検出パルス信号数の軌跡を再計算した
もので、実線は図８のc 側から、破線は同図のb 側から
下糸を巻き始めたボビンを用い、図中５段目の左端位置
の糸部からそれぞ縫製を開始したとした場合のボビン信
号のパルス数の推移を示したものであり、実際の縫製中
もこれに近似した推移をしていることが明らかとなっ
た。以下、この実測データについて説明する。

【００３０】図１１（Ａ）は実際に使用したボビン１を
示し、図１２はこのボビン１を使用して下糸張力を実測
した結果を示す。この図１２は、横軸が図１１（Ａ）の
c →b に当る軸方向距離［mm］で、縦軸が実測張力比率
である。

【００３１】上記図１２から明らかなように、ボビン１
上の糸を引出す位置によって下糸ＤＴに係る実測張力が
大きく変化していることが判る。なお、このボビン１で
は、図１１（Ａ）に示すように下糸引出点a が、左端c
点の垂直上方よりやや右側にずれているため、d 点が該
引出点a に対して垂直下方に位置している。そのため、
上記図１２では、上記d 点で図１１（Ｂ）に示す最小張
力Ｔとなり、b 点で同図（Ｃ）に示すように、Ｔに横方
向の成分t が加わるため、最大張力Ｔ′となり、又、Ｃ
点では横方向成分が若干加わるために最小張力Ｔよりや
や大きくなっている。

【００３２】実際に、上記ボビン１を用いて、縫製サイ
クル毎にパルス信号数を測定したところ、図１３に示す
ように、前記図１０に示した計算結果に近似した結果が
得られた。

【００３３】従って、従来のように閾値Ｐ_THを、例えば
図１３に示すように一点に固定して下糸残量を検出する
場合には、ボビン１に巻かれた下糸の消費量が増減を繰
り返しているので、実線の場合は閾値を超える時点が２
箇所存在することになり、これが従来の検出で下糸残量
がばらついていた原因になっていたと考えられる。

【００３４】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、縫製時にボビンの下糸残量を正確に
検出することができるミシンの下糸残量検知装置を提供
することを課題とする。

【００３５】

【課題を解決するための手段】本発明は、縫製時に下糸
が繰り出されるに従ってボビンケース内で回転するボビ
ンのフランジ部に形成されている透孔の通過を検出する
光電センサ部と、下糸の単位長さ当りに該光電センサ部
から出力されるパルス信号数を、閾値と比較してボビン
の下糸残量を判定する下糸残量判定部とを備えたミシン
の下糸検知装置において、下糸残量判定部が、同一長さ
の縫製物を繰返して縫製する際、１枚の縫製物の縫製開
始から終了までの１縫製サイクルに要する下糸消費長さ
と、予め求めてあるボビン１段分の下糸長さとから、ボ
ビン１段分の下糸長さで縫える可縫枚数を算出する手段
と、順次実行する各縫製サイクル毎に検出されるパルス
信号数を、１縫製サイクル進む毎に上記可縫枚数分を単
位に順次平均して平均パルス信号数を算出する手段と、
算出された平均パルス信号数と予め設定されている閾値
とを比較して下糸残量を判定する手段と、を有する構成
としたことにより、前記課題を解決したものである。

【００３６】

【作用】本発明者等は、種々検討した結果、縫製サイク
ル毎に単位下糸消費長さ当りに検出されるパルス信号数
を、可縫枚数分加算すると共に、その和を可縫枚数で割
って平均パルス信号数を求める操作を、縫製の順番に１
サイクルずつ繰り下げながら行うことにより、縫製時に
下糸に働く張力の影響を減少させることができることを
知見した。

【００３７】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、１縫製サイクルに要する下糸消費長さと、予め求
めてあるボビン１段分の下糸長さとから、同長さで縫え
る可縫枚数を算出すると共に、順次実行する各縫製サイ
クル毎に検出されるパルス信号を、１サイクル進む毎に
上記可縫枚数分を単位に順次平均して平均パルス信号を
算出し、その平均パルス信号と予め設定されている閾値
とを比較して下糸残量を判定するようにしたので、縫製
時に生じる下糸張力の影響を減少させることが可能とな
り、変動の小さいパルス信号数で判定することが可能と
なる。

【００３８】従って、本発明によれば、閾値を固定値と
して設定し、平均パルス信号数が該閾値を超えた時点
で、又はその時点から所定の枚数（例えば１枚）の縫製
が終了した段階で止めるようにすれば、正確に目標の下
糸残量で停止させることが可能となる。

【００３９】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００４０】図１は、本発明に係る一実施例の下糸検知
装置が備え得る下糸残量判定部の要部構成を示すブロッ
ク図である。

【００４１】本実施例の下糸残量検知装置は、下糸残量
判定部が以下に説明する図１に示す機能構成を備えてい
る以外は、前記図３に示したものと実質的に同一であ
る。

【００４２】本実施例に適用される下糸残量判定部４
は、同一長さの縫製物を繰返して縫製する際に下糸残量
を判定する機能を有し、以下に説明する可縫枚数計算部
１０と、パルス信号数平均部１２と、閾値計算・設定部
１４と、比較・判定部１６とで構成されている。

【００４３】可縫枚数計算部１０は、１枚の縫製物の縫
製開始から終了までの１縫製サイクルで消費される下糸
消費長さと、予め求めてあるボビン１段分の下糸長さと
から、ボビン１段分の長さの糸で縫える可縫枚数を算出
する機能を有している。ここで、１段分の下糸長さは、
例えば各巻段について実測し、それを平均して求められ
た長さとすることができる。

【００４４】パルス信号数平均部１２は、順次実行する
各縫製サイクル毎に光電センサ部２で検出されるパルス
信号数を、１縫製サイクル進む毎に上記可縫枚数分を単
位に順次平均して平均パルス信号数を算出する機能を有
している。

【００４５】これを具体的に説明すると、可縫枚数をm
とすると、縫製開始後、各糸巻段毎に単位下糸長さ当り
に順次検出されるパルス数をＰ1 、Ｐ2 ・・・Ｐm 、Ｐ
m+1・・・とすると、次の（６）式で示すように、m サ
イクル分を単位に１サイクルずつ順次移動させながら平
均をとって平均パルス信号数Ｐ_A1、Ｐ_A2、・・・の如く
算出する。

【００４６】 Ｐ_A1＝（Ｐ1 ＋Ｐ2 ＋・・・＋Ｐm ）／m Ｐ_A2＝（Ｐ2 ＋Ｐ3 ＋・・・＋Ｐm+1 ）／m ・ ・ …（６）

【００４７】閾値計算・設定部１４は、目標下糸残量に
当たる閾値を計算し、設定する機能を有している。ここ
では、例えば、目標下糸残量について、前記（５）式か
ら求まるパルス信号数Ｐ（Ｒ）を求め、それを閾値Ｐ_TH
として設定する。

【００４８】比較・判定部１６は、前記平均パルス信号
数が、設定した閾値を超えた時点を目標下糸残量と判定
する機能を有している。

【００４９】次に、本実施例の作用を実測されるパルス
信号数が前記図１３のように推移する場合について説明
する。

【００５０】まず、可縫枚数計算部１０で可縫枚数m を
計算する。図１３の場合はm ＝３である。

【００５１】又、閾値計算・設定部１４で、前記（５）
式を用いて予め目標下糸残量に相当するパルス信号数を
求め、それを閾値Ｐ_THとして設定しておく。

【００５２】縫製時に前記光電センサ部２で検出された
パルス信号が、フィルタ部３を通して下糸残量判定部４
に入力されると、そのパルス信号数はパルス信号数平均
部１２で前記（６）式により平均化され、平均パルス信
号数が算出される。これは、前記図１３に示した実線の
場合であれば次式で与えられる。

【００５３】 Ｐ_A1＝（Ｐ1 ＋Ｐ2 ＋Ｐ3 ）／３ Ｐ_A2＝（Ｐ2 ＋Ｐ3 ＋Ｐ4 ）／３ Ｐ_A3＝（Ｐ3 ＋Ｐ4 ＋Ｐ5 ）／３ ・ ・

【００５４】上記平均部１２で算出された平均パルス信
号数Ｐ_A1、Ｐ_A2・・・は、比較・判定部１６に入力さ
れ、該比較・判定部１６で前記閾値Ｐ_THと比較される。
ここでは、縫製サイクル毎に検出される実測パルス信号
数を用いて順次算出される平均パルス信号数が、設定さ
れている閾値Ｐ_THを超えた時点で、目標下糸残量に達し
たとして、作業者に知らせる。

【００５５】図２は、前記図１３に示した実測パルス信
号数について前記（６）式を用いて平均パルス信号数を
算出し、図１３と同様にそれぞれ下糸残量０迄の残り枚
数に対してプロットした結果であり、○は点線の場合、
×は実線の場合である。

【００５６】このように各縫製サイクル毎にパルス信号
数を検出すると共に、前記（６）式で平均パルス信号数
を算出すると、上記図２に示されるように、この平均パ
ルス信号数は、前記図１３の実測パルス信号数に比較
し、実線及び破線のいずれの場合も略右上がりの推移を
示し、張力の影響が減少していることが分る。

【００５７】従って、本実施例によれば、実線の場合で
あれば、例えば閾値Ｐ_TH＝３１０として設定することに
より、残り枚数２の段階で下糸残量を正確に検出するこ
とができる。

【００５８】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施例に示したものに限られるもの
でなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であ
る。

【００５９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、縫
製時にボビンの下糸残量を正確に検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の下糸検知装置の要部構
成を示すブロック図

【図２】本発明の作用を説明するための線図

【図３】下糸残量検知装置が適用されるミシンの概略構
成を示すブロック図

【図４】下糸ボビンの斜視図及び正面図

【図５】ボビンケースと光電センサ部の投光用及び受光
用光ファイバを示す斜視図

【図６】光電センサ部から出力されるパルス信号の幅と
ボビン回転速度の関係を示す線図

【図７】縫製状態における上糸と下糸の関係を示す線図

【図８】ボビンと下糸の関係を示す概略断面図

【図９】ボビンの下糸巻段と縫製時のパルス信号数との
関係を示す線図

【図１０】ボビンの下糸巻段と縫製時の張力の影響を考
慮したパルス信号数との関係を示す線図

【図１１】実測に使用したボビンと、該ボビンにおける
下糸張力の関係を示す説明図

【図１２】上記ボビンについて実測された下糸張力の軸
方向変化を示す線図

【図１３】縫製サイクル毎に実測されたパルス信号数の
推移を示す線図

【符号の説明】

１…ボビン １a …軸部 １b 、１c …フランジ部 １d …透孔 ２…光電センサ部 ２a …投光用光ファイバ ２b …受光用光ファイバ ３…フィルタ部 ４…下糸残量判定部 ５…ミシン頭部 ６…ベット ７…針 ８…ボビンケース １０…可縫枚数計算部 １２…パルス信号数平均部 １４…閾値計算・設定部 １６…比較・判定部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】縫製時に下糸が繰り出されるに従ってボビ
   ンケース内で回転するボビンのフランジ部に形成されて
   いる透孔の通過を検出する光電センサ部と、下糸の単位
   長さ当りに該光電センサ部から出力されるパルス信号数
   を、閾値と比較してボビンの下糸残量を判定する下糸残
   量判定部とを備えたミシンの下糸検知装置において、 下糸残量判定部が、同一長さの縫製物を繰返して縫製す
   る際、１枚の縫製物の縫製開始から終了までの１縫製サ
   イクルに要する下糸消費長さと、予め求めてあるボビン
   １段分の下糸長さとから、ボビン１段分の下糸長さで縫
   える可縫枚数を算出する手段と、 順次実行する各縫製サイクル毎に検出されるパルス信号
   数を、１縫製サイクル進む毎に上記可縫枚数分を単位に
   順次平均して平均パルス信号数を算出する手段と、 算出された平均パルス信号数と予め設定されている閾値
   とを比較して下糸残量を判定する手段と、を有している
   ことを特徴とするミシンの下糸検知装置。