JP2697289B2 - ミシンのための駆動装置 - Google Patents

ミシンのための駆動装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はミシンモータの駆動装置に関する。
〔従来の技術〕 従来、生地の極厚物に対応してミシン針の貫通力を増
大させるには、通常の厚さの生地に対応する場合よりも
モータプーリ径を小さくすることによりミシン主軸トル
クの増大を図っていた。また、モータ自体の定格が大き
なものを用いてトルクを増大させていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、モータプーリ径を小さくすることは、
低速でのトルクは増大されるが、最高速度が低下すると
いう問題点があった。また、モータ自体の定格を大きく
することはコストを増加させるという問題点があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、
その目的とするところは、モータ自体の定格を大きくし
たり、再高速度を低下させたりすることなく、低速時の
ミシン針の貫通力を増大させることができるミシンモー
タ駆動装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、本発明のミシンのための
駆動装置は、所定の大きさの駆動電流が通電されて回転
されるミシンモータと、このミシンモータに作動連結さ
れた主軸と、この主軸の回転に従って前進後退されて加
工布に貫通される針とを有するミシンのための駆動装置
であって、 前記ミシンモータの回転数が、前記針が前進して前記
加工布に侵入するときの前記加工布の反力により、所定
の回転数以下となったことを検出するとともに、その検
出結果が前記ミシンモータの回転数が前記所定の回転数
以下となったというものである場合に、前記ミシンモー
タへ、前記ミシンモータの回転数が前記所定の回転数よ
り高いときに前記ミシンモータに通電される電流よりも
大きい電流を、前記針が、停止状態から前記ミシンモー
タへの通電開始により前進を始めるまでの応答時間より
も長い時間の通電と、その後の所定時間の通電遮断とを
繰り返す間欠通電手段を備えている。
〔作用〕
上記のように構成されたミシンのための駆動装置は、
上記間欠通電手段を備えているため、針が加工布の反力
を受けてミシンモータの回転数が所定の回転数以下とな
ったこと、つまり、加工布が厚手のものなどで針が貫通
できなくなったことを検出することができる。
そして、その検出が行われた場合に、ミシンモータ
へ、ミシンモータの回転数が上記所定の回転数より高い
ときにミシンモータに通電される電流よりも大きい電流
を流すことができる。つまり、通常回転のときよりも大
きい電流の流すことにより、針の貫通力を増大させるこ
とができる。
また、上記大きい電流を、針が停止状態からミシンモ
ータへの通電開始により前進を始めるまでの応答時間よ
りも長い時間の通電と、その後の所定時間の通電遮断と
を繰り返すことができる。つまり、針が加工布の反力を
受けて停止した場合は、ミシンモータに通電が開始され
ても、ミシンモータに連結された機構の摩擦力と、加工
布の反力とにより、針が再び前進するまでには、所定時
間を要するが、その所定時間よりも長い時間の通電を行
うことにより、針の加工布への貫通が可能となる。
そして、上記通電とその後の所定時間の通電遮断とを
繰り返すことにより、ミシンモータのトルクを間欠的に
発生されることができ、その結果、針に間欠的に衝撃力
に加えられ、あたかも針を金槌で打つが如き衝撃力が針
に加わり、針の貫通力を増大され、厚手の加工布などの
縫製が可能となる。
〔実施例〕
本発明の実施例について図面を参照し説明する。
第9図において、テーブル1の上には工業用のミシン
2が載置されている。そのミシン2の主軸3はベルト4
を介して前記テーブル1の下に取り付けられた直流モー
タ(ミシンモータ)5と連結されている。その直流モー
タ5のブラケット側方にミシンモータ駆動装置6が取り
付けられ、そのミシンモータ駆動装置6内の入力スイッ
チ等に連桿8を介して足踏みペタル7が連結されてい
る。また、直流モータ5の出力軸に設けられたプーリ9
には電磁ブレーキ19が内蔵されている。
第1図乃至第3図はミシンモータ駆動装置6を示す回
路図である。第2図に示す駆動回路10は電源部11、駆動
素子部12及びフィードバック部13からなる。電源部11は
商用電源を整流するダイオードブリッジ14と、平滑用の
コンデンサー15とにより構成されている。駆動素子部12
は直流モータからなるミシンモータ5の電機子と直列に
接続され電流を断続するパワートランジスタ16と、電機
子と並列に接続されたフリーホイールダイオード17とに
より構成されている。パワートランジスタ16のベース側
の端子PBとエミッター側の電圧端子0AVは第3図に示す
パワートランジスタベース駆動回路20に接続されてい
る。フィードバック部13は電流検出抵抗18からなり、電
流検出抵抗18の一端は接地されている。フィードバック
部13からはミシンモータ5の電機子電圧を検出する電圧
信号Vfと、電機子電流を検出する電流信号Ifとが第1図
に示す制御回路30に送られる。ミシンモータ5には前記
プーリ9に内蔵された電磁ブレーキ19が連結されてい
る。
第3図に示すパワートランジスタベース駆動回路20
は、フォトカプラPhの片側であるフォトトランジスタ21
と、その信号を受けて駆動されるドライバ22と、トラン
ジスタ23とを主な要素とし、制御回路30の発光ダイオー
ド51からの光信号に従ってベース電流を供給し、パワー
トランジスタ16をオンオフする。
第1図に示す制御回路30は、駆動回路10のフィードバ
ック部13からの電圧信号Vfと電流信号Ifとからモータ5
の回転数Nを検出する回転数検出部31、速度指令Sを出
す速度指令部32、回転偏差ΔNを算出する回転偏差部3
3、回転偏差ΔNと電流Iとの整合を取る偏差増幅部3
4、その出力に従ってパルス幅を変調するPWM回路部35、
その出力に従ってパワートランジスタベース駆動回路20
を駆動するフォトカプラ部36、電磁ブレーキ19を駆動す
るブレーキ駆動部37、それに本発明に係わる電流間欠制
御部38からなる。
回転数検出部31では電圧信号Vfから電流信号Ifを差し
引くことにより電機子抵抗等による抵抗降下分を差引
き、モータ回転数Nに相当する電圧を算出する。速度指
令部32は足踏みペタル7の踏込み量に対応したペタル指
令電圧Psを与える公知の回路と、最低速指令電圧Lsを与
える可変抵抗41と、ペタル指令電圧Psと最低速指令電圧
Lsの論理和をとる2つのダイオード42、43からなるオア
回路と、その出力である速度指令電圧Sを0Vに落とすス
イッチ44とからなる。スイッチ44は常時は閉で足踏みペ
タル7が僅かでも踏み込まれると開放される。
回転偏差部33では第1のアンプ45により速度指令電圧
Sとモータ回転数Nとの回転偏差ΔNを算出する。回転
偏差ΔNはツェナーダイオード46によりその負の最高値
が制限される。偏差増幅部34では、第2のアンプ47によ
り回転偏差ΔNから電流信号Ifが差し引かれ、実質的に
モータ5の最大電流を制限する。最大電流は可変抵抗48
により調整される。PWM回路部35では、第1の比較器49
によりキャリア周波数発生器(OS1)50からの三角波と
偏差増幅部34の出力とを比較し、回転偏差ΔNに応じた
パルス幅の矩形波を出力する。キャリア周波数発生器50
の発振周波数は2KHzである。
フォトカプラ部36はフォトカプラPhの片側であるフォ
トダイオード51と、発光ダイオード51を電源に接続する
トランジスタ52を主な要素とする。発光ダイオード51は
パワートランジスタベース駆動回路20のフォトトランジ
スタ21とによりフォトカプラPhを構成している。フォト
カプラ部36では、トランジスタ52がオンのときにPWM回
路部35の出力に従ってフォトダイオード51をオンオフ
し、パワートランジスタベース駆動回路20を介してパワ
ートランジスタ16をオンオフする。
ブレーキ駆動部37は第2の比較器53とトランジスタ54
を主な要素とし、回転偏差ΔNが正に反転したときに電
磁ブレーキ19のコイルに通電しモータ5にブレーキを掛
ける。
本発明に係わる電流間欠制御部38は、低速基準電圧Bs
を与える抵抗55と、その低速基準電圧Bsと回転数検出部
31のモータ回転数Nとを比較しモータ回転数Nの方が低
いときに出力信号を出す第3の比較器56と、その出力信
号が出ているときに方形波を出力する第2の発振器(OS
2)57とからなる。低速基準電圧Bsは最低速指令電圧Ls
より低い値に設定されている。例えば、最低速指令電圧
Lsはミシン主軸3の200回転に、低速基準電圧Bsは60回
転に相当する値に設定される。第3の比較器56の出力は
第2の発振器(OS2)57の入力に接続され、第2の発振
器57の出力はフォトカプラ部36のトランジスタ52のベー
スに接続されている。第2の発振器57の出力がハイレベ
ルのときにトランジスタ52のオフにして発光ダイオード
51の点灯を禁止し、パワートランジスタ16をオフ状態に
する。一方、出力がロウレベルのときはトランジスタ52
はオン状態のままであり、発光ダイオード51はPWM回路
部35の出力に従ってオンオフされる。
上記構成に基づき作動について説明する。
第4図は作動を説明する波形図である。足踏みペタル
7を操作していないときは速度指令部32のスイッチ44が
閉であり、速度指令電圧Sは0Vになり回転偏差ΔNも0
であり、モータ5は停止している。次に、足踏みペタル
7を少し踏み込むと、スイッチ44が開になり、抵抗41か
らの最低速指令電圧Lsが速度指令電圧Sとして入力さ
れ、モータ5は最低速指令電圧Lsに見合った低速回転と
なる。なおこの時、ペタル指令電圧Psは最低速指令電圧
Ls以下の電圧である。
更に、足踏みペタル7を深く踏み込むと、踏み込み量
に対応してペタル指令電圧Psが入力され、モータ回転数
Nとの差が大きくなると回転偏差ΔNの負の値も急激に
大きくなる。回転偏差ΔNの負の最大値はツェナーダイ
オード46により制限される。回転偏差ΔNが負の最大値
の時にモータ電流Iは可変抵抗48で設定された最大値に
なり、モータ5は短時間で加速を完了する。モータ回転
数Nがペダル指令電圧Psに近づくと回転偏差ΔNの負の
値が小さくなり、モータ電流Iも小さくなってペダル指
令電圧Psに見合った回転数Nを持続する。モータ電流I
は2KHzのPWM制御により制御されている。
次に、足踏みペタル7を浅い位置に戻すと、速度指令
電圧Sは最低速指令電圧Lsに戻り、回転偏差ΔNが反転
して正の値となり、ブレーキ駆動部37が作動し、電磁ブ
レーキ19のコイルに通電してモータ5にブレーキをかけ
る。モータ回転数Nが落ちて回転偏差ΔNの正の値が小
さくなると電磁ブレーキ19が解除され、再び回転偏差Δ
Nが小さな負の値となってモータ電流Iが流れ、低速回
転を持続する。ここまでの動作は従来の装置と同じであ
る。
この最低速指令電圧Lsに対応した低速回転中にモータ
負荷が急増したときは、例えば、縫製途中で急に布厚が
厚くなったり、芯のある部分を縫い始めたりしたとき
は、モータ回転数Nが落ちて回転偏差ΔNの負の値が急
増し最大値に制限された最大電流がモータ5に流れる。
この時、モータ5は最大トルクを出すが、それにも増し
て負荷が重い時はさらにモータ回転数Nが落ちる。従来
の装置であれば、このとき最大電流で最大トルクを維持
するのみであるから、負荷が重いとミシン針が布を貫通
できずモータ5は停止してしまう。
本実施例装置では、この様な場合に電流間欠制御部38
が作動する。即ち、モータ回転数Nが低速基準電圧Bsよ
り下がると第3の比較器56の出力が正となり、第2の発
振器(OS2)57が作動して25Hzの周波数の方形波を出力
する。第2の発振器57の出力がハイレベルの時はフォト
カプラ部36のトランジスタ52をオフにして発光ダイオー
ド51の点灯を禁止し、パワートランジスタ16をオフ状態
にする。第2の発振器57の方形波の周期は40msecであ
り、キャリア周波数発生器(OS1)50のキャリア周波数2
KHzの周期0.5msecに比べて極めて長い。このため、パワ
ートランジスタ16がオフ状態の間にフリーホイールダイ
オード17を流れるモータ電流Iが減衰し、殆ど0に落ち
る。また、第2の発振器57の出力がロウレベルでフォト
カプラ部36のトランジスタ52がオンの間は、PWM制御に
よりモータ電流Iは最大電流値に制御される。
この様にして、ミシンモータ5のモータ駆動電流Iが
0から最大電流値の間で断続される。このため、ミシン
モータ5のトルクも間欠的に発生する。その結果、第10
図に示すように、針の速度Nsは、第2の発振器57の出力
Svがハイレベルである20msecの間に、即ち、モータ駆動
電流Iの供給が禁止されている間に最小値に達する。一
方、針の速度Nsは、第2の発振器57の出力Svがロウレベ
ルである20msecの間に、即ち、モータ駆動電流Iの供給
が許容されている間に最大値に達する。また、ミシンモ
ータ5の動力を針に伝達する機構、即ち、プーリ9A,ベ
ルト4,プーリ9B,主軸3及び主軸3の回転を針の上下動
に変換する機構のイナーシャと、ベルト4の伸縮と、加
工布の反力が原因で、モータ駆動電流Iの供給が禁止さ
れても、約10msecの間、針は上昇を開始しない。一方、
モータ駆動電流Iの供給が許容されても、約10msecの
間、針は下降を開始しない。
本実施例においては、40msecの周期で方形波を出力す
る第2の発振器57を使用することにより、モータ駆動電
流Iの供給を禁止する時間と、モータ駆動電流Iの供給
を許容する時間とをそれぞれ10msecよりも長い20msecに
設定している。従って、ミシン針が加工布に当接した状
態でモータ駆動電流Iを0とすることで、加工布からの
反力によりミシン針が僅かに上昇する。その後、モータ
駆動電流Iを最大とすることで、ミシン針が加工布の反
力に抗して下降する。この結果、ミシン針に間欠的に衝
撃的な力が加えられあたかも釘を金槌で打つが如き衝撃
力がミシン針に加わり、ミシン針の貫通力が増大する。
電流間欠制御部38が作動するのは、モータ回転数Nが
低速基準電圧Bsより低いという条件である。この条件
は、最低速指令電圧Lsが最低速指令速度であることか
ら、ミシンモータ5が低速回転中であり、且つ、ミシン
モータ5への負荷が過大であるという2つの条件を満た
す場合である。即ち、第3の比較器56は低速検出手段と
高負荷検出手段とを兼ね、第2の発振器57は間欠通電手
段を構成する。
ミシン針の貫通力が増大してミシン針が布を貫通する
と、モータ回転数Nは再び上昇し、回転偏差ΔNの負の
値が小さくなってモータ電流Iが減少し、最低速指令電
圧Lsでの低速回転が続行される。やがて、足踏みペタル
7から足を外すと、速度指令部32のスイッチ44が閉じら
れ、速度指令電圧Sは0Vになり電磁ブレーキ19が掛かっ
てモータ5が停止する。
以上説明した実施例の効果を確認するため縫製テスト
を実施した。縫製テストは極厚物用の針と糸を用い、2
本針のミシンによる2本縫いにより特殊な固い布地を何
枚まで重ねて縫製できるかを調べた。即ち、固い布地か
らなるテスト生地を2枚から12枚まで重ねてそれぞれ50
回縫製し、その内、何回ミシン針の貫通に失敗したかを
調べた。この結果、従来のモータ駆動装置を用いたミシ
ンでは、テスト生地が2枚から4枚までは全てミシン針
が貫通したが、テスト生地が6枚から8枚では1回から
10回の貫通失敗が発生し、10枚から12枚では11回以上の
貫通失敗が発生した。これに対して、本実施例のモータ
駆動装置を用いたミシンでは、テスト生地を2枚から12
枚まで重ねたいずれの場合も1回も貫通失敗が発生せ
ず、全てミシン針が貫通した。このように、本実施例に
よる貫通力の増加は極めて顕著であった。
以上説明した実施例では、ミシンモータ5が低速回転
中であり、且つ、ミシンモータ5への負荷が過大である
という2つの条件を、モータ回転数Nが最低速指令電圧
Lsより低く設定された低速基準電圧Bsよりさらに低くな
ったという要件により判別し、間欠通電手段を作動せし
めたが、間欠通電手段を作動させる条件を判別する方法
には種々のものが考えられる。
第5図は第2の実施例の制御回路を示す回路図であ
る。駆動回路10及びパワートランジスタベース駆動回路
20は第2図及び第3図と同じである。この実施例では速
度指令が最低速指令電圧Lsであり、且つ、回転偏差ΔN
の負の値が拡大したという2つの要件により間欠通電手
段を作動させる条件を判別している。図中において第1
図と同じ部分は同じ符号を付して説明を省略する。本実
施例では、第1図の電流間欠制御部38に代わり第2の電
流間欠制御部60が設けられている。第2の電流間欠制御
部60は25Hzの周波数の方形波を出力する第2の発振器
(OS2)61と、回転偏差ΔNの負の値が過大であること
を検出する第4の比較器62と、速度指令が最低速指令電
圧Lsであることを検出する第5の比較器63と、分圧抵抗
64からなる。
第6図は作動を説明する波形図である。通常の加減速
時の作動は第4図と同じであるから説明を省略する。第
4の比較器62は回転偏差ΔNが分圧抵抗64で与えられる
所定値以上の負の値になったときにハイレベルになる。
第5の比較器63は抵抗41から与えられる最低速指令電圧
Lsと速度指令電圧Sを比較し、最低速指令電圧Lsの方が
高くなったときに出力がハイレベルになる。これは、最
低速指令電圧Lsよりペタル指令電圧Psが低い時はダイオ
ード43の順方向電圧降下分だけ速度指令電圧Sが最低速
指令電圧Lsより低くなることを利用している。そして、
第4の比較器62、第5の比較器63及び第2の発振器61の
全てがハイレベルになった時にフォトカプラ部36のトラ
ンジスタ52をオフにして発光ダイオード51の点灯を禁止
し、モータ電流を断続する。
上記実施例において、第4の比較器62はミシンモータ
5への負荷が過大であることを検出する高負荷検出手段
を、第5の比較器63はミシンモータ5が低速回転中であ
ることを検出する低速検出手段をそれぞれなしている。
また、第2の発振器61はモータ電流Iをミシンモータ5
の応答時間より長い周期で間欠的に通電させる間欠通電
手段を構成している。
第7図は第3の実施例の制御回路を示す回路図であ
る。この実施例では速度指令が最低速指令電圧Lsであ
り、且つ、モータ電流Iが増大したという2つの要件に
より間欠通電手段を作動させる条件を判別している。図
中において第1図と同じ部分は同じ符号を付して説明を
省略する。本実施例では、第1図の電流間欠制御部38に
代わり第3の電流間欠制御部70が設けられている。第3
の電流間欠制御部70は作動時間20msecのワンショトマル
チバイブレータからなる2つのタイマー71、72と、速度
指令が最低速指令電圧Lsであることを検出する第5の比
較器63と、電流信号Ifを増幅する第3のアンプ73と、増
幅された電流信号が所定電圧値Viより大であることを検
出する第6の比較器74と、所定電圧値Viを与える分圧抵
抗75とからなる。所定電圧値Viは電流制限値より若干低
い値に相当するように設定されている。
第8図は作動を説明する波形図である。通常の加減速
時の作動は第4図と同じであるから説明を省略する。第
5の比較器63は抵抗41から与えられる最低速指令電圧Ls
と速度指令電圧Sとを比較し、最低速指令電圧Lsの方が
高くなったときに出力がハイレベルになる。第6の比較
器63はモータ電流Iが電流制限値近くまで増大した時に
出力がハイレベルになる。従って、速度指令が最低速指
令電圧Lsで、且つ、モータ電流Iが電流制限値近くまで
増大した時に第1のタイマー71がトリガされ、20msec後
に第2のタイマー72がトリガされる。第2のタイマー72
が作動し出力がハイレベルになった20msecの間、フォト
カプラ部36のトランジスタ52をオフにして発光ダイオー
ド51の点灯を禁止し,モータ電流Iを遮断する。そし
て、モータ電流Iはオンオフそれぞれ20msec毎の40msec
の周期でオンオフを繰り返す。
上記実施例において、第6の比較器74はミシンモータ
5への負荷が過大であることを検出する高負荷検出手段
を、第5の比較器63はミシンモータ5が低速回転中であ
ることを検出する低速検出手段をそれぞれなしている。
また、2つのタイマー71、72はモータ電流Iをミシンモ
ータ5の応答時間より長い周期で間欠的に通電させる間
欠通電手段を構成している。
以上、種々の実施例について説明したが、本発明はこ
れらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載した
特徴事項から逸脱することなく種々の変形例が可能であ
る。例えば、マニュアルスイッチを設けてマニュアルス
イッチが操作されたときのみモータ電流をミシンモータ
応答時間より長い周期で間欠的に通電させるようにし、
ミシンがロックしそうなときに作業者がマニュアルスイ
ッチを操作するようにしてもよい。また、貫通力を最も
必要とするのは縫製の最初の1針であるから、足踏みペ
タル7が踏み込まれてから最初の数運針の間のみモータ
電流を間欠的に通電させるようにしてもよい。あるい
は、ミシンモータが低速運転中は常時モータ電流を間欠
的に通電させるようにしてもよい。
〔発明の効果〕
上述したように、本発明のミシンのための駆動装置に
よれば、針が加工布の反力を受けて停止した場合であっ
ても、ミシンモータの回転数の低下の検出に基づいて、
通常回転時よりも大きい電流を、針が停止状態から通電
されて前進するまでに要する時間よりも長い時間、ミシ
ンモータに通電することと、その後の所定時間の通電遮
断とを繰り返すことができる。つまり、針に間欠的な衝
撃力を加えることができる。
従って、ミシンモータ自体の定格を大きくしたり、最
高速度を低下させたりすることなく、低速時の針の貫通
力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示し、第1図、第2図、第3図
は第1の実施例を示す回路図、第4図は作動を説明する
波形図、第5図は第2の実施例の制御回路を示す回路
図、第6図は作動を説明する波形図、第7図は第3の実
施例の制御回路を示す回路図、第8図は作動を説明する
波形図、第9図はミシンを示す正面図、第10図はモータ
駆動電流と針の速度との関係を説明する波形図である。 5……ミシンモータ、16……パワートランジスタ、21…
…フォトトランジスタ、38、60、70……電流間欠制御
部、51……フォトダイオード、52……トランジスタ、56
……第3の比較器、57……第2の発振器(OS2)。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の大きさの駆動電流が通電されて回転
    されるミシンモータと、このミシンモータに作動連結さ
    れた主軸と、この主軸の回転に従って前後後退されて加
    工布に貫通される針とを有するミシンのための駆動装置
    であって、 前記ミシンモータの回転数が、前記針が前進して前記加
    工布に侵入するときの前記加工布の反力により、所定の
    回転数以下となったことを検出するとともに、その検出
    結果が前記ミシンモータの回転数が前記所定の回転数以
    下となったというものである場合に、前記ミシンモータ
    へ、前記ミシンモータの回転数が前記所定の回転数より
    高いときに前記ミシンモータに通電される電流よりも大
    きい電流を、前記針が、停止状態から前記ミシンモータ
    への通電開始により前進を始めるまでの応答時間よりも
    長い時間供給する通電と、その後の所定時間の通電遮断
    とを繰り返す間欠通電手段を備えたことを特徴とするミ
    シンのための駆動装置。
  2. 【請求項2】前記通電遮断の前記その後の所定時間は、
    前記通電の終了から前記針が停止するまでの時間よりも
    長い時間であることを特徴とする請求項1に記載のミシ
    ンのための駆動装置。
  3. 【請求項3】前記通電遮断の前記その後の所定時間は、
    前記通電の終了から前記針が加工布の反力により、後退
    を始めるまでの時間よりも長い時間であることを特徴と
    する請求項1に記載のミシンのための駆動装置。
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