JP5059389B2 - ミシンの下糸張力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ミシンの下糸張力制御装置に関する。

従来から、縫い針に通された上糸と釜に保持されたボビンの下糸を絡めて縫い目を形成するミシンが知られている。このようなミシンにおいて、縫製速度の変化に応じて下糸に付与する張力を変えるため、図５に示すような下糸張力制御装置１００が提案されている。
図５に示すように、下糸張力制御装置１００には、中釜１０１に保持されるボビン１０２のボビンケース１０３内に永久磁石１０４が設けられ、この永久磁石１０４に対向する位置に当該永久磁石１０４から離間させて電磁石１０５が設けられている。そして、電磁石１０５に通電することにより電磁石１０５の周囲に磁界を発生させると、永久磁石１０４は電磁石１０５の磁界の影響を受けて、電磁石１０５に対して離間又は接近するように移動する。永久磁石１０４が電磁石１０５から離間すると、永久磁石１０４は皿ばね１０６を介して下糸が巻き付けられたボビン１０２を中釜１０１の底部に向けて押さえつけるのでボビン１０２は中釜１０１との摩擦により回転速度が落ち、下糸に張力がかかる。一方、永久磁石１０４が電磁石１０５に接近すると、永久磁石１０４は皿ばね１０６を押すことがないので、下糸が巻き付けられたボビン１０２は中釜１０１の底部に向けて押さえつけられることがなく、ボビン１０２は中釜１０１との摩擦の影響を受けることなく回転速度を維持し、下糸に張力はかからない。
このような原理を利用して、電磁石１０５に通電する電流の大きさや電流の流れる方向を適宜調節することにより、下糸に付与する張力を制御することができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−６８７６４号公報

しかし、上記の下糸張力制御装置においては、ボビンを中釜の底部に押さえつけてボビンの回転を減速することにより下糸に張力を与えているが、下糸はある程度の弾性を有していることから、ボビンを中釜に押さえつけても下糸が伸びるだけでユーザが望む張力を下糸に与えることができないという問題があった。
また、下糸が伸びてしまうことにより、下糸に張力を与えるタイミングが、下糸が伸びた分だけ時間的に遅れてしまうことから、ユーザが望むタイミングで下糸に張力を与えることができないという問題があった。
また、ボビンを中釜の底部に押さえつけた状態で下糸が引っ張られると、ボビンに巻き付けられた下糸がボビンに締め付けられてしまい、下糸を繰り出すのに通常よりも大きな力が必要となることから、それ以降の下糸の張力が増加してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ユーザの望むタイミングで下糸に適切な大きさの張力を与えることができるミシンの下糸張力制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、磁性体材料から形成された釜に収容され、下糸が巻き付けられたボビンを保持し、磁性体材料からなるボビンケースと、前記ボビンケースの外周面に形成され、前記ボビンに巻き付けられた下糸を前記ボビンケースの外側に引き出すための糸引出溝と、前記ボビンケースの外周面に前記糸引出溝の一部に対向するように設けられ、前記ボビンケースの外周面とで下糸を挟み込んで下糸に張力を付与し、非磁性体材料からなる張力付与部と、前記ボビンケースの外周面の一部をなし、前記糸引出溝を有する部位であって、前記張力付与部に対向する位置に形成されるとともに、前記釜の径方向に撓むことができるように形成された可撓部と、前記釜をその軸線回りに回転させ、磁性体材料からなる下軸の外周に設けられた励磁コイルと、前記下軸の外周で、かつ、前記励磁コイルと前記釜との間に設けられ、非磁性体材料からなる内筒部と、前記内筒部の外周に設けられ、磁性体材料からなる外筒部と、前記釜における前記下軸と対向する位置に設けられ、非磁性体材料からなる連結部と、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、励磁コイルに通電すると、励磁コイルから発生した磁力線は、磁性体材料からなる下軸から釜の内側を通って磁性体材料からなるボビンケースの外周面まで伝わる。磁力線がボビンケースの外周面にまで伝わると、ボビンケースの外周面の一部をなす可撓部は磁力線の影響を受けて釜の外側に向けて撓み、非磁性体材料からなる張力付与部は磁力線の影響を受けて変形することはない。可撓部が釜の外側に向けて撓むことにより、可撓部は張力付与部を押し付けることとなり、糸引出溝から引き出された下糸には張力が付与される。
これにより、励磁コイルに通電する電流量を変化させることで、磁力の強さも変化し、下糸に付与する張力を変化させることができ、励磁コイルへの通電量を制御するだけで下糸の張力制御を行うことができる。
また、このような方法で下糸の張力を制御することにより、下糸の張力を直接的に制御することができるので、ユーザが望む張力を下糸に与えることができ、時間的な遅れも発生しない。また、ボビンに巻き付けられた下糸に対して制御を行うことがないので、ボビンに巻き付けられた下糸がボビンに締め付けられることもなく、下糸を繰り出すのに通常よりも大きな力が必要となるようなこともなくなる。
よって、ユーザの望むタイミングで下糸に適切な大きさの張力を与えることができる。

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張力制御装置において、前記励磁コイルに通電する電流を交流電流としたとしたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、励磁コイルに交流電流を通電することで、励磁コイルへの通電を遮断して磁力線の発生を無くした後でも残留応力が残らない。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のミシンの下糸張力制御装置において、前記励磁コイルに通電する電流の量を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、縫製が終了した際に、徐々に電流量を減らしながら前記励磁コイルへの通電を止めることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、制御装置は、縫製が終了した際に、徐々に電流量を減らしながら励磁コイルへの通電を止めるので、磁気回路が一方の極性に磁化されたままの状態になるのを防止することができる。

請求項１に記載の発明によれば、励磁コイルに通電する電流量を変化させることで、磁力の強さも変化し、下糸に付与する張力を変化させることができ、励磁コイルへの通電量を制御するだけで下糸の張力制御を行うことができる。
また、このような方法で下糸の張力を制御することにより、下糸の張力を直接的に制御することができるので、ユーザが望む張力を下糸に与えることができ、時間的な遅れも発生しない。また、ボビンに巻き付けられた下糸に対して制御を行うことがないので、ボビンに巻き付けられた下糸がボビンに締め付けられることもなく、下糸を繰り出すのに通常よりも大きな力が必要となるようなこともなくなる。
よって、ユーザの望むタイミングで下糸に適切な大きさの張力を与えることができる。

請求項２に記載の発明によれば、励磁コイルに交流電流を通電することで、励磁コイルへの通電を遮断して磁力線の発生を無くした後でも残留応力が残らない。

請求項３に記載の発明によれば、制御装置は、縫製が終了した際に、徐々に電流量を減らしながら励磁コイルへの通電を止めるので、磁気回路が一方の極性に磁化されたままの状態になるのを防止することができる。

以下、本発明に係るミシンの下糸張力制御装置の実施形態について説明する。
（ミシンの下糸張力制御装置の構成）
図１〜図４に示すように、ミシンの下糸張力制御装置１（以下、下糸張力制御装置１という）は、被縫製物が載置されるミシンテーブルＴの下方に配置され、ミシンの縫い針に通された上糸に対してボビンＢに巻き付けられた下糸を絡ませる釜２の一部から下糸が巻き付けられたボビンを保持するボビンケース４、釜２を回転させる下軸３にわたって設けられている。

（釜）
最初に、釜２について説明すると、図１，２に示すように、釜２は、ミシンテーブルＴ内における縫い針の下方に設けられ、縫い針を上下動させる駆動源となるミシンモータにより回転駆動する下軸３に固定されている。すなわち、縫い針の上下動作と釜２の回転が同期して動作し、縫い針が下降した際に、釜２が縫い針に通された上糸を捕捉して釜２に保持されたボビンＢの下糸を絡ませる。

釜２は、縫い針に通された上糸により形成される上糸ループを捕捉する剣先を有するとともに、回転可能な釜軸（下軸）３に固定された外釜２１と、ボビンＢが収納されたボビンケース４を内方で保持すると共に、外釜２１の内方で回転可能に保持される中釜２２とを備えている。
中釜２２には、ミシンフレームに固定された突起（図示略）に嵌め込まれる凹部（図示略）が形成され、この凹部が突起に嵌め込まれるとともに、下軸３が回転することにより外釜２１が下軸３の軸線回りに回転する。

中釜２２は、下軸３と同一軸線上に形成された支軸２３を有し、この支軸２３にボビンケース４が通される。ボビンケース４は支軸２３により軸支され、下軸３の回転により外釜２１に対して相対的に回転する。中釜２２は、一部を除き、後述する励磁コイル６が形成する磁力線を通すような磁性体材料、例えば、鉄、鋼等の材料から形成されている。ただし、中釜２２の底部２２ａは、励磁コイル６が発生する磁力線の影響を受けない非磁性体材料、例えば、アルミニウム、銅等から形成されている。
外釜２１は、一部を除き、励磁コイル６が形成する磁力線を通すような磁性体材料（鉄、鋼等）から形成されている。ただし、外釜２１における下軸３との連結部２４は、下軸３の外周と対向する内側層２４ａは励磁コイル６が発生する磁力線の影響を受けない非磁性体材料（アルミニウム、銅等）から形成され、内側層２４ａの外側に形成された外側層２４ｂは励磁コイル６が形成する磁力線を通すような磁性体材料（鉄、鋼等）から形成されている。

（下軸）
下軸３は、軸線回りに回転自在とされ、連結部２４を介して釜２に連結されている。下軸３は、励磁コイル６が形成する磁力線を通すような磁性体材料（鉄、鋼等）から形成されている。

（軸受メタル）
下軸３の外周には、釜２の連結部２４に隣接するように軸受メタル５が設けられている。軸受メタル５は、下軸３の外周で、かつ、励磁コイル６と釜２との間に設けられ、励磁コイル６が発生する磁力線の影響を受けない非磁性体材料（アルミニウム、銅等）からなる内筒部５１と、内筒部５１の外周に設けられ、励磁コイル６が形成する磁力線を通すような磁性体材料（鉄、鋼等）からなる外筒部５２とを備えた二層構造とされている。このような構造とすることで、励磁コイル６が発生する磁力線は、軸受メタル５の外側の外筒部５２だけを通ることができる。

（励磁コイル）
励磁コイル６は、下軸３の外周を囲むように軸受メタル５に隣接して設けられている。励磁コイル６は電磁石で構成され、通電により周囲に磁界を発生させる。発生した磁界による磁力線は、図４の矢印に示すように、励磁コイル６が設けられた下軸３を通り、釜２の支軸２３から外側を通って連結部２４の外側層２４ｂを通り、外筒部５２を通って励磁コイル６に戻る磁気回路を形成している。

（ボビンケース）
ボビンケース４は、励磁コイル６が形成する磁力線を通すような磁性体材料、例えば、鉄、鋼等の材料から形成されている。
図３に示すように、ボビンケース４の外周面には、ボビンＢに巻き付けられた下糸をボビンケース４の外側に引き出すための糸引出溝４１が形成されている。
ボビンケース４には、その外周面に糸引出溝４１の一部に対向するように設けられ、ボビンケース４の外周面とで下糸を挟み込んで下糸に張力を付与する張力付与部としての調子ばね４２が止めねじ４３により取り付けられている。調子ばね４２は、励磁コイル６が発生する磁力線の影響を受けない非磁性体材料（アルミニウム、銅等）から形成されており、励磁コイル６に通電して周囲に磁界が発生しても磁力線の影響を受けて変形することがない。調子ばね４２は、止めねじ４３のボビンケース４への締結度合いを変えることにより下糸に付与する張力を変えることができる。

ボビンケース４には、糸引出溝４１が形成された部分を含んだボビンケース４の外周面の一部をなし、調子ばね４２に対向する位置に形成されるとともに、釜２の径方向に撓むことができるように形成された可撓部４４が形成されている。
可撓部４４は、ボビンケース４の外周面に切り込みを形成することにより構成され、基端側がボビンケース４の外周面に連続するように形成され、先端側がボビンケース４の外周面から切り離された自由端となるように形成されている。また、可撓部４４は、ボビンケース４の一部であることから、ボビンケース４と同じく励磁コイル６が形成する磁力線を通すような磁性体材料（鉄、鋼等）から形成されている。

これにより、可撓部４４は、基端側を支点として釜２の径方向に撓むことができる。具体的には、励磁コイル６に通電していない状態においては、可撓部４４はボビンケース４の外周面に沿った位置にある（図３（ａ）における可撓部４４ａの状態）が、励磁コイル６に通電して周囲に磁界が発生すると、磁力線の影響を受けて釜２の外側に向けて弾性変形し、ボビンケース４の外周面より若干突出した位置にある（図３（ａ）における可撓部４４ｂの状態）。なお、図３（ａ）における可撓部４４ａと可撓部４４ｂは可撓部４４と同一のものであり、可撓部４４の動きを説明するために便宜的に別符号を付しただけである。

（制御装置）
励磁コイル６は、ミシンの駆動を制御する制御装置（図示略）に接続されている。制御装置は、下糸に付与すべき張力に応じて励磁コイル６に通電する電流の量を制御し、下糸に付与する張力を大きくしたい場合には、励磁コイル６に通電する電流の量を増加させるとよい。励磁コイル６に通電されるのは、交流電流であり、磁気回路が一方に磁化されることがないようになっている。
また、制御装置は、縫製が終了した際に、徐々に電流量を減らしながら励磁コイル６への通電を止めるように励磁コイル６への通電制御を行う。

（作用及び効果）
図４に示すように、励磁コイル６に通電すると、励磁コイル６の周囲には磁界が発生し、この磁界の磁力線は、磁性体材料からなる下軸３から釜２の支軸２３を通り、磁性体材料からなるボビンケース４の外周面まで伝わる。磁力線がボビンケース４の外周面にまで伝わると、ボビンケース４の外周面の一部をなす磁性体材料からなる可撓部４４は磁力線の影響を受けて釜２の外側に向けて撓み、非磁性体材料からなる調子ばね４２は磁力線の影響を受けて変形することはない。可撓部４４が釜２の外側に向けて撓むことにより、可撓部４４は調子ばね４２を押し付けることとなり、糸引出溝４１から引き出された下糸には張力が付与される。そして、可撓部４４に伝わった磁力線は中釜２２の底部２２ａが非磁性体材料で形成されていることにより釜２の内部に戻ることなく連結部の外側層２４ｂを通って５２に伝わり、やがて励磁コイル６に戻る。

また、励磁コイル６に通電する電流量を変化させることで、磁力の強さも変化し、可撓部４４が調子ばね４２を押し付ける力も変化し、下糸に付与する張力を変化させることができ、励磁コイル６への通電量を制御するだけで下糸の張力制御を行うことができる。
また、このような方法で下糸の張力を制御することにより、下糸の張力を直接的に制御することができるので、ユーザが望む張力を下糸に与えることができ、時間的な遅れも発生しない。また、ボビンＢに巻き付けられた下糸に対して制御を行うことがないので、ボビンＢに巻き付けられた下糸がボビンＢに締め付けられることもなく、下糸を繰り出すのに通常よりも大きな力が必要となるようなこともなくなる。
よって、ユーザの望むタイミングで下糸に適切な大きさの張力を与えることができる。

また、励磁コイル６に交流電流を通電することで、励磁コイル６への通電を遮断して磁力線の発生を無くした後でも残留応力が残らない。
また、制御装置は、縫製が終了した際に、徐々に電流量を減らしながら励磁コイル６への通電を止めるので、磁気回路が一方の極性に磁化されたままの状態になるのを防止することができる。
また、磁界を形成する励磁コイル６として電磁石を用いることにより、張力を調節しない場合には通電しないので、鉄粉等が付着することもなく、メンテナンスが容易である。
また、制御装置のメモリ内に予め張力制御に関する情報を設定しておくことにより、人為的な操作がほとんどないことから下糸の張力を比較的安定した状態で制御できる。
また、励磁コイル６による磁力、すなわち、励磁コイル６への通電量を制御するだけで下糸に付与する張力を容易に調節することができる。

また、下軸３から釜２に磁力線が伝わる過程において、下軸３の周囲に設けられた軸受メタル５の内筒部５１は非磁性体材料からなるので磁力線は下軸３の周囲に漏れることはなく、下軸３の軸線方向にのみ伝達される。これにより、磁力線のロスが少なくなり、少ない通電量で下糸の張力を制御することができる。
また、下軸３と釜２とを連結する連結部２４は非磁性体材料からなるので、釜２の外側に伝わった磁力線は下軸３又は釜２の内側に戻ることなく外筒部５２に伝わる。これにより、一旦可撓部４４を通った磁力線が可撓部４４の外側への撓みを阻害することがない。
また、励磁コイル６を釜２から離れた位置に設けることが可能な構成であるため、釜２やボビンケース４の外周部に新たに取り付けなければならないものはなく、ボビンケース４の交換時における作業の邪魔にならない。
また、各部を形成する材料を磁性体材料か非磁性体材料かに区別するだけで下糸の張力制御を行うことができるので、釜２の形状の自由度が高く、汎用性が高い。

（その他）
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、上記実施形態においては、磁力線の向かう方向を釜２の内側から外側に向かうように磁気回路を構成したが、磁力線が釜の外側から内側に向かうように磁気回路を構成してもよい。この場合、ボビンケースの外周面よりも外側にある調子ばねを磁性体材料で形成するとともに、ボビンケースに可撓部を形成せずに剛性を高めるとよい。これにより、磁力線の影響を受けた調子ばねは調子ばねよりも内側のボビンケースの外周面に向けて撓み、下糸に張力を付与することができる。

ミシンテーブルの下方に設けられるミシンの下糸張力制御装置の一部を断面視した正面図。 釜の断面図。 （ａ）はボビンケースの平面図、（ｂ）はボビンケースの側面図。 励磁コイルから発生した磁力線の向きを示したミシンの下糸張力制御装置の一部を断面視した正面図。 従来技術におけるミシンの下糸張力制御装置の断面図。

符号の説明

１ ミシンの下糸張力制御装置
２ 釜
４ ボビンケース
６ 励磁コイル
２４ 連結部
４１ 糸引出溝
４２ 調子ばね（張力付与部）
４４ 可撓部
５１ 内筒部
５２ 外筒部
Ｂ ボビン

Claims (3)

1. 磁性体材料から形成された釜に収容され、下糸が巻き付けられたボビンを保持し、磁性体材料からなるボビンケースと、
   前記ボビンケースの外周面に形成され、前記ボビンに巻き付けられた下糸を前記ボビンケースの外側に引き出すための糸引出溝と、
   前記ボビンケースの外周面に前記糸引出溝の一部に対向するように設けられ、前記ボビンケースの外周面とで下糸を挟み込んで下糸に張力を付与し、非磁性体材料からなる張力付与部と、
   前記ボビンケースの外周面の一部をなし、前記糸引出溝を有する部位であって、前記張力付与部に対向する位置に形成されるとともに、前記釜の径方向に撓むことができるように形成された可撓部と、
   前記釜をその軸線回りに回転させ、磁性体材料からなる下軸の外周に設けられた励磁コイルと、
   前記下軸の外周で、かつ、前記励磁コイルと前記釜との間に設けられ、非磁性体材料からなる内筒部と、
   前記内筒部の外周に設けられ、磁性体材料からなる外筒部と、
   前記釜における前記下軸と対向する位置に設けられ、非磁性体材料からなる連結部と、
   を備えることを特徴とするミシンの下糸張力制御装置。
2. 前記励磁コイルに通電する電流を交流電流としたとしたことを特徴とする請求項１に記載のミシンの下糸張力制御装置。
3. 前記励磁コイルに通電する電流の量を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、縫製が終了した際に、徐々に電流量を減らしながら前記励磁コイルへの通電を止めることを特徴とする請求項１又は２に記載のミシンの下糸張力制御装置。

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