(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上糸を保持して上下動する針と、
下糸を保持するボビンを収納して前記針と協働する釜と、
上糸供給源から針に至る糸道中に配置されて上糸張力に影響を与える上糸張力調整手段と、
該上糸張力調整手段から針に至る糸道中に配置されて上糸張力を検出する上糸張力検出手段と、
上糸が釜を越えた後から加工布の下面に至る間の上糸引き抜き時の前記上糸張力を検出する糸引き抜き張力検出手段と、
下糸の引き出し張力を計測または入力する下糸張力検出手段と、
前記糸引き抜き張力検出値と前記下糸張力検出値とに基づき適正上糸張力を求める適正上糸張力決定手段とを有するミシンの糸調子装置において、
前記適正上糸張力に関する値を保持する適正上糸張力保持手段と、
前記適正上糸張力決定手段の出力と前記適正上糸張力保持手段の出力とを切り換えて出力する切換手段と、
上糸張力が前記切換手段の出力値となるように前記上糸張力調整手段を作動させる上糸張力制御手段と
を備えたことを特徴とするミシンの糸調子装置。
【請求項２】
前記切換手段は、ミシン回転数に関する情報を検出するミシン回転数検出手段を備え、
ミシン回転数情報に応じて前記切換手段を作動するように構成した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。
【請求項３】
前記適正上糸張力保持手段は、１針以上の針数に対して前記適正上糸張力の出力を累積する累積手段と、
前記累積手段による累積値と前記針数に基づいて上糸張力を算出する適正上糸張力学習手段とを備え、
前記切換手段は、学習モードを設定する学習モード設定手段を備え、
前記学習モードの設定値に基づいて前記切換手段を作動するように構成した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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ミシンの上糸の張力を、常時良好な値に保持するための糸調子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近のミシンでは、上糸張力を常に良好な状態に保持するため、天秤による布締めの際の上糸張力、いわゆる布締め張力が一定となるように制御する上糸張力調整装置を備えたミシンが開発されている。
例えば、特開昭５７−１８５８９０号公報等に開示されたミシンの上糸張力一定保持装置では、下糸の張力が一定に保持されている場合に、上糸の縫合時点における張力だけを自動的に一定に保持すべく、ミシンの天秤と上糸張力調整装置との間の糸道中に適当な上糸張力検出装置を設け、上糸張力検出装置によって天秤が最高位置になった時に生じる上糸の張力の最大値に相当する電圧を検出し、この最大電圧値を保持装置にて保持させる一方、この保持された最大電圧値と、予め設定した上糸、下糸の縫合時点における上糸の希望張力に相当する設定電圧とを減算器内において比較し、その比較値（偏差値）を常時ゼロとするようにサーボ機構により上糸張力調整装置を駆動する構成が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記構成では、天秤が最高位置になった時に生じる上糸の張力の最大値は瞬間的にしか発生せず、且つミシンの回転速度の大小により、前記最大値のばらつきが大きいことから、その時の上糸張力の検出を安定して行うことができない。従って、加工布や糸の種類に拘らず上糸張力を適正な値に保持することが困難である。
【０００４】
ところで、実験結果によれば、下糸張力が一定の場合、ミシンの釜越え後から天秤による上糸の布締め開始迄のフリーな状態の上糸が天秤によって引き抜かれる時に当該上糸に生じる張力（糸引き抜き張力））が、良好な縫製とされる糸締まり率（上糸と下糸との結節点が加工布の厚さ方向のどの位置に来るかの割合）を約１００％（結節点が加工布の厚さ方向のほぼ中央位置になる状態）とするための上糸張力（適正上糸張力）に密接に関係していることがわかった。
【０００５】
即ち、糸引き抜き張力は、上糸を引き抜く際に、主として摩擦要素となる部分、つまり上糸と下糸との摩擦抵抗、針の穴や天秤の穴と上糸との摩擦抵抗の影響がすべて加えられた結果として発生する。
他方、加工布の厚さ方向の中央まで、結節点を引き上げて停止させるのに必要な上糸張力、つまり適正上糸張力は、下糸張力と上糸引き上げ時に生じる糸と布との摩擦抵抗、針の穴や天秤の穴と上糸との摩擦抵抗により決まるものである。
【０００６】
しかも、実験結果によれば、下糸張力を一定に固定し、糸引き抜き張力と適正上糸張力との関係は、種々の布と糸との組合せにおいて、ほぼ線形に近いものであり、また、下糸張力を変化させた場合、基準の下糸張力に対する適正上糸張力の比率も線形的であることが分かった。
しかしながら、上述のように、ミシン回転数が高速になると、釜越えの際の上糸のばたつきにより、安定して上糸張力を検出することができないので、ひいては演算した適正上糸張力の値がばらついて、安定した糸調子の実現ができないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、前記実験結果を踏まえて、前記従来の技術の問題点を解決し、種々の布と糸の組合せに対する縫い上がりを良好にできるミシン糸調子装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明のミシンの糸調子装置は、上糸を保持して上下動する針と、下糸を保持するボビンを収納して前記針と協働する釜と、上糸供給源から針に至る糸道中に配置されて上糸張力に影響を与える上糸張力調整手段と、該上糸張力調整手段から針に至る糸道中に配置されて上糸張力を検出する上糸張力検出手段と、上糸が釜を越えた後から加工布の下面に至る間の上糸引き抜き時の前記上糸張力を検出する糸引き抜き張力検出手段と、下糸の引き出し張力を計測または入力する下糸張力検出手段と、前記糸引き抜き張力検出値と前記下糸張力検出値とに基づき適正上糸張力を求める適正上糸張力決定手段とを有するミシンの糸調子装置において、前記適正上糸張力に関する値を保持する適正上糸張力保持手段と、前記適正上糸張力決定手段の出力と前記適正上糸張力保持手段の出力とを切り換えて出力する切換手段と、上糸張力が前記切換手段の出力値となるように前記上糸張力調整手段を作動させる上糸張力制御手段とを備えたものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の切換手段は、ミシン回転数に関する情報を検出するミシン回転数検出手段を備え、ミシン回転数情報に応じて前記切換手段を作動するように構成したものである。
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の適正上糸張力保持手段は、１針以上の針数に対して前記適正上糸張力の出力を累積する累積手段と、前記累積手段による累積値と前記針数に基づいて上糸張力を算出する適正上糸張力学習手段とを備え、前記切換手段は、学習モードを設定する学習モード設定手段を備え、前記学習モードの設定値に基づいて前記切換手段を作動するように構成したものである。
【００１０】
【実施例】
次に、本発明を具体化した実施例について説明する。図１は上糸張力調整装置を備えたミシンの概略構成図であり、ミシン本体１はアーム部２とベッド部３とからなり、アーム部２内に配置した主軸４の一端はミシンフレーム１の後端から突出し、該一端に取付くプーリ５に巻掛けしたベルト６をベッド下方に設置されたミシンモータ７の駆動プーリに巻掛けし、このミシンモータ７の駆動により主軸４を一定方向に回転させる。アーム部２内にて前記主軸４の他端に連結した天秤クランク、針棒クランクロッド等を介して天秤８や針棒９を上下往復動させる。
【００１１】
前記アーム部２の上部に設置された上糸供給源としての糸巻き１０から出た上糸１１は、糸掛け１２、１３ａ，１３ｂ、及び前記主軸４に同期して上下動する天秤８と針棒９の先端の針１５までの糸道を経て供給される。なお、前記糸道中には、上糸張力調整手段としての糸把持アクチュエータ１８と、上糸１１の張力を検出するための上糸張力検出手段としての上糸張力センサ１９とが配置されている。
【００１２】
また、前記ベッド部３の下方には、下糸１６を供給するための、下糸１６を保持するボビンを備えた従来から公知の構造の釜１７と、下糸張力検出手段としての下糸張力センサ２１とが配置されている。そして、図１に示すように、アーム部２の一端部近傍には、前記主軸４と一体的に回転する円盤に切欠き形成されたスリットの箇所を検出するためのフォトインタラプタ、オプトアイソレータ等の検出器にて信号を検出するように構成された主軸回転センサ１４が配置されている。この主軸回転センサ１４はミシン回転数検出手段を構成するものであって、アブソリュート形のロータリエンコーダにて構成しても良い。主軸回転センサ１４から出力される位相信号パルスにて、主軸４の回転角度（針１５の上下位置に対応する回転位相）を検出する。また、前記位相信号パルスの隣合う立ち上がりエッジの時間間隔を計測するタイマーを備え（図示せず）、このタイマーで計測する時間により、主軸４の単位時間当たりの回転数（以下、ミシン回転数という）を同時に検出することができるものである。
【００１３】
さらに、ベッド部３の下面等には、後述する制御装置２０が設置されている。前記糸把持アクチュエータ１８は、図２に示すように、ミシンのアーム部２に螺子等にて固定したＬ型金具２３の一端と、その他端に一体的に形成されたヒンジ部２４との間に積層圧電素子２２を、その伸縮方向と直交する両面が挟まれるように固定する。そして、ヒンジ部２４には糸把持アーム２５を取付け、該糸把持アーム２５の先端の平坦状の糸把持部２５ａと適宜隙間を隔てて対峙する位置に糸把持対向体２６を固定する。
【００１４】
前記積層圧電素子２２に所定の電圧を印加すると、当該積層圧電素子２２がその積層方向に伸長し、ヒンジ部２４の梃の原理により、積層圧電素子２２の伸長歪み量を拡大し、糸把持アーム２５の先端側の糸把持部２５ａと糸把持対向体６との間で上糸１１を把持するように構成されている。実施例では、積層圧電素子２２に対する印加電圧が０Ｖのとき、糸把持部２５ａと糸把持対向体２６との間隔が上糸１１の太さより大きくなり、当該上糸１１が完全に把持から開放され、積層圧電素子２２に１００Ｖの電圧を印加した状態では、上糸１１をしっかりと把持するように設定されている。
【００１５】
上糸張力センサ１９は、図３に示すように、アーム部２に基端を固定された張力センサ保持体２７に片持ち梁状に突出させた金属板２８の自由端側上面に設けられて糸掛け１３ａ，１３ｂ間で上糸１１が掛けられる鉤状の上糸掛け２９と、前記金属板２８の下面に張設した歪みゲージ等の歪センサ３０と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３からなる抵抗ブリッジ回路３１と、このブリッジ回路３１の出力を差動増幅して上糸張力に対応する正の電圧を出力する差動増幅回路３２とからなり、上糸１１の張力によって生じる金属板２９の歪を歪センサ３０の抵抗値の変化として検出する。なお、この上糸張力センサ１８は、後述するように、上糸１１が釜１７を越えた後から加工布３３の下面に至る間の上糸引き抜き時の上糸張力を検出するための糸引き抜き張力検出手段としても機能する。
【００１６】
図４及び図５は、下糸１６の張力を検出するための下糸張力検出手段としての下糸張力センサ２１を示し、ベッド部３の針板４０の下方であって、釜１７の上方に配置され、基端を針板４０等の適宜箇所に固定された金属板３５には縫い針１５及び上糸１１、下糸１６が通過しうる糸挿通孔３６が穿設され、金属板３５の下面には、歪みゲージ３７が張設されている。前記上糸張力センサ１９と同様に、抵抗ブリッジ回路３８と、このブリッジ回路３８の出力を差動増幅して下糸張力に対応する正の電圧を出力する差動増幅回路３９とを備え、前記糸挿通孔３６に挿通した下糸１６が金属板３５に接触するとき、その下糸１６の張力によって生じる金属板３５の歪みを、歪みゲージ３７の抵抗値の変化として検出するものである。
【００１７】
図６は、本実施例の制御装置２０の機能ブロック図を示し、該制御装置２０は、マイクロコンピュータ等の中央処理装置（ＣＰＵ）と、図示しない入出力インターフェイスと、後述するミシンの上糸の張力を調整する等の制御を実行する制御プログラムを記憶させた読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、各種制御データ等を記憶させる随時読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）等を備え、入力インターフェイスには、前記主軸回転センサ１４と、上糸張力センサ１９の差動増幅回路３２からのアナログ出力値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器４１と、下糸張力センサ２１の差動増幅回路３９からのアナログ出力値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器４２と、前記下糸張力センサ２１とを接続して、それぞれの検出値をＣＰＵに入力する。また、ＣＰＵに接続する出力インターフェイスには、前記上糸張力調整手段としての糸把持アクチュエータ１８を駆動するための糸把持駆動回路４４と、ミシンモータ７を駆動するためのモータ駆動回路４５とを接続する。
【００１８】
次に、図７、図８のフローチャートを参照しながら、中央処理装置（ＣＰＵ）によって実行される上糸張力調整制御について説明する。
縫製開始すると、初期処理として、主軸回転センサ１４により主軸回転角度θを検出し（ステップＳ７１）、下糸引き出し位相（θ＝６０°）となるまで待機する（ステップＳ７２：ｎｏ）。下糸引き出し位相になると（ステップＳ７２：ｙｅｓ  ）、その時の下糸張力Ｔｂを下糸張力センサ２１にて検出し、メモリに格納する（ステップＳ７３）。また、検出した上糸張力Ｔｕの値の格納に使うメモリ（以下Ｔｕメモリという）内の情報（データ）、及び針数Ｎが格納された針数カウンタのメモリ（データ）をクリアする（ステップＳ７４）。通常これらのメモリは随時読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）内に確保されている。
【００１９】
次いで、再び主軸回転角度θを検出し（ステップＳ７５）、上糸引き抜き位相のやや手前（θ＝３００°）となるまで待機する（ステップＳ７６：ｎｏ）。そして、上糸引き抜き位相になったら（ステップＳ７６：ｙｅｓ  ）、前記ステップＳ７１〜ステップＳ７６の初期処理を完了し、次に繰り返し実行される主処理（適正上糸張力決定処理）（ステップＳ７７）に移行し、その適正上糸張力に保持するように上糸張力制御した状態（ステップＳ７８）にて縫製を実行するものである。
【００２０】
図８のフローチャートに示すように、主処理では、まず主軸回転センサ１４によって主軸回転角度θを再度検出し（ステップＳ８１）、そのθが糸引き抜き位相（３１５°≦θ≦３４５°）か、針上死点（θ＝０°）か、あるいは布締め位相（３０°≦θ≦９０°）かを判断して（ステップＳ８２〜Ｓ８４）、それ以外の位相であるときにはステップＳ８１に戻る。
【００２１】
ここで、前記位相（主軸回転角度θ）と上糸張力Ｔｕとの関係を図９のグラフで示すと、上糸引き抜き位相では微弱な上糸張力（上糸引き抜き張力Ｔｐ）が発生し、また、布締め位相では強い上糸張力（布締め張力Ｔｔ）が発生している。本処理では、この上糸引き抜き張力Ｔｐに続いて布締め張力Ｔｔの最適化を図る制御を行うものである。この上糸引き抜き張力Ｔｐは図４で示すような状態で発生する張力、即ち、上糸１１のなすループが釜１７を越えた後から前記上糸１１が引き上げられて前記ループの下端が加工布３３の下面に至るまでの間において発生する張力であって、上糸が比較的自由な状態にあり、加工布３３と上糸１１との摩擦、あるいは上糸１１と針孔４０ａ、天秤８等との摩擦等によって生じるものである。なお、上糸引き抜き位相前と針上死点位相近傍において、上糸張力のピークがあるが、これらのピークは本発明の処理には関係がないので詳細な説明を省略する。
【００２２】
さて、上記初期処理では、上糸引き抜き位相を待って主処理に移行するため、初期処理を終えた直後は、中央処理装置（ＣＰＵ）は、上糸引き抜き位相であると判断する（ステップＳ８２：ｙｅｓ  ）。そして、そのときのミシン回転数Ｎｍが低速基準値Ｎｒｂ以下であるか否かを判断する（ステップＳ８５）。
ここで、低速基準値Ｎｒｂとは上糸引き抜き張力Ｔｐの検出が可能と考えられるうちの最高のミシン回転数である。
【００２３】
そして、ミシン回転数Ｎｍが低速基準値Ｎｒｂ以下であれば（ステップＳ８５：ｙｅｓ  ）、上糸張力Ｔｕを検出して、その値をＴｕメモリ内に格納し（ステップＳ８６）、次いで、適正張力演算フラグＦｏを０にクリアし（ステップＳ８７）、その後、ステップＳ８１に戻り、後述の適正上糸張力Ｔｏ演算を実行することになる。
【００２４】
つまり、ミシン回転数Ｎｍが低速基準値Ｎｒｂ以下であるときには、安定して上糸張力Ｔｕを検出することができるので、後述するように、適宜の針数間で、適正上糸張力Ｔｏを演算した結果を用いて、当該適正上糸張力の値Ｔｏに保持するように上糸張力Ｔｕを制御する。そして、ミシン回転数Ｎｍが低速基準値Ｎｒｂ以上の時には、その低速基準値Ｎｒｂを越える直前に演算された適正上糸張力Ｔｏの値に切り換えて、この値をもって上糸張力Ｔｕを制御するのである。
【００２５】
なお、本処理の実施例では、主軸１４が３°回転する毎に１度、割り込み処理によって実行され、上糸引き抜き位相（３１５°≦θ≦３４５°）の間では上糸張力Ｔｕが１１回計測され、この１１個の上糸張力Ｔｕの値がすべて個別にＴｕメモリ内に格納される。なお、前記ステップＳ８６は糸引き抜き張力検出手段として機能する。
【００２６】
ところで、ミシン回転数Ｎｍが高い（速い）ときには、釜１７越えの時の上糸１１のばたつきにより、安定して上糸張力Ｔｕを検出することができず、ひいては適正上糸張力演算値にばらつき、または誤差が生じて、安定した糸調子の実現ができない。そこで、ミシン回転数Ｎｍが低速基準値Ｎｒｂを越えたときには、その状態での適正上糸張力演算値を出力することを中央処理装置（ＣＰＵ）によって阻止し、それまでに求められた最新の（ミシン回転数Ｎｍが低速基準値Ｎｒｂを越える直前に演算された結果の）適正上糸張力演算値Ｔｏが保持されているので、この値に（前記ＣＰＵによって）切り換えて、それに基づいて、上糸張力Ｔｕを制御するものである。従って、この切り換え手段は、後述するように、主軸回転センサ１４の計測結果による中央処理装置（ＣＰＵ）の判断である。
【００２７】
上糸引き抜き位相を越え（ステップＳ８２：ｙｅｓ  ）、且つ針上死点となったとき（ステップＳ８３：ｙｅｓ  ）、再度、ミシン回転数Ｎｍが低速基準値以下であるか否かを判断し（ステップＳ８８）、ミシン回転数Ｎｍが低速基準値以下であって（ステップＳ８８：ｙｅｓ  ）、適正上糸張力演算が終了していないとき、即ち適正張力演算フラグＦｏが１でないとき（ステップＳ８９：ｎｏ）には、以下に述べる適正上糸張力演算処理を実行する。
【００２８】
即ち、ステップＳ８６にてＴｕメモリに格納された上糸張力Ｔｕの値から糸引き抜き張力Ｔｐを算出する（ステップＳ９０）。なお、前記ステップＳ８８は切換手段として機能する。
実施例では、最新の１１個の上糸張力Ｔｕの値のうち小さい順に５個抽出し、その平均値を計算して糸引き抜き張力Ｔｐを算出する。ここで、小さい方の値を採用するのは、例えば、上糸１１がたまたま異物に引っ掛かる等の偶発的な張力の増大（上昇）が多々あるのに対し、上糸が切れたときは別として偶発的に張力が低下することは少なく、従って、比較的小さな値が所定の上糸引き抜き張力Ｔｐであると考えられるためである。また、５個の値の平均値を採用するのは、計測誤差等もあって張力の低下が全く起こらないとは限らないため、最小値を採用するよりは信頼性があるためである。
【００２９】
次に、こうして算出した上糸引き抜き張力Ｔｐに基づいて、基準上糸張力Ｔｒｅｆ  を算出する（ステップＳ９１）。この基準上糸張力Ｔｒｅｆ  は、下糸張力Ｔｂを２０ｇに設定した場合の上糸引き抜き張力Ｔｐに対応する適正上糸張力であり、事前に実験的に上糸引き抜き張力Ｔｐを種々変更して採取され、上糸引き抜き張力Ｔｐをパラメータとするデータとして予め読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶させておく。なお、本実施例においては、図１０（ａ）に示すように、横軸に上糸引き抜き張力Ｔｐ、縦軸に基準上糸張力Ｔｒｅｆ  をとってグラフ化すると、ほぼ線形に近い強い相関関係がある。この相関関係は、布や糸の種類をそれぞれ変更して組合せても変わらないことが実験により確認されている。従って、布や糸の種類が変わったとしても上糸引き抜き張力Ｔｐが決まれば基準上糸張力Ｔｒｅｆ  を求めることができるのである。
【００３０】
次に、下糸張力Ｔｂに基づいて上糸張力補正係数Ｍを算出し（ステップＳ９２）、この上糸張力補正係数Ｍと前記基準上糸張力Ｔｒｅｆ  とから適正上糸張力Ｔｏを算出する（ステップＳ９３）。ここで、適正上糸張力Ｔｏは、図１０（ａ）に示した基準上糸張力Ｔｒｅｆ  のグラフに対して、傾きのみ異なる直線または曲線の関係にあることが実験的に判明している。従って、この傾きの変換を行う上糸張力補正係数Ｍがわかれば、適正上糸張力Ｔｏを上糸張力補正係数Ｍと基準上糸張力Ｔｒｅｆ  の積として求めることができる。そこで、事前に実験的に下糸張力Ｔｂを種々変更して採取された上糸張力と基準上糸張力Ｔｒｅｆ  とに基づいて上糸張力補正係数Ｍを算出し、下糸張力Ｔｂをパラメータとするデータとして予め読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶しておく。なお、本実施例においては、図１０（ｂ）に示すように、横軸に下糸張力Ｔｂ、縦軸に上糸張力補正係数Ｍをとってグラフ化したものを記憶させている。なお、前記ステップＳ９１〜ステップＳ９３は適正上糸張力決定手段として機能する。
【００３１】
こうして、求められた適正上糸張力Ｔｏは、随時読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）上のメモリ領域に記憶させて保持し、且つ、図１に示すようにミシンのアーム２の側面等に設けた７セグメント蛍光表示パネル、または液晶表示パネル等の表示装置５０に表示してオペレーターに現在設定されている適正上糸張力Ｔｏを示す（ステップＳ９４）と共に、適正上糸張力演算終了フラグＦｏを１に設定してこの演算を終了させて（ステップＳ９５）、ステップＳ８１に戻り、布締め位相（３０°≦θ≦９０°）となるまで待機する（ステップＳ８４）。なお、前記ステップ９４は適正上糸張力保持手段として機能する。
【００３２】
ステップＳ８１で検出した主軸回転角度θから、布締め位相であると判断すると（ステップＳ８４：ｙｅｓ  ）、前記上糸張力センサ１９によって検出した上糸張力Ｔｕが前記演算され、且つ保持された適正上糸張力Ｔｏとなるように、中央処理装置（ＣＰＵ）により糸把持アクチュエータ１８を制御するのである（ステップＳ９６）。このステップ９６が上糸張力制御手段として機能する。
【００３３】
この結果、上糸引き抜き位相においては、前述の適正上糸張力Ｔｏにて布締めがなされる。
そして、下糸引き出し位相（θ＝６０°）であれば（ステップＳ９７）、その時の下糸張力Ｔｂを下糸張力センサ２１にて検出してメモリに格納した（ステップＳ９８）のち、下糸引き出し位相でなければ（ステップＳ９７：ｎｏ）そのまま、ステップＳ８１に戻り、布締め位相の間はステップＳ９６〜Ｓ９８の処理を繰り返して上糸張力調整がなされる。布締め位相が終わると再び上糸引き抜き位相を待って、上記の処理が繰り返される。
【００３４】
以上に説明したように、上糸１１が釜１７を越えた後から加工布３３の下面に至る間は針の上死点に比較して長い位相区間であり、且つその区間の上糸引き抜き時の上糸張力Ｔｕは絶対値は比較的小さいが、ばたつきが少なく安定しているから、その上糸張力Ｔｕの検出値にばらつきや検出誤差が少ない。しかも、ミシン回転数Ｎｍが所定の低速基準値Ｎｒｂ以下である場合には、安定して上糸張力Ｔｕを検出することができるので、中央処理装置（ＣＰＵ）によってリアルタイムで適正上糸張力Ｔｏを演算した結果を用いて、当該適正上糸張力Ｔｏの値に保持するように上糸張力Ｔｕを制御する。従って、１針毎にリアルタイムで上糸１１の張力が最適になるように制御され、最適な布締め張力にて布締めして縫製できる。そして、ミシン回転数Ｎｍが低速基準値Ｎｒｂ以上の時には、その低速基準値Ｎｒｂを越える直前に演算された適正上糸張力Ｔｏの値に切り換えて、この値をもって上糸張力Ｔｕを制御するので、ミシン回転数が高速で、安定した上糸張力の計測ができない状態でも、上糸１１の張力が最適になるように制御され、最適な布締め張力Ｔｏにて布締めして縫製できることになるのである。
【００３５】
また、算出された適正上糸張力Ｔｏは、布や糸の違いによって生じる摩擦抵抗の違いを反映しているので、様々な布や糸の組合せに対しても適正な値となる。この結果、上糸及び下糸の結節点が図１４に示すように加工布３３の厚さ方向の略中央に形成される、いわゆる糸締まり率がほぼ１００％の状態の良好な縫い上がりとなる。
【００３６】
さらに、適正上糸張力Ｔｏの算出にあたっては、下糸張力を実際に計測して補正を行うので、下糸張力に応じて自動的に上糸張力も変わり、オペレーターが下糸張力を変更しても上糸張力の調整が不要である。加えて、上糸張力がどれくらいに調整されたかについて表示装置５０にて確認できるので至極便利である。
次に、コンピュータによる学習モード機能による上糸張力調整制御としての第２実施例について、図１１に示すフローチャートを参照しながら説明する。初期処理については図７と同一であるのでその説明は省略し、主処理についてのみ説明する。
【００３７】
主処理では、まず、主軸回転センサ１４によって主軸回転角度θを再度検出し（ステップＳ１１１）、そのθが糸引き抜き位相（３１５°≦θ≦３４５°）か、針上死点（θ＝０°）か、あるいは布締め位相（３０°≦θ≦９０°）かを判断して（ステップＳ８１１２〜Ｓ１１４）、それ以外の位相であるときにはステップＳ１１１に戻る。
【００３８】
なお、前記位相（主軸回転角度θ）と上糸張力Ｔｕとの関係は、図９のグラフで示し、且つ前記実施例で説明したものと同じであるので、詳細な説明は省略する。
さて、中央処理装置（ＣＰＵ）は、上糸引き抜き位相であると判断すれば（ステップＳ１１２：ｙｅｓ  ）、学習モードに入ったか否かを判断する（ステップＳ１１５）。ミシンのアーム部２の表面等に学習モード設定手段としての、学習モード入力スイッチ５１を備え、所望により、オペレーターがこのスイッチ５１をＯＮまたはＯＦＦに設定する。
【００３９】
オペレーターが学習モード入力スイッチ５１をＯＮにして（ステップＳ１１５、ｙｅｓ  ）、インチングスピード（最も遅いミシン速度）で縫製し、その時の上糸張力Ｔｕを検出して、その値をＴｕメモリ内に格納し（ステップＳ１１６）、次いで、適正張力演算フラグＦｏを０にクリアして（ステップＳ１１７）後、ステップＳ１１１に戻り、後述の適正上糸張力Ｔｏ演算を実行することになる。なお、前記ステップＳ１１６は糸引き抜き張力検出手段として機能する。
【００４０】
インチングスピード（最も遅いミシン速度）で縫製すれば、前記第１実施例における低速基準値Ｎｒｂの場合と同様に、安定して上糸張力Ｔｕを検出することができるので、後述するように、１針毎の適正上糸張力Ｔｏを演算し、その数針分の平均値を上糸張力学習値Ｔｓとして算出する。そして、オペレーターが学習モードをＯＦＦに戻し（切り換えて）、通常縫製モードとし、前記インチングスピードより高速回転数による縫製を実行するのであり、この通常縫製モードでは、学習モードのときに演算された結果を用いて、上糸張力学習値Ｔｓを目標上糸張力として保持するように上糸張力Ｔｕを制御するものである。
【００４１】
なお、本処理の実施例では、主軸４が３°回転する毎に１度、割り込み処理によって実行され、上糸引き抜き位相（３１５°≦θ≦３４５°）の間では上糸張力Ｔｕが１１回計測され、この１１個の上糸張力Ｔｕの値がすべて個別にＴｕメモリ内に格納される。
前記適正上糸張力Ｔｏを演算し、その複数針分の平均値を上糸張力学習値Ｔｓを算出するため、まず上糸引き抜き位相を越え（ステップＳ１１２：ｙｅｓ  ）、且つ針上死点となったとき（ステップＳ１１３：ｙｅｓ  ）、再度、学習モードであるか否かを判断し（ステップＳ１１８）、学習モードであって（ステップＳ１１８：ｙｅｓ  ）、適正上糸張力演算が終了していないとき、即ち適正張力演算フラグＦｏが１でないとき（ステップＳ１１９：ｎｏ）には、前記ステップＳ１１６にてＴｕメモリに格納された上糸張力Ｔｕの値から１針毎に糸引き抜き張力Ｔｐを算出する（ステップＳ１２０）。なお、前記ステップＳ１１８は切換手段として機能する。
【００４２】
次に、上記のようにして算出した上糸引き抜き張力Ｔｐに基づいて、基準上糸張力Ｔｒｅｆ  を算出し（ステップＳ１２１）、次いで、下糸張力Ｔｂに基づいて上糸張力補正係数Ｍを算出し（ステップＳ１２２）、この上糸張力補正係数Ｍと前記基準上糸張力Ｔｒｅｆ  とから適正上糸張力Ｔｏを算出する（ステップＳ１２３）。この場合の基準上糸張力Ｔｒｅｆ  や上糸張力補正係数Ｍ等の関係は、前記図１０（ａ）及び図１０（ｂ）で示し、前記第１実施例で説明したものと同様であるので再度の説明を省略する。なお、前記ステップ１２１〜ステップ１２３は適正上糸張力決定手段として機能する。
【００４３】
こうして、求められた１針毎の適正上糸張力Ｔｏをそのまま採用すると、計測誤差等よりばらつきが大きくなるおそれがあるので、複数針の縫製時の平均値を適正上糸張力として採用するため、中央処理装置（ＣＰＵ）等に設けられた上糸張力累積カウンタ（図示せず）にて適宜設定された針数Ｎとその針数分だけ累積させた累積適正上糸張力Ｔｏａ（＝Ｔｏａ＋Ｔｏ）とを算出する（ステップＳ１２４）。そして、その算術平均値を上糸張力学習値Ｔｓ（＝Ｔｏａ／Ｎ）を演算して求める（ステップＳ１２５）。なお、前記ステップＳ１２４は累積手段として、また、前記ステップ１２５は適正上糸張力学習手段として機能する。
【００４４】
この上糸張力学習値Ｔｓは、随時読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）上のメモリ領域に記憶させて保持し、且つ、図１に示すようにミシンのアーム２の側面等に設けた７セグメント蛍光表示パネル、または液晶表示パネル等の表示装置５０に表示してオペレーターに現在設定されている適正上糸張力Ｔｏを示す（ステップＳ１２６）と共に、適正上糸張力演算終了フラグＦｏを１に設定してこの演算を終了させて（ステップＳ１２７）、ステップＳ１１１に戻り、布締め位相（３０°≦θ≦９０°）となるまで待機する（ステップＳ１１４）。前記ステップＳ１２６は適正上糸張力保持手段として機能する。
【００４５】
なお、学習モードがＯＮのとき、及びＯＦＦのときのいずれにおいても、ステップＳ１１１で検出した主軸回転角度θから、布締め位相であると判断すると（ステップＳ１１４：ｙｅｓ  ）、前記演算された上糸張力学習値Ｔｓを目標上糸張力とするように、中央処理装置（ＣＰＵ）により上糸張力調整手段としての糸把持アクチュエータ１８を制御するのである（ステップＳ１２８）。このステップ１２８は上糸張力制御手段として機能する。
【００４６】
この結果、上糸引き抜き位相においては、前述の上糸張力学習値Ｔｓを目標上糸張力とするように布締めがなされる。
なお、下糸引き出し位相（θ＝６０°）であれば（ステップＳ１２９）、その時の下糸張力Ｔｂを下糸張力センサ２１にて検出してメモリに格納した（ステップＳ１３０）のち、下糸引き出し位相でなければ（ステップＳ１２９：ｎｏ）そのまま、ステップＳ１１１に戻り、布締め位相の間はステップＳ１２８〜Ｓ１３０の処理を繰り返して上糸張力調整がなされる。
【００４７】
以上に説明したように、本実施例では、オペレーターが学習モードに設定して低速縫製を実行しつつ、その時の複数針分の適正上糸張力Ｔｏを計測して、これに基づいて上糸張力学習値Ｔｓを算出して記憶し、次いで、通常縫製モードに切り換えて高速の縫製を実行するときには、前記上糸張力学習値Ｔｓを目標の上糸張力値とするように縫製作業を実行すれば、安定した上糸引き出し張力が得られ高速縫製状態でも安定した糸調子を得ることができるのである。
【００４８】
なお、前記モード設定手段としての学習モードスイッチ５１を学習モードから通常縫製モードに切り換える（またはモード設定スイッチを学習モード側がＯＦＦとなるようにセットする）とき、前記適正上糸張力Ｔｏを出力しないように構成しても良い。
また、前記第１実施例及び第２実施例の変形例として、下糸張力Ｔｂを下糸張力センサ２１にて検出するのではなく、オペレーターが別途任意に設定できる下糸張力入力スイッチ５２または数値入力用や機能表示用のキーを使って、任意の値の下糸張力Ｔｂを入力するように構成しても良い。この場合、通常の縫製で実験的に判明している最適な下糸張力値が２０ｇであることがわかっている。そこで、このような値をオペレーターが表示装置付き下糸張力入力スイッチ５２等にて入力するものである。
【００４９】
この変形例においては、前記第１実施例及び第２実施例における初期処理としての下糸張力の検出は不要である。その代わり、主処理中の基準上糸張力Ｔｒｅｆ  の算出のステップと、上糸張力補正係数Ｍの算出のステップとの間等で下糸張力Ｔｂの値を入力して、この値を所定のメモリに記憶させ、必要な時にメモリから読み出すように構成すれば良い。さらに、本変形例においては、布締め位相（３０°≦θ≦９０°）の間で下糸張力の検出をする必要もない。その他の処理は第１実施例や第２実施例と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００５０】
このように、本変形例においても、縫製速度の低い状態での安定した適正上糸張力Ｔｏを算出でき、この値を元にして高速縫製時の１針ごとにリアルタイムで上糸１１の張力を最適に制御することができ、最適な布締めがなされる。また、算出された適正上糸張力は様々な種類の布や糸の組合せに対しても適正な値となる結果、いわゆる糸締まり率がほぼ１００％の状態の良好な縫い上がりとなる。
【００５１】
さらに本変形例では、下糸張力センサを不要とするので、その分のコストダウンを図ることができると共に、上糸張力補正係数Ｍの算出等の処理を通じて任意に入力された下糸張力値に応じて自動的に上糸張力も変更されるから、上糸張力の手動による調整が不要であるという効果は、前記第１実施例及び第２実施例と同様に奏するものである。
【００５２】
以上に本発明の実施例を説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲の種々の態様を採用することができる。
例えば、上糸張力調整手段としての糸把持アクチュエータ１８は、応答速度に優れた積層圧電素子に代えて、応答速度は低いが廉価な電磁ソレノイドのように電磁力を用いるものであっても良い。
【００５３】
また、適正上糸張力保持手段は、算出された結果の適正上糸張力Ｔｏの値自体をメモリに保持するものに代えて、その算出の元になる上糸張力Ｔｕや下糸張力Ｔｂの値を適正上糸張力に関する値としてメモリにて保持するものであっても良い。
さらに、本実施例の制御手段として、前記マイクロコンピュータ等のソフト的な構成に代えて、適正上糸張力決定手段、適正上糸張力保持手段、前記適正上糸張力決定手段からの出力と適正上糸張力保持手段からの出力とを切り換える切換手段及び前記上糸張力が切換手段の出力値になるように上糸張力調整手段を作動させる上糸張力制御手段を、ハード的な電気回路にて構成するようにしても良いのである。
【００５４】
【発明の作用・効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明のミシンの糸調子装置は、上糸を保持して上下動する針と、下糸を保持するボビンを収納して前記針と協働する釜と、上糸供給源から針に至る糸道中に配置されて上糸張力に影響を与える上糸張力調整手段と、該上糸張力調整手段から針に至る糸道中に配置されて上糸張力を検出する上糸張力検出手段と、上糸が釜を越えた後から加工布の下面に至る間の上糸引き抜き時の前記上糸張力を検出する糸引き抜き張力検出手段と、下糸の引き出し張力を計測または入力する下糸張力検出手段と、前記糸引き抜き張力検出値と前記下糸張力検出値とに基づき適正上糸張力を求める適正上糸張力決定手段とを有するミシンの糸調子装置において、前記適正上糸張力に関する値を保持する適正上糸張力保持手段と、前記適正上糸張力決定手段の出力と前記適正上糸張力保持手段の出力とを切り換えて出力する切換手段と、上糸張力が前記切換手段の出力値となるように前記上糸張力調整手段を作動させる上糸張力制御手段とを備えたものである。
【００５５】
上述のように、上糸が釜を越えた後から加工布の下面に至る間は針の上死点に比較して長い位相区間であり、且つその区間の上糸引き抜き時の上糸張力は絶対値は比較的小さいが、ばたつきが少なく安定しているから、その上糸張力の検出値にばらつきや検出誤差が少ない。その上、ミシンの回転数が小さいときには、その安定度が一層向上する。
【００５６】
従って、この安定した状態での上糸張力の検出値に基づいて算出された適正上糸張力の値にもばらつきが発生しないから、低速縫製等の場合のように、その状態の適正上糸張力の値を適正上糸張力決定手段により出力して、これに基づいて上糸張力調整手段を制御すれば、リアルタイムて上糸張力を最適値に制御することができる。
【００５７】
そして、高速で縫製するときのように、安定した上糸張力の検出が不適切な場合には、前述のように適正上糸張力決定手段により予め算出された値を、前記適正上糸張力保持手段に保持させ、その値を出力するように切換手段にて切り換えて、これに基づいて上糸張力調整手段を制御すれば良い。このように構成することにより、ミシン回転数の変動に拘らず常に安定した上糸張力となるようにして縫製仕上がりを良好に保持することができる。
【００５８】
また、算出された適正上糸張力は、布や糸の違いによって生じる摩擦抵抗の違いを反映しているので、様々な布や糸の組合せに対しても適正な値となる。この結果、上糸及び下糸の結節点が加工布の厚さ方向の略中央に形成される、いわゆる糸締まり率がほぼ１００％の状態の良好な縫い上がりとなる。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の切換手段が、ミシン回転数に関する情報を検出するミシン回転数検出手段を備え、ミシン回転数情報に応じて前記切換手段を作動するように構成したものである。
【００５９】
このようにミシン回転数検出手段にて高速か低速かを検出し、ミシン回転数が所定の値以下である場合には、安定して上糸張力を検出することができるので、適正上糸張力決定手段によってリアルタイムで適正上糸張力を演算した結果を用いて、当該適正上糸張力の値に保持するように上糸張力を制御すれば、１針毎にリアルタイムで上糸の張力が最適になるように制御され、最適な布締め張力にて布締めして縫製できる。そして、ミシン回転数が所定の値以上の時には、その値を越える直前に演算された適正上糸張力の値に切り換えて、この値をもって上糸張力を制御するので、ミシン回転数が高速で、安定した上糸張力の計測ができない状態でも、上糸張力が最適になるように制御され、最適な布締め張力にて布締めして縫製できることになるのである。
【００６０】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の適正上糸張力保持手段は、１針以上の針数に対して前記適正上糸張力の出力を累積する累積手段と、前記累積手段による累積値と前記針数に基づいて上糸張力を算出する適正上糸張力学習手段とを備え、前記切換手段は、学習モードを設定する学習モード設定手段を備え、前記学習モードの設定値に基づいて前記切換手段を作動するように構成したものである。
【００６１】
この構成によれば、学習モードでは安定した上糸張力を検出することできる低速縫製を実行し、この学習モードで得られた結果の１針毎の適正上糸張力を複数出力して累積手段にて累積しているから、その平均値をもって上糸張力学習値とすることで、ばらつきのない適正上糸張力が得られる。そして、通常の高速補正を実行するときには、学習モードをＯＦＦにする等に設定することで、前記算出された上糸張力学習値を上糸張力の目標値となるように上糸張力調整装置を作動させれば良い。また、一旦得られた上糸張力学習値をクリア（消去）しない限り、この値を何度でも通常の縫製モード時に使用できるから、縫製作業の効率化にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】上糸自動供給装置を備えたミシンの概略構成図である。
【図２】糸把持アクチュエータの斜視図である。
【図３】上糸張力センサの斜視図である。
【図４】糸引き抜き位相時の下糸の挙動を示す説明図である。
【図５】下糸張力センサの斜視図である。
【図６】制御手段の機能ブロック図である。
【図７】糸調子制御の第１実施例のフローチャートである。
【図８】糸調子制御の第１実施例の主処理のフローチャートである。
【図９】上糸張力波形を示す図である。
【図１０】（ａ）は下糸張力２０ｇの時における糸引き抜き張力と基準上糸張力との関係を示すグラフ、（ｂ）は下糸張力と上糸張力補正係数との関係を示すグラフである。
【図１１】糸調子制御の第２実施例の主処理のフローチャートである。
【符号の説明】
４      主軸
７      ミシンモータ
８      天秤
１１      上糸
１４      主軸回転センサ
１５      針
１６      下糸
１７      釜
１８      糸把持アクチュエータ
１９      上糸張力センサ
２０      制御装置
２１      下糸張力センサ
２０      制御装置
３３      加工布
５１      学習モード入力スイッチ
【図１】
0003582126.tif 000002
【図２】
0003582126.tif 000003
【図３】
0003582126.tif 000004
【図４】
0003582126.tif 000005
【図５】
0003582126.tif 000006
【図６】
0003582126.tif 000007
【図７】
0003582126.tif 000008
【図８】
0003582126.tif 000009
【図９】
0003582126.tif 000010
【図１０】
0003582126.tif 000011
【図１１】
0003582126.tif 000012