(57)【要約】【課題】アクチュエータを含む機構の構成及び制御方法を簡易にしてコストを低廉にするとともに動作信頼性が高く、張力調整を迅速に行えて操作性も良好で、省電力にも資するミシンの上糸張力調整装置を提供する。【解決手段】一対の糸調子皿２１、２２を開放状態と復帰状態とに切り替え調整するミシンの上糸張力調整装置１であって、直流モータ３と、直流モータ３によって特定方向に回転駆動される駆動カム（ウォームホイール一体カム４）と、駆動カム４に摺接するカムフォロア５１及び一対の糸調子皿２１、２２を開放する方向に動作させる作用部材５２を有するリンク機構５と、駆動カム４の回転位相を検出する位相検出手段（接点スイッチ６）と、位相検出手段６から駆動カム４の回転位相を取得し、メインモータの動作状況に基づいて直流モータ３を制御して、一対の糸調子皿２１，２２を開放状態と復帰状態とに切り替え制御する制御部７と、を備える。【選択図】図２
2013123606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上糸を挟み込む一対の糸調子皿を、前記上糸の張力が開放された開放状態と前記上糸の張力が復帰された復帰状態とに切り替え調整するミシンの上糸張力調整装置であって、
直流モータと、
前記直流モータによって特定の回転方向に回転駆動される駆動カムと、
前記駆動カムに摺接するカムフォロア及び前記一対の糸調子皿を開放する方向に動作させる作用部材を有して、前記一対の糸調子皿の前記開放状態と前記復帰状態とを切り替え操作可能とするリンク機構と、
前記駆動カムの回転位相を検出する位相検出手段と、
前記位相検出手段から前記駆動カムの回転位相を取得し、縫製動作を駆動するメインモータの動作状況に基づいて前記直流モータの動作及び停止を制御して、前記一対の糸調子皿を前記開放状態と前記復帰状態とに切り替え制御する制御部と、
を備えるミシンの上糸張力調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の上糸張力調整装置であって、
前記駆動カムと一体的に回転するスイッチカムをさらに備え、
前記位相検出手段は、前記スイッチカムの回転位相を検出することにより前記駆動カムの回転位相を検出するミシンの上糸張力調整装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の上糸張力調整装置であって、
前記位相検出手段は、前記駆動カムまたは前記スイッチカムの回転位相を、前記一対の糸調子皿の前記開放状態と前記復帰状態とに対応する二値信号に変換して前記制御部に送出し、
前記制御部からの制御によって前記二値信号を表示する表示手段をさらに備えるミシンの上糸張力調整装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の上糸張力調整装置であって、
前記直流モータの出力軸と一体的に回転するウォームギヤ、及び前記ウォームギヤに噛合して前記駆動カムと一体的に回転するウォームホイールからなるウォーム減速機構をさらに備えるミシンの上糸張力調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミシンの上糸張力調整装置に関し、より詳細には、縫製動作の状況に基づいて上糸の張力を開放状態と復帰状態とに自動調整する上糸張力調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミシンの上糸の張力を調整する手段として、一対の糸調子皿を用いた糸調子器が一般的に用いられている。従来、ユーザの押え上げレバーの押え上げ操作に同期して上糸の張力が開放されるように、糸調子器は連動機構などを用いて操作されるようになっていた。近年、コンピュータ制御技術がミシンに導入され、糸調子器もコンピュータ制御のアクチュエータで操作されるようになってきている。これにより、押え上げ操作時の操作荷重が小さくなり、ユーザの操作性が向上している。この種の糸調子器とアクチュエータとを組み合わせた上糸張力調整装置の技術例が、特許文献１〜３に開示されている。
【０００３】
特許文献１のミシンは、押え上げレバーによる押え上げ操作を検出する検出手段と、糸案内溝を遮蔽及び開放する遮蔽部材と、遮蔽部材を駆動するアクチュエータと、検出手段が押え上げ操作を検出したときに遮蔽部材を開放位置へ駆動するようにアクチュエータを制御する制御手段とを備えている。また、実施例では、アクチュエータとしてステッピングモータからなる糸調子モータ及び駆動回路が例示されており、電源投入時に原点復帰して初期設定を行うことや、パルス数により糸調子を設定することが記載されている（特許文献１の段落００８３、００８４参照）。これにより、縫製の終了時に押え上げ操作を検出してアクチュエータを駆動でき、押え上げ操作の操作荷重が格段に小さくなり、操作性を向上できる、とされている。
【０００４】
また、特許文献２のミシンは、針棒を所定方向に揺動させる針棒揺動機構と、針棒上下動機構から針棒への上下駆動を遮断する針棒遮断機構と、上糸に張力を付与する糸調子機構と、糸調子機構を張力解放状態に切換える張力解放機構と、針棒揺動機構と針棒遮断機構と張力解放機構とを共通駆動する駆動手段とを備えている。また、駆動手段を駆動モータに特定し、さらに、駆動モータをステッピングモータに特定した態様が開示されている。これにより、ミシンの駆動系や制御系の小型化や低コスト化、さらには組付け作業を簡単化できる、とされている。
【０００５】
また、特許文献３の電磁ソレノイドによるミシンの糸調子装置は、固定皿及び可動皿からなる糸調子器と、可動皿に作用する電磁ソレノイドとを備え、電磁ソレノイドは加える電気量が一定のとき特定ストローク内で発生推力が略一定となり、可動皿の可動ストローク範囲が該特定ストローク区間内に設定されている。これにより、ストローク変化による糸張力制御の不安定さがなくなり、正確な糸張力制御を容易に実現でき、従来のボイスコイルモータを用いた装置に比べて耐久性の向上及びコストダウンを図ることができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４１８６９号公報
【特許文献２】特開２０００−２０２１８２号公報
【特許文献３】特開２０００−３００８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１及び２に例示されるように、糸調子器を操作するアクチュエータとしてステッピングモータを用いると種々の問題点が発生する。第１に、ステッピング動作を駆動する専用の駆動回路が必要であり、さらに張力を開放及び復帰させるためにモータの正回転と逆回転の切り替えが必要となり、モータ本体及び駆動回路の両方のコストが増大する。第２に、制御のために位置検出センサを設けると、さらにコストが増大する。仮に位置検出センサを設けなければ、特許文献１に開示されるように電源投入時に原点復帰して初期設定を行うことになり制御が複雑化し、また、初期設定の間ユーザが待たされるデメリットも生じる。さらには、原点復帰による初期設定を行った後でも、例えばステッピングモータで脱調などの不具合が生じると、制御コンピュータは糸調子器の状態を把握できなくなって不具合を認識できず、張力調整機能を喪失する。第３に、ステッピング動作と位置検出とを組み合わせると動作が緩慢となりがちで、ユーザの操作性が損なわれるおそれがある。第４に、特許文献２ではさらに、複数箇所にステッピングモータの駆動力を分配する必要が有って機構部の構成が複雑化するとともに、厚物縫製などの上糸張力設定を強くした際には駆動力不足に陥るおそれがある。これを回避するためにステッピングモータの出力を大きくすれば、小型化や低コスト化のメリットが失われる。
【０００８】
また、特許文献３に例示されるように、糸調子器を操作するアクチュエータとして電磁ソレノイドを用いた構成においても、位置検出センサに関して上記と同様の問題を内包している。さらに、電磁ソレノイドを任意の位置に制御するために電流を通電し続ける必要があり、比較的大きな電源装置が必要になってコストが増大する。加えて、電流を通電し続けるので省電力でない。
【０００９】
また、アクチュエータとして、直流モータと電源極性反転回路とを組み合わせた構成も考えられるが、回路及び制御の複雑化とコストの増大の問題点、ならびに位置検出センサに関する問題点はステッピングモータを用いた構成と概ね同様である。
【００１０】
本発明は上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、アクチュエータを含む機構の構成及び制御方法を簡易にしてコストを低廉にするとともに動作信頼性が高く、張力調整を迅速に行えて操作性も良好で、省電力にも資するミシンの上糸張力調整装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のミシンの上糸張力調整装置は、上糸を挟み込む一対の糸調子皿を、前記上糸の張力が開放された開放状態と前記上糸の張力が復帰された復帰状態とに切り替え調整するミシンの上糸張力調整装置であって、直流モータと、前記直流モータによって特定の回転方向に回転駆動される駆動カムと、前記駆動カムに摺接するカムフォロア及び前記一対の糸調子皿を開放する方向に動作させる作用部材を有して、前記一対の糸調子皿の前記開放状態と前記復帰状態とを切り替え操作可能とするリンク機構と、前記駆動カムの回転位相を検出する位相検出手段と、前記位相検出手段から前記駆動カムの回転位相を取得し、縫製動作を駆動するメインモータの動作状況に基づいて前記直流モータの動作及び停止を制御して、前記一対の糸調子皿を前記開放状態と前記復帰状態とに切り替え制御する制御部と、を備える。
【００１２】
さらに、前記駆動カムと一体的に回転するスイッチカムをさらに備え、前記位相検出手段は、前記スイッチカムの回転位相を検出することにより前記駆動カムの回転位相を検出するようにしてもよい。
【００１３】
さらに、前記位相検出手段は、前記駆動カムまたは前記スイッチカムの回転位相を、前記一対の糸調子皿の前記開放状態と前記復帰状態とに対応する二値信号に変換して前記制御部に送出し、前記制御部からの制御によって前記二値信号を表示する表示手段をさらに備えることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記直流モータの出力軸と一体的に回転するウォームギヤ、及び前記ウォームギヤに噛合して前記駆動カムと一体的に回転するウォームホイールからなるウォーム減速機構をさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のミシンの上糸張力調整装置では、直流モータからの駆動により駆動カムが回転し、リンク機構のカムフォロアから作用部材へと駆動力を伝達し、一対の糸調子皿の開放状態と復帰状態とを切り替え操作する。ここで、直流モータの回転方向が特定方向であっても駆動カム及びカムフォロアからなるカム機構を介することで作用部材を往復スライド移動させることができ、さらに、駆動カムの回転位相を検出することで作用部材のスライド移動の状況が分かるので、一対の糸調子皿を開放状態と復帰状態とに切り替え操作することができる。したがって、従来のステッピングモータの正回転及び逆回転を切り替え制御する方式と比較して、モータを含む機構の構成及び制御方法を簡易にでき、コストが低廉になる。また、ステッピングモータと比較して直流モータは高速駆動できるので、張力調整を迅速に行える。
【００１６】
さらに、駆動カムと一体的に回転するスイッチカムをさらに備える態様では、スイッチカムのカムプロフィールを自由に設定できるので、制御に必要となる駆動カムの回転位相を正確に検出することができる。これにより、従来行われていた電源投入時の原点復帰動作が不要となる。また、直流モータの不具合などによって機能が損なわれたことを確実に検出できる。以上の２点により、ミシンとしての動作信頼性が向上し、操作性も良好になる。
【００１７】
さらに、駆動カムまたはスイッチカムの回転位相を二値信号に変換して表示する態様では、上糸の張力が開放状態か復帰状態かを表示する。これにより、ユーザは上糸の張力の状態をいつでも認知でき、意図しない状態で誤って縫製を開始したり誤って布地を移動したりすることが無くなり、例えば、刺繍時の作品の失敗や模様縫い時の模様崩れを未然に防ぐことができる。つまり、ミシンとしての動作信頼性が高く、操作性も良好である。
【００１８】
さらに、ウォーム減速機構を備える態様では、ウォームホイール側（出力側）から外力が作用しても、ウォームギヤのセルフロックの特性により直流モータの出力軸に外力は伝達されない。このため、上糸の張力を開放状態及び復帰状態で保持するために直流モータに通電し続ける必要は無く、状態を変化させるときにだけ通電すればよい。したがって、例えば特許文献３の電磁ソレノイドを用いた構成と比較して省電力になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の上糸張力調整装置が組み込まれたミシンの外観を示す斜視図である。
【図２】実施形態の上糸張力調整装置の構成を示す図であり、（１）は斜視図、（２）は平面図である。
【図３】上糸張力調整装置の分解状態を示した分解斜視図である。
【図４】制御部の周りの制御ブロック図である。
【図５】回転中心軸、ウォームホイール一体カム、カムフォロア、及び接点スイッチのみを抜き出した平面図であり、（１）はウォームホイール一体カムの回転位相０°を示し、（２）は回転位相１８０°を示している。
【図６】ウォームホイール一体カム及び接点スイッチの位相特性を示した図である。
【図７】実施形態の上糸張力調整装置の上糸張力復帰状態を示す平面図である。
【図８】実施形態の上糸張力調整装置の上糸張力開放状態を示す平面図である。
【図９】制御部の制御フローを示すフローチャートの図である。
【図１０】接点スイッチの状態変化と直流モータの駆動及び停止のタイミングとの関係を示すタイミングチャートであり、（１）は上糸張力復帰状態からの開放動作、（２）は上糸張力開放状態からの復帰動作をそれぞれ示している。
【図１１】ステッピングモータを用いた従来技術の上糸張力調整装置の構成を示す図であり、（１）は斜視図、（２）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための実施形態を、図１〜図１１を参考にして説明する。図１は、本発明の実施形態の上糸張力調整装置１が組み込まれたミシン９の外観を示す斜視図である。このミシン９は、フリーハンド刺繍機能付コンピュータミシンである。そして、上糸張力調整装置１は、図略の押え上げレバーの押え上げ操作が無くとも縫製作業の中断時に自動的に上糸の張力を開放する機能を有しており、ユーザは縫製作業の途中で縫製箇所を自由に変更できるようになっている。
【００２１】
ミシン９は、ミシン本体９１と、ミシン本体９１に着脱可能なハンドコントローラ９８とを備え、ミシン本体９１に拡張テーブル９９を装着できるようになっている。ミシン本体９１は、ベッド部９２、ベッド部９２の図中の右端から上向きに延在する脚柱部９３、脚柱部９３の上端からベッド部９２に離隔並行して図中の左方に延在するアーム部９４、アーム部９４の図中の左端からベッド部２に向けて下向きに延在する頭部９５、図１では隠れているミシン本体９１内部のミシンフレーム９６などにより構成されている。
【００２２】
アーム部９４の正面下寄りには、縫製模様の選択や縫製速度の調整などを行う設定部９４１、及び設定部９４１の現在の設定を表示する表示部９４２が設けられている。表示部９４２は、一対の糸調子皿２１、２２の開放状態及び復帰状態に対応する二値信号を表示する本発明の表示手段を兼ねている。また、表示部９４２の上側には、上糸張力調整装置１の糸調子器２が配設されており、張力調整ねじ２６によって張力の調整操作を行えるようになっている。頭部９５の前面右下寄りには、縫製動作の起動及び停止を制御するスタート／ストップスイッチ９５１が設けられている。頭部９５の下端からベッド部９２に向けて下向きに針棒及び縫針９５２が立設され、さらに、縫針９５２に隣接して、布地をベッド部９２に押える布押え９５３が設けられている。
【００２３】
拡張テーブル９９は、刺繍を行うときなどに使用し、ベッド部９２の図中の左方に、互いの上面が連なるように装着されている。また、ハンドコントローラ９８は、縫製速度や縫製幅の調整操作を行う際に使用する。ハンドコントローラ９８は、環状の刺繍枠９８１と一体化され、ユーザによって操作される。また、ハンドコントローラ９８と脚柱部９３に設けられたコントローラジャック９８２との間は、ハーネス９８３により電気接続されている。ユーザによるハンドコントローラ９８の操作は、信号化されてミシン本体９１に伝達され、ミシン本体９１に内蔵された制御部７での制御に反映される。なお、ハンドコントローラ９８の代わりにフットコントローラを使用する構成としてもよい。
【００２４】
上糸張力調整装置１は、ミシン本体９１のアーム部９４のカバー９４３の内側のミシンフレーム９６上に配設されている。図２は、実施形態の上糸張力調整装置１の構成を示す図であり、（１）は斜視図、（２）は平面図である。図２には、カバー９４３を取り外した状態が示されており、カバー９４３が取り付けられた通常の状態では、上糸張力調整装置１は糸調子器２のみが目視される。また、図３は、上糸張力調整装置１の分解状態を示した分解斜視図である。上糸張力調整装置１は、一対の糸調子皿２１、２２を有する糸調子器２、直流モータ３、ウォームホイール一体カム４、カムフォロア５１及び作用部材５２を有するリンク機構５、位相検出手段に相当する接点スイッチ６、制御部７（図２の（２）に示す）などで構成されている。
【００２５】
糸調子器２は、固定糸調子皿２１と可動糸調子皿２２との間に上糸を挟み込んで、その張力を調整できるようにするものである。糸調子器２は、他に固定部材２３、筒体２４、張力発生ばね２５、張力調整ねじ２６などで構成されている。固定糸調子皿２１及び可動糸調子皿２２は、同径の略円板状の部材である。固定糸調子皿２１は、ミシンフレーム９６から延在する固定部材２３の端部に固定取り付けされている。一方、可動糸調子皿２２は、固定糸調子皿２１に隣接して、固定糸調子皿２１との間隙の調整可能に配置されている。可動糸調子皿２２には棒状の作用アーム２２１が延設されており、作用アーム２２１の端部寄りには作用点２２２が設けられている。
【００２６】
筒体２４は、固定糸調子皿２１及び可動糸調子皿２２を挟んで固定部材２３の反対側に配置され、その一端は固定糸調子皿２１及び可動糸調子皿２２の下方を通り抜けて固定部材２３に固設されている。筒体２４内には、張力発生ばね２５が配設されており、筒体２４の固定されていない側の他端には張力調整ねじ２６が螺合されている。張力発生ばね２５は、一端が張力調整ねじ２６に支持され、他端で可動糸調子皿２２を固定糸調子皿２１に向けて押圧している。ユーザが張力調整ねじ２６を回転操作すると、張力調整ねじ２６が螺進または螺退して張力発生ばね２５の一端を前進または後退させる。これにより、張力発生ばね２５の押圧力が調整され、上糸の張力を調整できるようになっている。
【００２７】
直流モータ３は、図２の（２）及び図３に示される２個の取付ねじ３１によってミシンフレーム９６に固設されている。直流モータ３の出力軸３２には、ウォームギヤ３３が一体的に回転するように取り付けられている。直流モータ３の電源端子３４、３５は、電源用ハーネス３６により制御部７に電気接続されている。直流モータ３は、制御部７からの制御によって特定の回転方向に回転及び停止し、逆方向には回転しない。
【００２８】
ウォームホイール一体カム４は、図３に示されるように、駆動カム部４１、ウォームホイール部４２、スイッチカム部４３がこの順番で三層状に一体的に形成された部材である。ウォームホイール一体カム４は、樹脂成型加工により一体品で製作でき、これに限定されない。ウォームホイール一体カム４には共通の回転中心孔４４が穿設されている。回転中心孔４４にはミシンフレーム９６に立設された回転中心軸９６１が係入しており、ウォームホイール一体カム４は回転自在に軸承されている。上層の駆動カム部４１は、外周のカムプロフィール面４１１で後述のカムフォロア５１を駆動する。中層のウォームホイール部４２は、ウォームギヤ３３に噛合しており、ウォーム減速機構が構成されている。したがって、ウォームホイール一体カム４は、直流モータ３からの駆動により特定方向に回転駆動され、回転数を減速してトルクを増幅する機能を有している。下層のスイッチカム部４３は、外周のカムプロフィール面４３１で後述の接点スイッチ６を押動し、回転位相を簡易的に出力する。
【００２９】
リンク機構５は、カムフォロア５１、作用部材５２、ロッド５３、戻しばね５４などにより構成されている。ロッド５３は、ウォームホイール一体カム４の上方から糸調子器２の近傍までミシンフレーム９６に並行して延在するように配設されている。ロッド５３のウォームホイール一体カム４に近い端部寄りには長さ方向に延びる長孔５３１が穿設されている。長孔５３１には、ウォームホイール一体カム４の回転中心孔４４に係入した回転中心軸９６１が余長部分で係入している。回転中心軸９６１の先端部には、ロッド５３及びウォームホイール一体カム４の外れ防止のためスピードワッシャ９６２が組み付けられている。これにより、ロッド５３は、長孔５３１の長さの範囲内で長さ方向にスライド移動できるように保持されている。一方、ロッド５３の糸調子器２に近い端部寄りには係合孔５３２が穿設されており、係合孔５３２によって作用部材５２に連結されている。
【００３０】
カムフォロア５１は、ロッド５３の長孔５３１よりも端部寄りから下向きに立設された短棒状の部材である。カムフォロア５１は、ウォームホイール一体カム４の上層の駆動カム部４１のカムプロフィール面４１１に対して、糸調子器２に遠い側から（図２の（２）では下方から）摺動するようになっている。
【００３１】
作用部材５２は、支点５２１から互いに向かい合う逆方向に第1アーム５２２及び第２アーム５２４が延びた形状の部材である。支点５２１は、ミシンフレーム９６により揺動可能に枢支されている。第1アーム５２２の先端には接触点５２３が形成され、接触点５２３は可動糸調子皿２２の作用アーム２２１の作用点２２２に接触して押動できるようになっている。また第２アーム５２４の中間には係合ピン５２５が上向きに立設され、先端寄りにはＶ字切り欠き形状のばね掛け部５２７が形成されている。係合ピン５２５は、ロッド５３の係合孔５３２に係入している。係合ピン５２５の先端部には、ロッド５３の外れ防止のためスピードワッシャ５２６が組み付けられている。これにより、作用部材５２は、ロッド５３に連結されて往復駆動されるようになっている。
【００３２】
戻しばね５４は、作用部材５２のばね掛け部５２７とミシンフレーム９６との間に介挿されている。戻しばね５４は、作用部材５２の第２アーム５２４を図２の（２）の反時計回りに付勢し、ロッド５３を糸調子器２側に引き戻す方向に付勢している。図２の（２）には、戻しばね５４によってロッド５３が図中の上向きに引き戻されている状態が示されている。このとき、作用部材５２は支点５２１を中心にして図中の反時計回りに揺動しており、接触点５２３は可動糸調子皿２２の作用点２２２を押動せず、糸調子器２は上糸の張力が復帰された復帰状態となっている。
【００３３】
接点スイッチ６は位相検出手段に相当し、スイッチカム部４３の回転位相を検出することにより駆動カム部４１の回転位相を検出する。また、接点スイッチ６は、スイッチカム部４３の回転位相を、糸調子器２の開放状態と復帰状態とに対応する二値信号に変換して制御部７に送出する。以下、詳述する。
【００３４】
接点スイッチ６は、図３に示されるように、ミシンフレーム９６の回転中心軸９６１の付近に取付ねじ６１を用いて固設されている。接点スイッチ６は、延在して揺動可能な２つの接点部材、すなわち待ち受け接点６２及び動作接点６３を有し、無電圧ａ接点を1点出力するようになっている。動作接点６３は外力が加えられていないときに待ち受け接点６２から離隔しており、接点スイッチ６は遮断状態となる。動作接点６３がウォームホイール一体カム４の下層のスイッチカム部４３に押動されると待ち受け接点６２に接し、接点スイッチ６は導通状態となる。待ち受け接点６２及び動作接点６３は、接点用ハーネス６４により制御部７に電気接続されている。制御部７は、接点用ハーネス６４間に電圧を印加して導通の有無を確認することで、遮断状態及び導通状態を二値信号として検出する。後述するように、接点スイッチ６の遮断状態は糸調子器２の復帰状態を示し、導通状態は糸調子器２の開放状態を示している。
【００３５】
制御部７は、接点スイッチ６から駆動カム部４１の回転位相を取得し、縫製動作を駆動するメインモータ７１の動作状況に基づいて直流モータ３の動作及び停止を制御して、糸調子器２の開放状態と復帰状態とを切り替え制御する。図４は、制御部７の周りの制御ブロック図である。制御部７は、ミシン本体９１に内蔵されており、例えば、マイコンを搭載した制御基板により構成することができる。
【００３６】
制御部７は、ハンドコントローラ９８の操作信号に基づいて、メインモータ７１の縫製動作の開始や停止、速度調整などを制御する。また、制御部７は、ハンドコントローラ９８の操作を検出して、上糸張力の開放要求及び復帰要求を発生させ、制御に反映する。例えば、ハンドコントローラ９８の操作に応じて停止要求を発生させると、停止信号を送出してメインモータ７１を停止し、さらに停止状態が続くと上糸張力の開放要求を発生させる。また例えば、ハンドコントローラ９８の操作に応じて始動要求を発生させると、始動信号を送出してメインモータ７１を始動する直前に上糸張力の復帰要求を発生させる。制御部７は、上糸張力の開放要求及び復帰要求を受けて直流モータ３を駆動制御及び停止制御する。さらに、制御部７は、接点スイッチ６から取得した二値信号をアーム部９４の正面下寄りの表示部９４２に表示する。これにより、ユーザは上糸張力の状態をいつでも認知できる。
【００３７】
次に、ウォームホイール一体カム４の形状及び動作特性、ならびに接点スイッチ６の動作特性について説明する。図５は、回転中心軸９６１、ウォームホイール一体カム４、カムフォロア５１、及び接点スイッチ６のみを抜き出した平面図であり、（１）はウォームホイール一体カム４の回転位相０°を示し、（２）は回転位相１８０°を示している。また、図６は、ウォームホイール一体カム４及び接点スイッチ６の位相特性を示した図である。
【００３８】
図５において、ウォームホイール一体カム４は時計回りにのみ回転する。ウォームホイール一体カム４の上層の駆動カム部４１のカムプロフィール面４１１に対し、カムフォロア５１は図中の下側から摺接する。図５の（１）に示される回転位相０°の前後の範囲で、カムフォロア５１が摺接するカムプロフィール面４１１は最小半径Ｒ１の基底面４１２になっている。また、（２）に示される回転位相１８０°の前後の範囲で、カムフォロア５１が摺接するカムプロフィール面４１１は最大半径Ｒ２のリフト面４１３になっている。最小半径Ｒ１と最大半径Ｒ２の間で、カムプロフィール面４１１は滑らかに変化している。したがって、回転位相０°で駆動カム部４１のリフト量Ｌ４１はゼロ、回転位相１８０°でリフト量Ｌ４１は最大リフト量（＝Ｒ２−Ｒ１）となる。このとき、カムフォロア５１と回転中心軸９６１との距離Ｄは、最小距離Ｄ１から最大距離Ｄ２までの範囲で変化し、その差分（Ｄ２−Ｄ１）がロッド５３のスライド移動量となる。
【００３９】
また、実施例では、ウォームホイール一体カム４の下層のスイッチカム部４３のカムプロフィール面４３１は、全体として駆動カム部４１よりも大径で、かつ、駆動カム部４１とは概ね逆位相になっている。つまり、駆動カム部４１の基底面４１２と概ね同位相にスイッチカム部４３のリフト面４３３が配置され、駆動カム部４１のリフト面４１３と概ね同位相にスイッチカム部４３の基底面４３２が配置されている。ここで、基底面４３２からリフト面４３３に変化する途中は緩斜面４３４とされ、リフト面４３３から基底面４３２に変化する途中は急斜面４３５とされている。また、スイッチカム部４３がリフトする接点スイッチ６の動作接点６３は、カムフォロア５１と逆位相（回転中心軸９６１を挟んで反対側）に設けられている。したがって結果的に、駆動カム部４１のリフト量Ｌ４１と、スイッチカム部４３のリフト量Ｌ４３とは、急斜面４３５を除くと同様の変化傾向を示す。
【００４０】
図５の（１）に示される回転位相０°において、スイッチカム部４３が接点スイッチ６の動作接点６３をリフトするリフト量Ｌ４３はゼロである。このとき、動作接点６３は、スイッチカム部４３の基底面４３２から微小距離Ｇａｐだけ離隔して押動されずに待ち受け接点６２から離隔し、接点スイッチ６は遮断状態となる。また、（２）に示される回転位相１８０°において、スイッチカム部４３のリフト量Ｌ４３は最大となる。これにより、動作接点６３はスイッチカム部４３のリフト面４３３に押動されて待ち受け接点６２に接し、接点スイッチ６は導通状態となる。
【００４１】
上述した動作特性を定量的に示したものが図６である。図６の横軸は、ウォームホイール一体カム４の回転位相であり、上段のグラフは接点スイッチ６の状態、中段のグラフはスイッチカム部４３のリフト量Ｌ４３（相対量％）、下段のグラフは駆動カム部４１のリフト量Ｌ４１（相対量％）をそれぞれ表している。図示されるように、回転位相０°で、接点スイッチ６は遮断状態、リフト量Ｌ４３及びリフト量Ｌ４１はともにゼロである。ウォームホイール一体カム４が回転し始めて回転位相略６０°まで増加すると、リフト量Ｌ４３及びリフト量Ｌ４１が揃って増加し始め、回転位相略９０°で最大リフト量に達する。また、リフト量Ｌ４３が最大リフト量に達するよりも少し手前の回転位相で、接点スイッチ６が導通状態に切り替わる。この後、同じ状態が回転位相略２４０°まで続く。回転位相略２４０°でリフト量Ｌ４１が先に減少し始め、位相略２７０°でゼロに戻る。また、位相略２７０°の付近で動作接点６３が急斜面４３５を通過し、リフト量Ｌ４３が急峻に減少してゼロに戻るとともに、接点スイッチ６が遮断状態に切り替わる。この後、同じ状態が回転位相３６０°まで続き、ウォームホイール一体カム４が１回転して回転位相０°の状態に戻る。
【００４２】
図中の回転位相略９０°〜略２４０°の区間Ｆで、駆動カム部４１のリフト量Ｌ４１は概ね最大リフト量となっており、この区間Ｆが後述する図８の上糸張力開放状態に相当する。また、回転位相０°〜略６０°及び回転位相略２７０°〜３６０°の区間Ｇで、駆動カム部４１のリフト量Ｌ４１は概ねゼロとなっており、この区間Ｇが後述する図７の上糸張力復帰状態に相当する。
【００４３】
次に、実施形態の上糸張力調整装置１の動作について説明する。図７は、実施形態の上糸張力調整装置１の上糸張力復帰状態を示す平面図である。また、図８は、実施形態の上糸張力調整装置１の上糸張力開放状態を示す平面図である。なお、図７及び図８を見易くするために、ロッド５３は一点鎖線で示されている。
【００４４】
図７の上糸張力復帰状態において、ウォームホイール一体カム４の回転位相０°であり、駆動カム部４１のリフト量Ｌ４１はゼロになっている。カムフォロア５１と回転中心軸９６１との距離Ｄは最小距離Ｄ１となり、ロッド５３は図中の上方にスライド移動している。また、作用部材５２は支点５２１を中心にして図中の反時計回りに揺動し、接触点５２３は作用点２２２を押動していない。したがって、可動糸調子皿２２は、張力発生ばね２５に押圧されて固定糸調子皿２１に全面で圧接し、挟み込まれている上糸の張力が維持された復帰状態となっている。またこのとき、接点スイッチ６は遮断状態になっている。
【００４５】
ここで、直流モータ３を起動すると、回転駆動力がウォームギヤ３３からウォームホイール部４２に伝達され、図中に矢印Ａ１で示されるように、ウォームホイール一体カム４が時計回りに回転する。そして、ウォームホイール一体カム４が回転位相略６０°まで回転すると、駆動カム部４１のリフト量Ｌ４１が増加し始めて、カムフォロア５１が図中の下方に駆動される。ロッド５３は、図中に矢印Ａ２で示されるように戻しばね５４に抗して図中の下方に駆動され、作用部材５２は、矢印Ａ３で示されるように支点５２１を中心にして図中の時計回りに揺動する。さらに、矢印Ａ４で示されるように作用部材５２の接触点５２３は、可動糸調子皿２２の作用アーム２２１の作用点２２２を図中の上方に押動する。
【００４６】
以上の動作により、図８の上糸張力開放状態に遷移する。作用点２２２が押動された可動糸調子皿２２は、作用アーム２２１の付け根部２２３が固定糸調子皿２１に押圧された状態で支点となり、張力発生ばね２５に抗しつつ、図中に開放角θで示されるだけ反時計回りに揺動する。これにより、固定糸調子皿２１と可動糸調子皿２２とがハの字状に開放し、挟み込まれていた上糸の張力が開放される。またこのとき、接点スイッチ６は導通状態になっている。
【００４７】
さらに、図８の上糸張力開放状態で直流モータ３を起動すると、ウォームホイール一体カム４が回転位相１８０°から３６０°まで時計回りに回転する（図７中の矢印Ａ方向の動作）。これにより、駆動カム部４１のリフト量Ｌ４１がゼロに戻り、ロッド５３が戻しばね５４に戻されて図中の上方に駆動され、作用部材５２が反時計回りに揺動し、図７の上糸張力復帰状態に戻る（図７中の矢印Ｂ〜Ｄの逆方向の動作）。
【００４８】
なお、図７の上糸張力復帰状態において、ユーザが図略の押え上げレバーを押え上げ操作したときには、図略の連動機構によって作用部材がＡ３方向に回動し、可動糸調子皿２２は、図８の上糸張力開放状態に遷移して、ロッド５３がウォームホイール一体カム４側にスライド移動する。この手動開放操作により、ロッド５３は長孔５３１の長さ分だけ移動するので、ウォームホイール一体カム４への影響は生じない。
【００４９】
次に、上述の動作を行わせる制御部７の制御フローについて説明する。図９は、制御部７の制御フローを示すフローチャートの図である。図９のステップＳ１で、まず、制御部７は、上糸張力の開放要求の有無を判断する。開放要求が有る場合はステップＳ２に進み、接点スイッチ６が遮断状態であるか否か、すなわち糸調子器２が復帰状態であるか否かを判定する。接点スイッチ６が導通状態の場合は糸調子器２が開放状態なので、ステップＳ５に進み、直流モータ３を停止して制御フローを終了する。ステップＳ２で接点スイッチ６が遮断状態の場合は糸調子器２が復帰状態なので、ステップＳ３に進み、直流モータ３を駆動する。そして、ステップＳ４で、接点スイッチ６が導通状態になるまでステップＳ３を継続する。ステップＳ４で接点スイッチ６が導通状態になると、ステップＳ５に進み、直流モータ３を停止して制御フローを終了する。
【００５０】
また、ステップＳ１で開放要求が無い場合は、ステップＳ６に進み、上糸張力の復帰要求の有無を判定する。復帰要求が無い場合は、開放要求も復帰要求も無いので直ちに制御フローを終了する。復帰要求がある場合は、ステップＳ７に進み、接点スイッチ６が導通状態であるか否か、すなわち糸調子器２が開放状態であるか否かを判定する。接点スイッチ６が遮断状態の場合は糸調子器２が復帰状態なので、直流モータ３を停止して制御フローを終了する。接点スイッチ６が導通状態の場合は糸調子器２が開放状態なので、ステップＳ８に進み、直流モータ３を駆動する。そして、ステップＳ９で、接点スイッチ６が遮断状態になるまでステップＳ８を継続する。ステップＳ９で接点スイッチ６が遮断状態になると、ステップＳ１０に進み、直流モータ３を停止して制御フローを終了する。
【００５１】
次に、直流モータ３の駆動及び停止のタイミング制御方法について説明する。図１０は、接点スイッチ６の状態変化と直流モータ３の駆動及び停止のタイミングとの関係を示すタイミングチャートであり、（１）は上糸張力復帰状態からの開放動作、（２）は上糸張力開放状態からの復帰動作をそれぞれ示している。また、図中の横軸は時間ｔであり、上段のグラフは接点スイッチ６の状態、下段のグラフは直流モータ３の駆動及び停止をそれぞれ示している。
【００５２】
図１０の（１）の時刻Ｔ１で、接点スイッチ６は遮断状態であり、上糸張力は復帰している。このとき、上糸張力の開放要求が発生すると、図９のステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３と処理され、直流モータ３は駆動される。そして、ステップＳ４にて接点スイッチ６の導通状態が検出されるまで、直流モータ３の駆動は続く。時刻Ｔ２で接点スイッチ６が導通状態に変化すると、糸調子器２は開放状態に変化しており、微小時間ΔＴ１だけ遅れた時刻Ｔ３で、ステップＳ５にて直流モータ３を停止させる。
【００５３】
また、図１０の（２）の時刻Ｔ６で、接点スイッチ６は導通状態であり、上糸張力は開放されている。このとき、上糸張力の復帰要求が発生すると、図９のステップＳ１→Ｓ６→Ｓ７→Ｓ８と処理され、直流モータ３は駆動される。そして、ステップＳ９にて接点スイッチ６の遮断状態が検出されるまで、直流モータ３の駆動は続く。時刻Ｔ７で接点スイッチ６が遮断状態に変化すると、糸調子器２は復帰状態に変化しており、微小時間ΔＴ２だけ遅れた時刻Ｔ８で、ステップＳ１０にて直流モータ３を停止させる。
【００５４】
なお、微小時間ΔＴ１及び微小時間ΔＴ２は、制御の指令遅れや直流モータ３の慣性に起因する多少のオーバーランによって生じる時間遅れである、これにより、図６に示される区間Ｆ及び区間Ｇの中央付近の位相でウォームホイール一体カム４が停止するように直流モータ３を制御でき、上糸張力の開放状態及び復帰状態を安定化することができる。逆に、区間Ｆ及び区間Ｇの中央付近の位相でウォームホイール一体カム４が停止するように、直流モータ３の制御を調整することができる。例えば、オーバーランを考慮して、スイッチカム部４３のカムプロフィール面４３１の位相をずらし、あるいは接点スイッチ６の状態変化と直流モータ３の停止指令との間に意図的な待ち時間を設定することができる。あるいは、直流モータ３の停止制御を行って、オーバーランを一定化するようにすることもできる。
【００５５】
次に、実施形態の上糸張力調整装置１の効果について、従来技術と比較して説明する。図１１は、ステッピングモータ８３を用いた従来技術の上糸張力調整装置８の構成を示す図であり、（１）は斜視図、（２）は平面図である。従来技術の上糸張力調整装置８は、糸調子器２、ステッピングモータ８３、ウォームホイール一体レバー８４、リンク機構８５、制御部８７などで構成されている。このうち糸調子器２は、実施形態と同じ構成になっている。
【００５６】
図１１に示される従来技術の上糸張力調整装置８で、ミシンフレーム９６には正回転及び逆回転の切り替え可能に制御されるステッピングモータ８３が固設され、ステッピングモータ８３の出力軸８３１にウォームギヤ８３２が取り付けられている。また、ステッピングモータ８３は、電源用ハーネス８３３により駆動回路８８に電気接続され、駆動回路８８は制御部８７から制御されるようになっている。一方、ミシンフレーム９６には、ウォームホイール一体レバー８４が揺動可能に枢支されている。ウォームホイール一体レバー８４は、ミシンフレーム９６に立設された揺動中心軸９６９に係入する揺動中心孔８４１と、揺動中心孔８４１付近から一方向に扇状に拡がるウォームホイール部８４２と、揺動中心孔８４１付近からウォームホイール部８４２の逆方向に突出した作用部８４４とを有している。ウォームホイール部８４２の扇状の外側曲面には、ウォームギヤ８３２に噛合するホイールギヤ８４３が刻設されている。また、作用部８４４の先端には係合ピン８４５が上向きに立設されている。
【００５７】
リンク機構８５は、ロッド８６、作用部材５２、及び戻しばね５４により構成されている。作用部材５２及び戻しばね５４は、実施形態と同じ構成になっている。ロッド８６は、ウォームホイール一体レバー８４の近傍から糸調子器２の近傍までミシンフレーム９６に並行して延在するように配設されている。ロッド８６の一方の端部（図１１の（２）の下端部）には係合孔８６１が穿設されており、係合孔８６１にはウォームホイール一体レバー８４の係合ピン８４５が係入している。ロッド８６の他方の端部（図１１の（２）の上端部）には長さ方向に長孔８６２が穿設されており、長孔８６２には作用部材５２の係合ピン５２５が摺動可能に係入している。これにより、ロッド８６は長さ方向に長孔８６２の長さ相当分だけスライド移動できるようになっている。
【００５８】
従来技術の上糸張力調整装置８では、図１１の（２）に示される上糸張力復帰状態で開放要求が発生すると、制御部８７から駆動回路８８を制御してステッピングモータ８３を正回転させる。すると、ウォームホイール一体レバー８４が揺動中心孔８４１を中心にして時計回りに揺動し（図中の矢印Ｂ１）、ロッド８６を図中の下方にスライド移動させる（図中の矢印Ｂ２）。これにより、作用部材５２が時計回りに揺動して（図中の矢印Ｂ３）、接触点５２３が可動糸調子皿２２の作用点２２２を押動し（図中の矢印Ｂ４）、上糸張力開放状態に遷移する。また、上糸張力開放状態で復帰要求が発生すると、制御部８７から駆動回路８８を制御してステッピングモータ８３を逆回転させる。これにより、上述とは逆方向に動作（矢印Ｂ１〜Ｂ４の逆向きの動作）して、上糸張力復帰状態に遷移する。
【００５９】
従来技術の上糸張力調整装置８は、ロッド８６のスライド移動量を検出する位置検出センサを有していないのでスライド移動量を正確に制御する必要があり、制御部８７とは別に専用の駆動回路８８を設けてステッピングモータ８３のステッピング動作を制御している。また、ミシン９の電源投入時には、一旦ウォームホイール一体レバー８４を反時計回りに駆動してストッパ８４６に当てる原点復帰の制御を行っている。さらには、原点復帰の制御を行った後でも、例えばステッピングモータ８３で脱調などの不具合が生じると、制御部８７は糸調子器２の状態を把握できなくなって不具合を認識できず、張力調整機能を喪失する。
【００６０】
これに対して、実施形態の上糸張力調整装置１は特定の回転方向のみに回転する直流モータ３を用いる方式なので、従来技術の高価なステッピングモータ８３及び専用の駆動回路８８と比較して、直流モータ３を含む機構の構成及び制御方法を簡易にでき、コストが低廉になる。また、ステッピング動作するステッピングモータ８３と比較して直流モータ３は高速駆動できるので、張力調整を迅速に行える。
【００６１】
さらに、実施形態ではスイッチカム部４３を備えて接点スイッチ６で駆動カム部４１の位相を正確に検出するので、従来技術で行われていた電源投入時の原点復帰動作が不要となる。また、直流モータ３の不具合などによって機能が損なわれたことを確実に検出できる。以上の２点により、ミシン９としての動作信頼性が向上し、操作性も良好になる。
【００６２】
さらに、上糸張力が開放状態か復帰状態かを表示部９４２に表示するので、ユーザは上糸張力の状態をいつでも認知でき、意図しない状態で誤って縫製を開始したり誤って布地を移動したりすることが無くなり、例えば、刺繍時の作品の失敗や模様縫い時の模様崩れを未然に防ぐことができる。つまり、ミシン９としての動作信頼性が高く、操作性も良好である。
【００６３】
さらに、ウォーム減速機構を備えるので、ウォームホイール部４２側（出力側）から外力が作用しても、ウォームギヤ３３のセルフロックの特性により直流モータ３の出力軸３２に外力は伝達されない。このため、上糸張力を開放状態及び復帰状態で保持するために直流モータ３に通電し続ける必要はなく、状態を変化させるときにだけ通電すればよい。したがって、例えば特許文献３の電磁ソレノイドを用いた構成と比較して省電力になる。
【００６４】
なお、実施形態で説明したリンク機構５の構成や制御部７の制御フローなどは一例であって、適宜応用や変形を行うことができる。例えば、スイッチカム部４３は必ずしも必要でなく、駆動カム部４１で直接接点スイッチ６を押動するように構成してもよい。その他、本発明は様々な応用や変形が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１：上糸張力調整装置
２：糸調子器
２１：固定糸調子皿    ２２：可動糸調子皿    ２２１：作用アーム
２２２：作用点    ２２３：付け根部
３：直流モータ
３１：取付ねじ    ３２：出力軸    ３３：ウォームギヤ
３４、３５：電源端子    ３６：電源用ハーネス
４：ウォームホイール一体カム
４１：駆動カム部    ４１１：カムプロフィール面    ４１２：基底面
４１３：リフト面
４２：ウォームホイール部
４３：スイッチカム部    ４３１：カムプロフィール面    ４３２：基底面
４３３：リフト面    ４３４：緩斜面    ４３５：急斜面
４４：回転中心孔
５：リンク機構
５１：カムフォロア
５２：作用部材    ５２１：支点    ５２３：接触点    ５２５：係合ピン
５２７：ばね掛け部
５３：ロッド    ５３１：長孔    ５３２：係合孔
５４：戻しばね
６：接点スイッチ
６１：取付ねじ    ６２：待ち受け接点    ６３：動作接点
６４：接点用ハーネス
７：制御部    ７１：メインモータ
８：従来技術の上糸張力調整装置
８３：ステッピングモータ    ８３１：出力軸    ８３２：ウォームギヤ
８３３：電源用ハーネス    ８４：ウォームホイール一体レバー
８４２：ウォームホイール部    ８４３：ホイールギヤ    ８４４：作用部
８４５：係合ピン    ８５：リンク機構    ８６：ロッド    ８６１：係合孔
８６２：長孔    ８７：制御部    ８８：駆動回路
９：ミシン
９１：ミシン本体    ９２：ベッド部    ９３：脚柱部    ９４：アーム部
９４１：設定部    ９４２：表示部（表示手段）    ９５：頭部
９６：ミシンフレーム    ９６１：回転中心軸
９８：ハンドコントローラ    ９９：拡張テーブル
【図１】
2013123606.tif 000003
【図２】
2013123606.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013123606.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013123606.tif 000008
【図７】
2013123606.tif 000009
【図８】
2013123606.tif 000010
【図９】
2013123606.tif 000011
【図１０】
2013123606.tif 000012
【図１１】
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