(57)【要約】【課題】  工具を装着した工具ホルダを、主軸のチャック部又は針棒と押え棒の少なくとも一つのチャック部に確実に且つ着脱可能に装着でき、しかもチャック部の小型化が図れるようにすることすることである。【解決手段】  工具ホルダ３１は、上端部分の係合軸部３１ａと、この係合軸部３１ａの下端から下方へ連なる第１環状テーパ面３１ｂと、この第１環状テーパ面３１ｂの下端から下方へ連なる第２環状テーパ面３１ｃと、この第２環状テーパ面３１ｃから下方へ連なる工具取付け部３１ｄと、この工具取付け部３１ｄから下方へ連なる環状Ｖ溝３１ｅ等を有している。第１環状テーパ面３１ｂは水平面とのなす第１傾斜角度を約４５°とするように形成され第２環状テーパ面３１ｃは水平面とのなす第２傾斜角度が第１環状テーパ面３１ｂの第１傾斜角度よりも大きな約７０°となるように形成されている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を装着して加工装置に設けられた主軸のチャック部に着脱可能に装着される工具ホルダにおいて、
上端部分の係合軸部と、
前記係合軸部の下端から下方へ連なる第１環状テーパ面と、
前記第１環状テーパ面の下端から下方へ連なる第２環状テーパ面とを備え、
前記第２環状テーパ面の水平面とのなす第２傾斜角度は前記第１環状テーパ面の水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きく構成された、
ことを特徴とする工具ホルダ。
【請求項２】
工具を装着した工具ホルダを主軸のチャック部に着脱可能に装着する加工装置において、
前記工具ホルダは、上端部分の係合軸部と、この係合軸部の下端から下方へ連なる第１環状テーパ面と、この第１環状テーパ面の下端から下方へ連なる第２環状テーパ面であって水平面とのなす第２傾斜角度が第１環状テーパ面の水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きな第２環状テーパ面とを有し、
前記チャック部は、前記工具ホルダの係合軸部が内嵌する係合穴と、この係合穴の下端に連なり第１環状テーパ面と係合可能な第１環状係合面と、この第１環状係合面の下端に連なり第２環状テーパ面と係合可能な第２環状係合面とを有する、
ことを特徴とする加工装置。
【請求項３】
ミシンモータによりミシン主軸を介して上下駆動される針棒と、加工布を押える押え足を装着する為の押え棒とを備えたミシンにおいて、
前記針棒と押え棒の少なくとも１つの下端部に設けられたチャック部と、
前記チャック部に着脱可能な複数種類の工具であって、夫々、工具ホルダを有する複数種類の工具とを備え、
前記工具ホルダは、上端部分の係合軸部と、この係合軸部の下端から下方へ連なる第１環状テーパ面と、この第１環状テーパ面の下端から下方へ連なる第２環状テーパ面であって水平面とのなす角度が第１環状テーパ面よりも大きな第２環状テーパ面とを有し、
前記チャック部は、前記工具ホルダの係合軸部が内嵌する係合穴と、この係合穴の下端に連なり第１環状テーパ面と係合可能な第１環状係合面と、この第１環状係合面の下端に連なり第２環状テーパ面と係合可能な第２環状係合面とを有する、
ことを特徴とするミシン。
【請求項４】
前記係合軸部の下部の外周部に環状凹溝を設け、
前記チャック部に、前記環状凹溝に係合するボールを介して前記工具ホルダの係合軸部をロックするボールロック機構を設けたことを特徴とする請求項３に記載のミシン。
【請求項５】
前記工具ホルダを前記チャック部に回転拘束するためのキー機構を設けたことを特徴とする請求項３又は４に記載のミシン。
【請求項６】
前記工具は、縫針、布押え、加工布を切断する為のカッターを含むことを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載のミシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具を装着した工具ホルダ、この工具ホルダを主軸のチャック部に着脱可能に装着する加工装置、この工具ホルダを針棒は押え棒の少なくとも１つのチャック部に着脱可能に装着するようにしたミシンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、本縫いミシン等の電子ミシンは、下端に縫針を着脱可能に装着する針棒を備え、ミシンモータにより主軸を介して針棒を上下駆動することにより、ベッド部に設けられた回転釜と協働して、加工布に縫目を形成できるようになっている。ところで、針棒に縫針を簡単に、ワンタッチで装着できるようにした針止装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のミシンの針止装置は、ネック部(331)とテーパ外周面(323)を有する嵌合部(321)とを一体形成した針シャンクアダプター(30)の内部に、ミシン針(10)の上端部を下側から部分的に嵌入して保持し、この針シャンクアダプター(30)のほぼ上半部分を針棒(20)の下端部に下側から挿入して装着するようにしてある。
【０００４】
このとき、針棒(20)の下端部に形成されたテーパ内周面(231)を有する保持穴(23)に、針シャンクアダプター(30)のテーパ外周面(323)が当接するとともに、弾性付勢されて針棒(20)の下端部の内部に突出する１対の係合ピン(25,27)が針シャンクアダプター(30)のネック部(331)に係合し、針シャンクアダプター(30)が針棒(20)の下端部に装着保持されるととに、抜け止めされるようになっている。
【特許文献１】実開昭６３−３０９７７号公報（第３〜５頁、図２，図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のミシンの針止装置においては、縫針を有する針シャンクアダプターを針棒の下端部に挿入して装着した場合、針棒の下端部の内部に形成されたテーパ状の保持穴に、針シャンクアダプターのテーパ外周面が当接するだけの連結構造なので、このテーパ状の保持穴だけで、針シャンクアダプターの上向きに作用する大きな荷重と、針シャンクアダプターに作用する回転モーメントとを受け止める必要がある。
【０００６】
この場合、保持穴のテーパ面の水平面とのなす傾斜角度を、例えば３０°〜４５°のように、小さくすることで、針シャンクアダプターに対して上向きに作用する荷重を保持穴で受け止めることができたとしても、針シャンクアダプターに発生する回転モーメントを解消することはできない。しかも、上向きに作用する荷重が大きい場合には、テーパ状の保持穴の幅寸法を大きくする必要が生じ、保持穴を形成する針棒が太くなるという問題がある。
【０００７】
そこで、保持穴のテーパ面の水平面とのなす傾斜角度を、例えば６０°〜７０°のように、大きくすることで、このテーパ面のクサビ作用による食い込むような進入力の発生により、針棒を太くすることもなく、針シャンクアダプターに発生する回転モーメントを受け止めて解消することができる。しかし、その反面、テーパ状の保持穴の縦方向寸法が大きくなり、針シャンクアダプターに対して上向きに作用する荷重を受け止めることができなくなる。更に、針シャンクアダプターが保持穴に、つまり針棒の下端部に過度に係合するようになり、針シャンクアダプターを下方へ引き抜けなくなるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、工具を装着した工具ホルダを、主軸のチャック部又は針棒と押え棒の少なくとも一つのチャック部に確実に且つ着脱可能に装着でき、しかもチャック部の小型化が図れるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の工具ホルダは、工具を装着して加工装置に設けられた主軸のチャック部に着脱可能に装着される工具ホルダにおいて、上端部分の係合軸部と、係合軸部の下端から下方へ連なる第１環状テーパ面と、第１環状テーパ面の下端から下方へ連なる第２環状テーパ面とを備え、第２環状テーパ面の水平面とのなす第２傾斜角度は第１環状テーパ面の水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きく構成されたものである。
【００１０】
工具ホルダを主軸のチャック部に装着すると、係合軸部と第１環状テーパ面と第２環状テーパ面とが夫々チャック部の環状係合面に係合する。このとき、第２環状テーパ面が係合するチャック部の第２環状係合面の水平面とのなす第２傾斜角度は、第１環状テーパ面が係合するチャック部の第１環状係合面の水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きいので、大きな荷重が工具ホルダに作用した場合でも、この大きな荷重を、第１傾斜角度を有する第１環状係合面で確実に受け止めることができる。
【００１１】
しかも、この大きな荷重を、第１傾斜角度よりも大きい第２傾斜角度を有する第２環状係合面で受け止めることにより、工具ホルダには、クサビ作用によりチャック部に食い込むような進入力が作用する。それ故、工具ホルダをチャック部に、ガタツキを確実に解消して、確実に且つ堅固に装着することができる。
【００１２】
これらチャック部側の２つの第１，第２環状係合面の大きさを適宜組合せることにより、チャック部の幅方向寸法及び上下方向寸法を理想的に短く、つまりチャック部のコンパクト化が可能になる。しかも、工具ホルダをチャック部に装着している状態での、工具ホルダのチャック部に対する食い込み力が大きくないので、工具ホルダがチャック部に過度に係合するのを確実に防止することができ、工具ホルダのチャック部からの引き抜きが容易になる。
【００１３】
請求項２の加工装置は、工具を装着した工具ホルダを主軸のチャック部に着脱可能に装着する加工装置において、工具ホルダは、上端部分の係合軸部と、この係合軸部の下端から下方へ連なる第１環状テーパ面と、この第１環状テーパ面の下端から下方へ連なる第２環状テーパ面であって水平面とのなす第２傾斜角度が第１環状テーパ面の水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きな第２環状テーパ面とを有し、チャック部は、工具ホルダの係合軸部が内嵌する係合穴と、この係合穴の下端に連なり第１環状テーパ面と係合可能な第１環状係合面と、この第１環状係合面の下端に連なり第２環状テーパ面と係合可能な第２環状係合面とを有するものである。
【００１４】
工具ホルダを主軸のチャック部に装着すると、工具ホルダの係合軸部と第１環状テーパ面と第２環状テーパ面とが、夫々、チャック部の係合穴と第１環状係合面と第２環状係合面に係合する。このとき、第２環状テーパ面が係合する第２環状係合面の水平面とのなす第２傾斜角度は、第１環状テーパ面が係合する第１環状係合面の水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きいので、前述した請求項１と同様に作用する。
【００１５】
請求項３のミシンは、ミシンモータによりミシン主軸を介して上下駆動される針棒と、加工布を押える押え足を装着する為の押え棒とを備えたミシンにおいて、針棒と押え棒の少なくとも１つの下端部に設けられたチャック部と、チャック部に着脱可能な複数種類の工具であって、夫々、工具ホルダを有する複数種類の工具とを備え、工具ホルダは、上端部分の係合軸部と、この係合軸部の下端から下方へ連なる第１環状テーパ面と、この第１環状テーパ面の下端から下方へ連なる第２環状テーパ面であって水平面とのなす角度が第１環状テーパ面よりも大きな第２環状テーパ面とを有し、チャック部は、工具ホルダの係合軸部が内嵌する係合穴と、この係合穴の下端に連なり第１環状テーパ面と係合可能な第１環状係合面と、この第１環状係合面の下端に連なり第２環状テーパ面と係合可能な第２環状係合面とを有するものである。
【００１６】
針棒と押え棒の少なくとも１つの下端部にチャック部が設けられているので、工具ホルダをこのチャック部に装着すると、工具ホルダの係合軸部と第１環状テーパ面と第２環状テーパ面とが、夫々、チャック部の係合穴と第１環状係合面と第２環状係合面に係合する。このとき、第２環状テーパ面が係合する第２環状係合面の水平面とのなす第２傾斜角度は、第１環状テーパ面が係合する第１環状係合面の水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きいので、前述した請求項１と同様に作用する。
【００１７】
請求項４のミシンは、請求項３において、前記係合軸部の下部の外周部に環状凹溝を設け、チャック部に、環状凹溝に係合するボールを介して工具ホルダの係合軸部をロックするボールロック機構を設けたものである。
【００１８】
請求項５のミシンは、請求項３又は４において、前記工具ホルダをチャック部に回転拘束するためのキー機構を設けたものである。
【００１９】
請求項６のミシンは、請求項３〜５の何れかにおいて、前記工具は、縫針、布押え、加工布を切断する為のカッター、加工布に描画する描画ペンを含むものである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、工具を装着して加工装置に設けられた主軸のチャック部に着脱可能に装着される工具ホルダにおいて、上端部分の係合軸部と、第１環状テーパ面と、第２環状テーパ面とを備え、第２環状テーパ面の水平面とのなす第２傾斜角度は前記第１環状テーパ面の水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きく構成されたので、主軸のチャック部に装着した工具ホルダに大きな荷重が作用した場合でも、この大きな荷重を、第１傾斜角度を有する第１環状係合面で確実に受け止めることができる。しかも、この大きな荷重を、第１傾斜角度よりも大きい第２傾斜角度を有する第２環状係合面で受け止めることにより、工具ホルダには、クサビ作用によりチャック部に食い込むような進入力が作用する。それ故、工具ホルダをチャック部に、ガタツキを確実に解消して、確実に且つ堅固に装着することができる。
【００２１】
更に、これらチャック部側の２つの第１，第２環状係合面の大きさを適宜組合せることにより、チャック部の幅方向寸法及び上下方向寸法を理想的に短く、つまりチャック部のコンパクト化が可能になる。しかも、工具ホルダをチャック部に装着している状態での、工具ホルダのチャック部に対する食い込み力が大きくないので、工具ホルダがチャック部に過度に係合するのを確実に防止することができ、工具ホルダのチャック部からの引き抜きが容易になる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、工具を装着した工具ホルダを主軸のチャック部に着脱可能に装着する加工装置において、工具ホルダは上端部分の係合軸部と第１環状テーパ面と第２環状テーパ面とを有し、チャック部は係合穴と第１環状係合面と第２環状係合面とを有するので、工具ホルダを主軸のチャック部に装着すると、工具ホルダの係合軸部と第１環状テーパ面と第２環状テーパ面とが、夫々、チャック部の係合穴と第１環状係合面と第２環状係合面に係合する。第２環状テーパ面が係合する第２環状係合面の水平面とのなす第２傾斜角度は、第１環状テーパ面が係合する第１環状係合面の水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きいので、前述した請求項１と同様の効果を奏することができる。
【００２３】
請求項３の発明によれば、ミシンモータによりミシン主軸を介して上下駆動される針棒と、加工布を押える押え足を装着する為の押え棒とを備えたミシンにおいて、針棒と押え棒の少なくとも１つの下端部に設けられたチャック部と、チャック部に着脱可能な複数種類の工具であって、夫々、工具ホルダを有する複数種類の工具とを備え、工具ホルダは上端部分の係合軸部と第１環状テーパ面と第２環状テーパ面とを有し、チャック部は係合穴と第１環状係合面と第２環状係合面とを有するので、工具ホルダを主軸のチャック部に装着すると、工具ホルダの係合軸部と第１環状テーパ面と第２環状テーパ面とが、夫々、チャック部の係合穴と第１環状係合面と第２環状係合面に係合する。第２環状テーパ面が係合する第２環状係合面の水平面とのなす第２傾斜角度は、第１環状テーパ面が係合する第１環状係合面の水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きいので、前述した請求項１と同様の効果を奏することができる。
【００２４】
請求項４の発明によれば、前記係合軸部の下部の外周部に環状凹溝を設け、
チャック部に、環状凹溝に係合するボールを介して工具ホルダの係合軸部をロックするボールロック機構を設けたので、このボールロック機構を介して、工具ホルダの係合軸部をチャック部の係合穴に内嵌させるだけで、工具ホルダチャック部に容易に且つ確実に装着することができ、しかも、工具ホルダを引き抜くだけで、チャック部から容易に取り外すことができる。その他請求項３と同様の効果を奏する。
【００２５】
請求項５の発明によれば、前記工具ホルダをチャック部に回転拘束するためのキー機構を設けたので、工具ホルダをチャック部に装着するときのチャック部に対する工具ホルダの位相を位置決めすることができ、しかも装着状態における工具ホルダの回転動作を確実に防止することができる。その他請求項３又は４と同様の効果を奏する。
【００２６】
請求項６の発明によれば、前記工具は、縫針、布押え、加工布を切断する為のカッター、加工布に描画する描画ペンを含むので、これらの工具を組み合わせて用いることにより、加工布の縫製だけでなく、加工布の裁断、加工布に縫製線を描いたり印しを付ける等、縫製に関連する種々の作業を行なうことができる。その他請求項３〜５の何れかと同様の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本実施例の工具ホルダは、上端部分の係合軸部と、係合軸部の下端から下方へ連なる第１環状テーパ面と、第１環状テーパ面の下端から下方へ連なる第２環状テーパ面とを備え、第２環状テーパ面の水平面とのなす第２傾斜角度は第１環状テーパ面の水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きく構成されたものである。この工具ホルダを装着するミシンの針棒と押え棒の下端部に設けたチャック部、或いは加工装置の主軸のチャック部は、工具ホルダの係合軸部が内嵌する係合穴と、この係合穴の下端に連なり第１環状テーパ面と係合可能な第１環状係合面と、この第１環状係合面の下端に連なり第２環状テーパ面と係合可能な第２環状係合面とを有する。
【実施例１】
【００２８】
先ず、工具ホルダを、模様縫いミシン１０に設けられた針棒チャック部と、押え棒チャック部１４に装着する場合について説明する。
図１〜図３に示すように、模様縫いミシン１は基台テーブル２上に載置され、ベッド部３と、このベッド部３の後端部から立設された脚柱部４と、この脚柱部４の上端部からベッド部３に対向するように前方へ延びるアーム部５と、布保持機構９と、布送り装置１０とを有している。
【００２９】
この模様縫いミシン１には、更に、針棒７（図６、図７参照）の下端部に設けられた針棒チャック部１２と、押え棒８（図６参照）の下端部に設けられた押え棒チャック部１４（図６参照）と、針棒チャック部１２に装着する複数種類の工具３０，３５，４０，４５（図４、図９〜図１１参照）を収納した第１工具マガジン１６と、押え棒チャック部１４に装着する複数種類の工具５０，５５，６０（図１２〜図１４参照）を収納した第２工具マガジン１８と、針棒チャック部１２に装着された工具３０，３５，４０，４５と第１工具マガジン１６の工具３０，３５，４０，４５を交換する第１工具交換装置２０と、押え棒チャック部１４に装着された工具５０，５５，６０と第２工具マガジン１８の工具５０，５５，６０とを交換する第２工具交換装置２２等が設けられている。
【００３０】
即ち、図１に示すように、これら第１工具マガジン１６と第２工具マガジン１８とは模様縫いミシン１のアーム部５に対してほぼ左右対称の位置に夫々設けられるとともに、これら第１工具交換装置２０と第２工具交換装置２２とは模様縫いミシン１のアーム部５に対してほぼ左右対称の位置に夫々設けられている。
【００３１】
アーム部５の内部にミシン主軸２４（図２０参照）が配設され、アーム部５の後端部には、このミシン主軸２４を回転駆動させるミシンモータ２５が設けられるとともに、針棒７を最上位置に保持する為にミシン主軸２４の回転をロックさせるロック機構２６（図２０参照）が設けられている。アーム部５の前方の内部には、針棒７と押え棒８とが夫々上下動自在に配設されるとともに、ミシン主軸２４の回転により針棒７を上下駆動する針棒上下駆動機構２７（図２０参照）等が設けられている。これら針棒７、押え棒８、針棒上下駆動機構２７は公知の技術であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３２】
ベッド部３には、後述する布保持機構９と、この布保持機構９をＹ方向（前後方向）及びＸ方向（左右方向）に移動させる布送り装置１０に加え、図示を省略するが、針棒７の上下動と調時して模様縫目を形成する回転釜と、ミシンモータ２５の回転駆動力をミシン主軸２４に連結した連結ロッドを介して回転釜に伝達する下軸等が設けられている。
【００３３】
ベッド部３の上面に矩形状の板材からなる載置テーブル６が固定されている。この載置テーブル６の左右方向中央部の後半部分に形成された短冊状の切欠き部に臨むように、側面視にて湾曲状で片持ち状に支持された押え腕９ａの基端部（後端部）が配置され、図示しないＸ方向移動体の上面に固定されている。その押え腕９ａの先端部には、平面視にて矩形枠状の布保持枠９ｂが上下動可能に設けられている。この上側の布保持枠９ｂを下降させた押圧位置に切換えることで、縫製に供する加工布がこの上側の布保持枠９ｂと下側に配設された矩形状の板材からなる布受け板９ｃとで保持する布保持機構９（図示略）が設けられている。
【００３４】
また、ベッド部３の内部には、その布保持機構９をＸ方向駆動モータ１０ａ（図２３参照）でＸ方向に移動させるＸ方向駆動機構（図示略）と、布保持機構９をＹ方向駆動モータ１０ｂ（図２３参照）でＹ方向に移動させるＹ方向駆動機構（図示略）とを有する布送り装置１０（図示略）が設けられている。これら布保持機構９と布送り装置１０とは、何れも周知の技術なので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３５】
次に、後述する針棒チャック部１２と、押え棒チャック部１４に着脱可能で、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１を有する複数種類の工具３０，３５，４０，４５，５０，５５、６０について説明する。但し、これら複数種類の工具３０，３５，４０，４５，５０，５５、６０の工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１は同様に構成されているので、ここでは、縫針を工具本体３２として下端部に装着した工具３０について説明する。
【００３６】
図４、図５に示すように、工具３０は、工具ホルダ３１と、この工具ホルダ３１に着脱可能に装着された縫針である工具本体３２として有している。
【００３７】
この工具ホルダ３１はぼぼ円筒状であり、上端部分の係合軸部３１ａと、この係合軸部３１ａの下端から下方へ連なる第１環状テーパ面３１ｂと、この第１環状テーパ面３１ｂの下端から下方へ連なる第２環状テーパ面３１ｃと、この第２環状テーパ面３１ｃから下方へ連なる工具取付け部３１ｄと、この工具取付け部３１ｄから下方へ連なる環状Ｖ溝３１ｅと、縫針である工具本体３２の上端部を取付ける取付け穴３１ｆと、位置決めキー３０ａ等を有している。
【００３８】
係合軸部３１ａの下部の外周部には、括れ状の環状凹溝３１ｇが形成され、針棒チャック部１２に設けられた後述するボールロック機構１３の鋼球１３ａ（ボール）に係合可能になっている。第１環状テーパ面３１ｂは、環状凹溝３１ｇの下端に連続し且つ水平面とのなす第１傾斜角度を約４５°とするように形成されている。第１環状テーパ面３１ｂの下側に連続する第２環状テーパ面３１ｃは、水平面とのなす第２傾斜角度が第１環状テーパ面３１ｂの第１傾斜角度よりも大きな約７０°となるように形成されている。
【００３９】
工具取付け部３１ｄは、円筒状であり、内部に下向きの取付け穴３１ｆが形成されている。そこで、工具本体３２は、この上端部を取付け穴３１ｆに挿入した状態でセット螺子３３により着脱可能に固定されている。この工具取付け部３１ｄの一側部に縦長の糸ガイド部材３４の上端部が固定螺子３４ａにより固定されている。環状Ｖ溝３１ｅは、後述する第１工具交換装置２０の第１交換アーム２０Ａを回転させて工具３０を交換する際に、第１交換アーム２０Ａの先端部の第１把持部９６ａ又は第２把持部９７ａで把持するために形成されている。
【００４０】
工具ホルダ３１の第２環状テーパ面３１ｃから工具取付け部３１ｄの上半部分に亙る一側部において、正面視にてほぼ小判状（図８参照）の位置決めキー３０ａが接着材により固定されている。即ち、この位置決めキー３０ａは、工具取付け部３１ｄの外周面から部分的に外方に突出状している。それ故、この工具本体３２を有する工具３０を後述する針棒チャック部１２に装着したときに、位置決めキー３０ａの上端部が針棒チャック部１２のキー溝１２ｇ（図７参照）に係合し、工具３０の針棒チャック部１２に対する取付け位相を合わせるようになっている。
【００４１】
次に、針棒７の下端部に設けられた針棒チャック部１２について説明する。
図６、図７に示すように、針棒チャック部１２は、針棒７の下端部に螺着されたブロック状のチャック本体１２ａと、このチャック本体１２ａに設けられた３組のボールロック機構１３等を有する。針棒７の下端部には針棒メタル７ｂが装着されている。
【００４２】
チャック本体１２ａには、図６に示すように、水平面で１２０°おきに３つのロック機構形成部１２ｂが放射状に形成されるとともに、チャック本体１２ａの中央部から上方に延びる固定軸部１２ｃが一体的に形成されている。そこで、チャック本体１２ａは、この固定軸部１２ｃに形成した雄螺子を針棒７の下端部に形成した固定穴７ａの雌螺子に螺合させることで、針棒７の下端部に固定されている。３つのロック機構形成部１２ｂの各々には、後述するボールロック機構１３が夫々設けられている。
【００４３】
チャック本体１２ａの内部には、図７に示すように、例えば工具３０の工具ホルダ３１の上端部を装着するために、工具ホルダ３１の係合軸部３１ａが内嵌する係合穴１２ｄと、この係合穴１２ｄの下端に連なり第１環状テーパ面３１ｂと密着状に係合可能な第１環状係合面１２ｅと、この第１環状係合面１２ｅの下端に連なり第２環状テーパ面３１ｃと密着状に係合可能な第２環状係合面１２ｆとが形成されている。
【００４４】
係合穴１２ｄは下向きに形成されたほぼ円筒状の穴であり、この係合穴１２ｄの下側に連続する第１環状係合面１２ｅの下端の外形寸法は係合穴１２ｄの外形寸法よりも大きく、この第１環状係合面１２ｅの下側に連続する第２環状係合面１２ｆの下端の外形寸法は第１環状係合面１２ｅの下端の外形寸法よりも大きくなっている。ここで、この第２環状係合面１２ｆの一側部には、図７に示すように、位置決めキー３０ａの上端部が嵌め込まれる、ほぼ半円状のキー溝１２ｇが凹設されている。
【００４５】
次に、３つのロック機構形成部１２ｂの各々に設けられたボールロック機構１３について説明する。但し、これら３組のボールロック機構１３は同様の構造なので、そのうちの１つのロック機構形成部１２ｂに設けられたボールロック機構１３について説明する。
【００４６】
係合穴１２ｄの高さ方向中段部には、ロック機構形成部１２ｂに向かう横向きのテーパ状連通穴１２ｈが形成されている。このロック機構形成部１２ｂの内部には、このテーパ状連通穴１２ｈに連続する円筒穴１２ｉが横向きに形成されている。テーパ状連通穴１２ｈに金属製の鋼球１３ａが嵌め込まれ、円筒穴１２ｉには奥側から円座１３ｂと、圧縮コイルバネ１３ｃが内装され、外側からバネ押え螺子１３ｄが螺着されている。
【００４７】
この場合、テーパ状連通穴１２ｈの鋼球１３ａは圧縮コイルバネ１３ｃのバネ力により円座１３ｂを介して係合穴１２ｄの方に付勢されるので、鋼球１３ａの一部が係合穴１２ｄの内部に臨んでいる。それ故、図４に示す工具３０の工具ホルダ３１を図７に示す針棒チャック部１２に下側から装着すると、鋼球１３ａは、工具ホルダ３１の係合軸部３１ａが通過するときに、圧縮コイルバネ１３ｃのバネ力に抗して一時的に外側に移動するが、環状凹溝３１ｇに対応するとき、元の係合位置に復帰して環状凹溝３１ｇの上側を押圧する。
【００４８】
このとき、図８に示すように、工具ホルダ３１の係合軸部３１ａが係合穴１２ｄに係合し、第１環状テーパ面３１ｂが第１環状係合面１２ｅに係合し、第２環状テーパ面３１ｃが第２環状係合面１２ｆに係合される。このようにして、縫針を工具本体３２とする工具３０は、工具ホルダ３１を介して針棒チャック部１２に容易に且つ確実に装着される。
【００４９】
押え足を工具本体５２として下端部に装着した工具５０について説明する。
図１２に示すように、工具５０は、工具ホルダ５１と、この工具ホルダ５１に着脱可能に装着された押え足を工具本体５２として有している。この工具ホルダ５１は、上端部分の係合軸部５１ａと、この係合軸部５１ａの下端から下方へ連なる第１環状テーパ面５１ｂと、この第１環状テーパ面５１ｂの下端から下方へ連なる第２環状テーパ面５１ｃと、この第２環状テーパ面５１ｃから下方へ連なる工具取付け部５１ｄと、この工具取付け部５１ｄから下方へ連なる環状Ｖ溝５１ｅと、押え足である工具本体５２の上端部を取付ける取付け穴（図示略）と、位置決めキー（図示略）等を有している。
【００５０】
押え棒８の下端部に設けられた押え棒チャック部１４は、図６に示すように、前述した針棒チャック部１２と同様に構成され、ブロック状のチャック本体１４ａと、このチャック本体１４ａに設けられた３組のボールロック機構（図示略）等を有する。そして、チャック本体１４ａの内部に、図示を省略するが、上側から係合穴と第１環状係合面と第２環状係合面が順次形成されている。
【００５１】
押え棒８の下端部には押え棒メタル８ｂが装着されている。それ故、図１２に示す押え足を工具本体５２とする工具５０が押え棒チャック部１４に装着されると、工具ホルダ５１の係合軸部５１ａが係合穴に係合され、第１環状テーパ面５１ｂが第１環状係合面に係合し、第２環状テーパ面５１ｃが第２環状係合面に係合される。
【００５２】
このようにして、工具５０は、工具ホルダ５１を介して押え棒チャック部１４に容易に且つ確実に装着される。ここで、押え棒８は押え棒モータ１５２（図２３参照）により、針板３Ａ（図２０参照）上で加工布を押圧する押圧位置と、この押圧位置よりも上昇した上昇位置とに亙って移動可能になっている。そこで、工具交換に際しては、押え棒８は押え棒モータ１５２により上昇位置に上昇し、縫製作業を行なうに際して、押え棒８は押え棒モータ１５２により押圧位置に下降するように構成されている。
【００５３】
前述した工具３０，５０以外に、複数種類の工具３５，４０，４５，５５，６０が準備されている。工具３５は図９に示すように、描画ペンを工具本体３７として工具ホルダ３６に保持されている。工具４０は図１０に示すように、カッターを工具本体４２として工具ホルダ４１に保持されている。工具４５は図１１に示すように、ハトメプレスを工具本体４７として工具ホルダ４６に保持されている。工具５５は図１３に示すように、カッター用押えを工具本体５７として工具ホルダ５６に保持されている。
【００５４】
工具６０は図１４に示すように、ハトメホルダーを工具本体６２として工具ホルダ６１に保持されている。ここで、工具本体４７であるハトメプレスは、紐を通す丸穴を補強するハトメをカシメにより生地に取付ける為に使用する。工具本体５７であるカッター用押えは、カッター（工具本体４２）による加工布の切断時に加工布を押える為に使用する。工具本体６２であるハトメホルダーは、ハトメを保持し且つ加工布の浮き上がりを防止する為に使用する。
【００５５】
これら縫針、描画ペン、カッター、ハトメプレス、押え足、カッター用押え、ハトメホルダーを有する工具３０，３５，４０，４５，５０，５５、６０の各々は、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１に夫々支持されている。
【００５６】
そこで、これら工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１の各々には、係合軸部３１ａ，３６ａ，４１ａ，４６ａ，５１ａ，５６ａ，６１ａと、第１環状テーパ面３１ｂ，３６ｂ，４１ｂ，４６ｂ，５１ｂ，５６ｂ，６１ｂと、第２環状テーパ面３１ｃ，３６ｃ，４１ｃ，４６ｃ，５１ｃ，５６ｃ，６１ｃとが夫々形成されている。これら工具３０，３５，４０，４５は針棒チャック部１２に装着され、これら工具５０，５５、６０は押え棒チャック部１４に装着されるようになっている。
【００５７】
特に、これら工具４０，４５，５０，５５，６０における工具ホルダ４１，４６，５１，５６，６１のホルダ中心線ＨＣと、工具本体４２，４７，５２，５７，６２の工具中心線ＫＣとは夫々シフトしている。これら工具４０，４５を針棒チャック部１２に装着して使用する場合、針棒チャック部１２には大きな曲げモーメントが作用する。これら工具５０，５５，６０を押え棒チャック部１４に装着して使用する場合、押え棒チャック部１４には大きな曲げモーメントが作用する。
【００５８】
次に、針棒チャック部１２に装着する前述した複数種類の工具３０，３５，４０，４５を収納した第１工具マガジン１６について説明する。
図１，図２，図１５，図１６に示すように、この第１工具マガジン１６は、載置板６５上に設けられており、複数種類の工具３０，３５，４０，４５を装着する第１マガジン部１６Ａと、この第１マガジン部１６Ａを回転させる第１回転駆動機構１６Ｂとを有する。そこで、先ず、第１マガジン部１６Ａについて説明する。
【００５９】
第１マガジン部１６Ａは、装着円板６７と、８つのマガジンチャック６８と、回転軸６９等を有する。装着円板６７は、所定の厚さを有する金属製の円板からなっている。この装着円板６７の外周近傍部において、８つの装着部が所定間隔おきに設けられ、装着部の各々には、マガジンチャック６８が固定螺子により夫々固定されている。
【００６０】
これらマガジンチャック６８は、前述した針棒チャック部１２に有するチャック機構（係合穴１２ｄ、第１及び第２環状係合面１２ｅ，１２ｆ、ボールロック機構１３）と同様に構成されている。それ故、前述した複数種類の工具３０，３５，４０，４５がマガジンチャック６８に装着して収納可能になっている。
【００６１】
載置板６５の上側に円筒状の外筒７１が立設され、第１カラー７２が外筒７１の内部の中段部に形成された係止鍔部７１ａに上側から回転可能に支持されている。装着円板６７の中央部の下側に縦向きの回転軸６９の上端部が固着されている。装着円板６７は、この中央部の下側に設けたリング部材７３を介して第１カラー７２に回転可能に支持されている。
【００６２】
回転軸６９の下端部には、透明な薄板からなるディスク板７５が回転軸６９に固着した第２カラー７６を介して固着されている。そこで、第１位置検出センサ７７（図２３参照）によりディスク板７５の表面に放射状に形成された複数本の細線が検出されるので、制御装置１４５が第１位置検出センサ７７から出力される位置検出信号に基づいて、装着円板６７の４５°ずつの回転位置を検出可能になっている。
【００６３】
次に、第１回転駆動機構１６Ｂは、第１マガジンモータ８０と、この第１マガジンモータ８０に連結されたウォームギヤ８１と、このウォームギヤ８１に噛合するウォームホイール８２等を有する。第１マガジンモータ８０は、ステッピングモータからなり、Ｌ字状取付け板８４を介して載置板６５上に水平姿勢で前向きに固着されている。この第１マガジンモータ８０の駆動軸に、カップリング８５を介してウォームギヤ８１が連結され、このウォームギヤ８１は下駄状の支持部材８６で回転可能に支持されている。一方、回転軸６９の下半部分にウォームホイール８２が固着され、ウォームギヤ８１に噛合している。
【００６４】
それ故、第１マガジンモータ８０が回転駆動されると、カップリング８５を介してウォームギヤ８１が回転し、これに噛合するウォームホイール８２が回転するので、このウォームホイール８２に固着された回転軸６９が回転し、装着円板６７が鉛直軸周りに回転する。このとき、装着円板６７が４５°回転する毎に、第１位置検出センサ７７から出力される位置検出信号に基づいて装着円板６７の回転位置が検出される。
【００６５】
次に、押え棒チャック部１４に装着する前述した複数種類の工具５０，５５，５０を収納した第２工具マガジン１８について、図１，図２に基づいて説明する。この第２工具マガジン１８は、複数種類の工具５０，５５、６０を装着する第２マガジン部１８Ａと、この第２マガジン部１８Ａを第２マガジンモータ８８で回転させる第２回転駆動部１８Ｂとを有し、前述した第１工具マガジン１６と同様に構成されているので、その詳細な説明を省略する。
【００６６】
次に、針棒チャック部１２の工具３０，３５，４０，４５と第１工具マガジン１６の工具３０，３５，４０，４５を交換する第１工具交換装置２０について説明する。
図１，図３，図１７，図１８に示すように、アーム部５の右側面に接近させて側面視ほぼコ字状の右側支持フレーム９３が配設され、アーム部５の上側に渡された左右方向に長い支持板１１と、アーム部５の前面の面板５Ａとにより支持されている。
【００６７】
第１工具交換装置２０は、この右側支持フレーム９３と、この右側支持フレーム９３に回転可能に且つ上下動可能に支持された直線状の第１交換アーム２０Ａと、右側支持フレーム９３内に設けられ第１交換アーム２０Ａを上下動させる第１上下駆動機構２０Ｂと、右側支持フレーム９３内に設けられ第１交換アーム２０Ａを鉛直軸周りに回転させる第１回転駆動機構２０Ｃを有する。
【００６８】
図１，図２，図１７〜図１９に示すように、第１交換アーム２０Ａは平面視にて直線状であり、中央部のアーム本体部９５と、このアーム本体部９５に、この中心に対して点対称となるように長さ方向に向けて固着された第１把持部材９６及び第２把持部材９７等から構成され、アーム本体部９５の中央部に、後述する上下方向に延びる回転軸１０７の下端部が固着されている。
【００６９】
第１把持部材９６には、先端部に凸部を有する第１把持部９６ａが形成されるとともに、長さ方向途中部に支持部９６ｂが形成されている。この第１把持部材９６と平衡な把持軸９８は、支持部９６ｂを挿通し且つ後端部分をアーム本体部９５に部分的に嵌入させることで支持されている。この把持軸９８の先端部には、算盤珠のような把持ローラ９９が鉛直周りに回転可能に支持されている。更に、支持部９６ｂとアーム本体部９５との間に圧縮コイルバネからなる把持バネ１００が介装されている。それ故、把持軸９８はその先端部側に常に弾性付勢されている。
【００７０】
ここで、後述するように、前述した工具３０，３５，４０，４５を第１把持部９６ａで把持するに際して、工具ホルダ３１，３５，４１，４６の環状Ｖ溝３１ｅ，３５ｅ，４１ｅ，４６ｅに当接して、把持ローラ９９と協働して工具３０，３５，４０，４５を水平状に且つ安定姿勢で保持できるように、第１把持部９６ａには、先端部が第１把持部９６ａの内部に突出する係合ピン（図示略）が設けられている。
【００７１】
第２把持部材９７は第１把持部材９６と同様に構成されている。把持ローラ９９を先端部に有する把持軸９８は、支持部９７ｂを挿通し且つ後端部分をアーム本体部９５に部分的に嵌入させることで支持され、支持部９７ｂとアーム本体部９５との間に介装された把持バネ１００のバネ力により、先端部側に常に弾性付勢されている。第２把持部９７ｂには係合ピン１０１が設けられている。
【００７２】
それ故、図１９において、第１交換アーム２０Ａが後述する第１回転駆動機構２０Ｃにより平面視にて反時計回りに回転するとき、何れか１つの工具３０，３５，４０，４５が第１把持部材９６の第１把持部９６ａに把持され、何れか１つの工具３０，３５，４０，４５が第２把持部材９７の第２把持部９７ａに把持される。
【００７３】
次に、第１交換アーム２０Ａを上下動させる第１上下駆動機構２０Ｂについて説明する。この第１上下駆動機構２０Ｂは、第１上下動エアシリンダ１０５と、ボールスプライン機構１０６と、回転軸１０７と、カバー体１０８等を有している。第１上下動エアシリンダ１０５は、復動型であり、右側支持フレーム９３の上面に下向きに固定されている。
【００７４】
ボールスプライン機構１０６について説明する。第１上下動エアシリンダ１０５から下向きに延びるピストンロッド１０５ａの直ぐ下側において、上下方向向きのスプライン軸１１１が配設され、このスプライン軸１１１の直ぐ外側に外筒１１３が配設されている。一方、スプライン軸１１１を内包するように円筒状のカバー体１０８が配設され、この上端部において、右側支持フレーム９３に支持されている。このスプライン軸１１１の下側に回転軸１０７が配設され、スプライン軸１１１の下端部と回転軸１０７の上端部とがカップリング１１２により一体的に連結されている。
【００７５】
そこで、外筒１１３はこの外側に配設された深溝玉軸受け１１４を介してカバー体１０８に、上下動可能に且つ回転可能に支持されている。また、回転軸１０７は下側のスラスト軸受け１１５を介してカバー体１０８に、上下動可能に且つ回転可能に支持されている。即ち、外筒１１３とスプライン軸１１１との間に配設された多数の鋼球（図示略）が、スプライン軸１１１の外周面に縦向きに形成された複数本のスプライン溝（図示略）を上下方向に転走するように、つまり外筒１１３がスプライン軸１１１上を無限直線運動する直動案内機器として作用するように構成されている。
【００７６】
上下方向向きに配設された連結ロッド１１０の上端部と下端部とに夫々螺子が形成され、連結ロッド１１０の上端部が第１上下動エアシリンダ１０５のピストンロッド１０５ａに螺着され、連結ロッド１１０の下端部がスプライン軸１１１の上端部に回転可能に連結されている。更に、回転軸１０７の下端部が第１交換アーム２０Ａの中央部に連結されている。従って、第１上下動エアシリンダ１０５が進出駆動と退入駆動されると、ピストンロッド１０５ａが下方又は上方に移動するので、連結ロッド１１０と、ボールスプライン機構１０６（スプライン軸１１１と外筒１１３）と、回転軸１０７を介して、第１交換アーム２０Ａが所定ストロークに亙って上下動する。
【００７７】
次に、第１交換アーム２０Ａを鉛直軸周りに回転させる第１回転駆動機構２０Ｃについて説明する。
この第１回転駆動機構２０Ｃは、第１回転用モータ１２０と、駆動ギヤ１２１及び従動ギヤ１２２と、前述したボールスプライン機構１０６と、回転軸１０７と、カバー体１０８等を有している。
【００７８】
第１回転用モータ１２０は、ステッピングモータからなり、右側支持フレーム９３に支持されている。第１回転用モータ１２０の駆動軸に小径の駆動ギヤ１２１が固着されている。従動ギヤ１２２はほぼドーナツ状であり、外筒１１３に固定ネジ１２３により連結され、駆動ギヤ１２１に噛合している。従って、第１回転用モータ１２０が任意の方向に回転駆動されると、駆動ギヤ１２１と従動ギヤ１２２とが一体回転し、従動ギヤ１２２に連結された外筒１１３が回転するので、ボールスプライン機構１０６（外筒１１３とスプライン軸１１１）と、回転軸１０７を介して、第１交換アーム２０Ａが所定角度に亙って回転する。
【００７９】
従動ギヤ１２２の上面の外周部の複数箇所に、小型で金属製の位置検出片１２４が所定角度おきに固着されている。そこで、第２位置検出センサ１２５（図２３参照）はこれら位置検出片１２４を検出する毎に位置検出信号を出力するので、制御装置１４５がこの第２位置検出センサ１２５から出力される位置検出信号に基づいて、第１交換アーム２０Ａの回転位置を検出可能になっている。
【００８０】
次に、押え棒チャック部１４の工具５０，５５、６０と第２工具マガジン１８の工具５０，５５、６０を交換する第２工具交換装置２２について説明する。但し、この第２工具交換装置２２は、支持板１１と面板５Ａにより支持された左側支持フレーム１２８と、この左側支持フレーム１２８に回転可能に且つ上下動可能に支持された直線状の第２交換アーム２２Ａと、この左側支持フレーム１２８内に設けられ第２交換アーム２２Ａを上下動させる第２上下駆動機構（図示略）と、左側支持フレーム１２８内に設けられ第２交換アーム２２Ａを鉛直軸周りに回転させる第２回転駆動機構（図示略）を有し、前述した第１工具交換装置２０と同様に構成されている。
【００８１】
即ち、第２上下駆動機構に第２上下動エアシリンダ１３０（図２３参照）が設けられているので、第２交換アーム２２Ａはこの第２上下動エアシリンダ１３０で上下動される。また、第２回転駆動機構に第２回転用モータ１３２（図２３参照）が設けられているので、第２交換アーム２２Ａはこの第２回転用モータ１３２で鉛直軸周りに回転される。
【００８２】
次に、針棒７を最上位置に保持する為にミシン主軸２４の回転をロックさせるロック機構２６について説明する。
図２０に示すように、ロック機構２６は、ミシン主軸２４に設けられたロック用ディスク板１３５と、このロック用ディスク板１３５の係合穴１３５ａにロックピン１３６を係合させる駆動レバー１３７と、案内軸１３８と、ロックソレノイド１３９等を有する。図２０，図２１に示すように、ロック用ディスク板１３５は円形であり、ミシン主軸２４の後端近傍部に固着されている。
【００８３】
ロック用ディスク板１３５の直ぐ前側に左右向きの駆動レバー１３７が配設され、左端近傍部において、前後方向向きの案内軸１３８に固着されている。この案内軸１３８は図示しない支持部材で前後方向に往復移動可能に支持されている。駆動レバー１３７の右端部にロックピン１３６が後方向きに固着され、ロック用ディスク板１３５には、図２２に示すように、このロックピン１３６が嵌入可能なテーパ状の係合穴１３５ａが形成されている。
【００８４】
駆動レバー１３７は案内軸１３８と共に、ロックピン１３６が係合穴１３５ａから外れる前側の非係合位置（図２１に実線で図示）と、非係合位置から所定距離だけ後方であって、ロックピン１３６が係合穴１３５ａに係合する後側の係合位置（図２０に実線で図示）とに亙ってスライド可能になっている。この駆動レバー１３７は、案内軸１３８に外装した圧縮コイルバネ１４０のバネ力により、常には前側の非係合位置に位置している。
【００８５】
駆動レバー１３７の左端部の前側に、縦向きの支持螺子により水平面で回動可能な回動板１４１が配設され、ロックソレノイド１３９がこのプランジャにより回動板１４１を回動可能、つまり平面視にて反時計回りに回動可能になっている。ロックソレノイド１３９に通電されない場合には、案内軸１３８と駆動レバー１３７は、圧縮コイルバネ１４０のバネ力により前側の非係合位置（図２１参照）に待機している。
【００８６】
工具交換に際して、ロックソレノイド１３９に通電された場合には、回動板１４１が反時計回りに回動して駆動レバー１３７を後方に押すので、駆動レバー１３７は案内軸１３８で案内されながら、圧縮コイルバネ１４０のバネ力に抗して係合位置（図２０参照）に移動する。このとき、係合穴１３５ａはテーパ状なので、ロックピン１３６がテーパを介して係合穴１３５ａに容易に且つ確実に係合し、ミシン主軸２４の回転がその最上位置においてロックされる。
【００８７】
次に、模様縫いミシン１の制御系について説明する。
図２３に示すように、制御装置１４５は、ＣＰＵ１４６とＲＯＭ１４７とＲＡＭ１４８等を含むコピュータから構成されている。この制御装置１４５には、起動停止スイッチ１５０と、ミシン主軸２４の回転角度を検出する主軸位相角センサ１５１と、第１位置検出センサ７７と、第２位置検出センサ１２５と、ミシンモータ２５の為の駆動回路１５５と、押え棒モータ１５２の為の駆動回路１５６と、Ｘ方向及びＹ方向駆動モータの１０ａ，１０ｂ為の駆動回路１５７，１５８と、第１及び第２マガジンモータ８０，８８の為の駆動回路１５９，１６０と、第１及び第２回転用モータ１２０，１３２の為の駆動回路１６１，１６２と、第１及び第２上下動エアシリンダ１０５，１３０の為の駆動回路１６３，１６４と、ロックソレノイド１３９の為の駆動回路１６５とが夫々接続されている。
【００８８】
ＲＯＭ１４７には、種々の模様縫いのデータだけでなく、加工布を切断線に沿って切断する切断用のデータ、ハトメを取り付ける取付け位置データ等、種々の縫製用データが記憶されている。ＲＯＭ１４７には、更に、模様縫いに際して工具３０，３５，４０，４５を針棒チャック部１２に装着し且つ工具５０，５５、６０を押え棒チャック部１４に装着する縫製用工具交換プログラム、加工布の切断に際してカッター用の工具４０を針棒チャック部１２に装着し且つカッター押え用の工具５５を押え棒チャック部１４に装着する切断用工具交換プログラム等、複数種類の工具交換プログラムが予め記憶されている。
【００８９】
これら複数の工具交換プログラムの各々には、第１，第２マガジンモータ８０，８８を夫々駆動して第１及び第２工具マガジン１６，１８を個別に回転駆動させるマガジン駆動制御と、第１，第２回転用モータ１２０，１３２を夫々駆動して第１及び第２交換アーム２０Ａ，２２Ａを個別に回転駆動させるとともに、第１，第２上下動エアシリンダ１０５，１３０を夫々駆動して第１及び第２交換アーム２０Ａ，２２Ａを個別に上下駆動させる交換駆動制御がセットにして予め記憶されている。
【００９０】
次に、このように構成された模様縫いミシン１の縫製動作について説明する。
模様縫いミシン１により各種の縫製動作を行なう場合、第１工具マガジン１６に設けられた８つのマガジンチャック６８には、複数種類の工具３０，３５，４０，４５が予め装着されている。第２工具マガジン１８に設けられた８つのマガジンチャック６８には、複数種類の工具５０，５５、６０が予め装着されている。このとき、針棒チャック部１２には工具３０が装着されており、押え棒チャック部１４には工具５０が装着されているものとする。
【００９１】
縫針を工具本体３２とする工具３０が針棒チャック部１２に装着されているときには、前述したように、工具ホルダ３１の係合軸部３１ａが係合穴１２ｄに係合し、しかも第１環状テーパ面３１ｂが第１環状係合面１２ｅに係合し且つ第２環状テーパ面３１ｃが第２環状係合面１２ｆに係合した状態で、針棒７が上下駆動される。この場合、第１環状テーパ面３１ｂと第１環状係合面１２ｅの水平面とのなす第１傾斜角度は夫々約４５°であり、第２環状テーパ面３１ｃと第２環状係合面１２ｆの水平面とのなす第２傾斜角度は夫々約７０°である。
【００９２】
即ち、縫製時に縫針が下降するときに発生する上向きの大きな荷重が工具ホルダ３１に作用した場合でも、この大きな荷重を、第１傾斜角度を約４５°とする第１環状係合面１２ｅで確実に受け止めることができる。しかも、この大きな荷重を、第１傾斜角度よりも大きい第２傾斜角度を有する第２環状係合面１２ｆで受け止めることにより、工具ホルダ３１には、クサビ作用により針棒チャック部１２に食い込むような進入力が作用する。それ故、工具ホルダ３１を針棒チャック部１２に、ガタツキを確実に解消して、確実に且つ堅固に装着することができる。
【００９３】
特に、針棒チャック部１２に、カッターを工具本体４２とする工具４０を装着して使用する場合には、工具ホルダ４１のホルダ中心線ＨＣと工具本体４２の工具中心線ＫＣとがシフトしているので、針棒チャック部１２には大きな曲げモーメントが作用する。しかし、前述したように、この曲げモーメントは、第２環状テーパ面３１ｃのクサビ作用による食い込むような進入力の発生により、針棒チャック部１２で確実に受け止めて解消することができる。
【００９４】
このように、針棒チャック部１２に工具３０を装着した場合、第１，第２環状係合面１２ｅ，１２ｆによる２つの環状係合面の組合せにより工具ホルダ３１を確実に受け止めることができる。即ち、針棒７の軸方向への荷重を第１環状係合面１２ｅにより確実に受け止め、曲げモーメントによる荷重を第２環状係合面１２ｆにより確実に受け止めることができる。
【００９５】
更に、これら２つの第１，第２環状係合面１２ｅ，１２ｆの大きさを適宜組合せることにより、針棒チャック部１２の幅方向寸法及び上下方向寸法を理想的に短く、つまり針棒チャック部１２のコンパクト化が可能になる。しかも、工具３０を針棒チャック部１２に装着している状態での、工具ホルダ３１の針棒チャック部１２に対する食い込み力が大きくないので、工具ホルダ３１が針棒チャック部１２に過度に係合するのを確実に防止することができ、第１交換アーム２０Ａによる工具ホルダ３１の針棒チャック部１２からの下方への引き抜きを容易にすることができる。
【００９６】
そこで、第１交換アーム２０Ａにより、針棒チャック部１２に既に装着されている工具３０と、第１工具マガジン１６に収納されている工具３５とを交換する交換作業について、図２４〜図２９に基づいて説明する。
【００９７】
先ず、図１，図２４−１，図２４−２に示すように、第１交換アーム２０Ａが第１工具マガジン１６の工具３０，３５，４０，４５に干渉しないように待機位置に待機している。このとき、第１上下動エアシリンダ１０５の退入駆動により、第１交換アーム２０Ａは上側の位置に上昇している。また、ロックソレノイド１３９が駆動され、前述したように、案内軸１３８と駆動レバー１３７が係合位置（図２０参照）に移動して、ロックピン１３６がロック用ディスク板１３５の係合穴１３５ａに係合するので、ミシン主軸２４の回転がその最上位置においてロックされる。
【００９８】
この状態から、第１マガジンモータ８０が駆動され、工具３５が所定の交換位置に位置するように装着円板６７が回転される。次に、図２５−１，図２５−２に示すように、第１回転用モータ１２０の駆動により、第１交換アーム２０Ａが反時計回りに約１３５°だけ回動し、第１工具マガジン１６の交換位置に位置している工具３５が第１交換アーム２０Ａの第１把持部９６ａに把持され、同時に、針棒チャック部１２の工具３０が第２把持部９７ａに把持される。
【００９９】
このとき、把持軸９８は把持バネ１００のバネ力に抗して一時的に内部に退避するが、直ぐに元の位置に復帰し、工具３５は把持ローラ９９により第１把持部９６ａにおいて確実に把持され、工具３０は把持ローラ９９により第２把持部９７ａにおいて確実に把持される。
【０１００】
その後、図２６−１，図２６−２に示すように、第１上下動エアシリンダ１０５が進出駆動されるので、第１交換アーム２０Ａが下側の位置に下降する。このとき、第１工具マガジン１６の工具３５が第１把持部９６ａに把持された状態でマガジンチャック６８から、ボールロック機構を介して引き抜かれ、しかも工具３０が第２把持部９７ａに把持された状態で針棒チャック部１２から、ボールロック機構１３を介して引き抜かれる。
【０１０１】
次に、図２７−１，図２７−２に示すように、第１回転用モータ１２０の駆動により、第１交換アーム２０Ａが反時計回りに約１８０°に亙って回動し、第１把持部９６ａの工具３５が針棒チャック部１２の下側に移動し、第２把持部９７ａの工具３０が、第１工具マガジン１６の工具３５が装着されていた交換位置の下側に移動する。
【０１０２】
次に、図２８−１，図２８−２に示すように、第１上下動エアシリンダ１０５が退入駆動されて、第１交換アーム２０Ａが上側の位置に上昇する。このとき、工具３５は第１交換アーム２０Ａの第１把持部９６ａに把持された状態で、針棒チャック部１２に下側から装着され、しかも工具３０は第２把持部９７ａに把持された状態で、第１工具マガジン１６の交換位置のマガジンチャック６８に下側から装着される。
【０１０３】
この装着時に、工具本体３６に有する位置決めキー（図示略）の上端部分が針棒チャック部１２のキー溝１２ｇに係合し、工具３５の針棒チャック部１２に対する取付け位相が合う。しかも、この工具ホルダ３６の使用中における針棒チャック部１２に対する回転拘束が行なわれる。
【０１０４】
このとき、工具３５の工具ホルダ３６の係合軸部３６ａが係合穴１２ｄに係合され、第１環状テーパ面３６ｂが第１環状係合面１２ｅに係合され、第２環状テーパ面３６ｃが第２環状係合面１２ｆに係合される。しかも、ボールロック機構１３の鋼球１３ａは、圧縮コイルバネ１３ｃのバネ力により環状凹溝３６ｇの上側部位を押圧する。それ故、工具３５は圧縮コイルバネ１３ｃのバネ力により常に針棒チャック部１２に押圧状態で装着されている。
【０１０５】
その後、ロックソレノイド１３９への通電が停止され、案内軸１３８と駆動レバー１３７が圧縮コイルバネ１３ｃのバネ力により非係合位置（図２１参照）に移動するので、ミシン主軸２４の最上位置におけるロックが解除される。最終的に、図２９−１，図２９−２に示すように、第１回転用モータ１２０の駆動により、第１交換アーム２０Ａが縫製の邪魔にならない待機位置に回動される。
【０１０６】
一方、押え棒チャック部１４に装着されている工具５０と、第２工具マガジン１８に収納されている工具５５，６０の何れかと、第２工具交換装置２２の第２交換アーム２２Ａにより交換する場合については、前述したように、針棒チャック部１２に装着されている工具３０と、第１工具マガジン１６に収納されている工具３５，４０，４５の何れかとを、第１工具交換装置２０の第１交換アーム２０Ａにより交換する場合と同様に交換される。それ故、その交換動作の説明を省略する。
【０１０７】
但し、押え棒チャック部１４に装着されている工具５０を第１工具交換装置２０により交換する場合には、押え棒モータ１５２が駆動されて、押え棒８が上昇位置に上昇している状態で行なわれる。そして、縫製が開始されると、押え棒モータ１５２の駆動により押え棒８が押圧位置に下降し、加工布が針板３Ａ上に押圧される。
【０１０８】
このように、押え足を工具本体５２に有する工具５０、カッター押えを工具本体５７に有する工具５５が押え棒チャック部１４に装着されたときにも、同様に、これら工具５０，５５，・・・を押え棒チャック部１４に、ガタツキを確実に解消して、確実に且つ堅固に装着することができる。
【０１０９】
押え棒チャック部１４に大きな曲げモーメントが作用する場合でも、第２環状テーパ面５１ｃ，５６ｃのクサビ作用による食い込むような進入力の発生により、押え棒チャック部１４で確実に受け止めて解消することができる。
【０１１０】
更に、押え棒チャック部１４に有する２つの第１，第２環状係合面の大きさを適宜組合せることにより、押え棒チャック部１４の幅方向寸法及び上下方向寸法を理想的に短く、つまり押え棒チャック部１４のコンパクト化が可能になる。しかも、工具５０を押え棒チャック部１４に装着している状態での、工具ホルダ５１の押え棒チャック部１４に対する食い込み力が大きくないので、工具ホルダ５１が押え棒チャック部１４に過度に係合するのを確実に防止することができ、第２交換アーム２２Ａによる工具５０の下方への引き抜きを容易にすることができる。
【０１１１】
このように、針棒７と押え棒８の下端部に針棒チャック部１２と押え棒チャック部１４を設け、これらチャック部１２，１４に着脱可能で、夫々、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１を有する複数種類の工具３０，３５，４０，４５，５０，５５，６０を備え、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１は上端部分の係合軸部３１ａ，３６ａ，４１ａ，４６ａ，５１ａ，５６ａ，６１ａと第１環状テーパ面３１ｂ，３６ｂ，４１ｂ，４６ｂ，５１ｂ，５６ｂ，６１ｂと第２環状テーパ面３１ｃ，３６ｃ，４１ｃ，４６ｃ，５１ｃ，５６ｃ，６１ｃとを有し、チャック部１２，１４は係合穴１２ｄと第１環状係合面１２ｅと第２環状係合面１２ｆとを有するので、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１をチャック部１２，１４に装着すると、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１の係合軸部３１ａ，３６ａ，４１ａ，４６ａ，５１ａ，５６ａ，６１ａと第１環状テーパ面３１ｂ，３６ｂ，４１ｂ，４６ｂ，５１ｂ，５６ｂ，６１ｂと第２環状テーパ面３１ｃ，３６ｃ，４１ｃ，４６ｃ，５１ｃ，５６ｃ，６１ｃとが、夫々、チャック部１２，１４の係合穴１２ｄと第１環状係合面１２ｅと第２環状係合面１２ｆに係合する。
【０１１２】
第２環状テーパ面３１ｃ，３６ｃ，４１ｃ，４６ｃ，５１ｃ，５６ｃ，６１ｃが係合する第２環状係合面１２ｆの水平面とのなす第２傾斜角度は、第１環状テーパ面３１ｂ，３６ｂ，４１ｂ，４６ｂ，５１ｂ，５６ｂ，６１ｂが係合する第１環状係合面１２ｅの水平面とのなす第１傾斜角度よりも大きいので、チャック部１２，１４に装着した工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１に大きな荷重が作用した場合でも、この大きな荷重を、第１傾斜角度を有する第１環状係合面１２ｅで確実に受け止めることができる。しかも、この大きな荷重を、第１傾斜角度よりも大きい第２傾斜角度を有する第２環状係合面１２ｆで受け止めることにより、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１には、クサビ作用によりチャック部１２，１４に食い込むような進入力が作用する。それ故、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１をチャック部１２，１４に、ガタツキを確実に解消して、確実に且つ堅固に装着することができる。
【０１１３】
更に、これらチャック部１２，１４側の２つの第１，第２環状係合面１２ｅ，１２ｆの大きさを適宜組合せることにより、チャック部１２，１４の幅方向寸法及び上下方向寸法を理想的に短く、つまりチャック部１２，１４のコンパクト化が可能になる。しかも、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１をチャック部１２，１４に装着している状態での、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１のチャック部１２，１４に対する食い込み力が大きくないので、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１がチャック部１２，１４に過度に係合するのを確実に防止することができ、工具ホルダ３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１のチャック部１２，１４からの引き抜きが容易になる。
【実施例２】
【０１１４】
次に、工具ホルダを、加工装置である工作機械に設けられた主軸に装着する場合について説明する。
図３０に示すように、工作機械１７０は、図示しない基台上に立設されたコラム（図示略）と、このコラムの前面に水平に配設固定された箱形中空ケーシングからなるフレーム１７１と、このフレーム１７１に配設された主軸ヘッド１７２と、主軸ヘッド１７２に回転自在に支持されている主軸１７３と、主軸１７３に装着される工具ホルダ１８５をクランプ又はアンクランプするための工具クランプ機構１８０等を有している。
【０１１５】
工作機械１７０の基台に対して、コラムが直立して固定されており、このコラムの前面には、鉛直軸線方向に延びるボールねじが設けられ、図示外のＡＣサーボモータにより時計回り又は反時計回りに回転されるようになっている。ボールねじがＡＣサーボモータにより回転することにより、フレーム１７１と主軸ヘッド１７２は、ボールねじに螺合するナット（図示略）を介して、上下移動可能になっている。
【０１１６】
主軸ヘッド１７２の前方には、中空円筒状の主軸１７３が、複数の軸受１７４を介して鉛直軸線回りに回転自在に支持されている。主軸１７３は、上端に有するカップリング１７５を介して、主軸ヘッド１７２の頂部に直立配置された主軸モータ１７６に接続されている。主軸１７３は、主軸モータ１７６の駆動により回転する。
【０１１７】
次に、工具クランプ機構１８０は周知なので、簡単に説明するものとする。
主軸１７３の内部にドローバ１８１が配設され、引っ張りコイルバネ１８２により上方の保持位置に付勢されている。このドローバ１８１は、その高さ方向途中部において、揺動レバー１８３の下端部に連結されている。この揺動レバー１８３が図示外の揺動機構により、図において時計回りに揺動されると、ドローバ１８１は最上位置である保持位置から、下側の解放位置まで下降する。このとき、ドローバ１８１の先端部の保持爪１８１ａ（図３３参照）が開くので、保持されていた工具ホルダ１８５の保持状態が解放され、下側に取り外すことができる。
【０１１８】
次に、工具ホルダ１８５について説明する。
図３２に示すように、工具ホルダ１８５は、保持爪１８１ａが係合する上端部分のプルスタッド１８６（係合軸部）と、このプルスタッド１８６の下端から下方へ連なる第１環状テーパ面１８５ａと、この第１環状テーパ面１８５ａの下端から下方へ連なる第２環状テーパ面１８５ｂと、この第２環状テーパ面１８５ｂの下側のフランジ部１８７と、このフランジ部１８７の下側のチャック１８８とを有している。
【０１１９】
フランジ部１８７には、チャック１８８を介して各種の切削工具（例えばドリル）１８９が着脱可能に装着される。尚、フランジ部１８７には断面ほぼＶ字状の環状Ｖ溝１８７ａが形成され、工具ホルダ１８５はその環状Ｖ溝１８７ａを介して、図示外の自動工具交換装置のアームに把持されるようになっている。
【０１２０】
次に、主軸１７３の下端部のチャック部１９１について説明する。
図３１に示すように、チャック部１９１は、ドローバ１８１の下端部が配置されるとともに、工具ホルダ１８５のプルスタッド１８６が内嵌する係合穴１７３ａと、この係合穴１７３ａの下端に連なり第１環状テーパ面１８５ａと係合可能な第１環状係合面１７３ｂと、この第１環状係合面１７３ｂの下端に連なり第２環状テーパ面１８５ｂと係合可能な第２環状係合面１７３ｃとを有する。
【０１２１】
ワークの加工に際して、図３３に示すように、工具ホルダ１８５は、ドローバ１８１の上方への引っ張り作用により、保持爪１８１ａでプルスタッド１８６が引き上げられて主軸１７３のチャック部１９１に装着される。即ち、工具ホルダ１８５３のプルスタッド１８６が係合穴１７３ａに係合し、しかも第１環状テーパ面１８５ａが第１環状係合面１７３ｂに係合し且つ第２環状テーパ面１８５ｂが第２環状係合面１７３ｃに係合した状態で、ワークに加工が施される。
【０１２２】
この場合、第１環状テーパ面１８５ａと第１環状係合面１７３ｂの水平面とのなす第１傾斜角度は夫々約４５°であり、第２環状テーパ面１８５ｂと第２環状係合面１７３ｃの水平面とのなす第２傾斜角度は夫々約７０°である。即ち、加工時に、上向きに発生する大きな荷重が工具ホルダ１８５に作用した場合でも、この大きな荷重を、第１傾斜角度を約４５°とする第１環状係合面１７３ｂで確実に受け止めることができる。
【０１２３】
しかも、この大きな荷重を、第１傾斜角度よりも大きい第２傾斜角度を有する第２環状係合面１７３ｃで受け止めることにより、工具ホルダ１８５には、クサビ作用によりチャック部１９１に食い込むような進入力が作用する。それ故、工具ホルダ１８５をチャック部１９１に、ガタツキを確実に解消して、確実に且つ堅固に装着することができる。
【０１２４】
次に、前記実施例を部分的に変更した変更形態について説明する。
１）第１環状テーパ面３１ｂ，１８５ａと第１環状係合面１２ｅ，１７３ｂの水平面とのなす第１傾斜角度が夫々約４５°以外の任意の角度であり、第２環状テーパ面３１ｃ，１８５ｂと第２環状係合面１２ｆ，１７３ｃの水平面とのなす第２傾斜角度が夫々約７０°以外の任意の角度であってもよい。
【０１２５】
２）本実施例では、模様縫いミシンについて説明したが、本縫いミシン等の各種のミシン、更には各種の加工装置に、本発明を適用し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の実施例に係る模様縫いミシンの斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係る模様縫いミシンの正面図である。
【図３】本発明の実施例に係る模様縫いミシンの側面図である。
【図４】縫針を有する工具の斜視図である。
【図５】縫針を有する工具の縦断断面図である。
【図６】下端部に夫々チャック部を有する針棒と押え棒の斜視図である。
【図７】針棒チャック部の要部縦断断面図である。
【図８】針棒チャック部と縫針を有する工具の要部縦断断面図である。
【図９】描画ペンを有する工具の斜視図である。
【図１０】カッターを有する工具の斜視図である。
【図１１】ハトメプレスを有する工具の斜視図である。
【図１２】押え足を有する工具の斜視図である。
【図１３】カッター押えを有する工具の斜視図である。
【図１４】ハトメホルダーを有する工具の斜視図である。
【図１５】第１工具マガジンの平面図である。
【図１６】第１工具マガジンの要部縦断側面図である。
【図１７】第１工具交換装置の斜視図である。
【図１８】第１工具交換装置の要部縦断側面図である。
【図１９】第１交換アームの斜視図である。
【図２０】模様縫いミシンのアーム部の内部構造を示す斜視図である。
【図２１】ロック機構の要部を説明する説明図である。
【図２２】ミシン主軸とロック用ディスク板の要部縦断側面図である。
【図２３】模様縫いミシンの制御系のブロック図である。
【図２４−１】待機状態の第１交換アームと針棒チャック部と第１工具マガジンの平面図である。
【図２４−２】待機状態の第１交換アームと針棒チャック部と第１工具マガジンの正面図である。
【図２５−１】工具把持状態の第１交換アームを含む図２３−１相当図である。
【図２５−２】工具把持状態の第１交換アームを含む図２３−２相当図である。
【図２６−１】工具把持状態で下降した第１交換アームを含む図２４−１相当図である。
【図２６−２】工具把持状態で下降した第１交換アームを含む図２４−２相当図である。
【図２７−１】工具把持状態で回転した第１交換アームを含む図２４−１相当図である。
【図２７−２】工具把持状態で回転した第１交換アームを含む図２４−２相当図である。
【図２８−１】工具把持状態で上昇した第１交換アームを含む図２４−１相当図である。
【図２８−２】工具把持状態で上昇した第１交換アームを含む図２４−２相当図である。
【図２９−１】待機状態の第１交換アームを含む図２４−１相当図である。
【図２９−２】待機状態の第２交換アームを含む図２４−２相当図である。
【図３０】工作機械の要部縦断正面図である。
【図３１】主軸の部分拡大図である。
【図３２】工具ホルダの正面図である。
【図３３】工具ホルダを装着した主軸の要部拡大図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１      模様縫いミシン
７      針棒
８      押え棒
１２    針棒チャック部
１２ｄ  係合穴
１２ｅ  第１環状係合面
１２ｆ  第２環状係合面
１３    ボールロック機構
１３ａ  鋼球
１４    押え棒チャック部
２４    ミシン主軸
２５    ミシンモータ
３０    工具（縫針）
３０ａ  位置決めキー
３１    工具ホルダ
３１ａ  係合軸部
３１ｂ  第１環状テーパ面
３１ｃ  第２環状テーパ面
３１ｇ  環状凹溝
３５    工具（描画ペン）
４０    工具（カッター）
４５    工具（ハトメプレス）
５０    工具（押え足）
５５    工具（カッター押え）
６０    工具（ハトメホルダー）
１７０    工作機械（加工装置）
１７３    主軸
１７３ａ  係合穴
１７３ｂ  第１環状係合面
１７３ｃ  第２環状係合面
１８５    具ホルダ
１８５ａ  第１環状テーパ面
１８５ｂ  第２環状テーパ面
１８６    プルスタッド（係合軸部）
１９１    チャック部
【図１】
2009011561.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009011561.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009011561.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009011561.tif 000011
【図１０】
2009011561.tif 000012
【図１１】
2009011561.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2009011561.tif 000015
【図１４】
2009011561.tif 000016
【図１５】
2009011561.tif 000017
【図１６】
2009011561.tif 000018
【図１７】
2009011561.tif 000019
【図１８】
2009011561.tif 000020
【図１９】
2009011561.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４−１】
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【図２４−２】
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【図２５−１】
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【図２５−２】
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【図２６−１】
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【図２６−２】
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【図２７−１】
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【図２７−２】
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【図２８−１】
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【図２８−２】
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【図２９−１】
2009011561.tif 000036
【図２９−２】
2009011561.tif 000037
【図３０】
2009011561.tif 000038
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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