(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンが収容されている釜の内部に検知棒を挿入し、該ボビンに巻かれている下糸の残量を検出するミシンの下糸残量検知装置において、
検知棒を待機位置から釜方向に前進させた後、元の位置に復帰させる駆動手段と、
前進駆動された検知棒の先端が、下糸外周に当接した際に生じる振動波を検出する当接検出手段と、
前記当接検出手段の検出に基づいて検知棒が待機位置と下糸外周当接位置との間を移動するに要した移動時間を測定する移動時間測定手段と、
前記移動時間測定手段により測定された検知棒の移動時間を下糸残量に変換する変換手段と、を備えていることを特徴とするミシンの下糸残量検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミシンの下糸残量検知装置、特に釜に収容されているボビンの下糸が無くなる前に、下糸が少なくなったことを検知棒で検出し、縫製品の縫い直しや、不良品の発生を防止するに有効なミシンの下糸残量検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ミシンでは、下糸を巻いたボビンはボビンケース内に収容され、このボビンケースはミシンの針棒下部にある釜に装着されるため、通常縫製中は外部から下糸残量を目で確認することができない。そこで、ミシンの下糸が無くなる前に、下糸が少なくなったことを検知できるようにする装置が開発され使用されており、その１つとしては、例えば実開昭６３−１３６５９１号公報に開示されているものがある。
【０００３】
この公報に開示されている下糸残量検知装置は、縫合が完了しているミシンが定位置に停止すると、ロータリソレノイド等の駆動手段が作動し、検知棒を移動させてその先端を釜内のボビンに巻かれた下糸外周部に接触させ、その後元の位置に復帰する往復運動をさせることにより、下糸の検知を行うようになっている。即ち、検知棒を往動させたときの移動距離が少なければ下糸の残量が多く、その移動距離が徐々に大きくなり、それが限界に達したときには下糸消費検知信号が発生し、下糸補充の必要性をオペレータに通知する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の下糸残量検知装置では、下糸が規定量以下になったことしか検出することができないことから、それ迄はオペレータは縫製作業中における具体的な下糸残量を把握できないため、突然下糸残量無しを意味するブザーが鳴ったり、ランプが点灯したとしても、下糸が十分に巻かれた新しいボビンの準備が間に合わず、作業能率が低下し易いという問題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、縫製作業中の任意時点における具体的な下糸残量をその都度正確に検出することができ、ひいては縫製作業の能率向上を図ることができるミシンの下糸残量検知装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ボビンが収容されている釜の内部に検知棒を挿入し、該ボビンに巻かれている下糸の残量を検出するミシンの下糸残量検知装置において、検知棒を待機位置から釜方向に前進させた後、元の位置に復帰させる駆動手段と、前進駆動された検知棒の先端が、下糸外周に当接した際に生じる振動波を検出する当接検出手段と、前記当接検出手段の検出に基づいて検知棒が待機位置と下糸外周当接位置との間を移動させるに要した移動時間を測定する移動時間測定手段と、前記移動時間測定手段により測定された検知棒の移動時間を糸下残量に変換する変換手段と、を備えた構成とすることにより、前記課題を解決したものである。
【０００７】
即ち、本発明者等は、種々検討した結果、検知棒の移動時間と移動距離とが比例関係にあることを利用して、実測した検知棒の移動時間から、下糸残量を具体的に検知できることを知見した。
【０００８】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、検知棒が待機位置と下糸外周に当接する位置との間を移動する際に要した時間を測定し、その移動所要時間をボビンに巻かれている下糸の残量に変換できるようにしたので、縫製作業中の任意時点における具体的な下糸残量をその都度正確に検出することができるようになった。
【０００９】
本発明においては、当接検出手段が、前進駆動された検知棒の先端が下糸外周に当接した際に生じる振動波を検出するようにしために、検知棒のみを進退動させればよいので、一般に採用されている検知棒に固定した永久磁石による磁界の変化をホール素子で検出する等の技術に比べ、検知棒に磁石等の余分な部材を取り付ける必要がないため、ハード構成を単純にできる上に、検知棒を高速に移動させることが可能となるため、下糸残量の検知動作を高速で行うことが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に詳述する本発明の実施の形態は、本発明において、検知棒の移動時間が、前進開始から下糸外周当接までの所要時間である場合に当る。この場合には、検知棒の移動速度が、後退より前進の方が制御し易いため、安定した速度で検知棒を前進移動させることができるので、移動距離に正確に比例した移動時間を測定することができる。従って、測定される移動時間の変化からボビンに巻かれている下糸の半径方向の巻径の厚さの変化として具体的な下糸残量を高精度に検出することができる。
【００１１】
又、この実施の形態は、本発明において、駆動手段が、検知棒を可動部に固定したリニアアクチュエータである場合に当る。この場合には、検知棒を含めた可動部分全体を非常に軽量にすることができるので、検知棒の進退動を極めて高速で実行することが可能となり、下糸残量の高速検知が可能となる。その結果、例えば、ミシンの主軸があまり高速で回転していないときであれば、縫製動作中でも検知動作を実行することが可能となる。
【００１２】
以下、図面を参照して、具体的な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
本発明に係る一実施形態の下糸量検知装置を説明するに当り、初めにハードの基本を構成するリニアアクチュエータ（駆動手段）と、その機能について詳細に説明する。なお、このリニアアクチュエータをハード本体とする下糸残量検知装置は、特願平６−１６７０６８号で本出願人が既に提案している。
【００１４】
図１（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれこの下糸残量検知装置（リニアアクチュエータ）の平面図、Ｂ−Ｂ断面図及び正面図である。又、図２は、この検知装置を一部破断して示した斜示図である。図中、符号１は検知棒軸受であり、２Ａ、２Ｂは後述するコイル５Ｂが移動できるスパン内で、ほぼ均一な磁界を与える永久磁石であり、３Ａ、３Ｂは永久磁石２Ａ、２Ｂそれぞれの内側に存在する空間、４は永久磁石２Ａ、２Ｂに平行な鉄心であり、永久磁石２Ａ及び２Ｂは両者共この鉄心４に同じ磁極面を向けている。
【００１５】
符号５は、鉄心４上を自由に滑動することができるコイル組立体で、このコイル組立体５はコイルボビン５Ａと、通電時にリニア直流モータの動作原理に基づき直線的な推力を得るためのコイル５Ｂより構成されている。符号６Ａ、６Ｂは上記コイル組立体５を図１（Ａ）の右端に付勢する復帰ばね（一点鎖線で示した）、７は後端が上記コイル組立体５に固定され、その先端が該コイル組立体５の移動時に釜の開口部を通してその内部にあるボビンに巻かれている下糸の外周部に当接するように移動する検知棒である。
【００１６】
符号８は抵抗変化や圧電素子又は電気容量の変化等を利用して圧力を検知する圧力センサであり、９は後退端を規定するヨーク１０Ａに固定され、コイル組立体５の移動を案内する役割を果たす下部案内棒である。
【００１７】
上記ヨーク１０Ａは鉄心４の長さ方向側面に接し、ヨーク１０Ｂは永久磁石の第２磁極面側とヨーク１０Ａの側端面に接しており、これらは永久磁石から出て永久磁石に戻る磁束の通路となるだけでなく、下糸残量検知装置の枠体を構成している。
【００１８】
上記下糸検知装置においては、上述した永久磁石２Ａ、２Ｂ、空隙３Ａ、３Ｂ、鉄心４、コイル組立体５及びヨーク１０Ａ、１０Ｂは、リニアモータを構成している。この検知装置は、図３に符号Ａで示すように、ミシン内部で、下糸１１が巻かれているボビン１２が収容されている釜１４に近接する位置に取付けられ、釜１４が停止しているときに、下糸検知を行う場合、図３（Ａ）に示す検知動作開始前の状態から、コイル組立体５のコイルに所定方向に電流を流すことにより、該組立体５を前進させると、検知棒７が同図（Ｂ）又は（Ｃ）のように釜１４内に挿入され、下糸１１の検知が行われる。その際、図３（Ｂ）のように下糸１１が十分に残っているときには、検知棒７の先端が下糸１１の外周部に衝突し、小さい振動波が生じるが、同図（Ｃ）のように規定の長さ以下になると下糸の巻径が小さくなるため検知棒７の先端が届かなくなり、その結果コイル組立体５自体が前方のヨーク（枠体前端部）１０Ａに衝突し、機械的な強い衝撃音（振動波）が発生する。このように、検知棒７を前進動作させたときの振動波の強弱により、下糸の有無を検出することができる。
【００１９】
そこで、上記下糸検知装置では、図４に、ミシン本体の取付部材１３に取付けられている状態を示すように、ヨーク１０Ｂの外側に振動波検出素子（圧電素子等からなる超音波センサ）１５が取付けられ、該振動波検出素子１５で検出される振動波を、図５の回路図に示した基準電圧の異なる２種類のコンパレータを使用して識別し、下糸の検知を行っている。
【００２０】
即ち、図５の上段に示した基準電圧１００ｍＶに設定したコンパレータと、下段に示した基準電圧６００ｍＶに設定したコンパレータの一方の入力端子に、超音波センサ１５からの検出信号が入力されるようになっている。これらコンパレータの出力は、それぞれ別個のモノステーブル・マルチバイブレータ（ワンショット）ＬＭ５５５の入力に接続され、ワンショットの出力を図示しない判定回路で識別する。
【００２１】
図６は、可動部（コイル組立体）５が超音波センサ１５から上記振動波識別回路に入力されたときに得られる、基準電圧が異なる２つのコンパレータと、２つのワンショットの出力波形を示し、この図から検知棒が前進して下糸１１に当たったときと、コイル組立体５が復帰して後ろの壁（枠体後端部）に当たったときには、基準電圧１００ミリＶに設定した側のワンショットのみがパルスを出力する。
【００２２】
一方、規定より下糸が少なくなったときは、強く付勢されたコイル組立体５が前進して前の壁に当たったときには振動波が最大値７００ミリＶに達するため、基準電圧を１００ミリＶに設定した側のワンショット及び基準電圧６００ミリＶに設定した側のワンショットの両方が出力パルスを送出する。従って、上で詳述した本出願人が既に提案している下糸残量検知装置は、上記２つのワンショット回路の出力の有無と、コイル組立体の前進・復帰動作制御とを組合せることにより、下糸の有無及び可動部の前進・後退が正しく実行されたか否かを、単一の超音波センサ１５で確実に識別することができる。
【００２３】
以上、本実施形態の下糸残量検知装置の主なハード構成と、その基本動作原理を説明したが、以下に本実施形態の下糸残量検知装置の特徴について詳述する。
【００２４】
本実施形態の下糸残量検知装置は、既に提案してある前記基本構成に加えて、リニアアクチュエータ（駆動手段）により検知棒７を、前記図３（Ａ）に示した待機位置と、同図（Ｂ）に示した下糸外周当接位置との間を移動させるに要した移動時間を測定する移動時間測定手段と、測定された検知棒７の移動時間を下糸残量に変換する変換手段とを備えている。
【００２５】
図７は、本実施形態の下糸残量検知装置が採用されているミシンのヘッド部分の概略を示す正面図であり、このミシンに備えられている表示パネル２０には、前記下糸残量検知装置により検出された下糸残量を、最大巻径を１００％として％表示する％表示部２２と、残り長さで表示するｍ表示部２４とが設けられている。又、この表示パネル２０には、糸番手・釜種類切換スイッチ２６が設けられ、このスイッチ２６により使用する糸の番手と釜の種類に応じて、下糸残量の算出に使用するパラメータを変更することができるようになっている。
【００２６】
本実施形態の下糸残量検知装置が備えている前記移動時間測定手段と、下糸残量変換手段とは、ミシン全体の動作を制御する主制御装置にソフトウェアで構成されている。即ち、図８に示すように、主制御装置のＣＰＵ（中央演算処理装置）に、下糸残量を検知するために検知棒７の前進を開始させる検知動作起動信号と、検知棒７の前進後、その先端が下糸外周に衝突した際に超音波センサ１５で検出される振動センサ信号とが、それぞれ入力されると、該ＣＰＵでは検知棒７の移動時間を算出する。これは、図９に示すように、ｔa 時点で検知棒駆動用電流が印加された後、最初にｔb 時点でワンショット出力が検出されるまでの時間ｔを、クロック信号を基準に算出していることにあたる。
【００２７】
このように移動時間ｔが測定されると、ＣＰＵでは予め用意してある変換用パラメータを使ってこの時間ｔを下糸残量の具体値に変換し、それを表示パネル２０に表示させる。
【００２８】
上記変換パラメータとしては２種類あり、１つは、図１０にボビンに巻かれている下糸を模式的に示したように、最大巻径Ｒmax と最少巻径Ｒmin の差ΔＲを１００％とし、このΔＲに対する測定時の径ＲｔとＲmin との差ΔＲt の割合を％で表示するために使用される。これは巻径が小さくなるほど検知棒の移動距離が長くなることから、移動距離と比例関係にある移動時間と下糸残量との間に、図１１に示すような直線の関係が存在することから求められる。
【００２９】
前記ΔＲの具体例としては、１２〜１３ｍｍを挙げることができ、このΔＲ分の距離を移動する検知棒の移動時間としては、１６ｍsec を挙げることができることから、十分に下糸残量を具体的な値として算出することができる。なお、上記移動時間ｔは検知棒の移動速度を変更することにより希望する値に調整することができる。但し、検知棒の先端が下糸外周に当接した際に超音波センサ１５により検出できる程度の振動を発生させる速度にする必要がある。
【００３０】
他の１つの変換用パラメータは、下糸残量を具体的な長さ、例えば「残り７ｍ」のように表示させる際に使用するもので、移動時間ｔに対して図１２に示すような曲線を表わす関数として与えることができる。
【００３１】
上記図１１、１２に示した関係は、例えば使用する釜の大きさが異なるとその大きさによってボビンの大きさも制限されるため、最大巻径も変化することになる。従って、各パラメータは、釜の種類毎に設定できるようになっており、釜を変更するときには、オペレータは前記スイッチ２６を使って前記ＣＰＵに対して釜種類を設定し、パラメータの変更を指示する。
【００３２】
又、下糸残量をｍ表示する場合は、図示は省略するが、使用している糸の太さによってもパラメータは異なるため、同様に切換スイッチ２６により糸の番手を設定するようになっている。
【００３３】
次に、本実施形態により、具体的な下糸残量を検出する際の処理手順を図１３のフローチャートに従って説明する。
【００３４】
まず、縫製動作開始後、下糸残量検知の要請を待つ（ステップＳ１）。この要請は、１つの被縫製物に対する縫製動作が終了する毎に、ミシン主軸の停止中に、自動的に行われるようにしても、オペレータが手動で行うようにしてもよい。
【００３５】
上記ステップＳ１で下糸残量検知の要請があると、前記図８に示したように、ＣＰＵから検知棒駆動手段（リニアアクチュエータ）に検知棒を前進駆動させる制御信号が出力され（ステップＳ２）、それと同時にＣＰＵでは移動時間の測定を開始する。検知棒の前進を開始した後、その先端が下糸外周に当接（衝突）した際に生じる振動波が前記超音波センサ１５により検出されると（ステップＳ４）、移動時間の測定を終了し（ステップＳ５）、検知棒が待機位置から下糸外周に当接するまでの所要時間ｔを測定する。
【００３６】
次いで、測定された所要時間ｔを下糸残量に変換して表示パネル２０に表示する（ステップＳ７）。その際、所要時間ｔを前記図１１及び図１２に示した関係を表わす関数をパラメータとして用いて変換した％値及びｍ値の両方を表示パネル２０の表示部２２及び２４に表示しても、そのいずれか一方のみを選択表示するようにしてもよい。
【００３７】
上記ステップＳ７で表示された結果を見て、オペレータが下糸の補充が未だ必要無いと判断して縫製作業を継続する場合には、前記ステップＳ１に戻って同様の処理が繰り返され、その補充が必要と判断する場合には、新たなボビンと交換する（ステップＳ８）。
【００３８】
以上詳述した如く、本実施形態によれば、前記図５に示した判別回路により規定量の下糸残量の有無を検出することができると共に、縫製作業の途中の任意時点で下糸残量の具体的な値をその都度表示することもできる。
【００３９】
従って、オペレータは下糸残量の表示を見ながら、具体的な下糸残量を正確に把握できるため、下糸の下限規定残量が検知される前に、予め十分に下糸が巻かれたボビンの準備等を行うことが可能となる。
【００４０】
又、前述したように、検知棒駆動用の電流を印加した時点から超音波センサ１５が検知信号を出力するまでの所要時間を下糸残量に変換する際に用いるパラメータの係数を変更することにより、多種類の糸やボビンに対しても対応することが可能となる。
【００４１】
更に、本実施形態の下糸残量検知装置は、従来のプランジャマグネット、ロータリソレノイドを利用した装置と比較してサイズを小さくできるため、ミシンに後付けすることも容易であり、又、小型のミシンにも適用できる利点もある。
【００４２】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００４３】
例えば、検知棒の駆動手段としては、必ずしもリニアアクチュエータに限定されない。
【００４４】
又、前記実施形態では、下糸残量の検知動作を、ミシン停止中に行う場合を示したが、例えばミシン主軸が２００回転程度の低速回転中に検知棒が釜内に挿入できるタイミングを捕らえて検知動作を行うようにしてもよい。このようなミシン動作中の検知動作には、検知棒の前進後退を高速で実行できる前記実施形態に示したリニアアクチュエータが駆動手段として極めて好適である。
【００４５】
又、前記実施形態では、下糸残量を計算するための移動時間として、検知棒の前進開始時点から、その先端が下糸外周に当接するまでの時間を用いたが、逆に検知棒を下糸外周当接位置から元の待機位置まで復帰させるまでに要する時間を用いてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１の発明によれば、縫製作業中の任意時点における具体的な下糸残量をその都度正確に検出することができる。
【００４７】
請求項２の発明によれば、ホール素子を使用する場合のように検知棒等の可動部分に余分な部材を取り付ける必要がないので、検知棒の進退動を高速で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態の下糸残量検知装置を構成するリニアアクチュエータの概略構成を示す平面図、断面図及び正面図
【図２】上記リニアアクチュエータを一部破断して示す斜示図
【図３】上記リニアアクチュエータと釜内に収容されているボビンケースとの関係を示す概略断面図
【図４】上記リニアアクチュエータに超音波センサが取り付けられている状態を示す正面図
【図５】上記下糸残量検知装置に組み込まれている振動波識別用回路を示す回路図
【図６】上記振動波識別用回路で検出された振動波形を示す線図
【図７】実施形態の下糸残量検知装置が適用されているミシンのヘッド部分の外観を示す正面図
【図８】検知棒の移動時間測定手段と、下糸残量変換手段を構成する主制御部を概念的に示す説明図
【図９】下糸残量に変換する検知棒の移動時間を説明するための線図
【図１０】ボビンケースに下糸が巻かれている状態を模式的に示す説明図
【図１１】ボビンケース半径方向の下糸残量と移動時間との関係を示す線図
【図１２】下糸残量の長さと移動時間との関係を示す線図
【図１３】実施形態による下糸残量検知動作の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１…検知棒軸受
２Ａ、２Ｂ…永久磁石
３Ａ、３Ｂ…空隙
４…鉄心
５…コイル組立体
５Ａ…コイルボビン
５Ｂ…コイル
６Ａ、６Ｂ…復帰ばね
７…検知棒
８…圧力センサ
９…下部案内棒
１０Ａ、１０Ｂ…ヨーク
１１…下糸
１２…ボビン
１３…取付部材
１４…釜
１５…振動波検出素子（超音波センサ）
２０…表示パネル
２２…％表示部
２４…ｍ表示部
２６…糸番手・釜種類切換スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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