JPH0331478B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ミシン針を所定の位置で停止させる
と共に任意の速度に可変し得るミシンの駆動方法
に関するものである。

従来ミシン駆動装置として第１図に示すごとき
電磁クラツチ・ブレーキ方式を採用したものが提
案されている。

すなわち、１０は縫製用ミシン、１２はミシン
プーリ、１４は電磁クラツチ１６及び電磁ブレー
キ１８を含む駆動電動機、２０は電動機プーリで
あつて、プーリ２０とミシンプーリ１２とがベル
ト２２によつて連結されている。

２４はミシン１０に取付けられたミシンの針位
置を検出する位置検出器、２６は同様にミシン１
０に取付けられたミシンの駆動速度を検出する速
度検出器である。

２８はミシン１０を操作する足踏ペダル、３０
はペダル２８の作動を検知する検知回路、３２は
電磁クラツチ１６及び電磁ブレーキ１８を制御し
てペダル２８の操作指令等により任意の縫製速度
を得るための電動機速度制御回路、３４は縫製ミ
シン１０の針停止位置や自動糸切り等の制御を行
なうミシン制御回路である。

次に動作について説明すると、足踏ペダル２８
を踏込むことによつて電磁クラツチ１６が励磁さ
れて電源（図示せず）に接続されて常時回転駆動
されている駆動電動機１４の回転子に連結された
フライホイール３６に電磁的に結合し、電動機プ
ーリ２０、ベルト２２及びミシンプーリ１２を経
てミシン１０が回転駆動される。

次に足踏ペダル２８の踏込量を変化させること
により、ペダル検知回路３０の速度指令VCとミ
シン１０に取付けられた速度検出器２６の検出信
号FGとに基づき電動機速度制御回路３２から得
られる電磁クラツチ励磁電流が制御されペダル踏
込量に応じた任意の速度にミシン回転数が制御さ
れる。

また足踏ペダル２８が中立位置に戻されるとミ
シン制御回路３４より位置決め用の超低速指令が
出力されかつこれと同時に位置検出器２４の位置
検出信号（UPまたはDN）に基づきミシンの針
下または針上を検知して停止信号BKが出力され
電磁ブレーキ１８が励磁されてミシン１０の駆動
が停止される。以上の動作のタイミングチヤート
を第２図に示す。

このように従来のミシン駆動装置はミシンの駆
動、停止に拘らず常時駆動電動機を回転させてお
くので不必要な電力を消費する上、大きな慣性を
有するフライホイールを使用しているため正・逆
の回転方向切換えが任意の時点で行なうことがで
きず、さらに摩擦方式の電磁クラツチの場合は摩
耗を生じるため寿命が短いなどの欠点があつた。

また、この欠点を解消するためミシン駆動電動
機として低慣性のプリントモータを使用してこれ
を直流駆動すると共に電磁クラツチ１６を省略
し、足踏ペダル２８の操作に応じてプリントモー
タが直接起動・停止及び可変速駆動されるミシン
駆動装置が提案されている。しかしながら、この
装置の場合直流電動機であるため制御特性は非常
に良好である反面ブラシの摩耗が生じ寿命が短く
保守管理が必要であり、また足踏ペダルが操作さ
れる毎に毎回起動停止を行なうため起動電流が大
きく電源容量が大きくなつたり、駆動制御回路も
大型化し高価となる等の欠点があつた。

本発明は前述した従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は駆動電動機として交流誘導
電動機を使用し、これをコンバータに直列に接続
したインバータで駆動することにより縫製用ミシ
ンの可変速運転を行なうと共に減速時にコンバー
タをインバータとして回生制動を行なうことによ
つて省エネルギ化を促進し得る操作の容易なミシ
ンの駆動方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明はミシンを
駆動する交流電動機に可変電圧・可変周波数の交
流を供給するインバータ、及びこのインバータに
交流電源からの交流を整流して供給するととも
に、インバータが回生制動する際に交流電源側に
電力変換可能なコンバータを有し、交流電動機に
制動を加える制御を行う電動機速度制御回路と、
ミシンに取りつけられミシンのあらかじめ設定さ
れた針位置を検出する位置検出器と、ミシンのペ
ダル動作を検出しこのペダル動作に応じた信号に
より、設定された速度を指令し、糸切断動作を制
御し、位置検出器の針位置を検出する信号により
停止の信号を発するミシン制御回路とを備え、ミ
シンの回転数減速時に速度の指令によりコンバー
タを切り替えて電力を回生させ、ミシンを針下位
置に停止させた後、糸切断動作の制御を行ない、
針上位置を検出し、制動を加えて停止させ、電動
機に供給される交流の位相を切り替えて回転を逆
転させ、針を針上位置の方向にもどして停止させ
るものである。

以下、第３図乃至第８図に基づいて本発明の好
適な実施例を説明する。

第３図において第１図との対応部分には同一符
号を付し詳細説明は省略するが、第１図の構成に
おいて駆動電動機１４が交流誘導電動機で構成さ
れていると共に電磁クラツチ１６が省略されてお
り、誘導電動機の固定子３８と対抗してカツプ状
等低慣性に製作された回転子４０を有しかつ電動
機速度制御回路３２が可変電圧・周波数インバー
タ回路を含んで構成され、縫製用ミシン１０はミ
シン駆動電動機１４により可変速運転及び定位置
停止を行なえるように構成されている。

足踏ペダル２８に連結されたペダル検知回路３
０は第４図において詳細に示されており、以下そ
の構成を説明する。

第４図において検知回路３０は、フオトインタ
ラプタ４２，４４、これらフオトインタラプタの
間〓中を移動通過する遮蔽板４６及び抵抗４８か
ら成る光センサ部５０と、遮蔽板４６と共動する
磁石５２、この磁石５２と磁気結合して縫製運転
中の速度指令を発生するホール素子５４、ホール
素子５４に接続された抵抗５６、ホール素子５４
が発生した速度指令を増幅して速度指令信号VC
を制御回路３２に出力する増幅器５８から成る磁
気センサ部６０とから構成され、遮蔽板４６及び
磁石５２が足踏ペダル２８と連動している。

而して足踏ペダル２８を踏込むとその踏込みの
大きさにより磁石５２とホール素子５４との磁気
結合の度合いが異なり速度指令信号VCの値が変
化すると共に遮蔽板４６が下降することによつて
フオトインタラプタ４２及び４４の出力がそれぞ
れ「１」及び「０」となり縫製運転中であること
を表わす運転指令信号S₁及びS₂として制御回路３
２に送出される。また足踏ペダル２８が第４図図
示の如く中立状態である時は運転指令信号S₁及び
S₂が共に「０」となることにより制御回路３２で
判別される。さらに足踏ペダル２８の「けり返
し」すなわち踏込みの方向と逆方向に回転させた
状態では、ミシン糸の切断が行なわれ、遮蔽板４
６の上昇により運転指令信号S₁及びS₂がそれぞれ
「０」及び「１」となつて「けり返し」状態であ
ることが制御回路３２で判別される。

また位置検出器２４からはミシン針の位置を表
わす針上位置信号UP及び針下位置信号DNが出
力され、この位置検出器２４及びペダル検知回路
３０の出力がそれぞれミシン駆動用電動機１４の
速度制御ならびにミシンの各種ソレノイド（図示
せず）の制御を行うミシン制御回路３４に供給さ
れる。

ミシン制御回路３４は、第５図に示す如く、ペ
ダル検知回路３０の運転指令信号S₁及びS₂が供給
されるフリツプフロツプ回路構成の運転信号記憶
回路（以下、FF回路と称す）６２及び６４を有
し、FF回路６２の肯定出力はオア回路６６を介
して直接速度制御回路３２にスターと信号SRT
として送出されると共にブレーキワンシヨツト回
路６８を介して速度制御回路３２にブレーキ信号
BKとして送出される。すなわち、運転指令信号
S₁が「１」となつてFF回路６２の肯定出力が
「１」となると速度制御回路３２は速度指令信号
VCに基づいてミシン１０の駆動制御を行なう。

FF回路６４の肯定出力は直接制度制御回路３
２に低速度指令信号LLKOとして送出されると共
に前記オア回路６６及びミシン制御回路７０に供
給される。このFF回路６４は足踏ペダル２８が
「けり返し」の状態すなわちミシン停止後、ミシ
ン糸を切断するときに動作するものであり、速度
指令信号S₂が「１」となつてFF回路６４の肯定
出力が「１」となると、まず速度制御回路３２に
低速速度指令信号LLKOが供給されてミシン針が
上昇し、次いでミシン機構制御回路７０が糸切り
及びワイパ制御を行ない、最後にミシン針が上位
置で停止する。ミシン針が上位置でないときには
ミシン位置を上位置で停止させるためFF回路６
４のリセツト入力にナンド回路７２を介して上位
置信号UPが供給されている。このとき足踏ペダ
ル２８が誤つて踏込まれても支障が生じないよう
にFF回路６２の肯定出力がインバータ７４を介
してナンド回路７２の他方の入力に供給されてい
る。

なお、ブレーキワンシヨツト回路６８はFF回
路６２，６４の肯定出力がそれぞれ「１」から
「０」に反転するときから所定時間の間ブレーキ
信号BKを速度制御回路３２に供給してミシン１
０を直ちに停止させるためのものである。

またミシン制御回路３４は位置検出器２４の上
位置検出信号UPおよび下位置検出信号DNが供
給された低速検知回路７６を有する。この回路は
下位置検出信号DNの周期によりミシン１０の回
転が低速度に達したことを検知して低速検知信号
LDNを出力しFF回路６２をリセツトするための
ものであり、その詳細を第６図に示す。すなわ
ち、位置検出器２４の上位置検出信号UP及び下
位置検出信号DNがそれぞれセツト端子ｓ及びリ
セツト端子ｒに供給されたフリツプフロツプ７８
と、その肯定出力端子Ｑに接続された固定抵抗器
８０、可変抵抗器８２および充電用コンデンサ８
４からなる時定数回路８６と、この時定数回路８
６のコンデンサ充電電圧が供給されるインバータ
８８と、このインバータ８８の出力及び前記フリ
ツプフロツプ７８の肯定出力が供給されたノア回
路９０とから構成されている。なお、９２はコン
デンサ８４の急放電用ダイオードである。

而してフリツプフロツプ７８の肯定出力は第７
図Ａに示す如く上位置検出信号UPによつて「１」
となり、下位置検出信号DNによつて「０」とな
り、したがつてコンデンサ８４の充電電圧は第７
図Ｂに示す如く肯定出力が「１」の区間徐々に上
昇し、「０」の区間で急速に下降しこの状態を繰
り返すが、その繰返周期Ｔが長くなると（すなわ
ちミシン１０の回転数が低下すると）充電電圧が
基準説定値を越え、この時点で第７図Ｃに示す如
くインバータ８８の出力が「１」から「０」に返
転し、このためノア回路９０から低速度に達した
ことを表わす低速検知信号LDNが出力されFF回
路６２がリセツトされる。

次にミシン制御回路３４の各出力及びペダル検
知回路３０の速度指令信号VCが供給されミシン
駆動用電動機１４を駆動する電動機速度制御回路
３２を第８図について説明する。

すなわち、ペダル検知回路３０の磁気センサ部
６０の速度指令信号VCとミシン制御回路３４の
スタート指令信号SRT、停止準備指令信号
IMCO及び低速指令信号LLKOとが供給された指
令回路９２と、この指令回路９２から得られる電
圧及び周波数指令信号がそれぞれ供給された電圧
制御回路９４及びすべり補正周波数制御回路９６
と、電圧制御回路９４の出力が点弧制御信号とし
て供給され交流電源からの三相交流電圧を直流電
圧に変換するサイリスタコンバータ１００と、コ
ンバータ１００の出力側に平滑回路１０２を介し
て直列に接続されかつすべり補正周波数制御回路
９６の出力が点弧制御信号として供給されたサイ
リスタインバータパワー回路１０４と、指令回路
９２の出力及びミシン制御回路３４のブレーキ信
号BKが供給されたブレーキ回路１０６とを有
し、インバータパワー回路１０４の出力がミシン
駆動用誘導電動機１４に供給されこの電動機１４
を駆動すると共にブレーキ回路１０６の出力によ
つて電磁ブレーキ１８を制御する。

なお、すべり補正周波数制御回路９６には速度
検出器２６の検出信号FGが供給されサーボ制御
される。また電圧制御回路９４にインバータパワ
ー回路１０４の出力端が変圧器１０８を介して接
続されており、電圧帰環により安定化を計つてい
ると共に、平滑回路１０２に介装された異常電流
検知変流器１１０の出力が供給されこの検知出力
によつてコンバータ駆動電流が遮断されミシン駆
動電動機１４を停止させる。

而してミシン制御回路３４のスタート信号
SRT及び各速度指令信号LLKO，IMCO，VCに
基づく指令回路９２の出力によつて電圧制御回路
９４及び周波数制御回路９６で電圧及び周波数の
調節を行ないミシン駆動電動機１４の回転速度を
所定基準値内に保持すると共に、ブレーキ回路１
０６の出力によつて電磁ブレーキ１８を励磁して
ミシン針を停位置停止させる。

そして、図には明示されていないが、使用者の
スイツチ操作等によつてトランジスタ駆動回路９
８に所定の指令信号を供給することにより主回路
トランジスタからモータ１４に供給される電圧の
位相を切り換えることにより前記停止状態にある
ミシン針が上下方向における任意位置に移動され
ることになる。

本発明の好適な実施例は以上の構成からなり、
以下、その作用を説明する。

縫製作業を開始する場合には足踏ペダル２８を
踏み込んで磁石５２をホール素子５８に接近させ
て、磁気センサ部６０から電動機速度制御回路３
２へ縫製速度指令信号VCを出力すると共にフオ
トインタラプタ４２からミシン制御回路３４に
「１」なる運転信号S₁を出力する。これに伴つて
ミシン制御回路３４から速度制御回路３２へ
「１」なるスタート信号SRTが出力されてミシン
駆動電動機１４の駆動が開始される。そして速度
制御回路３２では電圧制御回路９４及び周波数制
御回路９６により指令された速度に見合う電圧と
周波数に変換されミシン駆動電動機１４が所定の
速度で回転される。

縫製作業中に減速させる場合は足踏ペダル２８
を戻すことにより縫製速度指令信号VCの値が少
なくなり、このため電圧制御回路９４及び周波数
制御回路９６によつてコンバータ１００及びイン
バータ１０４がそれぞれインバータ及びコンバー
タに変換され誘導電動機１４を発電機として回生
制御を行なうことにより急激に減速して踏込量に
応じた所望の中速回転に安定させる。

このような縫製作業中において、ミシン針を布
地に突き刺した状態すなわち針下状態で縫い方向
を変更する場合には足踏ペダル２８を「中立」状
態に戻し、ペダル検知回路３０からミシン制御回
路３４のFF回路６２に「０」なる運転指令信号
S₁を出力させる。FF回路６２では停止準備がで
きるまでの期間、速度制御回路３２に「１」なる
スタート信号SRTを出力し続けるので、ミシン
駆動電動機１４の回転速度は第２図に示すように
通常の縫製速度より低い所定の速度に維持され
る。

この停止準備期間において、低速検知回路７６
では前述したように、位置検出回路２４からの上
位置検出信号UP及び下位置検出信号DNに基づ
いてコンデンサ８４にフリツプフロツプ７８の肯
定出力が「１」である区間中にのみ充電が行なわ
れる。そして電動機１４の速度が低下して繰返周
期Ｔが長くなりコンデンサ８４の充電電圧が所定
値Vthを越えた区間のみインバータ８８の出力は
「０」なる出力信号をノア回路９０に送出する。
従つてフリツプフロツプ７８の肯定出力が「０」
となつた瞬間、ノア回路９０からFF回路６２の
リセツト信号LDNが得られ、ミシン駆動電動機
１４の回転数が所定の低速度に達すると共にミシ
ン針が下位置にきているという方向変更条件が揃
つたことになり、この時点でブレーキワンシヨツ
ト回路６８から「１」なるブレーキ信号BKが得
られ速度制御回路３２のブレーキ回路１０６を介
してミシン駆動電動機１４が停止する。

縫製後に糸切りを行なう場合には、足踏ペダル
２８をけり返してフオトインタラプタ４４から
「１」なる糸切り信号S₂をミシン制御回路のFF回
路６４に出力する。これに応じてFF回路６４か
ら速度制御回路３２に「１」のスタート信号
SRT及び低速信号LLKO（必要に応じて中速信号
IMCOを出力する場合もある）を出力すると共に
ミシン機構制御回路７０を作動させて糸切り、糸
払い等の制御を行なう。そしてFF回路６４は位
置検出器２６からの「１」なる上位置検出信号
UPによつてリセツトされミシン駆動電動機１４
はミシン針を上位置として停止する。

そして、停止状態にあるミシン針を例えば下位
置から上位置に移動させたい場合にはスイツチ等
の切換え手段によつて電動機速度制御回路３２の
電圧制御回路９４および周波数制御回路９６へ向
けて所定の指令信号を供給し、主回路トランジス
タに向けて位相切換え信号を送出することによ
り、逆転用電動機等制御手段を追加することなく
迅速容易にミシン針を所望の上下位置に移動させ
ることができる。

なお、上記実施例では速度指令及び運転指令を
足踏ペダル２８によつて操作する場合について説
明したが、これを外部運転スイツチ信号で操作す
るようにしても良い。

また、ミシン駆動電動機は三相誘導電動機に限
らず単相誘導電動機であつても良い。

以上のように本発明によれば、電動機速度制御
回路はインバータを有し、位相の切り替えによつ
て前記電動機を逆転させることができる。

ミシンにおける自動糸切り機構は針が加工布か
ら離れて上昇しもつとも高い位置である上死点に
達した後、ミシン主軸の回転を利用した糸の切断
を行うために、糸を切断してから針位置を検出し
制動をかけて停止する位置は上死点より相当に低
い位置になる。従来装置のように正転のみでは、
針がこの低い位置で停止すると、たとえば縫製物
を出し入れするのに引つかかつてしまうので、特
別な機構を設けて針停止位置を上死点付近に戻す
か、あるいは手動操作により針を見ながら戻さざ
るを得ないという欠点があつた。

これに対し、ペダルを操作して糸切り動作をさ
せて糸を切断してから針位置を検出し制動をかけ
て停止することにより、針が低い位置に停止した
としても、さらに電動機を逆転させて針を上死点
付近に戻して停止させることができるので、例え
厚い布を縫製する場合にも引つかかることがなく
なる。さらに駆動装置を有する誘導電動機をイン
バータ回路で駆動するように構成したので、任意
の駆動速度に無段階に変速することが可能であ
り、しかも速度検出器等によるミシン速度の検出
を行なうことなく指令の周波数で一定速度に制御
できるので、従来装置のように不安定な可変速電
動機や複雑な制御回路を必要としない。

また急減速・停止させる場合はインバータ及び
コンバータを使用して回生制動を併用することが
できるため、従来の機械式摩擦ブレーキのみで制
動を行なう場合に比しブレーキ部の寿命を格段的
に長くすることができると共に省エネルギ化を行
なうことが可能でありかつブレーキ部を小型化し
得るので出力軸の慣性モーメントが小さくなり、
縫製作業に要求される急加速、急減速の要求に十
分応えられる。

さらに交流誘導電動機を使用するため直流電動
機のように保守点検が不要となる。

なおさらに可変電圧形のコンバータ及び可変周
波数形のインバータ回路を適用することにより足
踏ペダルを操作してミシンを始動する際、直流電
動機のように毎回起動電流が流れることもなく電
源に与える影響も少なく、容量も少なくてすむ利
点もあり、またインバータによつて誘導電動機が
駆動されるから50Hz、60Hz等周波数の影響も受け
ないので制御装置の統一化も計れる等の優れた特
徴を有し、ミシンの駆動方法として理想的な制御
を行なうことができる。

以上のように、この発明によれば、電源への電
力回生を行なうことができるので起動、停止の精
度が非常に高い工業用ミシンにおいて省エネルギ
ーの効果があり、かつ回生制動でミシンを停止さ
せたり、電動機の逆回転により針位置停止位置を
戻すことができるので簡単なミシン構成で取り扱
いが容易なミシンの駆動方法が得られるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のミシン駆動装置を示す概略構成
図、第２図はミシンにおける定位置停止装置の各
部の波形と回転速度との関係を示す説明図、第３
図は本発明にかかるミシン駆動装置の好適な実施
例を示す概略構成図、第４図は第３図で示される
ペダル検出回路の詳細な構成を示す説明図、第５
図は第３図で示されるミシン制御回路の詳細な構
成を示す説明図、第６図は第５図における低速検
知回路の詳細な構成を示す説明図、第７図は第６
図の低速検知回路の各部の波形を示す説明図、第
８図は第３図で示される電動機速度制御回路の詳
細を示す説明図である。 各図中同一部材には同一符号を付して、１０は
ミシン、１４はミシン駆動電動機、１８は電磁ブ
レーキ、２４は位置検出器、２８は足踏ペダル、
３０はペダル検出回路、３２は電動機速度制御回
路、３４はミシン制御回路、７６は低速検知回
路、１００はサイリスタコンバータ、１０４はサ
イリスタインバータである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ミシンを駆動する交流電動機に可変電圧・可
   変周波数の交流を供給するとともに位相切替え可
   能なインバータ、及び前記インバータに交流電源
   からの交流を整流して供給するとともに、前記イ
   ンバータが回生制動する際に前記交流電源側に電
   力変換可能なコンバータを有し、かつブレーキ手
   段を制御して前記交流電動機に制動を加え停止さ
   せる制御を行う電動機速度制御回路と、前記ミシ
   ンに取りつけられ前記ミシンのあらかじめ設定さ
   れた針位置を検出する位置検出器と、前記ミシン
   のペダル動作を検出しこのペダル動作に応じた信
   号により、設定された速度を指令し、糸切断動作
   を制御し、前記位置検出器の針位置を検出する信
   号により停止の信号を発するミシン制御回路とを
   備えたミシンの駆動方法において、 前記ミシンを停止させる際回転数減速時に前記
   速度の指令により前記コンバータを切り替えて電
   力を回生する第一のステツプと、 前記ミシンを針下位置に停止させた後、糸切断
   動作の制御を行ない、針上位置を検出し、制動を
   加えて停止させる第二のステツプと、 前記第二のステツプの後、前記電動機に供給さ
   れる交流の位相を切り替えて回転を逆転させ、針
   を前記針上位置の方向にもどして停止させる第三
   のステツプと、 を備えたことを特徴とするミシンの駆動方法。