JPH07662A - ミシンの糸張力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 縫製開始時やミシンの回転数が変化したとき
においても正確に糸張力を検出でき、かつ安価なミシン
の糸張力検出装置を提供すること。 【構成】 糸供給源１２から糸消費部１９に至る糸道中
に配置され、糸に接触することにより糸張力を検出し、
その少なくとも一部に圧電素子を有するミシンの糸張力
検出装置（１７、２０）を対象として、前記圧電素子の
共振周波数または反共振周波数で前記圧電素子を電圧ま
たは電流駆動する発振出力手段と、前記発振出力手段に
より前記圧電素子に与えられる電圧波形を検出する電圧
波形検出手段と、前記発振出力手段により前記圧電素子
に与えられる電流波形を検出する電流波形検出手段と、
前記電圧波形と前記電流波形とに基づいて糸張力を検出
する張力検出手段を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子を用いて糸張
力を検出するミシンの糸張力検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、糸の張力を張力検出装置により検
出し、検出値に応じて糸張力調整装置を動作させて、自
動的に張力を調整しながら縫製を行なう、所謂自動糸調
子ミシンや、糸が接触しているか否かを検出することに
より、糸切れを検出するミシンがあった。

【０００３】このようなミシンには、高速応答が可能な
圧電素子や歪ゲージが張力センサとして利用されてい
る。

【０００４】例えば、特公昭５９−３１３５７号公報に
記載のミシンの下糸切れ検出装置は、下糸と接触可能な
位置に圧電素子を設置し、下糸と圧電素子との接触で圧
電効果により生ずる電圧の有無により下糸切れを検出し
ていた。

【０００５】一般的に圧電素子の圧電効果を直接用いて
張力を検出する場合、圧電素子の内部抵抗や、圧電素子
の出力側に接続される増幅器の入力漏れ電流によって、
圧電素子に発生した電荷、電圧が変動してしまうため、
この変動の影響を取り除く目的で、圧電素子と増幅器の
間には直流分をカットするためのコンデンサが挿入され
ていた。

【０００６】糸切れの検出は、その判断内容が糸切れで
あるか否かの二値であるため、その二値化のしきい値を
適当に選ぶことにより、張力値の交流成分を検出するの
みで、糸切れの判断が可能となっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自動糸
調子ミシンは、定常的な糸張力の大きさ、つまり直流成
分値や、糸張力波形の形が糸張力情報として必要とされ
る。前述の圧電素子の圧電効果を用いた方式では、圧電
素子と増幅器の間に挿入されたコンデンサが糸張力検出
波形の直流成分を零とするように作用するため、張力波
形の形が変化するとき、例えば、図７に示される縫製開
始時のように張力零の状態から急に張力が現われると、
コンデンサへの直流レベルの充放電により張力検出波形
が過渡的に乱され、糸張力を正確に検出できないといっ
た問題があった。

【０００８】このため、直流的な張力が検出できる歪ゲ
ージが利用されているのが実情であるが、歪ゲージは定
常的な張力が検出できる反面、感度が低いためブリッジ
構成にして使用しなければならず、コストが高いといっ
た問題があった。

【０００９】一方、特開平１−１２９８８１号公報に記
載のミシンの糸検出装置のように、上糸と接触可能な位
置に圧電素子を自己共振させた状態で配置し、上糸と圧
電素子の接触により自己共振電圧が低下することに基づ
き、上糸切れを検出するミシンが公知であるが、これに
は、自動糸調子ミシンに適応できる糸張力波形を出力す
る方法が示されていなかった。

【００１０】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは、糸張
力を直流成分も含めて検出可能とし、縫製開始時やミシ
ンの回転数が変化したときにおいても正確に糸張力を検
出でき、かつ安価なミシンの糸張力検出装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、糸供給源から糸消費部に至る糸道中に配置
され、糸に接触することにより糸張力を検出し、その少
なくとも一部に圧電素子を有するミシンの糸張力検出装
置において、前記圧電素子の共振周波数または反共振周
波数で前記圧電素子を電圧または電流駆動する発振出力
手段と、前記発振出力手段により前記圧電素子に与えら
れる電圧波形を検出する電圧波形検出手段と、前記発振
出力手段により前記圧電素子に与えられる電流波形を検
出する電流波形検出手段と、前記電圧波形と前記電流波
形とに基づいて糸張力を検出する張力検出手段を備えて
いる。

【００１２】また、前記張力検出手段は、前記電圧波形
と前記電流波形との位相差に基づいて糸張力を検出する
ものとしてもよい。

【００１３】さらに、前記張力検出手段は、前記電圧波
形と前記電流波形との振幅比に基づいて糸張力を検出す
るものとしてもよい。

【００１４】

【作用】上記の構成を有する本発明のミシンの糸張力検
出装置は、前記発振出力手段が前記圧電素子をその共振
周波数または反共振周波数で電圧または電流駆動し、前
記電圧波形検出手段が前記発振出力手段により前記圧電
素子に与えられる電圧波形を検出し、前記電流波形検出
手段が前記発振出力手段により前記圧電素子に与えられ
る電流波形を検出し、前記張力値検出手段が前記電圧波
形と前記電流波形に基づいて糸張力を検出する。

【００１５】また、前記電圧波形と前記電流波形との位
相差に基づいて糸張力を検出することもできる。

【００１６】さらに、前記電圧波形と前記電流波形との
振幅比に基づいて糸張力を検出することもできる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図面を参
照して説明する。

【００１８】先ず、図１に基づいて本発明のミシンの糸
張力検出装置の第一の実施例の概略構成を説明する。

【００１９】即ち、ミシンアーム１０には、上糸１１を
繰り出すボビン状の糸供給源としての上糸供給源１２、
上糸張力調整装置１３、糸掛け１４、１５、１６、上糸
張力検出器１７、図示しないミシン主軸に同期して上下
動する天秤１８及び糸消費部としての縫い針１９が設置
されている。一方、上糸張力調整装置１３、上糸張力検
出器１７、前記ミシン主軸を制御するミシン制御装置２
０がミシンアーム１０の近傍に設置されている。ここ
で、糸張力検出装置は、上糸張力検出器１７及びミシン
制御装置２０によって構成されている。

【００２０】上糸供給源１２から繰り出された上糸１１
は、上糸張力調整装置１３、糸掛け１４、１５、上糸張
力検出器１７、糸掛け１６、天秤１８を経て、縫い針１
９に供給される。

【００２１】上糸張力調整装置１３は、２枚の調子皿に
より上糸を挟持するよう構成されており、図示しない電
磁アクチュエータにより調子皿が上糸に与える挟持圧を
調整できるよう構成されている。

【００２２】上糸張力検出器１７は、図２に示すよう
に、上下面に電極をもつ長方形の板状の圧電素子１７ａ
と、圧電素子１７ａの長手方向の端に固着され上糸１１
に接触して上糸張力を伝えるセンサ糸掛け１７ｂと、圧
電素子１７ａの長手方向中央部を保持しミシンアーム１
０に取り付けるための保持体１７ｃとにより構成されて
いる。

【００２３】ミシン制御装置２０は、圧電素子１７ａの
長手方向に対する共振周波数の正弦波を発生する発振出
力手段としての発振器２１と、発振器２１の電圧を電力
増幅し圧電素子１７ａの一方の電極に与えるバッファア
ンプ２２（電圧波形検出手段を兼ねる）と、圧電素子１
７ａのもう一方の電極に接続され、かつ圧電素子１７ａ
に流れる電流を極性反転して電圧に変換する電流波形検
出手段としての電流電圧変換器２３と、バッファアンプ
２２の出力信号と電流電圧変換器２３の出力信号との位
相差から上糸張力を演算し電圧出力する張力検出手段と
しての位相比較回路２４と、上糸張力調整装置１３内の
電磁アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動回路
２５と、位相比較回路２４から出力される上糸張力値に
基づきアクチュエータ駆動回路２５を作動する機能を有
し、かつミシン主軸の回転制御等の制御を行なうミシン
制御回路２６とで構成されている。

【００２４】バッファアンプ２２及び電流電圧変換器２
３は、周知の演算増幅器を用いて構成され、特に、電流
電圧変換器２３は、演算増幅器入力の周知の仮想接地動
作により入力端子を０ボルトとしたままで、電流を検出
することが可能である。

【００２５】位相比較回路２４では、バッファアンプ２
２と電流電圧変換器２３の出力信号がそれぞれ周知のア
ナログコンパレータ２５、２６により０ボルトと比較さ
れ、さらに周知の排他的ＯＲ回路２７に加えられた後、
ＮＯＴ回路２８により論理反転され、抵抗、コンデンサ
からなる積分回路２９により平滑化され、張力値出力３
０に出力される。

【００２６】第一の実施例は以上に説明した如く構成さ
れる。

【００２７】以下に、前記構成に基づくミシンの糸張力
検出作用について説明する。

【００２８】先ず、圧電素子１７ａは、保持体１７ｃに
対して長手方向の共振周波数で発振する発振器２１によ
りバッファアンプ２２を通して駆動される。圧電素子１
７ａは、その共振周波数ではインピーダンスが極小か
つ、電圧と電流の位相差が零となる特性を持っている。
図３（ａ）は、圧電素子１７ａに加えられるバッファア
ンプ２２の出力、所謂電圧波形Ｖと、圧電素子１７ａに
流れる電流を電圧値に変換する電流電圧変換器２３の出
力、所謂電流波形Ｉの出力波形を示したものである。

【００２９】図２及び図３（ａ）において、電流電圧変
換器２３が反転増幅器であることから、圧電素子１７ａ
に糸張力が加わっていないときのＶとＩは、Ｉ（張力
零）で示されるように位相差が１８０度で、位相反転し
た状態にある。ここで、上糸１１が上方に引かれてセン
サ糸掛け１７ｂを通して圧電素子１７ａに張力が加わる
と、Ｉ（張力大）で示されるようにＩ（張力零）の波形
に対して進み位相となり、張力が大きくなるほど、位相
の進み量は大きくなる。上糸張力が加えられているＩ
（張力大）の場合の位相比較回路２４の動作を説明する
と、図３（ｂ）のように、アナログコンパレータ２５
は、電圧波形Ｖの正の半波を＋５ボルト、負の半波を０
ボルトとして出力する。また図３（ｃ）のように、アナ
ログコンパレータ２６も、電流波形Ｉの正の半波を＋５
ボルト、負の半波を０ボルトとして出力する。

【００３０】そして、排他的ＯＲ回路２７は、２つの入
力が同じ論理のとき０ボルト、異なった論理のとき＋５
ボルトを出力するので、図３（ｄ）の如く波形となる。
排他的ＯＲ回路２７の出力は、ＮＯＴ回路２８に加えら
れ、論理反転され、図３（ｅ）の２８０で示す波形とな
る。さらに、積分回路２９で平滑され、図３（ｅ）の３
００で示す波形の如くＮＯＴ回路２８で出力されるパル
ス幅の電圧が平均化された電圧となり、例えば、Ｉ（張
力大）とＩ（張力零）との位相差が４５度の場合は、＋
５ボルト×４５度／１８０度＝１．２５ボルトとなる。
ここで、Ｉ（張力零）とＶとの位相差は１８０度で一定
であるから、Ｖの反転波形をＶ１とすると、ＮＯＴ回路
２８の出力パルスのパルス幅は、Ｖ１とＩの位相差に比
例した電圧となり、従って、張力値出力３０にはＶ１と
Ｉの位相差に比例した電圧が出力されることになる。

【００３１】次に、第一の実施例のミシンの糸張力検出
装置を用いたミシンの概略動作を説明する。

【００３２】先ず始めに、ミシンが起動され縫製が開始
されると、上糸１１が上方に引かれることにより、糸掛
け１６と１５の間でセンサ糸掛け１７ｂを経由して圧電
素子１７ａに対して張力が加えられる。上述したよう
に、圧電素子１７ａに加えられた張力により、電流電圧
変換器２３により検出された電流波形Ｉと圧電素子１７
ａに印加する電圧波形Ｖとの間に位相のずれが発生す
る。このため、張力が加えられていない状態と張力が加
えられた状態との位相差が位相比較回路２４により上糸
張力値として検出され、張力値出力３０に出力される。
ここで、張力値出力３０に出力される上糸張力は、図４
に示すように直流成分が完全に検出されている。ミシン
制御回路２６は、張力値出力３０に出力される上糸張力
値に基づき、アクチュエータ駆動回路２５を作動すると
共に、ミシン主軸を回転制御する。この制御に基づいて
縫製が行なわれる。アクチュエータ駆動回路２５は、上
糸張力調整装置１３の電磁アクチュエータを駆動するこ
とにより、上糸１１に対する挟持圧をが調整する。

【００３３】ところで、圧電素子１７ａは、その共振周
波数でインピーダンスが極小となることから、図３
（ａ）に示したように、電流波形の振幅は張力零のとき
最大となり、印加張力が増大するにつれて振幅が減少す
る。この現象を用いた、本発明のミシンの糸張力検出装
置の張力検出手段として、電流波形Ｉにより上糸張力値
を検出する第二の実施例の概略構成を、図５を用いて説
明する。

【００３４】即ち、第二の実施例は、第一の実施例の位
相比較回路２４が、図５に示す振幅検出回路５０に置換
され、電流電圧変換器２３の出力である電流波形Ｉが、
振幅検出回路５０に入力され、電圧波形Ｖは使用されな
いことのみが異なる。振幅検出回路５０は、電流電圧変
換器２３の出力がダイオード５１に入力された後、積分
回路５２に接続され、張力値出力５３に出力され、さら
に張力値出力５３は、ミシン制御回路２６に入力されて
いる。

【００３５】次に、その動作を説明すると、図３（ａ）
及び図５において圧電素子１７ａに糸張力が加わってい
ないときには、Ｉ（張力零）で示される電流波形がダイ
オード５１により正の半波が整流され、積分回路５２に
より検波され、Ｉ₀ として張力値出力５３に出力され
る。一方、糸張力が加わった場合も同様に検波され、Ｉ
_T として出力される。この場合は、糸張力が零の時はＩ
₀ が出力され、糸張力が増加するにしたがってＩ_T のよ
うに大きさが減少する出力が得られる。第二の実施例の
場合も、第一の実施例の場合と同様、ミシン制御回路２
６は張力値出力５３に出力される上糸張力値に基づき、
アクチュエータ駆動回路２５を作動すると共にミシン主
軸を回転制御し、縫製が行なわれる。アクチュエータ駆
動回路２５は上糸張力調整装置１３の電磁アクチュエー
タを駆動することにより、上糸１１に対する挟持圧が調
整される。

【００３６】これまでの実施例では圧電素子１７ａに正
弦波電圧を与え、その時の電流を検出して張力検出手段
により張力を検出していたが、圧電素子１７ａに正弦波
電流を流しておき、その時の電圧を検出して張力検出手
段により張力を検出することも可能である。この場合の
発振出力、電流検出、電圧検出手段の構成例を第三の実
施例として、図６に示す。

【００３７】即ち、図６において、発振出力手段は圧電
素子１７ａの共振周波数で発振する発振器６０（電流波
形検出手段を兼ねる）及び演算増幅器を用いた定電流ア
ンプ６１で構成され、電圧検出手段は演算増幅器を用い
た差動増幅器６２で構成されている。圧電素子１７ａ
は、定電流アンプ６１に接続され、正弦波電流で電流駆
動されており、その時、圧電素子１７ａの電極間に印加
されている電圧が差動増幅器６２により検出される。こ
の構成において、電流波形Ｉとして発振器６０の出力、
電圧波形Ｖとして差動増幅器６２の出力が張力検出手段
に入力される。

【００３８】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ることなくその要旨を逸脱しない範囲において種々変形
して用いることができる。例えば、第一の実施例では電
圧検出手段としてバッファアンプ２２の出力電圧を利用
しているが、発振器２１の出力電圧を利用するように構
成してもよい。また、バッファアンプ２２を使用しない
で、発振器２１が圧電素子１７ａを直接駆動するように
構成してもよい。さらに、上糸張力検出器１７において
センサ糸掛け１７ｂの慣性により張力検出の高速応答性
が阻害されるのを防ぐため、センサ糸掛け１７ｂを使用
しないで、圧電素子１７ａが直接上糸と接触するよう構
成してもよい。

【００３９】また、第二の実施例において、圧電素子１
７ａに与える正弦波電圧の振幅が一定であることから、
電流波形Ｉのみを用いて張力検出を行なっているが、圧
電素子１７ａに与える電圧が変動する場合は、さらに電
圧波形Ｖを用いて振幅検出回路５０と同様な回路により
電圧波形Ｖの波高値Ｖ_M を検出し、演算増幅器等により
Ｉ₀／Ｖ_M、Ｉ_T／Ｖ_Mのように電圧で正規化し、電圧変動
の影響を除去する構成も可能である。

【００４０】また、圧電素子は上述の実施例で述べた共
振周波数の他に、そのインピーダンスが最大かつ、電流
と電圧の位相差が零となる、所謂反共振周波数をもつ。
このため、本実施例では圧電素子を共振周波数で駆動す
る構成としたが、反共振周波数で駆動し、電圧、電流波
形検出手段により電圧、電流を検出し、張力検出手段に
より張力を検出する構成としてもよい。

【００４１】また、本実施例における張力検出手段は、
演算増幅器やアナログコンパレータ、論理演算素子など
といった電子回路を用いて構成されているが、周知の中
央処理装置（ＣＰＵ）を利用し、ソフトウェアにより演
算を行なう構成とすることも可能である。

【００４２】さらに、本実施例では、糸消費部としての
縫い針１９に導かれる糸の張力を検出しているが、ルー
パーなどといった、他の糸消費部での糸張力の検出に用
いることも可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のミシンの糸張力検出装置は、圧電素子にその共振
周波数または反共振周波数の電圧または電流を与え、そ
のときの電圧及び電流を測定して、電圧と電流の位相差
または、電流と電圧の大きさの比に基づき圧電素子に加
わる糸張力を検出するため、糸張力の直流成分をも含め
て検出でき、縫製開始時のように張力零の状態から急に
張力が変化する場合や、ミシンの回転数が変化したとき
においても糸張力が正確に検出できる優れた効果を奏す
る。さらに、構造が簡単な圧電素子を使用しているた
め、低コストで製作できる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化したミシンの概略的構成図であ
る。

【図２】本発明を具体化した第一の実施例の上糸張力検
出装置の概略構成図である。

【図３】本発明を具体化した第一，第二の実施例の張力
検出動作を示すグラフである。

【図４】本発明を具体化した第一の実施例の上糸張力検
出装置で検出される上糸張力波形を示すグラフである。

【図５】本発明を具体化した第二の実施例の上糸張力検
出装置における張力検出手段の構成を示す回路図であ
る。

【図６】本発明を具体化した第三の実施例の上糸張力検
出装置における発振出力手段、電流波形検出手段及び電
圧波形検出手段の構成を示す回路図である。

【図７】従来例の上糸張力検出装置で検出される上糸張
力波形を示すグラフである。

【符号の説明】

１１ 上糸 １２ 上糸供給源 １７ 上糸張力検出器 １７ａ 圧電素子 １９ 縫い針 ２０ ミシン制御装置 ２１、６０ 発振器 ２２ バッファアンプ ２３ 電流電圧変換器 ２４ 位相比較回路 ５０ 振幅検出回路 ６１ 定電流アンプ ６２ 差動増幅器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 糸供給源から糸消費部に至る糸道中に配
   置され、糸に接触することにより糸張力を検出し、その
   少なくとも一部に圧電素子を有するミシンの糸張力検出
   装置において、 前記圧電素子の共振周波数または反共振周波数で前記圧
   電素子を電圧または電流駆動する発振出力手段と、 前記発振出力手段により前記圧電素子に与えられる電圧
   波形を検出する電圧波形検出手段と、 前記発振出力手段により前記圧電素子に与えられる電流
   波形を検出する電流波形検出手段と、 前記電圧波形と前記電流波形とに基づいて糸張力を演算
   し検出する張力検出手段と、を備えたことを特徴とする
   ミシンの糸張力検出装置。
2. 【請求項２】 前記張力検出手段は、前記電圧波形と前
   記電流波形の位相差に基づいて糸張力を検出することを
   特徴とする請求項１に記載のミシンの糸張力検出装置。
3. 【請求項３】 前記張力検出手段は、前記電圧波形と前
   記電流波形の振幅比に基づいて糸張力を検出することを
   特徴とする請求項１に記載のミシンの糸張力検出装置。