JPH0871284A

JPH0871284A - ミシンの上軸機構

Info

Publication number: JPH0871284A
Application number: JP21123794A
Authority: JP
Inventors: Jun Isono; 純磯野
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】低粘度油を用い、かつ従来よりクリアランス
を狭めても、焼付くことなく、摺動抵抗が低く、また、
ガタによる騒音が小さいミシンの上軸機構を提供するこ
とである。【構成】上軸１の表面に、イオンプレーティングによ
り、クロム（Ｃｒ）及び窒素（Ｎ）の化合物被膜層２を
生成する。そして、生成された化合物被膜層２は、研
磨、ポリッシング等の処理が施されて、その表面の凸部
が除去される。また、前記上軸１を支持する軸受４は、
浸炭焼入れ処理した鉄鋼材料によって構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、針棒等を駆動する上軸
を支持するためのミシンの上軸機構に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のミシンの上軸機構を図７に示す。
２１はミシンのアーム、２２は上軸、２３ａ、２３ｂ、
２３ｃは上軸２２を支承する３つの軸受である。２４は
プーリー、２５は天秤クランクである。プーリー２４及
び天秤クランク２５は、共に上軸２２に固定され、プー
リー２４が回転すると、上軸２２を介して天秤クランク
２５が同方向に回転する。２６は天秤、２７は天秤支
え、２８は支え軸、２９は針棒クランク、３０はコネク
ティングロッド、３１は針棒抱き、３２は針棒である。

【０００３】次に、前記のように構成されたミシンの上
軸機構の動作を説明する。

【０００４】プーリー２４及び上軸２２を介して天秤ク
ランク２５が回転すると、その回転運動は、天秤支え２
７、支え軸２８及び針棒クランク２９によって天秤２６
の上下方向の揺動運動として伝達される。また、同様
に、天秤クランク２５の回転運動は、針棒クランク２
９、コネクティングロッド３０及び針棒抱き３１から針
棒３２に同期的な往復運動として伝達される。

【０００５】このように、上軸２２の先端部には、回転
運動、揺動運動、そして、往復運動する各種の部品が連
結されており、特に、軸受２３ａには、上軸２２が１回
転する間を１周期として、複雑な変動負荷荷重が周期的
に掛かる。図８には、動機構解析によって、１周期の間
に軸受２３ａに掛かる負荷荷重の大きさと負荷方向を計
算した結果を示す。ここで、上軸２２の回転数は、工業
用本縫ミシンの最大回転数に近い５０００回転／毎分と
してある。図中、負荷方向を表す横軸及び縦軸は、前記
図１に記述したミシンを正面図とした場合、左側面から
見たときの水平方向及び上下方向に相当する。図８より
明らかなように、軸受２３ａには、負荷方向が急激に変
動する点が存在し、また、上軸２２と軸受２３ａとの間
には必ずクリアランスによるガタがある。従って、この
急激な高荷重の変動が、軸受２３ａの内面の衝撃打音と
なって、上軸機構から発生する騒音の大きな原因となっ
ている。

【０００６】従来、このような高速、高荷重という厳し
い摺動条件下で運転を行なう工業用ミシンの上軸機構で
は、上軸２２を焼入れ鋼で構成する一方、軸受側、即
ち、軸受２３ａ、軸受２３ｂ及び軸受２３ｃを表面窒化
した鋳鉄やリン青銅、或は含油金属等で構成し、これら
軸−軸受間では、潤滑油膜を切らすことがないように、
絶え間なく強制給油する機構を設けたものが一般的であ
った。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上軸機構の材料構成では、耐焼付き性は十分とは言え
ず、焼付きを防止するために、ある程度高い粘度の潤滑
油を使用しなければならなかった。従って、油膜による
摺動抵抗が増加してモータ負荷を高め、消費電力も高め
るという問題点があった。

【０００８】また、例えば、上述したガタによる騒音を
減らすために上軸２２−上軸メタルＬ２３ａ間のクリア
ランスを狭めていった場合、摺動抵抗が増加して発熱
し、油膜が破断して固体接触の比率が高くなり、遂には
焼付きが発生するという問題点があった。

【０００９】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、低粘度油を用い、かつ従来より
クリアランスを狭めても、焼付くことなく、摺動抵抗が
低く、また、ガタによる騒音が小さいミシンの上軸機構
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のミシンの上軸機構は、上軸の回転運動によ
って針棒等を駆動するようにしたミシンにおいて、前記
上軸の表面にイオンプレーティング法によってクロム
（Ｃｒ）及び窒素（Ｎ）の化合物被膜層を生成したもの
である。

【００１１】また、前記イオンプレーティング法によっ
て前記上軸の表面に生成された前記クロム及び窒素の化
合物被膜に対して、研磨、ポリッシング等の処理を施す
とよい。

【００１２】さらに、前記上軸を支持する軸受部を、浸
炭焼入れ処理した鉄鋼材料によって形成した前記上軸を
支持する軸受を、浸炭焼入れ処理をした鉄鋼材料で形成
してもよい。

【００１３】

【作用】前記の構成を有する本発明のミシンの上軸機構
によれば、上軸側にイオンプレーティングにより処理を
施したクロムと窒素の化合物被膜は、特に、相手軸受側
に浸炭焼入れ鋼を組合せた場合、非常に優れた耐焼付き
性、そして、良好な耐摩耗性、低摩擦性を発揮する。従
って、潤滑油の粘度を下げたり、クリアランスを狭めて
いって、軸−軸受間の固体接触の比率が増加したとして
も焼付くことがなく、微量の潤滑油の存在下で優れた耐
摩耗性と低摩擦性を維持する。このため、潤滑油膜のせ
ん断抵抗が減り、さらに、自らの低摩擦性とによって摺
動抵抗が低減され、省エネルギー化が実現される。ま
た、上軸と上軸を支持する軸受との間のガタの減少によ
る騒音が抑制される。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明を具体化した一実施例を図面
を参照して説明する。

【００１５】図１に本実施例のミシンの上軸機構の部分
断面図を示す。鉄鋼、合金鋼、または非鉄金属等、金属
材料で形成された上軸１の表面１ａ上には、膜厚１〜２
０μｍ、被膜硬度Ｈ_V１５００〜２０００のクロム及び
窒素の化合物被膜層２がイオンプレーティングにより形
成されている。上軸１は、その先端の針棒天秤機構（図
示せず）の連結部を、ミシンのアーム３内に圧入等の方
法で固定された軸受４によって、円周方向に回転可能な
ように支持されている。この他の上軸機構の構成は、図
７の従来のミシンの上軸機構と同様である。

【００１６】前記クロム及び窒素の化合物被膜層２は、
約４００℃に加熱された真空チャンバ中に、プロセスガ
スとして窒素ガス（Ｎ²）を流しながら、アーク放電に
よりカソードからクロムイオンを蒸発させ、被処理物
（上軸１）の表面１ａ上に、主にＣｒ₂Ｎの形からなる
化合物として蒸着するというイオンプレーティング法に
よって形成される。

【００１７】ここで、前記クロム及び窒素の化合物被膜
層２は、イオンプレーティングによって形成されたまま
の状態で摺動部材として用いてもよいが、被膜層表面に
多くの微小な凸部を有しているために、摺動する際に相
手材料を傷つけ、摩耗させることがある。そこで、被膜
層を形成した後に、凸部を除去する目的で研磨やポリッ
シング等を行なえば、被膜層自身の摩耗のみならず、相
手材の摩耗も極力減じることが可能となるばかりか、摩
擦係数の低減にも効果がある。

【００１８】次に、前記クロム及び窒素の化合物被膜層
２の摩擦摩耗特性、及び軸−軸受特性を評価し、優れた
特性を見い出した結果について説明する。

【００１９】図２は、被膜層の基本的な摩擦摩耗特性の
評価に用いたピンオンディスク型試験機の概略図であ
る。この試験方法は、回転するディスク試験片５上に、
そのディスク試験片５の回転軸線とは一定の距離だけ間
隔をおいた対称位置に、固定された２つのピン試験片６
を押し付けるものである。潤滑油は、ディスク試験片５
上に一定の供給速度で滴下される。本実験では、ミシン
用潤滑油を１２０ｃｃ／ｈｒの供給速度で滴下した。

【００２０】図３は、前記ピンオンディスク型試験機を
用いて、様々な摺動材料の組合せについて試験して得ら
れた摩擦係数μと押付け荷重Ｐとの関係を示す図であ
る。実験では、摺動速度をミシンの最高回転数５０００
ｒｐｍに相当する４ｍ／ｓｅｃに固定しており、摺動距
離５００ｍ毎に押付け荷重Ｐを段階的に増加していき、
その間の摩擦係数及び運転限界を見ている。最大押付け
荷重は、５０ｋｇｆである。試験材料は、基本的にディ
スク試験片５側をクロム及び窒素の化合物被膜層２に固
定し、ピン試験片６の材料を他の様々な摺動材料に変え
た。被膜層は、形成後に面粗さで０．４μｍ以下になる
ようポリッシングを施している。この他、比較材として
従来の上軸、軸受の組合せの１例である鋳鉄（ＦＣ１
５）の表面窒化材と浸炭焼入鋼の組合せについても同様
の試験を行った。

【００２１】図３から明らかなように、ディスク試験片
５に前記クロム及び窒素の化合物被膜層２を用いた組合
せは、従来例に比べていづれも低摩擦と高い焼付き限界
を示しており、前記クロム及び窒素の化合物被膜層２の
有意性が認められる。

【００２２】図４は、やはり前記ピンオンディスク型試
験機を用いて、図３で評価した材料組合せについて、耐
摩耗性を評価した結果である。潤滑条件、摺動速度は前
回の実験と同様であるが、押付け荷重を１０ｋｇｆに固
定し、摺動距離を１００００ｍと長くとってある。そし
て、実験終了後の各ディスク試験片５及びピン試験片６
の摩耗量を摩耗痕形状から測定して、単位荷重、単位距
離あたりの摩耗量、即ち、比摩耗量として算出した。

【００２３】図４から明らかなように、やはりディスク
試験片５に前記クロム及び窒素の化合物被膜層２を用い
た組合せは、比較材に対して概ね相手材（ピン試験片
６）の比摩耗量が低く、特に相手材に浸炭焼入れ鋼を組
合せた場合には、非常に低い値を示している。

【００２４】以上、ピンオンディスク型実験の結果か
ら、前記クロム及び窒素の化合物被膜層２は、非常に優
れた耐焼付き性、そして、良好な耐摩耗性、低摩擦性を
有しており、特に、相手材に浸炭焼入れ鋼を選定した場
合、その効果が著しいことが明示された。

【００２５】次に、クロム及び窒素の化合物被膜層２と
浸炭焼入れ鋼とについて、ミシンの上軸機構の摺動形式
により近い軸−軸受型試験機を用いて、クリアランス及
び潤滑油粘度と運転限界についての評価を行なった。図
５に軸−軸受型試験機の概略図（要部断面図）を示す。
ボールベアリング７によって滑らかに回転可能に支持さ
れた軸受ホルダー８には、２つの軸受試験片９が固定さ
れている。そして、前記２つの軸受試験片９は、モータ
ー（図示せず）によって回転する軸試験片１０を支持し
ている。押付け荷重Ｐは、軸受ホルダー８の側面より２
つの軸受試験片９に均等に掛かる。前記軸受ホルダー８
の側面からは、トルクバー１１が水平方向に伸びてお
り、軸の回転に伴って軸、軸受間に発生する摩擦力をト
ルクとして荷重指示計１２により計測される。また潤滑
油は、一定の供給速度で軸受試験片９の内周面に供給さ
れる。

【００２６】図６は、前記軸−軸受型試験機を用いて、
軸試験片１０を合金鋼に前記クロム及び窒素の化合物被
膜層２を形成したものとし、軸受試験片９を浸炭焼入れ
鋼として（以降、組合せ手段呼ぶ）、各クリアランス及
び潤滑油粘度にて焼付くことなく、安定した運転が可能
か否かを判定した結果である。比較のため、従来の組合
せの鋳鉄（ＦＣ１５）の表面窒化材と浸炭焼入鋼につい
ても同様の評価を行なった。ここで、軸試験片１０の回
転速度は５０００ｒｐｍとして、押付け荷重Ｐを５ｋｇ
ｆから段階的に増加させていき、最大２５ｋｇｆまで各
押付け荷重にて１０分間づつ運転を行い、焼付きやトル
ク値に異常がないか否かを判定した。最大押付け荷重を
２５ｋｇｆとしたのは、図８の動機構解析結果より、軸
受４に掛かる瞬間最大荷重が概ね前記値であるからであ
る。

【００２７】図６から明らかなように、前記組合せ手段
は、従来の比較材に比べて、より小さなクリアランス
で、また低粘度油にて運転が可能である。従って、組合
せ手段によって上軸機構を構成すれば、従来よりクリア
ランスを狭めることによって上軸機構から発生する騒音
を大幅に抑制することができ、また、低粘度油を用いる
ことにより、潤滑油膜のせん断に要するエネルギーが軽
減できるため、その分、摺動抵抗も低下し、その結果、
消費電力も低下する。

【００２８】金属材料表面にクロム及び窒素の化合物被
膜層２を形成するにあたって、イオンプレーティングの
性質上、軸外周面に比べて長幅の軸受内周面には被膜層
が付きにくく、また、ポリッシング等も難しいため、前
記クロムと窒素の化合物被膜層２は上軸１側に形成する
ことが望ましい。また、被膜層の膜厚は、１μｍ以下で
あると、摩耗により早期に上軸１の表面１ａが露出して
特性が失われてしまい、逆に２０μｍ以上であると、被
膜層の残留応力が増して表面１ａからの剥離等が発生す
る恐れがあり、さらにコスト高である。従って、被膜層
厚さは、１〜２０μｍの範囲に納めることが望ましい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のミシンの上軸機構によれば、非常に優れた耐焼付
き性、そして、良好な耐摩耗性、低摩擦性を有するクロ
ム及び窒素の化合物被膜をイオンプレーティングにより
上軸側に形成しているので、低粘度油を用い、かつ従来
よりクリアランスを狭めることによっても焼付くことな
く、摺動抵抗が低く、また、ガタによる騒音を小さくす
ることができるミシンの上軸機構を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のミシンの上軸機構の部分断面図であ
る。

【図２】基本的な摩擦摩耗特性の評価に用いたピンオン
ディスク型試験機の概略図である。

【図３】ピンオンディスク型試験機を用いて試験して得
られた摩擦係数μと押付け荷重Ｐとの関係を示す図であ
る。

【図４】ピンオンディスク型試験機を用いて試験して得
られた比摩耗量を示す図である。

【図５】軸受特性の評価に用いた軸−軸受型試験機の概
略図である。

【図６】軸−軸受型試験機を用いて試験して得られた、
各クリアランス、潤滑油粘度及び運転の可否を示す図で
ある。

【図７】従来のミシンの上軸機構の構成図である。

【図８】動機構解析により計算した上軸−軸受間の負荷
荷重の大きさと負荷方向を示す図である。

【符号の説明】

１上軸１ａ表面２クロム及び窒素の化合物被膜層４軸受

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上軸の回転運動によって針棒等を駆動す
るようにしたミシンにおいて、前記上軸の表面にイオンプレーティング法によってクロ
ム（Ｃｒ）及び窒素（Ｎ）の化合物被膜層を生成したこ
とを特徴とするミシンの上軸機構。
【請求項２】前記イオンプレーティング法によって前
記上軸の表面に生成された前記クロム及び窒素の化合物
被膜に対して、研磨、ポリッシング等の処理を施したこ
とを特徴とする請求項１に記載のミシンの上軸機構。
【請求項３】前記上軸を支持する軸受部を、浸炭焼入
れ処理した鉄鋼材料によって形成したことを特徴とする
請求項１に記載のミシンの上軸機構。