JP6239209B1 - ミシン - Google Patents

Abstract

ミシンは、被縫製物に挿針された縫い針が下死点から上死点へと移動することで形成される上糸のループを捕捉する剣先を有するかまと、かまを回転させるモータの回転情報を検出する回転情報検出器（３０２）と、かまの剣先が上糸を捕捉する期間に検出された回転情報に基づき目飛びの発生を監視し、目飛びを検知したときに目飛び検知信号を出力する監視部（５０３）と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、追加部品の少ない簡素な構成で目飛びの発生を検知できるという効果を奏する。

Description

本発明は、縫い針、かま、天秤及び中押さえを備え縫い目を形成するミシンに関する。

特許文献１，２に開示される従来のミシンは、多彩な制御性やデザインの自由度を得るため、縫い針を上下動させる針棒と、剣先で上糸を捕捉するかまとを、それぞれ別の駆動源で駆動する。しかしながら、この種のミシンは、同期制御により針棒とかまとの動きを高精度に制御しなければ、縫い針の上下動によって形成される上糸のループをかまの剣先が捕捉できずに目飛びが発生する。

特許文献３から６には目飛びの検知手段として用いられる検出器が開示される。特許文献３には、天秤近くの糸案内に装着された音検知センサを利用して、ミシンが一針分の縫製動作を行う間に発生する上糸の摩擦音から上糸の移動量を検出することによって、予め記憶しておいた適正な上糸の移動量と検出した上糸の移動量とを比較した結果に基づき目飛びを検知する技術が開示される。特許文献４には、反射光に感応する光電検出器を用いて、かまで捕捉された上糸のループが、かまに納められているボビンケースの表面を横切る挙動を示さないときに目飛びを検知する技術が開示される。特許文献５には、糸調子器に設けられた糸掛け部を有する糸取りばねが初期位置に位置するかどうかを検出する位置検出器を使用して、特定の上軸角度である天秤下死点＋６０［°］の範囲内における糸取りばねの挙動に基づき目飛びを検知する技術が開示される。そして特許文献６には、上糸が糸供給源から繰り出されるときに、上糸が巻き掛けられた回転体を回転させるモータを検出器として用いて、モータの挙動から上糸への張力が付与されないときに目飛びを検知する技術が開示される。

特開平５−２３４７２号公報 特開２００３−１２６５７７号公報 特開平８−２７６０８８号公報 特開２０００−１９７７８６号公報 特開２０１３−４８７１０号公報 特開２０１６−２０２４３７号公報

しかしながら、特許文献３から５に開示されるミシンの目飛び検知手段は、何れの場合も、上糸の挙動を検出するための専用の機構とセンサとセンサ用配線とを設ける必要があり、ミシン全体の製造コストの増加を招く。特許文献６に開示されるミシンの目飛び検知手段は、かまが上糸を引き込む際に上糸に発生する張力と上糸の移動量とをモータの挙動に基づき検出するが、特許文献６では上糸に張力を発生させるモータが必要になるので、特許文献３から５に開示される技術と同様に製造コストの増加を招く。また特許文献６に開示されるミシンの目飛び検知手段を用いる際には、上糸を供給する糸道の途中にモータが設置されるが、縫い針から離れた箇所にモータが配置されると、上糸の伸縮が大きくなり張力及び移動量の検出精度が低下する。糸調子器と一体化させるなどして、縫い針の近くにモータが設置される場合には、ミシンのアーム部における設置スペースや組み立ての容易性が確保できないという問題が発生する。また特許文献６に開示されるミシンの目飛び検知手段は、上糸を巻き付ける回転体の摺動面の影響を受け易く、特に上糸と摺動面との間の摩擦が低くすべりが生じる場合には、張力の検出値の信頼性が低下する。また特許文献３から６に開示されるミシンの目飛び検知手段は、何れの場合もミシン全体の部品点数が増加するため、初期立ち上げ時の工数と、環境の変化又は経年劣化に伴う故障や誤検知を免れるためのメンテナンス工数とが大幅に増加するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、追加部品の少ない簡素な構成で目飛びの発生を検知できるミシンを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のミシンは、被縫製物に挿針された縫い針が下死点から上死点へと移動することで形成される上糸を捕捉する剣先を有するかまと、かまを回転させるモータの回転情報を検出する回転情報検出器と、かまの剣先が上糸を捕捉する期間に検出された回転情報に基づき目飛びの発生を監視し、目飛びを検知したときに目飛び検知信号を出力する監視部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、追加部品の少ない簡素な構成で目飛びの発生を検知できるという効果を奏する。

実施の形態１に係るミシンの全体構成を示す斜視図 実施の形態１に係るミシンの上軸機構を示す斜視図 実施の形態１に係るミシンの下軸機構を示す斜視図 実施の形態１に係るミシンの制御構成を示すブロック図 実施の形態１に係るミシンの下軸モータ制御演算部の詳細を示すブロック図 実施の形態１に係るミシンの下軸偏差抑制部の詳細を示すブロック図 実施の形態１に係るミシンの監視部の詳細を示すブロック図 実施の形態１に係るミシンで目飛びを検知する際の信号波形を示す図 実施の形態２に係るミシンの下軸モータ制御演算部の詳細を示すブロック図 実施の形態２に係るミシンの監視部の詳細を示すブロック図 実施の形態３に係るミシンの下軸モータ制御演算部の詳細を示すブロック図 実施の形態３に係るミシンで目飛びを検知する際の信号波形を示す図 実施の形態４に係るミシンの下軸モータ制御演算部の詳細を示すブロック図 実施の形態４に係るミシンの監視部の詳細を示すブロック図 実施の形態５に係るミシンの下軸モータ制御演算部の詳細を示すブロック図 実施の形態５に係るミシンの回転情報検出器の詳細を示すブロック図 実施の形態１から５に係るミシンの制御盤の第１のハードウェア構成例を示す図 実施の形態１から５に係るミシンの制御盤の第２のハードウェア構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係るミシンを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
実施の形態１では、布や革などの縫製素材である被縫製物を、ＸＹテーブルなどの搬送装置で移動させながら縫製動作を行う工業用の電子ミシンの構成例を説明する。ただし、縫い針の上下動により形成される上糸のループをかまが捕捉することにより縫い目が形成される装置、例えば、一般ミシン、職業用ミシン、家庭用ミシン、刺繍機等にも、本実施の形態の構成例を適用できる。まず図１から図３に基づき実施の形態１に係るミシン１００の構成例を説明する。

図１は、実施の形態１に係るミシンの全体構成を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係るミシンの上軸機構を示す斜視図である。図３は、実施の形態１に係るミシンの下軸機構を示す斜視図である。ただし、図１から図３では、右手系のＸＹＺ座標において、縫い針２１２が上下動する方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向と直交する方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向とＸ軸方向の両者に直交する方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向は、後述するベッド１０４の長手方向に等しい。

[全体構成]
図１に示すミシン１００の主要部は、筐体機構Ｐ０と、送り機構Ｐ１と、制御装置Ｐ２と、図２に示す上軸機構Ｐ３と、図３に示す下軸機構Ｐ４とで構成される。上軸機構Ｐ３は、図１の筐体機構Ｐ０に含まれる滑り板１０６の上方に配置される。下軸機構Ｐ４は図１の滑り板１０６の下方に配置される。

[筐体機構Ｐ０]
図１に示すように、ミシン１００の筐体機構Ｐ０は、図２の上軸機構Ｐ３に含まれる上軸シャフト２０４を格納するアーム１０１と、図２の上軸シャフト２０４に連結され上軸モータ２０１を格納する上軸モータケース１０２と、アーム１０１の先端で後述する上軸機構Ｐ３の縫製作業を行うミシン頭部１０３と、送り機構Ｐ１に含まれるＸＹステージ１１１を格納するベッド１０４と、アーム１０１及びベッド１０４を設置床から支持する支持脚１０５と、滑り板１０６と、を備える。

滑り板１０６は、ベッド１０４の上面に固定されて送り機構Ｐ１に含まれる保持装置１１２を平面上で摺動自在に支持する。筐体機構Ｐ０は、ミシン１００が動作する時の衝撃による機械的な破壊に耐え得るように設計された高剛性の鋼板や鋳物等の素形材、又は該衝撃を分散させて吸収する柔軟材で構成される。

図１では図２の上軸モータ２０１の位置を示すため、上軸モータケース１０２がアーム１０１の一端に連結させる形で配置されているが、図２の上軸シャフト２０４の長さを短くすることにより上軸シャフト２０４の捩じり剛性を高めたい場合には、アーム１０１の内側に図２の上軸モータ２０１を設置しても良い。また、図２の上軸モータ２０１は、アーム１０１の内側でなくとも、ミシン頭部１０３と一体化させる形で設置しても良い。このように設置する場合、上軸モータケース１０２をミシン頭部１０３から離れたアーム１０１の端に設ける必要がなくなるため、図２の上軸シャフト２０４の捩じり剛性が高まると同時に、ミシン１００のデザインの自由度を広げることができる。

[送り機構Ｐ１]
ミシン１００の送り機構Ｐ１は、ＸＹステージ１１１、保持装置１１２及びエアシリンダ１１３を備える。ＸＹステージ１１１は、図示しないＸ軸駆動モータ及びＹ軸駆動モータのそれぞれによりＸ軸方向及びＹ軸方向へ駆動され、ＸＹステージ１１１の可動部に連結した保持装置１１２を滑り板１０６上の水平面内で移動させる。保持装置１１２は、エアシリンダ１１３を駆動源として、被縫製物の保持と不保持との切り替えを行う。保持装置１１２は、被縫製物に対する縫い針２１２の挿針位置が、操作盤１２１を用いてミシン１００の使用者が指定する特定の位置となるように、被縫製物を保持し搬送する搬送作業を行う。なお挿針位置を指定するための入力機器は、操作盤１２１に限定されずに、例えばミシン１００の外部にある計算機から制御盤１２２へ、通信機器を介して、挿針位置を入力しても良い。

なお、本実施の形態では、保持装置１１２の保持力を確保するため、エアシリンダ１１３を使用するが、これに限定されることなく、電磁式プレスや油圧式プレスなど、他の手段を使用しても良い。また、本実施の形態では、工業用ミシンに本発明を適用するため、ＸＹステージ１１１と保持装置１１２により被縫製物を搬送する搬送部である送り機構Ｐ１を使用するが、送り機構Ｐ１の構成はこれらに限定されない。例えば、送り歯により被縫製物を搬送する他種のミシン、又はロボットにより被縫製物を搬送するミシンにも、本実施の形態の目飛びの検知方法を適用できる。さらに、送り機構Ｐ１を備えないミシンであって、手作業を含む別の手段で被縫製物を搬送するミシンにも、本実施の形態の目飛びの検知方法を適用できる。

[制御装置Ｐ２]
ミシン１００の制御装置Ｐ２は、操作盤１２１、制御盤１２２及びフットスイッチ１２３を備える。ミシン１００の使用者は、操作盤１２１で作成する縫製パターンデータ等の縫製データに基づき、ミシン１００を駆動する縫製指令信号を制御盤１２２へ与える。制御盤１２２は、送り機構Ｐ１による前記搬送作業を制御し、さらに、後述する上軸機構Ｐ３と下軸機構Ｐ４との協働による縫製作業の速度とタイミングとを制御する。フットスイッチ１２３は、ミシン１００の使用者がボタンやタッチパネル等を押下する操作を受けて、ミシン１００の制御を開始する動作開始信号と、保持装置１１２による被縫製物の保持と不保持との切り替えを行う保持信号と、を制御盤１２２へ出力する。

[上軸機構Ｐ３]
図２に示すように、ミシン１００の上軸機構Ｐ３は、上軸モータ２０１と、上軸モータ２０１の回転情報を検出する回転情報検出器２０２と、カップリング２０３と、上軸シャフト２０４と、上軸シャフト２０４に連結され被縫製物の浮き上がりを防止する中押さえ駆動機構２０５と、中押さえ２０６と、上軸シャフト２０４に連結された天秤駆動機構２０７と、上糸を挿通する小孔２０８を有する天秤２０９と、上軸シャフト２０４に連結された針棒駆動機構２１０と、針棒２１１の先端に装着された縫い針２１２と、を備える。

天秤２０９の小孔２０８は、通常、縫い針２１２が上死点に到達した後、上軸モータ２０１の回転角度が約６０度回転したとき上死点に到達するよう駆動される。本実施の形態では、上軸モータ２０１を駆動源として中押さえ２０６と天秤２０９と針棒２１１とが同時に駆動されるが、これらの同期動作を実現する中押さえ駆動機構２０５、天秤駆動機構２０７及び針棒駆動機構２１０は周知の技術であるため、拡大図を用いた詳細な説明は省略する。上軸機構Ｐ３は、下軸機構Ｐ４と協働して、被縫製物に縫い目を形成する縫製作業を行う。

なお、図３に示すかま３０９の剣先３０８が上糸を捕捉できるように図２の縫い針２１２を駆動する構成であれば、中押さえ２０６と、天秤２０９と、針棒２１１と、をそれぞれ別の駆動源により駆動しても良い。また当該駆動源は、図示しないサーボモータやステッピングモータなどの回転電機だけでなく、製造コストを無視した技術的な観点で言えば、複数のリニアモータ、平面モータ、球面モータ等の駆動源であっても良い。このように上軸機構Ｐ３を構成することで、中押さえ２０６、天秤２０９及び針棒２１１の動作状況を個別の駆動源から把握できる。よって、予防保全や故障検知の付加価値をミシン１００へ付与したり、ミシン全体のデザインに自由度を持たせたりできる。

[下軸機構Ｐ４]
図３に示すように、ミシン１００の下軸機構Ｐ４は、下軸モータ３０１と、下軸モータ３０１の回転情報を検出する回転情報検出器３０２と、カップリング３０３と、下軸モータシャフト３０４に接続した大径ギヤ３０５と、大径ギヤ３０５と噛合する小径ギヤ３０６と、小径ギヤ３０６に接続した下軸かまシャフト３０７と、下軸かまシャフト３０７に連結され、縫い針２１２の上下動により形成される上糸のループを捕捉する剣先３０８を有するかま３０９と、を備える。

かま３０９は、下糸が巻かれた図示しないボビンを、図示しない内かまにより格納し、かま３０９からボビンが抜け落ちないようボビンを収納するボビンケースを備える。下軸機構Ｐ４は、上軸機構Ｐ３と協働して、被縫製物に縫い目を形成する縫製作業を行う。

なお、本実施の形態では、かま３０９として全回転かまを採用する場合を例示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、かま３０９は、上糸ループを捕捉するかまであるならば、半回転かま、水平かま、又は垂直かまでも良い。また、全回転かまを使用する場合、図２に示す針棒２１１に対してかまを二倍の速さで駆動する必要があるため、本実施の形態では大径ギヤ３０５及び小径ギヤ３０６で構成される倍速機を用いるが、この倍速機を介さずに、かま３０９を下軸モータ３０１で直接駆動する構成にしても良い。全回転かまの構成は、周知の技術であるため、拡大図を用いた内部構成等の詳細な説明は省略する。

[上軸機構Ｐ３及び下軸機構Ｐ４による縫製作業]
上軸機構Ｐ３及び下軸機構Ｐ４が協働して行う縫製作業の詳細は、次に述べるとおりである。まず、上軸モータ２０１を回転させることで、針孔に上糸を通した縫い針２１２が、滑り板１０６の上側から下側に向けて被縫製物へ挿針される。この縫い針２１２の動作により、上糸が被縫製物の下側へ供給される。その後、縫い針２１２が下死点から上昇する際、上糸は、被縫製物との間の摩擦により被縫製物の下側でループを形成する。この上糸のループが形成されるタイミングに調時して、下軸モータ３０１を駆動源として回転するかま３０９の剣先３０８が上糸を捕捉し、上糸と下糸とを絡み合わせる。その後、縫い針２１２が被縫製物から抜針されることで、上糸は被縫製物の上面へ引き出される。そして、天秤２０９が上糸を被縫製物の上方へ引き上げられることによって上糸が締め上げられ、縫い目が形成される。このとき、中押さえ２０６は、縫い針２１２や天秤２０９が上昇する動作に伴い、被縫製物が浮き上がったり、ばたついたりしないように被縫製物を押圧する。

なお、図２に示す上軸機構Ｐ３の駆動源である上軸モータ２０１には、モータの固定子に対する回転子の角度、角速度、角加速度等の情報を検出する回転情報検出器２０２が設けられる。本実施の形態では、回転情報検出器２０２が固定子に対する回転子の角度を検出する光学式エンコーダであるものとして記載する。回転子の角速度、角加速度等の追加情報は、回転子の角度を微分演算することで求めることができる。

同様に、図３に示す下軸機構Ｐ４の駆動源である下軸モータ３０１には、モータの固定子に対する回転子の角度、角速度、角加速度等の情報を検出する回転情報検出器３０２が設けられる。本実施の形態では、回転情報検出器３０２が固定子に対する回転子の角度を検出する光学式エンコーダであるものとして記載する。回転子の角速度、角加速度等の追加情報は、回転子の角度を微分演算することで求めることができる。

次に、図４を用いて、本実施の形態に係るミシンの制御構成について説明する。図４は、実施の形態１に係るミシンの制御構成を示すブロック図である。符号１２２Ａで示す制御盤は図１に示す制御盤１２２に相当する。ミシン１００の制御構成を説明する前にミシン１００の動作概要を説明する。

ミシン１００では、フットスイッチ１２３が押下され、保持信号が制御盤１２２Ａの指令生成部４０５に送られると、指令生成部４０５から出力される保持指令信号によりエアシリンダ１１３が作動し、被縫製物が図１に示す保持装置１１２によって、搬送可能になるように挟持される。その後、フットスイッチ１２３が押下され、動作開始信号が制御盤１２２Ａに送られると、送り機構Ｐ１、上軸機構Ｐ３及び下軸機構Ｐ４の駆動源である、Ｘ軸モータ４１０、Ｙ軸モータ４１２、上軸モータ２０１及び下軸モータ３０１が作動し、ミシン１００の使用者が操作盤１２１により予め指定しておいた被縫製物の特定の位置にミシン１００が縫い目を形成し始める。特定の位置を指定する入力機器は、操作盤１２１に限定されずに、例えばミシン１００の外部にある計算機でもよく、この場合、当該計算機から制御盤１２２Ａへ通信機器を介して特定の位置が入力される。

[操作盤の構成]
図４に示すように、ミシン１００の操作盤１２１は、表示器４０１と、プロセッサ４０２と、縫製パターンデータＤ１を記憶する記憶装置４０３と、入力装置４０４と、で構成される。ミシン１００の使用者は、表示器４０１を参照しながら押下式のボタン又はタッチパネルで構成される入力装置４０４を操作して、縫製パターンデータＤ１を一針毎に入力する。これにより、縫製パターンデータＤ１が操作盤１２１の記憶装置４０３に保存される。操作盤１２１のオペレーティングシステムは、プロセッサ４０２により運用される。記憶装置４０３に保存された縫製パターンデータＤ１を使用することにより、縫製パターンの作成、編集及び複製が容易となる。

操作盤１２１で作成された縫製パターンデータＤ１は、プロセッサ４０２により縫製指令信号に変換されて制御盤１２２Ａの指令生成部４０５へ伝送される。縫製パターンデータＤ１は、被縫製物に形成する縫い目の位置や形状と、ミシン１００の動作速度とを決めるデータである。

操作盤１２１の表示器４０１は、制御盤１２２Ａの下軸モータ制御演算部４０７から出力される目飛び検知信号を入力し、目飛びが検知された場合に目飛びが発生したことをミシン１００の使用者へ向けて表示する。なお、表示器４０１は操作盤１２１の内部に設けられたものに限定されず、操作盤１２１の外部に存在する液晶パネルや信号機等の表示器でもよく、この場合、当該表示器と制御盤１２２Ａとの通信は有線通信及び無線通信の何れでも良い。また、記憶装置４０３は、操作盤１２１の内部に設けられたものに限定されず、操作盤１２１の外部に存在する記憶装置でもよく、この場合、当該記憶装置と制御盤１２２Ａとの通信は有線通信及び無線通信の何れでも良い。

[制御盤の構成]
図４に示すように、ミシン１００を制御する制御盤１２２Ａは、少なくとも指令生成部４０５と、上軸モータ制御演算部４０６と、下軸モータ制御演算部４０７と、Ｘ軸モータ制御演算部４０８と、Ｙ軸モータ制御演算部４０９と、を備える。これらの他に、縫製作業の完了時に糸切りを行うソレノイド、糸が無くなったことを知らせる通知用センサ、送り機構Ｐ１が原点復帰を行うための位置センサ等を駆動する制御回路及び電源回路を備える場合もあるが、これらについては本発明の効果に直接関係しないので説明を省略する。

制御盤１２２Ａは、操作盤１２１のプロセッサ４０２から出力される縫製指令信号と、フットスイッチ１２３から出力される保持信号及び動作開始信号と、上軸モータ２０１の回転情報検出器２０２から出力される上軸モータ２０１の回転情報である上軸回転信号と、を入力する。また制御盤１２２Ａは、下軸モータ３０１の回転情報検出器３０２から出力される下軸モータ３０１の回転情報である下軸回転信号と、Ｘ軸モータ４１０の回転情報検出器４１１から出力されるＸ軸モータの回転情報であるＸ軸回転信号と、Ｙ軸モータ４１２の回転情報検出器４１３から出力されるＹ軸回転信号と、を入力する。

制御盤１２２Ａは、これらの信号に基づいて、上軸モータ２０１を駆動する上軸制御電流と、下軸モータ３０１を駆動する下軸制御電流と、Ｘ軸モータ４１０を駆動するＸ軸制御電流と、Ｙ軸モータ４１２を駆動するＹ軸制御電流と、エアシリンダ１１３を駆動する保持指令信号と、下軸モータ制御演算部４０７から出力される目飛び検知信号とを出力する。

制御盤１２２Ａの指令生成部４０５は、操作盤１２１のプロセッサ４０２から出力される縫製指令信号と、フットスイッチ１２３から出力される保持信号及び動作開始信号と、を入力として、上軸指令信号と、下軸指令信号と、Ｘ軸指令信号と、Ｙ軸指令信号と、保持指令信号と、を出力する。上軸指令信号と、下軸指令信号と、Ｘ軸指令信号と、Ｙ軸指令信号は、それぞれ上軸モータ２０１と、下軸モータ３０１と、Ｘ軸モータ４１０と、Ｙ軸モータ４１２との回転角度を指定する電気信号であり、縫製パターンデータＤ１に応じて指令生成部４０５の内部で計算される。

フットスイッチ１２３から出力される保持信号は、保持装置１１２で被縫製物が保持されるようエアシリンダ１１３の圧力を指定する電気信号である。フットスイッチ１２３から出力される動作開始信号は、指令生成部４０５が上軸指令信号と、下軸指令信号と、Ｘ軸指令信号と、Ｙ軸指令信号とを、それぞれ上軸モータ制御演算部４０６と、下軸モータ制御演算部４０７と、Ｘ軸モータ制御演算部４０８と、Ｙ軸モータ制御演算部４０９と、に向けて送信し始めるタイミングを指定する電気信号である。

制御盤１２２Ａの上軸モータ制御演算部４０６は、上軸指令信号と上軸回転信号を入力として、上軸指令信号と上軸回転信号の差分が０になるように上軸モータ２０１を回転させる上軸制御電流を出力する。

制御盤１２２Ａの下軸モータ制御演算部４０７は、下軸指令信号と下軸回転信号を入力として、下軸指令信号と下軸回転信号の差分が０になるように下軸モータ３０１を回転させる下軸制御電流を出力する。また、下軸モータ制御演算部４０７は、ミシン１００が縫い目を形成する正常動作を行う際に、図３に示すかま３０９の剣先が上糸を捕捉する期間に入力された下軸回転信号に基づき、目飛びの発生を監視し、目飛びの発生を検知したときに目飛び検知信号を出力する。一針の間に二回転する全回転かまを使用する場合、かま３０９の剣先が上糸を捕捉している期間は、縫い針２１２が下死点から上昇してかま３０９の剣先が上糸のループを掬うときから、縫い針２１２が上死点にあるときを０度としてかま３０９が一回点半、すなわち５４０度回転するまでの期間である。かま３０９の剣先が上糸のループを掬うタイミングは、通常、縫い針２１２が上死点にあるときを０度として、かま３０９が３６０度から４５０度回転する範囲内に存在する。かま３０９の剣先が上糸のループを掬うタイミングを厳密に指定できない場合は、縫い針２１２が上死点にあるときを０度としてかま３０９が３６０度回転したとき、又は、縫い針２１２の先端が滑り板１０６の上方から下方に移動するときから目飛びの監視を開始しても良い。

制御盤１２２ＡのＸ軸モータ制御演算部４０８は、Ｘ軸指令信号とＸ軸回転信号を入力として、Ｘ軸指令信号とＸ軸回転信号の差分が０になるようにＸ軸モータ４１０を回転させるＸ軸制御電流を出力する。

制御盤１２２ＡのＹ軸モータ制御演算部４０９は、Ｙ軸指令信号とＹ軸回転信号を入力として、Ｙ軸指令信号とＹ軸回転信号の差分が０になるようにＹ軸モータ４１２を回転させるＹ軸制御電流を出力する。

次に、図５から図７を用いて、本発明の実施の形態１に係るミシン１００の目飛びの検知方法について説明する。図５は、実施の形態１に係るミシンの下軸モータ制御演算部の詳細を示すブロック図である。図６は、実施の形態１に係るミシンの下軸偏差抑制部の詳細を示すブロック図である。図７は、実施の形態１に係るミシンの監視部の詳細を示すブロック図である。図８は、実施の形態１に係るミシンで目飛びを検知する際の信号波形を示す図である。図８には、図５の監視部５０３が目飛び検知信号を出力する際のタイミングチャートが示される。

[目飛び検知のための詳細構成]
図５に示すように、制御盤１２２Ａの下軸モータ制御演算部４０７は、モータ制御部である下軸偏差抑制部５０１と、電流制御部５０２と、監視部５０３と、を備える。下軸偏差抑制部５０１は、指令生成部４０５から出力されるモータの回転指令である下軸指令信号と、下軸モータ３０１が備える回転情報検出器３０２から出力される回転情報である下軸回転信号と、監視部５０３から出力される目飛び検知信号とを入力として、下軸指令信号と下軸回転信号との差分が０になるように、下軸モータ３０１を駆動するモータ駆動信号である下軸モータ駆動信号を出力する。

電流制御部５０２は、下軸モータ駆動信号に基づき下軸モータ３０１を回転させる下軸制御電流を生成し、下軸モータ３０１へ供給する。そして監視部５０３は、ミシン１００が縫い目を形成する正常動作を行う場合において、図３に示すかま３０９の剣先が上糸を捕捉する期間に入力された下軸回転信号に基づき目飛びの発生を監視し、目飛びを検知したときには目飛び検知信号を出力する。

図６に示すように、下軸モータ制御演算部４０７の下軸偏差抑制部５０１は、スイッチ６０１と、差分器６０２と、偏差抑制補償器６０３と、を備える。スイッチ６０１は、指令生成部４０５から出力される下軸指令信号と監視部５０３から出力される目飛び検知信号とを入力として、ミシン１００が縫製作業を実行している最中に目飛びが発生したことを検知すると、目飛び検知信号に基づき下軸指令信号の値の変化を停止させることにより、目飛びの発生と連動させて下軸モータの回転を停止させる。差分器６０２は、スイッチ６０１から出力される下軸指令信号と、回転情報検出器３０２から出力される下軸回転信号との差分を計算して偏差信号を出力する。そして偏差抑制補償器６０３は、偏差信号が０へ収束するように下軸モータ３０１を駆動する下軸モータ駆動信号を出力する。偏差抑制補償器６０３は、偏差信号を０へ収束させるため、比例演算を行う比例補償器と、積分演算を行う積分補償器と、微分演算を行う微分補償器との内、少なくとも１つを備える。本実施の形態では、比例補償器及び積分補償器によるＰＩ制御を偏差抑制補償器６０３に採用するものとして記載する。

図７に示すように、下軸モータ制御演算部４０７の監視部５０３は、フィルタ処理部７０１と、記録部７０２と、比較器７０３と、を備える。フィルタ処理部７０１は、図３に示すかま３０９の回転周波数よりも高い下軸回転信号の周波数成分であるノイズ成分を低減する演算と、かま３０９の回転周波数よりも低い下軸回転信号の周波数成分であるノイズ成分を低減する演算と、下軸回転信号の位相を変更するオールパスフィルタである位相フィルタによる演算と、ゲインを乗じて振幅を変更する比例演算と、の何れか１つ又は複数の演算を施すことにより、評価信号を算出して出力する。

例えば、図３に示すかま３０９の回転周波数よりも高い周波数成分を低減するローパスフィルタとかま３０９の回転周波数よりも低い周波数成分を低減するハイパスフィルタとを組み合わせたバンドパスフィルタを使用すれば、かま３０９の剣先が上糸のループを捕捉することで変動する成分以外のノイズを大幅に除去できる。また、低減したいノイズの周波数がかま３０９の回転周波数から離れていれば、局所的にノッチフィルタを使用しても良い。また、前記位相フィルタを用いることで、回転情報検出器３０２の検出遅れや伝送遅れ、制御盤１２２Ａ内部での計算遅れなどを補正し、目飛びの検知時刻の精度を向上できる。また、ゲインを乗じて振幅を変更する比例演算を施すことで、目飛び検知信号を任意の検出仕様へ正規化できる。

記録部７０２は、一針前の縫製作業を行う間に図３に示すかま３０９の剣先が上糸を捕捉した後から、かま３０９の剣先が上糸の捕捉を解除するまでの期間に評価信号を記録し、記録した評価信号を現在の縫製タイミングと同期するように時刻を合わせて出力する。よって、記録部７０２は、一針に要する時間を逓倍した期間の遅延を発生させる遅延計算機でも良い。また、記録部７０２は、記録した評価信号の最大値、最小値、平均値などの特徴量を計算して出力しても良い。このようにすることで、一針前に対する現在の評価信号の変化を把握し易くできる。例えば、一針前に対する現在の評価信号の変化率は、一針前の最大値及び最小値の差分に対する現在の最大値と最小値の差分の比により求めることができる。

比較器７０３は、記録部７０２から出力される一針前の評価信号に対して、フィルタ処理部７０１から出力される現在の評価信号の変化率が特定の値よりも大きいときに目飛び検知信号を出力する。

なお、本実施の形態では、監視部５０３が制御盤１２２Ａに含まれるが、監視部５０３を制御盤１２２Ａの外部に実装して、ミシン１００のレイアウトや配線を変更しても良い。また、目飛びを敢えて発生させて目飛ばしを行いたい場合などの特殊な用途によっては、縫製動作を継続させるため、スイッチ６０１により下軸指令信号の変化を停止させなくても良い。

[目飛びの検知動作]
図８には上から順に、下軸モータ３０１の一回転内の回転角度を示す下軸回転信号の波形と、かま３０９の一回転内の角度であるかま回転角度と、縫い針２１２の位置と、前記バンドパスフィルタで構成するフィルタ処理部７０１から出力される評価信号の波形と、監視部５０３から出力される目飛び検知信号の波形とが示される。

図８において、上から三段目に示す縫い針２１２の位置は、縫い針２１２の下端が滑り板１０６よりも上側であれば上側位置に、縫い針２１２の下端が滑り板１０６よりも下側であれば下側位置にあるものとする。また、上から四段目の評価信号は、回転情報検出器３０２で計測した下軸モータ３０１の回転角度を微分して得た角速度に対して、前記バンドパスフィルタによる処理を施した信号を示している。このとき、ローパスフィルタの遮断周波数はかま３０９の回転周波数の二分の一に設定され、ハイパスフィルタの遮断周波数はかま３０９の回転周波数の二倍に設定されている。また、図中の期間taとtcは、監視部５０３が評価信号を監視する期間である。期間taとtcの始まりのタイミングは、縫い針２１２の位置が上述した上側位置から下側位置へ移るときであり、期間taとtcの終わりのタイミングは下軸の回転角度が０度のときを基準にして、かま３０９が０度から一回転半、すなわち５４０度回転したときである。

まず、最上段の下軸回転信号を参照して、下軸モータ３０１の回転角度が０度から３６０度まで回転する間隔をカウントすると、図８ではＮ針目から（Ｎ＋３）針目までの合計４針分の波形が示されることが分かる。Ｎは１以上の自然数である。

次に、上から二段目では、下軸モータ３０１に対して、かま３０９は二倍の周波数で回転しており、かま回転角度より期間taとtcの終わりのタイミングが示される。次に、上から三段目では、縫い針２１２の位置を示すことにより、期間taとtcの始まりのタイミングが示される。

次に、上から四段目では、評価信号より、目飛びの発生又は非発生を判断できる。具体的には、Ｎ針目と（Ｎ＋１）針目では評価信号の最大値と最小値の変化が大きくなり、かま３０９の剣先が上糸ループを捕捉し正常の縫い目が形成される。一方、（Ｎ＋２）針目と（Ｎ＋３）針目では評価信号の最大値と最小値の変化が小さくなっており、かま３０９の剣先が上糸ループを捕捉しておらず、目飛びが発生していることが示される。（Ｎ＋１）針目に対する（Ｎ＋２）針目の評価信号の変化率については、例えば（Ｎ＋１）針目の最大値及び最小値を１００％及び０％と正規化して、（Ｎ＋２）針目の最大値と最小値がどの程度低下しているかを比較器７０３により評価すれば良い。図８の例では、一針毎のばらつきも考慮して、一針前に比べて評価信号の変化率が例えば７０％に満たない場合に目飛びの発生が検知される。

そして、図８の最下段を参照すると、目飛び検知信号の出力タイミングが示されており、監視部５０３は期間tcの評価信号を監視した後に目飛びが発生したことを示す目飛び検知信号を出力する。

図８には、スイッチ６０１の切り替えが行われていない場合の計測例が示され、（Ｎ＋２）針目と（Ｎ＋３）針目では、２針分連続して目飛びが発生している。目飛びが発生した時点で縫製動作を停止させたい場合は、スイッチ６０１により下軸指令信号の値の変化を停止させると共に、スイッチ６０１と同様のスイッチを用いて、上軸機構Ｐ３と送り機構Ｐ１の駆動も停止させることが望ましい。その場合、上軸機構Ｐ３と送り機構Ｐ１の駆動を停止させるスイッチは、上軸モータ制御演算部４０６と、下軸モータ制御演算部４０７と、Ｘ軸モータ制御演算部４０８と、Ｙ軸モータ演算部とが備えても良いし、指令生成部４０５が備えても良い。スイッチ６０１と同様のスイッチを用いて、上軸指令信号と下軸指令信号とＸ軸指令信号とＹ軸指令信号の値の変化を停止させることにより、上軸機構Ｐ３と送り機構Ｐ１の駆動を停止させることができる。

なお、本実施の形態のように全回転かまを使用する場合は、一針の間にかま３０９は２回転するが、１回転目でかま３０９の剣先が上糸のループを捕捉すると、２回転目ではかま３０９の剣先が上糸のループを捕捉せずに空転する。そこで、記録部７０２は、図８に示すように、かま３０９の剣先が一針前に前記上糸の捕捉を解除した後からかま３０９の剣先が再び前記上糸を捕捉するまでの期間tbに評価信号を記録する。次に、監視部５０３は、記録部７０２が記録した期間tbにおける評価信号の最大値と最小値の差分d1と、期間tcにフィルタ処理部７０１から出力される現在の評価信号の最大値と最小値の差分d2を計算する。そして、監視部５０３は、差分d1に対する差分d2の変化率が特定の値よりも小さいときに目飛び検知信号を出力しても良い。これにより、目飛びを検知するための閾値を設定する手間を省くことができる。図８の計測例では、一針毎のばらつきも考慮して、期間tbの評価信号の最大値と最小値の差分d1に比べて、期間tcの評価信号の最大値と最小値の差分d2の変化率が３倍以上にならない場合に目飛びの発生が検知される。

[本実施の形態の効果]
以上に説明したように本実施の形態に係るミシン１００は、かま３０９を駆動する駆動源の情報を活用するので、ミシン１００のデザインの自由度を広げると共に、追加部品の少ない簡素な構成で目飛びの発生を検知できる。また、上糸を巻き付けた回転体を駆動するモータの挙動から目飛びを検知する場合に比べて、アーム部周辺におけるスペースや組み立ての容易性を確保し易く、上糸を巻き付けた回転体の摺動面の影響を受けずに目飛びの発生を検知できる。

また、本実施の形態によれば、かま３０９を駆動する駆動源の動作情報に基づき目飛びの発生を検知するので、追加部品の少ない簡素な構成で、かつメンテナンス工数の少ないミシン１００を提供できる。また、目飛び検知用のセンサを追加する構成に比べて、メンテナンス工数を少なくできる。

また、スイッチ６０１は、ミシン１００が縫製作業を実行している最中に目飛びが発生したことを検知すると、目飛び検知信号に基づき、下軸指令信号の変化を停止させることができる。このようにすることで、実施の形態１に係るミシン１００は、目飛びが発生した時点でかま３０９の回転を停止させることができる。つまり、目飛びが発生した後に、ミシン１００が不要な縫製動作を実行しないようにかま３０９を制御することができる。

また、目飛び検知信号に基づき、ミシン１００が備える中押さえ２０６と、天秤２０９と、針棒２１１と、ＸＹステージ１１１と、保持装置１１２との動作を停止させる、又は原点位置に復帰させる、若しくは動作パターンを変更することも容易に考えられる。例えば、図４において目飛び検知信号を指令生成部４０５へ入力し、指令生成部４０５は、目飛びを検知したときに、縫製動作を停止又は継続させる上軸指令信号と、下軸指令信号と、Ｘ軸指令信号と、Ｙ軸指令信号と、保持指令信号と、を変更して出力するように構成される。つまり、目飛びを検知する監視手段は、かま以外の縫製機構や送り機構と組み合わせることができる。目飛びの発生に調時して上軸機構Ｐ３と送り機構Ｐ１の駆動を停止させるために、上軸モータ制御演算部４０６と、下軸モータ制御演算部４０７と、Ｘ軸モータ制御演算部４０８と、Ｙ軸モータ演算部とは、スイッチ６０１と同様のスイッチを備えても良い。また、指令生成部４０５がスイッチ６０１と同様のスイッチを備えても良い。このように構成することで、目飛びの発生をミシン１００の使用者へ知らせると共に、不要な縫製動作を実行させないようにミシンを制御することができる。また、ミシン１００の復帰作業を滞りなく実施でき、目飛び発生時のミシン１００のダウンタイムを低減できる。

また、実施の形態１に係るミシン１００は、縫い針２１２とかま３０９をそれぞれ別の駆動源で駆動するので、下軸指令信号に変更を加えることにより、かま３０９の剣先が上糸ループを掬うタイミングを容易に微調整できる。このようにすることで、多彩な制御性を発揮し、目飛びの発生頻度を低減できる。また、実施の形態１に係るミシン１００によれば、上糸の挙動を検出するための専用の機構とセンサとセンサ用配線とを追加することなく目飛びの発生を検知できる。

実施の形態２．
図９と図１０に基づき、実施の形態２に係るミシン１００の構成と動作について説明する。図９は、実施の形態２に係るミシンの下軸モータ制御演算部の詳細を示すブロック図である。図１０は、実施の形態２に係るミシンの監視部の詳細を示すブロック図である。図９の符号１２２Ｂで示す制御盤は図１に示す制御盤１２２に相当する。

実施の形態２に係るミシン１００は、制御盤１２２Ｂの下軸モータ制御演算部４０７が備える監視部５０３の構成と、操作盤１２１の記憶装置４０３に記憶されるデータとが実施の形態１に係るミシン１００と異なり、その他の構成及び動作については実施の形態１に係るミシン１００と同じである。このため、同様の部分については説明を省略する。

図９に示すように、制御盤１２２Ｂの下軸モータ制御演算部４０７は、指令生成部４０５から出力される下軸指令信号と、下軸モータ３０１の回転情報検出器３０２から出力される下軸回転信号と、入力装置４０４を用いて操作盤１２１の記憶装置４０３に記憶されたデータである設定パラメータＤ２とを入力し、電流制御部５０２が下軸制御電流を下軸モータ３０１へ出力し、監視部５０３が目飛び検知信号を表示器４０１と下軸偏差抑制部５０１へ出力する。なお、設定パラメータＤ２は、操作盤１２１の外部にある計算機に設定しておき、当該計算機から出力された設定パラメータＤ２を制御盤１２２Ｂへ入力しても良い。

図１０に示すように、制御盤１２２Ｂの監視部５０３は、フィルタ処理部７０１と、記録部７０２と、比較器７０３と、比例演算部７０４とを備え、回転情報検出器３０２から出力される下軸回転信号と、記憶装置４０３の設定パラメータＤ２とを入力し、目飛び検知信号を出力する。制御盤１２２Ｂのフィルタ処理部７０１は、回転情報検出器３０２から出力される下軸回転信号と、設定パラメータＤ２を入力し、目飛び検知のために任意のノイズ成分を低減した現在の評価信号を出力する。

制御盤１２２Ｂの記録部７０２は、設定パラメータＤ２を入力し、評価信号を記録する期間を変更することができ、一針前の縫製作業を行う間に記録した評価信号を現在の縫製タイミングと同期するように時刻を合わせて出力する。制御盤１２２Ｂの比較器７０３は、記録部７０２から出力される一針前の縫製記録と比例演算部７０４から出力される比例評価信号とを比較して、目飛び検知信号を出力する。比例演算部７０４は、フィルタ処理部７０１から出力される現在の評価信号に対して設定パラメータＤ２で設定するゲインを乗算して比例評価信号を出力する。設定パラメータＤ２は、フィルタ処理部７０１の時定数や遮断周波数を変更したり、記録部７０２の記録期間を変更したり、比例演算部７０４で乗じるゲインの値を変更したりする複数の数値である。

実施の形態２の監視部５０３は、実施の形態１で示した図８における期間taに記録部７０２に記録された一針前の評価信号に対して、比例演算部７０４から出力される比例評価信号の値が小さいときに、目飛び検知信号を出力する。又は、監視部５０３は、図８における期間tbに記録部７０２に記録された一針前の評価信号に対して、比例演算部７０４から出力される比例評価信号の値が大きいときに、目飛び検知信号を出力する。

このようにすることで、実施の形態２に係るミシン１００は、かま３０９を駆動する駆動源の動作情報に基づき目飛びの発生を検知するので、追加部品の少ない簡素な構成で、かつメンテナンス工数を少なくできる。

また、実施の形態２に係るミシン１００は、記録部７０２から出力される一針前の評価信号と、設定パラメータＤ２を設定することで得られる比例評価信号に基づき、監視部５０３が目飛びを検知する。このため、設定パラメータＤ２の設定を変更することで、目飛びの検知感度を一針毎にミシン１００の使用者が設定できる。

また、設定パラメータＤ２を設定することにより、フィルタ処理部７０１の時定数や遮断周波数を一針毎にミシン１００の使用者が設定できる。よって、使用者が設定パラメータＤ２の値を縫製作業の途中で変更することによって、被縫製物の厚みや硬さが縫製の途中で変更され上糸の張力が著しく変更される場合、若しくは縫製作業の速度が縫製の途中で変更される場合であっても、目飛びの検知精度を改善できる。

なお、実施の形態２において、監視部５０３の記録部７０２から出力される一針前の評価信号の値は、設定パラメータＤ２の入力に基づき、随時一定にしても良い。すなわち、該比例評価信号を目飛び検知のための閾値として用いても良い。このようにすれば、一針前の評価信号の変動やばらつきの有無に依らず、現在の評価信号の特徴値が設定パラメータＤ２の値を上回る又は下回る場合に、目飛びを検知できる。このようにすることで、記録部７０２の記録領域が大幅に削減され、監視部５０３の構成を簡素にすることができる。

実施の形態３．
図１１に基づき、実施の形態３に係るミシン１００の構成について説明する。図１１は、実施の形態３に係るミシンの下軸モータ制御演算部の詳細を示すブロック図である。符号１２２Ｃで示す制御盤は図１に示す制御盤１２２に相当する。

実施の形態３に係るミシン１００は、制御盤１２２Ｃの下軸モータ制御演算部４０７が備える監視部５０３の構成と、操作盤１２１の記憶装置４０３に記憶されるデータとが実施の形態２に係るミシン１００と異なり、その他の構成及び動作については実施の形態１及び実施の形態２に係るミシン１００と同じである。このため、同様の部分については説明を省略する。

図１１に示すように、制御盤１２２Ｃの監視部５０３は、下軸偏差抑制部５０１から出力される下軸モータ駆動信号と、操作盤１２１の記憶装置４０３に記憶されたデータである設定パラメータＤ３とを入力し、目飛び検知信号を表示器４０１と下軸偏差抑制部５０１へ出力する。なお、設定パラメータＤ３は、操作盤１２１の外部にある計算機に設定しておき、当該計算機から出力された設定パラメータＤ３を制御盤１２２Ｃへ入力しても良い。

実施の形態３では、図１０に示す監視部５０３のフィルタ処理部７０１に、回転情報検出器３０２から出力される下軸回転信号の代わりに下軸モータ駆動信号が入力される。

次に、図１２に基づき、実施の形態３に係るミシン１００の動作について説明する。図１２は、実施の形態３に係るミシンで目飛びを検知する際の信号波形を示す図である。図１２の上段は、制御盤１２２Ｃのフィルタ処理部７０１から出力される評価信号の波形であり、下段は、制御盤１２２Ｃの比較器７０３から出力される目飛び検知信号である。

上段を参照すると、下軸モータ駆動信号をフィルタ処理部７０１へ入力することにより評価信号が得られた場合、回転情報を入力する場合と同様に、期間taの評価信号に対して期間tcの評価信号の方が最大値と最小値の差分が小さいことが分かる。期間taでは、かま３０９の剣先が上糸ループを捕捉しているため、下軸モータ３０１を回転させるために必要となるトルクが多いのに対して、期間tcでは、かま３０９の剣先が上糸ループを捕捉できていないためである。

一方、下段には、目飛び検知信号の出力タイミングが示されており、監視部５０３の比較器７０３は期間tcの評価信号を監視し終えた後に目飛びが発生したことを示す信号を出力する。

このようにすることで、実施の形態３に係るミシン１００は、かま３０９を駆動する駆動源の動作情報に基づき目飛びの発生を検知するので、追加部品の少ない簡素な構成で、かつメンテナンス工数を少なくできる。

また、実施の形態３に係るミシン１００は、下軸モータ駆動信号と設定パラメータＤ３に基づき、監視部５０３が目飛びを検知する。実施の形態１では、下軸回転信号として下軸モータ３０１の回転角度を微分して求めた角速度を用いたが、下軸モータ駆動信号を監視部５０３の入力とすることでこの微分演算に要する計算コストを削減できる。

また、下軸モータ３０１としてサーボモータを使用する場合は、下軸モータ駆動信号がdq軸ベクトル電流制御系のq軸電流指令に相当するため角加速度又はトルクの次元となり、角速度を監視部５０３へ入力する場合に比べて評価信号の変化を検出し易くなるので、目飛びの検知精度を向上させることができる。

なお、実施の形態３において、監視部５０３は、下軸モータ駆動信号を入力して目飛び検知信号を出力するが、かま３０９の剣先が上糸を捕捉している期間に下軸回転信号の変動が反映される制御盤１２２Ｃの内部信号であれば、下軸モータ駆動信号以外の信号を入力しても目飛びを検知できる。例えば、図６に示す下軸偏差抑制部５０１の差分器６０２から出力される偏差信号を監視部５０３に入力しても良い。また、下軸モータ３０１に通電する電流値を監視部５０３へ入力しても良い。

実施の形態４．
図１３と図１４に基づき、実施の形態４に係るミシン１００の構成と動作について説明する。図１３は、実施の形態４に係るミシンの下軸モータ制御演算部の詳細を示すブロック図である。図１４は、実施の形態４に係るミシンの監視部の詳細を示すブロック図である。図１３の符号１２２Ｄで示す制御盤は図１に示す制御盤１２２に相当する。

実施の形態４に係るミシン１００は、制御盤１２２Ｄの下軸モータ制御演算部４０７が備える監視部５０３の構成と、操作盤１２１の記憶装置４０３に記憶されるデータとが実施の形態１から実施の形態３に係るミシン１００と異なり、その他の構成及び動作については実施の形態１から実施の形態３に係るミシン１００と同じである。このため、同様の部分については説明を省略する。

図１３に示すように、制御盤１２２Ｄの下軸モータ制御演算部４０７は、指令生成部４０５から出力される下軸指令信号と、下軸モータ３０１の回転情報検出器３０２から出力される下軸回転信号と、入力装置４０４を用いて操作盤１２１の記憶装置４０３に記憶されたデータである設定パラメータＤ４とを入力し、電流制御部５０２が下軸制御電流を下軸モータ３０１へ出力し、監視部５０３が目飛び検知信号を表示器４０１と下軸偏差抑制部５０１へ出力する。なお、設定パラメータＤ４は、操作盤１２１の外部にある計算機に設定しておき、当該計算機から出力された設定パラメータＤ４を制御盤１２２Ｄへ入力しても良い。

図１４に示すように、制御盤１２２Ｄの監視部５０３は、モータ駆動信号を入力とするフィルタ処理部７０１と、記録部７０２と、比較器７０３と、比例演算部７０４と、下軸回転信号を入力とするフィルタ処理部７０５と、状態推定部７０６と、差分器７０７とを備え、記憶装置４０３の設定パラメータＤ４と、下軸偏差抑制部５０１から出力される下軸モータ駆動信号と、回転情報検出器３０２から出力される下軸回転信号を入力し、目飛び検知信号を出力する。

制御盤１２２Ｄのフィルタ処理部７０１は、下軸モータ駆動信号と設定パラメータＤ４を入力し、目飛び検知のために任意のノイズ成分を低減した評価信号を出力する。設定パラメータＤ４を変更することにより、ノイズ成分を低減するために用いるフィルタの時定数や遮断周波数を調整できる。

制御盤１２２Ｄの記録部７０２は、設定パラメータＤ４と、差分器７０７から出力される推定外乱信号を入力し、一針前の縫製作業を行う間に記録した推定外乱信号を現在の縫製タイミングと同期するように時刻を合わせて出力する。記録部７０２では、設定パラメータＤ４の値を変更することで、評価信号を記録する期間を変更できる。

制御盤１２２Ｄの比較器７０３は、記録部７０２から出力される一針前の推定外乱信号と比例演算部７０４から出力される比例評価信号とを比較して、目飛び検知信号を出力する。制御盤１２２Ｄの比例演算部７０４は、差分器７０７から出力される推定外乱信号に対して設定パラメータＤ４で設定するゲインを乗算して比例評価信号を出力する。

下軸回転信号を入力とするフィルタ処理部７０５は、フィルタ処理部７０１と同じノイズ成分を低減するためのフィルタ演算処理を行う。設定パラメータＤ４を変更することにより、ノイズ成分を低減するために用いるフィルタの時定数や遮断周波数を調整できる。状態推定部７０６は、下軸モータ駆動信号から下軸モータ回転信号までの伝達関数の逆特性を模擬することで、下軸回転信号からモータ駆動信号を推定し、推定駆動信号を出力する。例えば、下軸モータ駆動信号から下軸モータ回転信号までの伝達関数Gm(s)は、下記（１）式で表現できる。ここで、Jmはモータ軸の慣性、Jlはモータ軸に連結された回転部の慣性、Dはモータの粘性摩擦係数、sはラプラス演算子である。状態推定部７０６は、下軸モータ３０１で回転させる回転部の少なくとも慣性成分、すなわち慣性Jlを模擬したモデルの逆特性を有する。

差分器７０７は、フィルタ処理部７０１から出力される評価信号と、状態推定部７０６から出力される推定駆動信号との差分を計算し、推定外乱信号を出力する。推定外乱信号は、かま３０９の剣先３０８に加わる上糸ループの張力を含む、下軸モータ３０１に対する外乱を推定する信号である。

設定パラメータＤ４は、フィルタ処理部７０１と７０５の時定数や遮断周波数を変更したり、記録部７０２の記録期間を変更したり、比例演算部７０４で乗じるゲインの値を変更したりする複数の数値である。

実施の形態４の監視部５０３は、実施の形態１で示した図８における期間taに記録部７０２が記録した一針前の外乱推定信号に対して、比例演算部７０４から出力される比例評価信号の値が小さいときに目飛び検知信号を出力する。また、監視部５０３は、図８における期間tbに記録部７０２が記録した一針前の推定外乱信号に対して、比例演算部７０４から出力される比例評価信号の値が大きいときに目飛び検知信号を出力する。目飛びの検知感度は、設定パラメータＤ４で変更する比例演算部７０４のゲインを調整することで変更できる。

このようにすることで、実施の形態４に係るミシン１００は、かま３０９を駆動する駆動源の動作情報に基づき目飛びの発生を検知するので、追加部品の少ない簡素な構成で、かつメンテナンス工数を少なくできる。

また、実施の形態４に係るミシン１００は、状態推定部７０６で計算する下軸機構のモデルに基づき下軸モータ３０１に付与される外乱を推定する。このため、高精度な下軸機構のモデルを構築できる場合に目飛びの検知精度を向上できる。

なお、実施の形態４において、監視部５０３の記録部７０２から出力される一針前の評価信号の値は、設定パラメータＤ４の入力に基づき、随時一定にしても良い。すなわち、該推定外乱信号を目飛び検知のための閾値として用いても良い。このようにすれば、一針前の推定外乱信号の変動やばらつきに依らず、単純に現在の推定外乱信号が設定パラメータＤ４で設定する閾値を上回る又は下回る場合に、目飛びを検知できる。このようにすることで、記録部７０２の記録領域が大幅に削減され、制御盤１２２Ｄの監視部５０３の構成を簡素にできる。

実施の形態５．
図１５と図１６に基づき、実施の形態５に係るミシン１００の構成と動作について説明する。図１５は、実施の形態５に係るミシンの下軸モータ制御演算部の詳細を示すブロック図である。図１６は、実施の形態５に係るミシンの回転情報検出器の詳細を示すブロック図である。符号１２２Ｅで示す制御盤は図１に示す制御盤１２２に相当する。

実施の形態４に係るミシン１００と実施の形態５に係るミシン１００との相違点は、実施の形態５に係るミシン１００では、下軸モータ３０１の回転情報を検出する回転情報検出器５０４を、制御盤１２２Ｅの下軸モータ制御演算部４０７の内部に構成したことと、電流制御部５０２が下軸モータ３０１へ下軸制御電流を流すと共に電圧指令信号と下軸電流信号を出力することである。その他の構成及び動作については実施の形態４に係るミシン１００と同じである。このため、同様の部分については説明を省略する。

図１５に示すように、制御盤１２２Ｅの下軸モータ制御演算部４０７は、指令生成部４０５から出力される下軸指令信号と、設定パラメータＤ４と、を入力として受ける。設定パラメータＤ４は、入力装置４０４を用いて操作盤１２１の記憶装置４０３に記憶されたデータである。また、下軸モータ制御演算部４０７の電流制御部５０２は、下軸制御電流を下軸モータ３０１へ出力し、下軸モータ制御演算部４０７の監視部５０３は、目飛び検知信号を表示器４０１と下軸偏差抑制部５０１へ出力する。

制御盤１２２Ｅの電流制御部５０２は、下軸モータ３０１へ下軸制御電流を流すために、図示しないインバータ回路と、下軸モータ３０１に流れる下軸制御電流の値を下軸電流信号として検出する電流検出部５０５を備える。電流制御部５０２は、下軸モータ駆動信号を入力として、インバータ回路を駆動する電圧指令信号を計算し、下軸制御電流と電圧指令信号と下軸電流信号とを出力する。制御盤１２２Ｅの回転情報検出器５０４は、電圧指令信号と下軸制御信号を入力として下軸回転信号を出力する。図１６に示すように、制御盤１２２Ｅの回転情報検出器５０４は、モータモデル５０６と、速度推定器５０７と、差分器５０８と、位置推定器５０９を備える。モータモデル５０６は、電流制御部５０２が出力する電圧指令信号と、速度推定器５０７が出力する推定速度と、差分器５０８の出力信号と、を入力とする磁束オブザーバであり、下軸モータ３０１のインピーダンスを固有値として与えることで、下軸モータ３０１の電流と磁束を推定し電流推定値と磁束推定値を出力する。速度推定器５０７は、モータモデル５０６が出力する磁束推定値を入力として、下軸モータ３０１の回転速度を推定し速度推定値を出力する。差分器５０８は、電流推定値と下軸電流信号を入力として両者の差分を出力する。差分器５０８の出力が０になるようにモータモデルを更新すれば、モータモデル５０６が出力する磁束推定値の推定精度を改善することができる。位置推定器５０９は、磁束推定値と速度推定値との何れか１つ又は両方を入力として下軸モータ３０１の位置を推定し、下軸回転信号を出力する。回転情報検出器５０４は、速度推定値を下軸回転信号として出力しても良い。

このようにすることで、実施の形態５に係るミシン１００は、下軸モータ３０１の軸端にエンコーダやレゾルバ等のセンサを設置する必要がなく、センサレスモータを使用して、すなわち追加部品の少ない簡素な構成で目飛びを検知することができ、かつセンサを設置する場合に比べて検出精度の較正作業などに費やす工数を無くすことができる。なお、実施の形態１から実施の形態４に係るミシン１００で使用される下軸モータ３０１の回転情報検出器３０２は、実施の形態５と同様に、回転情報検出器５０４へ置き換えることができる。

実施の形態１から５に係るミシン１００の制御盤が備える各機能は処理回路を用いて実現することができる。各機能とは、指令生成部４０５及び下軸モータ制御演算部４０７である。図１７は、実施の形態１から５に係るミシンの制御盤の第１のハードウェア構成例を示す図である。図１８は、実施の形態１から５に係るミシンの制御盤の第２のハードウェア構成例を示す図である。図１７には専用処理回路６０のような専用のハードウェアにより上記の処理回路を実現する例が示される。図１８にはプロセッサ６１及び記憶装置６２により上記の処理回路を実現する例が示される。

図１７に示すように専用のハードウェアを利用する場合、専用処理回路６０は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。上記の各機能のそれぞれを、処理回路で実現しても良いし、まとめて処理回路で実現しても良い。

図１８に示すようにプロセッサ６１及び記憶装置６２を利用する場合、上記の各機能のそれぞれは、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組合せにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、記憶装置６２に記憶される。プロセッサ６１は記憶装置６２に記憶されたプログラムを読み出して実行する。またこれらのプログラムは、上記の各機能のそれぞれが実行する手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。記憶装置６２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、又はＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）といった半導体メモリが該当する。半導体メモリは不揮発性メモリでも良いし揮発性メモリでも良い。また記憶装置６２は、半導体メモリ以外にも、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）が該当する。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

６０ 専用処理回路、６１，４０２ プロセッサ、６２，４０３ 記憶装置、１００ ミシン、１０１ アーム、１０２ 上軸モータケース、１０３ ミシン頭部、１０４ ベッド、１０５ 支持脚、１０６ 滑り板、１１１ ＸＹステージ、１１２ 保持装置、１１３ エアシリンダ、１２１ 操作盤、１２２，１２２Ａ，１２２Ｂ，１２２Ｃ，１２２Ｄ，１２２Ｅ 制御盤、１２３ フットスイッチ、２０１ 上軸モータ、２０２，３０２，４１１，４１３，５０４ 回転情報検出器、２０３，３０３ カップリング、２０４ 上軸シャフト、２０５ 中押さえ駆動機構、２０６ 中押さえ、２０７ 天秤駆動機構、２０８ 小孔、２０９ 天秤、２１０ 針棒駆動機構、２１１ 針棒、２１２ 縫い針、３０１ 下軸モータ、３０４ 下軸モータシャフト、３０５ 大径ギヤ、３０６ 小径ギヤ、３０７ 下軸かまシャフト、３０８ 剣先、３０９ かま、４０１ 表示器、４０４ 入力装置、４０５ 指令生成部、４０６ 上軸モータ制御演算部、４０７ 下軸モータ制御演算部、４０８ Ｘ軸モータ制御演算部、４０９ Ｙ軸モータ制御演算部、４１０ Ｘ軸モータ、４１２ Ｙ軸モータ、５０１ 下軸偏差抑制部、５０２ 電流制御部、５０３ 監視部、５０５ 電流検出部、５０６ モータモデル、５０７ 速度推定器、５０８，６０２，７０７ 差分器、５０９ 位置推定器、６０１ スイッチ、６０３ 偏差抑制補償器、７０１，７０５ フィルタ処理部、７０２ 記録部、７０３ 比較器、７０４ 比例演算部、７０６ 状態推定部。

Claims (11)

1. 被縫製物に挿針された縫い針が下死点から上死点へと移動することで形成される上糸を捕捉する剣先を有するかまと、
   前記かまを回転させるモータの回転情報を検出する回転情報検出器と、
   前記かまの剣先が前記上糸を捕捉する期間に検出された前記回転情報に基づき目飛びの発生を監視し、目飛びを検知したときに目飛び検知信号を出力する監視部と、
   を備えることを特徴とするミシン。
2. 前記モータの回転指令と前記回転情報の差が小さくなるように前記モータを駆動するモータ駆動信号を生成するモータ制御部を備え、
   前記監視部は、前記かまの剣先が前記上糸を捕捉する期間に、前記モータ駆動信号に対して特定の演算を施すことで算出した評価信号の増減を監視することを特徴とする請求項１に記載のミシン。
3. 前記監視部は、前記監視部の外部からの設定パラメータを前記評価信号が上回る又は下回るときに前記目飛び検知信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のミシン。
4. 前記モータ駆動信号に対して、前記かまの回転周波数よりも高い周波数成分を低減する演算と、前記かまの回転周波数よりも低い周波数成分を低減する演算と、前記回転情報の位相を変更するオールパスフィルタによる演算と、ゲインを乗じて振幅を変更する演算と、の何れか１つ又は複数の演算を施すことにより、前記評価信号を算出するフィルタ処理部を備え、
   前記監視部は、前記監視部の外部から入力される１つ以上の設定パラメータにより、前記フィルタ処理部の時定数又はゲインを変更することを特徴とする請求項２又は３に記載のミシン。
5. 前記かまの剣先が一針前に前記上糸の捕捉を解除した後から前記かまの剣先が再び前記上糸を捕捉するまでの期間に前記評価信号を記録する記録部を備え、
   前記監視部は、前記記録部の記録に比べて、前記フィルタ処理部から出力される前記評価信号が特定の値よりも小さいときに前記目飛び検知信号を出力することを特徴とする請求項４に記載のミシン。
6. 前記監視部は、前記回転情報に対して前記フィルタ処理部による演算を施した信号を前記モータで回転させる駆動部の少なくとも慣性を模擬したモデルへ入力することにより、前記モータの回転状態を推定する状態推定部を備え、
   前記監視部は、前記モータ駆動信号に対して前記フィルタ処理部による演算を施した信号と、前記状態推定部の出力信号と、の差分により求める推定外乱信号を前記評価信号とすることを特徴とする請求項４又は５に記載のミシン。
7. 前記モータ制御部は、前記目飛び検知信号にもとづき前記回転指令の値の変化を停止させるスイッチを備えることを特徴とする請求項２から６の何れか１項に記載のミシン。
8. 前記回転情報検出器は、前記モータ駆動信号にもとづき算出される前記モータの電圧指令値と前記モータの電流値を入力として、前記モータの磁束を模擬し出力する前記モータのモデルを備え、前記磁束にもとづき前記モータの前記回転情報を検出することを特徴とする請求項２から７の何れか一項に記載のミシン。
9. 前記監視部と、
   前記上糸を挿通する小孔を有し、前記小孔の下死点から上死点までの上昇により前記上糸を前記被縫製物から引き上げることで縫い目を形成する天秤と、
   前記被縫製物の浮き上がりを防止する押さえと、
   前記被縫製物を搬送する搬送部と、
   前記目飛び検知信号に基づき、前記縫い針と、前記かまと、前記天秤と、前記押さえと、前記搬送部との何れか一つ又は複数の駆動方法を変更する指令生成部と
   を備えること特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載のミシン。
10. 前記指令生成部は、前記目飛び検知信号に基づき、前記縫い針と、前記かまと、前記天秤と、前記押さえと、前記搬送部との何れか一つ又は複数を停止させる信号を出力することを特徴とする請求項９に記載のミシン。
11. 前記目飛び検知信号に基づき目飛びが発生したことを表示する表示器を備えることを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載のミシン。

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