JP7145485B2

JP7145485B2 - 刺繍機の刺繍枠駆動装置

Info

Publication number: JP7145485B2
Application number: JP2018133157A
Authority: JP
Inventors: 啓太郎原田; 恒広菱沼; 久則安達; 英哉後藤
Original assignee: HAPPYJAPAN,INC.
Current assignee: HAPPYJAPAN,INC.
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2022-10-03
Anticipated expiration: 2038-07-13
Also published as: JP2020012203A

Description

本発明は、刺繍機の刺繍枠駆動装置に関する。

刺繍機またはミシンにおいて、被縫製物を支持する縫製枠または刺繍枠を前後左右方向に駆動するために様々な刺繍枠駆動装置が開発されており、こうした刺繍枠駆動装置には、コグドベルトを用いたもの（特許文献１）や、ラックギアと、該ラックギアと係合するピニオンギヤとを用いたもの（特許文献２）や、ボールねじを用いたもの（特許文献３）や、リニアモータを用いたもの（特許文献４）がある。

特開２００１－０００７６８号公報特開２００８－１７３４４０号公報特開２００５－０６５９６０号公報特開２００４－０２４８７７号公報

コグドベルトを用いた駆動装置は、高速駆動が可能であるが、コグドベルト自体が弾性体の為に、負荷や熱によりベルトが伸縮し位置ずれが発生する問題がある。また、コグドベルトと歯付きプーリーは、すべり接触により歯が係合するので、摩耗によるバックラッシが発生し位置ずれの原因となる問題がある。

ラックギアとピニオンギアとを用いた駆動装置では、ラックギア、ピニオンギアともに実質的に剛体であるので、負荷や熱による伸縮が小さく位置ずれを起こしにくいが、バックラッシの発生が不可避であり、位置ずれを生じたり騒音も大きくなる問題がある。

ボールねじを用いた駆動装置は、ボールナット、ねじ軸ともに実質的に剛体であるので、負荷や熱による伸縮が小さく位置ずれを起こしにくく、また真円球による転がり接触によるかみ合わせの為、バックラッシの問題を生じないが、ネジ軸を回転させて駆動させるため、ネジ軸の慣性が問題となり、高速で駆動するために出力の大きなサーボモータが必要となる問題がある。

更に、リニアモータによる駆動装置では、刺繍枠をリニアモータで直接駆動させることで、高速かつ高精度に駆動できるが、非常に高価である問題がある。また磁界、塵埃、油など周囲環境の外的影響を受けやすく、制御が難しくなる模台がある。更に、減速機構を組み込めないので、大きな推力を得るためには駆動装置が大型化する問題がある。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、バックラッシがなく、一層高精度な位置決めと高速かつ軽快な駆動が可能な刺繍機の刺繍枠駆動装置を提供することを目的としている。

上述の目的を達成ために、本発明によれば、刺繍機の静止部に対して該刺繍機の前後左右方向に刺繍枠を駆動する刺繍枠駆動装置において、トロコイド歯形を有し刺繍機の左右方向に延びる第１のカムラックと、第１のカムラックに係合する回転自在な複数のローラを備えた第１のローラピニオンと、第１のローラピニオンを回転駆動する第１のモータと、トロコイド歯形を有し刺繍機の前後方向に延びる第２のカムラックと、第２のカムラックに係合する回転自在な複数のローラを備えた第２のローラピニオンと、第２のローラピニオンを駆動する第２のモータと、第２のカムラックに沿って刺繍機の前後方向に移動可能に設けられたスライダとを具備し、
第１のカムラックがスライダに対して左右方向に移動可能にスライダに取り付けられ、第１のカムラックに被縫製物を支持する刺繍枠を取り付けられている刺繍枠駆動装置が提供される。

本発明によれば、刺繍枠を前後左右方向に駆動する刺繍枠駆動装置にトロコイド歯形を有した第１と第２のカムラックと、第１と第２のカムラックに係合する第１と第２のローラピニオンを用いたので、ノンバックラッシで高精度な位置決めと高速かつ軽快な駆動性能が可能となる。

本発明の好ましい実施形態による刺繍枠駆動装置の斜視図である。図１の刺繍枠駆動装置のＸ軸駆動部の斜視図である。ローラピニオンの斜視図である。ローラピニオンで用いるローラの側面図である。ローラの別の例を示す側面図である。図４のローラとカムラックの歯との相対的な位置関係を示す略図である。図５のローラとカムラックの歯との相対的な位置関係を示す略図である。ローラピニオンの位置決め機構の一例を示す斜視図である。図８の位置決め機構の作用を説明するための略図である。図８の位置決め機構の作用を説明するための略図である。図８の位置決め機構における位置決め方法を説明するためＹスライダと共に示す斜視図である。図１１とは反対側から見た斜視図である。ローラピニオンの位置決め機構の別の例を示す斜視図である。Ｙスライダと共に示す図１３の位置決め機構の斜視図である。ローラピニオンとカムラックとの間のバックラッシを除去するためのバックラッシ除去機構の一例を示す斜視図である。バックラッシ除去機構の他の例を示す斜視図である。ローラピニオンのローラとカムラックの歯との間に形成されるバックラッシを説明するための略図である。バックラッシ除去機構の作用を説明するための略図である。刺繍枠駆動装置の別の例を示す斜視図である。刺繍枠駆動装置の更に他の例を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１、２を参照すると、本発明の好ましい実施形態による刺繍枠駆動装置１００は、刺繍機（図示せず）の静止した本体部分（図示せず）に固定されるフレーム１０２と、Ｘ軸駆動部２００と、Ｙ軸駆動部３００とを具備している。

Ｘ軸駆動部２００は、刺繍機の左右方向またはＸ軸方向に延設されたＹスライダ２０２を有している。Ｙスライダ２０２は、鉛直に配置される立壁２０２ａと、該立壁２０２ａの下端部から水平方向に突出する底壁２０２ｂとを有して、Ｘ軸に垂直な断面（Ｙ－Ｚ平面）で見たときに概ねＬ形を呈する部材である。立壁２０２ａには、第１のモータとして、出力軸２０６ａ（図９、１０参照）を有したＸ軸サーボモータ２０６が取り付けられている。Ｘ軸サーボモータ２０６は、その出力軸２０６ａが、Ｙ軸方向に水平に配向され、かつ、立壁２０２ａを貫通して反対側の側面から突出するように立壁２０２ａの背面に取り付けられる。出力軸２０６ａの先端には、第１のローラピニオンとして、ローラピニオン２１０が取り付けられている。Ｘ軸サーボモータ２０６は、また、ＮＣ装置のような刺繍機の制御装置（図示せず）に接続されており、プログラムによって制御されることは言うまでもない。

底壁２０２ｂには、Ｘ軸方向に延びるＸ軸ガイド２０１が固定されている。底壁２０２ｂには、刺繍枠（図示せず）を取り付ける枠連結板１０が、Ｘ軸ガイド２０１に沿って往復動可能に取り付けられている。より詳細には、枠連結板１０の底面にＸ軸ガイド２０１に沿って摺動するガイドシュー（図示せず）が取り付けられており、これによって、枠連結板１０がＸ軸方向に往復動可能に底壁２０２ｂに取り付けられる。

枠連結板１０には、第１のカムラックとしてＸ軸方向に延びるカムラック２０４が固定されている。カムラック２０４は、ローラピニオン２１０に係合するトロコイド歯形を有している。ローラピニオン２１０は、平行に配置された一対の支持板２１２、２１４と、該支持板２１２、２１４の間に中心軸線Ｏpに平行に延設された複数のローラ２１８と、支持板２１２、２１４の一方から中心軸線Ｏpに沿って外側に延びる連結部２１６とを有している。

ローラ２１８は、支持板２１２、２１４の間で、中心軸線Ｏpを中心とする円周上に等間隔に配置される。ローラ２１８は、各々の両端部において支持板２１２、２１４に回転可能に取り付けられている。Ｘ軸サーボモータ２０６の出力軸２０６ａの先端部が連結部２１６に結合される。ローラピニオン２１０をＸ軸サーボモータ２０６に取り付けると、ローラピニオン２１０の中心軸線ＯpがＸ軸サーボモータ２０６の中心軸線Ｏmに一致する。

Ｙ軸駆動部３００は、第２のモータとして、Ｘ軸駆動部２００をＹ軸方向に往復駆動するＹ軸サーボモータ３０４を有している。Ｙ軸サーボモータ３０４は、Ｙスライダ２０２の立壁２０２ａの背面に固定されたブラケット３０２に取り付けられる。Ｙ軸サーボモータ３０４をブラケット３０２に取り付けると、その出力軸（図示せず）がＺ軸方向に配向される。第２のローラピニオンとして、Ｙ軸サーボモータ３０４の出力軸の先端にローラピニオン３０６が取り付けられている。ローラピニオン３０６は、Ｘ軸駆動部２００のローラピニオン２１０と実質的に同様に構成されている。Ｙ軸サーボモータ３０４は、また、ＮＣ装置のような刺繍機の制御装置（図示せず）に接続されており、プログラムによって制御されることは言うまでもない。

フレーム１０２には、また、第２のカムラックとしてＹ軸方向に延びるカムラック３０８が固定されている。カムラック３０８は、ローラピニオン３０６に係合するトロコイド歯形を有している。フレーム１０２には、更に、Ｙ軸方向に延びる一対のＹ軸ガイド３１８、３２０が固定されている。Ｙスライダ２０２の両端部には、ブラケット３１０、３１２が取り付けられており、該ブラケット３１０、３１２に、Ｙ軸ガイド３１８、３２０を摺動するガイドシュー３１４、３１６が取り付けられている。こうして、Ｙスライダ２０２が、フレーム１０２に対してＹ軸方向に往復動可能に取り付けられる。

こうして、Ｙ軸サーボモータ３０４を駆動することによって、その出力軸の回転方向に従い、Ｙスライダ２０２が、フレーム１０２に対してＹ軸方向または前後左右方向に駆動される。同様に、Ｘ軸サーボモータ２０６を駆動することによって、その出力軸２０６ａの回転方向に従い、枠連結板１０がＹスライダ２０２に対してＸ軸方向または左右方向に駆動される。これによって、枠連結板１０に取り付けられた刺繍枠が、フレーム１０２に対して前後左右方向に駆動される。

本実施形態では、枠連結板１０をＸ軸、Ｙ軸方向に駆動する刺繍枠駆動装置１００の駆動力伝達機構にトロコイド歯形を有したカムラック２０４、３０８とローラピニオン２１０、３０６を用いたので、ノンバックラッシで高精度な位置決めと高速かつ軽快な駆動性能が可能となる。但し、こうした効果を得るためには、カムラック２０４、３０８とローラピニオン２１０、３０６、特にそのローラ２１８との間の相対的な位置決めが重要になる。

図３～７を参照すると、ローラピニオン２１０のローラ２１８は、通常は図４に示すような円柱形状に形成される。この場合、図６に示すように、ローラ２１８の中心軸線Ｏrがカムラック２０４の軸線Ｏc（カムラック２０４のトロコイド歯形の表面に平行な方向）に対して傾斜していると、図６に示すように、ローラ２１８とカムラック２０４の歯形との接触点Ｐcはローラ２１８の両端部の近傍に配置される。そのため、騒音が発生したり、カムラック２０４のＸ軸方向の位置決め誤差が大きくなったり、或いは、カムラック２０４とローラピニオン２１０との間の円滑な動作を妨げられたりする。

そこで、例えば、図５に示すように、ローラの中心軸線Ｏr沿いにローラの中央部分がが半径方向外方へ漸次的に膨出した回転体形状のローラ２１８ａを用いることができる。このように、ローラ２１８ａは、少なくとも部分に例えば楕円、二次曲線、双曲線、その他中心軸線Ｏr沿いにローラの中央部分で半径が大きくなる曲線を中心軸線Ｏrを中心として回転させた側面を有するように形成することができる。これにより取付誤差により中心軸線Ｏrと軸線Ｏcとの間に角度ずれが発生しても、ローラ２１８とカムラック２０４の歯形との接触点Ｐcはローラ２１８の中央部の近傍に配置される。上述の問題が低減または防止される。

なお、上述の説明では、ローラピニオン２１０およびカムラック２０４について説明したが、ローラピニオン３０６とカムラック３０８についても同様である。

また、カムラック２０４に対するローラピニオン２１０の位置決めに際しては、特に、Ｚ軸方向のローラピニオン２１０の位置決めが問題となることがある。ローラピニオン２１０がカムラック２０４に対してＺ軸方向に十分に接近していないと、図１７において参照符号Ｇで示すような間隙またはバックラッシが形成されてしまう。反対にローラピニオン２１０をカムラック２０４に対して強い力で付勢または押圧してしまうと、ローラピニオン２１０とカムラック２０４とが円滑に動作しなくなってしまう。これを防止するために、後述するローラピニオン２１０の位置決め機構を備えることができる。

図８～図１１を参照すると、ローラピニオン２１０の位置決め機構の一例が示されている。本例では、Ｘ軸サーボモータ２０６は取付板２０８を介してＹスライダ２０２の立壁２０２ａに取り付けられる。取付板２０８の４つの隅部にはスロット２０８ａが形成されている。取付板２０８は、スロット２０８ａに固定ねじ２２０を挿通して、該固定ねじ２２０を立壁２０２ａに形成したねじ穴（図示せず）に螺合する、或いは、立壁２０２ａに形成した貫通穴（図示せず）に更に挿通し、反対側からナット（図示せず）に螺合することによって、立壁２０２ａに固定することができる。

４つのスロット２０８ａは、取付板２０８の中心Ｏsを中心とする円周上に配置され、かつ、該円周に沿って湾曲するように形成されている。これにより、取付板２０８は、スロット２０８ａと固定ねじ２２０とにより案内され、中心Ｏs周りに回転することができる（図９、１０参照）。取付板２０８を回転することによって、Ｘ軸サーボモータ２０６の出力軸２０６ａはＺ軸方向に距離δだけ移動する。

Ｙスライダ２０２の立壁２０２ａへのＸ軸サーボモータ２０６の取り付けに際して、例えば、図１１、１２に示すように、圧縮ばねに作用するを備えた測定器２２２を用いて、中心Ｏs周りの取付板２０８の回転位置を決定するようにできる。測定器２２２は、内部に圧縮ばねが配置されており、測定端子２２２ａに軸方向に作用する力Ｆを測定することでき、その測定値によって、ローラピニオン２１０とカムラック２０４との間に作用する押圧力が一定となるように、取付板２０８の適切な回転位置を決定するようにできる。

次に、図１３、１４を参照すると、ローラピニオン２１０の位置決め機構の他の例が示されている。本例では、ローラピニオン２１０をＸ軸サーボモータ２０６と共にＺ軸方向に直線的に移動させて、位置決めするようになっている。図１３、１４において、Ｘ軸サーボモータ２０６は、取付ねじ２３８によって取付板２３２に取り付けられる。取付板２３２は、取付板２３２をＺ軸方向にのみ移動可能に保持するガイドブロック２３４を介してＹスライダ２０２の立壁２０２ａに取り付けられる。ガイドブロック２３４は、取付ねじ２３６によってＹスライダ２０２の立壁２０２ａに取り付けられる。

ガイドブロック２３４の頂部にはボールプランジャ２４０が配設されている。ボールプランジャ２４０は、周知のように、ガイドブロック２３４に形成された内ねじ（図示せず）と係合する外ねじ（図示せず）が形成された中空の本体と、該本体内に配設された押圧ばね（図示せず）と、該押圧ばねによってボールプランジャ２４０の軸方向に押圧され、一部がボールプランジャ２４０の本体の先端部から突出するボールまたはピンを備えている。ボールプランジャ２４０の外ねじをガイドブロック２３４の内ねじに螺合させ、ボールプランジャ２４０のぼーるまたはピンを取付板２３２の頂部に当接させることによって、取付板２３２をＺ軸方向に付勢することができる。これにより、ローラピニオン２１０をカムラック２０４に対して一定の押圧力で付勢または予圧することができる。これにより、ローラピニオン２１０は、カムラックの歯面が摩耗しても、ボールプランジャ２４０のバネ力でカムラック２０４の歯面に常時付勢され、バックラッシが除去される。

更に、図１５、１６を参照すると、ローラピニオン２１０とカムラック２０４との間のバックラッシ除去機構が図示されている。図１５において、カムラック２０４は、固定カムラック２２６と、可動カムラック２２４とを備えている。固定カムラック２２６は、固定ねじ２３２によって枠連結板１０に対して移動しないように固定される。可動カムラック２２４は、固定カムラック２２６に対して移動可能に取り付けられる。可動カムラック２２４は、Ｘ軸方向に延びるスロット２２４ａを有しており、該スロット２２４ａに取付ねじ２２８ｂが挿通される。取付ねじ２２８ｂは、固定カムラック２２６に形成された内ねじ（図示せず）に螺合する。これによって、可動カムラック２２４は、固定カムラック２２６に沿ってＸ軸方向に移動可能に固定カムラック２２６に取り付けられる。

また、カムラック２０４はコイルばね２３２を有している。可動カムラック２２４は、図１８に示すように、コイルばね２３２によりＸ軸方向に付勢され、バックラッシが除去される。或いは、図１６に示すように、バックラッシが除去される位置で、可動カムラック２２４を固定ねじ２３０によって固定してもよい。

既述の実施形態では、Ｙ軸駆動部３００は、１つのＹ軸サーボモータ３０４によって、Ｘ軸駆動部２００を片側で駆動するようになっているが、図１９に示すように、同様の駆動装置３３０をＸ軸方向の反対側に更に配設して、Ｙスライダ２０２の両側で、Ｘ軸駆動部２００をＹ軸方向に駆動するようにしてもよい。

駆動装置３３０は、Ｘ軸駆動部２００をＹ軸方向に往復駆動する第２のＹ軸サーボモータ３０４ａを有している。第２のＹ軸サーボモータ３０４ａは、Ｙスライダ２０２の立壁２０２ａの背面に固定されたブラケット３０２ａに取り付けられる。第２のＹ軸サーボモータ３０４ａをブラケット３０２ａに取り付けると、その出力軸（図示せず）がＺ軸方向に配向される。第２のＹ軸サーボモータ３０４ａの出力軸の先端にローラピニオン３０６ａが取り付けられている。ローラピニオン３０６ａは、Ｘ軸駆動部２００のローラピニオン２１０と実質的に同様に構成されている。第２のＹ軸サーボモータ３０４ａは、また、ＮＣ装置のような刺繍機の制御装置（図示せず）に接続されており、プログラムによってＹ軸サーボモータ３０４と同期して制御されることは言うまでもない。フレーム１０２には、また、Ｙ軸方向に延びるカムラック３０８ａが固定されている。カムラック３０８ａは、ローラピニオン３０６ａに係合するトロコイド歯形を有している。

更に、図２０に示すように、１つのＹ軸サーボモータ３０４によって、Ｙスライダ２０２の両側でＸ軸駆動部２００をＹ軸方向に駆動するようにしてもよい。図２０のＹ軸駆動部３５０では、Ｙ軸サーボモータ３０４の出力軸（図示せず）はギアボックス３５２の入力部（図示せず）に結合されている。ギアボックス３５２は、Ｘ軸方向に延設された出力軸３５４を有しており、該出力軸３５４の両端部にローラピニオン３５６、３６８が取り付けられている。ローラピニオン３５６、３５８は、カムラック３６０、３６２に夫々係合する。カムラック３６０、３６２は、Ｚ軸方向に上側にトロコイド歯形が形成されている。

１０枠連結板
１００刺繍枠駆動装置
１０２フレーム
２００Ｘ軸駆動部
２０１軸ガイド
２０２スライダ
２０２ａ立壁
２０２ｂ底壁
２０４カムラック
２０６Ｘ軸サーボモータ
２０６ａ出力軸
２０８取付板
２０８ａスロット
２１０ローラピニオン
２１２支持板
２１４支持板
２１６連結部
２１８ローラ
２１８ａローラ
２２２測定器
２２２ａ測定端子
２２４可動カムラック
２２４ａスロット
２２６固定カムラック
２３２取付板
２３４ガイドブロック
２４０ボールプランジャ
３００Ｙ軸駆動部
３０２ブラケット
３０２ａブラケット
３０４Ｙ軸サーボモータ
３０４ａ第２のＹ軸サーボモータ
３０６ローラピニオン
３０６ａローラピニオン
３０８カムラック
３０８ａカムラック
３１０ブラケット
３１２ブラケット
３１４ガイドシュー
３１６ガイドシュー
３１８Ｙ軸ガイド
３２０Ｙ軸ガイド
３３０駆動装置
３５０軸駆動部
３５２ギアボックス
３５４出力軸
３５６ローラピニオン
３５８ローラピニオン
３６０カムラック
３６２カムラック
３６８ローラピニオン

Claims

刺繍機の静止部に対して該刺繍機の前後左右方向に刺繍枠を駆動する刺繍枠駆動装置において、
トロコイド歯形を有し刺繍機の左右方向に延びる第１のカムラックと、
第１のカムラックに係合する回転自在な複数のローラを備えた第１のローラピニオンと、
第１のローラピニオンを回転駆動する第１のモータと、
トロコイド歯形を有し刺繍機の前後方向に延びる第２のカムラックと、
第２のカムラックに係合する回転自在な複数のローラを備えた第２のローラピニオンと、
第２のローラピニオンを駆動する第２のモータと、
第２のカムラックに沿って刺繍機の前後方向に移動可能に設けられたスライダとを具備し、
第１のカムラックがスライダに対して左右方向に移動可能にスライダに取り付けられ、第１のカムラックに被縫製物を支持する刺繍枠が取り付けられており、
第１と第２のカムラックに対して第１と第２のローラピニオンを左右方向および前後方向の双方に垂直な方向に直線的に移動させることによって、第１と第２のカムラックに対する第１と第２のローラピニオンの各々の相対位置を変化させる位置決め装置を更に具備する刺繍枠駆動装置。
第１と第２のローラピニオンは、中央部が半径方向外方へ膨出した回転体よりなるローラを備えている請求項１に記載の刺繍枠駆動装置。
第１と第２のカムラックは、固定カムラックと、固定カムラックに沿って移動可能に設けられた可動カムラックとを備える請求項１または２に記載の刺繍枠駆動装置。
スライダの両端部で該スライダを前後方向に駆動するようにした請求項１または２に記載の刺繍枠駆動装置。