ミシン及び縫製システム

本発明は、ロボットアームの搭載に適したミシン及び当該ミシンを備える縫製システムに関する。

ロボットアームの先端部にミシンを搭載し、平面に限らず立体的形状の曲面に対しても縫製を行う縫製システムが従来から開発されている。 このような縫製システムでは縫製開始時に、針板と縫い針の下端部との間に被縫製物をセットする場合に、被縫製物が立体的形状であることから、針板と縫い針の下端部との間を平面状の被縫製物の場合よりも広く開ける必要があった。 しかしながら、縫い針を上死点位置まで最大限に引き上げても、針板と縫い針の下端部との間の距離は不充分であり、別にこれらの間の距離を拡大するための構造が必要であった。 そこで、ミシンアーム部における面部側の端部を針棒と共に針板に対して昇降可能とする機構を備えたミシンをロボットアームに適用することが検討されている(例えば、特許文献1参照)。

特開平05−305193号公報

しかしながら、上記ミシンは、ミシンアーム部の面部側端部がミシンフレームに対して昇降動作を行うので、ロボットアームに搭載しようとした場合、ミシンフレームに対するロボットアームの保持位置をミシンアーム部の可動部分を避けて面部側端部から離れた位置としなければならず、ロボットアームの先端部からミシンの針落ち位置までの距離が離れてしまい、ロボットアームによる針落ち位置の位置決め精度を高くすることが困難であった。

本発明は、針落ち位置の位置決め精度の向上を図ることをその目的とする。

請求項1記載の発明は、ミシンにおいて、 ミシンフレームのミシンベッド部に対して、針板と釜又はルーパーと前記釜又は前記ルーパーへの縫製動作の入力軸とを支持する土台が、縫い針に対して近接又は離間する方向に沿って移動可能に支持されており、 前記土台側の前記入力軸に設けられた第一の継手部材、前記入力軸に動力を伝達する伝達軸に設けられた第二の継手部材とを有する連結部材を備え、 前記連結部材は、 前記入力軸と前記伝達軸とが同一線上に並んでいる状態で前記第一の継手部材と前記第二の継手部材との間でトルクが伝達され、前記第一の継手部材と前記第二の継手部材とが相対的に前記土台の移動方向に沿って移動可能であることを特徴とする。

請求項2記載の発明は、請求項1記載のミシンにおいて、 前記入力軸及び前記伝達軸は、前記土台の移動方向に直交する方向に沿って配置され、 前記第一の継手部材と前記第二の継手部材の互いの対向面のいずれか一方に形成されたキーと他方に形成されたキー溝とにより連結され、 前記キー及び前記キー溝は、前記入力軸及び前記伝達軸に直交する方向に沿って形成されていることを特徴とする。

請求項3記載の発明は、請求項1記載のミシンにおいて、 前記連結部材は、オルダム継手又はシュミット継手であることを特徴とする。

請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載のミシンにおいて、 前記土台を前記縫い針に対して近接及び接離する方向に沿って移動させる昇降機構を備え、 前記昇降機構は、 カム従節体と、 前記カム従節体を相対的に前記土台の移動方向に移動させるカム部が形成されたカム主節体と、 前記カム主節体又は前記カム従節体を、前記土台の移動方向に交差する所定方向に往復移動させる駆動源とを備えることを特徴とする。

請求項5記載の発明は、請求項4記載のミシンにおいて、 前記カム主節体のカム部は、前記カム主節体又は前記カム従節体の前記駆動源による往復移動に伴い、前記土台の移動方向に変位を生じる変化区間を有し、 前記変化区間の一端部に、前記土台が前記縫い針側に最も移動した位置で前記土台が離間する方向に変位を生じさせない無変化区間が設けられていることを特徴とする。

請求項6記載の発明は、縫製システムにおいて、 請求項1から5のいずれか一項に記載のミシンと、 前記ミシンをアーム先端で保持するロボットアームを備えることを特徴とする。

請求項7記載の発明は、請求項6記載の縫製システムにおいて、 前記ミシンのミシンアーム部における針棒側の端部が前記ロボットアームに支持されていることを特徴とする。

本発明は、土台側の入力軸と当該入力軸に動力を伝達する伝達軸との間に、入力軸と伝達軸とが同一線上に並んでトルク伝達可能な状態と、伝達軸に対して土台と共に入力軸が移動した状態のいずれにも変化する連結部材が装備されているので、土台を下降させて縫い針と針板の間隔を開くことができる。 このため、ミシンアーム部側に可動構造を設けることなく、針板を下降させて縫い針との間隔を開いて被縫製物のセットを容易とすることができ、ロボットアームにミシンを支持させる場合に、その支持位置をミシンアーム部における針棒側の端部に寄せることが可能である。従って、ミシンの針落ち位置をミシンアーム部の先端に近接させることができ、針落ち位置の位置精度を向上させることが可能となる。

縫製システムの側面図である。

針板が上位置にある状態のミシンの側面図である。

針板が下位置にある状態のミシンの側面図である。

ミシンの内部構成の斜視図である。

針板周辺の構成の斜視図である。

ルーパー機構の斜視図である。

下軸がトルク伝達状態にあるときの斜視図である。

下軸が分離状態にあるときの斜視図である。

連結部材の分解斜視図である。

土台が上位置にあるときの昇降機構の斜視図である。

土台が下位置にあるときの昇降機構の斜視図である。

カム板の側面図である。

シュミット継手からなる連結部材の概略構成図である。

カムフォロアの他の例を示す斜視図である。

[縫製システムの全体構成] 以下、本発明の実施の形態である縫製システム100について図面に基づいて説明する。図1は縫製システム100の全体構成を示す側面図である。 縫製システム100は、被縫製物の縫製を行うミシン10と、ミシン10を保持すると共に保持したミシン10を被縫製物に対して位置決めして任意の縫製を行わせるロボットアーム110とを備えている。

[ロボットアーム] ロボットアーム110は、土台となるベース111と、関節113で連結された複数のアーム112と、各関節ごとに設けられた駆動源としてのサーボモーターと、各サーボモーターにより回転又は回動されるアーム角度をそれぞれ検出するエンコーダーとを備える垂直多関節型のロボットアームであり、関節113で連結された複数のアーム112の先端部にはミシン10が保持されている。

上記各関節113は、アームの一端部を揺動可能として他端部を軸支する揺動関節と、アーム自身をその長手方向を中心に回転可能に軸支する回転関節とのいずれかから構成される。 そして、ロボットアーム110は、六つの関節113を具備しており、六軸によってその先端部のミシン10を任意の位置に位置決めし、任意の姿勢をとらせることができる。 従って、ロボットアーム110は、被縫製物の立体的な曲面上の任意の曲線に沿って縫製を行わせることが可能である。

なお、ロボットアーム110は、六軸に限らず、七つの関節を有する七軸のものを採用してもよい。その場合、冗長関節が生じるので、ミシン10を任意の位置に位置決めし、任意の姿勢をとらせながら、途中の関節を移動させることができるようになるので、ロボットアーム110の周囲の他の構成物との干渉を回避することができる。従って、ミシン10をより広い範囲で任意の位置に位置決めし、任意の姿勢をとらせることができる。

また、ロボットアーム110のアームの先端部は、ミシン10のミシンフレーム20におけるミシンアーム部23の先端部(針棒側端部)の上を保持しており、これにより、ミシン10の針落ち位置近傍とロボットアーム110のアームの先端部との距離を縮めることができ、針落ち位置をより精度良く位置決めすることを可能としている。

[ミシン] 図2及び図3はミシン10の側面図、図4はミシンフレーム20の内部の構成を示す斜視図である。ミシン10は、これらの図に示すように、針板13及び針板13を支持する土台61がミシンフレーム20のミシンベッド部21に対して昇降可能に支持されており、図2に示す針板13及び土台61の上昇位置において縫製が行われ、図3に示す下降位置において被縫製物のセッティング等の縫製の準備作業が行われる。

上記ミシン10は、二本の縫い針11を下端部に保持する針棒12と、針棒12に上下の往復動作を付与する針棒上下動機構30と、ルーパー41により縫い針11に通された上糸にルーパー糸を挿通させるルーパー機構40と、針棒上下動機構30の駆動源であるミシンモーター31のトルクをルーパー機構40に伝達する伝達機構70と、針板13及びルーパー機構40の一部の構成を保持する土台61の昇降動作を行う昇降機構60と、上昇位置にある針板13に対して上方から被縫製物を押さえる布押さえ14と、上記各構成を支持するミシンフレーム20とを備えている。

[ミシンフレーム] ミシンフレーム20は、所定の長手方向に延在するミシンベッド部21と、当該ミシンベッド部21の一端部からその長手方向に直交する方向に向かって立設された立胴部22と、立胴部22の頂部からミシンベッド部21と同方向に向かって延出されたミシンアーム部23とを備えている。 なお、ミシン10の各構成における以下の説明では、ミシンベッド部21の長手方向をY軸方向、Y軸方向に直交し、立胴部22が立設された方向をZ軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に直交する方向をX軸方向とする。 また、Y軸方向における一方を前方、他方を後方とし、X軸方向における一方を左方、他方を右方とし、Z軸方向における一方を上方、他方を下方とする。

[針棒上下動機構] 針棒上下動機構30は、針棒上下動の駆動源となるミシンモーター31と、ミシンモーター31により回転駆動が行われる上軸32と、上軸32の前端部に固定装備された針棒クランク33と、針棒クランク33と針棒12を連結する図示を省略したクランクロッドとを備えている。即ち、針棒上下動機構30は、クランク機構を構成し、上軸32の全回転を上下の往復動作に変換して針棒12に付与している。

上軸32は、ミシンアーム部23内においてY軸方向に沿った状態で回転可能に支持されている。 ミシンモーター31は、上軸32の前端部近傍でその左隣においてその出力軸をY軸方向に向けて配置されている。ミシンモーター31の出力軸と上軸32との間には図示しない歯車機構によりトルクが伝達される。

[布押さえ] 布押さえ14は、図5に示すように、針棒12の左隣に位置するZ軸方向に沿った押さえ棒141の下端部に保持されており、当該押さえ棒141を介して図示しない押さえバネによって下方への押圧力が付与されている。 布押さえ14には、図示しない押さえ上げ機構が併設されており、被縫製時には布押さえ14をより上方となる退避位置に保持することができる。この押さえ上げ機構は、手動操作を行うものでも良いが、アクチュエーターにより制御信号に従って退避位置と縫製位置とに切り替え可能とすることが望ましい。

[伝達機構] ルーパー機構40は、ルーパー41に動力を付与するために上軸32からトルクが入力される下軸42を備えており、伝達機構70は、前述した上軸32から下軸42にトルク伝達を行う。 この伝達機構70は、上軸32の後端部に固定装備された主動プーリ71と、下軸42の後端部に固定装備された従動プーリ72と、主動プーリ71と従動プーリ72との間に掛け渡されたタイミングベルト73とを備えている。 主動プーリ71と従動プーリ72の外径は等しく、伝達機構70は、上軸32から下軸42に対して等速で回転を伝達する。

[ルーパー機構] 図6はルーパー41を支持する土台61の図示を省略して、ルーパー41の周辺の構成を示した斜視図である。 図4及び図6に示すように、ルーパー機構40は、二つのルーパー41と、ミシンモーター31からのトルクが伝達される下軸42と、各ルーパー41に往復揺動動作を付与する溝カム43と、カム従節体としてのコロ44と、当該コロ44を保持するコロ腕45と、コロ腕45とルーパー41に設けられた入力腕46とを連結するルーパー駆動ロッド47とを備えている。

各ルーパー41は、Y軸方向に二つ並んだ状態で、尖鋭な先端部411が右側に向けられて針板13の下側に配置されている。各ルーパー41は、その下部が土台61によりY軸回りに揺動可能に支持されており、これにより先端部411は、X軸方向に沿って往復動作を行うことができるようになっている。 ルーパー41の先端部411にはルーパー糸を挿通する挿通孔が形成されており、針板13の下側において縫い針11に形成された上糸のループに対して先端部411を突入させることによって上糸のループを捕捉すると共にルーパー糸を挿通させる。その後、ルーパー41は後退することでルーパー糸のループが形成され、当該ルーパー糸のループに縫い針11が突入してルーパー糸を捕捉する。これらの繰り返しにより、縫い目の形成が行われるようになっている。

各ルーパー41の下端部には、左方に延出された入力腕46が設けられている。この入力腕46は、二つのルーパー41と一体的に連結されており、これらは一体となって揺動動作を行う。従って、入力腕46に対してZ軸方向に沿った往復動作が入力されると、各ルーパー41はX軸方向に沿った往復動作を行う。

下軸42は、ミシンベッド部21内において、Y軸方向に沿った状態で回転可能に支持されている。 さらに、下軸42は、同一直線上に配置された入力軸421と伝達軸422とから構成され、これらは連結部材50により一体的に回転可能に連結されている。 入力軸421は、ミシンベッド部21内で前方に配置され、溝カム43が固定装備されている。 また、伝達軸422は、ミシンベッド部21内で後方に配置され、伝達機構70の従動プーリ72が固定装備されている。

溝カム43は円板状であって、その中心を貫通する下軸42の入力軸421に固定装備されている。入力軸421はY軸方向に向けられると共に、土台61に対して二つの軸受け48により回転可能に支持されている。 溝カム43は、後面側にカム溝431が形成されている。このカム溝431は、略円形であって、回転中心である入力軸421からの距離が変化する形状となっている。

溝カム43のカム溝431には、コロ44が挿入されている。 コロ44はコロ腕45の揺動端部に保持されており、コロ腕45は土台61によりY軸回りに揺動可能に支持されている。また、コロ腕45の揺動端部には、ルーパー駆動ロッド47の下端部が連結され、当該ルーパー駆動ロッド47の上端部は入力腕46に連結されている。

従って、溝カム43のカム溝431における入力軸421からの距離が離れた部分にコロ44が位置する時には、コロ腕45の揺動端部が上方に揺動し、ルーパー駆動ロッド47を介して入力腕46を上方に回動させ、ルーパー41の先端部411を右方に向かって移動させることができる。 また、溝カム43のカム溝431における入力軸421からの距離が短い部分にコロ44が位置する時には、コロ腕45の揺動端部が下方に揺動し、ルーパー駆動ロッド47を介して入力腕46を下方に回動させ、ルーパー41の先端部411を左方に向かって移動させることができる。 このように、溝カム43は、下軸42の全回転の動作を左右への往復の揺動動作に変換して各ルーパー41に伝えることができるようになっている。

[連結部材] 図7及び図8は連結部材50の斜視図、図9は分解斜視図である。 後述するが、ルーパー機構40における下軸42の伝達軸422を除く各構成は、土台61に支持されており、当該土台61は、ミシンベッド部21に対してZ軸方向に沿って往復移動可能に支持されている。 このため、連結部材50が、伝達軸422と入力軸421とが同一直線上に並んで伝達軸422から入力軸421にトルク伝達が行われる状態(図7の状態。「トルク伝達状態」とする)と、土台61の下降と共に入力軸421のみが伝達軸422に対して下降移動を行う状態(図8の状態。「分離状態」とする)とを切り替えることを可能としている。

即ち、連結部材50は、入力軸421側に設けられた第一の継手部材51と伝達軸422側に設けられた第二の継手部材52と、第一の継手部材51と第二の継手部材52の間に設けられた中継部材53とを備えている。 これらの継手部材51,52及び中継部材53は、いずれも、外径の等しい円板状の部材であり、トルク伝達状態では、同心で並び、一体的な円柱状となる。

第一の継手部材51は、その中心に入力軸421の後端部が挿入される貫通孔が形成されており、頭無しネジによって入力軸421に締結固定されている。 また、第一の継手部材51の中継部材53との対向面には、入力軸421と直交する方向(第一の継手部材51の直径方向)に沿った凸条のキー511が形成されている。

第二の継手部材52は、その中心に伝達軸422の前端部が挿入される貫通孔が形成されており、頭無しネジによって伝達軸422に締結固定されている。 また、第二の継手部材52の中継部材53との対向面には、伝達軸422と直交する方向(第二の継手部材52の直径方向)に沿った凸条のキー521が形成されている。

中継部材53は、その中心に貫通孔が形成されており、第一の継手部材51との対向面にはキー511が滑動可能に嵌合する第一のキー溝531が、中継部材53の中心軸に対して直交する方向(中継部材53の直径方向)に沿って形成されている。 また、中継部材53の第二の継手部材52との対向面にはキー521が滑動可能に嵌合する第二のキー溝532が、中継部材53の中心軸に対して直交する方向(中継部材53の直径方向)に沿って形成されている。 そして、中継部材53の第一のキー溝531と第二のキー溝532とは、その中心軸方向から見て非平行、即ち、互いに交差する方向、より望ましくは、互いに直交する方向に沿って形成されている。

連結部材50は、上記第一と第二の継手部材51,52及び中継部材53により、オルダム継手を構成している。 これにより、入力軸421と伝達軸422とが同一直線上に並んだ状態では、第一の継手部材51のキー511と中継部材53の第一のキー溝531とがこれら相互間のトルクを伝達し、中継部材53の第二のキー溝532と第二の継手部材52のキー521とがこれら相互間のトルクを伝達するので、伝達軸422から入力軸421へのトルク伝達が可能である。

さらに、伝達軸422に対して入力軸421が上方又は下方に移動した場合には、第一の継手部材51のキー511と第二の継手部材52のキー521のそれぞれに沿って中継部材53が滑動するので、伝達軸422に対する入力軸421の上方又は下方の移動を許容することができる。 なお、伝達軸422に対して入力軸421の下降移動は、最大で連結部材50の直径未満の範囲まで移動可能である。

なお、中継部材53の両面には、それぞれ交差(直交)する方向に第一のキー溝531と第二のキー溝532とが形成されているので、伝達軸422に対して入力軸421は上下方向に限らず、第一のキー溝531と第二のキー溝532のいずれの合成方向(X−Z平面に沿ったいずれの方向)にも移動させることが可能である。 但し、入力軸421は土台61の移動方向にしか移動しないので、上下方向以外の移動は予定していない。 また、オルダム継手は、入力軸421と伝達軸422とが同一直線上に並んでいない場合でも相互間のトルク伝達を行うことが可能であるが、ミシン10では、入力軸421と伝達軸422とが同一直線上に並んでいるときにしかミシンモーター31の駆動が行われない。

また、図7では、第一の継手部材51のキー511及び中継部材53の第一のキー溝531が上下方向(Z軸方向)に沿った状態にあり、下方に土台61及び入力軸421と共に第一の継手部材51のみが移動した状態を図示しているが、土台61及び入力軸421の移動の際には、キー511及びキー溝531を上下方向に向けることは必須ではない。 例えば、キー511及び第一のキー溝531が上下方向に対して傾斜した方向を向いている場合でも、中継部材53がキー511とキー521とに対して滑動するので、伝達軸422に対する入力軸421の移動を円滑に行うことができる。

また、第一の継手部材51と中継部材53との間では、中継部材53にキーを設け、第一の継手部材51にキー溝を設けてもよい。同様に、第二の継手部材52と中継部材53との間では、中継部材53にキーを設け、第二の継手部材52にキー溝を設けてもよい。

[昇降機構] 図10は昇降機構60における土台61が上位置にある状態の斜視図、図11は昇降機構60における土台61が下位置にある状態の斜視図を示す。 昇降機構60は、図10及び図11に示すように、針板13及びルーパー機構40の主要な構成を支持する土台61と、土台61に装備されたカム従節体としての第一と第二のカムフォロア62,63と、第一のカムフォロア62を介して土台61に昇降動作を付与するカム主節体としてのカム板64と、カム板64を土台61の移動方向に交差する方向であるY軸方向に沿って往復移動させる駆動源としてのカム駆動エアシリンダー65とを備えている。

土台61は、その内部においてルーパー機構40の伝達軸422以外の構成を支持し、その上端部において針板13を保持している。針板13は、アーチ状を呈しており、その上部に平坦面を有すると共に当該平坦面に二つの針落ち穴131が形成されている(図5参照)。これらの針落ち穴に縫い針11による針落ちが行われ、針板13の上部の平坦面の下側に配置された二つのルーパー41により上糸のループにルーパー糸が挿通される。

また、土台61の右側外壁には、Z軸方向に沿って二本のスライドレール611が固定装備されており、当該各スライドレール611にはその長手方向に沿って相対的に滑動可能なスライドブロック612が上下に二つずつ取り付けられている(図7及び図8参照)。そして、これらのスライドブロック612は、いずれもミシンベッド部21の内壁に固定装備されている。 従って、土台61はミシンベッド部21に対して上下動可能となっている。

また、土台61の左側外壁の後端部と前端部とに、第一と第二のカムフォロア62,63がそれぞれ取り付けられている。 これらのカムフォロア62,63は、いずれも、コロであり、Y軸回りに回転可能に土台61に支持されている。

カム板64は、Y−Z平面に沿った平板状を呈しており、その下縁部にY軸方向に沿ってスライドレール66が固定装備されており、当該各スライドレール66にはその長手方向に沿って相対的に滑動可能なスライドブロック67が二つ取り付けられている。そして、これらのスライドブロック67は、いずれもミシンベッド部21の内壁に固定装備されている。 従って、カム板64はミシンベッド部21に対してY軸方向に沿って往復移動が可能となっている。

さらに、カム板64は、その後端部がカム駆動エアシリンダー65のプランジャーに連結されている。 カム駆動エアシリンダー65は、プランジャーを前方に向けると共にY軸方向に進退移動を行うようにミシンベッド部21内に装備されており、これにより、カム板64をY軸方向に進退移動させることを可能としている。

図12はカム板64の側面図である。 図示のように、カム板64には、カム部としてのカム溝68と当接部641とが形成されている。 カム溝68は、内部に第一のカムフォロア62が配置され、当該第一のカムフォロア62の直径とほぼ等しい幅の溝状に形成されている。従って、カム溝68内を当該カム溝68に沿って相対的に第一のカムフォロア62が滑動を行うことができる。 このカム溝68は、前斜め下に向かって傾斜した変化区間681と、当該変化区間681の両端部においてY軸方向に平行な傾斜のない第一と第二の無変化区間682,683が形成されている。

カム溝68の第一の無変化区間682は、カム溝68内で最も上に位置しており、図10に示すように、当該第一の無変化区間682に第一のカムフォロア62が位置している時には、土台61を上位置に保持した状態となる。 土台61が上位置にあるときに、前述した布押さえ14は、針板13に押さえ圧を付与した状態で当接し、被縫製物に対する縫製を行うことが可能な縫製状態となる。 縫製の際には、針板13を介して土台61には、布押さえ14の下方への押さえ圧や針落ち時の縫い針と被縫製物との摩擦よる下方への加圧力が付与される。 しかしながら、第一の無変化区間682はY軸方向に平行なので、カム溝68内の水平部分が第一のカムフォロア62を下方から支承し、また、上方からも支えるので、針板13を安定的に支えることができ、良好な縫製を行うことが可能である。

また、当接部641は、第一のカムフォロア62が第一の無変化区間682に位置する時に、第二のカムフォロア63がその上に載置された状態となる位置に形成されている。この当接部641は、溝状ではなく、第二のカムフォロア63の下部に対して下側からのみ当接する構造となっているが、第一の無変化区間682と同様にY軸方向に平行となっているので、第一の無変化区間682と同様に、縫製時に当接部641が第一のカムフォロア62を下方から支承し、針板13を安定的に支えることができ、良好な縫製を行うことが可能である。 また、第一の無変化区間682と当接部641との協働により、土台61を前端部と後端部とで支承するので、針板13をより効果的に支え、より良好な縫製を行うことが可能である。

カム溝68の変化区間681は、前述したように、前斜め下に傾斜して形成されているので、カム駆動エアシリンダー65によりカム板64を後方に移動させると、カム溝68内で第一のカムフォロア62が下方に導かれ、土台61を下位置に向かって下降させることができる。 なお、カム板64が後方に移動すると、当接部641の上に位置していた第二のカムフォロア63は当接部641から外れ、それ以降は、土台61の動作に寄与しない。

カム溝68の第二の無変化区間683は、カム溝68内で最も下に位置しており、図11に示すように、当該第二の無変化区間683に第一のカムフォロア62が位置している時には、土台61を下位置に保持した状態となる。 土台61が下位置にあるときに、前述した布押さえ14は、下死点位置にある縫い針11の下端部よりもかなり下方まで下降し、縫い針11と針板13との間を広く空けることが可能となる。従って、被縫製物が立体的な曲面形状であって、上下に変化を生じた形状であっても、縫い針11と針板13との間に容易にセットすることが可能となる。 なお、第二の無変化区間683もY軸方向に平行なので、カム溝68内の水平部分が第一のカムフォロア62を上下から支え、針板13を安定的に支えることができる。

[縫製システムの縫製動作] 上記構成の縫製システム100では、予め図示しない操作入力装置により、針落ち位置の軌跡を設定入力する。かかる設定作業は、針落ち位置の座標やミシン10の姿勢を数値により入力しても良いし、被縫製物の設計データから針落ち位置の座標やミシン10の姿勢を算出して入力しても良い。また、実際の被縫製物を前にしてロボットアーム110を動作させて、実際のロボットアーム110の姿勢から針落ち位置やミシンの姿勢を設定するための基本情報を入力する、いわゆるティーチングにより入力してもよい。

ティーチングを行う場合や縫製前に被縫製物をセットする場合には、図11に示すように、ミシン10の昇降機構60におけるカム駆動エアシリンダー65を作動させてカム板64を後退方向に移動させる。 これにより、カム溝68内において第一のカムフォロア62が第二の無変化区間683に移動し、土台61が下位置に下降する。 この時、ルーパー機構40の下軸42では、図8に示すように、入力軸421が伝達軸422に対して下降して分離状態となり、連結部材50の第二の継手部材52に対して第一の継手部材51が下降し、中継部材53はそれぞれのキー511,521に沿って滑動する。 これにより、針板13は縫い針11及び布押さえ14から大きく離間し、これらの相互間を広く空けることができる。 従って、針板13と縫い針11の間に被縫製物を容易に配置し、セットすることができる。

そして、ティーチングの終了後又は被縫製物のセット完了後は、図10に示すように、ミシン10の昇降機構60におけるカム駆動エアシリンダー65を作動させてカム板64を前進方向に移動させる。 これにより、カム溝68内において第一のカムフォロア62が第一の無変化区間682に移動し、土台61が上位置に上昇する。また、第二のカムフォロア63は当接部641の上面に当接する配置となる。 この時、ルーパー機構40の下軸42では、図7に示すように、入力軸421が伝達軸422と同一直線上に並ぶ位置まで上昇してトルク伝達状態となり、連結部材50の第一の継手部材51と中継部材53と第二の継手部材52とが同心に並んだ状態となる。 これにより、針板13は縫い針11に近接し、布押さえ14は針板13に当接する高さとなる、被縫製物がセットされている場合には、布押さえ14に保持された状態となる。

縫製時には、ロボットアーム110は、設定された針落ち位置の軌跡に沿ってミシン10を移動させると共にミシン10を設定された向きに傾動させる。 また、ロボットアーム110を制御する制御装置は、ミシン10のミシンモーター31の速度制御も同時に行う(付加軸制御)。 ロボットアーム110に対して、所定の時間周期(例えば、数[ms])で目標位置及び姿勢を定めて動作制御を行い、その都度、ミシンモーター31の回転位置とロボットアーム位置を同期しながら制御する。これにより、立体的な曲面形状の被縫製物に対して、均一の縫いピッチで縫い目を形成することができる。 そして、縫製完了後には、再び、土台61を下降させて、被縫製物を解放する。

[実施形態の効果] 上記縫製システム100のミシン10は、ミシンベッド部21に対して土台61が縫い針11に対して近接又は離間する方向に沿って移動可能に支持されており、入力軸421と伝達軸422との間に、入力軸421と伝達軸422とが同一線上に並んでトルク伝達可能な状態と、伝達軸422に対して入力軸421が移動した状態のいずれにも変化する連結部材50が装備されている。 このため、土台61を下降させて容易に針板13を縫い針11から離間させることができ、立体的な形状の被縫製物を容易にセットすることが可能となる。 また、連結部材50を備えるので、ルーパー41を含むルーパー機構40の駆動部全体を土台61と共に下降させることができるので、針板13を周囲との構成と干渉しないで下降させることが可能となる。

また、連結部材50を、オルダム継手から構成したので、入力軸421を伝達軸422に対して上下動させても、オルダム継手を構成する第一及び第二の継手部材51,52と中継部材53とが離間した状態とならずに連結状態を維持することができるので、入力軸421と伝達軸422のトルク伝達状態と分離状態との切り替えにおいて、人為的な作業を不要とし、二状態の相互間の切り替えを円滑に行うことが可能である。

また、ミシン10は、カム従節体としてのカムフォロア62,63と、カム部としてのカム溝68が形成されたカム主節体としてのカム板64と、カム板64を土台61の移動方向に交差する方向(Y軸方向)に往復移動させる駆動源としてのカム駆動エアシリンダー65とを備える昇降機構60を有しているので、土台61の昇降動作を安定的且つ迅速に行うことが可能となる。

さらに、上記昇降機構60は、カム板64のカム溝68が、カム板64のカム駆動エアシリンダー65による往復移動に伴い、土台61の移動方向に変位を生じる形状に形成された変化区間681を有し、変化区間681の一端部に、土台61が縫い針11側に最も移動した位置で土台61が離間する方向(下降方向)に変位を生じさせない第一の無変化区間682及び当接部641を備えている。 このため、針板13を上位置とし、縫製状態において、布押さえ14や縫い針11の下降によって下方に押圧された場合でも、各カムフォロア62,63がカム溝68の第一の無変化区間682や当接部641によって下から支えられ、下方への押圧に対して安定的に土台61や針板13を保持することができる。従って、良好な縫製を実現し、縫い品質の向上を図ることが可能となる。

また、ミシン10は、土台61の昇降により縫い針11と針板13の間隔を開くことを可能としているので、ミシンアーム部23側に可動構造を設ける必要がなく、ロボットアーム110はミシンアーム部23の針棒側端部を支持することが可能である。 このため、ロボットアーム110の先端部から近い位置にミシン10の針落ち位置を配置することができ、当該針落ち位置の位置決め精度を向上させることができ、縫い品質の向上を図ることが可能となる。

[連結部材の他の例] なお、連結部材50はオルダム継手に限らず、入力軸421の平行移動を許容しつつも部材同士が完全に分離せずにすぐに元の同一直線上に並んだ状態に戻すことが可能な他の構造を適用してもよい。 例えば、入力軸421側には前述した第一の継手部材51と同じものを固定装備し、伝達軸422側には、第一の継手部材51との対向面にキー511が滑動可能に嵌合するキー溝がその中心軸に対して直交する方向に沿って形成された第二の継手部材を固定装備して、これら二部材により連結部材を構成しても良い。 これにより、入力軸421の平行移動を許容しつつも部材同士が完全に分離せずにすぐに元の同一直線上に並んだ状態に戻すことが可能であり、土台61の昇降動作を許容することができる。 但し、伝達軸422に対して入力軸421をキー511に沿った方向にしか移動させることができないので、下軸42、上軸32又はミシンモーター31の出力軸等に軸角度を検出する検出手段を設け、キー511がZ軸方向に沿った向きとなるようにミシンモーター31を制御した上で、土台61を昇降させる必要がある。

また、連結部材50は、オルダム継手と同様に機能するシュミット継手を利用しても良い。シュミット継手50Aは、図13に示すように、その中心で入力軸421に固定装備された円板状の第一の継手部材51Aと、その中心で伝達軸422に固定装備された第二の継手部材52Aと、これらの間に配置された中継部材53Aと、第一の継手部材51Aと中継部材53Aとの間でこれらを連結する二以上の長さが等しいリンク部材54Aと、第二の継手部材52Aと中継部材53Aとの間でこれらを連結する二以上の長さが等しいリンク部材55Aとを備え、各リンク部材54A,55Aは、一端部と他端部とがそれぞれ入力軸421と同じ方向の軸回りに回動可能に第一若しくは第二の継手部材51A,52A又は中継部材53Aに連結されており、複数のリンク部材54A同士が平行に配置され、複数のリンク部材55A同士も平行に配置されている。 かかる構成のシュミット継手50Aも、入力軸421の平行移動を許容しつつも部材同士が完全に分離せずにすぐに元の同一直線上に並んだ状態に戻すことが可能である。

[その他] また、昇降機構60の第二のカムフォロア63は、溝カムに嵌合する構造ではないので、第一のカムフォロア62のようにコロであることは必須ではない。例えば、図14に示す第二のカムフォロア63Bのように、当接部641に摺接する摺接面を備える角コマのような部材から構成してもよい。この場合、カム板64の角部に干渉しないように、第二のカムフォロア63Bの角に面取りや丸み形状を付してもよい。

また、昇降機構60では、カム板64をY軸方向に往復移動させて、第一及び第二のカムフォロア62,63はZ軸方向に往動させる構造となっているが、カム板64を土台61に固定装備し、第一及び第二のカムフォロア62,63をカム駆動エアシリンダー65のプランジャーに装備して、第一及び第二のカムフォロア62,63をY軸方向に往復移動させてカム板64をZ軸方向に往動させる構造としても良い。

また、上記縫製システム100では、ルーパー機構40を備えるミシン10を例示したが、釜機構を備えるミシンにも昇降機構60や連結部材50を適用することは可能である。 この場合、釜機構が全回転釜でも半回転釜でも水平釜でも垂直釜でもよいが、上軸32に対して下軸42を二倍速で回転させる伝達機構70を設ける必要がある。 また、全回転釜は往復の揺動ではないので、全回転を往復回動に変換する必要がなく、土台61内の伝達機構の簡略化することが可能である。 また、水平釜の場合には、土台61内に入力軸421からZ軸回りに回転する釜軸にトルク伝達を行う伝達機構を設ける必要がある。

10 ミシン 11 縫い針 12 針棒 13 針板 14 布押さえ 20 ミシンフレーム 21 ミシンベッド部 22 立胴部 23 ミシンアーム部 30 針棒上下動機構 31 ミシンモーター 32 上軸 40 ルーパー機構 41 ルーパー 42 下軸 421 入力軸 422 伝達軸 50 連結部材 50A シュミット継手(連結部材) 51,51A 第一の継手部材 511 キー 52,52A 第二の継手部材 521 キー 53,53A 中継部材 531 第一のキー溝 532 第二のキー溝 60 昇降機構 61 土台 611 スライドレール 612 スライドブロック 62 第一のカムフォロア(カム従節体) 63,63B 第二のカムフォロア(カム従節体) 64 カム板(カム主節体) 641 当接部(無変化区間) 65 カム駆動エアシリンダー(駆動源) 66 スライドレール 67 スライドブロック 68 カム溝(カム部) 681 変化区間 682 第一の無変化区間 683 第二の無変化区間 100 縫製システム 110 ロボットアーム 112 アーム 113 関節