本縫い回転ルーパーを備えた単頭または多頭刺繍機

本発明は、ステッチ形成用の本縫い(ダブルロックステッチ)ルーパーと協働する糸案内針によってそれぞれ形成されるステッチ形成工具と、前記本縫いルーパーと結合されている上軸と、前記針の運動に依存して行われる刺繍物と前記ステッチ形成工具との間の相対運動を生じさせる送り装置とを有している単頭または多頭刺繍機に関するものである。

この場合に使用される本縫いルーパーは、1回のステッチ形成周期ごとに完全に2回転する回転ルーパーであり、ミシンにおいてスタンダードルーパーとして多用されているもので、非常に優れたものである。この本縫いルーパーはステッチ形成のために、特にステッチインサーションのためにある程度の糸緊張力を必要とする。

1回のステッチ形成周期ごとに2回完全回転し、従って1回のステッチ形成ごとに2倍回転する本縫いルーパーを使用することは、ミシンではたとえば特許文献1から知られている。

ここに開示されているミシンは、公知の態様で、基板とスタンドとアームとを有し、アームはヘッド内に終端を有している。アーム内には上軸が支持され、上軸はヘッド内を上下動し糸案内針を担持している針棒と駆動結合している。 さらに、ヘッド内には公知の態様で、針と協働し、上下運動を実施する天秤が支持されている。天秤も上軸によって駆動される。上軸は、ベルト伝動装置または機械的伝動装置を介して、ミシンの基板で支持されるルーパー駆動軸と駆動結合してこれを1:2の比率で駆動し、その結果ルーパーは1回のステッチ形成周期ごとにそれぞれ2回転し、この場合それぞれ第1回目の回転は針糸輪の検知と拡開に用いられるのに対し、それぞれ2回目の回転はステッチ形成に影響しない「空回転」である。

縫製される縫い目(縫製縫い目)および刺繍される縫い目(刺繍縫い目)に対する課題が異なっていることにより、ミシンに対する要請または刺繍機に対する要請の点で主要な相違がある。縫製縫い目はほとんどの場合2つまたはそれ以上の部分を互いに結合させる結合縫い目または固定縫い目であるが、刺繍縫い目は、力を全く伝達させる必要がないように刺繍布に取り付けられる装飾(装飾縫い目)である。

この場合、固定縫い目の強度は、ルーパーから垂れ下がっている糸輪を天秤により比較的大きな力で縫製物の表面方向へ引張ることで、上糸と下糸との結び目を被縫製物の層の中央に位置させることによって達成される。これに対応して下糸の糸力が測定される。

刺繍縫い目を形成する際の状況はこれとは全く異なっている。この場合には、上糸(刺繍糸)は装飾効果を得るために刺繍物上にきれいに載っている必要があるので、刺繍糸が刺繍布上で位置的に十分固定され、それにもかかわらずたるんだ糸部分が生じないように、且つ上糸と下糸との結び目が常に刺繍布の下面に位置するように、刺繍過程時の糸緊張力はできるだけ小さく保持される。

この理由から、刺繍機に対しては、上糸の緊張力がかなり小さくなるよう努力がはらわれる。

1回の刺繍形成周期ごとに2回転する本縫いルーパーを刺繍機に転用する際にその運動学を対応的に適合させなかったために、実際の刺繍機でも、刺繍形成過程がまだ完全に終了していない時点ですでに刺繍布の送り運動を投入する。これはきわめて不都合なことである。というのは、これによって、天秤による糸引き込み開始時点ですでに、針を刺繍布に穿刺する際の位置に比べて刺繍布がかなりの量ずれてしまうからである。その結果糸輪の、刺繍穴から糸備蓄部に至る脚部は、刺繍穴から出る場合も、刺繍布を貫通した直後にも、それぞれ付加的な転向を蒙る。これら2度の転向は天秤によって糸を引き込む際に付加的な抵抗を生じさせて、糸緊張最小力を必ず大きくさせるので望ましいものではない。

このような状況は、刺繍機がミシンに比べて一般に著しく大きなステッチ長さで作動する場合、および、送り方向が種々の方向に延びている場合ほど特に悪影響を及ぼす。

独国特許第4217848C1号明細書

本発明の課題は、本縫い回転ルーパーを備えた刺繍機において、最小糸緊張力を所望の著しく低い範囲に保持することができるような解決手段を提供することである。

本発明は、本縫いルーパー刺繍機において、ステッチ形成がまだ完全に終わっていないときに、すなわち上糸が天秤によってまだ完全に引き込まれていないときに、すでに縫製物の送り運動が投入されるようにステッチ形成と縫製物の送り運動とが少なくとも部分的にオーバーラップするという認識から出発している。

前記課題を解決するため、nを2よりも大きな整数としたとき、本縫いルーパーを上軸のn倍の回転数に相当する回転数で回転させることで、ステッチ形成段階と刺繍物の送り運動との時間的なオーバーラップを回避し、前記上軸と前記本縫いルーパーとの間に、1:3の伝動比を持つ伝動装置が配置されていることを提案する。

本縫いルーパーがたとえばn=3で回転することにより、ステッチ形成は、刺繍機上軸が路破する回転角に関し、これによって本縫いルーパーの比較的大きな角速度が生じるために、n=2で本縫いルーパーが回転する場合よりも早く終了する。従って、ステッチ形成と刺繍布の送り運動とが同時にアクティブであるタイムウィンドウは最小になる。

1回のステッチ形成周期で2倍回転する本縫いルーパーは、高回転数のいわゆる高速縫いの分野で確実に満足のいく結果を生じさせるので、本発明に従って本縫いルーパーの回転数を増大させても、生じた縫い目の品質にも、機械的な保持性にも悪影響しないことは明らかである。

次に、本発明を1実施形態に関し適当にグラフを用いて詳細に説明する。

本縫いルーパーを備えた通常の刺繍ヘッドの前部領域の部分断面図である。

ステッチ形成のためのタイムウィンドウと送り運動のためのタイムウィンドウとが時間的にオーバーラップしている、技術水準によるステッチ形成工具の運動と送り装置の運動との距離・時間グラフである。

本発明によるテッチ形成工具の運動と送り装置の運動との距離・時間グラフである。

技術水準による図2のタイムウィンドウ31に対応する、本縫いルーパーのボビンケース担持体の回転支持部材(停止部材)を通過する際の糸輪の状況を説明する図である。

図4に対応する図であるが、刺繍フレームの送り運動が他の方向であるケースの図である。

本発明による図3のタイムウィンドウ31に対応する、本縫いルーパーのボビンケース担持体の回転支持部材(停止部材)を通過する際の糸輪の状況を説明する図である。

図1には、通常の刺繍ヘッドの前部部分1が断面図で図示されている。この前部部分は、本縫いルーパー2と、テーブル板3と、針板4とを有している。テーブル板3上には、2つの軸線上を自在に運動可能な刺繍フレーム5が載置され、該刺繍フレームに刺繍布が締め付け固定される。本縫いルーパー2は通常の構成であり、ボビンケース7を受容するためのボビンケース担持体6を有している。ボビンケース7内には、下糸貯留部を受容するボビンが回転可能に支持されている。

本縫いルーパー2と協働し、針8を担持している針棒9は、鉛直方向に運動可能にベースフレーム10内に受容され、針駆動部の駆動運動を針棒9に伝達させる駆動体11によって公知の態様で駆動される。刺繍ヘッドの前部部分1には、さらに、刺繍糸ごとに1つの押さえ12が設けられている。押さえは針棒9上に変位可能に配置され、駆動体13によって駆動される。さらに、刺繍ヘッドの前部部分1には、公知の態様で駆動される天秤14が配置されている。天秤は軸15上に回動可能に支持され、軸15はベースフレーム10で受容されている。最後に刺繍ヘッドは、公知の態様で調整可能で、前部部分1に固設されている糸制動部16を有している。

詳細に図示していない刺繍ヘッドの後部部分は機台と固定結合され、針棒9、押さえ12、天秤14のための駆動部を担持している。刺繍ヘッドの後部部分は、さらに、詳細に図示していない直線案内部を介して前部部分と結合され、その結果前部部分は、鉛直方向の面内において針棒9の整列方向に本縫いルーパー2の上方で変位することができ、その際1つの針棒9と1つの押さえ12と1つの天秤14とはそれぞれの駆動部と結合されている。

前記部材の駆動は、本縫いルーパー2の駆動部以外は、ステッチ形成周期ごとに完全に1回転する(360゜回転する)刺繍機上軸(図示せず)によって行われる。技術水準では、本縫いルーパー2は2倍の回転数(n=2)で回転するが、本発明によれば、本縫いルーパー2はn=整数(2よりも大きな整数)で回転する。このため、本発明の図示した実施形態では、刺繍機上軸と本縫いルーパー2との間に、伝動比n=3の伝動装置が設けられている。

本発明の理解のため、まず図2を説明する。図2は、技術水準に従って2倍回転する本縫いルーパー2および図示していない送り装置並びに押さえ12と針8との公知の運動学的協働と刺繍機上軸の1回転との関係を示す典型的な運動プログラムを示している。

グラフ17は、針板の表面に対する針8の先端の運動を示している。針先端は時点18でステッチ穴を通じて針板4の表面の下へ進入して、時点19で再びその上へ持ち上げられる。

グラフ20は、昇降運動と、針板4上方の押さえ12の下面の間隔とを示している。

グラフ21は、時点18での刺繍布への最後の穿刺点に対する刺繍フレーム運動の経過を示している。

刺繍フレームの運動のスタートは時点22で行われ、従って針8が針板4から出る時点に相当する時点19の直後に行われる。刺繍フレームの運動の終了はグラフの終端と一致している。この運動関数のすべての値は、可変ステッチ長さ(最後の穿刺点18から次の穿刺点までの間隔)を用いて一定のファクタとして直線状にスケーリングされている。

グラフ23は針8の糸需要量を示し、その穴が下方へ移動して刺繍布表面に進入する時点24で始まる。時点25では、本縫いルーパー2の先端が針8によって形成される上糸をのなかへ進入し、これにより本縫いルーパー2は上糸をコントロールする用を成す。本縫いルーパーの糸需要量はグラフ26によって示されている。本縫いルーパー2の先端はまず針8によって該本縫いルーパーに提供される糸輪を拡大させ、これを本縫いルーパー2の内部に配置されているボビンケース7のまわりに案内する。その後、ルーパーが時点27で上糸を再び完全に解放するまで、本縫いルーパー2の糸需要量は再び減少する。すなわち本縫いルーパー2は、時点25と時点27との間の時間だけ上糸と接触する。これは360゜のステッチ形成周期の最大で180゜に相当し、残りの時間は本縫いルーパー2は空動きをし、すなわち本縫いルーパー2は次のステッチ形成周期でようやく上糸と接触する。

針8および本縫いルーパー2の糸需要量には、グラフ28で示すような糸供給量が対立している。糸供給量は天秤14の軸15のまわりでの該天秤の回動位置の関数である。グラフ28に対応する糸供給量は、糸需要量(23,26)に比べて過剰量を有している。この過剰量は、ステッチ長さに依存している糸消費量を前回のステッチサイクルから取り出すためのリザーブとして用いる。

糸供給量28は前記糸消費量の分だけ少なくなっており、その結果有効糸供給量はグラフ29と一致している。前記糸消費量は時点30と天秤上死点FHOTとの間の時間範囲で初めて天秤14によって上糸備蓄部から引き出され、その際システム糸長(糸制動部14から穿刺板4までの上糸の全長)は天秤14の最高回動位置で再び新たに補償される。

ミシンのグラフとの相違は、刺繍フレームを運動させるためのタイムウィンドウの長さに関わる。ミシンの場合、タイムウィンドウはほぼ120゜である。ルーパー型刺繍機の場合は180゜およびそれ以上の場合もある。それ故、時点22での刺繍機の運動開始時点は、技術水準の場合対応的に時間的に先行している。このことは、刺繍機構とは独立の、数値制御される刺繍フレーム駆動部には必要な要件であるが、必要とする糸緊張力に関しては、無視できない刺繍技術上の欠点である。

開始したステッチを完了させるために、天秤14による糸引き込みの終了時点よりも時間的に以前に刺繍フレームの送り運動の開始時点を時間的に先行させると、糸引き込みが終了する前に刺繍布が穿刺板4に対し相対的に移動することになる。

図4に認められるように、ボビンケース担持体6の回転運動を阻止するため、該ボビンケース担持体には半径方向に配向される溝34が設けられている。この溝には、突起を備えた停止部材35が係合し、その結果上糸は停止部材35と溝34の側部境界面36との間を通って運動することができる。ステッチ長さが2mm以上の場合、時点18で針8の最後の穿刺点が刺繍布の移動によりグラフ21に従って時間範囲31で穿刺穴中心に対し1ミリメートル以上ずれると、天秤14と溝34と停止部材35との間の経路上で上糸の2つの転向部32,33(図4)が生じる。刺繍布上方の上糸の領域で天秤14のほうへ向けられる糸力F1は、まず転向部32で、次に転向部33で、全部で2段階で糸摩擦により減少する。残りは力F2である。力F2は、停止部材35と溝34の側部境界面36との間の糸通路を開くために必要な力である。

力F2の大きさはステッチ形成プロセスによって設定されており、それ故変更不可能である。この力がシステムによって設定された値に再び達するようにするには、好ましい材料ペアリングで糸力F1をほぼ2.5のファクタKでもって増大させねばならない。好ましくない材料ペアリングの場合(木綿糸/木綿から成る刺繍布)、このファクタKは値4の傾向がある。このように高い糸力F1は天秤14による糸引き込み時の糸制動部16の最小抑止力に相当している。

図5には、天秤14が糸輪を引き寄せて、停止部材35の突起と溝34の側部境界面36との間の糸通路を開くタイムウィンドウ31の状況が示されている。この場合、刺繍布の送り運動は図4での刺繍布の送り運動に比べて方向が逆であり、図5の矢印の方向に行われる。これは、縫製または刺繍を行う際にいわゆるループスレッドが生じる状況にほぼ相当している。この場合、上糸は下糸37と絡むばかりでなく、自らとも絡む。ミシンの場合にはこの搬送方向および状況はほとんど生じない。

しかしながら、ルーパー型刺繍機の場合にはこれは通常的に生じる。糸転向部32で集中的に絡ませることによりファクタKはさらに増大する。上糸輪が前記糸通路を通過した後、上糸緊張力はほぼゼロに低下する。天秤14は、この上糸緊張力が部位30で完全に最小化されるまで、糸輪をさらに小さくさせる。そこに至る途上で、それまで刺繍布上にフラットに横たわっていた上糸部分38は、自らの結び目39での上糸の摩擦によって、刺繍布から突出する糸輪40を形成する。この糸輪は時間範囲30において天秤(上死点)まで再び引き込まれねばならない。これは針穴に対する上糸糸部分41が急傾斜であればあるほどうまくいき、その際に刺繍布の表面を離れる。この傾斜はこの時点までに進んだ刺繍布の搬送距離(グラフ21によれば、すでにステッチ長さの75%におよんでいる)とともに三角法の法則性に従って減少する。使用する上糸の摩擦値によっては、最大ステッチ長さまで糸輪40の確実な引き込みが可能である。

図4および図5に対する説明から明らかなように、必要とする糸緊張力を増大させるのは、停止部材35と溝34の側部境界面36との間での糸の通過がすでに始まっている現在進行中の刺繍布の送り運動の最中に行われるからである。これは、ルーパーまたはステッチ形成の作動と刺繍布の搬送または送り装置の作動とが時間的にオーバーラップしている結果生じる。

従って、天秤14により刺繍フレームの送り運動を上糸が上方へ引張られる時間範囲へ早めると、糸緊張力が増大することは避けられない。しかしこれは刺繍機の場合望ましいことではない。

図3に本発明のケースに対応させて示したステッチ形成工具の運動を示すグラフは、本縫いルーパー2の運動と、これに依存している、糸需要量および糸解放を示すグラフ26,28,29を除けば、図2のグラフに対応している。

本縫いルーパーがたとえばn=3で回転することにより、ステッチ形成は、刺繍機上軸の回転角に関して、これによって生じる本縫いルーパーのより大きな角速度に対応して、n=2で本縫いルーパーが回転する場合よりもより早期に行われる。このことは、本縫いルーパー2による糸輪の解放が、刺繍機上軸の回転角に関して、2倍回転する本縫いルーパーの場合よりも早期の時点で行われることを意味しており、従って本縫いルーパーによる糸輪解放を表わしている時点27は図2のグラフでのその位置に比べて図3のグラフでは左側へずれている。

従って、上糸と下糸とによって形成される輪を引き込むための天秤14の運動を、刺繍機上軸の回転角に関して、適宜より速い時点で導入することができ、その結果対応的に天秤14はその運動軌道の上死点(OT)により早く到達することができ、従ってステッチ形成は、刺繍機上軸の回転角に関して、対応的により早く終了する。すなわちステッチ形成と送りが時間的に早く終了する。その結果を図6に示す。図6は、天秤の上死点(OT)直前で、糸輪の残りが停止部材35と溝34の側部境界面36との間の糸通路を通過した時の糸輪の状況を示したものである。この場合に糸が克服すべき抵抗は、回転ルーパーを使用した時にシステムによって生じる最小糸力(緊張力)である。

図4と図5を比較すると、穿刺板での糸転向部と、刺繍布での糸転向部と、針へ向かっている糸輪脚部での糸転向部とはもはや存在していない。従って、糸転向部がないために、大きな摩擦力も必要なく、よって従来のように最小糸力に比べて糸抑止力をファクタ2.5ないし4だけ大きくさせる必要がない。このように本発明によれば、ステッチ形成の機能が確実であるために、システムによって生じる最小緊張力よりもわずかに大きな糸緊張力でルーパー型刺繍機の作動が可能になる。