(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
使用者の踏込み量に応じて踏込み部が変位可能なフットコントローラーと、前記フットコントローラーに内蔵され前記踏込み部の変位量に応じて移動する移動装置と、前記フットコントローラーに内蔵され前記移動装置の移動量に応じて抵抗値を変えられる可変抵抗と、前記可変抵抗の抵抗値に応じて縫い速度を変化させるモーターと、を備え、
前記移動装置は、前記踏込み部により押圧され前記フットコントローラーの踏込み方向へ移動する第一のラックを有した第1の移動部材と、前記第1のラックと係合し前記第1のラックの移動量を回転量に変換する歯車を有した回転体と、前記回転体と係合し前記歯車の回転量に応じた移動量だけ前記第1のラックの移動方向と直交する方向へ変換して移動する第2のラックを有した第2の移動部材を備え、前記可変抵抗は、前記第2のラックの一端に設けられた可変抵抗レバー操作部と係合して前記第2のラックと共に移動し、その移動量に応じて前記可変抵抗の抵抗値を変える可変抵抗レバーを具備する、ミシン。
【背景技術】
【0002】
この種の背景技術として、特許文献1に示されるミシンが知られている。それは、土台と踏み板とで形成されるペダル内部に設けられ踏み板の踏み込み量と抵抗値との関係が異なる特性を有する二以上の可変抵抗と、二以上の可変抵抗の中からミシンの制御装置に接続される可変抵抗を選択的に切替える切替え手段と、を備えている。更に、可変抵抗と摺動自在に接するリンクと、リンクの一端とリンクの他端とに連結された引っ張りばねとが設けられている。リンクは、引っ張りばねによって上方に移動している。また、ペダル内部には、踏み板を土台から遠ざける様に付勢する圧縮ばねが設けられており、オペレータによって踏み板が踏み込まれると、リンクの他端が移動してミシンモータの回転数を決定する抵抗値が変化することにより、縫製速度をコントロールすることが出来る様になっている、ものがある。
【0003】
また、背景技術として、特許文献2に示されるミシンが知られている。それは、土台と踏み板とで形成されるペダル内部に設けられた可変抵抗と、可変抵抗と摺動自在に接するリンクと、リンクの一端とリンクの他端とに連結された引っ張りばねとが設けられている。リンクは、引っ張りばねによって上方に移動している。また、ペダル内部には、踏み板を土台から遠ざける様に付勢する圧縮ばねが設けられており、オペレータによって踏み板が踏み込まれると、リンクの他端が移動してミシンモータの回転数を決定する抵抗値が変化することにより、縫製速度をコントロールすることが出来る様になっている、ものがある。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に本発明の実施の形態と背景技術の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0014】
(本発明の実施形態)
図1は、本発明の実施形態のミシン1の斜視図である。ミシン1はテーブル8の上に置かれ、フットコントローラー10は床面9に置かれ、ミシン1とフットコントローラー10とはハーネス2で電気的に接続されている。ミシン1は、モーター6と基板5とを内蔵している。基板5はコネクター3(
図2参照)を介してハーネス2と、内部電線7を介してモーター6と、電気的に接続されている。
【0015】
図2は、本発明の実施形態のフットコントローラー10の斜め上方向からの外観図である。フットコントローラー10は、床面9に接するベースケーシング11と、ベースケーシング11に一体形成された回動軸11aを介して回動可能にベースケーシング11へ圧入係合されている踏込みケーシング12(踏込み部)と、ベースケーシング11の後部面に一体形成された第1のハーネス通し孔11bを貫通してフットコントローラー10で生成された信号を本体1へ電気的に伝えるハーネス2と、を具備している。ハーネス2は、ミシン1の本体4とハーネス2とを電気的に接続するコネクター3を一端に有している。踏込みケーシング12は、踏込まれた際に第1のハーネス通し孔11bと重なる位置に第1のハーネス通し孔11bと同じかやや大きい開口部を有する第1のハーネス逃がし凹部11cを有している。
【0016】
なお、ハーネス2は、第1のハーネス通し孔11bの代わりに、ベースケーシング11の側面に一体形成された第2のハーネス通し孔11dまたは第3のハーネス通し孔11fへ貫通させることも可能である。踏込みケーシング12には、ベースケーシング11からハーネス2を取出す位置を変更してもハーネスが断線しない様に、第1のハーネス逃がし凹部11cと同様に第2のハーネス逃がし凹部11eと第3のハーネス逃がし凹部11gとを有している。
【0017】
図3は、本発明の実施形態のフットコントローラー10の斜め下方向からの外観図である。フットコントローラー10のベースケーシング11の後方には、第1のハーネス通し孔11bに連通するハーネス通し溝11hと、ハーネス通し溝11hに連通する第4のハーネス通し孔11iと、第4のハーネス通し孔11iに連通するハーネス収納部11jと、がベースケーシング11に一体形成されている。ハーネス収納部11jには、ミシン1の不使用時にハーネス2を例えばリング状に小さく丸めてハーネス収納部11jへ収納した際にハーネス2がハーネス収納部11jから飛び出さない様にする為のハーネス押さえガイド11kが2箇所設けられている。ハーネス通し溝11hには、ハーネス2を挿通した際にハーネス2がハーネス通し溝11hから飛び出さない様にする為のハーネス押さえガイド11lが4箇所設けられている。
【0018】
図4は、本発明の実施形態のフットコントローラー10の説明図である。ベースケーシング11の内部後方に取付台21が、取付台21の垂直ラックガイド21aの中に垂直ラック22(第1の移動部材、第1のラック)が、取付けられている。垂直ラック22は、ベースケーシング11の内部底面と略直角になる様に取付られている。垂直ラック22の上部は、断面が円弧状になる様に形成されている。
【0019】
図5は、本発明の移動装置20の構造図である。(a)は移動装置20全体の、(b)は移動装置20の中の移動方向変換機後部26の構造図である。取付台21には、垂直ラックガイド21aの中に第1の取付台スライド溝22bを介して垂直ラック22と、水平ラックガイド21bの中に第2の取付台スライド溝24bを介して水平ラック24(第2の移動部材、第2のラック)と、歯車ガイド21eの中に歯車回転軸23c(図示せず)を介して歯車23(回転体)と、水平ラック24の下方に可変抵抗25と、が取付けられており、移動装置20を形成している。垂直ラック22の第1ラック部22cは、歯車23の歯車23aと係合している。歯車23aは、ピニオン23bと一体形成されて歯車23を形成している。ピニオン23bは、水平ラック24と一体形成された第2ラック部24aと係合している。水平ラック24は、下側に可変抵抗25の可変抵抗レバー25aを操作する可変抵抗レバー操作部24cを一体形成している。取付台21と垂直ラック22の間には、移動装置戻しばね22eが係合されている。ここでは、垂直ラック22の押込力を小さく設定したい為に、歯車23aの径をピニオン23bの径よりも大きくしている。
【0020】
なお、垂直ラック22の押込力を小さく設定することよりも、踏込み量と縫い速度の関係を鋭敏にしないことを、選択する使用者の為に、歯車23aの径をピニオン23bの径よりも小さくすることも可能である。更に、歯車23aとピニオン23bの径を調整する代わりに、歯車23aとピニオン23bのモジュールを変更することで使用者の要望に対応することも可能である。
【0021】
以下に、本発明の実施形態のミシンの動作について、説明する。
【0022】
図6は、本発明の実施形態のフットコントローラー10の模式図および踏込み量と荷重の関係のグラフである。垂直ラック22の第1ラック部22cと、歯車23の歯車23aと、歯車23に一体形成されたピニオン23bと、水平ラック24の第2ラック部24aと、で機構部26を形成している。使用者または施工者(以下、使用者に統合)が踏込みケーシング12を踏込み力Pで踏込んだ際に、垂直ラック22は移動量L1の範囲内で上下に調整移動が出来る。歯車23aによってこの調整移動に同期され、水平ラック24は移動量L2の範囲内で左右に調整移動が出来る。水平ラック24は、使用者が踏込みケーシング12への踏込み力Pを大きくすると、移動装置戻しばね22eが圧縮されて、図中左方向へ移動する。水平ラック24は、踏込みケーシング12への踏込み力Pを小さくすると、移動装置戻しばね22eが伸張して、図中右方向へ移動する。水平ラック24に一体形成された可変抵抗レバー操作部24cは、可変抵抗25の可変抵抗レバー25aと係合され、水平ラック24の動きに合わせて可変抵抗レバー25aを左右に調整移動する。踏込み量L1は、ゼロからLmaxまで移動可能である。可変抵抗25の可変抵抗レバー25aの移動量は踏込み量L1に応じてゼロからL2まで調整可能である。踏込み量L1に応じた踏込み力Pと移動装置戻しばね22eへ掛かる圧縮力Fの関係は(b)のグラフの様になる。
【0023】
以下に、本発明の実施形態のミシンの効果について、説明する。
【0024】
第1の課題解決手段によれば、実施形態のミシン1は、移動装置20がフットコントローラー10の踏込み方向へ移動する垂直ラック22と、垂直ラック22の移動量L1を回転量に変換する歯車23と、歯車23の回転量を垂直ラック22の移動方向と直交する方向へ変換してL2だけ移動する水平ラック24と、を具備し、水平ラック24が垂直ラック22の移動方向と直交する方向へ移動する際に可変抵抗25の抵抗値を変える、構成にしている。これにより、垂直ラック22と歯車23と水平ラック24の間で斜め方向の分力が発生せず、高い伝達効率で可変抵抗25を操作することが、出来る。即ち、背景技術のフットコントローラー110では、最大踏込み力が移動装置戻しばね122eへ掛かる圧縮力(ばね力の設定値)Fmaxの約3.57倍必要である(
図9参照)のに対し、実施形態のフットコントローラー10では、最大踏込み力が移動装置戻しばね22eへ掛かる圧縮力(ばね力の設定値)Fmaxの0.87倍で済み、楽に操作することが出来る様になる。これは、以下の3つの理由による。1つ目の理由は、実施形態のフットコントローラー10では、使用者の踏込み力Pを移動装置戻しばね22eへ掛かる圧縮力Fmaxに変換する過程で関与する歯車の噛合い部が垂直ラック22および歯車23と、歯車23および水平ラック24との2箇所しか機構部26に存在していないことである。2つ目の理由は、各歯車の噛合い部の変換効率が約98%と高いことである。3つ目の理由は、機構部26の増幅率によって出力が1.2倍に増幅されている為である。(背景技術のフットコントローラー110に於ける踏込み力の詳細計算は、背景技術の動作説明箇所に記載したので、そちらを参照。)
更に、(b)のグラフの様に使用者の踏込み量L1に対する踏込み荷重を直線的にすることも可能である。これにより、使用者は踏込み量L1と縫い速度の相関を直線的に捉え易くなり、ミシン1をより感覚に近く高精度に操作出来る様になる。加えて、実施形態の機構部26のほとんどは高強度で潤滑性の良いポリアセタール(POM)と云った樹脂部品で構成出来る為、使用者に安価な商品を提供する事も可能である。実施形態のフットコントローラー10は、2つの可変抵抗と切替スイッチおよび付属する回路を内蔵する背景技術のものよりも安価に製造出来る。実施形態のフットコントローラー10は、コンピュータ内蔵多機能ミシンと組合わせてマイコン制御パターンを複数用意する事により、背景技術のものよりも容易な構成で多機能ミシンと同等の機能を実現出来る。
【0025】
第2の課題解決手段によれば、実施形態のミシン1は、移動装置20がフットコントローラー10の踏込み方向へ移動する垂直ラック22と、垂直ラック22の移動量L1を回転量に変換する歯車23と、歯車23の回転量を垂直ラック22の踏込み方向と直交する方向へ移動量L2だけ移動する水平ラック24と、水平ラック24が移動する際に可変抵抗25の抵抗値を変える可変抵抗レバー25aと、を具備する構成にしている。これにより、垂直ラック22と歯車23と水平ラック24の間の力の伝達効率を更に向上させ、高い伝達効率で可変抵抗25を操作することが、出来る。
【0026】
(付記項1)
実施形態のミシン1では、移動装置20の移動方向をフットコントローラー10の踏込み部の回動軸11aと直交する方向から平行な方向に変更している。これは、機構部26の変換効率が向上したことで、移動装置20の小型化が可能になった為である。これにより、フットコントローラー10の踏込み部の回動軸11aと直交する方向の回動軸11a側の位置に、ハーネス収納部11jを形成することが、可能になる。ハーネス収納部11jを形成することにより、ミシン1の不使用時にハーネス2を例えばリング状に小さく丸めてハーネス収納部11jへ収納することが可能になり、ミシン1の片付けをより容易にすることが出来る。
【0027】
(背景技術の実施形態)
図7は、背景技術のフットコントローラー110の断面図である。フットコントローラー110は、床面109に接するベースケーシング111(土台)と、ベースケーシング111の一端に設けられたベースケーシング回動軸111a(支点軸E)を中心に回動自在に軸支された踏込みケーシング112(踏み板)と、この踏込みケーシング112とベースケーシング111とで形成されるフットコントローラー110(ペダル)の内部に設けられた可変抵抗125と、一端が取付台121(リンク土台)に回動自在に連結された前アーム111b(リンク)と、前アーム111bの他端部に一端が回動自在に連結されると共に他端部が可変抵抗125の可変抵抗レバー125aと摺動自在に接する後ろアーム111c(リンク)と、前アーム111bの一端と後ろアーム111cの他端とに連結された移動装置戻しばね122e(引っ張りばね)とが設けられている。前アーム111bと後ろアーム111cとの連結部は、前アーム111bの一端と後ろアーム111cの他端部とが移動装置戻しばね122eによって互いに引き付けられることで上方に移動し、当該連結部に回転自在に設けられたローラ111dを介して踏込みケーシング112の裏面に圧接される様になっている。また、フットコントローラー110の内部には、ベースケーシング回動軸111aを中心に踏込みケーシング112をベースケーシング111から遠ざける様に付勢する第2の移動装置戻しばね122fが設けられており、踏込みケーシング112とベースケーシング111とはそれぞれの先端に設けられた凸部により互いが係止されることで、所定範囲内において離接移動する様になっている。そして、使用者によって踏込みケーシング112が踏み込まれると、後ろアーム111cの他端が移動してミシンモータ6の回転数を決定する抵抗値が可変抵抗125によって変化することになり、縫製速度をコントロールすることが出来る様になっている。
【0028】
以下に、背景技術のミシンの動作について、説明する。
【0029】
図8は、背景技術の背景技術のフットコントローラーの力関係説明図である。(a)はフットコントローラーの踏込み力と荷重の説明図、(b)はフットコントローラーの踏込み量と荷重のグラフである。
図9は、背景技術のフットコントローラーの模式図に基づく計算用の説明図である。使用者が踏込みケーシング112を踏込み、前アーム111bと後ろアーム111cとの連結部へ踏込み力Pを掛けると移動装置戻しばね122eと第2の移動装置戻しばね122fの合力Fに抗して後ろアーム111cが後方へ移動量L4分だけ押出される。踏込み量L3は、ゼロからLmaxまで移動可能である。可変抵抗125の可変抵抗レバー125aの移動量は踏込み量L3に応じてゼロからL4まで調整可能である。可変抵抗レバー125aは、使用者が踏込みケーシング112への踏込み力Pを大きくすると、移動装置戻しばね122eおよび第2の移動装置戻しばね122fが圧縮されて、図中左方向へ移動する。可変抵抗レバー125aは、踏込みケーシング112への踏込み力Pを小さくすると、移動装置戻しばね122eおよび第2の移動装置戻しばね122fの合力によって移動装置戻しばね122eおよび第2の移動装置戻しばね122fが伸張して、図中右方向へ移動する。この際の踏込み力Pと合力Fと踏込み量L3の関係は
図8(b)のグラフの様になる。即ち、背景技術のフットコントローラー10では、最大踏込み力が移動装置戻しばね122eおよび第2の移動装置戻しばね122fの合力(ばね力の設定値)Fmaxの約3.57倍必要になる。この計算値にスライド部の摩擦抵抗力を含めると、実施形態の4倍以上の力が必要になると予想される。またグラフの様に、使用者の踏込み量L3に対する踏込み荷重はある所から急激に増大する特性となる。
【0030】
ここで、
図8(b)のグラフの計算例について説明する。
図9に於いて、A=20mmとし、Θ1は50°から5°の範囲で変化すると仮定する。
【0031】
まず、角度の関係を明確にすると、以下の様になる。
【0032】
(1)Θ2=180−90−Θ1
=90−Θ1
(2)(C-BcosΘ1)/sinΘ3=A/sin90°から、
sinΘ3=(C-BcosΘ1)/A
Θ3=sin
―1((C-BcosΘ1)/A)
(3)Θ4=180−Θ2−Θ3
=180−(90−Θ1)−(sin
―1((C-BcosΘ1)/A))
=90+Θ1−sin
―1((C-BcosΘ1)/A)
(4)Θ5=180−90−Θ3
=90−sin
―1((C-BcosΘ1)/A)
これらの角度から、踏込み量を算出することは容易である。次に、力の関係を明確にすると、以下の様になる。
【0033】
(5)F2/sinΘ3=P/sinΘ4から、
F2=(PsinΘ3/sinΘ4)
=(P(C-BcosΘ1))/(A(90+Θ1−sin
―1((C-BcosΘ1)/A)))
(6)F4=F2cosΘ1から、
=(((C-BcosΘ1)・PcosΘ1)/(A(90+Θ1−sin
―1((C-BcosΘ1)/A))))
=(((C-BcosΘ1)・PcosΘ1)/Acos(Θ1−sin
―1((C-BcosΘ1)/A))
(7)F1/sinΘ2=P/sinΘ4から、
F1=(Psin(90−Θ1))/(sin(90+Θ1−sin
―1((C-BcosΘ1)/A)))
(8)F3=F1cosΘ5
=(Psin(90−Θ1)・cos(90−sin
―1((C-BcosΘ1))/A))/(sin(90+Θ1−sin
―1((C-BcosΘ1)/A)))
=PcosΘ1・sin(sin
―1((C-BcosΘ1)/A))/(cos(Θ1−sin
―1((C-BcosΘ1)/A))
=((C−BcosΘ1)・PcosΘ1)/(Acos(Θ1−sin
―1((C-BcosΘ1)/A)))
(9)F3=F4から、
P=2F3
=2((C−BcosΘ1)・PcosΘ1)/(Acos(Θ1−sin
―1((C-BcosΘ1)/A)))
以上に示した角度と踏込み量と力の関係から
図8(b)のグラフを導出出来る。