Die Erfindung betrifft eine Fadenspannvorrichtung für eine Nähmaschine,
die befähigt ist, automatisch eine Fadenspannung zu ändern.
Einschlägiger Stand der Technik
Es ist eine in 20 und 21
dargestellte Fadenspannvorrichtung bekannt, die in der Lage ist, eine Spannung zu
regulieren, die an einen Faden an einer Spannscheibe durch ein Antriebsglied angelegt
werden soll, beispielsweise einen Schwingspulenmotor (siehe zum Beispiel JP-A-9-220391).
Eine Fadenspannvorrichtung 110, wie sie in 20
dargestellt ist, schließt ein: einen Schwingspulenmotor 111, eine
bewegliche Scheibe 112 (nachstehend als eine bewegliche Scheibe bezeichnet),
eine fixierte Spannscheibe 113 (nachstehend als eine fixierte Scheibe bezeichnet)
und eine Antriebsstange 114. Die Antriebsstange 114 ist gleitbar
durch eine Öffnung 112a der fixierten Scheibe 112 hindurchgeführt.
Zusätzlich ist ihr eines Ende 114a mit einem Spulenkopf
115 verbunden, der ein beweglicher Teil des Schwingspulenmotors
111 ist, und ihr anderes Ende 114b ist in Kontakt mit einem Kontaktteil
der beweglichen Scheibe 112 gehalten. Wenn deshalb der Spulenkopf
115 des beweglichen Teils des Schwingspulenmotors 111 so bewegt
wird, dass er von einem Joch 111a aus vorsteht, bewegt sich die bewegliche
Scheibe 112 durch die Antriebsstange 114 zur fixierten Scheibe
113 hin, so dass sie in Kontakt mit der fixierten Scheibe 113
gelangt. Wenn umgekehrt der Spulenkopf 115 des beweglichen Teils des Schwingspulenmotors
111 so bewegt wird, dass er in das Joch 111a aufgenommen wird,
bewegt sich die bewegliche Scheibe 112 zum Schwingspulenmotor
111, so dass sie von der fixierten Scheibe 113 separiert wird.
Weiterhin verläuft, obwohl nicht dargestellt, ein Faden ausgehend von einer
Fadenzulieferquelle (Spulenwicklung) zwischen der beweglichen Scheibe
112 und der fixierten Scheibe 113 und wird durch einen Ausgleich
zur Nähnadel einer Nähstange geleitet. Somit wird der Faden durch einen
vorbestimmten Druck zwischen die bewegliche Scheibe 112 und die fixierte
Scheibe 113 eingelegt. Gelegentlich wird der Druck, wenn der Faden dazwischengelegt
ist, durch Änderung der Antriebsposition des Spulenkopfes 115 des
beweglichen Teils des Schwingspulenmotors 111 variabel gemacht. Dementsprechend
kann die Spannung, die an den Faden angelegt wird, reguliert werden.
In einer Fadenspannvorrichtung 120, wie sie in
21 dargestellt ist, ist ein Drehkörper
124, beispielsweise ein Spinnrad, das befähigt ist, Spannung an einen
Faden durch die Bremskraft anzulegen, an der Achse 123 eines Motors
122 befestigt, der eine Bremskraft einer elektromagnetischen Bremse
121 auf Grund einer Hysteresisbremse oder Pulverbremse erzeugt, und eine
Steuerstromlieferschaltung zur Anlieferung eines Steuerstroms zur Regulierung der
Bremskraft wird in einer Erregungsspule 125 für die elektromagnetische
Bremse 121 platziert, um hierdurch das Drehmoment der Bremskraft variabel
zu steuern.
Eine Fadenspannvorrichtung 130, wie sie in 22
dargestellt ist, schließt ein paar von Spannscheiben 131,
132 ein. Die eine Spannscheibe 131 wird in Kontakt mit der anderen
Spannscheibe 132 gebracht oder von ihr abgetrennt, so dass der Faden zwischen
den Fadenspannscheiben sandwichartig dazwischengelegt oder lockergelassen wird.
Die Fadenspannvorrichtung 130 schließt auch ein: einen Scheibenpresser
134, der mit der Ebene der einen Spannscheibe 131, die der anderen
Spannscheibe 132 gegenüberliegt, in Kontakt bringbar ist, und ein
elektromagnetisches Solenoid 136 zum Antreiben des Scheibenpressers
134 in einer Kontaktier/Separier-Richtung für die eine Spannscheibe
131, und zwar durch eine Antriebsstange 135, die mit dem Scheibenpresser
134 verbunden ist. Dadurch, dass man den Scheibenpresser 134 durch
ein elektromagnetisches Solenoid 136 in Kontakt mit der einen Spannscheibe
131 bringt, wird der Faden zwischen beide Spannscheiben 131,
132 sandwichartig dazwischengelegt. Umgekehrt wird der Faden durch Trennen
der einen Spannscheibe 131 von der anderen Spannscheibe 132 gelockert
(zum Beispiel JP-A-181182).
23 ist eine Ansicht mit der Darstellung eines Zustandes,
in dem die in 22 gezeigte Fadenspannvorrichtung
130 an einem Nähmaschinenkopfgestell 20 anmontiert ist. Auf
Grund der Größe des elektromagnetischen Solenoids 136, das als
eine Antriebsquelle dient, kann die Fadenspannvorrichtung nicht an der Vorderseite
oder im Inneren des Nähmaschinenkopfgestells 20 angeordnet werden,
so dass es auf dessen Rückseite, wie in 23 gezeigt,
angeordnet ist.
Eine Fadenspannvorrichtung 140, wie sie in 24
dargestellt ist, schließt ein: ein Spinnrad 141, das in Kontakt mit
einem Faden ist, um sich zusammen mit dem Führen des Fadens zu drehen, und
ein piezoelektrisches Element 143, welches eine Kraft für einen Drehwiderstand
gegen die Verdrehung des Spinnrades 141 oder einer Rolle 142,
die einteilig damit umläuft, erzeugt.
Wenn die Spannung, die an das piezoelektrische Element 143
angelegt wird, ausgehend von einer niedrigen Standby-Spannung (OV) auf eine hohe
Prüfspannung (100V) angehoben wird, so dass die Kraft, welche durch das piezoelektrische
Element 143 erzeugt wird, anwächst, wächst auch
der Rollwiderstand einer zylindrischen Rolle 142 an, so dass sich der Drehwiderstand,
der die Rotation des Spinnrades 141 und der Welle 145 überprüft,
erhöht. Somit wird das Spinnrad 141 schwer drehbar. Wenn umgekehrt
die dem piezoelektrischen Element 143 zugeführte Spannung, ausgehend
von der hohen Prüfspannung, auf die niedrige Standby-Spannung abgesenkt wird,
so dass die Kraft, die von dem piezoelektrischen Element 143 erzeugt wird,
abnimmt, vermindert sich auch der Rollwiderstand einer zylindrischen Rolle
142, so dass der Drehwiderstand, der die Rotation des Spinnrades
141 und der Welle 145 prüft, erniedrigt wird. Somit läuft
das Spinnrad 141 ruhig um (siehe zum Beispiel JP-A-2003-236278).
Eine Fadenspannvorrichtung, wie sie in 25
dargestellt ist, schließt ein: einen Drucksensor 152 zum Erkennen
des Druckes, der an eine Spannscheibe 151 angelegt ist, und einen Druckreguliermotor
153 zum Berechnen der Spannung, die an einen Nadelfaden auf der Basis des
Druckes angelegt wird, der vom Drucksensor 152 festgestellt wurde, um hierdurch
einen Druck an die Spannscheibe 151 anzulegen.
Ein Unterschied &Dgr;P zwischen dem Druck Pd, der durch den Drucksensor
152 festgestellt ist, und einem Solldruck Pt wird berechnet als &Dgr;P
= Pd – Pt. Als Nächstes wird, um diese Differenz &Dgr;P im Wesentlichen
zu null werden zu lassen, ein Antriebssignal mit der Anzahl von Impulsen entsprechend
der Differenz &Dgr;P dem Druckreguliermotor 153 zugeführt. Der Druckreguliermotor
153 verschiebt hierdurch eine Regulierstange 154 entlang ihrer
Axialrichtung und zwar durch eine Verschiebungsquantität, die der obigen Anzahl
von Impulsen entspricht. Somit wird die Feder 156 eines Fadenspanners
155 durch die Verschiebungsquantität der Regulierstange
154 gedehnt oder zusammengezogen. Dementsprechend wird der Druck, der an
die Fadennadel zwischen den Spannscheiben 151 angelegt wird, variabel gesteuert,
so dass er gleich der Größe entsprechend dem Solldruck Pt wird (siehe
beispielsweise JP-A-9-276577).
Wie oben beschrieben benutzen die herkömmlichen Fadenspannvorrichtungen
als eine Antriebsquelle verschiedene Betätiger, beispielsweise den Schwingspulenmotor,
ein Solenoid, ein piezoelektrisches Element und einen Drehmotor plus Schrauben und
verwenden ein Gleitlager oder Pollager als Lagerstruktur. Sie steuern die an den
Faden angelegte Spannung durch Steuerung der Last, die an die Spannscheiben angelegt
wird, und zwar auf der Basis der Schubkraft, des Drehmoments oder der Verschiebung
des Betätigers. Weiterhin ist der Schwingspulenmotor ein Typus mit beweglicher
Spule, in welcher ein Magnet auf der Seite eines Stators angeordnet ist, und eine
Spule ist auf der Seite eines Triebwerks angeordnet.
Jedoch ist in der herkömmlichen Fadenspannvorrichtung das Lager
des Betätigers, der eine lineare Bewegung ausführt, ein Gleitlager. Deshalb
erzeugen die Reibungskraft, die auf das Gewicht des Betätigertriebwerks und
den Lagerreibungskoeffizienten zurückgeht, in einer Betätigerschubkraft
eine Hysteresis-Charakteristik, die einen Unterschied im Fadenspannungswert zwischen
den Fällen ergibt, wenn die Schubkraft anwächst und wenn sie abnimmt.
Weiterhin ändert sich der Reibungskoeffizient entsprechend der
Genauigkeit der Maschinenbearbeitung, dem Abrieb und der Temperatur der Bestandteile
des Lagers. Im Ergebnis ändert sich auch die Hysteresis, so dass eine Variation
in der Fadenspannung hin zu einer geringeren Reproduzierbarkeit erzeugt wird.
Wenn die Spannung auf einen niedrigeren Wert eingestellt wird, nimmt
der Einfluss der obigen Reibungskraft zu. Deshalb kann die Fadenspannung nicht bei
dem eingestellten Wert erhalten werden. Die Reproduzierbarkeit ist auf Grund ihrer
Veränderung gering. Dementsprechend könnte die niedrige Fadenspannung
nicht realisiert werden.
Unterdessen ist die Fadenspannung ein Wert, wenn die Reibungskraft
(hauptsächlich stationäre Reibungskraft) von der Betätigerschubkraft
abgezogen wird. Deshalb dauert es bei der herkömmlichen Konstruktion, die eine
große Reibungskraft ergibt, eine lange Zeit, die Fadenspannung zu erzeugen,
nachdem ein Antriebsstrom den Betätiger passiert hat. Dies macht es unmöglich,
das Ansprechen zu verbessern.
Weiterhin schwankt auf Grund der Hysteresis-Charakteristik, die auf
die Lagerreibungskraft zurückgeht, die Fadenspannung zwischen den Fällen,
wenn die Schubkraft anwächst oder wenn sie abnimmt. Deshalb wird dort, wo eine
Gegenmaßnahme zugelassen wird, in welcher, nachdem der Antriebsstrom niedriger
gemacht ist als der voreingestellte Wert in einer Absenkung der Fadenspannung, sie
auf den voreingestellten Wert erhöht wird, eine Änderung in der Fadenspannung
reduziert. Jedoch wird eine überschüssige Zeit in einer variablen Sequenz
des Antriebsstromes genommen. Dementsprechend kann die variable Steuerung der Fadenspannung
bei einer hohen Geschwindigkeit nicht realisiert werden.
Weiterhin kann auch dort, wo die Masse eines beweglichen Bauteils
reduziert wird, um die Reibungskraft herabzusetzen, und zwar in Hinblick auf die
Schubkraft des Betätigers, die Masse des beweglichen Bauteils nicht stark herabgesetzt
werden. Deshalb gibt es bei der Reduzierung der Reibungskraft ein
Limit.
Weiterhin erzeugt die auf Reibung beruhende Abrasion eine Änderung
im Reibungszustand, ausgehend von einer früheren Zeit vom Versand. Deshalb
ist es schwierig, denselben Qualitätsstatus über eine lange Periode hinweg
aufrecht zu erhalten. Um Veränderungen in der Qualität zu vermeiden, war
eine unbequeme Instandhaltung, beispielsweise ein Bauteilaustausch des Lagers erforderlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht mit der Darstellung des Zustandes,
in dem eine Nähmaschine mit einer Fadenspannvorrichtung versehen ist.
2 ist eine schaubildliche Schnittansicht eines Teiles
einer Fadenspannvorrichtung.
3 ist eine auseinandergezogene schaubildliche Ansicht
der Fadenspannvorrichtung.
4 ist eine auseinandergezogene schaubildliche Ansicht
eines Schwingspulenmotors.
5A ist eine Ansicht mit der Darstellung der Gestalt
eines Permanentmagneten.
5B und 5C sind Ansichten
mit der Darstellung der Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten.
6 ist eine Ansicht mit der Darstellung der Wicklungsrichtung
von Spulen.
7 ist eine Schnittansicht einer Fadenspannvorrichtung.
8A ist eine Vorderansicht der Fadenspannvorrichtung.
8B ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereiches
X in 8A und auch eine Schnittansicht eines Schwingspulenmotors.
8C ist eine Vorderansicht des Zustandes der mit einem
Federplattenlager vorgesehen wird.
9 ist eine auseinandergezogene schaubildliche Ansicht
der Peripherie eines Federplattenlagers.
10 ist eine Ansicht mit der Darstellung eines strukturellen
Analysemodells eines Federplattenlagers.
11 ist eine Ansicht mit der Darstellung eines strukturellen
Analysemodells eines Gleitlagers.
12 ist eine Ansicht eines Analysemodells zur Berechnung
des Federkoeffizienten einer Plattenfeder.
13 ist eine Ansicht eines vereinfachten Modells der
in 12 gezeigten Aufbaus.
14A ist eine Seitenansicht eines Solenoids.
14B ist eine Vorderansicht des Solenoids.
14C ist eine Schnittansicht des Solenoids.
15 ist eine charakteristische Graphik der Schubkraft
für einen Strom, wenn der Strom, der durch das Solenoid fließt, erhöht
oder verringert wird.
16A und 16B sind Graphiken
mit der Darstellung der Hysteresis-Charakteristik der Fadenspannung, wenn das Solenoid
Anwendung findet. 17 ist eine Graphik mit der Darstellung
der Hysteresis-Charakteristik der Fadenspannung, wenn das Solenoid angewandt wird.
18A ist eine Schnittansicht eines Schwingspulenmotors
in einem anderen Ausführungsbeispiel.
18B ist eine Vorderansicht des Zustandes, der mit einem
Federplattenlager in einem anderen Ausführungsbeispiel vorgesehen wird.
19 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Federplattenlagers.
20 ist eine schematische Ansicht einer herkömmlichen
Fadenspannvorrichtung.
21 ist eine schematische Ansicht einer herkömmlichen
Fadenspannvorrichtung.
22 ist eine schematischen Ansicht einer herkömmlichen
Fadenspannvorrichtung.
23 ist eine schematische Ansicht einer herkömmlichen
Fadenspannvorrichtung.
24 ist eine schematische Ansicht einer herkömmlichen
Fadenspannvorrichtung.
25 ist eine schematischen Ansicht einer herkömmlichen
Fadenspannvorrichtung.
Detaillierte Beschreibung
Es erfolgt nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine detaillierte
Erläuterung einer Fadenspannvorrichtung für eine Nähmaschine gemäß
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
[Aufbau der Fadenspannvorrichtung für eine Nähmaschine]
Wie in 1 dargestellt, ist eine Fadenspannvorrichtung
1 so vorgesehen, dass sie ausgehend von der Vorderseite bis zur Rückseite
in der Nähe des Kinns eines Nähmaschinenkopfgestells 2 einer
Nähmaschine M verläuft. An der Vorderseite des Nähmaschinenkopfgestells
2 nimmt die Fadenspannvorrichtung 1 einen Faden T zwischen sich
auf, der von einer Fadenlieferquelle abgezogen wird, um ihm eine angemessene Spannung
zu erteilen, und leitet den Faden zu einem Ausgleicher 21. Der Ausgleicher
21 bewegt sich zusammen mit dem Umlaufen einer (nicht dargestellten) Welle,
die mit einem (nicht dargestellten) Nähmaschinenmotor verbunden ist, und bewegt
sich entlang einer Nut 2a, die im Nähmaschinenkopfgestell
2 ausgebildet ist, auf und ab, um den Faden T, der durch ein Nähgut
geführt wird, festzuziehen.
Wie in 2 gezeigt, schließt die Fadenspannvorrichtung
1 ein: einen Fadenspanner 3, um dem Faden eine Spannung zu erteilen,
eine Antriebsstange 4, die als ein Antriebsmechanismus zum Antreiben eines
Scheibenpressers 33 dient, so dass sich eine Spannscheibe 31 der
anderen Spannscheibe 32 annähert, sowie einen Schwingspulenmotor
5, der als eine Antriebsquelle dient, um der Fadenspannvorrichtung
3 Antriebskraft zu geben. Der Fadenspanner 3 ist vorgesehen, um
von dem Nähmaschinenkopfgestell 2 an dessen Vorderseite (die Seite,
der sich ein Benutzer beim Nähen gegenüber befindet), abzustehen. Der
Schwingspulenmotor 5 wie auch die Welle und andere Teile sind im Inneren
des Nähmaschinenkopfgestells 2 vorgesehen.
[Fadenspanner]
Wie in 2 und 3
gezeigt, schließt der Fadenspanner 3 ein Paar von Spannscheiben
31, 32 ein, um einen Faden zwischen sich aufzunehmen.
Die Spannscheiben 31, 32, die in Scheibengestalt
ausgebildet sind, sind Seite an Seite in der Bewegungsrichtung der einen Spannscheibe
31 an der Vorderseite des Nähmaschinenkopfgestells 2 angeordnet.
An der Seite gegenüber der Seite der Spannscheibe 31, welche ihrerseits
der Spannscheibe 32 gegenüberliegt, ist ein Scheibenpresser
33 angeordnet, der so auf die Spannscheibe 31 drückt, dass
sie sich zur Spannscheibe 32 hin bewegt.
Der Scheibenpresser 33 wie auch die Antriebsstange
4 funktioniert als der Antriebsmechanismus und ist beweglich, um so die
eine Spannscheibe 31 zur anderen Spannscheibe 32 hin oder von
dieser weg zu bewegen. Der Scheibenpresser 33 ist beispielsweise eine Platte
mit drei Vorsprüngen 33a und durch einen Scheibenpresserhalter
34 gehalten, der verhindert, dass sich der Scheibenpresser 33
rund um die Achse dreht. Der Scheibenpresser 33 ist auch durch eine Positionierhülse
35 durch eine Schraube 35a positioniert. Der Scheibenpresserhalter
34 ist an der Antriebsstange 4 durch eine Schraube 34a
gehalten.
Der Scheibenpresser 33 und der Scheibenpresserhalter
34 sind mit einer Schutzabdeckung 36 abgedeckt, die am Scheibenpresserhalter
34 durch eine Schraube 36d befestigt ist.
Eine Fadenspannstange 37, gefertigt aus nichtmagnetischem
Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, ist an dem einen Ende der Antriebsstange
4 durch einen Fadenspannstangenständer 38 und eine Schraube
38a befestigt. Der Grund, warum die Fadenspannstange 37 aus dem
nichtmagnetischen Material gefertigt ist, liegt darin, dass es die Tendenz hat,
das Versagen der Spannscheiben 31, 32 auf Grund des magnetischen
Flusses zu verhindern, der aus dem Schwingspulenmotor 5 austritt, da sie
zwischen den Spannscheiben 31, 32 angeordnet ist, die hauptsächlich
aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise Eisen gefertigt ist, und dem
Schwingspulenmotor 5 angeordnet ist. Die Fadenspannstange 37 und
der Fadenspannstangenständer 38 sind mit einer Fadenaufnehmerfeder
39 versehen. Die Fadenaufnehmerfeder 39 dient insgesamt als einer
Drehfeder. Ein Lager 40 ist durch eine Schraube 38a am Fadenspannstangenständer
38 befestigt. Das Lager 40 ist aus einem nichtmagnetischen Material,
beispielsweise rostfreiem Stahl hergestellt und dient dazu, das eine Ende der Antriebsachse
51 auf der Seite des Fadenspanners 3 zu halten. Eine durchgehende
Öffnung 40a, durch welche hindurch die Antriebsachse 51 beweglich
verläuft, ist in der Mitte des Lagers 40 ausgebildet. Der Grund, warum
das Lager 40 aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist, liegt
darin, dass es die Tendenz hat, ein Versagen der Spannscheiben 31,
32 auf Grund des magnetischen Flusses, der aus dem Schwingspulenmotor
5 austritt, zu verhindern, da es zwischen den Spannscheiben 31,
32, die hauptsächlich aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise
Eisen gefertigt sind, und dem Schwingspulenmotor 5 angeordnet ist.
[Antriebsstange]
Die Antriebsstange 4 ist aus dem nichtmagnetischen Material,
beispielsweise rostfreiem Stahl gefertigt. Die Antriebsstange 4 dient dazu,
den Fadenspanner 3 und den Schwingspulenmotor 5 miteinander zu
verbinden, so dass der Antrieb des Schwingspulenmotors 5 zum Fadenspanner
3 hingeführt wird, wodurch die Fadenspannscheibe 31 angetrieben
wird.
[Schwingspulenmotor]
Wie in 2 und 4
dargestellt, ist der Schwingspulenmotor 5 mit der Antriebsachse
51 versehen, die aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise Eisen
gefertigt ist, durch welches die Antriebsstange 4 hindurch verläuft.
Rund um den Schaft der Antriebsachse 51 herum sind Permanentmagnete
52, 53, 54, 55 Seite an Seite fixiert, und zwar
ausgehend von der Seite des Fadenspanners 3 in der Axialrichtung der Antriebsachse
51, beispielsweise unter Verwendung von Klebstoff. Die Permanentmagnete
52, 53, 54, 55 sind aus einem Seltene-Erde-Material
hergestellt, beispielsweise Neodymium-Magnet oder Samarium/Kobalt-Magnet und, wie
in 5A gezeigt, in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet.
Wie in 5B gezeigt, sind die Permanentmagnete
53, 55 von dem Innenumfang zum Außenumfang hin in Radialrichtung
polarisiert.
Wie in 5C gezeigt, sind die Permanentmagnete
52, 54 vom Außenumfang zum Innnenumfang hin der Radialrichtung
polarisiert.
Auf diese Weise ist das Triebwerk 6 des Schwingspulenmotors
5 mit der Antriebsachse 51 und den daran befestigten Magneten
52, 53, 54, 55 versehen.
Rund um die Achsen der Permanentmagnete 52, 53,
54, 55 herum ist eine zylindrische Wicklungsspule 55,
aus Isolationsgründen aus einem Kunststoffmaterial gefertigt, angeordnet, und
zwar durch einen kleinen Zwischenraum von dem Außenumfang der Permanentmagneten
52, 53, 54, 55 getrennt. Wicklungen
57, 58, 59, 60 sind um die Wicklungsspule
56 herumgewickelt. Diese Wicklungen dienen dazu, einen Steuerstrom für
die Antriebs/Vortriebskraft des Schwingspulenmotors 5 von der Seite des
Fadenspanners 3 aus rund um die Achse herum zu leiten. Durch die Wicklungsspule
56 sind nämlich die Wicklungen 57, 58,
59, 60 durch einen vorbestimmten Abstand von den Permanentmagneten
52, 53, 54, 55 entfernt angeordnet.
Wie in 6 gezeigt, sind die Wicklungen
57, 58, 59, 60 aus einem einzigen Draht ausgebildet.
Die Wicklung 57 ist an der Stelle aufgewickelt, die dem Außenumfang
des Permanentmagneten 52 entspricht; die Wicklung 58 ist an der
Stelle aufgewickelt, die dem Außenumfang des Permanentmagneten 52
entspricht; die Wicklung 59 ist an der Stelle aufgewickelt, die dem Außenumfang
des Permanentmagneten 54 entspricht; und die Wicklung 60 ist an
der Stelle aufgewickelt, die dem Außenumfang des Permanentmagneten
55 entspricht. Somit sind im Schwingspulenmotor 5, wie in
4 gezeigt, magnetische Flüsse Öa, Öb,
Öc ausgebildet, um in der Bewegungsrichtung der Antriebsachse 51 eine
Mehrzahl magnetischer Kreise auszubilden.
Weiterhin sind die benachbarten Wicklungen, konkret gesagt die Wicklung
57 und die Wicklung 58; die Wicklung 58 und die Wicklungen
57, 59; die Wicklung 59 und die Wicklungen
58, 60; und die Wicklung 60 und die Wicklung
59 in Wicklungsrichtungen aufgewickelt, die zueinander entgegengesetzt
sind. Somit sind die magnetischen Flüsse in den Pfeilrichtungen in
6, die in den benachbarten Wicklungen erzeugt werden,
aufgehoben, so dass Änderungen im magnetischen Fluss auf Grund der Induktanz
der Wicklungswindungen im Wesentlichen eliminiert sind. Die Spannung, die von den
Änderungen im magnetischen Fluss auf Grund der Induktanz erzeugt wird, ist
reduziert, so dass das Ansprechen auf Strom verbessert ist.
Die Wicklungsspule 56, um die herum die Wicklungen
57, 58, 59, 60 gewickelt sind, befindet sich
innerhalb eines Spulenjoches 61, das aus dem ferromagnetischen Material,
beispielsweise Eisen gefertigt ist.
Auf diese Weise schließt der Stator 7 des Schwingspulenmotors
5 ein:
Die Wicklungsspule 56, die Wicklungen 57, 58,
59, 60, die um die Wicklungsspule 56 herumgewickelt sind,
und das Wicklungsjoch 61.
Nun erfolgt eine Prüfung des Einflusses des Schwingspulenmotors
5 auf den Fadenspanner 3.
Wie in 7 dargestellt, wird durch Integration
des Fadenspanners 3, des Scheibenpressers 33, der Antriebsstange
4 und des Schwingspulenmotors 5 die Antriebsstange 4
verkürzt, und der Abstand zwischen dem Fadenspanner 3 und dem Schwingspulenmotor
5 wird ebenfalls verkürzt. Wenn der Abstand zwischen dem Fadenspanner
3 und dem Schwingspulenmotor 5 kurz ist, kann der magnetische
Fluss, der im Schwingspulenmotor 5 erzeugt wird, in den Fadenspanner
3 austreten, so dass die Spannscheibe 31 versagt. Da jedoch die
Fadenspannstange 37 und das Lager 40, die zwischen dem Fadenspanner
3 und dem Schwingspulenmotor 5 angeordnet sind, aus dem nichtmagnetischen
Material gefertigt sind, fließt der magnetische Fluss, der im Schwingspulenmotor
5 erzeugt wird, nur schwer zum Fadenspanner 3.
[Federplattenlager]
Wie in 2, 8A,
8B und 9 dargestellt,
wird die Antriebsstange 4 durch das Lager 40 an dem einen Ende
auf der Seite des Fadenspanners 3 gehalten und wird gehalten durch das
Federplatten- oder Plattenfederlager 8 an dem anderen Ende auf der Seite
des Schwingspulenmotors 5.
Das Federplattenlager 8 hält die Antriebsachse
51 an dem Ende auf der Seite des Schwingspulenmotors 5, die gegenüber
dem Fadenspanner entfernt gelegen ist. Das Ende der Antriebsachse 51 ist
durch ein im Wesentlichen kreisförmiges Hilfslager 90 geführt,
das aus dem nichtmagnetischen Material, beispielsweise rostfreiem Stahl gefertigt
ist und eine Durchgangsöffnung hat, durch welche die Antriebsachse
51 in der Mitte hindurchtritt. Das Hilfslager 19 ist in die Wicklungsspule
56 eingepasst und durch sie gehalten. Das Hilfslager 19 funktioniert
als ein Lager, welches das Federplattenlager 8 unterstützt.
Wie in 8B und 9
gezeigt, verläuft die Antriebsachse 51 durch eine Unterlegscheibe
91 und auch einen Zwischenscheibenring 92, der, von vorne gesehen,
in einer C-Gestalt ausgebildet ist. Weiterhin verläuft die Antriebsachse
51 durch eine Öffnung, die in der Mitte des Federplattenlagers
8 ausgebildet ist und ferner durch eine Abdeckung 93, welche das
Federplattenlager 8 zusammen mit dem Zwischenscheibenring 92 zwischen
sich aufnimmt. Eine Unterlegscheibe 94 ist über die Antriebsachse
51 von einer gegenüberliegenden Seite des Federplattenlagers
8 her aufgepasst und durch eine Mutter 95 befestigt. Der Bereich
der Antriebsachse 51, der mit der Mutter 95 in Eingriff ist, ist
mit einem Gewinde versehen.
Wie in 8C und 9
gezeigt, ist das Federplattenlager 8 aus dem nicht-magnetischen Material,
beispielsweise rostfreiem Stahl gefertigt, und in einer kreisförmigen Gestalt
ausgebildet. Das Federplattenlager 8 schließt ein: einen äußeren
Randteil 81, der an der Wicklungsspule 56 befestigt ist; einen
Fixierteil 82, der an der Antriebsachse 51 befestigt ist; und
eine Mehrzahl von Verbindungsteilen 83, welche den Fixierteil
82 und den äußeren Randteil 81 miteinander verbinden
und so geformt sind, dass ihr Verbindungsteil mit dem Fixierteil 82 und
ihr Verbindungsteil mit dem äußeren Randteil 81 einander gegenüberliegen,
um so den Fixierteil 82 zwischen sich aufzunehmen. Diese Verbindungsteile
83 sind in der gleichen Richtung ausgebildet, so dass sie miteinander nicht
in Kontakt kommen, nämlich in einer so genannten Wirbelgestalt.
[Wirkung des Federplattenlagers durch den Schwingspulenmotor]
Wenn die Wicklungen 57, 58, 59,
60 des Schwingspulenmotors 5 mit Energie gespeist werden, fließt
ein Strom durch jede der Wicklungsteile des Schwingspulenmotors 5, die
in Serie verbunden sind. Entsprechend Fleming's Linke-Hand-Regel, erzeugt das Magnetfeld
der Permanentmagneten 52, 53, 54, 55 der Antriebsachse
51 und der Strom der Wicklungen 57, 58, 59,
60 eine Schubkraft entlang der Axialrichtung der Antriebsachse
51. Somit bewegt sich der Fixierteil 82 des Federplattenlagers
8, das an der Antriebsachse 51 befestigt ist, zusammen mit der
Bewegung der Antriebsachse 51 in derselben Richtung. Wie in 8B
und 8C dargestellt, bewegt sich, da der äußere
Randteil 81 des Federplattenlagers 8 zwischen dem Zwischenscheibenring
92 und der Abdeckung 83 gehalten und durch das Wicklungsjoch
61 durch Verstemmen gehalten ist, lediglich der Fixierteil 82
des Federplattenlagers B. Während der Bewegung verbiegen sich die Verbindungsteile
83 (wirbelförmiger Teil) des Federplattenlagers 8, so dass
lediglich der Fixierteil 52 in der Mitte des Federplattenlagers
8 verschoben werden kann.
[Hysteresis-Einfluss der Reibungskraft und Schubkraft durch das Lager und
die Antriebsachse in einem linearen Betätiger]
14A bis 14C sind Ansichten
mit der Darstellung des Aussehens und des Aufbaus eines Solenoids, das allgemein
als ein linearer Betätiger, beispielsweise als ein Schwingspulenmotor dient.
Ein Betätiger 200 schließt ein: ein zylindrisches Gehäuse
201, eine Wicklung 206, eine Basis 203, einen Kolben
205, ein Luftspaltdistanzstück 207 und einen E-Ring
208. Das Gehäuse 208 dient als ein Wicklungsjoch und ist
aus dem ferromagnetischen Material, beispielsweise Eisen gefertigt. Die Wicklung
206 ist in einer Richtung gewickelt. Die Basis 203 hat eine konische
Nut, die an der Mitte ausgebildet ist, um den Hub zu verlängern. Der Kolben
205 besitzt an seinem einen Ende eine konische Zuspitzung, die so ausgebildet
ist, dass sie an die kegelförmige Nut der Basis 203 angepasst ist,
und das andere Ende besitzt eine Nut zur Verbindung mit einer Scheibe, welche durch
die Schubkraft des Solenoids 200 bewegt werden soll, und eine Öffnung
zur Befestigung eines Stiftes. Der Kolben 205 ist aus dem ferromagnetischen
Material gefertigt. Das Luftspaltdistanzstück 207 ist befestigt, um
einen Stoßschall während des Betriebs zu vermindern und den Einfluss des
Restmagnetismus während der Wiederherstellung (Restaurierung) zu reduzieren.
Der E-Ring 208 ist zur Verhinderung eines Kontaktes mit dem Kolben
205 befestigt. Die Wicklung 206 ist rund um die Wicklungsspule
204 herumgewickelt.
15 ist eine charakteristische Graphik der Schubkraft
relativ zu einem Strom, wenn der Strom, der durch das Solenoid 200 fließt,
vergrößert oder verringert wird. Wenn der durch das Solenoid
200 fließende Strom erhöht wird, wächst die Schubkraft entlang
der Linie während des Anstiegs in der Graphik von 15
an. Wenn der durch das Solenoid fließende Strom verringert wird, nimmt die
Schubkraft entlang der Linie während des Abfallens in der Graphik von
15 ab. In diesem Falle ist zwischen dem Verlauf während
des Anstiegs und des Abfalls ein Unterschied, selbst wenn der Strom derselbe ist.
Insbesondere ist die Schubkraft größer während des Abfallens als
während des Anstiegs. Zusätzlich wächst der Unterschied im Strom
zwischen dem Verlauf während des Anstiegs und während des Abfallens, wenn
sich der fließende Strom erhöht.
Nun wirkt die Reibungskraft in einer Richtung, welche der Bewegungsrichtung
des Kolbens 205 entgegengerichtet ist. Wenn sich deshalb die Bewegungsrichtung
ändert, ändert sich auch die Richtung, in welcher die Reibungskraft wirkt.
In einem Instrument zum Messen der Schubkraft, ist hauptsächlich
eine Methode des Messens der Verschiebung einer Feder anerkannt. Wenn deshalb die
gemessene Schubkraft anwächst, kontrahiert sich die Feder. Wenn die gemessene
Schubkraft abnimmt, expandiert die Feder. Deshalb bewegt sich gemäß dem
Anwachsen oder Abnehmen in der Schubkraft der bewegliche Teil der zu messenden Scheibe,
obwohl deren Verschiebung gering ist.
Während der durch das Solenoid 200 fließende Strom
anwächst, bewegt sich die Scheibe in der Anstiegsrichtung, so dass die Reibungskraft
entgegen der Anstiegsrichtung wirkt. Die Schubkraft, die als die Schubkraft des
Solenoids 200 gemessen wird, wird ausgedrückt als
gemessene Solenoidschubkraft = Solenoidschubkraft – Reibungskraft.
Somit wird die gemessene Schubkraft des Solenoids 200 im
Vergleich mit dem Falle ohne Reibung klein.
Die obige Gleichung bedeutet auch, dass dann, wenn die Solenoidschubkraft
die Reibungskraft nicht übersteigt, sie nicht als wirkliche Schubkraft in Erscheinung
tritt. Selbst wenn daher der Antriebsstrom während des Betriebs fließt,
wird ein Zeitunterschied für die wirkliche Schubkraft angenommen, die als eine
Fadenspannung erscheint. Dementsprechend ist es wesentlich, die Reibungskraft, die
während eines hohen Geschwindigkeitsvorgangs einwirkt, herabzusetzen, wodurch
der Zeitunterschied reduziert wird, der erforderlich ist, um die tatsächliche
Schubkraft zu erzeugen.
Während als Nächstes der im Solenoid fließende Strom
abnimmt, wird die Bewegungsrichtung der Zielscheibe auf Grund der Reduzierung in
der Schubkraft umgekehrt. Somit wird auch die Richtung der Reibungskraft umgekehrt.
Deshalb wird die Schubkraft, die als die Schubkraft des Solenoids gemessen wird,
ausgedrückt als
gemessene Solenoidschubkraft = Solenoidschubkraft + Reibungskraft.
Dementsprechend wird die gemessene Schubkraft des Solenoids
200 groß wie der Fall mit keiner Reibung.
Wenn aus dem oben beschriebenen Grund Reibung vorliegt, ist die Richtung,
in welcher die Reibungskraft wirkt, verschieden zwischen dem Fall, in dem der fließende
Strom anwächst und dem Fall, in dem der fließende Strom abnimmt, so dass
ein Unterschied in der gemessenen Schubkraft hervorgerufen wird. Dies erscheint
als die Hysteresis-Charakteristik der Schubkraft. Im Solenoid 200 wächst
auch eine magnetische Saugkraft an, wenn der fließende Strom anwächst.
Als Ergebnis folgt: Da die Reibungskraft mit dem Gleitlager des Kolbens
205 anwächst, wächst auch die Hysteresis-Größe der
Schubkraft.
16A und 16B sind Graphiken,
welche die Hysteresis-Charakteristik der Fadenspannung zeigen, wenn das Solenoid
200 verwendet wird.
Wie im Zusammenhang mit 15 beschrieben,
ergibt selbst bei dem gleichen fließenden Strom die Schubkraft des Solenoids
200 einen Unterschied zwischen dem Fall, wenn der Strom erhöht wird
und dem Fall, wenn der Strom abnimmt, die Schubkraft hat nämlich die so genannte
Hysteresis-Charakteristik. Deshalb ergibt in der Fadenspannvorrichtung unter Benutzung
des Solenoids 200 mit der Hysteresis-Charakteristik die Fadenspannung in
gleicher Weise die Hysteresis-Charakteristik. 16A illustriert
eine solche Situation. 16A illustriert die Tatsache,
dass es einen Unterschied in der Fadenspannung gibt zwischen dem Fall, in dem sich
der fließende Strom erhöht, und dem Fall, in dem sich der fließende
Strom erniedrigt, selbst bei dem gleichen fließenden Strom.
17 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Gegenmaßnahme
für die Hysteresis der Fadenspannung in der Fadenspannvorrichtung unter Benutzung
des Solenoids 200 mit der Hysteresis-Charakteristik. Da es einen Unterschied
gibt in der Fadenspannung zwischen dem Fall, in dem der fließende Strom anwächst,
und dem Fall, in dem der fließende Strom abnimmt, und zwar selbst bei dem gleichen
fließenden Strom, wird in dieser Gegenmaßnahme, um die Fadenspannung zu
reduzieren, der fließende Strom einmal auf einen Stromwert R1 abgesenkt, der kleiner
als ein Stromwert Q1 ist, der die Sollspannung Y2 ergibt, und anschließend
auf den Stromwert Q1 abgesenkt, so dass sich die Fadenspannung der Sollspannung
Y2 nähert. Dies verwendet die Charakteristik, dass in der gleichen Anwachsrichtung
eine gute Reproduzierbarkeit der Fadenspannung mit dem gleichen fließenden
Strom erhalten wird. [Reibungskraft mit der Antriebsachse, wenn das Federplattenlager
verwendet wird]
10 ist eine Ansicht mit der Darstellung eines strukturellen
Analysemodells des Federplatten- oder Plattenfederlagers. In diesem Modell sind
die Lager, welche beide Enden der Antriebsachse 51 der Fadenspannvorrichtung
1 abstützen, ein Gleitlager 40 an einem Ende und ein Federplattenlager
8 am anderen Ende. Der Schwerpunkt in 10 bezieht
sich hauptsächlich auf den Schwerpunkt des Triebwerks 6 des Schwingspulenmotors
5.
11 ist eine Ansicht mit der Darstellung eines strukturellen
Analysemodells des Gleitlagers, in welchem die Lager, die beide Enden der Antriebsachse
51 der Fadenspannvorrichtung 1 abstützen, Gleitlager
40 sind. Der Schwerpunkt in 11 bezieht sich
hauptsächlich auf den Schwerpunkt des Triebwerks 6 des Schwingspulenmotors
5.
12 ist eine Ansicht eines Analysemodells zur Berechnung
des Federkoeffizienten einer Plattenfeder (Blattfeder). Es wird angenommen, dass
die Dicke der Plattenfeder H ist, ihre Breite ist B, ihre Haltelänge ist L
und die auf sie aufgebrachte Last ist P.
13 ist eine Ansicht eines vereinfachten Modells des
in 12 gezeigten Aufbaus. Es wird angenommen, dass die
auf die Plattenfeder aufgebrachte Last P und das Verbiegungsausmaß in diesem
Zeitpunkt ó ist.
11 zeigt das Modell, in welchem die Lager an beiden
Enden der Fadenspannvorrichtung Gleitlager sind.
Auf der Basis der in 11 dargestellten
Beziehung ergibt sich:
Mg = Fc + Fd
Fc × La = Fd × Lb
Unter der Annahme, dass die Belastung in Hubrichtung Fh1 ist, ergibt
sich
Fh1 = &mgr; × Fc + &mgr; × Fd = &mgr; × (Fc + Fd) = &mgr;
× Mg
Aus dieser Beziehungsgleichung ist ersichtlich, dass durch Reduzierung
der Masse oder des Reibungskoeffizienten &mgr; die Belastung Fh1 in Hubrichtung
reduziert werden kann. Es sollte beachtet werden, dass – da es ein Limit
in der Reduzierung der Masse M oder des Reibungskoeffizienten &mgr; gibt –
es schwierig ist, die Belastung so zu reduzieren, dass ein bestimmtes Limit überschritten
wird.
10 zeigt das strukturelle Analysemodell des Federplattenlagers.
In diesem Modell ist das eine Ende der Antriebsachse 51 durch das Federplattenlager
8 gehalten und das andere Ende ist durch das Gleitlager 40 gehalten.
Auf der Basis der in 10 dargestellten
Beziehung ergibt sich:
Mg = Fa + Fb
Fa × La = Fb × Lb
Unter der Annahme, dass die Belastung in Hubrichtung Fh2 und die Verschiebung
in Hubrichtung S ist,
Fh2 = &mgr; × Fa + K × S
Wenn sowohl die Federkonstante K und die Verschiebung S klein sind
(&mgr; × Fc » K × S), ergibt sich:
Fh2 ≅ &mgr; × Fa
Nunmehr wird zur Vereinfachung angenommen, dass La = Lb = L/2 ist,
dann ergibt sich Fa = Fb = Mg/2
(Fc = Fd = Mg/2 im Falle des in 11 dargestellten Modells).
Somit ergibt sich: Fh2 ≅ &mgr; × Fa = &mgr; ×
Mg/2
Dementsprechend im Vergleich zwischen dem Fall unter Benutzung des
Federplattenlagers 8 und dem Fall unter Benutzung lediglich der Gleitlager
40, (unter Benutzung des Federplattenlagers und des Gleitlagers):
(unter Benutzung lediglich der Gleitlager) = Fh2 : Fh1 = S : 1
Auf diese Weise ist in dem Fall einer Benutzung des Federplattenlagers
und des Gleitlagers die Belastung in der Hubrichtung halb so groß. Im Ergebnis
kann die Größe der Hysteresis der Schubkraft auf Grund der Reibung halb
so groß gemacht werden. Nebenbei bemerkt: Wenn beide Enden der Antriebsachse
51 lediglich durch die Federplattenlager 8 gehalten werden, kann
die Belastung in Hubrichtung zu null gemacht werden. Da jedoch im Allgemeinen das
Gleitlager 10 im Hinblick auf die Kosten und den Einbauraum bevorzugt wird,
wird das Federplattenlager 8 lediglich an dem einen Ende der Antriebsachse
verwendet. Auch in diesem Falle kann die Belastung in der Hubrichtung
in befriedigender Weise reduziert werden. Wenn ferner der Schwerpunkt an der Seite
des Federplattenlagers 8 angeordnet wird, kann die obige Belastung, ausgehend
von der Hälfte, weiterhin reduziert werden.
[Federkonstante auf Grund der Gestalt des Federplattenlagers]
Wie im Zusammenhang mit der Berechnung der Belastung in der Hubrichtung
beschrieben, ist es erwünscht, dass die Federkonstante des Federplattenlagers
8 klein ist. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Form des Federplattenlagers
8 so zu gestalten, dass die Federkonstante so klein wie möglich ist.
12 und 13 illustrieren
ein vereinfachtes Modell des Federplattenlagers 8.
Im Falle der in 12 dargestellten Form
werden unter der Annahme, dass der Yung'sche Modul = E ist, dass Querschnittssekundärmoment
I und das Verbiegungsausmaß &sgr; durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
I = B × H3/12
&sgr; = P × L3/(48 × E × I)
Hierin ist B die Breite der Plattenfeder, H ist deren Dicke, L ist
deren Haltelänge und P ist ihre Belastung.
Auf der Basis dieser Gleichung kann unter der Annahme, dass P = k
× &dgr; ist, die Federkonstante K erhalten werden als k = 4 × E ×
B × (H/L)3.
Deshalb ist es zu einer Reduzierung der Federkonstanten k wichtig,
die Breite B der Plattenfeder (Blattfeder), deren Dicke H zu verringern und deren
Länge L zu erhöhen. Weiter ist es unter Beachtung des Einflusses der dritten
Potenz der Dicke H und Länge L zur Verringerung von Variationen in der Federkonstante
auch wichtig, die Dicke H und die Länge L genau zu bestimmen.
Wenn die Zwischenscheibe, die für eine Dickeneinstellung benutzt
wird, als ein Material des Federplattenlagers 8 verwendet wird, kann das
Federplattenlager 8 mit der kleinen Federkonstante mit hoher Genauigkeit
hergestellt werden.
[Größenverringerung der Fadenspannvorrichtung]
Die Fadenspannvorrichtung 1 verringert zuerst die Größe
des Schwingspulenmotors 5 für dessen Größenverringerung.
Wie in 7 dargestellt, benutzt der Schwingspulenmotor
5 die Permanentmagnete 52, 53, 54,
55, die in Radialrichtung polarisiert sind.
Im Bereich, in dem die Fadenspannvorrichtung 1 in die Nähmaschine
M eingebaut wird, ist der Querschnittsbereich, der einen Einbau der Fadenspannvorrichtung
1 gestattet, im Hinblick auf eine Störung mit anderen Bauteilen klein.
Aus diesem Grund muss der Schwingspulenmotor 5 in einer Formlänge
in Axialrichtung der Antriebsachse 51 ausgebildet werden. Wo der Schwingspulenmotor
5 in einer Formlänge in der Axialrichtung der Antriebsachse
5 ausgebildet ist, müssen die Querschnittsbereiche der Permanentmagnete
52, 53, 54, 55 des Schwingspulenmotors
5 und die Wicklungen 57, 58, 59, 60
ebenfalls klein sein. Im Hinblick hierauf ist es vorzuziehen, Permanentmagnete
52, 53, 54, 55 zu verwenden, die in Radialrichtung
polarisiert sind, was einen großen Oberflächenbereich des magnetischen
Kreises in der Bewegungsrichtung der Antriebsachse 51 ergibt. Dies gilt
deswegen, weil die magnetische Feldoberfläche durch Vergrößerung
der Länge der Permanentmagneten 52, 53, 54,
55, die in Radialrichtung polarisiert sind, vergrößert werden
kann. Da jedoch der magnetische Fluss in einer magnetischen Schleife im magnetischen
Kreis in der Größe der magnetischen Sättigung auf Grund des Querschnittsbereichs
beschränkt ist, muss die Anzahl der Schleifen des magnetischen Flusses in Bewegungsrichtung
der Antriebsachse 51 erhöht werden, um die Schubkraft auf eine gewünschte
Spezifizierung derselben zu steigern.
Weiterhin sind im Schwingspulenmotor 5 die Permanentmagnete
52, 53, 54, 55 auf der Seite des Triebwerks
6 angeordnet, und die Wicklungen 57, 58. 59,
60 sind auf der Seite des Stators 7 angeordnet. Beim Einstellen
der Fadenspannung bewegen sich deshalb lediglich die Permanentmagnete
52, 53, 54, 55, und die Leitungsdrähte
der Wicklungen 57, 58, 59, 60 bewegen sich nicht
und es ergibt sich so kein Problem eines Drahtbruchs.
Die Wicklungen 57, 58, 59, 60
des Stators 7 sind unmittelbar innerhalb des Wicklungsjoches
61 angeordnet, und das Wicklungsgehäuse 61, das als das Gehäuse
des Schwingspulenmotors 5 dient, ist in das Nähmaschinenkopfgestell
2 eingebaut. Daher muss die in den Wicklungen 57, 58,
59, 60 erzeugte Wärme in geeigneter Weise von dem Wicklungsjoch
61 zum Nähmaschinenkopfgestell 2 abgeleitet werden. Dies
gibt eine gute Wärmezerstreuung, die zu einer Verbesserung der Schubkraft des
Schwingspulenmotors 5 führt.
Für seine Größenverringerung macht die Fadenspannvorrichtung
1 den Fadenspanner 3, den Scheibenpresser 33, die Antriebsstange
4 und den Schwingspulenmotor 4 einteilig, so dass ihr Verbindungsbereich
so klein als möglich gemacht ist.
Wenn der Fadenspanner 3 und der Schwingspulenmotor
5 einteilig ausgebildet werden, um den Abstand zwischen ihnen zu verringern,
kann der magnetische Fluss, der aus dem Schwingspulenmotor 5 austritt,
auf den Fadenspanner 3 Einfluss nehmen. Um diesen Einfluss des Austritts
von magnetischem Fluss zu verhindern, ist es erforderlich, den magnetischen Kreis
zu betrachten.
Wie in 7 gezeigt, gibt es an beiden Enden
in der Bewegungsrichtung der Antriebsachse 51 des Schwingspulenmotors
5 den Austritt von magnetischem Fluss. Es gibt nämlich eine magnetische
Kraftlinie 502 nahe einer magnetischen Kraftlinie 504, die ein
Basisteil eines magnetischen Kreises des Schwingspulenmotors 5 ist, und
eine magnetische Kraftlinie 501, die nur geringfügig weit von der
magnetischen Kraftlinie 504 entfernt ist. In dem Bereich, bis zu welchem
die magnetische Kraftlinie reicht, wird eine magnetische Saugkraft erzeugt. Wo die
magnetische Saugkraft auf die Spannscheiben 31, 32 einwirkt, ziehen
die Spannscheiben 31, 32, die allgemein aus dem ferromagnetischen
Material gemacht sind, beispielsweise aus Eisen, einander an, wodurch es schwierig
gemacht ist, die Fadenspannung zu steuern. Als die einfachste Gegenmaßnahme
gibt es ein Verfahren, alle Bauteile der Fadenspanneinrichtung 3 aus dem
nichtmagnetischen Material, beispielsweise rostfreiem Stahl zu fertigen. Im Hinblick
auf Festigkeit, Abriebwiderstand und Kosten können jedoch ihre meisten Bauteile
nicht aus dem nichtmagnetischen Material gefertigt werden. Deshalb sind die Bauteile
nahe dem Schwingspulenmotor 5 hauptsächlich aus dem nichtmagnetischen
Material gemacht. In 7 sind von den Bauteilen der Fadenspannvorrichtung
3, die in 3 gezeigt ist, das Gleitlager
40 und die Fadenspannstange 37 aus dem nichtmagnetischen Material
gefertigt. Die Antriebsstange 4, die in 2
dargestellt ist, ist ebenfalls aus dem nichtmagnetischen Material hergestellt.
Wenn diese Bauteile aus dem nichtmagnetischen Material gefertigt werden,
verlaufen mit Ausnahme des magnetischen Flusses 501, der durch den Fadenspannstangenständer
38 erzeugt wird, selbst wenn die Antriebsachse 51 sich der Seite
des Fadenspanners 3 annähert, da keine Komponente des fer romagnetischen
Materials innerhalb des Abstandes zwischen den Permanent magneten 52,
53, 54, 55 und dem Wicklungsjoch 61 vorliegt,
nahezu die gesamten austretenden magnetischen Flüsse in der Nähe der magnetischen
Kraftlinie 502. Dies reduziert den Einfluss der magnetischen Saugkraft
an der Seite des Fadenspanners 3.
[Magnetisches Feld, welches durch die Wicklungen erzeugt wird]
Wenn die Wicklungen 57, 58, 59,
60 mit Energie gespeist werden, wie in 6 dargestellt,
wird in jeder der Sektionen der Wicklungen 57, 58, 59,
60 der magnetische Fluss erzeugt. Da die Spulenwicklungsrichtung zwischen
den benachbarten Wicklungen 57, 58, 59, 60 verschieden
ist, ist zwischen ihnen auch die Richtung des erzeugten magnetischen Feldes entgegengesetzt.
Da die Wicklungen 57, 58, 59, 60 direkt durch
einen einzigen Draht verbunden sind, sind die Ströme zur Energieeinpeisung
gleich. Im Allgemeinen sind die jeweiligen Abschnitte mit der gleichen Windungszahl
gewickelt, da die magnetischen Felder in den jeweiligen Wicklungsabschnitten ebenfalls
gleich sind. Da dementsprechend die Richtungen der magnetischen Felder; welche durch
die benachbarten Wicklungen 57, 58, 59, 60 mit
der gleichen Größe erzeugt werden, entgegengesetzt sind, werden sie aufgehoben,
so dass das Magnetfeld von den gesamten Wicklungen verschwindet.
Unter der Annahme, dass die Zeit mit t, der Wicklungswiderstand mit
R, der Wicklungsstrom mit I (t), die an die Wicklung angelegte Spannung mit V (t),
das von der Wicklung erzeugte Magnetfeld mit &PHgr; und die Induktanz der Wicklung
mit L bezeichnet wird, gilt:
v(t) = R x I(t) + d&PHgr;/dt(wo &PHgr; = L × I(t))
Da die magnetischen Felder zwischen den Spulenabschnitten aufgehoben
werden, gilt offensichtlich: d/dt ≅ 0.
Wenn dies auf obige Gleichung angewandt wird, gilt:
d&PHgr;/dt = L × dI (t)/dt ≅ 0
Da jedoch der Strom I ansteigt, gilt dI/dt ≠ 0 und somit ist
L ≅ 0.
Da nämlich offensichtlich die Induktanz L jeder der Wicklungen
57, 58, 59, 60 vermindert ist, wird &tgr;
= L/R, was eine elektrische Zeitkonstante ist, vermindert und somit wird das Ansprechen
auf den Strom verbessert.
Da ferner die Wicklungen 57, 58, 59,
60 aus einem einzigen magnetischen Draht hergestellt sind, bleibt der Strom
in jeder Position gleich. Solange deshalb die Anzahl der Windungen der Wicklungsabschnitte
in der gleichen Wicklungsrichtung gleich sind, kann das ganze Wicklungsmagnetfeld
aufgehoben werden. Selbst wenn deshalb alle Windungsanzahlen in den Wicklungsabschnitten
nicht gleich sind, kann der obige Effekt erhalten werden.
In den beiden Wicklungsabschnitten 58, 59 in der
Mitte des Wicklungsbereichs im Schwingspulenmotor 5 wirkt ständig
das magnetische Feld der Permanentmagneten 52, 53, 54,
55. Jedoch tragen die beiden Wicklungsabschnitte 57,
60 an beiden Enden zur Schubkraft lediglich bei, wenn sich die Antriebsachse
51 in ihrer einen Richtung bewegt. Wenn deshalb die Anzahl von Windungen
der Wicklungen 57, 58, 59, 60 reduziert wird,
tritt eine Reduzierung in der Schubkraft nur schwer ein. Somit kann durch Herabsetzen
der Windungsanzahl in beiden Wicklungsabschnitten 57, 60 der Gesamtwiderstand
der Wicklungen 57, 58, 59, 60 herabgesetzt werden.
Durch Einsatz des Federplattenlagers 8 als wenigstens eines
der Lager für die Antriebsachse 51 kann eine Reibung zwischen der
Antriebsachse 51 und dem Lager reduziert werden, und die Hysteresis der
Antriebskraft auf Grund der Reibungskraft kann vermindert werden, so dass Veränderungen
in der Schubkraft in Schubkraftrichtung der Fadenspannvorrichtung 1 beseitigt
werden können. Falls weiterhin beide Halterungen für die Antriebsachse
51 von den Federplattenlagern 8 gebildet werden, verschwindet
die Hysteresis der Schubkraft auf Grund der Reibungskraft, so dass Veränderungen
in der Schubkraft in Schubkraftrichtung der Fadenspannvorrichtung beseitigt werden
können.
Selbst wenn die Bearbeitungsgenauigkeit und die Temperatur des Federplattenlagers
18 sich ändern, wird die Hysteresis-Charakteristik der Schubkraft
nicht hervorgerufen, so dass die Reproduzierbarkeit der Fadenspannung ohne Veränderung
aufrechterhalten wird.
Da der Einfluss der Reibungskraft zwischen der Antriebsachse
51 und dem Federplattenlager 8 sehr gering ist, kann die Spannung
bei einem sehr kleinen Wert eingestellt werden.
Da es keinen Einfluss auf die stationäre Reibung gibt, kann die
Verzögerung in der Startzeit des Schwingspulenmotors 5 eliminiert
werden, so dass das Ansprechen der Fadenspannvorrichtung 1 gesteigert werden
kann.
Entsprechend dem beweglichen Bereich wird der Einfluss durch die Reduzierung
in der Schubkraft auf Grund der Reaktionskraft des Federplattenlagers
8 hervorgerufen. Jedoch kann durch vorheriges Messen der Federkonstanten
und genaues Korrigieren der Reduktion in der Schubkraft durch eine Steigerung im
Antriebsstrom die Fadenspannung entsprechend einem Steuerwert des Antriebsstroms
des Schwingspulenmotors 5 gesteuert werden.
Die Hysteresis-Charakteristik auf Grund der Reibungskraft kann eliminiert
werden ohne Gegenmaßnahme wie Reduzierung in der Masse des Triebwerks
6, so dass der Antriebsvorgang im Schwingspulenmotor 5 nicht beeinflusst
wird.
Da das Federplattenlager 8 keine Abriebskomponente hat, kann
die Qualität des Schwingspulenmotors 5 während einer langen Zeit
aufrecht erhalten werden. Es ist unnötig zu sagen, dass ein Bauteilaustausch
nicht erforderlich ist.
Da die benachbarten Wicklungen in entgegengesetzten Richtungen gewickelt
sind, können die magnetischen Felder, die durch Energieeinspeisung in die Wicklungen
erzeugt werden, aufgehoben werden. Somit ist die Änderung in dem magnetischen
Feld immer klein, so dass die scheinbare Induktanz der Wicklungen ebenfalls klein
ist. Dementsprechend wird auf Grund der Reduzierung der elektrischen Zeitkonstante
das Ansprechen auf den Strom verbessert, und es wird das Ansprechen des Schwingspulenmotors
5 verbessert.
Da der Schwingspulenmotor 5 vom Typ des beweglichen Magneten
ist, liegen die Wicklungen 57, 58, 59, 60 auf
der Seite des Stators 7. Dies ergibt eine gute Wärmeverteilung, so
dass eine Verringerung der Baugröße und eine hohe Schubkraft in der Fadenspannvorrichtung
realisiert werden können.
Da das Kabel zur Stromzuführung sich auf der Seite des Stators
7 befindet und am Triebwerk 6 kein Kabel vorgesehen ist, braucht
ein Drahtbruch nicht befürchtet zu werden, so dass der Schwingspulenmotor eine
exzellente Zuverlässigkeit besitzt.
Durch Integrierung des Schwingspulenmotors 5 und des Fadenspanners
3 derart, dass die Fadenspannvorrichtung auf eine kleine Größe
gebracht wird, kann der Flexibilitätsgrad bei der Einbauposition gesteigert
werden, wenn die Fadenspannvorrichtung in das Nähmaschinenkopfgestell
2 eingebaut wird.
Dort, wo der Schwingspulenmotor 5 und der Fadenspanner
3 integriert sind, kann die Fadenspannvorrichtung leicht am Nähmaschinengestell
2 befestigt oder von ihm entfernt werden.
Da der Bauteil relativ zum Austritt des magnetischen Flusses aus dem
nichtmagnetischen Material gebildet wird, besteht kein Einfluss des Magnetismus,
beispielsweise der magnetischen Saugkraft.
Da die Permanentmagneten 52, 53, 54,
55 in der Radialrichtung polarisiert verwendet werden, ist das Austreten
von Magnetismus in der Axialrichtung geringer als in dem Fall, in dem die Permanentmagneten
in der Axialrichtung der Antriebsachse 51 polarisiert sind. Somit reduziert
dies den Einfluss des Magnetismus auf die Bauteile des Fadenspanners 3
und weitere Nähmaschinenbauteile.
Zusätzlich ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt
auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel. Beispielsweise sind die Anzahl
der Permanentmagnete und die Anzahl der Windungen der Wicklungen
optional und können frei gewählt werden. Insbesondere werden im obigen
Ausführungsbeispiel drei Magnetflussschleifen vorgesehen, um die Schubkraft
zu verbessern. Jedoch kann innerhalb des zulässigen Bereiches der Dimensionsspezifizierung
die Anzahl der magnetischen Flussschleifen erhöht werden. Umgekehrt kann dort,
wo die Fadenspannung klein sein kann, die Anzahl der Magnetflüsse reduziert
werden.
Weiterhin kann, wie in 18A,
18B und 19 gezeigt, das
Federplattenlager 10 aus dem nichtmagnetischen Material, beispielsweise
rostfreiem Stahl gefertigt werden und kann einschließen: einen äußeren
Randteil 101, der am Stator befestigt ist, einen abgebogenen Teil
102, der zum Ende der Antriebsachse 51 hin gebogen ist, und einen
Fixierteil 103, der auf den abgebogenen Teil 102 folgt und an
der Antriebsachse 51 befestigt wird. Wenn das Federplattenlager
10 in dieser Konfiguration ausgebildet wird, wird das Zentrum des Fixierteils
103 durch die Schubkraft der Antriebsachse 51 des Schwingspulenmotors
5 verschoben. Da der äußere Randteil 101 des Federplattenlagers
10 zwischen dem Zwischenscheibenring 92 und der Abdeckung
93 gehalten und durch das Wicklungsjoch 61 durch Verstemmung fixiert
ist, werden die Mitte 103a des Befestigungsteils 103, der die
Mitte des Federplattenlagers 10 bildet, und abgebogene Teil 102
unter einem Moment gekrümmt beweglich und dienen als ein Lager.
Nebenbei bemerkt, wenn, wie in 19 dargestellt,
der Fixierteil 103 in Quadratform ausgebildet wird, kann das Federplattenlager
10 gegen Verwindung widerstandsfähig gemacht werden.
Während die Beschreibung in Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung erfolgte, ist es dem Fachmann offensichtlich, dass verschiedene
Abwandlungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne von der
vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist deshalb beabsichtigt, in den beigefügten
Ansprüchen alle solchen Abwandlungen und Modifikationen, die unter den wahren
Geist und in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen, abzudecken.