ミシン針の布貫通力に影響を及ぼす縫製条件

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38

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49-56(1990) 武康川女子大紀要(自然科学)

、シン針の布貫通力に影響を及ぼす縫製条件

川 西 定 子

(武庫川

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女子大学家政学部被服学科)

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of Economics

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Wp• 4-5 ・

緒 言

縫製作業では， ミシン針による被縫布への機械的な 館態による損傷や，針と被縫布との摩擦による針温度 の上昇に起関するミシン糸の溶融切れや被縫布の溶融 穴の発生等の縫製欠陥を生ずることがある この対策 を行うために布貫通カト9)及びミシン針の温度9-15) の測定，解析が行われている. 貫通力の測定は，ヲ!張り試験機を利用する3. 9) ミシンの針棒に検出器を取付ける4) 縫製布がミシ ン針から受ける力をミシンの針板部分で検出する5) 等の方法で行われ，針の貫通速度，針の太さ，形状， 布の性質，重ね枚数が貫通力に及ぼす影響が報告され ている. 前報3)では引張試験機を

F

おいて，低速域で貫通， 引抜きカを測定した.その結果，貫通，引抜きカ胎線 で簡まれる機械的仕事のうち，約70"10は貫通仕事で 占められていた. 本研究では，池上ら51と向様に，布がミシン金

i

か ら受けるカをミシンの針板相当板部分で検出する方式 を用い，ソレノイドを利用して，実際の縫製作業に近 い食通速度で駆動する布貫通力測定機を試作した.こ の測定機を用いて，貫通力および貫通仕事に及ぼす布 の重ね枚数，針径，童!の先端形状について検討した. 本実験の貫通速度は前報31の延長線上にあり，試料 布や金-1の種類等笑殺の範聞を広げて行った結果から得 られた基礎的知見を報告する.

試作機の概要と実験方法

1 .試作した布貫通力測定機の概要および実験方法 試作機の概要を模式的に

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i

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.

1

(

a

)

に，民通力検出 部分の写真を

F

i

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.

1

(

b

)

に示す.本報では，針が布を 貫通するとき，針に加わる布貫通カヨピ針板相当板の変、 形により検出する方法を採用している.このために， 針板椴当板

(

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l

(

b

)

の写真では⑬の下方部分)を カ計⑬として用いた.カ計(悶脊振動数5KHz)はl協 8. 0醐，スパン 23.5胴，

s

事さ 1. 0聞の燐青銅板に 2枚の半導体ゲージ⑬を接着して 2ゲ…ジ法で用い た.⑬の中央に針板の穴に相当する直径

2.

2

闘の穴 をあけた.押え金相当板⑬は，針i仮綴当板と同じ憾で， 中央に向じ径の穴をあけた.これらの針板相当板⑬と 押え金格当板⑬の胞に約25醐中高の試料布を係入し， - 49ー

()II 間)

①basic plank ②εxt己rnal trigger micro switch

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pl a時巴「 ③solenoid ⑤ circular bar corresponding need I e bar ⑤ displ主ce問ent t ransd uce r

⑦s 1 i d i ng b回 rlng ③ iron bar

⑤

cor巴bar

⑬ connecting plate QPchuck ⑫ sewlng n巴巴dle ⑬ plate corresponding presser foot

⑧ plat巴corr己sponding throat plate (forc己transducer)

⑬ specimen ⑮S巴ml輔conductor strain gage

Fig.1. (a)Model diagram of the penetration apparatus especially designed. (b)Photolate of force transducer (the lower part of⑬ correspondω ⑬).

(

a

)

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⑬

2fI協のねじで締めつけて，抑え圧を調節した.前報3) の結果によると，押さえ

E

E

1 kg以とでは貫通力に対す る押さえ庄の影饗はほとんどないことが縫かめられて いるので，ねじにより lkg以上の一定の押え肢に試料 を締めつけた ミシン針は， ソレノイド④(10kg，日本コントロー ノレ製)に針様相当丸棒告を緩統し，その先にミシン針 ⑫を開立さした. ミシン針⑫はソレノイド④によって駆 動した.針の移動設は変位計⑥(ID-3570-20 新興 通信工業製)を用いて検出した.針のストローグはプ ランジャー③の移動距離で定まり， 31. 0鵬で、ある. 針先が針板相当板上簡より貫通する距離は15mmの一 定設とした.針板相当板上衝とはFig.1の部番⑬の ゲージ接着衝と反対の関，すなわち，試料布と接する 聞である. 貫通力および針の移動設は各々動ひずみ計 (4007F 新 興 通 信 工 業 製 ) か ら ト ラ ン ジ ェ ン ト メ モ リ (PM501渡辺部器製)に一息記録させた後 2ベン自 動王子衡型記録計(SR652-H渡辺測器製)に貫通力一 時間線図，針移動食 時間線図な記録し，貫通力と鉛 移動議の関係を求めた.針板相当板から一定の針移動 位置でトランジェントメモザーへの記様を開始するた めに，プランジャー③の移動により外部マイク口スイ ッチ③を作動させ，そのトリガ 信号を利用してトラ ンジェントメモリーへの入力時期を一定に保った.浪日 定は試料布の重ね枚数を 2~5 枚に変化させて各々 10 間行った. 2.針の平均速度とミシンのよ軸回転数との関係 測定した針移動最Lp一 時 間

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l

線と貫通カWp 時間t前線をFig.2に示す.いずれの臨もトランジ ェントメモリーへの間一入力時間a点から記録を開始 した.針先端はb位置で針板相当板の上爾に達し b からdまで15醐間移動させて貫通力を測定した.bc， cd間は各々4脚， 11醐で、ある.針の玉]z均速度は bc 間 cd問では各々 9.40 X 104， 12. 57 x 104阻

I

m

i

n

となる. 一般の本縫ミシンの針棒はピストンークランク機構 で駆動し，針先が試料上回に達する位

i

資でほぼ最高速 度を示す.本受験装経による針板相当板上筒近辺の王子 均速度9.40x1041阻

Imin

をミシン針の先端が試料上 聞に位置するときの最高速度と仮定して，次の(1)式 を用いて， ミシンの上取

h

回転数を試算する. (R/L) υ=的R{sino--y-sin20}一一一(1) (1)式は後程述べるようにR/L>1であるので，前 議長3)の針速度uの式の (R/L)3以上の項を省略した式 である.式仁科の記号は， クランク半径

R

， クランク ロッドの長さL，針稼j二死点を0。としたクランクの 閤転角。及びクランクの角速度命的である. (1)式の右 辺のー符号は，クランクとクランクロッドが重なった 場合を0=O.にしたためである.ここで，工業用本縫 - 50

ミシン針の布貫通カに影響を及ぼす縫製条件 F邑brics Sample Number PFaaccktionrg Weight Thicknes Weft Warp Table 1. Material 0.30 0.38 0.36 124.4 60.1 69.

。

0.27 0.14 0.14 71.9 142.7 94.

。

137.9 162.1 101.6 Weave NO.l NO.2 NO.3 100 100 100 cotton nylon polyester plane plane plane Fabric woven fabric 0.28 0.18 100.2 102.0 0.26

0

.4

0

51.8 51.6 95.3 50.8 cupra65 nylon35 polyester 100 half tricot half tricot knitted fabric NO.4 NO.5 元をTable 1に示す. 実験に使用したミシン針本をTable 2に示す.針ーは 太さを4段階に変化させた普通針 R， 11番のボーノレ ポイント針 S， J， B及びテフロン加工により表商 摩擦を低下させた化繊用スーパー針 SUを用いた.ま た， DBx 1 11番を用いて編地を実際に縫製する際， 地糸切れが生じた場合，地糸切断紡止のために使用さ れる太さが l番手綱いニット専用針， 10番 KNも使 用した. #11

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針の種類，布の枚数Nを変化した場合の貫通カWp 針移動量 Lp曲線の浪

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定例

i

をFig. 3 (a)に示す. Fig . 3 (b)は貫通力 Wp一針移動震 Lp曲線の模式閣 であり，針車市の位援を7J'す番号部分 1~6 が布を貫通 する場合，貫通力は Wpに童十車

m

の位置を示す番号 1~6 を付けてき侵した. Wp •1 V土，針の先端lが布を貫通するときに発生す るカである.本笑験の針と布との組合せでは， (a)留 のように，比較的ボーノレポイントの大きい針 Bー 織 物系 (NO.3)に Wp.1のピークが表れたが，その値は W_p•₂ より低い.前報 3) と向様に，ボーノレポイント針 S-織物系 (NO.3)では，針幹が太くなる 5の針位置 での貫通力 Wp•5が議大値を示す場合もあった.他の 場合は，針径が太くなっている糸穴近辺 2の針位置で の貫通力Wp •2 が最大を示した.従ってWp•2を貫 通カの代表伎として用いた. 1 .布の愛ね枚数および針筏の影響 普通針 R について貫通力 Wp•2の重ね枚数 N およ び針の斡径dの依存性を間報1対数でFig ヰ， Fig. 5

結果および考察

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ト 叶 Fig. 2. Penetration force diagram and Needle motion diagram.

TIME

ミシンでよく採用されているR=15胴， L=45棚， υ が最大となるO口 100。と仮定し， υ口 9.40xlQ4珊

Imin

とした場合， ミシンの上輸回転数に換算すると， 957rpmとなる.

*

1IS B 9076(1987) に ひ

試料布とミシン針

試料布は織物と編物を用いた.これらの試料布の諸

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Sewing Needles

Type Number Mark Size(鵬) Variety

点 9 R 0.67 0.70

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11 R

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0.77 0.81 regular

4

16 R 1.02 D 1.04 needle 点 18 R 1.12 maXlmum 1.14 DBxl : diameter at needle

4

11 S 0.06~0.09 _{position 2} 0.76 ba11

H

11 J 訂a11 0. 1O ~0.13 (measured) 0.78 pomt 点 11 B pomt 0.15~0.18 0.81 needle

H

11 SU slze 0.12~0.15 0.81 Teflon coated needle

4

10 KN 0.08~0.11 0.66 needle for knitted fabric本 Table 2. 本notreinforced needle NO.5 DBx1#11R (a) ) ﹄ υ (

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Fig. 3. (a)Penetration force diagram (N:Number of fabric layers) (b)Relation between needle position and penetration force diagram. N=4 2000 DBx1#10KN 500

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Z O 円 ト ︿ 出 ト 同 之 同 仏 の関係式を求め図の下方に示す. Fig. 4の試料 l枚 の場合の貫通力は本試作機では浪u定できなかったので 重ね枚数 N を 2 枚 ~5 枚に変化した場合の各測定値 を絡んだ線を延長して求めた.針が太くなると震ね枚 F h u Lp に示す. Fig. 4 の n は針番手を表す.貫通力 Wp•₂ と重ね枚数 N および針の幹筏 dとの間には箆線関係 が認められ，貫通カは荷者の増加に伴って指数関数的 に増加する.資通力と布の震ね枚数および童{の幹怪と PENETRATION

ミシン針の布食通力に影警還を及ぼす縫製条件 まれた街積て、評{節した，貫通仕事Epの重ね枚数N依 存伎を示した Fig.6より，貫通カと問様に，両者に はほぼ複線関係がみられるので，両者の関係式を求め 図の下方に示す 針径の増加と共に N の指数は大き くなり，図の下方の実験式が示すように試料が違って も，指数の値には大室長はみられない. N の指数は貫 通力の N の指数の範閣に含まれる.食通仕事Epと針 径 dとの関係は，鎌田ら 4) Khanら9)の結果とは異 なり，指数関数的であるとは蓄えなかった.鎌田ら， Khanらは，貫通・引抜きの全仕事を基にした結泉で ある.

2

.

針の先端形状および苦笑蕊仕上げの影響 ミシン針のボーノレポイントの大きさおよび実験に使 用した針の糸穴部分の最大径の実測値 D を Table 2 に示した. D の大きさは， 11番の童十では， ボーノレポ 104

1

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102 2 0 日 ト ︿ 出 ' H M 山 之 同 門 凶 数の増加に伴いまを通抵抗の増加号室が高くなって N の 指数は大きくなる傾向がみられる 本言経験での N の 指数は他の試料も含めると 1~3 の閣に存在している. 最大貫通力はミシ、ノ速度 50~lOOOrpm の範囲では速 度依存性がみられないとの観点、に立って， lOOrpmで

i

JllJ定された最大貫通力は布の重ね枚数に比例すると報 告されている研究結果4)もある. 浮きのほぼ等しい織物 NO.lと編物 N O.4では，重 ね枚数の少ない場合の貫通力は編物の方が高いが，貫 通力の愛ね枚数依存性は織物の方が高い結果であっ た.これは綴物は組織が複雑なために重ね枚数の少な いときの貫通抵抗が高いが，震ね枚数を士援すと Table lに示すように織街度，充燦喜界の大きい織物の貫通抵 抗の増加が大きく Nの指数が大きい結果になる.閣 は示していないが厚さの薄い織物の愛通カは綴物より 低い儀を示したがNの指数は同様に織物の方が大き くなった. Fig. 5より針の幹径との関係も同様に織 物の dの指数の方が編物(図の下方 N O.4の実験式) より大きくなっている.また，布の宝章ね枚数 N が大 きくなると，貫通カの針接手依存伎は大きくなる傾向 がみられる. 貫通仕事Epは，前報3)と同様に，貫通カ防総で殴

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NO・ 10 4

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N 0.

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NO.4

BLADE DIAMETER

E聞pirical equation N 0.1 N=5 Wp.2=3200d

，

.G' N=4 Wp.

，

=2200d"s

，

N=3 Wp.

，

=1250d

，

.46 N=2 WP.，= 640d，.36 NO.4 N=5 Wp.

，

=2600dI.77 N口4 Wp.

，

=2100d

，

.77 N=3 WP.，= 1500 d '.64 N = 2 WP.

，

= 870 d ' 刊 Fig. 5. Dependence of penetration force (W p. 2) on needle blade diameter (d) by varing number of fabric layers (N). η 0#9 〈 量#11 • #16 曜D#18 2 3 45

N (Layer)

NUMBER OF empirical equation #10 Wp.2=220Nl." #10 Wp

，

2=4s5Nl

，

"

# 1 s WP，2= 180Nl.73 # 1 s Wp， =3sON1." ， # 11 Wp，，= 120Nl." # 11 Wp， =270N， 1.22 1ヰ 9WPω2:= 84NI.54 # 9 ¥VP，2コ230N1.0 Fig. 4. Dependence of penetration force (W p， 2) on number of fabric layers (N) by varing regular nee -dle diameters. - 53 p b n n hHU 5

、

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ット専用針 10番 KNの焚通力は最も低い値を示して いる.テアロン加工により針と布間の摩擦抵抗を低下 させた SUの貫通力は，織物 NO.3では Bや Jより小 さく編物 NO.5ではSより小さい.ボーノレポイント針 の場合も先に述べた普通針と向様に図の貫通力と重ね 枚数の間には，続線関係が見られる， 貫通仕事Epは R， S， Jで大きく， KN， SU で小さい傾向を示す.貫通仕事は食通カ曲線の形状に 依存し，主に Wp，2や針幹部の焚

i

極力の影響が大きい と予想されるので，針{立箇 4と5聞の針幹部の

Z

電通カ Wp，4-5をWp，2に対してプロットし， Fig. 8に両輪 対数で示す.関より Wp，2に対する Wp，4_5の{僚は， KN，S，J，Bと順次低下する.すなわち，ボーノレ ポイントが大きくなるに従って Wp，4_5は低下する傾 向がある.また， SUや Rの WP.4-5は比較的小さい. Fig. 8より普通針RのWp，ト5は，他のボールポイ ント童{に比べて Wp，2のわりに低くなっているので， ::tにWp，2が高いためにFig.7のように大きい貫通 仕事を示すと考えられる. Sは，ボ…ノレポイントが 小さく， D部分が細いため Wp，2が低く，針位置 2 の貫通時，布にあけられる穴が小ざい.そのために， Fig， 8のようにWp，4-5が高くなり，前述の Fig. 3 (a)のように Wp，5は Wp，2より大きく出現し，貫通 仕事は高い傾向を示す.Jの Wp.2は Sより高かった が，Fig. 8からWp，4_けまSより低Lために Jの Epは

s

より小さい. Bはボーノレポイントが大きいの で高い Wp，2を示したが， Wp，

d

1:l現時に布に大きな 穴を生じるため， Fig. 8より Wp，4-5は低い.その 結来，貫通仕事は Wp，2の割にやや低い傾向がみら れる.ニット専用針 KNは， Fig. 8より Wp，2に対 する Wp，4_5の伎が最も大きいが Wp，2が最低を示 すために， :l電通仕事は小さく，織物 NO.3では最小で ある 化繊用スーパー針 SUの貫通仕事は小さい傾向 にあり，編物 NO.5では表i1ii仕上げ効果を大きく発揮 して Wp，2は低く，さらにおg. 8より Wp，ト5が最低 を示す結果， j電通仕事は最小の{疫である. 貫通力が小さいほど地糸切れを減少させ，貫通仕事 が小さいほど針温度の上昇を少なくすると考えられて いる6)，15)が，この観点から，地糸切れ防止

J

二からは ニット専用金

t

lO番 KN，針温度の上昇による溶融切 断防止上からは，実験に用いた試料の織物 NO.3では 10番 KN，編物 NO.5では SUが適している. Fig. 7の SUと KNの貫通カおよび貫通仕事の震ね枚数依 存伎は， KNより SUが低い場合が多い.従って，本 実験では SUが地糸切断，童

i

の昇滋による捺融切断防 関) (JII

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NUMBER OF

FABRIC LAYERS

巴問piricaJ equation NO.l 特18 Ep= 1 7N'.7' 1キ16 Ep= 14N'.59 # 11 Ep=7.5N1.60 特 9 Ep=7.4N1.05 NO.4 #18 Ep=14.5N

，

.65 林16 Ep=12N1.6' 持II Ep= 9N

，

.59 1キ 9 Ep= 8N"刷 Fig. 6. Dependence of penetration energy (Ep) on number of fabric layers (N) by varing regular nee -dle diameters. イントの小さいJやSでは小さいが他の針ではほと んど変わらない.このような針の先端形状および表面 仕上げの異なる太さ 11番の針と 10番 KN針を用いて 貫通力を測定した結果，先に示したFig.3 (a)のよう に，貫通カ曲線の形状は異なる.重ね枚数が変化した 場合の貫通力W p，2および貫通仕事Epとボーノレポイ ントの大きさの関係をFig.7に示す.横車由はボーノレ ポイントの大きさと重ね枚数 N で表した.縦軸およ び重ね枚数のスケーノレは対数で、示す.貫通力 Wp，2は 先端の尖った普通量十Eえが最も大きく，次いでB，J， SとボーノレポイントおよびDの減少に伴って低下す る.ボーノレポイントが小さく，先端部が細くて長いニ

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103[ ミシン鈴の布貫通力に影響を及ぼす縫製条件 NO.3 f百 妙11R 町 一 o#llS …- vヂ11J 『 … 。号炉118 o #11SU - 6手10KN 102

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"!10' Q. ~ 己j にJ 民 O 比 @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ Fig. 8. Relation between Wp • 2 and Wp •4 - 5, force generated by penetration of the needle blade by varing point shape and surface finish of the needle. N の指数は 1~3 の値を示した. 9~寄~18番に針径を 変えた実験では，貫通カは針径dの指数関数で増加 する. Nおよびdの指数は編物より織物の方が大き かった. (2)貫通力Wp.2および貫通仕事Epの値は，針先 形状や針の表磁仕上げによって呉なる.貫通力

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p.2 は普通針 R，これに次ぐボーノレポイント童￨ーでは，ボー ノレポイントの大きさの減少に伴い順次低下する傾向が みられた.ボーノレポイントの大きさが近似する針で‘は 化繊用スーパー針

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p.2の方が低かった.また ニット専用金，.10 番 KN の貫通カ Wp•2 も低い結果で あった. 貫通仕事EpI主，普通量rRではWp.2の値が大きい ために，ボーノレポイントの小さい針S では_{Wp• 4-5}が 大きいためにいずれも丸がおかった.ニット専用針 KN は Wp•2が小さいために，化繊用スーパー針 su はWp.2とWp.4-5の両者が小さいためにEpI主低か った.ボーノレポイントの大きい針では W_p•₂に対する Wp.ト 5が比較的低いために， Epはやや低くなった. ( 10-'

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ci10' ~ 同 U 出 O L ZO] ト ︿ 巴 ト ω Z 同 仏 LAYERS Fig. 7. Dependence of penetration force

(W

p •2) and penetration energy(Ep) on ball point size by var -ing numるerof fabric layers(N). L.LJ 234 止の点から最適な針であると推測できる.

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55-まとめ

ソレノイドを利用し高速時のミシン針の布貫通カ 測定機を試作した.この測定機を用いて，布の~ね枚 数，主十径，針の先端形状および表部仕上げを変化して 貫通カを澱定し，縫糸を用いないミシン童!と布との相 互作用について実験的研究を行った. ヨミな結果を以下に示す. (1)普通針Rの貫通力Wp.2および貫通仕事Epは， 布の重ね枚数 N に依存し，指数関数的に埼加する.

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