專利名稱：油墨供給機構及用于該油墨供給機構的步進電動機驅動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在用于印刷機的墨斗中，對來自墨斗的油墨供給量進 行調節的油墨供給機構及用于該油墨供給機構的步進電動機驅動器
(stepping motor driver )。本發明尤其涉及一種如下的技術當使墨斗中 的油墨附著在墨斗輥上，將油墨供給到刮刀時，通過移動調節該刮刀，來 調節所述刮刀和墨斗輥的間隔(space),從而調節供給量，而此時，易于使 進行移動調節的作為動力源的電動機，由DC電動機變更為步進電動機。
背景技術：
先前，印刷機中來自墨斗的油墨供給量，是通過將配置在油墨出口的 墨斗輥和刮刀的間隔調節為合適的間隔來進行調節。通常，墨斗輥在相同 位置上進行旋轉，并通過使刮刀移動來調節間隔，從而調節油墨供給量(參 照曰本專利特開2003-237026號公報、日本專利特開2005-219479號公報)。 具體來說，根據這些背景技術，通過利用凸輪(cam)使電動機等的旋轉運 動轉換為直線運動的致動器(actuator)機構，使所述刮刀相對于墨斗輥的 輥表面以直線性地改變位置而進行移動，以調節油墨供給量。
這些用于背景技術的電動機，大多為DC (direct current,直流)電 動機。DC電動機因其結構性特征也^皮稱為換向器電動才幾(brush motor )。
然而，近年來，印刷機中油墨調節用的DC電動機的缺陷被越來越多地 發現。作為缺陷，列舉如下(1) ~ (4)事項。(l)使用時電動機轉數高 (8,000 - 13,000 rpm)，因此，當使用齒輪減速時，轉動聲(rotational noise)變得非常大。而且，旋轉聲的強弱因負載變動以及與此相伴的轉數 變動而變化，導致聲音刺耳。(2)當在印刷機內使用時，如果負載發生變 動，則工作電流以及轉數會發生變動。因所述變動幅度較大，所以有時會 發生相對于所設定的負載數倍的轉矩(torque )。也就是說，所述負載變動 的原因即便是由于機械故障(例如損壞等)所造成，DC電動機也會隨著它 的特性而產生轉矩(例如負載即使不動，也會增加欲使負載變動而強制性 產生轉矩的電流)，從而導致損壞、磨損以及經時性的惡化加速等。(3)因 負載變動或轉數變動，使得目標到達位置(時間)或停機位置(時間)易 于發生偏離。也就是使得適當油墨供給量的調節易于發生偏離。(4)由于 DC電動機的轉數高，所以轉矩小。為此，十分容易受到輸出軸以及小齒輪 (pinion)附近的污垢及負載的影響。
因此，業界越來越期望將DC電動機更換為能夠彌補該DC電動機的缺
點的步進電動機。
對于已經銷售或者制造的多數印刷機來說，也需要將DC電動機更換為 步進電動機。由于這些經制造的印刷機已經是客戶手中的產品，因此期望 互換性優良，易于進行更換。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有接口 ( interface )的油墨供給技術， 能夠將DC電動才幾更換為步進電動才幾，并且利用與驅動DC電動才幾相同的控 制信號來驅動該步進電動機。
為了達成所述目的，本發明第1項所述的發明是一種油墨供給機構， 其包括墨斗輥， 一面旋轉， 一面使墨斗中的油墨附著在輥表面上進行供 給；刮刀，配置在與所述墨斗輥的輥表面相向的位置上；致動器機構，具 有電動機，且為了對所述墨斗輥供給到刮刀的油墨量加以調節，而通過所 述電動機使所述刮刀移動，以調節所述刮刀和所述墨斗輥之間的間隔；以 及驅動部，向所述電動機端子提供模擬電壓以進行驅動，所述模擬電壓用 來使所述電動機進行正旋轉、逆旋轉或者制動，所述油墨供給機構是使用 步進電動才幾來作為所述電動機，且在所述驅動部和所述步進電動才幾之間， 包括旋轉方向辨別部，接受到來自所述驅動部的所述模擬電壓后，檢測 所述步進電動機是進行正旋轉還是進行逆旋轉；邏輯圖形(pattern)信號生 成部，根據由所述旋轉方向辨別部檢測出的旋轉方向檢測信號，來選擇性 地生成如下的邏輯圖形信號，并將這些邏輯圖形信號發送到所述步進電動 機，所述邏輯圖形信號是用來使所述步進電動機進行正旋轉、逆旋轉或者 制動的邏輯圖形信號；以及電源生成部，基于所述模擬電壓，生成供給到 所述旋轉方向辨別部以及所述邏輯圖形信號生成部中的電源。
而且，本發明第2項所述的發明是一種步進電動機驅動器，當施加到 用來對DC電動機進行驅動控制的控制端子A及B之間的模擬電壓VA、、為
0S|VAB| = |VA —VB|， 0當Va、 VB^電源電壓，
Vab的符號-旋特方向
時，包括旋轉方向判定部，檢測所述VAB的符號，以檢測作為驅動對 象的步進電動機的旋轉方向；邏輯圖形信號生成部，根據所述旋轉方向判 定部檢測出的旋轉方向檢測信號，選擇性地生成如下的邏輯圖形信號，所 述邏輯圖形信號是用來使所述步進電動機進行正旋轉驅動、逆旋轉驅動或 者制動的邏輯圖形信號；以及電源生成部，接受到所述模擬電壓VA、 Vb后生 成電源，并將所述電源供給到所述邏輯圖形信號生成部。
本發明由于保留用來驅動DC電動機的驅動部，且設有具有電源的接口
電^各(interface circuit )(》走轉方向辨別部、邏輯圖形信號生成部以及 電源生成部)，所述電源接受到來自所述驅動部的用來驅動DC電動機的模 擬電壓后，用來驅動步進電動機，因此，只要將DC電動機更換為步進電動 機，并追加接口電路，便可易于置換成帶有步進電動機的油墨供給機構。 所以，不會對印刷機的其它主要構成部分造成影響，便可有效地利用步進 電動機所具有的特征。也就是說，作為印刷機的油墨供給機，有益于減輕 噪聲，降低磨損或損壞，以及控制適當的油墨供給量。
具體來說，相對于所述(l) ~ (4),以下說明(I ) ~ (IV)。 (I) 步進電動機，可對實際負載預測轉矩余量，來決定轉數，由此設計齒輪比 (gear ratio)及它們的組合等，從開始便降低轉數，縮小齒輪的減速比， 由此便可減小旋轉時等的轉動聲。(II)步進電動機中，相對于負載變動， 轉數、轉矩及電流各自的變化較小，如果超出容許范圍，便會導致失步(loss of synchronism)(無法進行運轉)。所以，多余的磨損或損壞得以減輕。(III) 步進電動機為開環控制(open-loop control),因此易于進行位置控制， 并且就停機控制來說，可利用步進電動機所具有的保持轉矩，來減少誤差 以停機在理論位置上。而且，慣性導致的偏離也較少。(IV)步進電動機和 DC電動機相比，轉矩高，因此不易受到輸出軸上的污垢或負載的影響。
圖l是表示本發明實施形態的功能結構圖。
圖2是用來說明圖1的電源生成部以及旋轉方向判定部的詳細情況圖。
圖3是表示步進電動機驅動器運轉的流程圖。
圖4是用來驅動步進電動機的邏輯圖形信號的例示圖。
圖5是表示圖4的邏輯圖形信號值的變化圖。
圖6是表示DC電動機驅動器的輸入輸出信號的邏輯值圖。
100DC電動;f幾驅動器(驅動部)
110邏輯控制信號生成部
120橋式驅動器
200步進電動^U驅動器
210旋轉方向判定部
211光電耦合器
220電源生成部
221整流器
222穩壓器
230邏輯圖形信號生成部
240功率驅動器
300致動器機構
310步進電動機
320旋轉角4企測部
330驅動;f幾構部
340刮刀
400墨斗
410墨斗容器
420墨斗輥
430油墨
500控制部
600印刷部
A、 B輸入
IN1/IN2控制信號D二極管
R電阻
S步驟
X/Y 信號
具體實施例方式
使用附圖來說明本發明的實施形態。圖1是表示本發明實施形態的功 能結構的圖。圖2是用來說明圖1的電源生成部以及旋轉方向判定部的詳 細情況的圖。圖3是表示圖1的步進電動機驅動器運轉流程的圖。圖4是 用來驅動步進電動機的邏輯圖形信號的例示圖。圖5是表示圖4的邏輯圖 形信號值的變化的圖。圖6是表示DC電動機驅動器的輸入輸出值的圖。
在圖1中，將背景技術部分和本發明部分予以分開，如下述(A)(B) 所述。也就是說，(A)控制部500、印刷部600、 DC電動機驅動器100、除 去步進電動機310的致動器機構300及墨斗400為背景技術，(B)代替先 前的DC電動機，而采用步進電動機310，并在所述步進電動機310和DC電 動機驅動器100 (相當于權利要求范圍的驅動部)之間，設置步進電動機驅 動器200,屬于發明部分。
因此，為了便于理解，而分為背景技術部分和發明技術，且按照此順 序進行說明。
在圖1中，墨斗400形成為能夠利用墨斗容器410以及墨斗輥420 (也 可以進一步含有刮刀340 )來儲存油墨430。墨斗輥420，在圖示方向上使 油墨430附著在墨斗輥420的輥表面上進行旋轉，由此來供給油墨430。此
時，根據刮刀340和墨斗輥420的間隔(space),調節所附著的油墨量， 以進而調節供給量。
刮刀340構成為能夠通過致動器機構300而在圖1的左右方向上移動， 利用此移動來調節油墨430的供給量。致動器機構300通過步進電動機310 (先前為DC電動機)、旋轉角檢測部320以及驅動機構部330，而使刮刀340 移動。驅動才幾構部330以及刮刀340為已知結構，因此可以使用和例如日 本專利特開2003-237026號公才艮以及日本專利特開2005-219479號公報所 記載的結構相同的結構。例如，可構成為利用步進電動機310的旋轉，凸 輪使刮刀340進行直線移動。為了提供轉動凸輪所需的轉數、轉矩，可以 使用齒輪，但也可以使用與DC電動機驅動時相同的結構。
旋轉角檢測部320檢測步進電動機310的旋轉量，也就是刮刀340的 移動量，并將該旋轉量(移動量)發送到控制部500中。控制部500預先 具有適當的目標值(設定值)，當通過與所述目標值相比較，檢測出的值偏 離目標值時，將控制信號IN1、 IN2發送到DC電動機驅動器100中進行控 制，以使被檢測的刮刀340的移動量(步進電動機310的旋轉量)達到目 標值。當兩者彼此一致時，對刮刀340的移動進行制動控制，使之停止。
控制部500對包括印刷部600的整體進行全面控制。在此，為了方便 起見，對本發明中的油墨供給機構的控制加以說明。
DC電動機驅動器100, —般來說使用有專用的控制用IC (Integrated Circuit,集成電路)。例如，使用東芝股份有限公司制造的型號TA8428K 的IC。根據它的產品目錄，輸入(來自控制部500的控制信號)-輸出(步 進電動機驅動器200 )之間的真理值(truth-value)如圖6所示。具體來 說，DC電動機驅動器IOO從控制部500接受到由邏輯值表示的控制信號IN1、 IN2，利用邏輯控制信號生成部110,生成與輸入的邏輯值相應的邏輯交流 控制信號，并利用橋式驅動器(bridge driver) 120對所述邏輯交流控制 信號進行整流，例如轉換為模擬的大致為0的電壓和接近電源電壓的電壓 此兩種狀態值，分配給兩個端子輸入A、輸入B，且發送到步進電動機驅動 器200。輸入A以及輸入B根據圖6而對應于正旋轉、逆旋轉及制動等，為 0 V和12 V的任一值。另外，輸入A以及輸入B分別保持為0 V和12 V的 任一值的期間，是根據控制部500來改變IN1、IN2的真理值的時刻(timing) 而變化的。
所述輸入A以及輸入B的信號，如果不發送到步進電動機310，而是發 送到先前的DC電動機中，則會使電動機直接進行運轉，而在此，由于采用 了步進電動沖幾310，所以需要步進電動機驅動器200。 步進電動機驅動器200通過旋轉方向判定部210、電源生成部220、邏
輯圖形信號生成部230以及功率驅動器240來驅動步進電動機310。對于步 進電動機310而言，如果將永磁體(permanent magnet)用于旋轉部(轉 子(rotor ))中，那么步進電動機驅動器200生成邏輯圖形信號(參照圖4 )， 以驅動各個定子線圈(stator coil),所述邏輯圖形信號是用來分別對例 如安裝在四個定子中的線圏(定子線圏)進行分時(time-share)驅動。
電源生成部220以及旋轉方向判定部210的詳細情況如圖2所示。在 圖2中，電源生成部220接受一種輸入A和輸入B之間的在0-12 V變動的 交流電壓，通過整流器221進行全波整流，并通過穩壓器(regulator ) 222 使電壓穩定化，以生成穩壓電源(例如+5 V電源)。此時，整流器221的部 分電壓，也可以用作步進電動機310的電源。
旋轉方向判定部210由例如光電耦合器(Photocoupler ) 211構成，此 光電耦合器211具備發光二極管(Light Emitting Diode， LED)和將來自 所述發光二極管的光轉換為電信號的受光元件。光電耦合器211接受該輸 入A、輸入B，例如當輸入A為12 V且輸入B為0 V (逆旋轉)時，那么發 光二極管導通(發光)，輸出"0"、即"反向"的判定結果，來作為方向判 定信號；當輸入A為0 V且輸入B為12 V (正旋轉)時，那么發光二極管 斷開(二極管D導通)，因此輸出"1"(經由電阻R而與+連接)、即"正方 向"的判定結果，來作為方向判定信號。但是，如果輸入A為0 V且輸入B 為OV,那么從理論上講，方向判定信號變為"1",成為與正旋轉相同的邏 輯值，此時，電源生成部220的輸出為"0",進入制動狀態。
圖4時序性地表示圖1的邏輯圖形信號生成部230所輸出的逆旋轉時 的邏輯圖形信號，圖5表示了逆旋轉邏輯值的變化。步進電動機310具備 有四個定子線圈，邏輯圖形信號生成部230生成驅動所述四個定子線圈的 信號X、反轉X (X的反轉值(turnover value ))、 Y、反轉Y ( Y的反轉值)。 如圖4以及圖5所示，基本來說，就是重復從ST1到ST4的四個邏輯狀態 來進行旋轉。
如果圖5中隨著時間推移，使得邏輯值由上向下發生變化，為逆旋轉 時，那么為了進行正旋轉，進行如下的控制即可隨著時間推移，使邏輯 值的變化從圖5的下方向上方變化。制動時，由于電源電壓為0 (輸入A、 輸入B均為0)，因此邏輯圖形信號也全部變為0。邏輯圖形信號生成部230 接受到旋轉方向判定部210的判定結果，而改變所述邏輯值的變化方向， 以生成與正旋轉或者逆旋轉相應的邏輯圖形信號。另外，邏輯圖形信號生 成部230必須根據步進電動機310的規格，生成如圖4所示的邏輯狀態(邏 輯圖形)。也就是說，設置ST1-ST5來作為進行基準勵磁(excitation) 的維持期間、慢起動期間，進而在隨后的ST6以后，進入定常旋轉。
換句話來說，邏輯圖形信號生成部230預先具有該維持期間的邏輯圖
形，以及ST1到ST5的邏輯圖形(圖5的邏輯圖形)，還具有時鐘脈沖生成 部。而且，邏輯圖形信號生成部230，選擇與來自旋轉方向判定部210的方 向指示相應的邏輯變化方向的邏輯圖形，以圖4那樣的慢啟動時鐘脈沖(期 間或者時刻緩慢地縮短的時鐘脈沖)生成實際信號的邏輯圖形信號，來驅 動步進電動機310，并且隨后進一步以時鐘脈沖期間為固定(固定速度)的 定常旋轉的時鐘脈沖來進行驅動。
從如上所述來看，步進電動機驅動器200是接受該輸入A、輸入B的模 擬電壓而運轉的，所述輸入A、輸入B的模擬電壓施加到用來驅動控制先前 的DC電動機的控制端子A及B之間。此時的輸入A、輸入B的模擬電壓如 果分別以VA、 VB表示，那么可以表示為如下。
O沛abHVa-VB|， 0^Va、 VB^電源電壓，
Vab的符號-旋特方向
所以，旋轉方向判定部210檢測Vab的符號，以檢測旋轉方向，邏輯圖 形信號生成部230，根據旋轉方向判定部210檢測出的旋轉方向檢測信號， 生成用來分別驅動作為驅動對象的步進電動機310的四個定子線圏的邏輯 圖形信號，以進^f亍驅動。
圖1的功率驅動器240，對來自邏輯圖形信號生成部230的邏輯圖形信 號X、反轉X、 Y、反轉Y進行電流放大，來驅動步進電動機310的各定子 線圈。
以圖3的流程為基礎，對步進電動機驅動器200的一系列運轉加以說明。
步驟Sl:電源生成部220,接受該用來驅動控制DC電動機的控制電壓 即輸入A、輸入B的電壓變化，并進行整流，生成穩壓化電源，并將此穩壓 化電源供給到各部中。
步驟S2:接受該輸入A、輸入B，由旋轉方向判定部210等，來判定是 欲旋轉的旋轉方向還是施加制動的狀態(判定結果用于步驟S3、 S9中)。
步驟S3:旋轉方向判定部210對邏輯圖形信號生成部230發出是進行 正旋轉還是進行逆旋轉的指示。如果是進行正旋轉，那么，進入步驟S4, 如果是進行逆旋轉，那么進入步驟S5。
步驟S4、 S5:邏輯圖形信號生成部230，如圖5所示，預先具有邏輯 圖形，從旋轉方向判定部210接受到旋轉方向的指示后，根據所述旋轉方 向檢測信號，并隨著時間推進，來選擇邏輯是以圖5的從上向下或是從下 向上而變化的邏輯圖形。
步驟S6:邏輯圖形信號生成部230，為了初始驅動該步進電動才幾310, 而在圖4所示的維持期間的邏輯圖形中生成比其它時鐘脈沖的期間更長的 時鐘脈沖，以進行驅動，由此使步進電動機310勵磁。
步驟S7:在維持期間之后，邏輯圖形信號生成部230，為了使步進電 動機310慢啟動，而在圖4的ST1 ST5的期間內(約一個邏輯周期)，利 用步驟S4、 S5所選擇的邏輯圖形，且利用和圖4所示的維持期間相比，期 間更緩慢縮短(增快)的時鐘脈沖來進行驅動。
步驟S8:在經過慢啟動期間后，ST1到ST5的邏輯圖形(圖5的邏輯 圖形)是相同的，但可以通過生成以較快的固定周期進行重復的時鐘脈沖 的邏輯圖形信號來驅動該步進電動機310，像圖4那樣使步進電動機310進 行定常旋轉。
步驟S9、 S10:對輸入A以及輸入B的狀態是否均為G進行檢測，當均 不為0時，直接返回到步驟S8使步進電動機310進行定常旋轉。如果均為 0，則使步進電動機310停機。即便如此，也并不是進行特別的檢測。也就 是說，當輸入A以及輸入B兩者均為0時，電源電壓為0,所以自然在步驟 S10中施加制動，而兩者均不為O時，依然繼續進^f亍步驟S8的定常il轉。
另外，所謂"輸入A及輸入B的狀態是否均為0",是指由旋轉角檢測 部32(M全測出利用步進電動沖幾310的定常旋轉而移動的刮刀340的移動量， 并由控制部500判斷所述移動量是否達到目標值。接著，控制部500如果 判斷出移動量已經達到目標值，則通過使IN1、 IN2兩者的值為"H",而使 輸入A、輸入B的邏輯值兩者都為0,由此對步進電動機310實施制動使之 停機。所述移動量是否達到目標值是由控制部500來判斷的。接著，控制 部500如果判斷出移動量并未達到目標值，則將IN1、 IN2兩者的值一直維 持為以前相異的值，由此使輸入A、輸入B兩者的值不為O而是保持為以前 的值，所以一直使步進電動機310維持定常旋轉，直到達到目標為止。
權利要求
1. 一種油墨供給機構，其包括:墨斗輥，一面旋轉，一面使墨斗中的油墨附著在輥表面上進行供給；刮刀，配置在與所述墨斗輥的輥表面相向的位置上；致動器機構，具有電動機，且為了對所述墨斗輥供給到刮刀的油墨量加以調節，而通過所述電動機使所述刮刀移動，以調節所述刮刀和所述墨斗輥之間的間隔；以及驅動部，向所述電動機的端子提供模擬電壓以進行驅動，所述模擬電壓用來使所述電動機進行正旋轉、逆旋轉或者制動，所述油墨供給機構的特征在于:使用步進電動機來作為所述電動機，且在所述驅動部和所述步進電動機之間，包括:旋轉方向辨別部，接受到來自所述驅動部的所述模擬電壓后，檢測所述步進電動機是進行正旋轉還是進行逆旋轉；邏輯圖形信號生成部，根據由所述旋轉方向辨別部檢測出的旋轉方向檢測信號，來選擇性地生成如下的邏輯圖形信號，并將這些邏輯圖形信號發送到所述步進電動機，所述邏輯圖形信號是用來使所述步進電動機進行正旋轉、逆旋轉或者制動的邏輯圖形信號；以及電源生成部，基于所述模擬電壓，生成供給到所述旋轉方向辨別部以及所述邏輯圖形信號生成部中的電源。
2. —種步進電動機驅動器，其特征在于當施加到用來對DC電動機進行驅動控制的控制端子A及B之間的模擬 電壓VA、 VB為Os|VAB| = |VA-VB|， OsVa、 V^電源電壓，V化符號-旋轉方向時，包括旋轉方向判定部，檢測所述vab的符號，以檢測作為驅動對象的步進電 動才幾的》走轉方向；邏輯圖形信號生成部，根據所述旋轉方向判定部檢測出的旋轉方向檢 測信號，選擇性地生成如下的邏輯圖形信號，所述邏輯圖形信號是用來使 所述步進電動機正旋轉驅動、逆旋轉驅動或者制動的邏輯圖形信號；以及電源生成部，接受到所述模擬電壓V" Vb后生成屯源，并將所述電源供 給到所述邏輯圖形信號生成部。
全文摘要
本發明能夠將使調節油墨供給量的刮刀移動的DC電動機更換為步進電動機，并且利用與驅動該DC電動機相同的控制信號來驅動步進電動機。代替DC電動機而使用步進電動機(310)，并使作為提供模擬電壓的驅動部的DC電動機驅動器(100)保留著不變，所述模擬電壓是用來使DC電動機進行正旋轉、逆旋轉或者制動的，在此DC電動機驅動器(100)和步進電動機之間設有步進電動機驅動器(200)，該步進電動機驅動器(200)由用來驅動DC電動機的模擬電壓中生成電源，且生成用來驅動步進電動機的邏輯圖形信號來進行驅動。
文檔編號B41F31/32GK101376280SQ2008100950
公開日2009年3月4日 申請日期2008年4月28日 優先權日2007年8月27日
發明者三浦剛史, 大竹裕, 手呂內賢二, 新井清之 申請人:日本電產科寶電子株式會社