JP2001524368A - スプレーガン電源ユニット監視装置 - Google Patents

スプレーガン電源ユニット監視装置

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JP2001524368A
JP2001524368A JP2000520910A JP2000520910A JP2001524368A JP 2001524368 A JP2001524368 A JP 2001524368A JP 2000520910 A JP2000520910 A JP 2000520910A JP 2000520910 A JP2000520910 A JP 2000520910A JP 2001524368 A JP2001524368 A JP 2001524368A
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パーキンズ,ジェフリイ,エー.
エー. トラウツェ,トーマス,
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    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/004Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area comprising sensors for monitoring the delivery, e.g. by displaying the sensed value or generating an alarm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B5/00Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/053Arrangements for supplying power, e.g. charging power
    • B05B5/0531Power generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/003Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for electrostatic apparatus

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Abstract

(57)【要約】 対象物(28)の方向に、コーティング材料の流れを向けるノズル(21)を含む対象物にコーティング材料を静電的に塗布する際に使用するための装置。電源ユニット(9)は、コーティング材料を静電的に帯電させるための電界を発生する。制御回路(16)は、電源ユニット(9)の動作効率をモニタし、電源ユニットが近い将来故障を起こす恐れがある場合には、出力信号を供給する。制御回路は、電源ユニット(9)への入力と電源ユニット(9)からの出力との間の関係をモニタする。電源ユニット(9)への入力と電源ユニット(9)からの出力との間の関係が予め定めた範囲を超えた場合には、制御回路は、オペレータに、電源ユニットが故障を起こしかけていることを知らせる出力信号を効果的に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】
本発明は、対象物にコーティング材料を静電的に塗布するために使用する装置
に関する。より詳細には、静電式スプレーガン用の電源ユニットの動作をモニタ
する制御回路に関する。
【0002】 静電式スプレーガンは、対象物に液状または粉末状のコーティング材料を塗布
するために使用されてきた。上記スプレーガンは、コーティング材料の粒子を効
果的に静電作用により帯電させる電界を発生する電極を含むことができる。電源
ユニットは、電極を帯電させるために、比較的低い入力電圧を比較的高い出力電
圧に変換する。スプレーガンを長く使用すると、電源ユニットに構成部品の故障
、または電源ユニット内の誘電材料の破損を含む多くの種々の原因により電源ユ
ニットが故障を起こす場合がある。
【0003】 スプレーガンの使用中に発生する電源ユニットの故障は、非常にゆっくりと進
行するので、スプレーガンのオペレータはそれに気がつかない。その結果、かな
り多くの対象物に塗布したコーティングの品質が次第に劣化した後で、やっとス
プレーガンのオペレータは、電源ユニットの故障が進行していることに気がつく
【0004】
【発明の概要】
本発明は、対象物にコーティング材料を静電的に塗布する際に使用する新規な
改良形装置を提供する。上記装置は、対象物の方向に、コーティング材料の流れ
を向けるノズルを含む。電源ユニットは、コーティング材料を静電的に帯電させ
るために電界を発生する。制御回路は、電源ユニットに接続していて、電源ユニ
ットが近い将来起こす恐れのある故障の時期を予知することができる。
【0005】 制御回路は、電源ユニットへの入力と電源ユニットからの出力との間の関係を
モニタすることができる。電源ユニットへの入力と電源ユニットからの出力との
間の関係が、予め定めた範囲を超えた場合には、制御回路は、電源ユニットが故
障を起こしかけていることを知らせる信号を供給する。
【0006】
【本発明の特定の好適な実施形態の説明】
図1は、対象物に、帯電しているコーティング材料を静電的に塗布する際に使
用するための装置8である。この装置8としては、静電式スプレー・デバイスの
通常の任意のタイプのものを使用することができる。それ故、装置8としては、
携帯用の静電式スプレーガンを使用することができる。別の方法としては、装置
8をスプレーガンのオペレータから、かなり離れている基板上に設置することも
できる。
【0007】 装置8は、入力電圧VINを電源ユニット9に供給する電圧入力回路10を含む
。電源ユニット9は、変圧器13を通して電圧増倍回路12に接続している入力
オッシレータ11を含む。電圧増倍回路12は、電源ユニット9用の出力電圧V OUT および出力負荷電流IOUTを発生する。
【0008】 フィードバック・ライン14は、変圧器13の二次コイル13aの「共通」側
に接続していて、上記変圧器は抵抗14aを通してアース電位に接続している。
電流IFは、電圧増倍回路12の出力のところの負荷電流IOUTに比例する。それ
故、抵抗14aの両端部のフィードバック信号VFは、負荷電流IOUTに比例する
【0009】 ライン14は、出力電流に比例するフィードバック信号VFを操作回路16に 運ぶ。操作回路16としては、マイクロプロセッサを使用することができる。操
作回路16は、VFに従って、ライン17を通して、入力電圧VINのレベルを変 化させ、変動する出力負荷条件に従って、電圧増倍回路12の動作負荷ラインを
修正する。
【0010】 入力回路10からの通常の入力電圧VINの範囲は、12〜30ボルトDCであ
り、オッシレータ11の入力になる。ステップ変圧器13は、電圧増倍回路12
に対して入力段としての働きをする。ステップ変圧器13は、入力電圧を、電圧
増倍回路の入力に対して使用することができるレベルにまで上昇させる。電圧増
倍回路12は、入力電圧を、通常、60〜100キロボルト(KV)の範囲内の
高圧出力VOUTにまで増倍する。電圧増倍回路12の出力電圧VOUTは、ライン2
0を通して帯電用電極22に供給される。
【0011】 電圧増倍回路12は、いくつかの形式の中の一つをとることができるが、本発
明の好適な実施形態の場合には、特定のスプレー用途用に高い出力電圧VOUTを 発生するために、一連のコンデンサおよびダイオード段(図示せず)を持つコッ
ククロフト・ウォールトン・タイプの増倍回路を使用している。高圧帯電用電極
22は、電界およびコロナ24が発生する静電式スプレーガンの先端部、または
ノズル21の近くに位置する。液状または粉末状のスプレー材料の噴霧状態の粒
子が、電界24を通過する場合、これらの粒子は静電的に帯電する。
【0012】 帯電した粒子26(図1)は、アース電位の対象物28に対してスプレーされ
るか、他の方法で運ばれ、帯電した粒子が対象物の近くを通ると、その対象物に
ひきつけられる。スプレー粒子26の電荷は、アース電位の対象物28上に、コ
ーティング材料を均一に塗布するのを助ける。粒子は、任意の周知の方法で噴霧
状にすることができる。上記方法は本発明とは無関係であるので、これ以上説明
しない。
【0013】 電源ユニット9の電圧増倍回路12は、電圧増倍回路12の負荷電流レベルI OUT と、出力電圧レベルVOUTとの間の関係を決める、通常、電力負荷ラインと呼
ばれるラインに従って動作する。通常、出力電圧VOUTと、負荷電流IOUTとの間
には減少関係がある。すなわち、負荷電流IOUTが増大すると、出力電圧VOUT
減少する。それ故、電圧増倍回路12の動作負荷ラインは、負荷電流の流れの増
大に応じて、出力電圧VOUTが減少する比率を決める。電源5が動作中は、スプ レーガンおよび帯電用電極22の先端部またはノズル21が、スプレーされるア
ース電位の対象物28に近づくにつれて、通常、負荷電流IOUTが増加する。こ れは、対象物28の凹部または引っ込んだ部分をスプレーする時に必要である。
【0014】 本発明のある実施形態の場合には、電圧増倍回路16は、内部メモリおよび外
部メモリ29を持つマイクロプロセッサである。このマイクロプロセッサ16は
、負荷条件を示すすべての入力、すなわち、フィードバック信号VF、また負荷 ラインの修正が行われる望ましい負荷条件ブースト点を示す外部デバイスからの
入力に応じて動作する。これらの入力に応じて、操作回路のマイクロプロセッサ
16は、入力レベルVINを変化させる目的で、電圧入力回路10を制御するため
に、ライン17上に信号を出力する。マイクロプロセッサ16は、ライン27を
通してユーザ・インターフェース25に接続している。ユーザ・インターフェー
スとしては、キーボード(図示せず)、または他の任意の入力デバイスを使用す
ることができる。ユーザは、最初に、特定のスプレー用途用の種々の負荷条件ブ
ースト点を入力し、各負荷条件ブースト点に対する関連入力電圧レベル・ブース
ト値を入力する。
【0015】 電圧制限回路60(図1)は、負荷電流IOUTレベルが「無負荷」点、または 0μA点の方向に向かって減少する時、出力電圧VOUTをモニタする。電圧制限 回路60は、抵抗63および64を備える電圧分割装置を通して電圧増倍回路1
2の出力に接続している。電圧分割装置の点65のところで入手できる電圧信号
が、電圧増倍回路12の出力電圧VOUTを示すことはすでに決まっている。
【0016】 電圧分割装置ネットワークの点65のところに示すように、負荷電圧レベルV OUT が増大して、予め定めた最大値を超えると、電圧制限回路60は、ライン6 6を通してマイクロプロセッサ16に信号を送る。電圧増倍回路は、出力電圧を
、出力電流レベルIOUTが低い場合に発生するその正常な「無負荷」電圧よりか なり下に維持するために、入力電圧レベルVINを変化させる。
【0017】 装置8の上記の一般的な構造および動作モードは、1996年10月5日付の
、「動的負荷ライン操作電源を備えるスプレーガン」という名称の、米国特許第
5,566,042号に記載してあるものと同じである。上記米国特許第5,5
66,042号の全文は、引用によって本明細書の記載に援用する。
【0018】 <電源モニタ> 本発明の特徴によれば、本発明の装置またはスプレーガン8は、電源ユニット
が、近い将来発生する恐れがある故障の時期を予知するために、電源ユニット9
の動作を効果的にモニタするのに適している。長い期間上記装置8を使用すると
、電源ユニットが故障を起こし易くなる。電源ユニット9が、近い将来故障を起
こすような状態になった場合には、出力電圧VOUTが減少する場合があるが、ス プレーガンのオペレータは、それになかなか気がつかない。その結果、装置8を
連続して使用している場合に、多くの対象物28のコーティングが不良になる。
【0019】 本発明を使用すれば、操作回路16は、ライン70およびユーザ・インターフ
ェース25を通して、オペレータに、電源ユニット9が、近い将来故障を起こす
恐れがあることを示す信号を送信することができる。そのため、電源ユニットの
、一つまたはそれ以上の構成部品の故障により、電源ユニットが故障を起こす前
に、オペレータは装置8の動作を中断し、電源ユニット9を交換することができ
る。
【0020】 操作回路16は、電源ユニット9の動作効率をモニタし、電源ユニットの動作
効率に有意な変化が発生した場合には、ライン70を通して、ユーザ・インター
フェース25に出力信号を供給する。電源ユニット9が、近い将来故障を起こす
恐れがある場合には、電源ユニット9の動作効率は低下する。電源ユニット9の
動作効率が低下した場合には、マイクロプロセッサ16は、ライン70を通して
、ユーザ・インターフェース25に出力信号を供給する。ライン70を通して、
ユーザ・インターフェース25に供給された信号により、装置8のオペレータは
、対象物28のコーティングが不良になる程度まで、電源ユニットが故障する前
に電源ユニット9を交換することができる。
【0021】 電源ユニット9の動作効率をモニタするために、操作回路16は、電源ユニッ
トへの入力と電源ユニットからの出力との間の関係を判断する。電源ユニット9
が、近い将来故障を起こす恐れがある場合で、電源ユニットへの入力と電源ユニ
ットからの出力との間の関係が、予め定めた関係の範囲から逸脱する。操作回路
16が、電源ユニットへの入力と電源ユニットからの出力との間の関係が予め定
めた関係の範囲から逸脱していると判断した場合には、操作回路16は、ライン
70を通してユーザ・インターフェース25に出力信号を供給する。
【0022】 図1の本発明の実施形態の場合には、操作回路16は、電源ユニット9への入
力電流と電源ユニットからの出力電流との間の関係をモニタする。操作回路16
は、電源ユニット9への入力電流と電源ユニットからの出力電流との間の関係が
、予め定めた範囲から逸脱した場合には、電源ユニットが、近い将来故障を起こ
す恐れがあることを示す信号を供給する。電源ユニットへの入力電流と電源ユニ
ットからの出力電流が、予め定めた範囲内に位置するかどうかの判断は種々の方
法で行うことができる。
【0023】 図1の本発明の実施形態の場合には、電源ユニット9への入力電流に対する電
源ユニット9からの出力との間の分数的な関係(IOUT/IIN)が、予め定めた しきい値以下である場合、操作回路16は、ユーザ・インターフェース70に、
電源ユニット9が、近い将来故障を起こす恐れがあることを示す出力信号を供給
する。電源ユニット9の入力電流に対する出力電流の上記の分数的な関係以外の
関係も、電源ユニットの動作効率をモニタするのに使用することができることを
理解されたい。例えば、電源ユニットへの入力電力と電源ユニットからの出力電
力との間の関連を電源ユニットの動作効率をモニタするために使用することがで
きる。
【0024】 装置またはスプレーガン8が使用中である場合には、帯電用電極22と対象物
28との間の出力負荷は、電極と対象物との間の距離の関数として変化する。そ
れ故、電極22と対象物28との間の距離が大きくなればなるほど、電極と対象
物との間の抵抗も大きくなる。電極22と対象物28との間の距離が減少するに
つれて、電界およびコロナ24の発生に対する抵抗は減少する。
【0025】 電極22と対象物28との間の距離が短くなるにつれて、電源ユニット9から
の出力電圧は小さくなり、電源ユニット9からの出力電流は増大する。電源ユニ
ット9からの出力電流が増大するにつれて電源ユニットへの入力電流は増大する
。電源ユニット9が正しく動作している場合には、入力電流に対する出力電流の
比率は、予め定めたしきい値より上に維持される。
【0026】 電源ユニット9に対する、入力電流との関数としての信号は、リード線76を
通して操作回路16に供給される。電源ユニット9からの出力電流の関数として
の信号は、リード線14を通して操作回路16に供給される。
【0027】 一つの特定のスプレーガンまたは装置8により、ある特定の対象物28にコー
ティング材料を塗布している間は、電極22と対象物、入力電流(IIN)および
出力電流(IOUT)との間の負荷の間の関係は、下記の表に示すように変化する 。
【表1】
【0028】 この表の場合には、負荷はギガオーム(G)単位、またはメガオーム(M)単
位で表示してある。入力電流(IIN)は、アンペア単位で、また出力電流(IOU T )はマイクロアンペア単位で表示してある。比率は、出力電流を入力電流から 0.359引算して得られた数値で割ることにより計算した(IOUT/(IIN− 0.359))。
【0029】 図2のグラフは、負荷または電極22と対象物28との間の距離に従って、比
率が変化する様子を示す。それ故、図2の場合には、縦座標は、上記表に示す比
率の数値を表わし、横座標は、負荷、すなわち、電極22と対象物28との間の
距離を示す。図2の曲線86は、負荷、すなわち、電極22と対象物28との間
の距離に従って比率が変化する様子を示す。
【0030】 スプレーガン、または装置8が正常に動作している間は、図2の曲線86が示
すように、比率は、図2の鎖線88が示すようにしきい値の上に位置する。曲線
86では示していないが、電極22が対象物28から無限と見なされる距離だけ
移動すると、比率は、しきい値88以下のレベルから、しきい値より上のレベル
に急速に増大する。操作回路16のマイクロプロセッサは、スプレーガンまたは
装置8が、対象物28との動作関係に移動する間に起こる比率86の急速な変化
を無視するようにプログラムされる。それ故、マイクロプロセッサは、比率が1
,000または予め定めたある最小値を超えるまで比率の変化を無視する。
【0031】 装置8の動作中、リード線14を通って操作回路16に流れる電流は、電源ユ
ニット9の出力電流(IOUT)の関数である。同様に、リード線76を通って操 作回路16に流れる電流は、電圧入力10から電源ユニット9に流れる入力電流
(IIN)の関数である。対象物28にコーティング材料を塗布している場合であ
って、電源ユニット9が正しく動作している場合には、入力電流に対する出力電
流の比率は、負荷、すなわち、電極22と対象物28タイプとの間の距離の変化
に応じて、図2の曲線86が示すように変化する。電源ユニット9が正常に動作
している間は、比率86は、しきい値88の上に位置する。しかし、電源ユニッ
ト9が、近い将来故障を起こす恐れがある場合には、比率86は、しきい値88
以下に下がる。そうなった場合には、操作回路16は、リード線70を通してユ
ーザ・インターフェース25に出力を供給する。
【0032】 リード線70を通しての、ユーザ・インターフェース25に対する出力に応じ
てオペレータは装置8の動作を中断し、電源ユニットを交換する。そうすること
により、オペレータは、対象物28に塗布されるコーティングの品質が低下する
ほど、電源ユニットの故障が進行する前に、電源ユニットを交換することができ
る。
【0033】 上記説明において、曲線86が示す比率は、入力電流に対する出力電流の比率
である。しかし、そうしたい場合には、異なる関係も使用することができること
を理解されたい。例えば、上記比率は、出力電力に対する入力電力の比率であっ
てもよい。
【0034】 出力電流に対する入力電流の比率、または出力電力に対する入力電力の比率を
使用する代わりに、参照用テーブルを使用するように、装置8を構成することも
できる。上記テーブルを使用する場合には、ある出力電流に対するある入力電流
の数値が、操作回路16に記憶している数値と比較される。電源ユニット9が、
近い将来故障を起こす恐れがある場合には、参照用テーブルは、入力および出力
の相対的な数値が、予め定めた数値の範囲から逸脱することを示す。その場合に
は、リード線70を通して、ユーザ・インターフェース25に出力信号を供給す
る操作回路16は、オペレータに、電源ユニット9が、近い将来故障を起こす恐
れがあることを知らせる。
【0035】 各スプレーガン8の動作特性は、他のスプレーガンの動作特性とは異なること
を理解されたい。それ故、入力電流(IIN)と出力電流(IOUT)との間の特定 の関係は、異なるスプレーガンの場合には異なるものとなる。しかし、任意のあ
るスプレーガンが、近い将来故障を起こす恐れがある場合には、スプレーガンの
動作効率が変化し、また出力電流に対する入力電流の関係が変化するので、それ
を知ることができる。
【0036】 <結論> 本発明は、対象物28に、コーティング材料を静電的に塗布する際に使用する
ための新規な改良形装置を提供する。上記装置は、対象物28の方向に、コーテ
ィング材料の流れを向けるノズル21を含む。電源ユニット9は、コーティング
材料を静電的に帯電させるための電界を発生する。制御回路16は、電源ユニッ
トに接続していて、電源ユニット9が近い将来起こす故障の時期を予知すること
ができる。
【0037】 制御回路16は、電源ユニットへの入力と電源ユニットからの出力との間の関
係をモニタすることができる。電源ユニットへの入力電流と電源ユニットからの
出力電流との間の関係が、予め定めた範囲を超えた場合には、制御回路は、電源
ユニットが、故障を起こしかけていることを知らせる信号を供給する。
【0038】 上記説明を読めば、当業者なら、本発明の種々の改善、変更および修正を思い
つくことができるだろう。そのような改善、変更および修正は、添付の特許請求
の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
添付の図面を参照しながら、上記の説明を読めば、本発明の上記およびその他
の特徴をもっとよく理解することができるだろう。
【図1】 本発明による、対象物に帯電したコーティング材料を静電的に塗布するための
装置の略図である。
【図2】 装置とコーティング材料を塗布する対象物との間の距離が変化するにつれて、
図1の装置の電源ユニットに対する入力が、電源ユニットからの出力に対してど
のように変化するのかを示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U S,UZ,VN,YU,ZW Fターム(参考) 4F034 AA04 DA21 4F035 AA03 BC05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対象物に、静電的に帯電したコーティング材料を塗布する際
    に使用するための装置であって、ベースと、前記対象物の方向にコーティング材
    料の流れを向けるために前記ベースに接続しているノズルと、前記コーティング
    材料を静電的に帯電する目的で、電界を発生するために前記ベースに接続してい
    る電源ユニットと、前記電源ユニットに接続していて、電源ユニットが、近い将
    来故障を起こす恐れがある時期を予知するために、前記対象物へコーティング材
    料を塗布している間に動作することができる制御回路とを備える装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の装置において、前記制御回路が、電源ユニッ
    トへの入力と電源ユニットからの出力との間の関係を判断し、電源ユニットへの
    入力と電源ユニットからの出力との間の関係が、予め定めた関係の範囲を逸脱し
    た場合に、電源ユニットが、近い将来故障を起こす恐れがあることを示す信号を
    供給する装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の装置において、前記制御回路が、電源ユニッ
    トへの入力と電源ユニットからの出力との間の関係をモニタし、電源ユニットへ
    の入力と電源ユニットからの出力との間の関係が、予め定めた関係の範囲を逸脱
    した場合に、電源ユニットが、近い将来故障を起こす恐れがあることを示す信号
    を供給する装置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の装置において、前記制御回路が、前記電源ユ
    ニットからの出力の関数に対する前記電源ユニットへの入力の関数の比率が、予
    め定めた方法で、予め定めた大きさから異なる大きさを持つ時点を判断し、前記
    比率の大きさが、予め定めた方法で、予め定めた大きさから異なっているとの判
    断に従って、電源ユニットが、近い将来故障を起こす恐れがあることを示す信号
    を供給する装置。
JP2000520910A 1997-11-14 1998-11-12 スプレーガン電源ユニット監視装置 Pending JP2001524368A (ja)

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