JP2829178B2 - アーク防止用静電塗装機の電源装置 - Google Patents

アーク防止用静電塗装機の電源装置

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    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、静電塗装機の電源装
置、特に、スプレーガン及び回転式噴霧器といった静電
塗装噴霧器と共に用いるのに適した改良型のアーク防止
用静電塗装機の電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】或る種の塗料噴霧装置においては、塗料
は噴霧され塗装中の加工部材との関係において高い電圧
にまで帯電される。塗料の液滴上の電荷は液滴を加工部
材へひきつけ、塗料移送効率を大幅に増大させ塗布され
たコーティングの均質性を改善する。塗料を帯電させる
のには、約4万から10万ボルト以上の直流電圧が使用
されうる。通常、加工部材は、塗装中大地電位に保たれ
る。10万ボルトの電圧が数インチの間隙を飛び超える
ことから、アーク発生を予防するため高電圧が印加され
ている間スプレーガンを接地された物体から離しておく
注意を払わなくてはならない。数多くの塗料が引火性溶
剤を含んでいる。従って高電圧塗料帯電回路からのアー
クは、爆発及び/又は火災といった結果を招く可能性が
ある。同様に、高電圧はスプレーガンの近くにいる作業
員全員に対する危険性をもはらんでいる。
【0003】静電機電源からのアーク発生を制御するた
めにさまざまな技術が用いられてきた。多くの静電式ス
プレーガンにおいては、高電圧回路内に非常に大きな値
の抵抗器が設置されている。正規の運転中、高電圧回路
内の電流は非常に低く従って抵抗器を横切る電圧降下は
重大なものではない。接地された物体が近づいた時点で
出力電流が増大するにつれて、抵抗器を横切っての電圧
降下による出力電圧の減少が見られる。この電圧降下は
アーク発生の危険性を低減するものの、全く無くするこ
とはない。抵抗器は同様に、アークが発生した場合に利
用可能なエネルギー量を減少させることができる。この
ことは逆に作業員に対する危険なレベルの衝撃の危険性
を減少させ、又引火性塗料溶剤の発火を生み出すのに充
分なエネルギーをアークが有する危険性をも低減する。
好ましくは、塗料帯電用電極の質量は小さく、抵抗器は
高電圧塗料帯電用電極と大地の間のキャパシタンスを最
小限にし、かくしてアーク発生時に利用可能な蓄積エネ
ルギーを最小限にするべく帯電用電極に非常に近いとこ
ろに置かれている。スプレーブース内に載置されている
回転式塗料噴霧器については、より優れたコーティング
の質を達成するため、強い又はほぼ一定の高電圧が一般
に用いられる。換言すると、高電圧回路内には限流抵抗
器が全く無い。しかしながらこのようなシステムは、初
期アーク事象(即ちアーク発生の可能性がある状態)を
検出し実際のアーク発生に先立って高電圧を遮断するよ
うな初期アーク検出回路を内蔵することができる。
【0004】初期のアーク防止技術には、高電圧回路に
関して大地帰路内の直流電流の絶対値を見ることが関与
していた。この電流が予め定められた最大レベルを上回
った場合、高電圧は遮断された。しかしながら、出力電
流が突然増大した場合、高電圧が遮断される前にアーク
が起きる可能性があった。アークは、発火をひき起こす
のに充分なエネルギーを有することになる。塗装中数多
くのスプレーブース内に存在する引火性雰囲気の中で
は、このようなアークは許容できない。予め定められた
最大電流がアークに必要な電流よりはるかに下のレベル
で設定されるのでないかぎり、アーク発生前に高電圧が
遮断されることはない。しかしながら、予め定められた
最大電流をこのような低いレベルに設定することは電源
の有効度を低減する。
【0005】さらに最近では、高電圧大地帰路内の電流
を分析するための回路が開発された。1つの技法では、
高電圧直流電流内の変化率を見る。接地された物体に塗
料帯電用電極が近づくにつれて、直流電流の増大がみら
れる。直流電流の変化率つまりdi/dtが予め定められた
レベルを上回ると、アークが発生しかけていると推定さ
れ、高電圧は実際のアーク発生前に遮断される。従っ
て、初期アーク発生が検出される。アーク発生前の高電
圧塗料帯電用電極からのコロナ放電は又、直流電流上に
重畳される低レベルの交流電流を生成する。もう1つの
技術によると、直流電流上に重畳された全ての交流電流
成分の絶対値が検出される。交流電流成分が予め定めら
れたレベルを上回る場合、初期アーク発生条件が存在す
ることが決定され、高電圧は実際のアーク発生前に中断
される。
【0006】先行技術の静電塗装機用電源においては、
初期電流変化からの自動的運転停止を防ぐため始動中初
期アーク検出回路を無効化しておくことが必要であっ
た。接地された物体が運転開始中に高電圧回路にあまり
にも近すぎると、アークが発生することになる。先行技
術に基づくアーク防止回路は、過剰な大地帰路電流が検
出されるか又は初期アーク発生条件が検出されるかした
場合につねに高電圧を遮断する。しかしながら高電圧が
ひとたび遮断されると、システムは、システムオペレー
タが手でリセットすることを必要とした。例えば生産ラ
イン上で自動車のボディを塗装するために回転式噴霧器
が用いられている場合、高電圧が短い時間以上の間遮断
されたならばボディに塗布される塗料の品質は受諾でき
ないものとなるだろう。電圧が短時間内例えば約1秒以
下の時間内に再度確立されたならば、受諾可能なコーテ
ィングを塗布できることが確認されている。しかしなが
ら、先行技術のアーク防止型電源は、運転停止の後自動
的に再始動できない。電源が迅速に再始動され、かつア
ーク条件がなおも存在していたならば、結果として生じ
るアークは火災又は爆発をひき起こす可能性があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、アーク
防止用静電塗装機の電源は、検出された初期アーク事象
即ちアーク発生移行前現象に応答した運転停止によりア
ーク発生に対する改良型保護装置を提供し、同様にアー
ク発生の危険性無く予め定められた短い運転停止時間の
後自動的に再始動するように設計されている。この電源
は、予め定められた電流以下の電流が高電圧回路内を流
れているかぎりほぼ一定の絶対値で高い直流電圧を生成
する。通常の運転中、出力電流は予め定められた電流よ
りも小さい。電流が予め定められた電流より上に増加す
るにつれて、高電圧は急速に減少する。したがって通常
のコーティング中ほぼ一定の電圧が維持される。接地さ
れた物体が高電圧塗料帯電用電極に近づくにつれて、電
極上の電圧は電流の増加に応答して減少しアーク発生の
危険性を低減させることになる。
【0008】電源がオンに切換えられた時点でつねにゼ
ロから出力電圧を上昇させるようなソフトスタート回路
が、この電源に具備されている。例えば、電圧は約2秒
の時間で0ボルトから10万ボルトまで上昇しうる。電
源が出力電圧を有する間つねに、初期アーク(即ちアー
ク発生移行前現象の)検出回路が出力を監視する。この
回路は好ましくは直流出力電流上のあらゆる交流成分を
監視する。交流成分が初期アーク発生条件のために予め
定められたレベルに達した場合、アーク検出回路は高電
圧出力を遮断にする。約1秒といった予め定められた短
時間の遅延の後、回路は出力電圧を再びオンに戻そうと
する。初期アーク発生が全く検出されないかぎり、又電
流が予め定められた電流より小さいものであり続けるか
ぎり、電圧は最大電圧に至るまで上昇することになる。
電流が予め定められた電流を上回った場合、高電圧直流
電流のレベルに基づいて最大電圧レベルは低減される。
出力電圧がオンに切換えられた後いつ何時であれ初期ア
ーク事象が再び検出された場合、出力電圧は再び遮断さ
れることになる。
【0009】電圧が最初オンに切換えられなおも約1万
ボルト未満といった低いレベルにある場合、初期アーク
発生条件により生成されたあらゆる交流電流は、出力電
圧が高かった場合に比べはるかに低いレベルを有するこ
とになる。出力電圧が最初オンに切換えられたときのア
ーク発生の危険性を低減する目的で、電圧が例えば1万
ボルト未満にとどまる一方で初期アーク検出回路の利得
は増加させられる。したがって、回路はソフトスタート
(即ち傾斜上昇)中低出力電圧で初期アーク発生条件を
検知するのに有効である。
【0010】したがって、本発明の目的は改良型のアー
ク防止用静電塗装機の電源を提供することにある。本発
明のその他の目的及び利点は、以下の詳細な説明及び添
付図面から明らかになることだろう。
【0011】
【実施例】ここで図面特に図1ないし図3を見ると、図
1は、本発明に従ったアーク防止用静電塗装機の電源1
0を示すブロックダイヤグラムである。通常の作動条件
下で、電源10は例えば最高で10万ボルトの調整可能
な高電圧直流出力を有する。しかしながら出力電圧は運
転開始中及び出力電流が予め定められた電流を上回った
場合に減少させられる。図2は、初期運転開始後ならび
に初期アーク事象の検出に応答しての運転停止の場合の
自動再始動の後の時間の関数としての電源10からの出
力電圧を示すグラフである。図3は、出力電流の関数と
して電源10からの出力電圧を示すグラフである。
【0012】電源10は、電力入力端12上の低い直流
電圧を、回転式噴霧器(図示せず)といった静電式コー
ティングアプリケータ(被覆剤塗布器)への出力端13
上に適用される高い直流電圧へと変換する従来の高電圧
電力モジュール11を含んでいる。このような電力モジ
ュール11は標準的に、入力端12からの低い直流電圧
を低い交流電圧に変換する発振器、低い交流電圧を中間
レベルの交流電圧にまで増大させる電圧逓昇変圧器、そ
して中間レベルの交流電圧を整流し倍増させて高電圧直
流出力13を確立するコンデンサ及びダイオード増倍電
圧整流器を含む。この電力モジュール11は又、高電圧
出力電流及び電圧を表すフィードバック信号を提供する
低レベル入力端14をも有している。標準的には、電流
は、高電圧について大地帰路内で測定される。
【0013】出力端13で打ち立てられた電圧は入力端
12上の直流電圧のレベルに応答して制御される。電源
の一例10においては、出力端13上の電圧はゼロと1
0万ボルトの間で制御される。出力電圧の最大レベル
は、電圧レベル選択回路15により決定される。この最
大電圧は、例えば複数の予め設定された電圧のうちの1
つを選択すべくスイッチをセットすることによりユーザ
によって、或いは又望ましい出力電圧を表す電圧又は電
流を供給するプログラミング可能なプロセス制御装置
(図示せず)によって、選択できる。選択回路15は、
出力端13上の電圧を確立する1つの範囲内に入る電圧
をもつ出力端16を有している。例えば出力端16上の
ゼロボルトから10ボルトの電圧範囲は、ゼロボルトか
ら10万ボルトまでの出力端13上の高電圧を制御する
ことができる。出力端16の電圧は抵抗器17を通して
分岐点18に印加され、次に総和分岐点19を通して電
圧制御された調整器20へと印加される。分岐点18は
同様にコンデンサ21を通して大地に接続される。電圧
制御式調整器20は電力モジュール11への電力入力端
12上の電圧を設定する。
【0014】電源10は、ソフトスタート回路及びアー
ク防止回路を含む。電力モジュール11からのフィード
バック出力14は出力電流及び電圧フィードバック回路
22を通して高圧レベル制御回路23へ印加される。回
路23はORゲート24を通して電圧制御式調整器20
へ接続されて、望ましくないほどに高い出力電圧又は過
度の出力電流のいずれかの場合、出力端13上の高電圧
を遮断する。レベル制御回路23は、出力端13上の電
圧が過度に低い場合、調整器20からの駆動を増大させ
ることにより出力端13の電圧レベルに対するフィード
バック制御を提供するよう総和分岐点19にも接続され
ている。レベル制御回路23は、予め設定された出力電
流に到るまで一定の高電圧出力を維持するよう試みる。
したがって、電源10は、出力電流が予め設定された電
流よりも小さいものであるかぎり、堅調に調整された電
源として作用する。予め設定された電流以上では、高電
圧出力は極めて非調整状態となる。出力電流が予め設定
された出力電流を超えて増大するにつれて、出力電圧は
高電圧レベル制御回路23により急速に減少させられ
る。
【0015】図3のグラフ例に示されているように、高
電圧出力は、0μa から45μa までの第1の絶対値の
間の出力電流についてほぼ一定のレベルにとどまってい
る出力電流が45μa から85μa (第2の絶対値)ま
で増大するにつれて、高電圧レベル制御回路23は出力
電圧を最大からゼロにまで降下させる。したがって、噴
霧器が接地された物体に近づき高電圧回路内の電流の流
れが予め設定されたレベルを超えて増大するにつれて、
高電圧のレベルは急速に減少することになる。この急速
な電圧の減少は、噴霧器からのアーク発生の危険性を減
少させ、又アーク発生の場合の利用可能な蓄積エネルギ
ーをも減少させる。
【0016】電流が増大するにつれての自動電圧降下
は、時としてファラデー箱と呼ばれる内側コーナを回転
式噴霧器がコーティングできるようにするという利点を
もつ。通常の作動中、回転式噴霧器は標準的に、コーテ
ィング中の加工部材から8インチ乃至12インチの間に
位置づけされ、噴霧器の電圧は一定に維持される。内側
コーナを塗装するためには、アーク発生を防ぐべく電圧
を降下させること、あらゆる整形用空気を増大させるこ
と、そして噴霧器をコーナーにより近づけることが必要
である。より低い電圧及び増大された整形用空気は、噴
霧された塗料を、静電荷によりより近い側壁にひきつけ
られる前にコーナーの中へ吹き込ませる。図3の電圧−
電流動作曲線の結果として、電源10は、出力電流の増
大により噴霧器がコーナーに近づくにつれてアーク発生
を防ぐため、電圧を自動的に減少させる。
【0017】出力電流及び電圧フィードバック回路22
は同様に、初期アーク検出器回路25に対して出力電流
に基づく信号を供給する。回路25は、出力端13にお
ける直流電流上のあらゆる交流成分のレベルを検出す
る。噴霧器からのコロナ放電は出力電流の交流成分とし
て反映される。接地された物体が近づくにつれて、コロ
ナ放電は増加し、噴霧器からのアーク放電が現れるまで
交流成分は増大する。出力電流の交流成分がアーク発生
前に予め定められたレベルに達したとき、初期アーク発
生条件が存在し回路25は計数器26及び2つのタイマ
27及び28に対して信号を印加する。タイマ28は、
高電圧出力13を遮断するべく分岐点18を接地しOR
ゲート24を通して信号を印加する高電圧遮断回路29
を駆動する。タイマ28は、約1秒といった短い時間的
間隔で計時を中断する。
【0018】タイマ28が計時を一時中断した後、OR
ゲート24はもはや出力端13上の高電圧を阻止しな
い。しかしながら、電圧制御式調整器20に対する駆動
は接地されており、出力端13上の電圧はゼロである。
抵抗器17及びコンデンサ21は、予め定められた時間
にわたりその通常の電圧にまで分岐点18上の電圧が上
昇できるようにするRCタイミングネットワークを形成
する。例えば、初期アーク検出事象により高電圧出力が
遮断された後、抵抗器17及びコンデンサ21は、4秒
の時間中にゼロからほぼその正規の電圧まで分岐点18
上の電圧が増大できるように、選択されうる。結果とし
て得られる出力電圧対時間曲線は図2に示されている。
ソフトスタート用線形傾斜曲線を示しているものの、図
2のこの曲線は指数曲線であってもよく、又タイミング
を用途に合わせて変更することも可能であることが理解
される。
【0019】ほとんどの商業的利用分野について、回転
式噴霧器にかゝる塗料帯電電圧は、一時的に遮断するこ
とができる。例えば、噴霧器の電圧が約1秒以内に再度
確立される場合、塗布されたコーティングは幾分か薄い
ものの条件に合ったものとなろう。回転式噴霧器は正規
の最適電圧よりはるかに低い電圧で作動可能である。低
い電圧は、コーティングの転移率が低くなるという結果
をもたらすにすぎない。初期アーク検出器回路25、タ
イマ28及び高電圧遮断回路29は、初期アーク事象が
検出された後出力端13上に高電圧を自動的に再度確立
しようとする如く機能する。電圧が再度確立されるまで
の時間はタイマ28の時間的間隔によって決定される。
さらにアーク発生の危険性があった場合、先行技術によ
る電源は自動的に再始動され得なかった。図2に示され
ている電圧曲線で電源10を再始動させることにより、
持続している又は新たな初期アーク事象を、アークが実
際に起こる前に正規電圧より低い電圧にて検出すること
ができる。
【0020】回路25により検出された各々の初期アー
ク事象は同様にリセット可能なタイマ27を始動させ、
計数器26を増分する。タイマ27は、例えば約30秒
の時間増分を測定する。タイマ27が計時を中断する前
に予め設定された計数値に達っした場合、ラッチ30が
セットされる。例えば、計数器26が計数4に設定され
ている場合、ラッチ30は、検出された連続する2個の
事象間の時間が30秒未満で4個の初期アーク事象が検
出されたときに設定されることになる。ラッチ30から
の出力がORゲート24を介して印加されることによ
り、ラッチ30がリセットされるまで出力電圧を再度確
立しようとするさらなる試みを阻止する。
【0021】図4は、電圧制御式調整器20を含む電源
の一部分及び高電圧電力モジュール11の詳細を示して
いる。電力入力端子34及び接地端子35へと、適切な
電源(図示せず)から直流電圧が印加される。直流電力
をろ波するため端子34と大地の間にコンデンサ36及
び抵抗器37が接続されている。端子34はトランジス
タ38のエミッタに接続され、トランジスタ38のコレ
クタは電圧制御式の調整器20に接続されている。安全
用インタロック入力端39(図7から)が抵抗器40を
介して正の電圧端子41に、又ツェナーダイオード42
を介してトランジスタ43のベースに接続されている。
正端子41は、15ボルトの低電圧直流電源(図示せ
ず)に接続されている。トランジスタ43のエミッタは
大地に接続され、コレクタは抵抗器44を介してイネー
ブルライン46(図5から)へ、又ツェナーダイオード
45を介してトランジスタ47のベースに接続されてい
る。イネーブルライン46は、以下に詳細に説明するよ
うに、2つの範囲のうちのいずれかが選択された時点で
つねに活動状態にある。トランジスタ47のエミッタは
大地に接続され、コレクタは抵抗器48を介してトラン
ジスタ38のベースに接続されている。安全用インタロ
ック入力端39は、出力端13に望ましくないほどに高
い過電圧がある場合、初期アーク事象が検出された後予
め定められた短い時間中出力端13における電流が予め
設定された最大電流値を超過する場合、及び、予め定め
られた時間的間隔内で予め定められた数の初期アーク事
象が検出された場合に、いずれもつねに高電圧電力モジ
ュール11の電力を阻止するようにトランジスタ38を
オフに切替えさせるようになっている。
【0022】電圧制御式調整器20は、市販の集積回路
調整器であってよく、トランジスタ38のコレクタに接
続された電力入力端、高電圧モジュール11の電力入力
端12に供給する電力出力端及び端子49に接続された
高電圧制御入力端を有する。過渡電流を抑制するため調
整器20の電力入力端と電力出力端の間にはダイオード
50が接続されている。調整器20からの出力電圧は、
図5に示されている高電圧レベル制御回路に接続されて
いる制御入力端子49上の電圧に正比例し、この電圧よ
りわずかに大きい。調整器20からの電力出力は、高電
圧モジュール11内の発振器51を駆動する。高周波交
流電圧を、電圧逓昇変圧器52の一次巻線に印加させ、
この電圧は調整器20からの電圧に比例し、従ってレベ
ル制御端末49上の電圧に比例する。変圧器52からの
2次電圧は、高電圧出力13を得るため通常のコンデン
サ及びダイオードの電圧増倍器ネットワーク53により
整流及び増倍される。電圧増倍器ネットワークの一例
は、米国特許第4,402,030号に示されている。電力モジ
ュール11は、高電圧電流フィードバック出力54及
び、高電圧出力13の電流及び電圧レベルの組合わせに
基づく出力55という2つの付加的な出力を含んでい
る。
【0023】図5は、高電圧レベル選択回路15及び図
1の電源のその他の回路部分の詳細を示している。さま
ざまな利用分野に備えるため、出力端13で利用可能な
最大出力電圧をさまざまな方法で選択することが可能で
ある。4万ボルト、6万ボルト又は9万ボルトといった
3つの異なる予め設定された出力電圧の1つを選択する
ために、入力端59及び60を用いることができる。入
力端59及び60は同様にORゲート56を通して有効
化ライン46に接続されている。例えばゼロから10ボ
ルトまでの可変電圧入力端61を、0ボルトから10万
ボルトまでの出力電圧の選択のために用いることもでき
るし、或いは又同じ範囲内の出力電圧を選択するために
可変電流入力端62を用いることもできる。可変入力端
61及び62は、例えば自動化された塗装プログラムの
実行中に必要条件が変化するにつれて出力電圧を変化さ
せるプログラミングされたプロセス制御装置と共に用い
ることができる。
【0024】2つのゲート63及び64の出力端は合わ
せて端子65に接続されている。ゲート63又は64の
1つを選択的に使用可能にするため、手動式スイッチ6
6及び2つの抵抗器67及び68が接続されている。ゲ
ート63が使用可能にされると、2つの入力端59及び
60の論理レベルに応じて3本のライン69,70又は
71のうちの1本の線上のDC電圧を出力端65に接続
することができる。正端子41は、抵抗器72を通して
分岐点73に、又分岐点73からツェナーダイオード7
4を通して大地へと接続されている。抵抗器72及びツ
ェナーダイオード74は分岐点73上の電圧を調整す
る。分岐点73は、3つの平行な電位差計75,76及
び77及び直列抵抗器78の固定端子を通して大地に接
続されている。ゲート63に対して接続されている3本
のライン69−71はそれぞれ電位差計75−77の調
整可能な端子に接続されている。3つの電位差計75−
77は、3つの異なる高電圧出力を選択するため出力端
65上の3つの異なる予め設定された電圧のいずれかを
選択できるようにセットされている。
【0025】電源10が自動プロセス制御装置によって
制御される場合、スイッチ66は、ゲート64を有効化
するようにセットされ、出力電圧は、例えば0から10
ボルトの入力端61上の可変電圧か或いは又入力端62
上の0から5ボルトといった異なる範囲の可変電圧又は
可変電流のいずれかに応答して制御されることになる。
可変電圧入力端61は、抵抗器79を通して大地に、又
抵抗器80を通してゲート64に接続される。ツェナー
ダイオード81が入力端61からゲート64に適用され
る最大電圧を制限する。ゲート64が有効化され入力端
61が用いられるとき、共通のゲート出力端子65は、
可変電圧入力端61に適用されるものとほぼ同じ電圧を
有することになる。
【0026】可変電流入力端62は抵抗器57を通して
大地に、又抵抗器82を通して端子83に接続されてお
り、この端子83は演算増幅器84への入力端に印加さ
れ、抵抗器85を通して電位差計86の調整可能な端子
に接続されている。電位差計86の一方の固定端子は接
地され、もう一方の固定端子は抵抗器87を通して正端
子41へと接続されている。増幅器84の出力端と反転
入力端との間には、フィードバック抵抗器58が接続さ
れている。増幅器84は、入力端62上の可変電流に比
例する出力電圧を有することになる。増幅器84からの
出力は、抵抗器88を通して増幅器89への入力端に適
用される。直列接続の可変抵抗器90及び固定抵抗器9
1が、増幅器89の利得を調整するためのフィードバッ
ク径路を提供している。増幅器89の出力は、抵抗器9
2を通してゲート64に印加される。ゲート64に印加
される最大電圧を制限するためにツェナーダイオード9
3が接続されている。ゲート64が有効化され入力端6
2が使用される場合、共通のゲート出力端子65は、可
変電流入力端62における電流に比例する電圧を有する
ことになる。
【0027】スイッチがゲート64を有効化したとき範
囲を選択するために、ゲート入力端59及び60が用い
られる。入力端59上の信号が入力端61を選択し、O
Rゲート56を通して有効化ライン46にイネーブル入
力を印加し、入力端60は入力端62を選択しORゲー
ト56を通して有効化ライン46にイネーブル入力を印
加する。入力端61又は62を選択すべく2つの入力端
59又は60の一方が活動状態にあるのでないかぎり、
有効化ライン46は低くなり、トランジスタ38は出力
端13で高電圧を抑制するようオフになる。
【0028】共通ゲート出力端65は、抵抗器94を通
して分岐点95に印加される。分岐点95はコンデンサ
96を通して大地、電圧フォロワ増幅器97及び勾配制
御入力端98(図7から)へと接続されている。電圧フ
ォロワ増幅器97からの出力は抵抗器を通して積分増幅
器99への入力端に適用される。高電圧信号入力端10
0が同様に、抵抗器101を通して積分増幅器99への
入力端に接続されている。直列接続の抵抗器102及び
コンデンサ103が増幅器99に対するフィードバック
を提供する。積分増幅器99からの出力は、抵抗器10
4を通して増幅器105への入力端に印加される。誤差
信号入力端106(図6から)も同様に抵抗器107を
通して増幅器105への入力端に印加される。増幅器1
05への反転入力端と出力端の間にはフィードバック抵
抗器108が接続されている。増幅器105からの出力
は、2つの直列抵抗器109及び110を通してトラン
ジスタ111のベースに印加される。抵抗器109と1
10の間から大地へ、ダイオード112が接続されてい
る。トランジスタ111のコレクタは大地に接続され、
エミッタは調整器20(図4)からの出力電圧を制御す
るため高電圧制御端子49に接続されている。通常の作
動条件の下で、調整器20からの出力電圧は、ゲート6
3及び64からの共通出力端子65上の電圧に正比例す
ることになる。以下に論述するように、この電圧は勾配
制御入力端98、高電圧入力端100及び誤差信号入力
端106によって変更可能である。
【0029】図6は、出力電流及び電圧フィードバック
回路22、高電圧レベル制御回路23及び図1の電源1
0のその他の部分の詳細を示している。コンデンサ11
6が、電流フィードバック出力端54(図4から)と組
合わせられた電流・電圧フィードバック出力端55(図
4から)の間に接続されている。高電圧電流に比例する
電圧にある電流フィードバック出力端54は、3つの直
列接続抵抗器117−119を通して、電圧フォロワ1
20の非反転入力端に接続される。抵抗器117及び1
18の間の分岐点は、過渡電圧抑制バリスタ121を通
して大地に接続され、抵抗器118と119の間の分岐
点は、過渡電圧抑制バリスタ122を通して大地に接続
され、電圧フォロワ120への非反転入力端は並列抵抗
器123及びコンデンサ124を通して大地に接続さ
れ、電圧フォロワ120への入力をろ波する。
【0030】電圧フォロワ120からの出力は、電流信
号出力125(図7)を設定する。電圧フォロワ120
の出力は同様に、緩衝増幅器127の反転入力端へと、
抵抗器126を通して印加される。増幅器127はフィ
ードバック抵抗器128を有する。増幅器127からの
出力は抵抗器129を通して増幅器130の反転入力端
に印加される。正端子41も同様に、固定抵抗器131
と直列可変抵抗器132を通して増幅器130の反転入
力端に接続されている。増幅器130はフィードバック
抵抗器133を有する。増幅器130の出力は抵抗器1
34を通して、ダイオード136と共に活動状態のダイ
オード136’を含む増幅器135へ印加される。活動
状態のダイオード136’は図5の電流誤差信号入力端
106に接続する。
【0031】図1,図3,図5及び図6を参照すると、
増幅器130によって増幅器135に対して適用された
入力がダイオード136の順方向電圧より小さいかぎ
り、電流誤差信号入力端106上にはいかなる信号も現
れない。電流フィードバックが可変抵抗器132の設定
点調整を上回る場合、活動状態のダイオード136’か
らの信号は正へと移行し始め、入力端106上に電流誤
差信号を生成する。活動状態のダイオード136’は、
その入力が正であるのでないかぎり出力をもたない。電
流誤差信号入力106は図5の増幅器105に印加され
る。高電圧電流が増大するにつれて、誤差信号入力10
6の絶対値は増大する。可変抵抗器132は、電流誤差
信号入力106が始まる高電圧電流誤差設定点を調整す
る。図3のグラフ内に示されている例を用いると、可変
抵抗器132は、高圧出力端13(図1)における電流
が45μa を超えたときに開始する誤差信号入力106
を設定するよう調整されている。誤差信号入力106
は、出力電流が45μa より上に増大するにつれてほぼ
線形に増大する。誤差信号入力端106は、高電圧レベ
ル選択信号と共に増幅器105に印加される。誤差信号
入力106が増大するにつれて、増幅器105に対する
正味入力は減少して調整器20が出力端13における高
電圧を低下させるようにする。従って出力端13におけ
る高電圧は、図3に示されているように、45μa 以上
への電流の増大に従って減少することになる。
【0032】ここで再び図6を参照すると、組合わせ型
電流・高電圧出力端55は、3つの直列抵抗器137−
139を通して電圧フォロワ140の非反転入力端に接
続されている。抵抗器137と138の間から大地まで
過渡抑制バリスタ141が接続され、抵抗器138と1
39の間から大地までバリスタ142が接続され、電圧
フォロワ140への入力端から大地まで並列抵抗器14
3及びコンデンサ144が接続されて電圧フォロワ14
0への入力をろ波している。高電圧出力電流と電圧の組
合わせを表している電圧フォロワ140からの出力は、
抵抗器145を通して差動増幅器146の非反転入力端
に印加される。2つの抵抗器147及び148から成る
分圧器が、高圧出力電流を表すものである電圧フォロワ
120からの出力の一部分を差動増幅器146への反転
入力端に印加され、ここでこの出力の一部分は組合わせ
られた高電圧出力電流及び電圧から減算される。差動増
幅器146からの結果として得られた出力は、図5及び
図7の回路に対して高電圧信号入力100を供給する。
増幅器146の出力端と増幅器146への反転入力端の
間にはコンデンサ148が接続されている。このコンデ
ンサ148は、電力モジュール発振器51(図4)の高
い運転周波数の結果として考えられる振動を防ぐフィル
タとして作用する。増幅器146は、可変抵抗器15
0、固定抵抗器151、演算増幅器152、フィードバ
ック抵抗器153及び出力抵抗器154から成るフィー
ドバック経路を有する。フィードバックは、組合わせら
れた電流・高電圧フィードバック信号と共に増幅器14
6の非反転入力端に印加されることから、増幅器152
はフィードバック信号を反転させて適正な極性を提供す
る。可変抵抗器150は、増幅器146の出力端に確立
された高電圧入力信号100と電流及び高電圧入力55
の間で望ましい全体的利得を提供するように調整されて
いる。
【0033】高電圧入力信号100は、図5の積分増幅
器99に印加される。高電圧出力端13における電圧レ
ベルが降下した場合、積分増幅器99に対する高電圧フ
ィードバック信号の印加によって、回路は出力電圧を調
整しようと試みることになる。図7は、安全用インタロ
ック及び初期アーク検出器25ならびに図1の電源10
のその他の部分の詳細を示している。高電圧入力信号1
00は抵抗器160を通して、フィードバック抵抗器1
62を有する増幅器161へ印加される。増幅器161
からの出力は、比較器164の1つの入力端に、抵抗器
163を介して印加される。2つの比較器165及び1
66から成る分圧器が、正端子41上の電圧の予め選択
された部分を比較器164のもう一方の入力端に印加す
る。比較器164への2つの入力端の間にはコンデンサ
167が接続されている。比較器164からの出力端
は、正端子41に、抵抗器168を通して接続されてい
る。比較器164は、高電圧出力端13における電圧が
予め定められた過電圧を超過するときレベルを変えるこ
とになる段階的出力を有する。比較器164の出力が変
化する実際の電圧は、分圧器抵抗器165及び166に
より比較器164に印加される電圧によって決定され
る。電源10が例えば最高10万ボルトで出力13を生
成するよう設計されている場合、分圧器抵抗器165及
び166は、比較器164に約112000ボルトで過
電圧を検出させるように選択されていてよい。当業者で
あれば、分圧器抵抗器165及び166の自動的修正を
具備することにより、選択された出力電圧のレベルが低
減された時点で過電圧設定点がより低いレベルに自動的
に調整されるように、回路を修正することができる、と
いうことがわかるであろう。
【0034】過電圧事象が起こり比較器164からの出
力が変化した場合、2つのNORゲート170及び17
1から成るラッチ169がセットされる。ラッチ169
からの出力はORゲート172及び抵抗器173を通し
てトランジスタ174のベースに印加される。トランジ
スタ174は、安全用インタロック入力端39(図4)
に接続されたコレクタ及び接地されたエミッタを有して
いた。過電圧事象の結果として、トランジスタ38(図
4)は、ラッチ169がリセットライン175上のパル
スによりリセットされるまで、高電圧出力13を遮断す
るべくオフに切換えられることになる。過電圧保護は冗
長であり、電源10のその他の回路部分が故障した場合
にのみ機能する。
【0035】電流信号出力125(図6から)は抵抗器
176を通して電圧フォロワ177に印加される。電圧
フォロワ177からの出力は抵抗器178を通して比較
器179への第1の入力端に印加される。比較器179
への2つの入力端の間にコンデンサ180が接続されて
いる。正端子41と大地の間に接続された2つの抵抗器
181及び182から成る分圧器により比較器179へ
の第2の入力端に対して基準電圧が印加される。比較器
179の出力端は抵抗器183を通して正端子41に接
続され、2つのNORゲート185及び186から成る
ラッチ184へ接続される。高電圧出力電流が予め定め
られた過電流を超過する場合にはつねに比較器179か
らの出力は状態を変えラッチ184をセットする。ラッ
チ184は、リセットパルスがリセット入力端175に
印加されるまでセットされた状態にとどまることにな
る。ラッチ184からの出力は、高電圧過電流に応答し
て高電圧出力を遮断するため入力端39上に安全用イン
タロック信号を確立すべくORゲート172に印加され
る。この過電流保護は冗長機能であり、回路の故障の結
果としての過剰な電圧の場合に推定されるように出力電
圧が低下しない場合にのみ有効となるようにセットされ
ている。図3のグラフに示されている例を参照すると、
出力電圧は、電流が45μa から85μa まで増大する
につれて、45μa より下の電流でのその通常の最大レ
ベルからゼロまで降下するはずである。電流が150μ
a に達した場合といったように、より高い電流でのみ出
力電圧を阻止するように過電流保護をセットすることが
可能である。過電流設定点は分圧器抵抗器181及び1
82によって決定される。
【0036】高電圧出力端13における電流を表すもの
である電圧フォロワ177からの出力は、初期アーク事
象を検知するのに用いられる。コロナ放電の増加はアー
ク発生の直前にスプレーガンにおいて発生する。このよ
うなコロナ放電は、はるかに大きい直流電流に重畳した
低レベルの交流電流を生成する。コンデンサ187及び
抵抗器188が、電圧フォロワ177からの出力端から
大地まで接続され、出力電流フィードバック信号からの
直流成分をろ波する。抵抗器188を横切った交流電流
成分は、増幅器189の非反転入力端に印加される。増
幅器189は、増幅器189の利得を確立するためその
反転入力端から大地まで接続された抵抗器191及びフ
ィードバック抵抗器190を有する。増幅器189から
の出力は、2つの直列接続抵抗器192及び193を通
して、電圧フォロワ194への非反転入力端に印加され
る。電圧フォロワ194への非反転入力端から大地へと
コンデンサ195が接続され、電圧フォロワ194の反
転入力端から抵抗器192及び193の間の分岐点まで
コンデンサ196が接続されている。抵抗器193及び
コンデンサ195及び196ならびに電圧フォロワ19
4は、交流電流信号から高周波ノイズを除去する低域フ
ィルタを形成している。
【0037】電圧フォロワ194からの出力は抵抗器1
97を通して比較器198の1つの入力端へと印加され
る。比較器198へのもう1つの入力端は端子199を
通して電圧基準電源(図示せず)に接続されている。比
較器198の2つの入力端の間にはコンデンサ200が
接続されている。比較器198は、高電圧電流のろ波さ
れ増幅された交流成分の絶対値を基準電圧と比較する。
交流電流成分が予め定められた電圧を超過する場合、高
電圧回路内でアーク発生事象が起ころうとしているとい
うことが推定される。比較器198からの出力をこの設
定点電圧で変化させるように、基準電圧は設定されてい
る。比較器198の出力が変化する設定点電圧の変化
は、アーク検出回路の感度を変えることになる。
【0038】比較器198からの出力端は、抵抗器20
1を通して正端子41へと接続されている。比較器19
8からの出力端は同様にタイマ202を引き外しするよ
うにも接続されている。抵抗器203及びコンデンサ2
04が、このタイマ202によって測定される時間的間
隔を決定する。抵抗器203及びコンデンサ204は、
タイマ202に対し短い時間的間隔例えばわずか約1秒
の間隔を提供するように選択される。初期アーク事象が
検出された後このような時間的間隔の間、タイマ202
は、安全用インタロック入力39を確立するためORゲ
ート228を通してORゲート172へ、又抵抗器20
5を通してトランジスタ206のベースに出力を印加す
る。トランジスタ206のエミッタは接地されており、
トランジスタ206のコレクタは勾配制御入力98を図
5の分岐点95に印加する。従って、初期アーク事象が
検出された場合つねに高電圧は安全用インタロック入力
39により遮断され、分岐点95はコンデンサ96を放
電すべくトランジスタ206を通して接地される。タイ
マ202がタイムアウトした後、安全用インタロック入
力39は遮断され、トランジスタ206は導電をやめ
る。しかしながら、接地された分岐点95にはいかなる
レベル選択電圧も無いことから高電圧は直ちに再度確立
されることはない。抵抗器94及びコンデンサ96は、
高電圧がその通常の高電圧レベルまで上昇するソフトス
タート率を決定するRCタイミングネットワークを形成
する。図2のグラフ例においては、抵抗器94及びコン
デンサ96は、ゼロボルトから最大電圧までに4秒の上
昇時間を提供するよう選択されている。
【0039】ここで再び図7を参照すると、比較器19
8からの出力は同様に、リセット可能なタイマ207を
もトリガーする。抵抗器208及びコンデンサ209
が、タイマ207により測定される時間的間隔を決定す
る。タイマ207は、タイマ202よりもはるかに長
い、例えば約30秒といった間隔を測定するようにセッ
トされる。検出された初期アーク事象の各々は、たとえ
タイマ210が計時を終了していなくても、これを再度
引き外しする。タイマ207は、予め定められた間隔内
に発生した初期アーク事象の数を計数する桁送りレジス
タ210の差動を制御する。比較器198の出力端に現
れる検出された初期アーク事象の各々は、桁送りレジス
タ210へのクロック入力端211に印加される。桁送
りレジスタ210は同様にタイマ207からの出力端に
接続された入力端212を有する。入力端212に印加
されたタイマ207からの出力は桁送りレジスタ210
の構成を並列から直列に変える。桁送りレジスタ210
は同様に、桁送りレジスタ210が214で出力を確立
する計数を決定するような入力213を有する。計数セ
ット入力213は例えば、桁送りレジスタが、4つ、5
つ、6つ、7つ又は8つの初期アーク事象を計数した後
214で出力を有するようにすることができる。
【0040】シフトレジスタ210からの出力214
は、2つのNORゲート216及び217から成るラッ
チ215をセットし、同様にNORゲート218を通し
て印加されてタイマ207をリセットする。タイマ20
7がリセットされるか又はタイムアウトした時点で、桁
送りレジスタ210も又リセットされる。ラッチ215
からの出力は、出力端13における高電圧を遮断するた
め39において安全用インタロック信号を確立するべく
ORゲート228を通してORゲート172へと印加さ
れる。従って、初期アーク事象が検出された場合、出力
端13における高電圧は、タイマ202が決定する通り
約1秒といった短い間隔中遮断される。このような時間
的間隔が経過した後、出力端13における電圧は、抵抗
器94及びコンデンサ96により決定された率で上昇し
始める(図5)。アーク条件がとどまるか又は再発した
場合、出力端13における電圧がアークを許容するのに
充分高くなる前に第2の初期アーク事象が検出される。
桁送りレジスタ210が入力端213によってセットさ
れた計数に達するまで、タイマがタイムアウトしないう
ちに連続する各々の事象がタイマを再始動させている状
態で、反復するアーク事象が検出された場合、ラッチ2
15がセットされ、ラッチ215がリセットライン17
5上のパルスによってリセットされるまでそれ以上の再
始動は中止される。
【0041】アーク発生に先立つコロナ放電の結果とし
て高電圧直流電流上に重畳された交流成分の絶対値は、
部分的に直流電圧の絶対値と共に変化する、ということ
に留意すべきである。ソフトスタート中に起こるような
低い電圧において、アーク発生前の交流成分は、より高
い直流電圧におけるものよりもはるかに少ない。ソフト
スタート中のアーク発生の危険性をさらに防止するため
に、高電圧出力の絶対値が予め定められた設定点レベル
例えば1万ボルトより小さい場合、初期アーク検出回路
の利得は増大させられる。なおも図7を参照すると、増
幅器161からの出力端でとった高電圧信号は、抵抗器
219を通して比較器220への入力端に印加される。
2つの抵抗器221及び222から成る分圧器は、比較
器220へのもう1つの入力端に対して予め定められた
正の電圧を印加する。比較器220への入力端の間には
コンデンサ223が接続されている。比較器220の出
力端は、抵抗器224を通して正端子41に接続され
る。分圧器抵抗器221及び222は、出力端における
高電圧が例えば1万ボルトといった電圧以下に降下した
場合比較器の出力に変化を生ずるように選択されてい
る。比較器220からの出力は抵抗器225を通してト
ランジスタ226のベースに印加される。トランジスタ
226のエミッタは接地され、コレクタは、初期アーク
検出回路内の増幅器189への反転入力端へ抵抗器22
7を通して接続されている。出力端13における電圧が
予め選択された1万ボルトを超過する限り、トランジス
タ226はオフとなる。出力端13における電圧が予め
選択された1万ボルトより小さい場合、トランジスタ2
26は抵抗器191と並列に抵抗器227を接続するよ
う通電し、かくして増幅器189の利得は増大する。こ
れは、出力電圧が予め選択された1万ボルトより小さい
場合つねに出力電流内のあらゆる交流成分の絶対値を増
大させる。従って、比較器198の出力は、出力電圧が
1万ボルトの設定点より小さい場合交流成分がより低い
レベルにあるとき初期アーク事象を示すよう変化するこ
とになる。
【0042】電源10の好ましい一実施態様を図示し説
明してきたが、前記クレームの精神及び範囲から逸脱す
ることなく種々の修正及び変更を加えることが可能であ
るということが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従ったアーク防止制御装置を含む高電
圧静電塗装機の電源のブロック図である。
【図2】図1に示されている電源からの高電圧出力と電
源の始動又は運転停止後の再始動の後の時間の関係を示
すグラフの一例である。
【図3】図1に示されている電源についての高電圧出力
と出力電流の関係を示すグラフの一例である。
【図4】本発明に従ったアーク防止用静電塗装機の電源
の高電圧電力モジュール部分の詳細な概略図である。
【図5】本発明に基づくアーク防止用静電塗装機電源の
ための電圧レベル選択及び高電圧レベル制御回路の詳細
な回路図である。
【図6】本発明に基づくアーク防止用静電塗装機電源の
ための電圧レベル制御回路の詳細な回路図である。
【図7】本発明に基づくアーク防止用静電塗装機電源の
ためのアーク検出遮断・再始動回路の詳細な回路図であ
る。
【符号の説明】
10…アーク防止用静電塗装機の電源 11…高電圧電力モジュール 17…抵抗器 20…電圧制御式調整器 21…コンデンサ 23…高電圧レベル制御回路 25…初期アーク検出器 26…計数器 27,28…タイマ 29…高電圧遮断回路 30…ラッチ回路 34…電力入力端子 36,103,116,124他…コンデンサ 37,40,44,48,57,67,68,72,7
9,80,82,85, 87,90,91,94,102,107,109,1
10,117−119, 123他…抵抗器 38,43,47,111他…トランジスタ 41…正端子 42,45,50,74,81,93他…ツェナーダイ
オード 51…発振器 75〜77…電位差計 84,99,105,146…増幅器 120,140,177…電圧フォロワ 121,141…過渡電圧抑制バリスタ 179,220…比較器 184,215…ラッチ回路 210…けた送りレジスタ 207…タイマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B05B 5/053 B05B 12/00 H02H 3/20 H02J 1/00 309 H02M 9/04

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一定の直流電圧を発生する手段; 該電圧の出力電流を検知する手段を備えた該電圧の
    アーク発生移行前の微小電流を検出する手段; 前記出力電流のいずれかの交流成分を検出する手段; 前記電圧のアーク発生移行前の微小電流を検出するた
    めの該交流電流成分の絶対値に応答する手段であって、
    前記交流電流成分の絶対値に応答する手段は、前記
    第1の出力電流より小である場合第1の絶対値に応
    答可能であり、又前記電圧のアーク発生移行前の微小
    電流を検出するための前記第1の出力電流より大である
    場合、前記第1の絶対値より大きな第2の絶対値に応答
    可能であるもの; 前記出力電圧を一定の時間間隔の間遮断するために該
    電圧のアーク発生移行前の微小電流の検出に応答する手
    段;および前記一定の時間間隔の経過後に、所定の低レ
    ベル電位から前記所定の電圧まで前記出力を傾斜上昇
    (即ちソフトスタート)せしめる手段であって、該傾斜
    上昇手段は前記出力電圧が確立される度毎に前記所定の
    低レベル電位から前記所定の電圧まで前記出力を傾斜
    上昇せしめるもの; を具備することを特徴とするアーク防止用静電塗装機の
    電源装置。
  2. 【請求項2】 前記発生手段は、前記直流電圧を、
    め設定された出力電流までは最大値電圧であるが、該出
    力電流が前記所定の出力電流を超えて増加するにつれ、
    前記最大値電圧から急速に減少する前記直流電圧を
    するものである、請求項1記載のアーク防止用静電
    装機の電源装置。
  3. 【請求項3】 前記出力の前記低レベル電位は0ボルト
    である、請求項1記載のアーク防止用静電塗装機の電源
    装置。
  4. 【請求項4】 予め設定された時間内で検出されたアー
    ク発生移行前の微小電流検出の回数を計する前記検出
    用手段に応答する手段と、該出力電圧を禁止するため該
    予め設定された時間内の該アーク発生移行前の微小電流
    の計値に応答する手段とを更に具備する、請求項1記
    載のアーク防止用静電塗装機の電源装置。
  5. 【請求項5】 静電塗装機用電源の制御方法において、
    該方法は: a)出力電流が与えられた電流値より大でない場合に、
    実質的に一定のレベルを維持する高電圧出力を発生し、
    かつ出力電流が前記与えられた電流値を超えて増加する
    時に、該高電圧出力は前記最大値電圧から急速に減少す
    ように高電圧出力を制御する段階; b)前記高電圧出力からのアーク発生移行前の微小電流
    の検出に対応して前記高電圧出力を遮断する段階; c)前記高電圧出力が遮断されてから予め定められた固
    の時間の後に、低レベル電位から出力電流により制御
    される高電圧出力を傾斜上昇せしめる段階;および、 d)前記出力からのアーク発生移行前の微小電流の検出
    に応答して前記高レベル電位まで前記出力の傾斜上昇さ
    れる時に前記出力を遮断する段階; を具備することを特徴とする静電塗装機用電源の制御
    法。
  6. 【請求項6】 前記出力は、0ボルトから前記高レベル
    電位まで傾斜上昇されるものである、請求項5記載の静
    塗装機用電源の制御方法。
  7. 【請求項7】 前記高電圧出力から初期アーク発生の検
    出に応答して、前記出力が約1秒以下の間遮断されるも
    のである、請求項5記載の静電塗装機用電源の制御
    法。
  8. 【請求項8】 前記高電圧出力が遮断される回数を計算
    し、かつ固定の時間内の所定回数の遮断の後に該出力の
    傾斜上昇を停止せしめる段階を具備するものである、請
    求項5記載の静電塗装機用電源の制御方法。
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