JP4406114B2 - 高電圧発生装置の保安トリップ手段制御方法とその方法を用いた高電圧発生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧発生装置の保安トリップ手段制御方法に係わり、より詳しくは塗膜生成物を静電塗布すべく設計された電圧発生装置に関する。この保安トリップ手段の機能は、電弧の形態で放電が起こるおそれがある場合に、高電圧の発生を停止することである。この発明はまた、この方法を用いた保安トリップ手段を備えた高電圧発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
塗膜生成物を静電塗布しているときに、その塗膜生成物の粒子は高電圧発生装置によって帯電されるが、場合によっては、塗膜生成物噴霧器と塗布される物（一般に金属製で、電気的に接地されている。）との間で電弧の形態で突然放電が起こる可能性があり、このような潜在的危険因子は発見して除去することが不可欠である。
【０００３】
従来技術の安全システムでは、電圧発生装置が発生する電圧を常時測定し、その電流の測定値から少なくとも一の電流パラメータを生成し、そのパラメータをしきい値と比較する。例えば「電流パラメータ」とは、ある時刻における電流Ｉの値そのもの、あるいはその変化分（いわば、電流の時間微分（ｄＩ／ｄｔ））を意味する。少なくともこれら二つのパラメータは、電弧の形態で放電が起こる危険性を評価する上で好適に考慮されている。電流パラメータが電流そのものであれば、最大電流値Ｉmaxと比較される。電流パラメータが電流の変化分（微分値）であれば、電流変化分の最大値（ｄＩ／ｄｔ）maxと比較される。電流パラメータがプリセットされた限界値を超えると、高電圧を切断したり、電弧を消滅させるべく電圧発生装置を停止させるような保安トリップ手段を制御するために、信号あるいは指示が生成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最近適用されている基準では、塗膜生成物噴霧器が出力するエネルギーとして認められる値はますます小さくなっており、液状塗膜生成物の場合で０．２４ｍＪ、粉体塗膜生成物の場合で５ｍＪである。従って、いっそう高感度かつ高速であるとともに、誤動作しないような安全システムを開発する必要がある。
【０００５】
塗布される対象物と高電圧が印加されている噴霧器の端部とが突然互いに接近すると、危険な状況が起きることがある。このようなことがしばしば起きるのは、コンベアに沿って移動している物体に塗膜生成物を、例えばそのコンベアの側方にある噴霧器を用いて静電塗布している最中である。塗布されている物体の突出部が噴霧器に接近すると、電弧の形態で放電が起こる危険性が生じることがある。この場合、特に塗布されている塗料に溶剤が含まれていると、火災になることもある。
【０００６】
問題の一例は、自動車のボディシェルを処理している際に起きる。塗工プロセスの間、自動車の燃料フィラーキャップカバーは開放されたままとなっている。そのカバーが静電噴霧器に近づきすぎると、電圧発生装置と連係している制御手段が電流の異常増加を検出してトリップすることがある。リセットの際、所定の時間の間だけ保安トリップ手段をオフさせることは普通に行われているが、その間発生装置の電圧は増加する。言い換えると、発生装置の電圧が上昇し始めるときに、トリップ手段は動作不能状態にあって、電弧の形態で放電が生じるのを防ぐことができない。もしこの電圧が再度確立される期間に前記の燃料フィラーキャップカバーがまだ噴霧器の近くにあると、塗膜生成物噴霧器の装置とボディシェルの燃料フィラーキャップカバーとの間に多数の電弧が発生することがあり、これらの電弧によって火災になることもある。
【０００７】
標準化された試験及び上記のようなタイプの問題に関する安全システムの挙動を評価するのに通常利用される試験では、高電圧が印加される噴霧器の端部から数センチメートルの距離のところに球体を置いて、高電圧を印加する。その結果、現在使用されているほとんどのシステムでは、上記されたエネルギーの値を有する電弧の形態で放電が起こるのを防ぐことができないことが分かった。この発明は、かかる困難な問題を解決するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段とその作用】
より詳細には、本発明に係る高電圧発生装置の保安トリップ手段制御方法は、特に塗膜生成物を静電塗布するのに用いられるものであって、前記保安トリップ手段は電弧の形態で放電が発生するおそれがあるときに、高電圧の発生を中断させるようになっており、少なくとも一の電流パラメータがしきい値に達したら前記保安トリップ手段を動作させ、前記しきい値を所定の変化則に従って前記高電圧値の関数として変化させることを特徴とする。
【０００９】
前記電流パラメータの一つは、電流又は電流変化とすることができる。
【００１０】
前記電流値に対応する第一のしきい値は、実質的に
Ｉmax（ｔ）＝Ｉmax（Ｕ（ｔ）／Ｕｃ）
なる式（ただし、Ｉmax（ｔ）はある時刻における前記第一のしきい値、Ｕ（ｔ）はその時刻における前記高電圧の値、Ｕｃは前記高電圧値について選択された設定値、Ｉmaxは前記設定値に対応する最大電流値である。）に従って決定することができる。また、前記電流変化に対応する第二のしきい値は、実質的に
（ｄＩ／ｄｔ）max（ｔ）＝（ｄＩ／ｄｔ）max（Ｕ（ｔ）／Ｕｃ）
なる式（ただし、（ｄＩ／ｄｔ）max（ｔ）はある時刻における前記第二のしきい値、Ｕ（ｔ）はその時刻における前記高電圧の値、Ｕｃは前記高電圧値について選択された設定値、（ｄＩ／ｄｔ）maxは前記設定値に対応する電流変化の最大値である。）に従って決定すればよい。
【００１１】
前記の制御方法は、好ましくは前記高電圧発生装置の電圧が上昇する期間中に実行される。また、前記高電圧値が所定の値に達しないときには、前記保安トリップ手段が抑止されるようにしてもよい。
【００１２】
前記電流パラメータは、上記に示したように電流自体とすることができる。あるいは電流の変化分（言い換えると、電流の時間微分（ｄＩ／ｄｔ））としてもよい。これら二つのパラメータは、好ましくは連係させて用いられ、各々のパラメータについて高電圧値の関数として所定の変化則が定義される。
【００１３】
本発明はまた、高電圧発生手段と、電弧の形態で放電が起こるおそれが生じたときにその高電圧を停止させる保安トリップ手段とを備えた高電圧発生装置であって、前記高電圧値の関数として変化し、所与の電流パラメータと関連づけられたトリップ指示生成手段と、そのトリップ指示を前記電流パラメータ自体を表す他の指示と比較する比較手段とを備え、その比較手段は前記保安トリップ手段を制御するための指示を生成することによって応答する高電圧発生装置を提供する。
【００１４】
一のトリップ指示は、前記発生装置によって発生される高電圧を示す指示から生成された可変の最大電流値、選択された高電圧設定値、その高電圧設定値に対応する最大電流設定値を示すことができる。また、一のトリップ指示は、前記発生装置によって発生される高電圧を示す指示から生成された可変の最大電流変化（ｄＩ／ｄｔ）max（ｔ）、選択された高電圧設定値、その高電圧設定値に対応する最大電流設定値を示すことができる。前記高電圧発生装置は、好ましくは前記高電圧を示す指示を最小電圧を示す指示と比較する比較手段をさらに備え、その比較手段は前記保安トリップ手段を抑止する手段に接続されるようにすることができる。
【００１５】
本発明について注目すべき他の特徴は、前記したように、高電圧値が所定の最小値よりも小さい場合に、前記保安トリップ手段が抑止されることである。換言すれば、電圧が上昇する期間にあっては、ある時間遅れによって保安システムが抑止されることはなく、前記高電圧値が最小値に達しているかどうかによるのである。この特徴により、次のような効果も得られる、すなわち、多くの電圧発生装置では、高電圧値の上昇の傾きを調整することができる。従って、最小電圧値に到達したらただちに保安システムが有効となるように選定すると、抑止は前記電圧の傾きとは無関係となる。
【００１６】
前記したような高電圧発生装置、特にその保安トリップ手段は、標準的な電子回路を用いて実現される。その電子回路は、発生装置からサンプルされた電流及び電圧信号をアナログ処理したり、それら電流及び電圧信号がまずデジタルデータに変換される場合には、マイクロプロセッサ、メモリ回路、及びハードワイアードロジックを用いてデジタル処理を行うものである。「指示（indication）」という用語は、このように処理されるアナログ信号、又はアナログ信号を表すデジタルデータをいう一般的な用語として同義に用いられている。
【００１７】
例示のためのみに提示された以下の説明と、添付図面を参照することによって、本発明をより深く理解することができ、また本発明の他の利点もさらに明らかとなろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に、高電圧発生装置１１の基本的な構成要素を示す。この装置は、二つのサブシステム、すなわち、静電塗膜生成噴霧器（図示せず）に組み込まれた固定サブシステム１２と移動サブシステム１３という、二つのサブシステムに分けることができる。二つのサブシステムは、電線の束１４によって接続されている。固定サブシステムは、整流器１６、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７、及びＤＣ／ＡＣコンバータ１８を備え、これらはカスケード接続されている。
【００１９】
整流器１６は、ＡＣライン電圧に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、特に導通（スイッチオン）時の電圧上昇を制御する従来の電圧制御回路１９によって制御される。従って、コンバータは、ＤＣ／ＡＣコンバータ１８に、可変でかつ漸増するＤＣ電圧を供給する。この電圧上昇制御回路自体は、可変動作点電圧Ｕｃが入力される制御回路２０によって制御される。回路の変形例としては、回路２０そのもので動作点電圧Ｕｃを生成するようにしてもよい。
【００２０】
ＤＣ／ＡＣコンバータ１８の出力は、制御回路２０によって制御されるリレー２５の接点２４を介して、昇圧トランス２２の一次巻線２１ｐに接続されている。トランス２２の二次巻線２１ｓは、通常「カスケード回路」と呼ばれるコンデンサとダイオードとを用いた電圧上昇回路２７に接続されている。電圧上昇回路２７の出力は、保護抵抗器Ｒを介してこの高電圧発生装置の高電圧出力ＳＨＴに接続されている。測定抵抗器Ｒ１が、二次巻線２１ｓの一端と回路のグラウンドとの間に接続される。好ましくは、抵抗器Ｒ１は、サブシステム１２内、特に二つのサブシステム１２及び１３の間に延設される導線３０を経由して接続される。
【００２１】
二次巻線２１ｓと電圧上昇回路２７との組合せがグラウンド及び出力ＳＨＴ間の高電圧発生ダイポールを構成していると見なされる場合には、明らかに、前記出力に接続された負荷に向かって流れる電流はまた、抵抗器Ｒ１を通って流れる電流でもある。従って、抵抗器Ｒ１の両端の電圧は、高電圧電流Ｉを表すことになる。電圧上昇回路２７の出力はまた、測定及び放電抵抗器Ｒ２を通じて導線３２にも接続される。従って、導線３２とグラウンドとの間の電圧は、高電圧Ｕを表す。二つの導線３０及び３２は、電線の束１４の一部であり、サブシステム１２の一部である制御回路２０に接続される。
【００２２】
図２は、制御回路２０の保安サブシステムを、より詳細に示している。その入力には二つの導線３０及び３２があって、高電圧電流及び高電圧自体を測定する。回路にはリレー２５の電気部分が納められ、その接点２４は、ＤＣ／ＡＣコンバータ１８と昇圧トランス２２の一次巻線２１ｐとの間に直列に挿入されている。制御回路２０は、保安トリップ手段３６を備えており、電弧として放電が発生する危険が生じた場合には、高電圧出力を切断する。保安トリップ動作によって、リレー２５の接点２４が開放される。言い換えれば、保安トリップ動作によって、リレー２５の電磁的な部分に対して接点２４を開くように指示が与えられる。
【００２３】
図示の例にあっては、保安トリップ手段３６は、少なくとも一つのトリップ指示電流Ｉmaxまたは高電圧Ｕの値につれて変化する（ｄＩ／ｄｔ）maxのいずれか、あるいは両方を生成する手段を備えている。図示の例では、かかる二つのトリップ指示がそれぞれ二つの電流パラメータに関連して、同時にかつ連続して生成され、そしてその一方、入力導線３０から直接得られる電流Ｉそのものの値、そして導線３０に接続されている微分回路３７によって生成されるその電流の変化分の値（言い換えれば、時間微分（ｄＩ／ｄｔ））が、連続的にかつ互いに独立して生成される。これら二つのパラメータを表す信号は、それぞれ別個の比較手段に入力される。より詳しくは、入力導線３０は比較器３８の入力に直接接続され、微分回路３７の出力は、比較器３９の入力に直接接続される。比較器３８、３９の出力は、ＯＲゲート４０の各入力に接続され、そのＯＲゲート４０の出力が、増幅器４１を介してリレー２５を制御する。
【００２４】
電流Ｉ自体からなる電流パラメータの場合、高電圧値に応じて変化するトリップ指示を生成する手段は、高電圧値に応じて変化するトリップ指示を生成する回路４５を備え、その出力Ｓ１は比較器３８の他の入力に接続される。この生成回路４５は三つの入力を有する。一つは電圧入力導線３２に接続される。他の一つは所要の高電圧値を表す可変動作点電圧Ｕｃが入力されるように接続される。そして、さらに他の一つは、高電圧値がＵｃに達した場合に、電流が越えてはならない最大値を示す可変設定値Ｉmaxが入力されるように接続される。回路４５は、トリップ指示Ｉmax(t)を出力する。
【００２５】
同様に、前記電流パラメータが電流変化（ｄＩ／ｄｔ）であれば、高電圧値につれて変化するトリップ指示を生成する手段は、高電圧値Ｕの値に従って変化するトリップ指示を生成し、その出力Ｓ２が前記比較器３９の他の入力に接続されている回路４６を備える。回路４６は三つの入力を有しており、一つは電圧入力導線３２に接続され、他の一つは前記高電圧の所要値を示す可変電圧設定値Ｕｃが入力されるように接続され、さらに他の一つは、電圧値がＵｃに達したときに越えてはならない前記電流変化分（時間微分）の最大値を示す可変最大電流変化の設定値（ｄＩ／ｄｔ）maxが入力されるように接続される。回路４６は、トリップ指示（ｄＩ／ｄｔ）max（ｔ）を出力する。
【００２６】
回路４５（その回路設計は当業者にとって明らかであろうが）は、第一の可変しきい値を表す信号又は指示を生成し、それは下記の式で示される。
Ｉmax（ｔ）＝Ｉmax（Ｕ（ｔ）／Ｕｃ）
【００２７】
同様に、回路４６は、電流変化に対応する第二の可変しきい値を表す信号又は指示を生成し、それは下記の式で示される。
（ｄＩ／ｄｔ）max（ｔ）＝（ｄＩ／ｄｔ）max（Ｕ（ｔ）／Ｕｃ）
言い換えると、これらのしきい値はそれぞれ、所定の変化則に従って変化する。それはここでは線形の関係であって、電圧値が設定値Ｕｃより小なる範囲では、高電圧の値の関数である。これは、一般に発生電圧が上昇している場合（図３参照）である。
【００２８】
図３において、曲線Ａは回路１９の制御の下で発生電圧が値Ｕｃまで上昇するのを表している。ここに見られるように、電圧は所定の期間中、次第にリニアに上昇する。時刻ｔ１において、高電圧の値は設定値に到達し、基本的に使用期間を通じて一定を保たなければならない。
【００２９】
曲線Ｂは、回路４５が生成するトリップ指示Ｉmax（ｔ）がこの期間中に変化する様子を示している。トリップのしきい値は、前記高電圧値そのものとほぼ同じ比率で変化するように見える。従って、特に発生電圧が上昇している間は、Ｉmaxより小さい電流Ｉについても保安トリップさせることができる。曲線Ｃは、回路４６が生成するトリップ指示（ｄＩ／ｄｔ）max（ｔ）が変化する様子を示す。トリップしきい値は、前記高電圧とほぼ同じように変化するように見える。従って、特に動作開始の期間において、（ｄＩ／ｄｔ）maxより小さい電流変化（ｄＩ／ｄｔ）についても保安トリップさせることができる。
【００３０】
最後に、回路２０は、高電圧を表す指示値と最小電圧を表す指示値Ｕminとを比較する比較手段４８をもって完成する。図示の例では、この単純な比較器４８は、一の入力が導線３２に接続され、他の入力が最小電圧基準値Ｕmin（この例では２０ｋＶにセット）に接続されている。実際には、Ｕminは可能な限り低い値に設定しなければならない。これは、いうまでもなく安全上の理由からである。比較器４８の出力は、例えば増幅器４１とリレー２５との間に接続された保安トリップ手段抑止手段４９に接続される。
【００３１】
前記高電圧が最小しきい値（ここでは２０ｋＶにセット）に達していなければ、リレー２５に開放指令を与えることはできない。これによって、特に、測定可能な電流値を「読み取る」性能の範囲では、出力をトリップさせることなく電圧上昇回路２７の上昇時間に対応する電流ピーク値を吸収することが可能となる。
【００３２】
また、高電圧は、前記と異なる方法で測定することもできる。例えば、実際の高電圧の値は、それを示すコンバータ１８の出力電圧から読み取ることができる。電圧制御回路１９の出力において利用できる制御電圧もまた利用することができる。いずれの場合も、導線３２はコンバータ１８の出力又は回路１９の出力に接続されている。抵抗器Ｒ２は、特に移動サブシステム１３がマニュアルタイプの場合には省略することができ都合がよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、次の優れた効果を奏するものである。
【００３４】
（１）特に塗膜生成物を静電塗布するのに用いられる高電圧発生装置において、電弧の形態で放電が発生するおそれがあるときに保安トリップ手段を動作させ、高電圧の発生を中断させることができる。
【００３５】
（２）少なくとも一の電流パラメータがしきい値に達したら前記保安トリップ手段を動作させるとともに、前記しきい値を所定の変化則に従って前記高電圧値の関数として変化させるようにしているので、種々の高電圧値について確実に保安トリップ動作を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にしたがって改良された高電圧発生装置の全体ブロック図である。
【図２】図１の装置に組み込まれた保安トリップ制御手段のブロック図である。
【図３】特に電圧が上昇している期間における電圧発生装置の動作を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ 高電圧発生装置
２０ 制御回路
２２ 昇圧トランス
２４ 接点（リレー２５の）
２５ リレー
２７ 電圧上昇回路
３６ 保安トリップ手段
３８，３９，４８ 比較器
４５，４６ トリップ指示生成回路
４９ 保安トリップ手段抑止手段
ＳＨＴ 高電圧出力

Claims (9)

1. 高電圧発生装置の保安トリップ手段制御方法であって、
   前記保安トリップ手段は電弧の形態で放電が発生するおそれがあるときに、高電圧の発生を中断させるようになっており、前記方法が、
   少なくとも一の電流パラメータが、所定の変化則に従うしきい値に達したら前記保安トリップ手段を動作させることを備え、
   第１の電流パラメータが電流変化ｄＩ／ｄｔであり、
   前記第１の電流パラメータｄＩ／ｄｔの前記しきい値（ｄＩ／ｄｔ）max（ｔ）を高電圧値Ｕの関数として変化させる
   制御方法。
2. 前記第１の電流パラメータに対応する前記しきい値は、実質的に
   （ｄＩ／ｄｔ）max（ｔ）＝（ｄＩ／ｄｔ）max（Ｕ（ｔ）／Ｕｃ）
   なる式に従って決定され、
   （ｄＩ／ｄｔ）max（ｔ）はある時刻における前記第１の電流パラメータの前記しきい値であり、
   Ｕ（ｔ）はその時刻における前記高電圧の値であり、
   Ｕｃは前記高電圧値について選択された設定値であり、
   （ｄＩ／ｄｔ）maxは前記設定値に対応する電流変化の最大値である請求項１に記載の制御方法。
3. 第２の電流パラメータは電流値Ｉであり、前記第２の電流パラメータＩの前記しきい値Ｉmax（ｔ）を前記高電圧値Ｕの関数として変化させる請求項１または２のいずれかに記載の制御方法。
4. 前記第２の電流パラメータの前記しきい値は、実質的に
   Ｉmax（ｔ）＝Ｉmax（Ｕ（ｔ）／Ｕｃ）
   なる式に従って決定され、
   Ｉmax（ｔ）はある時刻における前記第２の電流パラメータの前記しきい値であり、
   Ｕ（ｔ）はその時刻における前記高電圧の値であり、
   Ｕｃは前記高電圧値について選択された設定値であり、
   Ｉmaxは前記設定値に対応する最大電流値である請求項３に記載の制御方法。
5. 前記高電圧発生装置の電圧が上昇する期間中に実行される請求項１に記載の制御方法。
6. 前記高電圧値が所定の値に達しないときには前記保安トリップ手段が抑止される請求項１に記載の制御方法。
7. 高電圧発生手段と、電弧の形態で放電が起こるおそれが生じたときに前記高電圧を停止させる保安トリップ手段とを備えた高電圧発生装置であって、
   前記発生装置によって発生される前記高電圧Ｕ（ｔ）を示す指示、選択された高電圧設定値Ｕｃを示す指示、および前記高電圧設定値に対応する最大電流設定値（ｄＩ／ｄｔ）ｍａｘから、可変の最大電流変化（ｄＩ／ｄｔ）ｍａｘ（ｔ）を示すトリップ指示を生成する手段と、
   前記トリップ指示を電流変化ｄＩ／ｄｔを表す指示と比較して、前記保安トリップ手段を制御するための指示を生成する比較手段とを備える高電圧発生装置。
8. 前記トリップ指示は、可変の最大電流値Ｉmax（ｔ）を示し、
   前記トリップ指示は、前記発生装置によって発生される高電圧Ｕ（ｔ）を示す指示と、選択された高電圧設定値を示す指示と、前記高電圧設定値に対応する最大電流設定値Ｉｍａｘとから生成され、
   前記比較手段は、前記トリップ指示を電流値Ｉを表す指示と比較する請求項７に記載の高電圧発生装置。
9. 前記高電圧を示す指示を最小電圧を示す指示と比較する比較手段をさらに備え、その比較手段は前記保安トリップ手段を抑止する手段に接続されている請求項７または８に記載の高電圧発生装置。

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