JP5415132B2 - 直流高電圧発生装置 - Google Patents

Description

本発明は塗装ロボットや農薬散布機等に備えられ、直流高電圧を発生させる直流高電圧発生装置に関するものである。

直流高電圧を発生させる直流高電圧発生装置は、塗装ロボットや農薬散布機等に備えられており、特許文献１に記載のように、高電圧発生回路を有する回路封入樹脂部と、高電圧発生回路を制御するコントローラと、コントローラと高電圧発生回路とを接続する複数の伝送線を有するケーブル部とによって構成されている。

特開２００３−１３４８２４号公報

この種の直流高電圧発生装置において直流高電圧を発生させる昇圧変圧器、ダイオード、コンデンサ、抵抗器は通電されると、それらの電気抵抗により発熱するが、発熱温度が定格以上の高温になると、各部品の性能が劣化したり故障したりする場合がある。しかしながら、従来はそのような発熱温度については特段考慮されていなかった。而して、回路封入樹脂部は何十万円もする高価なものであるため、極力交換回数を減らしたい。
また、直流高電圧発生装置が塗装ロボットのアームに内蔵されるような場合には、アームが被塗装面の形状に対応して自在に動作するため、ケーブル部が捻られたり、曲げられたりして断線してしまう場合がある。而して、塗装中に断線する事故が発生すると、塗装作業が中断することになり、作業効率が格段に落ちてしまうので、極力塗装作業の中断は避けたい。

本発明は上記従来の問題点に着目して為されたものであり、直流高電圧発生装置に、回路封入樹脂部に封入された部品の発熱状況やケーブル部の伝送線の断線前状況を監視できる保安機構を備えさせたものを提供することを、その目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１の発明は、高電圧発生回路が樹脂に封入されて成る回路封入樹脂部と、前記回路封入樹脂部の前記高電圧発生回路を制御するコントローラと、前記コントローラのＣＰＵと前記回路封入樹脂部の前記高電圧発生回路とを接続する複数の伝送線を有するケーブル部とよって構成され、塗装ロボットに配設された直流高電圧発生装置において、更に前記回路封入樹脂部には温度を検知する温度検知部としてのサーミスタが前記高電圧発生回路に対し絶縁状態で封入され、前記サーミスタの一端側は前記伝送線とは別の伝送線に接続され、他端側は伝送線より弱く破断し易い易破断線に接続され、前記ケーブル部は前記別の伝送線と前記易破断線も有しており、前記別の伝送線は前記ＣＰＵに接続され、前記易破断線は前記コントローラ内で接地されており、前記塗装ロボットのアームの先端に装着された静電塗装機内に前記回路封入樹脂部が配設され、前記アーム内を前記ケーブル部が挿通していることを特徴とする直流高電圧発生装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した直流高電圧発生装置において、ケーブル部は複数の伝送線とそれらを包囲するシールド部材によって構成されており、サーミスタの一端側は易破断線として前記シールド部材に接続され、前記サーミスタの他端側は前記伝送線を介してＣＰＵに接続されており、前記ＣＰＵに前記シールド部材の断線が検知されることを特徴とする直流高電圧発生装置である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した直流高電圧発生装置において、ＣＰＵはサーミスタによって検知された温度が所定の温度を超えると、または易破断線が断線すると警報を発し、または自動的に電源供給を停止したりすることを特徴とする直流高電圧発生装置である。

本発明の直流高電圧発生装置によれば、回路封入樹脂部に封入された部品の発熱状況やケーブル部の伝送線の断線前状況を監視できる。

本発明の実施の形態１に係る直流高電圧発生装置の回路樹脂封入部とケーブル部の側面図である。 図１の直流高電圧発生装置の電気的配線図である。 図１の直流高電圧発生装置が内蔵されたアームの動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る直流高電圧発生装置の電気的配線図である。

本発明の実施の形態１に係る直流高電圧発生装置１を図１から図３にしたがって説明する。
この直流高電圧発生装置１は静電塗装用の塗装ロボットに備えられるものである。
図１、図２に示すように、直流高電圧発生装置１は、回路封入樹脂部３と、ケーブル部４１と、コントローラ５１とによって構成されている。

回路封入樹脂部３では高電圧発生回路５が樹脂成形体７に封入されている。図１では樹脂成形体７の側面が切り取られており、高電圧発生回路５が見えている。
高電圧発生回路５の構成について、図１にしたがって説明する。
符号１１はレセプタクルコネクタを示し、このレセプタクルコネクタ１１は回路封入樹脂部３の基端部（図１において左端部）に配置されている。レセプタクルコネクタ１１には複数の雄型端子１５（１５ａ〜１５ｇ）が備えられている。レセプタクルコネクタ１１の右側には昇圧変圧器１９が配置されており、昇圧変圧器１９の右側にはコッククロフトウォルトン回路２３が配置されている。コッククロフトウォルトン回路２３は複数のコンデンサ２５と複数のダイオード２７とから成っている。コッククロフトウォルトン回路２３の右側には出力用抵抗２９が配置されており、出力用抵抗２９の右側には出力端子３１が配置されている。昇圧変圧器１９、コッククロフトウォルトン回路２３の下側には電圧測定用抵抗１７、１８、保護抵抗２１が配置されている。

符号３５は温度検知部としてのサーミスタを示し、このサーミスタ３５は負特性を有している。サーミスタ３５は昇圧変圧器１９の近傍に配置されている。なお、昇圧変圧器１９は高電圧発生回路５の作動時において、特性が温度に特に依存する部品である。

部品間の絶縁距離を十分に確保するために、上記した高電圧発生回路５は耐電圧性に優れた樹脂成形体７に封入されている。樹脂成形体７を構成し、各部品を囲んでいる樹脂は熱硬化性樹脂である。樹脂への封入・成形は、金型や樹脂ケースに、雄型端子１５ごと高電圧発生回路５を挿入し、溶融樹脂を流し込み固化し、取出すことにより行っている。

符号４１はケーブル部を示し、このケーブル部４１は被覆付の複数の伝送線４３（４３ａ〜４３ｇ）と、複数の伝送線４３を包囲するように配されたシールド部材４５と、シールド部材４５を外側から覆った外皮４７とから成っている。複数の伝送線４３は互いに隣り合って直線状に延びている。シールド部材４５は多数のシールド線４５ａが編み込まれてなるものである。ケーブル部４１の端部にはプラグコネクタ４９が設けられており、このプラグコネクタ４９と回路封入樹脂部３側のレセプタクルコネクタ１１が連結されている。

次に直流高電圧発生装置１の電気的配線について、図２にしたがって説明する。
符号５１はコントローラを示し、このコントローラ５１のＣＰＵ５３には、定格温度等が記憶されたメモリ５５と、直流電源６１の電源ラインに介挿されるトランジスタ５７と、警報部としてのブザー５９が接続されている。

昇圧変圧器１９の一次側コイルは雄型端子１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、伝送線４３ａ、４３ｂ、４３ｃを介してコントローラ５１に接続されている。昇圧変圧器１９の二次側コイルはコッククロフトウォルトン回路２３に接続されている。コッククロフトウォルトン回路２３の高電圧側（図２において右側）には出力用抵抗２９の一端が接続されており、この出力用抵抗２９の他端は出力端子３１に接続されている。出力端子３１は静電塗装機Ｓの図示しない高電圧部に接続されている。
コッククロフトウォルトン回路２３の高電圧側には電圧測定用抵抗１７の一端が接続されており、電圧測定用抵抗１７の他端には電圧測定用抵抗１８の一端が接続されている。電圧測定用抵抗１８の他端は雄型端子１５ｆ、伝送線４３ｆを介してコントローラ５１に接続されており、コントローラ５１内で接地されている。

電圧測定用抵抗１７と電圧測定用抵抗１８との接続点は雄型端子１５ｅ、伝送線４３ｅを介してコントローラ５１に接続されている。
昇圧変圧器１９の二次側コイルの一端は雄型端子１５ｄ、伝送線４３ｄを介してコントローラ５１に接続されている。
保護抵抗２１の一端は雄型端子１５ｄに接続され、他端は雄型端子１５ｆに接続されている。
上記の構成により、入力電圧・電流値、出力電圧・電流値を監視しながら安定した高電圧の供給を可能としている。

また、サーミスタ３５の一端側は雄型端子１５ｇ、伝送線４３ｇを介してコントローラ５１に接続されており、他端側はシールド部材４５のうちの１本のシールド線４５ａに接続されている。その接続されたシールド線４５ａには導線４６が引き出されており、その導線４６はコントローラ５１内で接地されている。
この構成により、コントローラ５１は回路封入樹脂部３内の温度を電圧変化として測定することが可能となっている。また、シールド線４５ａが断線すると、出力電圧が異常になるので、断線を検知することが可能になっている。シールド線４５ａは伝送線４３より弱く破断線し易いので、シールド線４５ａの破断によって伝送線４３も破断し易い状況にあることが分かる。

次に、塗装ロボットへの配設状態を、図３にしたがって説明する。
アームＡの先端には静電塗装機Ｓが装着され、静電塗装機Ｓ内に回路封入樹脂部３が配設されている。ケーブル部４１はアームＡ内を挿通しており、図示しない複数の関節部を通っている。塗装作業中は（１）（２）（３）に示すように、複数の関節部が動作してアームＡの姿勢が基本姿勢から捩り姿勢や曲げ姿勢に変わり、それによってケーブル部４１は捻られたり、曲げられたりする。

次に、直流高電圧発生装置１の動作について説明する。
コントローラ５１の制御下、直流電源６１から供給された電源を高電圧発生回路５の出力端子３１から静電塗装機Ｓの図示しない高電圧部に出力される。高電圧の出力中、コントローラ５１はサーミスタ３５によって昇圧変圧器１９の近傍温度を常時測定して監視する。
コントローラ５１はサーミスタ３５によって検知された温度が定格温度を超えたと判断すると、ブザー５９に信号を送り異常温度報知用の警報音を発させる。この警報音によって、作業者は昇圧変圧器１９が異常な高温になりつつあることを確認でき、実際に故障が起きる前に直流高電圧発生装置１を停止させることができる。

また、図３に示すように、ケーブル部４１が捻られたり、曲げられたりしてシールド線４５ａが断線すると、コントローラ５１は出力電圧の異常を検知する。これによりコントローラ５１はシールド線４５ａが断線したと分かる。
コントローラ５１がシールド線４５ａの断線を検知すると、コントローラ５１はブザー５９に信号を送り断線報知用の警報音を発させる。この警報音によって、作業者はシールド線４５ａが断線したことを確認でき、伝送線４３が実際に断線する前に直流高電圧発生装置１を停止させることができる。
また、サーミスタ３５を中心とする温度測定手段によって、温度依存性の高い部品の周囲の発熱状況とケーブル部の伝送線の断線前状況を監視できるので、既存の直流高電圧発生装置と同様の大きさを維持できる。

図４に示す実施の形態２に係る直流高電圧発生装置７１について説明する。
この直流高電圧発生装置７１は、実施の形態１に係る直流高電圧発生装置１と同様の構成部分を有するので、直流高電圧発生装置１と同じ構成部分については、実施の形態１と同じ符号を付すことで説明を省略し、直流高電圧発生装置１と相違する構成部分のみを説明する。
符号７３は易破断線（導線）を示し、この易破断線７３は実施の形態１に係る直流高電圧発生装置１の伝送線４３ｇに代えて用いられる。易破断線７３は伝送線４３（４３ａ〜４３ｆ）より弱く破断線し易い導線によって構成されている。この易破断線７３は断線傾向にあると、その抵抗値が略１００％上昇する。易破断線７３は伝送線４３（４３ａ〜４３ｆ）と共にシールド部材４５に包囲されている。

サーミスタ３５の一端側は雄型端子１５ｇ、易破断線７３を介してコントローラ５１に接続されており、他端側は雄型端子１５ｆに接続されている。
この構成により、コントローラ５１は回路封入樹脂部３内の温度を電圧変化として測定することが可能となっている。また、易破断線７３が断線を開始すると易破断線７３が完全に断線しなくとも、出力電圧が異常になるので断線を検知することが可能になっている。
前述したように易破断線７３は伝送線４３より弱く破断線し易い導線によって構成されているため、易破断線７３の破断によって伝送線４３も破断し易い状況にあることが分かる。
この実施の形態の場合には、易破断線の断線とは、完全な断線だけでなく、部分的な断線も含まれる。

コントローラ５１は、例えば、過去２時間以内に高電圧発生がない場合でサーミスタ３５の抵抗値が上昇している場合に断線したと判断する。
または、高電圧発生量や発生時間による温度上昇率は定量的であるため、定量値（高電圧発生量、時間、温度）を予めコントローラ５１のメモリ５５に記憶させておき、この記憶させた定量値と現在値（高電圧発生量、時間、測定温度）とを比較し規定範囲外の場合に断線したと判断する。
または、前述したように易破断線７３は断線傾向にあると、その抵抗値が略１００％上昇する。サーミスタ３５による実用的な温度測定は０℃〜１００℃なので、この温度範囲におけるサーミスタ３５の抵抗値変化を易破断線７３の抵抗値上昇の１０％以内にする。そして、例えば抵抗値上昇の５０％をしきい値として、サーミスタ３５の抵抗値が抵抗値上昇の５０％以上の場合に断線したと判断する。

コントローラ５１が易破断線７３の断線を検知すると、コントローラ５１はブザー５９に信号を送り断線報知用の警報音を発させる。この警報音によって、作業者は易破断線７３が断線したことを確認でき、伝送線４３が実際に断線する前に直流高電圧発生装置７１を停止させることができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
上記実施の形態は、警報部としてブザー５９が用いられているが、その代わりにまたはそれと共に、表示灯等が用いられていてもよい。
また、警報部の代わりに、またはそれと共にトランジスタ５７をＯＦＦにするなどして電源の供給を自動的に遮断する回路構成にしてもよい。
上記実施の形態は、断線検知もするため、温度検知部を負特性のサーミスタ３５によって構成したが、正特性のサーミスタによって構成してもよい。また、ケーブル部４１が曲げられたりすることがない場合には、温度測定だけで十分なので、熱電対によって構成してもよい。
従って、本明細書では、易破断線の断線とは、完全な断線だけでなく、部分的な断線も含まれる。

本発明の直流高電圧発生装置は、塗装ロボットや農薬散布機の製造業に利用可能である。

１…直流高電圧発生装置（実施の形態１） ３…回路封入樹脂部
５…高電圧発生回路 ７…樹脂成形体
１１…レセプタクルコネクタ １５…雄型端子
１７、１８…電圧測定用抵抗 １９…昇圧変圧器
２１…保護抵抗 ２３…コッククロフトウォルトン回路
２５…コンデンサ ２７…ダイオード
２９…出力用抵抗 ３１…出力端子
３５…サーミスタ ４１…ケーブル部
４３…伝送線 ４５…シールド部材
４５ａ…シールド線 ４６…導線
４７…外皮 ４９…プラグコネクタ
５１…コントローラ ５３…ＣＰＵ
５５…メモリ ５７…トランジスタ
５９…ブザー ６１…直流電源
７１…直流高電圧発生装置（実施の形態２） ７３…易破断線
Ａ…アーム Ｓ…静電塗装機

Claims (3)

1. 高電圧発生回路が樹脂に封入されて成る回路封入樹脂部と、前記回路封入樹脂部の前記高電圧発生回路を制御するコントローラと、前記コントローラのＣＰＵと前記回路封入樹脂部の前記高電圧発生回路とを接続する複数の伝送線を有するケーブル部とよって構成され、塗装ロボットに配設された直流高電圧発生装置において、
   更に前記回路封入樹脂部には温度を検知する温度検知部としてのサーミスタが前記高電圧発生回路に対し絶縁状態で封入され、前記サーミスタの一端側は前記伝送線とは別の伝送線に接続され、他端側は伝送線より弱く破断し易い易破断線に接続され、前記ケーブル部は前記別の伝送線と前記易破断線も有しており、前記別の伝送線は前記ＣＰＵに接続され、前記易破断線は前記コントローラ内で接地されており、
   前記塗装ロボットのアームの先端に装着された静電塗装機内に前記回路封入樹脂部が配設され、前記アーム内を前記ケーブル部が挿通していることを特徴とする直流高電圧発生装置。
2. 請求項１に記載した直流高電圧発生装置において、
   ケーブル部は複数の伝送線とそれらを包囲するシールド部材によって構成されており、サーミスタの一端側は易破断線として前記シールド部材に接続され、前記サーミスタの他端側は前記伝送線を介してＣＰＵに接続されており、前記ＣＰＵに前記シールド部材の断線が検知されることを特徴とする直流高電圧発生装置。
3. 請求項１または２に記載した直流高電圧発生装置において、
   ＣＰＵはサーミスタによって検知された温度が所定の温度を超えると、または易破断線が断線すると警報を発し、または自動的に電源供給を停止したりすることを特徴とする直流高電圧発生装置。

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