(57)【要約】静電塗装装置のための内部電源であって、プログラム可能なデジタル制御回路から発生した、経時変動性の駆動信号は、高電圧増倍器回路に与えられる。内部電源は完全に装置の内部に据え付けられていて、電源のために必要になるのは、一定低電圧の直流入力だけである。制御回路は、任意事項として、電源について記憶された特性パラメータと、スプレー動作中における電源の動作特性に対応したフィードバック信号とを利用しても良い。
2005516771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電塗装装置のための内部電源であって、該内部電源は、
駆動信号を発生させるプログラム可能な制御回路と、
該駆動信号を受けて電圧出力を発生させる増倍器回路とを備え、
前記制御回路と前記増倍器回路とは、該電圧出力に結合された帯電電極を有する静電塗装装置に据え付けられるようになっていることを特徴とする電源。
【請求項２】
静電塗装装置は、コロナ・スプレー・ガンを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電源。
【請求項３】
前記プログラム可能な制御回路はマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又はＤＳＰ回路からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の電源。
【請求項４】
前記増倍器回路は、昇圧変圧器とコッククロフト−ウォルトンのブリッジ回路とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電源。
【請求項５】
前記制御回路は、前記電源の動作特性に対応したデータを記憶するためのメモリを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電源。
【請求項６】
前記制御回路は、昇圧変圧器の一次巻線に結合されたスイッチング素子を使用して、経時変動性の駆動信号を発生させることを特徴とする請求項１に記載の電源。
【請求項７】
前記制御回路は、前記増倍器回路からのフィードバック信号に応答して、電源の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源。
【請求項８】
前記制御回路は、非安定化電源からの直流入力電圧によって動作することを特徴とする請求項１に記載の電源。
【請求項９】
前記電源は、約０ｋＶの電圧から３０ｋＶ以上の電圧まで、制御可能であるような出力電圧を発生させることを特徴とする請求項８に記載の電源。
【請求項１０】
静電スプレー・ガンであって、該スプレー・ガンが、
制御回路と増倍器回路とを備えている内部電源を備え、
前記制御回路は、電圧入力を受けて、前記増倍器回路へ入力される駆動信号を発生し、
前記増倍器回路は、前記駆動信号に応じて、約０ｋＶの電圧から、少なくとも３０ｋＶの電圧まで制御可能であるような出力を発生し、前記出力は前記スプレー・ガンの帯電電極に結合されていることを特徴とするスプレー・ガン。
【請求項１１】
電源の動作特性に対応したフィードバック信号を発生させるフィードバック回路を備え、前記制御回路は、前記フィードバック信号に基づいて電源の動作を制御することを特徴とする請求項１０に記載のスプレー・ガン。
【請求項１２】
前記フィードバック信号は、負荷電流又は出力電圧に対応していることを特徴とする請求項１１に記載のスプレー・ガン。
【請求項１３】
前記制御回路は、プログラム可能になっていて、前記増倍器回路に対して、制御可能であって経時変動性の駆動信号を発生させることを特徴とする請求項１１に記載のスプレー・ガン。
【請求項１４】
前記電源の特性パラメータを記憶するためのメモリ回路を備え、前記制御回路は、前記記憶された特性パラメータと前記電源の動作中の動作情報との比較に基づいて、前記電源の動作を制御することを特徴とする請求項１０に記載のスプレー・ガン。
【請求項１５】
前記制御回路は、昇圧変圧器の入力巻線に結合されたスイッチング素子を備えていることを特徴とする請求項１０に記載のスプレー・ガン。
【請求項１６】
前記スイッチング素子は、ＦＥＴトランジスタから構成されていることを特徴とする請求項１５に記載のスプレー・ガン。
【請求項１７】
前記制御回路は、前記スプレー・ガンの外部にある回路と通信するための、Ｉ／Ｏポートを備えていることを特徴とする請求項１０に記載のスプレー・ガン。
【請求項１８】
スプレー・ガンはハウジングを備え、前記制御回路と前記増倍器回路とは、前記ハウジングの中に据え付けられるように適合していることを特徴とする請求項１０に記載のスプレー・ガン。
【請求項１９】
静電スプレー・ガンであって、該スプレー・ガンが、
駆動信号を発生させるプログラム可能な制御回路と、
帯電電極に結合される電圧出力信号を、前記駆動信号に応じて発生させる増倍器回路とを備え、
前記制御回路と前記増倍器回路とは、スプレー・ガンの中に据え付けられるようになっている内部電源を形成していることを特徴とするスプレー・ガン。
【請求項２０】
前記増倍器回路は、昇圧変圧器とコッククロフト−ウォルトンのブリッジ回路とを備えることを特徴とする請求項１９に記載のスプレー・ガン。
【請求項２１】
静電塗装装置のための内部電源であって、該内部電源は、
駆動信号を発生させるプログラム可能な制御回路と、
前記駆動信号を受けて電圧出力を発生させる増倍器回路とを備え、
前記制御回路と前記増倍器とは、前記出力を帯電電極に結合させて、静電塗装装置に据え付けられるようになっていて、
前記プログラム可能な制御回路は、電源に関連したデータ及び情報を記憶及び利用するためのメモリを備えていることを特徴とする電源。
【請求項２２】
静電塗装装置のための内部電源であって、該内部電源は、
駆動信号を発生させるプログラム可能な制御回路と、
動作中の電源の特性に関連した１又は複数のフィードバック信号を発生させるフィードバック回路と、
前記駆動信号を受けて電圧出力を発生させる増倍器回路を備え、
前記制御回路とフィードバック回路と前記増倍器回路とは、静電塗装装置に据え付けられるようになっていて、前記出力を帯電電極に結合させ、
前記プログラム可能な制御回路は、電源に関連したデータ及び情報を記憶するためのメモリを備え、前記プログラム可能な制御回路は、前記記憶されたデータと前記フィードバック信号とを利用して、動作中の電源を制御することを特徴とする電源。
【請求項２３】
内部電源は静電スプレー・ガンと組み合わせられて、スプレー・ノズルを支持したスプレー・ガンのハウジングの中に内部電源が据え付けられていることを特徴とする請求項２２に記載の内部電源。
【請求項２４】
静電塗装装置のための内部電源であって、該内部電源は、
駆動信号を発生させるプログラム可能な制御手段と、
前記駆動信号を受けて電圧出力を発生させる増倍手段とを備え、
前記プログラム可能な制御手段と前記増倍手段とは、前記出力に結合された帯電電極を有する静電塗装装置に据え付けられるようになっていることを特徴とする電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、静電スプレー装置に関連し、より詳しくは、静電スプレー・ガンに内蔵する電源として適合しているような、デジタル方式の又はプログラム可能な方式の制御回路を有する電源に関する。
本願は、２００２年２月１２日に出願された、発明の名称を"MULTIPLIER WITH INTERNAL MICROPROCESSOR CONTROL"とする、米国仮特許出願第６０／３５６，２１４号に基づく利益を要求し、同出願の開示のすべてをここで参照して引用する。
【背景技術】
【０００２】
静電スプレー装置は、液体又は粉末の塗料及びコーティングなどの被覆材料を、例えば、機器、自動車部品、金属製のオフィス家具／保管棚、電気変圧器、及びレクリエーション器具などを含むような、様々な製品に塗布する。ひとつのタイプの静電スプレー・ガンは、コロナ・ガンである。多くのコロナ・ガンにおいては、内部電源がガンの電極を高電圧に帯電させて、スプレー・ガンと塗装すべき部分との間に強力な電場を生じさせている。被覆材料、例えば粉末は、電場領域を通してスプレーされる。この領域を通り抜けると、粉末粒子は帯電して、通常は接地されている塗装すべき部分に引き付けられる。こうして、塗装すべき部分は、粉末塗料によって被覆される。
【０００３】
このようなスプレー装置における基本的な構成要素は、スプレー・ガンと、スプレー・ガン制御装置とであって、より詳しくは、スプレー・ガンの内部電源と、スプレー・ガン制御装置によるかかる内部電源の外部制御とである。“内部”という語義は，電源が単に、スプレー・ガンのハウジングの内部に配置されていることを意味しているように使用される。従来技術の装置では、スプレー・ガンの制御装置は、そして特にスプレー・ガンの内部電源のための制御装置は外部の制御装置になっていて、つまり制御装置とこれに関連した回路とはスプレー・ガンの外部に設けられていて、ケーブルや電線を経由して、スプレー・ガン及び内部電源に接続されていた。
【０００４】
そうした従来技術の装置における従来の内部電源は、共振発振器と電圧増倍器回路とを含んでいる。共振発振器は、周期的ないし振動的な駆動信号を発生させて、これを増倍器へ加える。増倍器は代表的に、電圧昇圧変圧器と、一連のコンデンサ−ダイオードのスタックとを含んでいて、電源の出力電圧を約３０キロボルト（ｋＶ）の電圧から１００キロボルト（ｋＶ）以上の電圧の範囲に昇圧させる。一般的に使用される増倍器のデザインは、コッククロフト−ウォルトンのブリッジ回路である。
【０００５】
内部電源の電圧増倍器は、代表的に、様々な負荷条件の下で、出力と入力との間に特有の関係を呈する。外部制御装置は、適切な励起電圧を発振器に提供すべくデザインされていて、内部電源の動作が、効率及び安全性について所望の範囲内になるように制御する。代表的な内部電源は、約５から２１ボルトの範囲である、可変低電圧の直流の入力駆動信号に応答して動作する。公知の外部制御装置にあっては、負荷電流のフィードバック信号を使用して入力駆動信号を調節し、電源効率を向上させると共に電源の過負荷条件を抑制するもの、あるいは、予想される負荷範囲にわたって電源が効率的に動作できるような一定の駆動信号を単に提供するものがある。
【０００６】
公知の外部制御装置を内部電源と併用する場合の制約は、内部電源について予想される性能及び動作特性に基づいて制御装置がデザインされることである。このことは、それぞれのスプレー・ガンに関連付けられた電源を駆動するために、予め定められた組み合わせの駆動電圧及び駆動電流が使用され、また同じく、電源からのフィードバック電流の情報が使用されて、所定のやり方でそれぞれの電源が監視及び制御されるということを意味する。しかしながら、実際には、個々の電源同士の間には大きな差異がある。電源は、コンデンサとダイオード、及びその他の部品を封入して作られている。これらの部品間には、通常の製造公差のために、また、封入材料のために、しばしば偏差が存在する。その結果、異なった負荷条件及び環境条件（温度など）の下においては、同一の型式のひとつのスプレー・ガンと他のスプレー・ガンとでは、所定の静電効果を発生させるために必要とされる駆動電圧と駆動電流について、しばしば偏差が生じうる。多数の偏差があれば、たとえそれらが十分に正常な部品の公差内であったとしても、外部制御装置が限られた情報量だけしか入手できない場合には、診断分析は困難になる。これまで、外部制御装置は、電源同士を識別することができなかったが、というのは、それぞれの電源の個々の性能パラメータを識別するために使用できる情報は全く提供されていなかったからである。
【特許文献１】米国特許第５７８８７２８号明細書
【特許文献２】米国特許第５７４３９５８号明細書
【特許文献３】米国特許第５７２５６７０号明細書
【特許文献４】米国特許第５７２５１６１号明細書
【特許文献５】米国特許第５５６６０４２号明細書
【特許文献６】米国特許第６３７５０９４号明細書
【特許文献７】米国特許第５９３８１２６号明細書
【特許文献８】米国特許第５９８０１６２号明細書
【特許文献９】米国特許第５９０４２９４号明細書
【特許文献１０】米国特許第５８１６５０８号明細書
【特許文献１１】米国特許第５７２５１６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さらに、外部の制御装置を使用することは、内部電源の応答時間を厳しく制限する。公知の内部電源には、直流の入力駆動電圧を平滑化すると共に外部電源に過負荷が加わることを防止するために、非常に大きい入力フィルタ容量が組み入れられている。内部電源の入力インピーダンスは、逆放電を防ぐために、しばしばダイオードを含んでいる。ダイオードのために、電源の動作を変化させるべく、フィルタ容量を放電するには時間を要する。このように時間を要するのは、ダイオードによって、入力容量は増倍器の出力を介して放電されるように強いられると共に、かかる増倍器は非常に高い出力インピーダンスを有しているためである。代表的な内部電源は高い入力インピーダンスをもつために、必然的に、例えば５０〜１００msecなど、かなり遅い速度の入力駆動電圧の変化に対してしか応答することができない。この遅い応答速度は代表的に、例えば不都合な発振や急激な負荷条件の変化などに対して、外部制御装置が適切に電源の制御動作を行うためには、あまりに遅い。その結果、電源の動作が不効率になったり、過負荷のストレスのために電源の耐用寿命が短くなったりする。さらに、外部制御装置は、内部電源とは隔てられて電線を介して通信しなければならないので、内部電源から受けられる情報量は厳しく制限されている。高電圧のスプレー・ガンから多数の電線を引き出して使用することは代表的に回避されるので、外部制御装置が受けられるフィードバックの情報量は極めて限られ、また、たとえそうした情報が入手可能であったとしても、変化を生じさせる応答時間には制約がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、例えば静電スプレー・ガンなど、静電塗装装置の内部電源について、改良された制御及び動作を達成すべく、電源の制御機能を電源自体に組み入れるようにすることで、外部制御装置の必要性を解消する。内部電源は、静電スプレー・ガンの中に据え付けられるように適合している。ひとつの実施形態では、デジタル方式の又はプログラム可能な方式の制御回路を内部電源に組み入れる。制御回路は、共振発振器に代えて、駆動信号を提供する。ひとつの実施形態では、制御回路が発生させる駆動信号は、例えば経時変動性又は振動性の信号である。経時変動性の駆動信号は、電圧増倍器へ入力され、かかる増倍器は高められた電圧出力をスプレー・ガンの電極へ発生させる。本発明の他の観点によれば、内部制御回路は、増倍器に対して駆動信号を提供し、増倍器は約０ｋＶの電圧から、少なくとも３０ｋＶ以上の電圧までの出力電圧を発生させる。
【０００９】
本発明の他の観点によれば、静電スプレー・ガンのための内部電源は、電圧増倍器を駆動するための制御回路を含み、かかる制御回路は、外部電源から供給される、低い電圧の直流入力から動作する。ひとつの実施形態においては、低電圧の直流入力は固定された電圧であって、任意事項として電源に内蔵された電圧調整器を使用して、安定した供給電圧を制御回路に提供する。また、電圧調整器を使用することで、入力電圧源の動作は許容範囲内であれば良いことになり、というのは、もはや内部電源への入力電圧と内部電源の出力との間には必要的な関係が存在しなくなるためである。電源の動作は、外部制御装置を必要とせず、入力電圧が許容動作範囲内にありさえすれば、塗装装置の内部にて制御される。
【００１０】
本発明の別の観点によれば、静電スプレー・ガンのための内部電源に含まれる内部制御回路は、電源の特性パラメータに関連した情報を記憶して利用する。追加的な実施形態では、電源の動作中に、制御回路は、電源の動作特性に関連したフィードバック情報を受けて利用する。フィードバック情報は、電源に関して記憶された情報又は特性パラメータとは独立的に、又は組み合わされて使用される。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、静電スプレー・ガンのための内部電源について、改良された制御及び動作を達成すべく、デジタル方式の又はプログラム可能な方式の制御回路を電源に組み入れて、電源への固定された電圧の入力から振動性の駆動信号を発生させ、ここで、電源はスプレー・ガンの中に据え付けられるように適合している。振動性の駆動信号は、電圧増倍器へ入力され、かかる増倍器は高い電圧出力をスプレー・ガンの電極へ発生させる。固定された電圧入力は、スプレー・ガンの内部にて、又は外部にて発生される。
【００１２】
本発明の別の観点によれば、静電スプレー・ガンのための内部電源について、改良された制御及び動作を達成すべく、デジタル方式の又はプログラム可能な方式の制御回路を電源の動作を制御するために電源に提供して、スプレー・ガンの中に据え付けられるようになっていて、内部制御回路はスプレー・ガンの外部の回路と通信する。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、上述した観点の内部電源は、静電式の被覆材料塗装システムの一部分をなす静電塗装装置と共に使用されるもので、かかるシステムに含まれる代表的なひとつの実施形態においては、１又は複数の静電スプレー・ガンを被覆材料の供給源に接続し、任意事項としてスプレー・ガンは、スプレー・ブースやその他のスプレー被覆対象物のための適当な囲いの中に配置される。被覆材料は、液体、粉末、又はその他の適当な媒体であって、静電塗装工程によって、対象物に適用される。
【００１４】
本発明のこれらの及びその他の観点及び利点に関しては、本発明の例示的な実施形態についての以下の詳細な説明と添付図面とによって、当業者に理解及び認識されるだろう。
本願の一部分を構成する添付図面と、本発明の例示的な実施形態と、前述した発明の概要と、以下の詳細な説明とは、本発明の原理を説明するために役立つだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１を参照して、静電塗装システム１０の全体について説明する。静電塗装システム１０は一般的に、例えば静電スプレー・ガン１２及び１４のような、１又は複数の塗装装置を含んでいて、これらは外部電圧源１６に電気的に接続されている。回路の接続は好ましくは、シールド及び絶縁された電線導体１７によって行われる。また、１又は複数のスプレー・ガン１２及び１４は、被覆材料の供給センタ１８に流体的に連通している。被覆材料は、液体、粉末、又はその他の適当な媒体であって、塗装装置に適合するものである。流体的な連通は、１又は複数のホースないし配管１９を介して行われる。スプレーないしコーティングされるべき製品又は部品Ｐは、ブース２０又はその他の適当な囲いに設けられた開口を通して、静電塗装システム１０に入れられる。ある種の事例においては、部品は、ブースないし囲いの中以外でコーティングしても良い。ブース２０の中において、製品Ｐは、静電スプレー・ガン１２及び／又は１４によって、スプレー・ノズル１３と帯電電極１１６とを用いてスプレーされる（図２参照）。その他の構成要素（図示せず）、例えば、圧縮空気源、部品のコンベア、ガンの取付装置などもまた、代表的に、静電塗装システム１０の一部分を構成している。静電塗装システムのより詳細な例については、Ｓｏｌｉｓによる米国特許第５，７８８，７２８号、Ｓｈｕｔｉｃによる米国特許第５，７４３，９５８号、Ｗｉｌｓｏｎらによる米国特許第５，７２５，６７０号、Ｈａｒｔｌｅによる米国特許第５，７２５，１６１号、及びＰｅｒｋｉｎｓによる米国特許第５，５６６，０４２号に開示されており、これらのすべてをここで参照して引用する。
【００１６】
静電スプレー・ガンは、手動式のものでも、自動式のものでも良い。手動式のスプレー・ガンは、塗装工員が保持して、トリガーする。手動式のスプレー・ガン・システムの例には、オハイオ州のウェストレークにあるＮｏｒｄｓｏｎ社が製造している、ＳＵＲＥ ＣＯＡＴ（登録商標）という手動式スプレー・ガン・システムが含まれる。自動式のスプレー・ガンは、制御装置によってトリガーされる。自動式のガンは、固定されるか、または、ガン移動装置に支持される。自動式のスプレー・ガン・システムの例には、いずれもオハイオ州のウェストレークにあるＮｏｒｄｓｏｎ社が製造している、ＶＥＲＳＡ−ＳＰＲＡＹ（登録商標）という自動式スプレー・システム、及びＳＵＲＥ ＣＯＡＴ（登録商標）制御装置を備えたＶＥＲＳＡ−ＳＰＲＡＹ（登録商標）ＩＩ ＰＥ 磁器エナメルスプレーシステムが含まれる。本発明に好適である様々なスプレー・ガンの例は、Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒらによる米国特許第６，３７５，０９４（Ｂ１）号、Ｒｅｈｍａｎらによる米国特許第５，９３８，１２６号、Ｋｌｅｉｎらによる米国特許第５，９８０，１６２号、Ｋｎｏｂｂｅらによる米国特許第５，９０４，２９４号、Ｈｏｌｌｓｔｅｉｎらによる米国特許第５，８１６，５０８号、Ｈａｒｔｌｅによる米国特許第５，７２５，１６１号に開示されており、これらのすべてをここで参照して引用する。上に引用した例に加えて、本発明は一般的に、コロナ帯電や摩擦電気コロナ帯電を利用しているような、あらゆるタイプのスプレー・ガンに適用することができる。しかしながら、特に本発明は、一体的な電源を有してなるコロナタイプのガンにおいて、とりわけ有用である。
【００１７】
本願の例示的な実施形態は、コロナタイプの静電式の粉末スプレー・ガンに関連して開示されているけれども、かかる開示は例示を意図するものであって、限定的な意味に解釈されるべきではないことに留意することが重要である。本発明の様々な観点は、あらゆる静電塗装装置と共に使用でき、また、多数の異なった静電塗装システムにおいて使用することができる。従って、本発明は、いかなる点においても、手動式又は自動式、正電荷帯電又は負電荷帯電などの、特定の塗装装置の形態に限定されたり、あるいは、あらゆる特定のスプレー・ブース、供給装置、被覆材料の記述に限定されるものではない。また、本発明は、コロナ帯電と摩擦帯電との特徴を利用している静電塗装装置などの、組み合わせ装置と共に使用しても良い。さらに、本願においては本発明の様々な実施形態及び観点、変形例、様々な組み合わせ、部分的な組み合わせ、及びそれらの使用について説明しているけれども、そうした記述は限定的な意味に解釈されるべきではない。本発明の様々な観点、利点、及び／又は実施形態は、本発明の範囲内において、独立させて、又は、様々に組み合わせて、及び部分的に組み合わせて実施することができる。
【００１８】
図２を参照すると、スプレー・ガン１２は外部ハウジング２２を含んでいて、その中には、スプレー・ガンの様々な電気的及び機械的な部品、例えばスプレー・ノズル、バルブ、スイッチなどが収容されている。適当なホース１９を使用して、供給センタ１８又はその他の適当な被覆材料源から、被覆材料をガン１２へ提供する。スプレー・ガンには、必要に応じて、圧縮空気が供給される（図示せず）。図２に模式的に示すように、本発明によるスプレー・ガンは、内部電源１００を利用していて、スプレー・ガンへの電気的な接続を簡略化している。しかしながら、変形例としては、後述するように、必要に応じ、内部電源１００は外部回路と通信するように構成して、オペレータによる入力や、オーバーライド、フィードバック、オフラインのデータ分析などを許容することもできる。ひとつの実施形態では好ましくは、内部電源１００は、スプレー・ガン１２の電気的な動作のための制御装置が自己収容されるように構成されている。内部電源１００は、例えば２４ボルトの直流電源１６などによる、一定の電圧入力１０２によって動作する。変形例として、内部電源１００に内部電圧調整器が設けられる場合には、電圧入力１０２は、例えば１０から３０ボルトの直流などの、許容範囲内において動作する。入力１０２の値は、電源１００についての電力の要求条件によって決定される。電圧入力１０２は、図２に示す如くスプレー・ガンの外部にある電源で良いが、ある種の事例においては内部的に発生させても良い。重要な点は、内部電源１００が、制御機能の一部として、従来技術のように、何らかの外的に変化する入力を必要とはしないということである。
【００１９】
内部電源１００は代表的には、個有のハウジングやケーシングに収容された自己収容式のユニットである必要はないけれども、適当に封入してシールド及び絶縁されている。使用される組立技術にかかわりなく、本発明による内部電源１００は、通常の塗装動作中の使用に際して、スプレー・ガンのハウジング２２の中に据え付けられるように適合している。電源１００における様々な部分及び構成要素は、任意の必要又は適切なやり方でスプレー・ガンの中に据え付けられるが、必ずしも共通のケーシングやガン・ハウジング内の単一の空間の中に配置する必要はない。
【００２０】
内部電源１００は、概念的には、説明を容易にするために、３つの基本的な部分に分けることができる。これらは、制御回路１０４と、増倍器部分１０８と、フィードバック部分１１０とである。しかしながら、実際の電源においては、様々な構成要素は広範囲の形態に組み立てられることを、当業者は容易に認識するだろう。
【００２１】
制御回路１０４は、例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又はＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）を基礎とする制御回路などの、デジタル方式のプログラム可能な制御回路の形態にて実現される。本発明のひとつの観点によれば、制御回路１０４は、従来技術のシステムにおいて使用されていた共振発振器に代わるもので、増倍器回路１０８の入力が受けるための、振動性又はその他の経時変動性の出力駆動信号１０６を発生すべく、プログラム可能になっている。デジタル方式に又はその他の内部的に駆動信号を制御できることから、制御回路１０４は、電源効率を最適化するように、駆動信号の周波数を変化させることができる。プログラム可能な制御回路１０６を用いて増倍器１０８のための駆動信号を発生させることによって、内部電源１００は、外的に変化する入力の必要性を解消することができて、内部的に制御される。外部入力１０２は、ただ単に、簡単な非安定化電源に過ぎない。内部制御回路１０４は、なんらの外部の制御信号にも依存しないので、負荷や温度などの電源内の条件変化に応答し、電源の動作パラメータを迅速に変更する、制御回路１０４の能力は大いに向上する。例えば、従来技術の内部電源は、ミリ秒(msec)の値域にて外部制御機能に応答していたのに対して、本発明による内部制御の電源はマイクロ秒(μsec)の値域にて応答することができる。さらに、変形例の実施形態においては、制御回路１０４は、電源の動作特性パラメータや、診断能力の一部としてリアルタイムの動作データとの比較するために用いるデータを記憶するためのメモリ能力を含むようにしても良い。また、内部のプログラム可能な制御装置１０４を用いることで、外部の制御装置へ外部接続を行う必要がなくなるので、内部電源１００の診断監視及び応答時間の能力は大いに向上する。
【００２２】
増倍器部分１０８は、在来のデザインであって、昇圧変圧器１１０と、例えば一連のコンデンサ及びダイオードのスタックを有してなる、コッククロフト−ウォルトンのブリッジ回路などの増倍回路１１２とを含んでいる。１又は複数の抵抗器１１４は、公知のように、スプレー・ガンの高電圧電極１１６への出力電流を制限するために使用されている。
【００２３】
内部電源における第３の部分ないしフィードバック部分１１８は、電源１００の動作性能に関連したフィードバック信号を提供するのに適した構成になっていて、任意的事項ではあるが、フィードバック回路１１８は代表的には、制御回路１０４の能力を完全に利用するために使用される。例えば、負荷電流を監視することによって、制御回路１０４は、入力駆動信号１０６を調節することができて、過負荷条件を防止したり、負荷条件の変化に応じて電源の負荷線特性を調整して効率を改善するように電源１００の動作を修正したりすることができる。フィードバック信号と制御機能とは、すべて電源１００の内部にあることから、外部の制御装置の信号変更に頼る必要なしに、極めて迅速な応答時間を達成することができる。さらに、例えば共振発振器とは別のものである、可変制御周波数の発振器を用いることで、制御回路１０４は、記憶されたパラメータ特性とフィードバック情報とに応答して、駆動周波数を調節し、電源効率を最適化することができる。
【００２４】
図３を参照すると、例示的な実施形態において、制御回路１０４は、当業者に周知であって在来のやり方でプログラムすることができる、多数の商業的に入手可能なマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又はＤＳＰ回路などのうちの任意の、プログラム可能な制御装置１２０を含んでいる。制御装置１２０は、メモリユニット１２２を内部に含み、または、これと通信する。メモリは、例えば製造者において、動作パラメータ、並びに、無負荷駆動電流、中間負荷駆動電流、最大負荷駆動電流、起動電圧、短絡時駆動電流、温度範囲パラメータ、及び温度条件下の電源応答などのデータ及び情報を含むようにプログラムされる。さらに、製造者は、様々な負荷条件下における電源の入力特性と出力特性との関係を定めるデータ及び情報を用いて、電源の動作を定める。これらの関係は通例、一連の数学的方程式とデータとして定めることができ、かかる情報は、メモリユニット１２２に記憶され、負荷変化に際して電源を制御するために使用される。これは、例えばフィードバック電圧と負荷電流との関係が大きく非線形的であるような、低い負荷条件において、特に有用である。例えば、ここに参照して引用する米国特許第５，５６６，０４２号を参照されたい。また、記憶されたデータには、例えば電源のタイプ、製造者の識別データ、耐用寿命のデータなどの情報が含まれる。制御装置１２０は、内部電源１００の動作を制御する機能の一部として、かかるデータを利用するようにプログラムされる。
【００２５】
適当な電圧調整器１２４は外部から一定の入力電圧１０２（本実施形態ではスプレー・ガンの外部にて発生させるものと考えられるので、図３では破線にて示している）を受けて、制御回路１０４の電気要素に対して調整された供給電圧を提供する。インターフェース回路１２６は在来のやり方で使用されて、オペレータやその他の工員が、キーボード、赤外線（ＩＲ）ポート、シリアルポートなどの任意の適当な入力／出力（Ｉ／Ｏ）装置を介して、様々な制御パラメータやデータを必要に応じて入力できるようにしている。また、インターフェース１２４は、分析のために、外部のコンピュータその他の装置（図示せず）へデータを送信するためにも使用される。図３の破線にて示すように、制御装置は、制御装置１２０に入力できるように適切な形式に整えられた、フィードバック信号１１８を受ける。
【００２６】
制御装置１２０は、この実施形態においては、振動性又はその他の経時変動性である信号１２８を発生させるもので、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を発生させ、この信号を用いて適当なスイッチング素子１３０を駆動する。スイッチング素子１３０は、例えば、ＦＥＴ又はその他の固体素子であるスイッチング装置であって、その出力は、増倍器１０８への駆動信号１０６になっている（図２参照）。ＰＷＭ又はその他の適切なデジタル方式に制御される信号を利用することによって、制御装置１２０は、増倍器１０８への入力駆動に変化を与えることができるので、電源１００の制御動作は、スイッチング素子１３０の応答時間に匹敵するような、迅速な応答時間になる。すべての決定動作が電源１００の内部にて実行されるので、総合的な制御時間及び応答時間は、公知の従来技術に比べて、桁違いに高速になる。
【００２７】
スイッチング素子から出力された駆動信号１０６は、例えば、ＰＷＭ信号であり、この信号を在来のＰｉフィルタなどを用いて濾過することで、高調波の少ない正弦波の駆動信号を発生させて、これを増倍器の変圧器１１０に入力する。
【００２８】
本発明の他の観点によれば、共振発振器に代えてプログラム可能な制御回路を利用することによって、０ｋＶほどの低い電圧から最大定格負荷以上にまで、電源の出力電圧を制御することができることに留意すべきである。共振発振器は代表的に、発振を開始させるまでに、最小の電圧を入力することを必要とするので、増倍器の電圧出力は約３０ｋＶ以上に限定される。プログラム可能な制御装置の信号を使用すれば、出力電圧を０ｋＶにまで制御することができる。
【００２９】
図４を参照すると、静電塗装装置と共に使用するための、例示的な実施形態による内部電源が示されている。当業者にとっては、多数の変形的な実施形態は容易に明らかであり、それらは本発明の範囲内に包含されるものと考えられる。調整器１２４は、入力ダイオード１４０とフィルタ・コンデンサ１４２との形態にて実現されている。制御装置１２０は、ＦＥＴスイッチング素子１３０を駆動し、該素子は、昇圧変圧器１１０の一次巻線１４４に結合されている。変圧器１１０の二次巻線１４６は、コッククロフト−ウォルトンのブリッジ回路の形態である、増倍器１１２に結合されている。増倍器１１２の出力１１３は、塗装装置の出力電極１１６に結合されている。代表的には、増倍器の出力１１３と電極１１６との間には、１又は複数の一連の抵抗器Ｒｓ（図４Ａ参照）が接続されて、負荷電流を制限すると共に、アーク放電の発生の機会を抑制する。
【００３０】
制御装置１２０は、必要に応じて外部の装置１４８と通信する、任意の数のオプション的なＩ／Ｏポート装置１２６を含んでいる。フィードバック抵抗器ＲFは、増倍器回路１０８に接続されていて、負荷電流に対応した、フィードバック信号１５０を発生させる（図示の例ではフィルタ容量ＣFを併用している。）。図４Ａに示すように、別のフィードバック抵抗器を直列に接続１５２にして、出力電圧についてのフィードバック信号１５４を発生させ、フィードバック信号１５０及び１５４のいずれも制御装置１２０に入力される。フィードバックを使用することは任意的なオプションではあるが、制御装置１２０の電源１００の動作に対する制御機能を大きく高める。
【００３１】
スプレー・ガンと内部電源とについての動作パラメータが、例えば製造試験中に決定されると、制御回路１０４は、これらのパラメータと、ガンのタイプを識別するデータとをメモリ１２２に記憶する。望ましくは、ユーザ入力装置を使用して、キーボードやキーパッド類を介して英数字の情報を、及び／又は、マウスその他のポインティング装置から提供されるその他の情報を、インターフェース１２６を経由して入力する。表示装置（図示せず）を使用して、システムが発生させた情報を表示し、好ましくは、ＣＲＴ又はＬＣＤの表示装置を含むようにする。スプレー・ガン自体にも、表示装置が、制御回路１０４に手作業にて入力するための手動式の制御スイッチと共に、含まれている。
【００３２】
動作に際して、内部電源１００から読み出される情報には、最小駆動電流や、最大駆動電流、及びフィードバック電流の情報などの、電源の動作パラメータを含まれている。最小駆動電流のパラメータは、与えられた駆動電圧における最低レベルの電流を表わすもので、無負荷条件の下にて電源を動作させるために必要になる。最大駆動電流のパラメータは、与えられた駆動電圧において要求される電流レベルを表わすもので、特定された全負荷条件の下にて電源を動作させるために必要になる。これらの２つのパラメータは、与えられた駆動電圧における電源の駆動電流の動作窓範囲を定義する。従って、通常の動作中には、制御装置１２０は、これらのパラメータを実際の駆動電流と比較する。駆動電流がこれらの窓範囲から逸脱したならば、それは電源の動作が異常であることを制御装置に指摘することになる。例えば、無負荷条件の下において電源が動作する最小の必要電圧を下回るような駆動電流で電源が動作しているとするならば、電源に何らかの故障があるに違いないことになる。
【００３３】
さらに、ひとつの電源は５０ｍＡの最小駆動電流を有する一方、試験によれば、別の電源は７５ｍＡの最小駆動電流を有することがある。このことは、第１の電源は、より効率的であって、無負荷条件下において電源を起動するためにわずか５０ｍＡだけしか必要としない一方、第２の電源は、無負荷条件下において該電源を起動するために７５ｍＡを必要とするということを意味している。このことはまた、第２の電源にとっては読み取り値が６０ｍＡであることは問題点があることを意味することになり、というのは、動作するためには少なくとも７５ｍＡが必要とされるためであるが、５０ｍＡだけしか動作に必要としない、より効率的な第１の電源に関しては問題点があることを意味しない。従って、本発明によれば、制御装置は、それぞれの個別の電源に関連付けられた個別のパラメータにアクセスできるので、電源の駆動電流を監視することで、静電スプレー・ガンの特定の電源に問題点があるか否かを、システムは正確に判断することができる。そうした能力をもたない過去の制御システムにおいては、例えば駆動電流などの電源のパラメータについて、極めて広い窓範囲を許容するように規定しなければならなかった。こうした従来の制御方法では、電源が劣化ないし動作不良になって粉末被覆材料がもはや効果的に帯電されなくなっても、いくつかの静電スプレー・ガンを引き続き使用することを許容していた。
【００３４】
図５は、本発明に従って構成された、静電スプレー・ガン２００の実施形態を簡略的に示している。スプレー・ガンは代表的に、外部ハウジング２０２を含んでいて、該ハウジングはＰＶＣなどの絶縁性の材料から作られる。ガン２００の後方端には、制御回路１０４が配置され、該制御回路は好ましくは、シールド・ケーシング２０４（図５において破線にて示している）の内部に封入して配置されている。スイッチング素子１３０は、放熱器２０６又はその他の適当な支持体上に配置される。制御回路１０４は低電圧であるので、ガンのハンドルの内部や、図示の如く、ハウジング２０２におけるハンドルから離れた後方延長部の内部に配置することができる。本実施形態では、ハウジング２０２は、昇圧変圧器１１０とコンデンサ及びダイオードのスタック１１２と抵抗器１１４とを有してなる、増倍器回路１０８を含んでいる。大きいフィードバック抵抗器１５２（図４Ａ参照）は、同じく、この部分に配置される。電気回路は、電気的にも熱的にも、放電電極１１６をもったガンの前端から隔離されていることに留意されたい。
【００３５】
本発明について、その実施形態の説明によって例示し、かかる実施形態は詳細であると考えられる程度に説明したけれども、出願人は、特許請求の範囲をそうした詳細に限定したり制限したりする意図ではない。追加的な利点及び改変は、当業者にあっては自明である。さらに、動作パラメータやスプレー・ガンのタイプの識別情報以外の情報としては、例えば試験施設や、試験オペレータ、ガンの製造日付、保守間隔などを含むことができる。従って、より広義における本発明は、特定の詳細、代表的な装置及び方法、図示して説明した例示的な実施例に限定されるものではない。よって、出願人の一般的な発明概念の精神及び範囲から逸脱せずに、そうした詳細に変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の１又は複数の観点を利用する、静電塗装システムを示した機能的なブロック図である。
【図２】例えば図１のシステムにおいて使用される、本発明によるスプレー・ガンの内部電源を簡略的に示した機能的なブロック図である。
【図３】例えば図２の実施形態において使用される、内部電源のための内部制御回路のひとつの実施形態を示した機能的なブロック図である。
【図４】図２の内部電源について例示的な実施形態を模式的に示した回路図である。
【図４Ａ】図４の実施形態において使用される、例示的なフィードバック回路を模式的に示した回路図である。
【図５】本発明において使用するのに好適な、静電塗装装置を簡略的に示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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