空気式静電噴霧器用発電機
塗料吐出装置（２０）が、該塗料吐出装置を作動させて塗料を供給するためのトリガー集成体（２６）と、塗料を放出するノズル（３０）とを含む。該装置は、更に、該塗料吐出装置に圧縮気体を供給するための第１のポートと、塗料を供給するための第２のポートとを含む。該装置は、更に、シャフトを有した多相発電機（３８）を含む。シャフトにはタービンホイール（４０）が取付けられている。第１のポートに供給された圧縮気体を該タービンホイールに衝突させてシャフトを回転させることによって多相電圧が生成される。該装置は、更にノズルに隣接させて設けられた電極（６２）を含み、該電極は受電して塗料を帯電させるために多相発電機に結合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本明細書では噴霧ガンとも記載することがある静電塗料噴霧器に関する。圧縮ガス、典型的には圧縮空気によって駆動される噴霧ガンに関連して本発明を開示するが、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではない。以下、こうしたガンをコードレス噴霧ガン或いはコードレスガンと記載することもある。
【０００２】
本願は、米国特許出願第12/045,155号「空気式静電霧化、噴出装置用密封された電源」、米国特許出願第12/045,175号「空気式静電塗料噴霧器用回路基板の形態」、米国特許出願12/045,173号「空気式静電塗料噴霧器の温度制御」、米国特許出願第12/045,169号「静電塗料噴霧器の出力電極における相対電圧の表示回路」、および米国特許出願第12/045,354号「高トルク継手を成形樹脂つまりポリマー製ハウジングに保持するための方法および装置」に関連しており、これらの出願は本願と同日に出願されている。これら出願の開示内容は、本願と一体をなすものとして参照する。
【背景技術】
【０００３】
様々なタイプの手動式噴霧ガン、自動式噴霧ガンが公知となっている。米国特許第4,219,865号、米国特許第4,290,091号、米国特許第4,377,838号、米国特許第4,491,276号にはコードレス静電ハンドガンが記載されている。また、自動式噴霧ガンおよび手動式噴霧ガンが、例えば、米国特許出願公開第2006/0283386号、米国特許出願公開第2006/0219824号、米国特許出願公開第2006/0081729号、米国特許出願公開第2004/0195405号、米国特許出願公開第2003/0006322号、米国特許第7,296,760号、米国特許第7,296,759号、米国特許第7,292,322号、米国特許第7,247,205号、米国特許第7,217,442号、米国特許第7,166,164号、米国特許第7,143,963号、米国特許第7,128,277号、米国特許第6,955,724号、米国特許第6,951,309号、米国特許第6,929,698号、米国特許第6,916,023号、米国特許第6,877,681号、米国特許第6,854,672号、米国特許第6,817,553号、米国特許第6,796,519号、米国特許第6,790,285号、米国特許第6,776,362号、米国特許第6,758,425号、再発行特許第RE38,526号、米国特許第6,712,292号、米国特許第6,698,670号、米国特許第6,679,193号、米国特許第6,669,112号、米国特許第6,572,029号、米国特許第6,488,264号、米国特許第6,460,787号、米国特許第6,402,058号、再発行特許第RE36,378号、米国特許第6,276,616号、米国特許第6,189,809号、米国特許第6,179,223号、米国特許第5,836,517号、米国特許第5,829,679号、米国特許第5,803,313号、再発行特許第RE35,769号、米国特許第5,647,543号、米国特許第5,639,027号、米国特許第5,618,001号、米国特許第5,582,350号、米国特許第5,553,788号、米国特許第5,400,971号、米国特許第5,395,054号、米国デザイン特許第D350,387号、米国デザイン特許第D349,559号、米国特許第5,351,887号、米国特許第5,332,159号、米国特許第5,332,156号、米国特許第5,330,108号、米国特許第5,303,865号、米国特許第5,299,740号、米国特許第5,289,977号、米国特許第5,289,974号、米国特許第5,284,301号、米国特許第5,284,299号、米国特許第5,236,425号、米国特許第5,236,129号、米国特許第5,218,305号、米国特許第5,209,405号、米国特許第5,209,365号、米国特許第5,178,330号、米国特許第5,119,992号、米国特許第5,118,080号、米国特許第5,180,104号、米国デザイン特許第D325.241号、米国特許第5,093,625号、米国特許第5,090,623号、米国特許第5,080,289号、米国特許第5,074,466号、米国特許第5,073,709号、米国特許第5,064,119号、米国特許第5,063,350号、米国特許第5,054,687号、米国特許第5,039,019号、米国デザイン特許第D318,712号、米国特許第5,022,590号、米国特許第4,993,645号、米国特許第4,978,075号、米国特許第4,934,607号、米国特許第4,934,603号、米国デザイン特許第D313,064号、米国特許第4,927,079号、米国特許第4,921,172号、米国特許第4,911,367号、米国デザイン特許第D305,453号、米国デザイン特許第D305,452号、米国デザイン特許第D305,057号、米国デザイン特許第D303,139号、米国特許第4,890,190号、米国特許第4,844,342号、米国特許第4,828,218号、米国特許第4,819,879号、米国特許第4,770,117号、米国特許第4,760,962号、米国特許第4,759,502号、米国特許第4,747,546号、米国特許第4,702,420号、米国特許第4,613,082号、米国特許第4,606,501号、米国特許第4,572,438号、米国特許第4,567,911号、米国デザイン特許第D287,266号、米国特許第4,537,357号、米国特許第4,529,131号、米国特許第4,513,913号、米国特許第4,483,483号、米国特許第4,453,670号、米国特許第4,437,614号、米国特許第4,433,812号、米国特許第4,401,268号、米国特許第4,361,283号、米国デザイン特許第D270,368号、米国デザイン特許第D270,367号、米国デザイン特許第D270,180号、米国デザイン特許第D270,179号、再発行特許第RE30,968号、米国特許第4,331,298号、米国特許第4,289,278号、米国特許第4,285,446号、米国特許第4,266,721号、米国特許第4,248,386号、米国特許第4,216,915号、米国特許第4,214,709号、米国特許第4,174,071号、米国特許第4,174,070号、米国特許第4,171,100号、米国特許第4,169,545号、米国特許第4,165,022号、米国デザイン特許第D252,097号、米国特許第4,133,483号、米国特許第4,122,327号、米国特許第4,116,364号、米国特許第4,114,564号、米国特許第4,105,164号、米国特許第4,081,904号、米国特許第4,066,041号、米国特許第4,037,561号、米国特許第4,030,857号、米国特許第4,020,393号、米国特許第4,002,777号、米国特許第4,001,935号、米国特許第3,990,609号、米国特許第3,964,683号、米国特許第3,949,266号、米国特許第3,940,061号、米国特許第3,932,071号、米国特許第3,557,821号、米国特許第3,169,883号、米国特許第3,169,882号に記載されている。また、国際特許出願公開第WO 2005/014177号および国際特許出願公開第WO01/85353号にも開示されている。また、欧州特許出願公開第EP 0 734 777号および英国特許出願公開第GB 2 153 260号にも開示されている。更に、オハイオ州トレドフィリップス通り３２０(320 Phillips Avenue, Toledo, Ohio, 43612-1493)所在のITWランズバーグ社から市販のランズバーグモデルREA 3、REA 4、REA 70、REA 90、REMおよびM-90ガンもある。
【０００４】
これらの文献の開示は、本願と一体をなすものとして参照する。上記に列挙した文献は、全ての関連技術サーチの完了を示すこと、これ以外に関連技術が存在していなこと、或いは、列挙した文献が特許性の資料とすることを意図していない。更に、そうしたことを暗示してもいない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの特徴によれば、塗料吐出装置が該塗料吐出装置を作動させて塗料を放出させるためのトリガー集成体と、塗料を放出するノズルを含む。該装置は、更に、塗料吐出装置に圧縮気体を供給するための第１のポートと、該塗料吐出装置に塗料を供給するための第２のポートとを含む。該装置は、更に、シャフトを有した多相発電機を含む。前記シャフトにはタービンホイールが取付けられている。前記第１のポートに供給された圧縮気体を該タービンホイールに衝突させて前記シャフトを回転させることによって電圧を生成する。該装置は、更に、ノズルに隣接させて設けられた電極であって、前記三相発電機に結合され同発電機から受電して塗料を帯電させる電極を含む。
【０００６】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、更に、前記三相発電機に結合され三相電圧を調整する調整器を含むことができる。
【０００７】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、更に、前記調整された三相電圧を逓倍するための電圧逓倍器を含むことができる。該電圧逓倍器は前記調整器に結合されている。
【０００８】
この特徴によれば、前記電圧逓倍器は、オシレーターと、該オシレーターに結合された変換器と、前記変換器に結合された電圧逓倍器カスケードとを含むことができる。
【０００９】
この特徴によれば、前記調整器が前記電極に結合された出力端子を含み、前記調整器の構成要素の少なくとも一部が、前記出力端子に対して直列に接続した抵抗器とを含むようにできる。
【００１０】
この特徴によれば、前記出力電圧調節回路の前記出力端子に直列に接続した抵抗器が、ｎ個（ｎ＞１）の抵抗器を含むことができる。該抵抗器の各々が、集合的にｎ個の抵抗器から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにできる。
【００１１】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器沿いに流れるようにできる。前記タービンホイールを回転させた該圧縮気体がｎ個の抵抗器を冷却する。
【００１２】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、前記ノズルを支持するバレルを更に含むことができる。前記電圧逓倍器は少なくとも部分的に該バレル内に収容することができる。
【００１３】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、該塗料吐出装置を手持ち可能とするピストルのグリップ形ハンドルを更に含むことができる。前記トリガー集成体は、操作者によって手操作されるようになっている。
【００１４】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、前記ハンドルから延設されたバレルであって、該バレルにおいて前記ハンドルから離反した側の端部において前記ノズルを支持するバレルを更に含むことができる。前記電圧逓倍器は少なくとも部分的に該バレル内に収容することができる。
【００１５】
この特徴によれば、前記三相発電機は、前記ハンドルにおいて前記バレルから離反する端部に隣接させて設けられたモジュール内に収容することができる。
【００１６】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、更に、前記三相発電機に結合され前記三相電圧を整流する整流器と、該整流器に結合され、整流された三相電圧を調整するための調整器とを含むことができる。前記整流器および調整器は前記モジュール内に収容することができる。
【００１７】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記整流器と調整器の少なくとも一方に沿って流れ、該前記整流器と調整器の少なくとも一方から熱を除去するようにできる。
【００１８】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記調整器沿いに流れ、該調整器の構成要素から熱を除去するようにできる。
【００１９】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、更に、液体塗料を霧化するための装置を具備することができる。前記第２のポートは、該塗料吐出装置に液体塗料を供給するようになっている。
【００２０】
この特徴によれば、前記調整器が過電圧保護回路を含むことができる。
この特徴によれば、前記過電圧保護回路が自己リセット式過電圧保護回路を含むことができる。
【００２１】
この特徴によれば、前記調整器は、過剰な圧縮気体が前記タービンホイールに供給されたときに、該発電機の回転が急騰する可能性を低減する制限回路を含むことができる。
【００２２】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路沿いに流れるようにできる。該制限回路は、前記タービンホイールに過剰な圧縮気体が供給されたときに一層多くの熱を散逸する放熱素子を含み、該タービンホイールへの過剰な圧縮気体によって、前記放熱素子の冷却能力が高まるようにできる。
【００２３】
この特徴によれば、前記調整器は、前記発電機の負荷が軽負荷となったときに、該発電機の回転が急騰する可能性を低減する制限回路を含むことができる。
【００２４】
この特徴によれば、前記制限回路は、前記発電機の負荷が軽負荷となったときに、該発電機の速度が過剰にならないように容量が選定される。
【００２５】
この特徴によれば、前記制限回路が、ｎ個（ｎ＞１）のソリッドステート素子を含み、該複数のソリッドステート素子の各々が、集合的にｎ個のソリッドステート素子から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにできる。
【００２６】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路沿いに流れるようにして、該タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路を冷却することができる。
【００２７】
この特徴によれば、前記調整器は、前記発電機に負荷を与えて該発電機の速度を低下させ、発電機の出力電圧を低減する出力電圧調節回路を含むことができる。
【００２８】
この特徴によれば、前記出力電圧調節回路は、該出力電圧調節回路を流れる電流を制御する磁気駆動式スイッチと、前記出力電圧調節回路を前記調整器に対して投入、切断するために、前記磁気駆動式スイッチを選択的に作動させるように移動可能に設けられた磁石とを含むことができる。
【００２９】
この特徴によれば、前記出力電圧調節回路はｎ個（ｎ＞１）の抵抗器を含むことができる。該抵抗器の各々が、集合的にｎ個の抵抗器から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにできる。
【００３０】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器沿いに流れ、該タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器を冷却するようにできる。
【００３１】
この特徴によれば、前記調整器は出力端子と、該出力端子に直列に接続した自己リセットヒューズを含むことができる。
【００３２】
この特徴によれば、前記調整器は、出力ポートと、該出力ポートを横断する過渡電圧サプレッサーダイオードとを含み、前記調整器に進入する後方伝搬過渡電圧から前記出力ポートを保護するようにできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】手持ち式コードレス噴霧ガンの部分分解斜視図である。
【図１ｂ】図１ａの手持ち式コードレス噴霧ガンの長手方向の側断面図である。
【図１ｃ】図１ａ、ｂの手持ち式コードレス噴霧ガンの部分詳細斜視図である。
【図１ｄ】図１ａ、ｂの手持ち式コードレス噴霧ガンの部分詳細斜視図である。
【図２ａ】上記噴霧ガンで利用可能な高電圧カスケード集成体の平面図である。
【図２ｂ】図２ａの破断線２ｂ−２ｂに沿う上記噴霧ガンで利用可能な高電圧カスケード集成体の部分断面図である。
【図２ｃ】図２ａ、ｂの破断線２ｃ−２ｃに沿う高電圧カスケード集成体の端面図である。
【図２ｄ】図２ａ、ｂの破断線２ｄ−２ｄに沿う高電圧カスケード集成体の部分断面図である。
【図２ｅ】図２ａ、ｂの破断線２ｅ−２ｅに沿う高電圧カスケード集成体の端面図である。
【図３ａ】上記噴霧ガンで利用可能な印刷回路基板の斜視図である。
【図３ｂ】上記噴霧ガンで利用可能な印刷回路基板の斜視図である。
【図３ｃ】上記噴霧ガンで利用可能な印刷回路基板の側面図である。
【図４】上記噴霧ガンで利用可能な圧縮空気駆動式定電圧発電機の制御回路である。
【図５】上記噴霧ガンで利用可能な高電圧カスケード集成体の回路図である。
【図６】上記噴霧ガンで利用可能な発光ダイオード(LED)の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
添付図面を参照して説明する以下の詳細な説明から本発明は一層理解されよう。
なお、本明細書では、「発電機」との用語は、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する機械を意味し、かつ、直流電流および交流電流を発電する装置を包含する。
【００３５】
略示回路ブロック図および以下の記載は、特定の集積回路その他の構成要素およびそれらのための特定のソースを特定する。また、特定の端子およびピンの名前は、端子およびピンを一般的に代表するものとする。また、これらの端子およびピンの識別子は、これら特定された構成要素のためのものであるとする。更に、これは、説明を構成せず、また、こうした説明は、特定の構成要素、成分値またはソースが、必要な機能を実行可能な同一の、或いは、他のソースから利用可能な構成要素のみであることを暗示していないと理解すべきである。更に、同一の或いは異なるソースからの他の適当な部品は、明細書中にある、端子およびピンの同一の識別子を用いることはないであろうことは理解されるべきである。
【００３６】
図１ａ〜図１ｄを参照すると、手持ち式のコードレス噴霧ガン２０は、ピストルのグリップ形ハンドル２４を形成するハンドル集成体２２、ガン２０を作動させて帯電、霧化された塗料液滴を放出させるためのトリガー集成体、および、先端にノズル３０を取付けるバレル集成体２８を含んでいる。ハンドル集成体２２の下端部には、電力モジュール集成体３２が配設されている。該電力モジュール集成体は継手３４、３６を含んでおり、該継手の各々を通して圧縮ガス、典型的には圧縮空気と、塗料、本実施形態では液体塗料とがガン２０に供給される。電力モジュール３２には、例えば、マサチューセッツ州02720ウオルトロン通り(Waldron Road)フォールリバー(Fall River)101所在のマックロンプレシジョンモータ社(Maxon Precision Motors, Inc.)製のMaxon EC-max part number 348702等の三相発電機３８が収納されている。多相発電機を用いることの利点は、発電機３８を低回転速度（一例として、従来技術では毎分42000回転であったのに対して著しく低い毎分300回転）で作動させることができる点である。一般的に、低速回転によって発電機の寿命が延び、補修コストが低減され、機器の停止時間が短縮される。
【００３７】
発電機３８のシャフト４２にタービン車４０が取付けられている。圧縮空気が、継手３４を備えた接地空気ホース集成体４４を流通し集成体３２を介してタービン車４０のブレードに供給され、シャフト４２が回転して端子75-1、75-2、75-3に三相電圧が生成される（図４）。発電機３８からの出力は電力モジュール集成体３２で整流、調整され、該整流、調整された出力がハンドル集成体２２内に設けられた導体を通じてカスケード集成体５０に結合される。カスケード集成体は、ハンドル集成体２２の前頂部からバレル集成体２８内へ延設されている。
【００３８】
従来のコードレスガンには、発電機のシャフト端部を案内する焼結金属製のブッシュを用いた発電機が組込まれている。従って、従来のコードレスガンは、発電機のシャフトを正確に案内できない。これによって、発電機から操作者の身体に伝達される振動レベルが高くなる。本実施形態のガン２０の発電機２８は、ボールベアリングまたはローラーベアリングを用いている。精密なボールベアリングまたはローラーベアリングによって案内される発電機３８によって、取付部位、従って操作者に伝達される振動が低減され、操作者の疲労の可能性が低減される。然しながら、発電機３８のような市販の分数馬力モータのベアリングは溶剤浸透の影響を受けやすく、ベアリングの潤滑が劣化し、ベアリングや発電機３８が損傷する可能性がある。発電機３８として用いられる上述のモータの試験結果によれば、溶剤に１分間浸漬することによって、ベアリングの潤滑が急速に劣化し、ベアリングの固着を生じた。この故障モードを克服するために、上部保護カバー５１および下部保護カバー５３が、発電機３８のハウジングに取付けられ、ベアリング内への溶剤浸透の可能性を低減している。このように保護した発電機３８を溶剤に１分間浸漬して同じように試験した。試験結果によれば、１分間の浸漬試験を行った後でも、検知可能な性能劣化は見られなかった。
【００３９】
図２ａ〜図２Ｅを参照すると、カスケード集成体５０は、該カスケード集成体５０を収容するシェル５２と、印刷回路基板(PC)上に配設された発振器集成体５４変換器集成体５６と、電圧増幅カスケード５８と、160MΩの抵抗値を有した直列出力バネ抵抗器６０とを含み、直列出力バネ抵抗器はカスケード５８の出力をバルブニードル６４の端部のノズル３０において帯電電極６２に接続する。
【００４０】
図３ａ〜図３Ｃおよび図４を参照すると、発電機３８の制御回路が相互接続された３つの印刷回路基板７０、７２、７４に搭載されている。該３つの印刷回路基板は、回路要素を冷却するのに有効で、かつ、電力モジュール集成体３２の内部空間を効率的に利用可能な概ね倒立Ｕ字形に形成されている。３つの印刷回路基板７０、７２、７４上に形成された回路の回路図を図４に示す。印刷回路基板７０、７２、７４の各々に設けられた構成要素は、その周囲が破線で示されている。発電機３８の三相巻線の端子75-1、75-2、75-3の各々は、各ダイオード７６、７８、８０の陰極と、各ダイオード８２、８４、８６の陽極との接続部に結合されている。一例として、ダイオード７６、７８、８０、８２、８４、８６は、オンセミコンダクター社(ON Semiconductor)製BR140SFT型ショットキーダイオードである。導体８８、９０を横断する整流された三相電位が、４７μＦのコンデンサ９２、９４および15KΩ、0.1W、1%抵抗器９６を含んだ並列回路によってフィルター処理される。100KΩ、0.1W、1%抵抗器98と、1μF、10%、35Vコンデンサ１００とを直列に組合わせ導体８８、９０を横断させて結合される。導体９０は接地に接続されている。
【００４１】
電界効果トランジスタ１０２、一例としてフェアチャイルドセミコンダクタ社(Fairchild Semiconductor)製N7002電界効果トランジスタのゲートが、抵抗器９８とコンデンサ１００との間の接合部に結合される。そのドレインは、10KΩ、0.1W、1%抵抗器１０４を介して導体８８に結合される。電界効果トランジスタ１０２のドレインが、また、電界効果トランジスタ１０６、一例としてインターナショナルレクチファイア社(International Rectifier)製IRLU3410 FETのゲートに結合される。電界効果トランジスタ１０６のドレインおよびソースは、それぞれ導体８８、９０に結合される。15KΩ、0.1W、1%の抵抗器１０８が、導体８８、９０を横断して結合される。100KΩ、0.1W、1%の抵抗器１１０と1μF、10%、35Vのコンデンサ１１２の直列集成体が導体８８、９０を横断して結合される。電界効果トランジスタ１１４、一例としてフェアチャイルドセミコンダクター社(Fairchild Semiconductor)製2N7002 FETのゲートが抵抗器１１０とコンデンサ１１２の接合部に結合される。電界効果トランジスタ１１４のソース導体９０に結合されドレインが10KΩ、0.1W、1%の抵抗器１１６を介して導体８８に結合される。電界効果トランジスタ１１４のドレインは、また、電界効果トランジスタ１１８、一例としてインターナショナルレクチファイア社(International Rectifier)製IRLU3410 FETのゲートにも結合される。電界効果トランジスタ１１８のドレインおよびソースが、導体８８、９０に結合される。
【００４２】
ツェナーダイオード１２０の陰極が導体８８に結合される。ダイオード１２０は、一例として17V、0.5Wのツェナーダイオードである。ダイオード１２０の陽極は、1KΩ、0.1W、1%の抵抗器１２２を介してサイリスタ１２４のゲートに結合され、かつ、2KΩ、0.1W、1%の抵抗器１２６を介して導体９０に結合される。サイリスタ１２４の陽極は導体８８に結合され、陰極は導体９０に結合される。サイリスタ１２４は、一例として、オンセミコンダクター社(ON Semiconductor)製MCR100-3型サイリスタである。バイポーラPNPトランジスタ１２８のエミッターが導体８８に結合され、コレクターが導体９０に結合され、ベースが1.1Ω、1W、1%の抵抗器１３０を介して導体８８に結合される。トランジスタ１２８は、一例としてオンセミコンダクター社(ON Semiconductor)製MJD32C型トランジスタであり、ベースが、４つの並列に接続されたツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８の陰極に結合される。該ツェナーダイオードの陽極は導体９０に結合される。ダイオード１３２、１３４、１３６、１３８は、一例として、オンセミコンダクター社(ON Semiconductor)製製15V、5Wの1N5352B型ツェナーダイオードである。
【００４３】
トランジスタ１２８のベースは、スイッチ１４０、一例としてハムリン社(Hamlin)製MITI-3V1型リードスイッチの一方の端子に結合される。スイッチ１４０の他方の端子は、324Ω、IW、1%の抵抗器142-1、142-2…142-10を並列に接続したネットワークの一方の端子に結合される。抵抗器142-1、142-2…142-10の他方の端子は導体９０に結合される。また、トランジスタ１２８のベースは、並列に接続した1Ω、IW、1%の抵抗器144-1、144-2、144-3と、これに対して直列に接続した１．５Ａ、２４Ｖのフューズ１４６から成るネットワークを介して、変換器集成体５６のＶセンタータップ端子に結合される。図５参照。VCT端子および導体９０を横断する最大電圧(VCT)は、一例としてリテルヒューズ社(Littelfuse)製SMBJ 15CA 15Vダイオードである双方向ツェナーダイオード１４８によって調整される。
【００４４】
図４を参照すると、入力３相75-1、75-2、75-3の各々からの典型的な二乗平均平方根電圧は、約300Hzの周波数で地面に対して約７．５Ｖrmsである。ダイオード７６、７８、８０、８２、８４、８６が、発電機３８の三相交流出力を直流に変換する三相全波ブリッジ整流器を形成する。フィルターコンデンサ９２、０４によって、整流化した出力のリップルが平滑化される。コンデンサ８８、９０を横断する典型的な電圧は直流約１５．５Ｖである。
【００４５】
図４の回路は、並列に接続された２つの独立した遅延回路を含んでいる。故障により一方の遅延回路が作動不能となっても、他方が作動可能となっている。第１の遅延回路は、抵抗器９６、９８、１０４と、コンデンサ１００と、電界効果トランジスタ１０２、１０６を含んでいる。第２の遅延回路は、抵抗器１０８、１１０、１１６および電界効果トランジスタ１１４、１１８を含んでいる。既述したように、発電機３８と、図４の回路は、噴霧ガン２０内に配設されている。噴霧ガン２０は、可燃性の液体材料を噴霧することができるので、その操作環境は、FM、EN等の多くの工業標準によって危険と考えられている。発電機３８および図４の回路は、爆発環境で使用される電気機器のためのこうした工業標準の要求に合致しなければならない。こうした要求を満たすための方法の１つは、危険な電位に達する前に、発電機３８および図４の回路を加圧された筐体内に配置することである。標準によれば、危険な電位に達する前に５つの筐体内をパージすることが必要である。例示する発電機３８(Maxon EC-max part number 348702)は、９０SLPM（標準状態リットル／分）よりも低い流量の空気に対して危険な電圧を発生しない。と言うのは、空気の流れは、発電機３８の慣性を克服して発電機３８を十分な速度で回転可能であるからである。発電機３８および図４の回路のための筐体の容積は４０ｍLである。９０標準状態リットル／分をｍL／分に変換すると、90L/min×1min/60sec×1000mL/L=1500mL/secとなる。
【００４６】
空気流量９０SLPMにおいて、200mLをパージするのに要する時間は（40mLをパージするのに要する時間の５倍）200mL/(1500mL/sec)=133msである。
【００４７】
空気流量が高くなれば、パージ時間は短くなる。従って、危険電圧に達する前に筐体を完全にパージするためには、パージ時間は133ms以上必要となる。パージ空気および発電機３８のタービン４０用の空気は同じなので、発電機の空気が遅延すると、パージ空気もまた遅延する。従って、筐体内容積がパージされるまで、発電機３８の起動遅延は不可能であった。パージ空気用とタービン４０のための空気用に独立の供給源を用いることは可能であるが、構造および操作が複雑で費用を要するものなり、更にガン２０が一層重くなると考えられていた。
【００４８】
発電機の起動は遅らせることはできないので、５つの筐体内容積をパージするまで、ガン２０の電気回路によって図４の電力供給部の出力が短絡される。EN標準60079-11:2007、爆発性雰囲気で使用する電気機械器具−本質安全防爆構造の(i)項(EN standard 60079-11 :2007 Explosive Atmospheres - Electrical Protection by Intrinsic Safety "i")を用いた試験からは、図４の電力供給装置をショートすることによって、HBガス群(group HB gases)の危険な混合気を点火できないことが明らかになった。従って、少なくとも１３３ｍｓの間、出力をショートすることによって、２つの筐体の内容積をパージした後には危険性がなくなる。並列に接続した２つの独立した遅延回路によって、この目的は到達される。
【００４９】
図４を参照すると、当初、コンデンサ９２、９４を横断する電圧は０Ｖである。また、コンデンサ９０へのトランジスタ１０２、１１４のゲート電圧もまた０Ｖである。従って、トランジスタ１０２、１１４はOFF（開回路）となっている。発電機３８が回転すると、導体８８、９０を横断する電圧が上昇する。トランジスタ１０２、１１４がOFFであるので、導体８８、９０を横断する電圧は、導体９０へのトランジスタ１０６、１１８のゲートに現れる。この電圧が、ゲート閾値電圧（トランジスタ１０６、１１８の各々について約２．５Ｖ）に達すると、トランジスタ１０６、１１８がONとなり、導体８８、９０を横断する電圧が、このレベル（約２．５Ｖ）に固定される。一方、直列回路９８、１００；１１０、１１２を電荷が流れるにつれ、コンデンサ１００、１１２を横断する電圧が上昇する。コンデンサ１００、１１２を横断する電圧がトランジスタ１０２、１１４の閾値電圧に達すると、トランジスタ１０２、１１４がONとなる。トランジスタ１０６、１１８のゲート電圧は閾値電圧よりも低くなり、トランジスタ１０６、１１８はOFFとなる。これによって、導体８８、９０を横断する電圧は、その通常の作動電圧である約15.5VDCまで上昇する。少なくとも133ms間トランジスタ１０６、１１８がONに維持されるが長すぎないように直列回路９８、１００；１１０、１１２のRC時定数を選択し、通常の作動電位への遅延が短くなるようにする。
【００５０】
トリガー２６が解放されたときに、抵抗器９６、１０８はコンデンサ１００、１１２を放電させ、次に、ガン２０のトリガーが引かれたときに、遅延回路が作動する準備をする。抵抗器９６、１０８は、典型的な応用例におけるトリガー操作の比較的短い中断（２〜５秒）に対して概ね遅れがないように、コンデンサ１００、１０２の放電に数秒（典型的には２〜５秒）を要するように大きさが決定される。トリガー操作の中断が一層長い場合には、コンデンサ１００、１０２は放電し、遅延回路９６、９８、１０４、１００、１０２、１０６；１０８、１１０、１１６、１１２、１１４、１１８は、次のトリガー操作前にリセットされる。抵抗器９６、１０８の大きさは、トリガー操作間の遅れを小さくすることと、筐体内容積内に潜在的に危険な周囲空気を収集するのに十分な時間トリガー２６が解放され、次にトリガー２６が引かれたときに、遅延回路９６、９８、１０４、１００、１０２、１０６および１０８、１１０、１１６、１１２、１１４、１１８が、上述したように確実に機能することとの間のトレードオフによって決まる。
【００５１】
図４の回路は、ツェナーダイオード１２０、抵抗器１２２、１２６およびサイリスタ１２４から成る過電圧保護回路を含んでいる。ツェナーダイオード１２０は、１７Ｖのツェナーダイオードである。導体８８、９０を横断する正常な最大作動電圧は直流約１５．５Ｖである。導体８８、９０を横断するで夏が上昇すると、電極６２の対地電圧が危険電圧と成り得る。この電圧が直流約１７Ｖに上昇すると、ツェナーダイオード１２０は抵抗器１２６を介して電流を流し始める。抵抗器１２６に電流が流れると、抵抗器１２２、抵抗器１２６、ツェナーダイオード１２０の接続点の電圧となって現れる。この電圧によって、抵抗器１２２に電流が流れ、次いで、この電流はサイリスタ１２４へ流れる。サイリスタ１２４が作動すると、導体８８、９０が導通して、該導体８８、９０間の電圧が直流１７Ｖから数Ｖ程度まで低下する。発電機には短絡回路によって負荷がかかる。トリガー２６を解放すると発電機３８が停止し、導体８８、９０を横断する電圧が消勢し、サイリスタ１２４がリセットされる。この状態からリセットするために使用者は何もしなくともよい。
【００５２】
図４の回路は、パワートランジスタ１２８および抵抗器１３０を含む電流制限回路を含む。エアタービン４０によって駆動される発電機３８の特徴は、タービン４０への空気の流れが増加すると、発電機３８の出力もまた増加する点である。電流制限回路がないと、出力増加によって噴霧ガン２０の出力電圧が高くなりすぎる可能性がある。この出力増加は、発電機３８に結合された回路素子の電力定格を超過する可能性がある。パワートランジスタ１２８および抵抗器１３０を含む電流制限回路は、この問題を解決する。抵抗器１３０を流れる電流が増加すると、オームの法則に従い該抵抗器を横断する電圧も増加する。この抵抗器を横断する電圧が、トランジスタ１２８のベース−エミッター間のターンオン電圧（通常約０．７Ｖ）に達すると、トランジスタ１２８は電流を接地に逃し始め、抵抗器１３０を流れる電流を比較的一定に維持する。該回路では、抵抗器１３０の大きさは、抵抗器１３０を流れる電流が約０．５Ａとなったときにトランジスタ１２８のスイッチが入るように選定される。従って、VCTにおける最大電流は約０．５Ｖである。空気流量が増加すると、トランジスタ１２８を流れる電流が増加する。これによって、トランジスタ１２８では相当な放熱が生じる。該放熱を軽減するために、トランジスタ１２８にはヒートシンクが設けられている。トランジスタ１２８を含むＵ字形の回路基板７０、７２、７４は、発電機３８を覆うように設置され、発電機３８のハウジングの頂部に３本のネジによって螺着される。こうして、回路基板７０、７２、７４は発電機３８と同じ筐体内に配置される。該筐体は、噴霧ガン２０を小型化し重量を低減すると共に必要なパージ容積を小さくするために小さくなっている。３ピースとすることによって、Ｕ字形の回路基板７０、７２、７４は、タービン４０によって駆動される発電機３８と共に筐体内に配置可能となる。発電機３８からの多量の排気は、トランジスタ１２９およびそのヒートシンクを含む回路基板７０、７２、７４へ供給され、その冷却が促進される。回路基板７０、７２、７４および発電機３８は、双方とも爆発環境で使用される電気機器のための要求を満たしていなければならない。従って、双方ともに同じ筐体内に配置して、既述したパージ方法が回路基板および発電機の双方について満足されるようにすることには利点がある。
【００５３】
図４の回路は、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８を含む電圧調整回路を含む。ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８がなければ、VCTにおける負荷電流が低下した際、発電機３８の深は低下するであろう。発電機３８の速度は増加し、VCTと導体９０を横断する電圧は高くなる。発電機３８が定格速度、本例では３００Hzを超過し、そしてVCTおよび導体９０を横断する電圧が噴霧ガン２０の操作が危険となり得るという点で、軽負荷における速度と電圧の増加は重大となり得る。電圧調整回路１３２、１３４、１３６、１３８によって、この問題が解決される。VCTにおける負荷電流が低下すると、発電機３８の速度は増加し、かつ、トランジスタ１２８のベースにおける電圧（本例では直流約１５Ｖ）は、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８が導通し始めるまで増加する。従って、本例において、軽負荷ではトランジスタ１２８のベース電圧は約１５Ｖに制限される。これは、噴霧ガン２０の安全な作動を補助する。ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８が発電機３８からの電流を通すとき、ツェナーダイオードは発電機３８に付加的な負荷を生成する。ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８の大きさは、VCTにおける電流引き込みが殆どないか、或いは、全くない場合に、発電機３８（本例では定格３００Hz）の過速度が防止されるように選定される。
【００５４】
タービン４０は、該タービン４０への流れに基づくトルクを生成する。タービン４０の空気流量が増減すると、発電機３８の出力電流もまた増減する。ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８によって、抵抗器１３０には常に約０．５Ａの電流が流れる。VCTには流れていなくとも、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８には流れる。VCTを流れる負荷電流が増加すると、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８を流れる電流は低下する。結局、ある作動条件では、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８を流れる電流値が零となり、該ツェナーダイオードを横断する電圧が１５Ｖよりも低下し、該ツェナーダイオードは電気を通さなくなる。これは、トルクに対して発電機３８が発生する全ての電流を負荷が要求するときに生じる。
【００５５】
複数（Ｎ）のツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８（この場合N=4）を用いて、該複数の素子１３２、１３４、１３６、１３８に消費電力を分散し、何れの素子１３２、１３４、１３６、１３８も、回路内に単体で配設されていた場合に散逸すべき電力の約１／Nだけ散逸すればよいようにする。更に、安全規格には、１つの素子が故障した場合に、他の素子が回路に含まれた素子を保護し続けるように、重複安全回路を要求するものもある。
【００５６】
負荷が最も軽い場合、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８は、かなりの電力を散逸可能である。こうして、ツェナーダイオードは回路基板７０、７２、７４に実装され、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８および他の素子沿いに流れるエアタービン４０からの排気を用いて冷却される。
【００５７】
図４の回路は、リードスイッチ１４０および抵抗器142-1…142-10を含む低KV設定回路を含んでいる。抵抗器142-1…142-10の大きさ（本例では各324Ω）は、該抵抗器を並列に組合せたとき(32.4Ω)の発電機３８への負荷が、リードスイッチ１４０が閉成したときに、発電機３８の速度を低下させ、従ってVCTから導体９０へ横断する電圧が低下し、噴霧ガン２０の電極６２に低出力電圧が生成されるように選択される。これは、塗装対象物がファラデー箱を構成し、噴霧ガン２０における低出力電圧によって、こうした遮蔽された領域がより良く塗布される場合に都合がよい。また、通常の噴霧の間、オペレータの方へ電荷を帯びた塗布材料がふき戻ることを低減するために、或いは、オペレータが決めた他の理由から、こうしたガンの出力電極を低出力高電圧で操作することを望むオペレータもいる。通常、こうした低設定点は、リードスイッチ１４０の開成時において全出力変数の５０％〜７５％で選定されるが、他の値とすることもできる。
【００５８】
筐体外部に配置されているコントロールノブ１４１によってリードスイッチ１４０を活性化できるように、リードスイッチ１４０は回路基板集成体７０、７２、７４の側縁近傍に配置される。ノブ１４１のヘッド１４３内には磁石が配置されている。ノブ１４１を回転させて、磁石をリードスイッチ１４０の近くに移動させると、リードスイッチ１４０は閉成し、並列に組合せた抵抗器142-1…142-10が回路に接続され、噴霧ガン２０への出力点６２に一層低いKV設定値が生成される。ノブ１４１を回転させて、磁石をリードスイッチ１４０から遠ざけると、リードスイッチ１４０は開成し、並列に組合せた抵抗器142-1…142-10が回路から切断され、噴霧ガン２０への出力点６２に一層高いKV設定点が生成される。
【００５９】
低いKV設定値が選定されると、抵抗器142-1…142-10から数ワット程度の電力が散逸される。既述したように、数ワットの単一の抵抗器は通常大型で嵩張る。パッケージ全体の大きさを小さくするために、１０個の１ワット(324Ω)の抵抗器142-1…142-10を並列に表面実装し、１個の１０ワット(32.4Ω)抵抗器の代わりに用いている。集成体全体の輪郭を小さくし、パッケージおよび筐体を一層小さくする。全ての抵抗器142-1…142-10における電力の散逸は、その定格値の５０％に制限されている。こうして、１つの抵抗器からの最大の電力散逸が約０．５Ｗと見積もられる場合、１ワット抵抗器が用いられることとなる。
【００６０】
抵抗器142-1…142-10は集合体として数ワットの電力を散逸するので、抵抗器142-1…142-10は、該抵抗器および回路基板７０、７２、７４上に実装されている他の素子沿いに流れるエアタービン４０からの排気を用いて冷却されるように、回路基板７０、７２、７４上に実装される。
【００６１】
図４の回路は、抵抗器142-1、142-2、142-3を並列に組合せた電圧低減抵抗器集成体を含む。最大電圧がVCTに供給されると、一層高い効率で塗装材料が塗装対象物へ輸送される。然しながら、ガン２０は、またFactory Mutualのような認定機関や、EN 50050のような欧州規格によって制定される安全要件に合致しなければならない。こうした安全要件は、通常、特定の爆発性雰囲気（本例では5.25%のプロパンを含む空気）の最も爆発性のある混合気が、噴霧ガン２０の電極６２における出力によって点火されないことを含んでいる。抵抗器144-1…144-3は、必要に応じて噴霧ガン２０の出力を低下させて、こうした安全要件を満たすために配設されている。
【００６２】
抵抗器144-1…144-3が回路に配設されている場合、オームの法則に従い、並列に設けたR20、R21、R22および抵抗器144-1…144-3を流れる電流を生成してVCTにおける電圧が低下する。従って、VCTにおける電圧は、VCT=Vbase of 128-IR144-1,R144-2,R144-3×R144-1|R144-2|R144-3となる。
【００６３】
負荷電流(IR144-1,R144-2,R144-3)が増加すると、並列集成体R144-1|R144-2|R144-3を横断する電圧が低下する。殆のガンは無負荷KVによって分類される。従って、無負荷では、噴霧ガンの出力電圧への最低限となるが、負荷が増加するにつれ、電圧は一層低下する。従って、噴霧ガンのKV定格値は、本質的に同一とすることができる。特定の用途において、抵抗器144-1…144-3が安全要件を満たす必要がなければ、これら抵抗器は、基板集成体７０、７２、７４から省略し、VCTにおける電圧がトランジスタ１２８のベース電圧と同一となるように、ジャンパーを装着することができる。更に、安全要件を満たすために、付加的な手段が必要であれば、抵抗器１３０の電流制限抵抗をΩ値で１０倍程度高め、噴霧ガン２０の利用可能な出力電流を低減することができる。
【００６４】
抵抗器144-1…144-3は、単一の３ワットの抵抗器の代わりをする１ワットの表面実装抵抗器であり、これによって筐体全体が小型化される。また、該抵抗器は、回路基板７０、７２、７４に実装され、エアタービン４０からの排気を用いて冷却される。
【００６５】
図４の回路はポリサーマルヒューズ(polythermal fuse)１４６を含んでいる。該ヒューズは、トリップ電流（本例では1.5A）を超えたときに開成し、電力が遮断されたときに自動的にリセットされるようになっている。ヒューズ１４６の保持電流は0.75Aであり、これによって、低電流レベルでポリサーマル素子がトリップ動作を受ける高温に対しても、予測される最大電流約0.5Aを途切れることなく流すことが可能となる。
【００６６】
図４の回路は、過渡電圧サプレッサーダイオード１４８を含んでいる。過渡電圧サプレッサーダイオード１４８はVCTおよび導体９０を横断させて結合されており、公称出力電圧である15.5VDCを１または２Ｖ超える電圧スパイクを接地に逃がす。ダイオード１４８は、VCTに結合された図５の回路からの過渡電圧を接地に逃して、図４の回路が過渡電圧の悪影響を受けないようにすることを主目的としている。
【００６７】
Ｕ字形の回路基板集成体７０、７２、７４を図３ａ〜図３ｃに示す。この集成体は３つの印刷回路基板７０、７２、７４を含む。該３つの印刷回路基板は、互いに連結されてＵ字形の回路基板集成体が形成される。回路基板集成体をこのように構成し、かつ、小さな貫通穴および表面実装素子を利用することによって、図４に示すように、発電機３８およびタービン４０をＵ字形の回路基板集成体７０、７２、７４内に取付可能となり、そして、回路基板集成体７０、７２、７４全体の輪郭を発電機３８およびタービン４０全体の輪郭の近くに維持可能となる。これによって、筐体が小型軽量化され、パージに必要な時間が短縮される。
【００６８】
タービン４０を駆動する入力空気から導入される汚染物質から回路基板７０、７２、７４上の素子を保護するために、回路基板は、パリレンを用いて例えば吹付け、ディッピング、真空蒸着等の周知技術によって相似被覆することができる。然しながら、相似被覆を用いる際、放熱素子の適切な冷却に注意しなければならない。
【００６９】
例示する発電機３８は３相ブラシレスDCモータである。ブラシレスモータは、モータの寿命を短くするブラシの損耗がない。２相モータも同様に用いることはできるが、２相モータからの出力リップルは大きく、一層大容量のフィルタコンデンサ９２、９４が必要となろう。また、２相モータは、同じ出力を得るために一層高速で回転させなければならず、それによってモータの受容が短くなろう。エアタービン４０からの排気を発電機３８および周囲に導入して該発電機を冷却する。これによってモータの寿命が延びる。
【００７０】
図５を参照すると、オシレーター集成体５４、トランス集成体５６、カスケード５８、直列に接続した出力抵抗器群６０を含むカスケード集成体５０が配設されている。該カスケード集成体は、実質的に米国特許出願公開2006/0283386 Alに図示、説明されており、本願では詳細には説明しない。トランス集成体５６の高圧変圧器の二次巻線56-2からのフィードバックが、ユニティゲインバッファとして形成されている差動増幅器１５０の非反転(+)入力端子に結合される。増幅器１５０の反転(-)端子と出力端子は結合され、49.9KΩの抵抗器１５２を介して差動増幅器１５４の(-)入力端子に結合されている。増幅器１５０、１５４は、一例として、オンセミコンダクター社(ON Semiconductor)製LM358DMR2型デュアルオペレーション増幅器である。
【００７１】
増幅器１５４の(+)入力端子は、49.9KΩの抵抗器１５６を介して接地に接続され、かつ、49.9KΩの抵抗器１５８を介してVCT供給に接続されている。増幅器１５４の(-)入力端子は49.9KΩの抵抗器１６０を介して増幅器１５４の出力端子に結合されており、増幅器１５４は、2.05KΩの２つの抵抗器161-1、161-2を並列に接続した集成体を介して赤色LED１６３の陽極に結合されている（図６）。LED１６３の陰極は接地に接続されている。LED１６３が付勢されると、ガン２０のオペレータは、ハンドル集成体２２の頂部の後方カバー集成体１６５（図１）に設けたレンズを通して該LEDを見ることができる。増幅器１５０の(+)入力端子は、バリスタ１６２、４７μFコンデンサ１６４および49.9KΩ抵抗器１６６を並列に接続した集成体を介して接地に接続されている。バリスタ１６２は、一例としてリテルヒューズ社(Littelfuse)製SMBJl 5A 15V素子である。
【００７２】
電極６２から放出される電子はガンと塗装対象物との間の空間を横断して流れ、塗装対象物を塗布するための塗装材料の粒子が帯電される。通常、接地電位に可及的に近い電位に維持される塗装対象物において、帯電した塗装材料の粒子が塗装対象物に衝突して、該帯電した塗装材料の粒子から電子が、接地および並列に接続した集成体１６２、１６４、１６６を通じて高圧変換器の二次巻線56-2の高電位側または(+)側（つまり接地電位の近く）に戻る。こうして、抵抗器１６６を横断する電圧がカスケード５８の出力電流に比例して低下する。この電圧は、コンデンサ１６４によってフィルタ処理され、演算増幅器１５０の(+)入力端子に一層ノイズの少ない直流電圧レベルが印加される。バリスタ１６２は、カスケード５８の作用に起因する過渡電流によって演算増幅器１５０および他の構成要素が損傷する可能性を低減する。演算増幅器１５０は、出力端子電圧から(+)入力端子端子電圧を絶縁する電圧フォロワとして構成されている。これによって、全ての電流が、抵抗器１６６を介して高圧変換器の二次巻線56-2の高電位側または(+)側に帰還することを確実にする。
【００７３】
抵抗器１６６を横断する電圧は、VR166=IOUT×R166である。ここで、IOUTは電極６２から流れる電流値であり、R166は抵抗器１６６の抵抗値である。演算増幅器１５０は電圧フォロワとして構成されているので、VR166は演算増幅器１５０の出力端子および演算増幅器１５０の(-)入力端子に出現する。抵抗器１６６は、抵抗器１６６を流れる電流100μAにつき、演算増幅器１５０の(+)入力端子における電圧が５Ｖとなるように選択される。抵抗器１５２、１６０、１５８および増幅器１５４から成る集成体は差動増幅器を構成し、演算増幅器１５４の出力端子における電圧がVLED=VCT-VOUT150となるようになっている。VCTは、変換器５６の一次巻線56-1の中心タップへ供給される図４の電源回路の調整された直流出力電圧である。発振器５４の出力トランジスタが、変換器５６の一次側巻線56-1の半分を交互に切り替えて、数１０KHｚのオーダの周波数で接地に接続する。二次巻線56-2の出力はカスケード５８によって整流、逓倍される。噴霧ガン２０は、Factory Mutualのような認定機関や、EN 50050のような欧州規格によって制定される様々な安全要件に合致しなければならない。こうした安全要件は、通常、特定の爆発性雰囲気（本例では5.25%のプロパンを含む空気）の最も爆発性のある混合気が、噴霧ガン２０の電極６２における出力によって点火されないことを含んでいる。その達成を補助するために、電源回路は、典型的に、噴霧ガン２０の電極６２からの負荷電流が増加するにつれVCTが低下するように構成されている。
【００７４】
VOUT150=VR166=IOUT×R166であるので、VLED=VCT-IOUT×R166となる。軽負荷では、電極６２における出力電圧は高く、IOUTは小さく、そしてVCTは１５Ｖ〜１５．５Ｖのオーダとなる。従って、軽負荷VLEDは１２Ｖ〜１５Ｖのオーダとなる。少なくとも、負荷が高くなると入力回路の供給VCTが低下してVCTが低下し、高負荷ではIOUTが低下するので、負荷が増加すると電極６２における出力電圧は低下し、かつ、VLEDが低下する。最終的に、電極６２における出力電圧が低くなる負荷が重い場合に、IOUT×R166がVCTを超えてしまう。これが生じると、VLEDは０となる。従って、回路は、電極６２における出力電圧が高くなる軽負荷ではVLEDが直流１２〜１５Ｖ程度に、電極６２における出力電圧が中間レンジとなる中負荷ではVLEDが直流５〜１２Ｖ程度に、そして電極６２における出力電圧が低くなる高負荷ではVLEDが直流０〜５Ｖ程度となるように設計されている。
【００７５】
増幅器１５４の出力端子であるVLEDは、図６に示す回路のH1-1に結合されている。図６に示す回路のピンH1-2は接地に接続されている。こうして、軽負荷では図６のLED１６３が明るく発光する。中間負荷ではLED１６３は幾分暗く発光し、高負荷では、非常に暗く発光する或いは消灯する。こうして、LED１６３の照度は、噴霧ガン２０の端子６２の実際の電圧を反映する。従って、カスケード５８から過剰な電流が出力されるな故障モードでは、LED１６３は著しく暗くなるか或いは完全に消灯し、ユーザにその旨状況を警告し、正しい行動を取れるようにする。これは、噴霧ガン２０の出力端子６２を短絡させて、該端子６２の電圧が殆ど無くなる或いは全く無くなってしまうような導電性の塗料を噴霧している場合に、噴霧ガン２０のオペレーターにとって特に重要である。カスケードの入力回路で作動するディスプレイを備えたガンは、明るさの変化は殆ど或いは全く示さないであろう。
【００７６】
正常な乾燥空気源１７２から接地に接続された空気ホース集成体４４を介して噴霧ガン２０に空気が供給される。空気はハンドル２４へ供給され、そこからトリガー弁１７４へ供給される。トリガー２６を引くとトリガー弁１７４が開き、ガン２０の前方部分から噴出し、噴霧すべき塗料が霧化される。また、トリガー弁１７４が開くと、空気は、ハンドル集成体２２内部に設けられた空気輸送管１７５内を発電機３８へ向けてハンドル２４を逆方向に流れる。発電機３８への入力空気は、空気入口からキャップ１７６へ供給される。キャップ１７６は、発電機３８のシャフト４２に取付けられたタービンホイール４０を包囲し、かつ、９０°間隔でキャップ１７６に形成された４つの開口部からタービン４０へ向けて空気が流出するようにシールされている。この空気の流れによって、タービン４０および該タービンが取付けられている発電機のシャフト４２が回転する。タービン４０を流通すると、空気は、相互連結された印刷回路基板７０、７２、７４の周囲を流れ、発電機３８、印刷回路基板７０、７２、７４および該印刷回路基板に実装されている素子を冷却する。次いで、空気は、継手１８２から排気される。
【００７７】
発電機３８のシャフト４２が回転し、該三相発電機３８が発電した電力は、VCTを介してカスケード集成体５０に供給される前に、印刷回路基板７０、７２、７４上の回路によって全波整流される。ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８を横断する最大電圧は、４つのツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８の制限作用によって直流１６VCTとなっている。噴霧ガンのトリガー２６が開放されると、トリガー弁１７４は閉弁し、発電３８およびノズル３０への空気の流れが停止する。
【符号の説明】
【００７８】
２０ 塗料吐出装置
２６ トリガー
３０ ノズル
３４ 継手
３６ 継手
３８ 発電機
４０ タービンホイール
４２ シャフト
６２ 電極
７０ 印刷回路基板
７２ 印刷回路基板
７４ 印刷回路基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本明細書では噴霧ガンとも記載することがある静電塗料噴霧器に関する。圧縮ガス、典型的には圧縮空気によって駆動される噴霧ガンに関連して本発明を開示するが、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではない。以下、こうしたガンをコードレス噴霧ガン或いはコードレスガンと記載することもある。
【０００２】
本願は、米国特許出願第12/045,155号「空気式静電霧化、噴出装置用密封された電源」、米国特許出願第12/045,175号「空気式静電塗料噴霧器用回路基板の形態」、米国特許出願12/045,173号「空気式静電塗料噴霧器の温度制御」、米国特許出願第12/045,169号「静電塗料噴霧器の出力電極における相対電圧の表示回路」、および米国特許出願第12/045,354号「高トルク継手を成形樹脂つまりポリマー製ハウジングに保持するための方法および装置」に関連しており、これらの出願は本願と同日に出願されている。これら出願の開示内容は、本願と一体をなすものとして参照する。
【背景技術】
【０００３】
様々なタイプの手動式噴霧ガン、自動式噴霧ガンが公知となっている。米国特許第4,219,865号、米国特許第4,290,091号、米国特許第4,377,838号、米国特許第4,491,276号にはコードレス静電ハンドガンが記載されている。また、自動式噴霧ガンおよび手動式噴霧ガンが、例えば、米国特許出願公開第2006/0283386号、米国特許出願公開第2006/0219824号、米国特許出願公開第2006/0081729号、米国特許出願公開第2004/0195405号、米国特許出願公開第2003/0006322号、米国特許第7,296,760号、米国特許第7,296,759号、米国特許第7,292,322号、米国特許第7,247,205号、米国特許第7,217,442号、米国特許第7,166,164号、米国特許第7,143,963号、米国特許第7,128,277号、米国特許第6,955,724号、米国特許第6,951,309号、米国特許第6,929,698号、米国特許第6,916,023号、米国特許第6,877,681号、米国特許第6,854,672号、米国特許第6,817,553号、米国特許第6,796,519号、米国特許第6,790,285号、米国特許第6,776,362号、米国特許第6,758,425号、再発行特許第RE38,526号、米国特許第6,712,292号、米国特許第6,698,670号、米国特許第6,679,193号、米国特許第6,669,112号、米国特許第6,572,029号、米国特許第6,488,264号、米国特許第6,460,787号、米国特許第6,402,058号、再発行特許第RE36,378号、米国特許第6,276,616号、米国特許第6,189,809号、米国特許第6,179,223号、米国特許第5,836,517号、米国特許第5,829,679号、米国特許第5,803,313号、再発行特許第RE35,769号、米国特許第5,647,543号、米国特許第5,639,027号、米国特許第5,618,001号、米国特許第5,582,350号、米国特許第5,553,788号、米国特許第5,400,971号、米国特許第5,395,054号、米国デザイン特許第D350,387号、米国デザイン特許第D349,559号、米国特許第5,351,887号、米国特許第5,332,159号、米国特許第5,332,156号、米国特許第5,330,108号、米国特許第5,303,865号、米国特許第5,299,740号、米国特許第5,289,977号、米国特許第5,289,974号、米国特許第5,284,301号、米国特許第5,284,299号、米国特許第5,236,425号、米国特許第5,236,129号、米国特許第5,218,305号、米国特許第5,209,405号、米国特許第5,209,365号、米国特許第5,178,330号、米国特許第5,119,992号、米国特許第5,118,080号、米国特許第5,180,104号、米国デザイン特許第D325.241号、米国特許第5,093,625号、米国特許第5,090,623号、米国特許第5,080,289号、米国特許第5,074,466号、米国特許第5,073,709号、米国特許第5,064,119号、米国特許第5,063,350号、米国特許第5,054,687号、米国特許第5,039,019号、米国デザイン特許第D318,712号、米国特許第5,022,590号、米国特許第4,993,645号、米国特許第4,978,075号、米国特許第4,934,607号、米国特許第4,934,603号、米国デザイン特許第D313,064号、米国特許第4,927,079号、米国特許第4,921,172号、米国特許第4,911,367号、米国デザイン特許第D305,453号、米国デザイン特許第D305,452号、米国デザイン特許第D305,057号、米国デザイン特許第D303,139号、米国特許第4,890,190号、米国特許第4,844,342号、米国特許第4,828,218号、米国特許第4,819,879号、米国特許第4,770,117号、米国特許第4,760,962号、米国特許第4,759,502号、米国特許第4,747,546号、米国特許第4,702,420号、米国特許第4,613,082号、米国特許第4,606,501号、米国特許第4,572,438号、米国特許第4,567,911号、米国デザイン特許第D287,266号、米国特許第4,537,357号、米国特許第4,529,131号、米国特許第4,513,913号、米国特許第4,483,483号、米国特許第4,453,670号、米国特許第4,437,614号、米国特許第4,433,812号、米国特許第4,401,268号、米国特許第4,361,283号、米国デザイン特許第D270,368号、米国デザイン特許第D270,367号、米国デザイン特許第D270,180号、米国デザイン特許第D270,179号、再発行特許第RE30,968号、米国特許第4,331,298号、米国特許第4,289,278号、米国特許第4,285,446号、米国特許第4,266,721号、米国特許第4,248,386号、米国特許第4,216,915号、米国特許第4,214,709号、米国特許第4,174,071号、米国特許第4,174,070号、米国特許第4,171,100号、米国特許第4,169,545号、米国特許第4,165,022号、米国デザイン特許第D252,097号、米国特許第4,133,483号、米国特許第4,122,327号、米国特許第4,116,364号、米国特許第4,114,564号、米国特許第4,105,164号、米国特許第4,081,904号、米国特許第4,066,041号、米国特許第4,037,561号、米国特許第4,030,857号、米国特許第4,020,393号、米国特許第4,002,777号、米国特許第4,001,935号、米国特許第3,990,609号、米国特許第3,964,683号、米国特許第3,949,266号、米国特許第3,940,061号、米国特許第3,932,071号、米国特許第3,557,821号、米国特許第3,169,883号、米国特許第3,169,882号に記載されている。また、国際特許出願公開第WO 2005/014177号および国際特許出願公開第WO01/85353号にも開示されている。また、欧州特許出願公開第EP 0 734 777号および英国特許出願公開第GB 2 153 260号にも開示されている。更に、オハイオ州トレドフィリップス通り３２０(320 Phillips Avenue, Toledo, Ohio, 43612-1493)所在のITWランズバーグ社から市販のランズバーグモデルREA 3、REA 4、REA 70、REA 90、REMおよびM-90ガンもある。
【０００４】
これらの文献の開示は、本願と一体をなすものとして参照する。上記に列挙した文献は、全ての関連技術サーチの完了を示すこと、これ以外に関連技術が存在していなこと、或いは、列挙した文献が特許性の資料とすることを意図していない。更に、そうしたことを暗示してもいない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの特徴によれば、塗料吐出装置が該塗料吐出装置を作動させて塗料を放出させるためのトリガー集成体と、塗料を放出するノズルを含む。該装置は、更に、塗料吐出装置に圧縮気体を供給するための第１のポートと、該塗料吐出装置に塗料を供給するための第２のポートとを含む。該装置は、更に、シャフトを有した多相発電機を含む。前記シャフトにはタービンホイールが取付けられている。前記第１のポートに供給された圧縮気体を該タービンホイールに衝突させて前記シャフトを回転させることによって電圧を生成する。該装置は、更に、ノズルに隣接させて設けられた電極であって、前記三相発電機に結合され同発電機から受電して塗料を帯電させる電極を含む。
【０００６】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、更に、前記三相発電機に結合され三相電圧を調整する調整器を含むことができる。
【０００７】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、更に、前記調整された三相電圧を逓倍するための電圧逓倍器を含むことができる。該電圧逓倍器は前記調整器に結合されている。
【０００８】
この特徴によれば、前記電圧逓倍器は、オシレーターと、該オシレーターに結合された変換器と、前記変換器に結合された電圧逓倍器カスケードとを含むことができる。
【０００９】
この特徴によれば、前記調整器が前記電極に結合された出力端子を含み、前記調整器の構成要素の少なくとも一部が、前記出力端子に対して直列に接続した抵抗器とを含むようにできる。
【００１０】
この特徴によれば、前記出力電圧調節回路の前記出力端子に直列に接続した抵抗器が、ｎ個（ｎ＞１）の抵抗器を含むことができる。該抵抗器の各々が、集合的にｎ個の抵抗器から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにできる。
【００１１】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器沿いに流れるようにできる。前記タービンホイールを回転させた該圧縮気体がｎ個の抵抗器を冷却する。
【００１２】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、前記ノズルを支持するバレルを更に含むことができる。前記電圧逓倍器は少なくとも部分的に該バレル内に収容することができる。
【００１３】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、該塗料吐出装置を手持ち可能とするピストルのグリップ形ハンドルを更に含むことができる。前記トリガー集成体は、操作者によって手操作されるようになっている。
【００１４】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、前記ハンドルから延設されたバレルであって、該バレルにおいて前記ハンドルから離反した側の端部において前記ノズルを支持するバレルを更に含むことができる。前記電圧逓倍器は少なくとも部分的に該バレル内に収容することができる。
【００１５】
この特徴によれば、前記三相発電機は、前記ハンドルにおいて前記バレルから離反する端部に隣接させて設けられたモジュール内に収容することができる。
【００１６】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、更に、前記三相発電機に結合され前記三相電圧を整流する整流器と、該整流器に結合され、整流された三相電圧を調整するための調整器とを含むことができる。前記整流器および調整器は前記モジュール内に収容することができる。
【００１７】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記整流器と調整器の少なくとも一方に沿って流れ、該前記整流器と調整器の少なくとも一方から熱を除去するようにできる。
【００１８】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記調整器沿いに流れ、該調整器の構成要素から熱を除去するようにできる。
【００１９】
この特徴によれば、前記塗料吐出装置は、更に、液体塗料を霧化するための装置を具備することができる。前記第２のポートは、該塗料吐出装置に液体塗料を供給するようになっている。
【００２０】
この特徴によれば、前記調整器が過電圧保護回路を含むことができる。
この特徴によれば、前記過電圧保護回路が自己リセット式過電圧保護回路を含むことができる。
【００２１】
この特徴によれば、前記調整器は、過剰な圧縮気体が前記タービンホイールに供給されたときに、該発電機の回転が急騰する可能性を低減する制限回路を含むことができる。
【００２２】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路沿いに流れるようにできる。該制限回路は、前記タービンホイールに過剰な圧縮気体が供給されたときに一層多くの熱を散逸する放熱素子を含み、該タービンホイールへの過剰な圧縮気体によって、前記放熱素子の冷却能力が高まるようにできる。
【００２３】
この特徴によれば、前記調整器は、前記発電機の負荷が軽負荷となったときに、該発電機の回転が急騰する可能性を低減する制限回路を含むことができる。
【００２４】
この特徴によれば、前記制限回路は、前記発電機の負荷が軽負荷となったときに、該発電機の速度が過剰にならないように容量が選定される。
【００２５】
この特徴によれば、前記制限回路が、ｎ個（ｎ＞１）のソリッドステート素子を含み、該複数のソリッドステート素子の各々が、集合的にｎ個のソリッドステート素子から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにできる。
【００２６】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路沿いに流れるようにして、該タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路を冷却することができる。
【００２７】
この特徴によれば、前記調整器は、前記発電機に負荷を与えて該発電機の速度を低下させ、発電機の出力電圧を低減する出力電圧調節回路を含むことができる。
【００２８】
この特徴によれば、前記出力電圧調節回路は、該出力電圧調節回路を流れる電流を制御する磁気駆動式スイッチと、前記出力電圧調節回路を前記調整器に対して投入、切断するために、前記磁気駆動式スイッチを選択的に作動させるように移動可能に設けられた磁石とを含むことができる。
【００２９】
この特徴によれば、前記出力電圧調節回路はｎ個（ｎ＞１）の抵抗器を含むことができる。該抵抗器の各々が、集合的にｎ個の抵抗器から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにできる。
【００３０】
この特徴によれば、前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器沿いに流れ、該タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器を冷却するようにできる。
【００３１】
この特徴によれば、前記調整器は出力端子と、該出力端子に直列に接続した自己リセットヒューズを含むことができる。
【００３２】
この特徴によれば、前記調整器は、出力ポートと、該出力ポートを横断する過渡電圧サプレッサーダイオードとを含み、前記調整器に進入する後方伝搬過渡電圧から前記出力ポートを保護するようにできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】手持ち式コードレス噴霧ガンの部分分解斜視図である。
【図１ｂ】図１ａの手持ち式コードレス噴霧ガンの長手方向の側断面図である。
【図１ｃ】図１ａ、ｂの手持ち式コードレス噴霧ガンの部分詳細斜視図である。
【図１ｄ】図１ａ、ｂの手持ち式コードレス噴霧ガンの部分詳細斜視図である。
【図２ａ】上記噴霧ガンで利用可能な高電圧カスケード集成体の平面図である。
【図２ｂ】図２ａの破断線２ｂ−２ｂに沿う上記噴霧ガンで利用可能な高電圧カスケード集成体の部分断面図である。
【図２ｃ】図２ａ、ｂの破断線２ｃ−２ｃに沿う高電圧カスケード集成体の端面図である。
【図２ｄ】図２ａ、ｂの破断線２ｄ−２ｄに沿う高電圧カスケード集成体の部分断面図である。
【図２ｅ】図２ａ、ｂの破断線２ｅ−２ｅに沿う高電圧カスケード集成体の端面図である。
【図３ａ】上記噴霧ガンで利用可能な印刷回路基板の斜視図である。
【図３ｂ】上記噴霧ガンで利用可能な印刷回路基板の斜視図である。
【図３ｃ】上記噴霧ガンで利用可能な印刷回路基板の側面図である。
【図４】上記噴霧ガンで利用可能な圧縮空気駆動式定電圧発電機の制御回路である。
【図５】上記噴霧ガンで利用可能な高電圧カスケード集成体の回路図である。
【図６】上記噴霧ガンで利用可能な発光ダイオード(LED)の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
添付図面を参照して説明する以下の詳細な説明から本発明は一層理解されよう。
なお、本明細書では、「発電機」との用語は、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する機械を意味し、かつ、直流電流および交流電流を発電する装置を包含する。
【００３５】
略示回路ブロック図および以下の記載は、特定の集積回路その他の構成要素およびそれらのための特定のソースを特定する。また、特定の端子およびピンの名前は、端子およびピンを一般的に代表するものとする。また、これらの端子およびピンの識別子は、これら特定された構成要素のためのものであるとする。更に、これは、説明を構成せず、また、こうした説明は、特定の構成要素、成分値またはソースが、必要な機能を実行可能な同一の、或いは、他のソースから利用可能な構成要素のみであることを暗示していないと理解すべきである。更に、同一の或いは異なるソースからの他の適当な部品は、明細書中にある、端子およびピンの同一の識別子を用いることはないであろうことは理解されるべきである。
【００３６】
図１ａ〜図１ｄを参照すると、手持ち式のコードレス噴霧ガン２０は、ピストルのグリップ形ハンドル２４を形成するハンドル集成体２２、ガン２０を作動させて帯電、霧化された塗料液滴を放出させるためのトリガー集成体、および、先端にノズル３０を取付けるバレル集成体２８を含んでいる。ハンドル集成体２２の下端部には、電力モジュール集成体３２が配設されている。該電力モジュール集成体は継手３４、３６を含んでおり、該継手の各々を通して圧縮ガス、典型的には圧縮空気と、塗料、本実施形態では液体塗料とがガン２０に供給される。電力モジュール３２には、例えば、マサチューセッツ州02720ウオルトロン通り(Waldron Road)フォールリバー(Fall River)101所在のマックロンプレシジョンモータ社(Maxon Precision Motors, Inc.)製のMaxon EC-max part number 348702等の三相発電機３８が収納されている。多相発電機を用いることの利点は、発電機３８を低回転速度（一例として、従来技術では毎分42000回転であったのに対して著しく低い毎分300回転）で作動させることができる点である。一般的に、低速回転によって発電機の寿命が延び、補修コストが低減され、機器の停止時間が短縮される。
【００３７】
発電機３８のシャフト４２にタービン車４０が取付けられている。圧縮空気が、継手３４を備えた接地空気ホース集成体４４を流通し集成体３２を介してタービン車４０のブレードに供給され、シャフト４２が回転して端子75-1、75-2、75-3に三相電圧が生成される（図４）。発電機３８からの出力は電力モジュール集成体３２で整流、調整され、該整流、調整された出力がハンドル集成体２２内に設けられた導体を通じてカスケード集成体５０に結合される。カスケード集成体は、ハンドル集成体２２の前頂部からバレル集成体２８内へ延設されている。
【００３８】
従来のコードレスガンには、発電機のシャフト端部を案内する焼結金属製のブッシュを用いた発電機が組込まれている。従って、従来のコードレスガンは、発電機のシャフトを正確に案内できない。これによって、発電機から操作者の身体に伝達される振動レベルが高くなる。本実施形態のガン２０の発電機２８は、ボールベアリングまたはローラーベアリングを用いている。精密なボールベアリングまたはローラーベアリングによって案内される発電機３８によって、取付部位、従って操作者に伝達される振動が低減され、操作者の疲労の可能性が低減される。然しながら、発電機３８のような市販の分数馬力モータのベアリングは溶剤浸透の影響を受けやすく、ベアリングの潤滑が劣化し、ベアリングや発電機３８が損傷する可能性がある。発電機３８として用いられる上述のモータの試験結果によれば、溶剤に１分間浸漬することによって、ベアリングの潤滑が急速に劣化し、ベアリングの固着を生じた。この故障モードを克服するために、上部保護カバー５１および下部保護カバー５３が、発電機３８のハウジングに取付けられ、ベアリング内への溶剤浸透の可能性を低減している。このように保護した発電機３８を溶剤に１分間浸漬して同じように試験した。試験結果によれば、１分間の浸漬試験を行った後でも、検知可能な性能劣化は見られなかった。
【００３９】
図２ａ〜図２Ｅを参照すると、カスケード集成体５０は、該カスケード集成体５０を収容するシェル５２と、印刷回路基板(PC)上に配設された発振器集成体５４変換器集成体５６と、電圧増幅カスケード５８と、160MΩの抵抗値を有した直列出力バネ抵抗器６０とを含み、直列出力バネ抵抗器はカスケード５８の出力をバルブニードル６４の端部のノズル３０において帯電電極６２に接続する。
【００４０】
図３ａ〜図３Ｃおよび図４を参照すると、発電機３８の制御回路が相互接続された３つの印刷回路基板７０、７２、７４に搭載されている。該３つの印刷回路基板は、回路要素を冷却するのに有効で、かつ、電力モジュール集成体３２の内部空間を効率的に利用可能な概ね倒立Ｕ字形に形成されている。３つの印刷回路基板７０、７２、７４上に形成された回路の回路図を図４に示す。印刷回路基板７０、７２、７４の各々に設けられた構成要素は、その周囲が破線で示されている。発電機３８の三相巻線の端子75-1、75-2、75-3の各々は、各ダイオード７６、７８、８０の陰極と、各ダイオード８２、８４、８６の陽極との接続部に結合されている。一例として、ダイオード７６、７８、８０、８２、８４、８６は、オンセミコンダクター社(ON Semiconductor)製BR140SFT型ショットキーダイオードである。導体８８、９０を横断する整流された三相電位が、４７μＦのコンデンサ９２、９４および15KΩ、0.1W、1%抵抗器９６を含んだ並列回路によってフィルター処理される。100KΩ、0.1W、1%抵抗器98と、1μF、10%、35Vコンデンサ１００とを直列に組合わせ導体８８、９０を横断させて結合される。導体９０は接地に接続されている。
【００４１】
電界効果トランジスタ１０２、一例としてフェアチャイルドセミコンダクタ社(Fairchild Semiconductor)製N7002電界効果トランジスタのゲートが、抵抗器９８とコンデンサ１００との間の接合部に結合される。そのドレインは、10KΩ、0.1W、1%抵抗器１０４を介して導体８８に結合される。電界効果トランジスタ１０２のドレインが、また、電界効果トランジスタ１０６、一例としてインターナショナルレクチファイア社(International Rectifier)製IRLU3410 FETのゲートに結合される。電界効果トランジスタ１０６のドレインおよびソースは、それぞれ導体８８、９０に結合される。15KΩ、0.1W、1%の抵抗器１０８が、導体８８、９０を横断して結合される。100KΩ、0.1W、1%の抵抗器１１０と1μF、10%、35Vのコンデンサ１１２の直列集成体が導体８８、９０を横断して結合される。電界効果トランジスタ１１４、一例としてフェアチャイルドセミコンダクター社(Fairchild Semiconductor)製2N7002 FETのゲートが抵抗器１１０とコンデンサ１１２の接合部に結合される。電界効果トランジスタ１１４のソース導体９０に結合されドレインが10KΩ、0.1W、1%の抵抗器１１６を介して導体８８に結合される。電界効果トランジスタ１１４のドレインは、また、電界効果トランジスタ１１８、一例としてインターナショナルレクチファイア社(International Rectifier)製IRLU3410 FETのゲートにも結合される。電界効果トランジスタ１１８のドレインおよびソースが、導体８８、９０に結合される。
【００４２】
ツェナーダイオード１２０の陰極が導体８８に結合される。ダイオード１２０は、一例として17V、0.5Wのツェナーダイオードである。ダイオード１２０の陽極は、1KΩ、0.1W、1%の抵抗器１２２を介してサイリスタ１２４のゲートに結合され、かつ、2KΩ、0.1W、1%の抵抗器１２６を介して導体９０に結合される。サイリスタ１２４の陽極は導体８８に結合され、陰極は導体９０に結合される。サイリスタ１２４は、一例として、オンセミコンダクター社(ON Semiconductor)製MCR100-3型サイリスタである。バイポーラPNPトランジスタ１２８のエミッターが導体８８に結合され、コレクターが導体９０に結合され、ベースが1.1Ω、1W、1%の抵抗器１３０を介して導体８８に結合される。トランジスタ１２８は、一例としてオンセミコンダクター社(ON Semiconductor)製MJD32C型トランジスタであり、ベースが、４つの並列に接続されたツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８の陰極に結合される。該ツェナーダイオードの陽極は導体９０に結合される。ダイオード１３２、１３４、１３６、１３８は、一例として、オンセミコンダクター社(ON Semiconductor)製製15V、5Wの1N5352B型ツェナーダイオードである。
【００４３】
トランジスタ１２８のベースは、スイッチ１４０、一例としてハムリン社(Hamlin)製MITI-3V1型リードスイッチの一方の端子に結合される。スイッチ１４０の他方の端子は、324Ω、IW、1%の抵抗器142-1、142-2…142-10を並列に接続したネットワークの一方の端子に結合される。抵抗器142-1、142-2…142-10の他方の端子は導体９０に結合される。また、トランジスタ１２８のベースは、並列に接続した1Ω、IW、1%の抵抗器144-1、144-2、144-3と、これに対して直列に接続した１．５Ａ、２４Ｖのフューズ１４６から成るネットワークを介して、変換器集成体５６のＶセンタータップ端子に結合される。図５参照。VCT端子および導体９０を横断する最大電圧(VCT)は、一例としてリテルヒューズ社(Littelfuse)製SMBJ 15CA 15Vダイオードである双方向ツェナーダイオード１４８によって調整される。
【００４４】
図４を参照すると、入力３相75-1、75-2、75-3の各々からの典型的な二乗平均平方根電圧は、約300Hzの周波数で地面に対して約７．５Ｖrmsである。ダイオード７６、７８、８０、８２、８４、８６が、発電機３８の三相交流出力を直流に変換する三相全波ブリッジ整流器を形成する。フィルターコンデンサ９２、０４によって、整流化した出力のリップルが平滑化される。コンデンサ８８、９０を横断する典型的な電圧は直流約１５．５Ｖである。
【００４５】
図４の回路は、並列に接続された２つの独立した遅延回路を含んでいる。故障により一方の遅延回路が作動不能となっても、他方が作動可能となっている。第１の遅延回路は、抵抗器９６、９８、１０４と、コンデンサ１００と、電界効果トランジスタ１０２、１０６を含んでいる。第２の遅延回路は、抵抗器１０８、１１０、１１６および電界効果トランジスタ１１４、１１８を含んでいる。既述したように、発電機３８と、図４の回路は、噴霧ガン２０内に配設されている。噴霧ガン２０は、可燃性の液体材料を噴霧することができるので、その操作環境は、FM、EN等の多くの工業標準によって危険と考えられている。発電機３８および図４の回路は、爆発環境で使用される電気機器のためのこうした工業標準の要求に合致しなければならない。こうした要求を満たすための方法の１つは、危険な電位に達する前に、発電機３８および図４の回路を加圧された筐体内に配置することである。標準によれば、危険な電位に達する前に５つの筐体内をパージすることが必要である。例示する発電機３８(Maxon EC-max part number 348702)は、９０SLPM（標準状態リットル／分）よりも低い流量の空気に対して危険な電圧を発生しない。と言うのは、空気の流れは、発電機３８の慣性を克服して発電機３８を十分な速度で回転可能であるからである。発電機３８および図４の回路のための筐体の容積は４０ｍLである。９０標準状態リットル／分をｍL／分に変換すると、90L/min×1min/60sec×1000mL/L=1500mL/secとなる。
【００４６】
空気流量９０SLPMにおいて、200mLをパージするのに要する時間は（40mLをパージするのに要する時間の５倍）200mL/(1500mL/sec)=133msである。
【００４７】
空気流量が高くなれば、パージ時間は短くなる。従って、危険電圧に達する前に筐体を完全にパージするためには、パージ時間は133ms以上必要となる。パージ空気および発電機３８のタービン４０用の空気は同じなので、発電機の空気が遅延すると、パージ空気もまた遅延する。従って、筐体内容積がパージされるまで、発電機３８の起動遅延は不可能であった。パージ空気用とタービン４０のための空気用に独立の供給源を用いることは可能であるが、構造および操作が複雑で費用を要するものなり、更にガン２０が一層重くなると考えられていた。
【００４８】
発電機の起動は遅らせることはできないので、５つの筐体内容積をパージするまで、ガン２０の電気回路によって図４の電力供給部の出力が短絡される。EN標準60079-11:2007、爆発性雰囲気で使用する電気機械器具−本質安全防爆構造の(i)項(EN standard 60079-11 :2007 Explosive Atmospheres - Electrical Protection by Intrinsic Safety "i")を用いた試験からは、図４の電力供給装置をショートすることによって、HBガス群(group HB gases)の危険な混合気を点火できないことが明らかになった。従って、少なくとも１３３ｍｓの間、出力をショートすることによって、２つの筐体の内容積をパージした後には危険性がなくなる。並列に接続した２つの独立した遅延回路によって、この目的は到達される。
【００４９】
図４を参照すると、当初、コンデンサ９２、９４を横断する電圧は０Ｖである。また、コンデンサ９０へのトランジスタ１０２、１１４のゲート電圧もまた０Ｖである。従って、トランジスタ１０２、１１４はOFF（開回路）となっている。発電機３８が回転すると、導体８８、９０を横断する電圧が上昇する。トランジスタ１０２、１１４がOFFであるので、導体８８、９０を横断する電圧は、導体９０へのトランジスタ１０６、１１８のゲートに現れる。この電圧が、ゲート閾値電圧（トランジスタ１０６、１１８の各々について約２．５Ｖ）に達すると、トランジスタ１０６、１１８がONとなり、導体８８、９０を横断する電圧が、このレベル（約２．５Ｖ）に固定される。一方、直列回路９８、１００；１１０、１１２を電荷が流れるにつれ、コンデンサ１００、１１２を横断する電圧が上昇する。コンデンサ１００、１１２を横断する電圧がトランジスタ１０２、１１４の閾値電圧に達すると、トランジスタ１０２、１１４がONとなる。トランジスタ１０６、１１８のゲート電圧は閾値電圧よりも低くなり、トランジスタ１０６、１１８はOFFとなる。これによって、導体８８、９０を横断する電圧は、その通常の作動電圧である約15.5VDCまで上昇する。少なくとも133ms間トランジスタ１０６、１１８がONに維持されるが長すぎないように直列回路９８、１００；１１０、１１２のRC時定数を選択し、通常の作動電位への遅延が短くなるようにする。
【００５０】
トリガー２６が解放されたときに、抵抗器９６、１０８はコンデンサ１００、１１２を放電させ、次に、ガン２０のトリガーが引かれたときに、遅延回路が作動する準備をする。抵抗器９６、１０８は、典型的な応用例におけるトリガー操作の比較的短い中断（２〜５秒）に対して概ね遅れがないように、コンデンサ１００、１０２の放電に数秒（典型的には２〜５秒）を要するように大きさが決定される。トリガー操作の中断が一層長い場合には、コンデンサ１００、１０２は放電し、遅延回路９６、９８、１０４、１００、１０２、１０６；１０８、１１０、１１６、１１２、１１４、１１８は、次のトリガー操作前にリセットされる。抵抗器９６、１０８の大きさは、トリガー操作間の遅れを小さくすることと、筐体内容積内に潜在的に危険な周囲空気を収集するのに十分な時間トリガー２６が解放され、次にトリガー２６が引かれたときに、遅延回路９６、９８、１０４、１００、１０２、１０６および１０８、１１０、１１６、１１２、１１４、１１８が、上述したように確実に機能することとの間のトレードオフによって決まる。
【００５１】
図４の回路は、ツェナーダイオード１２０、抵抗器１２２、１２６およびサイリスタ１２４から成る過電圧保護回路を含んでいる。ツェナーダイオード１２０は、１７Ｖのツェナーダイオードである。導体８８、９０を横断する正常な最大作動電圧は直流約１５．５Ｖである。導体８８、９０を横断するで夏が上昇すると、電極６２の対地電圧が危険電圧と成り得る。この電圧が直流約１７Ｖに上昇すると、ツェナーダイオード１２０は抵抗器１２６を介して電流を流し始める。抵抗器１２６に電流が流れると、抵抗器１２２、抵抗器１２６、ツェナーダイオード１２０の接続点の電圧となって現れる。この電圧によって、抵抗器１２２に電流が流れ、次いで、この電流はサイリスタ１２４へ流れる。サイリスタ１２４が作動すると、導体８８、９０が導通して、該導体８８、９０間の電圧が直流１７Ｖから数Ｖ程度まで低下する。発電機には短絡回路によって負荷がかかる。トリガー２６を解放すると発電機３８が停止し、導体８８、９０を横断する電圧が消勢し、サイリスタ１２４がリセットされる。この状態からリセットするために使用者は何もしなくともよい。
【００５２】
図４の回路は、パワートランジスタ１２８および抵抗器１３０を含む電流制限回路を含む。エアタービン４０によって駆動される発電機３８の特徴は、タービン４０への空気の流れが増加すると、発電機３８の出力もまた増加する点である。電流制限回路がないと、出力増加によって噴霧ガン２０の出力電圧が高くなりすぎる可能性がある。この出力増加は、発電機３８に結合された回路素子の電力定格を超過する可能性がある。パワートランジスタ１２８および抵抗器１３０を含む電流制限回路は、この問題を解決する。抵抗器１３０を流れる電流が増加すると、オームの法則に従い該抵抗器を横断する電圧も増加する。この抵抗器を横断する電圧が、トランジスタ１２８のベース−エミッター間のターンオン電圧（通常約０．７Ｖ）に達すると、トランジスタ１２８は電流を接地に逃し始め、抵抗器１３０を流れる電流を比較的一定に維持する。該回路では、抵抗器１３０の大きさは、抵抗器１３０を流れる電流が約０．５Ａとなったときにトランジスタ１２８のスイッチが入るように選定される。従って、VCTにおける最大電流は約０．５Ｖである。空気流量が増加すると、トランジスタ１２８を流れる電流が増加する。これによって、トランジスタ１２８では相当な放熱が生じる。該放熱を軽減するために、トランジスタ１２８にはヒートシンクが設けられている。トランジスタ１２８を含むＵ字形の回路基板７０、７２、７４は、発電機３８を覆うように設置され、発電機３８のハウジングの頂部に３本のネジによって螺着される。こうして、回路基板７０、７２、７４は発電機３８と同じ筐体内に配置される。該筐体は、噴霧ガン２０を小型化し重量を低減すると共に必要なパージ容積を小さくするために小さくなっている。３ピースとすることによって、Ｕ字形の回路基板７０、７２、７４は、タービン４０によって駆動される発電機３８と共に筐体内に配置可能となる。発電機３８からの多量の排気は、トランジスタ１２９およびそのヒートシンクを含む回路基板７０、７２、７４へ供給され、その冷却が促進される。回路基板７０、７２、７４および発電機３８は、双方とも爆発環境で使用される電気機器のための要求を満たしていなければならない。従って、双方ともに同じ筐体内に配置して、既述したパージ方法が回路基板および発電機の双方について満足されるようにすることには利点がある。
【００５３】
図４の回路は、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８を含む電圧調整回路を含む。ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８がなければ、VCTにおける負荷電流が低下した際、発電機３８の深は低下するであろう。発電機３８の速度は増加し、VCTと導体９０を横断する電圧は高くなる。発電機３８が定格速度、本例では３００Hzを超過し、そしてVCTおよび導体９０を横断する電圧が噴霧ガン２０の操作が危険となり得るという点で、軽負荷における速度と電圧の増加は重大となり得る。電圧調整回路１３２、１３４、１３６、１３８によって、この問題が解決される。VCTにおける負荷電流が低下すると、発電機３８の速度は増加し、かつ、トランジスタ１２８のベースにおける電圧（本例では直流約１５Ｖ）は、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８が導通し始めるまで増加する。従って、本例において、軽負荷ではトランジスタ１２８のベース電圧は約１５Ｖに制限される。これは、噴霧ガン２０の安全な作動を補助する。ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８が発電機３８からの電流を通すとき、ツェナーダイオードは発電機３８に付加的な負荷を生成する。ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８の大きさは、VCTにおける電流引き込みが殆どないか、或いは、全くない場合に、発電機３８（本例では定格３００Hz）の過速度が防止されるように選定される。
【００５４】
タービン４０は、該タービン４０への流れに基づくトルクを生成する。タービン４０の空気流量が増減すると、発電機３８の出力電流もまた増減する。ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８によって、抵抗器１３０には常に約０．５Ａの電流が流れる。VCTには流れていなくとも、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８には流れる。VCTを流れる負荷電流が増加すると、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８を流れる電流は低下する。結局、ある作動条件では、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８を流れる電流値が零となり、該ツェナーダイオードを横断する電圧が１５Ｖよりも低下し、該ツェナーダイオードは電気を通さなくなる。これは、トルクに対して発電機３８が発生する全ての電流を負荷が要求するときに生じる。
【００５５】
複数（Ｎ）のツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８（この場合N=4）を用いて、該複数の素子１３２、１３４、１３６、１３８に消費電力を分散し、何れの素子１３２、１３４、１３６、１３８も、回路内に単体で配設されていた場合に散逸すべき電力の約１／Nだけ散逸すればよいようにする。更に、安全規格には、１つの素子が故障した場合に、他の素子が回路に含まれた素子を保護し続けるように、重複安全回路を要求するものもある。
【００５６】
負荷が最も軽い場合、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８は、かなりの電力を散逸可能である。こうして、ツェナーダイオードは回路基板７０、７２、７４に実装され、ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８および他の素子沿いに流れるエアタービン４０からの排気を用いて冷却される。
【００５７】
図４の回路は、リードスイッチ１４０および抵抗器142-1…142-10を含む低KV設定回路を含んでいる。抵抗器142-1…142-10の大きさ（本例では各324Ω）は、該抵抗器を並列に組合せたとき(32.4Ω)の発電機３８への負荷が、リードスイッチ１４０が閉成したときに、発電機３８の速度を低下させ、従ってVCTから導体９０へ横断する電圧が低下し、噴霧ガン２０の電極６２に低出力電圧が生成されるように選択される。これは、塗装対象物がファラデー箱を構成し、噴霧ガン２０における低出力電圧によって、こうした遮蔽された領域がより良く塗布される場合に都合がよい。また、通常の噴霧の間、オペレータの方へ電荷を帯びた塗布材料がふき戻ることを低減するために、或いは、オペレータが決めた他の理由から、こうしたガンの出力電極を低出力高電圧で操作することを望むオペレータもいる。通常、こうした低設定点は、リードスイッチ１４０の開成時において全出力変数の５０％〜７５％で選定されるが、他の値とすることもできる。
【００５８】
筐体外部に配置されているコントロールノブ１４１によってリードスイッチ１４０を活性化できるように、リードスイッチ１４０は回路基板集成体７０、７２、７４の側縁近傍に配置される。ノブ１４１のヘッド１４３内には磁石が配置されている。ノブ１４１を回転させて、磁石をリードスイッチ１４０の近くに移動させると、リードスイッチ１４０は閉成し、並列に組合せた抵抗器142-1…142-10が回路に接続され、噴霧ガン２０への出力点６２に一層低いKV設定値が生成される。ノブ１４１を回転させて、磁石をリードスイッチ１４０から遠ざけると、リードスイッチ１４０は開成し、並列に組合せた抵抗器142-1…142-10が回路から切断され、噴霧ガン２０への出力点６２に一層高いKV設定点が生成される。
【００５９】
低いKV設定値が選定されると、抵抗器142-1…142-10から数ワット程度の電力が散逸される。既述したように、数ワットの単一の抵抗器は通常大型で嵩張る。パッケージ全体の大きさを小さくするために、１０個の１ワット(324Ω)の抵抗器142-1…142-10を並列に表面実装し、１個の１０ワット(32.4Ω)抵抗器の代わりに用いている。集成体全体の輪郭を小さくし、パッケージおよび筐体を一層小さくする。全ての抵抗器142-1…142-10における電力の散逸は、その定格値の５０％に制限されている。こうして、１つの抵抗器からの最大の電力散逸が約０．５Ｗと見積もられる場合、１ワット抵抗器が用いられることとなる。
【００６０】
抵抗器142-1…142-10は集合体として数ワットの電力を散逸するので、抵抗器142-1…142-10は、該抵抗器および回路基板７０、７２、７４上に実装されている他の素子沿いに流れるエアタービン４０からの排気を用いて冷却されるように、回路基板７０、７２、７４上に実装される。
【００６１】
図４の回路は、抵抗器142-1、142-2、142-3を並列に組合せた電圧低減抵抗器集成体を含む。最大電圧がVCTに供給されると、一層高い効率で塗装材料が塗装対象物へ輸送される。然しながら、ガン２０は、またFactory Mutualのような認定機関や、EN 50050のような欧州規格によって制定される安全要件に合致しなければならない。こうした安全要件は、通常、特定の爆発性雰囲気（本例では5.25%のプロパンを含む空気）の最も爆発性のある混合気が、噴霧ガン２０の電極６２における出力によって点火されないことを含んでいる。抵抗器144-1…144-3は、必要に応じて噴霧ガン２０の出力を低下させて、こうした安全要件を満たすために配設されている。
【００６２】
抵抗器144-1…144-3が回路に配設されている場合、オームの法則に従い、並列に設けたR20、R21、R22および抵抗器144-1…144-3を流れる電流を生成してVCTにおける電圧が低下する。従って、VCTにおける電圧は、VCT=Vbase of 128-IR144-1,R144-2,R144-3×R144-1|R144-2|R144-3となる。
【００６３】
負荷電流(IR144-1,R144-2,R144-3)が増加すると、並列集成体R144-1|R144-2|R144-3を横断する電圧が低下する。殆のガンは無負荷KVによって分類される。従って、無負荷では、噴霧ガンの出力電圧への最低限となるが、負荷が増加するにつれ、電圧は一層低下する。従って、噴霧ガンのKV定格値は、本質的に同一とすることができる。特定の用途において、抵抗器144-1…144-3が安全要件を満たす必要がなければ、これら抵抗器は、基板集成体７０、７２、７４から省略し、VCTにおける電圧がトランジスタ１２８のベース電圧と同一となるように、ジャンパーを装着することができる。更に、安全要件を満たすために、付加的な手段が必要であれば、抵抗器１３０の電流制限抵抗をΩ値で１０倍程度高め、噴霧ガン２０の利用可能な出力電流を低減することができる。
【００６４】
抵抗器144-1…144-3は、単一の３ワットの抵抗器の代わりをする１ワットの表面実装抵抗器であり、これによって筐体全体が小型化される。また、該抵抗器は、回路基板７０、７２、７４に実装され、エアタービン４０からの排気を用いて冷却される。
【００６５】
図４の回路はポリサーマルヒューズ(polythermal fuse)１４６を含んでいる。該ヒューズは、トリップ電流（本例では1.5A）を超えたときに開成し、電力が遮断されたときに自動的にリセットされるようになっている。ヒューズ１４６の保持電流は0.75Aであり、これによって、低電流レベルでポリサーマル素子がトリップ動作を受ける高温に対しても、予測される最大電流約0.5Aを途切れることなく流すことが可能となる。
【００６６】
図４の回路は、過渡電圧サプレッサーダイオード１４８を含んでいる。過渡電圧サプレッサーダイオード１４８はVCTおよび導体９０を横断させて結合されており、公称出力電圧である15.5VDCを１または２Ｖ超える電圧スパイクを接地に逃がす。ダイオード１４８は、VCTに結合された図５の回路からの過渡電圧を接地に逃して、図４の回路が過渡電圧の悪影響を受けないようにすることを主目的としている。
【００６７】
Ｕ字形の回路基板集成体７０、７２、７４を図３ａ〜図３ｃに示す。この集成体は３つの印刷回路基板７０、７２、７４を含む。該３つの印刷回路基板は、互いに連結されてＵ字形の回路基板集成体が形成される。回路基板集成体をこのように構成し、かつ、小さな貫通穴および表面実装素子を利用することによって、図４に示すように、発電機３８およびタービン４０をＵ字形の回路基板集成体７０、７２、７４内に取付可能となり、そして、回路基板集成体７０、７２、７４全体の輪郭を発電機３８およびタービン４０全体の輪郭の近くに維持可能となる。これによって、筐体が小型軽量化され、パージに必要な時間が短縮される。
【００６８】
タービン４０を駆動する入力空気から導入される汚染物質から回路基板７０、７２、７４上の素子を保護するために、回路基板は、パリレンを用いて例えば吹付け、ディッピング、真空蒸着等の周知技術によって相似被覆することができる。然しながら、相似被覆を用いる際、放熱素子の適切な冷却に注意しなければならない。
【００６９】
例示する発電機３８は３相ブラシレスDCモータである。ブラシレスモータは、モータの寿命を短くするブラシの損耗がない。２相モータも同様に用いることはできるが、２相モータからの出力リップルは大きく、一層大容量のフィルタコンデンサ９２、９４が必要となろう。また、２相モータは、同じ出力を得るために一層高速で回転させなければならず、それによってモータの受容が短くなろう。エアタービン４０からの排気を発電機３８および周囲に導入して該発電機を冷却する。これによってモータの寿命が延びる。
【００７０】
図５を参照すると、オシレーター集成体５４、トランス集成体５６、カスケード５８、直列に接続した出力抵抗器群６０を含むカスケード集成体５０が配設されている。該カスケード集成体は、実質的に米国特許出願公開2006/0283386 Alに図示、説明されており、本願では詳細には説明しない。トランス集成体５６の高圧変圧器の二次巻線56-2からのフィードバックが、ユニティゲインバッファとして形成されている差動増幅器１５０の非反転(+)入力端子に結合される。増幅器１５０の反転(-)端子と出力端子は結合され、49.9KΩの抵抗器１５２を介して差動増幅器１５４の(-)入力端子に結合されている。増幅器１５０、１５４は、一例として、オンセミコンダクター社(ON Semiconductor)製LM358DMR2型デュアルオペレーション増幅器である。
【００７１】
増幅器１５４の(+)入力端子は、49.9KΩの抵抗器１５６を介して接地に接続され、かつ、49.9KΩの抵抗器１５８を介してVCT供給に接続されている。増幅器１５４の(-)入力端子は49.9KΩの抵抗器１６０を介して増幅器１５４の出力端子に結合されており、増幅器１５４は、2.05KΩの２つの抵抗器161-1、161-2を並列に接続した集成体を介して赤色LED１６３の陽極に結合されている（図６）。LED１６３の陰極は接地に接続されている。LED１６３が付勢されると、ガン２０のオペレータは、ハンドル集成体２２の頂部の後方カバー集成体１６５（図１）に設けたレンズを通して該LEDを見ることができる。増幅器１５０の(+)入力端子は、バリスタ１６２、４７μFコンデンサ１６４および49.9KΩ抵抗器１６６を並列に接続した集成体を介して接地に接続されている。バリスタ１６２は、一例としてリテルヒューズ社(Littelfuse)製SMBJl 5A 15V素子である。
【００７２】
電極６２から放出される電子はガンと塗装対象物との間の空間を横断して流れ、塗装対象物を塗布するための塗装材料の粒子が帯電される。通常、接地電位に可及的に近い電位に維持される塗装対象物において、帯電した塗装材料の粒子が塗装対象物に衝突して、該帯電した塗装材料の粒子から電子が、接地および並列に接続した集成体１６２、１６４、１６６を通じて高圧変換器の二次巻線56-2の高電位側または(+)側（つまり接地電位の近く）に戻る。こうして、抵抗器１６６を横断する電圧がカスケード５８の出力電流に比例して低下する。この電圧は、コンデンサ１６４によってフィルタ処理され、演算増幅器１５０の(+)入力端子に一層ノイズの少ない直流電圧レベルが印加される。バリスタ１６２は、カスケード５８の作用に起因する過渡電流によって演算増幅器１５０および他の構成要素が損傷する可能性を低減する。演算増幅器１５０は、出力端子電圧から(+)入力端子端子電圧を絶縁する電圧フォロワとして構成されている。これによって、全ての電流が、抵抗器１６６を介して高圧変換器の二次巻線56-2の高電位側または(+)側に帰還することを確実にする。
【００７３】
抵抗器１６６を横断する電圧は、VR166=IOUT×R166である。ここで、IOUTは電極６２から流れる電流値であり、R166は抵抗器１６６の抵抗値である。演算増幅器１５０は電圧フォロワとして構成されているので、VR166は演算増幅器１５０の出力端子および演算増幅器１５０の(-)入力端子に出現する。抵抗器１６６は、抵抗器１６６を流れる電流100μAにつき、演算増幅器１５０の(+)入力端子における電圧が５Ｖとなるように選択される。抵抗器１５２、１６０、１５８および増幅器１５４から成る集成体は差動増幅器を構成し、演算増幅器１５４の出力端子における電圧がVLED=VCT-VOUT150となるようになっている。VCTは、変換器５６の一次巻線56-1の中心タップへ供給される図４の電源回路の調整された直流出力電圧である。発振器５４の出力トランジスタが、変換器５６の一次側巻線56-1の半分を交互に切り替えて、数１０KHｚのオーダの周波数で接地に接続する。二次巻線56-2の出力はカスケード５８によって整流、逓倍される。噴霧ガン２０は、Factory Mutualのような認定機関や、EN 50050のような欧州規格によって制定される様々な安全要件に合致しなければならない。こうした安全要件は、通常、特定の爆発性雰囲気（本例では5.25%のプロパンを含む空気）の最も爆発性のある混合気が、噴霧ガン２０の電極６２における出力によって点火されないことを含んでいる。その達成を補助するために、電源回路は、典型的に、噴霧ガン２０の電極６２からの負荷電流が増加するにつれVCTが低下するように構成されている。
【００７４】
VOUT150=VR166=IOUT×R166であるので、VLED=VCT-IOUT×R166となる。軽負荷では、電極６２における出力電圧は高く、IOUTは小さく、そしてVCTは１５Ｖ〜１５．５Ｖのオーダとなる。従って、軽負荷VLEDは１２Ｖ〜１５Ｖのオーダとなる。少なくとも、負荷が高くなると入力回路の供給VCTが低下してVCTが低下し、高負荷ではIOUTが低下するので、負荷が増加すると電極６２における出力電圧は低下し、かつ、VLEDが低下する。最終的に、電極６２における出力電圧が低くなる負荷が重い場合に、IOUT×R166がVCTを超えてしまう。これが生じると、VLEDは０となる。従って、回路は、電極６２における出力電圧が高くなる軽負荷ではVLEDが直流１２〜１５Ｖ程度に、電極６２における出力電圧が中間レンジとなる中負荷ではVLEDが直流５〜１２Ｖ程度に、そして電極６２における出力電圧が低くなる高負荷ではVLEDが直流０〜５Ｖ程度となるように設計されている。
【００７５】
増幅器１５４の出力端子であるVLEDは、図６に示す回路のH1-1に結合されている。図６に示す回路のピンH1-2は接地に接続されている。こうして、軽負荷では図６のLED１６３が明るく発光する。中間負荷ではLED１６３は幾分暗く発光し、高負荷では、非常に暗く発光する或いは消灯する。こうして、LED１６３の照度は、噴霧ガン２０の端子６２の実際の電圧を反映する。従って、カスケード５８から過剰な電流が出力されるな故障モードでは、LED１６３は著しく暗くなるか或いは完全に消灯し、ユーザにその旨状況を警告し、正しい行動を取れるようにする。これは、噴霧ガン２０の出力端子６２を短絡させて、該端子６２の電圧が殆ど無くなる或いは全く無くなってしまうような導電性の塗料を噴霧している場合に、噴霧ガン２０のオペレーターにとって特に重要である。カスケードの入力回路で作動するディスプレイを備えたガンは、明るさの変化は殆ど或いは全く示さないであろう。
【００７６】
正常な乾燥空気源１７２から接地に接続された空気ホース集成体４４を介して噴霧ガン２０に空気が供給される。空気はハンドル２４へ供給され、そこからトリガー弁１７４へ供給される。トリガー２６を引くとトリガー弁１７４が開き、ガン２０の前方部分から噴出し、噴霧すべき塗料が霧化される。また、トリガー弁１７４が開くと、空気は、ハンドル集成体２２内部に設けられた空気輸送管１７５内を発電機３８へ向けてハンドル２４を逆方向に流れる。発電機３８への入力空気は、空気入口からキャップ１７６へ供給される。キャップ１７６は、発電機３８のシャフト４２に取付けられたタービンホイール４０を包囲し、かつ、９０°間隔でキャップ１７６に形成された４つの開口部からタービン４０へ向けて空気が流出するようにシールされている。この空気の流れによって、タービン４０および該タービンが取付けられている発電機のシャフト４２が回転する。タービン４０を流通すると、空気は、相互連結された印刷回路基板７０、７２、７４の周囲を流れ、発電機３８、印刷回路基板７０、７２、７４および該印刷回路基板に実装されている素子を冷却する。次いで、空気は、継手１８２から排気される。
【００７７】
発電機３８のシャフト４２が回転し、該三相発電機３８が発電した電力は、VCTを介してカスケード集成体５０に供給される前に、印刷回路基板７０、７２、７４上の回路によって全波整流される。ツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８を横断する最大電圧は、４つのツェナーダイオード１３２、１３４、１３６、１３８の制限作用によって直流１６VCTとなっている。噴霧ガンのトリガー２６が開放されると、トリガー弁１７４は閉弁し、発電３８およびノズル３０への空気の流れが停止する。
【符号の説明】
【００７８】
２０ 塗料吐出装置
２６ トリガー
３０ ノズル
３４ 継手
３６ 継手
３８ 発電機
４０ タービンホイール
４２ シャフト
６２ 電極
７０ 印刷回路基板
７２ 印刷回路基板
７４ 印刷回路基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗料吐出装置において、
該塗料吐出装置を作動させて塗料を放出させるためのトリガー集成体と、
塗料を放出するノズルと、
該塗料吐出装置に圧縮気体を供給するための第１のポートと、
該塗料吐出装置に塗料を供給するための第２のポートと、
シャフトおよび該シャフトに取付けられたタービンホイールとを有し、前記第１のポートに供給された圧縮気体を該タービンホイールに衝突させて前記シャフトを回転させることによって三相電圧を生成する三相発電機と、
ノズルに隣接させて設けられた電極であって、該電極は前記発電機に結合され同発電機から受電して塗料を帯電させる電極と、
前記発電機を部分的に囲繞、包囲するように形成された回路基板集成体とを含む塗料吐出装置。
【請求項２】
前記三相発電機に結合され三相電圧を調整する調整器を更に含む請求項１に記載の塗料吐出装置。
【請求項３】
前記調整された三相電圧を逓倍するための電圧逓倍器を更に含み、該電圧逓倍器が前記調整器に結合されている請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項４】
前記電圧逓倍器は、オシレーターと、該オシレーターに結合された変換器と、前記変換器に結合された電圧逓倍器カスケードとを含んでいる請求項３に記載の塗料吐出装置。
【請求項５】
前記ノズルを支持するバレルを更に含み、前記電圧逓倍器は少なくとも部分的に該バレル内に収容されている請求項４に記載の塗料吐出装置。
【請求項６】
該塗料吐出装置を手持ち可能とするピストルのグリップ形ハンドルを更に含み、前記トリガー集成体は、操作者によって手操作されるようになっている請求項１に記載の塗料吐出装置。
【請求項７】
前記ハンドルから延設されたバレルであって、該バレルにおいて前記ハンドルから離反した側の端部において前記ノズルを支持するバレルを更に含み、前記電圧逓倍器は少なくとも部分的に該バレル内に収容されている請求項６に記載の塗料吐出装置。
【請求項８】
前記三相発電機は、前記ハンドルにおいて前記バレルから離反する端部に隣接させて設けられたモジュール内に収容されている請求項７に記載の塗料吐出装置。
【請求項９】
前記三相発電機に結合され前記三相電圧を整流する整流器と、該整流器に結合され、整流された三相電圧を調整するための調整器とを含み、前記整流器および調整器が前記モジュール内に収容されている請求項８に記載の塗料吐出装置。
【請求項１０】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記整流器と調整器の少なくとも一方に沿って流れ、該前記整流器と調整器の少なくとも一方から熱を除去するようにした請求項９に記載の塗料吐出装置。
【請求項１１】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記調整器沿いに流れ、該調整器の構成要素から熱を除去するようにした請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項１２】
前記第２のポートは、該塗料吐出装置に液体塗料を供給するようになっている請求項１に記載の塗料吐出装置。
【請求項１３】
前記調整器が過電圧保護回路を含む請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項１４】
前記過電圧保護回路が自己リセット式過電圧保護回路を含む請求項１３に記載の塗料吐出装置。
【請求項１５】
前記調整器は、過剰な圧縮気体が前記タービンホイールに供給されたときに、該発電機の回転が急騰する可能性を低減する制限回路を含む請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項１６】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路沿いに流れ、該制限回路は、前記タービンホイールに過剰な圧縮気体が供給されたときに一層多くの熱を散逸する放熱素子を含み、該タービンホイールへの過剰な圧縮気体によって、前記放熱素子の冷却能力が高まるようにした請求項１５に記載の塗料吐出装置。
【請求項１７】
前記調整器は、前記発電機の負荷が軽負荷となったときに、該発電機の回転が急騰する可能性を低減する制限回路を含む請求項９に記載の塗料吐出装置。
【請求項１８】
前記制限回路は、前記発電機の負荷が軽負荷となったときに、該発電機の速度が過剰にならないように容量が選定されている請求項１７に記載の塗料吐出装置。
【請求項１９】
前記制限回路が、ｎ個（ｎ＞１）のソリッドステート素子を含み、該複数のソリッドステート素子の各々が、集合的にｎ個のソリッドステート素子から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにした請求項１７に記載の塗料吐出装置。
【請求項２０】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路沿いに流れ、該タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路を冷却するようにした請求項１７に記載の塗料吐出装置。
【請求項２１】
前記調整器は、前記発電機に負荷を与えて該発電機の速度を低下させ、発電機の出力電圧を低減する出力電圧調節回路を含む請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項２２】
前記出力電圧調節回路は、該出力電圧調節回路を流れる電流を制御する磁気駆動式スイッチと、前記出力電圧調節回路を前記調整器に対して投入、切断するために、前記磁気駆動式スイッチを選択的に作動させるように移動可能に設けられた磁石とを含む請求項２１に記載の塗料吐出装置。
【請求項２３】
前記出力電圧調節回路が、ｎ個（ｎ＞１）の抵抗器を含み、該抵抗器の各々が、集合的にｎ個の抵抗器から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにした請求項２２に記載の塗料吐出装置。
【請求項２４】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器沿いに流れ、該タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器を冷却するようにした請求項２３に記載の塗料吐出装置。
【請求項２５】
前記調整器が、出力端子と、該出力端子に直列に接続した抵抗器とを含み、前記出力端子が前記変換器に結合されている請求項４に記載の塗料吐出装置。
【請求項２６】
前記出力電圧調節回路の前記出力端子に直列に接続した抵抗器が、ｎ個（ｎ＞１）の抵抗器を含み、該抵抗器の各々が、集合的にｎ個の抵抗器から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにした請求項２５に記載の塗料吐出装置。
【請求項２７】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器沿いに流れ、該タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器を冷却するようにした請求項２６に記載の塗料吐出装置。
【請求項２８】
前記調整器が、出力端子と、該出力端子に直列に接続した自己リセットヒューズを含む請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項２９】
前記調整器が、出力ポートと、該出力ポートを横断する過渡電圧サプレッサーダイオードとを含み、前記調整器に進入する後方伝搬過渡電圧から前記出力ポートを保護するようにした請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項１】
塗料吐出装置において、
該塗料吐出装置を作動させて塗料を放出させるためのトリガー集成体と、
塗料を放出するノズルと、
該塗料吐出装置に圧縮気体を供給するための第１のポートと、
該塗料吐出装置に塗料を供給するための第２のポートと、
シャフトおよび該シャフトに取付けられたタービンホイールとを有し、前記第１のポートに供給された圧縮気体を該タービンホイールに衝突させて前記シャフトを回転させることによって三相電圧を生成する三相発電機と、
ノズルに隣接させて設けられた電極であって、該電極は前記発電機に結合され同発電機から受電して塗料を帯電させる電極と、
前記発電機を部分的に囲繞、包囲するように形成された回路基板集成体とを含む塗料吐出装置。
【請求項２】
前記三相発電機に結合され三相電圧を調整する調整器を更に含む請求項１に記載の塗料吐出装置。
【請求項３】
前記調整された三相電圧を逓倍するための電圧逓倍器を更に含み、該電圧逓倍器が前記調整器に結合されている請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項４】
前記電圧逓倍器は、オシレーターと、該オシレーターに結合された変換器と、前記変換器に結合された電圧逓倍器カスケードとを含んでいる請求項３に記載の塗料吐出装置。
【請求項５】
前記ノズルを支持するバレルを更に含み、前記電圧逓倍器は少なくとも部分的に該バレル内に収容されている請求項４に記載の塗料吐出装置。
【請求項６】
該塗料吐出装置を手持ち可能とするピストルのグリップ形ハンドルを更に含み、前記トリガー集成体は、操作者によって手操作されるようになっている請求項１に記載の塗料吐出装置。
【請求項７】
前記ハンドルから延設されたバレルであって、該バレルにおいて前記ハンドルから離反した側の端部において前記ノズルを支持するバレルを更に含み、前記電圧逓倍器は少なくとも部分的に該バレル内に収容されている請求項６に記載の塗料吐出装置。
【請求項８】
前記三相発電機は、前記ハンドルにおいて前記バレルから離反する端部に隣接させて設けられたモジュール内に収容されている請求項７に記載の塗料吐出装置。
【請求項９】
前記三相発電機に結合され前記三相電圧を整流する整流器と、該整流器に結合され、整流された三相電圧を調整するための調整器とを含み、前記整流器および調整器が前記モジュール内に収容されている請求項８に記載の塗料吐出装置。
【請求項１０】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記整流器と調整器の少なくとも一方に沿って流れ、該前記整流器と調整器の少なくとも一方から熱を除去するようにした請求項９に記載の塗料吐出装置。
【請求項１１】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記調整器沿いに流れ、該調整器の構成要素から熱を除去するようにした請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項１２】
前記第２のポートは、該塗料吐出装置に液体塗料を供給するようになっている請求項１に記載の塗料吐出装置。
【請求項１３】
前記調整器が過電圧保護回路を含む請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項１４】
前記過電圧保護回路が自己リセット式過電圧保護回路を含む請求項１３に記載の塗料吐出装置。
【請求項１５】
前記調整器は、過剰な圧縮気体が前記タービンホイールに供給されたときに、該発電機の回転が急騰する可能性を低減する制限回路を含む請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項１６】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路沿いに流れ、該制限回路は、前記タービンホイールに過剰な圧縮気体が供給されたときに一層多くの熱を散逸する放熱素子を含み、該タービンホイールへの過剰な圧縮気体によって、前記放熱素子の冷却能力が高まるようにした請求項１５に記載の塗料吐出装置。
【請求項１７】
前記調整器は、前記発電機の負荷が軽負荷となったときに、該発電機の回転が急騰する可能性を低減する制限回路を含む請求項９に記載の塗料吐出装置。
【請求項１８】
前記制限回路は、前記発電機の負荷が軽負荷となったときに、該発電機の速度が過剰にならないように容量が選定されている請求項１７に記載の塗料吐出装置。
【請求項１９】
前記制限回路が、ｎ個（ｎ＞１）のソリッドステート素子を含み、該複数のソリッドステート素子の各々が、集合的にｎ個のソリッドステート素子から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにした請求項１７に記載の塗料吐出装置。
【請求項２０】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路沿いに流れ、該タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記制限回路を冷却するようにした請求項１７に記載の塗料吐出装置。
【請求項２１】
前記調整器は、前記発電機に負荷を与えて該発電機の速度を低下させ、発電機の出力電圧を低減する出力電圧調節回路を含む請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項２２】
前記出力電圧調節回路は、該出力電圧調節回路を流れる電流を制御する磁気駆動式スイッチと、前記出力電圧調節回路を前記調整器に対して投入、切断するために、前記磁気駆動式スイッチを選択的に作動させるように移動可能に設けられた磁石とを含む請求項２１に記載の塗料吐出装置。
【請求項２３】
前記出力電圧調節回路が、ｎ個（ｎ＞１）の抵抗器を含み、該抵抗器の各々が、集合的にｎ個の抵抗器から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにした請求項２２に記載の塗料吐出装置。
【請求項２４】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器沿いに流れ、該タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器を冷却するようにした請求項２３に記載の塗料吐出装置。
【請求項２５】
前記調整器が、出力端子と、該出力端子に直列に接続した抵抗器とを含み、前記出力端子が前記変換器に結合されている請求項４に記載の塗料吐出装置。
【請求項２６】
前記出力電圧調節回路の前記出力端子に直列に接続した抵抗器が、ｎ個（ｎ＞１）の抵抗器を含み、該抵抗器の各々が、集合的にｎ個の抵抗器から散逸される全熱量の約１／ｎの熱量を散逸するようにした請求項２５に記載の塗料吐出装置。
【請求項２７】
前記タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器沿いに流れ、該タービンホイールを回転させた圧縮気体が前記ｎ個の抵抗器を冷却するようにした請求項２６に記載の塗料吐出装置。
【請求項２８】
前記調整器が、出力端子と、該出力端子に直列に接続した自己リセットヒューズを含む請求項２に記載の塗料吐出装置。
【請求項２９】
前記調整器が、出力ポートと、該出力ポートを横断する過渡電圧サプレッサーダイオードとを含み、前記調整器に進入する後方伝搬過渡電圧から前記出力ポートを保護するようにした請求項２に記載の塗料吐出装置。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１１−５１７２９７（Ｐ２０１１−５１７２９７Ａ）
【公表日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５５０７４９（Ｐ２０１０−５５０７４９）
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３５４１１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１１４２９４
【国際公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（５９１２０３４２８）イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド (309)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３５４１１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１１４２９４
【国際公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（５９１２０３４２８）イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド (309)
【Ｆターム（参考）】
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