JPH0572193B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の背景 この発明はコツクロフト・ウオルトン
（Cockroft・Walton）型の縦続接続電圧増幅回路
に関し、さらに詳しくは、静電塗装用スプレーガ
ンに適用される増幅回路に関する。 静電塗装用の高電圧を発生させるために、縦続
接続電圧増幅回路において、半導体ダイオードお
よびコンデンサが使用されることはよく知られて
いるところである。このような回路は遠隔位置に
おいて高電圧を発生させるために従来使用されて
いる。ここで発生された高電圧はケーブルを介し
てスプレーガンに伝達され、塗料等の塗着に必要
な静電圧を発生させるために、スプレーガンの電
極に印加される。最近、このような回路は小型化
されているので、スプレーガン本体内に収納させ
た状態で、交流低電圧を所定の静電圧まで増幅さ
せることができる。 このような電圧増幅回路の各段はよく知られた
電圧増倍回路で構成される。そして、50KVない
し150KVといつた比較的高い電圧を発生させる
ために、複数の段が縦続接続される。なお、この
ような範囲の電圧は、静電塗装用に適した電圧で
ある。 このような縦続接続電圧増幅回路をスプレーガ
ンに使用する上での問題点の１つは、適正な静電
圧を発生させうる回路の寸法が比較的大きくなる
ことである。また、このような回路においては多
数の段が接続されているので、回路を収納させる
スプレーガンの本体に充分な絶縁材を使用して、
絶縁破壊を防止しなければならない。さらに、絶
縁破壊を抑止するために、縦続接続電圧増幅回路
内の各回路部品の間隔を適切に設定して、各段の
間にアークが発生しないようにする必要がある。 静電塗装用スプレーガンに適用される高電圧を
発生させるためには、多数の段が必要であるた
め、スプレーガンを設計する場合にも問題とな
る。例えば、必要な電圧を発生させるために、10
ないし12の段を縦続接続することは通常行なわれ
ないことであり、このような多数の段より成る増
幅回路は相当長いものとなる。もし、このような
増幅回路をスプレーガン本体内に直接取り付ける
ならば、スプレーガン本体はたいへん長くなると
ともに重いものとなるが、これは、スプレーガン
の設計上好ましいことではない。というのは、ス
プレーガンの設計目的は、常に軽量で取り扱い易
いものを作ることにあるからである。したがつ
て、縦続接続電圧増幅回路をスプレーガン本体内
に直接収納させる場合には、その寸法をできるだ
け小さくすることが望ましい。 発明の概要 この発明は静電塗装用スプレーガンに使用され
る縦続接続電圧増幅回路であつて、従来のものよ
り小型の増幅回路を提供するものである。この増
幅回路の長さは個々の段の長さの合計の関数とし
て表わされ、また、各段の長さはその段のコンデ
ンサの長さの関数として表わされる。電圧増幅回
路の各段のコンデンサに加えられる最大電圧スト
レスは、増幅回路内におけるそのコンデンサの相
対位置の関数として表わされ、電源から離れた位
置にあるコンデンサほど、加えられる電圧ストレ
スは小さい。したがつて、コンデンサの電圧定格
は電圧増幅回路内におけるコンデンサの位置の関
数として設定できる。そして、コンデンサの電圧
定格はそのコンデンサの寸法に直接的に関係する
ので、電源から離れた位置にあるコンデンサほど
短くできる。その結果、電圧増幅回路の全長を短
縮できる。 発明の目的 この発明の目的は、スプレーガンに適用するた
めの小型電圧増幅回路を提供することである。 この発明の別の目的は、全長の短い電圧増幅回
路を提供することである。 実施例の説明 次に、この発明の一実施例を図面に従つて説明
する。第１図は10段コツクロフト・ウオルトン型
（Cockroft・Walton）回路の略図である。この回
路においては、一般にコンデンサＣはすべて同じ
容量であり、ダイオードＤはすべて同じ型のもの
が使用される。端子１０，１５によつて入力端子
が形成され、一方の端子１５は通常接地される。
端子１０には所定の交流電圧が加えられる。この
交流電圧は電圧増幅回路の連続段を通ることによ
つて増幅され、出力端子２０において高い直流電
圧となつて現われる。この回路の動作理論は従来
より知られており、電圧増幅の連続段を必要に応
じて回路に加えることができる。この実施例にお
いては、第１図の電圧増幅回路の１つの段はコン
デンサ１２，１４およびダイオード１１，１３よ
り成る。そして、他の各段も同様なコンデンサお
よびダイオードの対で構成されている。したがつ
て、第１図の電圧増幅回路は10段より成る。 第１図の増幅回路の各段によつて、ピーク入力
電圧Ｅは理論的には２倍に増幅されるので、増幅
回路の理論出力は、ピーク入力電圧を２倍した値
に段の数を乗じた値となる。従つて、第１図の回
路の場合、出力端子２０における理論出力値は
20Eとなるが、実際の出力はコンデンサによる負
荷降下、リツプル降下、及びダイオードによる電
圧降下によつて理論値より低くなる。なお、ダイ
オードによる電圧降下は微小なものであるので、
この発明においては無視しうる。同様に、リツプ
ルによる電圧降下はほぼ使用されるコンデンサの
容量の関数として現わされるから、容量の大きい
コンデンサを使用すれば、リツプル降下を低く押
えることができる。また、接続されたすべてのコ
ンデンサによる負荷降下は、各コンデンサによる
負荷降下の合計である。そして、このコンデンサ
の負荷降下によつて、理論出力は2NE（Ｎは段の
数、Ｅはピーク入力電圧である）よりいくぶん小
さくなる。 第５図は、Ｎ段増幅回路に関する電圧の実測値
である。第５図のグラフの右側の縦目盛、左側の
縦目盛および下の横目盛はそれぞれ、電圧増幅回
路の出力電圧、負荷電圧降下および回路を構成す
る段の数を示す。曲線１は各段における出力電圧
値を示す。この曲線から明らかなように、段の数
が増えるとともに電圧も増幅されるが、その増幅
率は低くなつている。曲線２は各段のコンデンサ
による負荷降下を示す。この曲線２から明らかな
ように、第１段目のコンデンサによる降下が最も
大きく、その後各段ごとに降下率は減つている。
曲線３は曲線２の電圧降下に対して25％の安全率
を加えたコンデンサの電圧降下曲線を示す。この
ような曲線に従つてコンデンサを選択すれば各段
における各種のコンデンサは安全に利用されう
る。製品の寿命を損なわずにコンデンサを確実に
動作させるためには、約25％の電圧定格安全率が
必要である。第５図の曲線から増幅回路のすべて
のコンデンサの電圧定格を均一に保持する必要は
ないということがわかる。例えば、曲線３の示す
ところによれば、増幅回路の第１段のコンデンサ
の安全な電圧定格は15KV付近であるが、同じ増
幅回路の第10段のコンデンサの安全電圧定格は約
6KVである。 このような回路に適用するのに適した電圧定格
および容量をもつセラミツクコンデンサについて
試験すれば、コンデンサの物理的寸法がその電圧
定格に応じて直接変化することがわかる。これら
のコンデンサは長方形に形成され、高さが一定の
場合は、長さが電圧定格に従つて変化するように
形成される。例えば、同一の容量を有し、電圧定
格がそれぞれ8KVおよび15KVの２つのコンデン
サはその長さが約50％変化することが明らかにな
つた。換言すれば、電圧定格8KVのセラミツク
コンデンサは、電圧定格15KVのセラミツクコン
デンサの約1/2の長さであり、電圧定格10KVの
セラミツクコンデンサは電圧定格8KVのコンデ
ンサに比べて約20％程長い。このことは、電圧増
幅回路の配置設計上極めて有用である。 第５図の曲線３は、増幅回路の各段にそつて配
列されたコンデンサの安全電圧定格が、通過する
段の数の増加と共に減少することを示している。
理論的には、この安全電圧定格は第１表のように
減少されうる。 第１表 段番号 電圧定格（KV） １ 12 ２ 11.2 ３ 10.5 ４ 9.5 ５ 8.6 ６ 8.0 ７ 7.2 ８ 6.6 ９ 6.2 10 5.7 コンデンサの物理的長さはその電圧定格の関数
であるので、コンデンサの物理的長さは通過する
段の数の増加と共に減少されうることは自明であ
る。例えば、第１表に示されるコンデンサの電圧
定格を、そのコンデンサに必要な長さおよび従来
技術におけるコンデンサの長さと対応させてみる
と、従来技術においては、すべてのコンデンサの
電圧定格が最大電圧低下を有する段の電圧ストレ
スに耐えうるように設定されているので、本発明
の構成によれば、電圧増幅回路の全長が減少され
ることが認められる。第１段のコンデンサの標準
長さを1.0とした場合の各段のコンデンサの長さ
対比を第２表に示す。

【表】 第２表から明らかなように、この発明に基づい
てコンデンサの電圧定格を選択すれば、10段の電
圧増幅回路においてはその長さを約30％減縮する
ことができる。このことは、この電圧増幅回路が
収納されるスプレーガンのバレルの長さが、同じ
機能を有する従来のスプレーガンのバレルの長さ
に比べて約30％短縮できることを意味している。 実際には、長さの減縮率は30％よりいくぶん低
いが、これは、必要な電圧定格を有するコンデン
サが必ずしも市販されているとは限らないからで
ある。例えば、この発明の実施例においては、コ
ンデンサ用のセラミツクとしては、アメリカ合衆
国バージニア州ハンプトンのミヤーダ・デベロツ
プメント・カンパニ（Myada Development
Company）製のものを使用しているが、入手で
きるセラミツクコンデンサは電圧定格15KV、
10KVおよび8KVの３種である。この発明におい
ては、充分な安全率を確保するために、予想され
る電圧降下の２倍以上の電圧定格のものを使用し
ている。増幅回路の各段に使用されるコンデンサ
は上記３種類の中から選択されるが、その際、曲
線２に示されるような各段の電圧ストレスに充分
耐えうるものが選択される。すなわち、各段にお
いて使用されるコンデンサは第５図の曲線４に示
すものとなる。 第２図は従来の10段電圧増幅回路の配置を示す
図である。便宜上、第２図においてはダイオード
記号を用いている。なお、この配置図はその回路
図に非常によく類似している。ここで使用される
コンデンサの容量および電圧定格は同一と考えら
れ、かつこれらのコンデンサは必要な耐電圧性を
有するセラミツクで形成される。 第３図はこの発明によつて構成された回路であ
る。第３図の回路において、最初の４段のコンデ
ンサとしては電圧定格15KVのものが使用され、
次の３段のコンデンサとしては電圧定格10KVの
ものが使用され、最後の３段のコンデンサとして
は電圧定格8KVのものが使用される。このよう
にしてコンデンサを選択することによつて、第３
図の電圧増幅回路の全長は第２図の電圧増幅回路
の全長に比べ著しく短縮される。全長が短縮され
たことによつて軽量化され、その結果、コンデン
サの電圧定格を考慮すると、同数の段より成る増
幅回路にあつても、より小型のものをつくること
ができる。 第４図は第３図の４−４線断面図である。第４
図の斜線部は通常中実のエポキシ樹脂等で形成さ
れ、コンデンサおよびダイオードは図示の位置に
封入されている。電圧増幅回路の重量のうちの大
部分は、コンデンサやダイオードを封入固定して
いる中実エポキシ樹脂によつて占められるので、
電圧増幅回路の全長を短縮することは、直ちにこ
の増幅回路の軽量化につながる。そのために、各
段におけるコンデンサの電圧定格を適切に選択し
て、その段で生じる電圧ストレスに耐えうるよう
に設定すれば、増幅回路の全長および重量を減ら
すことができる。 実施に際して、各段においてすべて異なる電圧
定格を有するコンデンサを選択することは好まし
くない。その理由は、コンデンサの種類を増やせ
ば、それだけコストが高くなるからである。しか
し、理論的には、コンデンサの電圧定格は第５図
の曲線３を基に選択されるので、全長の最も短い
電圧増幅回路を構成することができる。第３図の
増幅回路は理論的に最適な増幅回路に関する妥当
な増幅回路であるが、この増幅回路は販売コスト
との関係である程度の制限を余儀なくされてい
る。例えば、実際の電圧増幅回路は市販のコンデ
ンサを使用して製造される。また、この増幅回路
は10段より成り、12KVの電圧用に設計されてい
る。市販のコンデンサはその寸法および電圧定格
によつて選択され、それらのコンデンサの容量は
130pfであつた。この増幅回路において、印加さ
れる電圧の範囲内での使用に適した市販のコンデ
ンサは電圧定格15KV、10KVおよび8KVのもの
であることがわかつた。各コンデンサの寸法を第
３表に示す。

【表】 各段における電圧降下を第５図に示されたデー
タを基に再検討した。その結果、電圧定格15KV
のコンデンサは最初の４段のコンデンサとして使
用でき、電圧定格10KVのコンデンサは次の３段
のコンデンサとして安全に使用でき、電圧定格
8KVのコンデンサは残りの３段のコンデンサと
して使用できることがわかつた。そこで、第３図
のような増幅回路を形成して充分にテストした結
果、この増幅回路は満足に動作し、その全長およ
び重量はともに従来の増幅回路に比べて25％減縮
された。 この実施例はこの発明を説明するための一実施
例であつて、この発明を制限するものではない。
したがつて、この発明はその精神もしくはその特
性から逸脱しない限り、様々に変更して実施する
ことができる。 発明の効果 本発明のソリツドステート電圧増幅回路におい
ては、コンデンサとダイオードとの所定形の対を
複数段に縦続接続して、その最終段で所定の高い
静電圧を得るとともに、電源から離れた位置にあ
るコンデンサほど付加される電圧ストレスが小さ
く、従つてコンデンサの電圧定格を増幅回路内に
おける各コンデンサの位置に相関して順次あるい
は段階的に小さくできることに着目して、同時に
電圧定格の低いものほどコンデンサの外形特に長
さ寸法を小さくなしうるので、これらの技術を増
幅回路における特にコンデンサ配列に適用して、
この種の電圧増幅回路において、同じ段数で所要
の高い静電圧を得るのに、従来のものより少なく
とも30％近く全長の短いコンパクトな回路を製作
することに成功した。かくて例えばスプレーガン
のような携帯される機器の本体にこれを直接収納
し、重量を軽減して作業能率を向上し、効率のよ
い静電塗装を実施可能にする等、本発明の効果は
すぐれている。

【図面の簡単な説明】

第１図はコツクロフト・ウオルトン型電圧増幅
回路の回路図、第２図は従来型増幅回路の略平面
図、第３図はこの発明の増幅回路の略平面図、第
４図は第３図の４−４線断面図、第５図は電圧グ
ラフである。 １１，１３……ダイオード、１２，１４……コ
ンデンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数段に縦続接続されたコンデンサとダイオ
   ードとの所定形の対を有し、かつその第１段が予
   め設定された電源に接続され、最終段が負荷に接
   続されるコンクロフト・ウオルトン型のソリツド
   ステート電圧増幅回路であつて、各対におけるコ
   ンデンサが初めの適数段では予め設定された第１
   電圧定格および予め設定された第１の寸法を有
   し、後続の適数段では順次その直前の適数段にお
   けるコンデンサ電圧定格およびその寸法より低い
   電圧定格と小さい寸法とを有し、前記電圧増幅回
   路が前記の対を所要段数縦続接続してなり、これ
   によつて該回路の全長が全段同一電圧定格コンデ
   ンサを使用したものより短縮されていることを特
   徴とするソリツドステート電圧増幅回路。 ２ 前記ソリツドステート電圧増幅回路の所要段
   数が３段以上であり、各段のコンデンサが前段の
   ものほど予め設定されたその電圧定格およびその
   寸法が大きい少なくとも３種類のコンデンサより
   成る特許請求の範囲第１項記載のソリツドステー
   ト電圧増幅回路。 ３ 前記ソリツドステート電圧増幅回路の所要段
   数が10段であり、この10段が適数段より成る３つ
   の段階に区分され、各段階でのコンデンサは同一
   の電圧定格と同一の寸法とを有し、前の段階ほど
   そのコンデンサの電圧定格および寸法が後の段階
   のものより大きく設定されている特許請求の範囲
   第２項記載のソリツドステート電圧増幅回路。 ４ 前記10段の所要段数が、第１段から第４段ま
   でと、第５段から第７段までと、第８段から第10
   段までとの３つの段階に区分され、第１段ないし
   第４段のコンデンサが第１電圧定格とその寸法を
   有し、第５段ないし第７段のコンデンサが第２電
   圧定格とその寸法を有し、第８段ないし第10段の
   コンデンサが第３電圧定格とその寸法を有し、か
   つ前記第３電圧定格とその寸法が前記第２電圧定
   格とその寸法よりそれぞれ低く小さい値に設定さ
   れており、前記第２電圧定格とその寸法が前記第
   １電圧定格とその寸法よりそれぞれ低く小さい値
   に設定されている特許請求の範囲第３項記載のソ
   リツドステート電圧増幅回路。