(57)【要約】      （修正有）【課題】カップリングを締め付ける駆動源として電動モータを用い、効率的にかつ安定してショルダー干渉域の途中に設定した停止トルクとなるまでカップリングを締め付けることができるカップリング締付機のモータ速度制御方法を提案する。【解決手段】ねじ部同士が干渉し始めるねじ干渉開始点で高速の定常速度、シール部同士が干渉し始めるシール干渉開始点以降で低速の定常速度となる速度パターンを速度基準に設定するとともに、高速の定常速度におけるフィードバック制御系の制御ゲインと、高速の定常速度から低速の定常速度へ減速する減速域におけるフィードバック制御系の制御ゲインとを変えて、自動速度制御器（ＡＳＲ）９に設定した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータを駆動源として、前記電動モータの回転速度を検出する速度検出器から送られる速度信号と、速度基準の信号である速度指令値とを自動速度制御器（ＡＳＲ）に入力し、前記速度信号と速度指令値との偏差に基づき前記電動モータの速度を制御するフィードバック制御系を構成し、テーパねじ部、シール部およびショルダー部を有するカップリングを所定のトルクまで締め付けるに際し、
ねじ部同士が干渉し始めるねじ干渉開始点で高速の定常速度、シール部同士が干渉し始めるシール干渉開始点以降で低速の定常速度となる速度パターンを前記速度基準に設定するとともに、高速の定常速度におけるフィードバック制御系の制御ゲインと、高速の定常速度から低速の定常速度へ減速する減速域におけるフィードバック制御系の制御ゲインとを変えて、前記自動速度制御器（ＡＳＲ）に設定したことを特徴とするカップリング締付機のモータ回転速度制御方法。
【請求項２】
前記電動モータの回転を停止する停止制御を、前記電動モータが電流制限にかかる最大トルク制御としたことを特徴とする請求項１に記載のカップリング締付機のモータ回転速度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カップリングを締め付ける駆動源として電動モータを用いたカップリング締付機のモータ速度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低深度で開発の容易な油井が減少するとともに、より高深度でかつ高温高圧の油井が増加している。これに伴い、シール性を高めた特殊ねじ継手が開発されている。
シール性を高めた特殊ねじ継手（カップリングともいう）の構造について説明する。特殊ねじ継手２は、図５に示したようにテーパねじ部２ａ、シール部２ｂおよびショルダー部２ｃを有する。そのシール性は、特殊ねじ継手２のシール部２ｂおよびショルダー部２ｃが、油井管１（パイプ１ともいう）の管端に形成された雄側のピンの先端部とメタル−メタル接触するまで、電動モータを用いたカップリング締付機で締め付けることで達成される（特許文献１、２、３）。
【０００３】
ここで、カップリング締付機の速度パターンおよびターン（カップリングの回転数）とトルクの関係を図３に示した。
カップリング締付機の速度パターンは、回転が高速である定常速度域（イ）、（イ）から減速する減速域（ロ）、回転が低速である定常速度域（ハ）、および急減速域（ニ）からなる。図３中、ターンとトルクの関係において、ＯＡはねじ干渉域、ＡＢはシール干渉域、ＢＣはショルダー干渉域であり、停止トルクはショルダー干渉域ＢＣの途中に設定される。なお、ねじ部同士が干渉し始めるねじ干渉開始点Ｏで高速の定常速度、シール部同士が干渉し始めるシール干渉開始点Ａ以降では低速の定常速度となる速度パターンが、カップリングの締め付け開始前に、電動モータの速度を制御する速度基準に設定される。
【０００４】
また、電動モータの速度を制御するフィードバック制御系は、速度基準の信号である速度指令値と、電動モータの回転速度を検出する速度検出器（ＰＬＧ）から送られる速度信号とを自動速度制御器（ＡＳＲ）に入力し、速度信号と速度指令値との偏差に基づき、電動モータの速度を制御する方式である（図１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平6-270072号公報
【特許文献２】特開平7-100773号公報
【特許文献３】特開平2007-232012号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のカップリング締付機は、低トルクで高速の定常速度におけるフィードバック制御系の比例ゲインと、低トルクで高速の定常速度から高トルクで低速の定常速度に移行する減速域におけるフィードバック制御系の比例ゲインとを、同じ値に設定していたため、このフィードバック制御系の制御ゲインの設定法によって、設定した速度パターンに実際の速度を合致させることができないという問題が生じた。図４（ａ）には低トルクで高速の定常速度において速度ハンチングが生じること、図４（ｂ）には低トルクで高速の定常速度から高トルクで低速の定常速度に移行する減速域にて、速度の応答遅れが起こり、低速の定常速度で速度落ち込みが生じることを示した。このような不具合が発生すると、ねじ干渉域ＯＡ間でトルクのハンチングが、シール干渉域ＡＢ間でトルクの落ち込みが起こることになり、油井管のシール性に悪影響を及ぼす。なお、ねじ干渉域ＯＡ間でトルクのハンチングが、シール干渉域ＡＢ間でトルクの落ち込みが起こるのを防止するのに、ねじ干渉域ＯＡ間からシール干渉域ＡＢ間までを低速とした場合には、締め付け時間がかかり、効率的にカップリングを締め付けることができなくなる。
【０００７】
また、締め付けを停止する停止トルクは、トルクが急上昇するショルダー干渉域ＢＣの途中に設定されているため、高トルクで低速の定常速度から、最大トルク点Ｃを超えないように停止させるのがなかなか困難であった。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、カップリングを締め付ける駆動源として電動モータを用い、効率的にかつ安定してショルダー干渉域の途中に設定した停止トルクとなるまでカップリングを締め付けることができるカップリング締付機のモータ速度制御方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、カップリング締付機のモータ速度制御方法について鋭意検討した結果、フィードバック制御系の制御ゲインの設定法を変更することで、前記した課題を解決できることを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、以下のとおりである。
１．電動モータを駆動源として、前記電動モータの回転速度を検出する速度検出器（ＰＬＧ）から送られる速度信号と、速度基準の信号である速度指令値とを自動速度制御器（ＡＳＲ）に入力し、前記速度信号と速度指令値との偏差に基づき前記電動モータの速度を制御するフィードバック制御系を構成し、テーパねじ部、シール部およびショルダー部を有するカップリングを所定のトルクまで締め付けるに際し、ねじ部同士が干渉し始めるねじ干渉開始点で高速の定常速度、シール部同士が干渉し始めるシール干渉開始点以降で低速の定常速度となる速度パターンを前記速度基準に設定するとともに、高速の定常速度におけるフィードバック制御系の制御ゲインと、高速の定常速度から低速の定常速度へ減速する減速域におけるフィードバック制御系の制御ゲインとを変えて、前記自動速度制御器（ＡＳＲ）に設定したことを特徴とするカップリング締付機のモータ回転速度制御方法。
２．前記電動モータの回転を停止する停止制御を、前記電動モータが電流制限にかかる最大トルク制御としたことを特徴とする上記１．に記載のカップリング締付機のモータ回転速度制御方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、カップリングを締め付ける駆動源として電動モータを用い、（ａ）低トルクで高速の定常速度において速度ハンチングが生じること、（ｂ）低トルクで高速の定常速度から高トルクで低速の定常速度に移行する減速域にて、速度の応答遅れが起こり、低速の定常速度で速度落ち込みが生じることの両方を同時に防止できる。この結果、効率的にかつ安定してショルダー干渉域の途中に設定した停止トルクとなるまでカップリングを締め付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明法を適用した電動モータの制御回路を示すブロック図である。
【図２】本発明法を適用したカップリング締付機の構成を示す側面である。
【図３】本発明法による速度パターンおよびターン（カップリングの回転数）とトルクとの関係を示す特性図である。
【図４】従来のカップリング締付機の問題点を説明する特性図である。
【図５】特殊ねじ継手の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明法について説明する。
図１は、本発明法を適用した電動モータの制御回路を示すブロック図、図２は、本発明法を適用したカップリング締付機の構成を示す側面である。
本発明法を適用したカップリング締付機は、図２に示したように、カップリングチャック４、パイプクランプ５、電動モータ３を具備する。カップリングチャック４は、電動モータ３の回転軸と連結した駆動ギアと、駆動ギアに噛み合う従動ギアを内蔵しており、カップリング２を把持した状態でカップリング２を回転させることができる。カップリング２を締め付ける駆動源としては誘導電動モータが用いられる。
【００１２】
次いで、図１を用い、電動モータ３のフィードバック制御系について説明しておく。
フィードバック制御系は、速度基準の信号である速度指令値と、電動モータ３の回転速度を検出する速度検出器（ＰＬＧ）から送られる速度信号とを自動速度制御器（ＡＳＲ）９に入力し、速度信号と速度指令値との偏差に基づき、電動モータの速度制御を制御する方式である。なお、カップリングの締め付け開始前には、図３に示したような速度パターンが、電動モータ３の速度制御を制御する速度基準に設定される。
【００１３】
自動速度制御器（ＡＳＲ）９では、速度信号と速度指令値との偏差をｚ（速度信号−速度指令値）とし、下記式（１）にてトルク電流指令値ｙを算出し、電流指令値ｙを電流の補正量として自動電流調整器（ＡＣＲ）１０に出力する。
ｙ＝−ＫＰ・ｚ−ＫＩ・∫ｚ・ｄｔ  ・・・（１）
ただし、ＫＰ：比例ゲイン（正の値）、ＫＩ：積分ゲイン（正の値）、∫ｄｔ：時間積分。
【００１４】
すなわち、速度検出器（ＰＬＧ）から送られる速度信号が、速度基準の信号である速度指令値よりも小さい場合、電動モータ３の速度を速めるトルク電流指令が、自動速度制御器（ＡＳＲ）９から自動電流調整器（ＡＣＲ）１０に送られ、図３に示したような速度パターンに近づけるフィードバック制御が行われる。
従来のカップリング締付機では、高速の定常速度におけるフィードバック制御系の制御ゲイン（ＫＰ、ＫＩ）と、高速の定常速度から低速の定常速度に減速する減速域における制御ゲイン（Ｋ’Ｐ、Ｋ’Ｉ）とを、同じ値に設定していた。
【００１５】
これに対し、本発明法は、高速の定常速度におけるフィードバック制御系の制御ゲイン（ＫＰ、ＫＩ）と、高速の定常速度から低速の定常速度へ減速する減速域におけるフィードバック制御系の制御ゲイン（Ｋ’Ｐ、Ｋ’Ｉ）とを変えて、自動速度制御器（ＡＳＲ）に設定した。
たとえば（ａ）低トルクで高速の定常速度において、積分ゲインＫＩを適性値（0.15〜0.30の範囲）に設定し比例ゲインＫＰを1.5に設定した。一方（ｂ）低トルクで高速の定常速度から高トルクで低速の定常速度に移行する減速域にて、積分ゲインＫ’Ｉを（ａ）の場合と同じ値に設定し比例ゲインＫ’ Ｐを（ａ）の場合よりも大きい10倍以上の22に設定した。これによって（ａ）低トルクで高速の定常速度において速度ハンチングが生じること、（ｂ）低トルクで高速の定常速度から高トルクで低速の定常速度に移行する減速域にて、速度の応答遅れが起こり、低速の定常速度で速度落ち込みが生じることの両方を同時に防止することができた。
【００１６】
この結果から、従来法のように、高速の定常速度におけるフィードバック制御系の制御ゲインと、高速の定常速度から低速の定常速度に減速する減速域における制御ゲインとを、同じ値としたのでは、前記した（ａ）と（ｂ）の両方を同時に防止することが難しいことがわかる。
なお、上記説明では、高速の定常速度におけるフィードバック制御系の積分ゲインＫＩと、高速の定常速度から低速の定常速度に減速する減速域におけるフィードバック制御系の積分ゲインＫ’Ｉとを、同じ値に設定したが、適宜変えて自動速度制御器（ＡＳＲ）９に設定してもよい。これを実現するため、締付機制御用コンピュータ２０から設定器８を介して自動速度制御器（ＡＳＲ）９にフィードバック制御系の制御ゲインを設定できるようにした。
【００１７】
また、カップリングを所定の停止トルクまで締め付けて電動モータ３の回転を停止する停止制御を、電動モータが電流制限にかかる最大トルク制御とした。すなわち、電動モータ３の電流制限にかかる減速パターンを速度指令として、自動速度制御器（ＡＳＲ）９に入力する。これにより、最大トルク電流指令値を超えるトルク電流指令が自動電流調整器（ＡＣＲ）１０に入力され、電流制限器１１の電流制限にかかる。
【００１８】
このような検出器を有するカップリング締付機によれば、テーパねじ部、シール部およびショルダー部を有するカップリングを効率的にかつ安定してショルダー干渉域ＢＣの途中に設定した停止トルクとなるまでカップリングを締め付けることができる（図１、図２参照）。
【実施例】
【００１９】
外径が60.3〜139.7ｍｍ×肉厚が4.83〜12.7ｍｍである油井管に対し、本発明法を適用したところ、効率的にかつ安定して所定の停止トルクにまでカップリングを締め付けることができた。
【符号の説明】
【００２０】
Ｏ  ねじ干渉開始点
Ａ  シール干渉開始点
Ｂ  ショルダー干渉開始点
Ｃ  最大トルク点
ＯＡ  ねじ干渉域
ＡＢ  シール干渉域
ＢＣ  ショルダー干渉域
１  パイプ（油井管）
２  カップリング（特殊ねじ継手）
２ａ  ねじ部
２ｂ  シール部  
２ｃ  ショルダー部
４  カップリングチャック
３  電動モータ（誘導電動モータ）
３ａ  速度検出器（ＰＬＧ）
５  パイプクランプ
６  トルク検出器（ロードセル）
７  嵌合量検出器
８  設定器
９  自動速度調整器（ＡＳＲ）
１０  自動電流調整器（ＡＣＲ）
１１  電流制限器
２０  締付機制御用コンピュータ
２１  インバータ
【図１】
2010167527.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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