(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電源から整合部を介在させて誘導加熱コイルに投入する電力を時系列順のステップで制御する電力制御装置であって、
入力された情報を受け取ると共に表示出力を行う入出力表示部と、
上記高周波電源から上記誘導加熱コイルに対して出力されるべき電力に関しステップ単位で入力を促す表示メニューを格納する表示メニュー格納部と、
上記表示メニュー格納部から表示メニューを取得して上記入出力表示部に表示し、該入出力表示部からステップ単位で出力されるべき電力量と出力時間に関する出力操作情報を受け取る入出力表示制御部と、
上記入出力表示制御部から入力された出力操作情報に基づいてステップ単位で上記高周波電源に対して出力制御を行う出力制御部と、
上記誘導加熱コイルにより誘導加熱される第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との間に先端部が挟み込まれ、第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との圧接後にその先端部が切断される温度センサーと、
上記温度センサーからの測定データの入力を受け、設定されている温度範囲となるよう上記高周波電源に対してフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、
上記出力制御部と上記フィードバック制御部とを切り換えて上記高周波電源に接続する切換部と、
を備えることを特徴とする、電力制御装置。
【請求項２】
前記入出力表示制御部が上記入出力表示部から受け取った出力操作情報をステップデータとしてファイル形式で格納するステップデータファイル格納部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電力制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電力制御装置と、第１のパイプ部材を複数の方向から保持する第１の保持機構及び第２のパイプ部材を保持する第２の保持機構がテーブル装置に構築されたパイプ圧接装置と、を備え、
前記誘導加熱コイルが、第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との突き合わせ部外周に配置されてなることを特徴とする、パイプ圧接システム。
【請求項４】
高周波電源から整合部を介在させて誘導加熱コイルに投入する電力を時系列順のステップで制御する電力制御装置であって、
入力された情報を受け取ると共に表示出力を行う入出力表示部と、
上記高周波電源から上記誘導加熱コイルに対して出力されるべき電力に関しステップ単位で入力を促す表示メニューを格納する表示メニュー格納部と、
上記表示メニュー格納部から表示メニューを取得して上記入出力表示部に表示し、該入出力表示部からステップ単位で設定温度、出力時間、ＰＩＤ制御の各パラメータに関する出力操作情報を受け取る入出力表示制御部と、
上記誘導加熱コイルにより誘導加熱される第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との間に先端部が挟み込まれ、第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との圧接後にその先端部が切断される温度センサーと、
上記入出力表示制御部から入力された出力操作情報と上記温度センサーから入力される測定データとに基いてステップ単位で上記高周波電源に対して出力制御を行う出力制御部と、を備えることを特徴とする、電力制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力制御装置と、第１のパイプ部材を複数の方向から保持する第１の保持機構及び第２のパイプ部材を保持する第２の保持機構をテーブル装置に構築したパイプ圧接装置と、を備え、
前記誘導加熱コイルが、第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との突き合わせ部外周に配置されてなることを特徴とする、パイプ圧接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導加熱コイルに投入する電力を制御する電力制御装置と、この電力制御装置を組み込み、インサート材を挟んで突き合わせたパイプ部材の突き合わせ部近傍を誘導加熱コイルで加熱して圧接するパイプ圧接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、直管同士の間にインサート材を挟んで接合部を加熱コイルで誘導加熱することで、パイプを接合する誘導加熱接合方式が知られている（特許文献１）。その際、昇温した接合部を一定の温度範囲に維持するため、加熱コイルに加える電力を変化させている。また、チーズやエルボなどの屈曲した継ぎ手を直管のパイプに接合する際、継ぎ手と直管パイプの形状や寸法が相互に異なっているときは、パイプ部材の形状や寸法に応じて投入電力を異ならせなければならない。そこで、加熱コイルへの電力を段階的に制御する簡易なマスクパターンを設定し、パイプ部材の形状や寸法に応じて誘導加熱温度を制御することで接合している（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−９７７８４号公報
【特許文献２】特開２００４−２４９３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のように、チーズ、エルボ、直管その他のパイプ部材同士を接合する際には、先ず加熱コイルに一定の電力を加えて突き合わせ部を昇温し、その後突き合わせ部における温度がほぼ一定になるよう制御してパイプ部材同士を圧接する必要がある。
【０００５】
しかしながら、加熱コイルに一定の電力を加えて接合部を昇温すると、昇温開始時から所定の時間経過した時の突き合わせ部の温度にはバラつきがあり、パイプ部材同士を圧接するタイミングを決めることや突き合わせ部を基準温度範囲内に維持することが難しくなる。そのため、パイプ部材へ圧力を加え始めるタイミングや突き合わせ部の温度が圧接作業毎に異なり、品質を一定に保つことが難しい。なお、「基準温度範囲」とは、圧接の際突き合わせ部の温度が一定になるように設定される範囲と定義する。
【０００６】
上記課題に鑑み、インサート材を挟んでパイプ部材同士の突き合わせ部を誘導加熱して圧接する際、誘導加熱コイルに投入する電力を容易に設定でき、圧接作業を繰り返し行っても、突き合わせ部を同じ様に昇温することができるパイプ圧接システムと、このシステムに組み込まれる電力制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、チーズやエルボのような継ぎ手と直管のパイプとを圧接したり、直管のパイプ同士を圧接したりするパイプ圧接装置に関して鋭意研究を行い、パイプ部材同士の接合面に寸法公差があっても容易に接合面を圧接することができるパイプ圧接装置を完成するに至った。このパイプ圧接装置により、接合される第１及び第２のパイプ部材の端面形状に依存せず、それぞれのパイプ部材を保持し、一方のパイプ部材の端面を押圧することができるようになった。これに伴い、パイプ部材の突き合わせ部近傍をパイプ部材の外側から誘導加熱コイルで挟み、この誘導加熱コイルに整合器を介して高周波電力を投入することで、パイプ部材の突き合わせの接合部及びパイプ部材同士に挟まれたインサートメタルを誘導加熱コイルで加熱したところ、誘導加熱コイルに投入する高周波電力をパイプ部材の材質に応じて制御する必要があることが分かった。本発明はこのような状況下においてなされたものであり、次に述べる特徴を有することで、誘導加熱コイルに投入する高周波電力を習熟した技術者のみならず誰でも容易に制御することができる。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の構成は、高周波電源から整合部を介在させて誘導加熱コイルに投入する電力を時系列順のステップで制御する電力制御装置であって、入力された情報を受け取ると共に表示出力を行う入出力表示部と、高周波電源から誘導加熱コイルに対して出力されるべき電力に関しステップ単位で入力を促す表示メニューを格納する表示メニュー格納部と、表示メニュー格納部から表示メニューを取得して入出力表示部に表示し、入出力表示部からステップ単位で出力されるべき電力量と出力時間に関する出力操作情報を受け取る入出力表示制御部と、入出力表示制御部から入力された出力操作情報に基づいてステップ単位で高周波電源に対して出力制御を行う出力制御部と、誘導加熱コイルにより誘導加熱される第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との間に先端部が挟み込まれ、第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との圧接後にその先端部が切断される温度センサーと、温度センサーからの測定データの入力を受け、設定されている温度範囲となるよう高周波電源に対してフィードバック制御を行うフィードバック制御部と、出力制御部とフィードバック制御部とを切り換えて高周波電源に接続する切換部と、を備えることを特徴とする。
上記構成において、入出力表示制御部が入出力表示部から受け取った出力操作情報をステップデータとしてファイル形式で格納するステップデータファイル格納部を備えることが好ましい。
【０００９】
本発明のパイプ圧接システムは、本発明の電力制御装置と、第１のパイプ部材を複数の方向から保持する第１の保持機構及び第２のパイプ部材を保持する第２の保持機構をテーブル装置に構築したパイプ圧接装置と、を備え、誘導加熱コイルが、第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との突き合わせ部外周に配置されてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の別の構成は、高周波電源から整合部を介在させて誘導加熱コイルに投入する電力を時系列順のステップで制御する電力制御装置であって、入力された情報を受け取ると共に表示出力を行う入出力表示部と、高周波電源から誘導加熱コイルに対して出力されるべき電力に関しステップ単位で入力を促す表示メニューを格納する表示メニュー格納部と、表示メニュー格納部から表示メニューを取得して入出力表示部に表示し、入出力表示部からステップ単位で設定温度、出力時間、ＰＩＤ制御の各パラメータに関する出力操作情報を受け取る入出力表示制御部と、誘導加熱コイルにより誘導加熱される第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との間に先端部が挟み込まれ、第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との圧接後にその先端部が切断される温度センサーと、入出力表示制御部から入力された出力操作情報と温度センサーから入力される測定データとに基いてステップ単位で高周波電源に対して出力制御を行う出力制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による電力制御装置によれば、入出力表示制御部が表示メニュー格納部から表示メニューを取り出し入出力表示部に表示出力するので、作業者はこの表示メニューに従って高周波電源から誘導加熱コイルに対して出力されるべき電力をステップ単位で入力設定でき、しかも、入出力制御部は入力設定された出力操作情報を出力制御部に出力し、出力制御部は入力された出力操作情報に基づいて高周波電源に対し高周波電力の出力制御を行う。よって、時系列順のステップで高周波電源からの出力制御を行うことができる。
【００１２】
本発明のパイプ圧接システムによれば、第１の保持機構で第１のパイプ部材を保持し、第２の保持機構で第２のパイプ部材を保持し、第１のパイプ部材と第２のパイプ部材とを突き合わせ、その突き合わせ部外周に誘導加熱コイルを配置した後に、電力制御装置において、入出力表示制御部が表示メニュー格納部から表示メニューを取り出し入出力表示部に表示出力するので、作業者はこの表示メニューに従って高周波電源から誘導加熱コイルに対して出力されるべき電力をステップ単位で入力設定できる。入出力制御部は入力設定された出力操作情報を出力制御部に出力し、出力制御部は入力された出力操作情報に基づいて高周波電源に対し高周波電力の出力制御を行う。よって、第１のパイプ部材と第２のパイプ部材との好適な圧接条件を熟練者でサーチすることで、サーチした好適な圧接条件を熟練者でなくても入出力表示部に設定することで、設定された出力操作情報に基づいて高周波電源が高周波出力を行い、突き合わせ部の誘導加熱を行え、一定の圧接品質を維持することができる。即ち、後述する実施形態において説明するように、パイプ部材の端面加工を行うことなく、誘導加熱条件や圧接条件を定めることができ、ルーティンワーク的に圧接作業を行うことができる。熟練者により誘導加熱条件を含めた圧接条件が最適に決められることで、熟練者によらなくても、第１及び第２のパイプ部材を突き合わせ、誘導加熱コイルによる加熱を行え、圧接の品質を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、好適な実施形態として、パイプ部材同士を圧接するパイプ圧接装置に電力制御装置が組み込まれ、パイプ部材の突き合わせ部外周に誘導加熱コイルが配置され、高周波電源から誘導加熱コイルに投入される高周波電力を電力制御装置で制御するパイプ圧接システムについて特に説明する。本発明の電力制御装置は高周波電源を備えた各種装置に組み込まれ、高周波電源に対して高周波の出力制御を行うことができる。
【００１４】
（パイプ圧接システム構成）
図１は、実施形態に係るパイプ圧接システムのシステム構成図である。図中のＸは接合方向、Ｙは接合方向Ｘを含む水平面においてＸと直交する方向、Ｚは鉛直方向を示している。
パイプ圧接システム１は、インサート材（図示せず）を挟み込んで第１及び第２のパイプ部材２，３を保持し、パイプ突き合わせ部外周に配置される誘導加熱コイル９で突き合わせ部及びインサート材を誘導加熱するパイプ圧接装置６と、パイプ圧接装置６における高周波電力系統を制御する電力制御装置１００と、で構成される。パイプ圧接装置６における高周波電力系統は、高周波電源７としてのインバータと整合部８と誘導加熱コイル９とが直列接続されて配線接続され、高周波電源７で発振した高周波が整合部８を経由して誘導加熱コイル９に投入されるよう構成されている。電力制御装置１００は、パイプ圧接作業者（以下、単に「作業者」という。）に対して表示メニューを提示すると共に作業者からの入力を直接受ける入出力表示部１１０と、この入出力表示部１１０に対する制御及び入力された操作情報に基づいて高周波電源７を制御する入力制御部１２０とで構成されている。
【００１５】
（パイプ圧接装置）
パイプ圧接装置６について説明する。パイプ圧接装置６は、第１のパイプ部材２を二方向又は三方向から保持する第１の保持機構１０と第２のパイプ部材３を保持する第２の保持機構２０とがテーブル装置３０に構築されている。第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３との突き合わせ部を囲むように二つ割りの誘導加熱コイル９が設置され、この誘導加熱コイル９に電力を投入するために、整合部８を介在させて高周波電源７が配線接続されている。第１の保持機構１０及び第２の保持機構２０が油圧制御により第１のパイプ部材２、第２のパイプ部材３を接合方向に押圧しながら、高周波電源７から誘導加熱コイル９への電力投入で第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３との突き合わせ部及びインサート材を誘導加熱することで、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３とを圧接する。
【００１６】
図示したパイプ圧接装置６では、パイプ部材２，３同士を挟んで接合方向に押圧機構２１と受け機構１１とが対向するように配置され、第１のパイプ部材２を挟んで押圧機構２１及び受け機構１１の配置方向に直交させて補助押圧機構１２と補助受け機構１３とが対向するように配置される。このパイプ圧接装置６は、押圧機構２１、受け機構１１、補助押圧機構１２及び補助受け機構１３に、それぞれ、パイプ部材２，３の非接合面に向き合うように設けられるプレート部材２１ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａと、プレート部材２１ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａの後側でプレート部材２１ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａに向き合うようにスラスト球面軸受（図示せず）が取り付けられるブラケット２１ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂと、ブラケット２１ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ及びスラスト球面軸受に貫通させて取り付けられるシャフト２１ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃと、シャフト２１ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃのプレート部材側に取り付けられるラジアル球面軸受（図示せず）とを備え、第１のパイプ部材２を補助受け機構１３及び／又は補助押圧機構１２と受け機構１１とで挟み込み、押圧機構２１で第２のパイプ部材３を押圧すると、第１のパイプ部材２を挟み込んだ側のスラスト球面軸受及びラジアル球面軸受がプレート部材１１ａ，１２ａ，１３ａを第２のパイプ部材３の接合面に対応させて角度調整しながら第１及び第２のパイプ部材２，３の接合面同士を密着させてパイプ部材２，３を接合するという、独自の発想に基づいて構築されている。
【００１７】
図示したパイプ圧接装置６では、テーブル装置３０はベース３１上にスライドレール３２が配置され、第２のパイプ部材３を押圧する押圧機構２１がスライドレール３２上にスライド可能に載置されている。この押圧機構２１は、パイプ部材３の端面形状に対応してプレート部材２１ａを傾斜させながら加圧する加圧ユニット２２と、この加圧ユニット２２の位置決めを行う位置決めユニット２３と、この加圧ユニット２２と位置決めユニット２３とを弾性部材で弾性的に連結する連結手段２４と、を有し、位置決めユニット２３にはスライドレール３２上を移動不能にロックするロック手段２５が取り付けられている。この加圧ユニット２２にはプレート部材２１ａを後方から押し込みポンプで加圧する押し込みシリンダー２６が備えられ、ロック手段２５にはクランプシリンダー２７が組み込まれている。押し込みシリンダー２６をＯＮ／ＯＦＦするボタン２８ｂやクランプシリンダー２７の開閉を操作するＯＮ／ＯＦＦボタン２８ａが操作ボックス２８内に備えられ、各ボタン２８ａ，２８ｂを手動でＯＮ／ＯＦＦ操作することで、押し込みシリンダー２６の作動／作動停止、クランプシリンダー２７の開閉による位置決めユニット２３のロック及びロック解除を行うことができる。
【００１８】
（高周波電力系統）
次に、パイプ圧接システム１における高周波電力系統について説明しながら、電力制御装置１００について説明する。
図２は図１における電力系統及びその制御系を示すブロック図である。パイプ圧接システム１における高周波電力系統は、図１及び図２に示すように、パイプ圧接装置６に含まれる誘導加熱コイル９と整合部８とインバータである高周波電源７とが直列接続され、電力制御装置１００はこの高周波電源７に対し電力出力制御を行う。電力制御装置１００は、作業者に対して各種メニューを提示すると共に作業者からの入力を直接受ける入出力表示部１１０と、この入出力表示部１１０に対する制御を行うと共に作業者から入力された操作情報に基づいて高周波電源７を制御する入力制御部１２０とで構成されている。
【００１９】
入出力表示部１１０は、タッチパネルディスプレイでなるタッチパネル部１１１と、操作電源、運転切換、自動運転、手動運転、リセット、非常停止などに関するスイッチでなる各種入力操作ボタン１１２とで構成されている。
【００２０】
入力制御部１２０は、表示メニューを格納する表示メニュー格納部１２１と、入出力表示制御部１２２と、出力制御部１２３とを備えている。表示メニュー格納部１２１は、高周波電源７から誘導加熱コイル９に対して出力されるべき電力に関しステップ単位で情報入力を促す表示メニューを格納する。入出力表示制御部１２２は、表示メニュー格納部１２１から表示メニューを取得してタッチパネル部１１１に表示し、ステップ単位で出力されるべき電力量と出力時間に関する出力操作情報をタッチパネル部１１１から受け取る。出力制御部１２３は、入出力表示制御部１２２から入力された出力操作情報に基づいてステップ単位で高周波電源７に対して出力制御を行う。
【００２１】
入力制御部１２０は、入出力表示制御部１２２がタッチパネル部１１１から受け取った出力操作情報をステップデータファイル形式で格納するステップデータファイル格納部１２４を備えることが好ましい。好適には、図示するように、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３との突き合わせ部における温度を計測する温度センサー１３０が取り付けられており、入力制御部１２０には、この温度センサー１３０からの測定データの入力を受けて予め設定されている温度範囲となるようＰＩＤ（proportional integral derivative）制御を行うフィードバック制御部１２５と、高周波電源７に対する制御入力に関してフィードバック制御部１２５と出力制御部１２３とを択一的に切り換える切換部１２６を備えている。
【００２２】
出力制御部１２３について説明する。出力制御部１２３は、入出力表示制御部１２２から入力された出力操作情報に基づいてステップ単位で高周波電源７に対して出力制御を行う。後述する出力操作情報は入出力表示制御部１２２から出力制御部１２３に蓄積され、出力制御部１２３が単位時間毎に新たな実行命令があるか判断し、実行命令がある場合に限り、その実行命令に従って高周波電力７の出力制御を行う。このようにして出力制御部１２３は、制御対象である高周波電源７に対してシーケンス制御を行う。出力制御部１２３が行うシーケンス制御はこれに限らず、リレー回路により構成されていてもよいし、予め組み込まれた汎用的なプログラムの実行により実現してもよい。
【００２３】
フィードバック制御部１２５について説明する。フィードバック制御部１２５は、一以上の目標値とフィードバック制御の各種パラメータとに関する設定値の入力を受ける設定部（図示せず）と、温度センサー１３０からの測定データと高周波電源７に対する出力制御情報とに基づいて目標値及び各種パラメータから高周波電源７に対する出力制御情報を演算する演算処理部とを含んでいる。各種パラメータとして、ゲイン、積分時間及び微分時間を挙げることができる。パイプ部材同士の突き合わせ部には、突き合わせ部の温度を計測する温度センサー１３０が設けられ、温度センサー１３０の測定データが入出力制御部１２０のフィードバック制御部１２５に入力される。
【００２４】
切換部１２６について説明する。切換部１２６は、入力制御部に取り付けられた機械的なスイッチで構成してもよいし、入出力表示部１１０の各種操作ボタンの一つとして設けても良い。切換部１２６の入力側には出力制御部１２３とフィードバック制御部１２５とが並列的に接続され、切換部１２６の出力側には高周波電源７が接続されていて、ステップ制御を行う出力制御部１２３からの出力制御情報、フィードバック制御部１２５からの出力制御情報の何れかの出力制御情報が高周波電源７に入力される。
【００２５】
表示メニュー格納部１２１、入出力表示制御部１２２、ステップデータファイル格納部１２４及び入出力表示部１１０について、特に、タッチパネル部１１１への表示制御、タッチパネル部１１１に入力された情報の処理を作業者の入力操作とともに以下説明する。なお、作業者が、第１の保持機構１０で第１のパイプ部材２を保持させ、第２の保持機構２０で第２のパイプ部材３を保持させ、押し込みシリンダー２６を操作ボックス２８のボタン２８ｂをＯＮにすることで、第２のパイプ部材３を接合方向に押圧している状態を前提とする。
【００２６】
図３乃至図１１は、タッチパネル部１１１に表示される画像を模式的に示す図である。作業者が入出力表示部１１０に設けられた「操作電源ボタン」をＯＮ操作することで、入出力表示制御部１２２は、表示メニュー格納部１２１からタッチパネル部１１１に表示する表示メニューデータを取得し、図３に示すようなメニュー画面をタッチパネル部１１１に表示する。タッチパネル部１１１に表示されるメニュー画面には、「ファイル選択」、「ファイル一覧」、「イニシャルデータ設定」、「ステップデータ設定」、「手動運転」及び「自動運転」の各ボタンが表示される。以下、明細書中で「」（かぎ括弧）はタッチパネル部に表示されている表示ボタンを意味し、タッチ入力とは作業者が表示ボタンに触れること、即ちその表示ボタンのＯＮ入力を意味するものとする。
【００２７】
作業者が以前設定した圧接条件と同一又は類似の条件で圧接作業を行う場合、即ち、ステップデータファイル格納部１２４に格納されているステップデータファイルを用いて圧接作業を行う場合を想定して以下説明する。
作業者がタッチパネル部１１１の「ファイル選択画面」に触れる。すると、「ファイル選択画面」の入力を受けた入出力表示制御部１２２は、表示メニュー格納部１２１から表示メニューを取得し、図４に示すファイル選択画面をタッチパネル部１１１に表示する。作業者は画面右上に表示されている「ファイル変更」に触れると、「ファイル変更」の入力を受けた入出力表示制御部１２２は、ファイルＮｏ．入力部５１への入力を許可する。作業者はファイルＮｏ．入力部５１に対して数字の入力を、画面下部に表示されているキーボード５０で入力し、続けて「ファイル読出」をタッチ入力する。すると、入出力表示制御部１２２は、ファイルＮｏ．及びファイル読出指示の入力を受けたと判断し、ステップデータファイル格納部１２４からファイルＮｏ．に対応するステップデータファイルを読み出す。続いて作業者が「次画面」をタッチ入力すると、入出力表示制御部１２２はそのタッチ入力を受け、図５に示す「ファイルデータ設定画面」に関するデータを表示メニュー格納部１２１から取得してタッチパネル部１１１に表示する。
【００２８】
ファイルデータ設定画面中には、図５に示すように、「データ変更」、「変更完了」及び「メニュー」の各ボタンが表示され、読み出したステップデータファイル中のデータが表示される。図示の例では、整合部８における容量切り替え用のスイッチ（図ではＭＳ１、ＭＳ２の二種類を表示）のＯＮ，ＯＦＦデータが表示され、押し込みシリンダー２６へのゲージ圧の設定値が表示される。入出力表示制御部１２２は、作業者からの「データ変更」のタッチ入力を受けると、テンキー５２により各条件設定の変更を受け付け、作業者からテンキー５２で入力された情報を受け取る。
【００２９】
さらに、入出力表示制御部１２２は、「次画面」のタッチ入力を受けると、図６〜図８に示すステップデータ設定画面のデータを表示メニュー格納部１２１から取得してタッチパネル部１１１に表示する。このステップデータ設定画面で作業者から高周波電源出力のタイムチャートの入力を受け付ける。即ち、高周波電源７から整合部８を経由して誘導加熱コイル９に投入すべき時系列順のステップ情報を入力可能となる。図６〜図８に示すように、ステップ毎に実行命令、実行時間、高周波電源７から出力すべき加熱出力に関する情報の入力を受け付ける。図６〜図８では、何れも同一のタイムチャートが入力されている。図６〜図８での相違する点は、実行時間の定義が異なっている。図６では、第０ステップでの実行時間は高周波電力出力のトータル時間が設定され、第（ｉ＋１）ステップ（ｉ＝０〜４）の実行時間では、第ｉステップから第（ｉ＋１）ステップに移行する時間を、第０ステップの開始時を基準に設定されている。第０〜第５ステップの各実行時間が、図６に示すように、１９０、３５、７０、１００、０、０（秒）と設定される。
図７では、第０〜第５ステップの実行時間は、それぞれのステップ開始から終了までの時間として定義される。例えば、第０〜第５ステップの各実行時間が、図７に示すように、３５、３５、３０、９０、０、０（秒）と設定される。図８では、第０〜第５ステップの実行時間が、第０ステップ開始時間を起算点として設定される。例えば、第０〜第５ステップの各実行時間が、図８に示すように、０、３５、７０、１００、１９０、０（秒）と設定される。
【００３０】
入出力表示制御部１２２は、「データ変更」のタッチ入力を受けると、入力箇所にカーソルを点滅表示し、作業者のテンキー５２によるカーソル移動の入力指示を受けながら、実行命令、実行時間及び加熱出力の各データのテンキー入力を受け付ける。入出力表示制御部１２２は「変更完了」のタッチ入力を受けると、カーソル表示を停止し、ステップ毎の実行命令、実行時間及び加熱出力に関するデータの入力が完了したと判断し、「データ登録」のタッチ入力を受けると、入力された実行命令、実行時間及び加熱出力の各データとファイル名とを対としてファイル形式でステップデータファイル格納部１２４に格納する。
【００３１】
一方、新たにファイル名を設定する場合には、図３に示すメニュー画面がタッチパネル部１１１に表示されている状態で、作業者がタッチパネル部１１１に表示されている「ファイル選択」にタッチすると、入出力表示制御部１２２により図４に示すファイル選択画がタッチパネル部１１１に表示される。続いて、「ファイル変更」をタッチ入力することで入出力表示制御部１２２によるファイルＮｏ．入力部５１の入力が許可されるので、新たなファイルＮｏ．を入力する。その後は、前述したステップデータファイル格納部１２４からステップデータファイルを読み出した場合と同様の手順、即ち、「ファイルデータ設定」及び「ステップデータ設定」の画面による圧接条件の設定が可能となり、入出力表示制御部１２２はステップＮｏ．、実行命令、実行時間及び加熱出力の各データとファイルＮｏ．とを対としてファイル形式でステップデータファイル格納部１２４に格納する。
【００３２】
なお、ファイルＮｏ．又はファイル名について作業者が未知である場合を考慮し、入出力表示制御部１２２は、図３に示すメニュー画面において「ファイル一覧」のタッチ入力を受けると、図９に示すようなファイル一覧画面をタッチパネル部１１１に表示する。これで、ファイルＮｏ．とファイル名とで構成されるファイル情報を作業者に提示することができる。このファイル一覧画面に表示されている「メニュー」、「自動運転」及び「ファイル選択」の何れかがタッチ入力されたことを入出力表示制御部１２２が確認すると、メニュー画面、自動運転画面及びファイル選択画面のうち、タッチ入力された画面にタッチパネル部１１１の表示を切り換える。ここで、「ＵＰ」は表示されているファイル一覧の次頁を表示するための表示ボタンである。
【００３３】
運転切替スイッチ１４０が自動のときにタッチパネル部１１１において図１０に示す自動運転画面を表示することで、高周波電源７を設定したステップデータファイルに基づいて高周波出力の自動運転がモニターできる一方、運転切替スイッチ１４０が手動のときに図１１に示す手動運転画面を表示することで、この画面で入力された条件に基づいて高周波出力の手動運転を行うことができる。
【００３４】
自動運転モードでの入出力表示制御部１２２の処理について説明する。
入出力表示制御部１２２は、図３のメニュー画面、図６〜図８のステップデータ設定画面の何れかを表示している状態において「自動運転」のタッチ入力を認識すると、図１０に示す自動運転画面をタッチパネル部１１１に表示する。入出力表示制御部１２２は、この画面中に表示されている「メニュー」、「ファイル選択」及び「ステップデータ」の表示ボタンのタッチ入力を認識すると、タッチパネル部１１１の表示画面を切り換える。表示画面における雰囲気ガスの「注入」及び「停止」は、パイプ圧接装置６おいてパイプ突き合わせ部近傍に流す雰囲気ガスの電磁弁の開閉を行うためのスイッチである。この画面表示状態において入出力表示制御部１２２が、パイプ圧接装置６における電力系統からの各種モニター信号と出力制御部１２３からの進捗状況に関する信号とを取得すると、取得した信号を作業者に分かり易く進捗情報としてタッチパネル部１１１に表示する。進捗情報には、例えば、現時点でのステップの番号、加熱処理開始からの時間、電力出力割合などが含まれている。また、パイプ圧接装置６及び出力制御部１２３からの信号を受け取り、高周波電源準備完了であるか、高周波電源加熱中であるかの有無を表示する。
【００３５】
手動運転モードでの入出力表示制御部１２２の処理について説明する。
入出力表示制御部１２２は、図３のメニュー画面を表示している状態において「手動運転」のタッチ入力を判断すると、図１１（Ａ）に示す第１の手動運転画面をタッチパネル部１１１に表示する。画面中の右上の「メニュー」、「手動２」の表示ボタンのタッチ入力を入出力表示制御部１２２が判断すると、タッチパネル部１１１の表示をメニュー画面、図１１（Ｂ）に示す第２の手動運転画面に切り換える。図１１（Ａ）の手動運転画面中には、高周波電源における加熱の「入」及び「切」と発振可能状態にする主回路の「入」、「切」とのそれぞれの表示ボタンと、整合部８における容量切り替え用のスイッチ（図ではＭＳ１、ＭＳ２と表示）の「入」，「切」のそれぞれの表示ボタンとが含まれている。「設定」、「ＥＳＣ」の表示ボタンは、それぞれ、高周波電源７からの電力出力量の設定開始、設定終了に関するものであり、「設定」がタッチ入力されると出力調整の欄にカーソルを点滅させテンキー５２の操作で数値入力可能にする。「ＥＳＣ」がタッチされるとカーソル表示が消え、テンキー５２による入力完了の入力を受ける。図１１（Ｂ）の第２の手動運転画面中には、雰囲気ガスの「注入」及び「停止」の表示ボタンが表示され、入出力表示制御部１２２は各表示ボタンのタッチ入力を認識すると、パイプ圧接装置６に対して雰囲気ガスの注入処理、停止処理として電磁弁の開閉処理を行う。
【００３６】
（パイプ圧接方法）
以上説明したパイプ圧接システムによるパイプ圧接方法について説明する。なお、以下の各場合において、第１のパイプ部材２は第１の保持機構１０に、第２のパイプ部材３は第２の保持機構２０に保持され、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３とが突き合わされ、押し込みシリンダー２６により圧接方向に第１のパイプ部材２及び第２のパイプ部材３が押圧されているものとする。
図１２はパイプ圧接方法において電力制御系統の処理について示し、（Ａ）は出力制御部１２３による自動運転モード、即ちステップデータによるシーケンス制御の場合、（Ｂ）は出力制御部１２３による手動運転モードの場合、（Ｃ）はフィードバック制御部１２５によるＰＩＤ制御の場合におけるフロー図である。
【００３７】
（シーケンス制御）
高周波電源７が電力制御装置１００でシーケンス制御される場合、即ち図１２（Ａ）に示す出力制御部１２３による自動運転モードにおけるフローを説明する。作業者は、切換部１２６で出力制御部１２３と高周波電源７とを接続する（ＳＴＥＰ１−１）。タッチパネル部１１１に表示されているメニュー画面（図３）で「ファイル選択」をタッチ入力し、ファイル選択画面（図４）においてキーボード５０でファイルＮｏ．の入力を行う（ＳＴＥＰ１−３）。その際、事前にメニュー画面で「ファイル一覧画面」をタッチ入力し、ファイル名の確認などを行ってもよい（ＳＴＥＰ１−２）。ファイルＮｏ．入力の後「次画面」をタッチ入力し、ファイルデータ設定画面（図５）をタッチパネル部１１１に表示させ、整合部８における容量の調整、押し込みピストンゲージ圧の確認などを行う（ＳＴＥＰ１−４）。その後「次画面」をタッチ入力し、ステップデータ設定画面（図６）をタッチパネル部１１１に表示させ、ステップ単位で、実行命令、実行時間及び加熱時間の入力を行う（ＳＴＥＰ１−５）。入力後は必ず「データ登録」をタッチして、ステップデータファイル格納部１２４にこれら圧接条件を登録する。
【００３８】
図１３（Ａ）は圧接条件として設定されるステップ毎の条件の一例を示す図表、（Ｂ）は加熱出力の推移の一例を示すグラフ、（Ｃ）は圧接時におけるパイプ部材２，３の突き合わせ部の温度変化を示すグラフである。ステップ命令を、第０ステップでは「加熱ＯＮ」にし、その後第１〜第６ステップでは「出力変更」、即ち高周波電源７からの出力量を変更し、第７ステップで「加熱ＯＦＦ」とし、第８ステップで「終了」と設定する。ステップ毎の実行時間は次のような基準で設定されている。第０ステップでの実行時間として、トータル時間を設定する。第ｉステップ（ｉ＝１，２・・８）の実行時間には、第（ｉ−１）ステップが第０ステップで設定された実行時間経過すると、第ｉステップに移行する時間として設定する。具体的には第０ステップ〜第８ステップまでの実行時間を、順に、２４０、１０、２０、５５、９０、１２０、１５０、０、０（秒）と設定する。加熱出力、即ち高周波電源７からの出力を、５７、３５、５７、４８、４６、４４、４３、０、０（％）と設定する。ここで、加熱出力は高周波電源７の出力最大値に対する割合で設定する。これで、図１３（Ｂ）に示すように、加熱出力を第１ステップで一旦低下させ、第２ステップで再度増加し、その後順に低下するように設定することができる。
【００３９】
ＳＴＥＰ１−５の後、ステップデータ設定画面（図６）で「自動運転」をタッチ入力し、入出力表示部１１０に取り付けられている運転切換スイッチを自動に切り換え、入出力表示部１１０に取り付けられている自動運転入りスイッチをＯＮにする。これを受けて、高周波電源７の主回路が「入」（ＯＮ）となり、高周波電源７が準備完了になると、入出力表示制御部１２２はその旨を自動運転画面に表示し、ＳＴＥＰ１−５で設定した圧接条件のタイムチャートに従って、高周波電源７が出力制御情報により制御されて、誘導加熱コイル９に電力投入が開始され設定時間経過して終了に至る（ＳＴＥＰ１−６）。
【００４０】
このときのパイプ部材２，３における突き合わせ部の温度は、図１３（Ｃ）に示すように変化することが観測された。
ステップ０で突き合わせ部の温度が急激に上昇する。ステップ１の段階で誘導加熱コイル９に投入される電力量が減少するのでほぼ温度は一定となる。ステップ２の段階で再度投入電力量が増加するので所定の基準温度範囲まで上昇し、その後、ステップ２〜ステップ６まで徐々に投入電力量を低下させるため、基準温度範囲でほぼ一定となる。
【００４１】
以上のように高周波電源７の出力をシーケンス制御する。よって、次のような手順で条件出しを行うことで、熟練者でなくても圧接作業を行うことができ、圧接の品質を保持することができる。即ち、パイプ部材の材質や寸法に応じてステップデータ設定画面（図６）で設定すべき値を熟練者が設定し、パイプ部材の突き合わせ部に温度センサー１３０としての熱電対を固定して圧接作業を行う。圧接時の突き合わせ部の温度曲線（図１３（Ｃ））と圧接の品質とを調べる。この一連の作業をステップデータ設定画面（図６）で設定すべき値を熟練者が経験により変化させ、圧接時の突き合わせ部の温度曲線と圧接の品質との関係を調べる。これで、パイプ部材の材質や寸法に応じてステップ毎の時間幅、誘導加熱についての最適な条件を見出し、熟練者でなくても定められた最適な条件をタッチパネル部１１１で設定し、この設定された接合条件に沿って出力制御部１２３で高周波電源７の出力が制御されるので、一定の品質を保って圧接作業を行うことが可能となる。
【００４２】
（手動制御）
図１２（Ｂ）に示す出力制御部１２３による手動運転モードのフローを説明する。作業者は、切換部１２６で出力制御部１２３と高周波電源７とを接続する（ＳＴＥＰ２−１）。タッチパネル部１１１に表示されているメニュー画面（図３）で「手動運転」をタッチ入力し、手動運転画面（図１１）に切り換え、図１１（Ａ）及び（Ｂ）の各手動運転画面で整合部８の容量切換入力、出力調整の欄に所定の数値を入力する（ＳＴＥＰ２−２）。その後、図１１の主回路を「入」、加熱を「入」にする。これを受けて、ＳＴＥＰ２−２で設定した出力調整値に従って高周波電源７が出力制御情報により制御され、誘導加熱コイル９に電力が投入される（ＳＴＥＰ２−３）。その際、雰囲気ガスの「注入」及び「停止」をタッチ入力することで、パイプ圧接装置６に対して雰囲気ガスの注入処理、停止処理として電磁弁の開閉処理を行う。
【００４３】
（ＰＩＤ制御）
図１２（Ｃ）に示すフィードバック制御１２５によるＰＩＤ制御のフローを説明する。作業者は、切換部１２６によりフィードバック制御部１２５と高周波電源７とを接続する（ＳＴＥＰ３−１）。次に、作業者は、フィードバック制御部１２５における設定部に、目標となる設定温度やＰＩＤ制御における各種パラメータを設定する（ＳＴＥＰ３−２）。その後、作業者は入出力表示部１１０に取り付けられた自動運転ボタンをＯＮにする。すると、フィードバック制御部１２５で高周波電源７の出力が制御され、予め定められた目標値に到達し、その目標値に保たれる（ＳＴＥＰ３−３）。
【００４４】
図１４は、フィードバック制御で制御した場合の突き合わせ部における温度の時間推移を模式的に示す図である。Ｌ１〜Ｌ３はＰＩＤの制御パラメータをそれぞれ設定した場合の時間推移を示している。Ｌ１は、オーバーシュートなく目標値まで増加する場合である。この場合、目標温度でのリップルも小さくすることができる。Ｌ２は、短時間に目標値まで昇温する場合である。短時間で目標値まで昇温させるよう、ＰＩＤ制御における各種パラメータを設定しているので、ＯＮ／ＯＦＦ制御を行った場合と同様、オーバーシュートが大きくなり、目標温度でのリップルも大きくなる傾向にある。逆に、Ｌ３は目標値まで昇温するのに時間を要するようＰＩＤ制御の各種パラメータを設定した場合を示している。Ｌ３では、Ｌ２の場合とは逆になかなか目標値に到達しない。
【００４５】
以上のように高周波電源７の出力についてＰＩＤ制御を行い、当該ＰＩＤ制御のパラメータの条件出しを次のような手順で条件出しを行うことで、熟練者でなくても圧接作業が同様に行われ、圧接の品質を保持することができる。即ち、ＰＩＤ制御に精通した者がパイプ部材の材質や寸法に応じてＰＩＤ制御のパラメータを設定し、パイプ部材の突き合わせ部に温度センサー１３０としての熱電対を固定し、圧接作業を行う。図１４のような圧接時の突き合わせ部の温度曲線と圧接の品質とを調べる。この一連の作業をＰＩＤ制御のパラメータを変化させ、圧接時の突き合わせ部の温度曲線と圧接の品質との関係を調べる。これにより、パイプ部材の材質や寸法に応じて最適な条件を見出すことができ、熟練者でなくても定められた最適な条件を設定部に入力し、設定された接合条件に沿ってフィードバック制御部１２５で高周波電源７の出力が制御されることで、一定の品質を保って圧接作業を行うことが可能となる。
【００４６】
（高周波電力系統の変形例）
パイプ圧接システム１における高周波電力出力の自動制御の変形例を説明する。図１５は、図１における電力系統及びその制御系の変形例を示すブロック図である。図２と同一又は対応するコンポーネントには同一の符号が付されている。
図２との主な相違点は、入出力表示制御部１２２と高周波電源７との間に、出力制御部１２３及びフィードバック制御部１２５の代わりに出力制御部１２８が接続されている点である。出力制御部１２８を特に「ハイブリッド出力制御部」と呼び、出力制御部１２３との混同を避けることにする。ハイブリッド出力制御部１２８は、シーケンス制御を行う図２の出力制御部１２３とフィードバック制御１２５との何れも可能とし、かつ、シーケンス制御における各ステップにおいて目標値と温度センサー１３０からの測定データとの偏差に応じてＰＩＤ制御に基いて高周波電源７に対する出力制御を行う。
【００４７】
以下、ハイブリッド出力制御部１２８について具体的に説明する。
ハイブリッド出力制御部１２８には、図２の表示メニュー格納部１２１に対応する表示メニュー格納部１２８Ａと、図２のステップデータファイル格納部１２４に対応するステップデータファイル格納部１２８Ｂとに接続されている。
【００４８】
表示メニュー格納部１２８Ａには表示メニューが格納されている。入出力表示制御部１２２は、表示メニューを入出力表示部１１０に表示し、操作者に対し高周波電源７から誘導加熱コイル９に出力すべき電力に関しステップ単位で情報入力を促すと共に、ステップ単位で出力されるべき設定温度と出力時間との他に該ステップでのＰＩＤ制御パラメータを設定する。設定温度の代わりに出力電力量を設定するようにしてもよい。
図１６は高周波電力系統の変形例を示すもので、ステップ設定画面に関して、（Ａ）は図８に対応させるように構成したステップ設定画面の一例を示し、（Ｂ）は（Ａ）とは異なる別例を示している。図１６（Ａ）は、図８に示すようにステップ単位で、実行命令と実行時間と設定温度とＰＩＤ制御の各パラメータとが、テンキー５２などを用いて入力可能となっている。これに対し、図１６（Ｂ）は加熱開始時を基準として期間（時間）と設定温度とＰＩＤ制御の各パラメータとが、テンキー５２などを用いて入力可能となっている。ここで、ＰＩＤ制御の各パラメータは、比例ゲインと積分ゲインと微分ゲインとからなる。各パラメータの詳細については後述する。なお、このステップ設定画面で設定された条件を「設定条件」と呼ぶことにする。
ステップデータファイル格納部１２８Ｂは、ステップデータファイル格納部１２４と同様の機能、即ち、入出力表示部１１０から入力されたファイルナンバーを元にして、既に設定登録されているファイルデータを読み出す。ステップ毎の設定温度、設定時間及びＰＩＤ制御パラメータの再入力を省くことができる。
【００４９】
ハイブリッド出力制御部１２８は、表示メニュー格納部１２８Ａからの表示メニューの表示で入力された設定条件又はステップデータファイル格納部１２８Ｂから読み出されたファイルデータに基いて所定間隔で後述する計算を行い、高周波電源７に対する出力制御信号を変化させる。高周波電源７はハイブリッド出力制御部１２８から入力された出力制御信号に基いて整合部８を経由して誘導加熱コイル９に投入する高周波電力を調整する。
ハイブリッド出力制御部１２８で行われる計算について説明する。
偏差ｅ（ｔ）を設定温度ｙ０から温度センサー１３０の測定データｙ（ｔ）との差とする。そして、出力制御信号ｍ（ｔ）を次式（１）で定める。
【数１】
0005282946.tif 000002
ここで、Ｋｐ、Ｔｉ、ＴｄはＰＩＤ制御の各パラメータであり、それぞれ比例ゲイン、積分時間、微分時間である。
ハイブリッド出力制御部１２８は、ステップ単位で、所定間隔毎に上式を用いて出力制御信号ｍ（ｔ）を計算するので、ステップ単位の実行時間をカウントするためのタイマーなどを内蔵して、或るステップでの実行時間が経過すると次のステップに移行するので、次のステップの設定条件の各パラメータなどが用いられる。
【００５０】
ここで、ステップを一つしか設定しないときハイブリッド制御部１２８は図２に示すフィードバック制御部１２５に相当するのに対し、ステップを複数設定してＰＩＤ制御の各パラメータを未設定にするときハイブリッド制御部１２８は図２に示す出力制御部１２３に相当する。
【００５１】
電力制御部１００がハイブリッド出力制御部１２８を備えることにより、ステップ毎にＰＩＤ制御を行え、きめ細かな誘導加熱を行うことができる。
【００５２】
（パイプ接合方法）
本発明の実施形態に係る電力制御装置を備えるパイプ圧接システムを用いて、第１のパイプ部材と第２のパイプ部材とを接合する方法について説明する。図１９は本発明の実施形態に係るパイプ接合方法の様子を模式的に示す図であり、図２０は図１９におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。Ａ−Ａ線は、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３とでインサートメタル（図示しない）を挟んだ状態において、インサートメタルと第２のパイプ部材との接合面に相当する。すなわち、図２０に示す第２のパイプ部材３の端面は第１のパイプ部材２にインサートメタルを介して接合される端面に相当する。以下の説明では、図１５に示す電力系統及びその制御系を搭載したパイプ圧接システムの場合を前提として説明するが、図２に示す電力系統及びその制御系を搭載したパイプ圧接システムの場合も同様である。
【００５３】
本発明の実施形態に係るパイプ圧接方法では、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３でインサートメタルを挟み、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３との接合部及びインサートメタルを誘導加熱コイル９で誘導加熱することで、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３とを接合する。その際、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３の何れかとインサートメタルとの接触面に、温度センサー１３０となる熱電対１３１の先端部１３１Ａ、即ち測温接点部分を挟み込み、誘導加熱されている部位の温度をモニタリングする。ここで、温度センサー１３０は、図１９に示すように、熱電対１３１と補償導線１３３とを端子１３２で接続して構成される。熱電対１３１は異なる金属線の各一端を接続してなり、補償導線１３３は熱電対１３１とほぼ同等の熱起電力特性を有し、端子１３２は熱電対１３１と同じ熱起電力特性を有する。補償導線１３３は入力制御部１２０に接続される。補償導線１３３は、図１５に示す電力系統の場合には入力制御部１２０内の出力制御部１２８に接続され、図２に示す電力系統の場合には入力制御部１２０内のフィードバック制御部１２５に接続される。補償導線１３３を用いることで、熱電対１３１の長さを短くすることができる。これは、誘導加熱で第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３とを接合した後、図２０に示すように、熱電対１３１の先端部１３１Ａと熱電対１３１のその他の部分とを、点線で示すように切断するからである。なお、端子１３２は端子台１３４に配置される。
【００５４】
第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３とを接合する際には、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３との接合部を基準温度範囲まで誘導加熱して、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３とを圧接する。基準温度範囲まで誘導加熱する前に、接合部とインサートメタルを基準温度範囲に昇温するまでの昇温時間内で一定時間この基準温度範囲よりも低い加熱温度に維持することで、接合品質の向上を図ることができる。基準温度範囲よりも低い加熱温度とは、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３における素材の相変態点及び／又は磁気変態点近傍の温度である。
【００５５】
本発明におけるパイプ接合方法では、以下の手順でパイプ接合を行う。
第１ステップとして、第１のパイプ部材２、第２のパイプ部材３をそれぞれ、第１の保持機構１０、第２の保持機構２０に保持させ、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３との間にインサートメタルを挟んで、かつ第１のパイプ部材２又は第２のパイプ部材３とインサートメタルとの間に熱電対の先端部を挟みこんで、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３とをインサートメタルを挟んで押圧可能な状態とする。
第２のステップとして、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３との接合部及びインサートメタルの加熱領域が空気に触れないようにフラックスシート（図示せず）で囲んで、インサートメタルの近傍、即ち接合部同士を誘導加熱コイル９で加熱する。
このときの誘導加熱コイル９による誘導加熱では、先ず、第１の加熱温度として、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３における素材の相変態点及び／又は磁気変態点近傍の温度と設定し、この第１の加熱温度まで昇温する。その後、所定の時間、例えば３秒以上１５秒以下の範囲で保持する。その際、温度センサー１３０で誘導加熱の温度をモニターしながらＰＩＤ制御により、第１の加熱温度の範囲内に維持することができる。
その後、所定の時間保持したのち、第２の加熱温度として設定された基準温度範囲まで昇温して、別の所定時間保持する。この第２の加熱温度に加熱している際、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３とを圧接する。その際においても、温度センサー１３０で誘導加熱の温度をモニターしながらＰＩＤ制御により、第２の加熱温度の範囲内に維持することができる。
これにより第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３とが圧接される。
第３のステップとして、接合部間に挟み込まれた熱電対１３１の先端部１３１Ａと、接合部間から引き出されている熱電対１３１のその他の部位とを、図２０に点線で示すように切断する。その後、熱電対１３１の先端部１３１Ａのうち、接合された第１及び第２のパイプ部材２，３の外周から飛び出している部分を、研磨などして取り除く。
以上のステップを経ることにより、第１のパイプ部材２と第２のパイプ部材３とを圧接することができる。
【実施例】
【００５６】
図２に示す電力系統及びその制御系統において、切換部１２６の切り替えによりフィードバック制御部１２５と高周波電源７とを接続し、フィードバック制御部１２５により高周波電源７が出力制御されることで、誘導加熱コイル９によりパイプ部材がどのように加熱されるか、実際に調べた。
実際のパイプ圧接作業では、パイプ部材同士にインサートメタルを挟み、インサートメタルと一方のパイプ部材との端面の間に温度センサー１３０としての熱電対を挟み、加熱領域が空気に触れないようにフラックスシートで囲んだ状態においてインサートメタルの近傍を誘導加熱コイル９で誘導加熱するが、本実施例では、フィードバック制御部１２５が高周波電源７の出力制御を行い、誘導加熱コイル９が設定条件に合うようにパイプ部材を加熱することを示す目的で行うため、以下のような条件で行った。
パイプ圧接する管として１２５Ａの直管のほぼ中央に誘導加熱コイル９を配置し、フィードバック制御部１２５による高周波電源７の出力制御を行って誘導加熱コイル９に投入される電力を制御した。１２５Ａの直管の外周面上に温度センサー１３０を貼り付けた。温度センサー１３０には熱電対を用い、管軸方向の貼付位置は誘導加熱コイル９の軸方向幅のほぼ中心とした。
【００５７】
表１は、フィードバック制御部１２５に設定されている条件テーブルである。
加熱開始から３０秒の間の設定温度を９００℃とし、加熱開始から１２０秒以降の設定温度を１２８０℃とするのは、パイプ部材同士を接合する際、接合部近傍の温度がある温度前後、例えば炭素を約０．０５〜０．０６％含んだ炭素鋼でなるＳＧＰ管の場合８００〜９００℃前後で温度上昇割合が低下し、昇温開始時から一定時間経過したときの接合部の温度が昇温毎に異なることを回避するためである。また昇温時間のうち接合部の温度がある温度前後で一定時間電力を低下させることで、投入電力を低下させた間温度はほぼ一定になるが、その後電力を元に戻すと接合部の温度は常に安定して上昇し、バラツキが少なくなるためである。
【００５８】
【表１】
0005282946.tif 000003
【００５９】
図１７は実施例について温度センサー１３０で実測した温度変化を示す図である。パイプ部材は１２５ＡのＳＧＰ管である。
図１７に示すように、昇温開始から約５秒前後で約７８０℃まで急激に昇温し、その後約２５秒の間、すなわち昇温開始から約３０秒の時点まで僅かに上昇しつつも約８００℃前後で一定となり、その後約１３０秒、すなわち昇温開始から約１６０秒の時点の間で再度上昇し、その後高周波電源７への電力投入を中止するまで１２８０℃で一定となる。昇温開始から約３０秒の時点までの間には電力投入による急激な加熱により約８００℃前後を中心に振動するものの振動の収束までの期間は短い。また昇温開始から約３０秒以降ではハンチングそのものが殆ど観測されていない。
【００６０】
（比較例）
表２は、フィードバック制御部１２５に設定されている条件テーブルである。実施例と異なるのは、０〜３０、６０〜１２０秒の比例ゲイン、積分時間、微分時間である。
【００６１】
【表２】
0005282946.tif 000004
【００６２】
図１８は比較例について温度センサー１３０で実測した温度変化を示す図である。図１８に示すように、昇温開始から約５秒前後で約７８０℃まで急激に昇温し、その後約２５秒の間、すなわち昇温開始から約３０秒の時点まで振動しながら設定温度の９００℃近くの温度に収束し、その後約９０秒、すなわち昇温開始から約１２０秒の時点の間で振動が大きくなりながら上昇し、昇温開始から約１２０秒以降で一旦わずかに温度が下がってその後設定温度の１２８０℃に近づくように徐々に昇温する。
比較例の結果は、実施例の場合と比較すると、昇温開始から約３０秒の時点までの振動も大きく、昇温開始から３０〜１２０秒においてもハンチングが観測され、設定温度を１１００℃から１２８０℃に切り換えた際、すなわち昇温開始から１２０秒以降で温度が僅かではあるが低下し中々所望の温度である１２８０℃で一定とならない。
以上の実施例及び比較例では、図２に示す電力系統及び制御系統を用いたが、図１５に示す電力系統及び制御系統を用いても同様な結果を得ることができる。また、パイプ部材としてＳＧＰ管を用いたが、他の素材、例えばＳＵＳ３０４などの素材の管でもよい。
【００６３】
本発明の変形例では、各ステップにおいて設定温度と時間設定のみならず、ＰＩＤ制御の各パラメータを設定して温度センサー１３０での測定データとの偏差に応じて高周波電源７の出力制御を行うことができる。特に、ＰＩＤ制御の各パラメータに関し、最初の一定温度である９００℃維持の区間（特に「最初の保持区間」と呼ぶ）と、１１００℃から１２８０℃への段階的な設定温度の切り換え区間（特に「段階的な昇温区間」と呼ぶ）と、１２８０℃という最終的な設定温度に切り換え後（特に、「圧接開始可能な区間」と呼ぶ）とにおいて、それぞれ個別に、比例ゲイン、積分時間、微分時間を設定することができる。よって、最初の保持区間と段階的な昇温区間とにハンチングを生じさせずに、圧接開始可能な区間で温度低下が生じない。すなわち、比較例のようにハンチングが生じる区間や温度降下が生じる区間において、比例ゲインと積分時間を大きく設定し、微分時間を小さく設定することで、最初の保持区間、段階的な昇温区間でハンチングが少なくなり、昇温から保持に切り替わって圧接開始可能な区間で温度降下が生じない。それにより、熟練者でなくても、過去に行ったＰＩＤ制御の各パラメータを用いて同様に昇温作業及びパイプ圧接作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態に係るパイプ圧接システムのシステム構成図である。
【図２】図１における電力系統及びその制御系を示すブロック図である。
【図３】タッチパネル部に表示されるメニュー画面を模式的に示す図である。
【図４】タッチパネル部に表示されるファイル選択画面を模式的に示す図である。
【図５】タッチパネル部に表示されるファイルデータ設定画面を模式的に示す図である。
【図６】タッチパネル部に表示されるステップデータ画面を模式的に示す図である。
【図７】図６に示すステップデータ画面において、ステップデータの設定に関する第１の変形例を示す図である。
【図８】図６に示すステップデータ画面において、ステップデータの設定に関する第２の変形例を示す図である。
【図９】タッチパネル部に表示されるファイル一覧画面を模式的に示す図である。
【図１０】タッチパネル部に表示される自動運転画面を模式的に示す図である。
【図１１】タッチパネル部に表示される手動運転画面に関し、（Ａ）は第１の手動運転画面、（Ｂ）は第２の手動運転画面を示す図である。
【図１２】パイプ圧接方法において電力制御系統の処理を示し、（Ａ）は出力制御部による自動運転モードの場合、（Ｂ）は出力制御部による手動運転モードの場合、（Ｃ）はフィードバック制御によるＰＩＤ制御の場合における各フロー図である。
【図１３】（Ａ）は圧接条件として設定されるステップ毎の条件の一例を示す図表、（Ｂ）は加熱出力の推移の一例を示すグラフ、（Ｃ）は圧接時におけるパイプ部材の突き合わせ部の温度変化を示すグラフである。
【図１４】フィードバック制御で制御した場合突き合わせ部における温度の時間推移を模式的に示す図である。
【図１５】図１における電力系統及びその制御系の変形例を示すブロック図である。
【図１６】高周波電力系統の変形例を示すもので、ステップ設定画面に関して、（Ａ）は図８に対応させるように構成したステップ設定画面の一例を示し、（Ｂ）は（Ａ）とは異なる別例を示す。
【図１７】実施例について温度センサーで実測した温度変化を示す図である。
【図１８】比較例について温度センサーで実測した温度変化を示す図である。
【図１９】本発明の実施形態に係るパイプ接合方法の様子を模式的に示す図である。
【図２０】図１９におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１：パイプ圧接システム
２：第１のパイプ部材
３：第２のパイプ部材
６：パイプ圧接装置
７：高周波電源
８：整合部
９：誘導加熱コイル
１０：第１の保持機構
１１：受け機構
１２：補助押圧機構
１３：補助受け機構
１１ａ，１２ａ，１３ａ，２１ａ：プレート部材
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，２１ｂ：ブラケット
１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，２１ｃ：シャフト
２０：第２の保持機構
２１：押圧機構
２２：加圧ユニット
２３：位置決めユニット
２４：連結手段
２５：ロック手段
２６：押し込みシリンダー
２７：クランプシリンダー
２８：操作ボックス
２８ａ，２８ｂ：ボタン
３０：テーブル装置
３１：ベース
３２：スライドレール
５０：キーボード
５１：ファイルＮｏ.入力部
５２：テンキー
１００：電力制御装置
１１０：入出力表示部
１１１：タッチパネル部
１１２：操作ボタン
１２０：入力制御部
１２１，１２８Ａ：表示メニュー格納部
１２２：入出力表示制御部
１２３：出力制御部
１２４，１２８Ｂ：ステップデータファイル格納部
１２５：フィードバック制御部
１２６：切換部
１２８：出力制御部（ハイブリッド出力制御部）
１３０：温度センサー
１３１：熱電対
１３１Ａ：熱電対の先端部
１３２：端子
１３３：補償導線
１３４：端子台
１４０：運転切替スイッチ
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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