(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱材の細長い孔内に挿入してその周囲を誘導加熱するために使用する挿入型誘導加熱コイルへの通電制御方法であって、前記挿入型誘導加熱コイルを加熱すべき孔内の所定位置に挿入し、その挿入型誘導加熱コイルに、インバータ電源、整合トランス、共振コンデンサを備えた電源装置を接続してテスト用の低電力を供給し、前記インバータ電源の順変換部出力側の直流電圧及び直流電流を測定し、その測定結果を、予め求めている前記順変換部出力側の直流電圧及び直流電流の適正値と比較して、適正な挿入型誘導加熱コイルが挿入され且つ適正な配線が行われているか否かを判定し、適正な場合にのみ、前記挿入型誘導加熱コイルに対する加熱用の通電を開始することを特徴とする挿入型誘導加熱コイルへの通電制御方法。
【請求項２】
被加熱材の細長い孔内に挿入してその周囲を誘導加熱するために使用する挿入型誘導加熱コイルへの通電制御方法であって、前記挿入型誘導加熱コイルを加熱すべき孔内の所定位置に挿入し、その挿入型誘導加熱コイルに、インバータ電源、整合トランス、共振コンデンサを備えた電源装置を接続してテスト用の低電力を供給し、前記インバータ電源の順変換部出力側の直流電圧及び直流電流を測定し、その測定結果を、予め求めている前記順変換部出力側の直流電圧及び直流電流の適正値と比較して、適正な挿入型誘導加熱コイルが挿入され且つ適正な配線が行われているか否かを判定し、適正な場合には、その挿入型誘導加熱コイルに対する加熱停止周波数を設定し、前記挿入型誘導加熱コイルに加熱のための電力を供給して加熱を開始し、加熱中、その挿入型誘導加熱コイルの共振周波数を監視し、その共振周波数が前記加熱停止周波数に達した時には前記挿入型誘導加熱コイルへの通電を停止することを特徴とする挿入型誘導加熱コイルへの通電制御方法。
【請求項３】
被加熱材の細長い孔内に挿入してその周囲を誘導加熱するために使用する挿入型誘導加熱コイルに電力を供給するインバータ電源、整合トランス、共振コンデンサを備えた電源装置を制御することによって前記挿入型誘導加熱コイルへの通電を制御する装置であって、前記電源装置を制御する制御器と、前記挿入型誘導加熱コイルへの通電時における前記電源装置の前記インバータ電源の順変換部出力側の直流電圧及び直流電流を検出する検出手段とを備え、前記制御器が、被加熱材の孔径、孔長さ、材質等の仕様とそれに適用可能な挿入型誘導加熱コイルの仕様、並びに、被加熱材の各仕様とそれに適用する挿入型誘導加熱コイルの組み合わせ毎の、低電力通電によるテスト時の、前記インバータ電源の順変換部出力側の直流電圧及び直流電流の適正値及び加熱時の適正電力を記憶する記憶手段を有しており、更に、前記制御器が、前記被加熱材の仕様と挿入型誘導加熱コイルの仕様を入力しておいて、前記電源装置に対して加熱すべき孔内に挿入された挿入型誘導加熱コイルに対するテスト用の低電力の供給を指令し、その低電力供給時の、前記インバータ電源の順変換部出力側の直流電圧及び直流電流を前記検出手段から入力し、その入力した直流電圧及び直流電流を、記憶している直流電圧及び直流電流の適正値と対比して、加熱すべき孔内に適正な挿入型誘導加熱コイルが挿入され且つ適正な配線が行われているか否かを判定し、適正な場合には、その挿入型誘導加熱コイルに対する適正電力を設定し、この設定に沿って、その適正電力を挿入型誘導加熱コイルに供給するよう前記電源装置をシーケンス制御する機能を備えていることを特徴とする挿入型誘導加熱コイルへの通電制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の挿入型誘導加熱コイルへの通電制御装置において、前記制御器に設けている記憶手段が、更に、被加熱材の各仕様とそれに適用する挿入型誘導加熱コイルの組み合わせ毎の、温度と共振周波数の関係を記憶する機能を備えており、前記制御器が、許容最高温度を入力しておくことにより、前記挿入型誘導加熱コイルに対する適正電力を設定する際に、同時に前記許容最高温度に対応した加熱停止周波数を設定し、この設定に沿って、その適正電力を前記挿入型誘導加熱コイルに供給して加熱を行っている間、その挿入型誘導加熱コイルの共振周波数を監視し、その共振周波数が前記加熱停止周波数に達した時には前記挿入型誘導加熱コイルへの通電を停止する機能を備えていることを特徴とする挿入型誘導加熱コイルへの通電制御装置。
【請求項５】
請求項３又は４項記載の挿入型誘導加熱コイルへの通電制御装置が、更に、前記挿入型誘導加熱コイルに設けられ、その挿入型誘導加熱コイルの仕様に関する情報を示すコイル情報コネクタと、前記制御器に一端を接続され、他端を前記コイル情報コネクタに接続可能なコイル情報ケーブルを備え、該コイル情報ケーブルを前記制御器に接続することにより、前記挿入型誘導加熱コイルの仕様を制御器に自動的に入力する構成としたことを特徴とする挿入型誘導加熱コイルへの通電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加熱材に形成している細長い孔内に挿入してその周囲を誘導加熱するために使用する挿入型誘導加熱コイルへの通電を制御する方法及び装置に関し、更に具体的には、蒸気タービン車室の継手フランジ等の締付け、緩めに用いられるボルトの加熱、その他各種装置の大型ボルトの加熱、或いはボイラチューブの加熱、２重管の内管加熱、小径管溶接部の加熱等のように、加熱すべき部材に形成されている細長い孔内に挿入し、その孔内から部材を加熱するために使用する挿入型誘導加熱コイルへの通電制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より陸用或いは舶用の蒸気タービンの車室の横継手面等のボルトの締め、緩め時にボルトに伸び代を生じさせるためにボルトを加熱することが行われており、そのための手段として、あらかじめボルトの中心に細長い孔を開けておき、その孔内に、高周波誘導加熱を利用した高周波ボルトヒータ即ち挿入型誘導加熱コイルを挿入し、誘導加熱する技術が知られている（例えば、特開平６−２０３９４８号公報参照）。この挿入型誘導加熱コイルは、孔内の所望位置に挿入し、通電することにより、ボルトの長手方向の所望領域をきわめて敏速に且つ能率良く加熱することができ、ボルトの締め、緩め作業の時間を大幅に短縮できるという利点を有している。
【０００３】
ところで、挿入型誘導加熱コイルでボルト孔を効率よく加熱するには、ボルト孔の仕様（長さ、内径、材質等）に適合した仕様（長さ、外径等）の挿入型誘導加熱コイルを用いることが必要である。このため、複数の仕様のボルト孔に対応しうるよう、複数の仕様の挿入型誘導加熱コイルを準備しておき、加熱すべきボルト孔の仕様に応じて、適正な仕様の挿入形誘導加熱コイルを選び、それを用いていた。
【０００４】
また、適正な仕様の挿入型誘導加熱コイルを用いた場合であっても、供給電力が大き過ぎた場合、ボルト孔の内面のみが急速に昇温し、ボルトの外周部との間に大きい温度差が生じ、その結果ボルトの半径方向に大きい熱応力が生じ、ボルトの寿命を著しく短縮させてしまう。一方、誘導加熱コイルへの供給電力が少なすぎる場合には当然、加熱速度が遅く、作業能率が悪い。このため、挿入型誘導加熱コイルに対して、ボルトに悪影響を与えない限り高速で加熱することができるような適正電力を供給することが好ましい。この適正電力は、挿入型誘導加熱コイルの仕様（長さ、外径等）とボルト孔の仕様（長さ、内径、材質等）の組み合わせによって異なる値となるので、従来は、あらかじめ、ボルト孔の仕様とそれに適用する仕様の挿入型誘導加熱コイルの組み合わせ毎に、適正電力値を実験や計算で求めておき、ボルト孔に対して適正な仕様の挿入型誘導加熱コイルを挿入し、それを高周波電源装置に接続した後、その電源装置の制御装置に対して作業者が適正電力値（又は適正電圧値或いは電流値）を入力し、挿入型誘導加熱コイルに対して適正電力を供給して加熱動作を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボルト孔に対して挿入型誘導加熱コイルを作業者が手作業で挿入し且つ電源装置への接続を行う際に、誤って不適正な仕様の挿入型誘導加熱コイルを挿入するとか、配線ミスを生じるといったことがあり、この場合、挿入型誘導加熱コイルに適正電力を供給して加熱を行ったにもかかわらず、挿入型誘導加熱コイルの仕様が不適正なため或いは配線ミスのため、挿入型誘導加熱コイルに過大な電流が流れてその挿入型誘導加熱コイルを損傷するとか、ボルトの加熱速度が速くなりすぎてボルトを傷めてしまうとか、加熱効率が悪く、加熱速度が遅いばかりでなくエネルギーロスが大きくなってしまうことがあると言った問題があった。
【０００６】
また、ボルト孔は小さく、且つその中に挿入型誘導加熱コイルが挿入されているため、ボルト孔内面の温度を検出する検出端の装着が困難であり、このため、従来はボルトの過熱を防止するための対策を採ることができず、作業者が誘導誘導加熱コイルへの通電を止め忘れた場合などには、ボルトが異常に昇温し、劣化してしまうという問題もあった。
【０００７】
更に、従来は作業者が、ボルト孔の仕様とそれに適用する仕様の誘導加熱コイルの組み合わせから、適正電力値を選定し、それを手動で制御装置に入力しているが、その適正電力値の選定は面倒であるばかりでなく、適正電力値の選定を誤る恐れがあり、また入力時にミスして不適当な電力値を入力することもあり、これによっても、挿入型誘導加熱コイルに過大な電流が流れてその誘導加熱コイルを損傷するとか、ボルトの加熱速度が速くなりすぎてボルトを傷めてしまうとか、加熱効率が悪く、加熱速度が遅いばかりでなくエネルギーロスが大きくなってしまうと言った問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる問題点に鑑みて為されたもので、ボルト等の加熱すべき部材すなわち被加熱材に形成している細長い孔内に挿入型誘導加熱コイルを挿入して加熱するに際し、その孔に対して適正な仕様の挿入型誘導加熱コイルが挿入されているか否か及び配線が適正に行われているか否かをチェックし、適正な場合に加熱用の通電を開始することを可能とする挿入型誘導加熱コイルへの通電制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、被加熱材に対して適正な挿入型型誘導加熱コイルを用いて加熱している間において、被加熱材が所定の許容温度を越えて加熱されるのを阻止することを可能とする挿入型誘導加熱コイルへの通電制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
更に、本発明は上記した挿入型誘導加熱コイルへの通電制御方法を実施することができると共に、挿入型誘導加熱コイルに対する適正電力の選定を自動的に行うことの可能な誘導加熱コイルへの通電制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の通電制御方法は、加熱すべき孔内に挿入型誘導加熱コイルを挿入した後、その挿入型誘導加熱コイルに対する加熱のための通電に先立って、テスト用の低電力を供給し、電源装置内の直流電圧及び直流電流といった電気条件を測定し、その測定結果から適正な挿入型誘導加熱コイルが挿入されているか否か、及び配線が適正に行われているか否かを判断することを特徴とする。このように、挿入型誘導加熱コイルに低電力を供給してテストを行うことにより、例え、間違った挿入型誘導加熱コイルが用いられていたとしても、或いは間違った配線が行われていたとしても、最初の通電電力は小さいので過熱等のトラブルは発生せず、確実に適正な挿入型誘導加熱コイルが挿入されていること及び配線が適正に行われていることを検出することができる。
【００１２】
また、本発明の通電制御方法は、被加熱材の温度が挿入型誘導加熱コイルの共振周波数に対して一定の関係を有していることに着目し、被加熱材を昇温させても支障のない許容最高温度に対応した共振周波数を加熱停止周波数として設定し、挿入型誘導加熱コイルに通電して加熱動作を行っている間、その挿入型誘導加熱コイルの共振周波数を監視し、それが加熱停止周波数に達した時には加熱を停止するように構成したものである。この構成により、被加熱材が許容最高温度を越えて加熱されることがなく、被加熱材の過熱を防止できる。
【００１３】
また、本発明の通電制御装置は、挿入型誘導加熱コイルの電源装置を制御する制御器に、ボルト等の被加熱材の孔径、孔長さ、材質等の仕様とそれに適用可能な挿入型誘導加熱コイルの仕様、並びに、被加熱材の各仕様とそれに適用する挿入型誘導加熱コイルの組み合わせ毎の、低電力通電によるテスト時の、電源装置内の直流電圧及び直流電流といった電気条件の適正値及び加熱時の適正電力を記憶する記憶手段を設けておき、更にその制御器に、挿入型誘導加熱コイルに対する通常の通電に先立って、テスト用の低電力を供給し、その時の前記電気条件を測定して挿入型誘導加熱コイル及び配線が適正か否かを判断し、適正な場合にのみ、その挿入型誘導加熱コイルに対する適正電力を設定して通電を開始するというシーケンス制御機能を付与したものである。本発明はこの構成により、制御器に対して、被加熱材の仕様及び使用する挿入型誘導加熱コイルの仕様を適当な方法で入力しておけば、制御器が、挿入型誘導加熱コイルに対して低電力を供給させ、その時の前記電気条件を測定すると共に記憶している情報から適正な挿入型誘導加熱コイルが挿入され且つ適正な配線が行われているか否かを判定し、適正な場合には、その誘導加熱コイルに対する適正電力を設定し、この設定に沿って、その適正電力を誘導加熱コイルに供給させることができる。かくして、不適正な挿入型誘導加熱コイルに対して、或いは配線が不適正に行われた挿入型誘導加熱コイルに対して通電してトラブルを起こすということが防止され、且つ適正電力での通電を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本願請求項１の発明は、被加熱材の細長い孔内に挿入してその周囲を誘導加熱するために使用する挿入型誘導加熱コイルへの通電制御方法であって、前記挿入型誘導加熱コイルを加熱すべき孔内の所定位置に挿入し、その挿入型誘導加熱コイルに、インバータ電源、整合トランス、共振コンデンサを備えた電源装置を接続してテスト用の低電力を供給し、前記インバータ電源の順変換部出力側の直流電圧及び直流電流を測定し、その測定結果を、予め求めている前記順変換部出力側の直流電圧及び直流電流の適正値と比較して、適正な挿入型誘導加熱コイルが挿入され且つ適正な配線が行われているか否かを判定し、適正な場合にのみ、前記挿入型誘導加熱コイルに対する加熱用の通電を開始することを特徴とする挿入型誘導加熱コイルへの通電制御方法である。本発明はこのように、加熱のための通電に先立って挿入型誘導加熱コイルに低電力を供給して、前記順変換部出力側の直流電圧及び直流電流といった電気条件をチェックすることにより適否を判定でき、このため、誤った仕様の挿入型誘導加熱コイルや、誤った配線が行われている挿入型誘導加熱コイルに対して加熱用の通電を行うことを回避できる。
【００１５】
本願請求項２の発明は、上記請求項１の発明の特徴に加えて、挿入型誘導加熱コイルへの加熱のための通電に先立ってその挿入型誘導加熱コイルに対する加熱停止周波数を設定し、前記挿入型誘導加熱コイルへの通電中、その挿入型誘導加熱コイルの共振周波数を監視し、その共振周波数が前記加熱停止周波数に達した時には前記挿入型誘導加熱コイルへの通電を停止するという構成を備えたものである。
【００１６】
本発明はこのように、通電に先立って加熱停止周波数を設定し、通電中、誘導加熱コイルの共振周波数を監視し、その共振周波数が前記加熱停止周波数に達した時に前記誘導加熱コイルへの通電を停止することにより、被加熱材が所定の最高温度を越えて加熱されることを防止でき、被加熱材を予め定めた最高温度以下に保って、被加熱材が過熱により損傷、劣化することを防止できる。
【００１７】
本願請求項３の発明は、被加熱材の細長い孔内に挿入してその周囲を誘導加熱するために使用する挿入型誘導加熱コイルに電力を供給するインバータ電源、整合トランス、共振コンデンサを備えた電源装置を制御することによって前記挿入型誘導加熱コイルへの通電を制御する装置であって、前記電源装置を制御する制御器と、前記挿入型誘導加熱コイルへの通電時における前記電源装置の前記インバータ電源の順変換部出力側の直流電圧及び直流電流を検出する検出手段とを備え、前記制御器が、被加熱材の孔径、孔長さ、材質等の仕様とそれに適用可能な挿入型誘導加熱コイルの仕様、並びに、被加熱材の各仕様とそれに適用する挿入型誘導加熱コイルの組み合わせ毎の、低電力通電によるテスト時の、前記インバータ電源の順変換部出力側の直流電圧及び直流電流の適正値及び加熱時の適正電力を記憶する記憶手段を有しており、更に、前記制御器が、前記被加熱材の仕様と挿入型誘導加熱コイルの仕様を入力しておいて、前記電源装置に対して加熱すべき孔内に挿入された挿入型誘導加熱コイルに対するテスト用の低電力の供給を指令し、その低電力供給時の、前記インバータ電源の順変換部出力側の直流電圧及び直流電流を前記検出手段から入力し、その入力した直流電圧及び直流電流を、記憶している直流電圧及び直流電流の適正値と対比して、加熱すべき孔内に適正な挿入型誘導加熱コイルが挿入され且つ適正な配線が行われているか否かを判定し、適正な場合には、その挿入型誘導加熱コイルに対する適正電力を設定し、この設定に沿って、その適正電力を挿入型誘導加熱コイルに供給するよう前記電源装置をシーケンス制御する機能を備えていることを特徴とする挿入型誘導加熱コイルへの通電制御装置である。
【００１８】
本発明は上述構成により、制御器に対して適当な方法で、加熱の対象とする被加熱材の仕様とそれに使用している挿入型誘導加熱コイルの使用を入力しておき、作業者が制御器のスタートボタンを押すと、制御器が電源装置を制御して、挿入型誘導加熱コイルにテスト用の低電力を供給させ、その時のインバータ電源の順変換部出力側の直流電圧及び直流電流を前記検出手段から入力し、その入力した直流電圧及び直流電流を、記憶している直流電圧及び直流電流の適正値のうち、対象としている被加熱材及び挿入型誘導加熱コイルの各仕様に対応した適正値と対比して、適正な挿入型誘導加熱コイルが挿入され且つ適正な配線が行われていることをチェックし、適正な場合に、その挿入型誘導加熱コイルに対する適正電力を記憶情報から選び出して設定し、電源装置を制御して、その適正電力を誘導加熱コイルに供給させて加熱を行う。かくして、誤った仕様の挿入型誘導加熱コイルや、誤った配線が行われている挿入型誘導加熱コイルに対する通電加熱を回避でき、更に、適正電力を自動設定して作業者の負担を大幅に軽減できると共に、誤った適正電力設定を回避できる。
【００１９】
本願請求項４の発明は、上記した請求項３の装置において、前記制御器に設けている記憶手段が、更に、被加熱材の各仕様とそれに適用する挿入型誘導加熱コイルの組み合わせ毎の、温度と共振周波数の関係を記憶する機能を備えており、前記制御器が、許容最高温度を入力しておくことにより、前記挿入型誘導加熱コイルに対する適正電力を設定する際に、同時に前記許容最高温度に対応する加熱停止周波数を設定し、この設定に沿って、その適正電力を前記挿入型誘導加熱コイルに供給して加熱を行っている間、その挿入型誘導加熱コイルの共振周波数を監視し、その共振周波数が前記加熱停止周波数に達した時には前記挿入型誘導加熱コイルへの通電を停止する機能を備えるという構成としたものである。
【００２０】
本発明はこの構成により、許容最高温度に対する加熱停止周波数を自動的に設定することができると共に、コイルへの通電による加熱中、挿入型誘導加熱コイルの共振周波数を監視し、その共振周波数が前記加熱停止周波数に達した時に前記誘導加熱コイルへの通電を停止するという動作を自動的に行うことができ、作業者の作業負担を増すことなく、被加熱材が所定の最高温度を越えて加熱されることを防止し、被加熱材が過熱により損傷、劣化することを防止できる。
【００２１】
本願請求項５の発明は、上記した請求項３又は４項記載の装置において、更に、前記挿入型誘導加熱コイルに設けられ、その挿入型誘導加熱コイルの仕様に関する情報を示すコイル情報コネクタと、前記制御器に一端を接続され、他端を前記コイル情報コネクタに接続可能なコイル情報ケーブルを備えたものである。本発明はこの構成により、前記コイル情報ケーブルを前記制御器に接続することにより、前記挿入型誘導加熱コイルの仕様を制御器に自動的に入力することができ、作業者の手動入力を不要として作業負担を軽減すると共に、入力ミスを防止できる。
【００２２】
【実施例】
以下、図面に示す本発明の好適な実施例を説明する。図１は本発明を、蒸気タービン車室の継手フランジに用いられるボルトの加熱に適用した場合の一実施例を示す概略ブロック線図、図２はその実施例の動作フローチャートである。１は被加熱材であるボルト、２はその両端に取り付けられるナット、３は座金、４Ａ、４Ｂは継手フランジである。ボルト１の中心には細長い孔５が形成され、その孔５内に細長い形状に作られた挿入型誘導加熱コイル（以下、誘導加熱コイルと略称する）７が挿入されている。この誘導加熱コイル７は上端の側面に、その誘導加熱コイル７の仕様に関する情報（長さ、直径、整合トランス適正巻数比等）を示すコイル情報コネクタ８を有している。このコイル情報コネクタ８は、１本のコモンピンと複数の情報ピンを備え、その情報ピンとコモンピンとの短絡の有無によって情報を表現するものであり、本実施例では１６本の情報ピンが用いられ、１６ビットで情報を表現可能となっている。
【００２３】
１０は誘導加熱コイル７に高周波電力を供給するための電源装置であり、誘導加熱コイル７に接続された接続ケーブル１１、整合トランス１２、共振コンデンサ１３、接続ケーブル１４、インバータ電源１５等を備えており、商用交流電源１６に接続されている。インバータ電源１５は、入力する交流を直流に変換する順変換部１７と、直流を高周波の交流に変換する逆変換部１８を備えている。この逆変換部１８は、ＰＬＬ発信回路２０で制御されるようになっており、また、ＰＬＬ発信回路２０には整合トランス１２の出力側に設けられている電流検知器２１からの位相信号が入力されている。この構成により、逆変換部１８は、誘導加熱コイル７と共振コンデンサ１３で構成される共振回路の共振周波数に等しい周波数で発振し、共振回路に共振周波数の高周波電流を供給することができる。整合トランス１２は、巻数比を変更するための複数のトランスタップと、そのトランスタップを切り換える切換手段を備えている。
【００２４】
２２はこの電源装置１０を制御することにより誘導加熱コイル７への通電制御を行う制御装置であり、制御器２４と、制御器２４に接続され且つ誘導加熱コイル７のコイル情報コネクタ８に接続可能なコイル情報ケーブル２５等を備えている。制御装置２２は更に、電源装置１０における各種電気条件を検出するための手段、すなわち、順変換部１７の出力側の直流電圧を、分圧抵抗を通して測定する直流電圧検知器２７、直流電流を測定する電流検知器２８、共振コンデンサ１３の電圧を測定する電圧検知器２９等も有しており、それぞれの出力を制御器２４に供給するようになっている。制御器２４は記憶手段を備えており、その記憶手段には、予め、複数のボルト（被加熱材）の孔径、孔長さ、材質等の仕様とそれに適用可能な挿入型誘導加熱コイルの仕様、並びに、ボルトの各仕様とそれに適用する挿入型誘導加熱コイルの組み合わせ毎の、低電力通電によるテスト時の各種電気条件（所定のテスト用低電力を誘導加熱コイルに供給した際の順変換部１７の出力側の電圧及び電流情報等）、加熱時の適正電力、発振周波数とボルト温度との特性情報等が入力され、記憶されている。更に、この制御器２４は、図２に示すフローチャートに従って電源装置１０を制御する機能も備えている。なお、制御器２４がインバータ電源１５を介して誘導加熱コイル７に供給する電力を制御する方式としては、順変換部１７の出力電圧を制御する方式、出力電流を制御する方式、逆変換部１８の出力電流を制御する方式等種々あり、どれを採用してもよいが、本実施例では順変換部１７の出力電圧を制御する方式を採用している。
【００２５】
次に、上記構成の制御装置２２による制御動作を説明する。まず、作業者が加熱すべきボルト１に対して誘導加熱コイル７を挿入し、必要な配線を行うと共にコイル情報ケーブル２５を誘導加熱コイル７のコイル情報コネクタ８に接続する。また、整合トランス１１のタップを、その誘導加熱コイル７に適した整合トランス巻数比となるようにセットしておく。
【００２６】
これらの準備が完了した後、作業者が制御器２４に、ボルト１の仕様に関する情報（孔径、長さ、材質等）と、許容最高温度情報を入力し、制御器２４のスタートボタンを押す。これにより、加熱入りＯＮとなる（ステップａ）。次に、制御器２４は、コイル情報ケーブル２５を通して、誘導加熱コイル７の仕様（コイル長さ、径、整合トランス巻数比等）に関する情報を１６ビット信号で入力する（ステップｂ）。同時にこのコイル情報の読込ができるか否かをチェックし（ステップｃ）、コイル情報の読込が出来ない時には、エラー表示し（ステップｄ）、作業者に知らせる。
【００２７】
コイル情報の読込ができた後、エラー判定サーチを開始する（ステップｅ）。すなわち、制御器２４がインバータ電源１５の順変換部１７に電圧信号を送り、信号レベルの低電圧（ＤＣ１０Ｖ程度）を出力させ、それに応じて誘導加熱コイル７に低電力を供給する。低電力の供給を開始してから１秒経過を待つ（ステップｆ）。これは、出力が安定するのを待つためと、周波数測定のためのタイムインターバルを確保するためである。１秒経過後、各種電気条件を取り込み、整合トランスタップ計測を行う（ステップｇ）。すなわち、制御器２４は、直流電圧検知器２７から直流電圧ＤＣＶを、電流検知器２８から直流電流ＤＣＩを、電圧検知器２９から高周波電圧ＨＦＶを、ＰＬＬ発振回路２０から共振周波数ｆを取り込み、これらから整合トランプタップ（巻数比）を計算して求める。この計算は次のように行う。
【００２８】
インバータが共振周波数で発振すると、高周波電流は正弦波になり、整合トランス１２の一次側電流ＨＦＩは直流電流ＤＣＩに波形率１．１をかけた値にほぼ等しい。すなわち、
ＨＦＩ（実効値）＝１．１×ＤＣＩ
となる。整合トランス１２の二次側電流ＨＦＩ′は、トランスタップ（巻数比）をＭとすると、
ＨＦＩ′＝Ｍ×ＨＦＩ
となる。
【００２９】
一方、共振コンデンサ１３に流れる電流をＨＦＩｃとすると、
ＨＦＩｃ＝２πｆ・Ｃ・ＨＦＶ  （ただし、Ｃはコンデンサ容量）
となり、トランス二次側と共振コンデンサ１３は直列接続なので、
ＨＦＩｃ＝ＨＦＩ′
となる。従って、
Ｍ＝２πｆ・Ｃ・ＨＦＶ／ＨＦＩ
＝２πｆ・Ｃ・ＨＦＶ／ＤＣＩ×１．１  ・・・（１）
となる。制御器２４は読み込んだ電気条件からこの（１）式を用いてトランスタップ（巻数比）Ｍを計算する。
【００３０】
次に、ステップｇにおいて計算で求めたトランス巻数比（即ち計測値）が、ステップｂで読み込んだトランス巻数比（即ち情報値）に等しいか否かを判定し（ステップｈ）、もし、等しくなければエラー出力し（ステップｉ）、作業者に知らせる。
【００３１】
トランスタップが正しい場合には、コイル適合性計測を行う（ステップｊ）。すなわち、ボルト１の孔５内に挿入された誘導加熱コイル７が本当に適正なもの（所定のクリアランスが形成され且つ所定の長さを有しているもの）であるか否か、及び配線が正しく接続されているか否かをチェックするために、制御器２４は、直流電圧検知器２７から直流電圧ＤＣＶを、電流検知器２８から直流電流ＤＣＩを取り込む。次いで、その計測した値が適正値であるか否かを判定する（ステップｋ）。すなわち、制御器２４は、先に入力したボルト仕様とコイル情報コネクタ８から取り込んだ誘導加熱コイル仕様との組み合わせに対応する直流電圧ＤＣＶ及び直流電流ＤＣＩのそれぞれの適正値を、内部に記憶している情報から求め、それを実際に計測して得たものと比較する。例えば、制御器２４内に記憶されている情報から求めた適正値が、１０Ｖ、５Ａとした時に、適正な誘導加熱コイルがボルトの孔５内に挿入され且つ正しく配線されていた場合には計測値も１０Ｖ、５Ａとなるが、不適正な誘導加熱コイル（例えば、径の小さ過ぎる誘導加熱コイル或いは長すぎる誘導加熱コイル）が取り付けられていた場合には、計測値が、例えば１０Ｖ、１０Ａとなるので、セットした誘導加熱コイルが適正なものであるか否かを判定できる。ここで、誘導加熱コイルが不適正なものであった場合には、エラー表示する（ステップｍ）。なお、一つの仕様の誘導加熱コイル７を適正に使用しうる対象の孔の内径は或る程度の範囲を許容されるので、ステップｋにおいて計測値が適正値に等しいか否かの判定に際しては、当然、その許容範囲を考慮して判定されることとなる。
【００３２】
次に、誘導加熱コイル７が適正なものであった場合には、停止周波数ｆ′設定ステップｎに移行する。一般に、誘導加熱コイル７と共振コンデンサ１２を直列に備えた共振回路における共振周波数ｆは、誘導加熱コイルにかかわるインダクタンスＬと、共振コンデンサのコンデンサ容量Ｃに対して次の関係を有している。
【数１】
0003745843.tif 000002
ここで、誘導加熱コイルのインダクタンスＬは被加熱材の特性を含んだものであり、誘導加熱コイルと被加熱材とのクリアランス、被加熱材の材質、温度等の影響を受けている。しかしながら、誘導加熱コイルと被加熱材とのクリアランス及び被加熱材の材質をそれぞれ一定に保っておくと、インダクタンスＬは温度のみの関数となり、そのため、共振周波数は被加熱材の温度の関数となる。例えば、図３は、誘導加熱コイルで被加熱材を加熱した際の温度と共振周波数の特性を測定したグラフであり、このグラフに示す温度範囲では、共振周波数は温度上昇につれて低下している。従って、このグラフに示す特性曲線を用いて、共振周波数から被加熱材の温度を求めることができる。なお、図３に示すグラフは、一つの条件での特性であるので、誘導加熱コイルの仕様が変わったり、誘導加熱コイルと被加熱材とのクリアランスが異なったりするといった条件変更があると、当然共振周波数と温度との特性は変わってくる。
【００３３】
前記したように、制御器２４にはあらかじめ、このような共振周波数と温度との特性が、種々な仕様のボルトと誘導加熱コイルとの組み合わせに対応して記憶されている。停止周波数ｆ′設定ステップｎでは、これらの特性のうち、最初に手動入力したボルト仕様と誘導加熱コイル７からステップｂで読み込んだコイル情報との組み合わせに対応する特性を選び出し、先に入力した許容最高温度に対応した共振周波数を求め、それを加熱停止周波数ｆ′として設定する。次いで、予め記憶させている各種仕様のボルトと誘導加熱コイルとの組み合わせに対する適正電力情報から、セットした誘導加熱コイル７から取り込んだコイル情報に対応するものを選び出し、それを適正電力として設定する（ステップｏ）。
【００３４】
その後、制御器２４がインバータ電源１５の順変換部１７に適正電力を出力させるための電圧信号を送り、それに応じてインバータ電源１５が、適正電圧を出力し誘導加熱コイル７に適正電力を供給する。これにより、ボルト１が最適な昇温速度で加熱されて行く。この加熱の際、制御器２４には共振周波数が常時入力されており、制御器２４はその共振周波数が加熱停止周波数ｆ′を越えるか否かを監視しており（ステップｐ）。そして、この状態で加熱を続け、作業者がボルトの伸びを見て、所望の伸びが生じた時点で加熱切りボタンを押し（ステップｑ）、加熱作業を終了する。もし、加熱の切り忘れ等があった場合には、ボルトが昇温を続け、それによって共振周波数が前記加熱停止周波数ｆ′を越えるので、その時点で誘導加熱コイル７への通電を停止し、エラー表示する（ステップｒ）。これにより、加熱切り忘れによるボルトの過熱が防止される。
【００３５】
以上のようにして、ボルト１の孔５に対して挿入された誘導加熱コイル７に対して通電するのに先立って、自動的にその誘導加熱コイル７が適正なものか否か、正しく配線されているか否かをチェックでき、ミスがあれば警告をする。そして、ミスがなければ、自動的に適正電力を設定して加熱動作を行い、ボルトの内外面温度差を抑制しながら最短時間で加熱することができ、手動による入力動作は、単にボルト仕様と最高温度のみでよく、入力作業が簡単となり、且つミスも生じにくい。更に、加熱中、ボルト温度を共振周波数を検出することで監視しており、作業者が加熱の停止を忘れても、ボルトの過熱を防止でき、過熱によるトラブルを回避できる。
【００３６】
なお、上記実施例では、共振周波数が加熱停止周波数ｆ′を越えるか否かを監視するステップｐは、単にボルト過熱防止のための安全対策として使用されており、誘導加熱コイル７への通電停止は、作業者がボルトの伸び状態を目視して判断している。しかしながら、本発明はこの構成に限らず、ステップｐによる通電停止によって、正常な加熱作業の終了としてもよい。すなわち、予めボルトが所望の量だけ伸びるための加熱温度に対応した共振周波数を加熱停止周波数として設定し、その加熱温度に到達した時点で加熱を停止するようにしてもよい。
【００３７】
更に、上記実施例では、誘導加熱コイル７にテスト用の低電力を供給し、その時の電源装置における直流電圧及び直流電流を検出することで、適正な誘導加熱コイルがセットされているか否か、及び、配線が適正に行われているか否かを判定しているが、誘導加熱コイルに対する低電力供給はこの他の用途に使用することも可能である。すなわち、前記したように、被加熱材の温度と共振周波数は一定の関係を有しているので、誘導加熱コイルに低電力を供給し、その時の共振周波数を測定することにより、被加熱材の温度を検出する用途に使用可能である。この用途の具体的な例としては、被加熱材を誘導加熱コイルで所望温度に加熱した後、誘導加熱コイルのオン、オフ制御によって一定温度に温度制御する場合において、誘導加熱コイルに対する通電をオフした後、温度監視する場合を挙げることができる。また、被加熱材を誘導加熱コイルで所望温度に加熱した後、被加熱材を熱処理等のために冷却する場合において、その温度降下速度を監視したい場合にも有用である。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、誘導加熱コイルを被加熱材の孔内の所定位置に挿入し、その誘導加熱コイルにテスト用の低電力を供給し、電源装置内の直流電圧及び直流電流といった電気条件を測定し、その測定結果から適正な誘導加熱コイルが挿入され且つ適正な配線が行われているか否かを判定し、適正な場合にのみ、前記誘導加熱コイルに対する加熱用の通電を開始する構成としたことにより、誤った仕様の誘導加熱コイルが用いられている場合とか、配線ミスがある場合には、その誘導加熱コイルに通電されることがなく、このため、被加熱材の異常な加熱を防止できるという効果を有している。
【００３９】
ここで、誘導加熱コイルに対する加熱のための通電に先立って、許容最高温度に対応した加熱停止周波数を設定し、通電中、誘導加熱コイルの共振周波数を監視し、その共振周波数が前記加熱停止周波数に達した時には前記誘導加熱コイルへの電力供給を停止する構成としておくと、被加熱材が所定の許容最高温度を越えて加熱されることがなく、被加熱材が過熱により損傷、劣化することを防止できるという効果が得られる。
【００４０】
また、本発明は、挿入型誘導加熱コイルの電源装置を制御する制御器に、ボルト等の被加熱材の孔径、孔長さ、材質等の仕様とそれに適用可能な挿入型誘導加熱コイルの仕様、並びに、被加熱材の各仕様とそれに適用する挿入型誘導加熱コイルの組み合わせ毎の、低電力通電によるテスト時の、電源装置内の直流電圧及び直流電流といった電気条件の適正値及び加熱時の最適電力を記憶する記憶手段を設けておき、更にその制御器に、挿入型誘導加熱コイルに対する通常の加熱のための通電に先立って、テスト用の低電力を供給し、その時の前記電気条件を測定して挿入型誘導加熱コイル及び配線が適正か否かを判断し、適正な場合にのみ、その挿入型誘導加熱コイルに対する適正電力を設定して通電を開始するというシーケンス制御機能を付与するという構成としたことにより、制御器に対して、被加熱材の仕様及び使用する挿入型誘導加熱コイルの仕様を適当な方法で入力しておくのみで、適正な挿入型誘導加熱コイルが挿入され且つ適正な配線が行われているか否かを自動的にチェックでき、しかも、適正な場合には、その誘導加熱コイルに対する適正電力を設定し、その設定に沿って、誘導加熱コイルに通電を行うことができる。このため、本発明は、不適正な挿入型誘導加熱コイルに対して、或いは配線が不適正に行われた挿入型誘導加熱コイルに対して通電してトラブルを起こすということを防止できると共に、適正電力を手動入力する必要がなくなり、作業者に対する作業負担を大幅に低減できるという効果を有している。
【００４１】
ここで、上記した制御器に設けている記憶手段に、更に、被加熱材の各仕様とそれに適用する挿入型誘導加熱コイルの組み合わせ毎の、温度と共振周波数の関係を記憶する機能を付与し、且つその制御器に、前記挿入型誘導加熱コイルに対する適正電力を設定する際に、同時に、許容最高温度に対応する加熱停止周波数を設定し、この設定に沿って、その適正電力を前記挿入型誘導加熱コイルに供給して加熱を行っている間、その挿入型誘導加熱コイルの共振周波数を監視し、その共振周波数が前記加熱停止周波数に達した時には前記挿入型誘導加熱コイルへの通電を停止する機能を付与しておくと、許容最高温度に対する加熱停止周波数を自動的に設定することができると共に、加熱中、挿入型誘導加熱コイルの共振周波数を監視し、その共振周波数が前記加熱停止周波数に達した時に前記誘導加熱コイルへの通電を停止するという動作を自動的に行うことができ、作業者の作業負担を増すことなく、被加熱材が所定の最高温度を越えて加熱されることを防止し、被加熱材が過熱により損傷、劣化することを防止できるという効果が得られる。
【００４２】
更に、上記した請求項３又は４項記載の装置において、前記挿入型誘導加熱コイルに設けられ、その挿入型誘導加熱コイルの仕様に関する情報を示すコイル情報コネクタと、前記制御器に一端を接続され、他端を前記コイル情報コネクタに接続可能なコイル情報ケーブルを設けておくと、そのコイル情報ケーブルを前記制御器に接続することにより、前記挿入型誘導加熱コイルの仕様を制御器に自動的に入力することができ、作業者の手動入力を不要として作業負担を軽減すると共に、入力ミスを防止できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の概略ブロック線図
【図２】  その実施例の動作フローチャート
【図３】  温度と共振周波数の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１  ボルト
４Ａ、４Ｂ  継手フランジ
５  孔
７  誘導加熱コイル
８  コイル情報コネクタ
１０  電源装置
１２  整合トランス
１３  共振コンデンサ
１５  インバータ電源
１７  順変換部
１８  逆変換部
２２  制御装置
２４  制御器
２５  コイル情報ケーブル
【図１】
0003745843.tif 000003
【図２】
0003745843.tif 000004
【図３】
0003745843.tif 000005