JP3039899B2 - 電気融着接合方法および電気融着接合装置 - Google Patents

電気融着接合方法および電気融着接合装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は電気融着接合方法およ
び電気融着接合装置に関し、特にたとえば磁性合金ヒー
タを高周波誘導加熱によって発熱させてプラスチックパ
イプ等を接合する、電気融着接合方法および電気融着接
合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、磁性合金ヒータを有する継手を用
いてプラスチックパイプ等を接合する際には、継手の周
囲に電気融着接合装置を配置し、継手の品種によって決
まる出力や通電時間を手動で設定し、そして、継手に設
けられた磁性合金ヒータに高周波出力を付与するように
していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気融着接合方
法および電気融着接合装置では、出力や通電時間を手動
で設定するようにしていたので、作業性が悪いという問
題点があった。また、作業者が操作を誤る恐れがあるた
め、接合作業の信頼性の面でも問題があった。それゆえ
に、この発明の主たる目的は、作業性を向上でき、しか
も接合の信頼性を向上できる、電気融着接合方法および
電気融着接合装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、管に対す
る継手の接合面に近接して磁性合金ヒータを設け、磁性
合金ヒータの近傍にワークコイルを配置するとともにワ
ークコイルに高周波電源装置を接続し、ワークコイルに
より磁性合金ヒータに高周波電流を誘導する、電気融着
接合方法であって、(a) 継手の品種に応じた所定時間を
複数の品種のそれぞれに対して予め設定し、(b) 高周波
電源装置をワークコイルに接続することにより実際に用
いる継手の品種を認識し、(c) ワークコイルへの高周波
電源装置からの通電を開始し、(d) 磁性合金ヒータの温
度がキュリー点に達したかどうかを判断し、そして(e)
磁性合金ヒータの温度が前記キュリー点に達した時点を
始点として所定時間が経過したときにワークコイルへの
通電を停止する、電気融着接合方法である。
【０００５】第２の発明は、管に対する継手の接合面に
近接して設けられた磁性合金ヒータに高周波出力を付与
する、電気融着接合装置であって、継手の品種に応じた
所定時間を品種ごとに記憶する記憶手段、実際に用いる
継手の品種を認識する認識手段、磁性合金ヒータがキュ
リー点に達したことを検知する検知手段、検知手段の出
力に応じて作動するタイマ、およびタイマが認識手段に
より認識された品種に対応する所定時間をカウントした
とき高周波出力を停止する停止手段を備える、電気融着
接合装置である。
【０００６】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【作用】電気融着接合装置の出力や、磁性合金ヒータの
温度がキュリー点に達してから接合部の融着が完了する
までの時間ＴBTは、継手の品種毎に決まっているので、
この出力や時間ＴBTをテーブルデータとしてＲＯＭに記
憶しておく。接合時には、継手の品種を認識した後、そ
の品種に応じた出力で融着を開始する。磁性合金ヒータ
の温度がキュリー点に達すると、電気融着接合装置の出
力が下がるので、この出力変化を検知してタイマを作動
させ、タイマが時間ＴBTをカウントしたとき、電気融着
接合装置の出力を停止する。なお、キュリー点に達する
までの時間等に従って時間ＴBTを補正して、時間ＴBT′
を用いるようにしてもよい。
【００１０】継手の品種は、品種毎に異なる、ＩＤピン
からのデータや高周波インピーダンスや共振周波数を検
知することによって認識でき、また、これらの認識方法
を任意に組み合わせることによって、より精度よく認識
できる。
【００１１】
【発明の効果】この発明によれば、継手の品種に応じた
電気融着接合装置の出力や通電時間を自動的に設定でき
るので、作業性を向上でき、しかも接合作業の信頼性を
向上できる。この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【００１２】
【実施例】図１および図２を参照して、この実施例の電
気融着接合装置１０は、ワークコイル１２およびワーク
コイル１２に高周波電圧を付与する高周波電源装置１４
を含む。ワークコイル１２は、半割リング状の第１部分
１６および第２部分１８を含む。第１部分１６は、たと
えばポリカーボネイト等の耐熱性合成樹脂からなるコア
２０（図１）を含み、コア２０の外表面上には、導電体
２２およびフェライト層２４がこの順で形成される。そ
して、コア２０，導電体２２およびフェライト層２４を
覆うようにして、アルミニウム等からなるケーシング２
６ａが形成される。第１部分１６の軸方向端面には、１
本の入力ピンＡと８本の出力ピンＢ〜Ｉ（図３）を有す
るＩＤピン２８が形成される。
【００１３】第２部分１８は、第１部分１６と同様に、
コア２０，導電体２２，フェライト層２４およびケーシ
ング２６ｂを含み、第１部分１６のケーシング２６ａと
第２部分１８のケーシング２６ｂとが各々の上端部にお
いて、蝶番３０を介して連結される。そして、ケーシン
グ２６ａおよび２６ｂの上部には、把手３２ａおよび３
２ｂが設けられ、下端部には、第１部分１６と第２部分
１８とを閉状態でロックするためのロック機構３４が設
けられる。また、ケーシング２６ａの上部には、各々に
導電体２２の端部が接続された端子３６ａおよび３６ｂ
が設けられ、端子３６ａおよび３６ｂには、高周波電源
装置１４が接続される。
【００１４】高周波電源装置１４は、図３に示すよう
に、マイクロコンピュータ３８を含み、マイクロコンピ
ュータ３８には、ＲＯＭ４０，ＲＡＭ４２およびインバ
ータ駆動回路４４等が接続される。インバータ駆動回路
４４には、インバータ４６が接続され、インバータ４６
には、トランス４８を介して共振回路５０が接続され
る。共振回路５０は、共振コンデンサ５２および導電体
２２を含み、共振回路５０の共振電流経路には、ＣＴ５
４が結合される。ＣＴ５４は、電流／電圧変換アンプ５
６を介してマイクロコンピュータ３８に接続される。
【００１５】また、マイクロコンピュータ３８には、ワ
ークコイル１２に設けられたＩＤピン２８と結合される
ソケット５８が接続される。ソケット５８は、ＩＤピン
２８の９本のピンＡ〜Ｉに対応する９個の端子ａ〜ｉを
有し、そのうち１つの端子ａに直流電圧が印加され、残
りの端子ｂ〜ｉがフォトカプラ６０を介してマイクロコ
ンピュータ３８に接続される。フォトカプラ６０を構成
するフォトトランジスタのコレクタには、直流電圧が印
加される。ワークコイル１２に設けられたＩＤピン２８
の入力ピンＡには、ワークコイルロックスイッチ６２を
介して、ピンＨおよびＩが接続される。ワークコイルロ
ックスイッチ６２は、ワークコイル１２のロック機構３
４がロックされたときに作動する。
【００１６】このような電気融着接続装置１０が、たと
えば図１に示すような、磁性合金ヒータ６４を有する継
手６６を用いたプラスチックパイプ６８の接合に用いら
れる。接合時には、ケーシング２６ａおよび２６ｂに設
けられた把手３２ａおよび３２ｂを持ってワークコイル
１２を継手６６の周囲に配置し、第１部分１６と第２部
分１８とを閉じた状態でロック機構３４をロックし、端
子３６ａおよび３６ｂに高周波電源装置１４を接続する
とともにＩＤピン２８にソケット５８を接続する。する
と、ワークコイルロックスイッチ６２がオンされ、導電
体２２が共振コンデンサ５２に接続されることによって
共振回路５０（図３）が構成され、ＩＤピン２８の各ピ
ンＡ〜Ｉとソケット５８の端子ａ〜ｉとが接続される。
【００１７】そして、高周波電源装置１４の図示しない
スイッチをオンして導電体２２への通電を開始すると、
磁性合金ヒータ２２に高周波電流が誘導され、磁性合金
ヒータ２２および接合面の温度は、たとえば図４のグラ
フに示すように上昇する。グラフ中のＴCTは、通電を開
始してから磁性合金ヒータ２２の温度がキュリー点に達
するまでの時間であり、ＴBTは、磁性合金ヒータ２２の
温度がキュリー点に達してから接合面の融着が完了する
までの時間であり、ＴTOは、通電を開始してから接合面
の融着が完了するまでの時間である。ＴCTは、外気温に
よって変動するが、ＴBTは、外気温の影響をほとんど受
けない。したがって、継手の品種毎に決まるＴBTを正確
にカウントすることができれば、最も適した通電時間で
接合面を融着することができる。なお、磁性合金ヒータ
２２の温度がキュリー点に達すると、たとえば図５のグ
ラフに示すように、電気融着接合装置１０の出力が下が
るので、この出力の変化を検知することによって、磁性
合金ヒータ２２の温度がキュリー点に達したことを判断
できる。
【００１８】継手の品種毎に決まる電気融着接合装置１
０の出力，ＴCTおよびＴBTは、表１に示すようなテーブ
ルとして高周波電源装置１４のＲＯＭ４０に記憶され
る。
【００１９】
【表１】
【００２０】図６のフロー図に基づいて、この電気融着
接合装置１０の動作を説明する。システムがスタートす
ると、まず、ステップＳ１において継手の品種が認識さ
れる。この実施例では、表２に示すような、継手の品種
毎に設定されたＩＤコードがテーブルとしてＲＯＭ４０
に予め記憶されており、ＩＤピン２８から得られたＩＤ
コードがいずれの継手に対応するかが、テーブルデータ
との対比によって判断され、それによって、継手の品種
が認識される。
【００２１】
【表２】
【００２２】図示の例では、入力ピンＡと出力ピンＩお
よびＨとが接続されているので、端子ｉおよびｈのそれ
ぞれに接続されたフォトカプラから出力ピンＩおよびＨ
に対応して「１」が入力され、他の出力ピンＢ〜Ｇに対
応して「０」が入力される。このようにして、ＩＤコー
ドが読み取られ、テーブルデータ（表２）との対比によ
り、ワークコイル１２が適用される継手の品種が「φ５
０のソケット」であると認識される。
【００２３】このようにして継手の品種が認識された
後、ステップＳ２〜Ｓ５において、継手の品種（φ５０
のソケット）に対応したテーブルデータ（表１）が読み
込まれる。そして、ステップＳ６において融着が開始さ
れ、ステップＳ７において磁性合金ヒータ６４の温度が
キュリー点に達したと判断されると、ステップＳ８にお
いてＴBT（６０Ｓ）が設定される。キュリー点に達して
からの経過時間がマイクロコンピュータ３８内のタイマ
によってカウントされ、ステップＳ９において、そのカ
ウント値がＴBT（６０Ｓ）に達したと判断されると、ス
テップＳ１０において導電体２２への通電が停止され、
動作が終了される。
【００２４】この実施例によれば、継手の品種に応じた
出力や通電時間を自動的に設定することができるので、
作業性を向上でき、しかも作業の信頼性を向上できる。
なお、図７および図８のフロー図に示すように、状況に
応じてＴBTを補正するようにすれば、より高い精度で通
電時間を制御できる。この動作では、ステップＳ１１〜
Ｓ１５において、上述の実施例と同様にしてテーブルデ
ータが読み込まれた後、ステップＳ１６においてＴ
CT（３０Ｓ）が設定され、ステップＳ１７において融着
が開始され、、ステップＳ１８において融着開始後の時
間がカウントされる。ステップＳ１９において磁性合金
ヒータ６４の温度がキュリー点に達したと判断される
と、ステップＳ２０において融着を開始してからキュリ
ー点に達するまでに要した時間ＴCT′が決定され、ステ
ップＳ２１において補正係数α（＝ＴCT′／ＴCT）が求
められる。そして、ステップＳ２２においてＴBT（６０
Ｓ）が設定され、ステップＳ２３においてＴBT（６０
Ｓ）がＴBT′（＝αＴBT）に補正された後、ステップＳ
２４においてキュリー点に達してからの経過時間がカウ
ントされる。ステップＳ２５においてキュリー点に達し
てからの経過時間がＴ BT′に達したと判断されると、ス
テップＳ２６において導電体２２への通電が停止され、
動作が終了される。
【００２５】また、継手の品種を認識する手段として
は、上述の実施例のようなＩＤピン２８を用いる方法以
外に、高周波インピーダンスや共振周波数を測定するこ
とによって認識する方法等が用いられてもよい。高周波
インピーダンスを測定することによって継手の品種を認
識する方法では、図９のフロー図に示すように、まず、
ステップＳ２７においてインピーダンス測定用の基準共
振周波数（インバータ４６の出力周波数）ｆ0 が設定さ
れ、ステップＳ２８においてインバータ４６が駆動され
る。そして、ステップＳ２９においてインバータ駆動電
流Ｉが求められ、ステップＳ２６において、インバータ
駆動電圧Ｖとインバータ駆動電流Ｉとに基づいてインピ
ーダンスＺ（＝Ｖ／Ｉ）が求められる。インピーダンス
Ｚの値は継手の品種毎に決まる値であり、この値と予め
ＲＯＭ４０に記憶されたテーブルデータ（図示せず）と
に基づいて継手の品種が認識される。その後、ステップ
Ｓ２（図６）またはステップＳ１２（図７）以下の動作
が実行される。
【００２６】一方、共振周波数を測定することによって
継手の品種を認識する方法では、図１０のフロー図に示
すように、まず、ステップＳ３１において最小周波数ｆ
minが設定され、ステップＳ３２においてインバータ４
６が駆動される。そして、ステップＳ３３においてイン
バータ駆動電流Ｉn が計測され、ステップＳ３４におい
てインバータ４６の出力周波数ｆn に対するインバータ
駆動電流Ｉn の値がＲＡＭ４２に記憶される。そして、
ステップＳ３５において周波数ｆn の値が予め設定され
た最大周波数ｆmax であるか否かが判断される。“Ｎ
Ｏ”と判断されると、ステップＳ３６において周波数ｆ
n の値が一定値だけ増加された後、ステップＳ３３へ戻
り、“ＹＥＳ”と判断された場合には、ステップＳ３７
へ進む。ステップＳ３７では、ＲＡＭ４２に記憶された
インバータ駆動電流Ｉの最大値が検出され、ステップＳ
３８においてインバータ駆動電流Ｉが最大のときの周波
数ｆが共振周波数ｆφとして特定される。共振周波数ｆ
φの値は継手の品種毎に決まる値であり、この値と予め
ＲＯＭ４０に記憶されたテーブルデータ（図示せず）と
に基づいて継手の品種が認識される。その後、ステップ
Ｓ２（図６）またはステップＳ１２（図７）以下の動作
が実行される。なお、周波数ｆとインバータ駆動電流Ｉ
との関係は、たとえば図１１に示すようなグラフで表す
ことができる。
【００２７】共振回路５０の共振周波数ｆφ（＝１／２
π√ＬＣ）は、共振コンデンサ５２の静電容量（Ｃ）
と、導電体２２（ワークコイル１２）および磁性合金ヒ
ータ６４（継手６６）によって定まるインダクタンス
（Ｌ）とによって決まるので、共振コンデンサ５２とワ
ークコイル１２の種類が固定されている場合には、継手
６６の品種によってのみ共振周波数ｆφが決まる。した
がって、共振周波数ｆφによって決まる高周波インピー
ダンスや共振周波数ｆφを測定することによって継手の
品種を認識するようにした上述のそれぞれの認識方法
（図９，図１０）によれば、２つ以上の継手の品種とそ
れらに対応する高周波インピーダンスまたは共振周波数
をテーブルデータとして記憶しておくことによって、２
つ以上の異なる品種の継手を認識することができる。
【００２８】また、これらの認識方法のいずれかと上述
のＩＤピンを用いた認識方法とを併用すれば、高周波電
源装置１４を２つ以上の異なる種類のワークコイル１２
に適用する場合でも、それぞれの場合において２つ以上
の異なる品種の継手を認識できる。ただし、この場合に
は、ワークコイル１２の種類と高周波インピーダンスま
たは共振周波数との組み合わせに対応する継手の品種を
テーブルデータとして予めＲＯＭ４０に記憶しておく必
要がある。
【００２９】さらに、これらの認識方法のうち任意の２
つ以上を組み合わせることによって、継手を認識する精
度を向上でき、ひいては接合作業の安全性を向上でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。
【図２】図１の実施例のワークコイルを示す図解図であ
る。
【図３】図１の実施例を示すブロック図である。
【図４】磁性合金ヒータおよび接合面の温度上昇を示す
グラフである。
【図５】磁性合金ヒータの温度と電気融着接合装置の出
力との関係を示すグラフである。
【図６】図１の実施例の動作を示すフロー図である。
【図７】図１の実施例の他の動作を示すフロー図であ
る。
【図８】図１の実施例の他の動作を示すフロー図であ
る。
【図９】継手の品種を認識する方法を示すフロー図であ
る。
【図１０】継手の品種を認識する他の方法を示すフロー
図である。
【図１１】図１０の動作における周波数とインバータ駆
動電流との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ …電気融着接合装置 １２ …ワークコイル １４ …高周波電源装置 １６ …第１部分 １８ …第２部分 ２２ …導電体 ２８ …ＩＤピン ３６ａ，３６ｂ …端子 ３８ …マイクロコンピュータ ４０ …ＲＯＭ ４２ …ＲＡＭ ４４ …インバータ駆動回路 ４６ …インバータ ５０ …共振回路 ５８ …ソケット ６０ …フォトカプラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西川 幸三 兵庫県尼崎市浜一丁目１番１号 株式会 社クボタ 技術開発研究所内 (72)発明者 神田 雅之 兵庫県尼崎市浜一丁目１番１号 株式会 社クボタ 技術開発研究所内 (72)発明者 後藤 雄一郎 大阪府堺市石津北町64番地 株式会社ク ボタ ビニルパイプ工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 65/36 F16L 47/02

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】管に対する継手の接合面に近接して磁性合
    金ヒータを設け、前記磁性合金ヒータの近傍にワークコ
    イルを配置するとともに前記ワークコイルに高周波電源
    装置を接続し、前記ワークコイルにより前記磁性合金ヒ
    ータに高周波電流を誘導する、電気融着接合方法であっ
    て、 (a) 前記継手の品種に応じた所定時間を複数の品種のそ
    れぞれに対して予め設定し、 (b) 前記高周波電源装置を前記ワークコイルに接続する
    ことにより実際に用いる前記継手の品種を認識し、 (c) 前記ワークコイルへの前記高周波電源装置からの通
    電を開始し、 (d) 前記磁性合金ヒータの温度がキュリー点に達したか
    どうかを判断し、そして (e) 前記磁性合金ヒータの温度が前記キュリー点に達し
    た時点を始点として前記所定時間が経過したときに前記
    ワークコイルへの通電を停止する、電気融着接合方法。
  2. 【請求項２】前記ステップ(e) では、前記所定時間を補
    正して、補正後の前記所定時間が経過したときに前記ワ
    ークコイルへの通電を停止する、請求項１記載の電気融
    着接合方法。
  3. 【請求項３】前記ステップ(b) では、ワークコイルのＩ
    Ｄピンの状態に応じて前記ワークコイルの種類を認識す
    ることによって、前記ワークコイルが適用される継手の
    品種を認識する、請求項１または２記載の電気融着接合
    方法。
  4. 【請求項４】前記ステップ(b) では、 (f) 前記磁性合金ヒータに高周波電流を誘導するワーク
    コイルと共振コンデンサとを含む共振回路を準備し、 (g) 前記共振回路にインバータ駆動回路によって駆動さ
    れるインバータを接続 し、 (h) 前記インバータの出力周波数を所定値に設定し、 (i) インバータ駆動電圧とインバータ駆動電流とに基づ
    いてインピーダンスを求めることによって前記継手の品
    種を認識する、請求項１ないし３のいずれかに記載の電
    気融着接合方法。
  5. 【請求項５】前記ステップ(b) では、 (j) 前記磁性合金ヒータに高周波電流を誘導するワーク
    コイルと共振コンデンサとを含む共振回路を準備し、そ
    して (k) 前記共振回路に周波数の異なる高周波出力を付与し
    て前記共振回路の共振周波数を求めることによって前記
    継手の品種を認識する、請求項１ないし３のいずれかに
    記載の電気融着接合方法。
  6. 【請求項６】管に対する継手の接合面に近接して設けら
    れた磁性合金ヒータに高周波出力を付与する、電気融着
    接合装置であって、 前記継手の品種に応じた所定時間を品種ごとに記憶する
    記憶手段、 実際に用いる前記継手の品種を認識する認識手段、 前記磁性合金ヒータがキュリー点に達したことを検知す
    る検知手段、 前記検知手段の出力に応じて作動するタイマ、および 前
    記タイマが前記認識手段により認識された品種に対応す
    る前記所定時間をカウントしたとき前記高周波出力を停
    止する停止手段を備える、電気融着接合装置。
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