JP3729360B2

JP3729360B2 - 電気融着継手の通電時間制御における異常判別方法

Info

Publication number: JP3729360B2
Application number: JP13037496A
Authority: JP
Inventors: 光幸稲垣; 博大矢; 泰之井上
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1996-01-23
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: JPH09264483A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂からなる継手本体に電熱線を埋設した電気融着継手（以下、単に継手ということがある。）と、熱可塑性樹脂製パイプとを電気融着接続するときの通電時間制御における異常判別方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポリエチレンやポリブテン等の熱可塑性樹脂材料からなるパイプと継手を電気融着で接続することは良く知られている。このときの通電時間制御方法として、電気融着継手の内部に埋設した識別抵抗体（電熱線とは別体）に電流を流し、又は電圧をかけて電気抵抗値を求め、この抵抗値を基に予め継手の品種と口径（口径は接続口の呼び径、品種はソケットやキャップ等の種類）別に設定しておいた通電時間が決定され、この時間分だけを自動的に通電するようにした、いわゆる抵抗識別方式の通電時間制御方法（特公平３−２７０１４号）が提案されている。
【０００３】
この他に、予め継手毎に見合った通電時間を入力したバーコードを継手本体自身に取り付け、融着時にはバーコードリーダー或いはバーコードスキャナによって前記通電時間を含む通電制御の情報を読み取ることによって自動的に通電時間を決定するようにした、いわゆるバーコード方式の通電時間制御方法（特公平７−４５８１５号）が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気融着継手では、継手の品種、口径毎に、融着に必要な単位面積当たりの投入エネルギー（ＫＪ／ｃｍ²）（以下融着エネルギーという）が決められており、この値は経験的にもほぼ確立されている。この融着エネルギーには、通常基準値に対して±２０〜２５％程度の許容幅が設けられている。この許容幅は、通電中の電熱線の抵抗値の誤差や、環境温度の違いによる通電時間の補正幅、コントローラ側の出力安定性、コントローラの抵抗値読み取り誤差など諸々のバラツキを吸収し、結果として正常な融着性能を得るために設定されている。
【０００５】
実際の融着作業においては、上記通電中の電熱線の抵抗値の誤差の中には、電熱線材料の成分上のバラツキや電熱線を巻く時の張力の差等による製造上のバラツキ等の不可避的な誤差の他に、コネクター部分の摩耗や接触不良などを原因とする経時変化的な誤差が存在する。このうち経時変化的な誤差は、現場の状況や使われ方に左右されるものであるから、誤差の程度も、また誤差がどの時点で発生するかを把握できないのが実情である。従来は、この経時変化的な誤差を監視する手段がなかったので、次に述べる通り、この誤差が原因で融着エネルギーが上記の許容幅を外れ、融着不良が発生するという問題があった。
【０００６】
前述した従来技術のうち、抵抗識別方式では、電圧或いは電流を測定して求めた抵抗値Ｒに基づいて通電時間ｔを決定しており、かつ融着エネルギーＥｎは抵抗値Ｒと通電時間ｔが関係する。例えば、定電流制御の場合はＥn＝Ｉ²Ｒｔとなるので、Ｅｎは抵抗値Ｒと通電時間ｔに比例する。他方、定電圧制御の場合はＥn＝Ｖ²ｔ／Ｒとなるので、Ｅｎは抵抗値Ｒに反比例し、通電時間ｔに比例する。また電熱線の抵抗値Ｒに誤差が生じていれば、必然的にこの抵抗値Ｒに基づいて決定される通電時間ｔも同様に誤差を含むことになる。結局、定電流制御又は定電圧制御のいずれにおいても、電熱線の抵抗誤差だけで融着エネルギーが大きく変動するので、上記許容幅では経時変化的な誤差を吸収できないという問題がある。
【０００７】
一方、バーコード方式では、予め通電時間はバーコード化して決められているから、融着エネルギーＥｎに及ぼす影響は、通電中の電熱線の抵抗値Ｒの誤差のみで、抵抗識別方式ほど全許容幅への影響は少ない。しかし、バーコードに入力されたデータ自体にも誤差は含まれているから、結果的には抵抗識別方式と同様の問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、主にコネクターピン部分の摩耗や欠損、接触不良等を起因とする経時変化的な誤差を監視すると共に、この誤差を融着エネルギーに及ぼす許容誤差の範囲内に納め、常に正常な融着接続が行えるようにした電気融着継手の通電時間制御における異常判別方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱可塑性樹脂からなる電気融着継手に埋設された電熱線又は識別抵抗体の電気抵抗値を基準抵抗値とし、この基準抵抗値に基づいて設定された時間だけ前記電熱線に所定の電流を流して電気融着継手を熱可塑性樹脂からなるパイプに融着する際に、前記基準抵抗値と前記電熱線あるいは前記識別抵抗体に所定の電流を流したときの電気抵抗値を求めてこれを比較抵抗値とし、前記比較抵抗値と前記基準抵抗値との差が所定の範囲を越えたときに警報を発し及び／又は通電を停止する電気融着継手の通電時間制御における異常判別方法において、前記比較抵抗値と前記基準抵抗値との差が所定の範囲内にあるときは通電を継続し、かつ、通電継続中に非通電状態が生じたときは、これをカウントし、この非通電状態が所定時間内に回復したときは、中断していた時間を加算して通電を継続し、前記非通電状態のカウント数が所定値になったときには警報を発し及び／又は通電を停止することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明では、前記非通電状態が１秒以上連続して継続したときは、断線されたことを表示し、また前記非通電状態のカウントが２回以上繰り返されたときはコネクターが異常であることを表示して、それぞれ通電を停止することが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について説明する。なお、本実施例は、定電流制御コントローラを用いて、また電気融着継手の電熱線の電気抵抗値Ｒと通電時間ｔの関係（Ｒ−ｔ線図）が右上がりに単調に増大するように設定された（電流あるいは電圧を測定して求めた電気抵抗値Ｒに対して一義的に通電時間ｔが決定される）場合を示す。
【００１２】
正常な融着接続を行うためには、融着エネルギーが適正な範囲に制御されることが必要となる。
図１に示すように融着エネルギーの許容量Ｓは、環境温度を横軸として上下に一様に、２０〜２５％程度（例えば２２．５％とする。）に設定されている。この許容量の変動に関係する各種誤差としては、電熱線材料のバラツキ誤差±３％及び継手製造上のバラツキ誤差±２％（この２つの誤差の合計±５％は通電過程で直接影響を与える。）が挙げられ、さらに、環境温度による測定誤差±１％、コントローラ側の読み取り誤差±３％及びコントローラの出力誤差±２％（これらの誤差の合計±６％は機器の精度による誤差である。）が挙げられる。これらの誤差（±５％と±６％）は、不可避的な誤差Ｓ１なので、許容量Ｓからこの誤差Ｓ１を減じた残りの値Ｓ２が経時変化的な誤差として許容される範囲（許容量）となる。
【００１３】
電熱線あるいは識別抵抗体の電気抵抗値を求め、これを基準に通電時間を決定する抵抗識別方式では、許容量Ｓ２は、上述したように上記の±５％の誤差が２重に加算されるので、最終的にはおよそ±１０％になる。よって、許容量Ｓ２は、２２．５％から１０％と６％を差し引いた６．５％となる。一方、バーコード方式では、その許容量Ｓ２は、先ず２２．５％から５％と６％を差し引き（１１．５％）、さらにバーコードに入力された抵抗値と実際の電熱線抵抗値との誤差として±３％を差し引いた値（８．５％）となる。両方式に適用することを考慮し、かつ実用性を考慮すると、許容量は、−１２％〜−３％≦Ｓ２≦＋３％〜＋１２％とすることが好ましい。尚、上記した誤差の数値は融着エネルギーに換算した場合の値であり、概略の値となる。
【００１４】
また、融着エネルギーを許容量の範囲に収めるためには、継手の口径ごとに通電時間を適切に設定することが必要となる。例えば、図２の実線は、呼び口径１０mm（Ｓ１０）、１３mm（Ｓ１３）及び１６mm（Ｓ１６）のソケットにおける電熱線の電気抵抗値Ｒと通電時間ｔの関係と、呼び口径１３×１０mm（ＲＳ１３×１０）及び１６×１３mm（ＲＳ１６×１３）の径違いソケットにおける電熱線の電気抵抗値Ｒと通電時間ｔの関係を示している。電気融着継手においては、このような関係となるように電熱線の長さや太さ、あるいは材質を選定している。融着を開始する前に、電気抵抗値Ｒと通電時間ｔの関係を図２の直線を図３に示すｔ＝２０Ｒ−１０で表わされる直線（Ｒ−ｔ線図）に変換し、コントローラに記憶している。このＲ−ｔ線図によれば、品種サイズを個々に識別することなく、各電気融着継手の電気抵抗値Ｒに対応した通電時間ｔを直ちに求めることができ、もってその品種サイズ毎に最適な融着エネルギーを設定することができる。例えばＳ１３のソケットでは、電熱線の電気抵抗値Ｒが１．８４Ωの場合、通電時間ｔは２６．８秒が自動的に与えられ、ＲＳ１３×１０の径違いソケットでは、電熱線の電気抵抗値Ｒが１．８９Ωの場合、通電時間ｔは２７．８秒が自動的に与えられる。
【００１５】
実際の融着作業においては、コネクターの差し込み凹側のコネクター端子のバネ力が劣化し、嵌合が緩んだり、またピン凸側の一部が摩耗や欠損することに起因するコネクター部の異常（接触不良など）により、非通電時間が発生することがある。そこで、非通電時間の発生回数をカウントすることにより、コネクター部の異常の有無を監視することが必要となる。例えば、継手内のループ電流を監視して非通電状態が断続的に繰り返される場合は、コネクター部の接触不良とみなしアラームを表示する。また、非通電状態が相当時間続いた場合は、断線異常とみなしアラーム表示をして監視機能を高めている。他方、通電状態に復帰した場合は、中断した時間分を通電時間に加算して、トータルの融着エネルギーは一定になるように通電制御を行い、正常な融着状態が得られるように補正することも必要となる。
【００１６】
本発明においては、図４に示すフローチャートにしたがって通電時間制御を行うことができる。図４において、○で囲まれた数字は作業の順番を表わし、また環境温度による通電時間の補正を加えている。
（１）コントローラ本体の電源をＯＮする。このとき入力電圧、周波数及び漏電等のチェックをする。
（２）上記チェックと共に、あるいはその後に周囲の環境温度を温度センサで検出する。（３）次に継手のコネクターピンにコントローラの端子をそれぞれ接続する。
（４）コネクターピンの両端に数１０ｍＡの微弱電流を流して、電圧を測定し、電熱線自体の電気抵抗値Ｒ１（基準抵抗値）を求める。
（５）この電気抵抗値Ｒ１と予め設定しておいたＲ−ｔ線図（コントローラ内に記憶されている。）とを対比して通電時間ｔ１を設定する。
（６）通電時間ｔ１を設定した後、あるいは設定と同時に上記環境温度に応じた補正を加えて通電時間ｔ２を設定する。通電時間ｔ２は例えば次式によって求めることができる。
ｔ２＝ｔ１×｛１−（環境温度−２３℃）×温度補正係数｝
尚、温度補正係数は０．００６〜０．０１程度が好ましく、０．００８が最も好ましい。実際には上式によって同時にｔ２を求めれば通電時間ｔ１は設定するまでもない。環境温度による補正を加えない場合は通電時間ｔ１で実行すれば良い。
【００１７】
（７）融着開始ボタンをＯＮする。尚、ボタンをＯＮするまで電熱線の抵抗値は監視を続け、この抵抗値のバラツキが０．５Ω以上になったときは異常とみなしＯＮできないようする。
（８）融着電流（５．５Ａ）を通電し、その後の比較的早い時期（例えば５秒以内）に再びコネクターピン間の電圧を測定し、このときの電熱線の電気抵抗値Ｒ２（比較抵抗値）を求める。尚、本例では融着電流を流して電圧を測定し、抵抗値を求めているが、この電流は上記微弱電流の１０倍以上の電流値であれば良い。また電流ではなく、電圧値を変えて電流を測定し、電気抵抗値を求めてもよい。
（９）初期の電気抵抗値Ｒ１と融着時の電気抵抗値Ｒ２から（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ１（比率Ｚ％）を求める。また、コネクターピン等の接触不良を原因とする経時変化的な誤差の許容量Ｓ２は例えば±５％（±０．０５）に設定する。
（１０）比率Ｚと許容量Ｓ２を比較する。Ｚ≧Ｓ２のときは、コネクターが異常であるとしてアラーム信号を出力し、例えばブザーを連続音で鳴らし、警告を発する。あるいはブザーを鳴らすと共に通電を停止することもできる。
【００１８】
（１１）比率Ｚ≦許容量Ｓ２のときは通電を継続する。
（１２）電熱線への通電の有無を、コネクター間の継手内のループ電流を常に監視することで行ない、非通電状態が生じたときはカウントする。ここで通電の有無とは、コントローラからの出力の有無ではなく、継手の電熱線とコントローラ側とのコネクター接続が、閉回路を保って正常であるか否かを判別することである。
（１３）非通電状態が１秒以内に解消されるか否かを確認する。１秒以上経過後も通電状態に復帰しないときは、断線異常のアラーム表示をして通電を停止する。
（１４）１秒以内に通電状態に復帰した場合は、中断していた時間を通電時間ｔ２に加算して通電を継続する。
（１５）非通電状態のカウント数が２回になったときは、コネクター異常のアラーム表示をして通電を停止する。
（１６）通電時間ｔ２（あるいはｔ１）が経過したところで通電を停止し、さらに融着完了のブザーを間欠的に鳴らしてもよい。
【００１９】
上記の通電時間制御は、例えば図５に示す電気融着コントローラにより実行することができる。コントローラ６０は、ブレーカ６１及びリレー６２を介して外部電源に接続される融着電源部６３と、各種の演算を行うＣＰＵ７７を有する。融着電源部６３は、リレー６４を介して継手１０側のコネクターピン６５に接続され、電熱線に融着電流（例えば５．５Ａの定電流）が供給できるようになっている。融着電源部６３には、通電の開始を命令する通電開始命令手段７３が接続され、その手段は本体上面に取り付けた融着開始ボタン（不図示）でＯＮ／ＯＦＦされ、また本体上面には非常停止ボタン（不図示）が設けられている。ブレーカ６１は、例えばアナログ用電源ａ、ＣＰＵ用電源ｂ、リレー用電源ｃ、付属の工具用電源ｄからなる制御用電源７６に接続されている。
【００２０】
ＣＰＵ７７は、電熱線の電気抵抗値｛初期の電気抵抗値Ｒ１と通電中の電気抵抗値Ｒ２（コネクターピン間の電気抵抗値）｝を算出して記憶する抵抗値設定手段６６と、予め所定のＲ−ｔ線図を記憶したＲ−ｔ線図記憶部６７と、このＲ−ｔ線図に基づいて電気抵抗値Ｒ１に対応する通電時間ｔ１を設定する通電時間設定手段６８と、サーミスタ等の温度センサ７０で測定された環境温度をもとに通電時間ｔ１を補正して通電時間ｔ２を設定する通電時間設定手段６９と、初期の電気抵抗値Ｒ１と通電中の電気抵抗値Ｒ２とを比較する比較手段７１と、この比較結果によって通電を停止あるいは継続する信号を出力する命令手段７２を有する。比較手段７１では比率Ｚを許容量Ｓ２と比較し、比率Ｚが所定の範囲内か否かが判断されるが、例えば電気抵抗値が温度に依存しない電熱線を用いた場合は、Ｒ１とＲ２との差が許容範囲内か否かを判断するだけでもよい。通電時間ｔ１を設定することなく、通電時間ｔ２を設定する場合は、一方の通電時間設定手段を省略することができる。
【００２１】
ＣＰＵ７７からの信号は表示（ＬＣＤ）部７５に出力され、通電時間（カウントダウン）の表示、サイズ表示及び入力電圧異常、出力電流異常、電熱線の短絡（例えば、通電期間中、抵抗値を常に監視し、その抵抗値が７％以上変化したときに短絡と判断する。）、コネクター脱落、オーバヒート、環境温度異常（−１０℃以下または４０℃以上の時）などのアラームを表示するようになっている。７４はブザーで、前記アラームが表示された時及び通電停止命令が出力された時、または融着を完了した時に音声を発するものである。また上記のアラームによって融着電源やリレーをＯＮ／ＯＦＦ制御し、かつ通電停止と連動させてもよい。
【００２２】
したがって、コントローラ６０は、１００Ｖの商用交流電源からコントローラ内部で所定の電流（例えば５．５Ａの定電流）に変換して、電熱線に供給する定電流制御方式のコントローラであって、通電時間制御は継手毎に電熱線の電気抵抗値Ｒ１を読みとり、これに温度補正を加えて通電時間ｔ（ｔ２）を制御するようにしたものである。
【００２３】
上記の説明では、継手の電熱線の電気抵抗値に基づいて異常の有無を判別する方法を対象にしたが、電熱線とは別に設けた識別抵抗体の電気抵抗値を基に判別する方法を対象にしてもよく、またバーコードを用いてその中に入力された電熱線の電気抵抗値Ｒ１’を基準にしても同様に異常の有無を判別することができる。また、コントローラとして、定電流制御方式のものに限らず、定電圧制御方式のものを使用することができる。但し、定電圧制御方式の場合は、上述したように融着エネルギーはＥn＝Ｖ²ｔ／Ｒの式で表わされ、電熱線の電気抵抗値Ｒに起因する不可避的な誤差に加えて、コネクター部の接触不良という現象は、電圧Ｖに直接関係して融着エネルギーＥｎに大きな影響を与える。したがって下記のように、バーコードに入力された電気抵抗値Ｒ１’と実際に微弱電流を流して求めた電気抵抗値Ｒ１”を、まず比較してこれが許容範囲内にあるか否かをチェックすることは、接触不良を検知するうえで有効な手法である。
【００２４】
本発明においては、予め制御情報等を入力したバーコードを継手本体に貼り付け、そのバーコードの所定ディジットに予め入力された融着エネルギーあるいは通電時間を直接制御することができる。バーコードを利用して初期の抵抗値Ｒ１を設定する場合は、図５のコントローラにおいて、コネクターとは別にバーコードリーダー等のバーコード検出部を介してＲ−ｔ記憶部６７（抵抗値が設定されているとき）或いは通電時間設定手段６８（通電時間が設定されているとき）に接続すればよい。バーコードとしては、２４ディジット又は３２ディジットのものであって、各ディジットには、例えば図６に示すように、Ａ…メーカー名、Ｂ…継手の品種、Ｃ…継手の口径サイズ、Ｄ…製造番号等の情報、Ｅ…樹脂材質等、Ｆ…電流値（定電流制御の場合）あるいは電圧値（定電圧制御の場合）、Ｇ…継手の電熱線の電気抵抗値あるいは識別抵抗体の電気抵抗値、Ｈ…融着エネルギー（Ｅｎ）あるいは通電時間（ｔ）などの情報がそれぞれ入力されている。ここで、電熱線２として抵抗温度係数のあるものを使用したときは、Ｉ…抵抗温度係数、また環境温度による補正を加えることは望ましいのでＪ…温度補正係数をそれぞれ入力しておくと良い。また、識別低抗体を設けた抵抗識別方式の継手では、この識別低抗体は本発明における異常判別を実施するために利用されるものである。
【００２５】
バーコード方式においても、図４と同様の手順でコネクター部の異常を判別することができる。また、図６に示すバーコードのＧディジットに記憶された電気抵抗値をそのまま電気抵抗値Ｒ１’とみなし、継手の電熱線あるいは識別抵抗体に所定の電流を流して電気抵抗値Ｒ２を求め、次いで電気抵抗値Ｒ１’と電気抵抗値Ｒ２の差異、例えば（Ｒ１’−Ｒ２）／Ｒ１’の比率Ｚ’が所定の許容量Ｓ２内にあるときは通電を継続し、一方比率Ｚ’が許容量Ｓ２の範囲外にあるときは警報を発しまた通電を停止することが出来る。さらに、異常判別チェックを行う前に、継手の電熱線に微弱電流或いは所定の電流を流して求めた電気抵抗値Ｒ１”とバーコードの電気抵抗値Ｒ１’とを比較して（あるいは、これら電気抵抗値Ｒ１”、Ｒ１’に対応して定められた通電時間ｔ”、ｔ’同士を比較しても良い）、その差が許容範囲を越えるとき（例えば５％以上）は異常と判断してアラームを表示するようにしても良い。これによって、おおまかに接触不良の有無のチェックができるし、継手の電熱線が不適切なものであるとか、間違ったバーコードが貼付されているとか、場合によってはバーコードに汚れがあるなどの異常を検知することが出来る。
【００２６】
バーコードを用いた場合は、比較的簡単に通電時間を制御できるし、さらにバーコードにはメーカー名や製造番号、樹脂材質等の多種類のデータも入力できるので、融着作業の際にこれらのデータをまとめてコントローラに記憶させることができる。これによって、後日、融着不良が発見された場合でも、何時、どのような条件で融着が行われたのかを速やかに確認できる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、主にコネクターピン部分の摩耗や欠損、接触不良等を起因とする経時変化的な誤差を監視しながら融着時間を制御するので、融着エネルギーの誤差を許容範囲内に納めることが可能となり、常に正常な融着接続を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】融着エネルギーと環境温度との関係を示す図である。
【図２】電気抵抗と通電時間との関係を示すＲ−ｔ線図である。
【図３】図２の縦軸と横軸を入れ替えた図である。
【図４】本発明の一実施例に係わる異常判別方法を示すフローチャートである。
【図５】電気融着コントローラの一例を示すブロック図である。
【図６】バーコードのコードデータの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
６０：電気融着コントローラ、６６：抵抗値設定手段、６７：Ｒ−ｔ線図記憶部、６８、６９：通電時間設定手段、７０：温度センサ、７１：比較手段、７２：命令手段、７３：通電開始手段、７４：ブザー、７５：表示手段

Claims

熱可塑性樹脂からなる電気融着継手に埋設された電熱線又は識別抵抗体の電気抵抗値を基準抵抗値とし、この基準抵抗値に基づいて設定された時間だけ前記電熱線に所定の電流を流して電気融着継手を熱可塑性樹脂からなるパイプに融着する際に、前記基準抵抗値と前記電熱線あるいは前記識別抵抗体に所定の電流を流したときの電気抵抗値を求めてこれを比較抵抗値とし、前記比較抵抗値と前記基準抵抗値との差が所定の範囲を越えたときに警報を発し及び／又は通電を停止する電気融着継手の通電時間制御における異常判別方法において、前記比較抵抗値と前記基準抵抗値との差が所定の範囲内にあるときは通電を継続し、かつ、通電継続中に非通電状態が生じたときは、これをカウントし、この非通電状態が所定時間内に回復したときは、中断していた時間を加算して通電を継続し、前記非通電状態のカウント数が所定値になったときには警報を発し及び／又は通電を停止することを特徴とする電気融着継手の通電時間制御における異常判別方法。
前記非通電状態が１秒以上連続して継続したときは、断線されたことを表示し、前記非通電状態のカウントが２回以上繰り返されたときはコネクターが異常であることを表示して、それぞれ通電を停止することを特徴とする請求項１に記載の電気融着継手の通電時間制御における異常判別方法。