JPH11147258A - 電気融着方法及びその装置 - Google Patents

電気融着方法及びその装置

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JPH11147258A
JPH11147258A JP9317476A JP31747697A JPH11147258A JP H11147258 A JPH11147258 A JP H11147258A JP 9317476 A JP9317476 A JP 9317476A JP 31747697 A JP31747697 A JP 31747697A JP H11147258 A JPH11147258 A JP H11147258A
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JP
Japan
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thickness
fusion joint
reflected wave
joint
molten layer
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Withdrawn
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Akiya Shibuya
昭哉 渋谷
Kozo Nishikawa
幸三 西川
Hideki Bai
秀樹 倍
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 融着継手と管との接合部における溶融層の厚
さを正確に管理できるようにする。 【解決手段】 第１，第２のヒータ部材が埋設された合
成樹脂製の融着継手１２と、合成樹脂製の管１４，１６
との接合部を、電気的に発熱させた第１，第２のヒータ
部材で溶融する。そして、超音波探触子１８により溶融
途中における融着継手１２の外周面から融着継手１２と
管１４，１６の厚さ方向に超音波パルスを入射し、融着
継手１２と管１４，１６との接合部に形成される溶融層
の上部界面からの反射信号をゲートを設定して検出し、
この検出した反射信号のレベルと基準レベルとを比較し
て溶融層が所定厚さに達したか否かを判定する。そし
て、溶融層が所定厚さに達したときに第１，第２のヒー
タ部材の発熱を停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータ部材が埋設
された合成樹脂製の融着継手と、合成樹脂製の管とをヒ
ータ部材に通電する等して融着する電気融着方法及びそ
の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地中に埋設されるガス管や水道管
等では、耐震性に優れているポリエチレン樹脂製のもの
が多用されている。このポリエチレン樹脂製の管は、接
着剤により接合することができない。そのため、２本の
管を接合するときは、図６に示すように、長尺方向の左
右両側にヒータ部材１０１，１０２が埋設されたポリエ
チレン樹脂製の筒状の融着継手１０３内に管１０４，１
０５の各端部を挿入すると共に、ヒータ部材１０１，１
０２を電気的に発熱させて融着継手１０３と管１０４，
１０５の各端部とを加熱溶融し、融着継手１０３と管１
０４，１０５との接合部に所定厚さの溶融層を形成する
ことにより、融着継手１０３と管１０４、及び融着継手
１０３と管１０５をそれぞれ融着するようにしている。
【０００３】なお、融着継手１０３と管１０４，１０５
との接合部に形成される溶融層の厚さが薄いと管１０
４，１０５の接合力が弱くなるため、ヒータ部材１０
１，１０２は、少なくとも所要の接合力が得られる厚さ
の溶融層が形成されるまでの間、発熱させる必要があ
る。このため、融着継手１０３には、ヒータ部材１０
１，１０２に対応する位置に小径の穴部１０６，１０７
が厚さ方向に沿って形成されている。そして、この穴部
１０６，１０７内に圧力センサを挿入し、この圧力セン
サが溶融樹脂の膨張により上昇する内部圧力を感知した
とき、溶融層が所定厚さになったものと判断してヒータ
部材１０１，１０２の発熱を停止させるようにしてい
る。
【０００４】また、融着継手１０３の外周面に熱電対等
の温度センサを当接させることによって融着継手１０３
の外周面温度を計測し、この温度が所定値以上になった
ときに溶融層が所定厚さになったものと判断してヒータ
部材１０１，１０２の発熱を停止させるようにすること
も行われている。
【０００５】さらに、ヒータ部材１０１，１０２を発熱
させる前に、融着継手１０３の口径、ヒータ部材１０
１，１０２に通電して発熱させる場合の電流調節用抵抗
体の抵抗値、融着時間（通電時間）、外気温度による補
正値等の各種データを制御部に入力してヒータ部材１０
１，１０２の発熱を制御し、溶融層が所定厚さになるよ
うに管理することも行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に圧力センサで溶融継手１０５の内部圧力を計測した
り、温度センサで融着継手１０３の外周面温度を計測し
たり、融着継手１０３に関する各種データを入力したり
することで溶融層の厚さを管理する方法では、融着継手
１０３の外周面から溶融層までの距離や溶融層の厚さ等
を直接確認しているわけではないので、安全を見込んで
ヒータ部材の発熱時間を長いめに設定するようなことが
行われている。そのため、管路工事の能率が低下した
り、無駄な電力を消費するという問題があった。このよ
うな問題は、同じ管路工事現場で複数の箇所を順に接合
しなければならないような場合では特に顕著となる。
【０００７】従って、本発明は、融着継手と管との接合
部における溶融層の厚さを正確に管理することにより管
路工事を効率的に行うことのできる電気融着方法及びそ
の装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、ヒータ部材が埋設された合
成樹脂製の融着継手と、合成樹脂製の管とを、電気的に
発熱させた前記ヒータ部材で前記融着継手と前記管との
接合部を溶融することにより融着する方法であって、前
記融着継手と前記管の厚さ方向における内部断面情報を
溶融期間中、周期的に非破壊で得ると共に、各周期にお
いて得られる内部断面情報に含まれ、前記接合部に形成
される溶融層の厚さに関連する情報と基準情報とを比較
して該溶融層が所定厚さに達したか否かを判定し、該溶
融層が所定厚さに達したときに前記ヒータ部材の発熱を
停止させることを特徴としている。
【０００９】上記方法によれば、溶融期間中、周期的に
融着継手と管の厚さ方向における内部断面情報が非破壊
で得られる。そして、各周期において得られる内部断面
情報に含まれ、融着継手と管との接合部に形成される溶
融層の厚さに関連する情報と基準情報とが比較され、溶
融層が所定厚さに達したか否かが判定される。そして、
溶融層が所定厚さに達したときにヒータ部材の発熱が停
止される。この結果、融着継手と管との接合部における
溶融層の厚さが正確に管理され、管路工事を効率的に行
うことができるようになる。なお、溶融層の所定厚さ
は、ヒータ部材の発熱が停止された後の余熱により形成
される厚さ分を見込んで設定される。
【００１０】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る方法において、前記内部断面情報が、超音波パルス
を前記融着継手と前記管の厚さ方向に入射し、厚み内か
らの反射波を受信することにより得るものであり、前記
溶融層の厚さに関連する情報が、前記反射波に含まれる
前記溶融層の一方側の界面からの界面反射波を受信する
までの時間情報であり、前記基準情報が、前記溶融層が
所定厚さに達した場合における前記界面反射波を通過さ
せるべく設定されたゲートに対する設定時間であること
を特徴としている。
【００１１】上記方法によれば、融着継手と管の厚さ方
向に超音波パルスが入射され、これにより融着継手又は
管と溶融層との界面等で発生する反射波が受信される結
果、この受信された反射波により内部断面情報が得られ
る。そして、この内部断面情報を形成する反射波に含ま
れる溶融層の一方側の界面からの界面反射波を受信する
までの時間が、ゲート設定時間内にあるときに溶融層が
所定厚さに達したと判定される。
【００１２】また、請求項３に係る発明は、ヒータ部材
が埋設された合成樹脂製の融着継手と、合成樹脂製の管
とを電気融着する装置であって、前記ヒータ部材を電気
的に発熱させて前記融着継手と前記管との接合部を溶融
する溶融手段と、前記融着継手と前記管の厚さ方向にお
ける内部断面情報を溶融期間中、周期的に非破壊で得る
内部断面情報検出手段と、各周期において得られる前記
内部断面情報に含まれ、前記接合部に形成される溶融層
の厚さに関連する情報と基準情報とを比較して該溶融層
が所定厚さに達したか否かを判定する判定手段と、前記
溶融層が所定厚さに達したときに前記溶融手段の駆動を
停止する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】上記構成によれば、ヒータ部材が電気的に
発熱されて融着継手と管との接合部が溶融されると共
に、その溶融期間中、周期的に融着継手と管の厚さ方向
における内部断面情報が非破壊で得られる。そして、得
られた内部断面情報に含まれる接合部に形成された溶融
層の厚さに関連する情報と基準情報とが比較されて溶融
層が所定厚さに達したか否かが判定され、溶融層が所定
厚さに達したときに溶融手段の駆動が停止される。この
結果、融着継手と管との接合部における溶融層の厚さが
正確に管理され、管路工事を効率的に行うことができる
ようになる。
【００１４】また、請求項４に係る発明は、請求項３に
係るものにおいて、前記内部断面情報検出手段が、超音
波探触子から前記融着継手と前記管の厚さ方向に超音波
パルスを繰り返し入射させると共に、厚み内からの反射
波を受信する送受信部を備え、前記判定手段が、受信さ
れた反射信号の一部を選択的に通過させるゲートと、前
記溶融層が所定厚さに達した場合における前記反射波に
含まれる該溶融層の一方側の界面からの界面反射波を通
過させるべく前記超音波パルスの入射時点からの経過時
間に前記ゲートを設定するゲート設定手段と、前記ゲー
トを通過した信号の有無を検出する信号検出手段とを備
えたことを特徴としている。
【００１５】上記構成によれば、融着継手と管の厚さ方
向に超音波パルスが入射され、溶融層の界面等で発生す
る反射波が受信される。一方、溶融層が所定厚さに達し
た場合における該溶融層の一方側の界面からの界面反射
波を通過させるゲートが超音波パルスの入射時点からの
経過時間に設定され、受信された溶融層の一方側の界面
からの界面反射波がこのゲートを通過したことが検出さ
れたときに溶融層が所定厚さに達したと判定される。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
電気融着方法が適用された融着装置の構成を示す図で、
融着装置１０を用いて融着継手１２と管１４，１６との
融着作業を行うときの状態を示している。
【００１７】融着装置１０は、超音波パルスを送信する
一方、その反射波を受信する超音波探触子１８の取り付
けられた円環状の走査部２０と、融着継手１２に埋設さ
れているヒータ部材の外部端子１２１，１２２間に所定
の電力を供給する一方、超音波探触子１８から超音波パ
ルスを送信させると共に、超音波探触子１８で受信した
反射波に基づいて溶融層の厚さを計測し、溶融層が所定
厚さに達したときにヒータ部材への電力の供給を停止す
る装置本体２２とを備えている。
【００１８】走査部２０は、融着継手１２の外周面に着
脱可能に構成されており、超音波探触子１８先端の送波
面が融着継手１２の外周面に接触した状態で融着継手１
２の周方向及び軸心方向に沿って移動可能にされてい
る。また、超音波探触子１８先端の送波面には、その送
波面が融着継手１２の外周面に正常な姿勢で接触してい
るか否かを検出するリミットスイッチ等からなるホルダ
スイッチ１８１が設置されている。このホルダスイッチ
１８１は、超音波探触子１８が融着継手１２に正常な姿
勢で接触しているときにＯＮとなって超音波パルスの送
信を可能とする一方、傾いた姿勢で接触しているときに
ＯＦＦとなって超音波パルスの送信を不能とするように
構成されている。
【００１９】装置本体２２は、融着継手１２の外部端子
１２１，１２２間に電力を供給する電源回路からなる電
力供給部２６と、超音波探触子１８から超音波パルスを
送信する一方、超音波探触子１８により受信した反射波
によるアナログ信号を増幅してデジタル信号に変換する
送受信部２８と、超音波探触子１８と融着継手１２の外
周面との間に注入されるカプラ材の不足を警告するカプ
ラ材警告部３０とを備えている。
【００２０】また、装置本体２２は、ヒータ部材の発熱
によって融着継手１２と管１４，１６との接合部に形成
される溶融層が所定厚さに達したことをランプ等の点灯
手段により報知する点灯報知部３２と、融着継手１２と
管１４，１６の接合部に形成される溶融層が所定厚さに
達したことをブザー等の音響手段により報知する音響報
知部３４と、超音波探触子１８で受信された反射波の波
形を表示する波形表示部３６と、電源スイッチＰＳ、ス
タートボタンＳＢ、非常停止ボタンＨＢ及び波形表示指
示ボタンＷＢが設置された操作部３８と、装置全体の動
作を制御する制御部４０とを備えている。なお、装置本
体２２は、バッテリー及び商用電源のいずれでも動作可
能となっている。
【００２１】図２は、融着装置１０の制御ブロックを示
す図である。この図において、制御部４０は、所定の演
算乃至制御処理を行うＣＰＵ４２と、所定の処理プログ
ラムの記憶されているＲＯＭ４４と、データを一時的に
記憶するＲＡＭ４６とを備えており、上記所定の処理プ
ログラムに従って全体の動作が制御される。
【００２２】ＣＰＵ４２には、電力供給部２６と、送受
信部２８とが接続されている。送受信部２８は、所定の
周期で送信トリガ信号を出力するトリガ信号発生部２８
１と、このトリガ信号発生部２８１からのトリガ信号に
同期して一定幅を有するパルス信号を出力するパルス発
生部２８２と、このパルス信号の出力期間中、高周波で
励振されて送波面から超音波パルスの送波を行う上述の
超音波探触子１８と、送受波兼用の超音波探触子１８か
らの受信信号を増幅する増幅部２８３と、この増幅部２
８３から出力されるアナログ信号を少なくとも検波後に
デジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ２８４とを備
えている。
【００２３】また、ＣＰＵ４２には、駆動回路部３０１
を介してＬＥＤ（Light Emitting Diode）等からなるカ
プラ材警告部３０が接続され、駆動回路部３２１を介し
てＬＥＤ等からなる点灯報知部３２が接続されている。
また、駆動回路部３４１を介してブザー等からなる音響
報知部３４が接続されている。カプラ材警告部３０は、
融着継手１２の外周面からの反射レベルが大きいとき、
超音波探触子１８の送波面におけるゼリー状のカプラ材
ＣＰ（図４参照）の注入量が不足していると見做してＬ
ＥＤ等を点灯する。点灯報知部３２は、溶融層が所定厚
さに達したときにＬＥＤ等を点灯する。また、音響報知
部３４は、溶融層が所定厚さに達したときに併せて動作
するようになっている。
【００２４】また、ＣＰＵ４２には、駆動回路部３６１
を介してＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等からなる
波形表示部３６が接続されると共に、操作部３８の各種
スイッチが接続されている。また、ＣＰＵ４２には、超
音波探触子１８で受信された反射波に含まれる所定の反
射信号のみを通過させるゲートを設定するゲート設定手
段４２１、このゲート設定手段４２１で設定されたゲー
トを通過する信号を検出する信号検出手段４２２、この
信号検出手段４２２で検出された信号のレベルと基準レ
ベルとを比較する比較手段４２３、及びヒータ部材への
電力の供給を制御するヒータ制御手段４２４の各機能実
現手段を備えている。
【００２５】次に、融着継手１２と管１４，１６との融
着構造及び融着装置１０の動作原理について説明する。
まず、図３に示すように、融着継手１２は、ポリエチレ
ン樹脂、ポリブテン樹脂、ポリビニリデンフルオライド
樹脂等の熱可塑性樹脂により円筒状に形成されたもの
で、長手方向中央よりも一方側（図３中の左側）の領域
に埋設された第１のヒータ部材５２と、長手方向中央よ
りも他方側（図２中の右側）の領域に埋設された第２の
ヒータ部材５４とを備えている。
【００２６】これらの第１，第２のヒータ部材５２，５
４は、それぞれ融着継手１２の肉厚内の内周面寄りの位
置に導線がコイル状に巻回されると共に、互いに直列接
続されて形成され、その両端が融着継手１２の外周面に
配置された外部端子５６，５８に接続されている。そし
て、電力供給部２６により電力が供給されることによっ
て発熱し、融着継手１２の内周面側と、融着継手１２内
に挿入されたポリエチレン樹脂、ポリブテン樹脂、ポリ
ビニリデンフルオライド樹脂等の熱可塑性樹脂からなる
管１４，１６の外周面側とを溶融する。
【００２７】すなわち、２本の管１４，１６の端部がそ
れぞれ融着継手１２の両側から挿入された後に、第１，
第２のヒータ部材５２，５４に電力が供給されて通電さ
れると、第１，第２のヒータ部材５２，５４が発熱して
融着継手１２の内周面側と２本の管１４，１６の外周面
側、すなわち、融着継手１２と管１４，１６の接合部の
各肉厚側が次第に溶融され、第１，第２のヒータ部材５
２，５４を取り囲むように溶融層６０，６２が形成され
る。なお、電力の供給が停止されると、溶融層６０，６
２が次第に硬化することにより融着継手１２と管１４，
１６とが互いに融着され、２本の管１４，１６が融着継
手１２を介して接合される。
【００２８】ここで、溶融層６０の融着継手１２との界
面（上部界面）６０１及び溶融層６０の管１４との界面
（下部界面）６０２は、第１のヒータ部材５２を境にし
て略等距離にあると見做すことができる。同様に、溶融
層６２の融着継手１２との界面（上部界面）６２１及び
溶融層６２の管１６との界面（下部界面）６２２は、第
２のヒータ部材５４を境にして略等距離にあると見做す
ことができる。いま、融着継手１２の外周面から第１，
第２のヒータ部材５２，５４までの距離は既知であるの
で、融着継手１２の外周面から溶融層６０，６２の上部
界面６０１，６２１までの距離を求めることができれ
ば、溶融層６０，６２の厚さを求めることができる。従
って、融着継手１２の外周面から溶融層６０，６２の上
部界面６０１，６２１までの距離によって溶融層６０，
６２の融着状態を確認することができる。
【００２９】なお、同様の理由で、融着継手１２の外周
面から溶融層６０，６２の下部界面６０２，６２２まで
の距離によっても溶融層６０，６２の厚さを求めること
ができるので、融着継手１２の外周面から溶融層６０，
６２の下部界面６０２，６２２までの距離によっても溶
融層６０，６２の融着状態を確認することが可能であ
る。
【００３０】一方、融着継手１２と管１４，１６との接
合部の溶融途中で、超音波探触子１８がゼリー状のカプ
ラ材ＣＰを介して融着継手１２の外周面に密着された状
態で超音波パルスを融着継手１２の外周面からその厚さ
方向（径方向）に入射すると、図４（ａ）に溶融層６０
側のみについて模式的に示すように、融着継手１２の外
周面で反射波Ｓ1が、溶融層６０の上部界面６０１で反
射波Ｓ2が、第１のヒータ部材５２で反射波Ｓ3が、溶融
層６０の下部界面６０２で反射波Ｓ4が、管１４の内周
面で反射波Ｓ5がそれぞれ発生する。溶融層６２につい
ても、溶融層６０と同様に、融着継手１２の外周面で反
射波Ｓ1が、溶融層６２の上部界面６２１で反射波Ｓ
2が、第２のヒータ部材５４で反射波Ｓ3が、溶融層６２
の下部界面６２２で反射波Ｓ4が、管１６の内周面で反
射波Ｓ5がそれぞれ発生する。なお、超音波パルスの指
向幅は、第１，第２のヒータ部材５２，５４の導線一本
が含まれる程度に設定されている。
【００３１】これらの反射波は、図４（ｂ）に模式的に
示すように、縦軸をレベルとし、横軸を時間とした座標
領域において反射波Ｓ1、反射波Ｓ2、反射波Ｓ3、反射
波Ｓ4、及び反射波Ｓ5の順に得られる。すなわち、これ
らの反射波Ｓ1乃至Ｓ5により内部断面像（内部断面情
報）が得られることになる。また、超音波パルスの入射
時点から各反射波Ｓ1乃至Ｓ5が得られるまでの時間は、
カプラ材ＣＰの層厚、融着継手１２の外周面から溶融層
６０，６２の上部界面６０１，６２１までの厚さ寸法、
溶融層６０，６２の厚さ寸法及び溶融層６０，６２の下
部界面６０２，６２２から管１４，１６の内周面までの
厚さ寸法、並びに、カプラ材ＣＰ、融着継手１２、溶融
層６０，６２及び管１４，１６内における超音波の伝搬
速度によって定まる。
【００３２】従って、カプラ材ＣＰ及び融着継手１２内
の超音波の伝搬速度は既知であるので、超音波パルスを
入射してから溶融層６０，６２の上部界面６０１，６２
１からの反射波Ｓ2を受信するまでの時間を計測すれ
ば、融着継手１２の外周面から上部界面６０１，６２１
までの距離を求めることができることになる。
【００３３】なお、融着継手１２の外周面からの反射波
Ｓ1のレベルにより、適量のカプラ材ＣＰが注入されて
超音波探触子１８が融着継手１２の外周面に適正に接触
しているか否かを判定することができる。すなわち、超
音波探触子１８と融着継手１２との間に適量のカプラ材
ＣＰが注入されていると、反射波Ｓ1は所定の小レベル
になるようになっている。また、本実施形態では、超音
波探触子１８が傾いた姿勢で融着継手１２に接触してい
るときはホルダスイッチ１８１がＯＦＦとなり、超音波
探触子１８から超音波パルスが送信されないようになっ
ている。そのため、反射波Ｓ1が所定レベルを超えると
きは、超音波探触子１８の接触姿勢とは区別してカプラ
材ＣＰの注入量が不足していると判断することができ
る。
【００３４】次に、上記のように構成された本発明に係
る融着装置１０の動作の一例について、図５に示すフロ
ーチャートに基づき説明する。まず、融着継手１２と管
１４，１６とを融着するにあたり、融着装置１０の電源
スイッチＰＳがＯＮされる一方、超音波探触子１８の取
り付けられた円環状の走査部２０が溶融層６０，６２の
いずれか一方に対応する融着継手１２の予め決められた
外周面位置に固定され（ここでは、溶融層６０に対応す
る位置に固定されたものとして説明する。）、走査部２
０と融着継手１２との間にゼリー状のカプラ材が注入さ
れた後、融着を開始するためのスタートボタンＳＢがＯ
Ｎされる。なお、融着を開始した後に融着を停止する必
要性が生じたときは、非常停止ボタンＨＢをＯＮすれば
よい。
【００３５】上記のようにスタートボタンＳＢがＯＮさ
れたとき、超音波探触子１８のホルダスイッチ１８１が
ＯＮされていると、ゲート設定手段４２１により融着継
手１２の外周面からの反射波Ｓ1に対応する時間にゲー
トＧ1（図４（Ｃ））が設定される（ステップＳ１）。
そして、送受信部２８が駆動されて超音波探触子１８か
ら所定の周期で超音波パルスが繰り返して送信され、こ
の超音波パルスが融着継手１２の厚さ方向（径方向）に
入射される（ステップＳ２）。これにより、融着継手１
２と管１４の厚み内から反射波Ｓ1乃至Ｓ5が周期的に得
られることになる。なお、ゲートＧ1は、送信された超
音波パルスの残響直後に、ノイズの影響で反射波Ｓ1の
信号が検出不能とならないような小さな幅で設定される
ようになっている。
【００３６】次に、信号検出手段４２２によりゲートＧ
1を通過した信号が検出されると共に、この検出された
信号のレベルと予め実験により求めた基準レベル（検出
された信号とノイズとを識別するためのレベル）とが比
較手段４２３により比較され、超音波探触子１８が融着
継手１２の外周面に適正に接触しているか否かが判定さ
れる（ステップＳ５）。すなわち、信号レベルが所定値
以下のときは、超音波探触子１８が融着継手１２の外周
面に適正に接触していると判定され、信号レベルが所定
値を超えているときは、超音波探触子１８が融着継手１
２の外周面に適正に接触していないと判定される。そし
て、適正に接触していないと判定されると（ステップＳ
５でＮＯ）、カプラ材警告部３０が駆動される（ステッ
プＳ７）。なお、これは何回分かの反射波Ｓ1が継続的
に高レベルになったとき、超音波探触子１８が融着継手
１２の外周面に適正に接触していないと判定するように
してもよい。
【００３７】超音波探触子１８が融着継手１２の外周面
に適正に接触しているときは（ステップＳ５でＹＥ
Ｓ）、ゲート設定手段４２１により溶融層６０の上部界
面６０１からの反射波（界面反射波）Ｓ2に対応する時
間にゲートＧ2（図４（ｃ））が設定され（ステップＳ
９）、続いて電力供給部２６が駆動されて第１，第２の
ヒータ部材５２，５４への通電が開始される（ステップ
Ｓ１１）。この第１，第２のヒータ部材５２，５４への
通電によって融着継手１２と管１４，１６との接合部の
溶融が開始される。なお、ステップＳ９におけるゲート
Ｇ2は、ノイズの影響を受けないような小さな幅に設定
されるようになっている。また、このゲートＧ2は、材
質及び内部温度を考慮して予め記憶されている融着継手
１２内部の超音波の伝搬速度と、融着継手１２の外周面
から溶融層６０，６２の上部界面６０１，６０２までの
距離（の２倍）とに基づいて算出される超音波パルスの
入射時点からの遅れ時間に設定されるようになってい
る。
【００３８】すなわち、ゲートＧ2は、溶融層６０，６
２の上部界面６０１，６２１が融着継手１２の外周面か
ら所定距離にあるか否かを判定するための基準情報とな
るものである。そして、この融着継手１２の外周面から
溶融層６０，６２の上部界面６０１，６２１までの距離
は、後述するように第１，第２のヒータ部材５２，５４
の発熱が停止された後の溶融層６０，６２の余熱により
厚さが増加する分を見込んで短めに設定される。
【００３９】なお、融着継手１２と管１４，１６内部の
温度分布が異なっている場合もあり、このような場合
は、融着継手１２と管１４，１６の中を超音波が伝搬す
るとき、温度の変化により伝搬速度が変化するが、この
変化を数値解析や実験的に求めた温度分布から補正する
ことも可能である。
【００４０】そして、上記のようにして設定したゲート
Ｇ2を通過する信号が存在するときには信号検出手段４
２２によりその信号が検出され（ステップＳ１３）、こ
の検出された信号のレベルと予め実験的に求めた基準レ
ベル（検出された信号とノイズとを識別するためのレベ
ル）とが比較手段４２３により比較され、溶融が進行し
て溶融層６０の上部界面６０１が融着継手１２の外周面
から所定距離に達したか否かが判定される（ステップＳ
１５）。すなわち、検出された信号のレベルが基準レベ
ル以上のとき、溶融層６０の上部界面６０１が融着継手
１２外周面から設定した距離にあることになるので、点
灯報知部３２及び音響報知部３４が一定時間だけ駆動さ
れると共に、電力供給部２６の駆動が停止されて融着作
業が終了する（ステップＳ１７）。
【００４１】なお、電力供給部２６の駆動が停止されて
も、溶融層６０，６２は樹脂の溶融温度以下になるまで
溶融が進行して厚さが増加するので、ゲートＧ2は樹脂
の余熱により溶融層６０，６２の厚さが増加する分を見
込んで（すなわち、溶融層６０，６２の最終の厚さから
余熱により増加する分を差し引いた厚さに対応して）設
定されている。また、電力供給部２６の駆動が停止され
るときには、超音波パルスを送受信する送受信部２８の
駆動も停止される。
【００４２】一方、信号検出手段４２２により信号が検
出されないときや検出した信号のレベルが基準レベル未
満のときは、まだ溶融層６０の上部界面６０１が所定距
離に達していないことになるので、信号検出手段４２２
により基準レベル以上の信号が検出されるまでステップ
Ｓ１３，１５の動作が繰り返し実行される。
【００４３】なお、各反射波の信号検出は、複数の超音
波パルスにより複数回繰り返して実行され、平均値等で
判定処理が行われる。また、波形表示部３６に反射波波
形を表示しようとするときは、融着作業を開始する前に
操作部３８の波形表示指示ボタンＷＢをＯＮすることに
より、波形表示部３６に反射波波形が表示される。ま
た、ＣＰＵ４２にプリンタを接続しておき、反射波波形
を記録紙にプリントすることも可能である。さらに、Ｃ
ＰＵ４２に反射波波形メモリを接続して反射波波形を記
憶させると共に、反射波波形メモリから読み出した反射
波波形を通信回線等を介して管理拠点等に送信すること
も可能である。
【００４４】本発明は、上記のように、融着継手１２と
管１４，１６との接合部における溶融層６０，６２の厚
さが所定値に達したか否かを確認しながら第１，第２の
ヒータ部材５２，５４を発熱させ、溶融層６０，６２の
厚さが所定値に達したときに第１，第２のヒータ部材５
２，５４の発熱を停止させるようにしているので、溶融
層６０，６２の厚さを正確に管理することができ、管路
工事を効率的に行うことが可能となるが、以下に述べる
ような種々の変形が可能である。
【００４５】（１）上記実施形態では、融着継手１２の
外周面から超音波パルスを入射して溶融層６０，６２の
上部界面６０１，６２１からの反射波Ｓ2により溶融層
６０，６２が所定厚さに達したか否かを確認するように
しているが、溶融層６０，６２の下部界面６０２，６２
２からの反射波（界面反射波）Ｓ4により溶融層６０，
６２が所定厚さに達したか否かを確認することもでき
る。なお、溶融層６０，６２の上部界面６０１，６２１
からの反射波Ｓ2による場合は、融着継手１２の外周面
からの距離が近いことから反射波Ｓ4の場合に比べてノ
イズの影響を受けにくいという利点があるが、反射波Ｓ
4の場合でも溶融層６０，６２の厚さを的確に確認する
ことが可能である。すなわち、溶融層６０，６２は、第
１，第２のヒータ部材５２，５４への通電中は流体であ
るため、融着継手１２との界面及び管１４，１６との界
面での音響インピーダンスの差が大きくなり、反射波Ｓ
2，Ｓ4は共に大きなエネルギーを有しているからであ
る。
【００４６】（２）上記実施形態では、超音波パルスを
融着継手１２の外周面から厚さ方向に入射して溶融層６
０，６２の上部界面６０１，６２１からの反射波Ｓ2に
より溶融層６０，６２が所定厚さに達したか否かを確認
するようにしているが、管１４，１６の内部に超音波探
触子１８を挿入可能な場合は、管１４，１６の内周面か
ら厚さ方向に超音波パルスを入射して溶融層６０，６２
の下部界面６０２，６２２からの反射波（反射波Ｓ2に
相当する反射波）により溶融層６０，６２が所定厚さに
達したか否かを確認するようにしてもよい。勿論、上部
界面６０１，６２１からの反射波（反射波Ｓ4に相当す
る反射波）により確認することもできる。
【００４７】このように、管１４，１６の内周面から超
音波パルスを入射する場合は、融着継手１２の場合と同
様にして管１４，１６内部の超音波の伝搬速度を設定す
ればよい。また、走査部２０の形状は管１４，１６の内
周面に適合するようにしておけばよい。また、超音波探
触子１８を直接手で把持して管１４，１６の内周面に接
触させるようにしてもよい。勿論、融着継手１２の外周
面から超音波パルスを入射する場合でも、超音波探触子
１８を直接手で把持して融着継手１２の外周面に接触さ
せることもできる。
【００４８】（３）上記実施形態では、溶融層６０，６
２の上部界面６０１，６２１からの反射波Ｓ2により溶
融層６０，６２が所定厚さに達したか否かを確認するよ
うにしているが、上部界面６０１，６２１からの反射波
Ｓ2と、下部界面６０２，６２２からの反射波Ｓ4とから
溶融層６０，６２の厚さを算出するようにしてもよい。
この場合、例えば、算出した溶融層６０，６２の厚さを
基準厚さ（基準情報）と比較し、算出した厚さが基準厚
さ以上の場合は融着作業を終了し、反射波Ｓ2，Ｓ4が検
出できないときや算出した厚さが基準厚さ未満の場合は
融着作業を継続すればよい。この場合は、ＣＰＵ４２
に、溶融層６０，６２の厚さを算出する手段、算出した
厚さと基準厚さとを比較して所定厚さになったか否かを
判定する手段等の機能実現手段を備えるようにしておけ
ばよい。このように溶融層６０，６２の厚さを算出する
場合でも、超音波パルスを管１４，１６の内周面から入
射することも可能である。
【００４９】（４）上記実施形態では、溶融層６０，６
２の上部界面６０１，６２１からの反射波Ｓ2により溶
融層６０，６２が所定厚さに達したか否かを確認するよ
うにしているが、上部界面６０１，６２１からの反射波
Ｓ2と第１，第２のヒータ部材５２，５４からの反射波
Ｓ3とから上部界面６０１，６２１と第１，第２のヒー
タ部材５２，５４間の厚さを算出するようにしてもよ
い。この場合、例えば、算出した厚さを基準厚さ（基準
情報）と比較し、算出した厚さが基準厚さ以上の場合は
融着作業を終了し、反射波Ｓ2が検出できないときや算
出した厚さが基準厚さ未満の場合は融着作業を継続すれ
ばよい。この場合は、ＣＰＵ４２に、上部界面６０１，
６２１と第１，第２のヒータ部材５２，５４間の厚さを
算出する手段、算出した厚さと基準厚さとを比較して所
定厚さになったか否かを判定する手段等の機能実現手段
を備えるようにしておけばよい。
【００５０】また、第１，第２のヒータ部材５２，５４
からの反射波Ｓ3と下部界面６０２，６２２からの反射
波Ｓ4とから第１，第２のヒータ部材５２，５４と下部
界面６０２，６２２間の厚さを算出するようにしてもよ
い。この場合も、例えば、算出した厚さを基準厚さ（基
準情報）と比較し、算出した厚さが基準厚さ以上の場合
は融着作業を終了し、反射波Ｓ4が検出できないときや
算出した厚さが基準厚さ未満の場合は融着作業を継続す
ればよい。この場合、ＣＰＵ４２に、第１，第２のヒー
タ部材５２，５４と下部界面６０２，６２２間の厚さを
算出する手段、算出した厚さと基準厚さとを比較して所
定厚さになったか否かを判定する手段等の機能実現手段
を備えるようにしておけばよい。このように溶融層６
０，６２の上部界面６０１，６２１又は下部界面６０
２，６２２と第１，第２のヒータ部材５２，５４間の厚
さを算出する場合でも、超音波パルスを管１４，１６の
内周面から入射するようにしてもよい。
【００５１】（５）上記実施形態では、融着継手１２の
口径が変わる等して融着継手１２の厚さが変わると、融
着継手１２外周面から溶融層６０，６２の上部界面６０
１，６２１又は下部界面６０２，６２２までの距離が異
なることになるため、融着継手１２の厚さ（口径）に対
応して反射波を検出するためのゲートの設定位置を変更
する必要がある。そのため、融着装置１０に融着継手１
２の厚さに対応してゲートの設定位置を変更する切換え
スイッチ等の切換え手段を設けておいたり、融着継手１
２の外周面等に貼着してあるバーコードを読み取る等し
て自動的に融着継手１２の厚さ等のデータが入力される
ようにしておくと、融着継手１２の口径が変わる等して
融着継手１２の厚さが変わった場合でも対応が可能とな
る。なお、管１４，１６の内周面から超音波パルスを入
射する場合には、管１４，１６の口径の変更等による厚
さの変更に対応して上記と同様にしてゲートの設定位置
が変更されるようにしておけばよい。
【００５２】（６）上記実施形態では、融着継手１２内
部や管１４，１６内部の超音波の伝搬速度が材質及び温
度を考慮して予め記憶されているが、切換えスイッチ等
の切換え手段を設け、周囲温度や融着継手１２等の外周
面の温度に応じて切換え手段を切り換えたり、融着継手
１２等の周辺や融着継手１２等の外周面に温度センサを
設置しておき、この温度センサからの温度データが自動
的にＣＰＵ４２に取り込まれるようにして融着作業時の
実際の温度に応じた最適の伝搬速度に設定できるように
することも可能である。
【００５３】（７）上記実施形態では、融着装置１０
は、融着継手１２の内側に管１４，１６の端部を挿入す
ることにより融着継手１２と管１４，１６とを融着する
ようにした融着構造のものに適用しているが、融着継手
１２を管１４，１６端部の内側に挿入して融着する等の
他の融着構造のものにも適用可能である。
【００５４】（８）上記実施形態では、融着装置１０
は、第１，第２のヒータ部材５２，５４に通電させて発
熱させるようにしているが、第１，第２のヒータ部材５
２，５４を例えば網目状に形成しておき、この第１，第
２のヒータ部材５２，５４に外部から電磁波を照射し、
各ヒータ部材５２，５４内に生じる渦電流により発熱さ
せるようにすることも可能である。この場合、融着装置
１０に電磁波照射手段を備えておけばよい。要は、第
１，第２のヒータ部材５２，５４が電気的に発熱される
ようになっておればよい。
【００５５】（９）上記実施形態では、超音波パルスに
よる反射波を受信して溶融層が所定厚さに達したか否か
を確認するようにしているが、例えば、Ｘ線や核磁気共
鳴等を利用して融着継手１２と管１４，１６の内部断面
像（内部断面情報）を得、この得た内部断面情報に含ま
れる情報と基準情報とを比較して溶融層が所定厚さに達
したか否かを確認することも可能である。例えば、Ｘ線
を利用する場合、微量のＸ線を例えば融着継手１２の外
周面又は管１４，１６の内周面から厚さ方向に照射し、
透過したＸ線を写真フィルムに感光させて得た写真フィ
ルム面の濃淡等により溶融層６０，６２の厚さを検出す
る一方、その厚さと基準厚さ（基準情報）とを比較し、
検出した厚さが基準厚さに達したときにヒータ部材の発
熱を停止させるようにすればよい。
【００５６】要は、超音波やＸ線等を利用して溶融途中
における溶融層６０，６２の厚さに関連する情報（融着
継手１２の外周面から溶融層６０，６２の上部界面６０
１，６２１までの距離、溶融層６０，６２の厚さ、融着
継手１２の外周面から溶融層６０，６２の下部界面６０
２，６２２までの距離、管１４，１６の内周面から溶融
層６０，６２の下部界面６０２，６２２までの距離、管
１４，１６の内周面から溶融層６０，６２の上部界面６
０１，６２１までの距離に関連する情報）を得ると共
に、その得た情報と基準情報（所要の接合力が得られる
溶融層６０，６２の厚さから第１，第２のヒータ部材５
２，５４の発熱が停止された後の余熱により増加する厚
さ分を差し引いた厚さの溶融層６０，６２に関するもの
で、融着継手１２の外周面から溶融層６０，６２の上部
界面６０１，６２１までの距離、溶融層６０，６２の厚
さ、融着継手１２の外周面から溶融層６０，６２の下部
界面６０２，６２２までの距離、管１４，１６の内周面
から溶融層６０，６２の下部界面６０２，６２２までの
距離、管１４，１６の内周面から溶融層６０，６２の上
部界面６０１，６２１までの距離に関連する情報）とを
比較して溶融層６０，６２の厚さを判定し、溶融層６
０，６２が所定厚さに達したときに第１，第２のヒータ
部材５２，５４の発熱を停止させるようになっておれば
よい。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び２の
発明によれば、溶融途中の融着継手と管の厚さ方向にお
ける内部断面情報を非破壊で得ると共に、この得られた
内部断面情報に含まれる接合部に形成された溶融層の厚
さに関連する情報と基準情報とを比較して該溶融層が所
定厚さに達したか否かを判定し、該溶融層が所定厚さに
達したときに前記ヒータ部材の発熱を停止させるように
しているので、融着継手と管との接合部における溶融層
の厚さを正確に管理することができ、その結果、管路工
事を効率的に行うことが可能となる。
【００５８】また、請求項３及び４の発明によれば、ヒ
ータ部材を電気的に発熱させて融着継手と管との接合部
を溶融する溶融手段と、溶融途中の融着継手と管の厚さ
方向における内部断面情報を非破壊で得る内部断面情報
検出手段と、得られた内部断面情報に含まれる接合部に
形成された溶融層の厚さに関連する情報と基準情報とを
比較して溶融層が所定厚さに達したか否かを判定する判
定手段と、溶融層が所定厚さに達したときに溶融手段の
駆動を停止する制御手段とを備えているので、融着継手
と管との接合部における溶融層の厚さを正確に管理する
ことができ、その結果、管路工事を効率的に行うことの
できる装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電気融着方法が適用さ
れた融着装置の外観斜視図である。
【図２】図１に示す融着装置の制御ブロック図である。
【図３】融着継手と管との融着構造を説明する断面図で
ある。
【図４】融着継手の厚さ方向に超音波パルスを入射した
ときに得られる反射波と各反射波の反射部位との関係を
模式的に示す図で、（ａ）は融着継手と管の縦断面図、
（ｂ）は反射波の波形図、（ｃ）はゲートの設定状態を
示す図である。
【図５】図１に示す融着装置の動作を説明するためのフ
ローチャートである。
【図６】従来例の融着継手の構造を説明する外観斜視図
である。
【符号の説明】
１０ 融着装置 １２ 融着継手 １４，１６ 管 １８ 超音波探触子（内部断面情報検出手段） ２０ 走査部 ２２ 装置本体 ２６ 電力供給部（溶融手段） ２８ 送受信部（内部断面情報検出手段） ３０ カプラ材警告部 ３２ 点灯報知部 ３４ 音響報知部 ３６ 波形表示部 ５２ 第１のヒータ部材 ５４ 第２のヒータ部材 ６０，６２ 溶融層 ４２１ ゲート設定手段（判定手段） ４２２ 信号検出手段（判定手段） ４２３ 比較手段 ４２４ ヒータ制御手段 ６０１，６２１ 溶融層の上部界面 ６０２，６２２ 溶融層の下部界面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ヒータ部材が埋設された合成樹脂製の融
    着継手と、合成樹脂製の管とを、電気的に発熱させた前
    記ヒータ部材で前記融着継手と前記管との接合部を溶融
    することにより融着する方法であって、前記融着継手と
    前記管の厚さ方向における内部断面情報を溶融期間中、
    周期的に非破壊で得ると共に、各周期において得られる
    内部断面情報に含まれ、前記接合部に形成される溶融層
    の厚さに関連する情報と基準情報とを比較して該溶融層
    が所定厚さに達したか否かを判定し、該溶融層が所定厚
    さに達したときに前記ヒータ部材の発熱を停止させるこ
    とを特徴とする電気融着方法。
  2. 【請求項２】 前記内部断面情報は、超音波パルスを前
    記融着継手と前記管の厚さ方向に入射し、厚み内からの
    反射波を受信することにより得るものであり、前記溶融
    層の厚さに関連する情報は、前記反射波に含まれる前記
    溶融層の一方側の界面からの界面反射波を受信するまで
    の時間情報であり、前記基準情報は、前記溶融層が所定
    厚さに達した場合における前記界面反射波を通過させる
    べく設定されたゲートに対する設定時間であることを特
    徴とする請求項１記載の電気融着方法。
  3. 【請求項３】 ヒータ部材が埋設された合成樹脂製の融
    着継手と、合成樹脂製の管とを電気融着する装置であっ
    て、前記ヒータ部材を電気的に発熱させて前記融着継手
    と前記管との接合部を溶融する溶融手段と、前記融着継
    手と前記管の厚さ方向における内部断面情報を溶融期間
    中、周期的に非破壊で得る内部断面情報検出手段と、各
    周期において得られる前記内部断面情報に含まれ、前記
    接合部に形成される溶融層の厚さに関連する情報と基準
    情報とを比較して該溶融層が所定厚さに達したか否かを
    判定する判定手段と、前記溶融層が所定厚さに達したと
    きに前記溶融手段の駆動を停止する制御手段とを備えた
    ことを特徴とする電気融着装置。
  4. 【請求項４】 前記内部断面情報検出手段は、超音波探
    触子から前記融着継手と前記管の厚さ方向に超音波パル
    スを繰り返し入射させると共に、厚み内からの反射波を
    受信する送受信部を備え、前記判定手段は、受信された
    反射信号の一部を選択的に通過させるゲートと、前記溶
    融層が所定厚さに達した場合における前記反射波に含ま
    れる該溶融層の一方側の界面からの界面反射波を通過さ
    せるべく前記超音波パルスの入射時点からの経過時間に
    前記ゲートを設定するゲート設定手段と、前記ゲートを
    通過した信号の有無を検出する信号検出手段とを備えた
    ことを特徴とする請求項３記載の電気融着装置。
JP9317476A 1997-11-18 1997-11-18 電気融着方法及びその装置 Withdrawn JPH11147258A (ja)

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