JPH11153583A - 融着状態診断方法及びその装置 - Google Patents

融着状態診断方法及びその装置

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JPH11153583A
JPH11153583A JP9317475A JP31747597A JPH11153583A JP H11153583 A JPH11153583 A JP H11153583A JP 9317475 A JP9317475 A JP 9317475A JP 31747597 A JP31747597 A JP 31747597A JP H11153583 A JPH11153583 A JP H11153583A
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ultrasonic
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Hideki Bai
秀樹 倍
Akiya Shibuya
昭哉 渋谷
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Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２本の合成樹脂製の管の端面同士が突き合わ
されて融着接合されることにより形成された融着層の融
着状態を正確に診断することができるようにする。 【解決手段】 ２本の管１２，１４の外周面における融
着層１６の両側に超音波探触子１８，２０を設置し、各
管１２，１４の肉厚内の融着層１６に向けて所定の入射
角で超音波パルスを交互に入射し、各入射波に対応して
管１２，１４の肉厚内からの反射波を受信する。そし
て、受信した各反射波に含まれる融着層１６の界面反射
波を受信するまでの時間と、融着層１６が融着状態を良
と判定し得る幅に形成されている場合における各界面反
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
間とを比較して融着状態の良否を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２本の合成樹脂製
の管の端面同士が突き合わされて融着接合されることに
より形成される融着層の融着状態を診断する融着状態診
断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、例えば、図６に示すように、接合
する管１０１，１０２の各端面を加熱溶融した状態で互
いに突き合わせて融着するようにしている。このような
融着構造では、溶融した樹脂が硬化することにより接合
部に融着層１０３が形成され、その融着層１０３の幅Ｗ
が必要な接合力を得るために管１０１，１０２の口径に
応じた所定寸法になるようにされる。この融着層１０３
は、接合時の押圧力で溶融した樹脂が管１０１，１０２
の外周面側及び内周面側に押し出されることにより、そ
れぞれ膨出部１０４，１０５が形成される。
【０００３】なお、融着層１０３の幅Ｗは、管の外周面
側の膨出部１０４において所定寸法になっていても、管
の肉厚内や内周面側の膨出部１０５において所定寸法に
なっていないと接合力が低下することになる。そのた
め、一方の管１０１の外周面に超音波探触子１０６を接
触させ、矢印Ａで示すように、他方の管１０２側の内周
面側の膨出部１０５に向けて斜め方向に超音波パルスを
入射し、その受信した反射波に含まれる膨出部１０５か
らの反射信号により融着状態の良否を判定するようにし
ている。すなわち、超音波パルスを入射してから膨出部
１０５までの規定距離に対応する時間に反射信号を受信
したときは融着状態が良であると判定し、受信できない
ときは融着状態が不良であると判定するようにしてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記融着状
態の良否判定では、膨出部１０５からの反射信号により
良否判定を行うようにしているので、膨出部１０５に隣
接した融着層１０３の形成されていない管１０２内周面
からの反射信号との区別がつきにくく、融着不足で融着
層１０３の幅寸法が短くなっている場合でも管１０２内
周面からの反射信号により誤って融着層１０３の幅寸法
が所定値になっていると判定してしまう虞がある。ま
た、上記の融着状態の良否判定では、管１０２に形成さ
れている融着層１０３の位置を確認しているだけで、管
１０１に形成されている融着層１０３の位置を確認する
ようにしていないので、この点でも良否判定を誤る虞が
ある。
【０００５】従って、本発明は、２本の合成樹脂製の管
の端面同士が突き合わされて融着接合されることにより
形成される融着層の融着状態を正確に診断することがで
きる融着状態診断方法及びその装置を提供することを目
的とする。
【０００６】
【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、２本の合成樹脂製の管の端
面同士が突き合わされて融着接合されることにより形成
される融着層の融着状態を診断する方法であって、前記
各管の周面から管の肉厚内の融着層に向けて所定の入射
角で超音波パルスをそれぞれ入射し、各入射波に対応し
て前記肉厚内からの反射波を受信するステップと、受信
した各反射波に含まれる前記融着層の幅に関連する情報
と基準情報とを比較して融着状態の良否を判定するステ
ップとを備えたことを特徴としている。
【０００７】上記方法によれば、各管の周面から管の肉
厚内の融着層に向けて所定の入射角で超音波パルスがそ
れぞれ入射され、超音波パルスの各入射波に対応して肉
厚内からの反射波が受信される。そして、受信された各
反射波に含まれる融着層の厚さに関連する情報と基準情
報とが比較され、融着状態の良否が判定される。この結
果、融着層の融着状態の良否が正確に診断可能となる。
【０００８】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、前記融着層の幅に関連する情報が、
前記各反射波に含まれる前記融着層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、前記融着層が融着状態を良と判定し得る幅に形成さ
れている場合における前記各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。
【０００９】上記方法によれば、融着層の幅に関連する
情報である各反射波に含まれる融着層の界面からの界面
反射波を受信するまでの時間が、それぞれゲートの設定
時間内にあるときに融着状態が良と判定される。
【００１０】また、請求項３に係る発明は、２本の合成
樹脂製の管の端面同士が突き合わされて融着接合される
ことにより形成される融着層の融着状態を診断する装置
であって、前記各管の周面から管の肉厚内の融着層に向
けて所定の入射角で超音波パルスをそれぞれ入射し、各
入射波に対応して前記肉厚内からの反射波を受信する２
つの超音波探触子を有する送受信手段と、受信した各反
射波に含まれる前記融着層の幅に関連する情報と基準情
報とを比較して融着状態の良否を判定する判定手段とを
備えたことを特徴としている。
【００１１】上記構成によれば、各管の周面に超音波探
触子が配置され、これにより管の肉厚内の融着層に向け
て所定の入射角で超音波パルスがそれぞれ入射され、超
音波パルスの各入射波に対応して肉厚内からの反射波が
受信される。そして、受信された各反射波に含まれる融
着層の幅に関連する情報と基準情報とが比較され、融着
状態の良否が判定される。この結果、融着層の融着状態
の良否が正確に診断可能となる。
【００１２】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、前記融着層が
融着状態を良と判定し得る幅に形成されている場合にお
ける前記各反射波に含まれる該融着層の界面からの界面
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。
【００１３】上記構成によれば、融着層が融着状態を良
と判定し得る幅に形成されている場合における該融着層
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
融着層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融着状態が良と判定される。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
融着層の融着状態診断方法が適用された診断装置の構成
を示す図で、診断装置１０を用いて２本の管１２，１４
の接合部における融着層１６の融着状態を診断するとき
の状態を示している。なお、この図では、管１２，１４
は、管を長手方向に沿って切断した場合の管の肉厚部分
を示している。
【００１５】診断装置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２つの超音波探触子１８，
２０の取り付けられたセンサ部２２と、超音波探触子１
８，２０から超音波パルスを送信させると共に、超音波
探触子１８，２０で受信した反射波に基づいて融着状態
の良否判定を行う装置本体２４とを備えている。
【００１６】センサ部２２は、ロッド状の支持体２４に
一方の超音波探触子１８が移動不能に取り付けられ、他
方の超音波探触子２０が一方の超音波探触子１８に対す
る接離方向に移動可能に取り付けられて構成されてい
る。また、センサ部２２は、超音波探触子２０の移動距
離に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器を備えており、
抵抗値の変化に対応して２つの超音波探触子１８，２０
間の距離が測定可能となっている。なお、超音波探触子
２０の移動距離に応じて静電容量や磁気等の他の物理量
が変化することにより超音波探触子１８，２０間の距離
が測定できるようにされていてもよい。また、超音波探
触子１８も超音波探触子２０と同様に支持体２４に対し
て移動可能となっていてもよい。
【００１７】また、２つの超音波探触子１８，２０は、
内部に配設されている各振動子１８１，２０１が上部の
回動支点を中心にして管１２，１４の長手方向に沿って
首振り可能に取り付けられると共に、モータ１８２，２
０２により支持体２４に対する取付け角度が調節できる
ように構成されている。これにより、超音波探触子１
８，２０から送信される超音波パルスの管１２，１４に
対する入射角が調節可能となっている。
【００１８】装置本体２４は、超音波探触子１８，２０
から超音波パルスを交互に送信する一方、この送信に対
応して超音波探触子１８，２０により受信した反射波に
よるアナログ信号を増幅し、この増幅したアナログ信号
をデジタル信号に変換する送受信部２６と、超音波探触
子１８，２０と管１２，１４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２８と、２本の管１
２，１４の融着層１６の幅寸法が所定値に達していない
ときに警報を発する融着幅報知部３０と、管１２，１４
の接合面における小石や気泡等の異物の存在を報知する
異物報知部３２と、融着層１６の融着状態の良否を報知
する融着報知部３４と、融着層１６の融着状態の不良時
に警報を発する警報ブザー３６と、超音波探触子１８，
２０で受信された反射波の波形を表示する波形表示部３
８と、電源スイッチＰＳ、スタートボタンＳＢ、波形メ
モリ駆動ボタンＭＢ、波形表示指示ボタンＷＢが設置さ
れた操作部３９と、装置全体の動作を制御する制御部４
０とを備えている。なお、装置本体２４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。
【００１９】図２は、診断装置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（異物の有無判定及び融着状態の良否判定も含む）
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。
【００２０】ＣＰＵ４２には、送受信部２６が接続され
ている。この送受信部２６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２６１と、このトリガ
信号発生部２６１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２６２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した超音波探触子１
８，２０と、送受波兼用の超音波探触子１８，２０から
の受信信号を増幅する増幅部２６３と、この増幅部２６
３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２６４とを備え
ている。なお、超音波探触子１８，２０は、切換回路２
６５，２６６を介してパルス発生部２６２及び増幅部２
６３に接続されている。この切換回路２６５，２６６
は、一定数の超音波パルスを送信し、その反射波を受信
する毎に制御部４０からの制御信号により交互に切り換
えられるようになっている。
【００２１】また、ＣＰＵ４２には、駆動回路部２８１
を介してＬＥＤ（Light Emitting Diode）等からなるカ
プラ材警告部２８が接続され、駆動回路部３０１を介し
てＬＥＤ等からなる融着幅報知部３０が接続されてい
る。また、ＣＰＵ４２には、駆動回路部３２１を介して
ＬＥＤ等からなる異物報知部３２が接続され、駆動回路
部３４１を介してＬＥＤ等からなる融着報知部３４が接
続され、駆動回路部３６１を介して圧電素子等からなる
警報ブザー３６が接続されている。カプラ材警告部２８
は、管１２，１４の外周面からの超音波パルスの反射レ
ベルが大きいとき、超音波探触子１８，２０の送波面に
おけるゼリー状のカプラ材の注入量が不足していると見
做してＬＥＤ等を点灯する。融着幅報知部３０は、融着
が不十分で融着層１６の幅寸法が所定値よりも小さいと
きに赤色のＬＥＤ等を点灯する。異物報知部３２は、管
１２，１４の接合面に異物が検出されたときに赤色のＬ
ＥＤ等を点灯する。また、融着報知部３４は、融着層１
６の融着状態が良と判定されたときに青色のＬＥＤ等を
点灯し、融着状態が不良と判定されたときに赤色のＬＥ
Ｄ等を点灯する。また、融着状態が不良と判定されたと
きには併せて警報ブザー３６が動作するようになってい
る。
【００２２】また、ＣＰＵ４２には、駆動回路部３８１
を介してＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等からなる
波形表示部３８が接続されると共に、操作部３９の各種
スイッチが接続され、波形表示指示ボタンＷＢのＯＮ操
作に応じて超音波探触子１８，２０で受信された反射波
の波形を記憶するＲＡＭ等からなる波形メモリ４８が接
続されている。また、ＣＰＵ４２には、駆動回路部１８
３，２０３を介して振動子１８１，２０１の取付け角度
を調節するモータ１８２，２０２が接続されている。
【００２３】また、ＣＰＵ４２には、超音波探触子１
８，２０で受信された反射信号の一部を選択的に通過さ
せるゲート手段４２０、管１２，１４の肉厚内における
所定箇所からの反射信号を通過させるべく超音波パルス
の入射時点からの経過時間に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、
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、管１２，１４の厚さ
方向に超音波パルスを入射し、受信した管１２，１４の
内周面からの反射信号に基づいて管１２，１４の厚さ
（肉厚）を算出する管厚算出手段４２４、及び、振動子
１８１，２０１の管１２，１４外周面に対する角度（す
なわち、超音波の入射角）を算出する角度算出手段４２
５の各機能実現手段を備えている。
【００２４】次に、診断装置１０の動作原理について説
明する。いま、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２本の管１２，１４は、図３に模式的に示すように、
各端面が加熱溶融された状態で突き合わされて接合され
る結果、その接合面に管の長手方向に沿って所定幅の融
着層１６が形成される。この融着層１６は、溶融した樹
脂が突合せ時の押圧力で管１２，１４の外周面側及び内
周面側に押し出されて周方向全域にそれぞれ膨出部１６
１，１６２が形成された形状を有している。
【００２５】ここで、管１２，１４の肉厚内における融
着層１６の管１２側の界面（一方界面）１６３及び管１
４側の界面（他方界面）１６４の、２本の管１２，１４
の接合面１６５からの距離が特定できれば融着層１６の
管１２，１４の肉厚内における幅Ｗ´の寸法を算出する
ことができ、それにより融着状態の良否を正確に判定す
ることができる。すなわち、管１２，１４の肉厚内にお
ける融着層１６の幅Ｗ´が管の口径に応じた規定範囲内
に存在している場合は所定の接合力が得られることから
融着状態を良と判定することができ、規定範囲よりも小
さい場合は所定の接合力が得られないことから融着不良
と判定することができる。また、規定範囲よりも大きい
場合は過溶融により管１２，１４が変形している虞があ
るので融着不良と判定することが好ましい。なお、融着
層１６の一方界面１６３及び他方界面１６４は、接合面
１６５を境にして通常は略等距離にあると見做すことが
できる。また、等距離でない場合であっても、融着層１
６の幅Ｗ´の寸法によって融着状態の良否を判定するこ
とができる。
【００２６】一方、管１２，１４の上記融着構造におい
て、超音波探触子１８をゼリー状のカプラ材を介して一
方の管１２の外周面に融着層１６の膨出部１６１に接し
た状態で配置すると共に、超音波探触子２０をゼリー状
のカプラ材を介して他方の管１４の外周面に融着層１６
の膨出部１６１に接した状態で配置し、矢印Ａ1で示す
ように、超音波探触子１８から管１２，１４の肉厚内の
融着層１６に向けて所定の入射角で斜め方向に超音波パ
ルスを入射すると、図４（ａ）の縦軸をレベルとし、横
軸を時間とした座標領域において、一方の管１２の外周
面で反射波Ｓ1が、融着層１６の一方界面１６３で反射
波Ｓ2が、管１２，１４の接合面１６５で反射波Ｓ3が、
融着層１６の他方界面１６４で反射波Ｓ4が、他方の管
１４の内周面で反射波Ｓ5がそれぞれ発生する。
【００２７】また、矢印Ａ2で示すように、超音波探触
子２０から管１２，１４の肉厚内の融着層１６に向けて
所定の入射角で斜め方向に超音波パルスを入射すると、
図４に示す場合と同様に、他方の管１４の外周面で反射
波Ｓ1が、融着層１６の他方界面１６４で反射波Ｓ2が、
管１２，１４の接合面１６５で反射波Ｓ3が、融着層１
６の一方界面１６３で反射波Ｓ4が、一方の管１２の内
周面で反射波Ｓ5がそれぞれ発生する。なお、各超音波
探触子１８，２０から入射される超音波パルスの指向幅
は、できるだけ狭くしぼられていることが好ましい。
【００２８】また、超音波パルスが入射されてから各反
射波Ｓ1乃至Ｓ5が得られるまでの時間は、一方の管１２
側については、超音波パルスの入射点Ｐ1から管１２の
外周面までの斜め方向の距離、上記入射点Ｐ1から融着
層１６の一方界面１６３までの斜め方向の距離、上記入
射点Ｐ1から融着層１６の他方界面１６４までの斜め方
向の距離、及び上記入射点Ｐ1から管１４の内周面まで
の斜め方向の距離、並びに、カプラ材、管１２，１４及
び融着層１６の各内部における超音波の伝搬速度によっ
て定まる。
【００２９】同様に、他方の管１４側については、超音
波パルスの入射点Ｐ2から管１４の外周面までの斜め方
向の距離、上記入射点Ｐ2から融着層１６の他方界面１
６４までの斜め方向の距離、上記入射点Ｐ2から融着層
１６の一方界面１６３までの斜め方向の距離、及び上記
入射点Ｐ2から管１２の内周面までの斜め方向の距離、
並びに、カプラ材、管１２，１４及び融着層１６の各内
部における超音波の伝搬速度によって定まる。
【００３０】ここで、カプラ材及び管１２，１４内部の
超音波の伝搬速度は既知であるので、管１２の入射点Ｐ
1から超音波パルスを入射した後の融着層１６の一方界
面１６３からの反射波Ｓ2を受信するまでの時間、及び
管１４の入射点Ｐ2から超音波パルスを入射した後の融
着層１６の他方界面１６４からの反射波Ｓ2を受信する
までの時間をそれぞれ計測すれば、入射点Ｐ1から一方
界面１６３までの斜め方向の距離（Ｄ1と呼ぶ。）、及
び入射点Ｐ2から他方界面１６４までの斜め方向の距離
（Ｄ2と呼ぶ。）を求めることができる。
【００３１】また、超音波パルスの各入射点Ｐ1，Ｐ2に
おける管周面に対する入射角Θ1，Θ2は既知であるの
で、上記斜め方向の各距離Ｄ1，Ｄ2を管軸方向の距離
（入射点Ｐ1からの距離をＬ1、入射点Ｐ2からの距離を
Ｌ2と呼ぶ。）にそれぞれ換算することができる。ま
た、融着層１６の膨出部１６１の幅Ｗの寸法は計測可能
であるので、この膨出部１６１の幅Ｗの寸法を計測する
ことにより入射点Ｐ1と接合面１６５との間の管軸方向
の距離、及び入射点Ｐ2と接合面１６５との間の管軸方
向の距離（入射点Ｐ1からの距離をＬ3、入射点Ｐ2から
の距離をＬ4と呼ぶ。）をそれぞれ算出することができ
る。
【００３２】この結果、（Ｌ3−Ｌ1）＋（Ｌ4−Ｌ2）を
計算することにより融着層１６の管１２，１４の肉厚内
における幅Ｗ´を求めることができる。換言すれば、超
音波パルスの入射点Ｐ1，Ｐ2における入射角Θ1，Θ2は
既知として、融着層１６の膨出部１６１の厚さＷと、入
射点Ｐ1と一方界面１６３間の斜め方向の距離Ｄ1と、入
射点Ｐ2と他方界面１６４間の斜め方向の距離Ｄ2とが分
かれば、融着状態の良否を判定することが可能となる。
【００３３】なお、融着層１６の膨出部１６１の幅Ｗと
融着層１６の管の肉厚内の幅Ｗ´とは、Ｗ＞Ｗ´の関係
があるので、融着層１６の膨出部１６１の幅Ｗが薄くて
規定値を満たしていないときは、融着層１６の管の肉厚
内の幅Ｗ´も規定値を満たしていないことになる。従っ
て、幅Ｗが規定値を満たしていないときは幅Ｗ´を算出
しなくても融着不良と判定することが可能である。
【００３４】また、管１２，１４の接合面１６５からの
反射波Ｓ3のレベルにより、その接合面１６５に砂利、
小石、気泡等の異物が存在しているか否かを判定するこ
とができる。すなわち、反射波Ｓ3は、管１２，１４が
正常に接合されているときはほとんど発生せず、管１
２，１４の突合せ作業時等に砂利や小石等が隙間に入り
込んだ場合や、融着が不十分で気泡が存在する場合等に
発生するものであるからである。
【００３５】次に、上記のように構成された本発明に係
る診断装置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、融着層１６の融着
状態を診断するにあたり、センサ部２２が２つの超音波
探触子１８，２０で融着層１６の膨出部１６１を挟み込
むようにして管１２，１４にセットされる。すなわち、
一方の超音波探触子１８が管１２の外周面において膨出
部１６１に接した状態で配置され、他方の超音波探触子
２０が管１４の外周面において膨出部１６１に接した状
態で配置される（図１参照）。そして、診断装置１０の
電源スイッチＰＳがＯＮされた後、診断を開始するため
のスタートボタンＳＢがＯＮされる。
【００３６】なお、センサ部２２のセット時には、超音
波探触子１８，２０と管１２，１４との間にゼリー状の
カプラ材が注入される。また、センサ部２２のセット時
には、超音波探触子１８，２０の振動子１８１，２０１
は、その送波面が管１２，１４の外周面に平行になる位
置に移動されており、送波面から送信された超音波パル
スが管１２，１４の厚さ方向（径方向）に入射されるよ
うになっている。
【００３７】上記のようにスタートボタンＳＢがＯＮさ
れると、送信された超音波パルスの残響直後にゲート設
定手段４２１によりゲートＧ1（図４（ｂ））が設定さ
れ（ステップＳ１）、送受信部２６が駆動されて超音波
探触子１８，２０から所定の周期で超音波パルスが繰り
返し送信される（ステップＳ３）。なお、この超音波パ
ルスは、切換回路２６５，２６６が一定時間毎に切り換
えられて各超音波探触子１８，２０から交互に送信さ
れ、管１２，１４の厚さ方向（径方向）に入射される。
【００３８】次に、信号検出手段４２２により上記ゲー
トＧ1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、各超音波探触子１
８，２０が管１２，１４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１８，２０
が管１２，１４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１８，２０が管１２，１４の外周面に適正に接触し
ていないと判定される。適正に接触していないと判定さ
れたときは（ステップＳ３でＮＯ）、カプラ材警告部２
８が駆動される（ステップＳ７）。
【００３９】そして、超音波探触子１８，２０が管１
２，１４の外周面に適正に接触していると判定されると
（ステップＳ５でＹＥＳ）、続いて管１２，１４の肉厚
が計測される（ステップＳ９）。この管１２，１４の肉
厚は、超音波探触子１８，２０から管１２，１４の厚さ
方向に超音波パルスが入射され、管１２，１４の内周面
からの反射信号を受信することにより計測される。すな
わち、超音波パルスの入射時点から反射信号の受信時点
までの経過時間と、管１２，１４内の超音波の伝搬速度
とから管厚算出手段４２４により算出される。この算出
された肉厚データは一旦、メモリに記憶される。なお、
この時点で超音波パルスの送信が一旦、停止される。
【００４０】次いで、融着層１６の膨出部１６１の幅Ｗ
（融着層１６の外周面における幅）の寸法が計測される
（ステップＳ１１）。すなわち、ＣＰＵ４２から計測指
令が出されたとき、センサ部２２から２つの超音波探触
子１８，２０間の距離（膨出部１６１の幅Ｗ）に応じて
可変抵抗器の抵抗値に対応した電圧が出力されるように
なっており、これにより幅Ｗが求められるようになって
いる。そして、この膨出部１６１の幅Ｗの寸法が、適切
な値を有しているか否かが判定される（ステップＳ１
３）。
【００４１】この判定は、メモリに記憶されている管の
肉厚（管の口径と対応する。）と融着層の幅との対応表
から、ステップＳ９で計測された管１２，１４の肉厚に
対応する膨出部１６１の幅寸法が読み出され、この読み
出された規定値とステップＳ１１で計測された値とが比
較されることにより行われる。膨出部１６１の幅Ｗの寸
法が適切でないとき（ステップＳ１３でＮＯ）、融着幅
報知部３０が駆動されて例えば赤色のＬＥＤ等が点灯さ
れ、融着層１６の幅Ｗが不良である旨が報知される（ス
テップＳ１５）。なお、融着層１６の幅Ｗは、一般的に
言って、管１２，１４の肉厚が薄いときには薄くても所
定の接合力が得られるが、管１２，１４の肉厚が厚いと
きには厚くしないと所定の接合力が得られない。
【００４２】そして、膨出部１６１の幅Ｗの寸法が適正
であるとき（ステップＳ１３でＹＥＳ）、超音波探触子
１８，２０の振動子１８１，２０１が回動されて超音波
パルスの送受信角度が調節される（ステップＳ１７）。
すなわち、送信された超音波パルスが管１２，１４の接
合面１６５における管の肉厚方向の略中心付近に送信さ
れるように、振動子１８１，２０１の向きが管１２，１
４の肉厚寸法と膨出部１６１の幅Ｗの寸法とから角度算
出手段４２５により算出され、それに基づきモータ１８
２，２０２が駆動されて角度が調節される。なお、管１
２，１４の肉厚寸法及び膨出部１６１の幅寸法と、振動
子１８１，２０１の角度との関係をテーブル形式でメモ
リに記憶させておき、メモリから振動子１８１，２０１
の角度を読み出して調節するようにしてもよい。これに
より、超音波パルスの入射角Θ1，Θが定まることにな
る。
【００４３】次いで、ゲート設定手段４２１により管１
２，１４の接合面１６５からの反射波Ｓ3に対応する時
間にゲートＧ2（図４（ｂ））が設定され（ステップＳ
１９）、超音波探触子１８，２０から交互に超音波パル
スが一定時間だけ繰り返して送信され、管１２，１４の
斜め方向に所定の入射角で入射される（ステップＳ２
１）。なお、ゲートＧ2は、管１２，１４の材質及び融
着状態診断時の管１２，１４の温度を考慮して予め記憶
されている超音波の伝搬速度と、超音波パルスの入射点
Ｐ1，Ｐ2から管１２，１４の接合面１６５までの斜め方
向の距離（の２倍）とに基づいて算出される送信時点か
らの遅れ時間に設定されるようになっている。この斜め
方向の距離は、管軸方向における入射点Ｐ1，Ｐ2と接合
面１６５間の距離と、入射角Θ1，Θとから求めること
ができる。
【００４４】次に、信号検出手段４２２によりゲートＧ
2を通過した信号が存在している場合にはその信号が検
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、接合面１６５に異物が存在しているか否かが判定
される（ステップＳ２３）。すなわち、検出された信号
のレベルが例えば基準レベル以上のときは、接合面１６
５に異物が存在していると判定され、検出された信号の
レベルが例えば基準レベル未満（信号が検出されない場
合も含む。）のときは、接合面１６５に異物が存在して
いないと判定される。そして、接合面１６５に異物が存
在していると判定されたとき（ステップＳ２３でＹＥ
Ｓ）、異物報知部３２が駆動されて例えば赤色のＬＥＤ
等が点灯され、融着層１６に異物が存在している旨が報
知される（ステップＳ２５）。
【００４５】ステップ２３で接合面１６５に異物が存在
していないと判定されたとき（ステップＳ２３でＮ
Ｏ）、融着層１６の幅Ｗ´が融着状態を良と判定し得る
一定範囲内にある場合の一方界面１６３及び他方界面１
６４からの反射波Ｓ4に対応する時間にゲート設定手段
４２１によってゲートＧ3（図４（ｂ））が設定される
（ステップＳ２７）。すなわち、このゲートＧ3は、管
１２，１４の材質及び融着状態診断時の管１２，１４の
温度を考慮して予め記憶されている超音波の伝搬速度
と、超音波パルスの入射点Ｐ1，Ｐ2から融着層１６の幅
Ｗ´が融着状態を良と判定し得る一定範囲内にある場合
の界面１６３，１６４までの斜め方向の距離（の２倍）
とに基づいて算出される送信時点からの遅れ時間に設定
されるようになっている。この斜め方向の距離は、入射
点Ｐ1，Ｐ2と接合面１６５間の管軸方向における距離
と、入射角Θ1，Θとに基づいて求めることができる。
【００４６】そして、信号検出手段４２２によりゲート
Ｇ3を通過する超音波探触子１８側の信号が存在する場
合にはその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、融着層１６の一方界面１６１
が管１２の外周面の超音波パルスの入射点Ｐ1から所定
距離にあるか否かが判定される（ステップＳ２９）。す
なわち、検出された信号のレベルが基準レベル未満（信
号が検出されない場合も含む）のとき（ステップＳ２９
でＮＯ）、融着層１６の一方界面１６１が超音波パルス
の入射点Ｐ1から所定距離にないと判定され、融着報知
部３４が駆動されて例えば赤色のＬＥＤ等が点灯され、
融着不良である旨が報知される（ステップＳ３１）。
【００４７】一方、検出された信号のレベルが基準レベ
ル以上のときは（ステップＳ２９でＹＥＳ）、融着層１
６の一方界面１６３が超音波パルスの入射点Ｐ1から所
定距離にあると判定される。そして、引き続き、信号検
出手段４２２によりゲートＧ3を通過する超音波探触子
２０側の信号が存在する場合にはその信号が検出される
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、融
着層１６の他方界面１６４が管１４の外周面の超音波パ
ルスの入射点Ｐ2から所定距離にあるか否かが判定され
る（ステップＳ３３）。すなわち、検出された信号のレ
ベルが基準レベル未満（信号が検出されない場合も含
む）のとき（ステップＳ３３でＮＯ）、融着層１６の他
方界面１６４が超音波パルスの入射点Ｐ2から所定距離
にないと判定され、融着報知部３４が駆動されて例えば
赤色のＬＥＤ等が点灯され、融着不良である旨が報知さ
れる（ステップＳ３５）。
【００４８】一方、検出された信号のレベルが基準レベ
ル以上のときは（ステップＳ３３でＹＥＳ）、融着層１
６の他方界面１６２が超音波パルスの入射点Ｐ2から所
定距離にあると判定され、融着報知部３４が駆動されて
例えば青色のＬＥＤ等が点灯され、融着良である旨が報
知される（ステップＳ３７）。
【００４９】上記のようにして最初にセンサ部２２をセ
ットした箇所の融着状態の診断が終了すると、センサ部
２２を管１２，１４の周方向に沿って順次移動させ、上
記と同様にして各箇所での融着状態の診断を実施し、総
合的に融着層１６の融着状態の良否が判定されることに
なる。
【００５０】なお、各反射信号の検出は、複数回の超音
波パルスの送信に基づいて複数回繰り返して実行され、
平均化処理された信号により判定処理が行われる。ま
た、ステップＳ２９及びＳ３３で融着層１６の界面１６
３，１６４が所定距離に存在しているか否かを判定する
とき、超音波探触子１８，２０の振動子１８１，２０１
を角度をステップＳ１７の場合と同様の方法で調節して
界面１６１，１６２の管１２，１４の肉厚方向における
略中間位置に超音波パルスが送信されるようにしてもよ
い。
【００５１】また、波形表示部３８に反射波の波形を表
示しようとするときは、融着状態の診断を開始する前に
操作部３９の波形メモリ駆動ボタンＭＢをＯＮすること
により、波形メモリ４８を作動させ、反射波の波形を送
信タイミングに同期させて一旦、記憶させる。そして、
融着状態の診断を終了した後に波形表示指示ボタンＷＢ
をＯＮすることにより、波形メモリ４８から反射波の波
形が読み出されて波形表示部３８に波形が表示される。
これによって、融着状態の診断作業終了後に診断結果の
再確認を行うことが可能となる。勿論、融着状態の診断
途中で反射波の波形を表示するようにすることも可能で
ある。また、ＣＰＵ４２にプリンタを接続することによ
り、波形メモリ４８から反射波の波形を読み出して記録
紙にプリントすることも可能である。さらに、波形メモ
リ４８から読み出した反射波の波形等を通信回線等を介
して管理拠点等に送信することも可能である。
【００５２】本発明は、上記のように融着層１６の融着
状態を一方界面１６３及び他方界面１６４により診断す
るようになっているので、各界面１６３，１６４の位置
が確実に検出できて従来のような誤判定をする虞がなく
なる結果、融着状態の良否を正確に判定することが可能
となるが、以下に述べるような種々の変形が可能であ
る。
【００５３】（１）上記実施形態では、例えば、融着層
１６の一方界面１６３及び他方界面１６４の位置に対応
するゲートＧ3は一定範囲の幅を持たせて一回の設定で
信号を検出するようにしているが、ゲート幅を狭くして
ゲートの設定時間を順次変更するようにしてもよい。す
なわち、融着層１６の一方界面１６３及び他方界面１６
４の位置は融着作業毎に不可避的に変動するので、融着
状態が良であると判定できる位置に形成されていてもゲ
ート幅が狭く設定されているときは信号が検出できない
場合が生じる。ところが、融着状態が良であると判定で
きる範囲内でゲートの設定時間を順次移動して設定する
ようにすると、ゲート幅を狭くした場合でも確実に信号
を検出することが可能となる。
【００５４】（２）上記実施形態では、超音波パルスを
管１２，１４の外周面から斜め方向に入射して融着層１
６の一方界面１６３及び他方界面１６４からの反射波を
検出することにより融着状態の良否を判定するようにし
ているが、管１２，１４の内部にセンサ部２２を挿入可
能な場合は、管１２，１４の内周面から斜め方向に超音
波パルスを入射して融着層１６の一方界面１６３及び他
方界面１６４からの反射波を検出することにより融着状
態の良否を判定するようにしてもよい。
【００５５】（３）上記実施形態では、融着層１６の一
方界面１６３及び他方界面１６４からの反射波を検出す
ることにより融着状態の良否を判定するようにしている
が、これらの反射波から管１２，１４の肉厚内における
融着層１６の幅Ｗ´の寸法を算出し、この算出した幅Ｗ
´の寸法により融着状態の良否を判定するようにしても
よい。この場合、算出した融着層１６の幅Ｗ´（すなわ
ち、融着層に関連する情報）を一定幅を有する基準値
（基準情報）と比較し、算出した幅が基準値を満たして
いる場合は融着状態が良であると判定し、基準値を満た
さない場合は融着状態が不良であると判定すればよい。
この場合は、ＣＰＵ４２に、融着層１６の幅Ｗ´を算出
する手段、算出した幅Ｗ´と基準値とを比較して融着状
態の良否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。このように融着層１６の管１２，１
４の肉厚内における幅Ｗ´を算出する場合でも、超音波
パルスを管１２，１４の内周面側から入射することも可
能である。
【００５６】なお、融着層１６の幅Ｗ´の寸法は、次の
ようにして求めてもよい。すなわち、融着部１６の膨出
部１６１の幅Ｗを計測して超音波パルスの入射点Ｐ1と
入射点Ｐ2間の距離Ｌ5を求める。また、融着層１６の一
方界面１６３及び他方界面１６４からの反射波により、
入射角Θ1に基づいて入射点Ｐ1と一方界面１６３間の管
軸方向の距離Ｌ1を求めると共に、入射角Θ2に基づいて
入射点Ｐ2と他方界面１６４間の管軸方向の距離Ｌ2を求
める。そして、Ｗ´＝Ｌ5−（Ｌ1＋Ｌ2）の式により融
着層１６の幅Ｗ´の寸法を求める。
【００５７】（４）上記実施形態では、管１２，１４内
部の超音波の伝搬速度がその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
設けて管１２，１４の材質及び融着状態診断時の管１
２，１４の温度に応じた最適の伝搬速度に設定すること
も可能である。これにより、ゲートを最適位置に設定す
ることが可能となる。また、管１２，１４の温度又は管
１２，１４の周囲温度を検出する温度センサを設けてお
き、この温度センサから出力されるデータに基づいて伝
搬速度を自動的に補正するようにすることも可能であ
る。これにより、ゲートの位置が計算式等に基づいて連
続的に算出され、常に最適位置に設定可能となる。
【００５８】（５）上記実施形態では、管１２，１４の
接合面１６５における異物の検出時には超音波パルスが
管１２，１４の接合面１６５における管１２，１４の肉
厚方向の略中心付近に送信されるようになっているが、
超音波探触子１８，２０の振動子１８１，２０１を回動
させ、超音波パルスの入射角が接合面１６５の肉厚方向
に沿って順次移動するようにしてもよく、この場合には
接合面１６５の広範囲に亘って異物の検出が可能とな
る。
【００５９】（６）上記実施形態では、融着層１６の膨
出部１６１の厚さが自動的に制御部４０に入力されるよ
うになっているが、診断装置１０の操作担当者によって
手動で制御部４０に入力するようにしてもよい。また、
超音波探触子１８，２０の振動子１８１，２０１の角度
も自動的に調節されるようになっているが、診断装置１
０の操作担当者によって手動で調節するようにすること
も可能である。
【００６０】
【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、各管の周面から管の肉厚内の融着層に向
けて所定の入射角で超音波パルスをそれぞれ入射し、各
入射波に対応して肉厚内からの反射波を受信するステッ
プと、受信した各反射波に含まれる融着層の幅に関連す
る情報と基準情報とを比較して融着状態の良否を判定す
るステップとを備えているので、融着層の融着状態を正
確に診断することができる。
【００６１】また、請求項３及び４の発明によれば、各
管の周面から管の肉厚内の融着層に向けて所定の入射角
で超音波パルスをそれぞれ入射し、各入射波に対応して
肉厚内からの反射波を受信する２つの超音波探触子を有
する送受信手段と、受信した各反射波に含まれる融着層
の幅に関連する情報と基準情報とを比較して融着状態の
良否を判定する判定手段とを備えているので、融着層の
融着状態を正確に診断する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溶融状態診断方法が適
用された診断装置の外観斜視図である。
【図２】図１に示す診断装置の制御ブロック図である。
【図３】診断装置の動作原理を説明するための管の融着
構造を示す断面図である。
【図４】管の外周面から融着層に向けて斜め方向に超音
波パルスを入射したときに得られる反射波と反射部位と
の関係を模式的に示す図で、（ａ）は反射波の波形図、
（ｂ）はゲートの設定状態を示す図である。
【図５】図１に示す診断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】従来例の管の融着構造を説明する断面図であ
る。
【符号の説明】
１０ 診断装置 １２，１４ 管 １６ 融着層 １８，２０ 超音波探触子 ２２ センサ部 ２４ 装置本体 ２６ 送受信部 ２８ カプラ材警告部 ３０ 融着幅報知部 ３２ 異物報知部 ３４ 融着報知部 ３６ 警報ブザー ３８ 波形表示部 ４２１ ゲート設定手段 ４２２ 信号検出手段 ４２３ 比較手段 ４２４ 管厚算出手段 ４２５ 角度算出手段 Ｗ 融着層の外周面における幅 Ｗ´ 融着層の管の肉厚内における幅

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２本の合成樹脂製の管の端面同士が突き
    合わされて融着接合されることにより形成される融着層
    の融着状態を診断する方法であって、前記各管の周面か
    ら管の融着層に向けて所定の入射角で超音波パルスをそ
    れぞれ入射し、各入射波に対応して前記肉厚内からの反
    射波を受信するステップと、受信した各反射波に含まれ
    る前記融着層の幅に関連する情報と基準情報とを比較し
    て融着状態の良否を判定するステップとを備えたことを
    特徴とする融着状態診断方法。
  2. 【請求項２】 前記融着層の幅に関連する情報は、前記
    各反射波に含まれる前記融着層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
    記融着層が融着状態を良と判定し得る幅に形成されてい
    る場合における前記各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記載の融着状態診断方法。
  3. 【請求項３】 ２本の合成樹脂製の管の端面同士が突き
    合わされて融着接合されることにより形成される融着層
    の融着状態を診断する装置であって、前記各管の周面か
    ら管の肉厚内の融着層に向けて所定の入射角で超音波パ
    ルスをそれぞれ入射し、各入射波に対応して前記肉厚内
    からの反射波を受信する２つの超音波探触子を有する送
    受信手段と、受信した各反射波に含まれる前記融着層の
    幅に関連する情報と基準情報とを比較して融着状態の良
    否を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする融着
    状態診断装置。
  4. 【請求項４】 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、前記融着層が融着
    状態を良と判定し得る幅に形成されている場合における
    前記各反射波に含まれる該融着層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記載の融着状態診
    断装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003071939A (ja) * 2001-09-04 2003-03-12 Kitz Corp 樹脂部材の溶着方法およびその方法を用いて製造された溶着樹脂部材
EP3798629A1 (en) * 2019-09-24 2021-03-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Processing system, processing method, and storage medium

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