JP2524666B2 - 融着異常検知方法 - Google Patents

融着異常検知方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気融着において、融
着異常を検知する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電気融着によって、樹脂管と樹
脂継手とを融着する場合は、樹脂継手の継手部分に、樹
脂管の端部を挿入し、この継手部分に埋設された電熱線
に通電することによって、この継手部分と樹脂管の端部
とを溶融させ、これによって樹脂継手の継手部分と樹脂
管の端部とを融着するようになされていた。この際、図
５に示すように、樹脂継手５の継手部分５０に、樹脂管
６の端部６０が充分に挿入されていないといった施工不
良がある場合、継手部分に埋設された電熱線３が溶融に
よって流動し、短絡を起こすこととなる。その結果、短
絡を起こした箇所が異常発熱し、樹脂の劣化、ボイドの
発生等が生じ、融着性能が低下することとなる。
【０００３】そこで、従来より、融着作業時の通電中
に、電流値の経時的変化を微分し、この微分値が負の値
から正の値に変化するか否かを測定することによって融
着異常を検知する方法が提案されている。すなわち、通
常、電気融着において通電を行うと、電熱線が加熱され
るため、その電気抵抗が大きくなり、経時的変化に伴っ
て電流値が低下し、この微分値は常に負の値となる。と
ころが、この電熱線に短絡が生じると、電流値が上昇
し、その時点で微分値が正の値となる。そこで、この微
分値が正の値となった場合に、電熱線の短絡による異常
を検知するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の検
知方法の場合、短絡による融着異常の場合しか検知でき
ず、出力電圧が低いために起こる融着不足や、出力電圧
が高いために起こる過剰加熱等の融着異常を検知できな
いといった不都合を生じる。すなわち、融着作業時に設
定した出力電圧の基準電圧をＶref とし、実際の出力電
圧をＶacとした場合、設計上の供給エネルギーＥd は、
Ｅd ＝Ｖref 2 ／Ｒ×Ｔとなり、実際上の供給エネルギ
ーＥacはＥac＝Ｖac2 ／Ｒ×Ｔとなる。ただし、Ｒは継
手抵抗、Ｔは通電時間。よって、供給エネルギーは、Ｅ
ac／Ｅd ＝（Ｖac／Ｖref ）2 だけ変化することとな
る。この際、充分な融着強度を得るためには、この基準
電圧Ｖref および出力電圧Ｖacが掛け離れた値になって
はならず、もし、掛け離れた値となった場合には、融着
異常として検知されなければならない。
【０００５】本発明は、係る実情に鑑みてなされたもの
で、短絡による異常を検知するとともに、出力電圧の不
足および過剰による融着異常を検知することのできる方
法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の融着異常検知方
法は、電気融着において、融着作業時の出力電圧および
出力電流を経時的に測定して融着異常を検知する方法で
あって、出力電圧および出力電流を所定時間間隔で交互
に測定し、融着作業時の出力電圧が、基準電圧に比べて
予め定められた範囲を予め定められた時間以上逸脱した
場合に融着異常と判断するとともに、この融着作業時の
最小出力電流値を記憶し、出力電流値が、最小出力電流
値から予め定められた割合を予め定められた時間以上増
加した場合に融着異常として判断し、かつ、出力電圧
が、基準電圧に比べて予め定められた範囲を逸脱した場
合は、その逸脱した時から前後に所定時間の間は、最小
出力電流値を記憶しないとともに、その逸脱した時から
所定時間が経過するまで出力電流値と最小出力電流値と
を比較しないものである。
【０００７】
【作用】まず、図１に示すように、融着作業時に出力さ
れる出力電圧Ｖacと出力電流Ｉとを所定時間間隔ΔＴで
交互に経時的に測定する。このうち、出力電圧Ｖacは、
融着作業時に設定した基準電圧Ｖref と比較する。通
常、電気融着に必要とされる設計上の供給エネルギー
（Ｅd ＝Ｖref 2 ／Ｒ×Ｔ）は、基準電圧Ｖref をもと
にして決定されている。ところが、電圧変動等が生じる
と、出力電圧Ｖacが上下変動し、実際上の供給エネルギ
ー（Ｅac＝Ｖac2 ／Ｒ×Ｔ）は、設計上のものと異なる
こととなる。そのため、設計上の供給エネルギー（Ｅd
）と実際上の供給エネルギー（Ｅac）とは、Ｅac／Ｅd
＝（Ｖac／Ｖref ）2 だけ変化することとなり、この
変化量が大きい場合、融着異常となる。そこで、融着作
業時の出力電圧Ｖacが、基準電圧Ｖref に比べて予め定
められた範囲Ｖref±ａを予め定められた時間ｂ以上逸
脱した場合に、エネルギー不足あるいはエネルギー過剰
による融着異常と判断する。
【０００８】また、融着作業時における出力電流値Ｉを
みると、経時的変化に伴って低下していくことがわか
る。ところが、電熱線に短絡が生じると、出力電流値Ｉ
が瞬時的に上昇した後、再び経時的変化に伴って低下す
ることとなる。そこで、融着作業時の最小出力電流値Ｉ
min を常に記憶し、この最小出力電流値Ｉmin から予め
定められた割合ｒを予め定められた時間ｃ以上増加した
場合に、短絡による融着異常と判断する。ただし、この
時、短絡による出力電流値Ｉの変動と、電圧変動に伴う
出力電流値Ｉの変動とを区別する。つまり、出力電圧Ｖ
acが、基準電圧Ｖref に比べて予め定められた範囲Ｖre
f ±ａを逸脱した場合、すなわち、電圧変動が起こった
場合は、この電圧変動に伴い出力電流値Ｉに変動が起こ
る。そのため、その逸脱した時Ｔa から前後に所定時間
ｄの間は、出力電流値Ｉが電圧変動の影響を受けて低下
することがあるので、最小出力電流値Ｉmin を記憶しな
い。また、同様の理由で、その逸脱した時Ｔa から所定
時間ｄが経過するまでは、出力電流値Ｉと最小出力電流
値Ｉmin とを比較しない。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
【００１０】図１は融着作業時の出力電圧Ｖacおよび出
力電流値Ｉの経時的変化の一例を示し、図２はこの融着
作業を行うための融着異常検知装置（以下、単に検知装
置と言う。）１の全体構成の概略を示している。
【００１１】すなわち、この検知装置１は、電流センサ
１１と、電圧センサ１２と、マイコン１３と、異常表示
手段１４とを具備している。
【００１２】電流センサ１１は、電力供給部２と電熱線
３とを接続するケーブル４の途中に設けられ、融着作業
時の出力電流値Ｉの経時的変化を検出するようになされ
ている。
【００１３】この電流センサ１１によって検出された融
着作業時の出力電流値Ｉの経時的変化は、交流直流変換
器１５を介した後、Ａ／Ｄコンバーター１７によってデ
ジタル変換され、マイコン１３に入力されるようになさ
れている。
【００１４】電圧センサ１２は、電力供給部２と電熱線
３とを接続するケーブル４の途中に設けられ、融着作業
時の実際に出力される出力電圧Ｖacの経時的変化を検出
するようになされている。
【００１５】この電圧センサ１２によって検出された融
着作業時の出力電圧Ｖacの経時的変化は、交流直流変換
器１６を介した後、Ａ／Ｄコンバーター１７によってデ
ジタル変換され、マイコン１３に入力されるようになさ
れている。
【００１６】マイコン１３は、電圧センサ１２から得ら
れる出力電圧Ｖacの経時的変化と、電流センサ１１から
得られる出力電流値Ｉの経時的変化とを所定時間間隔Δ
Ｔで交互に測定するようになされている。このうち、出
力電圧Ｖacは、融着作業時に設定した基準電圧Ｖref と
比較するようになされている。そして、この出力電圧Ｖ
acが、基準電圧Ｖref から予め設定した範囲Ｖref ±ａ
を、予め設定した時間ｂ以上逸脱した場合、融着異常を
検知するようになされている。
【００１７】また、上記出力電圧Ｖacが、基準電圧Ｖre
f から予め設定した範囲Ｖref ±ａ内にある場合にの
み、出力電流値Ｉの最小出力電流値Ｉmin を記憶するよ
うになされている。そして、出力電流値Ｉが、最小出力
電流値Ｉmin から予め定められた割合ｒを予め定められ
た時間ｃ以上増加した場合に、融着異常を検知するよう
になされている。
【００１８】さらに、上記出力電圧Ｖacが、基準電圧Ｖ
ref から予め設定した範囲Ｖref ±ａを逸脱した場合
は、その逸脱した時Ｔaから前後に所定時間ｄの間は、
出力電流値Ｉが最小値となっても、最小出力電流値Ｉmi
n として記憶しないようになされている。また、その逸
脱した時Ｔa から所定時間ｄが経過するまでは、出力電
流値Ｉと最小出力電流値Ｉmin とを比較しないようにな
されている。
【００１９】異常表示手段１４は、マイコン１３と接続
され、マイコン１３による融着異常の検知結果に基づい
て光による異常表示、または音による異常表示を行うよ
うになされている。なお、この異常表示手段１４の作動
に連動する信号を、ケーブル１８から電力停止スイッチ
１９に送り、異常発生と同時に電力を停止することも可
能である。
【００２０】次に、マイコン１３による制御について説
明する。
【００２１】図３および図４に示すように、まず、電気
融着の開始とともに、出力電圧Ｖおよび出力電流値Ｉ
を、所定時間間隔ΔＴで交互に経時的に測定し（ステッ
プ１、２）、その測定時刻Ｔを記憶する（ステップ
３）。
【００２２】そして、出力電圧Ｖacと基準電圧Ｖref と
を比較し（ステップ４）、この差の絶対値が、予め定め
られた設定値ａ以内の場合、すなわち、出力電圧Ｖac
が、基準電圧Ｖref から予め設定した範囲Ｖref ±ａ内
の場合は、この状態Ｐを０とし（スッテプ８）、設定値
ａ以内でない場合は、この状態Ｐを１とするとともに、
この状態Ｐが１になった時の時刻ＴをＴa とする（ステ
ップ５）。そして、この記憶した状態Ｐが１の場合、こ
の状態Ｐが何秒続くかを測定し（ステップ６）、所定時
間ｂ秒以上続いた場合は、融着異常として検知する（ス
テップ７）。
【００２３】また、所定時間ｂ秒以上続かなかった場合
は、状態Ｐが０か１であるかを確認する（ステップ
９）。状態Ｐが１の場合は、状態Ｐが１になった時の時
刻Ｔa の前後ｄ秒間に測定されるデータＱを１とし、そ
れ以外のデータＱを０とする（ステップ１０）。そし
て、データＱ＝０のデータの中から最小の出力電流値Ｉ
を最小出力電流値Ｉmin として記憶した後（ステップ１
１）、上記ステップ１からの動作を繰り返す。一方、状
態Ｐが０の場合は、データＱが１であるか否か、すなわ
ち、Ｔa ±ｄ秒間のデータ（Ｑ＝１）であるか否かを確
認する（ステップ１２）。データＱが１である場合は、
上記ステップ１からの動作を繰り返す。また、データＱ
が１でない場合は、データＱを０とする（ステップ１
３）。
【００２４】続いて、出力電流値Ｉを最小出力電流値Ｉ
min と比べる（ステップ１４）。そして、この出力電流
値Ｉが最小出力電流値Ｉmin よりも小さかった場合は、
この出力電流値Ｉを最小出力電流値Ｉmin と置き換えた
後（ステップ１９）、上記ステップ１からの動作を繰り
返す。また、出力電流値Ｉが最小出力電流値Ｉmin より
も大きかった場合は、この出力電流値Ｉが最小出力電流
値Ｉmin より一定割合ｒ以上の出力電流値Ｉ〔Ｉ≧Ｉmi
n （１＋ｒ）〕になっていないか否かを測定する（ステ
ップ１５）。なっていなかった場合は、上記ステップ１
からの動作を繰り返す。また、なっていた場合は、この
状態Ｓを１とする（ステップ１６）。そして、Ｓ＝１の
状態がｃ秒以上続くか否かを測定し（ステップ１７）、
ｃ秒以上続かなかった場合は、上記ステップ１からの動
作を繰り返す。また、続いた場合は、短絡による融着異
常として検知される（ステップ１８）。
【００２５】なお、良好な融着状態を得るためには、通
常、設計上の供給エネルギー（Ｅd＝Ｖref 2 ／Ｒ×
Ｔ）に対する実際上の供給エネルギー（Ｅac＝Ｖac2 ／
Ｒ×Ｔ）の変化量Ｅac／Ｅd を１００±１５％の範囲に
することが好ましい。Ｅac／Ｅd ＝〔（Ｖref ±ａ）／
Ｖref 〕2 であるため、設定値ａは、〔（Ｖref ±ａ）
／Ｖref 〕2 ＝１±０．１５、すなわち、（Ｖref ±
ａ）／Ｖref ＝１±０．０７２となる。これに、継手の
ワイヤ抵抗のバラツキ、安全率等を考慮して、ａ／Ｖre
f ＜±０．０２５、すなわち、設定値ａを２．５％程度
にすることが好ましい。
【００２６】所定時間ｂは、ｂ秒間のエネルギーが設計
上のエネルギーの±１５％の範囲を越えた場合に異常と
判断するように、ｂ／設計上の融着時間＞０．１５とな
るように設定する。例えば、設計上の融着時間が２０秒
の場合、所定時間ｂは３秒を越えると融着時間が不足も
しくは過剰になり、融着異常と判断される。
【００２７】また、所定時間ｂは、電源異常のみを考慮
した場合、任意の設定時間に固定した値でもよい。
【００２８】一定割合ｒは、電流値Ｉの上昇によって供
給エネルギーが１５％を越えない値としなければならな
い。そのため、一定割合ｒの上限としては、１５％以下
であればよいが、電圧のバラツキ、抵抗のバラツキを考
慮すると１０％未満とすることが好ましい。ただし、こ
の一定割合ｒの下限は、あまり小さく設定すると、電圧
変動による出力電流値の変化を、短絡による出力電流値
の変化としてとらえてしまう。そのため、この一定割合
ｒの下限は、最大出力電流値Ｉmax をＩmax ＝（Ｖref
＋ａ）／Ｒ、最小出力電流値Ｉmin をＩmin ＝（Ｖref
−ａ）／Ｒとした場合、出力電圧Ｖacが、基準電圧Ｖre
f から予め設定した範囲Ｖref ±ａ内にある場合の出力
電流値Ｉの最大変化量（Ｉmax −Ｉmin ）／Ｉmin ＝２
ａ／（Ｖref −ａ）よりも、大きく設定しておかなけれ
ばならない。すなわち、ｒ＞２ａ／（Ｖref −ａ）か
ら、ｒは５％よりも大きく設定しておくことが好まし
い。
【００２９】時間間隔ΔＴは、短いほど精度がよく、Ａ
／Ｄコンバーター１７による切替え時間精度が良くな
る。具体的には数十ミリ秒程度に設定する。
【００３０】所定時間ｃは、短絡による電流値Ｉの変化
を、電圧変動に伴う出力電流値Ｉの変化としてとらえな
いようにするためのものである。そのため、最大で、電
圧変動時間（約１〜３秒）程度の時間に設定しておけば
問題はない。
【００３１】所定時間ｄは、電圧変動に伴う出力電流値
Ｉの変化を、最小出力電流値Ｉminの設定に入れないた
めのものである。そのため、最大で、電圧変動時間（約
１〜３秒）程度の時間に設定しておけば問題はない。特
に、時刻Ｔa の前の時間ｄをｄ１、後の時間ｄをｄ２と
した場合、電圧変動に伴う出力電流値Ｉの変化は、２Δ
Ｔ秒でとらえることができるので、ｄ１は最小で２ΔＴ
秒とすることができる。このことから、ｄ２も、電圧変
動時間（約１〜３秒）−２ΔＴ秒とすることで電圧変動
に伴う出力電流値Ｉの変化を排除することができること
となる。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によると、短
絡による異常を検知するとともに、電源電圧の変動等に
よる出力電圧の不足および過剰による融着異常を検知す
ることができ、電源電圧の変動を生じやすい発電機等を
使用する現場作業において、非常に実用的なものとな
る。
【００３３】また、出力電圧および出力電流を所定時間
間隔で交互に測定するので、１台のＡ／Ｄコンバーター
に測定データを交互に通過させてマイコンで処理するこ
とができ、異常検知装置を低コストでコンパクトに設計
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電圧変動を起こした場合の電気融着における出
力電圧および出力電流値の経時的変化と、短絡を起こし
た場合の電気融着における出力電流値の経時的変化とを
示すグラフである。
【図２】融着異常検知装置の全体構成の概略を示すブロ
ック図である。
【図３】マイコンの制御状態を示すフロー図である。
【図４】マイコンの制御状態を示すフロー図である。
【図５】電気融着における施工不良の状態を示す断面図
である。
【符号の説明】
Ｖac 出力電圧 Ｖref 基準電圧 Ｖref ±ａ 範囲 ｂ 時間 ｃ 時間 ｄ 時間 Ｉ 出力電流値 Ｉmin 最小出力電流値 ｒ 割合 ΔＴ 時間間隔

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気融着において、融着作業時の出力電
    圧および出力電流を経時的に測定して融着異常を検知す
    る方法であって、出力電圧および出力電流を所定時間間
    隔で交互に測定し、融着作業時の出力電圧が、基準電圧
    に比べて予め定められた範囲を予め定められた時間以上
    逸脱した場合に融着異常と判断するとともに、この融着
    作業時の最小出力電流値を記憶し、出力電流値が、最小
    出力電流値から予め定められた割合を予め定められた時
    間以上増加した場合に融着異常として判断し、かつ、出
    力電圧が、基準電圧に比べて予め定められた範囲を逸脱
    した場合は、その逸脱した時から前後に所定時間の間
    は、最小出力電流値を記憶しないとともに、その逸脱し
    た時から所定時間が経過するまで出力電流値と最小出力
    電流値とを比較しないことを特徴とする融着異常検知方
    法。
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