JPH09144980A - 電気融着継手の通電制御装置 - Google Patents

電気融着継手の通電制御装置

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JPH09144980A
JPH09144980A JP7304695A JP30469595A JPH09144980A JP H09144980 A JPH09144980 A JP H09144980A JP 7304695 A JP7304695 A JP 7304695A JP 30469595 A JP30469595 A JP 30469595A JP H09144980 A JPH09144980 A JP H09144980A
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JP
Japan
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heater
energization
control device
joint
electric
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JP7304695A
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Shigeki Mochizuki
重樹 望月
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Original Assignee
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズ発生を抑制でき、損失の少ない通電量
制御を実現できる小型の電気融着継手の通電制御装置を
提供する。 【解決手段】 電気融着継手の通電制御装置は、ヒータ
通電用の電力を供給する交流電源３０と、ヒータ１１の
通電量を制御するためのトライアック３１と、トライア
ック３１を駆動するためのマイコン４０と、ヒータ電流
を検出する電流センサ３３と、電流センサ３３の出力を
実効値に変換してマイコン４０へ出力するＡＣ−ＤＣコ
ンバータ２４と備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータが装着され
た継手本体とプラスチック管とを加熱融着させて接続を
行う電気融着継手の通電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ポリエチレン等の熱可塑性プラス
チック管同士を接続するため、同種の材料から成る継手
を介在させて加熱融着することによって接合する管接続
方法が知られている。管と接触する内面近傍に加熱用の
ヒータが装着された継手は電気融着継手（ＥＦ継手）と
呼ばれ、ヒータ通電によって管および継手の接触部分が
相互に融着することによって強固な接続が実現する。
【０００３】図６は、従来の通電制御装置の一例を示す
回路図である。交流電源ＰＳから供給される交流電力は
ダイオードブリッジＤＢ１によって全波整流され、コン
デンサＣ１およびブリーダ抵抗Ｒ１によって平滑化され
て、直流電力に変換される。ＦＥＴトランジスタ２は、
ワンチップマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略
称。）１によって駆動され、約１００ｋＨｚオーダの周
波数で直流電力をスイッチングして、そのままヒータ抵
抗ＲＪへ供給する。
【０００４】ヒータ抵抗ＲＪのグランドラインにはトラ
ンスＭの１次側コイルが接続され、２次側にヒータ電流
の大きさに応じた電圧を発生する。トランスＭの２次側
には、整流用のダイオードブリッジＤＢ２が接続され、
さらにコンデンサＣ２および抵抗Ｒ２から成る平滑回路
を通って、マイコン１のＡＤ端子に接続される。
【０００５】トランスＭおよびそれ以降の回路はヒータ
電流を検出するとともに、マイコン１はヒータ電流が所
定範囲内に収まるようにＦＥＴトランジスタ２の導通パ
ルス幅を制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図７（ａ）はＦＥＴト
ランジスタ２の出力波形であり、図７（ｂ）はマイコン
１のＡＤ端子への入力波形である。ＦＥＴトランジスタ
２は高周波でスイッチングしているため、極めて多量の
ノイズを発生し、装置内部の電気回路だけでなく施工現
場の周囲への電気機器へ多大な悪影響を及ぼす。こうし
たノイズ対策として大電流対応のノイズフィルタを設置
すると、装置が大型化する。
【０００７】また、図７（ｂ）に示すように、トランス
Ｍ、ダイオードブリッジＤＢ２、コンデンサＣ２および
抵抗Ｒ２から成る電流検出の方法では、ＦＥＴトランジ
スタ２のスイッチングに応じたリップルが多いため、マ
イコン１による電圧測定の誤差が大きくなる。そのた
め、ヒータ電流を正確に制御することが困難である。
【０００８】さらに、トランスＭ、ダイオードブリッジ
ＤＢ２、コンデンサＣ２などの大型部品を必要とするた
め、装置が大型化する。
【０００９】本発明の目的は、ノイズ発生を抑制でき、
損失の少ない通電量制御を実現できる小型の電気融着継
手の通電制御装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ヒータが装着
された継手本体とプラスチック管とを加熱融着させて接
続を行う電気融着継手の通電制御装置であって、ヒータ
通電用の交流電力を導入する電線路と、ヒータの通電量
を制御するための位相制御型スイッチング素子と、位相
制御型スイッチング素子を駆動するための制御回路とを
備えることを特徴とする電気融着継手の通電制御装置で
ある。本発明に従えば、位相制御型スイッチング素子を
使用することによって、損失が少ない低周波のスイッチ
ングが実現する。そのため、スイッチング素子の発熱が
少なくなって装置の小型化が可能になる。また、ノイズ
発生も格段に抑制される。
【００１１】本発明は、位相制御型スイッチング素子
は、電流がゼロクロスでオフとなるゼロクロス型である
ことを特徴とする。本発明に従えば、オフ時の誘導ノイ
ズを解消できるため、ノイズ発生がさらに少なくなる。
【００１２】本発明は、ヒータが装着された継手本体と
プラスチック管とを加熱融着させて接続を行う電気融着
継手の通電制御装置であって、ヒータ通電用の交流電力
を導入する電線路と、ヒータの通電量を制御するための
通電制御手段と、通電制御手段を駆動するための制御回
路と、ヒータ電流を検出する電気絶縁型の電流センサ
と、電流センサから出力される信号の実効値を求めて、
制御回路へ出力する実効値変換回路とを備えることを特
徴とする電気融着継手の通電制御装置である。本発明に
従えば、ヒータ電流の実効値を正確に測定してからヒー
タ通電の制御を行うため、電気融着継手での発熱量に即
した通電制御が可能になる。また、電気絶縁型の電流セ
ンサを使用することによって、電力ラインからのノイズ
混入が少なくなるため、誤動作を防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用される電気
融着継手の一例を示す断面図である。電気融着継手１０
は、ポリエチレン等の熱可塑性材料で筒状に形成されて
おり、内周面の表面または近傍においてコイル状に巻回
されたヒータ１１が装着される。ヒータ１１の両端は、
外周面に設けられた１対の端子１２に接続されている。
【００１４】電気融着継手１０には、その内径とほぼ等
しい外径を有する管Ｐが挿着される。管Ｐは、継手１０
と同種の熱可塑性材料で成形されている。そのため、管
Ｐを挿着した状態でヒータ１１を通電すると、ジュール
熱によって継手１０と管Ｐとの接合部分が融けて両者が
一体化し、通電終了後の放熱によって固化することによ
って完全な融着接合が可能になる。
【００１５】図２は、本発明の実施の一形態の電気的構
成を示すブロック図である。電気融着継手の通電制御装
置は、１）ヒータ１１の電気抵抗を測定する抵抗測定
系、２）ヒータ１１を所定の通電量で駆動する通電制御
系、３）ヒータ１１の雰囲気温度を測定する温度測定
系、と３つのブロックに大きく分けられる。
【００１６】まず、抵抗測定系について説明する。演算
増幅器Ｑ１は定電流回路を構成している。その反転入力
は、ツェナダイオードＺＤ１および定電流素子ＣＣ（型
番Ｅ−８２２、石塚電子(株)製）で構成される定電圧回
路に接続される。演算増幅器Ｑ１の出力は、抵抗Ｒ１１
を介してＦＥＴ等のトランジスタＴＲのゲートに接続さ
れる。トランジスタＴＲのドレインは、抵抗Ｒ１０を介
して電源電圧Ｖに接続され、該ドレインと演算増幅器Ｑ
１の非反転入力とが接続される。こうしてツェナダイオ
ードＺＤ１のツェナ電圧を抵抗Ｒ１０で除算した値に相
当する電流ＩｍがトランジスタＴＲのソースから出力さ
れる。
【００１７】トランジスタＴＲのソースは、リレーＲＬ
１のコモン端子および差動増幅器Ｑ２の非反転入力に接
続されている。リレーＲＬ１は、ワンチップマイクロコ
ンピュータ（以下、マイコンと略称する。）４０によっ
て制御され、ヒータ１１の抵抗測定と通電制御とを切り
替えている。なお、図１のリレーＲＬ１は抵抗測定時の
状態を示している。
【００１８】リレーＲＬ１が抵抗測定側に切り替えられ
ると、ヒータ１１に電流Ｉｍが流れて、ヒータ１１の両
端にはヒータ１１の電気抵抗と電流Ｉｍとの積に相当す
る電圧が発生して、差動増幅器Ｑ２の非反転入力に入力
される。
【００１９】このようにヒータ１１に流す測定電流を定
電流回路から供給することによって、ヒータ１１の両端
に発生する電圧Ｖｍはヒータ１１の電気抵抗に正比例の
関係となるため、後段のＡＤ変換の量子化誤差はヒータ
１１の電気抵抗の大小に依存しなくなる。そのため、ヒ
ータ１１の電気抵抗が大きい電気融着継手１０を使用す
る場合でも高精度の抵抗測定を実現できる。
【００２０】差動増幅器Ｑ２は、インスツルメンテーシ
ョンアンプとして構成され、高い入力インピーダンスと
高い同相成分除去比を有する。差動増幅器Ｑ２の出力
は、抵抗Ｒ１３を介してバッファ構成の演算増幅器Ｑ３
の非反転入力に接続される。さらに、この非反転入力と
グランドラインとの間および非反転入力と電源ラインと
の間には逆方向電圧となるようにダイオードＤ１０、Ｄ
１１がそれぞれ接続されて、ダイオードリミッタ回路を
構成している。演算増幅器Ｑ３の出力は、マイコン４０
に内蔵されたＡＤコンバータ２１に接続されている。ダ
イオードリミッタ回路によって、信号レベルを電源電圧
とグランド電圧の範囲内に制限できるため、後段の回
路、特に各ＡＤコンバータ２１への過電圧入力を防止し
ている。
【００２１】さらに、差動増幅器Ｑ２の出力と各演算増
幅器Ｑ３との間には１ＭΩ程度の高い抵抗Ｒ１３を介在
させることによって、ダイオードリミッタ回路が動作し
たときでも差動増幅器Ｑ２の出力電流を制限でき、差動
増幅器Ｑ２の発熱によるドリフトを抑制できる。
【００２２】マイコン４０は、ＣＰＵ（中央処理装置）
４１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ラ
ンダムアクセスメモリ）４３、Ｉ／Ｏ（入出力回路）４
４、アナログ電圧を計測するＡＤ（アナログデジタル）
コンバータ２１〜２４等を有する。マイコン４０には、
基準電圧源２０が接続され、ＡＤコンバータ２１〜２４
の入力範囲の上限を規定する基準電圧Ｖｒが供給されて
いる。なお、ＡＤコンバータ２１〜２４の入力範囲の下
限はグランド電位すなわち０Ｖである。
【００２３】一方、差動増幅器Ｑ２の出力は、抵抗Ｒ１
４、Ｒ１５の分圧回路を介して引算回路構成の演算増幅
器Ｑ４の非反転入力に接続される。演算増幅器Ｑ４の反
転入力には、抵抗Ｒ１６を介して基準電圧源２０からの
基準電圧Ｖｒが入力されている。演算増幅器Ｑ４の出力
は、抵抗Ｒ１８を介してマイコン４０に内蔵されたＡＤ
コンバータ２２に接続されている。抵抗Ｒ１７は帰還抵
抗であり、抵抗Ｒ１８を含む帰還ループを形成すること
によって、演算増幅器Ｑ４の過負荷や発振を防止してい
る。抵抗Ｒ１４〜Ｒ１７を全て等しい抵抗値に設定する
ことで、利得１の引算回路が構成され、差動増幅器Ｑ２
の出力電圧から基準電圧Ｖｒだけ引算した電圧が出力さ
れる。
【００２４】ＡＤコンバータ２２の入力ラインとグラン
ドラインおよび電源ラインとの間には逆方向電圧となる
ようにダイオードＤ１２、Ｄ１３がそれぞれ接続され
て、ダイオードリミッタ回路を構成しており、ＡＤコン
バータ２２への過電圧入力を防止している。
【００２５】ＡＤコンバータ２１は、一定の入力範囲、
すなわちグランドと基準電圧Ｖｒとの範囲内のアナログ
信号をデジタル値に変換し、変換された数値はＲＡＭ４
３等に格納される。また、ＡＤコンバータ２２は、ＡＤ
コンバータ２１の入力範囲から基準電圧Ｖｒ分だけシフ
トした入力範囲内のアナログ信号をデジタル値に変換し
て、変換された数値はＲＡＭ４３等に格納される。こう
してＡＤ変換可能な入力範囲は、ＡＤコンバータ２１、
２２の各入力範囲を合成した範囲に拡大する。そのた
め、１つのＡＤ変換器を使用する場合と比べて、測定分
解能が向上し、ヒータ１１の抵抗をより精度良く測定す
ることができる。
【００２６】たとえばＡＤコンバータ２１、２２とし
て、８ビットＡＤ変換器を使用した場合には、全体とし
て９ビット変換器を実現したことと同等になる。こうし
てＡＤ変換の量子化ステップ数を倍増させることができ
る。
【００２７】次に、通電制御系について説明する。ヒー
タ１１は、マイコン４０によって制御されるリレーＲＬ
２を介して、トライアック３１および商用電力や小形発
電機などの交流電源３０に接続されている。
【００２８】トライアック３１は、たとえばフォトカプ
ラ入力のゼロクロス型のものが好適に使用される。マイ
コン４０から所定の導通角に応じた制御信号がフォトカ
プラを構成する発光ダイオード３２に入力されると、発
光ダイオード３２の発光期間に応じて、トライアック３
１の導通角が制御される。
【００２９】一方、ヒータ１１への通電ラインには、絶
縁型で磁気結合による電流センサ３３が装着されてお
り、電流センサ３３の出力はＡＣ−ＤＣコンバータ３４
に入力される。ＡＣ−ＤＣコンバータ３４（型番ＭＸ５
３６、マキシム社製）は、交流信号の実効値に対応した
直流信号に変換する機能を有し、その出力はマイコン４
０のＡＤコンバータ２３に入力される。
【００３０】図３（ａ）はトライアック３１の出力波形
であり、図３（ｂ）はＡＣ−ＤＣコンバータ３４の出力
波形である。トライアック３１は、交流電源３０から供
給される交流電力の１周期のうちゼロクロス点から一定
の位相角進んだ時点でオンして、次のゼロクロス点でオ
フになる。そのため、オフ時の逆起電圧が小さくなり、
高周波ノイズの発生を抑制している。また、こうした位
相制御によって損失が少なくなるため、効率的な制御が
可能になる。
【００３１】また、ＡＣ−ＤＣコンバータ３４は、図３
（ａ）の交流１周期のうち三角状波形の面積の割合に応
じた信号を忠実に出力するため、全体としてヒータ１１
への通電量を精度良く制御することができる。
【００３２】さらに、電流センサ３３は磁気結合によっ
て、トライアック３１は光結合によって電力系統にそれ
ぞれ結合しているため、高い絶縁抵抗が得られ、マイコ
ン４０へのノイズ混入を効果的に防止している。
【００３３】次に、温度測定系について説明する。サー
ミスタＲＴは、電気融着継手１０から離れて配置され、
室温などの雰囲気温度を測定する。サーミスタＲＴから
の信号線は、コンデンサＣ１、Ｃ２を介して接地されて
高周波ノイズが除去された後、マイコン４０によって制
御されるリレーＲＬ３に接続される。信号線の一端には
抵抗Ｒ１９を介して電源電圧が供給され、他端は抵抗Ｒ
２０を介して接地されるとともにマイコン４０のＡＤコ
ンバータ２４に接続される。
【００３４】図４は、サーミスタＲＴの取付け位置の一
例を示す構成図である。本装置の筐体１５には信号線お
よび電力線を含む１本のケーブル１６が接続され、途中
の分岐点にサーミスタＲＴが取付けられている。分岐点
からヒータ１１に電力を供給する電力線１６ａ、１６ｂ
が分岐して、電気融着継手１０の１対の端子１２に接続
される。
【００３５】サーミスタＲＴは、電気融着継手１０から
１０ｃｍ程度離れて位置することにょって、継手１０の
温度だけでなく、室温を含む全体の雰囲気温度を検出す
ることができる。そのため、継手１０の温度および気温
の変化を考慮した総合的な通電量制御が可能になる。
【００３６】さらに、サーミスタＲＴを接続する信号線
は、電力線に近接しているため、ノイズを拾うアンテナ
として働くおそれがあるが、筐体１５との接続端子付近
でコンデンサＣ１、Ｃ２を接続することによって、マイ
コン４０の誤動作を防止している。また、リレーＲＬ３
を介在させて温度測定時以外は信号線を遮断することに
よって、ノイズの流入を防止している。
【００３７】図５は、全体の動作を示すフローチャート
である。まずステップｓ１において、交流電圧測定回路
（不図示）を用いて交流電源３０の電源電圧Ｖを参照し
て、ＲＡＭ４３に格納する。たとえば電源電圧ＶがＡＣ
８５Ｖ〜１１５Ｖの範囲外であれば、以後の動作を中断
して、警告ランプを表示させることもできる。
【００３８】次にステップｓ２において、交流周波数測
定回路（不図示）を用いて交流電源３０の電源周波数ｆ
を参照して、ＲＡＭ４３に格納する。たとえば電源周波
数ｆが４５Ｈｚ〜６５Ｈｚの範囲外であれば、以後の動
作を中断して、警告ランプを表示させることもできる。
【００３９】次にステップｓ３において、サーミスタＲ
Ｔを用いて電気融着継手１０の雰囲気温度Ｔを参照し
て、ＲＡＭ４３に格納する。たとえば雰囲気温度Ｔが所
定範囲外であれば、以後の動作を中断して、警告ランプ
を表示させることもできる。
【００４０】次にステップｓ４において、上述の抵抗測
定回路を用いてヒータ１１の継手抵抗Ｒを参照して、Ｒ
ＡＭ４３に格納する。たとえば継手抵抗Ｒが所定範囲外
であれば、以後の動作を中断して、警告ランプを表示さ
せることもできる。
【００４１】次にステップｓ５において、ステップｓ１
〜ｓ４で得られた電源電圧Ｖ、電源周波数ｆ、雰囲気温
度Ｔおよび継手抵抗Ｒに基づいて、予め実験的に定め
て、ＲＯＭ４２等に格納しておいた数値テーブルを参照
し、通電すべき電流の実効値Ｉｅを決定する。次に、下
記の式に代入して、通電時間のデューティＤを逆算して
求める。
【００４２】
【数１】
【００４３】次に、逆算した通電時間のデューティＤを
導通角θ＝Ｄ／（２・ｆ）の式に代入することによっ
て、トライアック３１の導通角θを算出する。また、最
大通電時間ｔｍも、電源電圧Ｖ、電源周波数ｆ、雰囲気
温度Ｔおよび継手抵抗Ｒに基づいて、予め実験的に定め
た数値テーブルを参照することによって決定する。そし
て、ヒータ１１への通電を開始する。
【００４４】次にステップｓ７において、通電開始から
の経過時間が所定の最大通電時間ｔｍに達したか否かを
判定する。最大通電時間ｔｍは、たとえば気温２３℃を
基準として融着が完了するように実験的に求めた数値で
あり、雰囲気温度Ｔおよび継手抵抗Ｒの変化に応じて補
正される。
【００４５】通電時間が最大通電時間ｔｍに達するまで
は、ステップｓ８へ移行して電流Ｉが基準電流Ｉｓに一
致するか否かが判定され、一致すればそのままステップ
ｓ７に戻り、一致しなければステップｓ９でトライアッ
ク３１の導通角θを一致する方向で調整した後、ステッ
プｓ７に戻る。
【００４６】ステップｓ７で通電時間が最大通電時間ｔ
ｍに達すると、ステップｓ１０へ移行してヒータ１１へ
の通電を終了する。
【００４７】こうして電源電圧Ｖ、電源周波数ｆ、雰囲
気温度Ｔおよび継手抵抗Ｒの変化を考慮してヒータ１１
への通電量を決定することによって、様々な施工環境に
おいても確実な融着接合を実現することができる。
【００４８】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、位
相制御型スイッチング素子を使用することによって、損
失が少ない低周波のスイッチングが実現する。そのた
め、スイッチング素子の発熱が少なくなって装置の小型
化が可能になる。また、ノイズ発生も格段に抑制され
る。
【００４９】また、ゼロクロス型の位相制御型スイッチ
ング素子を使用することによって、オフ時の誘導ノイズ
を解消できるため、ノイズ発生がさらに少なくなる。
【００５０】また、ヒータ電流の実効値を正確に測定し
てからヒータ通電の制御を行うため、電気融着継手での
発熱量に即した通電制御が可能になる。また、電気絶縁
型の電流センサを使用することによって、電力ラインか
らのノイズ混入が少なくなるため、誤動作を防止でき
る。
【００５１】こうしてノイズ発生を抑制でき、損失の少
ない通電量制御を実現できる小型の電気融着継手の通電
量制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される電気融着継手の一例を示す
断面図である。
【図２】本発明の実施の一形態の電気的構成を示すブロ
ック図である。
【図３】図３（ａ）はトライアック３１の出力波形であ
り、図３（ｂ）はＡＣ−ＤＣコンバータ３４の出力波形
である。
【図４】サーミスタＲＴの取付け位置の一例を示す構成
図である。
【図５】全体の動作を示すフローチャートである。
【図６】従来の通電制御装置の一例を示す回路図であ
る。
【図７】図７（ａ）はＦＥＴトランジスタ２の出力波形
であり、図７（ｂ）はマイコン１のＡＤ端子への入力波
形である。
【符号の説明】
１０ 電気融着継手 １１ ヒータ １２ 端子 ２０ 基準電圧源 ２１〜２４ ＡＤコンバータ ３０ 交流電源 ３１ トライアック ３２ 発光ダイオード ３３ 電流センサ ３４ ＡＣ−ＤＣコンバータ ４０ ワンチップマイクロコンピュータ（マイコン） ＲＴ サーミスタ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ヒータが装着された継手本体とプラスチ
    ック管とを加熱融着させて接続を行う電気融着継手の通
    電制御装置であって、 ヒータ通電用の交流電力を導入する電線路と、 ヒータの通電量を制御するための位相制御型スイッチン
    グ素子と、 位相制御型スイッチング素子を駆動するための制御回路
    とを備えることを特徴とする電気融着継手の通電制御装
    置。
  2. 【請求項２】 位相制御型スイッチング素子は、電流が
    ゼロクロスでオフとなるゼロクロス型であることを特徴
    とする請求項１記載の電気融着継手の通電制御装置。
  3. 【請求項３】 ヒータが装着された継手本体とプラスチ
    ック管とを加熱融着させて接続を行う電気融着継手の通
    電制御装置であって、 ヒータ通電用の交流電力を導入する電線路と、 ヒータの通電量を制御するための通電制御手段と、 通電制御手段を駆動するための制御回路と、 ヒータ電流を検出する電気絶縁型の電流センサと、 電流センサから出力される信号の実効値を求めて、制御
    回路へ出力する実効値変換回路とを備えることを特徴と
    する電気融着継手の通電制御装置。
JP7304695A 1995-11-22 1995-11-22 電気融着継手の通電制御装置 Pending JPH09144980A (ja)

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