JPH1016062A - 樹脂製品の電気融着方法及び装置 - Google Patents

樹脂製品の電気融着方法及び装置

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JPH1016062A
JPH1016062A JP16742896A JP16742896A JPH1016062A JP H1016062 A JPH1016062 A JP H1016062A JP 16742896 A JP16742896 A JP 16742896A JP 16742896 A JP16742896 A JP 16742896A JP H1016062 A JPH1016062 A JP H1016062A
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JP
Japan
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heating
power
heating element
electric
pattern
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JP16742896A
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Yoshihiro Kishida
喜廣 岸田
Shunichi Nishimura
俊一 西村
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Original Assignee
Individual
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外気温や電圧変動、或はパイプとジョイント
用スリーブとの間の隙間等の外的要因に拘らず、良好な
品質の電気融着部が得られるようにすることである。 【解決手段】 比較的大電力で短時間予備加熱を行な
い、パイプと連結用スリーブの隙間を埋め、かつ予熱を
与えた後、本加熱を行なう。加熱パターンは、電力Ｐ1
で時間ｔ1 の予備加熱を行なった後、電力Ｐ2 で時間ｔ
2 からｔS まで本加熱を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】この発明は、樹脂製品の電気融着方
法、特に熱可塑性合成樹脂材料から成るパイプ類をジョ
イント用スリーブや管継手によって連結する方法及びそ
の方法に用いる電気融着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱可塑性合成樹脂から成るジョイント用
スリーブや管継手に線状発熱体コイルを一体成形し、こ
れを同材質のパイプ類の接続部分に嵌め合せて通電し、
スリーブや管継手とパイプ類を加熱溶融した後冷却して
接合する方法が従来から行なわれている。
【０００３】しかしながら、溶融温度を正確に制御しな
ければ、種々の不都合が生じる。例えば温度が低すぎる
と樹脂の溶融が不充分で接合不良になり、逆に温度が高
すぎると樹脂が劣化したり、線状発熱体コイルが短絡す
るようなことが起りうる。また、加熱時間の長短によっ
ても同様のことが生じる。
【０００４】一方、適切な温度及び時間は、スリーブ等
とパイプの材質、形状、サイズなどのパラメータによっ
て定まり、これらのパラメータによって定められた温度
・時間に対応する電力を発熱体に供給してやれば接合が
良好に行なわれるはずである。
【０００５】そこで、例えば特開昭６４−３１６２４号
公報には、溶融点以上でかつ樹脂を劣化させるような高
温よりも低い範囲の温度で一定時間継続して加熱する方
法が開示されている。
【０００６】しかしながら、外気温（夏期と冬期、熱帯
地方と寒帯地方など）、製造誤差（スリーブ等とパイプ
類の間の隙間など）、電圧変動等の外的要因によって、
加熱溶融条件が大きく変動し、前述のパラメータを考慮
に入れるだけでは良好な品質の接合部が得られない。
【０００７】そのため、スリーブ等の温度を測定する温
度センサを設けることが上記公報に記載されているが、
これだけでは多くの外的要因に対応することができず、
また温度センサによって溶融部の温度を正確に測定する
ことは極めて困難であり、かつ測定した数値によってど
のように加熱温度を補正するのかも難しく、装置も複雑
になる問題がある。
【０００８】また、特開平７−１６９３１号公報には、
温度センサによる外気温の測定に加えて、接合部の隙間
（継手と管の隙間）を電流値の立上り時間によって検出
し、ヒートパターンを補正することが開示されている。
しかしながら、この方法も、通常わずかしかない隙間を
検出するのは困難でヒートパターンをどのように補正す
るかも難しい。
【０００９】
【発明の課題】上述のように、溶融部の温度や外気温を
測定したり、供給する電流・電圧の挙動によって、様々
な外的要因に対処しようとしているが、現実に加熱パタ
ーンをどのように補正すれば効果的であるのか、その解
決策は示されていないし、実際的にも、無限に変動する
外的要因に対処して、多種多様のスリーブや管継手のそ
れぞれに応じた最適の補正を行なうことは極めて困難で
あり、いたずらに装置を複雑化するだけである。
【００１０】そこで、従来の加熱パターンを検討してみ
ると、基本的には、通電初期に一定の電力を与え、一定
時間の経過後徐々に電力を下げるか、通電初期に電力を
徐々に上げ、一定時間の経過後次第に電力を下げる方法
の二種類がある。
【００１１】しかしながら、前者の方法では、加熱初期
から大電力を与えることから、わずかの電力量の変動で
過大加熱または過少加熱が生じ易く、樹脂の劣化又は接
合不良が生じるため、厳密な加熱条件の管理が必要で、
まして前述の外的要因を考慮するとより一層の困難性が
生じる。
【００１２】また、後者の方法では多少の改善が見られ
るとしても、最大電力に達してからの加熱条件の管理が
難しいことは同じである。
【００１３】即ち、いずれの方法においても、適正温
度、適正時間に対する電力供給の許容範囲が極めて小さ
く、従って外的要因に基づいて溶融接合部の品質が極め
て大きく変動することが理解される。
【００１４】そこで、この発明の第１の課題は、外的要
因に拘らず、許容範囲の大きい加熱パターンによって良
好な品質の融着接合部を得ることである。
【００１５】また、通電途中において、線状発熱体が中
途部分で短絡した場合、そのまま通電を続けると、短い
線状発熱体に対し同じ電力が供給されることになって温
度が上昇し、樹脂が劣化したり、最悪の場合発火する危
険がある。そのため、短絡時点で通電を中止すると、線
状発熱体の短絡量がわずかであっても、スリーブや継手
を破棄し溶融作業をやりなおす必要が生じる。
【００１６】そこで、この発明の第２の課題は、短絡が
生じたとき、短絡の状態に応じて溶融作業を続行できる
ようにすることである。
【００１７】
【課題の解決手段】上記の課題を解決するために、第１
の発明は、電気発熱体を有する熱可塑性樹脂製品と他の
熱可塑性樹脂製品を前記発熱体に通電することによって
溶融接合する方法において、初期に比較的大電力を短時
間供給して樹脂製品相互間の間隙を埋めかつ予熱を与え
る予備加熱プロセスと、樹脂製品を過大加熱かつ過少加
熱しない電力を供給して樹脂製品相互を溶融接合する本
加熱プロセスから成る加熱パターンに従って樹脂製品を
加熱することを特徴とする。
【００１８】前記予備加熱プロセスを初期大電力から段
階的又は一定割合で減少する加熱パターンとすることが
できる。
【００１９】前記本加熱プロセスを本加熱開始電力から
段階的又は一定割合で増加して一定電力に至る加熱パタ
ーンとすることができる。
【００２０】また、第２の発明は、電気発熱体を有する
熱可塑性樹脂製品と他の樹脂製品を前記発熱体に通電す
ることによって溶融接合する装置において、前記発熱体
に通電する電力の調節手段と、この調節手段を制御する
制御手段を設け、この制御手段は、初期に比較的大電力
を短時間供給する予備加熱プロセスと樹脂製品相互を溶
融接合する本加熱プロセスから成る加熱パターンに従っ
て前記電力調節手段を制御することを特徴とする。
【００２１】前記電力調節手段が発熱体に供給する電流
及び電圧の検出手段を設け、これら電流及び電圧の変動
によって発熱体の短絡を検出する手段を設けることがで
きる。
【００２２】前記電力調節手段が発熱体に供給する電流
及び電圧の検出手段を設け、この検出手段によって発熱
体の抵抗値の変動量を検出した後、前記加熱パターンを
修正する手段を設けることができる。
【００２３】
【実施の形態】以下、この発明の実施形態を添付図面に
基づいて説明する。
【００２４】図１及び図２にこの発明の原理を説明する
ための最も単純化された加熱パターンを示す。図示のよ
うに、縦軸に電力Ｐ、横軸に時間ｔをとり、まず、当初
比較的大きな電力Ｐ1 を短時間ｔ1 だけ供給する。この
Ｐ1 は、スリーブや管継手を膨張するのに充分な温度Ｔ
ｈ1 を得るための電力であり、時間ｔ1 からｔ2 を経過
する間に膨張した樹脂によってスリーブ等とパイプの間
隙が埋められ、かつ時間ｔ2 に至るまで膨張状態が維持
されている。そして時間ｔ2 からさらに電力Ｐ2 を供給
してスリーブ等とパイプを溶融接合するのに充分でかつ
過加熱しない程度の温度Ｔｈ2 になるまでの時間ｔS だ
け加熱し以後放熱する。このように、電力Ｐ1 を短い時
間ｔ1 だけ供給して予熱を行なうことによって、接合部
分の温度を上昇させかつ予めスリーブ等とパイプの間隙
を埋めておくことにより、外的要因の変動による影響を
排除することができ、電力Ｐ2 による時間ｔS までの本
加熱条件は、外的要因を配慮せずに選択できるから、許
容範囲が広くなり、多少の電圧や電流の変動（商用電源
や携帯発電機では常に変動している）にも拘らず、過大
な加熱や過小加熱は生じない。
【００２５】前記本加熱ｔ2 からｔS までの間を図４に
示すようにほぼ一定の温度Ｔｈ3 で加熱してもよい。そ
の場合の加熱パターンは、図３に示すように、前記と同
様に当初大電力Ｐ1 で短い時間ｔ1 の間予熱を行ない、
その後時間ｔ2 からｔ3 の間に一定電力Ｐ2 を供給した
後、徐々に電力量を減じ、時間ｔS で供給を止める。勿
論、図３の鎖線で示すように、時間ｔ1 において、電力
供給量をゼロにせずＰ3 まで降下させた後、時間ｔ2 で
Ｐ2 まで立ち上げてもよい。その場合には、本加熱の立
ち上りが早くなり、一定温度に早く達することになるで
あろう。勿論、これはｔ1 とｔ2 の時間間隔を小さくす
ることによっても可能である。
【００２６】前記予熱プロセスにおいては外的要因の影
響が大きく、かつ比較的大電力Ｐ1を供給するから、過
加熱になり易く樹脂を劣化させる危険がある。そこで、
図５に示すように、当初電力Ｐ1 をより短い時間ｔ1 だ
け供給し、電力をＰ2 まで下げることによって、この危
険を回避することができる。さらに時間ｔ3 まで徐々に
電力量を減少するとなおよい。電力がＰ3 になった後、
時間ｔ4 から本加熱を行なう。この本加熱のパターン
は、図１や図３に示すｔ2 からｔS のようなものでもよ
いが、図５のように、時間ｔ4 からｔ5 の間、電力をＰ
3 からＰ4 に次第に増加して、時間ｔ5 からｔS まで一
定電力Ｐ4 に維持するパターンでもよい。このように、
本加熱で当初電力量を徐々に（又は段階的に）増加させ
るパターンは、過大加熱の危険を防止するために好まし
い。また、予備加熱プロセスで段階的又は一定割合で電
力量を増加した後、同様に段階的又は一定割合で減少さ
せる方法を採ってもよい。
【００２７】前記図５による加熱パターンの温度変化
は、図６のように、時間ｔ3 までの予備加熱プロセスか
ら本加熱まで滑らかな温度の移行が見られる。
【００２８】次に電気融着装置について説明する。図７
に示すように、電気融着装置１は、ケーシングパネル
に、液晶等の表示装置２、スタートスイッチ３、リセッ
トスイッチ４が設けられ、プラグ６を有する電源コード
５、出力用コネクタ８を有するコード７が接続され必要
に応じて音声発生装置が内臓されている。
【００２９】前記コネクタ８は、熱可塑性合成樹脂ジョ
イント用スリーブ１０に設けられた端子１２に接続され
る。端子１２は、スリーブ１０の内面に設けられた線状
発熱体コイル１１と電気的に接続されている。
【００３０】前記ジョイント用スリーブ１０には、連結
すべき熱可塑性合成樹脂パイプ１５、１５が挿入され、
電気融着装置１からスリーブ１０の発熱体コイル１１に
通電することによって、スリーブ１０及びパイプ１５を
溶融し、その後固化冷却してパイプ１５、１５をスリー
ブ１０により連結する。勿論スリーブ１０は、エルボー
やＴジョイントのような管継手であってもよい。
【００３１】前記電気融着装置１は、プラグ６によって
商用電源や発電機に接続されるが、装置１の内部に供給
された入力電力を一定の論理に従って調整し、コネクタ
８から出力する制御装置を内臓している。
【００３２】図８に示すように、制御装置２０は、マイ
クロコンピュータ等から成るＣＰＵ２１を有し、このＣ
ＰＵ２１はメモリ２２に記憶されたプログラムを遂行す
る。なお、メモリ２２は、プログラムを記憶するＲＯＭ
のほか、ＲＡＭも含むものとする。
【００３３】電力調節回路２３は、前記ＣＰＵ２１の指
令に従って入力電源からの電力を適当な値に調節して発
熱体コイル１１に出力する。一方、出力電圧及び電流
は、それぞれ電圧検出回路２４及び電流検出回路２５で
検出され、その情報はＣＰＵ２１に入力される。また、
制御装置２０の動作の開始や終了或は一時停止を知らせ
るスタートスイッチ３及びリセットスイッチ４の信号も
ＣＰＵ２１に取り込まれる。さらに、ＣＰＵ２１は、表
示装置２に適当なメッセージを表示し、オペレータに知
らせる。必要に応じて音声発生装置２８を併用してもよ
い。そのほか、適宜の入出力装置を付加することも可能
であり、外部記憶装置を接続できるようにしておくこと
もできる。
【００３４】次は、ＣＰＵ２１を動作させるプログラム
を図９乃至図１１に基づいて説明する。なお、このフロ
ーチャートは図５の加熱パターンを想定したものであ
る。
【００３５】まず、ステップ３０では、熱可塑性合成樹
脂ジョイント用スリーブ（管継手も同じ）の品種を判別
する。判別方法は種々考えられるが、品種に応じて線状
発熱体コイルが固有の抵抗値を有することから、これを
測定するのが最も簡明である。そして、図１２のテーブ
ルに示すように、スリーブの品種Ｓ1 ……Ｓn の欄には
抵抗値がそれぞれキーとして書き込まれており、その抵
抗値即ち品種に対応して、図５に示すような加熱パター
ンの電力量Ｐ1 ……Ｐ4 及び時間ｔ1 ……ｔSがリスト
されている。従ってこのテーブルを抵抗値で索引するこ
とによって、スリーブの品種に対応した融着条件を引き
出すことができる。なお、測定誤差や製造誤差等によっ
て、ぴったりと一致する抵抗値が検索できない場合に
は、最も近似する抵抗値を選択するなどの方法がある。
【００３６】上記ステップ３０で融着条件が定められる
と、ステップ３１で、その融着条件に応じて初期電力Ｐ
1 が出力され、ステップ３２ではタイマカウンタによる
計時が始まる。この計時中に、線状発熱体コイルが短絡
していないかどうかを検出する。その方法は、Δｔ経過
毎に線状発熱体コイルの電気抵抗値を計算してその変動
を調べ変化値又は変化率が一定以上であれば短絡が生じ
たとするのである。即ち図８の電圧検出回路２４及び電
流検出回路２５で、出力電圧と電流を検出することによ
って抵抗値を計算することができる。なお、線状発熱体
コイルの温度によって多少抵抗値が変動するので、これ
を考慮に入れることもできる。
【００３７】短絡が生じた場合には、短絡処理ルーチン
５５で、対応策を講じなければならない。例えば、前回
の発熱体コイルの抵抗値と今回の抵抗値の変化率から短
絡率を求め、この短絡率に応じて以後の融着条件を全て
補正してしまう方法がある。或は、短絡後の抵抗値によ
って前記図１２のテーブルを検索し、適当な融着条件を
引き出してくる方法も考えられる。
【００３８】次に、ステップ３４で初期電力の供給時間
ｔ1 が過ぎたと判定されると、ステップ３５に進む。以
下、ステップ３６、３７、３８は、電力Ｐ2 を時間ｔ2
まで供給するプロセスであり、実質的に前記ステップ３
１〜３４と変らない。短絡処理ルーチン５５も同様であ
る。
【００３９】ステップ３９においては、一定電力ではな
く徐々に電力量を減少させて供給するようになってい
る。従って、短絡判別ルーチン４１においてもこの減少
量を考慮に入れて抵抗値の変化率を比較する必要があ
る。短絡処理ルーチン５５は、短絡判別ルーチン４１で
得られた抵抗値の実際的な変化率によって短絡量又は短
絡率を計算するのであるから、前述と同様の処理（融着
条件の入れ換えなど）を行なえばよい。
【００４０】ステップ４２で時間ｔ3 が経過したと判断
されると、ステップ４３、４４、４５、４６に進む。こ
れらのステップは、図９のステップ３１乃至３４のプロ
セス及びステップ３５乃至３８のプロセスと同じであ
る。
【００４１】そしてステップ４７、４８、４９、５０に
進む。これらのステップは前記ステップ３９、４０、４
１、４２とほぼ同じである。但し、電力Ｐ3 から一定割
合で増加させる点が異なるが、短絡判別ルーチン４９で
この点を考慮に入れて判別すればよい。
【００４２】ステップ５１、５２、５３、５４も前述の
ステップ３１乃至３４のプロセスと同様である。
【００４３】なお、図１の加熱パターン、図３の加熱パ
ターンに従った処理プロセスは、特に図示するまでもな
く容易に予想可能である。また、予備加熱及び本加熱に
おける加熱パターンは図１、図３、図５に示すパターン
に限定されない。例えば、本加熱において、次第に電力
を上昇させ一定電力に達した後次第に下降させるパター
ンなどが考えられる。さらに、電力の上昇、下降も、直
線的、曲線的、段階的、断続的、或はそれらの組合せな
ど種々選択可能である。
【００４４】
【効果】この発明によれば、以上のように、加熱当初に
比較的大電力で短い時間、予備加熱を行なうことによっ
て、スリーブ等とパイプとの間隙を埋めかつ予熱を与え
て外的要因による加熱融着条件の変動を排除した後、望
ましい融着条件でスリーブ等とパイプを接合するように
したので、外的要因に配慮することなく、種々な理想的
条件を広い許容範囲から自由に選択することができ、そ
れによって過大な加熱による樹脂の劣化や過小加熱によ
る接合不良などが生じず優れた品質の溶融接合部が得ら
れる効果がある。
【００４５】また、線状発熱体コイルの短絡が生じて
も、融着作業を継続することが可能となり、得られた融
着部は、上記の利点により、品質の点で劣ることがな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の最も単純な加熱パターンを示すグラ
フ
【図２】同上の加熱パターンによる温度変化を示すグラ
フ
【図３】加熱パターンの他の例を示すグラフ
【図４】同上の加熱パターンによる温度変化を示すグラ
フ
【図５】加熱パターンのさらに他の例を示すグラフ
【図６】同上の加熱パターンによる温度変化を示すグラ
フ
【図７】電気融着装置とスリーブ及びパイプの関係を示
す一部縦断正面図
【図８】電気融着装置に内臓された制御装置を示すブロ
ック図
【図９】処理プロセスを示すフローチャート
【図１０】処理プロセスを示すフローチャート
【図１１】処理プロセスを示すフローチャート
【図１２】加熱パターンのメモリテーブルを示す図
【符号の説明】
１ 電気融着装置 ２ 表示装置 ３ スタートスイッチ ４ リセットスイッチ ５ コード ６ プラグ ７ コード ８ コネクタ １０ 熱可塑性合成樹脂ジョイント用スリーブ １１ 線状発熱体コイル １２ 端子 １５ 熱可塑性合成樹脂パイプ ２０ 制御装置 ２１ ＣＰＵ ２２ メモリ ２３ 電力調節回路 ２４ 電圧検出回路 ２５ 電流検出回路 ２６ 音声発生装置 ３０〜５５ 処理ステップ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気発熱体を有する熱可塑性樹脂製品と
    他の熱可塑性樹脂製品を前記発熱体に通電することによ
    って溶融接合する方法において、初期に比較的大電力を
    短時間供給して樹脂製品相互間の間隙を埋めかつ予熱を
    与える予備加熱プロセスと、樹脂製品を過大加熱かつ過
    少加熱しない電力を供給して樹脂製品相互を溶融接合す
    る本加熱プロセスから成る加熱パターンに従って樹脂製
    品を加熱することを特徴とする電気融着方法。
  2. 【請求項２】 前記予備加熱プロセスが初期大電力から
    段階的又は一定割合で減少する加熱パターンを有する請
    求項１に記載の電気融着方法。
  3. 【請求項３】 前記本加熱プロセスは本加熱開始電力か
    ら段階的又は一定割合で増加して一定電力に至る加熱パ
    ターンを有する請求項１又は２に記載の電気融着方法。
  4. 【請求項４】 電気発熱体を有する熱可塑性樹脂製品と
    他の樹脂製品を前記発熱体に通電することによって溶融
    接合する装置において、前記発熱体に通電する電力の調
    節手段と、この調節手段を制御する制御手段を設け、こ
    の制御手段は、初期に比較的大電力を短時間供給する予
    備加熱プロセスと樹脂製品相互を溶融接合する本加熱プ
    ロセスから成る加熱パターンに従って前記電力調節手段
    を制御することを特徴とする樹脂製品の電気融着装置。
  5. 【請求項５】 前記電力調節手段が発熱体に供給する電
    流及び電圧の検出手段を設け、これら電流及び電圧の変
    動によって発熱体の短絡を検出する手段を設けたことを
    特徴とする請求項４に記載の樹脂製品の電気融着装置。
  6. 【請求項６】 前記電力調節手段が発熱体に供給する電
    流及び電圧の検出手段を設け、この検出手段によって発
    熱体の抵抗値の変動量を検出した後、前記加熱パターン
    を修正する手段を設けたことを特徴とする請求項４に記
    載の樹脂製品の電気融着装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015008028A1 (en) * 2013-07-18 2015-01-22 Pioneer Lining Technology Limited Improved electrofusion fittng methods

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