JP6771190B2

JP6771190B2 - 樹脂判定方法及び装置

Info

Publication number: JP6771190B2
Application number: JP2017209070A
Authority: JP
Inventors: 真吾濱田; 鈴木　規之; 規之鈴木; 直也宮地; 山口　直志; 直志山口
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2037-10-30
Also published as: US20190128801A1; JP2019082355A; CN109724935A; EP3477281A1; US10466168B2; EP3477281B1; CN109724935B

Description

本発明は、複数種類の小片が集まった選別対象物における、樹脂種の樹脂判定方法及び装置に関するものである。

大量消費及び大量廃棄型の経済活動によって、地球温暖化又は資源の枯渇など、地球規模での環境問題が発生している。

このような状況の中、資源循環型社会の構築に向けて、日本国内では、平成１３年４月から家電リサイクル法が施行されている。家電リサイクル法により、使用済みの家電製品（エアコン、テレビ、冷蔵庫、冷凍庫、洗濯機、衣類乾燥機など）のリサイクルが義務付けられている。これにより、使用済の家電製品は、家電リサイクル工場で破砕されて小片となった後に、磁気、風力、又は振動等を利用して、材種ごとに選別回収され、リサイクル材料として再資源化されている。樹脂材料においては、ポリプロピレン（以下、ＰＰと表記。）、ポリスチレン（以下、ＰＳと表記。）、又はアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（以下、ＡＢＳと表記。）が家電製品に多く用いられており、樹脂の分子構造による近赤外線領域の吸光特性を利用した選別装置によって樹脂種ごとに選別回収されている。

赤外線領域の吸光特性を利用した樹脂材料の再資源化に関する装置は、特許文献１で提案されている。特許文献１に記載の技術では、図５に示すように、樹脂フレーク２０は、フレーク供給部２２のホッパーからフレーク搬送部２４に供給される。フレーク搬送部２４はベルトコンベアを備え、フレーク供給部２２から供給された樹脂フレーク２０をベルトコンベアにより反射率測定部２１の下を通って排出口２４ａに移送する。排出口２４ａから排出された樹脂フレーク２０が落下する位置にフレーク樹脂別回収部２８が設けられ、フレーク樹脂別回収部２８には、２つのフレーク回収容器２８ａと２８ｂが配置されている。

フレーク搬送部２４の排出口２４ａとフレーク樹脂別回収部２８との間には、フレーク弁別部２６が配置されている。フレーク回収容器２８ａは、排出口２４ａから排出される樹脂フレーク２０が自然落下する位置に配置され、フレーク回収容器２８ｂは、フレーク回収容器２８ａよりも排出口２４ａに近い位置に配置されている。フレーク弁別部２６は、例えば排出口２４ａから排出された樹脂フレーク２０に空気を吹き付けることにより、その空気圧で樹脂フレーク２０をフレーク回収容器２８ｂに落とすように構成されている。
フレーク弁別部２６には、樹脂識別部２３の出力信号を制御信号として入力される。フレーク弁別部２６への樹脂識別部２３からの出力信号が例えばＡＢＳ樹脂であることを示す信号である場合には、排出口２４ａから排出された樹脂フレーク２０に、フレーク弁別部２６から空気を吹き付けて、樹脂フレーク２０をフレーク回収容器２８ｂ内に落下させる。一方、フレーク弁別部２６への樹脂識別部２３からの出力信号がＡＢＳ樹脂以外の他の樹脂であることを示す信号である場合には、排出口２４ａから排出された樹脂フレーク２０に、フレーク弁別部２６からの空気を吹き付けないように構成されている。

なお、反射率測定部２１は、光学系として、樹脂フレーク２０に赤外光を照射する照射光学系と、樹脂フレーク２０からの反射光を受光して光検出器に導く反射光用の受光光学系の他、照射光学系から照射されて樹脂フレーク２０に入射する前の赤外光を、随時に光路を切り替えて前記光検出器に導く入射光用の受光光学系も備えている。

特許第６１６０４７５号公報

特許文献１に記載の技術において、白又は黒などに着色された樹脂は、反射光を検出できるため、樹脂種の判定が可能であるが、透明樹脂においては，赤外線の大半が透過するため、樹脂種を判定することができないという課題を有する。

透明樹脂は赤外線で樹脂種の選別ができないため、一般的に、透明樹脂を含む樹脂片に関しては、まず、可視光の色彩選別装置で透明かどうかの色を判定し、透明と判定された樹脂は、水比重選別装置で、水に浮くＰＰなどの樹脂とそれ以外の樹脂を選別する、等のフローで処理される。このため、複数の装置を必要とするとともに、透明樹脂については、回収できる樹脂種が限定されるという問題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、赤外線を用いて透明樹脂の樹脂種を判定することができる樹脂判定方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、以下のように構成している。

本発明の１つの態様にかかる樹脂判定方法によれば、
選別対象物である透明樹脂を、赤外光の有効波長領域における赤外光の拡散反射率が８０％以上でありかつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５μｍである載置面上に載置し、
前記選別対象物である前記透明樹脂に前記赤外光を照射し、
前記赤外光を照射された前記選別対象物である前記透明樹脂を透過した前記載置面からの反射光を前記選別対象物である前記透明樹脂の上方で受光し、
前記反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルにより樹脂種を判定する。

本発明の別の態様にかかる樹脂判定装置によれば、
選別対象物である透明樹脂を載置面上に載置する載置部と、
前記選別対象物である前記透明樹脂に赤外光を照射する照射部と、
前記照射部から前記赤外光が照射された前記選別対象物である前記透明樹脂を透過した前記載置面からの反射光を前記選別対象物である前記透明樹脂の上方で受光する受光部と、
前記反射光に基づく前記選別対象物である前記透明樹脂の反射又は吸収スペクトルから、前記選別対象物である前記透明樹脂の樹脂種を判定する処理部と、
を備え、
前記載置面は、前記赤外光の有効波長領域における赤外光の拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５μｍである。

以上のように、本発明の前記態様にかかる樹脂判定方法及び装置によれば、赤外光の有効波長領域における赤外光の拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５μｍである選別対象物の載置面に選別対象物を置いて赤外光を照射することにより、赤外光が拡散反射し、多くの反射光を受光することができる。この結果、赤外線を用いて透明樹脂の樹脂種を判定することができる。

本発明の実施の形態１における樹脂判定装置の模式図従来の技術を用いて、有効波長領域における拡散反射率が８０％未満の一般的に使用される黒色ベルト上に透明樹脂を置いた場合の赤外線反射の模式図本実施の形態１を用いて、照射部から照射された照射光の有効波長領域における拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５である選別対象物載置面上に樹脂を置いた場合の赤外線反射の模式図図２Ａにおいて白色と透明のＰＳ樹脂を置いた場合の赤外線スペクトルを示す図図２Ｂにおいて白色と透明のＰＳ樹脂を置いた場合の赤外線スペクトルを示す図本発明の実施の形態１の選別対象物載置面における算術平均粗さＲａが０．２５〜２５の効果を説明する赤外線反射の模式図算術平均粗さＲａが０．２５未満である光沢面上に樹脂を置いた場合の赤外線反射の模式図図２Ａにおいて透明のＰＳ樹脂を置いた場合の赤外線スペクトルを示す図本発明の実施の形態１で樹脂判定装置が樹脂種を判定するフローを示すフローチャート特許文献１に記載された従来の樹脂判定における装置の模式図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る樹脂判定装置１の模式図である。

樹脂判定装置１は、照射部８ａと受光部８ｂとを有する赤外線検出ユニット８と、処理部の一例としての演算処理部１０と、選別対象物載置面５ａを有する載置部５とを少なくとも備えている。なお、選別対象物載置面５ａは、照射部８ａから照射された赤外光（すなわち、赤外線）の有効波長領域における赤外光の拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５μｍである。

選別対象物である樹脂２は、選別対象物載置面５ａ上に載置されており、その状態で照射部８ａは、光源を備えて、選別対象物載置面５ａの検出領域７で、選別対象物である樹脂２に照射光３の一例として赤外光を照射する。樹脂２は、例えば樹脂フレークである。

なお、照射光３および反射光４は、樹脂の分子構造による吸光特性を利用するためには、赤外光の有効波長領域として波長１μｍ〜３μｍの帯域を含んでいることが好ましい。

また、受光部８ｂは、照射部８ａから照射光３としての赤外光が照射された樹脂２からの反射光４を、樹脂２の上方（すなわち、真上又は斜め上）で受光する。

演算処理部１０は、反射光４に基づく樹脂２の反射又は吸収スペクトルから樹脂２の樹脂種を判定する。

演算処理部１０は、スペクトル強度取得部１０ｂと、スペクトル評価部１０ｃと、樹脂判定部１０ｄを少なくとも有する。

スペクトル強度取得部１０ｂは、反射光４に基づいてスペクトル強度を取得する。まず、受光部８ｂで受光した反射光４のアナログデータが、受光部８ｂからデジタルデータ変換部９を通して演算処理部１０のスペクトル強度取得部１０ｂに入力される。デジタルデータ変換部９では、反射光４のアナログデータが反射光４のデジタルデータに変換される。スペクトル強度取得部１０ｂでは、入力された反射光４のデジタルデータに基づいて、樹脂２の反射又は吸収スペクトルを算出したのち、算出した反射又は吸収スペクトルを、例えば、反射又は吸収スペクトルとスペクトル強度との関係を表す例えば表形式又はグラフ形式に変換したのち、当該表又はグラフから樹脂判定用のスペクトル強度を取得する。
スペクトル評価部１０ｃは、スペクトル強度取得部１０ｂで取得したスペクトル強度と、予め取得した１種類以上の樹脂種のスペクトルデータとの複数個の相関情報をそれぞれ求める。なお、前記相関情報は、相関係数、回帰分析、又は多変量解析などを用いて得られる無次元量である。

樹脂判定部１０ｄは、スペクトル評価部１０ｃで求められた複数個の相関情報の中で、予め設定した閾値以上でかつ最も高い相関情報に関連した樹脂種を、選別対象物の樹脂２の樹脂種であると判定する。

赤外線検出ユニット８は、樹脂２へ赤外線を照射する機能と、照射光３の樹脂２からの反射光４を受光する機能とを備えている。赤外線検出ユニット８は、デジタルデータ変換部９を介して、演算処理部１０に接続されている。

デジタルデータ変換部９は、反射光４に応じて出力されたアナログデータとしての電気信号が赤外線検出ユニット８から入力され、入力された電気信号をデジタルデータへ変換したのち、変換したデジタルデータを演算処理部１０に出力する。

演算処理部１０では、デジタルデータ変換部９から出力されたデジタルデータに基づいて、樹脂２の反射又は吸収スペクトルを算出したのち、スペクトル強度をスペクトル強度取得部１０ｂで取得する。

なお、図１において、載置部５は、一例として、ベルトコンベアで構成される。このベルトコンベアでは、ベルトが一定の速度で移動しており、樹脂２を移送することができる。この載置部５により、樹脂２が、載置部５の長手方向沿いに、投入領域６から検出領域７まで移送される。ベルトコンベアの樹脂２の載置面は、有効波長領域における拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５である選別対象物載置面５ａとなっている。

ここで、本発明の実施の形態１で得られる透明樹脂の赤外線スペクトルについて、図２Ａ〜図２Ｄを用いて、簡単に説明する。

図２Ａは、従来の技術を用いて、有効波長領域における拡散反射率が８０％未満の一般的に使用される黒色ベルト９１の載置面上に透明樹脂９２を置いた場合の赤外線９３の反射の模式図である。図２Ｂは、本実施の形態１を用いて、照射部８ａから照射された照射光３の有効波長領域における拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５である選別対象物載置面５ａ上に樹脂２ａを置いた場合の赤外線３の反射の模式図である。図２Ｃは、図２Ａにおいて白色のＰＳ樹脂と透明樹脂９２の例として透明のＰＳ樹脂をそれぞれ置いた場合の赤外線スペクトルを、それぞれ、「白ＰＳ」と「透明ＰＳ」とで示す図である。図２Ｄは、図２Ｂにおいて樹脂２ａとして白色のＰＳ樹脂と透明のＰＳ樹脂をそれぞれ置いた場合の赤外線スペクトルを示す図である。

図２Ａでは、照射光９３は透明樹脂９２を透過するが、有効波長領域における拡散反射率が８０％未満である黒色ベルト９１に照射光９３である赤外光が吸収され、黒色ベルト９１からの反射光が非常に少ない。従って、図２Ｃに「判定ＮＧ」として示す通り、透明ＰＳ樹脂では、赤外線スペクトルの変化が少なく、樹脂種の判定が難しい。ただし、白色のＰＳ樹脂では、赤外線スペクトルの変化が大きく、樹脂種の判定が可能である。

それに対し、図２Ｂでは、照射光３は透明樹脂２ａを透過し、有効波長領域における拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５である選別対象物載置面５ａ上に、樹脂２ａを置いているため、樹脂２ａからの反射光４が多くなる。従って、図２Ｄに「判定ＯＫ」として示す通り、透明ＰＳ樹脂（図２Ｄの透明ＰＳを参照。）でも、白色ＰＳ樹脂（図２Ｄの白ＰＳを参照。）に近い赤外線スペクトル変化を得ることができ、樹脂種の判定が可能となる。

ここで、選別対象物載置面５ａにおける算術平均粗さＲａが０．２５〜２５の効果について、図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。

図３Ａは、本実施の形態１を用いた、有効波長領域における拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５である選別対象物載置面５ａ上に樹脂２ｂを置いた場合の赤外線３の反射の模式図である。図３Ｂは、算術平均粗さＲａが０．２５未満である光沢面９５上に樹脂２ｂを置いた場合の赤外線３の反射の模式図である。図３Ｃは、図２Ａ、図３Ａ、及び図３Ｂのそれぞれにおいて透明のＰＳ樹脂２ａを図２Ａの載置面９１と図３Ａの選別対象物載置面５ａと図３Ｂの光沢面９５とにそれぞれ置いた場合の赤外線スペクトルを示す図である。

図３Ａに示す通り、有効波長領域における拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５である選別対象物載置面５ａ上に樹脂２ｂを置いた場合は、照射光３が選別対象物載置面５ａで拡散反射し、図３Ｃに示す通り、図１の受光部８ｂで多くの反射光４を樹脂２ｂから受光することができる。
それに対し、図２Ａ及び図３Ｂに示す通り、算術平均粗さＲａが０．２５未満の載置面（すなわち、光沢面）９５では、反射光４は照射光３の直接反射成分が多く、光沢面９５からの拡散反射成分は少ない。従って、図３Ｃに示す通り、図１の受光部８ｂで多くの反射光４を受光することができない。また、図には記載していないが、算術平均粗さＲａが２５を越える載置面においても、拡散反射成分よりも直接反射成分が多くなるため、算術平均粗さＲａが０．２５未満の載置面と同程度のスペクトル測定結果を得た。
以上により、算術平均粗さＲａが０．２５未満の載置面及び算術平均粗さＲａが２５を越える載置面のそれぞれにおいて、透明ＰＳ樹脂２ｂでは、赤外線スペクトルの変化が少なく、樹脂種の判定が難しい。しかしながら、本実施の形態１のように、有効効波長領域における拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５である選別対象物載置面５ａでは、透明ＰＳ樹脂２ｂでも大きな赤外線スペクトル変化を得ることができ、樹脂種の判定が可能となる。

次に、図１の樹脂判定装置１の動作について、図４のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１において、樹脂２が、一定の速度で移動している載置部５上の投入領域６へ投入されて、載置部５の選別対象物載置面５ａ上に置かれ、検出領域７まで搬送される。

次いで、ステップＳ２において、赤外線検出ユニット８は、検出領域７に到達しかつ選別対象物載置面５ａ上に置かれた樹脂２に、照射部８ａからの照射光３を照射する。ここで、樹脂２は、載置部５上の投入領域６から載置部５に投入されたとき、有効波長領域における拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５である選別対象物載置面５ａ上に置かれた状態となっている。従って、選別対象物載置面５ａ上に載置された樹脂２に、照射部８ａからの照射光３を照射することになる。

次いで、ステップＳ３において、赤外線検出ユニット８は、検出領域７に到達しかつ照射光３が照射された樹脂２からの反射光４を検出する。

次いで、ステップＳ４において、赤外線検出ユニット８で検出した反射光４のアナログデータは、赤外線検出ユニット８からデジタルデータ変換部９を通して演算処理部１０に出力される。デジタルデータ変換部９では、反射光４のアナログデータが、反射光４のデジタルデータに変換される。演算処理部１０では、入力された反射光４のデジタルデータに基づいて、樹脂２の反射又は吸収スペクトルを算出したのち、反射又は吸収スペクトルに基づいて、樹脂判定用のスペクトル強度を取得する。

次いで、ステップＳ５において、スペクトル強度取得部１０ｂで算出した樹脂判定用のスペクトル強度から、スペクトル評価部１０ｃで、予め取得しておいた、物性が既知の樹脂である標本スペクトルと、スペクトル強度取得部１０ｂで算出した樹脂判定用のスペクトル強度とより、相関情報の一例として、樹脂判定用のスペクトル強度と各標本スペクトルとの相関係数をスペクトル評価部１０ｃでそれぞれ算出して評価する。

次いで、ステップＳ６において、各標本スペクトルとの相関係数と予め設定した閾値とを基に、閾値以上でかつ最も大きい相関係数に関連する樹脂種が、選別対象物の樹脂２の樹脂種であるとして、樹脂判定部１０ｄで判定する。

以上のように、本実施の形態１にかかる樹脂判定方法及び装置によれば、赤外光３の有効波長領域における拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａ０．２５〜２５である選別対象物２の載置面５ａ上に樹脂２を載置するように構成している。このように構成することにより、樹脂２に照射した照射光３が樹脂２で拡散反射し、樹脂２からの多くの反射光４を受光部８ｂで受光することができる。このため、赤外線を用いて透明樹脂２の樹脂種を高速に判定することができる。よって、選別対象物載置面５ａでは、透明樹脂例えば透明ＰＳ樹脂２ｂでも大きな赤外線スペクトル変化を得ることができ、樹脂種の判定が可能となる。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかる、樹脂判定方法及び装置を用いることにより、透明樹脂の樹脂種を判定することができる。従来、透明樹脂は、樹脂色に関わらず実施できる水比重選別装置での選別が主流であったが、樹脂を乾燥させる必要があり、かつ水に浮くかどうかでしか判定ができなかった。前記樹脂判定方法及び装置は、この課題を解決して赤外線を用いて透明樹脂の樹脂種を判定できることにより、さらなる樹脂の活用促進が可能となる。

１樹脂判定装置
２，２ａ，２ｂ樹脂
３照射光
４反射光
５載置部
５ａ選別対象物載置面
６投入領域
７検出領域
８赤外線検出ユニット
８ａ照射部
８ｂ受光部
９デジタルデータ変換部
１０演算処理部
１０ｂスペクトル強度取得部
１０ｃスペクトル評価部
１０ｄ樹脂判定部
９１黒色ベルト
９２透明樹脂
９３照射光
９５光沢面

Claims

選別対象物である透明樹脂を、赤外光の有効波長領域における赤外光の拡散反射率が８０％以上でありかつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５μｍである載置面上に載置し、
前記選別対象物である前記透明樹脂に前記赤外光を照射し、
前記赤外光を照射された前記選別対象物である前記透明樹脂を透過した前記載置面からの反射光を前記選別対象物である前記透明樹脂の上方で受光し、
前記反射光によって得られた反射又は吸収スペクトルにより樹脂種を判定する、樹脂判定方法。
前記赤外光の有効波長領域は１μｍ以上でかつ３μｍ以下である、請求項１に記載の樹脂判定方法。
選別対象物である透明樹脂を載置面上に載置する載置部と、
前記選別対象物である前記透明樹脂に赤外光を照射する照射部と、
前記照射部から前記赤外光が照射された前記選別対象物である前記透明樹脂を透過した前記載置面からの反射光を前記選別対象物である前記透明樹脂の上方で受光する受光部と、
前記反射光に基づく前記選別対象物である前記透明樹脂の反射又は吸収スペクトルから、前記選別対象物である前記透明樹脂の樹脂種を判定する処理部と、
を備え、
前記載置面は、前記赤外光の有効波長領域における赤外光の拡散反射率が８０％以上であり、かつ算術平均粗さＲａが０．２５〜２５μｍである、樹脂判定装置。
前記赤外光の有効波長領域は１μｍ以上３μｍ以下である、請求項３に記載の樹脂判定装置。