プラスチックの識別装置およびその識別方法
【課題】ラマン散乱スペクトルを測定する場合、炭素充填剤を含有する黒色プラスチックに強いレーザ光を照射すると、炭素充填剤の吸収による発熱でプラスチックが溶融し、ラマン散乱スペクトルが測定できないという問題がある。
【解決手段】この発明に係るプラスチックの識別装置は、搬送手段により搬送される破砕混合プラスチックにレーザ光を照射し、該破砕混合プラスチックからの反射光または散乱光を検出素子で検出し、その検出結果に基づいてプラスチックおよびその添加剤の種類を識別するプラスチックの識別装置において、上記破砕混合プラスチックの表面に液体を滴下するように構成したものである。
【解決手段】この発明に係るプラスチックの識別装置は、搬送手段により搬送される破砕混合プラスチックにレーザ光を照射し、該破砕混合プラスチックからの反射光または散乱光を検出素子で検出し、その検出結果に基づいてプラスチックおよびその添加剤の種類を識別するプラスチックの識別装置において、上記破砕混合プラスチックの表面に液体を滴下するように構成したものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、廃家電製品等から得られる破砕混合樹脂から再利用可能なプラスチックを識別する装置、及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃家電における樹脂のリサイクルでは、当該樹脂を手で解体できる部分は限られているため、小さな部品や複雑な構成の部品については、機械的に粉砕して、金属又は樹脂等を選別したうえでリサイクル材とする必要がある。
【０００３】
この場合、粉砕して混合された状態から、それぞれの材料を分別することが要求されるため、高度な選別技術が必要である。ここで、金属片やプラスチック片などが混在する混合破砕片を材質毎に選別し分別する工程において、プラスチック片はポリプロピレン（以下ＰＰ）、ポリスチレン（以下ＰＳ）やアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（以下ＡＢＳ）など様々な重合体を主成分とするプラスチック片が混合している。
【０００４】
このうち金属は、比重や電気的又は磁気的な力により、選別されるが、重合体（例えば、特開２００２−３２３４５０号公報、段落番号［０００４］記載の重合体、樹脂を含む）は、電気的又は磁気的な力による選別が出来ないため、搬送手段により搬送される重合体に光を照射し、該重合体からの反射光または散乱光から得られたスペクトルに基づいて種類を識別する方法がある。プラスチック片の再利用には、これらの重合体の種類毎に選別し、分別して回収する必要がある。また、破砕されたプラスチック片の形状は、数ｍｍ角で厚さ数ｍｍ程度の小片であることが多い。
【０００５】
また、プラスチック片には重合体の他に様々な添加剤が含まれており、その一つとしてカーボンブラックのような炭素充填剤もある。この炭素充填剤を含むプラスチック片の外観は黒色であり、その他、プラスチック片の色は、光の透過率から分類すれば、光を透過する透明色から全く透過しない黒色まであり、彩度や明度についても様々である。プラスチック片の再利用にはプラスチック片の色に関係なく重合体の種類毎に選別し、分別して単一材料にする必要がある。
【０００６】
このようなプラスチック片の材質を識別する方法の一つとして、ラマン散乱スペクトルを利用した方法が提案されている。レーザ光源から発した単色のレーザ光をプラスチック素材に照射し、プラスチック素材から散乱された光を集め、この集められた光を分光分析するもので、測定されたラマン散乱スペクトルのバンドパターンとデータベースに格納された既知のバンドパターンとを照合することによりプラスチック片の材質を識別する方法がある。
【０００７】
このラマン散乱スペクトルを利用した方法の一例として、レーザ光を識別対象物である被識別プラスチックに照射するレーザ照射系と、被識別プラスチックから散乱されたラマン散乱光からラマン散乱信号を得るラマン散乱信号取得手段と、予め既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上のピーク位置（既知ピーク位置）のラマン散乱強度およびベースライン位置（既知ベースライン位置）のラマン散乱強度を記憶する記憶手段と、被識別プラスチックのラマン散乱信号から得た識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置に対応するラマンシフト波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置に対応するラマンシフト波数におけるラマン散乱強度と、記憶手段に記憶された既知ピーク位置のラマン散乱強度および既知ベースライン位置のラマン散乱強度とに基づいてプラスチックの材質を高速で識別する方法がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４２０３９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ラマン散乱スペクトルを測定する場合、炭素充填剤を含有する黒色プラスチックに強いレーザ光を照射すると、炭素充填剤の吸収による発熱でプラスチックが溶融し、ラマン散乱スペクトルが測定できないという問題がある。また、プラスチックの溶融を防止するため、弱いレーザ光を照射すると、信号強度が不足し、信号の積算のため長時間照射しなければならず、プラスチックの識別に時間がかかるのみならず、プラスチックの色や添加剤などの影響によりラマン散乱スペクトルのベースラインが上昇したり、歪んだりするために、プラスチックの材質を識別することが可能なＳＮ比の大きなラマン散乱スペクトルを検出することができないという問題がある。
【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、黒色または有色のプラスチックであっても、プラスチックを溶融することなく、ＳＮ比の大きなラマン散乱スペクトルの測定が可能なプラスチック識別装置およびその方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るプラスチックの識別装置は、搬送手段により搬送される破砕混合プラスチックにレーザ光を照射し、該破砕混合プラスチックからの反射光または散乱光を検出素子で検出し、その検出結果に基づいてプラスチックおよびその添加剤の種類を識別するプラスチックの識別装置において、上記破砕混合プラスチックの表面に液体を滴下するように構成したものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、黒色または有色のプラスチックが溶融することなく、短時間にＳＮ比が大きなラマン散乱スペクトルの測定が可能となり、黒色または有色のプラスチックの重合体の種類を識別することができるため、リサイクル工程における単一材質の回収率を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１におけるプラスチックの識別装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるプラスチックの識別装置を用いた識別過程を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１におけるデータ処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるデータ処理部の内部構成を具体的なデータを用いて示したブロック図の一例である。
【図５】プラスチック片の表面に液体を滴下した場合と滴下しない場合とで、それぞれから得られるラマン散乱スペクトルに係るデータを比較した図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるデータ処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図７】ＰＳとＡＢＳのラマン散乱スペクトルを示した図である。
【図８】ＰＳとＡＢＳのラマン散乱スペクトルの微分スペクトルを示した図である。
【図９】この発明の実施の形態３におけるプラスチックの識別装置の構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態４におけるプラスチックの識別装置の構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態５におけるプラスチックの識別装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１.
次に、図面を用いて、この発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態１におけるプラスチックの識別装置の構成図である。図２は、この発明の実施の形態１におけるプラスチックの識別装置を用いた識別過程を示すフローチャートである。以下、これらの図を用いて説明する。図において、破砕混合プラスチックを供給するプラスチック供給部１から供給されたプラスチック片２は、搬送部３により搬送される過程で、位置センサ４により搬送位置が検出され、その検出された位置データ４１はデータ処理部５に送られる。ここで、搬送部３は、例えば、ベルトコンベアと円盤状の回転板などが考えられ、プラスチック片２を所望の位置に搬送する機能を持つものであればよい。また、位置センサ４は、例えば、レーザ位置検出センサ、超音波変位センサ、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ）変位センサ、光ファイバセンサ、または、光電センサなどを用いることができる。なお、光電センサで用いる光源素子は発光ダイオードを用い、受光素子はフォトダイオード、フォトトランジスタ、または、フォトＩＣなどが用いられる。
【００１６】
位置センサ４により位置が確認されたプラスチック片２は、さらに搬送部３で搬送され、位置データ４１を基にデータ処理部５からの指示データ４２を受けプラスチック片２の表面に液体７を滴下もしくは噴霧する液体供給部６下部に搬送される。ここで、滴下する液体７としては低沸点の水溶液もしくは有機溶剤が好ましく、その沸点は識別対象となるプラスチックの融点よりも低いものを選定する。また、滴下した液体７がプラスチック片２で弾かない方が好ましい。このような条件を満たす液体としては、例えば、界面活性剤添加水溶液などが当て嵌まる。
【００１７】
液体供給部６により液体７が滴下され、液体７が表面の所定の部分（少なくともレーザ照射部分、必ずしも全面である必要はない。図１に示す搬送系の場合であれば、プラスチック片２の上面にあたる部分）に付着したプラスチック片２は、さらに搬送部３で搬送され、位置データ４１を基にレーザ光９をプラスチック片２に照射する照射部分とプラスチック片２からのラマン散乱光１０を検出する検出部分とを備えたレーザ照射検出部８によりラマン散乱スペクトルに係るデータ４３が得られ、この得られたデータがデータ処理部５に送られる。図３は、この発明の実施の形態１におけるデータ処理部の内部構成を示すブロック図である。図において、識別対象のプラスチック片２から得られたラマン散乱スペクトルに係るデータ４３は、記録部５１に記録され、予め記憶部５２に記憶させておいた材質が既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルのデータと演算部５３で比較し、この演算結果に基いて識別部５４で識別対象のプラスチック片２の材質等を識別する。
【００１８】
図４は、データ処理部の内部構成を具体的なデータを用いて示したブロック図の一例である。この識別部５４の識別結果に基いてプラスチックの重合体の種類、及び添加剤の種類が何であるかを識別することができる。
【００１９】
ここで、照射するレーザ光９は、レーザ照射時の蛍光の抑制および発熱時のダメージを軽減するために、長波長のレーザ光を用いることが好ましく、例えば、１０６４ｎｍのレーザ光を用いることができる。識別対象のプラスチック片２としては、２〜３０ｍｍ角に破砕されたプラスチック片２が考えられるが、搬送部３で搬送でき、レーザ照射検出部８から発生したレーザ光９が照射でき、発生するラマン散乱光１０を得られるものであれば何でもよい。
【００２０】
図５は、プラスチック片２の表面に液体７を滴下した場合と滴下しない場合とで、それぞれから得られるラマン散乱スペクトルに係るデータ４３を比較した図である。図において、横軸はラマンシフト（ｃｍ−１）、縦軸はラマン散乱強度（任意強度）を示す。滴下なしの場合は、プラスチック片２の溶融に伴いラマン散乱スペクトルのデータがほとんど得られていないのに対し、滴下ありの場合には、滴下によりプラスチック片２の溶融を抑制した結果、良好なラマン散乱スペクトルのデータが得られているのがわかる。
【００２１】
以上説明したように、この実施に形態１に係るプラスチックの識別装置は、カーボンブラックを含有するような有色のプラスチックにおいても、レーザ光照射時におけるレーザ光の吸収による発熱でも液体が気化し、その気化熱でプラスチック片（レーザ光照射部）を冷却し、プラスチックが溶融することを抑制することができ、材質の識別が可能なラマン散乱スペクトルを得ることができる。
【００２２】
また、この発明の実施の形態１に係る被識別体である樹脂として、プラスチックについて説明してきたが、被識別体からの反射光または散乱光のスペクトルに基づいて被識別体の材質が識別可能である樹脂であればよい。このような樹脂として、例えば、特開２００２−３２３４５０号公報、段落番号［０００４］に記載された重合体および重合体材料中の添加剤に示されるものがある。
【００２３】
特に廃家電における樹脂のリサイクルを行う上で、プラスチック片に混在されるゴム系樹脂又はスポンジ等の識別も重要であることもいうまでもない。なお、樹脂には該当しないが、炭素繊維、金属繊維の識別ができないことは明らかであり、これらの物質については、比重選別、静電選別等の異なる選別法により選別可能である。
【００２４】
また、被識別体からの反射光または散乱光のスペクトルに基づいて被識別体の材質を識別する手法としては、ラマンスペクトル分析に基づく公知の手法を用いることができる。たとえば、ラマンスペクトル分析に基づく手法は特開平１０−３８８０７号公報に記載されている。
【００２５】
実施の形態２.
前記実施の形態１では、レーザ照射検出部８により得られるラマン散乱スペクトルに係るデータ４３は、ラマンシフト（ｃｍ−１）とラマン散乱強度との関係を示したデータであり、この得られたデータがデータ処理部５に送られ、記録部５１に記録され、予め記憶部５２に記憶させておいた材質が既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルのデータと演算部５３で比較し、この演算結果に基いて識別部５４で識別対象のプラスチック片２の材質等を識別したが、ラマン散乱スペクトルの微分スペクトルを用いて識別してもかまわない。図６は、この発明の実施の形態２におけるデータ処理部の内部構成を示すブロック図である。図において、前記実施の形態１と同一番号で示された部分は同様な構成となるため説明を省略する。ここでは、異なる構成について説明する。
【００２６】
ラマン散乱スペクトルのデータ（ラマンシフトとラマン散乱強度との関係を示したデータ）は記録部５１に記録され、微分演算部５５により微分され、予め記憶部５２に記憶させておいた材質が既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルの微分データと比較される。この比較結果に基いて識別部５４で識別対象のプラスチック片２の材質等を識別する。
【００２７】
図７は、ＰＳとＡＢＳのラマン散乱スペクトルを示した図である。図において、横軸はラマンシフト（ｃｍ−１）、縦軸はラマン散乱強度（任意強度）を示す。ラマン散乱スペクトルではベースラインが傾いており、予め記憶させておいた材質が既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルのデータと比較する場合、ベースラインの影響が排除できない。そこで、図８に示すように、ラマン散乱スペクトルの微分スペクトルを取ることで、ベースラインの影響を排除することができるとともに、微分波形は、元の波形に比べ、変化が急峻であるため、短時間で正確な比較が可能である。図８では、ＡＢＳに特徴的なラマン散乱ピークである２２５０（ｃｍ−１）付近のＣＮ伸縮ピークのピーク位置、ピーク強度が明確であることがわかる。
【００２８】
このように、この発明の実施の形態２におけるデータ処理部は、プラスチックの色や添加剤などの影響により起こるラマン散乱スペクトルのベースラインの上昇や歪を低減することができ、材質の識別精度が向上する。
【００２９】
実施の形態３．
前記実施の形態１では、プラスチック片の搬送位置を位置センサにより検出し、その検出された位置データを元に全てのプラスチック片の表面に液体を滴下もしくは噴射していたが、位置データとともに色データを得ることで、プラスチック片の表面に液体を滴下もしくは噴射することが必要な有色を呈したプラスチック片の表面のみに液体を滴下もしくは噴射することができる。図９は、この発明の実施の形態３におけるプラスチックの識別装置の構成図である。図において、前記実施の形態１と同一番号で示された部分は同様な構成となるため説明を省略する。ここでは、異なる構成について説明する。
【００３０】
前記実施の形態１との違いは、位置センサ４を画像認識部１１に置き換えた構成にしたことであり、画像認識部１１により位置データ４１とともに色データを取得する。このように構成することで、この実施に形態に係る識別装置は、カーボンブラックを含有する有色のプラスチック片の表面のみに的確に液体を滴下もしくは噴射することができるため、プラスチック片の表面が溶融することを抑制することができるとともに、全てのプラスチック片の表面に液体を滴下もしくは噴射する場合より、短時間で効率的に少ない液体を使用して材質の識別ができる。
【００３１】
実施の形態４．
前記実施の形態１では識別対象のプラスチック片の表面に液体を滴下もしくは噴射する構成としていたが、低温の冷却気体をプラスチック片の表面に噴射し、プラスチック片の表面を冷やす構成にしてもよい。図１０は、この発明の実施の形態４におけるプラスチックの識別装置の構成図である。図において、前記実施の形態１と同一番号で示された部分は同様な構成となるため説明を省略する。ここでは、異なる構成について説明する。
【００３２】
前記実施の形態１との違いは、液体供給部６の代わりに低温空気発生器１２と吸引器１３を設けた構成にしたことであり、図に示すように、レーザ照射検出部８の下部でプラスチック片２を吸引器１３で保持し、低温空気発生器１２から吐出した発生する冷却空気１４をプラスチック片２の表面に噴射する。超低温空気発生器はボルテックス効果を利用したものであり、−６０℃の冷却空気を吐出することができる。このように構成することで、この実施に形態に係る識別装置は、プラスチック片の表面を瞬時に冷却空気で冷却することにより、プラスチック片を−６０℃程度に冷やすことができ、プラスチックが溶融することを抑制することができるとともに、液体を滴下もしくは噴射する場合に比べ、ベルトコンベアがぬれることがなく、湿度を嫌うような設備に導入することができる。
【００３３】
実施の形態５．
前記実施の形態４では低温の冷却気体をプラスチック片の表面に噴射し、プラスチック片の表面を冷やす構成にしていたが、超低温冷凍庫内をプラスチック片が搬送される構成にし、プラスチック片全体を冷やす構成にしてもよい。図１１は、この発明の実施の形態５におけるプラスチックの識別装置の構成図である。図において、前記実施の形態１と同一番号で示された部分は同様な構成となるため説明を省略する。ここでは、異なる構成について説明する。
【００３４】
前記実施の形態４との違いは、レーザ照射検出部８の下部でプラスチック片２を吸引器１３で保持し、低温空気発生器１２から吐出した発生する冷却空気１４をプラスチック片２の表面に噴射する代わりに、超低温冷凍庫１５内をプラスチック片２が搬送される構成にしたことであり、図に示すように、超低温冷凍庫１５内は、冷却空気１６で満たされており、搬送中にプラスチック片２の温度は低下する。冷却空気１６は−８５℃程度まで冷却することが可能であるが、−６０℃程度でプラスチック片２の溶融の抑制ができるため、冷却空気１６は−６０℃程度にまで冷却すればよい。
【００３５】
超低温冷凍庫１５には、レーザ照射検出部８からレーザ光９およびプラスチック片２から発生したラマン散乱光１０が透過するようにウインドウ１７が設けられている。ウインドウの材質は、レーザ光９およびラマン散乱光１０の波長領域を透過する材質であり、例えば、石英ガラス、硼珪酸ガラスなどが好ましい。超低温冷凍庫１５内は非常に低温なため、外気との接触部は結露する可能性がある。そのため、図に示すように、超低温冷凍庫１５の外周を乾燥空気１８で囲うような外枠１９を設けてもよい。
【００３６】
この実施に形態に係る識別装置は、プラスチック片の表面を瞬時に冷却空気で冷却することにより、プラスチック片を−６０℃程度に冷やすことができ、プラスチックが溶融することを抑制することができるとともに、液体を滴下もしくは噴射する場合に比べ、ベルトコンベアがぬれることがなく、湿度を嫌うような設備に導入することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ プラスチック供給部、２ プラスチック片、３ 搬送部、４ 位置センサ、５ データ処理部、６ 液体供給部、７ 液体、８ レーザ照射検出部、９ レーザ光、１０ ラマン散乱光、１１ 画像認識部、１２ 低温空気発生器、１３ 吸引器、１４ 冷却空気、１５ 超低温冷凍庫、１６ 冷却空気、１７ ウインドウ、１８ 乾燥空気、１９ 外枠、５１ 記録部、５２ 記憶部、５３ 演算部、５４ 識別部、５５ 微分演算部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、廃家電製品等から得られる破砕混合樹脂から再利用可能なプラスチックを識別する装置、及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃家電における樹脂のリサイクルでは、当該樹脂を手で解体できる部分は限られているため、小さな部品や複雑な構成の部品については、機械的に粉砕して、金属又は樹脂等を選別したうえでリサイクル材とする必要がある。
【０００３】
この場合、粉砕して混合された状態から、それぞれの材料を分別することが要求されるため、高度な選別技術が必要である。ここで、金属片やプラスチック片などが混在する混合破砕片を材質毎に選別し分別する工程において、プラスチック片はポリプロピレン（以下ＰＰ）、ポリスチレン（以下ＰＳ）やアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（以下ＡＢＳ）など様々な重合体を主成分とするプラスチック片が混合している。
【０００４】
このうち金属は、比重や電気的又は磁気的な力により、選別されるが、重合体（例えば、特開２００２−３２３４５０号公報、段落番号［０００４］記載の重合体、樹脂を含む）は、電気的又は磁気的な力による選別が出来ないため、搬送手段により搬送される重合体に光を照射し、該重合体からの反射光または散乱光から得られたスペクトルに基づいて種類を識別する方法がある。プラスチック片の再利用には、これらの重合体の種類毎に選別し、分別して回収する必要がある。また、破砕されたプラスチック片の形状は、数ｍｍ角で厚さ数ｍｍ程度の小片であることが多い。
【０００５】
また、プラスチック片には重合体の他に様々な添加剤が含まれており、その一つとしてカーボンブラックのような炭素充填剤もある。この炭素充填剤を含むプラスチック片の外観は黒色であり、その他、プラスチック片の色は、光の透過率から分類すれば、光を透過する透明色から全く透過しない黒色まであり、彩度や明度についても様々である。プラスチック片の再利用にはプラスチック片の色に関係なく重合体の種類毎に選別し、分別して単一材料にする必要がある。
【０００６】
このようなプラスチック片の材質を識別する方法の一つとして、ラマン散乱スペクトルを利用した方法が提案されている。レーザ光源から発した単色のレーザ光をプラスチック素材に照射し、プラスチック素材から散乱された光を集め、この集められた光を分光分析するもので、測定されたラマン散乱スペクトルのバンドパターンとデータベースに格納された既知のバンドパターンとを照合することによりプラスチック片の材質を識別する方法がある。
【０００７】
このラマン散乱スペクトルを利用した方法の一例として、レーザ光を識別対象物である被識別プラスチックに照射するレーザ照射系と、被識別プラスチックから散乱されたラマン散乱光からラマン散乱信号を得るラマン散乱信号取得手段と、予め既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルを測定することにより設定した１点以上のピーク位置（既知ピーク位置）のラマン散乱強度およびベースライン位置（既知ベースライン位置）のラマン散乱強度を記憶する記憶手段と、被識別プラスチックのラマン散乱信号から得た識別したいプラスチックの材質ごとの既知ピーク位置に対応するラマンシフト波数におけるラマン散乱強度および既知ベースライン位置に対応するラマンシフト波数におけるラマン散乱強度と、記憶手段に記憶された既知ピーク位置のラマン散乱強度および既知ベースライン位置のラマン散乱強度とに基づいてプラスチックの材質を高速で識別する方法がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４２０３９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ラマン散乱スペクトルを測定する場合、炭素充填剤を含有する黒色プラスチックに強いレーザ光を照射すると、炭素充填剤の吸収による発熱でプラスチックが溶融し、ラマン散乱スペクトルが測定できないという問題がある。また、プラスチックの溶融を防止するため、弱いレーザ光を照射すると、信号強度が不足し、信号の積算のため長時間照射しなければならず、プラスチックの識別に時間がかかるのみならず、プラスチックの色や添加剤などの影響によりラマン散乱スペクトルのベースラインが上昇したり、歪んだりするために、プラスチックの材質を識別することが可能なＳＮ比の大きなラマン散乱スペクトルを検出することができないという問題がある。
【００１０】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、黒色または有色のプラスチックであっても、プラスチックを溶融することなく、ＳＮ比の大きなラマン散乱スペクトルの測定が可能なプラスチック識別装置およびその方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るプラスチックの識別装置は、搬送手段により搬送される破砕混合プラスチックにレーザ光を照射し、該破砕混合プラスチックからの反射光または散乱光を検出素子で検出し、その検出結果に基づいてプラスチックおよびその添加剤の種類を識別するプラスチックの識別装置において、上記破砕混合プラスチックの表面に液体を滴下するように構成したものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、黒色または有色のプラスチックが溶融することなく、短時間にＳＮ比が大きなラマン散乱スペクトルの測定が可能となり、黒色または有色のプラスチックの重合体の種類を識別することができるため、リサイクル工程における単一材質の回収率を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１におけるプラスチックの識別装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるプラスチックの識別装置を用いた識別過程を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１におけるデータ処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるデータ処理部の内部構成を具体的なデータを用いて示したブロック図の一例である。
【図５】プラスチック片の表面に液体を滴下した場合と滴下しない場合とで、それぞれから得られるラマン散乱スペクトルに係るデータを比較した図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるデータ処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図７】ＰＳとＡＢＳのラマン散乱スペクトルを示した図である。
【図８】ＰＳとＡＢＳのラマン散乱スペクトルの微分スペクトルを示した図である。
【図９】この発明の実施の形態３におけるプラスチックの識別装置の構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態４におけるプラスチックの識別装置の構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態５におけるプラスチックの識別装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１.
次に、図面を用いて、この発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１５】
図１は、この発明の実施の形態１におけるプラスチックの識別装置の構成図である。図２は、この発明の実施の形態１におけるプラスチックの識別装置を用いた識別過程を示すフローチャートである。以下、これらの図を用いて説明する。図において、破砕混合プラスチックを供給するプラスチック供給部１から供給されたプラスチック片２は、搬送部３により搬送される過程で、位置センサ４により搬送位置が検出され、その検出された位置データ４１はデータ処理部５に送られる。ここで、搬送部３は、例えば、ベルトコンベアと円盤状の回転板などが考えられ、プラスチック片２を所望の位置に搬送する機能を持つものであればよい。また、位置センサ４は、例えば、レーザ位置検出センサ、超音波変位センサ、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ）変位センサ、光ファイバセンサ、または、光電センサなどを用いることができる。なお、光電センサで用いる光源素子は発光ダイオードを用い、受光素子はフォトダイオード、フォトトランジスタ、または、フォトＩＣなどが用いられる。
【００１６】
位置センサ４により位置が確認されたプラスチック片２は、さらに搬送部３で搬送され、位置データ４１を基にデータ処理部５からの指示データ４２を受けプラスチック片２の表面に液体７を滴下もしくは噴霧する液体供給部６下部に搬送される。ここで、滴下する液体７としては低沸点の水溶液もしくは有機溶剤が好ましく、その沸点は識別対象となるプラスチックの融点よりも低いものを選定する。また、滴下した液体７がプラスチック片２で弾かない方が好ましい。このような条件を満たす液体としては、例えば、界面活性剤添加水溶液などが当て嵌まる。
【００１７】
液体供給部６により液体７が滴下され、液体７が表面の所定の部分（少なくともレーザ照射部分、必ずしも全面である必要はない。図１に示す搬送系の場合であれば、プラスチック片２の上面にあたる部分）に付着したプラスチック片２は、さらに搬送部３で搬送され、位置データ４１を基にレーザ光９をプラスチック片２に照射する照射部分とプラスチック片２からのラマン散乱光１０を検出する検出部分とを備えたレーザ照射検出部８によりラマン散乱スペクトルに係るデータ４３が得られ、この得られたデータがデータ処理部５に送られる。図３は、この発明の実施の形態１におけるデータ処理部の内部構成を示すブロック図である。図において、識別対象のプラスチック片２から得られたラマン散乱スペクトルに係るデータ４３は、記録部５１に記録され、予め記憶部５２に記憶させておいた材質が既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルのデータと演算部５３で比較し、この演算結果に基いて識別部５４で識別対象のプラスチック片２の材質等を識別する。
【００１８】
図４は、データ処理部の内部構成を具体的なデータを用いて示したブロック図の一例である。この識別部５４の識別結果に基いてプラスチックの重合体の種類、及び添加剤の種類が何であるかを識別することができる。
【００１９】
ここで、照射するレーザ光９は、レーザ照射時の蛍光の抑制および発熱時のダメージを軽減するために、長波長のレーザ光を用いることが好ましく、例えば、１０６４ｎｍのレーザ光を用いることができる。識別対象のプラスチック片２としては、２〜３０ｍｍ角に破砕されたプラスチック片２が考えられるが、搬送部３で搬送でき、レーザ照射検出部８から発生したレーザ光９が照射でき、発生するラマン散乱光１０を得られるものであれば何でもよい。
【００２０】
図５は、プラスチック片２の表面に液体７を滴下した場合と滴下しない場合とで、それぞれから得られるラマン散乱スペクトルに係るデータ４３を比較した図である。図において、横軸はラマンシフト（ｃｍ−１）、縦軸はラマン散乱強度（任意強度）を示す。滴下なしの場合は、プラスチック片２の溶融に伴いラマン散乱スペクトルのデータがほとんど得られていないのに対し、滴下ありの場合には、滴下によりプラスチック片２の溶融を抑制した結果、良好なラマン散乱スペクトルのデータが得られているのがわかる。
【００２１】
以上説明したように、この実施に形態１に係るプラスチックの識別装置は、カーボンブラックを含有するような有色のプラスチックにおいても、レーザ光照射時におけるレーザ光の吸収による発熱でも液体が気化し、その気化熱でプラスチック片（レーザ光照射部）を冷却し、プラスチックが溶融することを抑制することができ、材質の識別が可能なラマン散乱スペクトルを得ることができる。
【００２２】
また、この発明の実施の形態１に係る被識別体である樹脂として、プラスチックについて説明してきたが、被識別体からの反射光または散乱光のスペクトルに基づいて被識別体の材質が識別可能である樹脂であればよい。このような樹脂として、例えば、特開２００２−３２３４５０号公報、段落番号［０００４］に記載された重合体および重合体材料中の添加剤に示されるものがある。
【００２３】
特に廃家電における樹脂のリサイクルを行う上で、プラスチック片に混在されるゴム系樹脂又はスポンジ等の識別も重要であることもいうまでもない。なお、樹脂には該当しないが、炭素繊維、金属繊維の識別ができないことは明らかであり、これらの物質については、比重選別、静電選別等の異なる選別法により選別可能である。
【００２４】
また、被識別体からの反射光または散乱光のスペクトルに基づいて被識別体の材質を識別する手法としては、ラマンスペクトル分析に基づく公知の手法を用いることができる。たとえば、ラマンスペクトル分析に基づく手法は特開平１０−３８８０７号公報に記載されている。
【００２５】
実施の形態２.
前記実施の形態１では、レーザ照射検出部８により得られるラマン散乱スペクトルに係るデータ４３は、ラマンシフト（ｃｍ−１）とラマン散乱強度との関係を示したデータであり、この得られたデータがデータ処理部５に送られ、記録部５１に記録され、予め記憶部５２に記憶させておいた材質が既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルのデータと演算部５３で比較し、この演算結果に基いて識別部５４で識別対象のプラスチック片２の材質等を識別したが、ラマン散乱スペクトルの微分スペクトルを用いて識別してもかまわない。図６は、この発明の実施の形態２におけるデータ処理部の内部構成を示すブロック図である。図において、前記実施の形態１と同一番号で示された部分は同様な構成となるため説明を省略する。ここでは、異なる構成について説明する。
【００２６】
ラマン散乱スペクトルのデータ（ラマンシフトとラマン散乱強度との関係を示したデータ）は記録部５１に記録され、微分演算部５５により微分され、予め記憶部５２に記憶させておいた材質が既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルの微分データと比較される。この比較結果に基いて識別部５４で識別対象のプラスチック片２の材質等を識別する。
【００２７】
図７は、ＰＳとＡＢＳのラマン散乱スペクトルを示した図である。図において、横軸はラマンシフト（ｃｍ−１）、縦軸はラマン散乱強度（任意強度）を示す。ラマン散乱スペクトルではベースラインが傾いており、予め記憶させておいた材質が既知のプラスチックのラマン散乱スペクトルのデータと比較する場合、ベースラインの影響が排除できない。そこで、図８に示すように、ラマン散乱スペクトルの微分スペクトルを取ることで、ベースラインの影響を排除することができるとともに、微分波形は、元の波形に比べ、変化が急峻であるため、短時間で正確な比較が可能である。図８では、ＡＢＳに特徴的なラマン散乱ピークである２２５０（ｃｍ−１）付近のＣＮ伸縮ピークのピーク位置、ピーク強度が明確であることがわかる。
【００２８】
このように、この発明の実施の形態２におけるデータ処理部は、プラスチックの色や添加剤などの影響により起こるラマン散乱スペクトルのベースラインの上昇や歪を低減することができ、材質の識別精度が向上する。
【００２９】
実施の形態３．
前記実施の形態１では、プラスチック片の搬送位置を位置センサにより検出し、その検出された位置データを元に全てのプラスチック片の表面に液体を滴下もしくは噴射していたが、位置データとともに色データを得ることで、プラスチック片の表面に液体を滴下もしくは噴射することが必要な有色を呈したプラスチック片の表面のみに液体を滴下もしくは噴射することができる。図９は、この発明の実施の形態３におけるプラスチックの識別装置の構成図である。図において、前記実施の形態１と同一番号で示された部分は同様な構成となるため説明を省略する。ここでは、異なる構成について説明する。
【００３０】
前記実施の形態１との違いは、位置センサ４を画像認識部１１に置き換えた構成にしたことであり、画像認識部１１により位置データ４１とともに色データを取得する。このように構成することで、この実施に形態に係る識別装置は、カーボンブラックを含有する有色のプラスチック片の表面のみに的確に液体を滴下もしくは噴射することができるため、プラスチック片の表面が溶融することを抑制することができるとともに、全てのプラスチック片の表面に液体を滴下もしくは噴射する場合より、短時間で効率的に少ない液体を使用して材質の識別ができる。
【００３１】
実施の形態４．
前記実施の形態１では識別対象のプラスチック片の表面に液体を滴下もしくは噴射する構成としていたが、低温の冷却気体をプラスチック片の表面に噴射し、プラスチック片の表面を冷やす構成にしてもよい。図１０は、この発明の実施の形態４におけるプラスチックの識別装置の構成図である。図において、前記実施の形態１と同一番号で示された部分は同様な構成となるため説明を省略する。ここでは、異なる構成について説明する。
【００３２】
前記実施の形態１との違いは、液体供給部６の代わりに低温空気発生器１２と吸引器１３を設けた構成にしたことであり、図に示すように、レーザ照射検出部８の下部でプラスチック片２を吸引器１３で保持し、低温空気発生器１２から吐出した発生する冷却空気１４をプラスチック片２の表面に噴射する。超低温空気発生器はボルテックス効果を利用したものであり、−６０℃の冷却空気を吐出することができる。このように構成することで、この実施に形態に係る識別装置は、プラスチック片の表面を瞬時に冷却空気で冷却することにより、プラスチック片を−６０℃程度に冷やすことができ、プラスチックが溶融することを抑制することができるとともに、液体を滴下もしくは噴射する場合に比べ、ベルトコンベアがぬれることがなく、湿度を嫌うような設備に導入することができる。
【００３３】
実施の形態５．
前記実施の形態４では低温の冷却気体をプラスチック片の表面に噴射し、プラスチック片の表面を冷やす構成にしていたが、超低温冷凍庫内をプラスチック片が搬送される構成にし、プラスチック片全体を冷やす構成にしてもよい。図１１は、この発明の実施の形態５におけるプラスチックの識別装置の構成図である。図において、前記実施の形態１と同一番号で示された部分は同様な構成となるため説明を省略する。ここでは、異なる構成について説明する。
【００３４】
前記実施の形態４との違いは、レーザ照射検出部８の下部でプラスチック片２を吸引器１３で保持し、低温空気発生器１２から吐出した発生する冷却空気１４をプラスチック片２の表面に噴射する代わりに、超低温冷凍庫１５内をプラスチック片２が搬送される構成にしたことであり、図に示すように、超低温冷凍庫１５内は、冷却空気１６で満たされており、搬送中にプラスチック片２の温度は低下する。冷却空気１６は−８５℃程度まで冷却することが可能であるが、−６０℃程度でプラスチック片２の溶融の抑制ができるため、冷却空気１６は−６０℃程度にまで冷却すればよい。
【００３５】
超低温冷凍庫１５には、レーザ照射検出部８からレーザ光９およびプラスチック片２から発生したラマン散乱光１０が透過するようにウインドウ１７が設けられている。ウインドウの材質は、レーザ光９およびラマン散乱光１０の波長領域を透過する材質であり、例えば、石英ガラス、硼珪酸ガラスなどが好ましい。超低温冷凍庫１５内は非常に低温なため、外気との接触部は結露する可能性がある。そのため、図に示すように、超低温冷凍庫１５の外周を乾燥空気１８で囲うような外枠１９を設けてもよい。
【００３６】
この実施に形態に係る識別装置は、プラスチック片の表面を瞬時に冷却空気で冷却することにより、プラスチック片を−６０℃程度に冷やすことができ、プラスチックが溶融することを抑制することができるとともに、液体を滴下もしくは噴射する場合に比べ、ベルトコンベアがぬれることがなく、湿度を嫌うような設備に導入することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１ プラスチック供給部、２ プラスチック片、３ 搬送部、４ 位置センサ、５ データ処理部、６ 液体供給部、７ 液体、８ レーザ照射検出部、９ レーザ光、１０ ラマン散乱光、１１ 画像認識部、１２ 低温空気発生器、１３ 吸引器、１４ 冷却空気、１５ 超低温冷凍庫、１６ 冷却空気、１７ ウインドウ、１８ 乾燥空気、１９ 外枠、５１ 記録部、５２ 記憶部、５３ 演算部、５４ 識別部、５５ 微分演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送手段により搬送される破砕混合プラスチックにレーザ光を照射し、該破砕混合プラスチックからの反射光または散乱光を検出素子で検出し、その検出結果に基づいてプラスチックおよびその添加剤の種類を識別するプラスチックの識別装置において、上記破砕混合プラスチックの表面に液体を滴下することを特徴とするプラスチックの識別装置。
【請求項２】
上記破砕混合プラスチックの内、所定の濃さの色を持つ破砕混合プラスチックの表面のみに液体を滴下することを特徴とする請求項１記載のプラスチックの識別装置。
【請求項３】
上記液体は、界面活性剤を添加した水溶液であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一つに記載のプラスチックの識別装置。
【請求項４】
上記検出結果から得られる微分波形に基づいてプラスチックおよびその添加剤の種類を識別することを特徴とする請求項１または請求項３のいずれか一つに記載のプラスチックの識別装置。
【請求項５】
破砕混合プラスチックにレーザ光を照射する工程と、上記破砕混合プラスチックの表面に液体を滴下する工程と、上記破砕混合プラスチックからの反射光または散乱光から得られるラマン散乱スペクトルを検知する工程と、この検知されたデータと他のデータとを比較し、破砕混合プラスチックの材質を識別する工程とを有することを特徴とするプラスチックの識別方法。
【請求項６】
上記検知されたデータと他のデータとを比較し、破砕混合プラスチックの材質を識別する工程は、検知されたデータの微分データを用いることを特徴とする請求項５記載のプラスチックの識別方法。
【請求項１】
搬送手段により搬送される破砕混合プラスチックにレーザ光を照射し、該破砕混合プラスチックからの反射光または散乱光を検出素子で検出し、その検出結果に基づいてプラスチックおよびその添加剤の種類を識別するプラスチックの識別装置において、上記破砕混合プラスチックの表面に液体を滴下することを特徴とするプラスチックの識別装置。
【請求項２】
上記破砕混合プラスチックの内、所定の濃さの色を持つ破砕混合プラスチックの表面のみに液体を滴下することを特徴とする請求項１記載のプラスチックの識別装置。
【請求項３】
上記液体は、界面活性剤を添加した水溶液であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一つに記載のプラスチックの識別装置。
【請求項４】
上記検出結果から得られる微分波形に基づいてプラスチックおよびその添加剤の種類を識別することを特徴とする請求項１または請求項３のいずれか一つに記載のプラスチックの識別装置。
【請求項５】
破砕混合プラスチックにレーザ光を照射する工程と、上記破砕混合プラスチックの表面に液体を滴下する工程と、上記破砕混合プラスチックからの反射光または散乱光から得られるラマン散乱スペクトルを検知する工程と、この検知されたデータと他のデータとを比較し、破砕混合プラスチックの材質を識別する工程とを有することを特徴とするプラスチックの識別方法。
【請求項６】
上記検知されたデータと他のデータとを比較し、破砕混合プラスチックの材質を識別する工程は、検知されたデータの微分データを用いることを特徴とする請求項５記載のプラスチックの識別方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１２２９６９（Ｐ２０１１−１２２９６９Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８１６９４（Ｐ２００９−２８１６９４）
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]