(57)【要約】リサイクル可能な材料、およびリサイクル可能な材料と結合したリサイクル不可能な材料（１０４）の両方を含む廃棄物（１００）をリサイクルする装置が開示される。この装置は、リサイクル可能な材料（１０２）からリサイクル不可能な材料を剥ぎ取るレーザ（２００）と、廃棄物とレーザとの相対位置を検出する検出器（２０４）と、リサイクル不可能な材料（１０４）の吸光性を決定するセンサ（２０６）と、レーザ（２００）および／または廃棄物（１００）を移動する位置決め手段（１１０、２１４、２１６）と、レーザ光源（２００）のフルエンスを制御するレーザ制御回路とを備える。
2005528307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リサイクル可能な材料と、前記リサイクル可能な材料と結合されたリサイクル不可能な材料とを含む廃棄物をリサイクルする装置であって、
ピーク波長を有する光ビームを発して、前記リサイクル可能な材料から前記リサイクル不可能な材料を剥離するレーザ光源と、
前記レーザ光源に対する前記廃棄物の位置を検出する検出器と、
前記光ビームの前記ピーク波長とほぼ等しい波長を有する光に対する前記廃棄物の前記リサイクル不可能な材料の吸光性を決定するセンサと、
前記レーザ光源と前記廃棄物とに結合され、前記レーザ光源および前記廃棄物の少なくとも１つを移動させ、これにより、前記レーザ光源の前記光ビームが前記廃棄物の少なくとも一部分を照射する位置決め手段と、
前記センサおよび前記レーザ光源に結合され、前記センサによって決定された前記廃棄物の前記リサイクル不可能な材料の吸光性に基づいて、前記廃棄物への前記光ビームのフルエンスを制御するレーザ制御回路と
を備える、装置。
【請求項２】
前記レーザ光源は、ダイレクトダイオードレーザ、ダイレクトダイオードレーザの線形アレイ、およびＣＯ２アレイの少なくとも１つである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記レーザ光源の前記光ビームは、実質的に矩形の断面を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記光ビームの前記実質的に矩形の断面は、長手方向寸法を有し、
前記位置決め手段は、前記レーザ光源および前記廃棄物の少なくとも１つを移動させ、これにより、前記レーザ光源の前記光ビームが前記廃棄物の複数の部分をあるレーザパターンで照射し、前記レーザパターンのロウが、前記光ビームの実質的に矩形の断面の前記長手方向寸法に対して垂直になるように適合される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記位置決め手段は、前記レーザ光源および前記廃棄物の少なくとも１つを移動させ、これにより、格子パターンのロウに対して垂直の前記廃棄物の幅が、前記光ビームの実質的に矩形の断面の前記長手方向寸法よりも短くなるようにさらに適合される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記検出器は、光源、光検出器、ＣＣＤカメラ、および機械的スイッチの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記検出器は、前記レーザ光源に対して固定された空間的配向で維持される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記センサは、
前記光ビームの前記ピーク波長を含む光を発するように適合された光源と、
前記光ビームの前記ピーク波長に近い狭帯域幅の光を検出するように適合された光検出器、および、前記光ビームの前記ピーク波長を含む帯域幅の光を検出するように適合されたＣＣＤカメラの少なくとも１つと
を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記位置決め手段は、前記廃棄物を移動させるコンベヤベルト、前記廃棄物を移動させる廃棄物ロボットアーム、および、前記レーザ光源を移動させるレーザロボットアームの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記位置決め手段は、前記光ビームの前記ピーク波長を実質的に吸収しない材料から形成され、前記廃棄物を移動させるコンベヤベルトを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記位置決め手段は、前記検出器とさらに結合され、かつ、前記検出器によって検出された前記レーザ光源に対する前記廃棄物の位置に基づいて、前記レーザ光源および前記廃棄物の少なくとも１つを移動させる、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記レーザは、パルス光ビームを生成するパルスレーザであり、前記レーザ制御回路は、前記パルス光ビームのパルス幅、前記パルス光ビームのパルスエネルギー、および前記パルス光ビームのパルスレートの少なくとも１つを制御することによって、前記廃棄物へのパルス光ビームの前記フルエンスを制御する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記レーザ光源は、前記レーザ制御回路に結合されて、前記廃棄物上の前記光ビームのスポットサイズを制御するレンズおよびミラーの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記レーザ制御回路は、前記位置決め手段とさらに結合され、
前記廃棄物上の前記光ビームのスポットサイズ、および
前記廃棄物上での前記レーザビームの走査速度
の少なくとも１つを制御する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記レーザ制御回路は、前記検出器とさらに結合され、前記レーザ光源を制御し、前記廃棄物が前記レーザ光源に対して位置決めされた場合にのみレーザビームを発し、これにより、前記発したレーザビームが前記廃棄物を照射する、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記廃棄物の前記照射された部分に対して実質的に固定された空間的配向で維持され、前記レーザ光源によって、前記廃棄物、前記レーザ光源、および前記センサの前記リサイクル可能な材料から剥離された前記リサイクル不可能な材料の部分を除去する真空ノズルをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記廃棄物の前記照射された部分に対して実質的に固定された空間的配向で維持され、前記レーザ光源によって、前記廃棄物、前記レーザ光源、および前記センサの前記リサイクル可能な材料から剥離された前記リサイクル不可能な材料の部分を吹き飛ばすエアブラストノズルをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記エアブラストノズルは、実質的に酸素を含まない流体流を前記廃棄物の前記照射された部分に提供し、前記廃棄物からのリサイクル不可能な材料の除去を加速するように構成される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記エアブラストノズルは、ＣＯ２粒子を含む粒子流を提供するように構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記レーザ光源によって、前記リサイクル不可能な材料が剥離される前に、前記廃棄物を複数の廃棄物片に分離する機械的リサイクルデバイスをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記検出器は、前記廃棄物のピクセルイメージを検出するように配向されたＣＣＤカメラと、前記検出されたピクセルイメージを前記位置決め手段に提供するイメージ回路とを備え、
前記位置決め手段は、前記廃棄物内の前記リサイクル不可能な材料の部分を決定するイメージ解析回路と、前記レーザ光源および前記廃棄物の少なくとも１つを移動させ、これにより、前記廃棄物の前記照射された部分がリサイクル不可能な材料を含むように適合された前記廃棄物位置制御回路とを備える、
請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
リサイクル可能な材料と、前記リサイクル可能な材料に結合されたリサイクル不可能な材料とを含む廃棄物を、ピーク波長を有する光ビームを発するレーザ光源を用いてリサイクルする方法であって、前記方法は、
ａ）前記光ビームの前記ピーク波長とほぼ等しい波長を有する光に対する前記廃棄物の前記リサイクル不可能な材料の吸光性を決定するステップと、
ｂ）前記レーザ光源に対する前記廃棄物の位置を検出するステップと、
ｃ）ステップ（ｂ）において検出された前記レーザ光源に対する前記廃棄物の前記位置に基づいて、前記レーザ光源および前記廃棄物の少なくとも１つを位置決定し、これにより、前記レーザ光源の前記光ビームは、前記廃棄物の選択された位置を照射する、ステップと、
ｄ）前記廃棄物の前記選択された位置を照射する前記光ビームのフルエンスを制御して、
ステップ（ａ）において決定された前記廃棄物の前記リサイクル不可能な材料の前記吸光性と、
ステップ（ｂ）において決定された前記レーザ光源に対する前記廃棄物の前記位置と
に基づいて、
前記廃棄物の前記選択された位置の範囲内でリサイクル不可能な材料の少なくともいくらかを剥離するステップと
を包含する、方法。
【請求項２３】
ステップ（ｂ）は、前記廃棄物中の前記リサイクル不可能な材料の前記位置を検出するステップをさらに包含する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ｅ）ステップ（ｂ）において前記廃棄物中にリサイクル不可能な材料が検出されなくなるまで、ステップ（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を繰り返すステップをさらに包含する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
ステップ（ｃ）は、前記レーザ光源に対する前記廃棄物の前記位置、およびステップ（ｂ）において検出された前記リサイクル不可能な材料の前記位置に基づいて、前記レーザ光源および前記廃棄物の少なくとも１つを位置決めし、これにより、前記廃棄物の前記選択された位置がリサイクル不可能な材料を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
ｅ）前記廃棄物の各部分がステップ（ｃ）において照射のために選択されるまで、ステップ（ｃ）および（ｄ）を繰り返すステップをさらに包含する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記廃棄物の位置は、ステップ（ｃ）における照射のために格子パターンにおいて選択される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ｅ）ステップ（ｄ）において剥離された前記リサイクル不可能な材料を、前記リサイクル可能な材料および前記レーザ光源から吹き飛ばすステップをさらに包含する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
ｅ）真空を適用して、ステップ（ｄ）において剥離された前記リサイクル不可能な材料を除去するステップをさらに包含する、請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
レーザ光源を用いて、回路基板から電子コンポーネントを除去する低コストの方法であって、前記電子コンポーネントは、前記回路基板の第１の面から伸びるボディと、前記ボディから前記回路基板の複数のビアを通って伸びる複数のリード線とを備え、前記電子デバイスの前記複数のリード線は、複数のカップリングジョイントによって前記回路の第２の面と機械的に結合される方法であって、前記方法は、
ａ）前記回路基板の第１の側をメッシュ面の上部に配置して、これにより、前記電子コンポーネントの前記ボディは、前記メッシュ面を通って伸びるステップと、
ｂ）前記レーザ光源に対する前記回路基板の位置を検出するステップと、
ｃ）ステップ（ｂ）において検出された前記レーザ光源に対する前記回路基板の前記位置に基づいて、前記レーザ光源および前記メッシュ面の少なくとも１つを移動させ、これにより、前記レーザ光源の光ビームが前記複数のカップリングジョイントを照射するステップと、
ｄ）前記複数のカップリングジョイントから材料を溶融および剥離するステップの少なくとも１つで、前記複数の前記電子コンポーネントを前記回路基板の前記第２の面から機械的に分離し、これにより、前記電子コンポーネントの前記複数のリード線は、前記回路基板の前記複数のビアを通ってすべり、これにより、前記回路基板から前記電子コンポーネントを除去するステップと
を包含する、方法。
【請求項３１】
ｅ）前記メッシュ面を振動させて、前記電子コンポーネントの前記複数のリード線を前記回路基板の前記複数のビアを通ってすべらせるステップをさらに包含する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
ｅ）ステップ（ｄ）において溶融された前記複数のカップリングジョイントからの前記材料を、前記電子コンポーネントの前記リード線から吹き飛ばすステップをさらに包含する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
ｅ）ステップ（ｄ）において剥離された前記カップリングジョイントからの前記材料を、前記電子コンポーネントの前記リード線から吹き飛ばすステップをさらに包含する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
ｅ）前記カップリングジョイントに真空を適用して、ステップ（ｄ）において剥離された前記材料を除去するステップをさらに包含する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
所定のピーク波長を有するレーザを用いて、リサイクル性を改善するように適合された電子デバイスであって、
回路基板であって、
第１の面と、
複数の電子トレースを有する第２の面と、
前記第１の面から前記第２の面に伸びる複数のビアと
を備える、回路基板と、
電子コンポーネントであって、
前記回路基板の前記第１の面から伸びるボディと、
前記ボディから前記回路基板の前記複数のビアを通って伸びる複数のリード線と
を備える、電子コンポーネントと、
不透明な有機導体から形成された複数のカップリングジョイントであって、各カップリングジョイントは、前記電子コンポーネントの前記複数のリード線の１つを、前記回路基板の前記第２の面上の前記電子トレースの１つに結合する、複数のカップリングジョイントと
を備え、
前記不透明な有機導体は、前記レーザの前記所定のピーク波長とほぼ等しい波長を有する光の高吸光度を有するように選択された導電性有機材料と色素とを備える、電子デバイス。
【請求項３６】
前記導電性有機材料は、導電性エポキシ、導電性熱可塑性プラスチック、導電性エラストマ、ポリアニリン、ポリアミド、ポリアセチリン（ｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｉｎｅ）、ポリピロール、およびポリパラフェニレンの少なくとも１つを含む、請求項３５に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許仮出願第６０／３８５，９５０号（２００２年６月５日）の利益を主張し、この出願の内容は、参考のため、本明細書中に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、廃棄物リサイクルに関し、より具体的には、レーザを用いて、リサイクルできる素材をリサイクルできない素材から分離することに関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
毎年、数百万個のあらゆるタイプの電子機器が世界中で生産および販売されている。このことは、残念ながら、廃電気電子機器（ＷＥＥＥ）を増加させる。１９９８年には、６百万トンのＷＥＥＥが生成された。これは、都市の廃棄物の流れの４％であり、ＷＥＥＥの量は、年３〜５％まで増加すると予測される。従って、ＷＥＥＥの量は、１２年間で２倍になる。９０％を超えるＷＥＥＥが前処理せずに、埋め立て、焼却、および無害化される。都市の廃棄物の流れにおいて見られ得る大量の種々の汚染材料はＷＥＥＥを起源とする。いくつかの汚染材料は有害物質を含む。
【０００４】
いくつかの国は、電子機器生産者に対するＩＴ機器を再利用およびリサイクルする法律を成立させた。例えば、ドイツのＩＴＶＯ（ＩＴ−Ａｌｔｇｅｒａｔｅ−Ｖｅｒｏｒｄｎｕｎｇ：情報処理技術機器廃棄物に関する政令）や、日本の資源リサイクル法（Ｐｒｏｍｏｔｅ  Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ  ｏｆ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ  Ａｃｔ）は、８５％の機器リサイクル率を強いている。従って、機器生産者は、よりリサイクルし易い製品を設計し始めた。
【０００５】
マグネシウム（Ｍｇ）合金は、電子機器生産者の間で人気を博している。なぜなら、これは、容易にリサイクルでき、頑丈かつ軽量だからである。しかし、Ｍｇ合金でできた製品は、多くの場合、美しいカラーコーティングおよび接着部品を有している。例えば、１３インチ幅および奥行き８インチのＬＣＤスクリーンのハウジングケースは、周囲全体を取り巻く１／４インチのリップ、および下側に接着剤を有する。このカラーコーティングおよび接着剤は、リサイクルする前にＭｇ合金から除去されなければならない。なぜなら、カラーコーティングおよび接着剤は、リサイクルできないか、またはＭｇ合金とは異なったリサイクルプロセスを用いるからである。従って、Ｍｇ合金をリサイクルする前に、この合金からリサイクルできないすべての汚染材料を除去する必要がある。
【０００６】
Ｍｇ合金を除去するための、従来技術で公知のいくつかの化学処理技術（すなわち、化学ストリッピングバス（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ  ｂａｔｈ））があるが、これらの技術は、副生成物として有毒化学廃棄物を発生させる（すなわち、これらの技術は環境に負担をかける）ため、効率的ではない。
【０００７】
レーザが発明されて以来、光源による材料の剥離が研究されてきた。紫外線（ＵＶ）エキシマレーザ放射によってポリマーがエッチングされたという１９８２年の報告は、微細加工のプロセスについての広範な研究を促した。それ以来、この分野における学術的および産業技術研究が普及し、現在、不要なコーティングおよび接着剤の合金を剥離するためにレーザが用いられ得る。
【０００８】
例えば、Ａｖｃｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｐｒｏｖｉｎｃｅ、ＲＩ）に譲渡された「Ｌａｓｅｒ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｏｆ  ｐｏｏｒ  ｔｈｅｒｍａｌｌｙ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」と称される米国特許ＲＥ３３，７７７号（特許文献１）は、除去されるべき材料に、基板またはその表面に除去されるべき材料が不透明である波長を有する、および、損傷をもたらしたり悪影響を及ぼしたりすることなく、材料を剥離または分解するために十分なフルエンスを有するパルス、またはレーザビームのこれらの等価物を送達することによって、基板を損傷することなく、塗料、グリース、セラミック等の低い熱伝導率の材料を剥離によって基板から除去する方法を記載する。
【０００９】
合金を取り除くためにレーザを用いることは、科学処理を用いるよりも環境への負担が少ないが、従来技術の上述のステップは、下に位置する基板材料への損傷を回避することに必要以上に注意し、その結果、レーザを用いるプロセスのリサイクルへの応用が過度に高価になり得る。
【００１０】
カリフォルニア大学評議員（Ｏａｋｌａｎｄ，ＣＡ）に譲渡された「Ｈｉｇｈ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｒａｔｅ  ｌａｓｅｒ−ｂａｓｅｄ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｓｙｓｔｅｍ」と称される米国特許第５，９８６，２３４号（特許文献２）は、１００ｆｔ２／ｈｒ以上の高さの除去率で、表面を損傷することなく、表面コーティング（塗料、汚れ等）を除去するコンパクトレーザシステムを記載する。プロセスにおいて生成される砕片を同時に掃除する排気システム（ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）を備える伸縮する関節付き管からなる送達システムと共に、少なくとも１つの光増幅器を通って伝播する多重パス増幅方式の高繰り返し率のレーザが用いられる。増幅されたビームが、少なくとも１つの増幅されたビームの偏光を受動的に切り換えることによって出力ビームに変換され得る。このシステムは、さらに、パーソナルセーフティシステムを有し、これは、偶発的な照射を防止する。
【００１１】
Ｔｏｓｈｉｈａｒｕ  Ｉｓｈｉｋａｗａ（Ｈｙｏｇｏ、ＪＰ）に譲渡された「Ｃｏａｔｉｎｇ  ｒｅｍｏｖａｌ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｕｓｉｎｇ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ」と称される米国特許第５，８６４，１１４号（特許文献３）は、種々の構造の表面上に形成されたコーティング、特に、塗料等の薄いコーティングの除去が、レーザが発射されているエリア、およびレーザが発射されるべきターゲットエリアの座標データに基づいた、レーザビームを用いて行われる方法を記載する。
【００１２】
ＭｃＤｏｎｎｅｌｌ  Ｄｏｕｇｌａｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）に譲渡された、「Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｒｅｍｏｖｉｎｇ  ａ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｆｒｏｍ  ａ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」と称される米国特許第５，７８２，２５３号（特許文献４）は、基板上に形成された少なくとも１つの材料の層を有する構造から材料を除去するために提供されるシステムを記載する。このシステムは、構造のターゲットエリアに放射エネルギーを照射するための、好ましくは、少なくとも可視および紫外線で材料中の科学結合を分解するか、または弱めるために十分に強力な、能動的に冷却されたリフレクタを有するフラッシュランプ等の放射エネルギー源と、好ましくは、ＣＯ２粒子を含む冷たい粒子流を照射して、照射された材料を除去し、基板を冷却した後に、材料に当てるための研削ブラスタ（ａｂｒａｓｉｖｅ  ｂｌａｓｔｅｒ）とを備える。このシステムは、さらに、放射エネルギー源が構造に沿って移動する速度、放射エネルギー源の繰り返し率、放射エネルギー源の強度、放射エネルギー源のパルス幅、および／または放射エネルギー源と構造との間の距離を変更することによって除去プロセスを制御するフィードバックループを備え得る。
【００１３】
Ｃｌｏｖｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ（Ｇｒｏｓｓｅ  Ｐｏｉｎｔｅ  Ｗｏｏｄｓ、ＭＩ）に譲渡された、「Ｌａｓｅｒ−ｂａｓｅｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ  ｃｏａｔｉｎｇ  ｆｒｏｍ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」と称される米国特許第５，６６２，７６２号（特許文献５）は、基板からコーティングを剥離するレーザベースのシステムおよび方法を記載する。このシステムは、コーティングを加熱および部分的に除去するレーザ装置と、加熱されたコーティングに高速のチルドガスの噴射を向ける加圧ガス装置とを備える。ある用途では、アルミニウム製の飛行機の機体から塗料を剥離するために、本発明のレーザベースのコーティング剥離システムおよび方法が用いられる。
【特許文献１】米国特許ＲＥ３３，７７７号
【特許文献２】米国特許第５，９８６，２３４号
【特許文献３】米国特許第５，８６４，１１４号
【特許文献４】米国特許第５，７８２，２５３号
【特許文献５】米国特許第５，６６２，７６２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
必要とされるのは、この何十億ドルものＩＴおよび電子機器リサイクル産業においてリサイクルするための、低コストで環境に負担をかけないレーザの使用方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のある実施形態は、リサイクル可能な材料、およびリサイクル可能な材料と結合したリサイクル不可能な材料の両方を含む廃棄物をリサイクルする装置である。この装置は、リサイクル可能な材料からリサイクル不可能な材料を除去するように構成されたレーザ光源と、廃棄物およびレーザ光源の相対位置を検出する検出器と、リサイクル不可能な材料の吸光性を決定するセンサと、レーザ光源および廃棄物に結合された位置決め手段と、センサおよびレーザ光源に結合されたレーザ制御回路とを備える。レーザ光源は、連続波（ＣＷ）、またはピーク波長を有するパルス光ビームを発し、センサは、ピーク波長とほぼ等しい波長を有する光に対する、廃棄物のリサイクル不可能な材料の吸光性を決定する。位置決め手段は、レーザ光源および／または廃棄物を移動させ、これにより、光ビームが廃棄物の少なくとも一部分を照射する。レーザ制御回路は、リサイクル不可能な材料の吸光性に基づいて、廃棄物への光ビームのフルエンスを制御する。
【００１６】
本発明の別の実施形態は、レーザ光源を用いて廃棄物をリサイクルする方法であり、この廃棄物は、リサイクル可能な材料、およびリサイクル可能な材料と結合したリサイクル不可能な材料の両方を含む。レーザ光源は、ピーク波長を有する光ビームを発する。この方法で、光ビームのピーク波長とほぼ等しい波長を有する光に対する、廃棄物のリサイクル不可能な材料の吸光性が決定され、レーザ光源に対する廃棄物の位置が検出される。その後、レーザ光源に対する廃棄物の検出された位置に基づいて、レーザ光源および／または廃棄物の位置が特定され、これにより、レーザ光源の光ビームは、廃棄物の選択された部分を照射する。廃棄物の選択された部分を照射する光ビームのフルエンスが制御され、リサイクル不可能な材料の決定された吸光性と、レーザ光源に対する廃棄物の検出された位置とに基づいて、廃棄物の選択された部分内で、リサイクル不可能な材料の少なくともいくらかが除去される。
【００１７】
本発明のさらなる実施形態は、１つ以上の、または連続波（ＣＷ）、またはパルスレーザ光源を用いて、回路基板から電子コンポーネントを除去する低コストの方法である。複数のレーザが、１本のレーザビームを提供するように構成され得ることが考えられる。ある例示的実施形態では、各ビームがパルス動作モードとＣＷ動作モードとの間で切り換えられ得る。電子コンポーネントは、回路基板の第１の面から伸びるボディと、このボディからビアを通って回路基板に伸びるリード線とを備える。これらのリード線は、カップリングジョイントによって、回路基板の第２の面と機械的に結合される。回路基板の第１の側は、メッシュ面の上部に配置され、これにより、電子コンポーネントのボディは、メッシュ面を通って伸びる。レーザ光源に対する回路基板の位置が決定される。その後、レーザ光源に対する回路基板の検出された位置に基づいて、レーザ光源および／またはメッシュ面が移動され、これにより、レーザ光源の光ビームは、カップリングジョイントを照射する。例えば、ＣＷまたはパルスモードのレーザ動作を用いて、複数のカップリングジョイントから材料が除去および／または溶融され、回路基板の第２の面から電子コンポーネントのリード線を機械的に分離し、これにより、リード線は、回路基板のビアを通ってすべり、これにより、電子コンポーネントを回路基板から除去する。同時に、回路基板の他の部品は、別々にアドレス指定されたパルスまたはＣＷモードレーザによって処理され、例えば、回路基板の表面から塗料または接着剤を除去する。
【００１８】
本発明のさらなる実施形態は、所定のピーク波長を有するレーザを用いて、リサイクル性を改善するように適合された電子デバイスである。この電子デバイスは、回路基板と、電子コンポーネントと、この回路基板に電子デバイスを結合するカップリングジョイントとを備える。回路基板は、第１の面と、電子トレースを有する第２の面と、第１の面から第２の面に伸びるビアとを備える。電子コンポーネントは、回路基板の第１の面から伸びるボディと、このボディから回路基板のビアを通って伸びるリード線とを備える。カップリングジョイントは、レーザエネルギーの印加によって溶融するように適合されたはんだの形態である。このはんだは、金属はんだまたは不透明な有機導体でもよく、各カップリングジョイントは、電子コンポーネントのリード線の１つを回路基板の第２の面上の電子トレースの１つに結合する。不透明な有機導体は、導電性有機材料と、レーザの所定のピーク波長とほぼ等しい波長の光の高吸光度を有するように選択された色素とを備える。金属はんだは、さらに、この色素がレーザの波長のエネルギーに要素を含む。
【００１９】
本発明は、以下の詳細な説明が添付の図面と共に読まれた場合に最もよく理解される。慣習上、図面の種々の特徴は縮尺どおりではないことが強調される。逆に、種々の特徴の寸法は、明瞭するために、任意に拡大または縮小される。図面には以下の図が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のある例示的実施形態は、レーザストリッピングを用いる低コストの材料リサイクル装置である。この実施形態は、好ましくは、複数のレーザ光源（例えば、複数のレーザダイオード）を備える線光源を利用する装置を備える。本発明のある実施形態では、複数のレーザ光源は、個々にアドレス指定でき、これにより、いくつかのダイオードがパルスモードで操作される一方で、他のダイオードはＣＷモードで操作され得る。あるいは、線光源のレーザ光源のすべてが１つのモード（パルスまたはＣＷ）で操作され得る。本応用例では、「レーザ光源」という用語は、パルスレーザ、ＣＷレーザ、あるいは、パルスモードまたはＣＷモードで操作され得るレーザであり得るレーザを示すために用いられる。
【００２１】
線光源は、処理中の廃棄物中のリサイクル可能な材料から、塗料および接着剤等を含むコーティングを含むリサイクル不可能な材料を取り除くために用いられる。リサイクル不可能な材料は、溶融または剥離され得るか、あるいは、この材料は、レーザによって処理（例えば、解重合）され得、これにより、掻き落とし（ｓｃｒａｐｉｎｇ）または研削（ｓａｎｄｂｌａｓｔｉｎｇ）等の従来の機械的手段によって除去することが容易になる。後述されるように、この装置は、さらに好ましくは、低コストのコンポーネントを利用して、廃棄物が溶融または剥離されている間、これを連続的に移動および追跡する簡単なメカニズムを備える。例示的装置における低コストコンポーネントを使用することによって、効率的で大規模な電子機器のリサイクルを行う装置の使用が改善される。
【００２２】
図１は、例えば、リサイクル可能な材料１０２およびリサイクル不可能な材料１０４の両方を含む廃電気電子機器（ＷＥＥＥ）であり得る廃棄物１００を処理するための例示的システムを示す。リサイクル不可能な材料１０４は、リサイクル可能な材料１０２の平坦な基板の表面上のコーティングの多数の離散部分として示されるが、リサイクル不可能な材料のマトリクスに含まれるリサイクル可能な材料の連続したまとまり等のリサイクル可能およびリサイクル不可能な材料の他の構成が、図１の例示的廃棄物処理システムを用いて処理されてもよいことに留意されたい。さらに、この例示的廃棄物処理システムは、廃棄物１００中の異なったタイプのリサイクル可能材料を分離するために用いられ得る。
【００２３】
図１に示される例示的リサイクル可能な材料１０２は、リサイクル不可能な材料１０４が取り除かれることが好ましいリサイクル可能な基板である。例えば、廃棄物１００は、Ｍｇ合金基板、塗料でコーティングされ、付属品が接着剤で取り付けられたリサイクル可能な材料１０２、リサイクル不可能な材料１０４を含むＣＤプレーヤの一部分であり得る。塗料よび接着剤は、好ましくは、Ｍｇ合金から取り除かれ、これにより、この合金はリサイクルされ得る。
【００２４】
廃棄物１００は、最初に、機械的リサイクルデバイス１０６によって処理されて、リサイクル不可能な材料がレーザ廃棄物リサイクル装置１１４によって処理される前に廃棄物をより小さい廃棄物片１０８に分離し得る。機械的リサイクルデバイス１０６は、押しつぶし、平らにし、切断し、破壊する等、廃棄物を機械的に処理して廃棄物片１０８にし得る。この機械的処理は、より小さく、および／またはより均一なサイズの廃棄物片をレーザ処理用に提供するために利用され得る。図１は、機械的廃棄物処理装置１０６が廃棄物１００を処理して、レーザ線光源１１２の長手方向寸法よりも小さいか、またはこれと等しい幅を有する廃棄物片１０８を形成する例示的実施形態を示す。このサイズの廃棄対象物の少なくとも一方の面は、コンベヤベルト１１０を用いて単一経路で照射され得る。上述のように、レーザ線光源は、個々にアドレス指定可能な複数のレーザ光源を備え、これにより、各レーザ光源がパルスモードまたはＣＷモードで操作され得ることが所望され得る。パルスモードで動作するレーザ光源は、塗料または接着剤を除去し得る一方で、ＣＷモードで動作するレーザ光源は、比較的大量のエネルギーを用いて除去されるはんだ、または他のリサイクル不可能な材料を除去し得る。レーザ（このレーザは、任意の所与の時間に、廃棄物およびレーザ線光源の相対速度で用いられている）のモードを変更することによって、広範囲な温度プロファイルが廃棄物に適用され得る。これは、廃棄物がリサイクルされる前に廃棄物を選別する必要を低減し得る。
【００２５】
機械的処理は、さらに、リサイクル不可能な材料１０４の一部分を緩めるか、または廃棄物の残り部分から除去さえするために利用され得る。これは、廃棄物を分離するために必要なレーザ処理の量を低減し得、かつ、例示的廃棄物処理システムの効率を向上させ得る。
【００２６】
機械的処理に続いて、廃棄物片１０８は、レーザ廃棄物リサイクル装置１１４によってさらに処理され、好ましくは、図１に示されるように、リサイクル不可能な材料１０４の実質的にすべてを除去してリサイクル可能な材料１０２を生成する。ＣＤプレーヤの例では、この処理によって、好ましくは、むきだしのＭｇ合金基板がもたらされ、これは、廃金属としてリサイクルされ得る。
【００２７】
図２は、本発明による例示的レーザ廃棄物リサイクル装置を示す。この例示的装置は、レーザ光源２００、位置検出器２０４、カラーセンサ２０６、コンベヤベルト１１０、エアブラストノズル２０８、および真空ノズル２１０を備える。さらなる代替的要素は、検出器光源２１２およびレーザロボットアーム２１４であり、これらの両方は想像図で示される。
【００２８】
上述のように、レーザ光源２００は、パルス光ビームまたはＣＷ光ビームを発して、リサイクル不可能な材料１０４を剥離し、従って、この材料をリサイクル可能な材料１０２から分離する。レーザ廃棄物リサイクル装置１１４の高効率の動作を提供するためにレーザ光源２００が比較的高い、好ましくは、１０％よりも大きい「プラグ効率」（すなわち、光放射への電気のパワー変換）を有することが望ましい。さらに、レーザ光源の光ビームが、リサイクル不可能な材料１０４によってほとんど吸収されて、剥離プロセスの効率を向上させることが望ましい。リサイクル可能な材料１０２による光ビームの吸収が、リサイクル不可能な材料１０４よりも著しく低く、リサイクル可能な材料１０２への考えられ得る損傷またはこの材料の損失を低減することもまた所望され得る。従って、レーザ光源２００のピーク波長は、予想されるリサイクル不可能な材料によって実質的に吸収されるが、予想されるリサイクル可能な材料によって吸収されない波長であるように選択されることが好ましい。あるいは、製品が、リサイクル不可能な材料が特に有利な波長のレーザ光を吸収するように設計されてもよい。特定の波長のダイオードレーザは、他の波長よりも電気的により効率的であり、かつ、より容易に取得され得（低コスト）、これは、リサイクル不可能な材料を選択する際に重要なファクタであり得る。
【００２９】
例示的レーザ廃棄物リサイクル装置１１４は、廃棄物の表面上にレーザを収束するレンズ２０２をさらに備え得る。このレンズは、レーザパッケージ内に固定されたレンズ、外部の調整可能なレンズ（図２および図３に示されるような）、またはこれらの組み合わせであり得る。廃棄物上のビームスポットサイズ、および焦点深度を形成するために、レンズ２０２の代わりに、または、これに加えてミラーが用いられてもよいことにも留意されたい。このレンズは球面で示されるが、その代わりに、円柱レンズが用いられてもよいことが考えられる。実際、レーザ線光源については、円柱レンズがより所望され得る。
【００３０】
レーザ光源２００は、単一のダイレクトダイオードレーザ、ＣＯ２レーザ、または、複数の個々のダイレクトダイオードレーザモジュールを備える線形アレイであり得る。あるいは、レーザ光源２００は、これらの素子のいずれかの組み合わせであり得る。ＣＯ２レーザが用いられた場合、後述されるように、下に位置するリサイクル可能な基板の揮発を避けるために、廃棄物へのレーザ光のフルエンスを慎重に制御することが所望され得る。
【００３１】
図３におけるレーザ光源２００等の十分に幅広い線形アレイは、長く、幅が狭い矩形のビーム断面を有する線光源を生成し得、図４Ｂに示されるように、１個の廃棄物からリサイクル不可能な材料を単一経路で除去することを可能にする。ある例示的実施形態では、レーザ光源２００は、幅約１．２５ｃｍ、長さ５ｃｍ、および高さ５ｃｍのダイレクトダイオードレーザモジュールを備える１２〜２４インチ幅の線形アレイであり得る。好ましくは、各モジュールは、スポットサイズが約１ｃｍ幅×２００μｍでビームあたり１ＫＷの出力の矩形の光ビームを生成する。
【００３２】
図２に示される位置検出器２０４は、レーザ光源に対する廃棄物の位置を検出する。位置検出器は光源を備え、この内部光源または頭上光源２１８の反射を測定し得る。あるいは、位置検出器２０４は、検出器光源２１２からの光に応答し得る。レーザ光源２００が固定され、コンベヤベルト１１０がこのレーザ光源２００の経路に廃棄物を移動するように構成された場合、位置検出器２０４は、検出器光源２１２が図２に示される場所に配置されることが所望され得ることに留意されたい。さらに、位置検出器２０４または検出器光源２１２がコンベヤベルト１１０内のこの場所に配置された場合、コンベヤベルト１１０は、位置センサによって検出された光に対して実質的にトランスペアレントである材料から形成されることが好ましいか、あるいは、図３に示されるギャップを有する代替的コンベヤベルト３００が用いられることが好ましい。
【００３３】
検出器は、検出器光源と同じ側に配置されてもよい。この実施形態では、検出器は、コンベヤまたは代替的に廃棄物の流れからの反射をモニタリングする。検出器は、さらに、「ライン検出器」でもあり得る。センサが反射を用いる場合、検出器用の光源として線光源レーザが用いられてもよい。レーザ線光源がレーザダイオードを用いる場合、個々のレーザダイオードは、廃棄物が視野に入来するまで低出力パワーにセットされ得る。これにより、パワーを節約し、レーザ光源の強度を変調しないシステムに対する磨耗を低減し得る。
【００３４】
位置検出器２０４は、図２に示されるように結合され、コンベヤベルト１１０の制御回路、レーザロボットアーム２１４、廃棄物ロボットアーム２１６および／または他の位置決め手段に結合され、廃棄物および／またはレーザ光源２００の位置に関するフィードバックを提供して、レーザ廃棄物リサイクル装置１１４の効率的な動作を可能にし得る。図２にも示されるように、位置検出器２０４は、レーザ光源２００の制御回路に結合され得る。
【００３５】
ある例示的実施形態では、図２に示されるように、位置検出器２０４は光検出器であり、レーザ光源２００に結合され、レーザ光源に対して固定された空間的配向を維持する。これにより、位置検出器が、廃棄物がレーザ光源２００によって処理するための位置にあるときを決定することが可能になる。これは、例示的廃棄物リサイクル装置１１４が、廃棄物の１つが処理されるべき正しい位置にある場合にレーザ光源２００を活性化するだけで、より高い効率が達成されることを可能にする。
【００３６】
あるいは、位置検出器２０４はＣＣＤカメラでもよい。ＣＣＤカメラは、廃棄物のピクセルイメージを検出するように配向され得る。ＣＣＤカメラにおけるイメージ回路は、検出されたピクセルイメージをイメージ解析回路（図示せず）に提供し得る。このイメージ解析回路は、レーザ光源２００に対する廃棄物の位置のみでなく、廃棄物内のリサイクル不可能な材料１０４の位置も決定することが所望され得る。ピクセルイメージのこの解析の結果は、位置決定手段に含まれる位置制御回路および／またはレーザ光源２００に含まれるレーザ制御回路に提供され得る。位置制御回路は、その後、位置決定手段を制御して、レーザ光源２００および／または廃棄物を移動し得、これにより、リサイクル不可能な材料１０４を含む廃棄物の一部分がレーザビームに選択的に配置される。レーザ制御回路は、さらに、レーザ光源２００を制御して、リサイクル不可能な材料１０４を含む廃棄物の一部分が処理されるように正しく配置された場合にのみ光ビームを発し得る。
【００３７】
図３は、位置検出器の別のタイプ、機械的スイッチ３０２を示す。機械的スイッチ３０２は、代替的コンベヤベルト３００におけるギャップを通って突き出すトリップレバー３０４を備える。廃棄物が機械的スイッチ３０２を通過した場合、このスイッチは、トリップレバーを押し、レーザビームによって照射されるべき位置にあることが検出される。この例示的実施形態では、廃棄物が機械的スイッチ３０２を通過した後に、ばね（図示せず）がトリップレバー３０４をリセットする。
【００３８】
廃棄物のリサイクル不可能な材料１１４の吸光性を決定するためにカラーセンサ２０６を用い得ることが考えられる。ある例示的実施形態では、カラーセンサ２０６は、レーザ光源２００において同じ波長の２つのエミッタレーザダイオードと、レーザビームのピーク波長の透過を可能にするバンドパスフィルタ（図示せず）の後方に配置された２つの検出器とを備える。このカラーセンサは、観察中の領域から反射される光を測定する。２つの検出器は、異なった方向に反射された光の量の平均を測定する。この実施形態の場合、廃棄物は、光の実質的にすべてを反射し、従って、最小の透過を有することが想定される。従って、吸光性は、ある程度の信頼度で、反射された光だけから推定され得る。動作波長で著しい量の光を透過する廃棄物は、さらなるカラーセンサを配置することによって対処され得る。コンベヤベルト間で透過を測定、および／または、両側で散乱光を測定する検出器は、カラーセンサによって測定されたリサイクル不可能な材料の吸光性の精度を高め得る。
【００３９】
リサイクル不可能な材料１０４を剥離するために所望されるフルエンスは、部分的に、その吸光性に左右される。従って、平均吸光性情報は、リサイクル不可能な材料を剥離するために用いられるフルエンスの制御を可能にし、従って、スループットを向上し、および／または例示的レーザ廃棄物リサイクル装置１１４のエネルギー消費を低減することによって高効率をもたらし得る。
【００４０】
例えば、リサイクル可能な材料１０２上の高吸光性のリサイクル不可能なコーティングは、高反射または高透過コーティングのような高レーザビームフルエンスを必要とせず、従って、吸収面に対して、より少量のレーザビームフルエンス（パワー／ユニット領域）が用いられ得ることが所望され得る。
【００４１】
カラーセンサによって提供された平均吸光性情報は、レーザ源２００によって発せられたレーザビームの平均パワー（すなわち、ＣＷまたはパルスレーザがスポットまたは線に収束される時間の量、あるいはパルス長さ、パルスレート、およびパルスレーザのパルスエネルギー）を調整し、これにより、廃棄物へのレーザビームフルエンスを制御するためにレーザ制御回路によって用いられることが所望され得る。この平均吸光情報は、さらに、レーザ光源２００とレンズ２０２、ならびに／あるいはレーザ光源２００と廃棄物との間の距離を調整して、廃棄物上のレーザビームのスポットサイズ、従って、レーザビームフルエンスを制御するために用いられ得る。さらに、平均吸光性情報は、廃棄物上のレーザビームの走査レートを制御するために用いられてもよい。走査レートを変更する１つの方法は、コンベヤベルト１１０の速度を変更することである。
【００４２】
あるいは、カラーセンサ２０６は、廃棄物のピクセルイメージを提供するＣＣＤカメラを備え得、これから、廃棄物中のリサイクル不可能な材料１０４の異なった部分の吸光性が決定され得る。ＣＣＤカメラは、内部光源からの光または頭上光源２１８からの光に応答し得る。この吸光性情報は、廃棄物が操作されて、好ましくは剥離レートを制御すると、廃棄物へのレーザ光のフルエンスを動的に更新するために利用され得る。ＣＣＤカメラを備えるカラーセンサ２０６の例示的実施形態は、さらに、処理されることを必要とし得ないリサイクル可能な材料１０２上のコーティングされていない領域を決定するができ得る。
【００４３】
代替的または追加的な公知の従来技術の検出器が例示的レーザ廃棄物リサイクル装置１１４に追加され得る。例えば、リサイクル可能な材料１０２の高さおよび表面の輪郭を検出するために輪郭検出器が用いられてもよい。表面および輪郭情報は、廃棄物上のレーザビームを最適に走査して、パワーを節約するために用いられ得る。輪郭センサは、例えば、レンズから対象物への距離を提供するように調整された従来の超音波式距離測定デバイス、または従来のオートフォーカスシステムであってもよい。
【００４４】
例示的レーザ廃棄物リサイクル装置１１４に含まれる種々の制御および解析回路は、装置の低コストを維持することを支援し得る特定用途の回路素子として形成されてもよい。制御および解析回路の機能は、情報コーティングカラー、所望のレーザパワーレベル、コンベヤ速度に関する情報、および他の情報を格納するデータベースを含むソフトウェアによって命令される汎用コンピュータによって実行されてもよい。
【００４５】
例示的レーザ廃棄物リサイクル装置１１４のエアブラストノズル２０８は、流体および／または粒子流を提供して、剥離されたリサイクル不可能な材料１０４をリサイクル可能な材料１０２から吹き飛ばし、これらの材料を所望に応じて分離する。従って、エアブラストノズル２０８を、廃棄物の照射された部分に対して実質的に固定された空間的配向で維持することが所望され得る。さらに、エアブラストノズル２０８が、剥離されたリサイクル不可能な材料１０４を例示的レーザ廃棄物リサイクル装置１１４の光コンポーネントから吹き飛ばして、これらのコンポーネントを清浄、かつ、適切に機能するように保つことを支援することが所望され得る。
【００４６】
粒子流がエアブラスト中に含まれている場合、この粒子流は、剥離されていない廃棄物の照射部分に残っている任意のリサイクル不可能な材料１０４を好ましくも剥離し得る。この粒子流は、好ましくは、ＣＯ２粒子、または他の無酸素流体の粒子を含み得、この粒子流は、さらに、リサイクル可能な材料１０２を冷却し、リサイクル可能な材料の表面の偶発的な剥離、または所望でない酸化を低減し得る。
【００４７】
真空ノズル２１０は、リサイクル可能な材料１０２、または、例示的レーザ廃棄物リサイクル装置１１４の光コンポーネントのいずれかに設置され得る前に、剥離または研削されたリサイクル不可能な材料１０４を除去することを支援するために用いられ得る。真空ノズル２１０は、さらに、特に、リサイクル不可能な材料１０２が有害な化学汚染災害の原因となる場合、さらに処理するための廃棄物のストリッピングおよびパターニングから生成されたリサイクル不可能な塵埃および砕片を収集し得る。真空ノズル２１０は、好ましくは、廃棄物の照射された部分に対して実質的に固定された空間的配向で維持される。
【００４８】
例示的レーザ廃棄物リサイクル装置１１４は、装置を入れるためのレーザチャンバ（図示せず）をさらに備えてもよい。このレーザチャンバは、無塵の清浄な空気の雰囲気等の適切な作業雰囲気を維持し、かつ、作業者にレーザ光の遮光保護を提供するために用いられ得る。エアブラストノズル２０８および真空ノズル２１０は、さらに、レーザチャンバに流れる空気流を提供し、剥離されたリサイクル不可能な材料を除去し、密閉された光コンポーネントを自動的に清掃し得る。
【００４９】
図４Ａおよび図４Ｂは、位置決定手段によって用いられ、廃棄物上のレーザ光源の光ビームスポット１１２を格子パターンで走査する２つの例示的レーザパターン４００および４０２を示す。これらの位置決定手段は、（図２に示される）コンベヤベルト１１０とレーザロボットアーム２１４と廃棄物ロボットアーム２１６とを備え得る。例示的実施形態では、格子パターン４００および４０２のロウ走査は、コンベヤベルト１１０（図２に図示）を用いて好ましく達成され、レーザロボットアーム２１４を用いてロウ間のジャンプが達成される。例示的廃棄物ロボットアーム２１６は、コンベヤベルト１１０上の廃棄物を再配向するか、または、新しい面を露出するために廃棄物を裏返すために用いられ得る。コンベヤベルト１１０は、光ビームのピーク波長を実質的に吸収しない材料で形成され、レーザビームがコンベヤベルトに引き起こし得る任意の可能な損傷を最小化することが所望され得る。低コストを維持するために、コンベヤベルト１１０は、メッシュコンベヤベルトまたはレールのセットであることが所望され得る。
【００５０】
図４Ｂにおける格子パターンは、１つのロウのみを備える。なぜなら、図４Ｂにおけるレーザビームスポット１１２が少なくとも処理中の廃棄物の幅だからである。これらの例示的実施形態では、光ビームスポット１１２は、これらの図の各々において、実質的に矩形の形状を有する（すなわち、光ビームは、実質的に矩形の断面を有する）。さらに、これらの実質的に矩形の形状の長手方向寸法は、好ましくは、各図における例示的格子パターンのロウに対して垂直である。
【００５１】
図５は、レーザ光源を用いて廃棄物をリサイクルする例示的方法を示す。レーザ光源は、ピーク波長を有するパルスまたはＣＷ光ビームを発する。この方法は、リサイクル可能な材料およびリサイクル不可能な材料の両方を有する廃棄物で開始し（ステップ５００）、ここで、リサイクル不可能な材料は、リサイクル可能な材料上の塗料または接着剤等のコーティングであり得る。
【００５２】
光ビームのピーク波長での廃棄物のリサイクル不可能な材料の吸光性が決定される（ステップ５０２）。吸光性は、ピーク波長でのリサイクル不可能な材料の反射率および透過を測定することによって相当の程度の精度で推定され得る。いくつかの場合、廃棄物は、ごくわずかな透過を有し、透過の測定を省略することが可能である。廃棄物中のリサイクル不可能な材料の平均吸光性が決定されてもよいし、または、廃棄物の部分ごとのリサイクル不可能な材料の局所的吸光性が決定されてもよい。
【００５３】
レーザ光源に対する廃棄物の位置が決定される（ステップ５０４）。この相対位置は、機械的または光学的に決定され得る（ステップ５０４）。ある例示的方法では、この相対位置、ならびに廃棄物中のリサイクル不可能な材料の位置を決定するためにＣＣＤカメラのピクセルイメージが用いられ得る。
【００５４】
リサイクル不可能な材料の決定された吸光性と、廃棄物中のリサイクル不可能な材料の検出された位置（これが検出された場合）とに基づいて、ステップ５０６は、廃棄物中にリサイクル不可能な材料が残っているかどうかを決定する。廃棄物のピクセルイメージがステップ５０２または５０４において撮影された場合、このピクセルイメージは、任意のピクセルイメージの値が、リサイクル不可能な材料を含む廃棄物の一部分について予測される値に対応するかどうかを決定するために解析される。ステップ５０２および５０４において廃棄物のピクセルイメージが撮影されなかった場合、平均吸光性は、リサイクル可能な材料から予測される値と比較される。リサイクル可能な材料から予測された値の平均吸光性が未知である場合、廃棄物からリサイクル不可能な材料を除去するために、廃棄物の各部分が、一回照射されるべきであることが想定される。
【００５５】
リサイクル不可能な材料のすべてが、廃棄物から除去されていると決定された場合、プロセスは終了する（ステップ５１２）。任意のリサイクル不可能な材料が廃棄物中に残っているとステップ５０６で決定された場合、廃棄物の選択された部分がレーザ光源によって照射され得るまで、廃棄物および／またはレーザ光源２００が移動され（ステップ５０８）、廃棄物１０２およびレーザ光源２００の相対位置が更新される。廃棄物および／またはレーザ光源の所望の移動は、レーザ光源に対する廃棄物の位置と、廃棄物１０２中のリサイクル不可能な材料１０４（ステップ５０４で検出された場合）の位置とに基づいて決定される。廃棄物中のリサイクル不可能な材料１０４の位置がステップ５０４にて検出された場合、廃棄物１０２の選択された部分は、好ましくは、リサイクル不可能な材料１０４の一部分を含むように選択される。
【００５６】
廃棄物１０２の選択された部分を照射する光ビームのフルエンスは、廃棄物の選択された部分内のリサイクル不可能な材料の少なくともいくらかを剥離するように制御される（ステップ５１０）。所望のレベルのフルエンスは、ステップ５０２にて決定された、廃棄物の選択された部分内のリサイクル不可能な材料の吸光性に基づいて決定される。廃棄物の各部分におけるリサイクル可能な材料の吸光性がステップ５０２にて決定された場合、廃棄物の選択された部分に対応する値が用いられ得、そうでない場合、平均吸光性地が用いられる。
【００５７】
さらに、上述のように、剥離されたリサイクル不可能な材料を吹き飛ばし、場合によっては、照射されたリサイクル不可能な材料を研削により除去する際に支援するために流体および／または粒子流が用いられ得る。さらに、剥離および／または研削されたリサイクル不可能な材料を吸引するために、真空が用いられ得る。
【００５８】
ステップ５０６、５０８および５１０は、リサイクル不可能な材料の実質的にすべてが廃棄物から除去されたことが決定されるまで繰り替えされ得る。ステップ５０２および／またはステップ５０４が繰り替えされ、ステップ５０６におけるこの決定を下す支援をし得る。さらに、所望の用途からの費用／効用のトレードオフによるが、いくつかの公知の従来技術の機能システムが上述の発明と共に用いられ得る。例えば、廃棄物をレーザ廃棄物リサイクル装置内に切断および供給するステップが、この例示的リサイクル方法に準備ステップとして追加され得る。精細な除去が続く、リサイクル不可能な材料の総レーザ剥離のマルチステッププロセスもまた編入され得る。
【００５９】
図６および図７は、所定のピーク波長を有するレーザ光ビームを用いて、リサイクル性を改善するように適合された例示的電子デバイスを示す。電子デバイスは、回路基板６００と、少なくとも１つの電子コンポーネント６０６とを備える。回路基板６００は、エポキシ樹脂、ガラス繊維、ガラス、セラミック、またはこれらの積層等の任意の一般的な硬質回路基板で形成され得る。この例示的回路基板は、第１の面から第２の面に伸びるビア６０４と、第１の面上に形成された電気トレース６０２とを有する。電気トレース６０２は、アルミニウム、アルミニウム−カルシウム、金、銀、銅、ニッケル、チタン、タングステン、プラチナ、ゲルマニウム、ポリアニリン、ポリアミド、ポリシリコン、ポリアセチリン（ｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｉｎｅ）、ポリピロール、およびポリパラフェニレン、あるいはこれらの組み合わせ等の任意の導電性材料から形成され得る。
【００６０】
電子コンポーネント６０６は、レジスタ、キャパシタ、トランジスタ、集積回路等の典型的な電子コンポーネントである。各電子コンポーネント６０６のボディは、回路基板６００の第１の側から外に伸びる。電子コンポーネントのリード線６０８は、ビア６０４を通って回路基板６００の第２の側に伸びる。リード線は、カップリングジョイント６１０によって機械的および電気的に、電気トレース６０２に結合される。
【００６１】
例示的実施形態では、カップリングジョイント６１０は、不透明な有機導体から形成され得る。これは、所定のピーク波長とほぼ等しい波長の高吸収光を有するように選択される導電性有機材料と色素とを備える。導電性有機材料は、導電性エポキシ、導電性熱可塑性プラスチック、導電性エラストマ、ポリアニリン、ポリアミド、ポリアセチリン、ポリピロール、およびポリパラフェニレンを含む。導電性有機材料は、カップリングジョイント６１０の機械的および電気的カップリング特性を提供する。導電性有機材料に添加される色素の量は、導電性有機材料の電気的および機械的特性を著しく変更しないために十分に低いが、レーザ光ビームによる溶融および剥離に対するカップリングジョイントの影響の受けやすさ（ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）を著しく向上させるために十分な高さであることが好ましい。電気トレース６０２は、カップリングジョイント６１０と同じ材料から形成され得、これにより、これらの電気トレースは、さらに、所定の波長の光によって容易に溶融または剥離され得ることに留意されたい。
【００６２】
カップリングジョイントは、さらに、特定の波長のレーザ光によって除去するように構成された従来の金属はんだから形成されてもよい。これは、例えば、特定の波長でその吸光性を増すはんだに材料を追加することによって達成される。これらは、例えば、特定の波長で光を容易に吸収する材料の粒子であり得る。あるいは、はんだは、特定の波長で吸光度の増加を示す組み合わされた金属を合金することによって製作され得る。
【００６３】
図７もまた、レーザ光源２００、レンズ２０２、レーザロボットアーム２１４、およびメッシュコンベヤベルト７０２を備える例示的レーザ電子デバイスリサイクル装置７００を示す。メッシュコンベヤベルト７０２のメッシュは、好ましくは、典型的な電子コンポーネント６０６を収容するために十分な大きさの開口部を有する。メッシュコンベヤベルト７０２は、好ましくは、メッシュ面によって置換され得ることに留意されたい。さらに、この例示的装置は、図２および図３を参照してすでに記載されたレーザ廃棄物リサイクル装置１１４の種々の特徴のいずれかを備え得る。特に例示的レーザ光源２００は、パルスモードまたはＣＷモードで各々が動作し得る個別にアドレス指定可能な複数のダイオードレーザを備え得る。
【００６４】
図８は、電子コンポーネントを回路基板から除去する例示的低コストの方法を示す。この方法は、例示的レーザ電子デバイスリサイクル装置７００を用い得る。
【００６５】
方法は、カップリングジョイント６１０によって回路基板に機械的に結合された少なくとも１つの電子コンポーネント６０６を備える電子デバイスで開始する（ステップ８００）。電子コンポーネントは、回路基板の第１の面から伸びるボディと、このボディから回路基板のビアを通って伸びるリード線とを供える。これらのリード線は、カップリングジョイントによって、回路基板の第２の面に機械的に結合される。このカップリングジョイントは、はんだまたは導電性有機材料から形成され得る。導電性有機材料は、レーザ光源のピーク波長の高い吸光性である色素と混合され得る。
【００６６】
回路基板の第１の側は、電子コンポーネントのボディがメッシュ面を通って伸びるように、メッシュ面の上部に配置される（ステップ８０２）。このメッシュ面は、図７に示されるように、メッシュコンベヤの一部分であり得るが、これは必ずしも必要でない。回路基板とレーザ光源との相対位置が決定される（ステップ８０４）。回路基板の第２の面上のカップリングジョイントの位置も決定されることが所望され得る。
【００６７】
レーザ光源およびメッシュ面の少なくとも１つが、レーザ光源の光ビームが電子コンポーネントの１つに対応するカップリングジョイントのセットを照射するように移動される（ステップ８０６）。所望の移動は、ステップ８０４において決定されたレーザ光源に対する回路基板の位置に基づいて決定される。回路基板の第２の面上のレーザビームのスポットサイズによるが、選択されたカップリングジョイントを別々に、またはフルセットよりも小さいグループで照射することが所望され得る。上述のように、金属はんだがカップリングジョイントのために用いられた場合、レーザダイオードの選択されたユニットをＣＷモードで操作し、相対的に長い時間にわたってレーザ光を選択的にカップリングジョイントに付与して、はんだを溶融し、コンポーネントを取り外すことが所望され得る。
【００６８】
カップリングジョイントは、十分に溶融および／または剥離されて、電子コンポーネントの対応するリード線を回路基板の第２の面から機械的に分離するまで照射される（ステップ８０８）。さらに、例えば、エアブラストノズル２０８（図２に図示）からの流体および／または粒子流が用いられ、カップリングジョイントの溶融および／または剥離された部分を吹き飛ばし、分離プロセスを加速し得る。さらに、真空ノズル２１０（図２に図示）が用いられ、カップリングジョイントの剥離または溶融した部分を除去し得る。
【００６９】
電子コンポーネントの機械的に分離されたリード線は、その後、重力下で、回路基板のビアを通ってすべり、これにより、回路基板から電子コンポーネントが除去され得る（ステップ８１０）。さらに、メッシュ面が振動させられ得、電子コンポーネントのリード線を回路基板から分離し、回路基板のビアを通ってより容易にすべることを支援する。
【００７０】
ステップ８０６、８０８、および８１０の照射、溶融および／または剥離、ならびに除去プロセスは、次に、電子コンポーネントごとに繰り返され得るか、または、これらは、レーザのパワーが複数の電子コンポーネントに対応するカップリングジョイントを同時に照射するために十分である場合、並行して行われ得る。
【００７１】
本発明は、特定の実施形態を参照して本明細書中で説明および記載されたが、本発明は、示された詳細に限定することを意図しない。むしろ、請求項の等価物の範囲および領域内で、および、本発明から意図することなく細部にわたって種々の改変がなされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、リサイクル可能な材料およびリサイクル不可能な材料の両方を含む廃棄物の例示的システムのブロック図である。
【図２】図２は、図１のシステムにおいて用いられ得る例示的レーザ廃棄物リサイクル装置の側面図である。
【図３】図３は、代替的廃棄物位置検出器を示す、図１の例示的レーザ廃棄物リサイクル装置の正面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図２および図３の例示的装置を用いて処理する間にレーザビームで廃棄物上を走査する例示的方法を示す上面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図２および図３の例示的装置を用いて処理する間にレーザビームで廃棄物上を走査する例示的方法を示す上面図である。
【図５】図５は、図２および図３の例示的装置を用いて、廃棄物中のリサイクル可能な材料からリサイクル不可能な材料を除去する例示的方法を示すフローチャートである。
【図６】図６は、レーザ廃棄物リサイクル装置を用いて、リサイクル性を改善するように適合された例示的電子デバイスを示す上面図である。
【図７】図７は、例示的レーザ廃棄物リサイクル装置と、この例示的レーザ廃棄物リサイクル装置を用いて、リサイクル性を改善するように適合された例示的電子デバイスとを示す側面図である。
【図８】図８は、図７の例示的レーザ廃棄物リサイクル装置を用いて、回路基板から電子コンポーネントを分離する例示的方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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