(57)【要約】【課題】本発明は、プラスチック粒子混合原料の種類や組成の変化に応じて柔軟に帯電の調整を行う機能と、帯電補助材への経時的な電荷の蓄積の影響を抑え、連続的に安定した帯電方法を得ることを目的とする。【解決手段】本発明の一実施形態に係る静電選別装置１は、プラスチック粒子の混合原料を供給する原料供給器２、イオンまたは電荷を供給するイオン供給器３、原料供給器２から供給される混合原料を、イオン供給器３から供給されるイオンまたは電荷と共に摩擦帯電する摩擦帯電器４、摩擦帯電器４で帯電された混合原料を静電選別により分別する静電分離器５を備えて構成される。【選択図】図１
2008238140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック粒子の混合原料を供給する原料供給器と、
イオン又は電荷を供給するイオン供給器と、
前記原料供給器から供給される前記混合原料を、前記イオン供給器から供給される前記イオン又は電荷と共に摩擦帯電する摩擦帯電器と、
前記摩擦帯電器で帯電された前記混合原料を静電選別により分別する静電分離器と、
を備える静電選別装置。
【請求項２】
センサーと、
前記センサーの情報により前記原料供給器、前記イオン供給器、前記摩擦帯電器および前記静電分離器の少なくとも１つを制御する制御器と、
をさらに備え、
前記センサーは、前記混合原料の組成を検知する組成センサー、前記摩擦帯電器における帯電状況を検知する帯電センサー、および前記静電分離器における分離状況を検知する選別センサーの少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の静電選別装置。
【請求項３】
前記摩擦帯電器は、帯電補助材と前記混合原料との摩擦接触を帯電の主たる機構とし、
前記帯電補助材は、帯電容器の内表面または新たに導入する第三の粒子を含む、
請求項１または２に記載の静電選別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば様々な廃プラスチックの破砕物であるプラスチック粒子の混合原料を種類ごとに分別する静電選別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラスチック静電選別装置の摩擦帯電器では、例えば特許文献１に示すサイクロン式帯電装置のように、摩擦帯電器の内表面に使用する帯電補助材の帯電列順位が、分離対象である材料群の分離したい境界値（中間位）に相当するように選定する。そのことにより、中間位の帯電補助材に対し、帯電列上、正側にあるプラスチック粒子を正側に帯電させ、負側にあるプラスチック粒子を負側に帯電させ、その後帯電粒子を静電場を通過させることで、プラスチック粒子の混合原料を種類ごとに静電選別している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１０３１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような静電選別装置においては、帯電補助材として適した材料を選定したとしても、第一に、対象とするプラスチック粒子混合原料の種類や組成が変化すると、帯電量のレベルや、正負に帯電するプラスチック粒子の割合が変化し、選別精度に悪影響を及ぼす。そのため、帯電補助材の選定のみの固定的な設備条件設定だけでなく、柔軟に帯電状態の調節が可能な調整機能が求められるという課題があった。
【０００５】
第二に、摩擦面である摩擦帯電器の内表面の帯電補助材は、基本的に絶縁材料であり、経時的に電荷が蓄積し表面電位状態が変化するため、安定な選別を行うには電荷を継続的に適度な状態で放電する新たな工夫を別途考慮する必要があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、プラスチック粒子混合原料の種類や組成の変化に応じて柔軟に帯電の調整を行う機能と、帯電補助材への経時的な電荷の蓄積の影響を抑え、連続的に安定した帯電方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る静電選別装置は、プラスチック粒子の混合原料を供給する原料供給器、イオンまたは電荷を供給するイオン供給器、原料供給器から供給される混合原料を、イオン供給器から供給されるイオンまたは電荷と共に摩擦帯電する摩擦帯電器、摩擦帯電器で帯電された混合原料を静電選別により分別する静電分離器を備えて構成される。
【発明の効果】
【０００８】
摩擦帯電器に、プラスチック粒子混合原料と共にイオンまたは電荷を供給し、プラスチック粒子混合原料の組成の変動等による動作環境の変化に応じて、その量や極性を調整することで、プラスチック粒子や摩擦帯電器の摩擦面の帯電状態の調整が容易に可能になる。また連続的に安定して動作する静電選別装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１０】
＜実施の形態１＞
（構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る静電選別装置１の構成図を示す。ホッパー、ストッカーや振動フィーダ、気流搬送機等の一般的な機器類を組み合せ、プラスチック粒子の混合原料を定量的に摩擦帯電器４へ供給する原料供給器２と、荷電したイオンを発生し摩擦帯電器４へ供給するイオン供給器３を有する。また、プラスチック粒子混合原料とイオンが供給され、摩擦帯電によりプラスチック粒子を帯電させる摩擦帯電器４と、帯電したプラスチック粒子混合原料が供給され、帯電量やその極性に応じてプラスチック粒子を選別する静電分離器５より構成される。なお、図１における矢印は、プラスチック粒子あるいはイオンの流れを示す。
【００１１】
（動作）
次に動作の説明を行う。例として、プラスチック粒子混合原料が、代表的な汎用樹脂であるＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）樹脂粒子、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂粒子、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂粒子の３つの樹脂粒子の混合物である場合を説明する。
【００１２】
原料供給器２からプラスチック粒子混合原料が、摩擦帯電器４に定量的に供給される。摩擦帯電器４によるプラスチック粒子の摩擦帯電については、プラスチック粒子間、あるいはプラスチック粒子を収容する摩擦帯電器４の内壁、あるいは図１には図示していないが、追加的に導入した帯電補助材である第３の粒子と摩擦させ帯電させる。具体的には、例えば筒状や角柱状の摩擦帯電器４に混合粒子を収容し、摩擦帯電器４を適宜回転し、内部の粒子間や粒子と摩擦帯電器４の内壁間で摩擦帯電させる。あるいは例えば特許文献１のように、サイクロンや配管内で粒子を気流と共に運動させ、内壁や粒子間で摩擦や衝突をさせることで、プラスチック粒子を帯電させる。
【００１３】
プラスチック粒子を摩擦帯電させると静電荷が発生するが、プラスチック材料は静電荷の発生のしやすさやプラスチック間の正負の序列が、材料に固有に決まっている。この序列は摩擦帯電列として広く知られている。上記３種類の材料の摩擦帯電の序列は、正に帯電しやすい側から順に、ＡＢＳ、ＰＳ、ＰＰである。
【００１４】
帯電されたプラスチック粒子混合原料は、静電分離器５に供給される。静電分離器５は、材料固有の性質に基づき多種多様に帯電したプラスチック粒子混合原料を静電場に供給し、プラスチック粒子にかかるクーロン力の向きや大きさの違いによる粒子の運動軌跡の差異を利用して、種類ごとに分別する。
【００１５】
具体的には、例えば大気中に対向して設けた一対の正負の平板電極間に高電圧をかけ静電場（例えば２００〜３００ｋＶ／ｍ程度）を形成し、上部より帯電したプラスチック粒子混合原料を静電場に放出することで、正電極側に吸引される負帯電粒子群と、負電極側に吸引される正帯電粒子群とに分別する。あるいは、更に細かく分別する静電分離装置もある。このような分離器で精度良い分別を行うには、前処理として、成分に基づき混合粒子を正と負に選択的に帯電させる、摩擦帯電器４による工程が重要である。
【００１６】
例えば上記３種のプラスチック粒子混合原料をＡＢＳ粒子とＰＳ＋ＰＰ粒子とに分別する場合、以下のような方針で静電選別を実施する。摩擦帯電器４において、ＡＢＳを正に帯電し、ＰＳ、ＰＰを負に帯電する。また、静電分離器５において、ＡＢＳを負電極側に吸引し、ＰＳ、ＰＰを正電極側に吸引する。この静電選別において重要なことは、ＡＢＳ粒子のみを正に帯電し、ＰＳ、ＰＰの粒子は負に帯電させることである。
【００１７】
まず、第一の例として、ＡＢＳ：ＰＳ：ＰＰの重量比が２０：７５：５である組成のプラスチック粒子混合原料を用いる場合を考える。図２は、プラスチック粒子混合原料における帯電密度の、ポリプロピレン樹脂含有率依存性を示す図である。この場合、図２において横軸のＰＳ樹脂組成＝５％の部分に示すように、イオン供給器３からイオン供給をせずとも、ＡＢＳ粒子のみが正に帯電し、ＰＳ、ＰＰ粒子は負に帯電する。その後、静電選別装置５において、正、負のそれぞれの電極に吸引された粒子は、ＰＳ＋ＰＰ、ＡＢＳの純度がそれぞれ、例えば９８％以上で良好に選別回収される。
【００１８】
また、第二の例として、プラスチック粒子混合原料の組成が変動し、ＡＢＳ：ＰＳ：ＰＰの重量比が２０：６５：１５である組成の場合を考える。これは、第一の例と比べて、ＰＳの含有率が増大している。
【００１９】
図２において横軸のＰＳ樹脂組成＝１５％の部分に示すように、組成の変化に伴いＰＳの帯電密度が０ｎＣ／ｃｍ2に近づき、正に帯電するＰＳ粒子が一部見られるようになる。すなわち、ＰＳ粒子の「帯電密度の平均値」＋「帯電密度の標準偏差値」がほぼ０になり、正に帯電する粒子がある確率割合で存在することになる。そのため負電極側に吸引される粒子中のＰＳ粒子が増加し、負電極側で回収された粒子におけるＡＢＳ純度が、例えば９０％程度に大きく低下する。
【００２０】
静電選別によるプラスチック粒子混合原料の選別回収について、具体的に必要となる選別精度は樹脂の再利用方法や樹脂材料種により異なるが、プラスチック材料の再利用のため、一般的には例えば少なくとも９５％程度以上、さらに好ましくは純度９８％程度以上で選別回収されることが好ましい。
【００２１】
そこで、本実施の形態においては、図１に示すようにイオン供給器３を動作させプラスチック粒子混合原料に負イオンを所定量供給し、さらにその後摩擦帯電４をさせることで付加した電荷を全プラスチック粒子間に配分し、全体的に粒子の帯電を負側にシフトさせる。その結果、例えば先述した第二の例において、正に帯電するＰＳ粒子を減少し、目標とする回収純度を確保する。また、イオン供給器３については、電荷又は正イオンの供給も可能であり、プラスチック粒子混合原料の組成等に合わせて調整される。摩擦帯電器４による帯電は、一定量のプラスチック粒子ごとに行うバッチ処理または連続処理方式で行われる。
【００２２】
イオン供給器３としては、コロナ放電を利用するイオン発生器が、一般的にも市販されており利用可能である。その他光電効果や放射線によるイオン供給器３も利用可能である。コロナ放電式のイオン供給器３は一般的には、針電極と平板あるいは網状の電極間に直流あるいは交流の高電圧を印加し、針先近傍で発生したプラズマより正あるいは負のイオンを生成するものである。図１に示した本実施の形態に対しては、正あるいは負イオンを選択的かつ定量的に供給することが必要であり、そのような調節が可能なイオン供給器３を選択する。
【００２３】
なお、本発明に必要なイオン供給器３からのイオン供給の総量は、例えば以下のように決定される。イオン供給無しで摩擦帯電した場合の帯電量の分布を求め、後段の静電分離器４において分離したいポイントに帯電の中性点をシフトするのに必要なイオン供給の総量と極性を算出し、供給途中で消耗するイオン量も見込んで決定すれば良い。
【００２４】
（効果）
本発明例では、プラスチック粒子混合原料をあらかじめ所定量帯電した状態で摩擦帯電することで帯電分布の調整を可能とし、プラスチック粒子混合原料の組成の変化などの選別条件の変動の有無に関わらず常に安定した選別を可能にする。このような機能は、家電品、事務機械、あるいは車等の複数種の廃棄物から回収されたプラスチック粒子混合原料を静電選別装置１で材料種ごとに分別回収する場合は特に重要である。元となる廃棄物の種類により用いられている樹脂材料や含有割合が大きく異なるため、樹脂の組成や混合割合の変動が避けられないからである。
【００２５】
また、本実施の形態では帯電工程の前にプラスチック粒子混合原料に必要量のイオンを供給するよう構成したが、それは以下の点で重要である。イオン供給器３で生成したイオンは元来不安定であり、配管壁や粒子などの物質に一旦接触すると、即座に分解し電荷を放出する。思考上は、摩擦帯電器４を出た後、個々のプラスチック粒子に、イオン供給器３より均一にイオンを付与することも可能と思われるが、実用的な面では極めて難しい。
【００２６】
まずイオン供給の面では、プラスチック粒子を一層に広げた面上にイオンを含む気流を均一に分配する必要があるが、気流の均一分配機構それ自体が高コストな上に、整流や均一化の目的で邪魔板などを設ければ生成イオンを大きく消耗してしまう。一検討例では、イオン生成後のガス流通通路をガス分配のため１ｍ長くすると気流中のイオン濃度が約１／１０程度にまで低下した。その結果、イオン供給のロスが大きくなると共に、各粒子へのガス流通通路の長さの差がイオンの均一供給の新たな課題となり、技術的に容易ではない。
【００２７】
また、プラスチック粒子を一層に広げた面上に多数のイオン発生電極を設け、イオン発生を均一化することでイオン供給を均一化する方策もあるが、それが各粒子への均一な付着（分配）に結びつくわけではない。正あるいは負のいずれか片方の極性を有するイオンは、クーロン力により相対する逆極性の帯電粒子に付着し易い。先の第二の例における重量比のプラスチック粒子混合原料に本方式を適用すると、負イオンは狙いとするＰＳ粒子ではなく、正に強く帯電しているＡＢＳ樹脂粒子にまず優先して付着する。そのためＡＢＳ粒子とＰＳ粒子との帯電密度の差が小さくなり、逆に選別精度を低下する。
【００２８】
その解決策として本実施の形態では、帯電に先立ちイオンを付与し、その後摩擦帯電を行うようにした。本方法では、プラスチック粒子混合原料の中に所定の総イオン量のみを管理して付与すれば良く、その時点では各粒子への分配が不均一であっても良い。付与された電荷は摩擦帯電４の過程で粒子間に帯電序列に従い再分配され、結果として希望通りの帯電量の電荷シフトが得られる。
【００２９】
また、正電極側に吸引して分別されたＰＳ粒子とＰＰ粒子のプラスチック粒子混合原料は、更に下段で静電選別され、正に帯電するＰＳ粒子と負に帯電するＰＰ粒子とに分別される。この場合、先述した第一の例におけるプラスチック粒子混合原料は、組成的にはＰＳ：ＰＰの重量比が９４：６あり、かつ上段での選別直後には全体的に負側に過剰に帯電している。下段の選別のための帯電工程に先立ち、イオン供給器３から適切な極性と量のイオンをＰＳ＋ＰＰ混合粒子に供給することで、一般的に必要と考えられている除電のステップと選別精度を向上させるステップを一括して同時に行うことができ、簡素なシステムのまま選別精度を向上することができる。
【００３０】
＜実施の形態２＞
（構成）
実施の形態２に係る静電選別装置１の構成図を、図３に示す。原料供給器２に、例えばプラスチックの種別を検知する分析器の一種である組成センサー６ａ、摩擦帯電器４に、例えば表面電位センサーであり、摩擦帯電器４の内面や帯電粒子の平均的な帯電量を検知する帯電センサー６ｂ、静電分離器５に、例えば重量センサーの一種であり、正あるいは負の電極側に引かれて分別された粒子群の重量割合等の、静電分離器５の選別状況を検知する選別センサー６ｃが備わっている。
【００３１】
また、上述した、各センサーの情報やその他の情報を基に、原料供給器２、イオン供給器３、摩擦帯電器４、静電分離器５を所望の状態で動作させる制御器７より構成される。図３において、実線はプラスチック粒子あるいはイオンの流れ、一点鎖線は各センサー６ａ、６ｂ、６ｃから制御器７への情報の流れ、点線は制御器７から各機器間への制御信号の流れを示す。
【００３２】
その他の構成は、実施の形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００３３】
（動作）
次に動作の説明を行う。静電選別装置１が動作しプラスチック粒子の選別がなされる過程において、組成センサー６ａによりプラスチック混合粒子の入口組成割合が検知され、帯電センサー６ｂにより、摩擦帯電器４の内面や帯電粒子の平均的な帯電量が検知され、選別センサー６ｃにより、静電分離器５の選別状況が検知される。
【００３４】
また、制御器７により、これらの検知情報を用いて、静電選別装置１の動作が最適な状態に制御される。例えば、入口成分が検知され、あるいは選別状況が検知されることで、入口組成の変動や供給イオン量の過剰あるいは不足を判断し、制御器７を介して最適な条件に操作される。
【００３５】
上記各センサー６ａ、６ｂ、６ｃおよび制御器７以外についての処理は、実施の形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００３６】
（効果）
イオン供給による帯電量の調整が適切に行われているか、あるいは組成の予期しない変化などで選別に異常がないかといったことを、静電選別装置１に追加的に設けられた各センサー６ａ、６ｂ、６ｃで検知することができ、さらに制御器７を介して各機器が最適な条件になるよう操作をすることができる。
【００３７】
＜実施の形態３＞
（構成）
本実施の形態では、実施の形態２における摩擦帯電器４として、例えば特許文献１に示されているサイクロンを用いた、連続処理が可能なものを使用する。また、該摩擦帯電器４として、それにつながる配管や摩擦帯電器４の内面、あるいは新たに第三の粒子として帯電補助材を導入し、それらとプラスチック粒子混合原料との摩擦帯電を、帯電処理の主たる機構とするものを用いる。
【００３８】
その他の構成は、実施の形態２と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００３９】
（動作）
次に動作の説明を行う。本実施の形態においては、原料供給器２による原料の供給、イオン供給器３によるイオンの供給、摩擦帯電器４による帯電処理、静電分離器５による選別処理が、バッチ処理ではなく連続的に行われる。また、イオン供給器３からのイオン供給が連続的に行われることにより、摩擦帯電器４への蓄積電荷が連続的に解消される。更に、摩擦帯電器４や配管の内壁表面等の帯電補助材の電位を帯電センサー６ｂで検知しつつ、イオン供給器３の動作が制御される。
【００４０】
上記したように、各機器が連続的に処理を行う点以外は、実施の形態２と同様の処理であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
【００４１】
（効果）
帯電補助材を利用する摩擦帯電器４を使用した連続的な帯電処理において、イオン供給器３の無い状態の静電選別装置１については、摩擦帯電により生じた電荷が、長時間の連続運転で、例えば配管や摩擦帯電器４の内壁表面、帯電補助材粒子の粒子表面等の帯電補助材の表面に蓄積し表面電位が変化するため、プラスチック粒子の帯電量が経時的に変化、あるいは低下する課題があった。そのため、蓄積した静電気をバッチ処理で解消する、あるいは内壁からアースへ若干の電流をリークする、あるいは帯電補助材を取り出して除電し更にそれを再投入するような技術が必要であった。
【００４２】
それに対し、イオン供給器３を組み合わせた本実施の形態では、イオン供給器３から供給したイオンまたは電荷で蓄積電荷を解消でき、簡素な機構で安定に連続的な帯電が可能になる。また当然ながら、プラスチック粒子混合原料の組成変動などで帯電状態の調整が望ましい場合、上記蓄積電荷の解消に合わせて帯電の調整の為のイオンを付加することで、先に述べた運転条件変動に対して安定な静電選別装置１を得ることができる。
【００４３】
また、摩擦帯電器４や配管の内壁表面等の帯電補助材の電位を帯電センサー６ｂで検知しつつイオン供給器３の動作を制御することで、上記蓄積電荷の解消をより効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る静電選別装置の構成を示すブロック図である。
【図２】プラスチック粒子混合原料における、帯電密度のポリプロピレン樹脂含有率依存性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る静電選別装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  静電選別装置、２  原料供給器、３  イオン供給器、４  摩擦帯電器、５  静電分離器、６ａ  組成センサー、６ｂ  帯電センサー、６ｃ  選別センサー、７  制御器。
【図１】
2008238140.tif 000003
【図２】
2008238140.tif 000004
【図３】
2008238140.tif 000005