(57)【要約】【課題】一般家庭から排出される透明および自然色プラスチック部材の種類を迅速に判別できるようにする。【解決手段】ベルト搬送装置１で搬送されるプラスチック部材１３にハロゲン光源２，３で近赤外線を照射する。照射光はプラスチック部材１３を透過し、ベルト１０，１１の隙間Ｇを通過してセラミック板７で反射され、センサヘッド４で集光される。集光された光は光ファイバケーブル１４を介して判別装置本体５に入力され、近赤外線分光器５４で入力光の吸収スペクトルが測定される。スペクトル記憶部５３１には予めプラスチックの種類毎の吸収スペクトルモデルが記憶されていて、測定スペクトルとモデルとを比較して種類が判別される。判別されたプラスチック部材１３の種類はＬＥＤ表示灯６１やＶＧＡモニタ等で表示される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト搬送装置上を搬送されるプラスチック部材の種類を判別するプラスチック部材判別装置において、
前記ベルト搬送装置のベルトの幅方向中間部に該ベルト送り方向の隙間を形成するとともに、
前記ベルト搬送装置を搬送されるプラスチック部材に近赤外線を照射するために設けられた光源と、
前記光源からの近赤外線を反射させるように前記プラスチック部材が載るベルト部分の上下いずれか一方側に配置された近赤外線反射板としてのセラミック板と、
集光レンズを有して前記セラミック板で反射拡散された光を集光する光学センサヘッドと、
前記センサヘッドで集光された光の吸収スペクトルを測定する近赤外線分光器と、
複数種類のプラスチック部材毎に吸収スペクトルデータを比較モデルとして蓄積したスペクトル記憶手段と、
前記近赤外線分光器で測定された吸収スペクトルと前記スペクトル記憶手段に蓄積されている複数の比較モデルとを比較して、前記測定された吸収スペクトルと一致する比較モデルを検出するスペクトル比較手段とを具備したことを特徴とするプラスチック部材判別装置。
【請求項２】
前記スペクトル比較手段で検出された比較モデルに対応するプラスチック部材の種類を表示する表示手段を具備したことを特徴とする請求項１記載のプラスチック部材判別装置。
【請求項３】
前記ベルト搬送装置のベルトに形成された隙間に網が張られていることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック部材判別装置。
【請求項４】
前記表示手段が、プラスチックの種類を表示できるようにプラスチック部材の種類毎に設けられた表示灯を具備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチック部材判別装置。
【請求項５】
前記表示手段が、プラスチック部材の種類を表示するＶＧＡモニタであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラスチック部材判別装置。
【請求項６】
前記プラスチック部材の比較モデルが、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリスチレン、ポリプロピレン、および塩化ビニルのうち少なくとも２種類の吸収スペクトルデータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラスチック部材判別装置。
【請求項７】
前記ベルト搬送装置で搬送されるプラスチック部材が、廃プラスチック部材であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプラスチック部材判別装置。
【請求項８】
前記近赤外線分光器と、前記スペクトル記憶手段と、前記スペクトル比較手段とが二つのモジュールに統合され、
前記近赤外線分光器が第１のモジュールに含まれ、
前記スペクトル記憶手段および前記スペクトル比較手段が第２のモジュールに含まれることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のプラスチック部材判別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチック部材判別装置に関し、特に、プラスチックに照射した近赤外線の反射光による吸収スペクトルに基づいてプラスチックの種類を判別するのに好適なプラスチック部材判別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃プラスチックの大部分は、焼却されたり埋め立てに使用されたりしている。しかし、近年のエネルギ事情に鑑みると、廃プラスチックはリサイクルされるのが望ましい。リサイクルにあたっては、廃プラスチックを能率的に分別処理する方法が望まれる。
【０００３】
特開２０００−２２６４６８号公報に塩化ビニル樹脂材の分別方法が開示されている。この分別方法では、塩化ビニル樹脂材に近赤外線を照射して、その反射光による吸収スペクトルパターンを、予め記憶されている鉛系化合物安定剤、および錫系化合物安定剤の吸収スペクトルパターンデータと比較する。そして、その比較結果によって塩化ビニル樹脂材中の安定剤を識別して塩化ビニル樹脂材を分別する。この分別方法によれば、塩化ビニル樹脂を重金属化合物安定剤の種類で分別することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記分別方法では、塩化ビニル樹脂材を安定剤の種類別に分別することができるが、例えば、一般家庭や商店から排出されるゴミに含まれる多種類のプラスチックを分別するのには、不都合である。また、塩化ビニル樹脂材に限らず近赤外線をプラスチック材に照射してその反射光のスペクトルからプラスチック識別することは知られているが、従来の方法では、近赤外線が透過してしまう透明のプラスチックの種別を判定できないという課題がある。
【０００５】
さらに、プラスチックの分別作業を流れ作業で行い、能率を向上したいという要望があるが、従来の分別方法では、このような要望に応えられない。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消し、流れ作業行程中においてプラスチックの種類を判別することができるプラスチック部材判別装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し、目的を達成するための本発明は、ベルト搬送装置上を搬送されるプラスチック部材の種類を判別するプラスチック部材判別装置において、
前記ベルト搬送装置のベルトの幅方向中間部に該ベルト送り方向の隙間を形成するとともに、前記ベルト搬送装置を搬送されるプラスチック部材に近赤外線を照射するために設けられた光源と、前記光源からの近赤外線を反射させるように前記プラスチック部材が載るベルト部分の上下いずれか一方側に配置された近赤外線反射板としてのセラミック板と、集光レンズを有して前記セラミック板で反射拡散された光を集光する光学センサヘッドと、前記センサヘッドで集光された光の吸収スペクトルを測定する近赤外線分光器と、複数種類のプラスチック部材毎に吸収スペクトルデータを比較モデルとして蓄積したスペクトル記憶手段と、前記近赤外線分光器で測定された吸収スペクトルと前記スペクトル記憶手段に蓄積されている複数の比較モデルとを比較して、前記測定された吸収スペクトルと一致する比較モデルを検出するスペクトル比較手段とを具備した点に第１の特徴がある。
【０００８】
第１の特徴によれば、ベルト装置上を搬送されるプラスチック部材に照射された近赤外線が、該プラスチック部材を透過し、ベルトに設けられた隙間を通ってセラミック板で反射される。その反射光の吸収スペクトルが予め設定したプラスチック部材の種類毎の比較モデルと比較され、比較モデルの一つが選定される。
【０００９】
また、本発明は、前記スペクトル比較手段で検出された比較モデルに対応するプラスチック部材の種類を表示する表示手段を具備した点に第２の特徴がある。第２の特徴によれば、判別されたプラスチック部材の種類を表示によって認識できるので、判別後の作業を容易にできる。
【００１０】
また、本発明は、前記ベルト搬送装置のベルトに形成された隙間に網が張られている点に第３の特徴がある。第３の特徴によれば、隙間を大きくしてプラスチック部材の透過光およびセラミック板による反射光を通しやすくしつつ、小さいプラスチック部材がベルトの隙間から落下するのを防止することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記表示手段が、プラスチック部材の種類を表示するため、プラスチック部材の種類毎に設けられた表示灯を具備した点に第４の特徴があり、前記表示手段がプラスチック部材の種類を表示するＶＧＡモニタである点に第５の特徴がある。第４，５の特徴によれば、表示手段によって表示されたプラスチック部材の種類を目で認識することができる。
【００１２】
さらに、本発明は、前記プラスチック部材の比較モデルが、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリスチレン、ポリプロピレン、および塩化ビニルのうち少なくとも２種類の吸収スペクトルデータである点に第６の特徴がある。第６の特徴によれば、限定された比較モデルによってプラスチック部材の種類を判別するので、スペクトルの比較演算処理が早くなり、ベルト搬送装置の速度を上げることができる。
【００１３】
また、本発明は、廃プラスチック部材の種類を判別する装置である点に第７の特徴がある。この特徴によれば、廃プラスチック部材を種類別に分類することができるので、廃プラスチック部材のリサイクル利用が容易になる。
【００１４】
さらに、本発明は、前記近赤外線分光器と、前記スペクトル記憶手段と、前記スペクトル比較手段とが二つのモジュールに統合され、前記近赤外線分光器が第１のモジュールに含まれ、前記スペクトル記憶手段および前記スペクトル比較手段が第２のモジュールを構成している点に第８の特徴がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラスチック部材判別装置を含む分別システムの概略構成を示すブロック図である。図２は、図１の要部側面図である。図１、２において、分別システム１００は、ベルト搬送装置１、光源ランプ２，３、センサヘッド４、判別装置本体５、および表示装置６を備える。さらに、ベルト搬送装置１内に、光源ランプ２，３の発する近赤外線を反射させるためのセラミック板７が配置される。なお、表示装置６は判別装置本体５に一体的に組み込んであってもよい。
【００１６】
ベルト搬送装置１はベルト車８，９と、該ベルト車８，９間に架けられた２本のベルト１０，１１と、ベルト車８，９の一方に結合されて該ベルト車を駆動するモータ１２とからなる。ベルト１０およびベルト１１は、互いに隙間Ｇを有して平行に設けられる。
【００１７】
ベルト搬送装置１の上には、図示しない供給手段もしくは手作業により、プラスチックの板、瓶、袋など、種々の形状の各種廃プラスチック部材１３が互いに上下に重ならないように適当な間隔をおいて上流から供給され、下方に搬送される。廃プラスチック部材１３の搬送方向は矢印Ｃ方向である。廃プラスチック部材は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、および塩化ビニル（ＰＶＣ）の部材である。これらは、一般家庭や商店から排出されるプラスチックごみの大部分を占める。
【００１８】
前記隙間Ｇは、これらの廃プラスチック部材１３が落下しないで、かつ後述の近赤外線照射および反射光検出に好都合な寸法に設定される。例えば１０〜５０ｍｍの範囲が適当である。また、廃プラスチック部材１３が落下せず、かつ後述の近赤外線照射および反射光検出に好都合であれば、隙間Ｇは大きくてもよい。例えば、この隙間Ｇに網を張るなど代替構造をとることで隙間Ｇが大きくても、小さい隙間Ｇにした場合と同様、廃プラスチック部材１３の落下は防止できるし、近赤外線の通過が可能である。
【００１９】
光源ランプ２，３はベルト搬送装置１の上方に、センサヘッド４を間に挟んで隙間Ｇに沿って配置される。光源ランプ２，３は、近赤外線を発生させるためのものであり、ハロゲンランプであるのが好ましい。センサヘッド４は集光レンズを備え、該集光レンズで下方からの光を集光できるように下向きに配置される。
【００２０】
セラミック板７は、ベルト１０，１１の背後（この例ではベルトの張り側もしくは上側ベルト部分の背後）であってセンサヘッド４の直下に近赤外線反射板として配置される。セラミック板７は、光源ランプ２，３から照射されて廃プラスチック部材１３を通過した近赤外線をセンサヘッド４の方向に反射させる。セラミック板７は隙間Ｇより大きい幅および少なくとも該幅と同じ長さ（搬送方向Ｃに沿った長さ）の寸法を有する。例えば、幅・長さ共に１００ｍｍのものを使用する。
【００２１】
判別装置本体５は、センサヘッド４の集光レンズを介して入力された光の吸収スペクトルに基づいて廃プラスチック１３の種別を判別し、その結果を出力する。前記入射レンズ４で集光された光は光ファイバケーブル１４で判別装置本体５に伝送される。
【００２２】
表示装置６は、判別装置本体５で判別した廃プラスチック部材１３の種類を表示できるように、予定した種類の廃プラスチック部材に対応する個数の表示灯（ここでは、上記５種類のプラスチックに対応する５個の表示灯）６１を備える。表示灯６１は、例えば一つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）から形成することができる。
【００２３】
図３は、判別装置本体５のハード構成を示す図である。同図において、バス５０には、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３が設けられ、分光分析装置つまり近赤外線分光器５４が入力インタフェース５５を介して接続される。また、前記表示装置６や判別後のプラスチック部材１３を判別結果に従って分別する装置等、各種周辺装置５６に対する出力インタフェース５７が設けられる。さらに、該判別装置本体５の動作を監視するためのＶＧＡ（ビデオ・グラフィックス・アレイ）モニタ５８を接続可能にするためのグラフィック・インタフェース５９を設けることができる。ＶＧＡモニタ５８では、表示装置６の表示に代えて、または該表示とともに、廃プラスチック部材１３の種類をグラフィック表示することができる。
【００２４】
図４は、判別装置本体５の要部機能を示すブロック図であり、図３と同符号は同一または同等部分である。同図において、判別装置本体５には、スペクトルモデル記憶部５３１およびスペクトル比較部５１１を設ける。スペクトルモデル記憶部５３１およびスペクトル比較部５１１は、上記ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２およびＲＡＭ５３等で構成するマイクロコンピュータで実現できる。近赤外線分光器５４は、周知の分光分析装置で構成でき、該分光器５４で検出された入力光の吸収スペクトルが入力インタフェース５５を介してスペクトル比較部５１１に入力される。
【００２５】
スペクトルモデル記憶部５３１は、廃プラスチック部材１３の吸収スペクトルを、想定される種類毎に予め測定し、その吸収スペクトルのデータをモデルとして記憶する。ここでは、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリスチレン、ポリプロピレン、および塩化ビニルの各部材に光源ランプ２，３もしくはこれと同等の光源で光を照射して、その透過光の吸収スペクトルをモデルとした。
【００２６】
なお、スペクトルモデル記憶部５３１に記憶するための吸収スペクトルデータは、上記光源ランプ２，３による光を上記各種プラスチック部材の標準品に照射透過させてセラミック板７で反射させ、その反射光をセンサヘッド４を介して分光器５４で分析して採取することができる。採取された吸収スペクトルデータは図４の点線で示すように近赤外線分光器５４からスペクトルモデル記憶部５３１へ入力して保存できる。このように、本システムの装置を使用して予めモデルを作成できる。
【００２７】
スペクトル比較部５１１では、近赤外線分光器５４から出力された吸収スペクトルデータと前記スペクトルモデル記憶部５３１上の各プラスチック種類毎のモデルとを順次比較し、一致したモデルの種類を出力する。例えば、上記各廃プラスチック部材の種類毎に数値を設定しておき、一致したモデルの種類に対応する数値を出力する。出力インタフェース５７は、スペクトル比較部５１１から出力されるモデルの種類を表す数値に従って、周辺装置を駆動する信号を出力する。この信号により、例えば、表示灯６１が付勢されて点灯し、判別された廃プラスチック部材の種類が表示される。
【００２８】
スペクトル比較部５１１から出力される信号は、グラフィック・インタフェース５９にも入力される。グラフィック・インタフェース５９は、入力された信号に基づいて、判別された廃プラスチック部材１３の種類を代表するグラフィック表示用データを作成し、ＶＧＡモニタ５８に供給する。
【００２９】
入力された吸収スペクトルとモデルとの一致判定は次のように行う。例えば、入力された吸収スペクトルおよびモデルの各波長毎のレベル差を算出し、その合計値が予定しきい値以内にあるかどうかで両者が一致しているか否かを判別することができる。また、予め廃プラスチック部材の種類を想定しているので、その特徴を顕著に示す波長のレベルのみを比較して判別してもよい。その他、例えば、ニューラルネットを使用したパターン認識等、適宜のスペクトル比較手法を使用することができる。
【００３０】
上記判別装置本体５は複数（例えば二つ）のモジュールに分割することができる。例えば、近赤外線分光器５４を一つのモジュールとし、入力インタフェース５５、スペクトルモデル記憶部５３１、スペクトル比較部５１１、出力インタフェース５７、およびグラフィックインタフェース５９を他の一つのモジュールとすることができる。
【００３１】
上記構成において、廃プラスチック部材の判別処理は、次のように行われる。まず、ベルト搬送装置１の上に廃プラスチック部材１３を供給する。この際、光源ランプ２，３の光が廃プラスチック部材１３を透過してセラミック板７に届くように、廃プラスチック部材１３はベルト１０，１１間にまたがるように供給される。廃プラスチック部材１３が光源ランプ２と光源３との間に搬送されてくると、光源ランプ２，３から出た近赤外線は、廃プラスチック部材１３に照射される。照射光は廃プラスチック部材１３を透過した後、セラミック板７で反射される。この反射光はセンサヘッド４で集光され、判別装置本体５に伝送される。判別装置本体５は、入力された光の吸収スペクトルデータに基づいて予定された廃プラスチック部材の種類を判別し、その結果を表示装置６に出力する。
【００３２】
表示装置６は、予定された廃プラスチック部材の種類に対応した数の表示灯だけでなく、これらに該当しない吸収スペクトルデータが入力されたときに、「未検出」を表示するための表示灯を設けることもできる。
【００３３】
上記表示装置６の表示を監視し、そこに表示された種類毎に廃プラスチック部材を分別して所定の容器等に集積することができる。容器等への集積は人が手作業で行ってもよいし、表示装置６の表示灯６１を駆動する信号を使って機械的に行ってもよい。例えば、ベルト搬送装置１の下流に分岐のベルト搬送装置を複数設けて、その分岐ベルト搬送装置へ、種類が判別された廃プラスチック部材を搬送する振り分け手段を前記表示灯駆動信号によって制御することができる。
【００３４】
また、圧縮空気を噴出するノズルをベルト搬送装置１の側方に配置し、判別された廃プラスチック部材１３の種類に応じて圧縮空気で廃プラスチック部材１３をベルト上から吹き飛ばすようにしてもよい。例えば、廃プラスチック部材１３の種類に対応させた５個のノズルを廃プラスチック部材１３の搬送方向に適宜の間隔で配する。そして、判別された廃プラスチック部材１３の種類により、該廃プラスチック部材１３が、対応するノズルの設置位置に到達したときに該ノズルを駆動して空気を噴出させる。廃プラスチック部材１３が対応するノズルの位置に到達したか否かは、センサヘッド４からノズルまでのベルト上での距離を廃プラスチック部材１３が搬送される時間の経過有無によって計測して判断できる。
【００３５】
なお、ベルト搬送装置１へ廃プラスチック部材を供給する手段や、下流で廃プラスチック部材１３を分別集積する手段は、本発明の要部ではないので図示はしない。
【００３６】
次に、セラミック板７の作用を説明する。一般に、透明のプラスチックは、近赤外線を透過するので、廃プラスチック部材１３の背後に反射手段がないと、反射光を検出して吸収スペクトルを判別することはできない。本発明者は、種々の反射板の近赤外線反射強度を調査した。図５は、各種反射板における近赤外線反射強度を示す図である。同図において、縦軸は近赤外線の反射強度、横軸は波長に対応する。反射板として、セラミック（セラミック板７と同等部材）、アルミニューム板、および鏡（アルミニューム蒸着面にシリカガラスを積層した部材）に関して調査した。この図のように、セラミックの反射板が最も高い強度の光、特に赤外線側つまり近赤外線光を強く反射している。アルミニューム等の金属は近赤外線を反射しにくく、ガラスは近赤外線をほとんど反射しないので、近赤外線の反射板としては適さず、セラミック板が近赤外線を反射させるのには最も適していることが分かる。
【００３７】
なお、上述の実施形態は、適宜変形できる。例えば、光源ランプを２個設置した例を示したが、光源ランプの数はこれに限定されない。要はベルト１０，１１上の、センサヘッド４の下方に大きい照射むらが生じないように、光源ランプが配置されていればよい。
【００３８】
ベルト１０，１１は、２本の個別のベルトとするのではなく、搬送方向の所定間隔毎に両者をつなぐつなぎ部材を配置して一体のものとしてもよい。また、ベルト１０，１１の隙間Ｇを大きくして網を張る場合、この隙間Ｇを極端に大きくして実質的にベルト状の網としてもよい。
【００３９】
また、ベルト１０，１１の張り側と緩み側との間に光源ランプ２，３ならびにセンサヘッド４を配置し、張り側の上方にセラミック板７を配置するようにしてもよい。また、廃プラスチック部材１３の搬送ラインの直上に限らず、搬送ライン斜め上方あるいは斜め下方であってもよい。要は、廃プラスチック部材１３を載せたベルトの透明部分を挟んで光源ランプ２，３ならびに入射レンズ４とセラミック板７とを対向配置してあればよい。
【００４０】
また、本実施形態では、一般家庭から出される廃プラスチック部材の大部分を網羅できるように上記５種類のプラスチックを判別できるようにしたが、本発明はこれに限定されない。少なくとも２種類のプラスチックを判別するように限定してもよい。そうすることによって、適用範囲が狭まるが、他の判別手段、例えば、色彩判別手段、透明度判別手段、形状判別手段等と組み合わせれば、処理システム全体として能率向上が期待できるからである。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜請求項８の発明によれば、セラミック板で反射されたプラスチック部材透過光の吸収スペクトルに基づいてプラスチック部材の種類を判別できるので、従来困難であった透明もしくは自然色のプラスチック部材の種類判別が容易に行える。
【００４２】
請求項２の発明によれば、プラスチック部材の判別結果を表示をもとに認識することができる。請求項３の発明によれば、ベルト搬送装置上に載せるプラスチック部材のサイズが小さいものであっても、判別の対象とできる。
【００４３】
請求項４，５の発明によれば、プラスチック部材の判別結果を視覚によって容易に認識できる。また、請求項６の発明によれば、判別するプラスチック部材の種類を一般家庭から排出されるものに限定したので、判別速度を上げることができ、流れ作業に適するようになる。
【００４４】
さらに、判別するプラスチック部材の種類を一般家庭や商店等から排出されるものに限定したので、産業廃棄物の分別処理や電気製品のプラスチック分別処理等、大がかりな設備や特殊な技術資格を要するシステムと異なり、一般家庭や商店等の排出ゴミを比較的簡易なシステムで分別処理するために容易に適用できる。請求項７の発明によれば、廃プラスチック部材をリサイクルすることができる。  また、請求項８の発明によれば、近赤外線分光器を別モジュールとすることにより、判別すべきプラスチック部材の種類の数に応じて特性や性能の異なる近赤外線分光器を使用したい場合に、交換等が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラスチック部材判別装置を含む分別システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の要部側面図である。
【図３】判別装置本体のハード構成を示すブロック図である。
【図４】判別装置本体の要部機能を示すブロック図である。
【図５】近赤外線の反射強度の比較図である。
【符号の説明】
１…ベルト搬送装置、  ２，３…光源、  ４…センサヘッド、  ５…判別装置本体、  ６…表示装置、  ７…セラミック板、  １０，１１…ベルト、  １３…廃プラスチック部材、  ５４…近赤外線分光器、  ５１１…スペクトル比較部、  ５３１…スペクトルモデル記憶部、  ６１…表示灯、  Ｇ…隙間
【図１】
2004347564.tif 000003
【図２】
2004347564.tif 000004
【図３】
2004347564.tif 000005
【図４】
2004347564.tif 000006
【図５】
2004347564.tif 000007