(57)【要約】【課題】精度の高い静電選別を行うには、選別対象を均一に帯電させることが重要であるが、従来から用いられている摩擦帯電装置は、制御のためのパラメータが多く、それらを適正に設定して均一に帯電させることは極めて困難である。【解決手段】上記課題を解決するために、コロナ放電処理により選別対象を帯電させるコロナ帯電工程と、前記コロナ帯電工程を経た選別対象の帯電量を、該選別対象を構成する材料固有の帯電減衰性に則して経時的に減衰させる減衰工程と、前記減衰工程を経た選別対象を電場中に供給することにより、帯電量に応じて選別する選別工程と、を有することを特徴とする静電選別方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コロナ放電処理により選別対象を帯電させるコロナ帯電工程と、
前記コロナ帯電工程を経た選別対象の帯電量を、該選別対象を構成する材料固有の帯電減衰性に則して経時的に減衰させる減衰工程と、
前記減衰工程を経た選別対象を電場中に供給することにより、帯電量に応じて選別する選別工程と、
を有することを特徴とする静電選別方法。
【請求項２】
前記選別対象は絶縁物である請求項１に記載の静電選別方法。
【請求項３】
コロナ放電処理により選別対象を帯電させるコロナ帯電手段と、
前記コロナ帯電手段により帯電した選別対象の帯電量を、該選別対象を構成する材料固有の帯電減衰性に則して経時的に減衰させる減衰手段と、
前記減衰手段を経た選別対象を帯電量に応じて選別可能に電場を形成する選別手段と、
を有することを特徴とする静電選別装置。
【請求項４】
前記選別手段は、正電圧が印加された少なくとも一組の棒状正電極と、
該棒状正電極と対向するよう配置され負電圧が印加された少なくとも一組の棒状負電極とを有し、
前記減衰手段を経た選別対象が、前記棒状正電極と棒状負電極とにより発生した電場中を帯電量に応じて偏向して落下するよう設けられた請求項３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、静電選別を行う際に、選別対象に対する帯電方法と、この帯電方法を用いる選別方法に関するものである。特にプラスチックなどの絶縁物同士を高精度に選別するための効果的な選別方法に関する。
【０００２】
静電選別は、プラスチック類などの比重差が小さい複数種類の選別対象を選別する場合に効果的な方法である。この方法は、異なる成分の複数種類の選別対象に対して帯電処理を施し、電圧を印加した電極により生じた電場に投入して、選別対象の帯電特性に応じて分離、選別する手法である。
【０００３】
帯電処理の方法として従来から多く用いられているのは摩擦帯電方法である。例えば、特許文献１に示されているように、筒状の帯電容器に異なる成分の複数種類の選別対象を入れ、これを軸心周りに回転させる。回転する容器内で選別対象が互いに摩擦されることにより、それらの選別対象は帯電序列に従って正又は負に帯電する。
【０００４】
帯電した選別対象は、正電圧が印加される電極と負電荷が印加される電極とにより生じる電場中に投入され、正に帯電した選別材料は負電極に引き寄せられ、負に帯電した選別対象は正電極に引き寄せられ、偏向して落下することにより、それらを分別して回収することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７６６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
静電選別をする際、選別精度を高めるためには、選別対象の帯電量のばらつきを少なくすることが望ましい。帯電量にばらつきがあると、例えば、帯電が弱いものは、電場中に落下させても、十分に偏向落下せず、分別することが困難になる場合がある。一方、帯電が強すぎると、電極に衝突して跳ね返ってしまったり、あるいは、電極に吸着してしまい落下すべきところに落下しない。また、正に帯電した選別対象と負に帯電した選別対象とが互いにくっついてしまい選別をすることができなくなってしまう。
【０００７】
そこで、ばらつきなく帯電処理を施すために摩擦帯電装置の制御をする必要がある。しかしながら、摩擦帯電装置を制御するためのパラメータは、例えば、帯電容器を回転させる速度や回転させる時間、帯電容器に投入する選別対象の量など種々存在し、それらを適正に設定して帯電量のばらつきを少なくすることは極めて困難である。そのため、電場中で選別対象に働く静電気力もばらつきを生じる。その結果、選別対象が偏向して落下する位置が定まらず、選別の精度を高めることも困難となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、上記課題を解決するために以下の選別方法及び選別装置を提供する。すなわち、第一の発明として、コロナ放電処理により選別対象を帯電させるコロナ帯電工程と、上記コロナ帯電工程を経た選別対象の帯電量を、該選別対象を構成する材料固有の帯電減衰性に則して経時的に減衰させる減衰工程と、上記減衰工程を経た選別対象を電場中に供給することにより、帯電量に応じて選別する選別工程とを有することを特徴とする静電選別方法を提供する。
【０００９】
第二の発明として、前記選別対象は絶縁物である第一の発明に記載の静電選別方法を提供する。
【００１０】
第三の発明として、前記コロナ帯電工程に先立ち、前記選別対象の前処理を行う前処理工程を有する第一の発明又は第二の発明に記載の静電選別方法を提供する。
【００１１】
第四の発明として、コロナ放電処理により選別対象を帯電させるコロナ帯電手段と、上記コロナ帯電手段により帯電した選別対象の帯電量を、該選別対象を構成する材料固有の帯電減衰性に則して経時的に減衰させる減衰手段と、上記減衰手段を経た選別対象を帯電量に応じて選別可能に電場を形成する選別手段とを有することを特徴とする静電選別装置を提供する。
【００１２】
第五の発明として、前記選別手段は、正電圧が印加された少なくとも一組の棒状正電極と、該棒状正電極と対向するよう配置され負電圧が印加された少なくとも一組の棒状負電極とを有し、前記減衰手段を経た選別対象が、前記棒状正電極と棒状負電極とにより発生した電場中を帯電量に応じて偏向して落下するよう設けられた第四の発明に記載の静電選別装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、帯電量のばらつきを少なくする帯電処理を容易な制御にて実現することで、精度の高い静電選別を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】選別方法のフロー図。
【図２】選別対象の一例を示す概念図。
【図３】コロナ帯電を説明するための概念図。
【図４】ポリスチレン、紙、ポリエチレンテレフタレートの帯電減衰性を示す図。
【図５】静電選別装置の一例を示す概念図
【図６】選別手段の一例を示す概念図。
【図７】選別手段の他の例を示す概念図。
【図８】選別手段の他の例を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明は、これらの実施形態に何ら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得る。
<実施形態>
<実施形態  概要>
【００１６】
本実施形態に係る選別方法及び選別装置は、選別対象に対してコロナ帯電処理を施す手段と、帯電処理を施した選別対象を構成する材料固有の帯電減衰性に則して帯電量を経時的に減衰させる手段と、電場中に供給する手段とを有する。コロナ放電により帯電させた試料の帯電量は、材料固有の帯電減衰曲線を有する。帯電減衰性が異なることにより、帯電処理から所定時間を経過させることで、ある種の選別対象においては電荷が失われる一方、他の種の選別対象においては電荷を保持している状況が生じ得る。そのような状況において、それらの選別対象を、電場中に供給することにより、電荷が失われた選別対象は自由落下し、電荷を保持している選別対象は電場中を偏向して落下することになる。自然落下するものと、偏向して落下するものとでは、落下位置が異なることになり分別して回収することができる。
<実施形態  静電選別方法>
【００１７】
図１は、本実施形態の選別方法の各ステップをフロー図に示したものである。本実施形態の選別方法は、コロナ放電により選別対象を帯電させる「コロナ帯電工程」（Ｓ０１０１）と、上記コロナ帯電工程を経た選別対象の帯電量を、該選別対象を構成する材料固有の帯電減衰性に則して経時的に減衰させる「減衰工程」（Ｓ０１０２）と、上記減衰工程を経た選別対象を電場中に供給することにより、帯電量に応じて選別する「選別工程」（Ｓ０１０３）とからなる。
【００１８】
ここでいう「帯電減衰性」とは、コロナ放電により帯電させた試料の帯電減衰曲線で表される性質をいい、物質固有の性質である。
【００１９】
「コロナ帯電工程」（Ｓ０１０１）は、コロナ放電処理により選別対象を帯電させる工程である。
【００２０】
「コロナ放電」とは、先の尖ったコロナ放電電極の周りに不均一な電場が生じることにより起こる放電をいう。コロナ放電が生じるとイオンが発生し選別対象を帯電させることができる。「コロナ放電処理」とは、選別対象をコロナ放電にさらすことをいう。図３にコロナ放電処理による帯電の概念を示す。コロナ放電電極（０３０１）には電源（０３０２）により電圧が印加され、選別対象Ａ（０３０４）と選別対象Ｂ（０３０５）は、コロナ放電電極と対向する板状の電極（０３０６）に載置される。コロナ放電により負イオン（０３０３）が発生して、それぞれの選別対象は帯電する。コロナ放電により発生するイオンは、印加電圧の極性に応じて正負いずれかとなり、負電圧が印加されると選別対象は、いずれも負に帯電する。選別対象が帯電する電荷の極性は特に限定されないが、負の電圧を印加する方が正の電圧を印加するより好ましい。すなわち、正の電圧を印加する場合、負の電圧の場合に比べて低い電圧で火花放電を生じる傾向があるため、高い電圧による帯電処理に限界があって、選別対象に十分な電荷量を帯電させることができないおそれがある。選別対象に十分な電荷が付与されないと、後述する減衰工程において、材料毎の電荷量の差違が現れにくく帯電減衰性に応じた材料毎の帯電量の違いを利用した選別が困難になる場合がある。そこで、より高い電圧を印加することができる負の電圧の方が、帯電量の違いをより大きくして選別精度を高めることができ好ましい。また、選別対象の帯電量は、コロナ放電電極に印加する電圧の大きさ、帯電時間、コロナ放電電極と選別対象との距離により調整することができ、種々のパラメータにより制御する摩擦帯電装置と比較して極めて容易に帯電量の制御が可能である。
【００２１】
本発明の静電選別方法は、コロナ放電処理により選別対象を帯電させる。コロナ帯電によれば、帯電電荷量の制御性に優れ、短時間で大きな電荷量を選別対象に付与することが可能である。また、摩擦帯電では、帯電量は摩擦状態によって大きく変化してしまい、選別対象の形状、重量、大きさにばらつきがある場合、帯電量もばらつく傾向があるが、コロナ帯電では選別対象の形状等如何に拘わらず、帯電量のばらつきを抑えることが可能である。
【００２２】
「選別対象」は、特に限定されないが絶縁物が好ましく、特にプラスチック類が好ましい。本発明において、プラスチック類の選別対象を選別する場合に好適である。例えば、ペットボトル等の飲料用のキャップ、日用品ボトル、チューブ、食料品パック、食料品カップ、トレイ、卵パック、レジ袋、家電系廃プラスチック、電子部品の包装材等を挙げることができる。プラスチック類の他にも、農業分野における収穫物やこれに混入した異物等を挙げることができる。
【００２３】
プラスチック材料としては、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリルスチレン（ＡＳ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）などが挙げられる。図２は、選別対象の一例を示す。図に示すように、この包装材（０２０１、０２０２）は電子部品を収納するために凹凸が設けられており、立体的で複雑な形状に形成されている。大きさは、部品に応じて種々存在するが、５〜１５ｍｍ程度のものが比較的多く用いられている。また、これらの包装材は、部品に応じて材質も異なり、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、紙などが材質として用いられている。これらの材料は、従来の摩擦帯電方法を用いた静電選別において、形状が複雑であるため十分な帯電量を得ることが難しく、選別が困難な選別対象となっていた。
【００２４】
選別対象の大きさは、帯電量のばらつきを抑えるため、揃っていることが望ましい。例えば、粒径１〜１５ｍｍ程度が好ましく、２〜１２ｍｍ程度がより好ましく、３〜１０ｍｍ程度が、取扱性、選別性においてさらに好ましい。
【００２５】
上記コロナ帯電工程に先立ち、選別対象の前処理を行う前処理工程を有することも好ましい。「前処理工程」として、例えば、選別対象に対する除電や洗浄を行う工程を有することが好ましい。選別対象を除電し、あるいは、洗浄することにより、選別対象が同等の条件でコロナ帯電処理を受けることになり、選別対象をより均一な帯電量を有するように帯電させることが可能となる。前処理工程は、上述した除電、洗浄の工程を、選別材料や選別の条件等に応じて適宜組み合わせてよい。
【００２６】
コロナ放電処理を施すにあたって、選別対象がコロナ放電電極と対面した際に重ならないように平らにならすことも好ましい。選別対象がコロナ放電電極から生じるコロナ放電に晒され得る位置にある際に、選別対象が重なっている場合には、下の選別対象が十分にコロナ放電に晒されなくなり、帯電が不十分になってしまう。その結果、帯電にばらつきが生じてしまい、選別精度の低下を招くおそれがあるためである。
【００２７】
「減衰工程」（Ｓ０１０２）は、上記コロナ帯電工程を経た選別対象の帯電量を、該選別対象を構成する材料固有の帯電減衰性に則して経時的に減衰させる工程である。
【００２８】
図４は、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、紙の帯電減衰性を示すもので、縦軸が帯電量を、横軸が帯電を施してからの経過時間を示している。なお、コロナ放電による帯電時間は１秒である。○及び□は、それぞれ、ＰＥＴ及びＰＳの帯電量を示しており、△は紙の帯電量を示している。いずれの材料もコロナ帯電により、帯電しているが、その絶対量には違いがある。また、経過時間とともにＰＥＴや紙の帯電量が大きく減少していることがわかる。図からわかるように、帯電から６分が経過すると、ＰＥＴの帯電量に比べて、ＰＳや紙の帯電量は非常にわずかになることから、その違いを利用してＰＥＴの選別が可能となる。このように、減衰工程においては、選別対象を構成する材料の種類及び組み合わせに応じて、所望の時間を設定して各々の帯電量を減衰させることが好ましい。
【００２９】
「選別工程」（Ｓ０１０３）は、前記減衰工程を経た選別対象を電場中に供給することにより、帯電量に応じて選別する工程である。上述したように、減衰工程を経ることにより、選別対象は材料毎の帯電量に相違が生じることになる。このような状況に至った選別材料を電場中に供給することにより、材料毎の帯電量に応じて選別することができる。電場を生じさせるための手段については、静電選別装置の実施形態において後述する。
【００３０】
本実施形態では、帯電により偏向して落下する選別対象と自由落下する選別対象とを静電選別する。この場合、一方の選別対象は自由落下により一定の位置で回収することができ、他方は偏向落下するため、回収位置の選択により、選別することができる。従来のように、正と負に帯電した選別材料をそれぞれ偏向落下させて選別することと比べ、電極との衝突や、選別対象どうしのくっつきが抑制され、選別の精度をより高めることができる。
【００３１】
ここまで、「負電荷を保持する選別対象」と「電荷を失った選別対象」とを用いて説明したが、選別対象は、このような組み合わせに限定するものではない。保持する電荷の極性は正負いずれでもよく、また、帯電減衰性については相対的なものであり、必ず一方の電荷が完全に失われることのみを意味するものではない。選別される複数種類の選別対象のそれぞれの帯電減衰性が異なっていれば、帯電量の相違が生じる限りにおいて、高精度に分別して回収することができる。
<実施形態  静電選別装置>
【００３２】
次に、本実施形態の静電選別方法を行うための静電選別装置を説明する。図５は、静電選別装置の一例を示す概念図である。供給手段（０５０１）から供給される選別対象（０５０３、０５０４）は、導電性のベルトを用いたベルトコンベア（０５０２）上に供給される。供給される選別対象は、導電性のベルトを対向電極とするコロナ放電電極（０５０５）により帯電処理される。コロナ帯電手段は、例えば、棒状部材に複数のコロナ放電電極を備える「コロナ帯電バー」を用いることができる。ベルトの幅に応じたコロナ帯電バーを用いることで、ベルト上に供給された選別対象に対して一度に帯電させることができ、帯電処理の効率の向上を図ることができる。
【００３３】
「減衰手段」は、前記コロナ帯電手段により帯電した選別対象の帯電量を、該選別対象を構成する材料固有の帯電減衰性に則して経時的に減衰させる。帯電した選別対象は、後述する選別手段へベルトコンベアにて搬送される。ベルトコンベアの搬送速度や搬送距離を調節自在とすることで、コロナ帯電処理からの経過時間を調節し、選別に好適なタイミングで選別手段に移行することを可能とする。
【００３４】
「選別手段」（０５０６）は、前記減衰手段を経た選別対象を帯電量に応じて選別可能に電場を形成する。図６は、選別手段の一例を示すものであり、正電圧が印加される板状電極（０６０４）と負電圧が印加される板状電極（０６０５）とが、向き合うように配置される。
【００３５】
上述の減衰手段を経た選別材料は、板状電極の上方に配置される供給口（０６０１）から電場に供給される。負の電荷を帯びた選別対象（０６０２）は、正電圧が印加される板状電極に引き寄せられるように電場中を偏向して落下する。一方、電荷をほぼ失った選別対象（０６０３）は、いずれの板状電極にも引き寄せられることなく自由落下する。偏向して落下する選別対象と、自由落下する選別対象とでは、異なる落下位置で回収され（０６０６、０６０７）、材料毎に選別回収される。
【００３６】
図６に示す供給口の位置を、正電極と負電極との中間の位置から負電極側にずらしてもよい。電荷をほぼ失った選別対象は負電極に引き寄せられて衝突することはないので、正電極側から供給しても選別精度の低下を招くことはない。一方、負に帯電した選別対象は、供給口をずらすことにより、正電極と衝突する確率をより低下させることができ、選別精度をより高めることができる。また、図７に示すように、供給口（０７０１）に傾斜を設けてもよい。自由落下する選別対象（０７０３）の落下位置をより負電極側にすることができ、負に帯電した選別材料（０７０２）の回収領域（０７０４）を広くすることができるため、選別精度をより高めることができる。
【００３７】
図８は、電場を生じさせるための電極として、棒状電極を用いることを特徴とする選別手段である。すなわち、正電圧が印加された少なくとも一組の棒状正電極（０８０１、０８０２）と、該棒状正電極と対向するよう配置され負電圧が印加された少なくとも一組の棒状負電極（０８０３、０８０４）とを有し、前記減衰手段を経た選別対象が、前記棒状正電極と棒状負電極とにより発生した電場中を帯電量に応じて偏向して落下するよう設けられた選別手段である。負の電荷を帯びている選別対象（０８０６）は正の棒状電極間を通り偏向して落下して回収される。帯電が失われた選別対象（０８０５）は偏向せずに自由落下して回収される。
【００３８】
棒状電極を一組にして各棒状電極に電圧を印加することにより、板状電極を配置して電場を生じさせるのと同様の効果を得るとともに、一組の棒状電極間を選別材料が通過することにより、選別材料が電極に衝突することを防止して選別精度及び回収率をより高めることが可能となる。
<実施形態  効果>
【００３９】
本実施形態の静電選別方法及び静電選別装置により、選別対象の帯電量の制御が容易になるとともに、精度の高い選別をすることができる。
【符号の説明】
【００４０】
Ｓ０１０１  コロナ帯電工程
Ｓ０１０２  減衰工程
Ｓ０１０３  選別工程
【図１】
2012061395.tif 000003
【図２】
2012061395.tif 000004
【図３】
2012061395.tif 000005
【図４】
2012061395.tif 000006
【図５】
2012061395.tif 000007
【図６】
2012061395.tif 000008
【図７】
2012061395.tif 000009
【図８】
2012061395.tif 000010