(57)【要約】【課題】共振モードがTM0n0 (nは自然数) の空洞共振器を用いてABSのような有極性プラスチックとPP、PSのような無極性プラスチックを高精度に選別することを可能とする。【解決手段】円筒状で中心に挿入孔を持つ空洞共振器2に選別対象となるプラスチックを挿入し、挿入前後の共振特性を共振特性測定装置3により測定する。そして演算処理装置４により、共振特性の偏移量から分極率損失角を算出し、分極率損失角の値から閾値選別を行うことで有極性プラスチックと無極性プラスチックとを選別する。【選択図】図１
2016125909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
選別すべきプラスチック片を挿入しうる空洞共振器と、共振曲線を測定する手段と、共振曲線から共振周波数とQ値を算定する手段と、式（１）から算出される分極率損失角tanχが閾値より大きければ有極性プラスチック、閾値より小さければ無極性プラスチックに選別を行う手段と，を備えたことを特徴とする有極性プラスチックと無極性プラスチックとの選別方法及び選別装置。
【数１】
2016125909.tif 000006
【請求項２】
前記空洞共振器は円筒形状で，中心軸での電磁界成分が電界最大かつ磁界最少であり，中心軸の上部に断面の最大寸法が波長に比べて十分に小さい挿入管を備えていることを特徴とする請求項1に記載の選別方法及び選別装置。
【請求項３】
前記空洞共振器は共振モードがTM0n0(nは自然数)であることを特徴とする請求項2に記載の選別方法及び選別装置
【請求項４】
前記空洞共振器の挿入管の内径に等しい外径の低損失スリーブを備えていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の選別方法及び選別装置
【請求項５】
閾値を分極率損失角0.004〜0.007の範囲内に設定することを特徴とする請求項1から請求項4いずれかに記載の選別方法及び選別装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リサイクルに使用する樹脂材料の選別方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、使用済み製品から回収したプラスチックを再利用するリサイクルは経済性や環境負荷の観点で注目されている。わが国では資源の有効活用と廃棄物量の低減を目的とした家電リサイクル法が2001年4月に施行された。これにより、エアコン、テレビ、冷蔵庫(冷凍庫)、洗濯機の家電4品目のリサイクルが義務付けられている。
【０００３】
リサイクルの過程で複数のプラスチックが混在する状態から選別を行うことは必須となるが，前記家電4品目に使用されているアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)、ポリスチレン(PS)、及びポリプロピレン(PP)は目視では判別できず、その選別が非常に困難である。
【０００４】
この問題を解決するため、現在の選別方法としては比重の違いを利用する浮沈選別や帯電率の違いを利用する静電選別、赤外線を照射し、反射波スペクトルを解析することで判別する赤外線分光法等が用いられている。
【０００５】
しかしながら、既存の方法では選別精度に欠けたり、着色によって選別が困難となる。例えば、浮沈選別は各プラスチックの比重の違いはわずかであるため、精度の高い選別を行うことができない。特に比重差がほとんどないABS(比重1.01〜1.21)とPS(比重1.03〜1.06)の分離は困難である。また、静電選別では帯電列上において近接する物質を帯電させる場合、材料毎に正負に分かれて帯電するといった望ましい帯電ができない場合がある。プラスチックの帯電序列を正に帯電しやすいものから負に帯電しやすいものの順で表すと「PA→ABS→PS→PE→PP→PET→PVC」という序列となる。近接する ABSとPSに対して静電選別を適用しても十分な精度を確保することは困難である。赤外線分光法を用いた選別では、プラスチックが黒色の場合、赤外線を吸収してしまい選別指標となる反射波スペクトルが得られない欠点が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特願２００４−３５２１３１号
【特許文献２】特願２０１０−４２７８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、既存の方法では誤った判定がされやすいABSのような有極性プラスチックとPP、PSのような無極性プラスチックを微小サンプルを用いて高精度に選別することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
(1) 本発明のプラスチック選別方法は、分極率損失角を測定することで選別を行うものであって、以下の工程を備えている。空洞共振器の無負荷時の透過特性の偏移量を測定する測定第一工程と、選別対象となる使用済みプラスチック製品より切り出した混合プラスチックを空洞共振器内に挿入する挿入工程と、プラスチック挿入後の透過特性を測定する測定第二工程と、偏移量から分極率損失角を算出し、その値の違いより有極性プラスチックと無極性プラスチックとを選別する選別工程と、を備えたことを特徴とする選別方法。
(2) 前記プラスチックを空洞共振器内に挿入する挿入工程は、挿入部が共振器内部に現れる電界最大、磁界最少の部分である(1)に記載の選別方法。
(3) 前記測定第一及び第二工程は、前記マイクロ波の共振モードにおける透過特性を測定し、前記算出工程は、測定された透過特性から共振特性(共振周波数、Q値)を算出し、さらにプラスチック挿入前後の共振特性偏移量から分極率損失角を算出して選別を行う(1)に記載の選別方法。
(4) 前記Q値の算出が電力半値幅法および共振曲線面積法のいずれか一つを用いて行われることを特徴とする(3)に記載の選別方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の選別方法によれば、選別サンプルを共振器内に挿入し、挿入前後の共振特性(共振周波数、Q値)の偏移量から分極率損失角を算出し、その大きさによって有極性プラスチックと無極性プラスチックとを選別することが可能である。
【００１０】
分極率損失角の値は着色の影響が僅かであるため、選別が困難であった黒色プラスチックの選別も可能である。
【００１１】
分極率損失角は共振特性の偏移量のみで算出が可能であるため，選別においてプラスチックの寸法情報を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るプラスチックの選別装置の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施形態に係るプラスチックの選別方法を実施する選別装置のブロック図
【図３】空洞共振器の斜視図
【図４】空洞共振器の断面図
【図５】本発明に係る実施形態によるプラスチック試料の分極率損失角の測定例
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を図面を参照して以下に記述する。
【００１４】
図1は、本発明に係るプラスチックの選別装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１５】
図1に示されるように、空洞共振器2と、共振特性測定3と、演算処理装置4から構成される。
【００１６】
空洞共振器2は選別すべきプラスチック片を気体とともに保持する容器である。この空洞共振器とは、入力される電磁波に対し、所定のモードの波のみを存在可能とするものであり、例えばTM010やTM020を用いることが可能である。これらのモードでは共振器接合部分(共振器の外周部)の抵抗を小さくすることができるため、高Q値を得ることが可能である。ここで、空洞共振器2内に挿入されるプラスチック片は1.8×1.8mm以下の断面積を持つ微小棒である。
【００１７】
共振特性測定解析器3は、空洞共振器2内にマイクロ波を入力するとともに、入力されたマイクロ波に応じて空洞共振器2から出力されるマイクロ波を受信する。そして、共振特性測定装置3は、この受信したマイクロ波を解析することによってマイクロ波の透過特性を算出し、そして算出された透過特性のデータを演算処理装置4に出力する。
【００１８】
演算処理装置4は、共振特性測定装置3から入力された透過特性のデータを基に、共振特性を算出する。ここで、共振特性とは共振周波数と、共振極線の鋭さを表すQ値のことである。さらに、試料挿入前後の共振特性偏移量より分極率損失角を算出する。
【００１９】
このように、本発明に係わるプラスチックの選別装置では、空洞共振器に電磁波を入力し、出力されるマイクロ波を基に解析を行うことによってプラスチックの分極率損失角を測定するように構成されている。
【実施例】
【００２０】
以下、さらに具体的な実施例について説明する。実施形態は、図1に示す空洞共振器として円筒形空洞共振器を用いた例である。
【００２１】
図2は、本実施形態のプラスチックの選別方法を実施する選別装置のブロック図であり、図3および図4は、使用する空洞共振器の略図および断面図である。
【００２２】
図2に示されるように、選別装置5は、円筒形空洞共振器6とネットワークアナライザ7と演算処理装置8を備えており、順に図1の空洞共振器2、共振特性測定装置3及び演算処理装置4にそれぞれ対応している。
【００２３】
図４に示されるように、円筒形空洞共振器6は、円筒状の本体部9と、マイクロ波を励起させるループアンテナ10と、遮断導波管型挿入孔11と、低損失スリーブ12と、を備えている。
【００２４】
円筒形空洞共振器6は選別すべきプラスチックを挿入するための金属製容器である。この円筒形空洞共振器6内にマイクロ波が入力されると，形状に応じた共鳴により所定モードの電磁波が強く観測される。
【００２５】
ネットワークアナライザ7は、円筒形空洞共振器6にマイクロ波を入力し、これに応答して円筒形空洞共振器6から出力されたマイクロ波を受け取る。そして、円筒形空洞共振器6から受けたマイクロ波から透過特性を測定して測定結果を演算処理装置に出力する。
【００２６】
演算処理装置8は、ネットワークアナライザ7から入力された透過特性から、所定モードの共振周波数、挿入損失、Q値を算出するように構成されている。
【００２７】
円筒形空洞共振器6は円筒の中心部にプラスチックを挿入する挿入孔を備えている。この挿入孔よりプラスチックを挿入すると、プラスチックの挿入位置は円筒形空洞共振器6内の電界最大部及び磁界最少部に配置されることになる。
【００２８】
以上のように構成された選別装置5においては、以下のようにしてプラスチックの分極率損失角が測定される。
【００２９】
まず、円筒形空洞共振器6内に空気が封入されプラスチックが無挿入時の状態でネットワークアナライザは同軸ケーブルを介してマイクロ波を円筒形空洞共振器内に出力する。
【００３０】
円筒形空洞共振器6はマイクロ波の入力に応答して所定のモードの電磁波を励起させる。この励起した電磁波は同軸ケーブルを介してネットワークアナライザに入力される。
【００３１】
ネットワークアナライザ7は、円筒形空洞共振器6から出力された電磁波を基に、円筒形空洞共振器6内での共振モードであるTM010モードまたはTM020モードの透過特性が測定される。
【００３２】
ネットワークアナライザ7は、測定した透過特性を演算処理装置8に出力する。
【００３３】
演算処理装置8は、ネットワークアナライザ7から入力された透過特性を解析して、無挿入時の共振周波数f0、挿入損失P０、電力半値幅Δｆ０を求める。これらの数値を基に無挿入時のQ値Q０を算出する。電力半値幅法を用いる場合、以下の式(１)のように求めることができる。
【数１】
2016125909.tif 000003
【００３４】
次いで、選別対象となるプラスチック片を円筒形空洞共振器6内に挿入する。
【００３５】
次いで、無挿入時の測定と同様に挿入時の透過特性を解析して、挿入時の共振周波数fs、挿入損失Pｓ、電力半値幅Δｆｓを求める。これらの数値を基に以下の式(3)を用いてプラスチック挿入時のQ値Qsを算出する。
【数２】
2016125909.tif 000004
【００３６】
さらに、無挿入時の共振周波数f0、Q値Q0及びプラスチック挿入時の共振周波数fs、Q値Qsの数値を基に式(３)を用いてプラスチックの分極率損失角tanχを算出する。
【数３】
2016125909.tif 000005
【００３７】
算出した分極率損失角の数値を基にプラスチックの選別を行う。
【００３８】
図8は図2に示す本発明の選別装置5で測定した分極率損失角である。使用する空洞共振器は、共振周波数が1、2、5、10 GHzのものである。共振モードは1及び2 GHzでTM010モード、5及び10 GHzでTM020モードである。試料は有極性プラスチックであるABSと、無極性プラスチックであるPP及びPSと、を断面が1×1 mm、長さ80mmの角棒でそれぞれ用意した。閾値を0.004〜0.007の範囲に設定することで1から10 GHzの周波数帯では十分なマージンの取れた状態で選別が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１、５ 選別装置
２ 空洞共振器
３ 共振特性測定装置
４、８ 演算処理装置
６ 円筒形空洞共振器
７ ネットワークアナライザ
９ 円筒状の空洞共振器本体部
１０ ループアンテナ
１１ 遮断導波管型挿入孔
１２ 低損失スリーブ
【図１】
2016125909.tif 000007
【図２】
2016125909.tif 000008
【図３】
2016125909.tif 000009
【図４】
2016125909.tif 000010
【図５】
2016125909.tif 000011