(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチックを概略分別する前処理選別装置と、前処理されたプラスチックを整列させて搬送する搬送装置と、近赤外線を前記プラスチックに照射する光源及び該光源からの照射光の前記プラスチックからの透過光又は反射光を検知する受光素子を有し、前記プラスチックによる特定波長の吸光度により材質を識別する識別装置と、この識別装置により制御される分別装置とを具備し、前記識別装置により識別する際、前記プラスチックからの透過光または反射光の特定波長が、ポリエチレンテレフタレートのときは１６６０〜１６６９ｎｍに表れる１つの吸光ピークにより、ポリスチレンのときは１６７７〜１６９８ｎｍに表れる１つの吸光ピークにより、ポリプロピレンのときは１７１０〜１７２６ｎｍ及び１７２６〜１７３５ｎｍに表れる２つの吸光ピークにより、ポリ塩化ビニールのときは１７１６〜１７２９ｎｍ及び１７４６〜１７５４ｎｍに表れる２つの吸光ピークにより、ポリエチレンのときは１７１０〜１７３５ｎｍに表れる１つの吸光ピークにより、プラスチックの種類を識別することを特徴とするプラスチックの材質識別装置。
【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の材質識別装置に関し、特に家庭から排出される資源ごみや産業廃棄物である廃プラスチックから特定プラスチックの分別、回収に適用されるプラスチックの材質識別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃プラスチックの分別に関しては、液体サイクロンを用いてプラスチック類の比重差を利用してプラスチック類を分離することが知られている。具体的には、ポリエチレン（比重０．９３）とポリスチレン（比重１．０５）が上部排出より比重の軽いポリエチレンが濃度９８．６％、下部排出より比重の重いポリスチレンが濃度９４．７％で得られている。また、その他、同じ様に比重差の利用として、風力選別や沈没選別が効率良く行われている。図５は、従来の廃プラスチックの判別方法の一例を示す。
【０００３】
廃プラスチック（原料）１は、まず破砕機２に供給される。破砕後の廃プラスチック１は貯留槽３に送られ、一時溜められる。その後、廃プラスチック１は貯留槽３の下部側に配置された定量供給装置４から撹拌貯槽５に供給される。この撹拌貯槽５には一定量の水６が供給され、一定の濃度に調整される。次に、このプラスチックと水との混合物を、回転数を制御された渦巻ポンプ７で定量的に液体サイクロン８へ供給し、サイクロン上部から低比重プラスチックが洗浄脱水機９へ排出され、水とプラスチックを分離し、低比重プラスチックは比重小貯１０にて水は循環水槽１１に溜められる。また、液体サイクロン８の下部から高比重プラスチックと水とともに排出し、洗浄脱水機１２にて、水とプラスチックを分離し、高比重プラスチックは比重大貯１３にて水は循環水槽１１に一時溜められる。製品として、比重大プラスチックは比重大貯１３より、また比重小プラスチックは比重小貯１０より取り出される。
【０００４】
【特許文献１】
特表平０６−５０６１４９号公報
【特許文献２】
米国特許第５１３４２９１号明細書
【特許文献３】
特開平０６−２１０６３２号公報
【特許文献４】
特開昭６１−１９２３８０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術によれば、下記のような課題があった。
（１）比重がほぼ同じであるポリエチレン（０．９３）とポリプロピレン（０．９０〜０．９１）については、分離できない。また、従来技術においては、比重差のない（少ない）プラスチックを分別することは困難であった。更に、粉砕しないと、液体サイクロン内での流動性が悪く、閉塞が起こり、分離できない。
【０００６】
（２）廃プラスチックを近赤外識別装置を用いて材質を識別する場合、コンベア上に１個ずつ重ならないでかつ種類別に整列する事が非常に困難である。
（３）廃プラスチックをリサイクルする場合、識別した材質を高速に分ける事が必要である。
【０００７】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、比重差の少ないプラスチックを分別できるとともに、粉砕しなくてもプラスチックを分別できるプラスチックの材質識別装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段は、プラスチックを概略分別する前処理選別装置と、前処理されたプラスチックを整列させて搬送する搬送装置と、近赤外線を前記プラスチックに照射する光源及び該光源からの照射光の前記プラスチックからの透過光又は反射光を検知する受光素子を有し、前記プラスチックによる特定波長の吸光度により材質を識別する識別装置と、この識別装置により制御される分別装置とを具備し、前記識別装置により識別する際、前記プラスチックからの透過光または反射光の特定波長が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のときは１６６０〜１６６９ｎｍに表れる１つの吸光ピークにより、ポリスチレン（ＰＳ）のときは１６７７〜１６９８ｎｍに表れる１つの吸光ピークにより、ポリプロピレン（ＰＰ）のときは１７１０〜１７２６ｎｍ及び１７２６〜１７３５ｎｍに表れる２つの吸光ピークにより、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）のときは１７１６〜１７２９ｎｍ及び１７４６〜１７５４ｎｍに表れる２つの吸光ピークにより、ポリエチレン（ＰＥ）のときは１７１０〜１７３５ｎｍに表れる１つの吸光ピークにより、プラスチックの種類を識別することを特徴とするプラスチックの材質識別装置である。
【００１０】
本発明の解決手段は、さらに前記前処理選別装置が、プラスチックの移動装置及びパルスエアノズルを有するプラスチックの材質識別装置とすると好ましい。
【００１１】
本発明の解決手段は、さらに前記前処理選別装置が、風選用ファンにより送風して振動スクリーンコンベア上のプラスチックを移動させ、移動したプラスチックをパルスエアーノズルにより選別する構成としたプラスチックの材質識別装置とすると好ましい。
【００１２】
本発明の解決手段は、さらに前記搬送装置が前記パルスエアーノズルの吹き出し側に並流に配置された複数のコンベアにより構成されているプラスチックの材質識別装置とすると好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例に係るプラスチックの材質識別装置を図１及び図２を参照して説明する。ここで、図１は同識別装置の一構成である前処理選別装置の説明図であり、図２は同識別装置の一構成である近赤外式識別装置及び分別装置の説明図である。
【００１４】
まず、図１を用いて前処理選別装置21について説明する。図中の符番22は、原料廃プラホッパーより送られてくる廃プラスチック（以下、廃プラと略称する）を後記コンベア上に分散させる風選用ファンである。前記風選用ファン22により振動スクリーンコンベア23を通過した廃プラは、一定圧の複数のパルスエアーノズル24により大別される。つまり、ボトル25等の重い廃プラは近く（１ｍ以内）までしか飛ばされずコンベア26ａに達し、トレイ27等の軽い廃プラは遠く（１ｍ以上）飛ばされてコンベア26ｂに達する。また、小さい廃プラ例えば３０mm×３０mm以下のもの（キャップ28等の小物）は、量的に少ないので前記振動スクリーンコンベア23上から落下して除外する。これにより、全体システム（前処理、識別及び分別装置）の性能が向上する（精度が向上しかつ処理量が増加する）。このように、前記前処理選別装置21は、主として風選用ファン22、振動スクリーンコンベア23及びパルスエアーノズル24から構成されている。なお、上記コンベア26ａ、26ｂはパルスエアーノズル24の吹き出し側に並流に配置されているもので、搬送装置の働きをする。
【００１５】
次に、図２を用いて近赤外式識別装置29及び分別装置30について説明する。近赤外式識別装置29は、近赤外線を出射するハロゲンタングステンランプ（光源）31と、この光源31からの照射光の前記廃プラからの透過光又は反射光を検知するＰｂＳ及びＩｎＧａＡｓからなる受光素子32と、前記光源31、受光素子32間に配置されたフィルター等の分光器33とから構成されている。ここで、廃プラのうち、ボトル類の重いもの、及びトレイ、ビニール、フィルム等の軽いものをベルトコンベア34上に整列した後、特定波長の近赤外線の吸収により、材質を識別した。前記受光素子32には、増幅回路35、パソコン36、空電変換器37が順次電気的に接続され、前記空電変換器37にはヘッダー38に設けられた電磁弁39が接続されている。
【００１６】
前記分別装置30は、複数に仕切られた部屋40ａ〜40ｄをもつ分別箱40を有する。材質別に識別した廃プラは電磁弁39により高圧空気（例えば６Ｋｇ／cm2）を制御し、パルス状に高圧空気をパルスエアーノズル41より排出させることにより、前記分別箱40の各部屋40ａ〜40ｄに吹き飛ばされる。例えば、部屋40ａにはＰＥＴボトルが、部屋40ｂにはＰＶＣボトルが、部屋40ｃにはＰＥボトルが、部屋40ｄには洗剤、マヨネーズ等のその他のボトルが収納される。
【００１７】
以上述べたように、上記実施例に係るプラスチックの材質識別装置は、プラスチックを概略分別する、風選用ファン22、振動スクリーンコンベア23及びパルスエアーノズル24等から構成された前処理選別装置21と、前処理されたプラスチックを整列させて搬送するコンベア26ａ、26ｂと、近赤外線を前記プラスチックに照射する光源31及び該光源31からの照射光の前記プラスチックからの透過光又は反射光を検知する受光素子32を有する識別装置29と、この識別装置29により識別された各種のプラスチックをパルスエアーノズル41からの高圧空気で分別収納する分別箱40を有する分別装置30とを有した構成になっている。
【００１８】
上記構成のプラスチックの材質識別装置の作用は、下記の通りである。廃プラを近赤外式識別装置を用いて材質を識別する場合、ベルトコンベア上に１個ずつ重ならないで整列させる必要があるが、整列させることが非常に困難である。しかるに、本願の材質識別装置では、前処理選別装置21において、廃プラのうちキャップ28等を分別したり、ボトル25やトレイ27類を機械的に前処理することにより、後流の近赤外式識別装置29の精度が向上する。
【００１９】
具体的には、１００個の廃プラのうち、例えば１０個のキャップ（小さいもの）は３０mm×３０mm以下の振動スクリーンコンベア23から落とした。次に、重いもの５０個（ペットボトル３０個、その他ボトル類２０個）は風選用ファン22及びパルスエアーノズル24を用いて近くのコンベア26ａに落とし、４０個の軽いもの（２０個のトレイ、１０個のビニール、１０個のフィルム等）は風選用ファン22及びパルスエアーノズル24を用いて遠くのコンベア26ｂに落した。その結果、コンベア26ａより回収した廃プラスチックは、１００％ボトル類であった。このように、３０mm×３０mm以下の軽い廃プラスチック（例えば、キャップ28）は量的に少ないので、振動スクリーン上から落下させ除外することにより、全体システム（前処理、識別及び分別装置）の性能が向上する（精度が向上しかつ処理量が増加する）。
【００２０】
また、前記近赤外式識別装置29では、整列されたボトル類を前記光源31により近赤外線をサンプルに照射し、その後分光器33によりサンプルに特有な波長の光透過量を受光素子32に受け、サンプル毎の各々の波長を吸光度を下記式（１）により計算し、材質を識別する。
【００２１】
Ａ＝ｌｏｇ（Ｔ1／Ｔ2）…（１）
ここで、Ｔ1：サンプルがない時のエアーの透過光量
Ｔ2：サンプルがある時の透過光量
Ａ：吸光度
ところで、赤外光は波長２．５μｍから１６μｍの光であり、今これに赤外線を照射した時、赤外線の振動周期とある原子の振動周期とが一致しない場合には、赤外線はプラスチック類の分子に影響を与えないで、そのまま透過するにすぎない。しかし、もし周期が一致する場合には、個々の原子あるいは原子団は夫々の周期に応じてそのエネルギーを吸収して振動は基底状態から励起状態に変化するので、振動周期に想到する波長の所で赤外線スペクトルの吸収となって現われてくる。
【００２２】
但し、特願平５−５０４２に示されているように水がプラスチックに付着していると、急激に精度が減少するため、洗浄後プラスチックに水分が付着している場合は、赤外光より波長が短い（０．８〜２．５μｍ、振動数が高い）近赤外線と言われる光を用いることにより、水の吸光度を弱めて精度を保するのが一般的である。しかしながら、図３に示す様に、吸収のピークが１６６２ｎｍから１７４８ｎｍに重なる様に表われており、高い測定精度及び高度なアルゴリズムが要求される。本発明は、高度な判別、アルゴリズムとして、単に吸収ピークの波長のみで判定するのではなく、吸収ピークの数及び吸収ピーク各々の高さの比を用いて総合的に材質を判定するものである。
【００２３】
次に、識別した信号により、後流の高圧空気（６Ｋｇ／cm2）を電磁弁39により制御し、パルス状に高圧空気をパルスエアーノズル41により噴出させて、サンプルを分別箱40の各部屋40ａ〜40ｂにふり分ける。各部屋内の材質について、合計サンプル１００個でテストし、ＰＥＴ、ＰＶＣ、ＰＥの各々１０個でテストしたが、１００％の精度で分けられた。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）本実施例１は、ＰｂＳ（硫化鉛）からなる受光素子を用いた例である。Ｎｏ．１〜５の５つのサンプルにつき、ＰＰ（Ｎｏ．１）、ＰＥ（Ｎｏ．２）、ＰＶＣ（Ｎｏ．３）、ＰＳ（Ｎｏ．４）及びＰＥＴ（Ｎｏ．５）の５種類の材質を判定するために、サンプルに近赤外光を入射角４５度で照射し、その反射光を反射角５０度で上記受光素子32により受光した。その光量Ｒ（サンプル反射光量）からミラーで全反射された時の光量Ｒ（ミラー反射光量）をベースに下記（２）式により吸光度Ａを計算した。
【００２５】
Ａ＝ｌｏｇＲ（ミラー反射光量）−ｌｏｇＲ（サンプル反射光量）…（２）
次に、吸収ピーク波長を求めるために、下記（３）式により吸光度Ａ´（単位なし）を計算した。
【００２６】
Ａ´＝（Ａ−Ａmin）／（Ａmax−Ａmin）…（３）
但し、Ａmax：一体範囲内における吸光度の最大量
Ａmin：一体範囲内における吸光度の最小量
その結果を図３に示す。図３に示される様に、１６００ｎｍから１８００ｎｍの範囲で吸収ピークが１つなのはＮｏ．２のＰＥ、Ｎｏ．４のＰＳ、Ｎｏ．５のＰＥＴであり、そのピークは夫々１７３２ｎｍ、１６８２ｎｍ及び１６６２ｎｍである。また、２つの吸収ピークはＮｏ．１のＰＰ、Ｎｏ．３のＰＶＣであり、ＰＰの場合は１７１０ｎｍと１７３０ｎｍに、ＰＶＣの場合は１７１６ｎｍと１７４８ｎｍに表れている。従って、上記ピークの数及びピーク波長からＮｏ．１〜Ｎｏ．５までの５種類のプラスチックの材質は１００％判定できた。
【００２７】
（実施例２）本実施例２は、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムひ素）からなる受光素子を用いた例である。実施例１と同じＮｏ．１〜Ｎｏ．５の５種類の材質についてサンプルに近赤外光を垂直に照射し、その透過光を上記受光素子32で受光した。その光量Ｔ（サンプル）からエアーの透過光量Ｔ（リファレンス）をベースに下記（４）式により吸光度Ａを計算した。
【００２８】
Ａ＝ｌｏｇＴ（リファレンス）−ｌｏｇＴ（サンプル）…（４）
次に、吸収ピーク波長をもとめるために、上記（３）式より、吸光度Ａ´を計算した。その結果を図４に示す。図４より、Ｎｏ．３については、１６４１ｎｍから１７６３ｎｍの範囲について吸光度Ａを吸光度Ａ´に変換すると、１７２６ｎｍが１．０、また１７３５ｎｍから１７６３ｎｍの範囲について吸光度Ａを吸光度Ａ´に変換すると１７３５ｎｍが１．０、１７６３ｎｍが０．０、更に１７４５ｎｍと１７５４ｎｍの差が０．０５以下になり、ＰＶＣの材質であることが判定できた。
【００２９】
Ｎｏ．１については、１６４１ｎｍから１７６３ｎｍまでの範囲について吸光度Ａを吸光度Ａ´に変換すると、１７１６ｎｍ、１７２６ｎｍ及び１７３５ｎｍの吸光度Ａ´は０．８８以上の値になり、ＰＰの材質であることが判定できた。
【００３０】
Ｎｏ．２については、１６４１ｎｍから１７６３ｎｍの範囲について吸光度Ａを吸光度Ａ´に変換すると、１７３５ｎｍが１．０になり、ＰＥの材質であることが判定できた。
【００３１】
Ｎｏ．４については、同様に１６４１ｎｍから１７６３ｎｍの範囲について吸光度Ａを吸光度Ａ´に変換すると、１６８８ｎｍが１．０になり、ＰＳの材質であることが判定できた。
【００３２】
最後に、Ｎｏ．５については、同様に１６４１ｎｍから１７６３ｎｍの範囲について吸光度Ａを吸光度Ａ´に変換すると、１６６９ｎｍが１．０になり、ＰＥＴの材質であることが判定できた。
【００３３】
なお、計測波長の数値が９〜１０飛びとなっているのは９．４ｎｍ刻みの波長毎に近赤外線を照射したからであり、小数第１位の四捨五入によるものである。このように、上記実施例によれば、本発明の吸光度スペクトルにおける吸収ピークの波長、数及びそのピークの高さより廃プラの材質を判定することにより、次の様な効果がある。
【００３４】
（１）ポリエチレン（比重０．９３）とポリプロピレン（比重０．９０）は比重の差はほとんどなく、比重差を用いて分別するハイドロサイクロン等では分離できない。しかるに、本発明ではポリエチレンの吸収ピークは１７１０ｎｍから１７３５ｎｍに１つのピークが、ポリプロピレンの吸収ピークは１７１０ｎｍから１７２６ｎｍと１７２６ｎｍから１７３５ｎｍに表われる２つの吸収ピークにより、特許請求の範囲の請求項１を利用することにより識別できる。識別後は、コンベアに乗せた材料を高圧空気等で吹き飛ばし、分別できる。
【００３５】
（２）ＰＶＣボトル（比重１．１７〜１．２５軟質）とＰＥＴボトル（比重１．３８）についても比重差が少なく、比重差によりＰＶＣとＰＥＴを分別するのは困難である。しかるに、本発明では上記（１）と同様に識別が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、例えば、ｉ）ボトル類のキャップ等の小さいもの、ｉｉ）トレイ、ビニール及びフィルム等の軽いもの、ｉｉｉ）ボトル類等の重いもの、の３種類に大分別する等の前処理をし、前処理後のサンプルをコンベア上に切り出し、プラスチックのサンプルを重ならないで、１個毎に整列させ、近赤外線をプラスチックに照射して、照射光のプラスチックからの透過光又は反射光を検知し、プラスチックによる特定波長の吸光度により材質を識別し、識別装置により識別する際、プラスチックからの透過光または反射光の特定波長が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のときは１６６０〜１６６９ｎｍに表れる１つの吸光ピークにより、ポリスチレン（ＰＳ）のときは１６７７〜１６９８ｎｍに表れる１つの吸光ピークにより、ポリプロピレン（ＰＰ）のときは１７１０〜１７２６ｎｍ及び１７２６〜１７３５ｎｍに表れる２つの吸光ピークにより、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）のときは１７１６〜１７２９ｎｍ及び１７４６〜１７５４ｎｍに表れる２つの吸光ピークにより、ポリエチレン（ＰＥ）のときは１７１０〜１７３５ｎｍに表れる１つの吸光ピークにより、プラスチックの種類を識別するので、比重等では識別困難なプラスチックの材質を高精度に高処理量で識別できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るプラスチックの材質識別装置の一構成である前処理選別装置の説明図。
【図２】本発明の一実施例に係るプラスチックの材質識別装置の一構成である近赤外式識別装置と分別装置の説明図。
【図３】プラスチックの吸光度（反射式）と波長との関係を示す特性図。
【図４】プラスチックの吸光度（透過式）と波長との関係を示す特性図。
【図５】従来の廃プラスチックの判別方法の説明図。
【符号の説明】
21…前処理選別装置
22…風選用ファン
23…振動スクリーンコンベア
24…パルスエアーノズル
29…近赤外式識別装置
30…分別装置
31…光源
32…受光素子
33…分光器
34…コンベアベルト
35…増幅回路
36…パソコン
37…空電変換器
38…ヘッダー
39…電磁弁
40…分別箱
41…パルスエアーノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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