(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙のリサイクルシステムで、少なくとも、ポリエチレンからなる物品と、紙からなる物品と、内側がポリエチレンで、外側が紙からなる牛乳紙パックとのなかから前記牛乳紙パックを識別する方法において、
（Ａ）近赤外線を紙パックに照射し、
（Ｂ）前記紙パックで反射した近赤外線を、ポリクロ型分光器で分光し、
（Ｃ）前記ポリクロ型分光器で分光された光を、受光素子により各々の波長ごとに、反射光量を測定し、
（Ｄ）反射光量と全反射光量から、式（１）により、吸光度を計算し、
Ａ＝ｌｏｇ（Ｒ１／Ｒ２）                            式（１）
ただし
Ａ  ：  吸光度
Ｒ１  ：  全反射光量
Ｒ２  ：  紙パックがある時の反射光量
（Ｅ）近赤外線の波長の吸収ピークが、
ポリエチレンの吸収ピークである１２１４ｎｍおよび１７３２ｎｍと、紙の吸収ピークである１４７４ｎｍ
に現れることを識別することにより、
（Ｆ）前記紙パックが前記牛乳紙パックであることを識別することを特徴とする紙パックの識別方法。
【請求項２】
（Ａ）請求項１の識別方法により紙パックが前記牛乳紙パックであるか、否かを識別し、
（Ｂ）前記牛乳紙パックであることを識別した場合には、高圧エアにより、前記牛乳紙パックを吹き飛ばして、前記牛乳紙パックを選別することを特徴とする紙パックの選別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミ箔等の金属を含まない紙４０と、プラスチックからなる紙パック５０との識別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、機械が自動的に、アルミ箔等の金属を含まない紙（例えば、牛乳紙パック）４０と、プラスチックからなる紙パック５０とを、完全に識別することは不可能であった。
【０００３】
そのため、従来の技術としては、、人による識別および選別を行なう方法が行われていた。
なお、図８に示すような機械により、１部自動的に行なう方法すなわち、アルミ箔等の金属を含まない紙、例えば、牛乳紙パック３についているバーコードを読むことにより識別する方法もあるが、その精度は悪い。
【０００４】
その上、この場合、牛乳紙パック３のバーコードの記入してある箇所を、バーコードリーダ１０１が読めるように、１個１個、バーコードリーダ１０１に、人が手で近づけることが必要である。
【０００５】
従って、１時間に処理できる個数も、５００〜１０００（１分間に、８〜１７個）と限られており、人件費も高くつく。
そのため、例えば、牛乳紙パック４０を選別する場合には、人が目で見て、牛乳紙パック３であると判断して、手選別を行ない、牛乳紙パック３と判断した容器包装物は、牛乳紙パック回収箱１０２に入れ、その他の容器包装物は、コンベア１０４で運び、包装廃棄物箱１０３に落としていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術には、次のような問題がある。
（１）機械が自動的に、紙パックの種類を完全に識別することができない。
（２）紙パックのバーコードの記入してある箇所を、バーコードリーダ１０１が読めるように、１個１個、バーコードリーダ１０１に、人が手で近づけることが必要である。
（３）１時間に処理できる個数も、５００〜１０００と限られており、人件費も高くつく。
（４）その上、精度も悪い。
本発明は、これらの問題を解決することができる識別方法、および選別方法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】
（第１の手段）
本発明に係る紙パックの識別方法は、少なくとも、ポリエチレンからなる物品と、紙からなる物品と、内側がポリエチレンで、外側が紙からなる牛乳紙パック３とのなかから前記牛乳紙パックを識別する方法において、
（Ａ）近赤外線２を紙パックに照射し、
（Ｂ）前記紙パックで反射した近赤外線２を、ポリクロ型分光器１４で分光し、
（Ｃ）前記ポリクロ型分光器１４で分光された光を、受光素子１５により各々の波長ごとに、反射光量を測定し、
（Ｄ）反射光量と全反射光量から、式（１）により、吸光度Ａを計算し、
Ａ＝ｌｏｇ（Ｒ１／Ｒ２）                            式（１）
ただし
Ａ  ：  吸光度
Ｒ１  ：  全反射光量
Ｒ２  ：  紙パックがある時の反射光量
（Ｅ）近赤外線の波長の吸収ピークが、
ポリエチレンの吸収ピークである１２１４ｎｍおよび１７３２ｎｍと、紙の吸収ピークである１４７４ｎｍ
に現れることを識別することにより、
（Ｆ）前記紙パックが前記牛乳紙パック３であることを識別することを特徴とする。
（第２の手段）
本発明に係る紙パックの選別方法は、
（Ａ）請求項１の識別方法により紙パックが前記牛乳紙パック３であるか、否かを識別し、
（Ｂ）前記牛乳紙パック３であることを識別した場合には、高圧エアにより、前記牛乳紙パック３を吹き飛ばして、前記牛乳紙パック３を選別することを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明は、
（１）一般に、プラスチックについては、特願平５−００５０４２号に記載されているように、材質の種類により特定の波長の光の吸収ピークがある事が判っていること、
（２）紙や、ポリエチレン（ＰＥ）についても、プラスチックとは異なる吸収ピークがあることを利用し、それを紙パックの種類の識別に用いる。
（３）牛乳紙パック３は、容器の内側にコーティングしてあるポリエチレン（ＰＥ）と、紙の両方の材質から出来ているので、各々ポリエチレン（ＰＥ）と紙が吸収する波長の近赤外線を照射し、その反射光量から吸収量を測定し、ポリエチレン（ＰＥ）と紙が２層になっていることから、牛乳紙パック３であることを判定する事により、
（４）コンベア１１上を流れる飲料パック、ペットボトル（ＰＥＴボトル）８、あるいは、他のボトル類、フィルム類等の包装廃棄物から、牛乳紙パック３を識別し、選別する。
【０００９】
したがって、次のように作用する。
近赤外線を牛乳紙パック３に照射すると、図１に示すように、牛乳紙パック３あるいはペットボトル（ＰＥＴボトル８）等で反射した近赤外線が、ポリクロ型分光器１４で分光される。
【００１０】
ポリクロ型分光器１４で分光された光は、アレイ型受光素子１５で各々の波長ごとに反射光量を測定する。
反射光量と全反射光量（紙パックの代わりに鏡で全ての光を反射させた光量）から、式（１）により、吸光度Ａを計算する。
【００１１】
Ａ  ＝ｌｏｇ（Ｒ1 ／Ｒ2 ）                              式（１）
ただし
Ａ    ：  吸光度
Ｒ1   ：  全反射光量
Ｒ2   ：  紙パックがある時の反射光量
赤外線および近赤外線は、特願平５−００５０４２号に記載されているように、その振動数（振動周期）と照射されたサンプル（ここでは紙パック）の原子団（官能基）の振動数（振動周期）が一致しない場合には、赤外線および近赤外線は、紙パックの分子に影響を与えないで、そのまま反射するにすぎない。
【００１２】
しかし、もし振動数（振動周期）が一致する場合には、サンプル（ここでは紙パック）の原子団（官能基）は、夫々の振動数（振動周期）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、紙パックの振動数（振動周期）をもつ赤外線および近赤外線の波長の光は吸収される。
そのため、紙パックの材質を判定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１〜図２に示す。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る方法の識別部の説明図。
【００１４】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る方法による、牛乳紙パック、コピー用紙、ＰＰ試薬ビン、ＰＥマヨネーズボトルの、１．１００μｍ〜２．５００μｍの近赤外線スペクトル図。
【００１５】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る方法による、牛乳紙パック、ＰＶＣボトル、ＰＳボトル、ＰＥＴボトル、の１．１００μｍ〜２．５００μｍの近赤外線スペクトル図。
【００１６】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る方法の選別部の説明図。
図５は、図２に示す牛乳紙パック、コピー用紙、ＰＰ試薬ビン、ＰＥマヨネーズボトルの１．１００〜１．６００μｍの波長範囲について、各スペクトルの吸収ピークを明確にするために正規化したものである。上記の各波長についてこの範囲で最も高い吸光度（Ａmax）を１．００，最も低い吸光度（Ａmin)を０．００として、各波長の吸光度（Ａ）を、次式によって求めた変換後の吸光度（Ａ´）を示した図である。
Ａ´＝（Ａ−Ａmin）／（Ａmax−Ａmin）    ……（２）
【００１７】
図６は、水分が付着したＰＥボトル（マヨネーズボトル）、牛乳紙パック、コピー用紙の１．６００〜１．８００μｍの波長範囲について、図５と同じようにして、各波長の吸光度を上記（２）式を用いて変換し示した図である。
図７は、図３に示す牛乳紙パック、コピー用紙、ＰＶＣボトル、ＰＳボトル、ＰＥＴボトル（ペットボトル）の１．６００〜１．８００μｍの波長範囲について、図５と同じようにして、各波長の吸光度を上記（２）式を用いて変換して示した図である。
【００１８】
図１に基づいて、牛乳紙パック３の選別方法の実施例を説明する。
選別部コンベア１１Ａ上には、
牛乳紙パック３、
ジュース紙パック４、
ＰＳボトル（ポリスチレンボトル）５、
ＰＥボトル（ポリエチレンボトル、マヨネーズボトル）６、
ＰＰビン（ポリプロピレンビン、試薬ビン）７、
ＰＥＴボトル（ペットボトル）８、
コピー用紙９、
ＰＶＣボトル（ポリ塩化ビニールボトル）１０
等が流れてきた。
【００１９】
近赤外線（０．８μｍ〜２．５μｍ）２は、ハロゲンランプ１から、牛乳紙パック３、ジュース紙パック４、ＰＳボトル５、ＰＥボトル６、ＰＰビン７、ＰＥＴボトル８、コピー用紙９、ＰＶＣボトル１０などに照射された。
【００２０】
照射された近赤外線２は、識別部コンベア１１Ｂ上にある牛乳紙パック３に反射され、反射光１２となった。
コンベア１１の速度は、３ｍ／ｓであり、かつ、１ｍに３個のサンプル（牛乳紙パック３の大きさは、７０ｍｍ×７０ｍｍ×２３５ｍｍであった）を設置した。
【００２１】
反射光１２は、ハロゲンランプ１の中央部にある集光レンズ１３により集められ、ポリクロ型分光器１４に導かれた。
ポリクロ型分光器１４で、近赤外線２は、０．８μｍ〜２．５μｍまでの光に分光された。
【００２２】
分光された光は、ＩｎＧａＡｓの２５６素子のアレイ型受光素子１５に、各々６．６ｎｍ毎に、８００ｎｍから２５００ｎｍまで２５６個の反射光量が導かれる。
【００２３】
「６．６ｎｍ毎に」とした理由は、
（２．５−０．８）μｍ×１０００／２５６＝６．６ｎｍ
１μｍ＝１０００ｎｍ
による。
【００２４】
各々の反射光量は、電気回路ユニット１６により電気信号に変えられた。
電気信号に変えられたデータは、ケーブル１７によりＣＰＵ１８に送られ、式（１）により、各々２５６の光度を計算した。
【００２５】
また、ＣＰＵ１８には、サンプルの材質により、図２〜図３に示すように、どのような波長に吸収ピークがくるか（吸光度が大きいか）記録されている。
従って、測定したサンプルが、どの波長に吸収ピークを持っているかにより、そのサンプルの材質が、瞬時に判定することができた。
【００２６】
そして、その判定結果は、ＣＲＴ１９に表示することが出来た。
本実施例である牛乳紙パック３は、図２、図５、図６に示すように、ＰＥ（ポリエチレン）の吸収ピークである１２１４ｎｍ、および１７３２ｎｍに吸収ピークがあり、かつ、紙（コピー用紙９）の吸収ピーク由来である１４７４ｎｍに、吸収ピークがあるので、牛乳紙パック３であると判定することができた。
【００２７】
次に、図１の選別部コンベア１１Ａの次につながっている図４の識別部コンベア１１Ｂの識別部のＣＰＵ１８からの紙パックの材質信号２０を、プログラマブルコントローラ２１に送った。
【００２８】
次に、光電センサ２２を設置する識別部コンベア１１Ｂ上を通過した紙パックの信号２３をプログラマブルコントローラ２１に送った。
プログラマブルコントローラ２１では、紙パックの材質信号２０の入力にタイミングをつけて対応する紙パック用電磁弁２４に開の信号２５を送った。
【００２９】
開いた紙パック用電磁弁２４からは、ヘッダータンク３４からの高圧エア（６ｋｇ／ｃｍ2 ）がノズル３５から吹出た。
次に、識別部コンベア１１Ｂ上の牛乳紙パック３は吹き飛ばされて牛乳紙パック回収箱２６に回収された。
【００３０】
紙パック用電磁弁２４が開いたと言う信号は、プログラマブルコントローラ  ２１からＣＰＵ１８にアンサー信号３８として送った。
本発明方法によれば、識別および選別は、１時間当たり３００００個以上行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は前述のように構成されているので、以下に記載する効果を有する。
（１）人が介入しなくても、全自動でアルミ箔等の金属を含まない紙（牛乳紙パック）の材質を識別することが出来る。
（２）人が介入しなくても、全自動でアルミ箔等の金属を含まない紙（牛乳紙パック）の材質を選別することが出来る。
（３）識別速度は、１時間当たり３００００個以上となり、通常の１人が処理できる個数（１時間当り１０００個）の３０倍以上となる。
（４）選別速度についても、１時間当たり３００００個以上となり、通常の１人が処理できる個数（１時間当り１０００個）の３０倍以上となる。
（５）人が捨てた廃棄物は不衛生であるので、これを人が処理する作業は好まれないが、本発明によれば、全自動で、人が介入しなくても、識別も、選別もすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係る方法の識別部の説明図。
【図２】  本発明の第１の実施の形態に係る方法による、牛乳紙パック、コピー用紙、ＰＰ試薬ビン、ＰＥマヨネーズボトルの、１．１００μｍ〜２．５００μｍの近赤外線スペクトル図。
【図３】  本発明の第１の実施の形態に係る方法による、牛乳紙パック、ＰＶＣボトル、ＰＳボトル、ＰＥＴボトル、の１．１００μｍ〜２．５００μｍの近赤外線スペクトル図。
【図４】  本発明の第１の実施の形態に係る方法の選別部の説明図。
【図５】  本発明の第１の実施の形態に係る方法による、牛乳紙パック、コピー用紙、ＰＰ試薬ビン、ＰＥマヨネーズボトルの、１．１００μｍ〜１．６００μｍの波長範囲について、各近赤外線スペクトルの吸収ピークを明確にするために、各波長の吸光度を正規化した図。
【図６】  本発明の第１の実施の形態に係る方法による、牛乳紙パック、コピー用紙、マヨネーズボトルの、１．６００μｍ〜１．８００μｍの波長範囲について、各近赤外線スペクトルの吸収ピークを明確にするために、各波長の吸光度を正規化した図。
【図７】  本発明の第１の実施の形態に係る方法による、牛乳紙パック、コピー用紙、ＰＶＣボトル、ＰＳボトル、ＰＥＴボトル、の１．６００μｍ〜１．８００μｍの波長範囲について、各近赤外線スペクトルの吸収ピークを明確にするために、各波長の吸光度を正規化した図。
【図８】  従来の、人による識別および選別を行なう方法を示す図。
【符号の説明】
１…ハロゲンランプ
２…近赤外線
３…牛乳紙パック
４…ジュース紙パック
５…ＰＳボトル（ポリスチレンボトル）
６…ＰＥボトル（ポリエチレンボトル、マヨネーズボトル）
７…ＰＰビン（ポリプロピレンビン、試薬ビン）
８…ＰＥＴボトル（ペットボトル、ポリエチレンテレフタレートボトル）
９…コピー用紙
１０…ＰＶＣボトル（ポリ塩化ビニールボトル）
１１…コンベア
１１Ａ…選別部コンベア
１１Ｂ…識別部コンベア
１２…反射光
１３…集光レンズ
１４…ポリクロ型分光器
１５…受光素子
１６…電気回路ユニット
１７…ケーブル
１８…ＣＰＵ
１９…ＣＲＴ
２０…紙パックの材質信号
２１…プログラマブルコントローラ
２２…光電センサ
２３…紙パックの信号
２４…紙パック用電磁弁
２５…開の信号
２６…牛乳紙パック回収箱
３４…ヘッダータンク
３５…ノズル
３８…アンサー信号
４０…アルミ箔等の金属を含まない紙（例えば、牛乳紙パック）
５０…プラスチックからなる紙パック
１０１…バーコードリーダ
１０２…牛乳紙パック回収箱
１０３…包装廃棄物箱
１０４…コンベア
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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