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Panasonic Technical Journal Vol. 62 No. 2 Nov. 2016

気流制御を用いた混合樹脂の3種同時選別技術
Techniques for Simultaneous Sorting of Three Kinds of Resin Using Air Flow Control

濱田真吾

Shingo Hamada

八 田 健 一 郎
Ken-ichiro Hatta

要山 口直 志宮 坂将 稔

Naoshi Yamaguchi

Masatoshi Miyasaka

楠 元

南 田寛 史Hiroshi Kusumoto

幸 廣

Yukihiro Minamida

旨使用済み家電のリサイクル工程で発生する混合樹脂から近赤外線を利用し，臭素非含有の樹脂を高速・高精度に選別する技術の開発に取り組んできた．しかしながら，主要樹脂3種類（PP，PS，ABS）を選別するためには，1種選別を3回繰り返す必要があった．そこで筆者らは，一度の選別工程で3種を同時に選別する技術を開発した．
樹脂を精度良く回収するためには，樹脂の飛翔（ひしょう）軌道のばらつきを抑制することが一番の課題であった．そのため，樹脂の飛翔軌道に沿ってコンベア速度と同じ風速の気流を発生させ，空気抵抗を相対的にゼロにすることで，樹脂の飛翔ばらつきを低減させることに成功し，高精度な3種同時選別を実現した．
Abstract
We have developed a technology that uses near-infrared to achieve high-speed, high-precision sorting of the shredder dust
generated in the process of recycling used home appliances. It can only sort plastic that does not contain bromine. We have developed
recycling technology that can sort three kinds of resin simultaneously. Suppressing the variability in trajectories of pieces of flying
resin is essential to achieve accurate sorting. We supplied a flow of air at the same speed as the flying resin so that the relative speed of
the air to the resin was zero. As a result, we succeeded in suppressing the air resistance.

1．はじめに

しかしながら，従来の選別装置では，第1図に示すように，選別1回目で残った樹脂をもう一度2回目として投急速に経済成長が進むにつれ，資源に対する社会的な入し，さらに2回目で残った樹脂を3回目として投入する課題・関心が高まっている．当社では，資源循環型のモため，選別仕掛かり中の材料の仮置き場所の確保や搬送，ノづくりを推進しており，事業成長と環境貢献に向けた再投入が選別の都度発生しており，いかにして選別の生取り組みを加速している．その取り組みの1つとして，当産性を上げるかが大きな課題であった．

社家電リサイクルプラントでは，使用済み家電から樹脂

そこで，本開発では上記課題解決のため，世界初となを回収し，再び自社製品の成形材料として活用させ，社る1回の選別プロセスで3種類の樹脂を同時に選別する技

内循環に貢献している[1]．

術の開発を行った．

この取り組みをさらに促進させるため，筆者らは，使

本稿では，これまでの樹脂種判別技術における開発の用済み家電の混合樹脂から，主要樹脂であるPP（ポリプ

取り組みと，今回開発した気流制御を用いた世界初3種同ロピレン），PS（ポリスチレン），ABS（アクリロニトリ

時選別技術について述べる．

ル・ブタジエン・スチレン）の3種類の樹脂を，高純度でかつ，異物やRoHS（Restriction of Hazardous Substances）規制対象となる臭素（Br）含有樹脂の混入なく，自動選別する技術の開発に取り組んできた．その結果，混合樹

従来技術

新規開発技術

1種類ずつ樹脂選別を3回繰り返す

1プロセスで3種類の樹脂を同時選別

混合樹脂
1回目

脂から樹脂を1種類ずつ選別する高精度樹脂選別装置をBr樹脂 その他

開発し，パナソニックエコテクノロジーセンター（兵庫PP PS

2回目県加東市），パナソニックエコテクノロジー関東（茨城県稲敷市）の当社家電リサイクル工場2社へ導入した．この樹脂選別装置は，樹脂片をベルトコンベア上に流し，近赤外線を用いた[2]センサによって分光測定，演算処理を行い，コンベアから飛翔（ひしょう）した樹脂のうち，所望の樹脂片のみをエアで射落として樹脂片を回収する自動選別システムである．
54

3回目

選別回収

ABS PP PS

Br樹脂 その他
PS
Br樹脂 その他

ABS
1種選別装置PPABS PPPS Br樹脂その他

ABS
3種同時選別装置

PPPS

PS

種別ごとに装置切り替えを実施

第1図

選別回収
混合樹脂

装置切り替え不要 （3 種同時）

従来技術と新規開発技術の比較

Fig. 1 Comparison of conventional technology and new technology

127

環境生産革新特集：気流制御を用いた混合樹脂の3種同時選別技術

そのため，本選別工程での回収品臭素濃度（注2）は，こ

2．これまでの開発取り組みれまでの実験結果とそれを用いた統計分析から導き出し
2.1

170 ppm以下を目指した．

近年の樹脂選別技術

近年の樹脂選別技術としては，従来の水比重選別や静電分離，近赤外線を使用した連続処理選別などがある．

2.3

水比重選別は，水に浮くPPの選別のみ可能である．静電樹脂に多く用いられている臭素系難燃剤としては，テ臭素含有樹脂の判別

分離は，ABSとPSのみ選別が可能で，PPの選別には水比トラブロモビスフェノール系またはヘキサブロモシクロ重との併用が必要となり，3種の樹脂を回収するためにはドデカン系などの臭素化合物がある．これらの臭素系難選別コストが大きくなってしまう．

燃剤は，C-Br結合以外にもC-H結合をもつ分子構造のも近赤外線による選別は，第2図に示すように近赤外線のが多い．そのため，近赤外線領域における吸収はC-Br領域における樹脂の吸収スペクトルの違いを利用するこ結合による非調和性の振動を受けることになる．したがとで樹脂種を判定し選別する方式である．3種の樹脂判別って，C-H結合は，本来のC-H結合の伸縮振動と変角振動においては，1.7 μm〜1.8 μmおよび2.1 μm〜2.2 μm付近での吸収ピークが現れる波長からシフトする．筆者らはこ

PP，1.9 μm〜2.0 μm付近でPSとABSの吸収スペクトルにれに着目し，第3図に示すように，1.4 μm付近で臭素系難差が生じ，この近赤外線領域に着目することで判別が可

燃剤を含有されていない樹脂の吸収ピーク（A）に対し能となる．て，臭素系難燃剤を含有されている樹脂のピーク（B）

しかしながら，RoHS禁止物質の対象となる臭素含有樹
脂を除外しなければ家電製品の再生材として使用できなのようにピークシフトが生じ，判別が可能となることを見いだした．

い．そのため，従来ではＸ線選別装置を樹脂選別工程前もしくは後に追加して臭素含有樹脂を除外するなど，多1.6

くの周辺設備を必要としていた．

1.4

臭素含有ABS
臭素非含有ABS

吸光度 [arb. unit]

1.2[arb. unit]

PP1.00.8

A0.6

B0.40.2

吸光度PS01.25

第3図1.71.81.92.0

1.65

1.85

2.052.252.45

波長 [μm]ABS1.61.452.1

BrによるC-H結合のピークシフト

Fig. 3 Peak shift of the carbon-hydrogen bond due to bromine

2.2

波長 [μm ]第2図

近赤外線領域における樹脂の吸収スペクトル

Fig. 2 Absorption spectrum of the resin in the NIR (Near Infrared)

2.4

高速かつ高精度な樹脂選別アルゴリズムの確立

選別対象となる混合樹脂は500 kg/h〜1500 kg/hと大量で，樹脂種および臭素含有樹脂を瞬時に判別しなければ2.2 樹脂種判別における開発目標ならなかった．しかしながら，一般的な分析器などに多樹脂種判別および臭素含有樹脂の判別における課題をく用いられるマッチング手法であるPLS（Partial Least

解決するべく，筆者らは臭素の高精度検出が可能な新しSquires）回帰分析法などを採用した場合，演算回数が多い近赤外線選別の技術開発を行ってきた．開発スペック

くなり，高速判別に対応できず，生産性を落としてしまとしては，当社製品に使用可能な選別純度（注1）99 %以上

う．

を目標とした．

そこで筆者らは，2.3節で見いだした臭素判別の波長領

また，臭素濃度に関しては，出荷前検査で当社の基準域のみに重み付けをして，ピーク差を特徴づけるようにである臭素濃度300 ppm以下を保証する必要があった．

独自のアルゴリズムを開発した．その結果，演算回数を極端に少なくしても，判別の信頼性を維持したまま樹脂（注1）選別純度：回収した製品樹脂 /（回収した製品樹脂＋回収した異物）．

（注2）Ｘ線検査器による全臭素測定による．
55

Panasonic Technical Journal Vol. 62 No. 2 Nov. 2016

128

種および臭素含有樹脂を高速に判別することが可能となが，これに加えて，世界初（注3）となる3種同時選別技術った．の確立を目指した．

これにより，目標スペックであった選別純度99 %以上，臭素濃度170 ppm以下を達成し，近赤外線による樹脂種および臭素含有樹脂の判別技術を確立した．

第1表

近赤外線を用いた選別装置の性能比較

Table 1 Benchmark of NIR sorting technology
容器リサイクル
RPF用

当社
（開発）

○

○

○

樹脂（PP，ABS，PS）

3．3種同時選別技術の開発
3.1

家電用

60 %〜80 %

70 %

70 %

臭素判別×

300 ppm

170 ppm

選別純度90 %~95 %97 %〜98 %99 %以上

1回の選別数

1種

1種

3種

回収率

開発ターゲット

性能

樹脂選別のシステムフローを第4図に示す．筆者らが開発した樹脂選別装置はベルトコンベア上に混合樹脂を供給し，その上を流れる混合樹脂を近赤外線センサで高※※回収率：回収した製品樹脂／回収したい製品樹脂の総量

速検知・判別し，その端部から飛翔する樹脂のうち回収したい樹脂をエアノズルで高速に射落として選別する．

3.2

3種同時選別における課題

これまで当社で開発してきた，1種選別の樹脂選別装置

当初の3種同時選別システム構成では，第5図に示すよをベースに，ベルトコンベアの流れ方向にエアノズルを3うに，1連目のノズル下を通過した後，下流になるにつれ連配置し，それぞれの樹脂が回収できるように4つの回収て，樹脂片の飛翔中に空気抵抗を受けて飛翔ばらつきが容器を備えることで，1回の選別で3種類の樹脂を回収で大きくなった．その結果，近赤外線センサで認識した位きる装置構成をとった．

置情報と，実際にエアノズルで射落とすべきタイミング

ここで近赤外線を用いた樹脂選別装置の性能比較を第がわずかにずれてしまい，回収したい樹脂を正確に射落1表に示す．家電リサイクル樹脂を対象とした選別装置とすことができなかった．また，対象樹脂へのエアの当においては，臭素判別を行えないが，選別純度はたる部分によっては，他の回収容器に誤って射落とされ，90 %~95 %まで達成している．容器リサイクル樹脂やRPF選別純度の悪化を起こす原因となっていた．そのため，（Refuse Paper & Plastic Fuel）を対象とした選別装置では，「コンベア先端部から離れた位置に設置したエアノズル

臭素判別機能はあるものの，回収樹脂の臭素濃度170 ppmで，いかに精度良く樹脂を射落とすか」が，解決すべき以下を実現することができなかった．一方，当社では第2大きな課題であった．

章で述べたように，高精度な臭素判別機能と選別純度

まず初めに，飛翔する樹脂片に作用する力の関係を検99 %以上を達成する高精度な選別技術を確立してきた討し，第6図に示す空気抵抗の力学的関係図を得た．この図によると，樹脂片が風速Uの気流中を速度Vで飛翔し樹脂自動選別工程ている場合，（1）式より空気抵抗Dを受ける．この空気成形加工

ペレット化

異物除去

乾式洗浄

エア吐出

樹脂片検出

演算・判別

近赤外線分光混合樹脂

近赤外線センサ

1連目ノズル

樹脂片2連目ノズル

3連目ノズルコンベア

近赤外線センサ

エアノズルユニット

コンベア

進行方向

第5図
回収物A

回収物B 回収物C 残渣

3種同時選別における課題

Fig. 5 Problems with a system for simultaneously sorting
three kinds of resin

第4図

樹脂リサイクルシステムのフローと模式図

Fig. 4 Flowchart and schematic diagram of resin recycling system（注3）2016年10月現在（当社調べ）
．
56

129

環境生産革新特集：気流制御を用いた混合樹脂の3種同時選別技術

 
ρ (V − U ) 2 S
D = CD
2････････････････････（1）

生させる形態をとった．これにより，コンベアから飛び出した樹脂片は，飛翔方向から受ける空気に対して相対

D ：空気抵抗

速度ゼロに近い状態で飛翔することが可能になり，樹脂CD ：抵抗係数

片の飛翔ばらつきを抑制できるように設計した．

V ：樹脂片の飛翔速度
U ：周辺気流の風速

3.4

ρ ：空気の密度S

気流制御のシミュレーション

上記の設計を最適化するため，送風装置と気流整流板：Uに対する樹脂の投影面積を使用して，樹脂片の飛翔軌道であるエアノズル下50mmの位置で，樹脂飛翔方向に風速がベルトコンベアのD速度（3±0.5 m/s）と同じになるように，送風装置およびV

気流制御板の位置，角度，風速を2次元解析のシミュレー
Uションによって求めた．このときの気流制御のシミュレーション結果を第8図に示す．この結果から，送風装置樹脂片から出たエアは初期風速が速いものの，気流整流板に沿第6図って下流へ拡散されていく．これは，送風装置からの気樹脂片に生じる空気抵抗

Fig. 6 Air resistance occurring in the resin pieces

流によって，流れる空気が気流整流板に引き寄せられるコアンダ効果によるものである．その結果，ベルトコン抵抗Dが，樹脂片の大きさや形状によって個々に異なるベア付近の風速と，各連のエアノズル下50 mmを通る樹ため，樹脂片一つ一つの飛翔軌道が異なり，その結果，脂飛翔軌道の風速を，ベルトコンベアと同じ3±0.5 m/s

射落とし精度の悪化を招くことがわかった．にすることができ，コンベアから放たれた樹脂片が，空中をあたかもコンベアの延長上で移動しているような状態を作り上げる条件を導き出した．

3.3

気流制御による飛翔ばらつきの抑制

このシミュレーションによって得られた各条件を，樹3.2節で述べた課題を解決するため，周辺気流の風速Uと樹脂片の飛翔速度Vの相対速度を限りなくゼロにする

脂選別装置に反映させ，実際に樹脂片を流して飛翔ばらつきの測定を行った．

ことで，空気抵抗Dを大幅に抑制する対策を考案した．
その装置構成の一例を第7図に示す．ここで，コンベ送風装置

アの流れ方向をX方向，コンベアの幅方向をY方向，コン気流制御板
1連目ノズル
2連目ノズル

ベア面に対して垂直方向をZ方向として定義し，以降の図説においても同様に定義する．大きな構成としては従ベルトコンベア

流速
[m/s]
5.0
3.8

3連目ノズル
2.5

来の装置に送風装置と気流整流板を設置し，樹脂片の飛翔軌道に沿ってコンベア搬送速度と同じ風速の気流を発

1.30.0近赤外線センサ
送風装置
樹脂片

1連目ノズル整流板

第8図

気流制御のシミュレーション

Fig. 8 Simulation of airflow control

2連目ノズル

3連目ノズルコンベア3.5

飛翔ばらつきの測定および測定結果

第6図および第7図における樹脂片が，各ノズルの直下Xを通過するときのX，Y，Z方向の時間および位置の各ばZらつきを3次元的に測定する必要があったため，ステレオ法による3次元解析手法を用いた．ステレオ法は，複数の第7図気流制御を用いた選別機構

Fig. 7 Sorting system with assisting blow

異なる角度からの2次元画像から，対象物の大きさや位置情報などを高精度に取得する測定手法である．今回は高速度カメラ2台を使用し，飛翔する樹脂片を双方向から撮57

Panasonic Technical Journal Vol. 62 No. 2 Nov. 2016

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影することで，連続的に樹脂片の3次元座標データを取得□ 気流制御し，飛翔軌道を数値化した．測定には40 mm〜50 mm程■ 気流制御の実績より，2連目，3連目のばらつきが，気流制御なしの1連目のばらつきと同等もしくはそれ以下となることを目指した．飛翔ばらつきの測定結果を第9図に示す．

■ 気流制御Y方向飛翔ばらつきなしあり□ 気流制御■ 気流制御18045901604080140120100806040

気流制御によって，後方のノズル下の飛翔ばらつきが大35302520151020500幅に減少していることがわかる．また，第9図より得ら

1連目 2連目 3連目

れた各方向の飛翔ばらつきをそれぞれ3σで表し，気流制

第10図

Y方向飛翔ばらつき3σ [mm]

飛翔ばらつきの目標値としては，これまでの射落とし□ 気流制御なしあり

X方向飛翔ばらつき3σ [mm]ア速度である3±0.5 m/sと同じになるように調整した．

Z方向飛翔ばらつき3σ [mm]度の大きさの冷蔵庫破砕樹脂（ABS）を用い，送風装置からの気流を，樹脂片の飛翔経路に沿った風速がコンベ

X方向飛翔ばらつき

Z方向飛翔ばらつきなしあり

706050403020100

1連目 2連目 3連目1連目 2連目 3連目

樹脂片の飛翔ばらつき

Fig. 10 Variation in flying resin pieces

御の有無で比較した結果を第10図に示す．
この結果より，気流制御によって，各方向における樹脂片の飛翔ばらつきは，大幅に減少している．特に3連目

5．まとめのノズル位置においては，気流制御の有無でX方向では約1/3，Z方向では約1/5，Y方向では約1/7まで抑制するこ

近赤外線を用いて樹脂種および臭素含有樹脂を高速・とができた．また，目標であった気流制御なしの1連目の高精度に判別する技術を開発した．また，飛翔する樹脂飛翔ばらつき以下に3連全てにおいて達成した．これに加片に生じる空気抵抗に着目した独自の気流制御により，え，ノズル位置・角度・吐出タイミングなどの各条件を世界初となる3種同時選別技術を確立した．

最適化することによって，高精度に3種吹き分けが可能な本技術を用いた選別装置は，当社リサイクル工場2社へエア選別工法を確立し，99 %以上という高純度で高速処導入・量産稼動を行っており，生産効率向上へ貢献して理が可能な樹脂選別技術を実現した [3]．

いる．当社家電リサイクル工場で選別したPP，PS，ABSは，当社の冷蔵庫やエアコン製品に採用されているだけでなく，社外向けとしても販売し，樹脂の資源循環量拡【気流制御なし】

大に貢献している．上記の取り組みが認められ，2015年

エアノズル

00

1連目

度資源循環技術・システム表彰において最高賞である「経5050

Z方向[mm]z方向 [mm]100
100

2連目コンベアコンベア済産業大臣賞」を受賞した[4]．

150
150
200
200

3連目

250250時選別」の有用性が認められ，2015年度，環境省より「省※ノズル位置
1連目ノズルX=250 mm
2連目ノズルX=450 mm
3連目ノズルX=600 mm

300
300
350
350
400
400

0

CO2型リサイクル高度化設備導入促進事業」の補助金交50 100
100 150 200
200 250 300
300 350 400
400 450 500
500 550 600
600 650 700700
X方向[mm]x方向[mm]

今後，まずは国内にある家電リサイクル工場に向けてけて貢献していく．

気流制御板
1連目00付対象として採択された．
外販展開していき，さらなる高資源循環社会の実現に向【気流制御あり】
送風装置

また，本技術を用いた選別装置において「世界初3種同エアノズル

5050150150

Z方向[mm]z方向 [mm]

100100

参考文献

2連目
コンベア
コンベア

200
200

3連目

250
250

※ノズル位置
1連目ノズルX=250 mm
2連目ノズルX=450 mm
3連目ノズルX=600 mm

300
300
350350400
4000050 100
100 150 200
200 250 300
300 350 400
400 450 500
500 550 600
600 650 700700
X方向[mm]x方向[mm][1]

パナソニック（株）, サスティナビリティレポート 2013,
pp.57-67, h ttp://www.panasonic.com/jp/corporate/sustainability/
pdf/sr2013j.pdf, 参照 Oct.20.2016.

[2]

尾崎幸洋 他, 近赤外分光法, （株）学会出版センター, 2008,pp.40-45.

[3]山口直志 他, “3種類の樹脂を同時選別可能なリサイクル技術,” プラスチック成形加工学会第26回年次大会講演論文

第9図

樹脂片の飛翔軌道測定

Fig. 9 Results of measuring trajectories of resin pieces

集, pp.23-24, 2015.

[4] 池本義寛 他, “使用済み家電品廃棄混合樹脂からの樹脂循
環リサイクル,” 環境管理, vol.51, no.12, pp.42-45, 2015.

58

環境生産革新特集：気流制御を用いた混合樹脂の3種同時選別技術

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執筆者紹介
濱田 真吾

Shingo Hamada

生産技術本部 環境生産革新センター
Green Manufacturing Innovation Center,Manufacturing Technology and Engineering Div.,山口直志

Naoshi Yamaguschi

パナソニック プロダクションエンジニアリング（株）Panasonic Production Engineering Co., Ltd.

宮坂 将稔

Masatoshi Miyasaka

生産技術本部 環境生産革新センター
Green Manufacturing Innovation Center,Manufacturing Technology and Engineering Div.,

八田健一郎

Ken-ichiro Hatta

パナソニック プロダクションエンジニアリング（株）Panasonic Production Engineering Co., Ltd.

楠元 寛史

Hiroshi Kusumoto

パナソニック プロダクションエンジニアリング（株）Panasonic Production Engineering Co., Ltd.

南田幸廣

Yukihiro Minamida

パナソニック プロダクションエンジニアリング（株）Panasonic Production Engineering Co., Ltd.

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