JP2005520688A - ブラウン管を含む電子工学製品の解体方法およびその材料の再生利用方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、電子工学装置の外包が除かれ、ブラウン管から分離可能な補助装置構成部品が取り除かれ、材料が洗浄されて選別されるという段階を含む、ブラウン管を備えた電子工学装置の解体方法およびその材料の再生利用方法に関するものである。本発明によれば、点レーザが、前部と円錐型部との間の接合から離れた上記前部に渡って位置する分裂点で溝を形成し、かつ、上記前部と上記円錐型部とを分離するために上記溝の異なる内側での温度差をもたらすために用いられ、さらに、分離され、不要なものが取り除かれた構成部品が、さらなる目的のために用いられる。

Description

本発明は、ブラウン管の再生利用方法に関するものであり、特に、使用を終えたブラウン管に対する処理に関するもので、ブラウン管の原材料を完全に回収する方法に関するものである。

ブラウン管（ＣＲＴｓ）は、テレビおよびコンピュータディスプレイの間で非常に多く使用されている。これらブラウン管は、一定期間において確実に交換される。この交換について調査してみたところ、ヨーロッパ規模では、毎年１５０，０００トンのＣＲＴｓが解体されており、フィンランドにおいても毎年およそ２５０，０００台のＣＲＴｓにあたる２０００トンが解体されている。

ＣＲＴｓが解体される場合の事業計画としては、利用できる材料をすべて回収することである。加えて、この事業計画は回収された材料が利用能および価値を最大限保証するために、出来る限り不要なものが取り除かれている状態であることが保証されるものである。

解体時により好ましい結果を与えることができ、ＣＲＴｓの破砕および同様の方法に代わる、スクラップ方法の確立が目標となった。それらの中には、ドイツ特許出願４２０５４０４および特許公報４２３４７０６がある。これらは、ＣＲＴｓの前部と円錐型（conical）背面部との間の領域においてこのＣＲＴｓと接触する抵抗線について開示している。この抵抗線は加熱されるため、その下に位置するＣＲＴｓを激しく加熱して粗砕し、その粗砕に沿ってＣＲＴｓを２つに分離することができる。

ドイツ特許出願３９０１８４２では、ＣＲＴｓを個々に切断するための高圧噴射水の使用について開示している。

さらに、ドイツ特許公報３９０１８４２および４００３４９７では、ＣＲＴｓを個々に切断するために、機械的な水冷式の切刃の使用について開示している。またこのドイツ特許公報４００３４９７では、ＣＲＴを容易に破砕することができることも開示されている。

加えて、ＣＲＴｓの円錐型部と前部とをハンダ付けしている鉛をレーザ線により加熱し、これらを互いに分離するという方法がいくつか公知となっている。

これらの破砕においては、不要なものを取り除いた、すなわち不純物のない状態の材料を回収することは不可能である。加えて、水を切断や冷却に用いる方法では、水が過剰に排出されるという欠点がある。過剰な水は切断によってできた粉と混合し、混合物を生じてしまう。どのような方法を用いた場合であっても、後の工程に進むためには、このような水を取り除かれなくてはならない。

ＣＲＴの前面ガラスは、特定の目的で再生利用されるためには、鉛を含んでいてはならない。もし、この前面ガラスが回収されたときに不要なものが完全に取り除かれた状態のものであれば、混合廃棄物（mixed waste）より非常に価値あるものとなることは明らかである。上述したレーザ線に基づいた分離方法では、鉛を含む、または、鉛によって形成された接合部（抵抗線）が欠点であるため、上記の方法を用いると回収されたガラスの価値は非常に小さいものとなる。

ＣＲＴの円錐型部およびその突き出た背面部は鉛ガラスであり、ＣＲＴに電磁放射線を完全に封じ込めるために使用される。一方、ＣＲＴの前面は規定ガラス（conventional glass）である。色彩には、電子放射線においてルミネセンスを示す塗料が用いられ、色合いを出す。加えて、ＣＲＴには、偏向コイルやグリッド（格子）等といった多種の金属構成部品がその内部および外部にある。

日本の会社である松下が、テレビ１台を５０秒で解体できるという自動化システムを開発した。その方法は、米国特許６，１８６，８４８に開示されている。上記特許の最も重要な要素を以下に示すと、1)解体される装置（ＣＲＴｓ）は、装置の背面部の保護ケースを除く場所である傾斜台へ装置を運ぶためのコンベア上に置かれ、2)装置を洗浄するために強力な空気ジェットが使用され、側板のＵ字型開口が切断される。この解体を通じて、ＣＲＴの前部と円錐型部との間の接合部を保護するための鋼ベルトが、誘導的に加熱され、機械的に押し出されて外されるというところである。

この後、金属ベルト（鋼ベルト）の基板および、この基板上の接着剤は取り除かれ、ＣＲＴの構成部品は、ダイアモンドディスクを用いて機械的に切断され、加熱されるため、熱テンション（thermal tension）がそれぞれの構成部品を互いに分離する。他の構成部品は、可能な限り不要なものが取り除かれた部品を提供するために、グラディッド（graded）され、破砕され、再生利用される。

上記の方法では、５人の働き手と、６台のロボットとコンベアが必要となる。上述したこの方法は、サイズと距離を測定するための個別のセンサーをいくつか使用している。

本発明は、これら従来技術における欠点を解消した方法に関するものである。またその目的は、不要なものを取り除いた形での再生利用可能な材料を回収する自動化方法を提供するものである。

本発明に関する他の効果および特徴は、特許請求の範囲の記載に基づいて説明されていることで達成されるものである。

以下に、本発明の実施の形態およびいくつかの特定の要素を示した概略図面を示すが、本発明がこれに限定されるものではない。

図１には、解体されるテレビまたはディスプレイ端末機の運転環境の一例を概略的に示すものである。テレビまたはそれに似た装置が解体されていく過程を沿う実際のコンベアラインを、図中の矢印１に示す。同じく図中の概略コンベア２は、コンベアライン１の端に位置し、解体される装置をコンベアライン１に到達させるものである。部材番号３は、解体者４が適当に分級した分解構成部品が回収された箱が搭載されたコンベアを示すものである。分解されたのち、外包は、コンベア５または６に吊り上げられて戻され、破砕されるため、またはさらなる処理を行うための横断コンベア７へ運ばれる。

分解された構成部品が入った上記の箱は、さらなる処理を行うための横断コンベア９により運ばれる。外包のないＣＲＴｓはさらなる処理が行われるために矢印１０の方向へ移動する。解体される装置は部材番号８で示す。

以下の記載には本発明の一例の概略を説明したものである。テレビまたはＣＲＴコンピュータディスプレイ端末機は、一般にネジによって留められて構成している。そのため、ＣＲＴｓの枠（frame）および背面部は装置の外包および外郭構造をしっかり構成するために４箇所でネジ留めされている。本発明の方法では、ＣＲＴを備えた装置は、詳細には図示していないが装置８の中心である円形１１において、吸着パッドとＣＲＴが付くことによってコンベア上から取られ、背面外包が除かれ（後述する）、前部外包は下方に除かれ、ＣＲＴは全ての電子工学装置とともに吸着パッドホルダーに付いたままの状態となる。吸着パッドホルダーは、ＣＲＴの薄い頸状部（neck）をねじり取るための偏向コイルに十分な保持時間を与えるため、直径の十分大きなものが用いられるべきである。

本発明の方法では、上記ネジは誘導的に動かされる。この場所を図１の破線で示した区画１２に示す。もし、十分高い周波数の誘導加熱コイルがテレビまたはＣＲＴ付近で作動した（move）場合、このコイルの近くにフェロ金属部品があるとコイルはより多くの電流を必要とする。したがって検出器（the said detector）は、たとえ上記検出器がフェロ金属部品に近接していた場合で、かつ、検出器が加熱され、上記検出器の周囲のプラスチック部品が溶解したとしても、既知の技術により、管理される。もし、例えば４つのネジが全て同時に加熱されるならば、ネジによって互いに留められた構成部品は、互いに分離できるため、外包の背面部と前面板とは分離される。この作業工程は、加熱後直ちにコンベア５および６上の装置から外包の背面部を持ち上げ、解体者４によって行われる。

明らかとなった機構から分解されたそのほかの小さな構成部分は、ベルトの下の箱のなかに入れられる。箱がいっぱいになると解体者はボタンを押し、箱は横断コンベア９の方向へ離れていき、自動的に空の箱に交換される。

この次に、同じくプラスチック部品である外包の前部の処分が望まれる。このために、図２に示す一連の工程は解体者の作業場にて行われる。図２の右側（図２(I)）では、作業台の吸着パッド１１に、背面部が除かれた装置が付いた状態を示すものである。まず、吸着パッド装置１１は、締め付け手段１３が装置をつかんで持ち上げるステージ(II)において、装置を上方に持ち上げるために使用されるものである。外包の前部１４は作業台に残っている。ステージ(III)において、吸着パッド装置はＣＲＴへの締め付けを解き、作業面の下に吸着パッド装置のアームを下ろす。

ステージ(IV)およびステージ(V)では、外包が外されたＣＲＴが、締め付け手段１３の支持から下げられる状態を示すものである。ＣＲＴは次のステージに移動する。これ以降のＣＲＴを部材番号１５とする。

次のステージは、ＣＲＴの前部と背面部との間、および、同じく取り付けられている他の補助装置との接合を保護する金属ベルトの除去である。加熱されて伸ばされた金属ベルトが容易に除くことができる場合であれば、上記金属帯の位置は、必要に応じて誘導的に動かすことができる。この除去は、手動で行うこともでき、ロボットのような装置を用いることによって行うこともできる。

続くステージは、既に洗浄された外包および金属ベルト以外のＣＲＴの残りの部分の洗浄である。金属ベルトの下には、本発明の一実施形態によれば、一般に接着剤層がある。この接着剤層は、ブラシまたは気流をあてることによって除かれる状態になるまで燃焼され、２〜３センチ幅の扇形光ビームを照射できるレーザ装置により除かれる。次に、誘導測定器、または光学的偏向センサーを用いた同一または同様の装置を、様々な接着ラベルの検索に使用する。この接着ラベルは上述したものと同様に扇形レーザによって除かれる。

このステージにおいて、ＣＲＴ１５の外部は不要なものはなく、ＣＲＴの前部および背面部の異なるガラスの級は次のステージにおいて分けることができる。

その後このレーザ装置は、すなわち図３ａの場合の点レーザ１６は、原材料を加熱し、ＣＲＴから除くためにＣＲＴの周囲を移動し、これによりＣＲＴの周囲に小さな溝１８が形成される。実際は、ＣＲＴが回転している間、レーザ装置（点レーザ）１６は通常静止している。

もし適切なパラメータ（parameters）が選択されたならば、ＣＲＴは他の手段を用いなくても自然に分割される。出力が１，２００ワットまたはそれ以上、例えば１，５００ワットのレーザビームを用いた実際の試験では、ビームが毎分３メートル以下のこのステージの間、ＣＲＴの周囲を移動していることがわかり、またＣＲＴが後述する加熱または冷却手段を用いなくても自然に分割することが観察できた。特に、分裂を確実にするために、溝の異なる内側（different sides）で特定温度を変化させるためにレーザビームの方向または他のパラメータを調整することができる。

図３ｂは、ＣＲＴ１５が溝１８に沿って分裂を補助することが望ましいか、または補助することが必要な場合における、分裂の様子を示した図である。これは、大きな温度差を溝１８のそれぞれの内側にもたらすことにより行われるものである。したがって上述したようなレーザ処理の後、通常は処理後直ちに、レーザによって形成された溝の異なる内側に公知のボルテックスパイプ（vortex pipe）を通して圧縮された空気をあてる。公知の原理によれば、ボルテックスパイプ１７に送り込まれた圧縮空気は分離されて２つの気流となり、１つは熱気流で、もう１つは冷気流となる。これは、レーザによって形成された溝１８の異なる内側での温度差を生み出す単純な方法である。この温度差は、通常、溝に沿って分裂するのに十分なものである。いくつかのボルテックスパイプを用いることにより冷却と加熱の迅速な切り替えが可能となる。

７バールの圧力でのボルテックスパイプ１７を通した圧縮空気は、１００℃以上の温度差を既に生み出し、高圧にすれば１７０℃もの温度差をもたらす。

しかしこのような温度差は他にも様々な方法によってもたらすことができることは明らかである。すなわち、典型的な冷気または熱気ジェットを用いることも可能であり、また温度差をもたらす個別のレーザ装置であっても用いることが可能である。

ＣＲＴ１５が２分割され、ＣＲＴの金属構成部品が手動またはロボットを用いることにより除かれると、蛍光性粉末（the fluorescent powder）はブラシで払われ、気流によってＣＲＴの内部から除かれる。その後、パワーブラシにより酸化アルミニウム層は内側から払いのけられる。ここで述べた方法では、研磨された分子が上記ブラシに付着する。そのためこのシステムにおいては異物が若干ではあるが混在する。

次に、他の取り外される金属構成部品は、誘導加熱および赤外線に基づいた熱検出器の補助を受けて分離される。これらを共に用いることで、様々な金属物質、すなわちフェロ金属物質および、異なった加熱方法やアルミニウムおよび銅部分が、自動的にベルト上で別々に分離される。

これまでに述べた方法と異なる方法もある。その方法の一実施形態によると、レーザは異なる２つの目的において使用される。１つは、不動点（溝１８）から材料を除き、かつ、必要ならば、基板を傷つけることなく基板から材料（付着ラベル等）を除くためのものである。もし誘導加熱が使用されたならば、外を囲む金属付着物の金属を除き、かつ、プラスチックを溶かすための両方に使用することが可能である。またもう１つはＣＲＴのバンドの取り外しを、金属を検索するための赤外線検温器とともに使用することが可能となる。

ＣＲＴの背面部は一般に、電子ビームが逸れないようにするためのグラファイト（黒鉛）および／または金属酸化物のコートを含んでいる。このコートを除くための１つの好ましい実証例としては、振動器（vibrating grinding machine）に浸すことでコートを外し、ガラスを洗浄する方法である。部分的に発光する粉砕ガラスが洗浄に用いられる本発明によれば、ＣＲＴと同じものから出来た０．５〜２．０ミリメートルの破砕画分が破砕材料として用いられる。ラベル残留物を除くグラファイトと１つになった粉砕ガラスおよび、金属酸化物は、例えばサイクロン分離器（cyclone separator）および袋ろ過器に分離されて、その後振動器に戻される。流動振動器（fluidizing vibrating grinding machine）の代わりに、同じ粉砕ガラスにより破砕する方法もまた用いられる。

レーザを用いたＣＲＴの作業では、通常のガラス切断の場合では起こり得ない問題が生じる。その問題とは、板ガラスとコニカルガラスとの間の接合の空隙率（the porosity）、外面の非対称型、ガラスの厚みおよび階級の種類、その他接合の不純物である。すなわち広範囲に渡る試験により、以下のことが示された。１つは、前部ガラスの清潔さ、すなわち不要なものの状態を保証するために板ガラス（ＣＲＴ前部）上の、接合から主に８〜１５ミリメートルのところのガラスにレーザで溝を付けるべきであることが好ましく、かつ、レーザが絞られていない状態でレーザにより加熱されることが好ましいため、温度差は１２０℃以上とし、その後、少なくとも２方向からのボルテックスパイプによる均等な冷却が行われることが好ましい。試験によれば、好ましいレーザ出力は９００〜８００ワットで、かつ、好ましい速度は毎分３．５メートルであった。

本発明によれば、誘導加熱器はまた加熱されたネジを除くためのロボット制御下にて使用される。加熱されたネジは、その周囲のプラスチックが溶ける程に非常に高い温度で加熱されており、ネジ留めされた接合は引き抜くためにはある程度の力を必要とするものである。

この方法を用いると、人の作業力を最小限にすることができ、センサーの種類の数を少なくでき、同一の装置は異なる仕事に用いることができる。本発明によれば、解体は、完全に人の作業力を用いて行うこともでき、または、完全にまたは部分的な自動化によっても行うことができる。

本発明の特徴としては、本発明の装置が、赤外線カメラおよび、流動粉砕ガラスをＣＲＴの背面部を洗浄するために使用したり、また同じ洗浄を気流によって破砕された粉砕ガラスを用いて行う、重要なサブ因子である「振動器」として管理する選別ロボットとともに、２つの異なる機能および誘導加熱器をもつレーザ装置のみを基本的に使用することである。

このように、プラスチック部品は除かれ、ガラスは２つに分類され、鉄、アルミニウム、銅および回路基板はそれぞれ分類される。その後は、公知の解体処理である通常の破砕および選別方法を用いることにより処理される。

図１は、本発明の実行可能な運転環境の典型例を示すものである。 図２は、ブラウン管を備えたディスプレイ端末機またはテレビ装置の前面板（the front panel）を取り外すための手順の一例を示すものである。 （ａ）は、ＣＲＴがレーザによってどのように機械で溝が設けられるかを示すものであり、（ｂ）は、機械により設けられた溝について、その溝に沿ってＣＲＴが容易に分割される様子を示す図である。

Claims (12)

1. 点レーザ（a point laser）が、前部と円錐型部との間の接合から離れた上記前部に渡って位置する分裂点で溝を形成し、かつ、上記前部と上記円錐型部とを分離するために上記溝の異なる内側（the different sides）での温度差をもたらすために用いられ、さらに、分離され、不要なものが取り除かれた構成部品が、さらなる目的のために用いられることを特徴とした、電子工学装置の外包が除かれ、ブラウン管から分離可能な補助装置構成部品が取り除かれ、材料が洗浄されて選別されるという段階を含む、ブラウン管を備えた電子工学装置の解体方法およびその材料の再生利用方法。
2. 上記レーザがまた、接着剤やラベル等の不要な物を除くために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. いわゆる扇型レーザ、または焦点を定めない（de-focus）レーザが、上記不要な物を除くために使用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 誘導加熱装置が、金属構成部品の検索、および上記金属構成部品の加熱に用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 上記溝を分割するために用いられるレーザビームが１，２００ワット以上であり、ブラウン管を通して移動するレーザの速度が毎分３メートル以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 上記扇型または焦点を定めないレーザがまた、分割する溝が形成された後のブラウン管の、上記溝に近接した付近、特に上記溝の一方の内側を加熱するために用いられることを特徴とする請求項３に記載の方法。
7. 上記誘導加熱手段がまた、加熱するために必要となる上記金属構成部品を自動的に探索し、加熱するために使用されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. 分割されたブラウン管の洗浄には、研磨剤として、洗浄されるブラウン管と同じブラウン管の粉砕された部分から得られた材料を使用して行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 上記誘導加熱装置が、ネジを検索し、加熱するために４００〜１，０００キロヘルツの周波数を用い、ブラウン管のバンドを加熱するために２００〜６００キロヘルツの周波数を用いることを特徴とする請求項４に記載の方法。
10. 上記溝の異なる内側上に１つまたは複数のボルテックスパイプ（vortex pipes）を用いることによって、一方の内側には熱気ジェットがあてられ、他方の内側には冷気ジェットがあてられることで温度差が設けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 溝の異なる内側に設けられた温度差が、少なくとも１２０℃であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 標準出力での誘導加熱および、赤外線に基づいた装置を用いた部品温度の測定が、解体したブラウン管から得られる構成部品、特には金属構成部品を分離するために用いられることを特徴とする請求項１から１１の何れか1項に記載の方法。

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