JP2009214175A - 廃電化製品の切断方法および切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、多様な廃電化製品がランダムに処理されるリサイクル工程において、特に洗濯機や冷蔵庫など、大型電化製品の筐体４２を再資源化するにあたり、これら筐体４２を被接触で切断、分割することにより、リサイクル工程の稼働率を低下させることなく、筐体４２の取扱性を向上することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の切断方法は、レーザー光源４で生成したレーザー３ａを、集光レンズを介してレーザー光線３として出力するレーザー出力部１２と、レーザー光線３で被切断物（４２）を切断するというものである。
【選択図】図８

Description

本発明は、レーザー光線を用いて廃電化製品の筐体を切断する廃電化製品の切断方法および切断装置に関するものである。

従来より、廃電化製品を再資源化する技術はいろいろなものが提案されている。

特に、家電リサイクル法の施行を切っ掛けとして、冷蔵庫、洗濯機、エアコン、テレビを中心とした家電製品の分解方法や、分解した家電製品から再資源となる部材を選別、回収する方法が多数提案されている。

例えば、洗濯機や冷蔵庫のような、大きさの異なるかさ物（本発明でいう筐体）を切断、分割するものとして、被切断物を搭載する送り装置と、搭載された被切断物の押圧手段と、送り装置と押圧手段とにより押付搬送される被切断物を切断分離する切断装置とを有し、切断完了後に被切断物の押圧を解除して被切断物を分割し、分割した被切断物を分離して搬出する手段を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−６６９８４号公報

しかしながら、従来のように切断装置として切断歯（鋸歯）を用いている場合、次のような課題があった。

すなわち、様々なメーカーが、長年に亘って製造、販売してきた多種多様な廃電化製品の筐体は、金属や樹脂など、その部材の種類も多様である。

これら多様な部材からなる筐体を、同一の切断歯を用いて切断した場合、切断歯の損傷が激しく、頻繁に切断歯を交換する、あるいは、手入れをしなければならない。

この間、本工程を含むリサイクル工程は稼動を停止しなければならず、工場の稼働率を低下させる要因となっていた。

そこで、本発明は、多様な廃電化製品がランダムに処理されるリサイクル工程において、特に洗濯機や冷蔵庫など、大型電化製品の筐体を再資源化するにあたり、これら筐体を被接触で切断、分割することにより、リサイクル工程の稼働率を低下させることなく、筐体の取扱性を向上することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の切断方法は、レーザー光源で生成したレーザーを、集光レンズを介してレーザー光線として出力するレーザー出力部と、レーザー光線で被切断物を切断するというものである。

上記発明により、廃電化製品を切断する際に、非接触にて被切断物を切断することができる。

本発明によれば、廃電化製品を切断する際に、非接触にて被切断物を切断することができるため、切断装置の切断に供する部分（本発明のレーザー光線）を傷めることがない。

その結果、切断装置の切断に供する部分の交換や手入れが不要となり、本工程を含むリサイクル工程の稼働率を低下させることがない。

本発明の実施の形態は、レーザー光源で生成したレーザーを、集光レンズを介してレーザー光線として出力するレーザー出力部と、レーザー光線で被切断物を切断するというものである。

このような廃電化製品の切断方法を用いれば、多種多様な廃電化製品を、速やかに分解することを求められるリサイクル工程において、金属や樹脂など、多様な部材からなる筐体を、同一の切断装置を用いて切断しても、特に切断に供する部分（本発明のレーザー光線）を傷めることがない。

その結果、切断装置の交換や手入れに要していた補修期間を設ける必要がなくなるため、リサイクル工程の稼働率が低下することがない。

しかも、このようにして切断された被切断物は、取扱いがし易くなるため、作業効率が向上する。

また、本発明の実施の形態は、レーザー光源で生成したレーザーを、集光レンズを介してレーザー光線として出力するレーザー出力部と、被切断物を載置する作業台とを具備し、作業台には、レーザー光線が照射される位置にスリットを設けるというものである。

本構成とすることにより、レーザー光線で被切断物を切断しても、作業台を切断することはない。

しかも、作業台の上下にレーザー出力部を設ければ、被切断物を上下方向から切断することができるため、被切断物を少ない回数で切断することが可能となる。

その結果、リサイクル工程での廃電化製品の処理時間が短縮できる。

また、本発明の実施の形態は、レーザー光源で生成したレーザーを、集光レンズを介してレーザー光線として出力するレーザー出力部と、被切断物を載置する作業台と、被切断物を、レーザー光線が照射される方向に対する厚みを減らす圧縮手段とを具備し、被切断物を圧縮手段にて圧縮しながら、レーザー光線で被切断物を切断するというものである。

このような廃電化製品の切断装置を用いれば、被切断物のレーザー光線が照射される方向の厚みを薄くすることが可能となるため、レーザー光線の焦点深度が狭くても、少ない回数で被切断物を切断することが可能となる。

その結果、リサイクル工程での廃電化製品の処理時間が短縮できる。

さらに本発明の実施の形態は、レーザー光線として、ＣＯ_２レーザー光線とＹＡＧレーザー光線とを用いるというものである。

本構成とすることにより、被切断物の材質により、ＣＯ_２レーザーとＹＡＧレーザーとを切り替えることが可能となる。

その結果、被切断物が、ガラスの場合、ＣＯ_２レーザーが有効に作用し、金属を対象とする場合、ＹＡＧレーザーが有効に作用する。

なお、樹脂の場合、いずれのレーザーを用いてもよい。

以下、本発明の廃電化製品の切断装置とこの切断装置を用いた廃電化製品を再資源化する回収方法に関する一実施例について、図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
まず、本発明による廃電化製品、特に家電リサイクル法の対象となっている廃家電製品を分解し、その構成する要素を再資源化へと導く工程を図１に示す。

各地より、本工程に搬入される廃家電製品は、多数のメーカーが、長年に亘って製造、販売したものが持ち込まれる（Ｓ１）。

現在、家電リサイクル法が対象とする廃家電製品は、冷蔵庫、洗濯機、エアコン、テレビであるが、本発明が適用できるものは、掃除機やビデオなどその他の家電製品のみならず、広く電化製品全般であっても同様の効果を得ることができる。

これらの廃家電製品において、特に高い純度で回収したい部品や希少金属、部材（以下、「特定部材」と記す。）というものは、機器毎におよそ定まっている。

その一例として、液晶パネルを用いたテレビではインジウム、プラズマディスプレイパネルを用いたテレビでは銀とインジウム、洗濯機ではモータに使用されるネオジウムである。

なお上記部材とは逆に、拡散を防止するために高い純度で回収したい有害物質として、ブラウン管テレビに用いられている鉛がある。

ところで、これらの製品は、メーカーごと、あるいは、その時々の商品トレンドにおいて多少の差異はあるものの、その基本構成は、ある程度定まった形状を成している。

そこで、上表に従い、その目的とする特定部材を有する部品を効率よく入手するために、廃家電製品の筐体要部を開口する。そして、その開口部から、目的とする部品を取出す（Ｓ２）。詳細は後述する。

こうして、取出した部品から、目的とする特定部材を、その特定部材の特性に応じた方法で回収する（Ｓ３、Ｓ４）。

以上を第１回収工程という。

なお、特定部材を回収した後の残部は、更なる再資源化を施すために、その材料に応じて部材選別工程Ｓ８へと供給される。

一方、要部切出工程Ｓ２において特定部材を取出した後、廃家電製品は、他の部品も再資源とするために、例えば、鉄、銅、アルミニウム、樹脂ごとの塊に分解される（Ｓ５）。

これらの塊は、その材料ごとの純度を高めるために、後述する部材選別工程Ｓ８へと供給される。

以上を第２回収工程という。

次に、内部の主な部品を取出した後、廃家電製品の筐体は、筐体を成す材料を再資源化するために切断され（Ｓ７）、部材選別工程Ｓ８へと供給される。

このとき、その筐体の大きさに応じて、以下の工程を経ることになる。

例えば、より大型の製品が好まれる冷蔵庫や、洗濯機など、作業員が一人で取り扱うには作業性が悪い廃家電製品については、その筐体を圧縮し、所定の厚みへと変形する（Ｓ６）。

その後、所定の厚みを保ったまま、筐体を切断する（Ｓ７）。

あるいは、小型テレビや、エアコンの室内機のように、作業者一人での作業に支障がない筐体については、筐体破砕工程Ｓ１０を経て部材選別工程Ｓ８へと供給される。

上述した様々な経路を経て部材選別工程Ｓ８に供給される部品や筐体は、従来から行われているように、破砕機、各種選別機を用いることで、鉄、銅、アルミニウム、各種樹脂に代表される一般的な部材として回収され、再資源となる（Ｓ９）。

以上を第３回収工程という。

次に、図２から図７を用いて、要部切出工程Ｓ２から特定部材回収Ｓ４に至るまでの流れについて、詳細に説明する。

まず、本発明の一実施例として用いる切断装置について、図２に概要説明図を、図３に同切断装置のブロック図を示す。

この切断装置１は、レーザー本体２の内部に、レーザー３ａの発信源となるレーザー光源４と、このレーザー３ａの出力を制御するレーザー出力制御部５とを備えている。

レーザー出力部であるノズル１２の内部には、図示しない集光レンズが設けてあり、レーザー３ａがこの集光レンズで絞られることでレーザー光線３となる。

さらにレーザー本体２の内部には、アーム動作入力部６によって入力された情報を記憶するアーム動作記憶部７が設けてあり、このアーム動作記憶部７の情報に基いてアーム制御部８がアーム駆動部１０に動作信号を出力することで、アーム９に所定の動作を与えることができる。

つまり、アーム駆動部１０が、アーム９の要所に設けた関節１１に所定の信号を送信することで、アーム９を駆動し、ノズル１２を所定の位置、方向へと導くことができる。

次に、ノズル位置検出部１３は、ノズル１２の位置が適切であるか、否かを検出している。

すなわち、このノズル位置検出部１３に伝えられた情報と、アーム動作記憶部７が記憶した情報とを比較し、動作の正誤を判定している。

つまり、この比較結果が一致していれば、ノズル１２は所定の動作を行っていると判定し、比較結果が一致していなければ、ノズル１２は所定の動作を行っていないと判定する。

そして、ノズル１２が所定の動作を行っていない場合には、レーザー出力制御部５がレーザー出力を停止し、エラーが発生していることを、音や光などで周囲に知らせるようにする。

その他、ノズル１２位置の検出方法は、ノズル１２位置から所定距離の温度を検出して行う、という方法もある。

この方法は、ノズル１２位置が、正常な位置にあれば、被切断物の表面温度が所定の温度範囲となることをアーム制御部８の判定基準値として予め保有しておき、この判定基準値とノズル位置検出部１３が検出した値とを比較するというものである。

いうまでもなく、この比較結果が所定の範囲内であれば、ノズル１２は所定の動作を行っていると判定し、比較結果が所定の範囲外であれば、ノズル１２は所定の動作を行っていないと判定する。

そして、ノズル１２が所定の動作を行っていない場合は、レーザー出力制御部５がレーザー出力を停止し、エラーが発生していることを、音や光などで周囲に知らせるようにする。

このような切断装置１を用いて、廃家電製品の要部を切断する手順について説明する。

一般的に家電製品は、各機器の基本原理や使用者の使い勝手などから、その基本構造は、メーカーを問わずほぼ同様の構造となっている。

特に、家電リサイクル法の対象となっている家電製品については、その傾向が顕著である。

例えば、斜めドラム型洗濯機以前に主流であった全自動洗濯機は、洗濯槽の直下に駆動用モータを、取出口近傍のスイッチ部周辺に洗濯機を制御する電子制御装置を設けている。

さらに、詳述するエアコンの室外機２１の場合、図４（ａ）に示すように、筐体２２の正面には、室外ファン２３が作り出す空気の流れ２４を、筐体２２の外部に吹出すための吹出口２５が設けてある。

これは、筐体２２内に設けた室外用熱交換器２６内を流れる冷媒（図示せず）と、効率良く熱交換するために、空気の流れ２４を生成するためである。

また、筐体２２内の底部には、冷媒を圧縮する圧縮機２７が配置されており、図示しない配管を介して接続部２８と接続している。

さらに、圧縮機２７の上方には、室外機２１を制御する電子制御装置２９が設置してある。

その主たる理由は、電子制御装置２９を筐体２２内部の上方に設置することで、室内機２１を屋外に設置しても、雨水等が掛からないようにするためである。

これらの基本構成は、一部の特殊な仕様の製品を除いて、広く採用されている。

さて、上述したエアコンの室外機２１には、電子制御装置２９に有用な電子部品（図示せず）が搭載してあり、この電子部品を再利用するために回収したい場合、図２、３に示した切断装置１を用いて、次の作業を行う。

まず、図４（ｂ）に示すように、この電子制御装置２９を取り出すのに十分な開口部を設けるため、電子制御装置２９が設置されていると推測される位置に対して、レーザー光線３を照射する経路３０を仮設定する。

この仮設定した経路３０を、アーム動作入力部６（図３中）を介してアーム動作記憶部７（図３中）に記憶させる。

本実施例においては、図４（ｂ）中、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの順に、被切断物である筐体２２を切断することとした。

次に、アーム動作記憶部７（図３中）が記憶した内容に基き、アーム９（図３中）は制御され、ノズル１２がレーザー光線３を出力しながら筐体２２の周囲を移動する。

そして、ノズル１２が、所定の移動を終えたとき、筐体の要部２２ａが切り取られ、筐体２２内部に設置されていた電子制御装置２９は、ドライバーやニッパーなどの工具を用いれば、容易に取り出すことが可能となる。

次に、上述した説明により取り出した電子制御装置２９の内部には、図５（ａ）に示すような制御基板３１が収めてある。

この制御基板３１は、抵抗器３２ａやコンデンサ３２ｂ、コネクタ３２ｃ、汎用ＩＣ３２ｄなどの汎用電子部品３２と、システムＬＳＩに代表される高性能で有用な有価電子部品３３とをプリント基板３４上に実装している。

従来、このような制御基板３１において、金、銀などは、最終、精錬で処理されていた。

しかしながら、他の部材については、選別、回収が困難なことから、結果として、焼却や埋め立てられていた。

その理由として、制御装置３１には、耐湿性を向上するためにシリコンを塗布するなど、電子制御装置２９が求められる要求に応じていろいろな処理が施されており、単純に制御装置３１を高温状態に放置すれば電子部品３２、３３とプリント基板３４とを接続していた半田が溶け、容易に電子部品３２、３３を分離、回収できるという状態ではなかった。

また、仮に多種多様な制御装置３１に実装されている電子部品３２、３３を全て回収しても、再資源化するためには全部品の選別を行う必要があるため、膨大な工数が必要となり、現実的な対応とはいえなかった。

しかしながら、近年、製品サイクルが短くなるに従い、システムＬＳＩなどの高性能な電子部品が再利用できる場合や、希少金属の枯渇に由来して、貴金属や希少金属を回収するために、一部の電子部品に対する回収の必然性が高まりつつある。

例えば、本実施例において、有価電子部品３３のみを回収したいとする。

そこで、本発明を用いて、ノズル１２から有価電子部品３３を含むようにその周囲をレーザー光線３で切断する。

その結果、有価電子部品３３を含む要部３５のみを切り出すことができる。

この要部３５から有価電子部品３３を取り外すのは、半田槽や電子部品を取り外す工具を用いれば、容易に目的を達することができる。

以上の説明から明らかなように、切断装置１を用いれば、多種多様な廃家電製品の複雑な形状から、一品一対応で必要な部分だけを容易に切り出すことが可能となる。

その結果、作業効率良く目的とする部品だけを回収することができるので、有価な部品など特定部材を容易に回収することができる。

したがって、次工程に対し、より多くの有価部材を提供することが可能となる。

ところで、多種多様な廃家電製品への対応を迫られるリサイクル現場において、製品ごとに異なる複雑な形状に対して、予め切断する経路を記憶させ、この記憶した経路に従って、レーザー出力部を移動させながら、被対象物の要部を切断することが重要となる。

例えば、本実施例において、図６、７に示すように、切断装置１を操作する者の手違いにより、ノズル１２が予め定めた経路３０ａから外れる、あるいは、ノズル１２と筐体２２との距離ｌが、所定範囲を超えるなどのエラーを生じた場合、図３に示したノズル位置検出部１３、アーム制御部８によって、不具合が発生したと判定し、レーザー出力を停止する。

このような防止策を設けることで、多種多様な廃家電製品の複雑な形状に対しても、安全に作業を行うことが可能となる。

この防止策は、切断装置として、ファイバーレーザーを用い、作業者が直接、被切断物を切断するような場合において、特に有効である。

次に、製品分解工程Ｓ５について説明する。

従来、製品分解工程Ｓ５では、ドライバーや、ニッパーなどの工具類を用いて廃家電製品の筐体を分解し、筐体内部に設置されていた部品を取り出していた。

本工程においても、上記した切断装置１を用いれば、容易に筐体２２に開口部を設けることができ、筐体２２内部の部品の取出し作業を短時間で行うことができる。

次に、筐体２２内部の部品を取り出した後の工程について、図８を用いて説明する。

廃家電製品のうち、小型のテレビやエアコンの室内機など、作業者が一人で扱いやすい大きさであれば、例えば、各工程間で発生する筐体２２の移動作業などに特に支障は生じない。

しかしながら、大型冷蔵庫や、大型洗濯機、大画面テレビなど、製品の大型化が著しい分野においては、作業者が一人で筐体を取り扱うには、非常な困難を有していた。

その結果、作業者一人では作業効率が低下するため、複数の作業者が必要となり、リサイクル費用を抑制することで広く社会に貢献するという、リサイクル工場の主旨に反する状態となっていた。

そこで、本発明の一実施例である筐体圧縮工程Ｓ６から筐体切断工程Ｓ７について、図８を用いて説明する。

図８中、（Ａ）から（Ｅ）は、本工程を横から見た説明図であり、対応する工程に対して（ａ）から（ｅ）を付与した本工程を上から見た説明図を併せて記載している。

まず、本実施例において、図８（Ａ）、（ａ）に示すように、プレス台４０の上に、作業台４１を乗せ、その作業台４１の上に、内部の部品を取り除いた大型冷蔵庫の筐体４２を載置する。

次に、図８（Ｂ）、（ｂ）から図８（Ｃ）、（ｃ）に掛けて、この筐体４２を、圧縮手段であるプレス機４３を用いて圧縮し、その厚みを可能な限り薄くする。

そして、筐体４２の厚みが薄くなった状態で、図８（Ｄ）、（ｄ）に示すように、ノズル１２からレーザー光線３を照射し、筐体４２を複数に切断する。

レーザー光線３は、プレス機４３と作業台４１に各々設けたスリット４４、４５に向けて照射される。

このようにすれば、プレス機４３、作業台４１をレーザー光線３で傷付けることはない。また、図示していないが、プレス台４０の下方から上方へ向けてレーザー光線を照射するノズルを追加し、上下両側から切断するようにしてもよい。

上述したように、プレス機４３を用いて筐体４２の厚みを薄くしながらレーザー切断すれば、筐体４２のバックラッシュを防止しながら筐体４２をレーザー切断することができるので、レーザーの焦点深度に合わせて上下方向にノズル１２を上下するピッチが短くて済み、切断作業を短時間で行うことが可能となる。

この切断された状態を、図８（Ｅ）、（ｅ）に示す。

本実施例では、２箇所を切断し、３分割とした。

この結果、３分割された筐体４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、作業者が一人で十分取り扱い可能な大きさとなる。しかも、プレス機４３で圧縮したため、より作業者が持ち易くなるのは勿論のこと、工程の都合により、一時保管する際にも不要な空間を生じることなく隙間なく重ねる、あるいは、隙間なく並べることが可能となるため、作業空間をより広く、より有効に活用することが可能となる。

以上、詳細な説明については、エアコンの室外機と大型冷蔵庫の筐体を用いて説明したが、本発明は、家電リサイクル法の対象となっているテレビや洗濯機以外にも、適用することが可能であり、いわゆる白物家電以外に、パソコンなどの情報機器やビデオなどのＡＶ製品、計測器などの電化製品全般に適用することができる。

また、上記した回収対象物は、有価な特定部材のみならず、例えば、鉛、水銀などのように、有害物質となるものを対象としてもよく、本発明を用いれば、これらに物質についても同様に効率よく回収することができる。

あるいは、従来、樹脂に貼り付けられていたラベルを除去せずに、樹脂を破砕することで生じていた樹脂部材の純度低下についても、予め、ラベル添付箇所を切断し、残部を破砕、回収することで、樹脂部材の純度を高くすることが可能となる。

これは、樹脂に添付されたラベルのみならず、樹脂に付着した接着剤や、印刷に伴うインク成分などの混入も防止することができ、樹脂部材を高い純度で回収することが可能となる。

本発明は、上記した家電リサイクル法の対象製品以外、例えば、掃除機や炊飯器をはじめ、パーソナルコンピュータや携帯電話などの電化製品の特定部材の再資源化や、環境負荷物質の分散防止を目的とした回収作業にも用いることができる。

本発明の一実施例における廃家電製品の分解工程を示すフローチャート 本発明の一実施例における切断装置の概要説明図 同切断装置のブロック図 本発明の一実施例におけるエアコンの室外機を用いて切断工程を説明する説明図 本発明の一実施例における制御装置３１から有価電子部品３３を回収する工程を説明する説明図 本発明の一実施例における異常発生時の保護動作を説明する説明図 本発明の他の一実施例における異常発生時の保護動作を説明する説明図 本発明の一実施例における筐体の切断工程を説明する説明図

符号の説明

１ 切断装置
３ レーザー光線
３ａ レーザー
４ レーザー光源
１２ ノズル（レーザー出力部）
２２、４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ 筐体（被切断物）
４１ 作業台
４３ プレス機（圧縮手段）
４４、４５ スリット

Claims (4)

1. レーザー光源で生成したレーザーを、集光レンズを介してレーザー光線として出力するレーザー出力部と、前記レーザー光線で被切断物を切断する廃電化製品の切断方法。
2. レーザー光源で生成したレーザーを、集光レンズを介してレーザー光線として出力するレーザー出力部と、被切断物を載置する作業台とを具備し、前記作業台には、前記レーザー光線が照射される位置にスリットを設けたことを特徴とする廃電化製品の切断装置。
3. レーザー光源で生成したレーザーを、集光レンズを介してレーザー光線として出力するレーザー出力部と、被切断物を載置する作業台と、前記被切断物を、前記レーザー光線が照射される方向に対する厚みを減らす圧縮手段とを具備し、前記被切断物を前記圧縮手段にて圧縮しながら、前記レーザー光線で前記被切断物を切断することを特徴とする廃電化製品の切断装置。
4. 前記レーザー光線は、ＣＯ_２レーザー光線とＹＡＧレーザー光線とからなることを特徴とする請求項３に記載の廃電化製品の切断装置。

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