JP2012240030A - 摩擦帯電装置および静電選別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な装置構成で、必要な帯電時間を確保しつつ帯電時間のバラツキを小さくすることができる摩擦帯電装置および静電選別装置を提供する。
【解決手段】摩擦帯電装置１０は、２種以上のプラスチックの混合物１を帯電させるための摩擦帯電装置１０であって、一端に２種以上のプラスチックの混合物１を受入れるための受入口２ａと他端に２種以上のプラスチックの混合物１を排出するための排出口２ｂとを有する筒状の帯電容器２と、帯電容器２の内周面に固定され、帯電容器２の内部空間ＩＳを仕切り、かつ中央に開口穴３ａを有する環形状の仕切板３とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、摩擦帯電装置および静電選別装置に関し、特に、２種以上のプラスチックの混合物を帯電させるための摩擦帯電装置およびそれを備えた静電選別装置に関するものである。

使用済みの家電製品などの再資源化（リサイクル）においては一般に、まず手作業で、回収および再生の容易な単一素材よりなる大形部材が選別回収される。この大形部材は、金属、ガラス、プラスチックなどよりなっている。大形部材が選別回収された後に残る部分は、複数の素材よりなる複合部材が多いため、単純なプロセスではリサイクルが難しい。

更に回収が進められる場合には、まずシュレッダーで複合部材が破砕される。これにより複合部材が素材単位に分解されて破砕混合物が形成される。次に、比重、磁力、渦電流などの差を用いる既存の選別技術が活用されて、金属、ガラス類などが破砕混合物から取り出される。破砕混合物の残りの部分は、多種類のプラスチックの混合物である破砕残渣（混合破砕プラスチック、以下混合プラスチックという）である。混合プラスチックを素材として再利用するためには、混合プラスチックから樹脂種類毎にプラスチックを分別回収する必要があるが、商業的なプロセスが未だ確立されておらず、埋立てなどの廃棄物処理や燃焼による熱回収処理などが行われる場合が多い。

しかしながら近年では、混合プラスチックを分別回収する技術として、たとえば静電選別という技術が開発されている。静電選別は、摩擦帯電序列を利用して混合プラスチックをプラスチックの樹脂種類毎に分別回収する技術である。摩擦帯電序列とは、異種材料同士を摩擦したときに正に帯電しやすい物質を上位に、負に帯電しやすいものを下位に並べた序列である。

静電選別では、摩擦帯電序列の異なる複数種類のプラスチックの混合体が、まず摩擦帯電される。次に帯電した各種類のプラスチックが静電場を通過する。この際、正負の帯電の差および帯電量の大小差などの静電気力に起因して、各種類のプラスチックの静電場を通過する軌跡が異なる。この軌跡の差異により各種類のプラスチックが樹脂種類毎に分別回収される。

この選別手法において、摩擦帯電装置は代表的には、たとえば円筒状、角柱状などの帯電容器であり、内部に攪拌羽根を備えている。この帯電容器に所定量の混合プラスチックが投入されて所定時間攪拌されることで混合プラスチックが摩擦帯電される。この帯電工程は選別工程と並ぶ重要な工程であり、高精度な静電選別を行うには樹脂種に応じて所定の帯電量をバラツキなく付与する必要がある。

帯電現象には、帯電時間に伴い帯電量が増加し、ある時間以降は一定の飽和量に至るという性質がある。したがって再現性良く安定に帯電する一つの方法は、混合プラスチックをバッチ式の帯電装置で飽和に十分な時間確実に帯電することである。このようなバッチ式の帯電装置を用いて連続操業可能な静電選別装置を構成した事例が、たとえば特開２００１−３２１６９４号公報（特許文献１）に提案されている。

この静電選別装置は、複数のバッチ式の帯電装置を３台組み合わせて切り替え運転を行い、全体として混合プラスチックの連続的な供給排出を実現している。しかしながらこの方式は、一つの選別ラインに３個の帯電装置を必要とし、更には３系統から供給されるプラスチックを統合するバッファタンク、それらをつなぐ搬送機構、切替機構、制御機構などの追加設備を必要とする。そのため帯電装置、選別装置を各１個単純に組み合わせた静電選別装置と比べると、コストおよびスペースが約３倍必要となるため実用化が難しいという課題がある。なお、静電選別装置では選別部に比べ帯電部が相対的に大きく、容積割合では帯電部が主たる部分を占める。

ところで、１個の帯電装置で混合プラスチックの連続的な供給排出が可能な技術は、別途複数提案されている。たとえば特開２００４−１３６２０７号公報（特許文献２）に記載された帯電装置では、筒状の帯電容器が横置きされ、帯電容器の軸心がやや傾斜して設置されている。帯電容器が回転した際、帯電容器の内周面にプラスチック片を攪拌するように攪拌羽根が設けられている。傾斜上方側の帯電容器端部の投入口から投入されたプラスチック片は、攪拌羽根の効果で摩擦帯電され、同時に傾斜により帯電容器内面の下半分を樋を流れる水のように滑落し、傾斜下方側の帯電容器端部の排出口から連続的に排出される。

この帯電装置では、プラスチック片の滑落速度が相対的に大きく、たとえば実用的な寸法に近い１ｍ程度の長さの帯電筒であってもプラスチック片の帯電容器滞留時間（帯電時間）が１〜２分程度にしかならないという課題がある。さらに滑落速度が一定せず滞留時間が不安定でプラスチック片毎の滞留時間のバラツキが大きいという課題がある。

傾斜面におけるプラスチック片の滑りの状態（すべり速度）はたとえば傾斜角度などの設計要因にも依存するが、それ以外に混合プラスチックに含まれる微小な破砕片の量、破砕片の形状、樹脂の種類などの制御不能な要因にも依存するため、得られる滞留時間が不安定である。飽和に至る帯電を得るにはたとえば１０分程度以上の滞留時間が必要であり、この帯電容器では望ましい平均帯電時間およびバラツキの小さな帯電時間（滞留時間）の分布が得られないという欠点がある。

帯電時間を長くし得る摩擦帯電装置がたとえば特開２００１−２７６６５８号公報（特許文献３）に記載されている。この摩擦帯電装置では、傾斜設置された帯電容器内に複数の仕切板が挿入されており、仕切板の一部がプラスチックの通過穴として切り欠かれている。そして、隣接する仕切板ではこの切欠き部の位置が約１８０°ずらされている。プラスチック片は帯電容器の内周面の下半分に沿って傾斜の上方側から下方側に滑落する。

その際、切欠き部は隣接する上方側の仕切板と下方側の仕切板とで角度が１８０°ずれているため、プラスチック片は上方側の切欠き部を通過した後、下方の仕切板で一旦停止され、帯電容器が半回転するのを待って下方側の仕切板の切欠き部を通過する。以降、順次同じ動作が繰り返される。その結果、仕切板が無い場合に比べてプラスチック片の滞留時間、即ち帯電時間が長くなる効果がある。

しかしながら、この摩擦帯電装置により増加する帯電時間の増分は、０．２分程度であり、必要な１０分程度以上の帯電時間を得るに十分ではない。この帯電時間の増分は次のように試算された。帯電時間の増分＝０．５回転×６回待ち÷帯電容器の回転速度＝０．２分。この試算の条件としては、帯電容器の回転速度は１５回転／分とし、帯電容器の長さは１ｍとし、帯電容器内の仕切板の枚数は６枚とし、切欠き部の位置のずれた角度は１８０°とした。さらにはこの摩擦帯電装置においても、滞留時間の主要な部分は帯電容器の内周面の滑落時間であるため、帯電時間が不安定でバラツキが大きい点に変わりはない。

特開２００１−３２１６９４号公報 特開２００４−１３６２０７号公報 特開２００１−２７６６５８号公報

上記のように従来の摩擦帯電装置では、簡素な装置構成で、混合プラスチックを連続して供給および排出しながら必要な帯電時間を確保し帯電時間のバラツキを小さくすることは困難である。本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な装置構成で、必要な帯電時間を確保しつつ帯電時間のバラツキを小さくすることができる摩擦帯電装置および静電選別装置を提供することを目的とする。

本発明の摩擦帯電装置は、２種以上のプラスチックの混合物を帯電させるための摩擦帯電装置であって、一端に２種以上のプラスチックの混合物を受入れるための受入口と他端に２種以上のプラスチックの混合物を排出するための排出口とを有する筒状の帯電容器と、帯電容器の内周面に固定され、帯電容器の内部空間を仕切り、かつ中央に開口穴を有する環形状の仕切板とを備えている。

本発明の摩擦帯電装置によれば、帯電容器の内周面に固定され、帯電容器の内部空間を仕切り、かつ中央に開口穴を有する環形状の仕切板とを備えているため、仕切板の開口穴を通してプラスチックの混合物が排出口側へ送られる。そのため帯電容器の内周面と仕切板との間からプラスチックの混合物が排出口側へ送られることを防止できる。また仕切板でプラスチックの混合物を帯電容器に留めることで帯電時間を長くすることができる。これにより必要な帯電時間を得ることができる。さらに帯電容器の内周面と仕切板との間からプラスチックの混合物が排出口側へ送られることを防止できるため、プラスチックの混合物を帯電容器内に精度良く保持することができる。このため帯電時間のバラツキを小さくすることができる。そのため、仕切板を備えた簡素な装置構成で、必要な帯電時間を確保しつつ帯電時間のバラツキを小さくすることができる。

本発明の実施の形態１における静電選別装置の概略斜視図である。 本発明の実施の形態１における摩擦帯電装置の概略斜視図である。 本発明の実施の形態１における帯電時間と開口率との関係を示す図である。 面積の帯電量と帯電時間との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における排出流量／供給流量と帯電開始後の経過時間との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１における供給配管部材が受入口に挿入された状態を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１における取り出し配管部材が排出口に挿入された状態を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２における摩擦帯電装置の概略斜視図である。 本発明の実施の形態２における摩擦帯電装置内での羽根部材の状態を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態３における仕切板の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態３における多量プラスチックの帯電量と原料中の少量プラスチックの混合割合との関係を示す図である。 本発明の実施の形態４における電界調整リングが取り付けられた仕切板を示す概略平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に本発明の実施の形態１の静電選別装置の構成について説明する。

図１を参照して、静電選別装置１００は、帯電した２種以上のプラスチックの混合物（混合プラスチック）１を選別するための装置である。プラスチックの混合物１は、プラスチックの破砕物、粒状物などからなっている。プラスチックの混合物１は、プラスに帯電するプラスチック１ａとマイナスに帯電するプラスチック１ｂとを含んでいる。静電選別装置１００は、摩擦帯電装置１０と、供給装置２０と、搬送機３０と、選別装置４０と、回収容器５０とを主に有している。

図２を参照して、摩擦帯電装置１０は、２種以上のプラスチックの混合物１を帯電させるための装置である。摩擦帯電装置１０は、帯電容器２と、仕切板３とを主に有している。

帯電容器２は、筒状に形成されている。帯電容器２は、円筒状、多角柱形状などに形成されていてもよい。帯電容器２は、軸心ＡＸを中心に矢印Ｒ１方向に回転可能に構成されている。帯電容器２は、上下方向に所定角度傾斜されていてもよい。帯電容器２は、一端に２種以上のプラスチックの混合物１を受入れるための受入口２ａを有している。帯電容器２は、他端に２種以上のプラスチックの混合物１を排出するための排出口２ｂとを有している。

仕切板３は環形状に形成されている。仕切板３は、帯電容器２の内周面に固定されている。仕切板３は、帯電容器２の内周面に隙間無く設けられている。仕切板３は、帯電容器２の内部空間ＩＳを仕切るように設けられている。仕切板３は複数設けられていてもよい。１つの仕切板３によって内部空間ＩＳは、たとえば第１の内部空間ＩＳ１と第２の内部空間ＩＳ２に仕切られている。仕切板３は中央に開口穴３ａを有している。開口穴３ａによって第１の内部空間ＩＳ１と第２の内部空間ＩＳ２とは連続して通じている。

摩擦帯電装置１０は、羽根部材４を有していてもよい。羽根部材４は、仕切板３で仕切られた内部空間ＩＳ内で帯電容器２の内周面に固定されている。羽根部材４は、帯電容器２の軸心ＡＸに向かって延びるように設けられている。羽根部材４は、搬送用羽根４ａと、攪拌用羽根４ｂとを有していてもよい。搬送用羽根４ａは帯電容器２の径方向の長さが攪拌用羽根４ｂの径方向の長さよりも長くなるように形成されている。搬送用羽根４ａは帯電容器２の径方向の長さが開口穴３ａに届かないように形成されている。搬送用羽根４ａは、開口穴３ａに対してたとえば５ｃｍ程度以上離れるように形成されている。

摩擦帯電装置１０は、回転装置１１を有していてもよい。回転装置１１は、帯電容器２を軸心ＡＸを中心に矢印Ｒ１方向に回転可能に構成されている。

供給装置２０は、２種以上のプラスチックの混合物１を摩擦帯電装置１０に供給するための装置である。搬送機３０は、たとえば加振による振動搬送フィーダが用いられ得る。搬送機３０は、供給装置２０から供給されたプラスチックの混合物１を摩擦帯電装置１０に搬送するための第１の搬送機３０ａと、摩擦帯電装置１０から排出されたプラスチックの混合物１を選別装置４０に供給するための第２の搬送機３０ｂとを有している。

選別装置４０は、摩擦帯電装置１０において帯電した２種以上のプラスチックの混合物１の帯電状態により２種以上のプラスチックの混合物１を選別するように構成されている。選別装置４０は、第１の電極部材４０ａと第２の電極部材４０ｂとを有している。第１の電極部材４０ａと第２の電極部材４０ｂとはたとえば直流電源によって異なる電圧が印加されるように構成されている。第１の電極部材４０ａは、たとえばプラスの電圧が印加されるように構成されている。第２の電極部材４０ｂは、たとえばマイナスの電圧が印加されるように構成されている。第１の電極部材４０ａと第２の電極部材４０ｂとは、帯電したプラスチックの混合物１が落下する領域に向かい合うように配置されている。

回収容器５０は、選別装置４０の下方に配置されている。回収容器５０は、第１の回収容器５０ａと第２の回収容器５０ｂとを有している。第１の回収容器５０ａはプラスに帯電したプラスチック１ａを回収するための容器である。第２の回収容器５０ｂはマイナスに帯電したプラスチック１ｂを回収するための容器である。第１の回収容器５０ａは、第２の電極部材４０ｂの下方に配置されている。第２の回収容器５０ｂは、第１の電極部材４０ａの下方に配置されている。

次に本実施の形態の静電選別方法について説明する。
図１を参照して、選別の原料であるプラスチックの混合物１は、供給装置２０から第１の搬送機３０ａを経由して摩擦帯電装置１０に搬送される。搬送されたプラスチックの混合物１は、帯電容器２の受入口２ａから帯電容器２の内部空間ＩＳに連続的に投入される。投入されたプラスチックの混合物１は帯電容器２内において、所定時間帯電処理がなされる。その結果、プラスチックの帯電列に従い、プラスに帯電する樹脂種類のプラスチック１ａはプラスに帯電し、マイナスに帯電する樹脂種類のプラスチック１ｂはマイナスに帯電する。

帯電容器２の排出口２ｂより連続的に取り出された帯電したプラスチックの混合物１は、第２の搬送機３０ｂで選別装置４０により形成される静電場に導かれる。第２の搬送機３０ｂから静電場中に放出された帯電したプラスチックの混合物１は、静電気力の差に起因する落下軌跡の差異で、第１の回収容器５０ａと第２の回収容器５０ｂとに分かれて回収される。

続いて摩擦帯電装置による摩擦帯電についてさらに詳しく説明する。
図２を参照して、２成分のプラスチック１ａ，１ｂよりなる混合プラスチック１は、受入口２ａから帯電容器２の第１の内部空間ＩＳ１に連続的に供給される。本実施の形態では、帯電容器２は上下方向に傾斜して保持されており、帯電容器２は傾斜した状態で軸心ＡＸの周りを回転装置１１により所定回転数で回転する。

第１の内部空間ＩＳ１内のプラスチック片は、回転する搬送用羽根４ａおよび攪拌用羽根４ｂの働きにより一旦持ち上げられ、次いで空中に放出され落下し、同様の運動を繰り返す。その際、プラスチック片同士、プラスチック片と搬送用羽根４ａおよび攪拌用羽根４ｂ、プラスチック片と帯電容器２内面が接触し摩擦帯電する。また、摩擦帯電と共に、上記持ち上げ−放出・落下過程の中で、攪拌用羽根４ｂも帯電容器２と同様に傾斜しているので、プラスチック片は排出口２ｂの方向に位置をややシフトして落下する。その結果プラスチック片は回転により帯電しつつ且つ開口穴３ａの方向に少しずつ移動し、最終的に搬送用羽根４ａにより持ち上げられ、空中に放出され、落下するようになる。

本実施の形態では、搬送用羽根４ａは、羽根の径方向の長さが攪拌用羽根４ｂよりも長く、且つ開口穴３ａに届かないように例えば５ｃｍ程度以上控えて設定されている。径方向の長さが攪拌用羽根４ｂよりも長い搬送用羽根４ａにより開口穴３ａ近傍まで遠くに、たとえば５ｃｍ以上飛ばされたプラスチック片は、一部は開口穴３ａを通過することで隣の第２の内部空間ＩＳ２に移り、残りのプラスチック片は開口穴３ａを通らず第１の内部空間ＩＳ１に留まる。

第１の内部空間ＩＳ１内に滞留するプラスチック片の量は運転当初は増大し、それに伴い放出・落下量も増大する。これにより開口穴３ａを通過するプラスチック片の量も当初は増大する。そして、プラスチック片が所定量溜まると第１の内部空間ＩＳ１を出入りするプラスチック片の量がバランスし、定常状態に至る。

すなわち、運転開始当初は帯電容器２内は空であるため、第１の内部空間ＩＳ１にまずプラスチック片が所定量溜まる必要がある。具体的には各内部空間ＩＳ１，ＩＳ２などにおいて立上げ当初、下流側に排出されるプラスチック量が定格時に比べて少なく、上流側から供給されるプラスチック量と差が生じ、各内部空間ＩＳ１，ＩＳ２などにプラスチック片が充填される。定常状態に至る頃には、各内部空間ＩＳ１，ＩＳ２などにプラスチック片が所定量溜まり各内部空間ＩＳ１，ＩＳ２などから排出されるプラスチック量が順次増大することで、上流側から供給されるプラスチック量とバランスし定常状態に至る。

プラスチック片の滞留時間は帯電容器２内全体のプラスチック片の滞留量を供給量（供給速度）で除したものである。この滞留時間が帯電時間に相当する。図３を参照して、帯電時間は仕切板３の開口率（仕切板３の面積に対する開口穴３ａの面積の割合）に大きく依存する。

帯電量と帯電時間の関係は帯電条件（たとえば、帯電容器２内の充填量、帯電時の温度・湿度、混合プラスチック１中の不純物量など）に依存する。図４は、従来のバッチ式の帯電容器について、多様な試験条件での帯電量のデータを帯電時間に関し整理したものである。この試験条件について詳述する。内容積約９Ｌの円筒状の帯電容器２に、プラスチック成形品を破砕して得られた２種類のプラスチック破砕片（ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂）混合物を０．６−２．０ｋｇ充填し、所定の時間帯電した。帯電後、帯電容器２からプラスチック破砕片を取り出し、各破砕片の帯電量、重量を測定した。プラスチック片は破砕片であり不定形状であるため、重量より球状を仮定した表面積を算出し、面積あたりの帯電量として整理した。

図４に示す「面積の帯電量」は、ＡＢＳ樹脂破砕片の面積当たりの帯電量（＋に帯電）からポリスチレン樹脂の面積当たりの帯電量（−に帯電）を差し引いた数値である。この数値は静電選別の容易さを示す数値である。摩擦帯電は、プラスチック破砕片同士の衝突形態、含水量、破砕片中あるいは表面に付着する不純物量等により影響を受ける。ただし帯電時間が１０分程度を越えると、帯電条件が一定の範囲内にあれば、図４に示すようにほぼ一定の帯電量に収斂する。つまり、帯電時間として１０分程度を越えれば帯電が飽和に至り安定する。

再び図３を参照して、帯電時間として１０分程度を達成可能な開口率は、供給量３ｋｇ／分では、開口率４０％程度以下である。より大きな原料供給量（たとえば８ｋｇ／分前後）において、帯電時間として１０分程度を達成するには開口率として１７−１８％程度が必要である。

これにより類似の仕切板３を有する帯電容器２でありながら、帯電可能なプラスチック片の供給量を２．６倍に拡大できる。すなわち、帯電時間１０分とするためには、３ｋｇ／分では開口率４０％であり、８ｋｇ／分では開口率１７−１８％である。そして、３ｋｇ／分と８ｋｇ／分とを比較すると約２．６倍となる。そのため、開口率を１７−１８％にすることで供給量を約２．６倍に拡大できる。

但し仕切板３がたとえばプラスチックで構成される場合、開口率が１０％未満と小さくなると、仕切板３自身も帯電し仕切板３の帯電荷がプラスチック片の開口穴３ａの通過に対して大きな影響を及ぼすようになる。たとえば、仕切板３と同極性に帯電したプラスチック片の開口穴３ａの通過を、静電気力（反発）が顕著に抑制するようになる。

その結果、帯電容器２内の混合プラスチック１の混合割合が、原料の混合プラスチック１の混合割合からズレてくる。混合割合のズレは後述するように、帯電量の面でよい結果を生む場合がある反面、極度に混合割合がズレると帯電したプラスチック片を電界場で分離する選別工程において、悪影響が出る場合がある。つまり選別純度が低下する場合がある。

その場合、以下の対応が有効である。仕切板３の開口率が大き目に設定される。たとえば開口率は４０％程度に設定される。帯電序列が２種類のプラスチック片の中間位にある材料で仕切板３が構成される。後述するように仕切板３による静電気力の影響を打ち消す電界調整リング１５（図１２参照）が開口穴３ａに隣接して設けられる。

なお、仕切板３を設けない従来例は開口率１００％に相当するが、供給量を３ｋｇ／分にしても帯電時間が５分弱であり、安定した静電選別性能を得るには不十分である。

次に仕切板３の堰としての効果を十分に発揮する方法について述べる。
プラスチック粒子毎の帯電を均一に行うには、上述のように平均的な滞留（帯電）時間として１０分程度以上を確保する必要があるが、それと共に滞留時間の分布を小さく抑える必要がある。

図５は、本実施の形態において帯電開始後（帯電容器２へ混合プラスチック１を供給開始後）の経過時間と排出口２ｂにおける排出流量との関係を示したものである。図５の縦軸は排出流量を供給流量で除した値である。本実施の形態では仕切板３と帯電容器２内面との間に隙間を生じないよう仕切板３が固定されている。これにより、仕切板３と帯電容器２内面との間を通過する仕切板３を短絡するプラスチック片の流れが抑制される。

その結果、帯電時間１０分未満で排出される粒子の割合が１０％程度以下であり、シャープな滞留時間分布を得ることができる。このシャープな滞留時間分布について説明する。図５に示すように平均帯電時間である１１．５分の約０．５分前から流量が立ち上がり、平均帯電時間の約０．５分後に入口側供給量の約８割まで立ち上がる。大多数のプラスチックの滞留時間が滞留時間平均値（１１．５分）の±０．５分の間に収まることを、シャープな滞留時間分布と称している。

図５に示すように、本実施の形態では、必要な帯電時間を実現しつつ、プラスチックの混合物１を帯電容器２内に精度良く保持することで帯電時間のバラツキを小さくすることができる。

ところで、本実施の形態では、帯電容器２が回転することで、受入口２ａおよび排出口２ｂも回転する。そのため、混合プラスチック１の供給配管系と受入口２ａとの接続および混合プラスチック１の取り出し配管系と排出口２ｂとの接続が難しい。

図６を参照して、摩擦帯電装置１０は、２種以上のプラスチックの混合物１を内部空間ＩＳ内に供給可能な供給配管部材１２を有していてもよい。供給配管部材１２は、受入口２ａに挿入された状態で２種以上のプラスチックの混合物１を内部空間ＩＳ内に供給するように構成されている。帯電容器２の回転を許容するため受け入れ側の帯電容器２端部が回転軸受１３で支持されている。回転軸受１３の回転軸部に受入口２ａが貫通して設けられている。受入口２ａに供給配管部材１２の供給口が挿入されている。これにより、簡易な配管接続の構造のまま、プラスチック片を周囲に飛散および落下させること無く連続的にコンパクトに供給することが可能である。

図７を参照して、排出口２ｂ側についても、受入口２ａ側と同様の構造が適用可能である。すなわち、２種以上のプラスチックの混合物１を内部空間ＩＳ内から取り出し可能な取り出し配管部材１４を有していてもよい。取り出し配管部材１４は、排出口２ｂに挿入された状態で２種以上のプラスチックの混合物１を内部空間ＩＳ内から取り出すように構成されている。帯電容器２の回転を許容するため排出側の帯電容器２端部が回転軸受１３で支持されている。回転軸受１３の回転軸部に排出口２ｂが貫通して設けられている。排出口２ｂに供給配管部材１２の取り出し口が挿入されている。これにより、簡易な配管接続の構造のまま、プラスチック片を周囲に飛散および落下させること無く連続的にコンパクトに排出することが可能である。

また、排出口２ｂは帯電したプラスチック片を取り出すだけでよいので、回転軸受１３の回転軸部以外の箇所、たとえば円筒状または多角柱状の帯電容器２の排出口２ｂ側端部の外周面に排出口を設け、遠心力などを利用して周方向に取り出してもよい。その場合プラスチック片は周辺に飛散するが、外部カバーを取り付けるなどにより回収可能である。

次に本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の摩擦帯電装置１０によれば、帯電容器２の内周面に固定され、帯電容器２の内部空間ＩＳを仕切り、かつ中央に開口穴３ａを有する環形状の仕切板３とを備えているため、仕切板３の開口穴３ａを通してプラスチックの混合物１が排出口２ｂ側へ送られる。そのため帯電容器２の内周面と仕切板３との間からプラスチックの混合物１が排出口２ｂ側へ送られることを防止できる。また仕切板３でプラスチックの混合物１を帯電容器２に留めることで帯電時間を長くすることができる。これにより必要な帯電時間を得ることができる。さらに帯電容器２の内周面と仕切板３との間からプラスチックの混合物１が排出口２ｂ側へ送られることを防止できるため、プラスチックの混合物１を帯電容器２内に精度良く保持することができる。このため帯電時間のバラツキを小さくすることができる。そのため、仕切板３を備えた簡素な装置構成で、必要な帯電時間を確保しつつ帯電時間のバラツキ小さくすることができる。

また、本実施の形態の摩擦帯電装置１０によれば、仕切板３で仕切られた内部空間ＩＳ内で帯電容器２の内周面に固定され、帯電容器２の軸心ＡＸに向かって延びるように設けられた羽根部材４を有しているため、羽根部材４がプラスチックの混合物１を持ち上げ、空中に放出する。これにより、プラスチックの混合物１を開口穴３ａに効率的に通過させることができる。

また、本実施の形態の摩擦帯電装置１０によれば、仕切板３の面積に対する開口穴３ａの面積の割合が１０％以上４０％以下である。これにより、必要な帯電時間を得ることができる。また、選別純度の低下を抑制できる。

また、本実施の形態の摩擦帯電装置１０によれば、供給配管部材１２は、受入口２ａに挿入された状態で２種以上のプラスチックの混合物１を内部空間ＩＳ内に供給するように構成されている。これにより、簡易な配管接続の構造のまま、プラスチック片を周囲に飛散および落下させること無く連続的にコンパクトに供給することができる。

また、本実施の形態の摩擦帯電装置１０によれば、取り出し配管部材１４は、排出口２ｂに挿入された状態で２種以上のプラスチックの混合物１を内部空間ＩＳ内から取り出すように構成されている。これにより、簡易な配管接続の構造のまま、プラスチック片を周囲に飛散および落下させること無く連続的にコンパクトに排出することができる。

本実施の形態の静電選別装置は、上記の摩擦帯電装置１０において帯電した２種以上のプラスチックの混合物１の帯電状態により２種以上のプラスチックの混合物１を選別するため、必要な帯電時間をバラツキ小さく実現することができる。これにより、２種以上のプラスチックの混合物１を正確に選別することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、実施の形態１と比較して、摩擦帯電装置１０の構成が主に異なっている。

図８を参照して、本実施の形態の摩擦帯電装置１０では、帯電容器２は略水平に配置されている。帯電容器２は略水平な軸心ＡＸの周りを矢印Ｒ２方向に回転するように構成されている。

羽根部材４は、プラスチック片を排出口２ｂの方向に搬送するよう傾斜して帯電容器２の内壁に設けられている。羽根部材４は、実施の形態１の搬送用羽根４ａと攪拌用羽根４ｂとを兼用するように構成されている。すなわち、羽根部材４は、実施の形態１の搬送用羽根４ａと攪拌用羽根４ｂとの２つの役割を共に有している。

搬送用羽根４ａは羽根部材４近傍のプラスチック片を帯電容器２の回転と共に下から上に持ち上げ、放出する際には少なくともその一部が排出口２ｂに届くようにプラスチック片を跳ね上げる必要がある。したがって攪拌用羽根４ｂよりも大きい力でプラスチック片を放出する必要がある。一方、攪拌用羽根４ｂはそのような機能は不要であるが、攪拌が強すぎると帯電処理の際プラスチック片が破砕または磨耗し、発生したプラスチック微粉が帯電を阻害するケースも生ずる。したがって搬送に必要な最小限の力で羽根を動作させることが望ましい。そのような羽根部材４の条件は、羽根部材４の長さおよび帯電容器２の回転数で調整することができる。

図９を参照して、羽根部材４の受入口側端部４１が羽根部材４の排出口側端部４２より帯電容器２の回転方向Ｒ２の上流側Ｙに位置している。

本実施の形態の摩擦帯電装置１０の動作について説明する。
図８および図９を参照して、本実施の形態の摩擦帯電装置１０において、帯電容器２は略水平な軸心ＡＸの周りを矢印Ｒ２方向に所定回転数で回転する。帯電容器２の内周面にとりつけられた羽根部材４は、羽根部材４近傍のプラスチック片を帯電容器２の回転と共に下から上に持ち上げ（左回りの回転の場合、たとえば時計の針で６時→５時→４時のように順次回転する）、更に回転が進み羽根部材４の方向が水平方向を越えると（たとえば時計の針で３時→２時→１時のように回転が進む）プラスチック片が羽根部材４の上を滑り、最終的に羽根部材４から放出され落下する。

羽根部材４の受入口側端部４１が羽根部材４の排出口側端部４２より帯電容器２の回転方向Ｒ２の上流側Ｙに位置するように羽根部材４が傾斜して設置されているため、羽根部材４上をプラスチック片が滑る際および羽根部材４から放出され落下する際、排出口２ｂの方向（以下、適宜進行方向と呼ぶ）にプラスチック片は位置をややシフトする。すなわち、第１の内部空間ＩＳ１内のプラスチック片は帯電しながら進行方向に移動する。

そして進行方向側にある仕切板３近傍に到着したプラスチック片は、進行方向にやや角度を振って羽根部材４から開口穴３ａの方向に放出され、その一部が開口穴３ａを通過して進行方向に隣接する第２の内部空間ＩＳ２に移る。上記動作が順次繰り返されることで、プラスチック片が受入口２ａ側の第１の内部空間ＩＳ１から排出口２ｂ側の第２の内部空間ＩＳ２に移動する。このようにして、プラスチック片の連続的な供給排出が可能となる。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成および動作は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態の摩擦帯電装置１０によれば、羽根部材４の受入口側端部４１が羽根部材４の排出口側端部４２より帯電容器２の回転方向Ｒ２の上流側Ｙに位置しているため、羽根部材４によって、プラスチックの混合物１を排出口２ｂの方向へ移動させることができる。これにより、これにより、プラスチックの混合物１を開口穴３ａにさらに効率的に通過させることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、実施の形態１と比較して、仕切板の構成１０が主に異なっている。

図１０を参照して、本実施の形態の仕切板３の表面部分３ｓは、２種以上のプラスチックの混合物１と接触することで仕切板３が摩擦帯電する材料から構成されている。仕切板３の表面部分３ｓは、２種以上のプラスチックの混合物１のうち混合割合の小さなプラスチックと同じ材料から構成されている。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成および動作は上述した実施の形態１と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態の摩擦帯電装置１０によれば、仕切板３の表面部分３ｓは、２種以上のプラスチックの混合物１と接触することで仕切板３が摩擦帯電する材料から構成されているため、仕切板３を摩擦帯電させることができる。そのため、仕切板３の静電気力によりプラスチックの混合物１が開口穴３ａを通過する量を調整することができる。

また、本実施の形態の摩擦帯電装置１０によれば、仕切板３の表面部分３ｓは、２種以上のプラスチックの混合物１のうち混合割合の小さなプラスチックと同じ材料から構成されているため、仕切板３が少量プラスチック片と同極性に摩擦帯電する。これにより少量成分のプラスチック片の帯電荷と同極性の電圧が開口穴３ａに印加される。

その結果、仕切板３が混合プラスチック１の少量成分が開口穴３ａを通過するのを静電気力（反発力）で妨害するため、帯電容器２内部の少量プラスチック片の混合割合が増大する。帯電容器２内のプラスチック片の混合割合が変化すると、一般的には帯電量が変化する。

図１１を参照して、従来例（バッチ式の帯電容器）では、少量プラスチック片の混合割合がたとえば１０％程度以下になると少量プラスチック片と多量プラスチック片との間の衝突頻度が減り、多量プラスチック片の帯電量（絶対値）の平均値が減少する。その状態で選別すると、多量プラスチック片の一部が少量プラスチック片の回収容器側に誤選別され、回収された少量プラスチック片の純度低下が生じる。さらに回収された多量プラスチック片の回収率が低下する。

一方、本実施の形態の本発明例（開口率４１％）では、原料中の少量プラスチック片の混合割合が減少しても、仕切板３による静電気力で帯電容器２内部の少量プラスチック片の混合割合が高く維持される。そのため、原料中の少量プラスチック片の混合割合が１０％程度においても、多量プラスチック片の帯電量は混合割合が２０〜３０％の場合とほぼ同じとなる。したがって、本発明例では、従来例に比べて大きな帯電量を得ることができる。すなわち、少量成分の混合割合が１０％程度、あるいはそれ以下に小さいケースであっても、格別の措置を講ずること無く安定な静電選別を行うことができる。

上記とは別途の帯電試験により、２種類の開口率の仕切板３を用いて、帯電しつつ帯電容器内の少量プラスチックと多量プラスチックとの混合割合を分析した。この帯電試験では、仕切板の開口率は４１％と１３％とした。この帯電試験の結果、仕切板の開口率が４１％の場合、原料中の少量プラスチック片の混合割合が８％、帯電容器２内の少量プラスチック片の混合割合が１８％であった。

一方、仕切板３の開口率が１３％の場合、原料中の少量プラスチック片の混合割合が９％、帯電容器２内の少量プラスチック片の混合割合が３６％であった。この場合には、帯電容器２内の少量プラスチック片の混合割合が更に大きくなり、今後は組成の面で逆に、多量プラスチック片の回収側に少量プラスチック片が混入する弊害が生じる。したがって、片側のプラスチック片の混合割合が少量であり、少量プラスチック片と同じプラスチック材料で仕切板３を構成する場合、帯電量の安定化と選別純度の維持という観点から最適な開口率が存在する。本実施の形態の仕切板３では開口率４０％程度が特に望ましい。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、実施の形態３と比較して、摩擦帯電装置が電界調整リングを備えている点で主に異なっている。実施の形態３では、仕切板として特定の素材を選定して摩擦帯電により所定の極性の電圧を開口穴に印加する例を示した。その他の方法として、開口穴の外周に高電圧を印加した電界調整リングを開口穴に隣接して設けることで、開口穴に電位をかけることができる。

図１２を参照して、電界調整リング１５は、電圧が印加されることで電界を調整可能に構成されている。電界調整リング１５は、たとえば導電性素材を絶縁性素材で被覆した導電性ケーブルなどより構成されている。電界調整リング１５は仕切板３の開口穴３ａの周囲を囲むように配置されている。たとえば直流電源よりなる電圧印加機構１６により電界調整リング１５に所定の高電圧が印荷されるように電界調整リング１５は構成されている。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成および動作は上述した実施の形態３と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

実施の形態３のプラスチック素材による仕切板３の場合、表面には摩擦帯電によって、たとえば１−１０ｋＶ程度の電位がかかっている。一方、本実施の形態では電界調整リング１５が仕切板３の開口穴３ａの周囲を囲むように配置されているため、同程度の電圧を電界調整リング１５に印加し、開口穴３ａに実施の形態３と同様の電界をかけることができる。その結果、実施の形態３と同様の効果が得られる。

さらには本実施の形態では、印荷電圧を容易に調節可能であるため、以下のような付加機能も有する。実施の形態３において仕切板３がプラスチック素材よりなり帯電する場合開口率を過度に小さく（たとえば１０％未満）すると、混合割合の行き過ぎた変化が生じて選別工程に却って悪影響を及ぼすことがある。したがって開口率を４０％程度にしたため、帯電容器２の処理量の増大という視点では不十分となることがある。本実施の形態においては、電界調整リング１５に仕切板３の電荷とは逆の極性の適当な電圧を印加することで、開口穴３ａにかかる電位を任意に調整できる。したがって、帯電に最適な混合割合を維持すると共に、同時に帯電容器２の処理量を最大化（開口率を１０％にする）することが可能になる。

上記の各実施の形態は適宜組み合わせられ得る。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ プラスチックの混合物（混合プラスチック）、２ 帯電容器、２ａ 受入口、２ｂ 排出口、３ 仕切板、３ａ 開口穴、３ｓ 表面部分、４ 羽根部材、４ａ 搬送用羽根、４ｂ 攪拌用羽根、１０ 摩擦帯電装置、１１ 回転装置、１２ 供給配管部材、１３ 回転軸受、１４ 取り出し配管部材、１５ 電界調整リング、１６ 電圧印加機構、２０ 供給装置、３０ 搬送機、３０ａ 第１の搬送機、３０ｂ 第２の搬送機、４０ 選別装置、４０ａ 第１の電極部材、４０ｂ 第２の電極部材、４１ 受入口側端部、４２ 排出口側端部、５０ 回収容器、５０ａ 第１の回収容器、５０ｂ 第２の回収容器、１００ 静電選別装置、ＡＸ 軸心、ＩＳ 内部空間、ＩＳ１ 第１の内部空間、ＩＳ２ 第２の内部空間。

Claims (10)

1. ２種以上のプラスチックの混合物を帯電させるための摩擦帯電装置であって、
   一端に前記２種以上のプラスチックの混合物を受入れるための受入口と他端に前記２種以上のプラスチックの混合物を排出するための排出口とを有する筒状の帯電容器と、
   前記帯電容器の内周面に固定され、前記帯電容器の内部空間を仕切り、かつ中央に開口穴を有する環形状の仕切板とを備えた、摩擦帯電装置。
2. 前記仕切板で仕切られた前記内部空間内で前記帯電容器の内周面に固定され、前記帯電容器の軸心に向かって延びるように設けられた羽根部材をさらに備えた、請求項１に記載の摩擦帯電装置。
3. 前記羽根部材の前記受入口側端部が前記羽根部材の前記排出口側端部より前記帯電容器の回転方向の上流側に位置している、請求項２に記載の摩擦帯電装置。
4. 前記仕切板の表面部分は、前記２種以上のプラスチックの混合物と接触することで前記仕切板が摩擦帯電する材料から構成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦帯電装置。
5. 前記仕切板の表面部分は、前記２種以上のプラスチックの混合物のうち混合割合の小さなプラスチックと同じ材料から構成されている、請求項４に記載の摩擦帯電装置。
6. 電圧が印加されることで電界を調整可能な電界調整リングをさらに備え、
   前記電界調整リングが前記仕切板の前記開口穴の周囲を囲むように配置されている、請求項１〜５のいずれかに記載の摩擦帯電装置。
7. 前記仕切板の面積に対する前記開口穴の面積の割合が１０％以上４０％以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の摩擦帯電装置。
8. 前記２種以上のプラスチックの混合物を前記内部空間内に供給可能な供給配管部材をさらに備え、
   前記供給配管部材は、前記受入口に挿入された状態で前記２種以上のプラスチックの混合物を前記内部空間内に供給するように構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の摩擦帯電装置。
9. 前記２種以上のプラスチックの混合物を前記内部空間内から取り出し可能な取り出し配管部材をさらに備え、
   前記取り出し配管部材は、前記排出口に挿入された状態で前記２種以上のプラスチックの混合物を前記内部空間内から取り出すように構成されている、請求項１〜８のいずれかに記載の摩擦帯電装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の摩擦帯電装置と、
    前記摩擦帯電装置において帯電した前記２種以上のプラスチックの混合物の帯電状態により前記２種以上のプラスチックの混合物を選別するように構成された選別装置とを備えた、静電選別装置。

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