JP2014012257A - 摩擦帯電方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電選別法による選別精度を向上できる帯電方法及び装置を提供する。
【解決手段】摩擦帯電装置１は、異種の被帯電物が投入される帯電容器３と、帯電容器３に投入された被帯電物が互いに摩擦するように帯電容器３を回転駆動する回転駆動機構４とを備え、帯電容器３は被帯電物と接触し得る接触部７ａを有し、接触部７ａは帯電防止機能が付与された帯電防止材にて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被帯電物を摩擦により帯電させる摩擦帯電方法及びその方法を実施する装置に関する。

従来から異種材料の混合物を材料毎に選別する方法として、帯電のし易さ等の帯電特性が材料毎に相違することを利用した静電選別法が知られている。例えば、粉砕プラスチック片の種類に応じた極性や帯電量の電荷が付与されるように、種類の異なるプラスチック片の混合物を帯電させ、その混合物を所定の電界を横切るように落下させる。プラスチック片に帯電した電荷の極性や帯電量によって電界から受ける影響が異なるため、プラスチック片の落下位置が材料毎に異なる。これにより、プラスチック片の混合物を材料毎に選別することができる。

こうした静電選別法の前処理である摩擦帯電処理に用いられる装置として、特許文献１に記載の摩擦帯電方法に用いられている摩擦帯電装置（サイクロン）がある。これは、上部から空気を水平に吹き込むことによりその中の粒子を円筒に沿って回転させ、円筒内壁面および粒子同士の摩擦により帯電させるものである。

特開２００３−１０３１９７号公報

プラスチック等の絶縁体には、２種類の物質を摩擦させたときに相対的に正に帯電されやすいものから負に帯電されやすいものへと材料毎に順番に並べた図６に示した帯電列という序列が存在する。これは、互いに異なる２種類の物質を摩擦帯電させた場合に、帯電列上で一方の物質が他方の物質に対して相対的にプラス（正）側にあれば、一方の物質がプラス（正）に、他方の物質がマイナス（負）にそれぞれ帯電することを意味する。そして、互いに摩擦させる２種類の物質が帯電列上で離れているほど、プラス又はマイナスに帯電する帯電量は大きくなる。例えば、ＰＥＴとＰＰとを互いに摩擦帯電させた場合に、ＰＥＴはプラス（正）に、ＰＰはマイナス（負）にそれぞれ帯電するという具合である。

一般に、摩擦帯電処理に用いられる装置は、帯電容器の内壁と投入された被帯電物との摩擦及び投入された被帯電物同士の摩擦によって被帯電物を帯電させる。帯電容器の内壁の材質としては、互いに材質が異なる２種類の被帯電物のいずれか一方と同じ材質を採用するか、又は帯電列上において２種類の材質の間に位置する材質を採用することが知られている。例えば、ＰＥＴとＰＰとを被帯電物とした場合、帯電容器の材質としては、ＰＥＴ若しくはＰＰのいずれかの材質を採用するか、又は帯電列上においてＰＥＴとＰＰとの間に位置する材質、例えばＰＳやＰＥを採用することになる。これにより、２種類の被帯電物に対して材料毎に正負に分かれた帯電が可能であるとされてきた。

しかしながら、例えばＰＰやＰＥのように帯電列上において近接する物質を被帯電物とする場合には、帯電容器の内壁の材質を上記のように決定しても、材料毎に正負に分かれて帯電するといった望ましい帯電ができない場合がある。このような場合には、被帯電物に対して静電選別法を適用しても十分な精度で材料毎に選別することが期待できない。

そこで、本発明は、静電選別法による選別精度を向上できる帯電方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の摩擦帯電方法は、帯電容器に異種の被帯電物を投入し、前記被帯電物を前記帯電容器内で互いに摩擦させて帯電させる摩擦帯電方法において、前記帯電容器は前記被帯電物と接触し得る接触部を有し、前記接触部は帯電防止機能が付与された帯電防止材にて構成されていることを特徴とするものである（請求項１）。

この摩擦帯電方法によれば、被帯電物と接触し得る帯電容器の接触部が帯電防止材で構成されているため、その帯電防止材に付与された帯電防止機能によって帯電容器と被帯電物との摩擦による帯電が防止される。これにより、帯電容器の材料と被帯電物との帯電列上の序列に関わらず、帯電容器に投入された異種の被帯電物同士の摩擦よる帯電が効果的に行われる。その結果、帯電対象の異種の被帯電物同士が帯電列上で近接する場合でも、被帯電物の種類毎に極性が正負に分かれるなど異種の被帯電物の帯電状態を明確に区別できる。したがって、この摩擦帯電方法によって異種の被帯電物を帯電させてから静電選別法を使用した場合、その選別精度が向上する。

本発明の摩擦帯電方法の一態様として前記帯電容器は接地されてもよい（請求項２）。この態様によれば、帯電容器が接地されることで、帯電容器と被帯電物との摩擦による帯電を極力避けることができる。これにより、帯電容器に投入された異種の被帯電物同士の摩擦よる帯電が一層効果的に行われる。

帯電防止材にて構成される接触部は被帯電物と接触し得る部位であればどのような部位でもよい。例えば、帯電容器内に設けられた仕切板や翼などの構造物も被帯電物と接触するので、これらの構造物を接触部とすることもできる。また、本発明の摩擦帯電方法の一態様として前記接触部は前記帯電容器の内壁であってもよい（請求項３）。接触部が帯電容器の内壁であれば、帯電容器内に構造物を設けなくても帯電が可能となるので帯電容器の構造が簡素化される。また、帯電防止材の素材としては種々の材料を適用することができるが、例えば、前記帯電防止材として、帯電防止剤が練り込まれた合成ゴムが適用されてもよい（請求項４）。帯電防止剤が練り込まれた合成ゴムを帯電防止材として適用した場合にもっとも好ましい効果が得られた。

本発明の摩擦帯電装置は、異種の被帯電物が投入される帯電容器と、前記帯電容器に投入された前記被帯電物が互いに摩擦するように前記帯電容器を駆動する駆動手段とを備え、前記帯電容器は前記被帯電物と接触し得る接触部を有し、前記接触部は帯電防止機能が付与された帯電防止材にて構成されているものである（請求項５）。この摩擦帯電装置によれば、上記摩擦帯電方法を実施して上述した効果を得ることができる。

本発明の摩擦帯電装置の一態様として、前記帯電容器は、前記被帯電物が収容され、前記接触部に囲まれた断面多角形状の内部空間が形成された収容部を有し、前記駆動手段は、鉛直方向に対して横向きの姿勢に設定された回転軸線の回りに前記収容部が回転するように前記帯電容器を駆動してもよい（請求項６）。この態様によれば、被帯電物が収容された収容部が、鉛直方向に対して横向きの姿勢に設定された回転軸線の回りに回転することにより、収容部に収められた被帯電物は断面多角形状の内部空間の角部に堰き止められながらある程度回転した後に重力により崩れ落ちる。収容部の回転中に被帯電物が内部空間内でこのように運動するため、帯電容器内に攪拌翼等の工作物を設けずとも、異種の被帯電物を満遍なく攪拌して互いに摩擦させることができる。

以上説明したように、本発明の摩擦帯電法及び摩擦帯電装置によれば、被帯電物と接触し得る帯電容器の接触部が帯電防止材で構成されているため、その帯電防止材に付与された帯電防止機能によって帯電容器と被帯電物との摩擦による帯電が防止される。これにより、帯電容器の材質と被帯電物との帯電列上の序列に関わらず、帯電容器に投入された異種の被帯電物同士の摩擦よる帯電が効果的に行われ、それらの帯電状態を明確に区別できる。したがって、この摩擦帯電方法によって異種の被帯電物を帯電させてから静電選別法を使用した場合、その選別精度が向上する。

本発明の一形態に係る摩擦帯電装置の全体構成を示した斜視図。 実施例１の帯電状態を示した分布図。 実施例２の帯電状態を示した分布図。 実施例３の帯電状態を示した分布図。 比較例の帯電状態を示した分布図。 帯電列の一例を示した図。

図１に示すように、摩擦帯電装置１は各部を支持するフレーム２と、異種の被帯電物が投入される帯電容器３と、フレーム２に設置され帯電容器３を回転駆動する駆動手段としての回転駆動機構４と、被帯電物を帯電容器３に投入するためのホッパ５とを備えている。ホッパ５の下部には不図示の開口部が設けられており、その開口部が開かれることによってホッパ５内に貯蔵された被帯電物が帯電容器３に投入される。

帯電容器３は円筒状の本体部６と、その本体部６の内部に設けられ、被帯電物が収容される収容部７とを有する。本体部６は金属製の円形管として、収容部７は金属製の正方形管としてそれぞれ構成されており、収容部７は本体部６の内周面に内接するようにして溶接等の接合手段にて接合されている。本体部６は不図示のアース線に接続されている。したがって、帯電容器３の本体部６及び収容部７はそれぞれ接地されている。収容部７は被帯電物と接触し得る接触部７ａを有しており、その接触部７ａは帯電防止機能が付与された帯電防止材で構成されている。図示の摩擦帯電装置１では、帯電防止剤が塗布されたポリエチレンシートが帯電防止材として採用されていて、そのポリエチレンシートで収容部７の内面が覆われている。本形態における接触部７ａは収容部７の内壁、換言すれば帯電容器３の内壁に相当する。収容部７は正方形管で構成されているため、収容部７には断面正方形状の内部空間Ｓが形成される。内部空間Ｓの断面形状は、収容部７の形状を変更することで他の多角形状に変更することも可能である。内部空間Ｓの形状は正多角形でなくてもよい。なお、摩擦帯電処理時には収容部７の開口部は不図示の蓋で塞がれ内部空間Ｓは閉鎖される。

回転駆動機構４は、鉛直方向に対して横向きの姿勢に設定された回転軸線Ａｘの回りに回転可能な状態で帯電容器３を支持する左右一対の支持機構１０を有している。各支持機構１０は回転軸線Ａｘに対して平行に延びる回転軸１１を有しており、各回転軸１１には本体部６の外周面に接触するローラ部材１２が２つずつ固定されている。図１の手前側に位置する支持機構１０はその回転軸１１の端部が電動モータ１３と連結されている。したがって、電動モータ１３が駆動されると、電動モータ１３のトルクが回転軸１１に伝達され、その伝達トルクが各ローラ部材１２を介して本体部６の外周面に伝達される。これにより、帯電容器３は左右一対の支持機構１０にて支持されながら回転軸線Ａｘの回りに回転駆動される。なお、電動モータ１３のトルクを、ベルト機構やチェーン機構等の伝達機構を介して図１の奧側に位置する支持機構１０の回転軸１１に伝達させることにより、各支持機構１０に設けられた全てのローラ部材１２を用いて帯電容器３に対してトルク伝達することもできる。

帯電容器３に所定の被帯電物を投入し、回転駆動機構４によって帯電容器３を回転駆動することにより被帯電物が帯電容器３内で攪拌される。これにより、摩擦帯電装置１を用いて摩擦帯電法を実施できる。摩擦帯電装置１は、帯電容器３の接触部７ａが帯電防止材で構成されているため、その帯電防止機能によって帯電容器３と被帯電物との摩擦による帯電が防止される。これにより、帯電容器３の材料と被帯電物との帯電列上の序列に関わらず、帯電容器３に投入された異種の被帯電物同士の摩擦よる帯電が効果的に行われる。その結果、帯電対象の異種の被帯電物同士が帯電列上で近接する場合でも、被帯電物の種類毎に極性が正負に分かれるなど異種の被帯電物の帯電状態を明確に区別できる。したがって、この摩擦帯電方法によって異種の被帯電物を帯電させてから静電選別法を使用した場合、その選別精度が向上する。なお、帯電装置１の帯電容器３は接地されているので、帯電容器３と被帯電物との摩擦による帯電を極力避けることができる。これにより、帯電容器３に投入された異種の被帯電物同士の摩擦よる帯電が一層効果的に行われる。

また、被帯電物が収容される収容部７は、内部空間Ｓの回転軸線Ａｘを横切る断面形状が正方形状であるため、回転軸線Ａｘの回りに収容部７が回転することにより、収容部７に収められた被帯電物は内部空間Ｓの角部に堰き止められながらある程度回転した後に重力により崩れ落ちる。収容部７の回転中に被帯電物が内部空間Ｓ内でこのように運動するため、帯電容器３内に攪拌翼等の工作物を設けずとも、異種の被帯電物を満遍なく攪拌して互いに摩擦させることができる。

上述した摩擦帯電装置１を用いて異種の被帯電物の混合物を帯電させ、それぞれの被帯電物の帯電量を測定する試験を、以下の実施例１〜３及び比較例の条件で行った。なお、実施例１〜３及び比較例の各被帯電物は、全長３〜５ｍｍ程度の大きさの粒子状に形成され、同一分量に調整されている。

（実施例１）
接触部の材質：帯電防止材
被帯電物１：ポリプロピレン（ＰＰ）
被帯電物２：ポリエチレン（ＰＥ）
帯電容器回転数：１００ｒｐｍ
帯電処理時間：１１分

図２に示すように、実施例１においては、ＰＰが正に、ＰＥが負にそれぞれ帯電し、帯電状態が材料毎に正負に区別された分布となった。したがって、このように帯電した混合物であれば、その後に静電選別法を利用することでＰＰとＰＥとに選別できる。

（実施例２）
接触部の材質：帯電防止材
被帯電物１：ＡＢＳ樹脂（ＡＢＳ）
被帯電物２：ポリスチレン（ＰＳ）
帯電容器回転数：１００ｒｐｍ
帯電処理時間：１１分

図３に示すように、実施例２においては、ＰＳの若干数が帯電していないことを除き、ＡＢＳが正に、ＰＳが負にそれぞれ帯電し、帯電状態が材料毎に正負に区別された分布となった。したがって、このように帯電した混合物であれば、その後に静電選別法を利用することでＡＢＳとＰＳとに選別できる。

（実施例３）
接触部の材質：帯電防止材
被帯電物１：ＡＢＳ樹脂（ＡＢＳ）
被帯電物２：ポリスチレン（ＰＥ）
帯電容器回転数：１００ｒｐｍ
帯電処理時間：１１分

図４に示すように、実施例３においては、ＡＢＳが正に、ＰＥが負にそれぞれ帯電し、帯電状態が材料毎に正負に区別された分布となった。したがって、このように帯電した混合物であれば、その後に静電選別法を利用することでＡＢＳとＰＥとに選別できる。

（比較例）
接触部の材質：ポリプロピレンシート
被帯電物１：ポリプロピレン（ＰＰ）
被帯電物２：ポリエチレン（ＰＥ）
帯電容器回転数：１００ｒｐｍ
帯電処理時間：１１分

図５に示すように、比較例においては、ＰＰ及びＰＥのそれぞれで極性が正負に跨る帯電状態となっている。したがって、ＰＰとＰＥとが混在した帯電量が小さい領域では静電選別法を利用してＰＰとＰＥとに精度よく選別することができない。なお、実施例２及び実施例３において、接触部の材質を帯電防止材からポリプロピレンシートに変更した場合でも、この比較例と同じように、各被帯電物はその極性が正負に跨る帯電状態となり、静電選別法による材料毎の選別が困難であることを確認した。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。本発明の摩擦帯電方法は、被帯電物が上述した各種のプラスチックである場合に限らず様々な絶縁体の帯電に利用できる。

本発明の摩擦帯電法は、図示の装置を用いたものに限定されない。例えば、被帯電物を帯電容器に投入した状態で帯電容器を振動又は揺動させる装置を用いて本発明の摩擦帯電法を実施することもできる。また、帯電容器を駆動する駆動手段を用いることは例示にすぎない。したがって、回転、振動又は揺動等の動作を帯電容器に人力で与えることにより、本発明の摩擦帯電法を実施することもできる。

接触部を構成する帯電防止材としては、上記形態の他に、帯電防止剤が塗布され又は練り込まれたポリエチレン等のプラスチックシートや、帯電防止剤が練り込まれた合成ゴムシート等の様々な形態の素材を採用できる。なお、こうした種々の素材を帯電防止材として上記の各実施例と同様の試験を行ったところ、帯電防止剤が練り込まれた合成ゴム（帯電防止ゴム）を帯電防止材の素材とした場合に最も良好な試験結果が得られた。帯電防止材の材質としては、一般的なプラスチックの電気抵抗率１０^１６Ωｃｍ程度と比べて十分に大きい１０^２〜１０^７Ωｃｍの範囲内の電気抵抗率を有する材料であればよい。また、シート状の材料で接触部を構成することは一例にすぎない。例えば、帯電容器又は収容部の全体を帯電防止材で構成することも可能である。要するに、少なくとも被帯電物と接触する部分が帯電防止材で構成されていればよい。上記形態では、帯電容器の内壁を接触部としているが、例えば帯電容器内に仕切板や翼などの構造物を設けた場合、その構造物には被帯電物が接触するため、こうした構造物も接触部に相当する。したがって、かかる構造物を帯電防止材にて構成することによって本発明を実施することも可能である。

１ 摩擦帯電装置
３ 帯電容器
４ 回転駆動機構（駆動手段）
７ 収容部
７ａ 接触部
Ａｘ 回転軸線
Ｓ 内部空間

Claims (6)

1. 帯電容器に異種の被帯電物を投入し、前記被帯電物を前記帯電容器内で互いに摩擦させて帯電させる摩擦帯電方法において、
   前記帯電容器は前記被帯電物と接触し得る接触部を有し、前記接触部は帯電防止機能が付与された帯電防止材にて構成されていることを特徴とする摩擦帯電方法。
2. 前記帯電容器は接地されている請求項１に記載の摩擦帯電方法。
3. 前記接触部は、前記帯電容器の内壁である請求項１又は２に記載の摩擦帯電方法。
4. 前記帯電防止材の素材として、帯電防止剤が練り込まれた合成ゴムが適用されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の摩擦帯電方法。
5. 異種の被帯電物が投入される帯電容器と、前記帯電容器に投入された前記被帯電物が互いに摩擦するように前記帯電容器を駆動する駆動手段とを備え、
   前記帯電容器は前記被帯電物と接触し得る接触部を有し、前記接触部は帯電防止機能が付与された帯電防止材にて構成されていることを特徴とする摩擦帯電装置。
6. 前記帯電容器は、前記被帯電物が収容され、前記接触部に囲まれた断面多角形状の内部空間が形成された収容部を有し、
   前記駆動手段は、鉛直方向に対して横向きの姿勢に設定された回転軸線の回りに前記収容部が回転するように前記帯電容器を駆動する請求項５に記載の摩擦帯電装置。

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