JP2016142556A

JP2016142556A - 樹脂識別装置

Info

Publication number: JP2016142556A
Application number: JP2015016595A
Authority: JP
Inventors: 田中　豊彦; Toyohiko Tanaka; 豊彦田中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-08
Also published as: DE102016100689A1; CN105842204A; US9903760B2; US20160223401A1

Abstract

【課題】様々な形状の試料を測定することができる樹脂識別装置を提供する。【解決手段】試料Ｓに赤外光を照射する赤外光源部１０と、試料Ｓから反射された赤外光の光強度情報を検出する赤外光検出部２０と、その光強度情報を取得する制御部５０とを備える赤外分光光度計と、開口３３を有する試料載置板３１、３２とを備え、試料Ｓが開口３３を塞ぐように所定の位置に載置されることで、赤外光源部１０は、試料Ｓの下面に赤外光を照射し、赤外光検出部２０は、試料Ｓ下面により反射された赤外光の光強度情報を検出する構成とする。【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂識別装置に関し、特に識別部に赤外分光光度計（以下「ＦＴＩＲ」と略す）を用いた樹脂識別装置に関する。

ＦＴＩＲに利用されるマイケルソン二光束干渉計では、赤外光源から発した赤外光をビームスプリッタで固定鏡と移動鏡との二方向に分割し、固定鏡で反射して戻ってきた赤外光と移動鏡で反射して戻ってきた赤外光とをビームスプリッタで合成して一つの光路へ送るという構成を有している。このとき、移動鏡を入射光軸方向で前後に移動させると、分割された二光束の光路長の差が変化するため、合成された光は移動鏡の位置に応じて光強度が変化する干渉光（インターフェログラム）となる。
そして、このような干渉光を試料の表面に照射し、試料の表面で反射した光の波長を赤外検出器で調べることにより、試料の成分分析を行っている。

図４は、従来のＦＴＩＲの構成を示す平面図であり、図５は、図４に示すＦＴＩＲの側面図である。なお、地面に水平な一方向をＸ方向とし、地面に水平でＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、Ｘ方向とＹ方向とに垂直な方向をＺ方向とする。
ＦＴＩＲ１００は、赤外光を出射する赤外光源部１１０と、赤外光検出部１２０と、試料Ｓが配置される試料配置部１３０と、制御部１５０とを備える。

赤外光源部１１０は、赤外光を出射する赤外光源１２と、インターフェログラムを作成する主干渉計主要部４０と、平面鏡１３、１４と、放物面鏡（集光鏡）１１１とを備える。そして、赤外光源１２から出射された赤外光は、平面鏡１３、１４を介して主干渉計主要部４０のビームスプリッタ４２に照射されるようになっている。

主干渉計主要部４０には、移動鏡４１ａを備えた移動鏡ユニット４１と、ビームスプリッタ４２と、固定鏡４３ａを備えた固定鏡ユニット４３とが配置されている。このような主干渉計主要部４０によれば、赤外光源１２から出射された赤外光は、ビームスプリッタ４２に照射され、ビームスプリッタ４２で移動鏡４１ａと固定鏡４３ａとの二方向に分割される。そして、移動鏡４１ａで反射された赤外光と固定鏡４３ａで反射された赤外光はビームスプリッタ４２へ戻り、これらの赤外光はビームスプリッタ４２で合成されて平面鏡１３、１４を介して放物面鏡１１１へ送られる。このとき、移動鏡４１ａは入射光軸方向Ｍで前後に往復動しているため、分割された二光束の光路長の差は周期的に変化し、ビームスプリッタ４２から放物面鏡１１１へ向かう光は、時間的に振幅が変動するインターフェログラムとなる。

赤外光検出部１２０は、インターフェログラム（赤外光）を検出する赤外検出器２１と、２つの放物面鏡（集光鏡）１２２、２３とを備える。

試料配置部１３０は、ＦＴＩＲ１００の下部にあたる位置に配置されている。そして試料配置部１３０は、板状体を有し、側方視において板状体の左上方には右下方に光を反射するための放物面鏡１１１が設けられるとともに、板状体の右上方には左下方からの光を反射するための放物面鏡１２２が設けられている。これにより、図６（ａ）に示すように、板状体上面の所定の位置（測定位置）に試料Ｓが載置されると、放物面鏡１１１によって集光された光が試料Ｓ上面の測定点に照射され、試料Ｓ上面の測定点で反射した光が放物面鏡１２２によって平行光とされ、その平行光が放物面鏡２３によって赤外検出器２１へ集光されるようになっている。

また、樹脂製品（樹脂片）を再利用するには、樹脂の種類（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）とポリスチレン（ＰＳ）とアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）等）を識別する必要があるが、赤外分光法を利用して樹脂片を順次測定することで樹脂の種類を判定するシステムが製造販売されている（例えば、特許文献１参照）。
その一例として、所定の位置に樹脂片Ｓを順次配置することが可能な試料配置部１３０として、中心部と周縁部とを有する円板状テーブル１３４と、円板状テーブル１３４の中心部を回転軸として回転させる駆動機構（図示せず）と、所定の位置に樹脂片Ｓが配置されたことを検知するためのレーザセンサ（サンプルトリガ機能）１３５とを備えるものが用いられている。なお、レーザセンサ１３５で検知されたデータは制御部１５０へ送られる。

そして、このような試料配置部１３０によれば、円板状テーブル１３４の周縁部に複数個の樹脂片Ｓ（第１の樹脂片Ｓ１、第２の樹脂片Ｓ２、・・・）を載置した後、駆動機構によって円板状テーブル１３４を所定の速度で時計回りに回転させることにより、レーザセンサ１３５が第１の樹脂片Ｓ１を検知した所定時間後に所定の位置へ第１の樹脂片Ｓ１が配置され、レーザセンサ１３５が第２の樹脂片Ｓ２を検知した所定時間後に所定の位置へ第２の樹脂片Ｓ２が配置されるというように、順次所定の位置に樹脂片Ｓが配置される。

制御部１５０は、赤外検出器２１から光強度情報（反射光強度）を取得する光強度情報取得部と、レーザセンサ１３５から試料有無情報を取得する情報取得部と、取得した光強度情報と試料有無情報とに基づいて第１の樹脂片Ｓ１の吸収スペクトルや第２の樹脂片Ｓ２の吸収スペクトルを作成する試料測定部とを有している。

国際公開ＷＯ２０１２／１４７７１７号公報

しかしながら、上述したようなＦＴＩＲ１００では、放物面鏡１１１によって集光された光が試料Ｓの上面に照射され、試料Ｓの上面で反射した光が放物面鏡１２２、２３によって赤外検出器２１へ集光されるようになっているため、所定形状の試料Ｓしか測定することができないという問題があった。例えば、所定形状の試料Ｓの高さより高い試料Ｓａでは、図６（ｂ）に示すように、放物面鏡１１１からの光が集光される前に試料Ｓａの上面に照射されるため、焦点ぼけを生じ、赤外検出器２１に届く光は僅かになる。また、上面と下面とが平行でない試料Ｓｂでは、図６（ｃ）に示すように、放物面鏡１１１によって集光された光を試料Ｓｂの上面に照射すると、試料Ｓｂの上面で反射した光が逸れて放物面鏡１２２に達しないことがあった。

本件発明者は、上記課題を解決するために、様々な形状（不定形状）の試料を測定することができる樹脂識別装置について鋭意検討を行った。そこで、試料の上面ではなく試料の下面を測定することを見出した。よって、試料載置板に開口を形成し、その開口を試料で塞ぐようにして載置するようにした。これにより、試料の高さについての問題を解消するとともに、試料の上面と下面とが平行でない場合の問題についても解消することができた。

すなわち、本発明の樹脂識別装置は、樹脂である試料に赤外光を照射する赤外光源部と、前記試料から反射された赤外光の光強度情報を検出する赤外光検出部と、前記光強度情報を取得する制御部とを備える赤外分光光度計と、開口が設けられた試料載置板とを備え、前記試料が開口を塞ぐように所定の位置に載置されることで、前記赤外光源部は、前記試料の下面に赤外光を照射し、前記赤外光検出部は、前記試料の下面で反射した赤外光の光強度情報を検出するようにしている。

ここで、「所定の位置」とは、赤外光源部から赤外光が照射され、その反射した赤外光が赤外光検出部に送られる位置であって、樹脂識別装置の設計者等によって予め決められている。

以上のように、本発明の樹脂識別装置によれば、試料の形状や寸法によらず、充分な強度の光を効率良く集めて正確な測定を行うことができる。

（その他の課題を解決するための手段および効果）

また、上記発明において、前記赤外光源部は、集光鏡を有し、当該集光鏡から前記試料下面の測定点に赤外光を照射し、前記赤外光検出部は、集光鏡を有し、前記試料下面の測定点で反射した赤外光を検出器へ集光することで当該試料の反射光強度を得るようにしてもよい。
本発明の樹脂識別装置によれば、赤外光源部からの赤外光が開口を通過して試料下面の測定点に照射され、この測定点で反射された光が開口を通過して赤外光検出部へ導かれるようになっている。

そして、上記発明において、前記試料載置板は、所定の方向に移動可能となっており、前記試料載置板に連続的または断続的に試料が置かれた際、前記制御部は、連続的に赤外光を出射させて前記光強度情報を取得していき、時間ごとの光強度変化から前記試料が所定の位置にあるか否かを判定するようにしてもよい。
本発明の樹脂識別装置によれば、試料が所定の位置に存在しない状態では、開口を通過した赤外光が試料載置板等で反射されるようなことがなく、赤外検出器で受光する強度はほぼゼロとなるため、試料が所定の位置に存在するときのデータ（光強度情報）と、存在しないときのデータ（光強度情報）との差異が明らかとなる。したがって、順次所定の位置に試料が配置されてくるような場合でも、所定位置への試料の配置を検知するレーザセンサ等を設けることなく、制御部は時間ごとの光強度変化から第１の試料による測定データ（光強度情報）と第２の試料による測定データ（光強度情報）とを識別することが可能となる。

さらに、上記発明において、前記制御部は、連続的に赤外光を出射させて前記光強度情報を取得していき、時間ごとの光強度変化から前記試料が所定の位置にあるか否かを判定し、所定の時間に所定の位置に配置された試料と一の吸収スペクトル情報との関連付けを行うようにしてもよい。

本発明に係る樹脂識別装置の構成を示す図。図１の側面図。図１の樹脂識別装置の試料配置部に配置された試料を示す側面図。従来のＦＴＩＲの構成を示す平面図。図４に示すＦＴＩＲの側面図。図４のＦＴＩＲの試料配置部に配置された試料を示す側面図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。

図１は、本発明に係る樹脂識別装置の構成を示す平面図であり、図２は、図１に示す樹脂識別装置の側面図である。なお、先に述べたＦＴＩＲ１００と同様のものについては、同じ符号を付すことにより説明を省略する。
樹脂識別装置１は、赤外光を出射する赤外光源部１０と赤外光検出部２０と制御部５０とを備えるＦＴＩＲと、樹脂片Ｓが配置される試料配置部３０とを備える。
なお、本実施形態の樹脂片Ｓは、例えばリサイクル工場等において廃棄製品から回収されたもの（５ｍｍ〜２０ｍｍ程度になるように粉砕されたシュレッダーダスト等）であり、樹脂片Ｓを新たな製品用材料として再利用するために、樹脂識別装置１で樹脂片Ｓを種類ごと（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）とポリスチレン（ＰＳ）とアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）等）に識別するために本装置を使用する。

試料配置部３０は、樹脂識別装置１の上部に配置されており、Ｘ方向に所定の間隔の空隙（開口）３３をあけて平行に配置された２本の搬送板（試料載置板）３１、３２と、この２本の搬送板３１、３２を所定の方向（Ｙ方向）に移動させる駆動機構（図示せず）とを備える。樹脂片Ｓは、図１に示す通り搬送板３１の上面に左部分（一部分）が載置されるとともに、搬送板３２の上面に右部分（一部分）が載置されることになる。これにより、搬送板３１の下面と搬送板３２の下面との間隔の空隙３３に、樹脂片Ｓ下面の中央部分（測定点）Ｃが配置される。
なお、上記「所定の間隔」は、樹脂片Ｓが２本の搬送板３１、３２に載置でき、かつ落下しない大きさであって、樹脂識別装置１の設計者等によって予め決められており、例えば３ｍｍ等となる。

また、側方から視ると、２本の搬送板３１、３２の左下方には、右上方に光を反射するための放物面鏡（集光鏡）１１が設けられるとともに、２本の搬送板３１、３２の右下方には、左上方からの光を反射するための放物面鏡（集光鏡）２２が設けられている。これにより、図３（ａ）に示すように、樹脂片Ｓが所定の位置に配置されると、放物面鏡１１によって集光された光が、搬送板３１下面と搬送板３２下面との間の空隙３３を通過して樹脂片Ｓ下面の測定点Ｃに照射され、この樹脂片Ｓ下面の測定点Ｃで反射した光が、再度搬送板３１下面と搬送板３２下面との間の空隙３３を通過して放物面鏡２２によって平行光とされ、その平行光が放物面鏡２３によって赤外検出器２１へ集光されるようになっている。

また、所定形状の樹脂片Ｓの高さより高い樹脂片Ｓ１では、図３（ｂ）に示すように、放物面鏡１１によって集光された光が、搬送板３１下面と搬送板３２下面との間の空隙３３を通過して樹脂片Ｓ１下面の測定点Ｃに照射され、樹脂片Ｓ１下面の測定点Ｃで反射した光が、再度搬送板３１下面と搬送板３２下面との間の空隙３３を通過して放物面鏡２２によって平行光とされ、その平行光が放物面鏡２３によって赤外検出器２１へ集光される。
さらに、上面と下面とが平行でない樹脂片Ｓ２では、図３（ｃ）に示すように、放物面鏡１１によって集光された光が、搬送板３１下面と搬送板３２下面との間の空隙３３を通過して樹脂片Ｓ２下面の測定点Ｃに照射され、樹脂片Ｓ２下面の測定点Ｃで反射した光が、再度搬送板３１下面と搬送板３２下面との間の空隙３３を通過して放物面鏡２２によって平行光とされ、その平行光が放物面鏡２３によって赤外検出器２１へ集光される。

そして、このような試料配置部３０によれば、２本の搬送板３１、３２に複数個の樹脂片Ｓ（第１の樹脂片Ｓ１、第２の樹脂片Ｓ２、・・・）を載置した後、駆動機構によって２本の搬送板３１、３２を所定の方向に移動させることにより、所定の位置に第１の樹脂片Ｓ１が配置され、その後、所定の位置に第２の樹脂片Ｓ２が配置されるというように、順次所定の位置に樹脂片Ｓが１個ずつ配置されていく。なお、樹脂片Ｓが所定の位置に存在しないときには、放物面鏡１１によって集光された光が、搬送板３１下面と搬送板３２下面との間の空隙３３を通過して直進し続け、赤外検出器２１へ到達しないことになる。

制御部５０は、連続的に赤外光を出射させて赤外検出器２１から光強度情報を取得する光強度情報取得部と、取得した光強度情報に基づいて第１の樹脂片Ｓ１の吸収スペクトルや第２の樹脂片Ｓ２の吸収スペクトルを作成する試料測定部と、各吸収スペクトルを用いてそれぞれの樹脂の種類を判別する樹脂種判別部とを有する。
試料測定部は、時間ごとの光強度変化に基づいて、樹脂片Ｓが所定の位置にあるか否かを判定し、各樹脂片Ｓと各吸収スペクトル情報との関連付けを行い、第１の樹脂片Ｓ１の吸収スペクトルや第２の樹脂片Ｓ２の吸収スペクトルを作成する制御を行う。

試料測定部の機能について具体的に説明すると、光強度情報が所定の光強度閾値未満であれば、第１の樹脂片Ｓ１が所定の位置に配置されていないと判定し、光強度情報が所定の光強度閾値以上になれば、第１の樹脂片Ｓ１が所定の位置に配置されたと判定し、光強度情報が所定の光強度閾値未満になれば、第１の樹脂片Ｓ１が所定の位置から除外されたと判定し、第１の樹脂片Ｓ１が所定の位置に配置されたと判定したときの光強度情報（吸収スペクトル情報）に基づいて第１の樹脂片Ｓ１の吸収スペクトルを作成する。
また、光強度情報が所定の光強度閾値未満であれば、第２の樹脂片Ｓ２が所定の位置に配置されていないと判定し、光強度情報が所定の光強度閾値以上になれば、第２の樹脂片Ｓ２が所定の位置に配置されたと判定し、光強度情報が所定の光強度閾値未満になれば、第２の樹脂片Ｓ２が所定の位置から除外されたと判定し、第２の樹脂片Ｓ２が所定の位置に配置されたと判定したときの光強度情報（吸収スペクトル情報）に基づいて第２の樹脂片Ｓ２の吸収スペクトルを作成する。このようにして、樹脂片Ｓの吸収スペクトルを作成していく。
なお、樹脂片Ｓが所定の位置に配置されたと判定し、樹脂片Ｓの移動速度が遅いときに複数の光強度情報が取得された場合には、積算された光強度情報に基づいて、樹脂片Ｓの吸収スペクトルを作成するようにしてもよい。また、樹脂片Ｓが複数繋がって所定の位置に来た場合でも、明らかに途中で光強度が変化したり吸収スペクトルが変化した場合は単一素材でないという判断を下すこともできる。
樹脂種判別部は、樹脂片Ｓの吸収スペクトルにおいて、例えばＣＮ官能基に由来するピークの有無を判定することにより、樹脂片ＳがＡＢＳ樹脂であるか否かを判定するように、樹脂片Ｓの樹脂の種類を判定する制御を行う。また、この判定には、クラマース・クローニッヒ変換することで得られる吸収スペクトルを用い、複数の特定の波数におけるピークの有無を判定して樹脂の種類を判定することもできる。

以上のように、本発明の樹脂識別装置１によれば、試料となる樹脂片Ｓの形状や寸法によらず正確な測定を行うことができる。また、樹脂片Ｓが所定の位置に存在しない状態では、空隙３３を通過した赤外光は搬送板３１、３２で反射されないため、樹脂片Ｓが所定の位置に存在するときと存在しないときでの光強度情報の差異が明らかとなる。したがって、所定位置への樹脂片Ｓの配置を検知するレーザセンサ等を設けることなく、制御部５０は第１の樹脂片Ｓ１による光強度情報と第２の樹脂片Ｓ２による光強度情報とを識別することができる。

＜他の実施形態＞
上述した樹脂識別装置１において、試料配置部３０は、２本の搬送板（試料載置板）３１、３２と駆動機構とを備える構成としたが、これに代えて、開口が形成された周縁部と中心部とを有する円板状テーブルと駆動機構とを備えるような構成としてもよい。すなわち、本発明における試料配置部は、試料の下面に赤外光を照射し、当該試料下面から反射された赤外光の光強度情報を検出することができるものであればよい。

本発明は、樹脂識別装置等に好適に利用できる。

１樹脂識別装置
１０赤外光源部
２０赤外光検出部
３１、３２搬送板（試料載置板）
３３空隙（開口）
５０制御部

Claims

樹脂である試料に赤外光を照射する赤外光源部と、前記試料から反射された赤外光の光強度情報を検出する赤外光検出部と、前記光強度情報を取得する制御部とを備える赤外分光光度計と、
開口が設けられた試料載置板とを備え、
前記試料が開口を塞ぐように所定の位置に載置されることで、前記赤外光源部は、前記試料の下面に赤外光を照射し、前記赤外光検出部は、前記試料の下面で反射した赤外光の光強度情報を検出することを特徴とする樹脂識別装置。
前記赤外光源部は、集光鏡を有し、当該集光鏡から前記試料下面の測定点に赤外光を照射し、
前記赤外光検出部は、集光鏡を有し、前記試料下面の測定点で反射した赤外光を検出器へ集光することで当該試料の反射光強度を得ることを特徴とする請求項１に記載の樹脂識別装置。
前記試料載置板は、所定の方向に移動可能となっており、前記試料載置板に連続的または断続的に試料が置かれた際、前記制御部は、連続的に赤外光を出射させて前記光強度情報を取得していき、時間ごとの光強度変化から前記試料が所定の位置にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂識別装置。
前記制御部は、連続的に赤外光を出射させて前記光強度情報を取得していき、時間ごとの光強度変化から前記試料が所定の位置にあるか否かを判定し、所定の時間に所定の位置に配置された試料と一の吸収スペクトル情報との関連付けを行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の樹脂識別装置。