JP2022018253A - モータステータのリサイクル方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な工程で低コストにモータステータから金属線を分離、回収するためのモータステータのリサイクル方法を提供する。【解決手段】破砕機の破砕媒体によって前記鉄心を破砕し、前記鉄心から前記エナメル線を分離させ、更に前記鉄心が破砕された鉄心破砕片および前記破砕媒体を前記エナメル線に衝突させて、前記エナメル線を細断するとともに前記エナメル線の前記エナメル被覆を前記金属線から剥落させる破砕・被膜除去工程と、前記鉄心破砕片と前記金属線とをそれぞれ選別回収する選別工程と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、モータステータから金属線を分離、回収するためのモータステータのリサイクル方法に関する。

モータは、各種産業機械や家庭用電化製品の動力源として従来から多用されている。使用済みの自動車、家電製品、産業用電気機器等からは、多くのモータが回収される。モータには、回転磁界を発生させるステータ（固定子、以後モータステータと呼ぶ）と呼ばれる部品がある。このモータステータは、ケイ素鋼板等の強磁性材料の薄板が積層された鉄心や、この鉄心に、金属線（銅線、アルミ線、鋼線）の周囲をエナメル被覆で覆ったエナメル線を巻回させた巻線（コイル）から構成され、さらに種類によっては、熱伝導性及び絶縁性を改善させるため鉄心が樹脂でモールドされたものも存在する。以後、モータステータからエナメル線を除く構成物を鉄心と呼ぶ。

例えば、金属線に多く用いられている銅線は、純度９９.９質量％以上の銅であるが、絶縁材としてエナメル被覆が含まれるため、リサイクル材料として回収された銅線の純度は９８質量％程度として取り扱われており、大部分が銅製錬の原料として利用されている。エナメル被覆銅線（エナメル線）からエナメルを剥離して高品位の銅を回収できれば、例えば、伸銅製品の原料等、高付加価値な利用が可能となる。

従来、エナメル被覆銅線からエナメル被覆を剥離させる方法として、例えば、特許文献１には、エナメル線を加熱してエナメル被覆を炭化させた後に、機械的な外力を加えることによって炭化させたエナメル被覆を剥離する方法が開示されている。

また、特許文献２には、エナメル線を水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液に浸漬してエナメル被覆を加水分解させ、更に外力を加えることによって、加水分解したエナメル成分を除去する方法が開示されている。

特許第６０５６０８８号公報 特開平１０－０２５５２３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されたエナメル線からエナメルを剥離する方法は、エナメル被覆を炭化させるために５００℃～８００℃程度でエナメル線を加熱する工程があり、加熱のために大きなエネルギーが必要であるという課題があった。また、エナメル被覆の炭化時に発生する排ガスの処理も必要であり、処理コストが高くなるという課題もあった。更に、加熱によって金属線が酸化したり、炭化物の金属線への熔着等により金属の純度が低下することがあり、金属の純度を向上させる目的で、後段で薬液洗浄を行う工程が必要になり、処理が複雑になるという課題もあった。

また、特許文献２に開示されたエナメル線からエナメル被覆を剥離する方法では、エナメル被覆を加水分解させるために高濃度のアルカリ溶液を要し、また加水分解を促進するには加熱の必要があり、薬剤費、燃料費等の処理コストが高いという課題があった。また、アルカリ溶液に含侵しただけではエナメル被覆を十分に除去できないため、後段で機械的外力を加えることが必要であり、処理が複雑で高コストであるという課題もあった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な工程で低コストにモータステータからエナメル被覆を剥離させた金属線を分離、回収するためのモータステータのリサイクル方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のモータステータのリサイクル方法は、金属線にエナメル被覆を形成したエナメル線を鉄心に巻回させてなるモータステータから、金属線を回収するモータステータのリサイクル方法であって、破砕機の破砕媒体によって前記鉄心を破砕し、前記鉄心から前記エナメル線を分離させ、更に前記鉄心が破砕された鉄心破砕片および前記破砕媒体を前記エナメル線に衝突させて、前記エナメル線を細断するとともに前記エナメル線の前記エナメル被覆を前記金属線から剥落させる破砕・被膜除去工程と、前記鉄心破砕片と前記金属線とをそれぞれ選別回収する選別工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、モータステータを破砕機に投入するだけで、モータステータの鉄心からエナメル線が分離され、更に、鉄心破砕片とエナメル線とが互いに衝突を繰り返すことにより、エナメル線の表面のエナメル被覆を削り取って金属線を露出させることができる。これにより、モータステータから、エナメル被覆が剥離された金属線を、簡易な工程で低コストに得ることができる。

また、本発明では、前記破砕機は衝撃式破砕機であってもよい。

また、本発明では、前記衝撃式破砕機はチェーン式破砕機であり、前記破砕媒体は破砕チェーンであってもよい。

また、本発明では、前記破砕・被膜除去工程は３０秒以上、３００秒以下の範囲で行ってもよい。

また、本発明では、前記選別工程において、磁力によって前記鉄心破砕片と前記金属線とを選別してもよい。

また、本発明では、前記鉄心はケイ素鋼を含んでいてもよい。

本発明によれば、簡易な工程で低コストにモータステータからエナメル被覆を剥離させた金属線を分離、回収するためのモータステータのリサイクル方法を提供することができる。

本発明のモータステータのリサイクル方法を段階的に示したフローチャートである。 本発明のモータステータのリサイクル方法で用いる設備フローを示す概略構成図である。 本実施形態によってモータステータから回収された銅線の一例を示す写真である。 実施例におけるモータステータＡを示す写真である。 モータステータＡの処理前後の断面の様子を示す顕微鏡写真である。 モータステータＢの処理前後の断面の様子を示す顕微鏡写真である。 モータステータＣの処理前後の断面の様子を示す顕微鏡写真である。 モータステータＤの処理前後の断面の様子を示す顕微鏡写真である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態のモータステータのリサイクル方法について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明のモータステータのリサイクル方法を段階的に示したフローチャートである。また、図２は、本発明のモータステータのリサイクル方法で用いる設備フローを示す概略構成図である。
まず、廃棄された各種モータからモータステータを取り出す。モータステータは、例えば、内側にロータを収容するための円筒形の空洞を有し、鉄心と、この鉄心にコイル状に巻回されたエナメル線とを有する。

鉄心は、一般的に、シリコン含有鋼材であるケイ素鋼が用いられる。鉄心は、こうしたケイ素鋼をブロック状に一体に形成したものであっても、あるいはケイ素鋼板を複数枚積層したものであってもよい。なお、鉄心は、ケイ素鋼以外にも強磁性の金属材料であれば用いることができる。

一方、モータステータをモールドする樹脂部材は、絶縁性の高分子材料、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。

エナメル線は、金属分である銅線、アルミ線等の芯材の周りに、絶縁層であるエナメル被膜を形成したものである。エナメル被膜の成分としては、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

本実施形態では、こうしたモータステータを、エナメル線を巻回したコイルが取り付けられたまま、破砕機に投入する（破砕・被覆除去工程Ｓ１）。
破砕機としては、チェーン式破砕機、一例としてクロスフローシュレッダーが用いられる。クロスフローシュレッダーは、例えば円筒形のシュレッダー筐体の底部に、破砕媒体である破砕チェーンを高速回転させ、この回転する破砕チェーンによって、投入物を数ミリ程度まで破砕するものである。

破砕・被覆除去工程Ｓ１では、モータステータをクロスフローシュレッダーに投入すると、初期段階で鉄心が破砕チェーン（破砕媒体）との衝突によって破砕され、鉄心破砕片からコイル状のエナメル線が分離する。
モータステータは、鉄心及びエナメル線以外に樹脂部材を有していてもよく、モータステータの破砕によって、鉄心破砕片と樹脂部材が破砕された樹脂片とが生じる。なお、以下の説明では、鉄心材として、ケイ素鋼板を用いた場合を例示し、鉄心の破砕によって生じた鉄心破砕片をケイ素鋼片と称する。

破砕・被覆除去工程Ｓ１でケイ素鋼片と樹脂片とエナメル線とが生じた後、更に破砕チェーンの回転によって、ケイ素鋼片や樹脂片が、エナメル線に対して衝突を繰り返すことにより、特に硬質なケイ素鋼片がエナメル線の表面のエナメル被膜を削り取り、細断された金属線と、エナメル被膜の薄片とが形成される。

このように、破砕・被覆除去工程Ｓ１では、エナメル線は、破砕媒体である破砕チェーンとの衝突だけでなく、投入した被処理物である鉄心のケイ素鋼片や樹脂片と衝突することによって、エナメル線からエナメル被膜が削り取られ、金属線と、エナメル被膜とに分離する。こうした過程で金属線は長さが短くされるものの、断面は扁平になる等の潰れは発生せず、ほぼ円形のままである。

破砕・被覆除去工程Ｓ１におけるクロスフローシュレッダーによる破砕時間は、例えば３０秒以上、３００秒以下であればよく、好ましくは６０秒以上、１２０秒以下である。破砕時間をこうした範囲に設定することによって、鉄心からエナメル線が分離され、更にエナメル線のエナメル被膜がほぼ完全に剥離された状態にするとともに、必要以上に細片化しないようにすることができる。

また、クロスフローシュレッダーによる破砕中に発生する微量のダストは、例えば、サイクロンや電気集塵機、バグフィルタ等の集塵装置で除塵することができる。

次に、破砕・被覆除去工程Ｓ１で分離、破砕された鉄心のケイ素鋼片や樹脂片、およびエナメル被膜が剥離された後の金属線からなる破砕物を、材料の種類ごとに選別する（選別工程Ｓ２）。

選別工程Ｓ２では、破砕・被覆除去工程Ｓ１で生成された破砕物（ケイ素鋼片、樹脂片、エナメル被膜が剥離された後の金属線）を、篩装置、磁力選別機、風力選別機等を用いて選別する。ケイ素鋼片は強磁性であることから、例えば、磁力選別によって選別することができ、樹脂は金属線やケイ素鋼片と比較して比重が軽いことから、例えば、風力選別機や比重選別機によって選別することができる。

例えば、本実施形態では、破砕・被覆除去工程Ｓ１でクロスフローシュレッダー（破砕機）から排出された破砕物を、まず、振動篩装置で粗粒物（篩上）と細粒物（篩下）に分ける。振動篩装置で分けられた粗粒物（篩上）は、磁力選別機で磁着物としてケイ素鋼片を選別回収した後に、残留した粗粒物は破砕機に再び投入して破砕する。

一方、振動篩装置で分けられた細粒物（篩下）は、磁力選別機で磁着物としてケイ素鋼片を選別回収した後に、風力選別機で重産物として金属線を、軽産物として樹脂を選別する。

なお、風力選別機や比重選別機は、選別対象物の比重差等を利用して選別する手法であるが、事前に振動篩等によって粒度を揃えることで、選別精度を更に向上させることができる。また金属線とケイ素鋼片は比重差が近いことから、風力選別機や比重選別機の前に、磁力選別で非磁着物である金属線と、磁着物であるケイ素鋼片とに分離しておくことで、更に効率よく選別することができる。また、金属線として銅線とアルミ線が混在する場合には、比重選別機や色彩選別機等によって、銅線とアルミ線とを互いに選別することができる。

以上によって、破砕・被覆除去工程Ｓ１で排出された破砕物は、鉄心を構成していたケイ素鋼片、樹脂片と、エナメル線からエナメル被膜を削り取った金属線とにそれぞれ分別され、材料ごとに回収することができる。

図３に、本実施形態によってモータステータから回収された銅線の一例を写真で示す。図３によれば、銅線はすべてエナメル被膜の付着が見られず、ほぼ完全にエナメル被覆銅線からエナメル被膜が剥離されていることが確認できる。

以上のように、本実施形態のモータステータのリサイクル方法によれば、モータステータを破砕機、例えばクロスフローシュレッダーに投入するだけで、鉄心が鉄心破砕片と、エナメル線とに分離され、更に、鉄心破砕片とエナメル線とが互いに衝突を繰り返すことにより、エナメル線の表面のエナメル被膜が削り取られる。これにより、モータステータから、エナメル被膜が剥離された金属線を、簡易な工程で低コストに得ることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これら実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

本発明のモータステータのリサイクル方法の効果を検証した。
モータステータは、使用済み家電製品中のモータより抜き出した。以下の４種類を使用した。
モータステータＡ：エナメル線の被覆材の材質はポリエステル-ナイロン、エナメル線中のＣ（炭素）濃度は１．６質量％
モータステータＢ：エナメル線の被覆材の材質はナイロン、エナメル線中のＣ濃度は１．４質量％
モータステータＣ：エナメル線の被覆材の材質はナイロン、エナメル線中のＣ濃度は１．６質量％
モータステータＤ：エナメル線の被覆材の材質はナイロン、エナメル線中のＣ濃度は１．４質量％
エナメル線の被覆材の材質はＦＴ－ＩＲ法により分析し、被覆材のＣ濃度は燃焼－赤外線吸収法により測定した。
参考として、モータステータＡの写真を図４に示す。

モータステータＡ～Ｄを用い、それぞれのモータステータ８ｋｇ分をチェーン式破砕機（クロスフローシュレッダー）に投入し、破砕およびエナメル線の剥離を行った。破砕時間は９０秒とした。回収した破砕処理物は目開き８ｍｍの振動篩装置を用いて一次選別を行い、粗粒物（篩上）と細粒物（篩下）とに分離した。なお、破砕や篩分け時に発生したダストはセパレータやサイクロン等の集塵装置で回収した。粗粒物は磁力５００ガウスの磁力選別機を用いてケイ素鋼板の破砕片等を磁着し、残留した非磁着物である粗粒物はチェーン式破砕機に再び投入した。

一方、細粒物は磁力５００ガウスの磁力選別機を用いてケイ素鋼板の破砕片等を磁着した後に、非磁着物は風力選別機を用いて重産物と軽産物とに分離した。重産物は更に磁力８０００ガウスの磁力選別機を用いてケイ素鋼板の破砕片等を磁着して、非磁着物としてエナメル被膜が剥離された高純度の銅線を回収した（図３を参照）。

それぞれのモータステータＡ～Ｄの処理前後のエナメル線の組成を表１～４にそれぞれ示す。また、それぞれのモータステータＡ～Ｄにおけるエナメル線の断面顕微鏡画像を図５～８にそれぞれ示す。なお、エナメル線の組成について、Ｃ濃度は燃焼－赤外線吸収法により測定し、その他の成分は酸溶解後に溶解液をＩＣＰ発光分光分析により測定した。Ｃ濃度はエナメル被膜の成分濃度と対応しているため、Ｃ濃度の低下によってエナメル剥離の度合いを評価した。エナメル線の断面観察は金属顕微鏡を用いて行った。

表１によれば、破砕、剥離によって、モータステータＡのエナメル成分は１／４になるとともに、銅の品位が９７．２質量％から９９．０質量％に向上した。
表２によれば、破砕、剥離によって、モータステータＢのエナメル成分は１／４になるとともに、銅の品位が９８．４質量％から９９．２質量％に向上した。
表３によれば、破砕、剥離によって、モータステータＣのエナメル成分は１／２．５になるとともに、銅の品位が９８．６質量％から９９．８質量％に向上した。
表４によれば、破砕、剥離によって、モータステータＤのエナメル成分は１／２．５になるとともに、銅の品位が９８．５質量％から９９．４質量％に向上した。

また、図５～８によれば、モータステータＡ～Ｄを構成するエナメル線について、処理前は銅線の周囲に均一な膜厚のエナメル被膜を有しているのに対し、処理後は、衝撃・摩耗を受けてやや窪みのある部分において、その殆どでエナメル被膜が剥離した様子が確認された。すなわち、破砕機による破砕によって、エナメル被膜の剥離ができることが確認された。

本発明のモータステータのリサイクル方法は、使用済みの各種モータに含まれるエナメル線からエナメル被膜を剥離して金属線だけを回収することを可能にする。これにより、使用済みの各種モータに含まれる金属線を高品位に分離、回収することができる。従って、産業上の利用可能性を有する。

Claims (6)

1. 金属線にエナメル被覆を形成したエナメル線を鉄心に巻回させてなるモータステータから、金属線を回収するモータステータのリサイクル方法であって、
   破砕機の破砕媒体によって前記鉄心を破砕し、前記鉄心から前記エナメル線を分離させ、更に前記鉄心が破砕された鉄心破砕片および前記破砕媒体を前記エナメル線に衝突させて、前記エナメル線を細断するとともに前記エナメル線の前記エナメル被覆を前記金属線から剥落させる破砕・被膜除去工程と、
   前記鉄心破砕片と前記金属線とをそれぞれ選別回収する選別工程と、を有することを特徴とするモータステータのリサイクル方法。
2. 前記破砕機は衝撃式破砕機であることを特徴とする請求項１に記載のモータステータのリサイクル方法。
3. 前記衝撃式破砕機はチェーン式破砕機であり、前記破砕媒体は破砕チェーンであることを特徴とする請求項２に記載のモータステータのリサイクル方法。
4. 前記破砕・被膜除去工程は３０秒以上、３００秒以下の範囲で行うことを特徴とする請求項１または２に記載のモータステータのリサイクル方法。
5. 前記選別工程において、磁力によって前記鉄心破砕片と前記金属線とを選別することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のモータステータのリサイクル方法。
6. 前記鉄心はケイ素鋼を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のモータステータのリサイクル方法。

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