JP3601319B2 - 静電選別装置及び選別方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成分の異なる２種類以上の要素物体からなる混合物を分離する静電選別装置及び選別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ごみのリサイクルが推進されつつあり、電動機、配電盤、コピー機、およびパーソナルコンピュータ等を含むいわゆるＯＡ機器に関しては、その小型化と軽量化が追求され続けている。その結果として、今日の製品には様々な種類の金属やプラスチック等の素材が複合されて使用されている。これらのＯＡ機器をリサイクルする場合、まず、解体により各構成部品毎に大きく分別される。その後、粉砕機等で細かく粉砕し、磁気選別、渦電流選別等を利用して金属類を分離する。残ったプラスチック類は比重選別、溶融分離、静電選別等を利用して分離する。このように各素材は、各素材要素毎に選別され、リサイクル材として用いられる。
【０００３】
また、プラスチック製品原料として消費されるプラスチック類は、塩化ビニル系樹脂（以下、「ＰＶＣ」と称す）、ポリエチレン系樹脂（以下、「ＰＥ」と称す）、ポリプロピレン系樹脂（以下、「ＰＰ」と称す）、ポリスチレン系樹脂（以下、「ＰＳ」と称す）、およびメタクリル樹脂〔アクリル樹脂〕（以下、「ＰＭＭＡ」と称す）が全体の約８０％を占め、回収される廃プラスチックもこれらの樹脂類がほとんどを占める。また、ペットボトルとして多用されるポリエチレンテレフタレート樹脂（以下、「ＰＥＴ」と称す）も独自に集荷されつつある。
【０００４】
従来の静電選別装置においては、専ら２種類ないしそれ以上の要素の分離にそれらの要素物体の電気抵抗の差を利用するものである。すなわち、これらの混合物を回転ドラム上に供給しつつ、これに向かって直流コロナ放電を行って電荷を与え、電気抵抗の低い物体は直ちに電荷を失って重力により下方に落下し、電気抵抗の高い物体はいつまでも電荷を保持してドラムに付着するので、これを別の位置でスクレーパによりドラムから掻き取ることによって物体の分離を行うものである。しかし、このような方式は、両物体が電気抵抗に著しい差異を有するときにのみ有効であり、両物体が共に絶縁体、ないし共に導体であるときは、その有効な分別が困難である。
【０００５】
プラスチック製品をリサイクルする場合、樹脂ごとに選別することが肝要であるが、これらの樹脂は絶縁体であり、上記従来の静電選別装置においては選別不可能である。そこで、これらの絶縁体を選別する技術として、特開昭５７−４２３５５号公報、特開平９−２６７０５２号公報、特開平９−２９９８２８号公報、特開平９−２９９８２９号公報、および特開平９−２９９８３０号公報等に開示されている静電選別装置がある。
【０００６】
特開昭５７−４２３５５号公報および特開平９−２６７０５２号公報に記載の静電選別装置は、導電性材料により形成される板状の電極を対向配置し、電極間に直流高電圧を印加して、あらかじめ摩擦を付与して帯電させた被選別材料を帯電量に応じて分離するものである。
【０００７】
また、特開平９−２９９８２８号公報、特開平９−２９９８２９号公報、および特開平９−２９９８３０号公報に記載の装置は、高電圧が印加された導電性の回転ドラムと対向電極との間に形成される静電場により、あらかじめ摩擦を付与して帯電させた被選別材料を帯電量に応じて分離するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したいずれの装置においても、帯電した被選別材料を分離する電極や回転ドラムなどの静電分離手段には、１０〜５０ｋＶ程度の高電圧が印加されているため、感電対策が必要となる。また、高電圧を印加するための電源装置が必要となるため、装置が大型化し、コストが高くなる。
【０００９】
本発明において解決すべき課題は、高圧電源装置、および電極や回転ドラム等に対する感電対策を不要とし、安価で、感電の危険がない静電選別装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電選別装置は、成分の異なる２種類以上の要素物体からなる混合物のそれぞれの要素物体を正または負に帯電させる帯電手段と、帯電させた要素物体を摩擦により帯電させた帯電体によって分離する静電分離手段とを備えた静電選別装置であって、帯電手段には、帯電させた要素物体を静電分離手段に供給するための供給口が設けられ、該供給口が導電性材料で形成されるとともに接地され、電荷を失った金属を分離できるものである。
【００１１】
このような構成によれば、帯電手段により正または負に帯電させた要素物体のうち、金属は電荷を失い落下し、残りの要素物体は、摩擦により帯電させた帯電体と同じ極性のものは反発され、異なる極性のものは吸引されることになり、それぞれの要素物体に分離することができる。
【００１２】
したがって、本発明によれば、静電分離手段に高電圧を印加することなく、要素物体を選別することができるため、高圧電源装置および感電対策が不要となり、安価で、感電の危険がない静電選別装置が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、成分の異なる２種類以上の要素物体からなる混合物のそれぞれの要素物体を正または負に帯電させる帯電手段と、帯電させた要素物体を摩擦により帯電させた帯電体によって分離する静電分離手段とを備えた静電選別装置であって、帯電手段には、帯電させた要素物体を静電分離手段に供給するための供給口が設けられ、該供給口が導電性材料で形成されるとともに接地され、電荷を失った金属を分離できるものであり、帯電手段により正または負に帯電させた要素物体のうち、金属は供給口で電荷を失い落下して分離され、摩擦により帯電させた帯電体と同じ極性のものは反発され、異なる極性のものは吸引されることになり、帯電体と異なる極性に帯電した要素物体を吸引し、帯電体と同じ極性に帯電した要素物体を反発することで分離することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記帯電体が、帯電序列で上位あるいは下位にある絶縁材料の摩擦体との摩擦で帯電する絶縁材料から構成されたことを特徴とする請求項１記載の静電選別装置としたものであり、帯電序列で上位にある摩擦体との摩擦により帯電体を負に帯電させるか、あるいは帯電序列で下位にある摩擦体との摩擦により帯電体を正に帯電させる。そして、この帯電体によって、異なる極性に帯電した要素物体を吸引、あるいは同じ極性に帯電した要素物体を反発して分離することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、成分の異なる２種類以上の要素物体からなる混合物のそれぞれの要素物体を正または負に帯電させ、接地され導電性材料で構成された供給口によって混合物から金属の要素物体を分離し、次いで残りの帯電した要素物体を摩擦により帯電させた正または負の電荷によって吸引または反発させることにより分離することを特徴とする静電選別方法としたものであり、正または負に帯電した要素物体のうち、金属は供給口で電荷を失って落下し、帯電させた電荷と同じ極性のものは反発され、異なる極性のものは吸引されることになり、それぞれの要素物体に分離することができる。
【００２０】
以下、前提となる形態１〜３について、図１〜図３を用いて説明する。
（前提となる形態１）
図１に示すように、前提となる形態１における静電選別装置は、主にプラスチック混合物からそれぞれのプラスチック要素物体を選別する装置であり、選別経路の上方に配置された帯電手段１と、この帯電手段１の下方に配置された静電分離手段２と、この静電分離手段２により分離した要素物体を回収する回収容器３を備えている。
【００２１】
帯電手段１は、被選別材料である粉砕されたプラスチック混合物を貯蔵する貯蔵ホッパ４と、被選別材料に対して帯電序列が中間部に位置する帯電材料で内面を覆った円筒状の摩擦帯電部５と、静電分離手段２へ被選別材料を所定量ずつ供給する供給口６により構成されている。貯蔵ホッパ４から摩擦帯電部５に供給された被選別材料の要素物体９，１０は、摩擦帯電部５の内面を覆った帯電材料との摩擦および要素物体同士の摩擦により帯電序列に従ってそれぞれ正および負に帯電されて、供給口６から静電分離手段２へ供給される。
【００２２】
摩擦帯電部５は、混合物との間に激しい摩擦運動を行って摩擦帯電を発生するものであれば、どのような機構・形状・材料を用いてもよいが、例えば、公知のサイクロン装置、回転式分散ディスク、高速回転を行う旋回羽根等を用いることができる。サイクロン装置は、サイクロンの外筒内壁に沿って気流と共に混合物を旋回流動させることにより、混合物を摩擦帯電要素である外筒内壁に遠心力の作用により強力な摩擦相対運動を行わせるものである。回転式分散ディスクは、垂直な回転軸を有して、上向きに凹状の円錐形状を有する分散ディスクを高速回転させ、その中央に混合物を供給の上、遠心力の作用で外方に分散させて、分散ディスクの表面において、遠心力と重力の作用により強力な摩擦相対運動を行わせるものである。高速回転を行う旋回羽根は、混合物を有する容器内で、回転羽根を強力に旋回させ、これにより混合物を撹拌して摩擦帯電させるものである。
【００２３】
また、この静電選別装置により有効に選別を行うためには、混合物を形成する要素物体が、摩擦帯電要素との摩擦運動により常に安定にそれぞれの要素物体に固有の極性および電荷量に帯電する必要があり、このためには、あらかじめ要素物体を所定の粒径に粉砕の上、これを充分予備乾燥して吸着水分による妨害作用を除いておく必要がある。さらに、
必要に応じて混合物体の供給経路である貯蔵ホッパ４、摩擦帯電部５、および供給口６、また、静電分離手段２の一部または全部を加熱したり、あるいは乾燥した気体（空気、窒素、炭酸ガス、これらの混合物等）を供給して湿った外気の侵入を防ぐ必要がある。また、混合物が可燃性であるときは、貯蔵ホッパ４、摩擦帯電部５、供給口６、静電分離手段２の一部または全部に不活性ガス（窒素、炭酸ガス、これらを添加した空気等）を供給して、その着火を防ぐ必要がある。
【００２４】
静電分離手段２は、少なくとも摩擦面が絶縁材料で形成された１組の回転する帯電体としてのドラム７と、ドラム７の外周面に接触して摩擦によりドラム７を正または負のいずれかに帯電させる摩擦体８と、ドラム７の外周面に接触して吸着された要素物体を掻き落とすスクレーパ１１により構成されている。帯電手段１によって正および負に帯電させた要素物体９，１０は、ドラム７と異なる極性のものはドラム７に吸着され、同じ極性のものは反発されるため、正に帯電した要素物体と負に帯電した要素物体がそれぞれ分離されることになる。そして、ドラム７に吸着された要素物体９はスクレーパ１１により掻き落とされる。
【００２５】
ここで、帯電体および摩擦体８に用いる材料について説明する。帯電体および摩擦体８には全ての絶縁材料が使用できるが、摩擦体８にはこの絶縁材料に代えて、綿、綿とポリエステルなどの合成繊維などを使用することもできる。また、帯電序列で例えばＰＳとほぼ同じ順位に位置する銅やクロム、ニッケルなどの金属を使用することもできる。しかし、摩擦により帯電させた電荷が金属との接触により弱まるため、絶縁材料であるプラスチック材を使用するほうがよい。
【００２６】
帯電体および摩擦体８に用いる絶縁材料には、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＴＰＸ（ポリメチルペンテン）、シリコーン、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＡＢＳ（アクリロニトリルスチレンブタジエン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロオエチレン）およびＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂がある。これらを帯電序列順に並べると、正に帯電されやすい側からシリコーン→ＴＰＸ→ＰＣ→ＡＢＳ→ＰＢＴ→ＰＰ→ＰＶＣ→フッ素樹脂（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等）と負に帯電されやすい側に配列される。
【００２７】
摩擦体８にシリコーンを用いる場合、ドラム７を形成する絶縁材料として、摩擦体８に対して帯電序列で下位にあるフッ素樹脂（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等）、ＰＶＣ、ＰＰ等を使用すれば、ドラム７は負に帯電されることになり、正に帯電した要素物体を吸着し、負に帯電した要素物体を反発して分離することができる。逆に、ドラム７を形成する絶縁材料としてＰＣを使用し、摩擦体８にＰＣよりも帯電序列で下位にあるＰＰ、ＰＶＣ等を使用すれば、ドラム７は正に帯電されることになり、負に帯電した要素物体を吸着し、正に帯電した要素物体を反発して分離することができる。
【００２８】
このような構成において、帯電手段１において、貯蔵ホッパ４より粉砕されたプラスチック混合物を摩擦帯電部５に供給し、帯電序列に従って要素物体のそれぞれを正および負に帯電させる。摩擦帯電した要素物体は供給口６より静電分離手段２に供給される。静電分離手段２において、摩擦体８と接触して回転させることにより正または負に帯電させたドラム７表面に、ドラム７と異なる極性に帯電した要素物体９は吸着され、スクレーパ１１により掻き落とされて回収容器３ｂに回収される。一方、ドラム７と同じ極性に帯電した要素物体１０は反発され、回収容器３ａに回収される。これにより、混合物は要素物体９，１０に精度よく分離され、純度の高い要素物体９，１０が選別できる。このとき、帯電量の少ない要素物体９，１０は両方が混ざった状態で回収容器３ｃに回収されるが、これを貯蔵ホッパ４に戻して再度選別することにより、さらに選別精度を上げることができる。
【００２９】
なお、ドラム７は異種絶縁材料および金属製ドラムの表面に絶縁材料を貼り付けた構成でもよい。例えば、金属としてステンレス製のドラム表面にＰＴＦＥを貼り付け、摩擦体８としてシリコーン等の帯電序列で上位にあるものを使用すれば、ドラム７は負に帯電されることになる。そして、正に帯電させた要素物体を吸着し、負に帯電させた要素物体を反発して分離することができる。あるいは、金属ドラム表面にＰＣを貼り付け、摩擦体８としてＰＰ等の帯電序列で下位にあるものを使用すれば、ドラム７は正に帯電されることになる。そして、負に帯電させた要素物体を吸着し、正に帯電させた要素物体を反発して分離することができる。これらの場合、金属製ドラムが接地されていると、表面に貼り付けた絶縁材料の電界が弱まるので、金属製ドラムは電気的に浮かせた状態としておくのが望ましい。
【００３０】
（前提となる形態２）
図２に示すように、前提となる形態２における静電選別装置は、前提となる形態１と同様、選別経路の上方に配置された帯電手段１と、この帯電手段１の下方に配置された静電分離手段２ａと、この静電分離手段２ａにより分離した要素物体を回収する回収容器３を備えている。
【００３１】
帯電手段１は前提となる形態１と同様であるから、ここでの説明を省略する。静電分離手段２ａは、少なくとも摩擦面が絶縁材料で形成された無端ベルトである帯電体としてのコンベアベルト７ａ，７ｂを対向配置し、さらにコンベアベルト７ａ，７ｂのそれぞれの外周面に接触して摩擦によりコンベアベルト７ａ，７ｂを正または負のそれぞれ異なる極性に帯電させる摩擦体８ａ，８ｂと、コンベアベルト７ａ，７ｂのそれぞれの外周面に接触して吸着された要素物体を掻き落とすスクレーパ１１ａ，１１ｂにより構成されている。摩擦体８に用いる材料は前提となる形態１において説明した材料と同じものを用いることができる。
【００３２】
帯電手段１によって正および負にそれぞれ帯電させた要素物体９，１０は、それぞれの極性と異なる極性に帯電させたコンベアベルト７ａ，７ｂのいずれかに吸引され、正に帯電した要素物体と負に帯電した要素物体が分離されることになる。そして、コンベアベルト７ａ，７ｂに吸引されて、コンベアベルト７ａ，７ｂに吸着した要素物体１０，９はそれぞれスクレーパ１１ａ，１１ｂにより掻き落とされる。
【００３３】
このような構成において、帯電手段１において、貯留ホッパ４より粉砕されたプラスチック混合物を摩擦帯電部５に供給し、帯電序列に従って要素物体９，１０のそれぞれを正および負に帯電させる。摩擦帯電した要素物体は供給口６より静電分離手段２ａに供給される。静電分離手段２ａにおいて、摩擦体８ａ，８ｂと接触して循環させることにより正および負に帯電させたコンベアベルト７ａ，７ｂ表面にそれぞれのコンベアベルト７ａ，７ｂと異なる極性に帯電した要素物体１０，９は吸引されて、コンベアベルト７ａ，７ｂに吸着した要素物体１０，９はスクレーパ１１ａ，１１ｂにより掻き落とされてそれぞれ回収容器３ａ，３ｂに回収される。これにより、混合物は要素物体９，１０に精度よく分離され、純度の高い要素物体９，１０が選別できる。このとき、帯電量の少ない要素物体９，１０は両方が混ざった状態で回収容器３ｃに回収されるが、第１実施の形態と同様にして選別すればよい。
【００３４】
（前提となる形態３）
図３に示すように、前提となる形態３における静電選別装置は、前提となる形態１と同様、選別経路の上方に配置された帯電手段１と、この帯電手段１の下方に配置された静電分離手段２ｂと、この静電分離手段２ｂにより分離した要素物体を回収する回収容器３を備えている。
【００３５】
帯電手段１は前提となる形態１と同様により、ここでの説明を省略する。静電分離手段２ｂは、前提となる形態１におけるドラム７、摩擦体８、およびスクレーパ１１を第２実施の形態と同様に対向配置してドラム７ｃ，７ｄ、摩擦体８ｃ，８ｄ、およびスクレーパ１１ｃ，１１ｄとしたものである。
【００３６】
このような構成において、帯電手段１によって正および負にそれぞれ帯電させた要素物体９，１０は、供給口６よりドラム７ｄ上に供給される。ドラム７ｄと異なる極性に帯電した要素物体９は、ドラム７ｄ表面に吸着され、スクレーパ１１ｄにより掻き落とされて回収容器３ｂに回収される。一方、ドラム７ｄと同じ極性に帯電した要素物体１０は、ドラム７ｄに反発されると共に、ドラム７ｃに吸引されて回収容器３ａに回収される。このとき、ドラム７ｃ表面に吸着した要素物体１０は、スクレーパ１１ｃにより掻き落とされて回収容器３ａに回収される。なお、帯電量の少ない要素物体９，１０は、回収容器３ｃに両方が混ざって回収され、これを貯蔵ホッパ４に戻して再度選別することによりさらに選別精度を上げることができる。このとき、帯電量の少ない要素物体１０には、ドラム７ｄとの反発力だけでなく、ドラム７ｃによる吸引力が働くので、より精度の高い分離が可能であり、回収率も向上する。
【００３７】
（実施の形態１）
図４に示すように、実施の形態１における静電選別装置は、前提となる形態１と同様、選別経路の上方に配置された帯電手段１と、この帯電手段１の下方に配置された静電分離手段２ｃと、この静電分離手段２ｃにより分離した要素物体を回収する回収容器３を備えている。
【００３８】
帯電手段１は前提となる形態１と同様であるから、ここでの説明を省略する。静電分離手段２ｃは、前提となる形態２におけるコンベアベルト７ａ、摩擦体８ａ、およびスクレーパ１１ａを第１実施の形態と同様に１組配置してコンベアベルト７ｅ、摩擦体８ｅ、およびスクレーパ１１ｅとしたものである。
【００３９】
このような構成において、帯電手段１によって正および負にそれぞれ帯電させた要素物体９，１０は、前提となる形態１と同様に、回収容器３ａ，３ｂに回収される。
【００４０】
ところで、混合物はプラスチック−プラスチック混合物に限らず、プラスチック−金属混合物にも利用できる。この場合、供給口６は導電性材料で形成し接地しておき、摩擦帯電部５で摩擦帯電させたプラスチック−金属混合物を、供給口６より静電分離装置２に供給する。導電性材料で形成された供給口６が接地されているため、混合物中の金属粉砕物は直ちに電荷を失い電界の影響を受けずに落下し、回収容器３ｃに回収される。これに対し、プラスチック粉砕物は、電荷を完全に失うことなく帯電したままであり、同じ極性に帯電した帯電体２に反発されるか、もしくは異なる極性に帯電した帯電体２に吸引されて、回収容器３ａもしくは３ｂに回収される。すなわち、プラスチックと金属に選別可能である。
【００４１】
ところで、混合物が３種類以上の要素物体を含む場合は、以上において説明した静電選別装置を繰り返し混合物を通過させるか、あるいは、静電選別装置を直列に配置して通過させればよい。これにより、多種類の要素物体を含む混合物においてもそれぞれの要素物体に分離し、選別することが可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によって、以下の効果を奏することができる。
【００４９】
（１）請求項１記載の発明によって、帯電後、金属は供給口で電荷を失い落下により分離され、帯電した帯電体によって異なる極性に帯電した要素物体を吸着し、同じ極性に帯電した要素物体を反発することでそれぞれの要素物体に分離することが可能となり、静電分離手段に高電圧を印加せずとも、それぞれの要素物体を選別することが可能となる。また、高圧電源装置および感電対策が不要となり、安価で、感電の危険がない静電選別装置が得られる。
【００５４】
（２）請求項２記載の発明によって、絶縁材料の帯電序列を利用して帯電体の任意の帯電量が得られ、帯電体と異なる極性に帯電した要素物体を細かく選別して確実に吸着させることができ、分離精度を向上させることができる。
【００５５】
（３）請求項３記載の発明によって、摩擦により帯電させた電荷によって異なる極性に帯電した要素物体を吸着し、同じ極性に帯電した要素物体を反発することでそれぞれの要素物体に分離することが可能となり、高電圧を印加せずとも、それぞれの要素物体を選別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる形態１における静電選別装置の説明図
【図２】本発明の前提となる形態２における静電選別装置の説明図
【図３】本発明の前提となる形態３における静電選別装置の説明図
【図４】本発明の第１実施の形態における静電選別装置の説明図
【符号の説明】
１ 帯電手段
２，２ａ 静電分離手段
３，３ａ，３ｂ，３ｃ 回収容器
４ 貯蔵ホッパ
５ 摩擦帯電部
６ 供給口
７ ドラム
７ａ，７ｂ，７ｃ コンベアベルト
８，８ａ，８ｂ，８ｃ 摩擦体
９，１０ 要素物体
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ スクレーパ
【発明の属する技術分野】
本発明は、成分の異なる２種類以上の要素物体からなる混合物を分離する静電選別装置及び選別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ごみのリサイクルが推進されつつあり、電動機、配電盤、コピー機、およびパーソナルコンピュータ等を含むいわゆるＯＡ機器に関しては、その小型化と軽量化が追求され続けている。その結果として、今日の製品には様々な種類の金属やプラスチック等の素材が複合されて使用されている。これらのＯＡ機器をリサイクルする場合、まず、解体により各構成部品毎に大きく分別される。その後、粉砕機等で細かく粉砕し、磁気選別、渦電流選別等を利用して金属類を分離する。残ったプラスチック類は比重選別、溶融分離、静電選別等を利用して分離する。このように各素材は、各素材要素毎に選別され、リサイクル材として用いられる。
【０００３】
また、プラスチック製品原料として消費されるプラスチック類は、塩化ビニル系樹脂（以下、「ＰＶＣ」と称す）、ポリエチレン系樹脂（以下、「ＰＥ」と称す）、ポリプロピレン系樹脂（以下、「ＰＰ」と称す）、ポリスチレン系樹脂（以下、「ＰＳ」と称す）、およびメタクリル樹脂〔アクリル樹脂〕（以下、「ＰＭＭＡ」と称す）が全体の約８０％を占め、回収される廃プラスチックもこれらの樹脂類がほとんどを占める。また、ペットボトルとして多用されるポリエチレンテレフタレート樹脂（以下、「ＰＥＴ」と称す）も独自に集荷されつつある。
【０００４】
従来の静電選別装置においては、専ら２種類ないしそれ以上の要素の分離にそれらの要素物体の電気抵抗の差を利用するものである。すなわち、これらの混合物を回転ドラム上に供給しつつ、これに向かって直流コロナ放電を行って電荷を与え、電気抵抗の低い物体は直ちに電荷を失って重力により下方に落下し、電気抵抗の高い物体はいつまでも電荷を保持してドラムに付着するので、これを別の位置でスクレーパによりドラムから掻き取ることによって物体の分離を行うものである。しかし、このような方式は、両物体が電気抵抗に著しい差異を有するときにのみ有効であり、両物体が共に絶縁体、ないし共に導体であるときは、その有効な分別が困難である。
【０００５】
プラスチック製品をリサイクルする場合、樹脂ごとに選別することが肝要であるが、これらの樹脂は絶縁体であり、上記従来の静電選別装置においては選別不可能である。そこで、これらの絶縁体を選別する技術として、特開昭５７−４２３５５号公報、特開平９−２６７０５２号公報、特開平９−２９９８２８号公報、特開平９−２９９８２９号公報、および特開平９−２９９８３０号公報等に開示されている静電選別装置がある。
【０００６】
特開昭５７−４２３５５号公報および特開平９−２６７０５２号公報に記載の静電選別装置は、導電性材料により形成される板状の電極を対向配置し、電極間に直流高電圧を印加して、あらかじめ摩擦を付与して帯電させた被選別材料を帯電量に応じて分離するものである。
【０００７】
また、特開平９−２９９８２８号公報、特開平９−２９９８２９号公報、および特開平９−２９９８３０号公報に記載の装置は、高電圧が印加された導電性の回転ドラムと対向電極との間に形成される静電場により、あらかじめ摩擦を付与して帯電させた被選別材料を帯電量に応じて分離するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したいずれの装置においても、帯電した被選別材料を分離する電極や回転ドラムなどの静電分離手段には、１０〜５０ｋＶ程度の高電圧が印加されているため、感電対策が必要となる。また、高電圧を印加するための電源装置が必要となるため、装置が大型化し、コストが高くなる。
【０００９】
本発明において解決すべき課題は、高圧電源装置、および電極や回転ドラム等に対する感電対策を不要とし、安価で、感電の危険がない静電選別装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電選別装置は、成分の異なる２種類以上の要素物体からなる混合物のそれぞれの要素物体を正または負に帯電させる帯電手段と、帯電させた要素物体を摩擦により帯電させた帯電体によって分離する静電分離手段とを備えた静電選別装置であって、帯電手段には、帯電させた要素物体を静電分離手段に供給するための供給口が設けられ、該供給口が導電性材料で形成されるとともに接地され、電荷を失った金属を分離できるものである。
【００１１】
このような構成によれば、帯電手段により正または負に帯電させた要素物体のうち、金属は電荷を失い落下し、残りの要素物体は、摩擦により帯電させた帯電体と同じ極性のものは反発され、異なる極性のものは吸引されることになり、それぞれの要素物体に分離することができる。
【００１２】
したがって、本発明によれば、静電分離手段に高電圧を印加することなく、要素物体を選別することができるため、高圧電源装置および感電対策が不要となり、安価で、感電の危険がない静電選別装置が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、成分の異なる２種類以上の要素物体からなる混合物のそれぞれの要素物体を正または負に帯電させる帯電手段と、帯電させた要素物体を摩擦により帯電させた帯電体によって分離する静電分離手段とを備えた静電選別装置であって、帯電手段には、帯電させた要素物体を静電分離手段に供給するための供給口が設けられ、該供給口が導電性材料で形成されるとともに接地され、電荷を失った金属を分離できるものであり、帯電手段により正または負に帯電させた要素物体のうち、金属は供給口で電荷を失い落下して分離され、摩擦により帯電させた帯電体と同じ極性のものは反発され、異なる極性のものは吸引されることになり、帯電体と異なる極性に帯電した要素物体を吸引し、帯電体と同じ極性に帯電した要素物体を反発することで分離することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記帯電体が、帯電序列で上位あるいは下位にある絶縁材料の摩擦体との摩擦で帯電する絶縁材料から構成されたことを特徴とする請求項１記載の静電選別装置としたものであり、帯電序列で上位にある摩擦体との摩擦により帯電体を負に帯電させるか、あるいは帯電序列で下位にある摩擦体との摩擦により帯電体を正に帯電させる。そして、この帯電体によって、異なる極性に帯電した要素物体を吸引、あるいは同じ極性に帯電した要素物体を反発して分離することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、成分の異なる２種類以上の要素物体からなる混合物のそれぞれの要素物体を正または負に帯電させ、接地され導電性材料で構成された供給口によって混合物から金属の要素物体を分離し、次いで残りの帯電した要素物体を摩擦により帯電させた正または負の電荷によって吸引または反発させることにより分離することを特徴とする静電選別方法としたものであり、正または負に帯電した要素物体のうち、金属は供給口で電荷を失って落下し、帯電させた電荷と同じ極性のものは反発され、異なる極性のものは吸引されることになり、それぞれの要素物体に分離することができる。
【００２０】
以下、前提となる形態１〜３について、図１〜図３を用いて説明する。
（前提となる形態１）
図１に示すように、前提となる形態１における静電選別装置は、主にプラスチック混合物からそれぞれのプラスチック要素物体を選別する装置であり、選別経路の上方に配置された帯電手段１と、この帯電手段１の下方に配置された静電分離手段２と、この静電分離手段２により分離した要素物体を回収する回収容器３を備えている。
【００２１】
帯電手段１は、被選別材料である粉砕されたプラスチック混合物を貯蔵する貯蔵ホッパ４と、被選別材料に対して帯電序列が中間部に位置する帯電材料で内面を覆った円筒状の摩擦帯電部５と、静電分離手段２へ被選別材料を所定量ずつ供給する供給口６により構成されている。貯蔵ホッパ４から摩擦帯電部５に供給された被選別材料の要素物体９，１０は、摩擦帯電部５の内面を覆った帯電材料との摩擦および要素物体同士の摩擦により帯電序列に従ってそれぞれ正および負に帯電されて、供給口６から静電分離手段２へ供給される。
【００２２】
摩擦帯電部５は、混合物との間に激しい摩擦運動を行って摩擦帯電を発生するものであれば、どのような機構・形状・材料を用いてもよいが、例えば、公知のサイクロン装置、回転式分散ディスク、高速回転を行う旋回羽根等を用いることができる。サイクロン装置は、サイクロンの外筒内壁に沿って気流と共に混合物を旋回流動させることにより、混合物を摩擦帯電要素である外筒内壁に遠心力の作用により強力な摩擦相対運動を行わせるものである。回転式分散ディスクは、垂直な回転軸を有して、上向きに凹状の円錐形状を有する分散ディスクを高速回転させ、その中央に混合物を供給の上、遠心力の作用で外方に分散させて、分散ディスクの表面において、遠心力と重力の作用により強力な摩擦相対運動を行わせるものである。高速回転を行う旋回羽根は、混合物を有する容器内で、回転羽根を強力に旋回させ、これにより混合物を撹拌して摩擦帯電させるものである。
【００２３】
また、この静電選別装置により有効に選別を行うためには、混合物を形成する要素物体が、摩擦帯電要素との摩擦運動により常に安定にそれぞれの要素物体に固有の極性および電荷量に帯電する必要があり、このためには、あらかじめ要素物体を所定の粒径に粉砕の上、これを充分予備乾燥して吸着水分による妨害作用を除いておく必要がある。さらに、
必要に応じて混合物体の供給経路である貯蔵ホッパ４、摩擦帯電部５、および供給口６、また、静電分離手段２の一部または全部を加熱したり、あるいは乾燥した気体（空気、窒素、炭酸ガス、これらの混合物等）を供給して湿った外気の侵入を防ぐ必要がある。また、混合物が可燃性であるときは、貯蔵ホッパ４、摩擦帯電部５、供給口６、静電分離手段２の一部または全部に不活性ガス（窒素、炭酸ガス、これらを添加した空気等）を供給して、その着火を防ぐ必要がある。
【００２４】
静電分離手段２は、少なくとも摩擦面が絶縁材料で形成された１組の回転する帯電体としてのドラム７と、ドラム７の外周面に接触して摩擦によりドラム７を正または負のいずれかに帯電させる摩擦体８と、ドラム７の外周面に接触して吸着された要素物体を掻き落とすスクレーパ１１により構成されている。帯電手段１によって正および負に帯電させた要素物体９，１０は、ドラム７と異なる極性のものはドラム７に吸着され、同じ極性のものは反発されるため、正に帯電した要素物体と負に帯電した要素物体がそれぞれ分離されることになる。そして、ドラム７に吸着された要素物体９はスクレーパ１１により掻き落とされる。
【００２５】
ここで、帯電体および摩擦体８に用いる材料について説明する。帯電体および摩擦体８には全ての絶縁材料が使用できるが、摩擦体８にはこの絶縁材料に代えて、綿、綿とポリエステルなどの合成繊維などを使用することもできる。また、帯電序列で例えばＰＳとほぼ同じ順位に位置する銅やクロム、ニッケルなどの金属を使用することもできる。しかし、摩擦により帯電させた電荷が金属との接触により弱まるため、絶縁材料であるプラスチック材を使用するほうがよい。
【００２６】
帯電体および摩擦体８に用いる絶縁材料には、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＴＰＸ（ポリメチルペンテン）、シリコーン、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＡＢＳ（アクリロニトリルスチレンブタジエン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロオエチレン）およびＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂がある。これらを帯電序列順に並べると、正に帯電されやすい側からシリコーン→ＴＰＸ→ＰＣ→ＡＢＳ→ＰＢＴ→ＰＰ→ＰＶＣ→フッ素樹脂（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等）と負に帯電されやすい側に配列される。
【００２７】
摩擦体８にシリコーンを用いる場合、ドラム７を形成する絶縁材料として、摩擦体８に対して帯電序列で下位にあるフッ素樹脂（ＰＴＦＥ，ＰＦＡ等）、ＰＶＣ、ＰＰ等を使用すれば、ドラム７は負に帯電されることになり、正に帯電した要素物体を吸着し、負に帯電した要素物体を反発して分離することができる。逆に、ドラム７を形成する絶縁材料としてＰＣを使用し、摩擦体８にＰＣよりも帯電序列で下位にあるＰＰ、ＰＶＣ等を使用すれば、ドラム７は正に帯電されることになり、負に帯電した要素物体を吸着し、正に帯電した要素物体を反発して分離することができる。
【００２８】
このような構成において、帯電手段１において、貯蔵ホッパ４より粉砕されたプラスチック混合物を摩擦帯電部５に供給し、帯電序列に従って要素物体のそれぞれを正および負に帯電させる。摩擦帯電した要素物体は供給口６より静電分離手段２に供給される。静電分離手段２において、摩擦体８と接触して回転させることにより正または負に帯電させたドラム７表面に、ドラム７と異なる極性に帯電した要素物体９は吸着され、スクレーパ１１により掻き落とされて回収容器３ｂに回収される。一方、ドラム７と同じ極性に帯電した要素物体１０は反発され、回収容器３ａに回収される。これにより、混合物は要素物体９，１０に精度よく分離され、純度の高い要素物体９，１０が選別できる。このとき、帯電量の少ない要素物体９，１０は両方が混ざった状態で回収容器３ｃに回収されるが、これを貯蔵ホッパ４に戻して再度選別することにより、さらに選別精度を上げることができる。
【００２９】
なお、ドラム７は異種絶縁材料および金属製ドラムの表面に絶縁材料を貼り付けた構成でもよい。例えば、金属としてステンレス製のドラム表面にＰＴＦＥを貼り付け、摩擦体８としてシリコーン等の帯電序列で上位にあるものを使用すれば、ドラム７は負に帯電されることになる。そして、正に帯電させた要素物体を吸着し、負に帯電させた要素物体を反発して分離することができる。あるいは、金属ドラム表面にＰＣを貼り付け、摩擦体８としてＰＰ等の帯電序列で下位にあるものを使用すれば、ドラム７は正に帯電されることになる。そして、負に帯電させた要素物体を吸着し、正に帯電させた要素物体を反発して分離することができる。これらの場合、金属製ドラムが接地されていると、表面に貼り付けた絶縁材料の電界が弱まるので、金属製ドラムは電気的に浮かせた状態としておくのが望ましい。
【００３０】
（前提となる形態２）
図２に示すように、前提となる形態２における静電選別装置は、前提となる形態１と同様、選別経路の上方に配置された帯電手段１と、この帯電手段１の下方に配置された静電分離手段２ａと、この静電分離手段２ａにより分離した要素物体を回収する回収容器３を備えている。
【００３１】
帯電手段１は前提となる形態１と同様であるから、ここでの説明を省略する。静電分離手段２ａは、少なくとも摩擦面が絶縁材料で形成された無端ベルトである帯電体としてのコンベアベルト７ａ，７ｂを対向配置し、さらにコンベアベルト７ａ，７ｂのそれぞれの外周面に接触して摩擦によりコンベアベルト７ａ，７ｂを正または負のそれぞれ異なる極性に帯電させる摩擦体８ａ，８ｂと、コンベアベルト７ａ，７ｂのそれぞれの外周面に接触して吸着された要素物体を掻き落とすスクレーパ１１ａ，１１ｂにより構成されている。摩擦体８に用いる材料は前提となる形態１において説明した材料と同じものを用いることができる。
【００３２】
帯電手段１によって正および負にそれぞれ帯電させた要素物体９，１０は、それぞれの極性と異なる極性に帯電させたコンベアベルト７ａ，７ｂのいずれかに吸引され、正に帯電した要素物体と負に帯電した要素物体が分離されることになる。そして、コンベアベルト７ａ，７ｂに吸引されて、コンベアベルト７ａ，７ｂに吸着した要素物体１０，９はそれぞれスクレーパ１１ａ，１１ｂにより掻き落とされる。
【００３３】
このような構成において、帯電手段１において、貯留ホッパ４より粉砕されたプラスチック混合物を摩擦帯電部５に供給し、帯電序列に従って要素物体９，１０のそれぞれを正および負に帯電させる。摩擦帯電した要素物体は供給口６より静電分離手段２ａに供給される。静電分離手段２ａにおいて、摩擦体８ａ，８ｂと接触して循環させることにより正および負に帯電させたコンベアベルト７ａ，７ｂ表面にそれぞれのコンベアベルト７ａ，７ｂと異なる極性に帯電した要素物体１０，９は吸引されて、コンベアベルト７ａ，７ｂに吸着した要素物体１０，９はスクレーパ１１ａ，１１ｂにより掻き落とされてそれぞれ回収容器３ａ，３ｂに回収される。これにより、混合物は要素物体９，１０に精度よく分離され、純度の高い要素物体９，１０が選別できる。このとき、帯電量の少ない要素物体９，１０は両方が混ざった状態で回収容器３ｃに回収されるが、第１実施の形態と同様にして選別すればよい。
【００３４】
（前提となる形態３）
図３に示すように、前提となる形態３における静電選別装置は、前提となる形態１と同様、選別経路の上方に配置された帯電手段１と、この帯電手段１の下方に配置された静電分離手段２ｂと、この静電分離手段２ｂにより分離した要素物体を回収する回収容器３を備えている。
【００３５】
帯電手段１は前提となる形態１と同様により、ここでの説明を省略する。静電分離手段２ｂは、前提となる形態１におけるドラム７、摩擦体８、およびスクレーパ１１を第２実施の形態と同様に対向配置してドラム７ｃ，７ｄ、摩擦体８ｃ，８ｄ、およびスクレーパ１１ｃ，１１ｄとしたものである。
【００３６】
このような構成において、帯電手段１によって正および負にそれぞれ帯電させた要素物体９，１０は、供給口６よりドラム７ｄ上に供給される。ドラム７ｄと異なる極性に帯電した要素物体９は、ドラム７ｄ表面に吸着され、スクレーパ１１ｄにより掻き落とされて回収容器３ｂに回収される。一方、ドラム７ｄと同じ極性に帯電した要素物体１０は、ドラム７ｄに反発されると共に、ドラム７ｃに吸引されて回収容器３ａに回収される。このとき、ドラム７ｃ表面に吸着した要素物体１０は、スクレーパ１１ｃにより掻き落とされて回収容器３ａに回収される。なお、帯電量の少ない要素物体９，１０は、回収容器３ｃに両方が混ざって回収され、これを貯蔵ホッパ４に戻して再度選別することによりさらに選別精度を上げることができる。このとき、帯電量の少ない要素物体１０には、ドラム７ｄとの反発力だけでなく、ドラム７ｃによる吸引力が働くので、より精度の高い分離が可能であり、回収率も向上する。
【００３７】
（実施の形態１）
図４に示すように、実施の形態１における静電選別装置は、前提となる形態１と同様、選別経路の上方に配置された帯電手段１と、この帯電手段１の下方に配置された静電分離手段２ｃと、この静電分離手段２ｃにより分離した要素物体を回収する回収容器３を備えている。
【００３８】
帯電手段１は前提となる形態１と同様であるから、ここでの説明を省略する。静電分離手段２ｃは、前提となる形態２におけるコンベアベルト７ａ、摩擦体８ａ、およびスクレーパ１１ａを第１実施の形態と同様に１組配置してコンベアベルト７ｅ、摩擦体８ｅ、およびスクレーパ１１ｅとしたものである。
【００３９】
このような構成において、帯電手段１によって正および負にそれぞれ帯電させた要素物体９，１０は、前提となる形態１と同様に、回収容器３ａ，３ｂに回収される。
【００４０】
ところで、混合物はプラスチック−プラスチック混合物に限らず、プラスチック−金属混合物にも利用できる。この場合、供給口６は導電性材料で形成し接地しておき、摩擦帯電部５で摩擦帯電させたプラスチック−金属混合物を、供給口６より静電分離装置２に供給する。導電性材料で形成された供給口６が接地されているため、混合物中の金属粉砕物は直ちに電荷を失い電界の影響を受けずに落下し、回収容器３ｃに回収される。これに対し、プラスチック粉砕物は、電荷を完全に失うことなく帯電したままであり、同じ極性に帯電した帯電体２に反発されるか、もしくは異なる極性に帯電した帯電体２に吸引されて、回収容器３ａもしくは３ｂに回収される。すなわち、プラスチックと金属に選別可能である。
【００４１】
ところで、混合物が３種類以上の要素物体を含む場合は、以上において説明した静電選別装置を繰り返し混合物を通過させるか、あるいは、静電選別装置を直列に配置して通過させればよい。これにより、多種類の要素物体を含む混合物においてもそれぞれの要素物体に分離し、選別することが可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によって、以下の効果を奏することができる。
【００４９】
（１）請求項１記載の発明によって、帯電後、金属は供給口で電荷を失い落下により分離され、帯電した帯電体によって異なる極性に帯電した要素物体を吸着し、同じ極性に帯電した要素物体を反発することでそれぞれの要素物体に分離することが可能となり、静電分離手段に高電圧を印加せずとも、それぞれの要素物体を選別することが可能となる。また、高圧電源装置および感電対策が不要となり、安価で、感電の危険がない静電選別装置が得られる。
【００５４】
（２）請求項２記載の発明によって、絶縁材料の帯電序列を利用して帯電体の任意の帯電量が得られ、帯電体と異なる極性に帯電した要素物体を細かく選別して確実に吸着させることができ、分離精度を向上させることができる。
【００５５】
（３）請求項３記載の発明によって、摩擦により帯電させた電荷によって異なる極性に帯電した要素物体を吸着し、同じ極性に帯電した要素物体を反発することでそれぞれの要素物体に分離することが可能となり、高電圧を印加せずとも、それぞれの要素物体を選別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる形態１における静電選別装置の説明図
【図２】本発明の前提となる形態２における静電選別装置の説明図
【図３】本発明の前提となる形態３における静電選別装置の説明図
【図４】本発明の第１実施の形態における静電選別装置の説明図
【符号の説明】
１ 帯電手段
２，２ａ 静電分離手段
３，３ａ，３ｂ，３ｃ 回収容器
４ 貯蔵ホッパ
５ 摩擦帯電部
６ 供給口
７ ドラム
７ａ，７ｂ，７ｃ コンベアベルト
８，８ａ，８ｂ，８ｃ 摩擦体
９，１０ 要素物体
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ スクレーパ
Claims (3)
- 成分の異なる２種類以上の要素物体からなる混合物のそれぞれの要素物体を正または負に帯電させる帯電手段と、帯電させた要素物体を摩擦により帯電させた帯電体によって分離する静電分離手段とを備えた静電選別装置であって、前記帯電手段には、帯電させた要素物体を前記静電分離手段に供給するための供給口が設けられ、該供給口が導電性材料で形成されるとともに接地され、電荷を失った金属を分離できることを特徴とする静電選別装置。
- 前記帯電体が、帯電序列で上位あるいは下位にある絶縁材料の摩擦体との摩擦で帯電する絶縁材料から構成されたことを特徴とする請求項１記載の静電選別装置。
- 成分の異なる２種類以上の要素物体からなる混合物のそれぞれの要素物体を正または負に帯電させ、接地され導電性材料で構成された供給口によって前記混合物から金属の要素物体を分離し、次いで残りの帯電した要素物体を摩擦により帯電させた正または負の電荷によって吸引または反発させることにより分離することを特徴とする静電選別方法。
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