JP4057076B2

JP4057076B2 - 回転ドラム型非磁性金属選別回収装置

Info

Publication number: JP4057076B2
Application number: JP17756096A
Authority: JP
Inventors: 正男緒方
Original assignee: Senqcia Corp
Current assignee: Senqcia Corp
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1996-06-18
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JPH10379A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム、銅等の導電性非磁性金属を処理物中より分離、回収するための回転ドラム型非磁性金属選別回収装置に関し、特に小口径の導電性非磁性金属片を回収するための回転ドラム型非磁性金属選別回収装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題が注目される中、資源の再利用化も進んでおり、日常発生する廃棄物の中から、鉄はもとより非鉄金属類、紙、布類、木片、合成樹脂、ゴム、ガラス等広い範囲で資源回収が行われ、それに伴う回収システムにも新しい技術が採用されている。
非鉄金属の中でアルミニウムに代表される非磁性軽金属類を選別回収する装置は、都市ごみの中のアルミ缶、あるいは自動車廃車の裁断スクラップに含まれるアルミニウム等の回収再利用に多用されている。
非鉄金属を他の廃棄物と選別回収する手段として磁力を応用したものは、従来より、移動交流磁界を応用したリニアモータ型、ロータリーキルン状回転円筒の外周に永久磁石を配設したインサイドドラム型、平滑斜面の下側に永久磁石を配列したスライディングセパレータ型、あるいはコンベアベルトが巻装されるドラムを二重構造のドラム型とし内部に永久磁石回転子を配設した回転ドラム型等、多数の構造が提案されている。
【０００３】
上記の中で回転ドラム型が最も多く使用されており、その従来例を図１０に示す。図１０において、無端状のコンベアベルト１０は一方の端部を駆動ローラ９に、他方の端部をドラム１に巻装されている。駆動ローラ９をモータ７によりＶベルト８を介して矢印ＲＲの方向に回転駆動することにより、コンベアベルト１０を矢印ＲＢの方向に走行させる。従って、従動ローラであるドラム１は矢印ＲＤで示す方向に回転する。また、ドラム１は非磁性材料で形成されており、ドラム１の内部にはドラム１と同心状に永久磁石回転子４が回転自在に配設されている。
【０００４】
次に上記永久磁石回転子４の構成を図１１に示す。円筒磁性部材３の外周面上にその法線方向に着磁された磁石２と磁石２´が、円周方向に沿って等角度間隔で交互にＮ極とＳ極がドラム１側に位置するように、かつそれらの外表面がドラム１の内周面に近接するように固設されている。また、永久磁石回転子４はドラム１と同心で回転方向ＲＤと同一方向ＲＭに回転するが、回転速度（周速）が異なるように別のモータ６によりＶベルト５を介して回転駆動する二重構造になっている。なお、永久磁石回転子４の回転速度は、ドラム１の回転速度よりも充分に大きくなるように設定されている。
【０００５】
このようにして、磁石２のＮ極から流出した磁束Ｃは、ドラム１およびその上に巻装されたコンベアベルト１０を通過して磁石２´のＳ極に流入するので、コンベアベルト１０の表面に強力な磁界を発生させることになり、処理物（１４あるいは１５）に種々の影響を与える。さらにドラム１の前方下側には、コンベアベルト１０から落下し選別される処理物を回収する容器１８、１９が配設され、容器１８には紙、布類、木片、合成樹脂等の非金属片１４、容器１９にはアルミニウム、銅等の導電性非磁性金属片１５がそれぞれ回収される。
【０００６】
上記の回転ドラム型非磁性金属選別回収装置の動作は次の通りである。
まず、導電性非磁性金属片１５、非金属片１４が混在した処理物をホッパ１３の上端開放部から投入すると、コンベアベルト１０の表面に落下し、コンベアベルト１０の走行と共にドラム１の中心軸を通る垂線の上部領域、すなわち最頂部へと搬送される。ここで、コンベアベルト１０上の処理物はある程度の厚さを持ち層状となるが、理解を容易にするために図１０では散在した状態で示す。
【０００７】
処理物は、ドラム１の最頂部に達すると、ドラム１に内設された永久磁石回転子４の高速回転により、円筒磁性部材３の外周面に固設された磁石２および磁石２´によって発生する高周波交番磁界の中を通過する。この時、導電性非磁性金属片１５の内部にはファラデーの電磁誘導で説明される渦電流が発生し、この渦電流に起因して発生する磁束の向きと、永久磁石回転子４より発生する磁束の向きは、レンツの法則に従って相反するため、両者の相互作用により遠心方向の斥力（反発力）が生起される。さらにコンベアベルト１０の搬送力が合成力として作用して、導電性非磁性金属片１５はコンベアベルト１０の走行方向から見てその前方でかつ上方に飛翔し、ドラム１のほぼ最頂部より放物線の軌跡ａを描いて落下し、容器１９へと選別回収される。
【０００８】
また、処理物中の非金属片１４は、磁石２および磁石２´の磁気作用を何等受けることが無いため、自重により自由落下して、ｂの軌跡に沿って容器１８へ選別回収される。
【０００９】
従来の永久磁石回転子４の１／４断面図を図１２に示す。図１２は、磁石２と磁石２´が、円筒磁性部材３の外周面上に円周方向に沿って３０°の等角度間隔で固設された場合を示す。
磁石の磁化を弱めようとして磁石内を走る反磁場は、Ｎ極とＳ極の距離が遠くなるにつれ小さくなる。従って、反磁場の影響を少なくし磁石の磁気を強くするためには、磁石を固設する部材を鉄などの磁性材料で形成し、隣合う磁石の磁気回路を接続して磁石内のＮ極とＳ極の距離を長くすれば良いことは一般に知られている。
図１２において反時計方向の角度をθとすると、ドラム１の外表面法線方向の磁束密度Ｂと角度θの関係（磁束密度分布）は図１３のようになる。なお、角度θが１５°以上になると周期的に同様な磁束密度曲線を描くため、角度θは０°〜１５°の範囲で示す。
【００１０】
一般に、導電性非磁性金属片が永久磁石回転子より受ける斥力Ｆは次の式で表される。
Ｆ∝Ｂｇ²×ｆ×σ×Ａ／ρ…………（１）
ここでＢｇ：磁束密度
ｆ：周波数（＝磁石ドラム極数×磁石ドラム回転数）
σ ：導電率
Ａ：処理物表面積
ρ ：密度
選別回収の対象である導電性非磁性金属片１５が小口径の場合、その表面積は小さくなり、斥力Ｆが小さくなることが式（１）から理解できる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転ドラム型非磁性金属選別回収装置では、導電性非磁性金属片が小口径になると、永久磁石回転子より受ける斥力が小さくなり、確実な選別回収が困難であるという問題点があった。
また、導電性非磁性金属片の形状が一様ではないため、空気抵抗等の理由で自由落下の軌跡も一様にはならず、選別回収の精度が安定しないという問題点も生じていた。
本発明は、上記問題点を解消し、確実な選別回収が可能な回転ドラム型非磁性金属選別回収装置を提供することを目的とする。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、駆動ローラと受動ローラおよび補助プーリに巻装された無端状のコンベアベルトと、前記コンベアベルトの内周面に接触して設けられた円筒状非磁性ドラムと、前記ドラム内に回転自在に配置され、前記ドラムの内周面に近接して複数個の永久磁石が円筒磁性部材の円周方向に沿って固設された円筒状の永久磁石回転子とを有する回転ドラム型非磁性金属選別回収装置において、前記永久磁石は、磁化方向が前記ドラムの接線方向と略同一であり間隙をおいて配置された第一の磁石と、前記第一の磁石間の各間隙に配置され磁化方向が前記ドラムの法線方向と略同一の第二の磁石とで構成され、前記円筒磁性部材の断面形状を歯車状とし、前記円筒磁性部材の凹部の外周面上に前記第一の磁石を固定配置し、かつ前記円筒磁性部材の凸部に前記第二の磁石を固定配置し、前記第一の磁石の隣接する対向面は同極とし、かつ前記極間にある第二の磁石は前記ドラム側が前記極と同極となるように配置され、前記永久磁石回転子は前記コンベアベルトの進行方向と逆方向に回転される、という技術的手段を採用した。さらに本発明においては、前記第一の磁石の内周側の面に非磁性板を接着固定し、かつ前記第二の磁石の内周側磁極面に磁性板を接着固定して、両磁石部材を前記円筒磁性部材にボルトと接着剤を併用して固定しても良い。さらに本発明においては、前記コンベアベルトの側方に、磁気浮上させた導電性非磁性金属を気体噴射によって分離除去する除去手段を設けても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例に係る回転ドラム型非磁性金属選別回収装置の概略断面図である。ただし、従来例と同一部分は同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施例の回転ドラム型非磁性金属選別回収装置の基本的構造は、図１０に示す従来例の構造と類似するが、ドラム１内部に回転自在に配設した永久磁石回転子４を特定の構造にしたことと、永久磁石回転子４の回転方向をコンベアベルト１０の進行方向と相対的に逆方向としたこと、すなわち従来例と逆方向の回転させる点で相違する。また、従来例では導電性非磁性金属片１５をコンベアベルト１０の端部から落下させていたのに対し、本発明ではコンベアベルト１０の中間領域で磁気浮上させることにより選別回収させる点も大きな相違点となる。
【００１４】
まず本発明装置の全体構造について図１を用いて詳述する。無端状のコンベアベルト１０は、一方の端部を駆動ローラ９に、他方の端部を受動ローラ１１に、さらに両ローラの下方に位置する補助プーリ１２の３点を軸として巻装されている。駆動ローラ９をモータ７によりＶベルト８を介して矢印ＲＲの方向に回転駆動することによって、コンベアベルト１０を矢印ＲＢの方向に走行させる機能を有している。
【００１５】
また、複数個の永久磁石を有し回転自在に配置された永久磁石回転子４を内蔵した円筒状非磁性ドラム１は、コンベアベルト１０の処理物搬送領域の裏面に接触するように配置されている。永久磁石回転子４は、モータ６によりＶベルト５を介して矢印ＲＭ方向、すなわち従来例である図１０とは反対となる時計方向に回転させる。この時、ドラム１はコンベアベルト１０と接触しているため矢印ＲＤ方向に回転する。従って、永久磁石回転子４の回転方向とドラム１の回転方向とは逆方向となる。
【００１６】
上記構成により、紙、布類、木片、合成樹脂等の非金属片１４および導電性非磁性金属片１５が混在した処理物は、ホッパー１３よりコンベアベルト１０上に供給されると、ＲＢ方向に搬送され永久磁石回転子４の上部領域に到達する。
処理物中の非金属片１４は磁石による磁気作用を受けないため、永久磁石回転子４の上部領域を通過し受動ローラ１１に達した後、自重により自由落下して回収容器１８へ回収される。
【００１７】
一方、導電性非磁性金属片１５は永久磁石回転子４の上部領域に到達すると、永久磁石回転子４から磁気作用を受けてコンベアベルト１０の上方に浮上し、例えば図６に示すような手段によって分離除去される。
浮上した導電性非磁性金属片を、噴射気体（例えば空気）を利用して分離除去する例を図６に示す。図６の構造では、コンベアベルト１０の一方の側に空気噴射装置２０を設置し、コンベアベルト１０の走行方向（紙面に垂直方向）と直交する方向から空気を噴射して、導電性非磁性金属片１５をコンベアベルト１０の他方の側に吹き飛ばして（図中破線で示す。）回収するようにしている。
【００１８】
次に本発明の永久磁石回転子の構造を図２により詳述する。図２に本実施例の永久磁石回転子４の１／４断面図を示す。円筒磁性部材３の円周方向に沿って、磁化方向がドラム１の接線方向と略同一の第一の磁石１６、１６´を間隙をおいて配置し、磁化方向がドラム１の法線方向と略同一の第二の磁石１７、１７´を第一の磁石１６、１６´間の各間隙に配置する。
また第一の磁石１６、１６´の隣接する対向面は同極とし、第二の磁石１７、１７´はドラム１側が隣接する第一の磁石１６、１６´と同極となるように配置する。すなわち図２において、第一の磁石１６は第二の磁石１７側がＮ極、第二の磁石１７´側がＳ極で、第一の磁石１６´も第二の磁石１７´側がＳ極となるように磁化されている。さらに、第二の磁石１７はドラム１側がＮ極で、第二の磁石１７´はドラム１側がＳ極となるように磁化されている。
【００１９】
上記の磁石配置によれば、第二の磁石のＮ極から発生した磁束は、ドラム１を貫通して当該磁石に隣接する第二の磁石のＳ極に流入する。ここで第二の磁石１７、１７´に注目すると、両磁石の間には図示の如く磁化された第一の磁石１６が存在するので、第二の磁石１７のＮ極とＳ極との間で短絡する磁束を実質的になくすことができる。従って、第二の磁石１７から発生する磁束を有効に外部に取り出すことが可能となり、もってドラム１表面の磁束密度を向上させることができる。
【００２０】
図２は第一の磁石１６、１６´の等角度間隔を３０°とした場合を示し、その場合のドラム１の外表面の法線方向の磁束密度分布を図３に示す。図３において縦軸は磁束密度Ｂ、横軸はＸ軸から反時計方向の角度θを示す。角度θが１５°以上になると周期的に同様な磁束密度曲線を描くため、角度θは０°〜１５°の範囲で示す。
【００２１】
磁束密度について従来例（図１３）と比較すると、従来例では磁束密度Ｂの最大値（絶対値）は３６００Ｇであるのに対し、本実施例（図３）では４９００Ｇと約１．３６倍の数値となり、ドラム１の外表面の磁束密度が向上していることが明らかである。
【００２２】
図２および図１２において、Ｈは非磁性金属片が受ける遠心方向の斥力ベクトル、Ｖはドラムの回転による接線方向の速度ベクトル、Ｆは斥力ベクトルＨと速度ベクトルＶとの合成ベクトルを示す。
同一条件での渦電流の発生による斥力の大きさは、対象物に作用する磁束密度の二乗に比例する。すなわち、本実施例において第一の磁石１６、１６´により発生する高周波交番磁界は、従来例において磁石２、２´により発生する高周波交番磁界の約１．３６倍の大きさとなり、非磁性金属片が受ける遠心方向の斥力ベクトルＨの大きさは約１．８倍となる。従って、導電性非磁性金属片が小口径になってもより確実な選別回収が可能となる。
【００２３】
次に、本発明において、永久磁石回転子４の回転方向をコンベアベルト１０の進行方向と相対的に逆方向とした理由について、図４および図５を用いて説明する。
【００２４】
図４に従来例の状態、すなわち永久磁石回転子４の回転方向ＲＭとコンベアベルト１０の進行方向と相対的に同一方向である状態を示す。
図４では、コンベアベルト１０の進行方向ＲＢと同方向の搬送力ＦＢと、永久磁石回転子４の電磁誘導から説明される斥力ＦＭとの合力ＦＴが作用するため、導電性非磁性金属片１５は永久磁石回転子４の前方方向に飛翔する。従って従来は、導電性非磁性金属片１５を永久磁石回転子４の前方に、できるだけ遠方に飛翔させることによって、選別精度の向上を図っている。
【００２５】
図５に本発明の状態、すなわち永久磁石回転子４の回転方向ＲＭとコンベアベルト１０の進行方向と相対的に逆方向である状態を示す。なお図５では、第一の磁石を省略してある。
図５の場合も図４と同様に、コンベアベルト１０の進行方向ＲＢと同方向の搬送力ＦＢと、永久磁石回転子４の電磁誘導から説明される斥力ＦＭとの合力ＦＴが作用するが、斥力ＦＭは搬送力ＦＢとは逆向きになり、上向きの合力ＦＴが発生するため、導電性非磁性金属片１５は永久磁石回転子４の鉛直上方方向に浮上する。
【００２６】
上記により、導電性非磁性金属片１５が永久磁石回転子４の鉛直上方方向に浮上する距離は、永久磁石回転子４の回転方向がコンベアベルト１０の進行方向と相対的に逆方向、すなわち図５の状態の方が従来例の図４の状態よりも大きいことが判る。本発明はコンベアベルトの鉛直上方方向に磁気浮上した導電性非磁性金属片を除去する方式を採用しているため、図５の方式がより適していることは容易に理解できる。
【００２７】
図７に他の実施例の永久磁石回転子４の１／４断面図を示す。図７において、円筒磁性部材３の断面形状を歯車状とし、円筒磁性部材３の凹部の外周面上に第一の磁石１６、１６’を配置し、円筒磁性部材３の凸部の外周面上に第二の磁石１７、１７’を配置する。第一の磁石１６、１６’および第二の磁石１７、１７’は、磁化方向が前述の実施例と同様になるように配置する。
【００２８】
図７に示す構成を採用することにより、第二の磁石１７、１７’は歯車状の円筒磁性部材３の凸部にて磁気回路を構成する（外部磁界を発生する）ため、有効磁路長が大きくなり、磁石動作点が高くなる。さらに第一の磁石１６、１６’の反発力との相互作用により、高効率の磁石ドラムを得ることができる。
【００２９】
図７は第一の磁石１６、１６´の等角度間隔を３０°とした場合を示し、その場合のドラム１の外表面の法線方向の磁束密度分布を図８に示す。図８において縦軸は磁束密度Ｂ、横軸はＸ軸から反時計方向の角度θを示す。角度θが１５°以上になると周期的に同様な磁束密度曲線を描くため、角度θは０°〜１５°の範囲で示す。
【００３０】
磁束密度について従来例（図１３）と比較すると、従来例では磁束密度Ｂの最大値（絶対値）は３６００Ｇであるのに対し、本実施例（図８）では５８００Ｇと約１．６倍の数値となり、ドラム１の外表面の磁束密度が大幅に向上していることが明らかである。
また、非磁性金属片が受ける遠心方向の斥力ベクトルＨの大きさは約２．５倍となるため、導電性非磁性金属片が小口径になっても、さらにより確実な選別回収が可能となる。
【００３１】
図９に組立性を考慮した永久磁石回転子４の構造を示す。なお、従来例と同一部分については同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図９における永久磁石回転子４は、第一の磁石１６、１６´を接着固定した非磁性板２１と第二の磁石１７、１７´を接着固定した磁性板２２を、それぞれボルト２３により円筒磁性部材３に固定した構造を採用している。すなわち、接着固定と機械的固定を併用した構成である。
上記の構成を採用することにより、磁力による反発力があっても機械的に強制固定が可能なため組立性が向上し、作業時間の短縮等によるコスト低減が実現できる。
【００３２】
図１に示す本発明に係る装置と、図１０に示す従来の装置をそれぞれ製作し、導電性非磁性金属片の選別回収効率を比較した結果について以下に記述する。
図１に示す本発明に係る装置の、各部の主要寸法、材質および仕様は以下の通りである。
ドラム１：φ２００×３００mm、ＦＲＰ

駆動ローラ９−受動ローラ１１間距離：１０００mm
駆動ローラ９−ドラム１間距離：６００mm
コンベアベルト１０の有効幅：２４０mm
コンベアベルト１０の表面移動速度：５１ｍ／ｍｉｎ
また従来の装置は、受動ローラ１１および補助プーリ１２を取外した以外は、本発明に係る装置と同様の構成である。
【００３３】
比較試験に供した処理物は、概略形状φ５×１０mmの樹脂ペレット５０００cm₃に、φ１０×０．５mmのアルミ片１００枚を混入したものとし、コンベアベルト１０への供給は振動フィーダを用いて、繰返し試験を行なった。比較試験結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】

【００３５】
表１より平均回収率を比較すると、従来の装置が４０．８％であるのに対し、本発明に係る装置は７３．０％と高い値を示している。従って、小口径の導電性非磁性金属片の選別回収は、従来のものに比べて本発明に係る装置の方が格段に優れていることが明らかである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は上記のような構成および作用を有するので、従来公知の回転ドラム型非磁性金属選別回収装置における問題点を解決し、特に処理物中に混在する小口径の導電性非磁性金属片を精度良く確実に選別回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る選別回収装置の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る選別回収装置の永久磁石回転子の１／４断面を示す図である。
【図３】図２の永久磁石回転子を採用した選別回収装置における磁束密度分布である。
【図４】従来の選別回収装置の導電性非磁性金属片に作用する力を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施例に係る選別回収装置の導電性非磁性金属片に作用する力を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施例に係る分離除去手段を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例に係る選別回収装置の永久磁石回転子の１／４断面を示す図である。
【図８】図７の永久磁石回転子を採用した選別回収装置における磁束密度分布である。
【図９】本発明の他の実施例に係る選別回収装置の永久磁石回転子の１／４断面を示す図である。
【図１０】従来の選別回収装置の概略断面図である。
【図１１】図１０の要部拡大図である。
【図１２】従来の選別回収装置の永久磁石回転子の１／４断面を示す図である。
【図１３】従来の選別回収装置における磁束密度分布である。
【符号の説明】
１…ドラム、２、２´…磁石、３…円筒磁性部材、４…永久磁石回転子、
５、８…Ｖベルト、６、７…モータ、９…駆動ローラ、
１０…コンベアベルト、１１…受動ローラ、１２…補助プーリ、
１３…ホッパ、１４…非金属片、１５…導電性非磁性金属片、
１６、１６´…第一の磁石、１７、１７´…第二の磁石
１８、１９…回収容器、２０…空気噴射装置
２１…非磁性板、２２…磁性板、２３…ボルト

Claims

駆動ローラと受動ローラおよび補助プーリに巻装された無端状のコンベアベルトと、前記コンベアベルトの内周面に接触して設けられた円筒状非磁性ドラムと、前記ドラム内に回転自在に配置され、前記ドラムの内周面に近接して複数個の永久磁石が円筒磁性部材の円周方向に沿って固設された円筒状の永久磁石回転子とを有する回転ドラム型非磁性金属選別回収装置において、前記永久磁石は、磁化方向が前記ドラムの接線方向と略同一であり間隙をおいて配置された第一の磁石と、前記第一の磁石間の各間隙に配置され磁化方向が前記ドラムの法線方向と略同一の第二の磁石とで構成され、前記円筒磁性部材の断面形状を歯車状とし、前記円筒磁性部材の凹部の外周面上に前記第一の磁石を固定配置し、かつ前記円筒磁性部材の凸部に前記第二の磁石を固定配置し、前記第一の磁石の隣接する対向面は同極とし、かつ前記極間にある第二の磁石は前記ドラム側が前記極と同極となるように配置され、前記永久磁石回転子は前記コンベアベルトの進行方向と逆方向に回転されることを特徴とする回転ドラム型非磁性金属選別回収装置。
前記第一の磁石の内周側の面に非磁性板を接着固定し、かつ前記第二の磁石の内周側磁極面に磁性板を接着固定して、両磁石部材を前記円筒磁性部材にボルトと接着剤を併用して固定することを特徴とする請求項１記載の回転ドラム型非磁性金属選別回収装置。
前記コンベアベルトの側方に、磁気浮上させた導電性非磁性金属を気体噴射によって分離除去する除去手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転ドラム型非磁性金属選別回収装置。