JP5535043B2 - 樹脂識別装置 - Google Patents

Description

この発明は、廃家電製品等から得られる破砕混合樹脂から再利用可能な樹脂を光学的手法により識別する樹脂識別装置に関するものである。

廃家電における樹脂のリサイクルでは、当該樹脂を手で解体できる部分は限られているため、小さな部品や複雑な構成の部品については、機械的に粉砕して、金属又は樹脂等を選別したうえでリサイクル材とする必要がある。
この場合、粉砕して混合された状態から、それぞれの材料を分別することが要求されるため、高度な選別技術が必要である。
このうち金属は、比重や電気的又は磁気的な力により、選別されるが、樹脂は、電気的又は磁気的な力による選別が出来ないため、比重や静電気の帯電量等による分類が提案されている。

しかしながら、類似した樹脂については、これらの方法では識別できないため、近赤外帯または中赤外帯の光における樹脂の吸収率または反射率の波長（波数）依存性の違いに着目した識別方法が提案されている。
樹脂のうち、カーボンブラック等を含有した黒色樹脂を識別する場合、近赤外帯では吸収が大きく必要な信号強度が得られないために、識別が困難である。そのため、黒色樹脂を識別する場合には、カーボンブラックの吸収の影響が少ない、中赤外帯を用いるのが望ましい。

個々の粉砕した樹脂片を、中赤外を用いて識別するには、コンベアで順次樹脂片を流し、樹脂片の上方から、フーリエ変換型赤外分光光度計を用いて拡散反射法で測定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、この方法を粉砕した樹脂片に適用する場合、樹脂片の高さが一定でないために、焦点位置が樹脂片の高さ方向にずれて測定困難になる問題点があった（なお、本願明細書、特許請求の範囲では、「焦点」とは、光学的な定義（光軸に平行な入射光線が集中する点）に加えて、光が集光する「像点」の意味も含めて使用する）。

これに対しては、適正な信号が得られるように樹脂片毎の高さを調整する位置調整装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６０-８９７３２号公報（図３） 特開昭６０-１１７１３２号公報（図３）

しかしながら、上記位置調整装置を用いた場合、樹脂片が飛び跳ねて移動し、測定できなくなる場合があるという問題点があった。
即ち、樹脂片は、数ｍｍから数ｃｍのサイズに粉砕されており、この樹脂片を大量に評価する必要性があるので、この樹脂片の１個当たりの測定時間を短くする必要性があり、当然樹脂片毎の高さ調整も短時間でしなければならず、樹脂片が飛び跳ねて移動してしまい、測定ができないという問題点があった。

また、樹脂片の高さを調整する他、光学系のミラー高さを調整する装置も考えられる。
しかしながら、この装置の場合、ミラーの位置を制御するために、複雑な機構が必要になるという問題点がある。
また、高さ調整の台やミラーが高速に振動することにより、大きな音が発生し作業環境を損なう問題点もある。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、簡単な構成で、樹脂片の高さの測定可能な許容範囲を大幅に増大できて、大量評価が可能で、かつ作業環境を損なうことのない樹脂識別装置を提供することを目的としている。

この発明に係る樹脂識別装置は、樹脂片に光源からの赤外線を照射し、樹脂片からの反射あるいは乱反射された赤外線を検出器で検出し、その検出結果に基づいて樹脂片及びその添加剤の種類の少なくとも一方の種類を識別する、赤外分光光度計を用いた樹脂識別装置において、
前記光源からの前記赤外線を受ける第１のミラーまたは第１のレンズは、前記光源と前記樹脂片との光路の途中であって、前記樹脂片の高さ方向で異なった複数の第１の焦点位置を有しており、
また前記樹脂片からの前記赤外線を受ける第２のミラーまたは第２のレンズは、前記樹脂片と前記検出器との光路の途中であって、前記樹脂片の高さ方向で異なった複数の第２の焦点位置を有しており、
前記第１の焦点位置及び前記第２の焦点位置が前記樹脂片の高さにある、前記第１のミラーまたは前記第１のレンズ、及び前記第２のミラーまたは前記第２のレンズを経由した前記赤外線のみを単一の前記検出器で検出するようになっている。

この発明による樹脂識別装置によれば、光源からの赤外線を受ける第１のミラーまたは第１のレンズは、光源と樹脂片との光路の途中であって、前記樹脂片の高さ方向で異なった複数の第１の焦点位置を有しており、また前記樹脂片からの前記赤外線を受ける第２のミラーまたは第２のレンズは、前記樹脂片と前記検出器との光路の途中であって、前記樹脂片の高さ方向で異なった複数の第２の焦点位置を有しており、前記第１の焦点位置及び前記第２の焦点位置が前記樹脂片の高さにある、前記第１のミラーまたは前記第１のレンズ、及び前記第２のミラーまたは前記第２のレンズを経由した前記赤外線のみを単一の検出器で検出するようになっているので、簡単な構成で、樹脂片の高さの測定可能な許容範囲を大幅に増大できて、大量評価が可能で、かつ作業環境を損なうことのない。

この発明の実施の形態１による樹脂識別装置を示す光路図である。 図１の部分拡大図である。 図１の樹脂識別装置を用いた場合の樹脂片高さと検出光量との関係を示す図である。 従来の樹脂識別装置の一例を示す光路図である。 図４の樹脂識別装置の一使用態様を示す光路図である。 図４の樹脂識別装置を用いた場合の樹脂片高さと検出光量との関係を示す図である。

以下、この発明の各実施の形態の樹脂識別装置について、図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１の樹脂識別装置を説明の前に、拡散反射式のフーリエ変換型赤外分光光度計を用いた従来の樹脂識別装置について説明する。
図４は従来の樹脂識別装置を示す光路図であり、赤外光源１から放出した連続スペクトルを有する赤外光は、第１の曲面ミラー２で平行光に変換される。この赤外線はハーフミラー３で２方向に分けられ、一方は固定ミラー４で反射し、もう一方は可動ミラー５で反射する。可動ミラー５は、光学距離を周期的に変化させるため、周期的に移動する。

固定ミラー４で反射した赤外光及び可動ミラー５で反射した赤外光は、再度ハーフミラー３により重ね合わされ、第２の曲面ミラー６で反射し、第３の曲面ミラー７に向かう。赤外光は、第３の曲面ミラー７で反射し、測定対象物である樹脂片８の表面に集光される。
樹脂片８の表面で反射あるいは乱反射された赤外線は、第４の曲面ミラー９で集められ、反射して検出器１０で赤外光強度を検出する。
ここで、第１のスリット１５は、第１の曲面ミラー２で平行光になった光だけを通すためのものであり、第２のスリット１１は、迷光が検知器１０に入らないようにカットするためのものである。

次に、図５の矢印Ａに示すように、樹脂片８の位置が上にずれた場合について説明する。
この場合には、本来の位置とは異なり、第３の曲面ミラー７で反射された赤外光は、十分に集光されずに樹脂片８に当る。当った赤外光は、正反射あるいは乱反射して、第４の曲面ミラー９に向かう。
しかし、第４の曲面ミラー９で反射された光は、樹脂片８が正しい高さにある場合と比べて光路がずれているために、検知器１０に入らない。
樹脂片８の高さが下にずれた場合でも、同様に検知器１０に赤外光が入らない。
なお、樹脂片８の高さは、自身の厚み及び例えばコンベアで搬送時の上下動により変動する。

従って、従来の拡散反射式のフーリエ変換型赤外分光光度計を用いた樹脂識別装置では、樹脂片８の高さを正しい第１の曲面ミラー７の焦点位置に調整する必要があった。

なお、樹脂片８の高さに対する余裕は、光学系に依存するが、強い信号強度を得るためには、樹脂片８からの正反射及び乱反射の光を広く集める必要があり、そのため樹脂片８に対する入光角度（樹脂片８に対する垂直線と入光線との間の角度）が大きくなり、それだけ樹脂片８の高さの変動に対する光の強度の変動も大きく、樹脂片８の高さに対する余裕が小さくなる。

次に、この発明の実施の形態１の樹脂識別装置について、図１に基づいて説明する。
第３の曲面ミラー７に代わるものとして、この実施の形態の第１のミラーは、曲面ミラー部１２ａ，１２ｂ，１２ｃで構成されている。
赤外光源１からの赤外線を受ける上記第１のミラーは、赤外光源１と樹脂片８との光路の途中であって、各曲面ミラー部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの第１の焦点位置が樹脂片８の高さ方向で異なった位置に存在するように配置されている。
また、第４の曲面ミラー９に代わるものとして、この実施の形態の第２のミラーは、曲面ミラー部１３ａ，１３ｂ，１３ｃで構成されている。
樹脂片８からの赤外線を受ける上記第２のミラーは、樹脂片８と検出器１０との光路の途中であって、各曲面ミラー部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの第２の焦点位置が樹脂片８の高さ方向で異なった位置に存在するように配置されている。

上記構成の樹脂識別装置では、図２に示すように、曲面ミラー部１２ａで反射した赤外光は点２２ａに集光し、曲面ミラー１２ｂ部で反射した赤外光は点２２ｂに集光し、曲面ミラー部１２ｃで反射した赤外光は点２２ｃに集光する。
また、点２２ａから出た赤外光は、曲面ミラー部１３ａで集光して検知器１０に入り、点２２ｂから出た赤外光は、曲面ミラー部１３ｂで集光して検知器１０に入り、点２２ｃから出た赤外光は、曲面ミラー部１３ｃで集光して検知器１０に入る。
これにより、高さの異なる樹脂片８でも、赤外光を適正位置に照射でき、樹脂片８での反射光を検知器１０に導いて、測定が可能になる。

次に、この発明の実施の形態１の樹脂識別装置の効果を補足説明するために、樹脂片８の高さと検出光量（吸収スペクトルを得るための検知器１０で検出される光量）の関係について図３に基づいて説明する。
なお、図６は、図４に示した従来の樹脂識別装置での樹脂片８の高さと検出光量との関係を示す図である。
従来の樹脂識別装置では、第３の曲面ミラー７及び第４の曲面ミラー９の各焦点位置が樹脂片８の高さ位置とほぼ一致した場合のみ、光量を検出する。
樹脂識別装置では、樹脂種を識別するには、一定量以上の検出光量が必要であるが、このものの場合、検出器１０が検出する光量は、樹脂種を識別するのに必要とする検出光量を大幅に超える検出光量を確保できる代わりに、検出可能は樹脂片８の樹脂片高さの幅は小さく、この幅から外れた高さの樹脂片８では、樹脂種を識別することができない。

これに対して、この実施の形態の樹脂識別装置では、図３から分るように、検出光量の最大値は、図６のものと比較して小さい。
しかしながら、樹脂片８の高さが変わっても、その高さの変動に応じて分割された異なる曲面ミラー部１２ａ，１２ｂ，１２ｃによる樹脂片８に対する照射、分割された異なる曲面ミラー部１３ａ，１３ｂ，１３ｃによる赤外線の集光が行なわれるため、必要とする検出光量を超える検出光量が確保され、検出可能な樹脂片８の高さの幅は、従来のものと比較して大幅に増大し、樹脂片８の種類を識別できる樹脂片８の高さの許容範囲が大幅に増大する。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２の樹脂識別装置では、赤外光源１からの赤外線を受ける第１のミラーである曲面ミラー部１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、赤外光源１と樹脂片８との光路の途中であって、焦点位置が樹脂片８の高さ方向で異なった位置に複数存在するように配置されている。
即ち、図４に示した第３の曲面ミラー７に代わるものとして、第１のミラーは、曲面ミラー部１２ａ，１２ｂ，１２ｃで構成されているものの、図４に示した第４の曲面ミラー９はそのまま用いられている。
なお、この実施の形態２の樹脂識別装置の各構成部材は、図１または図４に記載された構成部材と同一であり、図に関しては省略した。

この実施の形態２の樹脂識別装置では、実施の形態１の樹脂識別装置と比較して、樹脂片８から出た赤外光が第４の曲面ミラー９で集光される光量は少なくなるものの、従来の樹脂識別装置と比較して、検出可能な樹脂片８の高さの幅は増大し、樹脂片８の種類を識別できる樹脂片８の高さの許容範囲が増大する。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３の樹脂識別装置では、樹脂片８からの赤外線を受ける第２のミラーである各曲面ミラー部１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、樹脂片８と検出器１０との光路の途中であって、各焦点位置が樹脂片８の高さ方向で異なった位置に存在するように配置されている。
即ち、第４の曲面ミラー９に代わるものとして、この実施の形態３の第２のミラーは、曲面ミラー部１３ａ，１３ｂ，１３ｃで構成されているものの、図４に示した第３の曲面ミラー７はそのまま用いられている。
なお、この実施の形態３の樹脂識別装置の各構成部材は、図１または図４に記載された構成部材と同一であり、図に関しては省略した。

この実施の形態３の樹脂識別装置では、実施の形態１の樹脂識別装置と比較して、第３の曲面ミラー７で反射された赤外光源１から出た赤外光が樹脂片８の表面で反射する光量は少なくなるものの、従来の樹脂識別装置と比較して、検出可能な樹脂片８の高さの幅は、増大し、樹脂片８の種類を識別できる樹脂片８の高さの許容範囲が増大する。

なお、上記各実施の形態では、第１のミラーである曲面ミラー部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、第２のミラーである曲面ミラー部１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、それぞれ別個に焦点を有しているが、第１のミラー、第２のミラーともに連続的に焦点が変化した一枚のミラーであってもよい。
また、上記各実施の形態では、中赤外を用いたフーリエ変換型赤外分光光度計を用いて説明したが、近赤外など異なる波長帯を用い、またフーリエ変換型以外の赤外分光光度計でも、この発明は同様に適用できる。
また、ミラーの代わりに、近赤外等のレンズを用い、レンズの部分毎の像点位置をずらす（球面収差の大きいレンズを用いる）ことで同様の効果を得ることができる。
また、レンズの場合も、ミラーと同様に、それぞれ別個に構成しても、また一枚で構成してもよい。

また、上記各実施の形態では、樹脂片の種類の識別を例として説明したが、樹脂片の添加剤の種類を識別するのにも適用できるし、樹脂片及び樹脂片の添加剤の種類も同時に識別することができる。
また、この発明の樹脂識別装置を用いて、搬送手段であるコンベアで搬送される、樹脂片及び樹脂片の添加剤の種類を識別した場合には、作業環境を損なうことなく、大量評価が可能であるという効果がある。

１ 赤外光源、２ 第１の曲面ミラー、３ ハーフミラー、４ 固定ミラー、５ 可動ミラー、６ 第２の曲面ミラー、７ 第３の曲面ミラー、８ 樹脂片、９ 第４の曲面ミラー、１０ 検知器、１１ スリット、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 曲面ミラー部、 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ 曲面ミラー部、１５ スリット。

Claims (5)

1. 樹脂片に光源からの赤外線を照射し、樹脂片からの反射あるいは乱反射された赤外線を検出器で検出し、その検出結果に基づいて樹脂片及びその添加剤の種類の少なくとも一方の種類を識別する、赤外分光光度計を用いた樹脂識別装置において、
   前記光源からの前記赤外線を受ける第１のミラーまたは第１のレンズは、前記光源と前記樹脂片との光路の途中であって、前記樹脂片の高さ方向で異なった複数の第１の焦点位置を有しており、
   また前記樹脂片からの前記赤外線を受ける第２のミラーまたは第２のレンズは、前記樹脂片と前記検出器との光路の途中であって、前記樹脂片の高さ方向で異なった複数の第２の焦点位置を有しており、
   前記第１の焦点位置及び前記第２の焦点位置が前記樹脂片の高さにある、前記第１のミラーまたは前記第１のレンズ、及び前記第２のミラーまたは前記第２のレンズを経由した、前記赤外線のみを単一の前記検出器で検出することを特徴とする樹脂識別装置。
2. 搬送手段により搬送される前記樹脂片に前記赤外線が照射されることを特徴とする請求項１に記載の樹脂識別装置。
3. 前記第１のミラーまたは前記第１のレンズは、それぞれ別個の前記焦点を有する複数個のミラー部またはレンズ部から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂識別装置。
4. 前記第２のミラーまたは前記第２のレンズは、それぞれ別個の前記焦点を有する複数個のミラー部またはレンズ部から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂識別装置。
5. 前記赤外分光光度計は、フーリエ変換型赤外分光光度計であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の樹脂識別装置。

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