JP6004522B2

JP6004522B2 - 静電選別装置

Info

Publication number: JP6004522B2
Application number: JP2012151715A
Authority: JP
Inventors: 佐伯　暢人; 暢人佐伯; 晶大田邉
Original assignee: Shibaura Institute of Technology
Current assignee: Shibaura Institute of Technology
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: JP2014014732A

Description

本発明は、選別対象に混在する異物を、静電気力を利用して選別する静電選別装置に関する。

静電選別装置として、金属片Ａ２とプラスチック片Ａ１との混合物Ａをドラム電極４上に投入し、コロナ放電用の針状電極５からコロナイオンを混合物Ａに照射し、さらに混合物Ａをドラム電極４と板状電極９との間の静電場に導入して落下軌跡を変化させ、金属片Ａ２とプラスチック片Ａ１とを分離するものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−１２６５７７号公報

特許文献１の選別装置は、導電性の金属片と非導電性のプラスチック片との混合物を選別対象としているため、この混合物をドラム電極上に投入した際にはコロナ放電用の針状電極によって金属片が正に、プラスチック片が負にそれぞれ帯電する。そのため、針状電極とドラム電極との間に形成される電界の形成位置がドラム電極の上部に限られていても、ドラム電極にプラスチック片が吸着する一方で、金属片が反発する。したがって、金属片とプラスチック片とを比較的容易に選別することができる。

しかしながら、特許文献１の選別装置においては電界の形成位置がドラム電極の上部に限られているため、選別対象も異物もそれぞれ同極性に帯電する条件であると、ドラム電極の表面が下向きとなる領域で選別対象及び異物のそれぞれに静電気力が十分に作用せず、これらが共に落下してしまい十分な選別精度を得ることができなかった。

そこで、本発明は、十分な選別精度を得ることができる静電選別装置を提供することを目的とする。

本発明の静電選別装置は、選別対象に混在し前記選別対象と質量差がある異物を選別する静電選別装置において、高低差を有するように設定された弧状の経路に沿って移動し、かつ前記経路の曲率半径方向外側に向けられた走行面を有し、前記選別対象が前記走行面に供給される接地された接地電極と、前記走行面に供給された前記選別対象を帯電させる帯電手段と、前記接地電極から離れ、かつ前記走行面が下向きとなる領域内に配置され、前記接地電極との間に電界を形成する電界形成手段と、を備え、前記電界形成手段には、前記走行面から落下した前記選別対象又は前記異物が通り抜け可能な空間が形成され、前記電界形成手段として、前記経路の曲率中心を通り、かつ前記走行面と平行な方向に関して間隔を空けて設けられ、前記経路の湾曲に沿って延びる一対の棒状電極が設けられることにより、前記一対の棒状電極の電極間に前記空間が形成され、前記一対の棒状電極を鉛直上方から見た場合に前記接地電極の前記走行面が前記一対の棒状電極の電極間に位置するように、前記接地電極及び前記一対の棒状電極がそれぞれ配置されているものである（請求項１）。

この静電選別装置によれば、電界形成手段によって接地電極の走行面が下向きとなる領域に電界を形成できる。したがって、電界形成手段と接地電極との間に形成される電界の強さを選別対象と異物との質量差等に応じて適宜調整することによって、接地電極の走行面に吸着した選別対象及び異物のそれぞれの落下位置を比較的容易にコントロールできる。そして、電界形成手段には、接地電極の走行面から落下した選別対象又は異物が通り抜け可能な空間が形成されているので、走行面から落下した選別対象又は異物が電界形成手段の上に留まることを抑制できる。これにより、走行面から落下した選別対象又は異物の回収が容易になる。また、複数の棒状電極によって接地電極との間に電界を形成することができる。各棒状電極が経路の湾曲に沿って延びているので、経路に沿う方向に関する電界の強さの偏りを少なくすることができる。さらに、接地電極の直下を棒状電極が遮ることがないので、接地電極の走行面から落下した選別対象及び異物を確実に回収できる。なお、走行面が下向きとは、走行面が鉛直方向に向いた場合のみならず、走行面が鉛直方向に対して斜め下向きの場合も含まれる。

本発明の静電選別装置の一態様において、前記複数の棒状電極は、それぞれの断面形状が円形状であってもよい（請求項２）。この態様によれば、断面形状が円形状であるため、異物又は選別対象が棒状電極上に落下しても滑り落ち易い。したがって、接地電極から落下した異物又は選別対象が棒状電極上に留まり難くなる。

本発明の静電選別装置の一態様としては、前記経路が円弧状であり、前記接地電極として、前記走行面が円筒面状に構成され、かつ前記経路の曲率中心を通る回転軸線の回りに回転するドラム状電極が設けられており、前記選別対象が前記走行面に供給される供給位置よりも前記ドラム状電極の回転方向後方で、かつ前記走行面が上向きに移動する位置に配置され、前記走行面上の物質を吸引する吸引手段を更に備えてもよい（請求項３）。この態様によれば、仮に、走行面に吸着した異物が落下せずに走行面が上向きとなる位置まで達しても、その異物は吸引手段にて吸引される。したがって、走行面に吸着した異物が供給位置に達することを確実に防止できる。

以上説明したように、本発明の静電選別装置によれば、電界形成手段によって接地電極の走行面が下向きとなる領域に電界を形成できる。そのため、電界形成手段と接地電極との間に形成される電界の強さを適宜調整することによって、接地電極の走行面に吸着した選別対象及び異物のそれぞれの落下位置を比較的容易にコントロールできる。しかも、接地電極の走行面から落下した選別対象又は異物が通り抜け可能な空間が電界形成手段に形成されているので、走行面から落下した選別対象又は異物が電界形成手段の上に留まることを抑制できる。そのため、走行面から落下した選別対象又は異物の回収が容易になる。

本発明の一形態に係る静電選別装置の全体構成を示した斜視図。図１の矢印IIの方向から見た静電選別装置の要部を示した図。図１の静電選別装置の動作原理を説明する説明図。ドラム状電極の回転速度を１０ｒｐｍとした場合の試験結果の一例を示した図。第１変形例を示した説明図。図５Ａの矢印Vb方向から見た状態を示した図。第２変形例を示した説明図。図６Ａの矢印VIb方向から見た状態を示した図。第３変形例を示した説明図。図７Ａの矢印VIIb方向から見た状態を示した図。図７Ａの矢印VIIc方向から見た状態を示した図。接地電極の他の例を示した説明図。

図１に示すように、静電選別装置１は各部を支持しかつ所定の床面に据付けられるフレーム２を備えている。フレーム２の下部には複数のキャスター３が設けられている。フレーム２の上部には接地電極としての接地されたドラム状電極４が回転軸線Ａｘの回りを回転可能な状態で設けられている。ドラム状電極４は所定の金属材料で構成されていて、不図示の電動モータによって所定の回転速度で、矢印Ａ（図３）に示す反時計方向に回転駆動される。ドラム状電極４は円筒面状の走行面５を有し、その走行面５は図３に示した経路Ｃに沿って移動する。走行面５は経路Ｃの曲率半径方向外側に向けられている。ドラム状電極４は円筒状に形成され、かつ回転軸線Ａｘはフレーム２に対して移動しない。したがって、経路Ｃは走行面５の軌跡に一致し、円弧部を含む円形状の経路となる。回転軸線Ａｘは、ほぼ水平に配置されているため経路Ｃは高低差を有する。

ドラム状電極４の上方には、選別対象を保持しかつ、その選別対象をドラム状電極４上に設定された供給位置Ｐ１に供給するフィーダ６が設けられている。その供給位置Ｐ１はドラム状電極４の最上部に設定されている。供給位置Ｐ１よりもドラム状電極４の回転方向前方の所定位置には、ドラム状電極４の走行面５に供給された選別対象及びその選別対象に混入した異物を帯電させる帯電手段としてのコロナ帯電バー７が設けられている。コロナ帯電バー７はコロナイオンをドラム状電極４の走行面５に向かって照射する。

図３にも示したように、ドラム状電極４の下方領域、すなわちドラム状電極４から離れかつ走行面５が下向きとなる領域ＡＲには電界形成手段としての一対の棒状電極１０が設けられている。各棒状電極１０には負の所定電圧が印加される。各棒状電極１０は、その断面形状が円形状であり、かつ経路Ｃの湾曲に沿うようにして円弧状に延びている。本形態では、各棒状電極１０は領域ＡＲのうちドラム状電極４の最下部を少し超えた位置まで延びている。各棒状電極１０は、経路Ｃの曲率中心Ｏを通り、かつ走行面５と平行な方向、すなわち図３の紙面と直交する方向に関して間隔を空けて設けられている。換言すれば、各棒状電極１０は、回転軸線Ａｘの方向に関して間隔を空けて設けられている（図２参照）。図２に示したように、一対の棒状電極１０を鉛直上方から見た場合、ドラム状電極４の走行面５が棒状電極１０間に位置する。つまり、ドラム状電極４と一対の棒状電極１０とが鉛直方向に関して重ならないように配置されている。したがって、その間隔Ｄによってドラム状電極４の走行面５から落下した選別対象又は異物が通り抜け可能な空間Ｓｐが形成される。

図１及び図３に示すように、一対の棒状電極１０の下方には、選別処理後の選別対象又は異物を回収できるように上部が開口した回収容器１２が設けられている。この回収容器１２は、ドラム状電極４の回転方向前方（図３の右方向）に向かって順番に並ぶ１０個の回収室１２ａ〜１２ｊに区分されている。本形態では、左から７個までの回収室１２ａ〜１２ｇが選別処理後の選別対象を回収する回収室として設定され、右側の３個の回収室１２ｈ〜１２ｊが選別処理後の異物を回収する回収室として便宜上設定されている。

図３に示すように、ドラム状電極４の最下部よりもやや上方で、かつ各棒状電極１０の終端部１０ａよりも回転方向前方の位置には、帯電した選別対象等を電気的に中和させて除電するイオナイザー１３が配置されている。また、供給位置Ｐ１よりもドラム状電極４の回転方向後方で、かつ走行面５が上向きに移動する位置には、吸引手段としての集塵機１５が配置されている。

静電選別装置１は、選別対象を非導電性物質の茶葉として想定するとともに、その茶葉よりも比重及び質量が小さくかつ非導電性物質のビニール紐や毛髪等を異物として想定して設計されている。ちなみに、茶葉の摘み取りは、摘み取った茶葉をビニールで包んだり、ビニール紐で束ねたりする工程を伴う。また、こうした茶葉の摘取り作業、茶葉を揉んで味に深みを持たせる手もみ、あるいは機械では選別できない各種異物の除去などはいずれも作業員が手作業で実施される。したがって、静電選別装置１の設計にあたっては、これらの工程で茶葉に混入し得るビニール片、ビニール紐や毛髪を異物として想定している。

静電選別装置１を用いた静電選別処理は次の通り実施される。図３に示したように、まず、フィーダ６に保持された茶葉Ｓｔと異物ｘとがドラム状電極４の供給位置Ｐ１に供給される。ドラム状電極４の走行面５に載った茶葉Ｓｔ及び異物ｘはコロナ帯電バー７が照射するコロナイオンによって負に帯電する。負に帯電した茶葉Ｓｔ及び異物ｘは接地されたドラム状電極４に鏡像力によって引き寄せられて走行面５に吸着する。走行面５に吸着し、負に帯電した茶葉Ｓｔ及び異物ｘは、負の電圧が印加された一対の棒状電極１０とドラム状電極４との間に形成された電界によって生じる静電気力にてドラム状電極４の走行面５に押し付けられながら、走行面５とともに移動する。走行面５が移動する経路Ｃは高低差があるので、まず茶葉Ｓｔのうち、質量が大きなものに働く鏡像力及び静電気力を重力が上回ることで自由落下し始める。そして、ドラム状電極４の最下部の付近に至るまでの間に、ほぼ全ての茶葉Ｓｔが質量の大きなものから順番に落下位置を変えながら自由落下する。したがって、棒状電極１０の下方に配置された回収容器１２の回収室１２ａ〜１２ｇには、茶葉Ｓｔが、質量が大きなものから順番に回収される。

一方、異物ｘは、茶葉Ｓｔよりも質量が小さいため、重力が鏡像力及び静電気力に打ち勝つことなく走行面５に吸着したままで、棒状電極１０の終端部１０ａを超えた位置まで移動する。走行面５に吸着した異物ｘは、終端部１０ａよりも上方に配置されたイオナイザー１３によって除電される。その除電により異物ｘの一部は鏡像力及び静電気力の影響を失って自由落下し、回収容器１２の回収室１２ｈ〜１２ｊに回収される。走行面５に残った異物ｘは、走行面５に接触するブラシヘッド１５ａを有する集塵機１５にて吸引されて回収される。

以上説明した静電選別装置１によれば、一対の棒状電極１０によってドラム状電極４の走行面５が下向きとなる領域ＡＲに電界を形成できる。したがって、各棒状電極１０とドラム状電極４との間に形成される電界の強さを選別対象と異物との質量差等に応じて適宜調整することによって、ドラム状電極４の走行面５に吸着した選別対象及び異物のそれぞれの落下位置を比較的容易にコントロールできる。しかも、走行面から落下した選別対象又は異物が通り抜け可能な空間Ｓｐが一対の棒状電極１０の電極間に形成されているので、選別対象又は異物が各棒状電極１０の上に留まることを抑制できる。これにより、走行面５から落下した選別対象又は異物の回収が容易になる。

特に、静電選別装置１は図２に示したようにドラム状電極４の直下を各棒状電極１０が遮ることがないので、ドラム状電極４の走行面５から落下した選別対象及び異物を確実に回収できる。また、各棒状電極１０の断面形状が円形状であるため、異物又は選別対象が棒状電極１０上に落下しても滑り落ち易いから、ドラム状電極４から落下した異物又は選別対象が棒状電極１０上に留まり難くなる。さらに、各棒状電極１０が経路Ｃの湾曲に沿って延びているので、経路Ｃに沿う方向に関する電界の強さの偏りを少なくすることができる。

さらに、静電選別装置１は、選別対象の供給位置Ｐ１よりもドラム状電極４の回転方向後方で、かつ走行面５が上向きに移動する位置に集塵機１５が配置されているため、仮に、走行面５に吸着した異物が落下せずに走行面５が上向きとなる位置まで達しても、その異物は集塵機１５にて吸引される。したがって、走行面５に吸着した異物が供給位置Ｐ１に達することを確実に防止できる。なお、図３に示したように、集塵機１５のブラシヘッド１５ａが走行面５に接する位置Ｐ２は、本発明に係る吸引手段が配置される位置に相当する。

静電選別装置１に対して以下の試験を行った。本試験は、選別対象として茶葉を用意し、その茶葉に、ビニールフィルムを３ｍｍ×４５ｍｍ程度の大きさに加工したビニール片、梱包用に市販されているビニール紐を４５ｍｍ程度に裁断したビニール紐、及び適当な長さに切断した毛髪を、それぞれ混入した３種類の試料を用意した。具体的には、茶葉１０ｇに対して異物としてのビニール片を１１個混入したもの、茶葉１０ｇに対して異物としてのビニール紐を１２本混入したもの、茶葉１０ｇに対して異物としての毛髪を１５本混入したものを、それぞれ一回の投入量とした。各試料に対しては静電選別装置１へ投入する前に除電処理を４０ｓｅｃ実施した。

静電選別装置１の運転条件としては、各棒状電極１０の印加電圧を−２０ｋＶに、コロナ帯電バー７の印加電圧を−１５ｋＶにそれぞれ設定したうえで、ドラム状電極４の回転速度が１０ｒｐｍの場合と４ｒｐｍの場合との２パターンについて、各試料に対して静電選別装置１にて静電選別処理を実施した。試験結果の評価は、回収容器１２の回収室１２ａ〜１２ｇに回収された場合と、回収室１２ｈ〜１２ｊ及び集塵機１５に回収された場合との２パターンの範囲で、これらの回収率［％］を算出することにより実施した。なお、この回収率は、回収された試料量／投入量×１００の式にて算出される。なお、この式において茶葉の試料量や投入量は質量を、異物の試料量や投入量は個数を基準として回収率を算出した。

図４に示すように、ドラム状電極４の回転速度を１０ｒｐｍとした場合、各異物はすべて集塵機１５にて回収され、茶葉は回収容器１２の各回収室１２ａ〜１２ｊに図示の回収率で回収された。一方、ドラム状電極４の回転速度を４ｒｐｍとした場合、回収容器１２の回収室１２ｆ及び回収室１２ｇの位置で異物がドラム状電極４の走行面５から剥がれて落下し、異物の選別精度が悪化した。ドラム状電極４の回転速度が小さいと、試料の供給位置Ｐ１で試料が重なりあって試料の停滞が生じる。この停滞によって異物とドラム状電極４の走行面５とが直接触れる接触面積が少なくなり、異物に十分なクーロン力が働かずに異物が走行面５から剥がれ落ち易い状況になるためと推察される。

したがって、この試験で使用した試料及び異物の場合には、各棒状電極１０の印加電圧を−２０ｋＶに、コロナ帯電バー７の印加電圧を−１５ｋＶにそれぞれ設定したうえで、ドラム状電極４の回転速度を１０ｒｐｍに設定することが好ましいことが判明した。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態では、一対の棒状電極１０によって電界形成手段を実現したが、走行面５が下向きとなる領域ＡＲに配置され、かつ選別対象又は異物が通過し得る空間Ｓｐが形成されたものであれば種々の変更が可能である。

例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示した第１変形例は、ドラム状電極４の回転軸線Ａｘの方向に関して間隔ｄ１を空けて設けられ、経路Ｃの湾曲に沿って延びる３本の棒状電極３１にて電界形成手段が構成されている。各棒状電極３１は間隔ｄ１を空けて配置されているため、これらの電極間に空間Ｓｐが形成される。第１変形例のように電界形成手段を構成しても本発明の効果を得ることができる。棒状電極３１の本数は２本又は４本以上に変更することもできるし、棒状電極３１の太さも変化させてもよい。また、電極間の間隔ｄ１は空間Ｓｐが形成されればよいので、等間隔でなくてもよい。各棒状電極３１の断面形状は円形状であるが、断面形状を他の形状に変更することも可能である。

また、図６Ａ及び図６Ｂに示した第２変形例は、ドラム状電極４の回転軸線Ａｘの方向に関して互いに平行に延びる４本の棒状電極３２が、経路Ｃの湾曲に沿って間隔ｄ２を空けて並べられることによって電界形成手段を構成している。各棒状電極３２が間隔ｄ２を空けて並べられているため、電極間に空間Ｓｐが形成される。第２変形例のように電界形成手段を構成しても本発明の効果を得ることができる。棒状電極３２の本数は適宜調整でき、棒状電極３２の太さも変化させることもできる。電極間の間隔ｄ２は空間Ｓｐが形成されればよいので、等間隔でなくてもよい。各棒状電極３２の断面形状は円形状であるが、断面形状を他の形状に変更することも可能である。

図７Ａ〜図７Ｃに示した第３変形例は、多数の空間Ｓｐが形成されるように格子状に構成され、領域ＡＲ内に広がる格子状電極３３が設けられることによって電界形成手段を構成している。第３変形例のように電界形成手段を構成しても本発明の効果を得ることができる。さらに、第３変形例は、各空間Ｓｐの大きさ、すなわち格子の密度を調整することによって、格子状電極３３をふるいとして機能させることができる。したがって、異物が選別対象よりも大きい場合は、格子状電極３３によって選別対象を通過させつつ異物を捕捉することができる。逆に、異物が選別対象よりも小さい場合は、格子状電極３３によって異物を通過させつつ選別対象を捕捉することができる。

接地電極としてドラム状電極を用いることは一例にすぎない。高低差を有する弧状の経路に沿って移動する走行面を有し、かつ接地された電極であればドラム状電極でなくてもよい。例えば、図８に示すように周知の導電性ベルトコンベア４０を接地電極として用いることもできる。導電性ベルトコンベア４０は図８の矢印方向に移動する走行面４１を有し、走行面４１は円弧状の経路Ｃに沿って移動する。導電性ベルトコンベア４０は、図８の実線で示すように全体を水平に配置するだけでなく、図８の二点鎖線で示すように全体を水平に対して傾けて配置して接地電極として使用することもできる。また、本発明において、走行面が移動する経路は、図１又は図８に示すような円弧状に限らず、円弧以外の湾曲した経路であってもよい。

本発明が想定する選別対象は先に例示した茶葉に限らず、帯電可能であればどのような物質でもよい。また、選別対象に混入する異物も先に例示したビニール、ビニール紐や毛髪等に限らず帯電可能であればどのような物質でもよい。

１静電選別装置
４ドラム状電極（接地電極）
５走行面
７コロナ帯電バー（帯電手段）
１０棒状電極（電界形成手段）
３１棒状電極（電界形成手段）
３２棒状電極（電界形成手段）
３３格子状電極（電界形成手段）
４０導電性ベルトコンベア（接地電極）
ＡＲ領域
Ａｘ回転軸線
Ｃ経路
Ｓｐ空間

Claims

選別対象に混在し前記選別対象と質量差がある異物を選別する静電選別装置において、
高低差を有するように設定された弧状の経路に沿って移動し、かつ前記経路の曲率半径方向外側に向けられた走行面を有し、前記選別対象が前記走行面に供給される接地された接地電極と、
前記走行面に供給された前記選別対象を帯電させる帯電手段と、
前記接地電極から離れ、かつ前記走行面が下向きとなる領域内に配置され、前記接地電極との間に電界を形成する電界形成手段と、を備え、
前記電界形成手段には、前記走行面から落下した前記選別対象又は前記異物が通り抜け可能な空間が形成され、
前記電界形成手段として、前記経路の曲率中心を通り、かつ前記走行面と平行な方向に関して間隔を空けて設けられ、前記経路の湾曲に沿って延びる一対の棒状電極が設けられることにより、前記一対の棒状電極の電極間に前記空間が形成され、
前記一対の棒状電極を鉛直上方から見た場合に前記接地電極の前記走行面が前記一対の棒状電極の電極間に位置するように、前記接地電極及び前記一対の棒状電極がそれぞれ配置されている、
ことを特徴とする静電選別装置。
前記一対の棒状電極は、それぞれの断面形状が円形状である、請求項１に記載の静電選別装置。
前記経路が円弧状であり、
前記接地電極として、前記走行面が円筒面状に構成され、かつ前記経路の曲率中心を通る回転軸線の回りに回転するドラム状電極が設けられており、
前記選別対象が前記走行面に供給される供給位置よりも前記ドラム状電極の回転方向後方で、かつ前記走行面が上向きに移動する位置に配置され、前記走行面上の物質を吸引する吸引手段を更に備える、請求項１又は２に記載の静電選別装置。