JP7307945B2 - 高速解体装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話等の電子機器を廃棄処分する際に利用される高速解体装置に関するものである。

廃棄物として処理されるスマートフォン、携帯電話に代表される電子機器は年々増大しており、産業廃棄物の低減、資源の有効利用の観点から、前段階として、電子基板、バッテリー、筐体などに効率よく解体して大別し、個別に廃棄処分、リサイクル処理を行うことが強く求められている。

特許文献１には、刃物により携帯機器の側面を切断して筐体の一部を分離することが示されている。特許文献２には、加熱して筐体の接合強度を低下させた後、ヘラ等の工具により解体することが示されている。

特開２０１９－０１８３４２号公報 特開２０１７－２０４５１４号公報

こうした解体装置には、処理時間を１台当たり１秒以下までに短縮することが処理効率の目標とされている一方、電子基板を過破砕するとリサイクルが困難になる。さらには、電子機器に内蔵されているバッテリーに過度な衝撃を加えると発火の危険性が高まり、処理の中断を余儀なくされる。
特許文献１や特許文献２に示されている技術では、このように相反する課題を一挙に解決することは困難であった。

そこで、本発明の目的は、一部切断処理された携帯電話等の電子機器に対して、複数箇所に同時に、最適化された衝撃を与えることにより、過破砕や過度な衝撃を与えることなく、電子基板、バッテリー、筐体などの高速分離を実現することにある。

この課題を解決するため、本発明の高速解体装置は、投入された電子機器を予め定められた姿勢となるよう位置決めする位置決め機構と、位置決めされた電子機器の両長辺に沿って予め定められた幅で切断する切断機構と、両長辺切断後の電子機器に打撃を加える打撃装置を備えるようにした。

本発明によれば、打撃装置が両長辺が切断された電子機器を打撃するので、電子機器１個あたり１秒以内で、過破砕、バッテリー発火等が発生することのない、最適な破砕を実現することができる。

図１は、打撃装置としてチェーンを用い、その回転速度を変化させた際の携帯電話端部切断態様毎の破砕評価点を示す表である。 図２は、本発明の実施例を示す全体図である。

発明者らは、上記のように相反する課題を同時に解決するため、破砕容器内でチェーンを回転させ、投入された被破砕物を打撃粉砕する、いわゆるクロスフローシュレッダーを用いて様々な実験を行った。

破砕品のサンプルとして、携帯電話のうち、スマートフォン等の本体が稼働しないものについては、アンテナを除く本体形状を直方体に見立てて、液晶面等の最も面積の広い面を上面、上面と対になる面を下面、上面と下面に垂直な４つの面を側面とする。上面を構成する４つの辺のうち、長い辺２辺を「長辺」、短い辺２辺を「短辺」と呼称する。
一部のフィーチャ―フォンのように本体の一部が稼働（回転・スライド）するものについては、本体の一部を折り畳んだ（又は収納した）状態での形状を直方体に見立てて、上記のとおり長辺及び短辺と呼称する。

まず、長辺２辺の端面から３ｍｍの位置をプレス切断した携帯電話サンプル（Ｍ２）と長辺２辺の外端から３ｍｍの位置及び短辺２辺外端から５ｍｍの位置の合計４辺を切断した携帯電話サンプル（Ｍ４）、及びプレス切断処理を行っていない携帯電話サンプル（Ｍ０）を準備した。
Ｍ０、Ｍ２、Ｍ４に、クロスフローシュレッダで衝撃を加えて解体状況を観測した。この実験では、ＳＵＳ製でリンク径８ｍｍ、６リンク、長さ２０８ｍｍ（６リンク）、幅２８ｍｍ、重量２４８ｇ（６リンク）のチェーンを使用し、そのリンクひとつ分の質量ｍ（４１．３ｇ）と先端速度ｖにより定まる運動エネルギＥ（Ｅ＝ｍ・ｖ^２／２）を計算した。

この実験における解体状況については、次のように評価した。
ＩＣ等の電子部品が最も多く搭載された基板を「メイン基板」と呼称し、評価点３を、メイン基板が筐体から分離し、かつバッテリーが基板から分離した、最も望ましい破砕状態、評価点２を、メイン基板の１面が露出し、かつバッテリーが基板から分離した状態、評価点１を、メイン基板が露出しておらず、あるいは（かつ）バッテリーが基板から分離していない状態、評価点０は、メイン基板が破砕又は粉砕した状態と規定した。なお、評価点２以上であれば、バッテリーを傷つけることなく基板から電子部品を剥離させる次工程を実施できるため、工業的に解体成功だと判断できる。

図１の実験結果に示すように、チェーン回転速度２２８７ｒｐｍ（運動エネルギー６．４Ｊ）でＭ０、Ｍ２、Ｍ４各５台を解体した結果、評価点はそれぞれ１．０，３．０，２．６となった。チェーン回転速度３４３０ｒｐｍ（運動エネルギー１４．４Ｊ）でＭ０、Ｍ２、Ｍ４各５台を解体した結果、評価点はそれぞれ１．４，２．２，２．８となった。この結果から、運動エネルギー６．４Ｊ以上の衝撃力を加えれば、２辺切断及び４辺切断で同等の解体効果が得られることが分かった。
特にチェーン回転速度２２８７ｒｐｍ、運動エネルギー６．４Ｊでは、Ｍ２の方がＭ４より高い評価点が得られている。

続いて、２辺切断以外の切断方法について検討した。長辺１辺の外端から３ｍｍの位置及び短辺１辺外端から５ｍｍの位置の合計２辺を切断した携帯電話サンプル（ＭＬ）、及び長辺１辺の外端から３ｍｍの位置を切断した携帯電話サンプル（Ｍ１）を作成した。
Ｍ１、ＭＬを、クロスフローシュレッダのチェーン回転速度２２８７ｒｐｍ（運動エネルギー６．４Ｊ）で衝撃を加えた際の評価点は、それぞれ、１．７及び１．３となった。
Ｍ１、ＭＬともに評価点は２に達せず、Ｍ２がＭ１、ＭＬ等の他の切断法より有効であることを確認した。

以上の結果から、Ｍ２（２辺切断）は、Ｍ４（４辺切断）と同等の解体効果があり、かつ、Ｍ１、ＭＬ等の他の方式よりも優位であることを確認した。
そこで、２辺切断と４辺切断を比較すると、２辺切断は単一の端部切断操作により完了するため、高速処理が可能である。
これに対し、４辺切断は、両長辺の端部を切断した後、両短辺の端部を切断する必要があるため、搬送装置、位置決め装置、切断装置を直行する方向に２系列設ける必要があるため、高速処理が困難になるとともに、設備の大型化、コストアップを招いてしまう。

さらに、４辺切断を行うと、携帯電話の形態によっては、完全な解体に至らない状態でも、筐体の一部分が分離してコンベア上に落下することにより搬送上の障害になるおそれもある。
２辺切断では、筐体の一部分が分離する可能性がきわめて低いので、２辺切断が４辺切断より搬送上優位であり、全工程を円滑に進行するためには、長辺２辺の切断が優位である。

さらに、携帯電話９３機種を手作業により解体し、筐体固定用のネジの位置を調査したところ、長辺沿いのネジが７６％、短辺沿いのネジが１２％、中央部のネジが１２％であり、長辺２辺切断によって７６％のネジを無効化できることも判明した。
なお、長辺沿いのネジとは、長辺沿い外端から１ｃｍ以内の距離に存在し、長辺端部を切断することにより、ネジ、ネジ穴等を除去することにより、あるいはその周辺を破壊することにより、無効化されるネジである。短辺沿いのネジとは、同じく短辺沿い外端から１ｃｍ以内の距離に存在し、長辺沿いネジと重複しないものである。中央部のネジとは、上記２種類のネジ以外の中央部に存在するネジである。

長辺に沿って２辺を切断することにより無効化される７６％のネジの影響は大きい。このことは、Ｍ０とＭ２の実験結果から、切断なしのＭ０では全く解体が起こらなかったにもかかわらず、Ｍ２で良好な解体結果となったことからも明らかである。
一方４辺切断すれば８８％（＝７６％＋１２％）のネジを無効化できるが、切断後のクロスフローシュレッダによる衝撃付与による解体効果にはさほど大きな影響を及ぼすことはない。
このことは、Ｍ２及びＭ４の解体実験で同等に良好な結果が得られたことが裏打ちしている。
以上のことから、解体性、高速性、設備投資、搬送容易性等を総合的に考慮すると、２辺切断が広く普及されることが期待できる。

さらに、携帯電話９３機種を手作業で解体し、長辺最外側からバッテリーまでの間隔を調査したところ、２ｍｍ以上が１００％、３ｍｍ以上が９９％、４ｍｍ以上が８６％であった。バッテリーを傷つけずに解体するためには、端部破壊（長辺最外側からの切断幅）を２～３ｍｍにするのが効果的である。
前述のように、２辺切断による破壊が期待されるネジは長辺最外側から１ｃｍ以内の距離に存在することから、端部破壊を２～３ｍｍにすると、ネジまで最大７ｍｍ～８ｍｍの距離で残存部が発生することになるが、クロスフローシュレッダによる衝撃付与により、強度が低下した残存部のほとんどが破壊され、ネジの無効化がなされている。
なお、バッテリーが筐体の左右中央に存在していない機種については、左若しくは右の筐体外側からバッテリーまでの間隔のうち、狭い方を採用した。

そこで、本発明の実施例では、衝撃解体装置として、図２に示されるような技術的手段を採用した。
ホッパー等の保管機構１に投入された携帯電話等、廃棄対象の小型電子機器は、排出口１ａを介して、一個ずつコンベヤ２上に排出される。
ロボットアーム等の整列機構３は、小型電子機器の姿勢を画像解析し、小型電子機器の長辺が搬送方向に対し平行となり、コンベヤ２の幅方向中心に配置させるよう整列させる。

次に、コンベヤ２と同一速度で移動する位置決め機構４が、小型電子機器の両長辺を同時に押圧し、整列された状態に位置決め固定し、内蔵する計測装置により、小型電子機器の短辺長さが計測される。
短辺長さの計測結果に基づき、プレス、グラインダ等の切断機構５による切断幅が自動的に調整され、端部破壊が２～３ｍｍとなるよう、位置決め機構４に固定された小型電子機器の長辺側端部を同時に切断する。
両長辺を予め定められた幅で切断された小型電子機器は、位置決め機構４により姿勢が維持された状態で、回転駆動されるチェーン等を利用した打撃装置７に投入される。

打撃装置７は、複数のチェーンやハンマー等を回転させて打撃を与えるもので、少なくとも小型電子機器の各長辺における左右両端部において、短辺に沿って打撃を加えるよう、回転軸における位置を調整する調整機構を備えている。なお、押し出し機構６に長辺の長さを計測するセンサを設けたり、画像処理装置により長辺の長さを計測し、この計測結果に基づいて、打撃点の回転軸における位置を自動的に調整するようにしてもよい。さらに、小型電子機器の形態に応じて、チェーンやハンマーの質量、回転速度を変更し、最適な運動エネルギを任意に変更できるようにすることが好ましい。

以上の構成により、打撃装置７による打撃は、小型電子機器当たり１秒以下の短時間で行われ、チェーンの回転速度を選定することにより、２．２以上の高い評点を得ることができた。
その他、破砕対象物に応じて、打撃機構、切断された両辺に対する打撃点、整列機構、位置決め機構、切断機構など、市販の製品から好適なものを選定し種々変更することが可能である。例えば、ロボットアーム等の整列機構３に、切断機構５への搬送、切断機構５に対する位置決めを連続的に行う機能を兼備させることにより、コンベヤ２、位置決め機構４を省略することも可能である。

以上説明したように、本発明によれば、必要最小限の衝撃で過破砕やバッテリーの発火を確実に防止しながら、電子機器１個あたり１秒以内で、効率的な破砕を実現することができるので、衝撃解体装置として広く採用されることが期待できる。

１：保管機構
２：第１コンベヤ
３：整列機構
４：位置決め機構
５：切断機構
６：押し出し機構
７：打撃装置

Claims (5)

1. 投入された電子機器を予め定められた姿勢となるよう位置決めする位置決め機構と、
   前記位置決めされた電子機器の両長辺に沿って予め定められた幅で両端部を同時に切断する切断機構と、
   前記両長辺切断後の電子機器に打撃を加える打撃装置と、を備えた解体装置。
2. 前記切断機構は、プレス切断機構である、請求項１記載の解体装置。
3. 前記打撃装置は、回転駆動されるチェーンまたはハンマーと、該チェーンまたはハンマーの打撃位置を調整する調整機構とを有し、該調整機構によって前記両長辺切断後の電子機器の各長辺における両端部に短辺に沿って打撃を加えるよう打撃位置が調整される、請求項１または２記載の解体装置。
4. 前記切断機構は、前記位置決め機構により位置決めされた電子機器の両長辺最外側から２～３ｍｍの切断幅で前記両端部を切断する、請求項１～３のうちいずれか１項に記載の解体装置。
5. 前記打撃装置は、運動エネルギを、投入された電子機器の形態に応じて変更できるようにした、請求項１～４のうちいずれか１項に記載の解体装置。

Images