特許 7597439 廃プラスチックの選別装置、及び廃プラスチックの選別方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】廃プラスチックの選別装置、及び廃プラスチックの選別方法

(51)【国際特許分類】

   B07C 5/342 20060101AFI20241203BHJP

   G01N 21/3563 20140101ALI20241203BHJP

   B29B 17/00 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

B07C5/342

G01N21/3563 ZAB

B29B17/00

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021121388

(22)【出願日】2021-07-26

(65)【公開番号】P2023017263

(43)【公開日】2023-02-07

【審査請求日】2023-08-14

(73)【特許権者】

【識別番号】390029148

【氏名又は名称】大王製紙株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】大石 昇治

(72)【発明者】

【氏名】河野 海士

【審査官】加藤 三慶

(56)【参考文献】

【文献】特許第５３６７１４５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００１－３３４５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１００９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３３６２６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－００２３０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０７Ｃ ５／３４２

Ｇ０１Ｎ ２１／３１

Ｂ２９Ｂ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

廃プラスチックの選別装置であって、
黒色廃プラスチック片を含む廃プラスチック片の表面を処理する表面処理部と、
前記表面処理された廃プラスチック片に光を照射する照射部と、
前記照射された光の反射光を受光して前記反射光のスペクトルを検出する反射スペクトル検出部と、
前記検出された前記反射光のスペクトルを、前記照射部からの光が照射される校正板を設置して計測して得られた第１の補正用スペクトル及び第２の補正用スペクトルを用いて補正する前処理部であって、前記第１の補正用スペクトルは、前記校正板に照射された光の反射光を明条件で計測して得られ、前記第２の補正用スペクトルは、前記明条件よりも暗い暗条件で計測して得られる、前処理部と、
前記補正された前記反射光のスペクトルに基づき、前記廃プラスチック片の材質を判定する判定部と、
前記判定の結果に基づき、少なくとも黒色廃プラスチック片を材質により選別する選別部とを備える、廃プラスチックの選別装置。

【請求項2】

廃プラスチックの選別装置であって、
黒色廃プラスチック片を含む廃プラスチック片の表面を処理する表面処理部と、
前記表面処理された廃プラスチック片に光を照射する照射部と、
前記照射された光の反射光を受光して前記反射光のスペクトルを検出する反射スペクトル検出部と、
前記反射光のスペクトルに基づき、前記廃プラスチック片の材質を判定する判定部と、
前記判定の結果に基づき、少なくとも黒色廃プラスチック片を材質により選別する選別部とを備え、
前記表面処理部において、前記廃プラスチック片の表面が、
（ａ）ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角６０°の鏡面光沢度が１０％以下、
（ｂ）ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角７５°の鏡面光沢度が２５％以下、並びに
（ｃ）表面粗さの平均偏差（ＳＭＤ）が１μｍ以上
の条件のうち１以上を満たすよう処理される、廃プラスチックの選別装置。

【請求項3】

前記照射する光が、波長３μｍ超の中赤外線を含む、請求項１又は２に記載の廃プラスチックの選別装置。

【請求項4】

前記廃プラスチック片は搬送路上で搬送され、
前記判定部は、
前記反射光のスペクトルが、前記廃プラスチック片のスペクトルであるか又は前記搬送路のスペクトルであるかを判定する第１判定部と、
前記廃プラスチック片のスペクトルであると判定されたスペクトルから特徴量を抽出する第２判定部と、
前記特徴量に基づき、前記廃プラスチック片の材質を判定する第３判定部と、
前記第３判定部で得られた結果に基づき、少なくとも黒色廃プラスチック片を材質により選別する選別部とを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の廃プラスチックの選別装置。

【請求項5】

前記前処理部は、前記補正されたスペクトルから所定の周波数の範囲を切り出す加工を行い、
前記第１判定部は、前記切り出されたスペクトルを用いて前記廃プラスチック片の材質の判定を行う、請求項１を引用する請求項４に記載の廃プラスチックの選別装置。

【請求項6】

前記廃プラスチック片は搬送路上で搬送され、
前記搬送路は、当該搬送路の幅方向において第１の系統と第２の系統との二系統に区分される、請求項１から５のいずれか一項に記載の廃プラスチックの選別装置。

【請求項7】

前記第１の系統と前記第２の系統で、同一の材質の廃プラスチック片を収集する、請求項６に記載の廃プラスチックの選別装置。

【請求項8】

前記第１の系統では、第１の材質の廃プラスチック片を収集すると共に、残りの廃プラスチック片を前記第２の系統へ供給し、
前記第２の系統では、前記残りの廃プラスチック片の中から第２の材質の廃プラスチック片を収集する、請求項６に記載の廃プラスチックの選別装置。

【請求項9】

前記第１の系統では、第１の材質と微量の他の材質の廃プラスチック片を収集すると共に、前記収集した廃プラスチック片を前記第２の系統へ供給し、
前記第２の系統では、前記第１の材質と微量の他の材質の廃プラスチック片との中から第１の材質の廃プラスチック片を収集する、請求項６に記載の廃プラスチックの選別装置。

【請求項10】

前記第１の系統では、第１の材質と微量の他の材質の廃プラスチック片を除外すると共に、前記除外した残りの廃プラスチック片を前記第２の系統へ供給し、
前記第２の系統では、前記残りの廃プラスチック片の中からさらに前記第１の材質と微量の他の材質の廃プラスチック片を除外して、前記第１の材質を含まない廃プラスチック片を収集する、請求項６に記載の廃プラスチックの選別装置。

【請求項11】

廃プラスチックの選別方法であって、
黒色廃プラスチック片を含む廃プラスチック片の表面を処理する表面処理ステップと、
前記表面処理された廃プラスチック片に、照射部から光を照射する照射ステップと、
前記照射された光の反射光を受光して前記反射光のスペクトルを検出する反射スペクトル検出ステップと、
前記検出された前記反射光のスペクトルを、前記照射部からの光が照射される校正板を設置して計測して得られた第１の補正用スペクトル及び第２の補正用スペクトルを用いて補正する前処理ステップであって、前記第１の補正用スペクトルは、前記校正板に照射された光の反射光を明条件で計測して得られ、前記第２の補正用スペクトルは、前記明条件よりも暗い暗条件で計測して得られる、前処理ステップと、
前記補正された前記反射光のスペクトルに基づき、前記廃プラスチック片の材質を判定する判定ステップと、
前記判定の結果に基づき、少なくとも黒色廃プラスチック片を材質により選別する選別ステップとを含む、廃プラスチックの選別方法。

【請求項12】

廃プラスチックの選別装置であって、
表面処理された、黒色廃プラスチック片を含む廃プラスチック片に光を照射する照射部と、
前記照射部により照射された光の反射光を受光して前記反射光のスペクトルを検出する反射スペクトル検出部と、
前記検出された前記反射光のスペクトルを、前記照射部からの光が照射される校正板を設置して計測して得られた第１の補正用スペクトル及び第２の補正用スペクトルを用いて補正する前処理部であって、前記第１の補正用スペクトルは、前記校正板に照射された光の反射光を明条件で計測して得られ、前記第２の補正用スペクトルは、前記明条件よりも暗い暗条件で計測して得られる、前処理部と、
前記補正された前記反射光のスペクトルに基づき、前記廃プラスチック片の材質を判定する判定部と、
前記判定の結果に基づき、少なくとも黒色廃プラスチック片を材質により選別する選別部とを備える、廃プラスチックの選別装置。

【請求項13】

廃プラスチックの選別装置であって、
表面処理された、黒色廃プラスチック片を含む廃プラスチック片に光を照射する照射部と、
前記照射部により照射された光の反射光を受光して前記反射光のスペクトルを検出する反射スペクトル検出部と、
前記反射光のスペクトルに基づき、前記廃プラスチック片の材質を判定する判定部と、
前記判定の結果に基づき、少なくとも黒色廃プラスチック片を材質により選別する選別部とを備え、
前記廃プラスチック片の表面が、
（ａ）ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角６０°の鏡面光沢度が１０％以下、
（ｂ）ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角７５°の鏡面光沢度が２５％以下、並びに
（ｃ）表面粗さの平均偏差（ＳＭＤ）が１μｍ以上
の条件のうち１以上を満たすよう処理されている、廃プラスチックの選別装置。

【請求項14】

廃プラスチックの選別方法であって、
表面処理された、黒色廃プラスチック片を含む廃プラスチック片に、照射部から光を照射する照射ステップと、
前記照射された光の反射光を受光して前記反射光のスペクトルを検出する反射スペクトル検出ステップと、
前記検出された前記反射光のスペクトルを、前記照射部からの光が照射される校正板を設置して計測して得られた第１の補正用スペクトル及び第２の補正用スペクトルを用いて補正する前処理ステップであって、前記第１の補正用スペクトルは、前記校正板に照射された光の反射光を明条件で計測して得られ、前記第２の補正用スペクトルは、前記明条件よりも暗い暗条件で計測して得られる、前処理ステップと、
前記補正された前記反射光のスペクトルに基づき、前記廃プラスチック片の材質を判定する判定ステップと、
前記判定の結果に基づき、少なくとも黒色廃プラスチック片を材質により選別する選別ステップとを含む、廃プラスチックの選別方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、廃プラスチックの選別装置、及び廃プラスチックの選別方法に関する。

【背景技術】

【0002】

廃家電製品、廃棄自動車等に由来する廃プラスチックを再利用するための主たる方法として、廃プラスチックを用いて新しい材料や製品を製造するマテリアルリサイクルが知られている。回収される廃プラスチックは通常、様々な種類（材質）のプラスチックを含むため、マテリアルリサイクルにおいては、製造される再生品に応じて、廃プラスチックを材質により選別する必要がある。

【0003】

廃プラスチックの選別の手段としては、例えば、廃プラスチック片に赤外光等の光を照射し、その照射により得られる反射光のスペクトルを利用して、プラスチックの材質を判定することが知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－１００９０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

マテリアルリサイクルにおいて高品質の製品を製造するためには、廃プラスチックの選別が高精度に行われる必要がある。しかしながら、従来の赤外線等の光の反射を利用した廃プラスチックの選別において、照射する光の強さ、照射距離等によってはハレーション等が発生してしまい、材質の判定のために有効である反射スペクトルを生成できる反射光を十分に得られない場合があった。よって、光の反射を利用した廃プラスチックの選別装置又は選別方法において、選別精度の向上が求められている。

【0006】

よって、本発明による一態様は、廃プラスチックを、高精度で材質により選別する選別装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様による廃プラスチックの選別装置は、黒色廃プラスチック片を含む廃プラスチック片の表面を処理する表面処理部と、前記表面処理された廃プラスチック片に光を照射する照射部と、前記照射部により照射された光の反射光を受光して前記反射光のスペクトルを検出する反射スペクトル検出部と、前記反射光のスペクトルに基づき、前記廃プラスチック片の材質を判定する判定部と、前記判定の結果に基づき、少なくとも黒色廃プラスチック片を材質により選別する選別部とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、廃プラスチックを、高精度で材質により選別できる選別装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る廃プラスチックの選別装置の概略構成を示す斜視図

【図2】図１に示す廃プラスチックの選別装置の側面図

【図3】図１に示す廃プラスチックの選別装置の平面図

【図4】表面処理部の一例を示す概略図

【図5】選別装置の機能ブロック図

【図6】実施形態に係る廃ブラスチックの材質判別処理のフローチャート

【図7】補正用のスペクトルの抽出手法を示す図

【図8】反射波スペクトルから特徴のある波長領域を切り出す処理の一例を示す図

【図9】特徴データの抽出例を示す図

【図10】決定木を用いた材質判別の例を示す図

【図11】本実施形態の選別装置による第１の材質選別手法を示す平面図

【図12】本実施形態の選別装置による第２の材質選別手法を示す平面図

【図13】本実施形態の選別装置による第３の材質選別手法を示す平面図

【図14】本実施形態の選別装置による第４の材質選別手法を示す平面図

【図15】本実施形態の選別装置による第５の材質選別手法を示す平面図

【図16】選別装置の操作画面の一例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

【0011】

なお、以下の説明において、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は互いに垂直な方向である。ｘ方向及びｙ方向は水平方向であり、ｚ方向は鉛直方向である。ｘ方向はコンベア２の搬送路３の搬送方向である。ｙ方向は、コンベア２の搬送路３の幅方向である。以下では説明の便宜上、ｚ正方向側を上側、ｚ負方向側を下側と表現する場合がある。また、ｘ負方向側を上流、ｘ正方向側を下流と表現する場合がある。

【0012】

図１～図３を参照して、本発明の一実施形態に係る廃プラスチックの選別装置１の概略構成を説明する。図１は、本実施形態に係る廃プラスチックの選別装置１の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す廃プラスチックの選別装置１の側面図である。図３は、図１に示す廃プラスチックの選別装置１の平面図である。図１～図３に示すように、廃プラスチックの選別装置１は、当該装置の上流に表面処理部２０を備えている。

【0013】

本実施形態による選別装置１にて選別される廃プラスチックは、廃家電製品、廃棄自動車等から得られた、粉砕により形成された廃プラスチック片の集合体（廃プラスチック片群）である。１つの廃プラスチック片は、板状若しくは層状の形状を有していてよく、また平均最大長さ５～５０ｍｍ、平面視での平均面積２０～２５００ｍｍ^２のサイズを有していてよい。本実施形態では、黒色廃プラスチック片を含む廃プラスチック片の集合体（廃プラスチック片群）から、好ましくは黒色廃プラスチック片の集合体（黒色廃プラスチック片群）から、所定の材質の廃プラスチック片を選別するものである。また、本実施形態により選別される廃プラスチック片には、黒色廃プラスチック片に加え、別の色の、例えば青色、赤色等の着色廃プラスチック片が混在していてもよい。

【0014】

なお、本明細書において、黒色とは、ＪＩＳ８７２１に準じてマンセル記号で表した明度が６以下の色を指す。また、黒色廃プラスチック片の黒色は通常、当該黒色廃プラスチック片に含まれるカーボンブラック（炭素充填材）に由来するものである。

【0015】

図１～図３では、例として、１種の材質からなる廃プラスチック片Ｓ１と、当該廃プラスチック片とは異なる種の材質からなる廃プラスチック片Ｓ２とが混合した廃プラスチック片群から、一方の材質の廃プラスチック片を判定して選別する装置を示す。以下においては、廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２をまとめて符号Ｓで表す場合がある。なお、廃プラスチック片群から選別される廃プラスチック片の材質（種類）の数は特に限定されず、２～１０種であってよい。プラスチックの材質の具体例としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート／アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＰＣＡＢＳ）、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン（ＰＰＥＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等が挙げられる。

【0016】

本実施形態による廃プラスチックの選別装置１では、赤外線等の光を照射して得られる反射光から検出された反射スペクトルに基づき、廃プラスチックの材質の判定を行い、材料を判別する（判別については後に詳述）。ここで、従来の構成では、光を当てた際、照射する光の強さ、照射距離等によっては正反射（鏡面反射）が強く起こってしまい、材質の判定のために有効である反射光（拡散反射光）が十分に得られない場合があった。これに対し、本実施形態による選別装置１は表面処理部２０を有しており、この表面処理部２０によって、廃プラスチック片の表面が処理され、適切な反射光を得ることができるようになる。

【0017】

特に、黒色プラスチックは、他色のプラスチックに比べて材質固有の吸収領域のレベル（強度）が弱いため、表面の状態の影響をより大きく受ける。特に、プラスチック表面の光沢度が比較的高い場合には、プラスチック表面での赤外線の反射の影響、特に正反射（鏡面反射）の影響が大きくなるため、吸収レベルが見えなくなり、材質の判別が困難となる。そこで、表面処理を施して所定の粗面状態に粗面化することで、赤外線のプラスチック表面での正反射の影響を抑えて、反射光スペクトルにおけるスペクトル強度を高めることができ、材質による反射スペクトル強度の相違を適切に観察することができる。この結果、黒色プラスチック片の選別精度を向上させることができる。

【0018】

表面処理部２０による表面処理は、光を照射した場合に、材質の判別に有効な反射スペクトルを取得することができる程度の表面状態となる処理であってよい。例えば、本実施形態による表面処理は、廃プラスチック片の表面が、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角６０°の光沢度（鏡面光沢度）（Ｇｓ６０（％））が１０以下となるように表面状態を変更する処理であってよい。入射角６０°の光沢度は、好ましくは８以下、より好ましくは６以下、さらに好ましくは１．５以下であってよい。また、当該入射角６０°の光沢度は、０．１以上であってよい。さらに、本実施形態による表面処理は、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角７５°の光沢度（鏡面光沢度）（Ｇｓ７５（％））が２５以下となるように表面状態を変更する処理であってよい。入射角７５°の光沢度は、好ましくは１５以下、より好ましくは１０以下、さらに好ましくは５以下であってよい。また、当該入射角７５°の光沢度は、０．１以上であってよい。そして、本実施形態における表面処理は、上記範囲の入射角６０°の光沢度を有し、且つ上記範囲の入射角７５°の光沢度を有するように行うことが好ましい。上記の光沢度、特に入射角６０°光沢度及び／又は入射角７５°光沢度を有することで、プラスチックの表面に適切な粗面状態を付与でき、これにより、廃プラスチック片が黒色プラスチック片である場合でも、選別精度を高めることができる。

【0019】

また、本実施形態による表面処理は、廃プラスチック片の表面が、表面粗さの平均偏差（ＳＭＤ）が１μｍ以上となるように表面状態を変更する処理であってもよい。表面粗さの平均偏差は、好ましくは１．１μｍ以上、より好ましくは１．２μｍ以上であってよい。また、表面粗さの平均偏差は、好ましくは６ｍ以下、好ましくは３μｍ以下、より好ましくは２．５μｍ以下とすることができる。上記範囲の表面粗さの平均偏差（ＳＭＤ）を有するように表面処理を行うことで、プラスチックの表面に適切な粗面状態を付与できる。そのため、廃プラスチック片が黒色プラスチック片である場合でも、反射スペクトルを適切に得ることができ、選別精度を高めることができる。

【0020】

また、廃プラスチック片の全表面積の５０％以上、好ましくは８０％以上が、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角６０°の光沢度（鏡面光沢度（％））が１０以下、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角７５°の光沢度（鏡面光沢度（％））が２５以下、及び表面粗さの平均偏差（ＳＭＤ）が１μｍ以上との条件のうち１以上を満たすような状態にすることで、赤外線を用いた廃プラスチック片の選別精度を向上させることができる。

【0021】

本実施形態における表面処理は、元の廃プラスチック片の表面状態に応じて、粗面化処理としてもよいし、滑面化処理としてもよい。また、表面処理は、液体を利用した湿式処理であってもよいし、液体を利用しない乾式処理であってもよい。表面処理の具体例としては、ワイヤブラシ、サンドペーパー等の研磨具及び／又は研磨剤を用いた研磨（若しくは研削）、薬品を用いた表面処理等が挙げられる。このうち、処理により生じ得る廃棄物等が比較的少なく、その廃棄処理も容易であることから研磨処理が好ましい。

【0022】

図４は、表面処理部２０の一例の概略図である。図４に示す表面処理部２０は、粗面を有する複数のローラを備えている。そして、複数のローラ間に、表面処理前の廃プラスチック片Ｓ'を通すことによって、廃プラスチック片Ｓ'の表面が削られ、微細な凹凸が形成されるか、且つ／又は過度に大きな凹凸が解消されることによって、適切な大きさの凹凸が形成された廃プラスチック片Ｓが得られる。適切な大きさの凹凸が形成された廃プラスチック片の表面は上述の所定の光沢度を有しており、選別装置１での光照射を利用したプラスチック種の判定を、より高い精度で行うことができる。

【0023】

図４に示す表面処理部２０では、廃プラスチック片の搬送方向に回転する大ローラ２１と、当該大ローラ２１と対向し、且つ大ローラ２１と反対方向に回転する小径の粗面ローラ２３、２３、２３とが配置されている。粗面ローラ２３、２３、２３には、ブラシ又はサンドペーパーが表面に取り付けられている。そして、供給部２８から供給された表面処理前の廃プラスチック片Ｓ'が、大ローラ２１と、粗面ローラ２３、２３、２３との間に供給され、搬送方向に搬送されると共に、粗面ローラ２３、２３、２３に対向する側の表面が荒らされる。表面処理部２０では、大ローラ２１及び粗面ローラ２３、２３、２３の下流にさらに、廃プラスチック片の搬送方向に回転する別の大ローラ２２と、当該大ローラ２２と対向し、且つ大ローラ２２と反対方向に高速回転する小径の粗面ローラ２５、２５、２５とが配置されている。粗面ローラ２５、２５、２５には、粗面ローラ２３、２３、２３と同様にブラシ又はサンドペーパーが取り付けられている。大ローラ２２及び粗面ローラ２５、２５、２５は、廃プラスチック片Ｓ'の、粗面ローラ２３、２３、２３によって荒らされた表面と反対側の表面が荒らされるように、配置されている。このような構成によって、廃プラスチック片Ｓ'の両面が、選別装置１における材質の判定により適切な表面状態となり、高い精度で材質による選別を行うことができる。粗面ローラ２３、２３、２３、及び粗面ローラ２５、２５、２５の回転数は、廃プラスチック片の所望の表面状態に応じて設定することができる。なお、適切な表面状態は、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角６０°の光沢度（鏡面光沢度（％））が１０以下、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角７５°の光沢度（鏡面光沢度（％））が２５以下、及び表面粗さの平均偏差（ＳＭＤ）が１μｍ以上の条件のうち１以上を満たす状態とすることができる。黒色プラスチック片を含む又は黒色プラスチック片からなる廃プラスチック片の場合、上記の表面状態とすることで選別精度を上げることができる。

【0024】

なお、廃プラスチック片は、廃家電製品、廃棄自動車等からプラスチック部分を取り出した後、再利用しやすくするために破砕によりサイズダウンされたものである。本形態における表面処理は、上記破砕工程に組み込まれていてもよい。

【0025】

図１～図３を再び参照して、選別装置１における、表面処理後の廃プラスチック片Ｓの処理について説明する。表面処理部２０から取得された表面処理後の廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２を順次供給する供給部の一例としての振動フィーダ８と、振動フィーダ８により供給された廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２を搬送する搬送部の一例としてのコンベア２とを主要部として備えている。振動フィーダ８には、例えば投入用ホッパ等を介して、破砕（表面処理）された廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２が供給される。振動フィーダ８は、廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２が載置される載置面が振動することによって、廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２同士の重畳を防止しながらコンベア２に供給する。コンベア２は、その上面に搬送路３を有し、振動フィーダ８から遠ざかる向きに搬送路３上の廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２を搬送する。

【0026】

また、選別装置１は、廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２に赤外線を照射する照射部の一例としての照明１０と、廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２からの反射スペクトルを検出する反射スペクトル検出部の一例としての中赤外線カメラ４と、中赤外線カメラ４で検出した反射スペクトルに基づき廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２の材質を判定若しくは同定して判別する判別装置５とを備えている。

【0027】

照明１０は、例えばハロゲンタングステンランプ等の赤外線光源であるランプ１０Ａ（図７参照）を有し、ランプ１０Ａから廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２に向かって赤外線を照射（出射）する。また、照明１０は、中赤外線カメラ４に廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２からの反射光が入光するように設置され、中赤外線カメラ４に対してコンベア２の流れ方向の上部両側（又は上部片側）に設置されている。

【0028】

廃プラスチック片に照射される照射光は、２～８μｍの赤外線、好ましくは３μｍ超の中赤外線、より具体的には３μｍ超８μｍ以下の赤外線を含んでいてよい。上記波長領域の中赤外線では、黒色プラスチックの光吸収率が比較的低い領域を含むので、黒色の廃プラスチックであっても、プラスチックの材質の判定のために有効な反射光スペクトル（材質により顕著な相違が観察され得る反射光スペクトル）を取得できる。

【0029】

中赤外線カメラ４は、例えば図１に示すように１台でコンベア２の幅方向（ｙ方向）の全域にわたって計測可能であり、幅方向に沿って複数個（例えば３１８個）の領域に区分して黒色廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２からの近赤外線の反射光を受光し、領域ごとに反射光のスペクトルを計測できる。中赤外線カメラ４は、例えば、赤外線の波長領域３μｍ以上若しくは３μｍ超の分光器付カメラで構成されていてよい。中赤外線カメラ４は、例えば２３０Ｈｚのスキャン周波数で計測を行い、１回のスキャンごとに３１８個のスペクトルデータを判別装置５に送信する。判別装置５は、中赤外線カメラ４から受信した３１８個のスペクトルデータに基づき、３１８個の各領域の材質判定の結果を後述の噴射制御部６に出力する。

【0030】

中赤外線カメラ４によって受光される反射光は、好ましくは３μｍ超の波長領域、より好ましくは３μｍ超８μｍ以下、さらに好ましくは３μｍ超５μｍ以下の波長領域の赤外線を含んでいてよい。上記波長領域の反射光を受光することで、黒色の廃プラスチックの材質判定のために有効なデータを取得ことができる。すなわち、上記波長領域内の反射光のスペクトル強度において、材質による顕著な相違が観察され得る。

【0031】

さらに、選別装置１は、コンベア２の搬送方向（ｘ方向）の下流側にて、搬送方向と交差する方向に横又は斜めからエアを噴射する噴射ノズル列７を備えている。噴射ノズル列７は、コンベア２の幅方向（ｙ方向）に複数個（例えば３１８個）の噴射ノズルが並設されてなり、噴射制御部６によって個々の噴射ノズルの動作が制御される。噴射制御部６は、判別装置５から受信した材質判定結果に応じて、噴射ノズル列７の噴射ノズルからエアを噴射させる、又は噴射させないようにすることができる。すなわち、ターゲットとする廃プラスチック片を選択してエアを吹き付けること（選択吹付け）ができる。そして、例えば仕切り板９（図２）により区分される複数の領域（例えば回収用ホッパ若しくは容器）に黒色廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２を仕分けて落下させ、所望の材質の廃プラスチックを分別して収集する。つまり、本実施形態では、噴射制御部６と、噴射ノズル列７とが、判別装置５による材質判定結果に基づき、コンベア２の搬送路３を流れる廃プラスチック片から所望の材質のものを収集する選別部１２として機能する。

【0032】

図１～図３に示す例では、選別部１２では、エア若しくは所定の気体の噴射を利用して、コンベア２上の廃プラスチック片Ｓを吹き飛ばす又は吹き飛ばさないとする選択吹付けによって仕分けているが、選別の形態は図示のものに限られない。例えば、判別装置５による材料判定結果の情報をロボットアームに送信し、ロボットアームによって廃プラスチック片の材質による仕分けを行い、廃プラスチック片を分別してもよい。

【0033】

選別装置１の動作、すなわち表面処理部２０から供給された廃プラスチック片の処理について説明する。例えば投入用ホッパなどを介して、破砕された廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２が振動フィーダ８に供給されると、振動フィーダ８は、供給された廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２に振動を与えながら重ならないようにして下流に搬送して、コンベア２に供給する。

【0034】

コンベア２の上面の搬送路３に供給された廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２は、ｘ正方向側の搬送方向に搬送されながら、中赤外線カメラ４の撮像可能な位置にて、照明１０から赤外光が照射される。中赤外線カメラ４は、照明１０から発せられた赤外線の廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２による反射光を受光し、受光結果（受光スペクトルのデータ）を判別装置５に出力する。

【0035】

判別装置５は、中赤外線カメラ４から入力された受光結果に基づき、廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２の材質を同定する。なお、判別装置５による材質判定手法の詳細は図５～図１０を参照して後述する。判別装置５は、材質同定結果を噴射制御部６に出力する。

【0036】

噴射制御部６は、噴射ノズル列７に含まれる複数配置されている噴射ノズルのうち、材質に応じた噴射ノズルを選択して、タイミングを計って制御信号を送信する。制御信号を受信した噴射ノズル列７の各噴射ノズルは、ノズル口を開口して、エアを噴射する。判別装置５の判別結果により適切なタイミングで噴射ノズルからエアを噴射することにより、選別対象の材質とそうでないものとを分離して回収することができる。

【0037】

図１～図３に示す例では、コンベア２上の廃プラスチック片Ｓ１は、制御信号を受信したエア噴射ノズルからエアを受けて、吹き飛ばされ落下し、収集容器等の中に回収される。また、コンベア２上の黒色廃プラスチック片Ｓ２は、噴射ノズルからエアを受けないので、黒色廃プラスチック片Ｓ１とは異なる収集容器等に回収される。このように噴射ノズル列７に含まれる複数の噴射ノズルの個々の噴射及び停止によって、複数の材質の廃プラスチック片群から、所定の材質の廃プラスチック片を仕分けて回収することができる。

【0038】

なお、本実施形態によれば、選別に供される廃プラスチック片が表面処理されていて、所定の表面粗さを有するため、好ましくは両面に有するため、コンベア２に対して適度な摩擦係数を有することができる。そのため、選別部１２において、ターゲットとされた廃プラスチック片が確実に吹き飛ばされ、且つターゲットとされていない廃プラスチック片が確実に飛ばされず、このことも、選別精度の向上に寄与する。

【0039】

次に、図５～図１０を参照して、判別装置５による廃プラスチックの材質判定及び判別について説明する。図５は、判別装置５の機能ブロック図である。

【0040】

図５に示すように、判別装置５は、前処理部５１を有し、さらに第１判定部５２、第２判定部５３、及び第３判定部５４（合わせて判定部ともいう）を有する。

【0041】

前処理部５１は、中赤外線カメラ４により検出された黒色廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２の反射スペクトルの補正や加工などの前処理を行う。前処理部５１は、例えば、反射光が明るい条件で計測したスペクトルと、暗い条件で計測したスペクトルとを用いて、検出された反射スペクトルを補正する。「暗い条件（暗条件）」とは、上記の「明るい条件（明条件）」よりも相対的に暗い条件を意味する。また、前処理部５１は、補正された反射スペクトルから所定の周波数の範囲を切り出す加工を行う。

【0042】

第１判定部５２は、中赤外線カメラ４により検出されたスペクトルが廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２及びコンベア２の搬送路３のどちらのものかを判定する。第１判定部５２は、学習済みのＯｎｅ Ｃｌａｓｓ ＳＶＭ（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）を用いて判定を行う。

【0043】

Ｏｎｅ Ｃｌａｓｓ ＳＶＭは、機械学習の分類アルゴリズムの一種であるＳＶＭの一種である。ＳＶＭでは、各クラスのサポートベクター（学習データの中で最も他のクラスと近い位置にある）を基準として、それらのユークリッド距離が最大になるように識別境界を設定する。また、特徴が非線形の場合には、カーネルを用いてデータを特徴空間に写像する。カーネルを適切に選択することで、複雑なデータ配置でも識別境界を引くことが可能となる。

【0044】

Ｏｎｅ Ｃｌａｓｓ ＳＶＭでは、１種類の学習データに対してカーネルトリックと呼ばれる手法を用いて、高次元空間の特徴空間へデータを写像する。このとき、学習データは原点から遠くに配置されるように写像されるため、元の学習データと類似していないデータは原点の近くに集まる。この性質を用いて正常データ（コンベア２）と異常データ（物体（廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２））の区別を行う。

【0045】

第１判定部５２にパターン識別能力に優れるＯｎｅ Ｃｌａｓｓ ＳＶＭを用いることにより、反射スペクトルが廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２で反射されたものか、コンベア２の搬送路３で反射されたものかを高精度に識別できる。なお、第１判定部５２には、Ｏｎｅ Ｃｌａｓｓ ＳＶＭ以外の機械学習の教師有り学習の分類手法を適用してもよい。

【0046】

第２判定部５３は、第１判定部５２により廃プラスチック片と判定されたスペクトルから特徴データＳｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２（特徴量）を抽出する。特徴量は、例えば所定の波長領域におけるスペクトル強度の最大値、平均値、積分値等であってよいが、学習済みのＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ：部分的最小二乗法）を用いて抽出するのが望ましい。

【0047】

ＰＬＳは、機械学習の教師あり学習の回帰アルゴリズムの一種であり、説明変数から計算された主成分のうち、少数の主成分のみと目的変数との間で回帰分析を行う。ＰＬＳでは、主成分は目的変数との共分散が大きくなるように計算される。本実施形態では、廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２で反射されたと判定された反射スペクトルの説明変数に基づき、ＰＬＳを用いて二種類の特徴データＳｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２を算出する。

【0048】

第２判定部５３に、ＰＬＳを用いることにより、反射スペクトルの多次元の説明変数から、少数の特徴量に縮約することができるので、より区別しやすい適切な特徴データＳｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２を抽出できる。なお、第２判定部５３には、ＰＬＳ以外の機械学習の多変量解析手法を適用してもよい。

【0049】

第３判定部５４は、第２判定部５３により抽出された反射スペクトルの２つの特徴量Ｓｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２に基づき、このスペクトルに対応する廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２の材質を判別する。第３判定部５４は、学習済みの決定木を用いて判定を行う。決定木は、教師あり学習の分類アルゴリズムの一種である。決定木は、目的変数を分類するルールを木構造で表したものであり、分類問題で頻繁に利用される。

【0050】

第３判定部５４に、決定木を用いることにより、反射スペクトルの２つの特徴量Ｓｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２から、廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２の材質を精度良く判別できる。なお、第３判定部５４には、決定木以外の機械学習の教師有り学習の分類手法を適用してもよい。

【0051】

判別装置５は、物理的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、主記憶装置であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、通信モジュール、補助記憶装置、などを含むコンピュータシステムとして構成することができる。図５に示した判別装置５の各機能は、ＣＰＵやＲＡＭなどに所定のコンピュータソフトウエア（材質判定プログラム）を読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで各種ハードウエアを動作させると共に、ＲＡＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。すなわち、本実施形態に係る材質判定プログラムをコンピュータ上で実行させることで、判別装置５は、図５の前処理部５１、第１判定部５２、第２判定部５３、及び第３判定部５４として機能する。

【0052】

本実施形態の材質判別プログラムは、例えばコンピュータが備える記憶装置内に格納される。なお、材質判別プログラムは、その一部又は全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、コンピュータが備える通信モジュール等により受信されて記録（インストールを含む）される構成としてもよい。また、材質判別プログラムは、その一部又は全部が、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フラッシュメモリなどの持ち運び可能な記憶媒体に格納された状態から、コンピュータ内に記録（インストールを含む）される構成としてもよい。

【0053】

判別装置５は、アナログ回路、デジタル回路又はアナログ・デジタル混合回路で構成された回路であってもよい。また、判別装置５の各機能の制御を行う制御回路を備えていてもよい。各回路の実装は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等によるものであってもよい。

【0054】

同様に、噴射制御部６も、物理的には、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ、通信モジュール、補助記憶装置、などを含むコンピュータシステムとして構成することができ、ＣＰＵやＲＡＭなどに所定のコンピュータソフトウエアを読み込ませることによりその機能が実現される。

【0055】

図６は、実施形態に係る廃ブラスチックの材質判別処理のフローチャートである。図６に示すフローチャートの各処理は判別装置５により実行される。

【0056】

ステップＳ０１では、前処理部５１により、中赤外線カメラ４によるスペクトルＳ_org（ｎ，ｗ）が取得される。ここで、ｎはセンサ数（中赤外線カメラ４によりコンベア２の幅方向で区分されるスペクトル検出領域の数）であり、センサ数が３１８個の場合には各検出領域に対応する０～３１７の整数が用いられる。ｗはスペクトルの波長であり、本実施形態では、２７００（ｎｍ）～５３００（ｎｍ）の間で２０（ｎｍ）刻みで合計１３１個の波長が設定され、各波長に対応する０～１３０の整数が用いられる。つまり、Ｓ_org（ｎ，ｗ）は、コンベア２の幅方向に沿ったｎ番目のスペクトル検出領域における、波長ｗのスペクトルの強度の数値を表す。

【0057】

ステップＳ０２では、前処理部５１により、ステップＳ０１で取得されたスペクトルＳ_org（ｎ，ｗ）が補正されて、補正済みのスペクトルＳ_cor（ｎ，ｗ）が算出される。この補正により、測定空間の水蒸気及び二酸化炭素の濃度変化、計測対象の黒色廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２の温度、照明１０および中赤外線カメラ４の経年劣化、コンベア２上の位置、などの影響によるスペクトル強度の特性の差異を吸収できる。補正済みのスペクトルＳ_cor（ｎ，ｗ）は、例えば下記の（１）式により算出できる。

【0058】

【数1】

上式中、W_ref（ｎ，ｗ）は、反射光が明るい条件で計測した第１の補正用スペクトルである。D_ref（ｎ，ｗ）は、反射光が上記の明るい条件よりも暗い条件で計測した第２の補正用スペクトルである。これらの補正用スペクトルW_ref（ｎ，ｗ）、D_ref（ｎ，ｗ）は、例えば、材質判別処理を実行する前に中赤外線カメラ４の校正を行うときに抽出できる。

【0059】

図７は、補正用のスペクトルW_ref（ｎ，ｗ）、D_ref（ｎ，ｗ）の抽出手法を示す図である。図７に示すように、コンベア２の搬送路３上の、中赤外線カメラ４の撮像領域に、補正用スペクトルを取得するための校正板１１を設置して、中赤外線カメラ４による反射光のスペクトルの検出を行うことで、補正用のスペクトルW_ref（ｎ，ｗ）、D_ref（ｎ，ｗ）を取得できる。

【0060】

反射光が明るい条件で計測した第１の補正用スペクトルW_ref（ｎ，ｗ）の場合、中赤外線領域の波長をすべて反射する校正板１１（アルミ、ステンレス等）を置き、照明１０を点灯した状態で、すべてのセンサ（ｎ＝０、１、２、・・・、３１７）について、全波長（ｗ＝０（２７００）、２（２７２０）、・・・、１３０（５３００））のデータを取得する。

【0061】

反射光が暗い条件で計測した第２の補正用スペクトルD_ref（ｎ，ｗ）の場合、中赤外線領域の波長をすべて反射する校正板１１（アルミ、ステンレス等）を置き、照明１０を消灯した状態（もしくはカメラのシャッターを閉じた状態）で、すべてのセンサ（ｎ＝０、１、２、・・・、３１７）について、全波長（ｗ＝０（２７００）、２（２７２０）、・・・、１３０（５３００））のデータを取得する。

【0062】

校正板１１は、例えば図７に点線の矢印で示すように、補正用のスペクトルW_ref（ｎ，ｗ）、D_ref（ｎ，ｗ）を取得する際に配置される、コンベア２の搬送路３上の、中赤外線カメラ４の撮像領域の位置と、中赤外線カメラ４の撮像領域や照明１０の照射範囲から外れる待機位置との間で移動可能に設置されるのが好ましい。言い換えると、校正板１１は、中赤外線カメラ４の視野内の所定位置と、視野外の所定位置とに固定可能であり、両方の所定位置の間を移動可能であるのが好ましい。校正板１１は、照明１０からの光を受ける主面の表面粗さが大きくざらざらした面となるように加工するのが好ましい。これにより、校正板１１における反射光のハレーションの発生を抑制できる。

【0063】

また、補正用スペクトルの取得時には、コンベア２は停止していてもよい。この場合、校正板１１の動作の何らかの不具合により、校正板１１が中赤外線カメラ４の撮像領域の位置に正しく配置されないと、照明１０の赤外線によりコンベア２の搬送路３上の赤外線が照射される部分の温度が上昇し、焼損や発火の虞がある。このため、校正板１１が中赤外線カメラ４の視野内に固定されていない場合には、照明１０から赤外線を照射しないようにインターロックを設けるのが好ましい。

【0064】

なお、図７に示すように、照明１０は、赤外線の光源であるランプ１０Ａ（シースヒーター、カーボンランプ、カンタルランプなど）と、ランプ１０Ａの熱を集める反射板１０Ｂとを有する。ランプ１０Ａは、コンベア２の幅方向（ｙ方向）に沿って延在するよう形成され、ｙ軸に沿った軸心まわりの全方向に赤外線を放射するよう配置される。反射板１０Ｂは、ランプ１０Ａを基準としてコンベア２の搬送路３とは反対側に配置され、ランプ１０Ａの軸心まわりの周方向に沿って湾曲して形成され、これによりランプ１０Ａからコンベア２とは反対側に放射された赤外線を集めてコンベア２側に反射して送ることができる。反射板１０Ｂは、例えば、アルミニウム、ステンレス、またはアルミニウムメッキなどされた部材からなる。

【0065】

図６に戻り、ステップＳ０３では、前処理部５１により、補正済みのスペクトルＳ_cor（ｎ，ｗ）の中から、特徴のある波長領域が切り出される。図８は、黒色廃プラスチック片に赤外線を照射した場合に得られた、反射波スペクトルから特徴のある波長領域を切り出す処理の一例を示す図である。図８の横軸はスペクトルの波長（ｎｍ）を示し、縦軸は各波長におけるスペクトルの強度を示す。図８には、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）、耐衝撃性ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）の各材質のスペクトルの一例が示されている。そして、図８の例では、３２５０～３７５０（ｎｍ）及び４４００～４６００（ｎｍ）の波長領域のスペクトルが切り出されている。よって、黒色プラスチックを材質により選別する場合には、上記範囲の少なくとも一方の波長領域のスペクトルを利用することができる。

【0066】

図６に戻り、ステップＳ０４では、第１判定部５２により、ステップＳ０２にて補正され、かつ、ステップＳ０３にて特徴のある波長領域が切り出されたスペクトルを用いて、各スペクトルがコンベア２のベルト（搬送路３）か、搬送路３上の物体（廃プラスチック）かが判定される。第１判定部５２は、本実施形態では学習済みのＯｎｅ Ｃｌａｓｓ ＳＶＭを利用して判定を行う。

【0067】

ステップＳ０５では、第２判定部５３により、ステップＳ０４にて物体（廃プラスチック）と判定されたスペクトルから、学習済みのＰＬＳを使用して２種類の特徴データＳｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２が抽出される。図９は、特徴データの抽出例を示す図である。図９の横軸は第１の特徴データ（Ｓｃｏｒｅ１）を示し、縦軸は第２の特徴データ（Ｓｃｏｒｅ２）を示す。図９には、図８に例示したＡＢＳ、ＨＩＰＳ、ＰＰ、ＰＥの４種類の材質の抽出例が示されている。図９に示すように、２つの特徴データＳｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２による二次元空間上では、各材質ごとにプロットされる領域が区分可能であることがわかる。なお、特徴データの数は、２種類以外でもよい。

【0068】

図６に戻り、ステップＳ０６では、第３判定部５４により、ステップＳ５にて抽出された２種類の特徴データＳｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２に基づき、学習済みの決定木を使用して材質の判別が行われる。図１０は、決定木を用いた材質判別の例を示す図である。本実施形態では、最終的に４種類の材質（ＰＥ、ＰＰ、ＡＢＳ、ＨＩＰＳ）を識別するため、図１０に示すように決定木は２階層の条件分岐を有する。第１階層では、条件分岐の関数ｆ１（Ｓｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２）を用いて、特徴データＳｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２の組が２つのグループＧ１、Ｇ２に分けられる。一方のグループＧ１は、第２階層では、条件分岐の関数ｆ２（Ｓｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２）を用いて、さらに２つのグループＧ１１、Ｇ１２に分けられる。他方のグループＧ２は、第２階層では、条件分岐の関数ｆ３（Ｓｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２）を用いて、さらに２つのグループＧ２１、Ｇ２２に分けられる。この結果、特徴データＳｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２の組は、４つのグループＧ１１、Ｇ１２、Ｇ２１、Ｇ２２に分類され、各グループの材質がそれぞれＰＥ、ＰＰ、ＡＢＳ、ＨＩＰＳと判定される。

【0069】

このように、本実施形態に係る廃プラスチックの材質判定・選別装置１の判別装置５は、中赤外線カメラ４により検出された、照明１０によりコンベア２の搬送路３に照射された光の反射光のスペクトルが、廃プラスチック片Ｓ及び搬送路３のどちらかのものかを判定する第１判定部５２と、第１判定部５２により廃プラスチック片Ｓと判定されたスペクトルから２種類の特徴データＳｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２を抽出する第２判定部５３と、第２判定部５３により抽出された特徴データＳｃｏｒｅ１、Ｓｃｏｒｅ２に基づき廃プラスチック片Ｓの材質Ｓ１、Ｓ２を判別する第３判定部５４と、を備える。

【0070】

この構成により、反射スペクトルの入力情報から、第１判定部５２の物体判別による黒色廃プラスチック片Ｓのスペクトルへの絞り込みと、第２判定部５３の特徴量抽出によるスペクトル情報から特徴データへの次元圧縮と、第３判定部５４の分類処理との三段階の判定処理とデータの絞り込みを経て、廃プラスチックの材質の出力情報を得ることができる。このため、本実施形態の廃プラスチックの選別装置１は、廃プラスチックの材質の判定を多種の条件を考慮して行うことができ、かつ、多段階に亘ってきめ細かく行うことが可能となり、廃プラスチックの材質の判定精度を向上できる。

【0071】

また、本実施形態に係る廃プラスチックの選別装置１の判別装置５は、中赤外線カメラ４により検出された反射スペクトルＳ_org（ｎ，ｗ）を、反射光が明るい条件で計測した第１の補正用スペクトルW_ref（ｎ，ｗ）と、この明るい条件よりも相対的に暗い条件で計測した第２の補正用スペクトルD_ref（ｎ，ｗ）とを用いて補正する前処理部５１を備える。

【0072】

このように反射スペクトルＳ_org（ｎ，ｗ）を、例えば（１）式を用いて、補正用のスペクトルW_ref（ｎ，ｗ）、D_ref（ｎ，ｗ）を用いて補正することにより、計測対象の黒色廃プラスチック片Ｓ１、Ｓ２の温度、中赤外線カメラ４の経年劣化、コンベア２上の位置、などの影響によるスペクトル強度の特性の差異を抑制できる。このため、補正済みのスペクトルＳ_cor（ｎ，ｗ）を用いて、第１判定部５２、第２判定部５３、第３判定部５４の学習と判定とを行うことによって、廃プラスチックの材質の判定精度をさらに向上できる。

【0073】

また、前処理部５１は、さらに、補正されたスペクトルＳ_cor（ｎ，ｗ）から所定の周波数の範囲を切り出す加工を行い、加工後のスペクトルを第１判定部５２に出力する。

【0074】

この構成により、スペクトルから廃プラスチックの材質と関連が強い部分を抽出して第１判定部５２、第２判定部５３、第３判定部５４の学習と判定とに利用することができるので、学習や判定を阻害するノイズの混入を低減でき、廃プラスチックの材質の判定精度をさらに向上できる。

【0075】

なお、本実施形態では、前処理部５１は、反射スペクトルＳ_org（ｎ，ｗ）の補正処理と、所定の周波数の範囲を切り出す処理の２つの処理を行うが、２つの処理の一方のみを行う構成でもよい。

【0076】

さらに、図１１～図１５を参照して、本実施形態の選別装置１による所望の材質の廃プラスチックの選別手法について説明する。図１１は、本実施形態の選別装置１による第１の材質選別手法を示す平面図である。図１１には、図３に示した選別装置１の平面図に対応し、簡略化した図が示されている。図１１以降では、選別手法の一例として、５種類の材質（１）、（２）、（３）、（４）、（５）の廃プラスチック片が混合されたプラスチックミックスを選別対象とする例を説明する。

【0077】

図１１の例では、コンベア２や選別部１２がコンベア２の幅方向（ｙ方向）に区分されない一系統の搬送路が形成される構成を例示する。選別部１２では、噴射ノズル列７の各噴射ノズルの噴射と停止によって、廃プラスチックを図２等に示した仕切り板９を境界として分別するため、選別対象を大きく２種類に選別する。このため、選別対象の５種類の材質が混在するプラスチックミックスを単一材質ごとにそれぞれ選別するためには、選別部１２のうち一方の選別部１２－１（例えば、噴射ノズル７からエアを噴射された廃プラスチックが回収される装置）に一種類ずつ分別する処理を繰り返す必要がある。つまり、図１１に示すように、まずプラスチックミックスから材質（１）の廃プラスチック片のみを選別して、選別部１２－１で回収する。このとき、他方の選別部１２－２に収集されている残りのプラスチックミックスでは、他の４種類の材質（２）～（５）が混在している。次に、４種類が混在する残りのプラスチックミックスを再度、選別装置１に投入し、材質（２）～（５）のいずれか１つを選別する。この手順を４回繰り返すことで、５種類の材質（１）～（５）の廃プラスチック片を、材質ごとに分別することができる。

【0078】

図１２は、本実施形態の選別装置１Ａによる第２の材質選別手法を示す平面図である。図１２以降では、コンベア２の搬送路３は、幅方向において第１の系統と第２の系統の二系統に区分される。より詳細には、投入口（振動フィーダ８）、コンベア２、選別部１２のそれぞれが幅方向で２分される。なお、投入口８とコンベア２は、構成要素を２つにするのではなく、単一の要素に仕切り等をつけて系統間で混在しないようにする。例えば、コンベア２の搬送路３は、幅方向のほぼ中央の位置に搬送方向に沿って仕切り壁を設けることで２系統に区分できる。

【0079】

以下の説明では、第１の系統を添え字Ａで表し、第２の系統を添え字Ｂで表す。また、図１１の選別部１２－１に相当する要素を「選別部Ａ１」及び「選別部Ｂ１」と表記し、図１１の選別部１２－２に相当する要素を「選別部Ａ２」及び「選別部Ｂ２」と表記する。

【0080】

図１２の例では、第１の系統と第２の系統で、同一の材質の廃プラスチック片が収集される。例えば図１２に示すように、第１、第２の系統のそれぞれの投入口Ａ、Ｂに５種類の材質（１）～（５）の廃プラスチック片が混在するプラスチックミックスが供給され、各系統で材質判定が行われて、選別部Ａ１及び選別部Ｂ１において同一の材質（１）の廃プラスチック片が収集される。また、選別部Ａ２及び選別部Ｂ２では、材質（１）以外の残りの材質（２）～（５）が混在する廃プラスチック片が収集される。

【0081】

図１３は、本実施形態の選別装置１Ｂによる第３の材質選別手法を示す平面図である。図１３の例では、第１の系統では、第１の材質の廃プラスチック片を収集すると共に、残りの廃プラスチック片を第２の系統へ供給し、第２の系統では、残りの廃プラスチック片の中から第２の材質の廃プラスチック片を収集する。図１３の例では、複数種の混合素材を、第１の材質と、第２の材質と、その他の材質の３種類に分別できる。

【0082】

図１３の例では、第１の系統の投入口Ａに、５種類の材質（１）～（５）の廃プラスチック片が混在するプラスチックミックスが供給され、第１の系統のコンベアＡで材質判定が行われて、選別部Ａ１で材質（１）の廃プラスチック片が収集される。また、選別部Ａ２では、残りの材質（２）～（５）が混在する廃プラスチック片が収集される。

【0083】

次に、選別部Ａ２で収集された残りの材質（２）～（５）が混在する廃プラスチックは、搬送装置１３により第２の系統の投入口Ｂまで搬送されて、投入口Ｂに供給される。第２の系統のコンベアＢで材質判定が行われて、選別部Ｂ１で材質（２）の廃プラスチック片が収集される。選別部Ｂ２では、残りの材質（３）～（５）が混在する廃プラスチック片が収集される。

【0084】

図１４は、本実施形態の選別装置１Ｃによる第４の材質選別手法を示す平面図である。図１４の例では、第１の系統では、第１の材質と微量の他の材質の廃プラスチック片を収集すると共に、収集した廃プラスチック片を第２の系統へ供給し、第２の系統では、第１の材質と微量の他の材質の廃プラスチック片の中から第１の材質の廃プラスチック片を収集する。図１４の例では、所定の一種の材質のプラスチック片を高純度に選別できる。

【0085】

図１４の例では、第１の系統の投入口Ａに、５種類の材質（１）～（５）が混在するプラスチックミックスが供給され、第１の系統のコンベアＡで材質判定が行われて、選別部Ａ１で材質（１）の廃プラスチック片と、微量の材質（２）～（５）の廃プラスチック片とが収集される。また、選別部Ａ２では、残りの材質（２）～（５）と微量の材質（１）が混在する廃プラスチックが収集される。

【0086】

次に、選別部Ａ１で収集された材質（１）と微量の（２）～（５）とが混在する廃プラスチックは、搬送装置１３により第２の系統の投入口Ｂまで搬送されて、投入口Ｂに供給される。第２の系統のコンベアＢで材質判定が行われて、選別部Ｂ１で再度材質（１）が選別されて材質（１）の廃プラスチック片が収集される。この選別部Ｂ１で収集された材質（１）は、選別部Ａ１で収集された素材より材質（１）の純度が高くなっている。選別部Ｂ２では、残りの材質（１）～（５）が混在する廃プラスチックが収集される。

【0087】

図１５は、本実施形態の選別装置１Ｄによる第５の材質選別手法を示す平面図である。図１５の例では、第１の系統では、第１の材質と微量の他の材質の廃プラスチック片を除外すると共に、除外した残りの廃プラスチック片を第２の系統へ供給し、第２の系統では、他の廃プラスチック片の中からさらに第１の材質と微量の他の材質の廃プラスチック片を除外して、第１の材質を含まない廃プラスチック片を収集する。図１５の例では、所定の一種の材質のプラスチック片を混在素材の中からより確実に選別できる。

【0088】

図１５の例では、第１の系統の投入口Ａに、５種類の材質（１）～（５）が混在するプラスチックミックスが供給され、第１の系統のコンベアＡで材質判定が行われて、選別部Ａ１で材質（１）と微量の材質（２）～（５）の廃プラスチック片が収集される。また、選別部Ａ２では、残りの材質（２）～（５）と少量の（１）が混在する廃プラスチックが収集される。

【0089】

次に、選別部Ａ２で収集された材質（２）～（５）と少量の（１）が混在する廃プラスチックは、搬送装置１３により第２の系統の投入口Ｂまで搬送されて、投入口Ｂに供給される。第２の系統のコンベアＢで材質判定が行われて、選別部Ｂ１で再度材質（１）が選別されて材質（１）と微量の材質（２）～（５）が混在する廃プラスチック片が収集される。選別部Ｂ２では、残りの材質（２）～（５）と微量の（１）が混在する廃プラスチックが収集される。

【0090】

図１６は、選別装置１の操作画面の一例を示す図である。図１６に示す操作画面は、例えば材選別装置１に設置される表示装置に表示される。図１６に示すように、操作画面には、選別するプラスチックの材質名が列挙され、上記の第１の系統（図１６では「１次」と、第２の系統（図１５では「２次」）ごとに噴射して選別する材質を個別に選択可能となっている。操作画面が表示される表示装置は例えばタッチパネルであり、「噴射選択」欄の「ＯＦＦ」表示を押下するなどの操作によって「ＯＮ」表示に切り替えることによって、当該材質（図１６ではＡＢＳ）の場合に噴射ノズル列７の噴射ノズルがエアを噴射して選別部で分別するように設定できる。また、操作画面では、「投入原料面積比」欄を設け、材料判定処理の判定結果に応じて、素材に混合される各材質の割合を表示することもできる。

【0091】

以上においては、廃プラスチックの選別装置について、廃プラスチック片の表面を処理する表面処理部２０を含む構成を主として説明したが、選別装置は、表面処理部２０を含まない形態とすることもできる。すなわち、本発明の別の実施形態は、廃プラスチックの選別装置であって、表面処理された、黒色廃プラスチック片を含む廃プラスチック片に光を照射する照射部と、前記照射部により照射された光の反射光を受光して前記反射光のスペクトルを検出する反射スペクトル検出部と、前記反射光のスペクトルに基づき、前記廃プラスチック片の材質を判定する判定部と、前記判定の結果に基づき、少なくとも黒色廃プラスチック片を材質により選別する選別部とを備える選別装置であってよい。すなわち、選別装置は、既に表面処理された廃プラスチック片を投入することができる形態であってよい。この場合、表面処理された廃プラスチック片は、その表面が、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角６０°の光沢度（鏡面光沢度（％））が１０以下、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角７５°の光沢度（鏡面光沢度（％））が２５以下、及び表面粗さの平均偏差（ＳＭＤ）が１μｍ以上の条件のうち１以上を満たすように処理されたものであってよい。

【0092】

また、本発明の別の実施形態は、廃プラスチックの選別方法であって、表面処理された、黒色廃プラスチック片を含む廃プラスチック片に光を照射する照射ステップと、前記照射部により照射された光の反射光を受光して前記反射光のスペクトルを検出し、前記反射光のスペクトルに基づき、前記廃プラスチック片の材質を判定する判定ステップと、前記判定の結果に基づき、少なくとも黒色廃プラスチック片を材質により選別する選別ステップとを含む、選別方法であってよい。

【実施例】

【0093】

（例１）
本実施例では、選別の対象として、黒色廃プラスチック片群（プラスチックミックス）を用いた。各プラスチック片のサイズは、平面視で平均径約５～３０ｍｍであった。また、用いた黒色廃プラスチック片群は、少なくとも、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート／アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＰＣＡＢＳ）、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン（ＰＰＥＰＳ）、及びポリアミド（ＰＡ）の７種のプラスチック片が混在するプラスチック片群であったが、上記７種のプラスチック以外のプラスチックも含まれていた。このような黒色廃プラスチック片群を、図１～図３に示す選別装置１と同様の選別装置を用いて、材質による選別を行った。一試行で用いた黒色廃プラスチック片群の重量は２．３５ｋｇであった。また、選別装置のコンベア速度は１２０～１５０ｍ／分であった。

【0094】

選別装置においては、３～５μｍの赤外線を照射し、反射光のスペクトルを検出した。そして、得られた反射光スペクトルから、３２５０～３７５０ｎｍ及び４４００～４６００ｎｍの波長領域のスペクトルをそれぞれ切り出し、特徴量を求め、その特徴量に基づき、プラスチックの材質を判定した。

【0095】

本実施例で用いた選別装置においては、３１８個の噴射ノズルが搬送方向と直交する方向に並んだ噴射ノズル列が設けられていた。選別装置内の判別装置には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート／アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＰＣＡＢＳ）、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン（ＡＢＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン（ＰＰＥＰＳ）、及びポリアミド（ＰＡ）の７種のプラスチックを登録可能であった。そして、１つの試行ごとに、噴射ノズルからエアを噴射させて吹き付けて吹き飛ばす（選択吹付けされる）１種以上のプラスチックを選択できるものであった。

【0096】

以下に示す試行１－Ａ及び１－１～１－７による選択吹付けにより、廃プラスチックの選別を行った。

【0097】

試行１－Ａ：全７種のプラスチックを選択吹付け
試行１－１：ＰＥのみを選択吹付け
試行１－２：ＰＰのみを選択吹付け
試行１－３：ＰＣＡＢＳのみを選択吹付け
試行１－４：ＡＢＳのみを選択吹付け
試行１－５：ＰＳのみを選択吹付け
試行１－６：ＰＰＥＰＳのみを選択吹付け
試行１－７：ＰＡのみを選択吹付け

【0098】

＜測定・評価＞
選別精度の評価のために、試行１－Ａで得られた回収物中の全７種のプラスチックの回収率Ｒ_Ａ（％）、試行１－１～１－７で得られた回収物における各種のプラスチックの回収率Ｒ_ＰＥ、Ｒ_ＰＰ、…（％）、また、試行１－１～１－７で得られた回収物中の各種のプラスチックの純度Ｒ_ＰＥ、Ｒ_ＰＰ、…（％）を求めた。結果を表１に示す。

【0099】

（回収率Ｒ_Ａの算出）
試行１－Ａによる全７種のプラスチックの回収率Ｒ_Ａ（％）は、以下のようにして求めた。

【0100】

Ｒ_Ａ（％）＝Ｗ_Ａ／Ｗ_Ｌ×１００
・Ｗ_Ｌ（ｋｇ）：廃プラスチック片群（プラスチックミックス）の投入量
・Ｗ_Ａ（ｋｇ）：全７種の廃プラスチック片の回収量（選択吹付けにより飛ばされたプラスチック片の回収量）

【0101】

（回収率Ｒ_ＰＥ、Ｒ_ＰＰ、…の算出）
試行１－１～１－７による各種プラスチックの回収率Ｒ_ＰＥ、Ｒ_ＰＰ、…（％）は、以下のようにして求めた。まず、表２に示す各材質の含有比率及び含有量の廃プラスチック片群を用意して各試行を行い、実際に得られた回収量に基づき、プラスチック種ごとの回収率を求めた。

【0102】

例えば、試行１－１におけるＲ_ＰＥは、以下の式より求めた：
Ｒ_ＰＥ（％）＝Ｗ１_ＰＥ／ｓＷＡ_ＰＥ×１００
・Ｗ１_ＰＥ（ｋｇ）：試行１－１によるＰＥの実際の回収量
・ｓＷＡ_ＰＥ（ｋｇ）：ＰＥの含有量（表２）
試行１－２～１－７の他のプラスチックについても同様に、回収率を求めた。

【0103】

（純度Ｒ_ＰＥ、Ｒ_ＰＰ、…）
試行１－１～１－７による回収物の純度Ｐ_ＰＥ、Ｐ_ＰＰ、…（％）は、各試行により回収された各回収物中の各種プラスチックの含有比率である。これらの純度は、選別装置の各試行による回収後のプラスチック片群を、再度選別装置に投入し、この選別装置のプラスチック比率判定機能を利用して得た。例えば、試行１－１における純度Ｐ_ＰＥは、上記プラスチック比率判定機能により測定されたＰＥの含有比率とした。試行１－２～１－７の他のプラスチックについても同様であった。

【0104】

（表面特性の測定）
表面処理後のプラスチック片の表面特性として、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠した光沢度（鏡面光沢度（％））を測定した。測定には、日本電色工業株式会社製の光沢度計「ＶＧ ７０００」を使用し、入射角６０°及び入射角７５°の光沢度（鏡面光沢度（％））をそれぞれ測定した。さらに、表面処理後のプラスチック片の表面粗さの平均偏差（ＳＭＤ）を、カトーテック株式会社製の自動化表面試験機「ＫＥＳ－ＦＢ４－Ａ」を用いて測定した。代表例としてＰＣＡＢＳ、及びＰＳの表面特性の測定結果を、表３に示す。

【0105】

（例２）
表面処理は行わなかったこと以外は例１と同様にしてプラスチック片の材質による選別を行った。例１と同様に、以下に示す試行２－Ａ及び２－１～２－７による選択吹付けを行った。

【0106】

試行２－Ａ：全７種のプラスチックを選択吹付け
試行２－１：ＰＥのみを選択吹付け
試行２－２：ＰＰのみを選択吹付け
試行２－３：ＰＣＡＢＳのみを選択吹付け
試行２－４：ＡＢＳのみを選択吹付け
試行２－５：ＰＳのみを選択吹付け
試行２－６：ＰＰＥＰＳのみを選択吹付け
試行２－７：ＰＡのみを選択吹付け

【0107】

例１と同様にして、含有比率、含有量、回収率、及び純度を求めた。結果を表１、２に示す。また、選別前のプラスチック片の表面特性も、例１と同様にして求めた。結果を表３に示す。

【0108】

【表1】

【0109】

【表2】

【0110】

【表3】

【0111】

表１には、全７種のプラスチックの選択吹付けの試行（例１の試行１－Ａ及び例２の試行２－Ａ）、並びに代表的な各種プラスチックの選択吹付けの試行（例１の試行１－３～１－６、並びに例２の試行２－３～２－６）の結果を、例１（表面処理あり）と例２（表面処理なし）とで比較して示す。この結果より、廃プラスチック片を選別する前に、表面処理することによって、プラスチック片の回収率、純度が向上することが分かった。特に、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角６０°の光沢度（鏡面光沢度（％））が１０以下、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠して測定された入射角７５°の光沢度（鏡面光沢度（％））が２５以下、又は表面粗さの平均偏差（ＳＭＤ）が１μｍ以上になるように表面処理を行うことによって、プラスチック片の回収率、及び純度が向上することが分かった。

【0112】

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

【符号の説明】

【0113】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 廃プラスチックの選別装置
２ コンベア
３ 搬送路
４ 中赤外線カメラ（反射スペクトル検出部）
５ 判別装置
６ 噴射制御部
７ 噴射ノズル列
８ 振動フィーダ
１２、１２－１、１２－２、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２ 選別部
２０ 表面処理部
２１、２２ 大ローラ
２３、２５ 粗面ローラ
２８ 供給部
５１ 前処理部
５２ 第１判定部
５３ 第２判定部
５４ 第３判定部
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ 廃プラスチック片（黒色廃プラスチック片）
Ｓ' 表面処理前の廃プラスチック片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】