JP7843437B2 - エナメル線の銅回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、エナメル線の銅回収方法に関する。

導体の周囲にエナメル塗料を塗布乾燥させて絶縁体を形成したエナメル線が知られている。エナメル線では、導体と絶縁体との密着性が高いため、エナメル線の廃棄時に、導体から絶縁体を除去して銅を回収しにくいことが知られている。

特許文献１では、エナメル線の絶縁体を加熱し炭化させた後に機械的な外力を加えることで、絶縁体を除去する方法が開示されている。また、特許文献２では、エナメル線をアルカリ溶液に浸漬して絶縁体を加水分解させることで、絶縁体を除去する方法が開示されている。

特開２０１１－１７４１７５号公報 特開平１０－２５５２３号公報

しかしなら、特許文献１に記載の方法では、絶縁体を炭化させるために５００℃以上といった高温に加熱する必要があり、膨大な熱エネルギーが必要であるため、処理コストが高くなってしまうという課題がある。また、加熱時に導体が酸化したり、炭化物と導体とが一体化したりして、回収できる銅の純度が低下するおそれがある。

特許文献２に記載の方法では、高濃度のアルカリ溶液が必要となるため、薬剤のコストがかかると共に廃液処理が必要であり、環境負荷が大きく処理コストが高くなってしまうという課題がある。また、絶縁体を加水分解するためには加熱が必要となるために、処理コストがより高くなる。

そこで、本発明は、環境負荷を低減でき、純度の高い銅を低い処理コストで回収可能なエナメル線の銅回収方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、銅または銅合金からなる導体の周囲に絶縁体を有するエナメル線から前記絶縁体を除去して、前記導体を構成する銅または銅合金を回収する方法であって、前記エナメル線に圧縮加工または圧延加工を施し、前記導体から前記絶縁体を剥離させる剥離工程と、前記導体から剥離した前記絶縁体を剥がして除去する除去工程と、を備えた、エナメル線の銅回収方法を提供する。

本発明によれば、環境負荷を低減でき、純度の高い銅を低い処理コストで回収可能なエナメル線の銅回収方法を提供できる。

本発明の一実施の形態に係るエナメル線の銅回収方法に用いるエナメル線の銅回収装置の概略構成図である。 （ａ），（ｂ）は、圧縮加工を説明する図である。 圧縮加工後のエナメル線の一例を示す写真であり、（ａ）は１回プレスした後、（ｂ）は２回プレスした後、（ｃ）は（ｂ）に刃で切れ目を入れたときの写真である。 （ａ）は圧縮加工前のエナメル線の断面を示す写真であり、（ｂ）は圧縮加工後のエナメル線の断面を示す写真である。 圧延加工を説明する図である。 除去装置の一例を示す斜視図である。 圧縮加工（プレス加工）の加工条件の検討結果を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るエナメル線の銅回収方法のフロー図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係るエナメル線の銅回収方法に用いるエナメル線の銅回収装置１（以下、単に銅回収装置１という）の概略構成図である。図１に示すように、銅回収装置１は、エナメル線２の導体２１から絶縁体２２を除去して、導体２１を構成する銅または銅合金を回収する装置であり、剥離装置３と、除去装置４と、を備えている。

エナメル線２は、例えば、車両用のモータ、トランス、誘導加熱コイル等で用いられる電線である。エナメル線２は、断面円形状の丸線であってもよいし、断面矩形状の平角線であってもよい。また、エナメル線２は、丸線や平角線に限らず、例えば断面形状が楕円形状や三角形状であってもよく、その断面形状は特に限定されない。エナメル線２は、銅または銅合金からなる導体２１と、導体２１の周囲にエナメル塗料を塗布し焼き付けることで形成された絶縁体２２と、を有する。絶縁体２２は、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエステルイミド等からなる。

エナメル線２では、導体２１に対する絶縁体２２の密着力が高いことが知られている。そのため、エナメル線２を廃棄する際に、導体２１から絶縁体２２を除去して、導体２１を回収すること（すなわち、導体２１を構成する銅または銅合金を回収すること）は、容易ではない。本実施の形態に係る銅回収装置１では、導体２１と絶縁体２２の密着力が高いエナメル線２においても、絶縁体２２の除去を容易に行うことができ、導体２１を構成する銅または銅合金の回収を容易に行うことを可能にする。以下、詳細に説明する。

（剥離装置３）
剥離装置３は、エナメル線２に圧縮加工（プレス加工）または圧延加工を施し、導体２１から絶縁体２２を剥離させる剥離工程を行う装置である。

図２（ａ），（ｂ）は、圧縮加工（プレス加工）を説明する図である。剥離装置３で圧縮加工を行う場合、剥離装置３としては、圧縮加工を行うためのプレス機３１が用いられることになる。圧縮加工では、エナメル線２を長手方向に対して垂直な方向に押し潰す加工が行われる。特に、エナメル線２を長手方向に沿って移動させて、エナメル線２の長手方向に沿って連続的に圧縮加工することが好ましい。本実施の形態では、エナメル線２として平角線を用いており、剥離工程では、エナメル線２の短軸方向にプレスすることで圧縮加工を行う。この際、プレス機３１の間にゲージブロック３１１を配置することで、エナメル線２が、ゲージブロック３１１と同じ厚さに成形される。

圧縮加工を施すことで、図２（ｂ）に示すように、プレス方向と垂直方向に押し広げられるようにエナメル線２が変形し、プレス方向（エナメル線２の短軸方向）に圧縮応力が作用すると共に、プレス方向と垂直方向（エナメル線２の長軸方向）に引張応力が作用することになる。そして、エナメル線２の長軸方向において、エナメル線２が伸ばされ、導体２１と絶縁体２２との伸びやすさとの違いによって導体２１と絶縁体２２との界面にせん断応力が発生して、導体２１と絶縁体２２との間に部分的な剥離が生じる。この剥離部分（圧縮面）に、後述の除去装置４の刃４１により切れ目２２ａを入れることにより、導体２１から絶縁体２２を除去することができる。

圧縮加工では、エナメル線２の長手方向における任意の箇所に複数回プレスを行ってもよい。複数回のプレスを行うことで、導体２１と絶縁体２２との間に部分的な剥離部分がより生じやすくなる。また、圧縮加工では、プレス後にエナメル線２を走線させて再度プレスを行うことを繰り返して、エナメル線２の長手方向における全体に順次プレスを加えるとよい。

図３は、圧縮加工後のエナメル線２の一例を示す写真である。図３（ａ）は１回プレスした後、（ｂ）は２回プレスした後、（ｃ）は２回プレス後に刃で切れ目を入れたときの写真である。また、図４（ａ）は圧縮加工前のエナメル線２の断面を示す写真であり、図４（ｂ）は圧縮加工後のエナメル線２の断面を示す写真である。なお、図４（ｂ）では、絶縁体２２に刃で切れ目２２ａを入れた状態を示している。図３，４に示すように、圧縮加工を行うことで、導体２１から絶縁体２２を剥離できることが確認できた。なお、圧縮加工時の好適な加工条件については後述する。

図５は、圧延加工を説明する図である。剥離工程で圧延加工を行う場合、剥離装置３としては、圧延加工を行うための圧延加工機３２が用いられることになる。圧延加工機３２では、一対のローラ３２１の間にエナメル線２を通すことで、エナメル線２を圧縮しつつ引き伸ばす加工を行う。圧延加工機３２では、ローラ３２１は、エナメル線２と接触する位置においてエナメル線２の走行方向と同じ方向にローラ３３１の外周面が動くように回転されている。圧延加工では、上述の圧縮加工と同様に、圧縮方向（ローラ３２１の対向方向）と垂直方向にエナメル線２が伸ばされ、導体２１と絶縁体２２との伸びやすさとの違いによって導体２１と絶縁体２２との界面にせん断応力が発生して、導体２１と絶縁体２２との間に部分的な剥離部分が生じることになる。

（除去装置４）
除去装置４は、剥離装置３で導体２１から剥離させた絶縁体２２を剥がして除去する除去工程を行う装置である。図６は、除去装置４の一例を示す図である。図６に示すように、除去装置４は、剥離工程後の絶縁体２２に、長手方向に沿って連続的に刃４１で切れ目２２ａを入れ、切れ目２２ａで分割された絶縁体２２を連続的に剥ぎ取ることで、導体２１から絶縁体２２を除去する。

本実施の形態では、エナメル線２の中心を挟んで上下に対向する位置に一対の刃４１を配置し、それぞれの刃４１でエナメル線２の長手方向に沿って切れ目２２ａを形成することで、連続的に絶縁体２２を左右に２分割するように構成している。そして、分割した絶縁体２２を左右に開き、それぞれの絶縁体２２をガイドローラ４２を介して巻取ローラ４３に導くようにした。エナメル線２を走線させつつ、巻取ローラ４３で絶縁体２２を巻き取ることで、絶縁体２２が左右に引っ張られ、絶縁体２２が導体２１から連続的に剥ぎ取られる。なお、ここでいう上下、左右の方向は相対的なものであり、鉛直方向、水平方向に限定されない。

巻取ローラ４３による絶縁体２２の巻取張力は、絶縁体２２の破断強度の５％以上９０％以下とするとよい。なお、絶縁体２２の破断強度とは、エナメル線２から絶縁体２２を幅１ｍｍの短冊状に切出した後、オートグラフを用いて、標点間距離３０ｍｍ、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行い測定した値である。これにより、絶縁体２２にたわみや破断を生じることなく、安定して絶縁体２２を剥ぎ取ることができる。また、導体２１から絶縁体２２を剥離させる際に絶縁体２２を引っ張る方向と、エナメル線２の走線方向とのなす角度θは、３０度以上１６０度以下、好ましくは９０度以上１６０°以下とすることが好ましい。これにより、導体２１から絶縁体２２を剥ぎ取りやすくなり、巻取時の絶縁体２２の破断も抑制できる。なお、図６の除去装置４はあくまで一例であり、除去装置４の具体的な構造は適宜変更可能である。

（剥離工程の好適な加工条件について）
加工条件を変更しつつ圧縮加工（プレス加工）を行い、加工後のエナメル線２において絶縁体２２を容易に剥ぎ取ることができるかを確認した。結果を図７に示す。なお、図７では、絶縁体２２を容易に剥ぎ取ることができた領域をハッチングにて示している。また、エナメル線２としては平角線を用い、その短軸方向にプレスを加えるようにした。

図７に示すように、圧縮加工を行う場合、厚さの変化率が５４．５％以上となるように加工を行うことが望ましいといえる。なお、厚さの変化率は、加工前のエナメル線２の厚さ（例えば、平角線における短軸方向の厚さ）をＡ、加工後のエナメル線２の厚さをＢとすると、下式により得ることができる。
厚さの変化率（％）＝｛（Ａ－Ｂ）／Ａ｝×１００

また、図７より、圧縮加工を行う場合、ビッカース硬さの変化率が１０５．５％以上となるように加工を行うことが望ましいといえる。なお、ビッカース硬さの変化率は、加工前のビッカース硬さをＣ、加工後のビッカース硬さをＤとすると、下式により得ることができる。なお、ビッカース硬さは、ＪＩＳ Ｚ２２４４（２００９）に記載の方法で測定を行った。測定条件は荷重２００ｇ、保持時間１５秒とし、試料の横断面を鏡面研磨して、導体２１の中央付近２カ所で測定した値の平均値を使用した。
ビッカース硬さの変化率（％）＝｛（Ｄ－Ｃ）／Ｃ｝×１００

図７は圧縮加工の例を示したが、圧延加工においても、上記と同様な条件とすることが望ましいといえる。すなわち、剥離工程で圧延加工を行う場合も、圧縮加工を行う場合と同様に、厚さの変化率が５４．５％以上となり、ビッカース硬さの変化率が１０５．５％以上となるように加工を行うことが望ましいといえる。

（エナメル線の銅回収方法）
図８は、本実施の形態に係るエナメル線の銅回収方法のフロー図である。図８に示すように、本実施の形態に係るエナメル線の銅回収方法では、ステップＳ１の剥離工程と、ステップＳ２の除去工程とを連続的に繰り返すことで、エナメル線２の導体２１を構成する銅または銅合金の回収を行う。

ステップＳ１の剥離工程では、剥離装置３を用いて、エナメル線２に圧縮加工または圧延加工を施し、導体２１から絶縁体２２を剥離させる。この際、厚さの変化率が５４．５％以上となり、ビッカース硬さの変化率が１０５．５％以上となるように加工を行うとよい。なお、剥離工程では、絶縁体２２の全体が導体２１から剥離している必要はなく、剥ぎ取りの起点となるように絶縁体２２の一部分で剥離が生じているとよい。

ステップＳ２の除去工程では、除去装置４を用いて、導体２１から剥離した絶縁体２２を剥がして除去する。ここでは、図６で示したように、剥離工程後の絶縁体２２に、長手方向に沿って連続的に刃４１で切れ目２２ａを入れ、切れ目２２ａで分割された絶縁体２２を連続的に剥ぎ取ることで、導体２１から絶縁体２２を除去している。切れ目２２ａを入れる部分は、圧縮加工や圧延加工が施された圧縮面であることが好ましい。ただし、これに限らず、絶縁体２２を剥ぎ取り除去できれば、どのような方法を用いて絶縁体２２を除去してもよい。絶縁体２２を除去した導体２１は、例えば巻取ドラムに巻き取られ回収される。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係るエナメル線の銅回収方法では、エナメル線２に圧縮加工または圧延加工を施し、導体２１から絶縁体２２を剥離させる剥離工程と、導体２１から剥離した絶縁体２２を剥がして除去する除去工程と、を備えている。

圧縮加工または圧延加工を行うことで、導体２１の伸びやすさと絶縁体２２の伸びやすさの違いを利用して、導体２１から絶縁体２２を剥離させることができ、導体２１から絶縁体２２を容易に剥ぎ取り除去することが可能になる。本実施の形態は、廃液処理が必要な薬剤を用いないため環境負荷が少なく、また、加熱処理が不要であるために導体２１が酸化したり炭化した絶縁体２２が導体２１と一体化したりすることはなく、純度の高い銅を回収可能である。さらに、本実施の形態では、処理コストが高い薬剤を用いた処理を行う必要がなく、一般的な圧縮加工用あるいは圧延加工用の設備を流用することができるため、設備コストや処理コストが非常に低く、銅または銅合金を低コストで回収できる。

（変形例）
上記実施の形態では、１つの製造ラインで剥離工程と除去工程とを行う場合について説明したが、剥離工程後に一度エナメル線２を巻き取り、その後、巻き取ったエナメル線２に対して除去工程を行うようにして、製造ラインを工程毎に分けてもよい。また、剥離工程では、絶縁体２２がより剥離しやすくするために、圧縮加工と圧延加工の両方を行ってもよい。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］銅または銅合金からなる導体（２１）の周囲に絶縁体（２２）を有するエナメル線（２）から前記絶縁体（２２）を除去して、前記導体（２１）を構成する銅または銅合金を回収する方法であって、前記エナメル線（２）に圧縮加工または圧延加工を施し、前記導体（２１）から前記絶縁体（２２）を剥離させる剥離工程と、前記導体（２１）から剥離した前記絶縁体（２２）を剥がして除去する除去工程と、を備えた、エナメル線の銅回収方法。

［２］前記エナメル線（２）が平角線であり、前記剥離工程では、前記エナメル線（２）の短軸方向にプレスするように前記圧縮加工を行い、前記圧縮加工では、前記短軸方向の厚さ変化率が５４．５％以上となるように加工を行う、［１］に記載のエナメル線の銅回収方法。

［３］前記剥離工程では、ビッカース硬さの変化率が１０５．５％以上となるように前記圧縮加工を行う、［１］に記載のエナメル線の銅回収方法。

［４］前記除去工程では、前記剥離工程後の前記絶縁体（２２）に、長手方向に沿って連続的に刃（４１）で切れ目（２２ａ）を入れ、前記切れ目（２２ａ）で分割された前記絶縁体（２２）を連続的に剥ぎ取ることで、前記絶縁体（２２）を除去する、［１］に記載のエナメル線の銅回収方法。

（付記）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

１…エナメル線の銅回収装置
２…エナメル線
２１…導体
２２…絶縁体
３…剥離装置
３１…スウェージング加工機
３２…ダイス伸線加工機
３３…口付機
４…除去装置
４１…刃

Claims (2)

1. 銅または銅合金からなる導体の周囲に絶縁体を有するエナメル線から前記絶縁体を除去して、前記導体を構成する銅または銅合金を回収する方法であって、
   前記エナメル線に圧縮加工または圧延加工を施し、前記導体から前記絶縁体を剥離させる剥離工程と、
   前記導体から剥離した前記絶縁体を剥がして除去する除去工程と、を備え、
   前記エナメル線が平角線であり、
   前記剥離工程では、前記エナメル線の短軸方向にプレスするように前記圧縮加工を行い、前記圧縮加工では、前記短軸方向の厚さ変化率が５４．５％以上となり、ビッカース硬さの変化率が１０５．５％以上となるように前記圧縮加工を行う、
   エナメル線の銅回収方法。
2. 前記除去工程では、前記剥離工程後の前記絶縁体に、長手方向に沿って連続的に刃で切れ目を入れ、前記切れ目で分割された前記絶縁体を連続的に剥ぎ取ることで、前記絶縁体を除去する、
   請求項１に記載のエナメル線の銅回収方法。