JP4256671B2 - 均一充填ノズルを有する充填装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾燥した粒子状物質を容器に充填する装置に関し、より詳細には、均一に充填する形状を持つノズルを使用して、粒子状物質、たとえば、トナーなどを容器に均一に充填できる充填装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、粒子状物質、たとえば、トナーをトナー容器に充填する場合、トナーは、回転オーガによってトナー供給ホッパからトナー容器に移送される。螺旋形状の機械部品であるこのオーガは、機械的直接接触によって、充填チューブ内でトナー粒子を押し進める。この機械的接触過程は、その性質上、トナー充填動作の精度および生産性に大きな制約をもたらしている。充填チューブ内でのトナーの移動速度は、オーガの回転速度に比例すると共に、オーガ／トナー／漏斗の摩擦が原因で発生する熱による制約を受ける。
【０００３】
小型、低価格のプリンタおよびコピー機で使用されるトナー容器は、通常、トナーを追加できる開口部が小さい。また、トナー容器は、複写機内の割り当て空間に合わせた不規則な形状を持っていることが多い。したがって、トナー容器の小さい開口部に合わせてチューブが小さくなるため、このようなトナー容器の充填は困難である。また、容器内ですべてのトナーを、容器が溢れる前に、容器の局所部分に至るまで完全かつ均一に充填することも困難である。
【０００４】
このようなトナー容器の充填制御に関わるいくつかの問題は、主にトナーの特性に起因するものである。トナーは、現像液内の画像形成物質で、帯電界によって定着されて可視の記録になる。現像システムには、それぞれ、１要素システムまたは２要素システムとして知られている２種類の異なるシステムがある。
【０００５】
１要素現像システムの現像物質は、黒色プラスチック樹脂に埋め込まれた磁性物質（通常は鉄）の粒子から成るトナーである。この鉄によってトナーは磁気を帯びることができる。２要素システムの現像物質は、微小重合体または樹脂粒子と着色剤とで形成されるトナーと、通常はスチール製の略球体粒子またはビーズで形成されるキャリアとで構成される。トナーとキャリアビーズの帯電によって、現像工程でトナーがキャリアに付着する。このような微小で表面が粗く、かつ帯電しやすい粒子の流れを制御することは非常に困難である。
【０００６】
１要素システムおよび２要素システムで利用するトナーは、流動的移動が非常に困難である。この性質は、２要素システムで使用するトナーで特に顕著であるが、１要素システムのトナーも同様の性質を持っている。トナーは、ホッパ内で凝固してブリッジを形成する傾向がある。この傾向は、トナー容器の開口部からトナーを追加する場合に必要となる小型チューブにおいて、その内部を通るトナーの流れを阻害する。また、凝固してブリッジを形成するトナーのこの傾向によって容器内に空隙が形成されると、容器の一部分が充填されずに残ることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
トナーの流れを改善する試みとしては、外部振動装置を使用してホッパ内でトナーを分離した状態に保つ方法も考えられる。このような振動装置は、余分なエネルギーや追加のコストを必要とする上、必ずしも常に一貫した効果をもたらすものでもない。また、振動装置によってトナーは、充填動作の周辺で粉塵として堆積することになる。
【０００８】
このようなトナー容器に効果的にトナーを充填する別の試みとしては、オーガのサイズに一致する入口と、トナー容器の開口部に一致する出口を持つアダプタを、トナー充填オーガの端部に配置して使用する方法もある。トナーの詰まりは、特に、トナーの流速を増速しようとする時、および粒子サイズの小さいトナーを利用する場合、たとえば、粒子サイズが７ミクロン以下のカラートナーを利用する場合に非常にやっかいな問題となる。オーガに合わせたアダプタにはトナーが詰まりやすい。このようなアダプタを通過するトナーの流速は非常に遅く、とても容認できるものではない。
【０００９】
したがって、本発明では、補給トナーを有するホッパからトナーを誘導して、非対称の容器に均一に充填し、かつ過剰な粉塵やこぼれを生じない装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る装置は、（ａ）ホッパに動作可能に接続され、排出端を有するコンジットメンバであって、その内部をトナーが移動できるコンジットメンバと、（ｂ）少なくとも一部分がコンジットメンバ内に配置されるコンベア装置であって、ホッパから非対称の容器に向かうトナー移動方向にトナーを運ぶコンベア装置と、（ｃ）コンベアからトナーを誘導して、非対称の容器に均一に充填するノズルメンバと、を有する。コンジットメンバの排出端に動作可能に接続されたノズルメンバは、コンジットメンバに接続された第１端部と、移動するトナーを非対称の容器内に分配する反対側の第２端部と、第１端部とその反対側の第２端部との間の中央部と、を備える。反対側の第２端部は、封入式のトナー方向変え構造を備え、その構造によって、過度の粉塵およびこぼれを生じずに、非対称の容器への均一充填を実現する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１を参照しながら、本発明に係る粉末充填支援装置１０について説明する。粉末充填支援装置１０を使用して、コピー機またはプリンタで用いるトナー形式の粉末１２をホッパ１４から容器１６に搬送する。粉末充填支援装置１０を充填ライン２０に搭載して、生産量の多い容器１６の充填を実行する。容器１６は、移送装置２２に搭載する。移送装置２２は、矢印２４または２６が示す方向に移動でき、容器の中心線３０と装置の中心線３２を位置合わせして配置する機能を有する。
【００１２】
粉末充填支援装置１０は、均一充填ノズル３４（本発明に係るノズルであり、詳細については後述する）を有し、この均一充填ノズルを使用して粉末１２を容器１６内に誘導する。均一充填ノズル３４は、中空チューブ形式または漏斗状のコンジット３６によってホッパ１４と接続する。
【００１３】
図１に示すように、ホッパ１４は、容器１６の上部に配置されるため、容器１６へと向かう粉末１２の流れは重力によって補助される。容器１６に向かう粉末１２の流れを最適化するため、粉末充填支援装置１０に、さらに、コンベア４０を設ける。コンベア４０は、少なくともその一部分がコンジット３６内に位置するように配置され、粉末１２の流れを補助する。コンベア４０には、螺旋コンベアまたはオーガの形式を利用する。たとえば、オーガは、螺旋形状のオーガという形式であってもよく、そこに各種の形状、ストレートまたはテーパ付きヘリカルねじなどを構成してもよい。オーガは、コンジットと密着するように設ける。
【００１４】
均一充填ノズル３４は、容器１６の開口部に挿入できる。開口部４２への均一充填ノズル３４の挿入は、任意の適切な方法を用いて行うことができる。たとえば、移送装置２２を動かすことにより、付随して必然的に容器１６が移動するので、移送装置２２と容器１６とを矢印４４の方向に上向きに動かして均一充填ノズル３４を挿入し、矢印４６の方向に下向きに動かして開口部４２から均一充填ノズル３４を取り出してもよい。移送装置２２および容器１６の上下動作は、矢印２４および２６の方向への容器１６のインデックス移動を可能にする。
【００１５】
いくつかの容器１６を充填できるようにするため、粉末１２のホッパ１４からの流れは、充填済みの容器１６を充填位置からインデックス移動し、充填されていない容器１６を充填位置へインデックス移動する間、一時的に中断する必要がある。図１に示すように、粉末１２の流れは、コンジット３６内でのオーガ（コンベア）４０の停止によって中断してもよい。オーガ４０は、任意の適切な手段、すなわち、駆動可能にオーガ４０と接続されたモータ５０を使用して回転してもよい。モータ５０は、コントローラ５２に接続し、移送装置２２のインデックス移動時にオーガ４０の回転を停止させる信号をコントローラ５２からモータ５０に送信する。また、コンジット３６内での粉末１２の流れに対して、さらに、コンジット３６内に設けたバルブ（図示せず）を使用して制御することも好ましい。
【００１６】
充填ライン２０に安全対策を講じて、空中を浮遊する粉末１２の発生を確実に回避する。粉末１２は、充填動作中、ならびに、特に、未充填の容器１６を粉末充填装置１０に送り込む移送装置のインデックス動作中に、均一充填ノズル３４と容器１６の開口部４２の間から漏れ出る可能性がある。装置１０に使用する無塵充填システム５４を図１に示す。無塵充填システム５４は、充填ライン２０およびコンジット３６に固定されるが、無塵充填システムを使用して滑り部６０を保持してもよい。滑り部６０は、均一充填ノズル３４と開口部の間に滑り込めるように設けるトレイまたはトナードリッププレート（特定呼称は未指定）に接続する。滑り込んだ位置のトレイまたはドリッププレートは、容器１６のインデックス動作時における粉末１２のこぼれを防止する機能を持つ。ハウジング５６は均一充填ノズル３４の一部を囲い、トレイまたはドリッププレートが閉位置にある時に密封されるキャビティまたはチャンバ６２を提供する。チャンバ６２には、トナー粉塵吸引ライン６４から吸引元６６に引き込む吸引処理を行う。
【００１７】
図１および図２を参照して、均一充填ノズル３４の第１実施形態について説明する。第１実施形態に係る均一充填ノズル３４は、コンジット３６に隣接する第１端部９０と、第１端部９０の反対側に位置する第２端部２００とを有する。均一充填ノズル３４は、任意の適切な方法でコンジット３６に固定する。たとえば、図示したように、均一充填ノズル３４の第１端部９０とコンジット３６とをプレスばめによって結合してもよい。均一充填ノズル３４の第１端部９０と第２端部２００の間にノズル中央部１９０を設ける。中央部１９０は、略円錐台または漏斗状の形状の中空構造を有する。
【００１８】
均一充填ノズル３４は、非対称形の低摩擦圧縮ノズルで、直線的ではない形状を持つ。この形状は、非対称形の容器にトナーを均一かつ効果的に直接充填するために考案された形状である。図１から図４に示すように、非対称形の容器１６は、上面１８の開口部４２が、上面１８の幅方向および長さ方向の中心に位置しておらず、さらには、充填すべき容積の中心にも位置していない。したがって、この容器は、（たとえば、図示するように左側が）右側よりも深くなっている。均一充填ノズル３４は、直線形ノズルのすべての機能を満たすと同時に、このような非対称形の容器により均一に充填できるという利点も備える。
【００１９】
図２に示すように、第２端部すなわち排出端２００は、第１側面２０４および反対側の第２側面２０６を有する壁面によって定義される排出口２０２を含む。反対側の第２端部２００が備える封入式の粉末方向変え手段２０７は、粉末の移動方向を２０９から２１０に変更する角度付き湾曲部２０８として図示されている。この角度付き湾曲部２０８は、過度の粉塵およびこぼれを生じることなく、非対称形の容器１６の均一な充填を実現する。第１実施形態（図１および図２）および第２実施形態（図３および図４）において、封入式の粉末方向変え手段２０７は、中央部１９０に角度付き湾曲部２０８を備える。第１実施形態（図１および図２）の角度付き湾曲部は固定式である。
【００２０】
図３および図４を参照して、第２実施形態について説明する。図には、第２実施形態の使用直前の状態（図３）および使用中の状態（図４）を示してある。図示するように、均一充填ノズル３４の第２実施形態では、少なくとも中央部１９０（またはノズル３４全体）が伸縮可能に構成される。また、封入式の粉末方向変え手段２０７は、弾力を有する折り曲げ可能なアセンブリ、たとえば、ノズルメンバ（均一充填ノズル）３４に外付けするコイルばねアセンブリ２２０などを備える。コイルばねアセンブリ２２０は、たとえば、一連のばね巻き線２２２で構成して、通常の状態でノズルを直立状態に保持する一方で、伸縮して、ノズルに角度付き湾曲部２０８を形成したり（矢印２１２を参照）、復元したりする。このように、ノズル全体が移動と回転の少なくとも一方を実現できるため、角度付き湾曲部２０８を得て、トナーの流れを２０９から２１０へと変えることができる。
【００２１】
均一充填ノズル３４は、このように、容器への挿入前または挿入後に変化する。このノズル位置は、たとえば、機械的手段によって変更してもよく、機械的手段として、たとえば、上下動および回転可能な位置決め止めメンバ２３０を用いて、弾力を有するコイルばねアセンブリ２２０のコイル２２２の伸張を部分的に制限し、伸縮可能な中央部１９０に可変の角度付き湾曲（２０８）を設けてもよい。止めメンバ２３０は上下に移動できるため、隣接するコイル２２２の間隔を位置設定して、容器１６内のノズル先端の長さを調整する。また、止めメンバ２３０は、容器１６のより深い充填容積２８の方向に従って、一方の側から別の側へとコイルの間で回転することもできる。このように、可動ノズルは、トナーの集積によってトナーが流れにくくなっている容器内の領域に直接トナーを流し込めるようにする。
【００２２】
図５から図７に示すように、封入式の粉末方向変え手段２０７（粉末の移動方向を変更する手段）は、単純に、粉末の方向を変えて排出する円形でない開口部２３２、２３４で構成してもよい。図示するように、粉末の方向を変えて排出する円形でない開口部は、図６に示すような楕円形２３２、あるいは図７に示すような洋ナシ形２３４に構成できる。あるいは、不規則な断面形状に構成して、トナーの移動を妨害または阻害する内部特性を有する容器内にトナーをより均一に分散できるようにしてもよい。円形の断面を持つ対称形のノズル（図５）の場合と同様、円形以外の形状のノズルも多孔性材料からモールド加工する。
【００２３】
これまで説明したように、本発明は、補給トナーを有するホッパからトナーを誘導して、非対称の容器に均一に充填し、かつ過剰な粉塵やこぼれを生じない装置を提供する。本発明に係る装置は、（ａ）ホッパに動作可能に接続され、排出端を有するコンジットメンバであって、その内部をトナーが移動できるコンジットメンバと、（ｂ）少なくとも一部分がコンジットメンバ内に配置されるコンベア装置であって、ホッパから非対称の容器に向かうトナー移動方向にトナーを運ぶコンベア装置と、（ｃ）コンベアからトナーを誘導して、非対称の容器に均一に充填するノズルメンバと、を有する。コンジットメンバの排出端に動作可能に接続されたノズルメンバは、コンジットメンバに接続された第１端部と、移動するトナーを非対称の容器内に分配する反対側の第２端部と、第１端部とその反対側の第２端部との間の中央部と、を備える。反対側の第２端部は、封入式のトナー方向変え構造を備え、その構造によって、過度の粉塵およびこぼれを生じずに、非対称の容器への均一充填を実現する。
【００２４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明にかかる装置では、補給トナーを有するホッパからトナーを誘導して、非対称の容器に均一に充填し、かつ過剰な粉塵やこぼれを生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る均一に充填する形状を持つノズルを利用した容器充填システムの正面図を部分的に断面で示した図である。
【図２】 中央部以外に配置された開口部を有する容器であるため、本発明に係る均一に充填する形状を持つノズルの第１実施形態を利用する必要がある容器の第１の例を示す正面図である。
【図３】 本発明に係る均一に充填する形状を持つノズルの第２実施形態を、その使用前の状態で示した第１例の容器の正面図である。
【図４】 本発明に係る均一に充填する形状を持つノズルの第２実施形態をその使用中の状態で示した、図３と同様の図である。
【図５】 本発明に係る均一に充填する形状を持つノズルの各種実施形態における排出端の底面の１つを表す図である。
【図６】 本発明に係る均一に充填する形状を持つノズルの各種実施形態における排出端の底面の１つを表す図である。
【図７】 本発明に係る均一に充填する形状を持つノズルの各種実施形態における排出端の底面の１つを表す図である。
【符号の説明】
１０ 粉末充填支援装置、１２ 粉末、１４ ホッパ、１６ 容器、１８ 上面、２０ 充填ライン、２２ 移送装置、３４ 均一充填ノズル、３６ コンジット、４０ コンベア（オーガ）、４２ 開口部、９０ 第１端部、１９０ 中央部、２００ 第２端部、２０７ 封入式粉末方向変え手段、２０８ 角度付き湾曲部、２２０ コイルばねアセンブリ。

Claims (2)

1. 補給粉末を有するホッパから粉末を誘導して、非対称の容器に均一に充填し、かつ過剰な粉塵やこぼれを生じない装置であって、
   （ａ）ホッパに動作可能に接続され、排出端を有するコンジットメンバであって、その内部を粉末が移動できるコンジットメンバと、
   （ｂ）少なくとも一部分がコンジットメンバ内に配置されるコンベア装置であって、ホッパから非対称の容器に向かう粉末移動方向に粉末を運ぶコンベア装置と、
   （ｃ）コンベアから粉末を誘導して、非対称の容器に均一に充填するノズルメンバと、を備え、
   前記コンジットメンバの排出端に動作可能に接続された前記ノズルメンバは、該コンジットメンバに接続された第１端部と、移動する粉末を非対称の容器内に分配する反対側の第２端部と、第１端部とその反対側の第２端部との間の中央部と、を備え、
   前記反対側の第２端部は、粉末方向変え手段を備え、該手段によって、過度の粉塵およびこぼれを生じずに、非対称の容器への均一充填を実現し、
   少なくとも前記中央部が伸縮可能に構成され、かつ粉末の移動方向を変化させる前記粉末方向変え手段が、前記ノズルメンバに外付けされ、弾力を有する折り曲げ可能なアセンブリを備える、
   ことを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、粉末の移動方向を変化させる前記粉末方向変え手段は、前記中央部に角度付き湾曲部を備えることを特徴とする装置。

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