JP4307975B2 - 微細粉体の充填方法及び充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、平均粒径がミクロン単位の超微細な静電潜像現像用トナーの如き粉体を大型容器から小型容器に充填する粉体充填装置及び粉体充填方法に関する。

従来から、静電潜像現像用トナーを大型容器から小分けして他の容器に充填することが行われている。例えば、特開平９−１９３９０２号公報（特許文献１）には、内部にトナー撹拌用オーガーを具備し底部にロータリーバルブを具備したトナー供給用容器からトナー受け容器にトナー粉体を充填する方法が開示されている。この充填方法は、トナー供給用容器内でトナーを撹拌しながら気体を導入して、トナーの流動性を高める工程と、該トナーを搬送配管を用いてトナー受け容器に搬送し、トナー受け容器に搬送されたトナーを圧縮して高密度化充填する工程を有し、トナーを搬送する際に、前記搬送配管の途中とトナー供給用容器との間に設けた循環用排気管により気体分を分離し、分離気体中に随伴されるトナーを該分離気体とともに前記トナー供給用容器に再度返送することを特徴とするものである。

しかしながら、静電潜像現像用トナーは、極く小粒径の粉体であって、セラミック材料等の他の粉体に比べ密度比重が比較的小さい割に流動性が悪く、凝集性が高いものである。特に最近では、トナーは、現像された画像の解像度上昇の要求に応えるためますます小粒径化が進み、また、省エネルギー化及び瞬時高速定着の要求に応えるためますます低温溶融性の樹脂が採用される傾向にある。そのため、凝集性及び他物体表面への付着性やフィルミング性が問題となっている。したがって、これら性質を改善し、流動性低下及び凝集を避けるため、多くの場合、トナー粒子表面に流動性向上剤や凝集防止剤等の超微粒子を担持させたり、帯電特性改善のための電荷調節剤超微粒子を担持させた形で用いられたりしている。ところが、トナー表面に担持させたこれら超微粒子の分離、脱落を防ぎつつ、帯電特性、流動性及び耐凝集を保持するという観点からは、トナーに過剰なストレスを与えるオーガーやスクリュコンベアのような手段による撹拌や移送は望ましくない。

特に、カラー用のトナーは、高い解像性を得るために粒径が小さく、表面に流動性向上剤や帯電調節剤、流動化剤、凝集防止剤及び融着防止剤などの成分を担持している。そのため、粒子相互が絡み合って流動性が悪く、その上、強い外力が加わるとトナーの特性を損なう危険性があり、ロータリーバルブやオーガーのような装置を用いた従来の機械的処理は好ましくない。

また、トナーのニューマチック処理のため、トナーと空気を混合すると、超微細なトナーの浮遊によるトナー雲（トナーと気体との混合により形成される雲状のトナー浮遊物）が生じて取り扱うべき容積が膨張してしまうが、このトナー雲から気体を速やかに分離して取扱いを容易にすることが必要である。ところが、トナー雲からの気体の速やかな分離は、分離配管の構造形状や位置等のみによってはその達成が難しい。従って、このような配管手段を用いた移送用気体の分離によりトナーの圧縮量をコントロールすることは困難である。また、極く微細なトナーを対象にした場合、供給空気量が多過ぎると、流動相が急速に拡大して容易に粉塵相に移行し、かつ一旦生成した粉塵相からトナーを回収するのに長時間を要したり、周辺を粉塵で汚染したりすることがある。例えば、一旦トナー雲が形成すると、トナーのみを自然落下によって底面に堆積させるには数時間から数十時間の静置を要する。従って、大きなトナー雲の生成を抑制するために、空気の供給を緩やかにコントロールしながら、堆積しているトナーを流動化させて小分け用の小型容器に移動させる操作を行うことは容易ではない。

また、トナーを大型の貯蔵容器から多数の小分け容器に分取すると、当初均一に混合していたトナーが、貯蔵容器内へ供給する空気の影響で、しだいに成分むらを発生することがあり、その対策を講じる必要もある。

これらの問題を解決するために、本発明者等は、先に図３に示す粉体充填装置を開発し、特許出願した（特願２００３−１８８３２８号）。該粉体充填装置は、大型容器１５、その内壁に通気性部材５１を有するとともに、粉体２１を小型容器２０に吐出、充填させるための吐出部１６に流路の大きさが異なる少なくとも２以上の吐出開口部１７、１８を有し、通気性部材５１を介して大型容器１５内に加圧気体を吐出させることで粉体を流動化させる流動化手段５０と、少なくとも粉体が充填された小型容器２０の重量を計測する重量計測手段３０と、重量計測手段３０からの計測データに基づき、大型容器１５の各吐出開口部１７、１８の吐出量制御を行う吐出量制御手段４０を具備するというものである。

該粉体充填装置により、粉体に特段のストレスを与えることなく、粉体の諸物性並びに配合性を損なわずに、作業環境及び作業者を汚すことなくかつ危険なく、所望量を迅速に、小型容器に充填することができるようになった。
しかし、上記粉体充填装置は、大きさの異なる２つ以上の吐出開口部を有するので、小型容器２０の口が小さい場合は、吐出、充填することができないという問題を有していた。また、吐出開口部１７、１８を解除する際、解除エアが下方向に抜けてしまい、吐出開口部１７、１８の上部つまりを破壊できないので、吐出開始できないという問題も有していた。

特開平９−１９３９０２号公報

本発明は、前記従来の問題点に鑑み、小型容器の口が小さい場合であっても容易に粉体を吐出し、充填することができる粉体充填装置、及び充填方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、以下に示す粉体充填装置、及び充填方法が提供される。
〔１〕大型容器内の粉体を小型容器に充填する粉体充填装置において、
前記大型容器が、その内壁に通気性部材を有するとともに、粉体を前記小型容器に吐出、充填させるための多重吐出管を有し、
該多重吐出管が、最大の開口面積を有する密閉管と少なくとも２以上の開口面積が異なる粉体搬送管とからなり、開口面積が小さい粉体搬送管は開口面積の大きな粉体搬送管の中に挿入され、粉体搬送管の中で開口面積が最も大きな第一粉体搬送管は前記密閉管の中に挿入されており、
前記通気性部材を介して前記大型容器内に加圧気体を吐出させることで粉体を流動化させる流動化手段と、
少なくとも粉体が充填された前記小型容器の重量を計測する重量計測手段と、
該重量計測手段からの計測データに基づき、前記各々の粉体搬送管を流れる粉体ごとに吐出量制御を行う吐出量制御手段とが少なくとも設けられていることを特徴とする粉体充填装置。
〔２〕該第一粉体搬送管と密閉管との間の空間が、粉体の搬送方向において粉体搬送管の数に等しく密閉壁により区画されて、粉体搬送管の数に等しい気体分離室として形成され、密閉管の上端側と、密閉管の下端側は共に密閉されており、
前記気体分離室ごとに第一粉体搬送管の少なくとも一部が気体分離壁として形成され、
各粉体搬送管の粉体排出口が多重吐出管の下端近傍に位置し、第一粉体搬送管の粉体導入口が他の粉体搬送管の粉体導入口より上側に位置し、第一粉体搬送管を除く各粉体搬送管の粉体導入口が、粉体搬送管の開口面積が小さくなるに従って上側に位置することを特徴とする前記〔１〕に記載の粉体充填装置。
〔３〕二番目に開口面積が大きい粉体搬送管の粉体導入口が下から二番目の気体分離室を構成する上側の密閉壁と下側の密閉壁の間に位置すると共に、一の粉体搬送管の粉体導入口のみが、一の気体分離室を構成する上側の密閉壁と下側の密閉壁の間に位置することを特徴とする前記〔２〕に記載の粉体充填装置。
〔４〕該気体分離壁が、粉体は通過させず気体のみを通過させるメッシュ材であることを特徴とする前記〔２〕に記載の粉体充填装置。
〔５〕該気体分離壁が多孔体からなり、該多孔体が、粉体は通過させず気体のみを通過させる、多数の微細孔からなると共に、各微細孔が内部で相互に連通していることを特徴とする前記〔２〕に記載の粉体充填装置。
〔６〕該吐出量制御手段が、各気体分離室ごとにその中の気体を吸引することにより、各気体分離壁を通して第一粉体搬送管中の気体を抜くことで、各粉体搬送管ごとに粉体をブリッジさせて吐出を制限し、
各気体分離室ごとに気体を導入することにより、各気体分離壁を通して第一粉体搬送管中に気体を入れることで前記ブリッジを各粉体搬送管ごとに破壊して吐出を増大させる手段であることを特徴とする前記〔２〕に記載の粉体充填装置。
〔７〕該吐出量制御手段が、
下側の気体分離室から順に気体を吸引することにより、粉体搬送管の中を搬送される粉体を、粉体搬送管の開口面積が小さくなる順にブリッジさせて吐出を制限し、
上側の気体分離室から順に気体を導入することにより、前記ブリッジを破壊して吐出を増大させる手段であることを特徴とする前記〔６〕に記載の粉体充填装置。
〔８〕該大型容器が傾斜した内壁部分を少なくとも一部に有し、この傾斜した内壁部分により、内部に収納された微粉体が多重吐出管から吐出されるまでの搬送が円滑化されることを特徴とする前記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
〔９〕該傾斜した内壁部分が、該大型容器下部のホッパ状の構造部分の一部であることを特徴とする前記〔８〕に記載の粉体充填装置。
〔１０〕該小型容器に多重吐出管を直接挿入した上で、該小型容器中の粉体から気体を分離除去する小型容器用の気体分離手段を有することを特徴とする前記〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
〔１１〕該小型容器用の気体分離手段が、吸引管を該小型容器中に挿入して、小型容器内の気体を吸引する手段であって、該吸引管の先端に粉体は通過させないで気体のみを通過させるメッシュ材が装着されていることを特徴とする前記〔１０〕に記載の粉体充填装置。
〔１２〕該通気性部材が多孔体からなり、該多孔体が気体を噴出するための多数の微細孔を有すると共に、各微細孔が内部で相互に連通しており、
該流動化手段が、前記多孔体に付設された気体導入管を通して加圧気体を導入する手段であることを特徴とする前記〔１〕〜〔１１〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
〔１３〕該気体導入管が、送気停止し、送気開始し、かつ送気量調節する送気調節弁を有することを特徴とする前記〔１２〕に記載の粉体充填装置。
〔１４〕該大型容器に、内部気圧を増減させる圧力調節手段が設けられていることを特徴とする前記〔１〕〜〔１３〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
〔１５〕該吐出量制御手段が、該重量計測手段により計測された、少なくとも粉体が充填された該小型容器の重量を表示するモニタ部を有することを特徴とする前記〔１〕〜〔１４〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
〔１６〕該吐出量制御手段が、該小型容器の空重量と粉体が充填された該小型容器の総重量とから、充填済み粉体重量を演算する演算処理部を有することを特徴とする前記〔１〕〜〔１５〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
〔１７〕該演算処理部が、入力手段を有し、該入力手段により、粉体の充填予定重量の入力、及び、入力された充填予定重量の変更を可能とすることを特徴とする前記〔１６〕に記載の粉体充填装置。
〔１８〕該演算処理部の演算結果に基いて、該吐出規制手段の規制動作が制御されることを特徴とする前記〔１６〕又は〔１７〕に記載の粉体充填装置。
〔１９〕該演算処理部の演算結果に基いて、該送気調整弁の開閉動作が制御されることを特徴とする前記〔１６〕〜〔１８〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
〔２０〕前記〔１〕〜〔１９〕のいずれかに記載の粉体充填装置を用い、
該通気性部材を介して該前記大型容器内に加圧気体を吐出させることで粉体を流動化させ、
少なくとも粉体が充填された該小型容器の重量を計測し、
その重量計測データに基づき、各々の粉体搬送管を流れる粉体の吐出量制御を行なうことにより、
所定量の粉体を前記小型容器に充填することを特徴とする粉体充填方法。

本発明の粉体充填装置によれば、最大の開口面積を有する密閉管と少なくとも２以上の開口面積が異なる粉体搬送管とからなり、密閉管と各粉体搬送管を特定の関係が成り立つように構成されている多重吐出管を用いることにより、投入口が小さい小型容器であっても、粉体を容易に吐出し、充填する充填する装置及び方法を提供することができる。しかも、本発明によれば、各粉体搬送管の流量を粉体のブリッジを形成することにより個別に制限し、各粉体搬送管の流量を粉体のブリッジを破壊することにより個別に増大させることができるので、平均粒径がミクロン単位の超微細な粉体の所望量を過不足なく大型容器から小型容器に充填する装置及び方法を提供することができる。そして、粉体に特段のストレスを与えることなく、粉体の諸物性並びに配合性を損なわずに、作業環境及び作業者を汚すことなくかつ危険なく、所望量を迅速に、小型容器に充填することができる。本発明の充填装置及び充填方法は、粉体の製造工程で一時的に貯蔵する大型容器から分割保管や出荷のための小分けの際にも、また例えば極端には、エンドユーザのもとにおける小型容器へのオンデマンド充填の際にも用いることができるという極めて優れた効果が発揮される。特に、本発明の充填方法及び充填装置は静電潜像現像用トナーの充填に用いた場合、その効果は極めて顕著である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本明細書において、充填対象となる「粉体」としては、静電潜像現像用トナー、薬品、化粧品、食品等の各種粉体が対象とされ、特に平均粒径がミクロン単位の超微細な粉体が好適な対象とされ、さらにこのような平均粒径の静電潜像現像用トナーが最も好ましい対象とされる。

本発明は、大型容器内の粉体を機械的ストレスをかけることなく小型容器に所定量、過不足なしに迅速に充填する粉体充填技術に係るものである。大型容器としては、その内壁に通気性部材を有するとともに、粉体を前記小型容器に吐出、充填させるための多重吐出管を有するものを使用する。該通気性部材は、空気の如き気体を通過させ大型容器内に導入できるものであればよく、少なくとも多重吐出管付近に設けることが好ましい。

本発明の大型容器には、流動化手段が設けられている。該流動化手段は、通気性部材を介して前記大型容器内に加圧気体を吐出させることで粉体を流動化させる手段である。即ち、大型容器の通気性部材が設けられている付近で粉体の流動床を形成し、大型容器内の粉体に気体吹き込みを行い、大型容器内の粉体層をわずかに膨張ないし浮動化させて、粉体に機械的ストレスを与えることなく粉体を多重吐出管に導いて、多重吐出管の吐出開口部から吐出する。

本発明における多重吐出管は、最大の開口面積を有する密閉管と少なくとも２以上の開口面積が異なる粉体搬送管とからなり、開口面積が小さい粉体搬送管は開口面積の大きな粉体搬送管の中に挿入され、粉体搬送管の中で開口面積が最も大きな第一粉体搬送管は前記密閉管の中に挿入されている。該多重吐出管においては、開口面積が小さい粉体搬送管が開口面積の大きな粉体搬送管の中に挿入されているので、開口面積が大きい第一粉体搬送管に粉体を大量吐出させ、開口面積が小さい粉体搬送管になるに従い粉体をより少量吐出させることができることにより、全体として１本の吐出管であるにもかかわらず、粉体の大量吐出、少量吐出が可能となる。そして、開口面積が異なる粉体搬送管が１本の管の中に複数挿入されていることから、小型容器の口が小さい場合であっても小型容器の中に多重吐出管を挿入することができるので、粉体を容易に吐出し充填することができる。更に、開口面積の最も大きな第一粉体搬送管が前記密閉管の中に挿入されており、粉体の導入口と吐出開口部を除いた部分は密閉されているので、後述のとおり、大量吐出、少量吐出を容易に制御することができる。

該多重吐出管の好ましい一例を図２に示す。但し、図２には２本の粉体搬送管を用いた場合が示されているが、本発明はこれに限定するものではなく、３本以上の粉体搬送管を用いた場合も含む。
本発明の多重吐出管２においては、図２に示すように、第一粉体搬送管４ａと密閉管３との間の空間が、粉体の搬送方向において粉体搬送管４の数に等しく密閉壁７により区画されて、粉体搬送管４の数に等しい気体分離室６ａ、６ｂとして形成され、密閉管３の上端側には粉体導入側密閉壁８ｂが設けられており、密閉管３の下端側には粉体吐出側密閉壁８ａが設けられている。そして、気体分離室６ａ、６ｂごとに第一粉体搬送管４ａの少なくとも一部が気体分離壁９ａ、９ｂとして形成され、各粉体搬送管４ａ、４ｂの粉体排出口が多重吐出管２の下端近傍に位置し、第一粉体搬送管の粉体導入口が他の粉体搬送管の粉体導入口より上側に位置し、第一粉体搬送管を除く各粉体搬送管の粉体導入口１０ａ、１０ｂが、粉体搬送管４の開口面積が小さくなるに従って上側に位置するように構成されていることが好ましい。
但し、密閉管３の上端側と下端側は、第一粉体搬送管４ａと密閉管３の間が密閉さえされていれば、図３に示す態様に限定されるものではない。そして、各粉体搬送管の粉体排出口が多重吐出管の下端近傍に位置しているとは、粉体排出口の位置と多重吐出管の下端の位置が同一平面上にある場合に限定するものでないことを意味し、粉体の吐出が妨げられない限り、粉体排出口の位置が多重吐出管の下端より上側や下側に位置する場合、粉体排出口の位置が不揃いの場合を含む意味である。

上記多重吐出管２を用いると、好ましい吐出量制御手段を容易に構成することができる。即ち、各気体分離室６ａ、６ｂごとにその中の気体を吸引することにより、各気体分離壁９ａ、９ｂを通して第一粉体搬送管４ａ中の気体を抜くことで、各粉体搬送管４ａ、４ｂごとに粉体をブリッジさせて吐出を、容易に制限することができる。また、各気体分離室６ａ、６ｂごとに気体を導入することにより、各気体分離壁９ａ、９ｂを通して第一粉体搬送管４ａ中に気体を入れれば、上記ブリッジを各粉体搬送管４ａ、４ｂごとに破壊して吐出を、容易に増大させることができる。

上記吐出量制御手段は、下側の気体分離室から順に気体を吸引することにより、粉体搬送管の中を搬送される粉体を、粉体搬送管の開口面積が小さくなる順にブリッジさせて吐出を制限し、
上側の気体分離室から順に気体を導入することにより、ブリッジを破壊して吐出を増大させる手段であることがより好ましい。

具体的には、図２に示す多重吐出管２の場合、次のようにすることがより好ましい。
まず下部の気体分離室６ａの中の気体を吸引することにより、気体分離壁９ａを通して第一粉体搬送管４ａの中を搬送される粉体中の気体を抜くことで粉体をブリッジさせて吐出を制限する。こうすると、粉体は粉体搬送管４ｂの中だけを流れるようになるので、吐出量は小量になる。
次に上部の気体分離室６ｂの中の気体を吸引して、気体分離壁９ｂを通して第粉体搬送管４ａの中を搬送される粉体中の気体を抜くことにより、粉体をブリッジさせれば、全体の吐出が停止する。
粉体の排出開始時は、気体分離室６ｂに気体を導入して、気体分離壁９ｂを通して第一粉体搬送管４ａ中に気体を入れることにより、粉体搬送管４ｂを封鎖しているブリッジを破壊し流動化させて、小吐出を開始する。次に下部の気体分離室６ａに気体を導入して、各気体分離壁９ａを通して第一粉体搬送管４ａ中に気体を入れることにより、粉体搬送管４ａを封鎖しているブリッジを破壊し流動化させれば、最大の吐出量で粉体を吐出することができる。

上記のように粉体の吐出量を制御する場合、第一粉体搬送管の粉体導入口が他の粉体搬送管の粉体導入口より上側に位置し、第一粉体搬送管を除く各粉体搬送管の粉体導入口が、粉体搬送管の開口面積が小さくなるに従って上側に位置するように構成すると共に、二番目に開口面積が大きい粉体搬送管の粉体導入口が下から二番目の気体分離室を構成する上側の密閉壁と下側の密閉壁の間に位置すると共に、一の粉体搬送管の粉体導入口のみが、一の気体分離室を構成する上側の密閉壁と下側の密閉壁の間に位置するように構成することがより好ましい。このように構成されていると、各粉体搬送管ごとに粉体をブリッジさせて粉体流量を容易に制限することができ、各粉体搬送管ごとに粉体のブリッジを破壊して粉体流量を容易に増加させることができる。

具体的には、図２に示す多重吐出管２の場合、次のようにすることがより好ましい。
各粉体搬送管４ａ、４ｂの粉体排出口が多重吐出管２の下端に位置し、第一粉体搬送管４ａの粉体導入口１１ａが大型容器１５の底部と連結し（他の粉体搬送管４ｂの粉体導入口より上側に位置し）、粉体搬送管の粉体導入口１１ｂが第一粉体搬送管４ａの粉体導入口１１ａより下に位置し、且つ粉体搬送管４ｂの粉体導入口１１ｂが下から二番目の気体分離室９ｂを構成する粉体導入側密閉壁８ｂ（上側の密閉壁）と下側の密閉壁７の間に位置するように構成されていることが好ましい。
尚、３本の粉体搬送管４を用いる場合は、二番目に開口面積が大きい粉体搬送管の粉体導入口１１ｂが、下から二番目の気体分離室６ｂを構成する上側の密閉壁７と下側の密閉壁７の間に位置し、三番目に開口面積が大きい粉体搬送管の粉体導入口１１が、下から三番目の気体分離室６を構成する粉体導入側密閉壁８ｂと下側の密閉壁７の間に位置しするように構成することが好ましい。このように構成されていると、各気体分離室６に対応する第一粉体搬送管４ａの部分から気体を抜くことにより容易にブリッジを形成することができ、各気体分離室６に対応する第一粉体搬送管４ａの部分に気体を入れることにより容易にブリッジを破壊することができる。

上記多重吐出管２を用いる場合、下側の気体分離室から順に気体を吸引することにより、粉体搬送管の中を搬送される粉体を、粉体搬送管の開口面積が小さくなる順にブリッジさせて吐出を制限し、上側の気体分離室から順に気体を導入することにより、ブリッジを破壊して吐出を増大させる吐出量制御手段を採用することが、より好ましい。このようにすると、粉体流量の制御を滑らかに行なうことができる。

具体的には、図２に示す多重吐出管２を用いる場合、粉体の吐出を停止する場合は次のように行なう。
まず気体分離室６ａから気体を吸引することにより、気体分離室６ａに対応する位置で第一粉体搬送管４ａの中に粉体のブリッジを形成して、粉体排出口１０ａから吐出される粉体の第吐出をストップさせる。次に、気体分離室６ｂから気体を吸引することにより、気体分離室６ｂに対応する位置で第一粉体搬送管４ａの中に粉体のブリッジを形成して、粉体排出口１０ｂから吐出される粉体の小吐出をストップさせる。
逆に、粉体の吐出を開始する場合は次のように行なう。
まず気体分離室６ｂに気体を導入することにより、気体分離室６ｂに対応する位置で第一粉体搬送管４ａの中の粉体のブリッジを破壊して、粉体排出口１０ｂから粉体の小吐出を開始させる。次に、気体分離室６ａに気体を導入することにより、体分離室６ａに対応する位置で第一粉体搬送管４ａの中の粉体のブリッジを破壊して、粉体排出口１０ａから粉体の第吐出を開始させる。

本発明における多重吐出管を構成する粉体搬送管の数に制限はないが、粉体の吐出量の制御の滑らかさと、製作の容易さ、保守管理の容易さを考慮した場合、２〜３が好ましい。
そして、多重吐出管を構成する各粉体搬送管の流路の大きさ（開口面積）が異なっているので、各粉体搬送管の全開状態における粉体流量も異なっている。全開状態での開口開口面積は、充填対象となる粉体や小型容器の大きさ等によって適宜設定されるが、典型的には、充填対象が静電荷像現像用トナーであり、二つの粉体搬送管４で吐出開口部を２重に構成する場合、大・小量流路の吐出開口部の合計流量が、少量流路の吐出開口部（例えば内径４ｍｍ）の流量の１．５〜２０倍にすることが好ましく、５〜１５倍にすることがより好ましく、８〜１２倍にすることが更に好ましい。

本発明における気体分離壁９は、粉体は通過させず気体のみを通過させるメッシュ材からなることが好ましい。例えば、第一搬送管４ａに複数の穴をあけ、その穴を粉体は通過させず気体のみを通過させるメッシュ材（例えば３５００メッシュ）で覆うことが挙げられる。

また、気体分離壁９は多孔体からなり、該多孔体が、粉体は通過させず気体のみを通過させる、多数の微細孔からなると共に、各微細孔が内部で相互に連通していることことが好ましい。該多孔体としては、例えば銅やステンレスの微小粒子を焼結により結合した焼結金属を用いることができる。

また、本発明の粉体充填装置には、前記流動化手段及び前記吐出量制御手段と共に、少なくとも粉体が充填された小型容器の重量を計測する重量計測手段が設けられており、該重量計測手段からの計測データに基づき、前記吐出量制御が行なわれる。該重量計測手段は、粉体が充填されていない空の小型容器の重量を計測して、そのデータを吐出量制御手段に伝えてもよいし、空の小型容器の重量が予め判っている場合には前もって吐出量制御手段にそのデータを入力しておいてもよい。

本発明においては、上記重量計測手段により計測された充填された粉体の量に基づいて、吐出量制御手段により、多重吐出管を構成する各粉体搬送管の吐出量が調整されるので、粉体にストレスをかけることなく、充填量に応じたきめ細かな充填作業が迅速かつ正確に行なわれる。

本発明において、大型容器１５は、図１に示すように、傾斜した内壁部分を少なくとも一部に有していることが好ましく、この傾斜した内壁部分により、内部に収納された粉体の各吐出開口部までの排出が円滑化される。典型的には、前記傾斜した内壁部分は、大型容器下部のホッパ状の構造部分の一部とすることができる。
また、大型容器は、内部気圧を増減させる圧力調節手段を備えていてもよい。このような圧力調節手段は、流動化手段から気体吹き込みが行われた大型容器内の圧力状態やトナー雲の調節に資する。

本発明において、流動化手段は、気体を噴出するための多数の微細孔を有し各微細孔は内部で相互に連通している多孔体へ加圧気体を導入する気体導入管を付設しているものとすることができる。前記気体導入管は、送気停止し、送気開始し、かつ送気量調節する送気調節弁を有していることが好ましい。

本発明において、吐出量制御手段が、重量計測手段により計測された、少なくとも粉体が充填された小型容器の重量を表示するモニタ部を有することが好ましく、また、小型容器の空重量と粉体が充填された小型容器の総重量とから、充填済み粉体重量を演算する演算処理部を有することが好ましい。
この演算処理部は、キーボードやデジタルスイッチ等の従来公知の入力手段を有し、該入力手段により、粉体の充填予定重量の入力、及び、入力された充填予定重量の変更を可能できることが好ましい。この演算処理部の演算結果に基いて、前記吐出規制手段の規制動作の制御を行うことができる。
また、この演算処理装置の演算結果に基いて、前記流動化手段の送気調節弁の開閉動作の制御を行うことができる。

また、本発明では、小型容器に直接挿入した上で、小型容器中の粉体から気体を分離除去する小型容器用の気体分離手段を設けてもよい。このようにすると、充填作業をより円滑にすることができる。この小型容器用の気体分離手段としては、例えば、小型容器中の気体を吸引するための小型容器中に挿入される吸引管を有し、前記吸引管の挿入開口端は、充填された粉体は通過させず気体のみを通過させるメッシュ材を装着したものを用いることができる。

次に、本発明を好ましい構成例に基いてさらに詳しく説明する。
図１に、本発明による粉体充填装置の一構成例を模式的に示す（大型容器の下半分は断面で示されている）。ここでは粉体として、平均粒径数ミクロン静電潜像現像用トナーを充填対象として説明する。

図１の充填装置例において、大型容器１５内の微粉体トナーは、下方の小型トナー容器２０に充填される。小型トナー容器２０はロードセルの如き公知の重量計測手段３０上に載置されている。

大型容器１５は下方に微粉体トナーの多重吐出管２を有し、この多重吐出管２は大量流路の第一粉体搬送管（大吐出開口部）４ａと、その内側に少量流路の第二の粉体搬送管（小吐出開口部）４ｂを有する。本例の装置では、第一粉体搬送管４ａの開口面積は、第二の粉体搬送管４ｂの開口面積の１０倍に設定されているが、これはトナーの種類や小型トナー容器２０の大きさ等に応じて適当な値に設定することができる。これら粉体搬送管４ａ、４ｂは、吐出量制御手段４０で、粉体のブリッジを形成し破壊することにより、その開閉が調整可能となっている。

大型容器１５はホッパ状であり、その内壁部分１９は内部に収容したトナーの滑落を妨げないように傾斜しており、多重吐出管２までの排出が円滑化される。大型容器１５には流動化手段５０が設けられている。この流動化手段５０は、大型容器１５の下方壁に設けられた通気性部材５１と、該通気性部材５１を介して大型容器１５の内部に空気を供給するための加圧空気供給手段５２と、該加圧空気供給手段５２と該通気性部材５１を連結する空気導入管５３から構成されている。通気性部材５１は、例えば空気を噴出するための多数の微細孔を有し、各微細孔は内部で連通している多孔体から構成することができる。通気性部材５１は所要の高吐出能力を得るため、この例の装置では円周の全周にわたって設けられている。通気性部材５１における孔部の多少は供給空気量にも多いに関係する。本例の装置では、大型容器１５は多重吐出管２に向かって断面が狭くなっているので、トナーによる架橋現象を防止するために、円周面に沿って空気の吹き出し口を数段階連続的に設けたり、螺旋方向へ空気が吹き出すような吹き出し構造としてもよい。このような流動化手段５０により、トナー流出の中断あるいはボタ落ちを防止することができ、また、送気量を加減することにより、トナー吐出量を調節することができ、送気された空気との混合により形成されるトナー雲の大きさを調節することができる。

重量計測手段３０は、ロードセルの如き慣用の重量計測機器を用いることができ、その計測データ（空の小型トナー容器２０の重量及びトナー２１が充填された小型トナー容器２０の総重量）は通信線３１を介して、吐出量制御手段４０の演算処理装置４１に送られるようになっている。

本発明において、吐出量制御手段４０は、演算処理装置４１と、図示しない吐出規制手段と、両者を接続する通信線４２からなる。演算処理装置４１は、例えば重量計測手段３０で計測された、小型トナー容器２０の空重量とトナー２１が充填された小型トナー容器２０の総重量から、充填済みトナー重量を演算し、それに基づいて吐出規制手段の規制動作を制御する。この演算処理装置４１は、キーボード等の入力手段を有し、該入力手段により、粉体の充填予定重量の入力、及び、入力された充填予定重量の変更を可能とするようにしてもよい。吐出規制手段としては、演算処理装置４１から指令信号に基づいて、多重吐出管２を構成する第一粉体搬送管４ａ、第二の粉体搬送管４ｂの開閉を制御し、トナー吐出を大量吐出、少量吐出及び吐出停止の３段階に制御できる。但し、本発明は３段階の制御に限定するものではなく、それ以上の複数段階に制御してもよい。なお、図中６０は図示しない大量トナー保管場所より大型容器１５へトナーを供給するための供給口である。

図１の装置により、トナーが収容されている大型容器１５から小型トナー容器２０にトナー充填を行う場合、先ず、空の小型トナー容器２０を重量計測手段３０に載置する。ここで重量計測手段３０は空の小型トナー容器２０の重量計測データを通信線３１を介して演算装置４１に送信する。ここで、加圧空気供給手段５２を作動させて空気供給管５３を通して圧縮空気を通気性部材５１に供給する。すると空気は通気性部材５１の多数の孔を通って大型容器１５内に吹き出し、その中に収容されたトナーを流動化させ、流動床状態とする。一方、演算処理装置４１の指示により第一粉体搬送管４ａ、第二の粉体搬送管４ｂはともに全開状態となり、トナーの充填が開始される。トナー２１が小型トナー容器２０内に充填されると、重量計測手段３０は、充填された小型トナー容器２０の総重量の計測データを通信線３１を介して演算処理装置４１に送信する。演算処理装置４１では、例えば予め小型トナー容器２０の種類やトナーの種類と、充填トナー量とに応じて、トナー吐出量を決めて内部メモリに記憶しておく。そして、現在の充填トナー量を求めて、所定の充填量に近づくにつれて、信号線４２を介して下部吐出制御手段（下バルブ）を動作させ、吸引による粉体ブリッジで第一粉体搬送管４ａを閉じ、第二の粉体搬送管４ｂのみにより少流量の供給を行い、所定量に達すると上部吐出制御手段（上バルブ）で下部制御手段同様に粉体ブリッジを形成し、第二の粉体搬送管４ｂを閉じて排出を停止する。なお、第二の粉体搬送管４ｂのみで吐出する際、上バルブから流動エアを噴出すると、より安定したトナーの吐出が可能となる。

また、トナーの吐出開始の際は、下部制御手段（下バルブ）で第一粉体搬送管４ａの粉体ブリッジ形成中に、上部制御手段部（少量吐出）で解除エアを吹き込む事で、まず上部ブリッジを破壊し、次に下部制御手段部（大量吐出）で下部ブリッジを破壊する、これにより安定した吐出の解除が可能となる。

上記により、平均粒径がミクロン単位の超微細なトナーの所望量を過不足なく迅速に、かつ特段のストレスを与えることなく小口径充填口のトナー容器２０に充填することが可能となる。

以上、本発明を一構成例に基づいて説明してきたが、本発明はこの構成例に限定されるものではなく、前述したように、種々の変形、変更が可能である。
例えば、上記構成例において、吐出量制御手段にモニタ部を設け、重量計測手段で計測した重量計測データ等を表示するようにしてもよい。
また、上記構成例では、トナーの流動層形成に空気を用いたが、アルゴン等の適宜の気体を用いることができる。不活性ガス等例えば、上記充填装置においては、大型容器に、内部気圧を増減させる圧力調節手段を設けるようにしてもよい。
さらに、流動化したトナーの粉塵爆発を防止するため、発生した静電気を除電するための除電手段が設けるようにしてもよい。

本発明による粉体充填装置の一構成例を説明する模式的正面図（一部断面としてある）である。 本発明による多重吐出管の一構成例を説明する模式的正面図（断面）と模式的底面図である。 従来の粉体充填装置の一構成例を説明する模式的正面図（一部断面としてある）である。

符号の説明

２ 多重吐出管
３ 密閉管
４ 粉体搬送管
４ａ 第一粉体搬送管
４ｂ 第二の粉体搬送管
６ 気体分離室
６ａ 下側の気体分離室
６ｂ 上側の気体分離室
７ 密閉壁
８ａ 粉体吐出側密閉壁
８ｂ 粉体導入側密閉壁
９ａ 気体分離壁
９ｂ 気体分離壁
１０ａ 第一粉体搬送管の粉体排出口
１０ｂ 第二の粉体搬送管の粉体排出口
１１ａ 第一粉体搬送管の粉体導入口
１１ｂ 第二の粉体搬送管の粉体導入口
１５ 大型容器
１７ 第１のトナー吐出管
１８ 第２のトナー吐出管
２０ 小型トナー容器
２１ トナー
３０ 重量計測手段
３１ 通信線
４０ 吐出量制御手段
４１ 演算処理装置
４２ 通信線
５０ 流動化手段
５１ 通気性部材
５２ 加圧空気供給手段
５３ 空気供給管

Claims (19)

1. 大型容器内の粉体を小型容器に充填する粉体充填装置において、
   前記大型容器が、その内壁に通気性部材を有するとともに、粉体を前記小型容器に吐出、充填させるための多重吐出管を有し、
   該多重吐出管が、最大の開口面積を有する密閉管と少なくとも２以上の開口面積が異なる粉体搬送管とからなり、開口面積が小さい粉体搬送管は開口面積の大きな粉体搬送管の中に挿入され、粉体搬送管の中で開口面積が最も大きな第一粉体搬送管は前記密閉管の中に挿入されており、
   前記通気性部材を介して前記大型容器内に加圧気体を吐出させることで粉体を流動化させる流動化手段と、
   少なくとも粉体が充填された前記小型容器の重量を計測する重量計測手段と、
   該重量計測手段からの計測データに基づき、前記各々の粉体搬送管を流れる粉体ごとに吐出量制御を行う吐出量制御手段とが少なくとも設けられている粉体充填装置であって、
   該第一粉体搬送管と密閉管との間の空間が、粉体の搬送方向において粉体搬送管の数に等しく密閉壁により区画されて、粉体搬送管の数に等しい気体分離室として形成され、密閉管の上端側と、密閉管の下端側は共に密閉されており、
   前記気体分離室ごとに第一粉体搬送管の少なくとも一部が気体分離壁として形成され、
   各粉体搬送管の粉体排出口が多重吐出管の下端近傍に位置し、第一粉体搬送管の粉体導入口が他の粉体搬送管の粉体導入口より上側に位置し、第一粉体搬送管を除く各粉体搬送管の粉体導入口が、粉体搬送管の開口面積が小さくなるに従って上側に位置することを特徴とする粉体充填装置。
2. 二番目に開口面積が大きい粉体搬送管の粉体導入口が下から二番目の気体分離室を構成する上側の密閉壁と下側の密閉壁の間に位置すると共に、一の粉体搬送管の粉体導入口のみが、一の気体分離室を構成する上側の密閉壁と下側の密閉壁の間に位置することを特徴とする請求項１に記載の粉体充填装置。
3. 該気体分離壁が、粉体は通過させず気体のみを通過させるメッシュ材であることを特徴とする請求項１に記載の粉体充填装置。
4. 該気体分離壁が多孔体からなり、該多孔体が、粉体は通過させず気体のみを通過させる、多数の微細孔からなると共に、各微細孔が内部で相互に連通していることを特徴とする請求項１に記載の粉体充填装置。
5. 該吐出量制御手段が、各気体分離室ごとにその中の気体を吸引することにより、各気体分離壁を通して第一粉体搬送管中の気体を抜くことで、各粉体搬送管ごとに粉体をブリッジさせて吐出を制限し、
   各気体分離室ごとに気体を導入することにより、各気体分離壁を通して第一粉体搬送管中に気体を入れることで前記ブリッジを各粉体搬送管ごとに破壊して吐出を増大させる手段であることを特徴とする請求項１に記載の粉体充填装置。
6. 該吐出量制御手段が、
   下側の気体分離室から順に気体を吸引することにより、粉体搬送管の中を搬送される粉体を、粉体搬送管の開口面積が小さくなる順にブリッジさせて吐出を制限し、
   上側の気体分離室から順に気体を導入することにより、前記ブリッジを破壊して吐出を増大させる手段であることを特徴とする請求項５に記載の粉体充填装置。
7. 該大型容器が傾斜した内壁部分を少なくとも一部に有し、この傾斜した内壁部分により、内部に収納された微粉体が多重吐出管から吐出されるまでの搬送が円滑化されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の粉体充填装置。
8. 該傾斜した内壁部分が、該大型容器下部のホッパ状の構造部分の一部であることを特徴とする請求項７に記載の粉体充填装置。
9. 該小型容器に多重吐出管を直接挿入した上で、該小型容器中の粉体から気体を分離除去する小型容器用の気体分離手段を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の粉体充填装置。
10. 該小型容器用の気体分離手段が、吸引管を該小型容器中に挿入して、小型容器内の気体を吸引する手段であって、該吸引管の先端に粉体は通過させないで気体のみを通過させるメッシュ材が装着されていることを特徴とする請求項９に記載の粉体充填装置。
11. 該通気性部材が多孔体からなり、該多孔体が気体を噴出するための多数の微細孔を有すると共に、各微細孔が内部で相互に連通しており、
    該流動化手段が、前記多孔体に付設された気体導入管を通して加圧気体を導入する手段であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の粉体充填装置。
12. 該気体導入管が、送気停止し、送気開始し、かつ送気量調節する送気調節弁を有することを特徴とする請求項１１に記載の粉体充填装置。
13. 該大型容器に、内部気圧を増減させる圧力調節手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の粉体充填装置。
14. 該吐出量制御手段が、該重量計測手段により計測された、少なくとも粉体が充填された該小型容器の重量を表示するモニタ部を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の粉体充填装置。
15. 該吐出量制御手段が、該小型容器の空重量と粉体が充填された該小型容器の総重量とから、充填済み粉体重量を演算する演算処理部を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の粉体充填装置。
16. 該演算処理部が、入力手段を有し、該入力手段により、粉体の充填予定重量の入力、及び、入力された充填予定重量の変更を可能とすることを特徴とする請求項１５に記載の粉体充填装置。
17. 該演算処理部の演算結果に基いて、該吐出規制手段の規制動作が制御されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の粉体充填装置。
18. 該演算処理部の演算結果に基いて、該送気調整弁の開閉動作が制御されることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれかに記載の粉体充填装置。
19. 請求項１〜１８のいずれかに記載の粉体充填装置を用い、
    該通気性部材を介して該大型容器内に加圧気体を吐出させることで粉体を流動化させ、
    少なくとも粉体が充填された該小型容器の重量を計測し、
    その重量計測データに基づき、各々の粉体搬送管を流れる粉体の吐出量制御を行なうことにより、
    所定量の粉体を前記小型容器に充填することを特徴とする粉体充填方法。

Images