JP4335600B2 - 粉体の充填方法及び充填装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２０ミクロン以下の静電潜像現像用トナーのような微小粉体の小口径容器、小容量容器への充填、あるいは従来の重力を利用した充填方法では充填不可能な容器状部分への粉体充填方法及び粉体充填装置に関し、特に、複写機中のトナーカートリッジ、あるいは複写機現像部への乾式トナーの直接充填技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉体の充填機として、ロータリーバルブ、スクリューフィーダー、オーガー式充填機などがあるが、これら装置から粉体受け容器に粉体を充填するには粉体の自重を利用し、充填機の直下に粉体の受け容器を置き、充填機内で粉体の嵩密度を上げ、切出された粉体を重力によりこれら容器内に充填される方法をとるのが、一定容積の充填容器に粉体を効率よく充填する方法として一般的である。
また、粉体供給機中の粉体に気体を導入し流動性を高めた後、従属する配管により粉体供給機から受け容器近傍に輸送し脱気配管により輸送管中の粉体から脱気した後、これを受け容器に高密度充填する方法［特開平９−１９３９０２号公報（特許文献１）］が提案されている。
【０００３】
しかしながら、これらの方式は、充填管に同軸状に正確に設けた脱気用配管付きのものとせねばならず製作が難かしい上に重量が大で持ち運びに難があり、また、充填容器の充填口径が大きく充填機の真下に充填容器が位置するときには有効であるが、小口径充填容器や、内部に様々な構造物のある充填容器では、充填機あるいは輸送管を離れた粉体が容器内部の空気と置換され難く、充填口からの吹き上げや容器内の構造物に粉体の動きを阻害され、所望の量を充填できないなどの問題が生じている。
【０００４】
また、複写機、プリンター、ファクシミリ等で使用されるトナーを、機械が設置されている一般のオフィスで、トナーボトルや、機械の現像部に直接補給しようとすると、粉塵が舞うことや、たとえ補給できたとしても、空気を多く含んだ低密度の状態での充填であったり、複雑な現像部に直接入れる場合には、トナーが入る部分と、入らない部分で、画像形成上の問題が発生してしまっていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１９３９０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上記従来技術に鑑みて、粉体中に均一に気体を導入し最少の気体量で制御された粉体の流動状態を得て、小口径充填容器や複雑な形状の充填容器の奥または底部に流動粉体を流入し、小型で持ち運びができ、操作が簡単で、容器内で充填ノズルから容器開口間の粉体の層により充填後の粉体から脱気させ、簡単に高密度、無粉塵で充填できる方法及び装置を提供することにある。さらに、誰でもどんな場所でも作業汚れなしにトナー等の粉体を充填できるように、小型で持ち運びができ、操作が簡単な充填機を提供することにある。この充填機は、トナー製造工場やトナー出荷部門で、また例えば複写機保守のための組織で、さらにオフィス内の複写機サイトで用いることができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明の（１）「粉体充填容器内に充填ノズルとともに、下方に気体分離手段及び該気体分離手段の上方に浮遊粉塵気体分離手段を有する補助ノズルを挿入し、気体により流動化された粉体を該容器内に吐出して充填する該充填ノズルの吐出開口部が、該容器内に滞留せる該粉体により囲繞された状態で該粉体を該容器内に充填し、この粉体の充填が行なわれている間は該補助ノズルの浮遊粉塵気体分離手段によって、該充填操作で該容器内上方に生じた浮遊粉塵気体を吸引除去し、及び、この粉体の充填が行なわれている間又は充填終了後に、該補助ノズルの気体分離手段によって、該気体分離手段が該容器内に滞留した該粉体により囲繞された状態で該粉体中の気体を吸引して、該充填された粉体の密度を高めることよりなる容器への粉体充填方法において、前記補助ノズルとして、その先端部分が外管と内管よりなる二重管構造となっており、前記外管はその先端部分が前記内管に接して塞がれた構造となっており、前記外管にはトナーの直径より小さい複数の孔が設けられており、これにより容器内の粉体が充填されていない領域内の気体を吸引し、前記内管にはトナーの直径より小さい複数の孔が設けられており、これにより充填された粉体層中の気体を吸引することを特徴とする容器への粉体充填方法」により達成される。
【０００８】
さらに、上記課題は、本発明の（２）「充填用粉体及び気体を収納せる密閉構造の充填用粉体収納装置中の該粉体を気体により流動化した後、該流動化された粉体を該充填用粉体収納装置から前記充填ノズルまで移送することを特徴とする前記（１）に記載の粉体充填方法」により達成される。
【０００９】
また、上記課題は、本発明の（３）「前記充填用粉体収納装置内への追加気体の導入により、前記粉体の流動化が行なわれることを特徴とする前記（２）に記載の粉体充填方法」により達成される。
【００１０】
また、上記課題は、本発明の（４）「前記充填用粉体収納装置が振動されることにより、前記気体による粉体の流動化が行なわれることを特徴とする前記（２）又は（３）に記載の粉体充填方法」により達成される。
【００１１】
また、上記課題は、本発明の（５）「前記粉体の前記充填用粉体収納装置から前記充填ノズルまで移送が、前記充填用粉体収納装置内の圧力を昇圧することにより行なわれることを特徴とする前記（２）〜（４）のいずれかに記載の粉体充填方法」により達成される。
【００１２】
また、上記課題は、本発明の（６）「前記粉体の前記充填用粉体収納装置から前記充填ノズルまで移送が、該充填用粉体装置に外部圧力を加えて該充填用粉体装置の内容積を減容させることにより行なわれることを特徴とする前記（２）〜（５）のいずれかに記載の粉体充填方法」により達成される。
【００１３】
また、上記課題は、本発明の（７）「前記粉体が、平均体積粒径０．２μｍ〜２０μｍの静電潜像現像用トナーであることを特徴とする前記（２）〜（６）のいずれかに記載の粉体充填方法」により達成される。
【００１４】
上記課題は、本発明の（８）「少なくとも粉体充填用容器内に滞留せる流動化された粉体により吐出開口部が囲繞される位置に挿入される充填ノズル、該滞留せる流動化された粉体により囲繞される位置に気体分離手段及び該気体分離手段の上方に浮遊粉塵気体分離手段を有する補助ノズル、粉体流動化のための気体導入手段、及び、密閉可能な充填用粉体収納装置を具備し、流動化された粉体の移送路を該充填ノズルと充填用粉体収納装置との間に設けた粉体充填装置において、前記補助ノズルはその先端部分で外管と内管よりなる二重管構造となっており、前記外管はその先端部分が前記内管に接して塞がれた構造となっており、前記外管にはトナーの直径より小さい複数の孔が設けられており、これにより容器内の粉体が充填されていない領域内の気体を吸引し、前記内管にはトナーの直径より小さい複数の孔が設けられていることを特徴とする粉体充填装置」により達成される。
【００１５】
また、上記課題は、本発明の（９）「更に内部圧力の圧力調節弁を前記充填用粉体収納装置に設けたことを特徴とする前記（８）に記載の粉体充填装置」により達成される。
【００１６】
また、上記課題は、本発明の（１０）「前記粉体流動化のための気体導入手段が、気体を前記充填用粉体収納装置に送出可能に収納せる圧力容器であることを特徴とする前記（８）に記載の粉体充填装置」により達成される。
【００１７】
また、上記課題は、本発明の（１１）「前記粉体流動化のための気体導入手段が、逆止弁付きの送気ポンプであることを特徴とする前記（１０）に記載の粉体充填装置」により達成される。
【００１８】
また、上記課題は、本発明の（１２）「前記充填用粉体収納装置が、更に前記粉体流動化のための気体導入手段との間に、更に気体を該充填用粉体収納装置内に均一に導入するための気体分配手段を有することを特徴とする前記（８）〜（１１）のいずれかに記載の粉体充填装置」により達成される。
【００１９】
また、上記課題は、本発明の（１３）「更に内部圧力の開放及び密封のための圧力安全弁を前記充填用粉体収納装置に設けたことを特徴とする前記（８）〜（１２）のいずれかに記載の粉体充填装置」により達成される。
【００２０】
また、上記課題は、本発明の（１４）「前記充填用粉体収納装置の内部圧力が、外部圧力を加えて該充填用粉体収納装置を変形し該充填用粉体収納装置の内容積を減容させる装置変形手段により昇圧されて粉体が該充填用粉体収納装置外に流出することを特徴とする前記（８）〜（１３）のいずれかに記載の粉体充填装置」により達成される。
【００２１】
また、上記課題は、本発明の（１５）「更に前記充填用粉体収納装置を振動させる振動手段が、該充填用粉体装置に設けられたことを特徴とする前記（８）に記載の粉体充填装置」により達成される。
【００２２】
また、上記課題は、本発明の（１６）「前記充填用粉体収納装置を振動させる振動手段が、前記送気ポンプの動力源により振動させられることを特徴とする前記（１１）に記載の粉体充填装置」により達成される。
【００２３】
また、上記課題は、本発明の（１７）「前記粉体が、平均体積粒径０．２μｍ〜２０μｍの静電潜像現像用トナーであることを特徴とする前記（８）〜（１６）のいずれかに記載の粉体充填装置」により達成される。
【００２４】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、充填ノズルの先端が、充填用容器内に滞留せる流動化された粉体により囲繞された状態、例えば充填ノズルの先端が、容器内に排出した粉体面より下になる位置で、該粉体を該容器内に充填する。流動化された粉体を得るため粉体を流動化する。
【００２５】
粉体を流動化し、例えばパイプによりニューマティック輸送することは、気体と粉体の混合により可能であることが良く知られている。しかし、流動化した直径２０μｍ以下の粉体、特に直径１０μｍ以下のトナーのような極微粉体を単に例えば容器中に排出するだけでは、粉体（粉塵）の飛散防止や充填後の脱気が不十分で、工場内の大型の設備では粉塵対策や脱気用の設備を追加して実施可能であっても、一般のオフィスなどの環境では、実用的ではない。
【００２６】
トナーのような極微粉体は、体積に対する表面積比が極めて大であるため通常は２次凝集していることが多いが、例えばアジテータ等により２次凝集が解かれた極微粉体は、極微粉化する前の塊状材質の比重にほとんど関係なく、表面状態のみが主に反映されて、気体中をブラウン運動し続け、したがってトナーのような極微粉体をニューマティック輸送した場合には、随伴する気体から極微粉体を自然沈降により分離するには一般的に途方もない長時間を要することが経験上知られている。
【００２７】
充填用容器内に滞留せる流動化された粉体により囲繞された状態、例えば充填ノズルにより容器内へ排出し、しかも充填ノズル先端の位置が、排出されて容器内に滞留せる粉体の上面よりも下である状態で充填することにより、粉体の飛散を避けつつ容器底部から徐々に上側に空気を追い出しながら排出できることが見い出された。粉体が高い流動性や拡散性、飛散性を有していても、充填される容器が細く狭い形状である場合には、反って粉体の容器外への飛散を避けつつ高速で高密度の充填が可能となる。しかも、空気を除去するためや粉塵を防止するための大がかりな装置を必要としないため、簡便で小型な装置で充填が可能である。
【００２８】
しかし、この場合には、容器に吐出された粉体中の空気を容器底部から徐々に上側に追い出しながら粉体の充填が行なわれるため、充填速度をより速めること、充填密度を高めることにはともに限界があり、また、粉塵の飛散を完全に抑えることは困難である。本発明によれば、これらはすべて解決することができる。
【００２９】
また、本発明においては、密閉構造の充填用粉体収納装置（粉体切出し装置）中の充填用粉体に気体を、均等に導入する手段により、流動化した後、充填用粉体収納装置（粉体切出し装置）内の圧力を調節、制御することにより粉体を充填用粉体収納装置外に移送して容器に充填することが好ましい。この気体の均等導入手段により、空気を緩やかに充填用粉体収納装置に導入して必要最小限度のしたがって粉体の例えばブラウン運動を低く抑えた流動化を達成することができる。流動化された後には粉体が高い流動性を有するため、充填用粉体収納装置内の圧力を外圧より僅かに高くするだけで、粉体を充填用粉体収納装置外に排出でき、移送路中を充填ノズル先端まで円滑にニューマティック輸送し、充填用容器中で余分な撹拌を伴うことなく充填することができる。
【００３０】
気体により粉体を流動化する際、充填用粉体収納装置の気体のみを用いるのでなく装置外から気体を導入する場合には、気体を均一に導入することが重要であり、そのためには、例えば焼結金属板、焼結樹脂板、目の細かい金網などの気体分配手段を通して気体を導入することが特に好ましい。流動化した粉体を排出し、容器に充填するときの開始および終了の制御は、充填用粉体収納装置内の圧力を調節することにより行うことができ、これは、例えば充填用粉体収納装置に設けた圧力調節弁によって行なうことができ、また、外部の加圧手段等によって補助することができる。また粉体充填操作中で充填用粉体収納装置内の圧力を変更し、粉体の流出状態を例えば粉体充填操作の最初と途中で変化させる圧力微調整を行うことができる。
【００３１】
本発明における加圧の程度は、上記のように、常圧より僅かに高い程度でよく、あまり高圧に加圧すると反って、容器内に滞留する微粉体雲による捕捉効果が損なわれることがある。容器中に滞留する微粉体雲の量や流動化済みの微粉体の充填態様にもよるが、一般的には加圧の程度は、２〜１５００ゲージヘクトｐａ、好ましくは３〜８００ゲージヘクトｐａ、より好ましくは１０〜５００ゲージヘクトｐａである。２ゲージヘクトｐａ未満の加圧では、充填に長時間を要する。
【００３２】
また、本発明は、粉体と気体とが封入され密閉された充填用粉体収納装置を揺り動かすことで流動化した後、充填用粉体収納装置内を加圧することができるが、装置内の加圧は、外部圧力により充填用粉体収納装置の内容積を減少させることにより行うことができ、例えば押しつぶして内容積を減容化し、粉体を装置外に排出して、充填ノズル先端までニューマティック輸送し、充填容器に充填する。この方法によれば、粉体を流動化するための装置が不要又は少なくとも小型化でき、排出するための手段を可能な限り省略できる。充填用粉体収納装置は、手で振ることができる大きさ、重さであってもよく、また、加圧空気導入用のポンプ動力により容易に振動又は揺動できる大きさ、重さであってもよい。充填用粉体収納装置は、小型化することにより、あらかじめ必要量を秤量しておくと、使い切りタイプの簡易充填機としても利用することができる。
【００３３】
さらに、本発明では、補助ノズルを充填ノズルとともに容器内に挿入することによって粉体の充填時に発生する浮遊粉塵空気を吸引除去し、また容器内に滞留した粉体の脱気を行なうようにしているので、一定範囲にある粉体を高密度で充填が行なえる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
［装置例１］
図１に、本発明の装置の一例の概要を示す。この例の粉体充填装置（１）は、通常密閉された充填用粉体収納装置（１０）、この粉体収納装置（１０）の下部フランジ（１１）に取付取外し自在に結合される接続用フランジ（１２）を上部に有し、粉体の流動層を形成するための空気の通気多孔板（３）（焼結金属板、焼結樹脂板、目の細かい金網など）を取外し自在に収納し、圧縮空気配管（１４）が取付取外し自在に嵌め込まれた気体導入手段としての空気ヘッダ（２）、閉鎖弁付粉体の投入口（４）、内部圧力の開放及び密封のための圧力安全弁（５）、圧力微調整用の圧力調節弁（６）、流動粉体輸送管（７）としてステンレス管、流動化された粉体の前記充填ノズルへの移送路としての取付取外し自在に接続されたウレタンチューブ（１３）、ウレタンチューブ（１３）に取付取外し自在に接続された充填ノズルとしてのステンレス製の充填管（８）、吸引によって気体分離、浮遊粉塵空気分離が行なえるステンレス製の二重管式補助ノズル（３０）から構成される。
【００３５】
空気ヘッダ（２）は充填用粉体収納装置（１０）内部の圧力の昇圧することができる程度の若干耐圧性のものであり、空気ヘッダ（２）には第３圧力計（ｐ３）が設けられる。空気ヘッダ（２）に接続する圧縮空気配管（１４）には順に、第１減圧弁（１９）、第２減圧弁（１８）、空気流量計（２０）が設けられ、第１減圧弁（１９）と第２減圧弁（１８）の間には第１圧力計（ｐ１）が、第２減圧弁（１８）と空気流量計（２０）の間には第２圧力計（ｐ２）がそれぞれ設けられている。またこの例の粉体充填装置における粉体充填用容器（９）としては、計測のため、５００ミリリットルのメスシリンダを用いたが、無論、実際には例えば樹脂製のトナー容器のような容器を好ましく用いることができる。
【００３６】
この例の装置においては、充填しようとする粉体を閉鎖弁付き粉体投入口（４）から充填用粉体収納装置（１０）内に投入し、内部圧力の開放及び密封のための圧力安全弁（５）を開放しておく。一方、圧力微調整用の圧力調節弁（６）の操作は人力または電磁弁などで自動化されても良い。その後粉体投入口（４）の圧力安全弁（５）を閉じ、気体導入手段としての加圧空気溜である空気ヘッダ（２）に気体を導入する。この気体の流入は圧力調整弁、流量調整弁としての第１減圧弁（１９）、第２減圧弁（１８）により調整されても良く装置が運転中は流入を継続する。
【００３７】
導入された気体は、通気多孔板（３）で均一に粉体中に分散され粉体を流動化する。先端が粉体容器の底面に密着しないよう斜めまたは一部突起を備えた粉体輸送管（１３）に連らなる充填ノズルとしての充填管（８）の先端を粉体充填用容器（９）の内部に挿入し圧力安全弁（５）を閉じると粉体はその流動化に使用した気体の圧力で充填用粉体収納装置（１０）内から粉体輸送管（１３）に押出され、先端を粉体充填用容器（９）の内部に挿入された充填管（８）の先端から粉体充填用容器（９）内に排出される。充填管（８）に平行して補助ノズル（３０）が粉体充填用容器（９）の内部に挿入されている。図３は補助ノズル（３０）と粉体充填用容器（９）との位置関係を示すものである。
【００３８】
この例の装置においては、充填の最初、特に、粉体充填用容器（９）の内部が完全に空である場合には、最初、充填用粉体収納装置（１０）の圧力調節弁（６）の開閉度を加減して、充填用粉体収納装置（１０）からの粉体移送速度を控え目にして、充填された流動性の粉体の粉体充填用容器（９）内部でのアバレ、拡散を避け、次に、容器（９）中に滞留する微粉体雲の量が、充填管（８）の先端から吐出される流動化済み粉体流をほぼ囲繞できる程度に増した後、圧力調節弁（６）をより開にして、充填操作を続けることができる。
【００３９】
充填管（８）は粉体充填用容器（９）の充填口上部に置かれ、粉体充填用容器（９）のセット後に粉体充填用容器（９）内部に自動的に挿入されても手動で挿入されても良い。そして、圧力安全弁（５）を開放することにより輸送力となっていた充填用粉体収納装置（１０）内の内圧がなくなり粉体の排出を停止できる。
【００４０】
粉体の輸送原動力となっている充填用粉体収納装置（１０）の内圧をすばやく上げるために、充填用粉体収納装置（１０）には流動のための圧縮空気導入口とは別の圧縮空気導入口が流動化した粉体の粉面以上の位置に設けられても良い。粉体充填用容器（９）内の充填管（８）は単純な配管としてもまた二重管としての外壁の一部を３０００メッシュ以上の細かい金属スクリーンまたは焼結プラスチック板で通気構造とし、内外壁間の圧力を空気インジェクション効果で減圧することにより、二重管外壁の通気構造を介し充填した粉体中の気体を抜き、粉体密度を更に上げても良い。
【００４１】
一方、補助ノズル（３０）も粉体充填用容器（９）の充填口上部に置かれ、粉体充填用容器（９）のセット後に粉体充填用容器（９）内部に自動的に挿入されても手動で挿入されてもよい。
補助ノズル（３０）は、請求項で規定するとおりの二重管構造となっており、粉体充填時に粉体充填用容器（９）の内部上方に生じた浮遊粉塵を吸引除去し、さらに粉体充填用容器（９）内に滞留した粉体に囲繞されて該粉体中の気体を吸引除去できるものであれば、構造等は任意に設定することができる。
このため、補助ノズル（３０）の１つの例としては、ステンレス管に或る径の孔があいていて、その廻りをまた或る径のメッシュで覆って、この二つの径で浮遊粉塵の吸引除去及び粉体中の気体の吸収除去が行えるものがあげられる。
【００４２】
図３は本発明に有用な補助ノズル（３０）の例を示している。この例では外径５ｍｍで内径４ｍｍの長尺のステンレス管製の内管（３１）の中央部が、外径７ｍｍで内径６ｍｍの長尺のステンレス製の外管（３２）内に収められて一部二重管状態とされている。内管（３１）はその先端が栓（３３）で塞がれており、容器（９）内に滞留せる粉体により囲繞されるところには気体分離手段として、前述した平均体積粒径０．２μｍ〜２０μｍの静電潜像現像用トナーの中である粒度分布を持つ充填されるトナーが阻止されるような直径を有する数μｍの複数の孔（３１ａ）が設けられ、また後端には図示されていない減圧装置につながる気体吸引口（３１ｂ）が設けられている。
外管（３２）はその先端が内管（３１）に接して塞がれており、気体分離手段３１ａより上方で浮遊粉塵が集まりやすいところには浮遊粉塵気体分離手段として前掲のとおり、充填されるトナーが阻止されような直径を有する数μｍの複数の孔（３２ａ）が設けられ、また後端には図示されていない減圧装置につながる気体吸引口（３２ｂ）が設けられている。
【００４３】
［装置例２］
図２には、本発明の装置の他の一例の概要が示される。この例の粉体充填装置（１）においては、軟質プラスチック等の可撓性材質で作成された充填用粉体収納装置（１０）、充填用粉体収納装置（１０）の下部フランジ（１１）に取付取外し自在に結合される接続用部材（１２）を上部に有し、粉体の流動層を形成するための空気の通気多孔板（３）（焼結金属板、焼結樹脂板、目の細かい金網など）を取外し自在に収納し、圧縮空気配管（１４）が取付取外し自在に嵌め込まれた気体導入手段としての空気ヘッダ（２）、閉鎖弁付粉体の投入口（４）、内部圧力の開放及び密封のための圧力安全弁（５）、圧力微調整用の圧力調節弁（６）、流動粉体輸送管（７）としてステンレス管、流動化された粉体の前記充填ノズルへの移送路としての取付取外し自在に接続されたウレタンチューブ（１３）、ウレタンチューブ（１３）に取付取外し自在に接続された充填ノズルとしてのステンレス製の充填管（８）、気体吸引管としての補助ノズル（３０）を有する。
【００４４】
但し、例１の装置と異なり、気体導入手段として、気体出口に逆止弁（２２）を有し小型電動機（Ｍ）により伸縮して空気ヘッダ（２）に空気を送る蛇腹構造のポンプ（２１）を有する。ポンプ（２１）は保持枠（２４）中に取外自在に固定されており、小型電動機（Ｍ）によりポンプ（２１）が伸縮すると、保持枠（２４）を介して充填用粉体収納装置（１０）が振動され、この振動により、充填用粉体収納装置（１０）中の粉体が気体で流動化される。
【００４５】
この例の装置においては、充填用粉体収納装置（１０）も空気ヘッダ（２）も加圧容器特有の肉厚材料で構成する必要がなく、装置全体の軽量化、小型化を一層促進することができ、小型電動機（Ｍ）のための動力線用プラグ（２５）を、例えば複写機に設けたコンセントに差し込むだけで、稼働させることができる。
【００４６】
［装置例３］
さらに、本発明においては、粉体と共に気体が充填され、一本の配管接続口がついた密閉容器で容器が人力で容易に変形するポリエチレンなどの軟質プラスチックで形成し、外部から圧力を加えて該プラスチック容器を変形させ、内圧を高めて配管接続口に接続されたウレタンチューブなどを得て粉体を充填容器の底部に導いても良い。または変形しない硬質プラスチック等の容器に少なくとも２本の配管接続口を設け、一本には０．２Ｍｐａ以下の圧縮空気を接続し、他の一本は粉体輸送管とし粉体をチューブを通して容器底部に導くようにしても良い。圧縮空気元としては通常のコンプレッサの他に、手動の例えば自転車の空気入れも代用できる。
【００４７】
【実施例】
以下、本発明を実施例により、更に詳細に説明する。
（実施例１）
図１に示される装置を作成するため、粉体を収納し、流動化する充填用粉体収納装置（１０）を直径２００ｍｍのアクリル樹脂製円筒で高さを５００ｍｍとし、その上下をステンレス製フランジで挟むように置き上下フランジ間を通しボルトで締結した。この円筒の下部に、粉体の流動層を形成する通気多孔板（３）として焼結樹脂製のパネル（商品名：フィルタレン）をアクリル円筒と下部フランジ間に挟む構造とした。粉体の均質で安定的な流動状態を維持するために、焼結樹脂板（商品名：フィルタレン）を用いた。通気多孔板としてはゴアテックス、焼結金属板などもあるが、焼結樹脂板フィルタレンからの空気流入が一番均一であったことが、フランジ間に多孔板を挟みフランジ上部に水を張った状態で通気した泡の発生の均一性から観察され、フィルタレンを使用した。
【００４８】
気体は空気に限らないが、実施例１ではオイルフリーで大気露点−１０℃の乾燥空気を用い、圧力は減圧して焼結樹脂板下部の空気溜に供給した。空気流量は空気流量計（２０）（商品名：フローセル流量計）を用いて２リッター毎分通気できるよう調整した。粉体は複写機用カラートナー（中心粒径６．８ミクロン、真比重１．２、タッピング嵩比重０．４８）を用いた。
アクリル円筒上部のステンレス製のフランジには閉鎖弁付け粉体の投入口（４）が開口し、更にアクリル円筒内の内圧を制御する手動の圧力調節弁（６）も設けた。
【００４９】
流動化のための充填用粉体収納装置（１０）と粉体充填用容器（９）内とに挿入したステンレス管（７）とステンレス製で先端ノズルを有する充填管（８）との間は内径６ｍｍのウレタン製チューブ（１３）を用いて接続し、粉体充填用容器（９）としてはここでは充填中の粉体の動きを知り且つ計測するために透明の５００ミリリッターメスシリンダーを用いた。
充填ノズル（８）の先端の高さは容器であるメスシリンダーの底部を０とし０．１ｍｍから２５５ｍｍの範囲で任意の高さを保つよう支持した。
【００５０】
粉体充填用容器（９）内に充填ノズル（８）と平行にステンレス製の補助ノズル（３０）を挿入した。補助ノズル（３０）の内管（３１）は内径４ｍｍ、外径５ｍｍで長さが６００ｍｍであり、先端は栓（３３）によって塞がれている。この先端から１００ｍｍまでのところには直径０．２μｍの孔（３１ａ）が多数設けられて気体分離手段を形成しており、後端は図示されていない吸引装置につながる気体吸引口（３１ｂ）が形成されている。
補助ノズル（３０）の外管（３２）は内径６ｍｍ、外径８ｍｍで長さが４３０ｍｍであり、その先端が内管（３１）の先端から１１５ｍｍ離れた位置のところに設けられており、外管（３２）の先端は内管（３１）の外壁に接している。この外管はその先端から５０ｍｍまでのところには直径０．５μｍの孔（３２ａ）が多数設けられて浮遊粉塵気体分離手段を形成しており、後端は図示されていない吸引装置につながる気体吸引口（３２ｂ）が形成されている。
【００５１】
充填ノズルから粉体の充填が始まったときから充填終了までの間は、少なくとも浮遊粉塵空気分離手段（３２ｂ）からの吸引が行なわれる。空気分離手段（３１）による吸引は、充填ノズル（３０）から粉体の充填が始まった時又はその途中から充填終了後もしばらくの間行なうか、あるいは粉体充填中は行なわず充填終了後から行なう。これにより、容器（９）中に充填された粉体は良好に脱気されるので、高密度充填が達成される。
流動化圧力として空気溜への気体圧力を１０Ｋｐａと２０Ｋｐａ、充填ノズルを内径３ｍｍと６ｍｍのものを用意し、充填量は体積で５００ｃｃ（メスシリンダー上限）とし、充填ノズル（８）及び補助ノズル（３０）を抜いた後の充填重量から充填後の見かけ比重を算出出来るようにした。
粉塵測定には、シバタサイエンステクノロジー社製デジタルダストインジケーターＰ−５を用いた。なお、充填開始前の粉塵カウント数は１４カウント毎分であった。
【００５２】
流動容器から５００ｃｃメスシリンダーへの粉体の排出は圧縮空気配管（１４）が接続された空気ヘッダ（２）に圧縮空気を通したまま流動化のための充填用粉体収納装置（１０）の上部フランジ（１２）の手動開閉の圧力調節弁（６）を閉じると流動化装置（１０）内の圧力が上がり、この圧力で流動化装置（１０）内の流動粉体が流動化装置（１０）内のノズル状ステンレス製パイプ（７）、ウレタンチューブ（１３）、充填用容器（９）内のステンレス製ノズル（８）を通って充填容器（９）下部に排出された。
【００５３】
粉塵の飛散状態を調べる為に、充填口裏側に白紙を置き目視にて観察した。補助ノズルを用いなかった場合は、容器口よりトナーが浮遊状態で飛散しているのが確認されたのに対し、充填ノズル位置を容器底部から３０ｍｍに支持し充填した時は、トナーが補助ノズルに吸引され容器口からのトナーの浮遊及び飛散は減少していた。
【００５４】
浮遊粉塵空気分離手段によりトナーが吸引され容器口からトナーが浮遊及び飛散する事は無くなっていた。
トナー充填ボトル製品を２００本充填後も、トナー飛散による周囲汚れの発生は無かった。
一方、補助ノズルを設けた以外は上記と同時にして充填用容器（９）への粉体の充填を行なった。ここで、補助ノズルの先端位置を充填ノズル（８）の先端位置と同じにし、充填ノズル（８）からの粉体の吐出と同時に浮遊粉塵空気分離手段による吸引を行なった。結果は、同様な嵩比重が得られるとともに、粉塵濃度は経時においてほぼ一定していた。
【００５５】
【発明の効果】
以上、詳細かつ具体的な説明から明らかなように、本発明により、粉体中に均一に気体を導入し最少の気体量で制御された粉体の流動状態を得て、小口径充填容器や複雑な形状の充填容器の奥または底部に浮遊粉塵を除去しながら流動粉体を流入し、容器内で充填ノズルから容器開口間の粉体の層により充填後の粉体から脱気させ、簡単に高密度、無粉塵で充填できる方法を提供でき、さらに、誰でも、どんな場所でも充填できるように、小型で持ち運びができ、操作が簡単である充填機を提供することができるという極めて優れた効果を奏するものである。また、従来においては容器内へトナーを充填したとき、容器開口からトナーの浮遊及び飛散を追加の集塵機等を活用し、容器開口近傍に集塵ホースを設置することで粉塵の飛散を抑制していたが、本発明によれば、浮遊粉塵空気分離手段（上部）によりトナーの浮遊及び飛散が無くなるため、追加の集塵機等を設置する必要がなくなり、装置構造が簡単で装置コストの制御が可能という著しい効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における粉体流動化装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明における粉体流動化装置の他の一例を示す概略図である。
【図３】本発明における粉体流動化装置で用いられる補助ノズルの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 粉体充填装置
２ 空気ヘッダ
３ 通気多孔板
４ 閉鎖弁付粉体の投入口
５ 圧力安全弁
５ａ 開閉弁
６ 圧力調節弁
７ 流動粉体輸送管
８ 充填管
９ 粉体充填用容器
１０ 充填用粉体収納装置
１１ 下部フランジ
１２ 接続用フランジ
１３ ウレタンチューブ
１４ 圧縮空気配管
１８ 第２減圧弁
１９ 第１減圧弁
２０ 空気流量計
２１ ポンプ
２２ 逆止弁
２４ 保持枠
２５ 動力線用プラグ
３０ 補助ノズル
３１ 内管
３１ａ 孔（気体分離手段）
３１ｂ 気体吸引口
３２ 外管
３２ａ 孔（浮遊粉塵気体分離手段）
３２ｂ 気体吸引口
３３ 栓
Ｍ 小型電動機
ｐ１ 第１圧力計
ｐ２ 第２圧力計
ｐ３ 第３圧力計
ｐ４ 第４圧力計

Claims (17)

1. 粉体充填容器内に充填ノズルとともに、下方に気体分離手段及び該気体分離手段の上方に浮遊粉塵気体分離手段を有する補助ノズルを挿入し、気体により流動化された粉体を該容器内に吐出して充填する該充填ノズルの吐出開口部が、該容器内に滞留せる該粉体により囲繞された状態で該粉体を該容器内に充填し、この粉体の充填が行なわれている間は該補助ノズルの浮遊粉塵気体分離手段によって、該充填操作で該容器内上方に生じた浮遊粉塵気体を吸引除去し、及び、この粉体の充填が行なわれている間又は充填終了後に、該補助ノズルの気体分離手段によって、該気体分離手段が該容器内に滞留した該粉体により囲繞された状態で該粉体中の気体を吸引して、該充填された粉体の密度を高めることよりなる容器への粉体充填方法において、前記補助ノズルとして、その先端部分が外管と内管よりなる二重管構造となっており、前記外管はその先端部分が前記内管に接して塞がれた構造となっており、前記外管にはトナーの直径より小さい複数の孔が設けられており、これにより容器内の粉体が充填されていない領域内の気体を吸引し、前記内管にはトナーの直径より小さい複数の孔が設けられており、これにより充填された粉体層中の気体を吸引することを特徴とする容器への粉体充填方法。
2. 充填用粉体及び気体を収納せる密閉構造の充填用粉体収納装置中の該粉体を気体により流動化した後、該流動化された粉体を該充填用粉体収納装置から前記充填ノズルまで移送することを特徴とする請求項１に記載の粉体充填方法。
3. 前記充填用粉体収納装置内への追加気体の導入により、前記粉体の流動化が行なわれることを特徴とする請求項２に記載の粉体充填方法。
4. 前記充填用粉体収納装置が振動されることにより、前記気体による粉体の流動化が行なわれることを特徴とする請求項２又は３に記載の粉体充填方法。
5. 前記粉体の前記充填用粉体収納装置から前記充填ノズルまで移送が、前記充填用粉体収納装置内の圧力を昇圧することにより行なわれることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の粉体充填方法。
6. 前記粉体の前記充填用粉体収納装置から前記充填ノズルまでの移送が、該充填用粉体収納装置に外部圧力を加えて該充填用粉体収納装置の内容積を減容させることにより行なわれることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の粉体充填方法。
7. 前記粉体が、平均体積粒径０．２μｍ〜２０μｍの静電潜像現像用トナーであることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の粉体充填方法。
8. 少なくとも粉体充填用容器内に滞留せる流動化された粉体により吐出開口部が囲繞される位置に挿入される充填ノズル、該滞留せる流動化された粉体により囲繞される位置に気体分離手段及び該気体分離手段の上方に浮遊粉塵気体分離手段を有する補助ノズル、粉体流動化のための気体導入手段、及び、密閉可能な充填用粉体収納装置を具備し、流動化された粉体の移送路を該充填ノズルと充填用粉体収納装置との間に設けた粉体充填装置において、前記補助ノズルはその先端部分で外管と内管よりなる二重管構造となっており、前記外管はその先端部分が前記内管に接して塞がれた構造となっており、前記外管にはトナーの直径より小さい複数の孔が設けられており、これにより容器内の粉体が充填されていない領域内の気体を吸引し、前記内管にはトナーの直径より小さい複数の孔が設けられていることを特徴とする粉体充填装置。
9. 更に内部圧力の圧力調節弁を前記充填用粉体収納装置に設けたことを特徴とする請求項８に記載の粉体充填装置。
10. 前記粉体流動化のための気体導入手段が、気体を前記充填用粉体収納装置に送出可能に収納せる圧力容器であることを特徴とする請求項８に記載の粉体充填装置。
11. 前記粉体流動化のための気体導入手段が、逆止弁付きの送気ポンプであることを特徴とする請求項１０に記載の粉体充填装置。
12. 前記充填用粉体収納装置が、更に前記粉体流動化のための気体導入手段との間に、更に気体を該充填用粉体収納装置内に均一に導入するための気体分配手段を有することを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の粉体充填装置。
13. 更に内部圧力の開放及び密封のための圧力安全弁を前記充填用粉体収納装置に設けたことを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の粉体充填装置。
14. 前記充填用粉体収納装置の内部圧力が、外部圧力を加えて該充填用粉体収納装置を変形し該充填用粉体収納装置の内容積を減容させる装置変形手段により昇圧されて粉体が該充填用粉体収納装置外に流出することを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の粉体充填装置。
15. 更に前記充填用粉体収納装置を振動させる振動手段が、該充填用粉体装置に設けられたことを特徴とする請求項８に記載の粉体充填装置。
16. 前記充填用粉体収納装置を振動させる振動手段が、前記送気ポンプの動力源により振動させられることを特徴とする請求項１１に記載の粉体充填装置。
17. 前記粉体が、平均体積粒径０．２μｍ〜２０μｍの静電潜像現像用トナーであることを特徴とする請求項８乃至請求項１６のいずれかに記載の粉体充填装置。

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