JP4491247B2 - 粉体の充填方法、充填装置及び粉体充填用ノズル - Google Patents
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これらの充填方式によって容器内に収納された直後には、粉体間には多量の空気が含まれ、容器内に高密度状態で多量の粉体を短時間で収納するのに、容器内に先端が粉体内に埋没するように吸引管を挿入して、脱気することが行なわれている(例えば、特許文献3参照。)。
しかしながら、前記のオーガー式によると、オーガーの回転によってトナー粉を加圧することになるために、トナー粉の外添剤が表面から脱離あるいは遊離し、さらにトナー粉中に埋没し、流動性を高めるという外添剤の本来の機能を軽減あるいは消失させてしまう問題が生じている。
また、特に複雑な構造の現像部に直接トナーを補給すると、充填状態が均一でなく空隙ができてしまうことがあったりして、得られる画像は品質の悪いものになる。
この提案内容は、オーガー式のような攪拌と落下によって充填装置から粉体を容器に収納するやり方とは異なり、粉体流動化装置内で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た後、加圧によって流動化状態のまま、粉体流動化装置と離間して設置された容器に流入させ、充填することを骨子とするものである。
以下に、この提案内容を図1および図2に例示する粉体充填装置に基づいて説明する。なお、図1および図2において、同一符号番号に対応するものは同一の意味を持つものとする。
該充填用粉体流動化装置(10)内には、予め粉体導出管(24)が挿入され、粉体導出管の一方の先端は流動粉体輸送管(12)に連らなり、該流動粉体輸送管(12)の他方先端は充填ノズルとしての充填管(17)に連らなっている。
さらに該流動粉体輸送管(12)の他方先端は、充填ノズルとしての充填管(17)に連らなっている。該充填管(17)の流動粉体輸送管(12)に連らない他方先端は、粉体容器(18)の底面に密着しないように、粉体充填用容器(18)の内部に挿入されている。
粉体投入後、圧力開放弁(13)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(3)に通気管(7)から気体を導入する。この気体の流入は圧力調整、流量調整としての第1減圧弁(25)、第2減圧弁(26)によって調整されても良く、装置が運転中は流入を継続する。
導入された気体は、通気多孔板(2)を通して、均一に粉体中に分散されて、粉体を流動化する。
流動化した粉体は、圧力開放弁(13)が閉じた状態で、その流動化に使用した気体の圧力で充填用粉体流動化装置(10)内から粉体輸送管(12)に押出され、先端を粉体充填用容器(18)の内部に挿入された管状の充填ノズル(17)の先端から粉体充填用容器(18)内に排出される。
流動粉体輸送管(12)は、可撓性の材質のものを用いることができ、しかもその長さは機能を発揮しさえすれば限定されないので、粉体流動化装置(10)と充填用容器(18)とは離間して配置することができる。
この新規な粉体充填方式によると、粉体流動化装置内で流動化された粉体が、流動化し加圧されているがために極めて高速で輸送管を通って容器内に勢い良く流れ込み、容器に粉体と気体が直ぐに充満しやすいために、複数の容器の1つ1つに所望量の粉体を順次充填していくには、1つの容器に所望量の粉体が充填されたら瞬時にその流入を止めて、すなわち切れ良く止めることができて、また送流を再開して次の容器に充填できるように、制御できる方法が重要な技術的事項となる。この制御が十分できないと、粉体が充填装置周辺に霧散するなどして、作業汚れとなってしまう。
さらに、本発明者等は、容器内に挿入する充填ノズルの先端部に、バルブあるいはシャッター等の機械的な停止手段を設けて制御手段としたが、充填作業を繰り返し行なうにつれて、粉体の凝集体が形成されることがあって、所期の制御が十分行なわれないことを確認した。これは、機械的手段によって粉体が加圧されるためではないかと考えられる。
さらに本発明の課題は、新規な粉体充填方式に用いられ、粉体を変質させずに、容器への粉体の流入を瞬時に停止させることができ、しかも所望量の粉体を高密度状態で容器に充填可能な充填方法とその装置およびそれに用いる充填ノズルを提供することである。
特に、電子写真画像形成装置を用いて画像形成を行う際に、現像に供されるトナーを各種収納容器等に充填する際に発生する上記問題を解決可能とする充填ノズルを提供することである。
まず、本発明の充填ノズルの概略を説明する。
本発明の流動化状態の粉体を容器に充填するために用いられるノズルは、管状体内を粉体と共に送流する気体を、該管状体に具備される気体分離手段によって、該粉体から気体を分離し粉体からなるブリッヂを管状体内に形成して、管状体からの粉体の送流を停止する機能を有するものである。
通常、流動化状態の粉体は、勢い良く送流されるため、充填作業においては、容器に所望量の粉体が供給されたらノズルから粉体が排出されるのを瞬時に停止させる必要がある。
前記の機能を有する本発明の充填ノズルによると、特に電子写真用トナー粉体にとって、機械的な圧力がかからないために、画質低下の一因となるその外添剤の脱離とか凝集体の生成等を発生させずに、流動化状態で送流される粉体を瞬時に停止することができ、効率的に、かつ充填量が精度良く制御可能な状態で充填作業を進めることができる。
1つは、径の大きさの違う2本の管状体を用い、小さい管状体(第1管状体という)を大きな管状体(第2管状体という)内に挿入して端部で固定された二重管構造のものであって、該第1管状体として、流動化状態の粉体を一方の開口から他方の開口に送流し容器内に排出する機能を有すると共に、その排出側先端部近傍の管壁一部周囲に貫通孔が設けられ、その貫通孔に、気体と粉体からなる流動粉体から気体を分離する気体分離手段、すなわちフィルターを設け、第2管状体には、外部の気体吸引手段(第1気体吸引手段という)に連なる気体排出口(第1気体排出口という)が設けられたもの(二重管構造の充填ノズルの第1の例という)が用いられる。
このように本発明の充填ノズルを用いて粉体群からなる「栓」状態を形成しても、粉体粒子の特性に悪影響はなく、またトナー粉については凝集体を形成したり外添剤の脱離など起さずに、充填作業を進めることができる。
すなわち、図1および図2において、粉体流動化装置(10)によって流動化され加圧されて排出される粉体は、気体と共に流動粉体輸送管(12)内を通り、充填ノズルの第1管状体内を送流して、粉体容器(18)に排出される。
この場合、充填ノズルを構成する第1管状体の一方の開口部は、流動粉体輸送管(12)に連結され、また他方の開口部が粉体容器(18)の底部近傍に位置するように、充填ノズルが設置される。
第1管状体内から粉体容器(18)内に粉体ばかりでなく気体も排出されて、粉体と気体が混じりあった状態となっているため、排出された粉体は容器内で極めて低密度の充填状態となっている。
粉体が電子写真画像形成用のトナー粉である場合を例にとると、トナー粉を充填した容器製品の運送効率性のために、あるいは容器を可能な限り交換しないで多数枚の画像をとるためには、1つの容器に可能な限り多量の粉体を充填する必要があるが、一方でトナー粉の品質の変化を起さないで画像形成毎に容器からトナー粉がスムースに排出できるような密度状態で充填されることも通常要求されている。
粉体容器内における粉体が、このような状態の「高密度」を形成されるように充填されるには、容器内の粉体間に存在する気体を排出する作業(脱気作業)が通常行なわれるが、本発明の二重管構造タイプの充填ノズルを用いる場合には、別途準備する気体吸引ノズルを併用して、その吸引口を粉体内に囲繞状態に設置して脱気作業が行われる。
この粉体排出の停止は瞬時に行なわれるが、第1気体吸引手段による吸引程度を調節することによって、粉体の排出量と排出程度を調節することができる。
所望量かつ所望密度状態の粉体が充填されたら、別の容器に取り替えた後、粉体排出の停止を解除して、充填作業を継続する。
このような充填方式は、多数の粉体容器に連続的に行なう自動化工場において適用可能であるが、またサービスマンが顧客の画像形成装置の現像部にトナー粉を直接充填するような個別に行なう場合にも適用可能であり、その応用については制限されない。
このような条件に合致しない容器に、先述の新規な充填方式によって流動化粉体を充填するために用いる充填ノズルの具体例として、三重管構造の充填ノズルについて以下に説明する。
三重管構造の充填ノズルにおける第1管状体と第2管状体の機能は、二重管構造の充填ノズルの場合と同じである。
該三重管構造の充填ノズルは、一方の端部の第1管状体開口部を流動粉体輸送管に連結し、かつ他方の端部の第3管状体のフイルター部が粉体に囲繞されるように設置される。
このように、二重管構造の充填ノズルを用いた場合と同様にして、粉体が粉体容器に高密度状態で充填される。
図3は、二重管構造の充填ノズルの第1の例を説明する断面図である。
第1管状体(30)の粉体が排出する開口部(b)近傍に、貫通孔(33)が設けられ、該貫通孔(33)を覆うように第1管状体(30)周囲にフイルタ材料が巻かれ、トナー平均体積粒径10μm以下に対応するメッシュ度、例えば3500メッシュ金属メッシュ、燒結ガラスフイルタのフイルタ部(32)が形成されている。
第1管状体(30)の外径は第2管状体(31)の内径よりも小さいものであって、第1管状体(30)が第2管状体(31)に挿入され設置され、2つの管状体に間に空間部(d)を形成し、第2管状体(31)の両端部で第1管状体(1)と固定部材(35)(36)によって固定されかつその部位で空間部(d)が封止される。
第1管状体(30)の粉体が流入する開口部(a)側にある、第2管状体(31)の端部近傍には、外部の第1気体吸入手段に連なる気体排出口(34)が設けられてある。
第1気体吸入手段による気体吸引圧としては、−10〜−60kPaが好ましく、さらに−30〜−45kPaであることがよりが好ましい。
また、第1管状体(30)中を粉体の嵩密度が0.1〜0.2程度になるように、内圧と送流速度を調整して、粉体を送流することが好ましいが、一方栓状態が形成された粉体の嵩密度が0.4〜0.5程度になるように、第1気体吸入手段によって吸引することが、粉体が品質を低下させずかつ送流を瞬時に停止させるために、特に好ましい。
該二重管構造の充填ノズルの変形例の特徴は、第1管状体として貫通孔が先端部近傍部のみに設けられたものを用い、また、第2管状体として該貫通孔上に設けられる、気体と粉体からなる流動粉体から気体を分離する分離手段としてのフィルター部分のみを取り囲み得るような、長さの短いものを用いることにある。
すなわち図4において、貫通孔(33)は第1管状体(30)の粉体が排出する開口部(b)近傍に設けられ、フイルタ部(32)は該貫通孔(33)を覆うように第1管状体(30)周囲に巻かれ、また、第2管状体(31)は、第1管状体(30)を巻くフイルタ部(32)の幅よりも多少長いが、第1管状体(30)よりかなり短いものが用いられ、第1管状体(30)の先端部近傍に固定部材(36)によって固定されかつその部位で空間部(d)が封止されている。
以上説明した点を除いては、第1の例の上記充填ノズルを構成する各条件が用いられ、第1の例の上記充填ノズルの場合と同様に、気体排出口(34)に繋がる外部の第1気体吸入手段を稼働させて、第1管状体(30)内の粉体の送流を瞬時に停止し、流動化された粉体を第1管状体(30)の開口部(a)から排出して粉体充填用容器内に充填する。
二重管構造の変形例の充填ノズルは、第1の例の上記充填ノズルと同じ作用効果を有するものであるが、さらに、図4から明らかなように、第1管状体(30)と第2管状体(31)との間に形成される空間(d)が気体溜まり室となって渦状の気体流を形成するために、瞬時の粉体送流停止効果を向上させ、さらに気体排出口(34)が貫通孔(33)上の極めて近くに位置するために、この効果を一層高めることができ、また、第1の上記充填ノズルよりもコンパクトであるために使用勝手が良いという利点を有するものである。
三重管構造の充填ノズルは、第2管状体(31)より長くかつより太い第3管状体(37)が用いられ、前記二重管構造の充填ノズルを第3管状体(37)に挿入され設置された構造であって、第2管状体(31)と第3管状体(37)の間に空間部(e)を形成し、第3管状体(37)の両端部で第2管状体(31)と固定部材(41)、(42)によって固定されかつその部位で空間部(e)が封止されたものである。
第1管状体(30)の粉体が排出する開口部(b)側にある、第3管状体(37)の端部近傍には、複数の貫通孔(38)が設けられ、該貫通孔(38)を覆うように第3管状体(37)周囲にフイルタ材料が巻かれてフイルタ部(39)が形成されている。
第1管状体(30)の粉体が流入する開口部(a)側にある、第3管状体(37)の端部近傍には、外部の第2気体吸入手段に連なる気体排出口(40)が設けられてある。
三重管構造の充填ノズルを構成する第1管状体(30)と第2管状体(31)の機能と構成は、二重管構造の充填ノズルの場合と同じである。
第2気体吸入手段による気体吸引圧としては、−10〜−60kPaが好ましく、さらに−20〜−35kPaであることがよりが好ましい。
それぞれの管状体としては、通常長尺のパイプ型のものが用いられ、ステンレス、チタン、アルミニウムなどのような金属製でもプラスチック製でも適用可能である。
それぞれの管状体の長さは、限定的でないが、第1管状体が一番長く、次に第2管状体、そして一番短い第3管状体が、充填ノズルの機能性と加工性に面から通常好ましく用いられる。
それぞれの管状体の太さも、狙いとする機能が発揮しさえすれば、特に限定的でないが、例えば第1管状体の外径について言えば、4〜20mmが好ましい。
特に、第1管状体、第2管状体および第3管状体のそれぞれの長さと太さおよび管状体の間に形成される空間巾は、本発明の充填ノズルの機能を発揮させるために重要な要素であり、次のような条件(1)〜(5)を同時に満足するものであることが好ましい。
(1)第1管状体の長さ/第1管状体の外径;65〜85
(2)第2管状体の長さ/第2管状体の外径;55〜75
(3)第3管状体の長さ/第3管状体の外径;40〜46
(4)第2管状体の内径/第1管状体の外径;1.05〜1.3
(5)第3管状体の内径/第2管状体の外径;1.08〜1.5
このフィルター部の設置箇所を示す「近傍」とは、第1管状体内の粉体流の停止機能が十分発揮するためには、末端でない方が好ましいことを意味しており、排出口から5〜25mm程度の位置に設けることが好ましい。
またこのフィルター部の幅としては、第1充填管の粉体排出開口内径の0.3倍以上が好ましく、4〜20mm程度であることが好ましい。
その1つは、図3、図4および図5に示されるように、第1管状体のフィルター部となる、粉体排出口となる一端部近傍に複数の貫通孔を設け、貫通孔が設けられた第1管状体部周囲を覆うようにフィルター材料を巻いて、フィルター部とするやり方である。
この第1管状体自体に貫通孔を設けるやり方は、ノズルの腰の強さ、フィルター材料を巻くための加工性および真直ぐなノズルが形成できることによる操作性等を狙いとしたものである。
該貫通孔の大きさは制限されないが、第1管状体の内径の2/3以下であることが好ましく、また管状体の長さ方向に2個以上一列に設けることが好ましく、さらにこのような2個以上の列を2列以上設けることが好ましい。
フィルター材料として、メッシュを選定することが重要であり、またメッシュの大きさの違うフィルター材料を2種類以上積層したものを使用することができる。この積層体は外側を粗いメッシュで内側を細かいメッシュのフィルタであることが好ましい。また、この積層体は、腰が弱い欠点を有する前記の後者のやり方に、特に好ましく適用できるものである。
また、特に綾畳織のフィルタは、平畳織のフィルタよりも、微細なろ過粒度を有しかつ表面平滑度が高く緻密であるため、本発明に用いられる気体を通すが粉体を通さないフィルター材料として最も好ましいものである。
また、第1管状体と第2管状体とに形成される空間巾が狭いことを考慮して、フィルタ材料の特に厚さを選定することが好ましい。
このフィルター部の設置箇所を示す「近傍」とは、粉体容器内の気体を吸入する機能が十分発揮するためには、末端でない方が好ましいことを意味しており、排出口側先端から5〜15mm程度の位置に設けることが好ましく、またこのフィルター部の幅は、多量の気体を排出する必要があるために第1管状体のフィルター部の幅より広いことが好ましく、50〜150mm程度であることが好ましい。
第1管状体と違って、フィルター部を、管状体自体に貫通孔を設けて形成するやり方に従う場合、貫通孔はその径が第3管状体の内径の2/3以下であることが好ましく、また管状体の長さ方向に4個以上一列に設けることが好ましく、さらにこのような4個以上の列を2列以上設けることが好ましい。
また、この気体排出口の口径についても、双方ともに特に限定的でないが、4〜7mm程度であることが好ましい。
第1管状体の端部近傍と第2管状体の端部との間に形成される空間、および第2管状体の端部近傍と第3管状体の端部との間に形成される空間を、固定しかつ気体が漏れるのを防止するための固定部材としては、リング状の固定部材、接着材、ハンダ等が用いられる。
図示していない二重管構造の充填ノズルが取付けられた本発明の粉体充填装置の場合には、別途気体吸引ノズルを用意し、また粉体容器として2つのノズルを別々に挿入できる2つの挿入口が設けられたもの、あるいは2つのノズルが纏めて挿入可能な広めの挿入口を設けたものが用いられる。
なお、図1および図2に記載される粉体充填装置において、同一符号番号に対応するものは同一の意味を持つものとする。
該充填管(17)の流動粉体輸送管(12)に連らない側の先端は、粉体容器(18)の底面に密着しないように、粉体充填用容器(18)の内部に挿入されている。
粉体投入後、圧力開放弁(13)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(3)に通気管(7)から気体を導入する。この気体の流入は圧力調整、流量調整としての第1減圧弁(25)、第2減圧弁(26)によって調整されても良く、装置が運転中は流入を継続する。
導入された気体は、通気多孔板(2)を通して、均一に粉体中に分散されて、
粉体を流動化する。
流動化した粉体は、圧力開放弁(13)が閉じた状態で、その流動化に使用した気体の圧力で充填用粉体流動化装置(10)内から粉体輸送管(12)に押出され、先端を粉体充填用容器(18)の内部に挿入された管状の本発明の充填ノズル(17)の先端から粉体充填用容器(18)内に排出される。
充填ノズル(17)の先端は、粉体容器の底面に密着しないように挿入される。
通気管(7)は、可撓性の材質のものを用いることができ、しかもその長さは機能を発揮しさえすれば限定されないので、粉体流動化装置(10)と充填用容器(18)とは離間して配置することができる。
容器内には粉体と共に排出される多量の気体が排出され、容器内は粉体と気体とが混ざり合った下層部分と、ほぼ気体のみの上層部分とに分かれる。
この上層部分の気体を排出するために、粉体充填用容器(18)の口部に取付ける蓋部材に少なくとも粉体−気体分離篩(通気多孔板)(16)が用いられ、この通気孔から上層部分の気体が排出されて、容器内の圧力が調節される。
二重管構造の充填ノズルの場合には、例えば特許文献4に記載されているような、容器内の粉体中に挿入された気体吸引ノズルを用い、第2気体吸引手段の稼働によって脱気が行なわれる。
また、蓋部材を該前記流動粉体輸送管と前記充填ノズルとの連結部近傍に、前記充填ノズルが前記穴に挿入された状態で固定しておいて、容器を蓋部材に取付け、粉体充填後に容器を取り替え、多数の容器に順次粉体を充填することも、本発明の充填装置を用いた1つのやり方である。
そして、図示していないが、三重管構造の充填ノズルを構成する第1管状体に連なる第1気体吸引手段を稼働させて、第1管状体中の粉体の送流を停止し、容器内への粉体の排出を停止できる。
この粉体排出の停止は、充填用粉体流動化装置(10)の圧力開放弁(13)の開放と前記気体吸引手段の稼働とを並行して行なうこともでき、圧力開放弁(13)を多少開放することによって、粉体の輸送力となっていた充填用粉体流動化装置(10)内の内圧を減じると、粉体送流停止を効果的に行なうことができる。
しかしながら、通常の電力エネルギーのみに頼ると、環境に対する負荷を低減させる目的には100Vを使用しても200Vを使用した場合と大差がない。
本発明においては、上記の利点を活かすために粉体充填装置を稼動させるための動力源として自然エネルギーを好ましく用いることができる。
本発明でいう電力エネルギーとは、所謂電力会社から送電線によって事務所、家庭等に送られてくる電力を意味する。一方、自然エネルギーとは電力会社でつくられる電力以外のもので自家で作られる電力を意味しており、具体的には、太陽光エネルギー(太陽熱発電システム)、風力エネルギー(風力発熱システム)、地熱エネルギーによって得られる電力を指している。
特に、入手が容易な太陽光エネルギー及び風力エネルギーが好ましく用いられる。
太陽光エネルギーの電気エネルギーへの変換には、例えばケイ素などのp型半導体とn型半導体の接合部に太陽からの光を照射して、直流の電気エネルギーを得る太陽電池が有効に用いられる。
また、風力エネルギーの電気エネルギーへの変換は、例えば1〜3枚程度の羽根を風力によって回転させ、この回転をN極、S極の間に配置されたコイルの回転に伝達することによって直流または交流の電流を得るというものである。
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。
また、この粉体充填装置に適用される粉体充填用容器(18)としては、特に限定されず、例えば電子写真画像形成用の容器について言えば、ポリエチレン、ポリエステル等の樹脂製でボトルタイプあるいはカートリッジタイプのものを好ましく用いることができ、形状は、円筒形、多角形、その他異形等様々であり、円筒形容器を例にとると、直径が10〜300mm程度で長さが50〜2000mm程度のものが用いられる。
実験に用いる粉体充填装置と粉体充填用容器
粉体充填装置については、図1および図2に示される粉体充填装置(1)に基づいて説明する。
粉体流動化装置(10)として、容量が200リットルのほぼ円筒形で、底部には、樹脂製の空孔径10μm、気孔率30%、厚さ5mmの板状体の多孔質材料からなる通気多孔板(2)を設置されたものを用意し、該粉体流動化装置(10)に設けた粉体導出管(24)と二重管構造の充填ノズルの一端部とが流動粉体輸送管(12)を介して連結させ、さらに該充填ノズルは、樹脂製の通気多孔板(16)からなる蓋部材に設けた穴を通して、粉体収納容器(18)内に挿入設置されている。
トナー粉体の充填用容器としては、内容積が約1560cc、直径が約100mm、長さが約200mmおよび充填ノズルが挿入される開口部の径が約20mmのポリエステル樹脂製のものを用いる。
トナー粉体として、リコーカラーレーザープリンター用タイプ8000トナー(平均体積粒径;7μm.比重;1.2)を準備し、粉体流動化装置(10)に装着された粉体投入口(11)から粉体流速調節弁(15)を調節しながら、60kgの前記トナー粉体を粉体流動化装置(10)に投入した。
次に粉体流動化装置(10)の粉体投入口(11)近傍に設けた圧力開放弁(13)を調節して、圧縮空気源から第1減圧弁(25)及び第2減圧弁(26)の2段の減圧弁を介して送気圧を調節しながら、空気ヘッダ(3)に毎分30リットルの割合で5分間送気して、粉体流動化装置(10)中におけるトナー粉体雲の粉体層と空気層とをバランスさせ、上部粉体面を静止させて、トナー粉体の流動化状態を形成した。
この後の作業については、下記(3)および(6)に説明する。
この本発明の充填ノズルを用いて、前記(2)のようにトナー粉体を粉体容器に排出し、充填用容器(18)は秤(ロードセル・6kgf)によって予め重量が計測されていて、排出トナー粉体が所定の重量に到達したときに、気体吸引手段を吸引圧力がー20kPaになるように稼働させると、空気が排出されると同時にノズルの出口が閉じ、瞬時にトナーの排出を停止することができた。
この二重管構造のノズルを構成する第1管状体(30)として、長さ約400mm、内径6mmおよび外径7mmのステンレスパイプであって、その一端部から12mmの位置とそれより5mmの位置に、さらに同様に交差方向の位置に、合計8箇所にそれぞれ直径3mmの貫通孔(33)を設けたものを用意し、その貫通孔を覆うようにその周りに約10mmの幅にステンレスメッシュ(綾畳織.500/3500)を貼りつけてフイルタ部(32)が形成されたものを用いる。
また、第2管状体(31)として、長さ約450mm、内径8mmおよび外径9mmのステンレスパイプであって、その一端部近傍に第1気体排出口(34)を用意し、この第2管状体(31)内部に前記第1管状体(30)を挿入後、両端部をハンダ(Sn―Pb合金)によってシールして固定し、二重管構造ノズルを形成する。この第1気体排出口(34)は、別途用意した第1気体吸引手段(ME-60、コガネイ製)に連結されている。
三重管構造のノズルを構成する第1管状体(30)と第2管状体(31)として、前記(5)の二重管構造ノズルと同じものを用い、同様にして両端部をハンダ(Sn―Pb合金)によってシールして固定する。
さらに、第3管状体(37)として、長さ約500mm、内径11mmおよび外径12mmのステンレスパイプであって、その一端部から15mmの位置からピッチ8mmで合計11箇所にそれぞれ直径5mmの貫通孔(38)を設け、さらにその交差方向に同じ端部から19mmの位置からピッチ8mmで合計10箇所にそれぞれ直径5mmの貫通孔(38)を設けたものを用意し、その貫通孔を覆うようにその周りに約100mmの幅にステンレスメッシュ(綾畳織.500/3500)を貼りつけてフイルタ部(39)が形成され、その一端部近傍に第2気体排出口(40)が設けられたものを用いる。
この第3管状体(37)内部に、前記の第1管状体(30)と第2管状体(31)とを固定したものを挿入後、両端部をハンダ(Sn−Pb合金)によってシールして固定し、三重管構造ノズルを形成する。この第2気体排出口(40)は、別途用意した第2気体吸引手段(ME−60、コガネイ製)に連結されている。
比較用充填ノズルとして、長さ約400mm、内径6mmおよび外径7mmのステンレスパイプを用いた。
この比較用充填ノズルを用いて、前記(2)のようにトナー粉体が粉体容器に排出され、この充填用容器(18)は秤(ロードセル・6kgf)によって予め重量が計測されていて、排出トナー粉体が所定の重量に到達したときに、粉体流動化装置(10)に設けられてある導入気体調節弁(20)によって空気圧の印加を停止し、同時に圧力開放弁(13)によって粉体流動化装置(10)内の圧力を開放して大気圧とバランスさせたが、トナーの排出を瞬時に停止させることができなかった。
容器へのトナー粉体排出停止についての上述のような一連の作業を、二重管構造の充填ノズルを用いる場合(実施例1)、三重管構造の充填ノズルを用いる場合(実施例2)および比較用の充填ノズルを用いる場合(比較例1)を、リコーカラーレーザープリンター用タイプ8000トナーを構成する4色(シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック)のトナーについて、それぞれ100本の容器(合計400本)に繰り返し行ない、各容器内トナー粉体の目標充填量に対する不足量を標準偏差によって充填量の精度を確認して、粉体送流停止機能を評価した。その結果を表1に示す(ここで充填精度を3σで示す。σ:標準偏差(±3σで99.6%の確率))。
表1から、目標充填量が275gと550gとした場合に、不足量が、実施例1と2では1.1〜1.5g、2.2〜2.3gであるのに対して、比較例では11.5〜14.2g、24gであり、本発明の充填ノズルが極めて優れた粉体送流停止機能を有していることが明らかである。
(1)(三重管構造充填ノズルによる高充填化)
前記1)において、三重管構造充填ノズルを用いて容器内にトナー粉体を排出しながら、第2気体吸引手段を吸引圧がー30kPaになるように稼働させて、トナー粉体内に囲繞状態にある該ノズルから空気のみを吸引排出し、トナー粉体容積を減容しつつノズルを上昇させて、容器内でトナ粉体の高密度状態を形成する。
容器内のトナー粉体の嵩密度を、前記(1)の三重管構造充填ノズルを用いて高密度状態にした場合(ケース1)と、前記1)において三重管構造充填ノズルを用いて容器内にトナー粉体が排出されたままの場合(ケース2)を、リコーカラーレーザープリンター用タイプ8000トナーを構成する4色(シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック)のトナーについて、それぞれ100本の容器(合計400本)に繰り返し行なって測定し、100本についての測定値の平均値を算出した。
嵩密度の測定は、容器に容積の解る目印を付けておき、充填直後の容積レベル
を記録して、充填トナー粉体重量と容積から算出し、また容器の容積の目印は、
メスシリンダーで計量した水を用いて付けた。
その結果は、表2に示されるとおりであり、本発明の三重管構造充填ノズルが
高充填化機能を十分有するものであることが明らかである。
前記1)において二重管構造の充填ノズルおよび比較用充填ノズルを用いて、容器中にトナー粉体を排出し、そのまま沈降させて充填するに要する時間(実施例1、比較例)と、三重管構造の充填ノズルを用い、容器中にトナー粉体を排出した後、空気を吸引して充填するに要する時間(実施例2)を測定した。前記ブラックトナー(550g/本)について100本繰り返して行ない、平均充填時間を測定した。
その結果、実施例1では35.1秒、比較例では41.8秒であるのに対して、実施例2では18.5秒であり、三重管構造充填ノズルを用いると、トナー粉体の送流停止機能であるばかりでなく、高充填化機能を十分に発揮して、充填時間の短縮に効果があることを確認された。
太陽光エネルギーの電気エネルギーへの変換には、例えばケイ素などのp型半導体とn型半導体の接合部に太陽からの光を照射して、直流の電気エネルギーを得る太陽電池を用いた。
また、風力エネルギーの電気エネルギーへの変換は、例えば1〜3枚程度の羽根を風力によって回転させ、この回転をN極、S極の間に配置されたコイルの回転に伝達することによって直流または交流の電流を得るというものである。
太陽光電極装置及び2つの風力発電装置を用意した。太陽光の発電能力は3KWであり、風力の発電能力は片方が60W、片方が72Wである。
本装置によりトナー容器(容量1560ml)100本にトナーを充填した結果を夏、冬の条件で商用電力100Vのみの場合と対比した。
実施時期夏:最高気温35℃最低気温20℃、平均風速5m/s、天候晴れ
実施時期冬:最高気温15℃最低気温5℃、平均風速10m/s、天候曇り
実施時期夏では商用電力使用量は1/5、冬では1/3となり、商用電力100Vのみと比べて電力使用料は二酸化炭素発生量が1/5以下となり環境に優しいものであった。
2 気体−粉体分離篩(通気多孔板)
3 空気ヘッダ
4 気体分配板
5 小型電動機(モータ)
6 ポンプ
7 圧縮空気配管
8 逆止弁
9 保持枠
10 充填用粉体流動化装置
11 粉体投入口
12 流動粉体輸送管(排出・移送路)
13 圧力開放弁
14 圧力計
15 粉体流速調節弁
16 気体−粉体分離篩(通気多孔板)
17 充填用ノズル
18 粉体容器
19 軟質パッキン
20 導入気体調節弁
21 動力線用プラグ
24 粉体導出管
25 第1減圧弁
26 第2減圧弁
27 空気流量計
p1 第1圧力計
p2 第2圧力計
p3 第3圧力計
30 第1管状体
31 第2管状体
32 フイルタ部
33 貫通孔
34 気体排出口
35 固定部材
36 固定部材
37 第3管状体
38 貫通孔
39 フイルタ部
40 気体排出口
41 固定部材
42 固定部材
a 開口部
b 開口部
c 空間部
d 空間部
e 空間部
Claims (39)
- 第1管状体の外径が第2管状体の内径より小さい2つの管状体を、2つの管状体間に気体の送流路となる間隙が形成されるように第1管状体が第2管状体内に挿入設置され、該2つの管状体同士が両端部で前記間隙が封じられるように固定されてなる、二重管構造のノズルであって、第1管状体は一方の開口部から送入される流動化状態の粉体を他方の開口部から容器内に排出する送流路としての機能を有し、第1管状体の粉体を排出する開口部近傍の管壁の少なくとも一部は気体を通過させるが粉体を通過させない気体分離手段で構成され、第2管状体は外部の第1気体吸引手段に連なる第1気体排出口を有し、該第2管状体は前記第1気体吸引手段の稼働によって前記気体分離手段を通過し吸引される第1管状体内の気体を、両管状体間に形成される前記送流路を通過し該気体排出口から排出する機能を有するものであることを特徴とする粉体充填用ノズル。
- 前記気体分離手段が、第1管状体の粉体を排出する開口部近傍の管壁に形成した貫通孔と、該貫通孔を覆うように固定され、気体を通過させるが粉体を通過させないフィルター材料とで構成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の粉体充填用ノズル。
- 前記気体分離手段が、第1管状体の粉体を排出する開口部近傍の管壁を、気体を通過させるが粉体を通過させないフィルター材料で形成したものであることを特徴とする請求項1に記載の粉体充填用ノズル。
- 前記フィルター材料が、綾畳織のフィルター材料であることを特徴とする請求項2または3に記載の粉体充填用ノズル。
- 前記フィルター材料が、メッシュの異なる2枚以上のフィルター材料の積層体で構成されたものであることを特徴とする請求項2乃至4の何れか1に記載の粉体充填用ノズル。
- 前記積層体が、第1管状体の内芯部側になるに従い、メッシュの細かいフィルター材料で構成されたものであることを特徴とする請求項5に記載の粉体充填用ノズル。
- 前記気体分離手段の幅が、第1管状体の粉体排出開口内径の0.3倍以上であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1に記載の粉体充填用ノズル。
- 第2管状体の外径より内径が大きい第3管状体を用い、第2管状体と第3管状体との間に気体の送流路となる間隙が形成されるように、請求項1乃至7の何れか1に記載の粉体充填用ノズルが第3管状体内に挿入設置され、第2管状体と第3管状体同士が両端部で前記間隙が封じられように固定されてなる、三重管構造のノズルであって、該第3管状体は外部の第2気体吸引手段に連なる気体排出口を有しかつ該第1管状体の粉体排出口となる開口部側は気体を通過させるが粉体を通過させない第2気体分離手段を有し、容器内に排出された粉体間に存在する気体を前記第2気体吸引手段によって前記第2気体分離手段を通して吸引し、第2管状体と第3管状体との間に設けられた前記送流路を通過して該気体排出口から排出する機能を有するものであることを特徴とする粉体充填用ノズル。
- 密閉可能な粉体流動化手段と、粉体排出開口部を有する充填ノズルを有し、該粉体流動化手段で流動化状態にされた粉体を送流経路を介して該充填ノズルの粉体排出開口部から充填容器に排出し充填するために用いられる粉体充填装置であって、該充填ノズルが請求項1乃至7の何れか1に記載の充填ノズルであることを特徴とする粉体充填装置。
- 二重管構造の前記充填ノズルの一端部が前記送流経路となる流動粉体輸送管を介して前記粉体流動化手段と連結され、かつ粉体が容器内に排出後に粉体間に存在する気体を吸引し排出するための気体吸引ノズルを備えることを特徴とする請求項9に記載の粉体充填装置。
- 二重管構造の前記充填ノズルを構成する第2管状体の第1気体排出口と連結された第1気体吸引手段および前記気体吸引ノズルと連結された第2気体吸引手段を備えることを特徴とする請求項10に記載の粉体充填装置。
- 密閉可能な粉体流動化手段と、粉体排出開口部を有する充填ノズルを有し、該粉体流動化手段で流動化状態にされた粉体を送流経路を介して該充填ノズルの粉体排出開口部から充填容器に排出し充填するために用いられる粉体充填装置であって、該充填ノズルが請求項8に記載の充填ノズルであることを特徴とする粉体充填装置。
- 二重管構造の前記充填ノズルの一端部が送流経路となる流動粉体輸送管を介して前記粉体流動化手段と連結されたものであることを特徴とする請求項9乃至12の何れか1に記載の粉体充填装置。
- 三重管構造の前記充填ノズルを構成する第2管状体の第1気体排出口と連結された第1気体吸引手段および第3管状体の第2気体排出口と連結された第2気体吸引手段を備えることを特徴とする請求項13に記載の粉体充填装置。
- 少なくとも通気性多孔材料からなり前記充填ノズルを挿入するための穴が設けられ、かつ粉体充填容器の開口部と嵌合可能な蓋部材を用い、前記充填ノズルが前記穴に挿入された状態で固定されていることを特徴とする請求項9乃至14の何れか1に記載の粉体充填装置。
- 前記粉体流動化手段が、導入気体の流速を加減可能な導入気体調節弁と、前記流動化粉体の送流経路の送流粉体の流速を調節可能な送流粉体流速調節弁とを有することを特徴とする請求項9乃至15の何れか1に記載の粉体充填装置。
- 前記粉体流動化手段が更に、前記粉体流動化のための気体導入手段を有し、該気体導入手段が、気体を前記粉体流動化手段に送出可能に収納する圧力容器であることを特徴とする請求項9乃至16の何れか1に記載の粉体充填装置。
- 前記粉体流動化手段が更に、前記粉体流動化のための気体導入手段を有し、該気体導入手段が、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9乃至17の何れか1に記載の微細粉体の充填装置。
- 前記粉体流動化手段が更に、前記粉体流動化のための気体導入手段との間に、気体を該粉体流動化手段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9乃至18の何れか1に記載の粉体充填装置。
- 前記粉体が、静電潜像現像用トナーであることを特徴とする請求項9乃至19の何れか1に記載の粉体充填装置。
- 動力源として、太陽光エネルギー及び風力エネルギーの少なくとも一つの自然エネルギーによって得られる電力が利用されるものであることを特徴とする請求項9乃至20の何れか1に記載の粉体充填装置。
- 請求項9乃至21の何れか1に記載の粉体充填装置を用いて、充填用粉体を収納する密閉可能な粉体流動化手段中の該粉体を気体によって流動化した後、該流動化された粉体を該収納粉体流動化手段から送流経路を介して前記充填ノズル内を送流することを特徴とする粉体の充填方法。
- 送流中の粉体の嵩密度が0.1〜0.2であることを特徴とする請求項22に記載の粉体の充填方法。
- 前記充填ノズルが挿入され、かつ充填ノズルを保持する蓋部材が開口部に嵌合された前記粉体充填容器内に、送流された粉体を前記充填ノズル内を送流させて排出することを特徴とする請求項22または23に記載の粉体の充填方法。
- 前記収納粉体流動化手段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22乃至24の何れか1に記載の粉体の充填方法。
- 前記収納粉体流動化手段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22乃至25の何れか1に記載の粉体の充填方法。
- 前記粉体の前記粉体流動化手段から前記充填ノズルまでの送流が、前記粉体流動化手段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22乃至26の何れか1に記載の粉体の充填方法。
- 前記粉体の前記粉体流動化手段から前記充填ノズルまでの送流が、該粉体流動化手段に外部圧力を加えて該粉体流動化手段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22乃至27の何れか1に記載の粉体の充填方法。
- 第1気体吸引手段を稼働することによって、前記粉体流動化手段によって流動化された粉体の送流を停止させることを特徴とする請求項22乃至28の何れか1に記載の粉体の充填方法。
- 停止時の粉体の嵩密度が0.4〜0.5であることを特徴とする請求項29に記載の粉体の充填方法。
- 前記流動化粉体の排出量及び排出程度を、第1気体吸引手段の稼働による吸引程度の調節によって制御されることを特徴とする請求項29または30に記載の粉体の充填方法。
- 第1気体吸入手段による気体吸引圧が−10〜−60kPaであることを特徴とする請求項29乃至31の何れか1に記載の粉体の充填方法。
- 前記流動化粉体の排出量及び排出程度が、前記粉体流動化手段の設けられた該導入気体調節弁の開閉程度の調節又は/及び該排出粉体流速調節弁の開閉程度の調節により制御されることを特徴とする請求項29乃至32の何れか1に記載の粉体の充填方法。
- 二重管構造の充填ノズルと併用する気体吸引ノズルの先端が、粉体充填容器内の粉体内に囲繞されるように設置され、第2気体吸引手段を稼働することによって、充填ノズルから粉体充填容器内排出された粉体間に存在する気体を排出することを特徴とする請求項22乃至33の何れか1に記載の粉体の充填方法。
- 三重管構造の充填ノズルの先端が粉体充填容器内の粉体内に囲繞されるように設置され、第2気体吸引手段を稼働することによって、充填ノズルから粉体充填容器内排出された粉体間に存在する気体を排出することを特徴とする請求項22乃至33の何れか1に記載の粉体の充填方法。
- 第2気体吸入手段による気体吸引圧が−10〜−60kPaであることを特徴とする請求項34または35に記載の粉体の充填方法。
- 粉体充填容器内に所定量の粉体が充填された時点で、粉体の送流を停止して該粉体充填容器から蓋部材を取り外すことを特徴とする請求項29乃至36の何れか1に記載の粉体の充填方法。
- 前記粉体が、静電潜像現像用トナーであることを特徴とする請求項22乃至37の何れか1に記載の粉体の充填方法。
- 請求項22乃至38の何れか1に記載の充填方法によって、前記粉体が充填された容器。
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