JP6702702B2 - 粉体の充填方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真画像形成装置の現像剤（トナー、キャリア等）の充填方法に関する。

ここで、電子写真画像形成装置は、電子写真画像形成プロセスを用いて記録媒体に画像を形成するもので、例えば電子写真複写機、電子写真プリンター（例えば、ＬＥＤプリンター、レーザービームプリンタ等）、電子写真ファクシミリ装置、及び、電子写真ワードプロセッサー等が含まれる。

電子写真画像形成装置の現像剤（トナー、キャリア等）は微細な粉体であり、電荷を帯びやすいためかさ密度を上げにくい、熱や圧力で定着する機能を持つため過大な摩擦や熱、圧力を受けると損傷を受けやすいという特徴がある。そのため、現像剤の供給方法として、かさ密度を上げる効果があり、損傷が低いオーガ充填方式が一般的に用いられている。

従来の粉体充填装置の構成は、図８に示すように、粉体Ｔの容器Ｄと、オーガ充填装置Ｂと、排気ダクト２とを有するものである。

前記オーガ充填装置Ｂからの粉体Ｔを容器Ｄに供給し、容器Ｄからの粉体Ｔの吹出しを容器Ｄの口元１１に設置した排気ダクト１２から吸引除去しながら充填していた。

従来の粉体充填装置の別の構成として、図９に示すように、通気性を有する容器Ｃと、この容器Ｃの外部容器１と、オーガ充填装置Ｂと、排気ダクト２を有するものである。前記オーガ充填装置Ｂから粉体Ｔを容器Ｃに充填しながら、外部容器１の内部を排気ダクト２から排気して、容器Ｃの内部に充填する粉体Ｔから脱気するものである。

この構成を改善するものとして、特許文献１に開示されるように、外部容器の内部を複数層に区切り、それぞれの層から独立して排気を行い、回転式切り替えバルブで順次排気する層を切り替えることで粉体から均衡状態を保つことなく短時間で脱気する方法も知られている。

また、粉体充填装置の構成として、特許文献２に開示されるように、通気性を持たない容器と、容器内部に差し込むエア吸引管とを有するものが知られている。

実開昭６１−７４５０１号公報 特開平０８−１９８２０３号公報

しかしながら、上記従来例では粉体の充填に関して、下記の課題があった。通気性を持たない容器に単に充填する方式では、充填時に粉体が容器開口から外部に飛散して周辺を汚損するため、充填装置全体をカバーで覆って隔離するとともに定期的な清掃が必要となる課題があった。

通気性を有する容器の外部を減圧して内部圧力を一律に減圧する方式では、粉体がオーガ充填装置から最も近い容器の通気面に捕捉されて積み上がって行き、容器内の粉体経路にまで到って閉塞を起こすブリッジングを発生するために充填速度を上げられない課題があった。

この課題は、断面が小さく奥行きの長い容器ほど顕著であり、粒径が数ミクロン以下と微細でかつ電荷を帯びやすい特性を持つ電子写真画像形成装置の現像剤の場合は、特に気流の影響を受けやすく付着性も強いためブリッジングを起こしやすい。

また、容器内部圧力が下がって安定する段階になると、容器内部の空気の流れが減少するために容器内部で粉体が舞い上がりやすくなって、特に粉面が容器内部で上がっている充填終了段階で容器開口部から粉体が吹出しやすくなり、粉体を撒き散らして充填装置や周辺の汚損や粉体の収率低下が課題となる。

通気性を持たない容器の内部にエア吸引管を差し込んで上昇させる方式では、周辺空気を吸引するに留まってエア吸引部が粉体に埋没しないように逃がす意味合いが強く、粉面に向かって安定した気流を発生するには至らず、上記同様に、特に粉面が容器内部で上がっている充填終了段階で容器開口部から粉体が吹出しやすくなる。また、エア吸引部が粉体に覆われるため頻繁にフラッシングなどの清掃が必要になり、粒径が小さい粉体の場合は特に１回の充填サイクル内でも排気特性が変動してしまうという課題がある。

そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決し、高速で安定した粉体充填の方法および装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本出願に係る第１の発明は、
粉体充填範囲に対応して容器周囲の一部に通気性をもつ通気部を備えた容器の内部に粉体を充填する充填装置であって、
前記容器の前記通気部を覆う外部容器で覆われた内部の圧力を減圧するべく前記外部容器の内部空気を外部に排出する排気手段を有し、
前記排気手段は、前記容器に充填される粉体の粉面高さが上昇していく方向において複数の排気エリアに分割されており、
前記複数の排気エリアのうち、前記粉面の高さに対応した前記排気エリアに切り替え、前記内部空気を外部に排出させることを特徴とする粉体の充填装置。

本発明によれば、充填の高速化及び、かさ密度向上の効果を得る事が出来る。

本発明の実施の形態における粉体充填方式の概要を示す図である。 本発明の実施の形態における粉体を収容する容器の概要を示す図である。 本発明の実施の形態における排気エリア切り替え装置の概要を示す図である。 本発明の実施の形態における粉面高さ検知機構の概略を示す図である。 本発明の実施の形態における粉面高さ情報に基づいて排気エリアを切り替える機構の概略を示す図である。 本発明の実施の形態における容器昇降機構と粉面高さ検知機構の概略を示す図である。 本発明の実施の形態における粉体充填方式の概要を示す図である。 従来例を説明する図である 従来例を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明を適用できる粉体充填方式の概要を示す。図２に、本発明を適用できる粉体を収容する容器の概要を示す。

＜粉体充填装置の構成概要＞
本実施形態の粉体充填装置Ａは、図１に示すように粉体供給装置Ｂと、粉体を収容する容器Ｃ、前記容器Ｃの全体ないしは一部を覆う外部容器１、前記外部容器１の内部空気を外部に排出する排気ダクト２および排気ポンプ、集塵装置、前記外部容器１もしくは前記容器Ｃを昇降させる昇降装置Ｌで構成している。粉体供給装置Ｂと粉体を収容する容器Ｃは接触せず、少なくとも空気が通過できる隙間を保っている。

＜粉体を収容する容器の構成概要＞
上記の粉体を収容する容器Ｃは、容器の全体ないし、少なくとも粉体充填範囲に亘って容器周囲の一部が通気性を有する。図２の（ａ）に示すように、例えば樹脂射出成形品のような自立できる容器の一部の開口部に通気部４として通気性を有する不織布等のシート部材を熱溶着や超音波溶着、粘着材、両面テープなどで固定したものや、図２の（ｂ）に示すように、例えばプラスチックフィルムのような軟弱な容器の一部を通気部４として上記同様に通気性を有するシート部材で構成する。

通気部４としては、粉体の透過を防止しての収率の確保と、通気部材単体と接合部ともに排気圧力最大−０．１MPaに耐える強度が必要である。粉体の透過を防止するには、通気部材における通過間隙が粉体の粒径よりも小さいか、通気部材が粉体を捕捉する性能を持つか、もしくは両方を兼ね備える特性が必要である。

電子写真画像形成装置の現像剤では粒径が数１０μｍ以下であり、排気圧力が掛かることで更に粉体が透過しやすくなるため、透気度を０．１ないしは１０秒/100mlの通気部材を用いた。平均粒径が８μｍの場合、通気部材として透気度が概ね１秒/100mlのスパンボンド不織布を用いて、粒体の透過損失を１％以下に抑えることができた。

通気部４の部材としては、シート部材で粉体粒径よりも小さい孔径をもつ通気性有孔フィルムでもよく、シート部材以外では、モルトプレンなどのクッション性部材や焼結エレメントなどの板状部材も用いることもできる。

粉体充填範囲に亘って容器周囲の一部が通気性を有する場合、次に述べる排気系構成の場合に、充填開口部を除く容器表面積比率１０％以上を通気性部材にすることで、ブリッジングを起こさず安定した充填を実現できた。

＜排気系の構成概要＞
容器の充填部開口面積４ｃｍ^２に対して、真空ポンプは大気圧〜低真空間の繰り返しに向いてかつオイルバックしないドライスクロール真空ポンプ 排気速度４３０ＮＬ／ｍｉｎを用い、排気ダクト径は５０ｍｍを配した。排気エリア切り替えの場合には、実際にはレイアウト上の制約を考慮して各エリアに排気ダクト径２５ｍｍを配した。排気系に対する粉体の透過や流出トラブルを想定して、真空ポンプより容器側にサイクロン集塵機を配した。

＜容器と排気エリアの相対的な移動ができる構成概要＞
容器と排気エリアの相対的な移動とは、充填過程において変化する粉面に対して
（１）容器は固定で粉面は充填過程で上昇していくが、排気エリアが粉面高さに合わせて上昇移動する
（２）容器は固定で粉面は充填過程で上昇していくが、複数の排気エリアのうち粉面高さに近いエリアから排気するように切り替えていく
（３）排気エリアは一定で、粉面高さをそのエリア内に保つように容器を降下移動させる
という方式をすべて含むものである。

図１は上記（１）〜（３）のうち、代表して（１）の方式を示しているが、相対的な移動という観点で同一方式である。

次に、容器と排気エリアの相対的な移動ができる構成について、図１、図２を用いて述べる。

容器と排気エリアの相対的な移動ができる機構は、図１に示すように粉体を収容する容器Ｃ、前記容器Ｃの全体ないしは一部を覆う外部容器１、前記外部容器１もしくは前記容器Ｃを昇降させる昇降装置Ｌで構成している。

図２に示すように、前記容器Ｃは、容器の全体ないし少なくとも粉体充填範囲に亘って容器周囲の一部が通気性を有するため、どの排気エリアであっても外部容器１へ排気が可能であり、充填過程を通して上昇していく粉面の近傍に限定するように排気エリアをコントロールすれば、容器内部の空気を主に粉面近傍の通気部から排出することができる。

この容器内部の空気とは、（ａ）粉体供給装置Ａから供給される粉体Ｔが容器に入ってから押し出す空気の他に、（ｂ）排気することによって容器内部が減圧することで粉体のかさ密度が上がるために粉体から出てくる空気、加えて（ｃ）容器の充填部開口から吸入する空気である。

容器の充填部開口から吸入する空気の流速を０．５ｍ/s以上に維持することによって、粉面に向かって安定した気流を発生でき、粉体の巻き上げを解消し、容器外への吹出しや容器口元への粉体の付着を解消して、充填を高速化できるとともに、容器内部において粉体が巻き上がらずに積み上がるため、かさ密度を向上することができた。

電子写真画像形成装置の現像剤の場合、排気しない場合に比較して、これまでに述べた装置条件によって排気した場合、かさ密度は０．５６ｇ／ｃｃから０．８３ｇ／ｃｃ（＋４８％）に向上したが、この（ｂ）相当分を考慮しても（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）のに対して排気系の排気能力は十分にあり、安定した充填の安定性を実現できる。

図３に、本発明を適用できる排気エリア切り替え装置の概要を示す。

＜排気エリア切り替えの構成概要＞
本実施形態の粉体充填装置Ａは、図３に示すように粉体供給装置Ｂと、粉体を収容する容器Ｃ、前記容器Ｃの充填開口部以外の全体を覆い内部が複数の排気エリアに分割された外部容器１、前記外部容器１の内部空気を外部に排出する複数の排気ダクト２および排気ポンプ、集塵装置で構成している。排気エリアは複数で有れば良く、２つ以上設けていれば良い。また、排気エリアの切り替えは一定時間経過後に行う方式を取る事が可能である。

図４に、本発明を適用できる粉面高さ検知機構の概略を示す。図５に、粉面高さ情報に基づいて排気エリアを切り替える構成の概要を示す。

＜粉面高さ検知機構概要＞
粉面高さ検知機構は、図４に示すように容器Ｃの充填開口部から粉面が見える方向で、充填過程で巻き上がる粉体に影響されずに、沈降しつつある粉面を検知するセンサであり、例として図４の（ａ）のように超音波式センサによるものや、（ｂ）のように静電容量式センサによるものがある。（ａ）の超音波式では検知ヘッドが大きいため、充填開口部が広い事例に適する。

本発明ではセンサの方式に係らず、粉体の粉面高さを計測または検知する手段を有し、充填時に粉面高さ情報に基づいて排気エリアや昇降高さなど粉面高さを制御することを特徴とする。

＜粉面高さ情報に基づいて排気エリアを切り替える構成概要＞
上記の粉面高さ検知センサ6による粉面高さ情報に基づいて排気エリアを切り替える機構は、図５に示すように、粉体供給装置Ｂのオーガスクリュー回転機構などの粉体送り制御情報と、粉面高さ検知センサ６と、粉体充填装置Ａのコントローラと排気エリア切り替えバルブ９などアクチュエータの制御を行う機器と、アクチュエータで構成している。

粉体供給装置Ｂの粉体供給送りの制御値としてオーガスクリューの回転角度の情報と、粉面高さ検知センサ６による粉面高さ情報とをコントローラ８に入力し、コントローラ８において上記の２つの入力情報に対して粉面高さの判定を行い判定値に対して粉面に相対する排気エリアを判断して、排気エリア切り替えバルブ９などアクチュエータの制御を行う機器に信号を送って、排気エリアを切り替えている。

更に充填開始時や充填完了近くで容器内部の空き容積や容器断面積変化を考慮して排気ポンプの流量や圧力を制御する場合もある。

図６に、本発明を適用できる容器昇降機構と粉面高さ検知機構の概略を示す。

＜粉面高さ検知機構概要＞
粉面高さ検知機構は、実施例３と同様であるから同一符号で表わし説明は省略する。

＜容器昇降と粉面高さ検知の構成概要＞
本実施形態の粉体充填装置Ａは、図６に示すように粉体供給装置Ｂと、粉体を収容し通気性を有する容器Ｃ、前記容器Ｃが自立しない場合に姿勢を保持するための容器保持治具１０、前記容器Ｃもしくは前記容器保持治具１０の全体ないしは一部を覆う外部容器１、前記外部容器１の内部空気を外部に排出する排気ダクト２および排気ポンプ、集塵装置、前記前記容器Ｃもしくは前記容器保持治具１０を昇降させる昇降装置Ｌで構成している。

粉体供給装置Ｂの粉体供給送りの制御値としてオーガスクリューの回転角度の情報と、粉面高さ検知センサ６による粉面高さ情報とをコントローラ８に入力し、コントローラ８において上記の２つの入力情報に対して粉面高さの判定を行い判定値に対して粉面を外部容器の排気範囲内に相対させる昇降高さを判断して、昇降装置の制御装置などアクチュエータの制御を行う機器に信号を送って、昇降高さを切り替えている。

更に充填開始時や充填完了近くで容器内部の空き容積や容器断面積変化を考慮して排気ポンプの流量や圧力を制御する場合もある。

図７に、本発明を適用できる粉体充填方式の概要を示す。

＜容器開口部から空気導入の構成概要＞
本実施形態の粉体充填装置Ａは、図１に示すように粉体供給装置Ｂと、粉体を収容する容器Ｃ、前記容器Ｃの全体ないしは一部を覆う外部容器１、前記外部容器１の内部空気を外部に排出する排気ダクト２および排気ポンプ、集塵装置、前記外部容器１もしくは前記容器Ｃを昇降させる昇降装置Ｌ、空気導入部１３で構成している。

粉体供給装置Ｂと粉体を収容する容器Ｃは接触せず、少なくとも空気が通過できる隙間を保っており、この隙間に向かって空気導入部１３より空気を導入する。

空気導入は、前記容器Ｃ開口の周に内接する範囲に部分的に途切れず均一で、かつ流速が過渡的に変動しないことが望ましい。空気導入により、前記容器Ｃから粉面までの差圧が広がるとともに、容器の開口部から粉面に向かう気流Ｅが安定する。

いずれの実施例においても、充填工程の全ての時間において粉面位置と排気エリアが相対している必要は無く、特に排気エリアを切り替えるタイミングにおいて、ずれが生じてもかまわない。粉面位置と排気エリアが相対している時間を少なくとも有するように排気エリアを移動すれば、充填の高速化及び、かさ密度向上の効果を得る事が出来る。

１ 外部容器、２ 排気ダクト、３ 固定部、４ 通気部、５ 排気ダクト開閉バルブ、
６ 粉面高さ検知センサ、６ａ 超音波式高さ検知センサ、
６ｂ 静電容量式高さ検知センサ、７ 排気エリア切り替えバルブ、８ コントローラ、
９ 排気エリア切り替えバルブ、１０ 容器保持治具、１１ 容器の開口部、
１２ 排気ダクト、１３ 空気導入部、Ａ 粉体充填装置、Ｂ 粉体供給装置、
Ｃ 粉体を収容する容器（通気性あり）、Ｄ 粉体を収容する容器（通気性なし）、
Ｅ 容器の開口部から粉面に向かう気流、Ｆ 排気方向、Ｇ 外部容器の進む方向、
Ｈ 粉体を収容する容器の進む方向、Ｉ 導入空気、Ｌ 昇降装置、Ｔ 粉体

Claims (6)

1. 粉体充填範囲に対応して容器周囲の一部に通気性をもつ通気部を備えた容器の内部に粉体を充填する充填装置であって、
   前記容器の前記通気部を覆う外部容器で覆われた内部の圧力を減圧するべく前記外部容器の内部空気を外部に排出する排気手段を有し、
   前記排気手段は、前記容器に充填される粉体の粉面高さが上昇していく方向において複数の排気エリアに分割されており、
   前記複数の排気エリアのうち、前記粉面の高さに対応した前記排気エリアに切り替え、前記内部空気を外部に排出させることを特徴とする粉体の充填装置。
2. 前記粉面の高さに対応した前記排気エリアへの切り替えは、一定時間経過後に行われることを特徴とする請求項１に記載の粉体の充填装置。
3. 制御手段と、
   前記容器内の粉体の粉面高さを計測または検知する検知手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記粉体の充填時に前記検知手段からの粉面高さ情報に基づいて、前記排気手段を制御し、前記複数の排気エリアから前記粉面高さに応じた排気エリアに切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉体の充填装置。
4. 粉体充填範囲に対応して容器周囲の一部に通気性をもつ通気部を備えた容器の内部に粉体を充填する充填装置であって、前記容器の前記通気部を覆う外部容器で覆われた内部の圧力を減圧するべく前記外部容器の内部空気を外部に排出する排気手段を有する充填装置を用いた粉体の充填方法であって、
   前記排気手段は、前記容器に充填される粉体の粉面高さが上昇していく方向において複数の排気エリアに分割されており、前記複数の排気エリアのうち、前記粉面の高さに対応した前記排気エリアに切り替え、前記内部空気を外部に排出させることを特徴とする粉体の充填方法。
5. 前記粉面の高さに対応した前記排気エリアへの切り替えは、一定時間経過後に行われることを特徴とする請求項４に記載の粉体の充填方法。
6. 前記充填装置に備えられた前記容器内の粉体の粉面高さを計測または検知する検知手段を用い、
   前記粉体の充填時に前記検知手段からの粉面高さ情報に基づいて、前記複数の排気エリアから前記粉面高さに応じた排気エリアに切り替えることを特徴とする請求項４又は５に記載の粉体の充填方法。