JPH08198202A - 粉体充填方法及び装置 - Google Patents
粉体充填方法及び装置Info
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- B65B1/16—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles by pneumatic means, e.g. by suction
Abstract
るに際して、ホッパーやロートに滞留し流下するトナー
の嵩密度を均一にすることによって、粉体の流動性を高
め充填作業の高速化を図るとともに、特に計量部分での
流動をスムースにすることによって計量精度の向上を図
るものである。 【構成】 ホッパーより粉体を粉体容器内へ充填する方
法及び装置において、内部に粉体を収容し底部に排出口
を有する少なくとも1個のホッパーを用い、該ホッパー
の内部壁面に設けた通気性内壁より粉体中へ空気を吹き
出さすことを特徴とする粉体充填方法及び装置。
Description
品、食料品等の粉体を粉体容器内に充填するための粉体
充填方法及び装置に関する。
の粉体充填方法及び装置としては様々なものが知られて
いる。一般的なものとして、棒状の回転軸にらせん翼を
付けたオーガーを回転させることにより、粉体を回転し
ながら計量、押出すものが用いられている。
方法及び装置を示す。粉体が充填される容器10は、複
写機やプリンター用のトナーであるときにはカートリッ
ジ、化粧品や食料品であるときはガラスやプラスチック
製びんなどが用いられる他に、ビニール袋などでもよ
い。粉体は、より大型のホッパーや保管容器よりオーガ
ー28を有するホッパー29へ一旦入れられたあと、オ
ーガー28の回転によりホッパー29の底の開口部より
ロート30を介して、コンベア31上の粉体容器10へ
計量されながら一定量が充填される。コンベア31上を
移動する各粉体容器10は充填前にその風袋を計量さ
れ、そのデータにもとづいてオーガーの回転数をモータ
ー32の回転数で制御することにより一定量の粉体を充
填する。又、充填後の粉体容器は再び重量を計量し、先
の風袋との差により検量し、許容量範囲に満たないもの
や越えるものを除外する。このような従来法では、粉体
がホッパー内で均一ではなく、一部はブロッキングを起
こしているため流動性が充分ではなく、充填速度が低く
作業性が悪いだけでなく、特に粉体の計量が正確にでき
ないという欠点があった。又、オーガーを用いているた
めトナーなどの場合、オーガーの回転摩擦によりトナー
粉がブリッジ化して圧片となるなどの欠点があった。
粉体を粉体容器に充填するに際して、ホッパーやロート
に滞留し流下するトナーの嵩密度を均一にすることによ
って、粉体の流動性を高め充填作業の高速化を図るとと
もに、特に計量部分での流動性をスムースにすることに
よって計量精度の向上を図るものである。
結果、ホッパーの内部壁面に設けた通気性内壁より粉体
中へ空気を吹き出させることによって上記課題が解決さ
れることを見出し本発明に至った。即ち、本発明は請求
項1〜5に記載した以下のものである。 (請求項1)ホッパーより粉体を粉体容器内へ充填する
方法において、内部に粉体を収容し底部に排出口を有す
る少なくとも1個のホッパーを用い、該ホッパーの内部
壁面に設けた通気性内壁より粉体中へ空気を吹き出さす
ことを特徴とする粉体充填方法。
とを特徴とする請求項1記載の粉体充填方法。 (請求項3)ホッパーより粉体を粉体容器内へ充填する
粉体充填装置において、内部に粉体を収容し底部に粉体
を粉体容器内へ供給する排出口を有する少なくとも1個
のホッパーを有し、該ホッパーは内部壁面により粉体中
へ空気を吹き出す通気性内壁を有することを特徴とする
粉体充填装置。 (請求項4)粉体充填装置が、大容量の粉体を貯留する
粉体供給部、粉体容器内へ充填する粉体量を計量し所望
により移送する計量部、及び粉体を容器へ充填する充填
部より構成され、上記内部壁面により粉体中へ空気を吹
き出す通気性内壁を有するホッパーが該粉体供給部、計
量部及び充填部の全部又は少なくともいずれかに1個有
することを特徴とする請求項3記載の粉体充填装置。 (請求項5)上記内部壁面により粉体中へ空気を吹き出
す通気性内壁を有するホッパーが間欠的に空気を吹き出
す機構であることを特徴とする請求項3又は4記載の粉
体充填装置。
体に対流を生じさせ、粉体の嵩密度を下げて流動性を高
め、流下速度を増すとともに、充填する粉体の高速計量
を容易かつ正確にするものである。加えてホッパーへの
粉体の付着をなくし、粉体容器への高速、高密度、高精
度な充填を達成するものである。請求項4は粉体充填装
置の各段階で用いられるホッパーのいずれにも適用され
ることを示す。又、請求項2及び5は、吹き出す空気を
間欠的とすることでより高能率とするものである。本発
明においてホッパーとは粉体を容器に充填する際の粉体
供給部、計量部及び充填部等の各段階で用いられるホッ
パー又はロート類を意味する。
適用される。粉体としては、特に限定されず、例えばト
ナー、医薬品、化粧品、食料品等が挙げられる。特に粉
体が複写機、プリンター、ファクシミリなどの画像形成
装置に用いるトナーの場合には、トナーの流動性が増加
するので、トナーがカートリッジに高速、高密度、高精
度に充填される。その結果、トナーカートリッジの生産
性の向上、コストの低減、コンパクト化、長寿命化に役
立つとともに、本体である複写機等の小型化にも役立
つ。又、トナー等のブロッキングを防止できることはホ
ッパー又はロートの大型化に役立つ。吹き出される空気
は、空気自体でもよいが、酸素の影響を受けやすい粉体
に対しては窒素などの不活性ガスを主成分としてもよ
い。又、更に、トナー、薬品、食料品など粉体によって
は熱の影響を嫌うものも、吹き出させる空気の温度を調
節することにより、作業現場の環境温度とは無関係に粉
体を加熱又は冷却することができる。
本発明の実施例を示す。図1は粉体であるトナーが粉体
貯蔵タンクから各段階を経て最終的に粉体容器に充填さ
れるまでを示している。一般にトナーの充填は大きく分
けて、(1)大容量の粉体貯蔵タンクとメインホッパー
を主体とする粉体供給部、(2)粉体計量容器(計量ホ
ッパー)1と計量用制御棒2とを主体とし、更に粉体を
受ける枡3、計量器、枡3を把んで回転又は往復運動さ
せた後粉体を枡から放出する移動機構から成る粉体計量
部、及び(3)計量された粉体を充填するホッパー又は
ロートを主体とする充填部の各段階を経る。図1では、
特に計量部について詳細な図示し、これを具体例として
本発明を説明する。
内部に粉体を供給するためにメインホッパーより導かれ
る粉体投入管4が設けられ、ホッパー1の底部は粉体が
スムースに流下するようにロート状の斜面になっている
とともに、その内部壁面には多数の小孔があけられた通
気性内壁5が設けられている。加圧された空気は加圧空
気源より管6を通って、通気性内壁5より粉体中へ吹き
出す。吹き出された空気によって嵩密度が低くなった粉
体は底部の開口部より流下し、計量ホッパー1の下に位
置する枡3に一定量入れられる。粉体の流下の調節及び
開閉は、計量ホッパー1の中心線を上下可能に位置する
制御棒2によって行なわれ、制御棒2の上下動はシリン
ダー7によって行なわれる。トナーが磁性トナーの場合
は、制御棒は先端にマグネットを有するマグネット制御
棒が好ましい。
知センサー8及びこれと連動する粉体投入管4の途中に
設けた開閉弁9が設けられている。一方、粉体を収納し
た枡3は計量器で計量された後、把持されて回転運動又
は往復運動により移動し、次の段階である充填ホッパー
又はロート中へ計量された粉体が投入される。通気性内
壁5の材料としては、例えば通気性のある焼結部材から
なる。実施例では焼結部材は平均粒径50〜20μmの
微細粉末を焼結して密度6.6〜7.4g/ccのもの
を使用した。微細粉末の形状は球状のものであっても、
非球状のものであっても良いが、球状の微粉末の方が好
ましい、焼結部材の材質としては、銅、アルミ等の金属
粉末やセラミックスなどが用いられる。通気性内壁は、
通常5〜75μm、好ましくは20〜50μmの平均細
孔径を有する多孔質体であればどのようなものでも良
い。
施例として図2に示す。図2において、粉体であるトナ
ーが充填される粉体容器10がターンテーブル11など
の上に設けられ、この粉体容器10の一端にはトナーを
充填する粉体供給口12及びエア吸引管挿入口13が形
成されている。所定のトナー充填位置にセットされた前
記粉体容器10内へ充填するトナーが供給される充填ホ
ッパーが設けられ、この充填ホッパーから直接又はロー
ト14を介して粉体が供給される。この充填ホッパー又
はロート14の下部には前記粉体供給口13へ抜き差し
自在に挿入される粉体供給管15が形成されている。な
お、前記充填ホッパー又はロート14にはエアシリンダ
のピストンロッド(図示されない)が連結されており、
このエアシリンダを駆動させることにより前記充填ホッ
パー又はロート14が昇降して前記粉体供給管15が前
記粉体供給口12へ抜き差しされる構造となっている。
また、前記粉体供給管15の外周部にはガスケットを固
着したフランジ(図示されない)が固定されており、粉
体供給管15を粉体投入口12へ挿入した際に前記ガス
ケットが前記粉体供給口12を気密状態に閉塞する。
はこの充填ホッパー又はロート14内へ供給するトナー
の量を計量する充填計量部(図1参照)が設けられてい
る。この充填計量部は、通常は、計量容器、エアーシリ
ンダー、制御棒等により形成されている。なお、この充
填計量部は、前記充填ホッパー又はロート14を兼ねて
いてもよく、又はこれらとは別個に位置固定されていて
もよい。次に、前記粉体容器10にはエア吸引管挿入口
13を貫通してエア吸引管16が取付けられている。こ
のエア吸引管16は、前記充填ホッパー又ロート14の
外部に位置し、前記粉体容器10の内部へ延出した円形
中空状のパイプと、粉体供給管16の先端側に設けられ
たエア分離部17とによって形成されている。なお、エ
ア吸引管16の他端側先端はゴム管等の可撓管三方弁、
分岐管等を介して減圧源及び所望により加圧空気源とが
接続されている。
れており、この小径穴より粉体中のエアのみを吸引する
ことができる。エア分離部17の周囲にメッシュの細か
いふるい網又はフィルターを設けることも有効である。
ふるい網又はフィルターの材質は特に限定されず、適用
される粉体の化学的、物理的性質、粒径などを考慮して
選ばれる。例えば金属、紙、布、不織布、多孔質セラミ
ック等が挙げられる。なお、エア吸引管16は独立して
いてもよいし、又は充填ホッパー又はロート14に取付
けられてこれらと同時に移動してもよい。このような構
成において、粉体容器10内へ例えばトナーの充填を行
う場合には、粉体容器10を充填ホッパー又はロート1
4の真下の位置(トナー充填位置)にセットし、エアシ
リンダ等を下降駆動させることにより充填ホッパー又は
ロート14を下降させ、粉体供給管15を粉体供給口1
2へ挿入する。なお、充填ホッパー又はロート14の下
降に伴ってエア吸引管16も一体的に又は独立して下降
してエア吸引管挿入口13より挿入される。粉体供給管
15が粉体投入口12へ挿入されると共にガスケットが
粉体投入口12の周囲の部分に圧接され、エア分離部1
7が粉体容器10の底部に位置する。ついで図示されな
いエアーシリンダー等を駆動させ、計量容器内に投入さ
れた所定量のトナーを充填ホッパー及び/又はロート内
に落下させ、さらに、このトナーを充填ホッパー又はロ
ート及び粉体供給管4内を流下させて粉体容器1内へ充
填する。
望により周壁内面には通気性内壁18が設けられ、加圧
空気源23より空気が粉体中へ吹き出す。これによって
粉体の嵩密度が均一に低下し、流下速度が速くなる。な
お、充填ホッパー又はロート14から落下する粉体量の
調節は制御棒19を上下することによって行なわれる。
磁性トナーの場合には制御棒として先端にマグネットが
付いたマグネット制御棒が好ましい。エアーシリンダー
等を駆動させてトナーの充填を開始する際には、減圧源
20を駆動させると共に三方弁である制御バルブ21,
22を切替操作することによってエア吸引管16を減圧
源20へ接続する。すると粉体容器10内のエアがエア
分離部17から吸引されると共に充填ホッパー又はロー
ト14内のエアが粉体容器10内へ吸引される。よっ
て、充填ホッパー又はロート14中の粉体は加圧され、
粉体容器中の粉体は減圧される。従って、充填作業を開
始した後においては、充填ホッパー又はロート14から
粉体容器10内へのエアの流れにより充填ホッパー又は
ロート14から粉体容器10内へのトナーの流入がスム
ーズに行われる。粉体容器10内へ一定量のトナーが充
填された後は、この粉体容器10内に充填されたトナー
中に含まれたエアがトナーから分離されてエア分離部1
7から吸引されるため、粉体容器10内に充填されたト
ナーはエアの含有率が低くなり、粉体容器10内のトナ
ーの充填率が高くなると共にトナーの充填量が増大す
る。しかも、このような操作によってトナーの充填に要
する時間が短縮され、トナーの充填作業の作業能率がア
ップする。
時間及び充填されたトナーの嵩密度の関係は、吸引負圧
を大きくすることに伴って充填時間が短縮されると共に
嵩密度が上昇するものの、嵩密度があまり上昇するとト
ナーが部分的なブリッジ現象により固形化するという不
都合を生じ、流動性が低下して画像形成時における異常
画像発生の原因となる。一般に、エア吸引を行わないで
通常のトナー充填を行った粉体容器を1日以上放置する
ことにより自然脱気された後の嵩密度の範囲が安定した
嵩密度であり、嵩密度がこれより約0.2以上になると
トナーが部分的に固形化するという不都合を生じる。そ
こで、減圧源20の吸引負圧を−600〜−50mmH
g、好ましくは−250〜−150mmHgとすること
により、嵩密度が自然脱気とほぼ等しく充填を行える。
吸引負圧は一定でもよいが、エアの吸引状況に応じて、
強弱を加えたり、間欠的に吸引することも好ましい。
部でのエア吸引が行われるが、底部付近でのエアの吸引
が終了するにつれて、エア吸引管16は粉体容器10の
上部方向に移動させられる。そして粉体中のエア吸引が
十分でない部分での吸引がエア吸引部17によって行わ
れる。このように粉体の充填の進行に応じてエア吸引管
16が上昇し、エア吸引部17は粉体容器10の底部が
上部まで均一にエア吸引を行うこととなる。最終目標量
まで粉体が脱気されて充填されると、エア吸引管16は
挿入口13から容器の外へ抜かれる。同様に粉体供給管
15も容器の外へ抜かれる。そして、粉体供給口12及
びエア吸引管挿入口13は閉じられる。
も高密度充填が可能となる。容器の容積(ml)当りの
トナーの重量(g)は、粉体の真比重にもよるが、鉄系
トナーでは0.7〜0.8程度にまで高めることも可能
である。エア吸引を行わないで充填する従来例のトナー
充填率や単に固定されたエア吸引に比較してトナーの充
填量が確実に増大し、粉体容器の小型化や、この粉体容
器を使用する複写機等の小型化及び高寿命化を図ること
が可能となる。粉体容器10内へのトナーの充填作業が
終了した後には、エアシリンダ等を上昇駆動させること
により充填ホッパー又はロート14や粉体供給管15及
びエア吸引管16を上昇させ、粉体供給口12及びエア
吸引管挿入口13から抜き取る。ここでエア分離部17
は、パイプの周壁に多数の小穴を形成すると共に所望に
よりふるい網などを巻回することにより形成されてい
る。その外径寸法はエア吸引管16の外径寸法と略同じ
である。このため、粉体容器10内に充填したトナーの
中からエア分離部17を抜き取る際に、このエア分離部
17が充填されたトナーを撹拌して飛散させるというこ
とが起こらず、飛散したトナーがエア吸引管挿入口13
から漏れ出すということが防止され、漏れ出したトナー
によって周囲が汚れるということがない。
離部17から吹き出させるためにも用いられ、粉体容器
10内にトナーの塊ができた場合にその塊を破壊した
り、ふるい網等に生じた粉体による目詰まりを解消する
際等に使用する。これら加圧及び減圧空気源20,23
の操作は制御バルブ21,22によって行われる。
より、トナー等の粉体に対流を起こさせ、流動性を増加
させることによって、充填の作業を高速化することがで
きる。又、トナー等がブロッキングすることを防止する
ことはホッパー又はロートを大型化することに役立つ。
更に、トナー、薬品、食料品など粉体によっては熱の影
響を嫌うものも、吹き出させる空気の温度を調節するこ
とにより、作業現場の環境温度とは無関係に粉体を加熱
又は冷却することができる。
20から通気管を通って送りこまれるエアが通気性内壁
18の小径穴を通って充填ホッパー又はロート14の内
部に透過する構成となっており、通気性のある焼結部材
等からなる。実施例では焼結部材は、図1の計量ホッパ
ーの場合と同様に平均粒径50〜20μmの微細粉末を
焼結して密度6.6〜7.4g/ccのものを使用し
た。微細粉末の形状は球状のものであっても、非球状の
ものであっても良いが、球状の微粉末の方が好ましい。
焼結部材の材質としては、銅、アルミ等の金属粉末やセ
ラミックスなどが用いられる。通気性内壁は、通常5〜
75μm、好ましくは20〜50μmの平均細孔径を有
する多孔質体であればどのようなものでもよい。通気部
18はホッパーのトナー排出口の周壁に設けており、そ
のトナー排出口の周壁に微細孔を設け、その微細孔の上
にメッシュを張り合わせてエアーフィルター構造とする
ことも好ましい。通気部の微細孔に張り合わせたメッシ
ュのサイズはトナーの粒径より小さい開口径を有するも
のである。微細孔の直径は2〜75μm、好ましくは2
0〜50μmであり、メッシュは#3000〜#200
0のものである。
繰返し、又は間欠的であることはより効果的である。こ
のように粉体の供給部分にエアを送りこむことにより、
粉体の嵩密度が下げることによって、粉体の流動性を増
大せしめる。これにより粉体容器内にメインホッパー及
び充填ホッパー又はロートから高速度に投入する。即ち
高速度の粉体充填が可能となる。更にエア吸引し、粉体
容器内に粉体充填し、粉体容器内に多くの粉体を充填す
ることができることと合まって、容器をより小型化す
る。即ち画像形成装置本体をより小型化できる。本発明
を粉体供給部のメインホッパーに適用した場合を、図3
及び4に示す。図3及び4において、メインホッパー2
4の底部はロート状になっており、その先端は開口部2
5であり、充填された粉体が自然流下できるような形状
となっている。流下する粉体は開口部25より、次の工
程の例えば計量ホッパーへ直接又は図示されない粉体供
給管を介して移動する。
ート状の部分に通気性内壁26が設けられた場合を示し
ており、加圧空気源より送風管27を通して送られてく
る加圧空気が通気性内壁26の多数の小孔より粉体中に
吹き出される。通気性内壁の材料、送風による作用及び
効果などは前述の計量ホッパーや充填ホッパー又はロー
トの場合と同様である。特にメインホッパーの場合に
は、粉体の嵩密度の均一化により装置を大型化すること
に貢献する。図4は、メインホッパー24の底部内壁の
みならず、内周壁にも通気性内壁26が設けられた場合
を示している。底部及び内周壁より加圧空気が吹き出さ
れてくるので、メインホッパーの全体にわたって粉体の
嵩密度を下げることができる。図3及び4の場合とも、
送り出される空気は一定でもよいが、強弱又は間欠的な
送り出しがより効果的である。
10は、少なくとも粉体供給口12及びエア吸引管挿入
口13を備えている。粉体容器がトナー用カートリッジ
等の場合、これらは口径がより小径化すると、トナー補
給ユニットを小型化することができ、更に複写機やファ
クシミリ本体の小型化に寄与する。又、トナー充填口等
を小径化することによりトナー充填時のトナーの飛散を
無くすことができ、作業環境の向上に役立つ。本発明の
充填方法及び装置の粉体容器では、粉体供給口12及び
エア吸引管挿入口13は直径6mm以下にすることも可
能であり、より小径化するには直径5mm以下とするこ
とが好ましい。本発明の充填方法及び装置は、高速自動
化とすることが可能であり好ましい。
壁面からエアを吹き出すことにより、粉体への流下する
速さを増すと共に充填ホッパーへの粉体の付着をなく
し、小型の粉体容器にも多量の粉体を高速、高密度粉体
充填が達成できた。第二に、粉体の計量精度を上げるこ
とが可能であり、計量及び移送の高速化が達成できた。
第三に、粉体供給口及びエア吸引管挿入口の直径の小さ
な粉体容器に充填することが可能であり、複写機、ファ
クシミリ等の小型化、高寿命化が可能となった。また、
本発明によれば、ターンテーブルを用いた高速完全自動
化が可能であるとともに、機械的シャッター等を用い
ず、全ての操作を加圧空気及び減圧空気で行うために摩
擦力で粉体が圧片となることがないばかりか、粉じん爆
発の危険も回避できる。上記のとおり、本発明は各種粉
体を充填する技術としてきわめて工業的価値が高いもの
である。
を示す図、
Claims (5)
- 【請求項1】 ホッパーより粉体を粉体容器内へ充填す
る方法において、内部に粉体を収容し底部に排出口を有
する少なくとも1個のホッパーを用い、該ホッパーの内
部壁面に設けた通気性内壁より粉体中へ空気を吹き出さ
すことを特徴とする粉体充填方法。 - 【請求項2】 間欠的に空気を吹き出さすことを特徴と
する請求項1記載の粉体充填方法。 - 【請求項3】 ホッパーより粉体を粉体容器内へ充填す
る粉体充填装置において、内部に粉体を収容し底部に粉
体を粉体容器内へ供給する排出口を有する少なくとも1
個のホッパーを有し、該ホッパーは内部壁面により粉体
中へ空気を吹き出す通気性内壁を有することを特徴とす
る粉体充填装置。 - 【請求項4】 粉体充填装置が、大容量の粉体を貯留す
る粉体供給部、粉体容器内へ充填する粉体量を計量し所
望により移送する計量部、及び粉体を容器へ充填する充
填部より構成され、上記内部壁面により粉体中へ空気を
吹き出す通気性内壁を有するホッパーが該粉体供給部、
計量部及び充填部の全部又は少なくともいずれかに1個
有することを特徴とする請求項3記載の粉体充填装置。 - 【請求項5】 上記内部壁面により粉体中へ空気を吹き
出す通気性内壁を有するホッパーが間欠的に空気を吹き
出す機構であることを特徴とする請求項3又は4記載の
粉体充填装置。
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