WO2004063010A1 - 粉体充填方法、粉体充填装置及び粉体充填用ノズル - Google Patents

粉体充填方法、粉体充填装置及び粉体充填用ノズル Download PDF

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WO2004063010A1
WO2004063010A1 PCT/JP2004/000094 JP2004000094W WO2004063010A1 WO 2004063010 A1 WO2004063010 A1 WO 2004063010A1 JP 2004000094 W JP2004000094 W JP 2004000094W WO 2004063010 A1 WO2004063010 A1 WO 2004063010A1
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WO
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powder
gas
tubular body
nozzle
filling
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Application number
PCT/JP2004/000094
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hirosato Amano
Original Assignee
Ricoh Company, Ltd.
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Publication date
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Priority to US10/542,089 priority patent/US7503354B2/en
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65BMACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B39/00Nozzles, funnels or guides for introducing articles or materials into containers or wrappers
    • B65B39/04Nozzles, funnels or guides for introducing articles or materials into containers or wrappers having air-escape, or air-withdrawal, passages

Definitions

  • the present invention relates to a technique for filling a container with fine powder represented by toner for forming an image by an electrophotographic method, and is a small-diameter container which was difficult or impossible to fill by a conventional method.
  • the present invention relates to a powder filling method, a powder filling device, and a powder filling nozzle for efficiently filling a small-capacity container with powder.
  • the basic concept of filling powder such as toner for electrophotography is to drop from the filling machine by its own weight into a container placed directly below it and fill it.
  • the auger method is generally known and put into practical use as a method for efficiently filling powder into a container having a fixed volume (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-187901). Gazette and Japanese Patent Laid-Open No. 6-263101).
  • a set of augers discharges toner in the hopper downward from the discharge port by rotating a screw-shaped auger provided near the discharge port of the conical hopper.
  • the toner is sequentially stored in a plurality of containers arranged and transported on a transport belt.
  • toner has been reduced to an average volume particle size of 10 ⁇ m or less.
  • toners such as fixing metal oxide fine particles on the surface to enhance fluidity (called an external additive) or using a binder resin with a low melting point to ensure low-temperature fixability. , Has been put to practical use.
  • the toner is pressurized by the rotation of the auger, so that the external additive of the toner is separated or released from the surface and further buried in the toner, There is a problem that the original function of the external additive to enhance the fluidity is reduced or eliminated.
  • low-temperature fixing toners using a low-melting binder resin tend to cause toner powder to adhere to each other or to form aggregates due to the pressure applied by the rotation of the auger, and sometimes the aggregates are formed.
  • the toner may solidify so that it does not return to its original state.As a result, toner particles may clog at the outlet of the hopper, causing the discharge to stop, which may cause problems in the toner filling operation. ing.
  • the chargeability of the aggregate does not exhibit a desired value, the image quality of the copy using the developer containing the aggregate is insufficient.
  • the complete auger requires a filling machine mainly composed of a belt and a hopper, which mainly carries a plurality of containers and transports them, and is a large-scale device.
  • the containers are arranged directly below the filling machine. This has the drawback that the device must be fixed and restricted because it must be filled.
  • gas is introduced into the filling machine that stores the powder to increase the fluidity of the powder, and then, while rotating the stirrer, the powder is conveyed from the discharge port provided in the filling machine.
  • the purpose is to efficiently supply the powder and fill the container with high density by discharging the gas between the powder through the degassing pipe during the transfer before the container through the pipe to the container.
  • this filling method must be equipped with a degassing pipe that is accurately and coaxially provided on the filling pipe, which is difficult to manufacture and increases the weight of the entire apparatus due to its large weight.
  • the container has a small diameter and the force, especially the container inner wall has a spiral convex shape to facilitate toner discharge.
  • the toner is discharged from the filling machine using a stirrer, so that the external additive on the toner powder is removed and aggregates are generated in the same manner as in the auger set. There are problems such as inability to fill.
  • this is an auger-type filling device for packing powders such as pharmaceuticals and foodstuffs into containers such as plastic bags, and a filter layer is provided on a cylindrical wall surrounding the auger connected to the lower part of the hopper.
  • a filter layer is provided on a cylindrical wall surrounding the auger connected to the lower part of the hopper.
  • the present inventors have proposed a powder fluidization apparatus for solving the above-mentioned problems in the toner filling method (Japanese Patent Application No. 2001-1024).
  • This powder fluidizer is different from the method of storing powder from a filling device in a container by stirring and falling like a set of augers, and introduces gas uniformly into the powder in the powder fluidizer. After obtaining the flow state of the powder controlled by the minimum amount of gas, In the powdered state, the liquid is flowed into a container provided separately from the powder fluidization device and filled.
  • the filling device is small, easy to carry, easy to operate and convenient, and can sufficiently fill small-diameter filling containers and containers with complicated shapes. It is extremely effective in solving.
  • the powder fluidized in the powder fluidizer is fluidized and pressurized, and flows into the container at a very high speed through the transport pipe at a very high speed. Since it is easy for a container to be quickly filled with powder and gas, it is necessary to fill one container with the desired amount of powder in order to sequentially fill each of multiple containers with the desired amount of powder. An important technical issue is how to control the flow so that it can be stopped instantaneously, that is, it can be stopped sharply, and the flow can be restarted to fill the next container. If this control is not sufficient, the powder will be sprayed around the filling device, resulting in work contamination.
  • the present inventors have adjusted the pressure release valve provided in the above-mentioned conventional powder fluidization apparatus to control the inflow pressure, but it has been described that the powder inflow into the container is instantaneously stopped. Was inadequate. It is considered that the reason for this is that it takes time for air to escape from the pressure release valve, so it takes time to reduce the residual pressure, and that the flow distance from the powder fluidizer to the container is long.
  • the present inventors provided a mechanical stopping means such as a valve or a shutter at the tip of a filling nozzle that enters the container and used the control means as a control means. It was confirmed that the control of stopping the inflow of the powder was not sufficiently performed due to the formation of powder agglomerates. This may be due to the pressurization of the powder by the mechanical stopping means. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a powder filling method in which a flowing powder obtained by introducing a gas into a powder is caused to flow into a container and filled. Control of instantaneously stopping the flow of powder to the container without altering the powder It is an object of the present invention to provide a powder filling method, a powder filling apparatus, and a powder filling nozzle which can realize a desired amount of powder in a container in a high density state.
  • an object of the present invention is to provide a powder filling nozzle capable of solving the above-mentioned problems when filling a container or the like with toner used for development of an electronic copying apparatus.
  • a first aspect of the present invention is a powder filling nozzle used to fill a container with powder in a fluidized state mixed with a gas, the nozzle being fluidized into the container.
  • a tubular body having an opening for discharging the powder in a state, and a gas passing through the tubular body together with the powder, which is installed near the opening of the tubular body, but not passing the powder.
  • Gas separation means wherein the gas separation means is formed into a plug at the opening by the powder from which the gas has been separated, thereby stopping the flow of the powder from the tubular body to the container.
  • a second aspect of the present invention comprises a powder fluidizing means that can be sealed and a powder filling nozzle, and is mixed with a gas by the powder fluidizing means to form a fluidized state.
  • a powder filling device for discharging and filling the powder into the container from the nozzle via a flow path, wherein the nozzle discharges the powder in a fluidized state to the container.
  • a gas separating means installed near the opening of the tubular body to allow gas to flow through the tubular body together with the powder but not to pass the powder. Wherein the gas separating means is formed into a plug at the opening by the powder from which the gas has been separated, thereby stopping the flow of the powder from the tubular body to the container. Powder filling device.
  • a third aspect of the present invention is to provide a method for storing powder in a fluidized state using a powder filling device having a sealable powder fluidizing means and a powder filling nozzle.
  • a method for filling powder into a container wherein the nozzle is installed in the vicinity of the opening of the tubular body having an opening for discharging powder in a fluidized state to the container, and the opening of the tubular body.
  • a powder filling nozzle, a powder filling apparatus, and a powder filling method capable of sequentially and efficiently filling a predetermined amount of powder into a large number of containers in a high density state.
  • the gas is uniformly introduced into the powder, the flow state of the powder is controlled with the minimum amount of gas, and the flowing powder is placed at the back or bottom of a small-diameter filling container or a complicated-shaped filling container. It can provide a method for inflow and easy filling with high density and no dust.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the powder filling device of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a second embodiment of the powder filling device of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a filling nozzle having a double pipe structure according to the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating an example of a filling nozzle having a triple tube structure according to the present invention
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a third tubular body in which a plurality of through holes are provided in the filling nozzle.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a modified example of the filling nozzle having the double-tube structure of the present invention
  • FIG. 5B is a sectional view taken along line B-B of the first tubular body of the filling nozzle of FIG. 5A. It is.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a powder feeding stop function of the powder filling nozzle of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining the powder filling function of the triple tube structure powder filling nozzle of the present invention.
  • This powder fluidizer is different from the method of storing powder from a filling device in a container by stirring and falling like a set of augers, and introduces gas uniformly into the powder in the powder fluidizer. After obtaining the fluidized state of the powder controlled by the minimum amount of gas, the fluidized state by pressurization is flowed into a container installed separately from the powder fluidizer and filled. Is the main point.
  • FIGS. 1 and 2 together with a powder filling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • members corresponding to the same reference numerals have the same meaning.
  • the powder filling device shown in FIGS. 1 and 2 includes a powder fluidizing device 10 having an air introduction section used for powder fluidization at the bottom, and a filling nozzle 17. It performs its main function.
  • a powder outlet pipe 24 is inserted in advance into the filling powder fluidizer 10, and one end of the powder outlet pipe is connected to a fluid powder transport pipe 12, and the powder The other end of the tube 12 is connected to the filling nozzle 17 of the present invention.
  • the other end of the fluidized powder transport pipe 12 is connected to a filling nozzle 17.
  • the other end of the filling nozzle 17 that is not connected to the fluidized powder transport tube 12 is inserted into the powder filling container 18 so as not to be in close contact with the bottom surface of the powder container 18.
  • the powder to be filled is introduced into the powder fluidizing device 10 from the powder inlet 11 with a closing valve, and the internal pressure is released and sealed. Open the pressure release valve 13 of On the other hand, the operation of the powder flow rate control valve 15 for fine pressure adjustment may be automated by a human power or an electromagnetic valve.
  • the pressure release valve 13 is closed, and gas is introduced from the ventilation pipe 7 into the air header 3 which is a pressurized air reservoir as gas introduction means. Inflow of this gas is pressure regulation, flow rate It may be adjusted by the first pressure reducing valve 25 and the second pressure reducing valve 26 as adjustment, and the inflow continues while the device is operating.
  • the introduced gas is uniformly dispersed in the powder through the perforated porous plate 2 to bring the powder into a fluidized state.
  • the powder 28 in the fluidized state is extruded from the inside of the powder fluidizer for filling 10 into the powder transport pipe 12 with the pressure of the gas used for fluidization with the pressure release valve 13 closed. Then, the tip is discharged into the powder filling container 18 from the tip of the tubular filling nozzle 17 inserted into the powder filling container 18.
  • the fluidized powder transport tube 12 can be made of a flexible material, and its length is not limited as long as it functions. Therefore, the fluidized powder transport device 10 and the filling container 1 can be used. It can be placed away from 8.
  • the powder flow rate of the The degree of opening and closing of the control valve 15 is adjusted so that the powder discharge speed from the powder fluidizing device 10 for filling is conservative, and the inside of the powder filling container 18 for filled fluid powder is After the amount of fine powder cloud remaining in the container 18 has increased to such a degree that it can substantially surround the fluidized powder stream discharged from the leading end of the filling nozzle 17, Then, the powder flow control valve 15 can be opened further to continue the filling operation.
  • the powder fluidized in the powder fluidizer is fluidized and pressurized, so it flows into the container at a very high speed through the transport pipe and into the container.
  • the desired amount of powder is filled in one container.
  • An important technical issue is how to control the flow so that it can be stopped instantaneously, that is, it can be sharply stopped, and the flow can be resumed and the next container can be filled. If this control is not sufficient, the powder will be sprayed around the filling device, etc. It will be dirty.
  • the pressure release valve 13 provided in the powder fluidizer 10 is adjusted to control the inflow pressure, so that the powder inflow into the force container can be stopped instantaneously. And it was not enough. It is considered that the cause is that it takes time for air to escape from the pressure release valve, so it takes time to reduce the residual pressure, and that the flow distance from the powder fluidizer to the container is long.
  • a mechanical stopping means such as a valve or a shutter is provided at the tip of a filling nozzle that enters the container, and the control means is used.
  • the control means is used as the filling operation is repeatedly performed. It was confirmed that the control of stopping the discharge of the powder was not sufficiently performed due to the formation of powder aggregates. This may be because the powder is pressurized by the mechanical stopping means.
  • a first aspect of the present invention relates to a powder filling method in which a powder in a flowing state obtained by introducing a gas into a powder is filled into a container by filling the powder.
  • This is a powder filling nozzle that realizes control to instantaneously stop the flow of powder to the container without altering the quality.
  • the nozzle used to fill the container with the powder in the fluidized state according to the present invention is provided with a gas separating means provided in the tubular body for sending a gas flowing through the tubular body together with the powder. It has the function of stopping the flow of powder from the tubular body by separating gas from the body and forming a plitting made of powder in the tubular body.
  • the filling nozzle of the present invention having the above-described function, mechanical pressure is not applied particularly to the toner for electrophotography, which causes a deterioration in image quality.
  • the powder sent in the fluidized state can be instantaneously stopped without generating the generation and the like, and the filling operation can be performed efficiently and in a state where the filling amount can be controlled with high accuracy.
  • the filling nozzle of the present invention will be described with two specific examples.
  • One is to use two tubular bodies with different diameters and insert a small-diameter tubular body (called the first tubular body) into a large-diameter tubular body (called the second tubular body) and fix it.
  • the first tubular body has a function of sending powder in a fluidized state from one opening to the other opening and discharging the powder into the container, and has a function near the outlet opening.
  • the surrounding area is formed of a filter material through which gas can pass, and the second tubular body has a gas outlet (referred to as a first gas outlet) connected to an external gas suction means (referred to as a first gas suction means). It is provided.
  • the filling nozzle having a double pipe structure of the present invention when the first gas suction means connected to the first gas discharge port provided in the second tubular body is operated, the powder inside the first tubular body is powdered.
  • the gas flowing together with the filter passes not through the powder outlet but through the filter material constituting the first tubular body, and the space formed between the first tubular body and the second tubular body is used as the flow path.
  • the powder is sucked around the entire inner wall of the first tubular body in the portion where the filter material is formed, and the powder is squeezed and instantaneously powdered.
  • a “plug” state composed of the groups is formed, and as a result, the flow of the powder in the first tubular body can be stopped instantaneously.
  • the plug state of the powder group is formed by using the filling nozzle of the present invention, the characteristics of the powder particles are not adversely affected, and the toner forms an aggregate or removes the external additive. Filling work can proceed without separation.
  • the filling nozzle of the double pipe structure type of the present invention functions particularly effectively when applied to the novel filling method described above.
  • the powder fluidized by the powder fluidizer 10 and pressurized and discharged passes along with the gas through the fluid powder transport pipe 12 ⁇ , and passes through the filling nozzle at the second position. (1) Flowed through the tubular body and discharged into the powder container (18).
  • one opening of the first tubular body constituting the filling nozzle is connected to the fluidized powder transport pipe 12, and the other opening is located near the bottom of the powder container 18.
  • a filling nozzle is installed. Since not only the powder but also the gas is discharged from the first tubular body into the powder container 18 and the powder and the gas are mixed, the discharged powder is relatively low in the container. The density is filled.
  • the powder when the powder is a toner for forming an electrophotographic image,
  • One container must be filled with as much powder as possible for the efficiency of transporting a container product or for taking multiple images without changing the container as much as possible. It is also generally required that the toner be filled in a density state so that the toner can be smoothly discharged from the container each time an image is formed without causing a change in the quality of the toner.
  • the operation of discharging gas existing between the powders in the container (degassing operation)
  • a separately prepared gas suction nozzle is used in combination, and the suction port is placed in a state of being surrounded by the powder to perform deaeration work. Is performed.
  • the series of powder filling operations is not limited to the double-tube type filling nozzle.
  • the operation of discharging the powder from the filling nozzle of the present invention into the container is started first, and the gas absorbing I nozzle
  • degassing work is started, and the discharge of powder into the container and degassing of gas are performed in parallel, and the powder in the container is
  • the discharge of the powder from the filling nozzle is stopped by operating the first gas suction means using the function of the filling nozzle of the present invention.
  • Stopping of the powder discharge is performed instantaneously.
  • the degree of suction by the first gas suction means By controlling the degree of suction by the first gas suction means, the amount and degree of discharge of the powder can be adjusted.
  • the desired amount of powder with the desired density has been filled, replace the container with another container, release the suspension of powder discharge, and continue the filling operation.
  • Such a filling method can be applied in an automated factory where a large number of powder containers are continuously filled.However, when a service person performs individual filling such as directly filling a developing unit of a customer's image forming apparatus with toner. It is also applicable to, and its application is not limited.
  • a powder container is provided with two inlets so that the two nozzles can be inserted separately, or It is necessary to provide a wide inlet that allows two nozzles to enter together.
  • FIG. 5A shows a modified example of the filling nozzle having the double pipe structure.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view along the line BB of the first tubular body of the filling nozzle of FIG. 5A.
  • the filling nozzle of FIG. 5A opens a through hole 53 in a part of the tube wall near the tip of the tubular body 50, and sends a space c in the tubular body 50 near the through hole 53.
  • a gas separating means for separating gas from a flowing powder consisting of flowing gas and powder is provided, that is, a filter 52 is provided.
  • An enclosure 51 is provided outside the tubular body 51 in a hermetic manner so as to surround the gas separation means 53. By mounting the seal member 56 between the enclosure 51 and the pipe wall of the tubular body 50, the hermeticity of the space d is maintained.
  • the hermetic enclosure 51 may further be configured to have an opening 54 connected to a gas suction means (not shown).
  • a tubular body having an inner diameter larger than the outer diameter of the second tubular body (hereinafter referred to as a third tubular body) is provided in the second tubular body of the filling nozzle having the double pipe structure. ), I.e., a filling nozzle having a double-pipe structure inserted into the third tubular body and fixed, and the third tubular body located on the powder outlet side of the first tubular body.
  • a filter portion through which gas can pass is formed around the vicinity of the opening, and the third tubular body is further connected to an external gas suction means (referred to as a second gas suction means). 2 gas outlets).
  • first tubular body and the second tubular body in the filling nozzle having the triple pipe structure are the same as those of the filling nozzle having the double pipe structure.
  • the first tubular body opening at one end is connected to the fluidized powder transport tube, and the filter portion of the third tubular body at the other end is surrounded by the powder. Is installed as follows.
  • the second gas suction means When the powder is discharged into the container and the filter portion of the third tubular body is surrounded by the powder, the second gas suction means is operated to suck the gas between the powder and the second tubular body and The gas is discharged from the second gas discharge port through a space formed as a gas flow passage between the third tubular bodies.
  • the powder is filled in the powder container in a high-density state in the same manner as in the case where the filling nozzle having the double pipe structure is used.
  • the present invention is typified by the filling nozzle having the double pipe structure and the triple pipe structure described above.
  • a novel powder filling method equipped with a filling nozzle and its apparatus also constitute the present invention, which will be described below.
  • the filling powder in the sealable powder fluidizing device (powder cutting device) is used.
  • the gas is introduced into the body by adjusting the degree of introduction with the introduction gas control valve, the pressure of the powder fluidization device for filling (powder cutting device) ⁇ is controlled and controlled. It is preferred that fluidization be uniform.
  • air can be gently introduced into the powder fluidizing device for filling to achieve fluidization with the minimum required, and thus, for example, low browning of the powder.
  • the powder After the fluidization, the powder has high fluidity, so the powder can be discharged out of the filling powder fluidizer by only slightly increasing the pressure inside the powder fluidizer for filling. It can be smoothly transported through the discharge, transfer and transfer paths to the tip of the filling nozzle, and can be filled in the filling container without extra stirring.
  • the start and end of the discharge of the fluidized powder and the filling of the container can be controlled by quickly adjusting the pressure in the powder fluidizer for filling. This can be performed by a pressure release valve provided in the powder fluidizing device for use, and can be assisted by an external pressurizing means or the like.
  • the powder filling operation is performed by a separate powder flow rate control valve that is suitable for fine pressure adjustment.
  • the pressure in the powder fluidization device for filling and / or the powder discharge path can be changed in the inside, and furthermore, the pressure fineness which changes the outflow state of the powder between, for example, the beginning and the middle of the powder filling operation. Adjustments can also be made.
  • the present invention can pressurize the inside of the filling powder storage device after fluidizing the powder and gas by enclosing the filled powder storage device by moving the sealed filling powder storage device.
  • the internal pressure can be increased by reducing the volume of the filling powder storage device by external pressure.For example, the internal volume is reduced by crushing, and the powder is discharged out of the device and filled. Pneumatic transport to the tip of the nozzle and filling in the filling container. According to this method, an apparatus for fluidizing the powder is unnecessary or at least miniaturized, and the means for discharging the powder can be omitted as much as possible.
  • the filling powder storage device may have a size and weight that can be shaken by hand, and a size and weight that can be easily vibrated or driven by the power of a pump for introducing pressurized air. There may be.
  • the powder storage device for filling can be used as a single-use type simple filling machine if the required amount is reduced in advance by miniaturization.
  • the powder is fed after fluidization and is discharged from the tip of the filling nozzle to the powder container.
  • the function of the filling nozzle of the present invention stops the discharge of the powder instantaneously. By adjusting the degree of suction by the first gas suction means, the amount and degree of discharge of the powder can be adjusted.
  • the discharge amount and degree of discharge of the powder can be adjusted by using the powder discharge stop function of the filling nozzle together with the introduction gas control valve of the above-mentioned powder fluidizing device for filling.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a filling nozzle having a double pipe structure.
  • the filling nozzle having the double pipe structure is composed of a first tubular body 30 and a second tubular body 31 slightly shorter than the first tubular body 30.
  • Body 30 of It is fed from the opening a, passes through the space c, and is discharged from the opening b into the powder filling container.
  • a through hole 33 is provided in the vicinity of the opening b where the powder of the first tubular body 30 is discharged, and a filter material is wound around the first tubular body 30 so as to cover the through hole 33, A mesh degree corresponding to a toner average volume particle diameter of 1 ⁇ m or less, for example, a 350-mesh metal mesh, and a filter portion 32 of a sintered glass filter are formed.
  • the outer diameter of the first tubular body 30 is smaller than the inner diameter of the second tubular body 31, and the first tubular body 30 is inserted and installed in the second tubular body 31, and the two tubular bodies A space d is formed between the first tubular body 31 and the both ends of the second tubular body 31, which are fixed by the first tubular body 1 and the fixing member 3 5 3 6, and the space d is sealed at that portion .
  • a gas outlet 34 connected to an external gas suction means is provided near the end of the second tubular body 31 on the opening a side where the powder of the first tubular body 30 flows. It is.
  • the first gas suction means When the first gas suction means is operated, the powder and gas flowing in the first tubular body 30 are sucked, and the gas passes through the filter section 32, passes through the space section d, and passes through the gas outlet port 3 4
  • the powder does not pass through the filter section 32, but is attracted to the filter section 32 provided around the first tubular body 30, and the first tubular body 30 is filtered by the filter section 32. Is plugged by the powder. Thus, the flow of the powder in the first tubular body 30 is stopped.
  • the gas suction pressure of the first gas suction means is preferably from 110 to 160 kPa, more preferably from 130 to 145 kPa.
  • the internal pressure and the flow rate so that the bulk density of the powder in the first tubular body 30 is about 0.1 to 0.2, and to feed the powder
  • suction by the first gas suction means so that the bulk density of the powder in which the plug state is formed is about 0.4 to 0.5 can be achieved without lowering the quality of the powder and flowing the powder. This is particularly preferable because it stops instantaneously.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of a filling nozzle having a triple tube structure.
  • the filling nozzle having the triple pipe structure uses a third tubular body 37 which is longer and thicker than the second tubular body 31.
  • the second tubular body 31 and the third tubular body 37 A space e is formed therebetween, and the second tubular body 31 and the fixing members 41, 42 are fixed at both ends of the third tubular body 37, and the space e is sealed at that portion. It is.
  • a plurality of through holes 38 are provided near the end of the third tubular body 37 on the side of the opening b from which the powder of the first tubular body 30 is discharged, and cover the through holes 38.
  • the filter portion 39 is formed by winding the filter material around the third tubular body 37.
  • FIG. 4B shows a plurality of through holes 38 provided in the first tubular body 30.
  • an external second gas suction means is connected.
  • a gas outlet 40 is provided.
  • the functions and configurations of the first tubular body 30 'and the second tubular body 31 constituting the filling nozzle having the triple tube structure are the same as those of the filling nozzle having the double tube structure.
  • the powder and gas discharged into the container are sucked, and the gas passes through the filter unit 39, passes through the space e, and is discharged.
  • the force discharged from the outlet 40 On the other hand, the powder remains without passing through the filter part 39, and is finally filled in the container at a high density.
  • the gas suction pressure by the second gas suction means is preferably from 110 to 160 kPa, and more preferably from 120 to 135 kPa.
  • the first tubular body, the second tubular body, and the third tubular body constituting the filling nozzle will be described.
  • each tubular body As each tubular body, a long pipe type is usually used, and it can be applied to a metal such as stainless steel, titanium, aluminum or the like or a plastic.
  • each tubular body is not limited, but the first tubular body is the longest, then the second tubular body, and the shortest third tubular body has the function and workability of the filling nozzle. Ordinarily used.
  • each tubular body is not particularly limited as long as the intended function is exhibited.
  • the outer diameter of the first tubular body is preferably 4 to 2 Omm.
  • the respective lengths and thicknesses of the first tubular body, the second tubular body, and the third tubular body, and the space width formed between the tubular bodies were such that the function of the filling nozzle of the present invention was exhibited. It is important to satisfy the following conditions (1) to (5) at the same time.
  • a filter portion for stopping powder flow is provided around the vicinity of the powder discharge port.
  • “Near” indicating the installation location of the filter means that it is preferable that the filter is not at the end in order to sufficiently exhibit the function of stopping the powder flow in the first tubular body. It is preferably provided at a position of about 25 mm.
  • this filter portion is preferably at least 0.3 times the inner diameter of the powder discharge opening of the first filling tube, and is preferably about 4 to 20 mm.
  • One method is to provide a plurality of through-holes near one end serving as a powder discharge port of the first tubular body as shown in FIGS. 3 and 4A, and the first tubular body provided with the through-holes.
  • This is a method in which a filter material is wound so as to cover the periphery of the filter to form a filter section.
  • the method of providing a through-hole in the first tubular body itself aims at the stiffness of the nozzle, the workability for winding the filter material, and the operability by forming a straight nozzle. is there.
  • the size of the through-hole is not limited, but is preferably not more than 2/3 of the inner diameter of the first tubular body, and is preferably provided in two or more rows in the longitudinal direction of the tubular body. It is preferable to provide two or more rows of two or more rows.
  • the first tubular body is constituted by a tubular body having a laminated structure in which a tubular member of a filter material and a tubular member of a non-filterable material are joined, and the tubular member of the filter material is filtered.
  • This is a method of functioning as a unit. This method aims to reduce powder clogging in the filter section.
  • Filters that allow gas but not powder when suctioned by gas suction means is basically required, and as long as it exhibits such a function, it is not particularly limited as a filter material constituting the filter portion. It is important to select a mesh as the filter material, and two or more filter materials with different mesh sizes can be laminated.
  • the laminate is preferably a filter having a coarse mesh on the outside and a fine mesh on the inside. Further, this laminate can be particularly preferably applied to the latter method, which has a drawback that the stiffness is weak.
  • a twill tatami weave filter has a finer filtration particle size and a higher surface smoothness and is denser than a plain tatami weave filter, so that it allows gas used in the present invention to pass through but not powder. This is the most preferred filter material.
  • the thickness of the filter material is particularly selected in consideration of the narrow space formed between the first tubular body and the second tubular body.
  • a gas suction filter section is provided around the third tubular body of the triple-tube structure filling nozzle of the present invention near the powder discharge port side of the filling nozzle.
  • the term “near”, which indicates the location of the filter section, means that it is preferable that it is not at the end in order to sufficiently exhibit the function of sucking gas in the powder container. It is preferably provided at a position of about 5 to 15 mm, and the width of the filter portion is preferably wider than the width of the filter portion of the first tubular body because a large amount of gas needs to be discharged. It is preferably about 0 to 15 O mm.
  • the method of forming the filter portion and its material are basically the same as those of the first tubular body.
  • the diameter of the through-hole is preferably 2/3 or less of the inner diameter of the third tubular body.
  • four or more rows are provided in a line in the longitudinal direction of the tubular body, and two or more rows of such four or more rows are preferably provided.
  • the positions at which the first gas outlet and the second gas outlet are provided in each of the second tubular body and the third tubular body constituting the filling nozzle of the present invention are not particularly limited. It is preferable to arrange them in the vicinity of the opening where the fluidized powder of the tubular body flows. Also, the diameter of the gas discharge port is not particularly limited, but is preferably about 4 to 7 mm.
  • a vacuum pump suction type As the gas suction means connected to each of the first gas discharge port and the second gas discharge port in the present invention, a vacuum pump suction type, an ejector single suction type, and the like are used. Among them, an ejector single suction type requires maintenance. Preferable because it requires very little.
  • a ring-shaped fixing member, an adhesive, solder, or the like is used as a fixing member for fixing a space to be closed and preventing gas from leaking.
  • FIG. 1 a powder filling apparatus of the present invention, to which the above-described triple-tube filling nozzle is attached, will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 the powder filling device of the present invention is not limited to those shown in these figures.
  • a gas suction nozzle is separately prepared, and two nozzles can be separately introduced as a powder container. Either one provided with two inlets or one provided with a wider inlet into which two nozzles can be inserted collectively is used.
  • the powder filling device of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 is provided with a powder fluidizing device 10 provided with an air introduction section used for fluidizing the powder at the bottom, and the filling powder is provided.
  • a powder outlet pipe 24 is previously inserted into the fluidization device 10, and one end of the powder outlet pipe is connected to the fluidized powder transport pipe 12 and further connected to the powder outlet pipe 24.
  • the leading end of the fluidized powder transport pipe 12 not to be connected is connected to a filling nozzle 17 having a triple pipe structure of the present invention.
  • the tip of the filling nozzle 17 on the side not connected to the fluidized powder transport tube 12 is inserted into a part of the powder filling container 18 so as not to be in close contact with the bottom surface of the powder container 18.
  • the air header 3 is slightly pressure-resistant so that the pressure inside the powder fluidizer for filling 10 can be increased, and the air header 3 is provided with a third pressure gauge p3. You.
  • the compressed air pipe 7 connected to the air header 3 is provided with a first pressure reducing valve 25, a second pressure reducing valve 26, and an air flow meter 27 in order, and the first pressure reducing valve 25 and the second pressure reducing valve 26 are provided.
  • a second pressure gauge p 2 is provided between the first pressure gauge p 1 and the second pressure reducing valve 26 and the air flow meter 27 between them.
  • the powder to be filled is charged into the powder fluidizing device 10 from the powder inlet 11 with a closing valve, and the internal pressure is released and sealed. Open the pressure release valve 13 of On the other hand, the operation of the powder flow rate control valve 15 for fine pressure adjustment may be automated by a human power or an electromagnetic valve.
  • the pressure release valve 13 is closed, and gas is introduced from the ventilation pipe 7 into the air header 3 which is a pressurized air reservoir as gas introduction means.
  • the inflow of this gas may be adjusted by the first pressure reducing valve 25 and the second pressure reducing valve 26 for pressure adjustment and flow rate adjustment, and the inflow continues while the device is operating.
  • the introduced gas is uniformly dispersed in the powder through the perforated porous plate 2 to fluidize the powder.
  • the introduced gas is uniformly dispersed in the powder by the perforated porous plate 2 to fluidize the powder.
  • the pressure release valve 13 closed, the fluidized powder is extruded from the inside of the powder fluidizer for filling 10 into the powder transport pipe 12 with the pressure of the gas used for fluidization, and Is discharged into the powder filling container 18 from the tip of the tubular filling nozzle 17 of the present invention inserted into the powder filling container 18.
  • the tip of the filling nozzle 17 is inserted so as not to be in close contact with the bottom surface of the powder container. Since the ventilation pipe 7 can be made of a flexible material, and its length is not limited as long as it performs its function, the powder fluidization device 10 and the filling container 18 can be used. They can be spaced apart.
  • the fluidized powder transport pipe 12 can be made of a flexible material, and its length is not limited as long as it functions. Therefore, the powder fluidizing device 10 and the filling vessel 1 It can be placed away from 8.
  • a large amount of gas discharged together with the powder is discharged into the container, and the inside of the container is divided into a lower layer in which the powder and the gas are mixed and an upper layer in which almost only the gas is mixed.
  • a powder-gas separation sieve (porous perforated plate) 16 is used for a lid member attached to the mouth of the powder filling container 18.
  • Upper layer Part of the gas is exhausted and the pressure inside the container is adjusted.
  • the lid member is made of at least a gas-permeable porous material, is provided with a hole for inserting the filling nozzle, and has a size that can be fitted into the opening of the powder filling container.
  • the gas present between the powders in the lower layer portion is connected to the second gas discharge port provided in the third tubular body and the second gas suction Degassing is performed by the operation of the means.
  • a gas suction nozzle inserted into powder in a container as described in JP-A-2001-310002 is used. Degassing is performed by operating the second gas suction means.
  • the degree of opening and closing of the powder flow rate control valve 15 of the fluidization device 10 is adjusted so that the powder discharge speed of the filling powder fluidization device 10 Container for powder filling of body 1 8 Avoid cavitation and diffusion inside.
  • the powder flow rate control valve is used. 15 can be opened further to continue the filling operation.
  • the filling nozzle 17 is placed above the filling port of the powder filling container 18, and is automatically inserted into the powder filling container 18 after the setting of the powder filling container 18, but is also manually inserted. May be.
  • a lid member is fixed near a connecting portion between the fluidized powder transport pipe and the filling nozzle in a state where the filling nozzle is inserted into the hole, and the container is attached to the lid member.
  • One method using the filling device of the present invention is to replace the container after filling the body and sequentially fill a large number of containers with the powder.
  • the first gas suction means connected to the first tubular body constituting the filling nozzle having the triple tube structure is operated to stop the flow of the powder in the first tubular body, Discharge of powder into the container can be stopped.
  • This powder discharge can be stopped by simultaneously opening the pressure release valve 13 of the filling powder fluidization device 10 and operating the gas suction means, and slightly opening the pressure release valve 13.
  • the filling fluidization device 10 made of a flexible material such as soft plastic is attached to the lower part of the filling fluidization device 10 with a flange. Air-permeable perforated plate that is removably connected to form a fluidized bed of powder
  • a gas introduction means includes a check valve 8 at the gas outlet and a bellows-type pump 6 that expands and contracts by a small electric motor 5 and sends air to the air header 3.
  • the pump 6 is detachably fixed in the holding frame 9, and when the pump 6 expands and contracts by the small electric motor 5, the filling powder fluidizing device 10 is vibrated through the holding frame 9, Due to the vibration, the powder in the powder fluidizer for filling 10 is fluidized by gas.
  • the powder fluidizer for filling 10 and the air header 3 do not need to be made of a thick material peculiar to the pressurized container, and the weight and size of the entire apparatus are further promoted. It can be operated simply by inserting the power line plug 21 for the small electric motor 5 into, for example, an outlet provided in a copying machine.
  • This filling device consumes less power than conventional auger-type filling devices, and can be operated at 100 V for home use instead of 200 V for industrial use. I do. However, relying on ordinary power alone will reduce the environmental burden. There is not much difference from the case where 200 V is used. Therefore, the use of natural energy as a power source for operating the filling device is also one of the embodiments.
  • the power energy referred to in the present invention means the power transmitted from a so-called power company to an office, a home, or the like via a power transmission line.
  • renewable energy refers to power generated by our other than that generated by power companies.
  • solar energy solar thermal power generation system
  • wind energy wind power generation system
  • Renewable energy is, specifically, solar and wind energy that can be obtained everywhere, and excludes geothermal energy that is not easily available.
  • the conversion of solar energy into electrical energy is a solar cell that obtains DC electrical energy by irradiating light from the sun to the junction between a p-type semiconductor such as silicon and an n-type semiconductor.
  • the conversion of wind energy into electric energy is achieved by rotating, for example, about one to three blades by wind power, and transmitting this rotation to the rotation of a coil placed between the north and south poles, thereby obtaining direct or alternating current. Is to obtain the current of
  • a solar electrode device and two wind power generators were prepared.
  • the solar power generation capacity is 3 KW, and the wind power generation capacity is 60 W on one side and 72 W on the other side.
  • a gas is filled together with the powder, and the container is formed of a soft plastic such as polyethylene which is easily deformed by hand in a closed container having a pipe connection port. Then, pressure is applied from the outside to deform the plastic container, and the internal pressure is increased to obtain a urethane tube or the like connected to the pipe connection port. It is okay if the powder is led to the bottom of the filling container.
  • a soft plastic such as polyethylene
  • At least two pipe connection ports are provided in a container of rigid plastic or the like that does not deform, one of them is connected to compressed air of 0.2 Mpa or less, and the other is a powder transport pipe for powder. You may guide
  • a manual inflator such as a bicycle can be used instead.
  • the discharge of the powder from the powder fluidization device 10 to the filling nozzle 17 may be performed by increasing the pressure in the powder fluidization device 10; Alternatively, it may be performed by reducing the internal volume of the powder fluidization device 10 by applying external pressure to the powder fluidization device 10.
  • the powder filling device and the filling nozzle of the present invention are not limited to applicable powders, but are particularly effective when applied to toners for electrostatic latent image development irrespective of their types.
  • Volumetric particle size is not only 0 ⁇ 2 ⁇ m to 20 m, but also 5 ⁇ m to 15 ⁇ m, and 7 ⁇ ! It is applicable to filling powder of ⁇ 12 ⁇ into a container.
  • the powder filling container 18 applied to the powder filling apparatus is not particularly limited.
  • a bottle type or cartridge made of resin such as polyethylene and polyester is used.
  • a type can be suitably used.
  • the shape of the container is various such as cylindrical, polygonal and other irregular shapes. Taking a cylindrical container as an example, the diameter of the container is about 10 to 30 mm and the length is about 50 to 200 mm. Things are used.
  • the powder filling apparatus used in the experiment will be described based on the powder filling apparatus 1 shown in FIGS.
  • the powder fluidizer 10 used for the experiment is a nearly cylindrical cylinder with a capacity of 200 liters, and a resin plate with a pore diameter of 10 Aim, porosity of 30%, and a thickness of 5 mm at the bottom.
  • a gas-permeable porous plate 2 made of a porous material in the form of a body was prepared, and a powder outlet pipe 24 provided in the powder fluidization device 10 and one end of a filling nozzle having a double pipe structure were prepared.
  • the filler nozzle is connected via a body transport pipe 12, and the filling nozzle is inserted into a powder container 18 through a hole provided in a lid member made of a porous resin plate 16 made of resin.
  • the container for filling the toner powder used in the experiment has an inner volume of about 160 cc, a diameter of about 100 Omm, a length of about 200 mm, and an opening for inserting the filling nozzle.
  • a Ricoh color laser printer type 800 toner with an average volume particle size of 7 ⁇ m and a specific gravity of 1.2 was prepared, and the powder inlet 1 attached to the powder fluidizer 10 was prepared. While adjusting the powder flow rate control valve 15 from 1, 60 kg of the toner was put into the powder fluidization device 10.
  • the pressure release valve 13 provided near the powder input port 11 of the powder fluidization device 10 was adjusted, and the first pressure reducing valve 25 and the second pressure reducing valve 26 While adjusting the air pressure through the pressure reducing valve of the stage, air is supplied to the air header 3 at a rate of 30 liters per minute for 5 minutes, and the powder of the toner powder cloud in the powder fluidizer 10 is discharged.
  • the layer and the air layer were balanced, and the upper powder surface was kept stationary to form a fluidized state of the toner powder.
  • Air pressure is applied so that the internal pressure of the container becomes 15 kPa, and the toner powder in the powder fluidizer 10 is filled with the toner powder through the filling nozzle 17 through the filling nozzle 17. It was discharged into the filling container 18.
  • the toner powder is discharged into the powder container as described in (2) above, and the filling container 18 is previously weighed by a ⁇ ⁇ ⁇ (load cell '6 kgf).
  • the gas suction means By operating the gas suction means so that the suction pressure becomes 120 kPa when the discharged toner powder reaches a predetermined weight, the air is discharged and the outlet of the nozzle is closed at the same time. The discharge of the toner could be stopped.
  • the first tubular body 30 constituting the double-tube structure nozzle has a length of about 40 O mm, A stainless steel pipe with an inner diameter of 6 mm and an outer diameter of 7 mm, with a penetration of 3 mm in diameter at a total of 8 places, 12 mm from one end and 5 mm from it, and similarly in the cross direction Prepare a filter with a hole 33 and attach a stainless steel mesh (twill tatami weave, 500/3500) with a width of about 1 Omm around it to cover the through hole. Used.
  • the second tubular body 31 is a stainless steel pipe having a length of about 450 mm, an inner diameter of 8 mm, and an outer diameter of 9 mm, and a first gas outlet 34 is provided near one end thereof. After the first tubular body 30 is inserted into the nozzle, both ends are sealed and fixed with solder (Sn-Pb alloy) to form a double tube structure nozzle.
  • the first gas outlet 34 is connected to a separately prepared first gas suction means ME-60, manufactured by Koganei.
  • a stainless steel pipe having a length of about 50 Omm, an inner diameter of 11 mm and an outer diameter of 12 mm, and a pitch of 8 mm from a position 15 mm from one end to a total of 11 places.
  • 5 mm diameter through holes 38 are provided, and a total of 10 holes with 5 mm diameter are provided at a total of 10 locations at a pitch of 8 mm from a position 19 mm from the same end in the cross direction.
  • a stainless steel mesh twill tatami weave, 500/3500, with a width of about 10 Omm is attached around the through-hole so as to cover the through-hole, and a filter section 39 is formed. Use the one provided.
  • the second gas outlet 40 is connected to a separately prepared second gas suction means ME-60, manufactured by Koganei.
  • the filling nozzle for comparison is about 400 mm long, 6 mm inside diameter and 7 mm outside diameter.
  • a stainless steel pipe was used.
  • the toner powder is discharged into the powder container as described in 2 above, and the filling container 18 is weighed in advance by a weighing scale (load cell ..6 kgf).
  • the application of air pressure is stopped by the introduction gas control valve 20 provided in the powder fluidizer 10, and at the same time, the powder flow is stopped by the pressure release valve 13.
  • the pressure in the gasifier 10 was released to balance with the atmospheric pressure, the discharge of the toner could not be stopped instantaneously.
  • the second gas suction means is operated so that the suction pressure becomes -30 kPa, and the second gas suction means is moved into the toner powder. Only air is sucked and discharged from the nozzle in the surrounding state, and the nozzle is raised while reducing the volume of the toner powder, thereby forming a high-density state of the toner powder in the container.
  • Example 1 the time required for discharging the toner powder into the container using the double-tube filling nozzle and the comparative filling nozzle, and allowing the toner powder to settle as it is (Example 1, Comparative Example); After discharging the toner powder into the container using a filling nozzle having a triple tube structure, the time required for filling by suctioning air (Example 2) was measured. One hundred (550 g / book) of the above black " ⁇ " pieces were repeated, and the average filling time was measured.
  • Example 1 As a result, in Example 1, it was 35.1 seconds, and in Comparative Example, it was 41.8 seconds. In Example 2, however, it was 18.5 seconds. It was confirmed that not only the function of stopping the flow of powder but also the function of high filling was fully demonstrated, which was effective in shortening the filling time.
  • a powder filling nozzle and a powder that enable efficient and accurate filling of a large number of containers with a predetermined amount of powder sequentially in a high density state.
  • a body filling device and a powder filling method can be provided.
  • the gas is introduced uniformly into the powder to obtain a controlled flow state of the powder with the minimum amount of gas, and the flowing powder is placed at the back or bottom of a small-diameter filling container or a complicated-shaped filling container. It can provide a method that can easily flow in and can be filled with high density and no dust.
  • accurate weighing is possible, This is an extremely advantageous effect that a filling nozzle and a filling device that is small, portable, and easy to operate can be provided so that filling can be performed at any place.

Abstract

気体と混合され流動化状態にある粉体を容器に充填するために用いられる粉体充填用ノズルであって、容器へ流動化状態の粉体を排出するための開口部を有する管状体と、管状体の開口部近傍に設置され、管状体内を粉体と共に送流する気体を通過させるが粉体を通過させない気体分離手段とを有し、気体分離手段が気体を分離した粉体により開口部において栓状態に形成されることにより、管状体から容器への粉体の送流を停止する。

Description

粉体充填方法、 粉体充填装置及び粉体充填用ノズル 技術分野
本発明は、電子写真方式による画像形成用のトナーに代表される微小の粉体を 容器に充填するための技術であって、従来方式では充填が困難あるいは不可能で あった、小口径容器あるレヽは小容量容器に粉体を効率的に充填するための粉体充 填方法、 粉体充填装置及び粉体充填用ノズノレに関する。 背景技術
電子写真用トナー等の粉体の充填方式として、粉体の自重によって充填機から その真下に配置した容器に落下させて充填することを基本的考え方とする、 ロー タリーパルプ、 スクリューフィーダ一あるいはオーガ一式などがあり、 特にォー ガー式は一定容積の容器に粉体を効率よく充填する方式として、一般的に知られ、 実用化されているものである (特開平 4一 8 7 9 0 1号公報、特開平 6— 2 6 3 1 0 1号公報参照)。
これらの充填方式によつ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、容器內 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 (特開平 9— 1 9 3 9 0 2号公報参照)。
通常、 オーガ一式は、 円錐形のホッパーの排出口近傍内部に設けられたスクリ ユー状のオーガ一を回転させることによって、ホッパー内のトナーを排出口から 下方に排出する方式であって、排出後搬送ベルト上に配置され搬送される複数の 容器内に順次トナーを収納し行なわれている。
近年、 電子写真方式による画像形成に対して、 高速化、 高精細化おょぴ高画質 化等の要望が高まり、 それに伴い、 トナーの粒径を平均体積粒径 1 0 μ m以下に 微小化し、表面に金属酸化物微粒子を固着させて(外添剤という)流動性を高め、 あるいは融点の低い結着剤樹脂を用いて低温定着性を確保するなど、 トナーにつ いて様々な検討がなされ、 実用化されている。 しカ しながら、前記のオーガ一式によると、 オーガ一の回転によってトナーを 加圧することになるために、 トナーの外添剤が表面から脱離あるいは遊離し、 さ らにトナー中に埋没し、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、低融点の結着剤樹脂が用いられた低温定着トナーは、 オーガ一の回転に よる加圧によってトナー粉同士が付着したり、凝集体をつくりやすくなり、 時と してその凝集体が元に戻らないほどに固化してしまうこともあって、その結果ホ ッパーの出口でトナー粉が詰って、排出が停止することになり、 トナーの充填作 業に支障をきたすといった問題も発生している。 さらに、前記の凝集体の帯電性 が所望の値を呈さない等のことから、前記凝集体の混在する現像剤によるコピー は、 画質が不充分なものとなる。
本来、 トナーは、 その粒径が微小になればなるほど、 ホッパーから容器に落下 したトナーは、材質に関係なく気体中でブラウン運動をし、噴霧状態を作りやす くなるために、その結果粉体間に存在することになる多量の気体を排出する必要 性が生じ、容器内におけるトナーの高密度の充填状態を形成することを難しくす ることになり、 このような困難性に相俟って上記の問題が解決されることが期待 されている。
さらに、 オーガ一式は、 上述のように、 複数の容器を載せて搬送するベルトと ホッパーを主体とした充填機が少なくとも必要となって大掛りな装置となり、ま た充填機の真下に容器を配置して充填しなければならないので、装置が固定的で 制約があるものとなるといった欠点を有するものである。
また、 ホッパーと同様に粉体を貯留した充填機内に気体を導入して、粉体の流 動性を高めた後、攪拌機を回転させながら、 充填機に設けられた排出口から粉体 を搬送配管を通して容器に向けて搬送し、容器前の搬送間に脱気配管を通して粉 体間にある気体を排出することによって、粉体を効率良く供給して容器に高密度 に充填することを目的とした提案がある (特開 2 0 0 1 - 3 1 0 0 2号公報参 照)。
しかしながら、 この充填方式は、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、製作が難しい上に、重量が大きくなつて装置全体が大 掛りなものになるのに加えて、 充填機と容器とを離間して配置するために、特に 容器が小口径のものと力 \容器内壁がトナー排出を容易とするため螺旋凸状のよ うな様々な構造の容器等を用いる場合に、粉体の動きを阻害され、粉体が容器内 部の空気と置換され難く、また容器に粉体に搬送される途中で脱気するため粉体 の搬送を難しくする上に、攪拌機を用いて充填機から排出するため、 オーガ一式 と同じようにトナー粉体上の外添剤の脱離等と凝集体の生成が生じることにな つて、 所望の充填ができないなどの問題がある。
さらに、医薬品と力食料品のような粉状体をビニール袋などの容器に詰めるた めのオーガ一式の充填装置であって、ホッパー下部に連結されるオーガ一を囲む 筒状壁にフィルタ層が設けられ、前記フィルタ層を通して脱気し負圧にすること によって、オーガ一回転によつて袋に落下する粉状体を瞬時に停止することを狙 いとする提案がある (特開 2 0 0 0 - 2 4 7 4 4 5号公報参照)。
しかしながら、 この提案は、 オーガ一式であるために依然として先述の特有の 問題があることに加えて、 特に外添剤が固着したトナー粉体の場合には、 回転す るオーガ一中を通過すると粉体から外添剤を脱離しやすくなるために、粒径が粉 体より小さい外添剤がフィルタ層を通して吸引されると、 フィルタに目詰まりを 起しやすくなって、フィルタ層の所期の停止効果が十分発揮されない等の問題が める。
複写機やプリンターなどの画像形成装置が設置されている一般のオフィス内 で、 トナー容器あるいは装置の現像部に直接補給しょうとすると、 トナーの粉塵 が舞う上に、 たとえ補給できたとしても、空気を多く含んだ低密度状態のものに なって問題となっている。 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 画像は品質の悪レ、ものになる。
本発明者等は、 トナー充填方法における前述の諸問題を解決するための粉体流 動化装置を提案した (特願 2 0 0 1 - 1 0 2 2 6 4号)。
この粉体流動化装置は、オーガ一式のような攪拌と落下によつて充填装置から 粉体を容器に収納する方法とは異なり、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、加圧によつて流動 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。 本発明者等によって提案された上記粉体充填方式によると、オーガ一式のよう に特にオーガ一の回転によって発生する、 トナー粉体の外添剤の脱離と力凝集体 の生成等が発生せず、 しかも充填装置が小型で持ち運びが容易で、操作が簡単で 利便性が高く、小口径の充填容器や複雑な形状の容器にも十分な充填ができる等 の理由から、 前述の諸問題の解決に極めて有効である。
この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 し加圧されているために極めて高速で輸送管を通つ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。
本発明者等は、上記従来の粉体流動化装置に設けられた圧力開放弁を調節して 流送圧の制御を行なったが、容器内への粉体流入を瞬時に停止させることについ ては不十分であった。 この原因は圧力開放弁から空気の抜ける時間が必要な為、 残圧低下に時間がかかること、及び粉体流動化装置から容器までの流送距離が長 いためではないかと考えられる。
また、 本発明者等は、 容器内に揷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、 粉体流入の停止制 御が十分行なわれないことを確認した。 この原因は、機械的停止手段によって粉 体が加圧されるためではないかと考えられる。 発明の開示
本発明は、 上記問題点に鑑みなされたものであり、 その目的は、粉体中に気体 を導入して得られた流動状態の粉体を容器内に流入させて充填する粉体充填方 式において、粉体を変質させずに、容器への粉体の送流を瞬時に停止させる制御 を実現でき、所望量の粉体を高密度状態で容器に充填することを可能とする粉体 充填方法、 粉体充填装置、 及び粉体充填用ノズルを提供することである。
特に、本発明は、 電子複写装置の現像に用いられるトナーの容器等への充填の 際における上記問題点を解決することが可能な粉体充填用ノズルを提供するこ とを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第 1の側面は、気体と混合され流動化状態 にある粉体を容器に充填するために用いられる粉体充填用ノズルであって、前記 容器へ流動化状態の粉体を排出するための開口部を有する管状体と、前記管状体 の前記開口部近傍に設置され、前記管状体内を粉体と共に送流する気体を通過さ せるが粉体を通過させない気体分離手段とを有し、前記気体分離手段が気体を分 離した粉体により前記開口部において栓状態に形成されることにより、前記管状 体から前記容器への粉体の送流を停止することを特徴とする粉体充填用ノズル である。
上記目的を達成するため、本発明の第 2の側面は、密閉可能な粉体流動化手段 と、粉体充填用ノズルとからなり、前記粉体流動化手段により気体と混合され流 動化状態にされた粉体を送流経路を介して前記ノズルから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、前記ノズルが、 前記容器へ流動化状 態の粉体を排出するための開口部を有する管状体と、前記管状体の前記開口部近 傍に設置され、前記管状体内を粉体と共に送流する気体を通過させるが粉体を通 過させない気体分離手段とを有し、前記気体分離手段が気体を分離した粉体によ り前記開口部において栓状態に形成されることにより、前記管状体から前記容器 への粉体の送流を停止することを特徴とする粉体充填装置である。
上記目的を達成するため、本発明の第 3の側面は、密閉可能な粉体流動化手段 と、粉体充填用ノズルとを有する粉体充填装置を用いて流動化状態にある粉体を 容器に充填するための粉体充填方法であって、前記ノズルが、 前記容器へ流動化 状態の粉体を排出するための開口部を有する管状体と、前記管状体の前記開口部 近傍に設置され、前記管状体内を粉体と共に送流する気体を通過させるが粉体を 通過させない気体分離手段とを有し、前記粉体充填方法が、前記粉体流動化手段 に収納した粉体を気体と混合して流動化状態にする手順と、前記流動化状態の粉 体を前記粉体流動化手段から送流経路を介して前記ノズル內に送流することに より前記粉体を前記容器に排出し充填する手順と、前記気体分離手段が気体を分 離した粉体により前記開口部において栓状態に形成されることにより、前記管状 体から前記容器への粉体の排出を停止する手順とを有することを特徴とする粉 体充填方法である。
本発明によれば、多数の容器に所定量の粉体を高密度状態に順次効率的かつ精 確に充填することを可能とする粉体充填用ノズル、粉体充填装置並びに粉体充填 方法を提供できる。 すなわち、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、簡単に高密度、 無粉塵で充填できる方法を提供でき る。 しかも、 正確な計量が可能で、 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ノズルおよび充填装置を提供する 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。
本発明の他の目的、特徴及ぴ利点については、添付の図面を参照して以下の発 明の詳細な説明を理解することにより明らかとなる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の粉体充填装置の第 1の実施形態を示す概略図である。
図 2は、 本発明の粉体充填装置の第 2の実施形態を示す概略図である。
図 3は、 本発明の二重管構造の充填ノズルの一例を示す断面図である。
図 4 Aは、本発明の三重管構造の充填ノズルの一例を示す断面図であり、 図 4 Bは充填ノズルに複数の貫通孔が設けられた第 3管状体を示す図である。
図 5 Aは、本発明の二重管構造の充填ノズルの変形例を示す断面図であり、 図 5 Bは図 5 Aの充填ノズルの第 1管状体における線 B— Bに沿った断面図であ る。
図 6は、本発明の粉体充填用ノズルの粉体送流停止機能を説明するための図で あ 。
図 7は、本発明の三重管構造の粉体充填用ノズルの粉体高充填化機能を説明す るための図である。 発明を実施するための最良の形態
まず、 本発明の実施形態を説明する前に、 本発明の理解を容易にする目的で、 本発明者等が先に提案した、 トナー充填方法における前述の諸問題を解決するた めの粉体流動化装置について説明する。
この粉体流動化装置は、オーガ一式のような攪拌と落下によつて充填装置から 粉体を容器に収納する方法とは異なり、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、加圧によつて流動 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。
上記粉体流動化装置を図 1および図 2を用いて、本発明の実施態様である粉体 充填装置と共に説明する。 なお、 図 1および図 2において、 同一符号番号に対応 する部材は同一の意味を持つものとする。
図 1およぴ図 2に示される粉体充填装置は、底部に粉体流動化のために用いら れる空気導入部が設けられた粉体流動化装置 1 0と、充填ノズル 1 7がその主た る機能を発揮するものである。
前記充填用粉体流動化装置 1 0内には、予め粉体導出管 2 4が挿入され、粉体 導出管の一方の先端は流動粉体輸送管 1 2に連結され、前記流動粉体輸送管 1 2 の他方の先端は、 本発明の充填ノズル 1 7に連結されている。
さらに前記流動粉体輸送管 1 2の他方の先端は、充填ノズル 1 7に違結されて いる。 充填ノズル 1 7の流動粉体輸送管 1 2に連結されない他方の先端は、粉体 容器 1 8の底面に密着しないように、粉体充填用容器 1 8の内部に揷入されてい る。
この粉体充填装置を稼働するにおいては、先ず、充填しょうとする粉体を閉鎖 弁付き粉体投入口 1 1から粉体流動化装置 1 0内に投入し、内部圧力の開放及び 密封のための圧力開放弁 1 3を開放しておく。 一方、圧力微調整用の粉体流速調 節弁 1 5の操作は人力または電磁弁などで自動化されても良い。
粉体投入後、圧力開放弁 1 3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 2 5、第 2減圧弁 2 6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 を流動化状態にする。流動化状態の粉体 2 8は、圧力開放弁 1 3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 1 0内から粉体輸送 管 1 2に押出され、先端を粉体充填用容器 1 8の内部に挿入された管状の充填ノ ズル 1 7の先端から粉体充填用容器 1 8内に排出される。
流動粉体輸送管 1 2は、 可撓性の材質め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 1 0と充填用 容器 1 8とは離間して配置することができる。
このような粉体充填装置においては、 充填の最初、 特に、 粉体充填用容器 1 8 の内部が完全に空である場合には、最初、充填用粉体流動化装置 1 0の粉体流速 調節弁 1 5の開閉度を加減して、充填用粉体流動化装置 1 0からの粉体排出速度 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 1 8内部でのあばれ、 拡散を避け、 次に、 容器 1 8中に滞留する微粉体雲の量が、 充填ノズル 1 7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、粉体流速 調節弁 1 5をより開にして、 充填操作を続けることができる。
本発明者等によって提案された従来の粉体充填方式によると、オーガ一式のよ うに特にオーガ一の回転によって発生する、 トナー粉体の外添剤の脱離と力凝集 体の生成等が発生せず、 しかも充填装置が小型で持ち運びが容易で、操作が簡単 で利便性が高く、小口径充填容器や複雑な形状の容器にも十分な充填ができる等 の理由から、 前述の諸問題の解決に極めて有効である。
従来の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 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。
従来の粉体充填方式では、粉体流動化装置 1 0に設けられた圧力開放弁 1 3を 調節して流送圧の制御を行なった力 容器内への粉体流入を瞬時に停止させるこ とについては不十分であった。 この原因は圧力開放弁から空気の抜ける時間が必 要な為、残圧低下に時間がかかること、及び粉体流動化装置から容器までの流送 距離が長いためではないかと考えられる。
また、 従来の粉体充填方式では、容器内に揷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、粉体の 排出停止の制御が十分行なわれないことを確認した。 この原因は、機械的停止手 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。
上記課題を解決するため、本発明の第 1の側面は、粉体中に気体を導入して得 られた流動状態の粉体を容器内に流入させて充填する粉体充填方式において、粉 体を変質させずに、容器への粉体の送流を瞬時に停止させる制御を実現する粉体 充填用ノズルである。
次に、 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、前記管状体に具備される気体分離手段によつ て、前記粉体から気体を分離し粉体からなるプリッヂを管状体内に形成すること で、 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にと つて、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。
次に、 本発明の充填ノズルについて、 具体例を 2つ挙げて説明する。 1つは、 径の大きさの違う 2本の管状体を用い、 小径の管状体 (第 1管状体とい う) を大径の管状体 (第 2管状体という) 内に挿入して固定した二重管構造のも のであって、第 1管状体は、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 出側開口部の近傍周囲が気体 の通過が可能なフィルタ材料で形成され、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) に連結される気体排出口 (第 1気体排出口という) が設けられたものである。
本発明の二重管構造の充填ノズルによれば、第 2管状体に設けられた第 1気体 排出口に連結される第 1気体吸引手段を稼働させると、第 1管状体の中を粉体と 共に流れている気体は、粉体排出口ではなく第 1管状体を構成するフィルタ材料 を通って、第 1·管状体と第 2管状体との間に形成される空間を送流路にして流れ、 前記第 1気体排出口から排出されると同時に、 フィルタ材料が形成される部分の 第 1管状体内壁全周囲に粉体が吸引され、粉体が絞り状態になって瞬間的に粉体 群からなる「栓」状態が形成されて、その結果第 1管状体の中の粉体の送流を瞬時 に停止させることができる。
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。
本発明の二重管構造タイプの充填ノズルは、先に説明した新規な充填方式に適 用すれば、 特に有効に機能する。 すなわち、 図 1およぴ図 2において、 粉体流動 化装置 1 0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 1 2內を通り、 充填ノズルの第 1管状体内を送流して、粉体容器 1 8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 1 2に連結され、また他方の開口部が粉体容器 1 8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 1 8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比較的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である場合を例にとると、 トナーを充填し 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が スムースに排出できるように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 填するためには、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。
粉体の一連の充填作業は、二重管構造タイプの充填ノズルに限らず、好ましく は、本発明の充填ノズルから粉体を容器内に排出する作業を先に開始し、 気体吸 弓 Iノズルの吸引口が粉体で囲繞状態になったら脱気作業を開始し、一時的には容 器への粉体の排出と気体の脱気とが並行に行われ、容器内の粉体が所望量の高密 度状態になったタイミングで、本発明の充填ノズルの機能を用い第 1気体吸引手 段の稼働によって、 充填ノズルからの粉体排出の停止が行なわれる。
この粉体排出の停止は瞬時に行なわれる力 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。
しかしながら、本発明の二重管構造の充填ノズルと気体吸引ノズルの 2種類の ノズルを用いる場合、粉体容器としては、 2つの揷入口を設けて 2つのノズルを 別々に揷入できるもの、あるいは 2つのノズルが纏めて揷入可能な広めの揷入口 を設けたものが必要になる。
また、 図 5 Aは、 二重管構造の充填ノズルの変形例を示す。 図 5 Bは、 図 5 A の充填ノズルの第 1管状体における線 B— Bに沿った断面図である。 図 5 Aの充填ノズルは、 管状体 5 0の先端部近傍の管壁一部に、貫通孔 5 3を 空け、前記貫通孔 5 3の近傍に、管状体 5 0内の空間部 cを送流する気体と粉体 カ らなる流動性の粉体から、気体を分離する気体分離手段、すなわちフィルタ 5 2を設けてなる。前記気体分離手段 5 3を取り囲む様に密閉性をもって管状体 5 1外部に囲い 5 1を設ける。囲い 5 1と管状体 5 0の管壁間にシール部材 5 6が 装着されることで、 空間部 dの密閉性が保たれる。 前記密閉性を有する囲い 5 1 はさらに、 気体吸引手段 (図示なし) に連結される開口部 5 4を有するように構 成してもよい。
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。
本発明の三重管構造の充填ノズルは、前記二重管構造の充填ノズルの第 2管状 体の中に、 さらに前記第 2管状体の外径より内径が大きな管状体(第 3管状体と いう) を配置したもの、すなわち二重管構造の充填ノズルを第 3管状体内に揷入 して固定したものであって、第 1管状体の粉体の排出口側に位置する第 3管状体 の開口部の近傍周囲には気体の通過が可能なフィルタ部が形成され、 さらに前記 第 3管状体は、 外部の気体吸引手段 (第 2気体吸引手段という) に連結される気 体排出口 (第 2気体排出口という) が設けられたものである。
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。前記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 のフィルタ部が粉体に囲繞されるように設置される。
容器内に粉体が排出され、第 3管状体のフィルタ部が粉体に囲繞状態になった ら、 第 2気体吸引手段を稼働させて粉体間の気体を吸引し、 第 2管状体と第 3管 状体の間に気体送流路として形成される空間を通して、第 2気体排出口から気体 が排出される。
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。
以上述べた二重管構造おょぴ三重管構造の充填ノズルで代表される、本発明の 充填ノズルを取付けた新規な粉体充填方式とその装置も、本発明を構成するもの であり、 それについて以下に説明する。
先に述べたように、流動化状態の粉体を送流することによって行なう新規な粉 体充填方式においては、密閉可能な充填用粉体流動化装置 (粉体切出し装置) 中 の充填用粉体に気体を、導入気体調節弁により導入程度を調節し、充填用粉体流 動化装置 (粉体切出し装置) 內の圧力を調節、 制御し、 また、 気体を均等に導入 する手段によって、 均一に流動化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流動化装置に導入 して必要最小限度の、 したがって粉体の例えばブラゥ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、 充填用粉体流動化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 粉体流動化装置外に排出でき、排出、移送路中を充填ノズル先端まで円滑にニュ 一マテイツク輸送し、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。
本発明においては、 通気多孔板として焼結樹脂製のパネル (商品名:フィルタ レン) をアタリル円筒と下部フランジ間に挟む構造としたときに最も良好な結果 が得られたので、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) を用いた場合について、 以下説明している。 通気多孔 板としてはゴァテックス、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つたことも理由の 1つである。
気体により粉体を流動化する際、充填用粉体流動化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、例えばヘッド圧損をあまり激しく生じない目の細かい金 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 填用粉体流動化装置内の圧力を速やかに調節することにより行なうことができ、 これは、例えば充填用粉体流動化装置に設けた圧力開放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、別に設けられ圧力微調整に適した粉体流速調節弁により、粉体充填操作 中で充填用粉体流動化装置及び/又は粉体排出路中の圧力を変更することがで き、 さらに、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 力微調整を行なうこともできる。
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摇 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內容積を減少させること により行なうことができ、 例えば、 押し潰して内容積を減少し、 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、加圧空気導入用のボン プ動力により容易に振動又は摇動できる大きさ、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枰量しておくと、 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。
粉体は流動化後送流され、 充填ノズルの先端部から粉体容器に排出される力 本発明が有する充填ノズルの機能によって、 粉体の排出が瞬時に停止されるが、 前述のように、 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。
この粉体の排出量と排出程度の調節は、 充填ノズルの粉体排出停止機能に、前 記充填用粉体流動化装置の導入気体調節弁を併用することによって行なうこと もできる。
このようにして、充填用粉体容器中に所望量の粉体を高密度に充填することが できる。
次に、 本発明の充填ノズルを図 3、 図 4 A、 図 4 Bを用いて説明するが、 この 図によって本発明は限定されるものではない。 また、 以下の説明は、本発明の充 填ノズルの適用が最大の効果を発揮する電子写真用トナーの充填を例に挙げる。 図 3は、 二重管構造の充填ノズルの断面図である。
図 3に示したように、二重管構造の充填ノズルは、第 1管状体 3 0とそれより 長さが多少短い第 2管状体 3 1からなり、流動化された粉体は第 1管状体 3 0の 開口部 aから送入され空間部 cを通って、開口部 bから粉体充填用容器内に排出 される。
第 1管状体 3 0の粉体が排出する開口部 b近傍に、 貫通孔 3 3が設けられ、前 記貫通孔 3 3を覆うように第 1管状体 3 0周囲にフィルタ材料が卷かれ、 トナー 平均体積粒径 1 Ο μ m以下に対応するメッシュ度、例えば 3 5 0 0メッシュ金属 メッシュ、 燒結ガラスフィルタのフィルタ部 3 2が形成されている。
第 1管状体 3 0の外径は第 2管状体 3 1の内径よりも小さいものであって、第 1管状体 3 0が第 2管状体 3 1に揷入され設置され、 2つの管状体に間に空間部 dを形成し、第 2管状体 3 1の両端部で第 1管状体 1と固定部材 3 5 3 6によつ 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 3 0の粉体が流入する開口部 a側にある、第 2管状体 3 1の端部近 傍には、 外部の気体吸入手段に連結される気体排出口 3 4が設けられてある。 第 1気体吸入手段を稼働させると、第 1管状体 3 0内を送流する粉体と気体が 吸引され、 気体はフィルタ部 3 2を抜け、 空間部 dを通って、 気体排出口 3 4か ら 出されるが、一方粉体はフィルタ部 3 2を通らず、 第 1管状体 3 0の周囲に 設けられたフィルタ部 3 2に引き付けられて、フィルタ部 3 2で第 1管状体 3 0 が粉体によって詰った栓状態が形成される。 こうして第 1管状体 3 0内の粉体の 送流は停止される。
第 1気体吸入手段による気体吸引圧としては、一 1 0〜一 6 0 k P aが好まし く、 さらに一 3 0〜一 4 5 k P aであることがより好ましい。
また、 第 1管状体 3 0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。
図 4 Aは、 三重管構造の充填ノズルの断面図である。
図 4 Aに示したように、 三重管構造の充填ノズルは、 第 2管状体 3 1より長く かつより太い第 3管状体 3 7が用いられ、前記二重管構造の充填ノズルを第 3管 状体 3 7に挿入され設置された構造であって、第 2管状体 3 1と第 3管状体 3 7 の間に空間部 eを形成し、第 3管状体 3 7の両端部で第 2管状体 3 1と固定部材 4 1 , 4 2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 3 0の粉体が排出する開口部 b側にある、第 3管状体 3 7の端部近 傍には、複数の貫通孔 3 8が設けられ、前記貫通孔 3 8を覆うように第 3管状体 3 7周囲にフィルタ材料が卷かれてフィルタ部 3 9が形成されている。
図 4 Bは、 第 1管状体 3 0に設けられた複数の貫通孔 3 8を示す。
図 4 Bに示したように、 第 1管状体 3 0の粉体が流入する開口部 a側にある、 第 3管状体 3 7の端部近傍には、外部の第 2気体吸入手段に連結される気体排出 口 4 0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 3 0 'と第 2管状体 3 1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。
三重管構造の充填ノズルにおいて、 第 2気体吸入手段を稼働させると、容器内 に排出された粉体と気体が吸引され、気体はフィルタ部 3 9を抜け、空間部 eを 通って、気体排出口 4 0から排出される力 一方粉体はフィルタ部 3 9を通らず に残り、 最終的に容器内に高密度状態で充填される。
第 2気体吸入手段による気体吸引圧としては、一1 0〜一 6 0 k P aが好まし く、 さらに一 2 0〜一 3 5 k P aであることがより好ましい。
充填ノズルを構成する第 1管状体と第 2管状体および第 3管状体について、説 明する。
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、特に限定さ れないが、例えば、第 1管状体の外径について言えば、 4 ~ 2 O mm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 ぴ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 6 5〜8 5
( 2 ) 第 2管状体の長さ Z第 2管状体の外径 5 5〜7 5
( 3 ) 第 3管状体の長さ Z第 3管状体の外径 4 0〜4 6
( 4 ) 第 2管状体の内径/第 1管状体の外径 1 . 0 5 ~ 1 . 3
( 5 ) 第 3管状体の内径/第 2管状体の外径 1 . 0 8〜1 . 5
本発明の充填ノズルを構成する第 1管状体には、粉体流停止用のフィルタ部が、 粉体排出口の近傍周囲に設けられている。
このフィルタ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 5〜2 5 mm程度の位置に設けることが好ましい。
また、 このフィルタ部の幅としては、 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〜 2 0 mm程度であることが好ましい。
次に、 このフィルタ部を形成するための 2つの方法について説明する。
1つの方法は、 図 3および図 4 Aに示したように、 第 1管状体の、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管状体の周囲 を覆うようにフィルタ材料を卷いて、 フィルタ部とする方法である。
この第 1管状体自体に貫通孔を設ける方法は、 ノズルの腰の強さ、 フィルタ材 料を卷くための加工性およぴ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。
前記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。
もう 1つの方法は、第 1管状体を、 フィルタ材料の管状部材とフィルタ性のな い材料の管状部材とを接合した積層構造を有する管状体で構成して、フィルタ材 料の管状部材をフィルタ部として機能させる方法である。 この方法はフィルタ部 の粉体詰まりを少なくすることを狙 ヽとしたものである。
フィルタ部は、気体吸引手段で吸引すると、気体を通すが粉体を通さないもの であることが基本的に必要であり、 そのような機能を発揮するものであれば、 フ ィルタ部を構成するフィルタ材料として特に制限されるものでない。 フィルタ材 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述の後者の方法に、 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。
本発明の三重管構造充填ノズルの第 3管状体の、充填ノズルの粉体排出口側の 近傍周囲には、 気体吸引用のフィルタ部が設けられている。
このフィルタ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 5〜1 5 mm程度の位置に設けることが好ましく、またこのフィル タ部の幅は、多量の気体を排出する必要があるために第 1管状体のフィルタ部の 幅より広いことが好ましく、 5 0〜1 5 O mm程度であることが好ましい。 このフィルタ部の形成方法およびその材質等については、基本的に第 1管状体 の場合と同じである。
第 1管状体と違って、 フィルタ部を、管状体自体に貫通孔を設けて形成する方 法に従う場合、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レ、。
本発明の充填ノズルを構成する第 2管状体と第 3管状体のそれぞれに設けら れる、 第 1気体排出口と第 2気体排出口を設ける位置は、双方ともに特に限定的 でないが、第 1管状体の流動化粉体が流入する開口近傍に並べて設置することが 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 〜 7 mm程度であることが好ましい。
本発明における前記の第 1気体排出口と第 2気体排出口のそれぞれに連結さ れる気体吸引手段としては、真空ポンプ吸引式、ェジェクタ一吸引式などが用い られ、中でもェジェクタ一吸引式はメンテナンスがほとんど要らない点で好まし 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、およぴ第 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。
次に、 上記の三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 を、 図 1およぴ図 2に基づいて説明する。 し力 し、 本発明の粉体充填装置は、 こ れらの図に示されるものに限定されない。
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 を別々に揷入できる 2つの揷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揷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。
図 1および図 2に示される本発明の粉体充填装置は、底部に粉体流動化のため に用いられる空気導入部が設けられた粉体流動化装置 1 0を設け、その充填用粉 体流動化装置 1 0内には、予め粉体導出管 2 4が挿入され、粉体導出管の一方の 先端は流動粉体輸送管 1 2に連結され、 さらに前記粉体導出管 2 4と連結されな い前記流動粉体輸送管 1 2の先端は、本発明の三重管構造の充填ノズル 1 7に連 結されて構成される。
充填ノズル 1 7の流動粉体輸送管 1 2に連結されない側の先端は、粉体容器 1 8の底面に密着しないように、 粉体充填用容器 1 8の內部に挿入されている。 空気へッダ 3は充填用粉体流動化装置 1 0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 3には第 3圧力計 p 3が設けられ る。 空気ヘッダ 3に接続する圧縮空気配管 7には順に、 第 1減圧弁 2 5、 第 2減 圧弁 2 6、空気流量計 2 7が設けられ、第 1減圧弁 2 5と第 2減圧弁 2 6の間に は第 1圧力計 p 1力 第 2減圧弁 2 6と空気流量計 2 7の間には第 2圧力計 p 2 がそれぞれ設けられている。
この粉体充填装置を稼働するにおいては、先ず、 充填しようとする粉体を閉鎖 弁付き粉体投入口 1 1から粉体流動化装置 1 0内に投入し、内部圧力の開放及び 密封のための圧力開放弁 1 3を開放しておく。一方、圧力微調整用の粉体流速調 節弁 1 5の操作は人力または電磁弁などで自動化されても良い。
粉体投入後、圧力開放弁 1 3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 2 5、 第 2減圧弁 2 6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。
導入された気体は、通気多孔板 2で均一に粉体中に分散され粉体を流動化する。 流動化した粉体は、圧力開放弁 1 3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 1 0内から粉体輸送管 1 2に押出され、先端を粉 体充填用容器 1 8の内部に挿入された管状の本発明の充填ノズル 1 7の先端か ら粉体充填用容器 1 8内に 出される。
充填ノズル 1 7の先端は、粉体容器の底面に密着しないように揷入される。 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 1 0と充填用容器 1 8とは離 間して配置することができる。
流動粉体輸送管 1 2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 1 0と充填用 容器 1 8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 1 8の口部に取付ける蓋部材に少 なくとも粉体一気体分離篩 (通気多孔板) 1 6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。
前記蓋部材は、少なくとも通気性多孔材料からなり前記充填ノズルを揷入する ための穴が設けられ、かつ粉体充填容器の開口部に嵌合可能な大きさを有するも のである。 前記蓋部材の周囲が軟質パッキンで卷かれたものを用いて、嵌合性を 高めることができる。
また、 下層部分の粉体間に存在する気体については、三重管構造の充填ノズル の場合には、第 3管状体に設けられた第 2気体排出口と連結され外部に設置した 第 2気体吸引手段の稼働によって脱気が行なわれる。
二重管構造の充填ノズルの場合には、例えば特開 2 0 0 1 - 3 1 0 0 2号公報 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つて脱気が行なわれる。
この図 1およぴ図 2に示された粉体充填装置においては、 充填の最初、 特に、 粉体充填用容器 1 8の内部が完全に空である場合には、最初、 充填用粉体流動化 装置 1 0の粉体流速調節弁 1 5の開閉度を加減して、充填用粉体流動化装置 1 0 力ゝらの粉体排出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 1 8内部でのァバレ、 拡散を避ける。 次に、 容器 1 8中に滞留する微粉体雲の量 が、管状充填ノズル 1 7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、粉体流速調節弁 1 5をより開にして、 充填操作を続けること ができる。
充填ノズル 1 7は粉体充填用容器 1 8の充填口上部に置かれ、粉体充填用容器 1 8のセット後に粉体充填用容器 1 8内部に自動的に挿入されても手動で挿入 されても良い。
また、 蓋部材を前記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つの方法である。
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 連結される第 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 1 0の圧力開放弁 1 3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 1 3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 1 0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。
図 2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 れた充填用粉体流動化装置 1 0、充填用粉体流動化装置 1 0の下部に、 フランジ で取付取外し自在に結合され、粉体の流動層を形成するための空気の通気多孔板
2 (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、 通 気管 7としての圧縮空気配管、通気管 7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 3、 閉鎖弁付粉体の投入口 1 1、 内部圧力の開放及ぴ 密封のための圧力開放弁 1 3、圧力微調整用の粉体流速調節弁 1 5、流動粉体導 出管 2 4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 1 7への排出 路 (移送路) 1 2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、 排出 路 1 2 (ウレタンチューブ) に取付取外し自在に接続されたステンレス製の充填 ノズル 1 7の根本には粉体充填用の粉体容器 1 8の口部に嵌合する程度の大き さの、 この例では裁頭円錐形のポリプロピレン環からなる軟質パッキン 1 9で周 囲が巻力ゝれた形の気体粉体分離篩 1 6が設けられている。
伹し、 図 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 8を有し 小型電動機 5により伸縮して空気ヘッダ 3に空気を送る蛇腹構造のポンプ 6を 有する。 ポンプ 6は保持枠 9中に取外自在に固定されており、小型電動機 5によ りポンプ 6が伸縮すると、保持枠 9を介して充填用粉体流動化装置 1 0が振動さ れ、この振動により、充填用粉体流動化装置 1 0中の粉体が気体で流動化される。 図 2の例の装置においては、充填用粉体流動化装置 1 0も空気ヘッダ 3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 5のための動力線用プラグ 2 1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。
この充填装置は、従来一般的に用いられていたオーガ一式の充填装置の場合と 比べて消費電力は少なくて済み、 工業用の 2 0 0 V でなくても家庭用の 1 0 0 V で稼動する。 しカゝし、 通常電力のみに頼るとなると、 環境負荷の低減レベル としては 2 0 0 V を使用した場合と大差はない。 そこで、 前記充填装置を稼動 させるための動力源として自然エネルギーを用いることも実施の形態の一つと なる。
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つて事務所、 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) によって得られる電力を指している。
自然エネルギーは、具体的にはどこでも入手可能な太陽光エネルギー、風力ェ ネルギーであり、 容易には入手できない地熱エネルギーは除外される。
太陽光エネルギーの電気エネルギーへの変換は、 例えばケィ素などの 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 を得る太陽電池である。 風力エネルギ 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。
太陽光電極装置及ぴ 2つの風力発電装置を用意した。太陽光の発電能力は 3 K Wであり、 風力の発電能力は片方が 6 0 W、 片方が 7 2 Wである。
本装置により トナー容器(容量 1 5 6 0 m l ) 1 0 0本にトナーを充填した結 果を夏、 冬の条件で商用電力 1 0 0 Vのみの場合と対比した。
実施時期夏:最高気温 3 5 °C最低気温 2 0 °C、 平均風速 5 m/ s、 天候晴れ。 実施時期冬:最高気温 1 5 °C最低気温 5 °C、 平均風速 1 0 m/ s 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 Z 3となり、 商用電力 1 0 0 Vのみと比べて電力使用料は二酸化炭素発生量が 1 Z 5以下となり環境に優し いものであった。
図示していない本発明の別の装置例においては、 粉体と共に気体が充填され、 —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前記プラスチック容 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レ、。
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 . 2 M p a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。 このように、 上記のように、粉体の粉体流動化装置 1 0から充填ノズル 1 7ま での排出を、粉体流動化装置 1 0内の圧力を昇圧することにより行なってもよく、 また、粉体流動化装置 1 0に外部圧力を加えて粉体流動化装置 1 0の内容積を減 少させることにより行なってもよい。
このように本発明の粉体充填装置おょぴ充填ノズルは、適用可能な粉体として は限定されないが、 特に静電潜像現像用トナーに、 その種類を問わず適用すると 有効であり、 平均体積粒径が 0 · 2 μ m〜 2 0 mのみならず、 5 μ m〜 1 5 μ m、 さらに 7 μ π!〜 1 2 μ ιηの粉体を容器に充填するのに適用できる。
また、 この粉体充填装置に適用される粉体充填用容器 1 8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適 に用いることができる。容器形状は、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 1 0〜3 0 O mm程度で長さが 5 0〜2 0 0 0 mm程度のものが用いられる。
次に、本発明の粉体充填用ノズルが用いられた粉体充填方式について、 以下の 実施例と比較例に対して行った実験結果に基づいて説明する。 ただし、本発明は この実施例によって限定されるものではない。
( 1 ) 本発明の充填ノズルが持つ粉体送流停止機能の確認
実験に用いる粉体充填装置について、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。
実験に用いる粉体流動化装置 1 0として、容量が 2 0 0リツトルのほぼ円筒形 で、 底部には、 樹脂製の空孔径 1 0 Ai m, 気孔率 3 0 %、 厚さ 5 mm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、前記粉体流動化装 置 1 0に設けた粉体導出管 2 4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 1 2を介して連結させ、 さらに前記充填ノズルは、樹脂製の通気多孔板 1 6からなる蓋部材に設けた穴を通して、粉体収納容器 1 8内に揷入設置されて いる。
実験に用いるトナー粉体の充填用容器としては、 内容積が約 1 5 6 0 c c、直 径が約 1 0 O mm、長さが約 2 0 0 mmおよび充填ノズルが挿入される開口部の 径が約 2 O mmのポリエステル樹脂製のものを用いる。
( 2 ) 粉体容器へのトナーの排出
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 8 0 0 0トナー 平均体積粒径: 7 ^ m、 比重: 1 . 2を準備し、 粉体流動化装置 1 0に装着され た粉体投入口 1 1から粉体流速調節弁 1 5を調節しながら、 6 0 k gの前記トナ 一を粉体流動化装置 1 0に投入した。
次に粉体流動化装置 1 0の粉体投入口 1 1近傍に設けた圧力開放弁 1 3を調 節して、圧縮空気源から第 1減圧弁 2 5及び第 2減圧弁 2 6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 3 0リツトルの割合で 5分間送 気して、粉体流動化装置 1 0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。
前記容器の内部圧を 1 5 k P aになるように空気圧を印加し、粉体流動化装置 1 0内のトナー粉体を充填ノズル 1 7を介して、充填ノズルがトナー粉体に囲尭 された状態にして、 充填用容器 1 8に排出した。
この後の作業については、 下記 (3 ) 乃至 (6 ) に説明する。
( 3 ) 本宪明の充填ノズル (下記 (4 ) と (5 ) に記載) を用いた場合のトナー 粉体排出の停止
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 1 8は枰 (ロードセル' 6 k g f ) 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 吸引圧力が一 2 0 k P a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。
( 4 ) 実験に用いる二重管構造の充填用ノズル (図 3に基づいて説明する) この二重管構造のノズルを構成する第 1管状体 3 0として、長さ約 4 0 O mm、 内径 6 mmおよび外径 7 mmのステンレスパイプであって、その一端部から 12 mmの位置とそれより 5 mm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 1 Ommの幅にステンレスメッシュ (綾畳織、 500/ 3500) を貼りつけてフィルタ部 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 9m m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 一 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、 コガネィ製) に連結されている。
(5) 実験に用いる三重管構造の充填用ノズル (図 4に基づいて説明する) 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— P b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 50 Omm、 内径 1 1mmおよぴ外径 12 mmのステンレスパイプであって、その一端部から 15 mmの位置からピッ チ 8 mmで合計 11箇所にそれぞれ直径 5 mmの貫通孔 38を設け、 さらにその 交差方向に同じ端部から 19 mmの位置からピッチ 8 mmで合計 10箇所にそ れぞれ直径 5 mm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 10 Ommの幅にステンレスメッシュ綾畳織、 500/3500を 貼りつけてフィルタ部 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 したものを揷入後、 両端部をハンダ (Sn—Pb ) 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、 コガネィ製) に連結されている。
(6) 比較用充填ノズルを用いた場合のトナー粉体排出の停止
比較用充填ノズルとして、長さ約 400mm、 内径 6 mmおよび外径 7 mm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 ..6 k g f ) 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 1 0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 1 3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。
(7) 充填ノズルの粉体送流停止機能の比較評価
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、 リコー力 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、 イェロー、 ブラック) のトナーについて、 それぞれ 1 00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。 その結果を図 6に示す (ここで、 充填精度を 3 σで示す。 σ :標準偏差 (±3 σで 99. 6%の確率)。
図 6から、 目標充填量が 275 gと 550 gとした場合に、 不足量が、 実施例 1と実施例 2では 1. 1〜1. 5 g、 2. 2〜2. 3 gであるのに対して、 比較 例では 1 1. 5〜14. 2 g、 24 g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。
(本発明の三重管構造充填ノズルが持つ高充填化機能の確認)
(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30 kP a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前記ノズルから空気のみを吸引排出し、 トナー粉 体容積を減少しつつノズルを上昇させて、容器内でトナー粉体の高密度状態を形 成する。
(2) 充填ノズルの粉体高充填化機能の比較評価 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—用タイプ 8 0 0 0トナーを構成する 4色 (シアン、 マ ゼンタ、 イェロー、 プラック) のトナーについて、 それぞれ 1 0 0本の容器 (合 計 4 0 0本) に繰り返し行なって測定し、 1 0 0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、 図 7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。
( 3 ) 充填時閬による充填方式の比較評価
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 ^ "一 ( 5 5 0 g /本) について 1 0 0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 3 5 · 1秒、 比較例では 4 1 . 8秒であるのに対して、 実施例 2では 1 8 . 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。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、 多数の容器に所定量の粉体 を高密度状態に順次効率的かつ精確に充填することを可能とする粉体充填用ノ ズル、 粉体充填装置並びに粉体充填方法を提供できる。 すなわち、 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、 簡単に高密度、 無粉塵で充填できる方法を提供できる。 しかも、 正確な計量が可能で、 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 填ノズルおょぴ充填装置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。

Claims

請求の範囲
1 .気体と混合され流動化状態にある粉体を容器に充填するために用いられる 粉体充填用ノズルであって、前記容器へ流動化状態の粉体を排出するための開口 部を有する管状体と、前記管状体の前記開口部近傍に設置され、前記管状体内を 粉体と共に送流する気体を通過させるが粉体を通過させない気体分離手段とを 有し、前記気体分離手段が気体を分離した粉体により前記開口部において栓状態 に形成されることにより、前記管状体から前記容器への粉体の送流を停止するこ とを特徴とする粉体充填用ノズル。
2 . 前記管状体は、 第 1管状体と第 2管状体を含む 2重管構造を有し、 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管状体を第 2管状 体内に挿入設置され、前記 2つの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、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 の開口部から前記容器に排出する送流路としての機能し、前記気体分離手段が気 体を通過させるが粉体を通過させないフィルタ部で少なくとも構成され、第 2管 状体が外部の第 1気体吸引手段に連結される第 1気体排出口を有し、カ^)第 2管 状体が、前記気体吸引手段の稼働によって前記フィルタ部を通過し吸引される第 1管状体内の気体を、前記送流路を介し前記気体排出口から排出する機能を有す ることを特徴とする請求項 1記載の粉体充填用ノズル。
3 . 前記管状体は、第 2管状体の外径より内径が大きい第 3管状体を含む三重 管構造を有し、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、第 2管状体が第 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、第 3管状体が外部の第 2気体吸引手段に連結される気体排出口を有し、前記容器に排出された粉体内に 存在する気体を前記第 2気体吸引手段の稼動によつて前記フィルタ部を介して 吸引し、第 2管状体と第 3管状体間に設けられた前記送流路を通過して前記気体 排出口から排出する機能を有することを特徴とする請求項 2に記載の粉体充填 用ノズル。
4 ·前記管状体の前記開口部が、第 1管状体に形成した貫通孔により構成され、 前記気体分離手段が、前記貫通孔を覆うように前記第 1管状体周囲に設けたフィ ルタ部により構成されることを特徴とする請求項 1記載の粉体充填用ノズル。
5 . 前記第 1管状体が、 フィルタ材料の管状部材とフィルタ性のない材料の管 状部材とを接合した積層構造を有し、前記フィルタ材料の管状部材がフィルタ部 として機能することを特徴とする請求項 2記載の粉体充填用ノズル。
6 .前記フィルタ部が綾畳織のフィルタ材料からなることを特徴とする請求項 4記載の粉体充填用ノズル。
7 .前記フィルタ部がメッシュの異なる 2枚以上のフィルタ材料の積層体で構 成されることを特徴とする請求項 5記載の粉体充填用ノズル。
8 . 前記積層体が、 前記第 1管状体の内芯部側になるに従い、 メッシュの細か いフィルタ材料で構成されることを特徴とする請求項 7に記載の粉体充填用ノ ズノレ。
9 . 前記フィルタ部の幅が、 前記第 1管状体の前記開口部の内径の 0 . 3倍以 上であることを特徴とする請求項 2記載の粉体充填用ノズル。
1 0 . 密閉可能な粉体流動化手段と、粉体充填用ノズルとからなり、前記粉体 流動化手段により気体と混合され流動化状態にされた粉体を送流経路を介して 前記ノズルから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、 前記ノズルが、前記容器へ流動化状態の粉体を排出するための開口部を有する管 状体と、前記管状体の前記開口部近傍に設置され、前記管状体内を粉体と共に送 流する気体を通過させるが粉体を通過させない気体分離手段とを有し、前記気体 分離手段が気体を分離した粉体により前記開口部において栓状態に形成される ことにより、前記管状体から前記容器への粉体の送流を停止することを特徴とす る粉体充填装置。
1 1 . 前記ノズルが二重管構造を有し、 前記ノズルの一端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、前記粉体充填装置が、 前記容器へ排出された粉体内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 1 0に記載の粉体充填装置。
1 2.前記粉体充填装置を稼動させるための動力源として,太陽光エネルギー、 風力エネルギーの少なくとも 1つの自然エネルギーによって得られる電力を利 用することを特徴とする請求項 1 0に記載の粉体充填装置。
1 3 .前記ノズルを構成する第 2管状体の第 1気体排出口に連結された第 1気 体吸引手段と、前記気体吸引ノズルに連結された第 2気体吸引手段とを備えるこ とを特徴とする請求項 1 1に記載の粉体充填装置。
1 4. 前記ノズルが三重管構造を有し、前記ノズルの一端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に連結されることを特徴とする 請求項 1 0に記載の粉体充填装置。
1 5 .前記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 体吸引手段と、前記ノズルを構成する第 3管状体の第 2気体排出口と連結された 第 2気体吸引手段とを備えることを特徴とする請求項 1 4に記載の粉体充填装
1 6 . 少なくとも通気性多孔材料からなり、前記ノズルを揷入するための穴が 設けられ、 かつ前記容器の開口部と嵌合可能な蓋部材を用レヽ、 前記ノズルが前記 穴に挿入された状態で前記容器に固定されることを特徴とする請求項 1 0に記 載の粉体充填装置。
1 7 .前記粉体流動化手段が、導入気体の流速を調節可能な導入気体調節弁と、 前記送流経路内の前記流動化状態の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 1 0記載の粉体充填装置。
1 8 . 前記粉体流動化手段が、前記粉体を流動化状態にするための気体導入手 段を有し、前記気体導入手段が、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 1 0に記載の粉体充填装置。
1 9 . 前記粉体流動化手段が、前記粉体を流動化状態にするための気体導入手 段を有し、 前記気体導入手段が、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 1 0記載の粉体充填装置。
2 0 . 前記粉体流動化手段が、前記粉体を流動化状態にするための気体導入手 段と、気体を前記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とを有 することを特徴とする請求項 1 0記載の粉体充填装置。
2 1 . 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 1 0 記載の粉体充填装置。
2 2 . 密閉可能な粉体流動化手段と、 粉体充填用ノズルとを有する粉体充填装 置を用いて流動化状態にある粉体を容器に充填するための粉体充填方法であつ て、前記ノズルが、前記容器へ流動化状態の粉体を排出するための開口部を有す る管状体と、前記管状体の前記開口部近傍に設置され、 前記管状体内を粉体と共 に送流する気体を通過させるが粉体を通過させない気体分離手段とを有し、前記 粉体充填方法が、前記粉体流動化手段に収納した粉体を気体と混合して流動化状 態にする手順と、前記流動化状態の粉体を前記粉体流動化手段から送流経路を介 して前記ノズル内に送流することにより前記粉体を前記容器に排出し充填する 手順と、前記気体分離手段が気体を分離した粉体により前記開口部において栓状 態に形成されることにより、前記管状体から前記容器への粉体の排出を停止する 手順とを有することを特徴とする粉体充填方法。
2 3 . 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 2 2記載の粉体充填方法。
2 4. 前記ノズルが挿入され、 かつ前記ノズルを保持する蓋部材が嵌合された 前記容器内に、前記ノズルを介して粉体を排出すること'を特徴とする請求項 2 2 記載の粉体充填方法。
2 5 . 前記粉体流動化手段に追加気体を導入することにより、粉体を流動化状 態にすることを特徴とする請求項 2 2記載の粉体充填方法。
2 6 . 前記粉体流動化手段を振動することにより、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 2記載の粉体充填方法。
2 7 . 前記粉体流動化手段から前記ノズルまでの粉体の送流が、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 2 2 記載の粉体充填方法。
2 8 . 前記粉体流動化手段から前記ノズルまでの粉体の送流力 前記粉体流動 化手段に外部圧力を加えて前記粉体流動化手段の内容積を減少させることによ り行なわれることを特徴とする請求項 2 2記載の粉体充填方法。
2 9 . 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つ 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 2 2記載の粉 体充填方法。
30. 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 22記載の粉体充填方法。
31. 前記流動化状態の粉体の排出量を、第 1気体吸引手段の稼働による吸引 圧力の調節によって制御することを特徴とする請求項 22記載の粉体充填方法。
32.前記第 1気体吸入手段による気体吸引圧が一 1 0〜一 6 O kP aである ことを特徴とする請求項 2 9記載の粉体充填方法。
33. 前記流動化状態の粉体の排出量を、前記粉体流動化手段の導入気体調節 弁又は排出粉体流速調節弁の開閉の調節により制御することを特徴とする請求 項 22記載の粉体充填方法。
34. 前記ノズルが二重管構造を有し、前記ノズルと併用する気体吸引ノズル の先端を前記容器内の粉体に囲繞されるように設置し、第 2気体吸引手段を稼働 することによって、前記容器に排出された粉体内に存在する気体を排出すること を特徴とする請求項 22に記載の粉体充填方法。
35. 前記ノズルが三重管構造を有し、前記ノズルの先端を前記容器内の粉体 に囲繞されるように設置し、 第 2気体吸引手段を稼働することによって、前記容 器に排出された粉体内に存在する気体を排出することを特徴とする請求項 22 に記載の粉体充填方法。
36.前記第 2気体吸入手段による気体吸引圧が一 1 0〜一 6 O k P aである ことを特徴とする請求項 34記載の粉体充填方法。
37. 前記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 前記容器から前記蓋部材を取り外すことを特徴とする請求項 29記載の粉体充 填方法。.
38. 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 記載の粉体充填方法。
39. 請求項 22記載の粉体充填方法によって、 前記粉体が充填された容器。
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