粉体充填装置および粉体充填方法
【課題】充填粉体へのストレスを低減でき、且つメンテナンス負荷の低減、更には耐久性を向上させた粉体充填装置、粉体充填方法の提供である。
【解決手段】加圧ホッパ５が、粉体排出部５−２と、前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層４表面よりも上方に位置する気体導入部１２とを有しており、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧し、前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を排出する粉体充填装置において、
前記排出部にはフィルター１３と、脱気装置・加圧装置１４とが配されており、前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止し、前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を再開することを特徴とする。
【解決手段】加圧ホッパ５が、粉体排出部５−２と、前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層４表面よりも上方に位置する気体導入部１２とを有しており、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧し、前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を排出する粉体充填装置において、
前記排出部にはフィルター１３と、脱気装置・加圧装置１４とが配されており、前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止し、前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を再開することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電式複写機、プリンタ等の画像形成装置の現像装置に用いられるトナー等の微粉体を、被充填容器に充填する粉体充填装置並びに粉体充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トナー等の微粉体は、スクリューフィーダー、オーガー式充填機、粉体自身の重力による自由落下、若しくは、空気を用いて粉体を搬送する手段等により粉体を被粉体充填容器に充填している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、空気を用いて粉体を搬送する方法の一例が記載されている。
【０００４】
特許文献１には、粉体供給機に貯留した粉体に気体を導入して粉体の流動性を高めた後、導入した気体の圧力を利用し粉体を被充填容器へ充填する構成が開示されている。本充填装置においては、導入した圧力により粉体供給機中の粉体を搬送チューブへと搬送し、その搬送チューブを介して被充填容器へと粉体を供給し、所望の充填量に達した後、粉体供給機中の圧力を開放することで粉体の搬送を停止している。
【０００５】
また、特許文献２においても気体で搬送する充填方法の一例が記載されている。特許文献２には、粉体導入バルブを開放し、測定チャンバを減圧状態にすることで、粉体を測定チャンバに定量充填し、その後、粉体導入バルブを閉じ測定チャンバの粉体搬送方向上流側から圧力を導入し、その圧力導入後に排出バルブを開放することで粉体の充填を行う構成が開示されている。本充填装置における充填の制御は粉体導入バルブ及び粉体排出バルブを用いて行っており、その構成として搬送路を挟んで封止するピンチバルブを用いている。
【０００６】
一方、特許文献３には、オーガスクリューを用いて粉体を搬送する方法の一例が記載されている。本充填装置においてはオーガスクリューの回転にて粉体の充填を行う一方で、オーガスクリュー停止後、オーガスクリュー部とそのケーシング部との間に介在する粉体のボタ落ちをケーシング部先端に設けた脱気装置によりケーシング内部を吸引することで防止している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２９３３０１号公報
【特許文献２】特公平６−０６２１２１号公報
【特許文献３】特開２０００−２４７４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されている構成では、粉体の搬送停止の制御を供給機中の圧力を開放することで制御しており、その場合、低圧で粉体をゆっくり搬送する場合は問題ない。しかし、高圧で粉体を搬送する場合、充填量のばらつきが大きくなり、精密な充填量制御が困難であるという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２に開示されている構成においては、排出バルブの開閉により充填の制御を行っているが、充填する粉体が電子写真画像形成装置に用いる現像剤の場合、バルブ開閉によるバルブの摺動により、現像剤が凝集して粗大粒子が生成してしまう懸念があった。また、前記バルブに粉体が付着することで、付着粉体の除去等のメンテナンスの負荷が発生したり、更には前記バルブを定期的に交換したりする必要があった。
【００１０】
更に特許文献３に開示されている構成においては、粉体の搬送手段としてオーガスクリューを使用していることから、粉体への負荷が大きく、充填する粉体が電子写真画像形成装置に用いる現像剤の場合、オーガスクリューと粉体との摺動により現像剤に粗大粒子が生成してしまう懸念があった。特に充填の再開時においては、前記脱気装置により密度の高められた現像剤を強制的にオーガスクリューにて搬送されるため、更に粗大粒子生成の危険性は高まるものであった。
【００１１】
本発明の目的は、上記の問題を解決し、充填制御による粒大粒子の生成が抑制でき、充填制御性を高めることができる粉体充填装置及び粉体充填方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、加圧ホッパを有する粉体充填装置であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧し、圧力を利用して、前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填装置において、
前記排出部には、空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、
前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止し、前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を再開することを特徴とする粉体充填装置に関する。
【００１３】
また、本発明は、加圧ホッパを有する粉体充填装置を用いて行う粉体充填方法であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧した後、前記加圧による圧力を利用して前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填方法において、
前記排出部には、空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、
前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を開始し、その後、所定量排出した後、前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止することを特徴とする粉体充填方法に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、充填制御による粒大粒子の生成が抑制でき、また、制御部の特別なメンテナンスも不要で、効果的に粉体の充填を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る第１の発明は、加圧ホッパを有する粉体充填装置であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧し、圧力を利用して、前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填機において、
前記排出部には、空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、
前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止し、前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を再開することを特徴とする。
【００１６】
第１の発明の粉体充填装置を用いることで充填の停止と開始の制御を、粉体流路内の脱気、加圧の制御により行うため、前記制御による粉体の粗大粒子生成を抑制できる。また、充填の停止と開始の制御にバルブ等を用いないため、制御部の特別なメンテナンスが不要となり、また更には制御部の耐久性をも向上させることができる。
【００１７】
また、第２の発明は、第１の発明に示した粉体充填装置において、前記加圧装置は前記粉体流路内を加圧することができるとともに、前記粉体流路内を脱気も加圧もせずに密閉した状態とすることができることを特徴とする。
【００１８】
第２の発明の粉体充填装置を用いることで、必要以上に粉体の嵩密度を低下させずに充填が行えるため、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００１９】
また、第３の発明は、第１の発明に示した粉体充填装置において、前記フィルターは前記排出部の後端側に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
第３の発明の粉体充填装置を用いることで、排出部から被充填容器への粉体の飛散を防止することができる。
【００２１】
更に、第４の発明は、第１から第３のいずれか１つの発明に示した粉体充填装置において、前記フィルターは排出部と略同形状の中空の筒状フィルターであることを特徴とする。
【００２２】
第４の発明の粉体充填装置を用いることで、充填中の粉体４の流れを阻害せずに効率的に充填を行うことができる。
【００２３】
更に、第５の発明は、第４の発明に示した粉体充填装置において、前記フィルターは円筒形状であることを特徴とする。
【００２４】
第５の発明の粉体充填装置を用いることで、フィルターを介した脱気、加圧を均一に行うことでき、その結果、より効率的に粉体の充填停止、開始の制御を行うことができる。
【００２５】
更に、第６の発明は、第１から第５のいずれか１つの発明に示した粉体充填装置において、前記排出部の後端部は被充填容器の蓋の内面側形状と同様の形状を有していることを特徴とする。
【００２６】
第６の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００２７】
更に、第７の発明は、第１から第６のいずれか１つの発明に示した粉体充填装置において、前記排出部の後端部は被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を備えていることを特徴とする。
【００２８】
第７の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００２９】
更に、第８の発明は、第１から第５のいずれか１つの発明に示した粉体充填装置において、被充填容器への粉体の充填が、被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を用いて前記被充填容器の粉体収納部内を脱気しながら行われるものであり、被充填容器内に粉体を送り込む排出部の後端部が、前記被充填容器内を脱気する脱気装置の有する第二のフィルターで形成されており且つ被充填容器の蓋の内面側形状と同様の形状を有することを特徴とする。
【００３０】
第８の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００３１】
更に、第９の発明は、加圧ホッパを有する粉体充填装置を用いて行う粉体充填方法であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧した後、前記加圧による圧力を利用して前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填方法において、
前記排出部には空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を開始し、その後、所定量排出した後、前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止することを特徴とする。
【００３２】
第９の発明の粉体充填方法を用いることで充填の停止と開始の制御を、粉体流路内内の脱気、加圧の制御により行うため、前記制御による粉体の粗大粒子生成を抑制できる。
【００３３】
また、充填の停止と開始の制御にバルブ等を用いないため、制御部の特別なメンテナンスが不要となり、また更には制御部の耐久性をも向上させることができる。
【００３４】
更に、第１０の発明は、第９に示した粉体充填方法において、
前記加圧により粉体の排出を開始した後は、所定量排出するまで前記粉体流路内を脱気も加圧もせずに密閉した状態とすることを特徴とする。
【００３５】
第１０の発明の粉体充填方法を用いることで、必要以上に粉体の嵩密度を低下させずに充填が行えるため、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００３６】
更に、第１１の発明は、第９又は第１０に示した粉体充填方法において、
前記排出部の後端部は被充填容器の蓋の内面側形状と同様の形状を有していることを特徴とする。
【００３７】
第１１の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００３８】
更に、第１２の発明は、第９又は第１１に示した粉体充填方法において、
前記排出部の後端部は被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を備えており、被充填容器内を前記脱気装置により脱気しながら、前記粉体の搬送を行うことを特徴とする。
【００３９】
第１２の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００４０】
更に、第１３の発明は、第９又は第１０に示した粉体充填方法において、
被充填容器への粉体の充填が、被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を用いて、前記被充填容器の粉体収納部内を脱気しながら行われるものであり、被充填容器内に粉体を送り込む排出部の後端部が、前記被充填容器内を脱気する脱気装置の有する第二のフィルターで形成されており且つ被充填容器の蓋の内面側形状と同様の形状を有することを特徴とする。
【００４１】
第１３の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【実施例１】
【００４２】
次に第１の実施例について説明する。
【００４３】
図１に本発明に係る充填装置を用いた充填装置側充填部の一例を示す。図１において、１が粉体貯留容器で、充填する粉体４を多量に貯留するものである。粉体貯留容器１の下方には、粉体４を定量的に搬送する搬送手段２が設けられている。搬送手段２は駆動手段３から駆動を受け、粉体貯留容器１に貯留された粉体４を、下方に設けた加圧ホッパ５へ搬送する。
【００４４】
加圧ホッパ５にはコンプレッサ６、駆動制御装置８、搬送チューブ９、粉体導入バルブ１０、加圧バルブ１２、粉体フィルター１３、粉体脱気・加圧装置１４、内圧計１５、ロードセル１６がそれぞれ設けられている。
【００４５】
粉体貯留容器１から搬送された粉体４は、粉体導入バルブ１０を開放することにより、加圧ホッパ５の粉体導入口５−１から加圧ホッパ５内に導入される。この際、粉体脱気・加圧装置１４により、粉体フィルター１３内は脱気されており、粉体４は粉体フィルター１３の内壁に吸着され、吸着された粉体４により搬送チューブ９がせき止められ、粉体４の搬送が停止されている。ロードセル１６は加圧ホッパ５の質量をモニターしており、加圧ホッパ５内に所定量粉体４が導入されると、その情報はロードセル１６から駆動制御装置８へ伝達される。そして、駆動制御装置８から駆動手段３へ停止信号が出され、駆動手段３は駆動を停止する構成となっている。
【００４６】
加圧ホッパ５に所定量の粉体４が導入された後、導入バルブ１０が閉じられ、加圧ホッパ５内は気密状態になる。その後、コンプレッサ６と加圧バルブ１２の開放により、加圧ホッパ５内が加圧される。なお、加圧ホッパ５内が加圧されても、搬送チューブ９は粉体フィルター１３の内壁に吸着された粉体４にせき止められているため、粉体４は搬送されずに停止している。この時のホッパ５内の圧力を導入圧とする。その後、加圧バルブ１２を閉じ、粉体脱気・加圧装置１４により粉体フィルター１３内を加圧することで粉体４と粉体フィルター１３との吸着が解除され、粉体４は粉体排出開口部（排出部）５−２から搬送チューブ９へと押し出される。搬送チューブ９の端部を被充填容器１９に接続しておくことで被充填容器１９に粉体４を充填することができる。
【００４７】
以上が本充填装置の基本的な構成である。以下に各部分の詳細を説明する。
【００４８】
まず、加圧ホッパ５について説明する。
【００４９】
本実施例において、加圧ホッパ５はＳＵＳ製で上側が円筒形状、下側が円錐形状の容器である。加圧ホッパ５には、約６００ｇの粉体を保持するためには１０００乃至４０００ｃｍ3の容量であることが好ましく、本実施例においては２０００ｃｍ3の容量の加圧ホッパを用いた。また、導入圧は、１０乃至１５０ｋＰａが好ましく、より好ましくは３５乃至１２０ｋＰａである。尚、加圧時の加圧ホッパの内圧は、上記の導入圧に１０１．３ｋＰａ（大気圧）を加えた圧となる。また、加圧ホッパ５の上部には円筒状の粉体導入口５−１が設けられており、その内側に粉体導入バルブ１０を設けている。なお、粉体導入口５−１と、粉体貯留容器１の開口部１−１とは接続せずに離間している。これは、加圧ホッパ５の質量をロードセル１６によりモニターしているためで、質量を精度良く検知するためには、粉体導入口５−１と開口部１−１とを離間させることが必要である。加圧ホッパ５に粉体４を供給する際に、粉体４が前記離間部から飛散すること防止するため、粉体導入開口部５−１を開口部１−１よりも太くし、開口部１−１の先端の一部を粉体導入開口部５−１に挿入する構成としても良い。
【００５０】
また、加圧ホッパ５の天面部には加圧バルブ１２を介しコンプレッサ６が設けられている。
【００５１】
本実施例において、コンプレッサ６は加圧ホッパ５の天面から接続しているが、加圧ホッパ５内の粉体層の粉面高さが低い場合は、前記粉面よりも高くなる位置の加圧ホッパ５の側面に設けてもよい。
【００５２】
更に、加圧ホッパ５の側面下部には加圧ホッパ５の質量を検知するロードセル１６が設けられており、ロードセル１６により加圧ホッパ５内の粉体４の量を検知している。
【００５３】
更に、加圧ホッパ５の円錐形状の最下端には粉体排出開口部（排出部）５−２が設けられており、粉体排出開口部（排出部）５−２と搬送路としての搬送チューブ９とが接続されている。その結果、粉体４は加圧ホッパ５内にて、加圧空気により押し出され、粉体排出開口部５−２から搬送チューブ９へと搬送される。粉体排出開口部５−２の内径は、粉体搬送チューブ９の内径と略等しくしている。
【００５４】
次にコンプレッサ６の構成について説明する。
【００５５】
コンプレッサ６は加圧ホッパ５に設定圧力までの圧力を与える装置であり、付属の圧調整手段（不図示）により、設定圧力を調整できるものを用いている。また、加圧ホッパ５内の粉体４を充填するに従い減少する加圧ホッパ５内の圧力を補うように、充填中においても圧力を加える制御を行えるものを用いてもよい。
【００５６】
コンプレッサ６は加圧バルブ１２を介して、加圧ホッパ５の天面部分に接続している。また、コンプレッサ６から注入する空気を加湿空気とすることで、特に静電式複写機若しくはプリンタ等の画像形成装置の現像装置に用いられる現像剤の場合、搬送に伴い高まる現像剤の帯電量の増加を抑制することができる。搬送に伴う帯電は制御が困難で粉体の一部が局所的に帯電されるため、その結果、電子写真における現像過程での粉体の帯電が不均一となる。現像中の粉体の帯電が不均一となることで、画像欠陥が起こり得るため、なるべく搬送で帯電はさせないほうが好ましい。
【００５７】
次に、駆動制御装置８の構成について説明する。
【００５８】
駆動制御装置８は本実施例においては粉体貯留容器１からの粉体４の搬送を制御している。即ち、先ず、駆動制御装置８から駆動手段３へ駆動開始の信号が送られる。すると、駆動手段３は駆動を開始し、粉体貯留容器１内の粉体４の搬送を開始する。その後、粉体４が搬送され加圧ホッパ５内の質量が所定量に達したら、駆動制御装置８から駆動手段３へ停止信号が送られ、粉体４の搬送が停止される。この制御により、加圧ホッパ５内の粉体４の質量をある程度一定にすることで、その結果、加圧ホッパ５内の粉体４の密度をある程度一定にすることができる。充填の制御において、加圧ホッパ５の質量をロードセル１６により検知し制御を行っているが、必ずしも検知直後に充填の停止できるわけでなく、若干の差が生じる。充填の制御としては、前記差を勘案し、早めに停止させる制御を行うことで所定量の充填を達成している。加圧ホッパ５内の粉体４の密度がばらつくと、前記差のばらつきが大きくなり、その結果、充填量の精度が悪化する。従って、加圧ホッパ５内の密度を一定とすることで、結果的には被充填容器１４への充填量の精度が向上させることができるのである。
【００５９】
次にロードセル１６について説明する。
【００６０】
本実施例においてロードセル１６は加圧ホッパ５の質量を検知するものであり、充填前には加圧ホッパ５内の粉体４の充填量を、充填時においては被充填容器１９への粉体４の充填量を加圧ホッパ５の質量を測定することで検知している。
【００６１】
充填時において、ロードセル１６は加圧ホッパ５の充填開始時の質量と終了時の質量差を検知し、充填量の制御を行っている。
【００６２】
次に搬送チューブ９の構成について説明する。
【００６３】
搬送チューブ９は、加圧ホッパ５の排出部に連結され、被充填容器１９へ粉体を搬送する搬送路となるものであり、本実施例においては、内径１０ｍｍのシリコーン樹脂製のチューブを用いた。加圧ホッパ５から押し出された粉体４は搬送チューブ９を通って被充填容器１９へ搬送される。本チューブを採用することで、加圧ホッパ５に対する被充填容器１９の位置を自由に配置することができる。
【００６４】
次に粉体脱気・加圧装置１４の構成について説明する。
【００６５】
粉体脱気・加圧装置１４は内圧計１５からの信号で加圧を開始し、ロードセル１６からの信号で脱気を開始する。即ち、充填開始時においては粉体フィルター１３を介して粉体４の加圧を行い、充填停止時においては粉体フィルター１３を介して粉体４の脱気を行う。具体的な構成としては、加圧源と真空源と密閉状態とを有し、その経路を切り替えることで加圧、脱気、密閉の制御を行っている。
【００６６】
なお、本実施例においては、加圧を内圧計１５からの信号により開始し、また、脱気をロードセル１６からの信号で開始するとしたが、特に限定するものでなく、所定圧力、所定時間、所定質量での検知により、加圧の開始、及び脱気の開始を行ってもよい。
【００６７】
次に粉体フィルター１３の構成について説明する。
【００６８】
粉体フィルター１３は搬送チューブ９と略同径である内径φ１０円筒形状のマイクロフィルター株式会社製の金属焼結フィルター（円筒型ステンレスエレメント）を用いた。なお、フィルターのろ過グレードは５μである。
【００６９】
次に粉体４について説明をする。
【００７０】
本発明の粉体充填装置及び粉体充填方法で充填される粉体４としては、例えば、電子写真画像形成装置に用いられる現像剤を挙げることができる。特に、非磁性一成分現像剤を充填する場合に好適に用いられる。本実施例において粉体４は、非磁性一成分のトナーであって、ゆるみ嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3、タッピング嵩密度０．６０ｇ／ｃｍ3、重量平均粒径が約６μｍのスチレン−アクリル共重合トナーを用いた。
【００７１】
次に本装置を用いた充填制御方法について同じく図１を用いて説明する。
【００７２】
加圧ホッパ５内に充填された粉体４は粉体フィルター１３内において、粉体脱気・加圧装置１４の脱気により、粉体の嵩密度が上げられるとともに、粉体４は粉体フィルター１３の内壁に吸着され、吸着された粉体４により搬送チューブ９がせき止められ、その結果、粉体４の搬送が停止される。
【００７３】
加圧ホッパ５内がコンプレッサ６、加圧バルブ１２の作用により、所定の圧力に到達した後、粉体脱気・加圧装置１４により粉体フィルター１３を介して粉体４が加圧される。すると、粉体フィルター１３の内壁に吸着した粉体４は、粉体フィルター１３が逆洗浄される形で加圧を受けるため、加圧により粉体フィルター１３との吸着が解かれ、その結果、加圧ホッパ５内に導入した圧力により被充填容器１９へ搬送される。充填を再開するための加圧時間については、充填継続中常に加圧している必要はなく、加圧１０ｋＰａでの加圧時間については０．３秒程度で十分で、その後は粉体フィルター１３を密閉した状態としてもよい。充填中、常に粉体フィルター１３の加圧を行っても良いが、加圧し続けると、粉体フィルター１３内にて粉体４の嵩密度を低めてしまう結果となり、好ましくない。
【００７４】
加圧ホッパ５内の圧力により、被充填容器１９へ所定量の充填が行われたことをロードセル１６により検知された後、粉体脱気・加圧装置１４の脱気により粉体フィルター１３内の粉体４が脱気され、粉体４は粉体フィルター１３の内壁に吸着される。その結果、粉体４の搬送が停止されるとともに、その後、加圧ホッパ５内の残圧が開放される。
【００７５】
その後、搬送チューブ９が被充填容器１９から取り外され、被充填容器１９の搬送チューブ９との接続部がシールされることで被充填容器１９の充填が完了となる。
【００７６】
一方、加圧ホッパ５は、充填した分の粉体４が粉体貯留容器１より供給されるとともに、再び、加圧ホッパ５内に所定圧力が導入される。その後、粉体脱気・加圧装置１４により粉体フィルター１３を介して粉体４が加圧されることで、再び充填が開始される。
【００７７】
なお、加圧ホッパ５へ所定圧力が導入された時点では、粉体４は粉体フィルター１３の内壁に吸着され、吸着された粉体４により搬送チューブ９がせき止められているため、被充填容器１９へ粉体が漏れ出ることはない。
【００７８】
本実施例において、粉体４として非磁性一成分のトナーであって、ゆるみ嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3、タッピング嵩密度０．６０ｇ／ｃｍ3、重量平均粒径が約６μｍのスチレン−アクリル共重合トナーを用いた。搬送チューブ９の内径をφ１０、加圧ホッパ内導入圧は１００ｋＰａとしたとき、粉体フィルター１３の脱気量は−１０ｋＰａで封止することができ、加圧については５０ｋＰａで０．３秒加圧した後、粉体フィルター１３内を密閉とすることで充填が行えた。
【００７９】
一方、充填の制御方法として加圧ホッパ５内の導入圧を一定とすると、被充填容器１９内の容積によって、充填できる粉体４の充填量が決まることが分かっており、粉体４の充填量の制御を被充填容器１９の容積を調整することで行うこともできる。
【００８０】
この場合、充填は加圧ホッパ５内の内圧と被充填容器１９内との内圧とが等しくなることで充填は停止する。そしてその後、粉体脱気・加圧装置１４の脱気により粉体フィルター１３を介して粉体４が脱気され、粉体４は粉体フィルター１３の内壁に吸着されるとともに、加圧ホッパ５内の残圧が開放される。その後、搬送チューブ９が被充填容器１９から取り外され、被充填容器１９の搬送チューブ９との接続部がシールされることで被充填容器１９の充填が完了となる（以後、本制御を容積制御という）。
【００８１】
本制御においては、厳密に言えば粉体脱気・加圧装置１４の脱気により充填を停止させていないが、搬送チューブ９を被充填容器１９より取り外す際、粉体脱気・加圧装置１４により粉体フィルター１３内の脱気を行わないと、粉体４が大量に飛散する結果となる。
【００８２】
また、一方、充填の再開時においても、粉体フィルター１３内の脱気を行わないと、加圧ホッパ５内に導入圧を導入するとともに粉体４が搬送されてしまい、充填の制御が行えない結果となってしまう。
【００８３】
なお、本制御にて充填を行った場合、粉体４は非磁性一成分のトナーであって、ゆるみ嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3、タッピング嵩密度０．６０ｇ／ｃｍ3、重量平均粒径が約６μｍのスチレン−アクリル共重合トナーを用いた。搬送チューブ９の内径をφ１０、加圧ホッパ内導入圧は１００ｋＰａとしたとき、粉体フィルター１３の脱気量は−５ｋＰａで封止することができ、加圧については５０ｋＰａで０．３秒加圧した後、粉体フィルター１３内を密閉とすることで充填が行えた。
【００８４】
本充填装置における粉体フィルター１３と粉体脱気・加圧装置１４による充填の制御については、搬送チューブ９の内径、加圧ホッパ５への導入圧、粉体脱気・加圧装置１４の脱気量、及び加圧量、更には粉体フィルター１３の形状を適宜設定することで充填の制御が可能となる。
【００８５】
即ち、搬送チューブ内径を大きくしたり、加圧ホッパ５の導入圧を高めた場合、脱気・加圧装置１４の設定値を大きくする必要がある。また、粉体４の物性値によっても、圧力関係が変わってくるため、充填装置毎に条件出しを行い、好適な値を見つけ出し、上記値を設定する必要がある。
【００８６】
以上説明したように、本充填装置を用いることで充填の停止、及び、開始の制御を搬送チューブ９内を脱気、若しくは加圧することで行えるため、従来使用していた充填制御バルブを廃止することができる。その結果、制御バルブの開閉に伴う粉体４への物理的なストレスを低減することができ、ストレスによる粉体４の凝集による粗大粒子の生成を抑制することができる。また、充填制御バルブへの粉体４の付着についても大幅に低減することができ、その結果、充填制御バルブのメンテナンス負荷の低減、更には耐久性を向上させることができた。
【００８７】
本実施例における充填装置において、充填前に４００メッシュ（目開き３９μｍ）にて篩った粉体４を、充填後に同様に４００メッシュ（目開き３９μｍ）にて篩った結果、メッシュ上に残る粗大粒子は確認できなかった。また、粉体フィルター１３についても、充填再開時に粉体脱気・加圧装置１４からの加圧がかかるため、フィルター１３への粉体４の目詰りや付着は見られなかった。
【００８８】
また、図１に示した充填装置側充填部においては、粉体フィルター１３は搬送チューブ９の途中に設けた構成を示したが、図２に示すように、搬送チューブ９の被充填容器１９側端部に設けても良い。搬送チューブ９の粉体フィルター１３と被充填容器１９との挟まれる部分にある粉体４は、搬送チューブ９を被充填容器１９から取り外す際に飛散し、充填制御中に充填装置を汚してしまう懸念があった。粉体フィルター１３を搬送チューブ９の被充填容器１９側に設けることで、粉体フィルター１３と被充填容器１９とで挟まれる搬送チューブ９の長さを短くすることができる。粉体フィルター１３と被充填容器１９との挟まれる搬送チューブ９の長さを短くすることで、粉体４の飛散を極力抑えることができ、その結果、充填装置への粉体４による汚れを低減させることができる。
【実施例２】
【００８９】
次に第２の実施例について説明する。
【００９０】
図３に第２の実施例に係る充填装置の一例を示す。図３において、粉体貯留容器１、加圧ホッパ５、コンプレッサ６、駆動制御装置８、搬送チューブ９、粉体導入バルブ１０、加圧バルブ１２、粉体フィルター１３、粉体脱気・加圧装置１４、内圧計１５、ロードセル１６等は実施例１と同じ構成であるので説明は省略する。尚、粉体４としては、実施例１で述べたものと同じ物を用いることができる。
【００９１】
第２の実施例に係る充填装置の特徴的な部分は、被充填容器１９内に粉体を送り込む排出部に連結された搬送路（搬送チューブ９）の後端部が、被充填容器１９の粉体収納部に充填された粉体層の表面形状として求められる形状と同じ形状を有している脱気フィルターを有する脱気装置１７で形成されていることである。なお、図３では、搬送チューブの後端部に後述の脱気装置１７を設け、該脱気装置１７の形状を所望の粉体層の表面形状とした例が記載されているが、被充填容器の粉体層の表面を成形するためだけであれば、脱気の機構を有さないものであっても良い。また、図３の如く、搬送チューブ９が連結されている必要はなく、加圧ホッパ５の排出部後端部が、そのまま脱気装置１７を有する構成であっても良い。尚、搬送路の後端部が粉体層の表面形状として求められる形状と同じ形状を有するとは、全く同じ形状である場合に限定されるものではなく、充填に影響のない範囲で異なっていても良く、実質的に同じ形状であれば良い。
【００９２】
このような粉体充填装置を用いて、粉体の充填を行う場合には、被充填容器１９としては、蓋１９−１と粉体収納部１９−２から構成されたものが用いられる（図４右図参照）。
【００９３】
充填時においては、被充填容器の蓋１９−１を外して、被充填容器１９の粉体収納部１９−２に充填された粉体層の表面形状として求められる形状と同じ形状を有している搬送チューブ９の後端部を、粉体収納部１９−２に接合し、粉体の充填が行われる。
【００９４】
次に、脱気装置１７の構成について図５を用いて説明する。
【００９５】
脱気装置１７は、脱気装置枠体１７−１、粉体導入部１７−２、脱気フィルター１７−３（フィルター凹部１７−６、凸部１７−７）、負圧接続部１７−４、脱気パッキン１７−５とを有する。
【００９６】
脱気装置枠体１７−１は、被充填容器１９の蓋１９−１と粉体収納部１９−２との接合部に沿った形状をしており、粉体収納部１９−２に対して上方から嵌合する。なお、嵌合部には密閉するためのパッキン材１７−５が設けられている。パッキン材１７−５としてはゴム硬度４０〜６０のゴム部材が好ましい。脱気装置枠体１７−１の接合部と反対側には負圧接続部１７−４が設けられ、この部分と負圧源とが接続されており、脱気が行われる。
【００９７】
また、粉体導入部１７−２は本実施例においては中央部に１ヶ所設けているが、充填速度向上のため、粉体導入部１７−２を複数設けても良いし、また、位置についても中央部ではなく端部であっても良い。
【００９８】
更に脱気フィルター１７−３については、五層の金属焼結フィルターを使用し、その目開きは粉体４と接する側から１層目：縦、横ともに目開き１５０μｍ（１００メッシュ）、２層目：縦目開き７．５μｍ（２０００メッシュ）、横目開き１０．７μｍ（１４００メッシュ）、３層目：縦、横ともに目開き１５０μｍ（１００メッシュ）、４層目：縦目開き１４００μｍ（１２メッシュ）、横目開き２３４μｍ（６４メッシュ）、５層目：縦目開き１４００μｍ（１２メッシュ）、横目開き２３４μｍ（６４メッシュ）といったフィルターを用いた。但し、フィルター１７−３の構成については上記構成に限定するものではなく、粉体４を通過せずに気体のみを通過できる構成であれば良い。
【００９９】
このような脱気装置１７を用いることで、主に被充填容器１９内にて粉体層に含まれた気体を脱気することができ、その結果、粉体４を高密度に充填できる。
【０１００】
次に蓋１９−１の接合について図３及び図４を用いて説明する。
【０１０１】
粉体４が粉体収納部１９−２に所定量充填されたことが検知されたら、粉体脱気・加圧装置１４の脱気により粉体フィルター１３を介して粉体４が脱気することで粉体４の排出を止める。
【０１０２】
その後、脱気装置１７は粉体収納部１９−２から外され、別途用意された蓋１９−１と粉体収納部１９−２とが接合される。例えば、この蓋１９−１と粉体収納部１９−２との接合は、公知の手段である超音波溶着により行われる。
【０１０３】
また、脱気装置１７を用いることで、粉体収納部１９−２に充填した粉体層の表面形状を蓋１９−１の内面側形状と同じ形状に成形できる。凹部や凸部を有する蓋を用いる場合には、粉体収納部１９−２に充填された粉体層の表面形状を成形しておくことが好ましい。例えば、蓋１９−１に凹部１９−１−１がある場合には、フィルター１７−３に前記凹部に合わせた凹部１７−６を設けることで、その凹部にまで粉体を充填可能となり、更に多くの粉体を充填することが可能となる。また、蓋１９−１に凸部１９−１−２がある場合においては、脱気装置１７に前記凸部に合わせた凸部１７−７を設けることで、次工程である蓋１９−１を載せて接合する工程において、蓋１９−１を載せることに伴う粉体４の飛散を少なくすることができる。なお、凸部１７−７についてはフィルター１７−３を加工して設けてもよく、脱気枠体１７−１にフィルター機能を有さない凸部を設けても良い。
【０１０４】
図４には蓋１９−１の中央部に凹部１９−１−１がある構成を示している。このように蓋１９−１に凹部１９−１−１がある構成においては、凹部１９−１−１に十分に充填を行うことは困難であるが、本構成のように、フィルター１７−３に凹部１９−１−１に実質的に合わせた凹部１７−６を設けることで、脱気により粉体４をフィルター１７−３の形状に成形できるため、凹部１９−１−１にも十分に充填できる。
【０１０５】
一方、蓋１９−１の側端部には凸部１９−１−２が設けてある。このように蓋１９−１の側端部に凸部１９−１−２が設けてある構成においては、蓋１９−１を粉体収納部１９−２に装着する工程において、蓋１９−１の凸部１９−１−２により粉体４が押し出され、粉体４の飛散が発生しやすい。しかしながら、脱気装置１７に蓋１９−１に合わせた凸形状１７−７を設けることで、蓋１９−１の凸部１９−１−２に対応する部分の粉体４を予め除くことができ、その結果、粉体４の飛散を軽減することができる。
【０１０６】
即ち、粉体４の飛散を軽減することで粉体４のムダを防止でき、更には蓋１９−１と粉体収納部１９−２との接合部への粉体４の巻き込みを防止でき、その結果、蓋１９−１と粉体収納部１９−２との溶着強度が安定する。
【０１０７】
なお、本実施例において、負圧源の負圧力は−５乃至−１０ｋＰａ程度が好ましい。
【０１０８】
前記脱気装置１７を用いて脱気処理を行うことで、単位容積あたりの粉体の充填量０．３５ｇ／ｃｍ3から０．５０ｇ／ｃｍ3に向上させることができた。即ち、８６０ｃｍ3の容積の被充填容器においては、粉体の充填量を約３００ｇから４３０ｇに増量することができた。なお、粉体４として非磁性一成分のトナーであって、ゆるみ嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3、タッピング嵩密度０．６０ｇ／ｃｍ3、重量平均粒径が約６μｍのスチレン−アクリル共重合トナーを用い、搬送チューブ９の内径をφ１０、加圧ホッパ内導入圧は１００ｋＰａとしている。
【０１０９】
また、図３に示した充填装置側充填部においては、粉体フィルター１３は搬送チューブ９の途中に設けた構成を示したが、図６に示すように脱気装置１７の中に一体的に設けても良い。このように粉体フィルター１３と脱気装置１７とを一体的に設けることは従来のバルブの構成ではスペース的に困難であった。
【０１１０】
粉体フィルター１３を一体的に設けた脱気装置１７の構成を図７の（１）、（２）、（３）に示す。
【０１１１】
図７（１）は粉体フィルター１３を一体的に設けた脱気装置１７の正面図、（２）は粉体フィルター１３を一体的に設けた脱気装置１７の斜視図、（３）は粉体フィルター１３を一体的に設けた脱気装置１７の断面図である。
【０１１２】
図７に示した脱気装置１７において、搬送チューブ９は内径１０ｍｍのウレタンチューブであり、その搬送チューブ９が脱気装置１７の中央部に設けられた粉体導入部１７−２に接続されている。
【０１１３】
また、粉体導入部１７−２の周囲を囲むように粉体フィルター１３に相当する内径φ１０、高さ１５ｍｍの円筒形状のマイクロフィルター株式会社製の金属焼結フィルター（円筒型ステンレスエレメント）が設けられている。なお、フィルターのろ過グレードは５μｍである。そして粉体フィルター１３の背後から脱気及び加圧するため粉体脱気・加圧装置１４へと接続されている。
【０１１４】
一方、脱気装置１７には略中央部の粉体導入部１７−２を境にして左右にフィルター１７−３が設けられている。フィルター１７−３については、前述した５層構造の金属焼結フィルターを用いている。なお、フィルター１７−３は凹形状を有しており、その凹形状に沿って粉体４が充填されるため、被充填容器１９（不図示）には凹形状分多く充填できる。各フィルター１７−３の上部にはフィルターを介して被充填容器１９内を脱気するための空間がそれぞれ２ヶ所設けられており、その空間は負圧接続部１７−４から負圧源へ接続されている。また、粉体導入部１７−２及びフィルター１７−３の周囲には、充填の際、脱気装置１７と被充填容器１９との接合で内部の粉体の漏れを防止するために両者を密閉するパッキン材１７−５が設けられている。
【０１１５】
なお、図６、図７に示した充填装置を用いて粉体４として非磁性一成分のトナーであって、ゆるみ嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3、タッピング嵩密度０．６０ｇ／ｃｍ3、重量平均粒径が約６μｍのスチレン−アクリル共重合トナーを用い、搬送チューブ９の内径をφ１０、加圧ホッパ内導入圧は１００ｋＰａとして容積制御にて充填確認を行った。その結果、実施例１同様に粉体フィルター１３の脱気量は−５ｋＰａで封止することができた。加圧については５０ｋＰａで０．３秒加圧した後、粉体フィルター１３内を密閉とすることで単位容積あたりの粉体の充填量０．５０ｇ／ｃｍ3で充填が行え、更には、脱気装置１７を充填容器１９から取り外した際の粉体４のボタ落ちを無くすことができた。
【０１１６】
このように脱気装置１７と粉体フィルター１３とを一体的に設けることで、粉体フィルター１３と脱気装置１７との挟まれる搬送チューブ９の長さを短くすることができた。粉体フィルター１３と脱気装置１７との挟まれる搬送チューブ９内に滞留する粉体４は、被充填容器１９から脱気装置１７を取り外す際に飛散する場合があり、粉体フィルター１３と脱気装置１７との挟まれる搬送チューブ９の長さを短くすることで、粉体４の飛散を極力抑えることができ、その結果、充填装置への粉体４による汚れを低減させることができた。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】第１の実施例に係る充填装置の概略図である。
【図２】第１の実施例に係る充填装置の概略図である（粉体フィルター１３を搬送チューブ９の被充填容器１９側端部に設けた）。
【図３】第２の実施例に係る充填装置の概略図である。
【図４】第２の実施例に係る蓋１９−１の装着工程を示した図である。
【図５】第２の実施例に係る脱気装置１７の詳細図である。
【図６】第２の実施例に係る充填装置の概略図である（粉体脱気フィルター１３を脱気治具１７内に一体的に設けた）。
【図７】第２の実施例に係る脱気治具１７の詳細図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１ 粉体貯留容器
１−１ 粉体排出口
２ 搬送手段
３ 駆動手段
４ 粉体
５ 加圧ホッパ
５−１ 粉体導入口
５−２ 粉体排出口
６ コンプレッサ
８ 駆動制御装置
９ 搬送チューブ
１０ ピンチバルブ
１２ 加圧バルブ
１３ 粉体フィルター
１４ 粉体脱気・加圧装置
１５ 内圧計
１６ ロードセル
１７ 脱気装置
１７−１ 脱気装置枠体
１７−２ 粉体導入部
１７−３ フィルター
１７−４ 負圧接続部
１７−５ パッキン材
１７−６ フィルター凹部
１７−７ 凸部
１９ 被充填容器
１９−１ 蓋部材
１９−１−１ 蓋凹部
１９−１−２ 蓋凸部
１９−２ 粉体収納部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電式複写機、プリンタ等の画像形成装置の現像装置に用いられるトナー等の微粉体を、被充填容器に充填する粉体充填装置並びに粉体充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トナー等の微粉体は、スクリューフィーダー、オーガー式充填機、粉体自身の重力による自由落下、若しくは、空気を用いて粉体を搬送する手段等により粉体を被粉体充填容器に充填している。
【０００３】
例えば、特許文献１には、空気を用いて粉体を搬送する方法の一例が記載されている。
【０００４】
特許文献１には、粉体供給機に貯留した粉体に気体を導入して粉体の流動性を高めた後、導入した気体の圧力を利用し粉体を被充填容器へ充填する構成が開示されている。本充填装置においては、導入した圧力により粉体供給機中の粉体を搬送チューブへと搬送し、その搬送チューブを介して被充填容器へと粉体を供給し、所望の充填量に達した後、粉体供給機中の圧力を開放することで粉体の搬送を停止している。
【０００５】
また、特許文献２においても気体で搬送する充填方法の一例が記載されている。特許文献２には、粉体導入バルブを開放し、測定チャンバを減圧状態にすることで、粉体を測定チャンバに定量充填し、その後、粉体導入バルブを閉じ測定チャンバの粉体搬送方向上流側から圧力を導入し、その圧力導入後に排出バルブを開放することで粉体の充填を行う構成が開示されている。本充填装置における充填の制御は粉体導入バルブ及び粉体排出バルブを用いて行っており、その構成として搬送路を挟んで封止するピンチバルブを用いている。
【０００６】
一方、特許文献３には、オーガスクリューを用いて粉体を搬送する方法の一例が記載されている。本充填装置においてはオーガスクリューの回転にて粉体の充填を行う一方で、オーガスクリュー停止後、オーガスクリュー部とそのケーシング部との間に介在する粉体のボタ落ちをケーシング部先端に設けた脱気装置によりケーシング内部を吸引することで防止している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２９３３０１号公報
【特許文献２】特公平６−０６２１２１号公報
【特許文献３】特開２０００−２４７４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されている構成では、粉体の搬送停止の制御を供給機中の圧力を開放することで制御しており、その場合、低圧で粉体をゆっくり搬送する場合は問題ない。しかし、高圧で粉体を搬送する場合、充填量のばらつきが大きくなり、精密な充填量制御が困難であるという問題があった。
【０００９】
また、特許文献２に開示されている構成においては、排出バルブの開閉により充填の制御を行っているが、充填する粉体が電子写真画像形成装置に用いる現像剤の場合、バルブ開閉によるバルブの摺動により、現像剤が凝集して粗大粒子が生成してしまう懸念があった。また、前記バルブに粉体が付着することで、付着粉体の除去等のメンテナンスの負荷が発生したり、更には前記バルブを定期的に交換したりする必要があった。
【００１０】
更に特許文献３に開示されている構成においては、粉体の搬送手段としてオーガスクリューを使用していることから、粉体への負荷が大きく、充填する粉体が電子写真画像形成装置に用いる現像剤の場合、オーガスクリューと粉体との摺動により現像剤に粗大粒子が生成してしまう懸念があった。特に充填の再開時においては、前記脱気装置により密度の高められた現像剤を強制的にオーガスクリューにて搬送されるため、更に粗大粒子生成の危険性は高まるものであった。
【００１１】
本発明の目的は、上記の問題を解決し、充填制御による粒大粒子の生成が抑制でき、充填制御性を高めることができる粉体充填装置及び粉体充填方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、加圧ホッパを有する粉体充填装置であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧し、圧力を利用して、前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填装置において、
前記排出部には、空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、
前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止し、前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を再開することを特徴とする粉体充填装置に関する。
【００１３】
また、本発明は、加圧ホッパを有する粉体充填装置を用いて行う粉体充填方法であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧した後、前記加圧による圧力を利用して前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填方法において、
前記排出部には、空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、
前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を開始し、その後、所定量排出した後、前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止することを特徴とする粉体充填方法に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、充填制御による粒大粒子の生成が抑制でき、また、制御部の特別なメンテナンスも不要で、効果的に粉体の充填を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る第１の発明は、加圧ホッパを有する粉体充填装置であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧し、圧力を利用して、前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填機において、
前記排出部には、空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、
前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止し、前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を再開することを特徴とする。
【００１６】
第１の発明の粉体充填装置を用いることで充填の停止と開始の制御を、粉体流路内の脱気、加圧の制御により行うため、前記制御による粉体の粗大粒子生成を抑制できる。また、充填の停止と開始の制御にバルブ等を用いないため、制御部の特別なメンテナンスが不要となり、また更には制御部の耐久性をも向上させることができる。
【００１７】
また、第２の発明は、第１の発明に示した粉体充填装置において、前記加圧装置は前記粉体流路内を加圧することができるとともに、前記粉体流路内を脱気も加圧もせずに密閉した状態とすることができることを特徴とする。
【００１８】
第２の発明の粉体充填装置を用いることで、必要以上に粉体の嵩密度を低下させずに充填が行えるため、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００１９】
また、第３の発明は、第１の発明に示した粉体充填装置において、前記フィルターは前記排出部の後端側に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
第３の発明の粉体充填装置を用いることで、排出部から被充填容器への粉体の飛散を防止することができる。
【００２１】
更に、第４の発明は、第１から第３のいずれか１つの発明に示した粉体充填装置において、前記フィルターは排出部と略同形状の中空の筒状フィルターであることを特徴とする。
【００２２】
第４の発明の粉体充填装置を用いることで、充填中の粉体４の流れを阻害せずに効率的に充填を行うことができる。
【００２３】
更に、第５の発明は、第４の発明に示した粉体充填装置において、前記フィルターは円筒形状であることを特徴とする。
【００２４】
第５の発明の粉体充填装置を用いることで、フィルターを介した脱気、加圧を均一に行うことでき、その結果、より効率的に粉体の充填停止、開始の制御を行うことができる。
【００２５】
更に、第６の発明は、第１から第５のいずれか１つの発明に示した粉体充填装置において、前記排出部の後端部は被充填容器の蓋の内面側形状と同様の形状を有していることを特徴とする。
【００２６】
第６の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００２７】
更に、第７の発明は、第１から第６のいずれか１つの発明に示した粉体充填装置において、前記排出部の後端部は被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を備えていることを特徴とする。
【００２８】
第７の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００２９】
更に、第８の発明は、第１から第５のいずれか１つの発明に示した粉体充填装置において、被充填容器への粉体の充填が、被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を用いて前記被充填容器の粉体収納部内を脱気しながら行われるものであり、被充填容器内に粉体を送り込む排出部の後端部が、前記被充填容器内を脱気する脱気装置の有する第二のフィルターで形成されており且つ被充填容器の蓋の内面側形状と同様の形状を有することを特徴とする。
【００３０】
第８の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００３１】
更に、第９の発明は、加圧ホッパを有する粉体充填装置を用いて行う粉体充填方法であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧した後、前記加圧による圧力を利用して前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填方法において、
前記排出部には空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を開始し、その後、所定量排出した後、前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止することを特徴とする。
【００３２】
第９の発明の粉体充填方法を用いることで充填の停止と開始の制御を、粉体流路内内の脱気、加圧の制御により行うため、前記制御による粉体の粗大粒子生成を抑制できる。
【００３３】
また、充填の停止と開始の制御にバルブ等を用いないため、制御部の特別なメンテナンスが不要となり、また更には制御部の耐久性をも向上させることができる。
【００３４】
更に、第１０の発明は、第９に示した粉体充填方法において、
前記加圧により粉体の排出を開始した後は、所定量排出するまで前記粉体流路内を脱気も加圧もせずに密閉した状態とすることを特徴とする。
【００３５】
第１０の発明の粉体充填方法を用いることで、必要以上に粉体の嵩密度を低下させずに充填が行えるため、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００３６】
更に、第１１の発明は、第９又は第１０に示した粉体充填方法において、
前記排出部の後端部は被充填容器の蓋の内面側形状と同様の形状を有していることを特徴とする。
【００３７】
第１１の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００３８】
更に、第１２の発明は、第９又は第１１に示した粉体充填方法において、
前記排出部の後端部は被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を備えており、被充填容器内を前記脱気装置により脱気しながら、前記粉体の搬送を行うことを特徴とする。
【００３９】
第１２の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【００４０】
更に、第１３の発明は、第９又は第１０に示した粉体充填方法において、
被充填容器への粉体の充填が、被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を用いて、前記被充填容器の粉体収納部内を脱気しながら行われるものであり、被充填容器内に粉体を送り込む排出部の後端部が、前記被充填容器内を脱気する脱気装置の有する第二のフィルターで形成されており且つ被充填容器の蓋の内面側形状と同様の形状を有することを特徴とする。
【００４１】
第１３の発明の粉体充填装置を用いることで、被充填容器内に高密度に粉体を充填することができる。
【実施例１】
【００４２】
次に第１の実施例について説明する。
【００４３】
図１に本発明に係る充填装置を用いた充填装置側充填部の一例を示す。図１において、１が粉体貯留容器で、充填する粉体４を多量に貯留するものである。粉体貯留容器１の下方には、粉体４を定量的に搬送する搬送手段２が設けられている。搬送手段２は駆動手段３から駆動を受け、粉体貯留容器１に貯留された粉体４を、下方に設けた加圧ホッパ５へ搬送する。
【００４４】
加圧ホッパ５にはコンプレッサ６、駆動制御装置８、搬送チューブ９、粉体導入バルブ１０、加圧バルブ１２、粉体フィルター１３、粉体脱気・加圧装置１４、内圧計１５、ロードセル１６がそれぞれ設けられている。
【００４５】
粉体貯留容器１から搬送された粉体４は、粉体導入バルブ１０を開放することにより、加圧ホッパ５の粉体導入口５−１から加圧ホッパ５内に導入される。この際、粉体脱気・加圧装置１４により、粉体フィルター１３内は脱気されており、粉体４は粉体フィルター１３の内壁に吸着され、吸着された粉体４により搬送チューブ９がせき止められ、粉体４の搬送が停止されている。ロードセル１６は加圧ホッパ５の質量をモニターしており、加圧ホッパ５内に所定量粉体４が導入されると、その情報はロードセル１６から駆動制御装置８へ伝達される。そして、駆動制御装置８から駆動手段３へ停止信号が出され、駆動手段３は駆動を停止する構成となっている。
【００４６】
加圧ホッパ５に所定量の粉体４が導入された後、導入バルブ１０が閉じられ、加圧ホッパ５内は気密状態になる。その後、コンプレッサ６と加圧バルブ１２の開放により、加圧ホッパ５内が加圧される。なお、加圧ホッパ５内が加圧されても、搬送チューブ９は粉体フィルター１３の内壁に吸着された粉体４にせき止められているため、粉体４は搬送されずに停止している。この時のホッパ５内の圧力を導入圧とする。その後、加圧バルブ１２を閉じ、粉体脱気・加圧装置１４により粉体フィルター１３内を加圧することで粉体４と粉体フィルター１３との吸着が解除され、粉体４は粉体排出開口部（排出部）５−２から搬送チューブ９へと押し出される。搬送チューブ９の端部を被充填容器１９に接続しておくことで被充填容器１９に粉体４を充填することができる。
【００４７】
以上が本充填装置の基本的な構成である。以下に各部分の詳細を説明する。
【００４８】
まず、加圧ホッパ５について説明する。
【００４９】
本実施例において、加圧ホッパ５はＳＵＳ製で上側が円筒形状、下側が円錐形状の容器である。加圧ホッパ５には、約６００ｇの粉体を保持するためには１０００乃至４０００ｃｍ3の容量であることが好ましく、本実施例においては２０００ｃｍ3の容量の加圧ホッパを用いた。また、導入圧は、１０乃至１５０ｋＰａが好ましく、より好ましくは３５乃至１２０ｋＰａである。尚、加圧時の加圧ホッパの内圧は、上記の導入圧に１０１．３ｋＰａ（大気圧）を加えた圧となる。また、加圧ホッパ５の上部には円筒状の粉体導入口５−１が設けられており、その内側に粉体導入バルブ１０を設けている。なお、粉体導入口５−１と、粉体貯留容器１の開口部１−１とは接続せずに離間している。これは、加圧ホッパ５の質量をロードセル１６によりモニターしているためで、質量を精度良く検知するためには、粉体導入口５−１と開口部１−１とを離間させることが必要である。加圧ホッパ５に粉体４を供給する際に、粉体４が前記離間部から飛散すること防止するため、粉体導入開口部５−１を開口部１−１よりも太くし、開口部１−１の先端の一部を粉体導入開口部５−１に挿入する構成としても良い。
【００５０】
また、加圧ホッパ５の天面部には加圧バルブ１２を介しコンプレッサ６が設けられている。
【００５１】
本実施例において、コンプレッサ６は加圧ホッパ５の天面から接続しているが、加圧ホッパ５内の粉体層の粉面高さが低い場合は、前記粉面よりも高くなる位置の加圧ホッパ５の側面に設けてもよい。
【００５２】
更に、加圧ホッパ５の側面下部には加圧ホッパ５の質量を検知するロードセル１６が設けられており、ロードセル１６により加圧ホッパ５内の粉体４の量を検知している。
【００５３】
更に、加圧ホッパ５の円錐形状の最下端には粉体排出開口部（排出部）５−２が設けられており、粉体排出開口部（排出部）５−２と搬送路としての搬送チューブ９とが接続されている。その結果、粉体４は加圧ホッパ５内にて、加圧空気により押し出され、粉体排出開口部５−２から搬送チューブ９へと搬送される。粉体排出開口部５−２の内径は、粉体搬送チューブ９の内径と略等しくしている。
【００５４】
次にコンプレッサ６の構成について説明する。
【００５５】
コンプレッサ６は加圧ホッパ５に設定圧力までの圧力を与える装置であり、付属の圧調整手段（不図示）により、設定圧力を調整できるものを用いている。また、加圧ホッパ５内の粉体４を充填するに従い減少する加圧ホッパ５内の圧力を補うように、充填中においても圧力を加える制御を行えるものを用いてもよい。
【００５６】
コンプレッサ６は加圧バルブ１２を介して、加圧ホッパ５の天面部分に接続している。また、コンプレッサ６から注入する空気を加湿空気とすることで、特に静電式複写機若しくはプリンタ等の画像形成装置の現像装置に用いられる現像剤の場合、搬送に伴い高まる現像剤の帯電量の増加を抑制することができる。搬送に伴う帯電は制御が困難で粉体の一部が局所的に帯電されるため、その結果、電子写真における現像過程での粉体の帯電が不均一となる。現像中の粉体の帯電が不均一となることで、画像欠陥が起こり得るため、なるべく搬送で帯電はさせないほうが好ましい。
【００５７】
次に、駆動制御装置８の構成について説明する。
【００５８】
駆動制御装置８は本実施例においては粉体貯留容器１からの粉体４の搬送を制御している。即ち、先ず、駆動制御装置８から駆動手段３へ駆動開始の信号が送られる。すると、駆動手段３は駆動を開始し、粉体貯留容器１内の粉体４の搬送を開始する。その後、粉体４が搬送され加圧ホッパ５内の質量が所定量に達したら、駆動制御装置８から駆動手段３へ停止信号が送られ、粉体４の搬送が停止される。この制御により、加圧ホッパ５内の粉体４の質量をある程度一定にすることで、その結果、加圧ホッパ５内の粉体４の密度をある程度一定にすることができる。充填の制御において、加圧ホッパ５の質量をロードセル１６により検知し制御を行っているが、必ずしも検知直後に充填の停止できるわけでなく、若干の差が生じる。充填の制御としては、前記差を勘案し、早めに停止させる制御を行うことで所定量の充填を達成している。加圧ホッパ５内の粉体４の密度がばらつくと、前記差のばらつきが大きくなり、その結果、充填量の精度が悪化する。従って、加圧ホッパ５内の密度を一定とすることで、結果的には被充填容器１４への充填量の精度が向上させることができるのである。
【００５９】
次にロードセル１６について説明する。
【００６０】
本実施例においてロードセル１６は加圧ホッパ５の質量を検知するものであり、充填前には加圧ホッパ５内の粉体４の充填量を、充填時においては被充填容器１９への粉体４の充填量を加圧ホッパ５の質量を測定することで検知している。
【００６１】
充填時において、ロードセル１６は加圧ホッパ５の充填開始時の質量と終了時の質量差を検知し、充填量の制御を行っている。
【００６２】
次に搬送チューブ９の構成について説明する。
【００６３】
搬送チューブ９は、加圧ホッパ５の排出部に連結され、被充填容器１９へ粉体を搬送する搬送路となるものであり、本実施例においては、内径１０ｍｍのシリコーン樹脂製のチューブを用いた。加圧ホッパ５から押し出された粉体４は搬送チューブ９を通って被充填容器１９へ搬送される。本チューブを採用することで、加圧ホッパ５に対する被充填容器１９の位置を自由に配置することができる。
【００６４】
次に粉体脱気・加圧装置１４の構成について説明する。
【００６５】
粉体脱気・加圧装置１４は内圧計１５からの信号で加圧を開始し、ロードセル１６からの信号で脱気を開始する。即ち、充填開始時においては粉体フィルター１３を介して粉体４の加圧を行い、充填停止時においては粉体フィルター１３を介して粉体４の脱気を行う。具体的な構成としては、加圧源と真空源と密閉状態とを有し、その経路を切り替えることで加圧、脱気、密閉の制御を行っている。
【００６６】
なお、本実施例においては、加圧を内圧計１５からの信号により開始し、また、脱気をロードセル１６からの信号で開始するとしたが、特に限定するものでなく、所定圧力、所定時間、所定質量での検知により、加圧の開始、及び脱気の開始を行ってもよい。
【００６７】
次に粉体フィルター１３の構成について説明する。
【００６８】
粉体フィルター１３は搬送チューブ９と略同径である内径φ１０円筒形状のマイクロフィルター株式会社製の金属焼結フィルター（円筒型ステンレスエレメント）を用いた。なお、フィルターのろ過グレードは５μである。
【００６９】
次に粉体４について説明をする。
【００７０】
本発明の粉体充填装置及び粉体充填方法で充填される粉体４としては、例えば、電子写真画像形成装置に用いられる現像剤を挙げることができる。特に、非磁性一成分現像剤を充填する場合に好適に用いられる。本実施例において粉体４は、非磁性一成分のトナーであって、ゆるみ嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3、タッピング嵩密度０．６０ｇ／ｃｍ3、重量平均粒径が約６μｍのスチレン−アクリル共重合トナーを用いた。
【００７１】
次に本装置を用いた充填制御方法について同じく図１を用いて説明する。
【００７２】
加圧ホッパ５内に充填された粉体４は粉体フィルター１３内において、粉体脱気・加圧装置１４の脱気により、粉体の嵩密度が上げられるとともに、粉体４は粉体フィルター１３の内壁に吸着され、吸着された粉体４により搬送チューブ９がせき止められ、その結果、粉体４の搬送が停止される。
【００７３】
加圧ホッパ５内がコンプレッサ６、加圧バルブ１２の作用により、所定の圧力に到達した後、粉体脱気・加圧装置１４により粉体フィルター１３を介して粉体４が加圧される。すると、粉体フィルター１３の内壁に吸着した粉体４は、粉体フィルター１３が逆洗浄される形で加圧を受けるため、加圧により粉体フィルター１３との吸着が解かれ、その結果、加圧ホッパ５内に導入した圧力により被充填容器１９へ搬送される。充填を再開するための加圧時間については、充填継続中常に加圧している必要はなく、加圧１０ｋＰａでの加圧時間については０．３秒程度で十分で、その後は粉体フィルター１３を密閉した状態としてもよい。充填中、常に粉体フィルター１３の加圧を行っても良いが、加圧し続けると、粉体フィルター１３内にて粉体４の嵩密度を低めてしまう結果となり、好ましくない。
【００７４】
加圧ホッパ５内の圧力により、被充填容器１９へ所定量の充填が行われたことをロードセル１６により検知された後、粉体脱気・加圧装置１４の脱気により粉体フィルター１３内の粉体４が脱気され、粉体４は粉体フィルター１３の内壁に吸着される。その結果、粉体４の搬送が停止されるとともに、その後、加圧ホッパ５内の残圧が開放される。
【００７５】
その後、搬送チューブ９が被充填容器１９から取り外され、被充填容器１９の搬送チューブ９との接続部がシールされることで被充填容器１９の充填が完了となる。
【００７６】
一方、加圧ホッパ５は、充填した分の粉体４が粉体貯留容器１より供給されるとともに、再び、加圧ホッパ５内に所定圧力が導入される。その後、粉体脱気・加圧装置１４により粉体フィルター１３を介して粉体４が加圧されることで、再び充填が開始される。
【００７７】
なお、加圧ホッパ５へ所定圧力が導入された時点では、粉体４は粉体フィルター１３の内壁に吸着され、吸着された粉体４により搬送チューブ９がせき止められているため、被充填容器１９へ粉体が漏れ出ることはない。
【００７８】
本実施例において、粉体４として非磁性一成分のトナーであって、ゆるみ嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3、タッピング嵩密度０．６０ｇ／ｃｍ3、重量平均粒径が約６μｍのスチレン−アクリル共重合トナーを用いた。搬送チューブ９の内径をφ１０、加圧ホッパ内導入圧は１００ｋＰａとしたとき、粉体フィルター１３の脱気量は−１０ｋＰａで封止することができ、加圧については５０ｋＰａで０．３秒加圧した後、粉体フィルター１３内を密閉とすることで充填が行えた。
【００７９】
一方、充填の制御方法として加圧ホッパ５内の導入圧を一定とすると、被充填容器１９内の容積によって、充填できる粉体４の充填量が決まることが分かっており、粉体４の充填量の制御を被充填容器１９の容積を調整することで行うこともできる。
【００８０】
この場合、充填は加圧ホッパ５内の内圧と被充填容器１９内との内圧とが等しくなることで充填は停止する。そしてその後、粉体脱気・加圧装置１４の脱気により粉体フィルター１３を介して粉体４が脱気され、粉体４は粉体フィルター１３の内壁に吸着されるとともに、加圧ホッパ５内の残圧が開放される。その後、搬送チューブ９が被充填容器１９から取り外され、被充填容器１９の搬送チューブ９との接続部がシールされることで被充填容器１９の充填が完了となる（以後、本制御を容積制御という）。
【００８１】
本制御においては、厳密に言えば粉体脱気・加圧装置１４の脱気により充填を停止させていないが、搬送チューブ９を被充填容器１９より取り外す際、粉体脱気・加圧装置１４により粉体フィルター１３内の脱気を行わないと、粉体４が大量に飛散する結果となる。
【００８２】
また、一方、充填の再開時においても、粉体フィルター１３内の脱気を行わないと、加圧ホッパ５内に導入圧を導入するとともに粉体４が搬送されてしまい、充填の制御が行えない結果となってしまう。
【００８３】
なお、本制御にて充填を行った場合、粉体４は非磁性一成分のトナーであって、ゆるみ嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3、タッピング嵩密度０．６０ｇ／ｃｍ3、重量平均粒径が約６μｍのスチレン−アクリル共重合トナーを用いた。搬送チューブ９の内径をφ１０、加圧ホッパ内導入圧は１００ｋＰａとしたとき、粉体フィルター１３の脱気量は−５ｋＰａで封止することができ、加圧については５０ｋＰａで０．３秒加圧した後、粉体フィルター１３内を密閉とすることで充填が行えた。
【００８４】
本充填装置における粉体フィルター１３と粉体脱気・加圧装置１４による充填の制御については、搬送チューブ９の内径、加圧ホッパ５への導入圧、粉体脱気・加圧装置１４の脱気量、及び加圧量、更には粉体フィルター１３の形状を適宜設定することで充填の制御が可能となる。
【００８５】
即ち、搬送チューブ内径を大きくしたり、加圧ホッパ５の導入圧を高めた場合、脱気・加圧装置１４の設定値を大きくする必要がある。また、粉体４の物性値によっても、圧力関係が変わってくるため、充填装置毎に条件出しを行い、好適な値を見つけ出し、上記値を設定する必要がある。
【００８６】
以上説明したように、本充填装置を用いることで充填の停止、及び、開始の制御を搬送チューブ９内を脱気、若しくは加圧することで行えるため、従来使用していた充填制御バルブを廃止することができる。その結果、制御バルブの開閉に伴う粉体４への物理的なストレスを低減することができ、ストレスによる粉体４の凝集による粗大粒子の生成を抑制することができる。また、充填制御バルブへの粉体４の付着についても大幅に低減することができ、その結果、充填制御バルブのメンテナンス負荷の低減、更には耐久性を向上させることができた。
【００８７】
本実施例における充填装置において、充填前に４００メッシュ（目開き３９μｍ）にて篩った粉体４を、充填後に同様に４００メッシュ（目開き３９μｍ）にて篩った結果、メッシュ上に残る粗大粒子は確認できなかった。また、粉体フィルター１３についても、充填再開時に粉体脱気・加圧装置１４からの加圧がかかるため、フィルター１３への粉体４の目詰りや付着は見られなかった。
【００８８】
また、図１に示した充填装置側充填部においては、粉体フィルター１３は搬送チューブ９の途中に設けた構成を示したが、図２に示すように、搬送チューブ９の被充填容器１９側端部に設けても良い。搬送チューブ９の粉体フィルター１３と被充填容器１９との挟まれる部分にある粉体４は、搬送チューブ９を被充填容器１９から取り外す際に飛散し、充填制御中に充填装置を汚してしまう懸念があった。粉体フィルター１３を搬送チューブ９の被充填容器１９側に設けることで、粉体フィルター１３と被充填容器１９とで挟まれる搬送チューブ９の長さを短くすることができる。粉体フィルター１３と被充填容器１９との挟まれる搬送チューブ９の長さを短くすることで、粉体４の飛散を極力抑えることができ、その結果、充填装置への粉体４による汚れを低減させることができる。
【実施例２】
【００８９】
次に第２の実施例について説明する。
【００９０】
図３に第２の実施例に係る充填装置の一例を示す。図３において、粉体貯留容器１、加圧ホッパ５、コンプレッサ６、駆動制御装置８、搬送チューブ９、粉体導入バルブ１０、加圧バルブ１２、粉体フィルター１３、粉体脱気・加圧装置１４、内圧計１５、ロードセル１６等は実施例１と同じ構成であるので説明は省略する。尚、粉体４としては、実施例１で述べたものと同じ物を用いることができる。
【００９１】
第２の実施例に係る充填装置の特徴的な部分は、被充填容器１９内に粉体を送り込む排出部に連結された搬送路（搬送チューブ９）の後端部が、被充填容器１９の粉体収納部に充填された粉体層の表面形状として求められる形状と同じ形状を有している脱気フィルターを有する脱気装置１７で形成されていることである。なお、図３では、搬送チューブの後端部に後述の脱気装置１７を設け、該脱気装置１７の形状を所望の粉体層の表面形状とした例が記載されているが、被充填容器の粉体層の表面を成形するためだけであれば、脱気の機構を有さないものであっても良い。また、図３の如く、搬送チューブ９が連結されている必要はなく、加圧ホッパ５の排出部後端部が、そのまま脱気装置１７を有する構成であっても良い。尚、搬送路の後端部が粉体層の表面形状として求められる形状と同じ形状を有するとは、全く同じ形状である場合に限定されるものではなく、充填に影響のない範囲で異なっていても良く、実質的に同じ形状であれば良い。
【００９２】
このような粉体充填装置を用いて、粉体の充填を行う場合には、被充填容器１９としては、蓋１９−１と粉体収納部１９−２から構成されたものが用いられる（図４右図参照）。
【００９３】
充填時においては、被充填容器の蓋１９−１を外して、被充填容器１９の粉体収納部１９−２に充填された粉体層の表面形状として求められる形状と同じ形状を有している搬送チューブ９の後端部を、粉体収納部１９−２に接合し、粉体の充填が行われる。
【００９４】
次に、脱気装置１７の構成について図５を用いて説明する。
【００９５】
脱気装置１７は、脱気装置枠体１７−１、粉体導入部１７−２、脱気フィルター１７−３（フィルター凹部１７−６、凸部１７−７）、負圧接続部１７−４、脱気パッキン１７−５とを有する。
【００９６】
脱気装置枠体１７−１は、被充填容器１９の蓋１９−１と粉体収納部１９−２との接合部に沿った形状をしており、粉体収納部１９−２に対して上方から嵌合する。なお、嵌合部には密閉するためのパッキン材１７−５が設けられている。パッキン材１７−５としてはゴム硬度４０〜６０のゴム部材が好ましい。脱気装置枠体１７−１の接合部と反対側には負圧接続部１７−４が設けられ、この部分と負圧源とが接続されており、脱気が行われる。
【００９７】
また、粉体導入部１７−２は本実施例においては中央部に１ヶ所設けているが、充填速度向上のため、粉体導入部１７−２を複数設けても良いし、また、位置についても中央部ではなく端部であっても良い。
【００９８】
更に脱気フィルター１７−３については、五層の金属焼結フィルターを使用し、その目開きは粉体４と接する側から１層目：縦、横ともに目開き１５０μｍ（１００メッシュ）、２層目：縦目開き７．５μｍ（２０００メッシュ）、横目開き１０．７μｍ（１４００メッシュ）、３層目：縦、横ともに目開き１５０μｍ（１００メッシュ）、４層目：縦目開き１４００μｍ（１２メッシュ）、横目開き２３４μｍ（６４メッシュ）、５層目：縦目開き１４００μｍ（１２メッシュ）、横目開き２３４μｍ（６４メッシュ）といったフィルターを用いた。但し、フィルター１７−３の構成については上記構成に限定するものではなく、粉体４を通過せずに気体のみを通過できる構成であれば良い。
【００９９】
このような脱気装置１７を用いることで、主に被充填容器１９内にて粉体層に含まれた気体を脱気することができ、その結果、粉体４を高密度に充填できる。
【０１００】
次に蓋１９−１の接合について図３及び図４を用いて説明する。
【０１０１】
粉体４が粉体収納部１９−２に所定量充填されたことが検知されたら、粉体脱気・加圧装置１４の脱気により粉体フィルター１３を介して粉体４が脱気することで粉体４の排出を止める。
【０１０２】
その後、脱気装置１７は粉体収納部１９−２から外され、別途用意された蓋１９−１と粉体収納部１９−２とが接合される。例えば、この蓋１９−１と粉体収納部１９−２との接合は、公知の手段である超音波溶着により行われる。
【０１０３】
また、脱気装置１７を用いることで、粉体収納部１９−２に充填した粉体層の表面形状を蓋１９−１の内面側形状と同じ形状に成形できる。凹部や凸部を有する蓋を用いる場合には、粉体収納部１９−２に充填された粉体層の表面形状を成形しておくことが好ましい。例えば、蓋１９−１に凹部１９−１−１がある場合には、フィルター１７−３に前記凹部に合わせた凹部１７−６を設けることで、その凹部にまで粉体を充填可能となり、更に多くの粉体を充填することが可能となる。また、蓋１９−１に凸部１９−１−２がある場合においては、脱気装置１７に前記凸部に合わせた凸部１７−７を設けることで、次工程である蓋１９−１を載せて接合する工程において、蓋１９−１を載せることに伴う粉体４の飛散を少なくすることができる。なお、凸部１７−７についてはフィルター１７−３を加工して設けてもよく、脱気枠体１７−１にフィルター機能を有さない凸部を設けても良い。
【０１０４】
図４には蓋１９−１の中央部に凹部１９−１−１がある構成を示している。このように蓋１９−１に凹部１９−１−１がある構成においては、凹部１９−１−１に十分に充填を行うことは困難であるが、本構成のように、フィルター１７−３に凹部１９−１−１に実質的に合わせた凹部１７−６を設けることで、脱気により粉体４をフィルター１７−３の形状に成形できるため、凹部１９−１−１にも十分に充填できる。
【０１０５】
一方、蓋１９−１の側端部には凸部１９−１−２が設けてある。このように蓋１９−１の側端部に凸部１９−１−２が設けてある構成においては、蓋１９−１を粉体収納部１９−２に装着する工程において、蓋１９−１の凸部１９−１−２により粉体４が押し出され、粉体４の飛散が発生しやすい。しかしながら、脱気装置１７に蓋１９−１に合わせた凸形状１７−７を設けることで、蓋１９−１の凸部１９−１−２に対応する部分の粉体４を予め除くことができ、その結果、粉体４の飛散を軽減することができる。
【０１０６】
即ち、粉体４の飛散を軽減することで粉体４のムダを防止でき、更には蓋１９−１と粉体収納部１９−２との接合部への粉体４の巻き込みを防止でき、その結果、蓋１９−１と粉体収納部１９−２との溶着強度が安定する。
【０１０７】
なお、本実施例において、負圧源の負圧力は−５乃至−１０ｋＰａ程度が好ましい。
【０１０８】
前記脱気装置１７を用いて脱気処理を行うことで、単位容積あたりの粉体の充填量０．３５ｇ／ｃｍ3から０．５０ｇ／ｃｍ3に向上させることができた。即ち、８６０ｃｍ3の容積の被充填容器においては、粉体の充填量を約３００ｇから４３０ｇに増量することができた。なお、粉体４として非磁性一成分のトナーであって、ゆるみ嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3、タッピング嵩密度０．６０ｇ／ｃｍ3、重量平均粒径が約６μｍのスチレン−アクリル共重合トナーを用い、搬送チューブ９の内径をφ１０、加圧ホッパ内導入圧は１００ｋＰａとしている。
【０１０９】
また、図３に示した充填装置側充填部においては、粉体フィルター１３は搬送チューブ９の途中に設けた構成を示したが、図６に示すように脱気装置１７の中に一体的に設けても良い。このように粉体フィルター１３と脱気装置１７とを一体的に設けることは従来のバルブの構成ではスペース的に困難であった。
【０１１０】
粉体フィルター１３を一体的に設けた脱気装置１７の構成を図７の（１）、（２）、（３）に示す。
【０１１１】
図７（１）は粉体フィルター１３を一体的に設けた脱気装置１７の正面図、（２）は粉体フィルター１３を一体的に設けた脱気装置１７の斜視図、（３）は粉体フィルター１３を一体的に設けた脱気装置１７の断面図である。
【０１１２】
図７に示した脱気装置１７において、搬送チューブ９は内径１０ｍｍのウレタンチューブであり、その搬送チューブ９が脱気装置１７の中央部に設けられた粉体導入部１７−２に接続されている。
【０１１３】
また、粉体導入部１７−２の周囲を囲むように粉体フィルター１３に相当する内径φ１０、高さ１５ｍｍの円筒形状のマイクロフィルター株式会社製の金属焼結フィルター（円筒型ステンレスエレメント）が設けられている。なお、フィルターのろ過グレードは５μｍである。そして粉体フィルター１３の背後から脱気及び加圧するため粉体脱気・加圧装置１４へと接続されている。
【０１１４】
一方、脱気装置１７には略中央部の粉体導入部１７−２を境にして左右にフィルター１７−３が設けられている。フィルター１７−３については、前述した５層構造の金属焼結フィルターを用いている。なお、フィルター１７−３は凹形状を有しており、その凹形状に沿って粉体４が充填されるため、被充填容器１９（不図示）には凹形状分多く充填できる。各フィルター１７−３の上部にはフィルターを介して被充填容器１９内を脱気するための空間がそれぞれ２ヶ所設けられており、その空間は負圧接続部１７−４から負圧源へ接続されている。また、粉体導入部１７−２及びフィルター１７−３の周囲には、充填の際、脱気装置１７と被充填容器１９との接合で内部の粉体の漏れを防止するために両者を密閉するパッキン材１７−５が設けられている。
【０１１５】
なお、図６、図７に示した充填装置を用いて粉体４として非磁性一成分のトナーであって、ゆるみ嵩密度０．４６ｇ／ｃｍ3、タッピング嵩密度０．６０ｇ／ｃｍ3、重量平均粒径が約６μｍのスチレン−アクリル共重合トナーを用い、搬送チューブ９の内径をφ１０、加圧ホッパ内導入圧は１００ｋＰａとして容積制御にて充填確認を行った。その結果、実施例１同様に粉体フィルター１３の脱気量は−５ｋＰａで封止することができた。加圧については５０ｋＰａで０．３秒加圧した後、粉体フィルター１３内を密閉とすることで単位容積あたりの粉体の充填量０．５０ｇ／ｃｍ3で充填が行え、更には、脱気装置１７を充填容器１９から取り外した際の粉体４のボタ落ちを無くすことができた。
【０１１６】
このように脱気装置１７と粉体フィルター１３とを一体的に設けることで、粉体フィルター１３と脱気装置１７との挟まれる搬送チューブ９の長さを短くすることができた。粉体フィルター１３と脱気装置１７との挟まれる搬送チューブ９内に滞留する粉体４は、被充填容器１９から脱気装置１７を取り外す際に飛散する場合があり、粉体フィルター１３と脱気装置１７との挟まれる搬送チューブ９の長さを短くすることで、粉体４の飛散を極力抑えることができ、その結果、充填装置への粉体４による汚れを低減させることができた。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】第１の実施例に係る充填装置の概略図である。
【図２】第１の実施例に係る充填装置の概略図である（粉体フィルター１３を搬送チューブ９の被充填容器１９側端部に設けた）。
【図３】第２の実施例に係る充填装置の概略図である。
【図４】第２の実施例に係る蓋１９−１の装着工程を示した図である。
【図５】第２の実施例に係る脱気装置１７の詳細図である。
【図６】第２の実施例に係る充填装置の概略図である（粉体脱気フィルター１３を脱気治具１７内に一体的に設けた）。
【図７】第２の実施例に係る脱気治具１７の詳細図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１ 粉体貯留容器
１−１ 粉体排出口
２ 搬送手段
３ 駆動手段
４ 粉体
５ 加圧ホッパ
５−１ 粉体導入口
５−２ 粉体排出口
６ コンプレッサ
８ 駆動制御装置
９ 搬送チューブ
１０ ピンチバルブ
１２ 加圧バルブ
１３ 粉体フィルター
１４ 粉体脱気・加圧装置
１５ 内圧計
１６ ロードセル
１７ 脱気装置
１７−１ 脱気装置枠体
１７−２ 粉体導入部
１７−３ フィルター
１７−４ 負圧接続部
１７−５ パッキン材
１７−６ フィルター凹部
１７−７ 凸部
１９ 被充填容器
１９−１ 蓋部材
１９−１−１ 蓋凹部
１９−１−２ 蓋凸部
１９−２ 粉体収納部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧ホッパを有する粉体充填装置であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧し、圧力を利用して、前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填装置において、
前記排出部には、空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、
前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止し、前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を再開することを特徴とする粉体充填装置。
【請求項２】
前記加圧装置は前記粉体流路内を加圧することができるとともに、前記粉体流路内を脱気も加圧もせずに密閉した状態とすることができることを特徴とする請求項１に記載の粉体充填装置。
【請求項３】
前記フィルターは前記排出部の後端側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉体充填装置。
【請求項４】
前記フィルターは排出部と略同形状の中空の筒状フィルターであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項５】
前記フィルターは円筒形状であることを特徴とする請求項４に記載の粉体充填装置。
【請求項６】
前記排出部の後端部は被充填容器の蓋の内面側形状と同じ形状を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項７】
前記排出部の後端部は被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項８】
被充填容器への粉体の充填が、被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を用いて前記被充填容器の粉体収納部内を脱気しながら行われるものであり、被充填容器内に粉体を送り込む排出部の後端部が、前記被充填容器内を脱気する脱気装置の有する第二のフィルターで形成されており且つ被充填容器の蓋の内面側形状と同じ形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項９】
加圧ホッパを有する粉体充填装置を用いて行う粉体充填方法であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧した後、前記加圧による圧力を利用して前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填方法において、
前記排出部には、空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、
前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を開始し、その後、所定量排出した後、前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止することを特徴とする粉体充填方法。
【請求項１０】
前記加圧により粉体の排出を開始した後は、所定量排出するまで前記粉体流路内を脱気も加圧もせずに密閉した状態とすることを特徴とする請求項９に記載の粉体充填方法。
【請求項１１】
前記排出部の後端部は被充填容器の蓋の内面側形状と同じ形状を有していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の粉体充填方法。
【請求項１２】
前記排出部の後端部は被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を備えており、被充填容器内を前記脱気装置により脱気しながら、前記粉体の搬送を行うことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の粉体充填方法。
【請求項１３】
被充填容器への粉体の充填が、被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を用いて、前記被充填容器の粉体収納部内を脱気しながら行われるものであり、被充填容器内に粉体を送り込む排出部の後端部が、前記被充填容器内を脱気する脱気装置の有する第二のフィルターで形成されており且つ被充填容器の蓋の内面側形状と同じ形状を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の粉体充填方法。
【請求項１】
加圧ホッパを有する粉体充填装置であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧し、圧力を利用して、前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填装置において、
前記排出部には、空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、
前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止し、前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を再開することを特徴とする粉体充填装置。
【請求項２】
前記加圧装置は前記粉体流路内を加圧することができるとともに、前記粉体流路内を脱気も加圧もせずに密閉した状態とすることができることを特徴とする請求項１に記載の粉体充填装置。
【請求項３】
前記フィルターは前記排出部の後端側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉体充填装置。
【請求項４】
前記フィルターは排出部と略同形状の中空の筒状フィルターであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項５】
前記フィルターは円筒形状であることを特徴とする請求項４に記載の粉体充填装置。
【請求項６】
前記排出部の後端部は被充填容器の蓋の内面側形状と同じ形状を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項７】
前記排出部の後端部は被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項８】
被充填容器への粉体の充填が、被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を用いて前記被充填容器の粉体収納部内を脱気しながら行われるものであり、被充填容器内に粉体を送り込む排出部の後端部が、前記被充填容器内を脱気する脱気装置の有する第二のフィルターで形成されており且つ被充填容器の蓋の内面側形状と同じ形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項９】
加圧ホッパを有する粉体充填装置を用いて行う粉体充填方法であって、
前記加圧ホッパが、粉体を排出する排出部と、少なくとも前記加圧ホッパ内の粉体により形成される粉体層表面よりも上方に位置する気体導入部とを有しており、
前記粉体層は加圧ホッパ内において前記排出部を塞ぐように形成されるものであり、
前記排出部を閉じた状態で、前記気体導入部より気体を導入して、前記加圧ホッパ内を加圧した後、前記加圧による圧力を利用して前記排出部を塞ぐように形成されている粉体層を被充填容器に排出する粉体充填方法において、
前記排出部には、空気を通し、粉体を遮断するフィルターと、前記フィルターを介して排出部を通過する粉体を脱気する脱気装置と、前記フィルターを介して排出部を加圧する加圧装置とが配されており、
前記加圧装置により排出部の粉体流路内を加圧することで粉体の排出を開始し、その後、所定量排出した後、前記脱気装置にて排出部の粉体流路内を脱気することで粉体の排出を停止することを特徴とする粉体充填方法。
【請求項１０】
前記加圧により粉体の排出を開始した後は、所定量排出するまで前記粉体流路内を脱気も加圧もせずに密閉した状態とすることを特徴とする請求項９に記載の粉体充填方法。
【請求項１１】
前記排出部の後端部は被充填容器の蓋の内面側形状と同じ形状を有していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の粉体充填方法。
【請求項１２】
前記排出部の後端部は被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を備えており、被充填容器内を前記脱気装置により脱気しながら、前記粉体の搬送を行うことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の粉体充填方法。
【請求項１３】
被充填容器への粉体の充填が、被充填容器内を脱気する第二の脱気装置を用いて、前記被充填容器の粉体収納部内を脱気しながら行われるものであり、被充填容器内に粉体を送り込む排出部の後端部が、前記被充填容器内を脱気する脱気装置の有する第二のフィルターで形成されており且つ被充填容器の蓋の内面側形状と同じ形状を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の粉体充填方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−５１５４４（Ｐ２００９−５１５４４Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２０８１４（Ｐ２００７−２２０８１４）
【出願日】平成１９年８月２８日（２００７．８．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２８日（２００７．８．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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