(57)【要約】【課題】所定の容器中への粉体充填の精度を高め、効率の向上を図る。【解決手段】補助ノズル３を、容器１中の粉体に挿し込み、当該粉体の脱気を行いながら容器中に粉体を充填する方法であって、補助ノズル３は、粉体と接する網部４，４ａ、管を構成する補助ノズル部、及び吸引部を具備しており、圧力を制御して網部４，４ａ、及びこれと連通する補助ノズル部を介して粉体の脱気を行い、容器１中に粉体を充填する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助ノズルを、容器中の粉体に挿し込み、当該粉体の脱気を行いながら容器中に粉体を充填する方法であって、
前記補助ノズルは、前記粉体と接する網部、管を構成する補助ノズル部、及び吸引部を具備しており、
前記吸引部により圧力を制御して前記網部、及びこれと連通する補助ノズル部を介して前記粉体の脱気を行い、前記容器中に粉体を充填することを特徴とする粉体の充填方法。
【請求項２】
前記粉体中の脱気を、複数の補助ノズルによって行うことを特徴とする請求項１に記載の粉体の充填方法。
【請求項３】
前記吸引部により補助ノズル内の圧力を、大気圧以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉体の充填方法。
【請求項４】
前記粉体の脱気を行った後、前記補助ノズルを粉体中から抜き出す際に、前記補助ノズル内の圧力を大気圧以上に制御し、脱気済みの粉体の塊を破壊し、かつ補助ノズル中に残存する粉体を除去することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の粉体の充填方法。
【請求項５】
前記補助ノズルは長さ方向に複数の網部を具備しているものとし、前記複数の網部のうち、所望の段数を粉体中に挿し込み、粉体中の気体の吸引源を一箇所で統一して、前記複数の網部により前記粉体の脱気を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の粉体の充填方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の充填方法に適用する粉体充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、複写機、プリンタ、ファクシミリ用のトナーや粉体現像剤等を収容する所定の容器中に、粉体を高密度に充填する方法、及びこれに用いる充填装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機・ＦＡＸ・プリンタの小型化に伴い、サプライ製品の小型化が進んでいる。
特にトナーサプライ製品については容器が小型化されていることから、容器内のトナー量を増量することが求められ、充填率が増加する傾向にある。すなわち、高密度充填化が今後の課題となってきている。
【０００３】
上述したような従来背景に対応し、所定の脱気機能を具備する粉体充填装置についての提案がなされた（例えば、下記特許文献１、２参照。）。
これらは、気体により流動化させた粉体を容器内に吐出するノズルの先端が前記粉体に囲繞された状態として充填を行う、粉体のニューマチック充填方法を適用する場合に特に有効である。
【０００４】
しかしながら、粉末充填を行う容器内の効率の良い脱気を行うことは困難であった。
気体−粉体混合物中の粉体濃度が、容器内の場所、例えば充填口付近と、ここから離れた反対側の位置付近では、異なるものとなるからである。
特に、深さレベルによって大きく異なるものとなることが多く、粉体濃度の低い部分、すなわち気体の割合が高い部分で脱気することが、フィルタの目詰防止や粉体に余分な機械的ストレスを掛けないようにする観点から有利である。
【０００５】
また、容器内において脱気用の管の吸引位置を変更することが脱気を効率的に行い続けるために必要であるが、脱気管位置を変更しながら脱気を行うようにすると、この位置変更時には脱気を停止しなければならず、脱気初期の段階で脱気管位置が充填口付近になる場合には、容器充填口でトナーがブロッキングし、容器へのトナー供給を行うことができないという不具合が発生する。一方、脱気管を底部に固定して脱気すると、底部でトナーが凝固し容器上部は空気を大量に含んだトナーで充満し容器内に充填が完了するまでの時間がかかりすぎるという問題を生じる。
【０００６】
また、局所的な過度の脱気により、粉体（トナー）の品質の劣化を生じる場合もあった。
さらには、容器持ち上がりを防止するために、脱気管に目詰解除のための逆洗エアーを入れて脱気管位置を変更しなければならず、１本当たりのタクトが落ち生産性には限界があった。
【０００７】
ここで、従来公知の粉末充填方法について、図を参照して説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）に容器１に粉体を充填させる工程を示す。
容器１内に予め補助ノズル３を粉体容器底近傍まで挿入する。
続いて、粉体２を上部から落下させ、粉面が網４に掛ると同時に吸引源５の圧力を制御して粉体中の脱気を行う。
図１（ｂ）に示すように、脱気により粉体２が粉体塊２ａとなって固化するため、ノズル先端が粉体塊２ａから抜けなくなる場合があり、その後に粉体を追加し、粉面が上昇しても、新しい粉体の脱気ができなくなってしまうので、更には、粉体容器１上部充填口から粉体２が溢れてしまうという不都合が生じる。
上記不都合を防止するべく、粉体面の上昇に従い、前記吸引源５とエアー洗浄圧力源６とを、切替部７によって切り替えて、補助ノズル３の網４部をエアーブローし、粉体塊２ａの網４周辺の一部を破壊し、また補助ノズル３の網４の洗浄とを同時に行うようにする。
これにより、補助ノズル３と粉体塊２ａとの間に空隙を設けられ、また、その上部はまだ密度が薄い状態になっているので、補助ノズル３を上側に移動することが可能となる（図１（ｃ））。また、これにより補助ノズル３の網４部の経時固着による性能低下、および生産性の低下が防止でき、メンテナンスサイクルを長期化できる。そして、その後、補助ノズル３を上昇させて上記と同じ動作を行い、これを粉体容器１の上側まで所定の充填量を得るまで繰り返す。
【０００８】
しかしながら、上述した方法は、上記のように、粉体充填効率に未だ多くの改良すべき課題を有しているのみならず、小口径充填容器では有効であるが、それ以外の例えば大口径容器では面積比上有効的に使用できず、また、高さ方向においても脱気に時間がかかりすぎるという問題がある。
【０００９】
下記特許文献２の粉体充填装置は、粉体の排出装置、及び粉体充填手段を具備し、粉体と気体の流動性混合物を粉体容器に導入して粉体を粉体容器に充填するための充填装置であって、粉体容器内に挿入可能なフィルタ手段と、脱気領域部調整手段を有し、該フィルタ手段は前記流動性混合物から気体のみを除去する脱気領域部と非脱気領域部に分割可能な程度に充分広いフィルタ面を有するものであり、前記脱気領域部調整手段は、前記フィルタ手段の該フィルタ面上を移動自在に該フィルタ手段に装着され、該フィルタ面を移動することにより、該フィルタ面の脱気領域部と非脱気領域部の割合を更新するものであることを特徴とするものである。
しかしながら、本フィルタ手段は、脱気領域部が１箇所、負圧源の駆動装置も１系統であたったため、生産能力に劣るという問題があった。
【００１０】
また、下記特許文献３には、気体を混合して流動化させた粉体を粉体容器に充填する場合において、粉体に含まれている気体の脱気を速やかに行って粉体容器内への充填作業の作業能率を向上させることを目的とした充填装置についての提案がなされている。
この粉体充填装置は、気体を混合して流動化された粉体が搬送される粉体パイプと、前記粉体パイプの外周部の少なくとも一部を囲む吸引パイプと、前記吸引パイプに接続された負圧源と、前記粉体パイプにおける前記吸引パイプに囲まれた部分に設けられ、前記粉体パイプ内を搬送される前記粉体中に含まれる気体が前記負圧源の駆動により前記吸引パイプ内に吸引されることを許容する脱気部とを具備している。
しかしながら、このような、パイプによる手段は、脱気領域部が１箇所、負圧源の駆動装置も１系統であったため、生産能力に劣るという問題があった。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−０２９１９８公報
【特許文献２】特開２００５−０６７７０２公報
【特許文献３】特開２００５−０６７６５２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明においては、上述した従来技術の問題点に鑑みて、容器中への粉体の充填を行う方法、及びこれに用いる装置に関する検討を行い、精度が高く、充填効率に優れた充填方法、及び充填装置を提供することとした。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明においては、補助ノズルを、容器中の粉体に挿し込み、当該粉体の脱気を行いながら容器中に粉体を充填する方法であって、前記補助ノズルは、前記粉体と接する網部、管を構成する補助ノズル部、及び吸引部を具備しており、前記吸引部により圧力を制御して前記網部、及びこれと連通する補助ノズル部を介して前記粉体の脱気を行い、前記容器中に粉体を充填することを特徴とする粉体の充填方法を提供する。
【００１４】
請求項２の発明においては、前記粉体中の脱気を、複数の補助ノズルによって行うことを特徴とする請求項１に記載の粉体の充填方法を提供する。
【００１５】
請求項３の発明においては、前記吸引部により、補助ノズル内の圧力を、大気圧以下とすることを特徴とする請求項２に記載の粉体の充填方法
【００１６】
請求項４の発明においては、前記粉体の脱気を行った後、前記補助ノズルを粉体中から抜き出す際に、前記補助ノズル内の圧力を大気圧以上に制御し、脱気済みの粉体の塊を破壊し、かつ補助ノズル中に残存する粉体を除去することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項の粉体の充填方法を提供する。
【００１７】
請求項５の発明においては、前記補助ノズルは長さ方向に複数の網部を具備しているものとし、前記複数の網部のうち、所望の段数を粉体中に挿し込み、粉体中の気体の吸引源を一箇所で統一して、前記複数の網部により前記粉体の脱気を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の粉体の充填方法を提供する。
【００１８】
請求項６の発明においては、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の充填方法に適用する粉体充填装置を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、容器中への粉体の精度を高め、かつ充填効率についての優れた向上効果が得られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の例に限定されるものではない。
【００２１】
本発明方法は、補助ノズルを、容器中の粉体に挿し込み、当該粉体の脱気を行いながら容器中に粉体を充填する方法であり、前記補助ノズルは、前記粉体と接する網部、管を構成する補助ノズル部、及び吸引部を具備しており、前記吸引部により圧力を制御して前記網部、及びこれと連通する補助ノズル部を介して前記粉体の脱気を行い、前記容器中に粉体を充填するものである。
【００２２】
先ず、本発明方法において適用する脱気用の補助ノズルを具備するノズル装置について説明する。
図２に、粉体充填の際に用いるノズル装置の一例の概略断面図を示す。
ノズル装置１００は、網部１０１、補助ノズル部１０２、吸引部１０３を具備している。
このノズル装置１００においては、二箇所の吸引部１０３、１０３ａを有していて、それぞれと補助ノズル３、３ａが連通している。
【００２３】
網部１０１を構成する網は、ノズルの長さ方向において、複数設けられていてもよい。
図２の例では、中央付近（４ａ）と、先端付近（４）とで構成されている。
網４ａ、４のそれぞれの外径（１２ａ、１２）は、φ３〜φ５０ｍｍであるものとし、好ましくは４〜３０ｍｍ、更に好ましくはφ５〜２０ｍｍである。
網４ａ、４のそれぞれの長さ（１３ａ、１３）は、１０〜１０００ｍｍであるものとし、好ましくは２０〜６００ｍｍ、更に好ましくは３０〜３００ｍｍである。
【００２４】
吸引部１０３を構成する、補助ノズルの粉体中の気体を吸引源５、５ａにおける吸引圧力（図中の矢印９、９ａ）は、−５〜−１００ｋＰａであるものとし、好ましくは−１０〜−９５ｋＰａ、更に好ましくは、−１５〜−９０ｋＰａである。
【００２５】
補助ノズルの粉体中の気体を、吸引源５、５ａによって吸引する際の流量（図中の矢印９、９ａを併用）は、５〜１０００LPM、好ましくは、１０〜５００LPM 、更に好ましくは、１５〜２００LPMである。
【００２６】
補助ノズルを構成する網についての外径及び長さは、上述したとおりであるが、取り扱う粉体の粒径・嵩密度・物性の違いから、補助ノズルの網４、４ａ部の外径はできるだけ大きく、網部を長くすることが望ましい。
補助ノズルの網４、４ａ部の外径が小さく、長さが短い場合には、所定の粉体充填容器内での補助ノズルの吸引位置を変更しなければ、効果的に脱気を行うことが困難となり、粉体が粉体充填容器から溢れてしまうという問題を生じる。
【００２７】
図２に示したノズル装置１００を、所定の粉体充填容器１に設置した状態の概略構成図を図３に示す。
従来技術においては、図１に示したように、補助ノズルの網が一箇所であったため、一度粉体中の気体を吸引した後で、補助ノズルを引き上げて、位置を密度の低いところまで移動させて２回以上の粉体中の気体を吸引する必要が有ったため、脱気速度が極めて遅いという問題があった。
図２に示すように、補助ノズル３、３ａのそれぞれに網４、４ａを設けたことにより、
図３に示す粉体充填容器１内における粉体中の脱気速度を従来比２倍以上にできることが確かめられた。
【００２８】
また、粉体充填容器１の径が大きいものを適用する場合には、図４に示すように、補助ノズル３、３ａを複数本使用することによって、脱気速度の向上が図られることが確かめられた。
図５に、補助ノズルを４本（図中、３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）適用した場合の概略上面図を示す。
【００２９】
なお、図２に示すように、吸引部１０３、１０３ａを構成する吸引源５、５ａと並列して、エアー洗浄源６、６ａが設けられており、これらは、それぞれの切替部７、７ａによって、操作を切り替えられるようになされている。
エアー洗浄源６、６ａは、それぞれに連結されている補助ノズル３、３ａの網４、４ａに、粉体が付着してしまうことを防止する機能を有している。
なお、エアー洗浄源７、７ａによりブローするとき（図２中の矢印１０、１０ａ）の圧力は、０．０１〜０．５ＭＰａであるものとし、好ましくは０．１〜０．４ＭＰａ、更に好ましくは０．１〜０．３ＭＰａであるものとする。
【００３０】
切替部７による操作で、吸引とエアー洗浄とを効率よく切り替えて、精度の良い脱気エアー送出による粉体付着防止を図るためには、図６に示すように、粉体中の気体の吸引源５、５ａと、エアー洗浄源７、７ａとを、個別に制御可能であり、各圧力・流量測定制御機能を備えた、圧力・流量制御装置１４、１４ａ、１５、１５ａを設けることが好適であり、これを適宜操作することによって、充填と脱気、及び補助ノズルへの粉体付着防止が図られる。
【００３１】
なお、容器中の粉体の脱気を行った後、補助ノズルを粉体中から抜き出す際に、エアー洗浄源６、６ａと、吸引源５、５ａとを切り換えて、補助ノズル内の圧力を大気圧以上に制御し、脱気済みの粉体の塊を破壊し、かつ補助ノズル中に残存する粉体を除去するようにすることが好ましい。
【００３２】
図２〜図６に示したノズル装置１００は、所定の粉体容器内における粉体中の気体の脱気を行う機能を有するものであり、従来公知のオーガー式充填装置を初め、流動式充填装置等、その他の充填装置にも適用可能なものである。
【００３３】
ノズル装置１００によって、脱気を行う粉体は、粒径が０．１〜５０μｍ程度のものが好適である。
【００３４】
脱気を行う粉体の充填容器については、胴径が、φ３０〜５００ｍｍであるものとし、好ましくはφ５０〜３５０ｍｍ、更に好ましくはφ６０〜２００ｍｍであるものとする。
高さについては、高い方が好ましく、５０〜２０００ｍｍであるものとし、好ましくは、１００〜１５００ｍｍ、更に好ましくは２００〜１０００ｍｍであるものとする。
口径は、大きい方が好ましく、φ１５〜３００ｍｍであるものとし、好ましくはφ２０〜２００ｍｍ、更に好ましくは、φ２５〜１５０ｍｍであるものとする。
【００３５】
充填容器の高さと補助ノズルの長さについてであるが、粉体充填用の容器１の高さは、５０〜２０００ｍｍ、好ましくは１００〜１５００ｍｍ、更に好ましくは２００〜１０００であるが、この場合、補助ノズルの長さは、その１／２〜１／６とすることが好ましい。これにより、充填粉体の脱気が効率的に行われ、粉体密度が高速に高められることが確認された。
【００３６】
補助ノズルの網４についでであるが、この長さは１０〜１０００ｍｍであり、好ましくは、２０〜８００ｍｍ、更に好ましくは３０〜５００ｍｍであるとされているので、例えば、粉体充填容器の高さを２０００ｍｍであるとした場合に、補助ノズルの網４の長さが５００ｍｍであるとすると、図７に示すように、下部から５００ｍｍおきに４段の補助ノズルを配置した構成とすることにより、粉体の脱気を極めて効率良く行うことができ、粉体の密度を高速に高められる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明は以下に示す例に限定されるものではない。
【００３８】
〔充填容器中への粉体の充填条件〕
粉体：デジタルトナー：リコータイプＴＹＰＥ１６、比重１．０、粒径１〜１５μｍ
充填容器：内径φ１００ｍｍ、長さ５００ｍｍ、容積２９００ｇ、円筒形のポリエチレン性のボトル
充填容器への粉体の充填量：規定値１２００ｇ
充填装置：流動式充填装置
脱気装置：固定条件
補助ノズル網部：径φ１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ（段数分）
充填差：（実際の充填量−目標充填量）
【００３９】
規定値に対しての１００回充填を行い、充填容器内に収容された粉体の充填量のばらつき、及び充填速度を測定した。
【００４０】
（充填条件１）
補助ノズルの網の段数を上下方向で変化させて充填する実験を行った。
補助ノズルの網の段数を増加させることにより、脱気を行うための補助ノズルを上下させる移動時間を省略させることができる。
具体的に、容積が約２９００ｃｃ（水を入れると２９００ｇ）のボトルに、１２００ｇを目標にして粉体の充填、及び脱気を行い、充填差と、充填速度についての測定を行った。
充填差は、（実際の充填量−目標充填量）であるものとし、充填速度は補助ノズルの多段脱気の時間も考慮し、充填容器を一本充填する時間を算出した。
なお、トナーの嵩密度は、０．４０ｇ／ｃｃ、充填量のばらつきσ：標準偏差（ｇ）とした。また、±３σで表現すれば、９９．６％の確率となる。
充填速度は稼動率９０％で算出した。
測定結果を下記表１に示す。
なお、補助ノズルの本数、補助ノズル吸引圧力、補助ノズル洗浄圧力は固定とした。
【００４１】
【表１】
2008143578.tif 000003
【００４２】
上記表１に示す結果から、補助ノズルの網の段数が、比較例よりも２〜４倍であるものとした実施例１、２は、粉体の充填速度が速く、充填精度に優れていた。
特に補助ノズルの網の段数を４とした実施例２においては、従来に比べて、２００／５０＝４．０倍もの充填速度が実現できた。
【００４３】
（充填条件２）
補助ノズルの吸引圧力を増減調節して、粉体の充填を行った。
粉体の充填速度を決定する脱気速度と、補助ノズルの吸引圧力の変更を行う以外は、上記（充填条件１）の比較例１と同様として、充填・脱気を行い、充填精度についての評価を行った。
【００４４】
【表２】
2008143578.tif 000004
【００４５】
上記表２により、補助ノズルの吸引圧力が高い実施例３においては、充填速度の向上効果が得られた。
実施例３と実施例４とを比較すると、吸引圧力を２倍としたことにより、６０／３８＝１．５７倍の充填速度の向上が確認された。
しかしながら、比較例３に示すように、吸引圧力を上げ過ぎると、トナーにストレスを与えるため、最終的に得られる品質に劣化をきたした。
【００４６】
（充填条件３）
この例においては、補助ノズルの本数を調節した。
なお、充填速度を決める脱気速度を補助ノズルの本数の変更によって行う以外は、上記（充填条件１）の比較例１と同様として、充填・脱気を行い、充填精度についての評価を行った。
【００４７】
【表３】
2008143578.tif 000005
【００４８】
上記表３に示すように、補助ノズルの本数を増加させた実施例５、６においては、粉体の充填速度は向上した。
ノズル本数を４倍にした例の充填速度を比較すると、実施例６／比較例４＝１００／５０＝２．０倍の向上効果が確認された。
【００４９】
（充填条件４）
補助ノズルの本数、及び補助ノズルの網の段数を上下方向において調節した。
なお、充填速度を決める脱気速度を、補助ノズルの本数の変更と、網の段数を上下方向における変更によって行う以外は、上記（充填条件１）の比較例１と同様として、充填・脱気を行い、充填精度についての評価を行った。
【００５０】
【表４】
2008143578.tif 000006
【００５１】
上記表４に示すように、補助ノズルの網の段数を２倍、４倍に増加させた実施例７、８においては、比較例５に比較して充填速度の著しい向上効果が認められた。すなわち、補助ノズル本数、及び補助ノズル網数ともに４倍とした実施例８は、比較例５に比較して、充填速度は、２６０／５０＝５．２倍となった。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】（ａ）〜（ｃ）従来方法による粉体の脱気と充填工程を示す。
【図２】本発明方法に適用する充填装置を構成するノズル装置の一例の概略構成図を示す。
【図３】ノズル装置と粉体充填容器とを組み合わせた粉体充填装置の一例の概略構成図を示す。
【図４】大口径の粉体充填容器を適用した粉体充填装置の一例の概略構成図を示す。
【図５】補助ノズル装置を４箇所に適用した場合の粉体充填装置の一例の概略上面図を示す。
【図６】補助ノズル装置、及び気体の吸引源を複数設けた構成の粉体充填装置の一例の概略構成図を示す。
【図７】４段構成の補助ノズルを配置した粉体充填装置の一例の概略構成図を示す。
【符号の説明】
【００５３】
１  容器
２  粉体
２ａ  粉体塊
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  補助ノズル
４，４ａ  網
５，５ａ  吸引源
６，６ａ  エアー洗浄圧力源
７，７ａ  切替部
１００  ノズル装置
１０１  網部
１０２  補助ノズル部
１０３  吸引部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008143578.tif 000011
【図６】
2008143578.tif 000012
【図７】
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