(57)【要約】【課題】流動層状態の粉体を粉体容器に、粉体塵埃が生じることなく高密度、かつ高速度で充填することができる、運転操作および構造が簡単な粉体充填方法およびその装置を提供する。【解決手段】粉体充填装置１では、エアーポンプ６により圧縮空気を粉体流動化装置１０内に供給して、粉体流動層１０ａを安定形成する。この粉体流動層を形成する流動化粉体は、導管３４を経て充填用ノズル３３から外筒３１内に水平方向、かつ外筒の接線方法に吐出される。粉体とこれに同伴する圧縮気体は内筒３２の下端部で分離され、粉体は外筒内をその内周面に沿って、かつスパイラル状整流板４１で案内されながら旋回降下した後粉体容器５０に充填され、気体は内管３２内を上昇して外部に排出される。内筒は大気開放とすることもできるが、真空ポンプの吸引側に接続して外筒および内筒を負圧に維持することで、充填用ノズル３３からの粉体吐出速度を更に高めることもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上半部が縦型円筒体で、下半部が縦型円筒体または縦型倒立円錐体となっている外筒の上端円筒部近傍部位に充填用ノズルを、この外筒の接線方向に挿入し、
内筒としての排気管を外筒内に同心状に設け、
前記外筒の下端部に粉体容器を接続し、
粉体流動化装置内に圧縮気体を導入して粉体を流動化させ、該流動化粉体を前記充填用ノズルから前記外筒内に吐出させ、該粉体を前記外筒の下端部から粉体容器に充填するとともに、
粉体に同伴する気体を、前記排気管を介して外部に排出する
ことを特徴とする粉体充填方法。
【請求項２】
前記粉体流動化装置内の気圧を制御することにより、充填用ノズルからの流動化粉体の充填速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の粉体充填方法。
【請求項３】
前記充填用ノズルからの流動化粉体の充填速度を５ｍ／ｍｉｎ以上に制御することを特徴とする請求項２に記載の粉体充填装置。
【請求項４】
前記粉体に同伴する気体を、排気管内を負圧にして排出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の粉体充填方法。
【請求項５】
圧縮気体により粉体を流動層状態にして収納する粉体流動化装置と、
外筒としての縦型円筒体と、
前記縦型円筒体の上端部近傍部位に、かつ該円筒体の接線方向に挿入された充填用ノズルと、
前記縦型円筒体に同心状に挿入された内筒としての排気管と、
一端部が粉体流動化装置内の粉体流動層に挿入され、他端部が前記充填用ノズルに接続された粉体充填用導管とを備え、
前記外筒の下端部には、粉体容器が着脱自在となっていることを特徴とする粉体充填装置。
【請求項６】
圧縮気体により粉体を流動層状態にして収納する粉体流動化装置と、
上半部が縦型円筒体で、下半部が縦型倒立円錐体となっている外筒と、
前記外筒の上端部近傍部位に、かつ該外筒の接線方向に挿入された充填用ノズルと、
前記外筒内に同心状に挿入された内筒としての排気管と、
一端部が粉体流動化装置内の粉体流動層に挿入され、他端部が前記充填用ノズルに接続された粉体充填用導管とを備え、
前記外筒の下端部には、粉体容器が着脱自在となっていることを特徴とする粉体充填装置。
【請求項７】
前記排気管を真空発生手段に連絡したことを特徴とする請求項５または６に記載の粉体充填装置。
【請求項８】
前記充填用ノズルを、水平方向に対し４５度以下の傾斜角度で下向きに傾斜させて設けたことを特徴とする請求項５，６または７に記載の粉体充填装置。
【請求項９】
前記排気管のうち、前記外筒に挿入された部分の長さを、該外筒の長さと等しくしたことを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項１０】
前記外筒の内周面に、この外筒内を旋回する粉体流の旋回降下を整流しながら案内するスパイラル状の整流板を設けたことを特徴とする５〜９のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項１１】
前記整流板の水平方向に対する傾斜角度を、前記充填ノズルの傾斜角度と等しくしたことを特徴とする１０に記載の粉体充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体充填方法および粉体充填装置に関し、より詳しくは、圧縮気体の供給により流動化した微小粉体（例えば静電潜像現像用トナー）を粉体容器に充填するための方法および装置において、粉体塵埃が生じることなく高密度に、かつ高速度で粉体を粉体容器に充填することができる方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、粉体充填装置としてロータリーバルブ、スクリューフィーダ、オーガ式充填機などが知られている。これらの粉体充填装置から粉体容器（粉体充填容器）に粉体を充填する場合、粉体充填装置の直下に粉体容器をセットし、該粉体充填装置内で粉体の嵩密度を上げ、切り出された粉体を自重により粉体容器に充填する方法が採用される。
【０００３】
また、粉体充填方法として、粉体供給装置内の粉体に圧縮気体を導入して粉体の流動性を高めた状態に維持し、従属する配管により粉体供給装置から粉体容器近傍に粉体を輸送し、脱気用配管により輸送管中の粉体から脱気した後、これを粉体容器に高密度充填する方法（下記特許文献１）が提案されている。
【０００４】
しかしながら、これらの従来技術では、粉体充填用の管体に脱気用配管を同軸状に正確に取り付けなければならず製作が難しい上に、重量が大で持ち運びに難がある。また、粉体容器の粉体充填口径が大きく、充填装置直下に粉体容器が位置するときには有効であるが、小口径の粉体容器や、内部に様々な構造物のある粉体容器では、粉体充填装置あるいは粉体輸送管を離れた粉体が粉体容器内部の空気と置換され難く、粉体充填口からの吹き上げが生じたり、粉体の動きが粉体容器内の構造物で阻害されたりして、所望の量を充填できないなどの問題が生じていた。
【０００５】
また、複写機やプリンタで使用されるトナーを、機械が設置されている一般のオフィスで、トナーボトルや、機械の現像部に直接補給しようとすると、粉塵が舞うことや、たとえ補給できたとしても、空気を多く含んだ低密度の状態での充填となったり、複雑な現像部に直接入れる場合には、トナーが入る部分と入らない部分とで、画像形成上の問題が発生したりする不具合があった。
【０００６】
さらに、別の粉体充填装置として、図４に示す構造のものが提案されている（下記特許文献２）。この粉体充填装置１００では、粉体流動化装置１０１において、粉体を収納した密閉型容器内に圧縮気体を導入することで粉体の流動層１０１ａを形成し、粉体容器１５０には充填用ノズル１１３を挿入するとともに、上記粉体流動層１０１ａに挿入した粉体導出管１１１と上記充填用ノズル１１３を導管１１２で連絡し、粉体流動層１０１ａを形成する粉体を圧縮気体流に乗せ、上記導管１１２を介して充填用ノズル１１３から粉体容器１５０に充填する構造となっている。
【０００７】
この粉体充填装置では、粉体充填操作が簡単で、充填後の粉体からの脱気が確実となり、高密度・無粉塵で充填できるという利点があるものの、粉体を高速度で充填することが難しく、また装置構造が必ずしも簡単ではなく、コストが高くなるという難点があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１９３９０２号公報
【特許文献２】特開２００２−２９３３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は流動層状態の粉体を粉体容器に、粉体塵埃が生じることなく高密度、かつ高速度で充填することができる、運転操作および構造が簡単な、粉体充填方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、上半部が縦型円筒体で、下半部が縦型円筒体または縦型倒立円錐体となっている外筒の上端円筒部近傍部位に充填用ノズルを、前記外筒の接線方向に挿入し、内筒としての排気管を外筒内に同心状に設け、前記外筒の下端部に粉体容器を接続し、粉体流動化装置内に圧縮気体を導入して粉体を流動化させ、該流動化粉体を前記充填用ノズルから前記外筒内に吐出させ、該粉体を前記外筒の下端部から粉体容器に充填するとともに、粉体に同伴する気体を、前記排気管を介して外部に排出することを特徴とする粉体充填方法である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記粉体流動化装置内の気圧を制御することにより、充填用ノズルからの流動化粉体の充填速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の粉体充填方法である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記充填用ノズルからの流動化粉体の充填速度を５ｍ／ｍｉｎ以上に制御することを特徴とする請求項２に記載の粉体充填装置である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記粉体に同伴する気体を、排気管内を負圧にして排出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の粉体充填方法である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、圧縮気体により粉体を流動層状態にして収納する粉体流動化装置と、外筒としての縦型円筒体（外筒全体の直径が均一）と、前記縦型円筒体の上端部近傍部位に、かつ該円筒体の接線方向に挿入された充填用ノズルと、前記縦型円筒体に同心状に挿入された内筒としての排気管と、一端部が粉体流動化装置内の粉体流動層に挿入され、他端部が前記充填用ノズルに接続された粉体充填用導管とを備え、前記外筒の下端部には、粉体容器が着脱自在となっていることを特徴とする粉体充填装置である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、圧縮気体により粉体を流動層状態にして収納する粉体流動化装置と、上半部が縦型円筒体で、下半部が縦型倒立円錐体となっている外筒と、前記外筒の上端部に、かつ該外筒の接線方向に挿入された充填用ノズルと、前記外筒内に同心状に挿入された内筒としての排気管と、一端部が粉体流動化装置内の粉体流動層に挿入され、他端部が前記充填用ノズルに接続された粉体充填用導管とを備え、前記外筒の下端部には、粉体容器が着脱自在となっていることを特徴とする粉体充填装置である。
【００１６】
請求項７に係る発明は、前記排気管を真空発生手段に連絡したことを特徴とする請求項５または６に記載の粉体充填装置である。
【００１７】
請求項８に係る発明は、前記充填用ノズルを、水平方向に対し４５度以下の傾斜角度で下向きに傾斜させて設けたことを特徴とする請求項５，６または７に記載の粉体充填装置である。
【００１８】
請求項９に係る発明は、前記排気管のうち、前記外筒に挿入された部分の長さを、該外筒の長さと等しくしたことを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の粉体充填装置である。
【００１９】
請求項１０に係る発明は、前記外筒の内周面に、この外筒内を旋回する粉体流の旋回降下を整流しながら案内するスパイラル状の整流板を設けたことを特徴とする５〜９のいずれかに記載の粉体充填装置である。
【００２０】
請求項１１に係る発明は、前記整流板の水平方向に対する傾斜角度を、前記充填ノズルの傾斜角度と等しくしたことを特徴とする１０に記載の粉体充填装置である。
である。
【００２１】
本発明では、下記構成の粉体充填方法および粉体充填装置を提供することもできる。
（１）粉体流動化装置をサイクロン装置の外筒に導管で接続し、
前記サイクロン装置の外筒下端部に粉体容器の粉体充填口を接続し、
前記粉体流動化装置に粉体を収納して圧縮気体を導入するとともに、該粉体流動化装置内の気圧を適宜圧力に制御して粉体を流動化させ、
該流動化粉体を、前記導管およびサイクロン装置の外筒を介して粉体容器に充填する
ことを特徴とする粉体充填方法。
この粉体充填方法では、前記粉体流動化装置内の気圧を制御することにより、充填用ノズルから吐出される流動化粉体の充填速度を制御することができる。
【００２２】
（２）上記（１）の方法において、前記サイクロン装置の内筒内を、真空発生手段により適宜の負圧に制御することを特徴とする粉体充填方法。
【００２３】
（３）圧縮気体の導入により、粉体を流動層状態にして収納する粉体流動化装置と、
前記粉体流動化装置内の気圧を適宜値に制御する気圧制御手段と、
外筒が導管を介して前記粉体流動化装置に接続されたサイクロン装置とを備え、
前記サイクロン装置の外筒下端部は、粉体容器の粉体充填口が着脱自在となっている
ことを特徴とする粉体充填装置。
【００２４】
（４）上記（３）の装置において、前記サイクロン装置の内筒を、真空発生手段に接続し、前記内管内を適宜の負圧に維持するようにしたことを特徴とする粉体充填装置。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１に係る発明では、充填用ノズルから外筒内に吐出された流動化粉体は、内筒の下端部で粉体とこれに同伴する気体に分離され、粉体は外筒内を旋回降下して粉体容器に充填され、気体は内管内を上昇して排気管外に排出される。このように、粉体は旋回降下により粉体容器に充填されるから、粉体容器の粉体供給口周辺で粉体塵埃が生じることなく高密度、かつ高速度で粉体を充填することができるうえ、運転操作も簡便に行うことが可能となる。
【００２６】
請求項２に係る発明では、前記粉体流動化装置内の気圧を制御することにより、充填用ノズルからの流動化粉体の充填速度を制御するようにしたので、より的確に、高密度かつ高速度で粉体を充填することができる。
【００２７】
請求項３に係る発明では、前記充填用ノズルからの流動化粉体の充填速度を５ｍ／ｍｉｎ以上に制御するため、より良好な粉体旋回流が発生する結果、粉体と気体の分離が、より的確に行われる。
【００２８】
請求項４に係る発明では、前記粉体に同伴する気体を、排気管内を負圧にして排出するようにしたので、（ａ）排気管内を大気圧に維持した場合に比べて、充填用ノズルからの流動化粉体の充填速度（流動化粉体の旋回降下速度）を、より容易に高めることができ、かつ、（ｂ）粉体流動化装置内の気圧を加圧状態にすることなく、流動化粉体を充填用ノズルから外筒内に高速で吐出することが可能となる。
【００２９】
請求項５に係る発明では、充填用ノズルから外筒内に吐出された流動化粉体は、内筒の下端部で粉体と、これに同伴する気体が分離され、粉体はこの外筒内を旋回降下して粉体容器に充填され、気体は内管内を上昇して排気管外に排出される。このように、粉体は旋回降下により粉体容器に充填されるから、請求項１の発明の場合と同様に、粉体容器の粉体供給口周辺で粉体塵埃が生じることなく高密度、かつ高速度で粉体を充填することができるうえ、運転操作も簡便に行うことが可能となる。
【００３０】
請求項５の粉体充填装置では、外筒として縦型円筒体（全体の直径が均一）を設けたのに対し、請求項６に係る発明では、外筒として上半部が円筒体で、下半部が縦型倒立円錐体となっているものを設けたため、外筒下半部において粉体流の旋回半径が漸減する結果、粉体旋回流の速度を一定値に維持することができて、より良好な粉体旋回流が発生する結果、粉体と気体の分離が、より的確に行われる。したがって、請求項５の場合に比べて高密度・高速度での粉体充填が、より的確に行われる。言い換えると、外筒として全体の直径が均一のものを設けた場合には、旋回する粉体と外筒内周面との摩擦に起因して、粉体旋回流の速度が徐々に低下する。
【００３１】
請求項７に係る発明では、前記排気管を真空発生手段に連絡したから、請求項４に係る粉体充填操作を行うことができ、したがって、請求項４に係る粉体充填方法による作用効果が得られる。
【００３２】
請求項８に係る発明では充填用ノズルを、水平方向に対し４５度以下の傾斜角度で下向きに傾斜させて設けたことにより、より良好な粉体旋回流が発生する結果、粉体と気体の分離が、より的確に行われる。
【００３３】
請求項９に係る発明では、排気管のうち外筒に挿入された部分の長さを、この外筒の長さと等しくしたため、気体・粉体混合流が粉体容器の粉体供給口の直前まで旋回降下してから、粉体が気体と分離され、ここで粉体が粉体容器に充填され、気体は排気管内を上昇して外筒から外部に排出される。したがって、粉体と気体の分離が、より的確に行われ、高密度・高速度での粉体充填を、より確実に行うことが可能となる。
【００３４】
請求項１０に係る発明では、外筒の内周面に所定の整流板を設けたため、粉体旋回流に乱流が生じることなく、粉体流が高速旋回降下するので、請求項５〜９に係る発明の効果が更に高まる。
【００３５】
請求項１１に係る発明では、整流板の水平方向に対する傾斜角度を、充填ノズルの傾斜角度と等しくしたため、請求項１０の発明による作用効果を更に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を、図面をもとに説明する。図１は粉体充填方法および装置を示す概略説明図である。図２はこの粉体充填装置を構成する外筒の、上端部近傍部位の構造を示す横断面図である。図３はこの粉体充填装置の外筒内周面に設けられた整流板の形状および配備状態を示す説明図であって、（ａ）は外筒の縦断面図で示したもの、（ｂ）は外筒の横断面図で示したものである。
【００３７】
この粉体充填装置１は、圧縮気体としての圧縮空気により粉体を流動層状態にして収納する粉体流動化装置１０と、直径が長手方向全体に均一な、外筒としての縦型円筒体３１と、この縦型円筒体３１の上端部近傍部位に、かつ該円筒体の接線方向に挿入された充填用ノズル３３と、縦型円筒体３１に同心状に挿入された内筒としての排気管３２と、一端部が粉体流動化装置１０内の粉体流動層１０ａに挿入され、他端部が充填用ノズル３３に接続された、可撓性材料たとえばポリウレタンからなる粉体充填用導管３４とを備え、外筒３１の下端部には粉体容器５０（の粉体充填口）が、軟質パッキン３５により気密状態に装着できるようになっている。
【００３８】
粉体充填装置１には、密閉自在の容器（通常は蓋体１０ｂで密閉状態に維持される）である粉体流動化装置１０と、この粉体流動化装置１０の下部に取付けられた、粉体流動層１０ａを形成するための圧縮空気供給用の通気多孔板２と、この通気多孔板２の直下に配備された気体分配板４と、さらにこの気体分配板４の直下に設けられた空気ヘッダ３と、一端部がこの空気ヘッダ３に接続された圧縮空気配管としての通気管７と、モータ５で駆動される圧縮空気供給用の蛇腹式エアーポンプ６と、このエアーポンプ６の圧縮空気吐出口と上記通気管７の他端部の間に取り付けられた逆止弁８と、通気管７の上記一端部に取り付けた導入気体調節弁２０とが、それぞれ配備されている。図１において、符号２１は電源プラグ、符号９はエアーポンプの保持枠である。
【００３９】
また、上記蓋体１０ｂには、粉体投入用ホッパ１１と、粉体流動化装置１０内の圧力開放及び密封のための圧力開放弁１３と、粉体流動化装置１０内の圧力を検出する圧力計１４と、流動粉体導出管２４とが、それぞれ配備されている。さらにホッパ１１下端部には、粉体流速調節弁１５が設けられている。上記流動粉体導出管２４では、流動化粉体すなわち粉体・加圧空気混合物の導入口が、粉体流動化装置１０内の粉体流動層１０ａ内に埋没するように配置されている。
【００４０】
一方、図１および図２に示すように、上記粉体充填用ノズル３３は外筒３１に、その接線方向、かつ水平方向に、しかも気密状態に接続されている。また、上記内筒３２の上半部は外筒３２から上方に突出し、この内筒３２の上端部には、所望により図略の排気配管が接続され、内筒３２の下端部は外筒３１内の上方部位に位置している。
【００４１】
さらに、外筒３１の内周面には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、この外筒内３１内を旋回降下する粉体流を整流しながら案内する、スパイラル状の整流板４１が設けられている。
【００４２】
上記粉体充填装置１による、粉体容器５０への粉体充填操作は、例えば以下のように行う。
（１）粉体容器５０を外筒３１の下端部に装着する。
（２）圧力開放弁１３および粉体流速調節弁１５を全開し、ホッパ１１内の粉体を空の粉体流動化装置１０内に適量投入する。
（３）一旦、圧力開放弁１３および粉体流速調節弁１５を全閉する。
（４）エアーポンプ６により圧縮空気を粉体流動化装置１０内に供給し、粉体流動層１０ａを安定形成する。
この間においては、圧力開放弁１３および導入気体調節弁２０の開度を適宜値に調節することで、粉体流動化装置１０内の圧力を微調整するとともに、粉体流速調節弁１５の開度を適正値に維持して粉体を継続的に追加投入する。これにより、粉体流動層１０ａを安定して形成するとともに、外筒３１への粉体流供給速度を適正値に維持する。
【００４３】
粉体流動層１０ａを形成する流動化粉体は、導管３４を経て充填用ノズル３３から外筒３１内に水平方向、かつ外筒３１の接線方向に吐出され、粉体とこれに同伴する圧縮気体は内筒３２の下端部で分離される。粉体は外筒３１内を、その内周面に沿って、かつスパイラル状の整流板４１で案内されながら旋回降下して粉体容器５０に充填され、気体は内管３２内を上昇して外部に排出される。
【００４４】
以上のように、本実施の形態の粉体充填装置および方法では、圧縮気体の供給により発生した流動化粉体が、外筒３１内を旋回降下して粉体容器５０に充填されるから、粉体容器５０の粉体供給口周辺で粉体塵埃が生じることなく高密度、かつ高速度で粉体を充填することができるうえ、運転操作も簡便に行うことが可能である。
【００４５】
本発明に係る粉体充填装置は、以下のように構成することもできる。
（ａ）外筒として、上半部が縦型円筒体で下半部が縦型倒立円錐体となっているものを設けたもの。
（ｂ）内筒（排気管）を真空ポンプに連絡したもの。この場合、内筒内を流下する微量の粉体を捕捉するための装置として、例えばバグフィルタを内筒・真空ポンプ間に設けることが好ましい。
（ｃ）充填用ノズルを、水平方向に対し４５度以下の傾斜角度で下向きに傾斜させて設けたもの。この場合、上記スパイラル状整流板の水平方向に対する傾斜角度を、充填ノズルの傾斜角度と等しくすることが極めて好ましい。
（ｄ）内筒（排気管）のうち、外筒に挿入された部分の長さを、該外筒の長さと等しくしたもの。
【００４６】
本発明に係る粉体充填方法および装置は、充填される粉体が、平均体積粒径０．２μｍ〜２０μｍの静電潜像現像用トナーである場合に特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る粉体充填方法および装置を示す概略説明図である。
【図２】図１の粉体充填装置を構成する外筒の、上端部近傍部位の構造を示す横断面図である。
【図３】図１の粉体充填装置の外筒内周面に設けられた整流板の形状および配備状態を示す説明図であって、（ａ）は外筒の縦断面図で示したもの、（ｂ）は外筒の横断面図で示したものである。
【図４】従来技術に係る粉体充填方法および装置を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１      粉体充填装置
２      通気多孔板
３      空気ヘッダ
４      気体分配板
５      モータ
６      エアーポンプ
７      通気管
８      逆止弁
１０    粉体流動化装置
１０ａ  粉体流動層
１０ｂ  蓋体
１１    ホッパ
１３    圧力開放弁
１４    圧力計
１５    粉体流速調節弁
２０    導入気体調節弁
２４    流動粉体導出管
３１    外筒（縦型円筒体）
３２    内筒（排気管）
３３    充填用ノズル
３４    粉体充填用導管
３５    軟質パッキン
４１    整流板
５０    粉体容器
【図１】
2005067649.tif 000003
【図２】
2005067649.tif 000004
【図３】
2005067649.tif 000005
【図４】
2005067649.tif 000006