(57)【要約】【課題】本発明は、多段の収納部を有しており、能率的に粉体充填を行うことができ、更に効率よく分解清掃が可能な粉体充填装置を提供することを課題する。【解決手段】本発明の粉体充填装置は粉体を充填ホッパーを介して粉体容器に充填する装置であり、該充填ホッパーが大気中に開放された第一収納部と、その下方に位置する第二収納部とを有し、該第一収納部と第二収納部とが気密状態の連結部を介して接続されていると共に、該連結部が分離可能である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体を充填ホッパーを介して粉体容器に充填する装置において、該充填ホッパーが大気中に開放された第一収納部と、その下方に位置する第二収納部とを有し、該第一収納部と第二収納部とが気密状態の連結部を介して接続されていると共に、該連結部が分離可能であることを特徴とする粉体充填装置。
【請求項２】
該第一収納部の少なくとも一部分が傾斜した通気性内壁として形成されてい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】
該傾斜した通気性内壁が小勾配の谷筋部を有し、該谷筋部に、粉体の滑落を促進する第一の流動化手段が設けられてい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】
該第一の流動化手段が、気体を噴出させるが微細トナーを通さない多数の微細孔を配した多孔体部材を該谷筋部に配置し、この多孔体部材を介して第１収納部内に第一の加圧気体を噴出させる手段であることを特徴とする請求項３に記載の粉体充填装置。
【請求項５】
該第二収納部の内壁下部が円錐状部として形成されていると共に、該錐状部に第二の流動化手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項６】
該第二の流動化手段が、気体を噴出するが微細トナーを通さない多数の微細孔を配した多孔体部材を該円錐状部に設け、該多孔体部材を介して第二収納部内に第二の加圧気体を噴出させる手段であることを特徴とする請求項５に記載の粉体充填装置。
【請求項７】
該第二収納部が下部排出部を有し、該下部排出部と該連結部を除く部分が密閉構造として形成され、噴出した第二の加圧気体が連結部を経由して第一収納部へ導かれることを特徴とする請求項６に記載の粉体充填装置。
【請求項８】
第一収納部に流入させる第一の加圧気体を送気開始、停止すると共に送気量を調節する少なくとも一の第一送気調節弁が設けられており、且つ第二収納部に流入させる第二の加圧気体を、送気開始、停止すると共に送気量を調節する少なくとも一の第二送気調節弁が設けられていることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項９】
該第二収納部内に、下部排出部に向かって上下する制御棒が設けられていること特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項１０】
該連結部の横断面形状が円形であること特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の粉体充填装置。
【請求項１１】
該連結部の直径Ａが第二収納部の直径Ｂに対し、下記（１）式の関係を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の粉体充填装置。
【数１】
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【請求項１２】
該連結部の中心線と第二収納部の中心線とがなす角度θ°が、２０°〜５０°であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の粉体充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体を粉体容器に充填するための粉体充填装置及び方法に関するものである。本発明の応用分野としてはトナー、薬品、化粧品、食品等の粉体を粉体容器内に充填するための粉体充填装置及び方法が挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、粉体容器に粉体を充填するための粉体充填装置として様々なものが知られている。その中でも、一般的なものとして棒状の回転軸に螺旋翼を付けたオーガーを回転させることにより、粉体を回転させながら計量し、押し出すものがある。その一例を図５に示す。図５は、オーガーを設けた従来の粉体充填装置と、その粉体充填動作を示す説明図である。粉体Ｐが充填される容器は、粉体が複写機やプリンター用のトナーであるときにはカートリッジが、化粧品や食料品であるときはガラス製やプラスチック製のびん、ビニール袋などがそれぞれ用いられる。
【０００３】
図５に示す粉体充填装置おいて、粉体Ｐは、より大型のホッパーや保管容器からオーガー５２を有するホッパー５１に一旦入れられた後、オーガー５２の回転によりホッパー５１底部に設けた開口部よりロート５３を介して、コンベア７１上の粉体容器６１に、計量されながら一定量が充填される。コンベア７１上を移動するそれぞれの粉体容器６１は充填前にその風袋が計量され、そのデータに基づいてオーガー５２の回転速度をモーター５４の回転速度で制御することにより、一定量の粉体Ｐが充填される。また、充填後の粉体容器６１は再び重量を計量し、先の風袋との差により検量し、許容範囲から外れるものを除外される。
【０００４】
このような従来法では、粉体がホッパー内に均一に補給されることがなく、その一部はブロッキングを起こしているため流動性が充分ではない。その結果、充填速度が遅く作業性が悪いばかりでなく、特に粉体の計量が正確にできないという欠点があった。又、オーガーを用いているためトナーを充填する場合、オーガーの回転摩擦によりトナー粉がブリッジ化して圧片となるなどの欠点があった。
【０００５】
上記の問題を解決するために、特開平８−１９８２０２号（特許文献１）には、トナー等の粉体を粉体容器に充填するに際して、ホッパーやロートに滞留し流下するトナーの嵩密度を均一にすることによって、粉体の流動性を高め充填作業の高速化を図るとともに、特に計量部分での流動性をスムーズにすることによって計量精度の向上を図り、オーガーの回転部をなくすことで、圧片を防止することが開示されている。しかしながらこの方法においては、大型の第一収納部から第二収納部への供給に開閉弁を用いており、ここで圧片が発生するという欠点があった。又、特開平２００２−０４６７０２号公報（特許文献２）には、充填ホッパーを粉体容器に気密状態の連結部を介して連結し、粉体を粉体容器に充填ホッパーを介して自重落下により充填する装置が開示されている。該粉体充填装置においては、充填ホッパーが大気開放された第一収納部と、その下方に位置する第二収納部と、第一収納部と第二収納部を連結する気密状態の連結部とで構成されている。該装置においては、エアー吸引部を備えた第一エアー吸引管が粉体容器に挿脱自在とされ、更に、この第一エアー吸引管が粉体容器の深さ方向に移動自在とされ、第二収納部にはエアー吸引部を備えた第二エアー吸引管が挿入され、これら第一エアー吸引管、第二エアー吸引管は減圧装置に連絡されている。
【０００６】
特許文献２に開示されている装置によれば、粉体充填経路が粉体で閉塞することはなく、従来の装置に比較すると、充填操作を迅速かつ円滑に進めることができ、粉体容器への粉体充填密度を高めることはできるようになった。しかしながら、充填速度、充填能率は未だ充分なものではなかった。更に、この装置は第一収納部と第二収納部が直結されているので、多品種の粉体を充填する場合に、品種を変更する際の分解清掃が困難であるという問題を有していた。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１９８２０２号公報
【特許文献２】
特開２００２−０４６７０２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑みなされたもので、多段の収納部を有し、能率的に粉体充填を行うことができ、更に効率よく分解清掃が可能な粉体充填装置を提供することを課題する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以下に示す粉体充填装置および粉体充填方法が提供される。
〔１〕粉体を充填ホッパーを介して粉体容器に充填する装置において、該充填ホッパーが大気中に開放された第一収納部と、その下方に位置する第二収納部とを有し、該第一収納部と第二収納部とが気密状態の連結部を介して接続されていると共に、該連結部が分離可能であることを特徴とする粉体充填装置。
〔２〕該第一収納部の少なくとも一部分が傾斜した通気性内壁として形成されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の粉体充填装置。
〔３〕該傾斜した通気性内壁が小勾配の谷筋部を有し、該谷筋部に、粉体の滑落を促進する第一の流動化手段が設けられていることを特徴とする前記〔２〕に記載の粉体充填装置。
〔４〕該第一の流動化手段が、気体を噴出させるが微細トナーを通さない多数の微細孔を配した多孔体部材を該谷筋部に配置し、この多孔体部材を介して第１収納部内に第一の加圧気体を噴出させる手段であることを特徴とする前記〔３〕に記載の粉体充填装置。
〔５〕該第二収納部の内壁下部が円錐状部として形成されていると共に、該錐状部に第二の流動化手段が設けられていることを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
〔６〕該第二の流動化手段が、気体を噴出するが微細トナーを通さない多数の微細孔を配した多孔体部材を該円錐状部に設け、該多孔体部材を介して第二収納部内に第二の加圧気体を噴出させる手段であることを特徴とする前記〔５〕に記載の粉体充填装置。
〔７〕該第二収納部が下部排出部を有し、該下部排出部と該連結部を除く部分が密閉構造として形成され、噴出した第二の加圧気体が連結部を経由して第一収納部へ導かれることを特徴とする前記〔６〕に記載の粉体充填装置。
〔８〕第一収納部に流入させる第一の加圧気体を送気開始、停止すると共に送気量を調節する少なくとも一の第一送気調節弁が設けられており、且つ第二収納部に流入させる第二の加圧気体を、送気開始、停止すると共に送気量を調節する少なくとも一の第二送気調節弁が設けられていることを特徴とする前記〔４〕〜〔７〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
〔９〕該第二収納部内に、下部排出部に向かって上下する制御棒が設けられていること特徴とする前記〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
〔１０〕該連結部の横断面形状が円形であること特徴とする前記〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
〔１１〕該連結部の直径Ａが第二収納部の直径Ｂに対し、下記（１）式の関係を有することを特徴とする前記〔１〕〜〔１０〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
【数２】
2005014995.tif 000003
〔１２〕該連結部の中心線と第二収納部の中心線とがなす角度θ°が、２０°〜５０°であることを特徴とする前記〔１〕〜〔１１〕のいずれかに記載の粉体充填装置。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は粉体充填装置１０の全体構成を示す縦断面図であり、粉体貯蔵タンク（図示せず。）から供給されたトナー等の粉体が各段階を経て最終的に粉体容器に充填されるまでを示している。
【００１１】
本発明の粉体充填装置は、粉体を充填ホッパーを介して粉体容器に充填する装置である。該充填ホッパーは、図１に示すように、大気中に開放された第一収納部１と、その下方に位置する第二収納部２とを有し、第一収納１部と第二収納部２とが気密状態の連結部３を介して接続されていると共に、連結部３が着脱可能である。本発明においては、連結部３が気密状態に保たれているので、粉体充填時には、粉もれすること無く第一収納部１から第二収納部２に粉を移動させることができると共に、気密状態に保たれているので、第二収納部２にて噴出させた前記気体が第一収納部１にいたるまでの間、接続部３においても気体が粉と混じりあった流動化状態が維持でき、よりスムーズに粉を移動させることが可能となる。また、連結部３は着脱可能なので、装置を容易に分解することができる。従って、本発明の粉体充填装置は多段の収納部をもつにもかかわらず、切替清掃性を高効率・迅速に行うことができることから、多品種の粉体を充填する用途に好適に使用することができる。
【００１２】
本発明の粉体充填装置においては、大気開放された大容量の第一収納部１と第二収納部２とを気密状態の連結部３で接続しており、第一収納部１に充填された粉体は自重で連結部３を介して第二収納部２へ供給され、第二収納部２から自重で排出されて、下部に配置した計量部上の粉体容器３へ自重で充填されるという各段階を経る充填機である。
【００１３】
前記第一収納部１の少なくとも一部分は、図１に示すように、傾斜した通気性内壁５として形成されていることが好ましい。かかる従通気性内壁５が設けられていると、内部に収納されたトナー等の粉体を円滑化に連結部３を介して第二収納部２に排出される。
【００１４】
上記傾斜した通気性内壁５は小勾配の谷筋部を有し、該谷筋部に、トナー等の微粉体を高速で計量移送するために、粉体の滑落を促進する第一の流動化手段が設けられていることが好ましい。小勾配の谷筋部としては、例えば、Ｖ字状の溝を傾斜した通気性内壁５の斜面の上下方向に対して平行に設けることが挙げられる。
【００１５】
該第一の流動化手段は、気体を噴出するが微細トナーを通さない多数の微細孔を配した多孔体部材１０を該谷筋部に配置し、この多孔体部材１０を介して第一収納部内に第一の加圧気体（通常は、加圧空気が用いられる。）を噴出させる手段であることが好ましい。かかる流動化手段が設けられていると、噴出した気体によって粉体の嵩密度が均一に低下し、嵩密度が低くなった粉体はスムーズに流下するので、高速で多量の粉体を計量移送することができる。
多孔体部材１０を谷筋部に配置する例としては、多孔体部材１０を前記Ｖ字状の溝の底部に取り付けることが挙げられる。多孔体部材１０をこのように、Ｖ字状の溝の底部に取り付けると、該底部は自重による粉圧の一番高いところであり、この部分から加圧気体を噴出させると、粉圧の低いところに気体が抜けるので、粉全体を容易に流動化させることができる。
【００１６】
上記多孔体部材１０は、気体を噴出するための多数の微細孔を有し、各微細孔は内部で相互に連通しているものであり、例えば通気性のある焼結部材が挙げられる。該焼結部材としては、平均粒径５０〜２０μｍの微細粉末を焼結して密度６．６〜７．４ｇ／ｃｃにしたもの等がある。微細粉末の形状は球状のものであっても、非球状のものであっても良いが、球状の微粉末の方が好ましい、焼結部材の材質としては、銅、アルミ等の金属粉末やセラミックスなどが用いられる。但し、多孔体部材としては、通常５〜７５μｍ、好ましくは２０〜５０μｍの平均細孔径を有する多孔質体であればどのようなものでも良い。
【００１７】
本発明においては、第二収納部２の内壁下部が円錐状部１１として形成されると共に、該通気性円錐状部に第二の流動化手段が設けられていることが好ましい。このように、内壁下部がロート状の斜面になっていると、第二の流動化手段により流動化された粉体がスムーズに流下するので好ましい。
【００１８】
上記第二の流動化手段は、気体を噴出するが微細トナーを通さない多数の微細孔を配した多孔体部材１２が、円錐状部１１に設けられており、多孔体部材１２を介して第二収納部２内に第二の加圧気体（通常は、加圧空気が用いられる。）を噴出させる手段であることが好ましい。多孔体部材１２を介して第二収納部２内に加圧気体を噴出させると粉体の嵩密度が均一に低下し、粉体が流動化するので、粉体が流下する速さを増すことができると共に第二収納部２の内壁への粉体の付着をなくすことができる。その結果、より粉体の計量精度を上げることができ、粉体の計量及び移送の高速化が達成できる。
【００１９】
上記多孔体部材１２は、前述した多孔体部材と同様に構成される。
【００２０】
本発明においては、第二収納部２が下部排出部１３を有し、下部排出部１３と連結部３を除く第二収納部２を構成する部分が密閉構造として形成され、噴出した第二の加圧気体は連結部９を経由して第一収納部１へ導かれることが好ましい。このように構成されていると、第一収納部１から第二収納部２への粉体の流れがスムーズになり、多量の粉体を高速に流下させて、容器３に充填することができる。
【００２１】
尚、下部排出部１３と連結部３を除く第二収納部２を構成する部分を密閉構造として形成することについては、特許文献１に記載されている。
また、連結部３には流動化手段が設けられていないので、第二収納部２で噴出させた第二の加圧気体を連結部９を経由して第一収納部１へ導くと、連結部３においても、気体が粉体と混じりあった流動化状態を維持することができるので、粉体をスムーズに移動させることができる。
【００２２】
本発明においては、第一収納部１に第一の加圧気体が加圧気体配管１９を通じて送気されるが、流入させる第一の加圧気体を送気開始、停止すると共に送気量を調節する少なくとも一の第一送気調節弁１５が設けられていることが好ましく、４〜６の第一送気調節弁１５が設けられていることが好ましい。更に、第二収納部２に第二の加圧気体が加圧気体配管２０を通じて送気されるが、流入させる第二の加圧気体を、送気開始、停止すると共に送気量を調節する少なくとも一の第二送気調節弁１６が設けられていることが好ましい。このように構成されていると、粉体の計量精度をより向上させることができる。
【００２３】
尚、第一送気調節弁１５と第二送気調節弁１６が別に設けずに、一の送気調節弁で送気すると、気体が、圧力損失が低い第一収納部１にのみ流れてしまうので、第二第一収納部２で粉体の流動化状態を維持することができなくなる虞がある。
【００２４】
本発明においては、粉体の計量精度をより向上させるために、下部排出部１３に向かって上下する制御棒８が第二収納部２の内部に設けられていることが好ましい。
尚、制御棒８は第二収納部２の天井部１７の上部に設けられたシリンダー７によって上下させられ、このとき制御棒８は天井部に設けられた孔部１７と摺動する。この制御棒８と孔部１８との間には、第二収納部２の内部側からガスケットが設置されて、摺動可能であると共に気密状態が確保されている。
尚、粉体が磁性トナーの場合は、制御棒８として先端にマグネットを有するマグネット制御棒を用いることが好ましい。
【００２５】
本発明においては、連結部３は分割構造を有し、着脱可能である。かかる連結部３の好ましい態様について、図２、図３、図４に基づいて具体的に説明する。図２は連結部周辺の縦断面図、図３は上方向から見た図面、図４は連結部３の横断面形状を表す図面である。但し、本発明は図２、図３、図４に示す態様に限定するものではない。
【００２６】
図２、図３に示す連結部３においては、管状の連結部３が第一収納部１と第二収納部２を結び付けており、該管状の先端部の各々を側面から見た形状は三角形状である。管状の連結部３の略中央に分割部２１が設けられており、分割部２１はパッキン２２を間にはさんでクランプ２３で固定され、気密状態が保たれている。管状の連結部３は、クランプを外せば分割部２１で分離することができる。
【００２７】
連結部３の横断面形状は、図４に示すように円形であることが、クランプの締め付け力を均等化でき、機密性を向上できることにより充填精度の向上が可能となり、分解の作業性も向上するので好ましい。
【００２８】
本発明の連結部３においては、連結部３の直径Ａが第二収納部２の直径Ｂに対し、下記（１）式の関係を有することが好ましい。
【数３】
2005014995.tif 000004
【００２９】
具体的には第二収納部２の内径Ｂを９７．６ｍｍとし、連結部３の内径Ａを５９．５ｍｍとした場合に良好な結果が得られた。
内径Ａが内径Ｂの１／３未満の場合、連結部３が細すぎるため、粉体が第一収納部１から第二収納部２にスムーズに移動しないので、第二収納部２から排出され粉体の流量が安定しない。一方、１／１．３より大きい場合、連結部３が太すぎるため、第一収納部１に充填されている粉体の重さが第二収納部２に充填されている粉体に加わりすぎるようになる。その結果、第一収納部１の粉体重量の変化により、第二収納部２から排出される粉体の流量が影響を受け、安定した充填ができなくなる。具体的には、内径Ｂを９７．６ｍｍとし、内径Ａを２９．４ｍｍ（Ａ／Ｂ＝１／３．３）とした場合、流量ばらつきが１５．３％増大した。また径Ｂを９７．６ｍｍとし、内径Ａを７２．３ｍｍ（Ａ／Ｂ＝１／３．３５）の場合５．２％の増大となった。
【００３０】
また本発明においては、連結部３の中心線と第二収納部２の中心線とがなす角度θ°は２０°〜５０°であることが好ましい。角度θ°が大きくなりすぎると粉体が第一収納部１から第二収納部２にスムーズに移動しなくなるので、第二収納部２から排出する粉の流量が安定しなくなり、また小さくなりすぎると、第一収納部１の粉体の重さが第二収納部２の粉体に加わりすぎるようになる。その結果、第一収納部１の粉体重量の変化により、第二収納部２から排出される粉体の流量が影響を受け、安定した充填ができなくなる。角度θ°を４５°にした場合に対し、２０°にした場合、流量ばらつきが１１．５％増大し、また５０°にした場合、９．２％の増大となった。
【００３１】
本発明の粉体充填装置は各種粉体を容器に充填することに適用される。粉体としては、特に限定されず、例えばトナー、医薬品、化粧品、食料品等が挙げられる。特に粉体が複写機、プリンター、ファクシミリなどの画像形成装置に用いるトナーの場合には、トナーの流動性が従来の装置よりも増加するので、トナーがカートリッジにより高速、高密度、高精度で充填される。その結果、トナーカートリッジの生産性の向上、コストの低減、コンパクト化、長寿命化に役立つとともに、本体である複写機等の小型化にも役立つ。又、トナー等のブロッキングを防止できることはホッパー又はロートの大型化に役立つ。吹き出される空気は、空気自体でもよいが、酸素の影響を受けやすい粉体に対しては窒素などの不活性ガスを主成分としてもよい。又、更に、トナー、薬品、食料品など粉体によっては熱の影響を嫌うものも、吹き出させる空気の温度を調節することにより、作業現場の環境温度とは無関係に粉体を加熱又は冷却することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の粉体充填装置においては、充填ホッパーが大気中に開放された第一収納部と、その下方に位置する第二収納部とを有し、該第一収納部と第二収納部とが気密状態の連結部を介して接続されていると共に、連結部が分離可能に構成されているので、能率的に粉体充填を行うことができ、多段の収納部をもつにもかかわらず、効率よく分解清掃をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】粉体充填装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】連結部周辺の縦断面図である。
【図３】連結部周辺を上方向から見た図面である。
【図４】連結部３の横断面形状を表す図面である。
【図５】従来の粉体充填装置の説明図である。
【符号の説明】
１    第一収納部
２    第二収納部
３    連結部
５    通気性内壁
７    シリンダー
８    制御棒
９    連結部
１０    多孔体部材
１１    円錐状部
１２    多孔体部材
１３    下部排出部
１５    第一送気調整弁
１６    第二送気調整弁
１７    天井部
１８    孔部
１９    加圧気体配管
２０    加圧気体配管
２１    分割部
２２    パッキン
２３    クランプ
【図１】
2005014995.tif 000006
【図２】
2005014995.tif 000007
【図３】
2005014995.tif 000008
【図４】
2005014995.tif 000009
【図５】
2005014995.tif 000010