(57)【要約】【課題】粉体を粉体容器に、安定して高速度で充填することができる粉体充填方法およびその装置を提供する。【解決手段】粉体流動化装置１１に粉体を投入し、粉体流動層１１ａを形成維持する。この状態で粉体流動層の上方から、エアー供給弁（自動制御弁）３２を介して加圧エアーを供給し、粉体流動層を形成する粉体を、導管４２を介して充填ノズル４４から粉体容器５１に充填する。この場合、粉体流動化装置１１内の粉体流動層上方部位の気圧を圧力センサー３５で検出し、この検出圧力をコントローラー３４に出力し、このコントローラーからの信号をもとにエアー供給弁３２の開度を制御することによって、粉体流動層上方の気圧を適宜範囲内に制御する。こうすることで、粉体容器への粉体充填速度を所望の高速度範囲内に維持することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体流動化装置に粉体を投入し、気体を前記粉体流動化装置にその下方部から導入して粉体流動層を形成維持し、この状態で前記粉体流動層の上方から加圧気体を供給し、該加圧気体の圧力により前記粉体流動層を形成する粉体を、導管を介して粉体容器に充填する方法であって、
前記粉体流動化装置内の粉体流動層上方の気圧を適宜範囲内に制御することにより、前記粉体容器への粉体充填速度を所望範囲内に維持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粉体流動層上方の気圧を４．０〜２０．０ｋＰａの範囲内に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】
粉体流動化装置と、粉体流動層形成用の気体を前記粉体流動化装置の下方部から導入するための気体導入手段と、前記粉体流動化装置内の上方部位に加圧気体を供給するための加圧気体供給手段と、一端部が前記粉体流動化装置内に開口し、他端部に粉体充填用ノズルが設けられた粉体搬送導管とを備えた粉体充填装置であって、
前記加圧気体供給手段は、
一端部が前記粉体流動化装置内の上方部位に開口し、他端部が加圧気体供給源に連なり、かつ自動制御弁を備えた加圧気体供給配管と、
前記自動制御弁の開度を制御する制御手段と、
圧力検出端が前記粉体流動化装置内の上方部位に挿入された圧力センサーとを備え、
前記圧力センサー、制御手段および自動制御弁により、前記粉体流動化装置内の上方部位の気圧を適宜範囲内に制御することができるフィードバック制御システムが構成されている、
ことを特徴とする粉体充填装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば粒経２０μｍ以下の静電潜像現像用トナーのような微小粉体を、粉体容器に高速度で充填する粉体充填方法及び装置に関し、特に、電子写真方式の複写機内のトナーカートリッジあるいは複写機現像部に、乾式トナーを直接充填するのに好適な粉体充填方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一定容積の充填容器に粉体を効率良く充填するための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ー、オーガー式充填装置などが知られている。これらの充填装置により粉体を受け容器（粉体容器）に充填する場合、充填装置の直下に粉体容器を置き、充填装置内で粉体の嵩密度を上げ、切り出された粉体を重力（自重）により粉体容器に充填する方法をとるのが一般的である。
【０００３】
また、下記特許文献１には、粉体供給機中の粉体に気体を導入して流動性を高めた後、従属する配管により粉体供給機から受け容器近傍に粉体を輸送し、脱気配管により輸送管中の粉体から脱気した後、これを受け容器に高密度充填する方法が提案されている。
【０００４】
さらに、下記特許文献２には、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、小型で持ち運びができ、操作が簡単で、充填後の粉体から脱気させ、高密度、無粉塵で充填できる粉体充填技術が開示されている。
【０００５】
この粉体充填技術では、粉体流動化装置に粉体流動化用気体を導入するための気体導入部および、粉体容器に粉体を充填するための充填ノズル下流側の気体排出部のそれぞれに、気体を通過させるが粉体は通過させない粉体−気体分離篩を設け、上記気体導入部における粉体−気体分離篩の開口面積を、上記気体排出部における粉体−気体分離篩の開口面積の１．００２倍以上とすることにより、上記気体排出部の気体の流速を上記気体導入部の気体の流速よりも高く維持することで、流動化粉体を粉体流動化装置から流動化粉体の経路及び充填ノズルを経由して充填用容器（粉体容器）に自然排出するように構成されている。
【０００６】
しかしながら、上記各種の粉体充填技術においては、粉体を高密度・無粉塵で充填することは比較的容易であるものの、粉体を安定的に高速度で充填するのが難しいという不具合があった。
【０００７】
すなわち、下記特許文献２に記載された粉体充填装置においては、粉体充填操作が以下のように行われる。粉体流動化装置内に所定量の粉体を投入し、該装置を密閉する。ついで、該装置の下方からエアーを連続的に供給して流動層を形成し、この状態において、該装置の上方から加圧エアーを供給して所定圧に昇圧した後、加圧エアーの供給を停止し、このまま導管を介して粉体容器に粉体を充填する。この充填操作では、粉体流動化装置内の加圧エアーは粉体と共に粉体容器に搬送される。また、この充填操作の間、粉体流動化装置には、残留粉体量が所定値に減少するまで、加圧エアーの供給は行わない。さらに、粉体流動化のためのエアー量は、上記加圧エアー量に比べて相当に少なく、このためこの粉体流動化用のエアーには、粉体を粉体容器に搬送する機能は殆どない。以上の結果、粉体充填操作の継続とともに、粉体流動化装置内の気圧が低下し、粉体容器への粉体充填速度が次第に低下する問題があった。
【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なされたもので、その目的は、粉体容器に充填するべき粉体を粉体流動化装置内で流動化させるとともに、この流動化粉体を高密度・無粉塵で、かつ安定的に高速度で充填することができる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、
粉体流動化装置に粉体を投入し、気体を前記粉体流動化装置にその下方部から導入して粉体流動層を形成維持し、この状態で前記粉体流動層の上方から加圧気体を供給し、該加圧気体の圧力により前記粉体流動層を形成する粉体を、導管を介して粉体容器に充填する方法であって、
前記粉体流動化装置内の粉体流動層上方の気圧を適宜範囲内に制御することにより、前記粉体容器への粉体充填速度（単位時間当たりの粉体充填量）を所望範囲内に維持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粉体流動層上方の気圧（ゲージ圧）を４．０〜２０．０ｋＰａの範囲内に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、
粉体流動化装置と、粉体流動層形成用の気体を前記粉体流動化装置の下方部から導入するための気体導入手段と、前記粉体流動化装置内の上方部位に加圧気体を供給するための加圧気体供給手段と、一端部が前記粉体流動化装置内に開口し、他端部に粉体充填用ノズルが設けられた粉体搬送導管とを備えた粉体充填装置であって、
前記加圧気体供給手段は、一端部が前記粉体流動化装置内の上方部位に開口し、他端部が加圧気体供給源に連なり、かつ自動制御弁（加圧気体供給弁）を備えた加圧気体供給配管と、前記自動制御弁の開度を制御する制御手段と、圧力検出端が前記粉体流動化装置内の上方部位に挿入された圧力センサーとを備え、前記圧力センサー、制御手段および自動制御弁により、前記粉体流動化装置内の上方部位の気圧を適宜範囲内に制御することができるフィードバック制御系が構成されていることを特徴とする粉体充填装置である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明に係る粉体充填方法では、粉体流動化装置内の粉体流動層上方の気圧を適宜範囲内に制御し、粉体流動化装置内の粉体を、この圧力制御された加圧気体で圧送するように構成したから、粉体容器への粉体充填速度を所望の高速度範囲に維持することができるうえ、粉体容器に粉体を高密度・無粉塵で充填することができる。
【００１４】
請求項２の発明に係る粉体充填方法では、粉体流動化装置内の粉体流動層上方の気圧を４．０ｋＰａ以上に制御することにより、粉体を円滑かつ高速度で粉体容器に充填することができる。また、上記粉体流動化装置は、他の構成要素と同様に構造簡単で安価もの（例えばプラスチックの成形品）にすることが好ましいが、この場合、粉体流動化装置の耐圧性は約２０．０ｋＰａが限度となる。このため、上記気圧が２０．０ｋＰａを超えると破損したり、エアー漏れが発生したりしやすくなる。
【００１５】
請求項３の発明に係る粉体充填装置では、圧力センサー、制御手段および自動制御弁で構成されたフィードバック制御系によって、粉体流動化装置内の上方部位の気圧を所望範囲内に制御することができるから、簡単・安価な構成により、粉体容器への粉体充填速度を高い値に維持することができるうえ、粉体容器に粉体を高密度・無粉塵で充填することが可能となる。
【００１６】
なお、この粉体充填装置では、粉体流動化装置内の上方部位の加圧気体を外部に排出するための圧力開放弁（リリーフ弁）を設けることが好ましく、粉体流動化装置内の上方部位の気圧が不測の原因で異常に上昇した場合のトラブルを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面をもとに説明する。図１は粉体充填装置の全体構造示す概略説明図である。
まず、この粉体充填装置の構造について説明する。粉体充填装置１０を粉体流動化装置１１と、その周辺に配備した種々の付属手段とにより構成する。粉体流動化装置１１は、例えば軟質プラスチックの成形品とし、圧力開放弁（リリーフ弁）１２を取り付けた蓋体１３の開閉により密閉／開放自在とする。
【００１８】
すなわち、上記付属手段として、（１）粉体流動化装置１１内にその底部から粉体流動層形成用気体を導入するための気体導入手段２１と、（２）粉体流動化装置１１内の上方空間に加圧気体を供給するための加圧気体供給手段３１と、（３）導管４２の一端部に粉体導出管４３を接続し、他端部に粉体充填用ノズル（以下充填ノズル）４４を設けた粉体搬送導管（以下導管）４２からなる粉体搬送手段４１とを配備する。上記粉体導出管４３は粉体流動化装置１１内に挿入し、その開口端を粉体流動化装置１１内の底部近傍に位置させる。
【００１９】
上記気体導入手段２１では、モーター２２で駆動されるエアーポンプ２３と、上流側（エアーポンプ２３の吐出側）に逆止弁２４および下流側に導入気体調節弁２５をそれぞれ設けた通気管２６と、それぞれ粉体流動化装置１１内の下方部に配備された空気ヘッダ２７、気体分配板２８および気体−粉体分離篩（通気多孔板）２９とを配備する。この通気多孔板２９は、気体は通過させるが粉体を通過させない通気孔を多数形成したもの、例えば焼結金属板、焼結樹脂板あるいは目の細かい金網とする。
【００２０】
上記加圧気体供給手段３１では、一端部が粉体流動化装置１１内の上方部位に開口し、他端部が図略の加圧気体供給源（例えばエアーコンプレッサーまたはブロワー）に連なり、かつ自動制御弁としてのエアー供給弁３２を備えた加圧エアー供給配管３３と、エアー供給弁３２の開度を制御するコントローラー３４と、圧力検出端が粉体流動化装置１１内の上方部位に挿入された圧力センサー３５とを配備する。そして、圧力センサー３５、コントローラー３４およびエアー供給弁３２により、粉体流動化装置１１内の上方部位の気圧を適宜範囲内に制御することができるフィードバック制御システムを構成する。
【００２１】
上記粉体搬送手段４１を構成する導管４２は、例えばポリウレタンチューブ等の可撓性に富むものとする。充填ノズル４４は導管４２の先端部に着脱自在に連結する。また、この充填ノズル４４における導管４２側の先端部には、気体−粉体分離篩（通気多孔板）４４ａと、その外周面を包囲するように設けたプラスチック製のリング状軟質パッキン４４ｂとを取り付ける。この軟質パッキン４４ｂの外径は、粉体充填容器（以下、粉体容器）５１の口部に嵌合しうる大きさとする。また、上記通気多孔板４４ａは通気多孔板２９と同じく、気体は通過させるが粉体を通過させない通気孔を多数形成したもの、例えば焼結金属板、焼結樹脂板あるいは目の細かい金網とする。
【００２２】
つぎに、上記構成の粉体充填装置により粉体を粉体容器５１に充填する操作方法の一例について、図１を参照して説明する。
（ａ）図１に示すように、充填ノズル４４を粉体容器５１に挿入する。
（ｂ）粉体流動化装置１１の蓋体１３を開け、所定量の粉体を投入する。ついで蓋体１３を閉めて粉体流動化装置１１内を密閉状態とする。
（ｃ）エアーポンプ２３からのエアーにより、粉体流動層１１ａを形成維持する。
（ｄ）エアー供給弁３２から粉体流動化装置１１内に加圧エアーを供給することにより、粉体流動化装置１１内の粉体（正確には粉体・エアー混合物）を、粉体導出管４３、導管４２を介して、充填ノズル４４から粉体容器５１に充填する。粉体容器５１には粉体・エアー混合物が充填されるが、エアーの大部分は気体−固体分離篩４４ａを通過して外部に排出される。
（ｅ）粉体容器５１に所定量の粉体が充填されたなら、エアー供給弁３２からのエアー供給を停止し、別の粉体容器に充填ノズル４４を挿入し、上記と同じ粉体充填操作を繰り返す。
【００２３】
なお、このエアー供給停止にも拘わらず、粉体流動化装置１１内の粉体が充填ノズル４４から吐出されるときには、導入気体調節弁２５を閉めるか、または開度を小さくして、エアーポンプ２３からのエアー供給を停止するか、またその供給量を低下させる。
【００２４】
上記粉体充填操作においては、粉体流動化装置１１内の上方部位の気圧を圧力センサー３５で検出し、この検出気圧をコントローラー３４に出力する。そして、上記検出気圧が所定範囲内（例えば４．０〜２０．０ｋＰａ）にあるように、コントローラー３４からの信号に基づいて、エアー供給弁３２の開度を適度に制御するか、または適宜のタイミングで適宜時間、全開または全閉させる。
また、上記粉体充填操作を繰り返すことで、粉体流動化装置１１内の粉体量が所定量に低下したら、これに新たに粉体を追加投入し、粉体充填操作を再開する。
【００２５】
以上のように、本実施の形態に係る粉体充填装置および粉体充填方法では、エアーポンプ２３は、専ら粉体流動層形成用に使用し、エアー供給弁３２からの加圧エアーにより粉体流動化装置１１内の流動化粉体を導管４２内に導入し、圧送するとともに、この圧送機能が所定範囲内にあるように、エアー供給弁３２から加圧エアーを適宜補充するように構成したものである。したがって、流動化装置１１内の流動化粉体を高密度・無粉塵で、かつ安定的に高速度で充填することができる。
【００２６】
なお、上記導管４２の下流側端部をサイクロン集塵装置（図略）に連絡して粉体・エアー混合物からエアーを分離し、該集塵装置を構成する倒立円錐体の下端部から粉体を回収するように構成することもできる。また、上記エアーポンプ２３および、図略の上記加圧気体供給源に替えてそれぞれ、減圧弁を備えたボンベを用意し、該ボンベから窒素ガスなど粉体に対し不活性なガスを粉体流動化装置１１に供給するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る粉体充填装置の全体構造を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０：粉体充填装置
１１：粉体流動化装置
１１ａ：粉体流動層
１２：圧力開放弁
１３：蓋体
２１：気体導入手段
２２：モーター
２３：エアーポンプ
２４：逆止弁
２５：導入気体調節弁
２６：通気管
２７：空気ヘッダ
２８：気体分配板
２９：気体−粉体分離篩
（通気多孔板）
３１：加圧気体供給手段
３２：エアー供給弁
（自動制御弁）
３３：加圧エアー供給配管
３４：コントローラー
３５：圧力センサー
４１：粉体搬送手段
４２：導管
４３：粉体導出管
４４：充填ノズル
４４ａ：気体−粉体分離篩
（通気多孔板）
４４ｂ：軟質パッキン
５１：粉体容器
【図１】
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