JPH07100483B2 - 粉体充填装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば画像形成装置に使用されるトナー等の
粉体を、所定の容器内に高速でかつ高密度に充填し得る
粉体充填装置に関する。

（従来の技術） 電子写真複写機等の画像形成装置に使用されるトナー
は、通常、ボトル状、あるいは円筒状の容器内に充填さ
れて、運搬や保管等が行われる。このような容器内への
トナーの充填は、従来、該容器をトナー供給器の下方に
位置させて、トナー供給器内のトナーを容器内に自然落
下させることにより行われていた。

このような方法では、容器内に存在する空気のためにト
ナーは高速で容器内へ落下されず、しかも、容器内へ落
入されるトナーは容器内の空気と混合されるため、嵩密
度が小さくなり、高密度に充填されない。このため、所
定量のトナーを一度の自然落下により容器内へ充填する
ことはできず、例えば、容器内に充填すべきトナー量の
半分程度のトナーを、自然落下により一旦充填して、ト
ナーが沈静する所定時間経過後に残りのトナーを充填す
るという方法が採用されている。このような方法では、
トナーを効率よく容器内に充填することができず、作業
効率が非常に悪かった。

そこで、本願本出願人は、例えば、特開平１−124503号
公報に開示されているように、トナー等の粉体を高速
で、かつ高密度に充填することができ、しかも構成が比
較的簡素である粉体充填装置を提案した。

この粉体充填装置は、充填対象となる容器内を減圧状態
とし、容器内と粉体供給器との間に生じた圧力差を利用
して、粉体供給器から高密度の粉体を一度に充填できる
ようにしたものである。該粉体充填装置の概略の構成を
第３図に示す。

該粉体充填装置は、内部が減圧状態とされる減圧ケース
71に、内部空間を減圧状態とする減圧手段72及び減圧状
態から圧力を上昇させる圧力上昇手段73がそれぞれ設け
られている。この減圧ケース71内には、減圧ケース71内
に気密状に封入された容器１の充填口２内に挿入される
粉体供給ノズル74が設けられており、該粉体供給ノズル
74には、粉体投入口76に粉体供給管路77を介して粉体を
所定量づつ供給し得る粉体供給器75が設けられている。
粉体供給管路77には、該粉体供給管路77内を開閉するボ
ール弁等の開閉弁78が介装されている。

減圧ケース71内に気密状に封入された容器１は、容器昇
降手段80により上方へ押し上げられており、充填口２の
先端が粉体供給ノズル74のパッキン79に圧接すること
で、容器１の内部が密閉されるようになっている。

上記構成の粉体充填装置は次のように動作する。まず、
減圧ケース71内に、容器１の充填口２と粉体供給ノズル
74との間に隙間が形成される状態で、該容器１を配設す
る。次いで、粉体供給管路77に設けられた開閉弁78を閉
状態としておき、減圧ケース71内を密閉状態として減圧
手段72により減圧ケース71内を減圧状態とする。この減
圧操作により、、減圧ケース71及び容器１内はそれぞれ
減圧状態となる。次に、容器１を上昇手段80により上昇
させて、その充填口２を粉体供給ノズル74のパッキン79
に密接させることにより容器１内を気密化する。その
後、粉体供給管路77を開放すると同時に、圧力上昇手段
73により減圧ケース71内の圧力を上昇させる。これによ
り、粉体供給器75から粉体供給管路77を介して所定量の
粉体が、容器１内へ勢い良く落入される。また、粉体の
供給と同時に減圧ケース71内の圧力が上昇することによ
り、容器１の内部と外部の圧力が平衡し、容器１は破損
されない。

（発明が解決しようとする課題） このような構成の粉体充填装置では、粉体供給器75から
落入される粉体は、容器１内が予め減圧状態とされてい
るため、高速で容器１内へ充填される。しかも、容器１
内は略真空状態であるために、容器１内へ落入された粉
体は空気を含まず、その嵩密度が減少するおそれがない
という利点を有している。

しかし、その反面、容器１内に落入する粉体の落入速度
が大きく、しかも、容器１内の空気量が少ないために、
容器１内に充填される粉体が圧縮され過ぎる傾向があ
る。特に、粉体供給器75内の圧力と容器１内の圧力との
差が大きい充填初期には、容器１内に落入した粉体が、
容器１の内底面に激しく衝突して、その粉体に大きな圧
縮力が作用する。その結果、粉体の粒径によっては、容
器１内の底部に、粉体がブロック状の塊りに固まるおそ
れがある。容器１内に充填される粒体が電子写真複写機
等の画像形成装置に使用されるトナーである場合には、
容器１内のトナーが固まった状態になっていると、その
容器１が画像形成装置に装着されて使用される場合に、
容器１から画像形成装置にトナーが円滑に補給されない
おそれがある。

本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目
的は、トナー等の粉体を高速で、かつ高密度に充填し得
て、しかも、充填された粉体が、容器内にて固まること
を防止し得る粉体充填装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の粉体充填装置は、トナー等の粉体が充填される
容器の内部と外部とが平衡状態になるように減圧した状
態から、該容器の内部および外部を同時に昇圧し、さら
にそれと同時に、粉体供給管路の下端に相当する粉体の
投入口から容器の開口部内に粉体を落下させることによ
り、粉体を該容器内に充填する粉体充填装置であって、
粉体の投入口を閉塞する位置と開放する位置とにわたっ
て昇降し、粉体の投入口を閉塞した状態で容器内部を気
密にするバルブとしての機能を果たす一方、粉体の容器
開口部内への落下を許可し、かつ落下する粉体に衝突し
てその落下速度を減速させるとともに該容器の内周面に
該粉体を衝突させるべく飛散させる粉体緩衝部材と、該
粉体供給管路の内部に挿通されており、粉体供給管路の
内径に比して十分小径になった径寸法を有し、下端が該
粉体緩衝部材の上端に連結された支持杆と、該粉体供給
管路から突出した該支持杆の上端部に連結され、該支持
杆を介して該粉体緩衝部材を昇降する駆動手段とを具備
するものであり、そのことにより上記目的が達成され
る。

（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。

本発明の粉体充填装置であるトナー充填装置は、第１図
に示すように、微細な粉体であるトナーを所定量ずつ供
給し得るトナー供給器10と、該トナー供給器10の下方に
配設され、トナーが充填される容器１が内部に保持され
る減圧ケース20とを具備する。

トナー供給器10は、例えば粉体貯留タンクから所定量の
トナーを切り出し得る図外のトナー切り出し器と、該ト
ナー切り出し器に連結され、該トナー切り出し器にて切
り出された所定量のトナーを貯留し得るトナーホッパー
11と、該トナーホッパー11におけるトナー落下口と減圧
ケース20内とを連通させる粉体供給管路12とを有し、所
定量のトナーがトナーホッパー11から粉体供給管路12を
介して減圧ケース20内へ落下されるように構成されてい
る。

減圧ケース20は、上下に分割可能な上部半体21と、下部
半体22とにより構成されている。下部半体22は、上部半
体21に対して接合および離隔し得るように、エアーシリ
ンダ70にて昇降される。そして、該エアーシリンダ70に
て下部半体22が上昇されることにより、該下部半体22が
上部半体21に接合される。両者が接合する部分には、例
えば軟質ゴムにて形成されるシール部材21aおよび22aが
それぞれ設けられており、エアーシリンダ70で上昇され
た下部半体22が上部半体21に接合されることにより、各
シール部材21aおよび22aが気密に係合し、該減圧ケース
20内は気密状態とされる。上部半体21の下部外面には下
部半体22が上昇されて接合される際に、該下部半体22の
シール部材22aを上部半体21のシール部材21aと接合する
ように案内するガイド部材23が設けられている。

減圧ケース20の上部半体21は、前記粉体供給管路12の下
部に固定的に取付けられている。上部半体21の上面部に
は、下方へ突出する粉体供給ノズル24が設けられてお
り、該粉体供給ノズル24内に粉体供給管路12の下端部が
挿通されている。粉体供給ノズル24の上部下面には、軟
質ゴム製のパッキン25aを係止する当接面部25が設けら
れている。該当接面部25より下方は、下側になるに連れ
て順次縮径する逆円錐台状のノズル部26になっている。
ノズル部26における下端面の中心部には、粉体供給管路
12の下端が粉体投入口28として開口している。ノズル部
26の上端における外径は、減圧ケース20内に保持される
容器１の上端部に形成された充填口２の内径とほぼ等し
くされている。

減圧ケース20の上部半体21に固設された粉体供給ノズル
24の軸心線上には、粉体緩衝手段30が配設されている。
該粉体緩衝手段30は、外周面が下側になるに連れて、順
次、拡径する円錐形状の粉体緩衝部材31を有する。粉体
緩衝部材31の下端における外径は、粉体投入口28の内径
より大きく、減圧ケース20内に保持される容器１の充填
口２の内径より小さくなっている。従って、該粉体緩衝
部材31は、そのほぼ上半部が粉体投入口28に嵌入され、
全体が容器１の充填口２より容器１内に挿入される。粉
体緩衝部材31外周面の軸心に対する傾斜角度は、該外周
面を粉体が流下して容器１内周面に衝突し得るようにな
っている。

該粉体緩衝部材31は鉛直状の支持杆32によって、粉体供
給ノズル24の下方に同心状に支持されている。該支持杆
32は、粉体供給管路12およびトナーホッパー11を挿通し
ており、上端部がトナーホッパー11の上方に延出してい
る。図に示すように、支持杆32の直径は粉体供給管路12
の内径に比べて十分小径になっており、トナーの落下、
すなわち充填効率に支障を来さないようになっている。
今少し説明すれば、支持杆32の直径はその剛性等の機械
的強度を損わない程度に迄可及的に細く設定されてい
る。該支持杆32の上端部は、トナーホッパー11より上方
に配設された駆動装置33に連結されている。該駆動装置
33は、粉体緩衝部材31のほぼ上半部が粉体投入口28が気
密状に嵌入されるように、支持杆32を軸心方向に上昇さ
せると共に、上昇された支持杆32を軸心方向に下降させ
て、粉体投入口28の下方に粉体緩衝部材31を保持するよ
うになっている。従って、駆動装置33による支持杆32の
昇降により、粉体緩衝部材31が粉体投入口28を開放する
状態と、該粉体投入口28を気密状に閉塞する状態とに切
り換えられる。粉体投入口28を粉体緩衝部材31により閉
塞すると、減圧ケース20の内部が外部と隔絶され、減圧
ケース20内が気密状に維持される。一方、粉体緩衝部材
31を開放すると、粉体投入口28を介して減圧ケース20の
内部と外部とが連通され、減圧ケース20内の気密状態が
解除される。このように、粉体緩衝部材31は減圧ケース
およびその内部の容器１に対するバルブとしての機能を
併せ持つ。また、本発明においては、支持杆32の直径が
可及的に細くされている。従って、駆動装置33の駆動負
荷を可及的に低減できるので、支持杆32および粉体緩衝
部材31の追随性（応答性）を向上できる。それ故、慣性
の悪影響を排除し得て、粉体緩衝部材31を高速移動させ
ることが可能になるので、より信頼性の高いバルブ機能
を発揮させることができる。また、材料費の節約および
装置構成の小型化が図れる。さらには、駆動装置33とし
て、より小型かつ安価なものを用いることができる。そ
して、粉体緩衝部材31が粉体投入口28に開放した状態で
は、粉体投入口28から減圧ケース20内にトナーが落入し
て、そのトナーが、粉体緩衝部材31の円錐形状の外周面
に衝突する。

減圧ケース20の下部半体22には、トナーが充填される、
例えば円筒状の容器１を保持した状態で、この容器１を
昇降させる容器昇降手段60が設けられている。該容器昇
降手段60は、該下部半体22の底面に取付けられたエアー
シリンダ61と、該エアーシリンダ61のピストンロッド61
a先端に取付けられた昇降台62とを有する。エアーシリ
ンダ61は、ピストンロッド61aの進出方向が上方となる
ように取付けられている。昇降台62には、容器１の下端
部を保持する保持枠62aが設けられており、この保持枠6
2aが容器１を下部に嵌合して、該容器１を略鉛直状態に
保持するようになっている。該容器１は、エアーシリン
ダ61の昇降に伴って昇降される。容器１は下部半体22が
下降されて上部半体21から分離された状態で下部半体22
内に挿入され、該昇降台62上に載置される。

そして、該容器１が昇降台62に載置され、減圧ケース20
の上部半体21と下部半体22とを気密に接合した状態で、
エアーシリンダー61をピストンロッド61aが上方へ進出
するように駆動すると、容器１の充填口２が、上部半体
21上面部に設けられた粉体供給ノズル24のノズル部26外
周面に案内されながら、該容器１が上昇する。さらに、
容器１がエアシリンダー61によって上昇すると、充填口
２の上端が、当接面部25に係止されたパッキン25aに弾
性的に圧接して、容器１の充填口２と粉体投入口28とが
気密に当接される。

減圧ケース20における上部半体21の上面部には、減圧ケ
ース20内を適宜減圧し得る減圧手段40と、この減圧状態
から適宜圧力を上昇させ得る圧力上昇手段50とがそれぞ
れ備えられている。減圧手段40は、減圧ケース20内と真
空ポンプ44とを連通する減圧管路41と、該減圧管路41に
介装された開閉弁42とを有している。圧力上昇手段50
は、減圧ケース20に取付けられた大気導入管51と、該大
気導入管51に介装された開閉弁52および流量調整弁53と
を有している。

このような構成の粉体充填装置により、トナーは次のよ
うに容器１内に充填される。

まず、粉体緩衝手段30における粉体緩衝部材31が粉体投
入口28を気密状に閉塞した状態になるように、駆動装置
33によって支持杆32を上昇させる。このような状態で、
トナーホッパー11内に所定量のトナーが投入される。ト
ナーホッパー11内に投入されたトナーは、トナーホッパ
ー11内および粉体供給管路12内に貯溜される。そして、
減圧ケース20の下部半体22を下降させる方向にエアシリ
ンダ70の動作させて、該下部半体22を上部半体21から分
離する。このような状態で、容器１を、その充填口２が
上側に位置するように昇降台62上に載置する。次いで、
エアーシリンダ70を動作させて、下部半体22のシルー部
材22aと上部半体21のシール部材21aとを気密に接合させ
るべく、下部半体22を上昇させる。下部半体22と上部半
体21とが接合されると、大気導入管51に介装された開閉
弁52を閉状態として、減圧ケース20内を気密状態とす
る。

この場合、下部半体22内に保持された容器１は、その充
填口２が粉体供給ノズル24とは離隔しており、該容器１
の内部は減圧ケース20の内部と連通状態になっている。
このような状態で、減圧管路41に介装された開閉弁42を
開状態とし、真空ポンプ44を駆動させる。

これにより、減圧ケース20内の空気が吸引され、減圧ケ
ース20の内部が減圧されると同時に、容器１の内部が減
圧される。そして、容器１の内部と、該容器１を取り囲
む減圧ケース20内とが平衡して減圧され、両者が略真空
状態になると、減圧管路41に介装された開閉弁42は閉状
態にされる。これにより、減圧ケース20内は気密状態に
なる。

このような状態で、減圧ケース20内のエアーシリンダ61
を動作させ、昇降台62を上昇させる。これにより、昇降
台62に保持された容器１の充填口２が、パッキン25a下
面に当接して、充填口２と粉体投入口28とが気密に結合
される。また、粉体投入口28にほぼ上半部が嵌入さた粉
体緩衝部材31は、そのほ下半分が充填口２より容器１内
に挿入される。

次に、支持杆32が下降する方向に駆動装置33を動作させ
る。これにより、粉体緩衝部材31は、第２図し示すよう
に、全体が容器１内に挿入されて、粉体投入口28を開放
する。同時に、大気導入管51に介装された開閉弁52も開
状態にする。粉体投入口28が開放されることにより、ト
ナーホッパー11内および粉体供給管路12内に貯溜されて
いたトナーが容器１内に落入される。このとき、容器１
内は、トナーホッパー11内に対して減圧状態とされてい
るので、容器１内にはトナーが高速で流入する。容器１
内に高速で流入するトナーは、粉体投入口28の下方に鉛
直状に保持された粉体緩衝部材31の円錐形状の外周面に
激しく衝突して減速される。粉体緩衝部材31の外周面に
衝突したトナーは、周囲に飛散し、さらに容器１の内周
面に衝突して、一層、減速される。その結果、粉体投入
口28の開放初期における容器１の内部と外部との圧力差
が大きい場合にも、トナーは、容器１内に固まることな
く充填される。

しかも、トナー充填に際して容器１内の空気が排除され
ているので、容器１内に落入されるトナーの落入速度が
低下しても、容器１内にトナーが高密度で充填される。

また、粉体投入口28が開放されると同時に、大気導入管
51から流量調整弁53にて規定される所定量の大気が減圧
ケース20内に流入して、容器１を取り囲む減圧ケース20
内の圧力が上昇するため、容器１内にトナーが流入する
ことにより容器１内の圧力が上昇しても、容器１の内部
と外部との圧力が平衡しているために、容器１の変形お
よび破損が防止される。

トナーホッパー11内のトナーが全て容器１内へ充填され
ると、減圧ケース20内のエアーシリンダ61が駆動され
て、支持台62が下降され、容器１の充填口２からノズル
部26が離脱する。次いで、エアーシリンダ70が、減圧ケ
ース20における下部半体22を下降させるべく駆動され
る。下部半体22が上部半体21から分離すると、トナーが
充填された容器１が該下部半体22内から取り出される。

容器１の状態からノズル部26が抜かれる前に、支持杆32
が軸心方向に振動するように駆動装置33を動作させれ
ば、その振動による衝撃で粉体緩衝部材31の外周面に付
着するトナーが容器１内に落下する。これにより、粉体
緩衝部材31の外周面から下部半体22内にトナーが落下す
ることが防止される。その結果、トナーによる減圧ケー
ス20内の汚れが防止されると共に、別の新しい容器をセ
ットする際に、その上部がトナーで汚れるという事態も
防止される。さらに、容器１への粉体の充填量の歩留ま
りの向上も図れる。

しかも、本発明においては、上記のように、駆動負荷が
小さいので、支持杆32および粉体緩衝部材31を容易に高
速度で振動させることができる。従って、トナーによる
汚染防止および粉体の充填量の歩留りの向上をより一層
確実に図れる。

また、粉体緩衝部材31が粉体供給管路12の開閉弁を兼ね
ているので、粉体供給管路12からボール弁等の開閉弁が
排除され、装置が小型化される。

なお、本発明の粉体充填装置では、粉体緩衝手段30の粉
体緩衝部材31は、粉体投入口28より下方に固定的に配設
することもできる。その場合には、粉体供給管路12にボ
ール弁等の開閉弁が設けられる。粉体供給管路12に開閉
弁が設けられている場合には、減圧ケース20内を減圧す
る際に、予め容器１の充填口２と粉体投入口28とを気密
に結合し、粉体供給管路12を介して容器１の内部をその
外部とは別に減圧するような操作も可能になる。

なお、上記実施例ではカートリッジ内部および外部の減
圧を、２系統の減圧経路により行うようにしたが、本発
明の充填装置は、このような実施例に限らず、例えば、
本願出願人の出願である特開平１−124503号公報に開示
されているような１系統の減圧経路を使用してもよい。

（発明の効果） 本発明の粉体充填装置は、このように、粉体が充填され
る容器の内部と外部とが平衡状態となるように減圧した
状態から、両者を同時に昇圧して容器内に粉体を落下さ
せる充填装置において、容器内に高速で流入する粉体が
粉体緩衝部材に衝突して減速されるので、容器内に粉体
が固まることなく充填される。また、粉体は粉体緩衝部
材に衝突して容器の内面にも衝突するために、容器内に
て粉体が固まることが、さらに一層確実に防止される。

また、粉体緩衝部材が容器の気密性を維持、解除するバ
ルブとしての機能を併せ持つので、ボール弁等の他の開
閉弁が不要になるので、装置構成の小型化に寄与でき
る。さらには、粉体緩衝部材を支持する支持杆の直径が
粉体供給管路の内径に比べて可及的に細く設定されてい
るので、粉体の充填効率に支障を来さないばかりか、粉
体緩衝部材を駆動する駆動装置の駆動負荷を格段に低減
できる。従って、粉体緩衝部材を正確、かつ高速に昇降
することができるので、バルブ機能をより確実に発揮で
きる。それ故、減圧ケース内の減圧、昇圧が高頻度に繰
り返される本発明の粉体充填装置の運転にとって一層好
ましいものになる。また、支持杆および粉体緩衝部材を
容易に高速度で振動させることができるので、トナーに
よる汚染防止および粉体の充填量の歩留りの向上をより
一層確実に図れる、といった利点もある。また、装置構
成の小型化およコストダウンにも一層貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の粉体充填装置の一例であるトナー充填
装置の概略図、第２図はその動作を説明するための概略
図、第３図は従来のトナー充填装置の概略図である。 １……容器、２……充填口、10……トナー供給器、20…
…減圧ケース、24……粉体供給ノズル、28……粉体投入
口、30……粉体緩衝手段、31、34……粉体緩衝部材、40
……減圧手段、50……圧力上昇手段、60……容器昇降手
段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辰巳 英二 大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号 三田工業株式会社内 (72)発明者 早田 勝仁 大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号 三田工業株式会社内 (56)参考文献 実開 平１−144305（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭48−25489（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−19901（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−83956（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−91508（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−91509（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー等の粉体が充填される容器の内部と
   外部とが平衡状態になるように減圧した状態から、該容
   器の内部および外部を同時に昇圧し、さらにそれと同時
   に、粉体供給管路の下端に相当する粉体の投入口から容
   器の開口部内に粉体を落下させることにより、粉体を該
   容器内に充填する粉体充填装置であって、 粉体の投入口を閉塞する位置と開放する位置とにわたっ
   て昇降し、粉体の投入口を閉塞した状態で容器内部を気
   密にするバルブとしての機能を果たす一方、粉体の容器
   開口部内への落下を許可し、かつ落下する粉体に衝突し
   てその落下速度を減速させるとともに該容器の内周面に
   該粉体を衝突させるべく飛散させる粉体緩衝部材と、 該粉体供給管路の内部に挿通されており、粉体供給管路
   の内径に比して十分小径になった径寸法を有し、下端が
   該粉体緩衝部材の上端に連結された支持杆と、 該粉体供給管路から突出した該支持杆の上端部に連結さ
   れ、該支持杆を介して該粉体緩衝部材を昇降する駆動手
   段とを具備する粉体充填装置。