DE69806210T2

DE69806210T2 - Hochgeschwindigkeitsdüse für Tonerabfüllsysteme

Info

Publication number: DE69806210T2
Application number: DE69806210T
Authority: DE
Inventors: Joseph C. Barbisan; Fumii Higuchi; Paul M. Wegman; Joseph S. Zelazny
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: CA2269363C; EP0900732A3; CA2269363A1; EP0900732A2; US5921295A; JPH11139412A; MX9903865A; BR9902378A; DE69806210D1; EP0900732B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die das Einfüllen aus einem Trichter mit einer Pulverzufuhr in einen Behälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 unterstützt. Eine derartige Vorrichtung ist aus US-A-5226863 bekannt.
Eine ähnliche Vorrichtung ist aus US-A-1452585 bekannt:
Gegenwärtig wird beim Einfüllen von Pulver, beispielsweise von Tonern, in Tonerbehälter, der Toner von dem Tonerzufuhrtrichter in den Behälter mittels einer drehenden Schneckeneinrichtung transportiert. Die Schneckeneinrichtung ist eine spiralförmige mechanische, Einheit, die Tonerpartikel innerhalb einer Füllröhre durch direkten mechanischen Kontakt weiterschiebt. Aufgrund der Natur dieses mechanischen Kontaktvorganges ergeben sich wesentliche Einschränkungen hinsichtlich der Genauigkeit und Effektivität des Tonereinfüllvorganges. Die Geschwindigkeit der Tonerbewegung in der Füllröhre ist proportional zur Drehgeschwindigkeit der Schnecke und wird durch die freigesetzte Wärme aufgrund der Reibung zwischen Schnecke und Toner beschränkt. Eine hohe Geschwindigkeit der Schnecke bewirkt, dass der Toner, insbesondere Toner mit geringem Schmelzpunkt, schmilzt, wie dies in US-A-5,227,460, Mahabadi et al., offenbart ist, woraus die relevanten Teile hiermit durch Bezugnahme mitaufgenommen sind.
Zur Bereitstellung wirksamer und effizienter Tonerbehälter sind die für den Tonertransport aus den Trichtern verwendeten rotierenden Schnecken typischerweise relativ groß. Die großen Schnecken sorgen für einen Tonerstrom mit großem Volumen und verbessern damit die Produktivität in einer Abfülleinheit. Wenn derartige Fülleinheiten für kleine preisgünstige Kopierer und Drucker verwendet werden, treten Schwierigkeiten dahingehend auf, dass die Öffnungen in den Tonerbehältern für die Verwendung in derartigen kleinen Kopierern und Druckern eine kleine Tonereinfüllöffnung enthalten, die eine irreguläre Form aufweisen kann und diese besitzen ferner eine Einfüllöffnung, die im Behälter nicht mittig angeordnet ist. Somit ergeben sich Probleme beim Einpassen der großen Füllröhren und Schnecken bei den kleinen Tonereinfüllöffnungen.
Die Probleme beim Füllen der Behälter mit Toner gewinnen noch an Bedeutung, da die kleinen preisgünstigen Kopien in höherer Zahl hergestellt werden, wodurch sehr effiziente Tonereinfüllvorgänge erforderlich sind.
Probleme mit der effizienten Tonerbefüllung treten ebenso in kleinen Druckern und Kopierern der mittleren Preisklasse sowohl in Hochglanz als auch in Vollfarbenausstattung auf. Die Tonerbehälter für Farbtoner sind typischerweise kleiner als jene für einen schwarzen Toner und weisen typischerweise auch eine irreguläre Form auf. Ferner wurden Farbtoner mit kleiner Partikelgröße, beispielsweise von 7 Mikrometer oder weniger, entwickelt. Es ist schwieriger, diese kleinen Toner durch die Tonertrichter zu fördern und es ist schwieriger, diese entlang der Schnecken zu bewegen.
Tonerbehälter für kleine preisgünstige Drucker und Kopierer weisen typischerweise eine kleine Öffnung auf, in die der Toner einzuführen ist. Ferner besitzen die Tonerbehälter oft eine irreguläre Form, um den zur Verfügung stehenden Platz innerhalb der Kopiermaschine auszufüllen. Es ist daher schwierig aufgrund der kleinen Röhre, die zum Einpassen in die kleine Tonerbehälteröffnung erforderlich ist, zu füllen, und zweitens ist es schwierig, dass der Toner sich in den Behälter vollständig in die entfernteren Bereiche des Behälters verteilt, bevor der Behälter überläuft.
Die Probleme, die beim Steuern des Einfüllvorgangs in Tonerbehälter entstehen, beruhen hauptsächlich auf den Eigenschaften des Toners. Der Toner ist das bilderzeugende Material in einem Entwickler, das bei Abscheidung durch das Feld einer elektrostatischen Ladung die sichtbare Aufzeichnung wird. Es gibt zwei unterschiedliche Arten von Entwicklungssystemen, die als Einkomponenten- und Zweikomponenten-Systeme bekannt sind.
In Einkomponenten-Entwicklungssystemen ist das Entwicklermaterial ein Toner, der aus Teilchen aus magnetischem Material hergestellt ist, üblicherweise Eisen, und in schwarzes Plastikharz eingebettet ist. Das Eisen ermöglicht es, dass der Toner magnetisiert wird. In Zweikomponentensystemen weist das Entwicklermaterial Toner, der aus kleinen Polymer- oder Harzteilchen und einem Farbmittel besteht, und einen Träger auf, der aus im Wesentlichen sphärischen Teilchen oder Perlen, die für gewöhnlich aus Stahl hergestellt sind, besteht. Eine elektrostatische Ladung zwischen Toner und der Trägerperle bewirkt, dass der Toner im Entwicklungsvorgang an dem Träger haftet. Das Steuern des Strömens dieser kleinen sich abreibenden und leicht zu ladenden Teilchen ist äußerst schwierig.
Die Einkomponenten- und Zweikomponentensysteme verwenden Toner, der strömungsmäßig sehr schwierig zu bewegen ist. Dies gilt insbesondere für Toner, der in Zweikomponentensystemen verwendet wird, gilt aber auch für Toner von Einkomponentensystemen. Der Toner neigt dazu, innerhalb des Trichters zu verbacken und zu verkleben. Dies schränkt das Strömen des Toners durch die kleinen Röhren ein, die zum Hinzufügen des Toners durch die Öffnung des Tonerbehälters erforderlich sind. Ferner kann diese Neigung zum Verbacken und zum Verkleben Lufteinschlüsse in dem Behälter bilden, wodurch der Behälter nur teilweise gefüllt wird.
Zu Lösungsvorschlägen zur Verbesserung der Strömung des Toners gehören die Verwendung eines externen Vibrationselementes, um den Toner innerhalb des Trichters zu lockern. Diese Vibratoren sind energieaufwändig, teuer und nicht besonders wirksam. Ferner neigen sie dazu, den Toner aufzuwirbeln, wodurch sich während des Einfüllvorganges Schmutz ansammelt.
Ferner treten Schwierigkeiten beim raschen Beginnen und Beenden des Tonerausströmens aus dem Trichter auf, wenn der Behälter in einem Füllvorgang mit hoher Geschwindigkeit mit Toner gefüllt wird. Es wurde ein elektromagnetisches Tonerventil entwickelt, das in den US-Patentanmeldungen mit den Seriennummern 08/540,993 und 081690,412 beschrieben ist, die vom Anmelder dieser vorliegenden Erfindung eingereicht wurden, wobei die relevanten Bereiche hiermit durch Bezugnahme mitaufgenommen sind. Das elektromagnetische Ventil ist auf die Anwendung mit magnetisierbarem Toner beschränkt, wie er beispielsweise zur Verwendung mit Einkomponentenentwicklungssystemen beschrieben ist.
Es wurde versucht, Tonerbehälter mit kleinen Tonereinfüllöffnungen durch Verwendung von Adaptern zu füllen, die am Ende der Tonerfüllschnecke angebracht sind, und die einen Einlass entsprechend der Größe der Schnecke und einen Auslass entsprechend der Öffnung in dem Tonerbehälter aufweisen. Das Verstopfen mit Toner, insbesondere beim Versuch, die Tonerströmungsgeschwindigkeiten zu erhöhen, und bei der Verwendung von Tonern mit kleinerer Partikelgröße, beispielsweise bei Farbtonern mit einer Partikelgröße von 7 Mikrometer und weniger, hat sich als ein hartnäckiges Problem erwiesen. Die an die Schnecken angepassten Adapter neigen somit dazu, dass diese mit Toner verstopft werden. Die Durchflussraten durch derartige Adapter sind unakzeptabel gering.
Ferner kann die Verwendung dieser Adapter hinsichtlich der Beibehaltung einer sauberen Atmosphäre beim Einfüllvorgang, die frei von Tonerstaub ist, hindern.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Unterstützung des Einfüllens in einen Behälter aus einem Trichter mit einer Pulverzufuhr zu verbessern, so dass es möglich ist, selbst entfernte Bereiche eines Behälters vor dem Überströmen des Behälters zuverlässig zu füllen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Unterstützung beim Einfüllen in einen Behälter aus einem Trichter mit einer Pulverzufuhr, insbesondere einer Tonerzufuhr, bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Leitung, die funktionsmäßig mit dem Trichter verbunden ist und sich von diesem nach unten erstreckt. Die Leitung ist ausgebildet, um darin eine Strömung eines Pulvers zuzulassen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Düse, die funktionsmäßig mit der Leitung verbunden ist und sich von dieser nach unten erstreckt. Die Düse definiert einen Einlass zum Empfangen von Pulver aus der Leitung und definiert einen Auslass zum Abgeben von Pulver aus der Düse in den Behälter. Der Einlass definiert eine Einlassquerschnittsfläche senkrecht zur Strömung des Pulvers und der Auslass definiert eine Auslassquerschnittsfläche senkrecht zur Strömung des Pulvers. Die Einlassquerschnittsfläche ist größer als die Auslassquerschnittsfläche. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Transport- bzw. Förderelement, das zumindest teilweise in der Leitung angeordnet ist. Das Transportelement hilft dabei, das Strömen des Pulvers aus dem Behälter herzustellen. Die Abmessungen der Düse sind so gewählt, um ein Verhältnis der Einlassquerschnittsfläche zu der Auslassquerschnittsfläche derart bereitzustellen, dass die Strömung des Pulvers beim Durchlaufen der Düse nicht abbricht.
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Hochgeschwindigkeitsdüse für Entwicklermaterial;
Fig. 2 ist eine Aufrissansicht eines Behälterabfüllsystems, teilweise im Schnitt, wobei die Düse aus Fig. 1 verwendet ist und wobei der Deflektor während der Anwendung zur Zerstreuung des Entwicklermaterials gezeigt ist, und sich das Füllsystem in der Füllposition befindet;
Fig. 3 ist eine Aufrissansicht eines Behälterfüllsystems, teilweise im Querschnitt, wobei die Düse aus Fig. 1 angewendet ist und wobei der Deflektor zur Verwendung zur Zerstreuung des Entwicklermaterials gezeigt ist, wobei sich das Füllsystem in der Zuordnungsposition befindet;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht des Behälterfüllsystems aus Fig. 2;
Fig. 5 ist eine Aufrissansicht eines Behälters zur Verwendung mit der Hochgeschwindigkeitsdüse aus Fig. 1 ohne den Deflektor, wobei das Befüllen des Behälters dargestellt ist;
Fig. 6 ist eine Aufrissansicht eines Behälters zur Verwendung mit der Hochgeschwindigkeitsdüse aus Fig. 1, wobei der Deflektor zur Verwendung zur Verteilung des Entwicklermaterials gezeigt ist;
Fig. 7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten alternativen Ausführungsform der Hochgeschwindigkeitsdüse für Entwicklermaterial der vorliegenden Erfindung, wobei eine Düse mit einer Luftstrombegrenzung für eine reduzierte Reibung verwendet wird.
Erfindungsgemäß ist in Fig. 2 eine Pulvertüll-Unterstützungs- bzw. Zusatzvorrichtung 10 gezeigt. Die Pulverfüllzusatzvorrichtung 10 wird verwendet, um Pulver 12 in Form von Toner zur Verwendung in einem Kopierer oder einem Drucker von einem Trichter 40 zu einem Behälter 16 zu transportieren. Die Pulverfüllvorrichtung 10 ist vorzugsweise an der Füllanlage 20 montiert, so dass das Abfüllen großer Produktionszahlen von Behältern 16 möglich ist, wobei der Behälter 16 vorzugsweise an einem Trägerelement 22 befestigt ist. Das Element 22 ist in Richtung der Pfeile 24 oder 26 bewegbar. Das Trägerelement 22 dient zur Positionierung der Behältermittellinie 30 entsprechend der Vorrichtungsmittellinie 32.
Die Pulverfüllzusatzvorrichtung 10 umfasst eine Düse 34, die zum Lenken des Pulvers 12 in den Behälter 16 verwendet wird. Die Düse 34 ist mit dem Trichter 14 mittels einer Leitung 36, vorzugsweise in Form einer hohlen Röhre oder eines Trichters, verbunden.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Trichter 14 über dem Behälter 16 positioniert, wobei die Schwerkraft das Strömen des Pulvers 12 in Richtung des Behälters 16 unterstützt. Um das Strömen des Pulvers 12 in Richtung des Behälters 16 zu optimieren, umfasst die Pulverfüllvorrichtung 10 ferner ein Transport- bzw. Förderelement 40, das zumindest teilweise in der Leitung 36 positioniert ist, um das Strömen des Pulvers 12 zu fördern. Das Transportelement 40 liegt vorzugsweise in Form eines spiralförmigen Transportelementes oder einer Schnecke vor. Beispielsweise kann das Transportelement 40 in Form einer spiralförmigen Schnecke vorliegen.
Vorteilhafterweise ist die Düse 34 in die Öffnung 42 des Behälters 16 einführbar. Das Einführen der Düse 34 in die Öffnung 42 kann in einer beliebigen geeigneten Weise ausgeführt werden. Zum Beispiel kann das Trägerelement 22 und folglich der Behälter 16 nach oben in Richtung des Pfeils 44 bewegbar sein, um mit der Düse 34 in Kontakt zu kommen, und kann nach unten in Richtung des Pfeiles 46 bewegbar sein, um von der Öffnung 42 abgekoppelt zu werden. Die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Elements 22 und des Behälters 16 gestatten es, dass der Behälter 16 in Richtung der Pfeile 24 und 26 positioniert wird.
Um das Abfüllen einer. Reihe von Behältern 16 zu ermöglichen, muss das Strömen des Pulvers 12 aus dem Trichter 14 während des Abtransports eines gefüllten Behälters 16 aus der Füllposition und während des Zuführens des ungefüllten Behälters 16 zu der Füllposition angehalten werden. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann das Strömen des Pulvers 12 durch Anhalten der Schnecke 40 in der Leitung 36 unterbrochen werden. Die Schnecke 40 kann durch eine beliebige geeignete Weise in Drehung versetzt werden, d. h. durch einen Motor 50, der funktionsmäßig mit der Schnecke 40 verbunden ist. Der Motor 50 ist mit einer Steuerung 52 verbunden, die ein Signal an den Motor 50 sendet, um die Drehung der Schnecke 40 während des Zu- und Abführens des Trägerelements 22 zu unterbrechen. Anzumerken ist, dass das Strömen des Pulvers 12 durch die Leitung 36 ferner durch die Verwendung eines Ventils (nicht gezeigt) gesteuert werden kann.
Vorzugsweise werden Maßnahmen ergriffen, um sicherzustellen, dass die Abfüllanlage 20 kein Pulver 12 in der Luft aufweist, das zwischen der Düse 34 und der Öffnung 42 des Behälters 16 während des Einfüllvorganges und insbesondere während der Zu- und Abführung des Trägerelements zur Bereitstellung eines unbefüllten Behälters 16 für die Pulverfüllanlage 10 entweichen kann. Ein Reihenabfüllsystem 54 ist in Fig. 2 zur Verwendung mit der Vorrichtung 10 dargestellt. Das Reihenabfüllsystem 54 umfasst vorzugsweise ein Gehäuse 56. Das Gehäuse 56 ist an der Abfüllanlage 20 sowie an der Leitung 36 befestigt.
Das Gehäuse 56 kann unterschiedlichen Zwecken dienen. Beispielsweise kann das Gehäuse 56 verwendet werden, um ein Gleitelement 60 zu halten. Das Gleitelement 60 ist mit einer Ablage 61 verbunden, die gleitbar zwischen der Düse 34 und der Öffnung 42 eingepasst ist. Die Ablage 61 kann eine beliebige geeignete Form aufweisen und kann, wie in Fig. 2 gezeigt ist, in Form einer Tonertropfplatte ausgebildet sein. Die Ablage 61 besitzt eine erste Position, in der Ablage 61 verhindert, dass das Pulver 12 aus der Düse 34 austritt. In der ausgefahrenen Position verhindert die Ablage 61 das Austreten von Pulver 12 während des Zu- und Abführens der Behälter 16. Die Ablage 61 besitzt ferner eine zweite zurückgefahrene Position, wobei das Pulver 12 während des Füllvorgangs in den Behälter 16 strömen kann. Das Gehäuse 56 dient vorzugsweise einem zweiten Zweck, und zwar der Halterung der Leitung 36 und der Düse 34.
Ferner umgibt das Gehäuse 56 die Düse 34 und stellt einen Hohlraum oder eine Kammer 62 bereit, die abgeschlossen ist, wenn die Ablage 61 in ihrer geschlossenen Position ist. Die Kammer 62 wird vorzugsweise auf Vakuum gehalten. Die Kammer kann in einer beliebigen geeigneten Weise auf Vakuumdruck gehalten werden, beispielsweise kann die Kammer 62 mit der Tonerstaubvakuumleitung 64 mit der Vakuumquelle 66 verbunden sein. Die Vakuumquelle 66 kann in Form einer Tonerwiederaufbereitungszelle ausgebildet sein.
Das Gehäuse 56 kann vorzugsweise auch eine weitere Funktion bereitstellen. Das Gehäuse 46 dient als eine Justierführung zum Führen der Düse 34 in die Öffnung 42. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfasst das Gehäuse 56 ein abgeschrägtes Ende 70, das bei Bewegung des Behälters 16 in Richtung des Pfeiles 44 die Öffnung 42 berührt, um die Pulverfüllzusatzvorrichtung 10 zu dem Behälter 16 auszurichten. Vorzugsweise ist das Gehäuse 56 gleitbar an der Leitung 36 montiert, so dass das Gehäuse 56 nach oben in Richtung des Pfeiles 72 und nach unten in Richtung des Pfeiles 74 bewegbar ist. Anzumerken ist, dass die Gleitbewegung des Gehäuses 56 durch Schwerkraft oder Federn sowie durch eine Motor oder andere Mechanismen erzielbar ist. Zum Beispiel kann das Gehäuse 56 in Richtung des Pfeiles 72 nach oben bewegt werden, indem der Behälter 16 in Richtung des Pfeiles 44 nach oben bewegt wird. Dabei dringt die Düse 34 in die Öffnung 42 ein, wodurch ein Einfüllen möglich ist.
Gleichzeitig mit dem Anheben des Behälters 16 zur Ankopplung an die Düse 34 wird die Ablage 61 nach links in Richtung des Pfeiles 76 bewegt, um ein Strömen des Pulvers 12 durch die Düse 34 in den Behälter 16 zu ermöglichen. Anzumerken ist, dass die Ablage 61 in einer beliebigen Weise betätigbar ist, z. B. mittels eines Motors oder eines anderen Mechanismus, jedoch, wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird die Ablage 61 vorzugsweise durch einen Kurvenmechanismus 80 angetrieben, der mit dem Gehäuse 56 verbunden ist, so dass, wenn das Gehäuse 56 sich in Richtung des Pfeiles 72 bewegt, die Ablage 61 sich in Richtung des Pfeiles 76 bewegt und die Kammer 62 zur Verbindung mit dem Behälter 16 öffnet.
Fig. 2 zeigt die Pulverfüllzusatzvorrichtung 10 in der Position mit aufrechtem Behälter, um das Befüllen des Behälters 16 zu ermöglichen. Die Düse 34 ist in der Öffnung 42 des Behälters positioniert und die Ablage 61 ist in Richtung des Pfeiles 76 zurückgezogen, um das Strömen des Toners 12 zu ermöglichen.
In Fig. 3 ist die Pulverfüllzusatzvorrichtung 10 so gezeigt, dass der Behälter in der unteren Position ist, um das Zu- und Abführen des Trägerelements 22 zu ermöglichen. Das Trägerelement 22 bringt den gefüllten Behälter aus der Abfüllposition und transportiert den ungefüllten Behälter in die Abfüllposition. Die Düse 34 ist in dieser Position aus der Öffnung 42 des Behälters 16 entfernt. Die Ablage 61 ragt in die Kammer 62, um abtropfende Tonerrreste aufzufangen.
In Fig. 1 ist die Düse 34 detaillierter dargestellt. Die Düse 34 kann aus einem beliebigen geeigneten haltbaren Material hergestellt sein, z. B. einem Plastik oder einem Metall, das chemisch nicht mit dem Pulver 12 reagiert. Beispielsweise kann die Düse 34 aus rostfreiem Stahl hergestellt sein.
Die Düse kann eine beliebige geeignete Form aufweisen, umfasst jedoch einen Einlass 82 benachbart zu der Leitung 36 sowie einen Auslass 84, der dem Einlass 82 gegenüberliegt. Die Düse 34 ist an der Leitung 36 in einer beliebigen geeigneten Weise befestigt. Zum Beispiel ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, die Düse 34 über der Leitung 36 durch Verpressen eingepasst. Anzumerken ist, dass die Düse an der Leitung mittels Befestigungselementen, Klebstoff oder durch Schweißen befestigt sein kann. Vorzugsweise sind Führungsstäbe 86 vorgesehen, die von dem Auslass 84 nach innen ragen, die dazu dienen, die Düse 34 in die Öffnung 42 des Behälters 16 zu führen. Zwischen dem Einlass 82 und dem Auslass 84 der Düse 34 liegt ein zentraler Bereich 90 der Düse. Der zentrale Bereich 90 besitzt vorzugsweise eine hohle im Wesentlichen kegelförmige Form oder eine trichterförmige Gestalt.
Um das Strömen des Pulvers 12 im Inneren der Düse 34 zu unterstützen, ist der zentrale Bereich 90 der Düse 34 vorzugsweise am inneren Rand 92 der Düse 34 mit einer Beschichtung 94 beschichtet. Die Beschichtung 94 ist vorzugsweise aus einem Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten hergestellt. Ein Reibungskoeffizient von weniger als 0.25 ist vorteilhaft. Insbesondere ist Polytetrafluorethylen besonders geeignet für diese Anwendung.
Die Schnecke 40 ist drehbar in der Leitung 36 befestigt. Die Schnecke 40 kann in der Leitung frei angeordnet oder an der Leitung 36 an den abgewandten Enden befestigt sein. Die Schnecke 40 kann eine beliebige Gestaltung aufweisen, ist aber insbesondere eine spiralförmige Schnecke. Die Schnecke 40 dreht sich mit einer geeigneten Geschwindigkeit, um das Strömen des Pulvers 12 durch die Düse 34 zu optimieren.
Beispielsweise besitzt für eine Leitung 36 mit einem Durchmesser B von 3.175 cm (1.25 Inch) die Schnecke 40 vorzugsweise einen Schneckendurchmesser A von ungefähr 2.54 cm (1.0 Inch). Für eine Schnecke mit einem Schneckendurchmesser A von 2.54 cm (1.0 Inch) kann die Schnecke 40 mit einer Drehgeschwindigkeit von ungefähr 500 mm rotieren. Für eine Schnecke mit einem Schneckendurchmesser von 2.54 cm (1.0 Inch) kann die Schnecke 40 einen Abstand P oder eine Strecke zwischen benachbarten Schaufelbereichen der Schnecke von ungefähr 2.54 cm (1.0 Inch) aufweisen. Anzumerken ist, dass die optimale Drehgeschwindigkeit der Schnecke 40 von dem Wert des Abstands P abhängt.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann die Schnecke 40 an dem Einlassbereich 82 der Düse abschließen. Die Erfindung kann so verwirklicht werden, dass der zentrale Bereich 90 der Düse 34 einen leeren Hohlraum oder Kammer 96 enthält.
Die Düse 34 ist so gestaltet, dass die Düse einen Einlassdurchmesser IND am Einlass 82 aufweist, der größer ist als der Auslassdurchmesser OUD, derart, dass das Strömen des Pulvers für eine gegebene Schnecke und eine gegebene Drehgeschwindigkeit maximiert werden kann. Ferner ist anzumerken, dass unterschiedliche Pulverarten unterschiedliche Dichten aufweisen und damit die Abmessungen von IND und OUD für ein optimales Strömen des Pulvers zu variieren sind. Wie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist, beträgt für einen Toner mit einer Partikelgröße von ungefähr 7 Mikrometer und bei Verwendung einer Schnecke 40 mit einer Drehgeschwindigkeit von 500 rpms, der Einlassdurchmesser IND ungefähr 3.175 cm (1.25 Inch) und der Auslassdurchmesser OUD ungefähr 2.22 cm (0.875 Inch). Für eine Düse mit einem Abstand zwischen dem Einlass und dem Auslass oder einer Höhe A des zentralen Bereichs von ungefähr 1.78 cm (0.7 Inch) beträgt der Winkel α, den der innere Rand 92 der Düse 34 einschließt, ungefähr 20 Grad.
Wenn die Düse 34 zum Füllen von Behältern mit einer Öffnung, die nicht konzentrisch zu dem Behälter ist, verwendet wird, wird die Verwendung eines Deflektors 100 bevorzugt. Vorzugsweise ist der Deflektor 100 mechanisch mit der Schnecke 40 verbunden und dreht sich mit dieser. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Deflektor 100 mit dem Halter 102 verbunden. Der Halter 102 ist an der Schnecke 40 durch ein geeignetes Mittel befestigt. Beispielsweise ist der Halter 102 an der Schnecke 40 mittels Verschraubungen 104 befestigt.
Der Deflektor 100 kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein. Beispielsweise kann der Deflektor aus Plastik oder Metall hergestellt sein. Der Deflektor 100 kann aus rostfreiem Stahl hergestellt sein. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Deflektor 100 in Form von Deflektorschaufeln vorgesehen. Obwohl der Deflektor 100 eine einzelne Schaufel aufweisen kann, umfasst der Deflektor 100 vorteilhafterweise mehrere gleich beabstandete Schaufeln, um den Halter 102 herum. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besitzt die Deflektorschaufel eine Breite W von ungefähr 1.52 cm (0.60 Inch) zur Verwendung, wenn die Düse 34 einen OUD von 2.22 cm (0.875 Inch) aufweist.
Vorzugsweise erstreckt sich der Auslass 84 in eine Richtung des Pfeils 103 entlang einer Achse 32 um eine Entfernung L von 0.51 cm (0.2 Inch), um zu ermöglichen, dass die Düse 34 an die Öffnung 42 des Behälters 16 ankoppelt (siehe Fig. 2).
In Fig. 4 ist die Tonerfüllzusatzvorrichtung 10 gezeigt, wenn diese an den Tonerbehälter 16 angekoppelt ist. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird die Düse 34 in den Tonerbehälter 16 durch die darin enthaltene Öffnung 42 eingetaucht. Der Deflektor 100 ist in der Kammer 106 des Behälters 16 angeordnet. Der Deflektor 100 dient dazu, das Pulver 12 innerhalb des Behälters 16 abzulenken, um einen Bereich schwebenden Toners 108 im oberen Bereich des Behälters bereitzustellen. Wenn sich der schwebende Ton 108 setzt, verteilt sich der gesetzte Toner 110 gleichförmig innerhalb des Behälters 16 und stellt ein zuverlässiges Füllen des Behälters 16 sicher.
In den Fig. 5 und 6 sind der Vorteile der Verwendung des Deflektors 100 gezeigt. In Fig. 5 ist die Düse 34 ahne den Deflektor 100 gezeigt. Die Düse 34 lenkt das Pulver 12 auf einen Haufen entlang der Düsenmittellinie 32. Wie aus Fig. 5 zu erkennen ist, bildet sich ein Lufteinschluss 112 innerhalb des Behälters 16, wodurch ein teilweise gefüllter Tonerbehälter 16 erzeugt wird.
In Fig. 6 ist die Düse mit dem darin befestigten Deflektor 100 gezeigt. Der Deflektor 100 dient dazu, den Toner in schwebendem Toner 108 zu zerstreuen, der sich als gesetzter Toner 110 absetzt und gleichförmig im Tonerbehälter 16 verteilt wird.
In Fig. 7 ist eine Ausführungsform der Düse gemäß der vorliegenden Erfindung als Düse 334 dargestellt. Die Düse 334 ist an der Leitung 336 befestigt und erstreckt sich von dieser nach unten. Die Leitung 336 ist ähnlich zur Leitung 36 aus den Fig. 1-5. Ein Förderelement bzw. eine Schnecke 340 ist vorzugsweise drehbar in der Leitung 336 vorgesehen. Die Schnecke 340 ist ähnlich zu der Schnecke 40 aus den Fig. 1-5. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, erstreckt sich die Düse 334 von der Leitung 336 nach unten. Die Düse 334 umfasst einen sich verjüngenden Bereich 390, der eine im Wesentlichen kegelförmige hohle Form aufweist. Der verjüngte Bereich 390 besitzt, wie in Fig. 7 gezeigt ist, eine konkave oder schüsselförmige Gestalt. Anzumerken ist, dass der verjüngte Bereich 390 auch eine konvexe oder neutrale Form aufweisen kann. Der verjüngte Bereich 390 besitzt einen Durchmesser DNI am Düseneingang 382 und einen Durchmesser DNO am Düsenauslass 384, der kleiner als der Düseneingangsdurchmesser DNI ist. Die in Fig. 7 gezeigte Düse 334 ist aus einem porösen Material hergestellt. Die Düse 334 kann aus einem beliebigen geeigneten haltbaren Material gebildet sein, beispielsweise einem porösen Plastikmaterial. Ein derartiges poröses Plastikmaterial ist von Porex Technologies Corporation, Fairburn, Georgia, USA als Porex® erhältlich. Die Verwendung eines hoch dichten Polyethylens mit einer Porengröße von ungefähr 20 Mikrometer ist für diesen Anwendungszweck geeignet.
Um das Strömen des Toners 12 zu unterstützen und um ein Beschichten des inneren Randes 392 der Düse 334 mit einer Beschichtung, die rasch verbraucht ist, zu vermeiden, weist die Düse 334 eine Grenzschicht aus strömender Luft 332 auf die innen am Innenrand 392 der Düse 334 lokalisiert ist. Die Grenzschicht aus strömender Luft 334 kann in einer beliebigen geeigneten Weise erzeugt werden. Beispielsweise ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist, die Düse 334 von einem Gehäuse 330 umgeben. Das Gehäuse 330 ist an der Leitung 336 und dem unteren Bereich der Düse 334 befestigt. Das Gehäuse 330 bildet somit einen externen Hohlraum 362 zwischen dem Gehäuse 330 und der Düse 334. Vorteilhafterweise ist der externe Hohlraum 362 mit einer Quelle komprimierter Luft 364 verbunden, wodurch komprimierte Luft durch die poröse Düse 334 gelangt. Die Quelle poröser Luft 364 dient somit dazu, die Grenzschicht aus strömender Luft 332 zwischen der Düse 334 und dem Pulver 12 bereitzustellen. Die Quelle komprimierter Luft kann ein Ventil (nicht gezeigt) aufweisen, um die Luftmenge zu regulieren, um eine geeignete Grenzschicht aus strömender Luft 332 zur Optimierung des Strömens des Toners 12 durch die Düse 334 zu schaffen.
Durch Bereitstellen einer Hochgeschwindigkeitsdüse mit einem Durchmesserverhältnis am Einlass und am Auslass der Düse, die für eine optimale Strömung innerhalb der Düse ausgelegt sind, kann eine Düse bereitgestellt werden, die das Strömen innerhalb der Düse optimiert.
Durch Bereitstellen einer Hochgeschwindigkeitsdüse mit einem inneren Rand mit einer Beschichtung aus Material mit geringer Reibung kann das Strömen innerhalb der Düse maximiert werden.
Durch das erfindungsgemäße Bereitstellen einer Grenzschicht aus Luft zwischen dem inneren Rand einer Düse und der Tonerströmung kann das Strömen des Toners innerhalb der Düse maximiert werden.
Durch Vorsehen eines Deflektors am Auslass einer Düse kann das Strömen eines Pulvers durch die Düse hindurch gleichförmig in einen Behälter verteilt werden, so dass der Behälter vollständiger gefüllt wird und so dass keine Hohlräume im Behälter vorhanden sind.
Durch Bereitstellen einer Hochgeschwindigkeitsdüse mit einem darin angeordneten sich verjüngenden Förderelement kann das Strömen des Toners durch das Förderelement bzw. die Schnecke maximiert werden und gleichzeitig kann das Steuern der verteilten Pulvermenge, die für gewöhnlich als Füllgewicht bezeichnet wird, maximiert werden.
Durch Bereitstellen einer Hochgeschwindigkeitsdüse mit einem porösen Material kann der Strom innerhalb der Düse maximiert werden, indem eine Luftschicht zur Reduzierung der Reibung zwischen der Düse und dem Pulver vorgesehen wird.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine Fülleinrichtung mit hoher Geschwindigkeit für Toner für ein Entwicklermaterial beschrieben ist, das ein verbessertes Verfahren zur Maximierung der Tonerströmung zum Füllen von Tonerbehältern mit kleinen Öffnungen liefert. Das Verfahren ermöglicht es, dass Toner genauer und rascher als in bekannten System bewegt wird und stellt ferner sicher, dass der Tonerbehälter rasch, vollständig und sauber gefüllt wird.

Claims

1. Vorrichtung (10) zur Unterstützung des Füllens eines Behälters (16) aus einem Trichter (14) mit einer Zuführung von Pulver (12), wobei die Vorrichtung umfasst:

eine Leitung (36), die funktionsmäßig mit dem Trichter (14) verbunden ist und sich von diesem nach unten erstreckt, wobei die Leitung (36) ausgebildet ist, darin ein Strömen des Pulvers (12) zuzulassen;

eine Düse (34), die funktionsmäßig mit der Leitung (36) verbunden ist und sich von dieser nach unten erstreckt, wobei die Düse (34) einen Einlass (82) zum Empfangen von Pulver (12) aus der Leitung (36) definiert und einen Auslass (84) zum Verteilen von Pulver (12) von der Düse (34) in den Behälter (16) definiert, wobei der Einlass (82) eine Einlassquerschnittsfläche senkrecht zur Strömung des Pulvers (12) und der Auslass eine Auslassquerschnittsfläche senkrecht zur Strömung des Pulvers (12) definiert, wobei die Einlassquerschnittsfläche größer als die Auslassquerschnittsfläche ist; und

ein Förderelement (40), das zumindest teilweise in der Leitung (36) angeordnet ist, wobei das Förderelement (40) unterstützend wirkt, um das Strömen des Pulvers (12) zu dem Behälter (16) zu bewerkstelligen,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Düse (34) einen inneren Rand (392) darin definiert; und

ferner ein Mittel (364) vorgesehen ist, um eine Schicht (332) aus Luft zwischen dem inneren Rand (392) und der Strömung des Pulvers (12) zu erzeugen, wobei das Strömen des Pulvers durch die Düse (341, 334) verstärkt wird.

2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Deflektor (100) umfasst, der funktionsmäßig mit der Düse (34) verbunden ist, um das Pulver (12) beim Verlassen der Düse (34) abzulenken.

3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Düse (34) darin eine innere Fläche definiert, wobei zumindest ein Teil (90) der inneren Fläche mit einem Material (94) mit einer Oberfläche mit einem Reibungskoeffizienten von weniger als 0.25 beschichtet ist.

4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Deflektor (100) ein an dem Förderelement (40) angebrachtes Schaufelelement umfasst.

5. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ferner eine Ablage (61) vorgesehen ist, die zwischen der Düse (34) und dem Behälter (16) positionierbar ist, um Pulver aufzunehmen, wenn die Düse (34) von dem Behälter (16) beabstandet ist.

6. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest ein Bereich der Düse (34) eine hohle, im Wesentlichen kegelförmige Form aufweist, wobei der hohle kegelförmige Bereich einen Hohlraum darin definiert.

7. Die Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Förderelement (40) von dem Hohlraum beabstandet ist.

8. Die Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Teil des Förderelements (40) in dem Hohlraum angeordnet ist, wobei das Förderelement (40) das Strömen des Pulvers (12) durch die Düse (34) unterstützt.

9. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Förderelement ein Schneckenelement umfasst; und

wobei das Schneckenelement sich eng an die Leitung anpasst.

10. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der hohle, im Wesentlichen kegelförmige Bereich der Düse (34) einen äußeren Rand definiert, wobei der äußere Rand einen eingeschlossenen Winkel von ungefähr 20 Grad definiert.