(57)【要約】【課題】単位時間当たりの流体搬送量を向上させることを課題とする。【解決手段】流体が搬送される流路を形成する円筒状の弾性体からなる筒状の内壁部１２０と該内壁部を囲むように配置される円筒状の外壁部１３０とを有し、前記内壁部と前記外壁部との間の空間に加圧用媒体を供給して該内壁部を前記流路の中心軸側へ変形させることにより、該流路内の流体を搬送するポンプ部材１１０等の流体搬送装置において、前記筒状の内壁部を搬送方向の上流と下流とで固定するフランジ１４０，１４５等の固定部材を備え、当該固定部材によって前記内壁部の３箇所が変形ピーク箇所となるように規定されていることを特徴とする。【選択図】図２
2018096252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が搬送される流路を形成する円筒状の弾性体からなる筒状の内壁部と該内壁部を囲むように配置される円筒状の外壁部とを有し、前記内壁部と前記外壁部との間の空間に加圧用媒体を供給して該内壁部を前記流路の中心軸側へ変形させることにより、該流路内の流体を搬送する流体搬送装置において、
前記筒状の内壁部を搬送方向の上流と下流とで固定する固定部材を備え、
当該固定部材によって前記内壁部の３箇所が変形ピーク箇所となるように規定されていることを特徴とする流体搬送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体搬送装置において、
前記流体搬送装置は、前記中心軸方向から見たときの前記内壁部の変形ピーク箇所が前記中心軸周りに１２０°の間隔で位置していることを特徴とする流体搬送装置。
【請求項３】
前記固定部材が略三角形状の開口部を備えており、当該略三角形状の辺に当たる部分が中央部に向かって突出していることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体搬送装置。
【請求項４】
請求項１又は２のいずれか１項に記載の流体搬送装置において、
前記中心軸方向から見たときの前記内壁部の変形ピーク箇所が重力方向下側に位置する流体搬送装置を含むことを特徴とする流体搬送装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流体搬送装置において、
前記流体は現像剤であることを特徴とする流体搬送装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流体搬送装置を複数連結させた流体搬送システムにおいて、
流体搬送方向上流側の流体搬送装置から順に前記内壁部を前記流路の中心軸側へ変形させる際、駆動対象の流体搬送装置の搬送方向上流側に隣接する流体搬送装置の内壁部を中心軸側へ変形させた状態で、当該駆動対象の流体搬送装置の内壁部を中心軸側へ変形させることを特徴とする流体搬送システム。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流体搬送装置、又は、請求項６に記載の流体搬送システムを備える画像形成装置。
【請求項８】
流体流路を形成する円筒状の弾性体からなる筒状の内壁部と、該内壁部を囲むように配置される円筒状の外壁部とを有し、前記内壁部と前記外壁部との間の空間に加圧用媒体を供給して、流体搬送方向上流側のポンプ部材から順に前記内壁部を前記流体流路の中心軸側へ変形させることにより、該流体流路内の流体を搬送する流体搬送方法において、
前記筒状の内壁部を搬送方向の上流と下流とで固定する固定部材を備え、
当該固定部材によって前記内壁部の３箇所が変形ピーク箇所となるように規定されていることを特徴とする流体搬送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体搬送装置、流体搬送システム、画像形成装置及び流体搬送方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体が搬送される流路を形成する弾性体からなる筒状の内壁部と該内壁部を囲むように配置される外壁部とを有し、前記内壁部と前記外壁部との間の空間に加圧用媒体を供給して該内壁部を前記流路の中心軸側へ変形させることにより、該流路内の流体を搬送する流体搬送装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、外筒（外壁部）と内筒（内壁部）との間の圧力供給室へ空気（加圧用媒体）を供給することにより内筒を径方向内側へ膨張させて、内筒内の固液（流体）を搬送するポンプユニットが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に開示されている従来のポンプユニットを流体の搬送に適用しようとしたとき、単位時間当たりの搬送量を十分に確保することが困難である等の課題が生じた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決するために、本発明は、流体が搬送される流路を形成する円筒状の弾性体からなる筒状の内壁部と該内壁部を囲むように配置される円筒状の外壁部とを有し、前記内壁部と前記外壁部との間の空間に加圧用媒体を供給して該内壁部を前記流路の中心軸側へ変形させることにより、該流路内の流体を搬送する流体搬送装置において、前記筒状の内壁部を搬送方向の上流と下流とで固定する固定部材を備え、当該固定部材によって前記内壁部の３箇所が変形ピーク箇所となるように規定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、単位時間当たりの搬送量を向上させることができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る粉体搬送装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】同粉体搬送装置を構成する１つのポンプユニットの分解斜視図である。
【図３】同ポンプユニットの斜視断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ同ポンプユニットの正面図及び側面図である。
【図５】同ポンプユニットの内筒の膨張時の変形を説明するための断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、同ポンプユニットの内筒の膨張時の変形の様子を示す正面図及び側面図である。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は、６個のポンプユニットを有するコンベア全体の粉体搬送動作の動作パターンの一例を示す説明図である。
【図８】ポンプユニットの軸方向収縮の効果を確認するための比較実験に用いたシステムの概略構成図である。
【図９】同比較実験におけるポンプユニットの加圧オン・オフ制御の一例を示すタイムチャートである。
【図１０】同比較実験の結果を示すグラフである。
【図１１】実施形態におけるコンベアを用いて単位時間あたりの搬送量を測定した結果を示すグラフである。
【図１２】ポンプユニットの搬送方向長さが異なる２つのコンベアについての累積搬送量の時間推移を示すグラフである。
【図１３】各種実験の結果をまとめたグラフである。
【図１４】実施形態に係る粉体搬送装置を適用可能な画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、以下の実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
［搬送対象］
以下に示す実施形態の装置及び方法における搬送対象の粉体は、例えば、電子写真方式の画像形成装置の現像剤に用いられるキャリア、トナー、キャリア及びトナーの混合体、キャリア及びトナーの製造に用いられる材料などの粉体である。また、本実施形態の装置及び方法は、小麦粉等の食糧、粉状の薬、セメント等の土木・建築材料、磁性粉末、金属粉末、樹脂粉末等の様々な粉体の搬送にも適用できる。搬送対象の粉体の粒径は特に限定されないが、例えば数百ｎｍ〜数百μｍである。例えば、キャリアの粒径は数μｍ〜数百μｍ（例えば１０μｍ〜１００μｍ）であり、トナーの粒径は数μｍ〜数十μｍ（典型的には例えば３μｍ〜２０μｍ）である。また、搬送対象は、数ｍｍ以上の粒状物であってもよい。また、搬送対象の形状は特に限定されないが、例えば球状であってもよいし、不定形であってもよい。
本実施形態では、流体として主に粉体を搬送しているが、液体、固体と液体との混合物、上記粉体よりも大きい粒径を有する固体等の流体を搬送してもよい。
【００１０】
［粉体搬送装置の全体構成］
図１は、本実施形態に係る粉体搬送装置１０（流体搬送システム）の一例を示す概略構成図である。
本実施形態の粉体搬送装置１０は、粉体搬送ポンプ本体であるコンベア１００と、コンベア１００を駆動する駆動手段としての圧縮空気供給部２００と、圧縮空気供給部２００を制御する制御手段としての制御部３００とを備える。
【００１１】
コンベア１００は、粉体流路である粉体流路を形成する弾性体からなる内壁部を有するポンプ部材としてのポンプユニット１１０（流体搬送装置）が搬送方向Ａに沿って複数並べて設けられている。なお、図１の例では、４個のポンプユニット１１０が中心軸Ｃの方向に直列に連結された例を示しているが、ポンプユニット１１０の数は２個、３個、又は５個以上であってもよい。
【００１２】
圧縮空気供給部２００は、圧縮空気発生装置（エアーコンプレッサ）２１０と、圧力調整装置（エアーレギュレータ）２２０と、圧縮空気供給切換装置２３０と、エアーチューブ２１５，２２５，２３５とを備える。圧縮空気発生装置２１０で発生した加圧用媒体としての圧縮空気は、図中Ｂ方向に排出され、エアーチューブ２１５を介して圧力調整装置２２０に供給され、圧力調整装置２２０で所定の圧力が調整された後、エアーチューブ２２５を介して圧縮空気供給切換装置２３０に供給される。圧縮空気供給切換装置２３０は、複数のポンプユニット１１０それぞれに個別に対応付けて設けられた複数の電磁弁２３１を有する。
【００１３】
複数の電磁弁２３１はそれぞれ、例えば、２つの接続ポート（第１接続ポート、第２接続ポート）と排気ポートとを有する通常オフの３方向電磁弁（３ポート電磁弁）を用いて構成することができる。電磁弁２３１の第１接続ポートは圧力調整装置２２０側に接続され、第２接続ポートはポンプユニット１１０側に接続される。例えば、電磁弁２３１は通常オフであり、第１接続ポートから第２接続ポートへの経路が閉じた状態になっているため、ポンプユニット１１０から第２接続ポートへの経路は排気ポートを介して大気に連通され大気圧になっている。電磁弁２３１がオン制御されると、第２接続ポートから排気ポートへの経路が閉じられ、第１接続ポートから第２接続ポートへの経路が開かれて圧力調整装置２２０からの所定の圧力の圧縮空気がポンプユニット１１０に供給される。これらの電磁弁２３１は、制御部３００により所定の動作パターンに基づいて互いに独立にオン／オフ制御することができる。
【００１４】
また、圧力調整装置２２０は、例えば比例電磁弁を用いて構成することができる。圧力調整装置２２０における圧力の調整は、制御部３００で制御できるようにしてもよい。
【００１５】
なお、圧縮空気供給部２００において、圧力調整装置２２０を設けずに、電磁弁２３１として、出力側の圧力を制御可能な比例電磁弁を用いてもよい。更に、圧縮空気供給部２００において電磁弁２３１がオフのとき、ポンプユニット１１０内の圧縮空気を強制的に吸い出して速やかに大気圧又は所定圧力に減圧する強制減圧機構を設けてもよい。この強制減圧機構は、例えば、電磁弁２３１の排気ポートに圧力調整装置（エアーレギュレータ）を介して接続されたエアータンクと、そのエアータンクに接続された真空ポンプとを用いて構成することができる。また、加圧用媒体としては、圧縮空気以外の媒体を用いてもよい。
【００１６】
制御部３００は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、外部インターフェース等を有するマイクロコンピュータなどのコンピュータ装置で構成することでき、所定の制御プログラムを実行することにより、前記電磁弁２３１や圧力調整装置２２０を制御することができる。制御部３００は、所定の制御を行うように設計されたシステムＬＳＩ等の電子回路素子で構成してもよい。
【００１７】
［ポンプユニットの構成］
図２は、ポンプユニット１１０の分解斜視図であり、図３はポンプユニット１１０の斜視断面図であり、図４（ａ）及び（ｂ）はそれぞれポンプユニット１１０の正面図及び側面図である。
ポンプユニット１１０は、粉体流路Ｐを形成する弾性体からなる内壁部としてのチューブである内筒１２０と、内筒１２０を囲むように内筒１２０の粉体流路Ｐとは反対側（外側）に設けられた外壁部としての外筒１３０とを備えている。更に、ポンプユニット１１０は、搬送方向Ａにおける外筒１３０の両端部が固定された一対の接続部材（固定部材）としての上流側フランジ１４０及び下流側フランジ１４５を備えている。
【００１８】
本実施形態のポンプユニット１１０を有するコンベア１００は、人体の蠕動運動を行う腸管を複数のポンプユニットでモデル化した従来のものとは異なる。すなわち、人体の腸管をモデル化した従来のコンベアは、腸管の筋層を構成する環状筋及び縦走筋をそれぞれ内筒１２０及び外筒１３０で模倣しているため、軸方向繊維強化型の人工筋肉として機能する外筒１３０は、内筒１２０と同様に弾性体で形成される。したがって、従来のコンベアでは、複数のポンプユニットを直列に連結し、搬送方向下流側に向かって、各ポンプユニットが環状の収縮・弛緩動作と軸方向の収縮動作とを順次行うことにより、腸管の蠕動運動が再現される。
【００１９】
これに対し、本実施形態のコンベア１００は、外筒１３０が粉体流路Ｐの中心軸から離れる方向（放射方向）に関して剛性を有するように構成されている。具体的には、後述するように圧縮空気の供給によって内筒１２０が粉体流路Ｐの中心軸に向けて変形するときでも、外筒１３０は、粉体流路Ｐの中心軸から離れる方向へ実質的に変形しない程度の剛性を有する剛体で形成されている。本実施形態のコンベア１００における各ポンプユニットは、弾性体からなる内筒１２０によって環状の収縮・弛緩動作が行われるが、軸方向の収縮動作は剛体で構成された外筒１３０によって制限されて行われない。
【００２０】
なお、本実施形態では、外筒１３０それ自体を剛体で形成して外筒１３０を単一部材で構成しているが、２つ以上の部材を組み合わせて構成してもよい。例えば、柔軟な内側部材と、当該内側部材が圧縮空気の供給によって粉体流路Ｐの中心軸から離れる方向へ変形することを規制する外側部材（変形規制部材）とから構成してもよい。この構成によれば、例えば、外側部材で粉体流路Ｐの中心軸から離れる方向への変形を規制しつつ、粉体流路Ｐの中心軸に沿った方向への変形を許容するような外筒１３０を実現できる。この場合、ポンプユニットの軸方向への収縮動作が可能となるので、腸管の蠕動運動を再現することも可能である。
【００２１】
内筒１２０は、例えば、天然ラテックスゴム（例えば、低アンモニア天然ラテックスゴム）やシリコーンゴムなどのゴム部材から構成された円筒状の部材である。本実施形態の内筒１２０は、コンベア１００の全体で１つの内筒であり、複数のポンプユニット１１０における内筒が単一の部材である。これにより、ポンプユニット１１０間で粉体流路Ｐの段差等が無く、ポンプユニット１１０間の粉体の受け渡しをスムーズに行うことができる。なお、複数のポンプユニット１１０ごとに個別の内筒を採用してもよい。
【００２２】
上流側フランジ１４０及び下流側フランジ１４５は開口部を備えており、開口部の内周面１４０ａ，１４５ａは、図２、図３、図４に示すように、軸方向に直交する断面形状が略正三角形状となっている。この開口部に内筒部が挿入され、内周面に固定される。つまり各ポンプユニットの搬送方向上流側、下流側で内筒部を固定し支える機能を有している。そのため、各ポンプユニット１１０に嵌め込まれた内筒１２０は、上流側フランジ１４０及び下流側フランジ１４５の内周面１４０ａ，１４５ａの形状に倣って変形し、軸方向に直交する断面形状が略正三角形状となる。上流側フランジ１４０及び下流側フランジ１４５の内周面１４０ａ，１４５ａと内筒１２０との間は、空気漏れが生じないように接着される。
また、上流側フランジ１４０及び下流側フランジの内周面の略正三角形状の各辺に当たる部分は中心部に向かって突出（湾曲）している。これにより、後述する内筒の変形箇所を三辺の位置に規定しやすくなっている。
ここで、断面形状であるが、正三角形の各頂点が丸めてＲを持たせてあり、弾性を有する内筒がそのＲ形状に沿って密着できるようにされている。このように、各頂点が丸めてあるもの、また上述のように各辺が湾曲しているものも略正三角形状である。当然、正三角形でもかまわないし、正三角形以外の三角形状（略三角形状）でも問題ない。
【００２３】
このように、内筒１２０が略正三角形状であることで、内筒１２０の軸線方向に平行な方向に沿って、周方向に等角度（１２０°）の間隔をあけて３つの折り目１２０ａが延在する。この折り目１２０ａは、内筒１２０を構成する弾性体（ゴム部材）の変形を拘束し、弾性体を周方向に複数個（図示の例では３個）の膨張域に区画する。
すなわち
【００２４】
外筒１３０は、上述したとおり、剛体で形成され、例えば、アクリル樹脂などで形成することができる。外筒１３０の軸方向両端部はそれぞれ、上流側及び下流側フランジ１４０，１４５の外周面１４０ｂ，１４５ｂに外側固定リング１４２，１４７で固定されている。
【００２５】
上流側フランジ１４０は、複数の貫通孔１４０ｄを備え、粉体の流入側に配置される。下流側フランジ１４５は、複数の貫通孔１４５ｄを備え、粉体の排出側に配置される。貫通孔１４０ｄ，１４５ｄは、ポンプユニット１１０を軸方向に複数接続するときに位置決めして固定するための孔である。内筒１２０の外周側と外筒１３０の内周側と上流側フランジ１４０及び下流側フランジ１４５とによって、加圧用媒体である圧縮空気が供給される空気室Ｄが形成される。また、内筒１２０の内周側の表面により、粉体を搬送するための粉体流路である粉体流路Ｐが形成される。
【００２６】
外筒１３０には、図３や図５に示すように、上述の圧縮空気供給部２００から送られてくる圧縮空気を空気室Ｄに導入するための空気孔１３１が形成されている。本実施形態における空気孔１３１は、外筒１３０の軸方向中央部に形成されているが、外筒１３０の軸方向に流入側あるいは流出側に偏った位置に形成してもよい。また、この空気孔は、外筒１３０ではなく、上流側フランジ１４０あるいは下流側フランジ１４５に形成するようにしてもよい。
【００２７】
図４において、記号ｄは、ポンプユニット１１０の粉体流路Ｐの断面形状である正三角形状の一辺の長さ（変形前の内筒１２０の内側表面における断面形状（正三角形状）の一辺の長さ）である。また、図４において、記号ｌＤはポンプユニット１１０の搬送方向における長さであり、記号ｌＤ’は搬送方向における上流側フランジ１４０と下流側フランジ１４５との間のフランジ間距離の長さ（外筒１３０の露出部分の長さ）である。
【００２８】
図５は、内筒１２０の膨張時の変形を説明するための断面図である。
空気室Ｄに圧縮空気を導入すると、内筒１２０の空気室Ｄ側の面（外周面）に垂直な方向に空気圧が作用し、内筒１２０は内側方向（図中矢印の方向）に膨張するように変形する。このとき、内筒１２０の折り目１２０ａの近傍には、これに垂直な方向の空気圧が作用することになる。この空気圧により、折り目１２０ａは、更に折れる方向（内壁面同士が近づく方向）に変形する。そして、空気室Ｄ内の圧力を更に上昇させると、内筒１２０は、この折り目１２０ａによって複数個の膨張域に区画されて膨張するような膨張変形を起こし、図５中一点鎖線で示すように平面部が変形する。
【００２９】
一方、外筒１３０は、剛体で形成されているため、空気室Ｄ内の圧力を上昇させても、径方向（放射方向）外側へ膨張することはなく、また軸方向に収縮することはない。
【００３０】
図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ポンプユニット１１０の内筒１２０の膨張時の変形の様子を示す正面図及び側面図である。
図６（ａ）に示すように、外筒１３０はポンプユニット１１０の径方向（放射方向）外側へは膨張しない。一方、内筒１２０は、折り目１２０ａにより分割された複数の平面部が膨張域１２０（１）〜１２０（３）となって中心軸に向かって内側へ膨張する。このとき、図６（ｂ）に示すように、ポンプユニット１１０は軸方向へ収縮することはない。
【００３１】
本実施形態のポンプユニット１１０では、粉体を確実に搬送するために、折り目１２０ａが設けられた内筒１２０を、図６（ｂ）に示すように、最大変形時において変形ピーク箇所間で空隙Ｇが残るように変形（膨張）させている。すなわち、内筒１２０を変形させる際に、粉体流路Ｐ内の内筒１２０の変形ピーク箇所において粉体流路Ｐに空隙Ｇが残るように内筒１２０を変形させる。更に言い換えると、内筒１２０を変形させる際に、粉体流路Ｐを中心軸に沿った軸方向から見たとき空隙（開口部）が残るように内筒１２０を変形させる。
【００３２】
［粉体搬送動作］
次に、本実施形態の複数のポンプユニット１１０を有するコンベア１００の粉体搬送動作について説明する。
【００３３】
図７（ａ）〜（ｆ）は、６個のポンプユニット１１１〜１１６を有するコンベア１００の全体における粉体搬送動作の動作パターンの一例を示す説明図である。
なお、図７（ａ）〜（ｆ）は、コンベア１００の粉体搬送動作の１サイクル分を示している。また、本実施形態において、コンベア１００が図７（ａ）の状態で粉体搬送動作を開始した時点から次に図７（ａ）の状態になる時点までの１サイクル分の時間を、粉体搬送動作の動作間隔ｔｓと定義する。この動作間隔ｔｓは、粉体搬送動作の動作周期や、粉体搬送動作の１サイクル分の動作時間ともいう。
【００３４】
まず、図７（ａ）に示すように、第１〜第６ポンプユニット１１１〜１１６の連結方向が略水平方向になるようにコンベア１００をセットする。そして、最上流の第１ポンプユニット１１１を粉体収容部に連結して第１ポンプユニット１１１内へ粉体を導入する。次に、エアーチューブ２３５を介して第１ポンプユニット１１１に連結されている電磁弁２３１を開放して、第１ポンプユニット１１１の空気室Ｄ内に圧縮空気を所定の加圧時間ｔＡだけ供給する。この圧縮空気の供給により、第１ポンプユニット１１１の内筒１２０を内側に所定の変形量だけ変形させるように膨張させ、第１ポンプユニット１１１内の粉体を第２ポンプユニット１１２内に押し出す。
【００３５】
次に、第１ポンプユニット１１１の内筒１２０を膨張させたまま、エアーチューブ２３５を介して第２ポンプユニット１１２に連結されている電磁弁２３１を開放し、第２ポンプユニット１１２の空気室Ｄに圧縮空気を所定の加圧時間ｔＡだけ供給する。この圧縮空気の供給により、第２ポンプユニット１１２の内筒１２０を内側に所定の変形量だけ変形させるように膨張させ、第２ポンプユニット１１２内の粉体を第３ポンプユニット１１３内に押し出す。以下、この図７（ａ）の状態を初期状態として説明する。
【００３６】
次に、図７（ｂ）に示すように、第２ポンプユニット１１２の内筒１２０を膨張させたまま、エアーチューブ２３５を介して第３ポンプユニット１１３に連結されている電磁弁２３１を所定時間だけ開放する。これにより、第３ポンプユニット１１３の空気室Ｄ内に圧縮空気を所定の加圧時間ｔＡだけ供給する。この圧縮空気の供給により、第３ポンプユニット１１３の内筒１２０を内側に所定の変形量だけ変形させるように膨張させ、第３ポンプユニット１１３内の粉体を第４ポンプユニット１１４内に押し出す。このとき、エアーチューブ２３５を介して第１ポンプユニット１１１に連結されている電磁弁２３１を閉鎖する。この電磁弁２３１の閉鎖により、第１ポンプユニット１１１の空気室Ｄ内の圧縮空気は電磁弁２３１を介して排気されて大気圧まで減圧されるので、第１ポンプユニット１１１の内筒１２０は膨張前の元の形状に復元する。これにより、第１ポンプユニット１１１内の粉体経路Ｐの体積が元の体積まで大きくなるので、第１ポンプユニット１１１内に新たな粉体を導入することができる。
【００３７】
なお、上述の強制減圧機構を設けた場合は、第１ポンプユニット１１１の空気室Ｄ内の圧縮空気を強制的に吸い出して速やかに大気圧又は所定圧力に戻すことができるので、第１ポンプユニット１１１内に新たな粉体をより速やかに導入することができる。
【００３８】
次に、図７（ｃ）に示すように、第３ポンプユニット１１３の内筒１２０を膨張させたまま、第４ポンプユニット１１４の内筒１２０を膨張させて、第４ポンプユニット１１４内の粉体を第５ポンプユニット１１５内に押し出す。それとともに、第２ポンプユニット１１２の内筒１２０を収縮させる。
【００３９】
次に、図７（ｄ）に示すように、第４ポンプユニット１１４の内筒１２０を膨張させたまま、第５ポンプユニット１１５の内筒１２０を膨張させて、第５ポンプユニット１１５内の粉体を第６ポンプユニット１１６内に押し出す。それとともに、第３ポンプユニット１１３の内筒１２０を収縮させる。
【００４０】
次に、図７（ｅ）に示すように、第５ポンプユニット１１５の内筒１２０を膨張させたまま、第６ポンプユニット１１６の内筒１２０を膨張させて、第６ポンプユニット１１６内の粉体をコンベア１００の外部へ押し出す。それとともに、第４ポンプユニット１１４の内筒１２０を収縮させる。
【００４１】
次に、図７（ｆ）に示すように、第６ポンプユニット１１６の内筒１２０を膨張させたまま、第１ポンプユニット１１１を膨張させて、第１ポンプユニット１１１内の粉体を第２ポンプユニット１１２内に押し出す。それとともに、第５ポンプユニット１１５の内筒１２０を収縮させる。その後、第６ポンプユニット１１６の内筒１２０を収縮させるとともに、第１ポンプユニット１１１を膨張させたまま第２ポンプユニット１１２の内筒１２０を膨張させると、図７（ａ）の状態になる。
【００４２】
以下、図７（ａ）〜図７（ｆ）の動作を繰り返すことにより、第１ポンプユニット１１１内へ注入された粉体を第６ポンプユニット１１６からコンベア１００の外部へ排出することができる。
【００４３】
図７（ａ）〜（ｆ）に例示したようなコンベア１００の粉体搬送動作には、「波長」、「送り」及び「波数」の３つの要素がある。ここで、波長ｌｗは互いに隣接して内筒１２０が膨張するポンプユニット１１０の数である（図７（ａ）参照）。また、送りｐｗは内筒１２０を膨張させて粉体を送るポンプユニット１１０の数である（図７（ｂ）参照）。波数ｎｗは、コンベア１００全体で同時に伝播させる波の数である（図７（ｃ）参照）。前記図７（ａ）〜（ｆ）の例は、波長ｌｗが２、送りｐｗが１、波数ｎｗが１の場合の粉体搬送動作の動作パターンの例である。
【００４４】
［理論幾何最大搬送量］
次に、前記構成のコンベア１００の蠕動運動による粉体搬送動作における理論幾何最大搬送量について説明する。
上述の図４に示すように、ポンプユニット１１０の粉体流路Ｐの断面正三角形状の一辺をｄ［ｍｍ］とし、ポンプユニット１１０の搬送方向における長さをｌＤ［ｍｍ］とする。１個のポンプユニット１１０の内部空間理論体積（変形前の粉体流路Ｐの体積）Ｖ０［ｍｍ３］は次式（１）で表される。
【数１】
2018096252.tif 000003
【００４５】
また、ポンプユニット１１０の１個あたりの粉体の押出し体積率（体積排除率）Ｆｐ［％］を次式（２）で定義する。ここで、Ｖｐはポンプユニット１１０の加圧時（膨張変形時）における粉体流路Ｐの内部体積［ｍｍ３］である。
【数２】
2018096252.tif 000004
【００４６】
例えば、上述の図１に示すようにコンベア１００を水平に配置し、そのコンベア１００の最上流側のポンプユニット１１０への粉体４００の供給を、エルボ管からの流れ込みを用いる場合を考える。この場合、ポンプユニット１１０の粉体流路Ｐの初期内部体積Ｖ０に対する粉体流路Ｐに充填される粉体４００の体積Ｖｆの割合である次式（３）の充填率Ｒｆは、最大でも５０［％］と見積もられる。
【数３】
2018096252.tif 000005
【００４７】
更に、上述の図６（ｂ）に示すように、本実施形態のポンプユニット１１０の内筒１２０は半円状に膨張変形するため、ポンプユニット１１０から軸方向に沿った任意の方向への粉体の搬送量は、押出し体積率Ｆｐで２５［％］と推定される。この押出し体積率Ｆｐを用いて、コンベア１００で搬送される粉体の単位時間当たりの理論幾何最大搬送量（体積）Ｑｓ［ｍｍ３／ｓ］を求める式は、次式（４）で表される。ここで、式中のｌｗ、ｎｗ及びｔｓ［ｓ］は、それぞれ、上述の動作パターンの波長、波数及び動作間隔である。また、式中のＮｓはコンベア１００を構成するポンプユニット１１０の個数である。
【数４】
2018096252.tif 000006
【００４８】
更に、粉体の密度をρ［ｇ／ｍｍ３］とすると、コンベア１００で搬送される粉体の単位時間当たりの理論幾何最大搬送量（質量）Ｑｐ［ｇ／ｓ］は、次式（５）で表される。
【数５】
2018096252.tif 000007
【００４９】
［ポンプユニットの軸方向収縮の効果］
人体の蠕動運動を行う腸管を複数のポンプユニットでモデル化した従来のコンベアでは、外筒１３０を軸方向繊維強化型の人工筋肉として機能させ、各ポンプユニットが軸方向へ収縮する動作を伴い、腸管の蠕動運動を再現している。しかしながら、本発明者らの研究によれば、各ポンプユニットの軸方向への収縮動作は、単位時間あたりの搬送量（搬送速度）を向上させることへの寄与が少ないことが判明した。そのため、本実施形態では、外筒１３０を剛体で形成し、ポンプユニット１１０が軸方向へ収縮しない構成としている。
【００５０】
ここで、各ポンプユニットが軸方向へ収縮する動作を伴う従来のコンベアと、各ポンプユニットが軸方向へ収縮する動作を伴わないコンベアとを比較した比較実験について説明する。
ただし、この比較実験で用いた従来のコンベアは、内筒１２０が非膨張時に円筒形状をとり、変形ピーク箇所が４つとなるように内筒１２０を膨張させる構成であり、外筒１３０が弾性体で構成されていて内筒１２０の膨張時には外筒１３０も径方向外側へ膨張する構成である。一方、各ポンプユニットが軸方向へ収縮する動作を伴わないコンベアは、この従来のコンベアに対し、各ポンプユニットが軸方向へ収縮する動作を規制する部材を設置したもので、そのほかの構成は従来のコンベアと同じである。また、この比較実験では、コンベアの一方の端部から供給された粉体が反対側の端部へ搬送されるのかを確認し、単位時間あたりの搬送量（搬送速度）を測定した。搬送対象の粉体４００としては電子写真式の画像形成装置における現像剤を構成するキャリアを用いた。
【００５１】
図８は、本比較実験に用いたシステムの概略構成図である。なお、図８において上述の図１と共通する部分については同じ符号を付し、それらの説明は省略する。図中のＬ０はコンベア１００の搬送方向における長さである。
図８において、コンベア１００の搬送方向上流側の端部にアクリル製のエルボ管４１６を接続し、エルボ管４１６の上部にアクリル製の直管４１７を配置した。コンベア１００の各ポンプユニット１１０（１１１〜１１４）は空の状態で設置し、直管４１７の上部より粉体（キャリア）４００を供給し、エルボ管４１６及び直管４１７を粉体４００で満たした。なお、粉体４００は十分な量が常にエルボ管４１６及び直管４１７内に満たされているようにした。
【００５２】
各ポンプユニット１１０（１１１〜１１４）を駆動するときに印加する圧縮空気の印加圧力は、ポンプユニット１１０内の粉体４００を十分に押し出せる圧力である４０［ｋＰａ］とした。コンベア１００を制御する制御部３００としては、Ｈ８マイコン（ルネサス エレクトロニクス株式会社製）からなるＭＣＵ（Micro Controller Unit）を用いた。ポンプユニット１１０の加圧時間ｔＡは、１００［ｍｓ］、３００［ｍｓ］、５００［ｍｓ］、１０００［ｍｓ］、１５００［ｍｓ］の５種類とした。また、粉体搬送動作例の動作パターンの波長−送り−波数は２−１−１とした。
【００５３】
図９は、本比較実験におけるポンプユニット１１０（１１１〜１１４）の加圧オン・オフ制御（電磁弁のオン・オフ制御）の一例を示すタイムチャートである。
なお、図９は粉体搬送動作の１サイクル分の加圧オン・オフ制御の例である。図中のｔＡが第１〜第４ポンプユニット１１０（１１１〜１１４）に対する加圧時間であり、ｔｓが粉体搬送動作の動作間隔である。
【００５４】
粉体搬送量の測定方法としては、コンベア１００のキャリア供給側とは反対側の端部から排出された粉体４００の質量を測定することで単位時間当たりの搬送量［ｇ／ｓ］を求める方法を用いた。コンベア１００から排出された粉体４００の質量測定には、質量測定手段としての電子はかり（株式会社島津製作所製のＵＷ６２００Ｈ）４２０を使用した。また、粉体４００の質量測定は、コンベア１００の定常状態を確認した後に開始し、２秒ごとに測定した。
【００５５】
図１０は、本比較実験の結果を示すグラフである。
図１０からわかるように、各ポンプユニットが軸方向へ収縮する動作を伴う場合と伴わない場合とを比較しても、単位時間あたりの搬送量に大きな差が見られなかった。ただし、各ポンプユニット１１０（１１１〜１１４）に対する加圧時間ｔＡが比較的長いケースでは、各ポンプユニットが軸方向へ収縮する動作を伴う場合の方が、伴わない場合よりも、僅かながら単位時間あたりの搬送量が多い。これは、加圧時間ｔＡが比較的長いケースでは、ポンプユニットの軸方向への収縮量を多く確保でき、これによりポンプユニット間の搬送量（受け渡し量）が増え、軸方向への収縮動作を伴わない場合よりも単位時間あたりの搬送量が多くなったものと考えられる。
【００５６】
しかしながら、図１０に示すように、加圧時間ｔＡを長くすることは、単位時間あたりの搬送量を減らすことになる。したがって、通常は、単位時間あたりの搬送量を増大させるために短い加圧時間ｔＡを設定することになり、各ポンプユニットが軸方向への収縮動作を伴う場合と伴わない場合とで、単位時間あたりの搬送量に差が出ることはない。
【００５７】
［外筒の径方向膨張の規制効果］
次に、本実施形態のように、空気室Ｄに圧縮空気が導入されても外筒１３０が膨張しないことによる効果について説明する。
一般に、各ポンプユニット１１０へ圧縮空気を送り込む加圧時間ｔＡを短くするほど、コンベア１００による単位時間あたりの搬送量を増大させることができる。ただし、加圧時間ｔＡを短くし過ぎると、内筒１２０が変形するための時間が足りず、内筒１２０の変形量が不足して、かえって単位時間あたりの搬送量を低下させることになる。このことは、上述した比較実験の結果を示す図１０のグラフにも示されており、この比較実験では、ポンプユニット１１０の加圧時間ｔＡを５００［ｍｓ］に設定したときが単位時間あたりの搬送量を最大化でき、これよりも短い加圧時間ｔＡに設定すると単位時間あたりの搬送量が低下している。
【００５８】
図１１は、本実施形態におけるコンベア１００を用いて、単位時間あたりの搬送量を測定した結果を示すグラフである。
この測定では、上述した比較実験と同様の方法で測定を行った。ただし、各ポンプユニット１１０を駆動するときに印加する圧縮空気の印加圧力は２０［ｋＰａ］とし、ポンプユニット１１０の加圧時間ｔＡは、１０［ｍｓ］、３０［ｍｓ］、５０［ｍｓ］、１００［ｍｓ］、３００［ｍｓ］の５種類とした。
【００５９】
図１１に示すように、本実施形態におけるコンベア１００によれば、単位時間あたりの搬送量が最大となる加圧時間ｔＡは、３０［ｍｓ］であり、従来のコンベアでの５００［ｍｓ］よりも短くなった。これは、空気室Ｄに圧縮空気を送り込んだときに剛体で形成された外筒１３０が径方向外側へ膨張しないため、空気室Ｄ内の圧力上昇速度が速くなり、内筒１２０を迅速に膨張（変形）させることができるようになったことが理由であると考えられる。
【００６０】
このように、単位時間あたりの搬送量が最大となる加圧時間ｔＡが短くなったことで、本実施形態のコンベア１００では、図１１に示すように、単位時間あたりの搬送量を７．８［ｇ／ｓ］とすることができる。これは、図１０に示した従来のコンベアによる単位時間あたりの搬送量（２．１［ｇ／ｓ］）の３倍以上である。
【００６１】
[変形ピーク箇所が３つであること]
また、本実施形態におけるコンベア１００は、内筒１２０の変形ピーク箇所の数が３つであり、内筒１２０の変形ピーク箇所の数が４つである従来のコンベアよりも少ないことも、単位時間あたりの搬送量が向上した要因であると考えられる。つまり同一の径を有する内筒であれば、従来の変形ピーク箇所の数が４つであるものよりも、膨張域の大きさが大きくなり搬送する能力が向上するものである。特に、本実施形態におけるコンベア１００では、内筒１２０の３つの膨張域（内筒１２０の平面部）のうちの１つの膨張域だけで、粉体流路Ｐの底面を構成し、粉体流路Ｐの底面を略水平面としている。これにより、内筒１２０の膨張域が膨張したときに粉体流路Ｐの底面が盛り上げるように変形し、粉体流路Ｐ内の粉体に効率よく搬送力を付与できる。
【００６２】
特に、本実施形態において、各ポンプユニット１１０の上流側フランジ１４０、下流側フランジ１４５は、略正三角形状をなす内周面１４０ａ，１４５ａの一辺が水平面となるように配置されている。そのため、隣接する２つのポンプユニット１１０の粉体流路Ｐを連通させる連通路の底部（上流側フランジ１４０及び下流側フランジ１４５は、正三角形状をなす内周面１４０ａ，１４５ａの一辺）が水平面となっている。この場合、ポンプユニット１１０の粉体流路Ｐ内の粉体を次のポンプユニット１１０へ受け渡すときの搬送抵抗を少なくでき、単位時間あたりの搬送量を向上させることができる。
【００６３】
［ポンプユニットの軸方向長さ］
次に、ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤと単位時間当たりの搬送量との関係について説明する。
この関係を調べる実験で用いた２つのコンベアのうちの一方（ＴＰＣ−Ｌ５０）は、本実施形態のコンベア１００であり、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤは５０［ｍｍ］である。もう一方のコンベア（ＴＰＣ−Ｌ２５）は、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤが２５［ｍｍ］である以外は、本実施形態のコンベア１００と同様の構成である。また、ポンプユニット１１０の加圧時間ｔＡは、本実施形態のコンベア１００（ＴＰＣ−Ｌ５０）が単位時間あたりの搬送量を最大化できる３０［ｍｓ］に設定した。なお、この測定では、上述した比較実験と同様の方法で測定を行った。
【００６４】
図１２は、ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤが異なる前記２つのコンベアについての累積搬送量の時間推移を示すグラフである。
図１２より、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤが短いコンベア（ＴＰＣ−Ｌ２５）の方が、累積搬送量が多いことがわかる。単位時間あたりの搬送量に換算すると、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤが長いコンベア（ＴＰＣ−Ｌ５０）では７．８［ｇ／ｓ］であったが、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤが短いコンベア（ＴＰＣ−Ｌ２５）では１４．８［ｇ／ｓ］となり、約２倍となった。なお、一般的な粉体搬送で用いられる同じ直径をもったスクリューコンベアの場合の単位時間あたりの搬送量がおよそ１０［ｇ／ｓ］であるため、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤが短いコンベア（ＴＰＣ−Ｌ２５）によれば、単位時間あたりの搬送量をスクリューコンベアの約１．５倍とすることができる。
【００６５】
また、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤが短いコンベア（ＴＰＣ−Ｌ２５）については、各ポンプユニット１１０の空気室Ｄの体積が小さいので、内筒１２０を最大変形させるのに必要な圧縮空気の量が少なくて済む。したがって、単位時間あたりの搬送量を最大化できる加圧時間ｔＡは、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤが長いコンベア（ＴＰＣ−Ｌ５０）の３０［ｍｓ］よりも更に短くすることが可能である。そして、実際に測定してみたところ、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤが短いコンベア（ＴＰＣ−Ｌ２５）では、加圧時間ｔＡが１０［ｍｓ］である場合に単位時間あたりの搬送量を最大化でき、６４．３［ｇ／ｓ］を達成することができた。これは、図１０に示した従来のコンベアによる単位時間あたりの搬送量（２．１［ｇ／ｓ］）の約３０倍であり、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤが長いコンベア（ＴＰＣ−Ｌ５０）による単位時間あたりの搬送量（７．８［ｇ／ｓ］）の約８．２倍である。また、一般的な粉体搬送で用いられる同じ直径をもったスクリューコンベアの場合の単位時間あたりの搬送量（１０［ｇ／ｓ］）の約６．４倍に相当する。
【００６６】
ところで、ここでの実験では、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さｌＤが１００［ｍｍ］であるコンベア（ＴＰＣ−Ｌ１００）についても同様の測定を行ったところ、単位時間あたりの搬送量は、加圧時間ｔＡを１００［ｍｓ］に設定したときに最大となり、約０．２［ｇ／ｓ］であった。これは、上述した２つのコンベア（ＴＰＣ−Ｌ２５，ＴＰＣ−Ｌ５０）と比較して明らかに少ない。その原因について調べたところ、このコンベア（ＴＰＣ−Ｌ１００）では、各ポンプユニット１１０の内筒１２０内における粉体の残留量が徐々に増えておき、一定時間稼働した後には、各ポンプユニット１１０の内筒１２０が粉体の自重によって撓んでしまっていた。これが、単位時間あたりの搬送量が少ない原因であると考えられる。
【００６７】
図１３は、以上の実験結果をまとめたグラフである。
単位時間あたりの搬送量を向上させるうえでは、各ポンプユニットの加圧時間ｔＡを短くすることが有効である。これは、単位時間あたりの動作回数を増やすことができるからである。そして、ポンプユニットの加圧時間ｔＡを短くするうえでは、各ポンプユニット１１０の搬送方向長さを短くすることが有効である。これは、各ポンプユニット１１０の空気室Ｄの体積を小さくでき、これにより内筒１２０を最大変形させるのに必要な圧縮空気の量が少なくて済む結果、より短い時間で内筒１２０を最大変形させることができるからである。また、ポンプユニットの加圧時間ｔＡを短くするうえでは、各ポンプユニット１１０の外筒１３０の径方向外側への膨張を規制することも有効である。これは、空気室Ｄに圧縮空気を送り込んだときの空気室Ｄ内の圧力上昇速度が速くなるため、内筒１２０を迅速に膨張（変形）させることができるからである。
【００６８】
図１４は、本実施形態に係る粉体搬送装置を適用可能な画像形成装置５００の一例を示す概略構成図である。
図１４の画像形成装置５００は、電子写真方式の画像形成装置であり、像担持体としての回転駆動可能な感光体ドラム５１０を備えている。感光体ドラム５１０の周りには、帯電手段としての帯電ローラ５２０と、現像手段としての現像装置５３０と、転写手段としての転写チャージャ５４０と、像担持体クリーニング手段としてのクリーニング装置５５０とを備えている。更に、画像形成装置５００は、露光手段としての光書き込み装置５６０と、定着手段としての定着装置５７０とを備えている。
【００６９】
画像形成装置５００で画像形成動作が開始されると、帯電ローラ５２０で所定電位に帯電された感光体ドラム５１０の表面に光書き込み装置５６０で光が走査されながら照射されることにより、感光体ドラム５１０の表面に静電潜像が形成される。感光体ドラム５１０上の静電潜像は現像装置で現像されてトナー像となる。感光体ドラム５１０上のトナー像は、転写チャージャ５４０と感光体ドラム５１０との間に所定のタイミングで搬送されてくる記録媒体としての用紙６００に転写され、定着装置５７０で用紙６００上に定着される。トナー像が転写された感光体ドラム５１０の表面はクリーニング装置５５０でクリーニングされる。
【００７０】
本実施形態における現像装置５３０は、トナーとキャリアとを含む二成分の現像剤を用いて潜像を現像する現像装置である。現像装置５３０は、感光体ドラム５１０に対向するように配置された現像剤担持体としての現像ローラと、装置内の現像剤は攪拌しながら搬送する現像剤攪拌搬送手段と、装置内の現像剤のトナー濃度を検知するセンサ５３５とを備える。現像剤攪拌搬送手段は、互いに逆向き（図中の奥側に向かう方向及び手前側に向かう方向）に現像剤を攪拌しながら搬送する１対の現像剤搬送部５３３、５３４で構成される。また、現像装置内の現像剤のトナー濃度が所定の濃度よりも低下した場合は、センサ５３５の検知結果に基づいて、トナー収容部５８０内のトナーがトナー搬送部５８１で搬送されて現像装置５３０に補給される。
【００７１】
図１４の画像形成装置５００において、本実施形態に係る粉体搬送装置１０は、現像装置５３０の現像剤搬送部５３３，５３４における現像剤の搬送と、トナー搬送部５８１におけるトナーの搬送とに適用することができる。この場合、粉体搬送装置１０のコンベア１００が現像剤搬送部５３３，５３４及びトナー搬送部５８１に配置され、従来の回転駆動されるスクリューを用いた場合に比して、トナー及び現像剤の凝集を抑制しつつトナー及び現像剤を高速搬送することができる。特に、従来の従来の回転駆動されるスクリューを用いた場合とは異なり、トナーなどの搬送部に近い位置に配置されたモータなどの発熱がないため、冷却装置を設ける必要がなく、非クーラント化による省スペースにつながる。
【００７２】
なお、本実施形態に係る粉体搬送装置１０は、現像装置５３０の現像剤搬送部５３３、５３４及びトナー搬送部５８１のいずれか一方に適用してもよい。また、図１４の画像形成装置の例では、二成分現像方式の現像装置を用いる場合について説明したが、上述の実施形態に係る粉体搬送装置１０は、一成分現像方式の現像装置を用いる画像形成装置にも適用できる。また、上述の実施形態に係る粉体搬送装置１０は、複数色（例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）のトナーを用いたカラー画像形成装置におけるトナーの搬送や、トナー及びキャリアを含む現像剤の搬送にも適用できる。更に、上述の実施形態に係る粉体搬送装置１０は、キャリアやトナーの製造時におけるキャリア、トナー、それらの製造に用いる材料（流体）等の搬送にも適用することができる。
【００７３】
なお、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に記載の範囲には限定されない。上述した実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得る。
【符号の説明】
【００７４】
１０  粉体搬送装置
１００  コンベア
１１０（１１１〜１１６）  ポンプユニット
１２０ 内筒
１２０ａ  折り目
１３０  外筒
１３１  空気孔
１４０  上流側フランジ
１４５  下流側フランジ
２００  圧縮空気供給部
２１０  圧縮空気発生装置
２２０  圧力調整装置
２３０  圧縮空気供給切換装置
２３１  電磁弁
３００  制御部
４００  粉体
５００  画像形成装置
５３０  現像装置
５３３，５３４  現像剤搬送部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７５】
【特許文献１】特開２０１６−１０９１０７号公報
【図１】
2018096252.tif 000008
【図２】
2018096252.tif 000009
【図３】
2018096252.tif 000010
【図４】
2018096252.tif 000011
【図５】
2018096252.tif 000012
【図６】
2018096252.tif 000013
【図７】
2018096252.tif 000014
【図８】
2018096252.tif 000015
【図９】
2018096252.tif 000016
【図１０】
2018096252.tif 000017
【図１１】
2018096252.tif 000018
【図１２】
2018096252.tif 000019
【図１３】
2018096252.tif 000020
【図１４】
2018096252.tif 000021