(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、該ステータに形成された貫通孔に回転可能に配置されたロータとを具備し、前記ステータの貫通孔は、螺旋状に延びる２条の溝によって形成され、かつ前記ロータは、該ロータの外周面と前記ステータの貫通孔内周面との間に粉体移送用の空隙が形成されるように螺旋状に延びていて、該ロータを回転駆動することにより、前記空隙を移動させて該空隙内の粉体状のトナーを移送する粉体ポンプにおいて、
前記ロータの横断面径をＲＡmm、前記ステータの貫通孔の最小内径をＳＮmmとしたとき、ＲＡ−ＳＮ≧０．４５とし、かつ前記ロータの半径方向最外方部の山部と前記ステータの貫通孔の谷部とが圧接して前記貫通孔の谷部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ３とし、前記貫通孔の山部と前記ロータの山部とが圧接して貫通孔の山部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ４としたときのｄ３とｄ４の合計の値が０．４５mm以上となるように、横断面径ＲＡｍｍ、該ロータの外径ＲＢｍｍ、前記ステータ貫通孔の最小内径ＳＮｍｍ、該貫通孔の最大内径ＳＸｍｍを設定し、アルミニウム、ポリカーボネイト、又はポリアセタール樹脂より成るロータ、或いはこれらのうちの１つの材料を主材料とするロータを用い、かつＪＩＳ  Ａ硬度５０度以下のエチレンプロピレンゴム、又はクロロプレンゴムより成るステータ、或いはこれらのいずれか一方のゴムを主材料とするステータを用いると共に、ロータの回転数が１００rpm乃至４００rpmで使用されることを特徴とする粉体ポンプ。
【請求項２】
ステータと、該ステータに形成された貫通孔に回転可能に配置されたロータとを具備し、前記ステータの貫通孔は、螺旋状に延びる２条の溝によって形成され、かつ前記ロータは、該ロータの外周面と前記ステータの貫通孔内周面との間に粉体移送用の空隙が形成されるように螺旋状に延びていて、該ロータを回転駆動することにより、前記空隙を移動させて該空隙内の粉体状のトナーを移送する粉体ポンプにおいて、
前記ロータの半径方向最外方部の山部と前記ステータの貫通孔の谷部とが圧接して前記貫通孔の谷部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ３とし、前記貫通孔の山部と前記ロータの山部とが圧接して貫通孔の山部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ４としたときのｄ３とｄ４の合計の値が０．４５mm以上となるように設定され、かつ前記ロータの横断面径をＲＡmm、該ロータの外径をＲＢmm、前記ステータの貫通孔の最小内径をＳＮmm、該貫通孔の最大内径をＳＸmmとしたとき、−０．１８≦ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２−（ＲＡ−ＳＮ）≦０．１６を満たすように、ＲＡ、ＲＢ、ＳＮ及びＳＸを設定し、アルミニウム、ポリカーボネイト、又はポリアセタール樹脂より成るロータ、或いはこれらのうちの１つの材料を主材料とするロータを用い、かつＪＩＳ  Ａ硬度５０度以下のエチレンプロピレンゴム、又はクロロプレンゴムより成るステータ、或いはこれらのいずれか一方のゴムを主材料とするステータを用いると共に、ロータの回転数が１００rpm乃至４００rpmで使用されることを特徴とする粉体ポンプ。
【請求項３】
ステータと、該ステータに形成された貫通孔に回転可能に配置されたロータとを具備し、前記ステータの貫通孔は、螺旋状に延びる２条の溝によって形成され、かつ前記ロータは、該ロータの外周面と前記ステータの貫通孔内周面との間に粉体移送用の空隙が形成されるように螺旋状に延びていて、該ロータを回転駆動することにより、前記空隙を移動させて該空隙内の粉体状のトナーを移送する粉体ポンプにおいて、
前記ロータの半径方向最外方部の山部と前記ステータの貫通孔の谷部とが圧接して前記貫通孔の谷部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ３とし、前記貫通孔の山部と前記ロータの山部とが圧接して貫通孔の山部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ４としたときのｄ３とｄ４の合計の値が０．４５ｍｍ以上となるように設定され、かつ前記ロータの横断面径をＲＡmm、該ロータの外径をＲＢmm、前記ステータの貫通孔の最小内径をＳＮmm、該貫通孔の最大内径をＳＸmmとしたとき、ＲＡ−ＳＮ≧０．４で、かつＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２≧０．４を満たすと共に、−０．１８≦ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２−（ＲＡ−ＳＮ）≦０．１２を満たすように、ＲＡ、ＲＢ、ＳＮ及びＳＸを設定し、アルミニウム、ポリカーボネイト、又はポリアセタール樹脂より成るロータ、或いはこれらのうちの１つの材料を主材料とするロータを用い、かつＪＩＳ  Ａ硬度５０度以下のエチレンプロピレンゴム、又はクロロプレンゴムより成るステータ、或いはこれらのいずれか一方のゴムを主材料とするステータを用いると共に、ロータの回転数が１００rpm乃至４００rpmで使用されることを特徴とする粉体ポンプ。
【請求項４】
ステータと、該ステータに形成された貫通孔に回転自在に配置されたロータとを具備し、前記ステータの貫通孔は、螺旋状に延びる２条の溝によって形成され、かつ前記ロータは、該ロータの外周面と前記ステータの貫通孔内周面との間に粉体移送用の空隙が形成されるように螺旋状に延びていて、該ロータを回転駆動することにより、前記空隙を移動させて該空隙内の粉体状のトナーを移送する粉体ポンプにおいて、
前記ロータの半径方向最外方部の山部と前記ステータの貫通孔の谷部とが圧接して前記貫通孔の谷部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ３とし、前記貫通孔の山部と前記ロータの山部とが圧接して貫通孔の山部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ４としたときのｄ３とｄ４の合計の値が０．４５ｍｍ以上となるように設定され、かつ前記ロータの横断面径をＲＡmm、該ロータの外径をＲＢmm、前記ステータの貫通孔の最小内径をＳＮmm、該貫通孔の最大内径をＳＸmmとしたとき、ＲＡ−ＳＮ≧０．５で、かつＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２≧０．５を満たすと共に、−０．１８≦ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２−（ＲＡ−ＳＮ）≦０．１２を満たすように、ＲＡ、ＲＢ、ＳＮ及びＳＸを設定し、アルミニウム、ポリカーボネイト、又はポリアセタール樹脂より成るロータ、或いはこれらのうちの１つの材料を主材料とするロータを用い、かつＪＩＳ  Ａ硬度５０度以下のエチレンプロピレンゴム、又はクロロプレンゴムより成るステータ、或いはこれらのいずれか一方のゴムを主材料とするステータを用いると共に、ロータの回転数が１００rpm乃至４００rpmで使用されることを特徴とする粉体ポンプ。
【請求項５】
ＲＡ−ＳＮ≦０．９で、かつＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２≦０．９を満たすように、ＲＡ、ＲＢ、ＳＮ及びＳＸを設定した請求項１乃至４のいずれかに記載の粉体ポンプ。
【請求項６】
前記ステータの貫通孔を形成する各溝のステータ横断面における半径をＳＲmmとしたとき、０．９≦ＳＮ／２ＳＲ≦０．９５を満たすように、ＳＮとＳＲを設定した請求項１乃至５のいずれかに記載の粉体ポンプ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の粉体ポンプを有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステータと、該ステータに形成された貫通孔に回転可能に配置されたロータとを具備し、前記ステータの貫通孔は、螺旋状に延びる２条の溝によって形成され、かつ前記ロータは、該ロータの外周面と前記ステータの貫通孔内周面との間に粉体移送用の空隙が形成されるように螺旋状に延びていて、該ロータを回転駆動することにより、前記空隙を移動させて該空隙内の粉体状のトナーを移送する粉体ポンプ、及びその粉体ポンプを有する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種の粉体を移送する目的で上記形式の粉体ポンプを用いることは従来より周知である。例えば、複写機、ファクシミリ、プリンタ或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成される画像形成装置においては、粉体状のトナー、或いはトナーとキャリアを有する粉体状の二成分系現像剤などを移送する目的で上述の粉体ポンプが採用されている（例えば、特開平１１−８４８７３号公報参照）。かかる粉体ポンプは、一軸偏心スクリューポンプ又は一般にモーノポンプとも称せられている。
【０００３】
上述の粉体ポンプは、ロータが回転することにより、該ロータの外周面とステータの貫通孔内周面との間に区画された空隙が移動し、その空隙に封入された粉体が移送されるように構成されている。一般に、ロータは金属又は樹脂などの剛体により構成され、ステータは例えばゴムや軟質樹脂などの弾性材料によって構成されている。
【０００４】
このような粉体ポンプが単位時間当りに粉体を移送できる量を増大させるには、粉体ポンプの粉体吸い込み側の吸引圧力を大きくできるように、上述の空隙の密閉性を高めればよい。剛体より成るロータの外周面が弾性体より成るステータの貫通孔内周面に圧接してその内周面を弾性変形させて該内周面を圧縮させる量を食い込み量と称することにすると、上述のように空隙の密閉性を高めるには、くい込み量を大きくして、空隙のまわりのロータの外周面部分とステータの貫通孔内周面部分との圧接力をできるだけ高めるようにするのである。
【０００５】
ところが、ステータの食い込み量をやみくもに大きくすると、ロータのトルクが上昇し、ステータの摩耗量が促進されると共に、ステータとロータの摩擦による粉体ポンプの温度上昇が著しくなる。従って、粉体ポンプにより移送される粉体が熱の影響を受けやすいものであるときは、粉体ポンプの温度上昇により、その粉体に悪影響を及ぼすおそれがある。例えば、その粉体がトナー又はトナーとキャリアを有する二成分系現像剤である場合、粉体ポンプの温度上昇によってそのトナーが凝集しやすくなる欠点を免れない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の新規な認識に基づきなされたものであり、その第１の目的は、上記の不具合を最小限に抑えつつ、粉体状のトナーの移送効率を高めることの可能な冒頭に記載した形式の粉体ポンプを提供することにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、上述の粉体ポンプを有する画像形成装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記第１の目的を達成するため、冒頭に記載した形式の粉体ポンプにおいて、前記ロータの横断面径をＲＡmm、前記ステータの貫通孔の最小内径をＳＮmmとしたとき、ＲＡ−ＳＮ≧０．４５とし、かつ前記ロータの半径方向最外方部の山部と前記ステータの貫通孔の谷部とが圧接して前記貫通孔の谷部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ３とし、前記貫通孔の山部と前記ロータの山部とが圧接して貫通孔の山部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ４としたときのｄ３とｄ４の合計の値が０．４５mm以上となるように、横断面径ＲＡｍｍ、該ロータの外径ＲＢｍｍ、前記ステータ貫通孔の最小内径ＳＮｍｍ、該貫通孔の最大内径ＳＸｍｍを設定し、アルミニウム、ポリカーボネイト、又はポリアセタール樹脂より成るロータ、或いはこれらのうちの１つの材料を主材料とするロータを用い、かつＪＩＳ  Ａ硬度５０度以下のエチレンプロピレンゴム、又はクロロプレンゴムより成るステータ、或いはこれらのいずれか一方のゴムを主材料とするステータを用いると共に、ロータの回転数が１００rpm乃至４００rpmで使用されることを特徴とする粉体ポンプを提案する（請求項１）。
【０００９】
また、本発明は、上記第１の目的を達成するため、冒頭に記載した形式の粉体ポンプにおいて、前記ロータの半径方向最外方部の山部と前記ステータの貫通孔の谷部とが圧接して前記貫通孔の谷部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ３とし、前記貫通孔の山部と前記ロータの山部とが圧接して貫通孔の山部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ４としたときのｄ３とｄ４の合計の値が０．４５mm以上となるように設定され、かつ前記ロータの横断面径をＲＡmm、該ロータの外径をＲＢmm、前記ステータの貫通孔の最小内径をＳＮmm、該貫通孔の最大内径をＳＸmmとしたとき、−０．１８≦ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２−（ＲＡ−ＳＮ）≦０．１６を満たすように、ＲＡ、ＲＢ、ＳＮ及びＳＸを設定し、アルミニウム、ポリカーボネイト、又はポリアセタール樹脂より成るロータ、或いはこれらのうちの１つの材料を主材料とするロータを用い、かつＪＩＳ  Ａ硬度５０度以下のエチレンプロピレンゴム、又はクロロプレンゴムより成るステータ、或いはこれらのいずれか一方のゴムを主材料とするステータを用いると共に、ロータの回転数が１００rpm乃至４００rpmで使用されることを特徴とする粉体ポンプを提案する（請求項２）。
【００１０】
さらに、本発明は、上記第１の目的を達成するため、冒頭に記載した形式の粉体ポンプにおいて、前記ロータの半径方向最外方部の山部と前記ステータの貫通孔の谷部とが圧接して前記貫通孔の谷部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ３とし、前記貫通孔の山部と前記ロータの山部とが圧接して貫通孔の山部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ４としたときのｄ３とｄ４の合計の値が０．４５ｍｍ以上となるように設定され、かつ前記ロータの横断面径をＲＡmm、該ロータの外径をＲＢmm、前記ステータの貫通孔の最小内径をＳＮmm、該貫通孔の最大内径をＳＸmmとしたとき、ＲＡ−ＳＮ≧０．４で、かつＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２≧０．４を満たすと共に、−０．１８≦ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２−（ＲＡ−ＳＮ）≦０．１２を満たすように、ＲＡ、ＲＢ、ＳＮ及びＳＸを設定し、アルミニウム、ポリカーボネイト、又はポリアセタール樹脂より成るロータ、或いはこれらのうちの１つの材料を主材料とするロータを用い、かつＪＩＳ  Ａ硬度５０度以下のエチレンプロピレンゴム、又はクロロプレンゴムより成るステータ、或いはこれらのいずれか一方のゴムを主材料とするステータを用いると共に、ロータの回転数が１００rpm乃至４００rpmで使用されることを特徴とする粉体ポンプを提案する（請求項３）。
【００１１】
また、本発明は、上記第１の目的を達成するため、冒頭に記載した形式の粉体ポンプにおいて、前記ロータの半径方向最外方部の山部と前記ステータの貫通孔の谷部とが圧接して前記貫通孔の谷部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ３とし、前記貫通孔の山部と前記ロータの山部とが圧接して貫通孔の山部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ４としたときのｄ３とｄ４の合計の値が０．４５ｍｍ以上となるように設定され、かつ前記ロータの横断面径をＲＡmm、該ロータの外径をＲＢmm、前記ステータの貫通孔の最小内径をＳＮmm、該貫通孔の最大内径をＳＸmmとしたとき、ＲＡ−ＳＮ≧０．５で、かつＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２≧０．５を満たすと共に、−０．１８≦ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２−（ＲＡ−ＳＮ）≦０．１２を満たすように、ＲＡ、ＲＢ、ＳＮ及びＳＸを設定し、アルミニウム、ポリカーボネイト、又はポリアセタール樹脂より成るロータ、或いはこれらのうちの１つの材料を主材料とするロータを用い、かつＪＩＳ  Ａ硬度５０度以下のエチレンプロピレンゴム、又はクロロプレンゴムより成るステータ、或いはこれらのいずれか一方のゴムを主材料とするステータを用いると共に、ロータの回転数が１００rpm乃至４００rpmで使用されることを特徴とする粉体ポンプを提案する（請求項４）。
【００１２】
さらに、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の粉体ポンプにおいて、ＲＡ−ＳＮ≦０．９で、かつＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２≦０．９を満たすように、ＲＡ、ＲＢ、ＳＮ及びＳＸを設定すると有利である（請求項５）。
【００１３】
また、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の粉体ポンプにおいて、前記ステータの貫通孔を形成する各溝のステータ横断面における半径をＳＲmmとしたとき、０．９≦ＳＮ／２ＳＲ≦０．９５を満たすように、ＳＮとＳＲを設定すると有利である（請求項６）。
【００２０】
さらに、本発明は、上記第２の目的を達成するため、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の粉体ポンプを有することを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項７）。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。
【００２２】
図１は、複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成される画像形成装置の本体内に配置された粉体ポンプ１と、その粉体ポンプ１により移送される粉体の一例であるトナーＴを収納するトナー収納装置２と、現像装置３とを示す概略説明図である。それ自体周知のように、現像装置３の現像容器４内には、例えばトナーとキャリアを有する粉体状の二成分系現像剤（図１には示さず）が収容され、その現像剤中のトナーによって、同じく図１には示していない像担持体の表面にトナー像が形成される。現像容器内の現像剤のトナー濃度低下が図示していないトナー濃度センサにより検知されると、トナー収納装置２のトナーＴが粉体ポンプ１により移送されて現像容器４内に供給される。図１に示したトナー収納装置２は次のように構成されている。
【００２３】
先ず、このトナー収納装置２は、下部が開口した袋状のトナー収納容器５を有し、このトナー収納容器５内に粉体状のトナーＴが収納されている。かかるトナー収納容器５は、その開口６の側の下部が保持部材７に固定保持され、かつ保護ケース８内に収容されている。保護ケース８の下部は、保持部材７に固定され、その保持部材７には、スポンジなどの弾性体より成るシール部材９が固定保持されている。トナー収納容器５と、保護ケース８と、保持部材７と、シール部材９によって一体的なトナーカートリッジ１０が構成され、このトナーカートリッジ１０は、画像形成装置本体に固定されたホルダ１１に着脱自在に装着されている。
【００２４】
袋状のトナー収納容器５は、例えば、ポリエチレンやナイロン等の樹脂又は紙などから成る厚さ８０乃至２００μｍ程度の可撓性シートを、単層又は複層構造にした気密性材料により袋容器状に形成されている。気密性材料を、図２に示すように、折り紙製作の如く組み立て、トナー収納容器５を構成するのである。また、保護ケース８は、例えば、剛性を有する紙、段ボール又はプラスチック等の材料で構成され、さらに保持部材７も、樹脂又は紙などによって構成されている。
【００２５】
トナー収納装置２は、さらに、トナー排出管１２を有し、トナーカートリッジ１０を、ホルダ１１の内部にその上方から下降させてセットすると、トナー排出管１２の上部がシール部材９に形成されたスリットを通して、そのシール部材９に挿入され、トナー排出管１２の一端側に形成されたトナー排出口１３がトナー収納容器５の内部に入り込む。このとき、シール部材９がその弾性によってトナー排出管１２の外周面に密着し、トナー収納容器５内のトナーＴが外部に漏れることが阻止される。
【００２６】
また、トナー排出管１２には、エア供給管１３Ａが接続され、エアポンプ１４により圧送された空気が、エア供給管１３Ａとトナー排出管１２を通して、そのトナー排出口１３からトナー収納容器５内に供給される。これにより、トナー収納容器５内の粉体状のトナーＴが撹拌されて流動化され、当該トナーが架橋してトナーＴの排出効率が低下する不具合が阻止される。図２にも示すように、トナー収納容器５の上部には、トナーを通さないが空気を通すフィルタ１５が設けられ、トナー収納容器５に上述の如く空気が供給されたとき、その空気をフィルタ１５を通して外部に排出させ、トナー収納容器５内の圧力が過度に上昇することを防止することができる。
【００２７】
一方、粉体ポンプ１は、図３にも示すように、ステータ１６と、そのステータ１６に形成された貫通孔１７に回転可能に配置されたロータ１８とを有し、ステータ１６はロータ１８よりも弾性率の小なる材料により構成されている。すなわち、ステータ１６は、例えばゴムなどの弾性体より成り、ロータ１８は、例えば金属又は樹脂などの剛体により構成されている。
【００２８】
図４は、ステータ１６の貫通孔１７にロータ１８が挿入されていない状態でのステータ１６の横断面図、図５は同じ状態でのステータ１６の縦断面図であり、図６はロータ単体の横断面図である。また、図７及び図８は、ステータ１６の貫通孔１７内にロータ１８が配置された状態での横断面図である。軸線に対して直交する向きに切断した断面図が横断面図であり、その軸線に沿った方向に切断した断面図が縦断面図である。
【００２９】
ステータ１６の貫通孔１７は、図４及び図５に示すように、当該貫通孔１７の中心軸線Ｃ１のまわりに螺旋状に延びる円弧状断面の２条の溝１９，２０により形成されている。図示した例の貫通孔１７の横断面形状は、同一半径の２つの円弧状断面の溝１９，２０が連なっており、両溝１９，２０の境界部がくびれた状態となっている。その際、当該境界部を区画するステータ部分２１は、丸みを持った形状に形成されていることが好ましい。但し、貫通孔１７の形態は、上記形態に限定されるものではなく、例えば、両溝１９，２０の境界部がくびれておらず、貫通孔１７の横断面形状が長円形となっていてもよい（図１８参照）。
【００３０】
またロータ１８は、図１、図３及び図６に示すように、そのロータ１８の外周面とステータ１６の貫通孔内周面との間に粉体移送用の空隙Ｇが形成されるように、その中心軸線Ｃ２のまわりに螺旋状に延びている。ロータ１８は、そのいずれの横断面も円形をなし、その円形横断面の中心Ｃ３が、ロータ１８の中心軸線Ｃ２に対して偏心してその中心軸線Ｃ２のまわりに螺旋状に延びているのである。ステータ１６は、図１及び図３に示すように螺旋構造のロータ１８を包み含むようにして、該ロータ１８と接触係合し、ケース２２に保持されている。かかるロータ１８とステータ１６を有する粉体ポンプが、一軸偏心スクリューポンプ或いはモーノポンプとも称せられているポンプであって、従来より公知のものである。
【００３１】
後述するように、トナーは図１に示した貫通孔１７の入口開口２３の側から出口開口２４の側に移送されるが、出口開口２４の側のロータ１８の端部を出口側端部と称することにすると、この出口側端部には、ピン継手２７より成るユニバーサルジョイントを介して連結軸２８が連結され、この連結軸２８は、さらに他のピン継手２９より成るユニバーサルジョイントを介して駆動軸３０に連結され、該駆動軸３０は、軸受３１を介して、下部が開放されたケーシング３２に回転自在に支持されている。ケーシング３２の外部に突出した駆動軸部分には、ギア３３が固定され、このギア３３には図示していない相手ギアが噛み合い、同じく図示していない駆動モータの回転が、これらのギアを介して駆動軸３０及び連結軸２８に伝えられ、これによってロータ１８が回転駆動されるように構成されている。ケーシング３２は前述のケース２２に連結されている。
【００３２】
本例の粉体ポンプ１は以上のように構成されており、連結軸２８が位置する側と反対側のケース２２の端部の粉体入口管３４には、例えば可撓性のチューブより成るトナー移送管３５の一端が接続され、そのトナー移送管３５の他端は、前述のトナー排出管１２の他端側に接続されている。トナー移送管３５は、例えば、内径が４乃至７mm程度の可撓性チューブより成り、耐トナー性に優れたポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコーンなどのゴム材料や、ポリエチレン或いはナイロンなどのプラスチック材料などから構成されている。
【００３３】
ケーシング３２はその下部が現像装置３の現像容器４に接続され、ケーシング３２の内部と現像容器４の内部が連通している。先に説明したように、現像装置３のトナー濃度センサによって、現像容器４内の二成分系現像剤のトナー濃度低下が検知されると、前述の駆動モータによって駆動軸３０及び連結軸２８が回転駆動され、これによってロータ１８が、その円形横断面の中心Ｃ３（図６及び図７）のまわりを回転すると共に、該ロータ１８の中心軸線Ｃ２がステータ１６の貫通孔中心軸線Ｃ１のまわりに円状の軌跡を描きながら回転する。このようにして、ロータ１８は、その各円形断面が回転しながら、図７及び図８に示すようにステータ１６の貫通孔１７を区画する２条の溝１９，２０の間を往復運動する。かかるロータ１８の回転により、ステータ１６の貫通孔内周面とロータ１８の外周面との間に形成された空隙Ｇが図１における左方へ移動し、これにより、貫通孔１７の入口開口２３の側、すなわち粉体ポンプ１のトナー吸い込み側に吸引圧力が発生する。
【００３４】
粉体ポンプ１のロータ１８が上述のように回転して発生した吸引圧力は、トナー移送管３５及びトナー排出管１２を介して、トナー収納容器５内のトナーＴに伝えられる。このようにして、トナー移送管３５内のトナーが、貫通孔１７の入口開口２３から空隙Ｇに送り込まれて図１における左方へ移送され、次いでこのトナーは貫通孔１７の出口開口２４から、ケーシング３２内に排出される。このように、ロータ１８を回転駆動することにより、空隙Ｇを移動させてその空隙内の粉体、この例ではトナーＴを、貫通孔１７の入口開口２３の側から出口開口２４の側に移送することができる。
【００３５】
ステータ１６の貫通孔１７から排出されたトナーＴは、ケーシング３２を通して現像容器４内の二成分系現像剤中に供給されて混合撹拌される。所定時間を経過すると、ロータ１８の回転が停止する。このようなトナー供給が行われることにより、現像容器４内の現像剤のトナー濃度が所定の範囲内に保たれ、所定濃度のトナー像を像担持体上に形成することができる。
【００３６】
上述のようにしてトナー収納容器５内のトナーＴが現像装置３に移送されて補給されるが、この移送時に、トナー収納容器５内のトナーＴは、エアポンプ１４から空気を供給されて流動性が高められているので、トナーの架橋現象によりトナーの補給量が不安定になることを防止でき、トナー収納容器５内に移送されずに残されるトナーの量を極めて少なくすることができる。
【００３７】
以上のように、粉体ポンプ１は、ステータ１６よりも剛性の高い剛体より成るロータ１８が、弾性体より成るステータ１６の貫通孔内周面に圧接し、その内周面部分を弾性（圧縮）変形させ、これにより各空隙Ｇを密閉し、ここに封入された粉体状のトナーＴを移送するように構成されている。その際、先にも説明したように、粉体ポンプ１が単位時間当りに移送できるトナーの量を増大させるには、空隙Ｇの密閉性を高め、粉体ポンプ１のトナー吸い込み側の吸引圧力を高めることができるように構成する必要がある。
【００３８】
図９は粉体ポンプ１のトナー吸い込み側の最大吸引圧力ＰＭと、単位時間当りのトナー移送量との関係を示す実験結果である。最大吸引圧力とは、図１０に示すように粉体ポンプ１のトナー吸い込み側、すなわちケース２２の粉体入口管３４に、図１に示したトナー移送管３５の代りに、管７０を介して圧力計７１を接続し、この状態で前述のようにロータ１８を回転駆動し、密閉状態にある管７０の内部の圧力を圧力計７１で測定したときのそのゲージ圧である。このように最大吸引圧力は、粉体ポンプの最大負荷時の吸引圧力である。
【００３９】
粉体ポンプ１の空隙Ｇの密閉性を変えて、各種の最大吸引圧力ＰＭの得られる多数の粉体ポンプ１を製作し、その各粉体ポンプ１を図１に示したようにトナー移送管３５を介してトナー収納装置２に接続し、その各粉体ポンプ１を作動させて、後述する各条件で、単位時間当りのトナー移送量を測定した結果が図９である。図９の横軸が各粉体ポンプ１の最大吸引圧力ＰＭを示し、縦軸が単位時間当りのトナー移送量を示している。実際には、最大吸引圧力は負圧であるが、図９ではその最大吸引圧力ＰＭを絶対値で示してある。これは、後述する説明においても同様とする。
【００４０】
図９のＡ，Ｂ，Ｃは、移送されるトナーＴの種類と、トナー移送管３５内を移送されるトナーが上方に持ち上げられる距離、すなわちその揚程Ｈ（図１）がそれぞれ異なったときの実験結果を示している。トナーの流動性は、これに外添されるシリカゲルやチタンなどの外添剤の量や、トナー粒子を構成する樹脂の種類などによって異なり、また粉体ポンプ１の使用環境温度や湿度によっても異なる。図９において、最大吸引圧力ＰＭが低いときに、トナー移送量が最大とならずに、少なくなっているのは、最大吸引圧力ＰＭが不充分であるため、粉体ポンプ１がトナーを移送したり、しなかったりしてその移送状態が不安定となり、その結果、トナーの平均移送量が減少していることを示している。
【００４１】
図９中のＡは、画像形成装置に用いられるトナーのうちの比較的流動性の良好なトナー、すなわちその凝集度が５乃至２０％のトナーを用い、揚程Ｈが２００mmであるときの結果である。この条件は、比較的容易にトナーを安定状態で移送できる条件である。図９から判るように、かかるトナーを用いた場合、最大吸引圧力ＰＭが約３ＫＰaの粉体ポンプ１の場合に初めて当該トナーの移送が可能となり、ＰＭ≧４ＫＰaとなると、トナーの移送量が最大となって安定する。このときのＰＭ≧４ＫＰaを第１の条件とする。
【００４２】
また、図９中のＢは、Ａの場合と同じトナーを用い、揚程Ｈが５００mmという条件下での実験結果を示している。この場合には、Ａの場合よりも揚程が大きい分、トナー移送時の負荷が大きくなり、粉体ポンプ１の吸引圧力がトナー収納容器５内のトナーＴに伝わるまでの圧力損失が大きくなるため、４ＫＰa≦ＰＭ＜１０ＫＰaの粉体ポンプ１の場合にトナーの移送が可能であるが、この条件ではトナー移送量が不安定であり、ＰＭ≧１０ＫＰaにてトナーの移送量がほぼ最大となって安定する。このときのＰＭ≧１０ＫＰaを第２の条件とする。
【００４３】
図１に示したトナーカートリッジ１０は、そのトナー収納容器５内のトナーＴがなくなり、或いはその残量が極く少量となったとき、新たなトナーカートリッジと交換されるが、このときのトナーカートリッジ１０の交換作業性を良好にするために、そのトナーカートリッジ１０がセットされる高さ位置を、現像装置３が装着された高さ位置よりも大きく下方に設定することは好ましくない。従って、多くの画像形成装置の場合、揚程Ｈは５００mm以下となるので、通常は、上述の第２の条件を満たせば、トナーを安定した状態で移送して当該トナーを現像装置３に補給することができる。
【００４４】
さらに、図９におけるＣは、凝集度が２０乃至６０％の流動性の悪いトナーを用い、揚程Ｈが５００mmという条件下での実験結果である。かかる条件は、現像装置３にトナーを補給する上で、Ａ，Ｂ，Ｃのうち最も厳しい条件であり、トナー移送時の圧力損失が最も大きくなる。従って、ＰＭ≧２０ＫＰaの粉体ポンプ１を用いたときにトナー移送量は最大値に収束して安定する。ＰＭ≧２０ＫＰaの条件を第３の条件と称することにすると、この第３の条件を満たすように粉体ポンプ１を構成することにより、トナーを移送する上で最も厳しい条件下でも、トナーを安定した状態で移送して当該トナーを現像装置３に補給することが可能となる。
【００４５】
なお、前述のトナーの凝集度は、篩い目の大きさがそれぞれ１５０μm、７５μm、４５μmの第１乃至第３の篩を用い、その第１の篩を最上方に、第２の篩をその下に、第３の篩を最下方に配置し、第１の篩に２ｇのトナーを載せ、これらの篩を２０秒間に亘って振動させ、このとき第１の篩に残ったトナーの量をｘ（ｇ）、第２の篩に残ったトナーの量をｙ（ｇ）、第３の篩に残ったトナーの量をｚ（ｇ）としたとき、（５ｘ＋３ｙ＋ｚ）×１０（％）によって表わされる値である。
【００４６】
使用するトナー及び揚程Ｈの大きさによって、前述の第１乃至第３のいずれかの条件を満たすように粉体ポンプ１を構成すれば、いずれの種類のトナーも安定した状態で移送でき、現像装置に必要量のトナーを補給することができる。ここで、これらの条件を満たすように粉体ポンプ１を構成するには、先にも説明したように、空隙Ｇの密閉性（シール性）が高められるように、当該空隙Ｇの周囲のロータ部分とステータ部分の圧接力を強くすればよい。このようにすれば、そのステータ部分が大きく圧縮変形し、その食い込み量が大きくなるので、空隙Ｇの密閉性が高められ、第１乃至第３の条件を満足させることが可能である。ところが、ステータ１６の食い込み量をやみくもに大きくすると、前述のように、ロータのトルクの上昇、ステータの摩耗促進による寿命低下、或いは粉体ポンプの温度上昇などの不具合が発生する。
【００４７】
そこで、本発明者は、空隙Ｇの密閉性に最も大きな影響を与える要因につき検討したところ次の事実を明らかにすることができた。
【００４８】
図１１は粉体ポンプ１のステータ１６とロータ１８を拡大して示す断面図であるが、この図と図７及び図８に示した一点鎖線は、ロータ１８によってステータ１６が圧縮変形する前の状態を示している。図４乃至図８及び図１１に示すように、ロータ１８の円形横断面の直径をＲＡ（mm）、螺旋状に延びるロータ１８の外周面の最大外径をＲＢ（mm）とする。また、ステータ１６に形成された貫通孔１７の最小内径、すなわち両溝１９，２０の境界部における内径をＳＮ（mm）、該貫通孔１７の最大内径、すなわち両溝１９，２０の両底部間の間隔をＳＸ（mm）とする。この最小内径ＳＮと最大内径ＳＸは、ステータ１６が圧縮変形しないとき、すなわち貫通孔１７にロータ１８が挿入されていない状態での各径の値である。
【００４９】
ここで、図８はロータ１８が両溝１９，２０の中間の位置を占めたときの様子を示しており、このとき両溝１９，２０の境界部を区画する各ステータ部分２１は、ロータ１８により加圧されて圧縮変形するが、その変形量、すなわちその食い込み量はそれぞれｄ１，ｄ２となり、その合計の値は、（ＲＡ−ＳＮ）mmとなる。これをＤ１で表わし、そのＤ１を便宜上、断面食い込み量と称することにする。
【００５０】
一方、図７及び図１１に示すように、ロータ１８の半径方向最外方部の山部と、ステータ１６の貫通孔１７を区画する溝１９，２０の底部、すなわち貫通孔１７の谷部とが最も強く圧接して、その貫通孔１７の谷部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ３とする。また貫通孔１７の両溝１９，２０の境界部を区画するステータ部分２１、すなわち貫通孔１７の山部と、ロータ１８の山部とが最も強く圧接して、その貫通孔１７の山部が圧縮変形したときの食い込み量をｄ４とする。両食い込み量ｄ３，ｄ４の合計の値は、ＲＢmm−（ＳＮmm＋ＳＸmm）／２となるが、これをＤ２で表わし、便宜上、このＤ２を外径食い込み量と称することにする。
【００５１】
各空隙Ｇの密閉性は、その各空隙Ｇを取り囲むステータ部分の食い込み量、すなわち上述の断面食い込み量Ｄ１と、外径食い込み量Ｄ２と、これら以外のステータ１６の食い込み量とによって定まるが、本発明者による多くの実験の結果、上述の２つの食い込み量、すなわち断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２が、空隙Ｇの密閉性を決定する最大の要因となっていることが判明した。
【００５２】
図１２は、断面食い込み量Ｄ１及び外径食い込み量Ｄ２と、粉体ポンプ１の吸い込み側の最大吸引圧力ＰＭとの関係を示す実験結果である（図１３乃至図１６も同じ実験結果を示す）。この実験では、アルミニウム製のロータ１８と、ＪＩＳ  Ａ硬度５０度のエチレンプロピレン（ＥＰＤＭ）ゴム製のステータ１６を用い、断面食い込み量Ｄ１と、外径食い込み量Ｄ２を変えて粉体ポンプ１を製作し、その最大吸引圧力ＰＭを測定したものである。ロータ１８の回転数は２００rpm、ロータ１８の軸線方向に沿って数えたロータ山部の数（以下、ロータのピッチ数という）は４個であった。また、図４に示したように貫通孔１７にロータ１８が挿入されておらず、従ってステータ１６が弾性変形していない状態での各溝１９，２０の半径をＳＲとしたとき、同じ状態での貫通孔１７の最小内径ＳＮと、上記半径ＳＲの２倍の値の比ＳＮ／２ＳＲを０．９４に設定した。
【００５３】
図１２乃至図１６中の○印はＰＭ≧３０ＫＰa、■印は２０ＫＰa≦ＰＭ＜３０ＫＰa、◎印は１０ＫＰa≦ＰＭ＜２０ＫＰa、△印は４ＰＫa≦ＰＭ＜１０ＫＰa、×印はＰＭ＜４ＫＰaであることを示している。これらの各数値も最大吸引圧力ＰＭの絶対値である。
【００５４】
ここで、前述の第１の条件であるＰＭ≧４ＫＰaを満足させるには、断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２を、×印以外の範囲、すなわち図１２の破線で囲んだ範囲に設定すればよい。Ｄ１＝ＲＡ−ＳＮ≧０．４５で、かつＤ２＝ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２≧０．４５を満たすように、ＲＡ，ＲＢ，ＳＮ及びＳＸを設定するのである。粉体ポンプ１をこのように構成することにより、図９のＡで示された場合のトナーを安定して移送するのに必要とされる４ＫＰa以上の最大吸引圧力ＰＭを得ることができ、トナー移送量の安定性を向上させることができる。これを本例の第１の構成とする。
【００５５】
また、前述の第２の条件であるＰＭ≧１０ＫＰaを満足させるには、断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２を、×印と△印以外の範囲、すなわち図１３に一点鎖線と二点鎖線で囲まれた範囲に設定すればよい。−０．１８≦ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２−（ＲＡ−ＳＮ）≦０．１６を満たすように、ＲＡ，ＲＢ，ＳＮ及びＳＸを設定するのである。これは、断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２をほぼ等しく設定することを意味している。粉体ポンプ１をこのように構成することにより、図９のＢで示された場合のトナーを安定して移送するのに必要とされるＰＭ≧１０ＫＰaの最大吸引圧力を得ることができる。これを本例の第２の構成とする。
【００５６】
さらに、前述の第３の条件であるＰＭ≧２０ＫＰaを満足させるには、断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２を、最大吸引圧力が○印と■印となる範囲、すなわち図１４に一点鎖線、二点鎖線及び破線で囲んだ範囲に設定すればよい。ＲＡ−ＳＮ≧０．４で、かつＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２≧０．４を満たすと共に、−０．１８≦ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２−（ＲＡ−ＳＮ）≦０．１２を満たすように、ＲＡ，ＲＢ，ＳＮ及びＳＸを設定するのである。粉体ポンプ１をこのように構成することによって、図９にＣで示した場合のトナーを安定して移送するのに必要とされるＰＭ≧２０ＫＰaの最大吸引圧力を得ることができ、トナー移送量の安定性を一層高めることができる。これを本例の第３の構成とする。
【００５７】
さらに、断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２を、最大吸引圧力が○印となる範囲、すなわち図１５において一点鎖線、二点鎖線及び破線で囲まれた範囲に設定することもできる。ＲＡ−ＳＮ≧０．５で、かつＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２≧０．５を満たすと共に、−０．１８≦ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２−（ＲＡ−ＳＮ）≦０．１２を満たすように、ＲＡ，ＲＢ，ＳＮ及びＳＸを設定するのである。粉体ポンプ１をこのように構成することにより、３０ＫＰa以上の最大吸引圧力ＰＭを得ることができ、流動性が特に劣悪なトナーをも安定状態で移送することが可能となる。これを本例の第４の構成とする。
【００５８】
図１２乃至図１６は、粉体ポンプ１の使用開始時、すなわち粉体ポンプ１が新品であるときの初期の断面食い込み量Ｄ１及び外径食い込み量Ｄ２と、最大吸引圧力の関係を示しているが、断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２を上述の如く共に大きく設定すると、空隙Ｇの密閉度を高めることができ、大きな最大吸引圧力ＰＭが得られる。ところが、最大吸引圧力ＰＭを大きくしすぎると、粉体ポンプ１の作動時にステータ１６の貫通孔内周面がロータ１８から大きな摩擦力を受けるので、ステータ１６の摩耗が促進され、その寿命が縮られるおそれがある。
【００５９】
図１７は、縦軸に最大吸引圧力ＰＭをとり、横軸に粉体ポンプ１の稼動時間ｔをとって上述の不具合を説明する図である。図１７中の実線Ｘは使用開始時の断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２が共に１mmである粉体ポンプ１を使用し、稼動時間ｔの経過に伴う最大吸引圧力ＰＭの変化を示しており、一点鎖線Ｙは使用開始時の食い込み量Ｄ１，Ｄ２が共に０．７mmである場合の最大吸引圧力ＰＭの変化を示している。粉体ポンプ１の使用開始時には、一点鎖線Ｙの場合よりも実線Ｘの方が最大吸引圧力ＰＭは高いが、ｔ１の時点でこれが逆転している。このように実線Ｘの場合には短時間で急激に最大吸引圧力ＰＭが低下し、ステータの寿命が短かくなることが判る。
【００６０】
そこで、前述の第１乃至第４の構成において、ＲＡ−ＳＮ≦０．９で、かつＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２≦０．９を満たすように、ＲＡ，ＲＢ，ＳＮ及びＳＸを設定することが好ましい。これを本例の第５の構成とする。
【００６１】
上記第５の構成を前述の第４の構成に適用するには、断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２を、図１６に一点鎖線、二点鎖線及び破線で囲んだ範囲の値に設定すればよい。すなわち、０．５≦ＲＡ−ＳＮ≦０．９で、かつ０．５≦ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２≦０．９を満たすと共に、−０．１８≦ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２−（ＲＡ−ＳＮ）≦０．１２を満たすように、ＲＡ，ＲＢ，ＳＮ及びＳＸを設定するのである。
【００６２】
上述の第５の構成によれば、トナーを安定した状態で移送できると共に、粉体ポンプ１の寿命をより一層伸ばすことが可能となる。
【００６３】
以上説明した第１乃至第５の構成では、ロータ１８により加圧されるステータ１６の圧縮変形量、すなわちその食い込み量をやみくもに増加させるのではなく、空隙Ｇの密閉性に大きな影響を与える断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２に着目し、これらの食い込み量の値を適正に設定することにより、粉体ポンプ１の寿命低下を防止しつつ、安定した状態で単位時間当りに最大量のトナーを移送することが可能となる。
【００６４】
外径食い込み量Ｄ２、断面食い込み量Ｄ１、及びこれらの差Ｄ２−Ｄ１の値を実際に設定する際には、移送する粉体の性質、揚程Ｈ、粉体の移送距離（図１の例ではトナー収納容器５から粉体ポンプ１までの距離）、必要とされる粉体ポンプ１の稼動時間、及び粉体ポンプ１の使用環境（例えば画像形成装置内の温度）等の条件を考慮し、その条件に応じて最も適切な食い込み量Ｄ２，Ｄ１の値と、その差Ｄ２−Ｄ１の値を設定することが望ましい。
【００６５】
ところで、粉体ポンプ１が作動し、剛体より成るロータ１８が回転することによって、弾性体より成るステータ１６の貫通孔内周面が摩耗することは先に説明したが、その内周面の全ての個所で均一に摩耗が進むものではない。図４に示したステータ貫通孔１７の溝１９，２０の底部１９Ａ，２０Ａよりも、両溝１９，２０の境界部を区画するステータ部分２１の方が、ロータ１８から大きな摩擦力を受け、この部分２１の摩耗が促進されるのである。従ってこのステータ部分２１が摩耗しても、依然として空隙Ｇの密閉性が高く維持されるようにステータ１６を形成すれば、粉体ポンプ１を長時間使用しても、最大吸引圧力ＰＭを高く保つことができ、粉体ポンプ１の寿命を伸ばすことができる。
【００６６】
貫通孔１７の形態は、図４に示したように両溝１９，２０の境界部を区画するステータ部分２１が互いに接近する向きに突出し、その境界部がくびれた状態となっていても、また図１８に示したように長円形となっていてもよいことは先に説明したが、上述した作用が得られるようにするには、両溝１９，２０の境界部がくびれた状態に貫通孔１７を形成することが有利である。図４に示したステータ部分２１は互いに接近する向きに突出しているので、粉体ポンプ１の使用時間の経過に伴ってこのステータ部分２１が多少、摩耗しても、空隙Ｇの密閉性を高く保つことができるのである。
【００６７】
図４及び図１８に示し、かつ先にも簡単に説明したように、ステータ１６が弾性変形していない状態での各溝１９，２０の半径、すなわちステータ１６の貫通孔１７を形成する各溝１９，２０のステータ横断面における半径をＳＲ（mm）とし、同じくステータ１６が弾性変形しない状態での貫通孔１７の最小内径を前述の如くＳＮ（mm）としたとき、図１８に示した長円形の貫通孔１７の場合には、ＳＮ＝２ＳＲとなる。また図４に示した貫通孔１７の場合には、ＳＮ＜２ＳＲとなる。使用前のステータ１６の貫通孔の形態を、ＳＮ＜２ＳＲを満たすように設定することによって、このステータ１６を組み込んだ粉体ポンプ１を長時間使用したときも、高い最大吸引圧力ＰＭを確保できるのである。
【００６８】
上述した知見に基づき、ＳＮ／２ＳＲの値を表１に示すようにそれぞれ設定した各ステータＡ乃至Ｆを有する粉体ポンプ１を、図１に示したように画像形成装置に組み込んで作動させ、トナーを移送させる実験を行った。表１中のゴム硬度は、各ステータＡ乃至Ｆの硬度（ＪＩＳ  Ａ硬度）を示している。表１には作動開始前の粉体ポンプ１の最大吸引圧力ＰＭと、５０時間作動後の粉体ポンプ１の最大吸引圧力ＰＭを示してある。ここでは、吸引圧力を用いているが、粉体ポンプの吐き出し側の圧力で評価してもよい。
【００６９】
この実験の条件は、断面食い込み量ＲＡ−ＳＮ＝０．６とし、外径食い込み量ＲＢ−（ＳＮ＋ＳＸ）／２＝０．６とし、ロータ回転数を２００rpm、そのピッチ数を４とし、ローラ１８の横断面径ＲＡを７mmとした。ロータ１８の材質は亜鉛合金、ステータ１６の材質はＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）である。
【００７０】
【表１】
0004086270.tif 000002
【００７１】
表１の判定欄の○は粉体ポンプの最大吸引圧力ＰＭが１０ＫＰa以上、すなわち前述の第２の条件を満たしていることを示し、△は最大吸引圧力が４乃至１０ＫＰaであること、すなわち前述の第１の条件を満たしていることを示し、×は最大吸引圧力が４ＫＰa未満であって、いずれの条件も満たしていないことを示している。
【００７２】
表１の判定結果から判るように、初期のステータの貫通孔１７の形態が、ＳＮ／２ＳＲ＝１よりも、ＳＮ／２ＳＲ＜１となっている方が、長時間に亘って最大吸引圧力ＰＭを高く維持し、空隙Ｇの密閉性を高く保って、単位時間当りのトナー移送量を増大させることができる。すなわちステータ横断面における貫通孔１７の形状が、図１８に示した長円形よりも、図４に示した長円形の中央にくびれた部分２１がある方が、粉体ポンプの寿命を伸ばすことができるのである。
【００７３】
さらに重要なことは、表１のステータＦの例から判るように、ＳＮ／２ＳＲの値を小さくしすぎても、粉体ポンプの使用時間の経過に伴って、その最大吸引圧力ＰＭが大きく低下する点である。結局、０．９≦ＳＮ／２ＳＲ≦０．９５を満たすように、ＳＮとＳＲを設定することによって、粉体ポンプを長時間使用しても、最大吸引圧力ＰＭの低下を抑え、粉体ポンプの寿命を効果的に伸ばすことができる。
【００７４】
上述した構成と、前述の第１乃至第５の構成とを共に採用して粉体ポンプ１を構成することが最も望ましい。
【００７５】
また、本発明者による実験の結果、粉体ポンプの最大吸引圧力ＰＭは、前述の各条件のほかに、ロータ及びステータの材質、ステータの硬度、ロータの回転数及びロータのピッチ数によっても変ることが明らかとなっており、従ってこれらの条件をも考慮に入れて食い込み量Ｄ１，Ｄ２及びＤ２−Ｄ１の値を設定することが好ましい。
【００７６】
表２乃至表４はその実験結果を示すものであり、これらの実験では、粉体ポンプ１の初期の断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２を共に０．６mmに設定し、ピッチ数が４で、横断面径ＲＡが７mmのロータ１８を用いた。また、ＳＮ／２ＳＲ＝０．９４とした。
【００７７】
次の表２は、ロータ１８の材質によって、新品の粉体ポンプ１を使用し始めたとき、すなわち粉体ポンプ１の初期の最大吸引圧力ＰＭと、粉体ポンプ１を３０時間稼動した後の最大吸引圧力ＰＭがいかに変化したかを調べた実験結果を示す。この実験では、ロータ１８の回転数を２００rpmに設定し、エチレンポリプロピレン（ＥＰＤＭ）ゴム製のステータ１６を用いた。表１に示した実験では、ポリカーボネートテフロン（登録商標）コートしたロータも用いた。
【００７８】
【表２】
0004086270.tif 000003
【００７９】
表３はステータ１６の材質とその硬度によって、粉体ポンプ１の初期の最大吸引圧力ＰＭと、粉体ポンプ１を３０時間稼動した後の最大吸引圧力ＰＭがいかに変化したかを調べた実験結果を示している。このときも、ロータ１８の回転数は２００rpmであり、ポリカーボネートより成るロータ１８を用いた。表３中の硬度は、全てＪＩＳ  Ａ硬度である。
【００８０】
【表３】
0004086270.tif 000004
【００８１】
表２及び表３の判定の欄には、初期時と３０時間稼動後の両方において粉体ポンプ１の最大吸引圧力ＰＭが１０ＫＰa以上であったときに○印を付し、４ＫＰa以上で１０ＫＰa未満であったときには△印を付し、４ＫＰa未満であったときには×印を付してある。すなわち○印は、前述の第２の条件を満たしていることを示し、△印は第１の条件を満たしていることを示し、×印はいずれの条件をも満たしていないことを示している。
【００８２】
表２から明らかなように、ロータ材質がＡＢＳ樹脂とＡＢＳ樹脂Ｎｉメッキ以外のときに良好な結果を示している。従って、前述の第１乃至第５の構成及び表１に関連して説明した前述の構成の粉体ポンプにおいて、アルミニウム、ポリカーボネート、又はポリアセタール樹脂より成るロータ１８、或いはこれらの材料のうちの１つの材料を主材料とするロータ１８を用いることにより、初期時においても、また３０時間の稼動後においても、大きな最大吸引圧力が得られ、安定した状態で多量のトナーを移送することができる。
【００８３】
また、表３から判るように、硬度４０度と５０度のＥＰＤＭゴム製又はクロロプレンゴム製のステータを用いたとき良好な結果が得られている。従って、以上説明した各構成の粉体ポンプ１において、ＪＩＳ  Ａ硬度５０度以下のエチレンプロピレンゴム、又はクロロプレンゴムより成るステータ１６、或いはこれらの材料のうちのいずれか一方のゴムを主材料とするステータ１６を用いることにより、初期時においても、また３０時間の稼動後においても、大きな最大吸引圧力が得られ、安定した状態で多量のトナーを移送することができる。
【００８４】
上述のＥＰＤＭゴムとクロロプレンゴムは、その耐摩耗性に優れていると共に、そのＪＩＳ  Ａ硬度が５０度以下であるため、ロータ１８により加圧されて圧縮変形したステータ１６の反発力が小さくなり、これによりステータ１６の貫通孔内周面の摩耗が抑えられ、粉体ポンプを長時間稼動させた後も、大きな最大吸引圧力が得られる。但し、ステータ１６を天然ゴムで製作したときは、そのＪＩＳ  Ａ硬度が４０度であっても耐摩耗性が劣るため、粉体ポンプを３０時間稼動させたとき、その最大吸引圧力は０ＫＰaとなり、使用に耐え得ないものとなった。
【００８５】
また、次の表４はロータ回転開始時点から１秒後と、５秒後の最大吸引圧力ＰＭがロータ１８の回転数によっていかに変化するかを確認した実験結果を示している。この実験でも、ポリカーボネート製のロータ１８と、ＥＰＤＭゴム製のステータ１６を用いた。
【００８６】
【表４】
0004086270.tif 000005
【００８７】
表４から判るように、前述の各構成の粉体ポンプにおいて、ロータの回転数が１００rpm乃至４００rpmで使用されるように構成されていると、粉体ポンプ１の作動開始後、極めて短時間で、粉体ポンプの吸引圧力を上昇させることができ、粉体ポンプ１を極く短時間稼動させるだけで、多量のトナーを現像装置３に補給することが可能となる。
【００８８】
図１９及び図２０は、クリーニング装置により回収されたトナーを現像装置において再利用する目的で、トナーを移送する回収トナー移送装置に粉体ポンプを用いた例を示す。図１９に示した画像形成装置は、像担持体の一例であるドラム状の感光体３６を有し、この感光体３６は図１９における時計方向に回転駆動される。このとき、帯電ローラ３７によって感光体表面が帯電され、その帯電面に原稿からの反射光又は光変調されたレーザ光などの光Ｌが照射されて感光体表面に静電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置１０３によりトナー像として可視像化される。
【００８９】
ここに示した現像装置１０３は、トナーとキャリアを有する粉体状の二成分系現像剤Ｄを収容した現像容器１０４と、その現像容器１０４内の現像剤Ｄを撹拌する撹拌ローラ３８と、その現像剤を担持して搬送する現像ローラ３９と、現像容器１０４に補給されるトナーＴを収容したトナー容器４０とを有し、現像ローラ３９に担持されて、その現像ローラ３９と感光体３６との間の現像領域に搬送された現像剤によって、静電潜像がトナー像として可視像化される。現像容器１０４内の現像剤Ｄのトナー濃度の低下が図示していないセンサにより検知されると、トナー補給ローラ４１が回転してトナー容器４０内のトナーＴが現像容器１０４内の現像剤Ｄ中に補給される。
【００９０】
一方、図１９には示していない給紙装置から給送されてレジストローラ対４２により所定のタイミングで送り出された転写紙Ｐは、転写ベルト４３に担持されて搬送され、転写ローラ４４に印加された転写電圧の作用により、感光体上のトナー像が転写紙Ｐに転写される。
【００９１】
上述のように構成された作像手段５５の転写ベルト４３を離れた転写紙Ｐは、図示していない定着装置を通り、このとき転写紙Ｐ上のトナー像が熱と圧力の作用により転写紙上に定着される。
【００９２】
感光体３６上に付着した転写残トナーは、クリーニング装置４５のクリーニングブレード４６により掻き取り除去され、クリーニング装置４５のクリーニングケース４７に回収された転写残トナーは、コイルスクリュー４８によって図１９の紙面奥側へ搬送され、図２０にも示すように、回収トナー移送装置４９のダクト状のケーシング１３２内を下方に落下する。
【００９３】
また転写ベルト４３にもクリーニングブレード５１が圧接し、このブレード５１によって、転写ベルト４３上に付着したトナーが掻き取り除去され、このトナーもコイルスクリュー５２によってケーシング１３２内に搬送される。
【００９４】
回収トナー移送装置４９は、図２０に示すように、上述のケーシング１３２のほかに、図２１にも示した粉体ポンプ１０１と、例えば可撓性のチューブより成るトナー移送管１３５を有している。ここに示した粉体ポンプ１０１は、図１、図３乃至図８及び図１１を参照して先に説明した粉体ポンプ１と全く同様に構成されたステータ１１６とロータ１１８を有し、ステータ１１６はケース１２２に保持されている。また、このロータ１１８も、ピン継手１２７を介して連結軸１２８に連結され、この連結軸１２８は他のピン継手１２９を介して駆動軸１３０に連結されている。この駆動軸１３０は軸受１３１を介してケーシング１３２に回転自在に支持され、ギア１３３を介して回転駆動される。
【００９５】
図２０及び図２１に示した粉体ポンプ１０１が図１に示した粉体ポンプ１と相違するところは、この粉体ポンプ１０１のロータ１１８は図１に示したロータ１８と逆向きに回転駆動される点であり、従って連結軸１２８の位置する側がステータ１１６の貫通孔１１７の入口開口１２３となり、その反対側が出口開口１２４となると共に、ケース１２２のトナー出口側に粉体出口管１３４が、そのケース１２２に一体に接続されている。また、図２０及び図２１に示した連結軸１２８にはスクリュー羽根５０が一体に形成され、この連結軸１２８がスクリューコンベアとして構成され、しかもステータ１１６とケース１２２との間の隙間に、エア供給チューブ５３を介して、エアポンプ５４から圧送された空気が供給される点も、図１に示した粉体ポンプ１と相違する。トナー移送管１３５は、その一端側が粉体出口管１３４に接続され、その他端側が図１６に示したトナー容器４０に接続されている。
【００９６】
連結軸１２８とロータ１１８が回転駆動されると、ケーシング１３２の底部に落下したトナーが、連結軸１２８のスクリュー羽根５０によってステータ１１６の貫通孔１１７に向けて搬送され、貫通孔１１７の出口開口１２４の側の粉体出口管１３４内に吐出圧力が発生する。このようにして空隙Ｇに取り込まれたトナーは出口開口１２４から貫通孔外に排出される。このとき、粉体出口管１３４にエアポンプ５４から空気が供給されるので、ここに吐き出されたトナーの流動化が促進され、そのトナーは粉体ポンプ１０１の吐出圧力によって、粉体移送管１３５を通して、スムーズに現像装置１０３のトナー容器４０に送られ、その現像装置１０３において再利用される。
【００９７】
一般に、感光体や転写ベルトから回収されたトナーは流動性が悪いが、かかるトナーに対応させて前述の粉体ポンプの構成を採用することにより、このトナーも効率よく移送することができる。
【００９８】
図２２は、画像形成装置本体の外部に配置された大容量トナー補給装置５６を有する画像形成装置の概略断面図であり、図２３はその大容量トナー補給装置５６の断面図である。図２２に示した画像形成装置は、それ自体周知の原稿読取装置５７と、その下方に配置された作像手段５５と、さらにその下方に配置された給紙装置６０と、作像手段５５により転写紙上に形成されたトナー像を定着する定着装置５８とを有している。ここに示した作像手段５５の現像装置１０３には、大容量トナー補給装置５６のトナー収納タンク５９に収容された粉体状のトナーＴが供給される。感光体３６と転写ベルト４３から回収されたトナーは、図２２には示していない回収トナー移送装置（図１９及び図２０参照）によって、図２３に示した回収トナー収納容器６１に搬送される。作像手段５５の他の構成は、図１９に示した作像手段と実質的に相違するところはないので、その説明は省略する。
【００９９】
図２１及び図２３に示したように、トナー収納タンク５９内のトナーＴは、その下部に配置されたアジテータ６２により撹拌され、粉体ポンプ１０１によってトナー収納タンク５９から搬出され、トナー移送管１３５を通して矢印Ｅで示すように現像装置１０３に移送される。ここに示した粉体ポンプ１０１は、図２０及び図２１に示した粉体ポンプと実質的に同一に構成され、その連結軸１２８のスクリュー羽根５０により、トナー収納タンク５９内のトナーＴが粉体ポンプ１０２のステータとロータとの間の空隙に向けて送り込まれる。粉体ポンプ１０１により圧送され、その空隙から排出されたトナーは、エアポンプ５４から供給される空気によって、その流動化が促進される。
【０１００】
トナー収納タンク５９内のトナーＴがなくなったとき、そのタンク上部の補給口６３からトナーを補充することができる。このとき、トナー収納タンク５９内の空気は、空気抜きフィルタ６４を通して外部に排出される。
【０１０１】
回収トナー収納容器６１は、上述のようにトナー収納タンク５９にトナーを補充するときに用いた容器であり、その補充後に空となった容器を図２３に示すようにセットして、これを回収トナー収納容器６１として使用する。図２２に示したクリーニング装置４５と転写ベルト４３から回収されたトナーは、図示していないトナー移送管を通して、図２３に矢印Ｆで示すように回収トナー収納容器６１に移送されて収納される。
【０１０２】
大容量トナー補給装置５６は、一般に、ユーザの要望により装着されるオプション形式の装置であることが多いが、このようなユーザは、当該トナー補給装置５６を使用する頻度が高いため、前述の各構成を備えた長寿命の粉体ポンプを有する大容量トナー補給装置は特に有利である。勿論、大容量トナー補給装置５６を画像形成装置本体内に配置して、これを標準装備とすることもできる。
【０１０３】
粉体ポンプのいくつかの画像形成装置への搭載例を説明したが、画像形成装置本体内に粉体ポンプを設置する場合、画像形成装置全体を小型化するため、粉体ポンプ自身も小型であることが望ましく、前述の半径ＳＲを例えば１５mm以下に設定すると、粉体ポンプの小型化を達成できるが、このような小型の粉体ポンプによって、必要量の粉体、例えばトナーを移送できるようにするには、粉体ポンプのロータの回転数を高める必要がある。従って、粉体ポンプには高い耐久性が要求されるが、前述の各構成を採用することによって、この要求を満足させることができる。
【０１０４】
以上、移送される粉体がトナーＴである粉体ポンプ１，１０１の例を説明したが、本発明は移送される粉体がトナーとキャリアを有する二成分系現像剤、キャリアのみ、又はその他の粉体である粉体ポンプにも広く適用できるものである。また、画像形成装置以外に採用される粉体ポンプへの適用も可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
請求項１乃至５に係る発明によれば、粉体ポンプのステータの摩耗を抑え、かつ当該粉体ポンプの温度上昇を抑えつつ、単位時間当りの粉体の移送量を増大させることができる。トナーが凝集する不具合を抑えつつ、これを効率よく移送することを可能としたのである。
【０１０６】
請求項６乃至８に係る発明によれば、粉体ポンプを長時間使用したときも、単位時間当りの粉体移送量の低下を効果的に抑制でき、粉体ポンプの耐久性を向上させることができる。トナーが凝集する不具合を抑えつつ、これを効率よく移送することを可能としたのである。
【０１０７】
請求項９に係る発明によれば、粉体ポンプの稼動開始後、短時間で粉体ポンプのトナー移送圧力を高めることができる。トナーが凝集する不具合を抑えつつ、これを効率よく移送することを可能としたのである。
【０１１０】
請求項１０に係る発明によれば、上述した各効果を奏する粉体ポンプを備えた画像形成装置を供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トナー移送装置と、そのトナー収納容器から現像装置へトナーを移送する粉体ポンプを示す断面図である。
【図２】トナー収納容器の概略斜視図である。
【図３】図１に示した粉体ポンプの断面斜視図である。
【図４】ステータの横断面図である。
【図５】ステータの縦断面図である。
【図６】ロータの横断面図である。
【図７】ステータの貫通孔にロータが配置された状態の横断面図である。
【図８】ステータの貫通孔にロータが配置された状態の横断面図である。
【図９】粉体ポンプの最大吸引圧力とトナーの移送量との関係を示す図である。
【図１０】最大吸引圧力を説明するための図である。
【図１１】ロータとステータの縦断面図である。
【図１２】断面食い込み量及び外径食い込み量と、最大吸引圧力との関係を示す図である。
【図１３】断面食い込み量及び外径食い込み量と、最大吸引圧力との関係を示す図である。
【図１４】断面食い込み量及び外径食い込み量と、最大吸引圧力との関係を示す図である。
【図１５】断面食い込み量及び外径食い込み量と、最大吸引圧力との関係を示す図である。
【図１６】断面食い込み量及び外径食い込み量と、最大吸引圧力との関係を示す図である。
【図１７】最大吸引圧力と粉体ポンプの稼動時間との関係を示す図である。
【図１８】図４とは異なる形態のステータ貫通孔を示す横断面図である。
【図１９】画像形成装置の作像手段と、回収トナー移送装置を示す部分断面図である。
【図２０】回収トナー移送装置の断面図である。
【図２１】図１７に示した粉体ポンプの断面斜視図である。
【図２２】大容量トナー補給装置を有する画像形成装置の概略断面図である。
【図２３】大容量トナー補給装置の断面図である。
【符号の説明】
１  粉体ポンプ
１６  ステータ
１７  貫通孔
１８  ロータ
１９  溝
２０  溝
１０１  粉体ポンプ
１１６  ステータ
１１７  貫通孔
１１８  ロータ
Ｇ  空隙
Ｔ  トナー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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