JP3714600B2 - スクリューポンプ、及び現像剤移送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２成分現像剤または１成分現像剤を用いた電子写真式のプリンター、ファクシミリ、あるいは複写機等の画像形成装置に用いる現像剤移送装置の改良に関し、特に新規現像剤（トナー）や転写後の回収トナーを現像装置または廃トナー容器へ搬送する移送装置、及びそれらに用いられるスクリューポンプの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の画像形成装置の画像形成部にあっては、感光体上に形成した静電潜像を現像装置から供給されるトナーによって現像してトナー像とし、このトナー像を転写紙上に転写、定着することによって画像形成を行っている。現像装置内のトナー量が減少した場合には、トナー補給手段によってトナーが現像装置内に供給される。トナー補給手段としては、現像装置に直結配置される比較的容量の少ないトナーカートリッジが用いられる他に、比較的容量の大きいトナーボトルは、機器のレイアウト上から現像装置から離間した位置、特に現像装置よりも低い位置に配置されることが多い。また、機器本体内外を問わず、大容量のトナー貯留手段として、トナーバンクを利用することにより、大量のコピー処理を継続的に行うことを可能にしたタイプも知られている。
また、感光体ドラムの周囲には、その回転方向に沿って帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置等が順次配置されている。クリーニング装置は、転写装置により感光体ドラム上のトナー像を転写紙上に転写した後に感光体上に残留するトナーを除去する手段であるが、最近ではトナーリサイクルの要請に基づいて、クリーニング装置によって除去回収したトナーを廃棄することなく、現像装置に再供給して再利用を図るトナーリサイクルシステムが種々提案され、実施されている。
上記いずれの場合も、現像装置とトナー送り元との間が離間しているため、送り元と現像装置との間のパイプ等によって接続し、トナーを移送する必要がある。
【０００３】
従来の現像剤、トナーを移送する主な方式としては、次の如き例を挙げることができる。
（１）送り元と送り先をパイプで結び、このパイプ内部に設けられたコイルスクリューによって現像剤、トナーを移送する方式。この方式は、コイルスクリューの性質から、直線的な搬送経路には適しているが、湾曲、屈曲した経路には適用できないという欠点がある。
（２）送り元と送り先を近接した上下位置に配置し、主として重力により落下させて移送する方式。この方式では、送り元と送り先の位置関係が特定の範囲に限定されるため、レイアウトの自由度が低く、実用性に乏しいという欠点を有する。
（３）粉体ポンプ（一軸偏心スクリューポンプ、通称モーノポンプ）を用いて自由な位置関係に配置された送り元から送り先へ移送する方式。この方式は、新規トナーや現像剤の補給手段、回収トナーのリサイクル手段等として用いられ、移送用チューブとして柔軟性を有したものを使用できるので、送り元と送り先との位置関係や、移送経路中にある障害物に関係なく移送経路を選定できる利点を有している。粉体ポンプは固定されたゴム材の雌ねじ形ステータの中を、雄ねじ形ロータが回転することにより発生する吸引または吐出圧力によって現像剤やトナーを移送可能とするが、ロータとステータが摺動するために、経時使用によるステータのゴムの磨耗により、吸引圧力（吐出圧力）が低下し、やがてはトナー（現像剤）排出が停止してしまう等の問題を抱えていた。特に、トナーの吸引移送に用いる吸引型の粉体ポンプにおいては、ロータとステータの高いシール性がなければ吸引圧力を発生せず搬送力が得られないので、稼動寿命が短いとの問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、粉体ポンプを長期運転した時においても、現像剤やトナーの搬送力を維持し、耐久性に優れた粉体ポンプを提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、内部にダブルピッチの螺旋溝を設けた雌ねじ形のステータと、該ステータ内に回転自在に嵌挿された雄ねじ形のロータとを有し、前記ロータの回転によって現像剤を連結する移送部材を介して搬送する吸引型スクリューポンプにおいて、前記移送部材の揚程は２００ｍｍ以下、粉体トナーは５〜２０％の凝集度特性を有し、前記ステータはＪＩＳＡ硬度５０以下のエチレンプロピレンゴム又はクロロプレンゴムから成ると共に、前記ロータはアルミニウム、ポリカーボネイト又はポリアセタール樹脂の何れかの材料から成り、前記ロータのピッチ数を３又は４に設定すると共に、前記ロータの動作時の回転速度を２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍの範囲に設定し、前記ロータの断面径をＲＡ、その外径をＲＢ、前記ステータの最小内径をＳmin、その最大内径をＳmax、前記ロータの断面径ＲＡと前記ステータの最小内径Ｓminとの比による断面食い込み量ＲＡ／Ｓmin、前記ロータの外径ＲＢと前記ステータの最大内径Ｓmaxとの比による外径食い込み量を２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）としたときに、前記断面食い込み量ＲＡ／Ｓminを、ＲＡ／Ｓmin≧１．０７と設定し、前記外径食い込み量２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）を、２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）≧１．０６と設定したことを特徴とする。
請求項２の発明は、内部にダブルピッチの螺旋溝を設けた雌ねじ形のステータと、該ステータ内に回転自在に嵌挿された雄ねじ形のロータとを有し、前記ロータの回転によって現像剤を連結する移送部材を介して搬送する吸引型スクリューポンプにおいて、前記移送部材の揚程は５００ｍｍ以下、粉体トナーは５〜２０％の凝集度特性を有し、前記ステータはＪＩＳＡ硬度４０以下のエチレンプロピレンゴム又はクロロプレンゴムから成ると共に、前記ロータはアルミニウム、又はポリカーボネイトの何れかの材料から成り、前記ロータのピッチ数を３又は４に設定すると共に、前記ロータの動作時の回転速度を２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍの範囲に設定し、前記ロータの断面径をＲＡ、その外径をＲＢ、前記ステータの最小内径をＳmin、その最大内径をＳmax、前記ロータの断面径ＲＡと前記ステータの最小内径Ｓminとの比による断面食い込み量ＲＡ／Ｓmin、前記ロータの外径ＲＢと前記ステータの最大内径Ｓmaxとの比による外径食い込み量を２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）としたときに、前記断面食い込み量ＲＡ／Ｓ min を、ＲＡ／Ｓ min ≧１．０７と設定し、前記外径食い込み量２×ＲＢ／（Ｓ min ＋Ｓ max ）を、２×ＲＢ／（Ｓ min ＋Ｓ max ）≧１．０６と設定したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は夫々本発明の一実施形態に係る移送装置を構成する粉体ポンプ（スクリューポンプ）の一例を示す断面図、図２はスクリューポンプの断面図、図３は断面食い込み量と外径食い込み量と、粉体ポンプの吸引圧力の関係を示す図、図４は本発明の現像剤移送装置及びスクリューポンプの適用例を示す断面図、図５はトナーの種類毎に吸引圧力とトナー補給量との関係を示した図、図６（ａ）乃至（ｄ）は表１乃至表４を示す図、図７（ａ）及び（ｂ）は転写残トナーの回収リサイクル用現像剤移送装置の構成例を示す全体図及び要部説明図、図８（ａ）及び（ｂ）は本発明の現像剤移送装置を適用した画像形成装置及びトナー収納タンクの説明図である。
【０００８】
まず、図１（ａ）は吐出タイプの現像剤移送装置の構成を示す分解断面図である。なお、現像剤とは、キャリアまたはトナー、キャリアとトナーの混合体を指称する。符号１ａはスクリューポンプタイプの粉体ポンプであり、ゴム等の弾性部材から作られたダブルピッチの螺旋溝を内周面に形成した雌ねじ形ステータ２と、該ステータ２内に回動自在に嵌挿され、金属や樹脂等から作られた雄ねじ形ロータ３とを有している。このロータ３は、上流側で移送スクリュー１０の軸１１にスプリングピン１２等によって連結されており、移送スクリュー１０が回転されることによって回転駆動される。ロータを回転することにより吐出口６ａには吐出圧力が発生する。吐出口６ａには、図示しないチューブが連結されて、現像装置等の送り先へ空気が混合された状態で移送される。
ステータ２は、その周囲を図示しない側板に固定されたホルダ４により覆われており、そのホルダ４の内周面とステータ２の外周面との間には隙間５が設けられている。この隙間５は、ロータ３の下流側である現像剤吐出口６ａに連通されている。そして、ホルダ４には隙間５に通ずる空気供給口７が設けられており、空気供給口７はエアーポンプ１５からのエアー供給チューブ１６が嵌挿されている。エアーポンプ１５からのエアーは、空気供給口７から隙間５を通って現像剤吐出口６ａに供給され、現像剤を流動化させ、粉体ポンプの吐出圧力によりスムーズ、かつ確実に現像剤を矢印方向へ吐き出す。
【０００９】
図１（ｂ）は吸い込みタイプの現像剤移送装置１ｂを示す分解斜視断面図である。軸１１に移送スクリューが設けられていない点と、ホルダ４に空気供給口がない点以外は図１（ａ）の吐出タイプの現像剤移送装置１ａと同様であり、吐出タイプと同じロータ、ステータであるとすると、軸１１を吐出タイプの粉体ポンプ１ａとは逆に回転させることにより（または吐出タイプとは逆巻きのロータ、ステータを用いることにより）、現像剤吸い込み口６ｂに吸引圧力を発生し、ここから吸い込んだ現像剤を吸い込み軸１１方向へ吐き出す。
上記した一軸偏心スクリューポンプは、そのステータ２がゴム材から作られており、ステータ２内には金属製または樹脂製のロータ３が摺接しながら回転するため、ステータ２の内径は経時使用で磨耗により徐々に拡大し、吐出圧力または吸引圧力が低下する。
【００１０】
図２はロータ３がステータ２に嵌挿された状態での断面図である。ロータ３とステータ２の食い込み量には、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、の３種類がある。食い込み量Ｄ１は、ロータ３の断面とステータ２の最小内径との食い込み量である。食い込み量Ｄ３は、ロータ３の断面とステータ２の端Ｒ部との食い込み量である。食い込み量Ｄ２は、ロータ３の螺旋の外径とステータ２の内径との食い込み量である。本発明者による実験結果により、上記３つの食い込み量の中で、Ｄ１とＤ２が粉体ポンプの吐出圧及び吸引圧力に重要であることが分かった。本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。以下、Ｄ１を便宜上断面食い込み量、Ｄ２を外径食い込み量と称する。
【００１１】
図３には断面食い込み量、外径食い込み量と、粉体ポンプの吸引圧力との関係を示している。特開平１１−８４８７３号公報（株式会社リコー）においても、トナー移送用吐出型粉体ポンプにおいては、断面食い込み量が粉体ポンプ通過後のトナー凝集度に、外径食い込み量がトナーの搬送可否に関係しているとの結果が示されているが、本願発明では、更に粉体ポンプの搬送性能を向上させるために、その吸引圧力に着目し、テスト結果に基づいてデータに基づいて前記食い込み量を最適化した。ここで、吐出圧力ではなく、吸引圧力に着目し、吸引圧力を用いて搬送性能を向上させる指標としたのは、吸引圧力は、吐出圧力に比べ上限（１０１ｋＰａ）があり値の幅が小さく計測しやすいためである。逆に、吐出圧力であると、優れたポンプでは初期圧が無限大になってしまうため、適切な計測がしにくいからである。断面食い込み量Ｄ１としては、ロータ断面径ＲＡとステータの最小内径Ｓminとの比ＲＡ／Ｓminを用い、外径食い込み量Ｄ２としては、ロータ外径ＲＢとステータ最小内径Ｓmin、最大内径Ｓmaxとの比２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）を用いている。ここで食い込み量として、ロータの寸法とステータの寸法との差の値ではなく、比を用いているのはロータとステータの寸法が変わった場合、つまり粉体ポンプの大小にかかわらず食い込み量の適正範囲を求めるためである。
本発明者は、断面食い込み量Ｄ１と外径食い込み量Ｄ２を種々変えて、吸引圧力を測定した結果、図３のよう結果を得た。なお、図中のＰは粉体ポンプの最大吸引圧力（最大負荷時吸引圧力）、Ｄａは断面食い込み量、Ｄｂは外径食い込み量で、グラフ中の○は吸引圧力が３０ｋＰａ以上、▲は２０〜３０ｋＰａ、△は１０〜２０ｋＰａ、×は１０ｋＰａ未満を夫々示す。
【００１２】
また、図５は実際に図４の装置にて吸引移送したときの吸引圧力とトナーの補給量の関係を示す表である。Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれカートリッジ内のトナーの種類と、移送部材２０の揚程（垂直方向に持ち上げた距離）の条件が異なったときの結果である。トナーの流動性は、シリカゲルやチタンなどの外添剤の量や、トナーの樹脂の種類などによって異なり、また使用環境温度や湿度によっても異なる。図５で吸引圧力が低いときにトナー補給量が減少しているのは、吸引力が不十分であるために、トナーを移送したり、しなかったりとばらつきが大きく不安定であるために結果的に補給量が減少していることを意味する。
Ａはトナーが電子写真に用いる中では比較的流動性の良いトナーＴａであり、凝集度が５〜２０％程度のもの、移送部材の揚程が２００ｍｍという条件である。ここで凝集度とは、１５０μｍ、７５μｍ、４５μｍ、の篩いに２０秒間振動を加えながらトナーを通過させて、各篩いに残ったトナー重量をそれぞれｘ、ｙ、ｚとし、凝集度（％）＝（５ｘ＋３ｙ＋ｚ）×１０によって求めた値である。このＡの条件は、カートリッジからのトナー吸引排出及び、移送部材でのトナー移送を行なう点で比較的楽な条件といえる。結果は移送するためには−３ｋＰａにて初めてトナー移送が可能であるが、Ｐ≦−４ｋＰａ以上にて補給量が安定となる範囲である。
【００１３】
ＢはトナーがＡと同じ種類のトナーＴａであり、移送部材の揚程が５００ｍｍという条件である。これはＡよりも揚程が大きい分トナー搬送時の負荷が大きくなり、粉体ポンプの吸引圧力がカートリッジ内のトナーに伝わるまでの圧力損失が大きいために、−１０ｋＰａ＜Ｐ≦−４ｋＰａにては吸引可能であるが補給量のばらつきが大きく、Ｐ≦−１０ｋＰａにて補給量が安定となることを示す。画像形成装置のカートリッジは操作性を良くするため装置本体の下の方に置かれる場合が少なく、このＢの条件である揚程５００ｍｍで十分な場合がほとんどである。その意味で画像形成装置内でカートリッジを自由にレイアウトする場合でも、ほぼこれに見合う吸引圧力条件のポンプを使用することで十分なトナー補給機能が得られる。つまりこのトナー場合は、吸引圧力１０ｋＰａ以上であれば安定したトナー補給量が得られるため、図３（ａ）の二点鎖線で囲まれる領域、つまりＲＡ／Ｓmin≧１．０７、かつ２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）≧１．０６であるようにロータの寸法及びステータの寸法を設定すればよい。
【００１４】
Ｃはトナーが流動性の悪いＴｂであり、凝集度は２０〜６０％程度である。さらに揚程が５００ｍｍという条件で、これは画像形成装置内のトナー補給装置としては、最も条件が悪いものである。よって最も圧力損失が大きく、−２０ｋＰａ＜Ｐ≦−１０ｋＰａにては吸引可能であるが不安定領域であり、補給量のばらつきが大きかった。前述と同様にＰ≦−２０ｋＰａにて補給量は最大値に収束するので、これに見合う条件のポンプを用いることで、最悪条件での使用にも耐えうるトナー補給性能が得られる。Ｃの場合は、図３（ｂ）の二点鎖線および実線と破線で囲まれる２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）≧１．０５、かつ−０．００５≦ＲＡ／Ｓmin−２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）≦０．０４５であるようにロータの寸法及びステータの寸法を設定すればよい。さらに、前述のように経時使用で吸引圧力が低下することを考えた場合、５０ｈｒ以上程度の稼働時間を必要とする場合、初期では３０ｋＰａ以上の吸引圧力があることが望ましいことが分かっており、図３（ｃ）の二点鎖線および実線と破線で囲まれる２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）≧１．０６、かつ０≦ＲＡ／Ｓmin−２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）≦０．０３５であるようにロータの寸法及びステータの寸法を設定すればよい。
【００１５】
ここで、吸引圧力を増やすためには、食い込み量を増やす必要があり、その結果トルクは上昇し、温度上昇も大きくなり、粉体ポンプを通過したトナーが凝集しやすい。一方、食い込み量を減らせば吸引・搬送力は低下するが、トルク、温度上昇、トナー凝集度という点で良い方向へ行く。したがって、使用するトナーや、揚程、移送距離、必要稼働時間等の条件を考慮して、食い込み量の範囲を適宜選択していくことが望ましい。
このように移送する現像剤の種類、性質の違いに応じて、断面食い込み量、外径食い込み量、及び断面食い込み量と外径食い込み量の差を夫々設定する。即ち、使用する現像剤の流動性や凝集変化によって粉体ポンプの食い込み量を設定して、必要な吸引圧力（吐出圧力）及び凝集変化を防止できる。その結果、粉体ポンプの移送量の安定性向上、耐久性向上を図ることができる。
また、現像剤の移送距離の違いに応じて、断面食い込み量、外径食い込み量、及び断面食い込み量と外径食い込み量の差を夫々設定してもよい。即ち、現像剤の移送距離に応じて粉体ポンプの食い込み量を適宜設定することにより、移送距離が長い場合にも安定した移送量を得、耐久性を確保することができる。
また、現像剤の移送経路の揚程の違いに応じて、断面食い込み量、外径食い込み量、及び断面食い込み量と外径食い込み量の差を夫々設定してもよい。即ち、現像剤を移送する経路の揚程により粉体ポンプの食い込み量を設定することにより、揚程が大きい場合にも安定した移送量を得ることができる。
【００１６】
次に、図６（ａ）乃至（ｄ）に示した表１〜４は、実際にロータ材質、ステータ材質、ステータゴム硬度、ロータのピッチ（ステータのピッチ）、ロータの回転数を変えたときの粉体ポンプの初期と経時における最大吸引圧力（最大負荷時）を測定した結果である。吸引圧力の数値の単位は全てｋＰａである。これらの条件によって粉体ポンプの吸引圧は異なってくるために、これらの条件の違いによっても食い込み量の範囲を適宜選択していくことが望ましい。表１〜４の共通のテスト条件は、断面食い込み量ＲＡ／Ｓmin＝１．０９、外径食い込み量２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）＝１．０７、ロータ回転数２００ｒｐｍ（表１〜３）、ロータピッチ数４（表１、２、４）、ロータ断面径７、ロータ材質ポリカーボネイト（表２〜４）、ステータにＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム、表１、３、４）を用いた場合である。判定の記号は粉体ポンプ最大吸引圧力が１０ｋＰａ以上で○、４〜１０ｋＰａで△、４ｋＰａ未満×である。判定基準の４ｋＰａと１０ｋＰａは、前述の図５の説明にあるように、トナー吸引可能な吸引圧力の下限値である。ロータの材質に応じて粉体ポンプの経時使用における吸引圧力（吐出圧力）は変動するため、それに適した食い込み量を設定することにより、ロータ材質を変えた場合にも経時において安定した移送量を得、耐久性を向上することができる。例えば、ロータ３としてポリカーボネイトを主原料とするものを用いた場合、粉体ポンプ食い込み量を、吸引圧力（吐出圧力）が高くなるように設定することにより、従来耐久性に問題があった樹脂ロータの経時における確実なトナーの吸引移送を可能とし、粉体ポンプのコストダウウンが可能となる。
【００１７】
また、表２に示すように、ステータ材質に応じて粉体ポンプの経時使用における吸引圧力（吐出圧力）は変動するが、それに適した食い込み量を設定することにより、ステータ材質を変えた場合にも経時において安定した移送量を得、優れた耐久性を確保することができる。
例えば、粉体ポンプ食い込み量を、吸引圧力（吐出圧力）が高くなるように設定し、かつステータの材料として、耐トナー性と耐磨耗に優れたエチレンプロピレンゴムまたはクロロプレンゴムを用いることにより、粉体ポンプの耐久性を向上させることができる。
また、粉体ポンプ食い込み量を、吸引圧力（吐出圧力）が高くなるように設定し、かつステータのゴム硬度を下げることにより、作動時の応力を緩和させ、磨耗量を低減させることができるので、粉体ポンプの耐久性を向上させることができる。
また、ステータのゴム硬度に応じて粉体ポンプの経時使用における吸引圧力（吐出圧力）が変動するが、それに適した食い込み量を設定することにより、ステータのゴム硬度を変えた場合にも経時において安定した移送量を得、耐久性を得ることができる。
次に、表４からも分かるように、ロータの回転速度を１００ｒｐｍから４００ｒｐｍの範囲で使用した。このため、ロータ回転数を上記の範囲で使用し、上記食い込み量に設定することにより、高い吸引圧力を経時においても安定して得ることができる。
次に、表３にも示したようにロータとステータのピッチ数に応じて粉体ポンプ吸引圧力（吐出圧力）が変動するが、ピッチ数に応じて食い込み量を設定することにより、ピッチ数を減らして小型化したい場合や、耐久性を向上させようとピッチ数を増やした場合にも安定した搬送力を得ることができる。
また、粉体ポンプの使用時間に応じて食い込み量を設定することにより、その耐久性能を調整することができる。
【００１８】
次に、図４は本発明の一実施形態に係るトナー補給装置（現像剤移送装置）を新規トナーの補給装置に適用した例の断面図である。
粉体ポンプ（スクリューポンプ）１は吸引型であり、図１（ｂ）のものと同様である。トナーカートリッジ４００から粉体ポンプ１までをつなぐトナー通路を構成するノズル５１０、移送チューブ２０は密閉であるため、粉体ポンプ１が作動して発生した吸引力は、移送チューブ２０、ノズル５１０を介してトナーカートリッジ４００内のトナー４５０に伝達され、トナーの移送が可能となる。このとき、エアーポンプ６００により空気を、ノズル５１０を介してカートリッジ４００内のトナー内へ供給する。粉体ポンプ１でノズル付近のトナーを吸引した後、カートリッジ内で架橋現象（なくなったトナーの部分に空洞ができる）が生じトナー補給量が不安定になったり、カートリッジ内のトナー残量が極端に多くなったりすることがあるが、カートリッジ内部へ空気を供給することにより、トナーを攪拌・流動化し、前記のトナーの架橋現象を防止する。または架橋したトナーを供給した空気により崩すことができるため、トナー補給量の安定化、カートリッジ内トナー残量の低減化が実現できる。このとき、カートリッジ４００には、トナー収納部材４１０の上部に通気性フィルター４４０を設けることも可能であり、これによって前述のエアーポンプ６００（空気供給手段）から供給された空気により逆にカートリッジ内が正圧に上昇するのを減圧する役目を発揮する。
【００１９】
粉体ポンプ１により吸引されたトナーは、現像装置２００の一部に設けられたトナー導入孔２０１より現像装置内に落下する。２成分現像方式を用いた現像装置の場合は、補給されたトナー（吸引されたトナー）は現像装置内の現像剤と撹拌混合され、均一な剤濃度と適正な帯電量となる。
移送部材２０は、例えば、内径φ４〜７ｍｍ程度のチューブ状で、フレキシブルでかつ耐トナー性に優れたゴム材料（ex.ポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコン等）やプラスチック材料（ポリエチレン、ナイロン等）を用いることが非常に有効である。
符号５００は容器ホルダ（カートリッジホルダ）であり、カートリッジ（トナー収納容器）４００の保護ケース４０１を保持する。保護ケース４０１は剛性を有する紙、段ボールやプラスチック等の材料で作られ、袋状のトナー収納部材４１０の周囲を包み、一部が口金部材４２０と係合した構造を持つ。袋状のトナー収納部材４１０は、ポリエチレンやナイロン等の樹脂製又は紙製のシート状（８０〜２００μｍ程度の厚み）のフレキシブルなシートを単層または複層構成にして折り紙製作のように作られ、空気の流入出が無い密閉された袋状容器形状に作られている。
口金部材４２０は、樹脂、紙等のケース４２１と、スポンジ等のシール４２２からなり、ノズル５１０は先端部にトナー排出孔５１２、軸芯部にトナー排出路５１３を有する。カートリッジ４００が容器ホルダにセットされた状態では、ノズル５１０は口金部材のシール４２２に挿入されており、シール４２２がノズル５１０に密着してカートリッジから装置外へのトナー漏れを防いでいる。
【００２０】
図７（ａ）及び（ｂ）は転写残トナーの回収リサイクル用現像剤移送装置の構成例を示す全体図及び要部説明図である。従来公知の電子写真方式の作像工程である感光体ドラム７０１、現像装置７０２、転写装置７０５、クリーニング装置７１１では、感光体ドラム７０１上に形成した静電潜像を現像装置７０２から供給するトナーによりトナー像とし、給紙手段により給紙された転写紙７１０に転写した後に、感光体ドラム７０１上に残留した未転写トナーをクリーニング装置７１１にて除去、回収する。クリーニング装置７１１により回収されたトナーはコイルスクリュー７１３によって回収現像剤移送装置７２０へと回収される。また、転写装置７０５上に付着した残留トナーも転写装置内のクリーニング手段、及びコイルスクリュー７１４から回収現像剤移送装置７２０へと回収される。回収されたトナーは、回収現像剤移送装置７２０によって移送チューブ７３５を経て現像装置７０２へと移送され、回収トナーのリサイクルが行われる。回収現像剤移送装置７２０には、粉体ポンプ１が設けられ、エアーポンプ１５によりエアー用チューブ１６を介し粉体ポンプ出口付近に空気を供給している。これは図１（ａ）の吐出型粉体ポンプを用いた例である。転写残回収トナーは一般に新しいトナーに比べて非常に流動性が悪いため、粉体ポンプの高い搬送性を要求されるので、前述のように食い込み量を適正な範囲に設定し、高い吐出圧力を持った粉体ポンプを用いることが有効である。
【００２１】
次に、図８（ａ）は大容量トナー補給装置を備えた画像形成装置、（ｂ）は大容量トナー補給装置の構成例である。
符号９１０は画像形成装置（複写機、プリンター）本体であり、８００は外付け型大容量トナー補給装置である。トナー収納タンク８２５内のトナー８９０を攪拌するアジテータ８３１、タンクの最下方端部に設けられた粉体ポンプ８１０（図１（ａ）の粉体ポンプ１に相当）、タンク内のトナーを移動させる搬送スクリュー８３０によって、タンク内のトナーは残トナー少なく排出する。また、タンク内のトナーがなくなった場合、補給口８３３よりトナーを補充することが可能である。この際に中の空気を排出するための空気抜きフィルター８３２を設けている。８４０は回収カートリッジであり、これは前述のタンク内にトナーを補充するトナー容器を使用後に回収容器として用いるようになっている。図示していないが、画像形成装置９１０には前述の転写残トナーの回収現像剤移送装置が設けられており、回収現像剤移送装置により送られた回収トナーは移送チューブを経て、図中矢印Ｆから回収口８４１を介し回収カートリッジ８４０に回収される。粉体ポンプ８１０は図１（ａ）の吐出型ポンプであり、エアーポンプ８２０から粉体ポンプ出口付近供給された空気が、粉体ポンプから吐き出されたトナーと混合することによりスムーズなトナー移送が可能となる。
本現像剤移送装置は画像形成装置のオプション装置的な位置付けであり、使用頻度の多いユーザーが装着するという設定になっているが、もちろん本装置を画像形成装置に内蔵して標準装備にすることが可能であることは言うまでもない。補給トナーはその種類により流動性が異なるために、前述のようにトナーの種類に応じて粉体ポンプの食い込み量を適宜設定することが望ましい。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明は、内部にダブルピッチの螺旋溝を設けた雌ねじ形のステータと、該ステータ内に回転自在に嵌挿された雄ねじ形のロータとを有し、前記ロータの回転によって現像剤を連結する移送部材を介して搬送する吸引型スクリューポンプにおいて、粉体ポンプ食い込み量（ロータとステータとの食い込み量）を、１０ｋＰａ以上の吸引圧力が得られるように設定すると共に、ロータとステータの材質及びロータの動作条件を吸引圧力Ｐ≧４ｋＰａを維持できるように設定した。これにより、移送部材の揚程２００ｍｍ以下、凝集度５％〜２０％の粉体トナーを搬送する搬送力を維持しつつ、耐久性に優れた吸引型スクリューポンプを実現することができる。
請求項２の発明は、粉体ポンプ食い込み量を、１０ｋＰａ以上の吸引圧力が得られるように設定すると共に、ロータとステータの材質及びロータの動作条件を吸引圧力Ｐ≧１０ｋＰａを維持できるように設定した。これにより、移送部材の揚程５００ｍｍ以下、凝集度５％〜２０％の粉体トナーを搬送する搬送力を維持しつつ、耐久性に優れた吸引型スクリューポンプを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は夫々本発明の一実施形態に係る移送装置を構成するスクリューポンプの一例を示す断面図。
【図２】スクリューポンプの断面図。
【図３】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は断面食い込み量と外径食い込み量、そのときの粉体ポンプの吸引圧力の関係を示す図。
【図４】本発明の現像剤移送装置及びスクリューポンプの適用例を示す断面図。
【図５】トナーの種類毎に吸引圧力とトナー補給量との関係を示した図。
【図６】（ａ）乃至（ｄ）は表１乃至表４を示す図。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は転写残トナーの回収リサイクル用現像剤移送装置の構成例を示す全体図及び要部説明図。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の現像剤移送装置を適用した画像形成装置及びトナー収納タンクの説明図。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 粉体ポンプ（スクリューポンプ）、２ ステータ、３ロータ、４ ホルダ、５ 隙間、１０ 移送スクリュー、１１ 軸、１２ スプリングピン、６ａ 吐出口、６ｂ 現像剤吸い込み口、７ 空気供給口、１５ エアーポンプ、１６ エアー供給チューブ。

Claims (2)

1. 内部にダブルピッチの螺旋溝を設けた雌ねじ形のステータと、該ステータ内に回転自在に嵌挿された雄ねじ形のロータとを有し、前記ロータの回転によって現像剤を連結する移送部材を介して搬送する吸引型スクリューポンプにおいて、
   前記移送部材の揚程は２００ｍｍ以下、粉体トナーは５〜２０％の凝集度特性を有し、
   前記ステータはＪＩＳＡ硬度５０以下のエチレンプロピレンゴム又はクロロプレンゴムから成ると共に、前記ロータはアルミニウム、ポリカーボネイト又はポリアセタール樹脂の何れかの材料から成り、
   前記ロータのピッチ数を３又は４に設定すると共に、前記ロータの動作時の回転速度を２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍの範囲に設定し、
   前記ロータの断面径をＲＡ、その外径をＲＢ、前記ステータの最小内径をＳmin、その最大内径をＳmax、前記ロータの断面径ＲＡと前記ステータの最小内径Ｓminとの比による断面食い込み量ＲＡ／Ｓmin、前記ロータの外径ＲＢと前記ステータの最大内径Ｓmaxとの比による外径食い込み量を２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）としたときに、
   前記断面食い込み量ＲＡ／Ｓminを、ＲＡ／Ｓmin≧１．０７と設定し、前記外径食い込み量２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）を、２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）≧１．０６と設定したことを特徴とする吸引型スクリューポンプ。
2. 内部にダブルピッチの螺旋溝を設けた雌ねじ形のステータと、該ステータ内に回転自在に嵌挿された雄ねじ形のロータとを有し、前記ロータの回転によって現像剤を連結する移送部材を介して搬送する吸引型スクリューポンプにおいて、
   前記移送部材の揚程は５００ｍｍ以下、粉体トナーは５〜２０％の凝集度特性を有し、
   前記ステータはＪＩＳＡ硬度４０以下のエチレンプロピレンゴム又はクロロプレンゴムから成ると共に、前記ロータはアルミニウム、又はポリカーボネイトの何れかの材料から成り、
   前記ロータのピッチ数を３又は４に設定すると共に、前記ロータの動作時の回転速度を２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍの範囲に設定し、
   前記ロータの断面径をＲＡ、その外径をＲＢ、前記ステータの最小内径をＳmin、その最大内径をＳmax、前記ロータの断面径ＲＡと前記ステータの最小内径Ｓminとの比による断面食い込み量ＲＡ／Ｓmin、前記ロータの外径ＲＢと前記ステータの最大内径Ｓmaxとの比による外径食い込み量を２×ＲＢ／（Ｓmin＋Ｓmax）としたときに、
   前記断面食い込み量ＲＡ／Ｓ min を、ＲＡ／Ｓ min ≧１．０７と設定し、前記外径食い込み量２×ＲＢ／（Ｓ min ＋Ｓ max ）を、２×ＲＢ／（Ｓ min ＋Ｓ max ）≧１．０６と設定したことを特徴とする吸引型スクリューポンプ。

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