JP3939087B2 - トナー移送ポンプ及び該ポンプを有する画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステータと、該ステータの貫通孔に回転自在に配置され、ステータよりも剛性の高い剛体より成るロータとを具備し、前記ステータの貫通孔は、螺旋状に延びる２条の溝により形成され、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の内周面との間に粉体状のトナー移送用の空隙が形成されるように、螺旋状に延びているトナー移送ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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において、粉体状のトナーを搬送する目的で上記形式のトナー移送ポンプを用いることは従来より周知である（例えば、特開平１１−８４８７３号公報参照）。このトナー移送ポンプは、一軸偏心スクリューポンプ、或いは一般にモーノポンプとも称せられている。
【０００３】
上記形式のトナー移送ポンプは、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トナーが移送されるように構成されている。一般に、ロータは剛体により構成され、ステータは弾性体より成り、その貫通孔に配置された剛体より成るロータが、当該貫通孔の内周面に摺接しながら回転するので、ステータの貫通孔内周面は、ロータから受ける摩擦力によって経時的に摩耗する。この摩耗によるステータの貫通孔内周面の削れ量が多くなると、上述の空隙の密閉性が低下し、トナー移送ポンプのトナー吸い込み側の吸引圧力（負圧）が小さな値となる。これによってトナーの移送能力が低下し、その程度が著しくなると、トナー移送ポンプが寿命となる。
【０００４】
上述したところから判るように、トナー移送ポンプの寿命を伸ばし、その耐久性を向上させるには、ステータ内周面の経時的な摩耗を可能な限り抑えることが重要であるが、従来のトナー移送ポンプにおいては、このような点が特に考慮されていなかったため、その寿命は短かいものとなっていた。特に、冒頭に記載した形式のトナー移送ポンプは、そのロータがステータの内周面を局部的に大きな圧力で加圧し、そのステータ部分を大きく圧縮変形させるので、当該トナー移送ポンプの寿命を伸ばしその耐久性を向上させることは容易ではなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、簡単な構成によって耐久性を向上させることのできる冒頭に記載した形式のトナー移送ポンプを提供することにある。
【０００６】
本発明の第２の目的は、上記トナー移送ポンプを備えた画像形成装置を提供することにある。
【０００７】
【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トナー移送ポンプにおいて、移送されるトナーが、０．５重量％以上のシリカを外添して成る粉体状のトナーであり、前記ステータがＪＩＳＡ硬度５０度以下の弾性材料により構成されていることを特徴とするトナー移送ポンプを提案する（請求項１）。
【０００８】
その際、前記ステータを構成する弾性材料がクロロプレンゴムであると有利である（請求項２）。
【０００９】
また、上記請求項１又は２に記載のトナー移送ポンプにおいて、前記ロータが比重２．５以上の材料により構成されていると特に有利である（請求項３）。
【００１０】
さらに、上記請求項３に記載のトナー移送ポンプにおいて、前記ロータは、亜鉛材料をダイカスト成形した成形品より成るとさらに有利である（請求項４）。
【００１１】
また、上記請求項４に記載のトナー移送ポンプにおいて、前記成形品より成るロータの外周面がバレル研磨されているとより一層有利である（請求項５）。
【００１２】
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５のいずれかに記載のトナー移送ポンプを具備することを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項６）。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１は、図示していない画像形成装置本体内に配置されたトナー移送ポンプの縦断面図であり、この例では、このトナー移送ポンプ５が粉体状のトナーＴを後述するように移送し、その粉体状のトナーＴを現像装置３の現像容器４に供給するように構成されている。画像形成装置は、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。
【００１５】
ここに示したトナー移送ポンプ５は、弾性体より成るステータ７と、そのステータ７の貫通孔６に回転自在に配置された剛体より成るロータ８とを具備する。ステータ７の貫通孔６は、所定のピッチをあけて、当該貫通孔６の中心軸線のまわりに螺旋状に延びる２条の溝により形成され、ロータ８は、そのロータ８の外周面とステータ７の貫通孔６の内周面との間に粉体状のトナー移送用の空隙Ｓが形成されるように、螺旋状に延びている。ロータ８は、そのいずれの横断面も円形をなし、その円形の中心が、ロータ８の中心軸線に対して偏心してその中心軸線のまわりに螺旋状に延びているのである。ステータ７は、螺旋構造のロータ８を包み含むようにして、該ロータ８と接触係合し、ケース９に不動に保持されている。かかるロータ８とステータ７を有するトナー移送ポンプが、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る。ステータ７とロータ８の材質については後に詳しく説明する。
【００１６】
後述するように、トナーは貫通孔６の入口開口２０の側から出口開口２１の側に移送されるが、この入口開口２０の側のロータ８の端部を入口側端部２３と称し、出口開口２１の側のロータ８の端部を出口側端部２２と称することにすると、この出口側端部２２には、ピン継手１０を介して連結軸１１が連結され、この連結軸１１は、さらに他のピン継手１９を介して駆動軸１８に連結され、該駆動軸１８は、軸受１２を介して、下部が開放されたケーシング１３に回転自在に支持されている。ケーシング１３の外部に突出した駆動軸部分には、ギア１４が固定され、このギア１４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１８及び連結軸１１に伝えられ、これによってロータ８が回転駆動されるように構成されている。ケーシング１３は前述のケース９に固定されており、また連結軸１１が位置する側と反対側のケース９の端部側には、トナー入口管１５の一端側がそのケース９に一体に接続されている。
【００１７】
本例のトナー移送ポンプ５は以上のように構成されており、そのトナー入口管１５の他端側には、例えば可撓性のチューブより成るトナー移送管５１の一端が接続され、そのトナー移送管５１の他端は、図示していないトナー容器のトナー排出口に接続されている。このトナー容器は画像形成装置本体の内部又は外部に着脱可能に配置され、そのトナー容器内に粉体状のトナー、すなわち粉体トナーが収容されている。
【００１８】
また、ケーシング１３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１３の内部と現像容器４の内部が連通している。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（図示せず）が収容され、その現像剤中のトナーによって、同じく図示していない像担持体の表面にトナー像が形成される。
【００１９】
現像装置３の図示していない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１８及び連結軸１１が回転駆動され、ロータ８が回転を開始する。これにより、ステータ７の貫通孔内周面とロータ８の外周面との間に形成された空隙Ｓが図１における右方へ移動し、これにより、貫通孔６の入口開口２０の側、すなわちトナー移送ポンプ５のトナー吸い込み側に吸引圧力が発生し、トナー移送管５１内のトナーが、貫通孔６の入口開口２０から空隙Ｓに送り込まれて図１における右方へ移送される。次いでこのトナーは貫通孔６の出口開口２１から、ケーシング１３内に排出される。このように、ロータ８の回転により、粉体状のトナーＴを、貫通孔６の入口開口２０の側から出口開口２１の側に移送することができ、ステータ７の貫通孔６から排出されたトナーＴは、ケーシング１３を通して現像容器４内の二成分系現像剤中に供給される。所定時間を経過すると、ロータ８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。
【００２０】
上述のように、トナー移送ポンプ５は、ステータ７よりも剛性の高い剛体より成るロータ８が、弾性体より成るステータ７の貫通孔内周面に圧接し、その内周面部分を弾性変形させ、これにより各空隙Ｓを密閉し、ここに封入されたトナー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、ステータ７の貫通孔内周面がロータ８から受ける摩擦力によって摩耗し、その削れ量が多くなると、空隙Ｓの密閉性が低下し、これによりトナー移送ポンプ５の吸い込み側の吸引圧力が下がり、トナーの移送述力が低下して遂にはトナー移送ポンプが寿命となる。
【００２１】
本例のトナー移送ポンプ５は、その寿命を伸ばして耐久性を向上させるために、次の構成が採用されている。
【００２２】
その第１は、このトナー移送ポンプ５により移送されるトナーとして、０．５重量％以上のシリカを外添して成る粉体状のトナーを用いる点にある。画像形成装置に用いられるトナーには、従来より、その流動性を高めるため、微粉末状のシリカが外添されているが、その添加量を増やし、０．５重量％以上のシリカを含む粉体状のトナーを用いるのである。このようなトナーは、その流動性が非常に高まり、かかるトナーをトナー移送ポンプ５によって移送するのに必要とされる吸引圧力を大きく下げることができる。
【００２３】
本例のトナー移送ポンプ５の第２の特徴とするところは、ステータ７がＪＩＳＡ硬度５０度以下の弾性材料により構成されている点である。前述のように、一軸偏心スクリューポンプは、剛体より成るロータ８が、回転しながら、ステータ７の貫通孔内周面に局部的に大きな圧力で圧接してステータ７を圧縮変形させ、その内周面を摩耗させるのであるが、ステータ７を上述の如き低い硬度の弾性材料によって構成することにより、ロータ８により加圧されて圧縮変形したステータの反発力を小さくすることができ、ロータ８とステータ７の圧接力を従来よりも効果的に小さなものにすることができる。これにより、ステータ７の貫通孔内周面の摩耗を抑え、その削れ量を小さくすることができる。
【００２４】
上述の２つの構成を共に採用することにより、トナーの移送に必要とされる吸引圧力を下げ、かつステータ７の摩耗量を少なくすることができるので、トナー移送ポンプ５の寿命を従来よりも大幅に伸ばすことができる。
【００２５】
図２は、横軸にトナー移送ポンプ５の作動時間、すなわちその使用時間をとり、縦軸にトナー移送ポンプの吸い込み側の吸引圧力の絶対値をとったグラフである。このグラフ中の黒丸、二重丸及び×印は、クロロプレンゴム（ＣＲ）より成るステータ７を有するトナー移送ポンプ５の吸引圧力とその使用時間の関係を示す実験結果であり、一重丸、三角及び菱形は、ＥＰＤＭより成るステータ７を有するトナー移送ポンプ５の吸引圧力とその使用時間の関係を示す実験結果である。ＣＲとＥＰＤＭの後に記した数値は、その各材料のＪＩＳ Ａ硬度の大きさを示している。
【００２６】
吸引圧力が５ＫＰaより低くなると、そのトナー移送ポンプ５は必要量のトナーを移送できなくなり、トナー移送ポンプ５が寿命に達したことになる。この圧力を示す線を耐久性臨界線とした。０．５重量％以上のシリカを含むトナーを用いることにより、耐久性臨界圧力を下げることができる。また、トナー移送ポンプ５が寿命となるまでの使用時間が５時間以上であれば、そのトナー移送ポンプ５の耐久性は良好であるとする。画像形成装置の稼動時間に対するトナー移送ポンプ５の稼動時間の比率は極めて低いものであるため、そのトナー移送ポンプ５の寿命が５時間以上であれば、当該トナー移送ポンプ５をかなり長期に亘って使用し続けることができる。
【００２７】
図２を詳細に検討すれば判るように、ステータ７の硬度が５０度以下であると、吸引圧力が５ＫＰaより低下するまでのトナー移送ポンプ５の使用時間を５時間以上にすることができ、トナー移送ポンプ５の耐久性を大きく向上させることができる。特に、ＪＩＳ Ａ硬度５０度以下のクロロプレンゴムより成るステータ７、とりわけ同硬度が４０度以下のクロロプレンゴムより成るステータ７を用いると、トナー移送ポンプ５の寿命を大きく伸ばすことができる。このように、ステータ７を構成する弾性材料が、ＪＩＳ Ａ硬度５０度以下のクロロプレンゴムであることが特に有利である。
【００２８】
またＥＰＤＭより成るステータ７は、そのコストを低く抑えることができる。従ってＪＩＳ Ａ硬度５０度以下のＥＰＤＭより成るステータ７を用いることにより、トナー移送ポンプ５のコストを低減できると共に、その寿命を比較的長くすることができる。
【００２９】
また、図２に示した実験結果と、それ以外の実験結果を総合的に判断した結果、ステータ７の材質がいずれの弾性材料であるときも、そのＪＩＳ Ａ硬度が４５度以下であると、トナー移送ポンプ５の長寿命化を達成できることも明らかとなっている。移送するトナーとして、０．５重量％以上のシリカを外添して成る粉体状のトナーを用い、ステータをＪＩＳ Ａ硬度４５度以下の弾性材料により構成するのである。
【００３０】
また、本発明者の行った多くの実験により、ロータ８の比重も、トナー移送ポンプ５の寿命に大きな影響を与えることが判明しており、ロータ８が比重２．５以上の材料により構成されていることが好ましい。その理由は以下のとおりである。
【００３１】
ロータ８の比重が２．５よりも低いと、これが軽量となるため、当該ロータ８が高速で回転したとき、そのロータ８の中心軸線が振れ動く。例えば、図１に示すように、ロータ８が水平状態に取り付けられるものとしたとき、そのロータ８の回転時に、或る瞬間においては、その入口側端部２３が正規の水平位置よりも下方に下がり、逆に出口側端部２２が上方に持ち上がり、また他の瞬間においては、入口側端部２３が持ち上がり、出口側端部２２が下がり、かかる動きが繰り返されるのである。このようにしてロータ８の中心軸線が、その回転中に振れ動くと、ロータ８がステータ７の貫通孔内周面に対して局部的に大きな圧力で圧接する、所謂「片当り」現象が顕著となり、これによってステータ７の内周面の摩耗が促進される。
【００３２】
これに対し、ロータ８の比重が２．５以上であると、そのロータ８の全重量が増加するので、ロータの回転中に、その中心軸線が振れ動く不具合を効果的に抑制でき、片当りによる摩耗の促進を防止することができる。
【００３３】
また、比重２．５以上の材料として、金属、特に亜鉛材料を用い、これをダイカスト成形してロータ８を形成することが特に有利である。ここで亜鉛材料とは、亜鉛、又は亜鉛合金などの亜鉛を含む材料である。ロータ８が、かかる亜鉛材料をダイカスト成形した成形品より成ると、当該ロータ８の寸法精度を高め、そのコストを低減できる効果も得られる。ロータ８は、螺旋状の複雑な形状を有し、しかもその寸法精度が落ちるとトナーの移送機能が極端に低下するが、亜鉛材料のダイカスト成形品より成るロータ８を用いることにより、かかる不具合を回避することができる。
【００３４】
また、上述の成形品より成るロータ８の外周面がバレル研磨されていると、その外周面を極めて平滑化することができ、その表面粗さを例えばＲa２以下にすることができる。このようにロータ８の外周面を平滑化することにより、ロータ８とステータ７の貫通孔内周面との間に作用する摩擦力を低減でき、その内周面の削れ量をより少なくすることができ、トナー移送ポンプ５の寿命を一層伸ばすことが可能となる。
【００３５】
図３は、図２と同様に横軸にトナー移送ポンプ５の使用時間をとり、縦軸にトナー移送ポンプ５の吸い込み側の吸引圧力（絶対値）をとって示したクラフであり、黒丸（実線）は、ＪＩＳ Ａ硬度４０度のプロロプレンゴム製のステータ７と、亜鉛材料をダイカスト成形し、その外周面をバレル研磨して仕上げたロータ８を用いたときの実験結果を示し、×印（一点鎖線）は、同じステータ７を用いると共に、樹脂のロータ８を用いたときの実験結果を示している。図３から判るように、亜鉛材料より成るロータ８を用いると、樹脂製のロータ８を用いた場合に比べ、吸引圧力が５ＫＰaより低い値に低下するまでの時間を、大幅に伸ばし、トナー移送ポンプ５の耐久性を効果的に向上させることができる。
【００３６】
本発明は、上述した各構成に限定されず、各種改変することができる。また上述した各構成のトナー移送ポンプを有する画像形成装置も、各種形態に構成することができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１乃至５に係る発明によれば、トナー移送ポンプの寿命を伸ばすことができる。特に請求項４及び５に係る発明によれば、上記効果のほかに、ロータの寸法精度を高めることも可能である。
【００３８】
請求項６に係る発明によれば、上記各効果を奏する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】トナー移送ポンプの縦断面図である。
【図２】低硬度材料より成るステータを用いると、トナー移送ポンプを長寿命化できることが明らかとなった実験例のグラフである。
【図３】亜鉛材料より成るロータを用いると、トナー移送ポンプを長寿命化できることが明らかとなった実験例のグラフである。
【符号の説明】
５ トナー移送ポンプ
６ 貫通孔
７ ステータ
８ ロータ
Ｓ 空隙
Ｔ トナー

Claims (6)

1. ステータと、該ステータの貫通孔に回転自在に配置され、ステータよりも剛性の高い剛体より成るロータとを具備し、前記ステータの貫通孔は、螺旋状に延びる２条の溝により形成され、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の内周面との間に粉体状のトナー移送用の空隙が形成されるように、螺旋状に延びているトナー移送ポンプにおいて、
   移送されるトナーが、０．５重量％以上のシリカを外添して成る粉体状のトナーであり、前記ステータがＪＩＳ Ａ硬度５０度以下の弾性材料により構成されていることを特徴とするトナー移送ポンプ。
2. 前記ステータを構成する弾性材料がクロロプレンゴムである請求項１に記載のトナー移送ポンプ。
3. 前記ロータが比重２．５以上の材料により構成されている請求項１又は２に記載のトナー移送ポンプ。
4. 前記ロータは、亜鉛材料をダイカスト成形した成形品より成る請求項３に記載のトナー移送ポンプ。
5. 前記成形品より成るロータの外周面がバレル研磨されている請求項４に記載のトナー移送ポンプ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のトナー移送ポンプを具備することを特徴とする画像形成装置。

Images