JP2018006550A - 金属部品及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】既存の部品を応用し、安価で簡易な構成で回路基板の放射ノイズ対策を行うこと。【解決手段】基板200に取り付けられた金属部品であって、基板200に半田付けされる半田付け部350aと、基板200が取り付けられた電子機器に取り付けられた基板201と基板200との間に配置され、基板200に実装されたノイズの発生源となる回路300を覆うように形成された面353と、を有し、金属部品は他の用途として基板200に取り付けられており、かつ、面353によりノイズを遮蔽する遮蔽部材として機能する。【選択図】図5

Description

本発明は、金属部品及び画像形成装置に関する。
近年、画像形成装置の小型化・高機能化が進んでいる。このため、必然的に電気回路の実装密度は高くなり、製品全体のサイズを小さくするために回路基板は分割され、製品の余剰空間に配置されることが多くなる。余剰空間とは、例えば、一つの基板の直上のわずかな隙間であったり、メカ機構の隙間、束線経路の途中や外装のすぐ内側(即ち、他の機器が隣に設置された場合、他の機器と隣接する場所)等である。このような場合、回路基板同士が近接することにより、所定の回路や部材で発生したノイズが周辺回路へ侵入するおそれがある。特に、強い電磁エネルギーを放出するトランスや高周波のデジタル信号は、周辺の回路に影響を及ぼす。従来は、ノイズの侵入は、同一基板内の部品の周囲や隣接パターンのみに対策を講じていればよかったが、例え基板が分かれていても他の基板が物理的にすぐ近くに配置されていれば、その基板へのノイズの侵入も考慮しなければならない。このように、基板面に対して水平方向ではなく垂直方向に対するノイズを遮蔽する技術としては、一般的に金属板を用いたシールドが使用される。例えば、製品の骨格を形成するフレームを変形させてシールドとする方法があるが、フレームは強度を維持するために厚く、ノイズ用のシールドとして使用するだけであれば材料・加工費用の面からして割高である。ノイズ用のシールドとしては電界を遮蔽できればよいので、例えば、多層基板であれば表層をグランドパターンとしてベタ塗り状態(ベタGND)にするだけでも十分な遮蔽効果が得られる。しかし、低コストであるため広く使用されている紙フェノール基板(以下、FR−1基板という)等の片面一層基板の場合には基板上にシールドを作ることができない。
そのような基板にも適用できる可能性のあるシールドとして、例えば、ノイズ源である基板の上に副プリント配線板というグランドに接続されたフレキシブルプリント配線板を被せる構成がある(例えば、特許文献1参照)。このような構成とすることで、基板の全体を遮蔽している。特に、ノイズ源となる基板の表面に実装された部品の位置に切り込みやスリットを入れることで、部品が実装されていない部分に対してはノイズ源となる基板に副プリント配線板を隙間なく接着することができ、ノイズを遮蔽することができる。
特許第3563522号公報
しかし、従来例では、シールド用の副プリント配線板としてフレキシブルプリント配線板を使用している点が課題である。従来例では、副プリント配線板は、ポリイミド等で構成されている。ポリイミドは、一般にコストが高く、FR−1基板に対するシールドとしては、FR−1基板自体よりコストがかかってしまう。また、ノイズ源となる基板上の部品に合わせて副プリント配線板に穴やスリットを配置するため、ノイズ源となる基板側の部品の配置が変わった場合は、副プリント配線板の設計変更も必要となる。また、副プリント配線板は、ノイズ源となる基板のグランドに半田付けされ、接着剤を使用しノイズ源となる基板に貼り合わせることになっており、組立工数が多いという課題がある。
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、既存の部品を応用し、安価で簡易な構成で回路基板の放射ノイズ対策を行うことを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
(1)第1の基板に取り付けられた金属部品であって、前記第1の基板に半田付けされる半田付け部と、前記第1の基板が取り付けられた電子機器に取り付けられた第2の基板と前記第1の基板との間に配置され、前記第1の基板に実装されたノイズの発生源となる回路を覆うように形成された面と、を有し、前記金属部品は他の用途として前記第1の基板に取り付けられており、かつ、前記面により前記ノイズを遮蔽する遮蔽部材として機能することを特徴とする金属部品。
(2)部材に取り付けられた金属部品であって、第1の基板に半田付けされる半田付け部と、前記第1の基板とノイズの発生源となる前記部材との間に配置され、前記第1の基板を覆うように形成された面と、を有し、前記金属部品は他の用途として前記部材に取り付けられており、かつ、前記面により前記ノイズを遮蔽することを特徴とする金属部品。
(3)筐体と、ノイズの発生源となる回路が実装された第1の基板と、前記第1の基板と重なり部分を有するように前記筐体に取り付けられた第2の基板と、前記第1の基板に取り付けられた金属部品であって、前記第1の基板に半田付けされる半田付け部と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、前記ノイズの発生源となる回路を覆うように形成された面と、を有し、前記金属部品は他の用途として前記第1の基板に取り付けられており、かつ、前記面により前記ノイズを遮蔽する金属部品と、を有することを特徴とする画像形成装置。
(4)ノイズの発生源となる部材と、前記部材を制御する制御回路と、前記制御回路が実装された第1の基板と、前記部材に取り付けられた金属部品であって、前記第1の基板に半田付けされる半田付け部と、前記第1の基板と前記部材との間に配置され、前記第1の基板を覆うように形成された面と、を有し、前記金属部品は他の用途として前記部材に取り付けられており、かつ、前記面により前記ノイズを遮蔽する金属部品と、を有することを特徴とする画像形成装置。
本発明によれば、既存の部品を応用し、安価で簡易な構成で回路基板の放射ノイズ対策を行うことができる。
実施例1、2の画像形成装置の構成を示す図、画像形成装置のブロック図 実施例1の基板の配置を示す図 実施例1のノイズ発生の説明図 実施例1との比較のためのアースターミナルを示す図 実施例1のシールドの様子を示す図 実施例2のシールドの様子を示す図
以下、本発明を実施するための形態を、実施例により図面を参照しながら詳しく説明する。
以下、電気的なノイズ源からその近傍回路等へのノイズの侵入を防ぎ、周辺回路の誤動作や雑音端子等の伝導ノイズを改善する方法について説明する。
[画像形成装置の構成]
記録材に画像形成を行う画像形成装置の一例としてレーザプリンタを例に挙げて説明する。図1(a)は電子写真方式のモノクロレーザプリンタの概略構成である。図1(a)において、500は画像形成装置本体を指している。101は印刷対象の紙を格納しておく給紙部であり、内部には紙が積載されている。102はレーザスキャナ(露光手段)、103はトナータンクで磁性体トナーが入っている。104は現像ローラ(現像手段)、105は感光ドラム、106は転写ローラ(転写手段)である。107は帯電ローラ(帯電手段)、108は廃トナータンク、109は定着ローラ、110は加圧ローラ、111は排紙部、112は紙の搬送経路、113はレーザ光路である。転写ローラ106、感光ドラム105、帯電ローラ107、現像ローラ104には後述する高圧電源回路から電圧が印加されている。
動作を簡単に説明する。帯電ローラ107によって表面が高電位に帯電された感光ドラム105は、レーザスキャナ102によって露光され、表面に静電潜像が描かれる。その後現像ローラ104によって静電潜像に対してトナーが供給され、画像が可視化される。そして転写ローラ106によって静電気力により給紙部101から給紙された紙に対して静電気力によって転写され、紙面上のトナーは定着ローラ109と加圧ローラ110によって熱と圧力により定着される。各ローラは不図示のモータによって駆動されており、モータ及び全体の動作を制御する制御装置は後述する低圧電源回路により電力を供給されている。
なお、画像形成装置は、図1(a)に例示したものに限定されず、例えば複数の画像形成部を備える画像形成装置であってもよい。更に、感光ドラム上のトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写部と、中間転写ベルト上のトナー像を紙に転写する二次転写部を備える画像形成装置であってもよい。
[画像形成装置のブロック図]
実施例1の電子写真方式の画像形成装置500の全体構成を示すブロック図を図1(b)に示す。図1(b)において、110は商用電源であり、定着ユニット105は、定着ローラ109と加圧ローラ110をまとめたユニットである。また、図1(b)において、プロセスカートリッジ103は感光ドラム105、帯電ローラ107、現像ローラ104及びその周辺の容器をまとめて着脱可能にしたユニットである。各種センサ106は、小さな基板上に実装され、画像形成装置500本体の数か所に配置されている。各電圧を生成する高圧電源回路102及び、動作用電力を供給する低圧電源回路101は画像形成装置500全体の中で大きな面積を占める電源回路である。そのため製品全体のサイズを小型化する上では、複数の基板に分割せざるを得ない。
その場合、制御回路100は、高圧電源回路102のフィードバック制御等を行うため、高圧電源回路102と同じ基板上にあることが望ましく、制御回路100と高圧電源回路102は、共に第1の基板である基板200上に実装されている。一方、低圧電源回路101は、基板201上に実装されている。このように、制御回路100、高圧電源回路102、低圧電源回路101は、基板200、基板201に分割してそれぞれ実装されている。なお、基板200、201には、片面一層のFR−1基板が用いられる。
[基板の配置]
図2は、基板200、第2の基板である基板201の配置を示す三面図である。図2(a)は電子機器である画像形成装置500の斜視図、図2(b)は図2(a)のZ方向から見た画像形成装置500の平面図である。図2(c)は図2(a)のX方向から見た画像形成装置500の正面図、図2(d)は図2(a)のY方向から見た画像形成装置500の側面図である。図2からわかるように、基板201と基板200は、画像形成装置500を正面から見た場合、画像形成装置500本体の一方の側面に、一部が前後に重なり部分を有するように画像形成装置500に取り付けられる。これは、画像形成装置500本体の他方の側面がギヤやモータ等のメカ機構により占有されているためである。
しかし、このように配置すると、図2(d)に示すように、画像形成装置500を側面から見た場合に、基板201と基板200がオーバーラップする部分OL(重なり部分)で電磁気的な干渉が発生する。特に、スイッチトキャパシタ、チャージポンプ、高周波デジタル回路等は、すべて面実装部品で構成できるため、基板がオーバーラップする部分OLに配置しやすい部品である。一方で、これらの部品は、原理上大きな電流変化があるため、ノイズを放射しやすい。このため、スイッチトキャパシタ、チャージポンプ、高周波デジタル回路等が基板200の部分OLに実装された場合、これらは基板201に対してノイズ源となり得る。
[ノイズの発生]
図3はノイズの発生について説明する図である。図3(a)は画像形成装置500の正面図、図3(b)は図3(a)の破線枠部Aの拡大図、図3(c)は画像形成装置500の側面図、図3(d)は図3(c)の破線枠部Bの拡大図である。基板200は部品面200aと半田面200bとを有し、基板201は部品面201aと半田面201bとを有している。図3(b)の破線矢印で示すように、基板201とオーバーラップする部分の基板200側に、ノイズを放射する回路300が実装されている場合、基板201に対して垂直方向からノイズが放出されることになる。なお、基板200は、部品面200a側と半田面200b側の2面のうち、ノイズの発生源となる回路300は半田面200b側に実装されている。低圧電源回路101が実装されている基板201は、端子雑音対策のために商用電源110(図1(b)参照)と基板201に実装されている低圧電源回路101との間にノイズフィルタ回路440を備えている(図3(d)参照)。しかし、ノイズフィルタ回路440は、伝導ノイズ対策用に設けられた回路である。このため、図3(b)に示すような基板201の垂直方向から空間経由で放射されているノイズに満遍なく曝された場合には、放射されたノイズを防ぐことができない。特に、図3(d)に示すように、ノイズフィルタ回路440とインレット部400の間の破線で示す部分430は、垂直方向から空間経由で放射されたノイズに最も弱い部分である。このような部分430にノイズが乗ると、ノイズがそのまま商用電源110に流れてしまい、端子雑音を増加させてしまうおそれがある。この構成の場合、電気回路による対策はほとんど不可能である。なお、500aは画像形成装置500の筐体である。
[アースターミナル]
ところで、FR−1基板には、アースターミナルという端子部品がよく使用される。アースターミナルは、ビスにより基板を筐体に固定するときに、電気的導通も同時にとるための部品である。図4は、FR−1基板800とアースターミナル700を示す図である。FR−1基板800は、部品面800aと半田面800bとを有している。図4(a)はアースターミナル700の平面図であり、図4(b)はアースターミナル700をFR−1基板800に取り付ける際の様子を示す斜視図である。アースターミナル700は、例えば、円形状に形成され、円形状の部分の一部から方形状の部分が伸びた形状の部品であり、方形状の部分の先端部には半田付けを行う半田付け部700aを有する。アースターミナル700の円形状の部分には、穴部702が設けられ、ビス701は穴部702に通される。図4(b)に示すように、アースターミナル700はビス701とFR−1基板800の部品面800aの間に挟まれる。このとき、アースターミナル700は、FR−1基板800のグランドパターンに半田付けされ、ビス701経由で画像形成装置500の筐体500aとFR−1基板800上のグランドパターンが電気的に接続される。アースターミナル700は、確実に筐体500aと電気的に接続をとる手段としてよく使用される部品である。
[本実施例のアースターミナル]
本実施例では、アースターミナル700を変形して図5(a)に示すような形状とする。図5(a)は本実施例のアースターミナル350を示す図、図5(b)は画像形成装置500の側面図、図5(c)は図5(b)の破線枠部Cの拡大図である。本実施例のアースターミナル350は、ビス360を通す穴部352と、基板200に半田付けをするための半田付け部350aと、を有している。本実施例のアースターミナル350の半田付け部350aは、図4(b)のアースターミナル700の半田付け部700aと同様に、基板200に差し込むことができるように、折れ曲がった形状をした折り曲げ部を有している。なお、基板200側には、アースターミナル350の半田付け部350aが差し込まれるための穴部を有している。基板200が有する穴部は、スリット形状であってもよいし、丸穴であってもよい。また、本実施例のアースターミナル350は、半田付け部350aを3つ有しているが、3つに限定されるものではない。
本実施例のアースターミナル350は、基板200に半田付けされたとき、基板200と基板201との間に配置される。また、アースターミナル350が有する面353の形状は、少なくとも基板200に実装されているノイズの発生源となっている回路300を覆う形状となるように、アースターミナル700を変形してこの図のように成形されている。このようにノイズの発生源となる回路300を覆う形状にすることで、基板200と基板201の間にシールドを築き、垂直方向のノイズを遮蔽することが可能となる。即ち本実施例では、基板200に他の用途で取り付けられた金属部品であるアースターミナル350を遮蔽部材としても機能させている。
具体的に図5(c)と照らし合わせて説明する。上述したように、アースターミナル350は、ビス360経由で画像形成装置500の筐体500aとFR−1基板200上のグランドパターンを電気的に接続するための部品である。このため、アースターミナル350は、真鍮等、導電率の高い部品で形成されており、電界を効率よく地絡させるためシールドとしての効果が高い。また、筐体500aは強度確保のためある程度厚みのある鉄で構成されているのに対し、アースターミナル350は鉄である必要がないため、より加工しやすくコストも安い材料が使用できる。更に、アースターミナル350は、図4(b)で説明したように、ビス360と基板200の間に挟まれることから、厚みも薄く抑えられており、シールドとして機能させる上で金属材料の使用量の冗長性も低い。また、アースターミナル350は、半田付け部350aを基板200に半田付けするため、画像形成装置500の筐体500aの一部を変形させて基板200と基板201の間を遮蔽させた場合に比べて位置精度が高い。
更に、基板200は電流が流れたときに抵抗や半導体等により加熱されて温度が上昇する。しかし、基板200に半田付けされたアースターミナル350は熱伝導率が高く、従来のアースターミナル700よりも表面積が拡大していることから、基板200自体の放熱板としても機能し、基板200全体の温度の上昇を抑制するという効果もある。したがってアースターミナル350の半田付け部350aを基板200に半田付けした際に、半田付け部350aが発熱体の近くに配置されるように構成してもよい。また、発熱体から半田付け部350aまでの導電パターンを太くしたり、ベタパターンとする構成としてもよい。このような構成とすることにより、基板200の温度の上昇を抑制するという効果が大きくなる。
なお、本実施例では、アースターミナル700を例に挙げたが、安定した電圧源に接続されている金属板であれば、他の構成であってもよい。例えば、半導体部品に固定されている放熱板や、離れたところにあるグランドパターンや基板上に実装された素子、特定電源同士を接続するための板状のジャンパー部品等でもよい。放熱板やジャンパー部品等についても、基板200に取り付けられたときに、ノイズの発生源となっている回路300を覆うように、一部の形状を変形すればよい。
以上、本実施例によれば、既存の部品を応用し、安価で簡易な構成で回路基板の放射ノイズ対策を行うことができる。
実施例2として、図6(a)に示すような、ノイズの発生源となる部材であるモータ450に取り付けられた制御基板250に対するシールドを考える。なお、モータ450は、画像形成装置500に搭載される場合には、給搬送装置12の各ローラや感光ドラム1等の回転体を駆動するために用いられる。製品の小型化が進むにつれて、上述した通り1枚の大きな基板を内蔵することは困難になりつつある。実施例1では主な基板を2枚に分けたが、基板を更に分割したり、各ユニットの制御回路を各ユニットの近くに配置したりということが考えられる。ここで、モータ450の制御基板250を図6(a)のようにモータ450本体の直上に配置すると、画像形成装置500全体へのスペース効率が良くなり、画像形成装置500の小型化に貢献できる。しかし、モータ450は放射ノイズ源であり、制御基板250が直近に存在すると、フィードバック制御等がノイズの影響を受けかねない。
一方、制御基板250には、モータ450からの放射電磁妨害(EMI)を改善するために、制御基板250のグランドとモータ450の筐体を接触させる金属部品が設けられている。このような金属部品があると、ない場合に比べてノイズ電流が回る経路が小さくなる。このため、各種の規格で制限されている画像形成装置500全体としての放射電磁妨害(EMI)を軽減することができることが知られている。そこで、本実施例では、実施例1のように、他の目的、本実施例ではEMIを改善する目的で設けられている金属部品を変形させて、図6(b)に示すような遮蔽部材としての金属部品550として用いる。なお、460は、制御基板250を支えるモールド等の脚部である。
金属部品550は、制御基板250に半田付けするための半田付け部分550aと、制御基板250のモータ450に対向する面250aを覆う面560と、を有している。このように、EMIを改善する目的で設けられている金属部品550を変形させて、モータ450との接触を維持したまま面560で制御基板250の面250aを覆う形状とする。これにより、EMIの改善と共にモータ450から制御基板250へのノイズを遮蔽する。金属部品550は、図6(a)のモータ450と制御基板250の間に配置され、制御基板250上でグランドパターンに接続される。より詳細には、金属部品550は、制御基板250の面250a側に配置され、制御基板250に設けられたランド等の穴部に半田付け部550aが差し込まれ、制御基板250の面250b側で半田付けされる。これにより、金属部品550により制御基板250が覆われ、シールドの効果を得ることができる。
なお、金属部品550は、その全面をモータ450の筐体450aに接触させる構成としてもよい。また、金属部品550がモータ450側に向かって延びる1以上の脚部を有し、その脚部がモータ450の筐体450aに接触する構成としてもよい。また、本実施例では、遮蔽部材とする金属部品はグランドパターンに接続される構成としたが、金属部品が接続される対象はグランドパターン以外であってもよい。
以上、本実施例によれば、既存の部品を応用し、安価で簡易な構成で回路基板の放射ノイズ対策を行うことができる。
200、201 基板
300 回路
350 アースターミナル
350a 半田付け部
353 面

Claims (17)

  1. 第1の基板に取り付けられた金属部品であって、
    前記第1の基板に半田付けされる半田付け部と、
    前記第1の基板が取り付けられた電子機器に取り付けられた第2の基板と前記第1の基板との間に配置され、前記第1の基板に実装されたノイズの発生源となる回路を覆うように形成された面と、
    を有し、前記金属部品は他の用途として前記第1の基板に取り付けられており、かつ、前記面により前記ノイズを遮蔽する遮蔽部材として機能することを特徴とする金属部品。
  2. 前記金属部品は、前記第1の基板を前記電子機器に取り付けるためのビスを通す穴部を有し、前記電子機器の筐体と前記第1の基板のグランドパターンとを前記ビスを介して電気的に接続するためのアースターミナルであることを特徴とする請求項1に記載の金属部品。
  3. 前記金属部品は、前記第1の基板に実装された素子と前記第1の基板のグランドパターンとを接続するための板状のジャンパーであることを特徴とする請求項1に記載の金属部品。
  4. 前記金属部品は、前記第1の基板に実装された素子が発生する熱を放熱するための放熱板であることを特徴とする請求項1に記載の金属部品。
  5. 前記ノイズの発生源となる回路は、スイッチトキャパシタ、チャージポンプ又は高周波デジタル回路であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の金属部品。
  6. 部材に取り付けられた金属部品であって、
    第1の基板に半田付けされる半田付け部と、
    前記第1の基板とノイズの発生源となる前記部材との間に配置され、前記第1の基板を覆うように形成された面と、
    を有し、前記金属部品は他の用途として前記部材に取り付けられており、かつ、前記面により前記ノイズを遮蔽することを特徴とする金属部品。
  7. 前記ノイズの発生源となる部材は、モータであることを特徴とする請求項6に記載の金属部品。
  8. 前記第1の基板は、片面一層の紙フェノール基板であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の金属部品。
  9. 筐体と、
    ノイズの発生源となる回路が実装された第1の基板と、
    前記第1の基板と重なり部分を有するように前記筐体に取り付けられた第2の基板と、
    前記第1の基板に取り付けられた金属部品であって、前記第1の基板に半田付けされる半田付け部と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、前記ノイズの発生源となる回路を覆うように形成された面と、を有し、前記金属部品は他の用途として前記第1の基板に取り付けられており、かつ、前記面により前記ノイズを遮蔽する金属部品と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
  10. 前記金属部品は、前記第1の基板を前記筐体に取り付けるためのビスを通す穴部を有し、前記筐体と前記第1の基板のグランドパターンとを前記ビスを介して電気的に接続するためのアースターミナルであることを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
  11. 前記金属部品は、前記第1の基板に実装された素子と前記第1の基板のグランドパターンとを接続するための板状のジャンパーであることを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
  12. 前記金属部品は、前記第1の基板に実装された素子が発生する熱を放熱するための放熱板であることを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
  13. 前記ノイズの発生源となる回路は、スイッチトキャパシタ、チャージポンプ又は高周波デジタル回路であることを特徴とする請求項9から請求項12のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  14. 記録材に画像を形成する形成手段と、
    前記形成手段を制御する制御回路と、
    前記形成手段に電圧を供給する第1の電源回路と、
    前記制御回路に電圧を供給する第2の電源回路と、
    を有し、
    前記制御回路及び前記第1の電源回路は、前記第1の基板に実装され、
    前記第2の電源回路は、前記第2の基板に実装されていることを特徴とする請求項9から請求項13のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  15. ノイズの発生源となる部材と、
    前記部材を制御する制御回路と、
    前記制御回路が実装された第1の基板と、
    前記部材に取り付けられた金属部品であって、前記第1の基板に半田付けされる半田付け部と、前記第1の基板と前記部材との間に配置され、前記第1の基板を覆うように形成された面と、を有し、前記金属部品は他の用途として前記部材に取り付けられており、かつ、前記面により前記ノイズを遮蔽する金属部品と、
    を有することを特徴とする画像形成装置。
  16. 記録材に画像を形成する形成手段と、
    前記形成手段を駆動するモータと、
    を有し、
    前記部材は、前記モータであることを特徴とする請求項15に記載の画像形成装置。
  17. 前記第1の基板は、片面一層の紙フェノール基板であることを特徴とする請求項9から請求項16のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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