JP2021196584A - 片面基板及び片面基板を有する画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】片面基板において部品が実装される側と反対側の方向の部品に効率的に電気的に接続するための技術を提供する【解決手段】片面基板は、少なくとも１つの電子部品と、電子部品が実装されている実装面と、電子部品の電気的な接続のためのパターンが形成されているパターン面と、パターン面から実装面まで貫通する実装用貫通穴を通過し、電子部品に電気的に接続されている電気ケーブルと、実装用貫通穴に嵌合する嵌合部と、嵌合部の変形を利用して取り付けられ、パターン面の側からの電界をシールドするシールド部品とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、片面基板及び片面基板を有する画像形成装置に関し、特に基板の実装技術に関する。

プリント基板（単に基板とも呼ばれる。）は、画像形成装置の電子回路の実装部品として利用されている。プリント基板には、たとえば片面基板や両面基板、多層基板といった複数種類の基板がある。片面基板は、すべての部品が一方の面にあり、他方の面にパターンを備えている。片面基板には、スルーホールが設けられておらず簡易な構成を有している。スルーホールとは、基板上に開けられた穴で、内部に銅メッキが施されて両面基板や多層基板において異なる層を電気的に接続するための孔である。片面基板には、単一の面（他方の面）にのみパターンがあるので、配線は交差できず、その設計には多くの制約がある一方、低コストの実装を実現することができるという利点がある。片面基板を使用する実装技術としては、たとえば特許文献１は、複数の片面基板をフレックスケーブルで電気的に接続し、プリント基板の設計を簡素化する技術を提案している。

特表２００８−５１４０１７号公報

しかし、特許文献１の技術は、相互に接続されている複数の片面基板を電気的に接続するフレックスケーブルを複数の片面基板に沿って実装する技術であり、片面基板から離れた位置から電気ケーブルを使用して電気的に接続する実装形態については想定されていない。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、片面基板において部品が実装される側と反対側の方向の部品に効率的に電気的に接続するための技術を提供することを目的とする。

本発明の片面基板は、少なくとも１つの電子部品と、電子部品が実装されている実装面と、電子部品の電気的な接続のためのパターンが形成されているパターン面と、パターン面から実装面まで貫通する実装用貫通穴を通過し、電子部品に電気的に接続されている電気ケーブルと、実装用貫通穴に嵌合する嵌合部と、嵌合部の変形を利用して取り付けられ、パターン面の側からの電界をシールドするシールド部品とを備える。

本発明によれば、片面基板において部品が実装される側と反対側の方向の部品に効率的に電気的に接続するための技術を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の機能構成を示すブロックダイアグラムである。 一実施形態に係る画像形成装置１の全体構成を示す断面図である。 一実施形態に係る現像部１００の構造を示した側面断面図である。 一実施形態に係る画像形成装置１における片面基板の実装状態を示す内部透視図である。 一実施形態に係る片面基板とその部品を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照して以下の順序で説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の機能構成を示すブロックダイアグラムである。画像形成装置１は、制御部１０と、画像形成部２０と、記憶部４０と、画像読取部５０と、定着部８０とを備えている。画像読取部５０は、原稿から画像を読み取ってデジタルデータである画像データＩＤを生成する。

画像形成部２０は、色変換処理部２１と、ハーフトーン処理部２２と、校正用濃度センサ２８と、露光部２９と、アモルファスシリコン感光体である感光体ドラム（像担持体）３０ｃ〜３０ｋと、現像プロセスを実行する現像部１００ｃ〜１００ｋ、帯電部２５ｃ〜２５ｋとを有している。

色変換処理部２１は、ＲＧＢデータである画像データＩＤをＣＭＹＫデータに色変換する。ハーフトーン処理部２２は、ＣＭＹＫデータにハーフトーン処理を実行してＣＭＹＫのハーフトーンデータとして印刷データＰＤを生成する。ハーフトーンデータは、ＣＭＹＫの各トナーによって形成されるドットの形成状態を表し、ドットデータとも呼ばれる。露光部２９は、ドットデータに基づいて露光プロセスを実行する。

制御部１０は、ＲＡＭやＲＯＭ等の主記憶手段、及びＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の制御手段を備えている。また、制御部１０は、各種Ｉ／Ｏ、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）、バス、その他ハードウェア等のインターフェイスに関連するコントローラ機能を備え、画像形成装置１全体を制御する。

記憶部４０は、非一時的な記録媒体であるハードディスクドライブやフラッシュメモリー等からなる記憶装置で、制御部１０が実行する処理の制御プログラムやデータを記憶する。

図２は、一実施形態に係る画像形成装置１の全体構成を示す断面図である。本実施形態の画像形成装置１は、タンデム型のカラープリンターである。画像形成装置１は、その筐体７０内に、マゼンタ、シアン、イエロー、及びブラックの各色に対応させて感光体ドラム（像担持体）３０ｍ、３０ｃ、３０ｙ及び３０ｋが一列に配置されている。感光体ドラム３０ｍ、３０ｃ、３０ｙ及び３０ｋのそれぞれに隣接して、現像部１００ｍ、１００ｃ、１００ｙ及び１００ｋが配置されている。さらに、現像部１００ｋと筐体７０の内壁との間には、制御部１０が片面基板として実装されている。制御部１０は、単に片面基板とも呼ばれる。

感光体ドラム３０ｍ、３０ｃ、３０ｙ及び３０ｋには、露光部２９から各色用のレーザー光Ｌｍ、Ｌｃ、Ｌｙ及びＬｋが照射（露光）される。この照射によって、感光体ドラム３０ｍ、３０ｃ、３０ｙ及び３０ｋに静電潜像が形成される。現像部１００ｍ、１００ｃ、１００ｙ及び１００ｋは、トナーを攪拌しながら、感光体ドラム３０ｍ、３０ｃ、３０ｙ及び３０ｋの表面に形成された静電潜像にトナーを付着させる。これにより、現像プロセスが完了し、感光体ドラム３０ｃ〜３０ｋの表面に各色のトナー像が形成される。

画像形成装置１は、無端状の中間転写ベルト２７を有している。中間転写ベルト２７は、テンションローラ２４、駆動ローラ２６ａ及び従動ローラ２６ｂに張架されている。中間転写ベルト２７は、駆動ローラ２６ａの回転によって循環駆動させられる。

たとえば感光体ドラム３０ｋ上のブラックのトナー像は、感光体ドラム３０ｋと一次転写ローラ２３ｋとで中間転写ベルト２７を挟み、中間転写ベルト２７が循環駆動させられることによって中間転写ベルト２７に一次転写される。この点は、シアン、イエロー、マゼンタの３色についても同様である。

中間転写ベルト２７の表面には、所定のタイミングで相互に重ね合わせられるように一次転写が行われることによってフルカラートナー像が形成される。校正用濃度センサ２８は、一次転写が完了し、二次転写の前のトナー像の濃度が計測できる位置に配置されている。フルカラートナー像は、その後、給紙カセット６０から供給された印刷用紙Ｐに二次転写され、定着部８０の定着ローラ対８１によって印刷媒体としての印刷用紙Ｐに定着される。

図３は、第１実施形態に係る現像部１００ｋの構造を示した側面断面図である。現像部１００ｍ、１００ｃ及び１００ｙは、現像部１００ｋと同一の構成を有し、これらは単に現像部１００とも呼ばれる。現像部１００は、２本の攪拌搬送部材１４１，１４２と、磁気ローラ１４３と、現像ローラ（現像剤担持体）１４４と、現像容器１４５と、規制ブレード１４６と、現像バイアス電位印加部１５０とを備えている。現像バイアス電位印加部１５０は、制御部１０によって制御されている。

現像容器１４５は、現像部１００の外郭を構成している。現像容器１４５の下部には、仕切り部１４５ｂが設けられている。仕切り部１４５ｂは、現像容器１４５の内部を第１搬送室１４５ａと第２搬送室１４５ｃとに仕切っている。第１搬送室１４５ａ及び第２搬送室１４５ｃは、図３に垂直な方向に柱状に延びており、磁性キャリアとブラックトナーからなる２成分現像剤（単に現像剤とも呼ばれる。）を収容する。

現像容器１４５は、さらに磁気ローラ１４３及び現像ローラ１４４を保持している。現像容器１４５には、現像ローラ１４４を感光体ドラム３０（３０ｋ）に向けて露出させる開口１４７が形成されている。

２本の攪拌搬送部材１４１，１４２は、それぞれ第１搬送室１４５ａ及び第２搬送室１４５ｃの内部で現像剤を攪拌しつつ循環的に移動させている。攪拌搬送部材１４２は、磁気ブラシとして、正に帯電した現像剤を磁気ローラ１４３に供給する。磁気ローラ１４３は、非磁性の回転スリーブ１４３ａと、回転スリーブ１４３ａの内部に固定されている固定マグネット体１４３ｂとを有している。磁気ローラ１４３と現像ローラ１４４とは、所定のクリアランスで対向している。規制ブレード１４６は、磁気ブラシを予め設定されている所定の高さに調整する。

現像ローラ１４４は、回転可能な非磁性の現像スリーブ１４４ａと、現像スリーブ１４４ａの内部で固定されている現像ローラ側磁極１４４ｂとを有している。磁気ローラ１４３には、磁気ローラ電位Ｖｍａｇが印加されている。現像ローラ１４４には、現像バイアス電位印加部１５０によって現像バイアス電位Ｖｓｌｖが印加されている。現像バイアス電位印加部１５０は、交流バイアス電位を印加する交流印加部１５１（ＡＣ印加部とも呼ばれる。）と、交流印加部１５１に直列に接続されて直流バイアス電位を印加する直流印加部１５２（ＤＣ印加部とも呼ばれる。）とを備えている。

本実施形態において、感光体ドラム３０では、表面電位が２０Ｖに設定され、現像ローラ１４４との間に現像電界を形成している。一方、現像バイアス電位印加部１５０は、現像ローラ１４４に現像バイアス電位Ｖｓｌｖの直流成分としての直流電位２０〜８０Ｖと、交流成分としての周波数２ｋＨｚのピークツーピーク値２０００Ｖの正弦波電位とが重畳された現像バイアス電位Ｖｓｌｖとを印加している。磁気ローラ１４３には、現像時において、磁気ローラ電位Ｖｍａｇとして直流電位２００Ｖが印加され、非現像時において、直流電位−２００Ｖが印加される。

これにより、現像時においては、現像バイアス電位Ｖｓｌｖ＜磁気ローラ電位Ｖｍａｇ（トナーが現像ローラ１４４に供給される電位状態）の時間が長くなってトナーが現像ローラ１４４に供給される時間が長くなり、非現像時においては、現像バイアス電位Ｖｓｌｖ＞磁気ローラ電位Ｖｍａｇ（トナーが現像ローラ１４４から回収される電位状態）の時間が長くなってトナーが現像ローラ１４４から回収される時間が長くなる。

さらに、磁気ローラ１４３に現像時と非現像時に印加される磁気ローラ電位Ｖｍａｇを調整することによって、現像バイアス電位Ｖｓｌｖと磁気ローラ電位Ｖｍａｇとの間の現像時のトナー層形成電位差ΔＶを変化させることができる。これにより、現像ローラ１４４には、現像バイアス電位Ｖｓｌｖと磁気ローラ電位Ｖｍａｇとの間のトナー層形成電位差ΔＶに応じた厚さのトナー薄層（単にトナー層とも呼ばれる。）が形成される。

現像ローラ１４４は、感光体ドラム３０との間に所定のクリアランスを有する対向部分（現像ニップ）を介して感光体ドラム３０にトナーを付着させて、トナー像を感光体ドラム３０の表面に形成する。トナー像は、感光体ドラム３０の表面における静電潜像の電位と現像ローラ１４４に印加される現像バイアス電位Ｖｓｌｖの電位差に基づいて形成される。

図４は、一実施形態に係る画像形成装置１における片面基板の実装状態を示す内部透視図である。図４（ａ）は、比較例に係る片面基板１０ｃの実装状態を示す内部透視図である。比較例に係る片面基板１０ｃ及び一実施形態に係る片面基板１０は、前述のように現像部１００ｋと筐体７０の内壁との間に配置・実装されている（図２参照）。

比較例に係る片面基板１０ｃの実装面には、図４（ａ）に示されるように、電子部品として制御用集積回路１１と、コネクタ１２と、電気ケーブル１４ｃとが実装されている。一方、片面基板１０ｃのパターン面には、制御用集積回路１１とコネクタ１２とを電気的に接続する複数の配線パターン１３ｃが形成されている。パターン面は、実装面の反対側の面である。この例では、制御用集積回路１１は、現像部１００ｍ、１００ｃ、１００ｙ及び１００ｋに供給するための現像バイアス電位Ｖｓｌｖを出力する。なお、図４では、説明を簡略化するために、４つの現像部１００及び４つの現像部１００と電気ケーブル１４ｃとの間の配線の図示を省略している。

比較例に係る電気ケーブル１４ｃは、現像部１００ｍ、１００ｃ、１００ｙ及び１００ｋに対して、それぞれ直流電位２０〜８０Ｖと周波数２ｋＨｚのピークツーピーク値２０００Ｖの正弦波電位とが重畳された現像バイアス電位Ｖｓｌｖを印加するための高電圧を供給する。電気ケーブル１４ｃは、屈曲部１４ｂｃを介して片面基板１０ｃを迂回して現像部１００ｍ、１００ｃ、１００ｙ及び１００ｋに到達させる配線ルートを有している。このような配線ルートは、たとえばトランスやヒートシンク（図示略）といった高電圧出力で使用される電子部品を実装する基板においては設計が困難となる場合が多い。

図４（ｂ）は、一実施形態に係る片面基板１０（制御部１０の実装形態）の実装状態を示す内部透視図である。これに対して、一実施形態に係る片面基板１０の実装面には、電子部品として制御用集積回路１１と、コネクタ１２と、電気ケーブル１４と、シールド部１６とが実装されている。

一方、片面基板１０のパターン面には、制御用集積回路１１とコネクタ１２とを電気的に接続する複数の配線パターン１３が形成されている。複数の配線パターン１３は、コネクタ１２が制御用集積回路１１の近傍に配置されているので、トランスやヒートシンク（図示略）の配置に制限されることなく極めて短い配線ルートで実現されている。これにより、高電圧出力のための絶縁距離やノイズ対策に起因する基板の大型化の抑制することができる。

片面基板１０には、片面基板１０の実装面からパターン面に貫通する実装用貫通穴１５が形成されている。電気ケーブル１４は、実装用貫通穴１５を介し、片面基板１０を迂回せずに直接的に現像部１００ｍ、１００ｃ、１００ｙ及び１００ｋに到達させる配線ルートを有している。このように、本実施形態に係る片面基板１０は、実装用貫通穴１５を有することによって、効率的な配線ルート（複数の配線パターン１３及び電気ケーブル１４）の配線ルートを実現することができる。

図５は、一実施形態に係る片面基板とその部品を示す断面図である。図５（ａ）は、片面基板１０の実装用貫通穴１５の近傍の構造を示す断面図である。実装用貫通穴１５には、金属その他の導体で構成されているシールド部品１６が取り付けられている。シールド部品１６は、接地され、片面基板１０のパターン面の側からの電界や磁界を減衰することができる。

図５（ｂ）は、片面基板１０の実装用貫通穴１５に取り付ける前のシールド部材１６ｒを示している。シールド部材１６ｒは、嵌合部１６１と、シールド部１６２とを有している。シールド部１６２の実装面への投影領域は、制御用集積回路１１の実装面への投影領域を包含している。シールド部１６２には、実装用貫通穴１５に取り付ける前に電磁波シールド材１７が導電性の接着剤を使用して張り合わされる。

嵌合部１６１は、一対のタブ部１６１ａ及び１６１ｂを有し、実装用貫通穴１５の内寸に嵌合する外寸を有している。一対のタブ部１６１ａ及び１６１ｂは、指又は工具で簡易に塑性変形可能である。シールド部材１６ｒは、その一対のタブ部１６１ａ及び１６１ｂが実装用貫通穴１５に貫通（通過）され、指又は工具で実装用貫通穴１５の外側に塑性変形される。

これにより、シールド部材１６ｒは、一対のタブ部１６１ａ及び１６１ｂの変形（塑性変形）を利用して簡単に取り付けられ、シールド部品１６となって、周波数２ｋＨｚのピークツーピーク値２０００Ｖの正弦波電位を印可する電気ケーブル１４からの電界ノイズや電磁波ノイズに起因する制御用集積回路１１への悪影響を抑制することができる。

このように、一実施形態に係る片面基板１０によれば、簡易な構成で現像部１００ｍ、１００ｃ、１００ｙ及び１００ｋへの配線ルートを短くすることができる。配線ルートの短縮化は、電界ノイズや電磁波ノイズの低減に寄与することができる。さらに、片面基板１０は、シールド部品１６を有しているので、高電圧の周期的な電圧に起因する電界ノイズや電磁波ノイズに起因する制御用集積回路１１への悪影響を抑制することができる。

本発明は、上記実施形態だけでなく、以下のような変形例でも実施することができる。

変形例１：上記実施形態では、片面基板１０には、一例として制御用集積回路１１と、ＲＡＭやＲＯＭ等の主記憶手段、及びＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等が実装されているが、このような構成に限定されない。片面基板は、少なくとも１つの電子部品が実装されているものであればよい。

変形例２：上記実施形態では、電磁波シールド材１７が実装されているが、必ずしも必須の構成要素ではない。さらに、シールド部１６２の実装面への投影領域は、制御用集積回路１１の実装面への投影領域を包含しているが、必ずしも包含している必要はない。逆に、たとえば他の用途のＣＰＵやメモリを包含するように構成されていてもよい。

１ 画像形成装置
１０ 制御部（制御基板）
２０ 画像形成部
２１ 色変換処理部
２２ ハーフトーン処理部
２７ 中間転写ベルト
２８ 校正用濃度センサ
２９ 露光部
３０ｃ〜３０ｋ 感光体ドラム
４０ 記憶部
５０ 画像読取部
６０ 給紙カセット
７０ 筐体
１００ｃ〜１００ｋ 現像部
１５０ 現像バイアス電位印加部

Claims (4)

1. 少なくとも１つの電子部品と、
   前記電子部品が実装されている実装面と、
   前記電子部品の電気的な接続のためのパターンが形成されているパターン面と、
   前記パターン面から前記実装面まで貫通する実装用貫通穴を通過し、前記電子部品に電気的に接続されている電気ケーブルと、
   前記実装用貫通穴に嵌合する嵌合部と、前記嵌合部の変形を利用して取り付けられ、前記パターン面の側からの電界をシールドするシールド部品と、
   を備える片面基板。
2. 請求項１記載の片面基板であって、さらに、
   前記シールド部品に導電性の接着剤を使用して張り合わされている電磁波シールド材を有している片面基板。
3. 請求項１又は２に記載の片面基板であって、
   前記電子部品は、現像プロセスを実行するための周期的な現像バイアス電位を出力するための制御用集積回路を含み、
   前記電気ケーブルは、前記制御用集積回路を用いて出力された現像バイアス電位を出力し、
   前記シールド部品の前記実装面への投影領域は、前記制御用集積回路の前記実装面への投影領域を包含する片面基板。
4. 請求項３記載の片面基板と、
   前記現像バイアス電位を用いて現像プロセスを実行する現像部と、
   を備える画像形成装置。
   
   

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