JP6666026B2 - プリント基板及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プリント基板及びそのプリント基板を用いた電子写真方式の画像形成装置に関する。
近年、画像形成装置の小型化やプリント基板のコストの削減が要求されるため、プリント基板の面積への制約が厳しくなっている。限られたプリント基板上のスペースに実装部品を配置しなければならない一方で、製品の安全性を確保するために国際規格IEC60950−1に適合しなければならない。例えば、特許文献1には、各種安全規格に適合したプラグタイプの電源ユニットを提供するための部品配置について記載されている。
特開2008−017667号公報
国際規格IEC60950−1に適合するためには、プリント基板上において、一次側回路と二次側回路の間の絶縁距離として、空間距離で4.0mm、沿面距離で5.0mmをそれぞれ確保しなければならない。特に、電線、電気部品等の内部部品については、10ニュートン(N)の力で押して距離の判定が行われる。従って、背が高く倒れやすい電子部品の部品倒れを想定して、上述した空間距離、沿面距離を確保すると、大きなスペースが必要となり、プリント基板の小型化を妨げる要因となる。また、従来例のように、絶縁分離する部品とワイヤとの間にマイラーシートを貼付すると、部品点数、組立工数が増加し、コストアップの要因となる。
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、小型化されたプリント基板において、コストアップを招くことなく国際規格に適合した絶縁距離を確保することを目的とする。
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)電子部品が実装されたプリント基板であって、一次側の回路に接続されている第一の部品と、二次側の回路に接続されている第二の部品と、前記第一の部品と前記第二の部品の間に配置され、前記一次側の回路に接続されている第三の部品と、を有し、前記第三の部品は、前記第一の部品の近傍に配置され、前記第一の部品の長手方向と前記第三の部品の長手方向は、平行となるように実装され、前記第一の部品は、前記第二の部品の方向に力を加えられたことにより前記第三の部品に接触した状態になっても、前記第二の部品には接触しないことを特徴とするプリント基板。
(2)電子部品が実装されたプリント基板であって、一次側の回路に接続されている第一の部品と、二次側の回路に接続されている第二の部品と、前記第一の部品と前記第二の部品の間に配置され、前記一次側の回路に接続されている第三の部品と、を有し、前記第三の部品は、前記第一の部品の近傍に配置され、前記第一の部品が前記プリント基板に実装されている位置と前記第二の部品が前記プリント基板に実装されている位置の距離は、前記第一の部品の前記プリント基板からの高さに所定の距離を加えた距離よりも小さくなるよう配置され、前記第一の部品は、前記第二の部品の方向に力を加えられたことにより前記第三の部品に接触した状態になっても、前記第二の部品には接触しないことを特徴とするプリント基板。
(3)静電潜像が形成される感光体と、前記感光体に形成された静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、記録材が積載される積載部と、前記現像手段により形成されたトナー像を、前記積載部から搬送された記録材に転写するための転写手段と、前記転写手段により記録材に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を備える画像形成装置であって、前記画像形成装置の一部を加熱するヒータと、前記ヒータを駆動する駆動回路と、前記(1)又は前記(2)に記載のプリント基板と、を備え、前記駆動回路は前記プリント基板に実装されることを特徴とする画像形成装置。
本発明によれば、小型化されたプリント基板において、コストアップを招くことなく国際規格に適合した絶縁距離を確保することができる。
実施の形態の画像形成装置の構成を示す図 実施の形態の定着器の上面図と断面図 実施の形態のヒータへの電力供給系統ブロック図 実施の形態のヒータの駆動回路を示す図 実施の形態のプリント基板の実装パターンの一部を示す図 実施の形態の電子部品の位置関係を示す図
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳しく説明する。
[実施の形態]
<画像形成装置の説明>
図1は、画像形成装置300の概略断面図である。画像形成装置300では、各色成分のトナー像を形成する4つの画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdが中間転写ベルト7の搬送方向R7に並んで配置される。画像形成装置300には、画像形成装置300に着脱可能なトナーボトルTa、Tb、Tc、Tdが装着される。トナーボトルTaにはイエローのトナーが収容されており、トナーボトルTbにはマゼンタのトナーが収容されており、トナーボトルTcにはシアンのトナーが収容されており、トナーボトルTdにはブラックのトナーが収容されている。トナーボトルTa、Tb、Tc、Tdは、トナーを収容する収容容器に相当する。
画像形成部Paがイエローのトナー像を形成し、画像形成部Pbがマゼンタのトナー像を形成し、画像形成部Pcがシアンのトナー像を形成し、画像形成部Pdがブラックのトナー像を形成する。画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdは同様の構成であるため、以下ではイエローのトナー像を形成する画像形成部Paについて説明し、他の画像形成部Pb、Pc、Pdの構成に関する説明を省略する。
画像形成部Paは、円柱状の金属ローラの表面に感光体として機能する感光層を備えた感光ドラム1aと、感光ドラム1aを帯電する帯電器2aと、トナーを収容した現像器100aとを有する。感光ドラム1aが帯電器2aによって帯電された後、レーザ露光装置3aがイエローの色成分の画像データに基づき、感光ドラム1aを露光する。これにより、感光ドラム1a上にイエローの色成分の静電潜像が形成される。現像器100aが感光ドラム1a上の静電潜像を、トナーを用いて現像することで、感光ドラム1a上にトナー像が形成される。なお、現像器100aは、現像器100a内のトナーの量を検知する不図示のセンサを備える。センサにより現像器100a内のトナーの量が減少したことが検知された場合、トナーボトルTaから現像器100aにトナーが供給される。
画像形成部Paは、感光ドラム1a上のトナー像を中間転写ベルト7に転写する一次転写ローラ4aを備える。感光ドラム1aと中間転写ベルト7とが一次転写ローラ4aに押圧され形成される一次転写ニップ部を、感光ドラム1a上に形成されたトナー像が通過している間、一次転写ローラ4aには一次転写電圧が印加される。これによって、感光ドラム1a上のトナー像が中間転写ベルト7に転写される。画像形成部Paは、感光ドラム1a上に残留したトナーを除去するドラムクリーナ6aも有している。
中間転写ベルト7は、二次転写対向ローラ8、従動ローラ17、第1テンションローラ18、及び第2テンションローラ19に掛け回されている。中間転写ベルト7は、二次転写対向ローラ8の回転駆動によって矢印R7方向に回転する。中間転写ベルト7の回転に伴い、中間転写ベルト7上のトナー像は、矢印R7方向に搬送される。中間転写ベルト7を基準にして二次転写対向ローラ8の反対側には、二次転写ローラ9が配設されている。二次転写対向ローラ8に二次転写電圧が印加されることに応じて、二次転写対向ローラ8と中間転写ベルト7とが二次転写ローラ9に押圧され形成される二次転写ニップ部において、中間転写ベルト7上のトナー像が記録材Pに転写される。ベルトクリーナ11は、中間転写ベルト7上に残留したトナーを除去する。
トナー像が転写される記録材Pは、記録材Pを積載する積載部であるカセット部60に格納されている。給紙ローラ(不図示)は、カセット部60に格納された記録材Pを給紙する。搬送ローラ対61は、給紙ローラ(不図示)によって給紙された記録材Pを、レジストレーションローラ対62に向けて搬送する。記録材Pがレジストレーションローラ対62に搬送された後、レジストレーションローラ対62は、記録材Pに中間転写ベルト7上のトナー像が転写されるタイミングで記録材Pを搬送する。
二次転写ローラ9によりトナー像が記録材Pに転写された後、記録材Pは定着器200に搬送される。定着器200によってトナー像が定着された記録材Pは、排紙ローラ対64により画像形成装置300から排紙される。
<加熱ヒータの説明>
図2(a)に定着器200の上面図を、図2(b)に定着器200の正面断面図を示す。定着器200は、ヒータ212と、ヒータ212を内包する耐熱性の可撓性部材である定着フィルム211と、定着フィルム211に対向するよう配置された加圧ローラ210とを有する。定着器200は、ヒータホルダー214、剛体で構成されたステー215、サーミスタ201、202、203等を備える。ヒータ212、ステー215は、記録紙Pの搬送路と直交する方向(図2(b)の手前側及び奥側)を長手方向とする横長の部材である。
定着フィルム211は、円筒状の耐熱性フィルム材であり、ヒータ212を取り付けたステー215にルーズに外嵌させてある。定着フィルム211は、例えば、厚さ40〜100μm程度の、耐熱性、離型性、強度、耐久性等を有するPTFE、PFA、FEP等の円筒状単層フィルムである。また、定着フィルム211は、ポリイミド、ポリアミド、PEEK、PES、PPS等の円筒状フィルムの外周面にPTFE、PFA、FEP等をコーティングした複合層フィルムであってもよい。
加圧ローラ210は、芯金231の外周にシリコンゴム等の耐熱性弾性層232をローラ状に同心一体に設けた弾性ローラである。加圧ローラ210とヒータホルダー214とにより定着フィルム211を挟むことで、加圧ローラ210の弾性に抗して圧接される範囲である定着ニップ部Nが形成される。
加圧ローラ210は、矢印Cの方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ210の回転駆動による、定着ニップ部Nにおける加圧ローラ210と定着フィルム211の外面との摩擦力によって、定着フィルム211に直接的に回転力が作用する。記録紙Pが矢印D方向に搬送されて定着ニップ部Nに導入されたときは、記録紙Pを介して定着フィルム211に回転力が間接的に作用する。この作用により、定着フィルム211がヒータホルダー214に接触しつつ移動、すなわち圧接摺動しつつ回転駆動される。定着フィルム211の内面とヒータホルダー214の加圧ローラ210に対向する側の面との摺動抵抗を低減するために、両者の間に耐熱性グリス等の潤滑剤を少量介在させてもよい。
加圧ローラ210の回転による定着フィルム211の回転が定常化し、ヒータ212上に配置されたサーミスタ201、202、203によってヒータ212の温度が監視され、ヒータ212の温度が所定温度に立ち上った状態になるのを待つ。ヒータ212が所定温度に立ち上った状態になると、定着ニップ部Nにおいて、定着フィルム211と加圧ローラ210との間に、トナー像Tを担持した記録紙Pが導入される。記録材Pは、定着ニップ部Nで定着フィルム211と加圧ローラ210によって挟持搬送されつつ加熱される。これにより、ヒータ212の熱が定着フィルム211を介して記録紙Pのトナー像Tに効率よく付与され、記録紙P上のトナー像Tが、記録紙Pに加熱定着される。定着ニップ部Nを通過した記録紙Pは、定着フィルム211の面から分離されて搬送される。
ヒータ212は、画像形成時には約150〜200℃の温度に維持されるように制御されている。画像形成装置300は、ヒータとしてヒータ212の他に、感光ドラム1の内側には感光ドラムを加熱するためのヒータや、カセット部60の内側にはカセットを加熱するためのヒータを有している(図3参照)。各々のヒータは、感光ドラム1の結露や記録材Pの吸湿を防止するために、室温よりも高い約40〜50℃の温度に制御される。
<ブロック図の説明>
図3は、図1の画像形成装置300における各種ヒータへの電力供給系統を示すブロック図である。交流電源301は、画像形成装置300に接続される電力供給手段である。画像形成装置300は、中央演算処理装置としてCPU330を有している。CPU330は、ROM331とRAM332とバスで接続されており、CPU330は、ROM331に格納されている各種プログラムを実行し画像形成動作を行う。また、画像形成動作時において、CPU330が使用する各種制御データはRAM332に保存される。CPU330は、画像形成動作の開始要求を受信すると、各負荷(不図示)の制御を実行して画像形成動作を行う。
定着器200のヒータ212には、駆動回路350を介して、CPU330からの制御信号に応じた電力が供給される。感光ドラム1a、1b、1c、1dのヒータ398には、駆動回路351を介して、CPU330からの制御信号に応じた電力が供給される。カセット部60のヒータ399には、駆動回路352を介して、CPU330からの制御信号に応じた電力が供給される。
<駆動回路の説明>
駆動回路350、351、352の詳細を説明する。図4は、駆動回路の一例として、図3で説明した定着器200のヒータ212の駆動回路350を示す。交流電源301の交流ラインにおいて、ヒューズ302、303は、過電流保護のために接続されている。また、交流ライン間に接続された抵抗器(以下、抵抗器を単に抵抗という)304は、アクロス・ザ・ライン・コンデンサ(以下、Xコンデンサという)305に充電された電荷を放電するための抵抗である。Xコンデンサ305とライン・バイパス・コンデンサ(以下、Yコンデンサという)306、307、及びチョークコイル308は、ノイズ成分の除去のために設けられており、バリスタ309は、サージ電圧からの保護のために設けられている。
ヒータ212への電力供給は、第一の部品である双方向サイリスタ(以下、トライアックという)311の導通、非導通により制御される。抵抗312、313は、トライアック311のためのバイアス抵抗である。抵抗314とコンデンサ315は、トライアック311の誤点灯を防止するために、サージ電圧の吸収用のスナバ回路を構成する。第二の部品であるフォトトライアックカプラ321は、トライアック311の導通(オン)又は非導通(オフ)を制御する素子である。トライアック311は、フォトトライアックカプラ321の二次側の発光ダイオードを導通することでオンされる。抵抗322は、フォトトライアックカプラ321の二次側の発光ダイオードの電流を制限するための抵抗である。フォトトライアックカプラ321は、トランジスタ323によって導通、非導通が制御される。フォトトライアックカプラ321の二次側の発光ダイオードは、アノード端子に抵抗322を介して+5Vの電圧が供給されている。
トランジスタ323のコレクタ端子には、フォトトライアックカプラ321の二次側の発光ダイオードのカソード端子に接続されており、トランジスタ323のエミッタ端子は接地されている。トランジスタ323のベース端子には、抵抗325を介してCPU330に接続されている。抵抗324は、トランジスタ323のベース−エミッタ間に接続された抵抗であり、トランジスタ323は、抵抗325を介してCPU330からの制御信号に従って動作する。
<駆動回路の基板の実装パターン>
図5は、図4で説明したヒータ212の駆動回路のプリント基板360の実装パターンの一部を示す図である。プリント基板360には、トライアック311とフォトトライアックカプラ321の間にリード部品である抵抗312が配置される。ここで、トライアック311と抵抗312は、プリント基板360上で一次側回路を構成している。また、フォトトライアックカプラ321は、図5の左側のリードが一次側回路に接続され、図5の右側のリードが二次側回路に接続されている。本実施の形態では、プリント基板360の部品が実装される面(以下、実装面という)側から見て、トライアック311の実装位置から抵抗312の実装位置までの距離xは、例えば3mmである。また、プリント基板360の実装面側から見て、トライアック311の実装位置からフォトトライアックカプラ321の二次側のリードの実装位置までの距離yは、例えば10mmである。距離xや距離yは、上述した空間距離である。なお、実装位置とは、部品がプリント基板360上の配線パターンに接続される位置であり、具体的には、部品のリードがプリント基板360に半田付けされる位置をいう。
本実施の形態のトライアック311は、部品の高さがプリント基板360の実装面から22mmである。抵抗312がない場合は、フォトトライアックカプラ321側に向かってトライアック311に力を加えると、トライアック311はフォトトライアックカプラ321側に倒れ込む。この場合、一次側回路と二次側回路の間に、国際規格で必要とされている絶縁距離を確保できない。
この場合、国際規格IEC60950−1に適合するために、トライアック311の実装位置からフォトトライアックカプラ321の二次側のリードの実装位置までの距離を、次の長さ分、確保する必要がある。即ち、トライアック311の実装位置からフォトトライアックカプラ321の二次側のリードの実装位置までの距離を、部品(ここでは、トライアック311)の高さ22mmに、所定の距離である沿面距離5.0mmを加えた長さ分、確保する必要がある。または、部品間(ここでは、フォトトライアックカプラ321とトライアック311の間)に、絶縁部材であるマイラーシートを貼る等の対策を行わなければならない。しかし、これらの対策は、プリント基板360の小型化を妨げたり、部品点数、組立工数の増加によるコストアップを招いたりするため、好ましくない。そこで本実施の形態では、第三の部品である抵抗312を配置することで課題の解決を図っている。
<抵抗312の役割>
図6(a)は、本実施の形態のプリント基板360上のトライアック311と抵抗312とフォトトライアックカプラ321の位置関係を示す図である。各電子部品は、プリント基板360上に実装されている。トライアック311は、プリント基板360の実装面側から見て、トライアック311の長手方向と抵抗312の長手方向とが略平行となるように、プリント基板360上に実装されている。これにより、トライアック311がフォトトライアックカプラ321側に倒れた場合に、長手方向において後述する倒れ込み量αを制限することができる。そして、トライアック311とフォトトライアックカプラ321の、長手方向における空間距離を一定にすることができる。
トライアック311のリードがプリント基板360の実装面側に露出しているため、矢印Fの方向からトライアック311に力が加わると、トライアック311は、図6(a)の点線で示す状態から実線で示す状態へ、抵抗312に向かって倒れる。抵抗312は、トライアック311とフォトトライアックカプラ321の間に位置する。また、抵抗312は、可能な範囲でトライアック311の近傍に配置されているため、トライアック311をフォトトライアックカプラ321側に、即ち、矢印Fの方向に力を加えて倒そうとすると、トライアック311は抵抗312に接触して止まる。この状態では、トライアック311はフォトトライアックカプラ321には接触しない。抵抗312は、トライアック311に比べてプリント基板360の実装面からの高さが低く、トライアック311から接触されて力を加えられても倒れにくい。
本実施の形態では、抵抗312が支えとなることで、トライアック311の倒れ込み量が規制され、フォトトライアックカプラ321と一定の距離を保つことができる。即ち、図6(a)のような状態になったとしても、トライアック311とフォトトライアックカプラ321とは、所定の距離以上、即ち、空間距離5mm以上を保った状態に維持される。これにより、一次側回路と二次側回路の間に必要とされる絶縁距離を確保することができ、国際規格IEC60950−1に適合することができる。なお、図6(a)に示すトライアック311の角度αを、倒れ込み量という。
抵抗312がない場合は、図6(b)のように、トライアック311をフォトトライアックカプラ321側に(矢印Fの方向に)力を加えて倒そうとすると、トライアック311はフォトトライアックカプラ321に接触してしまう。この場合、一次側回路と二次側回路の間に必要な絶縁距離を確保できない。図6(b)の倒れ込み量をβとする。図6(a)に示すトライアック311の倒れ込み量αは、図6(b)に示すトライアック311の倒れ込み量βよりも小さい。
本実施の形態では、一次側回路に接続される背が高く倒れやすい部品としてトライアック311を、二次側回路に接続される部品としてフォトトライアックカプラ321を、例に説明した。また、一次側回路に接続される背が高く倒れやすい部品と、二次側回路に接続される部品との間に配置され、一次側回路に接続される倒れにくい部品として、抵抗312を例に挙げた。しかし、これらは一例であって、本発明はここに記載した細部に限定されるものではない。一次側回路に接続される背が高く倒れやすい部品としては、コンデンサやサイリスタ等がある。また、部品の形状や、リードの長さ又は硬さによっては、プリント基板の実装面からの高さによらず倒れやすい部品もあり、本実施の形態の構成は、このような部品にも適用できる。また、本実施の形態では、画像形成装置300の各ヒータの駆動回路に上述したプリント基板360を適用する例を説明した。しかし、本発明は、画像形成装置に適用する場合に限定されるものではなく、国際規格に適合するように一次側回路と二次側回路の絶縁距離を確保する必要があるプリント基板を搭載する情報処理機器に適用することができる。
以上、本実施の形態によれば、小型化されたプリント基板において、コストアップを招くことなく国際規格に適合した絶縁距離を確保することができる。
311 フォトトライアック
312 抵抗
321 フォトトライアックカプラ

Claims (10)

  1. 電子部品が実装されたプリント基板であって、
    一次側の回路に接続されている第一の部品と、
    二次側の回路に接続されている第二の部品と、
    前記第一の部品と前記第二の部品の間に配置され、前記一次側の回路に接続されている第三の部品と、を有し、
    前記第三の部品は、前記第一の部品の近傍に配置され、
    前記第一の部品の長手方向と前記第三の部品の長手方向は、平行となるように実装され、
    前記第一の部品は、前記第二の部品の方向に力を加えられたことにより前記第三の部品に接触した状態になっても、前記第二の部品には接触しないことを特徴とするプリント基板。
  2. 電子部品が実装されたプリント基板であって、
    一次側の回路に接続されている第一の部品と、
    二次側の回路に接続されている第二の部品と、
    前記第一の部品と前記第二の部品の間に配置され、前記一次側の回路に接続されている第三の部品と、を有し、
    前記第三の部品は、前記第一の部品の近傍に配置され、
    前記第一の部品が前記プリント基板に実装されている位置と前記第二の部品が前記プリント基板に実装されている位置の距離は、前記第一の部品の前記プリント基板からの高さに所定の距離を加えた距離よりも小さくなるよう配置され、
    前記第一の部品は、前記第二の部品の方向に力を加えられたことにより前記第三の部品に接触した状態になっても、前記第二の部品には接触しないことを特徴とするプリント基板。
  3. 前記第一の部品の長手方向と前記第三の部品の長手方向は、平行となるように実装されることを特徴とする請求項に記載のプリント基板。
  4. 前記第一の部品が前記第三の部品に接触しているとき、前記第一の部品と前記第二の部品の空間距離は、前記所定の距離以上であることを特徴とする請求項2又は3に記載のプリント基板。
  5. 前記第一の部品は、双方向サイリスタであり、
    前記第二の部品は、前記双方向サイリスタの導通又は非導通を制御する素子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項に記載のプリント基板。
  6. 前記第三の部品は、抵抗器であることを特徴とする請求項5に記載のプリント基板。
  7. 静電潜像が形成される感光体と、
    前記感光体に形成された静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、
    記録材が積載される積載部と、
    前記現像手段により形成されたトナー像を、前記積載部から搬送された記録材に転写するための転写手段と、
    前記転写手段により記録材に転写されたトナー像を定着する定着手段と、
    を備える画像形成装置であって、
    前記画像形成装置の一部を加熱するヒータと、
    前記ヒータを駆動する駆動回路と、
    請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のプリント基板と、
    を備え
    前記駆動回路は前記プリント基板に実装されることを特徴とする画像形成装置。
  8. 前記ヒータは、前記感光体を加熱するためのヒータであることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
  9. 前記ヒータは、前記定着手段を加熱するためのヒータであることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
  10. 前記ヒータは、前記積載部を加熱するためのヒータであることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
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