JP6906906B2 - 回路基板及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板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）電力を供給するための電源回路基板を備えた画像形成装置に搭載される回路基板において、第一の回路と、グランドパターンと、前記グランドパターンと接続された導電性のグランド端子部と、を備え、前記回路基板が前記画像形成装置に搭載された状態において、前記電源回路基板と前記回路基板は近接して配置されており、前記回路基板の部品実装面及び前記電源回路基板の部品実装面の夫々に垂直な方向から見て、前記回路基板上の前記第一の回路の少なくとも一部と、前記電源回路基板が有する第二の回路と前記電源回路基板に電圧が入力される入力部との間の領域の少なくとも一部とが重なっており、前記グランド端子部は、前記電源回路基板の前記領域と重なる範囲の前記第一の回路を全て覆うように、前記垂直な方向において前記回路基板の前記第一の回路と前記電源回路基板の前記領域との間に設けられていることを特徴とする回路基板。
（２）記録材に画像を形成するための画像形成装置において、画像を形成するための画像形成手段と、前記画像形成手段を駆動するために動作する第一の回路が実装されており、前記第一の回路はグランドパターンと前記グランドパターンと接続された導電性のグランド端子部とを有する第一回路基板と、第二の回路が実装されており、前記第一回路基板に近接して配置され、前記画像形成装置に電力を供給する第二回路基板と、を備え、前記第一回路基板の部品実装面及び前記第二回路基板の部品実装面の夫々に垂直な方向から見て、前記第一回路基板上の前記第一の回路の少なくとも一部と、前記第二回路基板の前記第二の回路と前記第二回路基板に電圧が入力される入力部との間の領域の少なくとも一部とが重なっており、前記グランド端子部は、前記第二回路基板の前記領域と重なる範囲の前記第一の回路を全て覆うように、前記垂直な方向において前記第一回路基板の前記第一の回路と前記第二回路基板の前記領域との間に設けられてい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 (9)

1. 電力を供給するための電源回路基板を備えた画像形成装置に搭載される回路基板において、
   第一の回路と、
   グランドパターンと、
   前記グランドパターンと接続された導電性のグランド端子部と、を備え、
   前記回路基板が前記画像形成装置に搭載された状態において、前記電源回路基板と前記回路基板は近接して配置されており、前記回路基板の部品実装面及び前記電源回路基板の部品実装面の夫々に垂直な方向から見て、前記回路基板上の前記第一の回路の少なくとも一部と、前記電源回路基板が有する第二の回路と前記電源回路基板に電圧が入力される入力部との間の領域の少なくとも一部とが重なっており、
   前記グランド端子部は、前記電源回路基板の前記領域と重なる範囲の前記第一の回路を全て覆うように、前記垂直な方向において前記回路基板の前記第一の回路と前記電源回路基板の前記領域との間に設けられていることを特徴とする回路基板。
2. 前記第一の回路とは放射ノイズを発生する回路であって、
   前記グランド端子部は前記第一の回路から発生した前記放射ノイズの前記電源回路基板への影響を低減することを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記第一の回路は、スイッチトキャパシタ、チャージポンプ回路、高周波デジタル回路のうちの一つを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の回路基板。
4. 記録材に画像を形成するための画像形成装置において、
   画像を形成するための画像形成手段と、
   前記画像形成手段を駆動するために動作する第一の回路が実装されており、前記第一の回路はグランドパターンと前記グランドパターンと接続された導電性のグランド端子部とを有する第一回路基板と、
   第二の回路が実装されており、前記第一回路基板に近接して配置され、前記画像形成装置に電力を供給する第二回路基板と、を備え、
   前記第一回路基板の部品実装面及び前記第二回路基板の部品実装面の夫々に垂直な方向から見て、前記第一回路基板上の前記第一の回路の少なくとも一部と、前記第二回路基板の前記第二の回路と前記第二回路基板に電圧が入力される入力部との間の領域の少なくとも一部とが重なっており、
   前記グランド端子部は、前記第二回路基板の前記領域と重なる範囲の前記第一の回路を全て覆うように、前記垂直な方向において前記第一回路基板の前記第一の回路と前記第二回路基板の前記領域との間に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
5. 前記第一の回路とは放射ノイズを発生する回路であって、
   前記グランド端子部は前記第一の回路から発生した前記放射ノイズの前記第二回路基板への影響を低減することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 更に、導電性の筐体を有し、
   前記グランド端子部は、導電性の固定部材で前記第一回路基板と前記導電性の筐体に対して固定されることにより電気的に接続されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。
7. 前記第一の回路は、スイッチトキャパシタ、チャージポンプ回路、高周波デジタル回路のうちの一つを含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記第二回路基板は、前記画像形成手段に高電圧を供給するための回路基板であることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記画像形成手段の動作を制御するための制御部を有し、
   前記第二回路基板は、前記制御部を動作するために前記制御部に電力を供給するための回路基板であることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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