JP2006154076A

JP2006154076A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2006154076A
Application number: JP2004342165A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Kamei; 正文亀井; Tsunao Honpo; 本保　　綱男; Hideho Inagawa; 秀穂稲川; Hiroyuki Yamaguchi; 浩之山口; Shinichi Nishimura; 晋一西村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】不要電磁放射の抑制効果の高い電装構成と筐体構造を提供する。
【解決手段】回路基板間の伝送線に対し、伝送経路の変動を抑制する固定部材１０５を設け、かつ、装置筐体に対する実装位置関係が変化しないように貼り付けると共に、回路基板のコネクタ裏面に設けたグランドプレーン１０６と、前記コネクタ隣接部分表裏面に前記グランドプレーン１０６の延長部を配すると共にビス固定部を設け、コネクタ裏面のグランドプレーン１０６と装置筐体を面接触する構成を取ることによって伝送線に流れる信号電流のリターン電流を最短ループで戻す電流の相殺効果と、伝送線の製造誤差と実装上コネクタ接合部で生ずる遊び部分をシールドする構成を持って電磁放射の発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板間の伝送線路に流れる信号電流に対するリターン電流を最短経路で戻せる実装構造と、製造誤差として生じる伝送線の遊び部分のシールド構造に関し、画像形成装置に係る。

複写機等の電子機器では回路構成が複雑化・高速駆動制御化されているため、回路間を接続する配線数も多くなり、電子機器のノイズ対策に関しては、前記配線からの不要電磁放射をいかに抑制するかが従来からの課題となっている。不要電磁放射の発生源は、その比率の大部分が信号線，グランド線，電源線などの伝送線と、伝送経路に構成された金属部材との位置関係によって生じるアンテナ（スリットアンテナ等）構造であることが知られている。（残りは基板上に構成される電気回路による電源・グランド間のノイズ成分に起因する。）。

また、上記不要電磁放射低減を目的とした提案がされている。回路基板内に設けられた基板内導電面と、回路基板外に設けられた基板外導電面と、この基板外導電面上に配設され前記回路基板との接続を行なう導電性配線とを有する電気回路装置において、次の構成を含むことを特徴としている。前記導電性配線の下側に近接する位置で、前記導電面同士が少なくとも高周波的に連続して接続されるように、前記基板内導電面又は前記基板外導電面を立体的に変形させるものである。

また、前記基板内導電面及び前記基板外導電面を立体的に変形させた構造であってもよい。尚、ここで言う少なくとも高周波的に連続してとは、少なくともノイズが問題となる周波数（ノイズ周波数）において、インピーダンスが十分に低くノイズ電流の鏡像電流及び／又は帰還電流が十分流れることを意味している。したがって、基板内導電面と基板外導電面とが接触して直流からノイズ周波数まで電流が流れる場合はもとより、基板内導電面と基板外導電面とが接触していなくても、両者の間にノイズ周波数において電流が流れる程度のギャップや、ノイズ周波数において十分にインピーダンスの低い素子が存在していても良い。

ここで、ノイズ周波数において十分にインピーダンスが低い素子の例としては、容量が十分大きいコンデンサ、抵抗値が十分小さい抵抗、インダクタンスが十分小さい配線などである。また、上記十分に低いインピーダンスの値とは、回路基板の大きさ・配置、導電性配線の長さ・配置・流れる電流の大きさなどによって変化するが、一例としては１０オーム程度以下、他の例としては３オーム程度以下などがある。上記構成によれば、導電性配線が回路基板と接続する部分においても、導電性配線の下側に近接する位置で、基板内導電面と基板外導電面とが少なくともノイズ周波数において連続して接続されているので、導電性配線に流れるノイズ電流に対して導電面を鏡像電流及び／又は帰還電流が流れ、電流の相殺効果を発揮させることができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−０４０９００号公報

上述した従来技術によるところの実装形態を図２に示す。ここで、図２（ａ）は、ＦＦＣ２０３等の伝送線を装置枠体２０４に沿って配し、回路基板２０１上に設けたＦＦＣコネクタ２０２に接続した例である。回路基板２０１のグランドプレーンは装置枠体２０４に実装された回路基板支持部材２０５を介して筐体接続されている。しかし、装置枠体と回路基板のグランドプレーンは回路基板支持部材２０５の実装距離を隔てている為、ＦＦＣ２０３等の伝送線の２０６で示した部分は筐体から離れてしまう。その為、この部分に於ける電磁放射の抑制効果を得ることができなかった。

また、このことから、電磁放射抑制効果を得る為に改善策として考えられた回路基板間の伝送構成を図２（ｂ）に示す。ＦＦＣ２０８等の伝送線を回路基板２０１と同等の高さを持った無欠陥橋渡し部材２０７に実装して回路基板２０１上に設けたＦＦＣコネクタ２０２に接続した例である。回路基板２０１のグランドプレーンは装置枠体２０４に実装された回路基板支持部材２０５を介して筐体接続されている。この構成は、図２（ａ）に示した構造によってＦＦＣ２０３の伝送線路が配線された場合よりも良好な電磁放射抑制効果が得られていた。（伝送線経路上の筐体構成の影響を受けにくい為。）しかし、図２（ｂ）に構成でも図２（ａ）と同様な理由で電磁放射抑制効果が得られなかった部分が発生していた。それは図中２０９で示した回路基板２０１と無欠陥橋渡し部材２０７の間に生じるグランドプレーンの断裂部分であり、この部分がスリットアンテナとなり電磁放射を発生させることも明らかになっている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、不要電磁放射の抑制効果の高い電気回路装置の構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為本発明は、電気回路基板のグランドプレーンと電気回路基板を実装する装置枠体である筐体と、基板間伝送線を持って構成される画像形成装置に於いて、次の構成を含むことを特徴としている。前記基板間伝送線を装置枠体（筐体）上に固定する部材を設け、配線経路が変動しない様に、かつ、装置枠体からの浮きが無いように配線するものとする。

又、電気回路基板上に設けられた上記伝送線用コネクタの裏面及び、近傍に設けられたグランドプレーンと直接接続可能な凹凸を持って構成された一枚板で形成された装置枠体によって構成され、回路基板の裏面にセットされたコネクタを上記装置枠体によってシールド可能な構成と、同じく伝送線実装時のコネクタ近傍の遊び部分をもシールド可能とした構造によって達成される。

尚、電気回路基板を装置枠体に実装した後に量部材にまたがって隙間を埋める部材を固定しても同様な効果を得ることが可能である。

又、電気回路基板上の表面に設けた基板間伝送線用のコネクタに対して、伝送線の実装遊び部分とコネクタを含んだ部分にシールドカバーを構成することによっても同等効果を実現可能である。

すなわち本発明は、電気回路基板上に基板間インターフェイスとして配置された表面実装コネクタと該コネクタを実装可能な２層以上の多層基板に於いて、コネクタ実装面の裏面に設けたグランドプレーンと該コネクタに隣接し、かつ電気回路基板グランドプレーンと低インピーダンス接続された基板支持部を表裏に設けて構成される基板ユニットと、
該電気回路基板を実装する導電性装置枠体の基板支持部と、該コネクタ実装面のコネクタ近傍に設けられたグランドプレーンと、該電気基板間伝送線を配線する伝送経路を１枚板金のプレス加工によって生成した無欠陥装置枠体（実装穴等は除く）と、該装置枠体に対する伝送線の実装余剰長をシールド可能とする装置枠体構成を持たせて構成したことを特徴とする。

本発明によれば、伝送線と電気回路基板と装置枠体の接続形態に於いて、信号電流に対するリターン電流のフィードバックの系の確保と伝送線の配線上に生ずるアンテナ要因を排除した構成を提案した物であり、伝送線に起因した放射要因を発生させない、不要電磁放射ノイズ抑制効果が高い画像形成装置を実現可能である。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

本発明の実施形態の一例として、図１を参照して説明する。図１は、本発明の画像形成装置の概略構成を示す説明図である。

画像形成装置内部に配置される電気回路基板１０１と１０２は例えば、電源プレーンとグランドプレーン、信号プレーン等の多層構造で構成され、電気回路基板１０１を構成するグランドプレーンと基板固定穴１１２が直接低インピーダンス接続されていることと、各々の基板間を繋ぐ伝送線１０４用コネクタの実装位置裏面に配置されたコネクタ１０３用の低インピーダンス接続されたグランドプレーン１０６及び、グランドプレーン１０６に近接した同じグランドプレーンに設けられた基板固定穴１１２を持って形成されている。

これらの電気回路基板及び伝送線は、装置枠体１０７として供給される一枚板金からプレス成型されてなる導電特性に優れた無欠陥枠体として成型されており、特徴としては、回路基板固定部１０８に示した電気回路基板１０１，１０２のグランドプレーンと低インピーダンス接続された基板固定穴１１２を不図示のビスによって確実に設置させる構成と、伝送線配線経路１０９の枠体高さを同一とし、電気回路基板１０１，１０２と伝送線１０４が同一平面上で接続されるように構成している。更に、伝送線１０４を確実に装置枠体１０７に沿わせる為に薄利型テープ１０５を用いて固定する。これによって、伝送線の実装状態が変化すると言った不確定要因が排除され電磁放射レベルの安定化が施される。ところが、現実的には基板間の実装距離の精度は正確に決まってくるものの、伝送線路の製造誤差と画像形成装置の組み立て作業性の観点から、伝送線の長さは実装距離より余裕を持って長めに設定されるのが実情であり、コネクタ近傍に於けるコネクタ挿脱用の遊び部分１１１が必要となるのは製品製造上避けることのできない問題でもある。

そこで、本件では、このコネクタ挿脱用の遊び部分１１１を装置枠体１０７に設けた構造でコネクタシールド部１１０を形成し、電気回路基板のコネクタ近傍グランドプレーン１０６と装置枠体１０７でコネクタ挿脱用の遊び部分１１１をシールドすることによって不要電磁放射を抑制する構成としている。

図３（ａ）にコネクタ挿脱用の遊び部分からの不要電磁放射が放射されるイメージを示した。本発明構成をそのまま実現した場合には、この図の様な構成となり、図２に示した従来構成よりははるかに良いものの不用電磁放射の要因がなくなる訳ではない。即ち、電気回路基板３０１のグランドプレーンと低インピーダンス接続した装置枠体３０４の上に這わせられた伝送線３０３を基板上のコネクタ３０２に挿入する部分の実装上の遊び部分３０５によって、信号電流とそのリターン電流のバランスが崩れ、不用電磁放射を発生させる。

次に図５を用い、放射ノイズが発生する原因と抑制構成による低減効果について説明する。５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６に電気回路基板と伝送線及び装置枠体の実装構成を変えたイメージ図を示した。

５０１は伝送線５０７が空中配線で接続された系を示しており、基板外部からの信号電流に対するリターン電流が電気回路基板を介して装置枠体に広がって戻っている様子を示している。その為、不図示の対向電気回路基板と伝送線と装置枠体と言った大きな電流ループが発生する為不用電磁放射ノイズはかなり大きなレベルとなる。

５０２は伝送線５０８を極力装置枠体に沿って実装し、コネクタ近傍で送電線５０８が装置枠体から離れて配線される系を示しており、信号電流に対するリターン電流は弱いながらも電気回路基板を介して広がって戻っていく。特に、伝送線５０８が装置枠体から離れた部分に関しては信号電流に対するリターン電流のバランスが合わない為、電流相互の相殺効果が発揮されず、不用電磁放射ノイズはそれなりのレベルとなる。

５０３は伝送線５０９に沿って、橋渡し部材（金属板）５１０を基板間に渡した系を示している。この系はイメージ的には５０２と同じコネクタ近傍に於いて伝送線の浮き部分が発生し、橋渡し部材の欠陥部分のみリターン電流が相殺効果を持たない構成であるが、上記橋渡し部材の欠陥部分がスリットアンテナとなって放射する構成である。

５０４は５０１〜５０３の構成に対して電気回路基板のグランドプレーンと装置枠体を低インピーダンス接続し、かつ製造ラインで普通に組み立てた場合に生じる伝送線の遊び部分を持った系を示している。この系は最も現実的な系でありそれなりの不用電磁放射ノイズの低減効果を発揮する。しかし、伝送線５１１に対して、実装上の遊び部分５１２が存在することから信号電流に対するリターン電流による電流相互の相殺効果がややおちることもあり、信号電流が大きい場合に不要電磁放射ノイズが発生する場合がある。

５０５の系が、５０４の理想系として伝送線の浮きを無くした構成であり、この様な理想形態であれば信号電流とリターン電流の相殺効果によって伝送線５１３に起因した不要電磁放射ノイズは発生しないと考えられる。

５０６の系は、本実施系の実装構成を示した例である。この系は、伝送線５１５を実装する際に生じる伝送線の遊び部分を装置枠体に一体成形したシールド構造部に仕舞い込む構成５１６を持って、電気回路基板と装置枠体で囲い込むことを特徴としている。この構成であれば、実装上、コネクタ５１４が裏面であることによる作業性に若干の手順が必要となるが、伝送線５１５の露出部からの不要電磁放射ノイズを抑制可能である上に、信号電流とリターン電流の相殺効果によって不要電磁放射ノイズを抑制される。

以上、異なる実装構成において不要電磁放射ノイズの発生イメージを説明した。伝送線路に起因した不要電磁放射ノイズの発生要因は大まかに以下の部分と考えられる。

・伝送線を流れる信号電流とそのリターン電流のバランスが崩れることによって生じるループ電流によってもたらされる不要電磁放射ノイズ、若しくは、リターン電流の拡散による共振現象の誘発。

・伝送線路の伝送経路に沿って設けられた欠陥筐体（スリット）部によるスリットアンテナ、若しくは筐体間を伝送線が配線されることによるスリットアンテナ（筐体面の共振）から放射される不要電磁放射ノイズ。

・伝送線の這いまわし時に生じる筐体に対する実装状態の変化（浮遊量の変化）によって生じる信号電流とリターン電流のバランス変動に起因する不要電磁放射ノイズ。

以上の不要電磁放射ノイズ発生要因を考慮して、本実施構成に於ける不要電磁放射ノイズの抑制構成の有効性は明らかである。

又、図３（ｂ）に示す様なスリットシールド部材３０８を用い、電気回路基板３０１と装置枠体３０４の間に生じる微妙なスリットの影響が問題となる場合に問題を除去することも可能である。このスリットシールド部材は、バネ性を持たせた薄い金属板で構成され、剥離型テープ３０８によって固定された伝送線３０７の厚み分のスリットが伝送線３０７の両サイドに生じる。その為、高周波成分を持った信号電流がコネクタ３０６を介してリターン電流として戻る際に、このスリットからの放射が無いとも限らない。そこで、予防策として、電気回路基板コネクタ裏面に設けたグランドプレーンに接触してかつビス等の固定可能なスリットシールド部材３０８を用いてスリットの影響を抑制する補助構成を準備する。（このスリットシールド部材３０８に関しては、不要な際には用いる必要が無いことは言うまでも無い。）。

最後に、図４を用いて、本発明の実装形態・手順を簡単に説明する。装置枠体４０１は１枚板金をプレス加工し、電気回路基板４０２，４０６の固定部や電気回路基板上に実装された不図示の電子部品の実装高さを十分に考慮した深さに加工されている枠体である。又、伝送線４０３を配線する部分に関しても、電気回路基板の実装位置（高さ）と揃える為の凹凸が設けられ、剥離型テープ４０４によって固定することが可能なフラットな構成をもって成形される。この為、通常伝送線の下部に設ける導電部材の幅として幅を議論する場合があるが、本件では導電部材の幅に関する議論は意味をなさない。但し、万が一別部材をもって伝送線下面に導電部材を設ける場合にはＦＦＣ等の伝送線の幅を基準とし、１．５倍〜２倍程度の幅を持たせて形成すべきである。

本件では、基板間伝送のＦＦＣケーブルコネクタは基板裏面に設けることとしており、製造上の手順としては、例えば、片側の電気回路基板４０６に伝送線４０３を事前挿入しておき、伝送線４０３が遊んでいる状態で電気回路基板４０６を装置枠体４０１にビス留め固定する。電気回路基板４０６の固定後（借り止め固定）、手に持った状態で電気回路基板４０２の裏面に実装されたコネクタ４０７に伝送線４０３の他端を挿入しコネクタロックを施す。

その後、伝送線に付加された剥離型テープ（若しくは、装置枠体側に事前に用意した剥離型テープ）の剥離紙を剥がし、先に実装を完了した電気回路基板４０６側から伝送線の浮きを生じないように貼り付けていく。上記テープの貼り付け終了後、伝送路の余り部分４０８を電気回路基板４０２と装置枠体４０１の間に滑り込ませながら電気回路基板４０２を装置枠体２０１に実装し、ビス４１２留め固定を行う。更に、必要に応じてスリットシールド部材４０５を電気回路基板４０２のコネクタ４０７近傍に設けた実装穴４０９と共締めで実装する。尚、装置枠体４０１のコネクタ部の構成として、伝送線の余り部分をシールドする為の構成４１１を持ち、伝送線は４１０に示す様なイメージで実装される物とする。（最も、伝送線の遊び部分が生じない精度で伝送線が準備できる場合にはあえてこの様な実装をせずに、伝送線が一直線になるように実装すればよいことは自明である。）。

又、５０４に示した実装構成においても伝送線の遊び部分をシールド可能な構成を持たせることによって不要電磁放射ノイズの抑制効果が高まることは言うまでも無い。

尚、上述した実施構成として、伝送線はコスト面、平面実装性の利便の観点からＦＦＣケーブルを想定して説明したが構成に起因した不要電磁放射ノイズの発生要因は同じ考え方に基づいている為シールド構成を持たないフレキシブルケーブルやハーネスで総称される束線等も効果が期待される。但し、ハーネス等、アセンブリ状態によって信号線の位置関係が安定しないタイプの束線では確実な不要電磁放射ノイズの抑制は難しく、現実的には、ＦＦＣケーブル、フレキシブルケーブル等、平面的に導体が一定間隔で形成され、かつ、筐体に対して一様に面接触による固定が可能な伝送線によって実施されることが好ましい。

本実施構成を示す構成図。従来実施構成を説明する構成図。製造上生じる放射要因と本実施構成の対策補助構成を説明する図。本実施構成の組み立て方法を説明する図。伝送線と電気回路基板と装置枠体の構成の違いによる放射要因を説明する図。

符号の説明

１０１電気回路基板
１０２電気回路基板
１０３コネクタ
１０４伝送線
１０５薄利型テープ
１０６グランドプレーン
１０７装置枠体
１０８回路基板固定部
１０９伝送線配線経路
１１０コネクタシールド部
１１１コネクタ挿脱用の遊び部分
１１２基板固定穴

Claims

電気回路基板上に基板間インターフェイスとして配置された表面実装コネクタと該コネクタを実装可能な２層以上の多層基板に於いて、コネクタ実装面の裏面に設けたグランドプレーンと該コネクタに隣接し、かつ電気回路基板グランドプレーンと低インピーダンス接続された基板支持部を表裏に設けて構成される基板ユニットと、
該電気回路基板を実装する導電性装置枠体の基板支持部と、該コネクタ実装面のコネクタ近傍に設けられたグランドプレーンと、該電気基板間伝送線を配線する伝送経路を１枚板金のプレス加工によって生成した無欠陥装置枠体（実装穴等は除く）と、該装置枠体に対する伝送線の実装余剰長をシールド可能とする装置枠体構成を持たせて構成したことを特徴とした画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置に於いて、電気回路基板間の伝送線の実装に際して、伝送線側若しくは導電性装置枠体側に剥離型テープ部材を介して双方の配線経路を固定することを特徴とした画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置に於いて、電気回路基板裏面に実装されたコネクタと該コネクタに接続される伝送線、及び、伝送線を該電気回路基板と導電性装置枠体で挟み込む構成で実装する実装形態に於いて、該伝送線の実装に伴い生じる電気回路基板と該装置枠体接合面に生じるスリットを塞ぐことが可能な電気回路基板グランドプレーンと装置枠体間の接続補助バネ部材を持ったことを持ったことを特徴とした画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置に於いて、装置を形成する電気回路基板間のインターフェイスコネクタの内、コントロール機能を有するインターフェイス及び、意図的に選択した特定コネクタのみ電気回路基板の裏面実装を行う事を特徴とした画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置に於いて、プレス加工された導電性無欠陥装置枠体のプレス領域は、各々の基板実装位置とプレス深さ及び、基板支持位置に対する基板裏面実装部品のクリアランスを確保したプレス深さ等、２通り以上持つと供に、該基板支持用に設けたプレス深さと同じ深さで伝送線用の伝送経路を成型したことを特徴とした画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置に於いて、伝送線下面に設けた導電性装置枠体の平面部分を完全無欠陥構成とすると共に、該平面部分の幅を伝送線幅の１．５倍以上持たせて成形する事を特徴とした画像形成装置。
請求項６記載の伝送線に於いて、ＦＦＣ、及びフレキシブルケーブル等の平面的にかつ、導体が一定間隔で形成され、導電性装置枠体に対して一様に面接触可能な構成で形成されたことを特徴とした電気回路基板間用伝送線を持って形成されたことを特徴とした画像形成装置。