JP6874672B2 - 加圧部品 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置と冷却器を積層した積層体の積層方向における端に当接して、積層体を積層方向に加圧する加圧部品に関する。

複数の半導体装置と複数の冷却器の積層体をそれらの積層方向に加圧する加圧部品が特許文献１、２に開示されている。加圧部品は、積層体の積層方向の端に当接する当接板と、当接板を積層体へ押し付ける板バネを備えている。当接板と板バネはいずれも細長い。板バネは、当接板の長手方向における中央に当接するとともに、長手方向に沿って当該中央から離れるにつれて当接板から遠ざかるように湾曲している。板バネは、その中央が当接板に当接し、その両端が積層体を収容するケースの内壁に当接し、積層体とケースの内壁との間で圧縮されることで、積層体を積層方向に加圧する。当接板が積層体の端面の全体を均一に加圧する。

当接板の短手方向の両側には、積層体とは反対側に張り出している一対のリブが設けられている。板バネは、この一対のリブの間に配置され、さらに、一方のリブから折り曲がって延びている挟持部と当接板の板面との間に挟まれて当接板に固定されている。

特開２００９−１３０９６４号公報 特開２０１４−０１１９３６号公報

上記したように、板バネは中央のみで当接板を加圧する。当接板は、板バネから当接板の中央に作用する力によって湾曲しないように、十分な剛性を必要とする。仮に、当接板が湾曲すると、積層体への荷重が中央で高く、両端で低く不均一になってしまう。例えば、当接板の板厚を厚くすれば、当接板の剛性を高めることができる。しかし、当接板の板厚を厚くすると、当接板にリブ及び挟持部を形成することが困難となり、板バネを当接板に固定することが困難となる。仮にリブを形成しない場合でも、板厚を厚くすると、プレスを利用して当接板を量産する際にプレスが大型化する等の弊害が生じ得る。本明細書では、当接板の湾曲を抑制しつつ、板バネを当接板に固定可能な加圧部品を提供する。

本明細書が開示する加圧部品は、細長い第１当接板と、細長い第２当接板と、細長い板バネと、板バネの中央に固定されているリベットを備えている。第１当接板は、積層体の積層方向の端に当接する。第２当接板は、長手方向が第１当接板に沿うように第１当接板に当接している。板バネは、第２当接板の長手方向における中央に当接するとともに、長手方向に沿って当該中央から離れるにつれて第２当接板から遠ざかるように湾曲している。第２当接板にリベットのヘッドが嵌合する貫通孔が設けられており、ヘッドが第１当接板に固定されている。

上記の構成によれば、当接板が１枚である構成と比較して、第１及び第２当接板が板バネの力によって湾曲する量を抑制することができる。また、上記の構成によれば、リベットのヘッドが第２当接板の貫通孔に嵌合し、当該ヘッドが第１当接板に固定されることによって、板バネが第１及び第２当接板に固定される。以上により、当接板の湾曲を抑制することと、板バネを当接板に固定することの両立を図っている。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

加圧部品が用いられている電力変換器の平面図である。 加圧部品の斜視図である。 加圧部品の分解斜視図である。 図２のIV-IV線に沿った断面図である。

以下に説明する実施例の特徴を整理しておく。
（特徴１）第２当接板の短手方向における両側には、第１当接板から離れる方向に延びているリブが設けられてもよい。このような構成によれば、第２当接板の強度をさらに高めることができ、第２当接板が板バネの力によって湾曲する量をより抑制することができる。
（特徴２）第１当接板と第２当接板のうちの少なくとも一方には、第１当接板の第２当接板に対する姿勢を固定するための固定部が設けられていてもよい。例えば、第１当接板が回転して、第１当接板が第２当接板の長手方向に対して斜めにずれると、第１当接板の一部が第２当接板に当接しなくなり、第２当接板を介して第１当接板に伝達する板バネの荷重が不均一となり得る。これに対して、上記の構成によれば、第１当接板の回転が防止され、第１当接板の第２当接板に対する姿勢が変化して積層体への荷重が不均一となることを防止することができる。

図面を参照して実施例の加圧部品１０を説明する。加圧部品１０は、電力変換器２に採用されている。図１は、電力変換器２の平面図を示す。電力変換器２は、電気自動車に搭載され、バッテリの直流電力を昇圧した後に交流電力に変換するデバイスである。電力変換器２の出力電力で走行用のモータを駆動する。

電力変換器２はその筐体７の内部に様々な部品を収容しているが、図１では、扁平な複数の半導体装置３と扁平な複数の冷却器４と加圧部品１０以外の部品の図示を省略している。

電力変換器２の回路は、多数のパワートランジスタを備えている。パワートランジスタは、２個ずつ、複数の半導体装置３のそれぞれに収容されている。複数の半導体装置３は、複数の冷却器４と一つずつ交互に積層されている。各半導体装置３は２個の冷却器４に挟まれている。各冷却器４の内部は液体の冷媒が通る空洞である。複数の冷却器４を、２本の冷媒管６ａ、６ｂが貫いている。一方の冷媒管６ａを通じて液体の冷媒が供給される。冷媒は、全ての冷却器４に分配され、各冷却器４の内部を通過する間に隣接する半導体装置３から熱を吸収する。半導体装置３の熱を吸収した冷媒は、他方の冷媒管６ｂを通じて外部に排出される。扁平な半導体装置３がその両側から冷却されるので、扁平な複数の半導体装置３と扁平な複数の冷却器４の積層体５は、冷却効率が高い。

図１の座標系のＸ方向は、半導体装置３と冷却器４の積層方向に一致させてある。図１のＹ方向は、扁平な半導体装置３と冷却器４の長手方向に一致させてある。以降の図でも、Ｘ方向は半導体装置３と冷却器４の積層方向に一致させてあり、Ｙ方向は半導体装置３の長手方向に一致させてある。後述する加圧部品１０も細長く、その長手方向はＹ方向に一致している。

複数の半導体装置３と複数の冷却器４の積層体５は、筐体７の壁７ａと支柱７ｂの間に収容されている。積層体５の積層方向の端と支柱７ｂの間に加圧部品１０が挟まれている。加圧部品１０は、積層体５の端に当接している第１当接板１１と、第１当接板１１に当接している第２当接板１２と、第１及び第２当接板１１、１２を積層体５へ押し付ける第１板バネ１４、第２当接板１２と第１板バネ１４の間に挟まれている第２板バネ１５を備えている。第１板バネ１４が第１及び第２当接板１１、１２を介して積層体５をその積層方向に加圧する。加圧によって各半導体装置３と各冷却器４が密着し、各半導体装置３から各冷却器４への熱の伝達効率が高まる。

図２は、加圧部品１０の斜視図を示し、図３は、加圧部品１０を第１当接板１１と第２当接板１２と第１板バネ１４と第２板バネ１５に分解した図（分解斜視図）を示し、図４は、図２のIV-IV線に沿った断面図を示す。加圧部品１０は、さらに、第１板バネ１４と第２板バネ１５を加締めるリベット１６を備えている。なお、図２では、第２板バネ１５が第１板バネ１４で隠れて見えないことに留意されたい。

第１及び第２当接板１１、１２は、図中のＹ方向に細長い。第１及び第２当接板１１、１２は、鉄などの金属の板金からプレス加工で作られる。第１当接板１１の一方の板面１１ａは、積層体５に当接し、他方の板面１１ｂは、第２当接板１２に当接している。

第２当接板１２は、その長手方向が第１当接板１１の長手方向に沿うように第１当接板１１に当接している。第２当接板１２の短手方向における両側には、第１当接板１１から離れる方向（即ち、Ｘ軸正方向）に延びている一対のリブ２２ａ、２２ｂが設けられている。一対のリブ２２ａ、２２ｂは、短手方向の両側の縁に沿って延びている。一対のリブ２２ａ、２２ｂの高さは、リブ２２ａ、２２ｂの間に配置される第１及び第２板バネ１４、１５の合計の板厚よりも高い。

また、第１当接板１１のＺ軸正方向における上縁には、突起１７ａが設けられている。さらに、第２当接板１２のＺ軸正方向における上縁にも、突起２７ｂが設けられている。突起１７ａ、２７ａは、Ｘ軸方向から見たときに、互いに重なり合う位置に配置されている。図２に示すように、互いに重なり合う突起１７ａ、２７ａは、筒状のチューブ７０ａによって覆われる。当該チューブ７０ａを熱収縮することにより、第１当接板１１が第２当接板１２に固定される。突起１７ａ、２７ａは、第１当接板１１の第２当接板１２に対する姿勢を固定するための固定部として機能する。なお、第１当接板１１のＺ軸負方向における下縁と第２当接板１２のＺ軸負方向における下縁にも、突起１７ａ、２７ａと同様の突起１７ｂ、２７ｂが設けられている。互いに重なり合う突起１７ｂ、２７ｂも、筒状のチューブ７０ｂによって覆われ、当該チューブ７０ｂは熱収縮される。

第１板バネ１４は、細長い。第１板バネ１４は、鋼など、剛性の高い金属で作られている。第１板バネ１４は、第２当接板１２の長手方向（図中のＹ軸方向）における中央に当接するとともに、長手方向に沿って当該中央から離れるにつれて第２当接板１２から遠ざかるように湾曲している。第１板バネ１４は、長手方向の中央が第２板バネ１５を介して第２当接板１２に当接し、両端１４ｂが筐体７の支柱７ｂに当接する（図１参照）。加圧部品１０は、第１板バネ１４が積層体５の積層方向で圧縮された状態で積層体５と支柱７ｂの間に挟まれる。加圧部品１０は、第１板バネ１４の復元力により、第１及び第２当接板１１、１２を介して積層体５を積層方向に加圧する。

第２板バネ１５は、第１板バネ１４の復元力を補助する。第２板バネ１５は、第１板バネ１４と同様に細長く、その長手方向が第１板バネ１４に沿うように配置されている。第２板バネ１５も、第１板バネ１４と同様に湾曲している。第２板バネ１５は、第１板バネ１４と第２当接板１２の間に挟まれている。

リベット１６は、第１板バネ１４と第２板バネ１５を、以下の手順で加締める。図３に示すように、第１板バネ１４の中央に設けられている貫通孔４１と第２板バネ１５の中央に設けられている貫通孔５１にリベット１６の胴部６２を通過させる。リベット１６の既設のヘッド６１が第１板バネ１４に当接した状態で胴部６２の端部を塑性変形させる。これにより、図４の示すように、胴部６２の端部に貫通孔５１より大径な大径部、即ち、第２のヘッド６３が形成され、第１板バネ１４と第２板バネ１５が加締められる。即ち、リベット１６は、板バネ１４、１５の中央に固定される。

加圧部品１０を製造する工程を説明する。図３に示すように、板バネ１４、１５は、第２当接板１２に配置される前にリベット１６によって加締められる。加締められた第１板バネ１４と第２板バネ１５のユニットは、第２当接板１２の一対のリブ２２ａ、２２ｂの間に配置される。この際、リベット１６の第２のヘッド６３（図４参照）が、第２当接板１２の長手方向における中央に設けられて貫通孔２４に嵌合する。これにより、上記のユニットが第２当接板１２に対して位置決めされる。そして、図４に示すように、第２のヘッド６３の先端に接着剤８０が塗布される。その後、第１当接板１１が第２当接板１２の長手方向に沿うように配置され、第１当接板１１が、上記の接着剤８０を介して、第２のヘッド６３の先端に接合（固定）される。これにより、上記のユニットが、第１及び第２当接板１１、１２に固定される。さらに、上記したように、突起１７ａ、２７ａ及び突起１７ｂ、２７ｂがチューブ７０ａ、７０ｂに覆われて、各チューブ７０ａ、７０ｂが熱収縮される。これにより、第１当接板１１が第２当接板１２に固定される。

本実施例の効果を説明する。第２板バネ１５は、第２当接板１２の中央にのみ当接する。このため、板バネ１４、１５は、第２当接板１２の中央のみで第１及び第２当接板１１、１２を加圧する。ここで、板バネ１４、１５からの力を積層体５に伝達する当接板は、その中央のみに作用する力によって湾曲しないように、十分な剛性を必要とする。仮に、当接板が湾曲すると、積層体５への荷重が中央で高く、両端で低く不均一になってしまう。

本実施例では、加圧部品１０は、２枚の当接板１１、１２を備えている。このため、当接板が１枚である構成と比較して、第１及び第２当接板１１、１２が板バネ１４、１５の力によって湾曲する量を抑制することができる。

また、本実施例では、リベット１６の第２のヘッド６３が第２当接板１２の貫通孔２４に嵌合し、ヘッド６３が第１当接板１１に接着剤８０を介して接合されることによって、板バネ１４、１５を第１及び第２当接板１１、１２に固定することができる。さらに、第１当接板１１がヘッド６３に接合されることによって、第１当接板１１が加圧部品１０から離脱することを防止することができる。

また、本実施例では、接着剤８０は、ヘッド６３の先端にのみ塗布される。例えば、接着剤８０が、ヘッド６３の先端のみならず、第２当接板１２の板面にも塗布される比較例が考えられる。この場合、接着剤８０の厚さが第２当接板１２の板面の全体に亘って均一とならず、第１及び第２当接板１１、１２が互いに平行とならない虞がある。第１及び第２当接板１１、１２が互いに平行とならない場合、積層体５への荷重が不均一となる虞がある。これに対して、本実施例では、接着剤８０は、ヘッド６３の狭い範囲にのみ塗布されるので、第１及び第２当接板１１、１２が互いに平行とならずに、積層体５への荷重が不均一となることを防止することができる。なお、変形例では、上記の比較例の構成を採用してもよい。

また、本実施例では、第２当接板１２の短手方向における両側に一対のリブ２２ａ、２２ｂが設けられている。リブ２２ａ、２２ｂにより、第２当接板１２の強度をさらに高めることができ、第２当接板１２が板バネ１４、１５の力によって湾曲する量をより抑制することができる。

また、板バネ１４、１５を第２当接板１２に固定する構成として、例えば、第２当接板１２のリブ２２ｂの中央から折り曲がって延びている挟持部を設け、当該挟持部と第２当接板１２の板面との間に板バネ１４、１５を挟む比較例が考えられる。この構成では、リブ２２ａから略直角に折れ曲がっている挟持部が板バネ１４に当接するように、挟持部の両側でリブ２２ａに溝が設けられる。第２当接板１２から溝の底までの距離が板バネ１４、１５の合計の板厚と同じである。このため、リブ２２ａの中央における高さは結果的に板バネ１４、１５の合計の板厚程度に制限されてしまう。これに対して、本実施例の構成では、挟持部が設けられず、リベット１６を利用して板バネ１４、１５が固定されるので、リブ２２ａ、２２ｂの高さが制限されず、リブ２２ａ、２２ｂの高さを板バネ１４、１５の合計の板厚以上にして、第２当接板１２の強度を高めることができる。

また、仮に、第１当接板１１が回転して、第１当接板１１が第２当接板１２の長手方向に対して斜めにずれると、第１当接板１１の一部が第２当接板１２に当接しなくなる。この場合、第２当接板１２を介して第１当接板１１に伝達する板バネ１４、１５の荷重が不均一となり得る。これに対して、本実施例では、第１当接板１１の第２当接板１２に対する姿勢は、突起１７ａ、２７ａ及びチューブ７０ａを利用して、固定される。これにより、第１当接板１１の回転が防止され、第１当接板１１の第２当接板１２に対する姿勢が変化して積層体５への荷重が不均一となることを防止することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。第２当接板１２には、一対のリブ２２ａ、２２ｂが設けられていなくてもよい。

「固定部」は、突起１７ａ、２７ａに限られない。例えば、第１当接板１１の板面に第２当接板１２に向かって突出する突出部が設けられており、第２当接板１２に当該突出部が嵌合する孔が設けられていてもよい。本変形例では、当該突出部と当該孔が「固定部」の一例である。また、例えば、第１当接板１１の上縁に、第２当接板１２に向かって折れ曲がり、第２当接板１２の上縁に引っ掛かる爪が設けられてもよい。本変形例では、当該爪が、「固定部」の一例であり、当該固定部は、第１当接板と第２当接板のうちの一方に設けられていればよい。

突起１７ａ、２７ａ、１７ｂ、２７ｂは、第１及び第２当接板１１、１２に設けられなくてもよい。一般的に言えば、「固定部」は設けられなくてもよい。

また、加圧部品１０は、第２板バネ１５を備えていなくてもよいし、３枚以上の板バネを備えていてもよい。一般的に言えば、「板バネ」は、１枚の板バネであってもよいし、複数枚の板バネであってもよい。

上記の実施例では、リベット１６のヘッド６３は、接着剤８０を介して第１当接板１１に固定される。これに代えて、ヘッド６３は、両面テープを介して第１当接板１１に固定されてもよい。

上記の実施例では、接着剤８０は、ヘッド６３にのみ塗布される。これに代えて、接着剤８０が、ヘッド６３のみならず、第２当接板１２の板面にも塗布されてもよい。

上記の実施例では、加圧部品１０は、複数の半導体装置３と複数の冷却器４を積層した積層体５の加圧に採用されるが、これに限らず、加圧部品１０は、１個の半導体装置と１個の冷却器を積層した積層体の加圧に採用されてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：電力変換器
３ ：半導体装置
４ ：冷却器
５ ：積層体
６ａ、６ｂ ：冷媒管
７ ：筐体
７ａ ：壁
７ｂ ：支柱
１０ ：加圧部品
１１ ：第１当接板
１１ａ ：板面
１１ｂ ：板面
１７ａ、１７ｂ ：突起
１２ ：第２当接板
２２ａ、２２ｂ ：リブ
２４ ：貫通孔
２７ａ、２７ｂ ：突起
１４ ：第１板バネ
１４ｂ ：両端
４１ ：貫通孔
１５ ：第２板バネ
５１ ：貫通孔
１６ ：リベット
６１ ：ヘッド
６２ ：胴部
６３ ：第２のヘッド
７０ａ、７０ｂ ：チューブ
８０ ：接着剤

Claims (1)

1. 半導体装置と冷却器を積層した積層体の積層方向における端に当接して、前記積層体を前記積層方向に加圧する加圧部品であって、
   前記積層体の前記積層方向の端に当接している細長い第１当接板と、
   長手方向が前記第１当接板に沿うように前記第１当接板に当接している細長い第２当接板と、
   前記第２当接板の長手方向における中央に当接しているとともに、長手方向に沿って当該中央から離れるにつれて前記第２当接板から遠ざかるように湾曲している細長い板バネと、
   前記板バネの中央に固定されているリベットと、
   を備えており、
   前記第２当接板に前記リベットのヘッドが嵌合する貫通孔が設けられており、
   前記ヘッドが前記第１当接板に固定されている、加圧部品。
   

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