(57)【要約】一旦組立後に分解する場合に分解のための余分なスペースを製品内に確保しなくても、パワーモジュールとヒートシンクを余分な手間と時間を要することなく容易に分離でき、分解のために部品を破損させないで済む、パワーモジュールの取付構造を提供する。ヒートシンク(5a)には、パワーモジュール固定ねじ(2a)をねじ込むための雌ねじを有したねじ孔(7a)が、ヒートシンク(5a)のパワーモジュール被取付面(5c)と複数の放熱フィン(9a)との間に貫通して設けられている。パワーモジュール固定ねじ(2a)は、ヒートシンク(5a)に対してパワーモジュール(3)を取り付ける際は、プリント基板(4a)側からパワーモジュール固定ねじ(2a)のねじ頭を工具(8a)により締め付け、ヒートシンク(5a)に対してパワーモジュール(3)を取り外す際は、ねじ頭の反対側となる放熱フィン(9a)側からパワーモジュール固定ねじ(2a)を工具(8a)により緩める構造になっている。
2008044485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体であるパワー半導体素子を内蔵してなるパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの下面をパワーモジュール固定ねじにより固定すると共に複数の放熱フィンを有したヒートシンクと、
前記パワーモジュールのヒートシンクと反対側の部位をはんだ付けにより接続してなるプリント基板と、
を備えたパワーモジュールの取付構造において、
前記ヒートシンクには、前記パワーモジュール固定用のパワーモジュール固定ねじをねじ込むための雌ねじを有したねじ孔が、前記ヒートシンクのパワーモジュール被取付面と前記複数の放熱フィンとの間を貫通して設けられたことを特徴とするパワーモジュールの取付構造。
【請求項２】
前記パワーモジュール固定ねじは、前期パワーモジュールを前記ヒートシンクに対して取り付ける際には、前記パワーモジュール固定ねじのねじ頭を前記プリント基板側から締め付けるような構造としてあり、前記パワーモジュールを前記ヒートシンクに対して取り外す際には、前記パワーモジュール固定ねじのねじ頭の反対側となる放熱フィン側から前記パワーモジュール固定ねじを緩めるような構造になっていることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュールの取付構造。
【請求項３】
前記パワーモジュール固定ねじは、該取付ねじのねじ頭と反対側の端部にドライバー用の溝を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のパワーモジュールの取付構造。
【請求項４】
前記パワーモジュール固定ねじは、該取付ねじのねじ頭と反対側の端部にレンチ用の溝を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のパワーモジュールの取付構造。
【請求項５】
前記パワーモジュールの前記ヒートシンクのねじ孔と対向する位置に、前記パワーモジュール固定ねじを挿通するための孔部を前記パワーモジュールの上面から一段下がった凹状の取付座に設けてあることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュールの取付構造。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のパワーモジュールの取付構造を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーエレクトロニクス分野、主に高圧電源で動作するインバータ装置やサーボアンプなどのモータ制御装置に使用されると共に、発熱部品であるパワー半導体素子を内蔵してなるパワーモジュールに関し、特に、パワーモジュールを冷却用の複数の放熱フィンを有したヒートシンクに固定するためのパワーモジュールの取付構造およびそれを備えたモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーエレクトロニクス分野、主に高圧電源で動作するインバータ装置やサーボアンプなどのモータ制御装置に使用されると共に、発熱部品であるパワー半導体素子を内蔵してなるパワーモジュールの取付構造としては、例えば特許文献１に示されるものが提案されている。
図２は従来のパワーモジュールの取付構造を示す側断面図、図３は図２のパワーモジュール取付構造におけるパワーモジュールを取り外すためのねじ取り外し孔を設けた状態を示す側断面図、図４は図２のパワーモジュール取付構造の組立て前の状態を示す側断面図である。
図２、図３、図４において、１はプリント基板固定ねじ、２ｂはパワーモジュール固定ねじ、３はパワーモジュール、４ａおよび４ｂはプリント基板、５ｂはヒートシンク、５ｃはパワーモジュール被取付面、６ははんだ付け部、７ｂはねじ取り外し孔、８ｂは工具、９ｂは放熱フィンである。
図２に示すように、パワーモジュール３をヒートシンク５ｂにパワーモジュール固定ねじ２ｂで固定した後に、プリント基板４ａをパワーモジュール３に対してはんだ付け部６ではんだ付けにより接続している。このような取付構造において、プリント基板４ａをパワーモジュール３にはんだ付けで接続した後で、パワーモジュール３とヒートシンク５ｂを分離するためには、パワーモジュール３とプリント基板４ａを接続しているはんだを溶融して除去するか、図３に示すようにプリント基板４ｂにねじ取り外し孔７ｂを設け、該ねじ取り外し孔７ｂに工具８ｂを通して、パワーモジュール固定ねじ２ｂを工具８ｂで取り外したりしていた。
【特許文献１】特開平１１−２７４７１１（明細書２頁〜３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のパワーモジュール取付構造は、図４に示す組立前の状態から、図２に示すようにパワーモジュール３をヒートシンク５ｂにパワーモジュール固定ねじ２ｂで固定した後に、プリント基板４ａをはんだ付けによりパワーモジュール３に接続していたために、はんだ吸い取り器を使用してはんだを溶融させて除去しなければパワーモジュール３とヒートシンク５ｂを分離することができず、分解に余分な手間と時間を要するという問題があった。
また、はんだを溶融して除去するためには、はんだ付け時とは比較にならない熱ストレスをプリント基板４ａとパワーモジュール３に加えるため、過渡の熱ストレスにより、プリント基板４ａやパワーモジュール３が破損し、再利用できないというような問題もあった。
あるいは、パワーモジュール３とプリント基板４ａが接続されたままの状態でパワーモジュール３とヒートシンク５ｂを分離するためには、図３に示すようにプリント基板４ｂにねじ取り外し孔７ｂを設けておく方法もあったが、ねじ取り外し孔７ｂを設けることにより、プリント基板上のパターン配線や部品配置のためのスペースが減少し、小型化の妨げとなる問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、一旦組立てた状態から分解する場合に、分解のための余分なスペースを製品内に確保しなくても、パワーモジュールとヒートシンクを余分な手間と時間を要することなく容易に分離することができて、分解のために部品を破損させないで済む、パワーモジュールの取付構造およびそれを備えたモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、発熱体であるパワー半導体素子を内蔵してなるパワーモジュールと、前記パワーモジュールの下面をパワーモジュール固定ねじにより固定すると共に複数の放熱フィンを有したヒートシンクと、前記パワーモジュールのヒートシンクと反対側の部位をはんだ付けにより接続してなるプリント基板と、を備えたパワーモジュールの取付構造において、前記ヒートシンクには、前記パワーモジュール固定用のパワーモジュール固定ねじをねじ込むための雌ねじを有したねじ孔が、前記ヒートシンクのパワーモジュール被取付面と前記複数の放熱フィンとの間を貫通して設けられたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載のパワーモジュールの取付構造において、前記パワーモジュール固定ねじは、前期パワーモジュールを前記ヒートシンクに対して取り付ける際には、前記プリント基板側から前記パワーモジュール固定ねじのねじ頭を締め付けるような構造としてあり、前記パワーモジュールを前記ヒートシンクに対して取り外す際には、前記パワーモジュール固定ねじのねじ頭の反対側となる放熱フィン側から前記パワーモジュール固定ねじを緩めるような構造になっていることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のパワーモジュールの取付構造において、前記パワーモジュール固定ねじは、該取付ねじのねじ頭と反対側の端部にドライバー用の溝を設けたことを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のパワーモジュールの取付構造において、前記パワーモジュール固定ねじは、該取付ねじのねじ頭と反対側の端部にレンチ用の溝を設けたことを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のパワーモジュールの取付構造において、前記パワーモジュールの前記ヒートシンクのねじ孔と対向する位置に、前記パワーモジュール固定ねじを挿通するための孔部を前記パワーモジュールの上面から一段下がった凹状の取付座に設けてあることを特徴としている。
さらに、請求項６に記載の発明は、モータ制御装置に係わり、請求項１〜５の何れか１項に記載のパワーモジュールの取付構造を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１、２に記載のパワーモジュールの取付構造によると、パワーモジュールにプリント基板をはんだ付けで接続し、パワーモジュールとプリント基板とヒートシンクを一旦組立てた状態から分解する場合に、従来技術のようにプリント基板のパワーモジュール固定ねじに位置する箇所にねじ取り外し用の孔を設けていなくても、パワーモジュール固定ねじをヒートシンクの放熱フィン側から工具で緩めることにより、容易にパワーモジュールとヒートシンクを分離することができる。
また、分解のための余分なスペースを製品内に確保しなくても、パワーモジュールとヒートシンクを余分な手間と時間を要することなく容易に分離することができ、分解のために部品を破損させることもなくなる。
請求項３、４に記載のパワーモジュールの取付構造によると、パワーモジュール固定ねじのねじ頭と反対側の端部にドライバー用の溝あるいはレンチ用の溝を設けることで、組み立て後も、ドライバーやレンチなどの工具を用いて、容易にプリント基板とパワーモジュールをヒートシンクから分離することができる。
また、一旦組み立て後に、パワーモジュールとヒートシンクを分離することで部品を破損させることもなくなることから、再び組立てることも可能である。
また、請求項５に記載のパワーモジュールの取付構造によると、パワーモジュールのヒートシンクのねじ孔と対向する位置に、パワーモジュール固定ねじを挿通するための孔部をパワーモジュールの凹状の取付座に設けることで、パワーモジュール固定ねじのねじ頭とプリント基板の突起物などとの接触防止を図ることができる、
さらに、請求項６に記載のモータ制御装置によると、請求項１〜５の何れか１項に記載のパワーモジュール取付構造をモータ制御装置に用いることで、請求項１〜５記載の効果を容易に得ることができ、例えばインバータ装置などのパワーモジュールを実装する場合に、容易に組み立て、分解を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施例を示すパワーモジュール取付構造の側断面図、
【図２】従来のパワーモジュールの取付構造を示す側断面図、
【図３】図２のパワーモジュール取付構造におけるパワーモジュールを取り外すためのねじ取り外し孔を設けた状態を示す側断面図、
【図４】図２のパワーモジュール取付構造の組立て前の状態を示す側断面図、
【図５】本実施例のパワーモジュールの全体斜視図、
【図６】本実施例のパワーモジュール取付ねじの外観を示した図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）は下面図（ドライバー用溝）、
【図７】本実施例のパワーモジュール取付ねじの外観を示した図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）は下面図（レンチ用溝）
【符号の説明】
【０００７】
１  プリント基板固定ねじ
２ａ、２ｂ  パワーモジュール固定ねじ
３  パワーモジュール
３ａ  取付座
３ｂ  孔部
４ａ、４ｂ  プリント基板
５ａ、５ｂ  ヒートシンク
５ｃ  パワーモジュール被取付面
６  はんだ付け部
７ａ  ねじ孔
７ｂ  ねじ取り外し孔
８ａ、８ｂ  工具
９ａ、９ｂ  放熱フィン
Ｓ  スリット形状の溝
Ｈ  六角形状の溝
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の実施例を示すパワーモジュール取付構造の側断面図、図５はパワーモジュールの全体斜視図、図６は本実施例のパワーモジュール取付ねじの外観を示した図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）は下面図（ドライバー用溝）、図７は本実施例のパワーモジュール取付ねじの外観を示した図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）は下面図（レンチ用溝）である。
図１および図５において、１はプリント基板固定ねじ、２ａはパワーモジュール固定ねじ、３ａは取付座、３ｂは孔部、４ａはプリント基板、５ａはヒートシンク、５ｃはパワーモジュール被取付面、６ははんだ付け部、７ａはねじ孔、８ａは工具、９ａは放熱フィンである。
本発明が従来技術と異なる点は、ヒートシンク５ａには、パワーモジュール３固定用のパワーモジュール固定ねじ２ａをねじ込むための雌ねじ（タップ）を有したねじ孔７ａ、が、ヒートシンク５ａのパワーモジュール被取付面５ｃと複数の放熱フィン９ａとの間に向かって貫通して設けられている点である。
また、パワーモジュール固定ねじ２ａは、ヒートシンク５ａに対してパワーモジュール３を取り付ける際には、パワーモジュール固定ねじ２ａのねじ頭を、プリント基板４ａ側からパワーモジュール３の孔部３ｂ、ヒートシンク５ａの方に向かって工具８ａにより締め付け、ヒートシンク５ａに対してパワーモジュール３を取り外す際には、パワーモジュール固定ねじ２ａのねじ頭の反対側となる放熱フィン９ａ側からパワーモジュール３側に向かって、パワーモジュール固定ねじ２ａを工具８ａにより緩める構造になっている。
また、図６において、パワーモジュール固定ねじ２ａは該取付ねじのねじ頭と反対側の端部にドライバー用のスリット形状の溝Ｓを設けた構造となっている。さらに、図６に示すパワーモジュール取付ねじに替えて、図７に示すようにレンチ用の六角形状の溝Ｈの構造としても良く、図１に示すように放熱フィン９ａ側から工具８ａでパワーモジュール取付ねじを容易に緩める構造になっている。
また、図１に示すパワーモジュール３のヒートシンクのねじ孔７ａと対向する位置には、図５に示すように、パワーモジュール固定ねじを挿通するための孔部３ｂが、パワーモジュール３の上面から一段下がった凹状の取付座３ａに設けてある。【００１０】
次に、組立工程について図１および図５を用いて説明する。
まず、ヒートシンク５ａにパワーモジュール３を配置し、パワーモジュール固定ねじ２ａをプリント基板４ａ側からパワーモジュール３の取付座３ａに設けた孔部３ｂに挿入し、パワーモジュール固定ねじ２ａをヒートシンク５ａ内に設けた雌ねじを有するねじ孔７ａに向かってねじ込んで、パワーモジュール３とヒートシンク５ａを締め付け固定する。
次に、プリント基板４ａをヒートシンク５ａ及びパワーモジュール３に装着する。プリント基板４ａとヒートシンク５ａは必要に応じてプリント基板固定ねじ１でヒートシンク５ａに固定し、プリント基板４ａとパワーモジュール３をはんだ付けにより接続する。
これにより、プリント基板とパワーモジュールとヒートシンクは一体に固定されるが、後でパワーモジュールをヒートシンクから取り外す必要が生じた場合には、ヒートシンク５ａに設けたねじ孔７ａが、ヒートシンク５ａのパワーモジュール被取付面５ｃから複数の放熱フィン９ａ間に向かって貫通して設けられているため、パワーモジュール固定ねじ２ａのねじ頭の反対側となる放熱フィン９ａ側からパワーモジュール固定ねじ２ａを緩めることができる。【００１１】
したがって、本発明の第１実施例は上記構成にしたので、プリント基板とパワーモジュールとヒートシンクは一体に固定した後で、パワーモジュールをヒートシンクから取り外す必要が生じた場合には、プリント基板をパワーモジュールとはんだ付けにより接続してなるはんだ付け部のはんだを溶融、除去してプリント基板とパワーモジュールを分離するといった手段を取ったり、プリント基板のパワーモジュール固定ねじ上部に対向する位置にねじ取り外し孔を設けるなどの手段をとる必要がなく、図１に示すように工具をねじ孔の放熱フィン側から挿入してパワーモジュール固定ねじを緩めることで、パワーモジュールとヒートシンクを組立て後でも容易に分離することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明のパワーモジュールの取付構造およびそれを備えたモータ制御装置によれば、パワーモジュールを一旦組立てた状態から分解する場合に、分解のための余分なスペースを製品内に確保しなくても、パワーモジュールとヒートシンクを余分な手間と時間を要することなく容易に分離することができて、分解のために部品を破損させないで済むので、パワーエレクトロニクス分野、主に直流を交流に変換するインバータのほか、交流を直流に変換するコンバータなどの高圧電源で動作する電力変換装置あるいはサーボアンプに代表されるモータを駆動するモータ制御装置すべてに適用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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