(57)【要約】【課題】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し、長手方向における中央で板バネを支持しつつ、当接部材の湾曲を抑制可能な技術を提供する。【解決手段】加圧部品１０は、当接部材１２と、当接部材を積層体へ押し付ける板バネ１４を備えている。当接部材１２は、細長の主板部２１と、主板部の短手方向の両端から張り出している一対のリブ２２ａ、２２ｂと、主板部２１の長手方向の中央にてリブ２２ｂから延びている挟持部２３を備えている。板バネ１４は、長手方向における中央が両端よりも主板部２１に近なるように湾曲している。長手方向の中央における両方のリブ２２ａ、２２ｂの高さが、板バネ１４の板厚よりも高い。挟持部２３は、リブ２２ｂからリブ２２ａに向けて直角に折れ曲がっているとともに先端がクランク状に折れ曲がっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項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する細長の当接部材と、
前記当接部材を前記積層体へ押し付ける細長の板バネと、
を備えており、
前記当接部材は、
一方の面が前記積層体に当接するとともに他方の面が前記板バネに当接する細長の主板部と、
前記主板部の短手方向の両端から前記積層体とは反対側に張り出しており、前記主板部の長手方向に沿って延びている一対のリブと、
前記主板部の前記長手方向の中央にて一方の前記リブから延びているとともに前記板バネに向けて折れ曲がっており、前記主板部との間で前記板バネを挟んでいる挟持部と、
を備えており、
前記板バネは、前記長手方向における中央が両端よりも前記主板部に近なるように湾曲しており、
前記長手方向の中央における両方の前記リブの高さが、前記板バネの板厚よりも高く、
前記挟持部は、一方の前記リブから他方の前記リブに向けて直角に折れ曲がっているとともに先端がクランク状に折れ曲がっている、加圧部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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部材と、当接部材を積層体へ押し付ける板バネを備えている。当接部材と板バネはいずれも細長い。当接部材は、一方の面が積層体に当接するとともに他方の面が板バネに当接する主板部と、主板部の短手方向の両側から積層体とは反対側に張り出している一対のリブと、一方のリブから延びている挟持部と、を備えている。一対のリブは、主板部の長手方向に沿って延びている。挟持部は、板バネに向けて折れ曲がっている。支持部と主板部で板バネが挟まれており、当接部材と板バネが一つのユニット（加圧部品）を構成している。
【０００３】
板バネは、長手方向の中央が両端よりも主板部に近くなるように湾曲している。細長い板バネは、その長手方向の中央が当接部材に当接し、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。板バネは当接部材の中央のみで当接部材を加圧するが、当接部材は板面全体で積層体を加圧する。当接部材が積層体の端面の全体を均一に加圧する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３０９６４号公報
【特許文献２】特開２０１４−０１１９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、長手方向の中央で板バネが当接部材に当接しており、その当接箇所を反対側から押さえるように、挟持部が長手方向の中央でリブから延びている。リブから略直角に折れ曲がっている挟持部が板バネに当接するように、挟持部の両側でリブに溝が設けられている。主板部から溝の底までの距離が板バネの板厚と同じである。挟持部は、両方の溝の底を結ぶ線でリブから折れ曲がっており、板バネに当接する。リブは、当接板の強度を高めるために設けられているのであるが、溝の底を結ぶ線で挟持部が折れ曲がっているため、長手方向の中央のリブの高さは結果的に板バネの板厚程度になってしまう。当接部材の長手方向の中央においてリブの高さが板バネの板厚程度に制限される結果、当接部材の長手方向の中央における剛性を十分に高くできない。
【０００６】
他方、上記したように、板バネは当接部材の中央のみで当接部材を加圧する。当接部材は、板バネから当接部材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、当接部材が湾曲すると、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。本明細書では、長手方向における中央で板バネを支持しつつ、当接部材の湾曲を抑制可能な加圧部品を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する加圧部品は、積層体の積層方向の端に当接する細長の当接部材と、当接部材を積層体へ押し付ける細長の板バネを備えている。当接部材は、一方の面が積層体に当接するとともに他方の面が板バネに当接する細長の主板部と、主板部の短手方向の両端から積層体とは反対側に張り出しており、主板部の長手方向に沿って延びている一対のリブと、主板部の長手方向の中央にて一方のリブから延びているとともに板バネに向けて折れ曲がっており、主板部との間で板バネを挟んでいる挟持部を備えている。板バネは、長手方向における中央が両端よりも主板部に近なるように湾曲している。長手方向の中央における両方のリブの高さが、板バネの板厚よりも高い。挟持部は、一方のリブから他方のリブに向けて直角に折れ曲がっているとともに先端がクランク状に折れ曲がっている。
【０００８】
上記したように、長手方向の中央における両方のリブの高さが、板バネの板厚よりも高い。これにより、当接部材の中央部分の剛性を高めることができる。また、挟持部は、一方のリブのみから延びており、他方のリブからは延びていない。一方のリブの高さは、挟持部の加工のために制限され得るが、他方のリブの高さは、挟持部の加工が不要なため、制限されない。他方のリブの高さを調整することで、当接部材の剛性を調整することができる。
【０００９】
また、挟持部の先端をクランク状に折り曲げることによって、挟持部の板厚幅の狭い面でなく、挟持部の板面が板バネに当接する。板バネに広い面が当接することで、一方のリブのみから延びる１個の挟持部であっても板バネを当接部材に安定的に支持することができる。
【００１０】
上述した特徴により、長手方向における中央で板バネを支持することと、当接部材の湾曲を抑制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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】加圧部品が用いられている電力変換器の平面図である。
【図２】加圧部品の斜視図である。
【図３】加圧部品の分解斜視図である。
【図４】図２のIV-IV線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する実施例の特徴を整理しておく。
（特徴１）板バネは、長手方向における中央に積層体とは反対側に突出している突出部を有しており、挟持部の先端は、当該突出部の先端に当接していてもよい。突出部は、例えば、２枚の板バネを加締めるリベットのヘッドである。このような構成によれば、挟持部の根本（即ち、リブと挟持部の接続箇所）と先端との間の段差（即ち、クランク形状による段差）の高さを低くすることができ、板バネを押さえるのに十分な強度を挟持部に与えることができる。
【実施例】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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の端に当接する当接部材１２と、当接部材１２を積層体５へ押し付ける第１板バネ１４、当接部材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が当接部材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。
【００１８】
図２は、加圧部品１０の斜視図を示し、図３は、加圧部品１０を当接部材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。
【００１９】
当接部材１２は、図中のＹ方向に細長い。当接部材１２は、鉄などの金属製の板金からプレス加工で作られる。当接部材１２は、一方の面２１ａに積層体５が当接し、他方の面２１ｂに第１板バネ１４が第２板バネ１５を介して当接する主板部２１と、一対のリブ２２ａ、２２ｂと、リブ２２ｂから延びている挟持部２３を備えている。リブ２２ａは、主板部２１の短手方向の一方の側（即ち、図中のＺ軸正方向）にて積層体５とは反対側に張り出している。リブ２２ａは、主板部２１の短手方向の一方の側の縁に沿って延びている。また、リブ２２ｂは、主板部２１の短手方向の他方の側（即ち、Ｚ軸負方向）に設けられている点、及び、挟持部２３が設けられている点を除いて、リブ２２ａと同様である。一対のリブ２２ａ、２２ｂは、長手方向（即ち、Ｙ軸方向）の中央で最も高い。別言すれば、長手方向（即ち、Ｙ軸方向）の中央における一対のリブ２２ａ、２２ｂの高さは、長手方向の中央を挟んだ両側における一対のリブ２２ａ、２２ｂの高さよりも高い。また、図４に示すように、一対のリブ２２ａ、２２ｂの中央における高さＬ２は、一対のリブ２２ａ、２２ｂの間に配置される板バネ１４、１５の合計の厚さＬ１よりも高い。
【００２０】
挟持部２３は、リブ２２ｂのＹ軸方向における中央から延びている。挟持部２３は、リブ２２ｂからリブ２２ａに向けて直角に折れ曲がっているとともに先端がクランク状に折れ曲がっている。別言すれば、挟持部２３は、リブ２２ｂとの接続箇所から主板部２１の板面２１ｂと平行に延びている第１延部２３ａと、第１延部２３ａから直角に折れ曲がっているとともに主板部２１に向かって延びている第２延部２３ｂと、第２延部２３ｂから直角に折れ曲がっているとともに主板部２１の板面２１ｂと平行に延びている第３延部２３ｃを備えている。各延部２３ａ〜２３ｃがクランク状を構成する。
【００２１】
挟持部２３は、クランク状の先端（即ち、第３延部２３ｃ）と主板部２１との間で第１板バネ１４及び第２板バネ１５を挟んでいる。これにより、板バネ１４、１５が当接部材１２に支持される。
【００２２】
第１板バネ１４は、細長い。第１板バネ１４は、鋼などの剛性の高い金属で作られている。第１板バネ１４は、長手方向（図中のＹ軸方向）の中央が両端１４ｂよりも当接部材１２の主板部２１に近くな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を介して当接部材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、当接部材１２を介して積層体５を積層方向に加圧する。
【００２３】
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と主板部２１の間に挟まれている。
【００２４】
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。なお、リベット１６のヘッド６１は、第１板バネ１４の長手方向における中央に位置し、Ｘ軸正方向に突出している突出部と言うこともできる。
【００２５】
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を配置する前では、挟持部２３はクランク状に形成されておらず、当接部材１２は、クランク状に形成される前の部位２５を有する。また、板バネ１４、１５は、当接部材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、当接部材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の大径部６３（図４参照）が、主板部２１の長手方向における中央に設けられている貫通孔２４に嵌合する。これにより、上記のユニットが当接部材１２に対して位置決めされる。そして、部位２５を図２に示すようにクランク形状に折り曲げることによって、挟持部２３が形成される。この際、挟持部２３の先端（即ち、第３延部２３ｃ）がリベット１６のヘッド６１に当接する。これにより、上記のユニットが当接部材１２に支持される。
【００２６】
本実施例の効果を説明する。第２板バネ１５は、当接部材１２の中央にのみ当接する。このため、板バネ１４、１５は、当接部材１２の中央のみで当接部材１２を加圧する。当接部材１２は、板バネ１４、１５からの当接部材１２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、当接部材１２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。
【００２７】
上記したように、一対のリブ２２ａ、２２ｂの中央における高さＬ２は、板バネ１４、１５の合計の厚みＬ１よりも高くなっている（図４参照）。これにより、当接部材１２の中央部分の剛性を高めることができ、当接部材１２の湾曲を抑制することができる。
【００２８】
また、挟持部２３は、リブ２２ｂにのみ設けられており、リブ２２ａには設けられていない。リブ２２ｂの高さは、挟持部２３の加工のために制限され得るが、リブ２２ａの高さは、挟持部２３の加工が不要なため、制限されない。例えば、リブ２２ａの高さを、リブ２２ｂの高さよりも高くすることによって、当接部材１２の中央部分の剛性をより高めることができる。
【００２９】
また、図２等に示すように、挟持部２３の先端はクランク状に折れ曲がっている。例えば、挟持部の先端がクランク状ではなく、挟持部の板厚幅の狭い面が板バネ１４、１５のユニットに当接する構成が考えられる。この構成では、上記のユニットを狭い面で押さえ、さらには、挟持部が１個であるため、上記のユニットの支持が不安定になり得る。これに対して、挟持部２３の先端をクランク状に折り曲げることによって、挟持部２３の板厚幅の狭い面でなく、挟持部２３の広い板面が上記のユニットに当接する。上記のユニットを広い面で押さえるため、１個の挟持部２３であってもユニットを当接部材１２に安定的に支持することができる。
【００３０】
また、挟持部２３の先端（即ち、第３延部２３ｃ）は、リベット１６のヘッド６１（即ち、突出部）に当接している。このような構成によれば、挟持部２３の第１延部２３ａ（即ち、リブ２２ｂと挟持部２３の接続箇所）と第３延部２３ｃとの間の段差（即ち、クランク状による段差）の高さを低くすることができる。これにより、板バネ１４、１５を押さえるのに十分な強度を挟持部２３に与えることができる。
【００３１】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。加圧部品１０は、リベット１６を備えていなくてもよい。この場合、挟持部２３の第３延部２３ｃは、第１板バネ１４の板面に当接すればよい。一般的に言えば、板バネは、突出部を有していなくてもよく、挟持部の先端は、板バネに当接していればよい。
【００３２】
挟持部２３は、クランク状に屈曲している。実施例の挟持部２３は、第１延部２３ａと第２延部２３ｂと第３延部２３ｃで構成され、第２延部２３ｂは、第１延部２３ａから直角に曲がっている。本明細書における「クランク状」は、第１延部２３ａと第３延部２３ｃが主板部２１の板面２１ｂに平行であればよく、第２延部２３ｂが第１延部２３ａに対して直角でなくともよい。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【符号の説明】
【００３６】
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
１２    ：当接部材
２１    ：主板部
２２ａ、２２ｂ  ：リブ
２３    ：挟持部
２３ａ  ：第１延部
２３ｂ  ：第２延部
２３ｃ  ：第３延部
２４    ：貫通孔
１４    ：第１板バネ
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    ：大径部
Ｌ１    ：厚み
Ｌ２    ：高さ
【図１】
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【図２】
2019110702.tif 000004
【図３】
2019110702.tif 000005
【図４】
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