(57)【要約】【課題】基板や基板上の素子に対して歪みが生じることを抑制できる部品保持構造及びケースを提供すること。【解決手段】部品保持構造１０は、板状のベース部１１と、ベース部１１の側面から窪んで形成された有底の窪み部１２と、窪み部１２の底部１３に一端が接続され、窪み部１２の開口から外側に突出する塑性変形可能な腕部１６と、腕部１６の他端に接続された爪部１７とを備えることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のベース部と、
前記ベース部の側面から窪んで形成された有底の窪み部と、
前記窪み部の底部に一端が接続され、前記窪み部の開口から外側に突出する塑性変形可能な腕部と、
前記腕部の他端に接続された爪部と、
を備えることを特徴とする部品保持構造。
【請求項２】
前記窪み部は、
前記ベース部を板厚方向から見て、前記窪み部の窪み方向と直交する方向へ直線状に延びる底辺と、
前記底辺の両端から前記窪み部の開口に向けて延びる内側辺と、
を有し、
前記腕部は、前記底辺の中間部に接続されている
請求項１に記載の部品保持構造。
【請求項３】
前記底辺と前記内側辺とのなす角が直角である請求項２に記載の部品保持構造。
【請求項４】
前記腕部のうち前記ベース部側の端部が最も細く形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の部品保持構造。
【請求項５】
前記爪部は、前記腕部が延びる方向に対して交差する方向に延びて形成され、
前記腕部は、前記爪部の長手方向の中間部に接続されている
請求項１から４のいずれか一項に記載の部品保持構造。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の部品保持構造と、
前記部品保持構造に保持される部品を収容可能な空間を規定する収容部と、
を有し、
前記爪部は、前記収容部の前記空間に配されて前記収容部内の前記部品と接触可能であり、前記収容部の内面と前記部品とが離間した状態で前記部品を支持する
ことを特徴とするケース。
【請求項７】
前記部品を前記収容部に固定する接着剤が前記収容部の内面と前記部品との間に配されていることを特徴とする請求項６に記載のケース。
【請求項８】
前記収容部は前記ケースの下面に開口部を有し、
前記収容部内に収容された前記部品及び前記ケースが接触可能な治具に対して前記ケースを固定するために前記ケースの下面と垂直な方向に延びるねじ孔部を有し、
前記腕部は、前記ねじ孔部に挿通されるねじによって前記ケースが前記治具にねじ止めされることで塑性変形可能である請求項６又は７に記載のケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品保持構造及びケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板などの部品を所定の位置に保持するための構造が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１には、一対のバスバーの間に基板を保持するために、基板上の接点に係止される弾性変形可能な突起部をバスバーに設けることが開示されている。特許文献１に開示された技術によれば、突起部の弾性により、基板上の接点とバスバーとが導通した状態となるとともに基板が一対のバスバーの間で突起部によって位置決めされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２８９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、弾性変形した状態で基板に接する突起部の弾性により、基板に応力が発生する。このため、一対のバスバーの間に基板を位置決めすると基板や基板上の素子に対して歪みが生じる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、基板や基板上の素子に対して歪みが生じることを抑制できる部品保持構造及びケース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】
【０００６】
本発明の一態様は、板状のベース部と、前記ベース部の側面から窪んで形成された有底の窪み部と、前記窪み部の底部に一端が接続され、前記窪み部の開口から外側に突出する塑性変形可能な腕部と、前記腕部の他端に接続された爪部と、を備えることを特徴とする部品保持構造である。
【０００７】
本発明の別の態様は、上記態様の部品保持構造と、前記部品保持構造に保持される部品を収容可能な空間を規定する収容部と、を有し、前記爪部は、前記収容部の前記空間に配されて前記収容部内の前記部品と接触可能であり、前記収容部の内面と前記部品とが離間した状態で前記部品を支持することを特徴とするケースである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の部品保持構造によれば、基板などの部品を治具等の設置面に配したあと、設置面と爪部との間に部品が位置するようにベース部を設置面に配することで、部品を設置面上に位置決めできる。
この際、爪部が部品に接触してからベース部が設置面に接触するまでの間には、爪部とベース部とを接続している腕部が塑性変形するため、基板にかかる応力を低減できる。さらに、本発明の部品保持構造では、ベース部に窪み部が形成されているので、腕部の塑性変形の際には、窪み部近傍に応力が集中する。すなわち、ベース部のうち窪み部から離れた部位にかかる応力を低減できる。このため、ベース部にかかる応力によってベース部が弾性変形する場合であっても、部品にかかる応力を、腕部が塑性変形することによって低減できる。その結果、部品に歪みが生じることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態のケースを上側から見た平面図である。
【図２】同ケースを下側から見た平面図である。
【図３】同ケースにおけるフレーム及び部品保持構造を示す平面図である。
【図４】同ケースにおける部品保持構造を示す斜視図である。
【図５】部品保持構造の平面図である。
【図６】同ケースに対する部品の取付工程を説明するための図である。
【図７】部品保持構造の作用を説明するための図である。
【図８】部品保持構造の作用を説明するための図である。
【図９】部品保持構造の爪部に外力を作用させたときの応力分布を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の部品保持構造の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態のケース１（図１及び図２参照）は、部品が内部に収容された状態（図８参照）で部品を保持するためのケースである。本実施形態のケース１に収容される部品は特に限定されない。本実施形態では、一例として、半導体素子等が実装された平面視矩形状の基板２０（図８参照）がケース１に収容される例が示されている。本実施形態の基板２０は、例えば銅などの金属製の基板である。
図１から図３までに示すように、本実施形態のケース１は、金属製のフレーム２と、フレーム２を被覆する樹脂部１９とによって形成されている。また、本実施形態のケース１は、基板２０を収容するための収容部３と、部品保持構造１０と、ねじ孔部１８とを有している。
【００１１】
図１，２，６に示すように、収容部３は、ケース１の平面視において基板２０の外周を囲み、ケース１の下面１ａから窪んで形成されている。収容部３の内面は、樹脂部１９によって形成されている。樹脂部１９の材質は特に限定されない。収容部３は、ケース１の下面１ａに開口する開口部４と、基板２０を収容部３に接着するための接着面６とを有している。収容部３は、基板２０の放熱面２１を外部に露出させる。
【００１２】
開口部４は、ケース１の下面１ａに開口端５を有し、平面視矩形状に開口している。開口部４の形状は、ケース１を取り付ける対象（取付対象物）の形状に基づいている。たとえば、本実施形態において、ケース１を取り付ける対象となる平面を取付対象物が有しているため、本実施形態では、ケース１の下面１ａが平面状となっている。
【００１３】
接着面６は、収容部３の内面のうち、基板２０の放熱面２１とは反対側の面（裏面２２）の周縁部に対して接着剤を介して接続されるほぼ環状の面である。接着面６は、基板２０を、接着剤を介して裏面２２側から支持する。
接着面６は、平面視で開口部４の内側領域に位置している。接着面６は、平面視で対向する二箇所において途切れている。接着面６は、接着剤を接着面６に塗布する工程で接着剤の塗布位置の目安となる溝部７を有している。溝部７は、接着面６の周方向に延びている。
【００１４】
ケース１の下面１ａに対して垂直な方向における開口端５から接着面６までの距離は、収容部３に収容される基板２０の寸法に基づいて設定される。たとえば、ケース１の下面１ａに対して垂直な方向における開口端５から接着面６までの距離は、基板２０の厚さよりも大きい。ケース１の下面１ａに対して垂直な方向における開口端５から接着面６までの距離は、基板２０が完全な平板状でなく僅かに歪みを有している場合を考慮して設定されている。たとえば、基板２０の成形及び半導体素子の実装等の工程を経て基板２０が製造された後における基板２０の反りの状態に対応して、反った状態の基板２０が収容部３内に収容されている状態であっても基板２０の裏面２２が接着面６に押し付けられないように、開口部４の開口端５から接着面６までの距離が定められている。
【００１５】
図１，図２，及び図３に示すように、部品保持構造１０は、ベース部１１と、窪み部１２と、腕部１６と、爪部１７とを有している。本実施形態の部品保持構造１０は、フレーム２を構成する板状部材の一部からなる。
【００１６】
ベース部１１は、板状に形成されている。ベース部１１は、フレーム２の一部を構成している。
【００１７】
図３から図５までに示すように、窪み部１２は、ベース部１１の側面から窪んで底部１３を有する有底状に形成されている。窪み部１２は、底辺１４と、内側辺１５とを有している。窪み部１２の底辺１４は、ベース部１１を板厚方向から見たときに、窪み部１２の窪み方向（図５におけるＹ方向）と直交する方向へ直線状（図５におけるＸ方向）に延びている。窪み部１２の内側辺１５は、窪み部１２の底辺１４の両端１４ａ，１４ｂから窪み部１２の開口に向けて延びている。底辺１４と内側辺１５とのなす角は直角である。
【００１８】
腕部１６は、基端部１６ａと先端部１６ｂとを有している。腕部１６の先端部１６ｂは、窪み部１２の開口から外側に突出している。腕部１６の基端部１６ａは、窪み部１２の底部１３に接続されている。腕部１６の基端部１６ａは、底辺１４の中間部に接続されている。本実施形態では、腕部１６と窪み部１２とは一体に形成されている。
腕部１６は、塑性変形可能である。本実施形態において、腕部１６は、腕部１６のうちベース部１１側の端部（基端部１６ａ）において容易に塑性変形可能である。さらに、腕部１６は、基端部１６ａよりも先端部１６ｂに近い側の領域において、基端部１６ａよりも塑性変形しにくい。本実施形態では、腕部１６における基端部１６ａが最も細く形成されていることにより、腕部１６における基端部１６ａが腕部１６全体のうちで最も塑性変形しやすくなっている。
【００１９】
図３，４，５，７，及び８に示すように、爪部１７は、腕部１６の先端部１６ｂに接続されている。爪部１７は、収容部３において接着面６が途切れている部分に配されている。爪部１７は、基板２０の裏面２２の周縁部に当接可能である。爪部１７は、収容部３の空間に配された基板２０を、基板２０の裏面２２側から支持する。爪部１７は、平面視における収容部３の直線状部分に沿って直線状に延びている（図２参照）。爪部１７は、腕部１６が延びる方向（図５におけるＹ方向）に対して交差する方向（図５におけるＸ方向）に延びて形成されている。本実施形態では、爪部１７は、腕部１６が延びる方向（図５におけるＹ方向）に対して直交する方向に延びて形成されている。爪部１７の長手方向の中間部は、腕部１６に接続されている。また、爪部１７は、腕部１６が塑性変形することによって、腕部１６が延びる方向に延びる直線（腕部１６の長手軸線、図５に符号Ｌで示す。）を軸線として収容部３内で容易に回動可能である。
爪部１７は、基板２０の裏面２２と基板２０の側面との境界となる角部２３に線接触している。爪部１７は、基板２０が爪部１７に接して爪部１７を押圧することによって収容部３内で移動し、基板２０が収容部３内で適切な位置にある状態で基板２０に接している。このとき、爪部１７が移動する際に腕部１６が塑性変形する。このため、爪部１７が基板２０を押圧するような腕部１６の復元力は小さい。腕部１６が塑性変形した後に残る僅かな復元力によって爪部１７は基板２０を僅かに押圧するが、この押圧力は、基板２０を変形させるほどは大きくない。
爪部１７は、基板２０上の半導体素子等が発する熱をフレーム２へと拡散させるための放熱部材としても機能する。すなわち、爪部１７が基板２０に接触している状態において、基板２０上の半導体素子等が発する熱は基板２０を介して爪部１７へと伝わり、爪部１７へ伝わった熱は腕部１６及びベース部１１を通じてフレーム２へ拡散する。
【００２０】
図１，２，６に示すように、ねじ孔部１８は、ケース１を取り付ける対象となる部材にケース１をねじ止めにより固定するためにケース１に設けられている。ねじ孔部１８は、フレーム２及び樹脂部１９に形成されている。ネジ孔部１８は、ケース１の下面１ａに垂直な方向に延びている。また、本実施形態では、ねじ孔部１８は、ケース１に基板２０を取り付ける工程において収容部３内で基板２０を位置決めするために使用される。
【００２１】
本実施形態のケース１の作用について説明する。
本実施形態のケース１に基板２０を取り付ける工程では、まず、接着面６（図２及び図４参照）に接着剤が塗布されたケース１の収容部３に基板２０を挿入し、この状態でねじ孔部１８を用いて、所定の治具３０にケース１をねじ止めする（図６参照）。
【００２２】
本実施形態における所定の治具３０は、図６及び図７に示すように、ケース１を取り付ける対象部位の形状に基づいて形成された設置面３１を有する。たとえば、本実施形態における治具３０は平面状の設置面３１を有している。ケース１のねじ孔部１８に対応するねじ穴３２が治具３０の設置面３１に形成されている。
【００２３】
治具３０にケース１をねじ止めする過程で、基板２０の放熱面２１は治具３０の設置面３１に接している。また、本実施形態では、治具３０にケース１がねじ止めされた状態では、図８に示すように、ケース１の下面１ａが設置面３１に接する。
【００２４】
治具３０にケース１をねじ止めする過程で、基板２０の裏面２２は、爪部１７を押圧する。すると、爪部１７に伝わった力は腕部１６に伝わり、腕部１６に伝わった力はベース部１１へ伝わる。ここで、腕部１６に伝わった力の一部は、腕部１６の基端部１６ａを塑性変形させる。このため、腕部１６からベース部１１へ伝わる力は、爪部１７から腕部１６へ伝わる力よりも小さい。
【００２５】
さらに、腕部１６とベース部１１とが窪み部１２において接続されているので、基板２０によって爪部１７が移動される際に腕部１６及びベース部１１に生じる応力は、窪み部１２近傍に集中する。
【００２６】
図９は、部品保持構造１０の爪部１７を移動させた際にフレーム２の各部に生じる応力の大きさを可視化したシミュレーション結果を示す図である。
【００２７】
図９において、符号Ａ〜Ｆは、部品保持構造１０近傍の応力分布を示すための符号である。図９において、符号Ａ〜Ｆで示す領域の応力は、Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｆとなっている。
【００２８】
図５及び９に示すように、本実施形態では、部品保持構造１０が窪み部１２を有していることによって、爪部１７が移動するような力が爪部１７にかけられたときに、窪み部１２の底辺１４近傍に特に応力が集中する（符号Ａで示す領域）。窪み部１２の底辺１４の中央部分に腕部１６の基端部１６ａが接続されており、腕部１６の基端部１６ａが腕部１６のうちで最も細く塑性変形しやすいので、窪み部１２の底辺１４近傍に集中した応力によって、腕部１６の基端部１６ａが容易に塑性変形する。その結果、ベース部１１における弾性歪みが少ないので、爪部１７が基板２０を押し返す力が小さい状態で、爪部１７を基板２０に接触させることができる。
【００２９】
腕部１６の基端部１６ａが容易に塑性変形可能であるので、爪部１７が基板２０を僅かに押し返す力の大きさは、ケース１を治具３０にねじ止めする過程においてほぼ一定である。
【００３０】
なお、腕部１６の基端部１６ａを極端に細く形成することで上記の応力の集中を必要とせずに容易に腕部１６を塑性変形させることも考えられる。しかしながら、爪部１７が基板２０を押し返すような弾性歪みをほとんど生じないほどに腕部１６を細くする加工は、難易度が高く、また、大量生産に向かない。これに対して、本実施形態では、ベース部１１において窪み部１２近傍に応力を集中させることができるようになっているので、窪み部１２を設けない場合と比較してケース１の生産性に優れる。
【００３１】
爪部１７に支えられた状態の基板２０は、接着面６に塗布された接着剤と接することによって、接着面６に対して固定される。必要に応じて、ケース１内に基板２０以外の他の部品も収容可能である。
接着剤の硬化後、ケース１内に封止樹脂を充填することによって、封止樹脂が、基板２０と爪部１７とを一体に固定する。封止樹脂が硬化することによって、基板２０の放熱面２１がケース１の下面１ａとほぼ同一面上に位置した状態で基板２０がケース１に固定される。
基板２０がケース１に固定されたら、ケース１のねじ孔部１８及び治具３０のねじ穴３２に挿入されていたねじを取り外すことにより、治具３０からケース１を取り外す。治具３０からケース１を取り外した後、ケース１のねじ孔部１８を用いて、ケース１を例えば放熱部材等の取付対象物に取り付けることができる。
【００３２】
本実施形態のケース１によれば、基板２０などの部品を治具３０等の設置面３１に配したあと、設置面３１と爪部１７との間に部品（基板２０）が位置するようにベース部１１を設置面３１に配することで、部品（基板２０）を設置面３１上に位置決めできる。この際、爪部１７が部品（基板２０）に接触してからベース部１１が設置面３１に接触するまでの間には、爪部１７とベース部１１とを接続している腕部１６が塑性変形するため、基板２０にかかる応力を低減できる。
【００３３】
さらに、本実施形態の部品保持構造１０では、ベース部１１に窪み部１２が形成されているので、腕部１６の塑性変形の際には、窪み部１２近傍に応力が集中する。すなわち、ベース部１１のうち窪み部１２から離れた部位にかかる応力を低減できる。このため、ベース部１１にかかる応力によってベース部１１が弾性変形する場合であっても、基板２０にかかる応力を、腕部１６が塑性変形することによって低減できる。その結果、基板２０等の部品に歪みが生じることを抑制できる。
【００３４】
また、本実施形態の部品保持構造１０によれば、窪み部１２が底辺１４と内側辺１５とを有していることにより、腕部１６の基端から底辺１４と内側辺１５との境界部分までの範囲に応力を集中させることができる。
また、腕部１６が窪み部１２の底辺１４の中間部に接続されているので、底辺１４の中間部に応力を集中させることができる。このため、窪み部１２の内側辺１５近傍の歪みを抑制することができる。
【００３５】
また、底辺１４と内側辺１５とのなす角が直角であるので、窪み部１２の成形が容易であり、且つ窪み部１２の底辺１４近傍に応力を集中させることができる。
【００３６】
また、腕部１６は、腕部１６の長手軸線Ｌを回動中心として捩じれるように塑性変形可能である。このため、基板２０等の部品が爪部１７に接触して爪部１７を押圧すると、腕部１６が長手軸線Ｌを回動中心として捩じれるように塑性変形することによって、基板２０等の部品の姿勢に追従するように爪部１７が移動する。また、本実施形態のケース１によれば、爪部１７の長手方向の中間部に腕部１６が接続されているので、基板２０の姿勢に応じて、爪部１７が基板２０に対して線接触した状態を維持するように爪部１７が容易に移動する。
【００３７】
これにより、本実施形態では、基板２０等の部品の姿勢に応じて、爪部１７が部品に対して線接触した状態を維持するように爪部１７が容易に移動して、基板２０等の部品に対して爪部１７が片当たりすることを防ぐことができる。その結果、本実施形態では、基板２０に実装された電子部品や基板２０自身に対する歪みが少ない状態で基板２０等の部品を保持することができる。
また、本実施形態のケース１は、爪部１７が基板２０に対して線接触した状態を維持することができるので、基板２０に対する爪部１７の接触面積のばらつきが少なく、爪部１７を通じた放熱効率のばらつきを減らすことができる。
【００３８】
また、本実施形態のケース１は、収容部３の開口部４と接着面６との距離が、接着面６と基板２０とが直接接触しないような隙間を生じさせるように設定されている。さらにこの隙間に接着剤が配されることにより、基板２０とケース１とを接着剤を介して接続することができる。その結果、本実施形態のケース１は、ケース１が基板２０に接して基板２０を変形させることがないので、基板２０に歪みが生じたまま基板２０がケース１に固定されてしまうことを抑制できる。
【００３９】
また、本実施形態のケース１は、治具３０にケース１をねじ止めする過程で爪部１７が移動して基板２０を適切な位置で支えるので、基板２０に歪みが生じることを抑制しつつ収容部３内で基板２０を適切に位置決めすることができる。本実施形態では、基板２０の放熱面２１の少なくとも一部をケース１の下面１ａと同一面上に位置させることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。
図１０に示すように、本実施形態の部品保持構造１０Ａは、上記第１実施形態に開示された窪み部１２と形状が異なる窪み部１２Ａを有している。
本実施形態における窪み部１２Ａは、底辺１４の両端１４ａ，１４ｂに対して交差する方向に延びる内側辺１５Ａが、底辺１４に対して鈍角をなしている。たとえば、内側辺１５Ａは、爪部１７から離れるに従って、底辺１４の中央部に向かうように傾斜している。
本実施形態における部品保持構造１０Ａは、第１実施形態と同様に底辺１４近傍に応力を集中させることができるとともに、窪み部１２Ａの成形がより容易である。
【００４１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記具体的な構成に対する設計変更等は上記事項には限定されない。
【符号の説明】
【００４２】
１  ケース
２  フレーム
３  収容部
４  開口部
５  開口端
６  接着面
７  溝部
１０，１０Ａ  部品保持構造
１１  ベース部
１２，１２Ａ  窪み部
１３  底部
１４  底辺
１５  内側辺
１６  腕部
１７  爪部
１８  ねじ孔部
１９  樹脂部
２０  基板
２１  放熱面
２２  裏面
２３  角部
３０  治具
３１  設置面
３２  ねじ穴
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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