JP2013118334A - 半導体冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体モジュール１４と冷却モジュール１６を交互に積層した半導体積層ユニット４を備えている半導体冷却器２において、積層方向に直交する方向から操作することで、半導体モジュール１４と冷却モジュール１６の密着力を得る。
【解決手段】 ハウジング６にハウジング傾斜面３８を形成しておく。ねじこみ部材を直交方向からハウジング６にねじこみ、くさび傾斜面４４をハウジング傾斜面３８に押付ける。くさび部材８はハウジング６の支承面３０の側に向けて押出される。くさび部材８が、板ばね１０を介して半導体積層ユニット４をハウジング６の支承面３０に押付けている。
【選択図】図２

Description

本明細書では、半導体冷却器を開示する。

例えば、電気自動車やハイブリッド自動車や燃料電池車は、走行用モータと、走行用モータに通電する電力を調整する半導体装置を車載している。半導体装置が動作すると発熱することから、半導体装置を冷却する必要がある。
半導体装置を使って半導体モジュールを構成する技術が知られている。その半導体モジュールを冷却するために、半導体モジュールと冷却モジュールを交互に積層して半導体積層ユニットを構成する技術も知られている。

半導体モジュールと冷却モジュールの間で効率的に熱交換するためには、半導体モジュールと冷却モジュールが十分に密着している必要性がある。そこで、半導体積層ユニットをハウジングに収容し、板ばねなどの弾性部材を用いて半導体積層ユニットを積層方向に押圧し、半導体モジュールと冷却モジュールの密着度を高めている。本明細書では、半導体積層ユニットを積層方向に押圧して半導体モジュールと冷却モジュールの密着度を高めている機器を半導体冷却器という。

特許文献１に、ねじなどの螺合部材を半導体積層ユニットの積層方向からフレームにねじ込むことによって、略円弧状に形成された板ばね部材の端部を半導体積層ユニットの側に変形させた半導体冷却器が開示されている。特許文献１に記載されている「螺合部材」と「フレーム」と「板ばね部材」は、本明細書の「押圧部材（又はねじこみ部材）」と「ハウジング」と「弾性部材」に対応する。

特開２０１１−１０３７２８号公報

特許文献１の技術では、螺合部材を半導体積層ユニットの積層方向からフレームにねじこむことによって、板ばね部材を変形させて板ばね部材が半導体積層ユニットを圧縮する状態を得る。この場合、半導体積層ユニットの積層方向において半導体積層ユニットに隣接する空間を、螺合部材をねじこむための作業空間に確保しておかなければならない。その作業空間に他部品を搭載することができず、空間の無駄を生じる。

本明細書では、半導体積層ユニットの積層方向からではなく、積層方向と直交する直交方向（以下、単に直交方向とも呼ぶ）から作業することで、半導体積層ユニットに積層方向の圧縮力を加えられる技術を開示する。

本明細書では、半導体モジュールを冷却する機能を備えた半導体冷却器を開示する。本明細書で開示する半導体冷却器は、半導体積層ユニットと、ハウジングと、弾性部材と、くさび部材と、押圧部材を備えている。
半導体積層ユニットは、半導体装置が組み込まれている半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却する冷却モジュールを交互に積層したものである。本明細書では、半導体積層ユニットの積層方向における一方の端面を第１端面とし、他方の端面を第２端面とし、積層方向に直交する方向を直交方向という。
ハウジングは、半導体積層ユニットの第１端面を支承する支承面と、ハウジング傾斜面を備えている。その支承面とハウジング傾斜面の間に、半導体積層ユニットと弾性部材とくさび部材が配置されている。
くさび部材は、ハウジング傾斜面に倣うくさび傾斜面と、弾性部材を加圧する直交面を備えている。
押圧部材は、くさび部材を直交方向に押圧してハウジング傾斜面に押圧している。

上記構成を備えていると、押圧部材がくさび部材を直交方向に押圧するために、くさび部材がハウジング傾斜面に沿って摺動して弾性部材と半導体積層ユニットの側に向かって押出され、押出されたくさび部材によって弾性部材が加圧され、加圧された弾性部材によって半導体積層ユニットが積層方向に圧縮される。その結果、半導体モジュールと冷却モジュールの密着度が高まる。この構成によると、半導体積層ユニットに積層方向において隣接する空間を作業空間に確保しておく必要がない。半導体積層ユニットに積層方向において隣接する空間に他部品を搭載することが可能となる。

くさび部材を直交方向に押圧する押圧部材に、ねじこみ部材やクリップを利用することができる。例えば、直交方向からねじ込まれるねじこみ部材で、くさび部材を直交方向に押圧してハウジング傾斜面に押付けることができる。例えば、くさび部材とハウジングの両者を挟み込むクリップによって、くさび部材を直交方向に押圧してハウジング傾斜面に押付けることができる。

押圧部材に、軸部と頭部を備えているねじを用いることができる。その場合、ハウジング傾斜面は、積層方向に伸びている基準線からハウジング傾斜面に至るまでの直交方向の距離が、ハウジングの支承面に接近するほど増大する方向に傾斜させておく。また、ハウジング傾斜面に、直交方向に伸びるねじ穴を形成しておく。くさび部材には、くさび部材を直交方向に貫通するとともに、ねじの軸部が通過した状態でくさび部材が積層方向に移動することを許容する長さを持つ貫通孔を形成しておく。
ねじの軸部は、くさび部材の貫通孔を通過してハウジング傾斜面に形成されているねじ穴にねじ込まれている。そして、ねじの頭部が、くさび部材をハウジング傾斜面に押付けている。
上記の半導体冷却器では、ねじを直交方向からハウジングにねじ込んでいくと、くさび部材がハウジング傾斜面に沿ってスライドして支承面に向けて押出される。

押圧部材を、ねじとナットで構成することもできる。ハウジング傾斜面は、前述した傾斜方向と同一方向に傾斜させておく。くさび部材には、前述した貫通孔を形成しておく。押圧部材を構成するねじは、ハウジング傾斜面から直交方向に突出している。ねじは、くさび部材の貫通孔を通過しており、通過したねじにナットがねじ込まれている。ナットがねじにねじ込まれると、ナットがくさび部材を直交方向に押圧してハウジング傾斜面に押圧する。

押圧部材を、軸部と頭部を備えているねじとプレートで構成することもできる。ハウジング傾斜面は、前述した傾斜方向と同一方向に傾斜させておく。ハウジングにねじ穴を形成し、プレートに開孔を形成しておく。くさび部材に貫通孔を形成しておく必要はない。
ねじの軸部は、プレートの開孔を通過してハウジングに形成されているねじ穴にねじ込まれている。その結果、ねじの頭部が、プレートを介してくさび部材をハウジング傾斜面に押付けている。
上記の半導体冷却器では、ねじを直交方向からハウジングにねじ込んでいくと、ねじの頭部がプレートを直交方向に押圧し、そのプレートがくさび部材を直交方向に押圧し、そのくさび部材がハウジング傾斜面に押圧される。その結果、くさび部材がハウジング傾斜面に沿ってスライドして支承面に向けて押出される。

プレートを介してくさび部材をハウジング傾斜面に押圧する部材を、ハウジングから直交方向に伸びているねじとナットとプレートで構成することもできる。ナットをねじにねじ込むと、ナットがプレートを介してくさび部材を直交方向に押圧してハウジング傾斜面に押圧する。

弾性部材に板ばねを用いることができる。その板ばねは、くさび部材にむけて凸に湾曲していてもよいが、半導体積層ユニットの第２端面に向けて凸に湾曲していてもよい。第２端面に向けて凸に湾曲している場合、くさび部材で、板ばねの一端を変形させてもよいし、板ばねの両端を変形させてもよい。

くさび部材で板ばねの両端を変形させる場合には、板ばねの一対の端部に対応して一対のくさび部材を配置することができる。これに代えて、板ばねの両端に亘って伸びる単一のくさび部材を配置してもよい。
板ばねの一方の端部をくさび部材で変形させる場合、板ばねの一方の端部をハウジングに固定し、板ばねの他方の端部側にくさび部材を配置してもよい。この場合、押圧部材の配置箇所を半分に減らせるために、押圧部材に対する作業効率が向上する。

上記の半導体冷却器では、くさび部材の押出し距離を管理することが好ましい。この場合、板ばねをハウジング底面に当接させる。また、くさび部材の直交面に、板ばね側に突出する庇を形成しておく。この場合、くさび部材を直交方向に押圧すると、くさび部材は板ばねの側に向けて前進しつつハウジング底面に接近する。板ばねにくさび部材の庇が当接することによって、くさび部材のそれ以上の前進が阻止される。
くさび部材の直交面に庇を形成しておくと、板ばねが、ハウジング底面と庇の間に維持され、板ばねの位置が大きくずれることがない。板ばねが、ハウジング底面と庇の両者に当接する関係にすると、くさび部材の押出し距離が管理され、それによって弾性部材の変形量が管理され、それによって半導体積層ユニットの積層方向の圧縮力が管理される。半導体冷却器を量産する場合に、製品間で圧縮力がばらつくことを抑制できる。

本発明によれば、押圧部材でくさび部材を直交方向に押圧する力をくさび作用によって積層方向の力に転換することができる。このため、半導体積層ユニットの積層方向において半導体積層ユニットに隣接する空間を作業用に確保しておく必要がなくなり、その空間に他部品を搭載することが可能となる。無駄な空間を減らすことができる。

実施例１の半導体冷却器の平面図を表す。 実施例１の半導体冷却器の側面図を表す。 冷却モジュールと連結パイプの斜視図を表す。 （１）から（３）は、冷却モジュールが連結パイプによって連結される様子を模式的に表す。 実施例１のハウジングの斜視図を表す。 （ａ）から（ｆ）は、実施例で用いる各種のくさび部材の斜視図を表す。 実施例１〜実施例１３で用いる弾性部材の斜視図を表す。 冷却モジュールと連結パイプを冷却媒体が循環する様子を表す。 （ａ）は、くさび部材が下降する直前の様子を表し、（ｂ）はくさび部材が下降する途中の様子を表し、（ｃ）はくさび部材が下降した後の様子を表す。 一対の半導体モジュールが一対の冷却モジュールの間に挿入されている様子を模式的に表す。 ナットを締結中の実施例２の半導体冷却器の側面図を表す。 ねじを締結した実施例３の半導体冷却器の側面図を表す。 ナットを締結前の実施例４の半導体冷却器の側面図を表す。 ねじを締結中の実施例５の半導体冷却器の側面図を表す。 ナットを締結前の実施例６の半導体冷却器の側面図を表す。 ねじを締結中の実施例７の半導体冷却器の平面図を表す。 ナットを締結中の実施例８の半導体冷却器の平面図を表す。 ねじを締結した実施例９の半導体冷却器の平面図を表す。 ねじを締結した実施例１０の半導体冷却器の平面図を表す。 くさび部材の両側からねじを締結する場合の実施例１１のくさび部材近傍の拡大図を表す。 くさび部材の両側にナットを締結する場合のくさび部材近傍の拡大図を表す。 ねじを締結した実施例１４の半導体冷却器の平面図を表す。 ねじを締結中の実施例１６の半導体冷却器の平面図を表す。

下記に説明する実施例の特徴を整理しておく。
特徴１：ねじこみ部材は、半導体積層ユニット４の積層方向に直交する方向から、ハウジング６またはくさび部材８にねじ込まれる。
特徴２：弾性部材を付勢するために用いるくさび部材８の個数は、ハウジング６の構成によって異なる。
特徴３：ハウジングは、一体でなく、部品類を固定したものであってもよい。

図１は、実施例１の半導体冷却器２の平面図を模式的に表している。図２は、実施例１の半導体冷却器２の側面図を模式的に表している。半導体冷却器２は、半導体積層ユニット４と、ハウジング６と、板ばね１０と、くさび部材８と、ねじ１２を備えている。

半導体積層ユニット４は、半導体モジュール１４と冷却モジュール１６を交互に積層したものであり、積層方向に沿って第１端面２０から第２端面１８まで伸びている。半導体モジュール１４を挟んで隣接する冷却モジュール１６と冷却モジュール１６は、２本の連結パイプ２２によって連結される。連結パイプ２２は、冷却媒体供給口２４と冷却媒体排出口２６につながっている。

図３は、冷却モジュール１６と連結パイプ２２の斜視図を表す。冷却モジュール１６は扁平な略直方体の形状であり、一方の主面に２つの開孔を有する。各開孔には連結パイプ２２が接合されている。冷却モジュール１６は他方の主面にも２つの開孔を有し、これらの開孔にはゴムパッキン２３がはめ込まれている。主面に直交する方向から見ると、一方の主面の開孔は、他方の主面の開孔と一致する位置に設けられている。

図４は、複数の冷却モジュール１６が連結パイプ２２によって連結される様子を模式的に表す。連結パイプ２２が固定されている冷却モジュール１６の複数個を、図４の（２）が示すように積層し、連結パイプ２２の先端（冷却モジュール１６に固定されていない側の先端）が、隣接する冷却モジュール１６の開孔に当接するように配置する。連結パイプ２２の先端はゴムパッキン２３に接触する。冷却モジュール１６同士を積層方向に押圧すると、連結パイプ２２の先端とゴムパッキン２３が密着することによって、各連結パイプ２２は冷却モジュール１６の開孔に密封して接続される。このとき、開孔にゴムパッキン２３がはめ込まれているため、隣接する冷却モジュール１６間の距離は、外部からの押圧力によってある程度変化させることができる。

図５は、実施例１のハウジング６の斜視図を表す。ハウジング６は、支承部２８と、一対の第１側辺部３２と、一対の第２側辺部３６と、底板部４２を有する。図５のｘ方向を積層方向といい、ｙ方向を幅方向といい、ｚ方向を直交方向ということにする。ｙ方向も積層方向に直交しているが、実施例１では、ｚ方向を直交方向という。支承部２８には、半導体積層ユニット４の第１端面２０と当接する支承面３０が形成されている。支承部２８には、連結パイプ２２の冷却媒体供給口２４と冷却媒体排出口２６を挿通させるために積層方向に貫通した２個の貫通孔が設けられている。支承面３０は、貫通孔の開口部分を除いて、第１端面２０の全面を支承する。
支承部２８の幅方向の両端から積層方向に沿って（図１の第１端面２０から第２端面１８へ向かう向きに）、側辺部が延設されている。各側辺部は、第１側辺部３２と第２側辺部３６を有している。第１側辺部３２には、積層方向に直交する直交面が形成されており、板ばね１０を支承する弾性部材支承面３４となる。第２側辺部３６には、支承面３０に接近するほど下降する向きに傾斜しているハウジング傾斜面３８と、ハウジング傾斜面３８から直交方向に伸びるねじ穴４０が形成されている。ハウジング傾斜面３８は、積層方向に伸びている基準線Ａからハウジング傾斜面３８に至る直交方向の距離Ｂが、支承面３０に接近するほど増大する方向に傾斜している。
ハウジング６の底板部４２は、支承部２８と、側辺部３２，３６の下端部に連続しており、半導体積層ユニット４の底面と当接して半導体積層ユニット４を載置する。底板部４２は、後述する板ばね１０の底面と圧力分散板５２の底面にも当接する。ハウジング６は一体成形された部材であってもよし、複数個の部品を固定して形成したものであってもよい。

図６（ａ）は、実施例１のくさび部材８の斜視図を表す。くさび部材８は、略くさび形状であり、くさび傾斜面４４と、直交面４８と、貫通孔４６と、庇５０を形成している。
くさび傾斜面４４は、ハウジング傾斜面３８に倣って傾斜している。直交面４８が支承面３０に向かう姿勢でくさび傾斜面４４をハウジング傾斜面３８に当接させると、直交面４８は、積層方向に直交する関係となっている。
貫通孔４６は、くさび部材８を直交方向に貫通している。貫通孔４６の幅は、ねじ１２の軸部は貫通して頭部は貫通しない幅に調整されている。貫通孔４６の積層方向の幅は、ねじ１２の軸部の径よりも長く、ねじ１２とくさび部材８は、相対的に積層方向に移動可能となっている。
庇５０は、直交面４８の上部から支承面３０に向かって積層方向に伸びている。庇５０は、板ばね１０の上面に当接する。

図７は、板ばね１０の斜視図である。板ばね１０は、ばね弾性を備えている薄板状の金属が湾曲した形状を有する。板ばね１０の幅方向の両端部（以下、単に「両端部」とも呼ぶ）は、積層方向に直交する直交面となっている。
本実施例では、ねじこみ部材として、頭部と軸部を有するねじ１２を用いる。

半導体モジュール１４は、インバータ回路やＤＣ−ＤＣコンバータ回路を構成する部品である。半導体モジュール１４には、走行用モータ（図示せず）の通電電流を制御する半導体装置（図示せず）が組み込まれている。一般に、電気自動車やハイブリッド自動車や燃料電池車では、走行用モータに大きな駆動トルクを発生させる必要があるために、大きな通電電流を必要とする。従って、大電流を制御する半導体装置を組み込んでいる半導体モジュール１４は高温になる。高温となった半導体モジュール１４を均一に冷却するために、半導体モジュール１４の両面に冷却モジュール１６を密着させて冷却する。

図８は、冷却モジュール１６と連結パイプ２２を冷却媒体が循環する様子を模式的に表す。図示の簡単化のために、半導体モジュール１４を省略している。冷却媒体供給口２４から供給される冷却媒体は、連結パイプ２２を流れるとともに、矢印で示すように、各冷却モジュール１６にも分岐して流れる。各冷却モジュール１６には等量の冷却媒体が流れ込むように構成されている。各冷却モジュール１６を流れた冷却媒体は、他方の連結パイプ２２に流れ込み、冷却媒体排出口２６から排出される。これを繰り返すことにより冷却媒体は冷却モジュール１６及び連結パイプ２２を循環し、半導体モジュール１４を冷却する。

次に各部材の組み付け方法を説明する。最初に、ハウジング６の底板部４２上に、冷却モジュール１６と半導体モジュール１４を交互に配置する。その段階で、半導体積層ユニット４が組み立てられる。このとき、半導体積層ユニット４の第１端面２０が支承面３０に当接するように配置する。また、冷却媒体供給口２４と冷却媒体排出口２６が支承部２８の貫通孔を挿通するように配置する。
この段階では、冷却モジュール１６と半導体モジュール１４が十分に密着しておらず、また、連結パイプ２２の先端が、隣接する冷却モジュール１６のゴムパッキン２３に軽く接触している。
後記するように、この段階では半導体モジュール１４を組み付けなくてもよい。工程が進んでから、冷却モジュール１６と冷却モジュール１６の間に半導体モジュール１４を挿入してもよい。

次に、板ばね１０と圧力分散板５２を底板部４２上に配置する。板ばね１０は、板ばね１０の端部が第１側辺部３２と第２側辺部３６の間に配されるように配置する。圧力分散板５２は、板ばね１０の中央部が圧力分散板５２の一方の端面に当接し、圧力分散板５２の他方の端面が半導体積層ユニット４の第２端面１８と当接するように配置する。即ち、板ばね１０が支承面３０に向かって凸に湾曲するように配置する。圧力分散板５２は、板ばね１０の押圧力を、半導体積層ユニット４の第２端面１８に分散して印加する役割を有する。

続いて、くさび部材８を、直交面４８が支承面３０に向き、くさび傾斜面４４がハウジング傾斜面３８に当接する姿勢で、第２側辺部３６上に配置する。次いで、図９（ａ）に示すように、ねじ１２の軸部を、くさび部材８の貫通孔４６に直交方向から貫通させ、ねじ穴４０にねじ込む。
以上の状態まで進んでから、冷却モジュール１６と冷却モジュール１６の間に、半導体モジュール１４を挿入してもよい。

この状態で、ねじ１２をねじ穴４０ねじ込んでいくと、くさび部材８はねじ１２の頭部によって押し下げられる。すると、図９（ｂ）に示すように、くさび部材８はハウジング傾斜面３８に沿って下降しながら支承面３０に向かって押出される。くさび部材８がねじ１２に対して積層方向に前進できるように、貫通孔４６は積層方向に長く引き伸ばされている。

一対のくさび部材８の直交面４８は板ばね１０の一対の端部と当接しており、くさび部材８が支承面３０に向かって押出されると、板ばね１０の弾性力に抗して、板ばね１０の両端部を変形させる。その結果、板ばね１０は、圧力分散板５２を介して、半導体積層ユニット４に積層方向の圧縮力を加える。半導体積層ユニット４に積層方向の圧縮力を加えると、連結パイプ２２の先端が隣接する冷却モジュール１６のゴムパッキン２３に強く接触して液密状態が得られる。また冷却モジュール１６と半導体モジュール１４が十分に密着する。

一対のくさび部材８は、図９（ｃ）に示すように、板ばね１０の両端部が弾性部材支承面３４に当接するまで前進する。即ち、板ばね１０の両端部は、直交面４８と弾性部材支承面３４に挟持される。
板ばね１０の両端部が弾性部材支承面３４に当接するまで前進させると、弾性部材支承面３４の位置によって板ばね１０の変形量が管理される。弾性部材支承面３４の位置を管理すれば、半導体積層ユニット４に加わる圧縮力を一定に管理することができる。
本実施例では、一対のくさび部材８が前進して板ばね１０の両端部が弾性部材支承面３４に当接した場合に、くさび部材８の庇５０と板ばね１０の上面との間にわずかな間隙が残る関係となっている。板ばね１０は、その上下方向において、庇５０とハウジング６の底板部４２の間に挟まれている。庇５０によって、板ばね１０の上下方向の位置が規制される。

板ばね１０の両端部が弾性部材支承面３４に当接するのに先立って、くさび部材８の庇５０が板ばね１０の両端部の上面に当接する位置関係にしてもよい。その場合、庇５０が板ばね１０の上面に当接すると、くさび部材８はそれ以上には下降できず、前進できない。その構成によっても、板ばね１０の変形量を管理して半導体積層ユニット４に加える圧縮力を一定に管理することができる。

半導体積層ユニット４に一定の圧縮力が加えられると、冷却モジュール１６から伸びる連結パイプ２２の先端が隣接する冷却モジュール１６のゴムパッキン２３に適切な荷重で押付けられ、液密が確保される。また、半導体モジュール１４と冷却モジュール１６が適切な荷重で密着する。半導体モジュール１４は効率的に冷却される。

実施例１によると、くさび部材８を用いることによって、ねじ１２を直交方向から操作することで、半導体積層ユニット４に積層方向の押圧力を加えることができる。従来は、半導体積層ユニット４に積層方向で隣接する空間を作業用に確保しなければならなかったが、本実施例によると、そのような空間は不要となる。その空間に他部品を搭載することができる。

図１１は、実施例２の半導体冷却器２を側方から見た様子を模式的に表す。実施例２以降の実施例では、実施例１と同じ役割を持つ部品及び箇所には同じ符号を用いる。以下では、実施例１と異なる点について説明する。
実施例２では、ねじこみ部材がナット５６で構成されており、ナット５６がねじ込まれるボルト５４は、ハウジング傾斜面３８に固定されている。ボルト５４は、ハウジング傾斜面３８から直交方向に突出している。ハウジング６に、半導体積層ユニット４と板ばね１０と圧力分散板５２を配置するところまで実施例１と同様である。実施例２では、くさび部材８を、実施例１と同じ向きで、ボルト５４が貫通孔４６を通過するようにハウジング傾斜面３８上に載置し、ナット５６を締める。ナット５６を締めると、くさび部材８が下降しながら前進し、板ばね１０を付勢する。付勢された板ばね１０が圧力分散板５２を介して半導体積層ユニット４を押圧する。実施例２の効果は実施例１と同様である。

図１２は実施例３の半導体冷却器２を側方から見た様子を模式的に表す。以下では、実施例１と異なる点について説明する。実施例３では、ハウジング傾斜面３８が、支承面３０に接近するほど上昇する傾斜を有する。この場合も、積層方向に伸びている基準線Ｃからハウジング傾斜面３８に至るまでの直交方向の距離Ｄが、支承面３０に接近するほど増大する方向に傾斜している。ハウジング傾斜面３８には、実施例１と同様に直交方向に伸びるねじ穴４０が形成されている。くさび部材８は、くさび傾斜面４４がハウジング傾斜面３８に当接し、直交面４８が支承面３０に向くように配置し、ねじ１２を、貫通孔４６を挿通させてねじ穴４０にねじ込む。ねじ１２をねじこめるように、底板部４２には貫通孔４３が形成されている。ねじ１２をねじ穴４０に深くねじ込むと、くさび部材８はハウジング傾斜面３８に沿って上昇しながら支承面３０に向かって押出され、板ばね１０を付勢する。付勢された板ばね１０が圧力分散板５２を介して半導体積層ユニット４を押圧する。
実施例３では、くさび部材８が庇５０を持たない。
上記の構成によると、ねじ１２を下方から締結するため、第２側辺部３６の上部にくさび部材８やねじ１２が配置されることがない。結果として、半導体冷却器２をより小型化できる。その他の効果は実施例１と同様である。

図１３は実施例４の半導体冷却器２を側方から見た様子を模式的に表す。以下では、実施例３と異なる点について説明する。本実施例では、ねじこみ部材がナット５６からなり、ボルト５４がハウジング傾斜面３８に固定されて下方（直交方向）に突出している。実施例４では、くさび部材８を、実施例３と同じ向きで、且つボルト５４が貫通孔４６を挿通するように配置し、ナット５６を締める。ナット５６を締めると、実施例３と同様にくさび部材８が上昇しながら前進し、板ばね１０を付勢する。付勢された板ばね１０が圧力分散板５２を介して半導体積層ユニット４を押圧する。
上記の構成によると、ナット５６を下方から締結するため、第２側辺部３６の上部にくさび部材８やナット５６が配置されることがない。結果として、半導体冷却器２をより小型化できる。その他の効果は実施例１と同様である。

図１４は実施例５の半導体冷却器２を側方から見た様子を模式的に表す。以下では、実施例３と異なる点について説明する。実施例５では、くさび部材に貫通孔が形成されていない。代わりに、ハウジング傾斜面３８に開口する貫通孔４７が形成されている。貫通孔４７は積層方向に長い。実施例５のくさび部材８には、図６（ｂ）に示すように、くさび傾斜面４４から鉛直下向きに伸びるねじ穴４１が形成されている。
くさび部材８を実施例３と同じ向きに配置し、ねじ１２を貫通孔４７を通してねじ穴４１にねじ込む。ねじ１２をねじ込んでいくと、実施例３と同様に、くさび部材８が上昇しながら前進し、板ばね１０を付勢する。付勢された板ばね１０が圧力分散板５２を介して半導体積層ユニット４を押圧する。実施例５では、くさび部材８とともにねじ１２も貫通孔４７の内部を支承面３０に向かって移動する。
上記の構成によると、くさび部材８がハウジング傾斜面３８の下方に配置されるため、第２側辺部３６の上部にはねじ１２の頭部のみが配置される。結果として、半導体冷却器２をより小型化できる。その他の効果は実施例１と同様である。

図１５は実施例６の半導体冷却器２を側方から見た様子を模式的に表す。以下では、実施例５と異なる点について説明する。本実施例では、図６（ｃ）に示されるくさび部材８を用いる。ボルト５５がくさび傾斜面４４に固定されて直交方向上方に突出形成されている。本実施例では、くさび部材８を、実施例５と同じ向きで、且つボルト５５が貫通孔４７を挿通するようにハウジング傾斜面３８の下に配置し、ナット５７を締める。ナット５７を締めると、実施例５と同様にくさび部材８が上昇しながら前進し、板ばね１０を付勢する。付勢された板ばね１０が圧力分散板５２を介して半導体積層ユニット４を押圧する。本実施例では、くさび部材８にボルト５５が固定されているため、くさび部材８とともにボルト５５も貫通孔４７の内部を支承面３０に向かって移動する。
上記の構成によると、くさび部材８がハウジング傾斜面３８の下方に配置されるため、第２側辺部３６の上部にはナット５７のみが配置される。結果として、半導体冷却器２をより小型化できる。その他の効果は実施例１と同様である。

図１６は、実施例７の半導体冷却器２を上方から見た様子を模式的に表す。以下では、実施例１と異なる点について説明する。本実施例では、ハウジング６が、第２側辺部３６に代わって、傾斜部５８を有する。傾斜部５８は、支承部２８と平行に形成されている。傾斜部５８は、その立直側面にハウジング傾斜面３８を有している。ハウジング傾斜面３８は、傾斜部５８の幅方向における両端部（以下、両端部と呼ぶ）から、支承面３０に接近するほど、傾斜部５８の幅方向の中央部（以下、中央部と呼ぶ）に接近する向きに傾斜している。この場合も、積層方向に伸びている基準線からハウジング傾斜面に至るまでの直交方向の距離が、支承面３０に接近するほど増大する方向に傾斜している。ハウジング傾斜面３８には、ハウジング傾斜面３８から水平方向（直交方向）に伸びるねじ穴４０が形成されている。
実施例７では、くさび部材８のくさび傾斜面４４がハウジング傾斜面３８に当接し、直交面４８が支承面３０に向くように配置する。次いで、ねじ１２がくさび部材８の貫通孔４６を水平方向に貫通して、ハウジング傾斜面３８に形成されたねじ穴４０にねじ込まれる。ねじ１２をさらにねじ込んでいくと、くさび部材８がハウジング傾斜面３８上を両端部から中央部に向かって水平方向にスライドしながら前進する。即ち、くさび部材８は支承面３０に向かって押出され、板ばね１０を付勢する。付勢された板ばね１０が圧力分散板５２を介して半導体積層ユニット４を押圧する。ねじ１２をハウジング６に締結するにあたり、積層方向を回転の軸としてハウジング６を時計回り及び反時計回りに９０度回転させることにより、ねじ１２を上空から締結してもよい。
本実施例の効果は実施例１と同様である。

図１７は実施例８の半導体冷却器２を上方から見た様子を模式的に表す。以下では、実施例７と異なる点について説明する。本実施例では、ねじこみ部材がナット５６からなり、ナットがねじ込まれるボルト５４は、ハウジング傾斜面３８に固定されて水平方向（直交方向）に突出形成されている。本実施例では、くさび部材８を、実施例７と同じ向きで、且つボルト５４が貫通孔４６を挿通するように、ハウジング傾斜面３８に当接させて、ナット５６を締める。ナット５６を締めると、実施例７と同様に、くさび部材８がハウジング傾斜面３８上を両端部から中央部に向かってスライドしながら前進し、板ばね１０を付勢する。付勢された板ばね１０が圧力分散板５２を介して半導体積層ユニット４を押圧する。
本実施例の効果は実施例１と同様である。

実施例１〜８では、板ばね１０の両端部をくさび部材で変形させているが、板ばね１０の一端をハウジング６に係止し、板ばね１０の他端をくさび部材８によって変形させてもよい。図１８は、実施例１の変形例であり、ハウジング６の一方の側辺部に係止溝６２を形成した半導体冷却器２を上方から見た様子を模式的に表す。本実施例では、図１８に示すように、一方の側辺部は第１側辺部３２と第２側辺部３６（または傾斜部５８）に分かれておらず、側辺部の内側から切り込まれた係止溝６２を有する。係止溝６２の積層方向の幅は、板ばね１０の厚みよりも十分に大きく、例えば２倍以上である。他方は実施例１と同様の構成となっている。

ハウジング６に半導体積層ユニット４及び板ばね１０などを組付ける手順について、図１８を参照して説明する。実施例１と同様の方法で冷却モジュール１６を底板部４２上に配置した後、板ばね１０と圧力分散板５２を底板部４２上に配置する。このとき、板ばね１０の一方の端部を前記係止溝６２に遊嵌させ、他方の端部は実施例１と同様に配置する。次に、1個のくさび部材８を、第２側辺部３６上（即ち、板ばね１０の他方の端部が配置されている側）に配置してねじ１２をねじ穴４０（図示せず）にねじこみ、冷却モジュール１６の間に半導体モジュール１４を挿入する。続いて、ねじ１２をねじ込むと、くさび部材８によって板ばね１０の他方の端部が押出される。1個のくさび部材８によって付勢された板ばね１０は圧力分散板５２を介して半導体積層ユニット４を積層方向に押圧する。
実施例２〜８でも同様の構成を採用することができるが、図示は省略する。

上記の構成によると、実施例１〜８で述べた効果を有するとともに、くさび部材８の材料が実施例１〜８の半分に低減できる。また、ねじこみ部材の締結箇所が１箇所になるため、ねじこみ部材の締結作業の効率が向上する。さらに、側辺部の一方にはくさび部材８やねじこみ部材を配置しないことから、半導体冷却器２の小型化が可能になる。

実施例１〜６では、一対のくさび部材を利用しているが、図６（ｄ）〜（ｆ）に示すように、板ばね１０の幅方向に伸びている単一のくさび部材８であってもよい。図６（ｄ）のくさび部材は、は鉛直方向（直交方向）に貫通して積層方向に長い貫通孔４６を有している。図６（ｅ）のくさび部材は、くさび傾斜面４４から鉛直下向き（直交方向）に伸びたねじ穴４１を有している。図６（ｆ）のくさび部材は、くさび傾斜面４４から鉛直上向き（直交方向）に伸びるボルト５５が突出形成されている。図６（ｄ）は、実施例１〜４に用いられる。実施例３及び４については、庇５０を省略できる。図６（ｅ）は実施例５に用いられ、図６（ｆ）は実施例６に用いられる。

図１９は実施例１において、図６（ｄ）のくさび部材８を用いた半導体冷却器２を上方から見た様子を模式的に表す。くさび部材８を第２側辺部３６に配置してねじ１２で締結する方法は実施例１で説明した通りである。実施例２〜６において、図６（ｄ）〜（ｆ）に示すくさび部材８を用いる場合の半導体冷却器２は、図示を省略する。
上記の構成によると、実施例１〜６で述べた効果を有するとともに、くさび部材８が１個であるために、一対のくさび部材８を配置する作業に比して、くさび部材８を第２側辺部３６に配置する作業が容易になる。ねじこみ部材締結の作業効率が向上する。

実施例１〜４、７、８では、くさび部材８の両側からハウジング６にねじこみ部材を締結することにより、くさび部材８を支承面３０に向けて押出す構成であってもよい。例えば、図２０、図２１に示すように、くさび部材の上部にプレート６４を配置する。プレート６４は２個の開孔を有する。本実施例におけるくさび部材８は、貫通孔４６及びねじ穴４１を有さない。

図２０は実施例１におけるくさび部材８を、くさび部材８の両側からハウジング６にねじ１２を締結することにより押出す様子を模式的に表す。ハウジング傾斜面３８は直交方向に伸びる２個のねじ穴４０を有している。２個のねじ１２を、プレート６４を介して２個のねじ穴４０にそれぞれねじ込み、第２側辺部３６（実施例７においては傾斜部５８）に締結すると、プレート６４がくさび傾斜面４４をハウジング傾斜面３８に押付けて、くさび部材８を支承面３０に向けて押出す。くさび部材８によって付勢された板ばね１０が、圧力分散板５２を介して半導体積層ユニット４を押圧する。なお、図示していないもう一方のくさび部材８も同様の方法で押出される。
実施例３、７のくさび部材８が、前記構成で押出される場合の半導体冷却器２は、図示を省略する。
なお、実施例１、３で用いた一対のくさび部材８を、１枚のプレート６４と２本のねじ１２で直交方向に押圧してもよい。この場合、１枚のプレート６４の両端から２本のねじ１２をハウジング６にねじ込むことによって、１枚のプレート６４を介して一対のくさび部材８を支承面３０に向けて押出すことができる。

図２１は実施例２におけるくさび部材８を、前述のようにくさび部材８の両側に配されたボルト５４にナット５６を締結することにより押出す様子を模式的に表す。第２側辺部３６（実施例８では傾斜部５８）は、ハウジング傾斜面３８から直交方向に突出したボルト５４を有する。プレート６４の開孔をボルト５４が挿通するように配置し、ナット５６を締めると、実施例１と同様にプレート６４がくさび傾斜面４４をハウジング傾斜面３８に押付けて、くさび部材８を支承面３０に向けて押出す。くさび部材８によって付勢された板ばね１０が、圧力分散板５２を介して半導体積層ユニット４を押圧する。なお、図示していないもう一方のくさび部材８も同様の方法で押出される。
実施例４、８のくさび部材８が、前記構成で押出される場合の半導体冷却器２は、図示を省略する。
なお、実施例２、４に関しては、上記の締結方法の他に、１枚のプレート６４を用いる構成であってもよい。具体的には、各第２側辺部３６は、各ハウジング傾斜面３８から直交方向に突出したボルト５４を１本ずつ有する。プレート６４の両端の開孔をボルト５４が挿通するように配置し、ナット５６を締めると、上記の例と同様に、プレート６４がくさび部材８を支承面３０に向けて押出す。この場合の半導体冷却器２は、図示を省略する。

実施例１〜４、７、８は、実施例９と実施例１１の構成を組み合わせたものであってもよい。即ち、板ばね１０の一方の端部が、ハウジング６の一方の側辺部に形成された係止溝６２に係止されており、他方の端部が、くさび部材８の両側からねじこみ部材を締結することで押出されるくさび部材８により付勢される構成であってもよい。
上記の構成によると、くさび部材８の材料が実施例１〜４、７、８の半分に低減できる。また、ねじこみ部材の締結箇所が実施例１１における締結箇所の半分（４箇所から２箇所）になるため、実施例１１に比してねじこみ部材締結の作業効率が向上する。さらに、側辺部の一方にはくさび部材８やねじこみ部材を配置しないことから、半導体冷却器２の小型化が可能になる。その他の効果は実施例１〜４、７、８と同様である。

実施例１〜４は、実施例１０と実施例１１の構成を組み合わせたものであってもよい。即ち、図６（ｄ）で示すくさび部材８（但し、貫通孔４６は有さない）において、くさび部材８をハウジング傾斜面３８に向けて押付ける側にプレート６４を配置し、くさび部材８の両側からプレート６４を介してねじこみ部材を締結することにより、くさび部材８を支承面３０に向けて押出す構成であってもよい。つまり、本実施例では、一対の第２側辺部３６のそれぞれが、１個のねじ穴４０または１本のボルト５４を有する。
上記の構成によると、実施例１〜４で述べた効果を有するとともに、くさび部材８が１個であるために、一対のくさび部材８を配置する作業に比して、くさび部材８を第２側辺部３６に配置する作業が容易になる。ねじこみ部材締結の作業効率が向上する。

板ばねは、支承面３０に向かって凹に湾曲していてもよい。図２２では、一対の第２側辺部３６の代わりに、第２側辺部３６と同一形状である傾斜部６０を有している。傾斜部６０は、一対の第２側辺部３６間の中央におかれている。くさび部材８を、実施例１と同じ向きで傾斜部６０のハウジング傾斜面３８に配置する。ねじ１２を、くさび部材８の貫通孔４６を挿通してねじ穴４０（図示せず）にねじ込む。ねじ１２を深くねじ込むと、くさび部材８はハウジング傾斜面３８に沿って下降しながら前進する。くさび部材８は、板ばね保護板５３を介して、板ばね１１の中央部に当接しているため、押出されたくさび部材８は板ばね１１を付勢する。上記の構成によると、使用するくさび部材８は１個であるため、材料を低減できる。その他の効果は実施例１と同様である。

実施例１４は、くさび部材８の両側からねじこみ部材を締結する構成であってもよい。実施例１１で説明した方法でくさび部材８が支承面３０に向かって押出されると、実施例１４で説明した方法で板ばね１１が付勢される。付勢された板ばね１１は、その両端部で半導体積層ユニット４を押圧する。
本実施例の効果は実施例１４と同様である。

実施例７，８は、板ばね１１を用いる構成であってもよい。図２３は、実施例７における板ばね１０を板ばね１１に変更した場合の半導体冷却器２を上方から見た様子を模式的に表す。板ばね１１の両端部は、圧力分散板５２を介して第２端面１８に当接している。板ばね保護板５３を、くさび部材８の直交面４８と板ばね１１の間に配置する。この場合、板ばね保護板５３は、板ばね１１の中央部と当接している。実施例７で説明した方法でねじこみ部材を締結すると、くさび部材８は支承面３０に向かって押出される。押出されたくさび部材８は、板ばね保護板５３を介して板ばね１１を付勢する。付勢された板ばね１１はその両端部で半導体積層ユニット４を押圧する。実施例８の板ばね１０を板ばね１１に変更した場合の半導体冷却器２は、図示を省略する。
本実施例の効果は実施例７，８と同様である。

実施例７，８は、実施例１１と実施例１６を組み合わせた構成であってもよい。即ち、板ばね１０の代わりに板ばね１１を用いて、且つ、くさび部材８の両側からねじこみ部材を締結してもよい。実施例１１で説明した方法でくさび部材８が支承面３０に向かって押出されると、実施例１４で説明した方法で板ばね１１が付勢される。付勢された板ばね１１は、その両端部で半導体積層ユニット４を押圧する。
本実施例の効果は実施例１４と同様である。

実施例１〜１７は、板ばね１０又は板ばね１１の代わりに、コイルばねを用いる構成であってもよい。具体的には、圧力分散板５２と、圧力分散板５２と平行に配置されるプレートの間に、コイルばねを、コイルばねの伸縮方向が積層方向と平行になるように配置する。くさび部材８の直交面４８が、プレートがコイルばねと当接する面と反対の面に当接している状態で、実施例１〜１７で例示した方法でくさび部材８を支承面３０に向けて押出してもよい。このとき、プレートの幅方向における両端が、板ばね１０又は板ばね１１の両端部に相当する。
また、コイルばねの代わりに、ゴム又はガスを封入した袋のような弾性体を用いてもよい。ガスを封入した袋を用いる場合は、くさび部材８による圧縮力により破裂しない強度を有することが好ましい。上記の各場合における半導体冷却器２は、図示を省略する。コイルばね、ゴム、又はガスを封入した袋を用いた場合の効果は、実施例１〜１７と同様である。

実施例１〜１８について、一対の冷却モジュール１６の間に挿入する半導体モジュール１４は１個とは限らない。図１０に示すように、２個の半導体モジュールを挿入してもよいし、２個より多くの半導体モジュールを挿入してもよい。

実施例１〜１３、及び実施例１８の一部では、庇５０は板ばね１０の変形量を管理して、半導体積層ユニット４に加える圧縮力を一定に管理する役割を有する。しかし、庇５０は、板ばね１０の上方へのずれを防止する役割を有し、ねじ込み部材締結後に、庇５０と板ばね１０の上面との間に間隙を有する構成であってもよい。例えば、くさび部材８が板ばね１０を支承面３０に向けて付勢する際、板ばね１０が上方に大きくずれることが考えられる。この場合に、予め庇５０を、以下の条件を満たすように設ける。即ち、板ばね１０がくさび部材８により付勢されて、底板部４２と弾性部材支承面３４に当接した状態で、庇５０と板ばね１０の上面との間にわずかな隙間が生じるように、庇５０を設ければ、庇５０により、板ばね１０が上方にずれることがなくなる。これにより、板ばね１０は確実に弾性部材支承面３４に当接することができる。

また、板ばね１０、板ばね１１、圧力分散板５２、板ばね保護板５３は、必ずしも底板部４２に当接している必要はない。また、圧力分散板５２は、必ずしも必要ではない。また、庇５０を持たないくさび部材８を用いてもよい。

さらに、ハウジング６の各部は、一体である必要はない。例えば、第２側辺部３６が、底板部４２から分離可能な部品で形成されていてもよい。この場合、独立した部品である第２側辺部３６に直交方向に伸びる貫通孔を形成し、底板部４２に直交方向に伸びるねじ孔を形成しておく。ねじ１２がくさび部材８と第２側辺部３６を貫通した状態で底板部４２にねじこまれると、第２側辺部３６は底板部４２に固定され、くさび部材８は直交方向に押付けられる。第２側辺部３６を底板部４２に固定する方法は、上記に限られない。任意の固定方法を採用することができる。また、上記実施例に記載した押圧部材を利用して第２側辺部３６を底板部４２に固定するようにしてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。
また、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するものであり、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：半導体冷却器
４：半導体積層ユニット
６：ハウジング
８：くさび部材
１０：板ばね
１４：半導体モジュール
１６：冷却モジュール
３０：支承面
３８：ハウジング傾斜面
４４：くさび傾斜面

Claims (8)

1. 半導体積層ユニットと、ハウジングと、弾性部材と、くさび部材と、押圧部材とを備えた半導体冷却器であり、
   前記半導体積層ユニットは、半導体装置が組み込まれている半導体モジュールと、前記半導体モジュールを冷却する冷却モジュールを交互に積層したものであり、
   前記半導体積層ユニットの積層方向における一方の端面を第１端面とし、他方の端面を第２端面とし、前記積層方向に直交する方向を直交方向としたときに、
   前記ハウジングは、前記半導体積層ユニットの前記第１端面を支承する支承面と、ハウジング傾斜面を有し、
   前記支承面と前記ハウジング傾斜面の間に、前記半導体積層ユニットと前記弾性部材と前記くさび部材が配置されており、
   前記くさび部材は、前記ハウジング傾斜面に倣うくさび傾斜面と、前記弾性部材を加圧する直交面を有し、
   前記押圧部材は、前記くさび部材を前記直交方向に押圧して前記ハウジング傾斜面に押圧していることを特徴とする半導体冷却器。
2. 前記押圧部材は、軸部と頭部を有するねじであり、
   前記ハウジング傾斜面は、前記積層方向に伸びている基準線から前記直交方向に測定した距離が前記ハウジングの前記支承面に接近するほど増大する方向に傾斜しており、
   前記ハウジング傾斜面は、前記直交方向に伸びるねじ穴を有し、
   前記くさび部材は、前記くさび部材を前記直交方向に貫通するとともに、前記ねじの軸部が通過した状態で前記くさび部材が前記積層方向に移動することを許容する貫通孔を有し、
   前記ねじの軸部が、前記くさび部材の前記貫通孔を通過して前記ハウジング傾斜面の前記ねじ穴にねじ込まれており、
   前記ねじの頭部が、前記くさび部材を前記ハウジング傾斜面に押圧していることを特徴とする請求項１に記載の半導体冷却器。
3. 前記押圧部材は、ねじとナットで構成されており、
   前記ハウジング傾斜面は、前記積層方向に伸びている基準線から前記直交方向に測定した距離が前記ハウジングの前記支承面に接近するほど増大する方向に傾斜しており、
   前記ねじは、前記ハウジング傾斜面から前記直交方向に突出しており、
   前記くさび部材は、前記くさび部材を前記直交方向に貫通するとともに、前記くさび部材が前記積層方向に移動することを許容する長さを有する貫通孔を有し、
   前記ナットは、前記貫通孔を通過したねじにねじ込まれて、前記くさび部材を前記ハウジング傾斜面に押圧していることを特徴とする請求項１に記載の半導体冷却器。
4. 前記押圧部材は、軸部と頭部を有するねじと、プレートで構成されており、
   前記ハウジング傾斜面は、前記積層方向に伸びている基準線から前記直交方向に測定した距離が前記ハウジングの前記支承面に接近するほど増大する方向に傾斜しており、
   前記ハウジングは、前記直交方向に伸びるねじ穴を有し、
   前記プレートは、開孔を有し、
   前記ねじの軸部が、前記プレートの開孔を通過して前記ハウジングの前記ねじ穴にねじ込まれており、
   前記ねじの頭部が、前記プレートを介して前記くさび部材を前記ハウジング傾斜面に押圧していることを特徴とする請求項１に記載の半導体冷却器。
5. 前記押圧部材は、ねじとプレートとナットで構成されており、
   前記ハウジング傾斜面は、前記積層方向に伸びている基準線から前記直交方向に測定した距離が前記ハウジングの前記支承面に接近するほど増大する方向に傾斜しており、
   前記ねじは、前記ハウジングから前記直交方向に突出しており、
   前記プレートは、開孔を有し、
   前記ナットは、前記開孔を通過したねじにねじ込まれて、前記プレートを介して前記くさび部材を前記ハウジング傾斜面に押圧していることを特徴とする請求項１に記載の半導体冷却器。
6. 前記弾性部材は、前記第２端面に向けて凸に湾曲した板ばねであり、
   前記板ばねの両端にくさび部材が配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれかの１項に記載の半導体冷却器。
7. 前記弾性部材は、前記第２端面に向けて凸に湾曲した板ばねであり、
   前記板ばねの一端は前記ハウジングに固定され、
   前記板ばねの他端にくさび部材が配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれかの１項に記載の半導体冷却器。
8. 前記くさび部材は、前記直交面から前記板ばね側に突出する庇を有し、
   前記ハウジングはハウジング底面を有し、
   前記板ばねが、前記ハウジング底面と前記庇の間に維持されることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体冷却器。

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