JP2015162657A - 固定構造および固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ギャップを介して対向配置された二つの部材をネジ止めする場合に、これらの部材に反りが発生しにくいようにする。
【解決手段】第一の貫通孔１１１が形成された第一の部材１１０と、第一の貫通孔１１１と対向する位置に第二の貫通孔１２１が形成された第二の部材１２０と、をギャップ１３１を介して対向配置し、第一の部材１１０と第二の部材１２０とを雄ネジ部品１５０と雌ネジ部品１４０とを用いて固定する固定構造であって、雌ネジ部品１４０は、第一の部材１１０側から第一の貫通孔１１１に圧入され、雌ネジ部品１４０の先端部が、第一の貫通孔１１１を貫通してギャップ１３１内に侵入し、第二の部材１２０に当接しており、雄ネジ部品１５０は、第二の部材１２０側から第二の貫通孔１２１に挿入され、第二の部材１２０と当接した雌ネジ部品１４０と螺合している固定構造を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定構造および固定方法に関するものである。

二つの部材を固定する方法として、ネジ止めは広く一般に知られている。例えば、第一の部材と第二の部材を固定する場合、両者を貫通する貫通孔にボルトなどの雄ネジ部品を挿入し、その先端部をナットなどの雌ネジ部品に螺合させる（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２００６／００８８６１号

第一の部材と第二の部材は、第三の部材を間に挟んでネジ止めされる場合がある。例えば、半導体基板（第一の部材）を放熱シート（第三の部材）を介してヒートシンク（第二の部材）に接続する場合などがこれに該当する。この場合、第三の部材には、雄ネジ部品を挿通させるための挿通孔が形成される。挿通孔は、雄ネジ部品よりも大きな面積で形成されるため、第一の部材と第二の部材は、挿通孔によって形成されるギャップ（空間）を介して対向配置される。この状態で雄ネジ部品と雌ネジ部品とを螺合させると、その結合力によって第一の部材または第二の部材がギャップ側に変形し、この変形によって第一の部材または第二の部材に不具合（半導体基板上の実装部品の剥がれなど）が生じる場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ギャップを介して対向配置された二つの部材をネジ止めする場合でも、これらの部材に反りが発生しにくい固定構造および固定方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様に係る固定構造は、第一の貫通孔が形成された第一の部材と、前記第一の貫通孔と対向する位置に第二の貫通孔が形成された第二の部材と、をギャップを介して対向配置し、前記第一の部材と前記第二の部材とを雄ネジ部品と雌ネジ部品とを用いて固定する固定構造であって、前記雌ネジ部品は、前記第一の部材側から前記第一の貫通孔に圧入され、前記雌ネジ部品の先端部が、前記第一の貫通孔を貫通して前記ギャップ内に侵入し、前記第二の部材に当接しており、前記雄ネジ部品は、前記第二の部材側から前記第二の貫通孔に挿入され、前記第二の部材と当接した前記雌ネジ部品と螺合している。

本発明では、雌ネジ部品の先端部を第一の部材から突出させ、第二の部材に当接させている。そのため、雌ネジ部品の第一の部材から突出した部分が、第一の部材と第二の部材との間のギャップを保持するスペーサーの役割を果たす。よって、ギャップを介して対向配置された二つの部材をネジ止めする場合でも、これらの部材に反りが発生しにくい固定構造および固定方法を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る固定構造を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係る固定方法の第一のステップを説明する断面図である。 本発明の第一実施形態に係る固定方法の第二のステップを説明する断面図である。 本発明の第一実施形態に係る固定方法の第三のステップを説明する断面図である。 本発明の第一実施形態に係る固定方法で用いられる複数の治具を説明するための図である。 本発明の第二実施形態に係る固定方法で用いられる治具を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

［第一実施形態］
以下、図１ないし５を用いて、本発明の第一実施形態に係る固定構造および固定方法について説明する。

図１（ａ）は、本発明の第一実施形態に係る固定構造１００の断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）から雌ネジ部品１４０および雄ネジ部品１５０を除いた部分１０１の断面図である。図１（ｃ）は、雌ネジ部品１４０の断面図である。

本実施形態の固定構造１００は、基板（第一の部材）１１０とヒートシンク（第二の部材）１２０を、放熱シート（第三の部材）１３０を間に挟んでネジ止めするものである。本実施形態の固定構造１００は、図１（ａ）に示すように、基板１１０と、ヒートシンク１２０と、放熱シート１３０と、雌ネジ部品１４０と、雄ネジ部品１５０と、を含む。

基板１１０の上には、半導体素子等の電子部品が実装されている。基板１１０は、雌ネジ部品１４０を取り付けるための第一の貫通孔１１１を有する（図１（ｂ）参照）。後述するように、雌ネジ部品１４０は、第一の貫通孔１１１に圧入される。このため、基板１１０を形成する材料としては、例えばアルミニウムなどの塑性変形可能な材料が用いられる。

ヒートシンク１２０は、放熱シート１３０を介して基板１１０と熱的に接続されている。基板１１０上に実装された電子部品において発生した熱は、基板１１０および放熱シート１３０を介してヒートシンク１２０に伝わり、ヒートシンク１２０から外部に放出される。ヒートシンク１２０を形成する材料としては、例えば銅やアルミニウムといった、剛性が高く、かつ、熱伝導性の高い材料が用いられる。

ヒートシンク１２０は、雄ネジ部品１５０を挿入するための、第二の貫通孔１２１を有する（図１（ｂ）参照）。第二の貫通孔１２１は、第一の貫通孔１１１と対向する位置に形成される。ヒートシンク１２０の基板１１０を固定する側は、平板状になっている。ヒートシンク１２０の基板１１０を固定する側とは反対側は、放熱の効率を上げるために、例えば複数のフィンが形成されている。

放熱シート１３０は、基板１１０とヒートシンク１２０との間に挟まれて配置される。放熱シート１３０は、基板１１０の上に実装された電子部品で発生した熱を効率よくヒートシンク１２０へと伝達させる。放熱シート１３０を形成する材料としては、例えばシリコーンゴムのように、熱伝導率が高く、且つ、基板１１０およびヒートシンク１２０に対して隙間なく密着可能な柔軟な材料が用いられる。

放熱シート１３０は、雄ネジ部品１５０を挿通させるための挿通孔１３１を有する。挿通孔１３１は、雄ネジ部品１５０の、ネジの進行方向に垂直な断面よりも、大きな面積で形成される。基板１１０とヒートシンク１２０は、挿通孔１３１によって形成されるギャップを介して対向配置される。基板１１０とヒートシンク１２０とは、雄ネジ部品１５０と雌ネジ部品１４０とを用いて固定される。

雌ネジ部品１４０は、図１（ｃ）に示すように、第一の貫通孔１１１よりも大きい直径を有する第一の胴部１４１と（図１（ａ）参照）、第一の胴部１４１の直径よりも小さい直径を有し、第一の胴部１４１の一端側から延びる第二の胴部１４２と、を含む。雌ネジ部品１４０は、基板１１０側から第一の貫通孔１１１に圧入される。第二の胴部１４２の先端部１４３は、第一の貫通孔１１１を貫通して、基板１１０とヒートシンク１２０との間のギャップ（放熱シート１３０の挿通孔１３１）内に侵入し、ヒートシンク１２０に当接する。雄ネジ部品１５０は、ヒートシンク１２０側から第二の貫通孔１２１に挿入され、ヒートシンク１２０と当接した雄ネジ部品１４０と螺合する。

第二の胴部１４２の基端部（第一の胴部１４１との接続部）には、第一の胴部１４１側に向けて直径が徐々に小さくなるテーパー部が設けられている。このテーパー部によって、第二の胴部１４２の外周面には、外周面の周方向に沿う溝１４４が形成されている。溝１４４には、雌ネジ部品１４０を第一の貫通孔１１１に圧入したときに塑性変形した基板１１０の一部が充填される。これにより、雌ネジ部品１４０が基板１１０に対して強固に固定されている。

以上のように、本実施形態の固定構造１００においては、第一の貫通孔１１１が形成された基板（第一の部材）１１０と、第一の貫通孔１１１と対向する位置に第二の貫通孔１２１が形成されたヒートシンク（第二の部材）１２０と、が、挿通孔（ギャップ）１３１を介して対向配置される（図１（ｂ）参照）。

かかる状態で、基板１１０とヒートシンク１２０とを、雄ネジ部品１５０と雌ネジ部品１４０とを用いて固定しようとすると、その結合力によって基板１１０またはヒートシンク１２０が挿通孔１３１側に変形し、この変形によって基板１１０またはヒートシンク１２０に不具合（半導体基板上の実装部品の剥がれなど）が生じる可能性がある。

しかし、本実施形態の固定構造１００においては、雌ネジ部品１４０の先端部１４３が、第一の貫通孔１１１を貫通して挿通孔１３１内に侵入し、ヒートシンク１２０に当接している。これにより、第二の胴部１４２が、基板１１０とヒートシンク１２０との間の挿通孔１３１を保持するスペーサーの役割を果たす。よって、挿通孔１３１を介して対向配置された基板１１０およびヒートシンク１２０をネジ止めする場合でも、これらの部材に反りが生じにくくなる。

以下、図２ないし５を用いて、基板１１０とヒートシンク１２０との固定方法について説明する。本実施形態に係る固定方法は、第一ないし第三のステップを含む。

図２は、本実施形態に係る固定方法の第一のステップを説明する断面図である。図２（ａ）は、治具２１０の上に基板１１０を載置した状態を示す断面図であり、図２（ｂ）は、治具２１０の上に載置された基板１１０の第一の貫通孔１１１に雌ネジ部品１４０を圧入した状態を示す断面図である。図５は、雌ネジ部品１４０を第一の貫通孔１１１に圧入する際に用いられる治具２１０ａないし２１０ｄを説明する図である。図５（ａ）および（ｂ）は、基板１１０が治具２１０ａないし２１０ｄの上に載置された状態を示す上視図および斜視図をそれぞれ示す。

第一のステップでは、基板１１０の第一の貫通孔１１１に雌ネジ部品１４０を圧入し、雌ネジ部品１４０の先端部１４３を、第一の貫通孔１１１の外側に突出させる。第一のステップは、例えば、載置ステップと、圧入ステップと、を含む。

図２（ａ）に示すように、載置ステップでは、基板１１０を載置する載置面２１１上に、雌ネジ部品１４０の先端部１４３を挿入可能な挿入孔２１２を有する治具２１０を用意する。そして、治具２１０の載置面２１１上に、挿入孔２１２と第一の貫通孔１１１とを位置決めした状態で基板１１０を載置する。挿入孔２１２の深さは、例えば、雌ネジ部品１４０を基板１１０の第一の貫通孔１１１に圧入した時に、雌ネジ部品１４０の先端部１４３が挿入孔２１２の底面と干渉しない深さに設定される。

図５（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態では、基板１１０の複数の箇所に第一の貫通孔１１１（図５では、符号１１１ａないし１１１ｄで示す）が形成され、基板１１０とヒートシンク１２０とが複数箇所でネジ止めされる。載置ステップでは、個々の第一の貫通孔１１１ごとに、別々の治具２１０（図５では、符号２１０ａないし２１０ｄで示す）が用意され、個々の第一の貫通孔１１１ごとに、第一の貫通孔１１１と治具２１０の挿入孔２１２との位置決めが行われる。この構成によれば、個々の治具２１０の位置を別個独立に調整できるため、個々の第一の貫通孔１１１ごとに、正確な位置決めを行うことができる。

図２（ｂ）に示すように、圧入ステップでは、載置面２１１上に載置された基板１１０の第一の貫通孔１１１に、載置面２１１側とは反対側から雌ネジ部品１４０を圧入し、雌ネジ部品１４０の先端部１４３を第一の貫通孔１１１の外側の挿入孔２１２内に貫通させる。

圧入ステップでは、例えば、第一の貫通孔１１１の周囲にスペーサー２２０を配置した状態で、加圧部材２３０を雌ネジ部品１４０の治具２１０側とは反対側の面に接触させ、加圧部材２３０をスペーサー２２０と当接する位置まで治具２１０側に押し付けることにより、雌ネジ部品１４０を第一の貫通孔１１１に圧入する。

スペーサー２２０の高さは、例えば、第一の胴部１４１の高さと等しい高さに設定される。スペーサー２２０の高さを調節することにより、第一の貫通孔１１１から突出する雌ネジ部品１４０の突出量を精密に制御することができる。

雌ネジ部品１４０を第一の貫通孔１１１に圧入すると、基板１１０の一部が塑性変形し、第二の胴部１４２の外周面に設けられた溝１４４に充填される。これにより、雌ネジ部品１４０が基板１１０に対して強固に固定される。

図３は、本実施形態に係る固定方法の第二のステップを説明する断面図である。図３（ａ）は、基板１１０とヒートシンク１２０とが対向配置された状態を示す断面図であり、図３（ｂ）は、基板１１０が放熱シート１３０を挟んでヒートシンク１２０上に載置された状態を示す断面図である。

第二のステップにおいては、例えば、まず図３（ａ）に示すように、第二の貫通孔１２１と挿通孔１３１とを位置決めして、放熱シート１３０をヒートシンク１２０の上に設ける。次に、図３（ｂ）に示すように、基板１１０の第一の貫通孔１１１に圧入された雌ネジ部品１４０のネジ孔（不図示）と、ヒートシンク１２０の第二の貫通孔１２１とを位置決めして、基板１１０とヒートシンク１２０とを対向配置し、第一の貫通孔１１１の外側に突出した雌ネジ部品１４０の先端部１４３をヒートシンク１２０に当接させる。

図４は、本実施形態に係る固定方法の第三のステップを説明する断面図である。

第三のステップでは、雄ネジ部品１５０をヒートシンク１２０側から第二の貫通孔１２１に挿入し、ヒートシンク１２０と当接した雌ネジ部品１４０と螺合させる。

螺合が行われる間、第二の胴部１４２は、雄ネジ部品１５０によってヒートシンク１２０に当接したまま固定される。螺合によって第二の胴部１４２が雄ネジ１５０側へと移動しないため、基板１１０はヒートシンク１２０側へと引き寄せられず、基板１１０とヒートシンク１２０との間の挿通孔１３１によって形成されるギャップは保持され続ける。これにより、挿通孔１３１を介して対向配置された基板１１０とヒートシンク１２０とをネジ止めしても、これらの部材に反りが生じにくくなる。

以上説明した本実施形態の固定構造においては、雌ネジ部品１４０の第二の胴部１４２を基板１１０から突出させ、その先端部１４３をヒートシンク１２０に当接させている。そのため、第二の胴部１４２が挿通孔１３１によって形成されるギャップを保持するスペーサーの役割を果たす。よって、ギャップを介して対向配置された基板１１０およびヒートシンク１２０をネジ止めする場合に、これらの部材に反りが発生しにくい。

また、本実施形態の固定構造においては、雌ネジ部品１４０を第一の貫通孔１１１に圧入したときに基板１１０の一部が塑性変形し、第二の胴部１４２の外周面に設けられた溝１４４に充填される。これにより、雌ネジ部品１４０を基板１１０に強固に固定することができる。

また、本実施形態の固定方法においては、治具２１０の載置面２１１に、雌ネジ部品１４０の先端部を挿入可能な挿入孔２１２が設けられている。よって、第一の貫通孔１１１に雌ネジ部品１４０を圧入したときに、雌ネジ部品１４０の先端部１４３を、第一の貫通孔１１１の外側に確実に突出させることができる。

また、本実施形態の固定方法においては、第一の貫通孔１１１の周囲にスペーサー２２０を配置した状態で、加圧部材２３０を雌ネジ部品１４０の治具２１０側とは反対側の面に接触させ、加圧部材２３０をスペーサー２２０と当接する位置まで治具２１０側に押し付ける。よって、第一の貫通孔１１１から突出する雌ネジ部品１４０の突出量を、精密に制御することができる。

また、本実施形態の固定方法においては、個々の第一の貫通孔１１１ごとに別々の治具２１０が用意され、個々の第一の貫通孔１１１ごとに治具２１０の挿入孔２１２との位置決めが行われる。そのため、複数の第一の貫通孔１１１の位置が製造誤差によって若干ずれていても、複数の治具２１０の挿入孔２１２の位置を複数の第一の貫通孔１１１に対して正確に位置決めすることができる。

［第二実施形態］
以下、図６を用いて、本発明の第二実施形態に係る固定方法について説明する。以下、図１ないし５と共通する構成要素については同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６は、本実施形態に係る固定方法で用いられる治具２１０Ｐを説明するための図である。第一実施形態においては、複数の第一の貫通孔１１１ごとに複数の治具が用意されたが、本実施形態では、複数の第一の貫通孔１１１に対応する複数の挿入孔（図示略）を有する単一の治具２１０Ｐが用意される。この点において、第一実施形態と大いに異なる。

本実施形態の固定方法は、単一の治具２１０Ｐと基板１１０との間で位置決めが行われる点を除いては、第一実施形態の固定方法と同じである。本実施形態では、治具２１０の位置決め作業が一回で済むため、作業時間が短縮される。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記の実施形態では、基板１１０とヒートシンク１２０とをネジ止めする構造および方法を説明したが、本発明の固定構造および固定方法はこれに限定されない。ネジ止めされる部材は、基板１１０やヒートシンク１２０に限られず、様々な部材の固定構造および固定方法に本発明の固定構造および固定方法を用いることができる。

１１０…基板（第一の部材）、１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ…第一の貫通孔、１２０…ヒートシンク（第二の部材）、１２１…第二の貫通孔、１３０…放熱シート（第三の部材）、１３１…挿通孔（ギャップ）、１４０…雌ネジ部品、１４１…第一の胴部、１４２…第二の胴部、１４３…先端部、１４４…溝、１５０…雄ネジ部品、２１０…治具、２１１…載置面、２１２…挿入孔、２２０…スペーサー、２３０…加圧部材

Claims (7)

1. 第一の貫通孔が形成された第一の部材と、前記第一の貫通孔と対向する位置に第二の貫通孔が形成された第二の部材と、をギャップを介して対向配置し、前記第一の部材と前記第二の部材とを雄ネジ部品と雌ネジ部品とを用いて固定する固定構造であって、
   前記雌ネジ部品は、前記第一の部材側から前記第一の貫通孔に圧入され、前記雌ネジ部品の先端部が、前記第一の貫通孔を貫通して前記ギャップ内に侵入し、前記第二の部材に当接しており、前記雄ネジ部品は、前記第二の部材側から前記第二の貫通孔に挿入され、前記第二の部材と当接した前記雌ネジ部品と螺合している固定構造。
2. 前記雌ネジ部品は、前記第一の貫通孔よりも大きい直径を有する第一の胴部と、前記第一の胴部の直径よりも小さい直径を有し、前記第一の胴部の一端側から延びる前記第二の胴部と、を含み、
   前記第二の胴部の前記第一の胴部とは反対側の端部が、前記第一の貫通孔を貫通して前記ギャップ内に侵入し、前記第二の部材に当接している請求項１に記載の固定構造。
3. 前記第二の胴部の外周面には、前記外周面の周方向に沿う溝が形成されている請求項２に記載の固定構造。
4. 第一の貫通孔が形成された第一の部材と、前記第一の貫通孔と対向する位置に第二の貫通孔が形成された第二の部材と、をギャップを介して対向配置し、前記第一の部材と前記第二の部材とを雄ネジ部品と雌ネジ部品とを用いて固定する固定方法であって、
   前記第一の部材の前記第一の貫通孔に前記雌ネジ部品を圧入し、前記雌ネジ部品の先端部を、前記第一の貫通孔の外側に突出させる第一のステップと、
   前記雌ネジ部品が前記第一の貫通孔に圧入された前記第一の部材を前記ギャップを介して前記第二の部材と対向配置し、前記第一の貫通孔の外側に突出した前記雌ネジ部品の先端部を前記第二の部品に当接させる第二のステップと、
   前記雄ネジ部品を前記第二の部材側から前記第二の貫通孔に挿入し、前記第二の部材と当接した前記雌ネジ部品と螺合させる第三のステップと、
   を含む固定方法。
5. 前記第一のステップは、
   前記第一の部材を載置する載置面上に、前記雌ネジ部品の先端部を挿入可能な挿入孔を有する治具を用意し、前記治具の前記載置面上に、前記挿入孔と前記第一の貫通孔とを位置決めした状態で前記第一の部材を載置する載置ステップと、
   前記載置面上に載置された前記第一の部材の前記第一の貫通孔に、前記載置面側とは反対側から前記雌ネジ部品を圧入し、前記雌ネジ部品の先端部を前記第一の貫通孔の外側の前記挿入孔内に貫通させる圧入ステップと、を含む請求項４に記載の固定方法。
6. 前記第一の部材の複数の箇所に前記第一の貫通孔が形成されており、
   前記載置ステップでは、個々の前記第一の貫通孔ごとに別々の前記治具が用意され、個々の前記第一の貫通孔ごとに、前記第一の貫通孔と前記治具の挿入孔との位置決めが行われる請求項５に記載の固定方法。
7. 前記圧入ステップでは、前記第一の貫通孔の周囲にスペーサーを配置した状態で、加圧部材を前記雌ネジ部品の前記治具側とは反対側の面に接触させ、前記加圧部材を前記スペーサーと当接する位置まで前記治具側に押し付けることにより、前記雌ネジ部品を前記第一の貫通孔に圧入する請求項５または６に記載の固定方法。

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