JP5803961B2 - 基板間隔保持部材及びインバータ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、2枚の基板の間隔を保持すると共に電子部品位置決め機能を有する基板間隔保持部材及びインバータ装置に関する。
基板上の所定位置に、IC、コンデンサ及び電極などの電子部品を仮固定(位置決め保持)する方法として、取付治具を用いる方法が一般的に知られている。例えば、複数の電子部品を所定位置に仮固定する方法として、特許文献1が開示されている。特許文献1によれば、複数の電子部品をまとめて収容する収容部を有する取付治具を用意し、基板上の所定位置に搭載した複数の電子部品を取付治具の収容部に収容しながら、取付治具を基板側に押圧することによって電子部品の仮固定が行われる(特許文献1参照)。
特開2002−344199号公報
しかしながら、例えば、所定間隔をあけて保持される2枚の基板間に複数の電子部品が配置される小型のインバータ装置においては、特許文献1のような収容部を有する押圧型の取付治具を用いて基板間に配置される電子部品を仮固定することは困難である。すなわち、インバータの小型化に伴い、基板間のスペースが狭くなっており、また、基板間に配置される電子部品の周囲には他の電子部品が配置されているので、部品収容部を有する押圧型の取付治具を脱着する領域を確保できないのである。このため、あらかじめ、はんだにより一方の基板上に電子部品を仮固定し、その後、仮固定した電子部品を間に挟むように他方の基板を配置するという方法も考えられるが、電子部品をはんだ接合するための工程が増加するため、インバータ装置の製造コストが高くなってしまうという別の問題が生じる。
そこで、本発明の目的は、所定間隔をあけて保持される2枚の基板間に配置される部品を容易に位置決め保持することができる基板間隔保持部材及びインバータ装置を提供することにある。
本発明の一側面に係る基板間隔保持部材は、電子部品が搭載される2枚の基板の間に配置されると共に、2枚の基板の間の距離を一定に保つ基板間隔保持部材であって、両端部が2枚の基板に接触配置されて2枚の基板の間の距離を一定に保つスペーサ部と、スペーサ部同士を連結する枠体部と、枠体部又はスペーサ部から2枚の基板の間の所定位置に向かって延びる枝部と、枝部に設けられると共に、所定位置において部品を保持する枝保持部と、を備えている。
この基板間隔保持部材によれば、枝保持部に部品を挿入し、2枚の基板の間隔を保持するためのスペーサ部を所定の位置に配置するだけで、基板に対する部品の位置決めが完了する。これにより、はんだや治具を用いなくとも部品を容易に所定の位置に位置決めすることができる。
なお、ここでいう部品には、インバータなどの電気機器を構成する部品であるコンデンサ、抵抗、スイッチング素子、基板、電極、配線バスバー、及び放熱シートなどが含まれる。
枝保持部は、所定位置において部品を保持する第一枝保持部と、第一枝保持部の周辺にある部品を保持する第二枝保持部とを有していてもよい。
この基板間隔保持部材によれば、第一枝保持部の周辺に配置される部品を、第一枝保持部に隣接して設けられる第二枝保持部によって仮固定できる。
枠体部は基板の周端部に沿って枠状に形成されており、基板間隔保持部材は、枠体部に設けられると共に部品を保持する枠体保持部を更に備えてもよい。
この基板間隔保持部材によれば、基板の周端部にも部品を仮固定できるので、部品のレイアウトの自由度を向上させることができる。
枠体保持部は、部品を保持する第一枠体保持部と、第一枠体保持部の周辺にある部品を保持する第二枠体保持部とを有していてもよい。
この基板間隔保持部材によれば、第一枠体保持部の周辺に配置される部品を、第一枠体保持部に隣接して設けられる第二枠体保持部によって仮固定できる。
スペーサ部は、スペーサ部材とスペーサ部材を保持するスペーサ部材保持部とを有し、スペーサ部材保持部に保持されるスペーサ部材は、導電性を有すると共にネジを挿通可能な貫通孔を備えており、スペーサ部材保持部は絶縁体で形成されてもよい。
この基板間隔保持部材によれば、一方の基板を接地することでスペーサ部材を介して他方の基板のアースをとることができる。また、スペーサ部材の貫通孔にネジを挿入することにより、容易にヒートシンク上に2枚の基板を固定することができる。
本発明の一側面に係るインバータ装置は、放熱板と、放熱板に載置されており、スイッチング素子が実装された金属基板と、金属基板と対向して配置されており、コンデンサが実装されたコンデンサ基板と、金属基板とコンデンサ基板の間に配置されるとともに、金属基板とコンデンサ基板とを電気的に接続する電極と、上記の基板間隔保持部材と、を備え、電極が、基板間隔保持部材に含まれる枝保持部に保持されている。
本発明によれば、所定間隔をあけて保持される2枚の基板間に配置される部品を容易に位置決め保持(仮固定)することができる。
一実施形態に係る基板間隔保持部材を含むインバータ装置を示す斜視図である。 図1に示すインバータ装置からコンデンサが配置されたコンデンサ基板を取り除いた状態を示した斜視図である。 インバータ装置の組み立て方法の一実施形態を示した図面である。 インバータ装置の組み立て方法の一実施形態を示した図面である。 他の実施形態に係る基板間隔保持部材示す斜視図である。 他の実施形態に係る基板間隔保持部材示す斜視図である。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付することとする。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。説明中、「上」、「下」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。
図1は、一実施形態に係る基板間隔保持部材を含むインバータ装置を示す斜視図である。図1では、コンデンサ基板60の下側に配置されたMOSトランジスタ21などの配置状況を示すため、コンデンサ基板60を透過させた状態で示す。図2は、図1に示すインバータ装置からコンデンサ61が実装配置されたコンデンサ基板60を取り除いた状態を示した斜視図である。
インバータ装置1は、三相(u/v/w相)交流を出力する、いわゆる三相インバータであり、例えば、フォークリフトの荷役モータ及び走行モータを駆動させる。インバータ装置1は、ヒートシンク10と、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタ21が実装された金属基板20と、基板間隔保持部材30と、スペーサ部材41と、電極(部品)51と、コンデンサ61が実装されたコンデンサ基板60と、を主に含んでいる。
ヒートシンク10は、電力変換時に発生する熱を放散作用により温度を下げる部材であって、金属基板20が載置されている。金属基板20に実装されたMOSトランジスタ21などからヒートシンク10に伝達された熱は、ヒートシンク表面に形成されたフィンなどから放散される。ヒートシンク10には、熱が伝導しやすいアルミニウム及び銅などの金属が用いられる。ヒートシンク10の周端部近傍には、金属基板20及びコンデンサ基板60の挿通孔27,67(図3(a)及び図4参照)と、スペーサ部材41とに挿通されるネジ43に螺合させるネジ孔17が形成されている。
金属基板20には、スイッチング素子として、例えば、MOSトランジスタ21が実装されている。MOSトランジスタ21は、u相、v相、w相ごとに、トランジスタ群21u,21v,21wが形成されている。MOSトランジスタ21及び電極51は、低インダクタンス、電流バランスなどを考慮して配置されている。金属基板20の周端部20aには、後述するネジ43を挿通するための挿通孔27が形成されている。
スペーサ部材41は、金属基板20とコンデンサ基板60との間隔を所定間隔に保つ部材である。スペーサ部材41は、金属基板20とコンデンサ基板60の周端部20a,60a近傍に配置される。スペーサ部材41は、金属基板20及びコンデンサ基板60をヒートシンク10に締結するためのネジ43を挿通する貫通孔41aを有している。
基板間隔保持部材30は、スペーサ部材41を金属基板20とコンデンサ基板60との間に挟みこんで共締めする際に、当該スペーサ部材41を所定位置に位置決め保持するための部材である。また、両基板の間に配置される部品としての電極51を所定位置に位置決め保持する機能を有する。基板間隔保持部材30は、絶縁部材により形成される。絶縁部材としては、例えば、樹脂及びセラミックなどが用いられる。基板間隔保持部材30は、スペーサ部材保持部31と、枠体部33と、枝部35と、電極保持部(枝保持部)37と、を有している。
スペーサ部材保持部31は、スペーサ部材41を保持する部分である。スペーサ部材保持部31は、複数形成されている。本実施形態の基板間隔保持部材30では、長辺方向に沿って3つずつ、合計6つのスペーサ部材保持部31が形成されている。スペーサ部材保持部31は、金属基板20及びコンデンサ基板60の大きさなどを考慮して適宜決定されるスペーサ部材41の数及び配置位置に合わせて形成されている。
枠体部33は、複数のスペーサ部材保持部31同士を連結すると共に、金属基板20及びコンデンサ基板60の周端部20a,60aに沿って枠状に形成されている部分である。
枝部35は、スペーサ部材保持部31にスペーサ部材41を保持させたときに、枠体部33又はスペーサ部材保持部31から上記所定位置まで延びる部分である。本実施形態の基板間隔保持部材30では、2つの枝部35が形成されている。一方の枝部35は、スペーサ部材保持部31から金属基板20とコンデンサ基板60との間の電極51の取付位置まで延びるように形成されている。他方の枝部35は、枠体部33から金属基板20とコンデンサ基板60との間の電極51の取付位置まで延びるように形成されている。
電極保持部37は、枝部35の先端に設けられており、金属基板20とコンデンサ基板60との間における電極51の取付位置において電極51を保持する部分である。本実施形態の基板間隔保持部材30では、2つの電極保持部37が設けられている。電極保持部37には、電極51がインサートされる。
電極51は、金属基板20とコンデンサ基板60との間の電気的な経路を形成する。電極51は、通電材料により形成されている。通電材料の例には、アルミ及び真鍮などが含まれる。また、電極51は、メッキ加工が施されていてもよい。金属基板20とコンデンサ基板60との間に電極51が配置される位置(取付位置)は、インバータ装置1のインダクタンス、電流バランスなどを考慮して決定されている。インバータ装置1の小型化に伴い、電極51は、並列接続された複数のMOSトランジスタ21からなるトランジスタ群の中央部に配置される。
コンデンサ基板60は、コンデンサ61が実装されている。コンデンサ基板60の周端部60a近傍には、スペーサ部材41を挿通するための挿通孔67が形成されている。
金属基板20とコンデンサ基板60とは、スペーサ部材41によって所定の間隔があけられた状態で、ネジ43によってヒートシンク10に締結されている。ネジ43は、挿通孔67、スペーサ部材41及び挿通孔27に挿通される。ネジ43は、コンデンサ基板60側から挿通されて、ヒートシンク10のネジ孔17に螺合される。
次に、インバータ装置1の組み立て方法について、図3(a)、図3(b)、図4を用いて説明する。図3(a)、図3(b)、図4は、インバータ装置1の組み立て方法の一実施形態を示した図面である。
まず、図3(a)に示すように、ヒートシンク10の上に金属基板20を載置する。このとき、ヒートシンク10のネジ孔17の位置と金属基板20の挿通孔27の位置とが一致するように位置合わせが行われる。
次に、電極保持部37に電極51がインサートされ、更に、スペーサ部材保持部31にスペーサ部材41が保持された、基板間隔保持部材30を準備する。そして、金属基板20に、スペーサ部材41及び電極51が保持された基板間隔保持部材30を載置する(図3(b)参照)。このとき、スペーサ部材41の貫通孔41aの位置と金属基板の挿通孔27の位置とが一致するように位置合わせが行われる。
この基板間隔保持部材30では、スペーサ部材保持部31が金属基板20上のスペーサ部材41の配置位置、すなわち、金属基板20の挿通孔27の配置位置と一致するように基板間隔保持部材30を金属基板20に載置したとき、電極保持部37が上記所定位置上に配置されるように形成されている。このため、電極保持部37に電極51が保持された状態の基板間隔保持部材30を準備し、この基板間隔保持部材30のスペーサ部材保持部31の位置が、金属基板20上の挿通孔27に一致するように載置すれば、金属基板20とコンデンサ基板60との間の固定したい所望の位置に電極51が位置決め保持される。
次に、図4に示すように、基板間隔保持部材30によって電極51が位置決め保持された金属基板20に、コンデンサ基板60を載置する。このとき、コンデンサ基板60の挿通孔67の位置とスペーサ部材41の貫通孔41aの位置が一致するように位置合わせが行われる。
次に、ネジ43が、コンデンサ基板60の挿通孔67、スペーサ部材41の貫通孔41a、金属基板20の挿通孔27に挿通されて、ヒートシンク10に設けられたネジ孔17に螺合される。これにより、金属基板20とコンデンサ基板60とにより、電極51及びスペーサ部材41が共締めされる。そして、図面に記載されていない入力端子などの部品が取り付けられて、図1示すようなインバータ装置1が完成する。
上記実施形態の基板間隔保持部材30では、電極保持部37が、平面視が角形の電極51を保持可能に形成されている。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
上記実施形態では、基板間隔保持部材30によって位置決め保持される部品の例として電極51を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものはなく、例えば、インバータなどの電気機器を構成する部品であるコンデンサ、抵抗、スイッチング素子、基板、配線バスバー、及び放熱シートなどであってもよい。
上記実施形態の基板間隔保持部材30では、スペーサ部材保持部31とスペーサ部材41とがそれぞれ別部品として構成された例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、スペーサ部材保持部31とスペーサ部材41とが一つの部材(スペーサ部)として構成されてもよい。
上記実施形態の基板間隔保持部材30では、図2に示すように、スペーサ部材保持部31又は枠体部33から電極51の取付位置まで延びる形状の枝部35を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図5に示すように、枝保持部37は、所定位置において部品51を保持する第一枝保持部37aと、第一枝保持部37aの周辺にある部品152を保持する第二枝保持部37bとを有していてもよい。
また、例えば、図5に示すように、枝保持部37は、隣接する枝保持部37側に延びると共に、第一枝保持部37aの周辺にある部品151を保持する第二枝保持部37cを有していてもよい。ここで、隣接する枝保持部37が同様の構成の第二枝保持部37cを有することにより、第一枝保持部37aの周辺にある部品151を保持することができる。なお、図5では、互いに隣接する第二枝保持部37c同士が一体に形成された例を示したが、互いに離間する構成であってもよい。
第一枝保持部37aから延びる第二枝保持部37b,37cは、第一枝保持部37aと一体であってもよいし、別体であってもよい。
このような基板間隔保持部材30の構成とすれば、第一枝保持部37aの周辺に配置される部品151,152を位置決め保持できるので、この部品151を保持するための新たな枝部及び枝保持部をわざわざ設けなくてもよい。
また、例えば、図5に示すように、枠体部33が、金属基板(基板)20及びコンデンサ基板(基板)60の周端部に沿って枠状に形成され、基板間隔保持部材30は、枠体部33に設けられると共に部品153(155,157)を保持する枠体保持部131を更に備えてもよい。このような基板間隔保持部材30の構成とすれば、金属基板20及びコンデンサ基板60の周端部にも部品153(155,157)を位置決め保持できるので、部品のレイアウトの自由度を向上させることができる。
また、例えば、図5に示すように、枠体保持部131は、所定位置において部品155を保持する第一枠体保持部131aと、第一枠体保持部131aの周辺にある部品156を保持する第二枠体保持部131bとを有していてもよい。
また、例えば、図5に示すように、部品155を保持する枠体保持部131は、隣接する枠体保持部131側に延びると共に、第一枠体保持部131aの周辺にある部品159を保持する第二枠体保持部131cを有していてもよい。ここで、隣接する枠体保持部131が同様の構成の第二枠体保持部131cを有することにより、第一枠体保持部131aの周辺にある部品159を保持することができる。なお、図5では、互いに隣接する第二枠体保持部131c同士が一体に形成された例を示したが、互いに離間する構成であってもよい。
第一枠体保持部131aから延びる第二枠体保持部131b,131cは、第一枠体保持部131aと一体であってもよいし、別体であってもよい。
このような基板間隔保持部材30の構成とすれば、第一枠体保持部131aの周辺に配置される部品156,159を位置決め保持できるので、この部品159を保持するための新たな枠体保持部131をわざわざ設けなくてもよい。
更に、例えば、図5に示すように、枝保持部37は、隣接する枠体保持部131側に延びると共に、第一枝保持部37aの周辺にある部品161を保持する第二枝保持部37cを有していてもよい。ここで、隣接する枠体保持部131が同様の構成の第二枠体保持部131cを有することにより、第一枝保持部37aの周辺にある部品161を保持することができる。なお、図5では、互いに隣接する第二枝保持部37cと第二枠体保持部131cとが一体に形成された例を示したが、互いに離間する構成であってもよい。
第一枝保持部37aから延びる第二枝保持部37cは、第一枝保持部37aと一体であってもよいし、別体であってもよい。第一枠体保持部131aから延びる第二枠体保持部131cは、第一枠体保持部131aと一体であってもよいし、別体であってもよい。
このような基板間隔保持部材30の構成とすれば、第一枝保持部37aの周辺に配置される部品161を位置決め保持できるので、この部品161を保持するための新たな枝保持部37をわざわざ設けなくてもよい。
また、例えば、図5及び図6に示すように、一方の長辺上に設けられているスペーサ部材保持部31及び枠体部33と、対向する位置に設けられたスペーサ部材保持部31及び枠体部33とを連結するように枝部35を設けてもよい。言い換えれば、枝部35を格子状に形成してもよい。これにより、金属基板20上の所定位置に部品51を位置決め保持する際の位置精度を高めることが可能となる。
さらに、基板間隔保持部材30は、図6に示すように、枠体部33と枠体部33と直接を連結するための接続部45を備えていてもよい。これにより、基板間隔保持部材30の形状を維持することができ、対象となる部品をより正確な位置に位置決め保持することができる。
上記実施形態のインバータ装置1では、コンデンサ基板60側から、コンデンサ基板60の挿通孔67、スペーサ部材41の貫通孔41a、金属基板20の挿通孔27にねじ43が挿通されて、ヒートシンク10に設けられたネジ孔17に螺合されることにより、金属基板20とコンデンサ基板60とにより、電極51及びスペーサ部材41を共締めする例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。
例えば、電極51が配置される位置に対応する金属基板20及びコンデンサ基板60の位置にそれぞれ挿通孔を設け、電極51に挿通孔を設け、当該位置に対応するヒートシンク10の位置にネジ孔を設けてもよい。これにより、コンデンサ基板60側から、コンデンサ基板の挿通孔、電極の挿通孔、金属基板の挿通孔の順番でネジを挿通させて、先のヒートシンクのネジ孔に螺合させることができるので、金属基板20とコンデンサ基板60とにより、電極51及びスペーサ部材41を共締めすることができる。
また、スペーサ部材41がヒートシンク10に固定できる構成であれば、ヒートシンク10に金属基板20が載置された状態でスペーサ部材41を固定し、そのスペーサ部材41を保持するように基板間隔保持部材30を配置することができる。このようにすれば、電極51を金属基板20とコンデンサ基板60との間に位置決め保持する際の位置精度を高めることができる。なお、スペーサ部材41をヒートシンク10に固定する構成としては、スペーサ部材41の端部にネジ溝を設け、ヒートシンク10に設けられるネジ孔17に螺合できる構成とすることや、スペーサ部材41の端部に、ネジ孔17に嵌合させるための嵌合部を設けることなどが考えらえる。
また、基板間隔保持部材30を金属基板20上の所定位置に位置決めするための爪部をスペーサ部材保持部31及び枠体部33などに設けてもよい。このような場合でも、電極51を金属基板20上に位置決め保持する際の位置精度を高めることができる。
上記実施形態では、スペーサ部材41及び電極51をスペーサ部材保持部31及び電極保持部37にそれぞれインサート(圧入)する例を挙げて説明したが、スペーサ部材41とスペーサ部材保持部31とを一体成形してもよいし、電極51と電極保持部37とを一体成形してもよい。
上記実施形態の基板間隔保持部材30では、電極保持部37が、平面視が角形の電極51を保持可能に形成されている例を挙げて説明したがこれに限定されるものではない。平面視が円形、楕円形、多角形の電極51を保持可能に形成されていてもよい。
また、スペーサ部材保持部31、枠体部33、枝部35、電極保持部37における、両基板20,60の積層方向における厚みは、スペーサ部材41及び電極51よりも短くてもよい。すなわち、金属基板20とコンデンサ基板60との間の距離を一定に保つ機能は有していなくてもよい。
1…インバータ装置、10…ヒートシンク(放熱板)、17…ネジ孔、20…金属基板(基板)、21…トランジスタ、21u,21v,21w…トランジスタ群、30…基板間隔保持部材、31…スペーサ部材保持部、33…枠体部、35…枝部、37…電極保持部(枝保持部)、37a…第一枝保持部、37b,37c…第二枝保持部、41…スペーサ部材、41a…貫通孔、43…ネジ、51…電極(部品)、60…コンデンサ基板(基板)、61…コンデンサ、67…挿通孔、131…枠体保持部、131a…第一枠体保持部、131b,131c…第二枠体保持部、151,153,157,159,161…部品。

Claims (8)

  1. 電子部品が搭載される2枚の基板の間に配置されると共に、前記2枚の基板の間の距離を一定に保つ基板間隔保持部材であって、
    両端部が前記2枚の基板に接触配置されて前記2枚の基板の間の距離を一定に保つスペーサ部と、
    前記スペーサ部同士を連結する枠体部と、
    前記枠体部又は前記スペーサ部から前記2枚の基板の間の所定位置に向かって延びる枝部と、
    前記枝部に設けられ、前記部品を保持すると共に、前記基板に対する前記所定位置に部品を位置決めする枝保持部と、
    を備えている、基板間隔保持部材。
  2. 前記枝保持部は、前記部品が圧入されることによって前記部品を保持する、請求項1記載の基板間隔保持部材。
  3. 前記枝保持部は、前記所定位置において前記部品を保持する第一枝保持部と、前記第一枝保持部の周辺にある部品を保持する第二枝保持部とを有している、請求項1又は2に記載の基板間隔保持部材。
  4. 前記枠体部は前記基板の周端部に沿って枠状に形成されており、
    前記枠体部に設けられると共に、前記部品を保持する枠体保持部を更に備える、請求項1〜3の何れか一項記載の基板間隔保持部材。
  5. 前記枠体保持部は、前記部品を保持する第一枠体保持部と、前記第一枠体保持部の周辺にある部品を保持する第二枠体保持部とを有している、請求項に記載の基板間隔保持部材。
  6. 前記スペーサ部は、スペーサ部材と前記スペーサ部材を保持するスペーサ部材保持部とを有し、前記スペーサ部材保持部に保持されるスペーサ部材は、導電性を有すると共にネジを挿通可能な貫通孔を備えており、
    前記スペーサ部材保持部は絶縁体で形成される、請求項1〜のいずれか一項に記載の基板間隔保持部材。
  7. 放熱板と、
    前記放熱板に載置されており、スイッチング素子が実装された金属基板と、
    前記金属基板と対向して配置されており、コンデンサが実装されたコンデンサ基板と、
    前記金属基板と前記コンデンサ基板の間に配置されるとともに、前記金属基板と前記コンデンサ基板とを電気的に接続する電極と、
    請求項1〜の何れか一項に記載の基板間隔保持部材と、を備え、
    前記電極が、前記基板間隔保持部材に含まれる前記枝保持部に保持されている、インバータ装置。
  8. 2枚の基板と、前記2枚の基板の間の所定位置に配置される部品と、請求項1〜6の何れか一項記載の基板間隔保持部材と、を準備する工程と、
    前記基板間隔保持部材における前記枝保持部に前記部品を保持させる工程と、
    前記部品が保持された前記基板間隔保持部材の前記スペーサ部を前記2枚の基板のうち一方の基板の規定位置に配置することによって前記一方の基板に対する前記部品の位置決めをする工程と、
    前記一方の基板に配置された前記基板間隔保持部材を他方の基板で挟持することによって前記部品を固定する工程と、
    を含む、インバータ装置の製造方法。
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