JP5884661B2 - 加圧部材及び電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体積層ユニットを有する電力変換装置において半導体積層ユニットを積層方向に加圧する加圧部材、及び該加圧部材を用いた電力変換装置に関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いられることがある。
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、交流モータから大きな駆動トルクを確保するため大きな駆動電流が必要となってきている。
それゆえ、その交流モータ向けの駆動電流を生成する上記電力変換回路においては、該電力変換回路を構成するＩＧＢＴ等の電力用半導体素子を含む半導体モジュールからの発熱が大きくなる傾向にある。

そこで、特許文献１に示すように、電力変換回路を構成する複数の半導体モジュールを均一に冷却することができるように、冷媒の供給及び排出を担う一対のヘッダの間に多数の冷却管が配置されている電力変換装置が提案されている。そして、該電力変換装置は、冷却管の間に半導体モジューを挟持した半導体積層ユニットと、該半導体積層ユニットの積層方向の端部に半導体積層ユニットを積層方向に加圧するばね部材とを有する。

該ばね部材は、半導体積層ユニットの積層方向の端面をなす冷却管の主面に対して、当接プレートを介して当接している。これにより、冷却管の主面に対して、ばね部材による押圧力が作用するようにしてある。
また、当接プレートを、冷却管の主面に当接する前面部と、該前面部の幅方向の両端部において半導体積層ユニットから遠ざかる方向に形成した一対のリブ部とから構成してある。そして、一対のリブ部のうちの少なくとも一方から他方へ向かってばね部材を支持する後方支持部を形成し、ばね部材をリブと後方支持部との間に保持させる技術が開発されている。

また、複数の板ばねを重ね合わせ、リベット様の接合部材により接合してばね部材を構成し、接合部材の前方突出部を当接プレートの前面部に設けられた前方穴部に挿通配置する技術が開発されている。かかる構成によりばね部材と当接プレートとの位置決めを容易かつ確実にすることが可能になる。

特開２００９−１３０９６４号公報

しかしながら、従来の電力変換装置においては、ばね部材と当接プレートとを固定するために、接合部材という接合用の別部材を用いている。そのため、部品点数が増えて、重量の増大及び製造コストの増大を招く要因となっている。
また、リブ部から後方支持部を形成し、後方支持部と当接プレートとの間にばね部材を配置する必要があるため、当接プレートとばね部材の並び方向の体格が大きくなる。そのため、電力変換装置内の有効スペースが小さくなるという問題がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであって、部品点数を減らすことができる共に、有効スペースを大きくすることができる電力変換装置用の加圧部材及び電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを交互に積層してなる半導体積層ユニットを有する電力変換装置において、上記半導体積層ユニットの積層方向の端部に配置して上記半導体積層ユニットを積層方向に加圧するために用いられる加圧部材であって、
上記半導体積層ユニットにおける積層方向の端部に当接する当接プレートと、該当接プレートを上記半導体積層ユニットに向かって押圧する弾性部材とを有し、
上記弾性部材は、該弾性部材を貫通する貫通孔を有し、
上記当接プレートは、上記半導体積層ユニットから遠ざかる方向に上記当接プレートから起立しかつ上記当接プレートと一体的に形成された立設部を有し、
該立設部は、上記弾性部材の上記貫通孔に挿入されていると共に、少なくとも先端が上記貫通孔の外周よりも外方に折り曲げられており、
上記当接プレートは、筒形状の上記立設部を有し、その先端の開口部が上記貫通孔の外周よりも外方に折り曲げられており、
上記当接プレートが上記半導体積層ユニットの上記端部に当接する当接面側には、上記立設部の周囲が上記当接面とは反対側の反対面に向かって傾斜する後退領域が形成されていることを特徴とする加圧部材にある。

本発明の他の態様は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを交互に積層してなる半導体積層ユニットを有する電力変換装置であって、
上記半導体積層ユニットの積層方向の端部には、該半導体積層ユニットを積層方向に加圧する上記加圧部材が配されていることを特徴とする電力変換装置。

上記加圧部材において、上記当接プレートから起立する立設部は、上記弾性部材の貫通孔に挿入されていると共に、少なくとも先端が上記貫通孔の外周よりも外方に折り曲げられている。そのため、上記当接プレートと上記弾性部材とを引き離そうとしても、上記立設部の少なくとも先端が上記貫通孔に係止する。それ故、弾性部材が当接プレートから脱落することを防ぐことができる。これにより、弾性部材と当接プレートとを一体化してなる加圧部材を電力変換装置に組付けることができるため、加圧部材の組付けを容易に行うことができる。

また、上記当接プレートの上記立設部は、上記弾性部材の上記貫通孔に挿入されている。そのため、上記当接プレートと上記弾性部材を組み合わせるときに、両者の位置決めを容易に行うことができる。

また、上記弾性部材は、上記のように、上記当接プレートから起立し当接プレートと一体的に形成された立設部により、上記当接プレートに係止させることができる。立設部は、例えば上記当接プレートの一部を起立させて形成することができるため、リベット様の接合部材を別途用いることなく、当接プレートと弾性部材とを一体化させることができる。それ故、加圧部材の部品点数を少なくすることができると共に、製造工程を簡略化することができ、ひいては製造コストの削減及び軽量化を図ることができる。

また、上記のように立設部により当接プレートと弾性部材とを一体化して加圧部材を構成することができるため、上記当接プレートが上記半導体積層ユニットの上記端部に当接する当接面とは反対側に、当接プレートと弾性部材とを一体化させる構造物を別途設ける必要がなくなる。具体的には、例えば、従来のように当接面とは反対側に伸びるリブ部を形成し、さらにリブ部に後方支持部を形成する必要がなくなる。そのため、上記加圧部材の上記当接面とは反対側にさらに別部材を配置するためのスペースを確保することが可能になる。

このように、本発明によれば、部品点数を減らすことができる共に、有効スペースを大きくすることができる電力変換装置用の加圧部材及び電力変換装置を提供することができる。

実施例１における、電力変換装置の断面説明図。 実施例１における、加圧部材の当接面側を示す斜視図。 実施例１における、加圧部材の反対面側を示す斜視図。 実施例１における、加圧部材の背面図。 図４のＶ−Ｖ線矢視断面図。 実施例１における、バーリング加工において、押し側金型を当接面側から当接プレートに当接させ、抑え側の金型を反対面側から当接プレートに当接させた状態を示す断面説明図。 実施例１における、当接プレートに当接させた押し側金型及び抑え側の金型を相対的に移動させてバーリング加工を行った状態を示す断面説明図。 実施例１における、当接プレートの立設部の先端を外方に折り曲げ加工する様子を示す断面説明図。 実施例１における、前面部に孔を形成した当接プレートの背面図。 実施例１における、貫通孔を形成した弾性部材の背面図。 実施例２における、加圧部材の背面図。 実施例２における、加圧部材の正面図。 図１１のXIII−XIII線矢視断面図。 図１１のXIV−XIV線矢視断面図。 実施例２における、加圧部材を半導体積層ユニットの端部に配置した状態を示す部分断面説明図。 実施例３における、加圧部材の幅方向の断面説明図。 実施例３における、当接プレートに当接させた押し側金型及び抑え側の金型を相対的に移動させてバーリング加工を行った状態を示す断面説明図。 実施例４における、加圧部材の背面図。 図１８のXIX-XIX線矢視断面図。 実施例４における、前面部に６つの孔を形成した当接プレートの背面図。 実施例４における、前面部にＨ字状の切り込み部を形成した当接プレートの背面図。 実施例４における、立設部を形成した当接プレートの背面図。 図２２のXXIII−XXIII線矢視断面図。 実施例４における、貫通孔に立設部を挿入して当接プレートに弾性部材を重ね合わせた状態を示す平面図。 図２２のXXV−XXV線矢視断面図。 実施例４における、正方形状の貫通孔を形成した弾性部材の背面図。 実施例４における、立設部の先端の折り曲げ量を小さくして当接プレートに弾性部材を組み付けた加圧部材の幅方向の断面説明図。 実施例４における、先端が半円状の一対の立設部を形成するための切り込み部を前面部に形成した当接プレートの背面図。 実施例４における、円形状の貫通孔を形成した弾性部材の背面図。 実施例４における、長さ方向に対向する一対の立設部を形成するための切り込み部を前面部に形成した当接プレートの背面図。 実施例４における、長方形状の貫通孔を形成した弾性部材の背面図。

次に、電力変換装置及び加圧部材の好ましい実施形態について説明する。
上記電力変換装置としては、例えばＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等がある。また、上記電力変換装置は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いることができる。
なお、上記半導体モジュールと上記冷却管とは、直接密着していてもよいし、絶縁材等を介して密着していてもよい。

上記加圧部材において、上記当接プレートは、上記半導体積層ユニットから遠ざかる方向に上記当接プレートから起立しかつ上記当接プレートと一体的に形成された立設部を有する。
上記立設部は、上記当接プレートの一部を加工することにより形成することができる。具体的には、例えばバーリング加工により上記半導体積層ユニットから遠ざかる方向に上記当接プレートの一部を起立させることにより筒状の立設部を形成させることができる。
また、上記当接プレートの一部に切り込みを形成し、切り込み部分を曲げ加工により上記半導体積層ユニットから遠ざかる方向に上記当接プレートの一部を起立させることにより立設部を形成させることもできる。

上記立設部は、上記弾性部材の上記貫通孔に挿入されていると共に、少なくとも先端が上記貫通孔の外周よりも外方に折り曲げられている。外方への折り曲げ加工は、筒形状の立設部を形成する場合には、立設部の先端を拡管させる拡管加工を含む概念である。また、外方への折り曲げ加工は、上記立設部の先端を多方向に折り曲げてもよいし、一方向に折り曲げてもよい。また、外方への折り曲げ加工は、上記立設部の少なくとも先端が外方に折り曲げられていればよく、立設部の全体が外方に折り曲げられていてもよい。
また、外方への折り曲げ加工により、上記立設部の先端がかしめられて、上記弾性部材は当接プレートと上記立設部との間に狭持されていてもよいが、折り曲げ加工後の上記立設部の先端と弾性部材との間に空間（遊び）が設けられていてもよい。

上記当接プレートは、筒形状の上記立設部を有し、その先端の開口部が上記貫通孔の外周よりも外方に折り曲げられていることが好ましい。
この場合には、バーリング加工により立設部を簡単に形成することができると共に、立設部を弾性部材の貫通孔に挿入した状態で筒状の立設部の先端を拡管させることにより、当接プレートと弾性部材を簡単に一体化させることができる。
また、筒形状の立設部は、断面が円の円筒形状の他、断面が四角、六角、八角等の多角形である多角筒形状にすることができる。好ましくは、立設部は円筒形状であることがよい。

また、上記当接プレートが上記半導体積層ユニットの上記端部に当接する当接面側には、上記立設部の周囲が上記当接面とは反対側の反対面に向かって傾斜する後退領域が形成されていることが好ましい。
この場合には、当接プレートの当接面側において立設部の外周近傍に発生する応力集中を緩和することができる。
即ち、上記半導体積層ユニットの積層方向の端部に上記加圧部材を配置して上記半導体積層ユニットを積層方向に加圧すると、後退領域がなく当接プレートの当接面側が平坦な場合には、上記立設部の当接面側の外周が上記半導体積層ユニット側に突出するおそれがある。そして、この突出部位において大きな応力で上記半導体積層ユニットが加圧される。そのため、上記弾性部材の弾性力によって上記立設部の上記当接面側の外周に応力が集中するおそれがある。
一方、上記のように後退領域を当接プレートに形成しておくと、上記半導体積層ユニットの積層方向の端部に上記加圧部材を配置して加圧したときに、上記弾性部材の弾性力によって後退領域が上記半導体積層ユニット側に押圧される。そのため、当接プレートの当接面を平坦にすることができる。それ故、応力集中を抑制することができ、上記当接プレートは、上記半導体ユニットの端部をより広い面で押圧することができる。その結果、半導体積層ユニットにおける半導体モジュールと冷却管とを面接触させて充分に密着させることができ、半導体モジュールから上記冷却管への伝熱効率を向上させることができる。したがって、半導体モジュールを充分に冷却することが可能になる。

上記加圧部材は、上記当接プレートに該当接プレートを貫通する孔を設け、次いでバーリング加工を行って筒形状の上記立設部を形成した後、該立設部を上記弾性部材の上記貫通孔に挿入し、上記立設部の上記先端の折り曲げ加工を行うことにより形成されていることが好ましい。
この場合には、バーリング加工により、上記立設部を容易に形成することができると共に、バーリング加工後に先端部の折り曲げ加工を行うことにより、簡単に上記当接プレートと上記弾性部材とを組み付けて上記加圧部材を得ることができる。

上記バーリング加工においては、筒形状の上記立設部を、その先端の開口部に向けて外周が小さくなるように形成してあることが好ましい。
この場合には、上記バーリング加工後の筒形状の立設部の先端の外周を小さくすることができるため、上記立設部の先端を挿入する上記弾性部材の上記貫通孔の大きさを小さくすることができる。そのため、弾性部材における貫通孔以外の領域を広くすることができる。それ故、弾性部材にかかる応力を低く抑え、弾性部材の破損を防止することができる。

また、上記のごとく、筒形状の上記立設部を、その先端の開口部に向けて外周が小さくなるように形成する場合には、バーリング加工時に用いる金型として先端部に向けて傾斜したテーパ形状を有する金型を用いることができる。そのため、バーリング加工後に金型を容易に抜くことができ、金型寿命を長くすることができる。

また、上記当接プレートは、対向する一対の上記立設部を有しており、一対の上記立設部の少なくとも先端がそれぞれ上記貫通孔の外周よりも外方に折り曲げられていてもよい。
この場合には、上記当接プレートに切り込みを形成し、切り込み部分を折り曲げ加工することにより、上記立設部を簡単に形成することができる。さらに、上記立設部を上記貫通孔の外周よりも外方に折り曲げ加工することにより、上記当接プレートと上記弾性部材とを一体化させることができる。また、この場合には、上記一対の立設部を上記弾性部材の貫通孔に挿入した状態で一対の立設部の先端を貫通孔の外周よりも外方に折り曲げることにより、上記立設部と上記当接プレートとの間に上記弾性部材を狭持させることが可能になる。それ故、上記当接プレートと上記弾性部材とを相互に強固に固定することができる。

また、上記弾性部材としては、板ばね又は皿ばねを用いることができる。
上記弾性部材としては、一枚の金属板からなる板ばね又は皿ばねを用いることができるが、二枚以上の金属板を重ねあわせた板ばね又は皿ばねを用いることもできる。より好ましくは、板ばねがよい。

また、上記当接プレートは、上記冷却管の主面に当接する前面部と、該前面部の両端を折り曲げて上記半導体積層ユニットから遠ざかる方向に立設された一対のリブ部とを有することが好ましい。
この場合には、リブにより上記当接プレートの曲げ剛性を向上させることができる。そのため、ばね部材の弾性力によって当接プレートが押圧されても、当接プレートが反ることを防ぐことができる。それ故、当接プレートの前面部により、半導体積層ユニットを全体にわたってその積層方向に均一に押圧することができる。これにより、半導体モジュールと冷却管とを面接触させて充分に密着させることができ、半導体モジュールから上記冷却管へと充分に伝熱することができる。その結果、半導体モジュールを充分に冷却することができる。

（参考例１）
次に、電力変換装置用の加圧部材及びこれを用いた電力変換装置の参考例について、図１〜図８を用いて説明する。
本例の電力変換装置３は、図１に示すごとく、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール２１と、該半導体モジュール２１を冷却する冷却管２２とを交互に積層してなる半導体積層ユニット２を有する。
半導体積層ユニット２の積層方向Ｚの端部２９には、該半導体積層ユニット２を積層方向に加圧する加圧部材１が配置されている。なお、本参考例においては、加圧部材１が半導体積層ユニット２を押圧する方向を前方Ｚ１といい、その反対側を後方Ｚ２という。

図１〜図５に示すごとく、加圧部材１は、半導体積層ユニット２の積層方向Ｚにおける後方Ｚ２側の端部２９に当接する当接プレート１２と、該当接プレート１２を半導体積層ユニット２に向かって押圧する弾性部材１１とを有する。
当接プレート１２は、冷却管２２の主面２２０に当接する平板状の前面部１２０と、該前面部１２０の幅方向Ｙの両端を折り曲げて半導体積層ユニット２から遠ざかる方向に立設する一対のリブ１２１とを有する。

また、弾性部材１１は、厚み２ｍｍの一枚の金属板からなる板ばねである。弾性部材１１は、その中央部が当接プレート１２の前面部１２０側に円弧状に湾曲した押圧部１１３と、押圧部１１３の両側において押圧部１１３と同方向に湾曲した被支承部１１４とからなる。
また、弾性部材１１は、その厚み方向に弾性部材１１を貫通する円形の貫通孔１１１を有する。また、当接プレート１２は、半導体積層ユニット２から遠ざかる方向に前面部１２０から起立しかつ前面部１２０と一体的に形成された円筒形状の立設部１３（１３１）を有する。弾性部材１１の貫通孔１１１は、弾性部材１１の中央に形成されており、当接プレート１２の立設部１３（１３１）は、前面部１２０の中央に形成されている。

立設部１３は、弾性部材１１の貫通孔３１１に挿入されていると共に、少なくとも先端１４が貫通孔１１１の外周よりも外方に折り曲げられている。本例においては、円筒形状の立設部１３１の先端１４の開口部１４１が、弾性部材１１に形成された貫通孔１１１の外周よりも外方に折り曲げられている。開口部１４１は、その直径が貫通孔１１の直径よりも大きくなるように外方に曲げられて拡管されている。これにより、弾性部材１１は、当接プレート１２に一体的に組み付けられている。

弾性部材１１を当接プレート１２に組付けて加圧部材１を得るにあたっては、まず、図１０に示すごとく、弾性部材１１として中央に所定の直径の貫通孔１１１を有する板ばねを準備する。また、図９に示すごとく、一対のリブ１２１を幅方向Ｙの両端に形成した当接プレート１２を準備する。リブ部１２は、金属板の両端を直角に屈曲させることにより形成することができる。

次いで、図９に示すごとく、ドリルを用いて、当接プレート１２の前面部１２０の中央に、前面部１２０を貫通する孔１２２を設ける。
次に、図６及び図７に示すごとく、バーリング加工用の加工装置８の押し側金型８１を前面部１２０の孔１２２に当接面１２３側から当接させ、抑え側の金型８２を前面部１２０に反対面１２４側から当接させてこれらの金型８１、８２を相対的に移動させることによりバーリング加工を行う。これにより、図７に示すごとく、前面部１２０の中央に、前面部１２０から反対面１２４側に立設する円筒形状の立設部１３１を形成する。

次に、金型８１、８２を抜き、図８に示すごとく、バーリング加工後の立設部１３１の高さよりも低い凸部を有する金型８４を円筒形状の立設部に当接面１２３側から挿入する。そして、当接プレート１２の立設部１３１を弾性部材１１の貫通孔１１１に挿入し当接プレート１２に弾性部材１１を重ね合わせて組み付ける。そして、皿もみ金型８５を立設部８１の開口部１４１に当接し、開口部１４１を押圧することにより、開口部１４１を外方に折り曲げて径を大きくする。このとき、立設部８１の先端１４を弾性部材１１の貫通孔１１１よりも外方に折り曲げることにより、当接プレートと弾性部材を一体化させることができる。
なお、金型８４の凸部の高さは、立設部１３１の先端１４の折り曲げ量に合わせて適宜調整することができる。

図１に示すごとく、電力変換装置３は、半導体積層ユニット２、加圧部材１などを収容するケース３０を有する。ケース３０においては、加圧部材１を半導体積層ユニット２との間に狭持する側面３０１に、加圧部材１が半導体積層ユニット２を押圧する方向、即ち前方Ｚ１に突出する２つの支承部３１が形成されている。支承部３１には、加圧部材１の弾性部材１１の被支承部１１４が係止される。そして、支承部３１と半導体積層ユニット２との間において、弾性部材１１が前後に拡がる方向に付勢された状態で、半導体積層ユニット２の一端２９に加圧部材１が配置されている。そのため、弾性部材１１は、押圧部１１３において当接プレートを押圧する。これにより、加圧部材１は半導体積層ユニット２を積層方向に押圧している。

電力変換装置３は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインタバータ等である。そして、電力変換装置３は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流の生成に用いることができる。
また、電力変換装置３は、半導体積層ユニット２のほか、半導体モジュール２１に制御信号を入力する図示しない制御基板や、コンデンサやリアクトル等から構成される図示しない電力回路等を有している。

半導体積層ユニット２は、図１に示すごとく、複数の半導体モジュール２１と冷却管２２とを交互に積層してなり、各冷却管２２の両端を、冷媒の供給を担う冷媒供給ヘッダ２３２と冷媒の排出を担う冷媒排出ヘッダ２３３とに連通させた多層積層構造のユニットである。本例では、隣り合わせに積層した冷却管２２の間に半導体モジュール２１を配置してある。

本例の冷却管２２は、内部に、例えば、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、水やアンモニア等の自然冷媒、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を流動させる中空部を有してなる管である。

そして、図１に示すごとく、冷媒入口２３１より供給側連結管２３２を介して冷却管２２へと供給された冷媒は、冷却管２２内を通過する際に、冷却管２２と絶縁材を介して面接触することができるように設けられた半導体モジュール２１の放熱板（図示略）から受熱する。そして、受熱した冷媒は、さらに冷却管２２内を通過し、排出側連結管２３３を介して冷媒出口２３４へ向かって流れて、そこから排出される。
このようにして、半導体積層ユニット２においては、冷媒を冷却管２２内において循環させて、半導体素子との熱交換を行うことにより、半導体モジュール２１を冷却する。
そして、上述したように、半導体積層ユニット２の積層方向の端部２９には、図１に示すごとく、当接プレート１２と弾性部材１１とにより構成される加圧部材１が配されている。
本例においては、半導体積層ユニット２の積層方向における一端２８に冷媒入口２３１及び冷媒出口２３４を形成し、その反対側の端部２９に加圧部材１を配置した例を示すが、加圧部材１を、積層方向における冷媒入口２３１及び冷媒出口２３４を形成した端部２８に形成してもよい。即ち、加圧部材１は、半導体積層ユニット２の積層方向におけるいずれの端部に配置してもよい。また、積層方向の両端に加圧部材１を配置する構成も可能である。

次に、本例の加圧部材及び電力変換装置の作用効果について説明する。
図１〜図５に示すごとく、本例の加圧部材１において、当接プレート１２から起立する立設部１３は、弾性部材１１の貫通孔１１１に挿入されていると共に、少なくとも先端１４が貫通孔１１１の外周よりも外方に折り曲げられている。そのため、当接プレート１２と弾性部材１１とを引き離そうとしても、立設部１３の少なくとも先端１４が貫通孔１１１に係止する。それ故、弾性部材１１が当接プレート１２から脱落することを防ぐことができる。これにより、弾性部材１１と当接プレート１２とを一体化してなる加圧部材１を電力変換装置３に組付けることができるため、加圧部材１の組付けを容易に行うことができる。

また、当接プレート１２の立設部１３は、弾性部材１１の貫通孔１１１に挿入されている。そのため、当接プレート１２と弾性部材１１とを組み合わせるときに、両者の位置決めを容易に行うことができる。

また、弾性部材１１は、上記のように、当接プレート１２から起立し当接プレート１２と一体的に形成された立設部１３により、当接プレート１２に係止させることができる。立設部１３は、例えば当接プレート１２の一部を起立させて形成することができるため、例えばリベット様の接合部材を別途用いることなく、当接プレート１２と弾性部材１１とを一体化させることができる。それ故、加圧部材１の部品点数を少なくすることができると共に、製造工程を簡略化することができ、ひいては製造コストの削減及び軽量化を図ることができる。

また、上記のように立設部１３により当接プレート１２と弾性部材１１とを一体化して加圧部材１を構成することができるため、当接プレート１２が半導体積層ユニット２の端部２９に当接する当接面１２３とは反対側に、当接プレート１２と弾性部材１１とを一体化させる構造物を別途設ける必要がなくなる。具体的には、例えば、従来のように当接面とは反対側に伸びるリブ部を形成し、さらにリブ部に後方支持部を形成する必要がなくなる。そのため、加圧部材１の当接面１２３とは反対側にさらに別部材を配置するためのスペース３５を確保することが可能になる。

このように、本例によれば、部品点数を減らすことができる共に、有効スペースを大きくすることができる電力変換装置用の加圧部材１及び電力変換装置３を提供することができる。

（実施例１）
参考例１においては、前面部１２０から直角に起立した立設部１３１を形成したが（図５参照）、本例においては、立設部１３１の周囲が当接面１２３から反対面１２４に向かって傾斜する後退領域１２５が形成された加圧部材１について説明する。
図１１〜図１４に示すごとく、本例の加圧部材１は、参考例１と同様に、当接プレート１２の円筒形状の立設部１３１が弾性部材１１の貫通孔１１１に挿入されていると共に、その先端１４の開口部１４１が貫通孔１１１の外周よりも外方に折り曲げられている。そして、当接プレート１２が半導体積層ユニットの端部に当接する当接面１２３側には、円筒形状の立設部１３１の周囲が当接面１２３とは反対側の反対面１２４に向かって傾斜する後退領域１２５が形成されている。

具体的には、当接プレート１２の当接面１２３においては、円筒形状の立設部１３１の周囲が反対面１２４に向かって傾斜し、後方Ｚ２に後退している。当接プレート１２は、円筒形状の立設部１３１の周囲が中心に向かって徐々に当接面１２３側から反対面１２４側にへこんでいる。図１２は、加圧部材１の当接面側の正面図であるが、同図において、後退領域１２５は、紙面の手前から奥へ（当接面１２３から反対面１２４へ）向けて傾斜している。その他の構成は、参考例１と同様である。

後退領域１２５は、例えばバーリング加工により立設部１３１を形成する際に、後退領域を形成するための傾斜を有する金型を用いてバーリング加工を行うことにより形成することができる。

本例の加圧部材１は、図１１〜図１４に示すごとく、当接プレート１２の当接面１２３側に、上記のごとく後退領域１２５が形成されている。そのため、加圧部材１を用いて半導体積層ユニット２を積層方向Ｚに加圧する際に、当接プレート１２の当接面１２３側において立設部１３１の外周近傍に発生する応力集中を緩和することができる。

後退領域がなく当接プレートの当接面側が平坦な場合には、上記半導体積層ユニットの積層方向の端部に加圧部材を配置して半導体積層ユニットを加圧すると上記立設部の当接面側の外周が上記半導体積層ユニット側に突出するおそれがある。そして、この突出部位において大きな応力で上記半導体積層ユニットが加圧される。そのため、上記弾性部材の弾性力によって上記立設部の上記当接面側の外周に応力が集中するおそれがある。

一方、本例のように後退領域１２５を当接プレート１２に形成しておくと、図１５に示すごとく、半導体積層ユニット２の積層方向Ｚの端部２９に加圧部材１を配置して加圧したときに、弾性部材１１の弾性力によって後退領域１２５が半導体積層ユニット２側に押圧され、前方Ｚ１に押し出される。そのため、当接プレート１２の当接面１２３を平坦にすることができる。それ故、応力集中を抑制することができ、当接プレート１２は、半導体ユニット２の端部２９をより広い面で押圧することができる。その結果、半導体積層ユニット２における半導体モジュール２１と冷却管２２とを面接触させて充分に密着させることができ、半導体モジュール２１から冷却管２２への伝熱効率を向上させることができる。したがって、半導体モジュール２１を充分に冷却することが可能になる（図１参照）。なお、図１５において、後退領域は、前方Ｚ１の半導体積層ユニット２側に押し出されているため、外観上、後退領域は存在していないようにみえる。
本例の加圧部材１は、その他に参考例１と同様の効果を奏する。なお、参考例１と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

（実施例２）
参考例１においては、バーリング加工時に、前面部から直角に起立した立設部を形成し、その先端を折り曲げ加工することにより加圧部材を形成した（図６〜図８参照）。本例においては、円筒形状の立設部１３１を、その先端１４の開口部１４１に向けて外周が徐々に小さくなるように形成し、その先端１４を折り曲げ加工することにより加圧部材１を形成する例である（図１６及び図１７参照）。

図１６に示すごとく、本例の加圧部材１は、参考例１と同様に、当接プレート１２の円筒形状の立設部１３１が弾性部材１１の貫通孔１１１に挿入されていると共に、その先端１４の開口部１４１が貫通孔１１１の外周よりも外方に折り曲げられている。また、実施例１と同様に、当接プレート１２が半導体積層ユニットの端部に当接する当接面１２３側には、円筒形状の立設部１３１の周囲が当接面１２３とは反対側の反対面１２４に向かって傾斜する後退領域１２５が形成されている。

本例の加圧部材１の作製にあたっては、図１７に示すごとく、参考例１と同様に、当接面１２３側からバーリング加工用の加工装置８の押し側金型８１を当接プレート１２に形成した前面部１２０の孔に当接させ、反対面１２４側から抑え側の金型８２を前面部１２０に当接させてこれらの金型８１、８２を相対的に移動させることによりバーリング加工を行う。本例においては、図１７に示すごとく、押し側金型８１として、先端に向かうほど直径φが小さくなる円柱状の凸部８１５を有する金型を用いてバーリング加工を行う。押し金型８１の凸部８１５は、先端に向かうほど直径が小さくなるため、円柱形状というよりはむしろ円錐形状に近くなる。このような金型を用いてバーリング加工を行うと、先端１４の開口部１４１に向けて直径が徐々に小さくなる円筒形状の立設部１３１を形成することができる。また、図１７に示すように、所定の傾斜を有する金型８１、８２を用いてバーリング加工を行うことにより後退領域１２５を形成することができる。次いで、バーリング加工後に、参考例１と同様にして、金型を抜き、弾性部材１１を組み付けて、立設部１３１の先端１４を外方に折り曲げることにより、加圧部材１を作製することができる（図１６参照）。

本例の加圧部材の作製にあたっては、バーリング加工により先端１４の開口部１４１に向けて外周（直径）が小さくなるように円筒形状の立設部１３１を形成している（図１７参照）。そのため、バーリング加工後の筒形状の立設部１３１の先端１４の外周を小さくすることができる。それ故、立設部１３１の先端１４に挿入する弾性部材１１の貫通孔１１の大きさを小さくすることができる（図１６参照）。そのため、弾性部材１１における貫通孔１１１以外の領域を広くすることができる。したがって、弾性部材１１にかかる応力を低く抑え、弾性部材１１の破損を防止することができる

また、上記のごとく、筒形状の立設部１３１を、その先端１４の開口部１４１に向けて外周が小さくなるように形成すると、バーリング加工時に用いる金型として、先端に向けて傾斜したテーパ形状を有する金型８１を用いることができる（図１７参照）。そのため、バーリング加工後に金型８１を容易に抜くことができ、金型寿命を長くすることができる。
本例の加圧部材１は、その他に参考例１及び実施例１と同様の効果を奏する。なお、参考例１と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

（参考例２）
本例は、参考例１、実施例１及び２とは形状の異なる立設部を形成する例である。
図１８及び図１９に示すごとく、本例の加圧部材１において、当接プレート１２は、対向する一対の立設部１３２を有しており、一対の立設部１３２がそれぞれ弾性部材１１の貫通孔１１１の外周よりも外方に折り曲げられている。一対の立設部１３２は、当接プレート１２の前面部１２０の中央に形成されており、当接プレート１２の幅方向Ｙに対向するように形成されている。一対の立設部１３２は、当接プレート１２の幅方向Ｙの外方にそれぞれ折り曲げられている。その他の構成は参考例１と同様である。

本例の加圧部材の作製方法について説明する。
まず、実施例１と同様に、一対のリブ１２１を幅方向Ｙの両端に形成した当接プレート１２を準備する。次いで、図２０に示すごとく、ドリルを用いて、当接プレート１２の前面部１２０に、前面部１２０を貫通する６つの孔１２６を設ける。

次いで、図２０及び図２１に示すごとく、各孔１２６を結ぶように、当接プレート１２の前面部１２０にＨ字状の切り込み部１２７を形成する。次いで、図２２及び図２３に示すごとく、折り曲げ加工により、切り込み部１２７を形成した前面部１２０の中央を部分的に反対面１２４側に立設させ、一対の立設部１３２を形成する。このとき、前面部１２０の中央には、前面部を貫通する穴１３７が形成される。この穴１３７は、立設部１３７を前面部１２０から立設させて形成したために形成されるものである。

次いで、参考例１と同様に、貫通孔１１１を形成した弾性部材１１を反対面１２４側から当接プレート１２に重ね合わせて組み付ける（図２４及び図２５参照）。このとき、当接プレート１２の立設部１３２を弾性部材１１の貫通孔１１１に挿入させる。
なお、弾性部材１１の貫通孔１１１の形状は、立設部１３２の形状に合わせて、立設部１３２が貫通孔１１１に挿入できる形状にしておく。本例においては、図２６に示すごとく、弾性部材１１の中央には四角形状の貫通孔を形成してある。

次いで、図１８及び図１９に示すごとく、当接プレート１２の立設部１３２を貫通孔１１１の外方に折り曲げる。本例においては、一対の立設部１３２をそれぞれ幅方向Ｙの外方に折り曲げる。これにより、当接プレート１２と弾性部材１１を一体化させ、加圧部材１を得ることができる。

本例の加圧部材１において、当接プレート１２は対向する一対の立設部１３２を有しており、一対の立設部１３２の少なくとも先端１４がそれぞれ弾性部材１１の貫通孔１１１の外周よりも外方に折り曲げられている。そのためこの場合には、上述のように当接プレート１２に切り込み部１２７を形成し、切り込み部１２７を折り曲げ加工することにより、立設部１３２を簡単に形成することができる。さらに、一対の立設部１３２を弾性部材１１の貫通孔１１１に挿入した状態で一対の立設部１３２の先端１４を貫通孔１１１の外周よりも外方に折り曲げることにより、立設部１３２と当接プレート１２との間に弾性部材１１を狭持させることが可能になる。それ故、当接プレート１２と弾性部材１１とを相互に強固に固定することができる。
本例の加圧部材１は、その他に参考例１と同様の効果を奏する。

図１８及び図１９に示す上述の加圧部材１の例においては、一対の立設部１３２の先端１４を直角に折り曲げることにより、立設部１３２と当接プレート１２との間に弾性部材１１を狭持させる構成を示している。これに対し、図２７に示すごとく、一対の立設部１３２の先端１４をそれぞれ直角よりも小さな角度で折り曲げてもよい。この場合にも、立設部１３２の先端１４を弾性部材１１の貫通孔１１１よりも外方に折り曲げることにより、弾性部材１１と当接プレート１２とを一体化させることができる。

また、当接プレート１２の一対の立設部１３２の形状と、弾性部材１１の貫通孔１１１の形状は適宜変更することができる。
例えば図２８及び図２９に、立設部と貫通孔のその他の組み合わせパターンの一例を示す。図２８には、当接プレート１２の前面部１２０に、先端が半円状の一対の立設部１３２を形成するための切り込み部１２８を形成した例を示している。図２９には、弾性部材１１に円形の貫通孔１１１を形成した例を示している。
図２８及び図２９に示す当接プレート１２及び弾性部材１１の組み合わせにおいても、図１８〜図２４に示す例と同様に、切り込み部１２８から一対の立設部１３２を形成し、立設部１３２を弾性部材１１の貫通孔１１１に挿入させ、その後、立設部１３２の先端１４を外方に折り曲げることにより加圧部材１を得ることができる。なお、図２８において、点線ａ１は、立設部の形成時における折り曲げ位置を示し、点線ｂ１は、立設部の先端の外方への折り曲げ時における折り曲げ位置を示す。

また、図１８〜図２４に示す上述の加圧部材１の例においては、切り込み部１２７を幅方向Ｙに折り曲げて立設させることにより一対の立設部１３２を形成し、さらにその先端１４を幅方向Ｙに折り曲げることにより、当接プレート１２と弾性部材１１とを一体化させている。これに対し、切り込み部を長さ方向Ｘに折り曲げて立設させることにより立設部を形成し、その後、立設部の先端を長さ方向Ｘに折り曲げることにより当接プレートと弾性部材とを一体化させることもできる。この場合の当接プレート１１の切り込み部１２９の形成パターンの一例を図３０に示し、弾性部材１１の貫通孔の形成パターンを図３１に示す。

図３０及び図３１に示す当接プレート１２及び弾性部材１１の組み合わせにおいても、図１８〜図２４に示す例と同様に、切り込み部１２９から一対の立設部１３２を形成し、立設部１３２を弾性部材１１の貫通孔１１１に挿入させ、その後、立設部１３２の先端１４を外方に折り曲げることにより加圧部材１を得ることができる。なお、図３０において、点線ａ２は、立設部の形成時における折り曲げ位置を示し、点線ｂ２は、立設部の先端の外方への折り曲げ時における折り曲げ位置を示す。
なお、本例において、参考例１と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

１ 加圧部材
１１ 弾性部材
１２ 当接プレート
１３、１３１、１３２ 立設部
１４ 先端
２ 半導体積層ユニット
２１ 半導体モジュール
２２ 冷却管
３ 電力変換装置

Claims (4)

1. 電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール（２１）と、該半導体モジュール（２１）を冷却する冷却管（２２）とを交互に積層してなる半導体積層ユニット（２）を有する電力変換装置（３）において、上記半導体積層ユニット（２）の積層方向の端部（２９）に配置して上記半導体積層ユニット（２）を積層方向に加圧するために用いられる加圧部材（１）であって、
   上記半導体積層ユニット（２）における積層方向の端部（２９）に当接する当接プレート（１２）と、該当接プレート（１２）を上記半導体積層ユニット（２）に向かって押圧する弾性部材（１１）とを有し、
   上記弾性部材（１１）は、該弾性部材（１１）を貫通する貫通孔（１１１）を有し、
   上記当接プレート（１２）は、上記半導体積層ユニット（２）から遠ざかる方向に上記当接プレート（１２）から起立しかつ上記当接プレート（１２）と一体的に形成された立設部（１３）を有し、
   該立設部（１３、１３１、１３２）は、上記弾性部材（１１）の上記貫通孔（１１１）に挿入されていると共に、少なくとも先端（１４）が上記貫通孔（１１１）の外周よりも外方に折り曲げられており、
   上記当接プレート（１２）は、筒形状の上記立設部（１３１）を有し、その先端（１４）の開口部（１４１）が上記貫通孔（１１１）の外周よりも外方に折り曲げられており、
   上記当接プレート（１２）が上記半導体積層ユニット（２）の上記端部（２９）に当接する当接面（１２３）側には、上記立設部（１３１）の周囲が上記当接面（１２３）とは反対側の反対面（１２４）に向かって傾斜する後退領域（１２５）が形成されていることを特徴とする加圧部材（１）。
2. 請求項１に記載の加圧部材（１）において、上記弾性部材（１１）は板ばね又は皿ばねであることを特徴とする加圧部材（１）。
3. 請求項１又は２に記載の加圧部材（１）において、上記当接プレート（１２）は、上記冷却管（２２）の主面（２２０）に当接する前面部（１２０）と、該前面部（１２０）の両端を折り曲げて上記半導体積層ユニット（２）から遠ざかる方向に立設する一対のリブ部（１２１）とを有することを特徴とする加圧部材（１）。
4. 電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール（２１）と、該半導体モジュール（２１）を冷却する冷却管（２２）とを交互に積層してなる半導体積層ユニット（２）を有する電力変換装置（３）であって、
   上記半導体積層ユニット（２）の積層方向の端部（２９）には、該半導体積層ユニット（２）を積層方向に加圧する請求項１〜３のいずれか一項に記載の加圧部材（１）が配されていることを特徴とする電力変換装置（３）。

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