JP6840081B2 - 押圧構造及び押圧ユニット - Google Patents
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Description
本発明は、押圧構造及び押圧ユニットに関する。
二つの被押圧体の間に設置され、その一方もしくは双方を加圧して押圧するばね部材が知られている。ばね部材は、様々な装置に用いられている。例えば、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することによって構成される積層構造を有する電力変換装置（押圧ユニット）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
この電力変換装置は、半導体モジュールと冷却管との積層方向の端部に、積層方向に沿った押圧力を発生するばね部材と、このばね部材と積層構造との間に設けられ、積層方向に均一な押圧力を発生させるための当接プレートとを備える。このような構成を有する電力変換装置によれば、ばね部材の押圧力によって隣接する半導体モジュールと冷却管とが密着するため、半導体モジュールを十分に冷却することができる。
ところで、上述したような押圧用途のばね部材では、押圧対象の公差等を吸収するため、荷重に対する弾性ストロークが長いことが重要になるが、同時に、均一な面圧分布（＝低面圧）で押圧することが求められる。弾性ストロークを長くするための手法として、複数枚の板状のばね部材をストローク方向に重ねる手法が挙げられる。しかしながら、ばね部材間の摩擦によって発生するヒステリシス（往路・復路での荷重差）や、アッセンブリの複雑さが問題となり、何枚も重ねることができず、弾性ストロークを長くできる範囲が限られていた。
弾性ストロークを長くする他の手法として、押圧対象との接触側を先細り形状とすることで、応力を均一化して弾性ストロークを長くする手法が知られている。この手法では、先端部の幅がゼロに近づくほど応力均一化の効果が高い。しかしながら、この手法を併用する場合、先細りとなっている先端部が押圧対象と接触することになるため、接触面積の減少により面圧が増加してしまうという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、面圧分布を均一化して押圧するとともに、荷重に対する弾性ストロークを長くすることができる押圧構造及び押圧ユニットを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る押圧構造は、第１の被押圧体と前記第１の被押圧体に対向する第２の被押圧体との間に配置され、前記第１の被押圧体及び前記第２の被押圧体に対して押圧する押圧構造であって、板状の部材からなり、湾曲した主面を有する基部と、前記基部の端部からそれぞれ延びる複数の延在部とを有する複数の構成部材を積層してなるばね部材を備え、前記ばね部材は、前記基部側で一方の被押圧体と接触するとともに、前記延在部が他方の被押圧体と接触し、各構成部材の前記延在部が、接触対象の被押圧体に接触することを特徴とする。
また、本発明に係る押圧構造は、上記の発明において、各構成部材の前記複数の延在部は、前記複数の構成部材の積層方向において互いに重ならない位置に配置されていることを特徴とする。
また、本発明に係る押圧構造は、上記の発明において、前記基部は、前記延在部に連なる側にいくにしたがって幅が小さくなることを特徴とする。
また、本発明に係る押圧構造は、上記の発明において、前記第１及び第２の被押圧体から荷重が加わっていない状態において、各構成部材の前記延在部のうち、該延在部が接触する側の被押圧体に対して最も近い側に前記基部を有する構成部材の延在部の先端を通過する平面に対し、他の構造部材の延在部の先端が、前記平面上、又は該平面から突出していることを特徴とする。
また、本発明に係る押圧構造は、上記の発明において、各構成部材は、板厚が同じであることを特徴とする。
また、本発明に係る押圧構造は、上記の発明において、積層方向で隣り合う構成部材が、離間して接合されていることを特徴とする。
また、本発明に係る押圧構造は、上記の発明において、前記複数の構成部材のうち、前記延在部が接触する側の被押圧体に対して最も近い側に前記基部を有する構成部材以外の構成部材は、前記基部と前記延在部との間に設けられ、前記基部の曲率半径よりも小さい曲率半径で屈曲する屈曲部を有することを特徴とする。
また、本発明に係る押圧ユニットは、第１の被押圧体と、前記第１の被押圧体に対向配置される第２の被押圧体と、前記第１の被押圧体と前記第２の被押圧体との間に配置され、前記第１の被押圧体及び前記第２の被押圧体に対して押圧する上記の発明に係る押圧構造と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、面圧分布を均一化して押圧するとともに、荷重に対する弾性ストロークを長くすることができるという効果を奏する。
以下の説明では、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）として、ばね部材を用いた押圧ユニットについて説明する。また、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらにまた、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法や比率が異なる部分が含まれている。なお、同一の形状とは、設計上同一の形状をなすものであり、製造上の誤差を含む。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るばね部材を用いた押圧ユニットを模式的に示す側面図である。本発明の実施の形態１に係る押圧構造１００は、対向する第１の被押圧体１０１と第２の被押圧体１０２の間にばね部材１を配置する。本実施の形態１による押圧ユニットは、対向する第１の被押圧体１０１と第２の被押圧体１０２との間に押圧構造１００を配置する。押圧構造１００は、ばね部材１の弾性力により、第１の被押圧体１０１と第２の被押圧体１０２の双方に対して圧力を加える。第２の被押圧体１０２とばね部材１との間には、ばね部材１の荷重を第２の被押圧体１０２に伝える加圧部材１０３が設けられている。加圧部材１０３は、ばね部材１と接触する側の面が、一様な平面を形成しているものであってもよいし、該ばね部材１の形状に応じて一部が凹形状をなすもの、例えば後述するカシメ部材３０の形状に対応する凹部が形成されたものであってもよい。なお、ばね部材１が加圧部材１０３を介して間接的に接触するものに限らず、加圧部材１０３を設けずに、ばね部材１が直接第２の被押圧体１０２に接触するものであってもよい。また、ばね部材１は、第１の被押圧体１０１についても、直接接触するものであってもよいし、加圧部材を介して間接的に接触するものであってもよい。
図１は、本発明の実施の形態１に係るばね部材を用いた押圧ユニットを模式的に示す側面図である。本発明の実施の形態１に係る押圧構造１００は、対向する第１の被押圧体１０１と第２の被押圧体１０２の間にばね部材１を配置する。本実施の形態１による押圧ユニットは、対向する第１の被押圧体１０１と第２の被押圧体１０２との間に押圧構造１００を配置する。押圧構造１００は、ばね部材１の弾性力により、第１の被押圧体１０１と第２の被押圧体１０２の双方に対して圧力を加える。第２の被押圧体１０２とばね部材１との間には、ばね部材１の荷重を第２の被押圧体１０２に伝える加圧部材１０３が設けられている。加圧部材１０３は、ばね部材１と接触する側の面が、一様な平面を形成しているものであってもよいし、該ばね部材１の形状に応じて一部が凹形状をなすもの、例えば後述するカシメ部材３０の形状に対応する凹部が形成されたものであってもよい。なお、ばね部材１が加圧部材１０３を介して間接的に接触するものに限らず、加圧部材１０３を設けずに、ばね部材１が直接第２の被押圧体１０２に接触するものであってもよい。また、ばね部材１は、第１の被押圧体１０１についても、直接接触するものであってもよいし、加圧部材を介して間接的に接触するものであってもよい。
図２は、本実施の形態１に係るばね部材の構成を示す正面図である。図３は、図２の矢視Ａ方向の側面図である。図４は、図２の矢視Ｂ方向の側面図である。図５は、本実施の形態１に係るばね部材の構成を示す背面図である。図６は、本実施の形態１に係るばね部材の構成を示す斜視図である。図７は、本実施の形態１に係るばね部材の要部の構成を示す側面図であって、図２の矢視Ａ方向に応じた第１部材１０の構成を示す図である。ばね部材１は、炭素工具鋼鋼材（ＳＫ材）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などからなる平板状のばね鋼を用いて形成される。
ばね部材１は、所定の方向（例えば長手方向）を屈曲させてなる第１部材１０（構成部材）と、所定の方向（例えば長手方向）を屈曲させてなる第２部材２０（構成部材）と、第１部材１０及び第２部材２０を重ねた状態でカシメて固定するカシメ部材３０と、を備える。
第１部材１０及び第２部材２０は、主面に沿って湾曲した板ばねであって、互いの板厚方向を揃えて積層されている。第１部材１０及び第２部材２０は、板厚方向を揃えて重ねられた状態で、カシメ部材３０によって接合される。カシメ部材３０は、凸状をなすリベットを、第１部材１０及び第２部材２０に形成された板厚方向に貫通する貫通孔（図示せず）に挿通後、加圧して変形させることによって、第１部材１０及び第２部材２０を接合する。以下、各部材において、相対的に面積の広い面を「主面」、主面に連なる面を「側面」という。また、各部材において、主面における湾曲方向と直交する方向（Ｙ方向）の長さを「幅」という。
第１部材１０は、図２に示す正面図において外縁のなす形状（図２のＸＹ平面における形状）が略ひし形状をなし、主面に沿って湾曲した形状をなす基部１１と、基部１１の端部であって、基部１１の湾曲により互いに近づく側の端部から互いに反対方向にそれぞれ延びるとともに、基部１１の湾曲態様とは逆の態様で湾曲する二つの第１延在部１２ａ，１２ｂ（以下、単に第１延在部１２ということもある）と、基部１１と第１延在部１２との間にそれぞれ設けられ、基部１１の曲率半径と比して曲率半径が小さい二つの屈曲部１３ａ，１３ｂ（以下、単に屈曲部１３ということもある）を有する。基部１１は、第１延在部１２に連なる端部に向けて幅が小さくなる形状をなしている。なお、本実施の形態１において、基部１１の湾曲形状は、Ｙ方向（図３）からみて、板厚方向で対向する主面に対して一方に曲率中心を有する弧状である。
第２部材２０は、図５に示す背面図において外縁のなす形状（図５のＸＹ平面における形状）が略Ｈ字形状をなし、基部１１と略同一の曲率半径で主面に沿って湾曲した形状をなす基部２１と、基部２１の湾曲により互いに近づく側の端部から互いに反対方向にそれぞれ延びるとともに、基部２１の湾曲態様とは逆の態様で湾曲する四つの第２延在部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ（以下、単に第２延在部２２ということもある）と、を有する。基部２１は、Ｈ字の上下方向に沿って湾曲した形状をなし、上下方向に形成されるスリット２１ａが、端部に向けて（第２延在部２２に連なる方向に向けて）間隔が大きくなるテーパ状をなしている。換言すれば、基部２１は、第２延在部２２に連なる端部に向けて幅が小さくなる形状をなしている。第２部材２０は、厚さが、第１部材１０の厚さと略同等である。
ばね部材１では、第１部材１０と第２部材２０とは、基部１１，２１が同一の曲率半径を有しており、積層された際に主面同士が接触するものの、第１部材１０の屈曲部１３により屈曲しているため、例えば、第１延在部１２ａが、第２延在部２２ａ，２２ｂの間に配置されて、第１延在部１２ａ及び第２延在部２２ａ，２２ｂがＹ方向で並んだ構成となっている。このように、本実施の形態１に係るばね部材１は、各構成部材（第１部材１０及び第２部材２０）の複数の延在部が、複数の構成部材の積層方向において互いに重ならない位置に配置されている。
また、ばね部材１では、第１延在部１２及び第２延在部２２のＺ方向（負の方向）の端部は、同一の平面Ｐ（図４参照）上に位置している。ばね部材１は、第１の被押圧体１０１と接触する際、第１延在部１２と第２延在部２２とが、同時に接触する。この平面Ｐは、第１延在部１２および第２延在部２２のうち、この第１延在部１２および第２延在部２２が接触する側の被押圧体（ここでは第１の被押圧体１０１）に対して最も近い側に基部を有する部材の延在部（ここでは第２部材２０の第２延在部２２）の先端を通過する平面である。
また、ばね部材１では、第１延在部１２ａの幅をＤ1（図４参照）、第２延在部２２ａの幅をＤ2及び第２延在部２２ｂの幅をＤ3としたとき、Ｄ2＝Ｄ3、及びＤ1＝Ｄ2＋Ｄ3の関係を満たしている。このため、第１部材１０及び第２部材２０は、ばね定数及び弾性ストロークは同一である。
ばね部材１は、図１に示すように、第１の被押圧体１０１と第２の被押圧体１０２との間に配置されると、基部１１が加圧部材１０３を介して第２の被押圧体１０２に荷重を加えるとともに、第１延在部１２及び第２延在部２２が第１の被押圧体１０１と接触して荷重を加える。第１の被押圧体１０１と第２の被押圧体１０２との間の距離を小さくしていくと、第１部材１０及び第２部材２０が弾性変形し、該弾性変形による弾性力によって、第１の被押圧体１０１と第２の被押圧体１０２の双方に対して圧力を加える。
ここで、上述したように、第１部材１０では、基部１１の中央部から第１延在部１２にかけて先細な形状をなすため、被押圧体からの応力を均一化し、第１部材１０（第１延在部１２）が有するばね定数を低減することができる。また、第２部材２０では、スリット２１ａによって基部２１の中央部から第２延在部２２にかけて先細な形状をなすため、第１の被押圧体１０１及び第２の被押圧体１０２に荷重を加える際の応力を均一化することができる。さらに、ばね部材１において、第２延在部２２の間に第１延在部１１を配置して、第１延在部１１および第２延在部２２によって第１の被押圧体１０１を押圧するため、面圧を均一化することができる。
また、ばね部材１では、第１延在部１２及び第２延在部２２のＺ方向（負の方向）の端部は、それぞれが同一の平面Ｐ上に位置し、第１の被押圧体１０１と接触する際、第１延在部１２と第２延在部２２とが、同時に接触するため、第１部材１０及び第２部材２０による荷重を第１の被押圧体１０１にバランスよく加えることができる。例えば、第１の被押圧体１０１側に位置する第２部材２０の第２延在部２２が平面Ｐに対して突出し、該第２延在部２２が第１延在部１２よりも先に第１の被押圧体１０１に接触する場合、第１の被押圧体１０１との接触による第２部材２０の変形によって、第１部材１０が第１の被押圧体１０１側と反対側に押し上げられ、第１延在部１２による第１の被押圧体１０１への接触荷重が小さくなってしまい、ばね部材１として第１の被押圧体１０１にバランスよく荷重を加えることができない場合がある。
第１部材１０及び第２部材２０において、上述したような、板厚が同一であることや、平面Ｐに対する第１延在部１２及び第２延在部２２の端部の位置などの条件を満たせば、基部１１，２１の曲率半径を自由に設計でき、第１の被押圧体１０１と第２の被押圧体１０２の間隔に応じて、適宜設計することが可能である。
また、第１部材１０及び第２部材２０は、カシメ部材３０によって一体化されたばね部材１として構成しているため、複数の機能部の位置決めを機能部ごとに行う必要がなく、押圧ユニットとして第１の被押圧体１０１及び第２の被押圧体１０２の間に容易に配置することができる。
上述した実施の形態１によれば、積層することでばね部材１を構成する第１部材１０及び第２部材２０において、基部１１，２１の先細な形状をなして延びる端部に設けられた第１延在部１２及び第２延在部２２が、第１の被押圧体１０１に同時に接触するようにしたので、第１の被押圧体１０１及び第２の被押圧体１０２に対して面圧分布を均一化して押圧するとともに、荷重に対するばね部材１の弾性ストロークを長くすることができる。
なお、上述した実施の形態１では、第１延在部１２及び第２延在部２２のＺ方向（負の方向）の先端は、同一の平面Ｐ上に位置し、第１延在部１２及び第２延在部２２が、第１の被押圧体１０１に同時に接触するものとして説明したが、第１の被押圧体１０１側とは反対側に積層されている部材（本実施の形態１では第１部材１０）が、同時か先に第１の被押圧体１０１に接触するものであればよく、第１延在部１２のＺ方向の先端が、平面ＰよりもＺ方向（負の方向）に突出し、第１延在部１２が、第２延在部２２よりも先に第１の被押圧体１０１に接触するものであってもよい。また、第１の被押圧体１０１に対して先に接触する部材は、延在部の数が少ない方の部材であることが、安定した接触を実現するという点で好ましい。
また、上述した実施の形態１では、カシメ部材３０により第１部材１０及び第２部材２０を接合するものとして説明したが、第１部材１０又は第２部材２０の一方から突出する突出部を設け、該突出部をリベットとして他方の部材を接合するものであってもよいし、接着剤による接合や、溶接等による接合によって、第１部材１０及び第２部材２０を接合するものであってもよい。
また、上述した実施の形態１では、第１延在部１２及び第２延在部２２が、基部１１，２１の湾曲態様と逆の態様で湾曲するものとして説明したが、基部１１，１２と同じ態様で湾曲するものであってもよい。この場合、第１延在部１２及び第２延在部２２における曲率半径は、基部１１（屈曲部１３）及び基部２１の曲率半径よりも小さい。
また、上述した実施の形態１では、各構成部材（第１部材１０及び第２部材２０）の複数の延在部が、複数の構成部材の積層方向において互いに重ならない位置に配置されているものとして説明したが、一部が重なる位置に配置されていてもよい。
（実施の形態１の変形例１）
図８は、本実施の形態１の変形例１に係るばね部材の要部の構成を示す側面図である。上述した実施の形態１では、基部１１，２１を接触した状態で、カシメ部材３０によって接合されるものとして説明したが、本変形例１では、カシメ部材３１が、基部１１，２１の間に介在するスペーサ部３１ａを有する。本変形例１に係るばね部材は、上述したばね部材１のカシメ部材３０に代えて、カシメ部材３１を備える。カシメ部材３１は、スペーサ部３１ａを有する。積層方向で隣り合う基部１１，２１は、スペーサ部３１ａによって間隔が設けられた状態で接合される。これにより、第１部材１０と第２部材２０との間に生じる摩擦等を低減することができる。
図８は、本実施の形態１の変形例１に係るばね部材の要部の構成を示す側面図である。上述した実施の形態１では、基部１１，２１を接触した状態で、カシメ部材３０によって接合されるものとして説明したが、本変形例１では、カシメ部材３１が、基部１１，２１の間に介在するスペーサ部３１ａを有する。本変形例１に係るばね部材は、上述したばね部材１のカシメ部材３０に代えて、カシメ部材３１を備える。カシメ部材３１は、スペーサ部３１ａを有する。積層方向で隣り合う基部１１，２１は、スペーサ部３１ａによって間隔が設けられた状態で接合される。これにより、第１部材１０と第２部材２０との間に生じる摩擦等を低減することができる。
なお、本変形例１において、カシメ部材３１に代えて、上述した突出部による接合や、接着剤による接合、溶接等による接合によって第１部材１０及び第２部材２０を接合する場合は、スペーサ部材を第１部材１０及び第２部材２０の間に設ければよい。
（実施の形態１の変形例２）
図９は、本実施の形態１の変形例２に係るばね部材の構成を示す斜視図である。上述した実施の形態１では、第１延在部１２及び第２延在部２２が一様な幅を有するものとして説明したが、本変形例２では、異なる幅を有する第１延在部１４及び第２延在部２３を備える。本変形例２に係るばね部材１ａは、第１部材１０ａ及び第２部材２０ａを備える。本変形例２では、上述したばね部材１の第１延在部１２及び第２延在部２２に代えて、第１部材１０ａが第１延在部１４を備え、第２部材２０ａが第２延在部２３を備える。
図９は、本実施の形態１の変形例２に係るばね部材の構成を示す斜視図である。上述した実施の形態１では、第１延在部１２及び第２延在部２２が一様な幅を有するものとして説明したが、本変形例２では、異なる幅を有する第１延在部１４及び第２延在部２３を備える。本変形例２に係るばね部材１ａは、第１部材１０ａ及び第２部材２０ａを備える。本変形例２では、上述したばね部材１の第１延在部１２及び第２延在部２２に代えて、第１部材１０ａが第１延在部１４を備え、第２部材２０ａが第２延在部２３を備える。
第１延在部１４（第１延在部１４ａ，１４ｂ）は、各々が、基部１１から、該基部１１の幅よりも大きな幅で延びる。第２延在部２３（第２延在部２３ａ〜２３ｄ）は、各々が、基部２１から、該基部２１の幅よりも大きな幅で延びる。
本変形例２によれば、第１の被押圧体１０１と接触する第１延在部１４及び第２延在部２３を大きく形成したので、接触面における単位面積あたりの荷重を小さくすることができる。
（実施の形態１の変形例３）
図１０は、本実施の形態１の変形例３に係るばね部材の構成を示す正面図である。上述した実施の形態１では、ばね部材１が、第１部材１０及び第２部材２０を積層してなるものとして説明したが、二つの部材を積層するものに限らず、三以上の複数の部材を積層してもよい。本変形例３に係るばね部材１ｂは、三つの部材（第１部材４０、第２部材５０及び第３部材６０）を積層してなる。
図１０は、本実施の形態１の変形例３に係るばね部材の構成を示す正面図である。上述した実施の形態１では、ばね部材１が、第１部材１０及び第２部材２０を積層してなるものとして説明したが、二つの部材を積層するものに限らず、三以上の複数の部材を積層してもよい。本変形例３に係るばね部材１ｂは、三つの部材（第１部材４０、第２部材５０及び第３部材６０）を積層してなる。
ばね部材１ｂは、所定の方向（例えば長手方向）を屈曲させてなる第１部材４０（構成部材）と、所定の方向（例えば長手方向）を屈曲させてなる第２部材５０（構成部材）と、所定の方向（例えば長手方向）を屈曲させてなる第３部材６０（構成部材）と、第１部材４０、第２部材５０及び第３部材６０を重ねた状態でカシメて固定するカシメ部材３２と、を備える。
第１部材４０、第２部材５０及び第３部材６０は、主面に沿って湾曲した板ばねであって、互いの板厚方向を揃えて積層されている。第１部材４０、第２部材５０及び第３部材６０は、板厚方向を揃えて重ねられた状態で、カシメ部材３２によって接合される。カシメ部材３２は、凸状をなすリベットを、第１部材４０、第２部材５０及び第３部材６０にそれぞれ形成された板厚方向に貫通する貫通孔（図示せず）に挿通後、加圧して変形させることによって、第１部材４０、第２部材５０及び第３部材６０を接合する。
第１部材４０は、図１０に示す正面図において外縁のなす形状（図１０のＸＹ平面における形状）が略ひし形状をなし、主面に沿って湾曲した形状をなす基部４１と、基部４１の湾曲により互いに近づく側の端部から互いに反対方向にそれぞれ延びるとともに、基部４１の湾曲態様とは逆の態様で湾曲する二つの第１延在部４２ａ，４２ｂ（以下、単に第１延在部４２ということもある）と、基部４１と第１延在部４２との間にそれぞれ設けられ、基部４１の曲率半径と比して曲率半径が小さい二つの屈曲部４３ａ，４３ｂ（屈曲部４３ということもある）を有する。基部４１は、第１延在部４２に連なる端部に向けて幅が小さくなる形状をなしている。
第２部材５０は、図１０に示す正面図において外縁のなす形状（図１０のＸＹ平面における形状）が略ひし形状をなし、主面に沿って湾曲した形状をなす基部５１と、基部５１の湾曲により互いに近づく側の端部から互いに反対方向にそれぞれ延びるとともに、基部５１の湾曲態様とは逆の態様で湾曲する二つの第２延在部５２ａ，５２ｂ（以下、単に第２延在部５２ということもある）と、基部５１と第２延在部５２との間にそれぞれ設けられ、基部５１の曲率半径と比して曲率半径が小さい二つの屈曲部５３ａ，５３ｂ（屈曲部５３ということもある）を有する。基部５１は、第２延在部５２に連なる端部に向けて幅が小さくなる形状をなしている。第２部材５０は、厚さが、第１部材４０の厚さと略同等であることが好ましい。
第３部材６０は、図１０に示す正面図において、上述した第２部材２０と同様、外縁のなす形状が略Ｈ字形状をなし、基部４１と略同一の曲率半径で主面に沿って湾曲した形状をなす基部６１と、基部６１の湾曲により互いに近づく側の端部から互いに反対方向にそれぞれ延びるとともに、基部６１の湾曲態様とは逆の態様で湾曲する四つの第３延在部６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ（以下、単に第３延在部６２ということもある）と、を有する。基部６１は、第３延在部６２に連なる端部に向けて幅が小さくなる形状をなしている。第３部材６０は、厚さが、第１部材４０の厚さと略同等であることが好ましい。
ばね部材１ｂでは、第１部材４０、第２部材５０及び第３部材６０は、基部４１，５１，６１が同一の曲率半径を有しており、積層された際に主面同士が接触するものの、第１部材４０の屈曲部４３、及び第２部材５０の屈曲部５３により屈曲しているため、例えば、第１延在部４２ａ及び第２延在部５２ａが、第３延在部６２ａ，６２ｂの間に配置されて、第１延在部４２ａ、第２延在部５２ａ及び第３延在部６２ａ，６２ｂがＹ方向で並んだ構成となっている。
また、上述したような第１延在部４２ａ、第２延在部５２ａ及び第３延在部６２ａ，６２ｂのＺ方向（負の方向）の端部の位置関係や、幅の関係を有していることが好ましい。具体的には、第１延在部４２ａ、第２延在部５２ａ及び第３延在部６２ａ，６２ｂのＺ方向（負の方向）の端部が、同一の平面上にあるか、又は第１の被押圧体１０１に対して、第１延在部４２ａ、第２延在部５２ａ、第３延在部６２ａ，６２ｂの順で接触するような位置関係であることが好ましい。また、第１延在部４２ａの幅をＤ4、第２延在部５２ａの幅をＤ5、第３延在部６２ａの幅をＤ61、第３延在部６２ｂの幅をＤ62としたとき、Ｄ61＝Ｄ62、及びＤ4＝Ｄ5＝Ｄ61＋Ｄ62の関係を満たしていることが好ましい。
（実施の形態１の変形例４）
図１１は、本発明の実施の形態１の変形例４に係るばね部材の要部の構成を示す側面図である。上述した実施の形態１では、第１部材１０が屈曲部１３を有するものとして説明したが、本変形例４では、第２部材２０ｂが屈曲部２５を有する。本変形例４に係るばね部材１ｃは、第１部材１０ｂ及び第２部材２０ｂを備える。本変形例４では、上述した第１部材１０の第１延在部１２及び屈曲部１３に代えて第１延在部１５を備え、第２部材２０の第２延在部２２に代えて第２延在部２４および屈曲部２５を備える。
図１１は、本発明の実施の形態１の変形例４に係るばね部材の要部の構成を示す側面図である。上述した実施の形態１では、第１部材１０が屈曲部１３を有するものとして説明したが、本変形例４では、第２部材２０ｂが屈曲部２５を有する。本変形例４に係るばね部材１ｃは、第１部材１０ｂ及び第２部材２０ｂを備える。本変形例４では、上述した第１部材１０の第１延在部１２及び屈曲部１３に代えて第１延在部１５を備え、第２部材２０の第２延在部２２に代えて第２延在部２４および屈曲部２５を備える。
第１部材１０ｂは、上述した基部１１と、基部１１の湾曲により互いに近づく側の端部から互いに反対方向にそれぞれ延びるとともに、基部１１の湾曲態様とは逆の態様で湾曲する二つの第１延在部１５（第１延在部１５ａ，１５ｂ）と、を有する。
第２部材２０ｂは、上述した基部２１と、基部２１の端部であって、基部２１の湾曲により互いに近づく側の端部から互いに反対方向にそれぞれ延びるとともに、基部２１の湾曲態様とは逆の態様で湾曲する四つの第２延在部２４（図１１では、第２延在部２４ａ，２４ｂのみを図示）と、基部２１と第２延在部２４との間にそれぞれ設けられ、基部２１の曲率半径と比して曲率半径が大きい四つの屈曲部２５（図１１では、屈曲部２５ａ，２５ｂのみを図示）を有する。
本変形例４のように、第１および第２延在部が接触する側の被押圧体に対して最も近い側に基部を有する部材（本変形例４では第２部材２０ｂ）において、基部２１の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する屈曲部２５を設けるようにした場合であっても、上述した効果を得ることができる。なお、第２部材２０ｂにおいて、屈曲部２５を、基部２１の湾曲態様とは逆の態様で湾曲させるようにしてもよい。
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。図１２は、本発明の実施の形態２による電力変換装置の要部の構成を示す模式図である。なお、図１等で上述した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してある。本実施の形態２では、ばね部材１の適用例として、押圧ユニットである電力変換装置を説明する。同図に示す電力変換装置２００は、例えば、電気自動車用の走行モータに流す駆動電流を生成する装置である。なお、以下の例では、上述の実施の形態１のばね部材１を備えたものとして説明するが、実施の形態１の変形例１〜３に係るばね部材を用いてもよい。
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。図１２は、本発明の実施の形態２による電力変換装置の要部の構成を示す模式図である。なお、図１等で上述した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してある。本実施の形態２では、ばね部材１の適用例として、押圧ユニットである電力変換装置を説明する。同図に示す電力変換装置２００は、例えば、電気自動車用の走行モータに流す駆動電流を生成する装置である。なお、以下の例では、上述の実施の形態１のばね部材１を備えたものとして説明するが、実施の形態１の変形例１〜３に係るばね部材を用いてもよい。
電力変換装置２００は、半導体素子を含む半導体積層ユニット（第１の被押圧体）２０２と、一方の側面から半導体積層ユニット２０２を押圧するばね部材１と、半導体積層ユニット２０２とばね部材１との間に介在する平板状の当接板２０４と、半導体積層ユニット２０２、ばね部材１及び当接板２０４を収容する筐体（第２の被押圧体）２０５とを備える。電力変換装置２００は、図示した以外にも、半導体モジュール２２１を制御する制御回路等を有する。
半導体積層ユニット２０２は、半導体モジュール２２１と冷却管２２２とを交互に積層した構造を有する。図１２に示す場合、積層方向に沿って隣接する冷却管２２２の間に二個の半導体モジュール２２１が配置される。
半導体モジュール２２１は、電力供給用のＩＧＢＴ素子と、モータを円滑に回転させるために設けられるフライホイールダイオード素子とを一対の放熱板の間に配置し、その一対の放熱板が露出するように樹脂によって封止されて一体成形されている。
冷却管２２２は、内部に冷媒流路を有する扁平な形状の管である。この冷媒流路には、例えば水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、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、又はアセトン等のケトン系冷媒等の冷却媒体を流通させる。
複数の冷却管２２２は、半導体積層ユニット２０２の積層方向に沿って延びる連結パイプ２２３を介して相互に連結している。連結パイプ２２３の端部には、その端部に配された冷却管２２２に接続する冷媒導入口２２４及び冷媒排出口２２５が設けられている。冷却管２２２、連結パイプ２２３、冷媒導入口２２４及び冷媒排出口２２５は、例えばアルミニウムを用いて実現される。
冷却管２２２の主面２２２ａは、ばね部材１からの押圧力によって半導体モジュール２２１の放熱板と密着している。これにより、半導体モジュール２２１と冷却管２２２との間で熱交換を行うことができる。
上述した実施の形態２によれば、ばね部材１を用いることにより、半導体積層ユニット２０２を、十分な押圧力で面内均一にその積層方向に押圧することができる。よって、冷却管２２２による半導体積層ユニット２０２の冷却効率を向上させることができる。
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。図１３は、本発明の実施の形態３による電気二重層キャパシタの要部の構成を示す模式図である。なお、図１等で上述した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してある。本実施の形態３では、ばね部材１の適用例として、押圧ユニットである電気二重層キャパシタを説明する。なお、以下の例では、上述の実施の形態１のばね部材１を備えたものとして説明するが、実施の形態１の変形例１〜３に係るばね部材を用いてもよい。
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。図１３は、本発明の実施の形態３による電気二重層キャパシタの要部の構成を示す模式図である。なお、図１等で上述した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付してある。本実施の形態３では、ばね部材１の適用例として、押圧ユニットである電気二重層キャパシタを説明する。なお、以下の例では、上述の実施の形態１のばね部材１を備えたものとして説明するが、実施の形態１の変形例１〜３に係るばね部材を用いてもよい。
本発明の実施の形態３による電気二重層キャパシタ２５０は、複数のパッケージセル２５１を含むセル積層体（第１の被押圧体）２５２と、一方の側面からセル積層体２５２を押圧するばね部材１と、セル積層体２５２とばね部材１との間に介在する平板状の当接板２５４と、セル積層体２５２、ばね部材１及び当接板２５４を収容する筐体（第２の被押圧体）２５５とを備える。電気二重層キャパシタ２５０は、図示した以外にも、外部回路との接続端子等を有する。セル積層体２５２は外部回路との接続端子に電気的に接続される。
セル積層体２５２は、複数のパッケージセル２５１を積層して構成される。それぞれのパッケージセル２５１は、最内層と最外層とが絶縁性フィルムで構成され、正極集電極と負極集電極とを備える。各パッケージセル２５１の内部には、セパレータを介して複数の集電極を重ね合わせた積層体が電解液とともに収容される。各集電極の正極端子と負極端子がそれぞれ正極集電極と負極集電極に接続される。複数のパッケージセル２５１は、隣接するパッケージセル２５１の正極集電極と負極集電極とを接続端子で連結して、直列に接続される。
上述した実施の形態３によれば、ばね部材１により電気二重層キャパシタ２５０のセル積層体２５２をその積層方向に押圧して分極性電極の膨張を制限することにより、単位体積当たりのエネルギー密度を向上することが可能となる。
上述した実施の形態２，３において、複数のばね部材１を重ね合わせて積層して用いることにより、第１の被押圧体と第２の被押圧体との間に加わる荷重を大きくすることができる。
また、上述の実施の形態２では、電力変換装置をばね部材１による押圧が必要な押圧ユニットの例としてあげ、上述の実施の形態３では、電気二重層キャパシタをばね部材１による押圧が必要な押圧ユニットの例としてあげたが、実施の形態１に係るばね部材１を適用する押圧ユニットは、第１の被押圧体と第２の被押圧体との間にばね部材１を配置して、第１の被押圧体と第２の被押圧体とをばね部材１により押圧するものであればどのようなものでもよい。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。例えば、実施の形態１の変形例３に変形例１を組み合わせて、カシメ部材３２にスペーサ部を設けて、積層方向で隣り合う部材を離間するようにしてもよい。
以上のように、本発明に係る押圧構造及び押圧ユニットは、面圧分布を均一化して押圧するとともに、荷重に対する弾性ストロークを長くするのに好適である。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ ばね部材
１０，１０ａ，１０ｂ，４０ 第１部材
１１，２１，４１，５１，６１ 基部
１２，１４，１５，４２ 第１延在部
１３，２５，４３，５３ 屈曲部
２０，２０ａ，２０ｂ，５０ 第２部材
２２，２４，５２ 第２延在部
３０，３１，３２ カシメ部材
３１ａ スペーサ部
６０ 第３部材
６２ 第３延在部
１００ 押圧構造
１０１ 第１の被押圧体
１０２ 第２の被押圧体
２００ 電力変換装置
２０２ 半導体積層ユニット
２０４ 当接板
２０５ 筐体
２２１ 半導体モジュール
２２２ 冷却管
２２３ 連結パイプ
２２４ 冷媒導入口
２２５ 冷媒排出口
２５０ 電気二重層キャパシタ
２５１ パッケージセル
２５２ セル積層体
２５４ 当接板
２５５ 筐体
１０，１０ａ，１０ｂ，４０ 第１部材
１１，２１，４１，５１，６１ 基部
１２，１４，１５，４２ 第１延在部
１３，２５，４３，５３ 屈曲部
２０，２０ａ，２０ｂ，５０ 第２部材
２２，２４，５２ 第２延在部
３０，３１，３２ カシメ部材
３１ａ スペーサ部
６０ 第３部材
６２ 第３延在部
１００ 押圧構造
１０１ 第１の被押圧体
１０２ 第２の被押圧体
２００ 電力変換装置
２０２ 半導体積層ユニット
２０４ 当接板
２０５ 筐体
２２１ 半導体モジュール
２２２ 冷却管
２２３ 連結パイプ
２２４ 冷媒導入口
２２５ 冷媒排出口
２５０ 電気二重層キャパシタ
２５１ パッケージセル
２５２ セル積層体
２５４ 当接板
２５５ 筐体
Claims (8)
- 第１の被押圧体と前記第１の被押圧体に対向する第２の被押圧体との間に配置され、前記第１の被押圧体及び前記第２の被押圧体に対して押圧する押圧構造であって、
板状の部材からなり、湾曲した主面を有する基部と、前記基部の端部からそれぞれ伸びる複数の延在部とを有する複数の構成部材を積層してなるばね部材、
を備え、
前記ばね部材は、前記基部側で一方の被押圧体と接触するとともに、前記延在部が他方の被押圧体と接触し、
各構成部材の前記複数の延在部は、前記基部に対して同じ側に配置される延在部同士が、前記構成部材の積層方向、及び、前記主面が湾曲して延びる方向であって、前記積層方向と直交する方向とそれぞれ直交する幅方向に並んでおり、該幅方向からみたときに、互いに一部が重なり、
各構成部材の前記延在部が、接触対象の被押圧体にそれぞれ接触することを特徴とする押圧構造。 - 各構成部材の前記複数の延在部は、前記複数の構成部材の積層方向において互いに重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の押圧構造。
- 前記基部は、前記延在部に連なる側にいくにしたがって幅が小さくなることを特徴とする請求項１又は２に記載の押圧構造。
- 前記第１及び第２の被押圧体から荷重が加わっていない状態において、各構成部材の前記延在部のうち、該延在部が接触する側の被押圧体に対して最も近い側に前記基部を有する構成部材の延在部の先端を通過する平面に対し、他の構造部材の延在部の先端が、前記平面上、又は該平面から突出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の押圧構造。
- 各構成部材は、板厚が同じであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の押圧構造。
- 積層方向で隣り合う構成部材が、離間して接合されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の押圧構造。
- 前記複数の構成部材のうち、前記延在部が接触する側の被押圧体に対して最も近い側に前記基部を有する構成部材以外の構成部材は、前記基部と前記延在部との間に設けられ、前記基部の曲率半径よりも小さい曲率半径で屈曲する屈曲部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の押圧構造。
- 第１の被押圧体と、
前記第１の被押圧体に対向配置される第２の被押圧体と、
前記第１の被押圧体と前記第２の被押圧体との間に配置され、前記第１の被押圧体及び前記第２の被押圧体に対して押圧する請求項１〜７のいずれか一つに記載の押圧構造と、
を備えることを特徴とする押圧ユニット。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2015164202 | 2015-08-21 | ||
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