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。
特開2007−166820号公報
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。
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。 図2は、本発明の実施の形態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、本発明の実施の形態1に係るばね部材の構成を示す背面図である。 図6は、本発明の実施の形態1に係るばね部材の構成を示す斜視図である。 図7は、本発明の実施の形態1に係るばね部材の要部の構成を示す側面図である。 図8は、本発明の実施の形態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。 図9は、本発明の実施の形態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。 図10は、本発明の実施の形態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。 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。 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。 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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

Claims (8)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
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