JP6958152B2 - 加圧部品 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、複数の半導体モジュールと複数の冷却器の積層体を、それらの積層方向に加圧する加圧部品に関する。

複数の半導体モジュールと複数の冷却器の積層体をそれらの積層方向に加圧する加圧部品が特許文献１−４に開示されている。加圧部品は、積層体の積層方向の端に当接する当接板と、当接板を積層体に押し付けるバネを備えている。当接板とバネはいずれも細長板状である。当接板は、一方の面が積層体に当接するとともに他方の面がバネに当接する主板部と、主板部の短手方向の両側にて積層体とは反対側に設けられている一対のリブと、リブから延びているとともにバネに向けて折れ曲がっている支持部を備えている。支持部と主板部でバネが挟まれており、当接板とバネが一つのユニット（加圧部品）を構成している。

バネは、長手方向の中央が両端よりも主板部に近くなるように湾曲している。主板部とバネと支持部は主板部の長手方向の中央で接しており、支持部のリブとの接続箇所も主板部の長手方向の中央に位置している。細長板状のバネは、その長手方向の中央が当接板に当接し、両端が積層体を収容するケースの支持部に支持され、円弧状に湾曲している。バネは当接板の中央のみで当接板を加圧するが、当接板は板面全体で積層体を加圧する。当接板が積層体の端面の全体を均一に加圧する。

特開２００８−２４５４７２号公報 特開２００９−１３０９６４号公報 特開２０１２−１６１１３３号公報 特開２０１４−０１１９３６号公報

当接板は板厚方向の剛性を高めるためにリブを備えているが、リブが低いと剛性が不足して当接板は湾曲し、積層体への荷重が中央で高く、端で低く不均一になってしまう。
従来の加圧部品では、支持部のリブとの接続箇所が主板部の長手方向の中央に位置している。その上さらに、中央の剛性を高めるために当接板の長手方向の中央でリブの高さを高くすると、リブの中央で接続している支持部を含めた加圧部品の厚みが大きくなってしまう。本明細書が開示する技術は、厚みを抑制しつつ、中央の剛性を高めた加圧部品を提供する。

本明細書が開示する加圧部品は、半導体モジュールと冷却器の積層体の積層方向の端に当接する細長板状の当接板と、当接板を積層体へ押し付ける細長板状のバネを備えている。当接板は、主板部と一対のリブと支持部を備えている。主板部は、一方の面が積層体に当接するとともに他方の面がバネに当接する。一対のリブは、主板部の短手方向の両側にて積層体とは反対側に設けられている。支持部は、一対のリブの少なくとも一方から延びているとともにバネに向けて折れ曲がっており、主板部との間でバネを挟み込む。バネは、長手方向の中央が両端よりも主板部に近くなるように湾曲している。主板部とバネと支持部は、主板部の長手方向の中央で接している。支持部のリブとの接続箇所は主板部の長手方向において主板部の中央から離れた位置に設けられている。主板部の長手方向の中央におけるリブの高さが、支持部との接続箇所におけるリブの高さよりも高くなっている。

本明細書が開示する加圧部品は、バネを押さえる支持部とリブとの接続箇所を長手方向の中央からずらしている。この特徴により、中央でリブを高くして当接板の中央部分の剛性を高めることと、支持部の接続箇所におけるリブの高さを抑制して加圧部品の厚みを抑制することの両立を図っている。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

加圧部品が用いられている電力変換器の平面図である。 加圧部品の斜視図である。 加圧部品の分解斜視図である。 加圧部品の組み立て途中の斜視図である。 加圧部品の正面図である。 図６（Ａ）は、図５のVIA−VIA線に沿った断面図である。図６（Ｂ）は、図５のVIB−VIB線に沿った断面図である。

図面を参照して実施例の加圧部品を説明する。加圧部品は、電力変換器に採用されている。図１に、加圧部品１０が用いられている電力変換器２の平面図を示す。電力変換器２は、電気自動車に搭載され、バッテリの直流電力を昇圧した後に交流電力に変換するデバイスである。電力変換器２の出力電力で走行用のモータを駆動する。

電力変換器２はその筐体７の内部に様々な部品を収容しているが、図１では、扁平な複数の半導体モジュール３と扁平な複数の冷却器４と加圧部品１０以外の部品の図示を省略している。

電力変換器２の回路は、多数のパワートランジスタを備えている。パワートランジスタは、２個ずつ、複数の半導体モジュール３のそれぞれに収容されている。複数の半導体モジュール３は、複数の冷却器４と一つずつ交互に積層されている。夫々の半導体モジュール３は冷却器４に挟まれている。冷却器４の内部は液体の冷媒が通る空洞である。複数の冷却器４を、２本の冷媒管６ａ、６ｂが貫いている。一方の冷媒管６ａを通じて液体の冷媒が供給される。冷媒は、全ての冷却器４に分配され、夫々の冷却器４の内部を通過する間に隣接する半導体モジュール３から熱を吸収する。半導体モジュール３の熱を吸収した冷媒は、他方の冷媒管６ｂを通じて外部に排出される。扁平な半導体モジュール３がその両側から冷却されるので、扁平な複数の半導体モジュール３と扁平な複数の冷却器４の積層体５は、冷却効率が高い。

図１の座標系のＸ方向は、半導体モジュール３と冷却器４の積層方向に一致させてある。図１のＹ方向は、扁平な半導体モジュール３と冷却器４の長手方向に一致させてある。以降の図でも、Ｘ方向は半導体モジュール３と冷却器４の積層方向に一致させてあり、Ｙ方向は半導体モジュール３の長手方向に一致させてある。後述する加圧部品１０も細長形状であり、その長手方向はＹ方向に一致している。

複数の半導体モジュール３と複数の冷却器４の積層体５は、筐体７の壁７ａと支柱７ｂの間に収容されている。積層体５の積層方向の端と支柱７ｂの間に加圧部品１０が挟まれている。加圧部品１０は、積層体５の端に当接する当接板１１と、当接板１１を積層体５へ押し付けるバネ１３で構成されている。バネ１３が当接板１１を介して積層体５をその積層方向に加圧する。加圧によって半導体モジュール３と冷却器４が密着し、半導体モジュール３から冷却器４への熱の伝達効率が高まる。

図２に加圧部品１０の斜視図を示す。先に述べたように、加圧部品１０は、当接板１１とバネ１３で構成される。図３に、加圧部品１０を当接板１１とバネ１３に分解した図（分解斜視図）を示す。図４に、組み立て途中の加圧部品１０の斜視図を示す。

当接板１１は、図中のＹ方向に長い細長板状をなしている。当接板１１は、鉄などの金属で作られている。当接板１１は、プレス加工で作られる。当接板１１は、一方の面１２ａに積層体５が当接し、他方の面１２ｂにバネ１３が当接する主板部１２と、リブ１４を備えている。リブ１４は、主板部１２の短手方向（図中のＺ方向）の両側にて積層体５とは反対側に設けられている。リブ１４は、主板部１２の短手方向の両側の縁に沿って延びている。一対のリブ１４のそれぞれから支持部１５が延びている。それぞれの支持部１５は、バネ１３に向けて折れ曲がっており、主板部１２との間でバネ１３を挟み込み、バネ１３が当接板１１から外れないように押さえている。なお、図３の分解図、および、図４の組み立て途中の図では、支持部１５を折り曲げる前の状態を示している。図４の太矢印線の方向へ支持部１５を折り曲げることで、支持部１５の先端１５ａがバネ１３の長手方向の中央に当接し、バネ１３を押さえる。

当接板１１の主板部１２の長手方向の中央に突起１６が設けられている。その突起１６に、バネ１３の長手方向の中央に設けられている貫通孔１３ａが嵌合し、バネ１３の当接板１１に対する相対位置が規制される。

バネ１３も細長薄板形状である。バネ１３は、鋼など、剛性の高い金属で作られている。バネ１３は、長手方向（図中のＹ方向）の中央が両端１３ｂよりも当接板１１の主板部１２に近くなるように湾曲している。バネ１３は、長手方向の中央が当接板１１に当接し、両端１３ｂが筐体７の支柱７ｂに当接する（図１参照）。加圧部品１０は、バネ１３が積層体５の積層方向で圧縮された状態で積層体５と支柱７ｂの間に挟まれる。加圧部品１０は、バネ１３の復元力により、当接板１１を介して積層体５を積層方向に加圧する。

支持部１５のリブ１４との接続箇所１７は、主板部１２の長手方向（Ｙ方向）において主板部１２の中央から離れた位置に設けられている。図５に、加圧部品１０の正面図を示す。図中の破線ＣＬが、加圧部品１０（当接板１１とバネ１３）の長手方向の中央を示している。リブ１４と支持部１５の接続箇所１７は、当接板１１の主板部１２の長手方向の中央から距離ｄＷの位置に設けられている。支持部１５はＬ字の細長板状であり、途中で主板部１２の長手方向の中央へ向けて屈曲しており、その先端１５ａは、主板部１２の長手方向の中央に位置する。

リブ１４の高さ（主板部１２との付け根から先端までの距離）について説明する。図６（Ａ）に、図５のVIA−VIA線に沿った断面図を示し、図６（Ｂ）に、図５のVIB−VIB線に沿った断面図を示す。図６（Ａ）は、当接板１１の長手方向の中央における断面図であり、図６（Ｂ）は、リブ１４と支持部１５の接続箇所１７の図５における右隣の位置での断面図である。図６（Ｂ）は、リブ１４と支持部１５の接続箇所１７が把握できる箇所での断面図である。

図６（Ａ）の記号Ｈａは、主板部１２の長手方向の中央におけるリブ１４の高さを示している。図６（Ｂ）の記号Ｈｂは、リブ１４と支持部１５の接続箇所１７におけるリブ１４の高さを示している。リブ高さＨａは、リブ高さＨｂよりも高い。即ち、主板部１２の長手方向の中央におけるリブ１４の高さＨａが、リブ１４と支持部１５の接続箇所１７におけるリブ１４の高さＨｂよりも高くなっている。この構造は、次の利点を与える。

リブ１４は、主板部１２の面外方向（厚み方向）の剛性を高める目的で設けられている。主板部１２は、長手方向の中央でバネ１３から荷重を受け、積層体５を加圧する。主板部１２は、その面全体で積層体５の端面に接触している。主板部１２の面外方向（図中のＸ方向）の剛性が低いと、積層体５を均一に加圧できなくなる。より詳しくは、冷却器４の長手方向の中央で加圧する力が高くなり、長手方向の端で加圧する力が低くなる。そうすると、半導体モジュール３と冷却器４との接触面の圧力分布が不均一になり、冷却効果が十分に得られなくなる。リブ１４は、主板部１２の面外方向の剛性を高め、積層体５を均一に加圧できるようにする。一方、リブ１４の高さを高くすると、加圧部品１０の厚み（積層体５の積層方向における加圧部品１０の長さ）が大きくなってしまう。特に、支持部１５との接続箇所１７においては、リブ１４の高さに支持部１５の厚みが加わるため、加圧部品１０の厚みが大きくなってしまう。

バネ１３は、主板部１２の長手方向の中央で主板部１２に接しているため、主板部１２の長手方向の中央で面外剛性を高くする必要がある。一方、従来は、リブ１４と支持部１５の接続箇所１７も、主板部１２の長手方向の中央に位置していた（例えば、特開２００８−２４５４７２号公報）。それゆえ、主板部１２の長手方向の中央でリブ１４の高さを高くすると、支持部１５の厚みが加わるので加圧部品１０の厚みが大きくなってしまっていた。実施例の加圧部品１０では、リブ１４と支持部１５の接続箇所１７を主板部１２の長手方向の中央から離れた位置に設けた。この構造により、加圧部品１０の厚みを抑制しつつ、主板部１２の長手方向の中央の面外剛性を高くすることができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の加圧部品１０は、一対のリブ１４の夫々から支持部１５が延びている。バネ１３を押さえる支持部は、少なくとも一方のリブに設けられていればよい。

リブ１４は、主板部１２の長手方向の中央で高く、支持部１５との接続箇所１７で低くなっている。リブ１４の高さの変化箇所は、支持部１５との接続箇所１７に近い方がよい。リブ１４の高さの高い範囲が長い方が、主板部１２の面外方向の剛性を効果的に高くすることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電力変換器
３：半導体モジュール
４：冷却器
５：積層体
６ａ、６ｂ：冷媒管
７：筐体
７ｂ：支柱
１０：加圧部品
１１：当接板
１２：主板部
１３：バネ
１４：リブ
１５：支持部
１６：突起
１７：接続箇所

Claims (1)

1. 複数の半導体モジュールと複数の冷却器の積層体を前記半導体モジュールと前記冷却器の積層方向に加圧する加圧部品であり、
   前記積層体の前記積層方向の端に当接する細長板状の当接板と、
   前記当接板を前記積層体へ押し付ける細長板状のバネと、
   を備えており、
   前記当接板は、
   一方の面が前記積層体に当接するとともに他方の面が前記バネに当接する主板部と、
   前記主板部の短手方向の両側にて前記積層体とは反対側に設けられている一対のリブと、
   前記一対のリブの少なくとも一方から延びているとともに前記バネに向けて折れ曲がっており、前記主板部との間で前記バネを挟み込む支持部と、
   を備えており、
   前記バネは、長手方向の中央が両端よりも前記主板部に近くなるように湾曲しており、
   前記主板部と前記バネと前記支持部は、前記主板部の長手方向の中央で接しており、前記支持部の前記リブとの接続箇所は前記主板部の長手方向において前記主板部の中央から離れた位置に設けられており、
   前記主板部の長手方向の中央における前記リブの高さが、前記支持部との接続箇所における前記リブの高さよりも高い、加圧部品。

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