JPH07153786A - 平形半導体素子の加圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】締付ボルトによる締付けの際の摩擦力を低減す
ることによってトルク管理による平形半導体素子の圧接
力管理の精度を向上させる。 【構成】平形半導体素子１とこれに直列に配置された部
材を一括して締付ける締付ボルト６の、押さえ板８に設
けられたボルト穴の部分のねじ部62と、締付ボルトの頭
部61と皿ばね５との間に潤滑剤を塗布して、締付ボルト
６を回転させたときのこれらの部分の摩擦力を小さくす
る。また、締付ボルト６の頭部61とこの頭部61によって
加圧される皿ばね５との間にベアリング部10を設けてこ
の部分の摩擦力を更に小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、整流装置やインバー
タなどの電力変換装置に使用されるダイオードやサイリ
スタなどの半導体素子、特に大容量の素子として採用さ
れる平形半導体素子が装置に組み込まれる際に、平形半
導体素子及びこれに直列に配置されて一括して締付けら
れる部材を所定の圧接力で圧接しその状態を長期間にわ
たって保持するための加圧装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大容量の整流装置やインバータではダイ
オードやサイリスタなどの半導体素子が多数使用され
る。使用される半導体素子の数が多いほどコストだけで
はなく信頼性の点でも不利なので、その使用数を減らす
ためになるべく容量の大きな半導体素子が使用さる。こ
のような大容量の半導体素子は皿形をしたいわゆる平形
半導体素子が多い。平形半導体素子はそれ自身冷却構造
や端子引き出し構造を持っていないので、冷却機能と端
子引き出し構造の双方を兼ねて冷却体や端子導体で挟み
所定の圧接力をかけた状態で保持する構成が採用され
る。

【０００３】図２は平形半導体素子とその近くの部材及
びこれらに圧接力を働かす加圧装置の断面図を含む立面
図、図３は図２の加圧装置の平面図である。これらの図
において、平形半導体素子１は冷却体２、上部リード
３、ワッシャ４及び皿ばね５とともに積み重ねられて、
シャフト支え７と押さえ板８との間に配置されて締付ボ
ルト６によって締付けられる。

【０００４】締付ボルト６は押さえ板８に設けられてい
るボルト穴に挿入されていて、このぼると穴に締付ボル
ト６のねじ部62のねじ山に対応したねじが切られてい
る。シャフト支え７と押さえ板８とは２本の連結ボルト
９によって所定の距離離れて固定されている。連結ボル
ト９はシャフト支え７と電気的に連結しており、符号を
付けない絶縁管が被覆されていて押さえ板８を始めとす
る他の金属部材との間に絶縁が確保されている。

【０００５】締付ボルト６を回転させるとねじ部62のね
じ山に応じて図の上下方向に移動する。したがって、下
方向に移動するように回転させると、締付ボルト６の頭
部61が皿ばね５を押し付ける。締付ボルト６はトルクレ
ンチで回転させることによってトルク管理が行われ、締
付けトルクを通して平形半導体素子１の圧接力が管理さ
れる。

【０００６】冷却体２は平形半導体素子１を冷却するた
めのもので、内部に冷却水が通されて強力に冷却され
る。平形半導体素子１は冷却体２に圧接力によって接触
しているので接触部の熱抵抗が小さいために、冷却体２
は平形半導体素子１が発生する熱を冷却体２が効率よく
吸収することができる。周知のように平形半導体素子１
の両端面は電極になっていて、一方が陰極、他方が陽極
になっている。図の上側の電極は銅などの良熱伝導体で
あるとともに良導電体からなる冷却体２を介して上部リ
ード３に電気的に接続され、シャフト支え７は下部リー
ドを兼ねていて下側の電極はこのシャフト支え７に接触
し電気的に接続されている。このように、平形半導体素
子１に電気的に接続される冷却体２、上部リード３及び
シャフト支え７のそれぞれの接触部は締付ボルト６によ
る同じ圧接力が働いていて接触抵抗が安定して小さな値
が保持される。

【０００７】前述のように、平形半導体素子１に対する
圧接力は冷却特性と導電通特性に関する重要なものであ
り、これらの特性だけに関する限りその値はなるべく大
きい方が良いが、それぞれの部材の圧接力に対する許容
値には限界があり、これを越えることはできないので、
前述のように一定の値になるように管理される。前述の
圧接力が与えられる部材にはこれらの温度に応じた熱膨
張又は収縮が生ずる。そのため、組み立ての当初は締付
ボルト６の締付力のトルク管理によって圧接力が所定の
値が設定されたとしても温度変化に応じて変化し、過大
になったり過少になったりする可能性がある。このよう
な温度変化による圧接力の変化を許容範囲内に抑えるた
めに皿ばね５が設けられている。この図では２枚の皿ば
ねが図示されているがこの数にこだわるものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、締付ボルト
６を締付けるときのトルクは締付ボルト６が下に移動し
て圧接力を生ずる成分だけでなく、ねじ部62に生ずる摩
擦力、頭部61と皿ばね５との摩擦力に消費されるトルク
成分も含まれている。したがって、これらの摩擦力が大
きいと圧接力の管理をトルク管理によって間接的に行う
ときに誤差が生じることになる。周知のように摩擦力は
ばらつきが大きいのでトルク管理を幾ら高精度に行って
も圧接力は摩擦力のばらつきの影響を受けて高精度の管
理は困難であるという問題がある。

【０００９】この発明の目的はこのような問題を解決
し、締付ボルトが回転することによる摩擦力を低減する
ことによってトルク管理による平形半導体素子の圧接力
管理の精度を向上させることのできる平形半導体素子の
加圧装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、締付ボルトの締付け力によって
所定の圧接力を平形半導体素子に与えるとともにこれを
保持するための平形半導体素子の加圧装置において、締
付ボルトに設けられねじ山を噛み合わせてボルト穴を貫
通するねじ部に潤滑剤が塗布されてなるものとする。ま
た、締付ボルトの締付け力によって所定の圧接力を平形
半導体素子に与えるともにこれを保持するための平形半
導体素子の加圧装置において、締付ボルトの頭部とこの
頭部によって加圧される皿ばねとの間に潤滑剤が塗布さ
れてなるものとする。また、締付ボルトの頭部とこの頭
部によって加圧される皿ばねとの間に潤滑剤が塗布され
てなるものとする。また、締付ボルトの締付け力による
加圧によって所定の圧接力を平形半導体素子に与える平
形半導体素子の加圧装置において、締付ボルトの頭部と
この頭部によって加圧される皿ばねとの間にベアリング
機構が設けられてなるものとする。また、締付ボルトの
頭部とこの頭部によって加圧される皿ばねとの間にベア
リング機構が設けられてなるなるものとする。

【００１１】

【作用】この発明の構成において、締付ボルトに設けら
れボルト穴を貫通するねじ部に潤滑剤を塗布することに
よって、締付ボルトが回転したときのこの部分の摩擦力
が小さくなる。また、締付ボルトの頭部とこの頭部によ
って加圧される皿ばねとの間に潤滑剤を塗布することに
よって、締付ボルトを回転させたときのこの部分の摩擦
力が小さくなる。ねじ部と頭部との双方に潤滑剤を塗布
すると、より一層摩擦力が小さくなる。

【００１２】締付ボルトの頭部とこの頭部によって加圧
される皿ばねとの間にベアリング部を設けることによっ
て、締付ボルトが回転したときのこの部分の摩擦は回転
摩擦になるので摩擦力が小さくなる。前述のようにねじ
部には潤滑剤を塗布して頭部にはベアリング部を設けて
ることによって、より一層摩擦力が小さくなる。

【００１３】

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施例を示す平形半導体素子の加圧装
置断面図を含む要部拡大立面図である。この図は図２の
締付ボルト６近傍を拡大して示すものであり、中心線の
左側が立面図、右側が断面図である。図２と同じ部材に
は共通の符号を付けて詳しい説明を省く。

【００１４】締付ボルト６の頭部を61、押さえ板８に設
けられたボルト穴に挿入されて互いのねじ山が噛み合っ
ている部分を締付ボルト６のねじ部62とすると、ねじ部
62に潤滑剤を塗布することによって締付ボルト６にトル
クを与えたときのこの部分の摩擦力が小さくなる。ま
た、頭部61と皿ばね５との間にボール101 とガイド102
とからなるベアリング部10を設けてある。締付ボルト６
が回転して締付け力が生ずると、この締付け力は頭部61
からボール101 、ガイド102 を通して皿ばね５に伝達さ
れる。ガイド102 は皿ばね５に接触していて回転せず、
頭部61の回転によってボール101 が回転するとともに周
方向に移動する。したがって、頭部61とガイド102 との
間の摩擦はボール101 の回転摩擦になって、図２のよう
に頭部61と皿ばね５とが直接接触した接触摩擦に比べて
桁違いに摩擦力が小さくなる。

【００１５】この図では、頭部61と皿ばね５との間の摩
擦力を低減するためにベアリング部10を設ける構成とし
たが、これによって、締付ボルト６を回転することによ
る摩擦力はねじ部62の摩擦力が主になる。そのため、頭
部61にベアリング部10を設けても全体の摩擦力低減の効
果はこの部分だけの低減効果に比べて少ない。したがっ
て、ベアリング部10を設ける代わりに図２の締付ボルト
６の頭部と皿ばね５との間に潤滑剤を塗布してねじ部62
と同様の方法で摩擦力を小さくする方式を採用しても実
用的に充分であることもある。どちらを選択するかは図
２の従来の構成の場合に、ねじ部62と頭部61との摩擦力
の比率に応じて決定される。すなわち、前者が大きい場
合には双方とも潤滑剤を塗布するだけにする。更には、
頭部61の潤滑剤を省略しても実用上差し支え無い場合も
ある。後者の場合はベアリング部10を設ける効果が大き
いので図１の構成を採用するのが適している。

【００１６】平形半導体素子が使用される電力変換装置
は種々のものがあり前述のように１つの平形半導体素子
１だけが１組の加圧装置で加圧される構成だけではな
く、直列接続された２つ以上の平形半導体素子が冷却体
を介し上下のリードに挟まれて一括して加圧されるよう
な加圧装置もある。いずれにしても図に示す加圧装置は
単なる一例であって平形半導体素子が使用される多くの
電力変換装置に対してこの発明を適用して効果を上げる
ことができる。

【００１７】

【発明の効果】この発明は前述のように、締付ボルトに
設けられボルト穴を貫通するねじ部に潤滑剤を塗布する
ことによって、締付ボルトが回転したときのこの部分の
摩擦力が小さくなるので、平形半導体素子の圧接力をト
ルクによって間接的に管理するときの誤差が小さくなり
高精度の圧接力管理が可能になるという効果が得られ
る。

【００１８】また、締付ボルトの頭部とこの頭部によっ
て加圧される皿ばねとの間に潤滑剤を塗布することによ
って、締付ボルトを回転させたときのこの部分の摩擦力
が小さくなるので前述と同様の効果を得ることができ
る。ねじ部と頭部との双方に潤滑剤を塗布することより
一層摩擦力が小さくなり、圧接力管理がより一層高精度
に行えるという効果が得られる。

【００１９】締付ボルトの頭部とこの頭部によって加圧
される皿ばねとの間にベアリング部を設けることによっ
て、締付ボルトを回転させたときこの部分の摩擦は回転
摩擦になるので摩擦力が小さくなり前述と同様の効果が
得られる。また、前述のようにねじ部には潤滑剤を塗布
して頭部にはベアリング部を設けることによってより一
層摩擦力を小さくすることができ、圧接力管理がより一
層高精度に行えるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す平形半導体素子とその
加圧装置の断面図を含む要部拡大立面図

【図２】平形半導体素子とその従来の加圧装置の断面図
を含む立面図

【図３】図２の加圧装置の平面図

【符号の説明】

１ 平形半導体素子 ５ 皿ばね ６ 締付ボルト ６１ 頭部 ６２ ねじ部 １０ ベアリング部 １０１ ボール １０２ ガイド

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】締付ボルトの締付け力によって所定の圧接
   力を平形半導体素子に与えるとともにこれを保持するた
   めの平形半導体素子の加圧装置において、締付ボルトに
   設けられねじ山を噛み合わせてボルト穴を貫通するねじ
   部に潤滑剤が塗布されてなることを特徴とする平形半導
   体素子の加圧装置。
2. 【請求項２】締付ボルトの締付け力によって所定の圧接
   力を平形半導体素子に与えるともにこれを保持するため
   の平形半導体素子の加圧装置において、締付ボルトの頭
   部とこの頭部によって加圧される皿ばねとの間に潤滑剤
   が塗布されてなることを特徴とする平形半導体素子の加
   圧装置。
3. 【請求項３】締付ボルトの頭部とこの頭部によって加圧
   される皿ばねとの間に潤滑剤が塗布されてなることを特
   徴とする請求項１記載の平形半導体素子の加圧装置。
4. 【請求項４】締付ボルトの締付け力による加圧によって
   所定の圧接力を平形半導体素子に与える平形半導体素子
   の加圧装置において、締付ボルトの頭部とこの頭部によ
   って加圧される皿ばねとの間にベアリング機構が設けら
   れてなることを特徴とする平形半導体素子の加圧装置。
5. 【請求項５】締付ボルトの頭部とこの頭部によって加圧
   される皿ばねとの間にベアリング機構が設けられてなる
   ことを特徴とする請求項１記載の平形半導体素子の加圧
   装置。