WO2012124783A1 - 押圧ユニット - Google Patents

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pressing unit
spring
unit according
housing member
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典利 高村
増田 享哉
一郎 流石
加藤 信治
健吾 鶴貝
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日本発條株式会社
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    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Definitions

  • the present invention relates to a pressing unit that is applied to a power conversion device configured using a semiconductor element and presses the semiconductor element and a cooling pipe so that the both are in close contact with each other.
  • DC-DC converters, inverters, and the like are known as power converters (power modules) that generate drive power for electric vehicles (EV) and hybrid vehicles (HEV).
  • power converters power modules
  • EV electric vehicles
  • HEV hybrid vehicles
  • a large drive current may flow through a semiconductor module including a semiconductor element such as an IGBT during driving. For this reason, it is important to suppress heat generation by cooling the semiconductor module during driving.
  • the semiconductor module and the cooling body are alternately stacked, and the semiconductor module and the cooling body are brought into close contact with each other by pressing with a pressing unit including a disc spring from one side in the stacking direction.
  • a cooling structure for cooling is known (for example, see Patent Document 1). Since the disc spring has a deflection region in which the load hardly changes, it can absorb the difference in size caused by the manufacturing variation of the power conversion device (size tolerance in the stacking direction) (for example, see Patent Document 2). reference).
  • the present invention has been made in view of the above, and provides a pressing unit that can absorb variations in dimensions during manufacture of a pressing target and can be downsized with a simple configuration. With the goal.
  • the pressing unit according to the present invention is a semiconductor in which a semiconductor element module and a cooling tube that contacts the semiconductor element module and cools the semiconductor module are alternately stacked.
  • a pressing unit for pressing the laminated unit comprising a coil member in which a wire is wound and having a spring member in which a pitch angle changes periodically, and a housing member to which the spring member is attached To do.
  • the spring member has hooks at both ends, and the housing member protrudes from a surface on which the spring member is placed, and the hook can be hooked. It has the characteristic protrusion part.
  • the spring member has both end portions extending in a direction perpendicular to the center line, and the housing member is a hole portion into which both end portions of the spring member can be inserted. It is characterized by having.
  • the housing member includes a rib protruding from a surface on which the spring member is placed and having a width corresponding to a pitch of a predetermined portion of the spring member.
  • the pressing unit according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the housing member has a groove portion for accommodating a part of the spring member.
  • the pressing unit according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, a mesh spring is further provided that is formed by braiding a steel wire in a mesh shape and sandwiching the spring member with the housing member.
  • the pressing unit according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, a plurality of the spring members are provided and attached to the housing member so that their centerlines are parallel to each other.
  • the pressing unit according to the present invention is characterized in that a non-woven fabric having heat resistance at a predetermined temperature is interposed between the spring member and the housing member.
  • an inclined spring member having a coil shape in which a wire is wound and having a periodically changing pitch angle, which is an angle formed by the center line of the wire with respect to a plane orthogonal to the center line, is used.
  • This spring member has a deflection range in which the load is substantially constant, and can save space in a direction (short direction) perpendicular to the center line of the spring member. Accordingly, it is possible to absorb variations in dimensions during manufacture of the pressed object, and it is possible to realize downsizing with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a power conversion device on which a pressing unit according to an embodiment of the present invention is mounted.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a pressing unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a spring member forming a part of the pressing unit according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a load-deflection characteristic of a spring member forming a part of the pressing unit according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the pressing unit according to the first modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a power conversion device on which a pressing unit according to an embodiment of the present invention is mounted.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a pressing unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the pressing unit according to the second modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a pressing unit according to Modification 3 of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a pressing unit according to Modification 4 of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a pressing unit according to Modification 5 of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a spring member that forms a part of a pressing unit according to Modification 6 of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a spring member that forms a part of a pressing unit according to Modification 7 of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a power conversion device on which a pressing unit according to an embodiment of the present invention is mounted.
  • the power conversion device 1 shown in the figure is a device that generates a drive current that flows to a travel motor for an electric vehicle, for example.
  • the power conversion device 1 is interposed between a semiconductor multilayer unit 2 including semiconductor elements, a semiconductor multilayer unit 2 that presses the semiconductor multilayer unit 2 from one side surface, and the semiconductor multilayer unit 2 and the pressure unit 3.
  • a flat contact plate 4 and a housing 5 for housing the semiconductor lamination unit 2, the pressing unit 3 and the contact plate 4 are provided.
  • the power conversion apparatus 1 includes a control circuit for controlling the semiconductor module 21 and the like in addition to the illustration.
  • the semiconductor lamination unit 2 has a structure in which the semiconductor modules 21 and the cooling pipes 22 are alternately laminated. In the case shown in FIG. 1, two semiconductor modules 21 are arranged between cooling pipes 22 adjacent in the stacking direction.
  • an IGBT element for supplying power and a flywheel diode element provided for smoothly rotating the motor are arranged between a pair of heat sinks and sealed with a resin so that the pair of heat sinks are exposed. Stopped and integrally molded.
  • the cooling pipe 22 is a flat pipe having a refrigerant flow path inside.
  • this refrigerant flow path for example, natural refrigerants such as water and ammonia, water mixed with ethylene glycol antifreeze, fluorocarbon refrigerants such as fluorinate, Freon refrigerants such as HCFC123 and HFC134a, alcohols such as methanol and alcohol, etc.
  • a cooling medium such as a system refrigerant or a ketone refrigerant such as acetone is circulated.
  • the plurality of cooling pipes 22 are connected to each other via a connecting pipe 23 extending along the stacking direction of the semiconductor stacking unit 2.
  • a refrigerant introduction port 24 and a refrigerant discharge port 25 connected to the cooling pipe 22 disposed at the end of the connection pipe 23 are provided at the end of the connection pipe 23.
  • the cooling pipe 22, the connecting pipe 23, the refrigerant introduction port 24, and the refrigerant discharge port 25 are realized using, for example, aluminum.
  • the main surface 22 a of the cooling pipe 22 is in close contact with the heat radiating plate of the semiconductor module 21 by the pressing force from the pressing unit 3. Thereby, heat exchange can be performed between the semiconductor module 21 and the cooling pipe 22.
  • FIG. 2 is a side view showing the configuration of the pressing unit 3.
  • the pressing unit 3 shown in the figure has a coiled spring member 31 and a housing member 32 to which an end of the spring member 31 is attached and fixed.
  • the pressing unit 3 is fixed to the housing 5 with screws 6.
  • the spring member 31 is an inclined coil in which the pitch angle that is the angle between the center line of the wire and the plane perpendicular to the center line of the spring member 31 is not constant, and the portions having two different pitch angles are repeated periodically It is a spring.
  • the spring member 31 includes a first winding portion 311 and a second winding portion 312 having different pitch angles, and spring hook portions 313 provided at both ends and attached to the housing member 32.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the spring member 31.
  • the first winding portion 311 and the second winding portion 312 are different in the boundary surface using a plane P that bisects the spring member 31 so that the center line of the spring member 31 passes. Located on the side. For this reason, the external shape when the spring member 31 is viewed from the direction in which the center line extends is circular or elliptical. In the case shown in FIG. 3, the spring member 31 has an elliptical shape.
  • the spring member 31 is realized using spring steel such as silicon / chrome steel.
  • FIG. 4 is a diagram showing the load-deflection characteristics of the spring member 31.
  • the horizontal axis represents the amount of deflection, while the vertical axis represents the load.
  • the load at the deflection amounts D 1 to D 2 takes a value substantially equal to F 0 .
  • the spring member 31 having such load-deflection characteristics since a substantially constant load is taken in the deflection amounts D 1 to D 2 , a stable load can be obtained in this deflection amount region.
  • the housing member 32 has a boss portion 32 a that latches the spring hook portion 313 on the surface on which the spring member 31 is placed.
  • a plurality of screw holes 32 b into which screws for fixing to the housing 5 can be respectively screwed are provided at the end of the housing member 32.
  • the housing member 32 is realized by resin, for example.
  • a coil shape in which a wire is wound is formed, and a pitch angle that is an angle formed by the center line of the wire with respect to a plane orthogonal to the center line is periodically changed.
  • An inclined spring member is used.
  • This spring member has a deflection range in which the load is substantially constant, and can save space in a direction (short direction) perpendicular to the center line of the spring member. Accordingly, it is possible to absorb variations in dimensions of the object to be pressed and to always press against a displacement due to thermal expansion with a constant load, and to achieve downsizing with a simple configuration. Therefore, it is possible to provide a power conversion device suitable for downsizing while always maintaining stable cooling characteristics.
  • the hook is provided at the end of the spring member and fixed to the housing member, the housing member is attached to the housing when the power conversion device is assembled.
  • the spring member does not fall due to gravity. Therefore, the assembling property of the power conversion device can be dramatically improved.
  • the hook shape is not limited to that described above, and the hook surface can be changed as appropriate. In that case, of course, the structure of the housing member on the side where the hook is hooked is also changed.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the pressing unit according to the first modification of the present embodiment.
  • a pressing unit 100 shown in the figure includes a spring member 101, a housing member 102, and a fixing member 103 that attaches the spring member 101 to the housing member 102.
  • the spring member 101 is an inclined coil spring similar to the spring member 31 and includes a first winding part 111 and a second winding part 112.
  • the fixing member 103 passes through the spring member 101 along the center line of the spring member 101, and both ends are fixed to the housing member 102.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a pressing unit according to the second modification of the present embodiment.
  • a pressing unit 200 shown in the figure includes a spring member 201 and a housing member 202.
  • the spring member 201 is an inclined coil spring similar to the spring member 31 and includes a first winding part 211 and a second winding part 212.
  • the ends 201 a on both sides of the spring member 201 extend linearly in a direction orthogonal to the center line of the spring member 201.
  • the housing member 202 has a hole 202a that is drilled from the mounting surface of the spring member 201.
  • the spring member 201 is attached to the housing member 202 by inserting the end 201 a into the hole 202 a of the spring member 201.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a pressing unit according to Modification 3 of the present embodiment.
  • a pressing unit 300 shown in the figure includes a spring member 301 and a housing member 302.
  • the spring member 301 is an inclined coil spring similar to the spring member 31, and includes a first winding part 311 and a second winding part 312.
  • the housing member 302 is provided with a plurality of ribs 302a that protrude in a direction perpendicular to the surface on which the spring member 301 is placed.
  • the width of the rib 302 a in the left-right direction in FIG. 7 is slightly larger than the pitch of the spring members 301.
  • the spring member 301 is fixed to the housing member 302 in a state where the pitch 302 is widened at the position of the rib 302a and the rib 302 is sandwiched therebetween.
  • the rib may have a columnar shape or a prismatic shape.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a pressing unit according to the fourth modification of the present embodiment.
  • a pressing unit 400 shown in the figure includes a spring member 301 and a housing member 401.
  • the housing member 401 has a groove 401a that holds the spring member 301 fixedly.
  • the groove portion 401 a has a dovetail shape in which the groove width increases toward the bottom surface, and holds about two-thirds of the spring member 301.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the pressing unit according to the modified example 5 of the present embodiment.
  • a pressing unit 500 shown in the figure includes a spring member 301, a housing member 501, and a mesh spring 502.
  • the mesh spring 502 is formed by weaving stainless wire into a mesh shape.
  • the mesh spring 502 is provided with a plurality of holes 502 a corresponding to the pitch of the spring members 301.
  • the mesh spring 502 is fixed to the placement surface of the housing member 501 after passing the spring member 301 through the hole 502a.
  • the mesh spring 502 may be fixed by pinning the four corners, but is not limited to this method.
  • the spring member 301 is attached to the housing member 501 by the mesh spring 502, it can freely move when the spring member 301 bends according to an external force.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a spring member that forms a part of a pressing unit according to Modification 6 of the present embodiment.
  • a spring member 601 shown in the figure has a first winding portion 611 and a second winding portion 612, and has end portions 601a extending in parallel with the center line of the spring member 601 at both ends.
  • the spring member 601 is an inclined coil spring similar to the spring member 31 and includes a first winding part 611 and a second winding part 612.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a spring member that forms a part of a pressing unit according to Modification 7 of the present embodiment.
  • a spring member 701 shown in the figure is an inclined coil spring similar to the spring member 31, and has a first winding part 711 and a second winding part 712, and the first winding part 711 and the second winding part 712 at both ends. It has an end portion 701a wound with a diameter smaller than that of the two winding portions 712.
  • the spring members 601 and 701 shown in FIGS. 10 and 11 may be fixed using a housing member as in the case described above, or may be directly attached to the casing of the power converter.
  • a non-woven fabric having a heat resistance of about 150 to 200 ° C. may be interposed between the spring member, the housing member, and the contact plate.
  • the contact surface between the spring member and another member may be appropriately polished.
  • the wire used as the material of the spring member may have a rectangular shape with a rectangular cross section, or an elliptical cross section. As described above, the shape of the wire can be appropriately changed according to the allowable stress or the like.

Abstract

 押圧対象の製造時の寸法のばらつきを吸収することができるとともに、簡易な構成によって薄型化を実現することができる押圧ユニットを提供する。押圧ユニットは、半導体素子モジュールと、該半導体素子モジュールに接触して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た半導体積層ユニットを押圧する押圧ユニットであって、線材を巻回したコイル状をなし、ピッチ角が周期的に変化するばね部材と、前記ばね部材の端部が取り付けられるハウジング部材と、を備える。

Description

押圧ユニット
 本発明は、半導体素子を用いて構成される電力変換装置に適用され、半導体素子と冷却管を押圧して両者を密着させる押圧ユニットに関する。
 電気自動車(EV)やハイブリッド自動車(HEV)の駆動電力を生成する電力変換装置(パワーモジュール)として、DC-DCコンバータやインバータ等が知られている。これらの電力変換装置は、駆動時にIGBT等の半導体素子を含む半導体モジュールに大きな駆動電流が流れることがある。このため、駆動時の半導体モジュールを冷却して発熱を抑えることが重要である。
 従来、半導体モジュールの発熱を抑えるために、半導体モジュールと冷却体を交互に積層し、その積層方向の一方の側から皿ばねからなる押圧ユニットで押圧することによって半導体モジュールと冷却体とを密着させて冷却する冷却構造が知られている(例えば、特許文献1を参照)。皿ばねは、荷重がほとんど変わらないたわみ領域を有しているため、電力変換装置の製造ばらつき(積層方向の寸法公差)に起因した寸法の違いを吸収することができる(例えば、特許文献2を参照)。
特開平10-107194号公報 特開2001-167745号公報
 しかしながら、皿ばねは径方向に対称に広がるため、押圧ユニット用の十分なスペースを確保できない場合には、径が小さい複数の皿ばねを使用しなければならず、構成が複雑になってしまうという問題があった。
 この問題を解決して押圧ユニットを小型化可能な構成とするためには、例えば等ピッチのコイルばねを用いることが考えられる。しかしながら、等ピッチのコイルばねを通常の圧縮ばねとして用いる場合には、荷重-たわみ特性が線形であるため、ばねのたわみ量に応じて荷重が変化してしまい、電力変換装置における製造ばらつきを十分に吸収することができず、押圧力が弱くて冷却が不十分になったり、押圧力が強くて半導体素子や冷却管の劣化を招いたりする恐れがあった。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、押圧対象の製造時の寸法のばらつきを吸収することができるとともに、簡易な構成によって小型化を実現することができる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、本発明に係る押圧ユニットは、半導体素子モジュールと、該半導体素子モジュールに接触して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た半導体積層ユニットを押圧する押圧ユニットであって、線材を巻回したコイル状をなし、ピッチ角が周期的に変化するばね部材と、前記ばね部材が取り付けられるハウジング部材と、を備えたことを特徴とする。
 また、本発明に係る押圧ユニットは、上記発明において、前記ばね部材は、両端部にフックを有し、前記ハウジング部材は、前記ばね部材が載置される面から突出し、前記フックを掛止可能な突起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、上記発明において、前記ばね部材は、両端部が中心線と直交する方向に延びており、前記ハウジング部材は、前記ばね部材の両端部を挿入可能な穴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、上記発明において、前記ハウジング部材は、前記ばね部材を載置する表面から突出し、前記ばね部材の所定部分のピッチに相当する幅を有するリブを含むことを特徴とする。
 また、本発明に係る押圧ユニットは、上記発明において、前記ハウジング部材は、前記ばね部材の一部を収容する溝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、上記発明において、鋼線をメッシュ状に編み込んでなり、前記ハウジング部材との間で前記ばね部材を挟持するメッシュばねをさらに備えたことを特徴とする。
 また、本発明に係る押圧ユニットは、上記発明において、前記ばね部材を複数備え、互いの中心線が平行となるように前記ハウジング部材に取り付けられたことを特徴とする。
 また、本発明に係る押圧ユニットは、上記発明において、前記ばね部材と前記ハウジング部材との間に、所定温度における耐熱性を有する不織布を介在させることを特徴とする。
 本発明においては、線材を巻回したコイル状をなし、中心線と直交する平面に対して前記線材の中心線がなす角度であるピッチ角が周期的に変化する傾斜型のばね部材を用いている。このばね部材は、荷重が略一定であるようなたわみ範囲を有するとともに、ばね部材の中心線と直交する方向(短手方向)の省スペース化することができる。したがって、押圧対象の製造時の寸法のばらつきを吸収することができるとともに、簡易な構成によって小型化を実現することができる。
図1は、本発明の一実施の形態に係る押圧ユニットが搭載される電力変換装置の要部の構成を示す図である。 図2は、本発明の一実施の形態に係る押圧ユニットの構成を示す図である。 図3は、本発明の一実施の形態に係る押圧ユニットの一部をなすばね部材の構成を示す図である。 図4は、本発明の一実施の形態に係る押圧ユニットの一部をなすばね部材の荷重-たわみ特性を示す図である。 図5は、本発明の一実施の形態の変形例1に係る押圧ユニットの要部の構成を示す図である。 図6は、本発明の一実施の形態の変形例2に係る押圧ユニットの要部の構成を示す図である。 図7は、本発明の一実施の形態の変形例3に係る押圧ユニットの要部の構成を示す図である。 図8は、本発明の一実施の形態の変形例4に係る押圧ユニットの要部の構成を示す図である。 図9は、本発明の一実施の形態の変形例5に係る押圧ユニットの要部の構成を示す図である。 図10は、本発明の一実施の形態の変形例6に係る押圧ユニットの一部をなすばね部材の構成を示す図である。 図11は、本発明の一実施の形態の変形例7に係る押圧ユニットの一部をなすばね部材の構成を示す図である。
 以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)を説明する。
 図1は、本発明の一実施の形態に係る押圧ユニットが搭載される電力変換装置の要部の構成を示す図である。同図に示す電力変換装置1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。
 電力変換装置1は半導体素子を含む半導体積層ユニット2と、半導体積層ユニット2を一方の側面から半導体積層ユニット2を押圧する押圧ユニット3と、半導体積層ユニット2と押圧ユニット3との間に介在する平板状の当接板4と、半導体積層ユニット2、押圧ユニット3および当接板4を収容する筐体5とを備える。電力変換装置1は、図示した以外にも、半導体モジュール21を制御する制御回路等を有する。
 半導体積層ユニット2は、半導体モジュール21と冷却管22とを交互に積層した構造を有する。図1に示す場合、積層方向に沿って隣接する冷却管22の間に2個の半導体モジュール21が配置される。
 半導体モジュール21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22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、また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22は、半導体積層ユニット2の積層方向に沿って延びる連結パイプ23を介して相互に連結している。連結パイプ23の端部には、その端部に配された冷却管22に接続する冷媒導入口24および冷媒排出口25が設けられている。冷却管22、連結パイプ23、冷媒導入口24および冷媒排出口25は、例えばアルミニウムを用いて実現される。
 冷却管22の主面22aは、押圧ユニット3からの押圧力によって半導体モジュール21の放熱板と密着している。これにより、半導体モジュール21と冷却管22との間で熱交換を行うことができる。
 図2は、押圧ユニット3の構成を示す側面図である。同図に示す押圧ユニット3は、コイル状のばね部材31と、ばね部材31の端部を取り付けて固定するハウジング部材32と、を有する。押圧ユニット3は、ねじ6によって筐体5に固定されている。
 ばね部材31は、線材の中心線が当該ばね部材31の中心線に直交する平面となす角であるピッチ角が一定ではなく、二つの異なるピッチ角を有する部分が周期的に繰り返す傾斜型のコイルばねである。具体的には、ばね部材31は、互いのピッチ角が異なる第1巻回部311および第2巻回部312と、両端に設けられ、ハウジング部材32に取り付けられるばねフック部313とを有する。
 図3は、ばね部材31の構成を示す図である。図3に示すように、第1巻回部311および第2巻回部312は、ばね部材31の中心線が通過するようにばね部材31を二分する平面Pを境界面として該境界面の異なる側に位置する。このため、ばね部材31を中心線が延びる方向から見たときの外形は、円形状または楕円形状をなす。図3に示す場合、ばね部材31は楕円形状をなしている。ばね部材31は、例えばシリコン・クロム鋼などのばね鋼を用いて実現される。
 図4は、ばね部材31の荷重-たわみ特性を示す図である。図4に示す荷重―たわみ特性曲線Lにおいては、横軸がたわみ量を表す一方、縦軸が荷重を表している。図4に示すように、ばね部材31は、たわみ量D1~D2における荷重がF0とほぼ等しい値をとる。このような荷重-たわみ特性を有するばね部材31によれば、たわみ量D1~D2において略定荷重を取るため、このたわみ量の領域で安定した荷重を得ることができる。
 次に、ハウジング部材32について、図2を参照して説明する。ハウジング部材32は、ばね部材31を載置する面上にばねフック部313を掛止するボス部32aを有する。また、ハウジング部材32の端部には、筐体5に固定するためのねじをそれぞれ螺合可能な複数のねじ孔32bが設けられている。ハウジング部材32は、例えば樹脂によって実現される。
 以上説明した本発明の一実施の形態においては、線材を巻回したコイル状をなし、中心線と直交する平面に対して前記線材の中心線がなす角度であるピッチ角が周期的に変化する傾斜型のばね部材を用いている。このばね部材は、荷重が略一定であるようなたわみ範囲を有するとともに、ばね部材の中心線と直交する方向(短手方向)の省スペース化することができる。したがって、押圧対象の製造時の寸法のばらつきを吸収し、熱膨張による変位に対しても、常に一定の荷重で押し付けることができるとともに、簡易な構成によって小型化を実現することができる。したがって、常に安定した冷却特性を維持しつつ、小型化に適した電力変換装置を提供することができる。
 また、本実施の形態によれば、ばね部材の端部にフックを設けることによってハウジング部材に取り付けて固定しているため、電力変換装置を組み付ける際にハウジング部材を筐体に取り付けてしまえば、ばね部材が重力によって落下してしまうことがない。したがって、電力変換装置の組み付け性を飛躍的に向上させることができる。なお、フック形状は上述したものに限られるわけではなく、フック面を適宜変更可能である。その場合、フックが掛止される側のハウジング部材の構成も変更されることは勿論である。
 図5は、本実施の形態の変形例1に係る押圧ユニットの要部の構成を示す図である。同図に示す押圧ユニット100は、ばね部材101と、ハウジング部材102と、ばね部材101をハウジング部材102に取り付ける固定部材103とを備える。ばね部材101は、ばね部材31と同様の傾斜型のコイルばねであり、第1巻回部111および第2巻回部112を有する。固定部材103は、ばね部材101の中心線に沿ってばね部材101を貫通し、両端がハウジング部材102に固定される。
 図6は、本実施の形態の変形例2に係る押圧ユニットの構成を示す図である。同図に示す押圧ユニット200は、ばね部材201と、ハウジング部材202とを備える。ばね部材201は、ばね部材31と同様の傾斜型のコイルばねであり、第1巻回部211および第2巻回部212を有する。ばね部材201の両側の端部201aは、ばね部材201の中心線と直交する方向に直線状に延びている。ハウジング部材202は、ばね部材201の載置面から穿設された穴部202aを有する。ばね部材201は、端部201aをばね部材201の穴部202aに挿入することによってハウジング部材202に取り付けられる。
 図7は、本実施の形態の変形例3に係る押圧ユニットの構成を示す図である。同図に示す押圧ユニット300は、ばね部材301と、ハウジング部材302とを備える。ばね部材301は、ばね部材31と同様の傾斜型のコイルばねであり、第1巻回部311および第2巻回部312を有する。ハウジング部材302には、ばね部材301を載置する面からその面と直交する方向へ突出したリブ302aが複数設けられている。リブ302aの図7の左右方向の幅は、ばね部材301のピッチよりも若干大きい。このため、ばね部材301は、リブ302aの位置でピッチを広げてリブ302を挟み込んだ状態でハウジング部材302に固定されている。なお、リブは円柱状をなしていてもよいし、角柱状をなしていてもよい。
 図8は、本実施の形態の変形例4に係る押圧ユニットの構成を示す図である。同図に示す押圧ユニット400は、ばね部材301と、ハウジング部材401とを有する。ハウジング部材401は、ばね部材301を固定して保持する溝部401aを有する。溝部401aは、底面へ行くほど溝幅が広がるアリ溝形状をなしており、ばね部材301の3分の2程度の部分を保持する。
 図9は、本実施の形態の変形例5に係る押圧ユニットの要部の構成を示す図である。同図に示す押圧ユニット500は、ばね部材301と、ハウジング部材501と、メッシュばね502とを備える。メッシュばね502は、ステンレスの線材をメッシュ状に編み込んで成形したものである。メッシュばね502には、ばね部材301のピッチに対応した孔部502aが複数設けられている。メッシュばね502は、ハウジング部材501の載置面にばね部材301を載置した後、そのばね部材301を孔部502aに通してからハウジング部材501の載置面に固定される。メッシュばね502の固定方法は、例えば四隅をピンで止める方法があるが、その方法に限られるわけではない。本変形例5によれば、ばね部材301はメッシュばね502によってハウジング部材501に取り付けられるため、ばね部材301が外力に応じてたわんだときに自由に動くことができる。
 図10は、本実施の形態の変形例6に係る押圧ユニットの一部をなすばね部材の構成を示す図である。同図に示すばね部材601は、第1巻回部611および第2巻回部612を有するとともに、両端においてばね部材601の中心線と平行に延びる端部601aを有する。また、ばね部材601は、ばね部材31と同様の傾斜型のコイルばねであり、第1巻回部611および第2巻回部612を有する。
 図11は、本実施の形態の変形例7に係る押圧ユニットの一部をなすばね部材の構成を示す図である。同図に示すばね部材701は、ばね部材31と同様の傾斜型のコイルばねであり、第1巻回部711および第2巻回部712を有するとともに、両端において第1巻回部711や第2巻回部712よりも小さい径で巻かれた端部701aを有する。
 図10および図11にそれぞれ示すばね部材601および701は、上述した場合と同様にハウジング部材を用いて固定してもよいし、電力変換装置の筐体に直接取り付けるようにしてもよい。
 以上説明した変形例1~7は、本実施の形態と同様の効果を奏する。
 なお、本発明において、ばね部材とハウジング部材および当接板との間に、150~200℃程度の耐熱性を有する不織布を介在させてもよい。このような不織布を介在させることにより、振動等によってばね部材と当接板およびハウジング部材との間に生じる異音を防止することができる。
 また、本発明において、ばね部材と他の部材(ハウジング部材、当接板等)との接触面を適宜研磨してもよい。
 また、本発明において、ばね部材の材料となる線材は、断面が矩形の角線形状をなしていてもよいし、断面が楕円形状をなしていてもよい。このように線材の形状は、許容応力等に応じて適宜変更可能である。
 1 電力変換装置
 2 半導体積層ユニット
 3、100、200、300、400、500 押圧ユニット
 4 当接板
 5 筐体
 6 ねじ
 21 半導体モジュール
 22 冷却管
 23 連結パイプ
 24 冷媒導入口
 25 冷媒排出口
 31、101、201、301、601、701 ばね部材
 32、102、202、302、401、501 ハウジング部材
 103 固定部材
 111、211、311、611、711 第1巻回部
 112、212、312、612、712 第2巻回部
 302a リブ
 313 ばねフック部
 401a 溝部
 502 メッシュばね

Claims (8)

  1.  半導体素子モジュールと、該半導体素子モジュールに接触して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た半導体積層ユニットを押圧する押圧ユニットであって、
     線材を巻回したコイル状をなし、ピッチ角が周期的に変化するばね部材と、
     前記ばね部材が取り付けられるハウジング部材と、
     を備えたことを特徴とする押圧ユニット。
  2.  前記ばね部材は、両端部にフックを有し、
     前記ハウジング部材は、前記ばね部材が載置される面から突出し、前記フックを掛止可能な突起部を有することを特徴とする請求項1に記載の押圧ユニット。
  3.  前記ばね部材は、両端部が中心線と直交する方向に延びており、
     前記ハウジング部材は、前記ばね部材の両端部を挿入可能な穴部を有することを特徴とする請求項1に記載の押圧ユニット。
  4.  前記ハウジング部材は、
     前記ばね部材を載置する表面から突出し、前記ばね部材の所定部分のピッチに相当する幅を有するリブを含むことを特徴とする請求項1に記載の押圧ユニット。
  5.  前記ハウジング部材は、
     前記ばね部材の一部を収容する溝部を有することを特徴とする請求項1に記載の押圧ユニット。
  6.  鋼線をメッシュ状に編み込んでなり、前記ハウジング部材との間で前記ばね部材を挟持するメッシュばねをさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の押圧ユニット。
  7.  前記ばね部材を複数備え、
     互いの中心線が平行となるように前記ハウジング部材に取り付けられたことを特徴とする請求項1に記載の押圧ユニット。
  8.  前記ばね部材と前記ハウジング部材との間に、所定温度における耐熱性を有する不織布を介在させたことを特徴とする請求項1~7のいずれか一項に記載の押圧ユニット。
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