JP2012146841A - 太陽電池モジュール用端子ボックス - Google Patents

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Abstract

【課題】整流素子を固定するに際し、ねじ止め以外の方法を提供し、整流素子の保持信頼性を高める。
【解決手段】端子ボックス10は、突起40を有する樹脂製のベースプレート21と、ベースプレート21の周りを包囲する樹脂製のアウタプレート22と、ベースプレート21に支持される放熱板90Aと、放熱板90Aに支持され、かつ発熱部分を有するダイオード80とを備える。ベースプレート21は、アウタプレート22より高い耐熱性を有し、かつアウタプレート22に装着して固定される。ダイオード80には、突起40を挿入可能な取付孔84が形成されている。突起40の先端部は、取付孔84を貫通してダイオード80の表面側に臨み、かつ樹脂かしめによって変形させられることでダイオード80をベースプレート21との間に保持する樹脂かしめ部41となる。
【選択図】図1

Description

本発明は、太陽電池モジュール用端子ボックスに関する。
従来の太陽電池モジュール用端子ボックス(以下、端子ボックス)が、特許文献1に開示されている。このものは、底壁と底壁の周りを取り囲む周壁とを備え、これら底壁及び周壁が一体に成形されている。
また、底壁には、放熱板が載せられ、放熱板には、ダイオード(整流素子)が載せられている。ダイオードには孔が貫通して形成され、放熱板にはねじ孔が形成されている。ここで、ねじ部材が孔からねじ孔にかけてねじ込まれると、ダイオードが放熱板に固定される。また、ダイオードが発熱すると、その熱は、放熱板に放熱され、さらに放熱板から底壁を経て太陽電池パネル側へ放熱されるようになっている。
特開2009−302590号公報
ところで、上記のようにダイオードをねじ止めする固定方法では、ねじ止め不良の発生を避け得ず、品質的な信頼性に欠けるきらいがあった。また、ねじ止め工程が別に必要とされ、かつねじ部材も必要とされることから、コストが高くつくきらいもあった。さらに、仮に、放熱板が薄い場合には、放熱板の板厚内にねじ孔を形成することができないため、ねじ孔の開口縁部にバーリング加工等で円筒状のボス部を立ち上げ形成せねばならない。そうすると、放熱板と底板との間に空気層が形成されるため、放熱性が低下するおそれがあった。
こうしたことから、ダイオードを放熱板に固定するに際し、ねじ止め以外の方法が希求されていた。この場合、例えば、底板から突起を突出させ、突起をダイオードの孔内に挿入させ、その状態で、放熱板から突き出る突起の先端部を樹脂かしめすることにより、突起の先端部と底板との間にダイオードを挟持する方法が考えられた。しかし、かかる方法では、ダイオードが高温になった場合に、その熱ダメージで突起の先端部が変形する可能性があり、ダイオードを保持する際の保持力が低下するおそれがあった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、整流素子を固定するに際し、ねじ止め以外の方法を提供するとともに、整流素子の保持信頼性を高めることを目的とする。
上記の目的を達成するための手段として、請求項1の発明は、突起が一体に形成された樹脂製のベースプレートと、前記ベースプレートの周りを包囲する樹脂製のアウタプレートと、前記ベースプレートに支持される放熱板と、前記放熱板に支持され、かつ発熱部分を有する整流素子とを備える太陽電池モジュール用端子ボックスであって、前記ベースプレートは、前記アウタプレートより高い耐熱性を有し、かつ前記アウタプレートに装着して固定され、前記整流素子には、前記突起を挿入可能な取付孔が形成され、前記突起の先端部は、前記取付孔を貫通して前記整流素子の表面側に臨み、かつ樹脂かしめによって変形されることで前記整流素子を前記ベースプレートとの間に保持する樹脂かしめ部となるところに特徴を有する。
請求項2の発明は、請求項1に記載のものにおいて、前記突起が前記取付孔とともに前記放熱板を貫通し、前記樹脂かしめ部が前記整流素子とともに前記放熱板を前記ベースプレートとの間に保持するところに特徴を有する。
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載のものにおいて、前記ベースプレートが、PBT(ポリブチレンテレフタレート)及びPPS(ポリフェニレンスルファイド)のうちから選択される少なくとも1種からなるところに特徴を有する。
請求項4の発明は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のものにおいて、前記アウタプレートが、PPO(ポリフェニレンオキサイド)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、及びPVC(ポリ塩化ビニル)のうちから選択される少なくとも1種からなるところに特徴を有する。
<請求項1の発明>
突起の先端部が樹脂かしめによって変形されることで樹脂かしめ部が形成され、この樹脂かしめ部とベースプレートとの間に整流素子が保持されるため、整流素子を固定するに際し、ねじ止め以外の方法が提供される。また、ベースプレートがアウタプレートより高い耐熱性を有し、このベースプレートに突起が一体に形成されているため、樹脂かしめ部が変形する可能性が低くなる。その結果、整流素子を保持する際の信頼性が高められる。
<請求項2の発明>
樹脂かしめ部が整流素子とともに放熱板をベースプレートとの間に保持するため、放熱板を固定する専用の固定手段を別に設ける必要がなく、構成が簡素化される。
<請求項3の発明>
ベースプレートがPBT(ポリブチレンテレフタレート)及びPPS(ポリフェニレンスルファイド)のうちから選択される少なくとも1種からなるため、樹脂かしめ部が変形するのが確実に防止される。
<請求項4の発明>
アウタプレートがPPO(ポリフェニレンオキサイド)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、及びPVC(ポリ塩化ビニル)のうちから選択される少なくとも1種からなるため、耐候性、耐加水分解性に優れる。また、このようにベースプレートとアウタプレートとが適切に役割分担して形成されることにより、端子ボックスの品質がいっそう高められる。
本発明の実施形態1に係る太陽電池モジュール用端子ボックスの平面図である。 図1のA−A線断面図である。 樹脂かしめ前の図2相当図である。 図1のB−B線断面図である。 図1のC−C線断面図である。 図1のD−D線断面図である。 ベースプレートの平面図である。 端子板を支持するベースプレートの平面図である。 アウタプレートの平面図である。
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1ないし図9によって説明する。実施形態1に係る太陽電池モジュール用端子ボックス(以下、単に端子ボックス10という)は、ボックス本体20と、複数の端子板90と、1つのバイパスダイオード(発熱素子であって、以下、単にダイオード80という)とを備えている。
ボックス本体20は、合成樹脂製であって全体として板箱状をなし、矩形状のベースプレート21と、ベースプレート21の周りを包囲するアウタプレート22とからなる。ベースプレート21は、ボックス本体20の底壁を構成し、アウタプレート22は、ボックス本体20の周壁を構成している。そして、ベースプレート21は、アウタプレート22に対して着脱可能にスライド装着して固定される。
アウタプレート22は、ベースプレート21の周縁部から立ち上がる矩形枠状をなし、図9に示すように、左右一対の両側壁23と、前後夫々の前後壁24、25とを備える。後壁25には、左右一対のケーブル挿入部26が形成されている。各ケーブル挿入部26は、後壁25を貫通して後方に突出する円筒状をなし、内部に後方からプラス側及びマイナス側のケーブル70がそれぞれ挿入される。また、図1及び図2に示すように、ケーブル挿入部26にはゴム製のチューブ75が嵌着される。チューブ75は、ケーブル挿入部26とケーブル70とに跨って密着され、これによって両者を液密にシールする役割を有している。
ボックス本体20の後端部には、両側壁23と前後壁24、25とで区画される内側空間を部分的に閉止する閉止板27が形成されている。閉止板27は、後壁25及び両側壁23の各内面に連なり、ベースプレート21とほぼ平行に配置される。そして、閉止板27には、左右一対の治具挿入孔28が貫通して形成されている。
ここで、ケーブル70の端末部には、芯線71が露出している。芯線71には、端子板90のバレル片(後述する)が圧着して接続される。芯線71にバレル片を圧着する際には、図示しないアンビル(下金型)及びクリンパ(上金型)からなる治具によってバレル片が変形され、その状態でバレル片が芯線71に巻き付けられる。この場合に、治具は、閉止板27の治具挿入孔28を通してボックス本体20内に挿入される。
また、閉止板27の前端縁には、幅方向中央より少し一側寄りの位置に、板状の弾性係止片29が前方へ突出して形成されている。弾性係止片29の上面には、係止突起30が突出して形成されている。弾性係止片29は、アウタプレート22に装着されたベースプレート21を係止して、ベースプレート21のアウタプレート22からの離脱を阻止する役割を有している。
両側壁23の内面には、ベースプレート21の第1、第2スライド部38、39(後述する)と摺動可能な第1、第2スライド受け部31、32が前後方向に延出して形成されている。第1スライド受け部31は、図5に示すように、閉止板27の前端部から前方へ延出され、その前端部で一段落ちる形態とされている。第2スライド受け部32は、第1スライド受け部31の前端とほぼ同じ前後位置から前方へ真直ぐ延出され、第1スライド受け部31より一段高い位置に配置されている。そして、第2スライド受け部32は、第1スライド受け部31より短くされている。
また、両側壁23の内面には、端子板90を上方から押圧可能な押さえ片33が内部空間内に突出して形成されている。各押さえ片33は、幅方向に細長い矩形板状をなし、第1スライド受け部31の上面に一体に連結され、かつ第1スライド受け部31を横切って配置されている。このうち、幅方向一側の押さえ片33Aは、幅方向他側の押さえ片33Bに比べて前後幅が小さく、かつ幅方向他側の押さえ片33Bより後方に配置されている。なお、幅方向一側の押さえ片33Aは、弾性係止片29の前端部と前後方向について重なる位置に配置されている。そして、押さえ片33は、図4に示すように、端子板90の全幅のうちの半分以上の領域(押さえ領域98)を押圧可能とされている。
ところで、上記アウタプレート22は、PPO(ポリフェニレンオキサイド)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、及びPVC(ポリ塩化ビニル)のうちから選択される少なくとも1種からなる。つまり、アウタプレート22は、耐候性、耐加水分解性に優れた材質で構成される。
ベースプレート21は、図7に示すように、全体として矩形平板状をなしている。ベースプレート21の上面には、端子板90を支持する支持領域34が左右に分割して形成されている。ベースプレート21の上面における左右の支持領域34間には、各端子板90間を区画する仕切り壁35が立ち上げ形成されている。仕切り壁35の途中部位は、端子板90の外縁に沿ってクランク状に屈曲する形態とされている。
また、ベースプレート21には、仕切り壁35の後端部に連なる位置でかつ幅方向一側寄りの位置に、係止受け部36が形成されている。係止受け部36は、平面視矩形状であって後方に開口する形態とされ、その内部に後方から弾性係止片29を受け入れ可能とされている。係止受け部36の上面には、係止突起30が嵌る矩形状の係止孔37が開口して形成されている。
ベースプレート21の左右両側縁には、第1、第2スライド部38、39が前後方向に延出して形成されている。第1スライド部38は、ベースプレート21の後端から前方へ真直ぐ延出する形態とされている。第2スライド部39は、ベースプレート21の前端から後方へ真直ぐ延出する形態とされ、第1スライド部38との間に隙間があけられている。そして、第2スライド部39は、第1スライド部38より一段高い位置に配置され、かつ第1スライド部38より短くされている。
また、ベースプレート21の上面には、複数の突起40が形成されている。各突起40は、ほぼ円柱状をなし、左右の支持領域34の夫々に2つずつ前後に並んで配置されている。そして、各突起40のうち幅方向他側でかつ前側に位置する突起40は、他の突起40より太い大径の突起40Aとされている。
上記ベースプレート21は、PBT(ポリブチレンテレフタレート)及びPPS(ポリフェニレンスルファイド)のうちから選択される少なくとも1種からなる。また、ベースプレート21には、ガラス繊維又はタルク等の強化材が含まれている。これにより、ベースプレート21の熱変形温度は、少なくとも170℃以上となり、好ましくは200℃以上に調整される。つまり、ベースプレート21は、アウタプレート22より耐熱性に優れた材質で構成される。これにより、ベースプレート21が、ダイオード80の発熱によって変形するのが回避されるようになっている。
端子板90は、導電金属製の平板状をなし、図8に示すように、ベースプレート21における左右の支持領域34の夫々に載置される。端子板90の前後方向中間部は、前後両端部より一段落ちて配置され、前後両端部との間に段付きの段部91を有している。端子板90の前端部には、リード接続部92が前方に突出して形成され、端子板90の後端部には、ケーブル接続部93が後方に突出して形成されている。
ケーブル接続部93には、プラス側又はマイナス側の外部接続用のケーブル70が接続される一対のバレル片94が形成されている。リード接続部92には、図示しない太陽電池モジュールの電極から延びるリードの端末部が挿入接続される接続孔95が開口して形成されている。
また、各端子板90のうち幅方向他側に位置する端子板は、ダイオード80を支持して、ダイオード80が発生する熱を逃がす放熱板90Aとされている。放熱板90Aは、隣接する他の端子板90Bより大きい表面積を有し、もって良好な放熱性が確保されている。
各端子板90には、各突起40を挿入可能な孔96が貫通して形成されている。各孔96は、端子板90の前後両側に間隔をあけて配置されている。各孔96のうち幅方向他側でかつ前側に位置する孔は、他の孔96よりも大きい開口径を有し、大径の突起40Aを受け入れ可能な大径の孔96Aとされている。
ダイオード80は、図1に示すように、チップ部(図示せず)を角ブロック状に樹脂モールドしたダイオード本体81と、チップ部に接続されてダイオード本体81の一方面から幅方向に突出する一対のアノード側及びカソード側の接続ピン82とからなる。ダイオード本体81は、チップ部の整流作用によって170℃ないし200℃近くにまで昇温する発熱部分とされている。
各接続ピン82は互いにほぼ平行に配置され、このうち、一方の接続ピン82Aの先端部が放熱板90Aに半田接続され、他方の接続ピン82Bの先端部が隣接する端子板90Bに半田接続されている。他方の接続ピン82Bは、仕切り壁35を跨いで配置されている。そして、各端子板90の側縁には、接続ピン82の先端部が載置される接続片97が幅方向に張り出して形成されている(図8を参照)。
また、ダイオード本体81には、各接続ピン82の配置される側とは反対側に、扁平板状の取付片83が形成されている。取付片83には、大径の突起40Aを挿入可能な取付孔84が貫通して形成されている。
ここで、各突起40は、端子板90の孔96内に挿入され、その状態で端子板90の表面から上方へ突き出る先端部が樹脂かしめ(例えば、熱かしめ)されることにより、その先端部が圧潰されて樹脂かしめ部41となる。樹脂かしめ部41は、径方向に拡開するフランジ状をなし、ベースプレート21との間に端子板90を保持する役割を有している。この場合に、大径の突起40Aは、端子板90の大径の孔96A内からダイオード80の取付孔84内にかけて挿入され、その状態で取付片83の表面から上方へ突き出る先端部が樹脂かしめされることにより、その先端部が圧潰されて大径の樹脂かしめ部41Aとなる。
次に、本実施形態に係る端子ボックス10の組み付け方法と作用効果とを説明する。
まず、ベースプレート21の支持領域34に対応する端子板90を嵌め込むように支持させる。図8に示すように、各端子板90がベースプレート21に支持されると、各突起40の先端部が端子板90の孔96から上方へ突き出るとともに、大径の突起40Aの先端部が放熱板90Aの大径の孔96Aから上方へ突き出る。これにより、各端子板90はベースプレート21の支持領域34に位置決め状態で支持される。
そして、ボックス本体20を組み立てるにあたり、アウタプレート22に対してその下前方から後方へ向けてベースプレート21をスライドさせる。スライド過程では、第1スライド部38の上面が第1スライド受け部31の下面を摺動するとともに、第2スライド部39が第2スライド受け部32の下面及び第1スライド受け部31の上面を摺動して第1、第2スライド受け部31、32間に差し込まれる。スライド完了時には、図5に示すように、第1、第2スライド部38、39が第1スライド受け部31の段差部分に当接してそれ以上のスライド動作が規制される。また、スライド完了時には、図6に示すように、弾性係止片29が係止受け部36内に挿入されて、係止突起30が係止孔37に弾性的に嵌り込む。
そして、このようにベースプレート21がアウタプレート22に装着して固定された状態では、図4に示すように、押さえ片33に下方から端子板90が当接し、端子板90の上方への浮き上がりが規制される。このとき、端子板90は、押さえ片33とベースプレート21との間に挟まれて保持される。
また、ベースプレート21がアウタプレート22に装着して固定された状態では、ベースプレート21の前端とアウタプレート22の前壁24との間に、ほぼ矩形状の窓部45が区画して形成される。この窓部45には、各端子板90のリード接続部92が臨むように配置される。
続いて、各突起40の先端部に図示しない加熱状態の押型を押し当て、各突起40の先端部を圧潰させる。すると、図3から図2にかけて示すように、各突起40の先端部に樹脂かしめ部41が拡開して形成され、樹脂かしめ部41とベースプレート21との間に端子板90が挟持固定され、かつ大径の樹脂かしめ部41Aとベースプレート21との間に端子板90及びダイオード80が挟持固定される。このとき、樹脂かしめ部41は端子板90の表面に密着し、大径の樹脂かしめ部41Aはダイオード80の取付片83の表面に密着する。
また、適宜タイミングでケーブル挿入部26に後方からケーブル70を挿入し、治具挿入孔28を介して、ケーブル70の端末部における芯線71に端子板90のケーブル接続部93を圧着接続させる。
その後、太陽電池モジュールの裏面側に、ベースプレート21の下面を、接着材、両面テープ、ボルト等の取付手段で取り付ける。取り付け時には、太陽電池モジュールから延びるリードの端末部を、窓部45を通してボックス本体20内に引き込み、各端子板90のリード接続部92に半田接続させる。さらに、ボックス本体20内に上方からシリコン樹脂等の絶縁樹脂からなる封止材を流し込む。封止材が硬化されると、各端子板90とケーブル70との接続部位、各端子板90とリードとの接続部位、及び各端子板90とダイオード80との接続部位が樹脂封止される。最後に、ボックス本体20に上方から図示しないカバーが被せ付けられ、端子ボックス10が完成される。
なお、使用時にダイオード80のダイオード本体81が発熱すると、その熱は放熱板90Aからベースプレート21を経て太陽電池モジュール側へ放熱される。この場合、ベースプレート21が強化材を含むPBT(ポリブチレンテレフタレート)等の耐熱性及び伝熱性に優れた材質からなるため、ダイオード80からの熱影響によってベースプレート21ひいては樹脂かしめ部41が塑性変形するのが回避される。その結果、樹脂かしめ部41と端子板90、及び大径の樹脂かしめ部41Aとダイオード80との密着状態が適正に保たれ、太陽電池モジュールへの良好な伝熱性が確保される。
以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果を奏し得る。
突起40(40A)の先端部が樹脂かしめによって変形されることで樹脂かしめ部41(41A)が形成され、この樹脂かしめ部41(41A)とベースプレート21との間にダイオード80が保持されるため、ダイオード80を固定するに際し、ねじ止め以外の方法が提供される。また、ベースプレート21がアウタプレート22より高い耐熱性を有し、このベースプレート21に突起40(40A)が一体に形成されているため、樹脂かしめ部41(41A)が変形する可能性が低くなる。その結果、ダイオード80を保持する際の信頼性が高められる。このとき、大径の樹脂かしめ部41Aは、ダイオード80とともに放熱板90Aをベースプレート21との間に保持するため、放熱板90Aを固定する専用の固定手段を別に設ける必要がなく、構成が簡素化される。
しかも、ベースプレート21がPBT(ポリブチレンテレフタレート)及びPPS(ポリフェニレンスルファイド)のうちから選択される少なくとも1種からなるため、樹脂かしめ部41(41A)を含むベースプレート21が熱影響で変形するのが確実に防止される。この場合、ベースプレート21がガラス繊維等の強化材を含むため、ベースプレート21が変形するのがより確実に防止される。
また、アウタプレート22がPPO(ポリフェニレンオキサイド)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、及びPVC(ポリ塩化ビニル)のうちから選択される少なくとも1種からなるため、耐候性、耐加水分解性に優れる。また、このようにベースプレート21とアウタプレート22とが適切に役割分担して形成されることにより、端子ボックス10の品質がいっそう高められる。
さらに、アウタプレート22がベースプレート21に装着されると、押さえ片33が端子板90の表面側に当接可能に配置され、端子板90の浮き上がりが確実に規制される。この場合に、押さえ片33がアウタプレート22に一体に形成されているため、押さえ片33がアウタプレート22等とは別に形成される場合に比べ、コスト高となるのが抑えられる。しかも、ベースプレート21がアウタプレート22より高い耐熱性を有しているため、ダイオード80を支持しないアウタプレート22が熱ダメージを受けることはほとんどなく、押さえ片33が変形するのが防止される。その結果、端子板90の浮き上がりが押さえ片33によって確実に阻止される。
さらにまた、端子板90の全幅の半分以上が押さえ片33で覆われる押さえ領域98とされるため、端子板90の浮き上がりがより確実に阻止される。
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)放熱板が端子板としての機能(電気的接続機能)を有さない板材で形成されるものであってもよい。
(2)ベースプレートには、ケーブルに接続されない中継端子板が支持され、各端子板と中継端子板との間に、又は隣接する中継端子板間に、ダイオードが架設されるものであってもよい。
(3)ベースプレートを含むボックス本体全体が、熱変形温度170℃以上の耐熱性の高い材質で構成されるものであってもよい。
(4)樹脂かしめ部が、超音波発振器で加熱変形して形成されるものであってもよい。
10…端子ボックス
21…ベースプレート
22…アウタプレート
33…押さえ片
40…突起
40A…大径の突起
41…樹脂かしめ部
41A…大径の樹脂かしめ部
80…ダイオード(整流素子)
81…ダイオード本体(発熱部分)
84…取付孔
90…端子板
90A…放熱板
96…孔
96A…大径の孔
98…押さえ領域

Claims (4)

  1. 突起が一体に形成された樹脂製のベースプレートと、
    前記ベースプレートの周りを包囲する樹脂製のアウタプレートと、
    前記ベースプレートに支持される放熱板と、
    前記放熱板に支持され、かつ発熱部分を有する整流素子とを備える太陽電池モジュール用端子ボックスであって、
    前記ベースプレートは、前記アウタプレートより高い耐熱性を有し、かつ前記アウタプレートに装着して固定され、
    前記整流素子には、前記突起を挿入可能な取付孔が形成され、
    前記突起の先端部は、前記取付孔を貫通して前記整流素子の表面側に臨み、かつ樹脂かしめによって変形されることで前記整流素子を前記ベースプレートとの間に保持する樹脂かしめ部となることを特徴とする太陽電池モジュール用端子ボックス。
  2. 前記突起が前記取付孔とともに前記放熱板を貫通し、前記樹脂かしめ部が前記整流素子とともに前記放熱板を前記ベースプレートとの間に保持することを特徴とする請求項1記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
  3. 前記ベースプレートが、PBT(ポリブチレンテレフタレート)及びPPS(ポリフェニレンスルファイド)のうちから選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項1又は2記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
  4. 前記アウタプレートが、PPO(ポリフェニレンオキサイド)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、及びPVC(ポリ塩化ビニル)のうちから選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
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