JP3904114B2 - 太陽電池モジュール用端子ボックスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池モジュール用端子ボックス及びその太陽電池モジュール用端子ボックスの製造方法に関する。
太陽光発電システムは、家屋の屋根上に敷設した太陽電池パネルからの直流電流をインバータ等を介して各電器製品に供給する構成とされる。太陽電池パネルは複数の太陽電池モジュールからなり、各太陽電池モジュールの電極を端子ボックスを介して直列または並列接続した構造となっている。
従来の端子ボックスとしては、ボックス内に隣接して配されて一端が太陽電池モジュールの裏面側から引き出されたプラス電極及びマイナス電極に接続されるとともに他端が外部接続用ケーブルに接続される端子板と、この端子板間に架け渡されるバイパスダイオードとを備えたものが知られている（例えば、以下の特許文献１を参照）。バイパスダイオードは、逆負荷時の逆電流を外部接続用ケーブルの一方から他方へ短絡するためのものであって、チップ状のダイオード機能部とこのダイオード機能部を挟み込むようにして同ダイオード機能部に接続される一対の導体片とからなる。各導体片は、互いの重合部間にダイオード機能部との接点部を有し、この接点部から互いに反対方向へ延出しその延出端側で対応する端子板に半田付け等により接続されている。ここで、各導体片の接点部は、隣接する端子板間にてボックスの底面に下支えされた状態もしくは浮いた状態で配されるようになっている。
特許第３４９８９４５号公報
ところで、上記の場合は、ダイオード機能部で発生した熱を各導体片を通じて端子板側へ放熱させる必要性があるため、速やかな熱伝導性を確保し難いという事情があった。そのため、ダイオード機能部側に熱がこもってダイオード機能部のバイパス機能が不具合を起こす懸念もあった。
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、その目的は、端子ボックスの放熱特性を良好にし、それを実現するに当たり、ベアチップダイオードと導体片とを半田溶接で対応する端子板に接合可能とし、かつリフロー装置を利用することによって同端子ボックスの生産性を高めるところにある。
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、ボックス本体内に複数並設されて太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極が接続され得る端子板と、この端子板に接続され得る外部接続用のケーブルと、対応する二つの端子板のうちの一方の端子板に接続されるとともにこの一方の端子板から他方の端子板へ架け渡される導体片と、この導体片と前記他方の端子板との間に挟み込まれて双方と直接的に接続する逆負荷時バイパス用のチップ状の整流素子本体とを備え、かつこの整流素子本体がメサ型のベアチップダイオードからなり、同ベアチップダイオードのＰ形領域が前記導体片と、Ｎ形領域が前記他方の端子板とそれぞれ接続されてなる太陽電池モジュール用端子ボックスの製造方法であって、前記対応する二つの端子板同士を橋渡し部により一体に連結した状態となし、この連鎖状の端子板をカーボン治具に位置決め状態でセットするとともに前記端子板上にペースト半田を塗布し、その後、前記整流素子本体及び前記導体片を夫々対応する端子板のペースト半田上に載せ、続いて、リフロー装置によりペースト半田を加熱処理して溶融固化することにより、前記整流素子本体及び前記導体片を対応する端子板に半田溶接し、次いで、前記端子板を前記ボックス本体に組み付けたあと前記橋渡し部を切除するところに特徴を有する。
＜請求項１の発明＞
チップ状の整流素子本体を導体片と端子板との間に直接的に挟み込む構造となっているから、整流素子本体で発生した熱を端子板側へダイレクトに速やかに放熱することが可能となり、導体片を介在させる場合に比べて、放熱特性が良好となる。また、整流素子本体と導体片とをリフロー半田によって対応する端子板に接合することができ、かつ、リフロー装置の利用によって生産性が高められる。
チップ状の整流素子本体を導体片と端子板との間に直接的に挟み込む構造となっているから、整流素子本体で発生した熱を端子板側へダイレクトに速やかに放熱することが可能となり、導体片を介在させる場合に比べて、放熱特性が良好となる。また、整流素子本体と導体片とをリフロー半田によって対応する端子板に接合することができ、かつ、リフロー装置の利用によって生産性が高められる。
また、導体片がベアチップダイオードのＰ形領域（アノード側）と接続され、端子板がベアチップダイオードのＮ形領域（カソード側）と接続されるから、端子板とベアチップダイオードとの間の接合面積を大きく確保することができ、ベアチップダイオードで発生した熱をＮ形領域から端子板へ効率良く放熱させることができる。
本発明の実施形態を図１ないし図４によって説明する。本実施形態にかかる太陽電池モジュール用端子ボックスＢは、表面に直列接続された多数の太陽電池セルを配した太陽電池モジュール（図示せず）の裏面側に取り付けられるものであって、ボックス本体１０と、ボックス本体１０内に並設された多数の端子板３０と、隣接する端子板３０間に架け渡された導体片５０と、導体片５０と端子板３０との間に挟み込まれたベアチップダイオード７０とを備えて構成される。
ボックス本体１０は、合成樹脂材によって上面開放の箱型に形成されており、その内部に絶縁樹脂が充填され、かつ、上方からカバー（図示せず）が被せられるようになっている。詳しくはボックス本体１０は、端子板３０が横並びで載置された略矩形状の基板１１と、この基板１１の外縁部から立ち上げられて周囲を取り囲む側板１２と、基板１１の所定位置から立ち上げられて端子板３０間を区画する仕切り壁１３とを備える。基板１１には略方形状の開口１４が四つあいており、各開口１４に対応する端子板３０の先端部が臨んでいる。基板１１の各開口１４には太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極に接続されたリード（図示せず）が通され、通された各リードが端子板３０の先端部に半田付け等により接続されるようになっている。
基板１１の上面には各端子板３０毎に対応して端子板３０の位置決め孔３１と係合可能な位置決め突部１５が突設されている。位置決め突部１５の両端外方には撓み可能な一対の係止片１６が突出して設けられており、端子板３０の装着過程では各係止片１６が端子板３０の両側縁部と係合して開き変形し、端子板３０が正規に組み付けられるに伴ない係止片１６が復元して端子板３０の両側縁部を上方から押し付け、端子板３０の浮き上がりを規制するようになっている。
側板１２の上端両端部には切り欠き１７設けられ、ここに上方から外部接続用のケーブル９０が嵌め込まれ、さらにケーブル押さえ部材２０が嵌着されてケーブル９０が固定されるとともに、ケーブル押さえ部材２０と側板１２とが一体に連なるようになっている。仕切り壁１３は端子板３０の外縁に沿うような態様で区画形成されており、この仕切り壁１３の案内によって端子板３０が位置決めされた状態で組み付けられる。また、仕切り壁１３により区画された内側空間の端子板３０上に絶縁樹脂が充填される。
端子板３０は、導電性金属板材を切断等して略短冊状に形成されている。基板１１の両端部に配された端子板３０には対応する外部接続用のケーブル９０が接続されている。ケーブル９０の端末は被覆の剥離によって芯線９１が露出しており、この芯線９１に対して端子板３０の端部に形成されたバレル部３２がかしめ付けられることにより、ケーブル９０と端子板３０とが接続されるようになっている。なお、ケーブル９０の延出端にはコネクタ部（図示せず）が接続されている。
ケーブル９０が接続された端子板３０を除いて隣り合う端子板３０同士は、その一端にて連繋部３３を介して一体に連なっている。このうち一方の端子板３０Ａは太陽電池モジュールの電極側との接点を有しておらず、他方の端子板３０Ｂよりも短寸に形成されてその先端周りが仕切り壁１３によって取り囲まれている。つまり、この端子板３０Ａは相手側との接続に直接に関与することなく他方の端子板３０Ｂから迂回して配されており、この迂回した分だけベアチップダイオード７０が発生した熱を逃す沿面距離をかせいで放熱効果を高めている。
また、端子板３０の両側縁には付設部３４が側方へ張り出して設けられ、付設部３４の先端縁が隣り合う端子板３０間にて対向配置されている。そして、隣り合う端子板３０間には端子板３０よりも薄肉の導体片５０が架け渡されている。図示する場合、三つの導体片５０が各端子板３０を横切って直列に配されている。
また、端子板３０の両側縁には付設部３４が側方へ張り出して設けられ、付設部３４の先端縁が隣り合う端子板３０間にて対向配置されている。そして、隣り合う端子板３０間には端子板３０よりも薄肉の導体片５０が架け渡されている。図示する場合、三つの導体片５０が各端子板３０を横切って直列に配されている。
導体片５０は、図２ないし図４に示すように、隣り合う端子板３０のうちの一方の端子板３０に半田溶接等によって接続される端子側接点部５１と、この端子側接続部５１から他方の端子側板３０側へ延出して同他方の端子板３０上にベアチップダイオード７０を挟み込みつつ覆い被さる素子本体側接点部５２と、素子本体側接点部５２と端子側接点部５１との間に配されて溶接等に伴なう応力を吸収するための応力緩和部５３とからなる。
ベアチップダイオード７０は、図３に示すように、下から上にかけてカソード電極、Ｎ形領域７１と、アノード電極、Ｐ形領域７２とを台形状（富士山状）に積層した構造とされ、その積層構造の周囲にガラス膜７３を設けて構成されている。ここで、導体片５０の素子本体側接点部５２はベアチップダイオード７０のＰ形領域７２と接続可能とされ、端子板３０はベアチップダイオード７０のＮ形領域７１と接続可能とされる。
ベアチップダイオード７０は、図３に示すように、下から上にかけてカソード電極、Ｎ形領域７１と、アノード電極、Ｐ形領域７２とを台形状（富士山状）に積層した構造とされ、その積層構造の周囲にガラス膜７３を設けて構成されている。ここで、導体片５０の素子本体側接点部５２はベアチップダイオード７０のＰ形領域７２と接続可能とされ、端子板３０はベアチップダイオード７０のＮ形領域７１と接続可能とされる。
端子側接点部５１は、一方の端子板３０にその平面方向に沿って重ね合わされ、その重合部分に溶接が施されるようになっている。応力緩和部５３は、長さ方向に対して斜めに交差して延びる二条の細帯片５３Ａによって構成され、この二条の細帯片５３Ａが撓み変形することで導体片５０の長さ方向に沿った伸縮が可能となっている。各細帯片５３Ａは、互いに一定間隔をあけて全長に亘ってほぼ同幅をもって形成されている。また、素子本体側接点部５２は、くびれ部５４を介して応力緩和部５３と連なり、略方形状をなしその下面にてベアチップダイオード７０のＰ形領域７２に半田接続されている。この素子本体側接点部５２とベアチップダイオード７０を挟んで対応する位置には他方の端子板３０の付設部３４が配され、この付設部３４上にベアチップダイオード７０が載せられて半田接続されるようになっている。
次に、本実施形態の製造方法を説明する。ベアチップダイオード７０及び導体片５０を端子板３０に半田接続するには、以下の方法が採用される。
同方法は、端子板３０を基板１１に取り付けるに先立って、図５に示すように、隣り合う端子板３０同士を橋渡し部３５により一体に連結した状態となし、この連鎖状の端子板３０をカーボン治具に位置決め状態でセットするとともに端子板３０上の所定領域にペースト半田を塗布し、その後、ベアチップダイオード７０及び導体片５０を夫々対応する端子板３０のペースト半田上に載せ、次いで、リフロー装置によりペースト半田を加熱処理して溶融固化することにより、ベアチップダイオード７０及び導体片５０を対応する端子板３０に半田溶接する、方法である。この方法では端子板３０を基板１１に取り付けたあと橋渡し部３５を切除する。
同方法は、端子板３０を基板１１に取り付けるに先立って、図５に示すように、隣り合う端子板３０同士を橋渡し部３５により一体に連結した状態となし、この連鎖状の端子板３０をカーボン治具に位置決め状態でセットするとともに端子板３０上の所定領域にペースト半田を塗布し、その後、ベアチップダイオード７０及び導体片５０を夫々対応する端子板３０のペースト半田上に載せ、次いで、リフロー装置によりペースト半田を加熱処理して溶融固化することにより、ベアチップダイオード７０及び導体片５０を対応する端子板３０に半田溶接する、方法である。この方法では端子板３０を基板１１に取り付けたあと橋渡し部３５を切除する。
端子板３０を基板１１に取り付けるには、基板１１上に突設された位置決め突部１５を端子板３０の位置決め孔３１に挿通することで端子板３０を位置決めし、さらに係止片１６の弾性係止によって端子板３０の浮き上がりを規制するようにする。また、あらかじめ端子板３０のバレル部３２をケーブル９０の端末にて露出された芯線９１にかしめつけて、端子板３０とケーブル９０とをかしめ接続しておく。ケーブル押さえ部材２０をケーブル９０に上から覆い被せるように取り付けることにより、ケーブル９０を遊動規制した状態で固定することが可能となる。
その後、ボックス本体１０を太陽電池モジュールの裏面側に両面テープもしくはボルトで固着する。取り付けの過程で太陽電池モジュールの電極に接続されたリードを基板１１の開口１４を通してボックス本体１０内に引き込み、該リードを端子板３０の先端部に半田接続する。それからシリコン樹脂等の絶縁樹脂をボックス本体１０内における仕切り壁１３の内側空間に充填し、さらにカバーを被せて蓋締めする。絶縁樹脂により、かしめ接続部分、半田接続部分等の各接続部分が気密に封止されることとなる。
以上のように本実施形態によれば、ベアチップダイオード７０を導体片５０と端子板３０との間に挟み込む構造となっているから、ベアチップダイオード７０で発生した熱を端子板３０側へダイレクトに速やかに放熱することが可能となり、導体片５０を介在させる場合に比べて、放熱特性が良好となる。したがって、ベアチップダイオード７０と導体片５０とによるバイパスダイオードとしてのバイパス機能を長期にわたって発揮させることが可能となる。
また、導体片５０がベアチップダイオード７０のＰ形領域７２と接続可能とされ、端子板３０がベアチップダイオード７０のＮ形領域７１と接続可能とされているから、端子板３０とベアチップダイオード７０との間の接合面積を大きく確保することができ、ベアチップダイオード７０で発生した熱をＮ形領域７１から端子板３０へ効率良く放熱することができる。
＜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、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、端子板がボックス本体内に多数並設されていたが、本発明においては、端子板が二つの並設されているだけも構わない。
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、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、端子板がボックス本体内に多数並設されていたが、本発明においては、端子板が二つの並設されているだけも構わない。
１０…ボックス本体
１１…基板
３０…端子板
５０…導体片
７０…ベアチップダイオード
７１…Ｎ形領域
７２…Ｐ形領域
９０…ケーブル
１１…基板
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７０…ベアチップダイオード
７１…Ｎ形領域
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９０…ケーブル
Claims (1)
- ボックス本体内に複数並設されて太陽電池モジュールのプラス電極及びマイナス電極が接続され得る端子板と、この端子板に接続され得る外部接続用のケーブルと、対応する二つの端子板のうちの一方の端子板に接続されるとともにこの一方の端子板から他方の端子板へ架け渡される導体片と、この導体片と前記他方の端子板との間に挟み込まれて双方と直接的に接続する逆負荷時バイパス用のチップ状の整流素子本体とを備え、かつこの整流素子本体がメサ型のベアチップダイオードからなり、同ベアチップダイオードのＰ形領域が前記導体片と、Ｎ形領域が前記他方の端子板とそれぞれ接続されてなる太陽電池モジュール用端子ボックスの製造方法であって、
前記対応する二つの端子板同士を橋渡し部により一体に連結した状態となし、この連鎖状の端子板をカーボン治具に位置決め状態でセットするとともに前記端子板上にペースト半田を塗布し、その後、前記整流素子本体及び前記導体片を夫々対応する端子板のペースト半田上に載せ、続いて、リフロー装置によりペースト半田を加熱処理して溶融固化することにより、前記整流素子本体及び前記導体片を対応する端子板に半田溶接し、次いで、前記端子板を前記ボックス本体に組み付けたあと前記橋渡し部を切除す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の製造方法。
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