JPWO2017138251A1 - 固定金具及び太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

本開示の一態様である固定金具２０は、屋根５０の野地板５１に固定される板状の台座部２１と、台座部２１の上面に立設して架台フレーム３０を挟持し、当該フレームの側壁部３２がそれぞれ固定される一対の立壁部２２と、立壁部２２の内面から張り出した支持部２３であって、台座部２１の上面から離れた位置に設けられ、架台フレーム３０の底部を支持する支持部２３とを備える。

Description

本開示は、固定金具及び太陽光発電装置に関する。

太陽光発電装置の一例は、屋根の軒棟方向に沿って配置された長尺状の架台フレーム上に太陽電池モジュールを複数設置して構成される。架台フレームは、屋根の野地板に固定される固定金具を用いて屋根に取り付けられる。例えば、特許文献１には、屋根材を介して野地板に固定される板状の固定部と、固定部に対して略垂直に設けられ、架台フレームが固定される軸部とを有する固定部材（アンカー）が開示されている。

特開２０１５−０６３８２５号公報

ところで、固定金具は、架台フレームが屋根材に接触しない高さで当該フレームを支持する必要がある。さらに、固定金具には、太陽電池モジュールに加わる風圧力、積雪荷重などの荷重が架台フレームを介して作用するため、機械的強度が高く耐荷重性に優れることが要求される。

架台フレームが屋根の軒棟方向に沿って配置される場合、棟側から軒側に向かって太陽電池モジュールの重量が作用し、またモジュール上に積もった雪の重量も同じ方向に作用する。このため、かかる架台フレームを支持する固定金具には、特に架台フレームの長手方向に沿って作用する荷重に対する耐久性が求められる。また、固定金具は構造が単純で施工が容易であるものが望ましい。

本開示の一態様である固定金具は、一対の側壁部を有し、屋根の軒棟方向に沿って配置され太陽電池モジュールが載せられる長尺状の架台フレームを、屋根に固定するための固定金具であって、屋根の野地板に固定される板状の台座部と、台座部の上面に立設して架台フレームを挟持し、当該フレームの側壁部がそれぞれ固定される一対の立壁部と、架台フレームと対面する各立壁部の内面の少なくとも一方から、各立壁部が並ぶ横方向に張り出した支持部であって、台座部の上面から離れた位置に設けられ、架台フレームの底部を支持する支持部とを備える。

本開示の一態様である太陽光発電装置は、上記固定金具と、屋根の軒棟方向に沿って配置された長尺状の架台フレームと、架台フレーム上に載せられた太陽電池モジュールとを備え、固定金具の台座部が、屋根材を介して野地板に固定され、架台フレームの底部が固定金具の支持部に支持され、架台フレームの各側壁部が固定金具の各立壁部にそれぞれ固定されている。

本開示の一態様である固定金具は、架台フレームと屋根材が接触しない状態で当該フレームを安定に支持でき、特に架台フレームの長手方向に沿って作用する荷重に対する耐久性に優れている。また、本固定金具は構造が単純で施工が容易である。

実施形態の一例である太陽光発電装置の分解斜視図である。 図１中のＡＡ線断面図である。 図１中のＢＢ線断面図である。 実施形態の一例である固定金具及び架台フレームの分解斜視図である。 実施形態の一例である固定金具の作用効果を説明するための図である。 実施形態の他の一例である固定金具を示す図である。

上述のように、屋根の軒棟方向に沿って配置される架台フレームを支持する固定金具には、架台フレームの長手方向に沿って棟側から軒側に積雪荷重などの荷重（以下、「引き倒し荷重」という場合がある）が作用し易い。このため、固定金具にはかかる荷重に対する耐久性の向上が求められている。また、固定金具には架台フレームが屋根材に接触しない高さでフレームを安定に支持できることが要求される。

本開示に係る太陽光発電装置では、板状の台座部の上面に立設する立壁部によって架台フレームが幅方向両側から挟持され、立壁部の内面から張り出した支持部によって架台フレームの底部が支持される。即ち、支持部は架台フレームの底部を屋根材と接触しない高さまで持ち上げ、立壁部及び支持部はその高さで架台フレームを安定に支持する。立壁部及びその付け根は、架台フレームの長手方向と略平行に形成されているため、当該長手方向に沿って作用する引き倒し荷重によって変形し難い。したがって、本開示に係る固定金具を用いることで、引き倒し荷重に対する優れた耐久性が得られ、架台フレームが屋根材と接触しない高さで当該フレームを支持できる。

また、固定金具の台座部は野地板にネジを用いて固定されることが好ましいが、各立壁部と横方向（桁方向）に並ぶ位置でネジ止めすることにより、各立壁部よりも軒側及び棟側でネジ止めされる場合と比べて耐引き倒し荷重性がさらに向上する。これは、固定箇所である作用点に加わるモーメントが小さくなることに起因する（詳しくは後述）。

以下、図面を参照しながら、実施形態の一例について詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであるから、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、以下の説明を参酌して判断されるべきである。本明細書において、「略〜」との記載は、略同一を例に挙げて説明すると、完全に同一はもとより、実質的に同一と認められる場合を含む意図である。

以下に例示する実施形態では、長尺状の架台フレーム３０が屋根５０の軒棟方向に沿って配置されている。なお、屋根の軒棟方向に沿う固定金具の方向を「縦方向」という場合があり、屋根の桁方向（屋根の軒棟方向に垂直な方向）に沿う固定金具の方向を「横方向」、屋根の野地板に垂直な方向に沿う固定金具の方向を「上下方向」という。架台フレームの長手方向と当該縦方向は同じ方向であり、架台フレームの幅方向と当該横方向は同じ方向である。図面には、屋根の軒棟方向・縦方向を矢印α、桁方向・横方向を矢印β、上下方向を矢印γで示す。

図１は、実施形態の一例である太陽光発電装置１０の分解斜視図である。図１に例示するように、太陽光発電装置１０は、屋根５０の軒棟方向に沿って配置された長尺状の架台フレーム３０と、架台フレーム３０上に載せられた太陽電池モジュール１１とを備える。また、太陽光発電装置１０は、架台フレーム３０を屋根５０に固定するための固定金具２０を備える。本実施形態では、太陽光発電装置１０を金属屋根材５２（後述の図２等参照）が敷設された屋根５０に取り付ける場合を例示するが、太陽光発電装置１０は他の屋根材（例えば、スレート瓦など）が敷設された屋根に取り付けられてもよい。

太陽光発電装置１０は、固定金具２０によって屋根５０に固定された長尺状の架台フレーム３０上に、複数の太陽電池モジュール１１を並べて設置することで構成される。太陽光発電装置１０は、太陽電池モジュール１１を架台フレーム３０に固定するための金具として、第１金具１４、第２金具１５、及び第３金具１６を備える。即ち、太陽電池モジュール１１は、これら３種類の金具と、架台フレーム３０と、固定金具２０とを用いて屋根５０に固定される。架台フレーム３０は、フレームの長手方向に沿って各金具をスライド可能に支持するガイドレール部を有する。

太陽電池モジュール１１は、太陽電池パネル１２と、当該パネルの端縁部に設けられたモジュールフレーム１３とを有する。太陽電池パネル１２は、例えば複数の太陽電池セルがガラス板と樹脂製のバックシートで挟持された略平坦なパネルである。太陽電池モジュール１１及び太陽電池パネル１２は、平面視で略長方形状を有する。太陽電池モジュール１１は、短辺が軒棟方向に略平行であり、隣り合う太陽電池モジュール１１の短辺同士が略接触した状態で配置されている。なお、太陽電池モジュール１１は、長方形以外の平面視形状を有していてもよく、正方形等の他の形状であってもよい。

モジュールフレーム１３は、太陽電池パネル１２の端縁部を保護し、架台フレーム３０に対する太陽電池モジュール１１の固定に利用される。第１金具１４等は、架台フレーム３０上に載せられたモジュールフレーム１３と係合して、太陽電池モジュール１１を架台フレーム３０に固定する。モジュールフレーム１３は、太陽電池パネル１２の２つの長辺に沿って設けられた２つの長辺フレームと、２つの短辺に沿って設けられた２つの短辺フレームとを含む。

架台フレーム３０は、上述の通りその長手方向が軒棟方向に沿うように屋根５０に配置される。架台フレーム３０は、軒棟方向に複数の太陽電池モジュール１１を載置可能な長さを有する。１枚の太陽電池モジュール１１は、例えば屋根５０の桁方向に適当な間隔をあけて互いに略平行に配置された２本の架台フレーム３０上に載せられる。１枚の太陽電池モジュール１１において、架台フレーム３０は各長辺フレームにわたって、即ちモジュールの短辺方向の全長にわたって配置されている。

架台フレーム３０は、一対の側壁部３２を有する。架台フレーム３０は、各側壁部３２の上端同士を連結する上壁部３１と、上壁部３１と略平行に形成され各側壁部３２の下端同士を連結する下壁部３３とをさらに有する中空構造のフレームである。各側壁部３２は、互いに略平行に形成され、上壁部３１及び下壁部３３に対して略垂直に形成される。上壁部３１の上面には、一対の鉤部３４が立設している。上壁部３１は、下壁部３３よりもフレームの幅方向に長く、各側壁部３２との接続部分より外側に張り出し、この張り出した部分の先端に鉤部３４が形成されている（後述の図３参照）。架台フレーム３０は、上述の通り第１金具１４等をスライド可能に支持するガイドレール部を有する。ガイドレール部は、上壁部３１と、上壁部３１に立設する鉤部３４とで構成される。

固定金具２０は、架台フレーム３０の長手方向両端部又はその近傍に設置される。１本の架台フレーム３０は、少なくとも２つの固定金具２０によって屋根５０の野地板５１（後述の図２等参照）に固定される。屋根５０の桁方向に間隔をあけて配置された２本の架台フレーム３０上に２枚の太陽電池モジュール１１を軒棟方向に並べて固定する場合、１枚の太陽電池モジュール１１の裏側には、少なくとも各架台フレーム３０に１つずつ合計２つの固定金具２０が設置される。２つの固定金具２０は、例えば桁方向に並んで配置される。なお、１本の架台フレーム３０に設置される固定金具２０の数は特に限定されず、架台フレーム３０の長さ等に応じて適宜変更できる。

以下、図２〜図４をさらに参照しながら、実施形態の一例である固定金具２０について詳説する。図２は図１中のＡＡ線断面図、図３は図１中のＢＢ線断面図である。図３では、太陽電池パネル１２の図示を省略している。図４は、固定金具２０及び架台フレーム３０の分解斜視図である。

図２に例示するように、固定金具２０は、金属屋根材５２を介して野地板５１に固定される。架台フレーム３０は、底部である下壁部３３が固定金具２０の支持部２３に支持され、各側壁部３２が固定金具２０の各立壁部２２にそれぞれ固定される。金属屋根材５２は、例えば防止シートを介して野地板５１上に敷設されている。

金属屋根材５２は、ハゼ部５３と、野地板５１に沿った平坦部５４とを有する。金属屋根材５２を構成する金属板の軒側端部及び棟側端部を折り曲げ、軒側及び棟側に配置される他の金属屋根材５２とかみ合わせてハゼ部５３が形成される。ハゼ部５３は、金属屋根材５２同士の接合部であって、ハゼ部５３で金属屋根材５２の高さ（野地板５１から金属屋根材５２の上面までの高さ）が高くなっている。金属屋根材５２の棟側端部を除く棟側部分には、平坦部５４が形成されている。金属屋根材５２の軒側部分は、ハゼ部５３が形成された軒側端部に向かって金属屋根材５２の上面が次第に高くなるように傾斜している。固定金具２０は、平坦部５４上に配置される。

図２〜図４に例示するように、固定金具２０は、野地板５１に固定される板状の台座部２１と、台座部２１の上面に立設して架台フレーム３０を挟持する一対の立壁部２２と、立壁部２２の内面から横方向に張り出した支持部２３とを備える。ここで、立壁部２２の内面とは架台フレーム３０の側壁部３２と対面する面を意味する。以下では、内面と反対側の面を「外面」とする。立壁部２２には、架台フレーム３０の側壁部３２がそれぞれ固定される。そして、支持部２３は、台座部２１の上面から離れた位置に設けられ、架台フレーム３０の底部である下壁部３３を支持する。支持部２３は、各立壁部２２の内面からそれぞれ張り出している。

台座部２１は、平面視略長方形状の板状部分であって、金属屋根材５２の平坦部５４を介して野地板５１に固定される。なお、固定金具２０の平面視とは台座部２１の上面に対して垂直に固定金具２０を上から見た様子である。台座部２１は、縦方向よりも横方向に長く、略平坦な下面を有する。台座部２１は、金属屋根材５２のハゼ部５３及び傾斜部にかからないように、平坦部５４の上面に沿って平坦部５４上のみに配置される。台座部２１と金属屋根材５２の間には、例えばゴム製の防水シート２９が設けられている。

台座部２１は、ネジ５５を用いて野地板５１に固定される。ネジ５５には、例えば野地板５１を貫通する長さの木ネジが使用される。台座部２１は、ネジ５５が挿通される貫通孔２４を有する。貫通孔２４は、少なくとも各立壁部２２よりも台座部２１の横方向両端寄りに形成される。より詳しくは、一方の立壁部２２と台座部２１の横方向一端との間、及び他方の立壁部２２と台座部２１の横方向他端との間に、縦方向に並んでそれぞれ２つずつ貫通孔２４が形成されている。また、各立壁部２２の間にも縦方向に並んで２つの貫通孔２４が形成されている。

各貫通孔２４は、平面視において各立壁部２２と横方向に並んで形成される。即ち、台座部２１は各立壁部２２の横方向両側で野地板５１に固定される。これにより、後述する力点と作用点の距離を短くすることができ、固定金具２０の耐荷重性が向上する。本実施形態では、６つの貫通孔２４が、２つの立壁部２２によって区切られた３つの部分において、台座部２１の縦方向両端部に形成されている。台座部２１の縦方向両端部にそれぞれ形成された各３つの貫通孔２４は、横方向に並んで形成されている。

一対の立壁部２２は、上述の通り、台座部２１の上面に立設して架台フレーム３０を挟持する板状部分である。各立壁部２２は、台座部２１の上面に対して略垂直に形成され、軒棟方向と略平行に配置される。また、各立壁部２２は、各々の間に架台フレーム３０を挿入可能な間隔をあけて互いに略平行に形成される。即ち、各立壁部２２の厚み方向は軒棟方向に略直交し、その付け根は軒棟方向に沿って形成される。各立壁部２２の縦方向長さは台座部２１の縦方向長さと略同一であり、各立壁部２２は台座部２１の縦方向全長にわたって形成されている。

各立壁部２２は、支持部２３に架台フレーム３０を載せた状態でフレームを固定可能で、架台フレーム３０を幅方向両側から安定に挟持できる高さ（上下方向長さ）で形成される。各立壁部２２の高さは、互いに略同一である。立壁部２２の全高は、架台フレーム３０の側壁部３２の上下方向長さよりも長い。なお、支持部２３から立壁部２２の上端までの高さは、側壁部３２の上下方向長さよりも短い。

各立壁部２２には、架台フレーム３０の各側壁部３２がそれぞれ固定される。側壁部３２は、ネジ３５を用いて立壁部２２に固定される。ネジ３５には、例えばドリルネジが使用される。各立壁部２２は、ネジ３５が挿通される貫通孔２５をそれぞれ有する。貫通孔２５は、各立壁部２２の上部に縦方向に並んで複数形成されている。貫通孔２５は、支持部２３より上に形成されるが、架台フレーム３０の長手方向のモーメントに対する耐性を高めるため、側壁部３２に対する固定に支障がない範囲で支持部２３寄りに形成されることが好ましい。ネジ３５は各立壁部２２に複数取り付けられてもよく、各立壁部２２に１つずつ取り付けられてもよい。

立壁部２２は、ボルト３６が挿通されるボルト孔２６を有する。ボルト３６は、例えば架台フレーム３０の仮止めに使用される。ボルト孔２６は、一方の立壁部２２において貫通孔２５よりも上に形成されている。立壁部２２のボルト孔２６が形成される部分は、立壁部２２の外面が隆起して立壁部２２が厚く形成されている。

支持部２３は、上述の通り、各立壁部２２の内面から横方向に張り出して台座部２１の上面から離れた位置に形成され、架台フレーム３０の下壁部３３を支持する。支持部２３は、架台フレーム３０の下壁部３３を金属屋根材５２と接触しない高さまで持ち上げる。即ち、支持部２３の上面は金属屋根材５２の上端であるハゼ部５３よりも上方に形成される。支持部２３の縦方向長さは台座部２１及び立壁部２２の縦方向長さと略同一であり、支持部２３は立壁部２２の縦方向全長にわたって形成されている。

支持部２３は、各立壁部２２の内面からそれぞれ張り出し、各々の先端同士が離間した状態で形成される。各支持部２３の横方向長さは、互いに略同一である。各支持部２３の横方向長さは、例えば各立壁部２２の間隔の１０％〜３０％である。この場合、各立壁部２２の間に形成される台座部２１の貫通孔２４にネジ５５を取り付け易くなる。各支持部２３は、各立壁部２２の同じ高さにおいて各立壁部２２と略垂直に形成され、軒棟方向に沿って配置される。各支持部２３の厚み方向は軒棟方向に略直交し、その付け根は軒棟方向に沿って形成される。

ここで、図５を参照しながら、固定金具２０の作用効果について詳説する。図５は、固定金具２０の作用効果を説明するための図であって、図２の固定金具２０の近傍を拡大して示す図である。

上記構成を備えた固定金具２０によれば、立壁部２２及び支持部２３によって、架台フレーム３０の底部が金属屋根材５２のハゼ部５３と接触しない高さで安定に支持される。架台フレーム３０には、その長手方向に沿って引き倒し荷重Ｆが作用するが、立壁部２２、支持部２３、及びそれらの付け根は、架台フレーム３０の長手方向と略平行に形成されているため、引き倒し荷重Ｆに対する耐久性に優れる。

また、固定金具２０に引き倒し荷重Ｆが作用した場合、側壁部３２に対する立壁部２２の固定箇所を力点Ｘ、野地板５１に対する台座部２１の固定箇所を作用点Ｙ、台座部２１の軒側端部を支点Ｚとするモーメントがかかる。しかし、台座部２１は各立壁部２２と横方向に並ぶ位置でネジ止めされるため、力点Ｘと作用点Ｙの距離、及び支点Ｚと作用点Ｙの距離が短く、例えば立壁部２２よりも軒側及び棟側でネジ止めされる場合と比べて当該モーメントは小さくなる。即ち、各立壁部２２と横方向に並ぶ位置で台座部２１をネジ止めすることで、耐引き倒し荷重に対する耐久性が高くなる。

図６は、実施形態の他の一例である固定金具２０Ａを示す図である。図６に例示するように、固定金具２０Ａは、台座部２１の下に配置される板状のかさ上げ部材２７を備える点で、固定金具２０と異なる。かさ上げ部材２７は、台座部２１と防水シート２９の間に設けられている。かさ上げ部材２７は、例えば屋根材の高さが高く架台フレーム３０が屋根材と接触する場合に、台座部２１の位置を高くして当該接触を防止する。なお、台座部２１の厚みを大きくする、或いは立壁部２２を高くし、支持部２３を立壁部２２の上方に形成することによっても架台フレーム３０の底部の位置をかさ上げすることができる。

かさ上げ部材２７は、例えば台座部２１と略同一の大きさ（面積）を有する板状部材であって、台座部２１の貫通孔２４と重なる位置に形成された複数の貫通孔２８を有する。貫通孔２８には台座部２１を野地板５１に固定するネジ５５が挿通され、かさ上げ部材２７は台座部２１と共にネジ５５を用いて野地板５１に固定される。かさ上げ部材２７の材質は特に限定されず、金属製、樹脂製のいずれであってもよい。かさ上げ部材２７の厚みは、屋根材の種類等に応じて適宜設定できる。

上述した実施形態は、本開示の目的を損なわない範囲で設計変更可能である。例えば、支持部２３は２つの立壁部２２のうち一方のみから張り出していてもよい。或いは、一方の立壁部２２から他方の立壁部２２にわたって支持部２３が形成されていてもよい。また、架台フレーム３０は下壁部３３を有していなくてもよく、側壁部３２の下端（底部）が支持部２３によって支持されていてもよい。

１０ 太陽光発電装置、１１ 太陽電池モジュール、１２ 太陽電池パネル、１３ モジュールフレーム、１４ 第１金具、１５ 第２金具、１６ 第３金具、２０ 固定金具、２１ 台座部、２２ 立壁部、２３ 支持部、２４，２５，２８ 貫通孔、２６ ボルト孔、２７ かさ上げ部材、２９ 防水シート、３０ 架台フレーム、３１ 上壁部、３２ 側壁部、３３ 下壁部、３４ 鉤部、３５ ネジ、３６ ボルト、５０ 屋根、５１ 野地板、５２ 金属屋根材、５３ ハゼ部、５４ 平坦部、５５ ネジ

Claims (6)

1. 一対の側壁部を有し、屋根の軒棟方向に沿って配置され太陽電池モジュールが載せられる長尺状の架台フレームを、屋根に固定するための固定金具であって、
   前記屋根の野地板に固定される板状の台座部と、
   前記台座部の上面に立設して前記架台フレームを挟持し、当該フレームの前記側壁部がそれぞれ固定される一対の立壁部と、
   前記架台フレームと対面する前記各立壁部の内面の少なくとも一方から、前記各立壁部が並ぶ横方向に張り出した支持部であって、前記台座部の上面から離れた位置に設けられ、前記架台フレームの底部を支持する支持部と、
   を備えた、固定金具。
2. 前記台座部は、ネジを用いて前記野地板に固定され、前記各立壁部よりも横方向両端寄りに形成された前記ネジが挿通される貫通孔を有し、
   前記各貫通孔は、平面視において前記各立壁部と横方向に並んで形成されている、請求項１に記載の固定金具。
3. 前記支持部は、前記各立壁部の内面からそれぞれ張り出し、各々の先端同士が離間した状態で形成されている、請求項１又は２に記載の固定金具。
4. 前記台座部の下に配置される板状のかさ上げ部材をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固定金具。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の固定金具と、
   前記屋根の軒棟方向に沿って配置された長尺状の前記架台フレームと、
   前記架台フレーム上に載せられた前記太陽電池モジュールと、
   を備え、
   前記固定金具の前記台座部が、屋根材を介して前記野地板に固定され、
   前記架台フレームの底部が前記固定金具の前記支持部に支持され、前記架台フレームの前記各側壁部が前記固定金具の前記各立壁部にそれぞれ固定された、太陽光発電装置。
6. 前記屋根材は、ハゼ部と、前記野地板に沿った平坦部とを有する金属屋根材であり、
   前記固定金具は、前記平坦部上に配置されている、請求項５に記載の太陽光発電装置。

Images