(57)【要約】 【課題】  接続の信頼性を確保しつつ放熱特性の良好な太陽電池モジュール用端子ボックスを提供する。【解決手段】  バイパスダイオード５０は、メサ型のベアチップダイオード５１と、このベアチップダイオード５１を挟み込むようにして同ベアチップダイオード５１に接続される一対の導体板５２とからなる。各導体板５２は、それぞれ、基板１１に並設された端子板３０にその平面方向に沿って重ね合わされ、その重合部６０に超音波振動を印加することで対応する端子板３０に接合されている。各導体板５２のＮ側導体板５２Ａは、Ｐ側導体板５２Ｂよりもその板厚寸法が大きくなっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、対応する二枚の端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、この整流素子本体を挟み込むようにして同整流素子本体に接続される一対の導体板とからなり、
前記一対の導体板は、それぞれ対応する端子板にその平面方向に沿って重ね合わされ、その重合部分に超音波振動を印加することで前記対応する端子板に接合されてい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。
【請求項２】
前記整流素子本体は、メサ型のベアチップダイオードからなり、前記一対の導体板のうちの前記ベアチップダイオードのＮ形領域と接続可能なＮ側導体板は、前記ベアチップダイオードのＰ形領域と接続可能なＰ側導体板よりもその板厚寸法が大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
【請求項３】
前記Ｐ側導体板には前記超音波振動を印加する際に生じる応力を吸収するための応力緩和部が設けられ、この応力緩和部は、前記Ｐ側導体板の延び方向の途中部位を肉抜きして形成される細帯片からなり、この細帯片の根元の側縁が弧状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
【請求項４】
前記細帯片が複数条設けられていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール用端子ボックス。
【請求項５】
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複数の端子板と、この端子板に接続され得る外部接続用のケーブルと、前記端子板が並列状に載置される基板と、対応する二枚の端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、この整流素子本体を挟み込むようにして同整流素子本体に接続される一対の導体板とからなり、
前記一対の導体板は、それぞれ対応する端子板にその平面方向に沿って重ね合わされ、その重合部分を溶接することで前記対応する端子板に接合されており、かつ、
前記基板において前記重合部分と対応した位置には前記端子板に通じる開孔が形成されてい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール用端子ボックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に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、ボックス内に複数並設されて一端が太陽電池モジュールの裏面側から導出されたプラス電極及びマイナス電極に接続可能とされるとともに他端が外部接続用ケーブルに接続可能とされる端子板と、隣接する端子板間に架け渡されるベアチップ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）。ベアチップダイオードは、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、ダイオード機能部とこのダイオード機能部を挟み込みつつ同ダイオード機能部に半田付けにより接続される一対の導体片とからなり、各導体片もまた対応する端子板に半田付けにより接続されている。ここで、ベアチップダイオードは、パッケージタイプのダイオードに比べて、安価でかつボックス内における占有面積を小さく設定することができる等の利点を備える。
【特許文献１】特許第３４９８９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の場合、導体片を対応する端子板に半田溶接する間に、その半田溶融熱が導体片を通してダイオード機能部側へ伝搬し、もってダイオード機能部と導体片との間に施された半田が再溶融して両者の接続不良を招く虞があった。
この対策として、導体片を対応する端子板に抵抗溶接する手も考慮されたが、抵抗溶接では端子板に凹凸を設けてスポット的に電流を集中させる必要性があるため、導体片と端子板との接触面積が小さくなり、結果、ダイオード機能部が発生する熱を端子板側へ有効に放熱することができないという問題があった。
【０００４】
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、その目的とするところは、接続の信頼性を確保しつつ放熱特性の良好な太陽電池モジュール用端子ボックスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、対応する二枚の端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、この整流素子本体を挟み込むようにして同整流素子本体に接続される一対の導体板とからなり、前記一対の導体板は、それぞれ対応する端子板にその平面方向に沿って重ね合わされ、その重合部分に超音波振動を印加することで前記対応する端子板に接合されている構成としたところに特徴を有する。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記整流素子本体は、メサ型のベアチップダイオードからなり、前記一対の導体板のうちの前記ベアチップダイオードのＮ形領域と接続可能なＮ側導体板は、前記ベアチップダイオードのＰ形領域と接続可能なＰ側導体板よりもその板厚寸法が大きくなっているところに特徴を有する。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２に記載のものにおいて、前記Ｐ側導体板には前記超音波振動を印加する際に生じる応力を吸収するための応力緩和部が設けられ、この応力緩和部は、前記Ｐ側導体板の延び方向の途中部位を肉抜きして形成される細帯片からなり、この細帯片の根元の側縁が弧状に形成されているところに特徴を有する。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項３に記載のものにおいて、前記細帯片が複数条設けられているところに特徴を有する。
【０００９】
請求項５の発明は、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複数の端子板と、この端子板に接続され得る外部接続用のケーブルと、前記端子板が並列状に載置される基板と、対応する二枚の端子板間に架け渡される逆負荷時バイパス用の整流素子とを備え、前記整流素子は、チップ状の整流素子本体と、この整流素子本体を挟み込むようにして同整流素子本体に接続される一対の導体板とからなり、前記一対の導体板は、それぞれ対応する端子板にその平面方向に沿って重ね合わされ、その重合部分を溶接することで前記対応する端子板に接合されており、かつ、前記基板において前記重合部分と対応した位置には前記端子板に通じる開孔が形成されている構成としたところに特徴を有する。    
【発明の効果】
【００１０】
＜請求項１の発明＞
一対の導体板を対応する端子板にその平面方向に沿って重ね合わせ、その重合部分に超音波振動を印加して双方を接合するようにしたから、半田溶接する場合に比べて、短時間での溶着作業が可能となり、温度上昇が抑えられる。その結果、整流素子本体と導体板との間の接続に悪影響を及ぼすことがなく、接続信頼性を確保できる。また、超音波溶接によれば、抵抗溶接に比べて、導体板と端子板との接合面積が大きくなるので、整流素子本体が発生する熱を端子板側へ逃す際の放熱特性が良好となる。
【００１１】
＜請求項２の発明＞
Ｎ側導体板はＰ側導体板よりもその板厚寸法が大きくなっているから、整流素子本体が発生する熱をＮ側導体板を通して有効に逃すことができ、放熱特性がより良好となる。なお、メサ型のベアチップダイオードにおいては、Ｎ側導体板に対するＮ形領域の接触面積がＰ側導体板に対するＰ形領域の接触面積よりも大きくなっているので、Ｎ側導体板から積極的に放熱するようにしている。
【００１２】
＜請求項３の発明＞
Ｐ側導体板には応力緩和部が設けられているから、超音波振動によって生じる応力が吸収される。また、応力緩和部は、Ｐ側導体板の延び方向の途中部位を肉抜きして形成される細帯片からなるが、細帯片の根元の側縁が弧状に形成されているから、超音波振動によって細帯片の根元が破損する事態を回避できる。
【００１３】
＜請求項４の発明＞
細帯片が複数条設けられているから、一条のみ設けられているものに比べて、放熱効果をより高めることができる。
【００１４】
＜請求項５の発明＞
基板において重合部分と対応した位置には端子板に通じる開孔が形成されているから、例えば、アンビルの先端をこの開孔に差し入れて端子板に当接させることにより、端子板と導体板とをアンビルとホーンチップとの間に挟み込んだ状態で超音波溶接することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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間に架け渡される逆流用のバイパスダイオード５０（本発明の整流素子に相当する）とを備えて構成される。
【００１６】
ボックス本体１０は、合成樹脂材により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、図１に示すように、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隣り合う端子板３０間を区画する仕切壁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には対応する端子板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）が挿通され、挿通された各リードは端子板３０の先端部に半付けにより接続可能とされている。
【００１７】
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の上縁両端部には切り欠き１７が設けられ、ここに上方から外部出力用のケーブル７０が嵌め込まれ、さらにケーブル押え部７５が嵌着されてケーブル７０が固定され、かつ、ケーブル押え部７５と側板１２とが一体に連なるようになっている。仕切壁１３は端子板３０の外縁形状にほぼ沿うような態様で配置されており、仕切壁１３の案内によって端子板３０の組み付けが可能とされている。
【００１８】
端子板３０は、導電性金属板を切断等して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には対応する外部出力用のケーブル７０が接続されている。ケーブル７０の端末は被覆７１の剥離によって芯線７２が露出しており、この芯線７２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７０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７０の延出端にはコネクタ部（図示せず）が接続されている。
【００１９】
隣り合う端子板３０同士（ケーブル７０が接続された端子板３０を除く）はその一端側にて連繋部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側のリードとの接点を備えておらず、他方の端子板３０よりも短寸に形成されてその先端周りが仕切壁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的に関与することなく他方の端子板３０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５１（後述する）が発生する熱を逃す沿面距離をかせいで放熱効果を高めている。
【００２０】
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間にはバイパスダイオード５０が架け渡されている。図示する場合、３つのバイパスダイオード５０が各端子板３０を横切って略同一直線上に並んで設けられている。
【００２１】
バイパスダイオード５０は、図２ないし図４に示すように、メサ型のベアチップダイオード５１と一対の導体板５２とからなり、各導体板５２はベアチップダイオード５１を板厚方向に挟み込むようにして同ベアチップダイオード５１と電気的に接続されている。ベアチップダイオード５１は、図３に示すように、下から上にかけて順にＮ形領域５３とＰ形領域５４とを台形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５５を設けて構成されている。一対の導体板５２のうちＮ形領域５３と対向するＮ側導体板５２Ａは、Ｐ形領域５４と対向するＰ側導体板５２Ｂよりもその板厚寸法が大きくなっており、例えば、Ｐ側導体板５２Ｂの板厚寸法が０．１ｍｍとなっているのに対し、Ｎ側導体板５２Ａの板厚寸法が０．８〜１．０ｍｍとなっている。
【００２２】
Ｎ側導体板５２Ａは、その全体が端子板３０の付設部３４に載置可能とされ、付設部３４の平面方向に沿うようにして同付設部３４と板厚方向に重ね合わされている。詳しくはＮ側導体板５２Ａは、ベアチップダイオード５１のＮ形領域５３と半田接続される接点部５２Ｅを備え、そこから対応する端子板３０の延び方向と略直交する方向に延出して設けられている。Ｎ側導体板５２Ａの延び方向途中の両側縁には円弧状の凹所５２Ｆが形成され、この凹所５２Ｆに基板１１から延びた突出ピン１８が係合可能とされ（図１参照）、この係合により、導体板５２が端子板３０への溶接時に幅方向に遊動しないようになっている。
【００２３】
一方、Ｐ側導体板５２Ｂは、略方形状をなしてベアチップダイオード５１のＰ形領域５４に半田接続される接点部５２Ｇを備え、そこからくびれ部５２Ｈを介してＮ側導体板５２Ａと反対方向に延出して設けられている。Ｐ側導体板５２Ｂの延び方向途中部分は所定形状に肉抜きされており、この肉抜きに伴なって二条の細帯片５７が前記延び方向と斜めに交差する方向に延出して形成されている。Ｐ側導体板５２Ｂは、細帯片５７によってその延び方向に沿った伸縮変形が可能とされ、これにより、端子板３０への溶接時に生じる応力が吸収されるようになっている。二条の細帯片５７は、互いに同形同大で全長に亘ってほぼ同幅をもって構成され、かつ、スリット５８を介して互いに平行配置されている。各細帯片５７の根元の両側縁のうちスリット５８側に臨む側縁は弧状に形成されており、各細帯片５７の側縁同士が半円弧部５９を介して連なっている。
【００２４】
さて、Ｐ側導体板５２Ｂの延出端部は、対応する端子板３０にその平面方向に沿って重ね合わされ、その重合部６０（図１に示す網掛け部分）に対して超音波溶接が施されて対応する端子板３０に溶着されている。同じく、Ｎ側導体板５２Ａは、対応する端子板３０にその平面方向に沿って重ね合わされ、その接点部５２Ｅから離れた延出端側の重合部６０に対して超音波溶接が施されて対応する端子板３０に溶着されている。かかる超音波溶接はアンビル８１とホーンチップ８２との間に端子板３０と導体板５２とを挟み込むことで実現され、これを可能とすべく、ボックス本体１０の基板１１において各重合部６０と対応する位置にはアンビル８１の先端の進入を許容する開孔１９が端子板３０に通じるよう形成されている（図４参照）。
【００２５】
次に、本実施形態の製造方法及び作用効果について説明する。まず、端子板３０のバレル部３２をケーブル７０の端末に露出された芯線７２にかしめ付けて端子板３０とケーブル７０とをかしめ接続する。続いて、基板１１上に端子板３０を載置固定する。このとき、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に挿通することにより、端子板３０を位置決めし、さらに係止片１６の弾性的な係止によって端子板３０の浮き上がりを規制する。
【００２６】
続いて、上方からケーブル押え部７５をケーブル７０に覆い被せつつ取り付け、ケーブル７０を遊動規制した状態で固定する。その後、バイパスダイオード５０を隣り合う端子板３０に架け渡すようにして載せる。このとき、Ｎ側導体板５２Ａの凹所５２Ｆを基板１１の突出ピン１８に係合案内することでバイパスダイオード５０を位置決めすることが可能となる。なお、バイパスダイオード５０は予めベアチップダイオード５１と一対の導体板５２とを半田接続して一体化したものを利用する。
【００２７】
次いで、導体板５２と端子板３０との重合部６０を超音波溶接機のアンビル８１とホーンチップ８２との間に挟み込み、そこに超音波溶接を施す。詳しくは、図４に示すように、基板１１の開孔にアンビル８１の先端を差し入れ、基板１１をアンビル８１上に載置固定した後、ホーンチップ８２を下降させて導体板５２を端子板３０に押し付けるとともにホーンチップ８２に対して導体板５２の平面方向に沿った振動方向の超音波振動を印加することにより、導体板５２を端子板３０に超音波溶接する。すると、導体板５２と端子板３０とが超音波溶接部８８を介して溶着接続される。
【００２８】
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で接着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内に充填し、さらにカバーをボックス本体１０に被せて蓋閉めする。絶縁樹脂により、かしめ接続部分、半田接続部分、及び超音波溶接部８８等の各接続部分が気密に封止されることとなる。
【００２９】
以上のように本実施形態によれば、一対の導体板５２を対応する端子板３０にその平面方向に沿って重ね合わせ、その重合部６０に超音波振動を印加して双方を接合するようにしたから、半田溶接する場合に比べて、短時間での溶着作業が可能となり、温度上昇が抑えられる。その結果、かかる溶着作業中にベアチップダイオード５１と導体板５２との間に施された半田が再溶融する事態を回避でき、接続信頼性を確保できる。またこれにより、ベアチップダイオード５１と導体板５２とを低融点の鉛フリー半田により接続できるので、環境対策に貢献し得るといった付随的効果も得られる。さらに、超音波溶接によれば、抵抗溶接に比べて、導体板５２と端子板３０との接合面積が大きくなるので、ベアチップダイオード５１が発生する熱を端子板３０側へ逃す際の放熱特性が良好となる。
【００３０】
また、Ｎ側導体板５２ＡはＰ側導体板５２Ｂよりもその板厚寸法が大きくなっているから、ベアチップダイオード５１が発生する熱をＮ側導体板５２Ａを通して有効に逃すことができ、放熱特性がより良好となる。特に、本実施形態の場合には、ベアチップダイオード５１の下方にＮ側導体板５２Ａと端子板３０とが積層配置されているので、放熱特性がなお一層良好となる。
【００３１】
また、Ｐ側導体板５２Ｂが薄肉化されるとともにその延び方向の途中部位が肉抜きされて細帯片５７が形成されているから、超音波振動によって生じる応力が細帯片５７によって吸収される。この場合に、細帯片５７の根元の側縁が弧状に形成されているから、超音波振動によって細帯片５７の根元が破損する事態を回避できる。さらに、細帯片５７が二条設けられているから、一条のみ設けられているものに比べて、放熱効果をより高めることができる。
【００３２】
＜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、ボックス本体内の全体を樹脂封止していたが、本発明においては、少なくとも、超音波溶接部等の接続部分周りを樹脂封止するものであればよい。
（２）上記実施形態では、細帯片が二条設けられていたが、本発明においては、細帯片は三条以上設けられていてもよく、また、場合によっては一条のみでも構わない。
（３）上記実施形態では、基板の開孔にはアンビルが進入可能とされたが、本発明においては、基板の開孔には超音波溶接以外の溶接に用いられる溶接具が進入可能とされても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態のボックス本体の平面図
【図２】バイパスダイオードの拡大平面図
【図３】ベアチップダイオードの構造を示す模式断面図
【図４】端子板と導体板とを挟み込んで超音波溶接する状態を示す模式断面図
【符号の説明】
【００３４】
Ｂ…太陽電池モジュール用端子ボックス
１０…ボックス本体
１１…基板
３０…端子板
５０…バイパスダイオード（整流素子）
５１…ベアチップダイオード
５２…導体板
５２Ａ…Ｎ側導体板
５２Ｂ…Ｐ側導体板
５７…細帯片
６０…重合部
７０…ケーブル
【図１】
2005303049.tif 000003
【図２】
2005303049.tif 000004
【図３】
2005303049.tif 000005
【図４】
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