(57)【要約】【課題】ダイオードの良好な放熱を実現する構成を低コストで得る端子ボックスを構成する。【解決手段】第１金属材で成る少なくとも２つの端子板３１，３２と、これらに接続するダイオードＤとをケースＡに収容を有し、少なくとも２つの端子板３１，３２の何れかに超音波溶接により、第１金属板と異なる金属材で成る放熱板３３を取り付けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池で発電された電力が供給される出力線が各別に接続される第１金属材で成る少なくとも２つの端子板と、少なくとも２つの前記端子板間を接続するダイオードとがケースに収容されると共に、前記端子板の何れかに対して超音波溶接により、前記第１金属材と異なる第２金属材で成る放熱板が接合されている端子ボックス。
【請求項２】
前記第１金属材が銅または銅合金であり、前記第２金属材がアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記放熱板の端部を折曲げて折曲部を形成し、この折曲部を前記端子板に重ね合わせ、この重ね合わせ部位が前記超音波溶接により接合されている請求項１に記載の端子ボックス。
【請求項３】
一対の前記端子板が、仮想平面に沿う姿勢で、この仮想平面上で所定の間隙を隔てて並列的に配置され、前記ダイオードが前記間隙を跨ぐ位置に配置されると共に、
前記放熱板が、一対の前記端子板の一方の外端部に対して前記仮想平面に対し直交する姿勢で前記超音波溶接による接合により取付けられ、且つ、当該放熱板が、一対の前記端子板の外側において、一対の前記端子板の並び方向に沿って伸びる領域に配置されている請求項１又は２に記載の端子ボックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池からの一対の出力線が各別に接続される一対の端子板と、これらに接続されるダイオードとをケースに収容した端子ボックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のように構成された端子ボックスとして特許文献１には、端子ボックス内にバイパスダイオードを備え、このバイパスダイオードに設けた放熱部を、複数の放熱板を重ね合わせて構成した技術が示されている。
【０００３】
つまり、複数の太陽電池を電気的に接続する端子ボックスでは、例えば、１つの太陽電池の起電力が低下した場合には、バイパスダイオードに電流が流れ発熱する。この発熱による温度上昇を抑制するため複数の放熱板を重ね合わせた放熱部をダイオードに接触させる状態で配置している。
【０００４】
また、特許文献２には、ダイオードが電気的に接続する端子板に対して、放熱片を一体形成し、この放熱片を起立し屈曲することにより放熱面積の拡大を図った技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６‐３１０４３９号公報
【特許文献２】特開２００７‐１８４６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
端子ボックスを構成するダイオードの放熱のために放熱板を用いる構成を考えると、特許文献１に記載されるように複数の放熱板を重ね合わせて用いるものは、放熱板に用いる材料の使用量が増大しやすい。また、放熱板として銅板を用いる場合にはコスト上昇を招くことになる。尚、特許文献１では、放熱板にアルミニウムを用いることにも言及しており、アルミニウムを用いる構成では銅に比べてコストを抑えることが可能である反面、端子板と絶縁体を介して接触するため放熱効率が不良であった。
【０００７】
これに対して、特許文献２に記載されるように、ダイオードに電気的に接続する端子板を起立屈曲させるものでは、端子板に一体形成される放熱板が、ダイオードで発生する熱を直接的に放熱できる構成であるため、例えば、ダイオードに接触する位置に放熱板を配置するものと比較して簡単な構成でありながら、良好な放熱を期待できるものとなる。
【０００８】
しかしながら、端子板の材料は基本的に、銅や銅合金が用いられるため、この端子板と一体的に放熱板を形成する構成では、銅板等の使用量が増大し、端子ボックスのコスト上昇を招くことになり改善の余地があった。
【０００９】
このような理由から、ダイオードの良好な放熱を実現する構成を低コストで得る端子ボックスが求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、太陽電池で発電された電力が供給される出力線が各別に接続される第１金属材で成る少なくとも２つの端子板と、少なくとも２つの前記端子板間を接続するダイオードとがケースに収容されると共に、前記端子板の何れかに対して超音波溶接により、前記第１金属材と異なる第２金属材で成る放熱板が接合される点を特徴とする。
【００１１】
これによると、端子板として銅や銅合金のように良導体を用いても、この良導体に対して放熱板を超音波溶接により接合することで、銅や銅合金より安価な金属材料を放熱板として用いることが可能となる。また、例えば、ダイオードの外面に放熱板を接触させる構成では、熱伝導が不確実で放熱が不充分になることも考えられるが、この構成では、ダイオードの熱が直接的に伝えられる端子板に放熱板が接合されるため放熱を確実に行える。
特に、超音波溶接は、一度の作動により広い面の接続を可能にするため、接合が容易で、端子板の熱を広い接合面を介して放熱板に伝え、良好な放熱を実現する。
従って、ダイオードの良好な放熱を実現する構成を低コストで得る端子ボックスが構成された。
【００１２】
本発明は、前記第１金属材が銅または銅合金であり、前記第２金属材がアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記放熱板の端部を折曲げて折曲部を形成し、この折曲部を前記端子板に重ね合わせ、この重ね合わせ部位が前記超音波溶接により接合されても良い。
【００１３】
これによると、放熱板として銅または銅合金より安価なアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることが可能になると共に、端子板に対して放熱板を取り付ける際に折曲部を接合するため構成に無理がない。また、超音波接合は、２種の金属を加圧により接触させ、超音波を作用させることにより２種の金属の界面での接合を実現する技術であるため、例えば、ハンダ付けのようにアルミニウムとの接続が不能とはならず、しかも、極めて短時間での接合を可能にする。
【００１４】
本発明は、一対の前記端子板が、仮想平面に沿う姿勢で、この仮想平面上で所定の間隙を隔てて並列的に配置され、前記ダイオードが前記間隙を跨ぐ位置に配置されると共に、
前記放熱板が、一対の前記端子板の一方の外端部に対して前記仮想平面に対し直交する姿勢で前記超音波溶接による接合により取付けられ、且つ、当該放熱板が、一対の前記端子板の外側において、一対の前記端子板の並び方向に沿って伸びる領域に配置されても良い。
【００１５】
これによると、一対の端子板を仮想平面に沿う姿勢で配置し、仮想平面に直交する姿勢で放熱板を形成しているため、一対の端子板が配置される平面の面積を拡大して放熱面積を拡大する必要がない。また、一対の端子板が並列的に配置された方向に伸びる領域に形成されているため、一対の端子板の側部の空間を有効に利用して放熱を行える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】太陽電池モジュールに備えた端子ボックスを示す斜視図である。
【図２】上方側から見た端子ボックスの分解斜視図である。
【図３】下方側から見た端子ボックスの分解斜視図である。
【図４】カバー部材を取外した状態の端子ボックスの切断斜視図である。
【図５】端子ボックスの縦断側面図である。
【図６】端子ボックスの横断平面図である。
【図７】第１端子板と第２端子板と放熱板とを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、太陽電池モジュールＭの裏面に取り付けられ、複数の太陽電池モジュールＭで発電した電力が送られる出力線５の接続に用いられる端子ボックスが構成されている。この端子ボックスは、決まった姿勢で取付られるものではないが、図１に示す姿勢に従って上下関係を説明する。
【００１８】
図１〜図７に示すように、端子ボックスは、ケースＡの内部に一対の端子板（第１端子板３１と第２端子板３２との上位概念）と、一対の端子板に電気的に接続されるバイパスダイオードＤと、第１端子板３１に取付けられる放熱板３３とを備えている。
【００１９】
第１端子板３１と第２端子板３２とには第１金属材としての銅（銅合金でも良い）が用いられ、第１端子板３１に取付けられる放熱板３３は、第２金属材としてのアルミニウム（アルミ合金でも良い）が用いられている。
【００２０】
ケースＡは、ケース本体１０と、ケース本体１０の上部に嵌め込まれるカバー体２１と、ケース本体１０の底部に嵌め込まれるスペーサ２５とを備えている。ケース本体１０と、カバー体２１と、スペーサ２５とには絶縁性が高く、耐久性に優れた樹脂が用いられている。また、カバー体２１とケース本体１０との間にはシリコンゴム等の可撓性樹脂から成る環状のシール２８が配置されている。
【００２１】
〔ケース本体〕
ケース本体１０は、図６に示す如く基本的に長方形状である。このケース本体１０は、図２〜図５に示すように、本体縦壁部１０Ａを有すると共に、カバー体２１が嵌め込まれる上部開口１０Ｔと、スペーサ２５が嵌め込まれる下部開口１０Ｂとが形成されている。本体縦壁部１０Ａの内周には、下方に開放するスリット状空間Ｓを形成する中間壁１１が本体縦壁部１０Ａに平行する姿勢で形成され、この中間壁１１の下端部には内方に張り出す当接壁１２が形成されている。この当接壁１２の下端部には筒状内壁を形成する内部壁１３が中間壁１１に平行する姿勢で形成されている。更に、中間壁１１と内部壁１３との間の空間を繋ぐように複数の補強リブ１４が形成されている。
【００２２】
ケース本体１０の外部には、この端子ボックスを太陽電池モジュールＭに支持するための支持部１５が外方に突出して形成されている。更に、ケース本体１０の本体縦壁部１０Ａのうち、中間壁１１の上端に沿う位置に複数の係合孔部１０Ｃが形成されている。
【００２３】
図５に示すように、中間壁１１と内部壁１３との上端面が、上部開口１０Ｔの開口縁の位置からカバー体２１の挿入量（カバー体２１の厚みと一致する）に対応するだけ下方に変位した位置に形成されている。また、中間壁１１と当接壁１２と内部壁１３との下端面が、下部開口１０Ｂの開口縁の位置からスペーサ２５の挿入量と等しい距離だけ上方に変位した位置に形成されている。
【００２４】
スリット状空間Ｓは、放熱板３３の挿入が可能なスリット幅で形成され、当接壁１２は、スペーサ２５の上面との間に第１端子板３１と第２端子板３２を挟み、これらの位置決めを行えるように構成されている。
【００２５】
図２、図３に示すように、カバー体２１は、全体的に平坦な板状材が用いられ、このカバー体２１には、ケース本体１０の内部壁１３の内部空間に挿入される突出壁２２が一体形成されている。この突出壁２２の外周部分にはシール２８が装着されるシール支持溝２２Ａが凹状溝として形成されている。
【００２６】
また、カバー体２１の外周部分には、ケース本体１０の係合孔部１０Ｃに係合可能な複数の係合爪２３が外方に突出する姿勢で一体形成されている。
【００２７】
図３に示すように、スペーサ２５は、外周部分に下方に突出するスペース壁部２６が一体形成されている。スペーサ２５には、出力線５が挿通する一対の挿通孔２５Ａが形成されている。
【００２８】
〔端子板・バイパスダイオード〕
図２、図３、図７に示すように、第１端子板３１と第２端子板３２とは、仮想平面に沿う姿勢で、この仮想平面上において所定の間隙を隔てて並列的に配置されている。第１端子板３１と第２端子板３２とが並列する方向（並列方向）に形成される間隙を跨ぐ位置にバイパスダイオードＤが配置されている。尚、仮想平面は、ケース本体１０の上部開口１０Ｔの開口縁を含む平面と平行姿勢となるものを想定している。
【００２９】
第１端子板３１と第２端子板３２とが仮想平面上で並ぶ方向を長手方向とし、これに直交する方向を幅方向とすると、第１端子板３１の幅が、第２端子板３２の幅より充分に大きい値に設定されている。第１端子板３１には、出力線５が挿入される第１開口部３１Ａと第１補助開口３１Ｂとが形成されている。これと同様に、第２端子板３２には出力線５が挿入される第２開口部３２Ａと、第２中間開口３２Ｂとが形成されている。この構成から一方の挿通孔２５Ａを介して第１開口部３１Ａに挿通する出力線５が第１端子板３１に対してハンダにより接続される。また、他方の挿通孔２５Ａを介して第２開口部３２Ａに挿通する出力線５が第２端子板３２に対してハンダにより接続される。
【００３０】
更に、第１端子板３１の長手方向の外端側（第２端子板３２と反対側の端部）には、仮想平面から立ち上がる姿勢の第１屈曲部３１Ｃが一体形成されている。また、第２端子板３２の長手方向の外端側（第１端子板３１と反対側の端部）には、仮想平面から立ち上がる姿勢の第２屈曲部３２Ｃが一体形成されている。これら第１屈曲部３１Ｃと第２屈曲部３２Ｃとは、ケース本体１０の内部壁１３の内面に当接可能な位置に配置される。
【００３１】
バイパスダイオードＤは、矩形のパッケージ１に対してプレート端子２（カソードに対応）と、一対のリード端子３（アノードに対応）とを形成した構造を有している。プレート端子２が第１端子板３１にハンダにより接続され、一対のリード端子３が第２端子板３２に対してハンダにより接続される。
【００３２】
放熱板３３は、並列方向での寸法が第１端子板３１の外端と第２端子板３２の外端に亘る値に設定されている。また、放熱板３３の基端部分を仮想平面に平行する姿勢に折曲げて折曲部３３Ａが形成され、この折曲部３３Ａを第１端子板３１の幅方向の外端に重ね合わせ、超音波溶接により取り付けている。
【００３３】
これにより、一対の放熱板３３は、その基端部分が第１端子板３１に接続されると共に、第２端子板３２の外側に亘る領域に配置される。
【００３４】
超音波溶接は、固相接続であり、一度の溶接作動により広い面の接続も可能にする技術である。従って、折曲部３３Ａのうち、第１端子板３１に接触する領域の全面を１度の作動によって接続することも可能となる。これにより、第１端子板３１の熱を接合部分の広い面を介して放熱板３３に伝えて良好な放熱を実現するだけではなく、例えば、端子ボックスのサイズに合った放熱面積の放熱板３３を用いることにより、端子ボックス内のスリット状空間Ｓを有効に利用して良好な放熱が実現する。また、このように接合するものでは、スポット溶接と比較して、設備費を低減し、作業工程の工程数を少なくし、生産効率も高くするものとなる。
【００３５】
〔組み立て状態・実施形態の作用・効果〕
このような構成から、端子ボックスを組み立てた状態では、放熱板３３がスリット状空間Ｓに挿入されるため、放熱板３３の熱をケース本体１０の本体縦壁部１０Ａを伝導して外部に熱を逃がし、放熱効率を高めることが可能となる。また、第１屈曲部３１Ｃと第２屈曲部３２Ｃとが内部壁１３の内面に接触することにより第１端子板３１と第２端子板３２との位置が決まる。更に、ケース本体１０の当接壁１２とスペーサ２５とが、第１端子板３１と第２端子板３２とを挟み込んで、これらの位置が決まる。
【００３６】
尚、放熱板３３を形成するため、第１端子板３１を折り曲げることで、この放熱板３３を第１端子板３１に一体的に形成する構成も考えられるが、このような構成では銅材の使用量が増大してコスト上昇を招くことになる。これに対して、放熱板３３として、銅材より低廉なアルミニウム材を用いているので、アルミニウム材を折り曲げて折曲部３３Ａを形成し、接合することがコストの低減を実現する。また、第１端子板３１に対して放熱板３３を超音波溶接の技術で取付けているため、製造工程でのエネルギー消費が少なく、取付工程に要する時間も短縮でき、この工程が低コストを阻害することもない。
【００３７】
更に、例えば、放熱板３３をバイパスダイオードＤの外面に接触させる構成を採用することも考えられるが、接触部分での熱伝導が充分でないことも考えられる。これに対して、本構成は、バイパスダイオードＤのプレート端子２に電気的に接続される第１端子板３１に対して放熱板３３を設けているため、第１端子板３１の熱を放熱板３３に対して直接的に伝導して良好な放熱を実現している。
【００３８】
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。
【００３９】
（ａ）放熱板３３を、第２端子板３２に備える。この構成として、第２端子板３２だけに放熱板３３を設ける構成と、第１端子板３１にも放熱板３３を設け、これらが互いに接触しないように配置する構成も考えられる。
【００４０】
（ｂ）ケース本体１０の内部に、３つ以上の端子板を備え、これに対応して２つ以上のバイパスダイオードＤを備えた端子ボックスにおいて、少なくとも１つの端子板に対して放熱板３３を溶接により接合する形態で設ける。このように構成したものでもコストの低減を実現する。
【００４１】
（ｃ）尚、上記実施形態における端子ボックスの各構成要素の形状、寸法、配置などは、その一例を説明したものであって、同様の効果・機能を実現し得ように任意に設計変更することも可能である。
【００４２】
（ｄ）例えば放熱板３３は、端子板の外端に亘る位置に配置され、屈曲部３３Ａが形成されているが、異なる位置に配置されて良く、放熱板３３を、例えば、蛇腹のように成形することで表面積を拡大して、より放熱効果を高めるように構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、一対の端子板の間にダイオードを接続した構成の端子ボックスに利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
５          出力線
３１        端子板（第１端子板）
３２        端子板（第２端子板）
３３        放熱板
３３Ａ      折曲部
Ａ          ケース
Ｄ          ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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