太陽光パネル架台
【課題】軽量化を達成できる太陽光パネル架台を提供することを課題とする。
【解決手段】太陽光パネル２を固定するための太陽光パネル架台１において、縦方向に延在する一対の垂木１０，１０と、垂木１０に対して直交する二本以上の横根太３０，３０・・・とを備えており、垂木１０は間隔をあけて互いに平行に配置され、横根太３０は、その両端部が垂木１０から張り出すように垂木１０上に架け渡されており、横根太３０の張出長さＸが、横根太３０の全長Ｙに対して０．０８５〜０．４１０倍の範囲の長さであることを特徴とする。
【解決手段】太陽光パネル２を固定するための太陽光パネル架台１において、縦方向に延在する一対の垂木１０，１０と、垂木１０に対して直交する二本以上の横根太３０，３０・・・とを備えており、垂木１０は間隔をあけて互いに平行に配置され、横根太３０は、その両端部が垂木１０から張り出すように垂木１０上に架け渡されており、横根太３０の張出長さＸが、横根太３０の全長Ｙに対して０．０８５〜０．４１０倍の範囲の長さであることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光パネルを固定するための太陽光パネル架台に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光パネル（太陽電池パネルや太陽熱温水器など）を固定する太陽光パネル架台は、例えば特許文献１に示すように、フレーム材を格子状に組み付けたものが一般的である。この太陽光パネル架台は、互いに平行に配置された複数の縦桟上に、複数の横桟が設けられており、隣り合う横桟間に太陽光パネルを挟み込んで支持するようになっている。この太陽光パネル架台においては、部品点数が低減され構造の簡略化が達成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２０２４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記太陽光パネル架台では、横桟の長手方向端部に縦桟が位置しているので、横桟にかかる曲げ応力が大きく横桟の板厚が大きくなり、横桟、ひいては架台全体の重量化を招くといった問題がある。さらには、横桟を支持する縦桟の本数も増加させなければならないので、架台全体の重量が増してしまう。
【０００５】
このような観点から、本発明は、軽量化を達成できる太陽光パネル架台を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するための請求項１に係る発明は、太陽光パネルを固定するための太陽光パネル架台において、縦方向に延在する一対の垂木と、前記垂木に対して直交する二本以上の横根太とを備えており、前記垂木は間隔をあけて互いに平行に配置され、前記横根太は、その両端部が前記垂木から張り出すように前記垂木上に架け渡されており、前記横根太の張出長さが、前記横根太の全長に対して０．０８５〜０．４１０倍の範囲の長さであることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、横根太の両端部を垂木から張り出させたことによって、横根太のスパン中央付近にかかる曲げモーメントを単純梁より低減できる。したがって、横根太の両端部を張り出させない場合に比べて、横根太の断面２次モーメントと断面積を小さくすることができ、ひいては横根太の軽量化を図れる。なお、張出し長さの比が０．０８５より小さいか、または０．４１０より大きいと、横根太にかかる最大曲げモーメントの低減率が１／３以下となってしまうので効果があまり得られない。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記各垂木が、傾斜した状態で２本の支柱に支持されており、一方の前記垂木を支持する前記支柱と、他方の前記垂木を支持する前記支柱との間には、ブレースが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、２本の支柱で各垂木を支持しているので安定している。また、ブレースを設けたことによって、横倒れしにくい構造となる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記垂木が、ガセットプレートを介して前記支柱に連結されていることを特徴とする。
【００１１】
ガセットプレートを介して垂木を支柱に連結すると、ガセットプレートが配置された区間において垂木が補強され、スパン中央での撓みが小さくなる。すなわち、垂木の実質的な支点間距離を短くできるので、垂木にかかる曲げモーメントを低減できる。これによって、垂木の軽量化が図れる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、前記ガセットプレートには、凸条または凹溝が設けられ、前記垂木には、前記ガセットプレートに設けられた凸条または凹溝と噛み合う凹溝または凸条が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、ガセットプレートと垂木の位置決めを容易にできるとともに補強効果を得られる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、前記垂木および前記横根太が、いずれもアルミニウム合金製の押出形材からなることを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、太陽光パネル架台の軽量化を図れるとともに、精度の高い架台とすることができ、優れた耐候性と美観を得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る太陽光パネル架台によれば、軽量化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽光パネル架台を示した斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る太陽光パネル架台を示した側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る太陽光パネル架台に太陽光パネルを設置した状態を示した図２のＳ線矢視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る太陽光パネル架台のガセットプレートの使用状態を示した図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＴ−Ｔ線断面図である。
【図５】ガセットプレートを示した斜視図である。
【図６】（ａ）は垂木を示した断面図、（ｂ）は垂木とガセットプレートの固定状態を示した部分拡大断面図である。
【図７】垂木と横根太と太陽光パネルの固定状態を示した図であって、（ａ）は最下部の固定状態を示した側面図、（ｂ）は中間部の固定状態を示した側面図である。
【図８】支柱と土台の固定状態を示した図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図９】横根太の変形状態を示した太陽光パネル架台の全体斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る太陽光パネル架台について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係る太陽光パネル架台１は、図１および図２に示すように、縦方向に延在する一対の垂木１０，１０と、垂木１０に対して直交する二本以上（本実施形態では５本）の横根太３０，３０…とを備えている。各垂木１０は、２本の支柱５０，５０にそれぞれ支持されている。支柱５０と垂木１０は土台５１に支持されている。なお、本実施形態では、太陽光パネル架台１を正面から見て、前後方向を縦方向とし、左右方向を横方向とする。図３に示すように、太陽光パネル架台１上には、複数の太陽光パネル２が設置される。本実施形態では、太陽光パネル２は、縦方向に４枚、横方向に３枚がそれぞれ配列されて、合計１２枚の太陽光パネル２が太陽光パネル架台１上に載置される。なお、太陽光パネル２の枚数や、横根太３０の本数は一例であって、本実施形態の構成に限定する趣旨ではない。
【００１９】
図１および図２に示すように、一対の垂木１０，１０は、間隔をあけて互いに平行に配置されている。また、一対の垂木１０，１０は、横根太３０の長手方向中間部を中心とする左右対称位置にそれぞれ配置されている。各垂木１０は、縦方向（水平方向）に対して傾斜して配置されており、正面から見て、前方が低く、後方が高くなっている。横根太３０は、垂木１０，１０上に架け渡されている。横根太３０の両端部は、一対の垂木１０，１０からそれぞれ外側に張り出している。垂木１０は、太陽光パネル２の傾斜方向に沿って配置されており、垂木１０の傾斜角度は、太陽光パネル２の傾斜角度と一致している。
【００２０】
垂木１０は、アルミニウム合金製の押出形材からなる。図４の（ｂ）に示すように、垂木１０は、断面矩形形状を呈しており、上面、下面および両側面を備えている。上面および両側面には、ボルトＢの頭部が収容される収容溝１１がそれぞれ形成されている。垂木１０の上面に形成された収容溝１１には、垂木１０と横根太３０とを固定するためのボルトＢの頭部が挿入される（図７参照）。垂木１０の両側面に形成された収容溝１１には、垂木１０と支柱５０とを固定するためのボルトＢの頭部が挿入される。ボルトＢは、例えば六角ボルトが用いられている。収容溝１１の幅寸法は、ボルトＢの頭部の二面幅の寸法より大きく、対角距離より小さくなっている。これによって、ボルトＢは、収容溝１１内を長手方向に移動可能でありながらも、回転が阻止された状態となる。両側面に形成された収容溝１１，１１は、ともに同じ高さ位置に形成されている。そして、互いに対向する収容溝１１，１１の溝壁（底面壁）同士間には、これらを繋ぐ補強リブ１３が形成されている。
【００２１】
図４および図６に示すように、収容溝１１の開口端には、溝幅方向両端から内側にそれぞれ延出する一対の係止部１２，１２が形成されている。係止部１２は、垂木１０の表面と面一に形成されている。一対の係止部１２，１２は、ボルトＢの軸部の外径よりも僅かに広い間隔をあけて形成されている。係止部１２，１２間の間隔は、頭部の外径よりも狭い。ボルトＢの頭部は、収容溝１１の端部から挿入される。ボルトＢは、軸部が係止部１２，１２間の隙間から突出した状態で、溝長手方向に沿って、所望の位置まで移動される。係止部１２は、収容溝１１に収容されたボルトＢの頭部の座面を係止し、収容溝１１かたのボルトＢの抜け落ちを防止している。係止部１２の先端には、収容溝１１の底部側に突出する突条１２ａが形成されている（図６参照）。突条１２ａは、ボルトＢの頭部の座面に当接するが、当接面積が小さいので接触圧が高くなり、ボルトＢの溝長手方向への横ずれを抑えることができる。
【００２２】
図１および図２に示すように、垂木１０は、その下部が土台５１に固定され、中間部と上部が支柱５０に固定されている。図７の（ａ）に示すように、土台５１上には、一対のブラケット５２（図７では一方のみ図示）が固定されている。垂木１０の下端部は、ボルトＢおよびナットＮでブラケット５２に固定されている。ブラケット５２，５２は、垂木１０を両側から挟むように配置されている。ボルトＢの頭部は、垂木１０の両側面の収容溝１１に収容されており、その収容溝１１から突出したボルトＢの軸部は、ブラケット５２のボルト孔（図示せず）を貫通している。ナットＮを締め付けることで、ボルトＢの頭部とナットＮで、収容溝１１の係止部１２とブラケット５２が挟持されて、垂木１０とブラケット５２が固定される。
【００２３】
図１および図２に示すように、一対の支柱５０，５０は、一つの土台５１に立設されており、側面視Ｖ字状を呈している。支柱５０も垂木１０と同様に、アルミニウム合金製の押出形材からなる。支柱５０は、垂木１０と同様の断面矩形形状を呈している。支柱５０は、両側面と下面に収容溝５３が位置するように配置されている。収容溝５３には、ボルトＢの頭部が収容される。
【００２４】
図８の（ａ）および（ｂ）に示すように、一対の支柱５０，５０の下端部は、土台５１上に固定された一対のブラケット５２，５２に、ボルトＢおよびナットＮで固定されている。ブラケット５２，５２は、支柱５０，５０を両側から挟むように配置されている。ボルトＢの頭部は、支柱５０の両側面の収容溝５３に収容され、収容溝５３から突出したボルトＢの軸部がブラケット５２のボルト孔（図示せず）を貫通している。ナットＮを締め付けることで、ボルトＢの頭部とナットＮで、収容溝５３の係止部５４とブラケット５２が挟持されて、支柱５０とブラケット５２が固定される。
【００２５】
図１、図２および図４に示すように、垂木１０は、ガセットプレート５５を介して支柱５０の上端部に連結されている。垂木１０と支柱５０との連結箇所では、支柱５０の上端が垂木１０の下面に当接されており、垂木１０および支柱５０が、一対のガセットプレート５５，５５に挟まれている。ガセットプレート５５は、一般的なガセットプレートよりも長尺に形成されている。ガセットプレート５５は、アルミニウム合金製の押出形材からなる。図５に示すように、ガセットプレート５５は、長手方向（押出方向）が垂木１０に沿うように配置されている。ガセットプレート５５の上下両縁には、補強リブ５６，５６がそれぞれ形成されている。補強リブ５６は、ガセットプレート５５の板部に対して外側（垂木１０を挟んだときの外側）に屈曲している。ガセットプレート５５の長手方向端部の下側は、面取りされており、太陽光パネル架台１の施工時の安全性を向上させている。ガセットプレート５５にはボルト貫通孔５７が適宜形成されている。ボルト貫通孔５７には、ボルトＢの軸部を挿通する。
【００２６】
以下、ガセットプレート５５の長さＬ（図５参照）と、垂木１０およびガセットプレート５５の重量との関係を説明する。例えば、垂木１０の長さが４０００ｍｍで、ガセットプレートを用いずに支柱５０と接合したとき、垂木１０の重量が１４ｋｇになったとする。ここで、長さＬが２００ｍｍのガセットプレート５５を用いて垂木１０と支柱５０を連結した場合で試算したところ、垂木１０の実質的な支点間距離を短くできるので、垂木１０にかかる曲げモーメントを低減でき、垂木１０の断面積を小さくすることが可能になることで、垂木１０の重量を約１０ｋｇにすることができた。ガセットプレート５５の重量（２枚分）は、約１ｋｇとなる。垂木１０とガセットプレート５５の合計重量は、約１１ｋｇとなるので、約３ｋｇの軽量化を図ることができた。
【００２７】
また、ガセットプレート５５の長さＬを３５０ｍｍとした場合で試算したところ、垂木１０の重量が約７ｋｇでガセットプレート５５の重量（２枚分）が約２ｋｇとなった。垂木１０とガセットプレート５５の合計重量が、約９ｋｇとなるので、約５ｋｇの軽量化を図ることができた。
【００２８】
つまり、ガセットプレート５５を長尺にすると、垂木１０の軽量化を図れる。しかしながら、ガセットプレート５５を長くした分、ガセットプレート５５の重量が増加する。そこで、ガセットプレート５５の長さＬの範囲は、ガセットプレート５５を長尺化したことによる垂木１０の軽量化効果と、ガセットプレート５５の重量の増加量とのバランスを考慮して設定するのが好ましい。以上のことを踏まえると、垂木１０が４０００ｍｍの場合、ガセットプレート５５の長さＬを３００ｍｍ〜６００ｍｍとするのが好ましい。これによって、ガセットプレート５５の長さＬは、垂木の全長に対して０．０７５〜０．１５０倍の範囲の長さとなる。さらに好ましくは、ガセットプレート５５の長さＬを３５０ｍｍ〜５００ｍｍとするのが良い。これによれば、ガセットプレート５５の長さＬは、垂木の全長に対して０．０８８（０．０８７５）〜０．１２５倍の範囲の長さとなる。
【００２９】
図６に示すように、ガセットプレート５５の表面のうち、垂木１０と接する部分には、凸条５８が設けられている。一方、垂木１０の側面のうち、凸条５８に対応する部分には、凹溝１４が形成されている。凸条５８と凹溝１４は、小さい部位であるので、図４の（ｂ）および図６の（ａ）および（ｂ）のみで図示（図号は図６でのみ表示）し、他の図では図示を省略している。凸条５８と凹溝１４は、互いに噛み合うように構成されている。なお、本実施形態では、ガセットプレート５５に凸条５８を形成し、垂木１０に凹溝１４を形成しているが、ガセットプレート５５に凹溝を形成し、垂木１０に凸条を形成するようにしてもよい。
【００３０】
垂木１０と支柱５０との連結部では、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、垂木１０の収容溝１１および支柱５０の収容溝５３にボルトＢの頭部が収容されて、収容溝１１，５３から軸部が突出している。軸部はガセットプレート５５のボルト貫通孔５７（図５参照）を貫通してガセットプレート５５から突出している。ガセットプレート５５から突出したボルトＢの軸部にナットＮを締め付けると、ボルトＢの頭部とナットＮで、収容溝１１の係止部１２とガセットプレート５５が挟持されるとともに、収容溝５３の係止部５４とガセットプレート５５が挟持される。これによって、垂木１０と支柱５０が連結される。
【００３１】
以上のような構成においては、ガセットプレート５５に形成されるボルト貫通孔５７の位置を適宜変更することで、支柱５０の角度と、垂木１０との連結位置を変更することができる。
【００３２】
図１に示すように、一方の垂木１０の上部を支持する支柱５０と、他方の垂木１０の上部を支持する支柱５０との間には、ブレース５９が設けられている。ブレース５９は、プレート材（フラットバー）にて構成されており、２枚のブレース５９，５９が、支柱５０，５０の間で交差するように配置されている。一方のブレース５９の一端は、一方の垂木１０の上部を支持する支柱５０の上部に連結され、一方のブレース５９の他端は、他方の垂木１０の上部を支持する支柱５０の下部に連結されている。他方のブレース５９の一端は、一方の垂木１０の上部を支持する支柱５０の下部に連結され、他方のブレース５９の他端は、他方の垂木１０の上部を支持する支柱５０の上部に連結されている。ブレース５９の両端部にはボルト貫通孔（図示せず）がそれぞれ形成されている。支柱５０の下面に形成された収容溝５３にボルトＢの頭部が収容されて、収容溝５３から軸部が突出している。軸部はブレース５９のボルト貫通孔を貫通してブレース５９から後方に突出している。ブレース５９から突出したボルトＢの軸部にナットＮを締め付けると、ボルトＢの頭部とナットＮで、収容溝５３の係止部５４とブレース５９が挟持される。これによって、支柱５０とブレース５９が連結される。
【００３３】
次に、垂木１０に対するガセットプレート５５の位置関係を説明する。図２に示すように、垂木１０の下端から下端部側のガセットプレート５５（長手方向中心）までの距離をＡ、垂木１０の下端部側のガセットプレート５５から上端部側のガセットプレート５５（長手方向中心）までの距離をＢ、上端部側のガセットプレート５５から垂木１０の上端までの距離をＣとしたとき、
２．５Ｃ≦Ａ≦８．０Ｃ・・・（式１）
２．５Ｃ≦Ｂ≦８．０Ｃ・・・（式２）
の二式を同時に満たす位置にガセットプレート５５を配置するのが好ましい。このような配置にすれば、各ガセットプレート５５の位置で垂木１０に発生するモーメントが小さくなるので、垂木１０の必要断面係数が小さくなる。これによって、垂木１０の断面積を小さくすることができ、垂木１０のさらなる軽量化を図ることができる。
【００３４】
横根太３０は、アルミニウム合金製の押出形材からなる。図１および図２に示すように、横根太３０は、垂木１０上端と下端に配置される端部横根太３０ａと、上下の端部横根太３０ａ，３０ａ間に配置される内側横根太３０ｂの二種からなる。
【００３５】
図７の（ａ）に示すように、端部横根太３０ａは、ウエブ部３１と、上下一対のフランジ部３２，３２とを備えてなる。フランジ部３２，３２は、ウエブ部３１の上下両端から片方向（ウエブ部３１の厚さ方向片側）に延在して設けられており、端部横根太３０ａは、断面コ字状を呈している。以下、上側のフランジ部を「上フランジ部３２ｂ」と称し、下側のフランジ部を「下フランジ部３２ａ」と称する場合がある。ウエブ部３１は、断面矩形で中空に形成されている。ウエブ部３１の上端には溝３１ａが形成されている。下フランジ部３２ａは、ウエブ部３１の下端面と面一になっている。下フランジ部３２ａには、ボルト貫通孔（図示せず）が形成されている。このボルト貫通孔には、収容溝１１から突出したボルトＢの軸部が挿通される。端部横根太３０ａを垂木１０の上面に載置し、下フランジ部３２ａから突出させたボルトＢの軸部にナットＮを締め付けると、ボルトＢの頭部とナットＮで、収容溝１１の係止部１２と下フランジ部３２ａが挟持される。これによって、垂木１０と横根太３０が連結される。
【００３６】
上フランジ部３２ｂは、ウエブ部３１の上端面と面一になっている。上フランジ部３２ｂは、下フランジ部３２ａと平行になっている。上フランジ部３２ｂには、ボルト貫通孔（図示せず）が形成されている。上フランジ部３２ｂのボルト貫通孔には、上フランジ部３２ｂと太陽光パネル２を固定するためのボルトＢの軸部が挿通される。上フランジ部３２ｂの上面には、太陽光パネル２の下端のフランジ２ａが載置される。フランジ２ａにもボルト貫通孔（図示せず）が形成されており、上フランジ部３２ｂのボルト貫通孔とフランジ２ａのボルト貫通孔にボルトＢを挿通させて、ナットＮで締め付けることで、太陽光パネル２が横根太３０に固定される。
【００３７】
図７の（ｂ）に示すように、内側横根太３０ｂは、ウエブ部３１と、ウエブ部３１の上下からそれぞれ両側に延在するフランジ部３２，３２・・とを備えてなり、断面Ｈ字状を呈している。上側のフランジ部３２，３２（上フランジ部３２ｂ，３２ｂ）は、ウエブ部３１の上端から両方向（ウエブ部３１の厚さ方向両側）にそれぞれ延在して設けられている。下側のフランジ部３２，３２（下フランジ部３２ａ，３２ａ）は、ウエブ部３１の下端から両方向（ウエブ部３１の厚さ方向両側）にそれぞれ延在して設けられている。ウエブ部３１とフランジ部３２の形状は、端部横根太３０ａと同様である。内側横根太３０ｂでは、ウエブ部３１の厚さ方向両側の上フランジ部３２ｂ，３２ｂの各上面に、別個の太陽光パネル２のフランジ２ａがそれぞれ載置される。上フランジ部３２ｂのボルト貫通孔とフランジ２ａのボルト貫通孔にボルトＢを挿通させて、ナットＮで締め付けることで、太陽光パネル２が横根太３０に固定される。
【００３８】
図３に示すように、太陽光パネル２は、上辺部の長手方向両端部近傍の２箇所Ｐ１，Ｐ２で二点支持されるとともに、下辺部の長手方向両端部近傍の２箇所Ｐ３，Ｐ４で二点支持されている。つまり、太陽光パネル２は、４つの固定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で固定されている。固定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ近接する角部（太陽光パネル２の四隅）から同等の距離に位置している。太陽光パネル２を支持する四点の固定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を結んでなる長方形（図３中、中央列の太陽電池パネル２のみに二点鎖線にて示す）の各辺は、垂木１０または横根太３０のいずれかと平行となる。具体的には、固定位置Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線と、固定位置Ｐ３，Ｐ４を結ぶ直線が横根太３０と平行となり、固定位置Ｐ１，Ｐ３を結ぶ直線と、固定位置Ｐ２，Ｐ４を結ぶ直線が垂木１０と平行となる。そして、縦方向に並列した太陽光パネル２，２・・の固定位置Ｐ１，Ｐ３を結ぶ各直線が一直線上に並んでいる。また、縦方向に並列した太陽光パネル２，２・・の固定位置Ｐ２，Ｐ４を結ぶ各直線も一直線上に並んでいる。
【００３９】
各太陽光パネル２の設置位置の上下両端に位置する横根太３０，３０（本実施形態では全ての横根太３０，３０・・・）の変形量分布（たわみ曲線）が等しくなるように、横根太３０の断面剛性が設定されている。端部横根太３０ａと内側横根太３０ｂの変形量分布を等しくすれば、各太陽光パネル２の設置位置の上下両端に位置する横根太３０，３０の変形量分布が等しくなる。
【００４０】
以下に、端部横根太３０ａと内側横根太３０ｂの曲げ剛性の関係を説明する。端部横根太３０ａの変形量分布と、内側横根太３０ｂの変形量分布を等しくするためには、
２ＥａＩａ＝ＥｂＩｂ・・・（式３）
Ｅａ：端部横根太３０ａのヤング係数
Ｅｂ：内側横根太３０ｂのヤング係数
Ｉａ：端部横根太３０ａの断面剛性
Ｉｂ：内側横根太３０ｂの断面剛性
を満たすように、断面剛性を設定すればよい。なお、本実施形態では、横根太３０は全て同じ材質（アルミニウム合金）で形成されているので、Ｅａ＝Ｅｂであり、したがって（式３）は、２Ｉａ＝Ｉｂとなればよい。これは、端部横根太３０ａには、各太陽光パネル２の半分の重量が作用するのに対し、内側横根太３０ｂには、その上側の太陽光パネル２の半分の重量と下側の太陽光パネル２の半分の重量（すなわち一枚の太陽光パネル２の重量）が作用するためである。つまり、２Ｉａ＝Ｉｂとすることで、全ての横根太３０，３０の変形量分布が等しくなる。
【００４１】
横根太３０の両端部は、一対の垂木１０，１０からそれぞれ等しい距離で外側に張り出している。横根太３０の張出長さＸは、横根太３０の全長Ｙに対して０．２１０倍である。以下に、張出長さＸの数値の根拠を説明する。架台の基本設計における横根太３０に生じる応力は、２本の垂木（支持点）の位置によって決められる。なお、本実施形態では、太陽光パネル２は、固定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で四点支持されているが、張出長さＸの検討においては、梁（横根太）に等分布荷重が作用すると仮定して計算している。
【００４２】
通常、梁の全長にわたって等分布荷重ｗが作用したとき、梁に生じる曲げモーメントが最大になるのは、梁が両端で支持されているとき、すなわち、梁の張出長さＸが０のときである。このときの横根太の中央部の曲げモーメント（最大曲げモーメント）Ｍは、
Ｍ＝ｗ・ｌ２／８
ｗ：等分布荷重
ｌ：支点間距離
となる。
【００４３】
一方、梁に生じる曲げモーメントが最小になるのは、梁の両端部の張出部分の曲げモーメントＭＸと梁の中央部の曲げモーメントＭＡが等しくなるときである。ここで
ＭＸ＝−ｗＸ２／２
ＭＡ＝［{ｗ（Ｘ＋ｌ）２−ｗＸ２}／２ｌ］・ｌ／２−ｗ／２（Ｘ＋ｌ／２）２
と表されるが、太陽光パネル２の当分布荷重ｗを、一般的な数値である９．８Ｎ（１ｋｇｆ）と設定して、ＭＸ＝ＭＡを満たす横根太の張出長さＸを計算すると、横根太３０の全長Ｙに対して０．２１０倍となる。
【００４４】
ところで、本発明においては、横根太３０に生じる曲げモーメントを、最大曲げモーメントＭの２／３（＝ｗ・ｌ２／１２）以内に制限することとする。この上限を満たす横根太の張出長さＸを計算すると、横根太３０の全長Ｙに対して０．０８５〜０．４１０倍の範囲の長さとなる。
【００４５】
以上のような構成の太陽パネル架台によれば、下記のような作用効果を得られる。
横根太３０の両端部を、垂木１０から張り出させたことによって、横根太３０のスパン中央付近にかかる曲げモーメントを両端支持の単純梁より低減できる。したがって、横根太の両端部を張り出させない場合に比べて、横根太３０の断面２次モーメントを低減することができ、肉厚を薄くして断面積を小さくすることができるので、横根太３０の軽量化を図れる。中でも横根太３０の張出長さＸを、横根太３０の全長Ｙに対して０．０８５〜０．４１０倍の範囲の長さとした場合には、横根太３０にかかる曲げモーメントが最大曲げモーメントの２／３以下となるので好ましい。特に、横根太３０の張出長さＸを、横根太３０の全長Ｙに対して０．２１０倍の長さとした場合が、横根太３０にかかる曲げモーメントが最小となる。
【００４６】
このように、横根太３０に生じる曲げモーメントを制限することで、架台全体に生じる応力を減少させ、軽量かつ十分な強度を有する太陽光パネル架台１を提供することができる。また、太陽光パネル２の荷重に応じて、好適な横根太３０の張出長さＸを算出することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、２本の支柱５０，５０で１本の垂木１０を支持しているので安定している。さらに、一対の垂木１０，１０の上側をそれぞれ支持する支柱５０，５０間にブレース５９を設けたことによって、横倒れしにくい構造となる。また、各垂木１０，１０は、支柱５０に傾斜して支持されているので、太陽光パネル２を太陽の方向に対向させて、効率的な受光を行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態では、ガセットプレート５５を介して、垂木１０を支柱５０に連結するようになっているので、ガセットプレート５５が配置された区間において垂木１０が補強され、スパン中央での撓みが小さくなる。すなわち、垂木１０の実質的な支点間距離を短くできるので、垂木１０にかかる曲げモーメントを低減できる。これによって、垂木１０の肉厚を薄くでき、断面積を小さくできので、垂木１０の軽量化が図れる。
【００４９】
中でもガセットプレート５５の長さＬを、垂木１０の全長Ｍに対して０．０７５〜０．１５０倍の範囲の長さとしたことによって、太陽光パネル架台１の軽量化の効果が大きい。つまり、ガセットプレート５５が垂木１０の全長Ｍに対して０．０７５倍より短いと、十分に曲げモーメントを低減することができず、一方、ガセットプレート５５が垂木１０の全長Ｍに対して０．１５０倍より長いと、ガセットプレート５５の重量が増加し架台全体の軽量化の効果が小さくなってしまう。
【００５０】
また、本実施形態では、ガセットプレート５５による垂木１０の固定位置を前記（式１）および（式２）を同時に満たすように限定して、垂木１０の両端部を支柱５０との支点位置（ガセットプレート５５の位置）から張り出させたことによって、垂木１０の支点付近にかかる曲げ応力が分散される。したがって、垂木１０にかかる曲げモーメントを低減でき、垂木１０の肉厚を薄くでき、断面積を小さくすることができる。これによって、垂木１０のより一層の軽量化が図れる。
【００５１】
さらに、ガセットプレート５５には、凸条５８が設けられ、垂木１０には、凸条５８と噛み合う凹溝１４が設けられているので、ガセットプレート５５と垂木１０の取合い位置の位置決めを容易且つ正確に行なえる。さらには、凸条５８や凹溝１４が補強リブの役目を果たすので、ガセットプレート５５と垂木１０の補強効果を得られる。
【００５２】
また、垂木１０や横根太３０が、アルミニウム合金製の押出形材からなるので、太陽光パネル架台１全体の軽量化を図れる。さらには、各部材の精度を高めることができ、取り付け作業が容易且つ正確に行えるとともに、優れた耐候性と美観を得られる。また、アルミニウム合金は、リサイクル性に優れているため、架台の老朽化が進んだ後に、材料を再利用することができる。
【００５３】
さらには、本実施形態では、太陽光パネル２の設置位置の上辺部と下辺部にそれぞれ位置する横根太３０，３０の変形量分布が等しく、且つ太陽光パネル２を支持する四点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を結んでなる長方形（図３中、二点鎖線にて図示）の各辺は、垂木１０または横根太３０のいずれかと平行となっている。これによって、図９に示すように、固定点Ｐ１とＰ３における上下の各横根太３０の変形量は常に等しく、且つ固定点Ｐ２とＰ４における上下の各横根太３０の変形量は常に等しくなる。したがって、各太陽光パネル２の固定位置Ｐ１，Ｐ３を結ぶ直線と、固定位置Ｐ２，Ｐ４と結ぶ直線は、常に互いに平行な位置関係を保つことができる。したがって、太陽光パネル２は、元の設置面に対して、傾斜したとしても捩れることは殆んどなく、平面度を確保することができる。これによって、太陽光パネル２そのものに発生する変形応力を抑えることができる。また、横根太３０は、ある程度の変形を許容できる（変形しても太陽光パネル２にねじれ応力が殆んど生じない）ので、その分の断面積を低減でき、さらなる軽量化が図れる。
【００５４】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、前記実施形態では、垂木１０や横根太３０がアルミニウム合金製の押出形材にて構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、ステンレス合金にて形成してもよいし、板材を屈曲加工して形成してもよい。
【００５５】
また、前記実施形態では、ブレース５９は、一方の垂木１０の上部を支持する支柱５０と、他方の垂木１０の上部を支持する支柱５０との間に設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、一方の垂木１０の中間部を支持する支柱５０と、他方の垂木１０の中間部を支持する支柱５０との間に設けてもよい。また、一方の垂木１０の上部を支持する支柱５０と、他方の垂木１０の中間部を支持する支柱５０との間に設けてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ 太陽光パネル架台
２ 太陽光パネル
１０ 垂木
１４ 凹溝
３０ 横根太
５０ 支柱
５５ ガセットプレート
５８ 凸条
５９ ブレース
Ｘ 横根太の張出し長さ
Ｙ 横根太の全長
Ｌ ガセットプレートの長さ
Ｍ 垂木の全長
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光パネルを固定するための太陽光パネル架台に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽光パネル（太陽電池パネルや太陽熱温水器など）を固定する太陽光パネル架台は、例えば特許文献１に示すように、フレーム材を格子状に組み付けたものが一般的である。この太陽光パネル架台は、互いに平行に配置された複数の縦桟上に、複数の横桟が設けられており、隣り合う横桟間に太陽光パネルを挟み込んで支持するようになっている。この太陽光パネル架台においては、部品点数が低減され構造の簡略化が達成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２０２４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記太陽光パネル架台では、横桟の長手方向端部に縦桟が位置しているので、横桟にかかる曲げ応力が大きく横桟の板厚が大きくなり、横桟、ひいては架台全体の重量化を招くといった問題がある。さらには、横桟を支持する縦桟の本数も増加させなければならないので、架台全体の重量が増してしまう。
【０００５】
このような観点から、本発明は、軽量化を達成できる太陽光パネル架台を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するための請求項１に係る発明は、太陽光パネルを固定するための太陽光パネル架台において、縦方向に延在する一対の垂木と、前記垂木に対して直交する二本以上の横根太とを備えており、前記垂木は間隔をあけて互いに平行に配置され、前記横根太は、その両端部が前記垂木から張り出すように前記垂木上に架け渡されており、前記横根太の張出長さが、前記横根太の全長に対して０．０８５〜０．４１０倍の範囲の長さであることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、横根太の両端部を垂木から張り出させたことによって、横根太のスパン中央付近にかかる曲げモーメントを単純梁より低減できる。したがって、横根太の両端部を張り出させない場合に比べて、横根太の断面２次モーメントと断面積を小さくすることができ、ひいては横根太の軽量化を図れる。なお、張出し長さの比が０．０８５より小さいか、または０．４１０より大きいと、横根太にかかる最大曲げモーメントの低減率が１／３以下となってしまうので効果があまり得られない。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記各垂木が、傾斜した状態で２本の支柱に支持されており、一方の前記垂木を支持する前記支柱と、他方の前記垂木を支持する前記支柱との間には、ブレースが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、２本の支柱で各垂木を支持しているので安定している。また、ブレースを設けたことによって、横倒れしにくい構造となる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記垂木が、ガセットプレートを介して前記支柱に連結されていることを特徴とする。
【００１１】
ガセットプレートを介して垂木を支柱に連結すると、ガセットプレートが配置された区間において垂木が補強され、スパン中央での撓みが小さくなる。すなわち、垂木の実質的な支点間距離を短くできるので、垂木にかかる曲げモーメントを低減できる。これによって、垂木の軽量化が図れる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、前記ガセットプレートには、凸条または凹溝が設けられ、前記垂木には、前記ガセットプレートに設けられた凸条または凹溝と噛み合う凹溝または凸条が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、ガセットプレートと垂木の位置決めを容易にできるとともに補強効果を得られる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、前記垂木および前記横根太が、いずれもアルミニウム合金製の押出形材からなることを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、太陽光パネル架台の軽量化を図れるとともに、精度の高い架台とすることができ、優れた耐候性と美観を得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る太陽光パネル架台によれば、軽量化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽光パネル架台を示した斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る太陽光パネル架台を示した側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る太陽光パネル架台に太陽光パネルを設置した状態を示した図２のＳ線矢視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る太陽光パネル架台のガセットプレートの使用状態を示した図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＴ−Ｔ線断面図である。
【図５】ガセットプレートを示した斜視図である。
【図６】（ａ）は垂木を示した断面図、（ｂ）は垂木とガセットプレートの固定状態を示した部分拡大断面図である。
【図７】垂木と横根太と太陽光パネルの固定状態を示した図であって、（ａ）は最下部の固定状態を示した側面図、（ｂ）は中間部の固定状態を示した側面図である。
【図８】支柱と土台の固定状態を示した図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図９】横根太の変形状態を示した太陽光パネル架台の全体斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る太陽光パネル架台について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係る太陽光パネル架台１は、図１および図２に示すように、縦方向に延在する一対の垂木１０，１０と、垂木１０に対して直交する二本以上（本実施形態では５本）の横根太３０，３０…とを備えている。各垂木１０は、２本の支柱５０，５０にそれぞれ支持されている。支柱５０と垂木１０は土台５１に支持されている。なお、本実施形態では、太陽光パネル架台１を正面から見て、前後方向を縦方向とし、左右方向を横方向とする。図３に示すように、太陽光パネル架台１上には、複数の太陽光パネル２が設置される。本実施形態では、太陽光パネル２は、縦方向に４枚、横方向に３枚がそれぞれ配列されて、合計１２枚の太陽光パネル２が太陽光パネル架台１上に載置される。なお、太陽光パネル２の枚数や、横根太３０の本数は一例であって、本実施形態の構成に限定する趣旨ではない。
【００１９】
図１および図２に示すように、一対の垂木１０，１０は、間隔をあけて互いに平行に配置されている。また、一対の垂木１０，１０は、横根太３０の長手方向中間部を中心とする左右対称位置にそれぞれ配置されている。各垂木１０は、縦方向（水平方向）に対して傾斜して配置されており、正面から見て、前方が低く、後方が高くなっている。横根太３０は、垂木１０，１０上に架け渡されている。横根太３０の両端部は、一対の垂木１０，１０からそれぞれ外側に張り出している。垂木１０は、太陽光パネル２の傾斜方向に沿って配置されており、垂木１０の傾斜角度は、太陽光パネル２の傾斜角度と一致している。
【００２０】
垂木１０は、アルミニウム合金製の押出形材からなる。図４の（ｂ）に示すように、垂木１０は、断面矩形形状を呈しており、上面、下面および両側面を備えている。上面および両側面には、ボルトＢの頭部が収容される収容溝１１がそれぞれ形成されている。垂木１０の上面に形成された収容溝１１には、垂木１０と横根太３０とを固定するためのボルトＢの頭部が挿入される（図７参照）。垂木１０の両側面に形成された収容溝１１には、垂木１０と支柱５０とを固定するためのボルトＢの頭部が挿入される。ボルトＢは、例えば六角ボルトが用いられている。収容溝１１の幅寸法は、ボルトＢの頭部の二面幅の寸法より大きく、対角距離より小さくなっている。これによって、ボルトＢは、収容溝１１内を長手方向に移動可能でありながらも、回転が阻止された状態となる。両側面に形成された収容溝１１，１１は、ともに同じ高さ位置に形成されている。そして、互いに対向する収容溝１１，１１の溝壁（底面壁）同士間には、これらを繋ぐ補強リブ１３が形成されている。
【００２１】
図４および図６に示すように、収容溝１１の開口端には、溝幅方向両端から内側にそれぞれ延出する一対の係止部１２，１２が形成されている。係止部１２は、垂木１０の表面と面一に形成されている。一対の係止部１２，１２は、ボルトＢの軸部の外径よりも僅かに広い間隔をあけて形成されている。係止部１２，１２間の間隔は、頭部の外径よりも狭い。ボルトＢの頭部は、収容溝１１の端部から挿入される。ボルトＢは、軸部が係止部１２，１２間の隙間から突出した状態で、溝長手方向に沿って、所望の位置まで移動される。係止部１２は、収容溝１１に収容されたボルトＢの頭部の座面を係止し、収容溝１１かたのボルトＢの抜け落ちを防止している。係止部１２の先端には、収容溝１１の底部側に突出する突条１２ａが形成されている（図６参照）。突条１２ａは、ボルトＢの頭部の座面に当接するが、当接面積が小さいので接触圧が高くなり、ボルトＢの溝長手方向への横ずれを抑えることができる。
【００２２】
図１および図２に示すように、垂木１０は、その下部が土台５１に固定され、中間部と上部が支柱５０に固定されている。図７の（ａ）に示すように、土台５１上には、一対のブラケット５２（図７では一方のみ図示）が固定されている。垂木１０の下端部は、ボルトＢおよびナットＮでブラケット５２に固定されている。ブラケット５２，５２は、垂木１０を両側から挟むように配置されている。ボルトＢの頭部は、垂木１０の両側面の収容溝１１に収容されており、その収容溝１１から突出したボルトＢの軸部は、ブラケット５２のボルト孔（図示せず）を貫通している。ナットＮを締め付けることで、ボルトＢの頭部とナットＮで、収容溝１１の係止部１２とブラケット５２が挟持されて、垂木１０とブラケット５２が固定される。
【００２３】
図１および図２に示すように、一対の支柱５０，５０は、一つの土台５１に立設されており、側面視Ｖ字状を呈している。支柱５０も垂木１０と同様に、アルミニウム合金製の押出形材からなる。支柱５０は、垂木１０と同様の断面矩形形状を呈している。支柱５０は、両側面と下面に収容溝５３が位置するように配置されている。収容溝５３には、ボルトＢの頭部が収容される。
【００２４】
図８の（ａ）および（ｂ）に示すように、一対の支柱５０，５０の下端部は、土台５１上に固定された一対のブラケット５２，５２に、ボルトＢおよびナットＮで固定されている。ブラケット５２，５２は、支柱５０，５０を両側から挟むように配置されている。ボルトＢの頭部は、支柱５０の両側面の収容溝５３に収容され、収容溝５３から突出したボルトＢの軸部がブラケット５２のボルト孔（図示せず）を貫通している。ナットＮを締め付けることで、ボルトＢの頭部とナットＮで、収容溝５３の係止部５４とブラケット５２が挟持されて、支柱５０とブラケット５２が固定される。
【００２５】
図１、図２および図４に示すように、垂木１０は、ガセットプレート５５を介して支柱５０の上端部に連結されている。垂木１０と支柱５０との連結箇所では、支柱５０の上端が垂木１０の下面に当接されており、垂木１０および支柱５０が、一対のガセットプレート５５，５５に挟まれている。ガセットプレート５５は、一般的なガセットプレートよりも長尺に形成されている。ガセットプレート５５は、アルミニウム合金製の押出形材からなる。図５に示すように、ガセットプレート５５は、長手方向（押出方向）が垂木１０に沿うように配置されている。ガセットプレート５５の上下両縁には、補強リブ５６，５６がそれぞれ形成されている。補強リブ５６は、ガセットプレート５５の板部に対して外側（垂木１０を挟んだときの外側）に屈曲している。ガセットプレート５５の長手方向端部の下側は、面取りされており、太陽光パネル架台１の施工時の安全性を向上させている。ガセットプレート５５にはボルト貫通孔５７が適宜形成されている。ボルト貫通孔５７には、ボルトＢの軸部を挿通する。
【００２６】
以下、ガセットプレート５５の長さＬ（図５参照）と、垂木１０およびガセットプレート５５の重量との関係を説明する。例えば、垂木１０の長さが４０００ｍｍで、ガセットプレートを用いずに支柱５０と接合したとき、垂木１０の重量が１４ｋｇになったとする。ここで、長さＬが２００ｍｍのガセットプレート５５を用いて垂木１０と支柱５０を連結した場合で試算したところ、垂木１０の実質的な支点間距離を短くできるので、垂木１０にかかる曲げモーメントを低減でき、垂木１０の断面積を小さくすることが可能になることで、垂木１０の重量を約１０ｋｇにすることができた。ガセットプレート５５の重量（２枚分）は、約１ｋｇとなる。垂木１０とガセットプレート５５の合計重量は、約１１ｋｇとなるので、約３ｋｇの軽量化を図ることができた。
【００２７】
また、ガセットプレート５５の長さＬを３５０ｍｍとした場合で試算したところ、垂木１０の重量が約７ｋｇでガセットプレート５５の重量（２枚分）が約２ｋｇとなった。垂木１０とガセットプレート５５の合計重量が、約９ｋｇとなるので、約５ｋｇの軽量化を図ることができた。
【００２８】
つまり、ガセットプレート５５を長尺にすると、垂木１０の軽量化を図れる。しかしながら、ガセットプレート５５を長くした分、ガセットプレート５５の重量が増加する。そこで、ガセットプレート５５の長さＬの範囲は、ガセットプレート５５を長尺化したことによる垂木１０の軽量化効果と、ガセットプレート５５の重量の増加量とのバランスを考慮して設定するのが好ましい。以上のことを踏まえると、垂木１０が４０００ｍｍの場合、ガセットプレート５５の長さＬを３００ｍｍ〜６００ｍｍとするのが好ましい。これによって、ガセットプレート５５の長さＬは、垂木の全長に対して０．０７５〜０．１５０倍の範囲の長さとなる。さらに好ましくは、ガセットプレート５５の長さＬを３５０ｍｍ〜５００ｍｍとするのが良い。これによれば、ガセットプレート５５の長さＬは、垂木の全長に対して０．０８８（０．０８７５）〜０．１２５倍の範囲の長さとなる。
【００２９】
図６に示すように、ガセットプレート５５の表面のうち、垂木１０と接する部分には、凸条５８が設けられている。一方、垂木１０の側面のうち、凸条５８に対応する部分には、凹溝１４が形成されている。凸条５８と凹溝１４は、小さい部位であるので、図４の（ｂ）および図６の（ａ）および（ｂ）のみで図示（図号は図６でのみ表示）し、他の図では図示を省略している。凸条５８と凹溝１４は、互いに噛み合うように構成されている。なお、本実施形態では、ガセットプレート５５に凸条５８を形成し、垂木１０に凹溝１４を形成しているが、ガセットプレート５５に凹溝を形成し、垂木１０に凸条を形成するようにしてもよい。
【００３０】
垂木１０と支柱５０との連結部では、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、垂木１０の収容溝１１および支柱５０の収容溝５３にボルトＢの頭部が収容されて、収容溝１１，５３から軸部が突出している。軸部はガセットプレート５５のボルト貫通孔５７（図５参照）を貫通してガセットプレート５５から突出している。ガセットプレート５５から突出したボルトＢの軸部にナットＮを締め付けると、ボルトＢの頭部とナットＮで、収容溝１１の係止部１２とガセットプレート５５が挟持されるとともに、収容溝５３の係止部５４とガセットプレート５５が挟持される。これによって、垂木１０と支柱５０が連結される。
【００３１】
以上のような構成においては、ガセットプレート５５に形成されるボルト貫通孔５７の位置を適宜変更することで、支柱５０の角度と、垂木１０との連結位置を変更することができる。
【００３２】
図１に示すように、一方の垂木１０の上部を支持する支柱５０と、他方の垂木１０の上部を支持する支柱５０との間には、ブレース５９が設けられている。ブレース５９は、プレート材（フラットバー）にて構成されており、２枚のブレース５９，５９が、支柱５０，５０の間で交差するように配置されている。一方のブレース５９の一端は、一方の垂木１０の上部を支持する支柱５０の上部に連結され、一方のブレース５９の他端は、他方の垂木１０の上部を支持する支柱５０の下部に連結されている。他方のブレース５９の一端は、一方の垂木１０の上部を支持する支柱５０の下部に連結され、他方のブレース５９の他端は、他方の垂木１０の上部を支持する支柱５０の上部に連結されている。ブレース５９の両端部にはボルト貫通孔（図示せず）がそれぞれ形成されている。支柱５０の下面に形成された収容溝５３にボルトＢの頭部が収容されて、収容溝５３から軸部が突出している。軸部はブレース５９のボルト貫通孔を貫通してブレース５９から後方に突出している。ブレース５９から突出したボルトＢの軸部にナットＮを締め付けると、ボルトＢの頭部とナットＮで、収容溝５３の係止部５４とブレース５９が挟持される。これによって、支柱５０とブレース５９が連結される。
【００３３】
次に、垂木１０に対するガセットプレート５５の位置関係を説明する。図２に示すように、垂木１０の下端から下端部側のガセットプレート５５（長手方向中心）までの距離をＡ、垂木１０の下端部側のガセットプレート５５から上端部側のガセットプレート５５（長手方向中心）までの距離をＢ、上端部側のガセットプレート５５から垂木１０の上端までの距離をＣとしたとき、
２．５Ｃ≦Ａ≦８．０Ｃ・・・（式１）
２．５Ｃ≦Ｂ≦８．０Ｃ・・・（式２）
の二式を同時に満たす位置にガセットプレート５５を配置するのが好ましい。このような配置にすれば、各ガセットプレート５５の位置で垂木１０に発生するモーメントが小さくなるので、垂木１０の必要断面係数が小さくなる。これによって、垂木１０の断面積を小さくすることができ、垂木１０のさらなる軽量化を図ることができる。
【００３４】
横根太３０は、アルミニウム合金製の押出形材からなる。図１および図２に示すように、横根太３０は、垂木１０上端と下端に配置される端部横根太３０ａと、上下の端部横根太３０ａ，３０ａ間に配置される内側横根太３０ｂの二種からなる。
【００３５】
図７の（ａ）に示すように、端部横根太３０ａは、ウエブ部３１と、上下一対のフランジ部３２，３２とを備えてなる。フランジ部３２，３２は、ウエブ部３１の上下両端から片方向（ウエブ部３１の厚さ方向片側）に延在して設けられており、端部横根太３０ａは、断面コ字状を呈している。以下、上側のフランジ部を「上フランジ部３２ｂ」と称し、下側のフランジ部を「下フランジ部３２ａ」と称する場合がある。ウエブ部３１は、断面矩形で中空に形成されている。ウエブ部３１の上端には溝３１ａが形成されている。下フランジ部３２ａは、ウエブ部３１の下端面と面一になっている。下フランジ部３２ａには、ボルト貫通孔（図示せず）が形成されている。このボルト貫通孔には、収容溝１１から突出したボルトＢの軸部が挿通される。端部横根太３０ａを垂木１０の上面に載置し、下フランジ部３２ａから突出させたボルトＢの軸部にナットＮを締め付けると、ボルトＢの頭部とナットＮで、収容溝１１の係止部１２と下フランジ部３２ａが挟持される。これによって、垂木１０と横根太３０が連結される。
【００３６】
上フランジ部３２ｂは、ウエブ部３１の上端面と面一になっている。上フランジ部３２ｂは、下フランジ部３２ａと平行になっている。上フランジ部３２ｂには、ボルト貫通孔（図示せず）が形成されている。上フランジ部３２ｂのボルト貫通孔には、上フランジ部３２ｂと太陽光パネル２を固定するためのボルトＢの軸部が挿通される。上フランジ部３２ｂの上面には、太陽光パネル２の下端のフランジ２ａが載置される。フランジ２ａにもボルト貫通孔（図示せず）が形成されており、上フランジ部３２ｂのボルト貫通孔とフランジ２ａのボルト貫通孔にボルトＢを挿通させて、ナットＮで締め付けることで、太陽光パネル２が横根太３０に固定される。
【００３７】
図７の（ｂ）に示すように、内側横根太３０ｂは、ウエブ部３１と、ウエブ部３１の上下からそれぞれ両側に延在するフランジ部３２，３２・・とを備えてなり、断面Ｈ字状を呈している。上側のフランジ部３２，３２（上フランジ部３２ｂ，３２ｂ）は、ウエブ部３１の上端から両方向（ウエブ部３１の厚さ方向両側）にそれぞれ延在して設けられている。下側のフランジ部３２，３２（下フランジ部３２ａ，３２ａ）は、ウエブ部３１の下端から両方向（ウエブ部３１の厚さ方向両側）にそれぞれ延在して設けられている。ウエブ部３１とフランジ部３２の形状は、端部横根太３０ａと同様である。内側横根太３０ｂでは、ウエブ部３１の厚さ方向両側の上フランジ部３２ｂ，３２ｂの各上面に、別個の太陽光パネル２のフランジ２ａがそれぞれ載置される。上フランジ部３２ｂのボルト貫通孔とフランジ２ａのボルト貫通孔にボルトＢを挿通させて、ナットＮで締め付けることで、太陽光パネル２が横根太３０に固定される。
【００３８】
図３に示すように、太陽光パネル２は、上辺部の長手方向両端部近傍の２箇所Ｐ１，Ｐ２で二点支持されるとともに、下辺部の長手方向両端部近傍の２箇所Ｐ３，Ｐ４で二点支持されている。つまり、太陽光パネル２は、４つの固定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で固定されている。固定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ近接する角部（太陽光パネル２の四隅）から同等の距離に位置している。太陽光パネル２を支持する四点の固定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を結んでなる長方形（図３中、中央列の太陽電池パネル２のみに二点鎖線にて示す）の各辺は、垂木１０または横根太３０のいずれかと平行となる。具体的には、固定位置Ｐ１，Ｐ２を結ぶ直線と、固定位置Ｐ３，Ｐ４を結ぶ直線が横根太３０と平行となり、固定位置Ｐ１，Ｐ３を結ぶ直線と、固定位置Ｐ２，Ｐ４を結ぶ直線が垂木１０と平行となる。そして、縦方向に並列した太陽光パネル２，２・・の固定位置Ｐ１，Ｐ３を結ぶ各直線が一直線上に並んでいる。また、縦方向に並列した太陽光パネル２，２・・の固定位置Ｐ２，Ｐ４を結ぶ各直線も一直線上に並んでいる。
【００３９】
各太陽光パネル２の設置位置の上下両端に位置する横根太３０，３０（本実施形態では全ての横根太３０，３０・・・）の変形量分布（たわみ曲線）が等しくなるように、横根太３０の断面剛性が設定されている。端部横根太３０ａと内側横根太３０ｂの変形量分布を等しくすれば、各太陽光パネル２の設置位置の上下両端に位置する横根太３０，３０の変形量分布が等しくなる。
【００４０】
以下に、端部横根太３０ａと内側横根太３０ｂの曲げ剛性の関係を説明する。端部横根太３０ａの変形量分布と、内側横根太３０ｂの変形量分布を等しくするためには、
２ＥａＩａ＝ＥｂＩｂ・・・（式３）
Ｅａ：端部横根太３０ａのヤング係数
Ｅｂ：内側横根太３０ｂのヤング係数
Ｉａ：端部横根太３０ａの断面剛性
Ｉｂ：内側横根太３０ｂの断面剛性
を満たすように、断面剛性を設定すればよい。なお、本実施形態では、横根太３０は全て同じ材質（アルミニウム合金）で形成されているので、Ｅａ＝Ｅｂであり、したがって（式３）は、２Ｉａ＝Ｉｂとなればよい。これは、端部横根太３０ａには、各太陽光パネル２の半分の重量が作用するのに対し、内側横根太３０ｂには、その上側の太陽光パネル２の半分の重量と下側の太陽光パネル２の半分の重量（すなわち一枚の太陽光パネル２の重量）が作用するためである。つまり、２Ｉａ＝Ｉｂとすることで、全ての横根太３０，３０の変形量分布が等しくなる。
【００４１】
横根太３０の両端部は、一対の垂木１０，１０からそれぞれ等しい距離で外側に張り出している。横根太３０の張出長さＸは、横根太３０の全長Ｙに対して０．２１０倍である。以下に、張出長さＸの数値の根拠を説明する。架台の基本設計における横根太３０に生じる応力は、２本の垂木（支持点）の位置によって決められる。なお、本実施形態では、太陽光パネル２は、固定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で四点支持されているが、張出長さＸの検討においては、梁（横根太）に等分布荷重が作用すると仮定して計算している。
【００４２】
通常、梁の全長にわたって等分布荷重ｗが作用したとき、梁に生じる曲げモーメントが最大になるのは、梁が両端で支持されているとき、すなわち、梁の張出長さＸが０のときである。このときの横根太の中央部の曲げモーメント（最大曲げモーメント）Ｍは、
Ｍ＝ｗ・ｌ２／８
ｗ：等分布荷重
ｌ：支点間距離
となる。
【００４３】
一方、梁に生じる曲げモーメントが最小になるのは、梁の両端部の張出部分の曲げモーメントＭＸと梁の中央部の曲げモーメントＭＡが等しくなるときである。ここで
ＭＸ＝−ｗＸ２／２
ＭＡ＝［{ｗ（Ｘ＋ｌ）２−ｗＸ２}／２ｌ］・ｌ／２−ｗ／２（Ｘ＋ｌ／２）２
と表されるが、太陽光パネル２の当分布荷重ｗを、一般的な数値である９．８Ｎ（１ｋｇｆ）と設定して、ＭＸ＝ＭＡを満たす横根太の張出長さＸを計算すると、横根太３０の全長Ｙに対して０．２１０倍となる。
【００４４】
ところで、本発明においては、横根太３０に生じる曲げモーメントを、最大曲げモーメントＭの２／３（＝ｗ・ｌ２／１２）以内に制限することとする。この上限を満たす横根太の張出長さＸを計算すると、横根太３０の全長Ｙに対して０．０８５〜０．４１０倍の範囲の長さとなる。
【００４５】
以上のような構成の太陽パネル架台によれば、下記のような作用効果を得られる。
横根太３０の両端部を、垂木１０から張り出させたことによって、横根太３０のスパン中央付近にかかる曲げモーメントを両端支持の単純梁より低減できる。したがって、横根太の両端部を張り出させない場合に比べて、横根太３０の断面２次モーメントを低減することができ、肉厚を薄くして断面積を小さくすることができるので、横根太３０の軽量化を図れる。中でも横根太３０の張出長さＸを、横根太３０の全長Ｙに対して０．０８５〜０．４１０倍の範囲の長さとした場合には、横根太３０にかかる曲げモーメントが最大曲げモーメントの２／３以下となるので好ましい。特に、横根太３０の張出長さＸを、横根太３０の全長Ｙに対して０．２１０倍の長さとした場合が、横根太３０にかかる曲げモーメントが最小となる。
【００４６】
このように、横根太３０に生じる曲げモーメントを制限することで、架台全体に生じる応力を減少させ、軽量かつ十分な強度を有する太陽光パネル架台１を提供することができる。また、太陽光パネル２の荷重に応じて、好適な横根太３０の張出長さＸを算出することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、２本の支柱５０，５０で１本の垂木１０を支持しているので安定している。さらに、一対の垂木１０，１０の上側をそれぞれ支持する支柱５０，５０間にブレース５９を設けたことによって、横倒れしにくい構造となる。また、各垂木１０，１０は、支柱５０に傾斜して支持されているので、太陽光パネル２を太陽の方向に対向させて、効率的な受光を行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態では、ガセットプレート５５を介して、垂木１０を支柱５０に連結するようになっているので、ガセットプレート５５が配置された区間において垂木１０が補強され、スパン中央での撓みが小さくなる。すなわち、垂木１０の実質的な支点間距離を短くできるので、垂木１０にかかる曲げモーメントを低減できる。これによって、垂木１０の肉厚を薄くでき、断面積を小さくできので、垂木１０の軽量化が図れる。
【００４９】
中でもガセットプレート５５の長さＬを、垂木１０の全長Ｍに対して０．０７５〜０．１５０倍の範囲の長さとしたことによって、太陽光パネル架台１の軽量化の効果が大きい。つまり、ガセットプレート５５が垂木１０の全長Ｍに対して０．０７５倍より短いと、十分に曲げモーメントを低減することができず、一方、ガセットプレート５５が垂木１０の全長Ｍに対して０．１５０倍より長いと、ガセットプレート５５の重量が増加し架台全体の軽量化の効果が小さくなってしまう。
【００５０】
また、本実施形態では、ガセットプレート５５による垂木１０の固定位置を前記（式１）および（式２）を同時に満たすように限定して、垂木１０の両端部を支柱５０との支点位置（ガセットプレート５５の位置）から張り出させたことによって、垂木１０の支点付近にかかる曲げ応力が分散される。したがって、垂木１０にかかる曲げモーメントを低減でき、垂木１０の肉厚を薄くでき、断面積を小さくすることができる。これによって、垂木１０のより一層の軽量化が図れる。
【００５１】
さらに、ガセットプレート５５には、凸条５８が設けられ、垂木１０には、凸条５８と噛み合う凹溝１４が設けられているので、ガセットプレート５５と垂木１０の取合い位置の位置決めを容易且つ正確に行なえる。さらには、凸条５８や凹溝１４が補強リブの役目を果たすので、ガセットプレート５５と垂木１０の補強効果を得られる。
【００５２】
また、垂木１０や横根太３０が、アルミニウム合金製の押出形材からなるので、太陽光パネル架台１全体の軽量化を図れる。さらには、各部材の精度を高めることができ、取り付け作業が容易且つ正確に行えるとともに、優れた耐候性と美観を得られる。また、アルミニウム合金は、リサイクル性に優れているため、架台の老朽化が進んだ後に、材料を再利用することができる。
【００５３】
さらには、本実施形態では、太陽光パネル２の設置位置の上辺部と下辺部にそれぞれ位置する横根太３０，３０の変形量分布が等しく、且つ太陽光パネル２を支持する四点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を結んでなる長方形（図３中、二点鎖線にて図示）の各辺は、垂木１０または横根太３０のいずれかと平行となっている。これによって、図９に示すように、固定点Ｐ１とＰ３における上下の各横根太３０の変形量は常に等しく、且つ固定点Ｐ２とＰ４における上下の各横根太３０の変形量は常に等しくなる。したがって、各太陽光パネル２の固定位置Ｐ１，Ｐ３を結ぶ直線と、固定位置Ｐ２，Ｐ４と結ぶ直線は、常に互いに平行な位置関係を保つことができる。したがって、太陽光パネル２は、元の設置面に対して、傾斜したとしても捩れることは殆んどなく、平面度を確保することができる。これによって、太陽光パネル２そのものに発生する変形応力を抑えることができる。また、横根太３０は、ある程度の変形を許容できる（変形しても太陽光パネル２にねじれ応力が殆んど生じない）ので、その分の断面積を低減でき、さらなる軽量化が図れる。
【００５４】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、前記実施形態では、垂木１０や横根太３０がアルミニウム合金製の押出形材にて構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、ステンレス合金にて形成してもよいし、板材を屈曲加工して形成してもよい。
【００５５】
また、前記実施形態では、ブレース５９は、一方の垂木１０の上部を支持する支柱５０と、他方の垂木１０の上部を支持する支柱５０との間に設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、一方の垂木１０の中間部を支持する支柱５０と、他方の垂木１０の中間部を支持する支柱５０との間に設けてもよい。また、一方の垂木１０の上部を支持する支柱５０と、他方の垂木１０の中間部を支持する支柱５０との間に設けてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１ 太陽光パネル架台
２ 太陽光パネル
１０ 垂木
１４ 凹溝
３０ 横根太
５０ 支柱
５５ ガセットプレート
５８ 凸条
５９ ブレース
Ｘ 横根太の張出し長さ
Ｙ 横根太の全長
Ｌ ガセットプレートの長さ
Ｍ 垂木の全長
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光パネルを固定するための太陽光パネル架台において、
縦方向に延在する一対の垂木と、前記垂木に対して直交する二本以上の横根太とを備えており、
前記垂木は間隔をあけて互いに平行に配置され、
前記横根太は、その両端部が前記垂木から張り出すように前記垂木上に架け渡されており、
前記横根太の張出長さが、前記横根太の全長に対して０．０８５〜０．４１０倍の範囲の長さである
ことを特徴とする太陽光パネル架台。
【請求項２】
前記各垂木は、傾斜した状態で２本の支柱に支持されており、
一方の前記垂木を支持する前記支柱と、他方の前記垂木を支持する前記支柱との間には、ブレースが設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光パネル架台。
【請求項３】
前記垂木は、ガセットプレートを介して前記支柱に連結されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽光パネル架台。
【請求項４】
前記ガセットプレートには、凸条または凹溝が設けられ、
前記垂木には、前記ガセットプレートに設けられた凸条または凹溝と噛み合う凹溝または凸条が設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の太陽光パネル架台。
【請求項５】
前記垂木および前記横根太は、いずれもアルミニウム合金製の押出形材からなる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の太陽光パネル架台。
【請求項１】
太陽光パネルを固定するための太陽光パネル架台において、
縦方向に延在する一対の垂木と、前記垂木に対して直交する二本以上の横根太とを備えており、
前記垂木は間隔をあけて互いに平行に配置され、
前記横根太は、その両端部が前記垂木から張り出すように前記垂木上に架け渡されており、
前記横根太の張出長さが、前記横根太の全長に対して０．０８５〜０．４１０倍の範囲の長さである
ことを特徴とする太陽光パネル架台。
【請求項２】
前記各垂木は、傾斜した状態で２本の支柱に支持されており、
一方の前記垂木を支持する前記支柱と、他方の前記垂木を支持する前記支柱との間には、ブレースが設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光パネル架台。
【請求項３】
前記垂木は、ガセットプレートを介して前記支柱に連結されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽光パネル架台。
【請求項４】
前記ガセットプレートには、凸条または凹溝が設けられ、
前記垂木には、前記ガセットプレートに設けられた凸条または凹溝と噛み合う凹溝または凸条が設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の太陽光パネル架台。
【請求項５】
前記垂木および前記横根太は、いずれもアルミニウム合金製の押出形材からなる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の太陽光パネル架台。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５３４７９（Ｐ２０１３−５３４７９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３３６９（Ｐ２０１１−１９３３６９）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（５０２４４４７３３）日軽金アクト株式会社 (107)
【出願人】（０００２５０４３２）理研軽金属工業株式会社 (89)
【出願人】（５００５３８７１５）株式会社住軽日軽エンジニアリング (58)
【出願人】（５０２３１０８７４）株式会社エヌ・エル・エム・エカル (12)
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【出願人】（５９２１８６８０３）日軽形材株式会社 (9)
【出願人】（５９７１２８７１６）日軽産業株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（５０２４４４７３３）日軽金アクト株式会社 (107)
【出願人】（０００２５０４３２）理研軽金属工業株式会社 (89)
【出願人】（５００５３８７１５）株式会社住軽日軽エンジニアリング (58)
【出願人】（５０２３１０８７４）株式会社エヌ・エル・エム・エカル (12)
【出願人】（０００００４７４３）日本軽金属株式会社 (627)
【出願人】（５９２１８６８０３）日軽形材株式会社 (9)
【出願人】（５９７１２８７１６）日軽産業株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
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