JP2000019309A - 採光用フレネルプリズム板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 採光に虹模様が発生せず、しかも眩しさを解
消した透明樹脂製のフレネルプリズム板を提供する。 【解決手段】 片面に凹凸模様２を形成した透明樹脂板
の他面に、断面が連続した三角形状をなす多数の凸条と
してフレネルプリズム１が形成されていることを特徴と
する採光用フレネルプリズム板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば一般住宅、
工場、ビル、マンション等の建物に太陽光を取り入れる
ための採光窓、天窓、採光ドーム等に好適に使用できる
採光用フレネルプルズム板及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】透明な採光板としてはガラス板が一般的
であるが、単なるガラス板は屈折力が弱いため、入射光
の方向によっては部屋の奥まで外光を取り入れにくく、
窓に近い部分だけは明るくなるものの、窓から離れるに
従って暗くなる。このため、野外からの入射光を部屋の
奥にまで効果的に取り入れることができるようにするこ
とが望まれている。

【０００３】従来、上記採光状態を改良するために、透
明な樹脂板にフレネルプリズム形状を賦形したリニアー
型フレネルプリズム板を採光板として用い、広い範囲の
入射光を効果的に採光できるようにすることが提案され
ている（特開平４−４４００１号公報、特開平９−５４
２７４号公報、実願平４−３１１５５号のマイクロフィ
ルム公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リニア
ー型フレネルプリズムは微細なプリズムの連続集合体で
あるため、色収差によって採光に虹模様を生じ、リニア
ー型フレネルプリズム板を単独で用いたり、一般的な平
面ガラス板と組み合わせて用いたのでは自然な採光が困
難で、凹凸面を有する型板ガラスと組み合わせて使用す
ることが必要となる。更に、リニアー型フレネルレンズ
系は、入射光を偏向するのみであり室内への入射光を散
乱することが無いために特定角度に於いては眩しくなる
場合がある。

【０００５】本発明は、採光に虹模様が発生せず、しか
も眩しさを解消した透明樹脂製のフレネルプリズム板を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため鋭意検討した結果、リニアー型フレネルプ
リズム板において、フレネルプリズム板の他の片面に凹
凸模様を形成して光を散乱させることにより、眩しさと
虹模様を解消することを見出して本発明に到達したもの
である。

【０００７】即ち、本発明は、片面に凹凸模様を形成し
た透明樹脂板の他面に、断面が連続した三角形状をなす
多数の凸条としてフレネルプリズムが形成されているこ
とを特徴とする採光用フレネルプリズム板である。

【０００８】本発明においては、フレネルプリズムが、
プリズムピッチが０．５〜３ｍｍ、一方の斜面（抜き勾
配面）の傾斜角度が８０〜８８°、他方の斜面（フレネ
ル面）の傾斜角度が３０±１５°、頂部の曲率半径が
０．０２〜０．３ｍｍであることが好ましいものであ
る。

【０００９】また、凹凸模様が型板硝子状の凹凸模様面
であることが好ましいものである。

【００１０】また、透明樹脂板としてメタクリル樹脂板
を好ましく用いることができる。

【００１１】更に、本発明は、溶融押し出しされた透明
樹脂のシートを溝付ロール（Ｂ）と型付ロール（Ａ）と
の間に挟み込んで、各形状をシートに転写する採光用フ
レネルプリズム板の製造方法であって、一方の斜面の傾
斜角度が８０〜８８°、他方の斜面の傾斜角度が３０±
１５°、深さが０．３〜１．５ｍｍのＶ字状溝がピッチ
０．５〜３ｍｍで表面に多数輪状に設けられた溝付ロー
ル（Ｂ）を用い、溶融押し出しされた透明樹脂のシート
を一旦ポリッシングロールと型付ロール（Ａ）間に挟み
込んで冷却し、ポリッシングロールに接した側のシート
面を透明樹脂のビカット軟化温度以上に加熱してから型
付ロール（Ａ）と溝付ロール（Ｂ）との間に挟み込み、
且つ、型付ロール（Ａ）より離型した側のシート面を空
冷しながら引き取ることを特徴とする上記採光用フレネ
ルプリズム板の製造方法である。

【００１２】本発明の製造方法においては、溝付ロール
（Ｂ）の温度を、型付ロール（Ａ）より高く、しかも透
明樹脂のビカット軟化温度±２０℃の温度とすることが
好ましいものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明における透明樹脂板を構成
する透明樹脂とは、ＪＩＳ・Ｋ−７１０５に準じて測定
したくもり度が１０％以下となる樹脂である。具体的に
は、例えばメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポ
リスチレン樹脂、スチレン−メチルメタクリレート共重
合樹脂等が挙げられる。特に好ましく採用されるもの
は、メタクリル樹脂である。

【００１４】本発明で用いるメタクリル樹脂は、メタク
リル酸メチルを主体とする樹脂が挙げられ、これにはメ
チルメタクリレートの単独重合体、又はメチルメタクリ
レートとメチルアクリレート、エチルアクリレート、ブ
チルアクリレート、アクリロニトリルアクリル酸、メタ
クリル酸、２−ヒドロキシアクリレート、無水マレイン
酸、スチレン、もしくはα−メチルスチレンなどの共重
合可能なモノマーのいずれか一つ以上との共重合体など
が含まれる。これらは単独で用いてもよくブレンドして
もよい。

【００１５】透明性を維持して耐衝撃性を同時に持たせ
るためには、メタクリル系ゴム弾性体を配合した耐衝撃
性メタクリル樹脂が用いられ、そのメタクリル系ゴム弾
性体は特開昭５３−５８５５４号公報、特開昭５５−９
４９１７号公報、特開昭６１−３２３４６号公報等に開
示されている。簡単に説明すると、アクリル系重合体芯
材料の周りに弾性層及び非弾性層を交互に生成させる多
段階逐次重合法により製造される多段重合体である。

【００１６】本発明のフレネルプリズム板は、図１に示
すように、片面に凹凸模様形成面２を形成した透明樹脂
板の他面に、断面が連続した三角形状をなす多数の凸条
としてフレネルプリズム１が形成されている。

【００１７】透明樹脂板の片面は、樹脂基板表面に直接
凹凸模様を形成させ、いわゆるマット加工、エンボス加
工、型板硝子状プリズム加工と称される加工面である。
この凹凸模様面で光を散乱させる形状であり、凹凸模様
の大きさは、微細な凹凸模様のマット目状から数ミリメ
ートルのプリズムパターンまで効果的であり特に限定す
るものではない。

【００１８】本発明のフレネルプリズム板におけるフレ
ネルプリズムは、断面が連続した三角形状をなす多数の
凸条として形成されているものであり、該フレネルプリ
ズムは、プリズムピッチが０．５〜３ｍｍ、平面を基準
としたときの一方の斜面（以下、「抜き勾配面」とい
う。）の傾斜角度が８０〜８８°、他方の斜面（以下、
「フレネル面」という）の傾斜角度が３０±１５°、頂
部の曲率半径が０．０２〜０．３０ｍｍであることが好
ましい。

【００１９】プリズムピッチが０．５ｍｍ未満となる
と、各フレネルプリズム間のＶ字状溝の深さが浅くな
り、良好なフレネル面が得られなくなると共に、フレネ
ルプリズムを賦形するための金型製作が行いにくくな
る。プリズムピッチが３ｍｍを超えると、フレネルプリ
ズム間のＶ字状溝が深くなり、フレネルプリズム部分の
離型性が悪くなったり、水平面化する部分が生じやすく
なる。好ましくは、０．７〜１．５ｍｍである。

【００２０】水平面を基準にしたフレネルプリズムの斜
面の傾斜角度は、抜き勾配面については金型の抜き勾配
で決定される。また、フレネル面については、太陽光及
び散乱光の採光角度と希望する偏向角により決定され
る。

【００２１】即ち、抜き勾配面の傾斜角度が８８°を超
えると金型からの離型性が悪くなり、８０°未満では採
光効率が悪くなる。好ましくは、８５±２°である。

【００２２】フレネル面の斜面角度は、採光する光の入
射角度に関係し、例えばフレネルプリズムのフレネル面
の斜面角度を１５°とした場合、７５°以上の高度にあ
る太陽光は受光できないが、０〜７５°の太陽光及び散
乱光は受光できる。太陽光の高度角度は、緯度、季節及
び時間により刻々変化する。国内においては、春分の日
及び秋分の日前後における太陽の高度角が概ね５０〜６
０°にある。従って、通常フレネル面の傾斜角度は、３
０±１５°に設定することが好ましい。この場合、０〜
６０±１５°の太陽光及び散乱光を採光することができ
る。

【００２３】また、図２に示されるように、フレネルプ
リズムにおける頂部３に適度な曲率半径を付与すること
により、入射光が波長分布に分光されることが抑制さ
れ、偏向角に幅が得られることから、採光から虹模様を
消すことが可能となり好ましい。尚、図２において、４
が抜き勾配面、５がフレネル面である。

【００２４】頂部の曲率半径は０．０２〜０．３ｍｍで
あることが好ましい。０．０２ｍｍ未満では虹模様が発
生しやすい。０．３ｍｍを超えるとフレネル面が小さく
なり、採光性に問題が生じる。好ましくは０．１５±
０．１０ｍｍである。

【００２５】本発明のフレネルプリズム板の厚さは０．
５〜５ｍｍの範囲が好ましいが、特に限定されるもので
はない。

【００２６】本発明のフレネルプリズム板は、表面平滑
な透明樹脂板を加熱して、真空成形、圧空成形、圧縮成
型等で製造することもできるが、Ｔダイから押し出した
透明樹脂板を、フレネルプリズム形状のＶ字状溝を彫り
込んだ溝付ロールとポリッシングロールとの間に挟み込
む、押し出しシート成形法を利用した成形法により製造
すると、容易に大型のものを得ることができる。

【００２７】以下、本発明のフレネルプリズム板の好ま
しい製造方法を図面に基づいて説明する。

【００２８】図３は本発明で使用するフレネルプリズム
板の製造装置の一例を示す概略図、図４は本発明で用い
る溝付ロール１２の拡大図である。

【００２９】図３中１１は冷却用のポリッシングロール
（通常、表面は鏡面）、１２は冷却及びフレネルプリズ
ム賦形用の溝付ロール（Ｂ）、１３は冷却及び凹凸模様
賦形用の型付ロール（Ａ）、１４は押し出されたシー
ト、１５はＴダイリップ、１６は引き取りロール、１７
は加熱装置、１８はエアスティック装置である。中央に
位置する型付ロール（Ａ）１２の左にポリッシングロー
ル１１、右に溝付ロール（Ｂ）１３が配置されており、
Ｔダイリップ１５から押し出された透明樹脂のシート１
４は、型付ロール（Ａ）とポリッシングロール１１間か
ら溝付ロール（Ｂ）１２と型付ロール（Ａ）１３間を通
って、引き取りロール１６で引き取られるものである。
また、溝付ロール１２の表面には、図４に示されるよう
に、微細なＶ字状溝が多数輪状に設けられている。

【００３０】図３に示される装置による場合、押し出し
機（図示していない）内で溶融され、Ｔダイリップ１５
を通して押し出された溶融状態の透明樹脂のシート１４
は一端ポリッシングロール１１と型付ロール（Ａ）１３
間に挟み込まれて冷却され、ポリッシングロール１１と
型付ロール（Ａ）１３間を出たところで加熱手段１７で
加熱された後、溝付ロール（Ｂ）１２と型付ロール
（Ａ）１３間に挟み込まれてフレネルプリズムの賦形が
なされ、次いでシート１４の凹凸模様形成面側がエアス
ティック装置１８で空冷されながら引き取られることに
なる。加熱手段１７によるシート１４の加熱は、溝付ロ
ール（Ｂ）１２と接触する側のシート１４の表面を透明
樹脂のビカット軟化温度以上とするものである。また、
エアスティック装置１８によるシート１４の空冷は、一
端賦形されたＶ字状溝のパターンがシート１４の蓄熱に
よって崩れるのを防止するものである。上記のように、
一端冷却してからこのような加熱と空冷を行うことで、
形状の転写性を改善することができる。

【００３１】溝付ロール（Ｂ）１２の温度は、型付ロー
ル（Ａ）１３より高く、しかも透明樹脂のビカット軟化
温度±２０℃の温度であることが好ましい。溝付ロール
（Ｂ）１２の温度が型付ロール（Ａ）１３の温度より低
くなると、透明樹脂が型付ロール（Ａ）１３に巻き付き
やすくなり、溝付ロール（Ｂ）１２へのシート１４の移
行が困難となる。溝付ロール（Ｂ）１２の温度が型付ロ
ール（Ａ）１３の温度より高くても、透明樹脂のビカッ
ト軟化温度＋２０℃を超えて高くなると、溝付ロール
（Ｂ）１２へのシート１４の密着が強固となり、離型が
悪くなり、透明樹脂のビカット軟化温度−２０℃未満の
温度となると、透明樹脂の溝付ロール（Ｂ）１２への食
い込みが鈍り、Ｖ字状溝のパターン転写が甘くなる。

【００３２】尚、ポリッシングロール１１，型付ロール
（Ａ）１３の温度は、一般的に６０℃以上に設定するこ
とが好ましく、これによってシート１４の反りを防止し
やすくなる。また、型付ロール（Ａ）１３の方を高い温
度に設定することが好ましい。ポリッシングロール１
１，型付ロール（Ａ）１３間の温度差は６５℃以内とす
ることが好ましく、特に１０〜３０℃の温度差とするこ
とが好ましい。

【００３３】いずれの装置においても、ポリッシングロ
ール１１，型付ロール（Ａ）１３と溝付ロール（Ｂ）１
２の直径は特に制限はなく、また同じ径に統一する必要
もないが、通常直径は２００ｍｍ以上であり、特に２５
０〜５００ｍｍの同一径が好ましい。

【００３４】溝付ロール（Ｂ）１２の表面に設けられて
いるＶ字状溝は、ピッチが０．５〜３ｍｍ、水平面を基
準としたときの一方の斜面（以下、「抜き勾配面」とい
う））の傾斜角度が８０〜８８゜、他方の斜面（以下、
「フレネル面」という。）の傾斜角度が３０±１５゜、
深さが０．３〜１．５ｍｍである。

【００３５】Ｖ字状溝のピッチ、抜き勾配面の傾斜角
度、フレネル面の傾斜角度は、フレネルプリズム板につ
いて説明したのと同様の理由で、上記範囲であることが
必要である。

【００３６】また、Ｖ字状溝の深さが０．３ｍｍ未満で
は、浅過ぎて良好なフレネル面の成形が困難となり、
１．５ｍｍ以上では離型性が悪くなる。

【００３７】溝付ロール（Ｂ）１２を製造するには任意
の方法が採用されるが、一般的には彫刻やエッチング加
工等が好ましく採用される。溝付ロール（Ｂ）の表面粗
さは、ＪＩＳ・Ｂ−０６０１の６Ｓ以下が好ましい。

【００３８】本方法によると、シート１４を型付ロール
（Ａ）１３と溝付ロール（Ｂ）１２間に挟み込んだ時
に、Ｖ字状溝の底部コーナーに透明樹脂の未充填部を残
すことで、フレネルプリズムの賦形性を大きく損なうこ
となく、フレネルプリズムの頂部に適当な曲率半径を持
たすことが可能となる。つまり、本方法によって得られ
るフレネルプリズム板表面のフレネルプリズム形状は、
押し出し時の透明溶融樹脂の粘度（流動性）により異な
るが、断面三角形状の凸条として形成されるフレネルプ
リズムの高さがＶ字状溝の深さの概略１／２以上で、フ
レネル面と抜き勾配面の傾斜角度が良好に転写されてい
ると共に、図２に示すように、頂部が適度な曲率半径を
有するものとなりやすい。

【００３９】本発明によって製造されるフレネルプリズ
ム板の厚みは、一般的には０．５〜５ｍｍの範囲である
が、特に限定されるものではない。このフレネルプリズ
ム板の厚さは、ポリッシングロール１１，型付ロール
（Ａ）１３及び溝付ロール（Ｂ）２の各ロール間隔を調
整することで決定される。

【００４０】本発明のフレネルプリズム板には、透明樹
脂板の色調、光学特性及びその他物性を損なわない範囲
において、他の成分、例えば充填材、拡散剤、離型材、
熱安定剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤等の添
加剤を透明樹脂原料の製造時や透明樹脂板成形時等の任
意の過程において含有させることができる。特に、Ｔダ
イによる押し出しシート成形法を用いたポリッシングロ
ールと溝付ロールによる形状付与の場合、高級脂肪酸、
高級脂肪酸エステル類の離型剤を配合すると好適であ
る。

【００４１】

【実施例】以下、実施例、比較例で本発明を具体的に説
明する。尚、実施例及び比較例における評価及び測定方
法は次の通りである。

【００４２】（１）フレネルプリズム断面形状 フレネルプリズム断面形状は、成形品サンプル小片をエ
ポキシ樹脂に包埋固化した後、ミクロトームによりフレ
ネルプリズム形成面の断面を削り出し、顕微鏡で拡大観
察し、フレネルプリズムにおけるプリズムのピッチ、フ
レネル面の傾斜角度、抜き勾配面の傾斜角度及び頂部の
曲率半径を計測した。

【００４３】（２）虹模様の有無 フレネルプリズム板を外光にかざし、虹模様の発現性を
目視判断した。虹模様が確認される場合×、虹模様が見
られない場合○とした。

【００４４】（３）フレネルプリズム面の輝度 暗室の一部にリニアー型フレネルプリズム板を縦に且つ
プリズム板のリニアー面を上になるように設置し、前方
約３０°の高さから蛍光灯によるスポット光を照射し、
フレネルプリズム面の明るさを輝度計（ミノルタ製ＣＳ
１００型）で測定した。

【００４５】（４）ビカット軟化温度 ＪＩＳ・Ｋ７２０６に準拠して測定した。

【００４６】（実施例１）図３に示す装置を接続した押
し出し機を用い、ビカット軟化温度が１１３℃のメタク
リル樹脂（商品名：デルパウダー７０Ｈ、旭化成工業
製）を成形温度２６０℃で溶融押し出しし、幅１２００
ｍｍのＴダイリップ１５を通してシート１４とし、直径
３５０ｍｍの型板硝子模様の凹凸面の型付ロール（Ａ）
１３（設定温度：１００℃）と直径３５０ｍｍの鏡面状
ポリッシングロール１１（設定温度：１００℃）で挟
み、引続き直径３５０ｍｍの溝付ロール（Ｂ）１２（設
定温度：１０５℃）に挟み込む前に加熱装置（遠赤外線
ヒーター）１７でシート１４表面層のみ１１３℃に加熱
した後、上記型付ロール（Ａ）１３と溝付ロール（Ｂ）
１２間に挟み、エアースティック装置１８により空冷し
ながら引き取り、厚み２ｍｍ、幅１２００ｍｍのフレネ
ルプリズム板を連続的に成形した。

【００４７】溝付ロールのＶ字状溝は、抜き勾配面の傾
斜角度が８７°、フレネル面の傾斜角度が３５°、深さ
が０．６５ｍｍ、ピッチが１．０ｍｍとした。

【００４８】評価結果を表１に示す。

【００４９】（比較例１）型付ロール（Ａ）１３にかえ
て鏡面状ポリッシングロールを用いた以外は実施例１と
同一条件で、片面に凹凸模様の無いフレネルプリズムを
作製した。

【００５０】評価結果を表１に示す。約３０°の高さの
スポット光源が水平な入射光となり特定の位置において
眩しいものである。

【００５１】（比較例２）圧縮成型法で作製された市販
の１５ｃｍ角で片面が平滑なフレネルレンズを評価し、
その結果を表１に示す。約３０°の高さのスポット光源
が水平な入射光となり特定の位置において眩しいもので
ある。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【発明の効果】採光に虹模様が発生せず、しかも眩しさ
が解消されたフレネルプリズムを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフレネルプリズム板の一例を示す拡大
斜視図である。

【図２】図１のフレネルプリズム部の拡大断面模倣図で
ある。

【図３】本発明で使用するフレネルプリズム板の製造装
置の一例を示す概略図である。

【図４】本発明で用いる溝付ロールの拡大図である。

【符号の説明】

１ フレネルプリズム ２ 凹凸模様形成面 ３ 頂部 ４ 抜き勾配面 ５ フレネル面 １１ ポリッシングロール １２ 溝付ロール（Ｂ） １３ 型付ロール（Ａ） １４ シート １５ Ｔダイリップ １６ 引き取りロール １７ 加熱装置 １８ エアースティック装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｌ 7:00 11:00

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 片面に凹凸模様を形成した透明樹脂板の
   他面に、断面が連続した三角形状をなす多数の凸条とし
   てフレネルプリズムが形成されていることを特徴とする
   採光用フレネルプリズム板。
2. 【請求項２】 フレネルプリズムが、プリズムピッチが
   ０．５〜３ｍｍ、一方の斜面（抜き勾配面）の傾斜角度
   が８０〜８８°、他方の斜面（フレネル面）の傾斜角度
   が３０±１５°、頂部の曲率半径が０．０２〜０．３ｍ
   ｍであることを特徴とする請求項１に記載の採光用フレ
   ネルプリズム板。
3. 【請求項３】 凹凸模様が型板硝子状の凹凸模様面であ
   ることを特徴とする請求項１または２に記載の採光用フ
   レネルプリズム板。
4. 【請求項４】 透明樹脂がメタクリル樹脂であることを
   特徴とする請求項１〜３に記載の採光用フレネルプリズ
   ム板。
5. 【請求項５】 溶融押し出しされた透明樹脂のシートを
   溝付ロール（Ｂ）と型付ロール（Ａ）との間に挟み込ん
   で、各形状をシートに転写する採光用フレネルプリズム
   板の製造方法であって、一方の斜面の傾斜角度が８０〜
   ８８°、他方の斜面の傾斜角度が３０±１５°、深さが
   ０．３〜１．５ｍｍのＶ字状溝がピッチ０．５〜３ｍｍ
   で表面に多数輪状に設けられた溝付ロール（Ｂ）を用
   い、溶融押し出しされた透明樹脂のシートを一旦ポリッ
   シングロールと型付ロール（Ａ）間に挟み込んで冷却
   し、ポリッシングロールに接した側のシート面を透明樹
   脂のビカット軟化温度以上に加熱してから型付ロール
   （Ａ）と溝付ロール（Ｂ）との間に挟み込み、且つ、型
   付ロール（Ａ）より離型した側のシート面を空冷しなが
   ら引き取ることを特徴とする請求項１〜４に記載の採光
   用フレネルプリズム板の製造方法。
6. 【請求項６】 溝付ロール（Ｂ）の温度を、型付ロール
   （Ａ）より高く、しかも透明樹脂のビカット軟化温度±
   ２０℃の温度とすることを特徴とする請求項５に記載の
   採光用フレネルプリズム板の製造方法。