JP2005321766A - 遮光方法および遮光板 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の窓においては、陽光で冷房負荷が増大したり、陽光が眩しかったり、屋外から覗き見られる不都合があった。この課題に対処するため、ブラインドや様々な遮光方法が提案されているが、構造が複雑であったり、製造が困難であるなどの欠点があった。このため、より簡単な遮光方法が求められていた。
【解決手段】透明板の両面に、不透明な遮光帯を横縞状に形成し、この遮光帯で所定の角度を超えて差し込む陽光を、屋外に跳ね返したり吸収することで遮光し、前記課題を解決するものである。自然光による屋内の明るさを確保しながら、直射陽光による冷房負荷が軽減でき、防眩ができる光線の遮断方法と遮光板を提供するものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、自然光による採光と屋外景観を眺望するために建造物の外壁に、垂直に設けられる窓において、太陽直射光からの防眩と冷房負荷の軽減、覗き見防止を目的とする遮光方法と遮光板に関するものである。

従来から、透明なガラス板を用いた窓が広く使われているが、太陽直射光が冷房負荷を増大させたり、暖房の輻射熱を屋外に放散させてしまう不都合があった。また、直射光が眩しかったり、屋外から覗き見られるなどの不都合もあった。この不都合を改善するために様々な方法が提案されている。

例えば、広く実用されているブラインドは、ガラス窓の内側に吊下げて用いられるが、独立した構造体であるために費用が掛かり、汚れやすく清掃しにくく、太陽の高度に合わせてその都度に角度調節を要する欠点があった。
また、窓ガラスに蒸着した半透明の金属膜で鏡のように直射光を屋外に跳ね返す方法では、防眩のために金属膜を厚くすると屋内側への透過光線量が少なくなって屋内が暗くなったり、屋外に跳ね返された光線が対面する建物に２次的に影響を与えるなどの不都合があった。

これらの不都合を解決するために、透明板の両面に所定の幅の吸収層を所定のピッチで並設することが特許文献１に開示されている。さらに特許文献１には、吸収層の幅と透過部の幅とを計算する方法が示されている。
特開昭６１−１００７０１号広報

特許文献１に記載されている遮光方法は、透明板の両面に並設される遮光層の幅および透過部の幅を決定する方法が示されているものの、遮光層の幅や透光部の幅が一定ではなく、作製が困難である。

本発明は上記の事由に鑑みて、自然光による屋内の明るさを確保しながら、太陽直射光を遮光でき、屋外の眺望と目隠しもできる遮光方法と遮光板を提供することにある。

ガラスやアクリル樹脂などの透明板の両面に、不透明な遮光帯を横縞状に形成し、この遮光帯で所定の角度を超えて屋内に透過しようとする陽光を、屋外に跳ね返したり吸収することで遮光し、前記課題を解決するものである。

すなわち、本発明の遮光方法はは、透明板の両面に遮光帯を設けて遮光する遮光方法において、透明板の表面（屋外側面）と裏面（室内側面）に、光線が透過可能な同じ幅ａの帯状の表透過帯および裏透過帯と、光線が透過できない同じ幅ｂの帯状の表遮光帯および裏遮光帯とを水平方向に複数並設し、透明板の厚みｔ、表遮光帯の下端と裏遮光帯部の上端を結ぶ仰視角α、表遮光帯の上端と裏遮光帯の上端を結ぶ伏視角β、表遮光帯の上端と裏遮光帯の下端を結ぶ重角γにより、ａ＝ｔ×（ｔａｎα＋ｔａｎβ）であり、ｂ＝ｔ×（ｔａｎβ＋ｔａｎγ）であり、ａとｂとがともに０とならないように、仰視角αと伏視角βと重角γとをいずれも０度から最大屈折角の範囲で設定することを特徴とする遮光方法。

また、本発明の遮光板は、仰視角αを０度〜２０度の範囲で設定されていることを特徴とする、前記遮光方法に用いる遮光板である。

また、本発明の遮光板は、重角γが最大屈折角に設定されていることを特徴とする、前記遮光方法に用いる遮光板である。

また、本発明の遮光板は、表透光帯と表遮光帯の幅がともに透明板の厚みの０．２〜１．７倍の間で設定されていることを特徴とする前記遮光方法に用いる遮光板である。

また、本発明の遮光板は、伏視角、仰視角あるいは重角を増加あるいは減少するように段階的に変化させたことを特徴とする前記遮光方法に用いる遮光板である。

本発明の遮光方法と遮光板は、屋外の眺望を確保したうえで、屋内屋外間の輻射熱の透過を遮断して冷暖房負荷を軽減させ、防眩と目隠しができるものであるが、従来公知のブラインドや半透明金属膜による遮光方法などに比べて、構造が極めて簡単である利点を有するものである。

本発明の遮光方法と遮光板は、広く使われている従来からの窓ガラスに、帯状の遮光帯を印刷するだけの方法で実現できる。あるいは、従来からの窓ガラスに沿って本発明による遮光板を重ねる方法でもよい。本体となる透明板にはガラスやアクリル樹脂のように透明度が高くて屈折率の大きい材料が適している。

汎用語との混同を避けるために、以下の説明においては、太陽の直射光を陽光（平行光線）、その高度（仰角）を陽角、全方角から差し込む陽光以外の光線を自然光（散乱光線）と称する。また、透明板内を進行する光線を入射光、その角度を入射角、透明板を反対面まで透過する光線を透過光、透過した光線の角度を透過角と称する。また、遮光角とは屋内への透過が阻止できる陽角、遮光範囲とは遮光角の範囲を指し、透視角とは屋内から屋外を透視できる仰角または伏角、透視範囲とは透視角の範囲を指す。また、表遮光帯や表透過帯のある側を屋外、対する側を屋内と称する。さらに、裏遮光帯で反射した入射光が表遮光帯で２次反射して屋内に到達する光線を漏れ光線と称する。なお、透視範囲は遮光範囲以外の範囲と同じになる。

図１は、本発明による遮光板の正面図、図２は側面図である。透明板は建物の外壁の窓に用いられるもので、水平面に垂直状態で使用され、透明板の建物の室外側の面を表面、室内側の面を裏面とする。遮光板１０は、透明板１の表面と裏面には不透明な帯状の表遮光帯２と裏遮光帯３が、表透過帯４および裏透過帯５を挟んで水平の縞状に形成されたものである。
表遮光帯２と裏遮光帯３は、原則として反射率の高い材料で形成することが望ましく、白色顔料などによる印刷や塗装のほか、反射率の高い蒸着金属膜などで形成する。しかし、後述の如く裏遮光帯３で反射した光線の一部が表遮光帯２で２次反射して屋内に漏れ光線となって漏れる可能性があることや、屋外側からの外観、屋内側の雰囲気なども加味して最適な色彩や透過度を選択する。

図３は図２の一部を拡大したもので、表遮光帯２と裏遮光帯３、表遮光帯２に隣接する表透過帯４および裏遮光帯３に隣接する裏透過帯５で平行四辺形の遮光ユニット６を構成しており、遮光板１０は遮光ユニット６が上下に複数連結して板状に形成されていることになる。αは表遮光帯２の下端（表透過帯４の上端）と裏遮光帯３の上端（裏透過帯５の下端）を結ぶ仰視角、βは表遮光帯２の上端と裏遮光帯３の上端を結ぶ伏視角、γは表遮光帯２の上端と裏遮光帯３の下端を結ぶ重角である。遮光板１０には陽角０度から９０度の陽光が当たるが、透明板内を進行する入射光の最大入射角は透明板１の最大屈折角δに等しい。透明板１の屈折率をｋとすると最大屈折角δ＝ａｓｉｎ（1／ｋ）となり、最大屈折角δを超える角度で進行する入射光は存在しないから、仰視角α、伏視角β、重角γのいずれも、最大屈折角δ以下の角度に設定すればよいことになる。
表透光帯の幅と裏透光帯の幅とは等しい幅ａにし、また、表遮光帯の幅と裏遮光帯の幅も等しい幅ｂとする。

透明板の厚みをｔとすると、ａ＝ｔ×（ｔａｎα＋ｔａｎβ）であり、ｂ＝ｔ×（ｔａｎβ＋ｔａｎγ）である。

仰視角αと伏視角βとをともに０度にすると、表透光帯（裏透光帯）の幅ａが０となり、また、伏視角βと重角γとをともに０度にすると、表遮光帯（裏遮光帯）の幅ｂが０となるので、仰視角α、伏視角β、重角γは、表透光帯（裏透光帯）の幅ａと表遮光帯（裏遮光帯）の幅ｂとが０とならないように設定する。

表透光帯２と表遮光帯４の幅がともに透明板の厚みの０．２〜１．７倍の間で設定されていることが望ましい。

冷房負荷の軽減を目的として、太陽光を遮光するためには、遮光する陽角を３０度以上にすることが望ましく、従って、仰視角αを陽角３０度に対して決定することが望ましい。また、重角γを最大屈折角δとすることが望ましい。

図４は、図３において、仰視角α＝０度、伏視角β＝δ、重角γ＝δの場合を示すもので、表裏遮光帯２、３と表裏透過帯４、５の幅の割合が２対１の構成になったものである。図４において光線の経路を説明すると、陽角が小さい陽光ａ１、ａ２はいずれも表遮光帯２や裏遮光帯３に遮られて反射または吸収される。同様に陽角が大きい陽光ａ３やａ４も反射または吸収される。

この仕様では、陽角０度以上の全ての陽光が遮光されて遮光範囲は０度から９０度となる。ただし、一部の入射光は光線ａ３で示す点線の経路のように、漏れ光線となるものもある。一方、屋内からは光線ａ５の方角に伏視角βで０度から最大屈折角δの範囲、つまり水平から真下までの広範囲で屋外が眺望できることになる。しかし、表透過帯２から透明板１に入射する自然光は全体の約３分の１で、そのうち裏透過帯５から屋内に透過する自然光はその一部となるから、この仕様では屋内の明るさを充分に確保できない恐れがある。

図４の例では、陽角が９０度の陽光まで遮断することを前提としたが、実際には太陽の南中高度は真夏でも７５度前後（東京の場合）であること、陽角の大きい陽光は窓の投影面積分しか射し込まないから、高度の高い正午ころの窓に差し込む陽光の熱量はそれほど多くないこと、しかも室内の奥深くまで到達しないこと、陽角が３０度以上ではグレアー防止の観点では防眩の配慮を必要としないこと、などを織り込むことができる。

具体的には、防眩のために必要な重角γは陽角で３０度に相当する角度であればよい。また、遮光板の上部や下部では、眺望のための伏視角βは少なくてよい。また、グレアー防止の面で窓の上部から目線までの部分では仰視角αが少ないことが望まれるが、腰かけた姿勢での目線以下の部分では防眩を考慮しなくてよいから、仰視角αは最大屈折角δに設定してもよいことになる。つまり、遮光板の上下方向の位置で陽光の遮光範囲をそれぞれ最適な角度に設定することで、自然光をより多く取り入れて充分な屋内の明るさを確保することができる。

また、窓の方角によって、直射光の当たり方が大きく異なるから、それぞれの窓の向きに合わせて遮光範囲を最適に設定することで、屋内の明るさをより確保できる。南向きの窓には主として陽角の高い陽光しか入らないから、朝日や夕陽が射し込む東向きや西向きの窓に比べて、自然光を多く取り入れるために遮光範囲をより少なくるすることができる。

図５と図６は、この点を考慮に入れて遮光板の上方部分と下方部分で、仰視角α、伏視角β、重角γを段階的に変えた遮光板１０を示している。表（裏）遮光帯２（３）に対して表（裏）透過帯４（５）の幅の割合を高めることができるから、屋内に透過する自然光が増えて屋内の明るさをより確保できる。重角γを陽角で３０度に相当する角度に設定し、仰視角αと伏視角βを０度から最大屈折角δまで段階的に変えて設定したもので、この仕様では、窓に接近して屋外を見た場合、上部では水平線より下方が狭い透視範囲でしか眺望できないが、下部では上下に広い透視範囲で屋外が眺望できることになる。また、窓際から離れて屋外を眺望した場合には、窓の上下幅全体で屋外が透視できる。しかし、屋内が相対的に明るい夜間に屋外から屋内を見と、下方からは屋内が見えることになる。

陽角３０度に相当する重角γは、屈折率Ｋを用いて、ａｓｉｎ（１／２／Ｋ）で求められ、例えば、アクリル樹脂の場合、Ｋ＝１．４９として、重角γは１９．６度、ガラスの場合Ｋ＝１．５２としてを重角γは１９．２度とすればよい。

図５−ａは上部の遮光ユニットのおける光線の経路を示し、表透過帯４からの光線ｂ１、光線ｂ２は屈折して裏透過帯５から屋内に透過する。光線ｂ１は仰角で３０度を超える陽光に相当し、この角度では眩しさを感じることは少ないと言われる。また、図５−ｂは、中ほどに位置する遮光ユニットの場合を示し、図５−ａにおける光線ｂ１と同じ経路の光線ｂ３のほか、入射角が仰視角α以下の光線ｂ４が屋内に透過する。同時にこの範囲で屋外が眺望でき透視範囲となる。さらに図６は、下方に位置する遮光ユニットにおける光線の経路を示すもので、ほぼ水平方向の光線ｂ５から陽角の大きい陽光ｂ６まで、広い範囲の陽光が屋内に透過する。また、光線ｂ７の経路で屋外が眺望できる。なお、陽光の一部には光線ｂ８の点線で示す光線のように、裏遮光帯３で反射した後に表遮光帯２で２次反射して漏れ光線となるものもある。このように遮光板の下部に位置する遮光ユニットにおいては遮光範囲が少なくなるが、遮光板全体としては高い割合で陽光を遮光できるので、冷暖房負荷を軽減して省エネにも役立つものである。

本発明の遮光方法と遮光板は、遮光板に当たる陽光のうち、一部が表透過帯３から透明板１に入射し、さらにその一部が裏透過帯５から屋内に透過し、残りの光線が表遮光帯２や裏遮光帯３に当たって屋外に跳ね返されるか、吸収される遮光方法であるため、陽光の遮光範囲や屋内からの透視範囲、漏れ光線の割合は、仰視角αや伏視角β、重角γ、透明板の屈折率、表裏遮光帯の反射率などに影響される。

陽光の遮断よりも目隠しを主目的とする場合は、伏視角βや重角γをほぼ最大屈折角δに設定し、仰視角αを０度あるいはマイナス値に設定することで達成できる。ただし、仰視角αをマイナス値に設定すると屋内への自然光が少なくなる。

また、本発明の遮光板の遮光帯と透過帯を水平面に垂直に形成することにより、左右の方向すなわち水平方向の視野を制限し、目隠しができる。

本発明の遮光方法と遮光板は、構造が極めて簡単な特徴を有するが、汎用されているブラインドに比べて、太陽の高度に関係なく遮光できるから調節の必要がないこと、汚れにくくて清掃しやすいこと、窓ガラスに応用すれば特別な部材を必要としない。

また、仰視角αを例えば２０度とすると、陽角はほぼ３０度となり、太陽の南中高度が夏季高く冬季は低いから、夏季は正午を中心に長時間にわたって陽光を遮光できるのに対して、冬季は短時間だけ遮光するように、自然に調整され、夏季の冷房負荷を低減することができる。
なお、例えば東向きの窓に遮光板を設置する場合、太陽の軌跡（陽が昇るにつれてより東南の方角に太陽が移動する）に合わせるように遮光板を左方向に傾けると、遮光板に対する太陽の角度の変化が少なくなって遮光板の仕様の設定がしやすくなる。

複層ガラスの空気層を挟んで、対向するガラスの面に遮光帯と透過帯を設ける場合など、透明板の代わりに空気を挟んだ場合、遮光帯（透光帯）の間の屈折率はほぼ１となって、陽光は屈折しないで直進するから、図４の仕様と同一の仕様で遮光しようとすると、伏視角βや重角γが陽角に合わせて決定することになり、遮光帯の幅が非常に大きくなり、その結果、自然光の透過量が不足して実用にならないことになる。逆に屈折率のより大きな材料で透明板を形成すれば、遮光範囲が同じでも、より多くの自然光を取り入れられるから室内の明るさを高めることができる。さらに、透明板には、屈折率の大きいものを用いることが好ましい。

なお、図７に示すように、２枚の透明板を重ねて、その１枚に表遮光帯と表透過体を設け、他の１枚に裏遮光帯と裏透過体を設けて、２枚重ね合わせて遮光板を構成してもよい。図７に示す遮光板の例では、２枚の内の１枚を他の１枚に対して上下にずらせることで、仰視角α、伏視角β、重角γを変化させて微細に調節できるから、太陽の高度に合わせて遮光角や遮光範囲を加減することができる。

以上のごとく本発明の遮光方法は、透明板の表面と裏面に、光線が透過可能な帯状の表透過帯および裏透過帯と、光線が透過できない帯状の表遮光帯および裏遮光帯からなる外観が横縞状の遮光板を形成し、表透過帯から透明板に入射した光線のうち、陽光の所定の入射角の光線だけを裏透過帯から透過させるように構成した遮光方法であり、極めて簡単な構造で陽光を遮光することができる。また、本発明の遮光板は、視野角を制御することも可能であり、覗き見を阻止することができる。また、透過光の角度の範囲で外側を眺望できるものである。

さらに、遮光方法を平らな透明板で説明したが、例えば乗用車の後部窓ガラスのように緩やかに湾曲した透明板や、円筒形の曲面をした透明板を水平断面が円形になるように用いる場合でも、遮光板として同様に機能させることができる。

図８に示すように、厚み５０μｍのＰＥＴフィルム１１の片面に厚み２０μｍの粘着剤１３を塗布し、その上から剥離用の厚み２５μｍのＰＥＴフィルム１２を重ね合わせ、厚み５０μｍの粘着剤を塗布した面とは反対側の面に、幅２．８ｍｍの遮光帯１４を２．１ｍｍ間隔で、スクリーン印刷によって白色のインキを塗布し、形成した。

前記遮光帯１４を形成したＰＥＴフィルムを２枚作製し、厚み３ｍｍの透明なガラス板の両面に、重角γが４０度になるように剥離用ペットフィルムを剥がして、接着し、遮光板とした。

この遮光板の、仰視角αは約３０度、伏視角βは約５度であり、陽角の大きい太陽光の遮光と、明るい室内の採光のできる遮光板であった。

本発明の遮光方法は、窓ガラス自体に応用できるが、単独の遮光板として形成して既設の窓ガラスに併設してもよい。また、柔軟な樹脂で形成してロールブラインドとして遮光が必要な時にだけ使用できるように構成したり、フィルムのように薄く成形して窓ガラスに貼り付けることもできる。

本発明の遮光板の正面図である。 図１の遮光板の側面図である。 遮光ユニットの断面図である。 光線の経路を説明するための遮光板の側面図である。 遮光板の側面図で上部の遮光ユニットにおける光線の経路を示すものである。 遮光板の側面図で下部の遮光ユニットにおける光線の経路を示すものである。 ２枚の透明板で構成される本発明の遮光板の側面図である。 ＰＥＴフィルムに形成した遮光帯と透光帯を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ 透明板
２ 表遮光帯
３ 裏遮光帯
４ 表透過帯
５ 裏透過帯
６ 遮光ユニット
１０ 遮光板
１１ ＰＥＴフィルム
１４ 遮光帯
１５ 透光帯

Claims (5)

1. 透明板の両面に遮光帯を設けて遮光する遮光方法において、透明板の表面（屋外側面）と裏面（室内側面）に、光線が透過可能な同じ幅ａの帯状の表透過帯および裏透過帯と、光線が透過できない同じ幅ｂの帯状の表遮光帯および裏遮光帯とを水平方向に複数並設し、透明板の厚みｔ、表遮光帯の下端と裏遮光帯部の上端を結ぶ仰視角α、表遮光帯の上端と裏遮光帯の上端を結ぶ伏視角β、表遮光帯の上端と裏遮光帯の下端を結ぶ重角γにより、ａ＝ｔ×（ｔａｎα＋ｔａｎβ）であり、ｂ＝ｔ×（ｔａｎβ＋ｔａｎγ）であり、ａとｂとがともに０とならないように、仰視角αと伏視角βと重角γとをいずれも０度から最大屈折角の範囲で設定することを特徴とする遮光方法。
2. 仰視角αが０度〜２０度の範囲で設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の遮光方法にもちいる遮光板。
3. 重角γが最大屈折角に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の遮光方法に用いる遮光板。
4. 表透光帯と表遮光帯の幅がともに透明板の厚みの０．２〜１．７倍の間で設定されていることを特徴とする請求項１に記載の遮光方法に用いる遮光板。
5. 伏視角β、仰視角αあるいは重角γを増加あるいは減少するように段階的に変化させたことを特徴とする請求項１に記載の遮光方法に用いる遮光板。