JP2006228508A - 縦型光ダクトの光拡散装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 縦型の光ダクトにおいて、直射光によるグレアを防止するとともに、光ダクト内に入射した光を効果的に拡散させること。
【解決手段】 縦型の光ダクト１内の任意の位置に、両面が反射面で形成された円筒状の反射板１１ａ，１１ｂを反射面が光ダクト１の奥行き方向に平行になるように、かつ、互いに接触しないように同心円状に配置した光拡散装置１０を設ける。上記反射板１１ａ，１１ｂの長さ、間隔を適宜設定することにより、採光口３から入射した直射光が、放光口２に達し、グレアが生ずるのを防ぐことができる。上記光拡散装置１０の反射板１１ａ，１１ｂは必ずしも円筒状である必要はなく、多角形などのその他の形状であってもよく、また、必ずしも同心円状でないてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は光ダクトを介して建築物内部に光を導き建築物内部を照明する光ダクトに使用される光拡散装置に関し、特に、縦型の光ダクト内に入射した光を拡散させることで、グレア（光が集中してぎらつく状態) をなくし、室内に均一な密度の光を放光させることができる光ダクト装置の光拡散装置に関するものである。

近年、省エネルギーや二酸化炭素の排出削減による環境保護の必要性が注目されており、この要望に応えるための手段の一つとして太陽光を内面に反射率の高い部材で構成したダクトを介して室内に取り込み、照明光源として利用する光ダクト装置が提案されている（特許文献１など参照）。
この装置はエネルギーを電気等の他のエネルギーに変換せずにそのまま活用するため、エネルギー利用効率が高く、省エネルギーや二酸化炭素の排出削減に貢献することができる。

光ダクト装置としては、採光口から自然光を取り込み、水平に配置された光ダクトを介して、自然光を室内に導き放光口から放光する横型の光ダクト、採光光から取り込んだ自然光を垂直に配置された光ダクトを介して室内に導き、光ダクトの下部に設けられた放光口から室内に放光する縦型光ダクトが知られている。
図７は光ダクトの概念を示す図であり、同図は垂直な光ダクト（縦型光ダクトという）により、自然光を室内に導く例を示している。
図７において、５は太陽光（自然光）、３はガラス３ａ等で覆われた採光口、１は垂直に配置された光ダクトである。光ダクト１は例えば断面が矩形状で、内面が反射面で構成され、採光口１２から取り入れた自然光は、光ダクト１内を反射しながら、下方に搬送され、放光口２から室内に放光される。

ところで、光ダクトに入射する太陽光は、時間や季節によって照射方向が大きく変化する平行光線である。したがって、平行光線が光ダクト１に入射すると、図８に示すように、ダクト内部の光密度に大きな濃淡が生ずる。
これをそのまま放光口２から室内に照射すると、室内位置の照度分布にばらつきを生じたり、光の照射面に濃淡模様を映し出すなどの問題を発生する。
このような問題を解決するため、通常、光を拡散させる手段を光ダクト１に取り付けている。
例えば、前記図７に示したように、光ダクト１の放光口２等に、光拡散機能を持ったフィルムや、乳白色ガラス等の拡散板４を取り付け、拡散効果を得る。
しかし、この方法は、強い指向性を持つ太陽光の拡散には充分な効果が得られず、さらに、フィルムやこれを貼るガラスや樹脂を透過する際に２０％以上の大きな光の減衰が起こり装置の効率低下を招く。
そこで、本発明者らは先に、光の入射位置に応じて光を異なる方向に反射する形状の反射板を光ダクト内に挿入して、光ダクト内に入射した光を拡散させ、光ダクト内の光をほぼ均一化する光拡散装置を提案した（特許文献２参照）。
特開２０００−１４９６２８号公報 特開２０００−１４９６２７号公報

縦型の光ダクトは、例えば図７に示したように上端に採光口３が設けられ下端に放光口２が設けられている。このため、太陽高度が低いときには問題にならないが、太陽高度が高くなり、図９に示すように、採光口から入射した直射光が直接、放光口２もしくはその近傍に照射されるようになると、光が集中してぎらつく状態になる（このような状態をグレアがでるという）。
例えば、東京で太陽高度が最も高くなるのは、約８０°であり、縦型ダクトの断面が単純に一辺の長さ（幅という）がｄ×ｄの四角形で、光ダクトの高さをＬとすると、内部反射板がある等により変わってくるが、ｄ／Ｌが大きくなると、上記グレアがでることになる。
放光口に前記したように拡散板４を設けても、このグレアを簡単に消すことは出来ない。また、前記特許文献２のように光ダクト内に光拡散装置を設けても、光拡散装置を構成する拡散板の長さ、構造等により異なるが太陽光高度によっては上記グレアがでる場合がある。
本発明は、上記従来例の問題点を解決するためになされたものであって、縦型の光ダクトにおいて、光ダクト内に入射した光を効果的に拡散することができるとともに、上記グレアを消すことができる光ダクトにおける光拡散装置を提供することを課題とする。

上記課題を本発明においては、次のように解決する。
（１）縦型光ダクトに光拡散装置を設け、この光拡散装置を、縦形光ダクトの奥行き方向に平行で両面に反射面が形成された反射材から構成し、該反射材の上記奥行き方向に対して垂直な面で切った断面形状を、同一形状で大きさが異なる円もしくは多角形を層状に重ねた形状とする。
上記反射板の間隔、奥行方向の長さは、直射光が直接放光口もしくはその近傍に達ししないように太陽の最も高度が高いときの入射角に対応した値に設定する。これにより、グレアが生ずるといった問題を防ぐことができる。
（２）太陽高度が最も高いときの光ダクトへの入射角をθ、太陽光が上記角度θで入射するときの太陽光が入射する方向の上記光拡散装置の隣り合う反射板の水平方向の間隔もしくは該反射板と隣り合う光ダクトの側壁との水平方向の間隔をｄ、太陽光に向かう側の反射板もしくは光ダクト側壁の上端と、太陽光から離れた側の反射板もしくは光ダクト側壁の下端との差をＬとしたとき、ｄ≦Ｌ／tan θとする。

本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）縦型光ダクトに、上記光拡散装置を設けたので、光ダクト内に入射した光を効果的に拡散することができ、光ダクトから放出される光の密度を均一化することできるとともに、光が集中してぎらつく状態を防ぐことができる。
（２）光拡散機能を持ったフィルムや、乳白色ガラス等の拡散板を用いることなく光を拡散させることができるので、光を効率的に利用することができる。

図１（ａ）は本発明の第１の実施例の光拡散装置の構成を示す図である。同図において、１は縦型の光ダクト、２は放光口、３は採光口である。なお、同図では、採光口側に設けられたガラス３ａなどは省略されている。
本実施例では、上記光ダクト１内に前記グレアの消すための光拡散装置１０が設けられている。
本実施例の光拡散装置１０は、例えば同図に示すように、両面が反射面で形成された円筒状の反射板１１ａ，１１ｂを反射面が光ダクト１の奥行き方向に平行になるように、かつ、互いに接触しないように同心円状に配置したものである。
図１（ａ）では光拡散装置１０を光ダクト１の放光口の近傍に設けた場合について示しているが、光拡散装置１０の位置は、同図に示す位置でなくてもよく、採光口の近傍や、図１（ｂ）に示すように、光ダクト１の中央部分に設けられていてもよい。また、反射板の枚数は、必ずしも２枚である必要はなく図１（ｂ）に示すように、２枚以上であってもよい。さらに、光ダクト内に複数の光拡散装置を設けてもよい。
上記光拡散装置１１は、例えば図２に示すように、光ダクト１内に取り付け部材１２で支持されている。
なお、図２では取り付け部材１２で光ダクト内に取り付ける場合について示したが、例えばワイヤ等で光拡散部材を吊り下げるなど、その他の取り付け方をしてもよい。

上記反射板１１ａ，１１ｂは、必ずしも同心円状に配置する必要はなく、各反射板１１ａ．１１ｂが接触しないように、所定の距離離して層状に配置されていればよい。また、各反射板１１ａ，１１ｂの光ダクト奥行き方向の長さは、図１に示すように異なっていても、同じ長さであってもよい。
さらに、上記反射板は、必ずしも曲面である必要はなく、後述するように平面状の反射板を多角形状に組み合わせたものでもよい。但し、平面状の反射板を用いる場合、この反射板により光を効果的に拡散させるには、後述するように反射板を光ダクトの側壁に対して、傾けて配置することが望ましい。

図３は、上記光拡散装置の作用を説明する図であり、図３（ａ）（ｂ）は、光ダクトを側面方向から見た図、（ｃ）は、光ダクトを奥行き方向から見た図を示している。
図３（ａ）は光拡散装置を一つの円筒状の反射板で構成した場合の入射光の光路の例を示し、（ｂ）（ｃ）は２枚の円筒状の反射板を図１に示したように同心円状に配置した場合の入射光の光路の例を示している。
同図において、１は縦型の光ダクト、２は放光口、３は採光口を示し、同図では採光口側に設けられたガラス３ａなどは省略されている。
図３（ａ）に示すように、光拡散装置が一つの円筒状の反射板１１ａで構成されている場合、太陽の高度によっては、採光口３から入射した直射光が、放光口２もしくはその近傍に達し、グレアが生ずる。
これに対し、図３（ｂ）（ｃ）に示すように２枚の円筒状の反射板１１ａ，１１ｂを同心円状に配置し、反射板１１ａ，１１ｂの長さ、間隔を太陽高度が最も高いときでも直射光が放光口２もしくはその近傍に達しないように設定することにより、前記したグレアを消すことができる。

図４は採光口から入射する直射光が放光口に達しないようにするための、上記光拡散装置１０を構成する反射板の長さ、間隔を説明する図である。
最も太陽高度が高いときの太陽光の入射角をθとし、図４（ａ）に示すように光拡散装置を構成する反射板１１ａ，１１ｂの長さ（光ダクト奥行き方向の長さ）をＬとし、上記太陽光が上記入射角θで入射するときの、太陽光の入射方向の反射板１１ａ，１１ｂ同士、あるいは、反射板１１ａと光ダクト１の側壁の水平方向の間隔をｄとすると、直射光が放光口に達しない上記長さＬ、上記間隔ｄは下式を満たすように設定すればよい。
ｄ＜Ｌ／tan θ
なお、一方が光ダクトの側壁等のように２枚の反射板の長さＬが異なる場合には、図４（ｂ）に示すように、太陽光の入射方向に近い反射板（もしくは光ダクト１の側壁）の上端と、太陽光の入射方向から遠い反射板（もしくは光ダクト１の側壁）の下端との、光ダクト奥行き方向の距離を上記Ｌとする。
上記のように設定することで、図４に示すように、直射光が放光口に達しないようにすることができ、グレアを消すことができる。

図４では２枚の反射板の場合について説明したが、複数の反射板から光拡散装置が構成される場合には、各反射板の間隔が上記関係を満たすように設定すればよい。
なお、直射光が光ダクトの下端近傍に照射される場合にも、グレアが生ずることはあるので、このようにして生ずるグレアを消す場合には、上記ｄをＬ／tan θより小さめに設定するのが望ましい。
なお、光ダクトの側壁の間隔が、光ダクトの奥行き方向の長さに対して十分狭く、直射光が光ダクトを通過して放光口２に達することがない場合には、グレアを生ずることはなく、このような場合には、反射板の間隔を上記のように設定する必要はない。
すなわち、太陽の高度が最も高いときの太陽光の光ダクト１への入射角をθ、光ダクト１の奥行き方向の長さをＬ、太陽光が上記角度θで入射するときの太陽光が入射する方向の光ダクトの側壁の水平方向の間隔をｄ’としたとき、ｄ’＜＜Ｌ／tan θの場合には、直射光が光ダクトを通過して放光口２に達することがない。

上記光拡散装置の反射板により、拡散効果が得られる理由について説明する。
前記特許文献２にも説明されているが図５（ａ）に示すように反射板３０の反射面をＺ軸を中心に回転させると、光ダクト１に対して入射角αで入射する光の反射光は、同図（ｂ）に示すように、点３１とＺ軸の成す角度がαの円錐面上を移動する。上記反射光をＸＹ平面に投影すると、反射光の方向は同図（ｃ）に示すように３６０度全周方向に変わり、反射面の回転角度に応じて、光ダクト１に入射する平行光の反射方向を変えることができる（ここでは、光を異なった方向に分散させることを拡散すると呼ぶこととする）。
すなわち、Ｚ軸に直交する平面に現れる反射面の断面直線の傾き、もしくは、断面曲線の接線の傾きが光の反射点によって異なる反射面は、光ダクト内部で光を拡散する機能を有する。

したがって、図１に示したように、Ｚ軸方向に平行で、Ｚ軸に直交する平面に現れる断面形状が曲線である反射材１１ａ，１１ｂを光ダクト内に設置すると、前記図３（ｂ）に示したように、平行光が入射した場合でも、その反射位置によって反射光の光路を異なる方向に変えることができ、図５で説明したように高い拡散効果を得ることができる。
このため、図１に示す光拡散装置を縦型の光ダクト１内に設置することにより、光ダクト１内の光の密度は均一化し、図８に示したように光ダクト１内部の光密度に大きな濃淡が生ずることがない。すなわち、本実施例の光拡散装置を設けることにより、光ダクト内の光の密度を均一化することができる。また、前記したように、光拡散装置１０を構成する反射板の、長さ、間隔を太陽の最も高度が高いときの入射角に対応した値に設定することにより、太陽高度が高い場合でも、直射光が直接放光口に達してグレアが生ずるといった問題を防ぐことができる。
なお、本実施例の光拡散装置には、上述したように光を拡散する効果があるので、放光口に必ずしも拡散板を設ける必要はなく、拡散板は必要に応じて適宜設ければよい。

図６は本発明の光拡散装置の他の構成例を示す図である。
同図において、同図において、１は縦型の光ダクト、２は放光口、３は採光口、２０は、光拡散装置である。
本実施例の光拡散装置２０は、同図に示すように、両面が反射面で形成された断面が矩形状の反射板２１ａ，２１ｂを反射面が光ダクト１の奥行き方向に平行になるように、かつ、互いに接触しないように配置したものである。上記断面が矩形状の反射板２１ａ，２１ｂは、その中心が一致するように配置されており、好ましくは、各反射板２１ａ，２１ｂの各反射面相互、及び反射面と光ダクト１の側壁が、平行にならないように配置されている。
上記反射板２１ａ，２１ｂの光ダクト奥行き方向の長さＬ、反射板２１ａ，２１ｂのの反射面の間隔、反射板２１ａ，２１ｂと光ダクト１の側壁の間隔の最大値は、前記図４で説明した式ｄ＜Ｌ／tan を満たすように設定されており、これにより、前記したように直射光が直接放光口に達してグレアが生ずるといった問題を防ぐことができる。

また、光拡散装置１０の各反射板２１ａ，２１ｂの反射面同士および各反射板２１ａ，２１ｂの反射面と光ダクト装置の側壁を図６に示すように傾けることにより、光ダクトに入射する平行光の反射方向を変えることができ、図５で説明したように高い拡散効果を得ることができる。
したがって、前記図１に示したものと同様、光ダクト内の光の密度を均一化することができるとともに、太陽高度が高い場合でも、直射光が直接放光口に達してグレアが生ずるといった問題を防ぐことができる。
なお、上記実施例では、光拡散装置を円筒状の反射板、断面矩形状の反射板で構成する場合について説明したが、光ダクト奥行方向に直交する平面で切った反射板の断面形状は、楕円、三角形、五角形などの多角形であってもよい。

本発明の実施例の光拡散装置の構成を示す図である。 光拡散装置の反射板の取り付け構造の一例を示す図である。 図１に示す光拡散装置の作用を説明する図である。 光拡散装置の反射板の長さ、間隔の設定例を説明する図である。 光路の途中に設けた反射板による光反射の様子を説明する図である。 本発明の光拡散装置の他の構成例を示す図である。 縦型光ダクトの構成例を示す図である。 光ダクト内に平行光が入射した場合の光の密度差を説明する図である。 採光口から入射した直射光が光ダクト内で反射せずに直接、放光口に照射される場合を説明する図である。

符号の説明

１ 縦型光ダクト
２ 放光口
３ 採光口
４ 拡散板
１０，２０ 光拡散装置
１１ａ，１１ｂ 反射板
２１ａ，２１ｂ 反射板
１２ 取り付け部材

Claims (2)

1. 上部に太陽光を取り入れる採光口が設けられ、下部に採光口から取り入れた太陽光を建物内に放光する放光口が形成され、内面に光反射面が形成された縦型光ダクトの光拡散装置であって、
   上記光拡散装置は、縦形光ダクトの奥行き方向に平行で両面に反射面が形成された反射材から構成され、該反射材の、上記奥行き方向に対して垂直な面で切った断面形状は、同一形状で大きさが異なる円もしくは多角形を層状に重ねた形状である
   ことを特徴とする縦型光ダクトの光拡散装置。
2. 太陽高度が最も高いときの光ダクトへの入射角をθ、太陽光が上記角度θで入射するときの太陽光が入射する方向の上記光拡散装置の隣り合う反射板の水平方向の間隔もしくは該反射板と隣り合う光ダクトの側壁との水平方向の間隔をｄ、太陽光に向かう側の反射板もしくは光ダクト側壁の上端と、太陽光から離れた側の反射板もしくは光ダクト側壁の下端との差をＬとしたとき、ｄ≦Ｌ／tan θである
   ことを特徴とする請求項１の縦型光ダクトの光拡散装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images