JP2006317846A

JP2006317846A - 窓用屈折採光板又はフィルム

Info

Publication number: JP2006317846A
Application number: JP2005142473A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Irie; 慎一入江; Yoshifumi Yagi; 良文八木; Jiro Hattori; 二郎服部
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】採光効率を低下させることなく、常時、適度な採光を行なうことができる採光板又は採光フィルムを提供する。
【解決手段】ベース部１の上に、鉛直方向に連続した複数の対称形凹形状素子２が一定のピッチｔで平行配列されている。対称形凹形状素子２は円形、楕円形、三角形などの形状又はその一部分からなることができる。水平方向に均一な強度の光を得るために、対称形凹形状素子２は好ましくは円形の一部である。このため、太陽が水平方向に移動しても（Ｉ_１からＩ_３）、広範囲の採光が可能である。凹円形素子の曲率半径Ｒ及びピッチｔは、好ましくは、Ｒ≧ｔ／√３である。
【選択図】図１

Description

本発明は、水平方向に太陽光を広げることができる窓用屈折採光板又は屈折採光フィルムに関する。

左右が壁で囲まれ、窓が一面にしかない部屋は非常に多い。このような部屋の中に広い面積で太陽光を採光することことは一般に困難である。このため、従来から、窓を通して入射する光を屈折させて採光することが行なわれている。特許文献１（特公平５−５９４０２号公報）には、ガラス、プラスティック等の透光板の表面に、凹レンズの一部を使った同一非対称形レンズ素子によって、縦方向に鋸歯形の長い傾斜面を凹曲面となし、その鋸歯形の底面を水平でなく凹曲面の円弧内に向けて光の通過方向に向かって傾斜底面として交互に平行して形成配列してなる光線屈折型採光板が開示されている。

この光線屈折型採光板は、鉛直方向に光を曲げて広げるような構成となっており、そのため、太陽光を窓から部屋の奥のほうに採光できるようになっている。また、鉛直方向の下向きに光を屈曲させることについても記載されている。しかし、このような手法では、太陽の位置が窓に対して垂直方向から移動した場合に、部屋の中には採光できず、特定の時間帯のみにしか十分な採光が行なえない。

上記問題を改善する方法として、拡散板や拡散フィルムなどの拡散効果のある部材を窓に設置することも知られている。しかし、このような拡散板や拡散フィルムはその拡散効果を高くするほど、採光効率が低下してしまう問題がある。

特公平５−５９４０２号公報

そこで、本発明の目的は、採光効率を低下させることなく、常時、適度な採光を行なうことができる採光板又は採光フィルムを提供することである。

本発明は、第一の態様によると、鉛直方向に連続して平行配列された複数の対称形凹形状素子を片面に有することを特徴とする、窓用屈折採光板又は屈折採光フィルムを提供する。
本発明は、第二の態様によると、（１）鉛直方向に連続して平行配列された複数の対称形凹形状素子を片面に有する、第一の窓用屈折採光板又は屈折採光フィルムと、（２）水平方向に連続して平行配列された複数の非対称形凹形状素子を片面に有する第二の窓用屈折採光板又は屈折採光フィルムとを重ね合わせたことを特徴とする、積層窓用屈折採光板又は屈折採光フィルムを提供する。
本発明は、第三の態様によると、鉛直方向に連続して平行配列された複数の対称形凹形状素子を片面に有し、その反対面に、水平方向に連続して平行配列された複数の非対称形凹形状素子を有することを特徴とする、窓用屈折採光板又は屈折採光フィルムを提供する。

本発明の第一、第二及び第三の態様によると、窓用屈折採光板又は屈折採光フィルムの上に対称形凹形状素子が鉛直方向に連続して平行配列されているので、太陽の位置が、日の出から日の入りまでの間に、窓に対して水平面における角度が垂直方向からずれて移動している間に、光透過率を低下させることなく部屋の中に比較的に広範囲に採光することができる。
本発明の第二及び第三の態様によると、上記効果に加えて、窓用屈折採光板又は屈折採光フィルムの上に非対称形凹形状素子が水平方向に連続して平行配列されているので、窓に対して垂直面における入射角度が変更されることで、部屋の奥にまで採光することができる。

以下において、本発明の窓用屈折採光板又は屈折採光フィルムについて好適な実施形態に基づいて説明する。しかし、本発明は以下に具体的に示される実施形態に限定されるものではない。
用語「屈折採光板」は、一般に、屈折採光部材が硬質ボードの場合に用い、用語「屈折採光フィルム」は、一般に、屈折採光部材が可とう性を有し又は柔軟なフィルムの場合に用いられる。しかし、本明細書中においては、「採光板」及び「採光フィルム」のいずれか一方を用いて説明したときにも、両方を包含する意味として解釈されるべきである。以下、原則として「採光板」なる用語を用いて説明する。

本発明の窓用屈折採光板は、鉛直方向に連続して平行配列された複数の対称形凹形状素子を有する。図１は本発明の採光板の１態様の水平方向に切ったときの断面図を示している。図２は図１に示す採光板の正面図を示している。このような窓用屈折採光板１０は、ベース部１の上に、鉛直方向に連続した複数の対称形凹形状素子２が一定のピッチｔで平行配列されている。対称形凹形状素子２は円形、楕円形、三角形などの形状又はその一部分からなることができる。水平方向に均一な強度の光を得るために、対称形凹形状素子２は好ましくは円形の一部である。凹円形素子であると、図示されるように、ある角度で入射した光（Ｉ_１、Ｉ_２又はＩ_３）が広い角度に拡散され、部屋の中の広い範囲に採光することができる。このため、太陽が水平方向に移動しても（Ｉ_１からＩ_３）、広範囲の採光が可能である。凹円形素子の曲率半径Ｒ及びピッチｔは、好ましくは、Ｒ≧ｔ／√３である。Ｒがこれより小さくなると透過光の水平方向の配光角が広くなりすぎることがあるからである。

本発明の第二の態様によると、第二の窓用屈折採光板は水平方向に連続して平行配列された複数の非対称形凹形状素子を有する。図３は第二の窓用屈折採光板の１態様の鉛直方向に切ったときの断面図を示している。図４は図３に示す採光板の正面図を示している。図示されるように、第二の窓用屈折採光板２０はベース部１の上に、水平方向に連続した非対称形凹形状素子３が一定のピッチｔ’で平行配列されている。非対称形凹形状素子３は円形、楕円形、三角形などの形状の一部分からなることができる。所望の方向に指向させた均一な強度の光を得るために、図示されているように、非対称形凹形状素子３は好ましくは円形部分を傾けて配置したものである。図３は、曲率半径がＲ’である円形部分からなる非対称形凹形状素子３の直線部４とベース部１のなす角度がαである場合、すなわち、円形部分が（９０°−α）だけ傾いた場合の第二の窓用屈折採光板２０を示している。円形部分が下方に傾いている場合には、図示されるように、入射光は、ほぼ屈折を起こさない光から部屋の奥のほうを照らすように屈折される光まで存在する。屈折の角度の範囲は入射光の角度と、角度αと曲率半径Ｒ’とピッチｔ’との関係により決定される。曲率半径Ｒ’及びピッチｔ’は、好ましくはＲ’≧ｔ’／√３である。Ｒ’がこれより小さくなると透過光の鉛直方向の配光角が広くなりすぎることがあるからである。また、αは、好ましくは、α≧３０°である。αがこれより小さくなるとレンズ部分の有効面積が小さくなりすぎることがあるからである。

図５は第二の窓用屈折採光板の別の態様の鉛直方向に切ったときの断面図を示している。図５は図３の第二の窓用屈折採光板２０を鉛直軸に対して１８０°反転させたものである。このようにすると、図３の場合の第二の窓用屈折採光板同様の入射光屈折の効果が得られる。また、このような場合には、入射光側に素子面を配置することができる。

図６は第二の窓用屈折採光板のさらに別の態様の鉛直方向に切ったときの断面図を示している。図６は図３の第二の窓用屈折採光板２０を水平軸に対して１８０°反転し、次いで、それを鉛直軸に対して１８０°反転させたものである。このような場合、図示されるように、入射光を下方向に屈折させる傾向がある。したがって、部屋の高い位置に窓が配置されている場合のように、下方に光を屈折させることが望まれる場合には、このような第二の窓用屈折採光板を使用することができる。

上述のとおり、図１に示す第一の窓用屈折採光板１０と、図３、５又６のいずれかに記載される第二の窓用屈折採光板２０とを組み合わせることにより、本発明の第二の態様の窓用屈折採光積層体を形成することができる。また、第一の窓用屈折採光板１０と、第二の窓用屈折採光板２０との間に間隙を設けることもできる。このような場合には、この部分に空気層を形成することができ、断熱効果が得られる。また、充分に高い強度の採光板を用いて間隙を真空層とすることで、断熱効果はさらに高められる。
また、図１に示す第一の窓用屈折採光板１０と、図３に記載される第二の窓用屈折採光板２０とを組み合わせて窓材とすると、屋外側の表面が平滑な面とすることができるので、汚れの付着を防止し、清掃が容易に行なえるという利点がある。また、この積層体を、既存の窓材（例えば、窓ガラス）に取り付けるための部材として用いるならば、上記の平滑な面を窓材（例えば、窓ガラス）に容易に適用することができる。一方、図１に示す第一の窓用屈折採光板１０と、図５又は６に記載される第二の窓用屈折採光板２０とを組み合わせると、積層せずに、一枚のベース部の両面にそれぞれの素子を設けた、本発明の第三の態様の窓用屈折採光板とすることができる。

本発明において用いる窓用屈折採光板はガラス、プラスティックなどの透光性のある材料から形成されることができる。アクリルなどのプラスティック製の窓用屈折採光板は成形が容易であり、有利である。本発明の窓用屈折採光板はそれ自体が窓枠に嵌められる窓材（例えば、窓ガラス）であってもよいし、窓材（例えば、窓ガラス）に適用されるものであってもよい。

以下において、本発明を実施例を用いてさらに説明するが、本発明は実施例に限定されるものでない。
実施例では、模型の部屋と光源器（ＬＢＭ‐１３０Ｈ：ウシオライティング社製）を用いてシミュレーションを行い、下記の各条件における太陽光の採光範囲を定量評価した。シミュレーションに用いた模型の部屋及び窓の斜視図を図７に示す。部屋３０の中の全ての面（壁３１、床３２、天井３３）に住友スリーエム社製白色ダイノックフィルム（ＰＳ−９９８）を貼った。また、窓部４０には窓ガラスが配置されている。光源器は窓面に対して高度角θ＝４０°（図８）、水平方向の角度ψ＝２２．５°（図９）、窓面からの距離３ｍの場所に配置した。

実施例１
予め用意した金型にアクリル樹脂を流し込み、図１及び２に示す左右対称の凹形状素子を片面全体に持つように成型した屈折採光板１０（幅２００ｍｍ×高さ１００ｍｍ×厚み３ｍｍ）を透明アクリル板（幅２００ｍｍ×高さ１００ｍｍ×厚み３ｍｍ）に重ねて窓部４０に貼り付けた。なお、凹部の繰り返し単位のｔは１．０ｍｍであり、凹部曲面の曲率半径Ｒは０．７０７１ｍｍであった。

実施例２
上記採光板１０と、図３及び４に示す非対称の凹形状素子を片面全体に持つように成型した屈折採光板２０（幅２００ｍｍ×高さ１００ｍｍ×厚み５ｍｍ）を図１０（左側面図）、図１１（上面図）及び１２（正面図）に示すように、屈折採光板１０の凹形状素子と、屈折採光板２０の凹形状素子とを、素子の稜線が９０°になるように重ね合わせて窓部４０に貼り合わせた。なお、第一の屈折採光板１０において、凹部の繰り返し単位のｔは１．０ｍｍであり、凹部曲面の曲率半径Ｒは０．７０７１ｍｍであった。第二の屈折採光板２０において、凹部の繰り返し単位のｔ’は０．５ｍｍであり、凹部曲面の曲率半径Ｒ’は０．５ｍｍであり、α＝４５°であった。

比較例１
窓部４０に透明アクリル板（幅２００ｍｍ×高さ１００ｍｍ×厚み５ｍｍ）のみを貼り付けた。

比較例２
窓部４０に乳白アクリル板（幅２００ｍｍかける高さ１００ｍｍ×厚み５ｍｍ）のみを貼り付けた。

上記の各実施例及び比較例において、図１３に示す床面の各８０ポイント（Ａ１〜Ｈ１０）における照度をミノルタ社製ＣＬ１００を用いて測定した。なお、Ａ１−Ａ１０はっ窓を有する壁から１２．５ｃｍの距離にあり、Ａ１−Ｈ１の側壁からの７．５ｃｍの距離にあり、各ポイント間の距離（例えば、Ａ１−Ａ２、Ａ１−Ｂ１）は等距離にあり、５ｃｍの距離であった。表１〜４にそれぞれの場合の測定結果を示す。

それぞれの場合で、床面ポイントの照度が基準値（照度５以上）のポイント数を採光範囲とした。表５にその結果を示す。

表５から、本発明の屈折採光板又は採光フィルムを用いることにより、室内への太陽光の採光範囲を広げることができることが判る。

本発明の採光板の１態様の水平方向に切ったときの断面図である。図１に示す採光板の正面図である。第二の窓用屈折採光板の１態様の鉛直方向に切ったときの断面図である。図３に示す採光板の正面図である。第二の窓用屈折採光板の別の態様の鉛直方向に切ったときの断面図である。第二の窓用屈折採光板のさらに別の態様の鉛直方向に切ったときの断面図である。実施例において、シミュレーションに用いた模型の部屋及び窓の斜視図である。光源器からの入射光の窓面に対する高度角θを示す模式図である。光源器からの入射光の窓面に対する水平方向の角度ψを示す模式図である。実施例２の屈折採光板の左側面図である。実施例２の屈折採光板の上面図である。実施例２の屈折採光板の正面図である。実施例において照度測定を行なう床面の各８０ポイントを示す図である。

符号の説明

１ベース部
２対称形凹形状素子
３非対称形凹形状素子
４直線部
１０窓用屈折採光板
２０第二の窓用屈折採光板
３０部屋
３１壁
３２床
３３天井
４０窓部

Claims

鉛直方向に連続して平行配列された複数の対称形凹形状素子を片面に有することを特徴とする、窓用屈折採光板又は屈折採光フィルム。
（１）鉛直方向に連続して平行配列された複数の対称形凹形状素子を片面に有する、第一の窓用屈折採光板又は屈折採光フィルムと、（２）水平方向に連続して平行配列された複数の非対称形凹形状素子を片面に有する第二の窓用屈折採光板又は屈折採光フィルムとを重ね合わせたことを特徴とする、積層窓用屈折採光板又は屈折採光フィルム。
鉛直方向に連続して平行配列された複数の対称形凹形状素子を片面に有し、その反対面に、水平方向に連続して平行配列された複数の非対称形凹形状素子を有することを特徴とする、窓用屈折採光板又は屈折採光フィルム。