JP2008528844A - 反射構造表面を備えたスカイライトチューブ - Google Patents

Abstract

スカイライト軸基板（２４，４０，６０）は幾つかの手段により内部反射される。光線が軸を降下する際にホットスポットを形成する懼れのある収束点の形成を制限する目的で軸基板（２４，４０，６０）に凹み（６２）または長形波形（４２）を形成する。

Description

この発明は、一般的にスカイライトに関する。

米国特許第５，８９６，７１３号および同第６，０３５，５９３号は共に本願出願人の所有に係るものであり、かつ本出願明細書において参照する筒形スカイライトを開示する。これらのスカイライトは共にスカイライトドームを使用することができ、同じく本件出願人の所有に係る米国特許第５，８９６，７１２号明細書に開示され、かつ本件出願明細書に参照される。これらの発明は、何れも先行技術より優れた進歩性を有し、しかも幾つかの発明は市場で成功している。

簡単に説明すると、先に述べた型式の筒形スカイライトは建屋の屋根と天井との間に設置されるチューブ本体を含む。チューブ本体の頂端部は屋根付ドーム、すなわち、蓋体により被覆され、その例は先に述べた米国特許第５，８９６，７１２号明細書に開示され、一方、チューブ本体の底端部は天井付きデフューザ板により被覆される。そして、この構成により建屋の外側の自然光線はチューブ本体を通過して建屋の内部に向けられて内部を照明する。

筒形スカイライトは略正反射表面を使用して太陽光線をチューブを介して屋根から内部天井へ移送する。正反射とは太陽光線の反射光線がチューブ下方に反射される光線と略平行なビームを維持することであり、但しチューブの側部が平行でありかつ正反射表面が維持されていることを前提とする。

本願の発明は、太陽光線は日／年の時刻、緯度並びにチューブの開口平面位置による様々な入射角でチューブに入射することを認識している。チューブの位置を固定しても直ビーム太陽光線はチューブに入射する際の略同じ仰角でチューブの周囲下方に反射する。それらの現象は、以下に述べるような不都合な結果をもたらす。先ず、第一に平行ビーム太陽光線はチューブの下方の様々な位置に収束して焦点を形成することができ、この結果、潜在的に危険なホットスポットが形成されて特に可燃性材料の中に火災を発生させる。次に、不規則な照明がチューブの基部デフューザに発生し、その理由は光線の周囲通路が焦点と組合わされてデフューザの部分的かつ不均一なる照明を発生させるからである。この結果照度性能が悪くなり、しかもデフューザから強烈に反射する。加えて、デフューザ内のプリズムを通過する直光線ビームは波長の分離をもたらし、しかも内部に彩光を投光する。

そこで、本発明は以下のような問題点を検討した。チューブの略全形における正反射表面から反射する直ビーム太陽光線は、ホットスポットを発生させて危険な状況となり、しかも不均一な照明による製品性能の低下をもたらす。さらに解ることは、単にチューブの正反射性を低下させても光線の通過を減少させるだけである。同様に、チューブの上方にデフューザを設置して強烈なグレアやホットスポットを減少させようとしてもシステム全体の性能を低下させる。その理由は、このような特殊な位置にあるデフューザの透過損失と光線の拡散によるチューブの反射増大にある。さらに、このような難点を回避するため、多様な反射器を利用する試みは、結果として光線が半球状に拡散するから、これはチューブに５０％以上の光線を戻すことになり従って性能を低下させる。この発明は、これらの難点を克服するものである。

発明の概要

スカイライトチューブの内部は、次のように構成される。すなわち、太陽光線ビームの角度を変えて焦点の形成を阻止し、そして／または光線を混合して基部デフューザを均一に照射すると共にグレアや色彩分離を排除し、さらに／または光線の方向を制御してリトロレフレクションと過剰反射を防止する。

このため、先ず第１の着想としてスカイライト本体は透明ドームを備え、さらにスカイライト軸基板を設けてドームから延在させることにより光線を軸基板を介してドーム内に搬入する。軸基板の表面は不規則に形成する。表面の不規則は凹みか長形の波形であってもよい。

幾つかの実例として、軸基板は金属で形成され、研磨されて反射面を構成し、スカイライト本体に反射フィルムを貼着しない。別の実例では、軸基板を金属で形成し、反射金属を蒸着法により直接軸基板の内側面に付着させてスカイライト本体が内部反射するようにし、この場合スカイライト本体には塗着材を使用しない。また、他の実例として、軸基板として金属物質を蒸着した反射フィルムを使用するか、あるいは反射多層ポリマ複合体を軸基板に付着する。

表面不規則部が長形波形である場合、それぞれの波形は心線と二つの端縁部を形成し、第１角度を第１波形の端縁部の横断接線間に形成する。さらに、第１角度と異なる第２角度は第２波形の端縁部の横断接線間に形成する。第１波形と第２波形は軸基板の周囲に交互に形成され、何れも横断面がＶ形またはＵ形である。

表面不規則部が複数の凹みである場合、それぞれの凹みは中心部と周囲部とを有する。周囲部に対する接線は中心部の接線に対し２度以下の角度を形成する。

他の着想において、スカイライト本体は透明ドームとスカイライト軸基板とを備え、この軸基板はドームから延在して軸基板を介してドーム内に光線を搬入させる。基板表面に不規則部を形成する。この着想において、軸基板は金属で形成し反射金属を軸基板の内側表面に直接付着することによりスカイライト本体が内部反射するようにし、この場合、スカイライト本体には接着材を使用しない。

さらに別の着想では、スカイライト本体は透明ドームとスカイライト軸基板とを備え、この軸基板はドームから延在して軸基板を介してドーム内に光線を搬入する。軸基板の表面は不規則に形成される。さらに軸基板は金属で形成し、これを研磨して反射表面を形成し、この場合スカイライト本体には反射フィルムを一切使用しない。

さらにまた別の着想において、スカイライト本体は透明ドームとスカイライト軸基板とを備え、軸基板はドームから延在して光線を軸基板を介してドーム内に搬入する。軸基板の表面は不規則に形成する。さらに、軸基板に反射フィルムを使用し、このフィルムに金属物質を蒸着する。

また別の着想において、スカイライト本体は透明ドームとスカイライト軸基板とを備え、軸基板はドームから延在して光線を軸基板を介してドーム内に搬入する。軸基板の表面は不規則に形成する。さらに、軸基板に反射フィルムを使用し、このフィルムは反射多層ポリマ複合体で形成する。

この発明の詳細な説明すなわち発明の構成および作用について、添付図面を参照し参照符号を付して以下詳細に説明する。

先ず図１において、本発明に係る筒形スカイライトを示し、一般的に参照符号１０は光線、すなわち、天然太陽光線を示し、内部室１２は天井乾燥壁部１４を有し、建屋１６内に含まれる。図１によれば、建屋１６は屋根１８と一つまたはそれ以上の梁２０を有し、この梁は屋根１８と天井乾燥壁部１４とを支承する。

図１に示される通りスカイライト１０は強靱な硬化プラスチックまたはガラス天井付きの蓋体２１を含む。蓋体２１は透光性を有し、好ましくは透明とする。１つの実施例において、蓋体２１は先に述べた米国特許第５，８９６，７１２号明細書に開示される蓋体であってもよい。あるいは蓋体２１は他の型式の蓋体でもよく、例えば、出願人により商品名「Ｓｏｌａｔｕｂｅ」で市販されるものであってもよい。

蓋体２１はリング状の金属フラッシング２２により屋根１８に嵌合され、この金属フラッシング２２は常法により屋根１８に取り付けられる。金属フラッシング２２は角度を設けて屋根１８を適度に傾斜させて蓋体２１にほぼ鉛直に係合しかつ支持する。

図１にさらに示す通り、一般的に参照符号２４で示される内部反射型中空軸体はフラッシング２２に連結される。この中空軸体の横断面は筒状、矩形状、三角形状等に形成することができる。従って、この明細書で時折使用される「チューブ」という用語は、特に説明上指摘しない限り本願発明の趣旨から円筒形と限定して理解されるべきではない。

軸体２４は内部室１２の天井１４に延在する。この発明において、軸体２４は光線を軸体２４内の下方に一般的に参照符号２６で示される光線デフューザ体に対して搬送し、この光線デフューザ体は室１２内に配設され、さらに屋根１４に固定されるか梁２４に固定されることは先に述べた米国特許第６，０３５，５９３号明細書に記載される通りである。

軸体２４は金属、例えば、アルミニウムまたはスチール合金のような金属により構成されるか、さらには軸体２４はプラスチックまたはその他の適切な材料によって構成することができる。軸体２４の内部は、電気メッキ、陽極処理、金属処理プラスチックフィルム被覆その他の適切な手段により反射性をもたせることができる。１つの好適な実施例において、軸体２４はその内側表面にミネソタ・マイニング・アンド・マニュファクチュアリング（３Ｍ）製の多層重合フィルムを張り付けることにより反射性をもたせることができる。このフィルムの単層は透明であるが、軸体２４の内側面に数百層重畳されかつ熱接合されることによって正反射構造体となる。

従って、制約のない別の実例として軸体は金属基板、例えば、アルミニウムあるいはスチールの複合体で形成することができ、軸体に接合材を使用して反射フィルムを付着することができる。軸基板は、さらにポリマによっても形成することができ反射フィルムを接着する。

代案として、軸体が金属である場合、軸基板を研磨して反射面を形成することができるし、また強力な反射金属、例えば、銀やアルミニウムをその表面に直接蒸着することができ、これにより別の接着材を必要としない。

さらにまた別の考え方として、反射フィルム自体を軸基板として使用することもできる。この実例において金属をフィルムの表面に蒸着する。あるいは、フィルムは反射多層ポリマ複合体であってもよい。

１つの好適な実施例において、軸体２４は単一チューブによって構成される。しかしながら、図１に示す通り、所望に応じて軸体２４は複数の部分を含み、そのいずれもがこの発明の目的に従って反射性を有する。とりわけ、軸体２４は上部軸２８を含み、この上部軸２８はフラッシング２２と係合し蓋体２１により被覆される。また、軸体２４は上部中間軸３０を含み、この上部中間軸３０は上部軸２８に隣接し、さらに必要に応じて曲部３１において角度をもたせることができる。さらに軸体２４は下部中間軸３２を含み、これを必要に応じて上部中間軸３０に摺動自在に係合させて軸体２４の熱応力を吸収させることができる。そして下部軸３４を下部中間体３２に隣接させ下部中間体３２を曲部３５において下部軸３４の底部に結合させ、下部軸３４はデフューザ体２６により被覆される。曲部３５は建屋１６に対し適切に曲げることができ、これにより軸体２４は屋根付き蓋体２１を天井付きデフューザ２６に連結する。軸の結合は、常法に従って適宜機械的に締結したり、テープで被覆することもできる。

いずれにしても、本願発明の軸体２４はその内側面の一部かまたは全部に不規則部を形成して、反射光がホットスポットを発生させることを最小限に止めるとともに照射が不必要に過大となることを阻止する。表面不規則部は、出願人の出願に係る米国特許出願公開第２００３／００６１７７５号明細書に記載され、かつ本件出願明細書に引用されるものであり、すなわち、波形のものと凹み形のものである。

とりわけ、図２ないし図５は中空軸４０を示し、この中空軸４０は図１に示される軸類あるいは軸部分に使用されるものであり、かつ直線状の長形波形４２の長さと周囲にわたって形成される。波形４２は軸４０の長さおよび／または周囲の部分としてのみ形成されると理解される。図５に示される通り、波形４２はＶ形横断面を有し、但しＵ形横断面とすることもできる。

一般的にそれぞれの波形はそれに含まれる角度を１８０度以下から１度より大きい角度に変化させることができ、好適に含まれる角度は１２０度以上であって反射を最小限に止めることができる。さらに、この角度は軸の周りで変化させることができ、これにより光線が基部デフューザに到達する前に最大限に混合することができ、このことは図５に明確に示される。

光線の拡散を制御する特徴に加えて、波形４２はさらに基板が金属の場合、曲げやすく構成してシートから円筒形軸を形成することができ、さらに軸４０の側面強度を増大させることができ、このことは、この発明による幾何学的構成により得られる慣性モーメントが増大することに起因する。これらの２つの特徴により径の小さいチューブを形成することができ、さらに強度が増大するためキャリパー金属の使用を減少させる。

好適に限定のない実例を示す図５に注目する必要があり、それぞれの波形４２は心線４４と２つの端縁部４６，４８とを画成し、これらの端縁部は隣接する波形の端縁部に連続する。説明の都合上、図５の心線４４は波形の部分として表現されているが、これらは端縁部から半径方向に存在するものであり、これにより凹状波形を形成し、当業者であればその技法を逆にすることは容易に理解することであり、すなわち、心線は波形の半径方向外側部に形成することもでき、これにより凸状波形が形成される。

いずれにしても、図５は角度がそれぞれの波形の端縁部４６，４８の横断接線間に形成されることを示す。図示のように波形がＶ形である場合、横断接線は横断寸法において心線４４からそれぞれの端縁部４６，４８に延在する単なる線であることは図示の通りであり、すなわち、角度αはＶ形の角度である。図５にさらに示す通り、奇数の波形は第１角度αをもつことができ、例えば、１２０度であって、これに対し偶数の波形は第２角度αを形成し、例えば、１２５度であって、軸４０の周囲に奇数の波形と偶数の波形を交互に形成する。この幾何学的構成の結果、図示の通り２．５度の角度を頂点５０から端縁部４８と頂点５２から隣接する心線４４との間に形成することができ、さらに５度の角度を頂点５２から心線４４と頂点５４から隣接する心線４４との間に形成する。

波形に変えて、図６〜図９に示す通り凹みを形成した中空軸６０を図１に示される軸類または軸部分のいずれかにも使用することができる。特に軸６０はその全長さおよび周囲にわたって凹み６２を形成し、この凹み６２は軸６０の長さおよび／または周囲の単なる部分として形成されるものであることを理解する必要がある。

凹み６２は様々な適切な形状とすることができ、例えば、ゴルフボールの凹みの無数の形状の１つとして球状、長円形状、放物線状、双曲線状等に形成される。図９に示される制約のない実施例において、それぞれの凹み６２は凹みまたは外からあるいは内からの観察次第では凸状の皿状形を有し、これにより底部は球状であるか、あるいは放物線状であるか、またはボウル状であるかの最適な形状を形成し、基板表面の全面にわたって曲線を形成する。

従って制約のない実例において、凹み部６２は中心部６４と好適には円形の周囲部６６とを画成する。周囲６６に対する接線６８は中心部６４に対する接線７０との関係において２度を超えない角度βを形成し、これにより図５における角度βを充分理解することができ、中心部６４に対する接線７０は中心部６２の中心から偏心される。加えて、中心部６４と周囲６６との間の半径方向の距離長さは好ましくは０．５インチ以下であるか、あるいは、ほぼ１．２５ｃｍ以下である。角度βを２度以下に限定することにより、太陽光線の低い上昇率の損失を防止する。中心部６４と周囲６６との間の半径方向距離を０．５インチ以下に制限することにより、過剰な反射を阻止し、これにより結局太陽光線がドーム２１（図１）の外部に反射するようにし軸６０の全長にわたる光線を減少させる。

制約のない実施例によって既に説明した波形および／または凹みは様々な適切な方法により形成できる。１つの制約のない例において、金属軸あるいは反射フィルムまたは接着材を型押しローラを使用して形成すなわち成型する。別の実施例において金属軸、フィルム、あるいは接着材は押し出し型または被覆型を使用して必要な形状に押し出し成形するかまたは被覆成形する。さらにまた、金属軸、フィルムまたは接着材は成形工具を使用して必要な形状に成型することができる。

本願発明に係る反射構造表面を備えたスカイライトチューブに関して詳細に説明したが、特許請求の範囲を除き、この発明を制限すべきではない。

本願発明の筒型スカイライトの一部断側面図である。 焦点を減少させる長形波形を備えた本願発明のチューブの斜視図である。 図２に示すチューブの内部の側面図である。 図２に示すチューブの頂部平面図である。 図４の円形５内のチューブ構造の詳細説明図である。 焦点を減少させる凹みを備えた別のチューブの斜視図である。 図６に示すチューブの頂部平面図である。 図７の８−８線チューブの側面図である。 図８の円形９内の凹みの詳細説明図である。

Claims (10)

1. 透明ドーム（２１）と少なくとも１つのスカイライト軸基板（２４，４０，６０）とからなり、これらの軸基板はドーム（２１）から延在して軸基板（２４，４０，６０）を介してドーム（２１）に入射する光線を搬送し、さらに少なくとも１つの表面不規則部（４２，６２）を備え、これらの不規則部は軸基板（２４，４０，６０）上に形成され、表面不規則部（４２，６２）は凹み（６２）および長形波形（４２）からなる群から選択されるスカイライト本体。
2. 軸基板（２４，４０，６０）は金属からなり、軸基板（２４，４０，６０）は研磨されて反射面を形成しスカイライト本体に反射フィルムを使用しないことからなる請求項１記載のスカイライト本体。
3. 軸基板（２４，４０，６０）は金属からなり、反射金属を軸基板（２４，４０，６０）の内側面に直接付着してスカイライト本体が内部反射するように構成し、スカイライト本体に接着材を使用しないことからなる請求項１記載のスカイライト本体。
4. 軸基板（２４，４０，６０）は反射フィルムからなり、このフィルム上に金属物質を蒸着することからなる請求項１記載のスカイライト本体。
5. 軸基板（２４，４０，６０）は反射フィルムからなり、このフィルムは反射多層ポリマ複合体からなる請求項１記載のスカイライト本体。
6. 複数の表面不規則部は長形波形（４２）により形成され、それぞれの波形（４２）は心線（４４）と２つの端縁部（４６，４８）とを画成し、第１角度を第１波形の端縁部の接線間に形成し、第２角度を第２波形の端縁部の接線間に形成し、第１角度は第２角度と異なることからなる請求項１記載のスカイライト本体。
7. 第１波形と第２波形とは軸基板（２４，４０，６０）の周囲に交互に形成される請求項６記載のスカイライト本体。
8. 波形（４２）はＶ形横断面を有する請求項６記載のスカイライト本体。
9. 波形（４２）はＵ形横断面を有する請求項６記載のスカイライト本体。
10. 複数の表面不規則部は複数の凹み（６２）により形成され、各凹みは中心部（６４）と周囲（６６）とを画成し、周囲（６６）に対する接線は中心部（６４）に対し２度以下の角度に形成する請求項１記載のスカイライト本体。

Images