JP2013232330A

JP2013232330A - 昼光照明装置

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Publication number: JP2013232330A
Application number: JP2012103651A
Authority: JP
Inventors: Yoshinaga Oyama; 能永大山; Yasushi Namatame; 泰生天目
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: JP5914143B2

Abstract

【課題】眺望を損なうことなく室内を良好に照射する昼光照明装置を提供する。
【解決手段】窓２の室内側に配置される透明な板部材１に多数の貫通穴４を形成し、貫通穴４の屋外側には、取り込みたい太陽光の太陽高度と同じ傾斜を持つ対称軸の放物面からなり且つ内壁面に反射性を有する外側反射面５を形成し、貫通穴４の室内側には、反射した太陽光を照射したい天井位置に向く対称軸の放物面からなり且つ内壁面に反射性を有する内側反射面６を形成する。これにより、太陽光は貫通穴４の外側反射面５又は内側反射面６で反射されて室内の天井３を照射する。また、貫通穴４間の板部材１の透明部分から拡散光を取り込むことができ、窓からの眺望を損なわない。また、金属蒸着によって外側反射面５又は内側反射面６に反射性を付加しても、反射層は薄く、板部材１の透明性を損なわず、眺望を損なうことなく太陽光を天井方向に反射させることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽光を用いて室内を照明する昼光照明装置に関し、例えば天井面を介して室内を照明するのに好適なものである。

このような昼光照明装置としては、例えば下記特許文献１及び特許文献２に記載されるものがある。このうち、下記特許文献１に記載される昼光照明装置は、ブラインドを構成する複数のスラットをラダーで保持し、各スラットの傾斜角度をラダーによって調整して、スラットに反射した太陽光が、上部のスラットほど室奥の天井に向かい、下部のスラットほど窓際の天井に向かうようにするものである。また、下記特許文献２に記載される昼光照明装置は、透明材料で構成された角材状の透明部材を上下方向に並べて窓際に配置し、各透明部材による太陽光の屈折及び反射光が室内の天井に照射されるようにするものである。

特許第３７０００９８号公報特開２００９−２６６７９４号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載される昼光照明装置では、室内を照明することはできても、所謂ブラインドは常時下りている状態であり、窓からの眺望は失われる。一方、前記特許文献２に記載される昼光照明装置では、室内を照明すると共に、窓からの眺望も或る程度シースルー状態で得られるが、屈折及び反射する太陽光によって眺望が縞状になる。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、眺望を確保しつつ室内を照明する昼光照明装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の昼光照明装置は、窓の室内側に配置される透明な板部材と、前記板部材に形成された複数の貫通穴と、前記貫通穴の内側反射面を備えたことを特徴とするものである。
また、前記反射面は透明板の屈折率と貫通穴の傾斜角度の関係によって貫通穴に入射した太陽光を全反射すること、あるいは金属蒸着によって構成されることを特徴とするものである。

さらに、前記貫通穴は焦点を共有する２つの放物面がＸ状に繋がる形状をしており、貫通穴に入射する太陽光の量を増やすために、屋外側の放物面の対称軸を上方に傾けることを特徴とするものである。
室内をバランスよく照明するため、前記貫通穴の室内側の放射面の対称軸は貫通穴に入射する太陽光を照射させたい位置に向けることを特徴とするものである。

而して、本発明の昼光照明装置によれば、窓の室内側に配置される透明な板部材に多数の貫通穴を形成し、貫通穴の屋外側は取込みたい太陽光の太陽高度に応じた傾斜を持つ対称軸の放物面からなり且つ貫通穴表面は反射面で、貫通穴の室内側は、反射された太陽光で照らしたい天井位置に向いた対称軸の放物面からなり且つ貫通穴表面は反射面とする。そのため、太陽光は貫通穴表面の反射面で反射されて室内の天井の特定部分を照射する。また、透明な板部材に貫通穴が形成され、その貫通穴内の表面で反射されているだけなので、窓からの眺望が損なわれることがない。
また、貫通穴内の表面での反射量を増やすために金属蒸着によって反射面で被覆を構成することが可能である。金属蒸着による反射層は、薄いため窓からの眺望を損なうことはない。

本発明の昼光照明装置の一実施形態を示す概略構成の縦断面図である。図１の昼光照明装置の詳細構造を示す縦断面図である。図２の昼光照明装置の作用の説明図である。本発明の昼光照明装置の変形例の作用の説明図である。本発明の昼光照明装置の変形例の作用の説明図である。本発明の昼光照明装置の変形例の作用の説明図である。本発明の昼光照明装置の変形例の作用の説明図である。本発明の昼光照明装置の変形例の作用の説明図である。

次に、本発明の昼光照明装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の昼光照明装置の概略構成例を示す縦断面図である。本実施形態では、幅３００ｍｍ、厚さ６ｍｍのアクリル樹脂製の透明な板部材１を幅方向に３枚並べ、それを窓２の室内側上部から並べた順に吊り下げるように配置する。板部材１の長さは窓２の横幅程度とする。本実施形態の昼光照明装置は、後述するように、板部材１に形成された貫通穴によって太陽光を天井３に反射して照射する。また、板部材１の幅を３００ｍｍとしたのは、持ち運びや設置施工性を考慮した結果である。本実施形態では窓２の手前の歩行者の存在を想定し、板部材１の設置を窓２の上方に配置した。具体的には本実施形態の窓２の窓の高さを床上２．７ｍとし、窓２の上方１／３に透明な板部材を吊り下げることにした。歩行者によって反射された太陽光が遮られる、あるいは反射された太陽光が歩行者のグレア（眩輝）になることが考えられるためである。

板部材１には、図２に示すような、小さな貫通穴４が多数形成されている。これらの貫通穴４の大きさは小さく、数が多い方が望ましく、図２では、凡そ３〜４ｍｍ程度の外径を有するものとして示した。図２は、図の左方からの太陽光を図の右方に反射する状態を示している。貫通穴４の外側反射面５及び内側反射面６は、夫々、板部材１の表裏面側が大きく開口している。外側反射面５は対称軸を取り込みたい太陽光の入射角度、つまり太陽高度に応じた角度に傾斜させた放物面の一部で、内側反射面６は反射した太陽光を照射させたい天井に対称軸を向けた放物面の一部である。貫通穴４は外側反射面５と内側反射面６とが外側反射面５で反射した光のうち焦点を透過した光は内側反射面６に照射するように連結して構成されている。貫通穴４を構成する外側反射面５及び内側反射面は、何れも太陽光を反射するように工夫されている。工夫の方法の例として、板部材１の素材はアクリルのように屈折率の大きな材料とするか、クロムや銀などの金属蒸着によって反射層を付加する。金属蒸着では、薄い反射層を付加することが可能なので、板部材１の透明性を維持でき、窓からの眺望を損なわない。なお、貫通穴４以外の部分に金属が蒸着しないように、板部材１の表裏面にはマスクを設けて金属蒸着を施す。また、後述するように、貫通穴４の外側反射面５及び内側反射面６は、夫々、板部材１の表裏面側が大きく開口しているので、金属蒸着は板部材１の表裏面側から片面ずつ行う。

外側反射面５は、取り込みたい太陽光の太陽高度に応じて予め設定された傾斜角度を有する対称軸の放物面で構成される。外側反射面５を構成する放物面は、太陽光の入射方向、つまり屋外側が大きく開口するように設定されている。放物面で反射した光は、放物面の焦点を通過することから、パラボラアンテナや反射望遠鏡などに用いられる。例えば、外側反射面５を構成する放物面の対称軸の水平面に対する傾斜角度設定は、想定する太陽高度と同じとする。図２（ａ）は取り込みたい太陽光の太陽高度を６０°、図２（ｂ）は４５°、図２（ｃ）は３０°とした場合を示している。６０°は北緯３５度地点（東京など）における夏至の１０時頃および１４時頃の太陽高度で、３０°は冬至の１１時頃および１３時頃の太陽高度、４５°は春・秋分の１０時および１４時頃の太陽高度である。対称軸の傾斜を多様にすることで、太陽光を効率的に室内に導入できる時間を増やすことができる。

一方の内側反射面６は、反射した太陽光を照射したい天井位置に向けて傾斜された対称軸の放物面の一部である。内側反射面を構成する放物面は、反射光の出射方向、つまり室内側が大きく開口するように設定されている。内側反射面６を構成する放物面の対称軸は、内側反射面６に入射した太陽光の反射光で照射したい天井位置に向くように傾斜されている。本実施形態では、反射された太陽光の室内天井照射位置を三箇所（Ａ，Ｂ，Ｃ）に設定した。従って、貫通穴４に要求される特性は以下の９種類となる。Ａ，Ｂ，Ｃの例としては、窓面から３．５ｍ、５ｍ、７ｍの三箇所などが考えられる。
１）外側反射面５の対称軸の傾斜が６０°で内側反射面６の対称軸がＡに向く
２）外側反射面５の対称軸の傾斜が６０°で内側反射面６の対称軸がＡに向く
３）外側反射面５の対称軸の傾斜が６０°で内側反射面６の対称軸がＡに向く
４）外側反射面５の対称軸の傾斜が４５°で内側反射面６の対称軸がＢに向く
５）外側反射面５の対称軸の傾斜が４５°で内側反射面６の対称軸がＢに向く
６）外側反射面５の対称軸の傾斜が４５°で内側反射面６の対称軸がＢに向く
７）外側反射面５の対称軸の傾斜が３０°で内側反射面６の対称軸がＣに向く
８）外側反射面５の対称軸の傾斜が３０°で内側反射面６の対称軸がＣに向く
９）外側反射面５の対称軸の傾斜が３０°で内側反射面６の対称軸がＣに向く

このうち、図３（ａ）は太陽高度が高い場合の貫通穴４で反射された太陽光が天井の３カ所を照射していることを示す。図３（ｂ）は太陽高度が中くらいの場合の貫通穴４で反射された太陽光が天井の３カ所を照射していることを示す。図３（ｃ）は太陽高度が低い場合の貫通穴４で反射された太陽光が天井の３カ所を照射していることを示す。図３のように、高い太陽高度の太陽光を反射する貫通穴のみを有する板部材１を１枚吊り下げて使ったり、中位の太陽高度の太陽光を反射する貫通穴のみを有する板部材１を１枚吊り下げて使ったり、低い太陽高度の太陽光を反射する貫通穴のみを有する板部材１を１枚吊り下げて使ったりすることも可能である。これらの場合、貫通穴４の総数は透視性を損なわない範囲で多いことが望ましい。

また、図４に示すように、上段の板部材１は対称軸の傾斜が６０°の外側反射面のみの貫通穴４を有し、中段の板部材１は対称軸の傾斜が４５°の外側反射面のみの貫通穴４を有し、下段の板部材１は対称軸の傾斜が３０°の外側反射面のみの貫通穴４を有するとして、これらの板部材１を３つ吊り下げると、時刻の経過に伴い、太陽光を主に反射する板部材１が下から上へ、そして上から下へと変わる。太陽光を主に反射する板部材１が変わっても、照らされている天井部位は変わらない。

また、図５に示すように、板部材１の上部の多数の貫通穴４は対称軸の傾斜が６０°の外側反射面を有する貫通穴とし、中部の多数の貫通穴４は対称軸の傾斜が４５°の外側反射面を有する貫通穴とし、下部の多数の貫通穴４は対称軸の傾斜が３０°の外側反射面を有する貫通穴とし配置されている部位とすると、図４のように時刻に伴い、太陽光を主に反射する板部材１が変わることがなく、同様の効果が得られる。

また、図６に示すように、板部材１の上部の多数の貫通穴４は対称軸の傾斜が６０°の外側反射面と天井Ａに向く対称軸を有する内側反射面を有する貫通穴とし、中部の多数の貫通穴４は対称軸の傾斜が４５°の外側反射面と天井Ｂに向く対称軸を有する内側反射面とを有する貫通穴し、下部の多数の貫通穴４は対称軸の傾斜が３０°の外側反射面と天井Ｃに向く対称軸を有する内側反射面とを有する貫通穴とすると、貫通穴の種類が３種類でも、図４のように時刻に伴い、太陽光を主に反射する板部材１が変わることがなく、同様の効果が得られる。

また、図７に示すように、上段の板部材１の多数の貫通穴４は対称軸の傾斜が６０°の外側反射面と天井Ａに向く対称軸を有する内側反射面を有する貫通穴とし、中段の板部材１の多数の貫通穴４は対称軸の傾斜が４５°の外側反射面と天井Ｂに向く対称軸を有する内側反射面とを有する貫通穴し、下段の板部材１の多数の貫通穴４は対称軸の傾斜が３０°の外側反射面と天井Ｃに向く対称軸を有する内側反射面とを有する貫通穴として、これらの板部材１を３つ吊り下げると、図４の場合と同様に、時刻の経過に伴い、太陽光を主に反射する板部材１が下から上へ、そして上から下へと変わる。太陽光を主に反射する板部材１が変わっても、照らされている天井部位は変わらない。この場合、図８のように板部材の設置順番を変えることで、太陽光を主に反射する板部材１の変わり方を変更することができる。しかも、反射光の照射範囲（Ｂ’）を若干拡げたり、照射位置（Ｃ’）を若干遠くしたりする調整も可能となる。

このように表面で反射する貫通穴４が透明な板部材１の上下方向に多数配置されると、上方の貫通穴４の奥行きが庇の効果を発揮し、上下に隣り合う貫通穴４間の透明部分の直射日光透過を妨げる。従って、上下の貫通穴４間の寸法を調整することで、グレア源となりそうな直射日光が透明部分を通過するのを抑制することができ、グレア源となるのを防止することができる。また、貫通穴４間の透明部分では、拡散光を取り込むことが可能なので、眺望を確保することができる。

また、室奥の居住者が板部材１を見上げた場合でもグレアを感じないように、互いに上下に隣り合う貫通穴４のうち、上方の貫通穴４の屋外側下端と下方の貫通穴４の室内側上端を結ぶ線分を水平に対して傾斜させる。室奥の居住者の視点と板部材１を結ぶ線分が水平に対して２０°とすると、上方の貫通穴４の屋外側下端と下方の貫通穴４の室内側上端を結ぶ線分を水平に対して２０°以下の角度とする。この関係から、上下に隣り合う貫通穴４間の距離が決定される。また、上下に隣り合う貫通穴４間の距離は全て一定とする。これにより、規則性を感受させ、貫通穴４の存在感を薄くし、眺望を得やすくする。同様の目的で、左右に隣り合う貫通穴４間の距離は全て一定とする。また、左右に隣り合う貫通穴４間の距離は、上下に隣り合う貫通穴４間の距離とほぼ等しく設定する。その理由は、貫通穴４の左右間の距離と上下間の距離が異なる場合、強度のばらつきが生じ、板部材１が割れやすくなるためである。なお、貫通穴４の種類別数の比率は、取り込みたい太陽光となる太陽高度の出現比率とする。

このように本実施形態の昼光照明装置では、窓２の室内側に配置される透明な板部材１に多数の貫通穴４を形成し、貫通穴４の屋外側は取込みたい太陽光の太陽高度に応じた傾斜を持つ対称軸の放物面からなり且つ貫通穴表面は反射面で、貫通穴４の室内側は、反射された太陽光で照らしたい天井位置に向いた対称軸の放物面からなり且つ貫通穴表面は反射面とする。これにより、太陽光は貫通穴４の外側反射面５又は内側反射面６で反射されて室内の天井３を照射する。また、透明な板部材１に貫通穴４が形成され、その貫通穴４内の表面で反射されているだけなので、透明部分から拡散光を取り込むことができる。板部材１内の乱反射を抑制することで、窓からの眺望が損なわれることがない。また、拡散光も取り込んでいるので、局所的に高輝度部分が生じるような不均一な輝度分布とならず、室内の視覚的印象が暗くならない。また、視覚的印象を明るくするためだけの補光が不要になる。また、反射された直射日光は天井か、窓際の床面にしか照射されないので、グレアを感じるような居住者が出現しない。

また、貫通穴内の表面での反射量を増やすために金属蒸着によって反射面で被覆を構成することが可能である。金属蒸着による反射層は薄いため窓からの眺望を損なうことはない。
なお、前述した太陽高度や天井照射位置は、前記に限定されるものではなく、昼光照明装置の設置場所に応じて適宜設定することが可能である。

１は板部材
２は窓
３は天井
４は貫通穴
５は外側反射面
６は内側反射面

Claims

窓の室内側に配置される透明な板部材と、
前記板部材に形成された多数の貫通穴と、
前記貫通穴の内側反射面を備えることを特徴とする昼光照明装置。
前記貫通穴内側の反射面は臨界角以上の入射光に対してのみ反射する反射面あるいは金属蒸着によって付加された反射面であることを特徴とする請求項１に記載の昼光照明装置。
前記貫通穴は２つの放物面がＸ状に繋がる形状をしており、貫通穴に入射する太陽光の量を増やすために、屋外側の放物面の対称軸を上方に傾けることを特徴とする請求項１又は２に記載の昼光照明装置。
室内をバランスよく照明するため、前記貫通穴の室内側の放物面の対称軸を、反射された太陽光を照射させたい位置に向けることを特徴とする請求項３に記載の昼光照明装置。
太陽光を効率的に利用するために、前記貫通穴の屋外側の放物面の対称軸を、取り込みたい太陽光の太陽高度と同程度、水平から上方に傾斜させることを特徴とする３に記載の昼光照明装置。