JP2014126713A - 採光シート、採光装置、及び建物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シート面が鉛直となるように建物開口部に配置されるシート状である採光シート(20)であって、透光性を有するシート状の基材層(22)と、基材層の一方の面に形成され、光を偏向する光偏向層(23)と、を備え、光偏向層は、基材層の一方の面に沿って複数並べて配置された光を透過する光透過部(24)と、隣り合う光透過部間に配置され、該光透過部よりも低い屈折率の材料が充填された光偏向部(25)と、を有し、採光シートが建物開口部に配置された姿勢で、光偏向部は採光シートの厚さ方向断面において、その下部となる側の辺(25b)に微小な凹凸形状を有している。
【選択図】図3
Description
また、特許文献2に開示されている技術では、外側から入射する光について制御することができるが、室内側から外を見たときに像が屈折するため、外の景色を見るための鮮明さに不足があった。さらに、特許文献2に開示されている採光用光学素子は、プリズム状の凹凸が室内側に露出しているため、設置場所によっては損傷を受けやすく、耐久性に問題があった。
図2には1つの採光装置10を室外側から正面視した図を表した。このように採光装置10は、枠11と該枠11の枠組み内に配置された採光パネル12とを備えており、いわゆる窓として構成されている。そして当該採光装置10が上記のように建物1の開口部に配置される。
具体的には電離放射線硬化性樹脂、その他公知の硬化性樹脂等を要求性能に応じて適宜採用すればよい。電離放射線硬化性樹脂としては、アクリレート系、オキセタン系、シリコーン系等が挙げられる。例えば、アクリレート系の電離放射線硬化性樹脂は、単官能(メタ)アクリレートモノマー、2官能(メタ)アクリレートモノマー、3官能以上の(メタ)アクリレートモノマーなどの(メタ)アクリル酸エステルモノマー、ウレタン(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルオリゴマー乃至は(メタ)アクリル酸エステルプレポリマーなどからなる。さらに3官能以上の(メタ)アクリレートモノマーを例示すれば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等がある。
帯電防止性向上のために用いることができる材料としては、電子伝導タイプではPEDOT−PSS(PEDOT(Poly(3,4−ethylenedioxythiophene);3,4−エチレンジオキシチオフェンポリマー)とPSS(poly(styrenesulfonate);スチレンスルホン酸ポリマー)とを共存)などが挙げられ、イオン導電タイプではリチウム塩系材料等が挙げられる。
また、撥水性向上のために用いることができる材料としては、フッ素系化合物等が挙げられる。
従って基材層22は、透光性を有するとともに光偏向層23の変形を防止できるように支持する。かかる観点から、基材層22を構成する材料の具体例として例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等のうちの1つ以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂(電離放射線硬化型樹脂等)を挙げることができる。
一方、光偏向部25は隣り合う光透過部24の間に配置されている。
光透過部24は、光を透過する部位であり、光偏向層23のうち光透過部24が配置された部位における基材層22側の面とその反対側面(接着層27側の面)とは平行、平滑に形成されていることが好ましい。これによって、後に説明するように採光シート20を通して室外側の景色がさらに見やすくなる。さらに好ましくは光透過部24は光を散乱させることなく透過する。これにより背面側の景色の見易さが向上する。ここに「光を散乱させることなく透過する」とは、意図的に散乱させる材料等を添加することなく形成された部位であることを意味し、材料中を光が透過するときに不可避的に散乱が生じることは許容される。
ここで光透過部24を構成する材料の屈折率は、基材層22の屈折率と同じであってもよいし、異なっていてもよい。ただし両者間で屈折率差があるとその界面で光が偏向されてしまう可能性が高まるので、同じ材料であること、又は異なる材料であっても屈折率差が小さい、あるいは屈折率差がないことが好ましい。ここで光透過部24を形成する材料の屈折率は原材料の汎用性から1.49以上1.56以下の範囲が好ましく、1.49以上1.50以下であることがより好ましい。
また、そのときにおける光透過部24と光偏向部25との屈折率差は、0.03以上0.07以下、より好ましくは0.05以上0.06以下である。屈折率差が0より大きく0.03より小さい範囲では、全反射時の波長分散(波長により全反射角度が異なることによる分散。)が生じた際に長波長の成分が全反射せず、短波長の成分のみが全反射することがあり、色彩の変化が生じる虞がある。一方、屈折率差が0.07より大きいと、短波長の成分の屈折率が長波長の屈折率の成分の屈折率に対して大きくなる傾向にあり、虹状のムラが顕著に表れる虞がある。
光偏向部25は図4に表れる断面において、台形を有している。長い下底が室外側(光透過部24の上底側)、短い上底が室内側(光透過部24の下底側)となり、上下が脚部となる台形である。
脚部のうち、上側となる辺25aは、図4に表された姿勢とされたとき、その傾斜角が水平面(採光シート20のシート面の法線)に対して角度θUで室外側(太陽側)上方に向けて傾斜している。
一方、辺25aとは反対側となる下部の脚部となる側の辺25bは、その傾斜角が水平面(採光シート20のシート面の法線)に対して所定の角度で室外側下方に向けて傾斜している。当該辺25bの傾斜角は特に限定されることはないが、製造の観点から0°以上30°以下とすることが好ましい。
光を散乱して反射するための具体的形態は特に限定されることはないが、例えば辺25bが微小な凹凸を有するように構成してもよい。微小な凹凸の形成方法は後で詳しく説明する。
このような凹凸面の例を図5に示した。このように、凹凸面は辺25bの傾斜に沿って階段状であることが好ましい。具体的には次のとおりである。凹凸の厚さ方向の大きさ(図5にTで示した大きさ)は1μm以上、50μm以下であることが望ましい。1μmより小さいと光の波長程度になり、幾何光学上の全反射の効果が得られなくなる可能性がある。一方、光偏向部25の厚さ方向大きさは50μm以上300μm以下が加工上の観点から望ましく、このとき、Tが50μmより大きくなると階段状にならない場合がある。
また、凹凸の幅方向大きさ(図5にSで示した大きさ)は、0.5μm以上、より望ましくは1.0μm以上である。一方、幅方向大きさは10μm以下であることが望ましい。10μm以上になると、光偏向部25の幅に近くなりすぎ、適切な階段状にならない虞がある。
また、光偏向部25の断面のうち、室外側(基材層22と反対側で光透過部24間の凹部の開口側)の大きさは特に限定されないが、5μm以上150μm以下であることが好ましい。この幅が狭すぎると微細形状になるので加工が困難になる。一方、この幅が広すぎると金型で成形する際に材料の離型性が低下する傾向にある。
図6(b)は、上部となる側の辺が室外側から2つの辺25’’a、25’’bにより形成されて下に凸となる折れ線状の光偏向部25’’の例である。この例では、最も室外側となる辺25’’aの傾斜角が水平面(採光シート20のシート面の法線)に対して角度θa、最も室内側となる辺25’’bの傾斜角が水平面(採光シート20のシート面の法線)に対して角度θbとなる。この場合もθaとθbとの平均をθUとする。ここでは2つの辺25’’a、25’’bからなる光偏向部の例を説明したが、これに限らずさらに多くの辺により形成されていてもよい。
接着層27は、パネル13に採光シート20を接着するための層である。接着層27を構成する材料としては、パネル13に採光シート20を接着できるものであれば特に限定されず、公知の粘着剤、接着剤、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂等を用いることができる。より具体的な例としては、接着層27として、例えばアクリル系の粘着剤を用いることができ、さらに具体的にはアクリル系共重合体とイソシアネート化合物とを組み合わせた粘着剤を挙げることができる。ただし、接着層27を構成する材料は、採光シート20の性質上、透光性、耐候性に優れた材料によることが好ましい。
基体は、ロール基体31の剛性を確保するための部位で、ロール基体31の大部分を占めている。かかる観点から基体は、機械構造用の鉄系材料が用いられることが好ましい。また、必要な剛性を確保しつつも軽量化をする観点から、基体は両端に底を有する有底の円筒状であってもよい。また、ロール金型30表面の温度調節ができるようにロール基体31の内部に冷水や温水、蒸気又は高温の油を循環できるように2重構造にするのが一般的である。
一方、被加工層は、基体の外表面を被覆するように積層された層である。基体は上記したように構造上の観点からその材料が選択されるので、加工が困難である場合が多い。そこで、実際に加工するのはロール基体31の表面付近のみでよいことから、加工される部分に比較的加工のしやすい被加工層を設ける。従って、被加工層は、銅メッキ層、ニッケルメッキ層等の加工が容易な材料によるメッキ層であることが好ましい。被加工層の厚さは、その性質上、加工されるべき形状により決められる。例えば銅メッキ層の厚さは、必要な形状の高さ以上あれば問題ないが、通常は0.3mm乃至1.0mmである。
その後、得られた基準面に基づいてロール基体31を回転させつつ切削工具により溝33を形成する。ここで切削工具は例えば次のような形状を具備している。図11に使用される切削工具の一例である切削チップ40の概略的な図を示した。図11ではすくい面を符号41、前逃げ面を符号42、横逃げ面を符号43でそれぞれ表わしている。図11(a)は斜視図、図11(b)はすくい面41側からみた図、図11(c)は前逃げ面42側から見た図、及び図11(d)は横逃げ面43側から見た図である。
前逃げ角θcは、通常5度以上20度以下にすることが多い。5度より小さいと横逃げ角と同様に切れ性が悪くなる傾向にある。一方、20度よりも大きくすると切削チップ先端の剛性がなくなり、欠けやチッピングが生じやすい。
そのあと、切削チップ40をロール基体31の半径方向に後退させ、次の溝33を切削するために切削チップ30を送る。このときの送り量r(mm)は、図13(b)に示したように、溝33のピッチp(mm)の半ピッチ(p/2)分から、上記した斜め方向に切り込む分を考慮した量s(mm)を差し引いた量とする。ここで差し引く量s(mm)は、溝33の底面と、切削チップ40を切り込みのために移動を開始する位置と、の距離をt(mm)としたとき、
s=t・tan(θa1)
で表わされる。従って送り量r(mm)は、
r=p/2−(t・tan(θa1))
となる。
そして図13(a)、図13(b)で説明したと同様に切り込み、図14のように溝33及び環状突起32を形成する。
一方、散乱反射、散乱透過のための構成については、光偏向部125を透明なバインダー樹脂と該バインダー樹脂とは屈折率が異なる透明な光散乱剤とを混合させた材料で構成することができる。透明なバインダー樹脂としては光透過部24と同様なものを用いることができる。一方、当該透明な光散乱剤としては、例えば、(メタ)アクリル酸エステル及びスチレンを中心としたモノマーを重合して得られた架橋粒子が挙げられる。当該架橋粒子の具体例としては、アイカ工業株式会社製のガンツパール(登録商標)が挙げられる。上記架橋粒子は、アクリル酸エステル及びスチレンとの混合比を変えることによって、屈折率を制御することができる。例えば、アクリル比を高くすることで屈折率を1.49程度にすることができ、スチレン比を高くすることで屈折率を1.59程度にすることができる。また、光散乱剤にはウレタン架橋粒子を用いることも可能である。当該ウレタン架橋粒子の具体例としては、根上工業株式会社製のアートパール(登録商標)が挙げられる。また、光散乱剤は中空粒子にすることも可能である。
図17からわかるように光LS3はそのときの太陽高度に基づいて仰角(水平面からなす角)θS3で採光パネル112に照射される。採光パネル112に入射した光LS3は採光パネル112を透過するうちに光偏向層123の光透過部24内を進む。光透過部24内では、該光透過部24の屈折率をNP、室外の屈折率をN0とすれば、光LS3は、式(8)で表される太陽光進行角θP3で進む。
10 採光装置
11 枠
12 採光パネル
13 パネル
20 採光シート
21 ハードコート層
22 基材層
23 光偏向層
24 光透過部
25 光偏向部
27 接着層
Claims (5)
- シート面が鉛直となるように建物開口部に配置されるシート状である採光シートであって、
透光性を有するシート状の基材層と、
前記基材層の一方の面に形成され、光を偏向する光偏向層と、を備え、
前記光偏向層は、
前記基材層の一方の面に沿って複数並べて配置された光を透過する光透過部と、
隣り合う前記光透過部間に配置され、該光透過部よりも低い屈折率の材料が充填された光偏向部と、を有し、
前記採光シートが前記建物開口部に配置された姿勢で、前記光偏向部は前記採光シートの厚さ方向断面において、その下部となる側の辺に微小な凹凸形状を有している、採光シート。 - 前記微小な凹凸が、前記下部となる側の片に沿った階段状の凹凸である請求項1に記載の採光シート。
- 前記光偏向部には光を散乱させる材料が含有されている請求項1又は2に記載の採光シート。
- 透光性を有する板状のパネルと、
前記パネルの一方の面に貼付される請求項1乃至3のいずれか1項に記載の採光シートと、
少なくとも前記パネルの周囲を囲むように配置される枠と、を備える採光装置。 - 壁に形成された開口部に請求項4に記載の採光装置が設置された建物。
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