JP2015129369A - 窓 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽光線に含まれる赤外光を可視光に変換して発光する赤外可視変換層を設けた視認性に優れ、窓を通して侵入する熱エネルギーを低減する窓を提供すること。
【解決手段】 窓枠（２１）と、窓枠（２１）内に取り付けられた複数の板状の可視光透過板（３０，３０）を備える。２枚の可視光透過板（３０，３０）間には、所定の間隔を隔てて配置された複数の赤外可視変換層（３２）および透光性部材（３１）を備えて構成する。赤外可視変換層（３２）は、希土類元素を含む蛍光体を含有する発光ガラスであり、蛍光体は赤、緑、青のいずれかの色の波長の光のアップコンバージョン光を発する蛍光体であり、酸化物またはフッ化物を母体とする無機蛍光体により構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば住宅やオフィスの窓に関するもので、具体的には外光である太陽光線に含まれる赤外光を可視光に変換する窓に関する。

近年、住宅の窓は単層ガラスの窓部材のみならず、張り合わせガラスを用いた窓、空気層もしくは減圧層を介して一体化した二重ガラス窓など多くの種類の窓が実用化されている。また、照明機能を備えた窓サッシも知られている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に開示されたドア装置を示すもので、（ａ）が斜視図、（ｂ）が横方向断面図である。特許文献１のドア装置は、ドア本体の一部から昼間に太陽光を採光し、夜間にドア本体の一部から光を出してドア本体の表面側や裏面側を照明する。ドア装置は、ドア枠１にドア本体２を開閉自在に取付け、ドア本体２内に導光板３を配置している。ドア本体２の表裏面に表裏方向に対向するように表面側開口部４と裏面側開口部５とを設けて該表面側開口部４と裏面側開口部５にそれぞれ導光板３の表面側及び裏面側の一部を対面させている。表面側開口部４及び裏面側開口部５に面する導光板３の表裏面部に乱反射用溝部６を複数個間隔を隔てて形成されている。ドア枠１内に設けた光源７からの光が照射される部分をドア本体２を閉じた状態における導光板３の側端部の露出部分と対向させるように設置している。導光板３がドアの窓に相当する。

したがって、この窓（導光板）３は、昼間は太陽光を窓（導光板）の裏面側から導入し、窓（導光板）の乱反射用溝部６で乱反射して表面側へと放出させることで採光することができる。一方、夜間においては、光源７から出射させた出射光が窓（導光板）３を通り乱反射用溝部６で乱反射して外部に放出され、窓（導光板）３の表面側及び裏面側を照明可能としている。

特開平５−２９５９６２号公報

しかしながら、特許文献１のドア装置にあっては、光源７および採光する太陽光の双方の光を乱反射用溝部６で乱反射させる必要があるため、導光板３に多くの乱反射用溝部６を設けなければならず、透過視認性が低い。また、太陽光は乱反射に用いるのみでその光の演出性に乏しく有効活用がなされていない。

本願発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、その課題は、赤外光を可視光に変換して発光する赤外可視変換層を設けた視認性に優れた窓を提供することである。また、本願発明の他の目的は、窓を通して侵入する熱エネルギーを低減して、例えば夏季における屋内の温度上昇を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
窓枠と、前記窓枠内に取り付けられた板状の可視光透過窓部を備え、
前記可視光透過窓部は、赤外光および可視光を透過する板状の可視光透過板と、前記可視光透過板の面内方向において所定の間隔を隔てて配置された複数の赤外可視変換層とを備え、
前記赤外可視変換層は、希土類元素を含む蛍光体を含有する発光ガラスであり、
前記複数の赤外可視変換層は、前記可視光透過板の面内方向と直交する方向の厚みと同じ幅に形成されており、かつ、前記所定の間隔が前記可視光透過板の面内方向と直交する方向の厚みに対して長い距離とした、ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記複数の赤外可視変換層の間に透光性部材が配置され、
前記透光性部材は、前記赤外可視変換層の屈折率と前記可視光透過板の屈折率のいずれかの屈折率と同等もしくは中間の屈折率を有する部材である、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、前記発光ガラスに含まれる蛍光体が、赤外光で励起したときに、赤、緑、青のいずれかの色の波長の光のアップコンバージョン光を発する蛍光体であり、酸化物またはフッ化物の無機蛍光体である、ことを特徴とする。

本発明によれば、赤外可視変換層の複数があたかも透過状態にしたブラインドのように規則的に離間して配列しているので、全面に赤外可視変換材料を分散して設けた場合等に比べて透過することを阻害することがない。また、太陽光により赤外可視変換材料が励起され発光を生じる。したがって、演出性に優れ、透過視認性に優れた窓を提供することが可能となる。窓を通して侵入する熱量を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、さらに、発光ガラスと可視光透過板との間の界面を気づきにくくすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、さらに、赤外光を可視光に高い効率で変換することができる。また、赤外エネルギーを可視光に変換するので、赤外光による温度上昇を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態における窓を家屋の壁面に取り付けた状態の断面を斜視状態で示す概略図である。 図２は、本発明の実施形態における窓を示す断面図である。 図３は、図２に示した窓を拡大して示す断面図である。 図４は、比較例の窓を家屋の壁面に取り付けた状態の断面を斜視状態で示す概略図である。 図５は、本発明における窓の赤外可視変換層の設置構成について断面にて説明する図面で、（ａ）は２枚の可視光透過板間の間隙に透光性部材を充填した設置構成の場合の例を示す断面図、（ｂ）は２枚の可視光透過板間の間隙に樹脂製の透光性部材を挟持する設置構成の場合の例を示す断面図である。 図６は、特許文献１に開示されたドア装置を示すもので（ａ）が斜視図、（ｂ）が横方向断面図である。

以下、本発明の一実施形態である家屋用の窓について、図面を参照しながら説明する。
なお、本明細書において「上」とは、特に断りのない限り、家屋に取り付けた状態における上方をいい、「下」は家屋に取り付けた状態における下方をいう。

図１は、本発明の実施形態における窓を家屋の壁面に取り付けた状態の断面を斜視状態で示す概略図である。図２は、本発明の実施形態における窓を示す上下方向の断面図である。本実施形態の窓２０は、例えば、図１家屋の壁面２３に窓２１を介して固定される。窓２０は、窓部２２と窓部２２の周囲の窓枠２１とからなる。可視光を透過する窓部２２は、窓枠２１内に取り付けられた２枚の板状の可視光透過板３０によって形成される。

窓部２２は、赤外光および可視光を透過する２枚の板状の可視光透過板３０、３０と、２枚の可視光透過板３０、３０の間の間隙３４内に設けた複数の赤外可視変換層３２および透光性部材３１とからなる。

可視光透過板３０は、板ガラスなどのガラス部材からなり、少なくとも家屋の外側に位置する一方の可視光透過板３０ａには、赤外光および可視光を透過する特性を有するものを用いる。屋内側の可視光透過板３０ｂには、可視光を透過する特性を有するものを用いる。２枚の板状の可視光透過板３０を所定の間隙３４を設けて窓枠２１に取付けて周囲を固定する。窓枠２１にて固定される可視光透過板３０は、２枚に限るものではなく、さらに多くの可視光透過板３０を積ねたものでも良い。また、可視光透過板３０は、ガラス部材に限るものではなく、アクリル樹脂などの樹脂材料でも良い。

２枚の可視光透過板３０の間の間隙３４には、赤外可視変換層３２が間隔を空けて配置される。水平方向に延びて設けられている。すなわち、所定の間隔を隔てて水平に等間隔で配置されている。換言すれば、ブラインドのように規則的に離間した赤外可視変換層３２を配列している。また、間隙３４の赤外可視変換層３２を設けた箇所を除く部分には、透光性部材３１が充填されている。

透光性部材３１は、赤外光および可視光を透過する特性を有するものを用いる。前述した可視光透過板３０として無機材料からなる板ガラスを用い、後述する赤外可視変換層３２には、希土類元素を含む蛍光体を含有する発光ガラスを用いる場合には、透光性部材３１も無機材料からなる水ガラスを用いることができる。水ガラスとは、珪酸ナトリウムまたは珪酸ソーダと呼ばれており、単一の化合物ではなく、ＳｉＯ２（無水珪酸）とＮａ２Ｏ（酸化ソーダ）がいろいろな比率で混合している液体である。

また、透光性部材３１は、可視光透過板３０の屈折率と同じまたは近似した屈折率の材料を用いることが好ましい。可視光透過板３０の屈折率と同じならば、可視光透過板３０と透光性部材３１の界面が目立たなくなるからである。異なる屈折率の材料を用いる場合には、透光性部材３１の屈折率を赤外可視変換層３２の屈折率と可視光透過板３０の屈折率の中間の屈折率を有する部材が良い。また、赤外可視変換層３２と透光性部材３１の屈折率を等しくして赤外可視変換層３２との界面での反射光りが生じないようにしても良い。

また、透光性部材３１を合わせガラスの中間膜材料とすれば、２枚以上のガラスを強靭な樹脂膜からなる中間層で接着して一体化することができ、樹脂膜の力で、割れてもガラスの破片が飛び散らないようにして安全性能を向上させることができる。

赤外可視変換層３２には、希土類元素を含む蛍光体を含有する発光ガラスを用いる。希土類元素を含む蛍光体を含有する発光ガラスを用いることで、赤外光を可視光に変換する効率を高めることができる。また、赤色を発光する蛍光体、緑色を発光する蛍光体、青色を発光する蛍光体の３種類を用いて混色光を得ることもできる。

希土類元素を含むガラスに赤外線を照射して、赤外光より短波長側である可視領域にアップコンバージョン蛍光を発生させることができることが知られている。この種の蛍光体としては、例えば、ＴｅＯ２、Ｇａ２Ｏ３、ＰｂＯ，Ｂｉ２Ｏ３、Ｇｅ０２等の金属酸化物に希土類元素としてＥｕを含有したものや、赤外透過ガラスにエルビウムおよびツリウムを含有したものがある。

図１に示したように、日中は太陽Ｓからの赤外線を含む太陽光ＬＳが窓２０に注ぎ込む。太陽光ＬＳは外側の可視光透過板３０ａを通して窓２０内に入射する。入射した光の一部は赤外可視変換層３２に入射してアップコンバージョン蛍光体を励起する。励起されたアップコンバージョン蛍光体は、赤外光を所定の可視光に変換して発光する。これにより窓２０が所定の色に発光し、窓２０の内側の屋内および屋外を照らす。また、屋内から屋外を見る際には、赤外可視変換層３２を等間隔に配置したことで、透明部材３３を通して屋外を見ることができる。

次に、赤外可視変換層３２の設置間隔について説明する。図３は、図１の実施の形態における窓２０の上下方向断面を一部拡大して示す断面図である。

窓を家屋等の壁面に設ける場合には、家屋の設置場所に対応して、赤外可視変換層３２の配置間隔を最適化することが望ましい。赤外可視変換層３２を配置する間隔ｐは、窓２０を設置する地点における太陽高度を考慮して決定することが好ましい。

例えば、屋内の温度管理が重要な場合には、屋内に入り込む赤外線を防止して屋内温度の上昇を抑制することが好ましい。その場合には、間隔ｐを次の式で求められる値とすることが好ましい。
［式１］ ｐ＝ｗ×ｔａｎθ１＋ｔ
ここで、ｗは赤外可視変換層３２の幅、ｔは赤外可視変換層３２の厚み、θ１は設置地点の最低太陽高度（度）である。
例えば、日本の東京近傍ならばθ１は３１度程度となる。その場合、赤外可視変換層３２の幅ｗが１ｍｍ、赤外可視変換層３の２の厚みｔが０．０５ｍｍとするならば、ｐ＝０．６５ｍｍとなる。すなわち、間隔を０．６５ｍｍとすれば、太陽光が最低高度の高さから入射した場合でも、その光を赤外可視変換層３２にて捕らえることができる。これにより、屋内に入射する赤外光を可視光に変換するので、屋内に赤外光が入射しなくなり屋内の温度上昇を抑制することができる。

夏季における温度上昇を抑制するのに適した間隔ｐは、次の式で求められる値とすることが好ましい。
［式２］ ｐ＝ｗ×ｔａｎθ２＋ｔ
ここで、ｗは赤外可視変換層３２の幅、ｔは赤外可視変換層３２の厚み、θ２は設置地点における春分の日または秋分の日の太陽高度（度）であり、例えば東京近傍では５５度である。
この式によって得られる間隔ｐ、東京近傍ならばｐ＝１．４７ｍｍとしたならば、冬季は太陽光線に含まれる赤外光を屋内に取り入れることができ、夏季は太陽光線に含まれる赤外光を赤外可視変換層３２にて捕らえることができる。これにより、屋内に入射する赤外光を可視光に変換するので、夏季における屋内への赤外光の入射を抑制することができ、冷暖房エネルギーを低減することができる。

このように、赤外可視変換層３２の可視光透過板３０の面内方向における設置間隔ｐは、目的に応じて適宜設定することができる。ただし、間隔ｐは可視光透過板３０，３０間の距離よりも長い距離とする。可視光透過板３０，３０間の距離と同一もしくはそれよりも小さな距離とすると窓２０を透過しての視認性が著しく低下するからである。また、間隔ｐは、可視光透過板３０，３０間の間隙３４の厚み、すなわち、可視光透過板３０，３０の面内方向と直交する方向における距離とほぼ同じ幅ｗに形成する。幅ｗと同じにすることで間隙３４の均一性を保ちやすいからである。

図４は、図１に対応する比較例を示すもので、一部を断面で示す概略斜視図である。同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図１の実施の形態における窓２０では、赤外可視変換層３２を等間隔に配置した。一方、図４に示す比較例の窓４０では、２枚の可視光透過板３０、３０の間の間隙３４内の全部に、赤外可視変換層４２を配設している点が異なる。間隙３４内の全てに赤外可視変換層４２を設けているので太陽Ｓから照射された太陽光ＬＳが入射すると、赤外線が可視光に変換されて窓４０の全面から拡散光ＬＶが発光する。また、屋内から屋外を見る際には、赤外可視変換層４２が全面に設けられているので、赤外可視変換層４２を通して視認することとなり、アップコンバージョン蛍光体により着色した色のフィルターを通して観察することになる。すなわち、本来の色と異なる色の風景を見ることになる。

比較例として図示した図４の窓４０のように、全面に赤外可視変換層４２を設けた場合には、赤外光の屋内への入射光を殆ど可視光に変換することができるが、屋内から屋外を見る際における視認性が低い。一方、図１に示した本願の実施形態では、図４に示した比較例の窓４０と異なり、赤外可視変換層４２を配設本来の色で景色を楽しめることができる窓２０を提供することができる。

次に、赤外可視変換層３２の設置構成について、その製造工程に沿って説明する。

図５は、本発明における窓２０の赤外可視変換層３２の設置構成について説明する窓２０の上下方向断面図である。（ａ）は２枚の可視光透過板３０の間の間隙３４に透光性部材３１を充填した設置構成の場合の例を示し、（ｂ）は２枚の可視光透過板３０の間の間隙３４に透光性部材３１を挟持する設置構成の場合の製造途中の例を示す。

図５（ａ）の透光性部材３１を充填する場合について説明する。最初に２枚の対向する可視光透過板３０の内面に赤外可視変換層３２の側面の一部に接着剤３５を用いて接着固定して間隙３４を設ける。次に、間隙３４内に流動状態とした透光性部材３１を充填し、
間隙３４に透光性部材３１を充填した状態で可視光透過板３０の周囲を窓枠２１で固定する。間隙３４内に気泡が含まれないように脱泡しながら充填もしくは注入することで、視認性に優れた窓を得ることができる。

図５（ｂ）の透光性部材３１を充填する場合について説明する。最初に２枚の対向する可視光透過板３０を容易する。また、赤外可視変換層３２の周囲に透光性部材３１と赤外可視変換層３２との間の屈折率の中間部材３６で表面をコーティングする。次に樹脂フィルム３７および中間部材３６でコーティングした可視変換層３２を間隙３４内に設置する。このとき、樹脂フィルム３７の厚みは、僅かに２枚の可視光透過板３０、３０間の間隔よりりも僅かに厚い厚さとする。次にみ設ける側面の一部に接着剤３５を用いて接着固定して間隙３４を設ける。次に、２枚の対向する可視光透過板３０をオートクレープ等を用いて加熱および加圧をすることで樹脂フィルム３７により２枚の対向する可視光透過板３０，３０を貼りあわせる。樹脂フィルム３７の厚みは、中間部材３６でコーティングした可視変換層３２の幅（ｗ＋コーティングの厚み）よりも厚い。中間部材３６でコーティングした可視変換層３２が所定の間隙３４の厚みを制御するギャップコントロールとして働くので、間隙３４の寸法を均一にした視認性に優れた窓を高い再現性で製造することができる。なお、図面は一方の可視光透過板３０ｂにて挟持する前の状態を示すものである。

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

例えば、赤外可視変換層３２を上から順に光の三原色である赤、緑、青のいずれかの狭いピーク範囲の波長の光を赤外光により励起して発光する材料を用いた材料を用いた層を繰り返し配置する。このようにすれば、横方向にストライプ状に異なる発光色を得ることができる。また、窓２０から離間した場所においては、赤、緑、青の混色による白色発光を得ることができる。

赤外可視変換層３２を上から順に光の三原色である赤、緑、青のいずれかの狭いピーク範囲の波長の光を赤外光により励起して発光する材料を一つの赤外可視変換層３２の中に、混合したものとしても良い。そのようにすれば、全ての層から白色発光を得ることができる。

光の三原色である赤、緑、青のいずれかの狭いピーク範囲の波長の光を赤外光により励起して発光する材料としては、希土類元素を含む蛍光体、特に、酸化物またはフッ化物の無機蛍光体を用いることができる。「希土類元素」とは、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ及びＬｕよりなる群より選ばれるランタノイド元素（Ｌｎ）である。希土類元素の好ましい例としては、赤色発光のためには、例えばＥｒとＴｍの組み合わせを用いることができる。緑色発光のためには、例えばＨｏとＹｂとの組み合わせを用いることができる。青色発光のためには、例えばＴｍとＹｂとの組み合わせを用いることができる。

発光ガラスの組成を構成する「酸化物」には、例えばＳｉＯ２、ＡｌＯ１．５、ＬｎＯ１．５を用いることができる。「ハロゲン化物」には、例えば、ＬｎＸ３、ＰｂＸ２を用いることができる。これらの酸化物もしくはハロゲン化物の全体に対する、希土類元素）の比率は、例えば１〜１０モル％である。１モル％未満では発光強度が低く効率的でなく、１０モル％を超えても発光強度の増強割合が低く、コスト効果が悪いからである。

また、前記したアップコンバージョン光を発する酸化物またはフッ化物の無機蛍光体を混合して形成する発光ガラスの基材（基材ガラス）としては、種々のものを用いることができる。例えば、シリカ、アルミナ、フッ化鉛又はフッ化カドミウムを原料として作られるガラスが挙げられる。好ましい例は、主としてシリカとフッ化鉛とから得られるガラスである。これらの各材料を、例えばガラス中に適当な比率で分散させることで、３原色のみならず、白色、橙色、黄色などの任意の色の光を発光する層形状の赤外可視変換層３２を得ることができる。

１……ドア枠
２……ドア本体
３……導光板
４……表面側開口部
５……裏面側開口部
６……乱反射用溝部
７……光源
２０、４０……窓
２１……窓枠
２２……窓部
２３……壁面
２４……屋根
３０……可視光透過板
３１……透光性部材
３２、４２……赤外可視変換層
３３……透明部材
３４……間隙
３５……接着剤
３６……中間部材

Claims (3)

1. 窓枠と、前記窓枠内に取り付けられた板状の可視光透過窓部を備え、
   前記可視光透過窓部は、赤外光および可視光を透過する板状の可視光透過板と、前記可視光透過板の面内方向において所定の間隔を隔てて配置された複数の赤外可視変換層とを備え、
   前記赤外可視変換層は、希土類元素を含む蛍光体を含有する発光ガラスであり、
   前記複数の赤外可視変換層は、前記可視光透過板の面内方向と直交する方向の厚みと同じ幅に形成されており、かつ、前記所定の間隔が前記可視光透過板の面内方向と直交する方向の厚みに対して長い距離とした窓。
2. 前記複数の赤外可視変換層の間に透光性部材が配置され、
   前記透光性部材は、前記赤外可視変換層の屈折率と前記透光性部材の屈折率のいずれかの屈折率と同等もしくは中間の屈折率を有する部材である、ことを特徴とする請求項１に記載の窓。
3. 前記発光ガラスに含まれる蛍光体が、赤外光で励起したときに、赤、緑、青のいずれかの色の波長の光のアップコンバージョン光を発する蛍光体であり、酸化物またはフッ化物の無機蛍光体である、ことを特徴とする請求項１または請求講２に記載の窓。

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