JP4305455B2

JP4305455B2 - 導光装置

Info

Publication number: JP4305455B2
Application number: JP2006036431A
Authority: JP
Inventors: 邦夫平船; 幸男矢田
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: JP2007220333A

Description

本発明は、建物の側面に設置されて上方から入射する光を下方に向けて照射させるための導光装置に関するものである。

近接した建物の間や、建物内に形成されたボイドの下部には、太陽光が直接照射されない空間が形成されてしまう。このため、当該空間における光環境を向上させるために、上記建物の屋上等に太陽光を反射して上記空間内に照射させる採光装置を設ける方法が採用されている。
ところで、上記採光装置にあっては、高層の建物によって形成される上記空間に対しては、下方まで太陽光を照射させることが困難になる。

そこで、日影部の北側の建物の屋上に、上記採光装置を設けるとともに、日影部を生じさせる建物の壁面に固定反射鏡を設けた採光システムも用いられている。
しかしながら、上記採光システムによっても、固定反射鏡の面積に応じた範囲に太陽光を照射できるのみであって、広範囲に上記太陽光を導くことができないという欠点がある。

そこで、下記特許文献１においては、建物の屋上に、太陽を追尾して反射光を常に鉛直下方へ反射するヘリオスタットを設置し、このヘリオスタットの鉛直下方に設けたプリズムによって、上記反射光を水平方向に屈折反射するとともに、このプリズムで反射された光を、当該プリズムの水平方向の建物側に設けた拡散体によって拡散させる太陽光採光方法が提案されている。
特開昭６３−８８７０１号公報

しかしながら、上記太陽光採光方法にあっては、プリズムを上記空間内の中空位置に設置する必要があり、しかも建物の高さ方向の複数箇所に設ける必要があるために、現実的にはこれらプリズムの設置が困難であるという問題がある。
加えて、上記プリズムは、天空光を全く遮断してしまうことは無いものの、上記空間の最下部に十分な太陽光を照射することはできないという問題点もある。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、建物内に形成されたボイド等の太陽光が直接照射されない空間に対して、建物の壁部から最下部の床面に至る広い範囲にわたって太陽光を照射することができる導光装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明に係る導光装置は、建物の側面に設置され、上方から入射する光を下方に向けて反射および透過させるプリズム板を備えた導光装置であって、上記プリズム板は、上記光が入射する表面に、水平方向に延在する断面３角形状のプリズムが上下方向に複数条形成され、各々の上記プリズムは、鉛直線に対して、その上側面を画成する第１の傾斜面が、入射した上記光を上記プリズム板内で反射して上記表面側から下方に向けて導く傾斜角度に形成されるとともに、その下側面を画成する第２の傾斜面が、上記光を上記プリズム板の裏面側へ透過させる傾斜角度に形成されてなり、かつ上記裏面に、透過する上記光を拡散させる凹凸が形成され、または上記プリズム板内に拡散材が混入されてなることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプリズム板の裏面側に、上記第２の傾斜面から入射して上記裏面側へと透過された上記光を、上記プリズム板側へ反射して上記表面側から下方に向けて導く反射鏡が設けられていることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のプリズム板の表面側に、光が透過可能な保護板が配設されていることを特徴とするものである。

ここで、請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のプリズム板、上記反射鏡および／または上記保護板が、互いに接合されることなく当接した状態で組み立てられていることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、上記裏面が、微細な上記凹凸が形成されることによりマット状に形成されていることを特徴とするものである。

請求項１〜５のいずれかに記載の発明においては、導光装置を、太陽光が直接照射されないボイド等の空間に面する建物の側面に設置し、例えば当該建物の屋上に設置した太陽追尾式採光装置によって採光された太陽光を、下方の上記導光装置に照射する。
すると、上方から上記導光装置のプリズム板表面に入射した光のうち、上記プリズムの第１の傾斜面から入射した光は、上記入射時に屈折してプリズム板の裏面側に向かい、当該プリズム板内において裏面で反射して、再び上記プリズムの表面側から下方に向けて全反射されて行く。これにより、上記空間の底部に太陽光を導くことができる。

また、上方から上記導光装置のプリズム板表面に入射した光のうち、上記プリズムの第２の傾斜面から入射した光は、上記入射時に屈折してそのままプリズム板の裏面側へと透過する。この際に、上記光は、裏面側に形成された凹凸またはプリズム板内に混入された拡散材によって拡散し、まぶしさが低減された目に優しい透過光となってプリズム板に裏面側へと導出される。

そこで、請求項２に記載の発明のように、上記プリズム板の裏面側に、反射鏡を設ければ、上記プリズム板の裏面側へと透過した上記光を、当該反射鏡で反射して、再びプリズム板の表面側から、対向する建物の側面側に設けられたベランダや窓等に向けて広範囲に照射することができる。
この結果、建物内に形成されたボイド等の太陽光が直接照射されない空間に対して、建物の壁部から最下部の床面に至る広い範囲にわたって太陽光を照射することができる。

ところで、一般に、プリズム内に入射した光は、内部で屈折することにより波長に応じて概ね７色の虹色に分光される。ところが、図４に示すように、複数個（図では５個）のプリズムＰ₁〜Ｐ₅を光の入射方向と交差する方向に設けると、図中上下端部のプリズムＰ₁、Ｐ₅からの屈折光（ａ）には、それぞれの輪郭部に虹色が残存するものの、中間部のプリズムＰ₂〜Ｐ₄からの屈折光（ｂ）は、互いに干渉して混合され、再び白色となる。

この際に、プリズムＰ₁〜Ｐ₅は、屈折によって光の進行方向を変えるのみであって、拡散光を発生させる機能は有していない。このため、強い太陽光を入射した場合に、上記プリズムＰ₁〜Ｐ₅を経た屈折光は、依然として目にまぶしいものになる。

かかる現象を勘案して、本願発明においては、光が入射するプリズム板の表面に、水平方向に延在する上記プリズムを上下方向に複数条形成し、かつプリズム板の裏面に、透過する上記光を拡散させる凹凸を形成するか、あるいは上記プリズム板内に拡散材を混入しているために、両者の協働により、上記分光の干渉および混合作用をより一層促進させるとともに、さらに上記光を拡散させて、自然光と同等であって、かつ目に優しい光を広い範囲に照射することができる。ちなみに、上記プリズム板の裏面側に形成する凹凸としては、例えば請求項５に記載の発明のように、マット状となるような微細なものであることが好ましい。

また、この導光装置が設置されている建物の側面に、窓等の採光部がある場合には、当該採光部に対向するプリズム板の裏面に上記反射鏡を設けないことにより、上記プリズムの第２の傾斜面から入射した光を、そのままプリズム板の裏面側へと拡散透過させて、上記採光部から内部へと照射させることもできる。

さらに、プリズム板の表面に形成されたプリズムにおける第１および第２の傾斜面は、長期間にわたってその平坦度を保持しておくことが重要であるために、請求項３に記載の発明のように、上記プリズム板の表面側に、光が透過可能な保護板を配設することが好ましい。このような保護板としては、防炎上も配慮して汎用のガラスや網入りガラスが好適である。

また、これらプリズム板、反射鏡および保護板は、互いに熱膨張率が異なる。このため、請求項４に記載の発明のように、これらを互いに接合することなく、単に当接した状態で組み立てれば、温度変化に起因する上記熱膨張率の相違によって、いずれか一方あるいは双方が熱歪みによって損傷を受けることを未然に防止することができる。

図１〜図３は、本発明に係る導光装置の一実施形態を示すものである。
先ず、図１において、符号１は、中央部にボイド（日影部が形成される空間）２が形成された建物である。
そして、この建物１のボイド２を間に挟む北側の建物部分１ａの屋上３に、太陽追尾式採光装置４が設置されている。また、建物１のボイド２の南側に位置する建物部分１ｂには、ボイド２に沿って階段室５が設けられ、この階段室５のボイド２側に面する壁面（建物の側面）６に、複数（図では、上下方向に４段）の導光装置７が取り付けられている。

なお、本実施形態においては、太陽光追尾式採光装置４は、採光した太陽光を、斜め上方から４０°〜４５°の範囲の角度で導光装置７へ入射させるように設定されている。
そして、導光装置７は、図２に示すように、アクリル板からなるプリズム板１０と、このプリズム板１０において上記光が入射される表面１１側に設けられてプリズム板１０を保護するための網入りガラス板（保護板）１３と、プリズム板１０の裏面１２側に設けられたアルミニウム製の反射鏡１４とから概略構成されている。

上記プリズム板１は、その表面１０ａに、水平方向に延びる断面３角形状のプリズム１５が上下方向に多数条形成されている。ちなみに、本実施形態においては、上記プリズム１５の上下方向の間隔が５００μｍに設定されている。
また、各プリズム１５は、上側面を形成する第１の傾斜面１６と下側面を形成する第２の傾斜面１７とによって画成されている。

ここで、第１の傾斜面１６は、鉛直線Ｌに対する傾斜角度が、入射した上記光をプリズム板１０内の裏面１２で反射して表面１１側から斜め下方へ導く傾斜角度に形成されており、本実施形態においては６０°に設定されている。また、第２の傾斜面１７は、鉛直線Ｌに対する傾斜角度が、入射した上記光をプリズム板１０の裏面１２側へ透過させる傾斜角度に形成されており、本実施形態においては１２°に設定されている。

この結果、図３に示すように、各プリズム１５に入射した光のうちのＷ₁＝３１％〜２９％が、第１の傾斜面１６に入射し、Ｗ₂＝６９％〜７１％が第２の傾斜面１７に入射するようになっている。
他方、プリズム板１０の裏面１２は、第２の傾斜面１７から入射された光が透過する際に、これを拡散させるための微細な凹凸が形成されることにより、マット状に形成されている。

そして、プリズム板１０、反射鏡１２および網入りガラス板１３が、互いに接合されることなく単に当接した状態で図示されない連結金物によって組み立てられることにより導光装置７が構成されている。

次いで、図１および図３に基づいて、上記構成からなる導光装置７の作用について説明する。なお、図３においては、説明の便宜上、プリズム板１０の裏面１２と反射鏡１４とを若干離した状態で示している。
先ず、建物１の屋上３に設置した太陽追尾式採光装置４によって採光された太陽光が、導光装置７に向けて斜め上方から４０°〜４５°の傾斜角度で照射されると、各プリズム１５の第１の傾斜面１６から入射した光は、入射時にその表面Ｓ₁において屈折してプリズム板１０の裏面１２側に向かう。そして、このプリズム板１０内において裏面Ｓ₂で反射して、再びプリズム１５の表面Ｓ₃において屈折し、全反射光２０となって斜め下方へと導かれて行く。

これにより、ボイド２の底部２ａに太陽光を照射することができる。この際の全反射光２０の全光量は、上記Ｗ₁に対応する入射された光の３１％〜２９％である。ちなみに、本実施形態における全反射光２０の水平に対する照射傾斜角度θ₁は、入射角度によって相違するが概ね７５°前後になる。

これに対して、各プリズム１５の第２の傾斜面１７から入射した光は、入射時に表面Ｓ₄において屈折してそのままプリズム板１０の裏面１２側へと透過する。この際に、上記光は、裏面１２に形成された凹凸によって拡散し、まぶしさが低減された広範囲の透過光となってプリズム板１０に裏面１２側へと導出される。

そして、この裏面１２側に配設された反射鏡１４の表面Ｓ₅において反射され、再びプリズム１５の表面Ｓ₆において屈折して、ボイド２を間に挟んだ北側の建物部分１ａのベランダや窓等の開口部２２へと反射されて行く。この際の透過拡散反射光２１の全光量は、上記Ｗ₂に対応する入射された光の６９％〜７１％である。また、本実施形態における透過拡散反射光２１の水平に対する照射傾斜角度θ₂も、上記入射角度によって相違するが、概ね２５°前後になる。

また、第２の傾斜面１７から入射した光の一部を、導光装置７が設置されている階段室５内に照射したい場合には、この階段室５の壁面６に窓や開口等の採光部を設けるとともに、これに対応した部分の反射鏡１４を取り外すことにより、図中点線で示すように、第２の傾斜面１７から入射した光を、そのままプリズム板１０の裏面１２側へと拡散透過光２３として透過させて、上記採光部から階段室５内へと照射させることもできる。

以上詳述したように、上記構成からなる導光装置７によれば、建物１内に形成された太陽光が直接照射されないボイド２に対して、建物１の北側建物部分１ａのベランダや窓等の開口部２２から底部２ａに至る広い範囲にわたって、太陽光を導くことができる。

しかも、光が入射するプリズム板１０の表面に、水平方向に延在するプリズム１５を上下方向に多数条形成するとともに、さらにプリズム板１０の裏面１２に、これを透過する上記光を拡散させるマット状の微細な凹凸を形成しているために、両者の協働により、上記分光の干渉および混合作用をより一層促進させるとともに、上記光を拡散させて、自然光と同等であって、かつ目に優しい透過拡散反射光２１を広い範囲に照射することができる。

さらに、プリズム板１０の表面１１側に、網入りガラス板１３を設けているために、プリズム１５における第１および第２の傾斜面１６、１７を保護して、長期間にわたりその平坦度を保持しておくことができる。

加えて、互いに熱膨張率が異なるプリズム板１０、反射鏡１４および網入りガラス板１３を、互いに接合することなく、単に当接した状態で組み立てているために、温度変化に起因する上記熱膨張率の相違によって、これらが相対的な熱歪みにより損傷を受けることを未然に防止することができる。

なお、上記実施の形態においては、第１および第２の傾斜面１６、１７の鉛直線Ｌに対する傾斜角度を、それぞれ６０°、１２°に設定したが、これに限定されるものではない。上記傾斜角度は、プリズム板１０に対する光の入射角度やプリズム板１０を構成する素材の屈折率等に依存するものであり、第１の傾斜面１６が、入射した上記光をプリズム板１０内で反射して表面１１側から斜め下方へ導く傾斜角度を有し、かつ第２の傾斜面１７が、上記光をプリズム板１０の裏面１２側へ透過させる傾斜角度を有する限りにおいて、適宜選択することが可能である。

この際に、上記条件を満たす傾斜角度の範囲内において、第１の傾斜面１６の傾斜角度を変化させることにより全反射光２１の照射傾斜角度θ₁を変化させてボイド２の底部２ａにおける照射位置を調節することができる。
また、第１および第２の傾斜面１６、１７の傾斜角度および第１の傾斜面１６の突出方向の長さ寸法を調整することにより、全入射光に対する全反射光２０と透過拡散反射光２１との比（Ｗ₁：Ｗ₂）を変化させることもできる。

また、上記実施形態では、本発明に係る導光装置７を、ボイド２が形成された建物１に適用した場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、例えば２棟が近接して建設された複数の建物などに対しても、同様に適用することができる。

さらに、第２の傾斜面１７から入射した光を拡散させるためには、上述した裏面１２に凹凸を形成する場合の他、あるいは当該凹凸を形成するとともに、プリズム板１０の製作時に、その内部に別途ＳｉＯ₂（ガラスビーズ）等の拡散材を混入させておくこともできる。
また、上記拡散性をより高めるために、反射鏡１４の反射面を凹凸状に形成することも可能である。

本発明の導光装置の一実施形態が取り付けられた建物の全体を示す縦断面図である。本発明の導光装置の一実施形態を示す縦断面図である。図２の導光装置の作用を説明するための模式図である。一般的なプリズムからの屈折光の性質を示す正面図である。

符号の説明

１建物
２ボイド
６壁面
７導光装置
１０プリズム板
１１表面
１２裏面
１３網入りガラス板（保護板）
１４反射鏡
１５プリズム
１６第１の傾斜面
１７第２の傾斜面

Claims

建物の側面に設置され、上方から入射する光を下方に向けて反射および透過させるプリズム板を備えた導光装置であって、
上記プリズム板は、上記光が入射する表面に、水平方向に延在する断面３角形状のプリズムが上下方向に複数条形成され、各々の上記プリズムは、鉛直線に対して、その上側面を画成する第１の傾斜面が、入射した上記光を上記プリズム板内で反射して上記表面側から下方に向けて導く傾斜角度に形成されるとともに、その下側面を画成する第２の傾斜面が、上記光を上記プリズム板の裏面側へ透過させる傾斜角度に形成されてなり、かつ上記裏面に、透過する上記光を拡散させる凹凸が形成され、または上記プリズム板内に拡散材が混入されてなることを特徴とする導光装置。
上記裏面側に、上記第２の傾斜面から入射して上記裏面側へと透過された上記光を、上記プリズム板側へ反射して上記表面側から下方に向けて導く反射鏡が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の導光装置。
上記プリズム板の表面側には、光が透過可能な保護板が配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の導光装置。
上記プリズム板、上記反射鏡および／または上記保護板は、互いに接合されることなく当接した状態で組み立てられていることを特徴とする請求項２または３に記載の導光装置。
上記裏面は、微細な上記凹凸が形成されることによりマット状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の導光装置。