JP5910676B2 - 照明装置付屋根構造体およびこれを用いたカーポート用屋根並びに待合スペース用屋根 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置付屋根構造体およびこれを用いたカーポート用屋根並びに待合スペース用屋根に関する。

バス停留所やタクシー乗り場などの待合スペースや、カーポートなどに用いられる屋根構造体としては、光透過性板材と金属形材からなる光透過性板材の枠材とを組み合わせたものが従来より広く普及している。この屋根構造体は、光透過性板材に着色されたポリカーボネートが一般的に使用されており、上方の景色を眺めることができ、快適な環境が得られる。

しかし、バス停留所やタクシー乗り場やカーポートでは、夜間に照明が要求される場合があるが、駅から離れた場所に設置されているバス停留所やタクシー乗り場、あるいは近隣家屋から離れたカーポートなどのように、周辺に照明がなく特に照明が必要とされる場所では、電源を確保することが困難である。よって、夜間に快適な照明を得ることができない。

そこで、電源の確保が困難な場所でも夜間の照明が確保できるように、太陽エネルギーを利用した照明装置を備えた屋根構造体が開発されてきた。特に商用電力を得ることが困難な場所、例えば、カーポート、倉庫、物置などを一時的に明るくする照明装置付の屋根構造体が開発されている（例えば、特許文献１〜３参照）。これらの照明装置は、ソーラーパネルとバッテリーと蛍光灯とを備えており、昼間にソーラーパネルによって発電を行ってバッテリーに蓄電することで、夜間の照明を得ることができる。

特開２００７−１１３２５５号公報 特開２００７−１５４５０９号公報 特開２００７−３１７３６０号公報

しかしながら、従来の屋根構造体では、ソーラーパネルが屋根面を覆って設けられているので、日中であっても、屋根面の下方には太陽光が差し込まず、天井面がうす暗くなってしまうので、開放感が得られず、利用者に閉塞感を与えてしまう問題があった。

そこで、本発明は前記の問題を解決するために案出されたものであって、夜間に快適な照明を得ることができるとともに、昼間でも開放感を得ることができる照明装置付屋根構造体およびこれを用いたカーポート用屋根、待合スペース用屋根を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、 上下方向に二枚積層された光透過性板材と、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するソーラーパネルと、上下二枚の前記光透過性板材と前記ソーラーパネルを支持する枠材と、前記ソーラーパネルで変換した電気エネルギーを蓄えるバッテリーと、照明用光源とを備えた照明装置付屋根構造体であって、屋根面は、一方向のみに湾曲したアール屋根形状を呈しており、前記ソーラーパネルは、前記光透過性板材の面形状に追従可能なフレキシブルパネルにて構成されており、接着剤を介さずに、上下二枚の前記光透過性板材によって挟持されて固定されており、前記ソーラーパネルは、両面で受光して発電可能な薄膜系太陽電池セルを備え、夜間は下側の前記光透過性板材から放射される前記照明用光源からの光を利用して発電することが可能に構成されており、前記枠材は、陽極酸化皮膜処理が施されたアルミニウムまたはアルミニウム合金製の押出形材にて構成されていることを特徴とする照明装置付屋根構造体である。

このような構成によれば、ソーラーパネルを太陽光の一部が透過することになるので、昼間において屋根面の下方には太陽光が差し込むとともに天井面が明るくなる。したがって、開放感を得ることができる。一方、ソーラーパネルで太陽エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーに蓄えているので、夜間に照明用光源によって快適な照明を得ることができる。さらに、照明装置付屋根構造体全体の軽量化を図ることができるとともに、精度の高い枠材とすることができ、優れた耐候性と美観を備えることができる。また、上下二枚の光透過性板材とソーラーパネルを一体的に把持することができるとともに、容易にソーラーパネルを支持することができる。これによって、構造がさらに簡素化され、照明装置付屋根構造体の製造をより一層効率的に行うことができる。さらに、平板形状以外の形状の光透過性板材に追従して設けることができるので、屋根形状のデザインの自由度を高めることができる。また、夜間においても発電できる。

そして、本発明は、「前記照明用光源が、発光ダイオードにて構成されている」ことを特徴とする。

このような構成によれば、少ない消費電量で明るい照明を得られることができるとともに、発光手段の小型化が達成される。

また、本発明は、「前記枠材を支持する柱材は、中空形状に形成されており、前記柱材は陽極酸化皮膜処理が施されたアルミニウム製またはアルミニウム合金製の押出形材にて構成されており、 前記バッテリーは、前記柱材の内部に設置された収容ボックスに収容されている」ことを特徴とする。

また、本発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照明装置付屋根構造体を用いたことを特徴とするカーポート用屋根である。

このような構成によれば、夜間に快適な照明を得ることができるとともに、昼間でも開放感を得ることができるカーポート用屋根を得ることができる。

さらに、本発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照明装置付屋根構造体を用いたことを特徴とする待合スペース用屋根である。

ここで、待合スペースとは、室外におけるバス停留所やタクシー乗り場などをいう。前記構成によれば、夜間に快適な照明を得ることができるとともに、昼間でも開放感を得ることができる待合スペース用屋根を提供することができる。

本発明によれば、照明装置付屋根構造体、カーポート用屋根および待合スペース用屋根において、夜間に快適な照明を得ることができるとともに、昼間でも開放感を得ることができるといった優れた効果を発揮する。

本発明に係る照明装置付屋根構造体の第一実施形態を示した全体斜視図である。 本発明に係る照明装置付屋根構造体の第一実施形態を示した図であって、図１のｉｉ−ｉｉ線断面図である。 本発明に係る照明装置付屋根構造体の第一実施形態を示した分解斜視図である。 本発明に係る照明装置付屋根構造体のバッテリーの収容状態を示した斜視図である。 本発明に係る照明装置付屋根構造体の光の流れを説明するための図であって、（ａ）は昼間の状態を示した断面図、（ｂ）は夜間の状態を示した断面図である。 本発明に係る照明装置付屋根構造体の反射手段の変形例を示した図であって、（ａ）は第一の変形例を示した断面図、（ｂ）は第二の変形例を示した断面図である。 本発明に係る照明装置付屋根構造体のソーラーパネルの変形例を示した平面図である。 本発明に係る照明装置付屋根構造体のソーラーパネルの配置例を示した図であって、（ａ）は第一の変形配置例を示した平面図、（ｂ）は第二の変形配置例を示した平面図、（ｃ）は第三の変形配置例を示した平面図、（ｄ）は第四の変形配置例を示した平面図である。 本発明に係る照明装置付屋根構造体の第二実施形態を示した断面図である。

（第一実施形態）
まず、第一実施形態に係る照明装置付屋根構造体の構成について説明する。

図１および図２に示すように、照明装置付屋根構造体１は、例えばカーポート用屋根として用いられるものであって、上下方向に二枚積層された光透過性板材１０，１１（下側の光透過性板材１１は図２参照）と、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するソーラーパネル３０（図２参照）と、光透過性板材１０，１１およびソーラーパネル３０を支持する枠材５０と、ソーラーパネル３０で変換した電気エネルギーを蓄えるバッテリー７０（図４参照）と、照明用光源８０（図２参照）とを備えている。

（光透過性板材）
光透過性板材１０，１１は、照明装置付屋根構造体１の屋根形状に応じてその形状が決定されており、例えば、平面視で略矩形状に形成されている。光透過性板材１０，１１は、その周縁部が枠材５０に支持されて、屋根面を構成している。光透過性板材１０，１１は、照明装置付屋根構造体１の長手方向（図１中、Ｘ軸方向）に沿って直線状に形成され、且つ照明装置付屋根構造体１の短手方向（図１中、Ｙ軸方向）に沿って湾曲したアーチ状に形成されている。上下の光透過性板材１０，１１は、二枚とも略同形状に形成されている。

二枚のうち、上側に位置する光透過性板材１０（以下、「上側光透過性板材」という場合がある）は、例えば、光透過性樹脂板あるいは光透過性硝子板にて構成されている。この上側光透過性板材１０は、ソーラーパネル３０による発電量を考慮すると、透明なものであるのが好ましい。上側光透過性板材１０の材料としては、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂などが挙げられるが、特にポリカーボネートやアクリル樹脂のように、強度、耐候性に優れた樹脂を用いることが好ましい。本実施の形態では、上側光透過性板材１０は、前記の樹脂製の一枚の板状材から構成されているが、前記の任意の樹脂からなる板状材を二枚以上貼り合わせて強化樹脂合板としたものであってもよい。また、上側光透過性板材１０は、マット加工などにより表面粗度を高くして樹脂板の表面で太陽光を散乱させる半透明樹脂板としてもよい。

下側に位置する光透過性板材１１（以下、「下側光透過性板材」という場合がある）は、上下両面から光を放射するエッジライト式両面導光板によって構成されている。エッジライト式両面導光板は、その端面（エッジ）より照明用光源８０からの光を導入し、この光がエッジライト式両面導光板の中を全反射しながら、エッジライト式両面導光板の平板方向（板が広がる方向）に進んで行くうちに、表面に設けられた後記する反射手段１２に当たって向きを変え、全反射臨界角度より大きくなった成分の光がエッジライト式両面導光板の表面に出てくる現象を用いて、照明効果を得るものである。下側光透過性板材１１（エッジライト式両面導光板）は、ポリメチルメタクリレート系、ポリカーボネート系、ポリスチレン系またはアクリル系などの光透過性樹脂板にて構成されている。この光透過性樹脂板は、ガラス板と比べると光透過率は低いが、エッジライト式両面導光板としての透過率は十分に確保できる。また、光透過性樹脂板は、強度が高く、軽量であるので、光透過性板材１０，１１の大面積化に対応することができる。

本実施形態では、光透過性板材１０，１１には、蛍光体が含有されている。蛍光体は、例えば、リン酸カルシウム３Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２・Ｃａ（Ｆ，Ｃｌ）_２：Ｓｂなどが用いられ、蛍光体を光透過性板材１０，１１に含有させると、近紫外線や可視光線が蛍光体に照射されて、蛍光を発するので、エッジライト式両面導光板の照度が高くなる。また、光透過性板材１０，１１には、蛍光体に代えて色素を含有させてもよい。色素を光透過性板材１０，１１に含有させると、屋根面が所望の色に着色できるので、周辺環境に馴染ませることができ、美観を高めることができる。

図２および図３に示すように、下側光透過性板材１１の少なくとも一方の表面（本実施形態では上面）には、照明用光源８０からの光を部分的に反射させる反射手段１２が設けられている。反射手段１２は、本実施形態では、半透過型反射ドットシートにて構成されており、光透過性板材１１の上表面に付設されている。半透過型反射ドットシートは、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネートなどの樹脂シート１２ａに、基材となるチタン白（ＴｉＯ_２）や沈降性硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）などの光学的に吸収がなく、反射率の高い顔料と樹脂バインダーを練り合わせた反射インク１２ｂをスクリーン印刷法によって塗布することで製造されている。半透過型反射ドットシートは、反射インク１２ｂが塗布された部分で光を反射・屈折（一部透過）させ、反射インク１２ｂが塗布されていない部分で光を透過させることで半透過型となる。

反射インク１２ｂは、図３に示すように独特なグラデーションパターンに従って塗布される。具体的には、照明用光源８０の光の放射方向に沿っており、照明用光源８０に近い部分は小さく、照明用光源８０から遠くなるに従って大きくなるように、反射インク１２ｂが塗布される。ところで、本実施形態では、下側光透過性板材１１の両側に照明用光源８０が設けられているので、中間部分が大きくなるように反射インク１２ｂが塗布されており、下側光透過性板材１１の平面的に見て反射量が均一になるように構成されている。半透過型反射ドットシートは、下側光透過性板材１１の上面に貼り付けられるために、反射インク１２ｂが印刷された面とは反対面に接着剤が塗布される。すなわち、半透過型反射ドットシートは、反射インク１２ｂが印刷された面が上側になるように配置され、その下面に接着剤が塗布される。接着剤は、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤などが使用される。なお、粘着テープなどに使用される接着剤を使用してもよい。

なお、本実施形態では、反射手段１２として、半透過型反射ドットシートが採用されているが、これに限定されるものではない。例えば、図６の（ａ）に示すように、下側光透過性板材１１の上面に反射インク１２ｃを直接印刷して反射ドットを形成して、これを反射手段としてもよい。この場合、反射インク１２ｃは、下側光透過性板材１１の上面にチタン白（ＴｉＯ_２）や沈降性硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）などの光学的に吸収がなく、反射率の高い顔料と樹脂バインダーを練り合わせた反射インク１２ｃをスクリーン印刷法によって塗布することで構成されている。反射ドットの形状は、半透過型反射ドットシートと同様のグラデーションパターンに従って塗布される。

また、反射手段１２は、図６の（ｂ）に示すように、下側光透過性板材１１の上面に形成される反射溝１３にて構成してもよい。反射溝１３は、例えば、断面Ｖ字状を呈して複数形成されており、下側光透過性板材１１の射出成形の際に、型に加工された凸部により一体形成される。また、反射溝１３は、下側光透過性板材１１の表面に切削加工などによって形成してもよい。このような構成によれば、反射溝１３へ入射する光はその入射角によって、光が下方へ反射したり上方へ出射したりするので、反射手段１２は半透過型となる。

図２および図３に示すように、下側光透過性板材１１の周縁部の端面のうち、少なくとも照明用光源８０が配置された側の端面に対向する端面には、反射シート１４が設けられている。反射シート１４は、下側光透過性板材１１の端面から外側へ逃げようとする光を下側光透過性板材１１内に戻すために設けられた反射手段である。本実施形態では、照明用光源８０は、下側光透過性板材１１の両側（図２中、左右方向両側）に設けられているので、反射シート１４は、紙面左右方向両側の端面に設けられている。さらに、反射シート１４は、紙面表裏方向両端の端面にも設けられており、下側光透過性板材１１の周縁部全周に亘って設けられている。反射シート１４は、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネートなどの光学的に透明度の高い樹脂を発泡させて製造されている。この際に形成される泡の直径は数μｍ程度であるが、泡の密度が高いほど反射率は高くなる。なお、反射シート１４は、下側光透過性板材１１よりも光屈折率が低い接着剤によって下側光透過性板材１１に接着されている。反射シート１４は、下側光透過性板材１１の外側からの光は内側へ向かって透過させ、内側からの光は反射させるように構成されている。

下側光透過性板材１１の周縁部の端面のうち、照明用光源８０が配置された側の端面には、照明用光源８０からの光の下側光透過性板材１１内への入射角度を調整するプリズムシート１７が設けられている。プリズムシート１７は、照明用光源８０の光照射方向前方に配置され、照明用光源８０からの光が下側光透過性板材１１に入射する際の入射角度を広げるように構成されている。プリズムシート１７は、平面矩形形状を呈しており、樹脂系接着剤によって、下側光透過性板材１１の端面で照明用光源８０に対向する位置に貼り付けられている。本実施形態では、照明用光源８０は、後記するように枠材５０の長手方向に沿って所定の間隔で複数設けられているので、プリズムシート１７は、各照明用光源８０に対向して、下側光透過性板材１１の端面に沿って所定の間隔で複数設けられている。下側光透過性板材１１の端面のプリズムシート１７が設けられる部分では、反射シート１４が切り欠かれており、開口部が形成されている。この開口部にプリズムシート１７が設けられる。すなわち、照明用光源８０の前面に位置する下側光透過性板材１１の端面にはプリズムシート１７が貼り付けられており、その他の部分の端面には反射シート１４が貼り付けられている。

下側光透過性板材１１の下面には、照明用光源８０からの光を拡散させて下方に出射させる拡散シート１５が布設されている。拡散シート１５は、下側光透過性板材１１の下面全体を覆うように貼り付けられている。拡散シート１５は、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネートなどの光学的に透明度の高い樹脂と、この樹脂とは屈折率の異なる樹脂を不均一に混合して形成されている。拡散シート１５は、その片側表面（下面）に凹凸を形成したマットタイプのシートとしてもよい。

（照明用光源）
図２および図３に示すように、本実施形態では、照明用光源８０は、発光ダイオードにて構成されている。発光ダイオードは、電子と正孔の再結合によって可視光あるいは紫外光を発する発光素子を利用するものであれば、どのようなタイプのものであってもよい。発光素子としては、例えば、赤色、緑色、青色ダイオードのいずれの発光ダイオードを使用してもよいし、またこれら３色の発光ダイオードを組み合わせて白色光を発するものとしてもよい。

本実施形態では、発光ダイオードは、少なくとも発光層が窒化物半導体である発光素子と、この発光素子が発光する光の少なくとも一部を吸収して波長変換することで蛍光を発する無機蛍光体とを有するものである。具体的には、紫外ＬＥＤ発光素子として発光スペクトルが主ピークとして３５０ｎｍ〜３９０ｎｍに発光可能なものが使用されている。この場合、発光層は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などによって、例えばサファイア基板上にＡｌＮなどの低温バッファー層を設け、その上部にＡｌＧａＮ厚膜、ＡｌＧａＮ系のｎ型窒化物半導体とｐ型窒化物半導体の薄膜を形成させてあり、クラッド層としてＩｎＡｌＧａＮ発光層を形成させたものが挙げられる。勿論、半導体層に用いる材料やその組成によって、発光波長を種々選択することができる。

また、無機蛍光体としては、白色発光するものとして、例えば、３Ｃａ_３（ＰＯ_４）_２・Ｃａ（Ｆ，Ｃｌ）_２：Ｓｂなどが挙げられる。この他、青色、緑色、赤色の各色発光の蛍光体混合物からなる白色発光する混合蛍光体とすることも可能である。これら蛍光物質を利用する場合には、硝子などの透光性無機部材や樹脂などの透光性有機部材中にこれら蛍光物質を適量混合させて形成させても良い。さらにこれら蛍光物質と有機バインダーと溶媒の混合物を硝子などの内壁あるいは外壁に塗布した後、加熱してバインダーと溶媒のみを分解ガス化して飛ばしてもよい。このような発光装置とすれば、無機蛍光体によって発光ダイオードの発する紫外線を効率よく白色光に変換することで、明るい照明を得ることができる。

照明用光源８０は、枠材５０の長手方向に沿って所定の間隔で複数設けられている（図３参照）。なお、具体的な照明用光源８０の固定構造は枠材５０の構造を説明する際に後述する。

発光ダイオードからなる照明用光源８０の周囲には、リフレクター８２が設けられ、このリフレクター８２の前側開口部には、凸レンズ８３が設けられている。

リフレクター８２は、耐熱衝撃性に優れたアルミニウム板またはアルミニウム合金板をプレス加工することで形成されており、その表面（照明面）は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ（化学・機械的研磨））によって研磨されて、その表面粗さが小さくなっている。リフレクター８２は、発光ダイオードを覆うように傘状に形成されており、発光ダイオードから後方に照射された光を、発光ダイオードの正面方向に反射させるようになっている。なお、リフレクター８２は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製に限られるものではない。例えば、ガラス板の表面にアルミニウムなどの金属を蒸着させたガラス製リフレクターであってもよい。

凸レンズ８３は、ガラスあるいは光透過性樹脂にて構成されており、リフレクター８２で反射された光を下側光透過性板材１１の端面に向かって収束させるようになっている。凸レンズ８３は、リフレクター８２の前側開口部に接着あるいは嵌合されて固定されている。

（ソーラーパネル）
図２および図３に示すように、ソーラーパネル３０は、薄膜系太陽電池セル３１に、光透過性のバックシート３２を布設して構成されている。ソーラーパネル３０は、フィルム状を呈して適度な柔軟性を備えており、光透過性板材１０，１１の面形状に追従可能なフレキシブルパネルとなっている。薄膜系太陽電池セル３１は、例えば、光透過性を備えた薄膜シリコン型太陽光発電セルが用いられている。薄膜系太陽電池セル３１は、薄く形成されて、光の透過性が高められている。薄膜シリコン型太陽光発電セルは、柔軟性を有する基板の上に、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）や微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）等からなる数μｍの薄膜を形成して構成されており、一枚ものの大面積に形成されている。薄膜は、ＣＶＤ（化学気相成長）法等によって形成される。なお、薄膜系太陽電池セル３１は、従来の結晶系ウェハ型の太陽光発電セルと比較して発電効率が低いが、大面積に形成することで、発電量を確保している。本実施形態の薄膜系太陽電池セル３１は、薄膜が基板の両面に形成されており、両面で受光して発電可能な太陽電池セルとなっている。

なお、本実施形態では、厚さが数μｍの薄膜を基板上一面に形成してなる薄膜系太陽電池セル３１を用いているがこれに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、基板３５上に、厚さが１５０〜３００μｍであるｐｃ−Ｓｉ型（多結晶Ｓｉ型）の太陽電池セル３６等を所定の隙間を空けて配置するようにしてもよい。この場合、太陽電池セル３６自体に光透過性はないが、太陽電池セル３６が配置されていない隙間部分を通して光が透過するようになっている。図７では、太陽電池セル３６は、紙面上下左右に所定の間隔をあけて配置されているが、その配列形状は図示したものに限定される趣旨ではない。

図２および図３に示すように、バックシート３２は、薄膜を保護するために薄膜系太陽電池セル３１の表面を覆って布設されるものであって、本実施形態では、薄膜系太陽電池セル３１の上下の両表面をそれぞれ覆って布設されている。バックシート３２は、太陽光の少なくとも一部を透過するようになっている。具体的には、バックシート３２は、三層構造を呈しており、最外層は、耐候性に優れたフィルム、またはシート材料（フッ素樹脂フィルム、フッ素樹脂塗膜、耐熱低オリゴマー、ＰＥＴフィルム等）にて構成されている。中間層は、水蒸気バリアー性に優れた光透過性の蒸着ＰＥＴフィルム等を設置して構成されている。最内層は、耐熱性、耐湿性、耐電性等に優れた電気絶縁用ＰＥＴフィルムにて構成されている。

以上のような構成のソーラーパネル３０は、上側光透過性板材１０と下側光透過性板材１１との間に配置されている。ソーラーパネル３０は、上側光透過性板材１０の下面、または下側光透過性板材１１の上面に接着剤を介して貼り付けて布設されている。なお、ソーラーパネル３０は、接着剤を介さずに、上側光透過性板材１０と下側光透過性板材１１とで挟持するようにしてもよい。

ソーラーパネル３０には、バッテリー７０が接続されている。図４に示すように、
バッテリー７０は、枠材５０を支持する柱材５２の内部に収容されている。柱材５２は、中空形状に形成されており、その内部に設置された収容ボックス７１に収容されている。柱材５２の側面には、開閉蓋６３が形成されており、その内部には、板状の載置台６４が設けられている。載置台６４上には収容ボックス７１が載置される。収容ボックス７１には、開閉可能な蓋体７２と、内部に空気を送る送風ファン７３と、排気口７４とが設けられている。送風ファン７３は、収容ボックス７１の上面に設けられ、排気口７４は、収容ボックス７１の側面の下部に形成されている。

バッテリー７０は、例えば、アルカリ蓄電池、ニッケル-水素蓄電池、リチウムイオン電池などで構成されている。バッテリー７０は、前記の電池に限られるものではなく、小型で軽量、高性能の充電式電池であればどのような蓄電池であってもよい。これらの中で、リチウムイオン電池はエネルギー密度が高いため、特に好ましい。一般的には、正極はＬｉＣｏＯ_２、負極はＣ、セパレータとしての電解質にはＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_６などのＬｉイオンを含む有機電解液が使用されている。ここでＬｉイオンは正極、負極の材料の結晶中に出入りすることができ、充電、放電できる仕組みとなっている。Ｌｉイオン電池内において、充電中はセパレータを介してＬｉイオンが正極から負極に移動し、逆に放電中はＬｉイオンが負極から正極に移動する。

バッテリー７０は、ソーラーパネル３０の薄膜系太陽電池セル３１および照明用光源８０と接続されており、薄膜系太陽電池セル３１で発電された電気を充電しておくとともに、夜間などの照明が必要となる時間帯には、照明用光源８０の電源として作動する。

バッテリー７０および照明用光源８０には、制御部（図示せず）が接続されている。制御部は、バッテリー７０への過充電を防止するとともに、バッテリー７０から照明用光源８０へ供給される電力のオン・オフや供給量を制御するものである。制御部には、周囲の明るさに応じて照明用光源８０を点灯させる光センサ（図示せず）が設けられている。光センサは、例えば屋根面の上面でソーラーパネル３０の受光の妨げにならない位置に設けられている。

（枠材）
図１に示すように、枠材５０は、金属形材からなる梁材５１で格子状の区画を有するように構成されている。梁材５１は、柱材５２によって支持されている。柱材５２は、所定の間隔で地盤に立設されており、その下端部にベースプレート５３を有している。ベースプレート５３には、地盤の基礎に設けられたアンカーボルト（図示せず）が挿通されて、柱材５２を地盤に固定するようになっている。梁材５１は、隣り合う柱材５２間で架け渡される大梁５４と、互いに対向する大梁５４，５４間に架け渡されるつなぎ梁５５とで構成されている。これらの大梁５４およびつなぎ梁５５は、中空状に形成されており、必要に応じて、内側あるいは外側に補強リブ（図示せず）が形成されている。

梁材５１および柱材５２は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の押出形材にて構成されている。アルミニウム合金製の押出形材は、６０６３合金をベースとして形成されている。６０６３合金をベースとした押出形材は、押出後の熱処理によってＭｇ_２Ｓｉがマトリックス中に微細に析出するため、強度、靭性が高い。さらに、押出形材の表面には、陽極酸化皮膜処理が施されており、耐食性、耐候性に優れている。陽極酸化皮膜処理の工程で、封孔処理前に表面の酸化皮膜中に顔料を含有させることにより、多様な色調の形材として美観を向上することも可能である。なお、本実施の形態では、梁材５１および柱材５２は中空状（ホロー）に形成されているが、中実状（ソリッド）であってもよい。

梁材５１によって、屋根面のフレームが構成されている。ここで、梁材５１は、図１中に示したＹ軸方向に延在する大梁５４およびつなぎ梁５５は円弧状に湾曲して形成され、Ｘ軸方向に延在する大梁５４およびつなぎ梁５５は直線状に形成されている。これによって、屋根面は、一方向（Ｙ軸方向）のみに湾曲したアール屋根形状を呈しており、これにともなって、屋根面を構成する光透過性板材１０，１１も、それぞれが一方向（Ｙ軸方向）のみに湾曲したアール屋根形状を呈することとなる。Ｙ軸方向に延在する大梁５４およびつなぎ梁５５は、一旦、直線状の押出形材として成形した後に、湾曲させて形成されている。

図２および図３に示すように、梁材５１は、光透過性板材１０，１１の周縁部を支持するようになっている。具体的には、大梁５４およびつなぎ梁５５の光透過性板材１０，１１側の側面には、把持溝５６がそれぞれ形成されており、この把持溝５６に光透過性板材１０，１１の周縁部が挿入されて支持されることとなる。把持溝５６は、中空の梁材５１の側面を開口するように成形することで形成され、梁材５１の中空部が把持溝５６の内部空間を構成することとなる。

図２に示すように、光透過性板材１０，１１は、その周縁部が、把持溝５６に挿入されて固定されている。光透過性板材１０，１１の周縁部は、把持溝５６の上下枠を構成する上下のプレート部５７，５７で挟持されている。プレート部５７，５７の先端には弾性シール部材５８，５８がそれぞれ設けられている。弾性シール部材５８は、ゴムパッキンにて構成されており、上側光透過性板材１０の上面と上側のプレート部５７の先端部との間、および下側光透過性板材１１の下面と下側のプレート部５７の先端部との間に、それぞれ圧縮状態で設けられている。これによって、ソーラーパネル３０を挟むように配置された光透過性板材１０，１１を挟持するための適度な押圧力を得ることができるとともに、把持溝５６内に雨水や結露水が浸入するのを防止できる。

把持溝５６の底部（奥側）には、照明用光源８０を固定するためのネジ孔６１が所定の間隔をあけて複数形成されている。一方、照明用光源８０は、発光ダイオードの基端部の外周に、ネジ孔６１に螺合するオネジ部８１を備えている。照明用光源８０は、そのオネジ部８１をネジ孔６１に螺合することで、下側光透過性板材１１の端面との距離を調節可能に構成されている。つまり、オネジ部８１をネジ孔６１に螺合させることで、照明用光源８０が軸方向に沿って移動するので、所望の位置で回転を止めることで軸方向位置を調整できる。また、ネジ孔６１にオネジ部８１を螺合させるといった簡単な作業だけで、照明用光源８０の取付けを行うことができるとともに、照明用光源８０の取付位置のガイドとすることができる。

本実施形態のように、屋根面が一方向（Ｙ軸方向）のみに湾曲したアール屋根形状を呈している場合、ネジ孔６１は、湾曲した枠材５０（大梁５４およびつなぎ梁５５）に形成されており、照明用光源８０が、下側光透過性板材１１の平面方向（Ｘ軸方向）に沿って光を出射するように構成されている。

光透過性板材１０，１１を固定するための把持溝５６の下方には、この把持溝５６に平行な第二把持溝５９が形成されている。第二把持溝５９は、光透過性板材１０，１１の下方に設けられる光透過性カバー１６を把持する。光透過性カバー１６は、第二把持溝５９の上下枠を構成する上下のプレート部５７，５７で挟持されている。なお、第二把持溝５９の上側のプレート部５７は，把持溝５６の下側のプレート部５７と兼用されている。第二把持溝５９のプレート部５７，５７の先端で光透過性カバー１６との間には、把持溝５６と同様に、弾性シール部材５８，５８がそれぞれ圧縮状態で設けられており、各プレート部５７，５７で光透過性カバー１６を把持するように構成されている。

光透過性カバー１６は、下側光透過性板材１１の下方で、この下側光透過性板材１１を覆うように設けられている。光透過性カバー１６は、拡散シート１５から出射された光をさらに拡散させるために設けられたものであって、例えば、光透過性樹脂板にて構成されている。光透過性カバー１６は、下側光透過性板材１１側の表面（上面）に凹凸を形成してマット面が形成されている。これによれば、照明を和らげることができる。

枠材５０の把持溝５６の底部の裏側にも中空スペース６０が形成されている。この中空スペース６０は、照明用光源８０の電力供給用コード（図示せず）が配設される配線スペースとして利用される。このような構成によれば、外部に配線（電力供給用コード）が露出されることなく、配線が雨水などに曝されるのを防止できるとともに、美観を得ることができる。

次に、前記構成による照明装置付屋根構造体１の作用について説明する。

かかる照明装置付屋根構造体１によれば、ソーラーパネル３０は、薄膜シリコン型太陽光発電セルからなる薄膜系太陽電池セル３１と、光透過性のバックシート３２とを備え、上下二枚の光透過性板材１０，１１間に配置されているので、昼間においては、図５の（ａ）に示すように、屋根面の下方に太陽光が差し込むとともに天井面が明るくなる。具体的には、太陽光の一部は、図５中、太線で示すように、上側光透過性板材１０、ソーラーパネル３０、下側光透過性板材１１の順で屋根面を透過する。反射手段１２を構成する半透過型反射ドットシートでは、太陽光の一部は、反射インク１２ｂが塗布されていない樹脂シート１２ａ部分を透過し、また、反射インク１２ｂが塗布されている樹脂シート１２ａ部分でもある程度透過する。そして、下側光透過性板材１１に入射した太陽光は、その内部に含有された蛍光体に照射されて蛍光を発するので、その照度が高くなる。下側光透過性板材１１に色素を含有させた場合には、屋根面が所望の色に発光して美観を高めることができる。

一方、太陽光の一部は、ソーラーパネル３０の薄膜系太陽電池セル３１の上面で受光されるので、ソーラーパネル３０で発電を行い、バッテリー７０に蓄電することができる。また、ソーラーパネル３０を透過した太陽光の一部は、反射手段１２の反射インク１２ｂによって、上方に反射され、薄膜系太陽電池セル３１の下面で受光されるので、ソーラーパネル３０で発電を行い、バッテリー７０に蓄電することができる。

また、本実施形態では、ソーラーパネル３０が、上側光透過性板材１０の下面、または下側光透過性板材１１の上面に布設されて接着固定されているので、上下二枚の光透過性板材１０，１１とソーラーパネルを一体的に把持することができ、構造が簡素化され、照明装置付屋根構造体１の製造を効率的に行うことができる。

一方、ソーラーパネル３０が、光を透過可能な薄膜シリコン型太陽光発電セルからなる薄膜系太陽電池セル３１を備えて構成されているので、薄膜系太陽電池セル３１をソーラーパネル３０全体に布設することができ、受光面積を大きく確保できる。また、薄膜系太陽電池セル３１はフィルム状で、光透過性板材１０，１１の面形状に追従可能なフレキシブルパネルにて構成されているので、本実施形態のように、平板形状以外の形状の光透過性板材１０，１１に追従して設けることができるので、屋根形状のデザインの自由度を高めることができる。

また、ソーラーパネル３０で太陽エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリー７０に蓄えているので、夜間においても、照明用光源８０によって快適な照明を得ることができる。

具体的には、照明用光源８０からの光が下側光透過性板材１１の端面からその内部に入射される。ここで、照明用光源８０は発光ダイオードにて構成されているので、少ない消費電量で明るい照明を得られることができるとともに、照明用光源８０の小型化が達成され、枠材５０の薄型化に貢献している。これによって、照明装置付屋根構造体１を見る者に軽快な印象を与えることができる。さらに、発光ダイオードを、枠材５０内に所定の間隔をあけて複数設けるようにしているので、枠材５０が湾曲している場合であっても、照明用光源８０に特殊な加工を施すことなく、照明用光源８０を形成することができる。

また、発光ダイオードの周囲にはリフレクター８２が設けられ、このリフレクター８２の前側開口部には、凸レンズ８３が設けられているので、発光ダイオードからの光は、リフレクター８２で前方に反射され、凸レンズ８３によって下側光透過性板材１１の端面に向かって収束される。したがって、発光ダイオードからの光を無駄にすることなく効率的に利用できる。さらに、照明用光源８０は、オネジ部８１を備えており、把持溝５６の底部に形成されたネジ孔６１に螺合するようになっているので、軸方向位置の調整を行うことができ、発光ダイオードの光をプリズムシート１７の位置で収束させることができる。そして、このプリズムシート１７によって、発光ダイオードからの光が下側光透過性板材１１に入射する際の入射角度を広げることができるので、下側光透過性板材１１の内部に光を均一に入射することができ、下側光透過性板材１１内での光の伝達を好適に行うことができる。

下側光透過性板材１１の端面からその内部に入射された光は、下側光透過性板材１１の上面と下面との間で全反射を繰り返しながら、他方の端面に進んでいく。その途中で、入射された光は、反射手段１２である反射ドットシートの反射インク１２ｂで形成された反射ドットに当たって、反射ドット内で乱反射して、下側光透過性板材１１の下面（照明面）またはその反対方向（上面）に向かって放射される。下面に向かって放射された光は、スネルの法則に従って、下面への入射角が全反射の臨界角よりも大きい場合は下面から下側光透過性板材１１の下方外部へ放射され、一方、前記入射角が全反射の臨界角よりも小さい場合は下面で上方に反射されて下側光透過性板材１１の内部へ戻る。このとき、反射インク１２ｂは、発光ダイオードの配置に応じたグラデーションパターンに従って塗布されているので、効率的に光を反射させることができ、照度を高めることができる。また、下側光透過性板材１１に入射された光は、その内部に含有された蛍光体に照射されて蛍光を発するので、下側光透過性板材１１の照度が高くなる。さらに、下側光透過性板材１１に色素を含有させた場合には、屋根面が所望の色に発光して美観を高めることができる。

一方、下側光透過性板材１１の上面で反射ドットがない部分に放射された光は、上面への入射角が全反射の臨界角よりも大きい場合に上面から下側光透過性板材１１の上方外部へ放射される。ここで、ソーラーパネル３０は、薄膜系太陽電池セル３１の薄膜が基板の両面に形成されており、両面で受光して発電可能な太陽電池セルとなっているので、下側光透過性板材１１から放射される光を利用して発電することが可能である。照明用光源８０として使用される発光ダイオードから放射される光のピーク波長、薄膜系太陽電池セル３１に用いられる半導体の種類等にもよるが、下側光透過性板材１１から上方外部へ放射される光エネルギーのうち５％程度のエネルギーを電気エネルギーとして回収でき、光の損失を低減することができる。

また、下側光透過性板材１１の周縁部の端面のうち、少なくとも照明用光源８０が配置された側の端面に対向する端面に、反射シート１４が設けられているので、下側光透過性板材１１の端面から外部に出射しようとする光を内側へと反射して、下側光透過性板材１１内部に戻すことができ、照明用光源８０からの光を無駄にすることなく効率よく利用することができる。特に、本実施の形態では、下側光透過性板材１１の端面全周に亘って反射シート１４を設けているので、下側光透過性板材１１に入射された光は端面から逃げることはない。

本実施の形態では、下側光透過性板材１１の下面に、照明用光源８０からの光を拡散させて下方に出射させる拡散シート１５が設けられているので、下側光透過性板材１１の下面から出射される光を拡散させて均一化することができ、安定した照度の照明を得ることができる。さらに、光を拡散することで、反射手段１２（反射ドットシート）によって発生する光の反射量の濃淡である輝度斑を低減することができ、照明ムラをなくすことができる。

さらに、下側光透過性板材１１の下方に、この下側光透過性板材１１を覆う光透過性カバー１６が設けられているので、下側光透過性板材１１の下面から出射された光をさらに拡散することができる。また、光透過性カバー１６の上面（導光板側面）をマット面とすれば、照明を和らげることもできる。また、光透過性カバー１６に顔料を添加すれば、色付きの照明とすることができ、照明装置付屋根構造体１の美観およびデザイン性を高めることもできる。

また、本実施形態では、下側光透過性板材１１が、エッジライト式両面導光板によって構成されているので、少ない光で大きい照明面を得ることができる。特に、エッジライト式両面導光板は、上下両面から光を放射するので、上方に放射される光を利用してソーラーパネル３０で発電することができる。

また、照明用光源８０は、湾曲する枠材５０（大梁５４およびつなぎ梁５５）に設けられており、その枠材５０の延出方向の直交方向に光を出射するように構成されてので、湾曲する下側光透過性板材１１の内部であっても、照明用光源８０からの光は平面方向に伝達されることとなり、その反射角度を一定に保つことができるので、全反射を繰り返すことができる。

本実施形態では、屋根面の全体にソーラーパネル３０を設けて構成されているが、これに限定されることはない。例えば、図８に示すような種々の配置形状としてもよい。図８の（ａ）は、屋根面を３行３列に９分割し、中央の１行および１列にソーラーパネル３０を上下の光透過性板材１０，１１で挟んだサンドイッチパネルＰ１を設け、その他の部分（四隅）には、透明樹脂板からなる透明パネルＰ２を設けている。このような構成によれば、サンドイッチパネルＰ１が平面視十字状を呈し、デザイン性が向上するとともに、昼間には透明パネルＰ２から多くの採光を得られる。図８の（ｂ）は、屋根面を３行３列に９分割し、中央の一枚部分のみにサンドイッチパネルＰ１を設け、その他の部分には透明パネルＰ２を設けている。このような構成によれば、昼間における採光量を多くすることができる。図８の（ｃ）は、屋根面を３行３列に９分割し、対角線上位置にサンドイッチパネルＰ１を設け、その他の部分には透明パネルＰ２を設けている。このような構成によれば、サンドイッチパネルＰ１が平面視Ｘ字状を呈し、デザイン性が向上している。

図８の（ｄ）は、屋根面の中心線上に帯状のサンドイッチパネルＰ１を設け、その両側には略矩形の透明パネルＰ２を設けている。サンドイッチパネルＰ１の長手方向両端部に照明用光源８０を設けている。このような構成によれば、照明を帯状に形成することによって、照明をデザイン上のアクセントとすることができる。また、照明用光源８０は少ない個数で済むので、省エネルギー化および低コスト化が図れる。

（第二実施形態）
本発明に係る照明装置付屋根構造体の第二実施形態では、図９に示すように、上下の光透過性板材１０，１１およびソーラーパネル３０を一体的に固定する把持溝５６内に、光透過性板材１０，１１の把持位置を規制する位置決めストッパ６５が形成されている。位置決めストッパ６５は、把持溝５６の上下のプレート部５７，５７の内側の上下面に、互いに向き合うように突出してそれぞれ形成されている。位置決めストッパ６５は、把持溝５６の長手方向に沿って延在する突条として形成されていてもよく、また把持溝５６の長手方向に沿って所定の間隔をあけて複数個所に形成されていてもよい。上下の位置決めストッパ６５，６５間の隙間は、照明用光源８０（発光ダイオード）からの光が通過できる高さとなるように構成されている。このような構成によれば、光透過性板材１０，１１およびソーラーパネル３０を、把持溝５６に固定する際に、容易に正確な位置に固定することができ、照明用光源８０と下側光透過性板材１１の端面との距離を所望の値にすることができる。

光透過性カバー１６を把持する第二把持溝５９にも、前記と同等形状の位置決めストッパ６５が形成されている。なお、その他の構成については、前記第一実施形態と同様であるので、同じ符号を付してその説明を省略する。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、光透過性板材１０，１１を構成するエッジライト式両面導光板は、光透過性樹脂板に限られるものではなく、ガラス板で形成してもよい。エッジライト式両面導光板をガラス板で形成すれば、光透過性樹脂板よりも高い透過率を得ることができるので、照度を高めることができる。光透過性樹脂板を採用するかガラス板を採用するかは、要求される照度、構造強度、形状などに応じて適宜決定される。

また、本発明の枠材５０や柱材５２は、アルミニウム製やアルミニウム合金製に限られるものではなく、必要な強度を有していればスチール、ステンレス、チタンや銅あるいは木材など他の材質であっても適用できるのは勿論である。但し、重量やコストや美観を考慮すると、枠材５０や柱材５２をアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成するのが好ましい。

さらに、前記実施の形態では、枠材５０は柱材５２に支持されているが、これに限られるものではなく、例えば、隣接する構造物の壁面などに枠材５０を直接固定するようにしてもよい。

また、本発明に係る照明装置付屋根構造体１は、カーポート用屋根２として利用するのに限られるものではないのは勿論である。例えば、待合スペース用屋根や、公園内の休憩所や住宅のテラスなどで用いることも可能である。

１ 照明装置付屋根構造体
１０ 光透過性板材
１１ 光透過性板材
１２ 反射手段
１３ 反射溝
１４ 反射シート
１５ 拡散シート
１６ 光透過性カバー
１７ プリズムシート
３０ ソーラーパネル
３２ バックシート
５０ 枠材
５６ 把持溝
６１ ネジ孔
６５ 位置決めストッパ
７０ バッテリー
８０ 照明用光源
８１ オネジ部
８２ リフレクター
８３ 凸レンズ

Claims (5)

1. 上下方向に二枚積層された光透過性板材と、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するソーラーパネルと、上下二枚の前記光透過性板材と前記ソーラーパネルを支持する枠材と、前記ソーラーパネルで変換した電気エネルギーを蓄えるバッテリーと、照明用光源とを備えた照明装置付屋根構造体であって、
   屋根面は、一方向のみに湾曲したアール屋根形状を呈しており、
   前記ソーラーパネルは、前記光透過性板材の面形状に追従可能なフレキシブルパネルにて構成されており、接着剤を介さずに、上下二枚の前記光透過性板材によって挟持されて固定されており、
   前記ソーラーパネルは、両面で受光して発電可能な薄膜系太陽電池セルを備え、夜間は下側の前記光透過性板材から放射される前記照明用光源からの光を利用して発電することが可能に構成されており、
   前記枠材は、陽極酸化皮膜処理が施されたアルミニウムまたはアルミニウム合金製の押出形材にて構成されている
   ことを特徴とする照明装置付屋根構造体。
2. 前記照明用光源は、発光ダイオードにて構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置付屋根構造体。
3. 前記枠材を支持する柱材は、中空形状に形成されており、前記柱材は陽極酸化皮膜処理が施されたアルミニウム製またはアルミニウム合金製の押出形材にて構成されており、
   前記バッテリーは、前記柱材の内部に設置された収容ボックスに収容されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置付屋根構造体。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照明装置付屋根構造体を用いた
   ことを特徴とするカーポート用屋根。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照明装置付屋根構造体を用いた
   ことを特徴とする待合スペース用屋根。

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