JP6442958B2

JP6442958B2 - 採光具及び採光システム及び採光窓

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Publication number: JP6442958B2
Application number: JP2014199920A
Authority: JP
Inventors: 峻平柳澤; 知之出原
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: JP2016069896A

Description

本発明は、建物等の内部に日光などの外光を取り入れるために用いる採光具及び採光システム及び採光窓に関するものである。

窓ガラスにより、建物の内部に日光等の外光を取り入れて明るく快適な室内空間を形成することはよく知られている。しかし、一方で当該窓ガラスに入射した外光をそのまま室内に取り入れると、まぶしさを感じたり、光があたる場所が室内の一部のみに限定されたり、といった不具合が生じることがある。これに対して、直接日光を制御して、より快適な態様で室内側に光を採り入れる技術が提案されている。

例えば、特許文献１（特開２０１２−２５５９５１号公報）には、一方向に延在する凹状溝が繰り返し作製され、凹状溝への充填材の充填により、透明シート材への入射光を反射する一方向に延長した反射面が凹状溝の少なくとも一方の斜面に形成され、反射面による反射により、窓を透過した直射太陽光を屋内に導入する光制御部材（採光シート）が開示されている。
特開２０１２−２５５９５１号公報

上記のような光制御部材（採光シート）による室内への採光においては、光制御部材への入射光を反射する一方向については光が分散するので、光制御部材への入射光を偏向する一方向の採光という観点からは十分な効果を得ることができるが、光制御部材への入射光を偏向する一方向に対し垂直に交わる方向の採光効果について、これを得ることができない、という問題があった。

このような問題点を、光制御部材により鉛直方向の採光効果が得られ、鉛直方向に対し垂直に交わる水平方向の採光効果が得られない場合を例に、図を参照して説明する。

図１１は光制御部１０を有する従来の光制御部材を示す図であり、光制御部材が適用された室内の断面を示している。従来の光制御部材では、窓ガラス５０において太陽Ｓから室内に入射する光は、光制御部１０により鉛直方向に分散することで、例えば、天井部などにも分散光があたるようになる。このように従来の光制御部材は、鉛直方向に太陽光を分散するので、この点での効果はある。

一方、図１２は光制御部１０を有する従来の光制御部材の課題を説明する図である。図１２は光制御部材が適用された室内の平面図を示している。従来の光制御部材においては、図１２に示すように、水平方向については、明るいエリアと、分散光が照射されない暗いエリアとができてしまうことが分かる。

なお、上記の例では、光制御部材が鉛直方向のみに光を分散することで、水平方向についてはこれを分散しない、という課題があることについて説明を行ったが、さらに、課題を一般化するのであれば、光制御部材が光を分散する分散方向については明るいエリアを得られるが、前記分散方向に垂直に交わる方向については明るいエリアが得られない、ということになる。ただし、以下明細書では、鉛直方向と水平方向以外の方向で検討すると煩雑となるため、鉛直方向と水平方向などに限定して説明する。しかしながら、本発明の課題、解決手段は、鉛直方向と水平方向に限定されるものではない、ということを付言し
ておく。

本発明は以上のような課題を解決するためのものであり、本発明に係る採光具は、光が入射する第１主面と、前記第１主面に対向し光が出射する第２主面とを有し、前記第１主面から入射した光を前記第２主面に向けて偏向する光制御部と、前記光制御部から出射された光を分岐する光分岐部と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る採光具は、入射する光を分岐する光分岐部と、前記光分岐部で分岐された光が入射する第１主面と、前記第１主面に対向し光が出射する第２主面とを有し、前記第１主面から入射した光を前記第２主面に向けて偏向する光制御部と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る採光具は、前記光分岐部は、透明基材中に配された光分岐層を有することを特徴とする。

また、本発明に係る採光システムは、光が入射する第１主面と、前記第１主面に対向し光が出射する第２主面とを有する光制御部であって、前記第１主面から入射した光を前記第２主面に向けて偏向する前記光制御部を有する構造体である光制御部材と、前記光制御部から出射された光を分岐する光分岐部を有する構造体である光分岐部材と、を備え、前記光制御部は、複数の低屈折率媒質部と、前記低屈折率媒質部よりも屈折率が高く、かつ、前記低屈折率媒質部同士を離隔する高屈折率媒質部と、を備え、前記低屈折率媒質部と前記高屈折率媒質部との界面が反射面を形成し、かつ、前記第１主面から入射した光は、前記反射面で反射することによって偏向し、前記低屈折率媒質部が延在する方向であって、前記第１主面と平行な方向を第１方向とし、前記低屈折率媒質部が周期的に設けられる方向であって、前記第１主面と平行であり、かつ、前記第１方向と非平行な方向を第２方向とし、前記第２方向と平行な軸を仮想軸とするとき、前記光分岐部材は前記仮想軸を中心として回転することを特徴とする。

また、本発明に係る採光システムは、入射する光を分岐する光分岐部を有する構造体である光分岐部材を備えた採光システムであって、前記光分岐部で分岐された光が入射する第１主面と、前記第１主面に対向し光が出射する第２主面とを有する光制御部であって、前記第１主面から入射した光を前記第２主面に向けて偏向する前記光制御部を有する構造体である光制御部材をさらに備え、前記光制御部は、複数の低屈折率媒質部と、前記低屈折率媒質部よりも屈折率が高く、かつ、前記低屈折率媒質部同士を離隔する高屈折率媒質部と、を備え、前記低屈折率媒質部と前記高屈折率媒質部との界面が反射面を形成し、かつ、前記第１主面から入射した光は、前記反射面で反射することによって偏向し、前記低屈折率媒質部が延在する方向であって、前記第１主面と平行な方向を第１方向とし、前記低屈折率媒質部が周期的に設けられる方向であって、前記第１主面と平行であり、かつ、前記第１方向と非平行な方向を第２方向とし、前記第２方向と平行な軸を仮想軸とするとき、前記光分岐部材は前記仮想軸を中心として回転することを特徴とする。

また、本発明に係る採光システムは、前記光分岐部材を複数有し、前記光分岐部は、透明基材中に配された光分岐層を有し、全ての前記光分岐部材の前記光分岐層の主面が同一方向を向くように回転可能であることを特徴とする。

また、本発明に係る採光システムは、前記光分岐部材は光制御部材の偏向する方向の仮想軸を中心として回転することを特徴とする。

また、本発明に係る採光システムは、前記光分岐部材が光制御部材の偏向する方向に長手方向を有することを特徴とする。

また、本発明に係る採光窓は、前記のいずれかに記載の採光具、前記のいずれかに記載の採光システムを窓部に配したことを特徴とする。

本発明に係る採光具は、光制御部から出射された光を分岐する光分岐部を有しており、このような本発明に係る採光具によれば、光分岐部は光制御部の偏向する方向と垂直に交わる方向に光を分岐するので、光制御部の偏向する方向と垂直に交わる方向の採光効果を得ることが可能となる。

本発明に係る採光システムは、光制御部材から出射された光を分岐する光分岐部材を有しており、このような本発明に係る採光システムによれば、光分岐部材は光制御部材の偏向する方向と垂直に交わる方向に光を分岐するので、光制御部材の偏向する方向と垂直に交わる方向の採光効果を得ることが可能となる。

光制御部１０の効果を説明する図である。光制御部１０の断面構造を模式的に説明する図である。光分岐部２０の断面構造を模式的に説明する図である。本発明の実施形態に係る採光具３の構成を説明する図である。本発明の実施形態に係る採光システム３の効果を説明する図である。本発明の実施形態に係る採光システム５の構成を説明する図である。本発明の実施形態に係る採光システム３を室内側からみた斜視図である。本発明の実施形態に係る採光システム３で用いられる光分岐部材２０の構成及びその効果を説明する図である。本発明の実施形態に係る採光システム５の効果を説明する図である。本発明の他の実施形態に係る採光システム５の構成を説明する図である。光制御部材１０を用いた従来の採光具を示す図である。光制御部材１０を用いた従来の採光具の課題を説明する図である。

［１］採光具
以下、本発明に係る採光具の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。以下、まず、本発明に用いる光制御部１０の構成の概要について説明する。

図１は光制御部１０の効果を説明する図である。図１（Ａ）は通常の窓部からの太陽光の採り入れを示しており、図１（Ｂ）は窓部に光制御部１０を取り付けて、太陽光の採り入れを行った場合を示している。光制御部１０を窓部に設けることにより、屋内全体を可能な限り均一に明るくする採光を実現する。

ここで、以下の説明において、各構成の方向及び位置関係などを明瞭にするための座標を定義する。窓部の水平な辺と方向と平行な方向をｘ方向とし、鉛直上方方向をｚ方向とした右手系座標を定義し、以下の説明に用いることとする。本件明細書に添付する図面には、必要に応じて、このような右手系座標が参照のために記されている。

本発明に用いる光制御部１０の一例を説明する。図２は光制御部１０の断面構造を模式的に説明する図である。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから適宜変更したり、誇張したりすることがある。また、図面の見やすさの観点から、周期的に繰り返す構成については、参照番号を付すことを省略している。

図２に示すように、光制御部１０は、光が入射する第１主面１１と、前記第１主面１１に対向し光が出射する第２主面１２とを有し、前記第１主面１１と前記第２主面１２との間に存在し、前記第１主面１１から入射した光を前記第２主面１２に向けて偏向する複数の低屈折率媒質部１６と、を備える。

光制御部１０は、典型的には、紙面垂直方向（ｘ方向）に延在し、紙面上下方向（ｚ方向）に周期的に設けられる複数の低屈折率媒質部１６と、低屈折率媒質部１６同士を離隔する高屈折率媒質部１５とを備える。この場合、低屈折率媒質部１６と高屈折率媒質部１５との界面が反射面となる。低屈折率媒質部１６は、高屈折率媒質部１５の屈折率に比べて低い屈折率を有する媒質により構成される。例えば、高屈折率媒質部１５が、樹脂である場合、低屈折率媒質部１６は空気あるいは高屈折率媒質部１５を構成する樹脂よりも低い屈折率を有する樹脂を用いることができる。

第１主面１１に入射した光Ｌ１は、光制御部１０内に進み、反射面で反射し偏向する。その後、偏向した光Ｌ１は、第１主面１１に対向する第２主面１２から出射し、光制御部
１０外に進む。

なお、第１主面１１に入射した光Ｌ２のように、光制御部１０内に進み、低屈折率媒質部１６と高屈折率媒質部１５との界面で屈折することで偏向し、第２主面１２から出射し、光制御部１０外に進む光も存在する。

以上のような機能を有する光制御部１０の構成材料としては、熱硬化性樹脂や電離放射線硬化型樹脂等の有機高分子樹脂材料や無機ガラス材料が挙げられる。

また、光制御部１０として、高屈折率媒質部１５内に、複数の低屈折率媒質部１６を配す構成の例を説明したが、複数の低屈折率媒質部１６に代えて、例えば、複数の、金属などの反射率の高い材料を光制御部１０内に配置した構成としてもよい。

次に、本発明に用いる光分岐部２０の構成の概要について説明する。図３は光分岐部２０の断面構造を模式的に説明する図である。図３の断面構造は、ｘｙ面で切ってみた水平断面図であり、図２のｙｚ面面で切ってみた断面図とは異なることに留意されたい。

光分岐部２０は、入射光を複数の方向に分岐させる機能を有する光分岐層２２と、それを狭持する２つの透明樹脂材料２５とから、例えば構成することができる。光分岐層２２は、誘電体多層膜や、金属薄膜などによって構成することできる。また、透明樹脂材料２５は、アクリルなどの透明な有機樹脂材料を用いて構成することもできるし、ガラスなどの無機材料を用いて構成することもできる。

また、光分岐部２０として、入射光を複数の方向に分岐させる機能を有する光分岐層と、それを狭持する２つの透明樹脂材料から成る構成の例を説明したが、光制御部１０のように紙面垂直方向（Ｚ方向）に延在し、紙面上下方向（ｘ方向）に周期的に設けられる複数の低屈折率媒質部１６と、低屈折率媒質部１６同士を離隔する高屈折率媒質部１５とを備える構成としてもよい。

上記のような光分岐部２０によって、光分岐部２０に入射する光を分岐することが可能となる。太陽Ｓからの光は、光制御部１０で前記光制御部１０が光を偏向する方向（鉛直方向）に分散され、このような分散光は、さらに、光分岐部２０で前記光制御部１０の偏向する方向と垂直に交わる方向（水平方向）に分岐される。

次に、以上のような光制御部１０、及び光分岐部２０により構成される本発明に係る採光具ついて説明する。図４は本発明の実施形態に係る採光具３の構成を説明する図である。

採光具３の実施形態としては、フィルム（シート）状であってもよいし、パネルやブラインド、ロールアップスクリーン、またガラス、合わせガラス形態であってもよい。

図４（Ａ）は光制御部１０と光分岐部２０とを貼り合わせて形成したフィルム（シート）状の採光具３を示している。また、ある程度の採光具３は、光制御部１０と光分岐部２０とを貼り合わせて形成したパネル部材としてもよい。

また、図４（Ｂ）は光制御部１０と光分岐部２０とを貼り合わせて形成した複数のスラットからなるブラインドを採光具３として利用する場合を示している。

また、図４（Ｃ）は光制御部１０と光分岐部２０とを貼り合わせて形成したブラインド部材からなるロールアップブラインドを採光具３として利用する場合を示している。

また、図４（Ｄ）は光制御ガラス（光制御部）２６と光分岐ガラス（光分岐部）２８とを、接着剤などの接合部２７を介して貼り合わせて構成したものを採光具３として利用する場合を示している。

本発明に係る採光具３においては、太陽Ｓからの光を、光制御部材１０で分散光とし、この分散光を光分岐部２０で分岐する構成としてもよいし、その逆で、太陽Ｓからの光を、光分岐部２０で分岐光とし、この分岐光を光制御部１０で分散する構成としてもよい。なお、以下の実施形態においては、前者を例に説明する。

図５は本発明の実施形態に係る採光具の効果を説明する図である。太陽Ｓから光制御部１０に入射した光は、光制御部１０によって前記光制御部１０が光を偏向する方向（図５では鉛直方向）に分散されて出射される。次に、光制御部１０に出射された光は、光分岐部２０に入射し、前記光分岐層で分岐され、主として前記光制御部１０の偏向する方向と垂直に交わる方向（図５では水平面内の２方向）に分かれて、光分岐部２０２０から出射する。これにより、従来の光制御部材で形成されてしまっていた暗いエリアが低減されることとなる。

以上、本発明に係る採光具は、光制御部１０から出射された光を分岐する光分岐部２０２０を有しており、このような本発明に係る採光具によれば、光分岐部２０は前記光制御部１０の偏向する方向と垂直に交わる方向に光を分岐するので、前記光制御部１０の偏向する方向と垂直に交わる方向の採光効果を得ることが可能となる。
［２］採光システム
次に、本発明に係る採光システム５の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

本発明に係る採光システム５は、前記光制御部１０の機能を有する構造体(光制御部材
１０’)、及び前記光分岐部２０の機能を有する構造体(光分岐部材３０)の組み合わせに
より構成される。

また、本発明に係る採光システムにおいては、太陽Ｓからの光を、光制御部材１０’で分散光とし、この分散光を光分岐部材３０で分岐する構成としてもよいし、その逆で、太陽Ｓからの光を、光分岐部材３０で分岐光とし、この分岐光を光制御部材１０で分散する構成としてもよい。なお、以下の実施形態においては、前者を例に説明する。

前記光制御部材１０’は、前記採光具３に記載した光制御部１０を有する構造体である。光制御部材１０’の実施形態としては、従来のフィルム形状(採光シート) であっても
よいし、パネルやブラインド、ロールアップスクリーン、またガラス、合わせガラス形態であってもよい。

前記光分岐部材３０は、前記採光具３に記載した光分岐部２０を有する構造体である。光分岐部材２０の実施形態としては、前記光制御部材１０’と同様にフィルム形状(シー
ト) であってもよいし、パネルやブラインド、ロールアップスクリーン、またガラス、合わせガラス形態であってもよい。

本発明の実施形態に係る採光システムには、従来技術と同様に、窓ガラス５０に、光制御部材１０’が貼り付けられている構成を有しており、これにより、太陽Ｓから室内に入射する光は、前記光制御部材１０’が光を偏向する一方向(図６では鉛直方向)に分散する。

光制御部材１０’から出射された分散光を、前記光制御部材１０’の偏向する方向と垂
直に交わる方向(図６では水平方向)に分岐する光分岐部材３０を複数有している。図７に示すように、光分岐部材３０は前記光制御部材１０が光を偏向する方向(図６では鉛直方
向)に長手方向を有するようになっており、光分岐部材３０の回転機構（不図示）によっ
て、ｘ方向にわたって複数吊り下げられるようになっている。また、回転機構（不図示）によって、光分岐部材３０は前記光制御部材１０が光を偏向する方向(図６では鉛直方向)の仮想軸４０を中心として回転するように構成されている。

図８は本発明の実施形態に係る採光具３で用いられる光分岐部材３０の構成及びその効果を説明する図である。図８は、複数配列されている光分岐部材３０の一部をｘｙ断面で切ってみた図である。

光分岐部材３０は、ハーフミラーの機能を有する光分岐層３２と、それを狭持する２つの透明基材３５とから、例えば構成することができる。光分岐層３２は、誘電体多層膜や、金属薄膜などによって構成することできる。また、透明基材３５は、アクリルなどの透明な有機樹脂材料を用いて構成することもできるし、ガラスなどの無機材料を用いて構成することもできる。

上記のような光分岐部材３０によって、光分岐部材３０に入射する光Ｌ₀を、Ｌ₃及びＬ₄に分岐することが可能となる。太陽Ｓからの光は、光制御部材１０’で前記光制御部材
１０が光を偏向する方向（鉛直方向）に分散され、このような分散光は、さらに、光分岐部材３０で、図８に示すように前記光制御部材１０の偏向する方向と垂直に交わる方向（水平方向）に分岐される。

採光システム５を構成する、上記のような複数の光分岐部材３０は、回転機構（不図示）によって、全ての前記光分岐部材３０の光分岐層３２の主面が同一方向を向くように回転可能に構成されている。これによって、光分岐部材３０による分岐光が出射する方向を調整ことが可能となり、太陽Ｓの位置や居住者の好みに応じた採光を実現することが可能となる。

図９は本発明の実施形態に係る採光システム５の効果を説明する図である。太陽Ｓから光制御部材１０’に入射した光は、光制御部材１０’によって前記光制御部材１０’が光を偏向する方向(図９では鉛直方向)に分散されて出射される。次に、光制御部材１０に出射された光は、複数の光分岐部材３０に入射し、前記光分岐層３２で分岐され、主として前記光制御部材１０’の偏向する方向と垂直に交わる方向(図９では水平面内の２方向)に分かれて、光分岐部材３０から出射する。これにより、従来の採光システムで形成されてしまっていた暗いエリアが低減されることとなる。

以上、本発明に係る採光システム５は、光制御部材１０’から出射された光を分岐する光分岐部材３０を有しており、このような本発明に係る採光具３及び採光システム５によれば、光分岐部材３０は前記光制御部材１０’の偏向する方向と垂直に交わる方向に光を分岐するので、前記光制御部材１０の偏向する方向と垂直に交わる方向の採光効果を得ることが可能となる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図１０は本発明の他の実施形態に係る採光システム５の構成を説明する図である。図６に示した先の実施形態においては、光分岐部材３０としては、鉛直方向に延在する縦型タイプの比較的特殊なものが用いられていたが、本実施形態では、光分岐部材３０としては、比較的一般的なロールアップブラインド３７が用いられている。このような簡易な構成によっても、先の実施形態と同様の効果を享受することができる。

以上、本発明に係る採光具は、光制御部から出射された光を分岐する光分岐部を有しており、このような本発明に係る採光具によれば、光分岐部は光制御部の偏向する方向と垂直に交わる方向に光を分岐するので、光制御部の偏向する方向と垂直に交わる方向の採光効果を得ることが可能となる。

３・・・採光具
５・・・採光システム
１０・・・光制御部
１０’・・・光制御部材
１１・・・第１主面
１２・・・第２主面
１５・・・高屈折率媒質部
１６・・・低屈折率媒質部
２０・・・光分岐部
２２・・・光分岐層
２５・・・透明樹脂材料
２６・・・光制御ガラス（光制御部）
２７・・・接合部
２８・・・光分岐ガラス（光分岐部）
３０・・・光分岐部材
３２・・・光分岐層
３５・・・透明基材
３７・・・ロールアップブラインド（光分岐部材）
４０・・・仮想軸
５０・・・窓ガラス

Claims

光が入射する第１主面と、前記第１主面に対向し光が出射する第２主面とを有する光制御部であって、前記第１主面から入射した光を前記第２主面に向けて偏向する前記光制御部を有する構造体である光制御部材と、
前記光制御部から出射された光を分岐する光分岐部を有する構造体である光分岐部材と、を備え、
前記光制御部は、複数の低屈折率媒質部と、前記低屈折率媒質部よりも屈折率が高く、かつ、前記低屈折率媒質部同士を離隔する高屈折率媒質部と、を備え、
前記低屈折率媒質部と前記高屈折率媒質部との界面が反射面を形成し、かつ、前記第１主面から入射した光は、前記反射面で反射することによって偏向し、
前記低屈折率媒質部が延在する方向であって、前記第１主面と平行な方向を第１方向とし、前記低屈折率媒質部が周期的に設けられる方向であって、前記第１主面と平行であり、かつ、前記第１方向と非平行な方向を第２方向とし、前記第２方向と平行な軸を仮想軸とするとき、前記光分岐部材は前記仮想軸を中心として回転することを特徴とする採光システム。
入射する光を分岐する光分岐部を有する構造体である光分岐部材を備えた採光システムであって、
前記光分岐部で分岐された光が入射する第１主面と、前記第１主面に対向し光が出射する第２主面とを有する光制御部であって、前記第１主面から入射した光を前記第２主面に向けて偏向する前記光制御部を有する構造体である光制御部材をさらに備え、
前記光制御部は、複数の低屈折率媒質部と、前記低屈折率媒質部よりも屈折率が高く、かつ、前記低屈折率媒質部同士を離隔する高屈折率媒質部と、を備え、
前記低屈折率媒質部と前記高屈折率媒質部との界面が反射面を形成し、かつ、前記第１主面から入射した光は、前記反射面で反射することによって偏向し、
前記低屈折率媒質部が延在する方向であって、前記第１主面と平行な方向を第１方向とし、前記低屈折率媒質部が周期的に設けられる方向であって、前記第１主面と平行であり、かつ、前記第１方向と非平行な方向を第２方向とし、前記第２方向と平行な軸を仮想軸とするとき、前記光分岐部材は前記仮想軸を中心として回転することを特徴とする採光システム。
前記光分岐部材を複数有し、
前記光分岐部は、透明基材中に配された光分岐層を有し、
全ての前記光分岐部材の前記光分岐層の主面が同一方向を向くように回転可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の採光システム。
前記光分岐部材が光制御部材の偏向する方向に長手方向を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の採光システム。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の採光システムを窓部に配したことを特徴とする採光窓。