JP6715183B2 - 採光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、採光装置に関するものである。
本願は、2014年12月4日に、日本に出願された特願2014−245745号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
建物の窓等を通して太陽光を室内に採り込むための採光フィルムが既に提案されている。採光フィルムは、複数の単位プリズムと平坦面とが光透過性の支持体の一方の面に形成されている。太陽光は単位プリズムを通して室内に採り込まれる。このような採光フィルムを窓ガラスに貼り付けることで、外光を室内に導入して明るい空間を提供することができる。
ところが、窓に特殊な採光フィルムを貼り付けると、窓ガラスが熱割れを起こす可能性がある。そのため、特許文献1では、日射遮蔽性を有するロールスクリーン(採光装置)のシート材を、網入り窓ガラスに対し、室内側のガラス面から離して配置する日射調整方法が記載されている。
特開2012−207444号公報
特許文献1の記載によれば、窓ガラスから距離を離して採光装置を設置することで窓ガラスの熱割れを抑制することができる。しかしながら、金属性の網とガラスとの熱膨張係数の違いから、ガラスの熱割れを完全に防ぐことは難しい。また、断熱性の高い中空構造を有する複層ガラスタイプの採光装置や熱伝導率の低い採光装置などの場合、太陽光の照射によって熱せられた空気が窓ガラスと採光装置との間に溜まる可能性がある。この場合、窓ガラスだけが熱割れを起こすのではなく、採光装置を構成している基板も熱割れしてしまう可能性がある。
本発明の一つの態様は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、窓ガラスと採光装置との間の温度上昇を抑えて窓ガラス及び採光装置における基板の熱割れを防止することのできる採光装置を提供することを一つの目的としている。
本発明の一つの態様における採光装置は、光透過性を有する第1基材と、前記第1基材の第1面または第2面に設けられた光透過性を有する突起状の複数の採光部と、を有する採光部材と、前記第1面側の空間と、前記第1面とは反対側の第2面側の空間とを連通させる換気孔と、を備える。
本発明の一つの態様における採光装置において、前記第1貫通孔は、前記採光部材における採光に寄与しない領域に設けられている構成としてもよい。
本発明の一つの態様における採光装置において、前記採光部材には、厚さ方向を貫通する第1貫通孔が設けられており、前記換気孔が前記第1貫通孔を含む構成としてもよい。
本発明の一つの態様における採光装置において、前記採光部材の光入射側及び光射出側のいずれか一方に配置される光拡散部材を備え、前記換気孔が、前記第1貫通孔と、前記光拡散部材の厚さ方向を貫通する第2貫通孔と、を含み、前記採光部材の法線方向から見て前記第2貫通孔の少なくとも一部が前記第1貫通孔と重なっている構成としてもよい。
本発明の一つの態様における採光装置において、前記光拡散部材が前記採光部材の光射出側に設けられ、前記第2貫通孔の方が前記第1貫通孔よりも小さい形状とされている構成としてもよい。
本発明の一つの態様における採光装置において、前記第2貫通孔が長手方向を有する形状をなし、前記長手方向が前記採光部の延在方向に沿うように前記第2貫通孔が存在している構成としてもよい。
本発明の一つの態様における採光装置において、前記光拡散部材が、前記光の拡散方向に異方性を有し、前記2つの空間の配置方向よりも、前記配置方向に交差する方向へ強く前記光を拡散させる異方性光拡散特性を有する接着層からなり、前記光拡散部材を介して前記採光部材が透明基材に設けられている構成としてもよい。
本発明の一つの態様における採光装置において、前記換気孔が、前記採光部材と、前記光拡散部材と、互いに離間して配置された前記採光部材及び前記光拡散部材の間に設けた接合部材と、によって一つの連通孔とされている構成としてもよい。
本発明の一つの態様における採光装置において、前記換気孔が、前記採光部材に対して太陽光が入射しにくい領域に設けられている構成としてもよい。
本発明の一つの態様における採光装置において、前記換気孔の内面に遮光性を有する材料が設けられている構成としてもよい。
本発明の一つの態様における採光装置において、少なくとも前記採光部材を収容するフレームを備え、前記採光部材と前記フレームとの間に換気孔が形成されている構成としてもよい。
本発明の一つの態様における採光装置において、少なくとも前記採光部材を収容するフレームを備え、前記フレームは少なくとも2つの開口部を有しており、一方の前記開口部に前記採光部材が収容され、他方の前記開口部が換気孔として機能する構成としてもよい。
本発明の一つの態様における採光装置において、前記換気孔に、当該換気孔を介して光入射側の空気を光射出側へと排気させる排気ファンを備えている構成としてもよい。
以上のように、本発明の一つの態様によれば、窓ガラスと採光装置との間の温度上昇を抑えて窓ガラス及び採光装置における基板の熱割れを防止することのできる採光装置を提供することが可能である。
第1実施形態の採光装置を設置した窓の外観を示す斜視図。 図1のA−A’線に沿う断面図。 採光装置の断面図。 採光シートの斜視図。 採光装置の製造方法を説明するための第1の斜視図。 採光装置の製造方法を説明するための第2の斜視図。 採光装置の製造方法を説明するための第3の斜視図。 換気孔の平面形状の一例を示す図。 各貫通孔の重なり位置の例を示す図。 採光ユニットの法線方向から見た換気孔の平面形状の一例を示す第1の図。 採光ユニットの法線方向から見た換気孔の平面形状の一例を示す第2の図。 採光ユニットの法線方向から見た換気孔の平面形状の一例を示す第3の図。 採光ユニットの法線方向から見た換気孔の平面形状の一例を示す第4の図。 採光ユニットの法線方向から見た換気孔の平面形状の一例を示す第5の図。 採光装置の作用について説明するための図。 採光装置に対する太陽光の第1入射不可能領域を示す縦断面図。 太陽高度と第1入射不可能領域との関係を表すグラフ。 東京での太陽高度と、1年間における各太陽高度での照射時間の割合との関係を示すグラフ。 採光装置に対する太陽光の第2入射不可能領域を示す横断面図であって、天井側から見た図。 太陽光の方位角と第2入射不可能領域との関係を表すグラフ。 換気孔の形成位置を示す第1の正面図。 換気孔の形成位置を示す第2の正面図。 換気孔の形成位置を示す第3の正面図。 換気孔の形成位置を示す第4の正面図。 換気孔の形成位置を示す第5の正面図。 採光シートのみに太陽光が照射された様子を室内側から見た第1の図。 採光シートのみに太陽光が照射された様子を室内側から見た第2の図。 採光シートのみに太陽光が照射された様子を室内側から見た第3の図。 粒子分散フィルムからなる異方性光拡散シートを示す斜視図。 機能性部材を備えた採光部材の一例を示す図。 採光装置の他の構成例を示す第1の図。 採光装置の他の構成例を示す第2の図。 採光装置の他の構成例を示す第3の図。 採光装置の他の構成例を示す第4の図。 第2実施形態の採光装置の概略構成について示す断面図。 第2実施形態の採光装置の概略構成について示す断面図。 図20Aの採光装置とは、一部の貫通孔の中心位置が異なった採光装置を示す断面図。 太陽光の方位角が広角の場合における入射光の透過光路を示す図であって採光装置を天井側から見た断面図。 採光シートに形成された貫通孔を示す斜視図。 光拡散シートに形成された貫通孔を示す斜視図。 第4実施形態の採光装置の全体構成を示す断面図。 太陽光の方位角が広角の場合における入射光の透過光路を示す図であって、採光装置を天井側から見た断面図。 第5実施形態の採光装置の全体構成を示す正面図。 第5実施形態の採光装置の概略構成を示す断面図であって、図24のB−B’断面図。 第5実施形態における採光装置の第1変形例を示す正面図。 図26に示す採光装置のC−C’断面図。 第5実施形態における採光装置の第2変形例を示す正面図。 図28に示す採光装置のD−D’断面図。 第6実施形態の採光装置の全体構成を示す正面図。 第7実施形態の採光装置の全体構成を示す正面図。 図31に示した採光装置のE−E’断面図。 換気孔の構成例を示す第1の図。 換気孔の構成例を示す第2の図。 採光装置及び照明調光システムを備えた部屋モデルであって、図35のJ−J’線に沿う断面図。 部屋モデルの天井を示す平面図。 採光装置によって室内に採光された光(自然光)の照度と、室内照明装置による照度(照明調光システム)との関係を示すグラフ。
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
[第1実施形態]
本実施形態の採光装置は、例えばオフィスビルの窓の一部に設置して太陽光を室内に採り入れるものである。
図1は、第1実施形態の採光装置を設置した窓の外観を示す斜視図である。図2は、図1のA−A’線に沿う断面図である。
図1及び図2に示すように、窓枠101に装着部1を介して採光装置2が設置され、採光装置2の下部にはブラインド3が設置されている。一般的なオフィスを想定して床から天井までの窓の高さが例えば270cmであったとすると、天井から約70cmの範囲に採光装置2が設置され、採光装置2の下方の約200cmの範囲にブラインド3が設置されている。ブラインド3は、例えば一対の固定具109を介して採光装置2の下部に取り付けられている。図2では固定具109の図示を省略している。
また、ブラインド3の上部はブラインドボックス4に収納されている。ブラインド3は、複数のスラット5と、複数のスラット5を互いに連結するラダーコード6と、を備える。スラット5の幅は例えば25mm程度である。
本例における窓は、窓サッシ9と、当該窓サッシ9に嵌め込まれる複層ガラス7により構成されている。複層ガラス7は、2枚のガラス7A,7Bを有している。本例では、複層ガラス構成を挙げたが、単板ガラス、網入りガラスなど形態に問わず熱割れが発生する可能性がある。
採光装置2、ブラインド3、および窓を構成する複層ガラス7を正面から見た形状は矩形である。図2では、採光装置2の詳細な構成の図示を省略している。
図3は、採光装置2の断面図である。
図3に示すように、本実施形態の採光装置2は、一面側から採り入れた光を他面から所定の角度分布で射出させる採光シート(採光部材)13と、を備えている。具体的には、本実施形態の採光装置2は、採光ユニット15と、フレーム16と、を備える。
採光ユニット15は、第1ガラス板(透明基材)10と、光拡散シート(光拡散部材)11と、第2ガラス板12と、採光シート13と、第3ガラス板14と、フレーム16と、緩衝材17と、粘着材18と、コーキング材19と、を備える。
本発明における透明基材として、上記したガラス板の他に、アクリル、ポリカーボネート、塩化ビニルなど、透明樹脂からなる基材を用いても良い。
複数のガラス板およびシート類は、室内側から屋外側に向けて、第1ガラス板10、光拡散シート11、第2ガラス板12、採光シート13、第3ガラス板14の順に配置されている。
本実施形態の採光シート13は、特許請求の範囲の採光部材に対応する。本実施形態の光拡散シート11は、特許請求の範囲の光拡散部材に対応する。
以下、説明の便宜上、各ガラス板の屋外側の面を第1面と称し、各ガラス板の室内側の面を第2面と称する。
光拡散シート11は、グレア領域に向かう方向の光を拡散させるためのもので、第1ガラス板10の第1面10aに貼り付けられている。採光シート13は、第2ガラス板12の第1面12aに貼り付けられている。第1ガラス板10、第2ガラス板12および第3ガラス板14は、厚みが3〜6mm程度のガラス板であり、粘着材18を介して互いに間隔をおいて貼り合わされている。
3枚のガラス板10,12,14が積層された積層体の周縁部は、例えばアルミニウム、樹脂等の材料からなるフレーム16により覆われている。したがって、フレーム16は、上記の各シートがそれぞれ貼合された3枚のガラス板10,12,14を内部に収納する。積層体の端面とフレーム16との間には、例えばゴム製の緩衝材17が設けられている。さらに、積層体の周縁部とフレーム16との間には、例えばシリコーン系のコーキング材19が充填されている。
このようにして採光ユニット15が構成されている。
図4は、採光シート13の斜視図である。
図4に示すように、採光シート13は、外光、すなわち太陽光を室内に導入するように、表面に数十〜数百μmオーダーの微細構造が形成されたシートである。採光シート13は、フィルム基材(第1基材)41と、突起状の複数の採光部42と、複数の採光部42の間に設けられた空隙部43と、を有する。複数の採光部42は、フィルム基材41の第1面41aにストライプ状に設けられている。採光部42は、Y方向(水平方向)に延在し、Z方向(鉛直方向)に互いに平行に配置されている。
フィルム基材41としては、例えば熱可塑性ポリマーや熱硬化性樹脂、光重合性樹脂等の樹脂類等からなる光透過性の基材が用いられる。アクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ビニル系ポリマー、セルロース系ポリマー、アミド系ポリマー、フッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、イミド系ポリマー等の光透過性の基材が用いられる。具体的には、例えばトリアセチルセルロース(TAC)フィルム、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、シクロオレフィンポリマー(COP)フィルム、ポリカーボネート(PC)フィルム、ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)フィルム、ポリイミド(PI)フィルム等の光透過性の基材が好ましく用いられる。本実施形態では、一例として厚さが100μmのPETフィルムが用いられる。フィルム基材41の全光線透過率は例えば90%以上が好ましい。
これにより、十分な透明性が得られる。
複数の採光部42は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの光透過性および感光性を有する有機材料で構成されている。これら樹脂に重合開始剤、カップリング剤、モノマー、有機溶媒などを混合した透明樹脂製の混合物が用いられる。さらに、重合開始剤は、安定剤、禁止剤、可塑剤、蛍光増白剤、離型剤、連鎖移動剤、他の光重合性単量体などのような各種の追加成分を含んでいてもよい。本実施形態では、採光部42の一例として、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)を用いている。採光部42の全光線透過率は、JIS K7361−1の規定で90%以上が好ましい。これにより、十分な透明性を得ることができる。
本実施形態においては、熱インプリント法を用いて複数の採光部42をフィルム基材41上に形成した。採光部42の形成方法としては、熱インプリント法に限らず、例えば、UVインプリント法、熱プレス法、射出成型法、押出成形法、圧縮成型法などを用いてもよい。溶融押し出し法や型押し出し法などの方法では、フィルム基材41と採光部42とは同一の樹脂により一体に形成される。また、PETのようなベースフィルム上に形状転写(UV転写/熱転写)用の樹脂が塗布され、構造物がインプリント成型されてもよい。
採光部42の屈折率は、1.5前後の値である。本実施形態では、主材料にフッ素系添加剤が混合された場合の屈折率である1.35から、主材料にアリル基などの共役系組成物が混合された場合の屈折率1.6程度までの範囲を含み、各採光部42が上記範囲内の屈折率を有する。
採光部42は、一方向(図4のY方向)に直線状に細長く延び、長手方向と直交する平面で切断した断面形状が多角形状をなす。具体的には、採光部42の断面形状は、6つの頂点(q1〜q6)を有し、全ての内角が180°未満とされた6角形である。複数の採光部42は、採光部42の長手方向が矩形状のフィルム基材41の水平方向に延びる辺に平行となるように、鉛直方向に配列されている。
採光部42の断面形状である6角形の第1頂点q1および第2頂点q2は、フィルム基材41と接する第1面42Aの両端にあたる頂点である。第4頂点q4、第5頂点q5、第6頂点q6は、第1面42A上に位置しない頂点である。第3頂点q3は、第1面42Aから最も離れた頂点である。第3頂点q3を通る第1面42Aの垂線の長さは、複数の頂点q1〜q6のうちの第3頂点q3以外の頂点を通る第1面42Aの垂線の長さよりも長い。採光部42の形状は、第3頂点q3を通る第1面42Aの垂線を中心として非対称である。
なお、採光部42の形状は、上述した形状に限らず、長手方向と直交する断面が5角形であってもよいし、台形や3角形であってもよい。
図3に示すように、採光シート13は、採光部42の長手方向が水平を向き、複数の採光部42の配列方向が鉛直方向(Z方向)を向くように、第2ガラス板12の第1面12aに設けられている。採光シート13は、複数の採光部42による微細構造が設けられたフィルム基材41の第1面41aを室外側(第3ガラス板14側)に向けた状態で、第2面41b側が第2ガラス板12に貼り付けられる。採光装置2が窓に設置された後の状態において、採光シート13は、図4に示した採光部42の断面形状である6角形の第2面42Bおよび第3面42Cが鉛直上方を向き、第4面42D、第5面(反射面)42Eおよび第6面(反射面)42Fが鉛直下方を向いた姿勢で設置されている。
フィルム基材41の屈折率と採光部42との屈折率とは、略同等であることが望ましい。その理由は、例えば、フィルム基材41の屈折率と採光部42の屈折率とが大きく異なる場合、光が採光部42からフィルム基材41に入射した際に、採光部42とフィルム基材41との界面で不要な光の屈折や反射が生じることがある。この場合、所望の採光特性が得られない、輝度が低下するなどの不具合が生じる虞があるからである。
空隙部43には、空気が存在している。したがって、空隙部43の屈折率は、概ね1.0である。空隙部43の屈折率を1.0とすることにより、採光部42と空隙部43との界面(空気界面)43aにおける臨界角が最小となる。
光拡散シート11は、光拡散特性に異方性を有し、水平方向(XY面内)よりも鉛直方向(YZ面内)に強い光拡散性を示す。光拡散シート11は、図3に示すように、基材31と、基材31の第1面31aに設けられた複数の凸レンズ部32とにより構成されるレンチキュラーレンズ構造を有する。光拡散シート11は、第1ガラス板10の第1面10a(第2ガラス板12に対向する面)に、凸レンズ部32を第2ガラス板12に向けた姿勢で貼り付けられている。複数の凸レンズ部32は、各凸レンズ部32がY方向(水平方向)に延びる方向に配置され、互いに平行にZ方向(鉛直方向)に配列されている。
凸レンズ部32の凸面32aは、鉛直面内で曲率を有し、水平方向には曲率を有していない。したがって、凸レンズ部32は、鉛直方向(YZ面内)に高い光拡散性を有し、水平方向(XY面内)には光拡散性を有していない。そのため、光拡散シート11に入射した光は、凸レンズ部32から射出されるときに鉛直方向(YZ面内)に大きく拡散する一方、水平方向(XY面内)にはほとんど拡散することなく射出される。
凸レンズ部32は、基材31の第1面31a自体が加工されて基材31と一体化されたものでもよいし、基材31と別体のものでもよい。光拡散シート11は、レンチキュラーレンズ構造のような規則的な構造を有していなくてもよく、不規則に設けられた複数の凸部を備えていてもよい。あるいは、媒体となる光透過性樹脂層内に、ファイバー状もしくは楕円体状の複数の光拡散粒子が水平方向に揃うように分散されたものであってもよい。
本実施形態では、光を鉛直方向(YZ面内)に大きく拡散させる異方性を有する光拡散シート11が用いられているが、光を水平方向(XY面内)に大きく拡散させる異方性を有する光拡散シートが用いられてもよいし、光を等方的に拡散させる光拡散シートが用いられてもよい。
以下、上記構成の採光装置2の製造方法について、図5A〜図5Cを用いて説明する。
採光装置2を製造する際には、光拡散シート11を貼合した第1ガラス板10、採光シート13を貼合した第2ガラス板12、および第3ガラス板14を準備する。各シートの図示は省略する。これらのシートを各第1ガラス板10、第2ガラス板12、第3ガラス板14に貼合する際には、例えばアクリル系粘着材を用いてドライ貼りしてもよいし、水貼り用粘着材を用いて貼り合わせ位置の微調整を行いながら水貼りしてもよい。
次に、図5Aに示すように、上記の3枚のシートが貼合された第1ガラス板10、第2ガラス板12、第3ガラス板14を互いに間隔をおいて貼り合わせる。このとき、第1ガラス板10、第2ガラス板12、第3ガラス板14の表裏の向きは、図3に示した通りとする。第1ガラス板10と第2ガラス板12との間、および第2ガラス板12と第3ガラス板14との間に、枠状に形成したゴム状の粘着材18を介在させる。粘着材18は、ガラス板同士を接着するとともに、ガラス板間の間隔を保つスペーサーとしての役目を果たす。
次に、図5Bに示すように、互いに貼り合わされた3枚のガラス板10,12,14の周囲にコーキング材19を供給し、3枚のガラス板10,12,14が容易に剥がれないように一体化する。
次に、図5Cに示すように、一体化した3枚のガラス板10,12,14の周囲にフレーム16を取り付ける。このとき、3枚のガラス板10,12,14とフレーム16との接触を避け、フレーム16に外力が加わったときの衝撃を和らげるための緩衝材17(図示略)を、3枚のガラス板10,12,14とフレーム16との間に挿入する。
次に、本実施形態の採光装置2の特徴部分について述べる。
本実施形態における採光ユニット15には、図1〜図3に示したように、当該採光ユニット15の厚さ方向に貫通する複数の換気孔8が形成されている。これら複数の換気孔8は、複層ガラス7側の空間K1と、採光ユニット15を隔てた室内側の空間K2と、を連通させる孔として機能する。
換気孔8は、各構成部材に形成された複数の貫通孔によって構成されている。具体的に本実施形態の換気孔8は、第1ガラス板10の厚さ方向を貫通する貫通孔21と、第2ガラス板12の厚さ方向を貫通する貫通孔22と、第3ガラス板14の厚さ方向を貫通する貫通孔23と、光拡散シート11の厚さ方向を貫通する貫通孔(第2貫通孔)11aと、採光シート13の厚さ方向を貫通する貫通孔(第1貫通孔)13aと、によって構成されている。
ここでは、第1ガラス板10及び光拡散シート11を貼り合せた後に貫通孔21を形成してもよいし、第1ガラス板10及び光拡散シート11の各々に予め孔を形成しておき、その後で互いに貼り合せることによって貫通孔21を形成してもよい。
また、第2ガラス板12及び採光シート13においても、これらを貼り合せた後に貫通孔22を形成してもよいし、第2ガラス板12及び採光シート13の各々にあらかじめ孔を形成しておき、その後で互いに貼り合せることによって貫通孔22を形成してもよい。
加工手段にもよるが、各ガラス板10,12,14に形成する各貫通孔21,22,23の大きさとしては、最低直径が3mm以上の孔から形成可能である。各ガラス板10,12,14に孔空け加工を施すと、貫通孔21,22,23を形成した部分の強度が低下するおそれもあるため、強化ガラスを使用することが望ましい。
図6Aは、換気孔8の平面形状の一例を示す図であり、図6Bは、各貫通孔21,22,23の重なり位置の例を示す図である。
換気孔8を構成する上記貫通孔21,22,23は、図6Aに示すように、同じサイズ及び同じ形状で形成されており、採光ユニット15の法線方向から見て同心円状をなしていることが望ましい。
しかしながらこれに限られず、換気孔8を構成する各貫通孔21,22,23の中心位置が多少ずれていてもよい。
例えば図6Bに示すように、第1ガラス板10及び光拡散シート11に予め形成しておいた各貫通孔21、11aの中心位置が、第1ガラス板10と光拡散シート11との貼り合せ時にずれてしまっていてもよい。また、第2ガラス板12及び採光シート13に形成しておいた孔についても同様である。
採光ユニット15の法線方向から見て各貫通孔21,22,23の少なくとも一部が互いに重なっていれば、採光ユニット15の換気孔8として機能する。
換気孔8及びそれを構成する各貫通孔21,22,23の平面形状は、角部のない形状にする。各貫通孔21,22,23が角部を有した平面形状である場合、角部の部分から亀裂が進展してガラス板が破損してしまうおそれがあることから、貫通孔21,22,23のコーナー部分は必ず曲面にする。
図7A〜図7Eは、採光ユニット15の法線方向から見た換気孔の平面形状の一例を示す図である。
本実施形態では、図7Aに示すように上記平面形状が円形をなしている換気孔8を採用しているが、これに限られることはない。例えば、図7Bに示す換気孔8Aのように図4に示した採光部42の長手方向に交差する方向(Z方向)に長軸が倣う楕円形状としてもよいし、図7Cに示す換気孔8Bのように、各採光部42の延在方向(Y方向)に長軸が倣う楕円形状としてもよい。また、図7D,図7Eに示す換気孔8C,8Dのように角部が曲面をなす多角形状としてもよい。
本実施形態の採光装置2の作用について、図8を用いて説明する。なお、図8においては採光装置2の一部を示す図であって、換気孔8の図示や省略してある。
ここで、説明の便宜上、図8に示す採光部42に入射した光のうち、任意の1本の光束が採光部42の第5面(反射面)42Eに入射する点を入射点Gとする。入射点Gを通り、フィルム基材41の第1面41aに直交する仮想的な直線を直線fとする。直線fを含む水平面を境界とする2つの空間のうち、入射点Gに入射する光L1が存在する側の空間を第1空間S1とし、入射点に入射する光L1が存在しない側の空間を第2空間S2とする。
図8に示すように、入射角度θin≧0°で斜め上方から採光装置2に入射した光L0は、第3ガラス板14において屈折されて、斜め上方から採光シート13に入射する。
採光シート13の採光部42に入射した光L1は、例えば第3面42Cから入射して屈折し、第5面42E側に向かって進み、第5面42Eで反射した後、第2ガラス板12から射出角度θout≧0°で第1空間S1側へ向かって射出する。第2ガラス板12から射出された光L2は、光拡散シート11に入射し、凸レンズ部32により鉛直面内(XZ面内)で拡散される。
光拡散シート11により拡散された光L3は、部屋の天井に向かって進む光となり、部屋の奥行き方向の広い範囲を照明する。したがって、採光装置2によれば、採り入れた外光(太陽光)を部屋の天井方向に効率良く導くことができる。これにより、部屋の中にいる人が眩しさを感じることなく、部屋を明るくすることができる。
なお、上述した光路は一例であって、採光装置2に入射した外光は、採光シート13における採光部42の第2面42Bおよび第3面42Cのいずれかの面から入射する。入射した光は、第4面42D、第5面42Eおよび第6面42Fのいずれかの面において反射した後、第1面42Aから射出される。このように、採光部42を透過する光の光路はいくつかある。
本実施形態のように、採光装置2を窓枠101やその近傍の天井102に対して隙間なく固定する場合、太陽光の照射によって熱せられた空気が複層ガラス7と採光装置2との間の空間K1に滞留してしまうおそれがある。空気は、温度上昇により膨張して、密度が減少して軽くなるため上昇する。逆に、温度低下時には密度が増加して重くなるため下降する性質を有している。
そのため、太陽光の照射によって複層ガラス7や採光装置2が暖められた場合、採光装置2と複層ガラス7との間に隙間が少ないと、これらの間の空間K1が熱だまりになってしまい、局所的な高温環境になってしまう。すると、複層ガラス7のうち、採光装置2に対向する部分と、採光装置2に対向していない他の部分との間で温度差が大きくなり、ガラス面内に応力が発生して複層ガラス7が部分的に破損する熱割れ現象が発生しやすくなってしまう。
ここで、一般的な窓ガラスにおける熱割れ現象について詳しく述べる。
窓ガラスのうち、太陽光が直接照射される被照射領域は、光を吸収して高温となり膨張する。一方、窓ガラスの周辺部分は、窓サッシに嵌め込まれているため太陽光が照射されない。また、窓サッシや窓枠への放熱もあり、低温のままで膨張することはない。このため、被照射領域の熱膨張を周辺部分が拘束する状態となる。つまり、窓ガラスの周辺領域に引張応力(熱応力)が発生していることになる。この熱応力は、被照射領域と周辺領域との温度差に比例する。よって、窓ガラスのエッジ強度を超える引張応力が発生すると、窓ガラスが破壊する。この現象を熱割れと呼ぶ。
なお、窓ガラスの熱割れが発生しやすいのは、冬期の晴れた日の午前中である。冬期は大気が澄んでいる日が多く、特に建物の南面への日射量が多くなるとともに、窓サッシやその周辺の温度が低下していることに起因する。
図3に戻り、本実施形態の採光装置2は、複数のガラス板10,12,14を用いた構造となっているため、内部に密閉された空気層を有している。採光装置2として密閉された空気層を有する場合、内部での気流の発生が抑制されるため、断熱効果が高い反面、この部分が局所的な温度上昇の原因となり易い。このため、採光装置2を構成している各ガラス基板にも熱割れ現象が生じやすい。
このような問題を回避するために、本実施形態では、採光ユニット15にその厚さ方向を貫通する換気孔8を複数形成した。複数の換気孔8を採光ユニット15の上側に形成することによって、膨張して上昇した暖気を換気孔8内へ取り込みやすい。
これにより、複層ガラス7と採光装置2との間の空間K1(図2)に滞留している暖気を、換気孔8を通じて室内側の空間K2(図2)へと流動させることが可能となる。これにより、採光装置2を隔てた複層ガラス7側の空間K1と、室内側の空間K2と、の間の温度差が小さくなる。その結果、太陽光の照射の影響による熱割れ現象が回避され、複層ガラス7の破損が防止されることになる。
採光装置2は、室内の上方へ設置されることが多いため、複層ガラス7と採光装置2との間の空間K1のうち、天井側の温度が上昇しやすい。このため、本実施形態の採光装置2のように、天井側に近い位置に換気孔8を多数設けることによって、空間K1内の暖気を室内側の空間K2へと逃がしやすくなり、換気効率を高めることができる。
また上述したように、複層ガラス構造以外にも、単板ガラス及び網入りガラスなどを用いた窓構造においても熱割れが発生する可能性があるが、本実施形態のように換気孔8を設けることによって窓ガラスの熱割れ現象を回避でき、破損を防ぐことができる。
次に、太陽高度と換気孔8の形成位置と関係について述べる。
図9は、採光装置2に対する太陽光の第1入射不可能領域Aを示す縦断面図である。
図9に示すように、採光装置2に対して所定の太陽高度(入射角度θin)で入射する太陽光Lのうち、一部が建物の庇103や窓サッシ9によって遮光されてしまうことがある。つまり、太陽光Lの入射角度θinによっては、採光装置2の上部側に太陽光が入射しない領域(以下、第1入射不可能領域Aと言う。)が生じてしまう場合がある。
図9において、建物の庇103や窓サッシ9の表面から採光装置2の採光シート13の表面までの距離をW[mm]で表すとすると、第1入射不可能領域Aの高さ[mm]は、下記の算式によって得ることができる。
第1入射不可能領域の高さ:A[mm]=Wtanθin (1)
図10は、太陽高度と第1入射不可能領域Aとの関係を表すグラフである。図10において、横軸は太陽高度θin[°]を示し、縦軸は第1入射不可能領域Aの高さ[mm]を示している。
ここでは、窓枠101の表面から採光装置2の採光シート13の表面までの距離Wを、100mm、150mm、200mmと変化させた場合の太陽高度と第1入射不可能領域Aとの関係を調べた。
図10によれば、窓枠101の表面から採光シート13の表面までの距離Wがいずれの場合も、太陽高度が高くなるに従って第1入射不可能領域Aが増加していることが分かる。また、同じ太陽高度の場合、窓枠101の表面から採光シート13の表面までの距離Wが小さい程、つまり、複層ガラス7と採光装置2との距離が近い程、第1入射不可能領域Aの高さ数値が小さくなっている。
図11は、東京での太陽高度と、1年間における各太陽高度での照射時間の割合との関係を示すグラフである。図11において、横軸は太陽高度θin[°]を示し、縦軸は太陽高度毎の照射時間の割合[%]を示している。ここでは、一日の測定時間を午前8時から午後18時までとし、この間の太陽高度の変化と各太陽高度での照射時間の割合を1年間(3650時間)測定した。
図11に示すように、1年のうちで照射時間の多い太陽高度は30°〜35°の範囲内である。30°〜35°の太陽高度をピークとしてその前後の太陽高度の照射時間の割合は略対称的に変化している。
上述したように、採光装置2における第1入射不可能領域Aには太陽光が入射せず、採光機能が得られない。そのため、上述した換気孔8をこの第1入射不可能領域Aに形成することが好ましい。このとき、年間を通じて最も照射時間の多い太陽高度を基準にして、上記算式(1)により、第1入射不可能領域Aを求めることによって、採光装置2の採光機能を大きく損なわせることなく換気孔8を形成することができる。
また、換気孔8を形成する場所としては第1入射不可能領域A内が好ましいが、第1入射不可能領域Aが大きくにしたがって採光装置2としての採光機能が低下してしまう。第1入射不可能領域Aは、なるべく小さい方が太陽光の入射領域が増えるため採光装置2としての採光機能を確保できる。そのため、第1入射不可能領域Aがなるべく小さくなるように、採光装置2を複層ガラス7に近づけて配置する方が好ましい。これにより、太陽高度が変化した場合であっても第1入射不可能領域Aが大きく増加することがなく、太陽高度の変化をより広い角度範囲で許容することが可能である。
また、図9に示したように、第1入射不可能領域Aは太陽高度が変化した場合であっても、採光装置2の上部側に形成されやすい。そのため、図14A〜図14Eに示すように、なるべく採光ユニット15の上部側に換気孔8を形成するようにする。なお、第1入射不可能領域A内に多くの換気孔8を形成することが好ましいが、必ずしもこれに限らない。
図12は、採光装置2に対する太陽光の第2入射不可能領域Aを示す横断面図であって、天井側から見た図である。
図12に示すように、採光装置2に対して所定の太陽方位角Φinで入射する太陽光Lのうち、一部が窓サッシ9などによって遮光されてしまうことがある。つまり、太陽光Lの方位角Φinによっては、採光装置2の左右いずれかの側に太陽光Lが入射しない領域(以下、第2入射不可能領域Aと言う。)が生じてしまう場合がある。
図12において、窓サッシ9の表面から採光装置2の採光シート13の表面までの距離をW[mm]で表すとすると、第2入射不可能領域Aの幅[mm]は、下記の算式によって得ることができる。
第2入射不可能領域の幅:A[mm]=WtanΦin (2)
図13は、太陽光の方位角と第2入射不可能領域Aとの関係を表すグラフである。図13において、横軸は太陽光の方位角Φin[°]を示し、縦軸は第2入射不可能領域Aの高さを示している。
ここでは、窓サッシ9の表面から採光装置2の採光シート13の表面までの距離Wを、100mm、150mm、200mmと変化させた場合の太陽光の方位角Φと第2入射不可能領域Aとの関係を調べた。
図13によれば、窓サッシ9の表面から採光シート13の表面までの距離Wがいずれの場合も、太陽光の方位角Φin[°]が大きくなるに従って第2入射不可能領域Aの幅[mm]増加していることが分かる。また、同じ太陽光の方位角の場合、窓サッシ9の表面から採光シート13の表面までの距離が小さい程、つまり、複層ガラス7と採光装置2との距離が近い程、第2入射不可能領域Aの高さ数値が小さくなっている。
上述したように、採光装置2の第2入射不可能領域Aには太陽光が入射せず、採光機能が得られない。そのため、上述した換気孔8をこの第2入射不可能領域Aに形成することが好ましい。このとき、図11に示したグラフを参考にして、年間を通じて最も照射時間の多い太陽高度を基準にして、上記算式(2)により、第2入射不可能領域Aを求めることによって、採光装置2の採光機能を大きく損なわせることなく換気孔8を形成することができる。また、採光装置2を複層ガラス7に近づけて配置することにより、太陽光の方位角が変化した場合でも第2入射不可能領域Aが大きく増加することがない。よって、太陽光の方位角の変化をより広い角度範囲で許容することが可能である。
また、図12に示したように、第2入射不可能領域Aは太陽光の方位角が変化した場合であっても、採光装置2の横側、つまり左右いずれかの側に形成されやすい。そのため、第2入射不可能領域A内に多くの換気孔8を形成することが好ましい。例えば、図14Eに示すように、なるべく採光ユニット15の左右に偏った位置に換気孔8を形成するようにする。
次に、図15A〜図15Cを用いて採光シート13の貫通孔と光拡散シート11の貫通孔との関係について述べる。
図15Aは、採光シート13のみに太陽光が照射された様子を室内側から見た図である。これによると、採光シート13から射出された光のうち、採光部42の延在方向に交差する方向(Z方向)へ拡散された光が、グレアLとして視認される。つまり、採光シート13のみを透過した光は、縦筋のグレアLとして室内に居る人に視認されてしまう。
そのため、図15Bに示すように、採光シート13の室内側に配置される光拡散シート11に設けられた貫通孔(第2貫通孔)11aが、採光部42の延在方向に交差する方向(Z方向)へ長手方向が沿っている場合には、グレアLがそのまま換気孔8を透過してしまい、室内に居る人は眩しさを感じてしまう。
そこで、図15Cに示すように、光拡散シート11の貫通孔11aの長手方向が、採光部42の延在方向(Y方向)に沿うように構成しておくことによって、グレアLの一部のみしか貫通孔11aを透過できないようになり、室内に居る人が縦筋のグレアLを視認する領域を減らすことができる。
よって、光拡散シート11に貫通孔11aを設ける際には、上述した採光シート13から射出されたグレアLが室内へ入射してしまうのを抑制するために、光拡散シート11の左右方向に貫通孔11aの長手方向が沿うように形成することが好ましい。
なお、本実施形態においては、光拡散シート11としてレンチキュラーレンズ構造を有する光拡散シートを採用したが、これに限らない。光拡散シート11しては、上述したレンチキュラー構造のもの以外に、例えば、図16に示すように、粒子分散フィルムからなる異方性光拡散シート302を適用することができる。粒子分散フィルムは、媒体となる光透過性樹脂層34内に鉛直方向(Z方向)に配列が揃うようにファイバー状もしくは楕円体状の光拡散粒子35が複数分散された構造からなる。この分子分散フィルムは、主に左右方向に光を大きく拡散させるとともに、上下方向にも僅かながら光を拡散させる特性を有している。
また、採光装置2に、例えば、自然光(太陽光)の輻射熱を遮断するための光透過性を有する断熱フィルム(断熱部材)、赤外光(IR)を反射させるIR反射フィルム、デザインシート及び入射光角度制御部材などの機能性部材25を具備する構成としてもよい。
図17は、機能性部材を備えた採光部材の一例を示す図である。
図17に示すように、例えば、機能性部材25は、採光シート13の光入射側に配置され、第3ガラス板14の第2面14b(採光シート13に対向する面)に設けられる。機能性部材25の一つである入射角度制御部材は、任意の太陽高度(入射角度)において良好な採光特性を有する採光シート13に入射する光の角度を変化させるものである。これにより、採光装置2の設置場所や設置姿勢が異なる場合においても、全体的にシフトした入射光の変化分を補正し、この補正した光を採光部42へと入射させることができるので、任意の太陽高度において良好な採光特性を維持することが可能である。
また、本実施形態においては、採光装置2が3枚のガラス板を備えた構造を有していたが、これに限らない。
図18A〜図18Dは、採光装置の他の構成例を示す図である。なお、図中の紙面左側から各採光装置に太陽光が入射するものとする。
図18Aに示す採光装置201は、1枚のガラス板構造を有するもので、第1ガラス板10と、上述した異方性光拡散シート(接着層)302と、採光シート13及びフレーム16とを備えている。採光シート13及び異方性光拡散シート302が1枚の第1ガラス板10の第1面10a側に設けられており、これらがフレーム16に保持されて構成されている。本例における異方性光拡散シート302は粘着性を有する。この異方性光拡散シート302を介して採光シート13が第1ガラス板10に貼り合わされている。換気孔8は、採光シート13、異方性光拡散シート302及び第1ガラス板10をそれぞれ貫通する複数の貫通孔13a、302a、21によって構成されている。
図18Bに示す採光装置202は、2枚のガラス板構造を有するもので、光拡散シート11を第1面10a側に備えた第1ガラス板(透明基板)10と、採光シート13を第1面12a側に備えた第2ガラス板(透明基板)12と、が粘着材(接合部材)18を介して貼り合わされてフレーム16内に保持されている。採光シート13及び光拡散シート11は、それぞれ接着層24を介して各ガラス板10,12に貼り合わされている。換気孔8は、採光シート13、第2ガラス板12、光拡散シート11及び第1ガラス板10に形成された複数の貫通孔によって構成されている。
図18Cに示す採光装置203は、2枚のガラス板構造を有している点は図18Bと同じであるが、採光シート13の光入射側に光拡散シート11が配置されている点において異なっている。このように、採光シート13と光拡散シート11との配置順が入れ替わっていてもよい。この採光装置203では、採光シート13と光拡散シート11とが互いに対向するように、第1ガラス板10及び第2ガラス板12が配置されている。
図18Dに示す採光装置204は、2枚のガラス板の間に採光シート33及び光拡散シート11がそれぞれ独立した状態で配置されている点において、図18A、図18Bとは異なる。
採光シート33及び光拡散シート11は、第1ガラス板10と第2ガラス板12との間にこれらとは離間した状態で配置されている。採光シート33と光拡散シート11との間にも間隔が設けられており、光の透過方向へ個々に配置されてフレーム16内に保持されている。本例では、採光シート33の光射出側に光拡散シート11が配置されているが、採光シート33の光入射側に光拡散シート11が配置されていてもよい。換気孔8は、第1ガラス板10、光拡散シート11、第2ガラス板12、採光シート33をそれぞれ貫通する貫通孔21,11a、13a、22によって構成されている。なお、第1ガラス板10に形成された貫通孔21及び第2ガラス板12に形成された貫通孔22が本発明における第3貫通孔に対応する。
また、図18Dに示す採光シート33は、フィルム基材41の第2面41bに複数の採光部42が設けられている。先に述べた採光シート13は、窓に対向するフィルム基材41の第1面41aに複数の採光部42を設けてあったが、ここでは、フィルム基材41の室内側に複数の採光部42を設けた。採光シート33は、フィルム基材41の第1面41aを第2ガラス板12の第2面12bに向けた姿勢で配置されている。このように、複数の採光部42を室内側に向けた構成としてもよい。
[第2実施形態]
次に、本発明における第2実施形態の採光装置の構成について述べる。
図19は、第2実施形態の採光装置の概略構成について示す断面図である。
本実施形態の採光装置20の基本構成は、先の第1実施形態の採光装置と略同様であるが、貫通孔を構成する各ガラス板間が密閉されている点において異なる。よって、以下の説明では、異なる部分について詳しく説明し、他の共通する構成については説明を省略する。
図19に示すように、採光装置20では、第1ガラス板10と第2ガラス板12との間、第2ガラス板12と第3ガラス板14との間にそれぞれ設けられた密閉部材26によって、換気孔8の一部が構成されている。換気孔8は、第1ガラス板10の貫通孔21、第2ガラス板12の貫通孔22、第3ガラス板14の貫通孔23と、一対の密閉部材26とを含んで一つの連通孔とされている。
密閉部材26は、接着性を有する材料から構成されており、各ガラス板10,12,14を貼り合せている。密閉部材26は、各ガラス板10,12,14の周縁部分に設けられた粘着材18と同様の材料から構成されていてもよい。
本実施形態では、第1ガラス板10と第2ガラス板12との間に、これらガラス板10,12、密閉部材26及び粘着材18によって囲まれた密閉空間J1が構成される。また、第2ガラス板12と第3ガラス板14との間にも、これらガラス板12,14、密閉部材26及び粘着材18によって囲まれた密閉空間J2が構成される。
本実施形態の構成によれば、先の実施形態と同様に、複層ガラス7及び採光ユニット15における熱割れ現象を回避することができる。さらに、各ガラス板の間に密閉部材26を設けることによって、換気孔(連通孔)8から各ガラス板10,12,14の間の隙間に埃やごみ等が侵入するのを防ぐことができる。採光シート13及び光拡散シート11の表面に埃やごみ等が付着すると、光学機能が低下してしまうおそれがあるが、本実施形態のように、採光シート13及び光拡散シート11の表面が外気に晒されない構造にすることで、採光シート13及び光拡散シート11の表面に埃やごみ等が付着するのを防止することができ、安定した光学機能を長期的に維持することができる。また、採光シート13及び光拡散シート11のメンテナンス性を高めることができる。
さらに、各ガラス板10,12,14の間に、厚みのある密閉部材26を配置することによって、ガラス板間のスペース間隔を保つ効果も得られる。
[第3実施形態]
次に、本発明における第3実施形態の採光装置の構成について述べる。
図20Aは、第2実施形態の採光装置の概略構成について示す断面図である。なお、図20Aは、採光装置を天井側から見た断面図である。
本実施形態の採光装置30の基本構成は、先の第1実施形態の採光装置と略同様であるが、一部のガラス板に形成された貫通孔の大きさが他のガラス基板に形成された貫通孔の大きさと異なっている点において異なる。よって、以下の説明では、異なる部分について詳しく説明し、他の共通する構成については説明を省略する。
図20Aに示すように、採光装置30では、採光ユニット15の断面視において、光拡散シート11を有する第1ガラス板10の貫通孔21の大きさが、他のガラス板12,14に形成された貫通孔22,23の大きさよりも小さくなるように形成されている。
ここで、採光シート13に形成された貫通孔13aは貫通孔22と同様の大きさ及び形状をなり、光拡散シート11に形成された貫通孔11aは貫通孔21と同様の大きさ及び形状をなしている。そのため、以下の説明においては、ガラス板10,12,14側の貫通孔21,22,23について主に述べる。本実施形態においても、換気孔8を構成する各貫通孔21,22,23は、各々の中心が一致している。
本実施形態の採光装置30によれば、先の実施形態と同様に、複層ガラス7及び採光ユニット15における熱割れ現象を回避することができる。さらに、本実施形態では、最も室内側に位置する貫通孔21の大きさが最も小さい大きさで形成されているため、採光シート13から射出された光が貫通孔21をそのまま通過してグレアになる確率が低い。つまり、採光シート13から射出された光の殆どが光拡散シート11を透過するため、グレアになる光が散乱されて室内に居る人が眩しさを感じることを防ぐことができる。
図20Bは、一部の貫通孔の中心位置が異なった採光装置を示す断面図である。図20Bにおいても採光装置を天井側から見た断面図である。
図20Bでは、光拡散シート11を有する第1ガラス板10に形成された貫通孔21が、他の第2ガラス板12及び第3ガラス板14に形成された各貫通孔22,23とは完全にずれた位置に設けられている。つまり、第1ガラス板10の貫通孔22を通じて、採光シート13が見える状態となっている。そのため、採光シート13から射出された光が貫通孔22を通じてそのまま室内へ射出されてしまうおそれがある。この光はグレアの原因となるため好ましくない。また、換気孔8が一つの連続した連通孔を構成しないため、空気の流れが阻害されて換気効率が低下してしまう。
これに対して、図20Aに示す本実施形態の採光装置30によれば、中心が一致した貫通孔21,22,23によって一つの換気孔8が構成されているため、一部の貫通孔21の大きさが小さくとも空気の流れが阻害されてしまうことはなく、採光装置30を隔てた複層ガラス7側の空間K1と室内側の空間K2との換気効率が低下することはない。
ここで、光拡散シート11側の貫通孔21の大きさが、採光シート13側の貫通孔22に対してどの程度小さければいいのかについて述べる。
図21Aは、太陽光の方位角が広角の場合における入射光の透過光路を示す図であって、採光装置を天井側から見た断面図である。図21Bは、採光シートに形成された貫通孔を示す斜視図であり、図21Cは、光拡散シートに形成された貫通孔を示す斜視図である。
図21Aに示すように、採光装置30には、年間を通じて様々な方位角の採用光が入射する。このため、図21B、図21Cに示すように、光拡散シート11を有する第1ガラス板10の貫通孔21の大きさが、採光シート13を有する第2ガラス板12の貫通孔22の大きさより小さい構成であっても、太陽光の方位角Φinが広角の場合には、図21Aに示すように、採光シート13から射出された光L4が光拡散シート11を透過せずに、貫通孔21を通じてそのまま室内に透過してしまうことがある。
そのため、採光シート13から射出された光ができるだけ光拡散シート11へ入射するように、室内に居る人からは採光シート13が視認できない構成にすることが望ましい。
つまり、採光シート13側の貫通孔22の大きさに対して、光拡散シート11側の貫通孔21の大きさが、室内のどの場所に居る人からも貫通孔21を通じて採光シート13が見えることのない小ささで形成する。これにより、採光シート13から射出された光が直接室内に導光されてしまうのをより防ぐことが可能となる。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態の採光装置について説明する。
以下に示す本実施形態の採光装置の基本構成は、上記第1実施形態と略同様であるが、換気孔の内面が遮光性を有する材料から構成されている点において異なる。よって、以下の説明では、第1実施形態の構成と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
図22は、第4実施形態の採光装置の全体構成を示す断面図である。
図22に示すように、採光装置40は、採光ユニット15に形成された複数の換気孔8の各内面8aに遮光部材(遮光部材)44が設けられた点に特徴を有する。
遮光部材44は、換気孔8を構成している、第1ガラス板10及び光拡散シート11に形成された貫通孔22,11aと、第2ガラス板12及び採光シート13に形成された貫通孔22,13aと、第3ガラス板14に形成された貫通孔23と、における各内面を覆うとともに、各ガラス板10,12,14間を接合するようにして設けられている。
これにより、各ガラス板10,12,14間で連続した換気孔8が形成されている。
遮光部材44として、遮光性を有するコーキング材等を用いることができる。また、これに限らず、各ガラス板10,12,14の間の隙間を覆うことのできる遮光性カバー等を用いてもよい。
図23は、太陽光の方位角が広角の場合における入射光の透過光路を示す図であって、採光装置を天井側から見た断面図である。
図23に示すように、採光装置40には、年間を通じて様々な方位角の採用光が入射する。このため、第3実施形態においても述べたが、採光シート13から射出された光が光拡散シート11を透過せずに換気孔8を通じてそのまま室内へと導光されてしまうことがある。
本実施形態では、採光シート13から射出された光のうち、光拡散シート11へ入射しない光L4は遮光部材44において遮光される。このため、室内に居る人の目に直接入る無駄なグレアを抑制することができる。
なお、本実施形態においては、採光ユニット15に設けられた全ての換気孔8に遮光部材44が設けられているが、これに限られず、例えば遮光部材44を有する換気孔8と、遮光部材44を有していない換気孔8がそれぞれ混在した構成となっていてもよい。
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態の採光装置について説明する。図24は、第5実施形態の採光装置の全体構成を示す正面図である。図25は、第5実施形態の採光装置の概略構成を示す断面図であって、図24のB−B’断面図である。
以下に示す本実施形態の採光装置の基本構成は、上記第1実施形態と略同様であるが、一つのフレーム内に採光ユニットを複数備えた点において異なる。よって、以下の説明では、第1実施形態の構成と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
図24及び図25に示すように、本実施形態の採光装置50は、複数の開口を有したフレーム51と、互いに大きさが等しい2つの採光ユニット15とを備えて構成されている。採光ユニット15として、上述した各実施形態のうちのいずれかの採光ユニットを採用できる。
フレーム51は、2つの大開口部51aと、大開口部51a同士の間に設けられた小開口部51bと、を有する平面視矩形状の枠体である。各大開口部51a内には、それぞれ採光ユニット15が設置される。一方、小開口部51bには採光ユニット15は設置されず、小開口部51bがn52として機能する。
採光装置50は、窓の左右方向にフレーム51の長手方向(Y方向)が沿うようにして設置される。これにより、一方の採光ユニット15が窓の左側、他方の採光ユニット15が窓の右側にそれぞれ位置するとともに、窓の中央部分に上下に延びた空気穴(換気孔)52が対向することになる。
本実施形態の採光装置50によれば、一つのフレーム51に複数の採光ユニット15が収められていることから大型の窓に対応することができる。各採光ユニット15にも換気孔8が多数設けられているが、採光装置50を大型の窓に設置する場合には、換気効率をさらに高める必要がある。本実施形態では、一対の採光ユニット15の間にフレーム51によって隔てられた空気穴52が設けられていることから、大型の窓であっても、採光装置50を隔てた窓側の空間と室内側の空間との間の換気効率が一層高められ、複層ガラスや採光装置50における各ガラス板10,12,14等の熱割れ等の損傷を避けることができる。
以下に、本実施形態における採光装置の変形例について述べる。
(採光装置の第1変形例)
図26は、第5実施形態における採光装置の第1変形例を示す正面図である。図27は、図26に示す採光装置のC−C’断面図である。
第1変形例における採光装置53は、図26及び図27に示すように、複数の開口を有したフレーム54と、大きさの異なる2つの採光ユニット15A,15Bと、を備えて構成されている。
フレーム54は、互いの開口面積が異なる、第1開口部54a、第2開口部54b、第3開口部54cを有している。これら第1開口部54a、第2開口部54b及び第3開口部54cは、採光装置53の設置姿勢におけるフレーム54の上下方向(Z方向)に配列されている。
具体的に、最も大きい開口面積を有する第1開口部54aは、フレーム54の最下部に位置しており、内側に採光ユニット15Aが設置されている。第1開口部54aよりも小さい開口面積を有する第2開口部54bは、フレーム54の最上部に位置しており、内側に採光ユニット15Bが設置されている。第2開口部54bよりも小さい開口面積を有する第3開口部54cは、第1開口部54aと第2開口部54bとの間であってフレーム54の中央に位置している。この第3開口部54cには採光ユニット15は設置されておらず、第3開口部54cが上述の空気穴52として機能する。
本実施形態の構成においても、採光装置53の中央よりも上側に位置している空気穴52を介して、天井側に溜まる暖気を室内側へと効率よく逃がすことができる。
(採光装置の第2変形例)
上記では、一つのフレーム内に複数の採光ユニットを備えた構成について述べたが、これに限られることはなく、例えば、一つのフレーム内に採光ユニットと空気穴とがそれぞれ一つずつ設けられた構成であってもよい。
図28は、第5実施形態における採光装置の第2変形例を示す正面図である。図29は、図28に示す採光装置のD−D’断面図である。
例えば、第2変形例における採光装置55は、図28及び図29に示すように、第1開口部56a及び第2開口部56bを有したフレーム56と、一つの採光ユニット15と、を備えて構成されている。
第1開口部56a及び第2開口部56bは、採光装置55の設置姿勢におけるフレーム56の上下方向(Z方向)に配列されている。フレーム56の下部側に位置する第1開口部56a内には採光ユニット15が設置されている。一方、フレーム56の上部側に位置する第2開口部56bには採光ユニット15は設置されておらず、第2開口部56bが上述した空気穴52として機能する。
本実施形態においても、採光装置55の上部側に位置している空気穴52を介して天井側に溜まる暖気を室内側へと効率よく逃がすことができる。
[第6実施形態]
次に、本発明の第6実施形態の採光装置について説明する。図30は、第6実施形態の採光装置の全体構成を示す正面図である。
以下に示す本実施形態の採光装置の基本構成は、上記第1実施形態と略同様であるが、採光ユニットの外形とフレームの開口の形状とが異なる。よって、以下の説明では、第1実施形態の構成と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
本実施形態の採光装置60は、図30に示すように、一つの開口部61aを有した矩形枠状のフレーム61と、フレーム61の開口部61a内に設置された採光ユニット15と、を備えて構成されている。なお、本実施形態においても、採光ユニット15として、上述した各実施形態のうちのいずれかの採光ユニットを採用できる。
本実施形態の採光ユニット15は、法線方向から見た平面形状が矩形状にはなっておらず、4つの角部のうちの2つの角部に切欠き15c、15cが設けられている。そのため、フレーム61と採光ユニット15との間には、切欠き15c、15cによって形成される空気穴52,52が存在している。
空気穴52,52は、採光装置60が設置された姿勢におけるフレーム61の上部側に位置し、室内側から見て一方の空気穴52が複層ガラスの右側、他方の空気穴52が複層ガラスの左側に対向する。これにより、太陽光の方位角が広い季節や時間帯においても採光機能を損なわせることなく、採光装置60を隔てた窓側の空間と室内側の空間との換気を行うことが可能である。
[第7実施形態]
次に、本発明の第7実施形態について説明する。図31は、第7実施形態の採光装置の全体構成を示す正面図である。図32は、図31に示した採光装置のE−E’断面図である。
以下に示す本実施形態の採光装置の基本構成は、上記第1実施形態と略同様であるが、ファンユニットを備えた点において異なる。よって、以下の説明では、第1実施形態の構成と異なる点について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。
本実施形態の採光装置70は、図31及び図32に示すように、採光ユニット15と、採光ユニット15を保持するフレーム16と、複数のファンユニット71と、太陽電池72と、を備えて構成されている。
採光ユニット15には、一対の換気孔8が設けられている。各換気孔8には、2つの排気ファン73から構成されたファンユニット71が設置されている。換気孔8の内面には上述した遮光部材44が設けられている。なお、本実施形態においても、採光ユニット15として、上述した各実施形態のうちのいずれかの採光ユニットを採用できる。
各ファンユニット71を構成する2つの排気ファン73,73のうち、一方の排気ファン73は第1ガラス板10の貫通孔21内に設置され、他方の排気ファン73は第3ガラス板14の貫通孔23内に設置されている。
太陽電池72は、採光ユニット15の最も光入射側に位置する第3ガラス板14の第2面14b上であって、フレーム16の下部側の開口面16aに接着材74等を介して固定されている。太陽電池72は、太陽光を受光して電力を発生し、上記各排気ファン73を駆動させる。
本実施形態の採光装置70によれば、採光ユニット15の各換気孔8にファンユニット71を設置したことにより、複層ガラスと採光装置70との間の空気を室内側へ向けて強制的に排出させることが可能となる。
採光装置70に太陽光が照射される時間帯において、特に窓ガラスや採光装置70、窓ガラスと採光装置70との間の空間がそれぞれ熱せられる。そのため、各排気ファン73は、採光装置70に太陽光が照射されている日中の間だけ駆動できればよい。そこで、本実施形態では太陽電池72において発電し、各排気ファン73を駆動させる構成とした。
これにより、太陽光の照射を受けている時間帯だけ太陽電池によって排気ファン73を駆動させることができるとともに、日没後は排気ファン73の駆動が自動的に停止することになる。このように、排気ファン73の駆動を自動的に切り替えることが可能なため、消費電力を低減する。夜間など採光装置70に太陽光が照射されないときは、窓ガラスが局所的に熱せられることがないため、排気ファン73の駆動が停止していても問題はない。
また、本実施形態では、換気孔8内に遮光部材44が設けられているため、採光シート13及び光拡散シート11の表面に埃やごみが付着しにくい構成となっている。
なお、本実施形態においては、各換気孔8内に2つの排気ファン73を設置したが、排気ファン73を1つだけ設けてもよい。
また、本実施形態では、排気ファン73を駆動させる手段として太陽電池72を備えたが、他の駆動手段を備えてもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。各実施形態の構成を適宜組み合わせてもよい。
図33A、図33Bは、換気孔の構成例を示す図である。
先の実施形態では、各部材に一つずつ形成された複数の貫通孔によって換気孔が構成されていたが、一部の部材に貫通孔が複数形成されていてもよい。
例えば、図33Aに示すように、一つの貫通孔13aを有する採光シート13に対して、光拡散シート11側には複数の貫通孔11aが形成されていてもよい。複数の貫通孔11aの直径は、貫通孔13aの直径よりも小さい。ここでは、採光シート13及び光拡散シート11の法線方向から見て、複数の貫通孔11aの略全てが貫通孔13aと重なるようにして形成されている。
また、これとは逆に、図33Bに示すように、採光シート13側に複数の貫通孔13aを設け、光拡散シート11側に一つの貫通孔11aを設けた構成としてもよい。
また、複層ガラス7としては、透明ガラスのみに限られず、例えば、網入りガラス、複層ガラス等を採用することができる。
[照明調光システム]
図34は、採光装置及び照明調光システムを備えた部屋モデル2000であって、図35のJ−J’線に沿う断面図である。図35は、部屋モデル2000の天井を示す平面図である。
部屋モデル2000において、外光が導入される部屋2003の天井2003aを構成する天井材は、高い光反射性を有していてもよい。図34及び図35に示すように、部屋2003の天井2003aには、光反射性を有する天井材として、光反射性天井材2003Aが設置されている。光反射性天井材2003Aは、窓2002に設置された採光装置2010からの外光を室内の奥の方に導入することを促進することを目的とするもので、窓際の天井2003aに設置されている。具体的には、天井2003aの所定の領域E(窓2002から約3mの領域)に設置されている。
この光反射性天井材2003Aは、先に述べたように、採光装置2010(上述したいずれかの実施形態の採光装置)が設置された窓2002を介して室内に導入された外光を室内の奥の方まで効率よく導く働きをする。採光装置2010から室内の天井2003aへ向けて導入された外光は、光反射性天井材2003Aで反射され、向きを変えて室内の奥に置かれた机2005の机上面2005aを照らすことになり、当該机上面2005aを明るくする効果を発揮する。
光反射性天井材2003Aは、拡散反射性であってもよいし、鏡面反射性であってもよいが、室内の奥に置かれた机2005の机上面2005aを明るくする効果と、室内に居る人とって不快なグレア光を抑える効果を両立するために、両者の特性が適度にミックスされたものが好ましい。
採光装置2010によって室内に導入された光の多くは、窓2002の付近の天井に向かうが、窓2002の近傍は光量が十分である場合が多い。そのため、上記のような光反射性天井材2003Aを併用することによって、窓付近の天井(領域E)に入射した光を、窓際に比べて光量の少ない室内の奥の方へ振り分けることができる。
光反射性天井材2003Aは、例えば、アルミニウムのような金属板に数十ミクロン程度の凹凸によるエンボス加工を施したり、同様の凹凸を形成した樹脂基板の表面にアルミのような金属薄膜を蒸着したりして作成することができる。あるいは、エンボス加工によって形成される凹凸がもっと大きな周期の曲面で形成されていてもよい。
さらに、光反射性天井材2003Aに形成するエンボス形状を適宜変えることによって、光の配光特性や室内における光の分布を制御することができる。例えば、室内の奥の方に延在するストライプ状にエンボス加工を施した場合は、光反射性天井材2003Aで反射した光が、窓2002の左右方向(凹凸の長手方向に交差する方向)に拡がる。部屋2003の窓2002の大きさや向きが限られているような場合は、このような性質を利用して、光反射性天井材2003Aによって光を水平方向へ拡散させるとともに、室内の奥の方向へ向けて反射させることができる。
採光装置2010は、部屋2003の照明調光システムの一部として用いられる。照明調光システムは、例えば、採光装置2010と、複数の室内照明装置2007と、窓に設置された日射調整装置2008と、これらの制御系と、天井2003aに設置された光反射性天井材2003Aと、を含む部屋全体の構成部材から構成される。
部屋2003の窓2002には、上部側に採光装置2010が設置され、下部側に日射調整装置2008が設置されている。ここでは、日射調整装置2008として、ブラインドが設置されているが、これに限らない。
部屋2003には、複数の室内照明装置2007が、窓2002の左右方向(Y方向)および室内の奥行き方向(X方向)に格子状に配置されている。これら複数の室内照明装置2007は、採光装置2010と併せて部屋2003の全体の照明システムを構成している。
図34及び図35に示すように、例えば、窓2002の左右方向(Y方向)の長さLが18m、部屋2003の奥行方向(X方向)の長さLが9mのオフィスの天井2003aを示す。ここでは、室内照明装置2007は、天井2003aの横方向(Y方向)及び奥行方向(X方向)に、それぞれ1.8mの間隔Pをおいて格子状に配置されている。
より具体的には、50個の室内照明装置2007が10行(Y方向)×5列(X方向)に配列されている。
室内照明装置2007は、室内照明器具2007aと、明るさ検出部2007bと、制御部2007cと、を備え、室内照明器具2007aに明るさ検出部2007b及び制御部2007cが一体化されて構成されたものである。
室内照明装置2007は、室内照明器具2007a及び明るさ検出部2007bをそれぞれ複数ずつ備えていてもよい。但し、明るさ検出部2007bは、各室内照明器具2007aに対して1個ずつ設けられる。明るさ検出部2007bは、室内照明器具2007aが照明する被照射面の反射光を受光して、被照射面の照度を検出する。ここでは、明るさ検出部200bによって、室内に置かれた机2005の机上面2005aの照度を検出する。
各室内照明装置2007に1個ずつ設けられた制御部2007cは、互いに接続されている。各室内照明装置2007は、互いに接続された制御部2007cにより、各々の明るさ検出部2007bが検出する机上面2005aの照度が一定の目標照度L0(例えば、平均照度:750lx)になるように、それぞれの室内照明器具2007aのLEDランプの光出力を調整するフィードバック制御を行っている。
図36は、採光装置によって室内に採光された光(自然光)の照度と、室内照明装置による照度(照明調光システム)との関係を示すグラフである。図36において、縦軸は机上面の照度(lx)を示し、横軸は窓からの距離(m)を示している。また、図中の破線は、室内の目標照度を示している。(●:採光装置による照度、△:室内照明装置による照度、◇:合計照度)
図36に示すように、採光装置2010により採光された光に起因する机上面照度は、窓近傍ほど明るく、窓から遠くなるに従ってその効果は小さくなる。採光装置2010を適用した部屋では、昼間において窓からの自然採光によりこのような部屋奥方向への照度分布が生じる。そこで、採光装置2010は、室内の照度分布を補償する室内照明装置2007と併用して用いられる。室内天井に設置された室内照明装置2007は、それぞれの装置の下の平均照度を明るさ検出部2007bによって検出し、部屋全体の机上面照度が一定の目標照度L0になるように調光制御されて点灯する。
従って、窓近傍に設置されているS1列、S2列はほとんど点灯せず、S3列、S4列、S5列と部屋奥方向に向かうに従って出力を上げながら点灯される。結果として、部屋の机上面は自然採光による照度と室内照明装置2007による照明の合計で照らされ、部屋全体に渡って執務をする上で十分とされる机上面照度である750lx(「JIS Z9110 照明総則」の執務室における推奨維持照度)を実現することができる。
以上述べたように、採光装置2010と照明調光システム(室内照明装置2007)とを併用することにより、室内の奥の方まで光を届けることが可能となり、室内の明るさをさらに向上させることができるとともに部屋全体に渡って執務をする上で十分とされる机上面照度を確保することができる。したがって、季節や天気による影響を受けずにより一層安定した明るい光環境が得られる。
本発明の一態様は、窓ガラスと採光装置との間の温度上昇を抑えて窓ガラス及び採光装置における基板の熱割れを防止することが必要な採光装置などに適用することができる。
2,20,30,40,50,53,55,60,70,201,202,203,204,2010…採光装置、8,8A,8B,8C…換気孔(連通孔)、8a…内面、11a,13a,21,22,23…貫通孔、L…太陽光、10…第1ガラス板(透明基材)、11…光拡散シート(光拡散部材)、11a…貫通孔(第2貫通孔)、13…採光シート(採光部材)、13a…貫通孔(第1貫通孔)、16,51,54,56,61…フレーム、18…粘着材(接合部材)、24…接着層、41…フィルム基材(第1基材)、41a…第1面、41b…第2面、42…採光部、42E…第5面(反射面)、42F…第6面(反射面)、52…空気穴(換気孔)、61a…開口部、73…排気ファン、K1,K2…空間、302…異方性光拡散シート(接着層)

Claims (13)

  1. 採光装置であって、
    前記採光装置の第1面が窓ガラスに対向するように前記窓ガラスと間隔を空けて配置され、
    光透過性を有する第1基材と、前記第1基材の第1面または第2面に設けられた光透過性を有する突起状の複数の採光部と、を有する採光部材と、
    前記採光装置の第1面と前記窓ガラスとの間の空間と、前記採光装置の第1面とは反対側の第2面側の空間とを連通させる、前記採光装置の上部に設けられた複数の換気孔と、を備える採光装置。
  2. 前記複数の換気孔は、前記採光部材における採光に寄与しない領域に設けられている請求項1に記載の採光装置。
  3. 前記採光部材には、厚さ方向を貫通する第1貫通孔が設けられており、
    前記複数の換気孔が前記第1貫通孔を含む請求項1または2に記載の採光装置。
  4. 前記採光部材の光入射側及び光射出側のいずれか一方に配置される光拡散部材を備え、
    前記複数の換気孔が、前記第1貫通孔と、前記光拡散部材の厚さ方向を貫通する第2貫通孔と、を含み、
    前記採光部材の法線方向から見て前記第2貫通孔の少なくとも一部が前記第1貫通孔と重なっている請求項3に記載の採光装置。
  5. 前記光拡散部材が前記採光部材の光射出側に設けられ、
    前記第2貫通孔の方が前記第1貫通孔よりも小さい形状とされている請求項4に記載の採光装置。
  6. 前記第2貫通孔が長手方向を有する形状をなし、
    前記長手方向が前記採光部の延在方向に沿うように前記第2貫通孔が存在している請求項4または5に記載の採光装置。
  7. 前記光拡散部材が、前記光の拡散方向に異方性を有し、前記2つの空間の配置方向よりも、前記配置方向に交差する方向へ強く前記光を拡散させる異方性光拡散特性を有する接着層からなり、
    前記光拡散部材を介して前記採光部材が透明基材に設けられている請求項4から6のいずれか一項に記載の採光装置。
  8. 前記複数の換気孔のそれぞれが、前記採光部材と、前記光拡散部材と、互いに離間して配置された前記採光部材及び前記光拡散部材の間に設けた接合部材と、によって一つの連通孔とされている請求項4から7のいずれか一項に記載の採光装置。
  9. 前記複数の換気孔が、前記採光部材に対して太陽光が入射しにくい領域に設けられている請求項1から8のいずれか一項に記載の採光装置。
  10. 前記複数の換気孔それぞれの内面に遮光性を有する材料が設けられている請求項1から9のいずれか一項に記載の採光装置。
  11. 少なくとも前記採光部材を収容するフレームを備え、
    前記採光部材と前記フレームとの間に前記複数の換気孔が形成されている
    請求項1から10のいずれか一項に記載の採光装置。
  12. 少なくとも前記採光部材を収容するフレームを備え、
    前記フレームは少なくとも2つの開口部を有しており、
    一方の前記開口部に前記採光部材が収容され、他方の前記開口部が前記複数の換気孔として機能する請求項1から10のいずれか一項に記載の採光装置。
  13. 前記複数の換気孔に、当該複数の換気孔を介して光入射側の空気を光射出側へと排気させる排気ファンを備えている請求項1から12のいずれか一項に記載の採光装置。
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