JP6782549B2 - 採光装置 - Google Patents

Description

本発明は、採光装置に関するものである。

建物内の空間は、窓や開口を通して太陽光が射し込むことで、外部からの採光がなされる。外部からの採光が不足する場合、屋内に設けた照明により、屋内の照度を確保している。
外部からの採光による屋内照明環境の向上等を目的とし、太陽光を、より多く屋内に導入する工夫がなされている。

例えば特許文献１には、図９に示されるようなブラインド１００が開示されている。ブラインド１００においては、水平方向に延びるスラット１０１が鉛直方向に間隔を持って多数配列されており、太陽光の射し込む窓面１０２に取り付けられることで、室内１０３への採光が調節される。スラット１０１に反射した太陽光１０４が、上部のスラット１０１ほど室奥１０５の天井１０６に向かい、下部のスラット１０１ほど窓際１０７の天井１０６に向かうように、スラット１０１の傾斜角度を、上部のスラット１０１から下部のスラット１０１にかけて順次変化させる。特に、スラット１０１の間隔を保持するラダーの調整により、スラット１０１の傾斜角度が設定される。

特許文献１に開示されるブラインド１００においては、常に多くの太陽光を室内１０３に導入しようとすると、ブラインド１００の角度を、ラダーを用いて、時々刻々変化する太陽高度に対応した角度に変更し、調整する必要がある。この角度調整は、手作業で行うことも、また、角度を自動的に制御する装置により自動的に行うことも可能ではあるが、いずれにおいても、維持運用に大きな手間や費用が必要となる。

これに対し、特許文献２には、図１０に示されるようなライトシェルフ１１０が開示されている。ライトシェルフ１１０は、建物の外壁１１１の採光窓１１２に沿って設置されて、太陽光を反射領域１１３（１１３Ａ、１１３Ｂ）で反射して屋内の天井面を照射する。反射領域１１３（１１３Ａ、１１３Ｂ）は、上向きに配置された下面１１３Ａと、下向きに配置された上面１１３Ｂと、を備える。下面１１３Ａには、第１の３回反射領域１１４、１回反射領域１１５、および、第３の３回反射領域１１６が設けられ、上面１１３Ｂには、第２の３回反射領域１１７が設けられ、太陽光を、下面１１３Ａの第１の３回反射領域１１４、上面１１３Ｂの第２の３回反射領域１１７、下面１１３Ａの第３の３回反射領域１１６の順に３回反射して、天井面に照射する。

１回反射領域１１５は、所定の太陽高度の太陽光を１回反射して、天井面の照射領域に照射する。図１０（ｂ）に示されるように、所定の太陽高度とは、７０°、６０°、５０°、４０°、３０°の５つであり、１回反射領域１１５は、これら５つの太陽高度毎に、屋外側から屋内側に向かって５つの領域１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅに分割されている。

特開平１０−３１７８５０号公報 特開２０１５−１７９５７０号公報

特許文献２に開示されるライトシェルフ１１０は、図１０（ｂ）に示される側断面図において、各領域１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ、１１５ｄ、１１５ｅが、同程度の長さを備えている。図１０（ｃ）、（ｄ）に、太陽高度が７０°と３０°の場合の、太陽光Ｓ_７とＳ_３、これらの太陽光に対応する領域１１５ａと１１５ｅ、及び、領域１１５ａと１１５ｅにより屋内に導入される反射光Ｒ_７とＲ_３を示す。太陽光の屋内への導入角度、すなわち反射光Ｒ_７、Ｒ_３の角度を、一定の範囲内に収めようとすると、領域１１５ａ、１１５ｅの各々が対応する太陽高度（７０°、３０°）から、各領域１１５ａ、１１５ｅの水平面に対する角度が定まる。このような場合においては、各領域１１５ａ、１１５ｅの長さが同程度であるために、太陽高度が高いほど対応する領域における採光量及び反射光量が大きくなり、太陽高度が低いほど対応する領域における採光量及び反射光量が小さくなる。すなわち、特許文献２に開示されるライトシェルフ１１０は、太陽高度の変化に伴い採光量が変化する。このため、屋内への導光量を一定以上の水準に維持することが困難である。

本発明が解決しようとする課題は、太陽高度に依存せず、屋内への導光量を一定以上の水準に維持することが可能な、採光装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、太陽光を反射して、反射光を屋内の天井面に照射する採光装置であって、外端部が屋外側に、内端部が屋内側に位置するように設けられて、上面に反射面を有する反射板を備え、前記反射面は、湾曲部を備え、該湾曲部は、屋外側から屋内側に向かって、太陽高度毎に複数の反射領域に区分したときに、該複数の反射領域は、屋内側に配置されるものほど低い太陽高度に対応して、水平面に対する角度が小さくなるように形成され、前記複数の反射領域は、屋内側に配置されるものほど低い太陽高度に対応して、平面視した場合の内外方向の長さが長くなるように形成された、採光装置を提供する。
上記のような構成によれば、屋外側から屋内側に向かって、太陽高度毎に複数の反射領域に区分したときに、複数の反射領域は、屋内側に配置されるものほど低い太陽高度に対応して、水平面に対する角度が小さく、かつ、平面視した場合の内外方向の長さが長くなるように形成されている。すなわち、太陽高度が低い場合であっても、対応する反射領域の長さが長いため、太陽高度が高い場合と同等の採光量及び反射光量を得ることが可能となる。これにより、各反射領域の長さを適切に設定した場合においては、太陽高度に依存せずに、一年中、屋内に一定量の採光を得ることが可能となり、屋内の光環境の質を一定以上の水準に維持することができる。
また、太陽高度に依存せずに、屋内の光環境の質を一定以上の水準に維持可能であるため、電気等のエネルギーを使用する照明の利用頻度を低減可能である。したがって、照明エネルギーの利用量を低減することができる。
また、上記の、太陽高度に依存せずに、屋内の光環境の質を一定以上の水準に維持するという効果は、採光装置の備える反射面の形状に起因するものであるため、採光装置の角度等を太陽高度に対応して、都度、変更し、調整する必要がない。したがって、維持運用に要する手間や費用が大きく低減可能である。

本発明の一態様においては、太陽高度θ_ｓａに対応する前記反射領域の、平面視した場合の内外方向の前記長さは、β_ａ＝１／ｃｏｓ（９０−θ_ｓａ＋θ_ｂａ）（ただし、θ_ｂａは太陽高度θ_ｓａに対応する前記反射領域の水平面に対する角度である。）により算出される係数β_ａを基に決定されている。
上記のような構成によれば、各反射領域の、平面視した場合の内外方向の長さは、上記式により算出された係数β_ａを基に決定されているため、各反射領域の対応する太陽高度における採光量、及び反射光量を、一定に近くすることが可能である。すなわち、上記式により各反射領域の長さがより適切に設定されるため、屋内の光環境の質を一定以上の水準に維持することができる。

本発明の一態様においては、窓の内側に設けられており、太陽高度θ_ｓａに対応する前記反射領域の、平面視した場合の内外方向の前記長さは、前記窓に設けられた太陽光を透過する板材の太陽高度θ_ｓａにおける透過率τ_ａの逆数を基に決定されている。
上記のような構成によれば、採光装置が窓の内側に設けられた場合において、太陽光を透過する板材、例えばガラス等の、入射角により透過率の異なる特性を考慮して、各反射領域の内外方向の長さがより適切に設定されるため、屋内の光環境の質を一定以上の水準に維持することができる。

本発明の一態様においては、前記湾曲部の屋内側の端辺に接続された、屋内延伸部を備えている。
上記のような構成によれば、屋内延伸部を適切に位置付けて設けた場合においては、屋内延伸部によって、湾曲部によって反射された太陽光が人間の眼に入射するのを防ぐことができる。これにより、屋内へ導入された反射光による眩しさを抑えることが可能となる。

本発明によれば、太陽高度に依存せず、屋内への導光量を一定以上の水準に維持することが可能な、採光装置を、提供することが可能となる。

本発明の実施形態として示した採光装置の設置状況を示す、建物の側面図である。 本発明の実施形態として示した採光装置の側面図である。 本発明の実施形態として示した採光装置の、湾曲部の拡大側面図である。 本発明の実施形態として示した採光装置の、太陽光の反射状況を示す説明図である。 本発明の実施形態として示した採光装置の設置状況を示す、建物の側面図である。 本発明の実施形態として示した採光装置の側面図である。 本発明の実施形態として示した採光装置の側面図である。 本発明の実施形態として示した採光装置の、太陽光の反射状況を示す側面図である。 従来のブラインドを示す説明図である。 従来のライトシェルフを示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態として示した採光装置１の設置状況を示す、建物２の側面図である。建物２内には、外壁３ａ、天井３ｂ、内壁３ｃ、及び床３ｄより囲まれて、屋内空間３（屋内）が形成されている。本実施形態においては、屋内空間３は室であるが、後述するように廊下などの室外であってもよい。屋内空間３の、外壁３ａを挟んだ反対側は、屋外５となっている。

外壁３ａの上側と下側は、それぞれ、窓３ｆと下側外壁３ｅとなっている。本実施形態においては、下側外壁３ｅは光を透過しない壁であるが、後述するように、下側外壁３ｅは、ブラインドを備えた窓等であってもよい。窓３ｆには、図２以降に図示されている、太陽光を透過する板材４が設けられている。板材４は、例えばガラスであってよい。窓３ｆの下端は、図５を用いて後に示すように、居住者の眼の高さよりも高い位置に設けられている。

上記のような建物２に対し、複数の採光装置１が、窓３ｆの内側、すなわち屋内空間３に、窓３ｆの上端から下端まで、上下方向Ｚに間隔を空けて整列して設けられている。複数の採光装置１の各々は、長尺の、アルミニウム等により構成された鋼板であり、採光装置１の長さ方向が、屋内方向Ｘと屋外方向を結ぶ方向に水平面内で交差する横方向Ｙに平行になるように設けられている。採光装置１は、その長さ方向に沿った一端辺が屋外側に位置して外端部１ａとなり、また、反対側の端辺が屋内側に位置して内端部１ｂとなるように、それぞれ位置づけられて設けられている。

複数の採光装置１の各々は、図２に示されるように、太陽光Ｓを反射して、反射光Ｒを、図１に示される屋内空間３の天井３ｂ面に照射する。このために、採光装置１は、上面に反射面を有する反射板を備えている。本実施形態においては、採光装置１を構成する鋼板の上面１ｃを鏡面仕上げとすることで、反射面が形成されている。採光装置１の下面１ｄは、グレアを防止するため拡散面仕上げとされている。

複数の採光装置１の各々は、湾曲部７と、屋内延伸部８を備えている。湾曲部７と屋内延伸部８は、外端部１ａから一定の位置Ｅにおいて区分されるように形成されている。湾曲部７は、位置Ｅに対して採光装置１の屋外側に位置しており、屋内延伸部８は、位置Ｅに対して採光装置１の屋内側に位置している。これにより、屋内延伸部８は、位置Ｅにおいて、湾曲部７の屋内側の端辺に接続されるように形成されている。後述するように、入射された太陽光Ｓは、湾曲部７によって上方に反射されて反射光Ｒとなり、この反射光Ｒにより天井３ｂが照射される。また、屋内延伸部８によって、太陽光Ｓ及び採光装置１が反射した反射光Ｒが、図５に示される居住者６の眼に入射するのが防止される。

本実施形態における採光装置１は、採光装置１が反射した反射光Ｒによる眩しさを、居住者に感じさせずに、太陽高度に依存せず、一年中、屋内空間３に一定以上の水準の量の採光を得ることを、主な目的としている。この目的を達成するための、採光装置１の湾曲部７と屋内延伸部８の形状が備えるべき条件について、以下詳細に説明する。

まず、図１に示すように、Ｈ_Ｒを床３ｄから天井３ｂまでの高さ、Ｈ_Ｂを窓３ｆの下端の高さ、すなわち、採光装置１の下端の高さ、ｄ_ａを太陽高度がａの時の照射対象距離、すなわち、採光装置１によって反射光Ｒを導入し天井３ｂを照射したい位置Ｆまでの、窓３ｆからの屋内方向Ｘの距離とする。このとき、太陽高度がａの時の採光装置１による反射光Ｒの反射光角度θ_ｒａ、すなわち、最下端の採光装置１が、窓３ｆの下端の高さに位置する水平面Ｈよりも上方向に太陽光を反射して、窓３ｆから屋内方向Ｘにｄ_ａの距離だけ離れた天井３ｂの位置Ｆを照射するために必要な角度は、次式により求めることができる。

上記の式（１）で表されるように、本実施形態においては、反射光角度θ_ｒａ及び照射対象距離ｄ_ａの値は、太陽高度ａに依存して異なるように設定されているが、後述するように、これらの値は太陽高度に依存せずに常に一定となるように設定しても構わない。

式（１）の反射光角度θ_ｒａを実現し得る湾曲部７の詳細な形状について、図３を用いて説明する。採光装置１の湾曲部７は、太陽高度ａの場合の太陽光を反射光角度θ_ｒａで反射させ、図１に示される外壁３ａから照射対象距離ｄ_ａまでの天井３ｂを照射する。湾曲部７が様々な太陽高度の値に対応できるように、湾曲部７は、各太陽高度に対応した設置角を備える、複数の反射領域の集合体として形成されている。より具体的には、湾曲部７は、屋外側から屋内側Ｘに向かって、太陽高度毎に複数の反射領域に区分したときに、複数の反射領域は、屋内側に配置されるものほど低い太陽高度に対応して、水平面に対する角度が小さくなるように形成されている。

図３に示されるように、本実施形態においては、対象となる太陽高度を、例えば２０°以上８０°以下としている。この範囲の太陽高度に、例えば１０°刻みで対応するように、７区分の反射領域７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇが形成されている。すなわち、反射領域７ａ〜７ｇの各々は、太陽高度ａ（＝８０°、７０°、６０°、５０°、４０°、３０°、２０°）の対応する太陽光を、水平面に対して反射光角度θ_ｒａ（＝θ_ｒ８０、θ_ｒ７０、θ_ｒ６０、θ_ｒ５０、θ_ｒ４０、θ_ｒ３０、θ_ｒ２０）の角度を付けられた反射光として反射する。後述するように、太陽高度の上限下限、及び、刻み幅は、上記に限られない。

本実施形態においては、反射領域７ａ〜７ｇの各々は、平面として形成されている。反射領域７ａ〜７ｇは、対応する太陽高度が高いものほど、屋外側に位置せしめられており、屋内方向Ｘに隣接する反射領域７ａ〜７ｇの、横方向Ｙに延在する端辺同士が、互いに接合されている。後述の式（２）で表されるように、反射領域７ａ〜７ｇは、対応する太陽高度が高いものほど、水平面に対する角度が大きくなるように形成されているため、上記のように湾曲部７は、採光装置１の外端部１ａから屋内方向Ｘに向けて、下方向に湾曲する形状を備えている。

ここで、太陽高度ａが８０°、７０°、６０°、５０°、４０°、３０°、２０°の場合の、入射角（太陽高度）をθ_ｓａ（＝θ_ｓ８０、θ_ｓ７０、θ_ｓ６０、θ_ｓ５０、θ_ｓ４０、θ_ｓ３０、θ_ｓ２０）と表記する。θ_ｓ８０、θ_ｓ７０、θ_ｓ６０、θ_ｓ５０、θ_ｓ４０、θ_ｓ３０、θ_ｓ２０の各々は、８０°、７０°、６０°、５０°、４０°、３０°、２０°と等しい。また、太陽高度が８０°、７０°、６０°、５０°、４０°、３０°、２０°の各々に対応する反射領域７ａ〜７ｇの、水平面に対する角度を、θ_ｂ８０、θ_ｂ７０、θ_ｂ６０、θ_ｂ５０、θ_ｂ４０、θ_ｂ３０、θ_ｂ２０と表記する。複数の反射領域７ａ〜７ｇの各々は、対応する太陽高度θ_ｓａからの太陽光を、反射光角度θ_ｒａの角度で反射するために、次式で表される角度θ_ｂａをつけて設けられている。

各反射領域７ａ〜７ｇは、各々が、上記したような互いに異なる角度θ_ｂａをつけて設けられるとともに、互いに異なる長さを備えている。本実施形態においては、各反射領域７ａ〜７ｇの長さは、対応する太陽高度θ_ｓａに関する係数と、板材４の透過率に関する係数の、２つの係数に基づいて決定されている。

まず、図４を用いて、太陽高度θ_ｓａに関する長さの係数について説明する。上記のように、採光装置１は、太陽高度θ_ｓａに依存せずに、一年中、図１に示される屋内空間３に一定以上の水準の量の採光を得るためのものである。すなわち、図４に示されるように、太陽高度θ_ｓａに依らず、採光量及び反射光量を同程度にする必要がある。これを実現するために、本実施形態においては、各太陽高度θ_ｓａに対応する反射領域７ａ〜７ｇの、平面視した場合の内外方向の長さＬ_ａ（＝Ｌ_８０、Ｌ_７０、Ｌ_６０、Ｌ_５０、Ｌ_４０、Ｌ_３０、Ｌ_２０）、すなわち、各反射領域７ａ〜７ｇを平面視した場合における、採光装置１の長さ方向に直交する幅方向の長さは、以下の式（３）により算出される係数β_ａ（＝β_８０、β_７０、β_６０、β_５０、β_４０、β_３０、β_２０）を基に決定されている。

板材４の透過率に関する長さの係数については、次のように決定される。本実施形態における採光装置１は、図２に示されるように、ガラス等の太陽光Ｓを透過する板材４の屋内側に設けられているため、太陽光Ｓは、板材４を透過して、採光装置１に入射されている。板材４の透過率は、入射角、すなわち太陽高度θ_ｓａにより異なっている。すなわち、太陽高度θ_ｓａが板材４に対して垂直に近く位置するほど、透過率は高いが、垂直から離れるにつれて、透過率が低くなる。また、透過率は板材４の厚さにも依存する。したがって、太陽高度θ_ｓａに依存せずに、屋内空間３に一定以上の水準の量の採光を得るためには、各反射領域７ａ〜７ｇの長さＬ_ａを決定する際に、板材４への入射角に応じた透過率を反映させるのが適切である。

このため、本実施形態においては、各太陽高度θ_ｓａに対応する反射領域７ａ〜７ｇの、平面視した場合の内外方向の長さＬ_ａは、次式（４）として表されるような、図１に示される窓３ｆに設けられた、太陽光Ｓを透過する板材４の、太陽高度θ_ｓａにおける透過率τ_ａ（＝τ_８０、τ_７０、τ_６０、τ_５０、τ_４０、τ_３０、τ_２０）の逆数である係数α_ａ（＝α_８０、α_７０、α_６０、α_５０、α_４０、α_３０、α_２０）を基に決定されている。

これにより、太陽高度θ_ｓａが、透過率τ_ａが低くなるような高度である場合には、透過率τ_ａが高い場合に比べると、係数α_ａの値が相対的に大きくなる。結果として、反射領域の長さＬ_ａを決定する際に、対応する透過率τ_ａが低いほど、反射領域の長さが長くなるように、係数α_ａを作用させることが可能である。

上記したような、太陽高度に関する長さの係数である、式（３）に示されたβ_ａと、板材４の透過率に関する長さの係数である、式（４）に示されたα_ａによる、次式に示される係数Ｗ_ａ（＝Ｗ_８０、Ｗ_７０、Ｗ_６０、Ｗ_５０、Ｗ_４０、Ｗ_３０、Ｗ_２０）が、各反射領域７ａ〜７ｇの長さＬ_ａの算出において、最終的に使用される。

本実施形態においては、上記の係数Ｗ_ａは、各反射領域７ａ〜７ｇの内外方向の長さＬ_ａを決定する際において、反射領域７ａ〜７ｇの長さの比として使用されている。すなわち、反射領域７ａ〜７ｇの各々が、それぞれ対応する係数Ｗ_ａに比例する値を備えるように、各反射領域７ａ〜７ｇの長さＬ_ａが決定されている。これにより、図４等に示されるように、複数の反射領域７ａ〜７ｇは、屋内側に配置されるものほど低い太陽高度に対応して、平面視した場合の内外方向の長さＬ_ａ、すなわち、各反射領域７ａ〜７ｇを平面視した場合における、採光装置１の長さ方向に直交する幅方向の長さが長くなるように形成されている。

以上により、各反射領域７ａ〜７ｇの水平面に対する角度θ_ｂａ、及び、各反射領域７ａ〜７ｇの内外方向の長さＬ_ａを算出する際に使用すべき係数、すなわち反射領域７ａ〜７ｇ間の相対的な長さ比Ｗ_ａが決定された。次に、各反射領域７ａ〜７ｇの絶対的な長さＬ_ａの値、及び、屋内延伸部８の形状を含めた、採光装置１の全体形状を決定する方法を説明する。

そのために、まず、図５を用いて、グレア防止角度θ_ｇを定義する。採光装置１の湾曲部７は、図１等を用いて上記したように、各太陽高度θ_ｓａに対して、対応する反射領域７ａ〜７ｇが、天井３ｂの、窓３ｆから屋内方向Ｘへの位置Ｆまでの距離ｄ_ａに向けて、反射光を照射するように設計されている。しかし、ある反射領域に対して、当該反射領域が対応しない太陽高度θ_ｓａからの太陽光が照射されて、当該反射領域がこの太陽光を反射することで、図５に示されるように、反射光Ｒ_Ｗが、窓３ｆの下端が位置する水平面Ｈよりも下方向に反射される場合が想定され得る。水平面Ｈよりも下方向に反射される反射光Ｒ_Ｗは、屋内空間３の居住者６の眼に入射し、グレア源となる可能性がある。

グレア防止角度θ_ｇは、上記したような、採光装置１の湾曲部７によって、窓３ｆの下端が位置する水平面Ｈよりも下方向に反射された反射光Ｒ_Ｗが、居住者６の眼に直接入射しないための、反射角の最大角度である。上下方向Ｚに間隔を空けて整列して設けられている複数の採光装置１の内、どの採光装置１からの反射光Ｒ_Ｗも、居住者６の眼に直接入射しないようにするためには、屋内空間３における居住者６の想定される行動範囲の中で、この反射角の最大角度が最も小さくなる場合の角度を算出し、それをグレア防止角度θ_ｇとすればよい。反射角の最大角度が最も小さくなる場合は、最下端の採光装置１による反射光が、内壁３ｃ近傍に居る居住者６の眼に入射する場合である。すなわち、グレア防止角度θ_ｇは、Ｈ_Ｅを居住者６の眼の高さ、Ｄ_Ｒを外壁３ａから内壁３ｃまでの距離とすると、次式により求めることができる。

グレア防止角度θ_ｇを、上記の式（６）の値以下に収めるために、図６に示されるような屋内延伸部８が設けられている。屋内延伸部８の形状を調整して、採光装置１の内端部１ｂを一定の位置に設けることにより、湾曲部７によって、窓３ｆの下端が位置する水平面Ｈよりも下方向に反射された反射光Ｒ_Ｗが、居住者６の眼に直接入射することが防止される。

上記のように湾曲部７は、採光装置１の外端部１ａから屋内方向Ｘに向けて、下方向に湾曲する形状を備えているため、採光装置１の外端部１ａが、湾曲部７の高さ方向Ｚにおいて最も高くなっている。グレア防止角度θ_ｇは、反射光が居住者６の眼に直接入射しないための、反射角の最大角度であるから、グレア防止角度θ_ｇが最大値をとり得るのは、採光装置１の外端部１ａによって太陽光Ｓが反射された場合である。したがって、角度θ_ｇで入射する反射光によるグレアを防止するには、採光装置１の内端部１ｂは、採光装置１の外端部１ａの高さ位置より、採光装置１の屋内方向Ｘの長さＬ_ｂを用いて次式（７）で表される差分Ｌ_ｂｇの値だけ低い位置よりも、高い位置に設けられなければならない。

すなわち、図６に示されるように、採光装置１の形状を屋内方向Ｘと高さ方向Ｚの２軸の座標系として表現すると、外端部１ａは点Ａ（０、０）、内端部１ｂは点Ｂ（Ｌ_ｂ、−Ｌ_ｂｇ）として表すことができる。採光装置１の屋内方向Ｘの長さＬ_ｂは、採光装置１を設置しようとする屋内空間３の広さ等の住環境に応じて、例えば１０ｃｍ等と、予め定められている場合が多い。したがって、内端部１ｂの位置である点Ｂは、式（７）により一意に決定される。

上記のように採光装置１の内端部１ｂの位置である点Ｂが決定されると、次のように、点Ｂと、湾曲部７と屋内延伸部８を区分する位置Ｅを結ぶ直線Ｌ_Ｍの、Ｘ−Ｚ座標系上の傾きが決定される。これを説明するために、反射光角度θ_ｒａ（＝θ_ｒ８０、θ_ｒ７０、θ_ｒ６０、θ_ｒ５０、θ_ｒ４０、θ_ｒ３０、θ_ｒ２０）の最小値をθ_ｒｍｉｎと表記する。Ｂ−Ｅ間を結ぶ直線Ｌ_Ｍの傾きの角度がθ_ｒｍｉｎより大きいと、θ_ｒｍｉｎの角度で反射された反射光Ｒは屋内延伸部８によって遮られる可能性がある。また、Ｂ−Ｅ間を結ぶ直線Ｌ_Ｍの傾きの角度がθ_ｒｍｉｎより小さいと、屋内延伸部８の勾配が緩やかとなるため屋内延伸部８の屋内方向Ｘの長さが必要以上に長くなる。上記のように、屋内方向Ｘの長さＬ_ｂの値は予め定められている場合が多いため、これに伴い、湾曲部７の屋内方向Ｘの長さを短くする必要があるが、湾曲部７の上面の反射面積が低減されるので、採光装置１の反射効率が低下してしまう。したがって、Ｂ−Ｅ間を結ぶ直線Ｌ_Ｍの傾きの角度は、θ_ｒｍｉｎに一致させるのが好適である。

本実施形態においては、屋内延伸部８は、θ_ｒｍｉｎの角度で反射される反射光を遮らないようにするために、下方向に湾曲した形状を備えており、Ｂ−Ｅ間を結ぶ直線Ｌ_Ｍより上方に突出する部位がないように形成されている。

このように、屋内方向Ｘと高さ方向Ｚの２軸の座標系において、点Ｂを通る傾きθ_ｒｍｉｎの直線Ｌ_Ｍ上に、位置Ｅが位置し得る。ここで、上記のように各反射領域７ａ〜７ｇの水平面に対する角度θ_ｂａと、長さ比Ｗ_ａが決定されているため、各反射領域７ａ〜７ｇの角度、及び長さ比の条件を満たし、なおかつ、最も屋内側に位置する反射領域７ｇの屋内側の端辺が直線Ｌ_Ｍ上に位置するような、各反射領域７ａ〜７ｇの長さＬ_ａが一意に定められる。このときの、湾曲部７と屋内延伸部８との交点が、位置Ｅとなり、これにより、湾曲部７と屋内延伸部８の全体形状が決定される。

上記のように決定された、湾曲部７の各反射領域７ａ〜７ｇと、屋内延伸部８の形状は、図７に示されるように、各反射領域のベクトルをＢ_ａ（＝Ｂ_８０、Ｂ_７０、Ｂ_６０、Ｂ_５０、Ｂ_４０、Ｂ_３０、Ｂ_２０）、屋内延伸部８のベクトルをＢ_Ｇ、点Ａから点Ｂまでのベクトルをθ_Ｇとすると、点Ａ−点Ｂ間の距離はＬ_ｂｇ／ｓｉｎθ_ｇとあらわされるため、次式の関係が成立している。

ここで、

上下方向Ｚに間隔を空けて整列された複数の採光装置１間の、上下間の間隔については、採光装置１間をすり抜けた太陽光が、居住者６の眼に入射しない程度に設定する。

採光装置１の厚さはどのような値であってもよいが、厚さが薄ければ薄いほど、一定の高さを有する窓３ｆに多くの採光装置１を設置することができ、それだけ総採光面積を広くすることができるため、採光装置１の形状を維持できる範囲において、より薄い値であるのが望ましい。

次に、上記の採光装置１の作用、効果について説明する。

上記のような採光装置１においては、屋外側から屋内側に向かって、太陽高度毎に複数の反射領域７ａ〜７ｇに区分したときに、複数の反射領域７ａ〜７ｇは、屋内側に配置されるものほど低い太陽高度に対応して、水平面に対する角度θ_ｂａが、式（２）によって示されるように小さくなるように形成されている。このような状況下において、各反射領域７ａ〜７ｇの、平面視した場合の内外方向の長さＬ_ａは、上記式（３）により算出された係数β_ａを基に決定されているため、図４に示されるように、各反射領域７ａ〜７ｇの対応する太陽高度における採光量、及び反射光量を、一定に近くすることが可能である。これにより、太陽高度に依存せずに、一年中、屋内に一定以上の水準量の採光を得ることが可能となり、屋内の光環境の質を一定以上の水準に維持することができる。

また、本実施形態においては採光装置１が窓３ｆの内側に設けられているが、このような場合においても、図２に示されるような、太陽光を透過する板材４、例えばガラス等の、入射角により透過率の異なる特性を、式（４）に示されるように考慮して、各反射領域７ａ〜７ｇの内外方向の長さＬ_ａがより適切に設定されるため、屋内の光環境の質を、更に効果的に、一定以上の水準に維持することができる。

また、図６に示されるように、屋内延伸部８を適切に位置付けて設ける、すなわち、採光装置１の内端部１ｂの位置を、採光装置１の外端部１ａの高さ位置より、式（７）で表される差分Ｌ_ｂｇ以上、低くならないように設けることにより、図８に示されるような、湾曲部７に照射されずに屋内空間３に入射しようとする太陽光Ｓ_Ｗ、及び、湾曲部７によって一旦反射されて、屋内空間３に入射しようとする反射光Ｒ_Ｗが、屋内空間３に入射するのを防止し、これらの光が人間の眼に入射するのを防ぐことができる。更に、採光装置１の、上下間の間隔については、太陽光が採光装置１間をすり抜けて、居住者６の眼に入射することがない程度に設定されている。これにより、屋内へ導入された反射光や、太陽光の直射による眩しさを抑えることが可能となる。

上記のように、採光装置１の下面１ｄは拡散面仕上げとされているため、上記の眩しさを抑えるという効果を、より顕著に奏することが可能となる。

また、太陽高度に依存せずに、屋内の光環境の質を一定以上の水準に維持可能であるため、電気等のエネルギーを使用する照明の利用頻度を低減可能である。したがって、照明エネルギーの利用量を低減することができる。

また、上記の、太陽高度に依存せずに、屋内の光環境の質を一定以上の水準に維持するという効果は、採光装置１の備える反射面の形状に起因するものであるため、採光装置１の角度等を太陽高度に対応して、都度、変更し、調整する必要がない。したがって、維持運用に要する手間や費用が大きく低減可能である。

また、本実施形態においては、採光装置１は屋内空間３に設置する。したがって、建物２の外観を損ねることがないとともに、清掃などに要する維持費用を低減することが可能である。

また、本実施形態においては、複数の採光装置１を上下方向Ｚに間隔を空けて整列して設けることで、窓３ｆを覆うような構成となっているため、採光装置１の数を多くして、採光装置１間の間隔を小さくすることで、上記効果を損なわずに、各採光装置１の大きさを、例えば数ｃｍ程度に小さくすることが可能である。すなわち、採光装置１の設置に必要な空間を、窓３ｆから数ｃｍ程度に収めることが可能であるため、既存建物のリニューアルなどの、設置条件が厳しいような建物２においても容易に導入可能である。

なお、本発明の採光装置は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。

例えば、上記実施形態においては、屋内空間３は室であったが、これに限られず、廊下、付室など、室以外の空間であっても構わない。
また、上記実施形態においては、図１に示される下側外壁３ｅは光を透過しない壁であったが、これに限られず、ブラインドを備えた窓等であってもよい。

また、上記実施形態においては、図３等に示されるように、湾曲部７を形成する反射領域７ａ〜７ｇの各々は、平面として形成されており、隣接する反射領域の、横方向Ｙに延在する端辺が、互いに角度をつけて接合されているが、各反射領域の角度や長さが、上記実施形態の条件を満たしていれば、これに限られない。例えば、反射領域間は、緩やかに連続する曲面を介して接続されていても構わない。
また、屋内延伸部８の形状は、図６を用いて上記実施形態で説明したような、下方向に湾曲する形状に限られない。具体的には、点Ｂ−位置Ｅ間を結ぶ直線よりも上方向に突出して、θ_ｒｍｉｎの角度で導入される反射光を遮ることがなければ、直線状など、他の形状で形成されていても構わない。

また、上記実施形態においては、対象となる太陽高度を２０°以上８０°以下としたが、これに限られないことは、言うまでもない。例えば、太陽高度の下限値が１０°等と、２０°以下の値であってもよいし、上限値が８５°等と、８０°以上の値であっても構わない。
更に、上記実施形態等においては、上記範囲の太陽高度に対して、１０°刻みで対応するように反射領域を設けたが、これに限られず、２０°刻み幅で、上記実施形態よりも少ない数の反射領域を設けることで、より簡易な構造としてもよいし、５°、１°刻みなど、より小さな刻み幅で、上記実施形態よりも多い数の反射領域を設けることで、より緻密に、太陽高度の変化に対応できるようにしても構わない。

また、上記実施形態においては、窓３ｆの内側の屋内空間３に、複数の採光装置１を上下方向Ｚに間隔を空けて整列して設けることで、ブラインドのように設置していたが、これに限られず、窓３ｆの屋外側に設置して、ルーバーのように使用してもよい。このように窓３ｆの屋外側に設置する場合においては、上記実施形態として示した採光装置よりも大きな採光装置を１個だけ取り付けることで、上面で反射した太陽光を屋内空間３に導入しつつ、太陽光の直射を遮るライトシェルフとして使用してもよい。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１ 採光装置
１ａ 外端部
１ｂ 内端部
１ｃ 上面
３ 屋内空間（屋内）
３ｂ 天井
３ｆ 窓
４ 板材
７ 湾曲部
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ 反射領域
８ 屋内延伸部
Ｓ 太陽光
Ｒ 反射光
θ_ｂａ（θ_ｓ８０、θ_ｓ７０、θ_ｓ６０、θ_ｓ５０、θ_ｓ４０、θ_ｓ３０、θ_ｓ２０） 反射領域の水平面に対する角度
ａ、θ_ｓａ 太陽高度

Claims (3)

1. 太陽光を反射して、反射光を屋内の天井面に照射する採光装置であって、
   外端部が屋外側に、内端部が屋内側に位置するように設けられて、上面に反射面を有する反射板を備え、
   前記反射面は、湾曲部を備え、該湾曲部は、屋外側から屋内側に向かって、複数の太陽高度θ_ｓａの各々毎に複数の反射領域に区分したときに、該複数の反射領域は、屋内側に配置されるものほど低い前記太陽高度θ_ｓａに対応して、水平面に対する角度θ _ｂａ が小さくなるように形成され、
   前記反射領域の各々は、対応する前記太陽高度θ _ｓａ の太陽光を反射光角度θ _ｒａ で反射するために、前記水平面に対する角度θ _ｂａ が
   θ _ｂａ ＝（１／２）×（θ _ｓａ −θ _ｒａ ）
   と設定されていることを前提とした場合に、
   前記複数の反射領域は、屋内側に配置されるものほど低い前記太陽高度θ_ｓａに対応して、平面視した場合の内外方向の長さが長くなるように形成され、
   複数の前記太陽高度θ_ｓａの各々に対応する前記反射領域の、平面視した場合の内外方向の前記長さは、以下の式（１）により算出される係数β_ａ
   β_ａ＝１／ｃｏｓ（９０−θ_ｓａ＋θ_ｂａ） （１）
   を基に複数の前記太陽高度θ_ｓａの各々に対応して算出される長さ比Ｗ_ａの各々に、対応するように決定されている、採光装置。
2. 窓の内側に設けられており、
   複数の前記太陽高度θ_ｓａの各々に対応して算出される前記長さ比Ｗ_ａは、前記太陽高度θ_ｓａの各々に対して、前記式（１）により算出される前記係数β_ａに、前記窓に設けられた太陽光を透過する板材の当該太陽高度θ_ｓａにおける透過率τ_ａの逆数を乗算して決定されている、請求項１に記載の採光装置。
3. 前記湾曲部の屋内側の端辺に接続された、屋内延伸部を備え、
   当該屋内延伸部の水平面に対する傾きの角度は、複数の前記太陽高度θ_ｓａの各々からの太陽光の、当該太陽高度θ_ｓａに対応する前記反射領域における反射光の角度の最小値と一致する、請求項１または２に記載の採光装置。
   

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