JP7009304B2

JP7009304B2 - 天井照射窓

Info

Publication number: JP7009304B2
Application number: JP2018094215A
Authority: JP
Inventors: 拓樹中村
Original assignee: Yazaki Energy System Corp
Current assignee: Yazaki Energy System Corp
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2038-05-16
Also published as: WO2019220824A1; DE112019002482B4; DE112019002482T5; GB2585997A; GB2585997B; AU2019271346A1; CN112119198A; JP2019199730A; AU2019271346B2; GB202017686D0; US20210115730A1; US11300263B2

Description

本発明は、天井照射窓に関する。

従来、太陽からの直達光を室内の天井側に反射させる天井照射窓が提案されている（特許文献１～５参照）。これらの天井照射窓は、太陽高度が高いときの直達光を透過し、太陽高度が低いときの直達光を天井側に反射させる構成となっている。

しかし、これらの天井照射窓は夏場の太陽高度の高いときの直達光を透過して床面を照らすこととなる。特に夏場は冬場に比べて直達光が窓に近い側しか照らさず室内が暗くなりがちであるが、上記の天井照射窓ではこれに対応することができない。

そこで、夏場においても直達光を天井側に反射させると共に、天井側への反射光を様々な角度で天井側に出射し、室内の窓側から奥側にかけて照明可能とした天井照射窓が提案されている（特許文献６参照）。この天井照射窓は、窓の室内側に開放された放物面と、室外側に開放された放物面とを有し、室外側の放物面と室内側の放物面との底部同士を連結して連結放物面を形成した構造となっている。

特開２０１１－１２３４７８号公報特開２０１３－２３５８６０号公報特開昭５８－７３６８２号公報特開２０００－２６８６１０公報特開２００９－２６６７９４号公報特開２０１３－２３２３３０号公報

ここで、特許文献６に記載の天井照射窓において天井を照らす光量を多くするためには、多数の連結放物面を設ける必要がある。しかし、特許文献６に記載の天井照射窓は、連結放物面の内面に金属蒸着されているため、景色が見え難くなってしまう。すなわち、天井をより明るく照らすことと景色の見え易さの両立が困難である。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、夏場において室内を窓側から奥側にかけて照明することができると共に、天井をより明るく照らすことと景色の見え易さの両立を図ることができる天井照射窓を提供することにある。

本発明に係る天井照射窓は、第１及び第２透明性板材の間に設けられた透明性プリズムと、透明性プリズムの第１所定面に設けられる反射部材とを備えている。また、透明性プリズムは、第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が所定角度以上で入射する光について、第２所定面における臨界角を利用した反射が可能に設置されている。加えて、透明性プリズムは、法線に対する角度が所定角度以上の光が入射した場合、透明性プリズムの面と反射部材との少なくとも一方での反射を利用した反射回数が異なる２種以上の光路で室内天井側に向けて光を出射すると共に、角度が所定角度未満の光が入射した場合、第２所定面を透過させる。

本発明に係る天井照射窓によれば、透明性プリズムは、所定角度以上の光が入射した場合に反射回数が異なる２種以上の光路で室内天井側に向けて光を出射するため、２種以上の光路それぞれで出射角度を異ならせることができる。これにより、１つの出射角度しかない場合のように天井の特定領域しか照明できなくなる事態が防止され、夏場において室内を窓側から奥側にかけて照明することができる。また、反射部材が設けられる第１所定面と異なる第２所定面において臨界角を利用した反射を行うことから、第２所定面に反射部材を設けて景色が見えなくなってしまうことが防止され、景色の見え易さの低下を抑えることができる。加えて、天井照射の光量を上げるためには透明性プリズムに入射した光を反射部材に集光させるようにすれば良いことから、反射部材の数を過度に増加させる必要もない。以上より、夏場において室内を窓側から奥側にかけて照明することができると共に、天井をより明るく照らすことと景色の見え易さの両立を図ることができる。

第１実施形態に係る天井照射窓を示す断面図である。図１に示した透明性プリズムによる光路を示す概念図である。第２実施形態に係る天井照射窓を示す断面図である。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

図１は、第１実施形態に係る天井照射窓を示す断面図である。図１に示す天井照射窓１は、概略的に２枚の透明性板材１０と、封止部材２０と、透明性プリズム３０と、反射部材４０と、像回復プリズム５０とを備えている。

２枚の透明性板材１０は、互いに略平行配置されるガラス材や樹脂材等の透明性の板材である。２枚の透明性板材１０は第１透明性板材１０ａと第２透明性板材１０ｂとを備えている。第１透明性板材１０ａは室外側に配置され、第２透明性板材１０ｂは第１透明性板材１０ａよりも室内側に配置されている。

封止部材２０は、２枚の透明性板材１０の周端部において２枚の透明性板材１０の間に介在するものである。２枚の透明性板材１０の周端部に封止部材２０が設けられることによって、２枚の透明性板材１０と封止部材２０とによって閉じられた内部空間が形成され、この内部空間に透明性プリズム３０と反射部材４０と像回復プリズム５０とが設けられる。

透明性プリズム３０は、２枚の透明性板材１０の間の内部空間に配置されるものであって、複数の面を有した透明性部材からなるプリズムによって構成されている。この透明性プリズム３０は、断面視して鈍角三角形状（すなわち鈍角三角柱）とされており、鈍角部分が室外側に向くように配置されている。

このような透明性プリズム３０は、第１の辺３０ａが第１透明性板材１０ａに沿うように第１透明性板材１０ａに面して配置されている（第１実施形態では接触して配置されている）。透明性プリズム３０の第２の辺（第１所定面）３０ｂと第３の辺（第２所定面）３０ｃは、第１の辺３０ａに対して所定の角度を有して延びている。第２の辺３０ｂは、第３の辺３０ｃよりも鉛直下方側に位置する辺である。また、透明性プリズム３０は、下側となる第２の辺３０ｂがやや室内側に傾斜した状態となっている。すなわち、第２の辺３０ｂの室内側端部は室外側端部よりも下方に位置している。

なお、第１実施形態において透明性プリズム３０は、第１透明性板材１０ａに接触して配置されているが、これに限らず、僅かに離間して配置されていてもよい。また、透明性プリズム３０は、第１の辺３０ａ、第２の辺３０ｂ及び第３の辺３０ｃを有するものであれば、断面視して三角形状のいずれか１つ以上の角が削り取られて多角形化されてもよいし、いずれか１つ以上の角が曲線化されてもよいし、種々の形状を取り得る。加えて、天井照射窓１は、上下にわたって複数設けられる透明性プリズム３０を連結するために透明性の連結部材を更に備えていてもよい。この場合において、透明性の連結部材は複数の透明性プリズム３０と一体となっていても別体となっていてもよく、更には透明性プリズム３０と同素材で構成されていても別素材で構成されていてもよい。また、第１透明性板材１０ａがこのような透明性板材として機能するようにされていてもよい。

反射部材４０は、光を反射する部材であって、本実施形態においては例えば可視光及び赤外線の反射率が７０％以上となる部材である。この反射部材４０は、透明性プリズム３０の第２の辺３０ｂに対して接触状態で設けられている。なお、反射部材４０は、透明性プリズム３０と離間状態で設けられていてもよい。さらに、反射部材４０は、透明性プリズム３０の第２の辺３０ｂに対して鏡面処理（銀色処理）が施されることにより形成されるものであることが好ましい。

像回復プリズム５０は、２枚の透明性板材１０の間の内部空間のうち、透明性プリズム３０が設けられていない空間を埋めるように設置されるプリズムであって、透明性プリズム３０による法線Ｎ（図２参照）の方向からの光の屈折を矯正するものとして機能する。本実施形態において像回復プリズム５０は、１つの透明性プリズム３０に対して１つずつ設けられている。像回復プリズム５０と透明性プリズム３０との間には若干の隙間が設けられている。この像回復プリズム５０は、断面視して透明性プリズム３０と同程度（例えば±１０％）の面積を有するものとされている。透明性プリズム３０と像回復プリズム５０の屈折率が等しい場合には、両者の断面形状を同じとすることにより、より見栄えよく像回復ができることになる。なお、像回復プリズム５０は、１つの透明性プリズム３０に対して１つずつ設けられる場合に限らず、形状を工夫することにより１つの透明性プリズム３０に対して複数設けられてもよいし、複数の透明性プリズム３０に対して１つずつ設けられてもよい。

図２は、図１に示した透明性プリズム３０による光路を示す概念図である。図２に示すように、上記透明性プリズム３０は、第１及び第２透明性板材１０ａ，１０ｂの法線Ｎに対する角度が所定角度θ（例えば２８度）以上となる光について、第３の辺３０ｃにおける臨界角を利用した反射が可能に設置されている。よって、所定角度θ以上となる太陽からの直達光ＯＰが透明性プリズム３０に入射して、第３の辺３０ｃに到達した場合には、臨界角以上となって全反射されることとなる。

このような透明性プリズム３０は、所定角度θ以上となる太陽からの直達光ＯＰが入射した場合、透明性プリズム３０の面と反射部材４０との少なくとも一方での反射（厳密には反射部材４０のみの反射と、反射部材４０と透明性プリズム３０の面との双方での反射）を利用した反射回数が異なる２種以上の光路を実現することができ、このような２種以上の光路で室内天井側に向けて光を出射する。

一例を挙げて説明する。まず、図２に示すように、２枚の透明性板材１０の法線Ｎに対する角度が所定角度θ（例えば２８度）以上となる直達光ＯＰが入射したとする。このような直達光ＯＰには、１）第３の辺３０ｃで全反射して第２の辺３０ｂに対して設けられる反射部材４０に至り、室内天井側に反射されるものと、２）直接第２の辺３０ｂに対して設けられる反射部材４０に至り、室内天井側に反射されるものとがある。前者を符号ＯＰ１で示し、後者を符号ＯＰ２で示す。

直達光ＯＰ１は、第３の辺３０ｃで全反射することにより、反射部材４０に対する入射角が小さくなる傾向がある。このため、出射角も小さくなり、天井照射窓１から出射される光は、近い側の天井を照射することとなる。一方、直達光ＯＰ２は、第３の辺３０ｃで全反射することなく室内側に傾斜する反射部材４０に到達することから、反射部材４０に対する入射角が大きくなる傾向がある。このため、出射角も大きくなり、天井照射窓１から出射される光は、室内奥側の天井を照射することとなる。

なお、上記の直達光ＯＰ１は２回反射であり、直達光ＯＰ２は１回反射であるが、入射角によっては３回以上の反射もある。例えば、第３の辺３０ｃで全反射した後に第１の辺３０ａで更に全反射し、その後反射部材４０に至り、室内天井側に反射される３回反射もある。このような３回以上の反射が起きる場合の出射角度についても、上記直達光ＯＰ１，ＯＰ２の出射角度と異なるものである。

ここで、図１に示した透明性プリズム３０及び像回復プリズム５０は、屈折率が１を超え１．５９以下であり、反射部材４０の法線Ｎに対する角度は３２度以上４０度以下であることが好ましい。上記屈折率では、反射部材４０の設置角度を水平方向に近づけ易く、角度が３２度以上４０度以下であることから、反射部材４０の室内側への傾斜状態を好適にしつつも反射部材４０が立面的に設けられて景色が極端に見え難くなってしまう事態を防止できるからである。特にこのような角度では欄間用に非常に適したものとすることができる。

具体的に透明性プリズム３０及び像回復プリズム５０の屈折率と反射部材４０の角度との関係は表１に示すようになっている。

ここで、屈折率は、１を超え１．５９以下の範囲に限らず、通常のガラス材を上限値とし、１を超え１．５２以下であることがより好ましい。さらに、反射部材４０の角度を抑える観点から、屈折率が１．３４以上１．４７以下であり、反射部材４０の角度が３２度以上３４度以下であることがより好ましい。

次に、図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る天井照射窓１の作用を説明する。

まず、夏場に太陽からの直達光（法線Ｎに対する角度が所定角度θ以上となる直達光）ＯＰ１，ＯＰ２が第１透明性板材１０ａに入射したとする。このとき、直達光ＯＰ１，ＯＰ２は第１透明性板材１０ａを透過して透明性プリズム３０に至る。

透明性プリズム３０に至った直達光ＯＰ１は、第３の辺３０ｃで全反射して第２の辺３０ｂに対して設けられる反射部材４０に至る。このとき、直達光ＯＰ１は第３の辺３０ｃでの全反射を経て反射部材４０に入射することから、入射角が小さくなって天井照射窓１に近い側の天井を照らすこととなる。

また、透明性プリズム３０に至った直達光ＯＰ２は、直接第２の辺３０ｂに対して設けられる反射部材４０に至る。ここで、反射部材４０は室内側に傾斜していることから、直達光ＯＰ２の反射部材４０への入射角が大きくなって室内奥側の天井を照らすこととなる。

さらに、透明性プリズム３０に至った直達光には、第３の辺３０ｃ及び第１の辺３０ａで全反射して第２の辺３０ｂに対して設けられる反射部材４０に至り反射部材４０で反射される３回反射もある。さらには、５回反射等もある。これらの反射については、上記直達光ＯＰ１，ＯＰ２と異なる角度で第２透明性板材１０ｂから室内天井側に出射される。

よって、第１実施形態に係る天井照射窓１は、室内の窓側から奥側に掛けて天井を照らすことができる。

このようにして、第１実施形態に係る天井照射窓１によれば、透明性プリズム３０は、所定角度θ以上の光が入射した場合に反射回数が異なる２種以上の光路で室内天井側に向けて光を出射するため、２種以上の光路それぞれで出射角度を異ならせることができる。これにより、１つの出射角度しかない場合のように天井の特定領域しか照明できなくなる事態が防止され、夏場において室内を窓側から奥側にかけて照明することができる。また、反射部材４０が設けられる第２の辺３０ｂと異なる第３の辺３０ｃにおいて臨界角を利用した反射を行うことから、第３の辺３０ｃに反射部材を設けて景色が見えなくなってしまうことが防止され、景色の見え易さの低下を抑えることができる。加えて、天井照射の光量を上げるためには透明性プリズム３０に入射した光を反射部材４０に集光させるようにすれば良いことから、反射部材４０の数を過度に増加させる必要もない。以上より、夏場において室内を窓側から奥側にかけて照明することができると共に、天井をより明るく照らすことと景色の見え易さの両立を図ることができる。

また、反射部材４０は透明性プリズム３０の底面となる第２の辺３０ｂに設けられることから、上方から到達する太陽からの直達光ＯＰを透明性プリズム３０に取り込んだ後に底面で反射させて室内天井側に導くという簡易な経路を実現でき、構成の簡素化に寄与することができる。

また、像回復プリズム５０を備えるため、室内から見た室外の景色の歪みを抑えることができ、景色の見栄えを向上させることができる。

また、透明性プリズム３０及び像回復プリズム５０は、屈折率が１を超え１．５９以下となる部材によって構成されているため、底面に反射部材４０を備える天井照射窓においては反射部材４０の法線に対する角度を設計上低角度にし易い。しかも、その角度が３２度以上４０度以下とされていることから、反射部材４０の室内側への傾斜状態を好適にしつつ反射部材４０が立面的に設けられて景色が極端に見え難くなってしまう事態を防止することができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る多段型天井照射窓は第１実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。なお、以下の説明において第１実施形態と同一又は同様の要素には同じ符号を付して説明を省略する。

図３は、第２実施形態に係る天井照射窓を示す断面図である。図３に示す天井照射窓２は、概略的に２枚の透明性板材１０と、封止部材２０と、薄膜フィルム６０と、軟質樹脂７０とを備えている。

薄膜フィルム６０は、第１透明性板材１０ａと第２透明性板材１０ｂとの間に配置された透明性のフィルムである。この薄膜フィルム６０は、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）フィルムによって構成され、断面視して所定の角度を有してジグザグ状に配置されている。この薄膜フィルム６０は、第１透明性板材１０ａ及び第２透明性板材１０ｂに沿って、上下方向に延びるようにジグザグ状に配置されている。

このような薄膜フィルム６０は、２枚の個別フィルム６１によって構成されている。２枚の個別フィルム６１は、天井照射窓２の上下端近傍までジグザグ状（一部に曲面等を含む略ジグザグ状であってもよい）に延在している。さらに、２枚の個別フィルム６１は、互いに所定の間隔を有して離間状態となっており、両者の間は空気層ＡＬとなっている。

軟質樹脂７０は、例えばシリコーンゲル（屈折率１．４１）やハイドロゲル（屈折率１．３４）によって構成され、薄膜フィルム６０と第１透明性板材１０ａとの間、及び、薄膜フィルム６０と第２透明性板材１０ｂとの間の双方に充填されるものである。第２実施形態に係る天井照射窓２は、薄膜フィルム６０と第１透明性板材１０ａとの間に軟質樹脂７０が充填される結果、薄膜フィルム６０の室外側に薄膜フィルム６０を含んで透明性プリズム３０を形成することとなる。同様に、天井照射窓２は、薄膜フィルム６０と第２透明性板材１０ｂとの間に軟質樹脂７０が充填される結果、薄膜フィルム６０の室内側に薄膜フィルム６０を含んで像回復プリズム５０を形成することとなる。また、第２実施形態に係る透明性プリズム３０は、第１実施形態のものと同様の光路を実現可能に屈折率と角度とが設定されている。

さらに、２枚の個別フィルム６１には、第２の辺（第２所定面）３０ｂとなる箇所に反射部材４０が形成されている。この反射部材４０は、例えば２枚の個別フィルム６１を立体成型する前にインクジェット等の印刷技術によって設けられるものである。

このような第２実施形態に係る天井照射窓２についても、第１実施形態と同様に天井を照らす。すなわち、直達光ＯＰ１は第３の辺３０ｃでの全反射を経て反射部材４０に入射することから、入射角が小さくなって天井照射窓２に近い側の天井を照らすこととなる。一方、直達光ＯＰ２は第３の辺３０ｃで全反射することなく反射部材４０に至ることから反射部材４０への入射角が大きくなって室内奥側の天井を照らすこととなる。また、３回反射等の場合には室内天井の異なる箇所に向けて光が出射される。よって、天井照射窓２は室内の窓側から奥側に掛けて天井を照らすことができる。

このようにして、第２実施形態に係る天井照射窓２によれば、第１実施形態と同様に、夏場において室内を窓側から奥側にかけて照明することができると共に、天井をより明るく照らすことと景色の見え易さの両立を図ることができる。また、構成の簡素化に寄与することができ、景色の見栄えを向上させることができる。さらに、反射部材４０の室内側への傾斜状態を好適にしつつ反射部材４０が立面的に設けられて景色が極端に見え難くなってしまう事態を防止することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜実施形態同士の技術を組み合わせてもよい。さらに、可能な範囲で公知又は周知の技術を組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態においては一部の直達光ＯＰを室外に逃がすこと等を許容するのであれば、反射部材４０の水平方向に対する角度は３２度以上４０度以下に限られるものではない。

さらに、本実施形態に係る天井照射窓１，２は、可能であれば透明性プリズム３０の形状を変化可能に構成し、そのうちの１形状において上記２種以上の光路を実現できるようにしてもよい。一例を挙げると、例えば第２実施形態において温度による薄膜フィルム６０の伸縮等を利用した形状変化を行い、そのうちの１形状において上記２種以上の光路を実現できるようにしてもよい。

また、上記天井照射窓１，２は、像回復プリズム５０を備えているが、特に備えていなくともよい。さらに、像回復プリズム５０は第２透明性板材１０ｂと一体化等されていてもよい。

１，２：天井照射窓
１０：透明性板材
１０ａ：第１透明性板材
１０ｂ：第２透明性板材
３０：透明性プリズム
３０ａ：第１の辺（透明性プリズムの面）
３０ｂ：第２の辺（第１所定面、透明性プリズムの面）
３０ｃ：第３の辺（第２所定面、透明性プリズムの面）
４０：反射部材
５０：像回復プリズム
６０：薄膜フィルム
７０：軟質樹脂
ＡＬ：空気層
Ｎ：法線
ＯＰ，ＯＰ１，ＯＰ２：直達光
θ ：所定角度

Claims

第１透明性板材と、
前記第１透明性板材に対して前記第１透明性板材よりも室内側で略平行配置される第２透明性板材と、
前記第１及び第２透明性板材の間に配置され、複数の面を有する透明性プリズムと、
前記透明性プリズムの第１所定面に接触又は離間して配置され、光を反射させる反射部材と、を備え、
前記透明性プリズムは、
前記第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が所定角度以上で入射する光について、前記第１所定面と異なる第２所定面における臨界角を利用した反射が可能に設置され、
前記法線に対する角度が所定角度以上の光が入射した場合、前記透明性プリズムの面と前記反射部材との少なくとも一方での反射を利用した反射回数が異なる２種以上の光路で室内天井側に向けて光を出射すると共に、
前記法線に対する角度が所定角度未満の光が入射した場合、前記第２所定面を透過させる
ことを特徴とする天井照射窓。
前記透明性プリズムは、断面視して、前記第１及び第２透明性板材に沿う第１の辺と、前記第１の辺に対して所定の角度を有して延びる第２及び第３の辺と、を有し、前記第２の辺は、前記第３の辺よりも下方に設けられる前記第１所定面に該当し、前記第３の辺は、前記第２所定面に該当し、
前記第１所定面は、室内側端部が室外側端部よりも下方となるように傾斜している
ことを特徴とする請求項１に記載の天井照射窓。
前記透明性プリズムによる前記法線方向からの光の屈折を矯正する像回復プリズムをさらに備える
ことを特徴とする請求項２に記載の天井照射窓。
前記透明性プリズム及び前記像回復プリズムは、屈折率が１を超え１．５９以下となる部材によって構成され、前記反射部材の前記法線に対する角度が３２度以上４０度以下とされている
ことを特徴とする請求項３に記載の天井照射窓。