JPH0232722B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は太陽光が直接当たらない場所に太陽
光を導光するようにした太陽光採光装置に関す
る。

（従来の技術） 一般に、地下街や地下室等の地下設備、あるい
は、住宅密集地における家屋の内部等のように太
陽光が直接当たらない場所に太陽光を導光するよ
うにした太陽光採光装置にあつては、この太陽の
移動に合わせて姿勢制御を行なつている。すなわ
ち、前述した太陽光採光装置では、その採光効率
を向上させることが行なわれている。

このような太陽光採光装置として、例えば第１
０図に示すようなものが知られている。第１０図
において、１は太陽光を一点に向けて収束させる
集光レンズであり、この収束された太陽光は制御
レンズ２によつて平行光線にされ、この平行光線
は反射鏡３によつて導光方向へ向けて反射され
る。集光レンズ１および制御レンズ２は、回動部
材４に取り付けられたドリブンギア５を第１電動
モータ６によつて回転させて方位方向に回動さ
せ、また操作ロツド７を第２電動モータ８によつ
て往復動させて仰角方向に回動させている。

ところで、この太陽光採光装置の採光効率を向
上させるために、集光レンズ１および制御レンズ
２はこれらの光軸線を太陽光と平行にする必要が
ある。そのためには、太陽の移動を集光レンズ１
の近傍に取り付けられた太陽追尾センサ９によつ
て追尾し、この太陽追尾センサ９の信号に基づい
てコントロールユニツト１５によつて第１電動モ
ータ６および第２電動モータ８の駆動を制御し、
この集光レンズ１および制御レンズ２を方位方向
および仰角方向に回動させている。

太陽追尾センサ９は第１１図および第１２図に
示すように、略円柱状の本体１０と、この本体１
０の基端部に設けられた基台１１と、本体１０の
先端部に取り付けられた粗調整用の光電素子１２
と、基台１１の本体側面に取り付けられた微調整
用の光電素子１３とから構成されている。粗調整
用の光電素子１２は本体１０の先端部中央に取り
付けられた主光電素子１２ａと、この先端部に形
成された傾斜面１４に取り付けられた４個の副光
電素子１２ｂからなつている。主光電素子１２ａ
と副光電素子１２ｂとの受光角度の変化によつて
受光量に差を生じさせ、この受光量の差を太陽光
Ｓに対する本体１０の大まかな傾斜方向を検出す
るための信号として用いる。また、微調整用の光
電素子１３は本体１０の側壁に接するように基台
１１に４個取り付けられている。太陽光による本
体１０の影によつて光電素子１３間に受光量の差
を生じさせ、この受光量の差を太陽光に対する本
体１０の正確な傾斜方向を検出するための信号と
して用いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の太陽光採光装
置にあつては、太陽光を集束レンズ１によつて集
束させているので、この集束点においては約750
℃ほどの高温となつている。そこで、太陽光が雲
に遮られてある時間経過後に再びこの太陽光採光
装置に照射すると、集光レンズ１は前の太陽の位
置に向いているので、太陽光は集光レンズ１に斜
めから入射することになる。このため、太陽光の
集束点は制御レンズ２以外の太陽光採光装置の筐
体に照射されてしまい、この太陽光採光装置の筐
体は高温となり、火災を起してしまうという問題
点があつた。

（問題点を解決するための手段） このような問題点を解決するために、この発明
にあつては、枠体に回動可能に支持された回動軸
と、この回動軸の軸線に直交するように配設され
るとともにこの回動軸に回動自在に支持された中
心軸と、この中心軸の右半分と左半分とに回動自
在に支持された一対の反射鏡とを備え、前記回動
軸を回動させ、また前記中心軸を中心に前記一対
の反射鏡を回動させ、この反射鏡を太陽の位置に
応じて自由に回動させて反射するようにした構成
としたものである。

（作用） 太陽光が反射鏡に斜めから入射して反射された
太陽光が太陽光採光装置の筐体に照射しても、こ
の反射光は集束点を結ばないので太陽光採光装置
の筐体が高温となるようなことはない。

（実施例） 以下この発明を図面に基づいて説明する。第１
図ないし第９図はこの発明に係る太陽光採光装置
を示す図である。

まず、構成を説明する。第１図ないし第３図に
おいて２１は正六面体形の枠体からなるアクリド
ームであり、このアクリドーム２１はビルの屋上
に支持部材２２を介して設置されている。アクリ
ドーム２１の上下のフレーム２１ａ，２１ｂ間に
は回動軸２３が取り付けられ、この回動軸２３の
上方部分には回動ギア２４と電線のねじれによる
断線を防止するためのスリツプリング２５とが取
り付けられている。また、回動軸２３は回動ギア
２４を介して第１ステツプモータ２０によつて回
動される。スリツプリング２５の上端部には、粗
調整センサ２６が設けられている。粗調整センサ
２６は第４図にも示すように板状部材２７と、こ
の板状部材２７の両側面に取り付けられた一対の
受光素子Ｗ，Ｅ（例えば、フオトダイオード）と
から構成されている。この受光素子Ｗ，Ｅは受光
角度が120度であり、この受光角度の中心線が板
状部材２７の中心軸に対して直交するように取り
付けられている。

回動軸２３にはこの軸線と直交する中心軸２８
が回動自在に取り付けられている。中心軸２８の
左半分と右半分には、略長方形の一方の長辺が円
弧状となつた反射鏡２９，３０が一対となつて回
動自在に取り付けられている。また、中心軸２８
の中央部には回動軸２３を挾むように２個の略Ｌ
字形の保持部材３１，３２が回動自在に取り付け
られている。保持部材３１，３２の先端面には、
第１図にも示すように微調整センサ３３，３４が
段違いとなるように取り付けられている。したが
つて、微調整センサ３３，３４の一方がアクリド
ーム２１の影となつても、他方は太陽光を受光す
ることができる。

微調整センサ３３，３４は第５図および第６図
にも示すように、先端から基端へ向けて断面積が
大きくなるようにテーパが形成された四角柱状の
本体３５と、この本体３５の先端に設けられた四
角片状３６の案内部材と、この案内部材の基端に
設けられた基台３７とから構成されている。案内
部材３６の四側壁のそれぞれには断面略円弧状の
第１案内溝３８が軸線方向に形成され、またこの
第１案内溝３８と対向するように本体３５の基端
側の四側壁のそれぞれには同様の断面略円弧状の
第２案内溝３９が軸線方向に形成されている。四
つの第２案内溝３９の基端側にはそれぞれには受
光角度90゜の受光素子（例えばフオトダイオード）
が半分嵌入されてこの本体３５に取り付けられて
いる。四個の受光素子ｗ，ｅ，ｕ，ｄは対向する
受光素子ｗ，ｅと受光素子ｕ，ｄとが一対となつ
ており、太陽光による本体３５の影によつてこの
一対の受光素子ｗ，ｅ又はｕ，ｄに受光量の差を
生じさせ、この受光量の差を太陽光に対する本体
３５の正確な傾斜方向を検出するための信号とし
て用いる。

微調整センサ２６の受光素子Ｗ，Ｅと微調整セ
ンサ３３，３４の受光素子ｗ，ｅ，ｕ，ｄとの受
光角度の関係は、第７図に示すように受光素子
Ｗ，Ｅの120゜の受光角度の間に、受光素子ｗ，
ｅ，ｕ，ｄの90゜の受光角度が位置している。

保持部材３１の中心軸２８から基端側までの部
分は、第２図および第８図にも示すように第１リ
ンク４１に相当しており、この第１リンク４１の
基端部と、回動軸２３の中心軸２８から第１リン
ク４１と同じ長さの距離に位置する部分とは、同
じ長さの第２リンク４２および第３リンク４３の
それぞれの一端が回動自在に連結され、またそれ
ぞれの他端はスライダ４４を介して反射鏡２９，
３０と摺動自在に連結されている。スライダ４４
は反射鏡３０の側端部に形成された摺動溝４５に
ベアリングを摺動自在に嵌入したものである。回
動軸２３には第２ステツプモータ４６が支持部材
４７を介して取り付けられ、このステツプモータ
４６は自在継手（４８ａ）を介してねじ軸４８と
連結され、このねじ軸４８はボールねじ４９を介
して第１リンク４１に取り付けられている。微調
整センサ３３を所定角度回動させるためには第２
ステツプモータ４６を駆動して、第１リンク４１
を所定角度θだけ揺動させると、同時に第２リン
ク４２、第３リンク４３は拡開又は縮小されて反
射鏡２９，３０を前記所定角度の半分の角度
（１／２）×θだけ揺動させる。

ここで、第１ステツプモータ２０は反射鏡２
９，３０を方位方向に回動させるものであり、第
２ステツプモータ４６はこの反射鏡２９，３０を
前記リンク機構を介して仰角方向に揺動させるも
のである。第１ステツプモータ２０および第２ス
テツプモータ４６は、粗調整センサ４６およひび
微調整センサ３３，３４が出力する信号に基づい
てコントロールユニツト５０によつて必要に応じ
て駆動される。

この発明の作用を、第９図に示すフロチヤート
に基づき説明する。なお図中のP₁〜P₁₄はフロー
チヤートの各ステツプを示す。

まず、太陽採光装置の電源をONにすると、ス
テツプP₁で、日の出の太陽光を粗調整センサ２
６によつて受光し、この受光量が太陽を追尾可能
な所定受光量以上であるかどうかをコントロール
ユニツト５０によつて判断する。

太陽光の受光量が所定受光量以上であるときに
は、太陽光によつて生じる板状部材２７の陰影の
ために、粗調整センサ２６の受光素子Ｗ，Ｅの受
光量に差が生じる。ステツプP₂で、この受光素
子Ｗ，Ｅの受光量の差をコントロールユニツト５
０によつて比較演算し、この比較演算した結果を
第１ステツプモータ２０に駆動信号として出力す
る。

ステツプP₃で、第１ステツプモータ２０が駆
動信号を入力すると、この駆動信号に基づいてこ
の粗調整センサ２６が取り付けられた回動軸２３
を方位方向において太陽に向けて回動させる。こ
のとき、反射鏡２９，３０は方位方向において太
陽に向けて回動される。

粗調整センサ２６が概略において太陽に向く
と、太陽は微調整センサ３３，３４の受光素子
ｗ，ｅ，ｕ，ｄの受光角度内に位置する。このた
め、微調整センサ３３，３４が太陽光を受光可能
となり、ステツプP₄で、この受光量が太陽を追
尾可能な所定受光量以上であるかどうかをコント
ロールユニツト５０によつて判断する。

太陽光の受光量が所定受光量以上であるときに
は、太陽光によつて生じる本体３５の陰影のため
に、微調整センサ３３，３４の受光素子ｗ，ｅの
受光量に差が生じる。

ステツプP₅で、この受光素子ｗ，ｅの受光量
の差をコントロールユニツト５０によつて比較演
算し、この比較演算した結果を第１ステツプモー
タ２０に駆動信号として出力する。

ステツプP₆でこの駆動信号に基づいて第１ス
テツプモータ２０は駆動され、この第１ステツプ
モータ２０によつて回動軸２３を回動させ、保持
部材３１，３２を介してこの微調整センサ３３，
３４を方位方向において太陽に向けて適確に回動
させる。このとき、同時に反射鏡２９，３０は方
位方向において太陽に向けて適確に回動される。

微調整センサ３３，３４が方位方向において太
陽に向つて正確に向いているかを、ステツプP₇
で受光素子ｗ，ｅの受光量の差を比較演算する。

受光素子ｗ，ｅの受光量の差がなければ、この
微調整センサ３３，３４は太陽に正確に向いてい
ることになり、ステツプP₈でコントロールユニ
ツト５０は信号を出力して第１ステツプモータ２
０の駆動を停止させる。

第１ステツプモータ２０の駆動が停止される
と、ステツプP₉で微調整センサ３３，３４の受
光素子ｕ，ｄの受光量の差をコントロールユニツ
ト５０によつて比較演算し、この比較演算した結
果を第２ステツプモータ４６に駆動信号として出
力する。

ステツプP₁₀で、この駆動信号に基づいて第２
ステツプモータ４６は駆動され、保持部材３１，
３２に取り付けられた微調整センサ３３，３４を
仰角方向において太陽に向けて適確に回動させ
る。このとき、微調整センサ３３，３４が太陽に
向いて角度θだけ回動されると、反射鏡２９，３
０は前記リンク機構を介して常に角度（１／２）
×θだけ回動される。したがつて、反射鏡２９，
３０に反射される太陽光は、常に一定位置に集光
される。

微調整センサ３３，３４が仰角方向において太
陽に向つて正確に向いているかを、ステツプP₁₁
で受光素子ｕ，ｄの受光量の差を比較演算する。
受光素子ｕ，ｄの受光量に差がなければ、この微
調整センサ３３，３４は太陽に正確に向いている
ことになる。

ここで、太陽の移動に応じてこれを追尾するた
めに微調整センサ３３，３４を制御するのは所定
時間（例えば、60秒間）毎に行うこととする。そ
こで、ステツプP₁₂でコントロールユニツト５０
に設けられたタイマーで所定時間経過したかを判
断する。

また、太陽の日没後には微調整センサ３３，３
４を制御する必要がないのでこれを停止させる必
要がある。このため、ステツプP₁₃で受光素子ｗ，
ｅ，ｕ，ｄの受光量が所定受光量以上であるかを
コントロールユニツト５０によつて判断する。受
光素子ｗ，ｅ，ｕ，ｄの受光量が所定受光量以上
であるときには、ステツプP₅に戻り再び太陽の
移動に応じてこれを追尾するために微調整センサ
３３，３４を制御する。

受光素子ｗ，ｅ，ｕ，ｄの受光量が所定受光量
以下であるときには、日没後であるのでステツプ
P₁₄で第２ステツプモータ４６の駆動を停止させ
る。

また、太陽光が雲によつて遮られると、受光素
子ｗ，ｅ，ｕ，ｄの受光量が所定受光量以下にな
ることがある。この場合も、コントロールユニツ
ト５０によつて第２ステツプモータ４６の駆動は
停止され、太陽光が雲によつて遮られなくなる
と、再びフローチヤートのSTARTから始められ
る。このとき、太陽光が雲によつて遮られている
間は、太陽光採光装置は太陽を追尾していないの
でこの反射鏡２９，３０は元の位置にある。この
ため、雲によつて遮られなくなつた太陽光は反射
鏡２９，３０に対して斜めから入射することにな
り、この反射鏡２９，３０に反射された太陽光は
所定の導光方向からずれて太陽光採光装置の筐体
に照射する。しかし、この反射光は集束点を結ば
ないので、太陽光採光装置の筐体に照射してもこ
の筐体は高温とならず、火災を起こしてしまう虞
は生じない。

ところで、回動軸２３は反射鏡２９，３０を外
側から枠体で回動自在に支持するのではなく、分
割した一対の反射鏡２９，３０を両側に配設して
回動自在に支持しているので、この回動軸２３自
体を大型にする必要はなく軽量化することができ
る。したがつて、この軽量化された回動軸２３を
駆動する第１ステツプモータ２０は小さな駆動力
のステツプモータで済み、この駆動に消費するエ
ネルギーを節約することができる。また、軽量化
された回動軸２３はその自重によつてブレたりす
ることなく、太陽の位置に応じて所定位置に確実
に保持することができ、一定位置に正確に導光す
ることができる。

次に、反射鏡３０を分割して回動軸２３の両側
に配設したので、市販のアクリドーム２１の枠の
中で最大限まで反射面積が拡大した反射鏡を配設
することができる。また、分割した反射鏡は中心
軸２８を介して回動軸２３に回動自在に取り付け
たので、回動軸２３を中心に回動させるとともに
中心軸２８を中心に回動させて、あらゆる方向か
らの太陽光を反射させて導光させることができ
る。

さらに、中心軸２８を回動軸２３から折り曲げ
て、分割した反射鏡２９，３０を全体として断面
略くの字形に配設すると、この反射鏡２９，３０
の二面で反射した太陽光を一面に集束させること
ができる。

（発明の効果） 以上説明したようにこし発明によれば、回動軸
を回動させ、また中心軸を中心に一対の反射鏡を
回動させ、この反射鏡を太陽の位置に応じて自由
に回動させて反射するようにしたので、太陽光が
この反射鏡に斜めから入射して反射された太陽光
が太陽光採光装置の筐体に照射しても、この反射
光は集束点を結ばないので太陽光採光装置の筐体
が高温とならず、火災を起こしてしまう虞は生じ
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第９図はこの発明に係る太陽採光
装置の一実施例を示す図であり、第１図はこの太
陽光採光装置の斜視図、第２図はこの太陽光採光
装置の正面図、第３図は第２図における−線
断面図、第４図ａは粗調整センサの正面図、第４
図ｂはこの粗調整センサの側面図、第５図ａは微
調整センサの正面図、第５図ｂは微調整センサの
側面図、第６図は微調整センサの斜視図、第７図
は粗調整センサおよび微調整センサの受光素子の
受光角度を示す図、第８図はこの太陽光採光装置
のリンク機構を示す斜視図、第９図はこの太陽光
採光装置の作用を示すためのフローチヤートであ
る。第１０図は従来の太陽追尾センサが用いられ
た太陽光採光装置を示す斜視図、第１１図はこの
従来の太陽追尾センサの側面図、第１２図はこの
太陽追尾センサの平面図である。 ２１…枠体（アクリドーム）、２３…回動軸、
２８…中心軸、２９，３０…反射鏡。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 枠体に第１駆動源により回動可能に支持され
   た回動軸と、この回動軸の軸線に直交するように
   配設されるとともにこの回動軸に回動自在に支持
   された中心軸と、この中心軸の右半分と左半分と
   に前記回動軸を挾むように取付けられた一対の反
   射鏡と、前記回動軸に取付けられた第２駆動源
   と、該第２駆動源に自在継手を介して連結された
   ねじ軸と、該ねじ軸にねじこまれたボールねじ
   と、該ボールねじを一端に回転可能に取付け他端
   を前記中心軸に固定的に取付けた第１リンクと、
   該第１リンクに一端をスライダに他端を夫々回転
   可能に取付けた第２リンクと、前記スライダに一
   端を前記回動軸に他端を夫々回転可能に取付けた
   第３リンクと、前記反射鏡の回動軸側端部に設け
   られ前記スライダを摺動可能に保持する摺動溝と
   を備え、前記第１駆動源により回動軸を回動さ
   せ、また前記中心軸を中心に前記一対の反射鏡を
   第２駆動源により回動させ、この反射鏡を太陽の
   位置に応じて自由に回動させて太陽光線を反射す
   るようにした太陽光採光装置。