JPH06118335A - 太陽光採光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 太陽光を採光地点から離れた地点に効率良く
搬送するため，簡単な構成で，季節における一日の太陽
の運行に伴う方位角，入射角の変化に対応して適正な採
光を行う。 【構成】 光学素子１又は２に連通される光搬送ダクト
７を備え，第２の光学素子２は第１の光学素子１に対し
て所定の傾斜角Ｋで配置し，第１の光学素子１を太陽の
方位角に対応して回転する駆動手段３を備えて構成し
た。さらに，第２の光学素子２の傾斜角度を太陽の運行
に対応して調整する調整手段６を備え，また，各光学素
子は微小の３角形状の複数個の凹凸溝を上面部又は下面
部あるいは，その双方に形成させたプリズム板を用い，
このプリズム板を１枚で又は複数枚を重ねて構成するこ
とが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，太陽光を採光地点から
離れた地点に搬送する太陽光採光装置の改良に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来，太陽光を採光し他所へ搬送する採
光装置としては様々なものが提案されている。その代表
的なものとして，直交する２軸を用いてレンズ光軸を常
時太陽に合わせて集光し，光ファイバ−によって光を搬
送するようにした採光装置や，同じく２軸を用いて反射
鏡の方向を制御し，目的とする照射空間に向けて太陽光
を反射させるようにした採光装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで，上記従来技
術の太陽光採光装置では，太陽を３次元的に追跡するよ
うな構成であったため，次の問題点があった。 装置が立体的で大型化し，設置にあたっても十分な強
度を持つ基盤を必要とする。又，採光面の開口方向が大
きく変化するため，採光運転中に開口部が遮られること
のないように透明な球状のド−ムなどで光学系を覆い，
光学系全体を設置面から突出させなければならず，建物
の美観を損なう。 反射鏡を利用する方式の採光装置においては，反射鏡
が常に目標とする照明空間に入るように反射鏡の方向を
制御するので，前記の架台装置と同等のものが必要であ
る。又，採光量を増大させるために光学系の開口面積を
拡大すれば，架台装置はますます大型となり，装置全体
の占有体積，重量，コストが急激に増大する。 本発明は従来のものの上記課題（問題点）を解決するよ
うにした太陽光採光装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は，上記の課題を
達成するため，太陽光を屈折して，所定の方向に出射す
る平面形状の第１の光学素子と，この第１の光学素子の
太陽光の透過面側又は入射面側に配置される平面形状の
第２の光学素子と，これらの各光学素子の内，後方側に
配置されるいずれか一方の光学素子に連通する光搬送ダ
クトとを備えた太陽光採光装置において，前記第１の光
学素子を略水平の位置に配置し，第２の光学素子は第１
の光学素子に対して所定の傾斜角で傾斜するように配置
し，上記第１の光学素子を太陽の方位角に対応して回転
する駆動手段を備えて構成される。この場合，さらに，
第２の光学素子の傾斜角度を太陽の運行に対応して最適
な傾斜角となるように調整する調整手段を備えて構成す
る方が望ましい。この場合，上記の第１及び第２の各光
学素子として微小の３角形状の複数個の凹凸溝を上面部
又は下面部あるいは，その双方に形成させたプリズム板
を用い，このプリズム板を１枚で又は複数枚を重ねて各
光学素子を構成するようにすることが望ましい。

【０００５】

【作用】本発明の太陽光採光装置は，太陽の季節変動に
伴う方位角の変動に対しては第１の光学素子が対応して
回転して第１の光学素子のプリズム面の太陽に対する位
置を適正なものとし，一方，一日の太陽の運行及び季節
による太陽高度の変動に対しては第２の光学素子が所定
の傾斜角に設定され，又は上記太陽高度の変動に対応し
てその傾斜角を適正なものと調整する。従って，光搬送
ダクトに対する入射光線はダクトの光軸に沿った方向で
の入射の割合が上昇し，ダクト内部における表面反射が
低下してダクト内部での減衰の割合が大幅に減少し，透
過光の強度が保たれる。

【０００６】

【実施例】図１は，本発明に係わる太陽光採光装置の一
実施例を示す斜視図，図２は図１のＸ−Ｘ線における断
面図である。図１及び図２において，１及び２は夫々第
１及び第２の平面プリズム板を構成する平面形状の光学
素子で，これらの各光学素子１及び２は，図３に示すよ
うに，それらの上面部と下面部に夫々微小の三角形状の
複数個の凹凸溝を形成したプリズム部を備えて構成され
る。なお，図３には凹凸溝を上面部及び下面部の双方に
形成した場合について表示したが，いずれか一方を省略
しても良い。図３は１個分の平面形状の光学素子，たと
えば光学素子１の構成を示したもので，これはポリカ−
ボネ−ト又はアクリル樹脂の透明な合成樹脂等により成
形され，細長い短冊上のピッチＰ（0.1<Ｐ<1.0）で多数
個平行に並列配置した形状となっている。光学素子１，
２は，このままの構成でも良いが，さらにこの構成を単
位要素として，これを複数枚重ねて１つの光学素子を形
成するようにしても良い。なお，α及びα’は夫々上面
部及び下面部のプリズム部の頂角で，この値を任意に変
えることで種々の平面プリズム板を設計できる。また，
光学素子の材料は光学的に透明なガラスやプラスチック
であればよいが，アクリルまたはポリカ−ボネ−トの方
が生産性に優れている。図１に戻り，３は第１の光学素
子１を回転させるための駆動手段としてのモ−タで，こ
のモ−タ３は図示しないマイクロコンピュ−タからの指
令により太陽の方位角の変化に対応して回転され，第１
の光学素子１を構成しているプリズム部の稜面が入射光
線と常に直交するような適正位置となるように制御され
るようになっている。４は第１の光学素子１とモ−タ３
を夫々略水平位置に支承するための支持板である。５は
ヒンジで，第１の光学素子１又は支持板４と第２の光学
素子２とはその一方側（図１では右方側）をヒンジ５で
結合され第２の光学素子２をこのヒンジ５を支点にして
時計方向又は反時計方向に回転できるようになつてい
る。６は第２の光学素子２の傾斜角度の調整手段として
のアクチュエ−タで，その作動棒６ａを伸縮することに
より第１の光学素子１に対する第２の光学素子２の傾斜
角度Ｋを変えられるようになつている。なお，アクチュ
エ−タ６の作動棒６ａの伸縮制御も図示しないマイクロ
コンピュ−タからの指令によって行うものとする。この
アクチュエ−タ６の構造は，図示しないが，モ−タの回
転軸に装着したピニオンに対して垂直方向に配置したラ
ックを形成した作動棒６ａの組み合わせで構成すれば良
い。アクチュエ−タ６は，この他シリンダとピストンの
油圧式の構成や，ワイヤ巻取り式など様々な機構で構成
することができる。要するに，光学素子２の光学素子１
に対する傾斜角度Ｋを所望の角度に設定し，固定できる
ようなものであれば良く，手動により時折動かすもので
あっても良い。７は光搬送用のダクト，８はこのダクト
７と第１の光学素子１の支持板４との各外周を覆い，光
が漏れないように設けたフ−ドである。上記構成におい
て，太陽の季節変動に伴う方位角の変動に対しては図示
しないマイクロコンピュ−タからの指令を受けてモ−タ
３が駆動され第１の光学素子１を回転して第１の光学素
子１のプリズム部の稜面が太陽光線と９０°になるよう
に制御する。このとき，第１の光学素子１からの出射光
は図２に示すように出射角βとなるが，このβは太陽高
度に伴って変化する。しかし，一日の太陽の運行及び季
節による太陽高度の変動に対しては，マイクロコンピュ
−タからの指令によりアクチュエ−タ６の作動棒６ａの
伸縮を行い，第２の光学素子２の第１の光学素子１に対
する傾斜角Ｋが適正となるように自動的に調整し，第２
の光学素子２からの出射角β’が９０°になるように制
御する。即ち，第１の光学素子１は太陽の方位角の変動
を回転追尾し，第２の光学素子２は太陽の高度の変化に
対応してその傾斜角を制御することで，光搬送ダクト７
に対する入射光線は光搬送ダクト７の光軸に沿った方向
で入射され，太陽光を効率良く搬送することが可能とな
る。上記実施例では，傾斜される第２の光学素子２を，
方位角方向に回転される第１の光学素子１の下方（後
方）位置に配置した場合を示したが，第１の光学素子１
と第２の光学素子２の配置をこれとは逆に配置し，第２
の光学素子２を上方（前方）位置に，また第１の光学素
子１をこの下方（後方）位置に配置するようにしても全
く同等の作用・効果が期待できる。また，上記実施例で
は第１の光学素子１の回転制御と第２の光学素子２の傾
斜角度の双方の制御を行う構成を示したが，これに代
え，図示しないが，第１の光学素子１は太陽の方位角に
対応して回転させる制御を行うが，第２の光学素子２の
傾斜角は所定の角度に固定するようにして，装置の小型
化，軽量化を図ることも可能である。この系の場合も上
述した系と同様，傾斜される第２の光学素子２と回転さ
れる第１の光学素子１の配置の前後関係を交替しても良
い。なお，この実施例の場合には，第１の光学素子１の
プリズム部を複数枚とし，各プリズム部を独立に回転さ
せることにより，出射角βの一定とされる確率を高める
ようにすることが望ましい。また，上記各実施例におい
て，図示しないが，ダクト７の入口に集光レンズ（凸レ
ンズと凹レンズの組合せ）を用い，入射光線を集光して
小さなダクトに導くようにしても良い。さらに，図示し
ないが，本発明の採光装置を家屋のための採光装置とし
て使用する場合には，本発明の採光装置を屋根の南側に
設置し，採光部から取り込まれた太陽光をダクトを経由
して，各部屋に導くようにすれば良い。なお，本発明の
採光装置は屋根に対して水平に配置するほか，傾斜面に
配置しても良く，さらに，壁に取り付けることができる
等の各種の適用上の変形が可能である。

【０００７】

【発明の効果】本発明の太陽光採光装置は上記のように
構成されるため，次のような優れた効果が得られる。 従来の搬送ダクトの前段に付加設置される第１，第２
の各平面形状の光学素子は，透明な合成樹脂により成形
されているため，軽量且つ安価に作成できる。このた
め，架台機構は簡単となり採光装置全体のコストを低価
格にすることが可能である。 本発明のものでは，第１の光学素子は複数枚の平面プ
リズム板を用い太陽方位角のみを回転によって追尾する
ことで，任意の方向からくる太陽光線を一定方向に制御
できる機能を持たせており，太陽の一日の移動に対して
は第２の光学素子の傾斜角度を小範囲で変えるのみで対
応している。即ち，本発明は太陽の季節変動等による方
位角の変動及び一日の運行等に伴う太陽の高度の変化の
両者に対して円滑に対応して搬送ダクト側の入射光線を
常に平行光線とし，採光効率を大幅に向上させることが
できる。 本発明のものでは，採光部は占有体積が小さく，また
平面的な形状をしているので，建築物から突出すること
がなく，建物との一体化が可能であり，建築物のデザイ
ンを損なわない。また，採光部下方側は水平・垂直，ま
たは傾斜など自由に設置可能である。 本発明の採光部はその構成上，大型化することが容易
であり，開口面積を大きくすることで容易に採光量を大
幅に増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である太陽光採光装置の構成
を示す斜視図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線における断面図である。なお，
同図では簡単のため第１及び第２の光学素子の部分のＸ
−Ｘ線における断面を表し，モ−タ３やフ−ド８等の関
連部分の図示は省略してある。

【図３】平面形状の光学素子の構造を示す拡大斜視図で
ある。

【符号の説明】

１：第１の光学素子 ２：第２の光学素子 ３：駆動手段（モ−タ） ５：ヒンジ ６：傾斜角の調整手段（アクチュエ−タ） ７：光搬送ダクト Ｋ：傾斜角度

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【手続補正書】

【提出日】平成５年３月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽光を屈折して，所定の方向に出射す
   る平面形状の第１の光学素子と，この第１の光学素子の
   太陽光の透過面側又は入射面側に配置される平面形状の
   第２の光学素子と，これらの各光学素子の内，後方側に
   配置されるいずれか一方の光学素子に連通する光搬送ダ
   クトとを備えた太陽光採光装置において，前記第１の光
   学素子を略水平面の位置に配置し，第２の光学素子は第
   １の光学素子に対して所定の傾斜角で傾斜するように配
   置し，上記第１の光学素子を太陽の方位角に対応して回
   転する駆動手段を備えたことを特徴とする太陽光採光装
   置。
2. 【請求項２】 上記第２の光学素子の傾斜角度を太陽の
   運行に対応して最適な傾斜角となるように調整する調整
   手段を備えた請求項１記載の太陽光採光装置。
3. 【請求項３】 上記の第１及び第２の各光学素子として
   微小の３角形状の複数個の凹凸溝を上面部又は下面部あ
   るいは，その双方に形成させたプリズム板を用い，この
   プリズム板を１枚で又は複数枚を重ねて各光学素子を構
   成するようにした請求項１乃至２のいずれかに記載の太
   陽光採光装置。