JPH06273689A - 採光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 採光効率と安全性を向上させ、色わかれ現象
を防止させる。 【構成】 プリズムシート３は、透光性を有する基部４
と、該基部４の少なくとも一方の面に断面視鋸歯状に突
出形成された複数のプリズム部５とからなる。 【効果】 プリズムシートを回動させることにより、プ
リズムシートに対する光の入射角が調整され、太陽の高
度等の変化に対応させてプリズムシートの角度を調整で
きるから、光の採光効率を向上させることができる。プ
リズム部の鋸歯面では、一方の面に光が反射し、他方の
面を光が通るから、太陽光等の色わかれ現象や集光を防
止でき、採光装置の安全性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光を採取し、その
太陽光の光路を調整して該太陽光を特定の方向へ出射す
る採光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、建築物等の構造物には、該構造
物の室内に太陽光を採り込む採光装置として天窓が設け
られる場合がある。この天窓は、構造が簡単であり、価
格が安く、故障が少く、側窓に比べ採光効率が格段に高
い等の利点を有する。しかし、かかる天窓自体には光屈
折機能がないため、季節や時刻により天窓に対する太陽
の出射角が変化するのにともなって、天窓の採光状態が
著しく変化する。このため、天窓の採光状態を年中良好
な状態に保つことができず、特に、冬季にあっては、太
陽光を採り込もうとするが、太陽が南に低く傾くため、
天窓の採光状態が著しく低下するという問題があった。

【０００３】そこで、採光効率を向上させた種々の採光
装置が提案されている。これら採光装置として、太陽
を追尾する採光装置（特開昭６３ー２４８００３号公
報）と、フレネルレンズを用いて狭い面積に太陽光を
集光させる採光装置（実開昭５７ー５４１０１号公報）
と、広範囲な入射角から太陽光を採り込む採光装置
（特開平３ー５６７１号公報）と、多数の集光レンズ
を配し、これら集光レンズの何れかを機能させて太陽光
を採り込む採光装置（特開平３ー５８６０１号公報）と
が主に知られている。そして、近年、天窓に屈折式プ
リズムを配設して太陽光を真下方向へ導光させる採光装
置（特願平４ー１０３０２４号公報）が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、と
との採光装置は、高い採光効率を有するが、太陽追尾機
構を要するため、採光装置が複雑でかつ高価になるとい
う問題がある。そして、の採光装置は、集光効率が低
いものと考えられ、の採光装置も、多数の集光レンズ
のうちの何れかを利用するため、集光効率が低いものと
考えられる。

【０００５】また、太陽を追尾する単板ミラーや、幅の
狭いミラーを多数ルーバーのように並べて動かすセグメ
ントミラーは、図１１ないし図１２に示すように、太陽
高度が低いときは、採光効率は高いが、太陽高度が高い
ときは、次式で示すように、採光効率が低く、採光性が
劣る。 採光効率＝｛（光の有効面積：Ｓ）／（ミラーｍの面
積：Ｍ）｝×１００＝ｓｉｎ｛（９０−θ）／２｝×１
００ ここで、θは太陽高度の角度を示し、θが９０°付近の
場合、採光効率が小さくなる。

【０００６】すなわち、所定の傾きの単板ミラーにあっ
ては、太陽の南中時に東京において、冬至のときはθが
３０°５６′であり、採光効率は４９．３％になり、春
分、秋分のときはθが５４°３０′であり、採光効率は
３０．５％になり、夏至のときはθが７７°４７′であ
り、採光効率は１０．６％になる。一方、ととの採
光装置は、太陽光をレンズで集光するため、集光された
太陽光により火災発生の原因になるという問題があっ
た。

【０００７】さらに、の採光装置は、屈折式プリズム
により太陽光が虹のように色分かれするため、色分かれ
した光に用途が限定され、このうえ、光が拡散するた
め、遠距離出射したときに、光が広がりすぎるという問
題があった。そして、一種類の屈折式プリズムでは、光
の曲げ角の変化範囲が狭かった。

【０００８】本発明は前記課題を有効に解決するもの
で、採光効率を時間、年間を通じて高く維持でき、火災
発生を防止でき、さらに、色わかれ現象も防止させた採
光装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の採光装置
は、太陽光を採取し、その太陽光の光路を調整して該太
陽光を特定の方向へ出射する採光装置であって、透光性
を有する基部と、該基部の少なくとも一方の面に断面視
鋸歯状に突出形成された複数のプリズム部とからなるプ
リズムシートを具備してなることを特徴とするものであ
る。

【００１０】請求項２記載の採光装置は、請求項１記載
の採光装置であって、前記プリズムシートと、該プリズ
ムシートに入射する光、または、プリズムシートを透過
した光を反射する反射鏡とを具備してなることを特徴と
するものである。

【００１１】

【作用】請求項１記載の採光装置では、太陽光をプリズ
ムシートで採取し、このプリズムシートで太陽光の光路
を調整して該太陽光を特定の方向へ出射する。このプリ
ズムシートは、太陽光を基部で透過させ、プリズム部で
太陽光の光路を特定方向に調整する。

【００１２】請求項２記載の採光装置では、請求項１記
載の作用を有するとともに、プリズムシートに反射鏡で
光を入射させることにより、広い範囲にわたって光を採
取できる。また、プリズムシートを透過した光を反射鏡
で反射させることにより、プリズムシートを透過した光
の光路が調整される。

【００１３】前記プリズムシートは、基部とプリズム部
とをガラス、透明プラスチックなどの透光性材料で多面
体に一体形成してなり、全反射プリズムであっても、屈
折式プリズムであってもよい。全反射プリズムは、基部
に入射した光がプリズム部の一方の面（反射面）にプリ
ズムシートの材料の臨界角以上の大きな入射角で当り、
基部に入射した光が少なくとも一回以上全反射してプリ
ズム部の他方の面から出射されるように構成にされてい
る。また、プリズム部の一方の面から入射した光をプリ
ズム部の他方の面で全反射して基部から出射させてもよ
い。ここで、臨界角とは、入射した光が全部反射される
ときに、屈折角が９０°になる入射角をいう。

【００１４】プリズム部の反射面は、鏡面に形成するこ
とが好ましい。プリズム部の反射面を鏡面に形成するこ
とにより、反射率を１００％、あるいは１００％近くま
で向上でき、光線の波長に関わらず、分光せず同じ方向
へ反射することができるためである。また、プリズム部
の反射面への入射角度を変化させることにより、反射光
の角度を二倍に変化させることもできる。また、屈折式
プリズムは、該プリズムに入射した光がプリズムの材料
の臨界角以下の小さな入射角で別の面にあたり、全反射
せずに別の面から屈折出射するように構成にされてい
る。

【００１５】プリズムシートは、基部の一方の面にのみ
プリズム部を一体形成してもよく、基部の両面にプリズ
ム部を一体形成してもよい。また、プリズム部の鋸歯の
両面の傾きは、対称に形成してもよく、非対称に形成し
てもよい。

【００１６】前記反射鏡は、ガラス製、合成樹脂製、金
属製、その他どのような材質でもよく、特に限定される
ものではない。反射鏡は、表面に反射面を有する表面鏡
の方が好ましいが、裏面に反射面を有する裏面鏡であっ
てもよい。また、反射鏡は、耐傷性、耐汚染性等の表面
処理を施してもよく、さらには、赤外線や紫外線の反射
を防止する表面処理を施してもよい。さらに、反射鏡と
しては、平面からなる平面鏡、凹面からなる凹面鏡、凸
面からなる凸面鏡等種々の形状のものが使用できる。

【００１７】反射鏡の姿勢は、太陽光の入射方向に対し
て常時正確に所定の角度で向き合うように制御すること
が好ましいが、所定の時間をあけて間欠的に太陽を追尾
するように制御してもよい。また、プリズムシートと反
射鏡とは、これらを東西方向にわたって長く配したとき
は、単に太陽高度にだけ追随させることもできる。

【００１８】本発明の採光装置においては、プロズムシ
ートのプリズム部の鋸歯状面の角度を種々設定するとと
もに、反射鏡の姿勢を適当な角度に設定することによっ
て、種々の採光方式を行なうことができる。例えば、図
１に示すように、プリズムシートの基部側から太陽光を
入射させ、この太陽光をプリズム部の鋸歯状面から二方
向に別れて出射させる。これら太陽光の一方（図ではａ
で示す光）を所定の角度で下方へ出射させ、出射光の他
方（図ではｂで示す光）を反射鏡に当てて反射させるこ
とにより、この反射された他方の出射光をプリズム部か
ら下方へ直接出射される出射光と略平行に出射させても
よい。また、プリズム部から出射される出射光と、反射
鏡で反射された出射光とを所定場所で重なり合わせても
よい。さらに、反射鏡の角度を水平面に対して一定の角
度に保持してもよい。

【００１９】また、図８に示すように、プリズム部の鋸
歯の一方の面に太陽光（図ではｃに示す光）を入射さ
せ、この太陽光を基部から所定の角度で下方へ出射さ
せ、反射鏡に太陽光を当てて反射させ、太陽光（図では
ｄで示す光）をプリズム部の鋸歯の他方の面に入射さ
せ、このプリズムシートの基部から反射光を所定の角度
で下方へ出射させてもよい。このときに、プリズム部に
直接入射される太陽光と反射鏡から反射される太陽光と
を基部から略同一方向へ出射するように平面鏡の姿勢を
制御してもよい。

【００２０】また、年間を通じて時々刻々制御信号を送
信する制御システムと、この制御システムに接続され、
該制御システムからの信号によりプリズムシート並びに
反射鏡又はその両方の姿勢を制御する駆動装置を設けて
もよい。ここで、駆動装置としては、例えば、市販のパ
ルスモーター、サーボモーター等を使用することができ
る。かかる構成にすることにより、太陽を追尾でき、太
陽光に対してプリズムシートや反射鏡を常に所定の角度
に維持でき、年間を通じて高い採光効率が維持できるも
のである。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の採光装置の第一実施例につい
て、図１ないし図７を参照しながら説明する。図１に示
すように、符号１は採光装置であり、この採光装置１
は、建築物等の構造物に、プリズムシート３の中央部が
回動自在に支持された構成にされている。このプリズム
シート３は、構造物の外壁や窓を兼ねて構造物に取り付
けられている。このプリズムシート３は、例えば、その
中央部を軸として回動させることにより、プリズムシー
ト３に対する太陽光の入射角度を任意に調整することが
でき、この調整された太陽光が建築物等の構造物の室内
に効率よく採取できるように構成されている。

【００２２】プリズムシート３は、該プリズムシート３
を太陽光に対して真正面に対向させる回転台（図示略）
上に配置されている。この回転台には、年間を通じて時
々刻々制御信号を送信する年間時計（制御システム）に
接続された駆動装置が設けられている。この駆動装置
は、年間時計の午前６時から午後６時までの制御信号に
基づいて回転台を水平面内に回動させるとともに、年間
時計の制御信号に基づいてプリズムシート３を所定角度
に傾斜させ、プリズムシート３を太陽光に対して所定角
度に調整するように構成にされている。すなわち、プリ
ズムシート３の姿勢が駆動装置で制御される。

【００２３】また、プリズムシート３付近には、該プリ
ズムシート３から出射された太陽光を反射させる反射鏡
６が設けられている。この反射鏡６は、プリズムシート
３が設けられた構造物に、光を反射する反射面が斜め下
方に向けられた状態で取り付けられている。すなわち、
プリズムシート３の鋸歯面と反射鏡６の反射面とが斜め
に対向配設するように取り付けられている。

【００２４】このプリズムシート３は、図２ないし図５
に示すように、シート状の透光性材料からなる基部４
と、この基部４の一方の面に断面視鋸歯状に配列された
複数のプリズム部５、…とから一体形成され、外部に基
部４の平坦な面が露出され、構造物の室内側にプリズム
部５、…が向けられている。このプリズム部５、…は、
複数の縞目状に並設されている。

【００２５】プリズムシート３は、例えば、高透明性の
メタクリル系樹脂から製作され、縦の長さが３００ｍ
ｍ、横の長さが５００ｍｍの長方形状に形成され、厚み
が３ｍｍの板状に形成されている。プリズムシート３の
片面はプリズム部５、…を複数並設させた断面視鋸歯状
に形成され、このプリズム部５、…は、先端角が５９°
のダイヤモンドバイトで加工されて０．２ｍｍピッチで
連設されている。このプリズム部５、…は断面視二等辺
三角形状に形成され、この例のプリズム５では、頂角が
５０°に形成され、底角が６５°の全反射プリズムに形
成されている。このようなプリズムシート３は、屈折率
が１．４９２に設定され、臨界角が４２°１０′に設定
されている。

【００２６】また、図１、図６、図７に示す反射鏡６
は、合成樹脂板に金属蒸着層が形成された合成樹脂製鏡
で、縦の長さが４００ｍｍ、横の長さが５００ｍｍの長
方形状に形成され、厚みが３ｍｍの板状に形成されてい
る。ここで、図１、図６、図７では、プリズムシート３
の中央部を軸としてプリズムシート３を回動させること
により、プリズムシート３が水平面に対して、４２°、
２６°、５７．５°にそれぞれ傾けられ、反射鏡６は水
平面に対して４８°に一定に傾けられている。

【００２７】このような採光装置１の作用について、図
１ないし図７を用いて説明する。図２は、プリズムシー
ト３の基部４の平坦な面に直交する軸（図ではｘで示
す）から上方に１５°、７．５°、０°ずれて入射した
太陽光の光路をそれぞれ示しており、図３は、プリズム
シート３の基部４の平坦な面に直交する軸（図ではｘで
示す）から下方に７．５°、１５°ずれて入射した太陽
光の光路をそれぞれ示す。図４は、図２のプリズム部５
の一方の面で反射される太陽光（主光線）の光路に対し
て、プリズム部５の他方の面に反射される副光線の光路
を示しており、図５は、図３の副光線の光路を示す。

【００２８】図２〜図５に示すように、太陽光がプリズ
ムシート３の基部４の平坦な面に所定の角度で入射した
ときは、このプリズムシート３のプリズム部５の鋸歯の
両面５ａ、５ｂに当り、このプリズムシート３の鋸歯の
両面５ａ、５ｂから太陽光が主光線と副光線とに分かれ
て出射される。すなわち、図１、図６、図７に示すよう
に、プリズム部５の鋸歯の一方の面から真下に出射され
る太陽光ａと、プリズム部５の鋸歯の他方の面から略水
平方向に出射される出射光ｂとに別れる。

【００２９】図１では、水平方向に対して太陽光が４８
°の角度で入射したときの太陽光の光路を示し、プリズ
ムシート３に直交する方向に対して上方に０°の角度で
入射する太陽光の光路を示している。図６では、水平方
向に対して太陽光が７９°の角度で入射したときの太陽
光の光路を示し、プリズムシート３に直交する方向に対
して上方に１５°の角度で入射する太陽光の光路を示し
ている。図７では、水平方向に対して太陽光が１７．５
°の角度で入射したときの太陽光の光路を示し、プリズ
ムシート３に直交する方向に対して下方に１５°の角度
で入射する太陽光の光路を示している。これら図１、図
６、図７では、各図の下方に採光効率（％）を示す。

【００３０】これら図６、図７に示すように、プリズム
シート３から略水平方向に出射した太陽光は反射鏡６で
反射されて真下方向に出射される。そして、これら図
６、図７に示した太陽光が水平方向に対して７９°〜１
７．５°の入射角度の範囲においては、これらの中間的
な角度でプリズムシート３に太陽光が入射したときも、
同様にして、プリズムシート３のプリズム部５の鋸歯面
から二方向に出射した太陽光を両方とも真下方向に出射
させることができる。このため、太陽光の採光効率を向
上させることができる。ここで、プリズムシート３の表
面における太陽光の界面反射や、ゴミ等による太陽光の
吸収を防止することにより、太陽光の採光効率をさらに
向上させることができる。

【００３１】〈第二実施例〉本発明の採光装置の第二実
施例について、図８ないし図１０を参照しながら説明す
る。図８ないし図１０に示すように、第二実施例は第一
実施例と太陽光の光路が異なり、プリズムシート３と反
射鏡６との配置が第一実施例と異なる構成にされてい
る。

【００３２】図８では、東京における春分の日または秋
分の日に太陽が南中したときのプリズムシート３および
反射鏡６の配置状態と太陽光の光路とを示し、プリズム
シート３のプリズム部５の鋸歯を上側に向け、該プリズ
ムシート３の基部４が水平面内に配置され、このプリズ
ムシート３の縁部に沿って反射鏡６が配置される。この
反射鏡６は、プリズムシート３に直交する鉛直面内に配
置されている。

【００３３】このようにプリズムシート３と反射鏡６と
を配置することにより、太陽光（図ではｃで示す）がプ
リズム部５の鋸歯の一方の面に水平方向に対して４８°
の角度で入射し、このプリズムシート３の基部４の平坦
な面から真下に太陽光を出射させるとともに、太陽光を
反射鏡６で逆向きに反射させ、この太陽の反射光（図で
はｄで示す）をプリズムシート３のプリズム部５の鋸歯
の他方の面に入射させ、このプリズムシート３の基部４
から太陽の反射光を真下に出射する。

【００３４】すなわち、図８に示す太陽光の出射光路
は、図１に示す太陽光の出射光路に対応する。また、図
９では、東京における夏至の日に太陽が南中したとき
に、プリズムシート３が水平方向に対して右回り上方１
５°の角度に配置され、反射鏡６は水平方向に対して左
回り上方６０°の角度に配置され、太陽光は水平方向に
対して７９°の角度でプリズムシート３に入射され、図
６に示す太陽光の出射光路に対応する。そして、図１０
では、東京における冬至の日に太陽が南中したときに、
プリズムシート３が水平方向に対して左回り上方１５°
の角度に配置され、反射鏡６は水平方向に対して右回り
上方６０°の角度に配置され、太陽光は水平方向に対し
て１７．５°の角度でプリズムシート３に入射され、図
７に示す太陽光の出射光路に対応する。

【００３５】これら図８ないし図１０では、プリズムシ
ート３中央部が架台（図示略）に支持され、この架台を
支点としてプリズムシート３が回動自在に支持されてい
る。前記架台に反射鏡６を固定させ、架台とプリズムシ
ート３とを回転比１：２の歯車又はチェーン等で連結さ
せ、これら架台とプリズムシート３とを同一方向に、
２：１の角速度で回転させることにより、プリズムシー
ト３に対する架台および反射鏡６の速度を早くさせる。
そして、反射鏡６の反射面に直交する軸に対して４８°
の角度で太陽光を入射させることにより、前記第一実施
例に比べ、広い範囲の太陽光を採光でき、この太陽光を
真下に出射できる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の採光装置
によれば、以下の効果を奏することができる。請求項１
記載の採光装置によれば、透光性を有する基部と、該基
部の少なくとも一方の面に断面視鋸歯状に突出形成され
た複数のプリズム部とからなるプリズムシートを具備し
てなるから、このプリズムシートを通して光の光路が調
整され、この調整された光が採取される。そして、プリ
ズムシートを回動させることにより、このプリズムシー
トに入射される光の角度を調整できる。このため、複雑
な太陽追尾機構を不要にでき、単にプリズムシートを回
動させる構造としたので、採光装置の構造を簡略化でき
る。したがって、太陽光を採り込む場合、太陽の高度に
対応させてプリズムシートの角度を調整することによ
り、年間を通じて日の出から日没までプリズムシートに
対する太陽光の入射角度を調整できるから、太陽光の採
光効率を向上させることができる。

【００３７】さらに、プリズムシートは、透光性を有す
る基部の少なくとも一方の面に断面視鋸歯状に突出形成
された複数のプリズム部を有する構成にしたから、プリ
ズム部の鋸歯の一方の面に反射される光と、プリズム部
の鋸歯の他方の面を通る光とに分光される。このため、
太陽光を採り込む場合、太陽光の色分れを防止できるか
ら、太陽光を確実に採り込むことができ、一方、太陽光
が集光されるおそれを防止できるから、火災を発生させ
るおそれを防止でき、採光装置の安全性を向上させるこ
とができる。

【００３８】請求項２記載の採光装置によれば、請求項
１記載の効果を奏することができるとともに、プリズム
シートと、該プリズムシートに光を入射させる反射鏡と
を有する構成にしたから、プリズムシートに直接入射す
る光と、反射鏡で反射されてプリズムシートに入射する
光とを採り込むことができ、広い範囲から光を採り込む
ことができる。このため、太陽光を採り込む場合、プリ
ズムシートの周囲から太陽光を採り込むことができ、太
陽光を有効利用できる。

【００３９】また、プリズムシートと、該プリズムシー
トを透過した光を反射する反射鏡とを有する構成にした
から、プリズム部の鋸歯の一方の面に反射された光が反
射鏡で反射される。このため、プリズム部で反射された
光を採取でき、プリズムシートで二方向に分光された両
方の光を所定場所に出射でき、太陽光を採り込む場合、
太陽光の採光効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の採光装置を示す側面図で
あり、春分の日、または秋分の日に南中したときの採光
装置の側面図である。

【図２】図１のプリズムシートを通る光路を示し、プリ
ズムシートに直交する軸より上方から入射した光が反射
する光路を示す断面図である。

【図３】図１のプリズムシートを通る光路を示し、プリ
ズムシートに直交する軸より下方から入射した光が反射
する光路を示す断面図である。

【図４】図２のプリズムシートを通る副光線の光路を示
す断面図である。

【図５】図３のプリズムシートを通る副光線の光路を示
す断面図である。

【図６】図１において、夏至の日に太陽が南中したとき
の採光装置を示す側面図である。

【図７】図１において、冬至の日に太陽が南中したとき
の採光装置を示す側面図である。

【図８】本発明の第二実施例を示す採光装置であり、春
分の日、または秋分の日に太陽が南中したときの採光装
置を示す側面図である。

【図９】図８において、夏至の日に太陽が南中したとき
の採光装置を示す側面図である。

【図１０】図８において、冬至の日に太陽が南中したと
きの採光装置を示す側面図である。

【図１１】従来の単板ミラーによる光の光路を示す側面
図である。

【図１２】従来のセグメントミラーによる光の光路を示
す側面図である。

【符号の説明】

１ 採光装置 ３ プリズムシート ４ 基部 ５ プリズム部 ６ 反射鏡

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 太陽光を採取し、その太陽光の光路を調
   整して該太陽光を特定の方向へ出射する採光装置であっ
   て、透光性を有する基部と、該基部の少なくとも一方の
   面に断面視鋸歯状に突出形成された複数のプリズム部と
   からなるプリズムシートを具備してなることを特徴とす
   る採光装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の採光装置であって、前記
   プリズムシートと、該プリズムシートに入射する光、ま
   たは、プリズムシートを透過した光を反射する反射鏡と
   を具備してなることを特徴とする採光装置。