JPH0813817A

JPH0813817A - 天窓型太陽光採光装置

Info

Publication number: JPH0813817A
Application number: JP14803694A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takahashi; 一夫高橋; Yoshioki Fujimoto; 宜意冨士本; Masashi Takazawa; 正志高澤; Takashi Kodaira; 隆志小平
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-01-16

Abstract

(57)【要約】【目的】天空光のほか太陽光を太陽の位置に追尾して
適切な採光をすると共に、配光特性も自由に変えられる
ようにした天窓型太陽光採光装置を提供する。【構成】天空光を室内に取り入れる天窓に対して、時
々刻々と光線方向が変化する太陽の高度及び方位に対応
して採光する採光手段を備え、太陽光を室内に導くよう
に構成した。この場合、この採光手段は、平板プリズム
を１枚あるいは複数枚上下に所定間隔をおいて配置し、
これらの平板プリズムを太陽の高度及び方位に応じた適
切な入射光となるように回転させるように構成すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は天空光を室内に取り入れ
る天窓において、採光効率と出射光の照明表現を変えら
れるようにした天窓型太陽光採光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の天窓装置は、図８に示すように構
成されていた。

【０００３】同図において、２１は天窓枠、２２は透明
カバーである。２３は必要に応じて設けられた拡散板
で、天空光を拡散して室内に取り入れるためのものであ
る。

【０００４】即ち、従来の天窓装置は、天空光を主とし
て室内の明かり取りの目的で取り入れるのが基本的であ
り、取り入れた光の方向を積極的に制御するものではな
かった。なお、強いて挙げると入射光を制御するための
ルーバ（ブラインド）や光を拡散するための乳白色板等
が用いられていたのみであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の天窓
装置では、上記のように天空光を唯単に入射させる構成
であったから、季節変動を含め一日における太陽の高度
及び方位に対応して出射光線は大幅に変動するため、室
内の明かり取りとして十分な光量を得られないという問
題点があった。

【０００６】また、室内側の出射部に拡散板を配置した
場合も天空光を拡散して室内に導くに過ぎなかった。そ
こで、この拡散板に代えて配光板を設置するものも見受
けられたが、この場合も配光板の配光特性により、光の
広がり方や強弱が決定されていて、広り方や強弱を自由
に変えたり、調整したりすることができなかった。

【０００７】従って、従来のものでは配光分布や光度を
変えたいときには、配光板を取り替えるしかなく、高所
作業による危険性と、予備の配光板のための費用を必要
とする問題点もあった。

【０００８】また、ルーバや乳白色板も光の制限や拡散
には役立つが、入射光が少量の天窓用としては不向きで
あり、さらにルーバの場合は天窓用として水平方向に配
置するとその開閉制御が困難となり、また太陽の高度や
方位の変化に追従する機能も有しないという問題点があ
った。

【０００９】本発明は、従来のものの上記課題を（問題
点）を解決する天窓型太陽光採光装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の天窓型太陽光採
光装置は、上記課題を解決するために、天空光を室内に
取り入れる天窓に対して、時々刻々と光線方向が変化す
る太陽の高度及び方位に対応して採光する採光手段を備
え、太陽光を室内に導くように構成した。

【００１１】この場合、この採光手段は平板プリズムを
１枚あるいは複数枚上下に所定間隔をおいて配置し、こ
れらの平板プリズムを太陽の高度及び方位に応じた適切
な入射光となるように回転させるように構成することが
できる。

【００１２】なお、上記構成において、上記採光手段の
出射側に出射方向を選択可能な出射方向制御手段を設け
るようにするのが望ましい。

【００１３】この場合、この出射方向制御手段を屋内側
の光の出射部に液晶配向を制御することによって光の透
過性を変化させることのできる配光板を配置して構成す
ることができる。

【００１４】なお、上記採光手段の出射側に設けられる
出射方向を選択可能な出射方向制御手段は、屋内側の光
の出射部に液晶配向を制御することによって、光の透過
性を変化させることのできる第１の配光板と、他の配光
特性を有する第２の配光板とを組み合わせて構成するこ
とが望ましい。

【００１５】

【作用】本発明の天窓型太陽光採光装置は、天空光を室
内に取り入れる天窓に対して太陽の高度及び方位の変化
に追従して、回転可能な平板プリズム等より成る採光手
段を備え、適切な採光が行われるように制御可能に構成
したから太陽光の室内への採光は大幅に増大される。

【００１６】また、採光装置の出射部に光の透過性を制
御できる第１の配光板を配置して出射方向制御手段を構
成する場合には、第１の配光板の透過性を制御すること
で配光特性が変えられ、さらに、この第１の配光板と他
の配光特性を有する第２の配光板とを組み合わせるよう
にすれば、両者の特性が組み合わされるから照明表現を
さらに豊かにすることができる。

【００１７】

【実施例】以下図示する各実施例により本発明の天窓型
太陽光採光装置を具体的に説明する。

【００１８】まず、本発明における天窓型太陽光採光装
置の原理図を図４に示す。

【００１９】同図に示すものでは、２枚の平板プリズム
Ｐ1、Ｐ2による合計４回の屈折を利用して太陽の追尾を
行い、常に直射日光を鉛直方向に導くように制御してい
る。なお、この制御は、太陽の高度、方位の変化に対応
して各々の平板プリズムＰ1、Ｐ2を図示しない駆動機構
により水平面上で適正速度で回転させるように制御する
ものである。

【００２０】同図において、各平板プリズムＰ1及びＰ2
の下面部には複数個の三角状の微小プリズム部が形成さ
れており、光の屈折を制御する働きを持っている。な
お、同図（Ａ）は太陽高度が低い状態を、また同図
（Ｂ）は太陽高度が高い状態を示すものである。太陽高
度が最も低い状態では、光線を大きく屈折させる必要が
あり、２枚の平板プリズムＰ1、Ｐ2の微小プリズム部の
溝（以下プリズム溝という）が同一方向となる位置で使
用する。このとき両方の平板プリズムＰ1、Ｐ2を透過す
る光線は、各平板プリズムＰ1、Ｐ2により屈折力が加算
されるため、進路を大きく変えることができる。

【００２１】このように構成される２枚の平板プリズム
Ｐ1、Ｐ2を太陽の高度と方位に応じて回転させることに
より、太陽高度の１０〜８４度の範囲の直達光の方向を
制御できることが次に述べる実験装置でも確認されてい
る。

【００２２】図５（Ａ）は図４の原理を確認するための
実験用装置で、同図においてＰ1及びＰ2は第１及び第２
の平板プリズム、Ｋは出射側に配置された拡散板、Ｔは
天窓枠である。

【００２３】各平板プリズムＰ1、Ｐ2は、図示しないマ
イクロコンピュータ等の中央処理装置（ＣＰＵ）中に予
め記憶された太陽の位置に対応する各プリズムＰ1、Ｐ2
のプリズム溝が太陽光に対面する適正なひねり角のデー
タを時々刻々変わる太陽の高度、方位に対応してデータ
を取り出し、そのデータに基づき図示しないモータを駆
動させ各プリズムＰ1、Ｐ2の回転量を制御することによ
り、常に太陽光を直下に照射するよう制御する構成にな
っている。

【００２４】なお、拡散板Ｋは平板プリズムＰ1、Ｐ2か
ら出射された光は虹色に分光されているため、これを拡
散して白色光にするものである。

【００２５】ここで、拡散板の種類により、スポット的
な照明から広い範囲への均一照明まで自由に設定でき
る。例えば、スポット照射の場合には梨地面の拡散板や
三菱レイヨン（株）製のファインマットＰＭＭＡ板を、
また拡散照射をする場合には、三菱レイヨン（株）の４
２２乳白ＰＭＭＡ板などの使用が適当である。

【００２６】図５（Ａ）の構成中、プリズムＰ1、Ｐ2は
夫々６００φ平板プリズム（ＰＣ製）を用い、また拡散
板ＫはファインマットＰＭＭＡ板（三菱レイヨン（株）
製）を用いて次の（１）〜（４）の条件下で測定した結
果は、図５（Ｂ）の図表に示すようであった。

【００２７】（１）天気晴れ（２）時刻正午頃（３）照度測定ミノルタ照度計（４）直射光約９万［ｌｘ］（法線面）従って、図５（Ｂ）の図表から次のようなことが解析さ
れる。

【００２８】同表の測定の条件（１）と（２）の各場合
を比べて判る通り、本発明の天窓の場合太陽光を常に直
下に制御することにより、平板プリズム無しの従来の天
窓の場合に比べて１０倍以上の明るさが得られる。

【００２９】また、同表の測定の条件（２）と（３）の
各場合を比べれば、平板プリズム無しの従来の天窓の場
合と本発明の天窓の直射光無しの場合では、曇りの日の
ように直射光がない場合でも、本発明の天窓型太陽光採
光装置は従来の天窓と同程度の明るさが確保できること
がわかる。

【００３０】平板プリズムは、透明樹脂を用いているた
め、人体に有害な紫外線はカットされる。また、近赤外
線は透過するが約２［μｍ］以上の赤外線はカットされ
るので、夏の空調負荷は少ない。

【００３１】次に、本発明における配光特性を改良する
ために特別な材質の材料を配光板として使った場合の原
理、構成例を以下に示す。

【００３２】配光特性改良の第１の実験装置として、図
６（Ａ）に示すように天窓型採光器から得られた太陽光
の採光特性を１つの配光板で変化させられるものとし
て、日本板ガラス（株）製の瞬間調光ガラス（商品名Ｕ
ＭＵ、以下第１の配光板と記す）１０を用いた例を示
す。

【００３３】この第１の配光板１０は、２枚のフロート
板ガラスの間に液晶シートが挟み込まれて構成され、電
圧をかけると液晶分子が一定方向に整列する性質を利用
して、ガラスの光透過性を制御するものである。この場
合、電圧０［Ｖ］で不透明になり、電圧１００［Ｖ］で
透明になることが実験で確認されている。

【００３４】この場合、太陽光の代わりに人工光源（１
００［Ｗ］ハロゲンピンスポット光：ウチダＳＲ−Ｊ
１）１４を用い、図６（Ａ）に示す配置として照度測定
を行った。なお、１５は測定面でこれは第１の配光板１
０からの距離を７０［ｃｍ］としている。また、Ａは測
定ポイント、θは光源直下からの角度を表わしている。

【００３５】図６（Ｂ）は、第１の実験装置で実験を行
った場合の第１の配光板１０の印加電圧による配光特性
の変化を表わしている。

【００３６】同図の縦軸は、第１の配光板１０に１００
［Ｖ］の電圧を印加し、この第１の配光板１０が透明時
の場合の光源直下の照度で、各測定ポイントの照度を割
った比率（相対照度比）で表わしたものである。

【００３７】横軸の角度θは、図６（Ａ）中のθと対応
した光源直下から測定ポイントまでの角度を表わしてい
る。

【００３８】図６（Ｂ）中の（イ）は第１の配光板１０
に印加電圧を１００［Ｖ］かけた場合の配光特性の変化
を表わしている。

【００３９】同様に（ロ）、（ハ）及び（ニ）は夫々第
１の配光板１０に印加する電圧を夫々３０［Ｖ］、２０
［Ｖ］及び０［Ｖ］と変化させた各場合の配光特性の変
化を示している。同図により第１の配光板１０として瞬
間調光ガラスを用い、これに印加する電圧を変化させる
ことによって光量及び配光特性を変えることができるこ
とがわかる。

【００４０】第２の実験装置は、図７（Ａ）に示すよう
に構成されている。第２の実験装置では第１の配光板１
０の真上に隣接するように、さらに第２の配光板（例え
ば、旭化成（株）製の商品名１２Ｍ）１３を配置して照
度測定を行ったものである。

【００４１】なお、図７（Ａ）において、図６（Ａ）の
ものと対応する構成については同一の符号を付してあ
る。また、第２の配光板１３には、例えばプラスチック
スの模様板が形成されているものとする。

【００４２】図７（Ｂ）は、第２の実験装置における実
験結果を示すもので、同図において（ホ）は、第１の配
光板１０は配置せず第２の配光板１３のみを配置した場
合の配光特性で、この場合は、光源直下が暗めになると
いうような特殊な配光特性を持っている。また、（ヘ）
は第２の配光板１３の直下に配置した第１の配光板１０
に１００［Ｖ］の電圧を印加し、第１の配光板１０を透
明状態にしたときの配光特性である。この場合は、第１
の配光板１０を光が透過することによって生じる損失に
よって、第２の配光板１３のみの時に比べてほとんど平
行移動的に照度が低くなっている。また、（ヘ）の場合
は光源直下が暗めになるという第２の配光板１３の配光
特性がそのまま表われている。

【００４３】次に、第１の配光板１０の印加電圧を０
［Ｖ］に変えると、（ト）のような配光特性に変わる。
これは、第２の配光板１３の配光特性が全くなくなって
おり、光源直下が最も明るく、遠くになるにしたがって
暗くなるという通常の配光特性の状態になっている。

【００４４】このように、第２の配光板１３という配光
板の特性自体が第１の配光板１０によって制御されるか
ら、第１の配光板１０と第２の配光板１３の組み合わせ
の場合、図７（Ｂ）中の斜線で囲まれる範囲で制御する
ことが可能となることがわかる。

【００４５】次に、上述した図５（Ａ）、図６（Ａ）、
図７（Ａ）の各実験例で得られた本発明の天窓型採光装
置の原理を適用した第１乃至第３の各実施例を図１、図
２及び図３によって説明する。

【００４６】第１の実施例：図１は本発明の第１の実施
例を示すもので同図において、１は天窓枠、２は透明カ
バー、３ａは第１の平板プリズム、３ｂは第２の平板プ
リズムで、各平板プリズム３ａ、３ｂは夫々透明カバー
２内に配置される。なお、図示しないが各平板プリズム
３ａ、３ｂの下面部には図４に示したような複数個の三
角状の微小プリズム部が形成されているものとする。

【００４７】４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄは夫々平板プリ
ズム３ａ、３ｂを摺動自在に支えている軸受である。

【００４８】５ａ1及び５ｂ1は平板プリズム３ａ、３ｂ
を夫々回転させるためのモータで、これらのモータ５ａ
1及び５ｂ1の駆動力は夫々歯車５ａ2及び５ｂ2を介して
各平板プリズム３ａ及び３ｂの外周に形成した歯車部
（図示せず）に伝達されるようになっている。

【００４９】６は電源、７ａ乃至７ｃは導線である。ま
た、８はモータ５ａ1、５ｂ1の駆動回路、９はマイクロ
コンピュータ等の中央処理装置（ＣＰＵ）である。この
ＣＰＵ９により太陽の高度や方位などの軌道に対応して
最も適切となる平板プリズム３ａ、３ｂの回転速度のデ
ータを駆動回路８を介して各モータ５ａ1、５ｂ1に与え
るようになっている。１６は出射部に配置される拡散板
である。

【００５０】上記構成により太陽の高度及び方位に追従
して、ＣＰＵ９からの信号に基づき各平板プリズム３
ａ、３ｂを適正速度で回転させるから、太陽光は屋内に
適正に採光される。

【００５１】第２の実施例：図２は本発明の第２の実施
例を示すものである。同図において、第１の実施例と対
応する構成については図１と同一の符号を付して示して
いる。１０は第１の実施例の拡散板１６に代えて出射側
に配置される第１の配光板で、これは、例えば前述の瞬
間調光ガラス（商品名ＵＭＵ）により構成される。１１
は電圧調整手段、１２ａ及び１２ｂは夫々第１の配光板
１０と電圧調整手段１１を電源６につなぐ導線である。
ここで、電圧調整手段１１より第１の配光板１０に印加
する電圧を調整するものである。従って本実施例のもの
でも、第１の実施例のものと同様に、ＣＰＵ９から太陽
の位置（高度、方位）の変化に追従したデータが駆動回
路８を介して各モータ５ａ1、５ｂ1に与えられ、歯車５
ａ2、５ｂ2を介して各平板プリズム３ａ、３ｂの回転角
（ひねり角）は適正なものに制御され、太陽光は室内に
有効に採光される。

【００５２】ところで、本実施例の場合は、採光装置の
出射側に第１の配光板１０が配置されており、この第１
の配光板１０は電圧調整手段１１により印加電圧を制御
されると図６（Ｂ）に示すように配光特性が変えられる
ようになっているから、室内の照明表現を変化できる点
に特長がある。

【００５３】第３の実施例：図３は本発明の第３の実施
例を示すものである。同図において、図２の実施例と対
応する構成については図２と同一の符号を付して示して
ある。

【００５４】１３は第２の配光板で、これは、例えばプ
ラスチックスの模様板より成り、第１の配光板１０の、
例えば直上方に配置される。

【００５５】即ち、本実施例のものは、第１の配光板１
０と第２の配光板１３との２枚の配光板で出射方向制御
手段を構成するようにした点に特徴があるもので、基本
的には第２の実施例と同様、太陽の位置に追従して室内
へ有効に太陽光を採光し、さらに室内への配光特性は両
配光板の配光特性の組み合わせによって照明表現を変化
させる制御を行うものである。

【００５６】従って、本実施例における照明表現の制御
の場合は、電圧調整手段１１により印加電圧を選択して
第１の配光板１０に印加した場合、光透過特性が変化
し、プラスチックスの模様板等の第２の配光板１３の配
光特性が現われたり消えたりする等の配光特性が得られ
る。

【００５７】

【発明の効果】本発明の太陽光採光装置は、上記のよう
に構成されているので、次のような優れた効果が得られ
る。

【００５８】（１）天窓に対して太陽光の位置に対応し
て採光する採光手段を設けるようにしたことにより、次
のような効果が得られる。

【００５９】天窓部分から、従来の自然に入射される天
空光に加えて、太陽光をその位置の変化に追従して室内
へ採光できるようになったから、天窓が配置される屋内
に従来に比べて多量の光が取り入れられるようになっ
た。このような採光手段として太陽の位置に追従して回
転する平板プリズムを配置する場合は、ＣＰＵやモータ
と組み合わせて、この制御動作を適確に行うことができ
る。

【００６０】また、本発明は従来の天窓の形状内に納め
られる光線制御方式であり、平板プリズムを平面的に回
転させる単純な方法で、薄形、軽量、安価等の本目的に
合致している。制御する電力も平板プリズムを微速で回
転させるだけでよいため非常に少なくてすむ。

【００６１】（２）上記の採光手段の出射側に出射方向
を選択可能な出射方向制御手段を設けるようにすると、
次のような効果が得られる。

【００６２】配光板を取り替えることなく、光の配光特
性を連続的に変えられるから、本発明の天窓型採光装置
の利用分野を大幅に拡大することができる。

【００６３】この出射方向制御手段として瞬間調光ガラ
ス（商品名ＵＭＵ）のように、液晶配向を制御すること
によって、光の透過性を制御可能な第１の配光板を用い
れば、この第１の配光板とこれに印加する電圧調整手段
との組み合わせのみで配光特性の制御が可能となるの
で、１枚の配光板の配置で済む。

【００６４】即ち、従来のように配光特性を変えるため
に配光板を取り替える作業も不要となり、また予備の配
光特性の異なる配光板を用意する必要もなくなった。

【００６５】さらに、出射側に光の透過性を制御可能な
第１の配光板を配置し、この第１の配光板の、例えば直
上方に第２の配光板を配置する等の組み合わせ配置によ
って、両者の配光特性が相乗されて照明表現をさらに豊
かにすることができる。

【００６６】さらに、数種類の特別な配光特性を持つ配
光板を組み合わせるようにすれば、より多くの照明パタ
ーンを作ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す正面図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例の構成を示す正面図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施例の構成を示す正面図であ
る。

【図４】本図（Ａ）及び（Ｂ）は夫々本発明の太陽光採
光装置の原理を示す要部の斜視図である。

【図５】本図（Ａ）は本発明の第１の実施例の構成の基
礎実験を行う実験装置を示す正面図、同図（Ｂ）はその
実験結果を示す図表である。

【図６】本図（Ａ）は本発明の第２の実施例の構成の基
礎実験を行う実験装置を示す正面図、同図（Ｂ）は同図
（Ａ）の装置による実験結果を示す特性図である。

【図７】本図（Ａ）は本発明の第３の実施例の構成の基
礎実験を行う実験装置を示す正面図、同図（Ｂ）は同図
（Ａ）の装置による実験結果を示す特性図である。

【図８】従来例の構成を示す正面図である。

【符号の説明】

３ａ、３ｂ：平板プリズム５ａ1、５ｂ1：モータ９：中央処理装置（ＣＰＵ）１０：第１の配光板（瞬間調光ガラス）１１：電圧調整手段１３：第２の配光板（プラスチックスの模様板）１６：拡散板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小平隆志大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】天空光を室内に取り入れる天窓に対し
て、時々刻々と光線方向が変化する太陽の高度及び方位
に対応して採光する採光手段を備え、太陽光を室内に導
くようにしたことを特徴とする天窓型太陽光採光装置。
【請求項２】天空光を室内に取り入れる天窓に対し
て、時々刻々と光線方向が変化する太陽の高度及び方位
に対応して採光する採光手段を備えた天窓型太陽光採光
装置であって、この採光手段を、平板プリズムを１枚あるいは複数枚上
下に所定間隔をおいて配置し、これらの平板プリズムを
太陽の高度及び方位に応じた適切な入射光となるように
回転させるように構成したことを特徴とする天窓型太陽
光採光装置。
【請求項３】天空光を室内に取り入れる天窓に対し
て、時々刻々と光線方向が変化する太陽の高度及び方位
に対応して採光する採光手段を備えた天窓型太陽光採光
装置において、上記採光手段の出射側に出射方向を選択可能な出射方向
制御手段を設けるようにしたことを特徴とする天窓型太
陽光採光装置。
【請求項４】天空光を室内に取り入れる天窓に対し
て、時々刻々と光線方向が変化する太陽の高度及び方位
に対応して採光する採光手段を備え、上記採光手段の出
射側に出射方向を選択可能な出射方向制御手段を設ける
ようにした天窓型太陽光採光装置であって、この出射方向制御手段を屋内側の光の出射部に液晶配向
を制御することによって光の透過性を変化させることの
できる配光板を配置して構成するようにしたことを特徴
とする天窓型太陽光採光装置。
【請求項５】天空光を室内に取り入れる天窓に対し
て、時々刻々と光線方向が変化する太陽の高度及び方位
に対応して採光する採光手段を備えた天窓型太陽光採光
装置において、上記採光手段の出射側に設けられる出射方向を選択可能
な出射方向制御手段を、屋内側の光の出射部に液晶配向
を制御することによって光の透過性を変化させることの
できる第１の配光板と、他の配光特性を有する第２の配
光板とを組み合わせて構成するようにしたことを特徴と
する天窓型太陽光採光装置。