JPH11344605A - 採光用リニアー型フレネルプリズム板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無焦点系で、且つ採光に虹模様が発生しない
透明樹脂製の採光用リニアー型フレネルプリズム板を提
供する。 【解決手段】 フレネルプリズムの形状を、プリズムピ
ッチが０．５〜３ｍｍ、一方の斜面（抜き勾配面２）の
傾斜角度が８０〜８８°、他方の斜面（フレネル面３）
の傾斜角度が３０±１５°、頂部１の曲率半径が０．０
２〜０．３ｍｍの断面三角形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば一般住宅、
工場、ビル、マンション等の建物に太陽光を取り入れる
ための採光窓、天窓、採光ドーム等に好適に使用できる
採光用リニアー型フレネルプルズム板に関し、特に無焦
点系で、且つ虹模様の発生しない採光用リニアー型フレ
ネルプリズム板に関する。

【０００２】

【従来の技術】透明な採光板としてはガラス板が一般的
であるが、単なるガラス板は屈折力が弱いため、入射光
の方向によっては部屋の奥まで外光を取り入れにくく、
窓に近い部分だけは明るくなるものの、窓から離れるに
従って暗くなる。このため、野外からの入射光を部屋の
奥にまで効果的に取り入れることができるようにするこ
とが望まれている。

【０００３】従来、上記採光状態を改良するために、透
明な樹脂板にフレネルプリズム形状を賦形したリニアー
型フレネルプリズム板を採光板として用い、広い範囲の
入射光を効果的に採光できるようにすることが提案され
ている（特開平４−４４００１公報、特開平９−５４２
７４公報、実願平４−３１１５５号のマイクロフィル
ム）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リニア
ー型フレネルプリズムは微細なプリズムの連続集合体で
あるため、色収差によって採光に虹模様を生じ、リニア
ー型フレネルプリズム板を単独で用いたり、一般的な平
面ガラス板と組み合わせて用いたのでは自然な採光が困
難で、凹凸面を有する型板ガラスと組み合わせて使用す
ることが必要となる。

【０００５】本発明は、無焦点系で、且つ採光に虹模様
が発生しない透明樹脂製のリニアー型フレネルプリズム
板を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため鋭意検討した結果、リニアー型フレネルプ
リズム板において、フレネルプリズムの頂部に曲率半径
Ｒを付与することによって採光に虹模様が発生しなくな
ることを見出して本発明に到達したものである。

【０００７】即ち、本発明は、片面が平面である透明樹
脂板の他面に、断面が連続した三角形状をなす多数の凸
条としてフレネルプリズムが形成されており、フレネル
プリズムが、プリズムピッチが０．５〜３ｍｍ、一方の
斜面（抜き勾配面）の傾斜角度が８０〜８８°、他方の
斜面（フレネル面）の傾斜角度が３０±１５°、頂部の
曲率半径が０．０２〜０．３ｍｍであることを特徴とす
る採光用リニアー型フレネルプリズム板である。

【０００８】本発明においては、透明樹脂板としてメタ
クリル樹脂板を好ましく用いることができる。

【０００９】また、フレネルプリズムのフレネル面に入
射光束を照射した時の主な出射光の偏向角が５〜３０°
であることが好ましいものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明における透明樹脂板を構成
する透明樹脂とは、ＪＩＳ・Ｋ−７１０５に準じて測定
したくもり度が１０％以下となる樹脂である。具体的に
は、例えばメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポ
リスチレン樹脂、スチレンーメチルメタクリレート共重
合樹脂等が挙げられる。特に好ましく採用されるもの
は、メタクリル樹脂である。

【００１１】本発明で用いるメタクリル樹脂は、メタク
リル酸メチルを主体とする樹脂が挙げられ、これにはメ
チルメタクリレートの単独重合体、又はメチルメタクリ
レートとメチルアクリレート、エチルアクリレート、ブ
チルアクリレート、アクリロニトリルアクリル酸、メタ
クリル酸、２−ヒドロキシアクリレート、無水マレイン
酸、スチレン、もしくはα−メチルスチレンなどの共重
合可能なモノマーのいずれか一つ以上との共重合体など
が含まれる。これらは単独で用いてもよくブレンドして
もよい。透明性を維持して耐衝撃性を同時に持たせるた
めには、メタクリル系ゴム弾性体を配合した耐衝撃性メ
タクリル樹脂が用いられ、そのメタクリル系ゴム弾性体
は特開昭５３−５８５５４号公報、特開昭５５−９４９
１７号公報、特開昭６１−３２３４６号公報等に開示さ
れている。

【００１２】本発明のリニアー型フレネルプリズム板
は、上記透明樹脂板で構成されているもので、片面が平
面で、他面がフレネルプリズム形成面となっている。本
発明のリニアー型フレネルプリズム板におけるフレネル
プリズムは、断面が連続した三角形状をなす多数の凸条
として形成されているもので、プリズムピッチが０．５
〜３ｍｍ、平面を基準としたときの一方の斜面（以下、
「抜き勾配面」という。）の傾斜角度が８０〜８８°、
他方の斜面（以下、「フレネル面」という）の傾斜角度
が３０±１５°、頂部の曲率半径が０．０２〜０．３０
ｍｍである。

【００１３】プリズムピッチが０．５ｍｍ未満となる
と、各フレネルプリズム間のＶ字状溝の深さが浅くな
り、良好なフレネル面が得られなくなると共に、フレネ
ルプリズムを賦形するための金型制作が行いにくくな
る。プリズムピッチが３ｍｍを超えると、フレネルプリ
ズム間のＶ字状溝が深くなり、フレネルプリズム部分の
離型性が悪くなったり、水平面化する部分が生じやすく
なる。好ましくは、０．７〜１．５ｍｍである。

【００１４】水平面を基準にしたフレネルプリズムの斜
面の傾斜角度は、抜き勾配面については金型の抜き勾配
で決定される。また、フレネル面については、太陽光及
び散乱光の採光角度と希望する偏向角により決定され
る。

【００１５】即ち、抜き勾配面の傾斜角度が８８°を超
えると金型からの離型性が悪くなり、８０°未満では採
光効率が悪くなる。好ましくは、８５±２°である。

【００１６】フレネル面の斜面角度は、採光する光の入
射角度に関係し、例えばフレネルプリズムのフレネル面
の斜面角度を１５°とした場合、７５°以上の高度にあ
る太陽光は受光できないが、０〜７５°の太陽光及び散
乱光は受光できる。太陽光の高度角度は、緯度、季節及
び時間により刻々変化する。国内においては、春分の日
及び秋分の日前後における太陽の高度角が概ね５０〜６
０°にある。従って、通常フレネル面の傾斜角度は、３
０±１５°に設定することが好ましい。この場合、０〜
６０±１５°の太陽光及び散乱光を採光することができ
る。

【００１７】一方、入射光の偏向角は、光の屈折角度と
フレネル面の傾斜角度に大きく影響を受ける。屈折角度
は透明樹脂板の屈折率により決定され、例えばメタクリ
ル樹脂の屈折率を１．４９２としたとき、法線を基準に
採光入射角が６０°の場合、出射角度は３５．６°、採
光入射角が３０°の場合、出射角度は１９．６°とな
る。従って、フレネル面の傾斜角度を３０°に設定し、
採光入射角が約３０゜の場合、ほぼ水平に出射されて室
内奥深くまで採光することができる。そして、フレネル
プリズムのフレネル面に入射光束を照射した時の主な出
射光の偏向角が５〜３０°となるものが採光用リニアー
型フレネルプリズム板として好適に用いられる。この範
囲以外となると、床面の明るさを改善する効果が低下す
る。好ましい偏向角は１０〜２５°である。

【００１８】ところで、従来のリニアー型フレネルプリ
ズム板におけるフレネルプリズムは、図２に示されるよ
うに、頂部１の曲率半径が極めて小さく、頂部１が尖っ
た断面三角形状の微少プリズムの集合体となっており、
入射光が波長分布に分光され、色収差による虹模様の発
生が起こっていた。本発明においては、図１に示される
ように、リニアー型フレネルプリズム板のフレネルプリ
ズムにおける頂部１に適度な曲率半径を付与することに
より、入射光が波長分布に分光されることが抑制され、
偏向角に幅が得られることから、採光から虹模様を消す
ことが可能となる。尚、図１及び図２において、２が抜
き勾配面、３がフレネル面である。

【００１９】頂部の曲率半径は０．０２〜０．３ｍｍで
あることが必要である。０．０２ｍｍ未満では虹模様が
発生しやすい。０．３ｍｍを超えるとフレネル面が小さ
くなり、採光性に問題が生じる。好ましくは０．１５±
０．１０ｍｍである。

【００２０】本発明のリニアー型フレネルプリズム板の
厚さは０．５〜５ｍｍの範囲が好ましいが、特に限定さ
れるものではない。

【００２１】本発明のリニアー型フレネルプリズム板
は、表面平滑な透明樹脂板を加熱して、真空成形、圧空
成形、圧縮成型等で製造することもできるが、Ｔダイか
ら押し出した透明樹脂板を、フレネルプリズム形状のＶ
字状溝を彫り込んだ溝付ロールとポリッシングロールと
の間に挟み込む、押し出しシート成形法を利用した成形
法により製造すると、容易に大型のものを得ることがで
きる。

【００２２】本発明のリニアー型フレネルプリズム板に
は、透明樹脂板の色調、光学特性及びその他物性を損な
わない範囲において、他の成分、例えば充填材、拡散
剤、離型材、熱安定剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線
吸収剤等の添加剤を透明樹脂原料の製造時や透明樹脂板
成形時等の任意の過程において含有させることができ
る。特に、Ｔダイによる押し出しシート成形法を用いた
ポリッシングロールと溝付ロールによる形状付与の場
合、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル類の離型剤を配合
すると好適である。

【００２３】

【実施例】以下、実施例、比較例で本発明を具体的に説
明する。尚、実施例及び比較例における評価及び測定方
法は次の通りである。

【００２４】（１）フレネルプリズム断面形状 フレネルプリズム断面形状は、成形品サンプル小片をエ
ポキシ樹脂に包埋固化した後、ミクロトームによりフレ
ネルプリズム形成面の断面を削り出し、顕微鏡で拡大観
察し、フレネルプリズムにおけるプリズムのピッチ、フ
レネル面の傾斜角度、抜き勾配面の傾斜角度及び頂部の
曲率半径を計測した。

【００２５】（２）虹模様の有無 成型品サンプルを室内の蛍光灯にかざし、虹模様の発現
性を目視判断した。虹模様が確認される場合×、虹模様
が見られない場合○とした。

【００２６】（３）偏向角の測定 オプテス社製ゴニオフォトメーターに成形品サンプルを
セットし、サンプルのプリズム面に平行光を照射して、
出射光の角度から偏向角を求めた。

【００２７】実施例１及び２ ベント付押し出し機のシート用Ｔダイからメタクリル樹
脂（商品名：デルパウダ７０Ｈ、旭化成工業社製）を成
形温度２６０℃で溶融押し出ししてシートとし、溝付ロ
ールとポリッシングロールとで挟み、厚み２ｍｍ、幅１
２００ｍｍのリニアー型フレネルプリズム板を連続的に
成形した。

【００２８】溝付ロールとしては、ピッチが１ｍｍ、抜
き勾配面側の斜面の傾斜角度が８７゜（成型品の抜き勾
配が３°）、フレネル面側の斜面の傾斜角度が３５°、
深さが０．６７ｍｍのＶ字状溝が周面に多数彫り込まれ
たものを用いた。

【００２９】溝付ロールとポリッシングロール間に挟ま
れる時の透明樹脂温度を２４０℃と２１０℃とし、前者
の温度による場合のリニアー型フレネルプリズム板を実
施例１とし、後者の温度による場合を実施例２とする。

【００３０】得られた成形品の小片サンプルについて、
フレネルプリズム断面形状、虹模様の有無及び偏向角を
測定した。

【００３１】結果を表１に示す。また、実施例１のリニ
アー型フレネルレンズ板の偏向角と光量の関係を図３に
示す。

【００３２】比較例１ プレス成型法で製造された市販のリニアー型フレネルプ
リズム板について、実施例１及び２と同様の評価と測定
を行った。

【００３３】結果を表１に示す。また、偏向角と光量の
関係を図４に示す。

【００３４】比較例２ 溝付ロールとポリッシングロール間に挟まれる時の透明
樹脂温度を１８０℃とした以外は実施例１及び２と同様
にしてリニアー型フレネルプリズム板を製造し、実施例
１及び２と同様の評価と測定を行った。

【００３５】結果を表１に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【発明の効果】採光に虹模様が発生しないリニアー型フ
レネルプリズムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリニアー型フレネルプリズム板の拡大
断面模倣図である。

【図２】従来品（市販）のリニアー型フレネルプリズム
板の拡大断面模倣図である。

【図３】実施例１のリニアー型フレネルプリズム板の偏
向角と光量の関係を示すグラフである。

【図４】比較例１のリニアー型フレネルプリズム板の偏
向角と光量の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 頂部 ２ 抜き勾配面 ３ フレネル面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 片面が平面である透明樹脂板の他面に、
   断面が連続した三角形状をなす多数の凸条としてフレネ
   ルプリズムが形成されており、フレネルプリズムが、プ
   リズムピッチが０．５〜３ｍｍ、一方の斜面（抜き勾配
   面）の傾斜角度が８０〜８８°、他方の斜面（フレネル
   面）の傾斜角度が３０±１５°、頂部の曲率半径が０．
   ０２〜０．３ｍｍであることを特徴とする採光用リニア
   ー型フレネルプリズム板。
2. 【請求項２】 透明樹脂がメタクリル樹脂であることを
   特徴とする請求項１記載の採光用リニアー型フレネルプ
   リズム板。
3. 【請求項３】 フレネルプリズムのフレネル面に入射光
   束を照射した時の主な出射光の偏向角が５〜３０°であ
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の採光用リニア
   ー型フレネルプリズム板。