JPWO2015056736A1 - 採光部材、採光器、および採光部材の設置方法 - Google Patents

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Abstract

採光フィルム(1)は、第1基材(2)と、複数の採光部(3)と、空隙部(9)と、を備え、採光部(3)に入射した光のうち任意の1本の光束が反射面に入射する点(C)を通り、第1基材(2)の第1面(2a)に直交する仮想的な直線(F)を境界とする2つの空間のうち、点(C)に入射する光束が存在する側の空間を第1空間(S1)、点(C)に入射する光束が存在しない側の空間を第2空間(S2)とした場合、第1基材(2)もしくは採光部(3)から射出される光のうち、第2空間(S2)の側に進行する光の強度を減衰させる機能を有する。

Description

本発明は、採光部材、採光器、および採光部材の設置方法に関する。
本願は、2013年10月17日に、日本に出願された特願2013−216496号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
建築物の窓等を通して太陽光を室内に採り込むための採光フィルムが特許文献1に提案されている。この採光フィルムは、複数の単位プリズムと平坦面とが透光性の支持体の一方の面に形成されている。太陽光は、単位プリズムを通して室内に採り込まれる。
ところが、上記の採光フィルムにおいて、太陽の周期運動などの影響により、採光フィルムを透過した光が室内に居る人の目の位置に到達することがある。このような光はグレアを引き起こし、室内に居る人が不快に感じることがある。特許文献2には、グレアを予測するための特定の数式から得られる指標に基づき、その指標がグレアを不快と感じない値となるようにブラインドの開閉度を調節する日射遮蔽制御装置が開示されている。
特開2008−40021号公報 特開2007−120090号公報
特許文献2の日射遮蔽制御装置は、遮蔽手段としてブラインドを備え、ブラインドの開閉度を機械的に調節することでグレアを抑制している。そのため、装置コストが高くなるという問題がある。
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、高いコストを掛けることなくグレアを抑制することができる採光部材、採光器、および採光部材の設置方法の提供を目的の一つとする。
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の採光部材は、光透過性を有する第1基材と、前記第1基材の第1面に設けられた光透過性を有する複数の採光部と、前記複数の採光部の間に設けられた空隙部と、を備え、前記空隙部に接する前記採光部の側面の一部が前記採光部に入射した光を反射する反射面として機能し、前記採光部に入射した光のうち任意の1本の光線が前記反射面に入射する点Cを通り、前記第1基材の第1面に直交する仮想的な直線Fを境界とする2つの空間のうち、前記点Cに入射する前記光線が存在する側の空間を第1空間とし、前記点Cに入射する前記光線が存在しない側の空間を第2空間とした場合、前記第1基材もしくは前記採光部から射出される光のうち、前記第2空間の側に進行する光の強度を減衰させる機能を有する。
本発明の一つの態様の採光部材において、前記機能は、前記第2空間の側に進行する光を散乱させる機能であってもよい。
本発明の一つの態様の採光部材において、前記機能は、前記反射面として機能する前記採光部の側面の主たる延在方向に沿う面内での散乱が他の面内での散乱よりも強い異方性散乱機能であってもよい。
本発明の一つの態様の採光部材において、前記機能は、前記第2空間の側に進行する光を選択的に散乱させる機能であってもよい。
本発明の一つの態様の採光部材において、前記第1基材もしくは前記採光部が光散乱性を有していてもよい。
本発明の一つの態様の採光部材は、前記採光部を挟んで前記第1基材とは反対側に設けられた第2基材と、前記採光部と前記第2基材とを接着する接着層と、をさらに備え、前記第2基材もしくは前記接着層が光散乱性を有していてもよい。
本発明の一つの態様の採光部材は、前記第1基材もしくは前記採光部の光射出側に、前記第2空間の側に進行する光の強度を減衰させる光減衰部材を備えていてもよい。
本発明の一つの態様の採光部材において、前記光減衰部材は、前記第2空間の側に進行する光を反射させる光反射部材であってもよい。
本発明の一つの態様の採光部材において、前記光減衰部材は、前記第2空間の側に進行する光を吸収させる光吸収部材であってもよい。
本発明の一つの態様の採光器は、採光部材と、光減衰部材と、を備え、前記採光部材は、光透過性を有する第1基材と、前記第1基材の第1面に設けられた光透過性を有する複数の採光部と、前記複数の採光部の間に設けられた空隙部と、を備え、前記空隙部に接する前記採光部の側面の一部が前記採光部に入射した光を反射する反射面として機能するものであり、前記採光部に入射した光のうち任意の1本の光線が前記反射面に入射する点Cを通り、前記第1基材の第1面に直交する仮想的な直線Fを境界とする2つの空間のうち、前記点Cに入射する前記光線が存在する側の空間を第1空間とし、前記点Cに入射する前記光線が存在しない側の空間を第2空間とした場合に、前記光減衰部材は、前記第1基材もしくは前記採光部から射出される光のうち、前記第2空間の側に進行する光の強度を減衰させる機能を有する。
本発明の一つの態様の採光部材の設置方法は、光透過性を有する第1基材と、前記第1基材の第1面に設けられた光透過性を有する複数の採光部と、前記複数の採光部の間に設けられた空隙部と、を備え、前記空隙部に接する前記採光部の側面の一部が前記採光部に入射した光を反射する反射面として機能し、前記採光部に入射した光のうち任意の1本の光線が前記反射面に入射する点Cを通り、前記第1基材の第1面に直交する仮想的な直線Fを境界とする2つの空間のうち、前記点Cに入射する前記光線が存在する側の空間を第1空間とし、前記点Cに入射する前記光線が存在しない側の空間を第2空間とした場合、前記第1基材もしくは前記採光部から射出される光のうち、前記第2空間の側に進行する光の強度を減衰させる機能を有する採光部材を、前記反射面として機能する前記採光部の側面が鉛直方向下方を向くように配置し、窓の上部に設置するものである。
本発明の一つの態様によれば、高いコストを掛けることなくグレアを抑制することができる採光部材、採光器、および採光部材の設置方法を提供できる。
本発明の第1実施形態の採光フィルムを示す断面図である。 本発明の第2実施形態の採光フィルムを示す斜視図である。 第2実施形態の採光フィルムの第1変形例を示す平面図である。 第2実施形態の採光フィルムの第2変形例を示す平面図である。 本発明の第3実施形態の採光フィルムを示す断面図である。 本発明の第4実施形態の採光フィルムを示す断面図である。 本発明の第5実施形態の採光器を示す断面図である。 本発明の第6実施形態の採光器を示す斜視図である。 グレアの指標を計算する際の一例とする室内の断面図である。 計算に用いた採光フィルムのモデルを示す図である。 散乱機能を有していないモデルによる輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。 等方性散乱機能を有するモデルによる輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。 異方性散乱機能を有するモデルによる輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。 採光装置及び照明調光システムを備えた部屋モデル2000を示す図である。 部屋モデル2000の天井を示す平面図である。 採光装置によって室内に採光された光(自然光)の照度と、室内照明装置による照度(照明調光システム)との関係を示すグラフである。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1を用いて説明する。
第1実施形態の採光フィルムは、例えば窓に貼り付ける形態で太陽光を室内に採り入れる採光部材の一つの例である。
図1は、本実施形態の採光フィルムを示す断面図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
図1に示すように、本実施形態の採光フィルム1は、第1基材2と、複数の採光部3と、第1接着層4と、第2基材5と、第2接着層6と、光散乱層7と、を備えている。複数の採光部3は、第1基材2の第1面2aに設けられている。第2基材5は、複数の採光部3を挟んで第1基材2の第1面2aと対向するように配置されている。第2基材5の第1面5aと複数の採光部3とは、第1接着層4により接着されている。光散乱層7は、第1基材2の第2面2bに設けられている。第2接着層6は、第2基材5の第2面5bに設けられ、採光フィルム1の全体を窓ガラス8に接着する役目を果たす。複数の採光部3の間は空隙部9となっている。
第1基材2としては、例えば熱可塑性ポリマーや熱硬化性樹脂、光重合性樹脂等の樹脂類等からなる光透過性の基材が用いられる。アクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ビニル系ポリマー、セルロース系ポリマー、アミド系ポリマー、フッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、イミド系ポリマー等などからなる光透過性の基材が用いられる。具体的には、例えばトリアセチルセルロース(TAC)フィルム、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、シクロオレフィンポリマー(COP)フィルム、ポリカーボネート(PC)フィルム、ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)フィルム、ポリイミド(PI)フィルム等の光透過性の基材が好ましく用いられる。本実施形態では、一例として厚さが100μmのPETフィルムが用いられる。第1基材2の全光線透過率は例えば90%以上が好ましい。これにより、十分な透明性が得られる。
第2基材5についても、第1基材2と同様の光透過性の基材が用いられる。第2基材5の材料と第1基材2の材料とは同じでもよいし、異なっていてもよい。
採光部3は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の光透過性および感光性を有する有機材料で構成されている。これら樹脂に重合開始剤、カップリング剤、モノマー、有機溶媒などを混合した透明樹脂製の混合物を用いることができる。さらに、重合開始剤は安定剤、禁止剤、可塑剤、蛍光増白剤、離型剤、連鎖移動剤、他の光重合性単量体等のような各種の追加成分を含んでいてもよい。採光部3の全光線透過率は90%以上が好ましい。これにより、十分な透明性が得られる。
採光部3は、一方向(図1の紙面と垂直な方向)に直線状に細長く延び、長手方向と直交する断面形状が台形の部材である。採光部3の長手方向は、矩形状の第1基材2の1辺と平行である。複数の採光部3は、間隔をおいて互いに平行に配置されている。採光部3の断面形状をなす台形の互いに平行な2辺のうち、短辺に相当する面は第2基材5に対向する側の面であり、以下の説明では第1端面3aと称する。長辺に相当する面は第1基材2に接する側の面であり、以下の説明では第2端面3bと称する。
採光部3の第1端面3aの幅をW1、採光部3の第2端面3bの幅をW2、採光部3の第1基材2の法線方向の高さをH、採光部3の配列方向のピッチをPとしたときに、採光部3の第1端面3aの幅W1、第2端面3bの幅W2、高さH、およびピッチPは、全ての採光部3にわたって等しい。また、第1端面3aの幅W1と第2端面3bの幅W2との関係は、W1<W2である。採光部3の第1端面3aの幅W1および第2端面3bの幅W2は、例えば10μm〜50μmである。採光部3の高さHは、例えば10μm〜100μmである。
なお、ここでは、複数の採光部3が間隔をおいて配置されている例を示すが、隣り合う採光部3の第2端面3bの端部同士が接していてもよい。
空隙部9には空気が存在している。したがって、空隙部9の屈折率は概ね1.0である。空隙部9の屈折率を1.0とすることにより、空隙部9と採光部3との界面3cにおける臨界角が最小となる。本実施形態の場合、空隙部9は、空気からなる空気層としたが、空隙部9は、窒素などの不活性ガスからなる不活性ガス層であってもよく、減圧状態とされた減圧層であってもよい。
光散乱層7は、光透過性を有する樹脂10中に光散乱体11が分散された構成を有する。 樹脂10としては、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等の樹脂に重合開始剤、カップリング剤、モノマー、有機溶媒などを混合した透明樹脂製の混合物を用いることができる。重合開始剤は安定剤、禁止剤、可塑剤、蛍光増白剤、離型剤、連鎖移動剤、他の光重合性単量体等のような各種の追加成分を含んでいてもよい。
光散乱体11は、光散乱層7に入射した光を散乱させる作用を有する。光散乱体11は、光散乱層7を構成する樹脂10とは異なる屈折率を有する粒子(小片)である。光散乱体11は、光散乱層7の内部に混入され、凝集することなく分散されていることが望ましい。光散乱体11は、例えばガラス類やアクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ビニル系ポリマー、セルロース系ポリマー、アミド系ポリマー、フッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、イミド系ポリマー樹脂類などからなる光透過性材料が用いられる。あるいは、光散乱体11は、樹脂10中に分散した気泡であってもよい。光散乱体11の形状は、例えば球形、楕円球形、平板形、多面体などであってもよい。
光散乱体11のサイズは、例えば0.5〜20μm程度であればよく、均一であってもよいし、異なっていてもよい。
光散乱層7は、必ずしも光散乱体11が分散された構成に限ることはなく、表面に凹凸が形成された層で構成されていてもよい。この場合、凹凸は、第1基材2の第2面2bに直接形成されていてもよい。
第1接着層4は、第2基材5の第1面5aと複数の採光部3の第1端面3aとを接着する。第1接着層4には一般的な光学接着剤が用いられる。第1接着層4の屈折率は、第2基材5の屈折率もしくは採光部3の屈折率と等しいことが望ましい。第1接着層4の屈折率が第2基材5の屈折率もしくは採光部3の屈折率と等しい場合、第1接着層4と第2基材5との界面もしくは第1接着層4と採光部3との界面において屈折が生じなくなる。
第2接着層6は、第2基材5の第2面5bと窓ガラス8とを接着する。第2接着層6は、採光フィルム1の構成要素として当初から第2基材5の第2面5bに設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。第2接着層6が設けられていない場合には、採光フィルム1を窓ガラス8に貼り付ける作業を行う際に第2基材5の第2面5bに供給すればよい。第2接着層6には一般的な光学接着剤が用いられる。第2接着層6の屈折率は、第2基材5の屈折率もしくは窓ガラス8の屈折率と等しいことが望ましい。第2接着層6の屈折率が第2基材5の屈折率もしくは窓ガラス8の屈折率と等しい場合、第2接着層6と第2基材5との界面もしくは第2接着層6と窓ガラス8との界面において屈折が生じなくなる。
採光フィルム1は、採光部3の長手方向が水平方向を向き、複数の採光部3の配列方向が鉛直方向を向くように窓ガラス8に貼り付けられる。太陽から直接届く光は、窓ガラス8に設置された採光フィルム1に対して斜め上方から入射する。採光フィルム1に入射した光は、窓ガラス8、第2接着層6、第2基材5、第1接着層4を透過して採光部3に到達する。
ここで、説明の便宜上、採光部3に入射した光のうち任意の1本の光束が採光部3の下側側面3c(反射面)に入射する点を点Cとする。点Cを通り、第1基材2の第1面2aに直交する仮想的な直線を直線Fとする。直線Fを含む水平面を境界とする2つの空間のうち、点Cに入射する光が存在する側の空間を第1空間S1とし、点Cに入射する光が存在しない側の空間を第2空間S2とする。
採光部3の第1端面3aから入射した光L1は、例えば採光部3の下側側面3cで全反射して斜め上方、すなわち第1空間S1の側に向かって進み、採光部3から射出される。
採光部3から射出された光L1は、第1基材2を透過して光散乱層7の光散乱体11により散乱され、採光フィルム1から射出される。一方、第1接着層4から空隙部9を通って採光部3の上側側面3dから入射した光L2は、例えば採光部3の下側側面3cに臨界角未満の角度で入射すると、採光部3の下側側面3cで反射せず、斜め下方、すなわち第2空間S2の側に向かって進み、採光部3から射出される。採光部3から射出された光L2は、光散乱層7の光散乱体11により散乱され、採光フィルム1から射出される。
図1に示す光L2のように、採光フィルム1から射出されて斜め下方に進行する光は、室内に居る人の目の位置、いわゆるグレア領域に到達し、室内に居る人に眩しさを感じさせる虞がある。グレア領域は、人の移動する領域内における眼の位置に基づいて規定される領域である。具体的には、グレア領域は、窓側の壁から例えば1m以上離れた領域であって、床から例えば0.8m〜1.8m程度の空間領域である。たとえ天井側に進行する光によって室内が明るく照明されたとしても、グレア領域に到達する光が多いと、室内に居る人が不快を感じやすくなる。
これに対して、本実施形態の採光フィルム1によれば、第1基材2の光射出側に光散乱層7が設けられているため、第1基材2から射出された光は光散乱層7で散乱し、光の強度が減衰する。そのため、採光フィルム1から斜め下方に進行する光の強度が、光散乱層7がない場合と比べて低下するため、室内に居る人が眩しさを感じにくくなる。一方、採光フィルム1から斜め上方に進行する光の強度もわずかに低下するが、光が光散乱層7で散乱することにより強度分布が均一化され、室内の天井や壁面がより均一に照明される。
このように、本実施形態の採光フィルム1は、光散乱層7を備えるだけでグレアの抑制が可能であり、ブラインドの開閉度を機械的に調節する従来技術に比べ、低いコストで室内の快適性を向上させることができる。
また、本実施形態では、第1基材2、第2基材5、および採光部3として、無色透明の部材が用いられるが、第1基材10、第2基材5、および採光部3の色はこれに限定されない。例えば、屋内に取り込む光の色温度を調整するために、第1基材2、第2基材5、採光部3の色が薄い黄色やオレンジ、ブルーなどで着色されていてもよい。デザイン性などを考慮して、第1基材2、第2基材5、採光部3の一部もしくは全部が赤色や青色などに着色されていてもよい。これにより、ステンドグラス風の窓を提供することができる。
本実施形態では、採光部3は一定幅のストライプ状の部材として構成されているが、採光部3の形状はこれに限られない。複数の採光部3の各々が概ね一方向に長手方向を有しており、その長手方向が、矩形形状を有する第1基材2の1辺と平行な方向に配置されていれば、本実施形態と同様の作用効果が得られる。ここで、「複数の採光部の各々が概ね一方向に長手方向を有している」とは、例えば、次のようなことをいう。すなわち、第1基材2の採光部3が形成された側とは反対側から第1基材2の内部に蛍光のような等方的に拡散する光を入射させ、複数の採光部3の外部に射出される光の極角輝度分布を測定する。このとき、複数の採光部3から射出される光の輝度が相対的に強い方向と相対的に弱い方向とが存在する場合に「採光部が概ね一方向に長手方向を有している」という。輝度が相対的に強い方向と直交する方向は、前記「一方向」として規定される。
本実施形態では、採光部3の間隔は一定であるが、採光部3の間隔は必ずしも一定である必要はない。複数の採光部3は不規則な間隔で互いに隣接して配置されていてもよい。
これにより、採光部3が規則的に形成された場合に生じる干渉縞の発生を抑制することができる。また、複数の採光部3は、必ずしも間隔をおいて配置されていなくてもよく、採光部3同士が接していてもよい。
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図2を用いて説明する。
本実施形態の採光フィルムの基本構成は第1実施形態と同様であり、第1基材の構成が異なるのみである。
図2は、本実施形態の採光フィルムを示す斜視図である。
図2において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
第1実施形態の採光フィルム1は、第1基材2から全方向に向けて射出される光を等方的に散乱させるものである。これに対して、第2実施形態の採光フィルム21は、第1基材2から射出される光を異方的に散乱させるものである。特に第2実施形態の採光フィルム21は、第1基材22から射出される光を水平方向に強く散乱させるものである。
図2に示すように、本実施形態の採光フィルム21においては、第1基材22の第2面に、各々が鉛直方向に延び、互いに平行な複数の凸レンズ23が設けられている。言い換えると、第1基材22の第2面に、レンチキュラーレンズが設けられている。凸レンズ23は、第1基材22の第2面自体が加工されて第1基材22と一体化されたものでもよいし、第1基材22と別体のものであってもよい。本実施形態の採光フィルム21は、第1実施形態の光散乱層7を備えていない。その他の構成要素については第1実施形態と同様である。
凸レンズ23のレンズ面は、水平面内で曲率を持ち、鉛直方向には曲率を持っていない。したがって、凸レンズ23は、水平方向に高い光散乱性を有し、鉛直方向には光散乱性を有していない。したがって、採光部3から第1基材22に入射した光Lは、凸レンズ23から射出する際に水平方向に大きく散乱し、鉛直方向には散乱することなく、採光部3から射出されたときの角度分布を維持したまま射出される。そのため、本実施形態の採光フィルム21によれば、部屋の奥行き方向の照射性能を変えることなく、グレアを抑制することができる。
さらに、本実施形態の採光フィルム21によれば、第1基材22から射出された光Lが水平方向に散乱することにより、例えば太陽の日周運動による方位変動に伴う照射性能の変化を緩和することができる。これにより、採光フィルム21の水平方向の均斉度を高めることができる。
なお、本実施形態では、第1基材22の第2面に複数の凸レンズ23が設けられているが、この構成に代えて、第1基材の第2面に異方性散乱構造が設けられていてもよい。異方性散乱構造としては、例えばルミニット社製の光拡散制御フィルム(商品名:LSD)のように、サーフェス・レリーフ・ホログラムパターンによりμmレベルの凹凸構造を形成したものを用いることができる。もしくは、第1基材の第2面に凹凸形状を有するものに代えて、アスペクト比が5〜500程度の粒子を連続層中に分散させた光散乱層を用いてもよい。
[第2実施形態の第1変形例]
各々が直線状に延びる複数の採光部を備えた採光フィルムに代えて、図3に示す採光フィルム25を用いてもよい。
第1変形例の採光フィルム25においては、図3に示すように、第1基材26の第2面に、複数のタイリング領域TA1,TA2が設けられている。複数のタイリング領域TA1,TA2の各々には、第1基材26の法線方向から見て、同心円状に配置された複数の円弧状の採光部28が形成されている。互いに隣接する2つのタイリング領域TA1,TA2では、タイリング領域内の採光部28の形状は同一であるが、円弧の凸となる方向が互いに異なっている。
本実施形態の場合、複数のタイリング領域TA1,TA2は、2種類のタイリング領域を含んでいる。第1タイリング領域TA1と第2タイリング領域TA2は、それぞれ四角形の形状を有する。より具体的には、四角形は、隣り合う2本の辺の長さが等しい組が2組あるものである。本実施形態では、4つの内角が、120°、90°、60°、90°となるような四角形が採用されている。
第1タイリング領域TA1と第2タイリング領域TA2には、内角が60°となる頂点を中心とした複数(本実施形態では6本)の同心円状の採光部28が形成されている。採光部28の断面形状は、光射出端面の面積が光入射端面の面積よりも大きい台形形状である。第1基材26には、互いに断面形状が等しい複数の採光部28が一定の間隔で同心円状に配置されている。
第1タイリング領域TA1および第2タイリング領域TA2の形状は、円弧の凸となる方向が互いに逆向きとなるように上下反転させた形状である点以外は、同じである。第1基材26の一面には、第1タイリング領域TA1と第2タイリング領域TA2とが隙間なく並んでいる。
第1変形例の採光フィルム25においては、採光部28が湾曲しており、採光部28の延在方向が1つのタイリング領域TA1,TA2内で変化している。これにより、採光部28から射出される光が水平方向に散乱し、グレアを抑制することができる。また、上記実施形態と同様、採光フィルム25の水平方向の均斉度を高めることができる。
[第2実施形態の第2変形例]
ストライプ状に延びる複数の採光部を備えた採光フィルムに代えて、図4に示す採光フィルム31を用いてもよい。
第2変形例の採光フィルム31は、図4に示すように、第1基材32が楕円錐台形の複数の採光部33を備えている。図4の例では、複数の採光部33の寸法は異なっているが、同じであってもよい。複数の採光部33はランダムに配置されているが、規則的に配置されていてもよい。いずれの場合も、第1基材32の法線方向から複数の採光部33を見たとき、複数の採光部33は、各採光部33の輪郭をなす楕円の長軸方向が水平方向を向き、楕円の短軸方向が鉛直方向を向くように配置されている。
第2変形例の採光フィルム31においては、採光部33の平面形状が楕円形であるため、採光部33の反射面が湾曲している。これにより、採光部33から射出される光が水平方向に散乱し、グレアを抑制することができる。また、上記実施形態と同様、採光フィルム31の水平方向の均斉度を高めることができる。
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について、図5を用いて説明する。
本実施形態の採光フィルムの基本構成は第1実施形態と同様であり、第1基材の構成が異なるのみである。
図5は、本実施形態の採光フィルムを示す断面図である。
図5において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
第3実施形態の採光フィルム35は、第2実施形態と同様、第1基材36から射出される光を異方的に散乱させるものである。ただし、第2実施形態の採光フィルム21は、第1基材22から射出される光を水平方向に強く散乱させるものであったのに対し、第3実施形態の採光フィルム35は、第1基材36から射出される光のうち、斜め下方に向かう光を強く散乱させるものである。
図5に示すように、本実施形態の採光フィルム35においては、第1基材36の内部に、第1基材36の屈折率とは異なる屈折率を有する複数の微小片37が含有されている。
微小片37は、長手方向と短手方向とを有する棒状もしくは板状の微粒子である。複数の微小片37は、長手方向が概ね斜め下方を向くように配向している。この種の微小片37を第1基材36の内部に含有する場合、微小片37の長手方向に沿って進行する光L2は微小片37の作用によって散乱する。
一方、微小片37の長手方向と交差する方向に沿って進行する光L1は微小片37の影響を受けずに透過する。すなわち、第1基材36は、斜め下方に向かう光を選択的に強く散乱させる異方性散乱機能を持つ。なお、第1基材36の内部に複数の微小片37を含有させる構成に代えて、第1基材の第2面に、斜め下方に向かう光を散乱させる機能を持つフィルム、例えばルミスティ(商品名:住友化学株式会社製)のような異方性散乱フィルムを貼付してもよい。本実施形態の採光フィルム35は、第1実施形態の光散乱層7を備えていない。その他の構成要素については第1実施形態と同様である。
本実施形態の採光フィルム35は、斜め下方に向かう光に対して高い光散乱性を有し、上方に向かう光に対しては光散乱性を有していない。そのため、本実施形態の採光フィルム35の使用により、部屋の天井方向の照射性能を変えることなく、グレアを抑制することができる。
[第4実施形態]
以下、本発明の第4実施形態について、図6を用いて説明する。
第4実施形態の採光フィルムの基本構成は第1実施形態と同様であり、第1基材にルーバーを付加した点が第1実施形態と異なる。
図6は、第4実施形態の採光フィルムを示す断面図である。
図6において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図6に示すように、本実施形態の採光フィルム41は、第1基材2の第2面2bにルーバー42が設けられている。ルーバー42は、細長い矩形状の複数の板材43(光吸収部材)で構成されている。複数の板材43の延在方向は、採光部3の延在方向(図6の紙面に垂直な方向)と平行である。板材43の下端は第1基材2の第2面2bに固定され、板材43の上端側は下端から斜め上方に延びている。すなわち、第1基材2の第2面2bと板材43の上面43aとのなす角度αは、90°未満の鋭角である。板材43の2つの面のうち、少なくとも上面43aは例えば黒色を呈し、光吸収性を有している。さらに、板材43の下面43bが光吸収性を有していてもよい。
採光部3の下側側面3cで反射した光L1は斜め上方に進むため、斜めに配置された板材43に当たりにくい。したがって、光L1は、進行方向を大きく変えることなく、天井方向に進む。一方、第1基材2から水平方向に近い方向もしくは斜め下方に射出された光L2は、板材43の上面43aに当たって吸収される。これにより、水平方向に近い方向もしくは斜め下方に進む光L2の強度は減衰する。このように、本実施形態の採光フィルム41によれば、部屋の天井方向の照射性能を大きく変えることなく、グレアを抑制することができる。第1基材2と板材43とのなす角度αや板材43の寸法を変えることにより、採光フィルム41を透過する光L1の角度範囲を調節することができる。
本実施形態においては、板材43の表面が光吸収性を有するものとしたが、この構成に代えて、板材の表面が光反射性を有していてもよい。光反射性を有する板材(光反射部材)を用いた場合、第1基材から水平方向に近い方向もしくは斜め下方に射出された光は、板材の上面で反射して上方に向かう。よって、この構成によれば、グレアを抑制しつつ、部屋の明るさをより向上させることができる。ただし、板材の表面での反射は散乱反射であることが望ましい。板材の表面での反射が鏡面反射であると、強い反射光が下方に進み、グレアが生じる虞があるからである。その意味で、板材が光反射性を有する場合、板材の上面のみが光反射性を有することが望ましい。もしくは、板材の上面が光反射性を有し、板材の下面が光吸収性を有していてもよい。
[第5実施形態]
以下、本発明の第5実施形態について、図7を用いて説明する。
第5実施形態の採光器は第1実施形態と同様の採光フィルムを備えている。
図7は、第5実施形態の採光器を示す断面図である。
図7において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図7に示すように、本実施形態の採光器45は、採光フィルム46と、ブラインド47(光減衰部材)と、を備えている。採光フィルム46の構成は第1実施形態と同様であるが、本実施形態の採光フィルム46は光散乱層7を備えていない。本実施形態において、グレアを抑制する機能はブラインド47が担っている。ブラインド47は、複数のスラット48と、ラダーコード49と、支持部材50と、を備えている。スラット48は、光吸収性または光散乱性を有する細長い板材であり、ラダーコード49を操作することで角度が変わるようになっている。複数のスラット48とラダーコード49とは、支持部材50により支持されている。
本実施形態の採光器45においても、第4実施形態と同様、複数のスラット48が斜め方向を向くようにスラット48の角度を調節すれば、斜め上方に向かう光L1に大きな影響を与えることなく、水平方向に近い方向もしくは斜め下方に進む光L2の強度を減衰させることができる。したがって、本実施形態の採光器45によれば、部屋の天井方向の照射性能を大きく変えることなく、グレアを抑制することができる。また、ブラインド47のスラット48の角度を変えることにより、採光器45を透過する光の角度範囲を調節することができる。
[第6実施形態]
以下、本発明の第6実施形態について、図8を用いて説明する。
第6実施形態の採光器は第1実施形態と同様の採光フィルムを備えている。
図8は、第6実施形態の採光器を示す断面図である。
図8において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
図8に示すように、本実施形態の採光器55は、ロールスクリーン56と、採光フィルム57と、を備えている。ロールスクリーン56を構成する遮光布58の一部に開口部(図示略)が設けられ、開口部の位置に第1実施形態と同様の採光フィルム57が組み込まれている。例えば高さ2.7mの部屋の一面が窓であったとして、ロールスクリーン56を最大に引き出した状態における遮光布58の長さが略2.7mであったとすると、床面から高さ1.8mよりも高い位置に採光フィルム57が配置されている。すなわち、採光フィルム57は、室内に居る人の視線よりも概ね高い位置に配置されている。
本実施形態の採光器55によれば、採光フィルム57が高い位置に配置されていることにより、グレアをより効果的に抑制することができる。一方、窓の下方は遮光布58で覆われることにより、部屋のプライバシー性を確保することができる。
ここでは、ロールスクリーン56の一部に採光フィルム57を組み込んだ採光器55の例を示したが、第1実施形態のように採光フィルムを窓に直接貼り付ける場合であっても、採光フィルムを、採光部の下側側面が鉛直方向下方を向くように配置し、窓の上部のみに貼り付ける設置方法を採用してもよい。このようにすれば、部屋の天井に対する採光性能をある程度確保しつつ、グレアを効果的に抑制することができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記の第1実施形態では、第1基材の第2面の外側に光散乱層を設けた例を示したが、例えば屈折率が異なる微粒子を混入させるなどの方法を用いて、第1基材、採光部、第1接着層、第2基材、第2接着層のいずれの部材に光散乱性を持たせてもよい。ただし、天井の照射性能に与える影響を最小限にするという観点では、光射出側により近い位置の部材に光散乱性を持たせることがより望ましい。
上記実施形態では、採光部の第1端面、すなわち面積が小さい側の端面から光を入射させる例を示したが、この例とは逆に、採光部の第2端面、すなわち面積が大きい側の端面から光を入射させてもよい。また、採光部の断面形状は、台形に限らず、台形以外の四角形や三角形でもよく、その他の種々の形状を採用できる。さらに、上記実施形態で例示した各構成要素の材料、形状、寸法等の具体的な構成は、適宜変更が可能である。
グレアは、視線近くの高輝度光源により視対象物が見えにくくなる減能グレアと、心理的な不快感を与える不快グレアと、に分類される。一般のオフィスでは、減能グレアを引き起こすような光源があることは少なく、不快グレアの対策が重要視される。不快グレアは、光源の輝度、光源の大きさ、光源の位置、あるいは天井面、壁面などの背景の明るさによって定量的に表すことができる。不快グレアの指標の一つに、国際照明委員会(CIE)基準であるUGR(Unified Glare Rating)がある。
背景輝度をLb[cd/m]、観測者の目の方向に対する照明の発光部の輝度をL[cd/m]、観測者の視野に占める照明の発光部の立体角をω[sr]、照明のポジションインデックスをPとしたとき、UGRは以下の(1)式で表される。
UGR=8×log{(0.25/Lb)×Σ(Lω/P)} …(1)
本発明者らは、上記のUGRを用いて、本実施形態の採光フィルムのグレア低減効果をシミュレーションにより実証した。以下、その結果について説明する。
シミュレーション条件として、図9に示すように、奥行きwが16mの南向きの部屋14を想定した。部屋14の南側に一定の高さの窓15を配置し、窓15の上側の1/3に採光フィルム16を設置した。具体的には、部屋14の床面から天井までの高さを2.7mとし、窓15の下端から上端(天井)までの高さT1を1.8mとし、床面から窓15の下端までの高さT2を0.9mとした。採光フィルム16の高さ方向の寸法T3を0.6mとし、採光フィルム16の上端を窓15の上端に合わせて配置した。太陽の南中高度は55°とした。
太陽光の光量は、水平面直達日射量を2.37MJ/m/hとし、水平面散乱日射量を0.62MJ/m/hとした。これらの日射量は、平均年における3月16日午前12時の東京での日射量に相当する。水平面での日射量を窓面での日射量に換算すると、窓面直達日射量が50849lm/mとなり、窓面散乱日射量が9499lm/mとなった。
太陽光の輝度は、直達日射の光の拡がりに相当する太陽の視直径を0.52degとし、これを再現するような距離d=1.5×10km、半径r=7×10kmを有する直達日射用光源を作成した。また、一様輝度の散乱日射用光源も別途作成した。
UGRを算出する観測位置X1は、部屋の中央である窓から8mの位置とした。窓から8mの位置において、採光フィルムが光散乱性を有していない比較例のモデル、採光フィルムが等方性散乱を有する実施例1のモデル、採光フィルムが異方性散乱を有する実施例2のモデルの3種類でUGRを算出した。3種類のモデルに共通の計算条件として、図10に示す採光フィルムを想定した。採光部3Aの第1端面の幅W1を13.4μm、第2端面の幅W2を30μmとした。採光部3Aの高さHを45μmとした。
実施例1のモデルについては、平行光を散乱させたときの輝度分布の標準偏差が15°となる等方性ガウス散乱を光射出面に付与する設定とした。実施例2のモデルについては、平行光を散乱させたときの輝度分布の標準偏差が鉛直方向で5°、水平方向で60°となる異方性ガウス散乱を光射出面に付与する設定とした。なお、UGRの算出に際しては、窓を分割し、小光源の集合体とみなしてUGRを算出した。
図11は、比較例のモデルの採光面の輝度分布を示す図である。左上の輝度分布図は、横軸が水平方向における角度[°]、縦軸が鉛直方向における角度[°]、をそれぞれ示している。左下のグラフは水平方向における輝度分布をグラフ化したものであり、右上のグラフは鉛直方向における輝度分布をグラフ化したものである。
比較例のモデルについてUGRを計算した結果、窓から8mの位置でのUGRが40.1であった。観察者にとっては、UGRの値が大きい程、グレアが不快に感じられ、UGRの値が小さい程、グレアが不快に感じられない。一般的なオフィスの基準ではUGRが19以下であることが求められている。したがって、窓から8mの位置における比較例のモデルのUGRの値は、一般的なオフィスの基準を大きく上回る。これは、図1に示す光L2のような直達日射による不快グレアが原因と推定される。
図12は、実施例1のモデルの採光面の輝度分布を示す図である。左上の輝度分布図は、横軸が水平方向における角度[°]、縦軸が鉛直方向における角度[°]、をそれぞれ示している。左下のグラフは水平方向における輝度分布をグラフ化したものであり、右上のグラフは鉛直方向における輝度分布をグラフ化したものである。採光フィルムに等方性散乱を付与したことにより、最大輝度が比較例のモデルに比べて大きく低下した。
実施例1のモデルについてUGRを計算した結果、窓から8mの位置におけるUGRの値が18.5となり、比較例のモデルのUGRの値である40.1から大きく改善した。
これにより、一般的なオフィスの基準を満たすことができる。このように、採光フィルムに等方性散乱を付与することによりグレアを抑制できることが実証された。
図13は、実施例2のモデルの採光面の輝度分布を示す図である。左上の輝度分布図は、横軸が水平方向における角度[°]、縦軸が鉛直方向における角度[°]、をそれぞれ示している。左下のグラフは水平方向における輝度分布をグラフ化したものであり、右上のグラフは鉛直方向における輝度分布をグラフ化したものである。採光フィルムに異方性散乱を付与したことにより、最大輝度が比較例のモデルに比べて大きく低下した。
実施例2のモデルについてUGRを計算した結果、窓から8mの位置におけるUGRの値が18.3となり、比較例のモデルのUGRの値である40.1から大きく改善した。
これにより、一般的なオフィスの基準を満たすことができる。このように、採光フィルムに異方性散乱を付与することによりグレアを抑制できることが実証された。特に水平方向の散乱性が高い異方性散乱を採光フィルムに付与することにより、天井照度分布に大きな影響を与えることなく、グレアを低減できることがわかった。
なお、上記のUGRの計算値はあくまでも一例であり、例えば採光部の形状や光散乱性の程度を適宜変更することにより、実施例のモデルのUGR値をより最適化することが可能である。
[照明調光システム]
図14は、採光装置及び照明調光システムを備えた部屋モデル2000を示す図である。
図15は、部屋モデル2000の天井を示す平面図である。
本発明において、外光が導入される部屋2003の天井2003aを構成する天井材は、高い光反射性を有していてもよい。図14及び図15に示すように、部屋2003の天井2003aには、光反射性を有する天井材として、光反射性天井材2003Aが設置されている。光反射性天井材2003Aは、窓2002に設置された採光装置2010からの外光を室内の奥の方に導入することを促進することを目的とするもので、窓際の天井2003aに設置されている。具体的には、天井2003aの所定の領域E(窓2002から約3mの領域)に設置されている。
この光反射性天井材2003Aは、先に述べたように、本発明の採光装置2010(上述したいずれかの実施形態の採光装置)が設置された窓2002を介して室内に導入された外光を室内の奥の方まで効率よく導く働きをする。採光装置2010から室内の天井2003aへ向けて導入された外光は、光反射性天井材2003Aで反射され、向きを変えて室内の奥に置かれた机2005の机上面2005aを照らすことになり、当該机上面2005aを明るくする効果を発揮する。
光反射性天井材2003Aは、拡散反射性であってもよいし、鏡面反射性であってもよいが、室内の奥に置かれた机2005の机上面2005aを明るくする効果と、室内に居る人とって不快なグレア光を抑える効果を両立するために、両者の特性が適度にミックスされたものが好ましい。
本発明の採光装置2010によって室内に導入された光の多くは、窓2002の付近の天井に向かうが、窓2002の近傍は光量が十分である場合が多い。そのため、上記のような光反射性天井材2003Aを併用することによって、窓付近の天井(領域E)に入射した光を、窓際に比べて光量の少ない室内の奥の方へ振り分けることができる。
光反射性天井材2003Aは、例えば、アルミニウムのような金属板に数十ミクロン程度の凹凸によるエンボス加工を施したり、同様の凹凸を形成した樹脂基板の表面にアルミのような金属薄膜を蒸着したりして作成することができる。あるいは、エンボス加工によって形成される凹凸がもっと大きな周期の曲面で形成されていてもよい。
さらに、光反射性天井材2003Aに形成するエンボス形状を適宜変えることによって、光の配光特性や室内における光の分布を制御することができる。例えば、室内の奥の方に延在するストライプ状にエンボス加工を施した場合は、光反射性天井材2003Aで反射した光が、窓2002の左右方向(凹凸の長手方向に交差する方向)に拡がる。部屋2003の窓2002の大きさや向きが限られているような場合は、このような性質を利用して、光反射性天井材2003Aによって光を水平方向へ拡散させるとともに、室内の奥の方向へ向けて反射させることができる。
本発明の採光装置2010は、部屋2003の照明調光システムの一部として用いられる。照明調光システムは、例えば、採光装置2010と、複数の室内照明装置2007と、窓に設置された日射調整装置2008と、これらの制御系2009と、天井2003aに設置された光反射性天井材2003Aと、を含む部屋全体の構成部材から構成される。
部屋2003の窓2002には、上部側に採光装置2010が設置され、下部側に日射調整装置2008が設置されている。ここでは、日射調整装置2008として、ブラインドが設置されているが、これに限らない。
部屋2003には、複数の室内照明装置2007が、窓2002の左右方向(Y方向)および室内の奥行き方向(X方向)に格子状に配置されている。これら複数の室内照明装置2007は、採光装置2010と併せて部屋2003の全体の照明システムを構成している。
図14及び図15に示すように、例えば、窓2002の左右方向(Y方向)の長さL1が18m、部屋2003の奥行方向(X方向)の長さL2が9mのオフィスの天井2003aを示す。ここでは、室内照明装置2007は、天井2003aの横方向(Y方向)及び奥行方向(X方向)に、それぞれ1.8mの間隔Pをおいて格子状に配置されている。より具体的には、50個の室内照明装置2007が10行(Y方向)×5列(X方向)に配列されている。
室内照明装置2007は、室内照明器具2007aと、明るさ検出部2007bと、制御部2007cと、を備え、室内照明器具2007aに明るさ検出部2007b及び制御部2007cが一体化されて構成されたものである。
室内照明装置2007は、室内照明器具2007a及び明るさ検出部2007bをそれぞれ複数ずつ備えていてもよい。但し、明るさ検出部2007bは、各室内照明器具2007aに対して1個ずつ設けられる。明るさ検出部2007bは、室内照明器具2007aが照明する被照射面の反射光を受光して、被照射面の照度を検出する。ここでは、明るさ検出部200bによって、室内に置かれた机上2005の机上面2005aの照度を検出する。
各室内照明装置2007に1個ずつ設けられた制御部2007cは、互いに接続されている。各室内照明装置2007は、互いに接続された制御部2007cにより、各々の明るさ検出部2007bが検出する机上面2005aの照度が一定の目標照度L0(例えば、平均照度:750lx)になるように、それぞれの室内照明器具2007aのLEDランプの光出力を調整するフィードバック制御を行っている。
図16は、採光装置によって室内に採光された光(自然光)の照度と、室内照明装置による照度(照明調光システム)との関係を示すグラフである。
図16に示すように、採光装置2010(自然光の採光)による机上面の照度は、窓から遠くなる程、低下している。一方で、採光装置2010を窓に設置することなく室内の天井に室内照明装置2007(照明調光システム)を設置した場合には、窓から遠くなる程、机上面の照度が上昇する。これら採光装置2010と室内照明装置2007(照明調光システム)とを併用した場合、採光装置2010及び室内照明装置2007(照明調光システム)のいずれか一方を用いた場合よりも、室内における机上面の照度が全体的に上昇していることが分かる。採光装置2010の効果により窓際が最も明るく、窓から離れるに従って明るさの低下が若干みられるが、略一定の照度(平均照度:750lx)が得られている。
以上述べたように、採光装置2010と照明調光システム(室内照明装置2007)とを併用することにより、室内の奥の方まで光を届けることが可能となり、室内の明るさをさらに向上させることができる。したがって、太陽高度による影響を受けずにより一層安定した明るい光環境が得られる。
本発明は、室内等の空間に対して光を有効に採り入れることができる採光部材、採光器、および採光部材の設置方法に利用可能である。
1,16,21,25,31,35,41,46,57…採光フィルム、2,22,32,36…第1基材、3,28,33…採光部、4…第1接着層、5…第2基材、7…光散乱層、9…空隙部、23…凸レンズ、43…板材(光吸収部材)、45,55…採光器、47…ブラインド(光減衰部材)。

Claims (11)

  1. 光透過性を有する第1基材と、
    前記第1基材の第1面に設けられた光透過性を有する複数の採光部と、
    前記複数の採光部の間に設けられた空隙部と、を備え、
    前記空隙部に接する前記採光部の側面の一部が前記採光部に入射した光を反射する反射面として機能し、
    前記採光部に入射した光のうち任意の1本の光線が前記反射面に入射する点Cを通り、前記第1基材の第1面に直交する仮想的な直線Fを境界とする2つの空間のうち、前記点Cに入射する前記光線が存在する側の空間を第1空間とし、前記点Cに入射する前記光線が存在しない側の空間を第2空間とした場合、
    前記第1基材もしくは前記採光部から射出される光のうち、前記第2空間の側に進行する光の強度を減衰させる機能を有する採光部材。
  2. 前記機能は、前記第2空間の側に進行する光を散乱させる機能である請求項1に記載の採光部材。
  3. 前記機能は、前記反射面として機能する前記採光部の側面の主たる延在方向に沿う面内での散乱が他の面内での散乱よりも強い異方性散乱機能である請求項2に記載の採光部材。
  4. 前記機能は、前記第2空間の側に進行する光を選択的に散乱させる機能である請求項2に記載の採光部材。
  5. 前記第1基材もしくは前記採光部が光散乱性を有する請求項2から請求項4までのいずれか一項に記載の採光部材。
  6. 前記採光部を挟んで前記第1基材とは反対側に設けられた第2基材と、
    前記採光部と前記第2基材とを接着する接着層と、をさらに備え、
    前記第2基材もしくは前記接着層が光散乱性を有する請求項2から請求項5までのいずれか一項に記載の採光部材。
  7. 前記第1基材もしくは前記採光部の光射出側に、前記第2空間の側に進行する光の強度を減衰させる光減衰部材を備える請求項1に記載の採光部材。
  8. 前記光減衰部材が、前記第2空間の側に進行する光を反射させる光反射部材である請求項7に記載の採光部材。
  9. 前記光減衰部材が、前記第2空間の側に進行する光を吸収させる光吸収部材である請求項7に記載の採光部材。
  10. 採光部材と、光減衰部材と、を備え、
    前記採光部材は、光透過性を有する第1基材と、前記第1基材の第1面に設けられた光透過性を有する複数の採光部と、前記複数の採光部の間に設けられた空隙部と、を備え、前記空隙部に接する前記採光部の側面の一部が前記採光部に入射した光を反射する反射面として機能するものであり、
    前記採光部に入射した光のうち任意の1本の光線が前記反射面に入射する点Cを通り、前記第1基材の第1面に直交する仮想的な直線Fを境界とする2つの空間のうち、前記点Cに入射する前記光線が存在する側の空間を第1空間とし、前記点Cに入射する前記光線が存在しない側の空間を第2空間とした場合、
    前記光減衰部材は、前記第1基材もしくは前記採光部から射出される光のうち、前記第2空間の側に進行する光の強度を減衰させる機能を有する採光器。
  11. 光透過性を有する第1基材と、前記第1基材の第1面に設けられた光透過性を有する複数の採光部と、前記複数の採光部の間に設けられた空隙部と、を備え、前記空隙部に接する前記採光部の側面の一部が前記採光部に入射した光を反射する反射面として機能し、前記採光部に入射した光のうち任意の1本の光線が前記反射面に入射する点Cを通り、前記第1基材の第1面に直交する仮想的な直線Fを境界とする2つの空間のうち、前記点Cに入射する前記光線が存在する側の空間を第1空間とし、前記点Cに入射する前記光線が存在しない側の空間を第2空間とした場合、
    前記第1基材もしくは前記採光部から射出される光のうち、前記第2空間の側に進行する光の強度を減衰させる機能を有する採光部材を、前記反射面として機能する前記採光部の側面が鉛直方向下方を向くように配置し、窓の上部に設置する採光部材の設置方法。
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