(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天窓シャフト（２４）に動作可能に係合するよう構成されたコリメートアッセンブリ（３４，１００，２００）を具える天窓アッセンブリであって、
前記コリメートアッセンブリが、複数のコリメートセグメント（４０−４４，２０６−２１０）の軸方向の配列を有しており、少なくとも第１のコリメートセグメント（４０，２０６）が、前記コリメートアッセンブリの軸に対して第１のコリメート角を規定し、第２のコリメートセグメント（４２，２０８）が、前記軸に対して前記第１のコリメート角とは異なる第２のコリメート角を規定し、双方のコリメート角が斜角であることを特徴とする天窓アッセンブリ。
【請求項２】
前記コリメートアッセンブリ（３４，１００，２００）が、前記第１及び第２のコリメート角とは異なる各コリメート角を連続的に規定する３以上のコリメートセグメント（４０−４４，２０６−２１０）を具えることを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項３】
前記コリメートセグメント（４０−４２，２０６−２１０）の各々の張り出しが、逐次小さくなることを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項４】
上部コリメートセグメント（４０，２０６）の張り出しが、下部コリメートセグメント（４２，４４，２０８，２１０）よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項５】
前記コリメートアッセンブリ（３４，１００，２００）の内面（４６）が非鏡面反射性であることを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項６】
前記コリメートセグメントが共に、長手方向に連続的に湾曲するコリメートアッセンブリ（１００）を規定することを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項７】
前記コリメートアッセンブリ（２００）が、円形の上部開口（２０２）及び角形の下部開口（２０４）を有することを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項８】
第１の円錐角を規定する第１の台形状のコリメータセグメント（４０，２０６）と；
前記第１のセグメントに結合されこれに同軸の第２の台形状のコリメータセグメント（４２，２０８）と；
を具えており、前記第２のセグメントが前記第１の円錐角よりも鋭い第２の円錐角を規定することを特徴とする天窓用コリメータアッセンブリ（３４，１００，２００）。
【請求項９】
前記第２のセグメント（４２，２０８）に結合されこれと同軸の第３の台形状のコリメータセグメント（４４，２１０）を具えており、
前記第３のセグメントが、前記第２の円錐角よりも鋭角の第３の円錐角を規定することを特徴とする請求項８に記載のアッセンブリ。
【請求項１０】
前記コリメータセグメントが共に、長手方向に連続的に湾曲するコリメータアッセンブリ（１００）を規定することを特徴とする請求項９に記載のアッセンブリ。
【請求項１１】
前記コリメータアッセンブリの内面（４６）が非鏡面反射性であることを特徴とする請求項８に記載のアッセンブリ。
【請求項１２】
前記コリメータアッセンブリ（２００）が、円形の上部開口（２０２）及び角形の下部開口（２０４）を有することを特徴とする請求項８に記載のアッセンブリ。
【請求項１３】
天窓シャフト（２４）の下端の下方に配置可能であり、そこから光を受けるコリメータアッセンブリ（３４，１００，２００）であって、非鏡面反射性の内面（４６）及び少なくとも第１のコリメータステージ（４０，２０６）を有するコリメータアッセンブリ；
を具え、
前記少なくとも第１のコリメータステージが、錐台状の構成を有しており、
前記非鏡面反射性の内面は、コントールされた光の拡散を与えるような構造の面であることを特徴とする天窓アッセンブリ。
【請求項１４】
前記コリメータアッセンブリの前記第１のコリメータステージ（４０，２０６）が、前記コリメータアッセンブリの軸に対して第１のコリメート角を規定する、錐台状の構成を有しており、
さらに、前記コリメータアッセンブリが、前記軸に対して前記第１のコリメート角とは異なる第２のコリメート角を規定する、前記コリメータアッセンブリの第２のコリメータステージ（４２，２０８）を有しており、
双方のコリメート角が斜角であることを特徴とする請求項１３に記載の天窓アッセンブリ。
【請求項１５】
前記コリメータアッセンブリが、前記第１及び第２のコリメート角とは異なる第３のコリメート角を規定する第３のコリメータステージ（４４，２１０）を具えることを特徴とする請求項１４に記載の天窓アッセンブリ。
【請求項１６】
前記コリメータアッセンブリが、複数のコリメータステージ（４０−４４，２０６−２１０）を具えており、
前記コリメータステージ（４０−４４，２０６−２１０）の各々の張り出しが、逐次小さくなることを特徴とする請求項１５に記載の天窓アッセンブリ。
【請求項１７】
第１のコリメータステージ（４０，２０６）の張り出しが、第２のコリメータステージ（４２，２０８）よりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載の天窓アッセンブリ。
【請求項１８】
前記コリメータアッセンブリ（１００）が、長手方向に連続的に湾曲することを特徴とする請求項１３に記載の天窓アッセンブリ。
【請求項１９】
前記コリメータアッセンブリ（２００）が、円形の上部開口（２０２）及び角形の下部開口（２０４）を有することを特徴とする請求項１３に記載の天窓アッセンブリ。
【請求項２０】
さらに、天窓シャフト（２４）を具えることを特徴とする請求項１に記載のアッセンブリ。
【請求項２１】
天窓シャフト（２４）を具えることを特徴とする請求項１３に記載の天窓アッセンブリ。
【請求項２２】
前記コリメータアッセンブリの下端の下方に配置されたディフューザ（２６）を具えることを特徴とする請求項１３に記載の天窓アッセンブリ。
【請求項２３】
前記コリメータアッセンブリの上端の上方に配置された天窓カバー（２１）を具えることを特徴とする請求項１３に記載の天窓アッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、天窓用コリメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
簡単に、米国特許第５，８９６，７１３号及び第６，０３５，５９３号に記載され、いずれも同じ譲受人が所有し、ここで引用される管状の天窓が、ビルの屋根及び天井間に取り付けられたチューブアッセンブリを有する。チューブアッセンブリの上端は、屋根に取り付けたカバーによって覆われている一方、チューブアッセンブリの下端は、天井に取り付けたディフューザプレートによって覆われている。このような組み合わせとともに、ビルの外の自然光が、ビルの内部にチューブアッセンブリを通して導かれ、内部を照らす。
【０００３】
ここで分かるように、鉛直面を具えたチューブが同じ角度で光を反射し、各反射角は空中の太陽の上昇に依存するため、１日中変動し、ビルの光の分布を制御するディフューザの効率及び効果を制限する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、カバーを通る光の伝達を最適化するものであり、コリメータがディフューザの上方に設けられており、さらに、コリメータは鏡面反射性である必要性がない。
【０００５】
したがって、天窓アッセンブリが、天窓シャフト及びシャフトに動作するよう係合するコリメータアッセンブリを有する。コリメータアッセンブリは、軸方向に連続する複数のコリメータセグメントを有する。一連のセグメントの数が無限大に近付く限定では、コリメータは、長手方向の断面が湾曲形状であると仮定する。第１のコリメータセグメントは、コリメータアッセンブリの軸に対して第１のコリメート角を規定し、それに続くコリメートセグメントが軸に対してそれぞれ異なる（且つより急な）コリメート角を既定する。コリメート角は斜角とし得る。コリメート角（及び限定的なケースでは、アッセンブリの曲線）を、所望のコリメートの程度、日光がアッセンブリに入る予測される角度範囲、コリメータへの入口の直径によって定めることができる。
【０００６】
ある例では、コリメートアッセンブリが、第１及び第２のコリメート角とは異なる第３のコリメート角を規定する第３のコリメートセグメントを有する。コリメートセグメントの各々の張り出しは、逐次小さくなる。上部コリメートセグメントの張り出しを、下部コリメートセグメントの張り出しよりも小さくすることができる。コリメートアッセンブリの内面は、非鏡面反射性である。
【０００７】
別の実施例では、天窓用コリメータアッセンブリが、第１の円錐角を規定する第１の台形状のコリメータセグメント及び第１のセグメントに結合されそれと同軸の第２の台形状のコリメータセグメントを有する。第２のセグメントは、第１の円錐角よりも鋭い第２の円錐角を既定する。
【０００８】
別の態様では、天窓が、上端及び下端を規定する天窓チューブを有しており、天窓カバーが上端の上方に配置され、光がチューブに入ることができ、コリメータアッセンブリが下端の下方に配置されてそこから光を受ける。コリメータアッセンブリは、非鏡面反射性の内面を有する。ディフューザが、コリメータアッセンブリの下端の下方に配置されている。ある実施例では、アッセンブリが複数のコリメータセグメントを有する。
【０００９】
本発明の詳細が、その構造及び動作のいずれについても、同じ参照番号が類似するパーツを示す添付図面を参照して良く理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、コリメータの周囲の一例を示す非限定的な管状天窓の一例の部分的な断面を示す側面図である。
【図２】図２は、図１のライン２−２に沿って視たコリメータの断面図である。
【図３】図３は、コリメータのパラメータを示す側面図である。
【図４】図４は、代替的なコリメータアッセンブリの側面図であり、セグメントの数が無限大に近付き、長手方向により急激な接線で連続的に湾曲するコリメータを効果的に構成する。
【図５】図５は、丸形から正方形の形状を有する代替的なコリメータの斜視図である。
【図６】図６は、図５に示すコリメータの立面図である。
【図７】図７は、図５に示すコリメータの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
初めに図１を参照すると、本発明に従って作製された全体として１０で示す太陽光で室内１２を照らすための環状の天窓を示しており、部屋１２は全体として１６で示すビルの天井の乾式壁１４を有する。図１は、ビル１６が屋根１８並びに、屋根１８及び天井の乾式壁１４を支持する１又はそれ以上の梁２０を有することを示す。
【００１２】
図１に示すように、天窓１０は、硬質プラスチック又はガラス製の屋根に取り付けるカバー２１を有する。カバー２１は光を透過し、好適には透明なものである。
【００１３】
カバー２１は、当技術分野で周知の手段によって屋根１８に取り付けられたリング状の金属製雨押さえ２２（ｆｌａｓｈｉｎｇ）によって屋根１８に取り付けられている。金属製雨押さえ２２は、屋根１８の傾斜（カント）に適した角度をなし、図示するように略垂直に直立するカバー２１に係合しこれを保持し得る。
【００１４】
図１にさらに示すように、全体として２４で示す内部で反射する中空の金属シャフトアッセンブリが、雨押さえ２２に結合している。アッセンブリ２４の断面は、円筒形、矩形、三角形等とし得る。したがって、「チューブ」という用語を本明細書で時として使用する一方、本発明の原理を正確な意味において限定すべきではないことが理解されよう。
【００１５】
シャフトアッセンブリ２４が室内１２の天井１４に延びている。本発明によって、シャフトアッセンブリ２４が、シャフトアッセンブリ２４に入る光を全体として２６で示す、部屋１２に配置され上記の’５９３特許に示すように天井１４又は梁２０に取り付けられる下方の光拡散アッセンブリに向ける。
【００１６】
シャフトアッセンブリ２４は、アルミニウム合金又は鋼といった金属でできており、又はシャフトアッセンブリ２４は、プラスチック又は他の適切な材料でできている。シャフトアッセンブリ２４の内部は、例えば、電気メッキ、陽極酸化処理、金属化プラスチックフィルムコーティング、又は他の適切な手段によって、反射型とされる。
【００１７】
一実施例では、シャフトアッセンブリ２４が１つのシャフトによって構成される。しかしながら、図１に示すように必要に応じて、シャフトアッセンブリ２４が複数のセグメントを有しており、そのそれぞれが本原理にしたがって内部反射する。特に、シャフトアッセンブリ２４は、雨押さえ２２に係合しカバー２１によって覆われる上部シャフト２８を有する。また、シャフトアッセンブリ２４は、上部シャフト２８に隣接し必要に応じてそれに対してＬ字継手３１においてある角度に曲げられる上部中間シャフト３０を有する。さらに、シャフトアッセンブリ２４は、シャフトアッセンブリ２４の熱応力を吸収するために上部中間シャフト３０に摺動可能に係合する下部中間シャフト３２を有する。そして、コリメータ状の下部シャフト３４が、下部中間シャフト３２に隣接しておりＬ字継手３５で下部中間シャフト３２に結合し、下部シャフト３４の底部がディフューザアッセンブリ２６によって覆われている。Ｌ字継手３５は、シャフトアッセンブリ２４が、屋根に取り付けるカバー２１を天井に取り付けるディフューザアッセンブリ２６に結合するように、ビル１６に適した角度をなす。必要に応じて、シャフト間の特定のジョイントを機械的に締めることができ、当技術分野で既知の原理にしたがってテープで覆うことができることが理解されよう。
【００１８】
図２に示すように、図１に示すコリメータ状の下部シャフト３４を詳細に示す。ここで当然のことながら、非限定的な実施例では、コリメータ状の下部シャフト３４が、複数のコリメータセグメントの軸方向の組を有する。さらに、シャフト３４の各コリメートセグメントは、上部から下部に向かって、その直上のものよりも外側に向く張り出しが逐次小さくなることが理解されよう。
【００１９】
図２に示すコリメータ状の下部シャフト３４は、上部３６及び下部３８を有する。シャフト３４の上部３６は、上記の図１を参照して説明するように、下部中間シャフト３２に隣接するよう係合する。シャフト３４の下部３８は、これもまた上述のように、ディフューザアッセンブリ２６によって覆われている。また、コリメータの下部をこれに係合するディフューザアッセンブリなしに開け放つことができる。
【００２０】
また、上述のように、シャフト３４が複数のコリメートセグメントを有する。ある実施例では、コリメートセグメントが円錐台状である。他の実施例では、例えば角錐台状といった他のコリメート形状を取り得る。
【００２１】
コリメータアッセンブリ３４の軸に対して第１のコリメート角α１を規定する第１の錐台形状のコリメートセグメント４０及びセグメント４０に結合されコリメータアッセンブリ３４の軸に対して第１のコリメート角よりも小さい第２のコリメート角α２を規定する第２の錐台形状のコリメートセグメント４２を有する。さらに、非限定的な実施例では、セグメント４２に結合され、第１及び第２のコリメート角よりも小さい第３のコリメート角α３を規定する第３の錐台形状のコリメートセグメント４４を有する。さらに、本適用例で参照される各コリメート角は、斜角でもよいことが理解されよう。追加的なセグメントを以下の説明にしたがって設けることができる。
【００２２】
さらに図２を参照すると、コリメートセグメント４０が、コリメートセグメント４２よりも広がっている。同様に非限定的な実施例では、それは、第３のコリメートセグメント４４を有しており、コリメートセグメント４２は第３のコリメートセグメント４４よりも広がっている。４以上のコリメートセグメントを有する場合には、上部の各コリメートセグメントがその下方のコリメートセグメントよりもより広がっている。
【００２３】
図２から分かるように、コリメートアッセンブリ２４の内面４６を有する。アッセンブリ３４の内面４６は、非限定的な実施例では、非鏡面反射性であることが理解されよう。このような非鏡面反射性の表面の例は、ここで引用される本譲受人の米国特許第７，１４６，７６８号及び米国特許出願公開公報第２００６／０１９１２１４号及び第２００７／０２６６６５２号に開示されている。簡単に説明すると、非鏡面反射性の内面を、金属基板、反射膜又は膜上の接着剤の構造面によって構成できる。それは、例えば、１０度未満のコントールされる光の拡散を与えるよう知られた凹部、波形パターン又は他の形状とし得る。非鏡面を用いることで、例えば、反射光の中心からプラスマイナス５度未満の光の拡散といった光の拡散の制御を与える。
【００２４】
上記の多段コリメータは、都合の良いことに、同等の性能を発揮する単段コリメータよりも軸方向のスペースをあまり使わない。
【００２５】
より高い特異性を示し、以下の説明は本発明を限定することを意図するものではなく、背景の説明を与えるという了解の下で、以下の用語を使用する。図３を参照する。「ＳＡＬＴ」（度）は、太陽高度、地平線からの太陽の角度、及び平行に壁を配置したチューブを伝播する日光の角度に関するものである。「ＴＴ」（度）は、チューブのテーパ、垂直方向及び／又は平行な壁からの角度に関する一方、「ＡＬＴ」（度）は、テーパ状の壁を反射する光のアライメント角に関するものである。この角度は、地平面に関連するものである。そして：
ＴＴ＝（（ＡＬＴ）−（ＳＡＬＴ））／２  及び  ＡＬＴ＝（２）（ＴＴ）＋（ＳＡＬＴ）
【００２６】
この原理を使用して、日光を再調整するよう最適に構成する一方、反射性材料及びコリメータの空間を最小限にする単一反射、可変テーパチューブを与えることができる。
【００２７】
ここで図３を参照すると、実施例では、第１の（上部）セグメントの寸法を以下の式を用いて決定できる：
＊ＤＩＡＴＯＰ（インチ）＝  上部又は入光部でのテーパチューブの直径
＊ＤＩＡＴＴ（インチ）＝  光が特定のＳＡＬＴの上部直径からテーパチューブに入る光及び特定のＡＬＴ要求で反射する光に基づいて反射する場合の、テーパチューブの直径
＊ＨＴＴＴ（インチ）＝  関連するＤＩＡＴＴでのテーパチューブの高さ；そして
ＤＩＡＴＴ＝（２）（（ＤＩＡＴＯＰ）（ｔａｎＳＡＬＴ））／（（１／ｔａｎＴＴ）−（ｔａｎＳＡＬＴ））＋（ＤＩＡＴＯＰ）
ＨＴＴＴ＝（ＤＩＡＴＴ−ＤＩＡＴＯＰ）／（２ｔａｎＴＴ）
ここで、「ＴＴ」は、鉛直軸に対するテーパチューブの角度である。
【００２８】
各続的なセグメントの直径及び高さを、前のセグメントの値から以下のようにして決定できる：
Ｎは新たな値、Ｐは前の値そしてＡＰはＤＩＡＴＯＰからＤＩＡＴＴＰまでの直径の増加の１／２である。このように、以下の表の例を使用して、３５度のＳＡＬＴについてのコリメータに関するＨＴＴＴＮを決定し、ＡＰは（１３．６４−１０．０）／２＝１．８２インチである。
＊ＨＴＴＴＮ（（ＤＩＡＴＯＰ＋ＡＰ）（ｔａｎＳＡＬＴＮ）−（ＨＴＴＴＰ）（ｔａｎＳＡＬＴＮ）（ｔａｎＴＴＮ））／１−（ｔａｎＳＡＬＴＮ）（ｔａｎＴＴＮ）
＊ＤＩＡＴＴＮ＝ＤＩＡＴＴＰ＋（２）（ＨＴＴＴＮ−ＨＴＴＴＰ）（ｔａｎＴＴＮ）
【００２９】
好適には、光は可変テーパチューブの中を１回のみ反射し、所要のアライメント角を与える。
【００３０】
光の入射範囲（ＳＡＬＴ）が１５度乃至５５度で、５５度又はこれよりも大きいアライメント角（ＡＬＴ、図示するような拡散光の軸）を与える可変テーパチューブに関して、上記を踏まえ以下の寸法を使用する。以下の表は、（ＳＡＬＴ）の１０度／５セグメントごとである。この例に関して、テーパチューブの開口の上部を直径１０インチと仮定する。多段コリメータの一例を図４に示す。
ＳＡＬＴ（度）  ＴＴ（度）    チューブの直径（インチ）  チューブの高さ（インチ）
１５            ２０              １２．１６              ２．９６
２５            １５              １３．６４              ５．５１
３５            １０              １４．９１              ８．７２
４５            ５                １５．８１              １２．９０
５５            ０                １６．０４              １８．５９
【００３１】
多段コリメータにより、８度のテーパ角で使用される単段コリメータよりも寸法が小さくなり、同じ要件を達成する。このような単段コリメータは、同等な性能の多段コリメータよりも全体に軸方向に３分の１長く、直径が６パーセント大きいと考えられる。
【００３２】
スペースを節約するのに加えて、現在のコリメータにおいて光の拡散をコントールした非鏡面反射性の内面の使用が、鏡面性反射面の使用に関連するまぶしさ及び不均一な照明を減らす。非鏡面反射性の表面は、約１０度よりも小さいコントールされた光の拡散を与え、１つの反射のみ有するため、アライメント角に過度に影響を及ぼすことなしに、上記のような問題をなくす。
【００３３】
ここで、当然のことながら、多段コリメータの使用により非鏡面反射性の内面を使用する場合、まぶしさが最低限の一貫した高い角度に低角度の日光の角度を変える。太陽高度とは独立したディフューザ／光沢に比較的高い角度を維持することによって、１日中一貫した光沢効率を維持する。さらに、日光の下向き角度を規定し、上記のように同時に光をわずかに拡散させることによって、ある例では、ディフューザがコリメータの開いた下端３８を覆うことを必要とせず、埋め込み型照明器具をシミュレートする。また、本原理は、光配向ペンデント（ｐｅｎｄｅｎｔ）又は可変テーパチューブの下方に置かれた他の光学素子のための、一貫した角度の制御光源を提供する。
【００３４】
図４に示すような、４以上のステージを具え実際には無限大に近づく多くのステージを具えるコリメータアッセンブリ１００を提供でき、すなわち、各ステージが事実上、長手方向の寸法の厚さがあまりなく又は全くない。したがって、コリメータ１００は、図４に示すように長手方向の寸法が連続した湾曲形状を取り、コリメータの長手軸１０４に対する表面への接線１０２が、コリメータの入光から出光への急な角度を規定する。各軸方向の場所で上記の式を使用して、その場所で接線を規定し得る。図４に示す反射角度及びコリメータの寸法が、一般に１つのみであるがこれに限定されない。
【００３５】
円形の上部開口２０２から角形の下部開口２０４まで複数のコリメータステージ２０６，２０８，２１０を有するコリメータアッセンブリ２００を図５乃至７に示しており、ステージ２０６−２１０の張り出しが、各々隣の上側ステージよりも逐次小さくなる。このため、図５乃至７のアッセンブリ２００は、図示するように上部から下部に向かって、正方形から円形構成であることを除けば、上記のコリメータと略同一である。上部開口２０２が円筒形の天窓チューブの下部に整合する一方、下部開口２０４が角形のディフューザ又は天井の開口に整合する、正方形から円形構成を実現するために、ステージ２０６−２１０の軸方向の寸法が、図示するように、ほぼ円形の状態（上部ステージ２０６）から角形（下部ステージ２１０）に徐々に推移する。
【００３６】
特定の複数のステージを有する天窓用コリメータをここに詳細に示したが、本発明に包含される発明の内容は特許請求の範囲のみによって限定されることが理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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