(57)【要約】【課題】入射方向の変動による採光効率の変動を効果的に抑制することが可能な採光システムを提供する。【解決手段】採光システム１０は、光Ｌ１、２を取り込んで部屋２に導くものである。採光システム１０は、光を取り込む採光部２０と、採光部２０に接続された筒状の導光部材４１を有し、採光部２０からの光を部屋２に導く導光部４０と、を備える。採光部２０は、光が入射する採光パネル２１と、採光パネル２１に対向して配置された対向パネル３１と、を有している。対向パネル３１の採光パネル２１側を向く面には、反射面３１ａが形成されている。採光パネル２１のパネル面に直交し導光部材４１の軸線ｒを通る断面において、反射面３１ａは、少なくとも部分的に湾曲乃至屈曲している。【選択図】図３
2016048618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を取り込んで所定の空間に導く採光システムであって、
光を取り込む採光部と、
前記採光部に接続された筒状の導光部材を有し、前記採光部からの光を前記所定の空間に導く導光部と、
を備え、
前記採光部は、光が入射する採光パネルと、前記採光パネルに対向して配置された対向パネルと、を有し、
前記対向パネルの前記採光パネル側を向く面には、反射面が形成され、
前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記反射面は、少なくとも部分的に湾曲乃至屈曲している、採光システム。
【請求項２】
前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記反射面が前記導光部材の前記軸線に対してなす角度は、前記反射面のうちの前記導光部材から離間する側から、前記反射面のうちの前記導光部材に接近する側に向けて漸次小さくなる、請求項１に記載の採光システム。
【請求項３】
前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、
冬至の南中時に前記採光パネルの或る位置に入射する太陽光が、前記対向パネルの前記反射面にて反射して、前記採光部と前記導光部との接続面上の或る位置を通り、
冬至の南中時に前記採光パネルの前記或る位置とは異なる別の位置に入射する太陽光が、前記対向パネルの前記反射面にて反射して、前記接続面上の前記或る位置を通る、請求項１または２に記載の採光システム。
【請求項４】
前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記反射面は、複数の直線、曲線、あるいは直線と曲線との組み合わせのいずれかによって規定される、請求項１に記載の採光システム。
【請求項５】
前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記反射面は、少なくとも、前記導光部材の前記軸線に対して傾斜した第１直線部と、前記第１直線部よりも前記導光部材側に位置し、前記導光部材の前記軸線に対してなす角度が前記第１直線部よりも小さい第２直線部と、により規定される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の採光システム。
【請求項６】
前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記第１直線部と前記第２直線部との接続位置は、前記採光パネルのパネル面に沿った方向において中央となる前記採光パネルの中央位置と、当該採光パネルのパネル面への法線方向に対面している、請求項５に記載の採光システム。
【請求項７】
前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記採光パネルのパネル面への法線方向に沿った前記採光パネルの前記対向パネル側を向く面と前記対向パネルの前記反射面との間の間隔が、前記採光パネルのパネル面に沿って前記導光部材に近づくにつれて漸次拡がっていく、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の採光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を取り込んで所定の空間に導く採光システムに係り、とりわけ、入射方向の変動による採光効率の変動を効果的に抑制することが可能な採光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、光を採光して当該光を室内に導光する採光システムの開発が進められている。採光システムは、例えば、屋根に設置された採光パネルを有する採光部と、採光部で採光された太陽光を室内に導光する導光部と、を有したシステムとして、室内の照明に用いられる。このような採光システムは、ＣＯ２の削減に寄与し、また直接的に省エネルギーを実現することができるシステムとして、注目を浴びている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−６８７０１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８９２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、設置スペースを有効に活用する観点から、採光パネルに対向して対向パネルが配置され、採光パネルにて取り込まれた光の一部を、対向パネルに形成された反射面にて反射して導光部に導く試みがなされている。しかしながら、太陽光の入射方向が大きく変動すると、採光パネルに取り込まれた光を対向パネルの反射面にて意図された通りに反射させることができない場合があり、採光効率の変動を充分に抑制することができない。
【０００５】
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、入射方向の変動による採光効率の変動を効果的に抑制することが可能な採光システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による採光システムは、光を取り込んで所定の空間に導く採光システムであって、光を取り込む採光部と、前記採光部に接続された筒状の導光部材を有し、前記採光部からの光を前記所定の空間に導く導光部と、を備え、前記採光部は、光が入射する採光パネルと、前記採光パネルに対向して配置された対向パネルと、を有し、前記対向パネルの前記採光パネル側を向く面には、反射面が形成され、前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記反射面は、少なくとも部分的に湾曲乃至屈曲している。
【０００７】
本発明による採光システムにおいて、前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記反射面が前記導光部材の前記軸線に対してなす角度は、前記反射面のうちの前記導光部材から離間する側から、前記反射面のうちの前記導光部材に接近する側に向けて漸次小さくなってもよい。
【０００８】
本発明による採光システムにおいて、前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、冬至の南中時に前記採光パネルの或る位置に入射する太陽光が、前記対向パネルの前記反射面にて反射して、前記採光部と前記導光部との接続面上の或る位置を通り、冬至の南中時に前記採光パネルの前記或る位置とは異なる別の位置に入射する太陽光が、前記対向パネルの前記反射面にて反射して、前記接続面上の前記或る位置を通ってもよい。
【０００９】
本発明による採光システムにおいて、前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記反射面は、複数の直線、曲線、あるいは直線と曲線との組み合わせのいずれかによって規定されてもよい。
【００１０】
本発明による採光システムにおいて、前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記反射面は、前記導光部材の前記軸線に対して傾斜した第１直線部と、前記第１直線部よりも前記導光部材側に位置し、前記導光部材の前記軸線に対してなす角度が前記第１直線部よりも小さい第２直線部と、により規定されてもよい。
【００１１】
本発明による採光システムにおいて、前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記第１直線部と前記第２直線部との接続位置は、前記採光パネルのパネル面に沿った方向において中央となる前記採光パネルの中央位置と、当該採光パネルのパネル面への法線方向に対面していてもよい。
【００１２】
本発明による採光システムにおいて、前記採光パネルのパネル面に直交し前記導光部材の軸線を通る断面において、前記採光パネルのパネル面への法線方向に沿った前記採光パネルの前記対向パネル側を向く面と前記対向パネルの前記反射面との間の間隔が、前記採光パネルのパネル面に沿って前記導光部材に近づくにつれて漸次拡がっていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反射面内の一部の領域と他の領域との間で、同じ角度で入射した光を異なる向きに反射させるように、反射面の形状を決定することができる。これにより、入射方向の変動による採光効率の変動を効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態による採光システムが取り付けられた建物を模式的に示す縦断面図。
【図２】図１に示す採光システムを示す断面図。
【図３】図２に示す採光システムの要部を示す断面図。
【図４】図３に示す採光システムの採光パネルを拡大して示す断面図。
【図５】図３に対応する図であって、図４とは異なる角度から採光パネルに入射する光の光路を示す断面図。
【図６】図３に対応する図であって、反射面の一変形例を示す断面図。
【図７】図３に対応する図であって、反射面の他の変形例を示す断面図。
【図８】図３に対応する図であって、実施例１に係る採光システムの採光効率をシミュレーションした結果を示す断面図。
【図９】図３に対応する図であって、比較例１に係る採光システムの採光効率をシミュレーションした結果を示す断面図。
【図１０】実施例１及び比較例１に係る採光システムの採光効率をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。図１〜図１０は、本発明による一実施の形態を説明するための図である。このうち、図１は、採光システム１０が取り付けられた建物１を模式的に示す縦断面図である。
【００１６】
なお、本明細書において、「パネル」、「シート」、「板」等の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「パネル」はシートや板とも呼ばれ得るような部材も含む概念である。一具体例として、「採光パネル」には、「採光シート」や「採光板」等と呼ばれる部材も含まれる。
【００１７】
採光システム１０は、建物１に取り付けられ、光を取り込んで所定の空間、例えば部屋２に導くためのものである。採光システム１０は、光を取り込む採光部２０と、採光部２０に接続されて採光部２０からの光を部屋２に導く導光部４０と、を備えている。以下に説明する例では、図１に示すように、建物１の壁３から導光部４０が延び出して、当該延び出した先端に採光部２０が取り付けられている。そして、採光部２０で採光された光は、導光部４０を介して部屋２に導かれるようになっている。
【００１８】
このような採光システム１０によれば、採光部２０で採光した光を例えば室内照明光として用いることができる。すなわち、この採光システム１０を用いることにより、省エネルギーを直接的に実現することができ、また、ＣＯ２の削減にも貢献し得る。
【００１９】
図２は、採光システム１０を示す断面図である。図２に示す採光システム１０を構成する採光部２０は、季節や時間帯に応じて入射方向が変動する光を安定して取り込むために設けられている。採光部２０に取り込まれる光としては、典型的には太陽光に代表される自然光が挙げられる。図２に示す採光部２０は、光が入射する採光パネル２１と、採光パネル２１に対向して配置された対向パネル３１と、を有している。
【００２０】
図３に、採光部２０の断面を拡大して示す。図３に示す採光パネル２１は、いわゆるプリズムパネルとして構成されている。図３に示すように、採光パネル２１は、互いに対向する第１面２２及び第２面２３を有している。第１面２２は、外方に面し、採光システム１０の入光面として機能する。一方、第２面２３は、対向パネル３１側を向き、第２面２３を透過した光が導光部４０に向かう。
【００２１】
図３に示すように、第１面２２は、複数の傾斜面２２ａと、隣り合う２つの傾斜面２２ａを接続する立上面２２ｂと、を含んでいる。傾斜面２２ａは、入射する光に対して光学作用を及ぼして入射する光の光路を調整することが期待された面である。一方、立上面２２ｂは、入射する光の光路を積極的に調整することが期待されていない面である。
【００２２】
複数の傾斜面２２ａと複数の立上面２２ｂとは、採光パネル２１の第２面２３に平行な面内を延びる一軸方向ｄ１に交互に並べられている。本実施の形態において、一軸方向ｄ１は、鉛直方向に一致する。各傾斜面２２ａ及び各立上面２２ｂは、第２面２３に平行な面内において、一軸方向ｄ１と交差した方向、より厳密には、一軸方向ｄ１と直交する他軸方向（図３において紙面の表裏方向）に直線状に延びている。本実施の形態において、他軸方向は、水平方向に一致する。なお、本実施の形態において、複数の傾斜面２２ａは、互いに同一に構成され、複数の立上面２２ｂも、互いに同一に構成されている。
【００２３】
各傾斜面２２ａは、採光パネル２１のパネル面に対して傾斜し、パネル面への法線方向ｎｄに対しても傾斜している。すなわち、各傾斜面２２ａは、パネル面及び法線方向ｎｄのいずれとも非平行になっている。図３に示す例では、傾斜面２２ａは、一軸方向ｄ１において一側に位置する一端部Ｅ１が、一軸方向ｄ１において他側に位置する他端部Ｅ２よりも第２面２３に近接するように傾斜している。
【００２４】
とりわけ、傾斜面２２ａが第２面２３と平行な面に対してなす角度α１は、当該傾斜面２２ａと隣り合う立上面２２ｂが第２面２３と平行な面に対してなす角度α２よりも小さい。図３に示す例では、傾斜面２２ａが採光パネル２１の第２面２３に対して鋭角をなす一方で、立上面２２ｂが第２面２３への法線方向ｎｄに概ね沿っている。
【００２５】
さて、第１面２２と共に採光部２０の表面を構成する第２面２３は、傾斜面２２ａから採光パネル２１に取り込まれた光を透過させるよう構成されている。本実施の形態の第２面２３は、鉛直方向に平行になるように配置されている。また、第２面２３は、平滑面として形成されている。なお、本明細書でいう「平滑」とは、光学的な意味合いでの平滑を意味するものである。すなわち、ここでは、或る程度の割合の可視光帯域の透過光が、スネルの法則を満たしながら屈折するようになる程度を意味している。したがって、例えば、第２面２３の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳＢ０６０１）が最短の可視光波長（０．３８μｍ）以下となっていれば、十分、平滑に該当する。
【００２６】
一例として、このような採光パネル２１は、傾斜面２２ａ及び立上面２２ｂに対応する形状の凹部が形成された型を用いて、賦型され得る。この場合、採光パネル２１は、一体として形成されてもよいし、第２面２３を構成する基材層に、第１面２２を構成するプリズム層を積層させてもよい。
【００２７】
ここで、傾斜面２２ａから取り込まれた光が第２面２３から対向パネル３１に向かう出射角について図４を参照して補足する。図４は、傾斜面２２ａを拡大して示す断面図である。図４に示すように、傾斜面２２ａに入射する光Ｌ０が採光パネル２１のパネル面への法線方向ｎｄに対してなす角度をθとし、光Ｌ０の傾斜面２２ａへの入射角をβ１とし、光Ｌ０の傾斜面２２ａからの出射角をβ２とする。この場合、入射角β１は、傾斜面２２ａに入射する光Ｌ０が当該傾斜面２２ａへの法線方向ｎｄ１に対してなす角度であり、出射角β２は、傾斜面２２ａにて屈折した光Ｌ０が当該傾斜面２２ａへの法線方向ｎｄ１に対してなす角度である。また、採光パネル２１の傾斜面２２ａをなす材料の屈折率をｎとする。
【００２８】
図４に示す幾何学的関係より、
β１＝α１−θ  …  （１）
が得られる。また、スネルの法則により、
ｓｉｎβ１＝ｎ・ｓｉｎβ２  …  （２）
が得られる。
【００２９】
次に、傾斜面２２ａを透過した光Ｌ０が第２面２３に入射するときの入射角をβ３とし、光Ｌ０の第２面２３からの出射角をβ４とする。この場合、入射角β３は、第２面２３に入射する光Ｌ０が第２面２３への法線方向ｎｄ２に対してなす角度であり、出射角β４は、第２面２３にて屈折した光Ｌ０が当該第２面２３への法線方向ｎｄ２に対してなす角度である。図４に示す幾何学的関係より、
β３＝α１−β２  …  （３）
が得られる。また、スネルの法則により、
ｎ・ｓｉｎβ３＝ｓｉｎβ４  …  （４）
が得られる。
【００３０】
式（１）〜（４）の関係を満たす場合、θとβ４とは単調増加関数の関係になっている。したがって、太陽高度が高くなると、傾斜面２２ａに入射する光Ｌ０が採光パネル２１のパネル面への法線方向ｎｄに対してなす角度θも増加し、結果として、第２面２３からの出射角β４も増加することが理解され得る。
【００３１】
さて、図２に戻って、採光部２０は、採光パネル２１の第２面２３に対向して配置された対向パネル３１を有している。対向パネル３１は、採光パネル２１と建物１の壁３との間に配置されている。対向パネル３１の採光パネル２１側を向く面には、反射面３１ａが形成されている。反射面３１ａは、光を反射する機能、好ましくは、光を正反射、すなわち鏡面反射する機能を有し、これにより、採光パネル２１を透過した光の一部が反射面３１ａで反射して、導光部４０に向けて案内される。このような反射面３１ａは、一例として、銀やアルミや誘電体多層膜等の高反射率材料を対向パネル３１にコーティングすることにより得られる。なお、図示する例では、反射面３１ａは、単一の層として形成され、対向パネル３１の採光パネル２１側を向く面の全面を覆っている。この反射面３１ａの形状については、後述する。
【００３２】
採光部２０によって取り込まれた光は、採光部２０に下方から接続された導光部４０を通って部屋２に案内される。図２に示すように、導光部４０は、採光部２０に一軸方向ｄ１における他側から接続された筒状の導光部材４１を有している。なお、筒状とは、長尺状の中空な柱体の形状をいう。導光部材４１は、採光部２０から建物１の壁３まで、軸線ｒに沿って延び、部分的に曲がっている。導光部材４１の一端は、採光パネル２１の下端及び対向パネル３１の下端に隙間なく接続され、導光部材４１の他端は、建物１の壁３に隙間なく接続されている。なお、導光部材４１の軸線ｒは、導光部４０の延びる方向に一致し、典型的にはその長手方向に直交する各断面において導光部材４１の中央を通過する。
【００３３】
本実施の形態では、導光部材４１の軸線ｒに直交する断面において、導光部材４１は、多角形の輪郭形状、より詳細には矩形の輪郭形状を有している。ただし、このような例に限定されず、導光部材４１は、円形の輪郭形状乃至楕円形の輪郭形状を有していてもよい。
【００３４】
導光部材４１の内面には、反射面４２が形成されている。反射面４２は、光を反射する機能、好ましくは、光を正反射、すなわち鏡面反射する機能を有し、これにより、導光部材４１の内部を通る光が反射面４２で反射して案内される。このような反射面４２は、一例として、銀やアルミや誘電体多層膜等の高反射率材料を導光部材４１にコーティングすることにより得られる。
【００３５】
また、反射面４２に囲まれる空間内に、採光部２０にて取り込まれた光を部屋２に案内する導光路４３が規定される。導光路４３の一端は、採光部２０内の空間２５つまり採光パネル２１と対向パネル３１とにより囲まれる空間２５に繋がっている。本明細書において、採光部２０内の空間２５と導光部材４１の導光路４３との境界乃至重なる範囲に規定され且つ軸線ｒに直交する仮想面を接続面ＳＣと呼ぶこととする。この接続面ＳＣは、後述するように、対向パネル３１の反射面３１ａの形状を決定するために利用される。
【００３６】
導光路４３の他端は、建物１内の部屋２に繋がっている。導光路４３の他端を塞ぐように、拡散板４４が設置されている。拡散板４４によれば、導光部４０から導かれる光で部屋２内をむらなく照明することが可能となる。もっとも、導光部材４１の端部に拡散板４４が設置されていなくてもよく、導光部材４１内を導光された光が導光部材４１の端部から直接的に射出してもよい。
【００３７】
ところで、図１に示す採光システム１０においては、設置スペースを有効に活用する観点から、採光パネル２１の第２面２３と対向パネル３１の反射面３１ａとの間の距離を充分に確保することが難しい。これらの間の距離が短くなると、太陽高度が一番低くなる冬至においては、採光パネル２１から取り込まれた光を、導光部４０に高効率で導くことが従来において困難であった。この点、本実施の形態では、図３に示す断面において、反射面３１ａは、少なくとも部分的に湾曲乃至屈曲している。このような形態によれば、反射面３１ａ内の一部の領域と他の領域との間で、同じ角度で入射した光を異なる向きに反射させるように、反射面３１ａの形状を決定することができる。したがって、冬至において採光効率が高まるように反射面３１ａの形状を決定することにより、導光部４０に安定した高い効率で光を導くことが可能となる。
【００３８】
ここで、図３に示す断面は、採光パネル２１のパネル面に直交し導光部材４１の軸線ｒを通る断面であり、以下主切断面と呼ぶ。図３に示す主断面において、反射面３１ａが導光部材４１の軸線ｒに対してなす角度γは、反射面３１ａのうちの導光部材４１から離間する側から、反射面３１ａのうちの導光部材４１に接近する側に向けて漸次小さくなる。言い換えると、図３に示す主断面において、反射面３１ａ上の各位置Ｘにおける接線ＴＬが導光部材４１の軸線ｒに対してなす角度γは、当該各位置Ｘが導光部材４１に接近するにつれて漸次小さくなる。ここでいう「角度γが漸次小さくなる」とは、角度が常に小さくなるように変化し続けることだけではなく、少なくとも一部の区間において角度が変化しない場合も含む概念である。その一方で、「角度γが漸次小さくなる」には、任意の領域において角度が大きくなるように変化することは含まれない。したがって、図３に示された屈曲状の反射面３１ａだけでなく、少なくとも部分的に湾曲した反射面も、「角度が漸次小さくなる」と表現され得る。
【００３９】
典型的には、図３に示す主断面において、反射面３１ａは、複数の直線、曲線、あるいは直線と曲線との組み合わせのいずれかによって規定される。本実施の形態では、反射面３１ａは、第１直線部３２と、第１直線部３２よりも導光部材４１側に位置した第２直線部３３と、により規定されている。第１直線部３２は、導光部材４１の軸線ｒに対して第１角度γ１で傾斜している。その一方で、第２直線部３３が導光部材４１の軸線ｒに対してなす第２角度γ２は第１角度γ１よりも小さい。第１角度γ１及び第２角度γ２は、導光部材４１に導くことが意図された光の各直線部３２、３３への入射方向に応じて決定される。典型的には、反射面３１ａにて反射した光が再び採光パネル２１に入射すると、迷光になったり第１面２２から外部へ逃げてしまうおそれがある。したがって、導光部材４１に導くことが意図された光が、反射面３１ａにて反射した後に再び採光パネル２１に入射することをできるだけ回避するよう、第１角度γ１及び第２角度γ２を決定してもよい。
【００４０】
周知の通り、太陽の位置は、時間帯および季節に応じて変化する。日差しがあまり強くなく気温も低い冬至において、採光システム１０から部屋２に取り込まれる光を積極的に利用して部屋２を暖かく保つことが一番期待される。ところが、反射面が直線である従来技術の場合、冬至、すなわち１２月末の採光効率は、冬至から離れた季節、たとえば、１０月、１１月、１月、２月よりも低かった。その原因は、冬至はθが最小、ゆえに出射角β４も最小となり、反射面３１からの反射光のうち採光パネル２１に当たる光の割合が多くなり、外部へ逃げてしまうためである。この状況は後の図９で示される。一方、冬至から離れるに従い、θが増加、ゆえに出射角β４も増加し、反射面からの反射光のうち採光パネルに当たる光の割合が減少し、その分導光部４０に入射さる光の割合が増加する。
【００４１】
したがって、冬至において、採光部２０から取り込まれた光を積極的に導光部材４１に導くように、第１角度γ１及び第２角度γ２を決定するのがよい。このような観点から、図３に示す主断面において、冬至の南中時に採光パネル２１の或る位置に入射する太陽光Ｌ１が、対向パネル３１の反射面３１ａ上の或る位置にて反射して、採光部２０と導光部４０との接続面ＳＣ上の或る位置ＳＣ１を通り、冬至の南中時に採光パネル２１の前記或る位置とは異なる別の位置に入射する太陽光Ｌ２が、対向パネル３１の反射面３１ａ上の別の位置にて反射して、接続面ＳＣ上の前記或る位置ＳＣ１を通るのがよい。このように、冬至の南中時に少なくとも２つの異なる光路を通る太陽光Ｌ１、Ｌ２が接続面ＳＣ上の或る位置ＳＣ１を通るように、第１角度γ１及び第２角度γ２を決定することで、冬至の南中時に採光パネル２１に取り込まれる多くの光を導光部材４１に低損失で導くことが可能になる。とりわけ、本実施の形態の前記接続面ＳＣ上の或る位置ＳＣ１は、主断面における接続面ＳＣの中央となる位置である。図３に示す例では、接続面ＳＣの中央位置となる或る位置ＳＣ１を軸線ｒが通過している。
【００４２】
また、図３に示す主断面において、第１直線部３２と第２直線部３３との接続位置を３４とし、採光パネル２１のパネル面に沿った方向において中央となる採光パネル２１の中央位置を２１ａとする。本実施の形態では、接続位置３４は、中央位置２１ａと採光パネル２１のパネル面への法線方向ｎｄに対面している。この場合、第１直線部３２に相当する反射面３１ａの領域と、第２直線部３３に相当する反射面３１ａの領域と、がバランスよく反射面３１ａ内で分布するため、採光効率の変動を効果的に抑制することに寄与する。
【００４３】
また、採光パネル２１の第２面２３と対向パネル３１の反射面３１ａとの間の間隔Ｄは、一軸方向ｄ１に沿った位置に応じて変化していく。本実施の形態では、図２に示す断面において、採光パネル２１のパネル面への法線方向ｎｄに沿った採光パネル２１の第２面２３と対向パネル３１の反射面３１ａとの間の間隔Ｄが、採光パネル２１のパネル面に沿って導光部４０に近づくにつれて漸次拡がっていく。ここでいう「間隔Ｄが漸次拡がっていく」とは、間隔が常に大きくなるように変化し続けることだけではなく、少なくとも一部の区間において間隔が変化しない場合も含む概念である。その一方で、「間隔Ｄが漸次拡がっていく」には、任意の領域において間隔が小さくなるように変化することは含まれない。したがって、図３に示された屈曲状の反射面３１ａだけでなく、部分的に湾曲した反射面も、「間隔が漸次拡がっていく」と表現され得る。
【００４４】
次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用について図５を参照して説明する。図５は、採光システム１０の作用を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、採光システム１０が太陽光を利用する例を用いて説明するが、採光システム１０に利用される光は太陽光に限定されない。
【００４５】
冬至の南中時辺りの時間帯において、太陽の高度は低い。上述のように、採光部２０のパネル面は、鉛直方向に平行に設置されており、導光部材４１は鉛直方向における下方から採光部２０に接続されている。このため、太陽光Ｌ３〜Ｌ６は、採光パネル２１のパネル面への法線方向ｎｄに対してなす角度θが小さい方向から採光パネル２１に入射する。図５に示すように、太陽光Ｌ３〜Ｌ６が第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす角度θが比較的小さい方向から傾斜面２２ａに入射する場合、式（１）〜（４）の関係からもわかるように、第２面２３からの出射角β４も小さくなる。第２面２３からの出射角β４が小さい光Ｌ３〜Ｌ４は、相対的に反射面３１ａのうちの導光部材４１から離間した領域にも入射し易くなる。図５から理解されるように、第２面２３からの出射角β４が相対的に小さい光Ｌ３〜Ｌ４が反射面３１ａのうちの導光部材４１から離間した領域に入射した場合、反射面３１ａにて反射した後導光部材４１の軸線ｒに対してなす角度が比較的小さい方向から導光路４３内に向かっていく。一方、図５から理解されるように、採光パネル２１から出射して反射面３１ａのうちの導光部材４１寄りの領域に入射する光Ｌ５〜Ｌ６は、反射面３１ａにて反射した後再び採光パネル２１に戻ることなく主として導光路４３内に進入する。
【００４６】
とりわけ、本実施の形態では、反射面３１ａは、第１直線部３２と、第１直線部３２よりも導光部材４１寄りに位置した第２直線部３３と、により規定されている。この場合、第２面２３からの出射角β４が小さい光Ｌ３〜Ｌ４は、第１直線部３２に相当する反射面３１ａの領域にも入射し易くなる。第１直線部３２は、導光部材４１の軸線ｒに対してなす第１角度γ１が相対的に大きいため、第１直線部３２に相当する反射面３１ａの領域に入射する光Ｌ３〜Ｌ４は、反射面３１ａにて反射した後、導光部材４１の軸線ｒに対してなす角度が比較的小さい方向から導光路４３内に向かっていく。一方、採光パネル２１から出射して第２直線部３３に相当する反射面３１ａの領域に入射する光Ｌ５〜Ｌ６は、反射面３１ａにて反射した後再び採光パネル２１に戻ることなく主として導光路４３内に進入する。以上のことから、結果として、冬至に採光パネル２１に取り込まれた光Ｌ３〜Ｌ６を高い効率で導光路４３内に導くことに大きく寄与する。
【００４７】
これら導光部４０に案内された太陽光は、導光部材４１内を建物１の部屋２に向かって導光され、導光部材４１の端部に取り付けられた拡散板４４に入射する。拡散板４４に入射した光は、当該拡散板４４で拡散されて部屋２内をむらなく照明する。
【００４８】
以上のように、本実施の形態によれば、光を取り込む採光部２０と、採光部２０に接続された筒状の導光部材４１を有し採光部２０からの光を部屋２に導く導光部４０と、を備え、採光部２０は、光が入射する採光パネル２１と、採光パネル２１に対向して配置された対向パネル３１と、を有し、対向パネル３１の採光パネル２１側を向く面には、反射面３１ａが形成され、採光パネル２１のパネル面に直交し導光部材４１の軸線ｒを通る断面において、反射面３１ａは、少なくとも部分的に湾曲乃至屈曲している。このような形態によれば、反射面３１ａ内の一部の領域と他の領域との間で、同じ角度で入射した光を異なる向きに反射させるように、反射面３１ａの形状を決定することができる。したがって、冬至の採光効率を最大にするように反射面３１ａの形状を決定することにより、入射方向の変動による採光効率の変動を効果的に抑制することが可能となる。
【００４９】
また、本実施の形態によれば、図３に示す主断面において、反射面３１ａが導光部材４１の軸線ｒに対してなす角度γは、反射面３１ａのうちの導光部材４１から離間する側から、反射面３１ａのうちの導光部材４１に接近する側に向けて漸次小さくなる。このような形態によれば、図５から理解されるように、冬至において、採光パネル２１に入射した光Ｌ３、Ｌ４を低損失で導光路４３内に導くことに大きく寄与する。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、図３に示す主断面において、冬至の南中時に採光パネル２１の或る位置に入射する太陽光Ｌ１が、対向パネル３１の反射面３１ａにて反射して、採光部２０と導光部４０との接続面ＳＣ上の或る位置ＳＣ１を通り、冬至の南中時に採光パネル２１の前記或る位置とは異なる別の位置に入射する太陽光Ｌ２が、対向パネル３１の反射面３１ａにて反射して、接続面ＳＣ上の前記或る位置ＳＣ１を通る。このように、冬至の南中時に少なくとも２つの異なる光路を通る太陽光Ｌ１、Ｌ２が接続面ＳＣ上の或る位置ＳＣ１を通るように、第１角度γ１及び第２角度γ２を決定することで、冬至の南中時に採光パネル２１に取り込まれる多くの光を導光部材４１に低損失で導くことが可能になる。とりわけ、本実施の形態では、接続面ＳＣ上の前記或る位置ＳＣ１は、主断面における接続面ＳＣの中央となる位置である。この場合、作製誤差や取り付け誤差等の影響で実際の太陽光の光路が理論上の光路から多少ずれたとしても、採光機能に大きな影響を及ぼさない。このため、採光システム１０の採光機能を安定して発現させることに大きく寄与する。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、図３に示す主断面において、反射面３１ａは、複数の直線、曲線、あるいは直線と曲線との組み合わせのいずれかによって規定される。この場合、反射面３１ａを対向パネル３１に容易に作成することができるため、製造コストの点で有利である。
【００５２】
また、本実施の形態によれば、図３に示す主断面において、第１直線部３２と第２直線部３３との接続位置３４は、採光パネル２１のパネル面に沿った方向において中央となる採光パネル２１の中央位置２１ａと、当該採光パネル２１のパネル面への法線方向ｎｄに対面している。この場合、第１直線部３２に相当する反射面３１ａの領域と、第２直線部３３に相当する反射面３１ａの領域と、がバランスよく反射面３１ａ内で分布するため、採光効率の変動を効果的に抑制することに寄与する。
【００５３】
また、本実施の形態によれば、図３に示す主断面において、採光パネル２１のパネル面への法線方向ｎｄに沿った採光パネル２１の対向パネル３１側を向く面と対向パネル３１の反射面３１ａとの間の間隔Ｄが、採光パネル２１のパネル面に沿って導光部材４１に近づくにつれて漸次拡がっていく。この場合、反射面３１ａが採光パネル２１のパネル面と平行な場合と比較して、採光パネル２１から取り込まれて導光部材４１の軸線ｒに対して傾斜しながら反射面３１ａに向かう光が、より進行方向における前方の位置つまりより導光部材４１に接近した位置にて反射面３１ａに入射する。このため、反射面３１ａにて反射した光を導光路４３内に導き易くなる。結果として、採光部２０に取り込まれた光を導光部４０に安定した高い効率で導くことに寄与する。
【００５４】
≪変形例≫
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
【００５５】
上述した実施の形態では、図３に示すように、反射面３１ａが、第１直線部３２と、第１直線部３２よりも導光部材４１側に位置した第２直線部３３と、により規定された例を示した。しかしながら、反射面３１ａは、少なくとも部分的に湾曲乃至屈曲していればよく、このような例に限定されない。図６及び図７に、反射面３１ａの他の例を示す。
【００５６】
図６に示す例では、反射面３１ａは、湾曲した形状を有している。図７に示す例では、反射面３１ａは、屈曲した形状を有している。とりわけ、図７に示す反射面３１ａは、図７に示す断面において、円弧状に湾曲した湾曲部３５と、湾曲部３５よりも導光部材４１側に位置する第１直線部３２と、第１直線部３２よりも導光部材４１側に位置する第２直線部３３と、により規定されている。第１直線部３２は、導光部材４１の軸線ｒに対して傾斜し、第２直線部３３は、導光部材４１の軸線ｒに対してなす角度が第１直線部３２よりも小さくなっている。図７において、湾曲部３５と第１直線部３２と第２直線部３３とは、互いに略等しい長さになっている。
【００５７】
図３に示す形態同様に、図６及び図７に示す主断面において、冬至の南中時に採光パネル２１の或る位置に入射する太陽光Ｌ１が、対向パネル３１の反射面３１ａ上の或る位置にて反射して、採光部２０と導光部４０との接続面ＳＣ上の或る位置ＳＣ１を通り、冬至の南中時に採光パネル２１の前記或る位置とは異なる別の位置に入射する太陽光Ｌ２、Ｌ７が、対向パネル３１の反射面３１ａ上の別の位置にて反射して、接続面ＳＣ上の前記或る位置ＳＣ１を通っている。図６及び図７に示す例では、前記或る位置ＳＣ１とは、主断面における接続面ＳＣの中央となる位置である。
【００５８】
また、図３に示す形態同様に、図６及び図７に示す主断面において、反射面３１ａが導光部材４１の軸線ｒに対してなす角度γは、反射面３１ａのうちの導光部材４１から離間する側から、反射面３１ａのうちの導光部材４１に接近する側に向けて漸次小さくなっている。さらに、図３に示す形態同様に、図６及び図７に示す主断面において、採光パネル２１のパネル面への法線方向ｎｄに沿った採光パネル２１の第２面２３と対向パネル３１の反射面３１ａとの間の間隔Ｄが、採光パネル２１のパネル面に沿って導光部４０に近づくにつれて漸次拡がっていく。したがって、図６に示す形態及び図７に示す形態でも、上述した図３に示す形態と同様な作用効果を奏することができる。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。以下に説明するようにして、実施例及び比較例に係る採光システムを設計し、採光システムが入射方向の変動による採光効率の変動を効果的に抑制し得ることをシミュレーションによって確認した。
【００６０】
実施例１は、図３に示す採光システムに対応している。各構成要素の設計は、図８に示す通りである。とりわけ、図８に示すように、採光パネルの一軸方向に沿った長さを３００ｍｍとした。採光パネルを一体物として成形し、傾斜面の角度α１を２６°とし、その屈折率ｎを１．５５とした。また、導光部材の内面における反射率を９５％とした。
【００６１】
比較例１は、実施例１に係る採光システムにおいて、対向パネルの反射面を平面として構成した例に対応している。すなわち、比較例１に係る採光システムは、主切断面における反射面の輪郭が直線からなる。各構成要素の設計は、図９に示す通りである。
【００６２】
実施例１及び比較例１に係る採光システムを、東経１３９°、北緯３９°の地点で、採光パネルのパネル面が鉛直方向と平行となるように設置したと仮定し、冬至の南中時における太陽光を各採光システムに入射させてシミュレーションした。図８及び図９に、シミュレーションした光線が図示されている。なお、冬至の南中高度は、３１°とした。
【００６３】
図８から理解されるように、実施例１に係る採光システムにおいては、冬至の南中時における太陽光は、採光パネルにおいてパネル面への法線方向に対してなす角度が大きくなるように屈折して反射面に向かった。反射面に向かう光は、第１直線部に相当する反射面の領域と、第２直線部に相当する反射面の領域と、に向かう光が存在した。このうち、第１直線部に相当する反射面の領域に入射した光は、反射面にて反射して、導光部材の軸線に対してなす角度が比較的小さい方向から導光路内に向かって行った。このため、反射面にて反射した光が再び採光パネルに入射し、迷光になったり第１面から外部へ逃げてしまう、ということがほとんど見受けられなかった。一方、第２直線部に相当する反射面の領域に入射した光の多くは、反射面にて反射して、採光パネルに再び戻ることなく導光路内に向かって行った。第２直線部に相当する反射面の領域に入射した光のうち、第１直線部に比較的接近した領域に入射した光は、反射面にて反射した後、採光パネルに戻ってしまい第１面から外部へ逃げて行ってしまうが、その光量は少なく抑えられた。
【００６４】
これに対して、比較例１に係る採光システムにおいては、図９から理解されるように、冬至の南中時における太陽光は、採光パネルにおいてパネル面への法線方向に対してなす角度が大きくなるように屈折して反射面に向かった。反射面のうちの導光部材から離間した領域に入射した光は、反射面にて反射した後採光パネルに戻ってしまい、第１面から外部へ逃げて行ってしまった。反射面のうちの導光部材寄りの領域に入射した光は、反射面にて反射して、採光パネルに再び戻ることなく導光路内に向かって行ったが、その光量は少なかった。
【００６５】
図８及び図９に示すシミュレーション結果から、実施例１に係る採光システムでは、第１直線部に相当する反射面の領域に入射した光が、反射面にて反射した後、導光部材の軸線に対してなす角度が比較的小さい方向から導光路内に向かうことから、冬至の南中時における光を比較例１に係る採光システムよりも高い効率で導光路に導くことができた。
【００６６】
次に、各採光システムの採光機能を評価した。採光機能の評価は、冬至の１０、１１、１２時における採光効率、冬至から１月後の日の１０、１１、１２時における採光効率、並びに、冬至から２月後の日の１０、１１、１２時における採光効率を評価することにより行った。ここで、採光効率とは、採光パネルの第１面に入射した光の光量に対する、導光部材の下端から出射される光の光量の割合をいう。図１０に、採光効率をグラフとして示した。
【００６７】
図１０から理解されるように、比較例１に係る採光システムでは、冬至の南中時頃の時間帯における採光効率が、冬至から２月後の日の南中時頃の時間帯における採光効率よりも大きく低下してしまい、採光効率の変動が大きかった。これに対して、実施例１に係る採光システムでは、冬至の南中時頃の時間帯における採光効率が、比較例１に係る採光システムに比べて大きい一方で、冬至から２月後の日の南中時頃の時間帯における採光効率は、比較例１に係る採光システムに比べて小さかった。このことから、実施例１に係る採光システムでは、比較例１に係る採光システムよりも、冬至の南中時頃の時間帯における採光効率が高いだけでなく、採光効率の変動も小さいことが知見された。
【符号の説明】
【００６８】
１０  採光システム
２０  採光部
２１  採光パネル
２１ａ  中央位置
３１  対向パネル
３１ａ  反射面
３２  第１直線部
３３  第２直線部
３４  接続位置
４０  導光部
４１  導光部材
ｒ    軸線
ＳＣ  接続面
【図１】
2016048618.tif 000003
【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】
2016048618.tif 000008
【図７】
2016048618.tif 000009
【図８】
2016048618.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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