(57)【要約】【課題】地震等の振動に十分に耐えうるような光ダクト装置を提供する。【解決手段】光ダクト装置１００は、太陽光を採り入れる採光部１と、採光部１から採り入れた光を室内に放射する放光部２と、互いに接続される第１ダクト３０および第２ダクト３０を含み、採光部１と放光部２との間に光が伝搬する光路ＬＰを形成するダクト部３とを備え、ダクト部３は、一端面および他端面に、それぞれ第１ダクト３０の端面３０ａに粘着される第１粘着面３５ａおよび第２ダクト３０の端面３０ｂに粘着される第２粘着面３５ｂを有するシート状粘弾性体３５をさらに含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を採り入れる採光部と、
前記採光部から採り入れた光を室内に放射する放光部と、
互いに接続される第１ダクトおよび第２ダクトを含み、前記採光部と前記放光部との間に光が伝搬する光路を形成するダクト部と、を備え、
前記ダクト部は、前記第１ダクトの端面に粘着される第１粘着面および前記第２ダクトの端面に粘着される第２粘着面を有するシート状粘弾性体をさらに含む、光ダクト装置。
【請求項２】
前記粘弾性体は、可視域で透明である、請求項１に記載の光ダクト装置。
【請求項３】
前記粘弾性体は、枠状に構成される、請求項１または２に記載の光ダクト装置。
【請求項４】
前記粘弾性体の周囲を覆う、高反射率材からなるカバー部をさらに有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ダクト装置。
【請求項５】
前記粘弾性体は、アクリル系である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光ダクト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、採光部から取り込まれた太陽光を建物の内部に導く光ダクト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の光ダクト装置は、互いに接続された複数のダクトを有し、ダクト同士の接続部は、フランジ部でボルト、ナットを用いて固定されている。光ダクトの接続構造に関し、例えば特許文献１には、「結合側にフランジを有する第１のダクト、結合側にダクト本体より大径となる段差部とこの段差部の先端部にフランジを形成した第２のダクト、上記第１のダクト又は第２のダクトの一方又は双方に接着される発泡材よりなるシール体、上記第１及び第２のダクトの各フランジ間を双方のフランジにシール体があるときはこれらのシール体相互間に、一方のフランジにのみシール体があるときはそのシール体と他方のフランジ間に接着される蛇腹体及び上記第１のダクトのフランジの側面下端部から第２のダクトの段差部の少なくとも先端部を覆う位置までの長さを有するように第１のダクトに対して別体として又は一体形成で設けられる補助反射体とにより行うように構成」することで、ダクト相互間に装着される蛇腹体がダクト長手方向の張力に対して柔軟に対処するから、地震等の横揺れ等に追従できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２４８７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
互いに接続される複数のダクトを有する光ダクト装置においては、地震等の振動発生時に、ダクトの接続部に応力が発生する。光ダクトがひとつの建物内に設置されている場合は、地震時に、主に横揺れの振動が生じる。しかしながら、既存の建物の隣に別の建物を増築する等、複数の建物にまたがるように光ダクト装置が設置される場合は、通常、光ダクトは各建物の天井や柱で固定される。このような場合に、地震が発生すると、各建物の振動モードの違いにより、横揺れのみならず縦揺れが生じ、より複雑な振動がダクトの接続部における応力を増大し、接続部が破損するおそれがある。一方、光ダクト装置は、採り入れた太陽光をできるだけ効率よく室内に取り込むために、採光部から放光部までの間における光エネルギーの損失を抑制することが望まれる。
【０００５】
本発明の課題は、光エネルギーの損失を抑制しつつ、地震による横揺れや縦揺れ等の複雑な振動に十分に耐えうるような光ダクト装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様である光ダクト装置は、太陽光を採り入れる採光部と、採光部から採り入れた光を室内に放射する放光部と、互いに接続される第１ダクトおよび第２ダクトを含み、採光部と放光部との間に光が伝搬する光路を形成するダクト部とを備え、ダクト部は、第１ダクトの端面に粘着される第１粘着面および第２ダクトの端面に粘着される第２粘着面を有するシート状粘弾性体をさらに含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１粘着面および第２粘着面を有するシート状粘弾性体を介して第１ダクトと第２ダクトとを接続するので、金具や蛇腹を用いずに、より簡易な構成で、地震等で生じる横揺れや縦揺れ等の複雑な振動に対し、第１ダクトと第２ダクトとの間の接続部に生じる応力を吸収し、接続部の破損を防止できる。なお、シート状粘弾性体として、可視域で透光性を有するものや、枠形状のものを使用することで、光ダクト装置における光エネルギーの損失を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る光ダクト装置の全体構成を示す斜視図。
【図２】図１の光ダクト装置の使用例を示す側面図。
【図３】図１の光ダクト装置における一対のダクト間の接続部の構成を示す断面図。
【図４】図３の粘弾性体の構成を示す斜視図。
【図５】図３の変形例を示す図。
【図６】図３のさらなる変形例を示す図。
【図７】接続強度試験にもちられるダクトの形状を示す図。
【図８】本発明の比較例を示す図。
【図９Ａ】本発明の実施形態に係る光ダクト装置の解析モデルの一例を示す図。
【図９Ｂ】本発明の実施形態に係る光ダクト装置の解析モデルの他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１〜図９Ｂを参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光ダクト装置１００の全体構成を示す斜視図である。光ダクト装置１００は、屋外の自然光（太陽光）を室内に導いて室内を照明するものであり、ビルや一般家屋等の建物の屋上や屋根等に設置される。
【００１０】
図１に示すように、光ダクト装置１００は、太陽光ＳＬを採り入れる採光部１と、採光部１から採り入れた光を室内に放射する放光部２と、採光部１と放光部２との間に光が伝搬する光路ＬＰを形成するダクト部３とを備える。ダクト部３は、幅ｗ１および高さｈ１を有する断面矩形状の複数のダクト３０の端部を繋ぎ合わせて形成される。一例を挙げると、ｗ１＝ｈ１＝５００ｍｍである。図１では、３つのダクト３０Ａ〜３０Ｃの端部を接続部３１で接続してダクト部３が形成されている。
【００１１】
上下方向に延在するダクト３０Ａの上端部には、所定方向（例えば南の方向）に向けて斜めに略矩形状の開口部３ａが設けられ、この開口部３ａに採光部１が形成されている。一方、水平方向に延在するダクト３０Ｃの端部の底面には、下方に向けて略矩形状の開口部３ｂが設けられ、この開口部３ｂに放光部２が形成されている。採光部１と放光部２とは、透光性を有する材質、例えば透明な材質によって構成されたカバー４ａ，４ｂをそれぞれ有する。カバー４ａ，４ｂは、開口部３ｂ，３ｃを塞ぎ、ダクト部３内の光路ＬＰは密閉されている。
【００１２】
ダクト部３の内壁面は、通常、反射材で構成されている。反射材は、アルミ蒸着や銀蒸着により形成された高反射材料を用いることができる。特に限定されないが、例えば、多数の薄膜を積層してなり、金属成分を使用することなく可視光線領域の光を効率的に反射するように構成される。この反射材は、金属や鏡よりも高い反射率（例えば９９％の反射率）を有する。このため、採光部１からの光は、ダクト部３内で反射を繰り返し、かつ、減衰を抑えながら進行し、放光部２に到る。
【００１３】
なお、図１では、３つのダクト３０（３０Ａ〜３０Ｃ）によりダクト部３が構成されているが、２つ、あるいは４つ以上のダクト３０によりダクト部３を構成してもよい。また、図１では、ダクト部３が途中で９０°屈曲されて全体として略Ｌ字状に構成されているが、屈曲部を有しない、あるいは２以上の屈曲部を有するようにダクト部３を構成してもよく、ダクト部３の形状は図１のものに限らない。
【００１４】
図２は、光ダクト装置１００の使用例を示す側面図であり、既存の建物５１と新築の建物５２とにまたがるように光ダクト装置１００を配置した例を示している。このような配置においては、ダクト部３は２つの建物５１，５２から支持される。例えば、一端側のダクト３０Ａが支持部材６Ａを介して建物５１から支持され、他端側のダクト３０Ｃが支持部材６Ｂ，６Ｃを介して建物５２から支持される。したがって、地震の発生時に、２つの建物５１，５２の振動モードの違いにより、ダクト３０の接続部３１に、横揺れのみならず縦揺れを含む複雑な揺れが生じて過大な応力が発生し、接続部３１が破損するおそれがある。これを避けるため、本実施形態は以下のように接続部３１を構成する。
【００１５】
図３は、一対のダクト３０，３０間（ダクト３０Ａ，３０Ｂ間およびダクト３０Ｂ，３０Ｃ間）の接続部３１の構成を示す断面図である。図３に示すように、互いに対向するダクト３０，３０の端面３０ａ，３０ｂの間には、粘弾性体３５が介装されている。粘弾性体３５は、一方のダクト３０の端面３０ａに粘着される第１粘着面３５ａと、他方のダクト３０の端面３０ｂに粘着される第２粘着面３５ｂとを有し、シート状の粘弾性体３５を介して一対のダクト３０，３０が接続されている。粘弾性体３５は、可視域（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）で透光性を有する材質、例えば、可視域において、６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上の透過率を有する材質により構成されている。
【００１６】
図４は、粘弾性体３５の構成を示す斜視図である。図４に示すように、粘弾性体３５は、一定厚さｔを有するシート状部材である。さらに粘弾性体３５は、ダクト形状に対応して幅ｗ２と高さｈ２とを有し、全体が略矩形状を呈する。粘弾性体３５の幅ｗ２および高さｈ２は、ダクト３０の幅ｗ１および高さｈ１（図１）とほぼ等しい。
【００１７】
粘弾性体３５は、アクリル樹脂などの粘弾性材料によって構成されるアクリル系振動吸収体であり、０℃での貯蔵弾性率Ｇ’０と４０℃での貯蔵弾性率Ｇ’４０の比（Ｇ’０／Ｇ’４０）が１０以下となるような材料によって構成される。粘弾性体３５は、シート状に加工した粘弾性物質を所定厚さｔとなるまで複数積層して作成することができる。粘弾性体３５は、振動を吸収するダンパとして用いられる。振動を減衰させる能力を高めるためには、ヤング率が小さい粘弾性物質により粘弾性体３を構成することが好ましい。
【００１８】
一例を挙げると、粘弾性体３５のヤング率は、温度１５℃の環境下で、１Ｈｚの圧縮モードで動的粘弾性測定したときに、３×１０５Ｐａ以下が好ましく、２×１０５Ｐａ以下がさらに好ましく、８×１０４Ｐａ以下がさらに好ましい。なお、粘弾性体３５のダンパとしての能力は、粘弾性体３５の厚さｔによって変化するため、地震発生時において必要となるダンパ能力を考慮して厚さｔが設定される。建物に用いられる一般的サイズの光ダクト装置１００としては、粘弾性体３５の厚さｔは、６ｍｍ以上が好ましい。粘弾性体３５の厚さｔを厚くする場合、汎用の所定厚さの粘弾性体３５を２層以上重ねて用いることができる。
【００１９】
このように本実施形態では、粘弾性体３５を介してダクト３０，３０同士を接続するので、地震等の振動発生時に、横揺れ、縦揺れ等の複雑な振動が生じ、ダクト３０，３０の接続部に位置ずれが生じた場合に、その位置ずれを粘弾性体３５の変形により吸収することができ、接続部３１の破損を防止することができる。すなわち、粘弾性体３５は、振動エネルギーを吸収するダンパとして機能し、粘弾性体３５により振動が減衰されるので、粘着面３５ａ、３５ｂとダクト３０の端面３０ａ，３０ｂとの粘着状態を維持したまま、光ダクト装置１００は大きな地震等にも十分に耐えることができ、光ダクト装置１００の強度的な信頼性が向上する。
【００２０】
また、ダクト３０，３０間に粘弾性体３５を介装するだけで、耐振動性の高い光ダクト装置１００を容易に構成することができる。粘弾性体３５を透明な材質により構成するので、光路ＬＰ内に配置された粘弾性体３５を光が透過し、光ダクト装置１００としての機能も十分に発揮することができる。ダクト３の内周面には凹凸が形成されず、光路ＬＰ内における光エネルギーの損失が小さい。
【００２１】
図５は、図３の変形例を示す図である。図５においては、粘弾性体３５に矩形状の開口部３５０が形成され、粘弾性体３５が枠状に構成されている。開口部３５０の寸法はダクト３０の内側の寸法と等しく、これにより隣り合うダクト３０，３０間において光路ＬＰを段差なく形成することができる。このように粘弾性体３５に開口部３５０を設けることで、粘弾性体３５における光の減衰量を低減することができ、放光部２まで効率よく光を導くことができる。
【００２２】
図６は、図３のさらなる変形例を示す図である。図６においては、粘弾性体３５の周囲を、高反射率を有する材質（例えばアルミ）からなるカバー部３５１で覆っている。これにより粘弾性体３５を通過した光がカバー部３５１で反射し、光路ＬＰ内に戻る。したがって、粘弾性体３５の外周面から光が外部に漏れることを防止することができ、光エネルギーの損失を低減することができる。
【００２３】
本実施形態による光ダクト装置１００の効果を各種試験および解析により検証した。以下、この点について説明する。まず、ダクト３０，３０間の接続強度試験について述べる。接続強度試験は、厚さ５ｍｍのＡＢＳ製樹脂からなる一対のダクト３００Ａ，３００Ｂを互いに接続した接続ダクト３００を用いて行った。図７は、接続強度試験に用いられた接続ダクト３００の形状を示す図である。図７には、接続ダクト３００の各部の寸法を数値（ｍｍ）で示している。接続強度試験は、引張試験により行った。すなわち、地震時の振動モードを想定し、一方のダクト３００Ａを万力で固定したまま、他方のダクト３００Ｂを引張試験機により上方（矢印Ｆ方向）に引っ張ったときの最大変位量（ｍｍ）を測定した。
【００２４】
試験結果を表１に示す。なお、表１には、接続部３１における破断の有無を併せて示している。
【表１】
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【００２５】
表１中の実施例１Ａは、図４に示すように開口部３５０を有しない厚さ６ｍｍの粘弾性体３５を接続部３１に用いたものであり、実施例１Ｂは、図５に示すように開口部３５０を有する厚さ６ｍｍの枠状の粘弾性体３５を接続部３１に用いたものであり、実施例１Ｃは、開口部３５０を有しない厚さ１２ｍｍの枠状の粘弾性体３５を接続部３１に用いたものである。一方、比較例１Ａは、粘弾性体３５を用いずにボルトによって一対のダクト３００Ａ，３００Ｂを締結したものである。
【００２６】
表１から明らかなように、実施例１Ａ〜１Ｃは比較例１Ａに比べ、接続部３１において、より大きな変位が可能である。実施例１Ａと実施例１Ｂとを比べると、実施例１Ａのものは実施例１Ｂのものに比べ粘弾性体３５の面積が大きいため、粘弾性体３５で発生する応力が小さくなる。その結果、実施例１Ａの変位量は実施例１Ｂの変位量よりも大きくなる。また、実施例１Ａと実施例１Ｃとを比べると、実施例１Ｃのものは実施例１Ａのものよりも厚い。このため、実施例１Ｃの変位量は実施例１Ａの変位量よりも大きい。さらに、実施例１Ａ〜１Ｃでは、接続部３１が破断せずに粘弾性体３５がダクト３００Ａ，３００Ｂの端面から剥離したのに対し、比較例１Ａでは、接続部３１が破断した。以上より、地震の発生時に、ダクト３０の接続部３１に位置ずれが生じた場合であっても、粘弾性体３５がその位置ずれを吸収し、振動に十分に耐えることができる。また、粘弾性体３５はダクト３０の端面から剥離するため、接続部３１の破断を防止することができる。
【００２７】
次に、光ダクト装置の放光部より得られる光の明るさを評価するために行った照度測定について述べる。照度測定は、図１の光ダクト装置１００を用いて行った。この測定では、採光部１から一定の照明光を入射し、そのときの放光口２の中央部における照度を計測した。
【００２８】
測定結果を表２に示す。
【表２】
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【００２９】
表２中の実施例２Ａ，２Ｃは、図４に示すように開口部３５０を有しない厚さ６ｍｍの粘弾性体３５を接続部３１に用いたものであり、実施例２Ｂ，２Ｄは、開口部３５０を有しない厚さ１２ｍｍの粘弾性体３５を接続部３１に用いたものである。一方、比較例２Ａは、粘弾性体３５を用いずにボルトによって一対のダクト３０，３０を締結したものである。比較例２Ｂ，２Ｃは、振動発生時の一対のダクト３０，３０の位置ずれを考慮して、接続部３１に蛇腹体を用いたものである。すなわち、図８に示すように、布製の蛇腹の内周面に反射材としてのアルミを貼付した円筒形状の蛇腹体３５５を介してダクト３０，３０を接続したものである。
【００３０】
図１では、ダクト３０Ａ，３０Ｂ間およびダクト３０Ｂ，３０Ｃ間にそれぞれ粘弾性体３５を介装したが、実施例２Ａ，２Ｂおよび比較例２Ｂでは、それぞれダクト３０Ｂ，３０Ｃ間のみに粘弾性体３５および蛇腹体３５５を介装し、実施例２Ｃ，２Ｄおよび比較例２Ｃでは、それぞれダクト３０Ａ，３０Ｂ間のみに粘弾性体３５および蛇腹体３５５を介装した。なお、表２には、比較例２Ｂに対する実施例２Ａ，２Ｂの照度の割合および比較例２Ｃに対する実施例２Ｃ，２Ｄの照度の割合を併せて示している。
【００３１】
実施例２Ａ〜２Ｄにおいては、透明な粘弾性体３５を光が透過する。これに対し、ダクト３０，３０間に蛇腹体３５５を用いると、光の反射面が凹凸となり、実施例２Ａ〜２Ｄに比べ、光エネルギーの損失が大きい。このため、表２に示すように、比較例２Ｂ，２Ｃは実施例２Ａ〜２Ｄよりも照度が低い。なお、比較例２Ａは、接続部３１に何も介在させないため、実施例２Ａ〜２Ｄよりも照度が高いが、比較例２Ａでは、地震発生時の振動を接続部３１で吸収することができない。
【００３２】
次に、光ダクト装置１００の各部の光束をシミュレーションにより求めた解析結果について述べる。図９Ａ，図９Ｂは、光ダクト装置１００の解析モデル１００Ｍを示す図である。図９Ａ，図９Ｂに示すように、解析モデルＳＭは、採光部１、放光部２、ダクト部３および粘弾性体３５にそれぞれ対応する採光部モデル１Ｍ、放光部モデル２Ｍ、ダクト部モデル３Ｍおよび粘弾性体モデル３５Ｍを含む。粘弾性体モデル３５Ｍは、ダクト部モデル３Ｍの途中に１か所のみ設けた。図９Ａでは、粘弾性体モデル３５Ｍを変形させず、図９Ｂでは、粘弾性体モデル３５Ｍを地震時に相当する分（例えば１５０ｍｍ）だけ変形させた。
【００３３】
シミュレーションは、採光部モデル１Ｍから所定光量の光を入射し、採光部モデル１Ｍ、粘弾性体モデル３５の入口、出口、および放光部モデル２Ｍの位置をそれぞれ計測点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄとして、各計測点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄの光ダクトに垂直な断面の平均光束（ｌｍ）を算出することにより行った。
【００３４】
シミュレーション結果を表３に示す。
【表３】
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【００３５】
表３中の実施例３Ａ，３Ｂおよび比較例３Ａ，３Ｂは、図９Ａの解析モデル１００Ｍを対象とし、実施例３Ｃ，３Ｄおよび比較例３Ｃ，３Ｄは、図９Ｂの解析モデル１００Ｍを対象とする。また、実施例３Ａ，３Ｃは、図４に示すように厚さ６ｍｍの粘弾性体３５を粘弾性体モデル３５Ｍとして用いたものであり、実施例３Ｂ，３Ｄは、図６に示すようにカバー部３５１を有する粘弾性体３５を粘弾性体モデル３５Ｍとして用いたものである。一方、比較例３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは、それぞれ粘弾性体モデル３５Ｍを省略してダクト部モデル３Ｍを形成したものである。このうち、比較例３Ａ，３Ｃでは、粘弾性体モデル３５Ｍの位置に空隙を開けずにダクト部モデル３Ｍを形成し、比較例３Ｂ，３Ｄでは、粘弾性体モデル３５Ｍの位置に空隙を開けてダクト部モデル３Ｍを形成したものである。
【００３６】
表３の計測点Ｐｂ，Ｐｃにおける光束をそれぞれｆｂ，ｆｃ、光束ｆｂと光束ｆｃとの差をΔｆ（＝ｆｂ−ｆｃ）とし、表３には、ｆｂとΔｆとの比Ｒ（％）を併せて示す。この比Ｒは、粘弾性体３５の前後の光エネルギーの損失量に相当する。
【００３７】
表３の実施例３Ｃと実施例３Ｄとを比較すると、ｆｂとΔｆとの比Ｒは、実施例３Ｃよりも実施例３Ｄの方が小さい。これにより、粘弾性体３５の周囲に高反射材からなるカバー部３５１を設けることで、振動発生時（粘弾性体３５の変形時）の光エネルギーの損失を抑えることができ、地震発生後も室内を良好に照明することができる。
【００３８】
本実施形態の変形例として以下のようなものが考えられる。一対のダクト３０，３０の接続部３１を構成するとともにダンパとして用いる粘弾性体３５は、可視域で透明であることが好ましいが、透光性を有するのであれば、透明でなくてもよい。とくに、図５に示すように粘弾性体３５を枠状に構成する場合には、必ずしも透明とする必要はない。図６のカバー部３５１には、アルミ蒸着や銀蒸着等により形成された種々の高反射材を用いることができる。所望のダンパ性能および透光性を有するのであれば、粘弾性体３５はアクリル系でなくてもよい。粘弾性体３５は、０℃での貯蔵弾性率と４０℃での貯蔵弾性率の比が１０以下であるのが好ましいが、これに限定されない。一般的なサイズの光ダクト装置１００においては、粘弾性体３５の厚さは６ｍｍ以上であることが好ましいが、地震発生時に想定される振動の大きさが小さい場合には、粘弾性体３５は６ｍｍ未満であってもよい。光ダクト装置１００は、２つの建物５１，５２にまたがるように配置するではなく、単一の建物に配置することも可能である。
【００３９】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１    採光部
２    放光部
３    ダクト部
３０    光ダクト
３５    粘弾性体
１００    光ダクト装置
３５０    開口部
３５１    カバー部
【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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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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