| 【発明の名称】 |
採光装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】高橋 一夫
【氏名】松栄 準治
【氏名】高瀬 保夫
【氏名】冨士本 宜意
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| 【要約】 |
【課題】太陽光の入射光率を高めると共に、所望の場所、所望の態様で太陽光を照射できるようにした採光装置を提供する。
【解決手段】太陽光Ｌを採光する採光口５８と、太陽光Ｌを採光する採光プリズム７２ａ、７２ｂと、採光プリズム７２ａ、７２ｂを駆動する駆動装置と、採光プリズム７２ａ、７２ｂを太陽の位置に応じた適正な位置となるように駆動装置を制御する制御装置とを備えた太陽光採光装置７０と、太陽光採光装置７０から出射した太陽光Ｌを集光する集光レンズ２０と、太陽光Ｌを伝送する、外径が１０ｍｍ程度以上の大口径光ファイバ３０とを備えるように構成した。この場合、光ファイバ３０として、所定の領域が片側側面発光するように形成した光ファイバ３０を用いるようにすると、線状光源とすることができるので、太陽光Ｌを照射する利用態様が広がると共に、広範囲に均質な太陽光Ｌを照射することができるようになる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 太陽光を採光する採光口と、太陽光を採光する採光部と、前記採光部を駆動する駆動装置と、前記採光部を太陽の位置に応じた適正な位置となるように前記駆動装置を制御する制御装置とを備えた太陽光採光装置と、前記太陽光採光装置から出射した太陽光を集光する集光装置と、前記太陽光を伝送する、外径が１０ｍｍ程度以上の大口径光ファイバとを備えるようにしたことを特徴とする採光装置。
【請求項２】 太陽光を採光する採光口と、太陽光を採光する採光部と、前記採光部を駆動する駆動装置と、前記採光部を太陽の位置に応じた適正な位置となるように前記駆動装置を制御する制御装置とを備えた太陽光採光装置と、前記太陽光採光装置から出射した太陽光を集光する集光レンズと、前記太陽光を伝送する、外径が１０ｍｍ程度以上の大口径光ファイバとを備えるようにしたことを特徴とする採光装置。
【請求項３】 太陽光を採光する採光口と、太陽光を採光する採光部と、前記採光部を駆動する駆動装置と、前記採光部を太陽の位置に応じた適正な位置となるように前記駆動装置を制御する制御装置とを備えた太陽光採光装置と、前記太陽光採光装置から出射した太陽光を集光する凹面鏡と、前記太陽光を伝送する、外径が１０ｍｍ程度以上の大口径光ファイバとを備えるようにしたことを特徴とする採光装置。
【請求項４】 上記光ファイバとして、所定の領域が片側側面発光するように形成した光ファイバを用いるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の採光装置。
【請求項５】 上記大口径の光ファイバの出射側の端部に照明装置を設けるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の採光装置。
【請求項６】 上記採光装置に、光量センサと、光量制御機能を有する照明装置とを備えるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の採光装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、建物の屋根等に取り付け、太陽光を常時好適な位置で採光し、光ファイバを利用して室内に導くようにした採光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の採光装置としては、建物の屋根等に設けた採光口に、集光レンズを取り付けて、この集光レンズの焦点近傍に光ファイバの束を入射側の端部を揃えて配置し、集光レンズにより太陽光を集光して光ファイバの束により所望の位置に太陽光を導き、所望の態様で照明を行う採光装置が実用に供されている。
【０００３】また、太陽の位置に応じて太陽光を採光する採光プリズムや反射板等の採光部の位置を制御して、太陽光を常時好適な角度で採光できる太陽光採光装置を採光口に取り付けた形態の採光装置が実用に供されている。これらの従来の採光装置の一例として、太陽光の採光部として採光プリズムを用いた採光装置について図３（Ａ）、（Ｂ）、及び図４を用いて説明する。図３は、太陽光採光装置７０の概略構成を示す図で、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は縦断側面図である。また、図４は、この太陽光採光装置７０を採光口５８に取り付け、従来の採光装置５０により実際に室内に太陽光Ｌを採光する状態を示す縦断側面図である。
【０００４】先ず、図３（Ａ）、（Ｂ）を用いて、太陽光採光装置７０の具体的構成を説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）において、７２ａ、７２ｂは表面に微細なプリズム加工が施された採光プリズム、７６は採光プリズム７２ａ、７２ｂの、例えばステッピングモータ等からなる駆動装置である。また、７８は採光プリズム７２ａ、７２ｂを保持すると共に採光プリズム７２ａ、７２ｂを回転させるための回転リング、７４は配光板、８２は内枠（枠体）、８４は外枠、８６は太陽電池である。
【０００５】ドーム状のカバー（以下「ドームカバー」という。）５２を透過し、所定の間隔をおいて配置された２枚の採光プリズム７２ａ、７２ｂに照射された太陽光は、これらの採光プリズム７２ａ、７２ｂの屈折作用により、好適な角度に屈折され配光板７４を介して建物室内に誘導される。
【０００６】一方、採光プリズム７２ａ、７２ｂの回転駆動装置７６は、図示は省略したが、駆動ギアを含むギア機構と、電動機、電動機を制御する制御装置と、制御装置に制御指令を与える設定装置等とを内蔵しており、先ず、太陽の高度・方位等の状態を検出する太陽光状態検出装置（図示せず）からの検出出力が設定装置に与えられる。
【０００７】次に、設定装置の駆動指令を受けて、制御装置の制御信号により、電動機及びギア機構を介して、採光プリズム７２ａ、７２ｂを回転させ、それらの回転位置が常に太陽光を好適な角度で採光できる位置となるように調整される。この時、電動機を駆動するための電力の供給源となるのが、太陽電池８６である。また、採光プリズム７２ａ、７２ｂは、回転リング７８を介して複数個の支承ローラ８８ａ〜８８ｆにより回転支持される。
【０００８】以上の構成で、太陽光採光装置７０により太陽光Ｌを常時好適な角度で室内に採光する方法を図４を用いて説明する。図４は、太陽光Ｌの採光口５８に、太陽光採光装置７０を取り付けた状態を示しているが、同図に示すように、太陽Ｓ1、Ｓ2から照射された太陽光Ｌは、ドームカバー５２及び採光板５６を透過し、採光プリズム７２ａ、７２ｂに入射する。採光口５８に取り付けるカバーとしては、透明ドーム、又はドーム状の乳白色の光散乱体としたもの、或いは平板ガラスを取り付けたものなどが提供されている。
【０００９】なお、図４において、６４は太陽光Ｌを室内に導くための導光路で、周囲を導光壁６６で囲むことにより形成される。導光壁の壁面６６ａは、白色のクロス張り、又は白色に塗装されて光反射面とされているか、或いは、鏡面的な光反射面とされている。また、４０は建物の屋根、４２は天井、４４は太陽光採光装置７０を設置するための架台、６０は太陽光Ｌの出射口、６２は、太陽光採光装置７０の結露予防、及び太陽光Ｌを拡散するための配光板である。
【００１０】図４においてＳ1に示すように、太陽高度が低い場合は、太陽光Ｌが低い入射角度で上段の採光プリズム７２ａに入射し、採光プリズム７２ａの屈折作用により採光装置５０の出射口６０方向に曲げられて、下段の採光プリズム７２ｂにより、更に出射口６０方向に曲げられ、配光板６２に順次入射し、当該配光板６２により拡散されて、室内に照射される。
【００１１】一方、Ｓ2に示すように太陽高度が高い場合も、太陽光Ｌが高い入射角度で上段及び下段の採光プリズム７２ａ、７２ｂに順次入射し、出射口６０方向に曲げられ、直接配光板６２に入射し、上記同様に配光板６２に拡散されて、室内に照射される。このため、太陽光採光装置７０を用いた場合は、一般居住用住宅では、昼間は常時好適な角度で太陽光Ｌを採光でき、照明器具が不要或いは弱い照明で充分となり、省エネルギーに寄与する。一方、自然光を常時植物に好適な角度で照射できるため、植物プラントへの応用も試みられ、成長促進或いは食味の向上等の一定の成果を挙げている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】以下、上述した従来の採光装置の問題点を、図２（Ｂ）を用い、図４を参照して説明する。図２（Ｂ）は従来の採光装置で用いていた光ファイバの束９０ａ〜９０ｇを複数（図示のものでは７）束ねた状態を示す断面図である。
【００１３】集光レンズと光ファイバの束を組み合わせた上記従来の採光装置の場合は、図２（Ｂ）に示すように、多数の小口径の光ファイバの束９０ａ〜９０ｇを複数束ねて用いていたために、光ファイバの間隙が多くなり、太陽光を入射できるコア有効断面積が５０％以下と小さくなり、その結果伝送できる太陽光の光量が少なくなるという問題を抱えていた。
【００１４】一方、図４に示すように、太陽光採光装置７０を備えた採光装置５０の場合も、導光路６４を介して直接太陽光Ｌを導く方式を採用しているために、太陽光Ｌの入射効率が低下するという問題はないが、導光路６４を設置しなければならず、採光装置５０のための広いスペースを確保しなければならないという問題があった。更に、採光された太陽光Ｌは、導光路６４に導かれる方式であるために、簡単に所望の方向、所望の場所に太陽光を導くのが困難であるという問題を備えていた。
【００１５】本発明は、上記課題（問題点）を解決し、太陽光の入射光率を高めると共に、所望の場所、所望の態様で太陽光を照射できるようにした採光装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の採光装置は、上記課題を解決するために、請求項１に記載のものでは、太陽光を採光する採光口と、太陽光を採光する採光部と、前記採光部を駆動する駆動装置と、前記採光部を太陽の位置に応じた適正な位置となるように前記駆動装置を制御する制御装置とを備えた太陽光採光装置と、前記太陽光採光装置から出射した太陽光を集光する集光装置と、前記太陽光を伝送する、外径が１０ｍｍ程度以上の大口径光ファイバとを備えるように構成した。このように、光ファイバを大口径とすることにより、太陽光を入射できない光ファイバの間隙がなくなり、太陽光の入射効率を飛躍的に高めることができるので、採光装置の採光効率を向上させることができる。また、太陽光を伝送する手段として光ファイバを用いることにより、従来の導光路を用いた採光装置とは異なり、採光装置を設置するためのスペースを大幅に省略することができる。更に、光ファイバを適切に配置することにより、容易に所望の位置に太陽光を導けるので、所望の場所で所望の態様で太陽光を照射することが可能になる。
【００１７】請求項２に記載の採光装置は、太陽光を採光する採光口と、太陽光を採光する採光部と、前記採光部を駆動する駆動装置と、前記採光部を太陽の位置に応じた適正な位置となるように前記駆動装置を制御する制御装置とを備えた太陽光採光装置と、前記太陽光採光装置から出射した太陽光を集光する集光レンズと、前記太陽光を伝送する、外径が１０ｍｍ程度以上の大口径光ファイバとを備えるように構成した。太陽光を集光する集光装置にこのような集光レンズを用いるようにすると、好適な集光装置を備えた採光装置とすることができる。
【００１８】請求項３に記載の採光装置は、太陽光を採光する採光口と、太陽光を採光する採光部と、前記採光部を駆動する駆動装置と、前記採光部を太陽の位置に応じた適正な位置となるように前記駆動装置を制御する制御装置とを備えた太陽光採光装置と、前記太陽光採光装置から出射した太陽光を集光する凹面鏡と、前記太陽光を伝送する、外径が１０ｍｍ程度以上の大口径光ファイバとを備えるように構成した。太陽光を集光する集光装置にこのような凹面鏡を用いるようにすると、好適な集光装置を備えた採光装置とすることができる。
【００１９】請求項４に記載の採光装置は、上記光ファイバとして、所定の範囲が片側側面発光するように形成した光ファイバを用いるように構成した。このように、光ファイバを片側側面発光させるようにすると、光ファイバの出射側端部から太陽光をスポット的に照射した場合とは異なり、線状光源とすることができるので、太陽光を照射する利用態様が広がると共に、広範囲に均質な太陽光を照射することができるようになる。
【００２０】請求項５に記載の採光装置は、上記大口径の光ファイバの出射側の端部に照明装置を設けるように構成した。このように構成すると、光ファイバの出射側の端部から照明装置の光を入射させて、太陽光と共に光ファイバの所定の範囲で側面発光させることができるので、気象条件が悪く、太陽光の強度が小さい場合でも、照明装置を調整することにより明るさの低減を抑制することができ、夜間における照明にも利用できるので、夜間照明と共用することにより不要な設備を取り付けずに済むようになる。また、照明装置を単独で用いた場合と比較して、太陽光を照射できる分、エネルギーの消費を削減することができる。
【００２１】請求項６に記載の採光装置は、光量センサと、光量制御機能を有する照明装置とを備えるように構成した。このように構成すると、気象の変化で太陽光の採光量が変動しても、光量センサにより光ファイバから照射される光量を検知し、照明装置の光の照射量を光量制御装置で制御することにより、常時ほぼ同一強度の均質な光を得ることができるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の採光装置の一実施の形態を図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２（Ａ）を用い、図２（Ｂ）を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の採光装置１０を、建物の屋根４０に設置した状態を示す縦断側面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の要部拡大縦断側面図である。また、図２（Ａ）は、本発明の採光装置１０に用いる光ファイバ３０の断面図である。なお、図１（Ａ）において、図３及び図４に示したものと同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略した。
【００２３】先ず、本発明の採光装置１０の概略構成を図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２（Ａ）を用いて説明する。本発明の採光装置１０の主要構成要素は、図１（Ａ）に示すように、採光口５８に取り付けられる太陽光採光装置７０と、太陽光採光装置７０により、常時好適な角度で出射される太陽光Ｌを集光する集光レンズ２０と、この集光レンズにより集光された太陽光Ｌを所望の位置まで伝送する大口径の光ファイバ３０である。
【００２４】光ファイバ３０は、図１（Ａ）に示すように、太陽光Ｌの入射側の端部３２ａが、集光レンズ２０の焦点２２ｆ近傍に配置され、所定領域の側面部（以下、「発光領域」という）３４に、同図（Ｂ）の拡大図に示すように、複数の切り欠き部３４ａを設けることにより、側面から太陽光Ｌが照射できるように形成されている。また、光ファイバ３０は、図２（Ａ）に示すように、従来の採光装置に用いられていた小口径の光ファイバの束とは異なり、外径が１０ｍｍ程度以上の大口径のものを用いることとし、この点に本発明の採光装置１０の構成上の特徴がある。
【００２５】なお、図１（Ａ）において、１２は所望の位置の光量を常時測定する光量センサ、１４は照明装置で、図示は省略するが、光量センサ１２により測定された光量に基づいて照明装置１４の明るさを制御する、光量制御機能を内蔵している。また、照明装置１４は、二次曲面状に形成された反射板１８と発光部１６を備えている。光ファイバ３０の出射側の端部３２ｂは、この反射板１８の焦点１８ｆ近傍に配置されている。
【００２６】以上の構成で、本発明の採光装置１０の基本動作を図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２（Ａ）を用いて説明する。太陽光採光装置７０によって採光された太陽光Ｌは、太陽を追尾する２枚の採光プリズム７２ａ、７２ｂの透過後はその屈折作用により、太陽の位置の変化にかかわらず、常時採光プリズム７２ａ、７２ｂに対してほぼ垂直に出射される。
【００２７】次に、太陽光採光装置７０から出射された太陽光Ｌは図１（Ａ）に示すように集光レンズ２０を透過した後は、集光レンズ２０の焦点２２ｆに集光され、この焦点２２ｆの近傍に配置してある光ファイバ３０の入射側の端部３２ａから光ファイバ３０に入射する。従って、集光レンズ２０を用い太陽光Ｌを集光することにより、効率良く太陽光Ｌを光ファイバ３０に入射させることができる。
【００２８】光ファイバ３０は焦点２２ｆから、太陽光Ｌを照射する所望の場所まで配設されており、光ファイバ３０に入射した太陽光Ｌは、この所望の場所まで伝送される。光ファイバ３０の出射側は、所定の領域の側面部の発光領域３４には、複数の切り欠き部３４ａを設けることにより、片側側面発光できるようになっており、伝送された太陽光Ｌは、この発光領域３４から線状に出射される。このように、発光領域３４を線状とすることにより、出射側の端部３２ｂからスポット状に太陽光Ｌを出射させるよりも、太陽光Ｌを出射させる利用態様が広がり、より広い領域で均質な太陽光Ｌを得ることができるようになる。
【００２９】また、上述したように、従来の採光装置で用いていた光ファイバの束の代わりに、大口径の光ファイバ３０を用いるようにしたために、光ファイバの間隙がなくなり、太陽光Ｌを入射させるコア有効断面積を大幅に大きくすることができるので、太陽光Ｌの採光効率を大幅に向上させることができる。更に、太陽光Ｌの伝送手段として光ファイバ３０を用いるようにしたために、導光路のように、太陽光Ｌを導く手段のスペースを確保する必要がなくなる。
【００３０】また、本発明の採光装置１０では、光量センサ１２と、照明装置１４を備えるようにしたが、光量センサ１２により、所定の位置での光量を常時検出し、光量の変動を把握する。一方、照明装置１４は、上述したように二次曲面状に形成された反射板１８と発光部１６とを備え、反射板１８の焦点１８ｆに光ファイバ３０の出射側の端部３２ｂを配置し、発光部１６からの発光光を直接、或いは、反射板１８により反射光を焦点１８ｆで集光して光ファイバ３０の出射側の端部３２ｂに入射させる。このとき、出射側の端部３２ｂに入射させる光の強度は、光量センサ１２で検出した所定の位置での光量に基づき、照明装置１４に内蔵した光量制御機能により制御される。従って、気象の変化により、太陽光Ｌの強度が激しく変化したとしても、それに合わせて照明装置１４から供給される光の強度を調節することにより、所望の位置における光量をほぼ一定に保つことができる。
【００３１】また、従来の採光装置では、夜間における照明ができず、夜間照明には別途同等の性能を備えた照明設備を調える必要があったが、本実施の形態での採光装置では、このような照明設備がなくても夜間における照明ができるので設備コストを大幅に削減することができる。
【００３２】本発明の採光装置は、上記実施の形態には限定されず、種々の変更が可能である。例えば、光ファイバにおける太陽光Ｌを片側側面発光する例で説明したが、これを光ファイバの端部からスポット的に発光させるようにしたとしても良い。また、太陽光を集光する集光装置として、集光レンズを用いた例で説明したが、集光レンズの代わりに、例えば、二次曲面状に形成した反射面を備えた反射板を用い、反射板の焦点近傍に光ファイバの太陽光の入射側の端面を下に向けて配置するようにした採光装置としても良いのは勿論のことである。
【００３３】
【発明の効果】本発明の採光装置は、上記のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載したように、光ファイバを大口径とすることにより、太陽光を入射できない光ファイバの間隙がなくなり、太陽光の入射効率を飛躍的に高めることができるので、採光装置の採光効率を向上させることができる。
（２）また、太陽光を伝送する手段として光ファイバを用いることにより、従来の導光路を用いた採光装置とは異なり、採光装置を設置するためのスペースを大幅に省略することができる。
（３）更に、光ファイバを適切に配置することにより、容易に所望の位置に太陽光を導けるので、所望の場所で所望の態様で太陽光を照射することが可能になる。
【００３４】（４）請求項２に記載したように、太陽光を集光する集光装置に集光レンズを用いるようにすると、好適な集光装置を備えた採光装置とすることができる。
【００３５】（５）請求項３に記載したように、太陽光を集光する集光装置に凹面鏡を用いるようにすると、好適な集光装置を備えた採光装置とすることができる。
【００３６】（６）請求項４に記載したように、光ファイバを片側側面発光させるようにすると、光ファイバの出射側端部から太陽光をスポット的に照射した場合とは異なり、線状光源とすることができるので、太陽光を照射する利用態様が広がると共に、広範囲に均質な太陽光を照射することができるようになる。
【００３７】（７）請求項５に記載したように、大口径の光ファイバの出射側の端部に照明装置を設けるように構成すると、光ファイバの出射側の端部から照明装置の光を入射させて、太陽光と共に光ファイバの所定の範囲で側面発光させることができるので、気象条件が悪く、太陽光の強度が小さい場合でも、照明装置を調整することにより明るさの低減を抑制することができ、夜間における照明にも利用できるので、夜間照明と共用することにより不要な設備を取り付けずに済むようになる。
（８）また、照明装置を単独で用いた場合と比較して、太陽光を照射できる分、エネルギーの消費を削減することができる。
【００３８】（９）請求項６に記載したように、光量センサと、光量制御機能を有する照明装置とを備えるように構成すると、気象の変化で太陽光の採光量が変動しても、光量センサにより光ファイバから照射される光量を検知し、照明装置の光の照射量を光量制御装置で制御することにより、常時ほぼ同一強度の均質な光を得ることができるようになる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年８月１１日（１９９８．８．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５７９７
【弁理士】
【氏名又は名称】斎藤 春弥 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−５７８２０（Ｐ２０００−５７８２０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２２６６９９ |
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