JPH0617933B2 - 太陽光採光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、太陽光の採光装置に係わり、特に、建築物の
内部に太陽光を導く際に用いて好適な採光装置に関する
ものである。

「従来の技術」 従来、太陽光が直接当たらない場所（例えば、地下街や
地下室等の地下設備、あるいは、住宅密集地における家
屋の内部）に、他の場所において集光した太陽光を導く
ことが検討されており、その一例として、例えば、第６
図に示す構造を有する採光装置が知られている。

該採光装置１は、屋外の障害物のない場所に設置される
もので、太陽に向かって設置されかつ太陽光Ｓを一点に
向かって収束させる集光レンズ（例えばフレネルレン
ズ）２と、該収束させられた太陽光Ｓを必要箇所に導く
ための光ファイバーケーブル３とを備え、前記光ファイ
バーケーブル３の一端面、すなわち、受光面3aが前記太
陽光Ｓの収束位置近傍に設置され、また、他端面（図示
略）が、必要箇所に位置させられた概略構成となってお
り、前記集光レンズ２を太陽の移動に追従させながら、
太陽光を収束させるとももに、この収束させられた太陽
光を光ファイバーケーブル３によって、太陽光の照射を
必要とする箇所に伝送するようにしたものである。

「考案が解決しようとする問題点」 本考案は、前述した従来の技術における次のような問題
点を解消せんとするものである。

すなわち、前述した採光装置１にあっては、太陽光Ｓを
光ファイバーケーブル３へ確実に入光させるために、該
光ファイバーケーブル３の受光面3aが形成された側の端
部と前記集光レンズ２とを固定して、前記受光面3aと集
光レンズ２との相対的な位置関係を拘速る必要がある
が、前記集光レンズ２を太陽の移動に追従させた際に、
該集光レンズ２がほぼ１８０度の範囲で移動させられる
ことから、前記光ファイバーケーブル３が大きく折曲さ
せられてしまい、これによって、伝送途中において太陽
光Ｓが漏れてしまい伝送ロスが大きくなってしまうとい
った問題点である。また、太陽光Ｓを光ファイバーケー
ブル３にその受光面3aを介して入光させる場合、該受光
面3aに対する太陽光Ｓの入射角が一定でないことから、
第７図に示すように、太陽光Ｓの一部が受光面3aにおい
て反射させられて入光損失が増加してしまい、採光効率
の低下を招いてしまいやすいといった問題点である。更
に、太陽光Ｓを一点に収束する前記集光レンズ２には、
従来フレネルレンズが用いられているが、該フレネルレ
ンズは太陽光Ｓの収束時の入光損失が大きく、かつ実用
面においてその口径も巨大になり、該フレネルレンズの
コスト高を、そして、ひいては前記採光装置１をコスト
高を招いてしまうといった問題点である。

このような問題点を解消するために、前記集光レンズ２
および光ファイバーケーブル３に代えて、複数の鏡をそ
の反射面を内側にして連結した太陽光採光装置も検討さ
れていてるが、前記集光レンズ２に相当する鏡を太陽の
移動に追従させた際に、該鏡により反射された太陽光Ｓ
も広範囲に移動するため、太陽光を一定の方向に導光さ
せるような前記光ファイバーケーブル３に相当する鏡の
面積が必然的に増大するといった問題点を有し、有効な
解決手段とはなり得ていない。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、前述した従来の問題点を有効に解決し得る太
陽光採光装置を提供せんとするもので、該太陽光採光装
置は、太陽に向かって設置されて、太陽光を導光方向に
屈曲させるとともに一点に収束させる曲面鏡と、該曲面
鏡を支持するとともに、これを経線および緯線両方向に
揺動させる制御機構と、該制御機構と前記曲面鏡との間
に設けられたリンク機構に連結され、太陽光の入射方向
に一致することにより前記曲面鏡で屈曲された太陽光の
導光方向の一定方向となす位置調整機構とを具備し、該
位置調整機構には、先端側に傾斜面が形成され基端側に
フランジが形成された略円柱状をなすとともに、先端面
に一つの受光素子を有し、傾斜面およびフランジ面に周
方向に所定ピッチで複数の受光素子を有する太陽追尾セ
ンサが設けられており、該太陽追尾センサの先端面およ
び傾斜面に設けられた受光素子からの信号により、前記
制御機構を駆動して先端面および傾斜面の受光素子の受
光量差に変化がなくなる方向または先端面の受光素子の
受光量が最大とる方向に前記位置調整機構を向ける粗調
整を行った後、前記フランジに設けられた受光素子から
の信号により前記制御機構を駆動して、前記フランジに
設けられた受光素子の受光量がすべて均一となる方向に
前記位置調整機構を向ける微調整を行って該位置調整機
構を太陽光の入射方向に一致させるコントロールユニッ
トを設けてなることを特徴とする。

「作用」 本発明は、曲面鏡で収束させた太陽光を、リンク機構に
よって常時一定方向へ向けて導光することにより、光伝
送部の動きを極力少なくするとともにに、集光した太陽
光の拡散を抑制して、伝送処理を簡便かつ効率良くする
ものである。しかも、コントロールユニットが、太陽追
尾センサの先端面および傾斜面に設けられた受光素子か
らの信号により、制御機構を駆動して先端面および傾斜
面の受光素子の受光量差に変化がなくなる方向または先
端面の受光素子の受光量が最大となる方向に位置調整機
構を向ける粗調整を行った後、フランジに設けられた受
光素子からの信号により制御機構を駆動して、フランジ
に設けられた受光素子の受光量がすべて均一となる方向
に位置調整機構を向ける微調整を行って該位置調整機構
を太陽光の入射方向に一致させることにより、曲面鏡で
の屈曲された太陽光の導光方向が、自動的に、曲面鏡の
最小限の動作で短時間に精度良く調整され常時一定方向
に維持されることになる。

「実施例」 以下、本発明を第１図〜第５図に示す好適な一施例に基
づき詳細に説明する。

第１図中符号４は、本実施例に係わる太陽光採光装置
（以下採光装置と略する）を示すもので、建築物Ｂの屋
上等に設置されている。

該採光装置４は、太陽に向かって設置されて、太陽光Ｓ
を導光方向にに屈曲させるとともに一点に収束させる曲
面鏡５と、該曲面鏡５を支持するとともに、これを経線
および緯線両方向に揺動させる制御機構６と、該制御機
構６と前記曲面鏡５との間に設けられて、前記曲面鏡５
の揺動位置を調整することにより、屈曲された太陽光Ｓ
の導光方向を常時一定方向となすリンク機構７とによっ
て概略構成されている。

次いで、これらの詳細について説明すれば、前記制御機
構６は、第１図および第２図に示すように、建築物Ｂ上
に取り付けられる基台10と、該基台10に回動自在に取り
付けられた第１の回動部材11と、該第１の回動部材11
に、その回動中心線を通る面に沿って回動自在に取り付
けられた第２の回動部材12・12（一方の第２の回動部材
12は図示されていない）と、これらの両回動部材11・12
の回動をなす一対の駆動機構13・14と、これら一対の駆
動機構13・14を制御する目的で、第２の回動部材12と等
しい回動中心線を持つように回動自在に取り付けられた
位置調整構15とを備えている。また、前記第２の回動部
材12・12には、前記曲面鏡５が、その回動中心線が等し
くなるように、固定されて取り付けられている。

前記第１の回動部材11の駆動をなす一方の駆動機構13
は、第１の回動部材11に一体に取り付けられたギア16
と、前記基台10に取り付けられるとともに、前記ギア16
と噛合してその回動をなす電動モータ17とから成り、ま
た、前記第２の回動部材12の駆動をなす他方の駆動機構
14は、第２の回動部材12の回転軸に取り付けられたはす
歯歯車18と、前記第１の回動部材11に取り付けられると
ともに、前記はす歯歯車18と噛合してその回動をなす電
動モータ19とから構成されている。

そして、このような構成を有する制御機構６は、前記第
１の回動部材11の回動軸線が経線を通る面内に位置する
ように設置され、前記一方の駆動機構13によって第１の
回動部材11が回動させられることにより前記曲面鏡５を
緯線方向に沿って移動させ、また、他方の駆動機構14に
よって第２の回動部材12が回動させられることにより前
記曲面鏡５を経線方向に沿って移動させ、これによっ
て、曲面鏡５を経時的に移動する太陽に追従させるよう
になっている。

前記リンク機構７は、第２図に示すように、前記第２の
回動部材12に取り付けられたスライダー20と、該スライ
ダー20と前記第１の回動部材11と位置調整機構15とを回
動自在に連結る一対のリンク21・21とから構成されてい
る。そして、該リンク機構７は、前記曲面鏡５の反射面
の中心に対する垂直線に対して常時一定角度を成すよう
に位置調整機構15の回動位置を調整し、かつ該位置調整
機構15の向く方向と導光方向との挾角を、前記曲面鏡５
の中心を通りかつこの中心に接する仮想線によって常時
２等分するように、前記曲面鏡５の回動位置を調整する
ようになっている。

また、本実施例では、前記両駆動機構13・14の作動を太
陽の移動に合わせて制御して、前記曲面鏡５の回動位置
を調整るために、その制御情報を得る太陽追尾センサ25
が設けられている。

該太陽追尾センサ25は、第３図および第４図に示すよう
に、前記位置調整機構15の先端部に取り付けられるもの
で、円柱状に形成された本体26と、該本体26の基端部に
設けられたフランジ27と、前記本体26の先端部に取り付
けられた複数の粗調整用のホトトランジスタ28と、前記
フランジ27の本体26が設けられた側の端面に取り付けら
れた複数の微調整用のホトトランジスタ29と、これらの
ホトトランジスタ28・29からの信号に基づき、前記両駆
動機構13・14へ駆動信号を出力するコントロールユニッ
ト30とから構成されている。

前記本体26の先端部の角部には、ほぼ45度の角度を有す
る傾斜面26aが形成されており、該傾斜面26aと先端面26
bとに前記粗調整用のホトトランジスタ28が設けられて
いる。すなわち、該ホトトランジスタ28は、前記本体26
の先端面26bの中央部に設けられたメインホトトランジ
スタ28aと、前記傾斜面26aに、本体26の周方向に90度の
間隔をおいて設けられた４個のサブホトトランジスタ28
bとから構成されている。また、前記微調整用のホトト
ランジスタ29は、前記サブホトトランジスタ28bと同ピ
ッチで４個設けられ、かつ、前記本体26の周壁の至近位
置に設けられている。

一方、本実施例の採光装置４が適用された建築物Ｂに
は、第１図および第２図に示すように、前記採光装置４
によって採光された太陽光Ｓを建築物Ｂの内部へ導くた
めの反射鏡31が設けられている。

しかして、このように構成された本実施例の太陽光採光
装置４は、第１図に示すように、太陽光Ｓが直接当たる
屋上等に、その導光方向前方に反射鏡31が位置するよう
に設置することによって使用状態となされ、太陽光Ｓの
入射方向と前記位置調整機構15の方向が一致するよう
に、第１および第２の回動部材11・12の回動位置を調整
することにより、前記太陽光Ｓを曲面鏡５によって集光
するとともにその方向を屈曲させて、前記反射鏡31へ照
射することによって、該太陽光Ｓを建築物Ｂの内部へ導
くことができる。

そして、このような採光操作に際して、前記太陽光Ｓ
は、曲面鏡５によって一旦収束させられながら導光方向
に屈曲され、反射鏡31を介して建築物Ｂの内部へ導かれ
るのであるから、前記従来のような、集光レンズ２およ
び光ファイバーケーブル３の受光面3a等での光伝送に伴
う入光損失が無く、これによって、採光効率の向上が図
られる。

また、曲面鏡５は、実用面において、前記フレネルレン
ズ等の集光レンズ２よりも小形に、かつ安価に構成可能
であり、よって、採光装置４全体のコストを低く抑える
ことができる。

そして、曲面鏡５は、リンク機構７の作用により、該曲
面鏡５の中心を通りかつ中心に接する仮想線が、太陽光
Ｓの入射方向と導光方向との挾角を常時２等分するよう
に保持されるようになっているから、太陽光Ｓの入射角
が経時的に変化した場合にあっても、その反射光の方向
が前記導光方向に保持される。したがって、採光装置４
に対する反射鏡31の位置関係が一義的に決定されること
になり、太陽の移動に追従させるための可動部分が減少
させられて、その分、光伝送系が簡略化されるととも
に、光伝送の経路が極力固定化されて、確実な光伝送が
得られる。

さらに、本実施例では、太陽追尾センサ25の作用によ
り、前記曲面鏡５の位置調整が自動的に行なわれる。

ここで、前記太陽追尾センサ25の作用について説明すれ
ば、以下のとおりである。

該太陽追尾センサ25の本体26の先端部に設けられた粗調
整用のホトトランジスタ28は、本体26の先端面26bに設
けられたメインホトトランジスタ28aと傾斜面26aに設け
られた複数のサブホトトランジスタ28bとが、それぞれ
異なる方向に向けられていることから、太陽光Ｓに対し
て前記本体26が傾斜した状態にあると、太陽光Ｓと対向
位置にあるサブホトトランジスタ28bの受光量に対して
メインホトトランジスタ28aの受光量が減少し、また、
フランジ27に設けられた微調整用の複数のホトトランジ
スタ29の内のいくつかが、前記本体26の影になって太陽
光Ｓの受光が妨げられることにより、各ホトトランジス
タ29の受光量が不均一な状態となされ、このような各ホ
トトランジスタ28・29における受光量の情報が、電気信
号として前記コントロールユニット30へ継続的に入力さ
れる。

そして、まず、前記各ホトトランジスタ28・29からの情
報に基づき、該コントロールユニット30において前記メ
インホトトランジスタ28aとサブホトトランジスタ28bと
の受光量の比較が行なわれるとともに、該コントロール
ユニット30から前記駆動機構13・14へ駆動信号が出力さ
れることにより、前記メインホトトランジスタ28aの受
光量が大きくなるように、前記両駆動機構13・14が作動
させられるとともに第１および第２の回動部材11・12が
回動させられて、前記太陽追尾センサ25の本体26が太陽
光Ｓとの交差角度を小さくする方向へ移動させられる。
ここで前記太陽追尾センサ25と曲面鏡５の反射面の中心
の垂直線が常時一定角度を成すように構成されているか
ら、曲面鏡５もその反射面の中心の垂直線と太陽光Ｓと
の交差角度を小さくする方向へ移動させられることにな
りこれによって粗調整が行なわれる。

このような粗調整操作は、前記両ホトトランジスタ28a
・28b間の受光量の差に変化がなくなるか、あるいは、
メインホトトランジスタ28aの受光量が最も大きくなっ
た時点で、コントロールユニット30からの信号に基づき
停止される。

前述したような粗調整が完了すると、前記コントロール
ユニット30において、前記粗調整用のホトトランジスタ
28からの情報に代わる微調整用のホトトランジスタ29か
らの情報に基づき、微調整用の駆動信号が各駆動機構13
・14へ出力されて微調整操作が開始される。

すなわち、この微調整操作は、前記各ホトトランジスタ
29が、本体26の側壁に近接した状態で設置されて、該本
体26の軸心線と太陽光Ｓとの交差角度が微少であって
も、該本体26の影が何れかのホトトランジスタ29の受光
機能に影響を与えてしまうことを利用したもので、前記
各ホトトランジスタ29における受光量が均一となるよう
に第１および第２の回動部材11・12を回動させることに
より、本体26の軸心線と太陽光Ｓとの角度が高精度に調
整される。

そして、このような調整操作は、太陽の移動に伴い継続
して行なわれ、前記サブホトトランジスタ28bが周方向
に間隔をおいて複数設けられ、かつ、本体26の傾斜面26
aに設けられて該本体26から外方へ放射状に向けられて
いるから、太陽光Ｓの受光範囲が広く、これによって広
範囲に亙る調整が可能である。

なお、前記実施例において示した各構成部材の諸形状や
寸法は一例であって、設置する場所や施設の種類あるい
は設計要求等に基づき種々変更可能である。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように本発明に係わる太陽光採光装
置は、太陽に向かって設置されて、太陽光を導光方向に
屈曲させるとともに一点に収束させる曲面鏡と、該曲面
鏡を支持するとともに、これを経線および緯線両方向に
揺動させる制御機構と、該制御機構と前記曲面鏡との間
に設けられたリンク機構に連結され、太陽光の入射方向
に一致することにより前記曲面鏡で屈曲された太陽光の
導光方向を一定方向となす位置調整機構とを具備し、該
位置調整機構には、先端側に傾斜面が形成され基端側に
フランジが形成された略円柱状をなすとともに、先端面
に一つの受光素子を有し、傾斜面およびフランジに周方
向に所定ピッチで複数の受光素子を有する太陽追尾セン
サが設けられており、該太陽追尾センサの先端面および
傾斜面に設けられた受光素子からの信号により、前記制
御機構を駆動して先端面および傾斜面の受光素子の受光
量差にに変化がなくなる方向または先端面の受光素子の
受光量が最大となる方向に前記位置調整機構を向ける粗
調整を行った後、前記フランジに設けられた受光素子か
らの信号により前記制御機構を駆動して、前記フランジ
に設けられた受光素子の受光量がすべて均一とる方向に
前記位置調整機構を向ける微調整を行って該位置調整機
構を太陽光の入射方向にに一致させるコントロールユニ
ットを設けてなることを特徴とするもので、前記太陽光
を曲面鏡によって一旦収束させながら導光方向に屈曲さ
せて後段の光伝送手段へ送り込むものであるから、光伝
送に伴う入光損失を少なくすることができ、これによっ
て、採光効率を大幅に向上させることができる。しか
も、コントロールユニットが、太陽追尾センサの先端面
および傾斜面に設けられた受光素子からの信号により、
制御機構を駆動して先端面および傾斜面の受光素子の受
光量差に変化がなくなる方向または先端面の受光素子の
受光量が最大となる方向に位置調整機構を向ける粗調整
を行った後、フランジに設けられた受光素子からの信号
により制御機構を駆動して、フランジに設けられた受光
素子の受光量がすべて均一となる方向に位置調整機構を
向ける微調整を行って該位置調整機構を太陽光の入射方
向に一致させることにより、曲面鏡で屈曲された太陽光
の導光方向を、自動的に、曲面鏡の最小限の動作で短時
間に精度良く調整し常時一定方向に維持することができ
る。また、これによって後段の光伝送手段の位置を固定
的なものとすることができる。さらに、従来の太陽光採
光装置に用いられていたフレネルレンズ等の集光レンズ
が不必要であることにより、前記採光装置を小形に、か
つ安価に構成することができる等の優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図は一実施例が適用された建築物の概略図、第２図は一
実施例の概観斜視図、第３図は太陽追尾センサの側面
図、第４図は太陽追尾センサの平面図、第５図は採光作
用を説明するための概略図、第６図および第７図は従来
の太陽光採光装置の一例を示す概略図で、第６図は採光
作用を説明するための概略図、第７図は光ファイバーケ
ーブルへの入光状態を説明するための概略図である。 ４……採光装置、５……曲面鏡、６……制御機構、７…
…リンク機構、Ｓ……太陽光。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】太陽に向かって設置されて、太陽光を導光
   方向に屈曲させるとともに一点に収束させる曲面鏡と、 該曲面鏡を支持するとともに、これを経線および緯線両
   方向に揺動させる制御機構と、 該制御機構と前記曲面鏡との間に設けられたリンク機構
   に連結され、太陽光の入射方向に一致することにより前
   記曲面鏡で屈曲された太陽光の導光方向を一定方向とな
   す位置調整機構とを具備し、 該位置調整機構には、先端側に傾斜面が形成され基端側
   にフランジが形成された略円柱状をなすとともに、先端
   面に一つの受光素子を有し、傾斜面およびフランジに周
   方向に所定ピッチで複数の受光素子を有する太陽追尾セ
   ンサが設けられており、 該太陽追尾センサの先端面および傾斜面に設けられた受
   光素子からの信号により、前記制御機構を駆動して先端
   面および傾斜面の受光素子の受光量差に変化がなくなる
   方向または先端面の受光素子の受光量が最大となる方向
   に前記位置調整機構を向ける粗調整を行った後、前記フ
   ランジに設けられた受光素子からの信号により前記制御
   機構を駆動して、前記フランジに設けられた受光素子の
   受光量がすべて均一となる方向に前記位置調整機構を向
   ける微調整を行って該位置調整機構を太陽光の入射方向
   に一致させるコントロールユニットを設けてなることを
   特徴とする太陽光採光装置。