JP2001312910A - 太陽光採光装置 - Google Patents

太陽光採光装置

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JP2001312910A
JP2001312910A JP2000128715A JP2000128715A JP2001312910A JP 2001312910 A JP2001312910 A JP 2001312910A JP 2000128715 A JP2000128715 A JP 2000128715A JP 2000128715 A JP2000128715 A JP 2000128715A JP 2001312910 A JP2001312910 A JP 2001312910A
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control box
motor
shaft
collecting device
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Hideaki Aoki
英明 青木
Kenji Taguchi
賢治 田口
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • F21—LIGHTING
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 太陽光採光装置１０は、透明ドーム１６を含
み、その天井中央部にコントロールボックス５０を設
け、その中にステッピングモータ４２、モータ４２を制
御するコントローラ４６及び二次電池４８を収納し、ス
テッピングモータ４２のモータ軸に、回転軸３４を連結
し、その回転軸３４にユニバーサル・ジョイントを介し
て支持フレーム体２０を連結する。モータ４２により回
転軸３４を駆動し支持フレーム体２０に支持された反射
ミラー２４を太陽Ｓに追尾して所定角度回転させる。 【効果】 ミラー２４を支持する支持フレーム体２０の
軽量・高剛性化が実現できると共に、回転駆動力も低減
でき、さらにモータ４２、コントローラ４６及び二次電
池４８はコントロールボックス５０によりユニット化さ
れるので取り扱いが容易となりコストも低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は太陽光採光装置に関
し、特にたとえば太陽放射光を反射して建造物内に光を
取り込むための回転駆動される反射ミラーを透明なドー
ム内に備えた太陽光採光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば家屋等の建造物では、外側に面し
た部屋しか太陽光を直接取り込むことが出来ないために
建物の中央部あるいは北側部に天窓や鉛直方向に延びる
吹き抜け等の開口部を設け、この開口部より太陽光を建
物内へ取り込みその内部を照明するようにしている。
【０００３】そして、この開口部に太陽の移動位置に応
じて反射ミラーの傾斜角度を調整し、この反射ミラーで
反射した太陽光を建物内に入射せしめる太陽光採光装置
が設置される。
【０００４】この太陽光採光装置は、例えば、透明なド
ームの中に、回転する反射ミラーを備え太陽の位置を追
尾する採光装置を設けている。回転する反射ミラーはア
ングル材等の型材で構成される支持部材の上に複数の反
射板を所定の間隔で並べて片持ち状に固定された形状に
なっており、中心部に回転シャフトを設けて上向きに片
持支持の状態で回転駆動シャフトに連結されている（例
えば、米国特許第５９９９３２３号明細書及び図面を参
照）。
【０００５】また、回転駆動シャフトを駆動するモータ
及び駆動ギヤ部とその制御回路は別の場所に配置されて
おり、透明なドーム内に設けた配線により両者は結合さ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、回転する反
射ミラーは上述のように支持部材上に片持ち構造である
ため、複数の反射板（これも片持ち支持）を剛性強度で
支持するためには高い強度を有する断面形状の構造材を
使用しなければならず、重量的に重くなる。
【０００７】また、回転軸部で重量バランスをとるよう
に配慮されていないため、常に回転軸に曲げモーメント
が負荷されることになる。従って、回転する反射ミラー
を駆動させるためには高い回転トルクが必要になり、そ
れに伴い高出力の駆動モータ及び大容量の電源が必要に
なる。
【０００８】更に、透明なドーム内の下部中央に位置す
る駆動モータ及び駆動ギヤとコントローラは離れて設置
されており、配線により駆動モータ及びコントローラは
接続されている。
【０００９】しかしながら、これらが使用されている状
況において透明なドーム内は外部環境の影響を受けて高
温状態になり、各構成部品を電気的に結合する配線の接
続部もその影響を受ける。その結果、装置全体の信頼性
が低下するという問題がある。
【００１０】それゆえに、この発明の主たる目的は、回
転する反射ミラーを支持する支持体の軽量化を図ると共
に駆動モータ、コントローラ等をユニット化して剛性強
度の向上と保守点検を容易にできる太陽光採光装置を提
供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明は、透明材料で
形成されるドーム、このドーム内に吊り下げられる支持
材、この支持材に固定的に支持されるミラー、および支
持材を回転軸を介して回転させるモータを備える、太陽
光採光装置である。
【００１２】また、他の発明は、透明材料で形成される
ドーム、このドーム内に回転軸によって回転可能に支持
されるミラー、ドーム内に固定的に設けられるコントロ
ールボックス、このコントロールボックス内に設けられ
て回転軸を駆動するモータ、およびコントロールボック
ス内に設けられてモータを制御するコントローラを備え
る、太陽光採光装置である。
【００１３】
【作用】第１の発明では、透明ドーム内に吊り下げられ
る支持材にミラーは支持される。そして、この支持材は
回転軸を介してモータにより回転されるので、ミラーは
太陽を追尾して回転することになり効率的に反射光を採
光することができる。また、ミラーを支持する支持材は
ドーム内に吊り下げられているため回転モーメントも低
減する。
【００１４】また、支持材は好ましくは軽量金属パイプ
を連結して構成すれば、装置全体を軽量化できると共に
剛性強度も高くできる。そして、この支持材は複数のア
ルミパイプを着脱自在な連結具で連結できるようにすれ
ば、複数のアルミパイプを分解してコンパクトにした状
態で設置場所へ輸送できる。
【００１５】さらに、支持材とこの支持材を回転させる
回転軸はユニバーサル・ジョイントにより連結すれば、
回転部に生じる曲げモーメントが解消されると共に支持
材の軽量化と相俟って回転駆動トルクを軽減できる。そ
の結果モータを駆動する電気エネルギーも節約できる。
【００１６】また第２の発明では、透明ドーム内に配置
されて支持材に固定的に支持されるミラーを回転駆動す
るモータ、モータを制御するコントローラおよび電池を
コントロールボックスに収納してユニット化している。
そのために、部品点数や組立工数の低減が可能となる。
また、配線接続部もコントロールボックス内に収納され
るため機構露出部分も少なくなり信頼性が向上する。
【００１７】
【発明の効果】この発明によれば、ミラーの回転に必要
な駆動力が低減され省エネ効果も期待できる。また、モ
ータおよびコントローラ等をユニット化することにより
保守点検が容易となりコストも低減できる。
【００１８】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴及び利点は、図面を参照して以下に行う実施例の詳細
な説明により一層明らかとなろう。
【００１９】
【実施例】図１に示すこの発明の一実施例である太陽光
採光装置１０は、例えば家屋等の建造物１２の天窓或い
は鉛直方向の吹き抜け等の採光用開口部１４に設置され
る。この太陽光採光装置１０は、採光用開口部１４を被
うように取付枠１５にねじ等で固定される取付用フラン
ジ部１６ａを有する透明なドーム１６、このドーム１６
内に吊り下げ状態で配置されかつアルミ肉薄パイプ等の
軽量型材１８、１８、…を連結して構成される支持フレ
ーム体２０、この支持フレーム体２０に取付けられる複
数の平板あるいは二次曲面の反射パネル２２，２２、…
からなる反射ミラー２４を含む。
【００２０】透明なドーム１６は、例えば３〜５ｍｍ程
度の均一な板厚の透明なアクリル樹脂板あるいはポリカ
ーボネート樹脂板を加工して形成される。また、開口部
１４の形状はこの実施例では一辺が１２０ｃｍ程度の四
角形（矩形）としているが、必要に応じて円形にしても
よい。この場合には、透明ドーム１６の形状も四角形状
の開口部１４に適合するドーム形状から半球面形状に変
更される。なお、透明ドーム１６は上述のように透明な
アクリル樹脂板等で構成されるが、必要に応じてその内
面に補強リブ（図示せず）を設けてもよい。そして、こ
のドーム１６により外気が開口部１４より屋内に入いら
ないようにすると共に、反射ミラー２４等が塵埃で汚れ
るのを防止する。
【００２１】支持フレーム体２０は、６本のアルミ肉薄
パイプ１８、１８、…を連結して略三角錐形状に形成さ
れており各連結部は球状連結具２６で結合されている。
この連結具２６は図示されないが、パイプ１８を挿入す
るための挿入穴若しくは突起を必要数設けている。ま
た、この支持フレーム体２０の頂部に位置する連結具２
６には支軸２８を介して吊下具３０が固定され、この吊
下具３０に設けた一対の鉤部３０ａ、３０ｂをドーム１
６の天井中央部（頂部）に配置される駆動制御ユニット
３２を備えた回転シャフト３４の支持ピン３４ａ、３４
ｂに係止することによりユニバーサル・ジョイントを構
成している。この構成により支持フレーム体２０はドー
ム１６内に吊下げ状態で回転可能に支持される。
【００２２】そして、このユニバーサル・ジョイントに
より回転部に生じる曲げモーメントは解消されるので、
必要な駆動トルクを減少できる。なお、この実施例では
支持フレーム体２０を略三角錐形状に形成しているが、
他の実施例としては略四角錐形状に形成してもよい。
【００２３】一方、支持フレーム体２０に固定的に支持
される反射ミラー２４は、例えば４枚の二次曲面の反射
パネル２２を組合せて構成されており、各反射パネル２
２の下縁は支持フレーム体２０の下面を構成するアルミ
肉薄パイプ１８の連結具２６、２６に両端が固定された
弧状支持部材３６で支持されかつその上縁は支持フレー
ム体２０の側面を構成するアルミ肉薄パイプ１８、１８
に適当な支柱３８を介してそれぞれ支持される。
【００２４】また、支持フレーム体２０の底面上の中央
近傍位置には二次曲面の補助反射ミラー４０を設けてい
る。この補助反射ミラー４０は太陽Ｓの放射光をより効
率的に採光するために反射ミラー２４の前方に適当な間
隔を存して設けられる。そして、反射ミラー２４に届く
太陽Ｓの放射光をこの補助反射ミラー４０で遮断しない
ようにするためにその高さ寸法を低く設定している。
【００２５】なお、反射ミラー２４及び補助反射ミラー
４０は１枚の平面反射パネルで構成してもよい。また、
平板状あるいは二次曲面状の反射パネル２２は、例えば
アルミ蒸着により鏡面を形成した樹脂フイルムを軽量な
スチロール樹脂板に貼り付けることにより形成すること
ができる。
【００２６】駆動制御ユニット３２は、図３に示される
ように、ステッピングモータ４２、このモータ４２の回
転力を回転シャフト３４に伝達する駆動ギヤ４４、モー
タ４２の回転を制御するコントローラ（マイコンを含
む）４６およびモータ４２とコントローラ４６に電源を
供給する電池４８を含み、これらはいずれもコントロー
ルボックス５０に収納されている。
【００２７】コントロールボックス５０は、外周面に螺
旋部を形成した円筒状開口５２を有している。この円筒
状開口５２を透明なドーム１６の天井中央部（頂部）に
形成された取付孔５４に挿入し環状パッキン５６を介し
て取付ナット５８を螺旋部に螺合することによりコント
ロールボックス５０を透明ドーム１６に固定している。
また、円筒状開口５２の開口端には開閉可能な防水蓋６
０を取付け、必要に応じて、この蓋６０を開閉すること
によりドーム１６外からこのボックス５０に収納された
上述の部品の点検修理や回転シャフト３４を含む支持フ
レーム体２０の位置調整等が行われる。例えば、ドーム
１６外より防水蓋６０を開いてコントロールボックス５
０内に収納される電池４８の点検や交換を行うことがで
きる。
【００２８】また、駆動ギヤ４４は、例えばモータ４２
の水平軸まわりの回転力を垂直軸まわりの回転力に変換
する減速タイプの傘歯車機構を使用する。そして太陽Ｓ
の移動位置に応じて支持フレーム体２０に支持される反
射ミラー２２及び補助反射ミラー４０を１日に１回転
（３６０°／２４Ｈ＝１５°／Ｈ）させる。そのために
マイコンを含むコントローラ４６のタイマー機能を使用
するか、あるいは駆動制御ユニット３２として時計ムー
ブメントを使用することもできる。
【００２９】例えば、マイコンを含むコントローラ４６
からのパルス信号により、ステッピングモータ４２を所
定の角度だけ回転させ、このステッピングモータ４２の
回転駆動力により支持フレーム体２０が所定角度だけ回
動し、この支持フレーム体２０に支持されている反射ミ
ラー２４および補助反射ミラー４０が所定角度だけ回動
する。その結果、上述のように反射ミラー２４及び補助
反射ミラー４０は太陽Ｓの方向に向くように駆動制御さ
れる。
【００３０】なお、太陽Ｓの移動位置はその地域の緯
度、季節、時間により異なるが、年間を通じて太陽光採
光装置１０を設置する家屋等の建造物１２が構築されて
いる地域の値として予めマイコンに記憶させておけば、
そのデータに基づいて太陽Ｓの移動に伴い反射ミラー２
４等を回転制御することができる。
【００３１】また、電池４８は、この実施例では二次電
池でありさらに回転シャフト３４には支持ピン３４ａ、
３４ｂの一方に太陽電池パネル６２を備えた支持部材６
４を固定している。この太陽電池パネル６２は支持部材
６４を介して回転シャフト３４に固定されているので太
陽Ｓを追尾することになり、効率の良い太陽光発電を行
うことができる。そして、太陽電池パネル６２で得られ
る電力を二次電池４８に充電する。
【００３２】ただし、モータ４２やコントローラ４６の
電源として二次電池４８に代えて商用電源を用いること
もできる。
【００３３】更に、反射ミラー２４及び補助反射ミラー
４０を搭載した状態で駆動制御ユニット３２の回転シャ
フト３４に吊下られた支持フレーム体２０の水平バラン
スを取るために、必要に応じてこの支持フレーム体２０
に適当なバランサ（バラスト）６５を取付ける。このバ
ランサ６５は、この実施例では連結具２６と兼用させて
いる。また、回転に伴う揺動を防ぐために透明ドーム１
６の下部中央、すなわち開口部１４に設けた矩形状取付
枠１５の各辺中央部にコイルばね６６と線材６８を介し
て弾性支持されかつ回転中心線上に位置する軸支孔部７
０を設け、この軸支孔部７０に支持フレーム体２０に固
定された中心支持部材（回転中心軸）７２の下端部を挿
入している。
【００３４】次に図３及び図４を参照してこの発明の一
実施例である太陽光採光装置１０の動作概要について説
明する。
【００３５】先ず、駆動制御ユニット３２の二次電池４
８より図示されない電源スイッチをオンしてステッピン
グモータ４２及びコントローラ４６に給電を行う。そし
て、日の出から日没まで、例えば午前（ＡＭ）６時から
午後（ＰＭ）６時までの１２時間で透明なドーム１６内
に吊下られた支持フレーム体２０を、コントローラ４６
により回転制御されるステッピングモータ４２の回転力
を駆動ギヤ４４で減速して回転シャフト３４により１８
０°回転させる。この減速回転により支持フレーム体２
０に支持された反射ミラー２４及び補助反射ミラー４０
は太陽Ｓの移動位置に応じて所定角度回転する。
【００３６】そして反射ミラー２４及び補助反射ミラー
４０で反射した太陽放射光は図３の実線矢印で示すよう
に開口部１４に入射し、鏡面７４を形成した開口部入口
側でさらに反射し光拡散板７６を透過して室内を照明す
る。
【００３７】日没後の午後（ＰＭ）６：００以降翌朝の
午前（ＡＭ）６：００までの１２時間で支持フレーム体
２０はさらに１８０°回転し、この回転により反射ミラ
ー２４及び補助反射ミラー４０は１回転し元の位置に戻
る。以後は同様の動作が繰り返し行われる。
【００３８】なお、図１及び図３で示すいずれの実施例
においても、コントロールボックス５０に収納される駆
動制御ユニット３２は透明なドーム１６の頂部に配置さ
れているが、図５に示す更に他の実施例のように透明な
ドーム１６の下部中央に配置してもよい。
【００３９】この場合、コントロールボックス５０は、
ボックス本体５０ａとこの本体の上面開口を開閉する蓋
体５０ｂで構成する。そして、ボックス本体５０ａを、
例えば家屋等の開口部１４に水平に設けた取付板７８の
凹８０所に載置固定すると共に蓋体５０ｂからモータ４
２のモータ軸に駆動ギヤ４４を介して連結される回転シ
ャフト３４を突出させる。この回転シャフト３４に反射
ミラー２４及び補助反射ミラー４０を固定的に支持する
支持フレーム体２０をユニバーサル・ジョイント３５に
より連結し、透明ドーム１６内で駆動制御ユニット３２
により支持フレーム体２０を回転させる。この場合にお
いても回転中心線上に位置するドーム１６の頂部下面側
に、例えば弾性リング８２を有する軸支孔部７０を固定
し、この軸支孔部７０に支持フレーム体２０に固定され
た中心支持部材（回転中心軸）７２の上端部を挿入して
回転に伴う支持フレーム体２０の揺動を防止する。な
お、中心支持部材７２の下端部は回転シャフト３４とユ
ニバーサル・ジョイント３５で連結している。例えば、
回転シャフト３４と中心支持部材７２の下端部は非円形
状の凹凸係合により連結する。
【００４０】以上説明したように、駆動制御ユニット３
２をコントロールボックス５０に収納してユニット化す
ることにより、部品点数及び組立工数の減少が図れ、コ
ストが低減すると共に機構露出部分も少なくでき信頼性
が向上する。また、必要な保守点検（メンテナンス）も
容易に行うことができる。
【００４１】なお、この発明の太陽光採光装置は上述の
実施例に何ら限定されるものではなく、発明の請求の範
囲内において種々の変形例が存在することはいうまでも
ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例である太陽光採光装置の概
略構成を示す斜面図である。
【図２】図１の吊下部を示す図解図である。
【図３】この発明の他の実施例における要部断面せる図
解図である。
【図４】この発明の一実施例における回転駆動機構を示
すブロック図である。
【図５】この発明の更に他の実施例における要部断面せ
る図解図である。
【符号の説明】
１０ …太陽光採光装置 １２ …建造物（家屋） １４ …開口部 １６ …透明なドーム １８ …軽量型材（アルミ肉薄パイプ） ２０ …支持フレーム体（支持材） ２４ …反射ミラー ３２ …駆動制御ユニット ３４ …回転シャフト ４０ …補助反射ミラー ４２ …ステッピングモータ ４４ …駆動ギヤ ４６ …コントローラ ４８ …二次電池 ５０ …コントロールボックス ５２ …円筒状開口 ６０ …防水蓋 Ｓ …太陽

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】透明材料で形成されるドーム、 前記ドーム内に吊り下げられる支持材、 前記支持材に固定的に支持されるミラー、および前記支
    持材を回転軸を介して回転させるモータを備える、太陽
    光採光装置。
  2. 【請求項２】前記支持材と前記回転軸とを連結するユニ
    バーサル・ジョイントをさらに備える、請求項１記載の
    太陽光採光装置。
  3. 【請求項３】前記ユニバーサル・ジョイントは前記支持
    材を前記回転軸に係止するフックを含む、請求項２記載
    の太陽光採光装置。
  4. 【請求項４】前記支持材は軽量金属パイプにより構成さ
    れる、請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽光採光
    装置。
  5. 【請求項５】前記支持材は複数のアルミパイプおよびそ
    れらを着脱自在に連結する連結具を含む、請求項４記載
    の太陽光採光装置。
  6. 【請求項６】透明材料で形成されるドーム、 前記ドーム内に回転軸によって回転可能に支持されるミ
    ラー、 前記ドーム内に固定的に設けられるコントロールボック
    ス、 前記コントロールボックス内に設けられて前記回転軸を
    駆動するモータ、および前記コントロールボックス内に
    設けられて前記モータを制御するコントローラを備え
    る、太陽光採光装置。
  7. 【請求項７】前記コントロールボックスは前記ドームの
    下部中央に配置される、請求項６記載の太陽光採光装
    置。
  8. 【請求項８】前記コントロールボックスは前記ドームの
    頂部に配置される、請求項６記載の太陽光採光装置。
  9. 【請求項９】前記コントロールボックスは前記ドーム外
    で開閉できる防水蓋を含む、請求項８記載の太陽光採光
    装置。
  10. 【請求項１０】前記コントロールボックス内に前記モー
    タおよび前記コントローラに電源を供給する電池を設
    け、前記電池を前記防水蓋の開閉により交換できるよう
    にした、請求項９記載の太陽光採光装置。
  11. 【請求項１１】太陽電池をさらに備え、前記電池は前記
    太陽電池で充電される二次電池である、請求項１０記載
    の太陽光採光装置。
  12. 【請求項１２】透明材料材で形成されるドーム、 前記ドームの頂部に固定されるコントロールボックス、 前記コントロールボックス内に設けられるかつモータ軸
    を有するモータ、 前記コントロールボックス内に設けられ前記モータを制
    御するコントローラ、 前記モータ軸に連結されかつ前記コントロールボックス
    から垂下する回転軸、 前記回転軸にユニバーサル・ジョイントを介して前記ド
    ーム内に吊り下げられるかつ稜線部を軽量金属パイプで
    構成した角錐状フレーム体、および前記角錐状フレーム
    体に設けられる反射ミラーを備える、太陽光採光装置。
  13. 【請求項１３】前記角錐状フレーム体はバランスウエイ
    トを含む、請求項１２記載の太陽光採光装置。
  14. 【請求項１４】前記ドームの下部中央に設けられて前記
    角錐状フレーム体の回転中心軸の下端部を軸支する軸支
    部をさらに備える、請求項１２または１３記載の太陽光
    採光装置。
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