JP7039352B2 - 多段型プリズム窓 - Google Patents

Description

本発明は、多段型プリズム窓に関する。

従来、複数の透明性板材の間に、又は透明性板材と一体にプリズムを設けることで、太陽からの直達光を太陽側に再帰反射させる再帰反射窓が提案されている（例えば特許文献１～３参照）。さらに、プリズムを利用して直達光を反射させて室内天井側を照明する室内利用窓についても提案されている（例えば特許文献４～６参照）。

特開２０１５－２１０３１９号公報 特開２０１５－１７４８１０号公報 特開２０１７－２１１４４２号公報 特開２０１７－２１４８２２号公報 特開２０１７－１６１６９２号公報 特開２０１７－１５１２４９号公報

ここで、本件発明者は、夏場に直達光を再帰反射等させることにより直達光を室内に取り込むことなく冷房効率の低下を抑え、冬場に直達光を室内利用して例えば暖房効率の向上を図ることを考えており、再帰反射窓等のように直達光を室内に取り込まない窓と、室内利用窓のように直達光を室内利用する窓とを両立させることを研究している。この点について、本件発明者は、例えばユーザが操作することにより、直達光を室内に取り込まない状態と、室内利用する状態とで切り替えることを想定していた。

しかし、ユーザ操作によって、直達光を室内に取り込まないようにする状態と室内利用する状態とで切り替える場合、ユーザが操作できる環境にない限り、状態を切り替えることができなくなってしまう。例えば、本件発明者は、窓の反転操作を行ったりスイッチ操作を行ったりして状態を切り替えることを想定していたが、家具が邪魔になるケースなど、操作を容易に行うことができない場合がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ユーザ操作を要することなく、直達光を室内に取り込まないようにする状態と室内利用する状態とを両立することができる多段型プリズム窓を提供することにある。

第１の発明に係る多段型プリズム窓は、第１透明性板材と、第２透明性板材と、第１プリズムと、不透過部材と、第２プリズムと、吸熱部材とを備えている。第１プリズムは、第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる光を不透過部材に集光させて室内への光路を遮断状態とし、第２プリズムは、法線に対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる光を吸熱部材に集光させて室内暖房に利用する。

また、第２の発明に係る多段型プリズム窓は、第１透明性板材と、第２透明性板材と、第１プリズムと、不透過部材と、第２プリズムと、反射部材とを備えている。第１プリズムは、第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる光を不透過部材に集光させて室内への光路を遮断状態とし、第２プリズムは、法線に対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる光を反射部材に集光させて室内天井側に反射させる。

第１の発明によれば、第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる光を不透過部材に集光させて室内への光路を遮断状態とする第１プリズムを備えるため、例えば夏場の直達光のように仰角が大きくなる太陽光を室内に取り込み難くすることができる。また、法線に対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる光を吸熱部材を利用して室内暖房に利用する第２プリズムを備えるため、例えば冬場の直達光のように仰角が比較的小さい太陽光を利用して吸熱部材によって吸熱し、得られた熱を利用して室内暖房を行うことができる。従って、直達光を室内に取り込まないようにする状態と室内利用する状態とを両立することができる多段型プリズム窓を提供する。

また、第２の発明によれば、第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる太陽光を第１反射部材を利用して再帰反射させる第１プリズムを備えるため、例えば夏場の直達光のように仰角が大きくなる太陽光を室内に取り込むことを防止できる。また、法線に対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる太陽光を第２反射部材を利用して室内天井側に反射させる第２プリズムを備えるため、例えば冬場の直達光のように仰角が比較的小さい太陽光については電磁波の状態のまま室内に取り込んで、室内天井の加熱及び照明に利用することができる。従って、直達光を室内に取り込まないようにする状態と室内利用する状態とを両立することができる多段型プリズム窓を提供する。

本発明の第１実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。 第１実施形態に係る多段型プリズム窓に入射する直達光の光路を示す概念図である。 第１実施形態に係る多段型プリズム窓に入射する光に対する結果を示す概念図である。 第２実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。 第３実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。 第４実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。 第４実施形態に係る多段型プリズム窓４の製造方法を示す製造工程図であり、（ａ）～（ｋ）は各工程を示している。 第５実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。 第５実施形態の変形例に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。 第６実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。

以下、本発明を好適な実施形態に沿って説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

図１は、本発明の第１実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。図１に示す多段型プリズム窓１は、概略的に２枚の透明性板材１０と、真空封止部材２０と、複数の第１プリズム３０と、複数の反射部材（不透過部材）４０と、複数の第２プリズム５０と、複数の吸熱部材６０と、複数の像回復プリズム７０とを備えている。

２枚の透明性板材１０は、互いに略平行配置されるガラス材や樹脂材等の透明性の板材である。２枚の透明性板材１０は第１透明性板材１０ａと第２透明性板材１０ｂとからなる。第１透明性板材１０ａは室外側に配置され、第２透明性板材１０ｂは第１透明性板材１０ａよりも室内側に配置されている。

真空封止部材２０は、２枚の透明性板材１０の周端部において２枚の透明性板材１０の間に介在するものである。２枚の透明性板材１０の周端部に真空封止部材２０が設けられることによって、２枚の透明性板材１０と真空封止部材２０とによって閉じられた内部空間が形成される。

複数の第１プリズム３０は、２枚の透明性板材１０の間の内部空間に配置されるものであって、それぞれが断面視して三角形状とされた透明性部材からなるプリズム（すなわち三角柱形状のプリズム）で構成されている。これらの第１プリズム３０は、第１の辺３０ａが第１透明性板材１０ａに沿うように第１透明性板材１０ａに面して配置されている（第１実施形態では接触して配置されている）。第１プリズム３０の第２の辺３０ｂと第３の辺３０ｃは、第１の辺３０ａに対して所定の角度を有して延びている。第２の辺３０ｂは、第３の辺３０ｃよりも鉛直下方側に位置する辺である。なお、第１プリズム３０は、第１透明性板材１０ａに対して僅かに離間して配置されていてもよい。

反射部材４０は、太陽光を不透過とする部材であって、本実施形態においては例えば可視光及び赤外線の反射率が７０％以上となる部材である。この反射部材４０は、第１プリズム３０の第２の辺３０ｂ（所定面）に対して接触状態で設けられている。なお、反射部材４０は、第１プリズム３０と離間状態で設けられていてもよい。さらに、反射部材４０は、第１プリズム３０の第２の辺３０ｂに対して鏡面処理（銀色処理）が施されることにより形成されるものであることが好ましい。

複数の第２プリズム５０は、２枚の透明性板材１０の間の内部空間において第１プリズム３０よりも室内側に配置されるものであって、それぞれが断面視して三角形状とされた透明性部材からなるプリズム（すなわち三角柱形状のプリズム）で構成されている。これらの第２プリズム５０は、１つの第１プリズム３０に対して１つ設けられており、第１の辺５０ａが第１プリズム３０の第３の辺３０ｃに沿うように配置されている。第２プリズム５０の第２の辺５０ｂと第３の辺５０ｃは、第１の辺５０ａに対して所定の角度を有して延びている。第２の辺５０ｂは、第３の辺５０ｃよりも鉛直下方側に位置する辺である。なお、本実施形態において第２プリズム５０は、第１プリズム３０に対して僅かに離間して配置されている。

吸熱部材６０は、例えば可視光及び赤外線の吸収率が７０％以上となる部材であって、例えば太陽光波長領域（０．３～２．５μｍ）では吸収率が大きく、赤外線波長領域（３．０～２０μｍ）では放射率が小さくされた選択吸収部材が該当する。この吸熱部材６０は、第２プリズム５０の第２の辺５０ｂ（所定面）に対して接触状態で設けられている。なお、吸熱部材６０は、第２プリズム５０の第２の辺５０ｂに対して吸収膜処理されて形成されるものであってもよいし、単なる黒色部材であってもよい。

像回復プリズム７０は、２枚の透明性板材１０の間の内部空間のうち、第１及び第２プリズム３０，５０が設けられていない空間を埋めるように設置されるプリズムである。本実施形態において像回復プリズム７０は、第１プリズム３０及び第２プリズム５０の組合せに対して１つずつ設けられている。この像回復プリズム７０は、断面視して１つの第１プリズム３０と１つの第２プリズム５０とを加算した面積程度（例えば±１０％）の大きさとされている。第１プリズム３０、第２プリズム５０、及び像回復プリズム７０の屈折率が等しい場合には、第１プリズム３０の第１の辺３０ａと第３の辺３０ｃとのなす角度と、第２プリズム５０の第１の辺５０ａと第３の辺５０ｃとのなす角度の合計が、像回復プリズムの下端の内角の角度と同程度であることにより、像回復ができることになる。

図２は、第１実施形態に係る多段型プリズム窓１に入射する直達光の光路を示す概念図であり、図３は、第１実施形態に係る多段型プリズム窓１に入射する光に対する結果を示す概念図である。

図２及び図３に示すように、本実施形態において第１プリズム３０は、２枚の透明性板材１０の法線Ｎに対する角度が第１所定角度以上となる直達光ＯＰ１（例えば夏場の太陽高度が高いときの直達光）を反射部材４０に集光させて再帰反射させるように、屈折率と三角形状の内角とが設定されている。具体的に説明すると、第１プリズム３０は、直達光ＯＰ１の第３の辺３０ｃへの入射角が臨界角以上となるように、屈折率と三角形状の内角とが設定されている。なお、反射部材４０が第２の辺３０ｂから離間して設けられている場合、第１プリズム３０は、直達光ＯＰ１の第２の辺３０ｂへの入射角が臨界角未満となるように、屈折率と三角形状の内角とが設定されている。

さらに、第１プリズム３０は、法線Ｎに対する角度が第１所定角度未満となる光（後述の直達光ＯＰ２や地面からの反射光等の光ＳＬ（図１参照））について透過させるように、屈折率と三角形状の内角とが設定されている。

なお、図２に示す直達光ＯＰ１は、まず第１プリズム３０の第３の辺３０ｃに到達しているが、上記の如く屈折率と三角形状の内角とが設定されていれば、最初に第２の辺３０ｂに到達する直達光であっても、同様に再帰反射されることとなる。

また、本実施形態において第２プリズム５０は、上記法線Ｎに対する角度が第１所定角度未満、且つ、第２所定角度（第１所定角度よりも小さい角度）以上となる直達光ＯＰ２（例えば冬場の太陽高度が低いときの直達光）を吸熱部材６０に集光させて室内暖房に利用させるように、屈折率と三角形状の内角とが設定されている。具体的に説明すると、第２プリズム５０は、第１プリズム３０を透過した直達光ＯＰ２の第３の辺５０ｃへの入射角が臨界角以上となるように、屈折率と三角形状の内角とが設定されている。さらに、第２プリズム５０は、第３の辺５０ｃで全反射して第１の辺５０ａに入射する場合にも入射角が臨界角以上となるように、屈折率と三角形状の内角とが設定されている。

加えて、第２プリズム５０は、法線Ｎに対する角度が第２所定角度未満となる地面からの反射光等の光ＳＬ（図１参照）について透過させるように、屈折率と三角形状の内角とが設定されている。

なお、図２に示す直達光ＯＰ２は、まず第２プリズム５０の第３の辺５０ｃに到達しているが、これに限らず、第１プリズム３０を透過した直達光ＯＰ２が直接第２の辺５０ｂに到達する場合もある。

次に、図１～図３を参照して、本実施形態に係る多段型プリズム窓１の作用を説明する。

まず、法線Ｎに対する角度が第１所定角度以上となる直達光ＯＰ１が第１透明性板材１０ａに入射したとする。このとき、直達光ＯＰ１は第１透明性板材１０ａを透過して第１プリズム３０に至る。第１プリズム３０に至った直達光ＯＰ１は、１）第３の辺３０ｃのみで全反射して第２の辺３０ｂに対して設けられる反射部材４０に至るものと、２）第３の辺３０ｃで全反射した後に第１の辺３０ａで全反射して第２の辺３０ｂに対して設けられる反射部材４０に至るものと、３）直接第２の辺３０ｂに対して設けられる反射部材４０に至るものとがある。これらの光は全て反射部材４０での反射を利用して再帰反射される。すなわち、第１透明性板材１０ａから太陽側に向けて出射されることとなる。

また、法線Ｎに対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる直達光ＯＰ２が第１透明性板材１０ａに入射したとする。このとき、直達光ＯＰ２は第１透明性板材１０ａ及び第１プリズム３０を透過して第２プリズム５０に至る。第２プリズム５０に至った直達光ＯＰ２は、１）第３の辺５０ｃのみで全反射して第２の辺５０ｂに対して設けられる吸熱部材６０に至るものと、２）更に第１の辺５０ａで全反射して第２の辺５０ｂに対して設けられる吸熱部材６０に至るものと、３）直接第２の辺５０ｂに対して設けられる吸熱部材６０に至るものとがある。これらの光は全て吸熱部材６０で吸熱され、吸熱部材６０に接触する像回復プリズム７０を加熱することとなる。像回復プリズム７０は、第２透明性板材１０ｂに接触していることから、第２透明性板材１０ｂも加熱されることとなる。この結果、第２透明性板材１０ｂから輻射暖房が行われることとなり、室内暖房が行われることとなる。

また、法線Ｎに対する角度が第２所定角度未満となる光ＳＬが第１透明性板材１０ａに入射したとする。このとき、光ＳＬは、第１透明性板材１０ａ、第１プリズム３０、第２プリズム５０、像回復プリズム７０、及び第２透明性板材１０ｂを介して、室内に至る。よって、景色については視認されることとなる。加えて、本実施形態に係る多段型プリズム窓１は像回復プリズム７０を備えることから、多段型プリズム窓１を通した景色については歪みが少なく視認されることとなる。

ここで、第１プリズム３０及び第２プリズム５０は屈折率が１．４１であり、断面視した場合の断面が、第２の辺３０ｂと第３の辺３０ｃとのなす角、第２の辺５０ｂと第３の辺５０ｃとのなす角が直角である直角三角形であるとする。また、第１プリズム３０の第１の辺３０ａと第３の辺３０ｃとのなす角度が８度であるとする。さらに、第２プリズム５０の第１の辺５０ａと第３の辺５０ｃとのなす角度が１８度であるとする。このとき、第１所定角度は５８度となり、第２所定角度は２８度となる。従って、法線Ｎに対する角度が５８度以上の直達光ＯＰ１は再帰反射され、法線Ｎに対する角度が５８度未満２８度以上となる直達光ＯＰ２は室内暖房に利用されることとなる。

このようにして、第１実施形態に係る多段型プリズム窓１によれば、第１及び第２透明性板材１０ａ，１０ｂの法線Ｎに対する角度が第１所定角度以上となる光を反射部材４０を利用して再帰反射させる第１プリズム３０を備えるため、例えば夏場の直達光のように仰角が大きくなる太陽光を室内に取り込むことなく再帰反射させることができる。また、法線Ｎに対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる光を吸熱部材６０を利用して室内暖房に利用する第２プリズム５０を備えるため、例えば冬場の直達光のように仰角が比較的小さい太陽光を利用して吸熱部材６０により吸熱し、得られた熱を利用して室内暖房を行うことができる。従って、ユーザ操作を要することなく、直達光を再帰反射させる状態と室内利用する状態とを両立することができる。

また、像回復プリズム７０は第２透明性板材１０ｂに接しており、吸熱部材６０は像回復プリズム７０に接しているため、吸熱部材６０の熱が像回復プリズム７０を通じて第２透明性板材１０ｂに至り、第２透明性板材１０ｂから室内側を加熱することができる。

また、第１プリズム３０と第２プリズム５０とは離間しており、第２プリズム５０は吸熱部材６０に対して接触状態で設けられているため、第２プリズム５０、吸熱部材６０、像回復プリズム７０、及び第２透明性板材１０ｂとが接触状態となり、製作の容易化を図ることができる。

なお、第１実施形態において吸熱部材６０には第２プリズム５０も接触していることから、第２プリズム５０についても加熱されることとなる。このため、第２プリズム５０への熱伝達を防止する観点から、吸熱部材６０は選択吸収部材で構成されていなくともよく、単に黒色部材によって構成されていてもよい。

さらに、第１実施形態においては第２プリズム５０の第１の辺５０ａに近赤外線を透過し遠赤外線を反射する断熱型のＬｏｗＥ処理を施すことが好ましい。これにより、夏場には散乱光等の光ＳＬからの熱線により室内側が加熱されてしまう事態を抑制することができるからである。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る多段型プリズム窓は第１実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。なお、以下の説明において第１実施形態と同一又は同様の要素には同じ符号を付して説明を省略する。

図４は、第２実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。図４に示す多段型プリズム窓２は、第１プリズム３０と第２プリズム５０とが接触状態となっている。また、第２プリズム５０と像回復プリズム７０とは微細な隙間を有して配置されている。さらに、吸熱部材６０は、像回復プリズム７０に接触しているが、第２プリズム５０の第２の辺５０ｂ（所定面）に対しては接触しておらず、第２の辺５０ｂに対して離間状態で設けられている。なお、吸熱部材６０は第２透明性板材１０ｂに接触していてもよく、接触していなくともよい。

次に、図４を参照して、本実施形態に係る多段型プリズム窓２の作用を説明する。

まず、法線Ｎに対する角度が第１所定角度以上となる直達光ＯＰ１が第１透明性板材１０ａに入射したとする。このとき、直達光ＯＰ１は第１実施形態と同様に再帰反射される。

また、法線Ｎに対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる直達光ＯＰ２が第１透明性板材１０ａに入射したとする。このとき、直達光ＯＰ２は第１透明性板材１０ａ及び第１プリズム３０を透過して第２プリズム５０に至る。第２プリズム５０に至った直達光ＯＰ２は、１）第３の辺５０ｃのみで全反射した後に第２の辺５０ｂを透過して吸熱部材６０に至るものと、２）第３の辺５０ｃで全反射した後に第１の辺５０ａで全反射して第２の辺５０ｂを透過し吸熱部材６０に至るものと、３）直接第２の辺５０ｂに到達した後に第２の辺５０ｂを透過して吸熱部材６０に至るものとがある。よって、第２実施形態に係る第２プリズム５０は、上記１）～３）の光路が実現されるために、第１及び第３の辺５０ａ，５０ｃで全反射することに加えて、第２の辺５０ｂに到達する直達光ＯＰ２の入射角が臨界角未満となるように、屈折率と三角形状の内角とが設定されている。

また、上記１）～３）の光は全て吸熱部材６０で吸熱され、吸熱部材６０に接触する像回復プリズム７０を加熱することとなる。像回復プリズム７０は、第２透明性板材１０ｂに接触していることから、第２透明性板材１０ｂも加熱されることとなる。この結果、第２透明性板材１０ｂから輻射暖房が行われることとなり、室内暖房が行われることとなる。

また、法線Ｎに対する角度が第２所定角度未満となる光ＳＬについては第１実施形態と同様に室内に至る。

このようにして、第２実施形態に係る多段型プリズム窓２によれば、第１実施形態と同様に、ユーザ操作を要することなく、直達光を再帰反射させる状態と室内利用する状態とを両立することができる。。また、第２透明性板材１０ｂから室内側を加熱することができる。

さらに、第２実施形態によれば、第２プリズム５０は吸熱部材６０に対して離間状態で設けられているため、吸熱部材６０の熱が第２プリズム５０に逃げ難くなり、像回復プリズム７０を通じて第２透明性板材１０ｂに伝達し易くなり、室内の暖房効果の向上を図ることができる。

なお、第２実施形態においては像回復プリズム７０のうちの第２透明性板材１０ｂに接しない側の２辺に赤外線吸収型のＬｏｗＥ処理を施すことが好ましい。これにより、冬場における室外側への放熱を抑制することができるからである。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係る多段型プリズム窓は第１実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。なお、以下の説明において第１実施形態と同一又は同様の要素には同じ符号を付して説明を省略する。

図５は、第３実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。図５に示す多段型プリズム窓３は、第２プリズム５０の形状が第１実施形態のものと異なっており、断面視して鈍角三角形となっている。この第２プリズム５０は、鈍角部分が室外側に向くように配置されており、下側となる第２の辺５０ｂがやや室内側に傾斜した状態となっている。また、第２プリズム５０は第１プリズム３０と微細な隙間を有して配置されている。なお、本実施形態において第２プリズム５０は第１プリズム３０と微細な隙間を有して配置されているが、これに限らず、接触していてもよい。

さらに、第３実施形態において像回復プリズム７０は、第２プリズム５０の形状が鈍角三角形状であることにあわせて、断面視して四角形状となっている。

また、第３実施形態に係る多段型プリズム窓３は、吸熱部材６０を備えず第２反射部材（反射部材）８０を備えている。第２反射部材８０は、反射部材（第２反射部材）４０と同様の部材であって、第２プリズム５０の第２の辺５０ｂに対して接触状態で設けられている。なお、第２反射部材８０は、第２プリズム５０に対して離間状態で設けられていてもよい。

さらに、第３実施形態において第２プリズム５０は、屈折率及び三角形状の内角が適切に設定されており、第１透明性板材１０ａに対して第１所定角度未満第２所定角度以上となる直達光ＯＰ２を室内天井側に導くようにされている。具体的に第２プリズム５０は以下の１）～４）が満たされるように屈折率及び三角形状の内角が設定されている。まず、第２プリズム５０は、１）直達光ＯＰ２の第３の辺５０ｃに対する入射角が臨界角以上であるように設定されている。また、第２プリズム５０は、２）第３の辺５０ｃで全反射した直達光ＯＰ２が第１の辺５０ａに到達する場合に、その入射角が臨界角以上であるように設定されている。さらに、第２プリズム５０は、３）第３の辺５０ｃや第１の辺５０ａでの反射を経て第２反射部材８０に到達して反射した直達光ＯＰ２が必ず第２透明性板材１０ｂから出られるように、そこでの入射角が臨界角未満となるように設定されている。加えて、第２プリズム５０は、４）第３の辺５０ｃ及び第１の辺５０ａで全反射した後に第２反射部材８０で反射したものについては法線Ｎに対する角度が２８度以上であれば水平以上の角度で出射されるように設定されている。

このような１）～４）を満たす第２プリズム５０としては、例えば屈折率が１．４１であり、第１の辺５０ａと第３の辺５０ｃとのなす角度が２３度であり、第２反射部材８０と水平線（図２等に示した法線Ｎと同じ）とのなす角が３０度である場合が挙げられる。

さらに、第３実施形態に係る多段型プリズム窓３は、第２透明性板材１０ｂの室内側に第３透明性板材９０を備えている。第３透明性板材９０は、第２透明性板材１０ｂと所定の隙間を有して配置されている。第３透明性板材９０と第２透明性板材１０ｂとの間は例えば断熱性の観点から真空状態とされている。

次に、図５を参照して、第３実施形態に係る多段型プリズム窓３の作用を説明する。

まず、法線Ｎに対する角度が第１所定角度以上となる直達光ＯＰ１が第１透明性板材１０ａに入射したとする。このとき、直達光ＯＰ１は第１実施形態と同様に再帰反射される。

また、法線Ｎに対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる直達光ＯＰ２が第１透明性板材１０ａに入射したとする。このとき、直達光ＯＰ２は第１透明性板材１０ａ及び第１プリズム３０を透過して第２プリズム５０に至る。第２プリズム５０に至った直達光ＯＰ２は、１）第３の辺５０ｃのみで全反射して第２の辺５０ｂに対して設けられる第２反射部材８０に至るものと、２）第３の辺５０ｃで全反射した後に更に第１の辺５０ａで全反射して第２の辺５０ｂに対して設けられる第２反射部材８０に至るものと、３）直接第２の辺５０ｂに対して設けられる第２反射部材８０に至るものとがある。これらの光は全て第２反射部材８０で反射され、像回復プリズム７０を介して第２透明性板材１０ｂ側から出射される。この際、出射光は、少なくとも水平以上の角度で室内天井側に出射される。よって、天井側を照明することとなる。また、第２反射部材８０は、直達光ＯＰ２を電磁波の状態のままで室内天井側に出射することから、室内の天井を加熱することとなる。特に出射角度によって多段型プリズム窓３から離れた位置にある奥まった天井についても加熱することができ、室内暖房が行われることとなる。

また、法線Ｎに対する角度が第２所定角度未満となる光ＳＬについては第１実施形態と同様に室内に至る。

このようにして、第３実施形態に係る多段型プリズム窓３によれば、第１及び第２透明性板材１０ａ，１０ｂの法線Ｎに対する角度が第１所定角度以上となる太陽光を反射部材（第１反射部材）４０を利用して再帰反射させる第１プリズム３０を備えるため、例えば夏場の直達光のように仰角が大きくなる太陽光を室内に取り込むことなく再帰反射させることができる。また、法線Ｎに対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる太陽光を第２反射部材８０を利用して室内天井側に反射させる第２プリズム５０を備えるため、例えば冬場の直達光のように仰角が比較的小さい太陽光については電磁波の状態のまま室内に取り込んで、室内天井の加熱及び照明に利用することができる。従って、ユーザ操作を要することなく、直達光を再帰反射させる状態と室内利用する状態とを両立することができる。

また、第２透明性板材１０ｂに対して第２透明性板材１０ｂよりも室内側で略平行配置される第３透明性板材９０をさらに備えるため、例えば第２透明性板材１０ｂと第３透明性板材９０との間を真空状態とすることで、更に断熱性を向上させることができる。特に、冬場の直達光のように仰角が比較的小さい太陽光については電磁波の状態のまま室内に取り込むことから室内加熱を行える上に、追加された第３透明性板材９０によって室内の熱を室外に逃がし難くでき、断熱性が比較的高い壁と同程度以上の断熱性を実現でき、窓の大きさを限定する必要がない建物の実現に貢献することができる。

次に、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態に係る多段型プリズム窓は第１実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。なお、以下の説明において第１実施形態と同一又は同様の要素には同じ符号を付して説明を省略する。

図６は、第４実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。図６に示す多段型プリズム窓４は、１つの第１プリズム３０に対して、複数（図６では３つ）の第２プリズム５０及び像回復プリズム７０が設けられている。各第２プリズム５０及び像回復プリズム７０はそれぞれ大きさが異なっており、複数個の第２プリズム５０及び像回復プリズム７０を合わせた長さ（鉛直方向の長さ）が、１つの第１プリズム３０と同程度となっている。

ここで、１つの第１プリズム３０に対して複数の第２プリズム５０及び像回復プリズム７０を設ける構成とすると、複数の第２プリズム５０及び像回復プリズム７０の厚みを抑えることに貢献できる。すなわち、各第２プリズム５０及び像回復プリズム７０自体を小さくできることから厚みを抑えることができ、より小型化を図った多段型プリズム窓４を提供することができる。

図７は、第４実施形態に係る多段型プリズム窓４の製造方法を示す製造工程図であり、（ａ）～（ｋ）は各工程を示している。

まず、図７（ａ）に示すように離型剤を塗布した第１プリズム型ＰＴ１を用意する。第１プリズム型ＰＴ１には、それぞれが同形状となる第１プリズム３０を作製するための凹部が形成されている。

次に、図７（ｂ）に示すように第１プリズム型ＰＴ１に液状化したシリコーン樹脂ＳＲを流し込む。その後、図７（ｃ）に示すように脱脂した第１透明性板材１０ａ（ガラス）を被せ、真空脱泡によりシリコーン樹脂ＳＲを硬化させる。硬化により第１プリズム３０が得られる。

次に、図７（ｄ）に示すように第１プリズム型ＰＴ１を取り外し、図７（ｅ）に示すように代わりにマスク型（図示せず）を被せた後に、銀色処理を施して反射部材４０を形成する。これにより、第１部材Ａの作製が完了する。

一方で、図７（ｆ）に示すように離型剤を塗布した第２プリズム型ＰＴ２を用意する。第２プリズム型ＰＴ２には、１つの第１プリズム３０に対応して複数の像回復プリズム７０を形成するための凹部が形成されている。

次いで、図７（ｇ）に示すように第２プリズム型ＰＴ２に液状化したシリコーン樹脂ＳＲを流し込む。その後、脱脂した第２透明性板材１０ｂ（ガラス）を被せ、真空脱泡によりシリコーン樹脂ＳＲを硬化させる。硬化により像回復プリズム７０が得られる。

次に、図７（ｈ）に示すように第２プリズム型ＰＴ２を取り外し、図７（ｉ）に示すように代わりにマスク型（図示せず）を被せた後に、吸収膜処理を施して吸熱部材６０を形成する。次いで、像回復プリズム７０及び吸熱部材６０上に離型剤を塗布し、その後図７（ｊ）に示すように第２透明性板材１０ｂごと規定角度だけ傾斜させて各像回復プリズム７０の間にシリコーン樹脂ＳＲを充填する。

次に、シリコーン樹脂ＳＲを硬化させて第２プリズム５０を得ると共に、一度第２プリズム５０を剥離させた後に載せ直す。この間に離型剤を取り除く。これにより、第２部材Ｂの作製が完了する。

その後、第１部材Ａと第２部材Ｂとを対面させて両者を組み合わせる。これにより、１つの第１プリズム３０に対して、複数の第２プリズム５０及び像回復プリズム７０が設けられた第４実施形態に係る多段型プリズム窓４が得られることとなる。

このようにして、第４実施形態に係る多段型プリズム窓４によれば、第１実施形態と同様に、ユーザ操作を要することなく、直達光を再帰反射させる状態と室内利用する状態とを両立することができる。また、第２透明性板材１０ｂから室内側を加熱することができる。

また、第２プリズム５０は、１つの第１プリズム３０の室内側に複数個配置されているため、第２プリズム５０自体を小さくすることとなることから、厚みを抑えることができ、より小型化を図った多段型プリズム窓４を提供することができる。

次に、本発明の第５実施形態を説明する。第５実施形態に係る多段型プリズム窓は第３実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。なお、以下の説明において第１実施形態と同一又は同様の要素には同じ符号を付して説明を省略する。

図８は、第５実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。図８に示すように、第５実施形態に係る多段型プリズム窓５は、像回復プリズム７０が第１像回復プリズム７１と第２像回復プリズム７２とを備えている。

第１像回復プリズム７１は、第１プリズム３０に対応して設けられたプリズムである。第１像回復プリズム７１は、第１プリズム３０と同形状且つ同屈折率に構成されており、断面視して第１プリズム３０を１８０度回転させた状態で第１プリズム３０の第３の辺３０ｃに接して設けられている。

第２像回復プリズム７２は、第２プリズム５０に対応して設けられたプリズムである。第２像回復プリズム７２は、第２プリズム５０と同形状且つ同屈折率に構成されており、断面視して第２プリズム５０を１８０度回転させた状態で第２プリズム５０の第３の辺５０ｃに接して設けられている。

なお、第１プリズム３０及び第１像回復プリズム７１のセットと、第２プリズム５０及び第２像回復プリズム７２のセットとは離間している。また、第１プリズム３０は第１透明性板材１０ａに接しており、第２像回復プリズム７２は第２透明性板材１０ｂに接している。加えて、第２プリズム５０及び第２像回復プリズム７２は、第１プリズム３０及び第１像回復プリズム７１の１セットに対して２つずつ設けられている。

次に、図８を参照して、第５実施形態に係る多段型プリズム窓５の作用を説明する。

まず、第３実施形態と同様に、法線Ｎに対する角度が第１所定角度以上となる直達光ＯＰ１が第１透明性板材１０ａに入射したとする。このとき、直達光ＯＰ１は第１実施形態と同様に再帰反射される。また、法線Ｎに対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる直達光ＯＰ２については、第２反射部材８０で反射され第２透明性板材１０ｂ側から出射される。この際、出射光は、少なくとも水平以上の角度で室内天井側に出射される。よって、天井側を照明することとなる。また、法線Ｎに対する角度が第２所定角度未満となる光ＳＬについては第３実施形態と同様に室内に至る。

特に、第３実施形態に係る多段型プリズム窓３は、法線Ｎに対する角度が特定の角度範囲（例えば第１所定角度が５８度であり第２所定角度が２８度である場合の２０度～２８度）であるときの光が透過せず、景色として視認できなくなってしまう。ところが、第５実施形態において第１所定角度が５８度となり第２所定角度が２８度となるように設計した場合には、一部の角度範囲において景色を視認できなくなる事態が生じないことがわかった。よって、より窓として適切なものを提供することとなる。

図９は、第５実施形態の変形例に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。図９に示すように、多段型プリズム窓５は第４透明性板材１００ａと第５透明性板材１００ｂとを備えており、これらの２枚の透明性板材１００ａ，１００ｂが第１プリズム３０及び第１像回復プリズム７１のセットと、第２プリズム５０及び第２像回復プリズム７２のセットとの間に設けられている。さらに、２枚の透明性板材１００ａ，１００ｂの間は真空とされており、断熱層を構成するようになっていてもよい。

このようにして、第５実施形態に係る多段型プリズム窓５によれば、第３実施形態と同様に、ユーザ操作を要することなく、直達光を再帰反射させる状態と室内利用する状態とを両立することができる。

さらに、第５実施形態によれば、第１プリズム３０に対して第１像回復プリズム７１が設けられ、第２プリズム５０に対して第２像回復プリズム７２が設けられているため、一部の角度範囲の光が視認し難くなってしまう事態を防止でき、より一層窓として適切な多段型プリズム窓５を提供することができる。

加えて、変形例のように構成した場合には、比較的簡易な構成で断熱層を形成することもできる。

次に、本発明の第６実施形態を説明する。第６実施形態に係る多段型プリズム窓は第５実施形態のものと同様であるが、一部構成が異なっている。なお、以下の説明において第１実施形態と同一又は同様の要素には同じ符号を付して説明を省略する。

図１０は、第６実施形態に係る多段型プリズム窓を示す断面図である。図１０に示すように、第６実施形態に係る多段型プリズム窓６は、各プリズム３０，５０，７０（７１，７２）が上下に接続されて１つのプリズムで構成されている。

詳細に説明すると、第１プリズム３０は、断面が三角形状とされた複数の三角柱プリズム部３１を有すると共に、複数の三角柱プリズム部３１の同一辺を上下に亘って接続する接続プリズム３２とを有している。第２プリズム５０や像回復プリズム７０（第１像回復プリズム７１や第２像回復プリズム７２）についても同様である。

このように構成することで、第１～第５実施形態における複数のプリズム３０，５０，７０（７１，７２）を１つで構成することが可能となり、プリズム数を減らして組み付け作業性を向上させることとなる。

このようにして、第６実施形態に係る多段型プリズム窓６によれば、第５実施形態と同様に、ユーザ操作を要することなく、直達光を再帰反射させる状態と室内利用する状態とを両立することができる。また、一部の角度範囲の光が視認し難くなってしまう事態を防止でき、より一層窓として適切な多段型プリズム窓６を提供することができる。

さらに、第６実施形態によれば、プリズム数を減らして組み付け作業性を向上させた多段型プリズム窓６を提供することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜実施形態同士の技術を組み合わせてもよい。さらに、可能な範囲で公知又は周知の技術を組み合わせてもよい。

例えば、上記実施形態において第１及び第２プリズム３０，５０は、中実の固体によって構成されているが、これに限らず、プリズム３０，５０の外壁を構成するプリズム壁と、プリズム壁の内部に封入される透明性の液体からなる内部部材とによって構成されていてもよい。また、内部部材は、ゲル状や固体であってもよい。像回復プリズム７０についても同様である。

加えて、上記実施形態において内部空間に収納される各部材３０，４０，５０，６０，７０，８０のうち他の部材と離間状態で設けられるものについては、他の部材との間に微小な柱や粒などの介在部材が介在されていることが好ましい。

また、上記実施形態に係る多段型プリズム窓１～６は、透明性板材１０が２層～４層構造となっているが、層数はこれらに限られるものではない。

さらに、第４実施形態に示すように、１つの第１プリズム３０に対して複数の第２プリズム５０及び像回復プリズム７０を備える構成については、第２実施形態及び第３実施形態に係る多段型プリズム窓２，３に適用されてもよい。

また、第３，５，６実施形態に係る多段型プリズム窓３，５，６は特に欄間に相当する高所の窓に向くため例えば床から１．８ｍ（所定高さ）以上の窓として使用し、それより下側については第１又は第２実施形態に係る多段型プリズム窓１，２を使用して、両者を組み合わせた窓を構成することもできる。

加えて、多段型プリズム窓１～６の高所部分においては、景色が視認されることがない可能性もあり、像回復プリズム７０を備えてなくともよい。特に第３実施形態に係る多段型プリズム窓３については像回復プリズム７０を介して第２透明性板材１０ｂを加熱する必要もないことから、多段型プリズム窓３の上部側における像回復プリズム７０を設けなくともよい。

さらに、第１～第６実施形態に係る多段型プリズム窓１～６は、反射部材４０を備えているが、太陽光を不透過とするものであれば、反射部材４０に代えて例えば光エネルギーを利用して発電を行う太陽電池パネル（光電変換部材）を備えていてもよい。この場合において、太陽電池パネルで得られた電力については、多段型プリズム窓１～６の外部に送出されて、冷房機器の運転等に利用されることとなる。

また、第１～第６実施形態に係る多段型プリズム窓１～６は、反射部材４０を太陽電池パネルに代える場合に限らず、反射部材４０に代えて太陽熱を利用して熱媒を加熱する集熱管（集熱部材）を備えていてもよい。この場合において、集熱管で加熱された熱媒については吸収式冷凍機の運転等に利用されてもよいし、熱媒が水である場合にはそのまま給湯利用されてもよい。

１～６ ：多段型プリズム窓
１０ａ ：第１透明性板材
１０ｂ ：第２透明性板材
３０ ：第１プリズム
３０ｂ ：第２の辺（所定面）
４０ ：反射部材（不透過部材、第２反射部材）
５０ ：第２プリズム
５０ｂ ：第２の辺（所定面）
６０ ：吸熱部材
７０ ：像回復プリズム
７１ ：第１像回復プリズム
７２ ：第２像回復プリズム
８０ ：第２反射部材（反射部材）
９０ ：第３透明性板材
Ｎ ：法線

Claims (10)

1. 第１透明性板材と、
   前記第１透明性板材に対して前記第１透明性板材よりも室内側で略平行配置される第２透明性板材と、
   前記第１及び第２透明性板材の間に配置される第１プリズムと、
   前記第１プリズムの所定面に対して接触又は離間状態で設けられ、太陽光を不透過とする不透過部材と、
   前記第１及び第２透明性板材の間において前記第１プリズムよりも室内側に配置される第２プリズムと、
   前記第２プリズムの所定面に対して接触又は離間状態で設けられる吸熱部材と、を備え、
   前記第１プリズムは、前記第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる光を前記不透過部材に集光させて室内への光路を遮断状態とし、前記第１所定角度未満となる光を透過させ、
   前記第２プリズムは、前記法線に対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる光を前記吸熱部材に集光させて室内暖房に利用すると共に、前記第２所定角度未満となる光を透過させる
   ことを特徴とする多段型プリズム窓。
2. 前記不透過部材は、光を反射させる反射部材であって、
   前記第１プリズムは、前記第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる光を前記反射部材に集光させて再帰反射させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の多段型プリズム窓。
3. 前記不透過部材は、光エネルギーを利用して発電する光電変換部材であって、
   前記第１プリズムは、前記第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる光を前記光電変換部材に集光させて発電させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の多段型プリズム窓。
4. 前記不透過部材は、太陽熱を利用して熱媒を加熱する集熱部材であって、
   前記第１プリズムは、前記第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる光を前記集熱部材に集光させて熱媒を加熱させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の多段型プリズム窓。
5. 前記第１及び第２透明性板材の間の空間のうち、前記第１プリズムと前記第２プリズムとが設けられていない空間を埋めるように設置される像回復プリズムをさらに備え、
   前記像回復プリズムは、前記第１プリズムに対応して設けられる第１像回復プリズムと、前記第２プリズムに対応して設けられる第２像回復プリズムとを有する
   ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の多段型プリズム窓。
6. 第１透明性板材と、
   前記第１透明性板材に対して前記第１透明性板材よりも室内側で略平行配置される第２透明性板材と、
   前記第１及び第２透明性板材の間に配置される第１プリズムと、
   前記第１プリズムの所定面に対して接触又は離間状態で設けられ、太陽光を不透過とする不透過部材と、
   前記第１及び第２透明性板材の間において前記第１プリズムよりも室内側に配置される第２プリズムと、
   前記第２プリズムの所定面に対して接触又は離間状態で設けられる反射部材と、を備え、
   前記第１プリズムは、前記第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる光を前記不透過部材に集光させて室内への光路を遮断状態とし、前記第１所定角度未満となる光を透過させ、
   前記第２プリズムは、前記法線に対する角度が第１所定角度未満第２所定角度以上となる光を前記反射部材に集光させて室内天井側に反射させると共に、前記第２所定角度未満となる光を透過させる
   ことを特徴とする多段型プリズム窓。
7. 前記不透過部材は、光を反射させる第２反射部材であって、
   前記第１プリズムは、前記第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる光を前記第２反射部材に集光させて再帰反射させる
   ことを特徴とする請求項６に記載の多段型プリズム窓。
8. 前記不透過部材は、光エネルギーを利用して発電する光電変換部材であって、
   前記第１プリズムは、前記第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる光を前記光電変換部材に集光させて発電させる
   ことを特徴とする請求項６に記載の多段型プリズム窓。
9. 前記不透過部材は、太陽熱を利用して熱媒を加熱する集熱部材であって、
   前記第１プリズムは、前記第１及び第２透明性板材の法線に対する角度が第１所定角度以上となる光を前記集熱部材に集光させて熱媒を加熱させる
   ことを特徴とする請求項６に記載の多段型プリズム窓。
10. 前記第１及び第２透明性板材の間の空間のうち、前記第１プリズムと前記第２プリズムとが設けられていない空間を埋めるように設置される像回復プリズムをさらに備え、
    前記像回復プリズムは、前記第１プリズムに対応して設けられる第１像回復プリズムと、前記第２プリズムに対応して設けられる第２像回復プリズムとを有する
    ことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の多段型プリズム窓。

Images