JPH11344604A - 採光用リニアー型フレネルプリズム板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い範囲の入射光を採光することができるリ
ニアー型フレネルプリズム板を透明樹脂の溶融押し出し
法を用いて製造できるようにする。 【解決手段】 溶融押し出しされた透明樹脂のシート４
を溝付ロール２とポリッシングロール１との間に挟み込
んで採光用リニアー型フレネルプリズム板を製造するに
際し、一方の斜面の傾斜角度が８０〜８８°、他方の斜
面の傾斜角度が３０±１５°、深さが０．３〜１．５ｍ
ｍのＶ字状溝がピッチ０．５〜３ｍｍで表面に多数輪状
に設けられた溝付ロール２を用い、溝付ロール２の温度
を、ポリッシングロール１より高く、しかも透明樹脂の
ビカット軟化温度±２０℃の温度とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば一般住宅、
工場、ビル、マンション等の建物に太陽光を取り入れる
ための採光窓、天窓、採光ドームに好適に使用できる採
光用リニアー型フレネルプリズム板の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】透明な採光板としてはガラス板が一般的
であるが、単なるガラス板は屈折力が弱いため、入射光
の方向によっては部屋の奥まで外光を取り入れにくく、
窓に近い部分だけは明るくなるものの、窓から離れるに
従って暗くなる。このため、野外からの入射光を部屋の
奥にまで効果的に取り入れることができるようにするこ
とが望まれている。

【０００３】従来、上記採光状態を改良するために、透
明な樹脂板にフレネルプリズム形状を賦形したリニアー
型フレネルプリズム板を採光板として用い、広い範囲の
入射光を採光できるようにすることが提案されている
（特開平４−４４００１号公報、特開平９−５４２７４
号公報、実願平４−３１１５５号のマイクロフィル
ム）。また、樹脂板へのフレネルプリズム形状の賦形
は、通常、加熱した金型でのプレス加工で行われてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プレス
加工によるフレネルプリズムの賦形は、枚葉式であるた
めに作業能率が低く、特に金型内の空気の抜けが悪く、
均一な形状が得られ難い問題がある。また、大きい面積
を有するリニアー型フレネルプリズム板を成形するに
は、設備が大掛かりとなり、多大な投資を要し、コスト
高になる問題もある。更には、従来のリニアー型フレネ
ルプリズム板は、フレネルプリズムの頂部がほとんど曲
率半径を有しない尖った形状となっていると共に、色収
差によって採光に虹模様を生じ、リニアー型フレネルプ
リズム板単独で用いたり、一般的な平面ガラスと組み合
わせて用いたのでは自然な採光が困難で、凹凸面を有す
る型板ガラスと組み合わせて使用することが必要とな
る。

【０００５】本発明は、広い範囲の入射光を採光するこ
とができ、しかも採光に虹模様を生じないリニアー型フ
レネルプリズム板を透明樹脂の溶融押し出し法を用いて
製造できるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、リニアー型
フレネルプリズム板の製造について、従来の問題点を考
慮して透明樹脂の溶融押し出し法について鋭意検討し
た。まず、ロールの表面に微細なＶ字状溝の逆型を輪状
に施して一般の溶融押出し法を試みたところ、得られた
リニアー型フレネルプリズム板のフレネルプリズム形成
面には、均一な転写及びロールからの離型の点で問題が
あり、商品価値のないものしか得られなかった。そこ
で、フレネルプリズムに対応するＶ字状溝を有する溝付
ロールとすると共に、溝付ロールの温度、Ｖ字状溝の深
さ、その斜面の角度等を相互にコントロールすること
で、溝付ロールの転写性よく安定的に生産できると共
に、得られるリニアー型フレネルプリズム板におけるフ
レネルプリズム頂部が適度な曲率半径を有するものとな
り、この曲率半径を付与することで採光に虹模様が発生
しなくなることを見出し、本発明を完成したものであ
る。

【０００７】即ち、本発明は、溶融押し出しされた透明
樹脂のシートを溝付ロールとポリッシングロールとの間
に挟み込んで、溝付ロールの溝形状をフレネルプリズム
としてシートに転写する採光用リニアー型フレネルプリ
ズム板の製造方法であって、一方の斜面の傾斜角度が８
０〜８８°、他方の斜面の傾斜角度が３０±１５°、深
さが０．３〜１．５ｍｍのＶ字状溝がピッチ０．５〜３
ｍｍで表面に多数輪状に設けられた溝付ロールを用い、
溝付ロールの温度を、ポリッシングロールより高く、し
かも透明樹脂のビカット軟化温度±２０℃の温度とする
ことを特徴とする採光用リニアー型フレネルプリズム板
の製造方法である。

【０００８】また、本発明は、上記製造方法において、
溶融押し出しされた透明樹脂のシートを一旦ポリッシン
グロール間に挟み込んで冷却し、ポリッシングロール間
から出たシートの表面を透明樹脂のビカット軟化温度以
上に加熱してから溝付ロールとポリッシングロールとの
間に挟み込み、且つ、溝付ロールとポリッシングロール
間から出たシートの平滑面側を空冷しながら引き取るこ
とを特徴とする採光用リニアー型フレネルプリズム板の
製造方法とすることが好ましいものである。

【０００９】更に、本発明は、シートの厚さを０．５〜
５ｍｍとすること、及び、透明樹脂をメタクリル樹脂と
することが好ましいものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明を図面に基づいて説明す
る。

【００１１】図１は本発明で使用するリニアー型フレネ
ルプリズム板の製造装置の一例を示す概略図、図２は本
発明で用いる溝付ロール２の拡大図、図３は得られるリ
ニアー型フレネルプリズム板の一部を示す拡大斜視図で
ある。

【００１２】図１中１は冷却用のポリッシングロール
（通常、表面は鏡面）、２は冷却及びフレネルプリズム
賦形用の溝付ロール、３は冷却用のポリッシングロール
（通常、表面は鏡面）、４は押し出されたシート、５は
Ｔダイリップ、６は引き取りロールである。中央に位置
する溝付ロール２の左右にポリッシングロール１，３が
配置されており、Ｔダイリップから押し出された透明樹
脂のシート４は、溝付ロール２と左側のポリッシングロ
ール１間から溝付ロール２と右側のポリッシングロール
３間を通って引き取りロール６で引き取られるものであ
る。また、溝付ロール２の表面には、図２に示されるよ
うに、微細なＶ字状溝が多数輪状に設けられている。

【００１３】この図１に示される装置による場合、押し
出し機（図示されていない）内で溶融され、Ｔダイリッ
プ５を通して押し出された溶融状態の透明樹脂のシート
４は、直ちに、微細なＶ字状溝が多数輪状に設けられた
溝付ロール２とポリッシングロール１とで挟持されて冷
却される。この際、透明樹脂のシート４に、溝付ロール
２の表面に施されたＶ字状溝が転写されることによって
フレネルプリズムの賦形がなされ、更に溝付ロール２と
ポリッシングロール３間で冷却された後、引き取りロー
ル６により引き取られて、図３に示されるようなリニア
ー型フレネルプリズム板が得られる。このリニアー型フ
レネルプリズム板は、断面が連続した三角形状をなす多
数の凸条としてフレネルプリズムが形成されたものであ
る。

【００１４】図１に示される装置による場合、溝付ロー
ル２の温度は、ポリッシングロール１より高く、しかも
透明樹脂のビカット軟化温度±２０℃の温度であること
が必要である。溝付ロール２の温度がポリッシングロー
ル１の温度より低くなると、透明樹脂がポリッシングロ
ール１に巻き付きやすくなり、溝付ロール２へのシート
４の移行が困難となる。溝付ロール２の温度がポリッシ
ングロール１の温度より高くても、透明樹脂のビカット
軟化温度＋２０℃を超えて高くなると、溝付ロール２へ
のシート４の密着が強固となり、離型が悪くなって、ポ
リッシングロール３への移行が困難となり、透明樹脂の
ビカット軟化温度−２０℃未満の温度となると、透明樹
脂の溝付ロール２への食い込みが鈍り、Ｖ字状溝のパタ
ーン転写が甘くなる。

【００１５】図４は本発明で使用するリニアー型フレネ
ルプリズム板の製造装置の他の例を示す概略図で、この
図４に示される装置は、図１の装置とは溝付ロール２と
ポリッシングロール３の位置が逆になっており、ポリッ
シングロール１，３間から出たシート４を加熱するため
の加熱装置７と、ポリッシングロール３と溝付ロール２
間から出たシート４の平滑面側を空冷するエアスティッ
ク装置８を有するものとなっている。

【００１６】図４に示される装置による場合、押し出し
機（図示されていない）内で溶融され、Ｔダイリップ５
を通して押し出された溶融状態の透明樹脂のシート４は
一端ポリッシングロール１，３間に挟み込まれて冷却さ
れ、ポリッシングロール１，３間を出たところで加熱手
段７で加熱された後、溝付ロール２とポリッシングロー
ル３間に挟み込まれてフレネルプリズムの賦形がなさ
れ、次いでシート４の平滑面側がエアスティック装置８
で空冷されながら引き取られることになる。加熱手段７
によるシート４の加熱は、溝付ロール２と接触する側の
シート４の表面を透明樹脂のビカット軟化温度以上とす
るものである。また、エアスティック装置８によるシー
ト４の空冷は、一端賦形されたＶ字状溝のパターンがシ
ート４の蓄熱によって崩れるのを防止するものである。
上記のように、一旦冷却してからこのような加熱と空冷
を行うことで、形状の転写性を改善することができる。

【００１７】図４に示される装置による場合、図１に示
される装置において説明した理由と同じ理由から、溝付
ロール２の温度は、ポリッシングロール３より高く、し
かも透明樹脂のビカット軟化温度±３０℃の温度である
ことが必要である。

【００１８】尚、図１の装置と図２の装置のいずれによ
る場合でも、ポリッシングロール１，３の温度は、一般
的に６０℃以上に設定することが好ましく、これによっ
てシート４の反りを防止しやすくなる。また、ポリッシ
ングロール３の方を高い温度に設定することが好まし
い。ポリッシングロール１，３間の温度差は６５℃以内
とすることが好ましく、特に１０〜３０℃の温度差とす
ることが好ましい。

【００１９】いずれの装置においても、ポリッシングロ
ール１，３と溝付ロール２の直径は特に制限はなく、ま
た同じ径に統一する必要もないが、通常直径は２００ｍ
ｍ以上であり、特に２５０〜５００ｍｍの同一径が好ま
しい。。

【００２０】いずれの装置においても、溝付ロール２の
表面に設けられているＶ字状溝は、ピッチが０．５〜３
ｍｍ、水平面を基準としたときの一方の斜面（以下、
「抜き勾配面」という））の傾斜角度が８０〜８８゜、
他方の斜面（以下、「フレネル面」という。）の傾斜角
度が３０±１５゜、深さが０．３〜１．５ｍｍである。

【００２１】Ｖ字状溝のピッチが０．５ｍｍ未満では、
Ｖ字状溝の深さが浅くなって良好な採光が困難となる。
また、Ｖ字状溝のピッチが３ｍｍ以上では、Ｖ字状溝が
深くなり過ぎて離型が困難となる。好ましくは０．７〜
１．５ｍｍである。

【００２２】Ｖ字状溝における抜き勾配面の傾斜角度
は、金型としての抜き勾配で決定される。即ち、この抜
き勾配面の傾斜角度は８８゜を超えると離型性が悪く、
８０゜未満では採光効率が悪くなる。好ましくは８５±
２゜である。

【００２３】フレネル面の傾斜角度は、採光する光の入
射角度に関係し、例えばフレネルプリズムのフレネル面
の傾斜角度を１５゜とした場合、７５゜以上の高度にあ
る太陽光は受光できないが、０〜７５゜の太陽光及び散
乱光は受光できる。太陽光の高度角度は、緯度、季節及
び時間により刻々変化する。国内においては、春分の日
及び秋分の日前後における太陽の高度角は概ね５０〜６
０゜である。従って、フレネル面の傾斜角度は３０±１
５゜が最適である。

【００２４】Ｖ字状溝の深さが０．３ｍｍ未満では、浅
過ぎて良好なフレネル面の成形が困難となり、１．５ｍ
ｍ以上では離型性が悪くなる。

【００２５】溝付ロール２を製造するには任意の方法が
採用されるが、一般的には彫刻やエッチング加工等が好
ましく採用される。溝付ロール２の表面粗さは、ＪＩＳ
・Ｂ−０６０１の６Ｓ以下が好ましい。

【００２６】本発明によると、シート４をポリッシング
ロール１，３と溝付ロール２間に挟み込んだ時に、Ｖ字
状溝の底部コーナーに透明樹脂の未充填部を残すこと
で、フレネルプリズムの賦形性を大きく損なうことな
く、フレネルプリズムの頂部に適当な曲率半径を持たす
ことが可能となる。つまり、本発明によって得られるリ
ニアー型フレネルプリズム板表面のフレネルプリズム形
状は、押し出し時の透明溶融樹脂の粘度（流動性）によ
り異なるが、断面三角形状の凸条として形成されるフレ
ネルプリズムの高さがＶ字状溝の深さの概略１／２以上
で、フレネル面と抜き勾配面の傾斜角度が良好に転写さ
れていると共に、頂部が適度な曲率半径を有するものと
なりやすい。頂部の曲率半径Ｒは０．０２〜０．３ｍｍ
が適当で、曲率半径Ｒが０．０２ｍｍ未満では虹模様が
発生しやすく、０．３ｍｍ以上では採光性が不十分とな
りやすい。好ましい頂部の曲率半径Ｒは０．１５±０．
１ｍｍである。

【００２７】本発明によって製造されるリニアー型フレ
ネルプリズム板の厚みは、一般的には０．５〜５ｍｍの
範囲であるが、特に限定されるものではない。このリニ
アー型フレネルプリズム板の厚さは、ポリッシングロー
ル１，３及び溝付ロール２の各ロール間隔を調整するこ
とで決定される。シート４の厚さが０．５ｍｍ未満では
メルトバンク量の調整が難しくなり、５ｍｍを超えると
表面が冷却されてもシート４内部の冷却が十分になりや
すく、内部からの熱で再びフレネル面が昇温し、一旦形
成されたリニアー型フレネルプリズム形状が崩れやすく
なる。

【００２８】本発明で用いる透明樹脂とは、ＪＩＳ・Ｋ
７１０５に準じて測定したくもり度が１０％以下となる
樹脂である。具体的には、例えばメタクリル樹脂、ポリ
カーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン−メチ
ルメタクリル共重合樹脂等が挙げられる。特に好ましく
採用されるものは、メタクリル樹脂である。

【００２９】本発明で用いるメタクリル樹脂は、メタク
リル酸メチルを主体とする樹脂が挙げられ、これにはメ
チルメタクリレートの単独重合体、又はメチルメタクリ
レートとメチルアクリレート、エチルアクリレート、ブ
チルアクリレート、アクリロニトリルアクリル酸、メタ
クリル酸，２−ヒドロキシアクリレート、無水マレイン
酸、スチレン、もしくはα−メチルスチレン等の共重合
可能なモノマーの何れか一つ以上との共重合体等が含ま
れる。これらは単独で用いても良くブレンドして用いて
も良い。透明性を維持しつつ耐衝撃性を持たせるために
は、メタクリル系ゴム弾性体を配合した耐衝撃性メタク
リル樹脂が用いられ、そのメタクリル系ゴム弾性体は、
特開昭５３−５８５５４号公報、特開昭５５−９４９１
７号公報、特開昭６１−３２３４６号公報に開示されて
いる。

【００３０】本発明のリニアー型フレネルプリズム板製
造においては、上記透明樹脂の色調、光学特性及びその
他の物性を損なわない範囲において、他の成分、例えば
充填剤、拡散剤、離型剤、熱安定剤、酸化防止剤、光安
定剤、紫外線吸収剤等の添加剤を、透明樹脂原料の製造
時やシート成形時等の任意の過程において含有させるこ
とができる。本発明においては、高級脂肪酸、高級脂肪
酸エステル類の離型剤を配合しておくことが好ましいも
のである。

【００３１】

【実施例】以下、実施例及び比較例で本発明を具体的に
説明する。尚、各実施例、比較例で示す値の測定方法は
次の通りである。

【００３２】（１）フレネルプリズム断面形状 フレネルプリズム断面形状は、成形品サンプル小片をエ
ポキシ樹脂に包埋固化した後、ミクロトームによりフレ
ネルプリズム形成面の断面を削り出し、顕微鏡で拡大観
察し、フレネルプリズムにおけるプリズムピッチ、フレ
ネル面（Ｖ字状溝のフレネル面に対応する面）の傾斜角
度、抜き勾配面（Ｖ字状溝の抜き勾配面に対応する面）
の傾斜角度及び頂部の曲率半径Ｒを計測した。

【００３３】（２）ビカット軟化温度 ＪＩＳ・Ｋ７２０６に準拠して測定した。

【００３４】実施例１ 図１に示す装置を接続した押し出し機を用い、ビカット
軟化温度が１１３℃のメタクリル樹脂（商品名：デルパ
ウダー７０Ｈ、旭化成工業製）を成形温度２６０℃で溶
融押し出しし、幅１２００ｍｍのＴダイリップを通して
シートとし、直径３５０ｍｍの溝付ロール（設定温度：
１００℃）と直径３５０ｍｍの鏡面状ポリッシングロー
ル（設定温度：１１０℃) で挟み、厚み２ｍｍ、幅１２
００ｍｍのリニアー型フレネルプリズム板を連続的に成
形した。

【００３５】溝付ロールのＶ字状溝は、抜き勾配面の傾
斜角度が８７°、フレネル面の傾斜角度が３５°、深さ
が０．６７ｍｍ、ピッチが１．０ｍｍとした。

【００３６】得られたリニアー型フレネルプリズム板の
小片についてフレネルプリズム断面形状の拡大観察を行
った結果を表１に示す。

【００３７】実施例２ 図４に示す装置を設けた押し出し機を用い、実施例と同
一条件で押し出し溶融シートとし、ポリッシングロール
（設定温度：１００℃）間に挟み、引続き溝付ロール
（設定温度：９０℃) に挟み込む前に遠赤外線ヒーター
でシート表面層のみ１７０℃に加熱した後、上記溝付ロ
ールとポリッシングロール間に挟み、厚み２ｍｍ、幅１
２００ｍｍのリニアー型フレネルプリズム板を連続的に
成形した。

【００３８】溝付ロールのＶ字状溝は、抜き勾配面の傾
斜角度が８７°、フレネル面の傾斜角度が３５°、深さ
が０．６７ｍｍ、ピッチが１．０ｍｍとした。

【００３９】得られたリニアー型フレネルプリズム板の
小片についてフレネルプリズム断面形状の拡大観察を行
った結果を表１に示す。

【００４０】比較例１ 溝付ロールの温度を８０℃、ポリッシングロールの温度
を７０℃とした以外は実施例１と同じ条件でリニアー型
フレネルプリズム板を成形し、得られたリニアー型フレ
ネルプリズム板の小片についてフレネルプリズム断面形
状の拡大観察を行った結果を表１に示す。

【００４１】溝付ロールの温度が透明樹脂のビカット軟
化温度より３３℃低い温度であり、Ｖ字状溝のパターン
転写が甘くなると共に、フレネルプリズム頂部の曲率半
径Ｒが大きく、良好なフレネルプリズム形状が得られな
かった。

【００４２】比較例２ 溝付ロールの温度を１４５℃とし、ポリッシングロール
の温度を８０℃とした以外は実施例１と同じ条件でリニ
アー型フレネルプリズム板を成形したが、溝付ロールか
らの離型性が悪く、以後の測定にたえるリニアー型フレ
ネルプリズム板が得られなかった。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【発明の効果】本発明は、以上説明した通りのものであ
り、広い範囲の入射光を採光することができるリニアー
型フレネルプリズム板を、透明樹脂の単なる溶融押し出
し法を用いて製造でき、このリニアー型フレネルプリズ
ム板を用いた大型の採光板を低廉な価格で提供すること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用するリニアー型フレネルプリズム
板の製造装置の一例を示す概略図である。

【図２】本発明で用いる溝付ロールの拡大図である。

【図３】本発明によって製造されるリニアー型フレネル
プリズム板の一部を示す拡大斜視図である。

【図４】本発明で使用するリニアー型フレネルプリズム
板の製造装置の他の一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１ ポリッシングロール ２ 溝付ロール ３ ポリッシングロール ４ シート ５ Ｔダイリップ ６ 引き取りロール ７ 加熱装置 ８ エアースティック装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融押し出しされた透明樹脂のシートを
   溝付ロールとポリッシングロールとの間に挟み込んで、
   溝付ロールの溝形状をフレネルプリズムとしてシートに
   転写する採光用リニアー型フレネルプリズム板の製造方
   法であって、一方の斜面の傾斜角度が８０〜８８°、他
   方の斜面の傾斜角度が３０±１５°、深さが０．３〜
   １．５ｍｍのＶ字状溝がピッチ０．５〜３ｍｍで表面に
   多数輪状に設けられた溝付ロールを用い、溝付ロールの
   温度を、ポリッシングロールより高く、しかも透明樹脂
   のビカット軟化温度±２０℃の温度とすることを特徴と
   する採光用リニアー型フレネルプリズム板の製造方法。
2. 【請求項２】 溶融押し出しされた透明樹脂のシートを
   一旦ポリッシングロール間に挟み込んで冷却し、ポリッ
   シングロール間から出たシートの表面を透明樹脂のビカ
   ット軟化温度以上に加熱してから溝付ロールとポリッシ
   ングロールとの間に挟み込み、且つ、溝付ロールとポリ
   ッシングロール間から出たシートの平滑面側を空冷しな
   がら引き取ることを特徴とする請求項１に記載の採光用
   リニアー型フレネルプリズム板の製造方法。
3. 【請求項３】 シートの厚さが０．５〜５ｍｍであるこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の採光用リニアー
   型フレネルプリズム板の製造方法。
4. 【請求項４】 透明樹脂がメタクリル樹脂であることを
   特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の採光用リニ
   アー型フレネルプリズム板の製造方法。