JP2013215123A - 植物育成用人工照明装置とその照射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
植物が必要としている光波長の人工光のみを照射させるため無駄な電力を使用することなく照射でき、省エネルギーに成り、更には、任意の野菜や漢方薬や花等の植物を季節に関係なく、画期的に早く、大きく成長することを可能とするものである。
【解決手段】
水平状に配設された基材１と、該基材１の下方に並設された少なくともＲ６６ランプ２とＢＥＸランプ３とＷＷランプ４とＮｅランプ５とを含む任意数の管状の放電管と、任意数の管状の放電管と夫々電気的に接続した夫々のランプ用電源基板６と、夫々のランプ用電源基板６と電気的に接続した夫々のランプ用制御部７と、夫々のランプ用制御部７と電気的に接続した全体制御部８と、夫々のランプ用電源基板６と電気的に接続した制御用電源基板９と、を備えたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、植物を育成するための人工照明装置とその照射方法に関するものであり、更に詳細には、少なくともＲ６６ランプとＢＥＸランプとＷＷランプとＮｅランプとを含む人工照明装置により、主として野菜、漢方薬、花等の植物が必要とする光波長域の人工光を他の光波長より強い光度で照射して、植物の早期育成や育成をコントロールさせる方法に関するものである。

近年、野菜や花を季節や気温に関係なく安定供給するために人工的に肥料や水、光を提供して育てる技術が行われており、植物は根から吸い上げた水と大気中の炭酸ガスがあれば、その葉の中にある葉緑体の中に存在する色素（クロロフィル）が光を吸収して、エネルギーを獲得して、炭酸ガスを取り込み、これを糖として蓄え成長し、このとき副産物として酸素ガスを放出する、所謂光合成が行われるものである。

そして、植物の成長は光や炭酸ガス濃度、環境温度によって行われるもので、根から吸い上げる水が存在すれば、照射光の波長やその光度の強弱、炭酸ガス濃度の濃淡、環境温度の上下によって成長速度が大きく変わるものである。

また、図３に図示したように、植物の光吸収はクロロフィルａとクロロフィルｂとの二種類の色素によるものが殆どであり、クロロフィルａは４３０ｎｍと６６０ｎｍ、クロロフィルｂは４６０ｎｍと６５０ｎｍでの光吸収が著しいものである。

例えば、先に開示されている、Ｅｕ^３＋を蛍光媒体として紫外光励起によって赤色蛍光を呈する蛍光ガラスであり、該蛍光ガラスの陰イオンをF-からなるものとし、ガラス中の全陽イオンに対してＥｕ^３＋を５〜２０ｍｏｌ％とするもの（特許文献１参照）や、４つの逆導通の半導体スイッチとエネルギー蓄積コンデンサで構成される磁気エネルギー回生スイッチをリアクトルと交流電源に直列に接続して交流電圧に同期したスイッチのオン・オフをすることにより、電源周波数の共振を起こさせる。この共振電圧をダイオード整流回路により取り出せば、交流入力電圧より高い直流電圧を得て、入力電流は高調波が少なく力率が良くなるもの（特許文献２参照）や、理論化された「磁気プロトニクス原理」に基づく生物生命活性化手段で栽培する構成としたイチゴ３等の農作物栽培促進装置で、磁気プロトニクス原理の生物体内及び体外の水に超低周波の微小交流磁界を印加し、プロトンの長距離移動を実現し、生物の細胞エネルギー物質であるアデノシン三燐酸の生成能を向上し、生物の身体及び体内外有用細菌を活性化・成長促進する構成とした農作物栽培促進装置（特許文献３参照）等が開示されている。
特開２００７−１５３６２６号公報 特開２００７−１７４７２３号公報 特開２００８−６１６１４号公報

然し乍ら、特許文献１では、野菜類、果実類のビタミンＣを増量させることに有用な５８０〜５９０ｎｍ付近の光波長帯の蛍光強度が強い蛍光ガラスを提供するもので、更に、特許文献２では、発光ダイオード（ＬＥＤ）を太陽光の代わりに用いて光を照射して野菜などの植物を育成する野菜工場、植物工場において、コストの安い光源を得るものであり、更には、特許文献３では、「磁気プロトニクス原理」に基づく生物生命活性化手段（技術）で設計された果物類、野菜類、穀物、キノコ類の農作物の栽培を促進する技術、とくにビタミン等の栄養物が豊富で、味覚、食感、形状等の優れた健康な秀品を、微弱なエネルギーの使用によって多量に収穫する農作物栽培促進装置（技術全般）に関するものであり、特許文献１〜３は何れも人工光を用いたものであるが、野菜の生育に特に必要な波長の人工光のみを照射させエネルギー効率の向上を図るものではないものである。

本発明は、前記課題に鑑み、鋭意研鑽の結果、これらの課題を解決するもので、人工的に植物を育成する人工照明装置であって、水平状に配設された基材と、基材の下方に並設された少なくともＲ６６ランプとＢＥＸランプとＷＷランプとＮｅランプとを含む任意数の管状の放電管と、任意数の管状の放電管と電気的に接続したランプ用電源基板と、ランプ用電源基板と電気的に接続したランプ用制御部と、ランプ用制御部と電気的に接続した全体制御部と、ランプ用電源基板と電気的に接続した制御用電源基板と、を備えた植物育成用人工照明装置であり、更に、植物育成用人工照明装置を用いて、光波長３５０〜５００ｎｍと光波長６００〜７５０ｎｍとの人工光を他の光波長より強い光度で照射し、光波長３５０〜５００ｎｍと光波長６００〜７５０ｎｍとの人工光に光度比を設定し、光度比を維持させた状態で全体の光度の可変をさせる植物育成用人工照明装置の照射方法であり、更には、植物育成用人工照明装置を用いて、自然光の一日の光度の変化と同様に人工光の光度を変化させる植物育成用人工照明装置の照射方法であり、加えて、植物育成用人工照明装置を用いて、自然光の一年の光度の変化と同様に人工光の光度を変化させる植物育成用人工照明装置の照射方法である。

本発明の植物育成用人工照明装置とその照射方法は、基材の下方に並設された少なくともＲ６６ランプとＢＥＸランプとＷＷランプとＮｅランプとを含む任意数の管状の放電管と、任意数の管状の放電管と電気的に接続したランプ用電源基板と、ランプ用電源基板と電気的に接続したランプ用制御部と、ランプ用制御部と電気的に接続した全体制御部と、ランプ用電源基板と電気的に接続した制御用電源基板と、を備えたことにより、育成する植物に最適な夫々の任意数の管状の放電管の光度や、照射時間を自在に変化させることが可能であり、更に、その照射方法は、光波長３５０〜５００ｎｍと光波長６００〜７５０ｎｍとの夫々の人工光を他の光波長より強い光度で照射し、光波長３５０〜５００ｎｍと光波長６００〜７５０ｎｍとの人工光に光度比を設定し、光度比を維持させた状態で全体の光度の可変をさせるもので、植物が必要としている光波長の人工光のみを照射させるため無駄な電力を使用することなく照射でき、省エネルギーに成り、更には、自然光の一日、又は、一年の光度の変化と同様に人工光の光度を制御させるもので、人工光でありながら自然に近い状態で育成したり、春夏秋冬、朝昼夜等の人工光の演出ができ、植物の育成を自在にコントロールできるものであり、任意の野菜や漢方薬や花等の植物を季節に関係なく、画期的に早く、大きく成長することを可能とするもので、実用性の高い有効な発明である。

以下、本発明の植物育成用人工照明装置とその照射方法の実施の形態を図面によって具体的に説明すると、図１は本発明の植物育成用人工照明装置とその照射方法に用いる実施例の植物育成用人工照明装置の底面図であり、図２は本発明の植物育成用人工照明装置とその照射方法に用いる実施例の植物育成用人工照明装置の平面図であり、図３は本発明の植物育成用人工照明装置とその照射方法の実施例を説明するための光吸収スペクトルの説明図であり、図４は本発明の植物育成用人工照明装置のＲ６６ランプの分光分布特性を表すグラフであり、図５は本発明の植物育成用人工照明装置のＢＥＸランプの分光分布特性を表すグラフであり、図６は本発明の植物育成用人工照明装置のＷＷランプの分光分布特性を表すグラフであり、図７は本発明の植物育成用人工照明装置のＮｅランプの分光分布特性を表すグラフである。

本発明は、植物を育成するための人工照明装置とその照射方法に関するものであり、更に詳細には、少なくともＲ６６ランプとＢＥＸランプとＷＷランプとＮｅランプとを含む人工照明装置により、主として野菜、漢方薬、花等の植物が必要とする光波長域の人工光を他の光波長より強い光度で照射して、植物の早期育成や育成をコントロールさせる方法に関するものであり、請求項１に記載の植物育成用人工照明装置は、人工的に植物を育成する水耕育成又は土耕育成の人工照明装置であって、水平状に配設された基材１と、該基材１の下方に並設された少なくともＲ６６ランプ２とＢＥＸランプ３とＷＷランプ４とＮｅランプ５とを含む任意数の管状の放電管と、該任意数の管状の放電管と夫々電気的に接続した夫々のランプ用電源基板６と、該夫々のランプ用電源基板６と電気的に接続した夫々のランプ用制御部７と、該夫々のランプ用制御部７と電気的に接続した全体制御部８と、前記夫々のランプ用電源基板６と電気的に接続した制御用電源基板９と、を備えたことを特徴とするものである。

更に、請求項２に記載の植物育成用人工照明装置の照射方法は、請求項１に記載の植物育成用人工照明装置を用いて、光波長３５０〜５００ｎｍと光波長６００〜７５０ｎｍとの夫々の人工光を他の光波長より強い光度で照射し、前記光波長３５０〜５００ｎｍと前記光波長６００〜７５０ｎｍとの人工光に光度比を設定し、該光度比を維持させた状態で全体の光度の可変をさせることを特徴とするものである。

更には、請求項３に記載の植物育成用人工照明装置の照射方法は、請求項２に記載の植物育成用人工照明装置の照射方法において、前記植物育成用人工照明装置を用いて、自然光の一日の光度の変化と同様に前記人工光の光度を変化させることを特徴とするものである。

加えて、請求項４に記載の植物育成用人工照明装置の照射方法は、請求項２又は請求項３に記載の植物育成用人工照明装置の照射方法において、前記植物育成用人工照明装置を用いて、自然光の一年の光度の変化と同様に前記人工光の光度を変化させることを特徴とするものである。

即ち、自然の太陽光を受けて多種類の植物は成長するものであるが、近年では、植物の育成を季節に関係なくコントロールするために温室などの隔離された人工空間での育成が盛んに成ってきている。

そして、本発明の植物育成用人工照明装置は、人工的に植物を育成するもので、液体肥料槽の液体肥料の上面に浮かぶように配設された栽培床に多数配設された培地に植設する水耕育成又は土壌を用いた土耕育成に用いる人工照明装置であり、後述する少なくともＲ６６ランプ２とＢＥＸランプ３とＷＷランプ４とＮｅランプ５とを含むものである。

次に、基材１は育成する野菜や漢方薬、花等の植物の上方に水平状に配設されたもので、基材１の下方には後述する任意数の管状の放電管や、上面に後述する各基板や、各制御部を装着するものである。

次いで、任意数の管状の放電管は、その植物育成用人工照明装置の規模によりサイズや数は任意に決定するものであり、少なくともＲ６６ランプ２とＢＥＸランプ３とＷＷランプ４とＮｅランプ５とを含むものであり、他の放電管、ＬＥＤ、白熱灯等を並用することは任意のものである。

そして、Ｒ６６ランプ２は、図４の分光分布特性図に図示するように、光波長が６６０ｎｍ辺りにピークが表れると共に、光波長６００〜７００ｎｍ間の照射が主であり、ＢＥＸランプ３では、図５の分光分布特性図に図示するように、光波長が４３５〜４５０ｎｍの間にピークが表れると共に、概ね光波長が４００〜５００ｎｍ間の照射が主であり、ＷＷランプ４では、図６の分光分布特性図に図示するように、光波長が３１２ｎｍ辺りと、３６４ｎｍ辺りと、４０４ｎｍ辺りに稍低いピークが表れると共に、４７５ｎｍ辺りと、５４５ｎｍ辺りと、５８０ｎｍ辺りに高いピークが表れ、更に、光波長が５２０〜７００ｎｍ間を幅広く照射するものであり、Ｎｅランプ５では、図７の分光分布特性図に図示するように、光波長が６４０ｎｍ辺りと、５０２ｎｍ辺りに高いピークが表れ、光波長が５８０ｎｍ〜７６０ｎｍの間で多数の光波長がランダムに低いピークが表れるものである。

次に、実施例では、図１に図示するように、両側にＲ６６ランプ２を配置し、その間にＢＥＸランプ３とＷＷランプ４とＮｅランプ５とを各一本宛並設したものである。

次いで、ランプ用電源基板６は、任意数に配設した管状の放電管と夫々電気的に接続しているものであり、電源から夫々の管状の放電管の長手方向に設けたソケットや配線を介して電力を放電管に提供するランプ用電源基板６である。

更に、ランプ用制御部７は、夫々のランプ用電源基板６と電気的に接続して夫々の管状の放電管の照射光度の強弱、照射時間等の予め設定されたプログラムによって制御するためのものである。

更には、全体制御部８は、夫々のランプ用制御部７と電気的に接続しており、全体の照明の制御をするものであり、又、制御用電源基板９は夫々のランプ用電源基板６と電気的に接続しており、全体の照明の電源の制御をするものである。

そして、植物育成用人工照明装置の照射方法は、前述の植物育成用人工照明装置を用いて、光波長３５０〜５００ｎｍと光波長６００〜７５０ｎｍとの夫々の人工光を他の光波長より強い光度で照射するもので、例えば、Ｒ６６ランプ２を照射させると主に光波長６００〜７５０ｎｍの照射ができ、ＢＥＸランプ３を照射させると主に光波長３５０〜５００ｎｍの照射ができるものである。

更に、実施例のように、Ｒ６６ランプ２を２本にして照射させると光波長６００〜７５０ｎｍの照射の光度比が強くなり、ＢＥＸランプ３を１本で照射させると光波長３５０〜５００ｎｍの照射は現状であり、光波長３５０〜５００ｎｍと光波長６００〜７５０ｎｍとの人工光に光度比を設定できるものであるが、夫々のランプ用制御部７によっても光度は可変できるものである。

更には、ランプ用制御部７と全体制御部８とによって、前述の光度比を維持させた状態で全体の光度の可変させるもので、また、育成中の植物に休息が必要な場合はランプ用制御部７と全体制御部８とによって光度を落とすことも可能なものである。

そして、図３の植物の光吸収スペクトルに表すように、クロロフィルａの光吸収は４３０ｎｍと６６０ｎｍとにピークが表れ、クロロフィルｂの光吸収は４６０ｎｍと６５０ｎｍとにピークが表れるものであり、この人工光の光波長３５０〜５００ｎｍは青色光で、光波長６００〜７５０ｎｍは赤色光であり、青色と赤色とに特化した光源がエネルギー効率として優れているものである。

更に、自然光の一日の光度の変化と同様に人工光の光度を変化させるものであり、植物育成用人工照明装置のランプ用制御部７と全体制御部８とに予めプログラムを記憶させることによって、朝夕は弱い光度で、昼間は強い光度で一日を演出するものである。

更には、自然光の一年の光度の変化と同様に人工光の光度を変化させるものであり、植物育成用人工照明装置のランプ用制御部７と全体制御部８とに予めプログラムを記憶させることによって、冬の時期は弱い光度で、且つ、時間を短く、夏の時期は強い光度で、且つ、時間を長くして一年を演出するものである。

本発明は、基材の下方に並設された少なくともＲ６６ランプとＢＥＸランプとＷＷランプとＮｅランプとを含む任意数の管状の放電管と、任意数の管状の放電管と電気的に接続したランプ用電源基板と、ランプ用電源基板と電気的に接続したランプ用制御部と、ランプ用制御部と電気的に接続した全体制御部と、ランプ用電源基板と電気的に接続した制御用電源基板と、を備えたことにより、育成する植物に最適な夫々の任意数の管状の放電管の光度や、照射時間を自在に変化させることが可能であり、更に、その照射方法は、光波長３５０〜５００ｎｍと光波長６００〜７５０ｎｍとの夫々の人工光を他の光波長より強い光度で照射し、光波長３５０〜５００ｎｍと光波長６００〜７５０ｎｍとの人工光に光度比を設定し、光度比を維持させた状態で全体の光度の可変をさせるもので、植物が必要としている光波長の人工光のみを照射させるため無駄な電力を使用することなく照射でき、省エネルギーに成り、更には、自然光の一日、又は、一年の光度の変化と同様に人工光の光度を制御させるもので、人工光でありながら自然に近い状態で育成したり、春夏秋冬、朝昼夜等の人工光の演出ができ、植物の育成を自在にコントロールできるものであり、任意の野菜や漢方薬や花等の植物を季節に関係なく画期的に早く、大きく成長することを可能とする植物育成用人工照明装置とその照射方法の提供するものである。

図１は本発明の植物育成用人工照明装置とその照射方法に用いる実施例の植物育成用人工照明装置の底面図である。 図２は本発明の植物育成用人工照明装置とその照射方法に用いる実施例の植物育成用人工照明装置の平面図である。 図３は本発明の植物育成用人工照明装置とその照射方法の実施例を説明するための光吸収スペクトルの説明図である。 図４は本発明の植物育成用人工照明装置のＲ６６ランプの分光分布特性を表すグラフである。 図５は本発明の植物育成用人工照明装置のＢＥＸランプの分光分布特性を表すグラフである。 図６は本発明の植物育成用人工照明装置のＷＷランプの分光分布特性を表すグラフである。 図７は本発明の植物育成用人工照明装置のＮｅランプの分光分布特性を表すグラフである。

１ 基材
２ Ｒ６６ランプ
３ ＢＥＸランプ
４ ＷＷランプ
５ Ｎｅランプ
６ ランプ用電源基板
７ ランプ用制御部
８ 全体制御部
９ 制御用電源基板

Claims (4)

1. 人工的に植物を育成する水耕育成又は土耕育成の人工照明装置であって、水平状に配設された基材と、該基材の下方に並設された少なくともＲ６６ランプとＢＥＸランプとＷＷランプとＮｅランプとを含む任意数の管状の放電管と、該任意数の管状の放電管と夫々電気的に接続した夫々のランプ用電源基板と、該夫々のランプ用電源基板と電気的に接続した夫々のランプ用制御部と、該夫々のランプ用制御部と電気的に接続した全体制御部と、前記夫々のランプ用電源基板と電気的に接続した制御用電源基板と、を備えたことを特徴とする植物育成用人工照明装置。
2. 前記植物育成用人工照明装置を用いて、光波長３５０〜５００ｎｍと光波長６００〜７５０ｎｍとの夫々の人工光を他の光波長より強い光度で照射し、前記光波長３５０〜５００ｎｍと前記光波長６００〜７５０ｎｍとの人工光に光度比を設定し、該光度比を維持させた状態で全体の光度の可変をさせることを特徴とする請求項１に記載の植物育成用人工照明装置の照射方法。
3. 前記植物育成用人工照明装置を用いて、自然光の一日の光度の変化と同様に前記人工光の光度を変化させることを特徴とする請求項２に記載の植物育成用人工照明装置の照射方法。
4. 前記植物育成用人工照明装置を用いて、自然光の一年の光度の変化と同様に前記人工光の光度を変化させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の植物育成用人工照明装置の照射方法。

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