JPH11262331A - 植物育成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】様々な種類の植物に適する汎用性のある光環境
を実現でき、しかも、構成が簡易で電力効率も良く、コ
スト低減が可能な植物育成装置を提供する。 【解決手段】光環境を人為的に制御可能な人工光源３１
は、青色光の多い分光分布を持つメタルハライドランプ
３４と、赤色光の多い分光分布を持つ高圧ナトリウムラ
ンプ４４とを備え、両ランプ３４，４４を、互いの照射
光が混合された状態で植物に照射されるように、交互に
並ぶマトリックス状に配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、植物に光を照射す
る人工光源を備え、該人工光源により光環境を人為的に
制御可能な植物育成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】植物の育成に光が必要なのは光合成を行
うためであるが、植物の主な集光色素であるクロロフィ
ルａやクロロフィルｂで最も吸収されやすい波長は、図
９の吸収スペクトルに示される。すなわち、４００〜５
００ｎｍ付近の青色光や、６００〜７００ｎｍ付近の赤
色光が、光合成にとって有効な波長域である。

【０００３】ところで、人工光源を用いる植物工場で
は、効果的な光源の開発が望まれているが、最近では高
圧ナトリウムランプがよく用いられている。一般に高圧
ナトリウムランプは、その分光分布のうち５７０ｎｍお
よび６２０ｎｍ付近にピークを持ち、植物のクロロフィ
ルの吸収スペクトル（図９）の赤色側に近いが、例えば
レタス、サラダ菜などの葉菜類のように短期間で育つ植
物は、高圧ナトリウムランプだけの光でも正常に育成さ
せることができた。

【０００４】従って、高圧ナトリウムランプは、少なく
とも葉菜類の育成に関しては問題なく、他のマイクロ波
ランプなどと比較しても、値段が安価であり、また電力
効率の面でも優れるため、大規模な植物工場では広く用
いられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、植物育
成装置では、前述した植物育成工場とは異なり、葉菜類
だけを対象とするものではなく、様々な植物の育成に関
して汎用的に用いられるものである。従って、植物育成
装置でも、人工光源に高圧ナトリウムランプのみを用い
るとすれば、葉菜類以外の他の植物では、成長が阻害さ
れたり、品質の劣化が生じるという問題があった。

【０００６】その一方、研究を主目的とする植物育成装
置では、光環境のみならず温湿度を含む環境要因の正確
な制御のために、概して電力の消費量が大きく維持費が
嵩むため、植物の種類に関係なく適正な光環境を実現で
き、しかもなるべく安価で電力効率の良い人工光源の開
発が切望されていた。

【０００７】本発明は、以上のような従来技術が有する
問題点に着目してなされたもので、様々な種類の植物に
適する汎用性のある光環境を実現でき、しかも、構成が
簡易で電力効率も良く、コスト低減が可能な植物育成装
置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に
存する。 ［１］植物に光を照射する人工光源（３１）を備え、該
人工光源（３１）により光環境を人為的に制御可能な植
物育成装置（１０）において、前記人工光源（３１）
は、青色光の多い分光分布を持つメタルハライドランプ
（３４）と、赤色光の多い分光分布を持つ高圧ナトリウ
ムランプ（４４）とを備え、前記メタルハライドランプ
（３４）と前記高圧ナトリウムランプ（４４）とを、互
いの照射光が混合された状態で植物に照射されるように
配設したことを特徴とする植物育成装置（１０）。

【０００９】［２］前記メタルハライドランプ（３４）
と前記高圧ナトリウムランプ（４４）とを、それぞれ複
数個ずつ備え、両ランプ（３４，４４）を略平面に沿っ
て交互に並ぶマトリックス状に配設したことを特徴とす
る［１］記載の植物育成装置（１０）。

【００１０】［３］前記メタルハライドランプ（３４）
と前記高圧ナトリウムランプ（４４）のそれぞれの個数
およびワット数を、予め略同一に設定したことを特徴と
する［２］記載の植物育成装置（１０）。

【００１１】［４］前記メタルハライドランプ（３４）
と前記高圧ナトリウムランプ（４４）のそれぞれの個数
およびワット数を、予め異なる所定比に設定したことを
特徴とする［２］記載の植物育成装置（１０）。

【００１２】［５］前記メタルハライドランプ（３４）
と前記高圧ナトリウムランプ（４４）のそれぞれの点灯
個数を変えて、光環境を制御することを特徴とする
［２］，［３］または［４］記載の植物育成装置（１
０）。

【００１３】次に、前述した解決手段に基づく作用を説
明する。 ［１］記載の植物育成装置（１０）によれば、各種植物
にほぼ共通する光の吸収スペクトルのうち短波長側のピ
ークを成す４００〜５００ｎｍ付近の青色光は、メタル
ハライドランプ（３４）によって照射され、前記吸収ス
ペクトルのうち長波長側のピークを成す６００〜７００
ｎｍ付近の赤色光は、高圧ナトリウムランプ（４４）に
よってそれぞれ植物に照射される。

【００１４】このように、マイクロ波ランプ等に比べて
電力効率も良く安価な前記両ランプ（３４，４４）を組
み合わせることで、光合成効率の高い吸収スペクトルの
分光分布に合致する光を効率的に照射でき、様々な種類
の植物の適正な生育を促すことができる。また、前記両
ランプ（３４，４４）のみを組み合わせることで、植物
育成にとって無駄な波長域の光が極力省かれることにな
り、更に消費電力を低減することができる。

【００１５】［２］記載の植物育成装置（１０）によれ
ば、両ランプ（３４，４４）を略平面に沿って交互に並
ぶマトリックス状に配設することにより、両ランプ（３
４，４４）の照射光をほぼ均一に混合させることができ
る。

【００１６】ここで［３］記載のように、両ランプ（３
４，４４）の個数およびワット数を、予め略同一に設定
すれば、前述した各種植物にほぼ共通な光吸収スペクト
ルを形成することができる。

【００１７】また、植物の種類に応じて、例えばどちら
か一方のランプの光がさほど必要でないような場合に
は、［４］記載のように、生育対象となる植物の具体的
な特性に応じて、両ランプ（３４，４４）の個数および
ワット数を、予め異なる所定比に設定するとよい。かか
る場合、よりいっそうと消費電力を低減することができ
る。

【００１８】更に、［５］記載の植物育成装置（１０）
によれば、予め設置された両ランプ（３４，４４）のそ
れぞれの点灯個数を任意に変えるだけで、植物に対する
照射光中の分光分布を調整でき、併せて全体の光強度も
適宜調整することが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明を代表
する一の実施の形態を説明する。図１〜図８は本発明の
一実施の形態を示している。図１に示すように、植物育
成装置１０は、箱型の機本体１０ａ内に育成室２０、光
源室３０、それに機械室５０を備え、前記育成室２０内
に温度や湿度を調整した空気を循環させて環境要因を人
為的に制御し、植物の生育試験を行う装置である。本発
明の根幹を成す人工光源３１は、光源室３０に配設され
ている。

【００２０】育成室２０は植物を育成する部屋であり、
その底面部は機本体１０ａの底面壁と平行な床板２１か
らなり、上面部は機本体１０ａの上面壁と平行な天井板
２３からなり、周囲は機本体１０ａの外壁や仕切板２５
で囲われている。床板２１下は、育成室２０内へ調整済
みの空気を吹き出す吹出空間２０ａとなっており、植物
を植えた鉢等は床板２１上に載置する。

【００２１】床板２１には、その全域に多数の吹出孔２
２が開設されている。一方、天井板２３には、光源室３
０側の人工光源３１を挿通させる複数の開口部２４が開
設されている。ここで各開口部２４内には、それぞれ対
応する人工光源３１の笠３２の下端開口（光照射部位）
側を挿通させて育成室２０内側へ突出させ、開口部２４
内周縁と笠３２の外周との間にリング状の隙間を生じさ
せている。この隙間が、育成室２０内の空気を室外に排
出するための吸込孔となる。

【００２２】光源室３０は、前記天井板２３上に位置
し、育成室２０内を循環した空気を室外へ排出するため
の空気吸込空間ともなっている。この光源室３０内に
は、前述したように一部育成室２０側へも突出する人工
光源３１が配設されている。人工光源３１は植物に光を
照射し、光環境を人為的に制御することができるもので
ある。

【００２３】人工光源３１は、青色光の多い分光分布を
持つメタルハライドランプ３４と、赤色光の多い分光分
布を持つ高圧ナトリウムランプ４４とを具備して成る。
メタルハライドランプ３４と高圧ナトリウムランプ４４
は、それぞれ互いの照射光が混合された状態で、床板２
１上の植物に照射されるように配設されている。

【００２４】図５に示すように、メタルハライドランプ
３４は、高圧水銀ランプの一種であり、外球３５内に石
英発光管３６が支持され、電極３７、バイメタルスイッ
チ３８、口金３９等から構成されている。石英発光管３
６内には水銀の他に金属ハロゲン化物（メタルハライ
ド）が添加されており、これら金属蒸気中の放電による
発光を主に利用したランプである。

【００２５】このようなメタルハライドランプ３４は、
石英発光管３６内に添加する発光金属の種類によって分
光分布などが異なるが、本実施の形態では、具体的には
図６に示す分光エネルギー分布のものを用いている。こ
の場合、演色性は平均演色評価数Ｒａが９０程度と高
く、図示したように自然昼光に近い分光組成を持つ強い
光が得られる。

【００２６】図７に示すように、高圧ナトリウムランプ
４４は、外球４５内にアルミナセラミック製の発光管４
６が支持され、始動補助導体４７、サーマルスターター
４８、口金４９等から構成されている。発光管４６内に
は、ニオブ、チタン等が封着金属として封入されてお
り、始動用としてキセノンガス等と共に封入された高圧
ナトリウムの蒸発中の放電による発光を利用したランプ
である。

【００２７】本実施の形態での高圧ナトリウムランプ４
４は、具体的には図８に示す分光エネルギー分布のもの
を用いている。この場合、分光エネルギー分布は、ナト
リウムＤ線（５８９ｎｍ）近傍の発光が自己吸収され、
Ｄ線の左右、特に長波長側に広がった連続スペクトルを
持つ、オレンジがかった強い白色光が得られる。分光特
性は６００ｎｍ前後が多く、青色部がほとんど出ない。

【００２８】メタルハライドランプ３４と高圧ナトリウ
ムランプ４４は、それぞれ互いの照射光が混合された状
態で、床板２１上の植物に照射されるように配設されて
いる。具体的には図２に示すように、両ランプ３４，４
４は、略平面な機本体１０ａの上面壁に、交互に並ぶ４
×５のマトリックス状に配設されている。

【００２９】図２の例では、白丸がメタルハライドラン
プ３４であり、斜線のある丸が高圧ナトリウムランプ４
４であり、この逆の態様でも構わないが、要は、上下左
右に隣接するランプ同士が異なる種類になるよう配置さ
れている。このような配置の他に、例えば、行または列
ごとに同一種類のランプで揃えて、一行または一列おき
に交互に両ランプ列を並べるように配置してもよい。な
お、当然マトリックス状に限られるものではなく、放射
状等に配置してもかまわない。

【００３０】詳しく言えば、図３および図４に示すよう
に、両ランプ３４，４４の口金３９，４９をどちらも装
着できる反射笠３２付きのソケット３２ａが、前述した
配置に配設されている。両ランプ３４，４４の光照射部
位側である反射笠３２の下端開口には、蝶番を介して透
光蓋３２ｂが開閉可能に装着されている。

【００３１】図２において、メタルハライドランプ３４
と高圧ナトリウムランプ４４のそれぞれの個数およびワ
ット数は、本実施の形態では予め同一に設定されてい
る。すなわち、個々の両ランプ３４，４４のワット数は
統一されており、両ランプ３４，４４の数はそれぞれ１
０個である。

【００３２】ただし、メタルハライドランプ３４と高圧
ナトリウムランプ４４のそれぞれの個数およびワット数
は、予め異なる所定比に設定してもよい。また、図２に
おいて、両ランプ３４，４４のそれぞれの点灯個数を変
えて、光環境を制御するように構成しても良い。この場
合、両ランプ３４，４４の点灯・消灯は手動操作でもよ
く、あるいは制御手段による自動調整で行ってもよい。

【００３３】また、前記光源室３０の一端側は機械室５
０の上端側に連通し、機械室５０の下端側は前記吹出空
間２０ａに連通しており、これら一続きに連通した空間
は、前記開口部２４から排出された空気を光源室３０内
を通して吹出孔２２まで循環させる空気循環経路を形成
している。なお、光源室３０と機械室５０の間には、空
気中の塵や埃を除去するエアーフィルター２６が介装さ
れている。

【００３４】機械室５０内には、空気の温度や湿度を調
整して一定方向に送る空気調整装置が配設されている。
ここで空気調整装置は具体的には、送風機５１、冷却コ
イル５２、電気ヒータ５３、および加湿ノズル５４を組
み合せてなる。これら送風機５１等、空気調整装置の構
成装置の稼動は制御装置（コンピュータ）により制御さ
れている。なお、空気調整装置は前述した構成に限定さ
れるものではなく、例えば加湿ノズル５４を除いて構成
してもかまわない。

【００３５】次に作用を説明する。前記植物育成装置１
０によれば、人工光源３１のメタルハライドランプ３４
により、図６に示す分光エネルギー分布、すなわち青色
光の多い光が照射される。かかるメタルハライドランプ
３４の照射光は、図９に示すように各種植物にほぼ共通
する光の吸収スペクトルのうち短波長側のピークを成す
４００〜５００ｎｍ付近の青色光を特にカバーすること
ができる。

【００３６】一方、高圧ナトリウムランプ４４によれ
ば、図８に示す分光エネルギー分布、すなわち赤色光の
多い光が照射される。かかる高圧ナトリウムランプ４４
の照射光は、図９に示す吸収スペクトルのうち長波長側
のピークを成す６００〜７００ｎｍ付近の赤色光を特に
カバーすることができる。

【００３７】図２に示すように、これら２つのランプ３
４，４４は、交互に並ぶマトリックス状に配設されてい
ることにより、両ランプ３４，４４の照射光は、ほぼ均
一に混合された状態で、床板２１上に載置される植物に
照射される。本実施の形態では、両ランプ３４，４４の
個数およびワット数が、予め同一に設定されているた
め、各種植物にほぼ共通な光吸収スペクトルを形成する
ことができる。

【００３８】このように、マイクロ波ランプ等に比べて
電力効率も良く安価な前記両ランプ３４，４４を組み合
わせることで、光合成効率の高い吸収スペクトルの分光
分布に合致する光を効率的に照射でき、様々な種類の植
物の適正な生育を促すことができる。また、前記両ラン
プ３４，４４のみを組み合わせることで、植物育成にと
って無駄な波長域の光が極力省かれることになり、更に
消費電力を低減することができる。

【００３９】また、植物の種類に応じて、例えばどちら
か一方のランプ３４／４４の光がさほど必要でないよう
な場合には、生育対象となる植物の具体的な特性に応じ
て、両ランプの個数およびワット数を、予め異なる所定
比に設定するとよい。両ランプ３４，４４の口金３９，
４９は、反射笠３２付きのソケット３２ａに対して、ど
ちらも共通に装着できる。

【００４０】従って、両ランプ３４，４４の着脱は極め
て容易に行うことができる。図２に示す両ランプ３４，
４４の配置において、例えば、葉菜類を育成するような
場合には、総てメタルハライドランプ３４に取り替えて
もよい。あるいは両ランプ３４，４４の個数比を、例え
ば１：３や１：４等と任意に簡単に設定することができ
る。

【００４１】更にまた、図２において、両ランプ３４，
４４の総てを点灯させるのではなく、両ランプ３４，４
４の点灯個数を任意に変えて、光環境を制御しても良
い。両ランプ３４，４４の点灯は手動操作でもよく、あ
るいは制御手段による自動調整で行ってもよい。この場
合、予め設置された両ランプ３４，４４のそれぞれの点
灯個数を任意に変えるだけで、植物に対する照射光中の
分光分布を調整でき、併せて全体の光強度も適宜調整す
ることが可能となる。

【００４２】図３および図４に示すように、両ランプ３
４，４４は、その反射笠３２の下端開口側が天井板２３
の開口部２４を挿通して育成室２０内側へ突出している
ので、照射光が天井板２３を透過することなく、植物に
直接照射することが可能となる。また、反射笠３２の下
端開口が育成室２０内に表れるため、天井板２３を何ら
開閉することなく、両ランプ３４，４４を育成室２０内
から交換したり、点検することが容易である。

【００４３】また、植物育成装置１０内における空気
は、先ず機械室５０内の冷却コイル５２や電気ヒータ５
３により所望の温度に調整され、加湿ノズル５４により
所望の湿度に調整された状態で、送風機５１の稼動によ
り育成室２０下方の吹出空間２０ａへ送られる。この調
整済の空気は、育成室２０の床板２１の全域にある多数
の吹出孔２２を通って育成室２０内へ吹き出される。

【００４４】一方、育成室２０の天井板２３上方にある
光源室３０は前記送風機５１の稼動により陰圧になって
おり、育成室２０内の空気は、天井板２３にある開口部
２４から室外へ吸気され排出される。それにより、育成
室２０内における温度や湿度等の環境要因の分布を良好
に維持することができ、育成室２０内の環境要因の不均
一に基づく植物の生育のバラツキを防ぐことができる。

【００４５】光源室３０の一端側は機械室５０の上端側
に連通し、機械室５０の下端側は吹出空間２０ａに連通
しており、これら一続きに連通した空間は空気循環経路
をなす。すなわち、天井板２３の吸込孔２４から育成室
２０外へ排出された空気は、そのまま光源室３０内に導
入されてここを通過し、再び機械室５０内の冷却コイル
５２や電気ヒータ５３により所望の温度に調整される等
して、吹出空間２０ａ側へと循環する。

【００４６】このように光源室３０も空気循環経路の一
部となるから、光源室３０内の両ランプ３４，４４から
生じる余分な熱は、たえず空気循環経路を流れる空気と
共に光源室３０外へ放出され、余分な熱は空気調整装置
の主として冷却コイル５２によって冷却される。従っ
て、光源室３０専用の冷凍機を特に設ける必要がなく、
コストを抑えることができ、また、育成室２０と光源室
３０との空気の温度もほぼ等しくなるため、結露の発生
も確実に防止することができる。

【００４７】なお、本発明に係る植物育成装置は、前述
した実施の形態に係る具体的構成に限定されるものでは
ない。例えば、天井板２３を透光性のあるガラス板から
構成し、人工光源３１を挿通させる開口部２４を設ける
ことなく、人工光源３１は光源室３０内にとどめ、前記
ガラス板に多数の吸込孔を開設するようにしてもよい。

【００４８】また、図２中では、白丸がメタルハライド
ランプ３４であり、斜線のある丸が高圧ナトリウムラン
プ４４であるが、逆の態様でも構わない。また、両ラン
プ３４，４４は、略平面な機本体１０ａの上面壁に、交
互に並ぶ４×５のマトリックス状に配設させたが、両ラ
ンプ３４，４４の数は２０個よりも多くても少なくても
よく、また、配置も図２に示す態様に限られない。

【００４９】

【発明の効果】本発明に係る植物育成装置によれば、人
工光源は、青色光の多い分光分布を持つメタルハライド
ランプと、赤色光の多い分光分布を持つ高圧ナトリウム
ランプとを備え、前記両ランプを互いの照射光が混合さ
れた状態で植物に照射されるように配設したから、光合
成効率の高い吸収スペクトルの分光分布に合致する光を
効率的に照射でき、簡易かつ安価な構成で、様々な種類
の植物に適する汎用性のある光環境を実現できる。ま
た、前記両ランプのみを組み合わせることで、植物育成
にとって無駄な波長域の光が極力省かれることになり、
消費電力をより一層と低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の内
部構造を示す正面図である。

【図２】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人
工光源を構成するランプの配置を示す平面図である。

【図３】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人
工光源を構成するランプの取付状態を示す斜視図であ
る。

【図４】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人
工光源を示す断面図である。

【図５】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人
工光源を構成するメタルハライドランプを示す正面図で
ある。

【図６】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人
工光源を構成するメタルハライドランプの分光分布を示
すグラフである。

【図７】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人
工光源を構成する高圧ナトリウムランプを示す正面図で
ある。

【図８】本発明の一実施の形態に係る植物育成装置の人
工光源を構成する高圧ナトリウムランプの分光分布を示
すグラフである。

【図９】一般植物における光の吸収スペクトルを示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１０…植物育成装置 １０ａ…機本体 ２０…育成室 ２０ａ…吹出空間 ２１…床板 ２３…天井板 ２４…開口部 ３０…光源室 ３１…人工光源 ３２…反射笠 ３２ａ…ソケット ３２ｂ…透光蓋 ３４…メタルハライドランプ ３５…外球 ３６…石英発光管 ３７…電極 ３８…バイメタルスイッチ ３９…口金 ４４…高圧ナトリウムランプ ４６…発光管 ４７…始動補助導体 ４８…サーマルスターター ４９…口金 ５０…機械室

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】植物に光を照射する人工光源を備え、該人
   工光源により光環境を人為的に制御可能な植物育成装置
   において、 前記人工光源は、青色光の多い分光分布を持つメタルハ
   ライドランプと、赤色光の多い分光分布を持つ高圧ナト
   リウムランプとを備え、 前記メタルハライドランプと前記高圧ナトリウムランプ
   とを、互いの照射光が混合された状態で植物に照射され
   るように配設したことを特徴とする植物育成装置。
2. 【請求項２】前記メタルハライドランプと前記高圧ナト
   リウムランプとを、それぞれ複数個ずつ備え、両ランプ
   を略平面に沿って交互に並ぶマトリックス状に配置させ
   たことを特徴とする請求項１記載の植物育成装置。
3. 【請求項３】前記メタルハライドランプと前記高圧ナト
   リウムランプのそれぞれの個数およびワット数を、予め
   略同一に設定したことを特徴とする請求項２記載の植物
   育成装置。
4. 【請求項４】前記メタルハライドランプと前記高圧ナト
   リウムランプのそれぞれの個数およびワット数を、予め
   異なる所定比に設定したことを特徴とする請求項２記載
   の植物育成装置。
5. 【請求項５】前記メタルハライドランプと前記高圧ナト
   リウムランプのそれぞれの点灯個数を変えて、光環境を
   調整することを特徴とする請求項２，３または４記載の
   植物育成装置。