JP2002360067A

JP2002360067A - 植物育成用蛍光ランプ

Info

Publication number: JP2002360067A
Application number: JP2001177347A
Authority: JP
Inventors: Teruo Watanabe; 照夫渡辺
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2002-12-17

Abstract

(57)【要約】【課題】人工的光源の利用効率が改善され、高品質の
植物栽培に適する植物育成用蛍光ランプの提供。【解決手段】植物育成用蛍光ランプであって、発光波
長４００〜７００ｎｍの範囲における光エネルギーの強
度比が、４００〜５００ｎｍ未満で３０〜６３％、５０
０〜６００ｎｍ未満で１０〜２０％、６００〜７００ｎ
ｍで２４〜５６％で、かつ青色成分（４００〜５００ｎ
ｍ未満）及び赤色成分（６００〜７００ｎｍ）中に占め
る青色成分比が０．３７〜０．７０であることを特徴と
する植物育成用蛍光ランプである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、植物育成用蛍光ラ
ンプに係り、さらに詳しくは完全人工型の植物栽培用、
もしくは太陽光兼用型の植物育成に有効な植物育成用蛍
光ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】野菜類の生産、育苗、植物の観賞あるい
は接ぎ木などにおいて、省エネルギー化、無農薬化、生
産性の向上、省スペース化などを目的として、人工光源
を利用する植物栽培手段が広く採用されつつある。すな
わち、太陽光を利用する植物の自然栽培では、たとえば
日照量（日照不足）などの変動要因が大きく影響し、生
育させた植物の品質にバラツキを生じたり、あるいは生
産量などが左右される。

【０００３】これに対して、人工光源を利用する植物栽
培（育成）では、日照量などを任意に制御できるので、
所要の植物生育環境を人工的に造ることができる。つま
り、日照量ないし日照時間などの変動要因を大幅に低減
・抑制できるので、一定の品質や生産量を確保すること
が可能になるだけでなく、寒冷地や不毛地域での植物栽
培も行える。また、室内的な育成手法であるため、無農
薬で、安全性の高い野菜類の生産・供給、あるいは観賞
手段などの提供を行える。

【０００４】図５は、人工光源を利用する植物栽培に使
用される栽培装置の概略構成を示す透視図である。図５
において、１は少なくとも一部が光透過性を有する所要
の空間２を区画形成する壁体、３は前記壁体１が区画形
成する空間２内に配置された液肥を収容する開口形の液
肥収容槽、４は前記液肥収容槽３の開口部に装着配置さ
れた植物栽培ステージ、５は前記植物栽培ステージ４に
対峙して配置され、植物栽培ステージ４に光照射する人
工光源パネル、６は光源制御機構、７はパブリング装
置、８は空気供給ホース、９は直流電源である。

【０００５】ここで、空間２を区画形成する壁体１の少
なくとも一部は、たとえば透明性アクリル樹脂板であ
り、空間２は、ボックス形に構成されている。また、液
肥収容槽３は、たとえば合成樹脂製で、この液肥収容槽
３に所要の液肥や新鮮な空気を供給する構成となってい
る。さらに、植物栽培ステージ４は、たとえばアクリル
樹脂板やポリウレタン樹脂発泡体で作られ、育成する植
物の根元部を挿入・装着できる構成となっている。さら
にまた、人工光源は、たとえば高圧ナトリウムランプ、
あるいは蛍光ランプなどである。そして、高圧ナトリウ
ムランプの場合は、天井側に吊り下げ金具を介して配置
され、図示を省略した仕切り板で揺動を防止する構成が
採られている。また、蛍光ランプの場合は、光源パネル
５としてハウジング形に構成され、上方に配置されてい
る。

【０００６】なお、上記栽培装置が具備する人工光源と
しては、蛍光ランプ、ＬＥＤなどが主に使用され、その
他、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプも使
用されている。ここで、メタルハライドランプ、高圧ナ
トリウムランプは、上記のように、植物栽培工場などの
建物（区画形成された空間２に相当する）の天井に取り
付け使用され、また、蛍光ランプやＬＥＤは、棚状のラ
ックに装着されて、植物栽培ステージ４を光照射するよ
うな使用態様が採られている。

【０００７】さらに、蛍光ランプを光源とした場合は、
図６に斜視的に示すような構造の光源パネル５が使用さ
れている。図６において、５ａは照射面５ｂと一体化す
るハウジング、５ｃは前記ハウジング５ａ内に並列的に
装着配置された蛍光ランプ、５ｄは前記ハウジング５ａ
内底面に沿わせて配置された反射シートである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記蛍光ラ
ンプ５ｃについては、より有効な植物育成用人工光源化
を目的として、たとえば特開平１−３０４８２８号公
報、特開平８−８４号公報などで、発光波長の制御など
を行うことが提案されている。すなわち、３波長蛍光体
層を備えた蛍光ランプの構成において、発光波長４００
〜５００ｎｍ未満、５００〜６００ｎｍ未満、６００〜
７００ｎｍの各光エネルギー強度比に注目する一方、緑
色成分の比率を３５±３％に設定することが知られてい
る。

【０００９】しかしながら、上記蛍光ランプ５ｃの場合
は、実用上、次のような不都合がある。すなわち、発光
波長４００〜７００ｎｍの範囲における光エネルギーの
強度比が、４００〜５００ｎｍ未満で３７％、５００〜
６００ｎｍ未満で３０％、６００〜７００ｎｍで３３％
であり、かつ青色成分（４００〜５００ｎｍ未満）と赤
色成分（６００〜７００ｎｍ）との比が０〜０．１８の
蛍光ランプを人工光源とした場合、栽培育成する植物の
地上部新鮮重量及び乾物重量が増大し、効果的な育成を
行えるが、ビタミンＣなどの栄養価は路地ものに較べて
低いと言う問題がある。

【００１０】本発明は、このような事情に対処してなさ
れたもので、人工光源の利用効率が改善され、高品質の
植物栽培に適する植物育成用蛍光ランプの提供を目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、植物
育成用蛍光ランプであって、発光波長４００〜７００ｎ
ｍの範囲における光エネルギーの強度比が、４００〜５
００ｎｍ未満で３０〜６３％、５００〜６００ｎｍ未満
で１０〜２０％、６００〜７００ｎｍで２４〜５６％で
あり、かつ青色成分（４００〜５００ｎｍ未満）及び赤
色成分（６００〜７００ｎｍ）中に占める青色成分比が
０．３７〜０．７０であることを特徴とする植物育成用
蛍光ランプである。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１記載の植物育
成用蛍光ランプにおいて、４００〜４００ｎｍ未満の発
光波長を有する蛍光体としてユーロピューム付活ストロ
ンチウム・カルシウム・バリウムクロロリン酸塩蛍光体
及びユーロピューム付活アルミン酸バリウム・マグネシ
ウム蛍光体の少なくともいずれか１種と、また、６００
〜７００ｎｍの発光波長を有する蛍光体としてユーロピ
ューム付活酸化イットリウム蛍光体とを使用しているこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項１及び２の発明は、次のよう知見に
基づいてなされたものである。すなわち、本発明者は、
栽培育成する植物の地上部新鮮重量及び乾物重量の増大
を確保して効果的な育成が行える一方、ビタミンＣなど
の栄養価も路地ものに匹敵する植物の育成に与える人工
光源の影響を、発光（照射）波長の光エネルギー比、及
び発光色成分比との関連で鋭意検討を進めた。

【００１４】その結果、図１に示すように、（ａ）発光
波長の赤色成分が増加すると、育成する植物の地上部新
鮮重量は増えるが、ビタミンＣの含有量が少ない。ま
た、（ｂ）青色成分が増えると、育成する植物の地上部
新鮮重量が少なく、ビタミンＣの含有量は多くなる。こ
こで、地上部新鮮重量とビタミンＣ含有量とのバランス
を考慮して、地上部新鮮重量の低減を抑えながら、ビタ
ミンＣ含有量が露地栽培（１３．５ｍｇ／１００ｇ）以
上になるような発光波長における光エネルギー強度の選
択が求められる。

【００１５】すなわち、各種の蛍光ランプを人工光源と
し、上記図６に示すような光源パネル５を構成し、この
人工光源パネル（バックライトパネル）５を装着して、
図５に図示した構成の植物栽培装置を組み立てた。この
植物栽培装置の光源パネル５を１２時間点灯・消灯のサ
イクルで稼動させ、サラダ菜を１７日間育成・栽培し
た。そして、サラダ菜の葉の縦・横比で地上部新鮮重量
と、ビタミンＣの含有量とを、青色成分及び赤色成分中
に占める青色成分比との関係を求めたところ、図１に示
すような傾向が認められた。なお、青色成分の比率を過
剰にすると、成長度合いが劣るだけでなく、ビタミンＣ
などの栄養価も低下している。

【００１６】上記実験・検討に基づいて、発光波長４０
０〜７００ｎｍの範囲における光エネルギーの強度比
を、４００〜５００ｎｍ未満で３０〜６３％、５００〜
６００ｎｍ未満で１０〜２０％、６００〜７００ｎｍで
２４〜５６％に、かつ青色成分（４００〜５００ｎｍ未
満）及び赤色成分（６００〜７００ｎｍ）中に占める青
色成分比を０．３７〜０．７０と選択・設定した場合、
育成する植物の地上部新鮮重量とビタミンＣの含有量と
が良好なバランスを採ることを見出し、請求項に記載し
た発明に至ったものである。

【００１７】請求項１及び２の発明において、植物育成
用蛍光ランプは、冷陰極蛍光ランプ、及び熱陰極蛍光ラ
ンプのいずれでもよい。つまり、両蛍光ランプは、細管
化などが可能であるとともに、長寿命化や発光強度の向
上などを図れ易く、植物栽培手段において多くの利点を
呈するからである。なお、外径５ｍｍ以下の蛍光ランプ
の場合は、発熱・昇温の抑制を図りながら、光源パネル
のコンパクト化も進め易くなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下図２、図３、図４、図５及び
図６を参照して実施例を説明する。

【００１９】図２は、第１の実施例に係る植物育成用蛍
光ランプの要部構成を示す断面図である。図２におい
て、１０は内壁面に蛍光体膜１１が設けられ、両端部側
に一対の冷熱陰極１２ａ，１２ｂを封装し、かつ放電媒
体（不活性ガスなど）を封有したガラスバルブ、１３
ａ，１３ｂは前記冷熱陰極１２ａ，１２ｂに、それぞれ
一端が接続し、他端側がガラスバルブ１０外に気密封止
・導出されたリード端子である。なお、ガラスバルブ１
０は、外径１．５〜４．５ｍｍ程度、長さ５０〜６００
ｍｍ程度である。

【００２０】また、蛍光体膜１１は、少なくとも青色成
分及び赤色成分の波長域の発光が得られる蛍光体、たと
えば青色成分、緑色成分及び赤色成分の波長域の発光が
得られる３波長蛍光体で形成される。ここで、主として
４００〜５００ｎｍ未満の発光波長を有する青色成分の
蛍光体としては、たとえばユーロピューム付活ストロン
チウム・カルシウム・バリウムクロロリン酸塩蛍光体、
ユーロピューム付活ストロンチウム・硝リン酸塩蛍光
体、及びユーロピューム付活アルミン酸バリウム・マグ
ネシウム蛍光体が挙げられ、１種もしくは２種以上の混
合系で使用される。さらに、主として６００〜７００ｎ
ｍの発光波長を有する赤色成分の蛍光体としては、ユー
ロピューム付活酸化イットリウム蛍光体、及び錫付活リ
ン酸ストロンチウム・マグネシウム蛍光体が挙げられ
る。

【００２１】そして、前記蛍光体膜は、発光波長４００
〜７００ｎｍの範囲における光エネルギーの強度比が、
４００〜５００ｎｍ未満で３０〜６３％、５００〜６０
０ｎｍ未満で１０〜２０％、６００〜７００ｎｍで２４
〜５６％に、かつ青色成分（４００〜５００ｎｍ未満）
及び赤色成分（６００〜７００ｎｍ）中に占める青色成
分比が０．３７〜０．７０と成るように選択設定されて
いる。ここで、植物の育成に寄与する発行波長、すなわ
ち青色成分の蛍光体を１７〜７０質量％程度、及び赤色
成分の蛍光体を８０〜３０質量％程度とした混合系とす
ることにより、上記光エネルギー比、及び青色成分比な
どが得られる。

【００２２】たとえば青色成分の蛍光体６５質量％、及
び赤色成分の蛍光体３５質量％から成る混合蛍光体の蛍
光体膜１１を設けた冷陰極蛍光ランプの場合、その分光
分布は、図３に示す如くであった。すなわち、発光波長
４００〜７００ｎｍの範囲における光エネルギーの強度
比が、４００〜５００ｎｍ未満で４４％、５００〜６０
０ｎｍ未満で１７％、６００〜７００ｎｍで３９％であ
った。また、青色成分（４００〜５００ｎｍ未満）及び
赤色成分（６００〜７００ｎｍ）中に占める青色成分比
が０．５３であった。

【００２３】次に、上記植物育成用蛍光ランプの使用例
を説明する。先ず、冷陰極蛍光ランプ１０本を並列的に
配置装着して、前記図６に斜視的に示す直下形バックラ
イトパネル（光源パネル）５を構成する。ここで、直下
形バックライトパネル５は、照射面（拡散板）５ｂと一
体化するハウジング５ａ、前記ハウジング５ａ内に並列
的に装着配置された冷陰極蛍光ランプ５ｃ、前記ハウジ
ング５ａ内底面に沿わせて配置された反射シート５ｄを
備えた構成と成っている。

【００２４】なお、拡散板５ｂで３００〜４００ｎｍの
紫外線がカットされ、また、この直下形バックライトパ
ネル５は、タイマー付きの直流電源９に電気的に接続す
る一方、光源制御機構（インバータ）６によって、植物
栽培ステージ４上の光量子を０〜５００μｍｏｌ／ｓｍ
^２（入力電力０〜４０Ｗ）に調光制御など行える。

【００２５】上記直下形バックライトパネル５を組み込
み、図５に全体的な構造を示す斜視的に示す構成の植物
栽培（育成）装置を構成する。ここで、１は少なくとも
一部が光透過性を有する間口４０ｃｍ、奥行き４０ｃ
ｍ、高さ３５ｃｍの空間２を区画形成する壁体、３は前
記壁体１が区画形成する空間２内に着脱自在形に配置さ
れた液肥を収容する開口形の液肥収容槽、４は前記液肥
収容槽３の開口部に装着配置された植物栽培ステージ、
５は前記空間２内で植物栽培ステージ４に対峙して配置
され、植物栽培ステージ４を光照射する光源パネル、６
は前記光源パネル５の光照射を制御する光源制御機構で
ある。

【００２６】また、空間２を区画形成する各側面の壁体
１は、透明性アクリル樹脂板であり、空間２はボックス
形に構成されている。そして、透明性アクリル樹脂板１
の外側面には、両面形接着性テープを介して、図示を省
略した反射率８０〜９７％程度の反射部材が貼着され、
透明性アクリル樹脂板１を透過した放射光を空間２側に
閉じ込める（反射させる）ようにしてある。なお、この
実施例では、水分による反射部材の酸化劣化の恐れを考
慮して、透明性アクリル樹脂板１の外側面に反射部材を
貼着配置したが、水分による反射部材の酸化劣化が問題
視されない場合は、内側面に貼着配置してもよい。

【００２７】さらに、液肥収容槽３は、たとえば幅１６
ｃｍ、長さ２５ｃｍ、深さ７ｃｍの合成樹脂製の容器
で、パブリング装置７に接続する空気供給ホース８の先
端に装着されたパブリングが液肥収容槽３の液肥中に浸
漬されて、液肥に新鮮な空気を供給する構成となってい
る。また、植物栽培ステージ４は、たとえば幅１８ｃ
ｍ、長さ２７ｃｍ、厚さ０．５ｃｍの白色アクリル樹脂
板で、育成する植物の根を挿入・装着し、液肥に接触で
きる構成と成っている。

【００２８】上記植物育成装置において、植物栽培ステ
ージ４に、たとえばサラダ菜など育成する植物の根を挿
入・装着する一方、パブリング装置７に接続する空気供
給ホース８を介して液肥収容槽３の液肥中に新鮮な空気
を供給するとともに、直下形バックライトパネル５の点
灯駆動１２時間点灯・消灯のサイクルで稼動する。な
お、点灯時には、植物栽培ステージ４上の光量子を１５
０μｍｏｌ／ｓｍ ^２（入力電力２８Ｗ）に調光制御して
植物を育成した。

【００２９】この植物育成において、サラダ菜は、地上
部の新鮮重量が０．６５ｇ程度、ビタミンＣ含有量１
３．７（ｍｇ／１００ｇＦ．Ｗ）以上であった。つま
り、従来の植物育成用蛍光ランプの場合、地上部の新鮮
重量が０．４３ｇ、ビタミンＣ含有量１２．０（ｍｇ／
１００ｇＦ．Ｗ）であったのに較べて、地上部新鮮重量
の増え方、及びビタミンＣ含有量のバランスが取れた育
成であった。

【００３０】なお、上記植物育成装置において、直下形
バックライトパネル５の照射面側の拡散板５ｂ面、もし
くは植物育成装置の上蓋面に、カラーフィルターを貼り
付け、照射光の波長分布ないし光質を変化調整すること
も可能である。また、前記蛍光ランプ５ｃにピンクのカ
ラーフィルターを併用することによっても、照射光の波
長分布ないし光質を変化・調整することができる。

【００３１】上記においては、植物育成用蛍光ランプと
して、冷陰極型の場合を説明したが、熱陰極型（第２の
実施例）であってもよい。すなわち、図４に要部構成を
断面的に示すような、フィラメント１４ａ，１４ｂを熱
して熱電子を放出させる方式の蛍光ランプであっても、
上記発光波長４００〜７００ｎｍの範囲における光エネ
ルギーの強度比が、４００〜５００ｎｍ未満で３０〜６
３％、５００〜６００ｎｍ未満で１０〜２０％、６００
〜７００ｎｍで２４〜５６％であり、かつ青色成分（４
００〜５００ｎｍ未満）及び赤色成分（６００〜７００
ｎｍ）中に占める青色成分比を０．３７〜０．７０と設
定した場合は、同様の作用効果が得られる。なお、図４
において、１５ａ，１５ｂは口金である。

【００３２】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を
採ることができる。たとえば蛍光体膜は、上記青色成分
及び赤色成分の蛍光体の混合系に他の蛍光体を添加した
構成とすることができるし、また、発光管を成すガラス
バルブの外径、長さ、入力電力など使用状態に応じて適
宜設定する。

【００３３】

【発明の効果】請求項１及び２の発明によれば、栽培・
育成する植物に、必要量の光を容易に供給でき、高密度
栽培が可能な点と相俟って、採算のとれる植物栽培手段
を提供できる。すなわち、生育する植物の地上部新鮮
量、及びビタミン量のバランスを容易に採ることが可能
となるように、４００〜７００ｎｍ波長領域での光エネ
ルギー強度・分布を選択・設定した蛍光ランプが提供さ
れる。

【００３４】特に、青色成分の蛍光体及び赤色成分の蛍
光体を主とする２波長蛍光体膜を設けた蛍光ランプの場
合は、植物育成にほとんど寄与しない緑色成分の光エネ
ルギー強度を最小限に抑えることができるので、植物の
成長効率が向上する。なお、蛍光ランプは、植物栽培ス
テージの多段的な配置による高密度栽培の達成、省スペ
ース化の達成、放射光の効率的な利用（浪費の低減化）
などを図れるので、採算的に有利な植物栽培装置を提供
できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】植物育成用蛍光ランプの光エネルギーの青色成
分及び赤色成分の比と、育成する植物の地上部新鮮重量
及びビタミンＣ含有量との関係例を示す特性図。

【図２】第１の実施例に係る植物育成用蛍光ランプの要
部構成を示す断面図。

【図３】第１の実施例に係る植物育成用蛍光ランプの４
００〜７００ｎｍ波長領域における発光エネルギー分布
図。

【図４】第２の実施例に係る植物育成用蛍光ランプの要
部構成を示す断面図。

【図５】栽培装置の概略構成例を示す斜視図。

【図６】植物栽培装置具備する光源パネルの構成例を示
す斜視図。

【符号の説明】

１……壁体２……空間３……液肥収容槽４……植物栽培ステージ５……光源パネル５ｃ……蛍光ランプ６……光源制御機構７……パブリング装置８……空気供給ホース９……直流電源１０……ガラス管１１……蛍光体膜１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ……電極１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂ……端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】植物育成用蛍光ランプであって、発光波
長４００〜７００ｎｍの範囲における光エネルギーの強
度比が、４００〜５００ｎｍ未満で３０〜６３％、５０
０〜６００ｎｍ未満で１０〜２０％、６００〜７００ｎ
ｍで２４〜５６％であり、かつ青色成分（４００〜５０
０ｎｍ未満）及び赤色成分（６００〜７００ｎｍ）中に
占める青色成分比が０．３７〜０．７０であることを特
徴とする植物育成用蛍光ランプ。
【請求項２】４００〜５００ｎｍ未満の発光波長を有
する蛍光体としてユーロピューム付活ストロンチウム・
カルシウム・バリウムクロロリン酸塩蛍光体及びユーロ
ピューム付活アルミン酸バリウム・マグネシウム蛍光体
の少なくともいずれか１種と、また、６００〜７００ｎ
ｍの発光波長を有する蛍光体としてユーロピューム付活
酸化イットリウム蛍光体とを使用していることを特徴と
する請求項１記載の植物育成用蛍光ランプ。