JP2007274905A

JP2007274905A - 照明装置

Info

Publication number: JP2007274905A
Application number: JP2006101312A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Tsuji; 昭久辻; Yoji Maeda; 洋二前田
Original assignee: TSUJIKO CO Ltd
Current assignee: TSUJIKO CO Ltd
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】本発明は、植物の生育に必要な光を照射するための照明装置であって、従来の照明装置と比較してコストや熱対策で優れ、さらには植物への効率の良い光照射をおこなうための照明装置を提供することにある。
【解決手段】本発明の照明装置１０は、育成床１４間に設けられた光透過性のケース１６と、ケース１６の内部空間に並行に配列された複数の外部電極蛍光管１８などの光源とを含み、ケース１６の両側の育成床１４の植物１２に光を照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、野菜、穀物、果物、花などの植物の生育に使用する照明装置に関するものである。

近年、工場などの施設内の高度環境制御により植物を周年生産する植物工場が注目されている。施設内で植物を生育させるため、無農薬で天候や害虫などの影響を受けずに安定した植物の市場への供給をおこなうことができる。

植物工場では、植物の生育のために照明装置によって擬似的に太陽光を作り出している。照明装置によって植物の生育状況や照明装置にかかる種々の費用が大きく変わる。そのため照明装置に関して種々の開発がなされている（非特許文献１参照）。

植物工場で使用されている照明装置について説明する。照明装置としては高圧ナトリウムランプや蛍光灯があり、多くの植物工場で使用されている。また、非特許文献１で示されているように、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を使用した照明装置も開発されている。

しかし、ＬＥＤを使用した照明装置は蛍光灯などに比べてコストが高くなる。蛍光灯などと同じコストでＬＥＤの照明装置を構成するとＬＥＤの数が少なくなり、光量が少なくなり植物が育たなくなる。また、光量を得るためにＬＥＤを多く使用するとＬＥＤからの発熱が多くなり、ファンなどを使用して廃熱をおこなうことが必要になる。この廃熱対策によってもＬＥＤを使用した照明装置のコストが高くなり、ランニングコストも高くなる。さらに、発熱は、電力が熱に変換されて損失したことであり、電力の利用効率が悪いことがわかる。

また、照明装置が発する光は植物以外にも照射するため、無駄が発生していることがわかる。反射板を用いて１方向に光が照射することもできるが、反射板の反射率は１００％には出来ないため光のロスが大きくなる。また、シソなどの背丈が高くなる植物は、苗の段階では照明装置までの距離が遠く、生育するにしたがって照明装置までの距離が近くなる。このため、苗の段階での照射強度が低く、成長が遅くなる。照明装置を可動式にすると本来ならば不要な設備を設けなくてはならず、ランニングコストも高くなる。さらに、植物の密度が高いと、植物の生長により下方の葉や茎に光が当たりにくくなり、生長を阻害するおそれがある。したがって、植物への光の照射効率を高めることが求められている。

２００４年１１月２８日付朝日新聞７ページ

本発明は、植物の生育に必要な光を照射するための照明装置であって、従来の照明装置と比較してコストや熱対策で優れ、さらには植物への効率の良い光照射をおこなうための照明装置を提供することにある。

本発明の照明装置の要旨は、植物に照射するための光を発光する照明装置であって、前記植物を育てるための複数の育成床を有し、該育成床間に設けられた透過性のケースと、前記ケースの内部空間に配設された複数の外部電極蛍光管、冷陰極蛍光管、または蛍光灯とを含む円筒状の光源と、を含み、前記ケースの両側の育成床の植物に光を照射する照明装置である。

本発明は、外部電極蛍光管を含む光源からの光が、ケースの両側の植物に照射される。植物の上方からの光照射と異なり、苗であっても光の照射量が減ることがない。また、外部電極蛍光管は発熱量も小さいため、照明装置と植物との距離を短くすることができ、単位面積あたりの収穫量を上げることができる。

本発明に係る照明装置について図面を使用して説明する。説明中の植物は少なくとも穀物、野菜、果実、花を含むこととする。本発明の照明装置は植物工場に使用され、植物の生育のために植物に照射するものである。なお、図１，２，４，５のＸ，Ｙ，Ｚ軸は同一であり、それらを利用して説明する場合がある。また、Ｘ方向を水平方向、Ｙ方向を育成床の並び方向、Ｚ方向を鉛直方向とする場合がある。

図１に示すように、植物工場は、植物１２を生育するための平行に並んだ複数の育成床１４を有する。その育成床１４は、土が満たされた直方体の容器があり、その容器で植物１２が生育される。または、養分を含む水を満たした容器と、容器の開口部で植物１２を支える苗床などの支持具とで構成される。植物工場では育成床１４が並べられることによって、複数のラインが平行に並べられているようになる。

図１および図２に示すように、本発明の照明装置１０は、育成床１４間に設けられた光透過性のケース１６と、ケース１６の内部空間に平行に配列された複数の外部電極蛍光管１８とを含み、ケース１６の両側の育成床１４の植物１２に光を照射する。ケース１６は直方体であり、少なくとも植物１２と対面する面が透明であれば良い。また、防水構造とし、内部空間に配設した外部電極蛍光管１８を保護する。

ケース１６の表面に乱反射層を設け、植物のどの位置であっても光が均一に照射されるようにしても良い。図２のように外部電極蛍光管１８は一定間隔を有して配列されており、植物の位置によって光の強度の偏りを無くすためである。乱反射層としては、大きさ・形状等が不規則な突起を有する層である。

１つの照明装置１０が、照明装置１０の両側の育成床１４で生育されている植物１２に光を照射することができる。植物１２に対して側方または斜方から光を照射することとなる。植物１２の上方から照射する場合と異なり、植物１２の生育にしたがって植物１２と照明装置１０との距離が変化することがないため、一定の光量の光を照射することができる。したがって、植物１２の生長によって光の照射強度が変化することはない。

外部電極蛍光管１８は内部に水銀および希ガスを封入したガラス管の両端外部に電極２０を有するものである。外部電極蛍光管１８は約４０〜５０℃の発熱であり、排熱が容易であり、ランニングコストも高くならない。

また、ケース１６によって植物が直接外部電極蛍光管１８に触れるのを防止することができる。植物によっては４０〜５０℃の温度で死滅するおそれがあるが、それを防止することができる。

外部電極蛍光管１８の直径は数ミリであり、１本の外部電極蛍光管１８によって両側の植物１２に光を照射することができるため、ケース１６の厚みを薄くすることができ、単位面積あたりの収穫量を上げることができる。反射板を使用せずに光を植物１２に照射するため、反射板の反射率を気にしなくても良く、光のロスが小さくなる。すなわち、従来であれば反射板に照射されていた光が、直接ケースを介して植物１２に照射することができ、反射率による光の低減を気にしなくても良い。植物１２に対して両方向から光が照射されるため、植物１２に対する光の照射量を従来よりも高くすることができ、生長の促進を図ることもできる。また、ケース１６の高さは植物が生長したときの背丈の最大長よりも高くする。内部の外部電極蛍光管１８から確実に植物１２に光を照射するようにする。

複数の外部電極蛍光管１８の長軸が育成床１４の長辺の方向Ｘと同方向であり、かつ鉛直方向Ｚに複数の外部電極蛍光管１８が配列されている。そして、照明装置１０は、複数の外部電極蛍光管１８を下方から上方に順番に追加点灯させる点灯回路を含む。本発明は、複数の外部電極蛍光管１８が一斉に点灯する以外に、必要な外部電極蛍光管１８のみが点灯する。本発明では、下から植物１２の背丈と同じか少し高い位置の外部電極蛍光管１８まで点灯させる。例えば、植物１２の背丈よりも約５〜１０ｃｍ高い位置の外部電極蛍光管１８まで点灯するようにする。点灯する外部電極蛍光管１８を下方のものから順番に増加させていく理由は、植物１２の生長に合わせるためである。植物１２の生長に合わせて点灯する外部電極蛍光管１８の本数を変化させれば、照射効率が良く、消費電力や冷却電力などのランニングコストを低く抑えた照明装置１０となる。外部電極蛍光管１８の点灯本数を変更するための具体的手段を以下で説明する。

点灯回路は、図３に示すように、外部電極蛍光管１８への電力供給をおこなう電源２２と、複数の外部電極蛍光管１８のそれぞれに接続され、外部電極蛍光管１８と電源２２との接続または切断をおこなうスイッチＳと、植物１２の背丈を検知するセンサ２４と、センサ２４の出力に応じてスイッチＳのオンまたはオフを制御する制御回路２６とを含む。

電源２２はインバータなども含む。スイッチＳは外部電極蛍光管１８の両端にある外部電極２０の少なくとも一方に直列接続される。スイッチＳがオンすることによって外部電極蛍光管１８を点灯させる。スイッチＳとしてはリレースイッチなどが利用できる。

センサ２４が植物１２の背丈を検知することにより、点灯させるべき外部電極蛍光管１８が決定される。センサ２４は、超音波センサや光センサが利用できる。植物１２の上方に超音波センサを取り付けることにより、発信器が超音波を発振してから超音波センサで超音波検知した時間を計測することによって植物１２の背丈を計測することができる。また、光センサであれば、植物１２の両脇の一方に複数の発光素子、他方に複数の受光素子を鉛直方向Ｚに並べ、植物１２による光の遮蔽の有無を検出することによって植物１２の背丈を計測することができる。なお、光センサを使用する場合、図１などにおけるＸ方向に発光素子と受光素子を並べるのが好ましい。これは、外部電極蛍光管１８の光によってセンサが誤動作しないように、外部電極蛍光管１８の光を受光しにくいところにセンサを設置するためである。センサ２４は、全ての植物に対して設けるのではなく、育成床１４１つに対してに１つのセンサ２４を設けて、ある植物１２の背丈のみ検知しても良い。これは、外部電極蛍光管１８が例えば１ｍ位の長さがあり、１本の外部電極蛍光管１８で複数の植物１２に光を照射でき、同一品種の植物を同じ生長のタイミングになるように生育するためである。

制御回路２６は、センサ２４の出力から各スイッチＳにオンまたはオフの信号を出力する回路である。センサ２４の出力から植物１２の背丈がわかり、点灯させるべき外部電極蛍光管１８がわかる。制御回路２６は、回路、ソフト、またはその両方で上記のような動作をするように構成する。センサ２４の出力はアナログなのでディジタルに変換する変換回路をセンサ２４と制御回路２６との間に設けても良い。

植物１２の生育温度、光の照射時間でなどで植物１２の生長速度がわかるのであれば、上記のセンサ２４を使用せず、タイマーによって外部電極蛍光管１８の点灯制御をおこなっても良い。その場合の点灯回路は、外部電極蛍光管１８への電力供給をおこなう電源２２と、複数の外部電極蛍光管１８のそれぞれに接続され、外部電極蛍光管１８と電源２２との接続または切断をおこなうスイッチＳと、植物１２の生育時間を計時するタイマーと、タイマーの出力に応じてスイッチＳのオンまたはオフを制御する制御回路とを含む。

タイマーは植物１２の種を植えてから、または苗からの時間を基準として計時する。植物は所定時間で所定の背丈に生長する。

制御回路は、タイマーの出力から各スイッチＳにオンまたはオフの信号を出力する回路である。タイマーの出力によって植物１２の生育時間がわかり、その時間による植物１２の背丈がわかり、点灯させるべき外部電極蛍光管１８がわかる。制御回路は、回路、ソフト、またはその両方で上記のような動作をするように構成する。

上記のような点灯回路を設けることによって、自動的に必要な外部電極蛍光管１８を点灯させることができる。無駄な外部電極蛍光管１８の点灯が無く、センサなどの消費電力は小さなものであるため、ランニングコストを低くすることができる。

ケース１６を育成床１４の長辺の方向Ｘにスライドさせてケース１６と育成床１４を分離させる手段を設けてもよい。例えば、ケース１６の底面に車輪やレールを設ける。植物１２の収穫時に照明装置１０を移動させて育成床１４の横から無くすことによって、収穫がし易くなる。

以上、本発明は植物１２の側方から光を照射するように構成されており、苗であっても光の照射強度が減少することがない。また、植物１２の生長に合わせて点灯する外部電極蛍光管１８の本数を変更できるため、光の有効利用が可能である。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、図４のように、外部電極蛍光管１８を並べる方向を９０°変更しても良い。その場合、複数の外部電極蛍光管１８の長軸が鉛直方向Ｚであり、かつ育成床１４の方向Ｘと同方向に複数の外部電極蛍光管１８が配列される。植物１２の栽培の有無によって点灯させる外部電極蛍光管１８の本数を変更する。栽培を休止している場所の外部電極蛍光管１８を消灯させることにより無駄な電力消費を発生させないことができる。

また、複数の外部電極蛍光管１８のそれぞれに対して点灯または消灯をおこなうための点灯回路を有する。点灯回路は、外部電極蛍光管１８への電力供給をおこなう電源２２と、複数の外部電極蛍光管１８のそれぞれに接続され、外部電極蛍光管１８と電源２２との接続または切断をおこなうスイッチＳと、植物１２の有無を検知するセンサと、センサの出力に応じてスイッチＳのオンまたはオフを制御する制御回路とを含む。

センサは、超音波センサなどを利用して植物１２の有無を検知する。制御回路は、センサの出力から各スイッチＳにオンまたはオフの信号を出力する回路である。センサによって植物１２の有無がわかり、点灯すべき外部電極蛍光管１８がわかる。

上述した実施形態は全て自動でスイッチＳのオン・オフを切り替えていたが、手動で切り替えるようにしても良い。

また、１本の外部電極蛍光管１８が両側にある植物１２に光を照射したが、片側のみの植物１２に照射する構成であっても良い。図５に示すように、ケース１６ｂの透明であった側面のＡまたはＢの一方を反射板にする。複数並んだ育成床１４の一番外側に配置される照明装置１０の植物１２が無い側を反射板にする。また、このような照明装置を２つ用意し、反射板を有する面同士を背中合わせに接続して１つの照明装置としても良い。１本の外部電極蛍光管１８が１方向のみの植物１２に光を照射することとなる。

外部電極蛍光管１８を使用する以外に、冷陰極蛍光管、または蛍光灯を使用しても良い。外部電極蛍光管１８よりも温度が高くなるが、点灯するときの電圧などを低くすることができ、インバータを簡単にすることができる。

センサ２４を使用する以外に、植物１２をカメラで撮影し、コンピュータの画像処理をおこうことによって、植物１２の背丈が検出しても良い。画像処理したデータが制御回路２６に入力されることとなる。

育成床１４が図１のＸ方向にスライドして、ケース１６から分離されるようにしても良い。植物１２の横からケース１６が無くなるため、収穫がし易くなる。上述した内容と含め、育成床１４またはケース１６のいずれかにレールなどの移動手段を設け、種植えや収穫をし易くする。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

本発明の照明装置の外観を示す斜視図である。ケースの内部を示す断面図である。自動的に点灯する外部電極蛍光管の本数を変更する回路図である。ケースの内部を示す断面図である。ケースの一面に反射板を設ける場合の断面図である。

符号の説明

１０：照明装置
１２：植物
１４：育成床
１６，１６ｂ：ケース
１８：外部電極蛍光管
２０：外部電極
２２：電源
２４：センサ
２６：制御回路

Claims

植物に照射するための光を発光する照明装置であって、
前記植物を育てるための複数の育成床を有し、該育成床間に設けられた光透過性のケースと、
前記ケースの内部空間に配設された複数の外部電極蛍光管、冷陰極線蛍光放電管、あるいは蛍光灯を含む光源と、
を含み、前記ケースの両側の育成床の植物に光を照射する照明装置。
前記複数の光源の長軸が水平方向であり、かつ鉛直方向に前記光源が複数配列されている請求項１の照明装置。
前記複数の光源を下方から上方に順番に追加点灯させる点灯回路を含む請求項２の照明装置。
前記点灯回路が、
前記光源への電力供給をおこなう電源と、
前記複数の光源のそれぞれに接続され、該光源と電源との接続または切断をおこなうスイッチと、
前記植物の背丈を検知するセンサと、
前記センサの出力に応じて前記スイッチのオンまたはオフを制御する制御回路と、
を含む請求項３の照明装置。
前記点灯回路が、
前記光源への電力供給をおこなう電源と、
前記複数の光源のそれぞれに接続され、該光源と電源との接続または切断をおこなうスイッチと、
前記植物の生育時間を計時するタイマーと、
前記タイマーの出力に応じて前記スイッチのオンまたはオフを制御する制御回路と、
を含む請求項３の照明装置。
前記複数の光源の長軸が鉛直方向であり、かつ水平方向に前記光源が複数配列されている請求項１の照明装置。
前記複数の光源のそれぞれに対して点灯または消灯をおこなうための点灯回路を有し、該点灯回路が、
前記光源への電力供給をおこなう電源と、
前記複数の光源のそれぞれに接続され、該光源と電源との接続または切断をおこなうスイッチと、
前記植物の有無を検知するセンサと、
前記センサの出力に応じて前記スイッチのオンまたはオフを制御する制御回路と、
を含む請求項６の照明装置。
前記ケースと育成床とを分離させる手段を設けた請求項１乃至７の照明装置。