JP6698957B2 - 植物用照明器具及び植物用照明装置 - Google Patents
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Description
すなわち、例えば上記特許文献3などにも開示されているように、植物育成では一般的に複数の植物列(畝なども同様)が水平に並んで植えられることが多い。また、例えばイチゴのビニールハウス内での栽培においては、人が歩行可能な通路に沿って延びるプランターが当該通路を挟んで複数並置されることが一般的である。
しかしながらこのようなハウス栽培を含む屋内栽培においては、スペース効率を向上させ又は維持コストを節約する観点などから、照明器具の設置高さに制限が設けられることがある。一方で屋内栽培では出来るだけ植物を並置させたいニーズも強く、水平面上に出来るだけ広範囲にUV−B光が届くように照射して病害虫を除去しつつ、加えて直下の植物に対しては葉焼けを防止するため過度な照射は避けねばならない。
図1〜図6を用いて本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る植物用照明装置100の外観を模式的に示した図である。同図に示すように、植物用照明装置100は、光源LSと、植物用照明器具とを少なくとも含んでいる。このうち本実施形態における植物用照明器具は、後に詳述する第1反射部材10及び第2反射部材20を少なくとも含んで構成されている。
なお、本実施形態では病害虫除去のため光源LSから照射される光はUV−B光を用いたが、この形態に限られず、例えば植物の成長を助長する波長域であるUV−A領域の光やその他の波長域の光を用いてもよい。
まず第1反射部材10は、図1、2及び4などに示されるように、UV−B光Lを照射する光源LSに対して第1方向(図1の場合は−Z方向)における一方の側(上方の側)に配置される。かような第1反射部材10は、UV−B光Lを反射して第1方向における他方の側(Z方向に関して光源LSよりも下方)に導く機能を有している。
ここで「第1方向」とは、上記した第1反射部材10、光源LS及び第2反射部材20が植物に向けて並ぶ方向とも言える。本実施形態では植物用照明装置100の鉛直方向下方に植物が配置されることから−Z方向が第1方向となっているが、仮に植物が植物用照明装置100に対して水平方向のいずれか側(図1のX方向やY方向)に配置される場合には当該水平方向が第1方向となる。
なお本実施形態では、表面処理STの例として鏡面仕上げなどの正反射処理加工を例示したが、後述するとおりUV−B光Lを周囲に拡散反射させる粗面加工やアルミニウム粒子が分散した拡散コーティングなどの光拡散処理がさらに施されていることが好ましい。すなわち、本実施形態に好適な表面処理STとしては、正反射だけでなく拡散反射も生じる表面処理であるとよい。
これにより、第2反射部材20と第1傾斜面11の少なくとも一方から導かれたUV−B光Lが第2傾斜面12で反射されて第2反射部材20の裏側BS(後述する)にまで照射することが可能とされている。
第2反射部材20は、図1、2及び5などに示されるように、光源LSを挟むように第1方向(Z方向)に関して第1反射部材10とは反対側に配置される。換言すれば、Z方向に関して光源LSは第1反射部材10と第2反射部材20とで挟まれるように位置付けられる。この第2反射部材20の具体的な材質に特に制限はないが、上記した第1反射部材10と同様の素材を適用してもよい。
かような本実施形態の第2反射部材20aは、例えば第1反射部材10の下端周縁において接続部材23を介して第1反射部材10に吊り下げられるように接続される。かような接続部材23の端部における具体的な接続態様は、例えばネジ止めや溶着など公知の固定手段を用いてもよい。ただし第2反射部材20aの取り換え作業などを考慮すると、上記接続態様は着脱が容易なネジ止めなどの固定方法がより好ましい。
すなわち本実施形態の第2反射部材20aは、図5などに示されるように、上記したUV−B光Lがそのまま通過することを禁止する制限領域21が光源LSと対向するように配置される。本実施形態では光源LSは第2反射板20aのほぼ中央に対向して配置されるため、上記した制限領域21は、第2反射部材20aの中央を中心とした領域に位置付けられることになる。
従って光源LSの側から第2反射部材20aへ導かれたUV−B光Lは、制限領域21で反射して第1反射部材10の側などへ反射して導かれる一方で、調整領域22の貫通孔22aの内部を通過して周期的に強弱が現れず第2反射部材20aの裏側BSへと導光されることになる。
また、図5から明らかなとおり、X方向における制限領域21の長さは、調整領域22の長さよりも大きくなるように設定されている。
次に図6を主として用いつつ、本実施形態における第1反射部材10と第2反射部材20における大きさの比較や位置関係について説明する。なお説明の便宜上、接続部材23は図示を省略している。
まず図6(a)では、X方向及びZ方向における上記各部材の大きさや位置関係を示している。同図に示すとおり、第1傾斜面11と第2傾斜面12とが並ぶX方向においては、中央部11aを基準に対称形状となっている。
l2>l1
l1≧l3
h1>h2
h1>h3
h3≧h2
α<β
l3>l4
l4>l5
l7>l4
l6>l7
γ≧β
γ<90
275mm≦l1≦325mm
375mm≦l2≦425mm
195mm≦l3≦425mm
120mm≦l4≦250mm
140mm≦l5≦160mm
270mm≦l6≦370mm
220mm≦l7≦320mm
25°≦α≦35°
55°≦β≦65°
75°≦γ≦85°
70mm≦h1≦80mm、
40mm≦h2≦50mm
30mm≦h3≦60mm
30mm≦h1−h3≦50mm
ここで本発明に好適な植物Pとしては、土壌栽培や水耕栽培など種々の育成形態によって育成される様々な植物に好適である。かような植物Pとして、例えばレタス、グリーンリーフ、サラダ菜、水菜、ほうれん草、ハーブ類などの葉物野菜、ナスやトマトなどの果菜、あるいはイチゴ、メロン、スイカなど室内栽培が可能な果物類が特に適している。
このように光源LSから照射された光は、第1反射部材10と第2反射部材20の間で反射を繰り返したりして、あるいはそのまま第2反射部材20の調整領域22に到達する。そして第2反射部材20に受光されるUV−B光のうち調整領域22に照射される光は、貫通孔22aを介して当該第2反射部材20の裏側BSへ拡散しながら植物Pに向けて照射される。
次に図8を用いて本実施形態の第2実施形態について説明する。
上記した第1実施形態では第1反射板10は実質的にむき出しの状態であったが、本実施形態では第1反射部材10を収容する外枠50を有する点に主とした特徴がある。また、本実施形態における第2反射部材20のX方向における長さは、第1実施形態における第2反射部材20のX方向における長さよりも短くなっている。なお、これらの特徴は本実施形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の実施形態や変形例においても共通して有することができる。
よって、以下では既述した実施形態と異なる点を主として説明し、既述の実施形態と同様な機能を持つ部材については同じ番号を付してその説明は適宜省略する(続く変形例でも同様)。
また同図に示すとおり、第1実施形態でのX方向における第1反射部材10の長さと第2反射部材20の長さはほぼ同じとなっていたが、本実施形態では外枠50と第1反射部材10のX方向における長さはほぼ等しくなっている。また、本実施形態で第2反射部材20のX方向における長さは、第1反射部材10のX方向における長さよりも短くなるように設定されている。
また、第1実施形態と異なり、本実施形態では外枠51の四隅に設けられた接続部53を介して第2反射部材20が接続される。この接続部53の具体的な固定方法にも、特に限定はなく、例えば細長い針金や丸棒などのシャフト部材を両端でネジ止めや溶着など公知の種々の固定手段を用いてもよい。
次に図9を用いて本実施形態の第3実施形態について説明する。
上記した第1実施形態では第2反射板20aは接続部材23を介して第1反射部材10に吊り下げられるように接続されていたが、本実施形態では高さ変更装置60と可撓性連結材61を介して第1反射部材10に吊り下げられる点に主とした特徴がある。なお、この特徴は本実施形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の実施形態や変形例においても共通して有することができる。
すなわち、高さ変更装置60は、可撓性連結材61の個数に対応して設置され、当該可撓性連結材61の長さを可変させる機能を有している。高さ変更装置60の例としては、例えば公知の電動リール機構などが例示できる。
なお本実施形態においては、高さ変更装置60は第1反射部材20の四隅に設置されているが、このような設置個所に限られない。例えば第1実施形態の接続部材23のように、第1反射部材10の四隅以外の個所に設置されていてもよい。
また、図示において高さ変更装置60は第1反射部材10の四隅に取り付けられているが、例えば外枠50を備える場合には当該外枠50に高さ変更装置60が取り付けられる。
まず作業者は、ビニールハウスなどの屋内環境下で、植物用照明100を規定された設置高さ(例えば後述ごとき植物Pから100cm以下の距離)に光源LSが位置するように設置する。
ついで植物Pの高さに相当する照射面(例えば後述する400cm×300cmの面)内に不図示の紫外線測定センサーを配置してUV−B光の強さや光量などをモニターする。
このとき例えば高さ変更装置60を介して可撓性連結材61を巻いたり巻き戻したりすることで、第2反射部材20aを第1反射部材10に対して近接又は離間させる作業を行う。
そして作業者は、この紫外線測定センサーからの測定値をモニターしつつ、最良の照射状態となったときの第1反射部材10に対する第2反射部材20aの距離を固定する。
次に図10〜13を用いて本実施形態の第4実施形態について説明する。
上記した第1実施形態〜第3実施形態においては平面視が矩形状の第1反射部材10や第2反射部材20が用いられていた。これに対して本実施形態では、第1反射部材10が下方(当該第1反射部材10を基準とした場合の第2反射部材20側)に開口した錐体である点、第2反射部材20が平面視において1つの内角が108°以上の多角形又は円形である点、光源LSが横置きでなく鉛直方向に立設する縦置きされる点などに主とした特徴がある。
図11に示すとおり、本実施形態における第1反射部材10は、平面視が円形であって、下方に向けて窪んだ第1傾斜面11と、この第1傾斜面11の外側で下方に向けて据え広がる第2傾斜面12と、を有して構成されている。このように本実施形態の第1反射部材10も、第1実施形態と同様に、中央部を底部として外縁11bに至るまで登り斜面となった下に凸状の第1傾斜面11を有していると言える。
接続用開口15は、上記した光源が挿入可能な大きさの円孔である。なお本例では接続用開口15は円孔となっているが、光源が挿入可能であれば円状である必要は必ずしもなく例えば矩形の開孔であってもよい。
なお図10(a)に示すとおり、本実施形態では合計3本の接続部材23を介して第2反射部材20a´が第1反射部材10と接続されているが、この形態には限られない。すなわち第2反射部材20a´が第1反射部材10に対して安定して固定可能であれば、3本以上の複数の接続部材23によって吊り下げされていてもよいし、単数の接続部材23によって吊り下げされていてもよい。さらに、照射分布を微調整するために、第2反射部材20a´の吊り下げ位置を調整可能とするようにすることが好ましい。
すなわち光源LSから照射されるUV−B光の中心部(第2反射部材20a´直下付近)への照度は、第2反射部材20a´と光源LSとの間の距離が近くなれば高くなり、逆に光源LSからの距離が遠くなれば上記中心部の照度は低下する傾向にある。また、上記UV−B光の照射分布は、第2反射部材20a´の貫通孔22aによる開口率や第2反射部材20a´の制限領域21の広狭によっても調整可能である。
このことから、光源LS(の中心)から第2反射部材20a´までの距離は、例えば50mm〜150mmの範囲で調整するのが望ましい。
かような観点から、本実施形態では、中心Oから調整領域22までの幅(l8/2)が、調整領域22の幅l9よりも大きくなるように設定されている。なお図10及び図13より、本実施形態では、l11=l8+(2×l9)の関係が成立している。
すなわち、上記UV−B光の照射分布は、第2反射部材20a´と光源LSとの距離や貫通孔22aによる開口率等によって変化するが、上記した中心部の照度が極端に高くならないためには、一例として、(D2/D1)>1/2を満足することがよく、さらには(D2/D1)>2/3であることが好ましい。
以上説明した各実施形態は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。
以下、本発明に適用が可能な種々の変形例について説明する。
図14に、上記した各実施形態に適用が可能な第2反射部材20の変形例を示す。
同図に示される第2反射部材20bは、上記第1〜第4実施形態で説明した第2反射部材20に比して制限領域21の構造は同様であるが調整領域22の構造が異なっている。
一方で制限領域21については、上記した実施形態と同様に、拡散や正反射を効率的に行えるような表面処理STが施されていてもよい。
なお本変形例1では、X方向における制限領域21の幅は、調整領域22の幅よりも広くなるように設定されていたが、これらが同じ幅であってもよいし、調整領域22の幅のほうが広くなるよう設定されていてもよい。
図15に上記した各実施形態などに適用が可能な他の変形例を示す。
すなわち本変形例2においては、上記第1〜第4実施形態で説明した第2反射部材20の下方に更に第3反射部材30を備えている点に主とした特徴がある。換言すれば植物用照明器具は、第2反射部材20の下方に配置されて、この第2反射部材20を通過したUV−B光を下方に向けて拡散させる第3反射部材30をさらに含んでいてもよい。
なお図示では第2反射部材20と第3反射部材30の貫通孔22a同士が一部も重ならないように配置されているが、この例に限定されず、少なくともZ方向に関して一方の貫通孔が他方の貫通孔に完全包含されない条件で部分的に重なっていてもよい。
なお第3反射部材30については、制限領域21があってもよいし省略されていてもよい。
また、本変形例ではスペーサー32を用いたが、締結手段31によって第2反射部材20と第3反射部材30の間隙を維持するように互いを固定することでスペーサー32を省略してもよい。
図16に上記した各実施形態などに適用が可能な他の変形例を示す。
すなわち本変形例3においては、上記した変形例2に対してスペーサー32が除外されて光学板40をさらに備えている点に主とした特徴がある。
次に図17に上記した各実施形態などに適用が可能な他の変形例を示す。
すなわち本変形例4では、第2反射部材20として適用が可能な貫通孔22aの配置形態や第2反射部材20の外形として適用可能なその他の例を示している。
また、図17(b)のように、第2反射部材20は、平面視が正方形の板状体でもよい。すなわち第2反射部材20は、上記第4実施形態で説明した八角形など平面視が多角形状又は円形状の板状態とすることができる。
また、図17(b)や(c)においても、図17(a)の場合と同様に制限領域21の外縁に貫通孔22aを形成してもよい。
図18に上記した各実施形態などに適用が可能な他の変形例を示す。
上記した各実施形態や変形例において第2反射部材20は平板状であったが、本変形例5では第2反射部材20が曲げ加工された板状体である点に主とした特徴がある。
また、上記実施形態と同様に中心付近が制限領域21となる一方で周縁が調整領域22となっている。
そして調整領域22に形成される貫通孔22aは、端部20h2に近づくに従って孔径が拡大するようになっている。換言すれば上記した実施形態や変形例における調整領域22に形成される複数の貫通孔22aは、必ずしも互いに同じ孔径とせずともよく、端部や外縁に向けて徐々に拡大するように異なる孔径とすることができる。
このように第2反射部材20は、必ずしも平らな板とする必要はなく、例えば本変形例のごとき折り曲げ板となっていてもよい。
また、本変形例の第2反射部材20hは、中央部分の一ヶ所を折り曲げる板であったが、二回以上折り曲げ箇所を有する折り曲げ板(W形状またはM形状)としてもよい。この場合においては、頂部20h1や底部20h1は、折り曲げた回数分だけ形成されることになる。
図19に上記した各実施形態などに適用が可能な他の変形例を示す。
同図に示す第2反射部材20iでは、調整領域22に形成される貫通孔22aに対してさらに光散乱板22bが設けられている点に特徴がある。
以下では、上記で詳述した植物用照明器具および植物用照明装置100を組み込んだ植物用照明システムISを説明するとともに、植物用照明装置100による照射状態をシミュレーションにより調べた結果を示す。
なおシミュレーションは、INTEGRA社製lumicept(ルミセプト)を用いて行った。
より具体的に図21(a)は、植物用照明装置100を9つ準備してそれぞれ吊り下げた状態として植物用照明システムISのシミュレーションによる光量のグラフを示す。なお植物用照明システムISにおける測定面の面積は、横方向(X方向)に1200cm、縦方向(Y方向)に900cmとして、1080000cm2と設定した。このとき、上記した測定面(光源LSから下方に75cm離れた1080000cm2の面)内での最大照度は約240ルクス(lx)であり、平均照度は約65ルクス(lx)となった。
UV−B光の最大強度が30μWを超えてしまうと第2反射部材20の裏側に導かれるUV−B光の強度が強過ぎて葉焼けを生じてしまう可能性が高くなるからである。
また、UV−B光の平均強度が5μW未満では上記照射範囲の中で病害虫の除去に必要なUV−B光の強度が得られない領域が発生してしまい、一方で10μWを超えてしまうとUV−B光の強度が強過ぎて葉焼けの生じる領域が発生し得るからである。
換言すれば、光源LSからのUV−B光は、可能な限り均質となるように四方へ拡散しており、栽培される植物に対して必要充分な量のUV−B光を供給可能なことが証明された。
IS 植物用照明システム
LS 光源
ST 取り付け部
100 植物用照明装置
10 第1反射部材
20 第2反射部材
30 第3反射部材
40 光学板
50 外枠
60 高さ変更装置
Claims (16)
- UV−B光を照射する光源に対して第1方向における一方の側に配置され、前記UV−B光を前記第1方向における他方の側に導く第1反射部材と、
前記光源を挟むように前記第1方向に関して前記第1反射部材とは反対側に配置され、受光した前記UV−B光のうちの一部を前記第1反射部材の側へ導くとともに、前記受光したUV−B光のうちの他部を裏側へ導く前記第2反射部材と、
を含み、
前記第1反射部材は、前記第1反射部材の中央が前記光源と対向するように配置されていることを特徴とする植物用照明器具。 - UV−B光を照射する光源に対して第1方向における一方の側に配置され、前記UV−B光を前記第1方向における他方の側に導く第1反射部材と、
前記光源を挟むように前記第1方向に関して前記第1反射部材とは反対側に配置され、受光した前記UV−B光のうちの一部を前記第1反射部材の側へ導くとともに、前記受光したUV−B光のうちの他部を裏側へ導く前記第2反射部材と、
を含み、
前記第1反射部材は、前記光源に向けて下に凸状の第1傾斜面を含んで構成され、
前記第2反射部材から導かれた前記UV−B光が前記第1傾斜面で反射される植物用照明器具。 - 前記第1反射部材は、前記第1傾斜面の外縁で当該第1傾斜面と山なりに交差して傾斜する第2傾斜面をさらに有し、
前記第2反射部材と前記第1傾斜面の少なくとも一方から導かれた前記UV−B光が前記第2傾斜面で反射されて前記第2反射部材の裏側に照射される請求項2に記載の植物用照明器具。 - 前記第1反射部材は、前記第1方向及び前記第1傾斜面と前記第2傾斜が並ぶ第2方向と直交する第3方向に関し、前記光源から離間した側の端部が前記下方に折り返された第3傾斜面を含んで構成されている請求項3に記載の植物用照明器具。
- 前記第1反射部材は、前記第2反射部材に向けるよう下方に開口した錐体であり、
前記錐体における中央には前記光源が挿入可能な接続用開口が形成されてなる請求項1又は3に記載の植物用照明器具。 - 前記第1反射部材は、平面視が円形であって、前記下方に向けて窪んだ第1傾斜面と、この第1傾斜面の外側で前記下方に向けて据え広がる第2傾斜面と、を有して構成されている請求項5に記載の植物用照明器具。
- 前記第1反射部材の下端における外径と、前記第2反射部材の外径は、互いに実質的に等しくなるように構成されている請求項5又は6に記載の植物用照明器具。
- 前記第2反射部材は、平面視において1つの内角が108°以上の多角形又は円形であるように構成されている請求項5〜7のいずれか一項に記載の植物用照明器具。
- 少なくとも前記光源と向く側における前記第1反射部材の表面には、受光した前記UV−B光を拡散反射させる表面処理が施されてなる請求項1〜8のいずれか一項に記載の植物用照明器具。
- 前記第2反射部材は、
前記UV−B光がそのまま通過することを禁止する制限領域が前記光源と対向するように配置され、
前記制限領域の外側には、受光した前記UV−B光の少なくとも一部が直接通過することを許容する調整領域が配置されている請求項1〜9のいずれか一項に記載の植物用照明器具。 - 前記調整領域には複数の貫通孔が形成され、
前記制限領域には前記貫通孔が形成されず受光した前記UV−B光を反射する反射面が形成されている請求項10に記載の植物用照明器具。 - UV−B光を照射する光源に対して第1方向における一方の側に配置され、前記UV−B光を前記第1方向における他方の側に導く第1反射部材と、
前記光源を挟むように前記第1方向に関して前記第1反射部材とは反対側に配置され、受光した前記UV−B光のうちの一部を前記第1反射部材の側へ導くとともに、前記受光したUV−B光のうちの他部を裏側へ導く前記第2反射部材と、
を含み、
前記第2反射部材の下方に配置されて、前記第2反射部材を通過した前記UV−B光を前記下方に向けて拡散させる第3反射部材をさらに含む植物用照明器具。 - 受光した前記UV−B光の少なくとも一部を通過させる複数の貫通孔が前記第2反射部材に形成されるとともに、
前記鉛直方向に関して前記第2反射部材の貫通孔と重ならないように複数の貫通孔が前記第3反射部材に形成されている請求項12に記載の植物用照明器具。 - UV−B光を照射する光源に対して第1方向における一方の側に配置され、前記UV−B光を前記第1方向における他方の側に導く第1反射部材と、
前記光源を挟むように前記第1方向に関して前記第1反射部材とは反対側に配置され、受光した前記UV−B光のうちの一部を前記第1反射部材の側へ導くとともに、前記受光したUV−B光のうちの他部を裏側へ導く前記第2反射部材と、
を含み、
前記第1反射部材は、平面視が長方形であって、当該長方形の長辺方向に関し、前記光源に対して直上の位置を底部とした下に凸状の第1傾斜面と、前記第1傾斜面の外縁で折り返されるように傾斜する第2傾斜面と、を含んで構成され、
前記長辺方向に関する前記第2反射部材の長さは、前記第1傾斜面の一方の外縁から他方の外縁までの長さよりも大きい植物用照明器具。 - 前記光源からの距離が0.75mを通る前記第1方向と直交する平面における400cm×300cmの照射範囲における前記UV−B光の最大強度が30μW/cm2以下であって、且つその平均強度が5〜10μW/cm2である請求項1〜14のいずれか一項に記載の植物用照明器具。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載の植物用照明器具と、
前記UV−B光を照射する電球型光源と、
を含むことを特徴とする植物用照明装置。
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