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【発明の名称】 植物育成装置
【発明者】 【氏名】守谷 孝志

【氏名】北原 弘一
【要約】 【課題】構成が簡易でありコスト高を招くことなく、できるだけ自然光に近い人工光を容易に実現することができる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、共にメタルハライドランプ３４であるＤｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａと、Ｓｎ系ランプ３４Ｂとを備え、両ランプ３４Ａ，３４Ｂ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。
【特許請求の範囲】
【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、共にメタルハライドランプであるＤｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプと、Ｓｎ系ランプとを具備して成り、前記Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプと前記Ｓｎ系ランプとを、互いの照射光が略同率に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。
【請求項２】前記Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプと前記Ｓｎ系ランプのそれぞれの個数およびワット数を略同一に揃え、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。
【請求項３】前記Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプと前記Ｓｎ系ランプのそれぞれの点灯個数を変えることにより、両ランプの照射光が略同率に混合された状態を維持しつつ、光強度を段階的に制御可能なことを特徴とする請求項１または２記載の植物育成装置。
【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】従来より植物育成装置の目的の一つとして、自然界に近似した環境の再現があり、特に育種や病理等の生態学的実験を人工光源で行うような場合、できるだけ自然光に近い人工光が求められていた。ところが実際は、植物の生長と発育にある程度効果があるならば、設備コスト等を考慮して人工光源を決めるのが現実であり、一般にはＳｎ系ランプ等、特定のメタルハライドランプが選択され使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述した植物育成装置では、通常は一種のランプのみを選択して人工光源を構成していたため、例えばＳｎ系ランプを選択した場合には、青色光（４００〜５００ｎｍ）の波長領域が、自然光に比べて明らかに乏しいという問題があり、自然光の再現は困難だった。
【０００４】ところで、人工光源を備えたこの種の装置として、例えば、特開昭６３−７９５３１号公報に示すようなものがある。これは、異なるエネルギー分布を持つ複数個の人工光源の発光量を、それぞれ制御装置で制御することにより、植物に適した光環境を作成する装置である。
【０００５】しかし、このような装置であっても、発光量を調整する制御装置を備えることで、大幅なコストアップを招いてしまうと共に、結局、具体的にどのようなエネルギー分布をどの割合で組み合わせれば、自然光を再現できるかということは分からなかった。
【０００６】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、構成が簡易でありコスト高を招くことなく、できるだけ自然光に近い人工光を容易に実現することができる植物育成装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【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、共にメタルハライドランプ（３４）であるＤｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ（３４Ａ）と、Ｓｎ系ランプ（３４Ｂ）とを具備して成り、前記Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ（３４Ａ）と前記Ｓｎ系ランプ（３４Ｂ）とを、互いの照射光が略同率に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）。
【０００８】［２］前記Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ（３４Ａ）と前記Ｓｎ系ランプ（３４Ｂ）のそれぞれの個数およびワット数を略同一に揃え、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［１］記載の植物育成装置（１０）。
【０００９】［３］前記Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ（３４Ａ）と前記Ｓｎ系ランプ（３４Ｂ）のそれぞれの点灯個数を変えることにより、両ランプの照射光が略同率に混合された状態を維持しつつ、光強度を段階的に制御可能なことを特徴とする［１］または［２］記載の植物育成装置（１０）。
【００１０】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、Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ（３４Ａ）によって、自然光のうち約４００〜７００ｎｍの波長域に近似した光が得られるが、自然光に比べて遠赤色光（７００〜８５０ｎｍ）の波長域の光は相当不足する。一方、Ｓｎ系ランプ（３４Ｂ）によって、自然光のうち遠赤色光（７００〜８５０ｎｍ）を含む長波長側の光が得られるが、自然光に比べて５３０ｎｍ付近以下の短波長側の光は相当不足する。
【００１１】発明者らの調査研究の結果、前記Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ（３４Ａ）と前記Ｓｎ系ランプ（３４Ｂ）の互いの照射光を略同率に混合させることにより、自然光の種々相のスペクトルに極めて近似した光を得ることができる。ここで両ランプの照射光を略同率に混合させるには、例えば、ワット数を１：１の割合に設定すればよい。
【００１２】また、［２］記載のように、両ランプ（３４Ａ，３４Ｂ）をそれぞれ略同一のワット数のものを略同一個数ずつ用意し、両ランプ（３４Ａ，３４Ｂ）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れば、両ランプ（３４Ａ，３４Ｂ）の照射光をほぼ均一に混合させることができる。このような簡易な構成により、コスト高を招くことなく、自然光に近似した光環境を実現することができる。
【００１３】更にまた、［３］記載のように、両ランプ（３４Ａ，３４Ｂ）を、例えばそれぞれ同数ずつ点灯または消灯することにより、両ランプ（３４Ａ，３４Ｂ）の照射光が略同率の混合された状態、すなわち、自然光に近似した光環境を維持しつつ、光強度を段階的に制御して、植物生育に対する光強度の影響を調べるような実験を効率的に行うことができる。
【００１４】
【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。
【００１５】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。
【００１６】床板２１には、その全域に多数の吹出孔２２が開設されている。一方、天井板２３には、光源室３０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。
【００１７】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。
【００１８】人工光源３１は、共にメタルハライドランプ３４であるＤｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａと、Ｓｎ系ランプ３４Ｂとを具備して成る。Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４ＡとＳｎ系ランプ３４Ｂは、それぞれ互いの照射光が略同率に混合された状態で、床板２１上の植物に照射されるように配設されている。
【００１９】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３６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。
【００２０】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等の種類が異なり、その代表的なものがＤｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａと、Ｓｎ系ランプ３４Ｂである。Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａは５３５ｎｍに強い輝線を有し、Ｓｎ系ランプ３４Ｂは遠赤色光域のエネルギー比が大きいランプである。
【００２１】詳しく言えば、Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａは、石英発光管３６内に水銀、アルゴンの他に、ジスプロシウム、タリウム等のハロゲン化物を封入したランプである。Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａの発光効率は水銀ランプの約１．５倍あり、演色性は平均演色評価数Ｒａが９０程度に達する。具体的には例えば、ＢＯＣランプ（登録商標）等が知られている。
【００２２】図６は、Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａと自然光の分光エネルギー分布を比較したグラフである。ここで自然光は、地表において最も高い頻度で得られる色温度の太陽光とする。このグラフから分かるように、Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａの分光エネルギー分布は、広い可視領域にわたる豊富な連続スペクトルと、５３５ｎｍの強いタリウムラインによって象徴される。連続スペクトルは、主にＤｙによる無数のラインスペクトルの集まりから成り、この光源に高演色の特性を与えている。ただし、自然光に比べて遠赤色光（７００〜８５０ｎｍ）の波長域の光は相当不足している。
【００２３】一方、Ｓｎ系ランプ３４Ｂは、ハロゲン化錫（ＳｎI，ＳｎＢｒ）の分子発光による連続スペクトルを利用したランプである。Ｓｎ系ランプ３４Ｂの発光効率は水銀ランプと同程度であるが、演色性は平均演色評価数Ｒａが９２程度に達する。具体的には例えば、陽光ランプ（登録商標）等が知られている。
【００２４】図７は、Ｓｎ系ランプ３４Ｂと自然光の分光エネルギー分布を比較したグラフである。前記同様に自然光は、地表において最も高い頻度で得られる色温度の太陽光とする。このグラフから分かるように、Ｓｎ系ランプ３４Ｂの分光エネルギー分布は、沃化錫の分子発光による広い可視領域にわたる連続スペクトルに象徴される。ところが、自然光に比べて５３０ｎｍ付近以下の短波長側の光は相当不足している。
【００２５】Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４ＡとＳｎ系ランプ３４Ｂ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３４Ａ，３４Ｂ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。
【００２６】図２の例では、白丸がＤｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａであり、斜線のある丸がＳｎ系ランプ３４Ｂ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。
【００２７】図３および図４に示すように、両ランプ３４Ａ，３４Ｂの口金３９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３４Ａ，３４Ｂ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。
【００２８】図２において、Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４ＡとＳｎ系ランプ３４Ｂ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３４Ａ，３４Ｂのワット数は１：１の割合に設定されており、両ランプ３４Ａ，３４Ｂの数はそれぞれ１０個である。
【００２９】このような人工光源３１による実験の結果、Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４ＡとＳｎ系ランプ３４Ｂの互いの照射光を略同率に混合させたことにより、図８に示すように、自然光の種々相のスペクトルに極めて近似した光を得ることができた。図８中で、■が前記両ランプ３４Ａ，３４Ｂの混合光の分光エネルギー分布を示し、■が実際の実験日（晴天）における自然光の分光エネルギー分布を示している。
【００３０】また、両ランプ３４Ａ，３４Ｂのそれぞれの点灯個数を変えて、両ランプ３４Ａ，３４Ｂの照射光が略同率に混合された状態を維持しつつ、光強度を段階的に制御可能に構成されている。例えば、両ランプの点灯個数を、それぞれ同数ずつ点灯または消灯すればよい。この場合、両ランプ３４Ａ，３４Ｂ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。
【００３１】また、前記光源室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。
【００３２】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。
【００３３】次に作用を説明する。前記植物育成装置１０によれば、Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａにより、図６に示すように、自然光のうち約４００〜７００ｎｍの波長域に近似した光が得られる。しかし、自然光に比べて遠赤色光（７００〜８５０ｎｍ）の波長域の光は相当不足する。
【００３４】一方、Ｓｎ系ランプ３４Ｂによれば、図７に示すように、自然光のうち遠赤色光（７００〜８５０ｎｍ）を含む長波長側の光が得られる。ところが、自然光に比べて５３０ｎｍ付近以下の短波長側の光は相当不足する。
【００３５】図２に示すように、これら２つのランプ３４Ａ，３４Ｂはワット数が等しく、略水平に沿って交互に並ぶマトリックス状に配設させたことにより、両ランプ３４Ａ，３４Ｂの照射光は、ほぼ均一かつ同率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。
【００３６】Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４ＡとＳｎ系ランプ３４Ｂの互いの照射光が略同率に混合されることにより、図８に示すように、自然光の種々相のスペクトルに極めて近似した混合光を得ることができる。すなわち、Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａには足りない遠赤色光（７００〜８５０ｎｍ）は、Ｓｎ系ランプ３４Ｂによって補われ、逆にＳｎ系ランプ３４Ｂには足りない５３０ｎｍ付近以下の短波長側の光は、Ｄｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａによって補われる。
【００３７】このように、例えば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３４Ａ，３４Ｂを組み合わせることで、青色光（４００〜５００ｎｍ）、赤色光（６００〜７００ｎｍ）、および遠赤色光（７００〜８５０ｎｍ）の比が自然光に近い光環境を人工的に作成することができる。
【００３８】また、図２において両ランプ３４Ａ，３４Ｂを、それぞれ同数ずつ点灯または消灯することにより、両ランプ３４Ａ，３４Ｂの照射光が略同率に混合された状態を維持しつつ、光強度を段階的に制御することもできる。従って、自然光に近似した光環境を維持しつつ、植物生育に対する光強度の影響を調べるような実験も効率的に行うことができる。この場合、両ランプ３４Ａ，３４Ｂ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。
【００３９】前記自然光における青色光／赤色光、赤色光／遠赤色光の比は、朝夕の一時期を除いてほぼ一定であるが、厳密に言えば朝はやや青色光が多く、夕方は赤色光が多い。このような自然界の実情に合わせて、両ランプ３４Ａ，３４Ｂの点灯個数を任意に変えて調整するようにしてもよい。
【００４０】図３および図４に示すように、両ランプ３４Ａ，３４Ｂ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。そのため、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３４Ａ，３４Ｂ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。
【００４１】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５３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。
【００４２】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。
【００４３】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。
【００４４】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３４Ａ，３４Ｂ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。
【００４５】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、ランプ３１は光源室３０内にとどめ、ガラス板に多数の吸込孔を開設するようにしてもよい。
【００４６】また、図２中では、白丸がＤｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプ３４Ａであり、斜線のある丸がＳｎ系ランプ３４Ｂであるが、逆の態様でも構わない。また、両ランプ３４Ａ，３４Ｂ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３４Ａ，３４Ｂ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。なお、両ランプ３４Ａ，３４Ｂの特性や、図６，図７のグラフは、稲田勝美著，光と植物生育（養賢堂）を参照した。
【００４７】
【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、共にメタルハライドランプであるＤｙ−Ｔｌ−Iｎ系ランプと、Ｓｎ系ランプとを備え、前記両ランプを、互いの照射光が略同率に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、構成が簡易でありコスト高を招くことなく、できるだけ自然光に近い人工光を容易に実現することができる。
【出願人】 【識別番号】３９００１００５４
【氏名又は名称】小糸工業株式会社
【出願日】 平成１０年（１９９８）３月１７日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】笹井 浩毅
【公開番号】 特開平１１−２６２３３２
【公開日】 平成１１年（１９９９）９月２８日
【出願番号】 特願平１０−６６７０３