| 【発明の名称】 |
土壌の温度制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】原川 健一
【氏名】斉藤 俊夫
【氏名】水谷 敦司
【氏名】樋口 祥明
【氏名】高橋 紀行
【氏名】三輪 隆
【氏名】稲岡 徹
【氏名】佐久間 護
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| 【要約】 |
【課題】電磁波を使用することで、土壌の遠隔加温が可能な土壌の温度制御装置を得る。
【解決手段】サッカー場１０のグランド１２には芝生２０が育成されると共にカーボンファイバーが混入されている。サッカー場１０には、フェーズドアレイアンテナ２６が配設されている。ここで、フェーズドアレイアンテナ２６から電磁波の照射角度を変えることによりグランド１２の全域に電磁波を照射する。そして、グランド１２の中に混合されたカーボンファイバーが電磁波を吸収して発熱することにより、熱交換作用によってグランド１２の全域が加温される。これにより、芝生２０の育成を増進させることができる。また、芝生２０を植え替える際には、グランド１２を高温に加熱することにより、グランド１２の土壌殺菌をすることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 土壌に混在又は積層されて配設され、電磁波を吸収し発熱する電磁波吸収部材と、前記土壌に対応して設置され、前記土壌の領域の一部の範囲へ電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記土壌の領域の全てに前記電磁波照射手段から出力される電磁波が行き渡るように照射範囲をスキャニングするスキャニング手段と、を有する土壌の温度制御装置。
【請求項２】 土壌に混在又は積層されて配設され、電磁波を吸収し発熱する電磁波吸収部材と、前記土壌に対応して設置され、前記土壌の領域の一部の範囲へ電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記土壌の領域の全てに前記電磁波照射手段から出力される電磁波が行き渡るように照射範囲をスキャニングするスキャニング手段と、前記電磁波照射手段による電磁波照射範囲内における前記土壌の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した検出温度に基づいて、各電磁波照射範囲内での前記電磁波照射手段による電磁波の出力強度を制御する出力強度制御手段と、を有する土壌の温度制御装置。
【請求項３】 前記スキャニング手段が、前記電磁波照射手段を土壌全域を見渡せる高架位置に配設するための高架台と、前記高架台に設けられた前記電磁波照射手段の電磁波の照射方向を変更する変更手段と、で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の土壌の温度制御装置。
【請求項４】 前記スキャニング手段が、前記電磁波照射手段の照射面を前記土壌に接近かつ対向させて搭載し、土壌領域内を移動する移動体であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の土壌の温度制御装置。
【請求項５】 前記土壌の所定深さ位置に配設され、前記土壌表層部から入射した電磁波を反射する反射部材を、さらに有する請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の土壌の温度制御装置。
【請求項６】 前記反射部材がメッシュ状の電磁シールド板であり、前記反射部材の表裏間での水分を含む栄養分の流動を妨げないことを特徴とする請求項５記載の土壌の温度制御装置。
【請求項７】 前記電磁波照射手段による電磁波照射範囲内における予め定められた対象物の有無を検出する対象物検出手段と、前記対象物検出手段が前記対象物を検出した場合に、電磁波の照射を制限する制限手段と、をさらに有する請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の土壌の温度制御装置。
【請求項８】 前記電磁波吸収部材の前記土壌の深さ方向の密度を変化させ、前記土壌の深さ方向の発熱分布を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の土壌の温度制御装置。
【請求項９】 前記土壌を生物が生息できない温度まで加熱することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の土壌の温度制御装置。
【請求項１０】 前記土壌で栽培植物を栽培する前または前記土壌で前記栽培植物を栽培後植え替える前に、前記土壌を前記生物が生息できない温度まで加熱することを特徴とする請求項９記載の土壌の温度制御装置。
【請求項１１】 栽培植物の根元及び前記根元の近傍以外の部位に前記電磁波吸収部材を配設したことを特徴とする請求項９記載の土壌の温度制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、植物が育成または栽培される土壌の加温を行う場合の土壌の温度制御装置に関する。
【０００２】なお、本明細書では、作物や園芸植物などの土壌で栽培される植物を「栽培植物」という。
【０００３】
【従来の技術】従来より、積雪寒冷地において、サッカー場、ゴルフ場、及びパークゴルフ場等の芝生地は、晩秋期から早春期までの約５ヶ月間、土壌の凍結や積雪のため使用できなくなる。このため、温水を通すパイプを土壌中に敷設する方法（以下、「温水方法」という）及び、電熱線や発熱体を土壌中に敷設する方法（以下、「土壌発熱方法」という）により、土壌を加温していた。
【０００４】また、積雪寒冷地に限らず他の地域でも、土壌の温度制御が容易にできることは良好な植物育成に有効である。
【０００５】一方、作物や園芸植物などの栽培植物を栽培する土壌では、土壌に病害虫（昆虫等）、病害微生物、雑草および雑草の種子または残留根（以下、これらを総称して「有害生物」という）が存在すると、これらは栽培に対する大きな阻害要因となる。特に、近年、安全志向・健康志向など農作物に対する消費者のニーズが多様化し有機農業への期待が高まっているが、この有機農業を行う場合には、土壌に有機物を供給し続け、同一作物の作物種を長年栽培していると、必然的に病害微生物が繁殖し、栽培に大きな困難を生ずる。これを解消するためには、土壌の病害微生物を一旦すべて殺滅する必要が生じる。
【０００６】ここで、これらの有害生物に対する対策としては、被害を受けた栽培植物の除去、病害虫の生息場所の除去・焼却、または冬季耕運による有害生物の生息密度低下を行う耕種的対策、土壌にビニールを敷き詰めて太陽熱を利用することにより地表面温度を高めて土壌の消毒を行う物理的対策、土壌に殺菌・殺虫・除草剤を注入する化学的対策、病害虫の天敵や病害微生物の拮抗菌を利用する生物的対策、及び人為的に雑草等を除去する人為的対策がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、土壌を加温する方法として、上記温水方法では、温水の日常管理が必要であり、さらに、加温時パイプを流れる温水の温度降下により均一な加温ができない。また、上記温水方法及び土壌発熱方法のいずれの方法においても、土壌中にパイプ等を敷設するので、パイプ等の事故発生時には対応が困難である。
【０００８】一方、有害生物に対する対策として、上記耕種的対策では、被害を受けた栽培植物や有害生物を発見しなければならないため作業性が悪く、しかもこれらの存在の見落としが不可避で完全な対策とはならない。上記物理的対策では、夏期の晴れた日以外は太陽熱の熱量不足で使用できず季節や天候に影響を受け、また、使用済みのビニールが汚染源になる。さらに、地面近傍の浅い部分のみの消毒しかできず、地中の深い部分は消毒できない。上記化学的対策では、環境との調和からは最も容認しがたい方法であり、繰り返して実施すると土壌や地下水の汚染が累積し、薬剤によっては人体への悪影響も無視できない。また、有機農業での薬剤の投入は有機農業の目的から逸脱し、しかも、薬剤の殺滅作用が継続する期間は有用微生物も生存できない。上記生物的対策では、有効な有害生物の範囲が極めて選択的で狭いため全般的な土壌消毒にはならず、しかも病害虫の天敵や病害微生物の拮抗菌が必要であるため高コストである。上記人為的対策では、人手の確保が困難であり、しかも、栽培の管理コストに占める人件費が多大なものとなる。
【０００９】ところで、土壌を有害生物が生息できない温度まで加熱できれば、土壌に存在する有害生物を殺滅することが可能である。
【００１０】本発明は、上記事実を考慮し、電磁波を使用することで土壌の遠隔加温が可能な土壌の温度制御装置を得ることが目的である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明は、土壌に混在又は積層されて配設され、電磁波を吸収し発熱する電磁波吸収部材と、前記土壌に対応して設置され、前記土壌の領域の一部の範囲へ電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記土壌の領域の全てに前記電磁波照射手段から出力される電磁波が行き渡るように照射範囲をスキャニングするスキャニング手段と、を有している。
【００１２】請求項１に記載の発明によれば、土壌に対応して配置された電磁波照射手段より土壌の領域の全てに電磁波が行き渡るように照射範囲をスキャニングすることで土壌に配設された電磁波吸収部材に電磁波を照射し、電磁波吸収部材が電磁波を吸収し発熱することにより熱交換作用によって土壌を加温する。従って、土壌と離れた位置から土壌を加温でき、かつ、広い領域の土壌の加温が可能となる。
【００１３】請求項２に記載の発明は、土壌に混在又は積層されて配設され、電磁波を吸収し発熱する電磁波吸収部材と、前記土壌に対応して設置され、前記土壌の領域の一部の範囲へ電磁波を照射する電磁波照射手段と、前記土壌の領域の全てに前記電磁波照射手段から出力される電磁波が行き渡るように照射範囲をスキャニングするスキャニング手段と、前記電磁波照射手段による電磁波照射範囲内における前記土壌の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した検出温度に基づいて、各電磁波照射範囲内での前記電磁波照射手段による電磁波の出力強度を制御する出力強度制御手段と、を有している。
【００１４】請求項２に記載の発明によれば、検出した土壌の温度に基づいて電磁波照射手段による電磁波の出力強度を制御できるので、土壌の温度を場所によって調整することができる。これにより、土壌に植えられた植物の育成の速さを場所により調整することができる。
【００１５】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の土壌の温度制御装置において、前記スキャニング手段が、前記電磁波照射手段を土壌全域を見渡せる高架位置に配設するための高架台と、前記高架台に設けられた前記電磁波照射手段の電磁波の照射方向を変更する変更手段と、で構成されていることを特徴としている。
【００１６】請求項３に記載の発明によれば、電磁波照射手段を高架台に固定しても、高架台から照射方向を変更して電磁波を照射するので、土壌全域を加温することができる。
【００１７】請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の土壌の温度制御装置において、前記スキャニング手段が、前記電磁波照射手段の照射面を前記土壌に接近かつ対向させて搭載し、土壌領域内を移動する移動体であることを特徴としている。
【００１８】請求項４に記載の発明によれば、電磁波照射手段を搭載する移動体が、電磁波照射手段の照射面を土壌に接近かつ対向させた状態で、土壌領域内を移動して電磁波を照射するので、土壌全域を加温することができる。
【００１９】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の土壌の温度制御装置において、前記土壌の所定深さ位置に配設され、前記土壌表層部から入射した電磁波を反射する反射部材を、さらに有している。
【００２０】請求項５に記載の発明によれば、電磁波吸収部材が、電磁波照射手段から直接照射された電磁波を吸収した後、土壌の所定深さ位置に配設された反射部材より反射された電磁波を再度吸収するので、電磁波吸収部材が効率的に電磁波を熱に変換し、エネルギー効率を向上させることができる。
【００２１】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の土壌の温度制御装置において、前記反射部材がメッシュ状の電磁シールド板であり、前記反射部材の表裏間での水分を含む栄養分の流動を妨げないことを特徴としている。
【００２２】請求項６に記載の発明によれば、反射部材を土壌底部に配設しても、反射部材が水分を含む栄養分の流動を妨げないので、効率的に土壌の排水ができる。
【００２３】請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の土壌の温度制御装置において、前記電磁波照射手段による電磁波照射範囲内における予め定められた対象物の有無を検出する対象物検出手段と、前記対象物検出手段が前記対象物を検出した場合に、電磁波の照射を制限する制限手段と、をさらに有している。
【００２４】請求項７に記載の発明によれば、電磁波照射範囲内に所定の対象物がある場合には電磁波の照射を制限するので、電磁波照射範囲内に例えば人がいる場合、人に対する電磁波の照射を制限することができる。
【００２５】請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の土壌の温度制御装置において、前記電磁波吸収部材の前記土壌の深さ方向の密度を変化させ、前記土壌の深さ方向の発熱分布を調整することを特徴としている。
【００２６】請求項８に記載の発明によれば、電磁波吸収部材の土壌の深さ方向の密度を調整することで、土壌の温度を土壌の深度に応じて植物の育成に適すような温度分布とすることができるので、植物の育成を増進させることができる。
【００２７】請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の土壌の温度制御装置において、前記土壌を生物が生息できない温度まで加熱することを特徴としている。
【００２８】請求項９に記載の発明によれば、土壌を生物が生息できない温度まで加熱するため、土壌に存在する有害生物を殺滅することができる。
【００２９】請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の土壌の温度制御装置において、前記土壌で栽培植物を栽培する前または前記土壌で前記栽培植物を栽培後植え替える前に、前記土壌を前記生物が生息できない温度まで加熱することを特徴としている。
【００３０】請求項１０に記載の発明によれば、土壌で栽培植物を栽培する前または土壌で栽培植物を栽培後植え替える前には、土壌には栽培植物が栽培されていない。したがって、栽培植物が栽培されていない状態で土壌を加熱するため、栽培植物を殺滅することを防止できる。
【００３１】請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の土壌の温度制御装置において、栽培植物の根元及び前記根元の近傍以外の部位に前記電磁波吸収部材を配設したことを特徴とする。
【００３２】請求項１１に記載の発明によれば、栽培植物の根元及び根元の近傍以外の部位を加熱するため、栽培植物の根元及び根元の近傍は加熱されず、したがって、栽培植物を殺滅することを防止できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］図１に、本発明の第１の実施の形態に係るサッカー場１０の概略全体構成図を示す。
【００３４】図１のように、サッカー場１０は、土壌としてのグランド１２、観客を動員するスタンド１３、及びグランド１２とスタンド１３を区切り、グランド１２を取り囲むフェンス１４を含んで構成されている。
【００３５】グランド１２は、サッカーのルールにのっとった長辺寸法、短辺寸法とされた長方形をしており、サイドライン１５、センターライン１６、エンドライン１７、及びセンターサークル１８等が白線で引かれており、両エンドライン１７上にはゴール１９が配設されている。
【００３６】また、スタンド１３は、グランド１２の外側に、グランド１２を取り囲むように方形に形成されており、傾斜が設けられ、グランド１２から遠方になるほど、グランド１２より高くなっている。
【００３７】図２（Ａ）に、グランド１２の断面図を示す。
【００３８】図２（Ａ）のように、グランド１２には、芝生２０が育成されている。また、グランド１２は、電磁波吸収部材としてのカーボンファイバー３２を混合した土壌であって、芝生２０を育成する床土層３４、及び床土層３４の下層で石３８が敷きつめられた排水層３６からなる。
【００３９】ここで、カーボンファイバー３２は、電磁波を吸収することで発熱する性質を有し、電磁波を吸収し発熱することで熱交換作用によりグランド１２を加温することができる。また、土壌に混合されるカーボンファイバー３２の密度が高いほど、電磁波の吸収率が大きくなる性質も有している。
【００４０】図２（Ｂ）に、床土層３４における土壌の深度と芝生２０の育成に適した土壌の温度との関係を表すグラフを示す。
【００４１】図２（Ｂ）では、縦軸を土壌の深度、横軸を土壌の温度としており、また、土壌の表層面を原点としている。また、縦軸の土壌の深度は、図２（Ａ）の土壌の深度に合わせてとっている。
【００４２】図２（Ｂ）のような温度分布（すなわち、表層面近傍が比較的高温で、深低部が比較的低温）になるのが芝生２０の良好な育成に適しているため、図２（Ｂ）のような温度分布になるように、高い温度を必要とする所ほどカーボンファイバー３２の密度が高くなるように、カーボンファイバー３２が土壌に混合されている。
【００４３】また、図１のスタンド１３の両側面上部には、それぞれ、図３のように電球２２がマトリックス状に配列された高架台としての照明灯２４が建てられており、照明灯２４の上部には、電磁波を照射する電磁波照射手段としてのフェーズドアレイアンテナ２６が配設されている。
【００４４】ここで、フェーズドアレイアンテナ２６は、素子アンテナとしてホーンアンテナ３０が平面的に複数配列され、この配列は固定されている。そして、各ホーンアンテナ３０の励振位相を変化させることによって照射方向を空間の任意の方向に変えることができる。従って、フェーズドアレイアンテナ２６を照明灯２４に固定しても、電磁波の照射方向を変えることでグランド１２全体に電磁波を照射することができる。
【００４５】また、図１のスタンド１３の上部にはグランド１２の温度分布を検出する温度検出手段、及びグランド１２内に侵入した人等電磁波を照射してはいけない対象物を検出する対象物検出手段としてのサーモビューア２８が備え付けられている。
【００４６】ここで、サーモビューア２８は、物体が放射する赤外線を検出することにより、該物体の温度を検出するものである。従って、グランド１２の温度分布を検出することができる他、人等の温度を検出することによりグランド１２内に存在する人等も検出することができる。
【００４７】なお、温度検出手段としてサーモビューア２８に代えて、音による温湿度分布計測装置を使用してもよい。ここで、温湿度分布計測装置は、土壌中の音の伝搬速度が、土壌の温湿度により変化することを利用して、音速センサにより土壌中の音の伝搬速度を計測することで、土壌の温湿度分布を計測するものである。
【００４８】また、対象物検出手段としてサーモビューア２８に代えて、可視光カメラを使用してもよい。ここで、可視光カメラは、人等電磁波を照射してはいけない対象物を映像に撮影することにより、該対象物を検出するものである。
【００４９】また、図２（Ａ）のように、床土層３４と排水層３６の間には、グランド１２の表層部から入射した電磁波を反射する反射部材としてのメタルメッシュ４０が敷設されている。ここで、メタルメッシュ４０は、照射する電磁波の波長の１／２０以下の穴４１を有し、電気的に十分に導通させ、かつ、土壌中での腐食を防止するため腐食対応処理がなされている。なお、メタルメッシュ４０は穴４１を有するので、芝養成用の水や雨水等を通すことができる。また、メタルメッシュ４０が有する穴４１の大きさを照射する電磁波の波長の１／２０以下に限定するのは、穴４１の大きさが電磁波の波長の１／２０を越えると、電磁波がメタルメッシュ４０から漏れだすことが有限要素法の電磁波解析シミュレーションで確認されているからである。さらに、メタルメッシュ４０を電気的に十分に導通させるのは、メタルメッシュ４０を電気的に一本化させることで、電磁波がメタルメッシュ４０から漏れだすのを防止できるからである。
【００５０】また、反射部材としてメタルメッシュ４０の代わりに、照射する電磁波の波長の１／２０以下の穴が開けられており、電気的に十分に導通させ、かつ、土壌中での腐食を防止するための腐食対応処理がなされたパンチスルーメタルを使用してもよい。このパンチスルーメタルによっても、芝養成用の水や雨水等を通すことができ、かつ、電磁波がパンチスルーメタルから漏れだすのを防止できる。
【００５１】さらに、反射部材として、メタルメッシュ４０の代わりに金属反射板を使用してもよい。しかし、芝養成用の水や雨水等を通すためには、穴を開けるための加工作業が必要であり、煩雑である。
【００５２】図４に、制御装置４２のブロック図を示す。
【００５３】図４のように、照射する電磁波の出力強度を制御する出力強度制御手段、及び電磁波を照射する対象物により電磁波の照射を制限する制限手段としての制御装置４２には、電磁波を出力する電磁波発振電源４４が接続され、電磁波照射電源４４には、フェーズドアレイアンテナ２６が接続されている。また、制御装置４２には、サーモビューア２８で検出したグランド１２の温度分布やグランド１２内に存在する人等電磁波を照射してはいけない対象物を画像に変換する画像処理装置４６が接続され、画像処理装置４６には、サーモビューア２８が接続されている。なお、電磁波発振電源４４は、電力を供給する電源、電磁波を発振するマグネトロン等で構成され、電磁波を出力する。
【００５４】以下、第１の実施の形態におけるエネルギー効率を、下表（表１）に従って説明する。左欄における効率の最小値を右欄の左に示し、最大値を右欄の右に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】従って、全体のエネルギー効率は、およそ７０．５〜８５．１％であり、高いエネルギー効率が得られる。
【００５７】以下、第１の実施の形態の作用を説明する。
【００５８】サーモビューア２８によりグランド１２の温度分布やグランド１２内への人の侵入等を検出し、画像処理装置４６を通して画像確認する。
【００５９】グランド１２内への人の侵入を確認したときは、制御装置４２より制御して人を避けてフェーズドアレイアンテナ２６からグランド１２に電磁波を照射するか、フェーズドアレイアンテナ２６からの電磁波の照射を停止する。また、必要に応じて関係部署に連絡する。
【００６０】このように、人への電磁波の照射を防止することができる。
【００６１】一方、グランド１２内への人の侵入がないと確認したときは、サーモビューア２８により検出されたグランド１２の温度分布にしたがって、低温区域を中心に電磁波を照射する。
【００６２】ここで、電磁波は電磁波発振電源４４より出力され、フェーズドアレイアンテナ２６により電磁波をスキャニングしてグランド１２に照射する。このとき、グランド１２の温度分布が均一になるように制御装置４２においてフェーズドアレイアンテナ２６から照射される電磁波の出力強度を照射電力、スキャニング速度、及び電磁波収束度より制御して、低温区域を中心に電磁波を照射する。
【００６３】そして、照射された電磁波は、グランド１２に混合されたカーボンファイバー３２に吸収され、カーボンファイバー３２が発熱し、熱交換作用によりグランド１２が加温される。
【００６４】このように、グランド１２の温度分布が均一になるように加温できるので、芝生２０を場所によらず均一の速さで育成することができる。
【００６５】また、グランド１２の床土層３４の下に敷設されたメタルメッシュ４０により、グランド１２の表層部から入射した電磁波が反射され、電磁波は再度カーボンファイバー３２に吸収される。そして、上述のように、グランド１２の表層部から入射した電磁波のカーボンファイバー３２の吸収効率は９４％〜９８％であり、メタルメッシュ４０に反射された後グランド１２の外にでる電磁波はほとんど存在しない。
【００６６】このように、メタルメッシュ４０が電磁波を反射するので、電磁波が土壌中を通る道のりを２倍にすることができ、効率的に電磁波を熱に変換することができる。
【００６７】また、グランド１２には深度に応じてカーボンファイバー３２の密度が調整して混合されているため、グランド１２の温度は、深度に応じて図２（Ｂ）のような芝生２０の育成に適した温度分布となるように加温される。従って、グランド１２に植えられた芝生２０の育成を増進させることができる。
【００６８】なお、芝養成用の水や雨水等は、メタルメッシュ４０の穴４１を通して排水層３８に排水される。従って、グランド１２の排水を効率的に行うことができる。
【００６９】また、グランド１２が凍結や積雪した場合は、フェーズドアレイアンテナ２６から電磁波を照射してグランド１２上の氷や雪が融解するまでグランド１２を加温する。これにより、グランド１２が凍結や積雪した場合でもグランド１２の使用を可能にすることができる。
【００７０】さらに、グランド１２の芝生２０を植え替える場合は、フェーズドアレイアンテナ２６から電磁波を照射してグランド１２を高温になるまで加熱する。これにより、グランド１２において、土壌殺菌をすることができる。
【００７１】以上のように、本実施の形態によれば、グランド１２のフェーズドアレイアンテナ２６からの遠隔加温が可能となり、かつ、グランド１２全体を芝生２０の育成に必要な温度まで加温することができる。
【００７２】さらに、土壌にはカーボンファイバー３２のみが配設されるので、パイプ等を配設するのとは異なり、土壌中で事故が発生することはなく、土壌の温度制御装置の管理が容易となり、また、管理費用を低く押さえることができる。これにより、土壌の温度制御装置を長期間安定して動作させることができる。
（変形例）本変形例では、電磁波照射手段としてフェーズドアレイアンテナ２６の代わりに、パラボラアンテナ４８を使用する。パラボラアンテナ４８は、図５のように、図１のフェーズドアレイアンテナ２６と同様に、照明灯２４の上部に配設されている。
【００７３】図６のように、パラボラアンテナ４８は、軸５０、放物面の反射鏡５２、軸５０と反射鏡５２の接合部５４、及び一次放射器５６で構成されている。そして、一次放射器５６の放射面５８は、反射鏡５２の方物面の焦点の位置に固定されている。また、接合部５４にボールジョイント等が適用され、反射鏡５２は、接合部５４を中心に自由に首振り運動させることができる。
【００７４】本変形例では、一次放射器５６より放射された電磁波が反射鏡５２に反射され、該反射された電磁波が、グランド１２に照射される。ここで、反射鏡５２を自由に首振り運動させることにより電磁波の照射方向を変えることができるので、グランド１２の全てに電磁波を照射することができる。
【００７５】従って、本変形例では、パラボラアンテナ４８の軸５０を一定の位置に固定しても、反射鏡５２を自由に首振り運動させることで電磁波をスキャニングしてグランド１２全体に照射することができる。
【００７６】なお、上記ではフェーズドアレイアンテナ２６、パラボラアンテナ４８の位置を固定する構造を示したが、グランド１２の一対のサイドライン１５に沿ってガイドレールを配し、このガイドレール間にガイドレールに沿って移動可能なバーを掛け渡し、さらに、このバーにエンドライン１７に沿って移動可能なブロックを配設して、いわゆるＸＹプロッターの如き構造としてもよい。この場合、前記ブロックにホーンアンテナ３０を取り付けることにより、ホーンアンテナ３０をグランド１２全域に亘って移動させることが可能である。
【００７７】次に、本発明の他の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態では、上記第１の実施の形態で説明した構成と基本的に同一構成部品については同一の符号を付し、その構成を省略する。
［第２の実施の形態］以下に、本発明の第２の実施の形態に係るゴルフ場６６について説明する。
【００７８】図７にゴルフ場６６の概略構成図を示す。
【００７９】図７のように、ゴルフ場６６の１８のホール６８の各グリーン７０上にはポール７２が立てられている。
【００８０】また、ゴルフ場６６の土壌７４には芝生２０が育成されている。ここで、ゴルフ場６６の土壌７４の断面図、及び芝生２０の育成に適した土壌７４の深度と温度との関係は、それぞれ、第１の実施の形態における図２（Ａ）、及び図２（Ｂ）と同じであるので省略する。
【００８１】また、電磁波照射手段として、図８（Ｂ）のように素子アンテナとしてのホーンアンテナ６０を複数有する電磁波照射源６２を図８（Ａ）に示す軽トラック７６の底部７７に取り付けたものを使用する。
【００８２】本実施の形態では、軽トラック７６がゴルフ場６６内を隈なく走り回ることにより、ゴルフ場６６の各ホール６８に電磁波を照射することができる。
【００８３】また、土壌７４の温度を検出する温度検出手段として、図９のような熱電対７８を使用する。ここで、熱電対７８は、金属線８０と金属線８０と異なる種類の金属線８２の２本の金属線を両端で接合し、２接合点８４間に温度差があるときに流れる電流を計測することにより土壌７４の温度を検出するものである。この場合、２つの接合点８４のうち、一方の接合点８４は０℃に保ち、他方の接合点８４は測定しようとする土壌７４中の地点に接触させる。
【００８４】ここで、熱電対７８はゴルフ場６６の各ホール６８内の複数の地点に配設され、ゴルフ場６６の各ホール６８の土壌７４の温度分布が検出できるようになっている。
【００８５】図１０に、本実施の形態における制御装置４２のブロック図を示す。
【００８６】図１０のように、出力強度制御手段としての制御装置４２には、電磁波発振電源４４が接続され、電磁波発振電源４４には電磁波照射源６２が接続されている。また、制御装置４２には、熱電対７８で検出したゴルフ場６６の土壌７４の温度分布を画像に変換する画像処理装置４６が接続されている。なお、制御装置４２、電磁波発振電源４４、及び画像処理装置４６は、軽トラック７６に備えつけられている。また、熱電対７８により検出されたゴルフ場６６の土壌７４の温度分布は軽トラック７６に備えつけられた画像処理装置４６に電波で通信され、軽トラック７６の車内でゴルフ場６６の各ホール６８の土壌７４の温度分布を認識できるようになっている。
【００８７】以下、第２の実施の形態の作用を説明する。
【００８８】熱電対７８によりゴルフ場６６の各ホール６８の土壌７４の温度分布を検出し、これを軽トラック７６に通信し、画像処理装置４６を通して軽トラック７６内で画像確認する。
【００８９】そして、ゴルフ場６６の各ホール６８の土壌７４の温度分布に従い、土壌７４の温度が均一になるように、軽トラック７６でゴルフ場６６内を隈なく動いて、軽トラック７６の底部７７に取り付けられた電磁波照射源６２より電磁波を土壌７４に照射する。
【００９０】このとき、ゴルフ場６６の各ホール６８の土壌７４の温度分布にしたがって制御装置４２において、電磁波発振電源４４より出力され土壌７４に照射される電磁波の出力強度を照射電力、電磁波収束度、及び軽トラック７６の速度より制御し、土壌７４の低温区域に出力強度が大きくなるように電磁波を照射する。
【００９１】そして、照射された電磁波は、土壌７４に混合されたカーボンファイバー３２に吸収され、カーボンファイバー３２が発熱し、熱交換作用により土壌７４が加温される。
【００９２】このように、土壌７４の温度分布が均一になるように加温できるので、芝生２０を場所によらず均一の速さで育成することができる。
【００９３】また、第１の実施の形態と同様に、土壌７４の表層部から入射した電磁波が床土層３４の下のメタルメッシュ４０により反射され、電磁波は再度カーボンファイバー３２に吸収される。そして、メタルメッシュ４０に反射された後土壌７４の外にでる電磁波はほとんど存在せず、効率的に電磁波を熱に変換する。
【００９４】さらに、土壌７４には深度に応じてカーボンファイバー３２の密度が調整して混合されているため、土壌７４の温度は、深度に応じて図２（Ｂ）のような芝生２０の育成に適した温度分布となるように加温され、芝生２０の育成を増進させる。
【００９５】なお、芝養成用の水や雨水等は、メタルメッシュ４０の有する穴４１を通して効率的に排水層３６に排水される。
【００９６】また、ゴルフ場６６の土壌７４が凍結や積雪した場合は、土壌７４上の氷や雪が融解するまで土壌７４を加温し、ゴルフ場６６の使用を可能にする。
【００９７】さらに、芝生２０を植え替えるときは土壌７４が高温になるまで加熱し、ゴルフ場６６の土壌７４の殺菌をする。
【００９８】このように、本実施の形態によれば、軽トラック７６をゴルフ場６６の各ホール６８に隈なく動かすことにより、膨大な面積を有するゴルフ場６６に点在する各ホール６８の土壌７４全体に電磁波を照射でき、かつ、ゴルフ場６６の各ホール６８の土壌７４を芝生２０の育成に必要な温度まで加温することが可能である。
【００９９】さらに、土壌７４にはカーボンファイバー３２が配設されるのみであるので、パイプ等を配設するのとは異なり、土壌７４中で事故が発生することはなく、土壌の温度制御装置の管理が容易となり、また、管理費用を低く押さえることができる。これにより、土壌の温度制御装置を長期間安定して動作させることができる。
［第３の実施の形態］図１１には、本発明の土壌の温度制御装置が適用された第３の実施の形態に係る野菜畑１００の主要部の概略構成が断面図にて示されている。
【０１００】野菜畑１００の土壌１０２では、栽培植物としての野菜１０４が栽培されている。野菜１０４は有機農業によって栽培されており、土壌１０２には有機物が供給され続け、同一の野菜１０４が長年栽培されている。また、土壌１０２には図示しない雑草が発育している。
【０１０１】土壌１０２の表面には発熱部位１０６が設置されている。発熱部位１０６は、土壌１０２に重量比０．０１〜１０％でカーボンファイバー３２を混合し、厚さを１ｃｍ〜３ｃｍ程度にして構成されている。カーボンファイバー３２は、土壌１０２中で安定しており、かつ、流亡しにくく、しかも、野菜１０４の栽培阻害要因にはならない性質を有している。また、発熱部位１０６は、野菜１０４の根元１０８及び根元１０８近傍以外の部位に設置されている。
【０１０２】野菜畑１００には第１の実施の形態と同様のフェーズドアレイアンテナ２６（図３参照）が配設されており、フェーズドアレイアンテナ２６は図示しない高架台に固定されている。フェーズドアレイアンテナ２６は電磁波発振電源４４に接続されている。また、野菜畑１００にはサーモビューア２８（図１参照）が備え付けられており、サーモビューア２８は土壌１０２の温度分布を検出したり、野菜畑１００内に侵入した人等電磁波を照射してはいけない対象物を検出するようにされている。サーモビューア２８には画像処理装置４６が接続されており、画像処理装置４６によって土壌１０２の温度分布等が画像で確認できるようにされている。さらに、野菜畑１００には制御装置４２が備え付けられており、制御装置４２は図４のブロック図で示されるように接続されている。
【０１０３】また、土壌１０２で野菜１０４を栽培後植え替える前には、重量比０．００１〜１０％でカーボンファイバー３２が土壌１０２に全体的に混入される。
【０１０４】次に、第３の実施の形態の作用を説明する。
【０１０５】以上の構成の野菜畑１００の土壌１０２で、野菜１０４が栽培されている際中には、サーモビューア２８によって野菜畑１００内に人等電磁波を照射してはいけない対象物が存在するか否かが検出され、画像処理装置４６により確認される。
【０１０６】野菜畑１００内に人等電磁波を照射してはいけない対象物が存在することが確認されると、制御装置４２により制御して土壌１０２への電磁波の照射を中止する。
【０１０７】野菜畑１００内に人等電磁波を照射してはいけない対象物が存在しないことが確認されると、制御装置４２により制御して電磁波発振電源４４により電磁波を出力する。電磁波発振電源４４により電磁波が出力されると、フェーズドアレイアンテナ２６により土壌１０２に電磁波が照射される。この際、フェーズドアレイアンテナ２６は電磁波をスキャニングして土壌１０２の全域に電磁波を照射する。
【０１０８】照射された電磁波は土壌１０２の発熱部位１０６に混合されたカーボンファイバー３２に吸収され、これにより、カーボンファイバー３２が発熱し、熱交換作用により土壌１０２が加熱される。このとき、土壌１０２の発熱部位１０６が雑草を焼失させる温度になるまで加熱する。これは、サーモビューア２８により土壌１０２の発熱部位１０６の温度を検出し、制御装置４２においてフェーズドアレイアンテナ２６から照射される電磁波の出力強度や照射時間を制御することによって行われる。
【０１０９】この際、フェーズドアレイアンテナ２６から照射される電磁波の周波数は３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚとされ、電磁波が照射される時間は１秒〜１０時間とされる。これにより、カーボンファイバー３２の発熱温度は４５°Ｃ〜２００°Ｃとされる。また、土壌１０２を加熱して雑草を焼失させるのは四季を通じて可能であるが、特に春先の除草剤散布時期とするのがより望ましい。
【０１１０】このように、土壌１０２の発熱部位１０６が雑草を焼失させる温度になるまで加熱するため、容易に雑草等を殺滅することができる。また、発熱部位１０６は、野菜１０４の根元１０８及び根元１０８近傍以外の部位に設置されているため、野菜１０４の根元１０８及び根元１０８近傍は加熱されず、したがって、野菜１０４を殺滅することを防止できる。
【０１１１】また、土壌１０２で野菜１０４を栽培後植え替える前には、重量比０．００１〜１０％でカーボンファイバー３２が土壌１０２に全体的に混入される。その後、上記と同様に、野菜畑１００内に人等電磁波を照射してはいけない対象物が存在しないことが確認されると、フェーズドアレイアンテナ２６から土壌１０２に電磁波を照射する。これにより、カーボンファイバー３２が発熱し、熱交換作用により土壌１０２が全体的に加熱される。このとき、制御装置４２により制御して、土壌１０２を病害虫（昆虫等）、病害微生物、雑草および雑草の種子または残留根等の有害生物が生息できない温度になるまで加熱する。
【０１１２】この際、フェーズドアレイアンテナ２６から照射される電磁波の周波数は１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚとされ、電磁波が照射される時間は５秒〜２４時間／日とされる。
【０１１３】このように、土壌１０２を有害生物が生息できない温度になるまで加熱するため、土壌１０２に存在する有害生物を殺滅することができる。また、野菜１０４を栽培後植え替える前に土壌１０２を加熱するため、野菜１０４が栽培されていない状態で土壌１０２を加熱でき、したがって、野菜１０４を殺滅することを防止できる。
【０１１４】さらに、本実施の形態では、従来の耕種的対策と異なり、被害を受けた栽培植物や有害生物を発見する必要がなく、したがって、これらを発見する際の見落としがないため、有害生物に対して完全な対策とできる。
【０１１５】また、従来の物理的対策と異なり、季節や天候に影響を受けず、また、使用済みのビニールが汚染源になることもない。さらに、カーボンファイバー３２を混入する深さを調整することで地面から地中の深い部分でも有害生物を殺滅できる。
【０１１６】さらに、従来の化学的対策と異なり薬剤を使用しないため、土壌や地下水の汚染は発生せず、環境と調和できる。しかも、野菜畑１００内に人等電磁波を照射してはいけない対象物が存在すると電磁波を照射しないため、人体への悪影響も防止できる。さらに、有機農業を行う土壌１０２を加熱することにより有用微生物も一旦殺滅されるが、その影響は極めて短期的で、新たな有機物の供給により有用微生物の速やかな回復が可能である。
【０１１７】また、従来の生物的対策とは異なり、土壌１０２に混入するカーボンファイバー３２の密度や電磁波の照射強度の組み合わせによりあらゆる有害生物に対応できるため、全般的な土壌消毒が可能であり、しかも、土壌１０２に電磁波を照射する簡単な方法のためコストを低減できる。さらに、従来の人為的対策とは異なり、人手を最小限におさとえることができ、人件費を低減することができる。
【０１１８】以上のように、本実施の形態によれば、土壌に存在する有害生物の殺滅を、人体に影響を防止できると共に環境に調和でき、しかも、作業性よくかつ低コストで完全に行うことができる。
【０１１９】なお、上述した第３の実施の形態では、土壌１０２で野菜１０４を栽培後植え替える前に、土壌１０２に全体的にカーボンファイバー３２を混入したが、土壌１０２で野菜１０４を栽培する前に、土壌１０２にカーボンファイバー３２を混入して、土壌１０２に電磁波を照射してもよい。これにより、野菜１０４を栽培する前に土壌１０２に存在する有害生物の殺滅が可能となる。
［第４の実施の形態］図１２には、本発明の土壌の温度制御装置が適用された第４の実施の形態に係る公園１１０の概略構成が断面図にて示されている。
【０１２０】公園１１０の土壌１１２では、栽培植物としての樹木１１４が栽培されている。また、土壌１１２には図示しない雑草が発育している。
【０１２１】土壌１１２の表面には第３の実施の形態と同様の発熱部位１０６が設置されている。発熱部位１０６は、土壌１１２に重量比０．０１〜１０％でカーボンファイバー３２（図１１参照）を混合して厚さを１ｃｍ〜３ｃｍ程度にして構成されている。また、発熱部位１０６は、樹木１１４の根元１１６及び根元１１６近傍以外の部位に設置されている。
【０１２２】公園１１０では図１２に示すスキャニング手段としての自走機械１１８が隈なく走り回れるようにされている。自走機械１１８の上部には、第２の実施の形態と同様の複数のホーンアンテナ６０で構成された電磁波照射源６２（図８（Ｂ）参照）が搭載されており、電磁波照射源６２は照射面を土壌１１２に対向させている。また、電磁波照射源６２は電磁波発振電源４４に接続されている。さらに、公園１１０にはサーモビューア２８（図１参照）が備え付けられており、土壌１１２の温度分布を検出したり、公園１１０内に侵入した人等電磁波を照射してはいけない対象物を検出するようにされている。サーモビューア２８は画像処理装置４６と電波で通信できるようにされており、画像処理装置４６によって土壌１１２の温度分布等が画像で確認できるようにされている。さらに、公園１１０には制御装置４２が備え付けられており、制御装置４２は図１０のブロック図で示されるように接続されている。
【０１２３】また、土壌１１２で樹木１１４を栽培後植え替える前には、重量比０．００１〜１０％でカーボンファイバー３２が土壌１１２に全体的に混入される。
【０１２４】次に、第４の実施の形態の作用を説明する。
【０１２５】以上の構成の公園１１０の土壌１１２で、樹木１１４が栽培されている際中には、サーモビューア２８によって公園１１０内に人等電磁波を照射してはいけない対象物が存在しないことが検出され、画像処理装置４６により確認される。
【０１２６】公園１１０内に人等電磁波を照射してはいけない対象物が存在することが確認されると、制御装置４２により制御して土壌１１２への電磁波の照射を中止する。
【０１２７】公園１１０内に人等電磁波を照射してはいけない対象物が存在しないことが確認されると、制御装置４２により制御して電磁波発振電源４４により電磁波を出力する。電磁波発振電源４４により電磁波が出力されると、電磁波照射源６２により電磁波が土壌１１２に照射される。この際、自走機械１１８が公園１１０内を隈なく走り回ることで電磁波照射源６２は電磁波をスキャニングして土壌１１２の全域に電磁波を照射する。
【０１２８】照射された電磁波は土壌１１２の発熱部位１０６に混合されたカーボンファイバー３２に吸収され、これにより、カーボンファイバー３２が発熱し、熱交換作用により土壌１１２が加熱される。このとき、土壌１１２の発熱部位１０６が雑草を焼失させる温度になるまで加熱する。これは、サーモビューア２８により土壌１１２の発熱部位１０６の温度を検出し、制御装置４２において電磁波照射源６２から照射される電磁波の出力強度や照射時間を制御することによって行われる。
【０１２９】この際、電磁波照射源６２から照射される電磁波の周波数は３００ＭＨｚ〜３０ＧＨｚとされ、電磁波が照射される時間は１秒〜１０時間とされる。これにより、カーボンファイバー３２の発熱温度は４５°Ｃ〜２００°Ｃとされる。また、土壌１１２を加熱して雑草を焼失させるのは四季を通じて可能であるが、特に春先の除草剤散布時期とするのがより望ましい。
【０１３０】このように、土壌１１２の発熱部位１０６が雑草を焼失させる温度になるまで加熱するため、容易に雑草等を殺滅することができる。また、発熱部位１０６は、樹木１１４の根元１１６及び根元１１６近傍以外の部位に設置されているため、樹木１１４の根元１１６及び根元１１６近傍は加熱されず、したがって、樹木１１４を殺滅することを防止できる。
【０１３１】また、土壌１１２で樹木１１４を栽培後植え替える前には、重量比０．００１〜１０％でカーボンファイバー３２が土壌１１２に全体的に混入される。その後、上記と同様に、サーモビューア２８によって公園１１０内に人等電磁波を照射してはいけない対象物が存在しないことが確認されると、電磁波照射源６２により電磁波を土壌１１２に電磁波を照射する。これにより、カーボンファイバー３２が発熱し、熱交換作用により土壌１１２が加熱される。このとき、制御装置４２により制御して、土壌１１２を病害虫（昆虫等）、病害微生物、雑草および雑草の種子または残留根等の有害生物が生息できない温度になるまで加熱する。
【０１３２】この際、電磁波照射源６２から照射される電磁波の周波数は１００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚとされ、土壌１１２の一箇所に電磁波が照射される時間は５秒〜２４時間／日とされる。
【０１３３】このように、土壌１１２を有害生物が生息できない温度になるまで加熱するため、土壌１１２に存在する有害生物を殺滅することができる。また、樹木１１４を栽培後植え替える前に土壌１１２を加熱するため、樹木１１４が栽培されていない状態で土壌１１２を加熱でき、したがって、樹木１１４を殺滅することを防止できる。
【０１３４】さらに、本実施の形態では、従来の耕種的対策と異なり、被害を受けた栽培植物や有害生物を発見する必要がなく、したがって、これらを発見する際の見落としがないため、有害生物に対して完全な対策とできる。
【０１３５】また、従来の物理的対策と異なり、季節や天候に影響を受けず、また、使用済みのビニールが汚染源になることもない。さらに、カーボンファイバー３２を混入する深さを調整することで地面から地中の深い部分でも有害生物を殺滅できる。
【０１３６】さらに、従来の化学的対策と異なり薬剤を使用しないため、土壌や地下水の汚染は発生せず、環境と調和できる。しかも、公園１１０内に人等電磁波を照射してはいけない対象物が存在すると電磁波を照射しないため、人体への悪影響も防止できる。
【０１３７】また、従来の生物的対策とは異なり、土壌１１２に混入するカーボンファイバー３２の密度や電磁波の照射強度の組み合わせによりあらゆる有害生物に対応できるため、全般的な土壌消毒が可能であり、しかも、土壌１１２に電磁波を照射する簡単な方法のためコストを低減できる。さらに、従来の人為的対策とは異なり、人手を最小限におさとえることができ、人件費を低減することができる。
【０１３８】以上のように、本実施の形態によれば、土壌に存在する有害生物の殺滅を、人体に影響を防止できると共に環境に調和でき、しかも、作業性よくかつ低コストで完全に行うことができる。
【０１３９】なお、上述した第４の実施の形態では、土壌１１２で樹木１１４を栽培後植え替える前に、土壌１１２に全体的にカーボンファイバー３２を混入したが、土壌１１２で樹木１１４を栽培する前に、土壌１１２にカーボンファイバー３２を混入して、土壌１１２に電磁波を照射してもよい。これにより、樹木１１４を栽培する前に土壌１１２に存在する有害生物の殺滅が可能となる。
【０１４０】また、上述した第４の実施の形態では、自走機械１１８に電磁波照射源６２を搭載したが、電磁波照射源６２をトレーラー等で牽引してもよい。
【０１４１】さらに、以上の第１乃至第４の実施の形態では、電磁波吸収部材としてカーボンファイバー３２を使用したが、電磁波吸収部材としては、土壌中で安定した存在かつ流亡しにくく、しかも、植物の育成または栽培に対して阻害要因とならないものであれば何でもよい。たとえば、カーボン含有繊維、メタルファイバー、ニードルコークスまたはニードルカーボン等の導電性材料やフェライトであってもよい。また、電磁波吸収部材の形状も、繊維状の他、ペレット、ブロック、ロット、メッシュまたは粉末状であってもよい。
【０１４２】さらにまた、以上の第１乃至第４の実施の形態では、電磁波をスキャニングすることにより土壌に電磁波を照射したが、例えば、庭木等を栽培する土壌の除草を行う場合等には、手打ちによるスポット的な狙い打ちで電磁波を照射するようにしてもよい。
【０１４３】
【発明の効果】請求項１、請求項３、及び請求項４に記載の発明によれば、土壌の遠隔加温ができ、かつ、広い領域の土壌の加温が可能となる。
【０１４４】請求項２に記載の発明によれば、土壌に植えられた植物の育成の速さを場所により調整することができる。
【０１４５】請求項５に記載の発明によれば、エネルギー効率を向上させることができる。
【０１４６】請求項６に記載の発明によれば、効率的に土壌の排水ができる。
【０１４７】請求項７に記載の発明によれば、電磁波照射範囲内に例えば人がいる場合、人に対する電磁波の照射を制限することができる。
【０１４８】請求項８に記載の発明によれば、植物の育成を増進させることができる。
【０１４９】請求項９に記載の発明によれば、土壌を生物が生息できない温度まで加熱するため、土壌に存在する有害生物を殺滅することができる。
【０１５０】請求項１０に記載の発明によれば、栽培植物が栽培されていない状態で土壌を加熱するため、栽培植物を殺滅することを防止できる。
【０１５１】請求項１１に記載の発明によれば、栽培植物の根元及び根元の近傍以外の部位を加熱するため、栽培植物を殺滅することを防止できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３６２１
【氏名又は名称】株式会社竹中工務店
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| 【出願日】 |
平成１１年４月２８日（１９９９．４．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７９０４９
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 淳 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−７８９３１（Ｐ２０００−７８９３１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年３月２１日（２０００．３．２１） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１２３０４６ |
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