JP7572174B2

JP7572174B2 - 植物栽培用人工光源装置

Info

Publication number: JP7572174B2
Application number: JP2020123356A
Authority: JP
Inventors: 井下美乃; 井下郁夫
Original assignee: 株式会社アイ・アンド・プラス
Priority date: 2020-07-19
Filing date: 2020-07-19
Publication date: 2024-10-23
Anticipated expiration: 2040-07-19
Also published as: JP2022020042A

Description

本発明は、植物に太陽光と同様の光環境の変化を再現する植物栽培用人工光源装置であって、屋内等植物にとって特殊な栽培条件の環境下に於いて継続的に植物の栽培を可能とする植物栽培用人工光源装置の提供に関する。

現行、屋内等の施設で植物を栽培する分野では、ビニールハウスや植物工場といった施設が提供されていて、人工光源を用いて単一品種或いは提供施設に於いて栽培する品種に限定した植物の栽培がおこなわれている。

現行のビニールハウスや植物工場では、初期段階に於いてその施設で栽培する植物の品種が決まっており、初期段階で選定した植物の栽培に対応するように設定された装置が施設内に設備されている。そのため、その施設で栽培が可能となる植物の品種が限られるのが現状である。

現在、屋内施設における植物工場（野菜工場）では、その施設で栽培する品種（主に野菜）は限定されており、その植物を大量に生産して流通させることを目的として、その装置を備えた施設が提供されている。

現行の単一品種或いは限定品種の植物を植物工場等に於いて大量に生産して流通させようとする分野では、現行の装置や設備を備えた施設の提供によって夫々の目的を実行しているが、屋内施設等に於いて開催されるガーデニングショーや商業施設等のディスプレイや鑑賞を目的とした植栽分野に於いては、素材として扱う植物が多品種（主に園芸品種）であり多岐に渡るため屋内等植物にとって栽培が困難な条件や環境下に於いて植栽設計や植栽デザインを構成する植物を屋外同様に栽培し継続的に維持していくには解決すべき問題点が多く、現在提供されている単一品種或いは限定品種の植物栽培目的用に特化したビニールハウスや植物工場等に提供されている装置や設備を用いてもその問題の解決は困難であるのが現状である。

特願2017-563879号広報

特開2013-179906号広報

現行、屋外に設置されたビニールハウスでは、ハウス内に植栽された野菜をその設置場所の天気に左右される事無く安定的により効率的に大量に栽培することを目的とした装置が設備されていて、ハウス内への太陽光の入射量を遮蔽シートなどの開閉によって調節する等、大掛かりな装置を設備してハウス内環境を選定された野菜の栽培に適合するようコントロールして栽培を行っている。

屋内に設備された植物工場（野菜工場）では、同一品種或いは限定品種を安定的に効率よく大量に生産して流通させることを目的として、提供施設の栽培に選定された品種が必要とする栽培条件を、例えば葉物野菜の栽培工場に於いては提供する人工光源を植物にとって量的な影響が大となる要因の発光スペクトル分布域に調整した人工光源装置を設備することによって植物工場内に於いて初期段階に選定された単一品種で同一形態、或いは限定品種で限定形態を持つ品種を安定的に効率よく大量に生産することを可能としてその目的を達成している。

この単一品種或いは限定品種に対応した人工光源装置を設備した施設では、初期段階に於いて施設の目的に適合する植物の品種が限定され、その品種特性に対応する発光スペクトル分布域を備えた人工光源装置が設備されている。このため施設内に初期段階で選定された品種に限定、或いは設備された発光スペクトルの分布域に適合する範囲内に於いてのみの栽培と生産の提供に留まるのが現状である。

このため現行の施設では、提供しようとする目的が葉物野菜の生産から、例えば実を収穫する品種（量的な成長への影響が大となる要因の発行スペクトル分布域を必要とする）の生産にその目的が変わると、現状の施設に於いて設備されている装置を用いてその栽培と実の収穫の実現は不可能となり、目的の変更に対応するための装置の入れ替え或いは不可欠要素を備えた装置の追加を余儀なくされるという問題を含んでいるのが現状である。

現在提供されているビニールハウスや植物工場に提供されている人工光源装置を用いて、屋内等植物にとって特殊な栽培条件の環境下に於ける多品種を用いた植栽設計や植栽デザインによる植物構成の継続的な栽培と観賞の維持を目的とする分野に於いては、現行提供されている装置や設備を用いても課題を解決するには問題点が多くその目的の実現は困難であるのが現状である。

本発明は、園芸植物を複数品種組み合わせた植物構成による植栽設計や植栽デザインを屋内等植物にとって栽培条件が特殊な環境下に於いて継続的に栽培と鑑賞の維持を可能とする植物栽培用人工光源を提供することで問題の解決を図ろうとするものである。

屋内等植物にとって栽培条件が特殊な環境下に於いて植物を栽培するには、これまで白熱電球や蛍光灯、LED、ハロゲンランプ、高圧ナトリウムランプなどを用いて栽培する方法が提供されている。植物にとってより太陽光に近い光源を用いて栽培する事が有効であり、これによって太陽光の中で可視光線の周波数帯を用いた装置を備えた人工光源を設備した植物工場が展開している。

本発明は、植物を屋内等植物にとって栽培条件が特殊な環境下で植物の栽培が可能となる環境要素の中で、特に植物の生育が制御される光環境の要素である光周性と光強度、発光スペクトル分布に着目して、人工的に光環境をコントロールする植物栽培用人工光源装置の提供によって、屋内等植物の栽培にとって特殊な空間に於いて多品種で多様な形態を持つ植物を用いて構成する植栽設計や植栽デザインの分野に、植物の栽培と観賞を継続的に維持することを実現可能とするものである。

本案は、屋内等植物にとって特殊な栽培条件の環境下に於いて主に屋外に於いて提供される多品種を組み合わせた植物構成による植栽を継続的にその栽培と観賞を維持することを実現するための植物栽培用人工光源装置を提供して、植栽設計や植栽デザインの分野に於ける植物構成に用いられる植物を屋内等環境下に於いて継続的に栽培と観賞の維持を実現するものである。

本案は、太陽光の中の可視光波長域を備え、且つ一日の照度変化を再現する植物栽培用人工光源装置を提供する事により、屋内等植物にとって特殊な栽培条件の環境下に於いて植栽設計や植栽デザインの分野に於ける植物構成の栽培と観賞を継続的に維持することを可能として問題の解決を図るものである。

植物栽培容器に植栽設計や植栽デザインされた植物の構成例図である。植物栽培容器に植栽配置された植物の高さ毎に必要とされる照度を示す図である。植物栽培容器に植栽された植物の高さ（形態）に応じて必要とする照度を高さ毎の垂直面に均一に照度を配光した説明図である。本実施例に用いた照明ランプの帯状放物曲面鏡とランプを現す図である。植物栽培用人工光源と照度調整装置を現す実施例図である。図５の側面図である。

本案実施例について、図1は1の植物栽培用容器に2～5の高さの異なる植物を配置した植栽デザインを現すものである。この植栽デザインはデザインの観点と観賞の目的から安定性と美しさのバランスが得られる配置構成である植栽を現す一例である。

図2と図3は、本案実施例に基づいて屋内等植物にとって栽培条件が特殊である環境下に於いて、多品種の植物をデザインして植栽し、その栽培と観賞の継続的な維持を目的とするために、植物の草丈や樹高（形態）を考慮して、屋内施設の天井高を2500mmと仮定して上面より1000mm、1200mm、1400mm、1650mmの夫々の地点に於いて本実施例に用いた1の植栽容器の植栽面に対して垂直方向に2、3、4、5の植物の高さに応じて2、3、4、5、の生育と栽培に必要となる照度を1500lux、1200lux、600lux、400luxとして必要となる照度を夫々の植栽配置の垂直面に均一に与えられるように設定した装置を具備したことを特徴とする植物栽培用人工光源装置である。

またこの6が現す照明ランプ装置が提供する図３の夫々の植物の高さに於ける照度は、夫々の植物が現す形態に於ける夫々の高さが必要とする値に調整して提供する特徴と、2～5の植物夫々の高さに於ける発光スペクトル分布は各段階に於いて変動無く同じ分布域を保持する事を特徴とする植物栽培用人工光源装置である。

図4は本実施例に於いて用いた照明ランプを現す図で、実施例では6はメタルハライドランプを用いて実施したが、6に相当する要素を有する光源であればこれに限定するものでは無い。

図４の照明ランプは実施例に用いた栽培容器の長方形なる植栽面に均一に効率良く必要とする照度を提供することを実行するために、帯状放物面鏡を用いたことを特徴として、植栽面に必要な照射域となる様に帯状面鏡を湾曲した帯状放物面鏡であって、例えば本実施例に用いた植物栽培容器の植栽面が水平方向に延長した容器形状に於いても放物曲面を調整することで均一に照射域の延長を可能とする特徴をもつ植物栽培用人工光源である。

図5は本実施例に用いた照明ランプ装置を現す図である。図５は図１が現す植栽デザインした植物構成に一日の光環境の変化を再現して提供する装置であり、本案の照明ランプ装置が提供する発光スペクトル分布に影響しないポリカーボネートシートを組み合わせて一日の照度変化の最小値から最大値の変化を時間の経過とともに提供するシート厚に設定した１３を具備する特徴をもって、図4の帯状放物面鏡の回りを回転或いは半回転しながら一日の照度変化の最小値と最大値の変化を時間経過とともに再現して提供するものである。実施例では13のシートはポリカーボネートシートを用いて実施したが、発光スペクトルに影響を与えない素材であれば用いる素材を限定するものでは無い。

本案の植物栽培用人工光源装置の提供によれば、現在提供されている室内で植物の栽培を実現しようとする植物工場等の分野や屋内施設等で植物を継続的に提供しようとする分野等広範囲の分野に植物の生育と栽培に有用となる条件に改良する事を実現して、屋内等植物にとって栽培条件が特殊な環境下に於いて植物の生育と栽培を促進する条件として有益となる植物栽培用人工光源装置の提供となるものである。

本案実施例図5の植物栽培用人工光源装置は、一日の照度変化の再現を提供するために、夜間の照度0、日の入30分～60分前、日の入り後30分～60分を最小照度、南中高度が最も高い昼の12時ころを最高照度として提供し、単一光源によってその実現を可能とする特徴をもつものである。

例えば、季節の中で夏至と冬至、春分・秋分についての日の出、日の入り時刻をみると、本実施地の静岡県浜松市に於いては夏至の日の出4：37、日の入り19：06で、冬至の日の出6：53、日の入り16：43であった。夏至前後の植物が感知すると思われる照度は、日の出前60分頃と日の入後の60分頃で、実測値は約30～60luxであった。また南中高度が最も高い昼12時ころには数万～約100000luxに達していた。冬至前後の季節には夏至の日の出前60分頃と日の入後の60分頃では照度計はほぼ0を指し、日の出前30分頃と日の入後の30分頃で計測が可能となったことから、本案実施例の栽培容器に設置する植物栽培用人工光源装置の照度時間帯について、選択される季節が夏至、冬至の再現の場合には、実測値同様な照度と時間帯を再現する事とした。また春分・秋分の季節は夫々の中間を取るように設定する。これは本案の実測に基づく数値での実施例であるので、地域によって実測値の把握によってサイクルは決定するものとする。

また、最低と最高照度については、日の出、日の入り前後の夫々の時間帯で30～60lux からスタートして徐々に照度を高め、放射度が最も高くなる11時ころから南中時刻となる12時を目安として、14時ころまでの時間帯に最高照度を得るように設定した。

また本実施例の植栽デザインが構成する植物の草丈や樹高は、植物夫々の発生に由来する環境要素が大きく関わって現れる形態上の特性であり、その形態形成には環境条件の中で特に光環境が大きく作用している。本案ではこの植物本来の特性を鑑みて植栽デザインが構成する植物の夫々がもつ高さやサイズ等の形態上の特性に適応する植物栽培用人工光源装置である。

本案では夜間の照度を０として日の出、日の入り前後の夫々の時間帯で30～60luxとし夜間、日の出、日の入前後の照度を除いては植物にとって生育に最低限必要である光補償点以上となるように照度を維持して時間の経過とともに夫々の高さと形態特性に必要となる光環境を考慮した図3に示す配光を提供する例を示すものである。最高照度については高すぎる照度による植物への弊害を考慮した条件で実施した。

この植物栽培用人工光源装置を用いれば、一日の再現から、月、年の再現を可能として、任意の季節を再現する事を実現可能とするものである。これによって寒冷地で常夏の植物の栽培や観賞して楽しむことも可能となり、個人の室内から屋内環境、商業施設等への幅広い分野への提供を可能とする。

本実施例では既存の植物栽培用容器を用いてその容器が持つ植栽表面とその垂直面に対応した単一照度ランプ装置を用いて実施したが、提供しようとする屋内等の施設の広さや植栽構成のサイズやボリューム等によってはその施設や条件に対応するように複数の光源を用いて植物栽培用人工光源装置を調整する事が可能である。

本発明の植物栽培用人工照明装置によれば、実際の季節に関係なく屋内に於いて任意の時期や季節の再現を可能とし、屋内や商業施設等に於いてその植物の栽培を継続的に維持、管理して観賞を可能とするものである。

１実施例に用いた植物栽培容器
２～５植栽デザインに用いた園芸植物の形態の夫々
６照明ランプ装置
７～１１植栽面から植栽植物の高さ毎の垂直面に提供照度を現す
１２照明ランプの帯状放物平面鏡
１３照度調整装置

Claims

植物の生育と栽培に必要不可欠となる発光スペクトル分布を有する光を照射する光源と、前記光源の波長をシフトさせずに照度を調整する照度調整装置と、を具備した照明ランプ装置を備え、
前記照度調整装置は、内部に前記光源が配設された筒状のポリカーボネートシートを含み、前記ポリカーボネートシートは、そのシート厚が径方向の各部で異なっており、前記照度調整装置は、前記ポリカーボネートシートを回転又は半回転させることにより、前記光源から前記植物に照射される光の照度を調整する、
植物栽培用人工光源装置。
前記照明ランプ装置は、前記光源の一部を覆うように湾曲し、前記光源から照射される光が、前記植物が植えられた栽培容器の植栽面に向けて案内する帯状放物面鏡をさらに備え、
前記ポリカーボネートシートの内部には、前記光源と前記帯状放物面鏡が配設される、
請求項１に記載の植物栽培用人工光源装置。