JPH0620396B2 - 植物育成用人口照明方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高圧ナトリウムランプを人工光源として用いた
植物育成用人工照明方法に関するものである。

従来の技術 最近、主にレタス、サラダ菜の野菜類の生産を目的とし
た植物工場が徐々に実現してきている。植物は一般に65
0 nm付近の光に光合成の最大感度を有しており、また30
0〜495 nmの光に主に葉の着色、形状等の形態形成に感
度を有している。そこで人工光源として650 nm付近の分
光エネルギー量が多い、通常660ワットの高圧ナトリウ
ムランプが光合成用に、300〜495 nmに分光エネルギー
量が多い、通常、250ワットの水銀灯あるいはメタルハ
ライドランプが形態形成用に用いられている。これらの
放電灯は植物の成長に対し最適な分光エネルギー分布と
なるように、各々ランプ負荷、照明器具の配置を決定
し、設置される。一般的には、ランプの種類、大きさに
応じた別個の照明器具を用い、植物に対してほぼ均一な
照度分布となるように混光照明されている。また工場内
の栽培室は植物の成長に適した約20℃の室温となるよう
に空調されている。

発明が解決しようとする問題点 従来行なわれている混光照明による人工照明方法は、別
個の放電灯、照明器具および安定器を用いているため、
初期設備費、維持管理費が高くつく、またランプの種類
に応じて光束維持率、寿命中の分光エネルギー分布の変
化率および寿命時間に差があり、常に照度および分光エ
ネルギー分布を均一に保つことは困難であり、植物の固
体間の成長速度および色、形状にバラツキを生じ、品質
を管理する上で問題であった。また特に植物工場におけ
るランニングコストのうちで照明用電力費が占める割合
が非常に高いため、製品コストを高め、工場システムに
よる栽培を広く促進さす上で大きな支障となっていた。

問題点を解決するための手段 本発明は、植物育成用人工照明方法として半サイクル毎
に光出力が高低を繰り返すように交流点灯し、点灯時の
分光エネルギー分布が300 〜720nm の波長間の分光エネ
ルギーの総和に対し、300 〜495 ｎｍの波長間の分光エ
ネルギー量の比が6.0％以上20％以下となるようにした
高圧ナトリウムランプを使用するものである。また好ま
しくはランプ点灯時の半サイクル毎の光出力が高をａ、
低をｂとした時、ａに対するｂの比が60％以下となるよ
うにしたものである。

作 用 従来の通常の一般的な方法と比べて本発明による方法で
は、人間の目には大きなチラツキを感じ不快感を持つ
が、植物に対してはその成長速度をほとんど低下させる
ことはない。つまり半サイクル毎にランプ負荷の高低を
繰り返すように高圧ナトリウムランプを点灯させること
により、植物の光合成の代謝特性に合せて明・暗期を作
り出し、効率的に植物を成長させ、また大幅な省電力を
図る他に、短波長域の分光エネルギーの増加を利用して
形態形成用としての機能を持たせることができる。

実施例 以下、本発明の詳細を図示の実施例を参照して説明す
る。

第１図は 360ワットの高圧ナトリウムランプの発光管の
縦断面図である。発光管１は内径８mm、長さ115mmの透
光性アルミナからなる外囲器２と、その両端には電極
３，３′を溶接により取付けたニオブからなる電気導入
体４，４′がガラスソルダーの封着体５，５′により気
密に封着された形状となっている。発光管１内にはナト
リウム、水銀および始動用希ガスが封入（図示せず）さ
れている。

第２図はランプ点灯回路の概略構成図である。発光管１
をガラス外球６内にマウントした 360ワットの高圧ナト
リウムランプ７は安定器８を介して 200Ｖの商用電源13
に接続されている。安定器８はチヨークコイル９，10、
整流素子11およびスイッチ12から構成されている。この
ように構成された回路において、先ず 200Ｖの商用電源
13が印加されるとチヨークコイル９およびスイッチ12を
介して高圧ナトリウムランプン７に電位がかかり、高圧
ナトリウムランプ７が始動する。スイッチ12は始動時は
閉となっており、これは始動時、ランプ電圧が低い状態
でチヨークコイル９に直流分の過電流が流れるのを防止
するために設けられている。次に高圧ナトリウムランプ
７が始動し、約２分の安定時後、スイッチ12を開とする
ことにより、交流電位の一方の電位においては整流素子
11、高圧ナトリウムランプ７およびチヨークコイル９か
らなる回路が形成され（以下、正方向という）、他方の
逆電位の場合はチヨークコイル９、高圧ナトリウムラン
プ７およびチヨークコイル10の回路が形成される（以
下、逆方向という）。このことはつまり、交流のサイク
ルの方向に応じて安定器８内のチヨークコイルのインピ
ーダンスが変わり、半サイクル毎にランプ負荷、光出力
の高低が切りかわる。このような方式で高圧ナトリウム
ランプ７を点灯させることにより、１個のチヨークコイ
ルのみで点灯させる従来の方式と異なり、分光エネルギ
ー分布に変化を生じる。その時の光出力の変化例を第３
図に示す。これは同一ランプによるもので、実線は従来
方式、つまりスイッチ12が閉の時で、破線は本発明方
式、つまりスイッチ12が開の時のものである。正方向で
の光出力のピーク値aは従来方式に比べて若干低下す
る。これは本発明による方式では発光管負荷が低下する
こと、および分光エネルギー分布が変化することに起因
している。また逆方向での光出力のピーク値bはチヨー
クコイル10のインピーダンスを変えることによって、ラ
ンプ出力を調整し、任意に変化させることができる。表
１に封入量の全量が蒸発するようにした不飽和蒸気圧形
タイプの高圧ナトリウムランプを用い、チヨークコイル
10のインピーダンスを変化させた場合の試験結果を示
す。

試験Ｎｏ．１は従来方式による整流素子11およびチヨー
クコイル10を設けない場合で、ランプ電力660Ｗで点灯
されている。試験Ｎｏ．２〜６は徐々にチヨークコイル
10のインピーダンスが増加されることにより、ランプ電
力および光出力ピーク比b／aが低下する。また直流分が
増加することにより発光管内はナトリウム、水銀蒸気が
分離し、水銀の発光が見られるようになる。その結果、
300〜495 nmの波長間の分光エネルギー量が増加する。
これは試験Ｎｏ．３以降に顕著に現われてくる。しかし
ながらチヨークコイル10のインピーダンスを高め過ぎる
と発光管のアーク放電の維持ができなくなり、試験Ｎ
ｏ．６，７をさかいにして立ち消えを生じるようにな
る。

以上の結果を鑑みて正方向の光ピーク値aを従来のラン
プ電力 660Ｗと同一にし、かつランプ電力がほぼ 360ワ
ットに設定した高圧ナトリウムランプについて、発光管
内に封入するナトリウム、水銀の比率を変え、その分光
エネルギー分布と野菜の成長との関係を調べた。その結
果を表２に示す。本結果は野菜としてサラダ菜を用いた
ものである。

表２から、従来方式のランプ電力 660Ｗの高圧ナトリウ
ムランプのみで照明した場合は、植物の重量は大きくな
り易いものの、含水率が高く、かつ葉が黄緑色でやわら
かすぎ、商品価値が乏しい。これは試験Ｎｏ．１につい
ても同様の傾向である。試験Ｎｏ．２から５までナトリ
ウム量を少なくし、水銀蒸気圧を高めていくと、野菜の
重量は徐々に小さくなっていくものの、緑色が濃くな
り、含水率が少なく、締まった露路栽培と同等の品質の
ものが得られる。この結果は 300〜720 nmの波長間の分
光エネルギーの総和に対する 300〜495 nmの短波長域の
分光エネルギーの比が6.0％以上で顕著に現われてく
る。最適条件としては試験Ｎｏ．３の分光エネルギー分
布が7.2％程度にしたものが、一番野菜の出来が優れて
いる。しかし試験Ｎｏ．５のように分光エネルギー比が
20％になると野菜の重量の低下が大きく且つ堅くなって
くるため、分光エネルギー比が20％を越えると商品価値
がなくなり、また省電力効果も低下する。よって 300〜
720 nm波長間の分光エネルギーの総和に対する 300〜49
5 nmの波長間の分光エネルギー量の比は6.0％以上、20
％以下にする必要がある。また表１から 300〜495 nmの
短波長域の分光エネルギー比を増し、且つ大きな省電力
効果を引き出すためには、b／aは60％以下とする必要が
ある。

このように本発明による方法では、従来方法の 660ワッ
トの高圧ナトリウムランプと 250ワットの水銀灯あるい
はメタルハライドランプとの混光照明方式と比べ、高圧
ナトリウムランプのみの照明で良く、植物の重量低下分
を考慮しても大幅な照明用電力の節減と、形態形成用の
設備を不要とすることができる。また本発明による点灯
方法では正方向に流れる電流は従来方法とほぼ同一であ
り、逆方向では正方向以下の電流が流れる。よって発光
管の電極等に与える悪影響はなく、ランプの寿命はほと
んど問題がない。その他、逆方向にも電流が流れている
ため、放電が維持し易く、また半波整流点灯方式あるい
はフラッシュランプのようなパルス点灯方式のように瞬
時に再点灯させるための例えば高電圧パルス発生装置お
よびこれらに適した特殊な光源を必要とせず、簡単な点
灯回路で信頼性の高い照明方式が実施できる。

以上の実施例では、野菜としてサラダ菜について説明し
たが、レタス類についても試験を行ない、同様の結果を
得た。また発光管内にナトリウム、水銀および始動用希
ガスを封入した高圧ナトリウムランプについて説明した
が、他にインジウム等の短波長域の発光金属を封入した
高圧ナトリウムランプでも可能である。

発明の効果 以上詳述したように本発明では、比較的簡単な点灯方式
と高圧ナトリウムランプの組み合せにより、照明用電力
費および設備費の大幅な低減と植物の品質の安定化が得
られる。その他、ランプ電力の低下により、ランプ、安
定器からの熱放出を少なくでき、栽培室内の空調費の節
減、あるいはランプ、安定器および照明器具のコンパク
ト化が図れる。また本発明方法に用いるランプ点灯方法
は一般照明の点灯方法と比べ、ランプ寿命等に与える悪
影響がほとんどなく、よって一般照明用のランプそのま
ま、あるいは若干の仕様変更で使用できる等の利点もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いる高圧ナトリウムランプの発
光管の断面図、第２図は本発明方法に用いるランプ点灯
回路の一例を示す回路図、第３図は本発明方法による光
出力を従来方法と比較して表わした特性図である。 １……発光管、７……高圧ナトリウムランプ、８……安
定器、９，10……チヨークコイル、11……整流素子、12
……スイッチ、13……商用電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半サイクル毎に光出力の高低を繰り返すよ
   うに交流点灯し、点灯時の分光エネルギー分布が300 〜
   720nm の波長間の分光エネルギーの総和に対し、300 〜
   495 ｎｍの波長間の分光エネルギー量の比が6.0 ％以上
   20％以下となるようにした高圧ナトリウムランプを使用
   することを特徴とする植物育成用人工照明方法。
2. 【請求項２】半サイクル毎に繰り返される光出力の高を
   ａ、低をｂとした時、ａに対するｂの比が60％以下とな
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第(1) 項
   記載の植物育成用人工照明方法。