(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性アルミナ製の発光管を有し、
前記アルミナ製の発光管に封入する添加物に、赤色光を発光するヨウ化リチウム、緑色光を発光するヨウ化タリウム、及び、青色光を発光する物質を含み、
前記ヨウ化リチウム及びヨウ化タリウムの封入量により前記赤色光、緑色光及び青色光のエネルギー比を調整可能にし、
前記青色光、緑色光及び赤色光のエネルギー比を、当該エネルギー比の順で、
青色光：緑色光：赤色光＝２４±４：３２±４：４４±４
としたことを特徴とする植物育成用のメタルハライドランプ。
【請求項２】
請求項１に記載の植物育成用のメタルハライドランプにおいて、
前記ヨウ化リチウムの含有量を前記添加物に対してｍｏｌ比３０〜５０％とし、前記ヨウ化タリウムの含有量を前記添加物に対してｍｏｌ比５％以下とした
ことを特徴とする植物育成用のメタルハライドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物の成長を促進する植物育成用照明装置の光源に用いて好適なメタルハライドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、異常気象の影響により、気象の影響を受けずに植物の安定生産及び供給を目的とした植物工場が増えてきている。また、その土地の気候では栽培できない植物も植物工場では栽培できることも、植物工場が増えてきている１つの要因になっている。
植物工場では、温度、湿度、日射量などの自然生育条件を、エアコン、加除湿器、ランプなどを利用して人工的に作り出し、その条件で植物生産を行うことにより、露地栽培と変わらない品質の植物を栽培、周年安定供給可能している。
【０００３】
しかしながら、上記自然育成条件を人工的に作り出すことは、エアコンなどの機械設備投資が必要となり、また機械を使用する上でランニングコストがかかることから、植物工場での植物、特に野菜類は、スーパーなどにならぶ露地植物よりも値段が高くなっているのが現状である。
そこで現在、植物工場ではコストをおさえるため、生産日数すべてに、生産植物にあわせた人工条件を作り出し、その人工条件下で生産することにより、生産日数を早め収穫回数を増しコストアップを抑えてきた。自然条件のように日々変わる天気とは違い、無駄を無くしたことで、レタスなどの野菜類は３０日で出荷できるようになってきている。
【０００４】
このように、より早い植物生産、より無駄のない植物生産は、植物工場を経営する上で重要であるため、ランニングコストのかからない省エネ機械の研究や、生産日数を縮めるうえで、植物成長の研究が盛んに行なわれている。
植物成長を考えるうえで、植物には、成長に大きく影響を及ぼす光合成作用というものがある。光合成は二酸化炭素、水、光を必要とし、光合成作用に最も合う光源を選定することが最適な光合成につながり、つまり、最短日数での生産(植物の最適な成長)につながる。
【０００５】
近年では、赤色光、緑色光及び青色光の３色の光をバランス良く植物に照射することが植物の光合成の点から有効であることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
そこで、現在、植物工場では、植物育成用光源として、三波長形蛍光ランプ、高演色形ナトリウムランプとメタルハライドランプとの併用、或いは、メタルハライドランプが用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平３−４９５３０号公報
【特許文献２】特開２００３−３３９２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、三波長形蛍光ランプは、赤色光が少なく同時に照度も少ないなどの欠点もあり、植物工場で使用するには赤色光不足、照度不足の問題があり、照度を補うためには、ランプ本数も増えてしまいコストも増加してしまう、という種々の問題を有する。
また、高演色形ナトリウムランプは、６００〜７００ｎｍで分光エネルギー量が多いランプであるものの植物工場で使用するには青色光が少ないため、４００〜５００ｎｍに分光エネルギー量が多いメタルハライドランプを併用し、光を混ぜ合わせる必要がある。このようにメタルハライドランプを併用するため、ランプの使用本数が２倍に増えることになり、コストも増加してしまうという問題点があった。
【０００７】
メタルハライドランプは、一般照明用として開発・使用されているものであり、人の可視感度に合わせた緑成分と、演色性向上のため赤色光を多くした仕様にて作製されている。このため、植物工場で使用するには青色光が少なく、植物の光合成を効果的に促すことができない、といった問題がある。
さらに、メタルハライドランプは、発光管の材質に石英が広く用いられているが、このようなメタルハライドランプは、経時変化により赤色光が弱くなる、といった問題もある。具体的には、メタルハライドランプは、赤色光を出すために、６１０ｎｍ及び６７０ｎｍに強い発光スペクトルを有するヨウ化リチウムを発光管に封入しているが、時間の経過に伴ってリチウムイオンが石英を透過し、リチウム発光が短時間で消滅したり、発光特性が変化する。これにより、赤色光、青色光及び緑色光のバランスが崩れ、効果的な植物育成ができない、といった問題がある。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、赤色光、緑色光及び青色光の３色の光を同時に発光すると共に、これら３色の光のバランスを容易に調整可能とし、なおかつ、経時変化に対して優れた耐久性を有するメタルハライドランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、透光性アルミナ製の発光管を有し、前記アルミナ製の発光管に封入する添加物に、赤色光を発光するヨウ化リチウム、緑色光を発光するヨウ化タリウム、及び、青色光を発光する物質を含み、前記ヨウ化リチウム及びヨウ化タリウムの封入量により前記赤色光、緑色光及び青色光のエネルギー比を調整可能にし、前記青色光、緑色光及び赤色光のエネルギー比を、当該エネルギー比の順で、青色光：緑色光：赤色光＝２４±４：３２±４：４４±４としたことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、上記発明において、前記ヨウ化リチウムの含有量を前記添加物に対してｍｏｌ比３０〜５０％とし、前記ヨウ化タリウムの含有量を前記添加物に対してｍｏｌ比５％以下としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、透光性アルミナ製の発光管３を有し、前記アルミナ製の発光管３に封入する添加物に、赤色光を発光するヨウ化リチウム、緑色光を発光するヨウ化タリウム、及び、青色光を発光する物質を含み、前記ヨウ化リチウム及びヨウ化タリウムの封入量により前記赤色光、緑色光及び青色光のエネルギー比を調整可能にする構成としたため、赤色光、緑色光及び青色光の３色の光を同時に発光すると共に、これら３色の光のバランスを容易に調整可能とし、なおかつ、経時変化に対して優れた耐久性を有するメタルハライドランプが実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るメタルハライドランプ１の構成を示す図である。このメタルハライドランプ１は、植物に人工光を照射して植物の成長を促す植物育成用装置の光源に用いて好適な植物育成用のランプである。
この図に示すように、メタルハライドランプ１は、発光管３、外球５及びランプ口金７を有し、発光管３の内部には一対の電極が封着され、また、発光用の添加物が封入されている。
【００１４】
さらに詳述すると、発光管３には、透光性アルミナ管よりなる管内径が１０ｍｍ、全長が５５ｍｍのアルミナ製発光管が用いられている。発光管３の両端部には、アルミナタングステンからなる導電性サーメットキャップが電極として封止材により封止されており、さらに、この発光管３には、始動用希ガスとしてアルゴン、ヨウ化リチウム、ヨウ化タリウムなどの添加物が所定量ずつ封入されている。
上記発光管３は、外球５及びランプ口金７により封じられており、外球５の内部空間９は真空に保たれている。
【００１５】
一般に、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの光（「光合成有効放射」と呼ばれる）が、植物の光合成のエネルギー源として有効であることが知られており、また、光合成有効放射の波長の光は、光合成のエネルギー源となるため強い光強度である必要がある。これに対して、本実施形態ではメタルハライドランプ１を植物育成用の光源として使用することで、高強度の光を植物に照射可能にしている。
【００１６】
また、植物は、光合成有効放射の各波長に対して同じ効率で光合成を行っているのではなく、光合成作用曲線と呼ばれる感度曲線に則した効率で光合成を行っていることが、McCree(1972)やInada(1976)によって求められ、「The action spectrum, absorbance and quantum yield of photosynthesis in crop plants. Agric. Meteorol., 9, 191-216.」や「Action spectra for photosynthesis in higher plants. Plant & Cell Physiol., 17, 355-36」の文献に示されている。
【００１７】
ここで、McCree(1972)とInada(1976)によって、草本類や木本類等の６１種類の植物の各々の光合成作用曲線が示されているものの、任意の植物の育成に使用するには、どのような光合成作用曲線が最適であるかが示されていなかった。そのため、育成対象の植物に最適な光合成作用曲線をその都度実験等により求める必要があり、また、ある植物の光合成作用曲線に合わせて設計した光源を、他の植物の育成に使用した場合、必ずしも効果的な育成が達成できるとは限らなかった。
【００１８】
そこで、本件発明者らは、実験等を行うことで、McCree(1972)とInada(1976)によって示されている、植物６１種類の植物の光合成作用曲線の平均値として求めた光合成作用曲線（以下、「平均光合成作用曲線」と言う）に適合した光源が、上記植物６１種以外の植物の育成に対しても有効であることを求めた。
【００１９】
図２は、平均光合成作用曲線を示す図である。
この図に示すように、平均光合成作用曲線Ｐにおいては、波長４００〜５００ｎｍの光（以下「青色光」と言う）、波長５００〜６００ｎｍ（以下「緑色光」と言う）、及び、波長６００〜７００ｎｍの光（以下「赤色光」と言う）の夫々のエネルギーの比（相対値）が、
青色光：緑色光：赤色光＝２４：３２：４４
となり、このようなエネルギー比の光源を植物に照射することで、植物を効率良く育成することができる。
このとき、平均光合成作用曲線Ｐにおけるエネルギー比は、一般的な従来のメタルハライドランプのエネルギー比（例えば一般照明用では１５：３７：４８、看板照明用では１５：２８：５５）とは異なり、従来のメタルハライドランプをそのまま植物育成に用いたとしても、効率の良い育成は達成できない。
【００２０】
また、従来のメタルハライドランプを植物育成用とするには、青色光のエネルギーを高める必要がある。しかしながら、平均光合成作用曲線Ｐにおいて最もエネルギー比の低い青色光を調整して、この平均光合成作用曲線Ｐのエネルギー比を実現することは困難である、という問題がある。
さらに、従来のメタルハライドランプにおいては、ヨウ化ジスプロシウム（ＤｙＩ3）やヨウ化カルシウム（ＣａＩ）といった、波長４００〜５００ｎｍの範囲に強い発光スペクトルを有する複数種類のハロゲン化金属を同時に添加物として用いて青色光を出しており、これらの添加物の量を調整して、青色光のエネルギーを調整することは非常に困難である、という問題もある。
【００２１】
そこで本実施形態では、発光管３に封入する添加物に、波長６００〜７００ｎｍに強い発光スペクトルを有するヨウ化リチウム（ＬｉＩ）と、波長５００〜６００ｎｍに強い発光スペクトルを有するヨウ化タリウム（ＴｌＩ）とを含めた構成としている。
図３は、本実施形態のメタルハライドランプ１の発光管３に封入した添加物の種類と、それらの封入ｍｏｌ比の一例を示す図である。この図に示すように、本実施形態では、主として青色光を発光するハロゲン化金属であるＤｙＩ3−ＨｏＩ3−ＮａＩ（２：２：１）及びＣａＩに加え、赤色光を発光するハロゲン化金属であるＬｉＩと、緑色光を発光するハロゲン化金属であるＴｌＩとを添加物として用いることで、青色光、緑色光及び赤色光の３色の光を同時に発光する構成としている。
そして、赤色光及び緑色光を夫々ＬｉＩ及びＴｌＩにより作り出す構成としているため、発光色と物質との対応が１対１の関係となり、これらＬｉＩ及びＴｌＩの各々の量を調整することで赤色光及び緑色光のエネルギーを簡単に調整することが可能になる。
さらに、平均光合成作用曲線Ｐにおいて相対的にエネルギー比が高い赤色光及び緑色光のエネルギーを調整するため、比較的容易に平均光合成作用曲線Ｐのエネルギー比を実現することができる。
【００２２】
本実施形態では、発光管３に封入する添加物の総量に対するＬｉＩの含有量をｍｏｌ比３０〜５０％（図示例では３４．６％）とし、また、ＴｌＩの含有量をｍｏｌ比５％以下（図示例では２．８％）としている。
このような成分比率の添加物を発光管３に封入して構成したメタルハライドランプ１の分光エネルギー分布を測定した結果を図４に示す。この図から求められる青色光、緑色光及び赤色光のエネルギー比は、青色光：緑色光：赤色光＝２２：３０：４８であり、平均光合成作用曲線Ｐに近似した比率の光源が実現されていることが示されている。
【００２３】
ここで、ヨウ化リチウムを添加物として使用した場合、発光管の材質が一般的な石英であると、時間の経過に伴って、リチウムイオンが石英を透過し、リチウム発光が短時間で消滅したり発光特性が変化して、青色光、緑色光及び赤色光のエネルギー比が平均光合成作用曲線Ｐのエネルギー比から離れてしまい、効果的な植物育成ができなくなる。
そこで、本実施形態では、発光管３の材質に、アルミナを使用することで、ヨウ化リチウムの透過を防止することとしている。これにより、平均光合成作用曲線Ｐに近似した青色光、緑色光及び赤色光のエネルギー比を長期に亘り維持可能な、経時変化に対して優れた耐久性を有するメタルハライドランプ１が実現される。
そして、上記の構成のメタルハライドランプ１を植物育成に用いることで、長期に亘り効果的な育成が可能になる。
【００２４】
図５は、本実施形態のメタルハライドランプ１を用いた育成試験結果を示す。
この育成試験においては、人工気象器の中で３０日間に亘り９株のチリメンチシャを育成した。そして、株ごとに生体重、乾燥重、葉枚数などを測定し、９株の測定結果を平均値化した数値を図５に示している。
また、本実施形態のメタルハライドランプ１との比較用として、一般照明用のセラミックメタルハライドランプを試験に用いた。この試験に用いたメタルハライドランプ１、及び、セラミックメタルハライドランプは共に１５０Ｗ（ワット）点灯のランプであり、一般照明用のセラミックメタルハライドランプの分光エネルギー分布は青色光：緑色光：赤色光＝１５：３７：４８である。
そして、図５の結果に示されるように、一般照明用のセラミックメタルハライドランプよりも本実施形態のメタルハライドランプ１の方が生体重、乾体重とも重く、また、全ての測定値において増加がみられ、チリメンチシャの生育が良好である結果が得られた。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、透光性アルミナ製の発光管３を有し、この発光管３に封入する添加物に、赤色光を発光するヨウ化リチウム、緑色光を発光するヨウ化タリウム、及び、青色光を発光する物質を含む構成としたため、これらヨウ化リチウム及びヨウ化タリウムの封入量により赤色光、緑色光及び青色光のエネルギー比を簡単に調整することができる。
さらに、アルミナ製の発光管３を用いることで、ヨウ化リチウムの透過を防止し、青色光、緑色光及び赤色光のエネルギー比を長期に亘り維持可能な、経時変化に対して優れた耐久性を有するメタルハライドランプ１が実現される。
また、３色の光を同時に所定のエネルギー比でバランス良く発光可能であるため、これら３色の光のエネルギー比を調整するために複数のランプを用いる必要がなく、植物育成用のランプにかかるコストを抑えることができる。
【００２６】
また、本実施形態によれば、赤色光、緑色光及び青色光のエネルギー比を、青色光：緑色光：赤色光＝約２４：約３２：約４４とする構成としたため、多種の植物に対して効率の良い育成を可能にするメタルハライドランプ１が提供される。
このような、エネルギー比は、ヨウ化リチウムの含有量を添加物に対してｍｏｌ比３０〜５０％とし、ヨウ化タリウムの含有量を添加物に対してｍｏｌ比５％以下とすることで容易に実現することができる。
【００２７】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上述した実施形態において、赤色光、緑色光及び青色光のエネルギー比は、青色光：緑色光：赤色光＝約２４：約３２：約４４が理想的であるが、この比から例えば４％程度増減した間の範囲であれば、多種の植物に対して、十分に効率の良い育成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係るメタルハライドランプの構成を示す図。
【図２】平均光合成作用曲線を示す図。
【図３】添加物の構成を示す図。
【図４】本実施形態のメタルハライドランプの分光エネルギー分布を示す図。
【図５】植物育成試験の結果を示す図。
【符号の説明】
【００２９】
１  メタルハライドランプ
３  発光管
５  外球
７  ランプ口金
Ｐ  平均光合成作用曲線
【図１】
0005167743.tif 000002
【図２】
0005167743.tif 000003
【図３】
0005167743.tif 000004
【図４】
0005167743.tif 000005
【図５】
0005167743.tif 000006