(57)【要約】【課題】  照明ユニット６に付設のＬＥＤ電球１ｗの地表面１１への照射による、細長い長方形のスポット光の照射面Ｓ１を得て、長方形の長辺に直角な方向で走査移動して、地表面１１上に植物栽培用の長方形の間欠光の照射面Ｓ３を得る方法を課題とした。【解決手段】  照明ユニット６を回転させて、照明ユニット６によるスポット光の照射面Ｓ１を回転して、地表面１１を走査させる方法において、スポット光の照射面Ｓ１が間欠光の照射面Ｓ３を照射する部分だけＬＥＤ電球１ｗへ通電して、ＬＥＤ電球１ｗを点灯させることに由って間欠光の照射面Ｓ３を得る方法で解決した。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常のリングと間欠通電用リングを用いて、連続した電力を入力して、この電力を間欠的に導通する方法に由って、間欠電力の出力として負荷側へ供給する機能となした、間欠通電用スリップリング装置。
【請求項２】
請求項１の通常のリングと間欠通電用リングを用いて、間欠通電するスリップリング装置にあって、間欠通電用リングに付設するブラシの設置位置を変更する機能を付加して、ブラシの設置位置を変更することに由り、通電角の位相を変化さる仕組みの間欠通電用スリップリング装置。
【請求項３】
照明ユニット６と、回転装置としてのモーター、及び、照明ユニット６のＬＥＤ電球１ｗへの間欠の電力を供給するための間欠通電用スリップリング装置を備え、モーターの出力軸と照明ユニット６の回転用の軸、及び、照明ユニット６の回転用の軸と間欠通電用スリップリング装置の回転軸を、カップリングをもって連結して、連動するようになした装置であって、モーターの回転によって、照明ユニット６と間欠通電用スリップリング装置の回転軸を回転すると共に、間欠通電用スリップリング装置へ電源を供給して、目的とする点灯範囲角の中心角度と大きさを得るために必要な間欠の直流電力を電球１ｗへ供給して、電球１ｗを点灯して照射して、スポット光Ｓ１を点灯範囲角内で連続的に走査して移動させることで、間欠光の照射面Ｓ３を得る仕組みの、本発明による照射範囲を回転角で定める間欠光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、植物栽培用ハウス（以下、ハウスと言う）において使用する、光合成用の光りを照射する照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  光合成用の光に関しては、植物へ連続した光よりも、細切れの光り（明、暗の周期をもつ光、以下間欠光と言う）として照射して与えた方が光合成の効率が良いことが知られている。
本出願人は、上記の原理をハウス栽培の実際において応用するための装置として、ＬＥＤ電球の光の指向性良いことに着目して、連続した光を間欠光と成して植物へ照射する照明装置として、先に以下の発明を提案した。
（特願２０１０−０６１４８７号、名称「間欠照明による、植物栽培用の照明装置」、以下、先の発明による照明装置と言う）
先の発明による照明装置は、ＬＥＤ電球の光を用いて、簡便な装置で間欠光を照射できる照明の方法として提案されたものであって、この方法は、ハウス内の太陽光に等しい強い照度の光を、指向性の強いＬＥＤ電球の発光の特色を活かして間欠光となして、植物への照射を行う装置である。
先の発明による照明装置は、簡便な装置で、光合成における間欠光の原理を、実際の植物栽培の実状に適用して利用することを可能としたものである。
以下、図１によって、先の発明の技術的な二つの特徴を説明し、続いて、本発明の課題について記述する。
尚、図１は先の発明の出願書類においては、図７として示された内容と同じ図面である。（但し、先の図７において数字で表示した部分は、本考案の図１では数字を変更して表示しているが、変更箇所については、符号の説明の項で変更箇所を付記して説明した）【０００３】  先の発明の一番目の技術的な特徴は、照射対象（植物の栽培面）の地表面１１を照射するＬＥＤ電球１Ｗが設けられた照明ユニット６と、この照明ユニット６を地表面１１に垂直な照明ユニット６の中心線４を中心軸として、地表面１１に水平な面で回転させる回転手段を備え、ＬＥＤ電球１Ｗは列をなして付設し、電球配線ユニット７に電力を供給してＬＥＤ電球１Ｗを点灯して、地表面１１へ、長方形の有効な照度を有するスポットの照射面Ｓ１を形成させるとともに、前記の回転手段によって、照明ユニット６を回転させることに由って、照射面Ｓ１を面の中心点を中心として回転移動（長方形の対角線の交点を中心として、対角線へ直角の方向へ回転させること）させて、照射面Ｓ１の長方形の対角線の長さに等しい直径の、円の面積に相当する間欠光の照射面Ｓ２を得る事を特徴とした植物栽培用照明装置であること。【０００４】  先の発明の二番目の技術的な特徴は、照射対象面（植物の栽培面）の地表面１１を照射するＬＥＤ電球１ｗが設けられた照明ユニット６と、この照明ユニット６を地表面１１に平行な電球配線ユニット７の中心線３を中心軸として、照明ユニット６を地表面１１に垂直な面で回転させる回転手段を備え、ＬＥＤ電球１ｗは列をなして付設し、電球配線ユニット７に電力を供給してＬＥＤ電球１ｗを点灯して、地表面１１へ、長方形の有効な照度を有するスポットの照射面Ｓ１を形成させるとともに、前記の回転手段によって照明ユニット６を回転させることに由って、照射面Ｓ１を長方形の面の長辺に直角な方向へ、直線的に移動させて正方形又は長方形（一辺が照射面Ｓ１の長辺Ｌ３であって、他辺が照射面Ｓ１の有効な移動範囲である長さ距離Ｌ６に等しい長さである面）の間欠光の照射面Ｓ３を得る事を特徴とした植物栽培用照明装置であること。
以上、先の発明における技術上の二つの特徴を記述したが、本発明は、先の発明の二番目の技術的な特徴に関わるものであって、スポット光Ｓ１を移動させて、間欠光の照射面Ｓ３を得る方法の実施態様の一つとして、実用的な手段を提供するものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  先の発明の二番目の技術的な特徴で示した、間欠光の照射面Ｓ３を得るためには、距離Ｌ６を設定して、照明ユニット６の１回転（３６０°）において、距離Ｌ６で示した位置と長さにマッチした範囲内だけに間欠光の照明が当たるように、スポット光Ｓ１の有効な照射角の移動範囲（点灯する角度の位置と消灯する角度の位置であって、以下、点灯範囲角と言う）を定めて、距離Ｌ６に見合う点灯範囲角でＬＥＤ電球１ｗを点灯する必要がある。
しかし、これを電気的に位置のセンサや、スイッチ類を多数用いた制御装置を利用して行うときには、タイムラグが大きいことから、早い回転速度が必要な照明ユニット６の回転速度に対応した制御方法としては、正確さを欠く欠点があることから、本発明はこの欠点を修正して簡便な方法で点灯範囲角でのＬＥＤ電球１ｗの点灯を正確に制御する仕組みを作ることを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は、第一の課題を解決するために、照明ユニット６に付設したＬＥＤ電球１ｗの点灯用直流電力の供給は、回転している電力負荷への電力の供給装置が必要であって、スリップリングを用いた通電装置（以下、スリップリング装置と言う）が利用出来ること、又、スリップリング装置の部品として用いる、通常の型式のリング（以下、通常のリングと言う）を改造して用いる事で、指定した点灯範囲角内に制限した、通電するスイッチとして利用ができることに着目して、解決したものであって、以下その手段を説明する。
図２はスリップリング装置の原理を示す図面であって、直流電源からスリップリング装置出口のマイナス側の接続端子（Ａ）、とプラス側の接続端子（Ｂ）に至るまでの流れを示した図面である。
通常、スリップリング装置は、回転する電力負荷への電力供給だけの目的のために用いる装置である、従って、リングは３６０°の全回転を連続して通電する構造の通常のリングをマイナス電極側のリング（Ａ）とプラス電極側のリング（Ｂ）の双方に使用して利用する仕組みである。
図３に通常のリングの構造を示したが、中空円板型のリングであって、材質は真鍮や銀合金等の良導体を用い、内円の空洞部へボスを介して回転軸へ付設して、回転軸と一体となって回転させる部品である。
図２は、通常のリングをリング（Ａ）とリング（Ｂ）に使用して、リング（Ａ）とリング（Ｂ）からボスと軸側へは電流が流入しないように絶縁した状態で付設し、リングの外周表面へカーボンや銀合金のブラシを接触させて、リングの回転時にも通電できる仕組みの、通常のスリップリング装置を示している。
図２に示したスリップリング装置おいて、回転軸の軸端の部分を電力負荷側の回転体の回転軸とカップリングで連結して、電力負荷側の回転軸を駆動して、電力負荷側の回転速度とマッチさせて、スリップリング装置の回転軸を回転させる時には、スリップリング装置の回転軸及び、リング（Ａ）とリング（Ｂ）、接続端子（Ａ）と接続端子（Ｂ）は電力負荷側の回転軸の回転数が同じとなることから、接続端子（Ａ）と、接続端子（Ｂ）は回転時においても、負荷側の受電用端子へ連結した状態が保たれる。
従って、このような状態において、負荷側の回転軸を駆動して、スイッチをＯＮとしてスリップリング装置へ直流電力を供給するときには、直流電源からの電流は導線を通じて、ブラシ（Ｂ）→リング（Ｂ）→端子（Ｂ）→接続端子（Ｂ）→負荷→接続端子（Ａ）→端子（Ａ）→リング（Ａ）→ブラシ（Ａ）と通じて、直流電源へ戻り、回転体の負荷に対しても回転速度を合わせることで、安定的に継続した電力の供給が出来る仕組みとなっている。
以上が、通常のスリップリング装置の仕組みであるが続いて、本発明による、点灯範囲角の範囲内でのＬＥＤ電球１ｗの点灯を行うための間欠的な通電を行うスリップリング装置（以下、間欠通電用スリップリング装置と言う）の仕組みを説明する。
図４は、間欠通電用スリップリング装置の部品として使用する、間欠通電用リングを示した図面である。
間欠通電用リングの外見上の形、及び使用方法は、図３に示した通常のリングと同じであるが、間欠通電用リングの場合は、中空の円板型のリングの全回転角３６０°の一部で、通電が必要な回転角βに相当する部分であって、端子を中心として点ｃ，ｄ，ｆ，ｅ，で囲まれた部分を良導体の材質で作った導体の部分（以下、導通部と言う）となした部分である、その他の部分はプラスチックやセラミックスを用いて作った絶縁体の部分として構成したところが通常のリングと異なり、通電の機能としては、通常のリングが回転によってブラシと接触するリング外周の全面（３６０°）で通電することが可能であるが、間欠通電用リングの場合はブラシが外周のｃ〜ｄ間（角度βの弧に相当する区間）に接触している時点に限り通電する機能があることが異なっている。
従って、図２に示したスリップリング装置おいて、リング（Ａ）とリング（Ｂ）に使用するリングの種類の組み合わせを、通常のリング一つと間欠通電用リング一つを用いる構成のスリップリング装置となす事で、回転軸を回転して通電を行うときには、スリップリング装置の通電機能は間欠通電用リングの通電機能に従った通電機能を持った、間欠通電用スリップリング装置となる。
【０００７】  次に、間欠通電用スリップリング装置を使用した、ＬＥＤ電球１ｗの点灯範囲角内での点灯の仕組みを説明する。
ＬＥＤ電球１ｗの点灯範囲角内での点灯の制御は、間欠通電用リングの導通部の角度βとブラシの幅、及び、ブラシの設置位置の調整で行う事が可能であって、その方法について図５によって説明する。
図５は、前記の間欠通電用スリップリング装置の運転中においての、間欠通電用リングの導通部とブラシについての位置関係を地表面１１に垂直な垂直の中心線を基準として示した図面であって、回転する間欠通電用リングの導通部の中心の位置が垂直の中心線と合致した時点の位置であって、ブラシの位置は導通部の弧（ｄ〜ｃ）の点ｃの回転方向と逆側に接した位置へ固定された状況を示している。
又、図５に示した状況においての、間欠通電用リングが電気を通す範囲の角度（以下、通電角と言う）は、中心点と導通部の弧（ｄ〜ｃ）で作る角βと、中心点とブラシの接触幅である弧（ｃ〜ｇ）で作る角の２倍の和であって、その大きさは通電角θとなる。
従って、本発明の課題の解決の手段は、以下の▲１▼、▲２▼の調整を行った間欠通電用スリップリング装置を用いて、電球配線ユニット７に間欠の直流電力を供給してＬＥＤ電球１ｗを間欠点灯することで解決したものである。
▲１▼  点灯範囲角の大きさに見合う通電角θの大きさとなすために、導通部の弧（ｄ〜ｃ）の大きさと、ブラシの接触幅（弧ｃ〜ｇ）の大きさを適切な大きさへ調整して用いること。
▲２▼  点灯範囲角と通電角θの位相を合わせるために、図５に示した通り、通電角θの中心が垂線と一致するように、ブラシの設置位置を調節してブラシを設置すること。
以上が、回転するＬＥＤ電球１ｗへ、点灯範囲角を定めた間欠的点灯によって間欠光の照射面Ｓ３を得る、本発明の仕組みであるが、図６に本発明の仕組みによる装置（以下、本発明による照射範囲を回転角で定める間欠光照射装置）の構成と仕組みを示すフローを示した。
図６は、モーターと、照明ユニット６、間欠通電用スリップリング装置で構成し、モーターの出力軸と電球配線ユニット７を回転させる軸をカップリングで連結し、電球配線ユニット７の軸と間欠通電用スリップリング装置の回転軸をカップリングで連結すること及び、電球配線ユニット７へ間欠通電用スリップリング装置からの間欠の直流電力の供給を受けることに由って用いる装置であって、この状態で、モーターを運転すると、照明ユニット６と間欠通電用スリップリング装置の回転軸は、モーターの出力軸の回転に合わせて回転することから、間欠通電用スリップリング装置へ直流電力を入力して、ＬＥＤ電球１ｗへ適正な間欠電力を供給して、ＬＥＤ電球１ｗ点灯範囲を定めた間欠的点灯を行はせると共に、照明ユニット６を回転させて、間欠光の照射面Ｓ３を得る仕組みを示した図面である。
【発明の効果】
【０００８】  本発明は、間欠光の制御に直接関わる効果としては以下の（１）、（２）の二点の効果がある。
（１）  間欠光の周期速度としては、効率的には１，０００周期／分（１，０００ｒｐｍに相当）を超える周期速度の間欠光で利用することが、効率の良い利用方法となるが、この場合の角速度は６，０００°／秒となり、１／１，０００秒のタイムラグにおいても、回転角に直すと６度のずれが発生するが、本発明による間欠通電用スリップリング装置を用いて、直接的に電源をいりきりする方法は、電源供給に必要な装置をそのまま利用した物であり簡便であることの他、特別なスイッチの回路を必要としないことから、タイムラグが小さく精度の高い点灯範囲角制御が出来ることである。
（２）  照射面Ｓ３へ照射する間欠光の周期速度と明暗の比率を、▲１▼照明ユニット６の回転速度の変更による周期速度の変更、▲２▼Ｌ４／Ｌ６の値の変更による明／暗の比率の変更他、▲３▼ＬＥＤ電球１ｗの配列を前後に等間隔の角度をあけて複数列付設することでも周期速度や明／暗の比率を変更できることから、間欠光の選択や利用部品の選択肢が広く利用できること。
上記二点の効果の他、部品や装置に関する利用上の利点については、以下の（３）〜（５）で記述した３点である。
（３）  間欠通電用リングはこれを複数個利用して、導通部を部分的にずらして並列で使用することで、通電角θの大きさを調整することが出来ること。
（４）  間欠通電用スリップリング装置は、図５に示した通り、通電角θの中心線の傾きを、ブラシの設置位置を調節することで調整できることから、間欠通電用スリップリング装置へ、ブラシの設置位置を自動調節する機能を付設することで、照明ユニット６のベースを傾斜させることなく、間欠光の照射面Ｓ３位置を回転方向の前、後にずらして、形を変えて使用できる機能が付加すること。
（５）  栽培用の光りは、より多くの葉面へ到達させる管理が必要であり、その為に、状況に応じて光の照射角を変えることが必要であるが、前記（４）に記述した通り、本発明で使用する、間欠通電用スリップリング装置は光の照射角を変える機能を簡便な方法で可能となることから、栽培における配光の技術が活かせること。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  本発明による照射範囲を回転角で定める間欠光照射装置を利用する最適な形態として以下の（１）〜（４）の項目ついて記述する。
（１）  照明ユニット６については、電球配線ユニット７、及びＬＥＤ電球１ｗはハウス専用としてモジュウル化して製作することが必要であり、ＬＥＤ電球１ｗについては必ずしも数個を用いてスポット光Ｓ１を得る必要はなく、要はスポット光Ｓ１を得る為の電球として一体化して用いることでよい。
（２）  図６に示した、回転用動力となるモーターについては、変速で利用できるモーターを利用すると、一定の範囲内で周期速度を無段階に変更して、作物の種類等に応じた間欠光を利用できることから便利である。
（３）  間欠光の照射は、光合成における明反応の効率をアップする効果があることから、ＣＯ２濃度の高い栽培環境において、その効力が発揮されることから、本発明による間欠光照射装置を利用する場合は、ＣＯ２発生機を併設して、ＣＯ２施用栽培を行う事が最良の形となる。
（４）  間欠光の照射は、光合成における明反応の効率をアップする効果があるが、光合成反応は光を必要とする明反応と明反応で生成した物質を利用した、後に続く暗反応によって完結する反応であることから、光合成を効率的に進めるためには、明反応と暗反応の能力とをバランスさせる必要があり、明反応での生成物質の供給が過剰な場合には、光呼吸や光合成の遅延など、正常な光合成を阻害する反応が起きるマイナスの面も発生する。
光合成量は、光の強さ、葉面付近の温度、ＣＯ２濃度によって決定され、通常のハウスの空気中のＣＯ２濃度は平均４００ｐｐｍ程度であり、これを超えたＣＯ２の濃度を維持するときには、通常のハウス内の強い光でも問題は起こらないが、ハウスの換気の遅れ等により、低いＣＯ２濃度が発生する事態には暗反応の能力が低下することから、明反応による生成物質の供給が過剰となり、光合成効率の低下や光呼吸の起きる危険もある。
他方、間欠光に用いる光の照度は品質の改良や増収などへの効果の為、晴天日の日中のハウスに近い照度の光りの強さが技術的に要求される場合が多いことから、本発明による照射範囲を回転角で定める間欠光照射装置（以下、本装置と言う）を利用する場合にも、ハウス内のＣＯ２濃度が低いときには、光の供給量を小さくして、バランスを取る必要がある。
本装置の利用において、明反応と暗反応の能力とをバランスを取る方法としては、ＣＯ２の低濃度の時間帯の全時間において、スポット光の照射面Ｓ１の照度をコントロールする方法や、消灯することなく、本装置の運転を間欠的に行う事で、間欠光の照射量を一定の時間内での総量を規制して減量する方法が簡便で効率的である。
又、この方法の実施に当たっては、本装置へ、フリッカ機能と直接電源をＯＮ，ＯＦする機能のタイマーを付設して、本装置の運転と停止の時間を設定して、本装置への電力の間欠供給を行う事で、本装置を間欠運転して、光の供給量を制御して、暗反応の処理能力とバランスさせることが可能であり、このような装備を付加することが、本装置を利用する最良な形となる。
尚、前記の明反応と暗反応のバランスがとり方は、以下の三つの理由によるものである。
（１）  暗反応の処理能力は温度とＣＯ２濃度により変化しこの能力を、時刻毎に把握することは難しいが、しかし、暗反応の処理の状況を客観的に観ると、近似的には、明反応での生成物を、一度ストレージタンクへ入れて貯蔵して処理し、その処理はタンク内の在庫レベルが適正なときに行い、その処理能力はストレージタンクの貯蔵量が適正な範囲においては、貯蔵量のレベルに応じ処理量も増加させて処理し貯蔵量を安定させる、貯蔵量のレベルを超える場合は光呼吸等によってオーバーフローさせる。
従って、明反応の生成量の制御を、間欠光の照射時間をタイマーで間欠に行う事で、ピークシエーブして光を照射して行えば、植物の持っているストレージタンクを用いたバッファータンクの機能と合わせて、前記ストレージタンクのオーバーフローまでの時間の延長が可能で余裕のある適正な制御が可能であること。
（２）  ハウスにおいての、ＣＯ２濃度の変化は、特別の事故でない限り、予測できることから、ＣＯ２濃度が低下する時間帯の前の時間帯も含めた時間帯で本装置の間欠運転を行う事でストレージタンクのレベル調節を行うときには、ＣＯ２濃度が復活した場合の長時間の光り不足状態による光合成の停滞（前記のタンクレベルが下がりすぎて回復が遅れること）の防止にもつながること。
（３）  従来のＣＯ２施用栽培においては、ＣＯ２の供給量に余裕を持たせて、光の強さに応じたＣＯ２の投与を行う技術があるが、本装置の利用においては、逆に光の強さに余裕を持たせて、ハウス内のＣＯ２の濃度変化に対して、光の投与量を調節するもので、ＣＯ２濃度と光の強さに対する制御の基本は農業技術として確立されていることから、本装置への簡便な機器の設置で利用度が大きくなること。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、先の発明による、間欠照明による、植物栽培用の照明装置の仕組みを示す図面である。（先の発明の書類においては、図７として示されて、用いられたものである）
【図２】図２は、図２はスリップリング装置の原理を示す図面である。
【図３】図３は、通常のリングの構造を示した平面図である。
【図４】図４は、間欠通電用リングの構造を示す図面である。
【図５】図５は、間欠通電用リングの導通部とブラシの位置関係を示す図面である。
【図６】図６は、本発明による照射範囲を回転角で定める間欠光照射装置の、仕組みを示した図面である。
【符号の説明】
【００１１】１ｗ．ＬＥＤ電球（線状光線型）
２．回転方向（先の発明においての符号は６３）
３．中心線（先の発明においての符号は６１）
４．中心線（先の発明においての符号は６０）
５．回転方向（先の発明においての符号は６２）
６．照明ユニット（先の発明においての符号は５８）
７．電球配線ユニット（先の発明においての符号は５９）
８．中心線（先の発明においての符号は６４）
９．ＬＥＤ電球１ｗの有効な明るさのある範囲の、最も外側の線（先の発明においての符号は１２ｗ）
１０．ＬＥＤ電球１ｗの有効な明るさのある範囲の、最も外側の線（先の発明においての符号は１３ｗ）
１１．地表面
１２．ＬＥＤ電球１ｗの短い方向の有効な明るさのある範囲の、最も外側の線（先の発明においての符号は１２ｖ）
１３．ＬＥＤ電球１ｗの短い方向の有効な明るさのある範囲の、最も外側の線（先の発明においての符号は１３ｖ）
α．ＬＥＤ電球１ｗの照射角度
β．導通部の角度（中心点と点ｃを結ぶ直線と、中心点と点ｄを結ぶ直線で挟む角）
θ．通電角（１周期３６０°の間欠電力の内、電力を通す角度）
ｃ．円周上の位置を示す点
ｄ．円周上の位置を示す点
ｅ．円周上の位置を示す点
ｆ．円周上の位置を示す点
ｇ．円周上の位置を示す点
Ｌ３．照射面Ｓ１の幅（長方形の、長い方の辺の幅）
Ｌ４．照射面Ｓ１の幅（長方形の、短い方の辺の幅）
Ｌ５．照射面Ｓ２の直径
Ｌ６．照射面Ｓ３の幅
Ｓ１．照射面（照明ユニット６の回転を停止した状態で、電球１ｗを点灯して光を照射した場合に出来る照射面の形を示す）
Ｓ２．照射面（照明ユニット６を、中心線４を中心として、水平方向の面で回転して、照射面Ｓ１を移動した場合に出来る、地表面１１への円形の照射面（間欠光の照射面）
Ｓ３．照射面（照明ユニット６を、中心線３を中心として垂直方向に回転して、照射面Ｓ１をＬ６の範囲内で移動させた場合に出来る、地表面１１への長方形又は正方形の照射面（間欠光の照射面の形）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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