採光装置
【課題】均一に、しかも十分な光量で光を照射可能な採光装置を提供すること。
【解決手段】光を取り込む採光部１０と、前記採光部１０から取り込んだ光を導く導光部２０と、前記導光部２０により導かれた光を室内に照射する放光部３０とを備え、前記採光部１０に、ヘイズ値が５０％以上である拡散板１１を設けたことを特徴とする採光装置。
【解決手段】光を取り込む採光部１０と、前記採光部１０から取り込んだ光を導く導光部２０と、前記導光部２０により導かれた光を室内に照射する放光部３０とを備え、前記採光部１０に、ヘイズ値が５０％以上である拡散板１１を設けたことを特徴とする採光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を室内へと導く採光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、食物の安定供給のため、植物育成環境を制御して植物を育てる閉鎖型植物工場の開発が進んでいる（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、このような閉鎖型植物工場においては、植物に照射する光の光源として蛍光灯などの人工光源を用いられているが、照明コストが高く、さらには、人工光源栽培であるという点から消費者の印象があまり良くないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−８５１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、上述した閉鎖型植物工場において、光ダクトを用いて、太陽光を植物工場内に導く方法も考えられるが、本発明者等が検討したところ、植物工場内に光を均一に照射できず、植物の育成に差が生じてしまい、効率的に植物を栽培することができないという課題があった。
【０００５】
本発明は、均一に、しかも十分な光量で光を照射可能な採光装置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】
【０００６】
本発明者等は、上述の目的を達成すべく鋭意検討した結果、採光装置において、光を取り込むための採光部に所定のヘイズ値を有する拡散板を設けることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、光を取り込む採光部と、前記採光部から取り込んだ光を導く導光部と、前記導光部により導かれた光を室内に照射する放光部とを備え、前記採光部に、ヘイズ値が５０％以上である拡散板を設けたことを特徴とする採光装置が提供される。
【０００８】
本発明の採光装置は、内面側に銀または銀合金からなる光反射層が設けられていることが好ましい。
本発明の採光装置において、前記拡散板に対する採光部反射板の角度が４５〜７０°の範囲となるように設けられていることが好ましい。
本発明の採光装置において、前記放光部は、前記導光部から導かれた光を反射する放光板と、前記放光板により反射された光を室内に照射するための放光口を備え、前記放光板は、前記導光部側から、前記導光部から離れていくにしたがって、前記放光口に近づくような曲面を有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、均一に、しかも十分な光量で光を照射可能な採光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態に係る採光装置１の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は、第１実施形態に係る採光装置１の側面図、図２（Ｂ）は、採光装置１の平面図である。
【図３】図３（Ａ）は、第１実施形態に係る採光装置１の採光部１０付近を拡大して示す斜視図、図３（Ｂ）は、採光部１０の平面図、図３（Ｃ）は、採光部１０の側面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る採光装置１の採光部１０における採光面積Ｄ１と、放光部３０における放光面積Ｄ２との関係を示す図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る採光装置１ａの全体構成を示す斜視図である。
【図６】図６（Ａ）は、第２実施形態に係る採光装置１ａの側面図、図６（Ｂ）は、採光装置１ａの平面図である。
【図７】図７（Ａ）は、第２実施形態に係る採光装置１ａの採光部１０ａ付近を拡大して示す斜視図、図７（Ｂ）は、採光部１０ａの正面図、図７（Ｃ）は、採光部１０ａの側面図である。
【図８】図８は、実施例における照射面Ｓの分割方法を説明するための図である。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、光を採り込む効率と葉の重量との相関を調べるための実験で用いた採光装置の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、光を採り込む効率と葉の重量との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１（Ａ）は、実施例４で用いた採光装置１ｂの全体構成を示す斜視図、図１１（Ｂ）は、採光装置１ｂの側面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、実施例５で用いた採光装置１ｃの全体構成を示す斜視図、図１２（Ｂ）は、採光装置１ｃの側面図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、実施例６で用いた採光装置１ｄの全体構成を示す斜視図、図１３（Ｂ）は、採光装置１ｄの側面図である。
【図１４】図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、拡散板１１のヘイズ値を変更した場合における、照射面Ｓに照射される光の分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、拡散板１１のヘイズ値を変更した場合における、照射面Ｓに照射される光の分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、拡散板１１のヘイズ値を変更した場合における、照射面Ｓに照射される光の分布のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
《第１実施形態》
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る採光装置１の全体構成を示す斜視図である。また、図２（Ａ）は、図１に示す採光装置１をＹ軸方向正方向に見た場合における側面図、図２（Ｂ）は、図１に示す採光装置１をＺ軸方向負方向に見た場合における平面図である。
【００１３】
図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る採光装置１は、採光部１０と、導光部２０と、放光部３０とを備えている。採光装置１は、採光部１０に設けられた拡散板１１（拡散板１１については後述する。）を介して、外部から太陽光を採り込み、採り込まれた光を、導光部２０を介して放光部３０に導き、導かれた光が放光部３０にて照射面Ｓに照射されるような構成となっている。なお、図１に示すように、本実施形態に係る採光装置１は、採光部１０、導光部２０、および放光部３０は、いずれもＹ軸方向の幅はＷで同一とされている。
【００１４】
本実施形態の採光装置１は、後述するように、その内面が銀または銀合金からなる光反射層で構成されている。また、放光部３０には、光を照射面Ｓに照射するための放光口３１（図１中において灰色で示した。）が設けられている。そのため、本実施形態の採光装置１中に採り込まれた光は、採光装置１の内面に形成された光反射層で反射されながら、放光部３０に導かれ、放光部３０に形成された放光口３１から、照射面Ｓに照射されることとなる。
【００１５】
なお、本実施形態に係る採光装置１としては、特に限定されず、種々の用途に用いることができるが、たとえば、冷凍コンテナを閉鎖空間として利用したコンテナ型植物工場などの閉鎖型植物工場内に太陽光を照射するための植物工場用の採光装置として好適に用いられる。そして、本実施形態に係る採光装置１が、閉鎖型植物工場用の採光装置として用いられる場合には、照射面Ｓには育成対象となる植物が一面に載置されることとなる。
【００１６】
次いで、本実施形態の採光装置１の採光部１０について説明する。ここで、図３（Ａ）は、図１に示す採光装置１の採光部１０付近を拡大して示す斜視図であり、図３（Ａ）においては、図１に示す採光装置１を、拡散板１１が設置されている方向から見た場合における図を示している。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す採光部１０をＺ軸方向負方向に見た場合における平面図、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示す採光部１０をＹ軸方向正方向に見た場合における側面図である。なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）においては、拡散板１１を灰色で示している。
【００１７】
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、本実施形態の採光装置１には、採光部１０の太陽光を採り込む部分に、拡散板１１が設けられている。この拡散板１１は、光透過作用に加えて、光を拡散させる作用を有し、通常、日中に太陽が位置する方向に向けて配置され、これにより、太陽光を採光装置１内部に採り込むとともに、採り込んだ光を拡散させるものである。
【００１８】
本実施形態では、この拡散板１１としては、ヘイズ値が５０％以上のもの、好ましくは５５〜９０％、さらに好ましくは６０〜８０％のものを用いる。本実施形態においては、ヘイズ値がこの範囲にある拡散板１１を、採光部１０の太陽光を採り込む部分、すなわち、採光装置１の光の取り込み口に設けることにより、放光部３０の放光口３１から照射面Ｓに対して照射される光を、均一であり、しかも十分な光量を有するものとすることができる。ヘイズ値が小さすぎると、照射面Ｓに対する光の照射が不均一になってしまい、採光装置１を閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、照射面Ｓに載置される植物の一部に光が照射されなくなり、植物の育成に差が生じてしまうこととなる。なお、ヘイズ値は、散乱光線透過率／可視光線透過率を百分率で表したものである。
【００１９】
また、拡散板１１は、全光線透過率が、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上である。全光線透過率が低すぎると、照射面Ｓに照射される光の光量が不十分となってしまい、採光装置１を閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、照射面Ｓに載置される植物の育成が不十分となってしまう場合がある。
【００２０】
拡散板１１としては、光を透過できるような透明性の高い板に光拡散機能を有する樹脂フィルムを貼り付けたものや、光拡散機能を有する樹脂板を用いることができるが、耐候性に優れるという観点から前記光を透過できるような透明性の高い板に光拡散機能を有する樹脂フィルムを貼り付けたものが好ましい。拡散板１１を構成する樹脂フィルムの材料の具体例としては、たとえば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、などが挙げられ、これらのなかでも、耐候性に優れるという点より、アクリル樹脂が好ましく用いられる。また、拡散板１１を構成する光を透過できるような透明性の高い板の具体例としては、たとえば、透明ガラス板、透明樹脂板が挙げられ、これらのなかでも、耐候性に優れるという点より、透明ガラス板が好ましく用いられる。
【００２１】
また、拡散板１１の樹脂フィルムの厚みとしては、特に限定されないが、好ましくは５０〜２００μｍであり、より好ましくは７０〜１５０μｍである。更に、拡散板１１の板の厚みとしては、特に限定されないが、好ましくは３〜９ｍｍであり、より好ましくは５〜８ｍｍである。
【００２２】
本実施形態において、採光部１０に、拡散板１１を設置する際における拡散板１１の設置角度としては、特に限定されないが、図３（Ｃ）に示すように、水平面（鉛直方向と直角な平面）に対する角度α１が、好ましくは４５°となるようにする。角度α１が大きすぎても、小さすぎても、太陽光の採り込み効率が低下してしまうおそれがある。また、角度α１が小さすぎる場合には、拡散板１１上に大気中に飛散する塵などが堆積し易くなり、堆積物の影響により、太陽光の採り込み効率が低下してしまうというおそれもある。
【００２３】
また、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、採光部１０には、反射板１２が設置されている。反射板１２としては、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。この場合における金属板としては、たとえば、鋼板、またはアルミニウム板を用いることができる。また、銀または銀合金からなる光反射層は、金属板の表面に、銀鏡反応により銀を還元析出させる無電解めっき法や、スプレーめっき法、銀イオンを含む水溶液中での電気分解による電気めっき法、減圧雰囲気下で銀を蒸発させて皮膜を形成する蒸着法などにより形成することができる。
【００２４】
さらに、反射板１２としては、拡散板１１を介して入射される太陽光を効率的に採り込めるように、正反射率の高いような構成とすることが好ましく、たとえば、全反射率のうち、正反射率が９０％以上、拡散反射率が１０％以下のものを用いることが好ましい。なお、反射板１２を、銀または銀合金からなる光反射層を有する構成とする場合において、正反射率および拡散反射率の割合を上記範囲に制御する方法としては、たとえば、基板の表面性状を調整する方法などが挙げられる。
【００２５】
また、反射板１２の銀または銀合金からなる光反射層の表面には、変色や汚れなどの発生を防止するために、保護膜が形成されていてもよい。保護膜としては、透明ななどの有機樹脂材料、酸化チタンなどの無機材料などを用いて形成することができる。
【００２６】
反射板１２における、銀または銀合金からなる光反射層の厚みは、好ましくは０．０１〜０．３μｍ、より好ましくは０．０８〜０．１５μｍであり、また、光反射層を銀合金からなるものとする場合における銀合金中の銀の含有割合は、好ましくは９５重量％以上であり、より好ましくは９８重量％以上である。
【００２７】
また、反射板１２は、拡散板１１に対する角度β１が、好ましくは４５〜７０°、より好ましくは４５〜６５°の範囲となるように設置することが望ましい。特に、本実施形態の採光装置１を、年間を通して太陽高度が高いような場所に設置する場合には、反射板１２の角度β１は比較的小さくすることが好ましく、一方、年間を通して太陽高度が低いような場所に設置する場合には、反射板１２の角度β１は比較的大きくすることが好ましい。一方、拡散板１１に対する角度β１が小さすぎると、朝夕などの太陽高度が低い時間帯における太陽光の採り込む量が少なくなり、照射面Ｓに照射される光の光量が減少してしまう場合があり、また、拡散板１１に対する角度β１が大きすぎると、夏至や南中時間帯における太陽光の採り込む量が少なくなり、照射面Ｓに照射される光の光量が減少してしまう場合がある。
【００２８】
このような採光部１０から採り込まれた太陽光は、導光部２０に導かれる。導光部２０は、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、採光部１０から採り込まれた太陽光を放光部３０に導くためのダクト部を形成する。導光部２０を形成する材料としては、上述した反射板１２と同様に、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。また、導光部２０を形成する材料としては、採光部１０で採り込まれた太陽光を放光部３０へと効率的に導くために、上述した採光部１０の反射板１２と同様に、全反射率のうち、正反射率が９０％以上、拡散反射率が１０％以下のものを用いることが好ましい。
【００２９】
また、導光部２０は、図１、図２（Ａ）に示すように、長さＬ１の第１直管部と、第１直管部から連続する屈曲部と、屈曲部から連続する長さＬ２の第２直管部と、から構成されている。すなわち、導光部２０に屈曲部を形成しており、導光部２０に屈曲部を形成することにより、採光部１０から採り込まれる際に拡散板１１により拡散された太陽光の導光部２０内における反射回数を増加させ、これにより、拡散板１１により拡散された太陽光の拡散度合いをより高めることが可能となる。なお、本実施形態に係る採光装置１においては、屈曲部における屈曲角度を９０°とし、これにより、長さＬ１の第１直管部における光の進行方向と、長さＬ２の第２直管部における光の進行方向とが直角になるように設定している。
【００３０】
そして、上述した採光部１０から採り込まれた太陽光は、導光部２０を介して放光部３０まで導かれる。放光部３０は、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、図１中において灰色で示す放光口３１および放光板３２を備えており、放光部３０まで導かれた光が、放光口３１と対向して設けられた放光板３２により反射することで、放光口３１を介して照射面Ｓに照射される。
【００３１】
放光板３２は、放光部３０まで導かれた光を反射し、放光口３１を介して照射面Ｓに照射する機能を有し、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、導光部２０側から、導光部２０から離れていくにしたがって、放光口３１に近づくような曲面を有する構造となっている。このように、放光板３２を導光部２０から離れていくにしたがって、放光口３１に近づくような曲面を有する構造とすることにより、放光部３０まで導かれた太陽光を、より高い均一度で、照射面Ｓに照射することができる。
【００３２】
また、放光板３２を形成する材料としては、上述した反射板１２と同様に、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。また、本実施形態の採光装置１が閉鎖型植物工場用の採光装置である場合には、放光板３２により反射した光が植物に直接当たることから、放光板３２を形成する材料としては、光拡散機能を有していることが好ましく、全反射率のうち、拡散反射率が、好ましくは０〜６０％、より好ましくは０〜５５％のものを用いることが好ましい。放光板３２の拡散反射率を上記範囲とすることにより、照射面Ｓに照射される光をよりやわらかいものとすることができる。拡散反射率が低すぎると、上述した効果が得難くなり、一方、高すぎると、反射光が照射面Ｓ以外の領域に散乱してしまい、結果として、照射面Ｓに照射される光の光量が低下してしまうおそれがある。
【００３３】
放光口３１は、放光板３２により反射された光を、照射面Ｓに照射できるような構成であればよく、特に限定されないが、透明性の高い板、たとえば、透明ガラス板や透明樹脂板で構成することができる。あるいは、放光口３１としては、このような透明性の高い板を設けずに開口としてもよい。
【００３４】
次いで、採光部１０における採光面積Ｄ１と、放光部３０における放光面積Ｄ２との関係について説明する。図４は、採光部１０における採光面積Ｄ１と、放光部３０における放光面積Ｄ２との関係を示す図である。図４に示すように、採光部１０の採光面積Ｄ１は、採光部１０から採り込まれた太陽光が、採光部１０から導光部２０に導かれる際における導光部２０の導入口の面積であり、また、放光部３０の放光面積Ｄ２は放光口３１の面積である。本実施形態の採光装置１は、採光面積Ｄ１と放光面積Ｄ２との比が、「採光面積Ｄ１：放光面積Ｄ２」で表した場合に、好ましくは１：２．５〜１：５、より好ましくは１：３〜１：４である。本実施形態によれば、採光部１０に、ヘイズ値が上述した所定の範囲にある拡散板１１を設けて、採光部１０から採り込まれる太陽光を拡散させるため、このように放光面積Ｄ２を採光面積Ｄ１と比較して大きなものとした場合でも、照射面Ｓに、均一、かつ、十分な光量の光を照射することができる。
【００３５】
また、本実施形態の採光装置１においては、図２（Ａ）、図４に示すように、導光部２０の中心（すなわち、導光部２０の高さＨに対して、１／２×Ｈの位置）を通った場合における長さを、導光部２０の代表長さＬとした場合に、導光部２０の代表長さＬは、好ましくは２００〜４００ｍｍ、より好ましくは１５０〜３００ｍｍの範囲とされる。また、導光部２０の第１直管部の長さＬ１は、好ましくは０〜１５０ｍｍ、より好ましくは５０〜１００ｍｍの範囲とされる。さらに、導光部２０の第２直管部は、通常、閉鎖型植物工場の外部と内部とを仕切る壁を貫通する部分に設けられるものであるため、導光部２０の第２直管部の長さＬ２は、通常、閉鎖型植物工場の外部と内部とを仕切る壁の厚さと同程度とされる。具体的には、導光部２０の第２直管部の長さＬ２は、好ましくは１００〜４００ｍｍ、より好ましくは１５０〜３００ｍｍの範囲とされる。
【００３６】
本実施形態では、このように導光部２０の長さを放光部３０の放光口３１の大きさによらず、比較的短いものに設定することで、閉鎖型植物工場用の採光装置として用いられる場合に、省スペース化を実現することが可能となる。また、本実施形態では、採光装置１内に太陽光を採り入れる際に、拡散板１１により拡散しているため、導光部２０の長さを比較的短く設定した場合でも、放光部３０の放光口３１から照射面Ｓに照射される光を、均一なものとすることができるものである。加えて、本実施形態では、上述したように、導光部２０に屈曲部を設け、これにより、導光部２０の長さを短くすることによる、拡散板１１により拡散された太陽光の反射回数の減少を補うものであり、これにより、放光部３０の放光口３１から照射面Ｓに照射される光を、より均一なものとすることができるものである。
【００３７】
本実施形態によれば、採光部１０の太陽光を採り込む部分、すなわち、採光装置１の光の取り込み口に、ヘイズ値が５０％以上の拡散板１１を設けているため、採光部１０から太陽光を採り込む際に採り込んだ光を拡散させることができ、採り込んだ光を拡散した状態で、導光部２０を介して放光部３０に導くことができ、これにより、放光部３０の放光口３１から照射面Ｓに照射される光を、均一、かつ十分な光量を有するものとすることができる。そのため、本実施形態の採光装置１は、冷凍コンテナを閉鎖空間として利用したコンテナ型植物工場などの閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、植物工場内の植物に対して、均一に、かつ十分な光量で光を照射することができ、効率的に植物の育成を行なうことができる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、採光部１０の太陽光を採り込む部分に、ヘイズ値が５０％以上の拡散板１１を設けており、これにより採光装置１内に採り込まれた段階で、採り込まれた光を拡散することができるため、採光装置１内において、採光装置１の光反射層を利用した光の拡散を行なわない場合でも、放光部３０に導かれる光を拡散されたものとすることができるため、導光部２０をより短く形成することができ、これにより、採光装置１自体のサイズを小さくでき、省スペース化が可能となる。
【００３９】
さらに、本実施形態においては、採光部１０の反射板１２、導光部２０の全体、および放光部３０の放光板３２の内面側の表面、すなわち、採光装置１の内面側の表面を、銀または銀合金からなる光反射層で形成している。銀は、紫外域での反射率が低い一方で、可視光領域および可視光領域よりも長波長側において高い反射率を有するため、本実施形態によれば、採光装置１の内面側の表面を、銀または銀合金からなる光反射層で形成することにより、採光装置１内で採り入れた太陽光を反射させた場合でも、光量を著しく減少させることなく、照射面Ｓに導くことができる。
【００４０】
加えて、銀は、８００ｎｍ付近に吸収帯域を有し近赤外領域における反射率が低いアルミニウムと異なり、太陽光を反射させた場合に、４００〜１０００ｎｍの波長域のうち、７００〜１０００ｎｍの波長域の光を減衰させることのないものである。具体的には、太陽光をまたは銀合金からなる光反射層で２回以上反射させた場合における、４００〜１０００ｎｍの波長域のうち、７００〜１０００ｎｍの波長域の光の光量を５０％以上に保つことできる。そのため、本実施形態によれば、採光装置１の内面側の表面を、銀または銀合金からなる光反射層で形成することにより、４００〜１０００ｎｍの波長域のうち、７００〜１０００ｎｍの波長域の光を減衰させずに、照射面Ｓに照射することができる。そのため、本実施形態の採光装置１は、閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、植物の光合成に必要な光合成有効波長域である４００〜７００ｎｍの光に加えて、光合成促進作用を有する近赤外波長域である７００〜１０００ｎｍ光を植物に照射することができ、これにより、効率的に植物の育成を行なうことができる。そして、本実施形態の採光装置１は、上記特性を活かし、植物工場で育成可能な各種植物の育成、特に、葉物植物（たとえば、レタス類や春菊、ほうれん草、小松菜、水菜等の、主として葉が食される葉菜類）の育成に好適に用いることができる。
【００４１】
《第２実施形態》
次いで、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４２】
図５は、第２実施形態に係る採光装置１ａの全体構成を示す斜視図である。また、図６（Ａ）は、図５に示す採光装置１ａをＹ軸方向正方向に見た場合における側面図、図６（Ｂ）は、図５に示す採光装置１ａをＺ軸方向負方向に見た場合における平面図である。
【００４３】
なお、第２実施形態に係る採光装置１ａは、以下に説明する以外は、上述した第１実施形態の採光装置１ａと同様な構成と作用を有し、その重複する説明は省略する。なお、第２実施形態に係る採光装置１ａにおいては、上述した第１実施形態に係る採光装置１と同じ構成については同じ符号を付した。
【００４４】
図５、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、第２実施形態に係る採光装置１ａは、採光部１０ａと、導光部２０ａと、放光部３０とを備えている。第２実施形態に係る採光装置１ａも、上述した第１実施形態に係る採光装置１ａと同様に、採光部１０ａに設けられた拡散板１１を介して、外部から太陽光を採り込み、採り込まれた光を、導光部２０ａを介して放光部３０に導き、導かれた光が放光部３０にて照射面Ｓに照射されるような構成となっている。なお、図５に示すように、第２実施形態に係る採光装置１ａにおいても、上述した第１実施形態と同様に、採光部１０ａ、導光部２０ａ、および放光部３０は、いずれもＹ軸方向の幅はＷで同一とされている。
【００４５】
第２実施形態に係る採光装置１ａは、主として、導光部２０ａの構成が、上述した第１実施形態に係る採光装置１と異なっている。すなわち、第１実施形態に係る採光装置１においては、導光部２０が屈曲部を有している構成であるのに対し、第２実施形態に係る採光装置１ａにおいては、導光部２０ａが屈曲部を有さないような構成となっている。すなわち、第２実施形態に係る採光装置１ａは、第１実施形態に係る採光装置１と比較して、より省スペースな構成となっている。また、第２実施形態に係る採光装置１ａは、第１実施形態に係る採光装置１と比較して、より簡易な構造であるため、製造に係るコストを低減することが可能となる。
【００４６】
図７（Ａ）は、図５に示す採光装置１ａの採光部１０ａ付近を拡大して示す斜視図であり、図７（Ａ）においては、図５に示す採光装置１ａを、拡散板１１が設置されている方向から見た場合における図を示している。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す採光部１０ａをＸ軸方向正方向に見た場合における正面図、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）に示す採光部１０ａをＹ軸方向正方向に見た場合における側面図である。なお、図７（Ａ）、図７（Ｂ）においては、拡散板１１を灰色で示している。
【００４７】
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示すように、第２実施形態の採光装置１ａには、採光部１０ａの太陽光を採り込む部分に、拡散板１１が設けられている。なお、拡散板１１としては、上述した第１実施形態で例示したものと同じものを用いることができる。
【００４８】
第２実施形態の採光装置１ａにおける、拡散板１１の設置角度としては、特に限定されないが、図７（Ｃ）に示すように、照射面Ｓと水平な面に対する角度α２は、上述した第１実施形態と同様に、好ましくは４５°となるようにする。
【００４９】
また、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示すように、第２実施形態の採光装置１ａにおいても、採光部１０ａに、反射板１２が設置されている。反射板１２としては、上述した第１実施形態と同様に、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。また、反射板１２の正反射率および拡散反射率も同様とすることができる。第２実施形態の採光装置１ａにおける、反射板１２の拡散板１１に対する角度β２は、上述した第１実施形態と同様に、好ましくは４５〜７０°、より好ましくは４５〜６５°の範囲となるように設置することが望ましい。
【００５０】
そして、このような採光部１０ａから採り込まれた太陽光は、導光部２０ａに導かれる。導光部２０ａは、上述した第１実施形態と同様に、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。また、導光部２０ａの正反射率および拡散反射率も同様とすることができる。なお、上述したように、第２実施形態の採光装置１ａは、主として、導光部２０ａには屈曲部が設けられていない点において、上述した第１実施形態に係る採光装置１と異なるものである。
【００５１】
放光部３０は、図５、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、上述した第１実施形態と同様に、図５中において灰色で示す開口部としての放光口３１および放光板３２を備えており、放光部３０まで導かれた光を、導光部２０ａ側から、導光部２０ａから離れていくにしたがって、放光口３１に近づくような曲面構造を有する放光板３２により反射することで、放光口３１を介して照射面Ｓに照射する。なお、放光板３２を形成する材料としては、上述した第１実施形態と同様に、上述した反射板１２と同様に、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。また、放光板３２の拡散反射率も同様とすることができる。
【００５２】
また、第２実施形態の採光装置１ａにおいては、採光部１０ａにおける採光面積と、放光部３０における放光面積との比や大きさについては、上述した第１実施形態と同様とすることができる。
【００５３】
さらに、第２実施形態の採光装置１ａにおいては、図６（Ａ）に示すように、導光部２０ａは、通常、閉鎖型植物工場の外部と内部とを仕切る壁を貫通する部分に設けられるものであるため、導光部２０ａの長さＬ４は、通常、閉鎖型植物工場の外部と内部とを仕切る壁の厚さと同程度とされる。具体的には、導光部２０ａの長さＬ４は、好ましくは１００〜４００ｍｍ、より好ましくは１５０〜３００ｍｍの範囲とされる。本実施形態では、このように導光部２０ａの長さＬ４を放光部３０の放光口３１の大きさによらず、比較的短いものに設定することで、閉鎖型植物工場用の採光装置として用いられる場合に、省スペース化を実現することが可能となる。
【００５４】
以上、第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様に、採光部１０の太陽光を採り込む部分、すなわち、採光装置１ａの光の取り込み口に、ヘイズ値が５０％以上の拡散板１１を設けているため、放光部３０の放光口３１から照射面Ｓに照射される光を、均一、かつ十分な光量を有するものとすることができる。そして、上述した第１実施形態と同様に、第２実施形態の採光装置１ａは、冷凍コンテナを閉鎖空間として利用したコンテナ型植物工場などの閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、植物工場内の植物に対して、均一に、かつ十分な光量で光を照射することができ、効率的に植物の育成を行なうことができる。
【００５５】
また、第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様に、採光部１０ａの太陽光を採り込む部分に、ヘイズ値が５０％以上の拡散板１１を設けており、これにより採光装置１ａ内に採り込まれた段階で、採り込まれた光を拡散することができるため、採光装置１ａ内において、採光装置１の光反射層を利用した光の拡散を行なわない場合でも、放光部３０に導かれる光を拡散されたものとすることができるため、導光部２０ａをより短く形成することができ、これにより、採光装置１ａ自体のサイズを小さくでき、省スペース化が可能となる。
【００５６】
さらに、第２実施形態においては、上述した第１実施形態と同様に、採光部１０ａの反射板１２、導光部２０ａの全体、および放光部３０の放光板３２の内面側の表面、すなわち、採光装置１の内面側の表面を、銀または銀合金からなる光反射層で形成している。そのため、第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様に、光量を著しく減少させることなく、照射面Ｓに導くことができ、さらには、４００〜１０００ｎｍの波長域のうち、７００〜１０００ｎｍの波長域の光を減衰させずに、照射面Ｓに照射することができる。そのため、第２実施形態の採光装置１ａは、上述した第１実施形態と同様に、閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、植物の光合成に必要な光合成有効波長域である４００〜７００ｎｍの光に加えて、光合成促進作用を有する近赤外波長域である７００〜１０００ｎｍ光を植物に照射することができ、これにより、効率的に植物の育成を行なうことができる。そして、第２実施形態の採光装置１ａは、上記特性を活かし、植物工場で育成可能な各種植物の育成、特に、葉物植物（たとえば、レタス類や春菊、ほうれん草、小松菜、水菜等の、主として葉が食される葉菜類）の育成に好適に用いることができる。
【００５７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【実施例】
【００５８】
以下に、実施例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００５９】
＜実施例１＞
図１〜図４に示す採光装置１を備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場について、評価を行った。なお、実施例１では、拡散板１１として、ヘイズ値が７０％、全光線透過率が９０％、厚み８０μｍのアクリル樹脂製の拡散フィルムを貼り付けた透明ガラス板を用い、水平面に対する角度α１が４５°となるように設置し、さらに、反射板１２を、拡散板１１と反射板１２との角度β１が４５°となるように設置した。また、採光部１０の反射板１２、導光部２０の全体、および放光部３０の放光板３２、側面板は、いずれも金属板としての鋼板上にアクリルウレタン樹脂からなる樹脂層を形成し、その上に銀からなる光反射層およびアクリルシリコン系樹脂からなる保護膜を形成してなるものを用い、採光部１０の反射板１２、導光部２０の全体については、全反射率９５％のうち、正反射率９４％、拡散反射率１％とし、放光部３０の放光板３２、側面板についても、全反射率９５％のうち、正反射率９４％、拡散反射率１％とした。
【００６０】
また、採光装置１のＹ軸方向の幅Ｗは、採光部１０、導光部２０、および放光部３０のいずれも４５０ｍｍとし、導光部２０の第１直管部の長さＬ１＝０ｍｍ、第２直管部の長さＬ２＝２００ｍｍ、導光部２０の高さＨ＝１００ｍｍ、屈曲部をＲ１００形状とした。すなわち、導光部２０の代表長さＬ＝２７８．５ｍｍとした。さらに、放光口３１における長さＬ３＝３００ｍｍとし、放光面積Ｄ２＝Ｌ３×Ｗ＝３００ｍｍ×４５０ｍｍ＝１３５，０００ｍｍ２とし、また、採光面積Ｄ１＝Ｈ×Ｗ＝１００ｍｍ×４５０ｍｍ＝４５，０００ｍｍ２とした。
【００６１】
そして、このような採光装置１を備える閉鎖型植物工場を用いて、照射面Ｓにおける光量の測定を行った。
【００６２】
具体的には、照射面Ｓにおける光量（光量子束密度：μｍｏｌ／ｍ２・ｓ）の測定は次のようにして行った。すなわち、照射面Ｓを図８に示すように均等な面積でＡ１〜Ａ１２の１２個の領域に分割し、各領域Ａ１〜Ａ１２に光量子測定装置をそれぞれ設置して、各領域Ａ１〜Ａ１２における午前９時〜午後４時までの光量を測定し、その積算値を算出した。また、これとは別に、全天空光量についても同条件で測定し、その積算値を算出した。そして、各領域Ａ１〜Ａ１２における光量の積算値と、全天空光量の積算値とに基づいて、各領域Ａ１〜Ａ１２における、光の採り込み効率を下記式にしたがって算出した。また、下記式にしたがって算出した光の採り込み効率に基づいて、栽培シミュレーションを行なった。光の採り込み効率の結果を表１に、栽培シミュレーションの結果得られた育成される植物の葉の重量のシミュレーション結果を表２に、これらの結果をまとめたものを表３に示した。
各領域Ａ１〜Ａ１２の光の採り込み効率（％）＝各領域Ａ１〜Ａ１２における光量の積算値／全天空光量の積算値
【００６３】
なお、栽培シミュレーションは、以下に説明する栽培試験から得た光を採り込む効率と葉の重量との相関を元に行った。
すなわち、本実施例では、光を採り込む効率と葉の重量との相関を調べるために、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示す採光装置を作製し、作製した採光装置を用いて、栽培試験を行い、葉の重量の測定を行った。なお、採光装置は、鋼板上に銀からなる光反射層およびアクリルシリコン系樹脂からなる保護膜を形成してなる光反射板を用いて作製した。また、図９（Ａ）、図９（Ｂ）中、Ｌ１＝４２３０ｍｍ、Ｌ２＝７７０ｍｍ、Ｌ３＝１５７２ｍｍ、Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３＝Ｗ４＝５００ｍｍ、α＝４５°、β＝２２°とした。
【００６４】
また、太陽光を採り入れる採光部には、透明ガラスからなる採光口と、採光口から採り込まれる光を採光装置内部に反射させるための反射板を設け、採光口から採り込まれた光が放光口から、５００ｍｍ×５００ｍｍの面積で設けられた栽培区に照射されるようにし、栽培区に、播種日から１４日経過して５葉展開したチマ・サンチュの苗を１２株定植することで、栽培試験を行った。なお、栽培試験においては、栽培区には採光装置からの光以外の光が照射されないように遮光を行なった。
【００６５】
そして、栽培開始からの光量を分光放射計（Ｈａｎｄｙ Ｌａｍｂｄａ II、スペクトラ・コープ社製）にて、栽培区に照射される光の光合成量子束密度（ＰＰＦＤ，ｍｏｌ／ｍ２・ｓ）を測定した。光の光合成量子束密度の１日の積算光量から算出される採り込み効率が、５、１０、１５、２０、３０％となるように調整し栽培した。１４日間経過後に全株の葉の重量を測定し、葉の重量の平均値を算出した。そして、このような測定の結果得られた光を採り込む効率と葉の重量との関係を示すグラフを図１０に示す。本実施例では、このような測定結果を元にして、栽培シミュレーションを行なった。
【００６６】
＜実施例２＞
図１〜図４に示す採光装置１に代えて、図５〜図７に示す採光装置１ａを備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。なお、実施例２においては、拡散板１１として、実施例１と同様の拡散板を用い、水平面に対する角度α２が４５°となるように設置し、さらに、反射板１２を、拡散板１１と反射板１２との角度β２が６５°となるように設置した。また、実施例２においては、採光装置１ａの構造上、導光部２０ａに屈曲部を設けず、導光部２０ａの長さＬ４を２００ｍｍとし、その他の条件については、実施例１と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００６７】
＜実施例３＞
放光部３０の放光板３２として、内面側表面にエンボス加工が施され、全反射率９０％のうち、正反射率が４０％、拡散反射率を５０％としたものを用いた以外は、実施例２と同様にして、図５〜図７に示す採光装置１ａを備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。
【００６８】
＜参考例１＞
図１〜図４に示す採光装置１に代えて、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示す採光装置１ｂを備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。なお、図１１（Ａ）は、実施例４で用いた採光装置１ｂの全体構成を示す斜視図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す採光装置１ｂをＹ軸方向正方向に見た場合における側面図である。すなわち、実施例４においては、放光部３０ｂの放光板を放光口と平行としたものを用い、その他の条件については、実施例１と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００６９】
＜参考例２＞
図１〜図４に示す採光装置１に代えて、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示す採光装置１ｃを備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。なお、図１２（Ａ）は、実施例５で用いた採光装置１ｃの全体構成を示す斜視図であり、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示す採光装置１ｃをＹ軸方向正方向に見た場合における側面図である。すなわち、実施例５においては、放光部３０ｃの放光板を、導光部２０側から、導光部２０から離れるにしたがって傾斜しているような構成としたものを用い、その他の条件については、実施例１と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００７０】
＜参考例３＞
図１〜図４に示す採光装置１に代えて、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示す採光装置１ｄを備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。なお、図１３（Ａ）は、実施例６で用いた採光装置１ｄの全体構成を示す斜視図であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示す採光装置１ｄをＹ軸方向正方向に見た場合における側面図である。すなわち、実施例６においては、放光部３０ｄの放光板を、導光部２０ａ側から、導光部２０ａから離れるにしたがって傾斜しているような構成としたものを用い、その他の条件については、実施例２と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００７１】
＜比較例１＞
図１〜図４に示す採光装置１において、拡散板１１の代わりに、透明ガラスを用いて、閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。すなわち、比較例１においては、拡散板１１を用いず、その他の条件については、実施例１と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００７２】
＜比較例２＞
図５〜図７に示す採光装置１ａにおいて、拡散板１１の代わりに、透明ガラスを用いて、閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。すなわち、比較例１においては、拡散板１１を用いず、その他の条件については、実施例２と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００７３】
【表１】
【００７４】
【表２】
【００７５】
【表３】
【００７６】
実施例１〜６、比較例１，２の各領域Ａ１〜Ａ１２における光量の測定結果より得られた光の取り込み効率を表１に、栽培シミュレーションにおける葉の重量の測定結果を表２に示した。また、表３に、各領域Ａ１〜Ａ１２における光の取り込み効率の平均値、光量の均一性、光の取り込み効率の最大値と最小値との差、栽培試験における葉の重量の最大値と最小値との差、光の取り込み効率が５０％以上である栽培区の数、および、光の採り込み効率が１５％未満の栽培区の数を示す。
【００７７】
表３に示すように、採光部１０に拡散板１１を設けた実施例１〜３、参考例１〜３においては、いずれも光量の最大値と最小値との差、および、葉の重量の最大値と最小値との差が小さく、照射面Ｓに対して、均一に光を照射されていることが確認できる。なお、これら実施例１〜３、参考例１〜３のなかでも、放光部３０の放光板３２の形状を、導光部２０側から、導光部２０から離れていくにしたがって、放光口３１に近づくような曲面を有する構造とした実施例１〜３においては、光量の最大値と最小値との差、および、葉の重量の最大値と最小値との差が特に小さく、さらには光の採り込み効率が５０％以上である栽培区および１５％未満である栽培区のいずれも検出されず、照射面Ｓに対して、より均一に光を照射されていることが確認できる。なお、光の採り込み効率が５０％以上である場合には、上述した光を採り込む効率と葉の重量との相関を調べるための実験結果より、葉焼けが生じてしまうことが確認されており、そのため、光の採り込み効率が５０％以上の栽培区はゼロであることが望ましい。また、光の採り込み効率が１５％未満である場合には、上述した光を採り込む効率と葉の重量との相関を調べるための実験結果より、葉の成長不良および徒長が生じてしまうことが確認されており、そのため、光の採り込み効率が１５％未満の栽培区はゼロであることが望ましい。
【００７８】
一方、採光部１０に拡散板１１を設けなかった比較例１，２においては、光量の最大値と最小値との差、および、葉の重量の最大値と最小値との差のいずれも大きくなり、照射面Ｓに対して照射される光は不均一となる結果となった。
【００７９】
＜実施例７＞
実施例７では、図４〜図６に示す採光装置１ａにおいて、拡散板１１のヘイズ値を変化させた場合における、照射面Ｓに照射される光の分布の変化のシミュレーションを行なった。実施例７では、拡散板１１と反射板１２との角度β２を６０°に変更した以外は、上述した実施例２と同様な条件としてシミュレーションを行なった。なお、本シミュレーションでは、北緯約３４°地点、夏至の日、午前１１時における太陽の位置におけるシミュレーションを行なった。シミュレーション結果を、図１４〜図１６に示す。
図１４（Ａ）：拡散板１１のヘイズ値が４０％のシミュレーション結果
図１４（Ｂ）：拡散板１１のヘイズ値が５０％のシミュレーション結果
図１５（Ａ）：拡散板１１のヘイズ値が６０％のシミュレーション結果
図１５（Ｂ）：拡散板１１のヘイズ値が７０％のシミュレーション結果
図１６（Ａ）：拡散板１１のヘイズ値が８０％のシミュレーション結果
図１６（Ｂ）：拡散板１１のヘイズ値が９０％のシミュレーション結果
図１６（Ｃ）：拡散板１１のヘイズ値が１００％のシミュレーション結果
【００８０】
なお、図１４〜図１６中においては、各図において矢印で示した範囲が、照射面Ｓの領域域に相当する。また、図１４〜図１６中において、図面左側が導光部２０ａ側に相当する。図１４〜図１６からも確認できるように、拡散板１１のヘイズ値を４０％以上、好ましくは６０％以上とすることにより、照射面Ｓに対して均一な光を照射できることが確認できる。一方、図１４（Ａ）の結果より、拡散板１１のヘイズ値を４０％とした場合には、照射面Ｓに対して照射される光の均一性が低下してしまうことが確認できる。
【符号の説明】
【００８１】
１，１ａ…採光装置
１０，１０ａ…採光部
１１…拡散板
１２…反射板
２０，２０ａ…導光部
３０…放光部
３１…放光口
３２…放光板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を室内へと導く採光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、食物の安定供給のため、植物育成環境を制御して植物を育てる閉鎖型植物工場の開発が進んでいる（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、このような閉鎖型植物工場においては、植物に照射する光の光源として蛍光灯などの人工光源を用いられているが、照明コストが高く、さらには、人工光源栽培であるという点から消費者の印象があまり良くないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−８５１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、上述した閉鎖型植物工場において、光ダクトを用いて、太陽光を植物工場内に導く方法も考えられるが、本発明者等が検討したところ、植物工場内に光を均一に照射できず、植物の育成に差が生じてしまい、効率的に植物を栽培することができないという課題があった。
【０００５】
本発明は、均一に、しかも十分な光量で光を照射可能な採光装置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】
【０００６】
本発明者等は、上述の目的を達成すべく鋭意検討した結果、採光装置において、光を取り込むための採光部に所定のヘイズ値を有する拡散板を設けることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、光を取り込む採光部と、前記採光部から取り込んだ光を導く導光部と、前記導光部により導かれた光を室内に照射する放光部とを備え、前記採光部に、ヘイズ値が５０％以上である拡散板を設けたことを特徴とする採光装置が提供される。
【０００８】
本発明の採光装置は、内面側に銀または銀合金からなる光反射層が設けられていることが好ましい。
本発明の採光装置において、前記拡散板に対する採光部反射板の角度が４５〜７０°の範囲となるように設けられていることが好ましい。
本発明の採光装置において、前記放光部は、前記導光部から導かれた光を反射する放光板と、前記放光板により反射された光を室内に照射するための放光口を備え、前記放光板は、前記導光部側から、前記導光部から離れていくにしたがって、前記放光口に近づくような曲面を有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、均一に、しかも十分な光量で光を照射可能な採光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１実施形態に係る採光装置１の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は、第１実施形態に係る採光装置１の側面図、図２（Ｂ）は、採光装置１の平面図である。
【図３】図３（Ａ）は、第１実施形態に係る採光装置１の採光部１０付近を拡大して示す斜視図、図３（Ｂ）は、採光部１０の平面図、図３（Ｃ）は、採光部１０の側面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る採光装置１の採光部１０における採光面積Ｄ１と、放光部３０における放光面積Ｄ２との関係を示す図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係る採光装置１ａの全体構成を示す斜視図である。
【図６】図６（Ａ）は、第２実施形態に係る採光装置１ａの側面図、図６（Ｂ）は、採光装置１ａの平面図である。
【図７】図７（Ａ）は、第２実施形態に係る採光装置１ａの採光部１０ａ付近を拡大して示す斜視図、図７（Ｂ）は、採光部１０ａの正面図、図７（Ｃ）は、採光部１０ａの側面図である。
【図８】図８は、実施例における照射面Ｓの分割方法を説明するための図である。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、光を採り込む効率と葉の重量との相関を調べるための実験で用いた採光装置の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、光を採り込む効率と葉の重量との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１（Ａ）は、実施例４で用いた採光装置１ｂの全体構成を示す斜視図、図１１（Ｂ）は、採光装置１ｂの側面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、実施例５で用いた採光装置１ｃの全体構成を示す斜視図、図１２（Ｂ）は、採光装置１ｃの側面図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、実施例６で用いた採光装置１ｄの全体構成を示す斜視図、図１３（Ｂ）は、採光装置１ｄの側面図である。
【図１４】図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）は、拡散板１１のヘイズ値を変更した場合における、照射面Ｓに照射される光の分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は、拡散板１１のヘイズ値を変更した場合における、照射面Ｓに照射される光の分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、拡散板１１のヘイズ値を変更した場合における、照射面Ｓに照射される光の分布のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
《第１実施形態》
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る採光装置１の全体構成を示す斜視図である。また、図２（Ａ）は、図１に示す採光装置１をＹ軸方向正方向に見た場合における側面図、図２（Ｂ）は、図１に示す採光装置１をＺ軸方向負方向に見た場合における平面図である。
【００１３】
図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る採光装置１は、採光部１０と、導光部２０と、放光部３０とを備えている。採光装置１は、採光部１０に設けられた拡散板１１（拡散板１１については後述する。）を介して、外部から太陽光を採り込み、採り込まれた光を、導光部２０を介して放光部３０に導き、導かれた光が放光部３０にて照射面Ｓに照射されるような構成となっている。なお、図１に示すように、本実施形態に係る採光装置１は、採光部１０、導光部２０、および放光部３０は、いずれもＹ軸方向の幅はＷで同一とされている。
【００１４】
本実施形態の採光装置１は、後述するように、その内面が銀または銀合金からなる光反射層で構成されている。また、放光部３０には、光を照射面Ｓに照射するための放光口３１（図１中において灰色で示した。）が設けられている。そのため、本実施形態の採光装置１中に採り込まれた光は、採光装置１の内面に形成された光反射層で反射されながら、放光部３０に導かれ、放光部３０に形成された放光口３１から、照射面Ｓに照射されることとなる。
【００１５】
なお、本実施形態に係る採光装置１としては、特に限定されず、種々の用途に用いることができるが、たとえば、冷凍コンテナを閉鎖空間として利用したコンテナ型植物工場などの閉鎖型植物工場内に太陽光を照射するための植物工場用の採光装置として好適に用いられる。そして、本実施形態に係る採光装置１が、閉鎖型植物工場用の採光装置として用いられる場合には、照射面Ｓには育成対象となる植物が一面に載置されることとなる。
【００１６】
次いで、本実施形態の採光装置１の採光部１０について説明する。ここで、図３（Ａ）は、図１に示す採光装置１の採光部１０付近を拡大して示す斜視図であり、図３（Ａ）においては、図１に示す採光装置１を、拡散板１１が設置されている方向から見た場合における図を示している。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す採光部１０をＺ軸方向負方向に見た場合における平面図、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示す採光部１０をＹ軸方向正方向に見た場合における側面図である。なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）においては、拡散板１１を灰色で示している。
【００１７】
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、本実施形態の採光装置１には、採光部１０の太陽光を採り込む部分に、拡散板１１が設けられている。この拡散板１１は、光透過作用に加えて、光を拡散させる作用を有し、通常、日中に太陽が位置する方向に向けて配置され、これにより、太陽光を採光装置１内部に採り込むとともに、採り込んだ光を拡散させるものである。
【００１８】
本実施形態では、この拡散板１１としては、ヘイズ値が５０％以上のもの、好ましくは５５〜９０％、さらに好ましくは６０〜８０％のものを用いる。本実施形態においては、ヘイズ値がこの範囲にある拡散板１１を、採光部１０の太陽光を採り込む部分、すなわち、採光装置１の光の取り込み口に設けることにより、放光部３０の放光口３１から照射面Ｓに対して照射される光を、均一であり、しかも十分な光量を有するものとすることができる。ヘイズ値が小さすぎると、照射面Ｓに対する光の照射が不均一になってしまい、採光装置１を閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、照射面Ｓに載置される植物の一部に光が照射されなくなり、植物の育成に差が生じてしまうこととなる。なお、ヘイズ値は、散乱光線透過率／可視光線透過率を百分率で表したものである。
【００１９】
また、拡散板１１は、全光線透過率が、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上である。全光線透過率が低すぎると、照射面Ｓに照射される光の光量が不十分となってしまい、採光装置１を閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、照射面Ｓに載置される植物の育成が不十分となってしまう場合がある。
【００２０】
拡散板１１としては、光を透過できるような透明性の高い板に光拡散機能を有する樹脂フィルムを貼り付けたものや、光拡散機能を有する樹脂板を用いることができるが、耐候性に優れるという観点から前記光を透過できるような透明性の高い板に光拡散機能を有する樹脂フィルムを貼り付けたものが好ましい。拡散板１１を構成する樹脂フィルムの材料の具体例としては、たとえば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、などが挙げられ、これらのなかでも、耐候性に優れるという点より、アクリル樹脂が好ましく用いられる。また、拡散板１１を構成する光を透過できるような透明性の高い板の具体例としては、たとえば、透明ガラス板、透明樹脂板が挙げられ、これらのなかでも、耐候性に優れるという点より、透明ガラス板が好ましく用いられる。
【００２１】
また、拡散板１１の樹脂フィルムの厚みとしては、特に限定されないが、好ましくは５０〜２００μｍであり、より好ましくは７０〜１５０μｍである。更に、拡散板１１の板の厚みとしては、特に限定されないが、好ましくは３〜９ｍｍであり、より好ましくは５〜８ｍｍである。
【００２２】
本実施形態において、採光部１０に、拡散板１１を設置する際における拡散板１１の設置角度としては、特に限定されないが、図３（Ｃ）に示すように、水平面（鉛直方向と直角な平面）に対する角度α１が、好ましくは４５°となるようにする。角度α１が大きすぎても、小さすぎても、太陽光の採り込み効率が低下してしまうおそれがある。また、角度α１が小さすぎる場合には、拡散板１１上に大気中に飛散する塵などが堆積し易くなり、堆積物の影響により、太陽光の採り込み効率が低下してしまうというおそれもある。
【００２３】
また、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、採光部１０には、反射板１２が設置されている。反射板１２としては、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。この場合における金属板としては、たとえば、鋼板、またはアルミニウム板を用いることができる。また、銀または銀合金からなる光反射層は、金属板の表面に、銀鏡反応により銀を還元析出させる無電解めっき法や、スプレーめっき法、銀イオンを含む水溶液中での電気分解による電気めっき法、減圧雰囲気下で銀を蒸発させて皮膜を形成する蒸着法などにより形成することができる。
【００２４】
さらに、反射板１２としては、拡散板１１を介して入射される太陽光を効率的に採り込めるように、正反射率の高いような構成とすることが好ましく、たとえば、全反射率のうち、正反射率が９０％以上、拡散反射率が１０％以下のものを用いることが好ましい。なお、反射板１２を、銀または銀合金からなる光反射層を有する構成とする場合において、正反射率および拡散反射率の割合を上記範囲に制御する方法としては、たとえば、基板の表面性状を調整する方法などが挙げられる。
【００２５】
また、反射板１２の銀または銀合金からなる光反射層の表面には、変色や汚れなどの発生を防止するために、保護膜が形成されていてもよい。保護膜としては、透明ななどの有機樹脂材料、酸化チタンなどの無機材料などを用いて形成することができる。
【００２６】
反射板１２における、銀または銀合金からなる光反射層の厚みは、好ましくは０．０１〜０．３μｍ、より好ましくは０．０８〜０．１５μｍであり、また、光反射層を銀合金からなるものとする場合における銀合金中の銀の含有割合は、好ましくは９５重量％以上であり、より好ましくは９８重量％以上である。
【００２７】
また、反射板１２は、拡散板１１に対する角度β１が、好ましくは４５〜７０°、より好ましくは４５〜６５°の範囲となるように設置することが望ましい。特に、本実施形態の採光装置１を、年間を通して太陽高度が高いような場所に設置する場合には、反射板１２の角度β１は比較的小さくすることが好ましく、一方、年間を通して太陽高度が低いような場所に設置する場合には、反射板１２の角度β１は比較的大きくすることが好ましい。一方、拡散板１１に対する角度β１が小さすぎると、朝夕などの太陽高度が低い時間帯における太陽光の採り込む量が少なくなり、照射面Ｓに照射される光の光量が減少してしまう場合があり、また、拡散板１１に対する角度β１が大きすぎると、夏至や南中時間帯における太陽光の採り込む量が少なくなり、照射面Ｓに照射される光の光量が減少してしまう場合がある。
【００２８】
このような採光部１０から採り込まれた太陽光は、導光部２０に導かれる。導光部２０は、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、採光部１０から採り込まれた太陽光を放光部３０に導くためのダクト部を形成する。導光部２０を形成する材料としては、上述した反射板１２と同様に、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。また、導光部２０を形成する材料としては、採光部１０で採り込まれた太陽光を放光部３０へと効率的に導くために、上述した採光部１０の反射板１２と同様に、全反射率のうち、正反射率が９０％以上、拡散反射率が１０％以下のものを用いることが好ましい。
【００２９】
また、導光部２０は、図１、図２（Ａ）に示すように、長さＬ１の第１直管部と、第１直管部から連続する屈曲部と、屈曲部から連続する長さＬ２の第２直管部と、から構成されている。すなわち、導光部２０に屈曲部を形成しており、導光部２０に屈曲部を形成することにより、採光部１０から採り込まれる際に拡散板１１により拡散された太陽光の導光部２０内における反射回数を増加させ、これにより、拡散板１１により拡散された太陽光の拡散度合いをより高めることが可能となる。なお、本実施形態に係る採光装置１においては、屈曲部における屈曲角度を９０°とし、これにより、長さＬ１の第１直管部における光の進行方向と、長さＬ２の第２直管部における光の進行方向とが直角になるように設定している。
【００３０】
そして、上述した採光部１０から採り込まれた太陽光は、導光部２０を介して放光部３０まで導かれる。放光部３０は、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、図１中において灰色で示す放光口３１および放光板３２を備えており、放光部３０まで導かれた光が、放光口３１と対向して設けられた放光板３２により反射することで、放光口３１を介して照射面Ｓに照射される。
【００３１】
放光板３２は、放光部３０まで導かれた光を反射し、放光口３１を介して照射面Ｓに照射する機能を有し、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、導光部２０側から、導光部２０から離れていくにしたがって、放光口３１に近づくような曲面を有する構造となっている。このように、放光板３２を導光部２０から離れていくにしたがって、放光口３１に近づくような曲面を有する構造とすることにより、放光部３０まで導かれた太陽光を、より高い均一度で、照射面Ｓに照射することができる。
【００３２】
また、放光板３２を形成する材料としては、上述した反射板１２と同様に、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。また、本実施形態の採光装置１が閉鎖型植物工場用の採光装置である場合には、放光板３２により反射した光が植物に直接当たることから、放光板３２を形成する材料としては、光拡散機能を有していることが好ましく、全反射率のうち、拡散反射率が、好ましくは０〜６０％、より好ましくは０〜５５％のものを用いることが好ましい。放光板３２の拡散反射率を上記範囲とすることにより、照射面Ｓに照射される光をよりやわらかいものとすることができる。拡散反射率が低すぎると、上述した効果が得難くなり、一方、高すぎると、反射光が照射面Ｓ以外の領域に散乱してしまい、結果として、照射面Ｓに照射される光の光量が低下してしまうおそれがある。
【００３３】
放光口３１は、放光板３２により反射された光を、照射面Ｓに照射できるような構成であればよく、特に限定されないが、透明性の高い板、たとえば、透明ガラス板や透明樹脂板で構成することができる。あるいは、放光口３１としては、このような透明性の高い板を設けずに開口としてもよい。
【００３４】
次いで、採光部１０における採光面積Ｄ１と、放光部３０における放光面積Ｄ２との関係について説明する。図４は、採光部１０における採光面積Ｄ１と、放光部３０における放光面積Ｄ２との関係を示す図である。図４に示すように、採光部１０の採光面積Ｄ１は、採光部１０から採り込まれた太陽光が、採光部１０から導光部２０に導かれる際における導光部２０の導入口の面積であり、また、放光部３０の放光面積Ｄ２は放光口３１の面積である。本実施形態の採光装置１は、採光面積Ｄ１と放光面積Ｄ２との比が、「採光面積Ｄ１：放光面積Ｄ２」で表した場合に、好ましくは１：２．５〜１：５、より好ましくは１：３〜１：４である。本実施形態によれば、採光部１０に、ヘイズ値が上述した所定の範囲にある拡散板１１を設けて、採光部１０から採り込まれる太陽光を拡散させるため、このように放光面積Ｄ２を採光面積Ｄ１と比較して大きなものとした場合でも、照射面Ｓに、均一、かつ、十分な光量の光を照射することができる。
【００３５】
また、本実施形態の採光装置１においては、図２（Ａ）、図４に示すように、導光部２０の中心（すなわち、導光部２０の高さＨに対して、１／２×Ｈの位置）を通った場合における長さを、導光部２０の代表長さＬとした場合に、導光部２０の代表長さＬは、好ましくは２００〜４００ｍｍ、より好ましくは１５０〜３００ｍｍの範囲とされる。また、導光部２０の第１直管部の長さＬ１は、好ましくは０〜１５０ｍｍ、より好ましくは５０〜１００ｍｍの範囲とされる。さらに、導光部２０の第２直管部は、通常、閉鎖型植物工場の外部と内部とを仕切る壁を貫通する部分に設けられるものであるため、導光部２０の第２直管部の長さＬ２は、通常、閉鎖型植物工場の外部と内部とを仕切る壁の厚さと同程度とされる。具体的には、導光部２０の第２直管部の長さＬ２は、好ましくは１００〜４００ｍｍ、より好ましくは１５０〜３００ｍｍの範囲とされる。
【００３６】
本実施形態では、このように導光部２０の長さを放光部３０の放光口３１の大きさによらず、比較的短いものに設定することで、閉鎖型植物工場用の採光装置として用いられる場合に、省スペース化を実現することが可能となる。また、本実施形態では、採光装置１内に太陽光を採り入れる際に、拡散板１１により拡散しているため、導光部２０の長さを比較的短く設定した場合でも、放光部３０の放光口３１から照射面Ｓに照射される光を、均一なものとすることができるものである。加えて、本実施形態では、上述したように、導光部２０に屈曲部を設け、これにより、導光部２０の長さを短くすることによる、拡散板１１により拡散された太陽光の反射回数の減少を補うものであり、これにより、放光部３０の放光口３１から照射面Ｓに照射される光を、より均一なものとすることができるものである。
【００３７】
本実施形態によれば、採光部１０の太陽光を採り込む部分、すなわち、採光装置１の光の取り込み口に、ヘイズ値が５０％以上の拡散板１１を設けているため、採光部１０から太陽光を採り込む際に採り込んだ光を拡散させることができ、採り込んだ光を拡散した状態で、導光部２０を介して放光部３０に導くことができ、これにより、放光部３０の放光口３１から照射面Ｓに照射される光を、均一、かつ十分な光量を有するものとすることができる。そのため、本実施形態の採光装置１は、冷凍コンテナを閉鎖空間として利用したコンテナ型植物工場などの閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、植物工場内の植物に対して、均一に、かつ十分な光量で光を照射することができ、効率的に植物の育成を行なうことができる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、採光部１０の太陽光を採り込む部分に、ヘイズ値が５０％以上の拡散板１１を設けており、これにより採光装置１内に採り込まれた段階で、採り込まれた光を拡散することができるため、採光装置１内において、採光装置１の光反射層を利用した光の拡散を行なわない場合でも、放光部３０に導かれる光を拡散されたものとすることができるため、導光部２０をより短く形成することができ、これにより、採光装置１自体のサイズを小さくでき、省スペース化が可能となる。
【００３９】
さらに、本実施形態においては、採光部１０の反射板１２、導光部２０の全体、および放光部３０の放光板３２の内面側の表面、すなわち、採光装置１の内面側の表面を、銀または銀合金からなる光反射層で形成している。銀は、紫外域での反射率が低い一方で、可視光領域および可視光領域よりも長波長側において高い反射率を有するため、本実施形態によれば、採光装置１の内面側の表面を、銀または銀合金からなる光反射層で形成することにより、採光装置１内で採り入れた太陽光を反射させた場合でも、光量を著しく減少させることなく、照射面Ｓに導くことができる。
【００４０】
加えて、銀は、８００ｎｍ付近に吸収帯域を有し近赤外領域における反射率が低いアルミニウムと異なり、太陽光を反射させた場合に、４００〜１０００ｎｍの波長域のうち、７００〜１０００ｎｍの波長域の光を減衰させることのないものである。具体的には、太陽光をまたは銀合金からなる光反射層で２回以上反射させた場合における、４００〜１０００ｎｍの波長域のうち、７００〜１０００ｎｍの波長域の光の光量を５０％以上に保つことできる。そのため、本実施形態によれば、採光装置１の内面側の表面を、銀または銀合金からなる光反射層で形成することにより、４００〜１０００ｎｍの波長域のうち、７００〜１０００ｎｍの波長域の光を減衰させずに、照射面Ｓに照射することができる。そのため、本実施形態の採光装置１は、閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、植物の光合成に必要な光合成有効波長域である４００〜７００ｎｍの光に加えて、光合成促進作用を有する近赤外波長域である７００〜１０００ｎｍ光を植物に照射することができ、これにより、効率的に植物の育成を行なうことができる。そして、本実施形態の採光装置１は、上記特性を活かし、植物工場で育成可能な各種植物の育成、特に、葉物植物（たとえば、レタス類や春菊、ほうれん草、小松菜、水菜等の、主として葉が食される葉菜類）の育成に好適に用いることができる。
【００４１】
《第２実施形態》
次いで、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４２】
図５は、第２実施形態に係る採光装置１ａの全体構成を示す斜視図である。また、図６（Ａ）は、図５に示す採光装置１ａをＹ軸方向正方向に見た場合における側面図、図６（Ｂ）は、図５に示す採光装置１ａをＺ軸方向負方向に見た場合における平面図である。
【００４３】
なお、第２実施形態に係る採光装置１ａは、以下に説明する以外は、上述した第１実施形態の採光装置１ａと同様な構成と作用を有し、その重複する説明は省略する。なお、第２実施形態に係る採光装置１ａにおいては、上述した第１実施形態に係る採光装置１と同じ構成については同じ符号を付した。
【００４４】
図５、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、第２実施形態に係る採光装置１ａは、採光部１０ａと、導光部２０ａと、放光部３０とを備えている。第２実施形態に係る採光装置１ａも、上述した第１実施形態に係る採光装置１ａと同様に、採光部１０ａに設けられた拡散板１１を介して、外部から太陽光を採り込み、採り込まれた光を、導光部２０ａを介して放光部３０に導き、導かれた光が放光部３０にて照射面Ｓに照射されるような構成となっている。なお、図５に示すように、第２実施形態に係る採光装置１ａにおいても、上述した第１実施形態と同様に、採光部１０ａ、導光部２０ａ、および放光部３０は、いずれもＹ軸方向の幅はＷで同一とされている。
【００４５】
第２実施形態に係る採光装置１ａは、主として、導光部２０ａの構成が、上述した第１実施形態に係る採光装置１と異なっている。すなわち、第１実施形態に係る採光装置１においては、導光部２０が屈曲部を有している構成であるのに対し、第２実施形態に係る採光装置１ａにおいては、導光部２０ａが屈曲部を有さないような構成となっている。すなわち、第２実施形態に係る採光装置１ａは、第１実施形態に係る採光装置１と比較して、より省スペースな構成となっている。また、第２実施形態に係る採光装置１ａは、第１実施形態に係る採光装置１と比較して、より簡易な構造であるため、製造に係るコストを低減することが可能となる。
【００４６】
図７（Ａ）は、図５に示す採光装置１ａの採光部１０ａ付近を拡大して示す斜視図であり、図７（Ａ）においては、図５に示す採光装置１ａを、拡散板１１が設置されている方向から見た場合における図を示している。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す採光部１０ａをＸ軸方向正方向に見た場合における正面図、図７（Ｃ）は、図７（Ａ）に示す採光部１０ａをＹ軸方向正方向に見た場合における側面図である。なお、図７（Ａ）、図７（Ｂ）においては、拡散板１１を灰色で示している。
【００４７】
図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示すように、第２実施形態の採光装置１ａには、採光部１０ａの太陽光を採り込む部分に、拡散板１１が設けられている。なお、拡散板１１としては、上述した第１実施形態で例示したものと同じものを用いることができる。
【００４８】
第２実施形態の採光装置１ａにおける、拡散板１１の設置角度としては、特に限定されないが、図７（Ｃ）に示すように、照射面Ｓと水平な面に対する角度α２は、上述した第１実施形態と同様に、好ましくは４５°となるようにする。
【００４９】
また、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示すように、第２実施形態の採光装置１ａにおいても、採光部１０ａに、反射板１２が設置されている。反射板１２としては、上述した第１実施形態と同様に、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。また、反射板１２の正反射率および拡散反射率も同様とすることができる。第２実施形態の採光装置１ａにおける、反射板１２の拡散板１１に対する角度β２は、上述した第１実施形態と同様に、好ましくは４５〜７０°、より好ましくは４５〜６５°の範囲となるように設置することが望ましい。
【００５０】
そして、このような採光部１０ａから採り込まれた太陽光は、導光部２０ａに導かれる。導光部２０ａは、上述した第１実施形態と同様に、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。また、導光部２０ａの正反射率および拡散反射率も同様とすることができる。なお、上述したように、第２実施形態の採光装置１ａは、主として、導光部２０ａには屈曲部が設けられていない点において、上述した第１実施形態に係る採光装置１と異なるものである。
【００５１】
放光部３０は、図５、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、上述した第１実施形態と同様に、図５中において灰色で示す開口部としての放光口３１および放光板３２を備えており、放光部３０まで導かれた光を、導光部２０ａ側から、導光部２０ａから離れていくにしたがって、放光口３１に近づくような曲面構造を有する放光板３２により反射することで、放光口３１を介して照射面Ｓに照射する。なお、放光板３２を形成する材料としては、上述した第１実施形態と同様に、上述した反射板１２と同様に、金属板の内面側の表面（採光装置１の内面側の表面）に、銀または銀合金からなる光反射層が形成されてなる板を用いることができる。また、放光板３２の拡散反射率も同様とすることができる。
【００５２】
また、第２実施形態の採光装置１ａにおいては、採光部１０ａにおける採光面積と、放光部３０における放光面積との比や大きさについては、上述した第１実施形態と同様とすることができる。
【００５３】
さらに、第２実施形態の採光装置１ａにおいては、図６（Ａ）に示すように、導光部２０ａは、通常、閉鎖型植物工場の外部と内部とを仕切る壁を貫通する部分に設けられるものであるため、導光部２０ａの長さＬ４は、通常、閉鎖型植物工場の外部と内部とを仕切る壁の厚さと同程度とされる。具体的には、導光部２０ａの長さＬ４は、好ましくは１００〜４００ｍｍ、より好ましくは１５０〜３００ｍｍの範囲とされる。本実施形態では、このように導光部２０ａの長さＬ４を放光部３０の放光口３１の大きさによらず、比較的短いものに設定することで、閉鎖型植物工場用の採光装置として用いられる場合に、省スペース化を実現することが可能となる。
【００５４】
以上、第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様に、採光部１０の太陽光を採り込む部分、すなわち、採光装置１ａの光の取り込み口に、ヘイズ値が５０％以上の拡散板１１を設けているため、放光部３０の放光口３１から照射面Ｓに照射される光を、均一、かつ十分な光量を有するものとすることができる。そして、上述した第１実施形態と同様に、第２実施形態の採光装置１ａは、冷凍コンテナを閉鎖空間として利用したコンテナ型植物工場などの閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、植物工場内の植物に対して、均一に、かつ十分な光量で光を照射することができ、効率的に植物の育成を行なうことができる。
【００５５】
また、第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様に、採光部１０ａの太陽光を採り込む部分に、ヘイズ値が５０％以上の拡散板１１を設けており、これにより採光装置１ａ内に採り込まれた段階で、採り込まれた光を拡散することができるため、採光装置１ａ内において、採光装置１の光反射層を利用した光の拡散を行なわない場合でも、放光部３０に導かれる光を拡散されたものとすることができるため、導光部２０ａをより短く形成することができ、これにより、採光装置１ａ自体のサイズを小さくでき、省スペース化が可能となる。
【００５６】
さらに、第２実施形態においては、上述した第１実施形態と同様に、採光部１０ａの反射板１２、導光部２０ａの全体、および放光部３０の放光板３２の内面側の表面、すなわち、採光装置１の内面側の表面を、銀または銀合金からなる光反射層で形成している。そのため、第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様に、光量を著しく減少させることなく、照射面Ｓに導くことができ、さらには、４００〜１０００ｎｍの波長域のうち、７００〜１０００ｎｍの波長域の光を減衰させずに、照射面Ｓに照射することができる。そのため、第２実施形態の採光装置１ａは、上述した第１実施形態と同様に、閉鎖型植物工場用の採光装置として用いた場合に、植物の光合成に必要な光合成有効波長域である４００〜７００ｎｍの光に加えて、光合成促進作用を有する近赤外波長域である７００〜１０００ｎｍ光を植物に照射することができ、これにより、効率的に植物の育成を行なうことができる。そして、第２実施形態の採光装置１ａは、上記特性を活かし、植物工場で育成可能な各種植物の育成、特に、葉物植物（たとえば、レタス類や春菊、ほうれん草、小松菜、水菜等の、主として葉が食される葉菜類）の育成に好適に用いることができる。
【００５７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【実施例】
【００５８】
以下に、実施例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００５９】
＜実施例１＞
図１〜図４に示す採光装置１を備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場について、評価を行った。なお、実施例１では、拡散板１１として、ヘイズ値が７０％、全光線透過率が９０％、厚み８０μｍのアクリル樹脂製の拡散フィルムを貼り付けた透明ガラス板を用い、水平面に対する角度α１が４５°となるように設置し、さらに、反射板１２を、拡散板１１と反射板１２との角度β１が４５°となるように設置した。また、採光部１０の反射板１２、導光部２０の全体、および放光部３０の放光板３２、側面板は、いずれも金属板としての鋼板上にアクリルウレタン樹脂からなる樹脂層を形成し、その上に銀からなる光反射層およびアクリルシリコン系樹脂からなる保護膜を形成してなるものを用い、採光部１０の反射板１２、導光部２０の全体については、全反射率９５％のうち、正反射率９４％、拡散反射率１％とし、放光部３０の放光板３２、側面板についても、全反射率９５％のうち、正反射率９４％、拡散反射率１％とした。
【００６０】
また、採光装置１のＹ軸方向の幅Ｗは、採光部１０、導光部２０、および放光部３０のいずれも４５０ｍｍとし、導光部２０の第１直管部の長さＬ１＝０ｍｍ、第２直管部の長さＬ２＝２００ｍｍ、導光部２０の高さＨ＝１００ｍｍ、屈曲部をＲ１００形状とした。すなわち、導光部２０の代表長さＬ＝２７８．５ｍｍとした。さらに、放光口３１における長さＬ３＝３００ｍｍとし、放光面積Ｄ２＝Ｌ３×Ｗ＝３００ｍｍ×４５０ｍｍ＝１３５，０００ｍｍ２とし、また、採光面積Ｄ１＝Ｈ×Ｗ＝１００ｍｍ×４５０ｍｍ＝４５，０００ｍｍ２とした。
【００６１】
そして、このような採光装置１を備える閉鎖型植物工場を用いて、照射面Ｓにおける光量の測定を行った。
【００６２】
具体的には、照射面Ｓにおける光量（光量子束密度：μｍｏｌ／ｍ２・ｓ）の測定は次のようにして行った。すなわち、照射面Ｓを図８に示すように均等な面積でＡ１〜Ａ１２の１２個の領域に分割し、各領域Ａ１〜Ａ１２に光量子測定装置をそれぞれ設置して、各領域Ａ１〜Ａ１２における午前９時〜午後４時までの光量を測定し、その積算値を算出した。また、これとは別に、全天空光量についても同条件で測定し、その積算値を算出した。そして、各領域Ａ１〜Ａ１２における光量の積算値と、全天空光量の積算値とに基づいて、各領域Ａ１〜Ａ１２における、光の採り込み効率を下記式にしたがって算出した。また、下記式にしたがって算出した光の採り込み効率に基づいて、栽培シミュレーションを行なった。光の採り込み効率の結果を表１に、栽培シミュレーションの結果得られた育成される植物の葉の重量のシミュレーション結果を表２に、これらの結果をまとめたものを表３に示した。
各領域Ａ１〜Ａ１２の光の採り込み効率（％）＝各領域Ａ１〜Ａ１２における光量の積算値／全天空光量の積算値
【００６３】
なお、栽培シミュレーションは、以下に説明する栽培試験から得た光を採り込む効率と葉の重量との相関を元に行った。
すなわち、本実施例では、光を採り込む効率と葉の重量との相関を調べるために、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示す採光装置を作製し、作製した採光装置を用いて、栽培試験を行い、葉の重量の測定を行った。なお、採光装置は、鋼板上に銀からなる光反射層およびアクリルシリコン系樹脂からなる保護膜を形成してなる光反射板を用いて作製した。また、図９（Ａ）、図９（Ｂ）中、Ｌ１＝４２３０ｍｍ、Ｌ２＝７７０ｍｍ、Ｌ３＝１５７２ｍｍ、Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３＝Ｗ４＝５００ｍｍ、α＝４５°、β＝２２°とした。
【００６４】
また、太陽光を採り入れる採光部には、透明ガラスからなる採光口と、採光口から採り込まれる光を採光装置内部に反射させるための反射板を設け、採光口から採り込まれた光が放光口から、５００ｍｍ×５００ｍｍの面積で設けられた栽培区に照射されるようにし、栽培区に、播種日から１４日経過して５葉展開したチマ・サンチュの苗を１２株定植することで、栽培試験を行った。なお、栽培試験においては、栽培区には採光装置からの光以外の光が照射されないように遮光を行なった。
【００６５】
そして、栽培開始からの光量を分光放射計（Ｈａｎｄｙ Ｌａｍｂｄａ II、スペクトラ・コープ社製）にて、栽培区に照射される光の光合成量子束密度（ＰＰＦＤ，ｍｏｌ／ｍ２・ｓ）を測定した。光の光合成量子束密度の１日の積算光量から算出される採り込み効率が、５、１０、１５、２０、３０％となるように調整し栽培した。１４日間経過後に全株の葉の重量を測定し、葉の重量の平均値を算出した。そして、このような測定の結果得られた光を採り込む効率と葉の重量との関係を示すグラフを図１０に示す。本実施例では、このような測定結果を元にして、栽培シミュレーションを行なった。
【００６６】
＜実施例２＞
図１〜図４に示す採光装置１に代えて、図５〜図７に示す採光装置１ａを備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。なお、実施例２においては、拡散板１１として、実施例１と同様の拡散板を用い、水平面に対する角度α２が４５°となるように設置し、さらに、反射板１２を、拡散板１１と反射板１２との角度β２が６５°となるように設置した。また、実施例２においては、採光装置１ａの構造上、導光部２０ａに屈曲部を設けず、導光部２０ａの長さＬ４を２００ｍｍとし、その他の条件については、実施例１と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００６７】
＜実施例３＞
放光部３０の放光板３２として、内面側表面にエンボス加工が施され、全反射率９０％のうち、正反射率が４０％、拡散反射率を５０％としたものを用いた以外は、実施例２と同様にして、図５〜図７に示す採光装置１ａを備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。
【００６８】
＜参考例１＞
図１〜図４に示す採光装置１に代えて、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示す採光装置１ｂを備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。なお、図１１（Ａ）は、実施例４で用いた採光装置１ｂの全体構成を示す斜視図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す採光装置１ｂをＹ軸方向正方向に見た場合における側面図である。すなわち、実施例４においては、放光部３０ｂの放光板を放光口と平行としたものを用い、その他の条件については、実施例１と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００６９】
＜参考例２＞
図１〜図４に示す採光装置１に代えて、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示す採光装置１ｃを備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。なお、図１２（Ａ）は、実施例５で用いた採光装置１ｃの全体構成を示す斜視図であり、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示す採光装置１ｃをＹ軸方向正方向に見た場合における側面図である。すなわち、実施例５においては、放光部３０ｃの放光板を、導光部２０側から、導光部２０から離れるにしたがって傾斜しているような構成としたものを用い、その他の条件については、実施例１と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００７０】
＜参考例３＞
図１〜図４に示す採光装置１に代えて、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示す採光装置１ｄを備える閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。なお、図１３（Ａ）は、実施例６で用いた採光装置１ｄの全体構成を示す斜視図であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示す採光装置１ｄをＹ軸方向正方向に見た場合における側面図である。すなわち、実施例６においては、放光部３０ｄの放光板を、導光部２０ａ側から、導光部２０ａから離れるにしたがって傾斜しているような構成としたものを用い、その他の条件については、実施例２と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００７１】
＜比較例１＞
図１〜図４に示す採光装置１において、拡散板１１の代わりに、透明ガラスを用いて、閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。すなわち、比較例１においては、拡散板１１を用いず、その他の条件については、実施例１と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００７２】
＜比較例２＞
図５〜図７に示す採光装置１ａにおいて、拡散板１１の代わりに、透明ガラスを用いて、閉鎖型植物工場を作製し、作製した植物工場において、上述した実施例１と同様に、照射面Ｓにおける光量の測定および栽培試験を行った。すなわち、比較例１においては、拡散板１１を用いず、その他の条件については、実施例２と同様とした。結果を表１〜表３に示す。
【００７３】
【表１】
【００７４】
【表２】
【００７５】
【表３】
【００７６】
実施例１〜６、比較例１，２の各領域Ａ１〜Ａ１２における光量の測定結果より得られた光の取り込み効率を表１に、栽培シミュレーションにおける葉の重量の測定結果を表２に示した。また、表３に、各領域Ａ１〜Ａ１２における光の取り込み効率の平均値、光量の均一性、光の取り込み効率の最大値と最小値との差、栽培試験における葉の重量の最大値と最小値との差、光の取り込み効率が５０％以上である栽培区の数、および、光の採り込み効率が１５％未満の栽培区の数を示す。
【００７７】
表３に示すように、採光部１０に拡散板１１を設けた実施例１〜３、参考例１〜３においては、いずれも光量の最大値と最小値との差、および、葉の重量の最大値と最小値との差が小さく、照射面Ｓに対して、均一に光を照射されていることが確認できる。なお、これら実施例１〜３、参考例１〜３のなかでも、放光部３０の放光板３２の形状を、導光部２０側から、導光部２０から離れていくにしたがって、放光口３１に近づくような曲面を有する構造とした実施例１〜３においては、光量の最大値と最小値との差、および、葉の重量の最大値と最小値との差が特に小さく、さらには光の採り込み効率が５０％以上である栽培区および１５％未満である栽培区のいずれも検出されず、照射面Ｓに対して、より均一に光を照射されていることが確認できる。なお、光の採り込み効率が５０％以上である場合には、上述した光を採り込む効率と葉の重量との相関を調べるための実験結果より、葉焼けが生じてしまうことが確認されており、そのため、光の採り込み効率が５０％以上の栽培区はゼロであることが望ましい。また、光の採り込み効率が１５％未満である場合には、上述した光を採り込む効率と葉の重量との相関を調べるための実験結果より、葉の成長不良および徒長が生じてしまうことが確認されており、そのため、光の採り込み効率が１５％未満の栽培区はゼロであることが望ましい。
【００７８】
一方、採光部１０に拡散板１１を設けなかった比較例１，２においては、光量の最大値と最小値との差、および、葉の重量の最大値と最小値との差のいずれも大きくなり、照射面Ｓに対して照射される光は不均一となる結果となった。
【００７９】
＜実施例７＞
実施例７では、図４〜図６に示す採光装置１ａにおいて、拡散板１１のヘイズ値を変化させた場合における、照射面Ｓに照射される光の分布の変化のシミュレーションを行なった。実施例７では、拡散板１１と反射板１２との角度β２を６０°に変更した以外は、上述した実施例２と同様な条件としてシミュレーションを行なった。なお、本シミュレーションでは、北緯約３４°地点、夏至の日、午前１１時における太陽の位置におけるシミュレーションを行なった。シミュレーション結果を、図１４〜図１６に示す。
図１４（Ａ）：拡散板１１のヘイズ値が４０％のシミュレーション結果
図１４（Ｂ）：拡散板１１のヘイズ値が５０％のシミュレーション結果
図１５（Ａ）：拡散板１１のヘイズ値が６０％のシミュレーション結果
図１５（Ｂ）：拡散板１１のヘイズ値が７０％のシミュレーション結果
図１６（Ａ）：拡散板１１のヘイズ値が８０％のシミュレーション結果
図１６（Ｂ）：拡散板１１のヘイズ値が９０％のシミュレーション結果
図１６（Ｃ）：拡散板１１のヘイズ値が１００％のシミュレーション結果
【００８０】
なお、図１４〜図１６中においては、各図において矢印で示した範囲が、照射面Ｓの領域域に相当する。また、図１４〜図１６中において、図面左側が導光部２０ａ側に相当する。図１４〜図１６からも確認できるように、拡散板１１のヘイズ値を４０％以上、好ましくは６０％以上とすることにより、照射面Ｓに対して均一な光を照射できることが確認できる。一方、図１４（Ａ）の結果より、拡散板１１のヘイズ値を４０％とした場合には、照射面Ｓに対して照射される光の均一性が低下してしまうことが確認できる。
【符号の説明】
【００８１】
１，１ａ…採光装置
１０，１０ａ…採光部
１１…拡散板
１２…反射板
２０，２０ａ…導光部
３０…放光部
３１…放光口
３２…放光板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を取り込む採光部と、前記採光部から取り込んだ光を導く導光部と、前記導光部により導かれた光を室内に照射する放光部とを備え、前記採光部に、ヘイズ値が５０％以上である拡散板を設けたことを特徴とする採光装置。
【請求項２】
内側に銀または銀合金からなる光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の採光装置。
【請求項３】
前記拡散板に対する採光部反射板の角度が４５〜７０°の範囲となるように設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の採光装置。
【請求項４】
前記放光部は、前記導光部から導かれた光を反射する放光板と、前記放光板により反射された光を室内に照射するための放光口を備え、前記放光板は、前記導光部側から、前記導光部から離れていくにしたがって、前記放光口に近づくような曲面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の採光装置。
【請求項１】
光を取り込む採光部と、前記採光部から取り込んだ光を導く導光部と、前記導光部により導かれた光を室内に照射する放光部とを備え、前記採光部に、ヘイズ値が５０％以上である拡散板を設けたことを特徴とする採光装置。
【請求項２】
内側に銀または銀合金からなる光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の採光装置。
【請求項３】
前記拡散板に対する採光部反射板の角度が４５〜７０°の範囲となるように設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の採光装置。
【請求項４】
前記放光部は、前記導光部から導かれた光を反射する放光板と、前記放光板により反射された光を室内に照射するための放光口を備え、前記放光板は、前記導光部側から、前記導光部から離れていくにしたがって、前記放光口に近づくような曲面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の採光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２５６５５７（Ｐ２０１２−２５６５５７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９８０２（Ｐ２０１１−１２９８０２）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（３９０００３１９３）東洋鋼鈑株式会社 (265)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（３９０００３１９３）東洋鋼鈑株式会社 (265)
【Ｆターム（参考）】
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