JP2001128571A

JP2001128571A - 植物栽培装置

Info

Publication number: JP2001128571A
Application number: JP31380999A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Honma; 孝宜本間; Hirobumi Miyajima; 博文宮島; Fumi Yamazaki; 文山崎; Koji Tsuchiya; 広司土屋; Hirobumi Suga; 博文菅
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK; Bio Oriented Technology Research Advancement Institution; Sasaki Co Ltd
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK; Bio Oriented Technology Research Advancement Institution; Sasaki Co Ltd
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2001-05-15
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: JP4252697B2

Abstract

(57)【要約】【課題】栽培植物の明期／暗期を容易に調整すること
の可能な植物栽培装置を提供する。【解決手段】本発明に係る植物栽培装置は、半導体発
光素子が配置された発光面を所定の軸線のまわりに回転
させることのできる発光手段と、この発光面と対向しう
るように軸線の周方向に沿って配置された複数の植物栽
培室とを備えている。この装置では、発光面からの光が
発光手段の回転に伴って植物栽培室に順次に照射され
る。発光面の回転を制御することにより、各栽培室に収
容された栽培植物の照明周期や照明時間を容易に調節
し、栽培植物に所望の明期／暗期を与えることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工光源を用いた
植物栽培装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人工光源を用いた従来の植物栽培装置
は、植物栽培用ランプの配光を考慮し、熱線の影響がで
ないように植物から離れた場所にランプを固定して光を
照射させていた。一方、発光ダイオードや半導体レーザ
ーなどの半導体発光素子は有害な熱線や赤外線を放射し
ないため、半導体素子からの光を植物に近接照射させて
効率良く植物に受光させることが可能である。このよう
に半導体発光素子は、植物栽培用の光源として適した特
性を有している。

【０００３】半導体発光素子を光源として使用した植物
栽培装置は、特開平９−９８６６５号公報に開示されて
いる。これは、パネル状の光半導体ユニットを植物栽培
ボードに近接させて設置した装置である。光半導体ユニ
ットには、半導体発光素子が二次元的に配列されてい
る。半導体発光素子が発する熱を冷却するため、光半導
体ユニットには、熱触媒を用いた強制冷却装置が設けら
れている。植物栽培ボードには、栽培すべき植物がマト
リクス状に二次元配列されており、パネル状光半導体ユ
ニットは、その発光面がこれらの植物に対向するように
配置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】植物は、その生長段階
ごとに適切な明期／暗期の周期や照射時間を有してお
り、したがって生長段階に適した周期や時間で照射を行
えば生長効率を著しく高めることができる。上記の公報
には、このような明期／暗期の調整についてはほとんど
言及されていない。

【０００５】そこで、本発明は、栽培植物の明期／暗期
を容易に調整することの可能な植物栽培装置を提供する
ことを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る植物栽培装
置は、半導体発光素子が配置された発光面を所定の軸線
のまわりに回転させることのできる発光手段と、この発
光面と対向しうるように軸線の周方向に沿って配置され
た複数の植物栽培室とを備えている。この装置では、発
光面からの光が発光手段の回転に伴って植物栽培室に順
次に照射される。

【０００７】この装置では、発光面が回転して複数の植
物栽培室に順次に光を照射するので、発光面の回転を制
御することにより、各栽培室に収容された植物の照明周
期や照明時間を簡単に調節することができる。また、発
光面を回転させることで、同じ量の植物に対して必要な
半導体発光素子の数を従来に比べて少なくすることがで
きる。発光素子が少なくて済むことは、装置の製造コス
ト削減のほか、発光素子の冷却に必要な電力コストの削
減にもつながる。

【０００８】発光手段は、軸線を中心として周方向に離
間して配置された複数の着脱自在パネルを備え、これら
のパネルには、発光面を有する発光パネルとこの発光面
からの光を遮断する遮光パネルとが含まれていてもよ
い。この場合、発光パネルの枚数や間隔を選択すること
で発光パネルを様々なパターンで配置することができ、
これによって栽培植物の照明周期や照明時間を調整する
ことができる。このような発光パネルの配置の選択と既
に述べた発光面の回転の制御とを組み合わせることによ
り、いっそう柔軟に栽培植物の明期／暗期を制御するこ
とができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る植物栽培装
置の一実施形態を示す部分分解切欠図であり、図２は、
図１の装置の上蓋１６を外した状態における平面図であ
る。この装置は、略１２角形の断面を有する筒状の発光
ユニット１０と、発光ユニット１０を取り囲むように配
置された複数の植物栽培室３６を備えている。装置の中
央には、発光ユニット１０と同軸にシャフト１２が設け
られている。このシャフト１２は、底部１４の中心から
垂直上方に延びている。この装置は、装置本体に着脱自
在に装着される上蓋１６を更に備えている。この植物栽
培装置の特徴として、発光ユニット１０は、シャフト１
２の軸線を中心として回転可能となっている。発光ユニ
ット１０を回転させることにより、各栽培室３６の植物
全体へ照明光を均一に照射することができる。

【００１０】発光ユニット１０は、装置の長手方向（底
部１４の上面に対して垂直な方向）に延在する略方形の
光源パネル２０および遮光パネル２３を備えている。発
光ユニット１０の下部には、略円筒状の歯車部１１が設
けられている。後述するように、この歯車部１１は、底
部１４に設置されたモータ４０のピニオンと係合し、モ
ータ４０の駆動によるピニオンの回転に伴って発光ユニ
ット１０を回転させる。光源パネル２０および遮光パネ
ル２３は、歯車部１１からシャフト１２の軸線方向に沿
って上方に延びる複数本（本実施形態では１２本）のフ
レーム（図示せず）によって支持されている。これらの
フレームは、シャフト１２の軸線を中心として周方向に
等間隔に離間して配置されている。これらのフレームに
は、光源パネル２０および遮光パネル２３を支持するた
めのレールが設けられており、隣り合うフレーム間に光
源パネル２０または遮光板２３を差し込んで固定できる
ようになっている。

【００１１】図３および図４は、光源パネル２０の構成
を示す斜視図および平面図である。これらの図に示され
るように、光源パネル２０は、複数の半導体光源２１を
フィン付の細長金属バー２２ａ〜ｅに固定し、これらの
金属バー２２を配光を考慮して並べたものである。本実
施形態では、金属バー２２ａ、ｃおよびｅに赤色の半導
体光源が一列に設置されている。金属バー２２ｂは、青
色および遠赤色の半導体光源が一列ずつ設置されてい
る。金属バー２２ｄも同じである。一例として、赤色光
源の出力波長は６５０〜６９０ｎｍ程度、青色光源の出
力波長は４３０〜４８０ｎｍ程度、遠赤色光源の出力波
長は７００〜７６０ｎｍ程度とすることができる。後述
するように、これらの光源は駆動装置４６に接続されて
おり、駆動装置４６から電力の供給を受ける。駆動装置
４６は、光源の発光量を調節することができる。

【００１２】半導体発光素子は、植物に必要な波長の光
を自由に選択でき、従来の光源（高圧ナトリウムランプ
やメタルハライドランプ）と比べて、植物に有害な熱線
を照射しないため植物への近接照明が可能という利点を
有している。また、素子自身の発熱のみを考慮して栽培
装置を作製すればよいため、空調設備やランニングコス
トを大幅に削減できるなど、ほかにも有利な点が多い。

【００１３】金属バー２２の材料としては、半導体光源
２１からの発熱を効率良く逃がすように、アルミニウム
や銅など熱伝導性の良いものが適している。半導体光源
２１の発光面は、金属バー２２の表面とほぼ面一の状態
で露出している。各々の金属バー２２において同一色の
半導体光源２１は、電気的に直列接続されている。金属
バーの裏側（フィンが設けられている側）には冷却ファ
ン２４が取り付けられており、ファン２４が発生する風
をフィンに当てることによって光源（発光素子）から発
生する熱を更に効率良く除去できるようになっている。

【００１４】図５は、発光ユニット１０の歯車部１１と
発光ユニット回転用のモータ４０を拡大して示す図であ
る。図５および図１に示されるように、装置の底部１４
の上面には、発光ユニット１０を回転させるためのモー
タ４０が設置されている。モータ４０の軸の先端にはピ
ニオンが取り付けられており、このピニオンは回転ユニ
ットの歯車部分１１とかみ合っている。これにより、モ
ータ軸の回転に伴って発光ユニット１０がシャフト１２
の軸線のまわりに回転するようになる。発光ユニット１
０の回転方式としては、種々のものを考えることができ
る。例えば、発光ユニット１０は、一定の速度で連続的
に回転させても良いし、あるいは栽培室一つ分だけ回転
した後、一定時間静止し、その後、再び栽培室一つ分だ
け回転するという間欠的な回転を行ってもよい。なお、
本実施形態では、栽培室一つ分の回転は３６０／１２＝
３０°の回転に相当する。モータ４０は、図示しないモ
ータ駆動装置に接続されている。この駆動装置は、モー
タ４０に電力を供給するとともにモータ４０の動作（例
えば、モータ４０の回転速度や回転タイミングなど）を
制御することができる。これにより、発光ユニット１０
の回転動作を制御することができる。

【００１５】図６は、シャフト１２の一部を拡大して示
す図である。図６および図１に示されるように、シャフ
ト１２の表面には複数の電極面４２がシャフト１２の軸
線方向に沿って離間して配置されている。これらの電極
面４２上には、導電性のスリップリング４４がシャフト
１２と同軸に設置されている。このスリップリング４４
は、電極面４２と接触しながらシャフト１２の軸線のま
わりに回転できるようになっている。例えば、シャフト
１２の表面にスリップリング４４とほぼ同じ幅の溝を設
け、その溝を含む領域を電極面４２としてもよい。電極
面４２の溝にスリップリング４４を配置することで、ス
リップリング４４を電極面４２との接触を維持しながら
回転自在に固定することができる。

【００１６】図６に示されるように、スリップリング４
４には、光源パネル２０に含まれる半導体発光素子２１
からの導線２５が接続されており、また、電極面４２
は、配線２７を介して半導体発光素子用の駆動装置４６
に電気的に接続されている。発光ユニット１０の回転の
際に導電性スリップリング４４と電極面４２との接触が
保たれるので、発光ユニット１０が回転している間、駆
動装置４６から供給される電力を光源パネル２０の発光
素子２１に伝送することができる。

【００１７】図２に示されるように、本実施形態の植物
栽培装置では、発光ユニット１０を包囲するように複数
（本実施形態では１２個）の植物栽培室３６が設けられ
ており、この栽培室３６内に栽培植物３１を収容できる
ようになっている。この植物栽培室３６は、発光パネル
２０または遮光パネル２３のいずれかと、植物栽培トレ
イ３０と、反射ユニット１８によって囲まれる空間であ
る。これらの栽培室３６は、シャフト１２の軸線を中心
として周方向に配置されている。

【００１８】図７および図８は、植物栽培トレイ３０の
斜視図および横断面図である。これらの図に示されるよ
うに、植物栽培トレイ３０は、細長い箱型の構造を有し
ている。その側面の一つには、トレイ３０の長手方向に
沿って等間隔に複数の開口が設けられており、この開口
に植物を植えることができるようになっている。これら
の植物には、例えば茎から根にかけて保持部材３３が取
り付けられる。栽培トレイ３０は、長手方向に沿った貫
通孔３２を有している。この貫通孔３２は、栽培植物へ
培養液を供給するための導管として機能する。これによ
り、栽培植物３１の根の部分へ直接または保持部材３３
を介して栄養分を供給できるようになる。保持部材３３
としては、培養液を十分に吸収できように、ウレタン等
の吸湿性のある材料が好ましい。

【００１９】図１に示されるように、この植物栽培トレ
イ３０は、固定治具３４に着脱自在に装着される。この
固定治具３４は、栽培装置の外側に向かって回動できる
ようになっており、これにより栽培トレイ３０の着脱が
容易になっている。固定治具３４を傾けて栽培トレイ３
０を差し込み、その後、固定治具３４の傾きを起こすこ
とにより栽培トレイ３０を栽培装置に固定することがで
きる。固定治具３４の内部には、培養液を流通させるた
めの導管が設けられており、この導管は、栽培トレイ３
０を差し込んだときに栽培トレイ３０の導管３２と連通
するようになっている。固定治具３４内の導管は、底部
１４に埋設された配管５２の流入口５３とも連通してお
り、後述するような培養液の循環を可能にしている。

【００２０】再び、図１および図２を参照して説明を行
う。反射ユニット１８は、シャフト１２の軸線に沿って
延在し、隣り合う栽培室３６を仕切っている。この反射
ユニット１８は、シャフト１２に向かってテーパ化する
断面形状を持ったくさび形部材であり、本実施形態では
内部が中空となっている。反射ユニット１８の側面は、
半導体光源２１からの光を高い割合で反射することがで
きる白色面またはミラー面である。これらの反射ユニッ
ト１８は、シャフト１２の軸線の周方向に沿って等間隔
に配置されている。この反射ユニット１８は、光源パネ
ル２０からの光を効率よく栽培室３６内の植物３１へ集
光させるために設けられている。このような光反射性の
表面を栽培室の側壁にすることで、植物体での照明光の
吸収を高め、側壁での吸収による損失を抑えて、省電力
化を図ることができる。

【００２１】植物栽培装置の底部１４には、培養液循環
用の配管５２が設けられている。この配管５２は植物栽
培トレイ３０と同数の流入口５３と、単一の流出口５４
を備えている。この流出口５４は、外部の培養液循環ポ
ンプ６０に連結される。上述したように、流入口５３に
は固定治具３４内の導管が連通している。

【００２２】円板状の上蓋１６にも培養液循環用の配管
５５が埋め込まれている。配管５５は、植物栽培トレイ
３０と同数の流出口５６と、単一の流入口５７を備えて
おり、流入口５７は培養液循環ポンプ６０に連結され
る。装置本体に上蓋１６が装着されると、流出口５６が
栽培トレイ３０の導管３２と連通するようになってい
る。

【００２３】ポンプ６０から送られる培養液は、上蓋１
６内の配管５５を介して栽培トレイ３０の導管３２に流
入する。このようにして植物栽培トレイに供給された培
養液の一部は、栽培植物３１によって吸収される。導管
３２を流れた培養液は、固定治具３４内の導管および底
部１４内の配管５２を通じて栽培装置から排出され、再
びポンプ６０に戻る。このようにして、培養液が栽培装
置内を循環することになる。

【００２４】本実施形態の植物栽培装置には、空調設備
７０がダクトを介して連結されている。空調設備７０
は、栽培装置内に設置された温度センサおよび湿度セン
サ（図示せず）を用いて栽培装置内の温度および湿度を
検出するとともに、装置内の温度および湿度を調節する
ことができる。したがって空調設備７０を用いること
で、栽培装置内の温度および湿度を栽培に最適な値に調
整することができる。

【００２５】また、本実施形態の植物栽培装置には、電
磁弁を介して炭酸ガスボンベ７２が連結されている。電
磁弁の動作は、図示しない炭酸ガス制御装置によって制
御される。この炭酸ガス制御装置は、栽培装置内に設置
されたＣＯ₂センサを用いて栽培装置内のＣＯ₂濃度を検
出するとともに、電磁弁の開閉を制御することができ
る。したがってこの制御装置を用いることで、栽培装置
内のＣＯ₂濃度を最適な値に調整することができる。

【００２６】空調設備７０やガスボンベ７２からの配管
は、底部１４の内部や反射ユニット１８の中空部分に設
けることができる。例えば、底部１４内に設けられた配
管を通じて炭酸ガス等を栽培室３６内に送り込んだり、
反射ユニット１８の上部に設けられたフィルタを介して
栽培室３６内のガスを反射ユニット１８の中空部分に排
出することが可能である。

【００２７】本実施形態の植物栽培装置では、発光ユニ
ット１０（特に発光パネル２０）が回転することにより
複数の栽培室３６に対して順次に光が照射されるので、
発光パネル２０の回転動作を制御することにより照明周
期や照明時間を調節することができる。植物は、その生
長段階ごとに適切な明期／暗期の周期や照明時間を有し
ており、したがって生長段階に適した周期や時間で照明
を行えば生長効率を著しく高めることができる。本発明
の植物栽培装置によれば発光ユニット１０の回転動作を
調整するだけで栽培植物の明期／暗期を制御することが
できるので、植物の生長段階ごとに最適な明期／暗期を
容易かつ柔軟に設定し、植物の生育を最適化することが
できる。

【００２８】また本実施形態では、発光パネル２０の数
や間隔を変えることによっても照明周期や照明時間を調
節することができる。したがって、発光パネル２０の配
置選択と発光ユニット１０の回転動作制御とを組み合わ
せることにより、いっそう柔軟な照明周期や照明時間の
制御が可能である。更に、栽培植物の種類によっては苗
時から成長時までのあらゆる生育段階において各段階に
適した光量の照明を行うことによって効率の良い栽培を
行うことができる。本実施形態の装置では半導体発光素
子２１の光量を駆動装置４６によって調整できるので、
このような栽培方法を実行することも可能である。

【００２９】更に、本実施形態の植物栽培装置によれ
ば、発光パネル２０の回転によって各栽培室に同時にで
はなく順次に照明を行うので、同一の栽培面積に対して
必要な半導体発光素子の数を従来に比べて少なくするこ
とができる。これにより装置の製造コストを削減すると
とも、半導体発光素子の冷却に必要な電力コストを削減
することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る植物栽培装置では、複数の
植物栽培室の照明を発光手段が備える発光面の回転によ
って順次に行うので、栽培植物の明期／暗期を容易に制
御できるとともに、同一の栽培面積に対して必要な半導
体発光素子の数を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る植物栽培装置の一実施形態を示す
部分分解切欠図である。

【図２】図１の装置の上蓋１６を外したときの平面図で
ある。

【図３】光源パネル２０の構成を示す斜視図である。

【図４】光源パネル２０の構成を示す平面図である。

【図５】発光ユニット１０の歯車部１１とモータ４０を
拡大して示す図である

【図６】シャフト１２の一部を拡大して示す図である。

【図７】植物栽培トレイ３０の斜視図である。

【図８】植物栽培トレイ３０の横断面図である。

【符号の説明】

１０…発光ユニット、１１…歯車部、１２…シャフト、
１４…底部１４…上蓋、１８…反射ユニット、２０…発
光パネル、２３…遮光パネル、３０…栽培トレイ、３１
…栽培植物、３６…栽培室、４０…モータ、４６…半導
体素子駆動装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮島博文静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者山崎文静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者土屋広司静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者菅博文静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内Ｆターム(参考） 2B022 DA03 DA05 DA12 DA20 2B314 MA38 MA42 NA32 NC01 NC26 NC58 PB20 PD61

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体発光素子が配置された発光面を備
え、前記発光面を所定の軸線のまわりに回転させること
のできる発光手段と、前記発光面と対向しうるように前記軸線の周方向に沿っ
て配置された複数の植物栽培室と、を備え、前記発光面
からの光が前記発光手段の回転に伴って前記植物栽培室
に順次に照射される植物栽培装置。
【請求項２】前記発光面を回転させるためのピニオン
付きモータと、前記発光面の前記回転軸線と同軸に配置され、露出した
電極面を備えるシャフトと、前記電極面と接触しながら前記シャフトのまわりに回転
することの可能な導電性スリップリングと、前記電極面に電気的に接続された半導体発光素子用の駆
動装置と、を更に備え、前記半導体発光素子は前記スリップリングに電気的に接
続され、前記発光手段は、前記モータのピニオンと係合する歯車
部を備えており、このピニオンと歯車部との係合によっ
てモータの回転に伴い前記発光手段が回転するようにな
っている請求項１記載の植物栽培装置。
【請求項３】前記発光手段は、前記軸線を中心として
周方向に離間して配置された複数の着脱自在パネルを備
えており、これらのパネルには、前記発光面を有する発
光パネルとこの発光面からの光を遮断する遮光パネルと
が含まれている請求項１記載の植物栽培装置。