JP2009291185A - 植物栽培用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】植物栽培用照明装置において、コンパクト化と生産性を、実用性が高く且つ低コストの構成によって実現する。
【解決手段】植物栽培用照明装置を、熱伝導性材からなる板状の基材の一面に、帯状のモールド材中に複数のＬＥＤを所定間隔で埋設配置して成るＬＥＤユニットを取付けて構成する。係る構成によれば、ＬＥＤの基材への取付・交換作業が格段に簡易化され作業コストの低廉化が図れるとともに、ＬＥＤユニットの防水性が極めて高く、特に水耕栽培用の照明装置として適用した場合にはその使用上における信頼性が確保される。また、熱伝導性材で構成された基材にＬＥＤユニットを取付けて照明装置を構成するものであることから、該照明装置の放熱性が高く、その耐久性が向上する。
【選択図】図１

Description

本願発明は、例えば、水耕栽培等の植物栽培施設において、栽培床に植栽された栽培植物に、光合成のための人工光を照光する照明装置に関するものである。

近年、野菜等の植物を屋内で栽培する植物工場が普及しつつあるが、係る植物工場においては、自然光での栽培が難しいことから、人工光を用いるのが通例である。

この場合、この人工光を照光する照明装置としては、例えば、特許文献１に示されるように光源として多数本の蛍光灯を用いたものとか、特許文献２に示されるように光源として多数のＬＥＤ（光半導体素子）を用いたもの等が提案されている。

特開２００６−２６２７５０号公報 特開２００７−１５９４１０号公報

ところで、特許文献１に示されるような蛍光灯を用いた照明装置においては、蛍光灯からの輻射熱が大きいことから、適正な栽培環境温度を維持するための空調コストが嵩む等のランニングコスト上の問題のほかに、次述するような装置のコンパクト化及び生産性という面においても問題があった。

即ち、蛍光灯からの輻射熱が大きいので、輻射熱による栽培植物の葉焼けを防止する観点から、蛍光灯の栽培床からの高さ（上下間隔）を大きくとることが必要となるが、これは蛍光灯とその下側に位置する栽培床で構成される一つの栽培ユニットの高さ寸法が大きくなることを意味する。このため、特に複数の栽培ユニットを複数段に積層して栽培装置が構成されるものにおいては、栽培装置の高さの割には栽培ユニットの段数が少なく、また栽培ユニットの段数を増加させようとすれば栽培装置の高さがさらに高くなるなど、栽培装置の容積効率が低く、栽培装置のコンパクト化及び生産性の向上という点において改善の余地がある。

このような蛍光灯を用いた照明装置の欠点を改善する手段の一つとして、特許文献２に示されるような、光源としてＬＥＤ（光半導体素子）を用いたものが提案されたものである。

この特許文献２に示される照明装置では、ＬＥＤは輻射熱が極めて少ないという特性に着目して光源としてＬＥＤを採用するとともに、さらにこのＬＥＤの放熱性を高める観点から、該ＬＥＤを水耕栽培の養液貯留槽の下面に取付けてＬＥＤの熱を養液側に放熱させるようにしたものである。

しかし、この引用文献２に示されるものでは、ＬＥＤの取付構造として、熱伝導性の良い基板の上に多数のＬＥＤを直接実装し、この基板を伝熱グリース等によって養液貯留槽の底壁の下面に取付ける構造とか、養液貯留槽の底壁の下面にプリント配線を施してここにＬＥＤを直接実装する構造を採用しているので、
（１） 多数のＬＥＤを一個ずつ基板等に実装する際の作業工数が多大であり、コストアップを招来する、
（２） 養液貯留槽の耐用年数とＬＥＤの耐用年数は同等ではなく、これらの何れかの修理・交換時には多数のＬＥＤをそれぞれ取り外して新たに実装し直す必要があり、その手間が多大であることからランニングコストが高くつき、特に養液貯留槽の底壁の下面にプリント配線を施す構造を採用したものにおいては当該問題がより顕著であり、いずれの場合にもコスト的観点からして実用性に乏しい、
等の問題がある。

そこで、本願発明は、植物栽培装置のコンパクト化と生産性の両立を、低コストで且つ実用性の高い構成によって実現し得るようにした植物栽培用照明装置を提供することを目的としてなされたものである。

本願発明では、上記課題を解決するために以下のような構成を採用している。

本願の第１の発明では、栽培植物に照光してその成育を促進させる植物栽培用照明装置において、熱伝導性材からなる板状の基材の一方の側面に、帯状のモールド材中に複数のＬＥＤを所定間隔で埋設配置して成るＬＥＤユニットを取付けて構成されていることを特徴としている。

本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る植物栽培用照明装置において、上記ＬＥＤが、６６０ｎｍ付近の波長の赤色光を発する赤色ＬＥＤ、又は４５０ｎｍ付近の波長の青色光を発する青色ＬＥＤ、又は上記赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤであることを特徴としている。

本願の第３の発明では、上記第１の発明に係る植物栽培用照明装置において、上記基材が、平板状又は略波板状に形成されていることを特徴としている。

本願の第４の発明では、上記第１、第２又は第３の発明に係る植物栽培用照明装置において、上記基材の他方の側面を、栽培床の上方に配置された照明支持材の下面に近接又は衝合させた状態で使用されることを特徴としている。

本願の第５の発明では、上記第４の発明に係る植物栽培用照明装置において、上記照明支持材が、水耕栽培用の養液槽の下面であることを特徴としている。

（ａ）本願の第１の発明に係る植物栽培用照明装置によれば、熱伝導性材からなる板状の基材の一方の側面に、帯状のモールド材中に複数のＬＥＤを所定間隔で埋設配置して成るＬＥＤユニットを取付けて構成されていることから、以下のような効果が得られる。

（ａ−１） 各ＬＥＤを上記ＬＥＤユニットとして上記基材に取付ける構成であることから、各ＬＥＤをそれぞれ個別に基材に取付けるような従来構造に比して、該ＬＥＤの基材への取付作業あるいは交換作業が極めて容易であり、作業コストの低廉化、延いては照明装置全体としてのコストダウンが図れる。

（ａ−２） 上記ＬＥＤユニットが、帯状のモールド材中に複数のＬＥＤを所定間隔で埋設配置して構成されており、例えば上記ＬＥＤが露出状態で上記基材に取付けられているような場合に比して、その防水性が極めて高く、従って、このＬＥＤユニットを備えて構成される照明装置は、例えば、被水する機会の多い水耕栽培用の照明装置として用いるに好適であり、使用上の信頼性が確保される。

（ａ−３） 上記基材が熱伝導性材で構成され、この基材に上記ＬＥＤユニットを取付けて照明装置を構成するものであることから、該ＬＥＤユニットから発生する熱（主として、ＬＥＤの電流回路に組み込まれた抵抗からの熱）は上記モールド材を通して熱伝導によって上記基材側へ効率良く放熱される。このため、ＬＥＤ個々においては熱害による性能低下が極めて少なく、その耐久性が向上し、延いては照明装置全体としてのランニングコストが低く抑えられる。

（ａ−４） ＬＥＤは、発光に伴う輻射熱が極めて少ないという特性をもつことから、輻射熱による周辺環境への影響が極めて少なく、例えば、上記ＬＥＤユニット側からの輻射熱によって栽培植物の成長が阻害されるとか、栽培植物に葉焼けが生じる等の問題は殆ど発生しない。このため、ＬＥＤユニットを備えた照明装置と栽培床との高さ方向の間隔を小さく設定して栽培装置全体としての容積効率を高めることで、栽培装置のコンパクト化と生産性の向上を両立させることができる。

（ｂ）本願の第２の発明に係る植物栽培用照明装置によれば、上記（ａ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記ＬＥＤを、６６０ｎｍ付近の波長の赤色光を発する赤色ＬＥＤ、又は４５０ｎｍ付近の波長の青色光を発する青色ＬＥＤ、又は上記赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤとしている。この場合、これらの波長の光は、植物が光合成を行うに必要な所謂「成育光線」といわれる光であることから、上記照明装置を備えることで、植物の生育が促進され、延いては高い生産性をもつ植物栽培装置を提供できる。

（ｃ）本願の第３の発明に係る植物栽培用照明装置によれば、上記（ａ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記基材が、平板状又は略波板状に形成されていることから、例えば、該基材が平板状に形成されたものにあっては、この基材の他方の側面を適宜の放熱部材側へ衝合させて熱伝導によって該基材から放熱部材側への放熱を図る場合において大きな伝熱面積が確保され、その放熱性がより一層促進される。

また、該基材が波板状に形成されたものにあっては、この基材の他方の側面を適宜の放熱部材側へ衝合させた場合、該放熱部材に接した部分では熱伝導による上記放熱部材側への放熱が行われ、該放熱部材に接しない部分では該放熱部材と上記基材との間に形成される空間部において対流による周辺空間への放熱が行われ、これら両者の相乗作用によって高い放熱性が確保される。

（ｄ）本願の第４の発明に係る植物栽培用照明装置によれば、上記（ａ）、（ｂ）又は（ｃ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記基材の他方の側面を、栽培床の上方に配置された照明支持材の下面に近接又は衝合させた状態で使用されるものであることから、例えば、多数のＬＥＤを照明支持材の下面にそれぞれ個別に取付ける構成の場合に比して、照明装置の取付け・取り外し作業を簡易且つ迅速に行うことができ、照明装置のメンテナンス性が向上する。

（ｅ）本願の第５の発明に係る植物栽培用照明装置によれば、上記（ｄ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記照明支持材を、水耕栽培用の養液槽の下面で構成していることから、該養液槽の下面に近接又は衝合状態で取付けられる上記照明装置の基材と上記養液槽内の養液との間における温度勾配が大きく、上記基材側の放熱性がより一層促進される。

以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。

Ｉ：第１の実施形態
図１及び図２には、本願発明の第１の実施形態に係る照明装置Ｚの全体構成を示している。

Ａ：照明装置Ｚの構成
照明装置Ｚは、植物栽培装置において植物への照光手段として用いられるものであって（図４参照）、次述の基材１とユニット結合体２を備えて構成される。

上記基材１は、例えば、アルミニウム、銅等の熱伝導性材からなる所定大きさの平板で構成され、その一方の側面１ａに次述のユニット結合体２が固定配置されるとともに、その他方の側面１ｂは、後述のように、養液槽３３の底壁３３ａの下面側への衝合固定面とされる。

上記ユニット結合体２は、図３に示すように、次述のＬＥＤユニット３を直状に所定数（この実施形態では２個）接続して構成される。

上記ＬＥＤユニット３は、図３に示すように、扁平形体をもつチップ型の高輝度ＬＥＤ（半導体発光素子）５と該ＬＥＤ５に対応する抵抗６を、所定間隔で一列に複数個列設するとともに、これら全体を伝熱性樹脂でなる透明なモールド材７でモールドして構成され、その断面形状は扁平な略かまぼこ形とされている。なお、上記各ＬＥＤ５及び抵抗６には、図示しないリード線が接続されている。また、上記ＬＥＤユニット３では、上記モールド材７によって上記ＬＥＤ５及び抵抗６の防水性が確保されている。

また、上記ＬＥＤユニット３の両端にはそれぞれ接続端子８が備えられており、この端子８を用いることで、該ＬＥＤユニット３を順次接続して複数個のＬＥＤユニット３からなるユニット結合体２が得られる（図１参照）。なお、ユニット結合体２の一端、即ち、側ユニット結合体２を構成する複数のＬＥＤユニット３のうち、列設方向の一端側に位置するＬＥＤユニット３の一端には、給電ケーブル４が接続される。

上記ＬＥＤユニット３に備えられる上記ＬＥＤ５としては、白色発光ＬＥＤのほかに、例えば、６６０ｎｍ付近の波長の赤色光を発する赤色発光ＬＥＤ、４５０ｎｍ付近の波長の青色光を発する青色発光ＬＥＤ等を任意に選択して使用することができる。また、ＬＥＤ５の発光色を、例えば、ＬＥＤユニット３毎に、あるいはユニット結合体２毎に異ならせるなど、各発光色間の光量分布とか光量設定も任意に調整可能である。さらに、図示しないコントローラ側での調整によって、上記ＬＥＤ５の輝度も容易に増減変更できる。

以上のように構成された上記ユニット結合体２は、図１に示すように、上記基材１の側面１ａ上に、所定間隔で複数個列設される。これら各複数のユニット結合体２と上記基材１によって上記照明装置Ｚが構成される。この場合、上記各ユニット結合体２に備えられた上記給電ケーブル４は、上記基材１の一方の縁部側において集束される。

なお、上記ユニット結合体２の上記基材１の側面１ａへの固定は、例えば、伝熱性接着剤を用いた貼付手段とか、ステップル等の機械的な固定手段等によって行われる。

また、上記基材１上への上記ユニット結合体２の配置数は、植物栽培装置３０（図４参照）側の要求照度に対応して設定される。

Ｂ：植物栽培装置３０の構成及び上記照明装置Ｚの設置
植物栽培装置３０は、上記照明装置Ｚを照光手段として用いて野菜等の植物を水耕栽培するものであって、図４及び図５に示すように、上下方向に所定間隔をもって複数の棚３２を設けた支持台３１と、該各棚３２上に載置された複数の養液槽３３で構成される。上記養液槽３３内には、所定量の養液３５が循環貯留されるとともに、該養液３５上には植物３６を植栽状態で保持したフロート式の栽培床３４が浮設される。

ここで、上記養液槽３３の底壁３３ａの下面に、上記照明装置Ｚが、その基材１の他方の側面１ｂを衝合させた状態で、適宜の固定手段によって固定されている。この固定状態においては、上記照明装置Ｚの一方の側面１ａに設けられた上記各ユニット結合体２の各ＬＥＤ５は下方へ指向し、下段側の養液槽３３に浮設された栽培床３４の植物３６に照光することになる。上記各照明装置Ｚの各ＬＥＤ５からの照光を受けて、上記各養液槽３３に浮設された栽培床３４の植物３６が成育される。

なお、この実施形態では、上記養液槽３３が特許請求の範囲中の「照明支持材」に該当する。
Ｃ：上記照明装置Ｚによる作用効果

上記照明装置Ｚは、熱伝導性材からなる上記基材１の一方の側面に、帯状のモールド材７中に複数のＬＥＤ５を所定間隔で埋設配置して成る上記ＬＥＤユニット２を取付けて構成されていることから、以下のような効果が得られる。

（ア） 上記各ＬＥＤ５を上記ＬＥＤユニット２として上記基材１に取付ける構成であることから、各ＬＥＤ５をそれぞれ個別に基材１に取付ける構成の場合に比して、該ＬＥＤ５の上記基材１への取付作業あるいは該ＬＥＤ５の交換作業が極めて容易であり、作業コストの低廉化、延いては照明装置Ｚ全体としてのコストダウンが図れる。

（イ） 上記ＬＥＤユニット２が、帯状のモールド材７中に複数の上記ＬＥＤ５を所定間隔で埋設配置して構成されているので、例えば、上記各ＬＥＤ５が露出状態で上記基材１に取付けられている場合に比して、その防水性が極めて高く、従って、このＬＥＤユニット２を備えて構成される照明装置Ｚは、例えば、被水する機会の多い水耕栽培用の照明装置として用いるに好適であり、使用上の信頼性が確保される。

（ウ） 上記基材１が熱伝導性材で構成され、この基材１に上記ＬＥＤユニット２を取付けて照明装置Ｚを構成するものであることから、該ＬＥＤユニット２から発生する熱（主として、ＬＥＤ５の電流回路に組み込まれた抵抗６からの熱）は上記モールド材７を通して熱伝導によって上記基材１側へ効率良く放熱される。このため、上記各ＬＥＤ５個々においては熱害による性能低下が極めて少なく、その耐久性が向上し、延いては照明装置Ｚ全体としてのランニングコストが低く抑えられる。

（エ） 上記ＬＥＤ５は、発光に伴う輻射熱が極めて少ないという特性をもつことから、輻射熱による周辺環境への影響が極めて少なく、例えば、上記ＬＥＤユニット２側からの輻射熱によって上記植物３６の成長が阻害されるとか、該植物３６に葉焼けが生じる等の問題は殆ど発生しない。このため、上記ＬＥＤユニット２を備えた照明装置Ｚと上記栽培床３４との高さ方向の間隔を小さく設定して植物栽培装置３０全体としての容積効率を高めることで、該植物栽培装置３０のコンパクト化と生産性の向上を両立させることができる。

（オ）上記ＬＥＤ５を、６６０ｎｍ付近の波長の赤色光を発する赤色ＬＥＤ、又は４５０ｎｍ付近の波長の青色光を発する青色ＬＥＤとした場合には、これらの波長の光は、植物が光合成を行うに必要な所謂「成育光線」といわれる光であることから、上記照明装置Ｚを備えることで、植物３６の生育が促進され、延いては高い生産性をもつ植物栽培装置３０を提供することができる。

（カ）上記基材１の他方の側面１ｂを、栽培床３４の上方に配置された上記養液槽３３の底壁３３ａに衝合させた状態で使用されることから、例えば、多数のＬＥＤ５を上記養液槽３３の底壁３３ａにそれぞれ個別に取付ける構成の場合に比して、照明装置Ｚの取付け・取り外し作業を簡易且つ迅速に行うことができ、それだけ照明装置Ｚのメンテナンス性が向上する。

（キ）上記養液槽３３の底壁３３ａの下面に上記照明装置Ｚを衝合状態で取付けているので、該照明装置Ｚの上記基材１と上記養液槽３３内の養液３５との間における温度勾配が大きく、上記基材１側の放熱性がより一層促進される。

ＩＩ：第２の実施形態
図６には、本願発明の第２の実施形態に係る照明装置Ｚの要部構成を、また図７には該照明装置Ｚを植物栽培装置３０の養液槽３３側に取付けた状態を、それぞれ示している。

上記照明装置Ｚは、上記第１の実施形態に係る照明装置Ｚとその基本構成を同じにするものであって、これと異なる点は、上記基材１の構成である。即ち、この実施形態においては、上記基材１を、例えば、アルミニウム、銅等の熱伝導性材からなる所定大きさの板材で構成するものの、これを平板状とするのではなく、その厚さ方向に交互に屈曲変形させて低位部１１と高位部１２が交互に連続する略波状形体としている。

そして、この基材１の一方の側面１ａのうち、上記高位部１２に対応する部分に上記ユニット結合体２を取付けている。

従って、図７に示すように、上記基材１の他方の側面１ｂを上記植物栽培装置３０における上記養液槽３３の底壁３３ａの下面に衝合させて固定した状態では、該底壁３３ａと上記基材１の高位部１２との間に、該基材１の一方の縁部から他方の縁部に亘って延びる通風路３７が形成されることになる。

このような構成とすることで、上記照明装置Ｚにおいては、その基材１のうち、上記養液槽３３の底壁３３ａに接する上記各低位部１１では熱伝導による上記養液槽３３側への放熱が行われ、該底壁３３ａに接しない上記高位部１２では上記通風路３７において対流による周辺空間への放熱が行われ、これら両者の相乗作用によって高い放熱性が確保され、延いては上記照明装置Ｚの耐久性の向上が図れる。

なお、上記以外の構成及び作用効果は、上記第１の実施形態における場合と同様であるので、その該当説明を援用することで、ここでの説明を省略する。

ＩＩＩ：第３の実施形態
図８には、本願発明の第３の実施形態に係る照明装置Ｚの要部構成を、また図９には該照明装置Ｚを植物栽培装置３０の養液槽３３側に取付けた状態を、それぞれ示している。

上記照明装置Ｚは、上記第１の実施形態に係る照明装置Ｚとその基本構成を同じにするものであって、これと異なる点は、上記基材１の構成である。即ち、この実施形態においては、上記基材１を、例えば、アルミニウム、銅等の熱伝導性材からなる所定大きさの平板で構成した上に、さらに上記各ユニット結合体２の取付位置の中間に対応する部位に、切り起こし加工を施して多数の切起片１３を多列状に設けたものである。

従って、図９に示すように、上記基材１の他方の側面１ｂを上記植物栽培装置３０における上記養液槽３３の底壁３３ａの下面に衝合させて固定した状態では、上記各切起片１３が上記基材１の一方の側面１ａから下方へ延出することになる。

このような構成とすることで、上記照明装置Ｚにおいては、その基材１のうち、上記養液槽３３の底壁３３ａに接する部分では熱伝導による上記養液槽３３側への放熱が行われる一方、上記切起片１３部分では周辺空間への放熱が行われ、これら両者の相乗作用によって高い放熱性が確保され、延いては上記照明装置Ｚの耐久性の向上が図れる。

なお、上記以外の構成及び作用効果は、上記第１の実施形態における場合と同様であるので、その該当説明を援用することで、ここでの説明を省略する。

各実施形態では、上記照明装置Ｚを水耕栽培用の植物栽培装置３０に適用した場合を例にとって説明したが、本願発明の照明装置Ｚはこれに限定されるものではなく、照明装置を必要とする各種植物栽培装置に広く適用できるものである。

本願発明の第１の実施形態に係る植物栽培用照明装置の全体斜視図である。 図１の要部拡大図である。 上記照明装置に用いられるＬＥＤユニットの全体斜視図である。 上記照明装置が装着された植物栽培装置の要部側面図である。 図４の要部拡大図である。 本願発明の第２の実施形態に係る植物栽培用照明装置の要部斜視図である。 上記照明装置が装着された植物栽培装置の要部側面図である。 本願発明の第３の実施形態に係る植物栽培用照明装置の要部斜視図である。 上記照明装置が装着された植物栽培装置の要部側面図である。

符号の説明

１ ・・基材
２ ・・ユニット結合体
３ ・・ＬＥＤユニット
４ ・・給電ケーブル
５ ・・ＬＥＤ
６ ・・抵抗
７ ・・モールド材
８ ・・接続端子
１１ ・・低位部
１２ ・・高位部
１３ ・・切起片
３０ ・・植物栽培装置
３１ ・・支持台
３２ ・・棚
３３ ・・養液槽
３４ ・・栽培床
３５ ・・養液
３６ ・・植物
３７ ・・通風路
Ｚ ・・照明装置

Claims (5)

1. 栽培植物に照光してその成育を促進させる植物栽培用照明装置であって、
   熱伝導性材からなる板状の基材の一方の側面に、帯状のモールド材中に複数のＬＥＤを所定間隔で埋設配置して成るＬＥＤユニットを取付けて構成されていることを特徴とする植物栽培用照明装置。
2. 請求項１において、
   上記ＬＥＤは、６６０ｎｍ付近の波長の赤色光を発する赤色ＬＥＤ、又は４５０ｎｍ付近の波長の青色光を発する青色ＬＥＤ、又は上記赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤであることを特徴とする植物栽培用照明装置。
3. 請求項１において、
   上記基材が、平板状又は略波板状に形成されていることを特徴とする植物栽培用照明装置。
4. 請求項１、２又は３において、
   上記基材の他方の側面を、栽培床の上方に配置された照明支持材の下面に近接又は衝合させた状態で使用されることを特徴とする植物栽培用照明装置。
5. 請求項４において、
   上記照明支持材が、水耕栽培用の養液槽の下面であることを特徴とする植物栽培用照明装置。

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