JP2016220568A - 植物育成用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 植物工場での使用に好適な植物育成用照明装置を提供する。【解決手段】 植物育成用照明装置１は、基体２と、発光素子３と、配線基板４と、カバー体５と、端子キャップ６と、を備える。基体２は、金属材料からなり、筒状に設けられる。カバー体５は、可視光に対して透明な樹脂材料からなり、基体２、発光素子３および配線基板４を収納するように筒状に形成される。筒状は、円筒状であってもよく、角筒状であってもよい。【選択図】 図１

Description

本発明は、植物に光を照射し、光合成を促進して植物の育成を行うための植物育成用照明装置に関する。

近年、閉鎖環境で太陽光を一切利用せず、蛍光灯、ナトリウムランプおよび発光ダイオード（ＬＥＤ）などの人工的な光を用いて、野菜などの植物を栽培する植物工場の技術が発展している。

家屋内などで使用されるＬＥＤを用いた照明装置は、たとえば特許文献１，２などに記載されている。特許文献１記載の照明装置は、透明なガラス管の内部に、円弧状のバネ部と、バネ部の両端に支持される支持板と支持板に支持される配線基板とが収納されており、バネ部が縮径した状態で管内に配置されることでガラス管に配線基板が固定される。特許文献２記載の照明用ケースを用いた照明装置は、円筒状で樹脂製の外殻内部中央に板状のＬＥＤモジュールが保持され、さらに内周面に沿うようにステンレス製の背筋が保持されている。

特開２０１２−１２９０９０号公報 特開２０１４−２０９４２６号公報

植物を効率的に育成するためには、適切な温度雰囲気、十分な量の水および養分の供給など種々の条件が必要である。これらの条件は、一般家屋において照明装置が使用される条件とは大きく異なっており、植物育成用の照明装置は、高温多湿の条件下で長時間にわたって使用されることになる。従来の照明装置では、このような特殊な条件下での使用が想定されていない。

本発明の目的は、植物工場での使用に好適な植物育成用照明装置を提供することである。

本発明の一実施形態に係る植物育成用照明装置は、金属材料からなる筒状の基体と、前記基体の軸線方向に沿って、前記基体の外周面上に配置される複数の発光素子を有する発光部と、可視光に対して透明な樹脂材料からなる、前記基体および前記発光部を収納する筒状のカバー体と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、基体によって発光素子を効率よく冷却でき、カバー体によって内部への水分の進入を防ぐことができるので、高温多湿の条件下においても長時間にわたって使用することが可能であり、植物工場での使用に好適な植物育成用照明装置を実現できる。

本発明の一実施形態に係る植物育成用照明装置１の外観斜視図である。 植物育成用照明装置１の構成を示す分解斜視図である。 平坦部２ａに直交し、軸線を含む切断面における植物育成用照明装置１の断面図である。 軸線に直交する切断面における植物育成用照明装置１の断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる植物育成用照明装置の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る植物育成用照明装置１の外観斜視図であり、図２は、植物育成用照明装置１の構成を示す分解斜視図である。

植物育成用照明装置１は、基体２と、発光素子３と、配線基板４と、カバー体５と、端子キャップ６と、を備える。基体２は、金属材料からなり、筒状に設けられる。筒状は、円筒状であってもよく、角筒状であってもよい。基体２は、長尺板状または帯状の配線基板４を保持することを目的とするため、円筒状の場合は、配線基板４を保持する領域において、平坦部２ａを有するような形状とすることが好ましい。本実施形態では、基体２の軸線に直交する断面の断面形状が円弧と該円弧の両端を結ぶ弦との組合わせからなり、この断面形状が軸線方向に一様に連続している。

基体２を構成する金属材料としては、たとえば、アルミニウム、銅およびステンレス鋼などが使用できる。

さらに基体２は、同一の金属材料によって一体的に形成されることが好ましい。一体的に形成されるとは、一の部材のみからなり、複数の部材が組み合わさったものではなく、継ぎ目などが存在しないことを意味する。このような形状は、たとえば、押出成形法など断面形状が一様な長尺の金属形材を形成する従来公知の方法によって形成することができる。

発光素子３は、植物に照射して成長を促進させることができる光を出射するものであればどのようなものでも用いることができるが、消費電力や耐久性などを考慮すると、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることが好ましい。発光素子３は、出射される光の発光スペクトルが、植物の光合成に好適な発光スペクトルであることが好ましい。植物の光合成に好適な発光スペクトルは、主に波長が４００〜７００ｎｍ程度の可視光領域である。発光素子３は、光源である半導体チップと、波長変換部材である蛍光物質との組合せにより、出射光のスペクトルを制御することが可能に構成される。

植物の光合成に好適な発光スペクトルの一例は、６１０〜６３０ｎｍの波長領域において、全波長領域における光強度が最大となるピークを有し、そのピーク波長をλ１［ｎｍ］とし、ピーク波長λ１における光強度の５０％の光強度となる、ピーク波長λ１よりも短波長側でピーク波長λ１に最も近い波長をλ２［ｎｍ］およびピーク波長λ１よりも長波長側でピーク波長λ１に最も近い波長をλ３［ｎｍ］とするとき、λ１−７０［ｎｍ］≦λ２≦λ１−３０［ｎｍ］、およびλ１＋３０［ｎｍ］≦λ３≦λ１＋７０［ｎｍ］の関係を満たす発光スペクトルである。

発光素子３は、配線基板４の一主面に、配線基板４の長手方向に沿って配置される発光部である。本実施形態では、複数の発光素子３が配線基板４の一主面に、一列に配置される。なお、発光素子３は、複数列で配置されてもよく、植物育成用途として要求される光量を満足するように発光素子の光出力や数および配置位置を決定すればよい。

配線基板４は、上記のように、その一主面に複数の発光素子３を配置するものであり、
配置された各発光素子３に対して電流または電圧を供給するように構成される。配線基板４は、例えば、リジッド基板、フレキシブル基板またはリジッドフレキシブル基板等のプリント基板が用いられる。配線基板４に設けられた配線パターンと発光素子３に設けられた接続端子とが、はんだまたは導電性接着剤を介して電気的に接続される。なお、配線基板４には、外部に設けられた電源から端子キャップ６を介して供給される。

配線基板４は、その長手方向が、基体２の軸線に平行となるように、基体２の平坦部２ａに保持され、発光素子３は、基体２の軸線方向に沿って、基体２の外周面上に配置されることになる。配線基板４の裏面と基体２の平坦部２ａ表面とは、たとえば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂系接着剤を用いて接合される。

また、配線基板４は、発光素子３で発生した熱を伝導して放熱するための伝熱部材としても機能する。配線基板４に伝導した熱は、さらに基体２へと伝導し、基体２の表面から放熱される。基体２は筒状に形成されるので、外周面と内周面とから放熱されるが、外周面はカバー体５によって覆われるため、主に内周面から放熱される。

発光素子３で生じた熱は、配線基板４から配線基板４が保持される基体２の平坦部２ａに伝導し、平坦部２ａから円弧部２ｂに伝導されるとともに、平坦部２ａおよび円弧部２ｂの内周面から内部空間に放熱される。なお、軸線に直交する植物育成用照明装置１の切断面において、平坦部２ａおよび円弧部２ｂの内周面からなる内部空間の面積は、平坦部２ａおよびカバー体５で囲まれる内部空間の面積より大きい方が好ましい。これにより、発光素子３で生じた熱は、平坦部２ａおよび円弧部２ｂの内周面からなる内部空間を介して効率よく放熱される。

基体２が、複数の部材が組み合わされるような構成である場合、部材同士が接合する部分において伝熱抵抗が局所的に高くなり、熱伝導性が低下する。上記のように、基体２が、同一の金属材料によって一体的に形成されるので、基体２の熱伝導において、伝熱抵抗が局所的に高い箇所が無く、高い熱伝導性を保持できる。これにより、基体２による発光素子３の冷却が効率良く行われる。

カバー体５は、可視光に対して透明な樹脂材料からなり、基体２、発光素子３および配線基板４を収納するように筒状に形成される。筒状は、円筒状であってもよく、角筒状であってもよい。可視光に対して透明とは、波長が４００〜７００ｎｍの可視光領域の光の透過率が９０％以上であり、９８％以上であることが好ましい。

発光素子３から出射される光は、カバー体５の内部からカバー体５の透過率に応じて外部に透過し、透過した光が植物に照射される。また、外部からの可視光もカバー体５を透過して内部に到達し、カバー体５に収納された基体２、発光素子３および配線基板４の各表面で反射し、再びカバー体５を透過する。したがって、カバー体５によって基体２、発光素子３および配線基板４の全体が覆われていたとしても、カバー体５の内部を人間の目で観察することができる。これにより、発光素子３の点灯不良や内部に結露が生じた場合、さらには、植物育成用照明装置１が発光素子３からの光を所望の方向に放射できるように配置されていない場合に、速やかに発見することができる。

カバー体５を構成する樹脂材料としては、可視光に対して透明な材料であって、内部を保護できる程度の機械的強度があればよく、たとえば、アクリル樹脂などが使用できる。

さらにカバー体５は、同一の樹脂材料によって一体的に形成されることが好ましい。一体的に形成されるとは、基体２と同様に、一の部材のみからなり、複数の部材が組み合わさったものではなく、継ぎ目などが存在しないことを意味する。これにより、カバー体５
は、継ぎ目を起点としたクラックや割れを抑制することができる。このような形状は、たとえば、押出成形法など断面形状が一様な長尺の樹脂形材を形成する従来公知の方法によって形成することができる。

植物育成用照明装置１は、一般家屋での使用とは異なり、高温多湿の条件下で使用されることになる。このような条件下では、照明装置の内部に水分が進入し易く配線基板４上で配線間を短絡させるなど故障の原因となる。カバー体５は、上記のように一体的に形成されるので、継ぎ目がなく、継ぎ目を起点としたクラックや割れを抑制できることから、カバー体５内部への水分の浸入を抑制することができる。

また、カバー体５も、基体２と同様に円筒状であることが好ましい。基体２は、平坦部２ａを有する円筒状であり、カバー体５は、基体２よりも内径が大きな同軸の円筒状であることが好ましい。このとき、基体２の円弧部２ｂにおける外周面と、カバー体５の内周面とは接触せず、間隙が設けられる。基体２とカバー体５とが接触している場合、基体２を伝導する熱によってカバー体５が直接加熱され、変形や変色してしまう。基体２とカバー体５との間に間隙を設けることにより、カバー体５の変形や変色を抑えることができる。

カバー体５が円筒状であると、カバー体５の内周面に結露による水滴などが付着したときや、カバー体５の外周面に外部環境に起因する水滴が付着したときに、水滴がカバー体５の下方に流れ、カバー体５の内周面および外周面の最下部に集まって落下するので、円弧部２ｂとカバー体５の内周面との間に水滴が付着し難くなるとともに、外周面に水滴が留まらない。よって、基体２を伝導する熱が水滴を介してカバー体５に伝熱することによって生じる、カバー体５の変形や変色を抑制することができる。さらに、カバー体５の外周面に残留した水滴が乾燥した際に付着する水垢により、植物育成用照明装置１の光出力が低下することを抑制できる。

基体２およびカバー体５は、軸線方向両端に設けられる一対の端子キャップ６によって固定される。図３は、平坦部２ａに直交し、軸線を含む切断面における植物育成用照明装置１の断面図である。端子キャップ６は、カバー体５の両端開口から内部に差し込まれる差し込み部６ａと、差し込み部６ａの端部から半径方向外方に延出するフランジ部６ｂとを有する。図示していないが、端子キャップ６には、防水加工が施された貫通孔を挿通するように配線が設けられ、配線基板４と外部の電源供給部とを互いに接続する。

端子キャップ６については、形状の説明のために便宜上、差し込み部６ａとフランジ部６ｂとを区別しているが、実際には、同一材料で一体的に形成されている。

端子キャップ６は、たとえば、ポリカーボネート樹脂やＡＢＳ樹脂等からなり、切削加工や金型加工等によって所望の形状に加工される。

差し込み部６ａは、円柱状に形成され、直径がカバー体５の内径とほぼ同じである。フランジ部６ｂは、円環状に形成され、内径が差し込み部６ａの外径と同一であり、外径がカバー体５の外径よりも大きい。

基体２の円弧部２ｂの外径は、カバー体５の内径よりも小さい。基体２は、両端開口が、端子キャップ６の差し込み部６ａの底面に当接した状態で、軸線方向に平行に端子キャップ６外方からねじ部材などによって固定される。このとき、円柱状の差し込み部６ａの中心軸と基体２の円弧部２ｂの中心軸とが一致するように固定される。

これにより、カバー体５の中心軸と、基体２の円弧部２ｂの中心軸とが一致するので、
カバー体５の内周面と基体２の円弧部２ｂの外周面との間隙が一定に保たれた状態でカバー体５および基体２が一対の端子キャップ６に軸線方向両側から挟持されるように固定される。

カバー体５は、たとえば、全長が２００ｍｍ〜２０００ｍｍであり、外径が２０ｍｍ〜５０ｍｍであり、内径が１６ｍｍ〜４８ｍｍである。基体２は、たとえば、全長が１８０ｍｍ〜１９９０ｍｍであり、円弧部２ｂの外径が１４ｍｍ〜４７ｍｍであり、内径が１２ｍｍ〜４６ｍｍである。平坦部２ａは、外側に露出する面の幅が１０ｍｍ〜４２ｍｍ、である。カバー体５の内周面と基体２の円弧部２ｂの外周面との間隙は、たとえば、０．５ｍｍ〜５ｍｍである。

上記のように、本発明の植物育成用照明装置１は、筒状の基体２に配線基板４を介して発光素子３を配置することにより、発光素子３を効率良く冷却できるとともに、これらを筒状のカバー体５の内部に収納することにより水分の進入を防ぐことができる。したがって、植物工場のような高温多湿の条件下においても長時間にわたって使用することが可能な信頼性の高い植物育成用照明装置１を実現できる。

次に、本発明の植物育成用照明装置１の変形例について説明する。図４は、軸線に直交する切断面における植物育成用照明装置１の断面図である。図４（ａ）は、軸線方向における一つの実施形態を示す断面図であり、図４（ｂ）は、軸線方向における他の実施形態を示す断面図である。なお、植物育成用照明装置１は、軸線方向中央部を図４（ａ）に示す断面図の構成とし、端子キャップ６の差し込み部６ａの底面よりもわずかに軸線方向内方を図（ｂ）に示す断面図の構成として組み合わせてもよい。

図４に示す変形例では、平坦部２ａの幅方向両端部に爪部２ｃが設けられる。配線基板４は、この爪部２ｃと平坦部２ａとによって厚み方向に挟持され、平坦部２ａに固定されるので、配線基板４を平坦部２ａに固定するための接着剤が不要となる。

植物育成用照明装置１を組み立てるとき、発光素子３が実装された配線基板４を準備し、配線基板４を基体２の平坦部２ａに固定する。配線基板４が固定された基体２を、カバー体５の一方端の開口から、カバー体５内部に挿入する。基体２とカバー体５を接触させないように基体２を挿入することは困難であり、挿入する際には、基体２の一部がカバー体５の内周面に接触したまま挿入することになる。そうすると、カバー体５の内周面には、基体２との接触による擦り傷が生じることになり、傷によって発光素子３から出射した光の透過が妨げられるおそれがある。

そこで、図４に示す変形例では、カバー体５には、内周面から半径方向内方に突出し、軸線方向に沿って延びるリブ５ａが設けられており、基体２には、このリブ５ａが嵌合するように、軸線方向に沿って延びる案内溝２ｄが、設けられる。基体２をカバー体５に挿入する際には、リブ５ａと案内溝２ｄとが接触した状態で挿入され、他の部分での接触が防がれる。案内溝２ｄは、基体２の円弧部２ｂに設けられるので、発光素子３から出射された光が透過するカバー体５部分、すなわち平坦部２ａと対向する部分周辺に傷が生じることを防ぐことができる。

案内溝２ｄは、植物育成用照明装置１を図３の方向から見た側面視において、基体２の線軸と重なるように対向して設けられてもよい。これにより、カバー体５にリブ５ａが設けられない場合には、透明な樹脂材料からなるカバー体５を透視して、基体２の軸線方向に沿って延びる案内溝２ｄを目視で線状に確認することができる。また、カバー体５にリブ５ａが設けられる場合には、カバー体５の外面から基体２の軸線方向に沿って延びるリブ５ａを目視で線状に確認することができる。これにより、植物育成用照明装置１を植物
育成用の棚部等の狭所に設置する際に、植物育成用照明装置１の側方から案内溝２ｄの位置を確認しながら、植物育成用照明装置１から放射される光の照射方向を確認することができる。即ち、植物育成用照明装置１の側方から案内溝２ｄの位置を確認する際に、基体２の軸線に直交する方向において、案内溝２ｄが基体２の軸線より下側にある場合には、植物育成用照明装置１は目視側より遠い方向を照射することになり、案内溝２ｄが基体２の軸線より上側にある場合には、植物育成用照明装置１は目視側を照射することになり、案内溝２ｄが基体２の軸線と重なる場合には、植物育成用照明装置１は直下を照射することになる。よって、植物育成用照明装置１は、発光素子３からの放射される光を所望の方向に照射できるように設置することができる。

図４（ｂ）に示すように、基体２の円弧部２ｂの内周面には蟻溝２ｅが設けられており、端子キャップ６の外方から挿入されたねじ部材が蟻溝２ｅに嵌入することにより基体２と端子キャップ６とが固定される。

１ 植物育成用照明装置
２ 基体
２ａ 平坦部
２ｂ 円弧部
２ｃ 爪部
２ｄ 案内溝
２ｅ 蟻溝
３ 発光素子
４ 配線基板
５ カバー体
５ａ リブ
６ 端子キャップ
６ａ 差し込み部
６ｂ フランジ部

Claims (6)

1. 金属材料からなる筒状の基体と、
   前記基体の軸線方向に沿って、前記基体の外周面上に配置される複数の発光素子を有する発光部と、
   可視光に対して透明な樹脂材料からなる、前記基体および前記発光部を収納する筒状のカバー体と、を備えることを特徴とする植物育成用照明装置。
2. 前記カバー体は、円筒状であることを特徴とする請求項１記載の植物育成用照明装置。
3. 前記基体は、円筒状であることを特徴とする請求項２記載の植物育成用照明装置。
4. 前記カバー体は、内周面から半径方向内方に突出し、軸線方向に沿って延びるリブを有し、
   前記基体は、軸線方向に沿って延びる、前記リブが嵌合する案内溝を有することを特徴とする請求項３記載の植物育成用照明装置。
5. 前記基体の外周面と、前記カバー体の内周面との間に間隙が設けられることを特徴とする請求項３記載の植物育成用照明装置。
6. 前記基体は、同一の金属材料によって一体的に形成され、前記カバー体は、同一の樹脂材料によって一体的に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の植物育成用照明装置。

Images