JP2020048534A - 植物栽培用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射装置を用いることなく、栽培装置内の照明装置の端部近くの植物も他の場所の植物と同様に十分に発育し、出荷可能とする照明装置を提供する。【解決手段】基板上に複数の光源チップを直線状に配置された光源チップ列を有する発光部１２ａを有し、照明装置の発光部の端から１００ｍｍの範囲を端部、それ以外の発光部の部分を中央部とし、端部に配した光源チップから５０ｍｍ直下における光量子束密度Ａの値と中央部に配した光源チップから５０ｍｍ直下における光量子束密度Ｂの値の関係を所定範囲内とする。【選択図】図１

Description

この発明は、植物栽培用照明装置に関する。

従来から、植物栽培において、植物の苗に人工光を照射して育苗を促す植物の栽培方法が行われている。計画的に人工光の照射を行うことにより、栽培期間を短縮したり、同一場所での収穫回数を増やすことが可能となっている。

この人工光の照射方法として、特許文献１等に示されているような種々の方法が検討されている。
ところで、このような植物栽培方法において、図３に示すように、植物栽培装置１の内部においては、照明装置等の植物栽培用照明装置２の端部の近くの栽培・育成対象植物３ａに照射される植物栽培用照明装置２の発光部２ａの基板６ａに配された光源チップ６（照明の発光部である発光ダイオードを、その使用目的に合わせて樹脂封入した発光部品の１個の単位を、後記「光源チップ」と表記し、発光部である発光ダイオードそのものは「ＬＥＤチップ」と表記する。ＬＥＤとは電流を流すと発光する発光ダイオードのことを表す。）からの光の量は、それ以外の栽培・育成対象植物３ｂに照射される光の量より少なくなる。これは、発光部２には、同じ光度を有する光源チップ６が同一間隔で直列に配されているので、植物栽培装置１の端部以外の栽培・育成対象植物３ｂには、直上からの光の他、両方の近隣からの光が照射されるが、栽培装置１の端部近くの栽培・育成対象植物３ａには、直上からの光と一方の近隣からの光が照射されるが、最外端より外側からの光の照射はない。このため、端部近くの植物３ａへの光の照射量が少なくなり、植物３ａの発育が他の場所の植物３ｂの発育より悪くなり、場合によっては、出荷が困難となることがある。

例えば、具体的に説明すると、長さが１２００ｍｍ、４０Ｗ相当の明るさを有する直管型照明装置の直下で８株の植物の栽培する場合（栽培用トイの有効栽培部の長さは約１２００ｍｍ、植物間の距離は１５０ｍｍ）、直管型照明装置の中央部の６株の植物と、この中央部より５２５ｍｍ（７５ｍｍ＋１５０ｍｍ×３）離れた場所の２株の植物とで、発育に差が出てしまい、栽培両端部の植物は、場合によっては、出荷が困難となることがある。

これに対し、植物栽培用照明装置の周囲に光の反射装置を設置し、植物栽培装置内の場所にかかわらず、十分な光を供給する方法が検討されている（特許文献２、３）。

特開２０１３−０１７３９７号公報 特開２０１４−２２６１２１号公報 特開２０１４−１１３１４５号公報

しかしながら、前記の反射装置は、その反射面をきれいに保つ必要があり、また、反射装置の設置により植物栽培装置内の掃除が煩雑になり、管理に手間が増えることとなる。

そこで、この発明は、反射装置を用いることなく、植物栽培装置内の照明装置の端部近くの植物も他の場所の植物と同様に十分に発育し、出荷可能とすることを目的とする。
例えば、長さが１２００ｍｍ、４０Ｗ相当の明るさを有する直管型照明装置の直下で８株の植物の栽培する場合（栽培用トイの有効栽培部の長さは約１２００ｍｍ、植物間の距離は１５０ｍｍ）、直管型照明装置の中央部の６株の植物と、この中央部より５２５ｍｍ（７５ｍｍ＋１５０ｍｍ×３）離れた場所の２株の植物との間で、発育に差が出ず、同等に栽培することができ、出荷可能とすることを目的とする。

この発明は、特定の植物栽培用照明装置を用いることにより、前記の課題を解決することができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下を要旨とする。
［１］基板上に複数の光源チップを直線状に配置された光源チップ列を有する発光部を有し、前記発光部の端から１００ｍｍの範囲を端部、それ以外の発光部の部分を中央部とし、前記端部に配した光源チップから５０ｍｍ直下における光量子束密度（μｍｏｌ・ｍ^−２・ｓ^−１）をＡ、前記中央部に配した光源チップから５０ｍｍ直下における光量子束密度をＢとしたとき、Ａは２００以上であり、Ａ／Ｂが０．７５以上１．２０以下である植物栽培用照明装置。
［２］前記端部に配された光源チップの光度が、前記中央部に配された光源チップの光度より大きい［１］に記載の植物栽培用照明装置。
［３］［１］又は［２］に記載の植物栽培用照明装置を用いた植物栽培装置。
［４］［１］又は［２］に記載の植物栽培用照明装置により栽培された植物。

この発明は、特定の植物栽培用照明装置を用いるので、反射装置を使用することなく、植物栽培用照明装置の端部の下方の植物も他の場所の植物と同様に十分に発育させることができ、これを出荷可能とすることができる。また、反射装置を用いないので、反射面や植物栽培装置内の管理を効率化することができる。

この発明にかかる植物栽培用照明装置を用いた植物栽培装置の例を示す模式図 この発明にかかる植物栽培用照明装置の部分拡大図 従来の植物栽培用照明装置を用いた植物栽培装置の例を示す部分拡大図 実施例１で用いた、端部に配された光源チップの発光特性パターンを示すグラフ

以下、この発明の実施の形態を詳細に説明する。
この発明は、植物栽培装置（以下、単に「栽培装置」と称する。）に用いられる植物栽培用照明装置（以下、単に「照明装置」と称する。）にかかる。
この栽培装置１１は、図１に示すように、栽培装置１１の内部の上部に配された照明装置１２、栽培装置１１の内部の下部に配された棚１５上に載せられた栽培容器である栽培用トイ１４に植えられた栽培・育成対象植物１３からなる。

前記の照明装置１２は、図２に示すように、発光部１２ａとこの発光部１２ａの両端に、必要に応じて設けられるコネクタ部とからなる。
前記の発光部１２ａは、基板（図示せず）上に直線状に配置された複数の光源チップ１６からなる。この光源チップ１６が発光する部分である。

この光源チップとしては、ＬＥＤチップを用いた光源チップ１６を用いると、電力を節約できると共に、発熱量が少ないので、省エネルギー化できる。また、特定の色（赤、青、緑、又はこれらの組み合わせ）を選択することにより、その色に適合した栽培・育成対象植物１３の育成を図ることができ、好ましい。
この光源チップ１６は、発光部１２ａにおいて、同一間隔を開けて設けるのが好ましい。この間隔は、照明装置１２の目的の光度や照度に合わせて、適宜設定すればよい。

また、発光部１２ａの端から１００ｍｍの範囲を端部１２ｃ、それ以外の発光部１２ａの部分を中央部１２ｄとしたとき、端部１２ｃに配された光源チップ１６の光度を、中央部１２ｄに配された光源チップ１６の光度より大きくする。これにより、端部の光の量を増やすことができる。この状態を実現する方法としては、端部１２ｃに配される光源チップ１６として、中央部１２ｄに配される光源チップ１６の光度より大きい光度を有すると共に、同じ発光特性を有するものを用いる方法等があげられる。

光源チップ１６としてＬＥＤチップを用いて白色光を得る方法としては、青色発光のＬＥＤチップを白に発光させる為の樹脂で封入することで擬似的にＲＧＢを作り白色発光とする方法や、Ｒ／Ｇ／Ｂ独立したＬＥＤチップを使用して白色発光とする方法がある。
このため、青色発光の波長の違い、封入に使用する白に発光させる為の封入樹脂の色の違い、Ｒ／Ｇ／ＢのそれぞれのＬＥＤチップの波長の違い等により、光源チップの発光特性は異なる。また、ＬＥＤチップの製造工程での微妙な違いによってもＬＥＤチップの発光特性は異なる。

このような発光特性は、波長と照度の関係をグラフで表したときのパターンで示すことができる。例えば、実施例１で用いた、端部に配された光源チップのパターンを図４に示す。
この図４に示すパターンは、４５０ｎｍ付近の青の波長のところに強く鋭いピークを有し、４８０ｎｍ〜７５０ｎｍ付近に５７０〜５８０ｎｍに頂点のあるブロードなピークを有する。前記発光特性は、このパターンの異同や、図４に示すような強く鋭いピークを有する場合は、強く鋭いピークの波長・発光電圧・電流・ＬＥＤチップを白に発光させる為の封入樹脂の色等の異同で、発光特性の異同を判断できる。

このときの、端部１２ｃに配される光源チップ１６からの照度と中央部１２ｄに配される光源チップ１６からの照度との関係は、次の通りとなる。すなわち、これらの２種類の光源チップ１６を用いた照明装置１２において、発光部１２ａの端部１２ｃ及び中央部１２ｄの光源チップ１６から５０ｍｍ直下における光量子束密度（μｍｏｌ・ｍ^−２・ｓ^−１）を測定し、その両者が次の（１）及び（２）の条件を満たす。
・Ａが２００以上 （１）
・Ａ／Ｂが０．７５以上１．２０以下 （２）
（なお、端部１２ｃに配した光源チップから５０ｍｍ直下における光量子束密度（μｍｏｌ・ｍ^−２・ｓ^−１）をＡ、前記中央部１２ｄに配した光源チップから５０ｍｍ直下における光量子束密度（μｍｏｌ・ｍ^−２・ｓ^−１）をＢとする。）

Ａが２００μｍｏｌ・ｍ^−２・ｓ^−１未満だと、この発明に係る照明装置１２の端部１２ｃにおける光量子束密度が十分でない場合があり、端部１２ｃ付近の栽培・育成対象植物１３の発育が不十分となるおそれがあるからである。
このＡとしては、２２０以上が好ましく、２４０以上がより好ましい。
なお、このＡの上限は、特に限定されないが、中央部１２ｄの光量子束密度との関係から、４００であれば十分である。

また、Ａ／Ｂが０．７５より小さいと、中央部１２ｄにおける光量子束密度が十分でない場合が生じるおそれがあり、栽培装置１１全体として、十分な光の量を付与できず、端部で栽培した栽培・育成対象植物が基準の大きさに育たず、収穫率を下げるおそれがある。
Ａ／Ｂの下限の好ましい値は０．８であり、より好ましい値は０．９である。
一方、Ａ／Ｂが１．２０より大きくてもよいが、栽培・育成対象植物１３の発育速度はあまり変わらないので、１．２０であれば十分である。Ａ／Ｂの上限の好ましい値は１．１０であり、より好ましい値は１．００である。

なお、光量子束密度とは、１秒あたり、１ｍ^２あたりの光子の数をいい、単位中に「ｍｏｌ」とあるが、これは、アボガドロ数（６．０２×１０^２３個）の光子を１ｍｏｌとして扱ったものである。光量子束密度を用いることにより、客観的に光の量を評価できると考える。
なお、光量子束密度は、楢ノ木技研（株）製：スペクトロメーター等で測定することができる。

このような照明装置１２を用いることにより、照明装置１２の端部の下に配された栽培・育成対象植物１３についても十分な発育が可能となり、その内部の全体にわたって発育可能な栽培装置１１を得ることができる。
従来の栽培装置における照明装置は、１２００ｍｍ付近の長さの４０Ｗの蛍光灯が用いられていた。この発明に係る照明装置１２は、この蛍光灯と互換性を有する寸法を有しており、従来の栽培装置に使用することができる。
そして、この発明に係る栽培装置１１は、多段式の栽培装置とすることが可能であり、例えば１段に４本等の複数の照明装置１２を配置し、それぞれの照明装置１２の直下にそれぞれ栽培用トイを配置して栽培・育成対象植物１３を栽培することができる。

前記栽培用トイは、１２００ｍｍ付近の長さの４０Ｗ相当の明るさを有する直管型照明装置を用いる場合、その直管型照明装置の直下に配し、幅が６０ｍｍ程度、長さ１４００ｍｍ程度、深さが６０ｍｍ程度の栽培液を循環させ栽培を行う容器のこという。

この発明に係る照明装置１２により、具体的には、この発明に係る照明装置１２を用いたこの発明に係る栽培装置１１により、人工的に植物を栽培することができる。
この栽培・育成対象植物１３は、土耕栽培によるものであってもよく、水耕栽培によるものであってもよい。このため、栽培用トイ１４としては、土耕栽培又は水耕栽培に適したものが用いられる。

この栽培・育成対象植物１３は、１つの照明装置１２の直下におかれた栽培用トイ１４に、栽培・育成対象植物を１００〜２００ｍｍの間隔を開けて１株ずつ栽培することができる。このようにすることにより、植物の広がりを考慮し、かつ、無駄な余地が生じるのを防止でき、より多くの植物をより確実に育成させることができる。

次に、栽培用トイ１４における栽培・育成対象植物の配置の具体例について説明する。
栽培用トイ１４上に、栽培・育成対象植物を配置する数の基本は、栽培・育成対象植物の大きさで決まり、配置ピッチを１５０ｍｍとすると８株となる。もし、栽培・育成対象植物の大きさが少し小さく、配置ピッチを１００ｍｍとすると１０株となる。これ以上ピッチを狭める栽培は、育苗用の船を用いての栽培で使用する栽培道具のピッチが７５ｍｍ程度なので、１００ｍｍを下回るピッチでの栽培は可能であるが、標準的な栽培方法として推奨できない。これは、栽培用トイ１４の配列が照明装置と同じに１５０ｍｍピッチで並列に配置されることからも言えることで、トイが１５０ｍｍピッチであるのに栽培・育成対象植物が１００ｍｍピッチ以下では植物栽培工場としてスペース効率が悪くなるからである。また、栽培用トイ１４での栽培ピッチを２００ｍｍ以上としないのも、栽培用トイ１４の配置は１５０ｍｍピッチだからある。栽培・育成対象植物の配置ピッチが２００ｍｍ以上となる場合は、２本のトイに対してジグザグに栽培・育成対象植物を適正なピッチで配置して栽培することが出来る。

ところで、栽培・育成対象植物１３は、苗の状態で本発明に係る栽培装置１１に供される。この栽培・育成対象植物１３は、種を発芽させ、ある程度まで育成させて苗として得る（以下、「育苗」と称する。）が、この育苗においても、本願発明にかかる照明装置１２、及びこれを用いた栽培装置１１を用いることができる。
このとき、栽培用トイのかわりに船（図示せず）と呼ばれる育苗容器を用いることができる。この育苗容器に培養液を循環させ、これに種を入れ、発芽、育成させることにより、苗である栽培・育成対象植物１３を得ることができる。
この船に用いられる栽培装置１１は、前記した栽培・育成対象植物１３を育成する装置と同様のものを用いることができる。具体的には、栽培用トイの位置に船をおけば、そのまま使用することができる。なお、このとき、並列に並べられた２つの照明装置１２の下に１つの船が配される。

このように、本願発明にかかる照明装置１２、及びこれを用いた栽培装置１１を用いることにより、種から育苗した苗である栽培・育成対象植物１３、及び栽培・育成対象植物１３を栽培・育成した出荷用植物を得ることができる。
なお、この種から育苗した苗である栽培・育成対象植物１３、及び栽培・育成対象植物１３を育成した出荷用植物をまとめて、「植物」と称する。

以下、この発明を実施例を用いてより詳細に説明する。
［照明装置］
照明装置として、図４に示す発光特性を有する、光源チップを端部に、この発光特性、特に４５０ｎｍのピークがほぼ同じ光源チップであって、光度が少し低い光源チップを中央部に配したＬＥＤ照明装置の製作を（株）ＧＴ−Ｊａｐａｎに依頼し、出願人専用製品として、納入を受けた。これらのうち、銘柄「ＡＬ０１−０２」を本実験で用いた（以下、「ＧＴ−Ｊａｐａｎ製ＬＥＤ照明装置」と称する。）。このＬＥＤ照明装置は、長さ１２００ｍｍ（発光部１１００ｍｍ）の直管で、発光させると昼白色であった。
これについて、発光させたときの、発光部の端部及び中央部の光源チップの５０ｍｍ直下における光量子束密度を、楢ノ木技研（株）製：スペクトロメーターを用いて測定した。その結果を表１に示す。
なお、表１において、「配置順」は、照明装置の左端から、１番目、２番目、３番目、４番目、５番目に配されたことを意味する。
比較対象として、興和（株）製：ＦＧ８Ｅ−４０−５０ＢＨ３−Ｂ２（以下、「興和製ＬＥＤ照明装置」と称する。）、及び（株）東芝製植物栽培用蛍光灯メローラインＦＨＦ３２ＥＸ−Ｎ−ＰＤ（以下、「蛍光灯」と称する。）を用いて、同様の実験を行った。その結果を表１に示す。なお、蛍光灯については、光源チップがないため、ＧＴ−Ｊａｐａｎ製ＬＥＤ照明装置と同じ位置で測定した。その結果を表１に示す。

上記の結果、ＧＴ−Ｊａｐａｎ製ＬＥＤ照明装置は、Ａ及びＡ／Ｂのいずれも満たしていることがわかった。一方、興和製ＬＥＤ照明装置は、Ａが条件を満たしていなかった。これは、端部の光源チップとして、中央部の光源チップと同じものを用い、かつ、光源チップが同一間隔で配列されているためであると思われる。
また、ＧＴ−Ｊａｐａｎ製ＬＥＤ照明装置の端部のＬＥＤチップの光度が中央部の光源チップの光度より高いことは、興和製ＬＥＤ照明装置（端部のＬＥＤチップとして、中央部のチップと同じものを用い、かつ、ＬＥＤチップが同一間隔で配列されている）との対比から、明らかである。特に、端部に近い中央部の光源チップ（配置順が「２」や「３」の光源チップ）のＡ／Ｂが、興和製ＬＥＤ照明装置のＡ／Ｂより有意差がある程度に大きいことは、端部の光源チップの光度が中央部の光源チップの光度より高いため、であるといえる。
なお、蛍光灯は、全体的に光量子束密度そのものが低かった。

［実施例１］
栽培・育成対象植物としてレタス（ハンサムグリーン）の苗を、８株を植えた栽培用トイ（苗の間隔はトイのセンターを振り分けで１５０ｍｍピッチ）を、トイの間隔１５０ｍｍで４つ、並列に配置した。
そして、照明装置として、長さ１２００ｍｍ（発光部１１００ｍｍ）の前記のＧＴ−Ｊａｐａｎ製ＬＥＤ照明装置をトイの直上で４列並列に配置し、前記栽培用トイの栽培・育成対象植物であるレタスの最上部の直上５０ｍｍの位置に配置した。
上記の条件で、レタス（ハンサムグリーン）の苗を植え生育を行った。
４０時間経過後、収穫し、地上部のレタスの重さを測った。照明装置の両方の端部に位置する８株の重さの平均値（Ｃ）を測定すると共に、それ以外の部分の２４株の重さの平均値（Ｄ）を測定した。そして、Ｄ／Ｃの値を算出したところ、「１．０５」となった。

［比較例１、２］
照明装置として、前記の興和製ＬＥＤ照明装置を用いた以外は実施例１と同様に実験したものを比較例１とした。
また、照明装置として、蛍光灯を用いた以外は実施例１と同様に実験したものを比較例２とし、それぞれ実験を行った。ただし、蛍光灯では５０ｍｍ直上に照明を配置すると、照明の発熱の影響で植物の成長を阻害するので、影響の無い範囲の上、すなわち、７０ｍｍ直上に配置した。
その結果、比較例１のＤ／Ｃの値は「１．２１」、比較例２のＤ／Ｃの値は「１．１９」であった。

［結果］
上記の結果より、本願の発明にかかる照明装置を用いた場合は、端部のレタスの重量とそれ以外のレタスの重量との対比が１．０５と両者にほとんど差がないことがわかった。
一方、比較例においては、いずれも、端部のレタスの重量とそれ以外のレタスの重量との対比が１．２１や１．１９と、有意差が見られた。

１ 植物栽培装置
２ 植物栽培用照明装置
２ａ 発光部
３ａ、３ｂ 栽培・育成対象植物
６ 光源チップ
６ａ 基板
１１ 植物栽培装置
１２ 植物栽培用照明装置
１２ａ 発光部
１２ｃ 端部
１２ｄ 中央部
１３ 栽培・育成対象植物
１４ 栽培用トイ
１５ 棚
１６ 光源チップ

Claims (4)

1. 基板上に複数の光源チップを直線状に配置された光源チップ列を有する発光部を有し、
   前記発光部の端から１００ｍｍの範囲を端部、それ以外の前記発光部の部分を中央部とし、前記端部に配した光源チップから５０ｍｍ直下における光量子束密度（μｍｏｌ・ｍ^−２・ｓ^−１）をＡ、前記中央部に配した光源チップから５０ｍｍ直下における光量子束密度をＢとしたとき、
   Ａは２００以上であり、Ａ／Ｂが０．７５以上１．２０以下である植物栽培用照明装置。
2. 前記端部に配された光源チップの光度が、前記中央部に配された光源チップの光度より大きい請求項１に記載の植物栽培用照明装置。
3. 請求項１又は２に記載の植物栽培用照明装置を用いた植物栽培装置。
4. 請求項１又は２に記載の植物栽培用照明装置により栽培された植物。