JP5856691B2 - 照明装置および植物栽培装置 - Google Patents

Description

本発明は、水耕栽培用の照明装置および植物栽培装置に関し、より詳細には、植物が植栽される栽培トレイ表面で反射した光を高効率で再度、その栽培トレイに向けて照射することができる照明装置およびその照明装置を備えた植物栽培装置に関する。

水耕栽培を行う室内は、比較的温度が高く、湿度も高い。そういった環境下に照明装置が置かれると、照明装置の劣化が激しく、寿命が短くなるという問題がある。そこで、半導体発光素子(LED)を筐体内に収容し、その筐体の透明な窓部を通して光を照射する照明装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２８４１２７号公報

上記特許文献１の照明装置は、ＬＥＤを取り囲むように、回転放物面である反射面が形成された反射器を備えており、光が透明カバーから垂直方向に放出されるように、光の放出される方向を設定することができるようになっている。このため、比較的高い効率で植物に対して光を照射することができる。

しかしながら、照明装置からの光が、すべて植物へ照射されるわけではなく、栽培トレイ表面等にも照射される。栽培トレイは、ポリエチレンやポリ塩化ビニル等のプラスチック樹脂やセラミック等の材料から形成され、白色で光沢を有するものが採用される。栽培トレイが熱を吸収しないようにするためである。すると、栽培トレイ表面で照明装置から照射された光は反射することになるが、この反射光は、照明装置の筐体内を照射し、また、周囲へ放出される等して無駄になっていた。

また、光源として利用されるＬＥＤは高価であるため、出来るだけＬＥＤの数を減らすことが望まれていた。ＬＥＤ数を減少させることができれば、ＬＥＤを冷却するための冷媒の量も少なくて済み、また、ＬＥＤへ供給する電力も少なくて済むからである。

本発明は、上記課題に鑑み、複数の光源と、複数の光源を収納し、複数の光源が発した光を放出させるための透明な窓部を備える筐体と、筐体外部からの光を反射させるために窓部を覆うように取り付けられ、該各光源が発した光をそれぞれ放出させるための複数の穴が形成された反射部材とを含む、照明装置が提供される。

本発明によれば、光源から光が放出される部分を除き、反射部材により窓部が覆われるので、栽培トレイ表面で反射した光を高効率で再度、栽培トレイに植栽された植物へ向けて照射することができる。これにより、光源の数を減らしつつ所定光量の光を照射することができ、設備費用を削減することができる。また、ランニングコストも削減することができる。さらに、筐体内に複数の光源が収納されるので、光源の劣化を防止し、寿命を延ばすことができる。

本発明の照明装置の構成例を示した図。 反射シートでの反射回数と、ＬＥＤが発した光量を１００％とした場合の植物へ向けて照射する光の光量との関係を示した図。 本発明の植物栽培装置の１つの構成例を示した図。 本発明の植物栽培装置の別の構成例を拡大して示した図。 植物栽培装置に用いることができる照明装置の別の構成例を示した図。 熱を取り除く手段を備えた照明装置の例として、水冷管を備えた照明装置の幅方向に沿って切断したところを示した断面図。 図６に示した照明装置の長手方向に沿って切断したところを示した断面図。 図６に示した照明装置が備えるＬＥＤチップの取り付け部分を拡大して示した断面図。 図６に示した照明装置が備えるスペーサの組み合わせを説明するための分解平面図。 図６に示した照明装置の端部蓋材の正面図および側面図。 水冷管を備えた照明装置の別の構成例を示した断面図。 熱を取り除く手段を備えた照明装置の例として、放熱フィンを備えた照明装置の幅方向に沿って切断したところを示した断面図。

図１を参照して、本発明の照明装置について詳細に説明するが、本発明は、図１に示した構成に限定されるものではない。照明装置１０は、複数の光源１１と、複数の光源１１を収納し、複数の光源１１が発した光を放出させるための透明な窓部を備える筐体１２と、筐体１２外部からの光を反射させるために窓部を覆うように取り付けられ、各光源１１が発した光をそれぞれ放出させるための複数の穴１３が形成された反射部材としての反射シート１４とを含んで構成される。

光源１１としては、蛍光灯やＬＥＤ等を用いることができる。なお、光源１１としては、消費電力が少ないＬＥＤが好ましい。光源１１は、例えば、各々が赤、緑、青のいずれかの色の光を発する４つのＬＥＤチップから構成することができる。光源１１を構成する４つのＬＥＤチップの色は、任意に選択することができる。この４つのＬＥＤチップから構成された光源１１は、１つの基板上に、図１（ａ）に示すように６つ配設することができる。なお、本発明は、これらの数に限定されるものではなく、ＬＥＤチップは４つ未満であってもよいし、５つ以上であってもよい。また、１つの基板上に、５つ以下の光源１１が配設されていてもよいし、７つ以上の光源１１が配設されていてもよい。

なお、図１には示していないが、各色のＬＥＤチップの照度を調節するための調光制御ボックスをさらに備えることができる。調光制御ボックスは、各色につき個別に照度を調節することもできるし、すべての色のＬＥＤチップの照度を一律に調節することも可能である。

光源１１は、光を発する際、熱も同時に発生する。この熱は、植物へ伝導すると、植物の体内に蓄積され、熱障害を引き起こす。このため、発生した熱を取り除く必要がある。この照明装置１０では、各光源１１が放熱基板として機能する上記基板に実装され、この基板に冷却するための冷媒導管が接続されることにより熱を取り除いている。冷媒導管内には、冷媒が流され、基板を通して冷媒導管へ伝導した熱が冷媒に吸収される。基板としては、アルミニウム板や銅板等を採用することができる。冷媒としては、アンモニア、イソブタン、二酸化炭素、水等を用いることができる。これは熱を取り除く一例として挙げたものであり、筐体１２内に送風する等、これ以外の構成を採用することができる。

また、光源１１の周囲には、光源１１が発した光を所定の方向へ放出することを可能にする反射器１５が設けられる。反射器１５は、光源１１から離れるにつれて拡径する反射面を有している。反射面は、パラボラアンテナのように放物曲面を有するものであってもよい。反射器１５は、反射面となる開口を設けたアクリル樹脂等に、アルミニウムや銀等の金属膜を蒸着したものを用いることができる。

図１（ａ）に示す実施形態では、６個の光源１１が１つの基板に配設され、その基板の表面を覆うように反射器１５が設けられており、この６つの光源１１が配設された基板が筐体１２内に１６個収納されている。

筐体１２は、図１（ｂ）に示すように、矩形の上板１６と、上板１６の各辺に連続する４枚の側板１７と、窓部を構成する透明な下板１８とから構成される箱状物である。６つの光源１１が配設された基板は、上板１６と下板１８との間に挟まれるようにして配設され、上板１６上には、各色のＬＥＤチップの照度を調節するための調光制御ボックスが接続される端子台１９が設けられている。

上板１６および側板１７は、照明装置１０に剛性を与えて変形を防止することができるものであれば、いずれの材質であってもよい。例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、チタン等の金属材料や、ＡＢＳ樹脂等のプラスチック材料を用いることができる。軽量で、コストの面で優れるアルミニウムやその合金が好ましく、腐食を防止するために表面にアルマイト加工したものがより好ましい。また、光の反射率を高め、光を有効利用する観点から、白色アルマイトでアルマイト加工したり、アルマイト加工した上にクリア塗装することが望ましい。

下板１８は、光源１１が発した光を、効率良く透過するものであれば、いかなる材質のものであってもよい。例えば、ガラスを挙げることができ、そのほか、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等を挙げることができる。また、この下板１８の光源１１側には、光の反射を防止する反射防止膜が設けられていてもよい。

下板１８の光源１１側を上側面とした場合、その反対側の下側面には、反射シート１４が貼付される。反射シート１４は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等を主成分とする接着剤を使用して貼付することができる。この反射シート１４は、筐体１２外部から内部へ入射しようとする光を反射させる。その一方で、この反射シート１４は、各光源１１が発した光を、窓部を通して外部へ放出することができるように、基板と同じ矩形で、かつほぼ同じ面積にくり抜かれた穴１３が形成されている。

この穴１３は、図１（ａ）では、反射器１５が高い反射率をもっており、その面積もそれほど大きくないことから、２枚の連続する基板の表面が見えるように、反射シート１４をくり抜いて形成されている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、各光源１１とその周囲にある反射面のみが露出するように、個々に円形にくり抜いて形成されていてもよい。

照明装置１０は、各光源１１が発した光を、反射器１５によって窓部を構成する下板１８に対して垂直な方向へ放出し、その窓部の先にある植物へ向けて照射する。照射された光は、植物が光合成を行うためにその一部が使用される。その残りの光は、栽培トレイ表面に反射して照明装置１０へ向けて戻る。なお、光源１１からの光は、反射器１５によって放出する方向が設定されるので、その残りの光の多くは、栽培トレイ表面に反射して照明装置１０へ向けて戻る。

照明装置１０へ向けて戻る光は、下板１８に貼付された反射シート１４により再度反射して、植物に照射される。これが繰り返されることにより、光を有効に利用することができる。これにより、光源の数を減らしつつ所定光量の光を照射することができ、設備費用を削減することができる。また、光源１１の数が減れば、供給する電力量も減少し、供給する冷媒の量を減少させることができるので、ランニングコストも削減することができる。さらに、筐体１２内に複数の光源１１が収納されるので、光源の劣化を防止し、寿命を延ばすことができる。

反射シート１４は、反射率が高いほうが好ましく、反射率が約９８％以上のものを採用することができる。したがって、反射シートの材質は、一般に使用されている反射率約９８％の白ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）とすることができる。また、反射シートの材質は、白ＰＥＴより軽量で、耐加水分解性が高く、耐候性に優れる主原料をポリプロピレンとしたものを採用することもできる。このポリプロピレン製の反射シートは、光の反射率が、白ＰＥＴより高い約９９％である点で好ましい。

この反射シート１４は、透明な下板１８の下側面のみならず、栽培トレイ表面にも貼付されていることが好ましい。下板１８に貼付された反射シート１４に向けて適切に光を反射させることができ、光をより有効利用できるからである。また、光の一部は、側方の周囲に向けて漏れ出してしまう。そこで、側方には、反射板を設け、周囲へ光が漏れるのを防止することができる。

筐体１２内には、複数の光源１１が収納されるが、筐体１２内の湿度が上昇すると、光源１１の劣化が激しく、寿命が短くなることから、出来るだけ筐体１２内の湿度は低く保つことが望ましい。このため、筐体１２内には、乾燥剤等の吸湿性を有する物質（吸湿剤）が封入されることが好ましい。吸湿剤としては、活性炭やシリカゲルを挙げることができるが、吸湿性を有する物質であればいかなる物質でも使用することができる。吸湿剤は、適宜取り替えることができ、加熱する等して再生することができる。

ここに、この反射シート１４を貼付することで、どの程度光を有効利用できているかについて、シミュレーションを行った結果を示す。図２は、反射シート１４を貼付したケースと、貼付しないケース場合における反射回数と光量（％）との関係を示した図である。反射シート１４を貼付したケースは、下板１８と栽培トレイ表面の両方に反射シート１４を貼付したケース（caseA）と、下板１８にのみ反射シート１４を貼付したケース（caseB）の２つのケースでシミュレーションを行った。反射シートを貼付しないケースは、いずれにも反射シート１４を貼付しないケース（caseC）でシミュレーションを行った。

反射回数は、下板１８に貼付された反射シート１４で反射した回数を示し、光量（％）は、光源１１が発した光の光量を１００％とした場合の各反射回数における光量を百分率で表した値である。すなわち、光源１１が発した光の光量１００％と、反射光の光量％とを加えた値である。

なお、このシミュレーションでは、植物が吸収する光量の割合を２０％、反射シート１４の反射率を９９％、栽培トレイ表面の反射率を８０％、反射シート１４を貼付しない場合に反射器１５等により光が反射する際の反射率を５０％とした。栽培トレイは、光沢のある白色の塩化ビニル製のトレイであり、筐体１２は、上板１６および側板１７がアルミニウム板で、下板１８が透明なガラス板である。

ｃａｓｅＣでは、図２のバツ印で示されるように、反射回数が５回程度で、光量がほぼ一定の約１５０％となり、平衡状態となった。光源１１が発した光の光量が１００％であるから、残りの約５０％が栽培トレイ表面で反射した光に基づく光量である。現実には、周囲への光の漏れがあるので、１５０％より低くなると考えられる。この周囲への光の漏れがあることは、その他のケースでも同様である。

ｃａｓｅＢでは、図２の三角印で示されるように、反射回数がｃａｓｅＣの約２倍の１０回程度で、光量がほぼ一定の約２７０％となり、平衡状態に達した。このｃａｓｅＢの光量約２７０％は、ｃａｓｅＣの光量約１５０％の約２倍であることから、下板１８にのみ反射シート１４を貼付するのみで、約２培の光量を得ることができ、ｃａｓｅＣと同じ光量であればよいものとすると、光源１１の数を約半分に削減することができる。

ｃａｓｅＡでは、反射回数が１４回でも平衡状態には達しない。また、その反射回数が１４回における光量は約４５０％で、ｃａｓｅＣの約３倍である。このことから、反射シート１４を栽培トレイ表面にも貼付することにより、大幅に光量を増加させることができ、その結果、同じ光量を得るために必要とされる光源１１の数を大幅に削減することができる。すなわち、ｃａｓｅＣと同じ光量であればよいものとすると、光源１１の数を約１／３の数に削減することができる。

これまで、水耕栽培用の照明装置１０について説明してきたが、本発明は、この照明装置１０を備える植物栽培装置２０を提供することも可能である。植物栽培装置２０は、図１に示した照明装置１０のほか、養液が流される１以上の樋状部材２１、１以上の樋状部材２１上に互いに隣接して載置される栽培トレイ２２、１以上の樋状部材２１を長手方向に傾斜させて設置するとともに、照明装置１０が取り付けられる栽培棚２３を備える。また、植物栽培装置２０は、各樋状部材２１内へ養液を供給する養液供給手段としての循環ポンプ２４、養液を貯留する貯留槽としての養液タンク２５、養液内へ空気を送り込むガス供給手段としてのエアーポンプ２６を備える。

樋状部材２１は、例えば、市販の雨樋とされ、約１％の勾配を有するように設置される。このため、樋状部材２１の一端の高い側へ循環ポンプ２４により養液を供給すると、その養液は、樋状部材２１の内側面に沿って他端の低い側へ向けて流れる。樋状部材２１の他端には、余剰の養液を排出するための排出口が設けられていて、その排出口の下方には、集液器が設けられ、その集液器に集められた養液は、養液タンク２５に戻される。また、樋状部材２１は、複数が平行に並ぶように設置される。

栽培トレイ２２は、平行に並ぶ複数の樋状部材２１上に、これら複数の樋状部材２１に跨るように載置される。また、栽培トレイ２２は、一定の間隔で植物を植栽するための穴が設けられ、種が蒔かれたスポンジがその穴に嵌め込まれる。栽培トレイ２２上には、植物の葉が拡がり、栽培トレイ２２の下側には、植物の根が拡がる。この根は、樋状部材２１内に収容され、根の先端は、樋状部材２１の内側面に沿って流れる養液に浸漬される。

植物は、根の先端から養液中の養分および水分を吸収し、体内に取り込み、葉が光を吸収して光合成を行い、成長する。養液は、水、酸素のほか、植物の成長に必要とされる窒素、リン酸、カリウム、カルシウム等が含まれる。

照明装置１０は、栽培トレイ２２の上部に取り付けられる。照明装置１０は、窓部を構成する下板に反射シート１４が貼付されていて、栽培トレイ２２表面にも反射シートが貼付されていることが望ましい。また、栽培棚２３の側方は、図３では開放されているが、光を有効利用する点において、反射板で閉鎖するほうが望ましい。

反射板は、樋状部材２１の長手方向に向けて互いに隣接して載置される複数の栽培トレイ２２の各々に植栽された複数の植物の側方を閉鎖して、上部の照明装置１０からの光や複数の栽培トレイ２２表面で反射した光が周囲に漏れ出ないようにするとともに、植物へ向けて再び照射することができるように反射させる反射面を有する。

例えば、図４に示すように、照明装置１０の下板１８に貼付される反射シート１４の反射面に対向する栽培トレイ２２の表面に反射シート２７を貼付し、栽培トレイ２２に植栽された植物の側方を閉鎖するように反射板２８を配設することができる。反射板２８は、木、プラスチック樹脂、セラミック等の板状物に、反射シート１４を貼付したものを用いることができ、栽培棚２３にボルトやナット等の締結手段を用いて配設することができる。

植物栽培装置２０は、室内に設置され、室内の温度を一定に保持するために空気を循環する空気循環手段としての循環ファンを備えることができる。また、養液の蒸発や植物の呼吸等により室内の湿度が高くなるので、湿度を一定に調整するべく、湿度調整手段としての除湿装置を備えることができる。さらに、外気を取り入れ、室外へ内部の空気を排出するために換気手段としての換気扇や、外気を取り入れる際、空気中を浮遊する菌やゴミ等を除去する浮遊物除去手段としてのフィルタ等をさらに備えることができる。

また、植物栽培装置２０は、樋状部材２１上に載置する複数の栽培トレイ２２を、植物の成長に応じ、収穫時期が近いものから順に並べて配置することができる。これにより、一方の側の収穫時期が到来した栽培トレイを収穫場所へ移送し、他方の側に新たな栽培トレイを追加することができ、連続した収穫を実現することができる。

このように並べて載置する場合、植物の成長に応じて光源１１の数を変えることが望ましい。植物は、成長段階によって必要とする光量が異なるからである。すなわち、葉が生い茂り、収穫時期に近い植物は、光量を多く、芽が出たてで、まだ葉が小さい植物は、光量を少なくすることが望ましい。このように適切な光量にすることで、結果的に光源１１の数を減らし、装置コストおよび運転コストを下げることができる。

例えば、樋状部材２１の長手方向に３つの領域に分け、まだ葉が小さい植物を植栽した栽培トレイが載置される一方の側の領域については、図１（ａ）に示すような光源１１の数が少ない照明装置１０を、ある程度成長した植物を植栽した栽培トレイが載置される中央の領域には、図５（ａ）に示すような光源１１の数が、図１（ａ）よりも多い照明装置１０を取り付けることができる。

また、収穫時期が近い、葉が生い茂った植物を植栽した栽培トレイが載置される他方の側の領域については、図５（ｂ）に示すような、図５（ａ）よりも光源１１が多い照明装置１０を取り付けることができる。図５に示す光源１１の配置は、一例を示したものであり、これ以外の配置であってもよい。また、光源１１の数は、図１（ａ）、図５（ａ）、図５（ｂ）の順に多くなっていれば、これらに示した数より多くても、少なくてもよい。さらに、光源１１の数を増減するのではなく、すべてを同じ光源１１の数とし、１つの光源１１が発する光量を調節してもよい。

樋状部材２１の長手方向に分ける領域数は、上記の３つに限られるものではなく、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。なお、４つ以上に細かく分けることで、植物に対して細かな光量制御が可能となる。

本発明の照明装置は、上述したように、光源１１により発生した熱を取り除くための放熱基板や冷媒導管等の手段を備えることができる。このような熱を取り除くための手段を備えた照明装置の例として、水冷管を備えた照明装置、放熱フィンを備えた照明装置を挙げることができる。図６〜図１２を参照して、これらの照明装置の詳細な構成について説明する。まず、図６〜図１０を参照して、冷却管を備えた照明装置について説明する。

図６は、冷却管を備えた照明装置の幅方向に沿って切断したところを示した断面図である。図７は、その照明装置の幅方向に対して垂直な長手方向に沿って切断したところを示した断面図である。この照明装置は、略矩形の冷却パネル３０を備える。この冷却パネル３０は、平板状の放熱基板３１と、放熱基板３１の幅方向中央部の上面に、その長手方向に延びるように一体に設けられた中空部３２とから構成される。

冷却パネル３０は、例えば、アルミニウムや銅等の熱伝導率が高い金属材料を用い、押出成形により製造される。中空部３２内には、アルミニウムや銅等の熱伝導率が高い金属材料により製造された通水管３３が挿通され、その通水管３３は、拡管することにより中空部３２内に固定される。通水管３３内には、水等の冷却用流体が流通される。冷却用流体としては、水のほか、空気や二酸化炭素等のガス、エチレングリコールやプロピレングリコール等を主成分としたブライン等を用いることができる。

また、この照明装置は、冷却パネル３０の下面に、２列に配列するように取り付けられた複数のＬＥＤ発光ユニット３４を備える。以下、下面は、中空部３２が突出していない側の面で、上面は、その下面の裏側の面として説明する。ＬＥＤ発光ユニット３４は、光源１１としての複数のＬＥＤチップ３５と、各ＬＥＤチップ３５を取り囲むように取り付けられた鏡面反射部３６ａを有する二次リフレクタ３６とを備える。ＬＥＤ発光ユニット３４は、２列に限定されるものではなく、１列であってもよいし、３列以上であってもよい。

複数のＬＥＤチップ３５は、絶縁層を介することなく、冷却パネル３０の下面、すなわち放熱基板３１の下面に直接接合される。接合には、熱伝導率が高いシリコン系接着剤や銀ペースト等を用いることができる。放熱基板３１は、通水管３３内を流れる冷却水により吸熱されて冷却される。このため、ＬＥＤチップ３５から発生した熱は、速やかに放熱基板３１へ吸熱され、ＬＥＤチップ３５の発熱は抑制される。

ＬＥＤチップ３５としては、例えば、サファイヤ基板上に窒化ガリウム系の発光部を形成したＬＥＤチップを用いることができる。本発明では、ＬＥＤチップ３５は、植物の光合成反応に最も利用効率が高い、ピーク波長が６６０ｎｍの赤色光のものが好ましい。

また、この照明装置は、冷却パネル３０の周縁寄り部分、すなわち冷却パネル３０の平板状の放熱基板３１の幅方向の両側縁寄り部分および長手方向の両側縁寄り部分の下面に、一次シール材３７を介して接合されるスペーサ３８を備える。スペーサ３８は、例えば、熱伝導率が高いアルミニウムや銅等の金属材料を押出成形により製造される。一次シール材３７は、例えば、接着シールテープ等とされる。

この照明装置は、冷却パネル３０のＬＥＤチップが取り付けられるＬＥＤチップ取付面に対向するように配置される透明な透光板３９を備える。透光板３９は、その周縁寄り部分、すなわち透光板３９の幅方向の両側縁寄り部分および長手方向の両側縁寄り部分の上面に、一次シール材３７を介してスペーサ３８に接合される。透光板３９は、透明な矩形の板状物であればいかなるものであってもよく、例えば、ガラス板、ポリカーボネート樹脂等からなる合成樹脂板を用いることができる。

また、この照明装置は、透光板３９等の下面に、反射部材としての反射シート４０が貼付される。反射シート４０は、上記と同様、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等を主成分とする接着剤を使用して貼付することができる。反射シート４０は、照明装置の外部から内部へ入射しようとする光を反射させる。その一方で、この反射シート４０は、各ＬＥＤチップ３５が発した光を、透光板３９を通して外部へ放出することができるように、透光板３９と同じ矩形で、二次リフレクタ３６により形成された光を出射するための拡径された光出射口の面積とほぼ同じ面積にくり抜かれた穴４１が形成されている。

反射シート４０は、反射率が高いほうが好ましく、反射率が約９８％以上のものを採用することができ、反射シートの材質としては、一般に使用されている反射率約９８％の白ＰＥＴとすることができる。また、反射シート４０は、白ＰＥＴより軽量で、耐加水分解性が高く、耐候性に優れる主原料をポリプロピレンとしたものを採用することもできる。このポリプロピレン製の反射シートは、光の反射率が、白ＰＥＴより高い約９９％である点で好ましい。

したがって、この実施形態では、筐体１２は、複数の光源１１が取り付けられる冷却パネル３０と、複数の光源１１の周囲を取り囲むように設けられ、冷却パネル３０に一次シール材３７を介して接合されるスペーサ３８と、冷却パネル３０に取り付けられる複数の光源１１の取り付け面、すなわち放熱基板３１の下面に対向して配置され、スペーサ３８に一次シール材３７を介して接合される透明な透光板３９とを含み、複数の光源１１を密閉する構造とされる。

図８に示す断面図を参照して、ＬＥＤチップ３５の取り付け部分の詳細について説明する。ＬＥＤチップ３５は、放熱基板３１上に直接実装するチップオンボード（ＣＯＢ）を用いて、発生した熱を背面に効率的に伝える構造とされる。

ＬＥＤ発光ユニット３４は、以下のように形成される。放熱基板３１の表面に絶縁層５０が、接着層５１を介して積層される。その絶縁層５０上に配線パターンに形成された銅箔からなる配線部５２を積層して配線板５３が形成される。この配線板５３に、逆テーパ状のＬＥＤ取付孔５４が所定間隔で所定数穿設され、各ＬＥＤ取付孔５４の内周面に、白色高反射面を有する環状の一次リフレクタ５５が設けられる。

次に、各ＬＥＤ取付孔５４の底部、すなわち放熱基板３１上にＬＥＤチップ３５が接合される。そして、ＬＥＤチップ３５と配線部５２とを電気的に接続するためにボンディングワイヤ５６が設けられる。ボンディングワイヤ５６は、金、アルミニウムや銅等により形成された導線である。最後に、ＬＥＤ取付孔５４内には、ＬＥＤチップ３５およびボンディングワイヤ５６を覆うように、透明な封止樹脂５７が充填され、これらが封止される。なお、透明な封止樹脂５７としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等を用いることができる。

このようにして形成されたＬＥＤ発光ユニット３４は、放熱基板３１の平坦面を何ら加工することなく配線板５３を形成することができるため、製造工程が簡単で、生産性が良い。また、放熱基板３１に凹所や突出部を形成するための加工が不要であるため、既存の各種金属板を利用することができ、ＬＥＤチップ３５の接合性も良い。なお、配線板５３の厚さをＬＥＤチップ３５の厚さよりも薄くすることにより、光を効率良く下方へ取り出すことができるので好ましい。

再び図７を参照して、ＬＥＤ発光ユニット３４は、冷却パネル３０の下面、すなわち放熱基板３１の下面に、例えばビス５８を用いて取り付けられる。

スペーサ３８は、図９に示すような８つの部材から構成され、これらの部材を用いて組み立てられる。８つの部材は、断面が略矩形に形成された中空の２本の縦材３８ａと２本の横材３８ｂと４つのコーナー部材３８ｃとから構成される。スペーサ３８は、２本の縦材３８ａと２本の横材３８ｂとが矩形となるように組まれ、４つの合成樹脂製のコーナー部材３８ｃによりコーナー部分で接続される。各コーナー部材３８ｃは、２本の縦材３８ａの一方が差し込まれる第１差し込み部と、２本の横材３８ｂの一方が差し込まれる第２差し込み部と、第１差し込み部と第２差し込み部とを連結する略９０°に曲がる中間連結部とから構成される。

４つのコーナー部材３８ｃの各差し込み部に各縦材３８ａおよび各横材３８ｂが差し込まれて形成されたスペーサ３８は、その上面に一次シール材３７を介して冷却パネル３０が、その下面に一次シール材３７を介して透光板３９が接合される。照明装置内にスペーサ３８を配置した場合にＬＥＤ発光ユニット３４に対向するそのスペーサ３８の内側壁部には、複数の通気用貫通孔が設けられる。スペーサ３８内の中空部分には、活性炭、シリカゲル、モレキュラーシーブ等の吸湿材が充填される。

再び図６および図７を参照して、スペーサ３８の外側には、冷却パネル３０と透光板３９との間に形成された空隙部に二次シール材６０がスペーサ３８の全周にわたって充填される。スペーサ３８の外側壁部の上下縁部には、面取り凹部３８ｄが全長にわたって設けられていて、二次シール材６０の上下縁部の内方凸部６０ａと嵌合するようになっている。

冷却パネル３０と透光板３９の幅方向の両側縁部、およびこれらの間に充填された二次シール材６０には、被せて嵌めるための溝形形状の枠部材６１が取り付けられる。枠部材６１は、上壁部６１ａと、下壁部６１ｂと、これらを繋ぐ垂直壁部６１ｃとから構成され、その断面形状が略コの字形とされている。垂直壁部６１ｃの鉛直方向中央部には、断面形状が略Ｃ字形のビスねじ込み用内方凸条６１ｄが枠部材６１の全長にわたって設けられている。

枠部材６１の上壁部６１ａの内側縁部には、断面形状が円弧状の下方係合凸部６１ｅが枠部材６１の全長にわたって設けられている。これに対応して、冷却パネル３０の放熱基板３１の幅方向両側縁部が薄肉とされ、これらの薄肉の両側縁部の各上面に、断面形状が円弧状の嵌合凹部３１ａが設けられていて、これらの嵌合凹部３１ａに下方係合凸部６１ｅが嵌め込まれることにより、枠部材６１によって冷却パネル３０と透光板３９と二次シール材６０とが固定される。

枠部材６１を被せるように嵌め込むためには、二次シール材６０が軟らかい状態であることが望ましい。このとき、枠部材６１の垂直壁部６１ｃに設けられているビスねじ込み用内方凸条６１ｄが、軟らかい状態の二次シール材６０に押し込まれ、これによって二次シール材６０が、垂直壁部６１ｃとスペーサ３８とで挟圧されて、二次シール材６０の鉛直方向の中央部分が変形する。また、二次シール材６０の鉛直方向両側縁部に内方凸部６０ａが形成され、これら内方凸部６０ａがスペーサ３８の面取り凹部３８ｄに入り込む。その後、二次シール材６０が硬化することにより、より一層確実なシールが実現される。

この照明装置は、図７および図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、冷却パネル３０および透光板３９の長手方向の両端部に、二次シール材６０を覆うように配置される断面形状が略Ｌ字形の蓋材６２を備える。蓋材６２は、垂直壁部６２ａと、この下端部に連続する水平部６２ｂとから構成される。垂直壁部６２ａの両端寄り部分には、タッピンねじ挿通用貫通孔６２ｃが設けられる。

蓋材６２は、水平部６２ｂを外側にして、長手方向の両端部の二次シール材６０を覆うように配置され、タッピンねじ挿通用貫通孔６２ｃにタッピンねじを挿入し、枠部材６１に設けられた断面形状が略Ｃ字形のビスねじ込み用内方凸条６１ｄにねじ込まれることにより、蓋材６２が連結される。

この蓋材６２の取り付けも、二次シール材６０が軟らかい状態で行うことが望ましい。すなわち、蓋材６２とスペーサ３８とによって、二次シール材６０が挟圧されることにより、二次シール材６０が変形して、二次シール材６０の上下両側縁部に内方凸部６０ａが形成され、これら内方凸部６０ａがスペーサ３８の面取り凹部３８ｄに入り込み、その後、二次シール材６０が硬化することにより、より一層確実なシールを実現することができる。

水冷管を備えた照明装置としては、図１１に示すように、冷却パネル３０の上面に、断面形状が略Ｃ字形の嵌合部７０を一体に設け、その嵌合部７０に通水管３３を圧入することにより取り付けた構成のものを採用してもよい。

図６や図１１に示した照明装置では、放熱基板３１と一体に設けられた中空部３２や嵌合部７０に通水管３３を固定した水冷式の装置としたが、熱を取り除くためには空冷式の装置であってもよい。図１２は、空冷式の装置として、放熱基板３１と一体に設けられた放熱フィン８０を備える照明装置の幅方向に沿って切断したところを示した断面図である。

放熱フィン８０を備えた照明装置は、冷却パネル３０が、平板状の放熱基板３１と、放熱基板３１の片側の面、ここでは上面に対して垂直に延びる平板状の複数のフィン８０ａとにより構成される。複数のフィン８０ａは、一定間隔で配列するように設けられる。フィン８０ａは、放熱基板３１に接合する部分を末端とした場合に、先端から末端まで同じ厚さであってもよいし、所定のフィン強度を得るために先端から末端にいくにつれてその厚さが厚くなるように形成することもできる。複数のフィン８０ａを備えた冷却パネル３０は、熱伝導率が高いアルミニウムや銅等の金属材料を用い、押出成形により製造される。

空気は、一定間隔で配列する複数のフィン８０ａ間の通風間隙内を通過し、この空気に接触する複数のフィン８０ａが冷却され、これに伴い、複数のフィン８０ａに連続する放熱基板３１が冷却される。このため、ＬＥＤチップ３５により発生した熱は、速やかに放熱基板３１へ吸熱され、ＬＥＤチップ３５の発熱は抑制される。

ここでは、フィン８０ａを平板状のものとしているが、フィン８０ａは、棒状のものであってもよい。なお、フィン８０ａは、適切に空気が流れるように、適切な間隔で設けられ、適切にＬＥＤチップ３５の発熱を抑制できるように、適切な厚さや長さとされる。

この照明装置は、複数のフィン８０ａを覆うカバー８１をさらに備えることができる。カバー８１は、複数のフィン８０ａへの塵や汚れ等の付着を抑制するために設けられる。このカバー８１は、図示しないねじ等により冷却パネル３０に固定される。このカバー８１も、熱伝導率が高いアルミニウムや銅等の金属材料を用い、押出成形により製造することができる。

なお、その他の構成については、図６〜図１０に例示した水冷管を備えた照明装置と同様の構成とすることができる。

図６〜図１２に例示した熱を取り除くための手段を備えた照明装置は、ＬＥＤ発光ユニット３４を、冷却パネル３０、スペーサ３８、透光板３９等により密閉した構造であるため、ＬＥＤ発光ユニット３４が備えるＬＥＤ素子や電子回路を守り、植物栽培装置等の高湿度の使用環境に対しても高い耐久性を有する。また、反射シート４０が貼付されているので、栽培トレイ表面で反射した光を高効率で再度、栽培トレイに植栽された植物へ向けて多重反射させることができる。さらに、植物に向けて多重反射させる際に発生する栽培空間の温度上昇を、上記手段によって熱を取り除くことにより抑制することができる。

その結果、光源の劣化を防止してその寿命を延ばすことができ、光源の数を減らすことができ、光源と植物との間に余分な離隔が不要となって栽培空間をコンパクトにすることができる。また、設備費用やランニングコストを削減することができる。特に、光源の耐久性を高め、栽培空間をコンパクトにすることができるため、植物工場の経済的な適用範囲を広げることが可能となる。

これまで本発明の照明装置およびその照明装置を備えた植物栽培装置を上述した実施形態をもって詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…照明装置、１１…光源、１２…筐体、１３…穴、１４…反射シート、１５…反射器、１６…上板、１７…側板、１８…下板、１９…端子台、２０…植物栽培装置、２１…樋状部材、２２…栽培トレイ、２３…栽培棚、２４…循環ポンプ、２５…養液タンク、２６…エアーポンプ、２７…反射シート、２８…反射板、３０…冷却パネル、３１…放熱基板、３１ａ…嵌合凸部、３２…中空部、３３…通水管、３４…ＬＥＤ発光ユニット、３５…ＬＥＤチップ、３６…二次リフレクタ、３６ａ…鏡面反射部、３７…一次シール材、３８…スペーサ、３８ａ…縦材、３８ｂ…横材、３８ｃ…コーナー部材、３８ｄ…面取り凹部、３９…透光板、４０…反射シート、４１…穴、５０…絶縁層、５１…接着層、５２…配線部、５３…配線板、５４…ＬＥＤ取付孔、５５…一次リフレクタ、５６…ボンディングワイヤ、５７…封止樹脂、５８…ビス、６０…二次シール材、６０ａ…内方凸部、６１…枠部材、６１ａ…上壁部、６１ｂ…下壁部、６１ｃ…垂直壁部、６１ｄ…ビスねじ込み用内方凸条、６１ｅ…下方係合凸部、６２…蓋材、６２ａ…垂直壁部、６２ｂ…水平部、６２ｃ…タッピンねじ挿通用貫通孔、７０…嵌合部、８０…放熱フィン、８０ａ…フィン、８１…カバー

Claims (12)

1. 複数の光源と、
   前記複数の光源を収納するために、前記複数の光源が取り付けられる冷却パネルと、前記複数の光源の周囲を取り囲むように設けられ、前記冷却パネルにシール材を介して接合されるスペーサと、前記冷却パネルに取り付けられる前記複数の光源の取り付け面に対向して配置され、前記スペーサにシール材を介して接合される透明な透光板とを含み、前記複数の光源を密閉し、前記透光板により前記複数の光源が発した光を放出させるための透明な窓部が構成される筐体と、
   前記筐体外部からの光を反射させるために、前記複数の光源が発した光を放出する側の前記筐体の外側面に前記窓部を覆うように取り付けられ、各前記光源が発した光をそれぞれ放出させるための複数の穴が形成された反射部材とを含む、照明装置。
2. 前記反射部材は、前記窓部に貼付される反射シートであり、前記反射シートの反射率は、９８％以上である、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記筐体内に吸湿性を有する物質が封入される、請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記冷却パネルは、前記複数の光源の取り付け面の裏側に中空部を備え、前記中空部内を流通する冷却用流体により冷却される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記中空部に挿通される前記冷却用流体を流通させるための通水管を備える、請求項４に記載の照明装置。
6. 前記冷却パネルは、前記複数の光源の取り付け面の裏側に嵌合部を備え、冷却用流体を流通させるための通水管が、前記嵌合部に圧入することにより取り付けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 前記冷却パネルは、前記複数の光源の取り付け面の裏側に一定間隔で配列するように設けられる複数のフィンからなる放熱フィンを備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
8. １以上の樋状部材と、前記１以上の樋状部材を長手方向に傾斜させて設置する栽培棚と、前記１以上の樋状部材上に互いに隣接して載置される複数の栽培トレイと、各前記樋状部材内に養液を供給する養液供給手段と、前記複数の栽培トレイの上部に配設され、前記複数の栽培トレイに植栽された植物に光を照射する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置とを含む、植物栽培装置。
9. 前記植物栽培装置は、前記複数の栽培トレイに植栽された複数の前記植物の側方を閉鎖するように配設され、前記照明装置からの光および前記複数の栽培トレイの表面で反射した光を反射させる反射面を有する反射板を備える、請求項８に記載の植物栽培装置。
10. 前記複数の栽培トレイは、前記植物が前記１以上の樋状部材の長手方向に向けて成長するように順に載置され、前記樋状部材は、前記長手方向に少なくとも２つの領域に分けられ、前記照明装置は、各前記領域につき、前記植物の成長に応じて決定された異なる数の光源を備える少なくとも２つの照明装置から構成される、請求項８または９に記載の植物栽培装置。
11. 前記養液中に酸素を供給するガス供給手段をさらに含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
12. 前記植物栽培装置は、室内に設置され、前記室内の空気を循環するための空気循環手段と、前記室内の湿度を調整するための湿度調整手段と、前記室内に浮遊する浮遊物を除去するための浮遊物除去手段とをさらに含む、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の植物栽培装置。

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