JPWO2010067711A1 - 植物育成装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、植物に好適な生育環境を与えることが可能な植物生育装置１００であり、植物生育用の光を照射するＬＥＤ２１が搭載されたＬＥＤ基板２と、ＬＥＤ２１からの光を集光して植物に導くレンズ部３１を有するレンズ基板３と、ＬＥＤ基板２のＬＥＤ搭載面の裏面側の空間から空気を吸引する吸引機構と、を備える。そして、ＬＥＤ基板２が複数の第１貫通孔２ａを有し、レンズ基板３が複数の第２貫通孔３ａを有し、第１貫通孔２ａの流路抵抗が、第２貫通孔３ａの流路抵抗よりも大きく、第１貫通孔２ａが第２貫通孔３ａよりも多く設けられている。

Description

本発明は、植物育成装置に関し、特にＬＥＤの冷却に関するものである。

従来、光を植物に照射して植物の成長を促進するようにした植物育成装置が知られている。

具体的に、このものは、例えば、特許文献１に示すように、複数の柱材が支持する栽培棚上に栽培ベッドを載置し、この栽培ベッド内に培養液を循環させるとともに、各栽培棚の下面に取り付けた照明等で植物に光を照射することで、植物の成長を促すことができるように構成されている。

そして、照明としては、ＬＥＤが複数設けられたＬＥＤ基板と、当該ＬＥＤ基板の前方に設けられ、ＬＥＤからの光を集光して植物に導くレンズ基板とを備え、ＬＥＤからの光を効率よく植物に照射するようにしたものがある。

しかしながら、このような構成ではＬＥＤの発熱によりＬＥＤ近傍の温度が上昇してしまい、ＬＥＤ近傍の温められた空気によって植物がダメージを受けてしまうという問題がある。また、栽培密度を高めるために植物同士を単に近接させると、通気性が悪化して、植物が生育不良等を起こすといった不具合が生じてしまう。さらに、ＬＥＤを好適に放熱しなければ、ＬＥＤの熱劣化を招いてしまい、高い発光効率の維持及び長寿命化を実現できないという問題がある。

特開２００５−０２１０６４号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するとともに、ＬＥＤを効率よく冷却してＬＥＤの熱劣化を防ぐと共に、ＬＥＤの発熱による植物への熱影響を可及的に低減し、さらに良好な通気性を確保して、植物に好適な生育環境を与えることが可能な植物生育装置を提供することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る植物育成装置は、植物に生育用の光を照射する複数のＬＥＤが搭載されたＬＥＤ基板と、前記ＬＥＤからの光を集光して前記植物に導く複数のレンズ部を有するレンズ基板と、前記ＬＥＤ基板のＬＥＤ搭載面の裏面側に形成された空間から空気を吸い込む吸込機構と、を備え、前記ＬＥＤ基板が、ＬＥＤ搭載面及び裏面を連通する第１貫通孔を有し、前記レンズ基板が、光導入面及び光射出面を連通する第２貫通孔を有し、前記第１貫通孔及び第２貫通孔が、平面視において重ならない位置に設けられ、前記第１貫通孔及び第２貫通孔間の流路上に１又は複数のＬＥＤが配置されていることを特徴とする。

このようなものであれば、吸込機構がＬＥＤ基板の裏面側から空気を吸い込むことによって、第２貫通孔からレンズ基板前方の空気が吸い込まれて、その空気が第１貫通孔を通ってＬＥＤ基板の裏面側に吸い込まれる。このとき、第１貫通孔及び第２貫通孔が、平面視において重ならない位置に設けられているので、第２貫通孔を通った空気の全てが直線的に第１貫通孔を通過することなく、第２貫通孔を通った空気がＬＥＤ搭載面上に沿って流れるとともに、第１貫通孔及び第２貫通孔間の流路に１又は複数のＬＥＤが配置されているので、空気が第２貫通孔から第１貫通孔に流れる間にＬＥＤを冷却することができる。したがって、ＬＥＤの熱劣化を防ぐと共に、ＬＥＤの発熱による植物への熱影響を可及的に低減し、さらに良好な通気性を確保して、植物に好適な生育環境を与えることができる。

また本発明に係る植物育成装置は、植物に生育用の光を照射する複数のＬＥＤが搭載されたＬＥＤ基板と、前記ＬＥＤからの光を集光して前記植物に導く複数のレンズ部を有するレンズ基板と、前記ＬＥＤ基板のＬＥＤ搭載面の裏面側に形成された空間から空気を吸い込む吸込機構と、を備え、前記ＬＥＤ基板が、ＬＥＤ搭載面及び裏面を連通する複数の第１貫通孔を有し、前記レンズ基板が、光導入面及び光射出面を連通する複数の第２貫通孔を有し、少なくとも一部の第１貫通孔が、前記第２貫通孔に対して、平面視において重ならない位置に設けられていることを特徴とする。

このようなものであれば、吸込機構がＬＥＤ基板の裏面側から空気を吸い込むことによって、第２貫通孔からレンズ基板前方の空気が吸い込まれて、その空気が第１貫通孔を通ってＬＥＤ基板の裏面側に吸い込まれる。このとき、少なくとも一部の第１貫通孔が、第２貫通孔に対して、平面視において重ならない位置に設けられているので、第２貫通孔を通った空気の全てが直線的に第１貫通孔を通過することなく、第２貫通孔を通った空気がＬＥＤ搭載面上に沿って流れることになり、ＬＥＤ搭載面上のＬＥＤを冷却することができる。したがって、ＬＥＤの熱劣化を防ぐと共に、ＬＥＤの発熱による植物への熱影響を可及的に低減し、さらに良好な通気性を確保して、植物に好適な生育環境を与えることができる。

さらに本発明に係る植物育成装置は、植物に生育用の光を照射する複数のＬＥＤが搭載されたＬＥＤ基板と、前記ＬＥＤからの光を集光して前記植物に導く複数のレンズ部を有するレンズ基板と、前記ＬＥＤ基板が、ＬＥＤ搭載面及び裏面を連通する複数の第１貫通孔を有し、前記レンズ基板が、光導入面及び光射出面を連通する１又は複数の第２貫通孔を有し、前記第１貫通孔を介して前記ＬＥＤ搭載面側から裏面側に空気を吸い込み、又は、前記第２貫通孔を介して前記レンズ基板の光導入面側から光射出面側に空気を吸い込む吸込機構をさらに備え、前記第１貫通孔の流路抵抗が、前記第２貫通孔の流路抵抗よりも大きく、前記第１貫通孔が前記第２貫通孔よりも多く設けられていることを特徴とする。

このようなものであれば、吸込機構が前記第１貫通孔を介して前記ＬＥＤ搭載面側から裏面側に空気を吸い込み、又は、前記第２貫通孔を介して前記レンズ基板の光導入面側から光射出面側に空気を吸い込むことによって、空気がＬＥＤ基板のＬＥＤ搭載面に沿って流れ、ＬＥＤを冷却した後、第１貫通孔又は第２貫通孔に吸い込まれる。このとき、第１貫通孔の流路抵抗を第２貫通孔の流路抵抗よりも大きく設定し、さらに、第１貫通孔の数を第２貫通孔の数よりも多くしているので、空気がＬＥＤ搭載面上で複数の流路上を流れるので、ＬＥＤの周囲を流れることになり、ＬＥＤを冷却することができる。したがって、ＬＥＤの熱劣化を防ぐと共に、ＬＥＤの発熱による植物への熱影響を可及的に低減し、さらに良好な通気性を確保して、植物に好適な生育環境を与えることができる。

前記吸込機構の具体的な実施の態様としては、前記吸込機構が、前記ＬＥＤ基板のＬＥＤ搭載面の裏面側に形成された空間から空気を吸い込むものであることが考えられる。

第１貫通孔の流路抵抗を第２貫通孔の流路抵抗を簡単に大きくするための具体的な実施の態様としては、前記第１貫通孔の開口面積が、前記第２貫通孔の開口面積よりも小さいことが考えられる。

ＬＥＤ基板上に設けられたＬＥＤを万遍無く冷却するためには、前記第１貫通孔の形成密度が、前記ＬＥＤ基板全域において略均一であることが望ましい。

ＬＥＤ基板上のＬＥＤをより一層均一に冷却するためには、前記第２貫通孔毎に対応する第１貫通孔の個数が略同一であることが望ましい。

このように本発明によれば、ＬＥＤを効率よく冷却してＬＥＤの熱劣化を防ぐと共に、ＬＥＤの発熱による植物への熱影響を可及的に低減し、さらに良好な通気性を確保して、植物に好適な生育環境を与えることが可能な植物生育装置を提供することができる。

本実施形態の植物育成装置の概略構成図。 光源ユニットの平面図。 光源ユニットのＡ−Ａ線断面図。 ＬＥＤ基板の平面図。 パッケージＬＥＤの概略構成図。 パッケージＬＥＤの回路構成図。 ＬＥＤ基板の緑色発光素子又は青色発光素子の回路構成図。 ＬＥＤ基板の赤色発光素子の回路構成図。 レンズ基板の平面図。 ＬＥＤ基板及びレンズ基板のサイズを模式的に示す図。 ＬＥＤ基板、レンズ基板及び保持部材の分解斜視図。 １つのレンズ基板のみを取り外した状態を示す斜視図。 ＬＥＤ基板、レンズ基板及び保持部材の部分拡大断面図。 冷却循環機構を示す部分拡大断面図。 変形実施形態に係るパッケージＬＥＤの構成図。 第１貫通孔の変形例を示す断面図。 変形実施形態に係る第１貫通孔及び第２貫通孔の構成図。 変形実施形態に係る植物育成装置の模式図。

１００・・・植物育成装置
２ ・・・ＬＥＤ基板
２１ ・・・ＬＥＤ
２ａ ・・・第１貫通孔
３ ・・・レンズ基板
３１ ・・・レンズ部
３ａ ・・・第２貫通孔

次に、本発明に係る植物育成装置１００について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態の植物育成装置１００の概略構成図、図２は光源ユニット１０３の平面図、図３は光源ユニット１０３のＡ−Ａ線端面図、図４はＬＥＤ基板２の平面図、図５はパッケージＬＥＤ２１の概略構成図、図６はパッケージＬＥＤ２１の回路構成図、図７は緑色発光素子２１Ｇ又は青色発光素子２１Ｂの回路構成図、図８は赤色発光素子２１Ｒの回路構成図、図９はレンズ基板３の平面図、図１０はＬＥＤ基板２及びレンズ基板３のサイズを模式的に示す図、図１１はＬＥＤ基板２、レンズ基板３及び保持部材４の分解斜視図、図１２は１つのレンズ基板３のみを取り外した状態を示す斜視図、図１３はＬＥＤ基板２、レンズ基板３及び保持部材４の部分拡大断面図、図１４は冷却循環機構７を示す部分拡大断面図である。

＜１．装置構成＞
本実施形態に係る植物育成装置１００は、図１に示すように、植物育成室Ｒの床面（不図示）に立設した複数の棚支柱１０１と、この棚支柱１０１に支持させた植物生育用の棚部１０２と、棚部１０２で生育する植物に光を照射するための光源ユニット１０３と、を具備するものである。

棚部１０２の上面には、内部に液肥を保持できる略箱形状の液肥パレット１０４及びその液肥パレット１０４上に載置される栽培用パレット１０５が棚状に支持される。本実施形態では、棚部１０２を板状としているが、例えば、複数のパイプを水平方向に並べたものとすることもできる。また、栽培用パレット１０５では、１度に複数個の植物を栽培できるようにしている。

棚部１０２の下面には、光源ユニット１０３が、当該棚部１０２下方に設けられた別の棚部１０２の上面と略平行となるように設けられる。そのため棚部１０２の下面には、光源ユニット１０３を着脱可能に取り付けるための取り付け部１０６が設けられている。

この取り付け部１０６は、例えば棚部１０２の幅方向（左右方向）に１本ずつ対となるように設けられたレールである。このレールは、断面略Ｌ字形状をなし、その折れ曲がり部が下側となり、かつＬ字凹部が棚部１０２内側を向くように設けられている。このような構成により、光源ユニット１０３がレールにスライドされ、折れ曲がり部上に載置されることにより、棚部１０２上方に光源ユニット１０３が取り付けられる。

＜２．光源ユニット１０３について＞
光源ユニット１０３は、図２及び図３に示すように、平面視において概略矩形形状をなすものであり、保持部材４の一方面側に複数のＬＥＤ基板２及び複数のレンズ基板３を取り付けることによって構成されている。

ＬＥＤ基板２は、植物に生育用の光を照射する複数のパッケージＬＥＤ２１（以下、単にＬＥＤ２１ともいう。）を支持するものある。具体的にＬＥＤ基板２は、図４に示すように、平面視において概略矩形形状をなすものであり、一方の平面（以下、ＬＥＤ搭載面という。）に複数の表面実装型のパッケージＬＥＤ２１が設けられている。これらパッケージＬＥＤ２１は、縦横に互いにほぼ等間隔にマトリックス状に設けられている。

パッケージＬＥＤ２１は、図５に示すように、１つのパッケージ基板２１１内に赤色発光素子２１Ｒ、緑色発光素子２１Ｇ及び青色発光素子２１Ｂを設け、透明樹脂２１２により封止して形成されるものであり、各色毎に＋端子、−端子が設けられている。

本実施形態のパッケージＬＥＤ２１は、赤色光、緑色光又は青色光の少なくとも２色以上の光が混合した混合光を射出するものであり、特に本実施形態では赤色光の強度、緑色光の強度及び青色光の強度の比が、略４：１：１となるように構成している。具体的には、図５及び図６に示すように、１つのパッケージ基板２１１内に設けられる赤色発光素子２１Ｒの数、緑色発光素子２１Ｇの数及び青色発光素子２１Ｂの数の比が、４：１：１となるようにしている。このとき、各色の発光素子２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂのサイズは略同じであり、パッケージＬＥＤ２１内の赤色発光素子２１Ｒの発光面積、緑色発光素子２１Ｇの発光面積及び青色発光素子２１Ｂの発光面積の比が、略４：１：１となるようにしている。また、パッケージＬＥＤ２１内に設けられた４個の赤色発光素子２１Ｒは２つずつ直列にボンディングワイヤを介して接続されている。このように、赤色発光素子２１Ｒを２つずつ直列に接続することにより、直列接続された赤色発光素子２１Ｒの順方向電圧（約２．０Ｖ×２）を緑色発光素子２１Ｇの順方向電圧（約３．５Ｖ）及び青色発光素子の順方向電圧（約３．５Ｖ）に可及的に近づけることができ、ＬＥＤ回路を共通化することができると共に、配線を容易にすることができ、さらに電圧ロスを低減することができる。電圧ロスを低減することにより、ロス分の無駄な電圧がＬＥＤ２１において熱に変換されてしまい、結果的にＬＥＤ２１の寿命を縮めてしまうという問題を解決することができる。

このようなパッケージＬＥＤ２１を用いたＬＥＤ基板２において、緑色発光素子２１Ｇ及び青色発光素子２１Ｂの回路構成は、例えば、図７に示すように、ＬＥＤ基板２の長手方向に沿って設けられたパッケージＬＥＤ２１の個数分（Ｎ列）直列接続したＬＥＤ列をＬＥＤ基板２の短手方向に沿って設けられたパッケージＬＥＤ２１の個数分（Ｍ行）並列接続することにより構成されている。

また、赤色発光素子２１Ｒの回路構成は、例えば、図８に示すように、ＬＥＤ基板２の長手方向に沿って設けられたパッケージＬＥＤ２１の個数の２倍分（２Ｎ列）直列接続したＬＥＤ列をＬＥＤ基板２の短手方向に沿って設けられたパッケージＬＥＤ２１の個数の２倍分（２Ｍ行）並列接続することにより構成されている。

なお、ＬＥＤ基板２には、ＬＥＤ搭載面及び裏面を貫通する第１貫通孔２ａ（図４には不図示）が複数個形成されているが、この第１貫通孔２ａについては後述する。また、ＬＥＤ基板２の長手方向両辺部には、後述する固定具５によって固定するための固定用孔２ｂが複数個形成されている。

レンズ基板３は、図９に示すように、ＬＥＤ基板２のＬＥＤ搭載面前方に設けられ、ＬＥＤ２１からの光を集光して棚部１０２上の植物に導く複数のレンズ部３１を有するものである。具体的にレンズ基板３は、平面視において概略矩形形状をなすものであり、保持部材４に固定された状態において、ＬＥＤ基板２の各ＬＥＤ２１に対応して、複数のレンズ部３１が形成されている。このとき、ＬＥＤ２１の光軸とレンズ部３１の光軸とが略一致するようにしている。また、レンズ基板３の光入射面（裏面）はＬＥＤ２１の光射出面（上面）と接触して設けられ、ＬＥＤ２１から射出される光の略全てをレンズ部３１によって集光できるようにしている。なお、レンズ基板３の光入射面（裏面）とＬＥＤ２１の光射出面（上面）との間に機械的遊び（例えば０．２ｍｍ程度の隙間）を設けることにより、各部品の製作誤差や組み立て誤差を吸収可能にし、容易に量産できるようにしても良い。

なお、レンズ基板３には、光入射面（裏面）及び光射出面（表面）を貫通する第２貫通孔３ａが複数個形成されているが、この第２貫通孔３ａについては後述する。また、レンズ基板３の短手方向両辺部には、後述する固定具５によって固定するための固定用孔３ｂが複数個形成されている。なお、図９においては、固定用孔３ｂは、短手方向両辺部に設けられているが、これに限定されず、例えば長手方向略中央部に設けても良い。具体的には、固定用孔３ｂを長手方向略中央部の両辺部に設けても良い。これにより、長尺状のレンズ基板３を用いた場合に、長手方向の中央部が撓むことを防止することができ、レンズ基板３が長手方向の中央部で撓むことによるレンズ性能の低下を好適に防止することができる。

また、レンズ基板３のサイズは、図１０に示すように、１つのＬＥＤ基板２において、保持部材４に固定される両辺部に直交するように複数に等分割したサイズと略同一である。なお、図１０においては、理解を簡単にするため、レンズ基板３のサイズを若干小さく示している。

保持部材４は、図２及び図３に示すように、複数のＬＥＤ基板２及び複数のレンズ基板３が固定されるものであり、一面が開口する概略箱形状をなす基枠体４１と、当該基枠体４１の長手方向（一方向）の側壁４１１に並行となるように短手方向（他方向）の側壁４１２を等分するように横架された２本の梁枠４２とからなる。これら基枠体４１及び梁枠４２がそれぞれ一対の保持枠となり、これら保持枠に対してＬＥＤ基板２及びレンズ基板３が架け渡されて固定される。

具体的に、少なくとも基枠体４１の長手方向（一方向）の側壁４１１は、図３の部分拡大図に示すように、断面Ｌ字形状をなす。そして、側壁４１１の折れ曲がり部４１１１にＬＥＤ基板２及びレンズ基板３が固定される。なお、図２及び図３に固定具５は図示しない。

梁枠４２は、特に図３に示すように、断面概略コの字形状をなす長尺状のものであり、その底部４２１が基枠体４１の開口外側となるように基枠体４１の短手方向の両側壁４１２に固定される。そして、梁枠４２の底部４２１にＬＥＤ基板２及びレンズ基板３が固定される。

なお、保持部材４、具体的には側壁４１１の折れ曲がり部４１１１及び梁枠４２の底部４２１には、ＬＥＤ基板２の固定用孔２ｂに対応して固定用孔４ａが形成されている。

また、基枠体４１の長手方向両端部は、棚部１０２の取り付け部１０６（レール）にスライド可能とするためにＬＥＤ基板２及びレンズ基板３が取り付けられない部分であるスライド部４１３が形成されている（図２参照）。

このような保持部材４において、基枠体４１の側壁４１１の一方及び当該側壁４１１に隣接する梁枠４２にＬＥＤ基板２及びレンズ基板３が架け渡されて固定される。また、２つの梁枠４２間にＬＥＤ基板２及びレンズ基板３が架け渡されて固定される。さらに、基枠体４１の側壁４１１の他方及び当該側壁４１１に隣接する梁枠４２にＬＥＤ基板２及びレンズ基板３が架け渡されて固定される。このとき、ＬＥＤ基板２の両辺部及びレンズ基板３の両辺部が、基枠体４１及び梁枠４２に固定具５によって外側から取り付けられる。

保持部材４が棚部１０２の取り付け部１０６に取り付けられた状態において、保持部材４は、略水平方向に沿って設けられることになり、ＬＥＤ基板２及びレンズ基板３が保持部材４に鉛直下側から固定具５によって固定されることになる。なお、ＬＥＤ基板２及びレンズ基板３を保持部材４に固定するための固定具５については後述する。

保持部材４において基枠体４１の底部４１４には、電源ユニット（不図示）が取付られており、また、当該電源ユニットから各ＬＥＤ基板に延びるケーブル群は、梁枠４２内に収容されている。

＜３．取り付け及び取り外しについて＞
次に、固定具５、保持部材４へのＬＥＤ基板２及びレンズ基板３の取り付け方法及び取り外し方法について説明する。

固定具５は、保持部材４（側壁４１１の折れ曲がり部４１１１又は梁枠４２の底部４２１）に形成された固定用孔４ａと、ＬＥＤ基板２に形成された固定用孔２ｂと、レンズ基板３に形成された固定用孔３ｂとに挿入されて、それらを一体的に同時に固定するものである。

固定具５の具体的な構成は、２動作で取り付け及び取り外し可能なものであり、図１３に示すように、複数の係止爪５１１が放射状に形成された概略筒形状をなす係止部５１と、当該係止部５１の基端に設けられたフランジ部５２と、当該係止部５１の内部に挿入され、係止爪５１１を径方向外側に押し広げる挿入部５３と、を有するものである。

そして、挿入部５３を係止部５１内に挿入していない状態（抜取位置）では、係止爪５１１が径方向外側に広がらずに窄まっており、係止爪５１１が固定用孔４ａの開口縁には係止しない。一方で、挿入部５３を係止部５１内に挿入した状態（挿入位置）では、係止爪が径方向外側に広がって固定用孔４ａの開口縁に係止して、当該係止爪５１１とフランジ部５２によって保持部材４にＬＥＤ基板２及びレンズ基板３が固定される。

つまり、保持部材４にＬＥＤ基板２及びレンズ基板３を固定する際には、まず、保持部材４の固定用孔４ａ、ＬＥＤ基板２の固定用孔２ｂ及びレンズ基板３の固定用孔３ｂを連通させた（重ね合わせた）後、係止部５１をそれら固定用孔２ｂ、３ｂ、４ａに挿入する。その後、挿入部５３を係止部５１に押し込むことによって、係止爪５１１が広がって反挿入側の固定用孔４ａの開口縁に係止して、係止爪５１１及びフランジ部５２により、保持部材４、ＬＥＤ基板２及びレンズ基板３が一体的に固定される。このように、固定具５を固定用孔２ｂ、３ｂ、４ａに挿入する挿入工程と、当該挿入工程後に挿入部５３を押し込み係止爪５１１を広げる押込工程との２工程より保持部材４にＬＥＤ基板２及びレンズ基板３を固定することができる。

次に、ＬＥＤ基板２及びレンズ基板３の取付態様について説明する。

前述した通り、ＬＥＤ基板２には長手方向両辺部（左右）にそれぞれ３個ずつ固定用孔２ｂが形成されている。また、レンズ基板３には、短手方向両辺部（左右）にそれぞれ１個ずつ固定用孔３ｂが形成されている。

そして、レンズ基板３の固定用孔３ｂは、ＬＥＤ基板２に形成された左右３個ずつの固定用孔２ｂのうち、左右１対の固定用孔２ｂに対応する。つまり、図１０に示すように、１枚のＬＥＤ基板２には３枚のレンズ基板３が固定されることになる。レンズ基板３は、ＬＥＤ基板２を３等分したサイズであるから、ＬＥＤ基板２の固定用孔２ｂとレンズ基板３の固定用孔３ｂとを連通した状態において、ＬＥＤ基板２及びレンズ基板３は平面視において略同一形状をなす。なお、ＬＥＤ基板２に設けられる固定用孔２ｂの個数は、左右３個ずつに限られず、適宜設定可能である。またそれに対応して、レンズ基板３に設けられる固定用孔３ｂの個数も設定される。

このように本実施形態の植物育成装置１００は、ＬＥＤ基板２及びレンズ基板３を固定具５によって同時に固定可能にし、さらに、レンズ基板３のみを別個に取り外し可能に構成している。言い換えると、ＬＥＤ基板２を保持部材４に着脱可能に固定する固定具５と、レンズ基板３を保持部材４に着脱可能に固定する固定具５とを共通にしている。つまり、ＬＥＤ基板２及びレンズ基板３が、固定具５によって保持部材４にまとめて同時に固定されるとともに、１つのＬＥＤ基板２を固定するための複数の固定具５が、異なるレンズ基板３を固定するようにしている。

具体的には、図１１に示すように、ＬＥＤ基板２を保持部材４に固定する６個の固定具５のうち２個ずつがそれぞれ異なるレンズ基板３を固定する。このように構成しているので、図１２に示すように、ＬＥＤ基板２を取り外す必要なく、一部のレンズ基板３のみを取り外すことができ、レンズ基板３が植物に接触する等して汚れた場合等のメンテナンス作業を極めて簡単にすることができる。また、レンズ基板３のみを交換する場合には、光源ユニット１０３は棚部１０２に取り付けられた状態で行うことが考えられるが、固定具５が２動作によって取り付け又は取り外しでき、このようなことを勘案しても極めて簡単である。なお、図１２において固定具５は図示しない。

＜４．位置決め機構６について＞
しかして本実施形態の植物育成装置１００は、特に図１３に示すように、ＬＥＤ基板２及びレンズ基板３を保持部材４に固定する際に、ＬＥＤ基板２及びレンズ基板３の位置決めを位置決め機構６を備える。

位置決め機構６は、ＬＥＤ基板２及びレンズ基板３の固定時において、ＬＥＤ基板２及びレンズ基板３の面方向に沿った相対位置及びＬＥＤ基板２及びレンズ基板３の相対距離の位置決めを行うものであり、ＬＥＤ基板２又はレンズ基板３の一方に設けられた凹部６１と、他方に設けられた凸部６２とからなる。本実施形態では、ＬＥＤ基板２に凹部６１を設け、レンズ基板３に凸部６２を設けている。

そして、レンズ基板３に設けた凸部６２は、レンズ基板３の光入射面（裏面）に形成され、ＬＥＤ基板２の凹部６１よりも断面積が大きい大径部６２１と、当該大径部６２１の頂面に形成され、凸部６２に嵌合する小径部６２２とからなる。また、大径部６２１は、ＬＥＤ基板２とレンズ基板３の距離を規定するものであり、その高さは、ＬＥＤ２１の上面がレンズ基板３の光入射面（裏面）にほぼ接するように構成している。

これにより、ＬＥＤ基板２にレンズ基板３を取り付ける際に、ＬＥＤ基板２の固定用孔２ｂとレンズ基板３の固定用孔３ｂとが連通するように、ＬＥＤ基板２に対してレンズ基板３が位置決めされて、保持部材４への固定作業が容易になる。

＜５．冷却循環機構７について＞
さらに本実施形態の植物育成装置１００は、パッケージＬＥＤ２１を冷却するとともに、植物間の空気を循環させるための冷却循環機構７を備えている。

冷却循環機構７は、図１４に示すように、ＬＥＤ基板２のＬＥＤ搭載面及び裏面を貫通する複数の第１貫通孔２ａと、レンズ基板３の光入射面及び光射出面を貫通する複数の第２貫通孔３ａと、ＬＥＤ基板２の裏面側に形成された空間から空気を吸い込み、冷却して植物育成室Ｒ内に吹き出す吸込・吹出機構（不図示）と、を備えている。

そして、ＬＥＤ基板２に形成された複数の第１貫通孔２ａの少なくとも一部が、レンズ基板３に形成された複数の第２貫通孔３ａに対して、平面視において重ならない位置に設けられている。つまり、レンズ基板３の光射出面からの平面視において、第２貫通孔３ａ内に全ての第１貫通孔２ａが含まれず、その一部のみが目視できるように構成している。

また、第１貫通孔２ａの開口面積は、第２貫通孔３ａの開口面積よりも小さく形成されており、第１貫通孔２ａの流路抵抗が第２貫通孔３ａの流路抵抗よりも大きく設定されている。本実施形態では、第１貫通孔２ａ及び第２貫通孔３ａはともに円形状をなすものであり、第１貫通孔２ａの開口径が、第２貫通孔３ａの開口径よりも小さく設定されている。また、複数の第１貫通孔２ａは同一形状をなし、複数の第２貫通孔３ａも同一形状をなす。

また、１つの光源ユニット１０３において、第１貫通孔２ａは、第２貫通孔３ａよりも多く形成されている。また、ＬＥＤ基板２における第１貫通孔２ａの形成密度は、ＬＥＤ基板２全域において略均一となるようにし、さらに、第２貫通孔３ａ毎に対応する第１貫通孔２ａの個数が略同一となるようにしている。

ＬＥＤ基板２の裏面側に形成された空間とは、本実施形態では基枠体４１の内部空間Ｓ１であり、基枠体４１の所定位置に空気孔４１Ｈが形成されている。この空気孔４１Ｈは、棚部１０２に取り付けた状態において、棚部１０２又は棚支柱１０１に設けられた吸引口（不図示）と連通する。

吸込・吹出機構は、前記吸引口に連通する循環経路と、当該循環経路上に設けられ、循環経路内に空気を流通させる循環ポンプと、循環経路上に設けられ、空気を冷却する冷却部と、を備えている。冷却部としては、自然冷却するものであっても良いし、強制的に一定温度に冷却するものであっても良い。

このような構成において、光源ユニット１０３を棚部１０２に取り付けると、基枠体４１の空気孔４１Ｈと吸引口とが連通する。そして、循環ポンプにより空気を吸引すると、空気孔４１ＨからＬＥＤ基板２裏面側の空間Ｓ１から空気が吸い込まれて、循環経路を流れるとともに冷却部により冷却されて再び植物育成室内２００に吹き出される。

また、基枠体４１内部の空間Ｓ１から空気が吸い込まれると、第２貫通孔３ａからレンズ基板３前方（つまり植物育成室Ｒ内）の空気が吸い込まれて、ＬＥＤ基板２のＬＥＤ搭載面に沿って流れ、ＬＥＤ２１を冷却した後、第１貫通孔２ａを通ってＬＥＤ裏面側の基枠体４１内部に吸い込まれる。このとき、第１貫通孔２ａの開口径を第２貫通孔３ａの開口径よりも小さく設定し、さらに、第１貫通孔２ａの数を第２貫通孔３ａの数よりも多くしているので、第２貫通孔３ａから吸い込まれた空気がＬＥＤ搭載面上で複数の流路に分岐して流れるので、ＬＥＤ２１を万遍無く冷却することができる。さらに、ＬＥＤ基板２における第１貫通孔２ａの形成密度をＬＥＤ基板２全域において略均一にし、第２貫通孔３ａ毎に対応する第１貫通孔２ａの個数を略同一としているので、全ＬＥＤ２１を均等に冷却することができる。

＜６．本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る植物育成装置１００によれば、吸込・吹出機構が、ＬＥＤ基板２の裏面側から空気を吸い込むことによって、第２貫通孔３ａからレンズ基板３前方の空気が吸い込まれて、ＬＥＤ基板２のＬＥＤ搭載面に沿って流れ、ＬＥＤ２１を冷却した後、第１貫通孔２ａを通ってＬＥＤ基板２の裏面側に吸い込まれる。このとき、第１貫通孔２ａの開口径を第２貫通孔３ａの開口径よりも小さく設定し、さらに、第１貫通孔２ａの数を第２貫通孔３ａの数よりも多くしているので、第２貫通孔３ａから吸い込まれた空気がＬＥＤ搭載面上で複数の流路に分岐して流れるので、ＬＥＤ２１の周囲を流れることになり、ＬＥＤ２１を効率よく冷却することができる。したがって、ＬＥＤ２１の熱劣化を防ぐと共に、ＬＥＤ２１の発熱による植物への熱影響を可及的に低減し、さらに良好な通気性を確保して、植物に好適な生育環境を与えることができる。

＜７．その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態のパッケージＬＥＤ２１は、赤色発光素子２１Ｒ、緑色発光素子２１Ｇ及び青色発光素子２１Ｂを用いたものであったが、その他、植物の光合成に寄与する赤色発光素子２１Ｒ及び青色発光素子２１Ｇを封止したものであっても良い。この場合、図１４に示すように、赤色発光素子２１Ｒの数及び青色発光素子２１Ｇの数の比を、６：１となるようにし、パッケージＬＥＤ２１から射出される光において、赤色光の強度及び青色光の強度の比を略６：１にすることにより、植物育成の適した光を照射することができる。このとき、パッケージＬＥＤ２１を用いたＬＥＤ基板２において、青色発光素子２１Ｂの回路構成は、図７と同様であるが、赤色発光素子２１Ｒの回路構成は、２Ｎ列直列接続したＬＥＤ列を３Ｍ行並列接続することにより構成している。これは、２Ｍ行３Ｎ列の回路を構成すると、直列数が増えて電圧が変わるためである。

なお、上記の場合でも緑色発光素子を用いることが考えられる。緑色発光素子を用いることにより、光合成には寄与しないものの、植物が色鮮やかにすることができる。したがって、消費者のニーズに応え、購買意欲を掻き立てる色鮮やかな植物を育成することができる。

また、固定具の構成は、前記実施形態に限られず、固定用孔を介して固定するものの他に、保持部材、ＬＥＤ基板及びレンズ基板に固定用孔を設けることなく、それらの端部を挟み込むことによって固定するクリップ型の固定具を用いても良い。

さらに、第１貫通孔及び第２貫通孔の形状は円形状に限られず、その他の長孔形状、楕円形状、多角形形状をなすものであっても良い。また、第１貫通孔及び第２貫通孔の形状は、植物育成装置に用いるＬＥＤ及びＬＥＤ基板の形状及び大きさにより、平面視において重ならず、開口面積が「第１貫通孔＜第２貫通孔」で、貫通孔の個数が「第１貫通孔＞第２貫通孔」となる範囲において異なる形状にして流路抵抗に変化をくわえるようにしても良い。第１貫通孔に関して言うと、例えば図１６に示すように、第１貫通孔の開口方向をＬＥＤ基板２の垂直方向に対して傾斜させるようにして設けても良いし（図１６中（Ａ）参照）、第１貫通孔内部において流路が窄まる形状としても良いし（図１６中（Ｂ）参照）、又はＬＥＤ基板の厚みをレンズ基板の厚みよりも小さくして、第１貫通孔の流路長さを第２貫通孔の流路長さよりも長くして、流路抵抗を大きくするようにしても良い（図１６中（Ｃ）参照）。

その上、前記実施形態では、部品共通化の観点から、レンズ基板のサイズをＬＥＤ基板を等分割したサイズにしているがこれに限定されず、サイズの異なる複数種類のレンズ基板を用いても良い。また、光源ユニットは、複数のＬＥＤ基板及び複数のレンズ基板により構成するものの他、１枚のＬＥＤ基板及び１枚のレンズ基板により構成しても良い。

加えて、図１７に示すように、第１貫通孔及び第２貫通孔を面に沿った方向（例えば長手方向に沿った方向）においてそれぞれ反対側（両端部）に設けても良い。このとき、第２貫通孔を通った空気はＬＥＤ搭載面の一端部から導入され、そのＬＥＤ搭載面を例えば長手方向に沿って流れ、他端部に設けられた第１貫通孔からＬＥＤ基板の裏面側に吸い込まれる。これによっても、吸い込まれた空気はＬＥＤの周囲を流れＬＥＤを冷却することができる。

また、前記実施形態の植物育成装置１００では、吸込機構が、ＬＥＤ基板２の裏面側から空気を吸い込むことによって、第２貫通孔３ａからレンズ基板３前方の空気が吸い込むように構成しているが、これに限定されず、第２貫通孔３ａを介してレンズ基板３の光導入面側から光射出面側に空気を吸い込むようにしても良い。このとき図１８に示すように、植物育成装置１００を、複数のＬＥＤを搭載したフレキシブルＬＥＤ基板２を略円錐状に形成して、栽培用パレットを略全天から覆うように構成すると共に、当該フレキシブルＬＥＤ基板２の内側に略円錐状のレンズ基板３を設けている。そして、フレキシブルＬＥＤ基板２の基端部に第１貫通孔２ａを例えば等間隔に複数設けるとともに、レンズ基板３の頂部に第２貫通孔３ａを設けている。第２貫通孔３ａには、吸込機構の吸込ホース（不図示）等が接続されており、第２貫通孔３ａから空気を吸い込むことにより、第１貫通孔２ａを介して外部から空気が吸い込まれ、ＬＥＤ搭載面に沿って空気が流れて、ＬＥＤが冷却される。このとき、第２貫通孔３ａが略円錐状をなすレンズ基板３の頂部に設けられているので、ＬＥＤにより熱せられた空気が上方に移動することと相まってＬＥＤを効率よく冷却することができる。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

本発明により、ＬＥＤを効率よく冷却してＬＥＤの熱劣化を防ぐと共に、ＬＥＤの発熱による植物への熱影響を可及的に低減し、さらに良好な通気性を確保して、植物に好適な生育環境を与えることが可能な植物生育装置を提供することができる。

Claims (7)

1. 植物に生育用の光を照射する複数のＬＥＤが搭載されたＬＥＤ基板と、
   前記ＬＥＤからの光を集光して前記植物に導く複数のレンズ部を有するレンズ基板と、
   前記ＬＥＤ基板のＬＥＤ搭載面の裏面側に形成された空間から空気を吸い込む吸込機構と、を備え、
   前記ＬＥＤ基板が、ＬＥＤ搭載面及び裏面を連通する第１貫通孔を有し、
   前記レンズ基板が、光導入面及び光射出面を連通する第２貫通孔を有し、
   前記第１貫通孔及び第２貫通孔が、平面視において重ならない位置に設けられ、前記第１貫通孔及び第２貫通孔間の流路上に１又は複数のＬＥＤが配置されていることを特徴とする植物育成装置。
2. 植物に生育用の光を照射する複数のＬＥＤが搭載されたＬＥＤ基板と、
   前記ＬＥＤからの光を集光して前記植物に導く複数のレンズ部を有するレンズ基板と、
   前記ＬＥＤ基板のＬＥＤ搭載面の裏面側に形成された空間から空気を吸い込む吸込機構と、を備え、
   前記ＬＥＤ基板が、ＬＥＤ搭載面及び裏面を連通する複数の第１貫通孔を有し、
   前記レンズ基板が、光導入面及び光射出面を連通する複数の第２貫通孔を有し、
   少なくとも一部の第１貫通孔が、前記第２貫通孔に対して、平面視において重ならない位置に設けられていることを特徴とする植物育成装置。
3. 植物に生育用の光を照射する複数のＬＥＤが搭載されたＬＥＤ基板と、
   前記ＬＥＤからの光を集光して前記植物に導く複数のレンズ部を有するレンズ基板と、
   前記ＬＥＤ基板が、ＬＥＤ搭載面及び裏面を連通する複数の第１貫通孔を有し、
   前記レンズ基板が、光導入面及び光射出面を連通する１又は複数の第２貫通孔を有し、
   前記第１貫通孔を介して前記ＬＥＤ搭載面側から裏面側に空気を吸い込み、又は、前記第２貫通孔を介して前記レンズ基板の光導入面側から光射出面側に空気を吸い込む吸込機構をさらに備え、
   前記第１貫通孔の流路抵抗が、前記第２貫通孔の流路抵抗よりも大きく、前記第１貫通孔が前記第２貫通孔よりも多く設けられていることを特徴とする植物育成装置。
4. 前記吸込機構が、前記ＬＥＤ基板のＬＥＤ搭載面の裏面側に形成された空間から空気を吸い込むものである請求項３記載の植物育成装置。
5. 前記第１貫通孔の開口面積が、前記第２貫通孔の開口面積よりも小さい請求項３記載の植物育成装置。
6. 前記第１貫通孔の形成密度が、前記ＬＥＤ基板全域において略均一である請求項３記載の植物育成装置。
7. 前記第２貫通孔毎に対応する第１貫通孔の個数が略同一である請求項３記載の植物育成装置。

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