特開 2022-33033 植物栽培装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022033033

(43)【公開日】2022-02-25

(54)【発明の名称】植物栽培装置

(51)【国際特許分類】

   A01G 7/00 20060101AFI20220217BHJP

   A01G 31/00 20180101ALI20220217BHJP

【ＦＩ】

A01G7/00 601A

A01G31/00 612

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021131341

(22)【出願日】2021-08-11

(31)【優先権主張番号】P 2020136012

(32)【優先日】2020-08-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】501486741

【氏名又は名称】株式会社森久エンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】100088580

【弁理士】

【氏名又は名称】秋山 敦

(74)【代理人】

【識別番号】100195453

【弁理士】

【氏名又は名称】福士 智恵子

(74)【代理人】

【識別番号】100205501

【弁理士】

【氏名又は名称】角渕 由英

(72)【発明者】

【氏名】森 一生

【テーマコード（参考）】

2B022

2B314

【Ｆターム（参考）】

2B022AA03

2B022DA03

2B022DA05

2B314MA38

2B314NC24

2B314NC38

2B314PB02

2B314PD59

(57)【要約】

【課題】照度ムラの発生を抑制する照明機器を備えた植物栽培装置を提供する。
【解決手段】植物栽培装置１は、照明機器１０を備えた植物栽培装置であって、照明機器は、ＬＥＤ光源１３と、ＬＥＤ光源が実装されるＬＥＤ基板１２と、ＬＥＤ光源と前記ＬＥＤ基板とを覆う笠１４と、を備え、笠はＬＥＤ光源を通る縦断面において、ＬＥＤ光源の位置を焦点とする二次曲線を包含する曲面状の反射面１５を有し、ＬＥＤ光源は、照射方向を笠の反射面に向けて配置される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

照明機器を備えた植物栽培装置であって、
前記照明機器は、
ＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源が実装されるＬＥＤ基板と、
前記ＬＥＤ光源と前記ＬＥＤ基板とを覆う笠と、を備え、
前記笠は、前記ＬＥＤ光源を通る縦断面において、前記ＬＥＤ光源の位置を焦点とする二次曲線を包含する曲面状の反射面を有し、
前記ＬＥＤ光源は、照射方向を前記笠の反射面に向けて配置されることを特徴とする植物栽培装置。

【請求項2】

前記ＬＥＤ基板は細長に形成されており、
前記ＬＥＤ光源は複数個、前記ＬＥＤ基板に沿って直線状に並べて配置され、
前記笠は、複数の前記ＬＥＤ光源が並ぶ方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。

【請求項3】

前記複数のＬＥＤ光源は、前記ＬＥＤ基板に２列に配置されており、
前記笠の前記反射面は、第一領域と第二領域とを有し、前記第一領域と前記第二領域とは、前記反射面の中心線に対して線対称となる位置に配置され、
第一列に配置された前記複数のＬＥＤ光源は、照射方向を前記第一領域に向けて配置され、第二列に配置された前記複数のＬＥＤ光源は、照射方向を前記第二領域に向けて配置されることを特徴する請求項２に記載の植物栽培装置。

【請求項4】

前記複数のＬＥＤ光源は、前記ＬＥＤ基板に３列に配置されており、
前記笠の前記反射面は、第一領域、第二領域及び第三領域を有し、前記第一領域と前記第二領域とは、前記反射面の中心線に対して線対称となる位置に配置され、前記第三領域は、前記第一領域と前記第二領域との間に位置しており、
第一列に配置された前記複数のＬＥＤ光源は、照射方向を前記第一領域に向けて配置され、第二列にある前記複数のＬＥＤ光源は、照射方向を前記第二領域に向けて配置され、第三列にある前記複数のＬＥＤ光源は、照射方向を前記第三領域に向けて配置されることを特徴する請求項２に記載の植物栽培装置。

【請求項5】

前記複数のＬＥＤ光源は、前記ＬＥＤ基板に１列に配置されており、
前記ＬＥＤ基板は、前記縦断面において前記ＬＥＤ光源の照射方向が鉛直方向から所定角度傾斜するように配置されることを特徴とする請求項２に記載の植物栽培装置。

【請求項6】

前記ＬＥＤ光源が実装される前記ＬＥＤ基板は、前記縦断面に対して垂直で前記ＬＥＤ基板を通る軸線を中心に回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の植物栽培装置。

【請求項7】

前記ＬＥＤ基板を囲い、前記ＬＥＤ基板と共に前記軸線を中心に回転する筐体を備えることを特徴とする請求項６に記載の植物栽培装置。

【請求項8】

空調機器を備え、
該空調機器は、前記ＬＥＤ基板の下方に配置された空調ダクトを有し、
該空調ダクトにおいて、前記反射面に向けて空気が吹出す吹出口が、前記笠の前記反射面側に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の植物栽培装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、植物工場で使用される植物栽培装置に係り、特に、ＬＥＤ光源を用いた照明機器を備える植物栽培装置に関する。

【背景技術】

【0002】

植物工場等の施設を用いた栽培では、照明機器を用いた植物栽培装置が利用されている。植物栽培装置は、例えば蛍光管等の人工光だけで植物を育成する装置、若しくは、日中の日照不足を人工光により補うか意識的に日照時間を延ばすことにより植物の育成を制御する装置である。従来の植物栽培装置に取り付けられた照明機器の多くでは蛍光管が使用され、蛍光管の上部に笠を被せて植物栽培装置の棚や柱に取り付けられていた（例えば、特許文献１参照）。また、近年では、照明機器の光源として蛍光管からＬＥＤ光源へ移行している。

【0003】

蛍光管は全方位に光を放射することから、従来の植物栽培装置では、蛍光管の上方に笠を配置し放射された光を下方に向けて反射することにより栽培する植物に対して光を当てていた。一方、ＬＥＤ光源を照明として利用する場合、ＬＥＤ光源は放射する光に指向性があることから、図７（ａ）に示す植物栽培装置１０１ａのように、ＬＥＤ光源１１３ａを、その放射方向が栽培水槽１３０の植物１３３ａに向くように配置している。

【0004】

しかしながら、ＬＥＤ光源１１３ａは、所定の照射角（指向角とも呼ばれる）で一定の範囲のみに光を当てる構造となっている。そのため、ＬＥＤ光源１１３ａの照射角Ｒａが約６０度である場合、図７（ａ）に示すように栽培水槽１３０のパネル面付近では照度にムラが発生していた。すなわち、隣り合うＬＥＤ光源１１３ａからの照射範囲が重なる部分と重ならない部分があり、照度が高い部分と低い部分とができる。そのため、高さが低い苗木（植物１３３ａ）の場合、当たる光にムラが発生しその成長に差が出るという課題があった。

【0005】

この課題を解消するため、図７（ｂ）に示す植物栽培装置１０１ｂのように、照射角Ｒｂが約１２０度であるＬＥＤ光源１１３ｂを用いると、栽培水槽１３０のパネル付近では照度ムラが抑制される。しかしながら、ＬＥＤ光源１１３ｂの付近で照度ムラが発生し、高さが高い収穫期の植物１３３ｂでは、その上の部分において受ける光にムラが発生して成長に差がでるという課題があった。

【0006】

このような課題を解決するものとして、二つの対策案が考えられる。一つ目の対策案は、ＬＥＤ光源１１３ｂの数を増やして、照度ムラを無くすことである。二つ目の対策案は、ＬＥＤ光源１１３を設置する位置をさらに高くして、収穫期における植物１３３ｂの最上部でも照度ムラが生じないように調整することである。

【0007】

一つ目の対策案では、ＬＥＤ光源１１３ｂの数量が増えることにより、消費電力が増大すると共に、発熱量も増加する。それに伴い、発生した熱量を除去するための空調負荷も大きくなる。植物を栽培する植物工場においては、照明設備及び空調設備の両方にかかわる使用電力が増加することから、一つ目の対策案では、植物の栽培コストが上昇するという課題があった。

【0008】

二つ目の対策案では、ＬＥＤ光源１１３ｂの数を一定にしたままで設置する高さを高くすることで、照度ムラを容易に平準化できるという利点はある。しかしながら、ＬＥＤ光源１１３ｂを設置する高さを高くすることにより、照度が下がるため、植物の生育が遅くなったり品質が下がったりするという課題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１２－１８２９９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、照度ムラの発生が抑制される照明機器を備えた植物栽培装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題は、本発明の植物栽培装置によれば、照明機器を備えた植物栽培装置であって、前記照明機器は、ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源が実装されるＬＥＤ基板と、前記ＬＥＤ光源と前記ＬＥＤ基板とを覆う笠と、を備え、前記笠は、前記ＬＥＤ光源を通る縦断面において、前記ＬＥＤ光源の位置を焦点とする二次曲線を包含する曲面状の反射面を有し、前記ＬＥＤ光源は、照射方向を前記笠の反射面に向けて配置されることにより解決される。

【0012】

上記のように構成された本発明の植物栽培装置では、ＬＥＤ光源の光が、笠の二次曲線を包含する曲面状の反射面に向けて放射される。ＬＥＤ光源は直接植物に対して向けられていない。そのため、笠の反射面から植物に向けて、光が平行光線として放射される。植物を栽培する空間（以下、植物育成空間と呼ぶ場合がある）において照度ムラの発生が抑制され、苗の時期から植物の収穫期まで成長にムラがなくなり、効率的な照明をすることが可能になる。

【0013】

また、上記の栽培装置において好適な構成を述べると、前記ＬＥＤ基板は細長に形成されており、前記ＬＥＤ光源は複数個、前記ＬＥＤ基板に沿って直線状に並べて配置され、前記笠は、複数の前記ＬＥＤ光源が並ぶ方向に沿って延びているとよい。
ＬＥＤ光源を直線状に並べて配置することで、細長く形成された栽培水槽対して光を照射することができ効率的な照明をすることが可能になる。

【0014】

また、上記の植物栽培装置に関して好適な構成を述べると、前記複数のＬＥＤ光源は、前記ＬＥＤ基板に２列に配置されており、前記笠の前記反射面は、第一領域と第二領域とを有し、前記第一領域と前記第二領域とは、前記反射面の中心線に対して線対称となる位置に配置され、第一列に配置された前記複数のＬＥＤ光源は、照射方向を前記第一領域に向けて配置され、第二列に配置された前記複数のＬＥＤ光源は、照射方向を前記第二領域に向けて配置されるとよい。

【0015】

また、上記の植物栽培装置に関して好適な構成を述べると、前記複数のＬＥＤ光源は、前記ＬＥＤ基板に三列に配置されており、前記笠の前記反射面は、第一領域、第二領域及び第三領域を有し、前記第一領域と前記第二領域とは、前記反射面の中心線に対して線対称となる位置に配置され、前記第三領域は、前記第一領域と前記第二領域との間に位置しており、第一列に配置された前記複数のＬＥＤ光源は、照射方向を前記第一領域に向けて配置され、第二列にある前記複数のＬＥＤ光源は、照射方向を前記第二領域に向けて配置され、第三列にある前記複数のＬＥＤ光源は、照射方向を前記第三領域に向けて配置されるとよい。

【0016】

ＬＥＤ光源は、所定の照射角で照射することから、笠の反射面全体に照射するためには、複数のＬＥＤ光源を用いるとよい。例えば約９０度の照射角を有するＬＥＤ光源をＬＥＤ基板に配置し、それぞれが反射面の別々の領域に向くよう配置することで、１列にＬＥＤ光源を配置した場合と比較してより幅の広い平行光線を植物に向けて放射することが可能となる。
また、例えば約６０度の照射角を有するＬＥＤ光源を用いる場合、ＬＥＤ基板にＬＥＤ光源を３列に配置し、それぞれが反射面の別々の領域に向くよう配置することで、より照度の高い平行光線を植物に向けて放射することが可能となる。

【0017】

また、上記の植物栽培装置に関して好適な構成を述べると、前記複数のＬＥＤ光源は、前記ＬＥＤ基板に１列に配置されており、前記ＬＥＤ基板は、前記縦断面において前記ＬＥＤ光源の照射方向が鉛直方向から所定角度傾斜するように配置されるとよい。
複数のＬＥＤ光源がＬＥＤ基板に１列に配置されている場合、ＬＥＤ光源の照射方向を上方向に向けて配置すると、照射される光の最も明るい部分が笠の天井面によりまっすぐに反射され、そのままＬＥＤ基板に帰るため影ができる。照射方向を鉛直方向から所定角度傾斜するようにＬＥＤ基板を配置することで、最も明るい部分の光の反射光がＬＥＤ基板を避けて植物に届くようになる。

【0018】

また、上記の植物栽培装置に関して好適な構成を述べると、前記ＬＥＤ光源が実装される前記ＬＥＤ基板は、前記縦断面に対して垂直で前記ＬＥＤ基板を通る軸線を中心に回転可能に取り付けられるとよい。
また、上記の植物栽培装置に関して好適な構成を述べると、前記ＬＥＤ基板を囲い、前記ＬＥＤ基板と共に前記軸線を中心に回転する筐体を備えるとよい。
笠によって反射された光は、ＬＥＤ基板に遮られて影ができる場合がある。影の部分には床面等からの反射光等による散乱光により光が届くものの、部分的に光強度が異なる照度ムラとなって残る場合がある。ＬＥＤ基板とそれを囲う筐体を回転させ、笠の反射面から反射される光を調整することにより、例えばＬＥＤ基板の下側に生じる照度ムラを緩和したり、影となる部分を移動させたりすることができる。すなわち成長度合いによって異なる植物の位置や高さに合わせて適切な照度となるよう光の位置を調整することができる。

【0019】

また、上記の植物栽培装置に関して好適な構成を述べると、空調機器を備え、該空調機器は、前記ＬＥＤ基板の下方に配置された空調ダクトを有し、該空調ダクトにおいて、前記反射面に向けて空気が吹出す吹出口が、前記笠の前記反射面側に形成されているとよい。
反射面側に形成され反射面に向けて空気が吹き出す吹出口を有すことで、多例えば空調機器から送風された冷気が反射板を利用して攪拌されるようになる。直接植物に冷気が当たらないため、植物の成長を阻害することが抑制される。

【発明の効果】

【0020】

本発明の植物栽培装置によれば、照度ムラの発生が抑制される照明機器を備えた植物栽培装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本実施形態の植物栽培装置の斜視図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った植物栽培装置の断面図である。

【図3】照明機器を示す断面図であり、図２の部分Ａを拡大して示す部分拡大図である。

【図4】照明機器の別例を示す断面図である。

【図5】植物栽培装置の別例を示す断面図である。

【図6】植物栽培装置の別例を示す断面図である。

【図7】ＬＥＤ光源を用いた従来の照明機器を備える植物栽培装置の説明図であり、（ａ）はＬＥＤ光源の照射角が約６０度である場合、（ｂ）は照射角が約１２０度である場合を示す。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の一実施形態（以下、本実施形態）に係る植物栽培装置１について、図１～図６を用いてその構成を説明する。以下の実施形態において同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付して示し、理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。

【0023】

また、本実施形態では、図１に示すように、植物栽培装置１において、照明機器１０及び栽培水槽３０が延びる方向（矢印Ｘ方向）を植物栽培装置１の縦方向とし、矢印Ｘ方向に対して横方向に延びる矢印Ｙ方向を幅方向とする。また、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に対して垂直な方向を高さ方向とし、矢印Ｚ方向を上方（上側）、その反対方向を下方（下側）とする。

【0024】

＜＜植物栽培装置＞＞
本実施形態の植物栽培装置１は、植物工場において水耕により植物３３を栽培するための装置であり、栽培水槽３０と、栽培水槽３０に敷設された照明機器１０と、空調機器２０とから構成されている。栽培水槽３０内には、栽培パネル３２が浮遊しており、植物３３の成長に合わせてパネルごと交換するようになっている。照明機器１０は、栽培水槽３０を浮遊する栽培パネル３２及び植物３３を照明するように付設されている。

【0025】

栽培水槽３０は縦方向（図１の矢印Ｘ方向）に延びる細長い水槽で、栽培水槽３０内には、水耕養液３１が満たされている。栽培パネル３２は、交換可能な複数枚のパネルで構成されていて、浮遊移動が可能となっている。
各栽培パネル３２は、複数の苗が一定の間隔（株間ピッチ）で植えられると共に、成長した植物３３を支持する部材である。植物工場では、植物３３の種類又は成長に合わせて様々な株間ピッチで形成された栽培パネル３２が準備されている。栽培パネル３２は水耕養液３１に浮遊するように例えば発泡性の材料を用いて作製されるが、中空樹脂、木材等から作製されてもよい。
なお、栽培パネル３２の表面は高い光反射率を有し、照明機器１０からの光を反射する反射板としても機能しており、植物に対して下方から光を当てている。

【0026】

＜＜照明機器＞＞
次に照明機器１０について説明する。植物工場においては、天候不順による植物３３の育成のばらつきを抑制するために、人工光を有する照明機器１０を用いて植物３３が栽培されている。近年では、人工光として蛍光管の代わりにＬＥＤ光源１３が利用されるようになってきた。照明機器１０は複数の照明ユニット１１から構成され、本実施形態の照明機器１０では、４つの照明ユニット１１が平行に並べて配置されている。照明ユニット１１の数は一例であり、栽培水槽３０の幅にあわせて１つでも、５個以上に設定されてもよい。また、４つの照明ユニット１１は、支持部材３６により一体的に取り付け、取り外しが可能になっている。また、照明機器１０の側部には側壁３４が設けられており、照明機器１０からの光が外に漏れないようになっている。側壁３４には、図１及び図２に示すように、栽培水槽３０との境界部分において、数ｍｍ～数ｃｍの隙間３４ａが形成されている。この隙間３４ａから植物育成空間の冷気を逃がすことが可能となっており、それにより植物育成空間内の温度ムラを抑制することができる。

【0027】

各照明ユニット１１は、直線状に並べて配置された複数のＬＥＤ光源１３と、複数のＬＥＤ光源１３が実装された細長のＬＥＤ基板１２とを有する。また、各照明ユニット１１は、複数のＬＥＤ光源１３及びＬＥＤ基板１２を覆い、複数のＬＥＤ光源１３が並ぶ方向（縦方向、矢印Ｘ方向）に沿って延びる形状を有する笠１４を有する。

【0028】

笠１４は、ＬＥＤ光源１３を含む縦断面、より具体的には複数のＬＥＤ光源１３が直線状に並ぶ方向（縦方向、矢印Ｘ方向）に対して垂直な断面において二次曲線を包含する曲面状の反射面１５を有している。ＬＥＤ光源１３は、笠１４の反射面１５の二次曲線の焦点に位置するよう配置されている。そのため、図２で二点鎖線の矢印で示すようにＬＥＤ光源１３から照射される光は、反射面１５で反射して、平行光線として植物３３に向けて反射される。光が平行光線として植物３３に照射されることから、隣にある照明ユニット１１から照射される光と重なる範囲が少なくなる。そのため、高さが低い苗の時期から、収穫期の植物３３のように高さが高くなるような位置でも照度ムラが抑制され、植物３３の成長のムラも抑制されるようになる。なお、笠１４は、金属製又は高い光反射率を有する樹脂により作製される。

【0029】

笠１４の反射面１５として、笠１４の内面に高反射材を張り付けて、光のロスを減らす構造としてもよい。また、ＬＥＤ光源１３が搭載されるＬＥＤ基板１２の表面に、高反射材を張り付けて、反射面１５により反射された光線を再度反射することで、光のロスを減らしてもよい。高反射材として、例えば、アルミニウム、銀、金、銅、コバルトなどがある。また、高反射材は、高反射樹脂を積層した高反射樹脂積層板であってもよい。高反射樹脂として例えば酸化チタン等の白色顔料を含む樹脂が挙げられる。また、笠１４だけでなく、側壁３４の内面にも高反射材を張り付けてもよい。

【0030】

照明機器１０の各照明ユニット１１において直線状に配置されるＬＥＤ光源１３について、図３を用いてより詳細に説明する。通常、ＬＥＤ光源１３は、蛍光灯や電球等と比べ、光が放射される照射角が狭く、通常その照射角は３０度から９０度の範囲で設計されていて、ＬＥＤ光源１３の正面（中央部分）が明るくなり、外側に広がるに従って暗くなる。そして、照射角が小さいほど、正面と外側の照度の差が大きい。また、以下では、ＬＥＤ光源１３の照射角Ｒの中心を通る方向を照射方向と呼ぶこととする。

【0031】

笠１４の反射面１５を用いて平行光線を放射する場合、広い照射角を有するＬＥＤ光源１３を利用することが望ましいが、広い照射角を有するＬＥＤ光源１３は一般的なものではなく特注になるためコストアップにつながる。そこで、本実施形態では、ＬＥＤ基板１２にＬＥＤ光源１３を複数列で配置し、それぞれの列のＬＥＤ光源１３が放射する面で笠１４の反射面１５を分け、それにより１列で配置された場合と比較してより広い幅の平行光線を提供できるようにしている。

【0032】

具体的には、図３に示すように、２列に並んだ複数のＬＥＤ光源１３をＬＥＤ基板１２に配置している。ＬＥＤ光源１３は、その照射角Ｒ１が約９０度であるものを使用する。反射面１５を中心線Ｃにより第一領域１５ａと、第二領域１５ｂとに分割する。反射面１５の第一領域１５ａと、第二領域１５ｂとは、中心線Ｃに対して線対称となる位置に配置される。２列に並んだ複数のＬＥＤ光源１３のうち、第一列に配置された複数のＬＥＤ光源１３ａは、その照射方向が反射面１５の第一領域１５ａに向けて配置されている。一方、第二列に配置された複数のＬＥＤ光源１３ｂは、その照射方向が反射面１５の第二領域１５ｂに向けて配置されている。換言すれば、ＬＥＤ光源１３ａ及びＬＥＤ光源１３ｂは、照射する範囲が互いに重ならないよう、中心線Ｃに対して傾斜して配置される。このように、複数のＬＥＤ光源１３を配置することで、笠１４の反射面１５を利用して広い範囲に光を放射させることができ、幅の広い平行光線を植物３３に対して放射させることができる。

【0033】

照明機器１０の各照明ユニット１１は、図４に示す照明ユニット１１Ａのように、３列に並んだ複数のＬＥＤ光源１３ＡをＬＥＤ基板１２に配置してもよい。この場合、ＬＥＤ光源１３Ａとして、照射角Ｒ２が約６０度のものを使用する。反射面１５を三つの領域（第一領域１５Ａａ、第二領域１５Ａｂ、第三領域１５Ａｃ）に分割し、第一領域１５Ａａ及び第二領域１５Ａｂを、反射面１５の中心線Ｃに対して互いに線対称となる位置に配置する。第三領域１５Ａｃについては、図４に示すように、第一領域１５Ａａと第二領域１５Ａｂとの間に位置するよう配置する。

【0034】

３列に並んだ複数のＬＥＤ光源１３Ａのうち、第一列に配置された複数のＬＥＤ光源１３Ａａは、その照射方向が反射面１５の第一領域１５Ａａに向けて配置されている。一方、第二列に配置された複数のＬＥＤ光源１３Ａｂは、その照射方向が反射面１５の第二領域１５ｂに向けて配置されている。第一列と第二列のＬＥＤ光源１３Ａａ、１３Ａｂとの間にある第三列のＬＥＤ光源１３Ａｃは、その照射方向が、ＬＥＤ光源１３ｃの上方向にある第三領域１５Ａｃに向けて配置されている。ＬＥＤ光源１３Ａａ～１３Ａｃは照射する範囲が互いに重ならないよう配置される。このように、複数のＬＥＤ光源１３を配置することにより、照射角Ｒ２が約６０度のＬＥＤ光源１３Ａを用いた場合でも、笠１４の反射面１５全域に光を照射させることができ、笠１４の幅で平行光線を植物に対して照射させることができる。また、ＬＥＤ基板１２に配置するＬＥＤ光源１３の列数を増やすことにより明るい光を植物に対して照射することが可能になる。

【0035】

なお、本実施形態では反射面１５を用いて間接的に照明しており、直接植物に対してＬＥＤ光源１３を向けていない。図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、ＬＥＤ光源１１３を直接向けた場合、栽培パネル１３２からの高さによって、照度にムラが発生するため、植物が配置された場所によって成長に差が出てくる場合があるからである。本実施形態の照明機器１０では、笠１４の反射面１５により平行光線を植物に照射することにより、栽培パネル３２からの高さによって照度にムラが発生することを抑制している。

【0036】

なお、反射面１５からの平行光のうち、ＬＥＤ基板１２及び後述する空調機器２０の空調ダクト２１の直上に向かった光は、まっすぐに反射されＬＥＤ基板１２に帰ってくる。そのため、空調ダクト２１の下側に影が生じる場合がある。ＬＥＤ基板１２等の器具の直下以外の栽培パネル３２に反射された光が、再度笠１４の反射面１５に向かい、再度反射されることからやがて散乱光となる。散乱光は空調ダクト２１の下側に生じた影の部分にも届くが、光強度が部分的に異なる照度ムラとなって残る場合がある。
この照度ムラを解消するために、栽培する植物の種類や成長段階により変化する植物の位置や高さに合わせて、ＬＥＤ光源１３の照射方向を調整できるとよい。

【0037】

図５に示す植物栽培装置１Ａの照明機器１０Ａでは、ＬＥＤ基板１２Ａが、ＬＥＤ基板１２Ａの長手方向に延びる軸線１６、換言すれば縦断面に対して垂直でＬＥＤ基板１２Ａを通る軸線１６を中心として回転可能に設けられている。ＬＥＤ基板１２Ａは、時計回りの方向又は反時計回りの方向に回転させることが可能である。

【0038】

ＬＥＤ基板１２Ａを、軸線１６を中心に任意の回転角度θで回転させることにより、ＬＥＤ光源１３の照射方向を変更することができる。植物の位置や高さに応じて、ＬＥＤ光源１３の照射方向を変更することにより、例えばＬＥＤ光源１３の光が側壁３４等からも反射されるようになり、栽培面の照度ムラを緩和したり影となる部分を移動させたりすることできる。

【0039】

なお、植物栽培装置１Ａの照明機器１０Ａのように複数の照明ユニット１１Ａがある場合、それぞれのＬＥＤ基板１２Ａの回転角度θを同じにする必要はなく、例えば図５に示すように、適切な照度とするために、照明ユニット１１Ａごとに回転角度θを変更してもよい。図５では、左側に位置する照明ユニット１１Ａでは、反時計回りにＬＥＤ基板１２Ａを回転させ、右側に位置する照明ユニット１１Ａでは、時計回りにＬＥＤ基板１２Ａを回転させている。

【0040】

このように、ＬＥＤ基板１２を回転させ、笠１４の反射面１５から反射される光を調整することにより、栽培する植物の種類や成長より植物の位置や高さが変わった場合でも、適切に植物に対して、照度ムラが抑えられた光を当てることができる。
なお、図５に示す植物栽培装置１Ａの照明機器１０Ａでは、各照明ユニット１１ＡにおいてＬＥＤ基板１２Ａのみが回転するように設けられているが、これは一例であり、ＬＥＤ基板１２Ａは、空調ダクト２１と共に回転してもよい。空調ダクト２１は、ＬＥＤ基板１２Ａを囲う筐体でもある。空調ダクト２１は、その空気通路２２がＬＥＤ基板１２の下方に設けられており、ＬＥＤ基板１２Ａの側部に設けられ吹出口２３から、笠１４の反射面１５に向けて空気を噴出するように構成されている（図３、図４も参照）。
空調ダクト２１を、ＬＥＤ基板１２Ａと共に回転させることにより、吹出口２３から噴出される空気の吹出方向を変更することができる。

【0041】

図３及び図４に示す実施例では、複数列に並んだＬＥＤ光源１３を用いていたが、ＬＥＤ光源１３の数が増加するとそれだけ消費電力及び設置コストが大きくなり、また発熱量も大きくなる。そのため、照射角Ｒの大きいＬＥＤ光源１３Ｃを１列に縦方向に並べて照明ユニット１１を構築してもよい。ただし、ＬＥＤ光源１３Ｃを１列に並べ照射方向を直上に向けて配置すると、照射方向の光が笠１４の反射面１５の天井面によりまっすぐに反射される。その反射光がＬＥＤ基板１２に帰ってきて、ＬＥＤ基板１２や後述する空調機器２０の空調ダクト２１によって遮られて影となる。影となる部分には散乱光があたるものの照度にムラが発生する。そのため、照射方向に放射される光がＬＥＤ基板１２を避けることが望ましい。

【0042】

図６を用いて植物栽培装置１の別例について説明する。図６に示す植物栽培装置１Ｂでは、ＬＥＤ光源１３Ｂが一列に並べられたＬＥＤ基板１２Ｂが使用されている。ＬＥＤ光源１３Ｂは、その照射角Ｒ３が約１４０度である。

【0043】

植物栽培装置１Ｂでは、縦断面においてＬＥＤ光源１３Ｂの照射方向（矢印Ｅで示す）が、鉛直方向（中心線Ｃ）から所定の傾斜角度β（所定角度）だけ傾くように、ＬＥＤ基板１２Ｂが設置されている。これにより、ＬＥＤ光源１３Ｂから照射される光の内、最も明るい部分が、矢印Ｆで示すように反射面１５により下方に反射されるようになり、ＬＥＤ基板１２Ｂを避けるようになる。ＬＥＤ光源１３Ｂの照射角Ｒ３が約１４０度である場合は、傾斜角度βを２０度前後とするのがよい。栽培する植物や成長の度合いに合わせて栽培面の照度が均一になるよう傾斜角度βを１０～３０度で調整してもよい。

【0044】

この場合の笠１４Ｂの形状について説明する。ＬＥＤ光源１３Ｂの照射角Ｒ３が約１４０度であることから、一つのＬＥＤ光源１３Ｂから光が照射されない部分（図６の部分Ｇ）が生じる。この照射されない部分Ｇについて、図３及び図４に示す笠１４のように放物面で形成すると反射される光が少ないため、下方の栽培面において照度ムラになる可能性がある。そのため、部分Ｇについては高さ方向（Ｚ方向）に延びる壁面が設けられている。高さ方向に延びる壁面の内側に高反射材とりつけＬＥＤ光源１３Ｂからの光を反射させてもよい。そして、隣接する照明ユニット１１Ｂを用いて下方に照射するようにしている。このように、ＬＥＤ光源１３Ｂから照射される明るい部分の光がＬＥＤ基板１２Ｂ及び空調ダクト２１により遮られなくなるため、光を効率よく照射することができ、照度ムラを解消することができる。

【0045】

＜<空調機器>＞
次に、本実施形態の植物栽培装置１が備える空調機器２０について、図２から図４を用いて説明する。植物工場では、内部の温度・湿度が管理されており、それを調整するための空調機器２０が設けられている。工場内部全体の温度を調整すると、空調費が高額になることから、植物の育成環境内のみを空調することが望ましい。

【0046】

図２に示す植物栽培装置１の空調機器２０では、空調ダクト２１が送風機（図示しない）から延びていて、照明機器１０のＬＥＤ基板１２に沿って延びるよう配置されている。空調ダクト２１は、ＬＥＤ基板１２の下方に配置されていて、ＬＥＤ光源１３から照射される光を直接遮ることはない。

【0047】

空調ダクト２１は、図３及び図４に示すように、ＬＥＤ基板１２の下部及び側部において隙間をあけて覆うよう設けられ、その隙間が空気通路２２となっている。そして、空気の吹出口２３は、笠１４の反射面１５側に位置し、送風機から送られてきた空気が反射面１５に向けて吹き出すよう形成されている。そして、吹き出した空気は、図３及び図４に示す一点鎖線の矢印Ｄに示すように、笠１４の反射面１５にあたることにより攪拌され、下方にある植物育成空間に移動する。

【0048】

空調ダクト２１の下方に吹出口２３を形成した場合、成長した植物に対して直接冷気が当たる場合がある。長時間、同じ葉面や茎の部分に冷気を当てると、吐出温度が低いため、直接冷気が当たった部分を傷めることがある。また、収穫間際の充分に草丈が大きくなった植物においては、隣接する植物同士の距離が密となることから、直接植物体に向けて冷気を吐出すると、植物体の近傍で乱流となり、冷気が当たらない箇所が至る所で生じる。その結果、温度ムラが生じる場合があり、植物の成長にバラつきが出る可能性がある。そのため、空調ダクト２１の下方に吹出口を設け、直接冷気を植物体に当てることは望ましくない。
本実施形態の空調機器２０では、吹出口が植物に直接向けられていないため、冷気が直接植物に当たることが抑制される。また、吹出口２３から吹き出した空気が、反射面１５にあたり、攪拌されて下方にある植物育成空間に移動することから、植物体の近傍で乱流となることがない。また、植物育成空間の空気を、栽培水槽３０と側壁３４との間の隙間３４ａから逃がすことができる。そのため空気が満遍なく行き渡るようになり、温度ムラが抑制される。

【0049】

また、空調ダクト２１を通る空気は、ＬＥＤ基板１２の周囲を通ることから、ＬＥＤ基板１２を冷却することにも利用することができる。すなわち、空調ダクト２１の内部にＬＥＤ基板１２が配置されることにより、ＬＥＤ基板１２への冷却効果が高くなり、ＬＥＤ光源１３及びＬＥＤ基板１２の寿命を延ばす効果がある。
なお、この空調機器２０は、図５及び図６に示す植物栽培装置１Ａ、１Ｂにもそのまま適用することができる。

【0050】

なお、照度ムラを緩和する対策として空調ダクト２１の外側表面に高反射材を張り付けてもよい。空調ダクト２１の表面に高反射材を張り付けることで、栽培パネル３２の表面からの光の反射と併せることにより、光の反射効率を高めることができる。

【0051】

なお、照明機器１０の幅方向（Ｙ方向）の断面おいて、ＬＥＤ光源１３から放射された光は平行光線になるものの、照明機器１０の長手方向（Ｘ方向）では、ＬＥＤ光源１３から放射された光は散乱光となる。そのため、天面により反射された光は、平面形状の栽培パネル３２の表面に到達した段階で、植物に吸収される光以外は、栽培パネル３２の表面から乱反射される。それにより、笠１４の反射面１５と、側壁３４と、栽培パネル３２とに囲まれた植物育成空間内では、ある程度反射光が均一化されるため、空調ダクト２１により影になる部分に生じる照度ムラを緩和させることができる。

【0052】

以上、図を用いて本発明の実施形態である植物栽培装置１について説明した。ただし、上記実施形態は、本発明の理解を容易に理解するための一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。例えば、植物栽培装置１は、水耕により栽培される植物に対して光を照射する装置を例に説明したが、植物栽培装置１は、地面の土壌により栽培される植物に対して利用されてもよい。

【符号の説明】

【0053】

１、１Ａ、１Ｂ、１０１ａ、１０１ｂ 植物栽培装置
１０、１０Ａ 照明機器
１１、１１Ａ、１１Ｂ 照明ユニット
１２、１２Ｂ ＬＥＤ基板
１３、１３Ａ、１１３ａ、１１３ｂ ＬＥＤ光源
１３ａ、１３Ａａ 第一列にあるＬＥＤ光源
１３ｂ、１３Ａｂ 第二列にあるＬＥＤ光源
１３Ａｃ 第三列にあるＬＥＤ光源
１４ 笠
１５ 反射面
１５ａ、１５Ａａ 第一領域
１５ｂ、１５Ａｂ 第二領域
１５Ａｃ 第三領域
１６ 軸線
２０ 空調機器
２１ 空調ダクト（筐体）
２２ 空気通路
２３ 吹出口
３０、１３０ 栽培水槽
３１ 水耕養液
３２ 栽培パネル
３３、１３３ａ、１３３ｂ 植物
３４ 側壁
３４ａ 隙間
３６ 支持部材
Ｃ 中心線
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒａ、Ｒｂ 照射角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】