(57)【要約】【課題】植物の育成を促進させる波長を照射し、かつ商用価値の高い植物を育成することのできる植物栽培用照明装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ素子が表面に実装されたＬＥＤ基板２３と、該ＬＥＤ基板２３が取付けられるリフレクタ２と、該ＬＥＤ基板２３の照射面側を覆うように設置された透光性のカバー部材２４とから構成された光源パネルを植物３１の上方に配置し、前記ＬＥＤ素子の分光特性を、４５０ｎｍ付近に第１の発光ピークを有し、かつ６００ｎｍ付近に第２の発光ピークを有する白色ＬＥＤ素子とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物の上方から該植物に対して光を照射する光源を備える植物栽培用照明装置であって、ＬＥＤ素子が表面に実装されたＬＥＤ基板と、該ＬＥＤ基板が取付けられるリフレクタと、該ＬＥＤ基板の照射面側を覆うように設置された透光性のカバー部材とを有し、前記ＬＥＤ素子の分光特性が、４５０ｎｍ付近に第１の発光ピークを有し、かつ６００ｎｍ付近に第２の発光ピークを有する白色ＬＥＤ素子であることを特徴とする植物栽培用照明装置。
【請求項２】
前記第１の発光ピークは、前記第２の発光ピークより相対強度が高いことを特徴とする請求項１に記載の植物栽培用照明装置。
【請求項３】
前記リフレクタは、アルミ板の両端を照射面側に向かって折り曲げて拡径部を形成し、該拡径部に前記ＬＥＤ基板を取り付けていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の植物栽培用照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物を栽培する際にその植栽植物の上方位置から光を照射する植物栽培用照明装置に関し、とくに植物の光合成を促進させる波長を照射する植物栽培用照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、植物の栽培形態として、ビニールハウスや建物などの屋内で、人工的に植物を栽培する室内栽培が普及している。植物を効率よく育成させるためには、植物に対して十分に光を照射して光合成をおこなわせることが重要である。室内栽培にける人工照明の光源としては、電熱灯、放電ランプ、蛍光灯、ＬＥＤ（発光ダイオード）が用いられ、とくにこれらの光源の中でも、消費電力が小さい、電力を光へ変換する効率が良い、光源寿命が長い、小型であるなどの理由からＬＥＤが好適に使用されている。
【０００３】
植物の育成は、波長６４０〜６９０ｎｍの赤色光により光合成が促進され、波長４２０〜４７０ｎｍの青色光により形態形成が促進されることが知られている。形態形成とは種子発芽、花芽分化、開花、子葉の展開、葉緑素合成、節間伸長などの茎を太く、葉を茂らす植物の変化を示し、強光下での葉緑素合成は青色光によって促進され、赤色光によって阻害される傾向がある。すなわち、光合成に対しては赤色光の効果が大きく、葉の正常な形態形成には青色光が必要であることが知られている。
【０００４】
そこで、光源にＬＥＤを用いた植物の栽培では、照明板に、赤色系の光を発光するＬＥＤ（赤色系ＬＥＤ）と青色系の光を発光するＬＥＤ（青色系ＬＥＤ）を複数配設し、赤色系ＬＥＤと青色系ＬＥＤを同時または交互に点灯することにより、植物の地上部に、赤色系の光と青色系の光を照射している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２００７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような装置では、赤色光の相対強度が青色光の相対強度より強いため、葉の正常な形態形成に必要な青色光が弱いという問題があった。そのため、葉が不等辺成長を起こし、育成した植物の商用価値が低くなるという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、植物の育成を促進させる波長を照射して商用価値の高い植物を育成することのできる植物栽培用照明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】
【０００８】
このため、本発明の植物栽培用照明装置は、植物の上方から該植物に対して光を照射する光源を備える植物栽培用照明装置であって、ＬＥＤ素子が表面に実装されたＬＥＤ基板と、該ＬＥＤ基板が取付けられるリフレクタと、該ＬＥＤ基板の照射面側を覆うように設置された透光性のカバー部材とを有し、前記ＬＥＤ素子の分光特性が、４５０ｎｍ付近に第１の発光ピークを有し、かつ６００ｎｍ付近に第２の発光ピークを有する白色ＬＥＤ素子であることを第１の特徴とする。
【０００９】
また、前記第１の発光ピークは、前記第２の発光ピークより相対強度が高いことを第２の特徴とする。
【００１０】
さらに、前記リフレクタは、アルミ板の両端を照射面側に向かって折り曲げて拡径部を形成し、該拡径部に前記ＬＥＤ基板を取り付けていることを第３の特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は以下の優れた効果を奏する。
（１）４５０ｎｍ付近に第１の発光ピークを有し、かつ６００ｎｍ付近に第２の発光ピークを有する分光特性を持つＬＥＤ素子を用いることで、植物の育成に必要な特定領域の波長を植物に照射し、効率的に植物を育成することができる。
（２）光源は、第１の発光ピーク強度は、第２の発光ピーク強度より高いため、植物の形態形成に必要な波長を十分照射することで、形状の安定した植物を育成することができる。すなわち、商品価値の高い植物を育成することができる。
（３）リフレクタは、拡径部を有しているため、効率よく光を照射することができる。また、リフレクタにＬＥＤ基板を取り付けているため、ＬＥＤ基板が発生する熱は熱伝導性の高いリフレクタに電熱し、効率良く放熱することができる。そのため、ＬＥＤ素子個々においては、熱害による性能低下が極めて少なく、延いては照明装置全体としてのランニングコストが抑えられる。
（４）ＬＥＤ素子は、白色ＬＥＤ素子のみで構成されるため、赤色ＬＥＤ素子や青色ＬＥＤ素子を組み合わせた光源に比べて、同消費電力で照度を高くすることができる。すなわち、必要照度を照射した際に、消費電力を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る植物栽培用照明装置の基本的な構成例を示す概略構成図である。
【図２】光源パネルを説明する一部を切欠いた見上げ図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明に係る植物栽培用照明装置の分光特性を示すグラフである。
【図５】本発明の比較例における照明装置の分光特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明の植物栽培用照明装置の基本的な構成例を示す模式図である。  図１に示す植物栽培用照明装置１は、支持材５と、支持材５の周に設けられた複数の柱材４と、柱材４間に架け渡された梁材６と、梁材６に取付けられる光源パネル２とを有し、支持材５の上面（床部分）に複数の植物３１が栽培される栽培ベッド３が載置されて構成される。光源パネル２より下方に向けて人工照明が照射され、この人工照明により植物３１が光合成を行い育成される。
【００１４】
光源パネル２は、図２、図３に示すように、箱状の筐体２１と、筺体２１の下面に取付けられるリフレクタ２２と、リフレクタ２２に取付けられる複数のＬＥＤ基板２３と、ＬＥＤ基板２３の下方に筐体２１に取付けられるカバー部材２４とから構成される。筐体２１は、図３に示すように、断面視がＬ字状に形成されたステンレス、プラスチック、アルミなどを、矩形状に形成してなる枠部２１１と、枠部２１１の枠内上面を覆う天板部２１２とを有する。枠部２１１の四隅には、図２に示すように、取付け穴２１３が設けられており、この取付け穴２１３にボルト、ナットやネジ等の締結部材を挿通して梁材６に取付けられる。なお、光源パネル２には、図示しない給電ケーブルが接続され、外部電力から複数のＬＥＤ基板２３へ電力が供給されるよう構成される。
【００１５】
リフレクタ２２は、アルミ製で、図３に示すように、アルミ板の両端を下方（照射面側）に向かって折り曲げられた拡径部２２１と、中央に谷折り部２２２が形成される。リフレクタ２２の拡径部２２１、及び谷折り部２２２は、表面に高純度のチタン及びシリコンをコーティングし反射率が９７％とされた鏡面仕上げで、他の部分は、白色塗装仕上げとされている。拡径部２２１には、ＬＥＤ基板２３が拡径部２２１の長手方向に一列に取り付けられる。植物３１が光源パネル２側（上方）に向かって成長する特性をもつ場合、成長した葉先がより光源に近くなり、光量が強くなるため、葉先にチップバーン現象（縁腐れ）を起こす可能性がある。そのため、拡径部２２１の折り曲げ角度θは、好ましい角度としては、３０°〜６０の範囲が挙げられるが植物３１の種類、光源パネル２と植物３１との距離により設定される。
【００１６】
ＬＥＤ基板２３は、アルミ又は鉄製の制御基板２３１に絶縁体を介して回路が形成され、さらにＬＥＤ素子２３２が表面に実装されている。本発明においては、１の制御基板に対して１４のＬＥＤ素子が実装されている。ＬＥＤ素子２３２は、発光色が白色、色温度が４０００Ｋ、パッケージサイズが５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ、レンズ形状が円形状のチップ型ＬＥＤである。ＬＥＤ素子２３２の分光特性は、図４に示すように、４５０ｎｍ付近に第１の発光ピークを有し、かつ６００ｎｍ付近に第２の発光ピークを有し、さらに第１の発光ピークは、第２の発光ピークに比べて２倍近くの相対強度を有している。また、ＬＥＤ基板２３の消費電力は１４Ｗ、光源パネル２全体で３６Ｗとした。
【００１７】
カバー部材２４は、ポリカーボネート製で透光性を有し、筺体２１の下面を覆うように枠部２１１に取付けられる。そのため、植物３１が成長してＬＥＤ基板２３やリフレクタ２２に接触することを防ぐことができる。
【００１８】
＜検証＞
以上のように構成された植物栽培用照明装置１と、赤色光の相対強度が強い照明装置で植物の育成に関わる比較検証を行った。
サニーレタス（以下、レタス）の種子を筒状容器（培地）に播種し、この培地を複数個、立方体状の栽培ベッド３内に配置し、栽培ベッド３内を水で満たしていわゆる水耕栽培を行った。空間の温度は一定の温度（２０°とし、各照明装置を２４時間連続点灯した状態で、２５日間生育した。経過日数ごとに育成状況を観察し、２５日間育成したレタスを試食して官能試験を行った。
【００１９】
＜装置の構成条件＞
栽培ベッド３の上面と照明装置の下面が２００ｍｍとなるよう植物の育成空間を設けて各照明装置を配置し、レタスに照射する光は、光合成有効光量子束密度（ＰＰＦＤ）が１００μｍｏｌ／ｍ
２ ／ｓとなるよう所定の電流を通電した。なお、ここでいう光合成有効光量子束密度（ＰＰＦＤ）とは、植物３１を形成するクロロフィルに吸収される光量子量の密度のことをいう。本願発明の植物栽培用照明装置は、拡径部２２１の折り曲げ角度θを４５°とした。比較例の照明は、商品名：トルネードＡＣＥ、キーストーンテクノロジー社製を用いた。比較例における照明装置の分光特性は、図５に示すように、４６０ｎｍ付近に第１のピーク波長を、６６０ｎｍ付近に第２のピーク波長を有し、第２のピーク波長の相対強度が第１のピーク波長に比べて約５倍の強度を有している。
【００２０】
＜観察＞
播種後１０日目の観察においては、本願発明の照明装置により育成したレタスは、形態に異常は見られなかったものの、比較例の照明装置により育成したレタスは、成長が遅かった。播種後１５日目の観察においては、比較例の照明装置により育成したレタスは、葉がプロペラ状にねじれる現象が発生した。播種後２０日目の観察においては、本願発明の照明装置により育成したレタスは、アントシアニン発色が見られ、路地物に近い自然な色合いが見られた。一方、比較例の照明装置により育成したレタスは、不等辺成長が見られ、アントシアニン発色も不均一であった。アントシアニン発色は、４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの可視光を植物が吸収して発生する。比較例の照明装置では、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の相対強度が低いために起こったと考えられる。播種後２２日目の観察においては、本願発明の照明装置により育成したレタスは、収穫可能なサイズに成長したが、比較例の照明装置により育成したレタスは、収穫可能なサイズには至らなかった。播種後２５日目の観察においては、本願発明の照明装置により育成したレタスは、起伏が少なく鮮やかな緑色の葉に成長した。一部の葉は、成長し過ぎたため、照明装置に近くなりチップバーン（縁腐れ）現象が発生した。一方、比較例の照明装置により育成したレタスは、収穫可能なサイズには至らない上に、育成のバラツキがみられ歪な葉が多かった。
【００２１】
＜官能試験＞
試食により官能試験を行った。審査員は男性５名、女性５名の計１０名、２０代〜５０代の年齢幅を設けた。本願発明の照明装置により育成したレタスは、外観、食感、味ともに商用レタスと変わらないとの評価であった。「自然な歯ごたえで食べ慣れた自然な苦み」（５０代男性）、「しゃきしゃき感が良い食感」（２０代女性）、「味があって好き」（２０代女性）との感想が得られた。一方、比較例の照明装置により育成したレタスは、「食べているうちに苦みを強く感じる」（４０代男性）、「変な後味が口に残る」（４０代男性）との感想が得られた。
【００２２】
＜試験まとめ＞
観察結果、官能試験により、本願発明の照明装置により育成したレタスは、色合い、食感、味ともに商用レタスと変わらず、商用品として十分に利用できるレタスに成長したことが分かった。
【００２３】
尚、本実施例において植物栽培用照明装置１は、栽培ベッド３を１段備えた単段式とされているが、例えば梁材６の上面にさらに支持材５を設けて上下方向の複数段構成としても良く、また例えば水平方向に支持材５を設けて複数列構成としても良い。
【符号の説明】
【００２４】
１        植物栽培用照明装置
２        光源パネル
３        栽培ベッド
４        柱材
５        支持材
６        梁材
２１      筐体
２２      リフレクタ
２３      ＬＥＤ基板
２４      カバー部材
２１１    天板部
２１２    枠部
２１３    取付け穴
２２１    傾斜部
２２２    谷折り部
２３１    制御基板
２３２    ＬＥＤ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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