JP2011205991A - 植物栽培機 - Google Patents

Abstract

【課題】植物に照明装置を常に近づけた状態にして光の強さを高く維持し、かつ植物の周辺領域の二酸化炭素の濃度など、光合成の速度を左右するその他の外的要因を最適な状態に制御し得るよう構成することにより、その相乗作用によって光合成の速度を増し、植物の栽培効率を大幅に向上させる。
【解決手段】栽培対象の植物が植設される栽培槽２を水平に支持する固定台１と、栽培槽２の上方に固定台１と平行に設けられる昇降台３と、昇降台３を水平を保った状態で昇降動作させる昇降機構５とを備える。昇降台３には、栽培槽２に植設された植物に向けて光を照射することが可能な照明装置７と栽培槽２に植設された植物に向けて送気することが可能な送気機構８とが配設されるとともに、前記送気機構８には二酸化炭素の供給源などが接続されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば植物工場の栽培室内で水耕栽培などの栽培方法を実施して植物を栽培するのに用いられる植物栽培機に関する。

従来、植物工場で用いられている植物栽培機は、野菜などの植物が植設される栽培槽が多段に設けられるとともに、各段の栽培槽の上方位置に植物に向けて光を照射することが可能な照明装置が設置されたものである。各段の照明装置は、植物の成長を見越して、栽培槽からの高さが十分に大きな値に設定されている。

植物が照明装置より取得する光のエネルギー（光量）は、照明装置との距離の二乗に反比例して弱くなるため、照明装置の設置高さを大きくすると、光量の無駄が多く、植物が取得する光エネルギー（光量）も減少し、光合成の速度低下を招き、植物の栽培効率が低下する。

照明装置の設置高さを極力低くすれば、光量の無駄が少なくなり、植物が取得する光エネルギー（光量）が増すが、植物の成長によって茎や葉が光源に当たって損傷し易く、商品価値を低下させるという問題がある。

上記した問題は、植物の成長とともに照明装置の設置高さを変更することにより解消できるものであり、植物に対して照明装置を昇降可能とした植物栽培装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平９−２４８０８３号公報

野菜などの緑色植物の生育には、光合成の促進が必要であるところ、上記した植物栽培装置では、例えば、光合成の促進に不可欠な二酸化炭素の供給については考慮されていない。そこで、植物栽培装置が設置されている室内空間へ二酸化炭素を導入することも考えられるが、植物の育成にとって重要なことは、植物が利用し得る周辺領域の環境を整えることであり、室内空間へ二酸化炭素を導入しても、植物の周辺領域の二酸化炭素の濃度は十分に高められるとはいえず、植物は室内空間の二酸化炭素を有効利用できていない。同様に、温度、湿度なども室内空間の全体ではなく、植物の周辺領域を最適な状態に制御することが望ましい。したがって、植物に照明装置を常に近づけた状態にして光の強さを高く維持したとしても、光合成の速度が高められず、かなりの光量が無駄になってしまう。光合成の速度は、光の強さ、二酸化炭素の濃度、温度などの外的要因の影響を強く受けるなかで、これらの諸要因のうち、最も不足する外的要因によって光合成の速度が決定されるからである。

この発明は、上記の問題に着目してなされたもので、植物に照明装置を常に近づけた状態にして光の強さを高く維持し、かつ植物の周辺領域の二酸化炭素の濃度など、光合成の速度を左右するその他の外的要因を最適な状態に制御し得るよう構成することにより、その相乗作用によって光合成の速度を増し、植物の栽培効率を大幅に向上できる植物栽培機を提供することを目的とする。

この発明による植物栽培機は、栽培対象の植物が植設される栽培槽を水平に支持する第１の支持台と、栽培槽の上方に第１の支持台と平行に設けられる第２の支持台と、第１、第２の支持台の少なくとも一方を水平を保った状態で昇降動作させる昇降機構とを備えている。第２の支持台には、栽培槽に植設された植物に向けて光を照射することが可能な照明装置が配設されるとともに、栽培槽に植設された植物に向けて送気することが可能な送気機構と液体を噴霧することが可能な噴霧機構との少なくとも一方が配設されている。

上記した構成の植物栽培機において、植物の成長に合わせて第１、第２の支持台の少なくとも一方を昇降動作させ、植物に対する照明装置の高さが最適となるよう位置決めするとともに、送気機構と噴霧機構の少なくとも一方の高さも同時に最適となるよう位置決めされる。これにより、植物に対する光の強さが高く維持され、かつ植物の周辺領域の二酸化炭素の濃度など、光合成の速度を左右するその他の外的要因を最適な状態に制御し得るので、光合成の速度を増すことができ、植物の栽培効率が向上する。

前記照明装置として種々の態様のものが考えられるが、好ましい態様のひとつは、昇降可能とした第２の支持台に複数個の光源を光の照射方向を栽培槽に向けて設置して構成されている。この場合の光源として蛍光灯を用いることができるほか、自然光に近いメタルハライドランプや高輝度の発光ダイオードなどを用いることもできる。

また、前記送気機構も種々の態様のものが考えられるが、好ましい態様のひとつは、昇降可能とした第２の支持台の長さ方向と幅方向との少なくも一方に少なくとも１本の送気管を設置して構成する。送気管の栽培槽と対向する面の複数箇所には、栽培槽の全体に送気することが可能なように送気口が形成されている。
この態様によれば、送気機構を植物の生育に有用な成分の少なくとも１種を含む気体または温度と湿度の少なくとも一方が調整された気体を供給する供給源に接続することにより、送気口から栽培槽の全体に向けて植物の生育に有用な成分を含む気体や温度、湿度が調整された気体が送り出されるので、栽培槽に植設された植物の周辺領域の前記成分濃度などが最適な状態に制御される。
ここで、「植物の生育に有用な成分」とは、例えば、光合成のための二酸化炭素、呼吸のための酸素、肥料成分としての窒素、植物の生育を阻害する要因を除去するための塩素などの殺菌成分、さらには香気成分などを含むものである。

さらに、前記噴霧機構も種々の態様のものが考えられるが、好ましい態様のひとつは、昇降可能とした第２の支持台の長さ方向と幅方向との少なくも一方に少なくとも１本の送液管を設置して構成する。送液管の栽培槽と対向する面の複数箇所に、栽培槽の全体に液体を噴霧することが可能なように噴霧口が形成されている。

この態様によれば、噴霧機構を植物の生育に有用な成分の少なくとも１種を含む液体を供給する供給源に接続することにより、噴霧口から栽培槽の全体に向けて植物の生育に有用な成分を含む液体が噴霧されるので、栽培槽に植設された植物に前記液体の各種成分が直接作用する。
ここで、「植物の生育に有用な成分」とは、例えば、肥料成分としての窒素、燐酸、カリウム、有用微量元素としてのカルシウム、マグネシウム、鉄などを含む他、植物の成長を助けるアミノ酸なども含むものである。

この発明の好ましい実施態様では、前記昇降機構は、第２の支持台の重心位置または重心位置を挟む対称位置に設けられるナット部材と、ナット部材の上方位置に上端部が回動自由に支持された操作ハンドル付きの送りネジ棒とを含み、第２の支持台は、ナット部材にネジ込まれた前記送りネジ棒により昇降可能に支持されている。
この実施態様によれば、操作ハンドルを手操作して送りネジ棒を回すと、ナット部材がネジ送りされて第２の支持台が昇降動作し、照明装置、送気機構、および噴霧機構を最適な高さ位置に位置決めできる。

なお、第２の支持台に対して第１の支持台の側を昇降させる場合は、第１の支持台の重心位置または重心位置を挟む対称位置にナット部材を設け、ナット部材の上方位置に操作ハンドル付きの送りネジ棒の上端部を回動自由に支持するとともに、第１の支持台をナット部材にネジ込まれた前記送りネジ棒により昇降可能に支持するように昇降機構を構成する。

さらに好ましい実施態様においては、前記第２の支持台は、複数個所に縦設された位置決め板のそれぞれに上下方向の位置調整が可能なように配置されるストッパーにより水平を保った状態に位置決めされる。
この実施態様においては、第２の支持台はストッパーにより水平を保った状態に設定されて第１の支持台に対して平行となるので、栽培槽の全体にわたって植物に対する照明装置、送気機構、および噴霧機構の高さが最適な位置に位置決めされる。

好ましい実施態様では、前記第１の支持台は、決められた間隔で複数段にわたって設けられるとともに、各第１の支持台の上方に第１の支持台と平行に第２の支持台が個別に昇降可能に設けられるものであるが、第１の支持台の設置段数は必ずしも複数段である必要はなく、１段であってもよい。

なお、水耕栽培では、栽培槽に満たされた養液上に複数の合成樹脂製の栽培パネルを浮かせた状態で設置するが、第１の支持台をその上方の第２の支持台に対して少なくとも一側へ張り出すように構成すれば、栽培槽に対してその張り出し部分より栽培パネルを容易に出し入れできる。

この発明によれば、植物に照明装置を常に近づけた状態にして光の強さを高く維持し、かつ植物の周辺領域の二酸化炭素の濃度など、光合成の速度に影響するその他の外的要因を常に最適な状態に制御し得るので、その相乗作用により光合成の速度が増し、植物の栽培効率を大幅に向上できる。

この発明の一実施例である植物栽培機の全体構成を示す正面図である。 植物栽培機の長さ方向の中央部分を拡大して示す正面図である。 植物栽培機の一側端部を拡大して示す正面図である。 栽培槽の構成を示す縦断面図である。 植物栽培機の高さ中央部を拡大して示す側面図である。 昇降台を上方より見た平面図である。 昇降機構の構成を示す正面図である。 ストッパーの構成を示す斜視図である。

図１は、この発明の一実施例である植物栽培機の全体の外観と構成とを示すもので、さらに、図２にはこの植物栽培機の長さ方向の中央部分が、図３にはこの植物栽培機の一側端部が、それぞれ拡大して示してある。
図示例の植物栽培機は、栽培対象の植物が植設される栽培槽２を水平に支持する第１の支持台としての固定台１が決められた間隔で複数段にわたって設けられたものであり、各段の栽培槽２の上方には固定台１と平行に第２の支持台としての昇降台３が複数台（図示例では３台）横並びにそれぞれ配設されている。なお、この植物栽培機は、空調設備により室内全体の温度および湿度が管理されている栽培室に設置されている。

各段の固定台１は、前面側と後面側とのそれぞれに複数本ずつ縦設された例えばパイプ状の支柱１０に、前面および後端面が一体に固着されて支持されており、前後、左右の枠材により囲まれた平面形状が矩形状の外周枠１１と、外周枠１１の前後の枠材間に一定間隔毎に架設された複数本の中間枠１２（図４参照）とで構成されている。

各段の固定台１上には、栽培槽２がそれぞれ水平に支持されている。各栽培槽２は、図４に示すように、前後の枠材２０，２０間に皿状の容器体２１が支持されて成る。栽培槽２の上面にはその内面形態に添わせて合成樹脂シート９が被せてあり、容器体２１の凹部２２に添う合成樹脂シート９の凹部９０に養液が満たされている。この養液は、植物の生育に不可欠な養分を含有しており、図示しない養液供給部より供給される。なお、栽培槽２の素材によっては必ずしも合成樹脂シート９を用いる必要はない。

栽培槽２より溢れる養液は、図５に示すように、栽培槽２の一側端に形成された溢水壁２３を乗り越えて排液槽４へ排出される。排液槽４は栽培槽２に取付金具４１により取り外し可能に取り付けられ、底面の一端部に養液の排出口８３が形成されている。排液槽４内の養液は排出口８３より排液管８２により導出されて図示しない養液タンクに回収され、養分の補給が行われた後、その養液は養液供給部へ送られて循環させる。

栽培槽２の内部には、複数の合成樹脂製の栽培パネル２５が養液上に浮いた状態で縦横整列させて配備されている。各栽培パネル２５は平面形状であり、上面には複数の植込部２６が縦横整列した状態で設けられている。植物ｆはウレタンなどの支持体２７に支持された状態で各植込部２６に植設され、根の部分が養液中に浸った状態で生育する。
なお、固定台１の少なくとも一方の端部は、図３に示すように、その上方の昇降台３に対して少なくとも一側へ張り出しており、栽培槽２に対して昇降台３が接近した状態であっても、この張り出し部分１５より栽培パネル２５を容易に出し入れできるようになっている。

前記昇降台３は、図６に示すように、前後の各枠材３１，３２と左右の各枠材３３，３４とで平面形状が矩形状の外周枠３０が形成され、左右の枠材３３，３４間に２本の中間枠３５，３６が架設されている。外周枠３０を構成する各枠材３１〜３４および中間枠３５，３６には多数の長孔３７が設置されたＬ型アングル材が用いられている。

図１および図２に示されるように、各段毎に３台の昇降台３が横並びに配置されており、各段の各昇降台３は固定台１の上方位置に固定台１と平行に個別の昇降機構５により昇降可能に支持されている。各昇降機構５は、図２および図７に示すように、昇降台３の重心位置（長さ方向の中心線と幅方向の中心線とが交わる位置）を挟む対称位置、この実施例では、前後の各枠材３１，３２の長さ中央部にそれぞれ設けられるナット部材５１と、固定台１の外周枠１１の外面（前後の各枠材の外面）であってナット部材５１の上方位置に取り付けられた軸受金具５２により上端部が回動自由に支持された送りネジ棒５３とで構成されている。この送りネジ棒５３がナット部材５１にネジ込まれることで昇降台３が送りネジ棒５３により支持されている。送りネジ棒５３を正逆いずれかの方向へ回動させると、ナット部材５１がネジ送りされ、昇降台３が昇降動作する。

軸受金具５２の上方へ突出する送りネジ棒５３の上端部には、操作ハンドル５５を取り付けることが可能な角軸状のハンドル装着部５４が形成されている。平時はこのハンドル装着部５４より操作ハンドル５５を取り外しておき、昇降台３を昇降させるとき、操作ハンドル５５を送りネジ棒５３のハンドル装着部５４に装着する。
この実施例では、１台の昇降台３について前後各位置に合計２個の昇降機構５を設けているが、昇降台３が小さく軽量であれば、昇降台３の重心位置に１個の昇降機構５を設けるようにしてもよい。
また、この実施例では、構成の簡易化をはかるために、２個の昇降機構５について各操作ハンドル５５を手操作して送りネジ棒５３を個々に回動させ昇降台３を昇降させる構成のものであるが、昇降台３が大きく重量が嵩むものであれば、各送りネジ棒５３をモータにより連動させて回転させるよう構成することもできる。

支柱１０の各縦設位置には、図２，３に示すように、多数の長孔６２が列設されたＬ型アングル材により構成された位置決め板６が縦設されている。各位置決め板６は、図８に示すように、上下方向のスケール６１を有し、支柱１０の側面に固定されている。各位置決め板６には、スケール６１に合わせて、同じ高さ位置にストッパー６０を取付け固定することが可能になっている。この実施例のストッパー６０は、ボルト６３と、ボルト６３の軸部にネジ込まれる短筒状のナット６４とで構成されている。ボルト６３の軸部をいずれかの長孔６２に挿入し、位置決め板６を挟んでナット６４をネジ込んで締め付けたとき、ナット６４は昇降台３の昇降経路上に突出した状態で固定される。前後、左右の４箇所の位置決め板６にストッパー６０を位置決め固定した後、昇降台３を上昇または下降させる。全てのストッパー６０に昇降台３の上面または下面が当たったときに上昇または下降を止めると、昇降台３は水平を保った状態で定位する。

各昇降台３には、図２，５，６に示すように、栽培槽２内の各栽培パネル２５に植設された植物ｆに向けて光を照射するための照明装置７と、各栽培パネル２５に植設された植物ｆに向けて二酸化炭素を送出するための送気機構８とが配設されている。この実施例の照明装置７は、光が栽培槽２内の全ての栽培パネル２５に照射されるように、各昇降台３の下面の同一平面上に複数の蛍光灯７０を等間隔に全長にわたって取り付けて構成されている。

この実施例の送気機構８は、各昇降台３の上面の幅中央に長さ方向へ延びる１本の送気管８０を設置して構成されている。送気管８０の栽培槽２と対向する面、すなわち、下面から両側面にわたる範囲に、二酸化炭素が栽培槽２内の全ての栽培パネル２５に向けて送出されるように、図示しない多数の送気口が全長にわたって形成されている。各昇降台３の送気管８０には二酸化炭素の供給源（図示せず）に連通する可撓性を有するホース８１が接続されている。

なお、この実施例の送気機構８は、各昇降台３の長さ方向に１本の送気管８０を設けた構成のものであるが、送気管８０の数を２本、３本と増やしたり、幅方向にも複数本の送気管を設けたりして、格子状に構成してもよい。
また、図示していないが、植物栽培機の適所、例えば、支柱１０の適所に二酸化炭素の濃度を検出するためのセンサを設置し、一方、二酸化炭素の供給路の途中に電磁弁を設けて、センサの検出値に基づき電磁弁の動作を制御して、植物ｆの周辺領域の二酸化炭素の濃度を一定値に維持する。

さらに、この実施例では、送気管８０を二酸化炭素の供給源に接続しているが、これに代えて、前記酸素などのその他の各種気体の供給源や温度および湿度が調整された各種気体の供給源に接続してもよく、二酸化炭素の供給源と酸素などのその他の各種気体の供給源と温度および湿度が調整された各種気体の供給源の少なくもふたつに接続してもよい。

さらに、この実施例では、温度および湿度は空調設備により栽培室の全体で管理しているが、各昇降台３に上記の送気管８０とは別の送気管を設け、その送気管へ空調設備より温度および湿度が調整された気体を送り、送気管に設けた複数個の送気口より植物に向けて温度および湿度が調整された気体を送出するようにしてもよい。

さらにまた、この実施例では、昇降台３に気体を送出する送気機構８が配設されているが、送気機構８に代えて、或いは送気機構８に加えて、液体肥料の各種成分を含む溶液を供給する供給源に接続された噴霧機構（図示せず）を配設することもできる。噴霧機構も送気機構８と同様の構成のものを採用することができ、昇降台３の長さ方向と幅方向との少なくも一方に少なくとも１本の送液管を設置して構成する。送液管の栽培槽２と対向する面の複数箇所には、栽培槽２の全体に液体を噴霧することが可能なように噴霧口を形成する。

なお、上記の昇降台３には、照明装置７、送気機構８、噴霧機構の他に、植物の生育状態を管理するために撮像装置を設置してもよく、さらに、音波発生装置や電磁波発生装置のような植物の生長に効果がある装置を設けてもよい。

上記した構成の植物栽培機において、植物の成長に応じて個々の昇降機構５により各段の各昇降台３を昇降動作させ、植物に対する照明装置７および送気機構８の高さが最適となるよう位置決めする。この実施例の昇降機構５では、操作ハンドル５５を手操作して送りネジ棒５３を回すと、ナット部材５１がネジ送りされて昇降台３が昇降動作するもので、昇降台３が４箇所のストッパー６０に当たった位置で昇降動作を停止することで、昇降台３は水平を保った状態で照明装置７および送気機構８が最適な高さに位置決めされる。照明装置７および送気機構８を常に植物ｆに極力近づいた状態に設定することで、植物ｆに対する光の強さが高く維持され、それに加えて植物ｆの周辺領域の二酸化炭素の濃度、すなわち、光合成の速度に影響する光の強さ以外の外的要因が常に最適な状態に制御され、その相乗作用によって光合成の速度が増し、植物の栽培効率が大幅に向上する。

１ 固定台（第１の支持台）
２ 栽培槽
３ 昇降台（第２の支持台）
５ 昇降機構
６ 位置決め板
７ 照明装置
８ 送気機構
１５ 張り出し部
６０ ストッパー

Claims (10)

1. 栽培対象の植物が植設される栽培槽を水平に支持する第１の支持台と、栽培槽の上方に第１の支持台と平行に設けられる第２の支持台と、第１、第２の支持台の少なくとも一方を水平を保った状態で昇降動作させる昇降機構とを備え、第２の支持台には、栽培槽に植設された植物に向けて光を照射することが可能な照明装置が配設されるとともに、栽培槽に植設された植物に向けて送気することが可能な送気機構と液体を噴霧することが可能な噴霧機構との少なくとも一方が配設されて成る植物栽培機。
2. 前記照明装置は、昇降可能とした第２の支持台の全面に複数個の光源を光の照射方向を栽培槽に向けて設置して構成されている請求項１に記載された植物栽培機。
3. 前記送気機構は、昇降可能とした第２の支持台の長さ方向と幅方向との少なくも一方に少なくとも１本の送気管を設置して構成されており、送気管の栽培槽と対向する面の複数箇所に、栽培槽の全体に送気することが可能なように送気口が形成されている請求項１に記載された植物栽培機。
4. 前記送気機構は、植物の生育に有用な成分の少なくとも１種を含む気体または温度と湿度の少なくとも一方が調整された気体を供給する供給源に接続されている請求項１または３に記載された植物栽培機。
5. 前記噴霧機構は、昇降可能とした第２の支持台の長さ方向と幅方向との少なくも一方に少なくとも１本の送液管を設置して構成されており、送液管の栽培槽と対向する面の複数箇所に、栽培槽の全体に液体を噴霧することが可能なように噴霧口が形成されている請求項１に記載された植物栽培機。
6. 前記噴霧機構は、植物の生育に有用な成分の少なくとも１種を含む液体を供給する供給源に接続されている請求項１または５に記載された植物栽培機。
7. 前記昇降機構は、第２の支持台の重心位置または重心位置を挟む対称位置に設けられるナット部材と、ナット部材の上方位置に上端部が回動自由に支持された操作ハンドル付きの送りネジ棒とを含み、第２の支持台は、ナット部材にネジ込まれた前記送りネジ棒により昇降可能に支持されている請求項１に記載された植物栽培機。
8. 前記第２の支持台は、複数個所に縦設された位置決め板のそれぞれに上下方向の位置調整が可能なように配置されるストッパーにより水平を保った状態に位置決めされる請求項１〜７のいずれかに記載された植物栽培機。
9. 前記第１の支持台は、決められた間隔で複数段にわたって設けられるとともに、各第１の支持台の上方に第１の支持台と平行に第２の支持台が個別に昇降可能に設けられている請求項１に記載された植物栽培機。
10. 前記第１の支持台は、その上方の第２の支持台に対して少なくとも一側へ張り出している請求項１または９に記載された植物栽培機。

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