JP2014045680A - 受粉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】植物を傷つけずに効率よく受粉させることができる受粉装置を提供する。
【解決手段】スピーカ１１は、植物Ａの葯の固有周波数又は葯の固有周波数に近い周波数f1の波形と周波数f1よりも低い周波数f2の波形とを合成した波形の振動を空気に与える。即ち、スピーカ１１は、前述の振動を非接触で植物Ｐに与える。この振動は、周波数f1の波形の振動に比べて減衰し難く、しかも、周波数f2の波形の振動に比べて植物Ｐの葯を大きく揺らし易い。葯が大きく揺れれば、葯から効率よく花粉が放出される。この結果、植物を効率よく受粉させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、植物を揺らすことによって受粉させる受粉装置に関する。

イチゴ又はトマト等を栽培する場合、特に農家では、ハチを利用して受粉させることが多い。しかしながら、低温時、又は薬剤散布時等には、ハチを利用することができない。また、衛生上の問題、又は周辺の生態系への配慮等により、ハチを利用することができない場合がある。
かといって、栽培者が筆又は綿棒等を用いて個々の花に受粉をさせていく作業、或いは、個々の花に植物ホルモンを噴霧する作業等は、栽培者に多大な負担を強いる。その上、未熟な栽培者は、植物を傷つけたり、確実に受粉させることができなかったりする虞がある。

従来、植物に振動を伝える装置を用いて自動的に受粉させる手法が提案されている（特許文献１〜５）。
特許文献１〜３には、ピアノ線、ワイヤ、又は棒材等を用いてなる加振部材を備える受粉装置が記載されている。特許文献１〜３に記載の受粉装置の場合、植物に取り付けられた加振部材を振動させることによって、植物を全体的に揺すり、延いては複数の花を一度に揺らす。

特許文献４，５には、スピーカを用いてなる加振部を備える受粉装置が記載されている。特許文献４，５に記載の受粉装置は、加振部の振動板が植物の周囲の空気を振動させることによって、非接触で、植物に咲いている花を揺らす。
ところで、イチゴ及びトマト等の花粉は、葯という器官に収容されている。植物が大きく揺れるほど、花粉は葯から効率よく放出される。

特開２００２−１１２６５３号公報 特開２０１１−２４４７５０号公報 特開２０１１−２４４７７１号公報 特開２０１１−１４７３７７号公報 特開２０１２−０８５５８６号公報

特許文献１〜３に記載の受粉装置は、植物の一株一株に加振部材を取り付ける作業を必要とするため、受粉作業が煩雑である。しかも、植物と加振部材とが接触するため、加振部材を取り付けるときに、又は、振動する加振部材によって、植物が損傷する虞がある。従って、特許文献４，５に記載の受粉装置のように、空気を介して非接触で植物に咲いている花を揺らす方が望ましい。
ところが、特許文献４，５に記載の受粉装置は、植物を直接的に揺するものではないため、植物の周囲の空気を漫然と振動させたのでは植物を大きく揺らすことが困難である。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、加振部が所定の周波数の振動を空気に与える構成とすることにより、植物を傷つけずに効率よく受粉させることができる受粉装置を提供することにある。

第１発明に係る受粉装置は、空気を媒介として植物を揺らすことによって受粉させるための受粉装置において、所定の周波数の振動を前記空気に与える加振部を備えることを特徴とする。

第２発明に係る受粉装置は、前記所定の周波数は、前記植物の葯の固有周波数を含むことを特徴とする。

第３発明に係る受粉装置は、前記加振部は、前記所定の周波数の波形と、該周波数よりも低い周波数の波形とが合成された波形の振動を空気に与えるようにしてあることを特徴とする。

第４発明に係る受粉装置は、前記加振部は、回転及び／又は移動可能にしてあることを特徴とする。

第１発明にあっては、加振部は、所定の周波数の振動を空気に与える。振動を与えられた空気は植物を揺らす。即ち、加振部は、空気を媒介として非接触で植物を揺らす。このとき、植物本体と共に葯も揺れるため、葯からの花粉の放出が促される。この結果、植物は受粉する。
所定の周波数としては、理論的又は実験的に得られた好適なものが用いられる。この場合、特に葯が大きく揺らされるため、葯から効率よく花粉が放出される。

第２発明にあっては、加振部は、所定の周波数として、葯の固有周波数を含む所定の周波数の振動を空気に与える。振動を与えられた空気は植物を揺らす。この結果、植物は受粉する。
葯の固有周波数の振動を与えられた空気と葯とは共振する。故に、葯の固有周波数の振動を与えられた空気は、固有周波数とは異なる周波数の振動を与えられた空気よりも、葯を大きく揺らす。葯が大きく揺れれば、葯から効率よく花粉が放出される。この結果、植物を効率よく受粉させることができる。

第３発明にあっては、加振部は、所定の周波数の波形と、所定の周波数よりも低い周波数の波形とが合成された波形の振動を空気に与える。この場合、葯を確実に揺らすことができる。何故ならば、所定の周波数の振動に比べれば、所定の周波数の波形と、所定の周波数よりも低い周波数の波形とが合成された波形の振動は減衰し難いからである。

第４発明にあっては、加振部は、回転及び／又は移動可能である。
加振部が回転及び／又は移動すれば、振動の伝播方向又は到達地点等が変化する。振動の伝播方向及び到達地点等が一定である場合よりも、可変である場合の方が、複数の葯を同時的又は連続的に、且つ効率よく揺らすことができる。

本発明の受粉装置による場合、好適な周波数の振動を与えられた空気で植物を揺らすため、葯を大きく揺らすことができる。従って、植物を効率よく受粉させることができる。

本発明の実施の形態に係る受粉装置の要部構成を模式的に示す説明図である。 周波数f1，f2夫々の波形を示すグラフである。 周波数f1，f2夫々の波形が合成された波形を示すグラフである。 実験装置の要部構成を示す模式図である。 振幅及び周波数と花粉の飛散の有無との関係を示すテーブルである。

以下、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の実施の形態に係る受粉装置１の要部構成を模式的に示す説明図である。以下では、図１の上下左右及び紙面垂直方向を受粉装置１の上下左右及び前後方向という。
本実施の形態における受粉装置１は、植物Ｐ，Ｐ，…を栽培する植物工場の構内に設置されている。植物Ｐ，Ｐ，…は、１株又は複数株ずつ栽培容器Ｂに植栽されている。
受粉装置１は、スピーカ（加振部）１１、可動機構１２、及び制御装置１３を備えている。

可動機構１２は、走行体１２１、レール１２２，１２２、走行モータ１２３、回転モータ１２４、及び回転軸１２５を備えている。
レール１２２，１２２は、植物工場に設置されている。図１には、複数個の栽培容器Ｂ，Ｂ，…（１個のみ図示）が前後方向に並置されており、レール１２２，１２２が、栽培容器Ｂ，Ｂ，…の並置方向に沿って、栽培容器Ｂ，Ｂ，…の左方に敷設されている場合が示されている。

走行体１２１は、図示しないチェーンに取り付けられている。このチェーンを走行モータ１２３が駆動することによって、走行体１２１は、レール１２２，１２２に案内されつつチェーンと共に走行する。走行モータ１２３の作動／作動停止に伴い、走行体１２１は走行／走行停止する。

走行体１２１には、回転モータ１２４、回転軸１２５、スピーカ１１、及び図示しない位置検出部が搭載されている。
位置検出部は、栽培容器Ｂの有無又は位置を検出し、検出結果を後述する制御部１３０に与える。

回転軸１２５は、縦姿勢で、走行体１２１に回動可能に支持されている。回転軸１２５の一端部には、スピーカ１１が、回転軸１２５と共に回動可能に固定されている。回転軸１２５の他端部には、回転モータ１２４の出力軸が連結されている。回転モータ１２４は正／逆に回転可能である。回転モータ１２４の作動／作動停止に伴い、回転軸１２５を回転中心としてスピーカ１１が回転／回転停止する。

スピーカ１１は、コーン状の振動板１１１と、電磁式のアクチュエータ１１２と、これらを収容する直方体状の筐体１１３とを備える。
筐体１１３の底壁には、回転軸１２５が固定されている。筐体１１３の右壁には、複数個の貫通孔１１４，１１４，…が形成されている。
振動板１１１は、横姿勢に配されている。つまり、振動板１１１のコーンの軸方向は、回転軸１２５の径方向に等しい。振動板１１１のコーンの底部側は、筐体１１３の右壁の、貫通孔１１４，１１４，…が形成されている部分に対向配置されている。

アクチュエータ１１２は、振動板１１１を振動させる。振動板１１１が振動すると、筐体１１３の内部における振動板１１１近傍の空気が振動する。このような空気の振動は、筐体１１３の貫通孔１１４，１１４，…を通して、筐体１１３の外部へ伝わる。

制御装置１３は、制御部１３０、アクチュエータ駆動部１３１、回転モータ駆動部１３２、走行モータ駆動部１３３、表示部１３４、操作部１３５、及び記憶部１３６を備えている。
制御部１３０は、装置各部の動作を制御し、各種処理を実行する。
表示部１３４は、例えば液晶ディスプレイを用いてなる。表示部１３４には、受粉装置１の作動状況、又は栽培者に対する操作指示等が表示される。
操作部１３５は、キーボード又はマウス等を用いてなる。操作部１３５は、栽培者の操作を受け付ける。

栽培者は、表示部１３４を視認しつつ操作部１３５を操作する。栽培者による操作部１３５の操作内容は、制御部１３０に与えられる。
記憶部１３６は、例えば大容量記憶装置を用いてなる。記憶部１３６には、後述する周波数f1，f2及び振幅ａが記憶してある。周波数f1，f2及び振幅ａは、例えば栽培者が操作部１３５を操作することによって制御部１３０に予め与えたものである。制御部１３０は、与えられた周波数f1，f2及び振幅ａを記憶部１３６に記憶させる。

周波数f1は、植物Ｐの葯の固有周波数、又は、この固有周波数を含む所定範囲内から栽培者によって選定された周波数である。故に、周波数f1は、植物Ｐの種類又は生育状態等に応じて、異なるものが用いられる。周波数f1は、例えば実験によって予め求められる。なお、周波数f1は、所定範囲でスイープされてもよい。
葯の固有周波数の振動を与えられた空気と葯とは共振する。故に、葯の固有周波数の振動、又は固有周波数に近い周波数の振動を与えられた空気は、固有周波数から遠い周波数の振動を与えられた空気よりも、葯を大きく揺らす。

周波数f2は、周波数f1よりも低い。周波数f2は、植物Ｐの種類又は生育状態等とは無関係でもよいが、植物Ｐの種類又は生育状態等に関連する周波数（例えば、植物Ｐの茎の固有周波数）でもよい。なお、周波数f2は、所定の範囲でスイープされてもよい。

振幅ａは、例えば実験によって予め求められる。一般に、振幅ａが大きいと、植物Ｐは大きく揺れ易いが、揺れによって損傷し易くなる。
制御部１３０は、記憶部１３６に記憶してある周波数f1，f2及び振幅ａに基づく振動制御信号をアクチュエータ駆動部１３１へ出力する。
アクチュエータ駆動部１３１は、制御部１３０から入力された振動制御信号に応じて、アクチュエータ１１２を駆動する。この結果、周波数f1及び振幅ａの波形と周波数f2及び振幅ａの波形とが合成された波形の振動（以下、合成振動という）が振動板１１１に生じる。この結果、スピーカ１１は合成振動を空気に与える。

また、制御部１３０は、前述した位置検出部の検出結果に基づいて、走行体１２１を所要の栽培容器Ｂに相対する位置まで走行させるための走行制御信号を走行モータ駆動部１３３へ出力する。走行モータ駆動部１３３は、制御部１３０から入力された走行制御信号に応じて、走行モータ１２３を駆動する。この結果、前述のチェーンと共に走行体１２１が走行し、そして、所要の栽培容器Ｂに相対する位置で停止する。

更にまた、制御部１３０は、スピーカ１１に首振りさせるための回転制御信号を回転モータ駆動部１３２へ出力する。回転モータ駆動部１３２は、制御部１３０から入力された回転制御信号に応じて、回転モータ１２４を駆動する。この結果、回転モータ１２４、延いては回転軸１２５が正逆に反復回転し、スピーカ１１が首振りする。

以上のような受粉装置１を用いれば、スピーカ１１は、栽培容器Ｂに相対する位置へ走行し、この位置で走行停止する。そして、スピーカ１１は、栽培容器Ｂに相対する位置で、首振りする。ここで、スピーカ１１の首振りの中心位置は、栽培容器Ｂに植栽されている植物Ｐと、スピーカ１１の振動板１１１とが、筐体１１３の貫通孔１１４，１１４，…を介して相対する位置である。

植物Ｐの、スピーカ１１の右壁に相対する部位には合成振動が伝わり易い。故に、スピーカ１１が首振りすれば、スピーカ１１が空気に与えた合成振動が、植物Ｐ全体に伝わり易い。
仮に、スピーカ１１が首振りしない場合、植物Ｐの、スピーカ１１の右壁に相対する部位以外には、合成振動が伝わり難い虞がある。

図２は、周波数f1，f2夫々の波形を示すグラフである。図２の横軸は時間［秒］であり、０秒から0.05秒までを示している。
図３は、周波数f1，f2夫々の波形が合成された波形を示すグラフである。図３の横軸は時間［秒］であり、０秒から0.1 秒までを示している。
図２及び図３共に、縦軸は振幅［mm］である。図２及び図３では、周波数f1，f2として、500Hz 及び30Hzを例示し、振幅ａとして１mmを例示している。図２には、周波数f1の波形は実線で示し、周波数f2の波形は破線で示してある。

周波数f1及び振幅ａの波形の振動を与えられた空気と、植物Ｐの葯とは共振し易い。共振によって、植物Ｐの葯は大きく揺れる。しかしながら、周波数f1及び振幅ａの波形の振動は、周波数f2及び振幅ａの波形の振動よりも減衰し易い。とはいえ、周波数f2及び振幅ａの波形の振動を与えられた空気と植物Ｐの葯とは共振し難い。

一方、周波数f1及び振幅ａの波形と周波数f2及び振幅ａの波形とが合成された波形の振動、即ち合成振動は、周波数f1及び振幅ａの波形の振動よりも減衰し難い上に、周波数f2及び振幅ａの波形の振動よりも植物Ｐの葯を大きく揺らすことができる。特に、周波数f2及び振幅ａの波形の振動を与えられた空気と植物Ｐの茎とが共振し易い場合には、合成振動は、植物Ｐの葯を更に大きく揺らすことができる。

以上のように、受粉装置１は、空気を媒介として非接触で植物Ｐの葯を大きく揺らすことができる。葯が大きく揺れれば、葯から効率よく花粉が放出される。この結果、植物Ｐを効率よく受粉させることができる。
スピーカ１１による合成振動の出力は、例えば所定時間、継続して行なわれる。一の栽培容器Ｂに植栽された植物Ｐに対する合成振動の出力が終了すると、再び走行体１２１が走行する。そして、他の栽培容器Ｂに植栽された植物Ｐに対する合成振動の出力が行なわれる。

なお、スピーカ１１は、横移動に限らず、縦移動又は回転移動等を行なう構成でもよい。
また、スピーカ１１の移動方向は、栽培容器Ｂ，Ｂ，…の並置方向に限定されるものではない。例えば、スピーカ１１の移動方向は、栽培容器Ｂ，Ｂ，…が収容される栽培棚の高さ方向でもよい。
更に、栽培容器Ｂ，Ｂ，…が円周上に並置され、スピーカ１１が360 °回転する構成でもよい。

次に、周波数f1及び振幅ａを決定するための実験について説明する。
図４は、実験装置２の要部構成を示す模式図である。
実験装置２は、加振器２１、増幅器２２、ファンクションジェネレータ２３、固定台２４、固定具２５、及び花粉受け２６を備えている。
ファンクションジェネレータ２３は、振動波形生成装置である。ファンクションジェネレータ２３に設けられている図示しない操作部を操作すると、任意の周波数及び振幅の波形が生成される。
ファンクションジェネレータ２３が生成した波形は、増幅器２２によって電気的に増幅されてから加振器２１に入力される。

加振器２１は、振動発生装置である。加振器２１には、板状の固定台２４が横姿勢で取り付けられている。加振器２１は、ファンクションジェネレータ２３から増幅器２２を介して入力された波形の振動を固定台２４の下面に与える。
固定台２４の上面には、トマトの葯Ａが固定具２５を用いて固定される。このとき、葯Ａは、葯Ａの一部が固定台２４から横方向へ突出するように配される。
葯Ａ及び固定台２４の下方には、シート状の花粉受け２６が横姿勢で配される。花粉受け２６の上面は例えば黒色である。このため、実験者は、花粉受け２６の上面に飛散した花粉を容易に目視することができる。

図５は、振幅及び周波数と花粉の飛散の有無との関係を示すテーブルである。
本実験では、ファンクションジェネレータ２３に、33Hzから550Hz までの６種類の周波数と0.006mm から４mmまでの22種類の振幅との組み合わせで波形を生成させた。
図５において、丸印「○」は、葯Ａから花粉受け２６へ十分な量の花粉が放出され、且つ、葯Ａに無用な損傷が生じなかったことを示している。
また、三角印「△」は、葯Ａから花粉受け２６へ十分な量の花粉が放出されたが、葯Ａに無用な損傷が生じたことを示している。
更に、無印は、葯Ａから花粉受け２６へ十分な量の花粉が放出されなかったことを示している。

図５から、トマトの葯Ａに関する合成波形の好適な周波数の範囲は、丸印の範囲である440Hz 以上550Hz 以下であることがわかる。
一方、トマトの葯Ａに関する合成波形の好適な振幅の範囲は、図５の丸印の範囲である0.1mm 以上0.02mm以下の下限値及び上限値夫々を1/2 にした範囲（即ち、0.05mm以上0.01mm以下）であることがわかる。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び特許請求の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
また、本発明の効果がある限りにおいて、受粉装置１に、実施の形態に開示されていない構成要素が含まれていてもよい。

１ 受粉装置
１１ スピーカ（加振部）
Ｐ 植物

Claims (4)

1. 空気を媒介として植物を揺らすことによって受粉させるための受粉装置において、
   所定の周波数の振動を前記空気に与える加振部を備えることを特徴とする受粉装置。
2. 前記所定の周波数は、前記植物の葯の固有周波数を含むことを特徴とする請求項１に記載の受粉装置。
3. 前記加振部は、前記所定の周波数の波形と、該周波数よりも低い周波数の波形とが合成された波形の振動を空気に与えるようにしてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の受粉装置。
4. 前記加振部は、回転及び／又は移動可能にしてあることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の受粉装置。

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