JP2014045732A - 水耕栽培器 - Google Patents

Abstract

【課題】植物の根に連続して酸素を供給可能とする構造を有しかつ外光の培養液中への入射を防止して培養液中の酸素を消費する藻類の発生を防止し得る水耕栽培器を提供する。
【解決手段】フロート（２０）は、培養液タンク（１０）に貯留された培養液（Ｎ）の浮力により浮遊して設けられる。フロート（２０）には、培地（２）を保持するための複数の植込穴部（２１）と、植込穴部（２１）に連通して該植込穴部（２１）の下側に設けられて培地（２）の下端と培養液（Ｎ）の液面との間に空隙を設けるための凹部からなる空隙部（Ａ）とを備える。凹部からなる各空隙部（Ａ）は、フロート（２０）内で互いに連通している。
【選択図】図１

Description

本発明は、土壌を使わずに培養液で植物を栽培する水耕栽培器に関するものである。詳細には、植物根への酸素の供給を阻害することなく栽培を可能とした培地保持部材に関する。

従来の水耕栽培器用フロートとしては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。この特許文献１に開示された水耕栽培器用フロート１００は、図１１に示すように、培地保持部材つまりフロートとしての浮遊マット１０１とこの上方に載置された反射板１０２とで構成されており、浮遊マット１０１には植物ポット１１０の外周よりも大きな内周を有する植物ポット挿入孔１０１ａが設けられている。また、反射板１０２は、植物ポット１１０に設けられた嵌着孔１１１に嵌まり込むことにより、植物ポット挿入孔１０１ａと植物ポット１１０との隙間から光が植物根の近傍の養液に入ることを防いでいる。

また、他の水耕栽培器用フロートとしては特許文献２に開示されたものがある。特許文献２に開示された水耕栽培装置２００では、図１２に示すように、フロートに代えて栽培棚２０１を用いている。そして、栽培棚２０１と培養液２０２との間に空隙部２１１を設けるようにして支持柱２０３に栽培棚２０１を搭載する。これにより、栽培棚２０１は、培養液２０２と栽培棚２０１の下面とが接しないように保った状態で一定の高さになるように保持されている。

また、水耕栽培装置２００では、送風ファン２１０等を設けて、空隙部２１１中を培養液２０２の液面に沿って流れた空気が連通路２１２を通って循環するようにしている。

このようにいずれの水耕栽培器用フロート１００及び水耕栽培装置２００も養液と植物との間に空隙を設け、植物根が空気に曝されるように構成されている。

特開２０００‐３０００９５号公報（２０００年１０月３１日公開） 特開２０１１‐２１７７２９号公報（２０１１年１１月４日公開）

The Plant Cell.Vol.17,1120-1127,April 2005,2005 American Society of Plant Biologists;"Phototropins Promote Plant Growth in Response to Blue Light in Low Light Environments";Atsushi Takemiya etc.

しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された水耕栽培器用フロート１００では、養液の液面と植物ポット１１０の下面との間に設けられた空隙は外気からは遮断された空間であり、根呼吸によって消費された酸素を供給することを考慮していない構造となっている。

したがって、特許文献１のような構造をとった場合、植物が必要とする根に対する酸素供給を培養液中の溶存酸素に頼る必要がある。このため、養液に対し曝気を行ったり、より積極的には撹拌やエアレーション等による養液中への強制的な酸素供給を行ったりするため、ポンプ等の設備が必要である。

また、特許文献２に開示された水耕栽培装置２００の栽培棚２０１は、熱交換に焦点が当てられており、熱を効率的に循環させるためにフロート上部とフロート下部とを繋ぐ連通路２１２が設けられているため、連通路２１２から光が入射する可能性がある。

特許文献２のような構造では、栽培棚２０１の高さが支持柱２０３で決まるため培地の底部と培養液２０２の液面との間隔を一定に保つためには、培養液２０２の量を一定に保つようにする必要が有る。さらに、連通路２１２を通して栽培ハウス内の光が培養液に到達するため、培養液２０２中に藻類が発生し、その結果、藻類が培養液２０２中の酸素を消費するという問題点がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、植物の根に連続して酸素を供給可能とする構造を有し、かつ外光の培養液中への入射を防止して培養液中の酸素を消費する藻類の発生を防止し得る水耕栽培器を提供することにある。

本発明の一態様の水耕栽培器は、上記課題を解決するために、上方に向けて開口した開口部を有し、培養液を内部に貯留する培養液タンクと、上記培養液タンクに貯留された培養液に浮遊した状態で、植物を植え付けるための培地を保持する培地保持部材とを備えた水耕栽培器において、上記培地保持部材は、上記培養液の浮力により浮遊して設けられると共に、上記培地保持部材には、上記培地を保持するための複数の嵌め込み孔部と、上記嵌め込み孔部に連通して該嵌め込み孔部の下側に設けられて上記培地の下端と上記培養液の液面との間に空隙を設けるための凹部からなる空隙部とを備え、上記凹部からなる各空隙部は、上記培地保持部材内で互いに連通していることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、植物の根に連続して酸素を供給可能とする構造を有し、かつ外光の培養液中への入射を防止して培養液中の酸素を消費する藻類の発生を防止し得る水耕栽培器を提供するという効果を奏する。

本発明における実施の形態１に係る水耕栽培器を示すものであって、水耕栽培器の構成を示す断面図である。 本発明における実施の形態１に係る水耕栽培器を示すものであって、上記水耕栽培器の構成を示す斜視図である。 本発明における実施の形態１に係る水耕栽培器を示すものであって、上記水耕栽培器におけるフロートの構成を示す斜視図である。 （ａ）は本発明における実施の形態１に係る水耕栽培器を示すものであって、上記フロートの構成を示す平面図であり、（ｂ）は上記フロートの構成を示す側面図であり、（ｃ）は上記フロートの構成を示す底面図である。 本発明における実施の形態１に係る水耕栽培器を示すものであって、上記フロートにおける変形例の構成を示す要部斜視図である。 （ａ）は本発明における実施の形態１に係る水耕栽培器を示すものであって、上記フロートにおける他の変形例の構成を示す要部斜視図であり、（ｂ）は上記フロートの構成を示す側面図である。 本発明における実施の形態１に係る水耕栽培器を示すものであって、上記水耕栽培器における水位目盛を付した培養液タンクの構成を示す断面図である。 （ａ）は本発明における実施の形態１に係る水耕栽培器を示すものであって、赤色光の光強度と二酸化炭素（ＣＯ_２）の炭酸同化速度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）の点線部分における拡大図である。 本発明における実施の形態１に係る水耕栽培器を示すものであって、上記フロートにおける透過光の測定装置を示す構成図である。 本発明における実施の形態１に係る水耕栽培器を示すものであって、上記水耕栽培器における光源及びレンズと植込穴との位置関係を示す概略図である。 従来の水耕栽培器用フロートの構成を示す断面図である。 従来の他の水耕栽培装置の構成を示す断面図である。

本発明の一実施形態について図１〜図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

尚、本実施形態では、培地に植え付けられた植物の上方から人工光を照射することによって、植物の水耕栽培を行う水耕栽培器を例に挙げて説明する。尚、以下の説明では、同一部材及び構成要素には同一の符号を付し、それらの名称及び機能は同一であるものとする。

〔水耕栽培器の構成〕
まず、本実施の形態の水耕栽培器１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、水耕栽培器１の構成を示す断面図であり、図２は水耕栽培器１の構成を示す斜視図である。

本実施の形態の水耕栽培器１は、図１及び図２に示すように、上方に向けて開口した開口部１１を有し、培養液Ｎを内部に貯留する培養液タンク１０と、培養液タンク１０に貯留された培養液Ｎに浮力により浮遊した状態で、植物Ｐを植え付けるための培地２を保持する培地保持部材としてのフロート２０とを備えている。

また、上記培養液タンク１０の上方には、培養液タンク１０の中央に設けられた支柱支持部１２に支持される支柱３１が立設されており、支柱３１の上部にはフード３０が設けられている。このフード３０には、植物Ｐに光を照射するＬＥＤ等の光源３２が設けられている。

本実施の形態の水耕栽培器１は、培地２に植え付けられた植物Ｐの上方からＬＥＤ等の光源３２から光照射することによって、植物Ｐを栽培するものとなっている。そして、支柱３１により適切な高さが保たれた天板に、ＬＥＤ等の光源３２を取り付けることによって、植物Ｐに光を照射し、植物育成を可能としている。また、例えば屋外に水耕栽培器１を設置する場合は、ＬＥＤ等の光源３２が搭載されたフード３０及び支柱３１を取り外し、太陽光が照射される場所に水耕栽培器１を設置することによっても、植物育成が可能である。そのために、本実施の形態の水耕栽培器１では、支柱３１と培養液タンク１０及び／又は支柱３１と天板とは分離可能となっている。また、ＬＥＤ等の光源３２を用いた場合には、植物Ｐを育成する場所を選ばないという利点がある。

以下、本実施の形態における水耕栽培器１の各構成部材の詳細について説明する。

（フロート）
フロート２０の構成について、図１及び図２並びに図３及び図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図３はフロート２０の構成を示す斜視図である。また、図４（ａ）はフロート２０の構成を示す平面図であり、図４（ｂ）はフロート２０の構成を示す側面図であり、図４（ｃ）はフロート２０を示す底面図である。

フロート２０は、図１及び図２に示すように、培養液Ｎの上方に培地２を支持すべく、培養液Ｎに浮遊可能な板状部材である。図３及び図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、フロート２０には、培地２を載置するための複数の嵌め込み孔部としての植込穴部２１が貫通して形成されている。植込穴部２１は、育成する植物Ｐの品種等に応じて所定の間隔で形成されており、その内周面には培地２を載置するための載置部２１ａが形成されている。

載置部２１ａは、下方に向かって開口面積が減少するように断面がテーパーした傾斜面を有する円錐台状、又は角錐台状の開口を有しており、この傾斜面で培地２の下面の外縁（角）部分を支持する。このような載置部２１ａを有することにより、異なる外形サイズ、形状の培地２をフロート２０に載置することができる。

また、フロート２０は、図１に示すように、培地２の下面と培養液Ｎの液面との間に空隙部Ａが設けられるように、培養液Ｎの上方に培地２を載置する。これにより、培養液面レベルに変動が生じてもフロート２０の浮力に応じた培養液面と空隙部Ａとが確保され、培地２が培養液Ｎに浸水することを防止することができる。また、空隙部Ａを設けることにより、植物Ｐの根が空気に曝されることになるので、別途、酸素を供給することなく植物Ｐの根に酸素を常時供給することができると共に、最適な湿潤状態を維持することができる。

また、フロート２０における載置部２１ａの下方に設けられる空間は、できるだけ広くなるようにＸ方向及び／又はＹ方向に隣接する植込穴部２１との間で連通させている。図３では、さらにＸ方向及び／又はＹ方向にフロート側面に達するまで延伸されている通気孔２２として表示している。フロート側面に達するまで延伸することにより、フロート側面から空気が入ることができるのでフロート下部における空気の循環が可能となり、植物根周辺の酸素の欠乏状態を回避することができる。通気孔２２は、Ｘ方向又はＹ方向のみの場合よりもＸ方向及びＹ方向に設けた方が空気の流れが発生し易いのでより好ましい。

上記フロート２０は、培地２を載置した状態で培養液Ｎに浮遊可能な程度に比重が小さく、かつ吸水性を有しない発泡スチロール等の軽量な成型体又は内部に空洞を有する合成樹脂の成型体から構成される。培養液Ｎに浮遊可能なフロート２０を用いることにより、培養液Ｎの量が減少して、培養液Ｎの培養液面位置が低下した場合であっても、培地２の下面と培養液Ｎの液面との間隔を一定に保つことができる。

ここで、上記フロート２０の通気孔２２は、フロート２０の底面に露出されている。しかしながら、必ずしもこれに限らず、例えば、図５に示すように、フロート２０の底面に露出されない通気窓２３として構成することが可能である。これにより、外部から空気を取り入れる通気窓２３が喫水線より上にくるようにすることができる。これにより外光が照射される可能性があるフロート２０の周囲に藻類が発生しても植物Ｐの根の近傍には入り込まないため、より確実に酸素の欠乏を防ぐことが可能となる。

また、フロート２０は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、フロート外周部に位置する下面部の垂直方向長さを他部よりも長く構成する延伸部２４とすることが可能である。これにより、培養液Ｎが減り、培養液タンク１０とフロート下面とが接触した際、植物根が培養液タンク１０とフロート２０との間に挟まれる可能性が低くなり、植物根を傷つける危険性を回避することが可能となる。

尚、延伸部２４の先端は培養液タンク１０の外壁の傾斜に合わせて傾斜させておくことにより、浮上している場合でもフロート２０と該培養液タンク１０の外壁との隙間を狭く保つことが可能となる。

また、フロート２０には、図７に示すように、培養液タンク１０、支柱支持部１２又は支柱３１のいずれか少なくとも１つに水位目盛Ｓを示しておくことがより好ましい。これにより、フロート２０の上面が水位目盛Ｓよりも低くなった場合、利用者に培養液Ｎの追加の必要性を知らせることが可能となる。

尚、図１においては、支柱支持部１２は培養液タンク１０において凸部として形成され、この凸部に支柱３１が嵌合されていたが、必ずしもこれに限らず、図７に示すように、支柱支持部１２が凹部から形成され、この凹部に支柱３１が挿入されるものであってもよい。

次に、フロート２０の遮光性について、図８（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図８（ａ）は赤色光の光強度（光量子束密度：μｍｏｌ／ｍ^２ｓ）と二酸化炭素（ＣＯ_２）の炭酸同化速度（μｍｏｌＣＯ_２／ｍ^２ｓ）との関係を示すグラフであり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示される点線部分の拡大図である。尚、図８（ａ）（ｂ）では、横軸が赤色光の光強度（光量子束密度：μｍｏｌ／ｍ^２ｓ）を示し、縦軸が二酸化炭素の炭酸同化速度（μｍｏｌＣＯ_２／ｍ^２ｓ）を示している。また、これらのグラフは、非特許文献１からの引用である。

尚、光量子束密度とは単位時間内に単位面積内に到達する光量子の数である。光合成作用の大きさは光量子の数に依存するので、光量子束密度が同じであれば光合成作用の大きさは波長には依存しない。しかし、光合成色素により光合成作用の波長依存性が異なる。植物のもつ光合成色素は植物種に依存するため、植物種により光合成作用の波長依存性が異なる。

本実施の形態のフロート２０は、所定の遮光性を有している。具体的には、培養液タンク１０の開口部１１側から照射され、フロート２０を透過してフロート２０の浸水部まで達した光源光及び外部光の透過光の光強度が、培養液Ｎ中では藻類の光補償点以下となる遮光性を有している。これにより、後述するように、培養液Ｎ中における藻類の繁殖を抑制して、藻類による植物Ｐの成長阻害を防止することができる。

ここで、図８（ａ）（ｂ）に示すように、藻類を含む植物における光合成作用を、炭酸同化速度を指標として測定すると、弱光下では炭酸同化速度は低く、強光下では炭酸同化速度は高くなる。ここで、図８（ａ）（ｂ）中の縦軸の値が０となる光補償点Ｃは、植物Ｐが呼吸により発生する二酸化炭素（ＣＯ_２）と、植物Ｐが光合成により消費する二酸化炭素（ＣＯ_２）とが釣り合うときの光強度として定義することができる。光補償点Ｃは藻類等の酸素発生型光合成を行う生物では、光強度を光量子束密度として表すと凡そ１０（μｍｏｌ／ｍ^２ｓ）であり、この光補償点Ｃ以下となる弱光下では藻類等の繁殖は抑制される。

尚、上記は赤色光について説明したが他の波長域においても同様に光補償点を定義することができることは言うまでもない。

フロート２０を透過して内部に入射した外部光の最大光強度が、藻類の光補償点Ｃ以下となる遮光性を持たせることが必要である。使用される環境における外部光の最大光強度のときでも培養液に入射する光の強度が藻類の光補償点Ｃ以下となるようにする。

すなわち、一般に、植物Ｐに含まれ植物Ｐの生育に利用される色素には、クロロフィル、フィトクロム、カロテノイド等の種類が存在し、さらに、クロロフィルの中にもクロロフィルａ、クロロフィルｂ、クロロフィルｃ等が存在し、それぞれ光吸収波長が異なる。また、それぞれの色素に配位されるタンパク質等によってもまた光吸収波長のシフトが発生する。

これら光合成色素の多くは４００ｎｍ〜５００ｎｍの青色領域と６００ｎｍ〜７００ｎｍの赤色領域に吸収ピークを持つことから、培養液槽内においては４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける光合成光量子束密度を光補償点以下にすればよい。すなわち、紫外光領域や赤色領域の範囲で光量子束密度を藻類の光補償点以下とすればよい。特に４００ｎｍ〜５００ｎｍの青色領域と６００ｎｍ〜７００ｎｍの赤色領域での光量子束密度を光補償点以下にするだけでも藻類の繁殖を抑えられる。さらに言えば、青色領域と赤色領域では藻類の成長に与える影響が異なるので一方の領域の光を光量子束密度以下にするだけでもある程度の効果を得ることができる。

培養液に到達する光量が上記領域において、光量子束密度を光補償点以下となるようにするには次のようにすればよい。

すなわち、フロート２０は、水耕栽培器１に設置した状態で光合成光量子束密度を測定することが困難であることから、フロート２０に利用する材質と同様の素材の試験体Ｍを用意し、フロート２０利用する平均の厚さや発泡倍率等を揃え、その透過光Ｌｂを測定し、透過率を測定する。ここで、図９に、フロート２０の透過光Ｌｂの測定方法を示す。

ここで、本実施の形態の水耕栽培器１のような人工光で葉物野菜を栽培する場合、フロート上面での光強度として略１００（μｍｏｌ／ｍ^２ｓ）（＝７０００ｌｘ）が必要とされる。したがって、フロート２０の光透過率が１０％以下であれば藻類の繁殖を防ぐことができる。

例えば、イチゴ等の果実を栽培する場合はより高い光強度が必要とされるが、それに応じた光透過率を選べば良い。

一方、水耕栽培器１を屋外に設置し、図１に示すフード３０を外して使用することを考えた場合、例えば、昼間の太陽光の強度で凡そ２０００（μｍｏｌ／ｍ^２ｓ）であることから、透過光Ｌｂを１０（μｍｏｌ／ｍ^２ｓ）以下で規定するためには、フロート２０の材質は透過率を０．５％以下となる材料を選びフロートを作製すればよい。

フロート２０には、培地２が載置部２１ａに設けられる。培地２に入射した光は散乱されて培養液に到達すると考えられる。そのため、計算される条件よりも培養液Ｎに到達する光量はフロート材料だけの場合より増加することが考えられる。したがって、実際にフロート２０を作製するときには、植込穴部２１の数や面積に合わせてさらに透過率を低くすることがより好ましい。また、フロート２０表面に反射フィルム等を形成する場合も同様の材質のものに加工を施し、測定すればよい。また、透過光Ｌｂの測定位置はフロート２０が培養液Ｎに浮かべて使用されるため、できる限り試験体Ｍに近接された位置で測定することがより好ましい。

このような遮光性を有するフロート２０を、発泡性の合成樹脂で構成した場合、その発泡倍率（元の樹脂から何倍に膨らませるか）と厚さとを調整することにより、藻類等の光補償点Ｃ以下にすることで得ることができる。例えば、発泡倍率５０倍の厚さ２５ｍｍの発泡スチロールにおける透過率は３％である。上面での光強度が１００（μｍｏｌ／ｍ^２ｓ）のとき、下面での光強度は３（μｍｏｌ／ｍ^２ｓ）となった。発泡倍率が同じであれば透過率は厚さに略比例する。

また、発泡スチロールに顔料等を混錬することでさらに遮光性を高めることが可能となるのでより薄いフロートを用いることができる。

別の方法として、成型された発泡性の合成樹脂の表面に遮光性を有する材料を塗布することによって、遮光性を高めることができ、フロートを薄くすることができる。すなわち、発泡スチロールの表面を白色アクリル塗料で下地処理した後、白色アクリル塗料で上塗りを行う。塗布方法としては、スプレー方式を用いることにより均一塗布が可能となる。

尚、発泡合成樹脂に混錬する顔料等の割合、又は発泡合成樹脂の表面に塗布する遮光性を有する材料の含有率を変更することによって、フロート２０の遮光性を調整することができる。

透過率が上記の条件を満足するようにすればフロート２０の色や模様は自由に選ぶことができることは言うまでもない。

ここで、フロート２０の上面側は、反射フィルム等が張り付けられることによって、光を反射させる反射面として作用するようにしてもよい。例えば、ポリエステルフィルム（ＰＥＴフィルム）製の反射フィルム等を用いればよい。特に液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレーに用いられる物が平滑性、耐熱性の点で好ましい。これにより、外部から照射された光を植物Ｐに向けて反射することができるので、植物Ｐの受光量を向上させることができる。この反射フィルムは、例えば、フィルム材に金属を蒸着させたものを用いることができる。

反射部材は植物の育成に好ましい青色光（特に４４０ｎｍ付近）と赤色光（特に６６０ｎｍ付近）の反射率が高いものを用いることがより好ましい。

（培養液タンク）
次に、培養液タンク１０の遮光性及び構成の詳細について説明する。上述のとおり、培養液タンク１０は合成樹脂から構成されているが、一般的に合成樹脂は透光性を有しているため、培養液タンク１０の側壁部等を透過した外部光が内部に導光され得る。そのため、たとえ培養液タンク１０の開口部から入射する光を十分に遮光したとしても、培養液タンク１０自体を透過した光により、培養液Ｎ中に藻類が繁殖する場合がある。

このような藻類が繁殖した場合、藻類の育成過程において酸素が吸収されるため、植物Ｐの根への酸素の供給が滞り植物Ｐの成長が阻害され、最悪の場合、植物Ｐが壊死する可能性もある。

そのため、合成樹脂からなる培養液タンク１０を用いた場合、藻類の繁殖を抑制するためには、培養液タンク１０の開口部から入射する光の遮光のみならず、培養液タンク１０自体を透過する光を遮光する必要がある。

遮光性を有する培養液タンク１０は、遮光性を有する顔料等が混錬された合成樹脂で培養液タンク１０を構成することにより得ることができる。或いは、成型された合成樹脂の表面に遮光性を有する材料を塗布する、又は成型された合成樹脂の表面に遮光性を有する材料をメッキ処理することにより得ることができる。また、遮光性を有する顔料等が混錬された合成樹脂の表面に、遮光性を有する材料を塗布又はメッキ処理してもよい。

尚、合成樹脂に混錬する顔料の割合、又は発泡合成樹脂の表面に塗布又はメッキ処理する遮光性を有する材料の含有率を変更することによって、培養液タンク１０の遮光性を調整することができる。

（培地）
培地２は、植物Ｐを植え付けるものである。培地２としては、例えば、吸水性を有する発泡ウレタン等の材料からなるスポンジやロックウール等で構成される。

また、培地２においても前記フロート２０や前記培養液タンク１０と同様に遮光性を有していることがより好ましい。遮光性を有する培地２は、遮光性を有する顔料等が混錬された合成樹脂で培地２を構成することによって、得ることができる。或いは、成型された合成樹脂の表面に遮光性を有する材料を塗布してもよい。

尚、合成樹脂に混錬する顔料の割合、又は発泡合成樹脂の表面に塗布する遮光性を有する材料の含有率を変更することで培地の遮光性を調整することができる。

（フード）
フード３０は、培地に植え付けられた植物Ｐに対して上方から光を照射する複数の光源３２が取り付けられた天板である。図１に示すように、フード３０の下側（培養液タンク１０と対向する側）の中央部分には、支柱３１の上端部を挿入可能な凹状のフード側支柱嵌合部３０ａが形成されている。このフード側支柱嵌合部３０ａの内周面が、支柱３１の上端部の外周面と嵌合することにより、支柱３１の上端部にフード３０が取り付けられる。

このように、フード３０の中央部分を支柱３１によって支持することによって、光源光に対する支柱３１の光学的干渉を受けることなく、より均等な配光で植物Ｐに光源光を照射することができる。

図１に示すように、フード３０に取り付けられた複数の光源３２は、培地２に植え付けられた植物Ｐに対して、上方から光を照射するものであり、光源３２から出射される光は、植物Ｐの育成又は植物Ｐの観賞用に利用される。

ここで、植物Ｐは、細胞の中にクロロフィル（光合成色素）を有しているが、このクロロフィルの吸収スペクトルは、４００ｎｍ〜５００ｎｍの可視光青色と、６００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光赤色である。すなわち、植物Ｐの光合成には、青色光と赤色光とが重要な役割を果たす。

そのため、植物Ｐの育成のためには、光源３２は、青色光（特に４４０ｎｍ付近）と赤色光（特に６６０ｎｍ付近）とに波長のピークを有する光源光を照射するものであることが好ましい。

この光源３２としては、ＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）、蛍光灯等を用いることができるが、長寿命で発熱量が比較的少ないＬＥＤを用いることが好ましい。ＬＥＤは、蛍光灯等の他の光源３２に比べて、光強度に対しての発光効率が高く、消費電力が少なくて済むため、一般家庭で水耕栽培器１を使用する場合、光源３２としてＬＥＤを用いることが特に好ましい。

また、植物Ｐと光源３２との間には、透明カバー３３を設けることがより好ましい。これにより、成長した植物Ｐが光源３２に接触して、光源３２から発せられる熱及び光によって植物Ｐが損傷することを防止することができる。

また、光源３２から出射された光を屈折させて、植物Ｐへと導くレンズ（レンズ部材）が透明カバー３３の上面、又は下面に設けられていてもよい。このレンズ３３ａによって光源３２から出射された光を屈折させその配光を狭角とすることで、光源３２から出射された光を植物Ｐに向けて集光することができる。したがって、光源３２から出射された光を植物Ｐに向けて効率的に照射することができるので、水耕栽培器１における光の利用効率を向上させることができる。

特に、配光が比較的広い表面実装型のＬＥＤを光源３２として用いた場合、レンズ３３ａによる集光作用を利用することで、植物Ｐに照射されず、水耕栽培器１の外側へ漏出する光の量を低減することができるので、特に有効である。

また、透明カバー３３とレンズ３３ａとは、同一の材料で一体的に形成されていることがより好ましい。透明カバー３３とレンズ３３ａとを異なる材料で形成した場合、透明カバー３３とレンズ３３ａとの界面において光源３２から出射された光が反射され、植物Ｐに照射される光量が減少する。

そこで、透明カバー３３とレンズ３３ａとは、同一の材料で一体的に形成することにより、透明カバー３３とレンズ３３ａとの界面における反射を抑えて、光源３２から植物Ｐまでの伝播過程における光のロスを低減することができるので、水耕栽培器１における光の利用効率をさらに向上させることができる。また、水耕栽培器１の部品点数を減らすことができるので、水耕栽培器１の構造を簡略化して、その製造コストを削減することができる。

ここで、透明カバー３３におけるレンズ３３ａに位置について、図１０に基づいて説明する。図１０は、水耕栽培器１の各構造体と植物Ｐを植え込む植込穴部２１との位置関係を示す概略図である。

図１０に示すように、植物Ｐが成長した際、その成長段階に応じて照射スポットを変更させることは困難であることから、部分的に光強度が高いよりも栽培面全体に均等に光を照射し、かつ水耕栽培器１の外側に光が漏れないような構造とすることがより好ましい。
また、大きさが既にわかっている植物Ｐを育成する場合においては、それに合わせてレンズ３３ａを設置することにより配光を制御して、植物Ｐに対してより多く光が照射されるようにすることがより好ましい。そこで、本実施の形態の水耕栽培器１では、レンズ３３ａは、透明カバー３３の平面において、植込穴部２１の平面位置と略同じ位置関係となるように、にく、レンズ３３ａ及び光源３２が設けられている。

（支柱）
支柱３１は、図１に示すように、光源３２を取り付ける光源取付板３４を支持するものである。支柱３１は、培養液タンク１０の底面の中央部に突設されており、培地２側から透明カバー３３及び光源取付板３４をこの順番で略水平に支持している。また、支柱３１の先端部には、フード３０が取り付けられている。

この支柱３１は、透明カバー３３及び光源取付板３４の中央部分を貫通しており、図示しない固定部材等によって、光源取付板３４が任意の高さで固定できるようになっている。なお、この固定部材は、特に限定されず、ネジやクリップ等公知のものを用いることができる。

ここで、光源３２から発せられる熱及び光による植物Ｐの損傷を回避するために、植物Ｐと光源３２との間に最小限確保されるべき距離は、植物Ｐの品種や成長状態、光源３２の種類、光源３２から発せられる熱量及び光量、並びに外部環境等に応じて異なる。

尚、水耕栽培器１では、光源取付板３４及びフード３０をバランスよく支持するために、支柱３１は培養液タンク１０の底面の中央部分に突設されている。しかしながら、例えば、より大きな植物Ｐを育成する場合には、支柱３１は培養液タンク１０の内壁側に偏在した位置に突設されていてもよい。このような場合、光源３２として小型・軽量なＬＥＤを用いることによって、光源取付板３４の総重量を軽くすることができる。

〔実施形態の総括〕
以上のように、本実施の形態の水耕栽培器１は、フロート２０と培養液Ｎの水面との間に一定間隔の空隙部Ａが設け、かつそれらを連接して、かつ外気とも接続されるような構造を有している。それゆえ、植物根への酸素の供給を阻害することなく栽培を可能とし、また、培養液Ｎへの光を遮断できる構造を有することによって、培養液Ｎに藻類が発生することを防止することが可能である。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

（まとめ）
本発明の一態様に係る水耕栽培器１は、上方に向けて開口した開口部１１を有し、培養液Ｎを内部に貯留する培養液タンク１０と、培養液タンク１０に貯留された培養液Ｎに浮遊した状態で、植物Ｐを植え付けるための培地２を保持する培地保持部材（フロート２０）とを備えた水耕栽培器１において、上記培地保持部材（フロート２０）は、上記培養液Ｎの浮力により浮遊して設けられると共に、上記培地保持部材（フロート２０）には、上記培地２を保持するための複数の嵌め込み孔部（植込穴部２１）と、上記嵌め込み孔部（植込穴部２１）に連通して該嵌め込み孔部（植込穴部２１）の下側に設けられて上記培地２の下端と上記培養液Ｎの液面との間に空隙を設けるための凹部からなる空隙部Ａとを備え、上記凹部からなる各空隙部Ａは、上記培地保持部材（フロート２０）内で互いに連通している。

上記の構成によれば、培地保持部材（フロート２０）は、培地２を保持するための複数の嵌め込み孔部（植込穴部２１）と、上記嵌め込み孔部（植込穴部２１）に連通して該嵌め込み孔部（植込穴部２１）の下側に設けられて上記培地２の下端と上記培養液Ｎの液面との間に空隙を設けるための凹部からなる空隙部Ａとを有している。したがって、各植物Ｐを植え付けるための培地２は、嵌め込み孔部（植込穴部２１）によって支持されると共に、培地保持部材（フロート２０）における培地２の下端部と培養液Ｎの液面との間には凹部からなる空隙部Ａが設けられている。

ここで、本発明では、培地保持部材（フロート２０）は、培養液タンク１０に貯留された培養液Ｎの浮力により浮遊して設けられる。このため、培地保持部材（フロート２０）と培養液Ｎの液面との間の空隙の高さを一定に保つことが可能であり、空隙部Ａは常に一定の容積が確保される。

さらに、本発明では、凹部からなる各空隙部Ａは、培地保持部材（フロート２０）内で互いに連通している。このため、一つの空隙部Ａの酸素が根呼吸によって消費されたときには、他の空隙部Ａから酸素の供給を受けることができる。

また、培地保持部材（フロート２０）においては、嵌め込み孔部（植込穴部２１）は植物Ｐを植え付けるための培地２に充填されるので、外光が培養液Ｎに入射することはない。

したがって、植物Ｐの根に連続して酸素を供給可能とする構造を有し、かつ外光の培養液Ｎ中への入射を防止して培養液Ｎ中の酸素を消費する藻類の発生を防止し得る水耕栽培器を提供することができる。

また、本発明の一態様に係る水耕栽培器１では、前記培地保持部材（フロート２０）の空隙部Ａは、外気と連通されていることが好ましい。

これにより、一つの空隙部Ａの酸素が根呼吸によって消費されたときには、空隙部Ａと外気とが連通されているので、外気から酸素の供給を受けることができる。

したがって、確実に、植物Ｐの根に連続して酸素を供給可能とする構造を有する水耕栽培器１を提供することができる。

また、本発明の一態様に係る水耕栽培器１では、前記培地保持部材（フロート２０）は、発泡性の合成樹脂からなり、かつ該培地保持部材（フロート２０）を透過して前記培養液Ｎに達した透過光の光強度が、藻類の光補償点以下となる遮光性を有している。

これにより、培地保持部材（フロート２０）は発泡性の合成樹脂からなっているので、培地保持部材（フロート２０）は、培養液タンク１０に貯留された培養液Ｎの浮力により確実に浮遊して設けられる。この結果、培地保持部材（フロート２０）と培養液Ｎの液面との間の空隙の高さを確実に一定に保ち、延いては空隙部Ａは常に一定の容積が確保される。

また、培地保持部材（フロート２０）は、該培地保持部材（フロート２０）を透過して前記培養液Ｎに達した透過光の光強度が、藻類の光補償点以下となる遮光性を有している。このため、外光が培地保持部材（フロート２０）を透過して培養液Ｎに入射することはない。したがって、外光の培養液Ｎ中への入射を確実に防止して培養液Ｎ中の酸素を消費する藻類の発生を防止し得る水耕栽培器１を提供することができる。

また、本発明の一態様に係る水耕栽培器１では、前記培地保持部材（フロート２０）は、遮光性を有する顔料が混錬された合成樹脂からなっているとすることができる。

これにより、合成樹脂からなる培地保持部材（フロート２０）自体に顔料を混錬して遮光性を持たせるので、遮光性を有する培地保持部材（フロート２０）を容易に形成することができる。

また、本発明の一態様に係る水耕栽培器１では、前記培地保持部材（フロート２０）には、表面に遮光性を有する材料が塗布されているか、又は表面に遮光性を有するシート状の材料が貼付されているとすることができる。

これにより、培地保持部材（フロート２０）自体が遮光性を有していなくても、培地保持部材（フロート２０）の表面に遮光性を有する材料を塗布するか、又は培地保持部材（フロート２０）の表面に遮光性を有するシート状の材料を貼付することにより、遮光性を有する培地保持部材（フロート２０）を容易に形成することができる。

また、本発明の一態様に係る水耕栽培器１では、前記培地保持部材（フロート２０）は、透過光の光強度が１０（μｍｏｌ／ｍ^２ｓ）以下であることが好ましい。

これにより、外光の培養液Ｎ中への入射を防止して培養液Ｎ中の酸素を消費する藻類の発生を防止し得る水耕栽培器１を提供することができる。

本発明の水耕栽培器は、土壌を使わずに培養液で植物を栽培する水耕栽培に好適に利用することができる。

１ 水耕栽培器
２ 培地
１０ 培養液タンク
１１ 開口部
２０ フロート（培地保持部材）
２１ 植込穴部（嵌め込み孔部）
２１ａ 載置部
２２ 通気孔
２３ 通気窓
３０ フード
３１ 支柱
３２ 光源
３３ 透明カバー
３３ａ レンズ
Ａ 空隙部
Ｃ 光補償点
Ｍ 試験体
Ｎ 培養液
Ｌｂ 透過光
Ｐ 植物
Ｓ 水位目盛

Claims (6)

1. 上方に向けて開口した開口部を有し、培養液を内部に貯留する培養液タンクと、上記培養液タンクに貯留された培養液に浮遊した状態で、植物を植え付けるための培地を保持する培地保持部材とを備えた水耕栽培器において、
   上記培地保持部材は、上記培養液の浮力により浮遊して設けられると共に、
   上記培地保持部材には、上記培地を保持するための複数の嵌め込み孔部と、上記嵌め込み孔部に連通して該嵌め込み孔部の下側に設けられて上記培地の下端と上記培養液の液面との間に空隙を設けるための凹部からなる空隙部とを備え、
   上記凹部からなる各空隙部は、上記培地保持部材内で互いに連通していることを特徴とする水耕栽培器。
2. 前記培地保持部材の空隙部は、外気と連通されていることを特徴とする請求項１記載の水耕栽培器。
3. 前記培地保持部材は、発泡性の合成樹脂からなり、かつ該培地保持部材を透過して前記培養液に達した透過光の光強度が、藻類の光補償点以下となる遮光性を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の水耕栽培器。
4. 前記培地保持部材は、遮光性を有する顔料が混錬された合成樹脂からなっていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の水耕栽培器。
5. 前記培地保持部材には、表面に遮光性を有する材料が塗布されているか、又は表面に遮光性を有するシート状の材料が貼付されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の水耕栽培器。
6. 前記培地保持部材は、透過光の光強度が１０（μｍｏｌ／ｍ^２ｓ）以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水耕栽培器。

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