JP2015050979A - 水耕栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】支持部により支持される植物の地下部周囲の水分量を均一な状態に近づけることができる水耕栽培装置を提供する。
【解決手段】水耕栽培装置７０においては、複数の水分検知部３２，３４が、植物１００を支持する支持部２０に設けられている。制御部４０Ａが、複数の水分検知部３２，３４のうちのいずれか２つの水分検知部により検知された水分量の差を算出し、その水分量の差が所定値以上である場合に、養液供給部５０Ａに支持部２０へ養液１を供給させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、土を使用せずに植物を育成する水耕栽培装置に関する。

従来から、土を使用せずに植物を育成する水耕栽培が行われている。水耕栽培には、培地と呼ばれる支持部に肥料養液を浸透させ、支持部から植物へ肥料養液を与える方法と、植物の根を肥料養液に浸漬させ、植物へ直に養液を与える方法とがある。また、支持部を使用する栽培方法としては、ウレタン耕栽培方法およびロックウール耕栽培方法等がある。植物の根を肥料となる養液に直接浸漬させる方法としては、湛液栽培方法および薄膜栽培方法等がある。

たとえば、特許文献１には、水耕栽培装置に関する技術の一例として、収穫を上げるための水切りを自動的に制御する技術が開示されている。

特開平８−８８号公報

植物の支持部に肥料要件を浸透させる水耕栽培の場合には、支持部に養液が供給されない状態が続くと、たとえば、支持部の上側部分が乾燥状態となる一方、支持部の下側部分が湿潤状態となる場合がある。この場合、支持部の水分量が位置によって大きくばらつく。そのため、支持部により支持される地下部が肥大する植物の場合、支持部の植物の地下部周辺の水分量が大きくばらつくことに起因して、植物の地下部の肥大の度合いが、部分によって大きく異なってしまう。その結果、肥大の度合いが大きい部分と肥大の度合いが小さい部分との間で、植物の地下部に亀裂が入ってしまうおそれがある。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、支持部により支持される植物の地下部周辺の水分量の分布を均一な状態に近づけることができる水耕栽培装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる水耕栽培装置は、養液を貯留し得る容器と、前記養液の上方に位置づけられ、植物の根が前記養液に浸されるように前記植物の地下部を支持し得るとともに、前記養液が浸透し得る支持部とを備えている。また、その装置は、それぞれが前記支持部の所定の位置の水分量を検知する複数の水分検知部と、前記支持部へ前記養液を供給し得る養液供給部とを備えている。さらに、その装置は、前記複数の水分検知部のうちのいずれか２つにより検知された水分量の差を算出し、前記水分量の差が所定値以上である場合に、前記養液供給部に前記支持部へ前記養液を供給させる制御部を備えている。

前記複数の水分検知部は、前記支持部の第１の位置の水分量を検知する第１の水分検知部と、前記第１の位置よりも下側にある第２の位置の水分量を検知する第２の水分検知部とを有していることが好ましい。

前記養液供給部は、前記支持部へ前記養液を滴下し得る吐出口を有していることが好ましい。

前記養液供給部は、前記支持部へ前記養液を噴霧し得る吐出口を有していることが好ましい。

本発明の第２の態様にかかる水耕栽培装置は、養液を貯留し得る容器と、前記養液の上方に位置づけられ、植物の根が前記養液に浸されるように前記植物の地下部を支持し得るとともに、前記養液が浸透し得る支持部とを備えている。その装置は、前記支持部の所定の位置の水分量を検知する水分検知部と、前記支持部へ前記養液を供給し得る養液供給部とを備えている。さらに、その装置は、前記水分量が所定値以下である場合に、前記養液供給部に前記支持部へ前記養液を供給させる制御部を備えている。

本発明によれば、支持部により支持される植物の地下部周辺の水分量の分布を均一な状態に近づけることができる。

本発明の実施の形態１の水耕栽培装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態１の水耕栽培装置の養液供給処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２の水耕栽培装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態３の水耕栽培装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態３の水耕栽培装置の養液供給処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態１〜３のそれぞれで使用される支持部の構造を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
まず、図１を用いて、本発明の実施の形態１の水耕栽培装置７０の構造を説明する。本実施の形態の水耕栽培装置７０は、養液１を用いて植物１００を水耕栽培するための装置である。本実施の形態の植物１００は、地下部が肥大するおそれがある根菜類としてのオタネニンジン（高麗人参または朝鮮人参）である。オタネニンジンは、上記した水分量のばらつきに起因した地下部の亀裂の発生の問題が顕著に生じる植物である。以下、本実施の形態の水耕栽培装置７０により、オタネニンジンを一例とした根菜類の地下部の周辺の水分量の分布にばらつきが生じること抑制する方法を説明する。

水耕栽培装置７０は、養液１を貯留する容器１０を備えている。容器１０内においては、養液１の上方において、板状部材２６（図５参照）を介して、支持部２０が間接的に容器１０に取り付けられている。なお、容器１０に支持部２０を保持する構造が備わっていれば、支持部２０は、板状部材２６を介さず、たとえば、容器１０のくびれ部に挿入され、容器１０に直接取り付けられてもよい。要するに、支持部２０は、養液１の上方に位置づけられ、植物１００の根が養液に浸されるように植物１００の地下部を支持し得るものであれば、容器１０に対して、間接的に取り付けられても、直接的に取り付けられてもよい。

支持部２０は、容器１０に取り付けられた状態で、植物１００の根が養液１０に浸漬されるように植物１００を支持し得るものである。なお、支持部２０は、植物１００の葉が光合成をするように植物１００を支持し得るものであることが好ましい。

支持部２０は、たとえば、スポンジのような多孔性の材料からなっている。そのため、支持部２０においては、養液１が外部から供給されると、その養液１が内部へ毛細管現象により浸透する。養液１は、その量が十分であれば、支持部２０全体にわたって浸透する。その結果、支持部２０全体がほぼ均一な湿潤状態となる。つまり、水分量の分布がほぼ均一な状態になる。

支持部２０には、それぞれが支持部２０の所定の位置の水分量を検知する複数の水分検知部３２および３４が設けられている。水分検知部３２および水分検知部３４により検知された水分量の情報は、後述する制御部４０Ａへ送信される。水分量の検知は、水分量を直接計測することによりなされてもよいが、湿度を検知することにより間接的になされてもよい。本実施の形態においては、複数の水分検知部には、支持部２０おける植物１００の根側に設けられた第１の水分検知部３４と、支持部２０における植物１００の葉側に設けられた第２の水分検知部３２とが含まれていることが好ましい。言い換えると、支持部２０の上下方向において、２つの水分検知部が設けられていることが好ましい。これは、通常の使用状態では、支持部２０内の養液１が主に支持部２０の上面から蒸発するため、支持部２０の下側部分が湿潤状態となる一方で、支持部２０の上側部分が乾燥状態となるからである。すなわち、支持部２０の上下方向において、水分量の差が大きく異なる状態が発生する確率が高いと考えられるからである。

また、本実施の形態の水耕栽培装置７０は、養液１を支持部２０へ供給する養液供給部５０を備えている。養液供給部５０は、養液１が貯留されたタンク５４と、タンク５４内の養液１を支持部２０へ供給するポンプ５２とを含んでいる。ポンプ５２は、制御部４０により駆動される。

本実施の形態の制御部４０Ａは、２つの水分検知部、すなわち第１の水分検知部３２と第２の水分検知部３４とにより検知された２箇所の水分量から、水分量の差を算出する手段を備えている。なお、本実施の形態においては、水分検知部が２つのみ設けられた例を示すが、水分検知部は、３以上設けられていてもよい。この場合においては、３以上の水分検知部のうちの任意の２箇所の水分量から水分量の差を算出することができれば、いかなる水分検知部が用いられてもよい。例えば、支持部２０の左右方向において、湿潤状態に大きなばらつきができるのであれば、水分検知部を支持部２０の左右の端部のそれぞれに設けてもよい。また、支持部２０の左右上下のそれぞれの端部に水分検知部を設けてもよい。

制御部４０Ａは、算出手段により算出された水分量の差が予め定められた値以上であるか否かを判定する手段を含んでいる。また、制御部４０Ａは、判定する手段が算出する手段により算出された水分量の差が予め定められた値以上であると判定した場合に、ポンプ５２を駆動させる手段を含んでいる。したがって、制御部４０Ａがポンプ５２を駆動することにより、タンク５４内の養液１が支持部２０へ供給される。

次に、図２を用いて、実施の形態１の水耕栽培装置の制御部４０Ａにおいて実行される処理を説明する。

ステップＳ１において、制御部４０Ａは、第１の水分検知部３２から水分量Ｗ１を取得する。次に、ステップＳ２において、制御部４０Ａは、第２の水分検知部３４から水分量Ｗ２を取得する。その後、ステップＳ３において、制御部４０Ａの算出手段は、水分量Ｗ１と水分量Ｗ２との間の水分量の差ΔＷを算出する。次に、ステップＳ４において、制御部４０Ａの判定手段は、水分量の差ΔＷが所定値Ｋ１以上であるか否かを判定する。その後、ステップＳ４において、水分量の差ΔＷが所定値Ｋ１以上であれば、支持部２０の上下方向において水分量の差が許容範囲を超えている状態が発生しているとみなして、ステップＳ５において、ポンプ５２が制御部４０Ａにより駆動される。それにより、タンク５４内の養液１が支持部２０に供給されるか、または、養液１が供給される状態が維持される。このとき、ステップＳ１からステップＳ５までの処理が繰り返される。一方、ステップＳ４において、水分量の差ΔＷが所定値Ｋ１よりも小さい場合には、支持部２０の上下方向において水分量の差が大きく異なる状態が発生していないとみなして、ステップＳ６において、ポンプ５２が停止されるか、または、ポンプ５２を停止している状態が維持される。この場合、ステップＳ１〜ステップＳ４、およびステップ６の処理が繰り返される。

図２において、本実施の形態の養液供給処理を示したが、制御部４０Ａによる養液１の供給の制御の方法としては、リアルタイムフィードバック制御またはＯＮ／ＯＦＦ制御など、いかなるものであってもよい。いずれにしても、制御部４０Ａが、支持部２０の任意の２箇所の水分量の差が予め定められた値以上である場合に、ポンプ５２を駆動する制御が実行されればよい。

上記した本実施の形態においては、養液供給部５０による支持部２０への養液１の供給は、水分量検知部３２および３４により検知された水分量の差ΔＷに基づいて停止される。しかしながら、制御部４０Ａがポンプ５２の駆動時間を計測し、所定時間だけポンプ５２が駆動された場合に、養液１の支持部２０への供給が停止されてもよい。この場合、予め実験により、支持部２０の植物１００の地下部周辺の湿潤状態を均一な状態にするために必要なポンプ５２の駆動時間が把握されている。したがって、制御部４０Ａは、ポンプ５２の駆動開始後、その必要駆動時間が経過した場合にポンプ５２を停止する制御を実行することになる。

上記のような本実施の形態の水耕栽培装置７０によれば、支持部２０の任意の２カ所の水分量の差が所定値以上である場合に、養液供給部５０から支持部２０へ養液１が供給される。その結果、支持部２０の植物１００の地下部周辺の水分量を均一な状態に近づけることができる。したがって、植物１００の生育速度が向上する。また、支持部２０において、湿潤状態が位置によって大きく異なることを防止することができる。その結果、根菜類等の地下部の肥大する植物１００を育成する場合に、支持部２０内の水分量のばらつきに起因した植物１００における亀裂の発生が抑制される。

本実施の形態の水耕栽培装置７０においては、図１に示されるように、支持部２０の上下方向において２つの水分検知部が設けられていることが好ましい。つまり、複数の水分検知部は、支持部２０の第１の位置の水分量を検知する第１の水分検知部３２と、第１の位置よりも下側にある第２の位置の水分量を検知する第２の水分検知部３４とを有していることが好ましい。これによれば、水分量の差が大きくなり易い上下方向において、支持部２０の水分量の分布を均一な状態に近づけることができる。

また、本実施の形態においては、養液供給部５０は、養液１を支持部２０へ滴下する吐出口６０を有している。これによれば、簡単な養液供給部５０の構成で、支持部２０の植物１００の地下部周辺の水分量の分布を均一な状態に近づけることができる。ただし、吐出口６０の構造は、これに限られず、支持部２０へ養液１を供給できるものであれば、いかなる構造であってもよい。

（実施の形態２）
図３を用いて、本発明の実施の形態２の水耕栽培装置７０を説明する。本実施の形態の水耕栽培装置７０は、実施の形態１の水耕栽培装置７０とほぼ同様の構成を有している。そのため、図３においては、実施の形態１および実施の形態２において、同一の構成には同一の参照符号を付し、それらの同一の構成の説明は繰り返さない。以下の本実施の形態の説明においては、実施の形態１と異なる点のみを説明する。

本実施の形態においては、養液供給部５０Ａの代わりに養液供給部５０Ｂが設けられている。養液供給部５０Ｂは、実施の形態１の養液１を滴下する吐出口６０の代わりに、養液１を噴霧する吐出口６２および６４を有している。これによれば、極力少ない養液量で、支持部２０の植物１００の地下部周辺の水分量の分布を均一な状態に近づけることができる。本実施の形態においては、吐出口６２および６４は、容器１０の側壁内側に設けられ、支持部２０の側面に養液１を供給している。しかしながら、吐出口６２および６４は、いかなる位置に設けられていてもよく、また、支持部２０のいかなる位置に養液１を供給してもよい。いずれにしても、支持部２０の毛細管現象を利用して、養液１が支持部２０の植物１００の地下部の周辺において均一に浸透すればよい。

（実施の形態３）
図４を用いて、本発明の実施の形態３の水耕栽培装置７０の構造を説明する。本実施の形態の水耕栽培装置７０は、実施の形態１の水耕栽培装置７０とほぼ同様の構成を有している。そのため、図４においては、実施の形態１および実施の形態３において、同一の構成には同一の参照符号を付し、それらの同一の構成の説明は繰り返さない。以下の本実施の形態の説明においては、実施の形態１および３と異なる点のみを説明する。

本実施の形態においては、植物１００の葉側の位置の水分量を検知する１つの水分検知部３６のみが支持部２０に設けられている。この水分検知部３６は、支持部２０の中で、予め実験によって水分量が相対的に最も小さくなることが判明している部分に設けられている。通常、養液１は、支持部２０内において自重で下方へ向かうため、支持部２０の上側のほうが下側よりも水分量が小さくなっている。したがって、一般的には、水分検知部３６は、支持部２０の最上部または最上部の近傍に設けられることが好ましい。ただし、左右方向において、支持部２０の水分量にばらつきが生じる場合には、水分検知部３６は、支持部２０の左右の最端部またはその近傍に設けられてもよい。また、支持部２０の内部の特定の部分の水分量が最も小さくなると判明しているのであれば、その特定の部分に水分量検知部が設けられてもよい。

本実施の形態においては、実施の形態１の制御部４０Ａの代わりに制御部４０Ｂが設けられている。制御部４０Ｂは、支持部２０へ養液１を供給するか否かを決定するために、水分検知部３６により検知された水分量が予め定められた値以下であるか否かを判定する手段を備えている。

次に、図５を用いて、本実施の形態の水耕栽培装置７０の養液供給処理を説明する。本実施の形態においては、ステップＳＳ１において、制御部４０Ｂは、水分検知部３６から水分量Ｗの値を取得する。次に、ステップＳＳ２において、制御部４０Ｂは、水分検知部３６により検知された水分量Ｗの値が所定値Ｋ２以下か否かを判定する。その後、ステップＳＳ２において、水分検知部３６により検知された水分量Ｗの値が所定値Ｋ２以下であれば、支持部２０内において水分量のばらつきが大きくなっているとみなして、ステップＳＳ３において、制御部４０Ｂは、養液供給部５０を制御する。具体的には、ポンプ５２を駆動し、タンク５４内の養液１を支持部２０の植物１００の地下部周辺へ供給する。すなわち、本実施の形態においては、水分検知部３６により検知された水分量Ｗの値が所定値Ｋ２以下であれば、支持部２０内において水分量のばらつきが大きくなっているとの仮定の下で、養液１が支持部２０へ供給される。

本実施の形態においては、養液１は、支持部２０の最上部へ供給されている。これは、一般に、支持部２０の上面からの養液１の蒸発量が最も多く、支持部２０の最上部の水分量が最も小さくなっていであろうと推測がされるからである。この推測の下では、支持部２０の最上部へ養液１を供給することが支持部２０内の水分量の差を低減するために最も効果的であると考えられる。ただし、支持部２０へ養液１が十分に供給されるのであれば、毛細管現象により支持部２０の全体に養液１が浸透するため、養液１が供給される位置は、支持部２０のいかなる位置であってもよい。

上記した本実施の形態の水耕栽培装置７０によれば、１つの水分検知部３６だけで、支持部２０内の水分量にばらつきが生じているか否かを判定する。そのため、最小数の水分検知部で効率的に支持部２０の植物１００の地下部周辺を均一な湿潤状態に近づけることができる。

なお、上記した実施の形態１から３のそれぞれにおいて、図６に示すように、支持部２０が、板状部材２６の円形または楕円形等の形状を有する孔部２５に挿入され得る構造を有していてもよい。このような支持部２０は、スポンジのような養液１の浸透性が高い材料であって、かつ板状部材２６によって保持され易い弾性係数を有する弾性体であることが好ましい。このような支持部２０によれば、支持部２０の板状部材２６への脱着が容易となる。また、支持部２０は、養液１の浸透性が高い材料２２と弾性変形し易い材料２４とが接合されたものであってもよい。これによれば、養液１の浸透性が高いことおよび板状部材２６によって支持され易いことの双方を実現できる支持部２０の材料選択の幅が広くなる。

上記した本実施の形態の水耕栽培装置７０によれば、支持部２０により支持される植物１００の地下部周囲を均一な湿潤状態に近づけることができる。そのため、植物１００の生育速度が向上する。さらに、根菜類等の地下部が肥大する植物において、植物１００の地下部周囲の湿潤状態が位置によって大きく異なることに起因した植物１００の地下部における亀裂の発生を抑制することができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１ 養液
１０ 容器
２０ 支持部
３２ 第１の水分検知部
３４ 第２の水分検知部
３６ 水分検知部
４０Ａ，４０Ｂ 制御部
５０Ａ，５０Ｂ 養液供給部
５２ ポンプ
５４ タンク
６０，６２，６４ 吐出口
７０ 水耕栽培装置
１００ 植物

本発明の第１の態様にかかる水耕栽培装置は、養液を貯留する容器と、前記養液の上方に位置づけられ、植物の根が前記養液に浸されるように前記植物の地下部を支持するとともに、前記養液が浸透する支持部とを備えている。また、その装置は、それぞれが前記支持部の所定の位置の水分量を検知する複数の水分検知部と、前記支持部へ前記養液を供給する養液供給部とを備えている。さらに、その装置は、前記複数の水分検知部のうちのいずれか２つにより検知された水分量の差を算出し、前記水分量の差が所定値以上である場合に、前記養液供給部に前記支持部へ前記養液を供給させる制御部を備えている。

前記養液供給部は、前記支持部へ前記養液を滴下する吐出口を有していることが好ましい。

前記養液供給部は、前記支持部へ前記養液を噴霧する吐出口を有していることが好ましい。

本発明の第２の態様にかかる水耕栽培装置は、養液を貯留する容器と、前記養液の上方に位置づけられ、植物の根が前記養液に浸されるように前記植物の地下部を支持するとともに、前記養液が浸透する支持部とを備えている。その装置は、前記支持部の所定の位置の水分量を検知する水分検知部と、前記支持部へ前記養液を供給する養液供給部とを備えている。さらに、その装置は、前記水分量が所定値以下である場合に、前記養液供給部に前記支持部へ前記養液を供給させる制御部を備えている。

Claims (5)

1. 養液を貯留し得る容器と、
   前記養液の上方に位置づけられ、植物の根が前記養液に浸されるように前記植物の地下部を支持し得るとともに、前記養液が浸透し得る支持部と、
   それぞれが前記支持部の所定の位置の水分量を検知する複数の水分検知部と、
   前記支持部へ前記養液を供給し得る養液供給部と、
   前記複数の水分検知部のうちのいずれか２つにより検知された水分量の差を算出し、前記水分量の差が所定値以上である場合に、前記養液供給部に前記支持部へ前記養液を供給させる制御部とを備えた、水耕栽培装置。
2. 前記複数の水分検知部は、前記支持部の第１の位置の水分量を検知する第１の水分検知部と、前記第１の位置よりも下側にある第２の位置の水分量を検知する第２の水分検知部とを有する、請求項１に記載の水耕栽培装置。
3. 前記養液供給部は、前記支持部へ前記養液を滴下し得る吐出口を有している、請求項１または２に記載の水耕栽培装置。
4. 前記養液供給部は、前記支持部へ前記養液を噴霧し得る吐出口を有している、請求項１または２に記載の水耕栽培装置。
5. 養液を貯留し得る容器と、
   前記養液の上方に位置づけられ、植物の根が前記養液に浸されるように前記植物の地下部を支持し得るとともに、前記養液が浸透し得る支持部と、
   前記支持部の所定の位置の水分量を検知する水分検知部と、
   前記支持部へ前記養液を供給し得る養液供給部と、
   前記水分量が所定値以下である場合に、前記養液供給部に前記支持部へ前記養液を供給させる制御部とを備えた、水耕栽培装置。
   
   

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