JP2021180641A - 養液栽培装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摘果等の作業で減量したときにおいても、本来供給すべきタイミングで液肥を必要な量だけ供給し続けることが可能な溶液栽培装置の提供。【解決手段】計測するポット５の近くにマットセンサ９を配置し、補正機能部は、マットセンサ９が荷重を検知すると、マットセンサ９の上に減量作業のために人が立って「踏んだ」と判断し、コントローラ４３の給液実行部に介入して給液を停止する。そして、マットセンサ９が荷重を検知しない状態になると人がマットセンサ９から「退いた」と判断し、更に、「３０秒間」経過してもその「退いた」状態が継続すると、減量作業を終了したと判断して、給液実行部に介入して、先ず、計測用のポット５の重量を計測してその重量で適正重量を更新する。そして、給液を再開して、減量作業後の最適な量を給液させる。【選択図】図６

Description

本発明は、ビニールハウスなどの屋内に配置された多数の栽培用容器に植えられた栽培植物に液肥を供給して栽培する養液栽培装置に関するものである。

本出願の出願人の先の出願に係る特許文献１では、同時期に多数の栽培用容器に植えられた栽培植物に液肥を自動的に供給する養液栽培装置が提案されている。この養液栽培装置では、植物栽培中の容器のいずれか少なくとも一つを計測用に利用し、この容器の重量減少分を液肥の減少分として取り扱い、当該減少分が閾値以下になったときに、計測用に利用した容器を含めて全ての植物栽培中の容器に液肥を供給するようになっている。

実用新案登録第３２２５９９３号公報

ところで、トマトのような栽培植物に対して摘果、葉かき等の作業を行うと、植物栽培中の容器の重量は有意的に軽くなるが、この重量減少分が液肥の減少分として取り扱われると、本来供給すべきタイミングの前にしかも過剰に液肥を供給してしまうことになる。
一方、そのような減量作業をする度に、液肥の供給モードを設定し直すのは、面倒であり、自動化のメリットが減ずる。

本発明は上記従来の問題点に着目して為されたものであり、栽培植物に対して摘果、葉かき等の作業を行うことで植物栽培中の容器の重量が軽くなっても、補正機能を働かせて、本来供給すべきタイミングで液肥を必要な量だけ供給し続けることを可能とする養液栽培装置の提供を、その目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために為されたものであり、請求項１の発明は、基準とする植物栽培中の容器の重量を計測する重量計測手段と、前記計測用の容器を含めて多数の植物栽培中の容器へ液肥を供給する液肥供給手段と、前記重量計測手段によって計測された重量に基づいて液肥の適正重量からの減少分を認定し、当該減少分が閾値以下になったときに、前記液肥供給手段を動作させて、計測用に利用した容器を含めて全ての植物栽培中の容器に液肥を供給させる給液実行部を含むコントローラを備え、屋内に配置された多数の栽培用容器内に植えられた栽培植物に液肥を供給して栽培を行う養液栽培装置であって、前記基準とする容器の近傍に配置された荷重センサと、前記コントローラに含まれ、前記荷重センサが荷重を検知すると、前記コントローラで採用される液肥の供給タイミングの目安とする適正重量を前記重量計測手段によって計測された重量に基づいて更新する補正を実行する補正機能部を備え、前記荷重センサの上に人が立って栽培植物に摘果、葉かき等の減量作業が実施されるとその作業後に適正重量が更新されることを特徴とする養液栽培装置である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した養液栽培装置において、補正機能部は、荷重センサの上に人が立ったことを検知し、その後人が退いたことを確認すると、コントローラで採用される液肥の適正重量を重量計測手段によって計測された重量に基づいて更新する補正を実行することを特徴とする養液栽培装置である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した養液栽培装置において、荷重センサが荷重を一定時間以上検知すると、異常を報知する異常報知部を備えることを特徴とする養液栽培装置である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した養液栽培装置において、荷重センサが荷重を検知すると、給液実行部が動作を停止し、その後荷重を検知しない時間が所定時間経過すると、前記給液実行部が動作を再開することを特徴とする養液栽培装置である。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載した養液栽培装置において、荷重センサがマットセンサで構成されていることを特徴とする養液栽培装置である。

請求項６の発明は、請求項５に記載した養液栽培装置において、マットセンサは、上下で対向配置された一対の導電性シートと、前記一対の導電性シートの間に介装された多数の穴があけられた弾性変形可能な絶縁性シートを備え、いずれかの穴の上に足が乗ったときには当該穴の周囲の絶縁性シートが圧縮して、当該穴に被さった上側の導電性シートが下側の導電性シートと接触導通することで荷重を検知することを特徴とする養液栽培装置である。

本発明の養液栽培装置によれば、栽培植物に対して摘果、葉かき等の作業を行うことで植物栽培中の容器の重量が軽くなっても、補正機能を働かせて、本来供給すべきタイミングで液肥を必要な量だけ供給し続けることを可能とする。

本発明の実施の形態に係る養液栽培装置の使用環境を示すビニールハウスの概要平面図である。 図１に見えるマットセンサの斜視図である。 図２のマットセンサの分解斜視図である。 図２のマットセンサの断面図である。 図４のマットセンサによる荷重検知メカニズムの説明図である。 図１のマットセンサを備えた養液栽培装置の摘果前の液肥供給状態を示すイメージ図である。 図６と関連する、養液栽培装置の摘果後の液肥供給状態のイメージ図である。 図６の養液栽培装置の電気的構成図である。 図８による給液モードにおける供給状況遷移のイメージ的グラフである。 図８の養液栽培装置の給液モードの動作のフローチャートである。 図８の養液栽培装置の異常報知モードの動作のフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係る養液栽培装置について図を参照して説明する。
図１は、トマトの養液栽培のビニールハウス１を示す概要平面図である。ビニールハウス１の内部には、複数のベッド３、３、……が列状に連なって配置されてベッド列４が形成されている。各ベッド３にはトマトを養液栽培するための栽培用容器としてポット５が配置されている。このポット５、５、……は二条で配置されている。図６に示すように、ポット５にはココヤシ繊維からなる培地が収容されており、その培地にトマト７が定植されている。
複数のベッド列４、４、……は列毎に系統が別になって、個別に給液設定ができるようになっており、ベッド列４、４、……に対して、マットセンサ９、９、……が一対一対応で敷かれて配置されている。マットセンサ９は、その対応するベッド列４に栽培されているトマト７に対して摘果、葉かき等の減量作業が実施されるときに、作業者が立つ位置に配置されている。

図２に示すように、マットセンサ９は、全体が長方形の薄肉シート状になっており、図３、図４に示すように、多層構造を有している。下面保護シート１１と、上面保護シート１３は絶縁ゴム製になっている。下面保護シート１１は枠状になっており、内側が一段下がって収容部分になっている。上面保護シート１３の上面１３ａは滑り止め用に凹凸面になっている。
下面保護シート１１の枠内に一対のアルミ製の導電性シート１５、１５が上下で対向した状態で収容されている。導電性シート１５は薄くフィルム状になっており、上側に位置するゴム製の上面保護シート１３と共に凹陥変形可能になっている。

また、この一対の導電性シート１５、１５の間に、比較的厚みのある絶縁性シート１７が介装されている。この絶縁性シート１７は弾性変形可能なスポンジ製になっており、多数の丸穴１７ａ、１７ａ、……が設けられている。この丸穴１７ａの穴サイズ、穴間隔は、図２に示すように、マットセンサ９の上に人が乗ってその足で踏まれると、図５に示すように、いずれかの丸穴１７ａの上側が矢印に示す荷重を受けて、その周囲の絶縁性シート１７が圧縮すると共に、丸穴１７ａに被さった上側の導電性シート１５が上面保護シート１３と共に凹陥して下側の導電性シート１５と接触するよう、大人の女性の平均的な靴サイズ２３ｃｍを基準に設定されている。
導電性シート１５、１５にはそれぞれリード線１９、１９が接続されており、一対の導電性シート１５、１５が接触すると導通する。リード線１９、１９は束ねられコード２１となって、マットセンサ９から引き出されている。このコード２１はコントローラ４３（後述）に接続されている。

マットセンサ９は作業の際に歩行の邪魔にならないように薄くなっており、作業者はマットセンサ９を踏んだことを意識せずに作業を進めることが可能となっている。作業者の存在を検知するには光を利用した人感センサもあるが、ポット５に接近して配置する必要があることから、葉等に遮られて誤検知する可能性が高く、このような使用環境に最適なセンサとしてマットセンサ９が採用されている。マットセンサ９の全体のサイズは、減量作業の際には、確実に作業者に踏まれるよう必要かつ十分なものになっている。

図６、図７に示すように、ポット５、５、……には、液肥供給手段の液肥を入れた液肥供給装置２３からポンプ駆動によりパイプ２５、２５、……を介して液肥がそれぞれ供給されるようになっている。
符号２７は重量計測手段としての吊秤を示す。この吊秤２７ではロバーバル型のロードセル２９を重量計として利用しており、上側支持フレーム３１を介して吊下げ具３３が連結され、下側支持フレーム３５を介して牽引具３７が連結されている。ビニールハウス１には、図１に示すように、丸棒状の補強材１ａが所定の間隔をあけて複数横架されており、この補強材１ａに吊下げ具３３を連結してロードセル２９を吊下げ支持させている。また、牽引具３７は、ロープ３９を介して計測用に基準とするトマト栽培中のポット５を牽引するようになっている。なお、この実施の形態では、計測用に１つのポット５を利用しているが、２〜３のポット５の重量を計ってその平均値を採用してもよい。

ロードセル２９にはケーブルを介して中継器４１が接続されており、そこから電圧信号が重量計測信号として送出される。
コントローラ４３は、養液栽培装置の全体を制御するものであり、図８に示すように、その主体となる２つのタイマ内蔵のマイコンがマットセンサ９、ロードセル２９の中継器４１、液肥供給装置２３のポンプ駆動回路２３ａ、警報ブザー（コントローラ４３に配設）のブザー駆動回路４５と電気的に接続されている。マイコンは設定されたプログラムに基づいて制御しており、機能的に捉えると、給液実行部４７と、補正機能部４９と、異常報知部５１を構成している。

給液実行部４７は、ロードセル２９で計測された重量を適正重量（１００％）に対して相対化して相対重量（％）とし、
適正重量（１００％）−相対重量（％）＝減少分（％）
を算出し、その減少分（％）が閾値（％）以下になったときに、液肥供給装置２３のポンプ駆動回路２３ａを動作させて液肥の供給、すなわち給液を実行する。給液対象は牽引されたポット５を含めてそのベッド列４に含まれる多数のポット５、５、……が含まれている。
適正重量は、前日の最後または当日の最初に計測された最大重量に基づいて毎日更新するようになっており、開花から果実の生育、収穫直前までポット５の重量が増えていくと、それに追従して適正重量の絶対値が大きくなっていく。
従って、図９の［給液モード（減量作業無し）］に示すように、１日の単位で見ると、液肥の供給タイミングを最適化させ、給液の遅れや早まりによる水分ストレスを与えずに済む。また、週単位で見ると、果実の生育につれて液肥の供給量も増えることになる。

栽培中には、栄養を行き渡らせる等のために摘果をしたり、風通しを良くしたり、果実を露出させたりする等のために葉かきをするが、このような作業をするとポット５の重量が減る。このような減量作業が実施された場合に、その減量分を考慮しないと給液過剰になるため、補正機能部４９が給液実行部４７に対して補正を実行する。
図１０のフローチャートに示すように、給液モードがスタートすると、給液実行部４７が上記したように給液を開始する。
補正機能部４９は、マットセンサ９が荷重を検知すると、マットセンサ９の上に減量作業のために人が立って「踏んだ」と判断し、給液実行部４７に介入して給液を停止する。そして、マットセンサ９が荷重を検知しない状態になると人がマットセンサ９から「退いた」と判断し、更に、「３０秒間」経過してもその「退いた」状態が継続すると、減量作業を終了したと判断して、給液実行部４７に介入して、先ず、計測用のポット５の重量を計測してその重量で適正重量を更新する。そして、給液を再開する。

作業途中では、作業者がマットセンサ９から一旦降りても再び乗ったりという状況が想定されること、降りた状態で枝を掴んだりして計測用のポット５に作業者の体重が掛かる場合もある。そのため、マットセンサ９が荷重を検知しない時間が「３０秒間」継続した時点で、作業が終了と判断している。
適正重量を減量作業が終了した後の減った重量で更新するので、液肥の供給量も減ってその減量作業後の最適な量を給液する。
図６に示す摘果前の状態から図７に示す摘果後の状態に変わるときには、この補正機能部４９が効果的に働く。図９の［給液モード（減量作業有り）］に示すように、給液再開後には、液肥の相対的供給量は変わらないが、絶対的供給量、すなわち実際の供給量が変わる。

但し、補正機能部４９に係るマットセンサ９は、作業者に踏まれて導通するだけでなく、作業用台車に摘果したものを載せたりしながら作業をする際には、この作業用台車が乗ったときにも導通する。
導通すると、給液を中止するので、疲れたりして作業を途中で中断したような場合に作業用台車をそのまま置き去りにしてしまうと、その中断時間が長くなるときには給液の停止による水分ストレスが強くなってしまう。
これでは、補正機能部４９の存在が却って悪影響をもたらすので、異常報知部５１も併用して備えられている。

異常報知部５１は、図１１のフローチャートに示すように、給液モードのスタートに並行して異常報知モードをスタートさせる。
異常報知部５１は、マットセンサ９が荷重を検知すると、人を含めて何かがその上に「乗った」と判断する。信号としては同じであるが、補正機能部４９では、「踏んだ」と判断し、この異常報知部５１では「踏んだ」人を含めて何かが「乗った」と論理的に区別している。「１０分間」経過してもその「乗った」状態が継続すると、「乗った」のは減量作業のために人が「踏んだ」状態ではないと判断して、警報ブザーのブザー駆動回路４５を駆動させて警報ブザーを鳴動させる。そして、マットセンサ９が荷重を検知しない状態になると、マットセンサ９から作業用台車等の減量作業の検知に邪魔になるものが「退いた」と判断して、警報ブザーの鳴動を停止する。
作業者が減量作業のためにマットセンサ９を踏み続ける時間を考慮して、減量作業中には警報ブザーが鳴動しないように、「１０分間」を待機時間に設定している。

上記のように、補正機能部４９と異常報知部５１を備えることにより、この養液栽培装置では、実際に摘果、葉かき等の減量作業が行われた場合にも、自己補正機能が働き、その作業前と変わらずに、そのまま、必要なときに必要な分だけ給液を実行する。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、上記の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲における設計の変更があっても発明に含まれる。
例えば、ポット５、５、……を一条で配置する場合には、ベッド列４の両側から減量作業を行うことが多い。そのような場合には、マットセンサ９をベッド列４の下側を通してベッド列４の両側で露出させるように配置することが推奨される。このように配置すれば、いずれの側に作業者が立って減量作業が実施されてもマットセンサ９は検知することができる。
また、マットセンサ９から「退いた」後の「退いた」状態の継続時間や、マットセンサ９に「乗った」状態の継続時間などの「時間」は、上記実施の形態では、数字で具体的に記載されているが、これらは一例であり、「時間」についても、任意に設定可能である。

１…ビニールハウス １ａ…補強材 ３…ベッド ４…ベッド列
５…ポット ７…トマト ９…マットセンサ １１…下面保護シート
１３…上面保護シート １３ａ…上面 １５…導電性シート １７…絶縁性シート
１７ａ…丸穴 １９…リード線 ２１…コード ２３…液肥供給装置
２３ａ…ポンプ駆動回路 ２５…パイプ ２７…吊秤 ２９…ロードセル
３１…上側支持フレーム ３３…吊下げ具 ３５…下側支持フレーム
３７…牽引具 ３９…ロープ ４１…中継器 ４３…コントローラ
４５…ブザー駆動回路 ４７…給液実行部 ４９…補正機能部
５１…異常報知部

Claims (6)

1. 基準とする植物栽培中の容器の重量を計測する重量計測手段と、前記計測用の容器を含めて多数の植物栽培中の容器へ液肥を供給する液肥供給手段と、前記重量計測手段によって計測された重量に基づいて液肥の適正重量からの減少分を認定し、当該減少分が閾値以下になったときに、前記液肥供給手段を動作させて、計測用に利用した容器を含めて全ての植物栽培中の容器に液肥を供給させる給液実行部を含むコントローラを備え、
   屋内に配置された多数の栽培用容器内に植えられた栽培植物に液肥を供給して栽培を行う養液栽培装置であって、
   前記基準とする容器の近傍に配置された荷重センサと、前記コントローラに含まれ、前記荷重センサが荷重を検知すると、前記コントローラで採用される液肥の供給タイミングの目安とする適正重量を前記重量計測手段によって計測された重量に基づいて更新する補正を実行する補正機能部を備え、
   前記荷重センサの上に人が立って栽培植物に摘果、葉かき等の減量作業が実施されるとその作業後に適正重量が更新されることを特徴とする養液栽培装置。
2. 請求項１に記載した養液栽培装置において、
   補正機能部は、荷重センサの上に人が立ったことを検知し、その後人が退いたことを確認すると、コントローラで採用される液肥の適正重量を重量計測手段によって計測された重量に基づいて更新する補正を実行することを特徴とする養液栽培装置。
3. 請求項１または２に記載した養液栽培装置において、
   荷重センサが荷重を一定時間以上検知すると、異常を報知する異常報知部を備えることを特徴とする養液栽培装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載した養液栽培装置において、
   荷重センサが荷重を検知すると、給液実行部が動作を停止し、その後荷重を検知しない時間が所定時間経過すると、前記給液実行部が動作を再開することを特徴とする養液栽培装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載した養液栽培装置において、
   荷重センサがマットセンサで構成されていることを特徴とする養液栽培装置。
6. 請求項５に記載した養液栽培装置において、
   マットセンサは、上下で対向配置された一対の導電性シートと、前記一対の導電性シートの間に介装された多数の穴があけられた弾性変形可能な絶縁性シートを備え、いずれかの穴の上に足が乗ったときには当該穴の周囲の絶縁性シートが圧縮して、当該穴に被さった上側の導電性シートが下側の導電性シートと接触導通することで荷重を検知することを特徴とする養液栽培装置。
   
   

Images