JP6042782B2 - 栽培容器、および水耕栽培装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、植物を培養液で育成させる栽培容器及び水耕栽培装置に関する。

培養槽に溜めた培養液に根が浸かるように植物を保持する水耕栽培装置がある。この水耕栽培装置は、培養液の上を覆うように、栽培しようとする植物の数に応じて植付孔が開けられたパネルを有している。各植付孔には、植物の苗が保持された苗床を設置し、抑えで固定している。苗から延びた根は、培養液に浸かる。この水耕栽培装置の場合、植物の収穫の際に作業者が手を伸ばさなければならないため、植物を培養液に浮かべる浮遊式の培養容器が提案されている。

特開平３−１８７３２５号公報

植物が固定された状態であると、光の照射方向、照射量、および照射時間などによって、発育に偏りが生じてしまう。固定された植物の葉に均等に光を当てるためには、様々な方向に光源を用意しなければならない。

培養液が流れる水路を有した水耕栽培において、植物が保持された栽培容器をその培養液に浮かべて育成及び搬送する水耕栽培装置がある。この水耕栽培装置は、栽培容器を水路に沿って蛇行するように循環移動させている。しかしながら、この場合であっても、植物の葉に光が均等にあたるように栽培容器の向きが変わるとは限らない。

また、浮遊式の栽培容器の場合、植物の成長が偏り重心位置が偏ると、栽培容器が傾くかもしれない。そして、傾いたことによって、さらに栽培容器の向きが特定の向きに保持され易くなり、植物の成長に偏りが生じてしまう。その結果、栽培容器の傾きが増大し、発育の偏りを加速させてしまう。栽培容器の傾きを軽減するために植物に対して栽培容器を大きくして浮力を安定させることも考えられる。しかし、栽培容器を大きくすると、水耕栽培装置としての占有面積に対する収穫率が低下してしまう。

植物の成長には光だけではなく光合成、呼吸、蒸散を適切に行えることも重要である。したがって、植物の周囲の空気が淀まないように、二酸化炭素や酸素の他に、温度及び湿度の整った空気を供給しなければならない。

そこで、本発明の目的は、水耕栽培において植物の周囲の空気を換気するとともに植物の葉に光を均質に当てる栽培容器、およびこれを用いる水耕栽培装置を提供する。

一実施形態に係る栽培容器は、基部と支持部材と植付部と翼とを備える。基部は、培養液を貯留する栽培槽の上部に配置された栽培パネルによって、培養液の液面よりも上に支持される。支持部材は、培養液によって成長する少なくとも１株の植物を保持する。植付部は、基部の中央部分に設けられて植物の根が培養液に浸かるように支持部材を固定する。翼は、前記基部の下面に固定され、前記栽培パネルと前記培養液の液面との間に配置される、前記栽培パネルと前記培養液の液面との間を流れる気流によって前記基部に回転力を与える。

第１の実施形態の栽培容器及び水耕栽培装置の斜視図。 図１の栽培容器と栽培プレートの斜視図。 図２の栽培容器と栽培プレートを下から見た斜視図。 第２の実施形態の栽培容器及び栽培プレートを下から見た斜視図。 第３の実施形態の栽培容器及び栽培プレートを下から見た斜視図。 第４の実施形態の栽培容器及び栽培プレートを下から見た斜視図。 第５の実施形態の栽培容器の側面図。 第６の実施形態の栽培容器及び水耕栽培装置の斜視図。 第７の実施形態の栽培容器及び水耕栽培装置の斜視図。 第８の実施形態の栽培容器及び水耕栽培装置の斜視図。 図１０の栽培容器を下から見た斜視図。 第９の実施形態の栽培容器を下から見た斜視図。 図１２の栽培容器の下面図。 第１０の実施形態の栽培容器及び水耕栽培装置の斜視図。 第１１の実施形態の栽培容器及び水耕栽培装置の斜視図。 第１２の実施形態の水耕栽培装置の斜視図。 第１３の実施形態の栽培容器及び水耕栽培装置の斜視図。

第１の実施形態の栽培容器１０及びこれを使用する水耕栽培装置１について、図１から図３を参照して説明する。図１に示す水耕栽培装置１は、培養液Ｂを貯留する栽培槽２と、少なくとも１つの栽培容器１０と、この栽培槽２に溜められた培養液Ｂの上に栽培容器１０を保持する栽培パネル２０とを備える。この水耕栽培装置１は、培養液Ｂの水質を管理し維持するために、培養液Ｂを循環するポンプ２１と、栽培槽２から回収された培養液Ｂ中の不純物を取り除くフィルタ２２と、培養液Ｂに養分を追加する供給装置２３と、培養液ＢのｐＨなど水質を調整する調整装置２４と、を備える。

また、水耕栽培装置１は、栽培容器１０に植えられた植物Ｐに光を供給する照明装置３と、栽培容器１０の周囲に一様な空気の流れ（気流）を発生させる送風機５１と、ポンプ２１なども含めたこれら装置に接続された制御装置４とを備える。栽培パネル２０は、複数の栽培容器１０をそれぞれ決められた位置に保持するために、図３に示す装着孔２０１を有している。

栽培容器１０は、図２および図３に示すように、基部１１と支持部材１２と植付部１３と翼１４とを備える。基部１１は、培養液Ｂの液面よりも上に支持される。水耕栽培装置１の栽培槽２の上部に配置される栽培パネル２０と基部１１との間の摩擦係数が小さくなるように、基部１１は、少なくとも栽培パネル２０に接する範囲に例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂を取り付けたりコーティングしたりされるとよい。また、基部１１と栽培パネル２０との間に上記のポリテトラフルオロエチレン樹脂製のスリップリングを挿入する、あるいはベアリング、ボールキャスタなどを配してもよい。基部１１の外形は、栽培容器１０に植えられる植物Ｐが育った場合にその葉が広がる範囲とほぼ同じ大きさに、設定される。

支持部材１２は、培養液Ｂによって成長する少なくとも１株の植物Ｐを保持する。ここで「１株」とは、１つの種子から成長した苗のみを意味するのではなく、複数の苗を１つに束ねたものも含む。支持部材１２は、図２に示したように、培養液Ｂがしみこむスポンジ状の部材で形成されており、１株の植物Ｐを挟み込んで保持する。支持部材１２は、しみ込んだ培養液Ｂによって雑菌が繁殖し難いように、抗菌性の材料を使用することが好ましい。支持部材１２は、植物Ｐを挟み込みやすいように切れ込みの入ったものでもよいし、図２に示したように直方体のものを折り曲げてあるいは丸めて植物Ｐを保持してもよい。また、支持部材１２は、１つの部材のみで構成されていなくてもよく、例えば、２つの部材で植物Ｐを挟んで保持してもよい。

植付部１３は、基部１１の中央部分に設けられ、支持部材１２を固定する。植付部１３は、図２及び図３に示すように基部１１を鉛直方向に貫通した孔であり、支持部材１２の一部が培養液Ｂに浸かるように、すなわち植物Ｐの根Ｒに培養液Ｂが供給されるように、支持部材１２を固定していればよい。本実施形態の場合、栽培容器１０は、植付部１３から下方に延びた筒部１５を有している。支持部材１２は、植付部１３から筒部１５にわたって充填されており、筒部１５の下端と共にその一部が培養液Ｂに浸かっていることで、必要な培養液Ｂを吸い上げ、植物Ｐの根Ｒに供給する。また、筒部１５は、成長した植物Ｐの根Ｒや支持部材１２が広がり過ぎないように束ねる。栽培容器１０は、筒部１５によって、培養液Ｂに浸かっている部分の形状を定形に保つことで、回転するときの妨げにならないようにしている。さらに、筒部１５は、気流Ａ１が植物Ｐの根Ｒによって乱されることを抑制する。

翼１４は、基部１１の周囲を一様に流れる流体を受けて、鉛直な回転軸を中心に基部１１に回転力を与える。基部１１に回転力が加わることで、栽培容器１０は、植えつけられた植物Ｐとともにその場で回転する。本実施形態の場合、一様に流れる流体として、送風機５１で作られた空気の流れである気流Ａ１を利用する。したがって、翼１４は、培養液Ｂの液面よりも上に配置される。また、水耕栽培装置１は、栽培槽２及び栽培パネル２０で囲われた風洞５を培養液Ｂの上に有している。つまり、第１の実施形態における翼１４は、栽培パネル２０と培養液Ｂの液面との間に配置される。なお、翼１４の下端が培養液Ｂに浸かっていてもよい。翼１４の下端が培養液Ｂに浸かっていると、栽培容器１０の回転速度を遅くすることができるとともに、栽培容器１０が回転することで培養液Ｂを攪拌することができる。気流Ａ１は、培養液Ｂの液面に沿って風洞５の中を水平方向に流れる。したがって、翼１４は、この気流Ａ１によって栽培容器１０を回転させることに適した形状を有していればよい。

本実施形態の場合、栽培容器１０は、図２及び図３に示すように、基部１１の下面に固定されて鉛直方向に下方に延びた５つの翼１４を備えている。各翼１４の形状は、基部１１の外周側から中心部に向かってなだらかに弧を描いた非対称翼である。翼１４の前縁１４１となる部分が外周側に位置するように取り付けられ、気流Ａ１に対して上流側に位置する翼１４が揚力を発生することで、真上から見て反時計回り（左回り）に基部１１すなわち栽培容器１０全体を緩やかに回転させる。

なお、栽培容器１０を回転させる方向は、反時計回りに限らず、時計回り（右回り）であってもよい。したがって、栽培容器１０を時計回りに回転させる場合、本実施形態と反対向きに回転力を発生するように取り付ければよく、それに適した形状及び角度に翼１４を作ればよい。翼１４の数は、５つに限定されるものではなく、４つ以下または６つ以下であってもよい。個々の翼１４の形状も、栽培容器１０を一方向に回転させる駆動力を発生させることができれば、球面や三角柱でもよく、図２及び図３に示したものに限定されない。

第１の実施形態において翼１４は、基部１１から一続きに同じ部材で成形されている。翼１４は、別部材で作られ、基部１１に取り付けられていてもよい。また、翼１４は、筒部１５から離れており、この間を気流Ａ１が通過する。したがって、下流側に位置する栽培容器１０にも十分な流量の気流Ａ１を提供できる。さらに、翼１４の上端部は、栽培パネル２０の装着孔２０１に遊嵌しており、装着孔２０１に対して栽培容器１０を位置決めしている。翼１４と装着孔２０１の内周面との摺動抵抗を軽減するために、翼１４の前縁１４１にローラまたは転（ころ）などの転動体を設置してもよい。

以上のように構成された栽培容器１０は、水耕栽培装置１の送風機５１によって風洞５に流される気流Ａ１を翼１４で受けることで基部１１に回転力を与える。これによって、栽培容器１０全体がゆっくりと回転する。風洞５に気流Ａ１を流すことで、気流Ａ１の方向および流速を安定させることができ、栽培容器１０の回転速度を制御しやすい。

また、照明装置３は、栽培槽２の上方に配置されており、栽培容器１０に保持された植物Ｐの成長を促進させるために必要な光、例えば光合成をさせるために必要な波長の光を放射する。植物Ｐの成長過程に応じて、放射する光の波長を変えてもよい。栽培容器１０が回転するので、照明装置３が各栽培容器１０に対して真上に位置している必要はない。

制御装置４は、ポンプ２１を駆動して栽培槽２中の培養液Ｂを循環させる。この制御装置４は、培養液Ｂの成分やｐＨをモニタリングしており、供給装置２３から養分を、調整装置２４からｐＨを調整するための薬剤を、それぞれ定期的にあるいは必要に応じて投入することで、培養液Ｂの状態を調質する。また、植物Ｐの成長に合わせて照明装置３の光量及び送風機５１の流量を制御し、植物Ｐの葉Ｌの一枚一枚に光が均等にあたるようにする。

したがって、この水耕栽培装置１および栽培容器１０を使用すると、植物Ｐが苗の状態で最初に保持された位置から均等に成長しやすく偏りが少ない。水耕栽培装置１の栽培パネル２０と栽培容器１０の基部１１との間に生じる摺動抵抗が平均化されるため、栽培容器１０の回転速度も安定する。その結果、植物Ｐが成長する間、光を均質に当て続けることができる。

第１の実施形態の栽培容器１０及び水耕栽培装置１は、気流Ａ１によって、栽培容器１０が回転する場合を例に説明した。栽培容器１０は、基部１１の周囲を一様に流れる流体を受けて基部１１に回転力を与える翼１４を備えている。つまり流体として、栽培槽２の中を循環する培養液Ｂの流れによって回転することも可能である。その場合、少なくとも翼１４の下端部は、培養液Ｂに液没した状態に配置される。

なお、水耕栽培は、培養液Ｂで植物Ｐを育てるため、除草や害虫駆除のための農薬、および土壌に潜在的に存在しているような菌に触れることが無い。また、極力、人が触れないようにすることもできるため、衛生管理がしやすい。したがって、葉野菜のように収穫したものをそのまま洗って食用に供する野菜の栽培に適している。

以下に第２から第１３の実施形態の栽培容器１０および水耕栽培装置１を説明する。各実施形態において、第１の実施形態の栽培容器１０および水耕栽培装置１と同じ機能を有する構成は、各実施形態の説明中及びその対応する図中に同じ符号を付して詳細な説明を省略し、必要に応じて第１の実施形態の対応する記載を参酌する。また、以下の各実施形態における栽培容器１０またはそれを利用する水耕栽培装置１は、少なくとも第１の実施形態の場合と同様の効果を有するとともに、互いに共通する構成どうし、同様の効果を発揮する。

第２の実施形態の栽培容器１０について、図４を参照して説明する。第２の実施形態の栽培容器１０において、翼１４は、基部１１の下面外周部から下方に延びている点は同じであるが、第１の実施形態の栽培容器１０の翼１４よりも、円形の基部１１の半径方向に翼１４の幅が小さい。各翼１４の幅が小さい代わりに、翼１４の数を増やしている。幅が小さくなった翼１４が振動しないように、各翼１４の下端を基部１１の回転中心に垂直な平面すなわち培養液Ｂの液面にほぼ平行に配置されるスタビライザ１６で連結している。このスタビライザ１６は、基部１１の姿勢を安定させるためにも寄与する。このスタビライザ１６は、筒部１５に接合されていてもよい。スタビライザ１６は、培養液Ｂに液没していてもよい。スタビライザ１６が液面近傍に位置することで、送風機５１の気流Ａ１で培養液Ｂの液面が乱れるのを抑えることができる。

また、この栽培容器１０は、第１の実施形態のように風洞５に沿って水平方向へ流れる空気の流れすなわち気流Ａ１を受けて回転するとともに、栽培槽２の底に設置されて培養液中に空気を送り込む曝気用のノズルから供給される空気の流れすなわち気流Ａ２によって回転する機能を有する。気流Ａ２は、下方からスタビライザ１６の内側を通って筒部１５を中心とする放射状に翼１４の間を通り抜ける。

さらに、第１の実施形態と同様に、少なくとも翼１４の下端部を液没するように設置する場合、培養液Ｂの流れ（液流Ｂ１，Ｂ２）によっても回転力を得ることができる。その場合、空気の流れ（気流Ａ１，Ａ２）と同様に、水平方向の流れ（液流Ｂ１）のみならず栽培容器１０に向かって上がってくる強制対流（液流Ｂ２）によっても栽培容器１０を回転させることができる。このとき強制対流は、栽培槽２に循環される培養液Ｂのノズルをそれぞれの栽培容器１０の下方に配置することで発生させてもよいし、培養液Ｂに空気を供給する曝気用のノズルから出た気泡が上昇することによって引き起こされてもよい。

第３の実施形態の栽培装置１０について、図５を参照して説明する。第３の実施形態の栽培容器１０は、図５に示すように、第２の実施形態の栽培容器１０と同じ翼１４及びスタビライザ１６を備えている。この栽培容器１０は、植付部１３から下方に延びた筒部１５の形状が第２の実施形態の場合と異なっている。第３の実施形態の栽培容器１０において、筒部１５は、翼１４よりも長く、培養液Ｂに液没する位置まで下方へ延びており、半径方向に気流Ａ１および培養液Ｂが通過する通気孔１５１を有している。通気孔１５１を設ける代わりに、網状の部材で筒部１５を形成してもよい。

通気孔１５１を有していることによって、筒部１５の内部で伸びた植物Ｐの根Ｒに気流Ａ１が当たり、空気中の酸素が供給され易くなる。また、通気孔１５１を通って培養液Ｂが筒部１５の内部に流れ込みやすくなるので、植物Ｐの根Ｒに培養液Ｂの養分がまんべんなくいきわたるようになる。栽培容器１０が回転されて植物Ｐの葉Ｌに光が均質にあたることに加えて、根Ｒに培養液Ｂおよび酸素が十分に供給されるので、植物Ｐが成長する過程で偏りが生じ難くまた成長が促進される。

第４の実施形態の栽培容器１０について、図６を参照して説明する。第４の実施形態の栽培容器１０において、図６に示すように、翼１４は、回転中心に平行に筒部１５の外周に取り付けられている。基部１１の下部は、栽培パネル２０の装着孔２０１に回転可能に嵌合するガイド１１１を有している。図６において、ガイド１１１は、基部１１の下部が全体的に突出することによって形成されている。

栽培容器１０が装着孔２０１に対して位置決めされればよいので、ガイド１１１は、環状に突出しているだけでもよいし、複数個所が部分的に突出して構成されていてもよい。摺動抵抗を軽減するために転動体が配置されてもよい。また、翼１４の上端が、基部１１の下面に接続されていてもよい。その場合は、ガイド１１１を設けなくてもよい。ガイド１１１は、基部１１に設ける代わりに、栽培パネル２０側に設けてもよい。

この実施形態の栽培容器１０は、第１の実施形態の場合と同様に、風洞５を培養液Ｂの液面に沿って流れる気流Ａ１を翼１４で受けて基部１１すなわち栽培容器１０自身を回転させる回転力を得る。各翼１４が筒部１５につながっているので、この場合の回転力は、気流Ａ１に対して上流側に位置する翼１４に発生する揚力ではなく、気流Ａ１に直交する位置にある翼１４の気流Ａ１に対する流動抵抗の差によって主に発生する。

また、この栽培容器１０は、翼１４によって回転力を得るために、流体として培養液Ｂの水平方向の流れを受けてもよい。つまり、翼１４の下端部を培養液Ｂに液没させた状態に設置する。

第５の実施形態の栽培容器１０について、図７を参照して説明する。第５の実施形態の栽培容器１０は、筒部１５及び翼１４の下端にフロート１０１を備えている。筒部１５の延長線上に位置するフロート１０１の中央部分は、植物Ｐの根Ｒに培養液Ｂを供給するために開口されている。このフロート１０１は、基部１１および植付部１３で成長した植物Ｐの重量の少なくとも一部を支持する浮力を有している。浮力を得ることによって、水耕栽培装置１の栽培パネル２０と栽培容器１０の基部１１との間に生じる摺動抵抗を軽減する。

浮力が大きすぎる、すなわち基部１１が栽培パネル２０から完全に浮いてしまうと、かえって不安定になるので、栽培容器１０の重量を相殺する浮力よりもやや小さい浮力であることが好ましい。植物Ｐの成長に合わせてフロート１０１の浮力を大きくするために、栽培槽２に貯留される培養液Ｂの液面を上げてもよい。翼１４および筒部１５の下端が培養液Ｂに液没するように設けられている場合、フロート１０１は、培養液Ｂの液面に位置する翼１４及び筒部１５の中間部分に取り付ける。フロート１０１よりも下方すなわち培養液Ｂ中に延びる翼１４を有している場合、第５の実施形態の栽培容器１０も第４の実施形態で説明したように水平方向の培養液Ｂの流れ（液流Ｂ１）を受けて回転力を得てもよい。

第６の実施形態の栽培容器１０および水耕栽培装置１について、図８を参照して説明する。第６の実施形態の水耕栽培装置１は、栽培パネル２０の上面に沿って一様な空気の流れ（気流Ａ１）を発生させる送風機５１を備える。したがって、この水耕栽培装置１は、第１の実施形態のような風洞５を必要としない。また栽培容器１０の翼１４は、栽培パネル２０よりも上、本実施形態では、基部１１の上部に配置され、送風機５１の気流Ａ１を受けて基部１１すなわち栽培容器１０に回転力を与える。各翼１４は、回転軸に平行に延びている。気流Ａ１が拡散してしまわないように、栽培パネル２０の上に翼１４に風を供給するノズルや、翼１４の上端とほぼ同じ高さの風洞に類するものを設けてもよい。

この実施形態の栽培容器１０は、さらに植付部１３から各翼１４の上端になだらかにつながるように漏斗形状またはラッパ形状に拡開された栽培ステージ１７を備える。支持部材１２は、植付部１３及び下方に延びた筒部１５に固定されている。植物Ｐは栽培ステージ１７の内側に成長するため、植物Ｐの葉Ｌが翼１４の間を流れる気流Ａ１を妨げない。翼１４が安定した気流Ａ１を受けるので、栽培容器１０の回転速度が安定する。栽培ステージ１７は、気流Ａ１の一部が通り抜けるように、多数の通気孔を有していてもよいし、メッシュ状のもので構成されていてもよい。また、透明部材で栽培ステージ１７を構成することによって、植物Ｐの葉Ｌの裏側にも十分な光を供給することができるようになる。

第７の実施形態の栽培容器１０について、図９を参照して説明する。第７の実施形態の栽培容器１０は、図９に示すように、翼１４を栽培パネル２０の上側、この実施形態では基部１１の上に、配置している。各翼１４は、回転軸と平行に延びており、支持部材１２に育成する植物Ｐを囲う外周位置に配置されている。翼１４の上端は、互いにリング１４２で連結されている。

この栽培容器１０は、第６の実施形態の栽培容器１０のように基部の周囲を流れる流体として栽培パネル２０の上面に沿って流れる気流Ａ１を翼１４で受けて基部１１すなわち栽培容器１０そのものを回転させる回転力を得る。また、本実施形態の栽培容器１０は、栽培パネル２０に沿って水平方向に流れる気流Ａ１だけでなく、図９に示すように、上方から吹き降ろす気流Ａ２によっても回転力を得ることができる。栽培容器１０に向かって吹き降ろされた気流Ａ２は、リング１４２の内側を通って植付部１３を中心とする放射状に翼１４の間を通り抜ける。翼１４及びリング１４２の影が植物Ｐにかからないように、翼１４及びリング１４２を透明部材で作るとよい。

以上のように構成された栽培容器１０を使用する水耕栽培装置１は、風洞を設けない分だけ植物Ｐの根Ｒが培養液Ｂに浸りやすい。また、自然に流れる風を利用することもできる。送風機５１で気流Ａ１や気流Ａ２を人工的に発生させる場合、各栽培容器１０が配置される位置に合わせて、ダクトを配設し、個別にノズルを設置してもよい。この場合、送風機５１やダクトは、栽培槽２と別に配置することができるので、空調設備と共通してあるいはその一部として設けることも可能である。空調設備は、例えば、植物Ｐを育てるために空気の温度や湿度、並びに酸素と窒素あるいは二酸化炭素の濃度を調整するために設置される。

気流Ａ１，Ａ２を発生させるための送風機５１やダクトを栽培槽２とは別に用意することができるので、水耕栽培装置１の設備費用を安価に抑えることができるとともに、栽培容器１０の数が多い大規模な水耕栽培装置１から、栽培容器１０の数が少ない小規模な水耕栽培装置１まで、同じ構成で対応することができる。

第８の実施形態の栽培容器１０及び水耕栽培装置１について、図１０及び図１１を参照して説明する。第８の実施形態の栽培容器１０において、翼１４は、基部１１の下部に配置され、基部１１及び筒部の両方に接合されている。この栽培容器１０の翼１４は、基部１１の半径方向にまっすぐに、かつ、筒部１５の中心軸に対して仰角を有したいわゆるプロペラ状に配置されている。また、この栽培容器１０は、各翼１４の下端の外周部を連結するように環状の支持リング１８を備えている。この支持リング１８は、栽培パネル２０の装着孔２０１の周囲に形成された補強凸部２０２に外嵌することで、栽培容器１０を装着孔２０１に対して位置決めする。したがって、翼１４は、培養液Ｂの液面よりも上のさらに栽培パネル２０の上部に位置する。

この栽培容器１０は、下方から吹き上げる気流Ａ３を翼１４で受けて回転する。したがって、第８の実施形態の水耕栽培装置１の場合、図１０および図１１に示すように、風洞５を流れる気流Ａ１ではなく、装着孔２０１を通り下から吹き上げる気流Ａ３によって栽培容器１０を回転させる。つまり、この水耕栽培装置１の場合、風洞５ではなく空気室５０を有していればよい。空気室５０は、内部の圧力が外部の圧力よりも少し高くなる、すなわち装着孔２０１を排出口として空気を流すように、送風機５１によって、空気が供給され続ける。装着孔２０１を通った気流Ａ３は、翼１４に当たると支持リング１８と基部１１の間から遠心方向へ排出される。気流Ａ３が翼１４及び基部１１に下方から吹き付けられることによって、栽培容器１０の重量が軽減されるので、栽培容器１０が回転され易くなる。

栽培容器１０を回転させるために寄与する流体の流れは、装着孔２０１を通る気流Ａ３であり、空気室５０の中と外の差圧および装着孔２０１の開口径で流速および流量が決定される。したがって、風洞５内に流す気流Ａ１のように、向きや流速を正確に制御しなくてもよい。栽培容器１０を回転させるための気流Ａ３の制御が容易であるので、栽培容器１０の回転速度も調整しやすくなる。

第９の実施形態の栽培容器１０について、図１２および図１３を参照して説明する。第９の実施形態の栽培容器１０は、第８の実施形態の栽培容器１０と同様に、下から吹き上げるように栽培パネル２０の装着孔２０１を通る気流Ａ３を受けて基部１１すなわち栽培容器１０に回転力を与える。この栽培容器１０の翼１４は、基部１１と栽培パネル２０の間に配置され、筒部１５から放射状に延びており、栽培容器１０が回転する方向に対して反対側に気流Ａ３を排出するようになだらかな弧を描いている。

翼１４は、筒部１５に接続された主翼１４Ａとこれら主翼１４Ａの間に配置される副翼１４Ｂとで構成されている。主翼１４Ａ及び副翼１４Ｂのそれぞれ下端は、栽培パネル２０に沿う支持リング１８によって互いに接続されている。支持リング１８として摺動抵抗の小さいポリテトラフルオロエチレン樹脂を採用してもよい。また、スリップリングやベアリングを設置してもよい。筒部１５寄りの主翼１４Ａの下部は、装着孔２０１の内側に延びている。装着孔２０１の内側に延びた主翼１４Ａの外周側の縁が装着孔２０１の内周面に当たることによって、栽培容器１０は、装着孔２０１に対して位置決めされている。栽培容器１０が栽培パネル２０に対して滑らかに回転するように、主翼１４Ａの縁を装着孔２０１に遊嵌する円筒形状のスリーブで囲ってもよい。第８の実施形態の栽培容器１０のように支持リング１８によって位置決めされていてもよい。

以上のように構成された第９の実施形態の栽培容器１０は、装着孔２０１を通る気流Ａ３が図１３に示すように遠心方向へ排出することによって、回転する。第８の実施形態の場合と同様に、吐出口となる装着孔２０１から排出される空気の流れ（気流Ａ３）によって栽培容器１０の重量が軽減されるので、栽培容器１０が回転され易くなる。また、気流Ａ１の向きや流量を制御しなければならない風洞５に比べて、空気室５０の方が制御しやすいため、栽培容器１０の回転速度を安定させ易い。

また、第８及び第９の実施形態の栽培容器１０を採用する水耕栽培装置１は、風洞５ではなく空気室５０を有していればよく、この空気室５０に空気を供給する装置は、気流の向きは流量などを制御する必要が無いので、送風機５１でなくてもよい。つまり、栽培槽２に貯留されている培養液Ｂに空気を送り込むために用意される曝気装置によって供給された空気でもよい。装置を兼用することができるので、設備投資費が軽減されるとともに水耕栽培装置１としてのシステム全体も簡略になる。

第１０の実施形態の栽培容器１０および水耕栽培装置１について、図１４を参照して説明する。本実施形態の栽培容器１０は、培養液Ｂの液面よりも上でありさらに栽培パネル２０よりも上に翼１４を配置しており、図１４に示すように基部１１の外周よりも外側に延びている。各翼１４は、回転中心軸に対して仰角を有している。栽培パネル２０は、基部１１がガイド１１１によって位置決めされている装着孔２０１とは別に、基部１１の周囲に噴気孔２０３を有している。この噴気孔２０３は、栽培槽２の培養液Ｂの上に形成される空気室５０を栽培容器１０の基部１１が配置された側へ連通させる。空気室５０は、第８及び第９の実施形態の水耕栽培装置１と同様に、送風機５１によって供給された空気によって外部よりも加圧された状態になる。装着孔２０１が栽培容器１０の基部１１で塞がれているので、空気室５０の空気は、噴気孔２０３から排出されることで気流Ａ３を発生する。

栽培容器１０は、噴気孔２０３から排出されるこの気流Ａ３を翼１４で受けて回転される。なお、噴気孔２０３から排出される気流Ａ３も送風機５１によって供給された空気によって生じるものであるので、この実施形態の翼１４は、送風機５１によって発生する空気の流れを受けて基部１１に回転力を与えているといえる。

本実施形態の翼１４は、栽培容器１０の回転中心から最も離れた基部１１の外周に配置されている。したがって、この実施形態の翼１４は、より大きい回転力（トルク）を基部１１に与えることができる。また、噴気孔２０３を複数個所に設けることによって、複数の翼１４に同時に回転力を発生させることができる。噴気孔２０３から排出される気流Ａ３は、下方から吹き上げるように翼１４に作用するため、栽培容器１０の重量が軽減され、基部１１と栽培パネル２０との間の摺動抵抗が軽減される。さらに、装着孔２０１を介して基部１１が受ける空気室５０の内圧が加わるため、栽培容器１０の摺動抵抗がさらに軽減される。

また、図１４に示したものよりも装着孔２０１を小さくして基部１１と栽培パネル２０との対向面積を大きくし、装着孔２０１から排出される空気をこの基部１１と栽培パネル２０の間を通して均質に排出するようにしてもよい。これによって、基部１１と栽培パネル２０の間に空気の層いわゆる「エアクッション」を形成し、栽培パネル２０から基部１１を浮上させることで、栽培容器１０の摺動抵抗をほとんどなくすことができる。

第１１の実施形態の栽培容器１０について、図１５を参照して説明する。第１５の実施形態の栽培容器１０は、複数の支持部材１２を固定する植付部１３を有している。本実施形態において、植付部１３は、図１５に示すように４つの支持部材１２を固定する。各支持部材１２には、植物Ｐの苗が１つずつ、または１株ずつ保持されている。植付部１３は、それぞれの支持部材１２に対応する下部に筒部１５を有している。これらの４つの筒部１５は、個別に設けられる代わりに、全ての支持部材１２から延びる植物Ｐの根Ｒを囲う１つの筒部１５であってもよい。

本実施形態において、栽培容器１０の翼１４の配置及び構造、並びに水耕栽培装置１の構成や栽培容器１０の基部１１の周囲の流体の流れは、第１０の実施形態の場合と同じである。複数の支持部材１２を固定する植付部１３は、第１０及び第１１の実施形態の栽培容器１０にのみ適用されるものではなく、第１から第９の実施形態の栽培容器１０にも適用することができる。

以上のように構成された、第１１の実施形態の栽培容器１０は、個別に筒部１５が設けられているので、栽培容器１０から植物Ｐを収穫する際に植物Ｐの根Ｒが互いに絡まっていないので、支持部材１２ごとに植物Ｐを分けやすい。

第１２の実施形態の水耕栽培装置１について、図１６を参照して説明する。水耕栽培装置１は、栽培容器１０をマトリックス状に配列する栽培パネル２０を複数有している。本実施形態の水耕栽培装置１は、栽培容器１０を５行１０列に配置する栽培パネル２０を４つ有しているが、これに限定されるものではない。各栽培パネル２０が支持する栽培容器１０の数及び配置は、成長した植物Ｐを収穫する場合に最小単位として取り扱いやすい数量及び配列であることが好ましい。

１つの栽培パネル２０の栽培容器１０によって育成される植物Ｐを同時に取り扱うこと、つまりそれらの植物Ｐが同じ成長段階であることを考慮し、照明装置３及び送風機５１は、各栽培パネル２０に対応して設けられる。送風機５１によって発生される空気の流れは、分配管５２によって風洞５内へ均質に流される。なお、風洞５の内部で栽培容器１０の翼１４に当たった気流Ａ１の方向を安定させるために、風洞５の内部に気流Ａ１に沿う仕切板を設置してもよい。風洞５は、分配管５２が接続された側と反対側の端部に排気口５３を有している。排気口５３から排出される空気は、そのまま大気へ開放してもよいし、回収してもよい。また、風洞５内の気流Ａ１の流速を安定させるために、風洞５内の空気を吸い出すブロワを排気口５３に取り付けてもよい。

栽培槽２に貯留されている培養液Ｂは、ポンプ２１で循環される。回収した培養液Ｂ中の不純物などを除去するために、フィルタ２２が配置されている。培養液Ｂは、必要な養分が供給装置２３から追加され、調整装置２４によってｐＨなどを整えられたのち、栽培槽２へ戻される。ポンプ２１、フィルタ２２、供給装置２３、調整装置２４、照明装置、送風機５１は、制御装置４に接続され、植物Ｐの成長段階に応じて、制御される。

この水耕栽培装置１に採用される栽培容器１０は、第１から第５の実施形態の栽培容器１０であってもよい。また、第８及び第９の実施形態の栽培容器１０を採用する場合は、排気口５３を塞ぎ、栽培容器１０が設置される装着孔２０１に気流Ａ３を発生させる。第１０及び第１１の実施形態の栽培容器１０を採用する場合は、排気口５３を塞ぐとともに、栽培パネル２０の装着孔２０１の周囲に噴気孔２０３を設ける。さらに、第６及び第７の実施形態の栽培容器１０を採用する場合は、送風機５１の分配管５２を、栽培容器の上方に配置されるダクトに接続し、ノズルで栽培パネル２０に沿って気流Ａ１を発生させる、あるいはノズルで栽培容器１０に向かって吹き降ろす気流Ａ２を発生させる。

以上のように構成された第１２の実施形態の水耕栽培装置１において、栽培パネル２０を一単位として栽培容器１０を栽培槽２から引き揚げ、栽培容器１０に育った植物Ｐが収穫される。この水耕栽培装置１は、成長段階が同じ植物Ｐを纏めて収穫することで、生産管理が行いやすい。

本発明に係る第１３の実施形態の栽培容器１０について、図１７を参照して説明する。この栽培容器１０は、基部１１の周囲を一様に流れる流体として、液体である培養液Ｂを採用する。培養液Ｂが栽培槽２の中を一様に流れるように、ポンプ２１で培養液Ｂが循環される。この実施形態では、栽培槽２は、培養液Ｂを一様に流すために仕切板２７を配置している。栽培パネル２０は、仕切板２７に架け渡されている。

図１７に示す栽培容器１０は、第１の実施形態の栽培容器１０とほぼ同じ構造を有している。第１３の実施形態の栽培容器１０の場合、培養液Ｂの液面が基部１１に近いので、その分だけ筒部１５が第１の実施形態の栽培容器１０よりも短い。植物Ｐの根Ｒを束ねるために、筒部１５は、第１の実施形態の栽培容器１０と同じ長さであってもよい。

基部１１の周囲を一様に流れる流体として培養液Ｂを採用する栽培容器１０は、第２から第５の実施形態の栽培容器であってもよい。図１７に示したように栽培容器１０の翼１４を培養液Ｂに液没させて使用すればよい。また、培養液Ｂの液面と栽培パネル２０の間に空気室５０を残し、外部よりも内部の圧力が高くなるように送風機５１で空気を送り込む。これによって、栽培容器１０が設置されている装着孔２０１を通して栽培容器１０の基部１１に下から圧力がかかるので、栽培容器１０の重量が軽減され、栽培容器１０が回転しやすくなる。

本発明のいくつかの実施形態を説明した。これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

上記実施形態の他の技術的特徴を以下に付記する。
［１］ 培養液の液面よりも上に支持される基部と、前記培養液によって成長する少なくとも１株の植物を保持する支持部材と、前記基部の中央部分に設けられて前記植物の根が前記培養液に浸かるように前記支持部材を固定する植付部と、前記基部の周囲を一様に流れる流体を受けて鉛直な回転軸を中心に前記基部に（一定の）回転力を与える翼と、を備える栽培容器。

［２］ 前記翼は、前記培養液の液面よりも上に配置される［１］に記載された栽培容器。

［３］ 前記植付部から下方に延びて前記植物の根を束ねる筒部を有する［１］に記載された栽培容器。

［４］ 前記翼は、前記基部と前記培養液の液面との間で前記基部及び前記筒部の少なくとも一方に固定され、前記基部と前記培養液の液面との間を流れる気流を受けて前記基部に回転力を与える［３］に記載された栽培容器。

［５］ 前記翼は、前記植物よりも外周の前記基部に配置され、少なくとも水平方向の空気の流れを受けて前記基部に回転力を与える［１］から［３］のいずれか１つに記載された栽培容器。

［６］ 前記翼は、前記植物よりも外周の前記基部に配置され、少なくとも吹き降ろす空気の流れを受けて前記基部に回転力を与える［１］から［３］のいずれか１つに記載された栽培容器。

［７］ 前記翼は、前記培養液中に供給された空気で生じる気流を受けて前記基部に回転力を与える［１］から［３］のいずれか１つに記載された培養容器。

［８］ 前記翼は、前記培養液に液没する少なくとも一部を有する［４］に記載された栽培容器。

［９］ 前記翼は、少なくとも一部が前記培養液に液没する位置に配置され、水平方向の前記培養液の流れを受けて前記基部に回転力を与える［１］から［３］のいずれか１つに記載された栽培容器。

［１０］ 前記翼は、少なくとも一部が前記培養液に液没する位置に配置され、強制対流される前記培養液の流れを受けて前記基部に回転力を与える［１］から［３］のいずれか１つに記載された栽培容器。

［１１］ 前記基部および前記植物の重量の少なくとも一部を支持する浮力を有するフロートをさらに備える［１］から［１０］のいずれか１つに記載された栽培容器。

［１２］ 前記筒部は、円筒面を貫通する複数の通気孔を有する［３］に記載された栽培容器。

［１３］ 培養液が貯留されている栽培槽と、少なくとも１つの栽培容器と、前記培養液の上に前記栽培容器を支持する栽培パネルと、を備える水耕栽培装置であって；前記栽培容器は、前記栽培パネルによって前記培養液の液面よりも上に支持される基部と、前記培養液によって成長する少なくとも１株の植物を保持する支持部材と、前記基部の中央部分に設けられて前記植物の根が前記培養液に浸かるように前記支持部材を固定する植付部と、前記基部の周囲を一様に流れる流体を受けて鉛直な回転軸を中心に前記基部に回転力を与える翼と、を備え；前記栽培パネルは、少なくとも前記植付部に対応する範囲が開口した装着孔を有する水耕栽培装置。

［１４］ 前記栽培槽及び前記栽培パネルで囲われて前記培養液の上に形成される風洞と、前記風洞に一様な空気の流れを発生させる送風機と、をさらに備え；前記栽培容器は、前記植付部から前記栽培パネルの前記装着孔を通して下方に延びて前記植物を束ねる筒部を有し、前記栽培容器の前記翼は、前記栽培パネルと前記培養液の液面との間で前記基部および前記筒部の少なくとも一方に固定され、前記風洞を流れる気流を受けて前記基部に回転力を与える［１３］に記載された水耕栽培装置。

［１５］ 前記栽培パネルの上面に沿って一様な空気の流れを発生させる送風機をさらに備え、前記栽培容器の前記翼は、前記栽培パネルよりも上に配置されて前記送風機によって発生する空気の流れを受けて前記基部に回転力を与える［１３］に記載された水耕栽培装置。

［１６］ 前記栽培槽及び前記栽培パネルで囲われて前記培養液の上に形成される空気室と、前記空気室に空気を供給する送風機と、を備え；前記栽培容器の前記翼は、前記栽培パネルの前記装着孔を通る空気の流れを受けて前記基部に回転力を与える［１３］に記載された水耕栽培装置。

［１７］ 前記栽培槽及び前記栽培パネルで囲われて前記培養液の上に形成される空気室と、前記空気室に空気を供給する送風機と、を備え；前記栽培パネルは、前記空気室を前記栽培容器の前記基部側へ連通させる噴気孔を前記基部の周囲に有し、前記栽培容器の前記翼は、前記基部の外周に配置され、前記噴気孔から噴き出す空気の流れを受けて前記基部に回転力を与える［１３］に記載された水耕栽培装置。

［１８］ 前記翼は、前記培養液の中に配置され、前記培養液の流れを受けて前記基部に回転力を与える［１３］に記載された水耕栽培装置。

［１９］ 前記栽培槽及び前記栽培パネルで囲われて前記培養液の上に形成される空気室と、前記空気室に空気を供給する送風機と、をさらに備え；前記栽培容器は、前記空気室の空気が前記栽培パネルの前記装着孔から前記基部と前記栽培パネルの間を通って排出されることによって、前記栽培パネルから浮上する［１３］に記載された水耕栽培装置。

１…水耕栽培装置、２…栽培槽、２０…栽培パネル、２０１…装着孔、２０３…噴気孔、５…風洞、５０…空気室、５１…送風機、１０…栽培容器、１０１…フロート、１１…基部、１２…支持部材、１３…植付部、１４…翼、１５…筒部、１５１…通気孔、Ａ１…気流（水平方向の空気の流れ）、Ａ２…気流（吹き降ろす空気の流れ）、Ａ３…気流（装着孔、噴気孔を通る空気の流れ）、Ｂ…培養液、Ｂ１…液流（水平方向の培養液の流れ）、Ｂ２…液流（強制対流される培養液の流れ）、Ｐ…植物、Ｒ…根。

Claims (4)

1. 培養液を貯留する栽培槽の上部に配置された栽培パネルによって、培養液の液面よりも上に支持される基部と、
   前記培養液によって成長する少なくとも１株の植物を保持する支持部材と、
   前記基部の中央部分に設けられて前記植物の根が前記培養液に浸かるように前記支持部材を固定する植付部と、
   前記基部の下面に固定され、前記栽培パネルと前記培養液の液面との間に配置される、前記栽培パネルと前記培養液の液面との間を流れる気流によって前記基部に回転力を与える翼と、
   を備える栽培容器。
2. 前記植付部から下方に延びて前記植物の根を束ねる筒部を有することを特徴とする請求項１に記載された栽培容器。
3. 培養液が貯留されている栽培槽と、少なくとも１つの栽培容器と、前記培養液の上に前記栽培容器を支持する栽培パネルと、を備える水耕栽培装置であって、
   前記栽培容器は、
   前記栽培パネルによって前記培養液の液面よりも上に支持される基部と、
   前記培養液によって成長する少なくとも１株の植物を保持する支持部材と、
   前記基部の中央部分に設けられて前記植物の根が前記培養液に浸かるように前記支持部材を固定する植付部と、
   前記基部に固定され、前記基部の周囲を一様に流れる流体を受けて鉛直な回転軸を中心に前記基部に回転力を与える翼と、を備え
   前記栽培パネルは、少なくとも前記植付部に対応する範囲が開口した装着孔を有することを特徴とする水耕栽培装置。
4. 前記栽培槽及び前記栽培パネルで囲われて前記培養液の上に形成される風洞と、
   前記風洞に一様な空気の流れを発生させる送風機と、をさらに備え、
   前記栽培容器は、前記植付部から前記栽培パネルの前記装着孔を通して下方に延びて前記植物を束ねる筒部を有し、
   前記栽培容器の前記翼は、前記栽培パネルと前記培養液の液面との間で前記基部および前記筒部の少なくとも一方に固定され、前記風洞を流れる気流を受けて前記基部に回転力を与えることを特徴とする請求項３に記載された水耕栽培装置。