JP6272655B2

JP6272655B2 - 培養システム

Info

Publication number: JP6272655B2
Application number: JP2013074697A
Authority: JP
Inventors: 勝幸北川
Original assignee: ジャパンドームハウス株式会社
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014198003A

Description

本発明は、培養システム、具体的には生物を培養するための培養システムに関する。

限りある農地を用いて、農作物（植物やキノコなど。農産物ともいう）の単位面積あたりの収穫量を向上させる技術が切望されてきた。このような技術の１つとして、多段式の栽培棚が知られている。たとえば特許文献１の技術では、空気環境の不均一性を解消可能な多段式の栽培棚が提案されている。

特開２０１２−２１７３９２号公報

しかし、多段式の栽培棚では、段数が増えて棚が高くなるほど、搬出入に労力を要するという問題があった。たとえば特許文献１の技術では、栽培棚への植物の搬出入を人力で行なっていた。また、栽培棚の接地面積と同等以上の作業用のスペースを、栽培棚の周囲に確保する必要があった。そのため、単位面積あたりの収穫量に改善の余地があった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、多段式の培養システムへの生物の搬出入を容易に行う技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の培養システムは、培養液を収容する凹部を有する複数の培養槽が垂直方向に並設された培養棚と、培養棚に対して一方の端部近傍に配置され、凹部に収容された場合に培養液に接し培養される生物が保持された培養器を、複数の培養槽の少なくとも１つに搬入する搬入装置と、を備える。搬入装置は、培養槽の高さまで培養器を持ち上げる垂直移動機構と、収容されるべき培養槽に収容された複数の培養器において、少なくとも１つの培養器を一方の端部側から略水平方向に押すことによって、複数の培養器を一方の端部とは反対側の他方の端部に向けて当接させてスライドさせる水平移動機構と、を備える。

この態様によると、多段式の培養棚への培養器の搬入を容易に行うことができる。

また、培養システムは、他方の端部近傍に配置され、他方の端部近傍において培養槽に設けられた位置決め部までスライドされた培養器を、培養槽から搬出する搬出装置をさらに備えてもよい。この場合、搬入装置による搬入と、搬出装置による搬出とが交互に行われてもよい。この態様によると、培養器の搬出入を容易に行うことができる。また、この場合には、培養棚の側面に確保する空間は少なくてよい。そのため、より多くの培養システムを並列して配置することが可能となり、単位面積あたりの生物の生産量を大幅に増大させることができる。

また、搬入装置は、２つ以上の培養槽のそれぞれに１つ以上の培養器を一度に搬入し、搬出装置は、２つ以上の培養槽のそれぞれから１つ以上の培養器を一度に搬出してもよい。この態様によると、多段式の培養棚への培養器の搬出入をより効率化することができる。

また、２つ以上の培養槽の数は、垂直方向に並べられた複数の培養槽の数の約数であってもよい。この態様によると、無駄なく培養器の搬出入をすることができる。

また、培養される生物が保持された培養器を搬入装置に供給するための搬入用ベルトコンベアをさらに備えてもよい。この態様によると、より効率的に培養器を搬入することができる。

なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。

本発明によれば、多段式の培養システムにおいて、培養器を容易に搬入することができる。

実施の形態に係る培養システムの概略図である。図１（Ａ）は、実施の形態に係る培養システムの側面図である。図１（Ｂ）は、実施の形態に係る培養システムの平面図である。実施の形態に係る培養システムを図１の矢印Ｘ方向から見た正面図である。図３（Ａ）〜（Ｉ）は、実施の形態に係る培養システムに培養器を交互に搬入および搬出する手順を示す側面方向の概略図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において重複する説明は適宜省略する。

（実施の形態）
まず、本実施の形態の培養システム１０を、図１および図２を参照して説明する。図１は、実施の形態に係る培養システム１０の概略図である。図１（Ａ）は、実施の形態に係る培養システム１０の側面図である。図１（Ｂ）は、実施の形態に係る培養システム１０の平面図である。図２は、実施の形態に係る培養システム１０を図１の矢印Ｘ方向から見た正面図である。なお、図１では、図２に示す搬入用ベルトコンベア４００の図示は省略している。また、図１（Ｂ）では、図１（Ａ）に示した天板３４０および天板３４０の背面に設けられたライト３３０の図示は省略している。また、図２では、搬入装置１００および搬入用ベルトコンベア４００のみを示す。

培養システム１０は、搬入装置１００、搬出装置２００、培養棚３００、搬入用ベルトコンベア４００を主に備える。

培養棚３００は、溝状の凹部３１２を有し互いに略同一形状である複数の培養槽３１０が、所定の間隔にて垂直方向に並設されて形成されている。凹部３１２には、位置決め部３１４が形成されている。また、凹部３１２には、水耕栽培用の培養液３１６が収容される。培養液３１６は、後述する生物が生育可能な養分が、水に溶解された水溶液である。固定部材３２０は、複数の培養槽３１０を垂直方向に並べて固定する。図１では、１２個の培養槽３１０が固定部材３２０により固定されている場合を示す。固定部材３２０は、固定部３２２において、床に固定されている。最下段の培養槽３１０以外の背面には、ライト３３０が取り付けられている。ライト３３０は、培養槽３１０が垂直方向に並べられた状態にて、１つ下の培養槽３１０に収容された生物に光を照射する。最上段の培養槽３１０に対しては、天板３４０の背面に設けられたライト３３０によって、光が照射される。

培養器２０は、培養される生物２２が保持され、凹部３１２に収容された場合に培養液３１６に接する。培養器２０には、培養される生物２２を固定するための図示しない貫通穴が開けられている。培養される生物２２がこの貫通穴を貫通するように配置されることによって、培養される生物２２の根が培養器２０の下側から培養液３１６に接触する。これにより、培養される生物２２に培養液３１６を供給することができる。培養器２０は、培養された生物２４が保持された状態でも培養液３１６上で浮かぶようにするために、比重が１未満の材料で形成されていることが好ましい。このような材料として、発泡スチロールを好適に使用することができる。培養された生物２４の重さを考慮して、培養器２０の材料や体積を決定すればよい。

生物２２は、培養器２０上で移動せずに生育する、水耕栽培に適した農産物であることが好ましい。本実施の形態のようにライト３３０を設けた場合には、農産物としては、光合成をする野菜、花、果物、穀物などが想定される。一方、ライト３３０を設けない場合には、農産物としては、モヤシや光合成をしないキノコなどが想定される。

搬入装置１００は、培養棚３００に対して一方の端部近傍に配置され、凹部３１２に収容された場合に培養液３１６に接し培養される生物２２が保持された培養器２０を、複数の培養槽３１０の少なくとも１つに搬入する。搬入装置１００は、移動部１１０と、垂直用モータ１２０と、垂直用ローラチェーン１３０と、水平用モータ１４０と、水平用ローラチェーン１５０と、制御部１６０とを備える。

移動部１１０は、固定部１１２に取り付けられた複数の保持部１１４を有する。保持部１１４は、図２に示すように、２本のアームから形成されている。保持部１１４は、搬出入時に培養器２０を保持する。また、保持部１１４には、図３で説明するように、押部１１６が設けられている。押部１１６は、培養器２０を水平方向に押してスライドさせる。

垂直用モータ１２０は、回転して垂直用ローラチェーン１３０を動かす。これにより、垂直用モータ１２０の回転運動が移動部１１０の垂直方向の移動（昇降）に変換される。水平用モータ１４０は、回転して水平用ローラチェーン１５０を動かす。これにより、水平用モータ１４０の回転運動が移動部１１０の水平方向（左右方向）の移動に変換される。

制御部１６０は、垂直用モータ１２０と水平用モータ１４０の回転を制御することにより、移動部１１０の垂直方向および水平方向の移動を制御する。また、制御部１６０は、後述する搬出装置２００に設けられた制御部２６０と無線または有線で通信することによって、搬入装置１００による培養器２０の搬入と搬出装置２００による培養器２０の搬出とを連携させる。また、制御部１６０は、後述する搬入用ベルトコンベア４００から搬入装置１００に培養器２０を搬入するタイミングを制御する。

搬出装置２００は、他方の端部近傍に配置され、他方の端部近傍において培養槽３１０に設けられた位置決め部３１４までスライドされた培養器２０を、培養槽３１０から搬出する。搬出装置２００は、移動部２１０と、垂直用モータ２２０と、垂直用ローラチェーン２３０と、水平用モータ２４０と、水平用ローラチェーン２５０と、制御部２６０とを備える。

移動部２１０は、固定部２１２に取り付けられた複数の保持部２１４を有する。搬出時には、培養後の生物２４が裁置された培養器２０が保持部２１４によって保持される。

垂直用モータ２２０は、回転して垂直用ローラチェーン２３０を動かす。これにより、垂直用モータ２２０の回転運動が移動部２１０の垂直方向の移動（昇降）に変換される。水平用モータ２４０は、回転して水平用ローラチェーン２５０を動かす。これにより、水平用モータ２４０の回転運動が移動部２１０の水平方向（左右方向）の移動に変換される。

制御部２６０は、垂直用モータ２２０と水平用モータ２４０の回転を制御することにより、移動部２１０の垂直方向および水平方向の移動を制御する。また、制御部２６０は、上述した搬入装置１００に設けられた制御部１６０と無線または有線で通信することによって、搬出装置２００による培養器２０の搬出を搬入装置１００による培養器２０の搬入と連携させる。

なお、ここでは搬入装置１００と搬出装置２００とを別々の装置として説明したが、同一の装置を用いて両者を構成してもよい。

図２に示すように、搬入用ベルトコンベア４００は、培養される生物２２が保持された培養器２０を搬入装置１００に供給する。搬入用ベルトコンベア４００は、筺体４１０と、複数の回転床４２０とを有する。複数の回転床４２０の高さは、移動部１１０が下まで降りた状態において、複数の保持部１１４のいずれかの高さとそれぞれ略同等となるように形成されている。この状態において、回転床４２０が制御部１６０によって回転させられることによって、新たな培養器２０が保持部１１４に供給される。

次に、本実施の形態の培養システム１０を用いて、培養器２０を培養槽３１０に搬出入する方法を説明する。図３は、実施の形態に係る培養システム１０に培養器２０を交互に搬入および搬出する手順を示す側面方向の概略図である。ここでは、垂直移動機構は主に移動部２１０、垂直用モータ２２０、垂直用ローラチェーン２３０によって、水平移動機構は主に保持部２１４、水平用モータ２４０、水平用ローラチェーン２５０によって、それぞれ構成されているものとする。ただし、簡略化するために、垂直移動機構を移動部２１０、水平移動機構を保持部２１４とする場合もある。また、搬出装置２００が搬出する培養器２０を培養器２０ａ、搬出装置２００が搬出する培養器２０ａに隣接する培養器２０を培養器２０ｂ、搬入装置１００が搬入する培養器２０を培養器２０ｃ、搬入装置１００が培養器２０ｃの次に搬入する培養器２０を培養器２０ｄとして説明する。

まず、制御部２６０は、搬出装置２００の水平移動機構である保持部２１４を、培養液３１６中に移動させる（図３（Ａ））。位置決め部３１４よりも搬出装置２００寄りの位置にて、保持部２１４が培養液３１６の中に降ろされる。図３（Ｂ）は、保持部２１４が培養液中に移動した後の状態を示す図である。次に、保持部２１４が培養器２０ａに向けて水平移動する（図３（Ｃ））。保持部２１４が培養器２０ａを持ち上げ可能な位置まで移動した後、保持部２１４は培養器２０ａを垂直方向に持ち上げることによって、培養器２０ａを培養液３１６から取り出す（図３（Ｄ））。また、これに連動して、搬入装置１００の水平移動機構である保持部２１４が培養器２０ｃを搬入する。次に、搬出装置２００は取り出した培養器２０ａを搬出する（図３（Ｅ））。培養槽３１０から搬出された培養器２０ａは、移動部２１０が最も下まで降下した場合に、培養システム１０から搬出される。また、搬入装置１００の保持部２１４が培養器２０ｃを培養液３１６中に移動させる。

次に、押部１１６が培養器２０ｃを水平方向に押してスライドさせる（図３（Ｆ）の矢印）。押部１１６は、最も搬入装置１００寄りの培養器２０ｃを押すことによって、ある凹部３１２に収容された複数の培養器２０全体を略水平方向に押す。これによって、１つの培養槽３１０に収容された培養器２０が、まとめて反対側の端部に向けて当接させてスライドさせられる。その結果、最も搬出装置２００寄りの培養器２０ｂが、位置決め部３１４に到達するまで、培養器２０がまとめて移動される（図３（Ｇ））。培養器２０を発泡スチロールなどの比重の軽い材料で形成することによって、複数の培養器２０を互いに当接させてまとめて容易に移動させることができる。培養器２０ｂが搬入装置１００の保持部１１４により位置決め部３１４まで移動させられた後、保持部１１４が水面下に下ろされることによって、培養器２０ｃが培養液３１６上に浮かんだ状態となる（図３（Ｈ））。次に、搬入装置１００の保持部１１４を搬入装置１００に向けて水平に移動させて、培養器２０ｃから離す（図３（Ｉ））。その後、制御部１６０は、移動部１１０を最も下まで下降させた上で、搬入用ベルトコンベア４００を動かして保持部１１４に培養前の生物２２が保持された培養器２０ｄを載せる。培養器２０ｄは、次に培養槽３１０に供給される。

以上の図３（Ａ）〜（Ｉ）を繰り返すことによって、培養槽３１０の培養器２０を入れ替えることができる。所定の培養期間が経過した後、培養前の生物２２が保持された培養器２０と培養後の生物２４が保持された培養器２０とを入れ替える場合には、培養槽３１０に収容された培養器２０の数だけ図３（Ａ）〜（Ｉ）の操作を繰り返すことによって、培養器２０を入れ替えればよい。

ここでは、培養器２０を１つの培養槽３１０に搬出入する例を示したが、搬入装置１００および搬出装置２００にそれぞれ取り付けられた複数の保持部１１４および保持部２１４を用いて、一度に複数の培養槽３１０に培養器２０を搬出入することが好ましい。この場合、図１，２に示す培養システム１０では、まず隣接する３段の培養槽３１０の入れ替えがすべて終わった後で、次の３段の入れ替えを行う。これにより、搬出入に要する時間を大幅に短縮することができる。

また、この場合には、一度に搬出入される培養器２０の数、一度に使用される保持部１１４の数および保持部２１４の数は、いずれも培養棚３００において垂直方向に並べられた複数の培養槽３１０の数の約数であることが好ましい。たとえば図１では、培養棚３００は１２段の培養槽３１０を有する。そのため、一度に２，３，４，６，１２段の培養槽３１０に対して、培養器２０を搬出入することが好ましい。これにより、無駄なく搬出入を行うことができる。また、保持部１１４および保持部２１４の長さをより長くすることによって、１つの培養槽３１０に対して一度に複数の培養器２０を搬出入してもよい。

また、培養槽３１０に培養器２０が満杯でない場合には、搬出装置２００を用いずに搬入装置１００のみを用いて培養槽３１０に培養器２０を搬入すればよい。また、図３では培養器２０の搬出が先に、搬入が後に行われる行われる場合を示した。しかし、培養器２０の搬入が先に、搬出が後に行われるように培養システム１０が構成されてもよい。

以上、本実施の形態の培養システム１０によれば、多段式の培養棚３００への培養器２０の搬出入を容易に行うことができる。また、この場合には、培養棚３００の側面に確保する空間は少なくてよい。そのため、単位面積あたりより多くの培養システム１０を並列して配置することが可能となるため、単位面積あたりの生物の生産量を大幅に増大させることができる。

なお、培養システム１０において、搬入装置１００と搬出装置２００は両方設けられていることが好ましいが、いずれか一方のみが設けられていてもよい。この場合には、設けられていない装置の役割を人が担ってもよい。これにより、多段式の培養棚３００への培養器２０の搬入または搬出を容易に行うことができる。

なお、培養システム１０の設置場所は特に限定されないが、断熱効果の高い培養室（たとえば発泡スチロール製）の内部に培養システム１０を設置することが好ましい。この場合、培養室内では室温の季節変動がほとんどないため、目的とする生物を年中培養することができる。たとえば、本実施の形態の培養システム１０を用いて、１ヶ月で生育する植物を栽培した場合には、１ヶ月で単位面積あたり１２倍の植物を栽培することができる。本実施の形態の培養システム１０では、上述のように培養器２０の搬出入が容易である。そのため、１年では単位面積あたりおよそ１２×１２＝１４４倍の植物を栽培することができる。

また、本実施の形態では、位置決め部３１４は培養槽３１０の搬出装置２００側に形成されているが、搬入装置１００側にも形成されていてもよい。これにより、培養器２０の搬入装置１００側への移動を防止することができる。また、この場合には、培養槽３１０の搬入装置１００側の端部から搬入装置１００側の位置決め部までの距離が、培養槽３１０の搬出装置２００側の端部から位置決め部３１４までの距離と等しくなるように、搬入装置１００側の位置決め部を形成することが好ましい。これにより、培養槽３１０を向きによらず使用することができる。

また、搬入用ベルトコンベア４００と同様の構造を有する搬出用ベルトコンベアが、搬出装置２００に対して備え付けられてもよい。この搬出用ベルトコンベアでは、搬出装置２００に隣接して設置された場合に、培養器２０を搬出する方向に回転床が回転する。これにより、搬出用ベルトコンベアは、培養後の生物２４が保持された培養器２０を、搬出装置２００から搬出することができる。また、搬入装置１００および搬出装置２００の昇降時間を短縮するために、搬入用ベルトコンベア４００と搬出用ベルトコンベアをより上段の培養槽３１０にも設けたり、これらの回転床の数を増やしたりしてもよい。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや工程の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０培養システム、２０培養器、２２培養される生物、１００搬入装置、１１０移動部、１１２固定部、１１４保持部、１１６押部、１６０制御部、３００培養棚、３１０培養槽、３１２凹部、３１６培養液、３２０固定部材

Claims

培養液を収容する凹部を有する複数の培養槽が垂直方向に並設された培養棚と、
前記培養棚に対して一方の端部近傍に配置され、前記凹部に収容された場合に前記培養液に接し培養される生物が保持された培養器を、前記複数の培養槽の少なくとも１つに搬入する搬入装置と、を備え、
前記搬入装置は、
前記培養槽の高さまで前記培養器を持ち上げる垂直移動機構と、
収容されるべき培養槽に収容された複数の培養器において、少なくとも１つの培養器を前記一方の端部側から略水平方向に押すことによって、前記複数の培養器を前記一方の端部とは反対側の他方の端部に向けて当接させてスライドさせる水平移動機構と、
前記他方の端部近傍に配置され、前記他方の端部近傍において前記培養槽に設けられた搬出位置決め部までスライドされた前記培養器を、前記培養槽から搬出する搬出装置とを備え、
前記複数の培養器は、発泡スチロールにて形成され、培養される生物が保持された状態にて前記培養液上に浮かんでおり、
前記搬入装置は、垂直方向に並設された２つ以上の培養槽のそれぞれに１つ以上の培養器を一度に搬入し、
前記搬出装置は、垂直方向に並設された前記２つ以上の培養槽のそれぞれから１つ以上の培養器を一度に搬出し、
前記２つ以上の培養槽の数は、垂直方向に並べられた前記複数の培養槽の数の約数であって、
前記搬入装置による搬入と、前記搬出装置による搬出とが交互に行われることを特徴とする培養システム。
前記培養棚に垂直方向に並設された培養槽の数は、１２個であることを特徴とする請求項１に記載の培養システム。