JP6703241B2 - 播種装置及びそれを用いた播種方法 - Google Patents

Description

本発明は、水耕栽培に用いられる培地に、播種を行うための装置に関するもので、特に一つの工程で、碁盤目状に、一定間隔で複数の種子を配列して播種することが可能な装置に関するものである。

理科教育の教材や園芸の手法の一つとして、例えばヒヤシンスの球根を、水を満たした透明な容器を用いて下部を水に漬けた状態で、発芽や根の生長を観察可能とする水栽培が行われている。この手法の野菜栽培への応用として検討された水耕栽培が、天候などの条件に左右されずに野菜を出荷できる、いわば野菜工場を実現する方法として実用化されている。

一般に植物の成長には、水と空気と肥料と称される栄養分が、適度に供給されることが必要であるが、土壌は必ずしも必要ではない。水耕栽培においては、これらの諸条件を人工的に制御することが容易であり、害虫や病原菌の侵入阻止も露地栽培に比較すると容易であり、さらに、連作障害がないなどの利点がある。

その他の水耕栽培の利点として、土壌を用いるという制約がないことから、栽培の全工程を屋内で行うことが可能となり、種々の作業を自動化できることが挙げられる。このために、様々な専用の器具類が実用化されている。その中の一つに、培地として、ポリウレタンフォームなどの発泡材料、つまりスポンジの表面に、表面とは垂直な方向に十字型のスリットを設け、種子をめり込ませた状態で播種を行う方法が広く行われている。そして、スポンジは、多孔質で、水や空気、水溶液とした肥料などの供給が容易であり、土壌の代替品として優れている。

また、種子は、通常、作物の種類によって形状や大きさが異なるため、適当な装置を用いて播種などの作業を自動化するための障害となっているが、これを解消するために肥料などの成分を添加した天然成分からなる被覆材を用いて、種子を被覆造粒し、大きさが揃った球形状としたコーティング種子が商品化されている。

さらに、播種の方法も、露地栽培とは異なる手法が可能であり、一例として特許文献１には、保水部材が取り付けられた切欠部と、切欠部に沿って接合された両面テープを有する栽培物保持器の両面テープに播種し、播種した部分を保水部材側に折り曲げ成形するという手順で播種を行う方法が開示されている。しかし、ここに開示されている方法は、一度の操作で播種できる面積が比較的狭く限定されるという、解決すべき課題がある。

また、特許文献２には、吸引により吸着された種子をガイド板の小孔を介して播種床に落下させ、小孔に挿通される挿通杆で種子を培地中に押し込み埋没させる播種方法が開示されている。しかし、ここに開示されている方法は、動力を用いるため、構造が複雑化し、ランニングコストを増加させるという課題がある。

さらに、本発明者は、前記課題の解決策として、特許文献３を出願している。ここに開示されている播種装置は、培地の上を、種子供給部材を摺動させることで、培地に予め設けられている凹部に種子を投下し得る機能を備えている。

図８は、特許文献３に開示されている播種装置の一例を示す斜視図であり、図９は文献３に開示されている播種装置を用いた播種工程を示す図である。ここに示した播種装置においては、第一の貫通孔１９と第二の貫通孔２１が一致しない位置に、第二の多孔板２０を配し、第一の貫通孔１９に底部を形成した状態として、種子供給部材１７を第一の多孔板１８の上を摺動させることにより、第一の貫通孔１９の内部に、種子供給部材１７から種子１４が自重で落下するので、一定数量の種子１４を一時的に貯留することができる。

そして、予め第二の多孔板２０の下に培地２３を配し、第一の貫通孔１９と第二の貫通孔２１の位置が一致するように、第二の多孔板２０を移動すると、第一の貫通孔１９の内部に貯留された種子１４が、自重で第二の貫通孔２１を通過して、培地２３の表面に落下し、種子収納用有底孔２２に収納される。このような構成とすることで、従来の主流である手作業に比較すると、作業効率が飛躍的に向上する。

しかし、この装置においても、摺動部と固定部の間に種子が挟まり、種子が損壊したり、培地に投入されなかったりするなどの不具合が生じることがあり、改善の余地があった。

特開平０５−１４６２３１号公報 特開平０５−１６１４０７号公報 特願２０１５−１１４２９５

従って、本発明の課題は、水耕栽培において、省力化についての改善の余地が大きい、播種作業に用いられる装置の作動エラーを削減する構成を提案し、工数の削減、ひいては製造コストの低減を図ることにある。

本発明は、前記の課題に鑑み、前記装置の摺動部と固定部とが接触する部分の構成を、再検討した結果なされたものである。

つまり、本発明は、
フレームと、前記フレームの上部に設けられてなる摺動用部材に沿って、一方向に摺動可能に前記フレーム上に配され、種子の貯留部と、前記貯留部の下部に一定ピッチで同一直線上に設けられ、前記種子が通過可能な内径を備えた種子投下用貫通孔を有する種子供給部材と、
前記フレームの前記種子供給部材の下部に固定され、前記種子供給部材を摺動させた際に前記種子投下用貫通孔が通過する直線上に、等間隔で第一の貫通孔が設けられてなる第一の多孔板と、
前記第一の多孔板の下部に水平方向に移動可能な状態で前記フレームに係合され、前記第一の多孔板とほぼ同じ大きさで、前記第一の貫通孔と同一に配されてなる第二の貫通孔を有する第二の多孔板と、
前記第二の多孔板の下部に移動可能な状態で設けられてなる培地載置用トレイを有することを特徴とする播種装置において、
前記種子投下用貫通孔は下方に、拡大部を備えていることを特徴とする播種装置である。

また、本発明は、記拡大部の下部に、エラストマーまたは発泡高分子材料からなり、前記種子供給部の摺動方向の長さが、摺動方向と直交する方向よりも大きい種子ガイドを備えていることを特徴とする、前記の播種装置である。

また、本発明は、前記拡大部が、下端部の前記種子供給部の摺動方向にスリットが設けられ、エラストマーまたは発泡高分子材料からなる筒状の部材を備えていることを特徴とする、前記の播種装置である。

また、本発明は、前記培地載置用トレイに、前記第一の貫通孔とほぼ同じ大きさで、前記第一の貫通孔と同一に配されてなる有底孔を有する培地を、前記第一の貫通孔と前記有底孔との位置が一致するように載置し、前記培地載置用トレイを前記培地の上面を前記第二の多孔板の下面に配し、
前記第二の多孔板を、第一の貫通孔と第二の貫通孔が一致しない位置に配し、
前記種子供給部材を摺動させることにより、前記種子投下用貫通孔を介して、種子を前記第一の貫通孔に装入し、
前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔に位置が一致するように、前記第二の多孔板を水平方向に移動し、前記種子を前記第一の貫通孔を通過させることにより、前記種子を前記培地の前記有底孔に装入することを特徴とする、前記の播種装置を用いた播種方法である。

本発明に係る播種装置においては、摺動部が固定部に接する部分に、エラストマーや発泡高分子材料のように、可撓性に富む材料を用いているので、間に種子が挟まったり、潰れたりすることが極めて少なくなり、播種のエラーを大幅に減少できる。

本発明に係る播種装置の種子投下用貫通孔における種子の状態を示す概念図、図１（ａ）は、拡大部がない種子投下用貫通孔、図１（ｂ）は、下方に拡大部を設けた種子投下用貫通孔の例。 下方に拡大部を設けた種子投下用貫通孔の各部位の寸法を示す図。 本発明に係るガイドの一例の平面図。 種子供給部材にガイドを取り付けた状態を示す図、図４（ａ）は底面図、図４（ｂ）はＡＡ断面の一部を示す図。 種子が破損する機構の概念を示す図、図５（ａ），（ｂ）は対策を講じていない場合、図５（ｃ），（ｄ）は対策を講じた場合。 本発明に係る播種装置に用いられる樹脂パイプの一例を示す斜視図 種子供給部材にガイドと前記の樹脂パイプを取り付けた状態を示す図 （ａ）は底面図、（ｂ）はＡＡ断面の一部を示す図である。９ｂは種子供給部材、１０ｂはガイドによって形成される空間。１１ｂはガイド、１２は樹脂パイプ、１３はガイドから漏れ出た種子を回収するためのスリット、１４はスリットを示す図。 特許文献３に開示されている播種装置の一例を示す斜視図。 文献３に開示されている播種装置を用いた播種工程を示す図。

次に、本発明の実施の形態について、具体的な図に基づいて説明する。

本発明の基本的な構成と作動状況は、図８、図９に記載したとおりなので、種子投下用貫通孔の拡大部の構成について、図を参照しながら説明する。本播種装置を用いて播種する種子は、大別すると、直径が２．５〜３．５ｍｍのものと、直径が約１．５ｍｍのものがある。

まず、大粒径の場合について説明する。本発明者らの検討結果によると、種子投下用貫通孔に拡大部を設けていない場合は、種子投下用貫通孔の投入口や途中で、種子詰まりが生じることがある。種子の落下の際に種子に負荷される力として、重力と、種子が種子投下用貫通孔の内壁側に拡散しようとする、拡散圧力が考えられ、これが種子詰まりの原因と考えられた。

この問題の解消策として、本発明者らは、種子投下用貫通孔における種子の落下方向の断面積を拡大することを検討した。図１は、種子投下用貫通孔における種子の状態を示す概念図で、図１（ａ）は、拡大部がない種子投下用貫通孔、図１（ｂ）は、下方に拡大部を設けた種子投下用貫通孔の例である。図１において、１は種子、２は拡大部がない種子投下用貫通孔、３ａは第一の拡大部、３ｂは第二の拡大部である。また、図２は、図１（ｂ）に示した下方に拡大部を設けた種子投下用貫通孔の各部位の寸法を示す図である。

ここでは、前記の事項を検証する実験に用いる種子として、外径が約３ｍｍである、カネコ種苗株式会社製の小松菜のＬサイズ種子「よかった菜」（登録商標）を採用した。具体的な試験方法としては、種子投下用貫通孔の内径と拡大部の深さを変え、図８に示した播種装置の所定の位置に配した、有底孔を碁盤目状に３００箇所設けた培地に種子を投下し、一度も目詰まりが発生しなかった場合を成功、一度でも目詰まりが発生した場合を失敗として評価した。

この試験結果を表１にまとめて示した。φｘが７ｍｍ、８ｍｍで拡大部を設けなった、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２の試験では、一定数量以上の種子が種子投下用貫通孔に進入すると、必ず種子の詰まりが生じ、詰まった種子は多少突いても落下せず、拡散圧力によるものと推測した。次にＮｏ．３、Ｎｏ．４の実験では、一段階の拡大部を設けたが、種子の詰まりに改善が見られ、拡大部を設けることで、拡散圧力が分散され、種子が落下すると推定して、さらに拡大部を二段階とすることを検討した。

Ｎｏ．５〜Ｎｏ．７の実験で、種子詰まりを低減できることが判明したが、０％にはできなったので、拡散圧力の低減を目的に、さらに一段目の深さを小さくして、詰まりへの影響を検討した。その結果Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１１の実験の結果に示したように、一段目の深さを種子の外径とほぼ同じである３．５ｍｍにすることで、種子詰まりを解消できることが検証できた。

次に、種子投下用貫通孔の下に、種子のサイズに応じた、弾性と可撓性を有するガイドを配することにより、種子に動きを制御し、播種率を向上することを検討した。図３は本発明に係るガイドの一例の平面図である。図３において、１４ａは種子投下用貫通孔が配される位置。１４ｂは種子が培地側に落下する貫通孔が配される位置である。

図３に示したＡ〜Ｃの記号は寸法を示したもので、Ａは播種の対象となる培地の種子収納用有底孔のピッチ、Ｂは種子の外径よりやや大きい寸法、Ｃは前記ピッチ及び種子外径によってによって設定される。また、図４は種子供給部材にガイドを取り付けた状態を示す図で、図４（ａ）は底面図、図４（ｂ）はＡＡ断面の一部を示す図である。図４において、９ａは種子供給部材、１０ａはガイドによって形成される空間。１１ａはガイドである。

ここでは、ガイドはポリウレタンフォームを用いて構成し、硬さを変えて、播種の成功数との関係を検討した。この結果を表１に示した。表１に記載した硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６４００−２Ｄで規格化された数値で、この数値が小さいほど柔軟であることを示す。また、種子投入数は、３００（培地の種子収納用有底孔）×実験回数である。表２に示した結果からガイドの硬度を一定範囲に設定することにより、播種成功率の向上と、破損率の低減が図れることが検証できた。

次に、コーティングを施していない、外径が１．５ｍｍ程度の種子への適用について、説明する。この種子の場合は、本装置の固定部と摺動部との間、つまり、種子を保持する円筒状の樹脂パイプと培地に種子を投入する貫通孔との間に種子が挟まり、破損する現象が発生した。図５は、種子が破損する機構の概念を示す図で、図５（ａ）、（ｂ）は対策を講じていない場合、図５（ｃ）、（ｄ）は対策を講じた場合である。

図５（ａ）に示したように、種子の破損は、樹脂パイプ４ａと貫通孔６との間に挟まることで発生する。この原因は、貫通孔６に落下するベクトルと樹脂パイプの移動に伴って発生する水平方向のベクトルから、種子は、どうしても間に挟まれ、樹脂パイプの内部では、種子には落下方向にしか逃げ場がないからであると解される。ここではこの打開策として、樹脂パイプを、例えばシリコンゴムのようなエラストマーで構成し、種子の水平方向への逃げを確保するために、樹脂パイプの下端にスリットを垂直方向に設けた。

この考え方の有効性を検証するために、図６に示した、αの長さ、つまりスリット長を変え、種子の破損状態を検討した。実験には、中原採種場株式会社製の「ピノグリーン」を用い、培地７の種子収納用有底孔８に落下した種子の破損数を求めた。その結果を表３に示す。

表３に示した結果から、スリット長を７〜９ｍｍとすることで。種子の破損を減少できることが検証できた。なお、スリット長を１０ｍｍ以上とすると、種子が外部に漏れ落ちる現象が発生するので、前記範囲が適当である。

図７は、種子供給部材にガイドと前記の樹脂パイプを取り付けた状態を示す図で、図７（ａ）は底面図、図７（ｂ）はＡＡ断面の一部を示す図である。図７において、９ｂは種子供給部材、１０ｂはガイドによって形成される空間。１１ｂはガイド、１２は樹脂パイプ、１３はガイドから漏れ出た種子を回収するためのスリット、１４はスリットである。

以上に説明したように、本発明によれば、水耕栽培における播種作業を、効率的に行える装置を提供することができ、水耕栽培のコスト低減ひいては普及に寄与するところは極めて大きいと言える。なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば培地として、スポンジではなく、バーミキュライト、パーライト、ピートモスその他に適用できるなどの、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る、各種変形、修正を含む、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。

１，１４・・・種子 ２・・・拡大部がない種子投下用貫通孔
３ａ・・・第一の拡大部 ３ｂ・・・第二の拡大部
４ａ，４ｂ・・・樹脂パイプ ５・・・多孔板 ６・・・貫通孔
１０ａ，１０ｂ・・・ガイドによって形成される空間
１１ａ，１１ｂ・・・ガイド
１２・・・樹脂パイプ １４・・・スリット
１３・・・種子回収スリット １５・・・播種装置本体のフレーム
１６・・・摺動用部材 ９ａ，９ｂ，１７・・・種子供給部材
１８・・・第一の多孔板 １９・・・第一の貫通孔
２０・・・第二の多孔板 ２１・・・第二の貫通孔
８，２２・・・種子収納用有底孔 ７，２３・・・培地
２４・・・培地載置用のトレイ ２５・・・トレイ昇降用ハンドル
２６・・・種子貯留部 ２７・・・種子投下用貫通孔

Claims (3)

1. フレームと、
   前記フレームの上部に設けられてなる摺動用部材に沿って、一方向に摺動可能に前記フレーム上に配され、種子の貯留部と、前記貯留部の下部に一定ピッチで同一直線上に設けられ、前記種子が通過可能な内径を備えた種子投下用貫通孔を有する種子供給部材と、
   前記フレームの前記種子供給部材の下部に固定され、前記種子供給部材を摺動させた際に前記種子投下用貫通孔が通過する直線上に、等間隔で第一の貫通孔が設けられてなる第一の多孔板と、
   前記第一の多孔板の下部に水平方向に移動可能な状態で前記フレームに係合され、前記第一の多孔板とほぼ同じ大きさで、前記第一の貫通孔と同一に配されてなる第二の貫通孔を有する第二の多孔板と、
   前記第二の多孔板の下部に移動可能な状態で設けられてなる培地載置用トレイを有することを特徴とする播種装置において、
   前記種子投下用貫通孔は、下方に、拡大部を備え、前記拡大部の下部に、エラストマーまたは発泡高分子材料からなる種子ガイドを備え、前記種子ガイドは、前記種子供給部材の摺動方向の長さが、摺動方向と直交する方向よりも大きいことを特徴とする特徴とする播種装置。
2. 前記拡大部は、下端部にエラストマーまたは発泡高分子材料からなる筒状の部材を備え、前記筒状の部材は、前記種子供給部材の摺動方向にスリットが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の播種装置。
3. 前記培地載置用トレイに、前記第一の貫通孔とほぼ同じ大きさで、前記第一の貫通孔と同一に配されてなる有底孔を有する培地を、前記第一の貫通孔と前記有底孔との位置が一致するように載置し、前記培地載置用トレイを前記培地の上面を前記第二の多孔板の下面に配し、
   前記第二の多孔板を、第一の貫通孔と第二の貫通孔が一致しない位置に配し、
   前記種子供給部材を摺動させることにより、前記種子投下用貫通孔を介して、種子を前記第一の貫通孔に装入し、
   前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔に位置が一致するように、前記第二の多孔板を水平方向に移動し、前記種子を前記第一の貫通孔を通過させることにより、前記種子を前記培地の前記有底孔に装入することを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれかに記載の播種装置を用いた播種方法。

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