JP6850442B2 - 植物栽培システム - Google Patents

Description

開示の実施形態は、植物栽培システムに関する。

例えば特許文献１には、栽培対象である植物を保持具で保持し、当該保持具を所定の期間をかけてレールに沿って移動させることにより、植物を生育させる植物栽培システムが記載されている。この植物栽培システムでは、植物保持具に形成した穴部に培地を充填して植物の種子を播種し、それを生育させる。

国際公開第２０１７／０４２８９１号

上記従来技術では、植物から葉部を切り落として収穫した際に残った根部とそれに連なる茎部がまだ保持穴部に保持されたままの状態となるが、その茎部及び根部を除去する作業は非常に繁雑な作業となり、植物栽培システム全体の作業効率を低下させる原因となっていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、収穫作業後の後工程における作業効率を向上した植物栽培システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、栽培対象の植物を保持する保持穴部を備えた植物保持具と、葉部が切り落とされた前記植物を前記保持穴部が保持した状態の前記植物保持具に対して、突き押し部の先端を前記保持穴部に挿入することで前記植物を前記植物保持具から抜脱させる抜脱機構と、を有する植物栽培システムが適用される。

本発明によれば、収穫作業後の後工程における作業効率を向上できる。

実施形態に係る植物栽培システム全体の概略構成を表すシステムブロック図である。 積層栽培棚の一例を表す斜視図である。 積層栽培棚の各栽培棚におけるレールの配置の一例を表す説明図である。 積層栽培棚の各栽培棚における光源の配置の一例を表す説明図である。 ロボットの構成の一例を表す斜視図である。 ハンドの構成の一例を表す斜視図である。 植物保持具の構造の一例を表す斜視図である。 図８（ａ）は、図７（ａ）中の矢視ＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａでの左右方向直交断面であり、図８（ｂ）は、図７（ａ）中の矢視ＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂでの前後方向直交断面である。 図８（ａ）中のＡ部を拡大した保持筒部の鉛直断面図である。 植物保持具を支持した状態のレールの構造の一例を表す横断面図である。 後処理部の全体構成の側面図である。 植物を保持した植物保持具の収穫部及び後処理部における処理工程を示す図である。 抜脱作業後の時点における植物保持具の保持筒部の内部状態を示す鉛直断面図である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下において、植物栽培システムの構成の説明の便宜上、各図中に示す上下左右前後等の方向を共通に定義し適宜使用する場合がある。但し、植物栽培システムの各構成の位置関係を限定するものではない。

＜１．植物栽培システムの構成＞
図１乃至図４を参照しつつ、本実施形態に係る植物栽培システム１の全体構成の一例について説明する。なお図１においては、図示の煩雑を避けるためにシステム全体の構成を概略的に示すだけとし、各部の詳細な構造については簡略化して模式的に示している。

図１乃至図４に示すように、植物栽培システム１は、栽培対象である植物２を植物保持具３で保持し、当該植物保持具３を所定の期間をかけてレール４に沿って移動させることにより植物を生育させ、その植物２のうちの商用部分（この例では後述する葉部２ｂ）を収穫するとともに植物保持具の後処理を行うシステムである。植物栽培システム１は、積層栽培棚５と、搬送ロボット６と、搬入コンベア７と、搬出コンベア８と、収穫部９と、後処理部１０と、多数の植物保持具３を有する。

（１−１．積層栽培棚）
積層栽培棚５には、複数段（この例では８段）の栽培棚５ａが上下方向に多段で積層するよう配置されている。なお、「上下方向」は厳密な鉛直方向である必要はなく、実質的な鉛直方向であればよい。したがって、「上下方向」には鉛直方向に対して若干傾斜した方向も含まれる。また、積層栽培棚５における栽培棚５ａの積み重ね方向は、上下方向に限定されるものではなく、上下方向に対して所定の角度で傾斜した方向としてもよい。

各栽培棚５ａのそれぞれには、複数のレール４が前後方向に沿って水平に延設されている。なお、本実施形態でいう「前後方向」は各栽培棚５ａにおける植物２の流れ方向（搬送方向）であり、レール４の長手方向あるいは延設方向でもある。また、「水平方向」は厳密な水平方向である必要はなく、実質的に水平方向であればよい。したがって、水平方向に対して若干傾斜した方向も含まれる。複数のレール４は、各栽培棚５ａにおいて左右方向に並設されており、各レール４は実質的に平行に配置されている。なお、本実施形態でいう「左右方向」は上記上下方向及び前後方向と直交する方向である。

詳細な構造については後述するが、レール４は、複数の植物保持具３を長手方向に沿って移動可能に支持する。そして、レール４においては、植物保持具３が前後方向における一方側から供給されることで、他の支持された複数の植物保持具３が前後方向における他方側に向けて押し出されてスライド移動するよう構成される。

積層栽培棚５における栽培棚５ａの段数は特に限定されるものではないが、本実施形態では８段である場合を一例として説明する。以下では、説明の便宜上、積層栽培棚５の栽培棚５ａの段について適宜、最下段の１段をＡ段、最上段の１段をＢ段、上から２段目〜５段目をまとめてＣ段、上から６、７段目をまとめてＤ段という。すなわち、図２及び図３に示すように、Ａ段は１つの栽培棚５ａを有し、Ｂ段は１つの栽培棚５ａを有し、Ｃ段は４つの栽培棚５ａを有し、Ｄ段は２つの栽培棚５ａを有する。図３に示す例では、Ａ段の栽培棚５ａには比較的多数（図示する例では８つ）のレール４が設置されている。Ｂ段の栽培棚５ａには、Ａ段よりも少ない数（図示する例では６つ）のレール４が設置されている。Ｃ段の栽培棚５ａのそれぞれには、Ｂ段よりもさらに少ない数（この例では４つ）のレール４が設置されている。Ｄ段の栽培棚５ａのそれぞれには、Ｃ段よりもさらに少ない数（この例では３つ）のレール４が設置されている。

（１−２．搬送順序）
次に、植物栽培システム１における植物保持具３及び植物２の搬送順序の一例について説明する。搬入コンベア７は、この例では種子が播種されて発芽した状態の植物２を保持する植物保持具３（詳細は後述する）を、図示しないパレタイザからＡ段の後側から搬入供給する。また搬出コンベア８は、Ｄ段における各段の栽培棚５ａの後側から、十分に生育した状態の植物２を保持した植物保持具３を搬出する。

図１、図３に、各栽培棚５ａそれぞれにおける植物保持具３及び植物２の搬送方向を示す。なお、図１中における破線矢印が各栽培棚５ａでの植物保持具３及び植物２の搬送方向を示している。また、図３中の記号１０１は、上記前後方向における前側から後側への植物保持具３及び植物２の搬送方向を示し、記号１０２は、反対に後側から前側への植物保持具３及び植物２の搬送方向を示している。図１、図３に示すように、Ａ段では、各レール４において植物保持具３及び植物２が後側から前側へ向けて搬送される。Ｂ段では、各レール４において植物保持具３及び植物２が前側から後側へ向けて搬送される。Ｃ段では、各段とも、各レール４において植物保持具３及び植物２が後側から前側へ向けて搬送される。Ｄ段では、各段とも、各レール４において植物保持具３及び植物２が前側から後ろ側へ向けて搬送される。

積層栽培棚５の前側に位置する搬送ロボット６は、Ａ段からＢ段への植物保持具３及び植物２の上昇搬送と、Ｃ段からＤ段への植物保持具３及び植物２の下降搬送を行う。このとき、前側の搬送ロボット６は、左右方向の振り分けを行うとともに、異なる段数にあるＣ段とＤ段の間の上下方向の振り分けも行う。また、積層栽培棚５の後側に位置する搬送ロボット６は、搬入コンベア７からＡ段への植物保持具３及び植物２の水平搬送と、Ｂ段からＣ段への植物保持具３及び植物２の下降搬送と、Ｄ段から後述する収穫部９及び後処理部１０への植物保持具３及び植物２のまとめ搬送を行う。このとき、後側の搬送ロボット６は、左右方向の振り分けを行うとともに、異なる段数にあるＢ段とＣ段の間の上下方向の振り分けも行う。

また、図４に示すように、積層栽培棚５の栽培棚５ａの上方には、植物２の葉２ｂ（後述の図１０参照）に光を当てるための複数の光源１５が設置されている。各光源１５は、各栽培棚５ａの上方にそれぞれ設けられた支持板１１の下面に、左右方向に沿って延在するよう設置されている。各光源１５は、前後方向に沿って所定の間隔で配置されている。なお、光源１５は特に限定されるものではないが、植物の光合成を促進するため、例えばＬＥＤや蛍光灯等が使用される。

以上の搬送経路において、Ａ段→Ｂ段→Ｃ段→Ｄ段の順で搬送されるに従い左右方向におけるレール間隔が次第に広くなる。これにより、植物２全体の大きさが植物保持具３よりも小さい育苗段階ではレール間隔が最も狭いＡ段で密集して栽培し、その後にレール間隔が広くなる順のＢ段→Ｃ段→Ｄ段で搬送することができる。すなわち、各植物２の全体が次第に大きく生育する段階に応じて配置間隔を広くでき、当該積層栽培棚５全体の設置面積に対して植物２の栽培面積を効率的に利用できるいわゆる定植が可能となる。

（１−３．その他構成）
上述したように、本実施形態の植物栽培システム１は、収穫部９と後処理部１０をさらに有している。

収穫部９は、例えばカッタなどの切断機構を備え、植物保持具３に保持された状態の植物２に対しその茎部２ａを切断する機能部分である（特に図示せず）。後側の搬送ロボット６によって積層栽培棚５のＤ段から植物保持具３が搬送された収穫部９は、当該植物保持具３に保持されて十分に生育した植物２に対し、その商用部分である葉部２ｂだけを切り離して収穫する。なお、収穫部９で収穫した葉部２ｂ等の商用部分は特に図示しない別途の移送手段（専用の移送ロボット等）により搬出コンベア８へ移送され、残った植物保持具３は後方の搬送ロボット６により後処理部１０へ搬送される。

後処理部１０は、上記収穫部９で葉部２ｂを収穫された後に残った茎部２ａ及び根部２ｃを植物保持具３から除去するとともに植物保持具３を清浄化する機能部分である。この後処理部１０の構成と機能については後の図１１〜図１３で詳述する。

＜２．搬送ロボット＞
次に、図５及び図６を用いて、搬送ロボット６の構成の一例について説明する。なお、図５及び図６においては積層栽培棚５の前側に配置される搬送ロボット６を斜視で示しており、Ｘ軸正の方向が右、Ｘ軸負の方向が左、Ｙ軸正の方向が後、Ｙ軸負の方向が前、Ｚ軸正の方向が上、Ｚ軸負の方向が下に対応する。また、積層栽培棚５の後側に配置される搬送ロボット６については、同じ構成のものをＸ軸、Ｙ軸のそれぞれの正負方向を逆にしただけであるため、その図示を省略する。

（２−１．全体構成）
搬送ロボット６は、植物保持具３及び植物２を一のレール４の端部から取り出して搬送し、他のレール４の端部へ押し込んで供給する。図５に示すように、搬送ロボット６は、基台１６と、基台１６上に設置された門型の支持枠１７と、支持枠１７に設けられたアクチュエータ３０と、ハンド２１とを有する。

支持枠１７は、基台１６上にＸ軸方向に対向するようにＺ軸方向に沿って設置された一対の支柱１７ａと、一対の支柱１７ａの上端にＸ軸方向に沿って架け渡された略水平な梁１７ｂとを有する。

アクチュエータ３０は、Ｘ軸ユニット１８、Ｚ軸ユニット１９、及びＹ軸ユニット２０を有する。Ｘ軸ユニット１８は、ビーム１８ａと、スライダ１８ｂと、Ｘ軸モータ１８ｃとを有する。ビーム１８ａは、一対の支柱１７ａ間にＸ軸方向に略水平に架設される。スライダ１８ｂは、ビーム１８ａにＸ軸方向に沿って移動自在に支持される。Ｘ軸モータ１８ｃは、ビーム１８ａの左端に取り付けられ、スライダ１８ｂに装着された図示しないチェーン等を介してスライダ１８ｂをＸ軸方向に駆動する。

Ｚ軸ユニット１９は、ビーム１９ａと、スライダ１９ｂと、Ｚ軸モータ１９ｃとを有する。ビーム１９ａは、上端が梁１７ｂにＸ軸方向に移動自在に支持されるとともに、スライダ１８ｂに固定される。スライダ１９ｂは、ビーム１９ａにＺ軸方向に沿って移動自在に支持される。Ｚ軸モータ１９ｃは、ビーム１９ａの下端に取り付けられ、スライダ１９ｂに装着された図示しないチェーン等を介してスライダ１９ｂをＺ軸方向に駆動する。

Ｙ軸ユニット２０は、ビーム２０ａと、スライダ２０ｂと、Ｙ軸モータ２０ｃとを有する。スライダ２０ｂは、スライダ１９ｂに固定される。ビーム２０ａは、スライダ２０ｂがＹ軸方向に沿って移動自在に支持される。Ｙ軸モータ２０ｃは、ビーム２０ａの前端に取り付けられ、スライダ２０ｂに装着された図示しないチェーン等を介してスライダ２０ｂをＹ軸方向に駆動する。

アクチュエータ３０では、Ｘ軸モータ１８ｃによりスライダ１８ｂがＸ軸方向に駆動すると、ビーム１９ａがＸ軸方向に移動し、スライダ１９ｂ及びスライダ２０ｂを介してビーム２０ａがＸ軸方向に移動する。また、Ｚ軸モータ１９ｃによりスライダ１９ｂがＺ軸方向に駆動すると、スライダ１９ｂ及びスライダ２０ｂを介してビーム２０ａがＺ軸方向に移動する。また、Ｙ軸モータ２０ｃによりスライダ２０ｂをＹ軸方向に駆動すると、スライダ２０ｂを介してビーム２０ａがＹ軸方向に移動する。このようにして、アクチュエータ３０は、ビーム２０ａをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸方向に移動することができる。

ハンド２１は、アクチュエータ３０のビーム２０ａの後側の先端に取り付けられ、植物保持具３を把持する。アクチュエータ３０は、ビーム２０ａを三軸方向に移動することにより、ハンド２１を三軸方向に移動することができる。すなわち、アクチュエータ３０は、ハンド２１を前後方向（レール４の長手方向）に沿って移動させる。またアクチュエータ３０は、前後方向と垂直且つ互いに直交する２方向、すなわち左右方向（レール４の並設方向。略水平方向でもある）と上下方向（栽培棚５ａの積み重ね方向。高さ方向でもある）の２方向に沿って移動させることができる。

（２−２．ハンド）
図６に示すように、ハンド２１は、ベース２２と、一対のスライダ２４と、一対の爪部材２５と、駆動ブロック２６とを有する。一対のスライダ２４は、ベース２２の前面下方部でＸ軸方向に延設された２対のレール部材２３に対し、それらの延設方向に沿って摺動自在に嵌合されている。一対の爪部材２５は、一対のスライダ２４の下端にそれぞれ取り付けられ、Ｘ軸方向に略平行に配置されている。駆動ブロック２６は、ベース２２の前面上方部に設けられ、駆動機構（図示せず）を内蔵している。駆動機構は、例えばエアーコンプレッサ等の圧力源からの流体圧力でスライダ２４を駆動し、一対の爪部材２５をＸ軸方向に略平行な姿勢を保持しつつ互いに進退するように開閉させる。一対の爪部材２５の先端の爪部２８の内側には、植物保持具３の支持部３５(後述の図７参照）を支持する溝部２８ａが形成されている。溝部２８ａは、Ｙ軸方向から見た形状が支持部３５の形状に対応した形状（この例では等脚台形状）となっている。また各溝部２８ａの内部において当該爪部材２５の先端から所定距離の位置に、互いに対向し近接する方向で突出した一対のストッパピン２８ｂが設けられている。なお、図示する例では各ストッパピン２８ｂは円柱形状で形成されているが、他に多角柱形状で形成されてもよい（図示省略）。

ハンド２１は、例えばレール４の端部に位置する植物保持具３を抜き出す際には、駆動機構の作動で一対の爪部材２５を植物保持具３に対し閉じ、爪部材２５の先端の爪部２８で植物保持具３を両側から挟んで把持した後に抜き出す。また、ハンド２１は、例えばレール４の端部へ植物保持具３を挿入する際には、把持した植物保持具３をアクチュエータ３０の駆動により別のレール４の端部に移動させ、レール４に挿入する。そして、植物保持具３を把持したままＹ軸方向（前後方向）に１ピッチ分（植物保持部３の前後方向の長さ分）だけ押す。これにより、挿入した植物保持具３とレール４上に支持されている複数の植物保持具３を１ピッチ分スライドさせることができる。またこのとき、爪部２８に把持された植物保持具３における押し込み方向と逆側（溝部２８ａの奥側、図中のＹ方向の後方側）の端面が各ストッパピン２８ｂに当接することで、植物保持具３の寸法公差にバラツキがある場合でも、爪部２８に対する当該植物保持具３の相対位置を規定位置に位置決めできる。これにより搬送ロボット６は、そのストッパピン２８ｂの位置を基準として、その時点で把持している植物保持具３自体、及びその挿入先のレール４上に支持されている複数の植物保持具３の列全体の搬送方向に対する正確な位置決めが可能となる。以上の挿入操作の後、ハンド２１は一対の爪部材２５を開いて植物保持具３の把持を解除する。

＜３．植物保持具＞
次に、図７及び図８を用いて、植物保持具３の構成の一例について説明する。なお、図８（ａ）は、図７（ａ）中の矢視ＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａでの左右方向直交断面を示しており、図８（ｂ）は、図７（ａ）中の矢視ＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂでの前後方向直交断面を示している。また、図７及び図８に示す方向は、実際に植物保持具３がレール４に支持されて使用される状態での方向を示す。

植物保持具３は、植物栽培システム１の栽培対象である植物２を１株ごとに保持する部材である。なお、ここでいう「１株」とは、単一の種子から生育される１つの個体をいう。例えば図１０に示す植物２のように、複数（単一でもよい）の葉２ｂが１本の茎２ａによって支持されることで１つの個体としてまとまっているものは１株である。また、例えば茎が分岐等により複数ある場合でもその根２ｃがつながることで１つの個体としてまとまっているものは１株である。

図７及び図８に示すように、植物保持具３は、左右方向、前後方向の各方向においてそれぞれ対称な形状を有する。したがって、植物保持具３はその長手方向である前後方向（つまり搬送方向）において正逆両方向で使用できる方向互換性を有した構成となっている。植物保持具３は、摺動性の高い材料（例えば樹脂。金属等でもよい）で一体成形されており、植物保持具３を支持するレール４に対してスライド可能に構成されている。植物保持具３は、その全体又は局部的な形状の部位として、主に本体部３１、保持筒部３２、誘導テーパ部３３、及びガイド板部３４を有している。

本体部３１は、上方からの平面視で見て前後方向を長手方向とした略矩形形状の平板形状部であり、その上面と下面のそれぞれ四方の辺には傾斜の緩やかな（水平面に対して成す角度が小さい）面取り３１ａが形成されている。この本体部３１のうち左右方向両側の縁部は、特に搬送ロボット６のハンド２１（前述の図６参照）により把持された際に爪部材２５により支持される支持部３５として機能する。この例の支持部３５は、上記面取り３１ａにより前後方向から見て等脚台形状に形成されているが、三角形や円形等、他の形状としてもよい。またこの例では、左右方向両側の支持部３５がそれぞれ前後方向に間隔を空けて例えば２つ配置されているが、一繋がりとしてもよいし、３以上としてもよい。

保持筒部３２は、上記本体部３１の前後方向及び左右方向の中心位置で上下方向（鉛直方向）に貫通した円筒形状部であり、その上端開口部は本体部３１の上面から突出せずに面一の状態（段差がなくフラットな状態）で形成され、下端開口部は本体部３１の下面から下方に所定の寸法で突出するよう形成されている。この例では、保持筒部３２は例えば内径が丸穴の円筒形状であるが、内径の軸直交断面が四角形等の他の多角形状である多角形筒形状としてもよい。なお、この保持筒部３２の内径部における詳細な構成については、後に詳述する（後述の図９参照）。

誘導テーパ部３３は、本体部３１の下面から下方に突出して前後方向（搬送方向）の両端部からそれぞれ中央部へ向けて左右方向の寸法（幅方向寸法）が拡大するように形成されたテーパ形状部である。また本体部３１の中央側におけるこの誘導テーパ部３３の最大幅寸法は、後述するレール４の下レール溝４３ｂ（後述の図１０参照）に対して適宜のはめあい公差で嵌合可能な寸法であり、上記保持筒部３２の近傍までその最大幅方向寸法部分３６を延設している。

ガイド板部３４は、本体部３１の上面から上方に突出して前後方向に延設された一対の平板形状部であり、保持筒部３２の上端開口部を挟んだ左右方向の２箇所に並設されている。これら一対のガイド板部材３４全体での幅方向寸法ｗ１や左右方向位置は、上記誘導テーパ部３３に続く最大幅方向寸法部分３６と略一致する。

そして、各図に示すように、誘導テーパ部３３も含めた本体部３１の全体は下方側が開口して中抜きされた中空構造で形成されており、このため植物保持具３全体の重量が軽量化されている。また各図に示すように、本体部３１と各誘導テーパ部３３は、それら前後方向の両端部がそれぞれ面一の状態で前後方向に対して直交する（つまり搬送方向を法線方向とした）平坦面３７で形成されている。

なお、以上説明した植物保持具３の構成は一例であり、上記以外の構成としてもよい。例えば、上記では植物保持具３を一体成形としたが、複数の部品で構成されてもよい。

＜４：保持筒部の詳細構成と機能＞
図９は、上記図８（ａ）中のＡ部を拡大して示している。この図９において、保持筒部３２は、上述したように鉛直方向を軸方向とした内径部３９を有し、本体部３１を上下方向に貫通した筒形状部である。その上端開口部は本体部３１の上面から突出せずに面一の状態で形成され、下端開口部は本体部３１の下面から下方に所定の突出寸法で突出するよう形成されている。

そして本実施形態の例では、円形穴として形成されている保持筒部３２の内径部３９がその軸方向位置によって多様な内径で開口しており、その内径に基づく構成の違いから当該保持筒部３２の全体は軸方向位置の上方から下方へ向けて順に上端開口部３９ａ、直筒部３９ｂ、小径部３９ｃ、及び下端開口部３９ｄの４つの部位に大別できる。

上端開口部３９ａには、その軸方向範囲の全体に渡って、中央部から上端部へ向けて内径寸法が連続して拡大するテーパ状の面取り部３９ｅが形成されている。

直筒部３９ｂは、上記上端開口部３９ａの中央側の最小内径寸法をそのまま軸方向に一様な内径寸法とした円筒部で形成されている。

小径部３９ｃは、上記直筒部３９ｂよりも小さい内径寸法で開口している。すなわち小径部３９ｃは、上端開口部３９ａの最大内径寸法よりも小さい内径寸法で開口しており、言い換えると内径部３９の軸方向途中位置（上端、下端ではない位置）で上端開口部３９ａよりも軸直交断面積が小さい小口部として形成されている。

下端開口部３９ｄは、その軸方向範囲の全体に渡って、中央部から下端部へ向けて内径寸法が段階的に拡大するよう形成されている。すなわち下端開口部３９ｄは、小径部３９ｃよりも大きい内径寸法で開口しており、言い換えると軸直交断面積が小径部３９ｃより大きい。

そして、以上の上端開口部３９ａ、直筒部３９ｂ、小径部３９ｃ、及び下端開口部３９ｄの４つの部位がそれぞれの軸中心を一致させた同軸的な配置で形成されている。なお、上端開口部３９ａ、直筒部３９ｂ、小径部３９ｃ、及び下端開口部３９ｄで構成される保持筒部３９の内径部全体が、各請求項に記載の保持穴部に相当する。

＜５．レール＞
次に、図１０を用いて、レール４の構成の一例について説明する。なお、図１０に示す方向は、レール４が栽培棚５ａに設置された状態での方向を示しており、図中では前後方向におけるレール４の直交断面で示している。

図１０に示すように、レール４は、レール部４０と、水槽部４７とを有しており、摺動性の高い材料（例えば樹脂。金属等でもよい）で一体成形されている。レール部４０は、それぞれ左右方向に所定の幅を有し前後方向に延設された左右一対の上レール板４１ａと、これら上レール板４１ａの下方位置で同じくそれぞれ左右方向に所定の幅を有し前後方向に延設された左右一対の下レール板４２ａが設けられている。また、一対の上レール板４１ａで互いに対向する側の縁部には、それぞれ同じ寸法で下方に突出する上レール突起部４４が形成されている。これら上レール突起部４４と下レール板４２ａとの間の上下方向の離間寸法は、上記植物保持具３の本体部３１の上下厚み寸法に対して適宜のはめあい公差で嵌合可能な寸法であり、この離間した空間に植物保持具３の本体部３１が収容される。一対の上レール板４１ａ（上レール突起部４４）の間には、植物保持具３における一対のガイド板部３４が収容される上レール溝４３ａが形成されている。一対の下レール板４２ａの間には、植物保持具３における誘導テーパ部３３の最大幅方向寸法部３６が収容される下レール溝４３ｂが形成されている。

水槽部４７は、上記一対の下レール板４２ａのそれぞれ下方に突出して前後方向に延設された一対の側壁部４７ａと、それら一対の側壁部４７ａの下端に渡って前後方向に延設された底壁部４７ｂとを有し、全体が上方を開放した断面略Ｕ字状の長尺の水槽であり、内部に培養液４８が貯留される。培養液４８は、例えばポンプ等の適宜の流動手段（図示省略）により前後方向に流動される。

レール４に挿入された植物保持具３は、レール部４０の空間４６に収容される。このとき植物保持具３は、本体部３１の下面が左右の下レール板４２ａの上面にスライド可能に接触するとともに、本体部３１の上面が左右の上レール突起部４４に当接する。このように上レール突起部４４と下レール部４２ａにより植物保持具３を上下から挟み込む構成とすることで、植物保持具３の傾きや倒れを防止できる。このとき、植物保持具３の本体部３１の下面（下レール板４２ａと接触する面）は、保持筒部３２を含めた植物保持具３全体を支持する保持具支持面３８として機能する。この例では、上述したように本体部３１の下面が開口しているため、この保持具支持面３８は下レール板４２ａの上面であるレール支持面４５との接触面積（接触抵抗）が減少され、レール４との摺動性を向上できる。

また植物保持具３は、本体部３１の上方における一対のガイド板部３４と、本体部３１の下方における誘導テーパ部３３の最大幅方向寸法部３６が、それぞれ上下のレール溝４３ａ，４３ｂの間に適宜のはめあい公差で嵌合するよう収容される。このため植物保持具３は、左右方向の位置ずれや水平方向の向きのぶれを抑えつつレール４の長手方向に沿った移動が可能となる。

また図示するように、植物保持具３の使用時には保持筒部３２の内径部に培地５０が充填され、保持筒部３２は培地５０に播種された種から生育した植物２の茎２ａを保持する。植物２は、保持筒部３２の下端開口部を介して根２ｃを下方に貫通させて水槽部４７内の培養液４８に浸しつつ、保持筒部３２の上端開口部を介して葉２ｂをレール４の上方に膨出するよう成長させることができる。保持筒部３２内に充填する培地５０としては、例えば寒天等のゲル状培地を使用してもよいし、スポンジ、ウレタン、ロックウール等の固形培地を使用してもよい。そして、保持筒部３２の内径部３９に充填された培地５０が柔軟かつ比重の高い材質であっても、内径の小さい小径部３９ｃが軸方向途中位置で培地５０を係止できるため、自重により培地５０が下方に抜け落ちるのを防ぐことができる。最終的に植物２の生育が進むと、茎部２ａの径が保持筒部３２の内径に対してしまり嵌めの状態になるまで太くなってほとんどの培地５０が抜け落ち、すなわち保持筒部３２がその軸方向全体にわたって植物２の全体を機械的に直接支持する状態となる（特に図示せず）。

なお、植物栽培システム１では、複数の植物保持具３の間に挿入されることで植物保持具３の前後方向の間隔を規定するスペーサが使用される（特に図示せず）。スペーサは、上記植物保持具３と共通の部品で構成されてもよく、すなわちスペーサとして、保持筒部３２の内径部３９に培地５０を充填しない空の状態の植物保持具３が使用されてもよい。または、植物保持具３と同等にレール４上で移動可能に支持される構成であれば、例えば保持筒部３２を備えない形状（内径部３９が埋められた形状）などのように植物保持具３と適宜異なる形状に成形されたものであってもスペーサとして利用できる。したがって、レール４では、複数の植物保持具３と共に複数のスペーサも前後方向に沿って整列し、それら全体が移動可能に支持される。そして、レール４の前後方向における一方側からスペーサが供給されるごとに、すでに支持されている植物保持具３及びスペーサの全体が他方側に向けて移動する。なお、植物２を保持しない保持筒部３２を通して光が水槽部４７中の培養液４８に照射されると藻の発生を促すことになるため、スペーサは保持筒部３２などの穴部を備えない形状のものが望ましい。

＜６：本実施形態の特徴＞
上記構成の植物栽培システム１は、播種、育苗、定植の工程を通じ、葉物野菜等の植物２を多数株まとめて大量に栽培することが可能である。その栽培工程では、栽培対象の植物２を１株ごとに植物保持具３で保持し、その植物保持具３をレール４に沿って移動させることにより生育状態に応じた環境に移行させて植物２を生育させる。このような植物栽培システム１では、上述したように植物保持具３に鉛直方向で貫通する保持筒部３２を形成し、この保持筒部３２に充填した培地５０に植物２の種子を播種して生育させることで、保持筒部３２の内径部３９に植物２の茎部２ａを保持させつつその上方に葉部２ｂを、その下方に根部２ｃを配置させた状態で搬送することができる。

植物２が十分生育した際には保持筒部３２の上方近傍（葉部２ｂの下方）で茎部２ａを切断して葉部２ｂを収穫するが、このように葉部２ｂを切り落としただけの状態では植物２の根部２ｃとそれに連なる茎部２ａがまだ保持筒部３２に保持されたままの状態となる。そして、植物保持具３を再利用するためには保持筒部３２から残った植物２の茎部２ａ及び根部２ｃを除去する必要があるが、例えば人手により多数の植物保持具３から植物２の茎部２ａ及び根部２ｃを除去する作業は非常に繁雑な作業となり、植物栽培システム１全体の作業効率を低下させる原因となっていた。

これに対して本実施形態の植物栽培システム１では、葉部２ｂが切り落とされた植物２を保持筒部３２が保持した状態の植物保持具３に対して、後述する抜脱ロッドの先端を保持筒部３２に挿入することで植物２を植物保持具３から抜脱させる抜脱機構を上記後処理部１０が備えている。

これにより、葉部２ｂを収穫した後の工程において、人の手作業によらず多数の植物保持具３から根部２ｃと茎部２ａを自動的に除去することができる。以下、このような構成について順次、詳細に説明する。

＜７：後処理部の構成＞
図１１は、後処理部１０の全体構成を側面から示している。なおこの例において、当該後処理部１０の設置位置は上記後方の搬送ロボット６の搬送可能範囲内にあればよく、上記積層栽培棚５の下方に配置したり、または側方に並べたり、または直列に並べたり、多様な位置に配置できる。また、当該後処理部１０を設置する向き（植物保持具３の搬送方向）についても、積層栽培棚５における搬送方向と平行な関係に限られず、直交または所定の角度をなすような多様な配置関係であってもよいため、図１１中には向きを定義する図示を省略している。この図１１において後処理部１０は、フレーム枠６１と、後処理レール部６２と、抜脱機構６３と、清掃機構６４とを有している。

フレーム枠６１は、鉛直方向に延設された一対の支柱６１ａと、一対の支柱６１ａそれぞれの上端及び下端近傍に架け渡された略水平な一対の梁６１ｂで組み上げられた枠体であり、例えば特に図示しない連結構造を介して積層栽培棚５に固定されている。

後処理レール部６２は、一対の支柱６１ａそれぞれの中間高さ位置で架け渡された略水平なレール部分であり、この例では下方に位置する支持レール板６２ａと上方に位置する抑えレール板６２ｂの対を２組有している。同じ対の支持レール板６２ａと抑えレール板６２ｂは、植物保持具３の本体部３１と同じ厚み寸法の支柱部６２ｃを介して上下方向で離間する配置で固定されており、後処理レール部６２はこれら支持レール板６２ａと抑えレール板６２ｂの組合せの対を植物保持具３における幅方向寸法ｗ１（上記図７、図８参照）だけ水平方向に離間した平行な配置（図中では紙面直交方向で重複する配置）で２組備えている。これにより、後処理レール部６２の全体構成は上記レール部４０から水槽部４７を除いた構成と同等であり、すなわち後処理レール部６２はレール部４０と同様に複数の植物保持具３を直列に整列させた状態でその全体を移動可能に支持できる。そしてこのように植物保持具３を支持した状態で、一対の支持レール板６２ａと抑えレール板６２ｂは、保持筒部３２の軸方向で植物保持具３を挟む配置の一対の板部となっている。

また、後処理レール部６２では、植物保持具３の搬送方向上流側において抑えレール板６２ｂが支持レール板６２ａより短く、その上流側端部は所定の角度で上方へ跳ね上がるように屈曲している。このため、搬送ロボット６は、抑えレール板６２ｂとの干渉を回避しつつ植物保持具３（根部２ｃ及び茎部２ａを保持した状態のもの；後述の図１２参照）を支持レール板６２ａの上流側端部に載せやすく、また支持レール板６２ａと抑えレール板６２ｂの間に植物保持具３の本体部３１を挿入しやすい。そして、搬送ロボット６（搬送機構）が１つの植物保持具３を挿入するたびに、整列する複数の植物保持具３の全体がそれぞれ所定の位置まで搬送される。そのとき、搬送方向の最も下流側に位置する植物保持具３は後処理レール部６２から外れて落下し、事前に下方に配置されているコンテナ（特に図示せず）内へ集積される。

抜脱機構６３は、この例の空圧シリンダ６３ａにより抜脱ロッド６３ｂを鉛直方向に昇降移動させる機能部分である。抜脱ロッド６３ｂ（突き押し部）は、その先端にテーパ形状の面取りが形成された棒状部材であり、その面取り部分を除いた大部分の外径が植物保持具３の保持筒部３２における内径Ｄ（上記図９参照）の小径部３９ｃに嵌合可能な径寸法で形成されている。抜脱機構６３の空圧シリンダ６３ａは後処理レール部６２より上方のフレーム枠６１に固定されており、搬送ロボット６の搬送によって後処理レール部６２上の所定位置に位置決めされた植物保持具３に対して、その保持筒部３２と抜脱ロッド６３ｂそれぞれの中心軸が一致する配置で空圧シリンダ６３ａが固定されている。

清掃機構６４は、この例の空圧シリンダ６４ａにより清掃ロッド６４ｂを鉛直方向に昇降移動させる機能部分である。清掃ロッド６４ｂ（清掃部）は、その外周に径方向で植毛されたブラシ６４ｃを有する棒状部材であり、その棒状部分の外径が植物保持具３の保持筒部３２における小径部３９ｃより少し小さく、ブラシ６４ｃ全体の外径が保持筒部３２の最大内径より少し大きい。清掃機構６４の空圧シリンダ６４ａは後処理レール部６２より下方のフレーム枠６１に固定されており、抜脱機構６３の抜脱ロッド６３ｂより搬送方向下流側で植物保持具３の整数個分（図示する例では２個分）の全長に等しい距離Ｌで離間した位置に清掃ロッド６４ｂが配置するよう空圧シリンダ６４ａが固定されている。すなわち、搬送ロボット６の搬送によって抜脱ロッド６３ｂより搬送方向下流側の所定位置に位置決めされた植物保持具３に対して、その保持筒部３２と清掃ロッド６４ｂそれぞれの中心軸が一致する配置で空圧シリンダ６４ａが固定されている。

＜８：後処理部の機能＞
図１２は、植物２（茎部２ａ及び根部２ｃ）を保持した植物保持具３の上記収穫部９及び後処理部１０における処理工程を示している。まず、上記収穫部９に搬送された植物保持具３は、図１２（ａ）に示すように上方の葉部２ｂと下方の根部２ｃを連結する茎部２ａを保持筒部３２に貫通させて、当該植物２の全体の略中央位置を保持した状態となっている。これに対して収穫部９は、カッタなどの切断機構により保持筒部３２の上端開口部３９ａ近傍で植物２を切断して、葉部２ｂのみを分離し収穫する。その結果、図１２（ｂ）に示すように保持筒部３２の内径部３９に茎部２ａを貫通させたままその茎部２ａの上端に葉元部２ｄを残し、茎部２ａの下方に根部２ｃを連ねた状態の植物保持具３が後処理部１０に搬送される。なお、葉元部２ｄはその外径が保持筒部３２の内径より大きいため、それに連なる茎部２ａ及び根部２ｃが植物保持具３から自重で抜け落ちない。

この状態の植物保持具３が後処理部１０の後処理レール部６２に挿入、搬送され、上記抜脱機構６３の真下に位置決めされた際には、これに同期して図１２（ｃ）に示すように抜脱機構６３の空圧シリンダ６３ａが作動して抜脱ロッド６３ｂを上方から下降させて保持筒部３２に挿入し貫通させる。これにより、葉元部２ｄの中心に穴が開口されるとともに、茎部２ａと根部２ｃが当該葉元部２ｄから分断されて保持筒部３２の下方から押し出される（抜脱される）ように落下する。なお特に図示しないが、この抜脱機構６３の下方に別途の回収コンテナを配置しておくことで、そこに抜脱された茎部２ａと根部２ｃを集積し、容易に回収できる。その後に空圧シリンダ６３ａが抜脱ロッド６３ｂを上昇移動させてから、植物保持具３の次の搬送動作が行われる（新たに１つの植物保持具３が挿入される）。

ここで、この時点における植物保持具３の保持筒部３２の内部状態を、上記図９に対応する図１３に示す。この図１３において、保持筒部３２の内径部３９のうち小径部３９ｃより上方側には茎部２ａの残部２ｅが残り、その上端に連なる葉元部２ｄが保持筒部３２の上方に係止している。なお特に図示しないが、上記収穫部９によって保持筒部３２の開口端部のすぐ近くを切断して葉元部２ｄを残さない場合であっても、少なくとも小径部３９ｃの上方には茎部２ａの残部２ｅが残ってしまう。また保持筒部３２の内径部３９のうち小径部３９ｃより下方側の内側面には、図示するようにアオコなどの藻が付着していたり、塵芥などで汚れた状態となっている場合が多い。植物保持具３を再利用するためには残部２ｅ及び葉元部２ｄを完全に除去し、もっと清浄な状態にする必要がある。

この状態の植物保持具３が上記抜脱機構６３よりも下流側に搬送され、上記清掃機構６４の真上に位置決めされた際には、これに同期して図１２（ｄ）に示すように清掃機構６４の空圧シリンダ６４ａが作動して清掃ロッド６４ｂを下方から上昇させて保持筒部３２に貫通させる。これにより、清掃ロッド６４ｂのブラシ６４ｃが保持筒部３２の内側面全体に対して均等に摺接して上記の藻や汚れを擦り落とすよう清掃すると共に、上記の残部２ｅ及び葉元部２ｄが保持筒部３２の上方へ押し出される（抜脱される）。その後に空圧シリンダ６４ａが清掃ロッド６４ｂを下降移動させてから、植物保持具３の次の搬送動作が行われる（新たに１つの植物保持具３が挿入される）。このとき、押し出された残部２ｅ及び葉元部２ｄが植物保持具３の本体部３１の上面に乗った状態であっても、その後に当該植物保持具３が搬送されて後処理レール部６２から落下し、下方のコンテナの底面に衝突した衝撃で残部２ｅ及び葉元部２ｄを分離できる（特に図示せず）。

以上により後処理部１０では、収穫部９から搬送された植物保持具３に対して、保持筒部３２に残った茎部２ａ（残部２ｅ）、根部２ｃ、及び葉元部２ｄを除去し、また保持筒部３２の内側面における藻や汚れ等を清掃して、自動的に当該植物保持具３を再利用可能な状態に後処理できる。

＜９．実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態の植物栽培システム１は、葉部２ｂが切り落とされた植物２を保持筒部３２（の内径部３９）が保持した状態の植物保持具３に対して、抜脱ロッド６３ｂの先端を保持筒部３２に挿入することで植物２を植物保持具３から抜脱させる抜脱機構６３を有する。これにより、葉部２ｂを収穫した後の工程において、人の手作業によらず多数の植物保持具３から根部２ｃと茎部２ａを自動的に除去することができる。この結果、収穫作業後の後工程における植物栽培システム１の作業効率が向上する。

また、本実施形態では特に、抜脱機構６３により植物２（保持筒部３２の小径部３９ｃより下方側の部分）が抜脱された状態の植物保持具３に対して、清掃ロッド６４ｂを保持筒部３２に摺接するよう貫通させることで当該保持筒部３２の内側面を清掃する清掃機構６４をさらに有している。これにより、根部２ｃ及び茎部２ａを除去した状態で藻が付着していたり汚れた状態になっている場合が多い保持筒部３２の内側面を自動的に清掃することができ、再利用に向けて植物保持具３を清浄な状態にするための作業効率が向上する。

また、本実施形態では特に、清掃ロッド６４ｂは、径方向に植毛されたブラシ６４ｃである。これにより、清掃ロッド６４ｂは保持筒部３２の内側面全体に対してムラなく均等に清掃することができる。

また、本実施形態では特に、清掃機構６４は、植物保持具３に対して抜脱機構６３とは反対側から清掃ロッド６４ｂを保持筒部３２に貫通させる。これにより、清掃機構６４は根部２ｃに近い側の保持筒部３２の下端開口部３９ｄから清掃ロッド６４ｂを挿入することができ、特に藻が付着しやすく汚れた状態となりやすい上記の根部２ｃ側の下端開口部３９ｄ近傍に対して重点的に清掃することができる。

また、本実施形態では特に、保持筒部３２は、軸方向途中位置に両端の開口部３９ａ，３９ｄよりも軸直交断面積が小さい小口部である小径部３９ｃを有している。これにより、植物保持具３は内径が比較的狭い小径部３９ｃで植物２の茎部２ａを堅固に保持できる。そして、抜脱機構６３はそのような小径部３９ｃによる堅固な保持に対抗して茎部２ａを確実かつ容易に抜脱でき、また清掃機構６４は保持筒部３２の内側面のうち小径部３９ｃから根部２ｃ側で特に藻が付着しやすく汚れた状態となりやすい領域に対して重点的に清掃できるため、当該小径部３９ｃを有する植物保持具３への適用に特に好適となる。また上述したように、清掃機構６４が清掃ロッド６４ｂを保持筒部３２の下端開口部３９ｄから挿入して上方へ貫通させることから、その前に抜脱機構６３の作動によって小径部３９ｃより上方側に残りやすい茎部２ａの残部２ｅや葉元部２ｄに対して保持筒部３２の上端開口部３９ａから上方へ抜脱させることができる。すなわち、清掃機構６４は、保持筒部３２に小径部３９ｃを有する植物保持具３への適用に対して第２の抜脱機構として機能できる。

また、本実施形態では特に、複数の植物保持具３を搬送方向に沿って移動可能に支持するよう構成された後処理レール部６２と、後処理レール部６２に支持された複数の植物保持具３を搬送する搬送ロボット６と、をさらに有する。これにより、抜脱機構６３及び清掃機構６４に向けての植物保持具３の搬送を自動的に実行できるため、多数の植物保持具３に対する根部２ｃ及び茎部２ａの除去作業と保持筒部３２の清掃作業を効率的に実行できる。

また、本実施形態では特に、後処理レール部６２は、抜脱機構６３及び清掃機構６４のうち少なくとも一方が処理する対象の植物保持具３に対して保持筒部３２の軸方向で植物保持具３を挟む配置の一対の支持レール板６２ａと抑えレール板６２ｂを有している。これにより、保持筒部３２の軸方向に対する植物保持具３の位置を拘束できることから、抜脱機構６３による抜脱ロッド６３ｂの挿抜動作や、清掃機構６４による清掃ロッド６４ｂの挿抜動作を安定して実行できる。

なお、特に図示しないスペーサも保持筒部３２と同等の穴部を有している場合や、植物保持具３自体をスペーサとして利用している場合でも、その穴部（保持筒部３２）で植物２を保持しなくともレール部４０での搬送中に内側面が汚れる場合があるため、清掃機構６４でスペーサを清掃させてもよい。

なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「平行」「平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。

また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさが「同一」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ 植物栽培システム
２ 植物
３ 植物保持具
４ レール
５ 積層栽培棚
５ａ 栽培棚
６ 搬送ロボット
７ 搬入コンベア
８ 搬出コンベア
９ 収穫部
１０ 後処理部
１５ 光源
２１ ハンド
３１ 本体部
３２ 保持筒部
３９ 内径部
３９ｃ 小径部（小口部）
４０ レール部
４８ 培養液
５０ 培地
６１ フレーム枠
６２ 後処理レール部
６２ａ 支持レール板（板部）
６２ｂ 抑えレール板（板部）
６３ 抜脱機構
６３ｂ 抜脱ロッド（突き押し部）
６４ 清掃機構
６４ｂ 清掃ロッド（清掃部）
６４ｃ ブラシ

Claims (7)

1. 栽培対象の植物を保持する保持穴部を備えた植物保持具と、
   葉部が切り落とされた前記植物を前記保持穴部が保持した状態の前記植物保持具に対して、突き押し部の先端を前記保持穴部に挿入することで前記植物を前記植物保持具から抜脱させる抜脱機構と、
   前記抜脱機構により前記植物が抜脱された状態の前記植物保持具に対して、清掃部を前記保持穴部に摺接するよう貫通させることで当該保持穴部の内側面を清掃する清掃機構と、
   を有する植物栽培システム。
2. 前記清掃部は、
   径方向に植毛されたブラシである請求項１記載の植物栽培システム。
3. 前記清掃機構は、
   前記植物保持具に対して前記抜脱機構とは反対側から前記清掃部を前記保持穴部に貫通させる請求項１又は２記載の植物栽培システム。
4. 前記保持穴部は、
   軸方向途中位置に両端の開口部よりも軸直交断面積が小さい小口部を有している請求項１乃至３のいずれか１項に記載の植物栽培システム。
5. 複数の前記植物保持具を搬送方向に沿って移動可能に支持するよう構成された後処理レール部と、
   前記後処理レール部に支持された前記複数の植物保持具を搬送する搬送機構と、
   をさらに有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の植物栽培システム。
6. 前記後処理レール部は、
   前記抜脱機構及び前記清掃機構のうち少なくとも一方が処理する対象の植物保持具に対して前記保持穴部の軸方向で前記植物保持具を挟む配置の一対の板部を有している請求項５記載の植物栽培システム。
7. 栽培対象の植物を保持する保持穴部を備えた植物保持具と、
   葉部が切り落とされた前記植物を前記保持穴部が保持した状態の前記植物保持具に対して、第１の突き押し部の先端を前記保持穴部の一方側から他方側へ挿入することで前記植物を前記植物保持具から抜脱させる第１の抜脱機構と、
   前記第１の抜脱機構により前記植物が抜脱された前記植物保持具に対して、第２の突き押し部の先端を前記保持穴部の前記他方側から前記一方側へ挿入することで前記植物の残部を前記植物保持具から抜脱させる第２の抜脱機構と、
   を有する植物栽培システム。

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