JP7304311B2 - 多段式栽培装置 - Google Patents

Description

本発明は、植物工場に採用される多段式栽培装置に関する。

近年、野菜や果物などを植物工場で栽培し、野菜や果物などの安定した生産が実現している。このような植物工場では、限られた空間を効率的に活用するため、高さ方向に複数の栽培棚を配置する多段式の栽培装置が提案されている（特許文献１）。

このような多段式の栽培装置においては、各段の栽培棚の上に植物が植えられた栽培容器が配置され、各栽培容器に養液などを供給する給水パイプが配管される。植物への効率のよい給水を考慮して、給水パイプは栽培容器の培地の上に配置されるのが一般的である。

特開２０１３－１０２７５４号公報

しかしながら、多段式の栽培装置で栽培される植物や栽培容器に対して作業する場合、上下に狭い栽培棚の空間で作業が必要となり、作業性の向上が求められている。

そこで、本発明は、多段式でありながら作業性に優れる多段式栽培装置を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

［１］本発明に係る多段式栽培装置の一態様は、
架台と、
互いに同じ高さで前記架台に並列支持される第１栽培台及び第２栽培台と、
前記第１栽培台の第１培地に対して水を供給する第１灌水管と、
前記第２栽培台の第２培地に対して水を供給する第２灌水管と、
前記第１灌水管及び前記第２灌水管を移動させる移動機構と、
を備え、
前記第１栽培台は、前記第２栽培台から離れる方向に水平移動可能に前記架台に支持され、
前記第２栽培台は、前記第１栽培台から離れる方向に水平移動可能に前記架台に支持され、
前記第１栽培台と前記第２栽培台との間には、前記第１栽培台の水平移動に対して前記第１灌水管が干渉しない第１退避位置と、前記第２栽培台の水平移動に対して前記第２灌水管が干渉しない第２退避位置と、があり、
前記移動機構は、前記第１灌水管を前記第１培地の上の第１灌水位置と前記第１退避位置との間で移動させ、かつ、前記第２灌水管を前記第２培地の上の第２灌水位置と前記第２退避位置との間で移動させることを特徴とする。

［２］前記多段式栽培装置の一態様において、
前記第１退避位置は、前記第１灌水位置より高い位置にあり、
前記第２退避位置は、前記第２灌水位置より高い位置にあることができる。

［３］前記多段式栽培装置の一態様において、
前記架台は、前記第２栽培台から離れる方向に水平移動した前記第１栽培台を昇降可能な第１昇降機構と、前記第１栽培台から離れる方向に水平移動した前記第２栽培台を昇降可能な第２昇降機構と、をさらに備えることができる。

本発明に係る多段式栽培装置によれば、架台から栽培台を水平移動可能とすることにより、多段式でありながら、作業性に優れる。しかも、栽培台を水平移動させる際に、あらかじめ灌水管を培地の上から退避位置に移動させることにより、灌水管と植物の根や葉などとの干渉を回避することができ、多段式栽培装置における作業性に貢献する。

本発明の一実施形態に係る多段式栽培装置の正面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 図１における第１ポット及び第２ポットを省略した多段式栽培装置の正面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．多段式栽培装置
図１～図３を用いて、本発明の一実施形態に係る多段式栽培装置１０について詳細に説明する。図１は、一実施形態に係る多段式栽培装置１０の正面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面図であり、図３は、図１における第１ポット３１及び第２ポット３２を省略した多段式栽培装置１０の正面図である。図２の右側は灌水時の状態を示し、図２の左側は退避時の状態を示す。なお、図１～図３には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を示し、第１栽培台２１が水平移動する方向をＸ軸に沿った方向、第１栽培台２１の長手方向をＹ軸に沿った方向、高さ方向をＺ軸に沿った方向とする。

多段式栽培装置１０は、架台１４と、互いに同じ高さで架台１４に並列支持される第１栽培台２１及び第２栽培台２２と、第１栽培台２１の第１培地３１０に対して水を供給する第１灌水管４１と、第２栽培台２２の第２培地３２０に対して水を供給する第２灌水管４２と、第１灌水管４１及び第２灌水管４２を移動させる移動機構５０と、を備える。

架台１４は、植物工場の床面に立設される複数本、例えば４本の支柱１４２と、高さ方向における複数個所で支柱１４２に固定された複数組のガイドレール１４０と、を備える。架台１４は、例えば金属製の部材で構成される。ガイドレール１４０は、支柱１４２の所定の高さに固定された載置台であり、Ｘ軸に沿った方向に延びる水平な案内面を有し、その案内面の上に第１栽培台２１及び第２栽培台２２が載置される。ガイドレール１４０の水平面が第１栽培台２１及び第２栽培台２２の水平移動を案内する。同じ高さに対向配置された各組のガイドレール１４０は、その間に第１栽培台２１及び第２栽培台２２がそれぞれ架け渡されて、第１栽培台２１及び第２栽培台２２を並列支持する。

第１栽培台２１と第２栽培台２２は、Ｙ軸に沿って両栽培台の長手方向を揃えて並列に配置され、かつ、Ｘ軸に沿った方向で隣接して配置される。第１栽培台２１の上には、複数の第１ポット３１がＹ軸に沿って載置され、第２栽培台２２の上には、複数の第２ポット３２がＹ軸に沿って載置される。ポットに替えてＹ軸に沿って長い合成樹脂製のプランターを用いてもよい。

第１ポット３１及び第２ポット３２は、内部にそれぞれ第１培地３１０及び第２培地３２０が充填される容器である。第１ポット３１及び第２ポット３２には、それぞれ１本ずつ植物６０が植えられる。第１ポット３１及び第２ポット３２は、略円筒状の合成樹脂製であり、薄肉で軽量のものが作業者の負担が小さく好ましい。複数の第１ポット３１は、第１培地３１０がそれぞれに独立して充填され、複数の第２ポット３２は、第２培地３２０がそれぞれに独立して充填される。各第１培地３１０及び各第２培地３２０が独立していることにより、土壌伝染のリスク軽減、培土量の削減、軽量化による作業性の向上が得られる。第１ポット３１は、隣り合う他の第１ポット３１に対し着脱可能に連結してもよく、第２ポット３２は、隣り合う他の第２ポット３２に対し着脱可能に連結してもよい。

第１培地３１０及び第２培地３２０の材質は、栽培する植物６０に応じて選定できる。第１培地３１０及び第２培地３２０としては、例えば、ロックウール、ピートモス、バーミキュライト、ココヤシ等の公知の固形培地を採用できる。

第１灌水管４１は、第１栽培台２１の第１培地３１０に対して水を供給する。第２灌水管４２は、第２栽培台２２の第２培地３２０に対して水を供給する。第１灌水管４１は、第１培地３１０の上の第１灌水位置ＳＰ１に配置される。第１灌水位置ＳＰ１は、第１ポット３１の中心より第２ポット３２側に寄っていることが好ましい。第２灌水管４２は、第２培地３２０の上の第２灌水位置ＳＰ２に配置される。第２灌水位置ＳＰ２は、第２ポット３２の中心より第１ポット３１側に寄っていることが好ましい。第１灌水管４１及び第２灌水管４２をこのように配置することにより、後述する退避位置への移動が容易となるため、好ましい。

第１灌水管４１及び第２灌水管４２は、第１栽培台２１及び第２栽培台２２の長手方向に沿って延びる例えば合成樹脂製のチューブであり、側面の複数の開口から水を植物６０へ噴出することができる。第１灌水管４１及び第２灌水管４２は、金属製であってもよいし、柔軟なホースであってもよい。第１灌水管４１及び第２灌水管４２は、図示しない給水設備及び排水設備に接続される。第１灌水管４１及び第２灌水管４２から植物６０へ供給される水は、植物６０の生育に必要な肥料を含む養液であってもよい。

架台１４は、各組のガイドレール１４０に支持された第１栽培台２１及び第２栽培台２２と高さ方向で対向するように配置された照明１２を備える。照明１２は、例えば各組のガイドレール１４０の下面に架け渡されるように配置してもよい。照明１２は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）照明である。

第１栽培台２１は、第２栽培台２２から離れる方向に水平移動可能に架台１４のガイドレール１４０に支持される。第２栽培台２２は、第１栽培台２１から離れる方向に水平移動可能に架台１４のガイドレール１４０に支持される。第１栽培台２１及び第２栽培台２２の水平移動は、作業者がＸ軸に沿った方向へ第１栽培台２１及び第２栽培台２２を引っ張ってもよいし、電動モータやエアシリンダなどのアクチュエータを用いて自動化してもよい。

水平移動された第１栽培台２１及び第２栽培台２２は、架台１４の両側に並んで配置される作業台７３の上へと移動される。作業台７３は、架台１４のＸ軸に沿った方向の外側
にあって、ガイドレール１４０と同じ高さに配置可能である。多段式栽培装置１０によれば、架台１４から第１栽培台２１及び第２栽培台２２を１段ごとに作業台７３の上に水平移動可能とすることにより、多段式でありながら、作業性に優れる。具体的には、ガイドレール１４０上に配置されている各栽培台の上には照明１２やその上の栽培台が存在し、上下に狭い空間となるが、各栽培台を作業台７３上に水平移動させることで各栽培台の上方には作業を妨げるものがなくなるため、作業性が向上するのである。

架台１４は、Ｘ軸に沿った方向の両側に隣接する第１昇降機構７１及び第２昇降機構７２をさらに備えることが好ましい。第１昇降機構７１は、第２栽培台２２から離れる方向に水平移動した第１栽培台２１を作業台７３に載せた状態で昇降可能である。第２昇降機構７２は、第１栽培台２１から離れる方向に水平移動した第２栽培台２２を作業台７３に載せた状態で昇降可能である。第１昇降機構７１は、第２昇降機構７２と基本的な構成が同じであるので、ここでは第１昇降機構７１について説明し、第２昇降機構７２については省略する。

第１昇降機構７１は、第１栽培台２１を支持可能な一組の作業台７３と、作業台７３が固定された昇降用チェーン７６と、昇降用チェーン７６を駆動する電動のモータ７４と、作業台７３を案内する昇降用ガイドレール７８と、を備える。第１昇降機構７１は、一組の作業台７３を各組のガイドレール１４０の高さ位置と、所定の高さにある作業位置Ｗ１との間で昇降可能である。一組の作業台７３を作業位置Ｗ１に移動させることで、一組の作業台７３上に支持された第１栽培台２１を作業者が作業しやすい高さで第１栽培台２１にある第１ポット３１及び植物６０に対して作業が可能となる。

作業台７３は、少なくとも一対設けられる。作業台７３は、第１栽培台２１のＹ軸に沿った方向における両端下面を支持する。作業台７３は、ガイドレール１４０の水平面と同じく第１栽培台２１の水平移動を可能とする水平面を備える。作業台７３は、Ｙ軸に沿って延びる昇降用チェーン７６に固定される。作業台７３は、多段に設けられたガイドレール１４０の高さ位置に合わせて複数組設けられてもよい。

昇降用チェーン７６は、上下の両端にある２つのスプロケット７５に掛け回されたローラーチェーンであり、モータ７４によってＹ軸に沿って駆動する巻掛け伝動装置を構成する。図示した電動のモータ７４は、その駆動力を上端のスプロケット７５に伝えるギアボックスに内装される。作業者の操作によりモータ７４を駆動することで作業台７３が昇降用ガイドレール７８に案内されて上下の所定位置に移動・停止可能である。作業台７３の停止位置は、各段のガイドレール１４０の高さに合わせた位置と作業位置Ｗ１である。なお、モータ７４に替えて作業者が手動で回すハンドルを昇降用チェーン７６のスプロケットに取り付けてもよい。

ここで、第１栽培台２１を水平移動させる際に、第１培地３１０の上にある第１灌水管４１が水平移動に干渉することがある。具体的には、第１灌水管４１の上に植物６０の根や葉がある場合には、そのまま第１栽培台２１を水平移動させようとすると根や葉、第１培地３１０などが第１灌水管４１に引っ掛かることで植物６０を痛めたり、植物６０や第１ポット３１を転倒させたりする可能性がある。なお、第２栽培台２２に対する第２灌水管４２についても第１栽培台２１の水平移動と同様の問題がある。

移動機構５０は、第１灌水管４１を第１培地３１０の上の第１灌水位置ＳＰ１と第１退避位置ＡＰ１との間で移動させ、かつ、第２灌水管４２を第２培地３２０の上の第２灌水位置ＳＰ２と第２退避位置ＡＰ２との間で移動させる。移動機構５０は、特に図２及び図３を参照することでより理解しやすい。

移動機構５０は、架台１４上に固定された支持体５１と、支持体５１に開口する第１ガイド孔５３及び２つの第２ガイド孔５８と、上下に移動する移動体５２と、移動体５２を移動させるアクチュエータ５６と、移動体５２と第１灌水管４１及び第２灌水管４２とを連結する伝達体５４と、を有する。移動機構５０は、例えば金属製の部品で構成されるが、一部の部品例えば伝達体５４などは高剛性の合成樹脂製であってもよい。

支持体５１は、例えば金属製の板であり、Ｚ軸に沿った方向に延在する長孔の第１ガイド孔５３が形成される。第１ガイド孔５３は、移動体５２の幅よりわずかに大きな幅を有する貫通孔であり、移動体５２の両側面を案内して移動体５２の上下の移動を許容する。

アクチュエータ５６は、ガイドレール１４０と移動体５２との距離を可変にする駆動装置である。アクチュエータ５６としては、例えばエアシリンダや油圧シリンダなどの駆動装置を採用することができる。例えばエアシリンダのアクチュエータ５６は、２つ設けられ、ガイドレール１４０のそれぞれに固定される。アクチュエータ５６のピストンロッドの上端は移動体５２の両端下面に固定される。そして、アクチュエータ５６を駆動することにより、移動体５２を第１ガイド孔５３に沿って上下に移動させることができる。アクチュエータ５６を用いずに、作業者が手動で行ってもよい。

第２ガイド孔５８は、正面から見て第１ガイド孔５３の左右に２つあり、略八の字に下方へ向かって広がる。正面から見て右側の第２ガイド孔５８は、第１灌水管４１を挿通し、第１灌水管４１の外周面を案内して、第１灌水位置ＳＰ１と第１退避位置ＡＰ１との間で第１灌水管４１が移動可能である。正面から見て左側の第２ガイド孔５８は、第２灌水管４２を挿通し、第２灌水管４２の外周面を案内して、第２灌水位置ＳＰ２と第２退避位置ＡＰ２との間で第２灌水管４２を移動可能である。

第２ガイド孔５８の形状は、第１灌水管４１及び第２灌水管４２の移動軌跡を決定するものであり、動作可能な範囲で適宜設定できる。第１灌水管４１及び第２灌水管４２は、移動を円滑にするため、第２ガイド孔５８に案内されるカムフォロアを備えてもよい。

伝達体５４は、移動体５２と第１灌水管４１とを連結する例えば棒状体であり、移動体５２の移動力を第１灌水管４１へ伝達する。また、伝達体５４は、移動体５２と第２灌水管４２とを連結し、移動体５２の移動力を第２灌水管４２へ伝達する。したがって、移動体５２が上昇すれば、伝達体５４により引っ張られた第１灌水管４１及び第２灌水管４２が第２ガイド孔５８に沿って互いに近接しながら上昇移動する。逆に、移動体５２が下降すれば、伝達体５４により押し出された第１灌水管４１及び第２灌水管４２が第２ガイド孔５８に沿って互いに離間しながら下降移動する。

伝達体５４は、第１灌水管４１及び第２灌水管４２が柔軟なホースの場合には、自重により弛まないようにＹ軸に沿って間隔をあけて複数設け、第１灌水管４１及び第２灌水管４２の下面を保持する形態としてもよい。

第１退避位置ＡＰ１は、第１栽培台２１と第２栽培台２２との間にあって、第１栽培台２１の水平移動に対して第１灌水管４１が干渉しない位置である。第２退避位置ＡＰ２は、第１栽培台２１と第２栽培台２２との間にあって、第２栽培台２２の水平移動に対して第２灌水管４２が干渉しない位置である。ここで「干渉しない」とは、第１灌水管４１及び第２灌水管４２が植物６０の一部に全く触れない程度に干渉しないことが好ましいが、必ずしもそのような状態でなくてもよく、第１栽培台２１及び第２栽培台２２の水平移動により第１ポット３１及び第２ポット３２（植物６０が植えられた容器）が転倒しない程度に干渉しないことを意味する。

第１灌水管４１を第１退避位置ＡＰ１に、第２灌水管４２を第２退避位置ＡＰ２に移動させた後に、第１栽培台２１及び第２栽培台２２を水平移動可能とすることにより、植物６０の根や葉と第１灌水管４１及び第２灌水管４２との干渉を回避することができ、第１栽培台２１及び第２栽培台２２に対する作業性の向上に貢献する。

第１退避位置ＡＰ１は、第１灌水位置ＳＰ１より高い位置にあることが好ましい。第２退避位置ＡＰ２は、第２灌水位置ＳＰ２より高い位置にあることが好ましい。第１退避位置ＡＰ１が第１灌水位置ＳＰ１より高い位置にあり、第２退避位置ＡＰ２が第２灌水位置ＳＰ２より高い位置にあることにより、植物６０や培地との干渉をより確実に回避することができる。そのため、移動機構５０は、退避移動の際には、第１灌水管４１及び第２灌水管４２を上方へ移動させつつ近接するように移動させることが好ましい。灌水管が培地の上面を引き摺らないようにするためである。

２．多段式栽培装置を利用した栽培方法
図１～図３を用いて、多段式栽培装置１０を利用した栽培方法の一例について説明する。

図１、図２の右側及び図３に示すように、第１灌水管４１が第１灌水位置ＳＰ１にあり、第２灌水管４２が第２灌水位置ＳＰ２にある状態では、第１培地３１０及び第２培地３２０に給水が行われる。

次に、第１灌水管４１及び第２灌水管４２からの給水を停止し、アクチュエータ５６を駆動する。アクチュエータ５６の駆動により移動体５２が図２の左側のように上昇し、第１灌水管４１及び第２灌水管４２が互いに近接しながら上昇移動して、第１退避位置ＡＰ１及び第２退避位置ＡＰ２に至る。

第１灌水管４１及び第２灌水管４２が第１退避位置ＡＰ１及び第２退避位置ＡＰ２に移動すると、作業者が第１栽培台２１を第２栽培台２２から離れるように水平移動させて作業台７３上に載せる。第１灌水管４１が第１退避位置ＡＰ１にあるので、作業者が第１栽培台２１を水平移動させても第１ポット３１が転倒することがなく、作業を円滑に進めることができる。また、作業者は、水平移動させた第１栽培台２１及びその上の植物６０などに対してこの場所で作業してもよい。

作業台７３上に第１栽培台２１が載置された後、作業者は、モータ７４を駆動して、昇降用チェーン７６を回転させる。昇降用チェーン７６に固定された作業台７３は、昇降用ガイドレール７８に案内されながら下降して作業位置Ｗ１に配置される。作業位置Ｗ１は、作業者にとって作業しやすい高さに設定されており、第１昇降機構７１及び第２昇降機構７２を用いることにより作業効率をさらに向上できる。

作業が終了すると、作業者は、モータ７４を駆動して作業台７３を元のガイドレール１４０の高さまで上昇させ、その後、第１栽培台２１を第２栽培台２２側へ水平移動させる。そして、作業者は、再びモータ７４を駆動して作業台７３を上から２番目のガイドレール１４０の高さへ移動し、同様の作業を繰り返す。また、反対側では、別の作業者が第２昇降機構７２を用いて第２栽培台２２に対して第１栽培台２１と同様の作業を実行できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発
明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１０…多段式栽培装置、１２…照明、１４…架台、１４０…ガイドレール、１４２…支柱、２１…第１栽培台、２２…第２栽培台、３１…第１ポット、３１０…第１培地、３２…第２ポット、３２０…第２培地、４１…第１灌水管、４２…第２灌水管、５０…移動機構、５１…支持体、５２…移動体、５３…第１ガイド孔、５４…伝達体、５６…アクチュエータ、５８…第２ガイド孔、６０…植物、７１…第１昇降機構、７２…第２昇降機構、７３…作業台、７４…モータ、７５…スプロケット、７６…昇降用チェーン、７８…昇降用ガイドレール、ＡＰ１…第１退避位置、ＡＰ２…第２退避位置、ＳＰ１…第１灌水位置、ＳＰ２…第２灌水位置、Ｗ１…作業位置

Claims (3)

1. 架台と、
   互いに同じ高さで前記架台に並列支持される第１栽培台及び第２栽培台と、
   前記第１栽培台の第１培地に対して水を供給する第１灌水管と、
   前記第２栽培台の第２培地に対して水を供給する第２灌水管と、
   前記第１灌水管及び前記第２灌水管を移動させる移動機構と、
   を備え、
   前記第１栽培台は、前記第２栽培台から離れる方向に水平移動可能に前記架台に支持され、
   前記第２栽培台は、前記第１栽培台から離れる方向に水平移動可能に前記架台に支持され、
   前記第１栽培台と前記第２栽培台との間には、前記第１栽培台の水平移動に対して前記第１灌水管が干渉しない第１退避位置と、前記第２栽培台の水平移動に対して前記第２灌水管が干渉しない第２退避位置と、があり、
   前記移動機構は、前記第１灌水管を前記第１培地の上の第１灌水位置と前記第１退避位置との間で移動させ、かつ、前記第２灌水管を前記第２培地の上の第２灌水位置と前記第２退避位置との間で移動させることを特徴とする、多段式栽培装置。
2. 請求項１において、
   前記第１退避位置は、前記第１灌水位置より高い位置にあり、
   前記第２退避位置は、前記第２灌水位置より高い位置にあることを特徴とする、多段式栽培装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記架台は、前記第２栽培台から離れる方向に水平移動した前記第１栽培台を昇降可能な第１昇降機構と、前記第１栽培台から離れる方向に水平移動した前記第２栽培台を昇降可能な第２昇降機構と、をさらに備えることを特徴とする、多段式栽培装置。

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