JP7449617B1 - 植物栽培装置および植物工場 - Google Patents

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Abstract

【課題】植物栽培の効率化を図りつつも、取り回しが容易な植物栽培装置を提供することを目的とする。【解決手段】鉛直方向に配置され、側面に複数の植栽穴を有するパイプ状の栽培容器と、前記パイプ状の栽培容器の鉛直方向下部に、前記パイプ状の栽培容器を嵌め込み可能に配置された、液肥を貯留する液肥タンクと、前記パイプ状の栽培容器の中心部に配置され、ポンプの動力で前記液肥タンクに貯留されている液肥を前記パイプ状の栽培容器の上部領域まで移送する輸液チューブと、前記複数の植栽穴の鉛直方向上部に配置され、前記輸液チューブにより移送された液肥が前記パイプ状の栽培容器の内壁を均等に流下するように分配する整流板と、前記パイプ状の栽培容器の上端部を覆う保護蓋と、を、備える、植物栽培装置。【選択図】図1

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特許法第30条第2項適用申請有り (公開1) ウェブサイトの掲載日 令和 4年11月23日 ウェブサイトのアドレス https://philosy.com/blog/ https://philosy.com/blog/category/%e5%b7%a5%e4%bd%9c/%e8%8b%ba%e6%a0%bd%e5%9f%b9%e3%83%9e%e3%82%b7%e3%83%bc%e3%83%b3/ https://philosy.com/blog/2022/ https://philosy.com/blog/2022/11/ https://philosy.com/blog/2022/11/23/ https://philosy.com/blog/2022/11/23/%e8%8b%ba%e6%a0%bd%e5%9f%b9%e3%83%9e%e3%82%b7%e3%83%bc%e3%83%b3%e3%81%ae%e4%bd%9c%e6%88%901%e6%9c%ac%e4%bd%93%e3%81%ae%e4%bd%9c%e6%88%90/ (公開2) ウェブサイトの掲載日 令和 4年11月23日 ウェブサイトのアドレス https://www.youtube.com/shorts/1oXLSucNzqA https://m.youtube.com/shorts/1oXLSucNzqA https://www.youtube.com/watch?v=1oXLSucNzqA https://m.youtube.com/watch?v=1oXLSucNzqA
特許法第30条第2項適用申請有り (公開3) ウェブサイトの掲載日 令和 4年11月23日 ウェブサイトのアドレス https://www.facebook.com/chiyama https://m.facebook.com/chiyama https://www.facebook.com/chiyama/posts/pfbid02A7hgnLx8vPD6F6qiaL5We9qho9GuphrcTasfNmYfcSArsSFQt9XfDJZJ1oTGKYMsl https://m.facebook.com/chiyama/posts/pfbid02A7hgnLx8vPD6F6qiaL5We9qho9GuphrcTasfNmYfcSArsSFQt9XfDJZJ1oTGKYMsl (公開4) ウェブサイトの掲載日 令和 4年11月23日 ウェブサイトのアドレス https://twitter.com/chiyama/status/1595333619387887618
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特許法第30条第2項適用申請有り (公開26) ウェブサイトの掲載日 令和 5年 2月16日 ウェブサイトのアドレス https://twitter.com/chiyama/status/1625880185580195842 (公開27) ウェブサイトの掲載日 令和 5年 2月16日 ウェブサイトのアドレス https://twitter.com/chiyama/status/1626219997403164672 (公開28) ウェブサイトの掲載日 令和 5年 2月16日 ウェブサイトのアドレス https://www.facebook.com/chiyama/ https://m.facebook.com/chiyama/ https://www.facebook.com/chiyama/posts/pfbid081qot2nwiJ3X6qWXPqCMdKJqffekLfhqafWxqRuzWkgbgAFYuJLwkHgbipraumhAl https://m.facebook.com/chiyama/posts/pfbid081qot2nwiJ3X6qWXPqCMdKJqffekLfhqafWxqRuzWkgbgAFYuJLwkHgbipraumhAl (公開29) ウェブサイトの掲載日 令和 5年 2月16日 ウェブサイトのアドレス https://www.facebook.com/chiyama/ https://m.facebook.com/chiyama/ https://www.facebook.com/chiyama/posts/pfbid0FP59QsKHVfFdkg5ks5hHEeUQHQa3NGxc6xX8QQYMd4NyFf6XaUhhGoDi8w2BNHFnl https://m.facebook.com/chiyama/posts/pfbid0FP59QsKHVfFdkg5ks5hHEeUQHQa3NGxc6xX8QQYMd4NyFf6XaUhhGoDi8w2BNHFnl
特許法第30条第2項適用申請有り (公開30) ウェブサイトの掲載日 令和 5年 2月17日 ウェブサイトのアドレス https://twitter.com/chiyama/status/1626564641987117056 (公開31) ウェブサイトの掲載日 令和 5年 2月17日 ウェブサイトのアドレス https://www.facebook.com/chiyama/ https://m.facebook.com/chiyama/ https://www.facebook.com/chiyama/posts/pfbid0FVBtHTDmKnUfLtvXm1WnUyVerBhAcBW7FdcqSncQDVwUc4BTmzSUWKRVxY1cxHKQl https://m.facebook.com/chiyama/posts/pfbid0FVBtHTDmKnUfLtvXm1WnUyVerBhAcBW7FdcqSncQDVwUc4BTmzSUWKRVxY1cxHKQl (公開32) ウェブサイトの掲載日 令和 5年 2月18日 ウェブサイトのアドレス https://twitter.com/chiyama/status/1626775923193417729
特許法第30条第2項適用申請有り (公開33) ウェブサイトの掲載日 令和 5年 2月19日 ウェブサイトのアドレス https://twitter.com/chiyama/status/1627107940670005250 (公開34) ウェブサイトの掲載日 令和 5年 2月19日 ウェブサイトのアドレス https://www.facebook.com/chiyama/ https://m.facebook.com/chiyama/ https://www.facebook.com/chiyama/posts/pfbid025jok324MivyYvTjDkZ3JLosUjVYmoG3KYYZ3yzbgfh4rgBXAGWeGn7FqqeiT9ro8l https://m.facebook.com/chiyama/posts/pfbid025jok324MivyYvTjDkZ3JLosUjVYmoG3KYYZ3yzbgfh4rgBXAGWeGn7FqqeiT9ro8l
特許法第30条第2項適用申請有り (公開35) ウェブサイトの掲載日 令和 5年 2月25日 ウェブサイトのアドレス https://twitter.com/chiyama/status/1629355351173894149 (公開36) ウェブサイトの掲載日 令和 5年 2月25日 ウェブサイトのアドレス https://www.facebook.com/chiyama/ https://m.facebook.com/chiyama/ https://www.facebook.com/chiyama/posts/pfbid02B1hoGh565qGN8B7BE63atJBbmnziYTZfVTBey2aYJCR8wJqZQaiF3E7hQH9JrYFwl https://m.facebook.com/chiyama/posts/pfbid02B1hoGh565qGN8B7BE63atJBbmnziYTZfVTBey2aYJCR8wJqZQaiF3E7hQH9JrYFwl
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本発明は、植物栽培装置および植物工場に関する。
植物の栽培方法として、水耕栽培が知られている。水耕栽培は、植物を土に植えず、植物の根に液肥を供給して栽培を行う栽培方法であって、植物を土に植える土耕栽培と比較すると生育速度を上げることができる。また、土耕栽培のように連作障害を生じることもない。この特性により、植物工場においては水耕栽培技術が採用されることがある。例えば、特許文献1には、植物工場で採用される水耕栽培技術が開示されている。
特許文献1に記載の技術では、液肥は、複数配置されて鉛直方向に重畳しているトレー状の栽培容器の内部に供給されて順次交換される。特許文献1のように、栽培容器を鉛直方向に複数配置することにより、建物内のような狭い空間で効果的に植物を栽培可能である。しかし、特許文献1に記載の栽培容器内部には一定の液肥が残る構造となっているため、滞留した液肥が劣化することも考えられる。一方、特許文献2では、栽培容器を筒状として縦型に配置し、鉛直方向に植物保持体が収容可能な植栽穴を複数配置する。そして、植栽穴の反対側を流下する液肥が植物保持体と接触するようにすることで、空間を効率的に利用した植物栽培を可能としている。そして、栽培容器に供給された液肥は自然流下して栽培容器の内部には滞留しないため、液肥の劣化に伴う問題も発生しにくい。
特開2016-189705号公報 特開2018-195148号公報
これらの水耕栽培装置は、植物を鉛直方向に重畳させて、液肥を循環させることによって植物栽培の効率化を実現しており、栽培容器の数を増減させることも可能としている一方で、液肥を収容するリザーバタンクや制御機器は固定されており、装置全体の移動は困難である。栽培装置を容易に移動できないことは、家庭内などに応用する場合に障害となり得る。
本発明は、植物栽培の効率化を図りつつも、取り回しが容易な植物栽培装置を提供することを目的とする。
本発明に係る植物栽培装置は、鉛直方向に配置され、側面に複数の植栽穴を有するパイプ状の栽培容器と、前記パイプ状の栽培容器の鉛直方向下部に、前記パイプ状の栽培容器を嵌め込み可能に配置された、液肥を貯留する液肥タンクと、前記パイプ状の栽培容器の中心部に配置され、ポンプの動力で前記液肥タンクに貯留されている液肥を前記パイプ状の栽培容器の上部領域まで移送する輸液チューブと、前記複数の植栽穴の鉛直方向上部に配置され、前記輸液チューブにより移送された液肥が前記パイプ状の栽培容器の内壁を均等に流下するように分配する整流板と、前記パイプ状の栽培容器の上端部を覆う保護蓋と、を、備えている。
この構成によれば、液肥は、植物栽培装置自体が備える液肥タンクからポンプによって
植物栽培装置の上部領域まで揚水され、整水板によって栽培容器の内壁を流下して植物に供給されつつ液肥タンクに戻る。このため、栽培容器内に液肥を滞留させない縦型栽培容器の利点を生かしつつ、植物が必要とする液肥を効率的に供給可能である。また、液肥タンクと栽培容器を一体として運搬できるため、移動が容易である。
また、前記複数の植栽穴は、それぞれ、直上方向に隣接して配置された他の植栽穴の直下に配置されないようにずれて配置されていてよい。植栽穴が鉛直方向にずれて配置されていることにより、植栽穴に配置された植物同士が干渉しにくくなり、植物に対して他の植物の影が落ちることも抑制可能であることから、植物の生育が阻害されにくくなる。更に、栽培容器の内壁を流れる液肥が液肥タンクに戻るまでの間に、植物に吸収される機会を増やすことができる。
また、前記複数の植栽穴は、それぞれ、水平方向に隣接して配置された植栽穴と同一水平面上に配置されないようにずれて配置されていてよい。植栽穴が水平方向にずれて配置されていることにより、植栽穴に配置された植物同士は更に干渉しにくくなる。
また、前記複数の植栽穴は、前記栽培容器の外周面上を、螺旋状に並んで配置されていてよい。この構成によれば、栽培容器の審美性が向上する。また、植栽穴の配置を実際の植物の形態に近づけることができるので、実際の植物と同様に、各植栽穴に配置された植物に対して光線と液肥を効率的に与えることができる。
また、植物栽培装置は、前記液肥タンクに貯留される液肥の水位、濃度、水温を計測し、前記ポンプの稼働を制御する制御装置を更に備えてよい。センサと制御装置を備えることにより、液肥の補充を効率的に実施でき、植物栽培装置の保守が容易となる。
また、植物栽培装置は、前記栽培容器を撮像する撮像部を更に備え、前記制御装置は、植物の生育状態を監視してよい。撮像装置で撮像した画像を処理解析することにより、制御装置は、植物の収穫時期を報知可能である。また、栽培中の植物に何らかの異常が発生した場合に検出を行い、報知可能である。
また、植物栽培装置は、前記液肥タンクを回転させる回転台を更に備えてよい。植物栽培装置自体を回転させることで、各植栽穴に光線を均等に当てることができるので、均等な植物栽培が可能となる。
また、本発明は、植物栽培装置を複数載置して移動させることが可能なコンベアと、植物栽培装置の維持を行う維持設備と、を、有する、植物工場としてもよい。本植物栽培装置は、少数配置して家庭内で植物栽培を楽しむこともできるが、単体で植物栽培機能を備えているため、これを多数配置して植物工場とすることも容易である。植物工場を構築する際には、その一角に液肥タンクへの液肥の補充や収穫などを行うメンテナンス設備を配置する。植物栽培装置をコンベア上に配置し、必要に応じてメンテナンス設備まで移動させることで、メンテナンスコストを軽減可能である。
本発明によれば、効率化が可能であり、取り回しが容易な水耕栽培装置を提供できる。
図1は、第1の実施形態に係る植物栽培装置の外観を示す図である。 図2は、第1の実施形態に係る植物栽培装置の断面図である。 図3は、整流板について示す図である。 図4は、制御装置のブロック図である。 図5は、第2の実施形態に係る植物栽培装置の外観を示す図である。 図6は、植物栽培装置の回転装置の一例について示す図である。 図7は、植物栽培装置を多数使用する場合の保守装置について示す図である。
以下、本願発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、本願発明の一態様であり、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態に係る植物栽培装置の外観を示す図である。第1の実施形態に係る植物栽培装置1は、土台3と、当該土台3から鉛直方向に伸びる略円筒形、すなわちパイプ状の育成筒2とを備えており、育成筒2は土台3に嵌め込まれている。植物栽培容器は、土台3の鉛直方向上部に配置されたパイプ状の植栽容器である育成筒2と、当該育成筒2の鉛直方向下部に配置された土台3とを有し、土台3に育成筒2を嵌め込むことで、両者は一体として人力で運搬可能な構造になっている。育成筒2は、任意の高さとすることができるが、家庭用として移動させながら用いる場合、100cm~150cm程度の高さであることが好適である。屋内に植物栽培装置1を多数配置して植物工場として用いる場合には、育成筒2の高さは、建造物の天井高さ(一例を挙げれば、300cm)によって規制される。
育成筒2は、一例を挙げれば塩化ビニル等の樹脂製であってよい。また、土台3は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等の樹脂製であってよい。植物栽培装置1は、樹脂製であることにより、全体を軽量化可能であり、容易に移動可能となる。育成筒2の天頂部には、育成筒2の鉛直方向の上端部を覆う保護蓋であるキャップ5が配置されている。キャップ5は、後述する液肥Fが育成筒2の上端部から漏出するのを抑制するとともに、植物栽培装置1内部に異物が侵入するのを抑制する。また、植物栽培装置1の天頂部を遮光して、藻などが繁殖するのを抑制する。
育成筒2の外周面上には、植物体を配置可能な植栽穴4が水平方向に複数配置され、植栽領域を形成している。一つの育成筒2には、植栽領域が複数設けられており、各植栽領域は、鉛直方向に一定の距離を開けて配置されている。植栽穴4は、直上方向に隣接して配置された他の植栽穴4の直下に配置されないようにずれて配置されている。一例を挙げれば、鉛直方向に隣接する植栽領域において、各植栽穴4は、互い違いになるように配置される。この配置により、特定の植栽穴4と鉛直方向に隣接する植栽領域に設けられた植栽穴4とは、鉛直方向に重畳しない。
植栽穴4を鉛直方向にずらして配置することにより、各植栽穴4に配置された植物体が生育可能な面積が確保されやすくなり、植物が十分に生育した後であっても、隣接する植栽穴4に配置された植物体と干渉しにくくなっている。また、植栽穴4の間に一定の距離が確保されるため、植栽穴4に配置された植物は他の植栽穴4に配置された植物の影に入りにくくなる。どの植栽穴4に配置された植物も、他の植物に阻害されずに光線を十分に利用することができ、成長度合いに差が生じにくくなる。本実施形態では、液肥Fは、育成筒2の内側面を流下するように構成されているため、植栽穴4を鉛直方向にずらして配置しておくことで、植物体に対して液肥Fが適正に供給されやすくなる。
図1に示す形態では、植栽穴4は、垂直方向においてのみ直上方向に隣接して配置された他の植栽穴4とずれて配置されているが、植栽穴4は、更に、水平方向に隣接して配置された植栽穴4と同一水平面上に配置されないようにずれて配置されていてよい。一例を挙げれば、各植栽穴4は、水平方向隣接する他の植栽穴4とも互い違いとなるように配置
されてよい。鉛直方向のみならず、水平方向においても植栽穴4をずらして配置することにより、各植栽穴4に配置された植物が成長可能な領域はより広くなり、他の植栽穴4に配置された植物と干渉しにくくなる。
植物栽培装置1の筐体を構成する育成筒2、土台3、キャップ5は、いずれも非透光性である。筐体を非透光性とすることで、植物栽培装置1の内部を循環する液肥Fに光線が当たって液肥Fが変質したり、育成筒2内部に藻が繁殖したりするのを抑制できる。
図2は、実施形態に係る植物栽培装置の断面図である。土台3は、その内側に空間を有しており、一例としては、当該空間の内部に液肥Fを10L程度貯留することができる。当該空間は、液肥Fを貯留する貯留槽として機能する。液肥Fは、植物の生育を促進する肥料成分が溶けた水溶液である。土台3は、液肥タンクとしての機能を有している。
育成筒2は、土台3の貯留槽の底まで延在し、外力がかからない状態において自立する。土台3は、育成筒2を支える土台としても機能するように構成されており、育成筒2の状態を安定させる役割をも有している。図2の例では、貯留槽の、育成筒2の底部に対応する位置には突起が設けられており、上側から育成筒2を嵌め込むことにより植物栽培装置1全体を安定させることが可能な構造となっている。安定した状態において、育成筒2と土台3は正しく力を加えなければ外れないため、使用者は植物栽培装置1を容易に運搬可能である。
貯留槽には、液体を搬送するポンプPが設けられている。ポンプPの吐出側には、輸液チューブ8が配置されている。輸液チューブ8は、育成筒2の中心部を通って育成筒2の上部領域であるキャップ5の近傍に設けられた整流板9にまで延在している。ポンプPが動作すると、液肥Fは、当該ポンプPの動力により、育成筒2の中心部に設けられた輸液チューブ8を通って育成筒2の上部領域まで移送され、複数の植栽穴4の鉛直方向上部に配置されている整流板9の表面に達する。整流板9については後述するが、整流板9に達した液肥Fは、整流板9の表面を伝って育成筒2の内壁まで移動し、整流板9に開けられた穴によって分配されながら育成筒2の内壁を均等に伝って流下して、植栽穴4に配置された植物に供給される。植物に供給されなかった液肥Fは、育成筒2の内壁を均等に伝って重力方向下側に移動して土台3に達する。本図の例では、育成筒2の重力方向下部には切り欠きが設けられており、流下した液肥Fは切り欠きを通じて貯留槽に戻る。
植栽穴4には、植物苗を配置可能な培地である保持部材6が配置される。保持部材6は、一例としては、外周の一部に切り欠きを有する円筒状の水耕栽培用スポンジ培地であってよい。このようなスポンジ培地は、培地に触れた水分を容易に吸収し、保持できる。保持部材6の切り欠き部に植物苗を挟み込んで樹脂製の栽培カップ7に挿入すると、保持部材6は一定程度圧縮されるため、植物は保持部材6を介して栽培カップ7の内部に固定される。植物の一例として、苺やリーフレタス、バジルやシソ、ルッコラ等の葉物類を用いることができる。植物栽培装置1を家庭で利用する場合、スイセンやパンジーのような花や観葉植物を利用し、植物栽培装置1を鑑賞用に利用することができる。植栽穴4は、栽培カップ7の外周部と適合するように形成されている。使用者は、栽培カップ7を植栽穴4の開口部にセットすることで、植物体を育成筒2に配置できる。なお、栽培カップ7は細いフレーム状の樹脂によって構成されており、液肥Fが保持部材6に到達するのを阻害しない。
ポンプPから輸液チューブ8を介して整流板9に供給された液肥Fは、整流板9によって分配されて、育成筒2の内壁を均等に伝って保持部材6に保持され、植物の根に供給される。なお、植物の成長に伴って、植物の根は保持部材6の外側にも張り出すため、液肥Fは保持部材6を介さず、植物の根に直接吸収される場合もある。植物の根が育成筒2の
内側に張り出すと、植物体はより安定し、意図して引き抜こうとしない限り育成筒2から外れなくなる。
ポンプPは、例えばタイムスイッチによって、1時間毎に1分間稼働するようにしてよい。また、ポンプPの稼働状態を制御しつつ、更に、植物栽培装置1の状態を監視する制御装置10を設けることもできる。制御装置10は、例えば液肥Fの状態を監視するセンサSや、異常を通知する報知部などを備えていてよい。
図3は、整流板について示す図である。図3(A)は、整流板9の平面図である。整流板9は、育成筒2の内側かつ重力方向上部のキャップ5近傍に、水平に配置された円形の遮蔽板である。整流板9と、育成筒2の内壁の直径は略同一であり、整流板9は育成筒2の内壁と隙間なく接する。整流板9の外縁部にゴムパッキンを設けることで、整流板9と育成筒2をより強く当接させ、整流板9が位置ずれを起こさないようにしてもよい。また、整流板9と育成筒2は、接合していてもよい。
整流板9の中心部には、中心穴8Tが設けられている。中心穴8Tには、重力方向下側から輸液チューブ8が貫通する。整流板9の外周近傍には、小さな導流孔9Hが、整流板9の外周に沿って複数配置されている。
図3(B)は、実際に育成筒2に配置された状態の整流板9を示す図である。本図では、説明の便宜上、キャップ5を取り外している。既に述べたように、整流板9の中心部には輸液チューブ8の出口が配置される。輸液チューブ8と整流板9は、非透水性のシーリング材等によって接合されている。ポンプPの動力によって貯留槽から移送された液肥Fは、輸液チューブ8の出口から整流板9の上に溢れ、整流板9の外周に設けられた導流孔9Hに向かって矢印方向に移動する。そして、液肥Fは、導流孔9Hを通過して、植栽穴4に配置された植物に供給されながら重力方向に流下して貯留槽に戻る。
導流孔9Hは、整流板9の外周付近に配置されている。そして、整流板9の外周部は育成筒2の内壁と当接している。このため、導流孔9Hを通過した液肥Fは、育成筒2の内壁を均等に伝って重力方向に流下する。育成筒2には、植栽穴4が重力方向から見て互い違いに配置されている。植栽穴4が互い違いに配置されていることにより、整流板9から育成筒2の内壁を伝って流下した液肥Fは、貯留槽に戻るまでの間のいずれかの位置で植栽穴4に達し、当該植栽穴4に配置された植物体に供給される。このように構成することにより、植物体に対して液肥Fを無駄なく供給可能であり、ポンプPによって移送する液肥Fを植物体に対して効率よく到達させることができるので、ポンプPの稼働状態を効率化可能となる。
図3で図示した整流板9は平板状であるが、その表面に溝を配置して液肥Fの流動を誘導することもできる。例えば、中心穴8Tから螺旋状に広がる導流溝を設けることで、液肥Fを育成筒2の内側面に速やかに誘導し、育成筒2の内側面を均等に流下させやすくしてよい。
本実施形態のような整流板9を用いない場合、輸液チューブ8の頂部から多量の液肥Fが放出されるようにポンプPを稼働させる必要がある。このような形態では、輸液チューブ8で移送された液肥Fのうちの大半は、育成筒2の中心部を通って貯留槽に戻るため、輸液チューブ8で移送された液肥のうちの一部のみが植物体に接し、吸収されることになる。このように、整流板9を用いない場合、多量の液肥Fを循環させる必要があり、ポンプPを稼働させるために非常に大きなエネルギーを必要とする。一方で、特許文献2のように育成筒の一部のみを液肥の流路として用いる場合、育成筒の内部を流れる液肥の量流を低減可能ではあるものの、植物体を配置できる位置は、液肥の流路の対面側に限られる
。本開示における植物栽培装置1は、整流板9を設けて液肥が育成筒2の内壁全体を流下するようにすることで、どの植栽穴4に配置した植物体に対しても液肥Fを効率的に供給可能である。このため、必要以上に出力の高いポンプPを用いることなく、効率的な植物栽培を行うことができる。また、本開示における植物栽培装置は、植栽穴4を鉛直方向に互い違いに配置することにより、育成筒2の内壁を流下する液肥Fによる植物体への栄養供給を効率化可能である。植栽穴4が鉛直方向に互い違いに配置され、植物同士が干渉したり、他の植物の陰になりにくくすることにより、光線を効率よく活用し、育成筒2の面積当たり収量を上昇させることが可能となる。
本実施形態に係る植物栽培装置1は、貯留槽を有する土台3と育成筒2とが嵌合しており、土台3に貯留された液肥Fを循環させて植物育成を行うため、外部から液肥Fの供給を受けることなく長時間に渡って植物栽培を行うことができる。例えば、育成筒2の表面に植栽穴4を40個設けて苺を栽培した場合の液肥Fの消費量は、概ね1日あたり1L程度であることが判明しており、貯留槽に10Lの液肥Fを貯留可能な植物栽培装置1であれば、1週間以上液肥Fの補充を受けることなく栽培を継続可能である。
植物栽培装置1の育成筒2の外表面には複数の植栽穴4が配置されており、育成筒2の外表面全周を用いて植物を栽培可能である。各植栽穴4の間には、十分な隙間が設けられており、栽培中の植物同士が干渉したり、周囲の植物によって光線が遮断されて育成が阻害されたりすることもない。
また、ポンプPの動作が停止している状態では、液肥Fは育成筒2の内部に滞留せずに貯留槽に戻るため、栽培容器の内部で液肥Fが劣化する問題を生じない。更に、全体が樹脂製であるため移動も容易である。このような特徴を有する植物栽培装置1は、居室に少数配置して家庭で水耕栽培を楽しむこともできるし、植物栽培装置1を多数配置して事業化することもできる。本実施形態に係る植物栽培装置1は、軽量で移動が容易であるため稼働数を任意に調整可能であり、事業環境の変化に対応しやすい。また、万が一一部の植物栽培装置1に病原体が発生した場合にも、植物栽培装置1はそれぞれ独立しており装置間で液肥をやり取りをしないため、問題が発生した植物栽培装置1のみを排除して事業を継続可能である。
図4は、制御装置のブロック図である。既に述べた通り、植物栽培装置1には、少なくともポンプPの稼働状態を制御する制御装置10を設けることができる。制御装置10として、専用の制御機材を用いることもできるし、汎用のシングルボードコンピュータに搭載された汎用インタフェースを介して制御を実行することも可能である。
制御装置10は、制御部101と、入力部102と、出力部103と、記憶部104とを備えている。制御部101は、入力部102から得られたセンサ情報と記憶部104に記憶された制御プログラムを参照して演算を行い、出力部103に指示を送る中央演算処理装置である。
図4に示す例では、入力部102には、センサSの一例として、EC(電気伝導度)センサ110と、水温センサ111と、水位センサ112とが接続されている。ECセンサは、液肥の組成を監視するセンサである。当該センサの計測値が異常値を示した場合には、必要に応じて液肥や水を補充して液肥の濃度を調整できる。水温センサ111が異常値を示した場合には、植物栽培装置1を加温したり、遮光したりすることができる。植物栽培装置1が室内に配置されている場合には、空調装置を作動させて植物栽培装置1を適温に保つこともできる。なお、ポンプPの稼働時には、液肥Fが攪拌され、液肥Fの一部が育成筒2を通過することに伴い、貯留槽内部の液肥Fには温度変化が生じる。水温センサ111によって、ポンプPの稼働に伴って生じる温度変化を監視することで、ポンプPの
稼働状態をも判断可能となる。植物栽培装置1の水位センサ112が低値を示した場合には、貯留槽に液肥を補充できる。
この他、センサSの一例として画像センサが追加されてもよい。画像センサは、育成筒2を撮像するセンサであって、撮像部として機能する。制御装置10が、撮像部により取得された画像データに対して既知の方法によって画像処理を行うことで、植物の生育状態を解析できる。例えば、植物が黄変や褐変した場合には生育不良が疑われるし、特徴的な発色を呈する病変も知られているため、症状の兆候を解析することによる早期保守が可能である。また、苺に例示されるように、植物の種類によっては、果実の成熟によって果実の色が変化するものもある。画像センサによって果実の成熟を検知すれば、的確なタイミングでの果実の収穫が可能である。
更に、液肥の水素イオン濃度(pH)を計測するpHセンサが追加されてもよい。植物が好む水素イオン濃度は植物種によって異なっており、センサにより水素イオン濃度を取得することにより、栽培状態を適切に管理することができる。なお、気温や、二酸化炭素濃度を計測することで、より植物の育成に適した環境を維持しやすくすることもできる。気温や二酸化炭素濃度の取得は、植物栽培装置1を事業として利用する場合に、特に重要となる。
出力部103は、制御部101の指示に基づき、制御装置10に接続された機器の制御を行う。出力部103は、少なくとも、ポンプPの稼働を制御し、適量の液肥が適切なタイミングで育成筒2の植物体に供給されるようにする。出力部103は、一例を挙げれば、1時間経過するごとにポンプPを1分間稼働させて育成筒2配置された植物体に適切に液肥が供給されるようにする。ポンプPの稼働状態は、センサSから取得される計測値に基づいて適切に制御されてよい。制御装置10は、出力機器として、報知部120を有していてもよい。報知部120は、一例としては警報音を報知するスピーカーであってよい。また、無線通信が利用可能な環境であれば、無線LAN等の近距離無線通信規格を用い、他の情報端末に対して植物栽培装置1が保守作業を必要としている旨の通知を行う構成としてもよい。
記憶部104は、DRAMに代表される揮発性メモリからなる主記憶装置と、不揮発性半導体メモリやハードディスクドライブ等から構成される補助記憶装置とを備えている。補助記憶装置には、制御部101が演算や制御に用いるプログラム、各センサの計測ログや動作ログなどが格納されている。制御部101は、必要に応じ、補助記憶装置からプログラムやログを読み出して主記憶装置に展開し、都度使用する。
制御装置10は、蓄電池を備えていてよい。蓄電池を備えることにより、電源供給が途絶した場合にも一定時間であれば制御を続行可能である。制御装置10が蓄電池を備えることにより、制御装置10の機能を維持したままの状態で自由に配置変更可能となる。
植物栽培装置1の状態は制御装置10によって監視されるため、稼働状態を人が定期的に見周る必要性はなくなる。このような制御装置10を設ければ、植物栽培装置1に保守が必要となった場合にのみ保守作業を行えば足り、好適である。なお、植物栽培装置1を複数配置する場合には、各植物栽培装置1にはポンプPと各種センサのみを配置し、別途配置した、複数の植物栽培装置1の制御を行う制御装置10と無線通信を行うようにしてもよい。
この方式を採用する場合、制御装置10は所謂パーソナルコンピュータやスマートフォンのようなものであってよく、使用者はそれらの端末から各種センサ情報を参照することで、植物栽培装置1の状態を確認可能である。
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について、図5を参照して説明をする。第1の実施形態と同一の構成を有する部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
図5は、第2の実施形態に係る植物栽培装置の外観を示す図である。第1の実施形態では、育成筒2には、植物体を配置可能な植栽穴4が水平方向に複数配置されて植栽領域を形成し、当該植栽領域が鉛直方向に一定の間隔を空けて複数配置される構造となっていた。これに対して、第2の実施形態では、植栽穴4は、育成筒2の外周を螺旋状に取り巻くように並んで配置されている。育成筒2を鉛直方向から見た場合に、任意の植栽穴4と隣接する植栽穴4とが重畳しないのは第1の実施形態と同様であるが、第2の実施形態では、更に、隣接する植栽穴4と水平方向にも重畳しない。このため、第2の実施形態では、任意の植栽穴4に配置された植物体は、第1の実施形態と比較しても、隣接する植栽穴4に配置された植物体とは干渉しにくくなくなっている。
葉を茎に対して螺旋状に配置している植物は非常に多く知られている。このような螺旋状の配列を自然界では螺旋葉序といい、自然界では、螺旋葉序に従って葉が付いている植物の茎を上部から観察した場合には、どの葉も重畳しないことが知られている。植物は、葉を螺旋状に配置することで全ての葉に光線が当たる形態で、光合成を効率化している。第2の実施形態における植物栽培装置1は、植栽穴4を螺旋状に配置することにより、自然界における螺旋葉序に類似した効果を得ることができ、栽培効率化を実現できる。また、植栽穴4を螺旋状に配置することで植物栽培装置1の審美性も向上し、家庭内でのインテリアとしても使用しやすくなる。図5に示す形態では、植栽穴4の配置は自然界における螺旋葉序に従った配列にはなっていないが、植栽穴4を自然界における螺旋葉序に従って配置することも可能であり、自然界に近い栽培促進効果を得ることが可能である。
第2の実施形態においても、育成筒2を鉛直方向から見た場合、隣接する植栽穴4同士は重畳しない。すなわち、植栽穴4は、それぞれ、直上方向に隣接して配置された他の植栽穴4の直下に配置されないようにずれて配置されている。更に、第2の実施形態では、植栽穴4の配置が螺旋状であることから、植栽穴4は、それぞれ、水平方向に隣接して配置された植栽穴4と同一水平面上に配置されないように互いにずれて配置されていると言える。この特徴により、第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様に、育成筒2の内側面を流下する液肥Fは各植栽穴4に到達しやすくなっており、植物に対して効率的に液肥Fを供給可能である。この特徴により、第2の実施形態に係る植物栽培装置1も、ポンプPの稼働を効率化可能であり、植物栽培装置1が消費するエネルギーを低減可能である。
<回転装置>
図6は、植物栽培装置の回転装置の一例について示す図である。図6に示す回転装置は、土台11と、回転盤12とを備えている。回転盤12は、植物栽培装置1の土台3を載置可能な強度を有しており、土台11に内蔵されたモーターの回転力によって非常にゆっくりと回転する回転台としての機能を有する。
水耕栽培では、栽培中の植物全体に適切に光が照射されることが必要であり、水耕栽培装置に光源が組み込まれていることがある。例えば、特許文献2に記載の装置は、パイプの一方向にのみ植栽穴が配置されているため、人工光源を使用して、植物に対して適切に光を照射しやすい構造になっている。一方、本開示における植物栽培装置1では、植栽穴4は、育成筒2全体に螺旋状に配置されているため、植物体に均等に光を照射するためには、育成筒2の外周面全体に光が当たるように光源を配置する必要がある。
植物栽培装置1を屋外に配置して光源として自然光源を用いれば、天体の日周運動によ
り、植物栽培装置1の各植栽穴4に配置された植物体に対して十分な光を照射可能である。その一方で、植物栽培装置1を室内に多数配置する場合などでは、全ての植物体に対して適切に光を照射するのが困難となり、成長度合いに差を生じることがある。図6に示すような回転装置を用いて植物栽培装置1自体をゆっくりと回転させることにより、光源として人工光源を用いる場合でも、植物体に対して光をむらなく照射可能となる。また、植物栽培装置1を回転させることにより、光源として自然光源を用いる場合にも、照射むらをより低減可能である。
<植物工場>
図7は、植物栽培装置を多数使用する場合における保守装置について示す図である。本開示における植物栽培装置1は、多数配置して植物工場として事業化することも可能である。液肥の循環が植物栽培装置1単体で完結しており、植物栽培装置1を複数配置しても、植物栽培装置1同士での液肥のやり取りが発生しないため、特定の植物栽培装置1に問題が発生した場合にも、問題は他の植物栽培装置1には波及しない。例えば、一部の植物栽培装置1において病原体が生じた場合にも、他の植物栽培装置1に影響が生じにくいため、問題が生じた植物栽培装置1を排除するだけでよい。
一方、植物栽培装置1が定期的に必要とする液肥補充作業等の保守作業は、植物栽培装置1毎に行う必要がある。植物栽培装置1を多数使用する植物工場では、保守に大きな労力を必要とする。図7は、複数の植物栽培装置1をコンベア13上に載置し、コンベア13上を、複数載置された植物栽培装置1が矢印方向にゆっくりと移動させ、特定のポイントに設けられた維持設備で保守されるようにすることで保守作業の低減を図ったものである。コンベア13の隣には、一台の保守装置14が、コンベア13に隣接するように設けられている。保守装置14は本開示における維持設備の一例であり、少なくとも給水装置15を備えている。植物栽培装置1の貯留槽に貯留されている液肥の水位は、植物栽培装置1が備える制御装置10によって計量され、保守装置14に送信される。貯留槽に貯留されている液肥の水位が閾値を下回る植物栽培装置1が存在する場合には、保守装置14は、給水装置15を用いて当該植物栽培装置1の貯留槽に液肥を補充する。植物栽培装置1を使用する植物工場において、複数の植物栽培装置1を載置したコンベア13と保守装置14を設けることにより、保守作業を自動化できる。なお、植物栽培装置1が保守装置14を通過する際、保守装置14側で液肥水量の計量を行い、給水可否の判断を行ってもよい。
図7に示す例では、保守装置14は、更に、撮像装置Cを備えている。撮像装置Cは、育成筒2の表面を撮像し、撮像画像を取得する装置である。撮像画像に対して既知の画像解析技術により画像認識および解析を行うことにより、保守装置14は、栽培中の植物体の状況を把握することができる。もし、植物体の果実が収穫可能である場合、または、植物体そのものが収穫可能である場合には、保守装置14は、保守者に対して通知を行う。また、植物体に異常が生じている場合にも、保守者に対して報知を行う。このように構成することにより、保守者は、収穫や植物体の確認が必要となる場合にのみ、植物栽培装置1の保守作業を行うことが可能であり、残りの作業は自動化できるため、作業コストを低減可能である。また、保守者の作業を減らすことにより、外部から病原体が持ち込まれる可能性も軽減できる。
コンベア13は、栽培室内において周回路を形成しており、各植物栽培装置1は、搬送路上をゆっくりと周回しながら、保守装置14に戻り、必要に応じて保守を受けてよい。図6に示す例では、植物栽培装置1の育成筒2に適切に光を照射するため、植物栽培装置1を回転させる例を示したが、図7に示すように植物栽培装置1をコンベア13上で移動させ、コンベア13を周回路とすれば、植物栽培装置1は周回中に回転する。このため、光源を固定する場合にも、育成筒2の外側面に配置された全ての植物体に対して光を照射
可能となり、回転装置は不要となる。
なお、保守装置14は、コンベア13の周回路上に配置されてもよいし、保守装置14付近に分岐装置を設け、分岐路に配置されてもよい。この場合、分岐装置は、例えば、前回保守装置14を通過してから所定以上の時間を経過している、或いは、制御装置10が異常を検知している植物栽培装置1が保守装置14に導かれるように制御されてよい。保守作業が終了した植物栽培装置1は、合流装置を介して周回路に復帰する。
以上、本実施形態について説明したが、本発明の内容は上記実施の形態に限られるものではない。例えば、保守装置14は、更にロボットアームを備えてよい。ロボットアームにより、植物の収穫作業や、異常が生じた植物体の排除を自動化可能である。また、ロボットアームにより、収穫や排除により空いた植栽穴4に対して、新しい植物苗を含む栽培カップ7を入れ込むこともできる。保守装置14にロボットアームを設けることで、より自動化された植物工場を実現可能である。
以上で開示した各実施形態やその応用に含まれる特徴は、それぞれ組み合わせることができる。
1・・植物栽培装置
2・・育成筒
3・・土台
4・・植栽穴
5・・キャップ
6・・保持部材
7・・栽培カップ
8・・輸液チューブ
8T・・中心穴
9・・整流板
9H・・導流孔
10・・制御装置
11・・土台
12・・回転盤
13・・コンベア
14・・保守装置
15・・給水装置
101・・制御部
102・・入力部
103・・出力部
104・・記憶部
110・・センサ
111・・水温センサ
112・・水位センサ
120・・報知部

Claims (8)

  1. 鉛直方向に配置され、側面に複数の植栽穴を有する中空のパイプ状の栽培容器と、
    前記パイプ状の栽培容器の鉛直方向下部に、前記パイプ状の栽培容器を嵌め込み可能に配置された、液肥を貯留する液肥タンクと、
    前記パイプ状の栽培容器の中心部に配置され、ポンプの動力で前記液肥タンクに貯留されている液肥を前記パイプ状の栽培容器の上部領域まで移送する輸液チューブと、
    前記複数の植栽穴の鉛直方向上部に配置され、前記輸液チューブにより移送された液肥が鉛直方向上側表面を流れて前記パイプ状の栽培容器の側部内壁と当接する外周部に配置された導流孔を通過し、前記パイプ状の栽培容器の側部内壁を伝って均等に流下するように分配する整流板と、
    前記パイプ状の栽培容器の上端部を覆う保護蓋と、
    を、備える、
    植物栽培装置。
  2. 前記複数の植栽穴は、それぞれ、直上方向に隣接して配置された他の植栽穴の直下に配置されないようにずれて配置されている、
    請求項1に記載の植物栽培装置。
  3. 前記複数の植栽穴は、それぞれ、水平方向に隣接して配置された植栽穴と同一水平面上に配置されないようにずれて配置されている、
    請求項2に記載の植物栽培装置。
  4. 前記複数の植栽穴は、前記栽培容器の外周面上を、螺旋状に並んで配置されている、
    請求項3に記載の植物栽培装置。
  5. 前記液肥タンクに貯留される液肥の水位、濃度、水温を計測し、
    前記ポンプの稼働を制御する制御装置を更に備える、
    請求項1~4のうちいずれか一項に記載の植物栽培装置。
  6. 前記栽培容器を撮像する撮像部を更に備え、
    前記制御装置は、植物の生育状態を監視する、
    請求項5に記載の植物栽培装置。
  7. 前記液肥タンクを回転させる回転台を更に備える、
    請求項1~4のうちいずれか一項に記載の植物栽培装置。
  8. 請求項1~4のうちいずれか一項に記載の植物栽培装置を複数載置して移動させることが可能なコンベアと、
    植物栽培装置の維持を行う維持設備と、
    を、有する、
    植物工場。
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