WO2018037577A1

WO2018037577A1 - 植物工場における植物栽培装置

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Publication number: WO2018037577A1
Application number: PCT/JP2016/082971
Authority: WO
Inventors: 壮介内藤
Original assignee: マイクロコーテック株式会社
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2018-03-01
Also published as: JPWO2018037577A1

Abstract

【課題】　垂直方向に伸長して草丈の高くなる野菜でも、人工照明装置をできるだけ植物体の上方に近接して配置することができる植物工場における植物栽培装置を提供する。　【解決手段】　人工栽培に供される植物が植え付けられている栽培パネル１１０と、栽培パネル１１０を所定方向に移動させる搬送装置１３０と、搬送装置１３０の上方において栽培パネル１１０に対向するように配置され、人工光源を搭載した光源装置１２０を備えている。ここで、光源装置１２０と栽培パネル１１０の相対的な対向距離（Ｈ）を、搬送装置１３０による栽培パネル１１０の搬送の進行段階に応じて変化させている。搬送装置により栽培パネル１１０の搬送の進行が進むにつれて、対向距離（Ｈ）を植物体の成長に応じた高さ分大きく設定している。栽培パネル１１０を搬送方向に多数並べ、所定期間ごとに下流側に１段階間歇移動させ、上流から下流に至ると植物体の育成期間が終了する。

Description

植物工場における植物栽培装置

　本発明は、植物工場における植物栽培装置に関する。本発明の植物栽培装置は、人工栽培に適した植物であれば、種類は問わない。また、人工光源としてＬＥＤ素子を例に挙げるが、他の人工照明装置であっても適用可能である。

　高出力のＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子の開発が進み、従来の白色電球による照明や、蛍光灯による照明に代え、いわゆるＬＥＤ照明具が普及し始めている。特に、白色ＬＥＤ素子は、従来の単色光しか発光しなかった単色ＬＥＤとは異なり、多数の波長の光を発光するできるため、生活照明用途、産業照明用途に適したものとなり、ＬＥＤ素子が持つ小型・省電力・長寿命という特性も相まって普及に弾みがついてきた。

　このＬＥＤ素子は、植物工場における植物栽培装置の人工光源としても利用され始めている。植物の光合成に必要な波長の光を人工的に発光させることが可能となっており、優れた光源として注目されている。

　植物工場は、照明以外にも、温度、湿度、空気などが適切に制御された施設内で植物を生育させるため、天候や害虫などの影響を受けることなく無農薬野菜などを安定して生産することができる。植物工場では照明は太陽光を全く利用せず人工照明のみを利用するため、ビニールハウスなどの外光を利用する設備とは異なり、天候の制約がなく、野菜等を計画的に生産できる。それゆえに植物工場と呼ばれている。

　植物工場における人工照明の配置には、側面タイプと上方タイプがある。
　人工照明を側面に配置した側面タイプの植物工場では、植物体の側面方向から照射光を照射する仕組みとなっている（特許文献１）。植物体の側面から光を照射する構成の場合、植物工場内で作業する作業員の作業スペースを確保する必要性から人工照明と植物体の間に作業スペースとなる所定間隔が必要となる。従って、側面タイプの植物工場では、植物体に対して光を近接照射することができず光の利用効率が極端に悪くなるという問題がある。また、作業スペースを設ける必然性から空間の利用効率も悪くなり、植物の生産性の低下をもたらす。

　人工照明を上方に配置した上方タイプの植物工場では、植物体の上方から照射光を照射する仕組みとなっている（特許文献２、３）
　人工照明を上方に配置した上方タイプの植物工場は、植物体の側面の作業スペースの確保が簡単であり、側面タイプの植物工場のように過剰に人工照明と植物体の間にスペースを空ける要請はない。そのため空間を有効活用しやすくなる。
　植物工場は、植物の生産性を向上させるために植物体に対して効率的に光を照射する必要がある。代表的な人工光源であるＬＥＤ素子は点光源であり、ＬＥＤ素子を多数搭載した人工照明装置は点光源の集合体となるため、どうしても光が距離に応じて拡散してしまう。そのため、植物体と人工照明装置を近接させて栽培することが重要となる。そこで、できるだけ人工照明装置を植物体の上方に近接して配置することが好ましい。

特開２００７－２７４９０５号公報特開２００９－０１１２３２号公報特開２００８－２４５５５４号公報

　しかし、人工照明を上方に配置した上方タイプの植物工場にも問題がある。
　それは植物体の成長による高さの変化である。上述したように従来の閉鎖型植物工場では、人工照明装置をできるだけ植物体の上方に近接して配置することが好ましいが、植物体の成長に伴って葉や茎が成長し、植物体の草丈が変化する。野菜には成長してもあまり草丈が変化しないものがある。例えば、レタス、ベビーリーフ、カイワレ大根等の葉野菜や野菜苗は草丈があまり変化しない植物体である。このように背丈があまり変化しない植物体であれば、人工照明装置と植物体の距離間隔を一定にしていればよく、比較的管理が簡単である。

　しかし、人工栽培したい野菜の中には垂直方向に伸長して草丈の高くなる野菜がある。特に、トマトやキュウリなどは、サラダなどに多用されるため人工栽培のニーズが高い作物であるが、従来の植物工場では、トマトやキュウリなど草丈の高くなる植物は生産に適しておらず、草丈が高くならない植物に限定される傾向にあった。

　上記課題を解決するために、本発明は、トマトやキュウリなどの垂直方向に伸長して草丈の高くなる野菜でも、人工照明装置をできるだけ植物体の上方に近接して配置することができる植物工場における植物栽培装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明の植物栽培装置は、人工栽培に供される植物が植え付けられている栽培パネルと、前記栽培パネルを所定方向に移動させる搬送装置と、前記搬送装置の上方において前記搬送装置の搬送方向に並べ、前記搬送装置を通過する前記栽培パネルに対向するように配置された、人工光源を搭載した複数の光源装置を備え、前記光源装置の並びにおいて、各々の前記光源装置の配置高さが、前記搬送装置の搬送が進行するに伴って高くなるようにしたことを特徴とする植物工場における植物栽培装置である。

　ここで、上記構成において、搬送装置の搬送が進行するに伴って高くなる光源装置の配置高さが、栽培パネルに植栽された植物の成長に応じたものであることが好ましい。
　植物体の成長に応じて光源装置と栽培パネルの相対的な対向距離を大きくしていけば、植物体の草丈に応じた高さに人工照明装置が配置され、ＬＥＤ素子の照射光を効率的に植物体に集中させることができる。

　なお、植物体の成長に応じて、光源装置と栽培パネルの相対的な対向距離を調整する手段として、複数の手段があり得る。
　第１の対向距離調整手段は、複数の光源装置を一列に並べ、その設置高さにバリエーションを持たせて配列しておき、栽培パネル側を植物体の成長に応じて光源装置の列に沿って移動させ、光源装置と栽培パネルの組み合わせを次々と変えていく手段である。つまり、複数の光源装置の配列において、上流側に設置高さが一番低い光源装置を配置し、流れに沿って徐々にその設置高さが高くなるように光源装置が配置され、最下流に設置高さが一番高い光源装置が配置されるように並べておき、植物体の成長に合わせて栽培パネル側を光源装置の並びに沿って移動させることにより、植物体の成長による草丈に合った高さの光源装置の下に来るように栽培パネルの位置を変える手段である。

　この第１の対向距離調整手段を採用する場合、栽培パネルを移動させる搬送系システムが必要となる。
　一例としては、光源装置が人工光源素子を多数搭載した光源パネルとする。光源パネルの大きさと形状が、栽培パネルの大きさと形状と略同じものであることが好ましい。搬送系の移動方向に沿って栽培パネルが連続して並べられ、搬送系による栽培パネルの移動を間歇移動とする。移動方向に沿った一回分の移動により、上流方向にある栽培パネルが隣接する下流方向にある栽培パネルの位置に順次移動するものとする。
　これは工業的量産過程という観点で考えれば、栽培パネルが流れ工程で次々と連続処理されていくようなイメージで捉えることができる。

　搬送系システムの具体例を挙げる。
　搬送系システムの第１の構成例は、水を利用するものである。
　搬送系が水を充填した栽培水槽であり、栽培パネルが水に浮く浮島型の栽培パネルであり、栽培水槽水面を移動するものである。所定時間経過すれば栽培パネルが所定距離分流れて移動するように調整されたものである。栽培水槽には常に水流を設ける必要はなく、間歇移動する際に栽培パネルを下流から引き動かすまたは上流から押し動かすことでも良い。
　光源装置の配置に関しては、光源装置を栽培水槽に沿って上方から吊下し、栽培水槽に対向するように配置され、その配置高さが搬送系である栽培水槽の移動方向に沿って徐々に高くなるよう調整しておく。
　なお、植物体の成長は遅いため、例えば、４０日で収穫できる植物体を人工栽培し、２日で１回という間歇移動を行うものとすると、各々の光源装置は、上流側から、植物体の成長の０～２日目までを担当する光源装置、２～４日目までを担当する光源装置、４～６日目までを担当する光源装置、・・・、３８～４０日目までを担当する光源装置と順々に並べられ、各々の光源装置の高さが、その日数育成された草丈に植物体に近接するような高さで吊下する。植物体はそれぞれの育成日に応じた光源装置の下に位置するように移動して行けば良い。

　搬送系システムの第２の構成例は、スライダーを利用するものである。
　つまり、搬送系がスライダーであり、栽培パネルがスライダーに載置されて移動するものである。所定時間経過すれば栽培パネルが所定距離分スライダー上を移動するよう調整しておく。スライダー式であるので、車輪が搭載され、移動しやすいように工夫しておくことが好ましい。例えば、栽培パネルの側面に車輪が設けられており、当該車輪がスライダー上を回転する構成でも良い。
　光源装置の配置に関しては、栽培水槽式と同様で良く、上方から吊下し、その高さをスライダーの進行方向に沿って徐々に高くなるように配置すれば良い。

　搬送系システムの第３の構成例は、コンベア装置を利用するものである。
　つまり、搬送系がコンベア装置であり、栽培パネルがコンベア装置に載置されて移動するものである。所定時間経過すれば栽培パネルが所定距離分コンベア装置上を移動するように調整されている。コンベア装置としては特に限定されず、いわゆるゴムベルトコンベア装置、シャフト軸を中心に回転する回転ローラーを多数並べたローラー式コンベア、多数のベアリングを並べたベアリング式コンベアなど多様なコンベア装置があり得る。
　光源装置の配置に関しては、栽培水槽式と同様で良く、上方から吊下し、その高さをコンベアの進行方向に沿って徐々に高くなるように配置すれば良い。

　搬送系システムの第４の構成例は、可動台を利用するものである。
　つまり、搬送系が栽培パネルの下で栽培パネルを支持する可働台であり、可働台の移動に伴って、栽培パネルが可働台に載置されたまま移動するものである。所定時間経過すれば栽培パネルが可働台と共に所定距離を移動方向に移動するように調整されている。
　なお、可働台の移動は自走式としてコンピュータ制御により所定時間経過により所定距離を移動するものでも良く、手動式として所定時間経過により人手で押して所定距離移動させるものでも良い。
　光源装置の配置に関しては、栽培水槽式と同様で良く、上方から吊下し、その高さを可動台の進行方向に沿って徐々に高くなるように配置すれば良い。

　次に、第２の対向距離調整手段について述べる。
　第２の対向距離調整手段は、上記の第１の対向距離調整手段とは異なり、光源装置と栽培パネルの組み合わせを変えず、光源装置の設置の高さを変化させる手段である。つまり、光源装置側にその設置高さを可変とする高さ調整機構を設けて、光源装置自体を上下に移動可能とする。一方、栽培パネル側はその位置や高さを変えることなく静置しておく。光源装置を植物体に適切な近接距離で配置し、植物体の成長に合わせて光源装置の高さを上に移動して両者の対向距離が常に適切な近接距離を保つように調整する手段である。

　この第２の対向距離調整手段を採用する場合、栽培パネルを移動させる搬送系システムは不要であるが、光源装置側の高さを可変とする高さ調整機構が必要となる。
　光源装置のＬＥＤ素子の発光制御は、昼間を模した時間帯にはＬＥＤ素子が点灯し、夜間を模した時間帯にはＬＥＤ素子が消灯するように制御するＬＥＤ照明制御装置を備えた構成が好ましい。
　植物は常に光を照射するよりも、光合成の時間帯（昼間）と、呼吸・成長の時間帯（夜間）を交互に設ける方が成長に適しているとされており、また、昼夜交互に到来することは自然環境に近いため、本発明の植物工場における植物栽培装置においても、ＬＥＤ照明制御装置を備えることが好ましい。

　次に、本発明の植物工場における植物栽培方法は、人工栽培に供される植物が植え付けられている栽培パネルと、前記栽培パネルを所定速度で移動させる搬送装置を備えた植物栽培装置を用いて、前記搬送装置の上方において前記搬送装置を通過する前記栽培パネルに対向するように配置し、前記光源装置と前記栽培パネルの相対的な対向距離を、前記搬送装置による前記栽培パネルの搬送の進行に伴って変化させる方法である。
　光源装置と栽培パネルの対向距離の変化としては、前記搬送装置による前記栽培パネルの搬送の進行が進むにつれて大きくなるものとし、光源装置と栽培パネルの対向距離の変化の割合は、植物の成長に応じたものとすれば良い。

　本発明の植物栽培装置によれば、植物体の成長に応じて光源装置と栽培パネルの相対的な対向距離を適切に設定できるため、植物体の草丈に応じた高さに人工照明装置が配置され、ＬＥＤ素子の照射光を効率的に植物体に集中させることができる。
　植物体の成長に応じた光源装置と栽培パネルの相対的な対向距離を調整する手段として、搬送系を用い、その搬送系に沿って光源装置の配置の高さが順々に高くなるように設定されていれば、栽培パネルが流れ工程で次々と連続処理により成長が促進されていき、植物体を工業的量産過程で生産することができる。

実施例１にかかる植物栽培装置１００を模式的に示した図である。実施例１にかかる植物栽培装置１００による間歇移動の流れを側面方向から簡単に説明する図（その１）である。実施例１にかかる植物栽培装置１００による間歇移動の流れを側面方向から簡単に説明する図（その２）である。実施例２にかかる植物栽培装置１００ａを模式的に示した図である。実施例２にかかる植物栽培装置１００ａによる間歇移動の流れを側面方向から簡単に説明する図（その１）である。実施例２にかかる植物栽培装置１００ａによる間歇移動の流れを側面方向から簡単に説明する図（その２）である。実施例３にかかる植物栽培装置１００ｂを模式的に示した図である。実施例３にかかる植物栽培装置１００ｂによる間歇移動の流れを側面方向から簡単に説明する図（その１）である。実施例３にかかる植物栽培装置１００ｂによる間歇移動の流れを側面方向から簡単に説明する図（その２）である。実施例４にかかる植物栽培装置１００ｃを模式的に示した図である。実施例４にかかる植物栽培装置１００ｃによる間歇移動の流れを側面方向から簡単に説明する図（その１）である。実施例４にかかる植物栽培装置１００ｃによる間歇移動の流れを側面方向から簡単に説明する図（その２）である。

　以下、図面を参照しつつ、本発明の植物栽培装置の実施例を説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に示した具体的な用途、形状、個数などには限定されないことは言うまでもない。
　以下、実施例１として、搬送系が水を充填した栽培水槽の場合の構成例を示す。
　実施例２として、搬送系がスライダー式の構造である場合の構成例を示す。
　実施例３として、搬送系がコンベアの構造である場合の構成例を示す。
　実施例４として、搬送系が可動台の場合の構成例を示す。

　実施例１にかかる本発明の植物栽培装置の例を示す。以下、ＬＥＤ照明の発光面を下面として説明する。
　図１（ａ）は、実施例１にかかる植物栽培装置１００を平面から模式的に示した図、図１（ｂ）は実施例１にかかる植物栽培装置１００を側面から模式的に示した図である。植物体２００も簡単に示されている。ごく簡単に示されており、また内部構造が分かりやすいように適宜断面などで図示している。
　本実施例１の構成例では、植物栽培装置１００は、栽培パネル１１０、光源装置１２０、搬送装置１３０、ＬＥＤ照明制御装置（図示せず）を備えた構成となっている。

　栽培パネル１１０には、人工栽培に供される植物体が植え付けられている。この構成例では、栽培パネル１１０は水に浮く浮島型の栽培パネルである。浮力を得るため、水よりも比重の小さいものであれば良いが、例えば、比重の小さなプラスチック樹脂製のパネル、発泡樹脂素材のパネルなどがある。雑菌の繁殖を防止するため、抗菌加工されたものが好ましい。
　栽培パネル１１０の大きさは特に限定されないが、数メートルから十数メートルであっても良い。ここでは、例えば、４ｍ?４ｍの正方形の大きさの栽培パネルとする。
　栽培パネル１１０は、ある程度の厚みを持ち、植物体の根を支えて植物体が自立できるものとする。

　水耕栽培であれば、栽培パネル１１０の表面に植物体２００を埋め込む孔が開けられており、この孔に植栽された植物体２００の根が栽培水槽の水面下に届くようになっている。孔の大きさ、孔の間隔などは植栽する植物体２００に応じて適宜調整して設ければ良い。
　土壌栽培であれば、栽培パネル１１０はプランターになっており、内部に土壌を敷き詰めることができるものとなっている。この土壌の深さが、植物体が根を張って自立できる程度の深さであれば良い。なお、プランター内の土壌に代えて、土を模した含水性の発泡樹脂素材や砂を模したビーズ状の含水性の樹脂素材などを敷き詰めたものでも良い。
　この例では、栽培パネル１１０は水に浮く浮島型の栽培パネルであるので、栽培水槽内に養分や酸素などが適切に供給された水を満たした水耕栽培として説明する。つまり、栽培水槽は搬送系１３０としての役割と、水耕栽培用の溶液を満たしておく容器としての役割を兼用したものとなっている。
　栽培パネル１１０は浮島型の栽培パネルであるので、栽培水槽の水に浮いた状態で上流側から下流側へ移動することによりその位置を変えることができるものとなっている。

　図１に示すように、この栽培パネル１１０が多数並べられた構成となっている。栽培パネル１１０の枚数は特に限定されないが、後述するように、流れ工程で連続処理してゆくため、流れ工程の数に一致させておくことが好ましい。
　例えば、４０日で収穫できる植物体を人工栽培する場合において、２日で１回という間歇移動を行うものとすると、４０日の収穫までに２０回移動を行う。つまり、２０枚のパネルを並べると、上流側から、植物体の成長の０～２日目までの栽培パネル、２～４日目までの栽培パネル、４～６日目までの栽培パネル、・・・、３８～４０日目までの栽培パネルと順々に並べることができる。この２０枚のパネルが搬送系である栽培水槽１３０に順に並べておけば、工業的量産過程で人工栽培しやすくなる。

　図１の状態では、植物体の成長の０～２日目までの栽培パネル１１０Ａ、２～４日目までの栽培パネル１１０Ｂ、４～６日目までの栽培パネル１１０Ｃ、・・・、３６日目～３８日目までの栽培パネル１１０Ｓ、３８～４０日目までの栽培パネル１１０Ｔが示されている。なお、後述するように、各々の栽培パネル１１０は間歇移動により搬送方向に沿ってその位置を変える。
　光源装置１２０は、ＬＥＤ素子を多数配置した照明装置であり、この構成例では水平方向にフラットになっている。ＬＥＤ素子１２１の照射面は光源装置１２０の下面になっており、搬送装置１３０の上方から吊下された光源装置１２０は下方に位置する栽培パネル１１０に向けて照射光を発する構成となっている。　

　この構成例では、光源装置１２０の大きさは限定されないが、栽培パネル１１０に応じたものとし、数メートルから十数メートルであっても良い。ここでは、栽培パネルに対応して、例えば、４ｍ?４ｍの正方形の大きさの光源装置１２０とする。
　光源装置１２０に搭載するＬＥＤ素子は、植物体２００の光合成に有益な波長を多く発することができるＬＥＤ素子が好ましい。一般には、光合成に有益な波長はクロロフィルの吸収ピークがある６６０ｎｍ付近の赤色光（６５０ｎｍ～７００ｎｍ）であるとされ、その他にも、花芽形成に有益とされる青色光（３８０ｎｍ～４５０ｎｍ）も必要となる時期がある。さらに、発芽や節間伸長に有益な波長は赤色光（６５０ｎｍ～７００ｎｍ）である一方で、遠赤色光（７００ｎｍ～７５０ｎｍ）が抑制する性質があり、草丈の伸長を抑えて太さを増す効果があるなど、植物体２００と光波長の関係は研究が盛んになされている。本発明は、ＬＥＤ素子１２１の構成を変えたり、組み合わせたりすることが自在であり、目的に応じて人工照射光をブレンドすることができる。

　この光源装置１２０は搬送系１３０に沿って多数並べられた構成となっている。光源装置１２０の枚数は特に限定されないが、後述するように、栽培パネル１１０を流れ工程で連続処理してゆくため、流れ工程の数に一致させておくことが好ましい。
　図１に示した例であれば、４０日で収穫できる植物体を人工栽培する場合において、２日で１回という間歇移動を行うものとすると、４０日の収穫までに２０回移動を行う。つまり、栽培パネル１１０は、２０か所の場所を移動するので、光源装置１２０を２０枚並べ、上流側から、植物体の成長の０～２日目までの照射に用いる光源装置１２０Ａ、２～４日目までの照射に用いる光源装置１２０Ｂ、４～６日目までの照射に用いる光源装置１２０Ｃ、・・・、３６～３８日目までの照射に用いる光源装置１２０Ｓ、３８～４０日目までの照射に用いる光源装置１２０Ｔと順々に並べることができる。この２０枚の光源装置１２０が搬送系である栽培水槽１３０の上面に順に並べておけば、工業的量産過程で人工栽培しやすくなる。

　ここで、図１（ｂ）に示すように、各々の光源装置１２０と栽培パネル１１０との間の相対距離である高さ"Ｈ"は、各々の光源装置１２０が担当する植物育成日数に応じて想定される植物体の草丈に応じた高さ"Ｈ"になるよう吊下されている。
　図１（ｂ）の側面図では、各々の光源装置１２０の高さの違いが分かりやすいように図示されている。右から順に、植物体の成長の０～２日目までの照射に用いる光源装置１２０Ａは最も低い位置に吊下されている。これは、植物体２００が植栽後間もない草丈の低い状態であるので、光源装置１２０の高さを低くして植物体２００に近接させている。

　植物体の成長の２～４日目までの照射に用いる光源装置１２０Ｂは、光源装置１２０Ａよりもやや少し高い位置に吊下されている。これは、下方にある栽培パネル１１０Ｂに植栽されている植物体２００が人工栽培開始から２日間の経過で成長して草丈が少し高くなったものが上流から移動してきたものであるため、２日間の成長分だけ光源装置１２０Ｂを高い位置に吊下している。そのため光源装置１２０Ｂがその人工栽培開始から２日経過した植物体２００に対して近接した状態となっている。
　同様に、光源装置１２０Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ・・・Ｓ，Ｔが順々に高い位置に吊下された状態で配列されている。
　このように、光源装置１２０と栽培パネル１１０の相対的な対向距離である高さ"Ｈ"が、搬送装置１３０による栽培パネルの搬送の進行に伴って変化させたものとなっている。

　栽培パネル１１０は、植栽された植物体２００の成長日数に応じた光源装置１２０の下に位置するように搬送系１３０により移動する。このように、栽培パネル１１０はそれぞれの育成日に応じた高さに調整された光源装置１２０の下に配置され、適切な照射光を受け得る構成となっている。

　搬送装置１３０は、栽培パネル１１０を所定方向に移動させるものである。この実施例１では水が充填された栽培水槽となっている。栽培パネル１１０が浮島型のものなので搬送系１３０の栽培水槽の水面に浮いた状態で支持される。
　栽培パネル１１０が搬送系１３０の栽培水槽に浮いた浮島型であるので、その移動は、浮いた状態の栽培パネル１１０に対して外力を与え、外力によって水面を移動させるものでも良い。また、栽培水槽内の水に水流を作って上流から下流に向けて流すことによる移動も可能であるし、栽培水槽内の水には水流を作らず、浮いた状態の栽培パネル１１０が推進力をもって自走しても良い。

　人工栽培の場合、植物体の収穫まで時間がかかるため、間歇移動は例えば１日に１回や、２日に１回などインターバルが長い傾向にある。そこで、移動方法として、栽培水槽内の水に水流を与える方式では正確に移動させて停止させることは精密な水流管理が必要となる。また、栽培パネル１１０が推進力をもって自走する場合、水中モータなどを設けて移動、停止を正確に行うことは精密な推進力管理が必要となる。そこで、外力を与える方式であれば、簡便に行うことができる。例えば、栽培パネル１１０間を連ねた紐やチェーンなどを設けて、間歇移動の際には、その紐やチェーンを下流側から引く一方、上流側からも引き抑える方式であれば、栽培パネル１１０をまとめて簡単に移動させたり停止させたりできる。また手動で動かすことも可能である。
　なお、この例では、以下、浮島型である栽培パネル１１０を連結するように取り付けられている紐やチェーンを引張することにより外力を与えて移動させる方式として簡単に説明する。

　次に、ＬＥＤ照明制御装置は、光源装置の各ＬＥＤ素子１２１のオンオフを制御する装置である。ＬＥＤ素子１２１は常に点灯していれば良いわけではなく、昼間を模した時間帯にはＬＥＤ素子を点灯し、夜間を模した時間帯にはＬＥＤ素子を消灯するように制御する必要がある。ＬＥＤ照明制御装置は植物体２００の種類などに応じて、光源装置の各ＬＥＤ素子１２１のオンオフを制御するようプログラミングされており、そのプログラミングに従ってＬＥＤ素子１２１のオンオフを制御する。春野菜であれば春の日照時間に合わせた長さのＬＥＤ素子の点灯時間帯を設けることが好ましく、夏野菜であれば夏の日照時間に合わせた長さのＬＥＤ素子の点灯時間帯を設けることが好ましい。秋野菜、冬野菜も同様である。

　次に、本発明の実施例１にかかる植物栽培装置１００による植物体２００の人工栽培の流れを簡単に説明する。
　この構成例では紐やチェーンで外力を与えて移動させる方式となっている。
　図２および図３は、植物栽培装置１００による間歇移動の流れを側面方向から簡単に説明する図である。右側が上流側で左側が下流側である。
　図１の状態では、２０枚の栽培パネル１１０Ａ～Ｔが搬送系１３０の栽培水槽に並べられていた。ここで、２日間の育成がなされ、図２（ａ）に示すように、間歇移動を行う。

　図２（ａ）に示すように、左側の下流側から紐やチェーンを引けば、栽培パネル１１０Ａ～Ｔは搬送系１３０の栽培水槽の水面を移動する。その一方で右側の上流側からも紐やチェーンを軽く引いて、左右からテンションが掛かるようにすれば、栽培パネル１１０の姿勢が安定して移動と停止が制御できる。
　図２（ｂ）に示すように、栽培パネル１１０がそれぞれ上流側の位置から一段次の下流側の位置へ移動した時点で左右からの引張力を同じにすれば停止する。その後、左右の引張力を開放し、各々の栽培パネル１１０を静置すれば良い。

　なお、その際、最下流の栽培パネル１１０Ａは４０日の育成期間が終了したので回収し、栽培パネル１１０Ａに植栽されていた植物体２００を収穫する。一方、最上流では、育成期間０日目の新規の栽培パネル１１０Ｕを投入する。このように図２（ｂ）では、２０枚の栽培パネル１１０Ｂ～Ｕが搬送系１３０の栽培水槽に並べられた状態となる。また、各々の栽培パネル１１０Ｂ～Ｕはそれぞれの育成期間に合った高さに配置されている光源装置１２０Ａ～Ｔの下に位置することとなる。
　このように、搬送系１３０の栽培水槽内には２０枚の栽培パネル１１０が並べられ、間歇移動を繰り返しながら４０日の育成期間を経て回収され、植物体２００が収穫されていく。

　ここで、さらに２日間の育成がなされ、さらに間歇移動が行われたとする。
　図３（ａ）に示すように、左側の下流側から紐やチェーンを引けば、栽培パネル１１０Ｂ～Ｕは搬送系１３０の栽培水槽の水面を移動する。その一方で右側の上流側からも紐やチェーンを軽く引いて、左右からテンションが掛かるようにすれば、栽培パネル１１０の姿勢が安定して移動と停止が制御できる。
　図３（ｂ）に示すように、栽培パネル１１０がそれぞれ上流側の位置から一段次の下流側の位置へ移動した時点で左右からの引張力を同じにすれば停止する。その後、左右の引張力を開放し、各々の栽培パネル１１０を静置すれば良い。

　その際、最下流の栽培パネル１１０Ｂは４０日の育成期間が終了したので回収し、栽培パネル１１０Ｂに植栽されていた植物体２００を収穫する。一方、最上流では、育成期間０日目の新規の栽培パネル１１０Ｖを投入する。各々の栽培パネル１１０Ｃ～Ｖはそれぞれの育成期間に合った高さに配置されている光源装置１２０Ａ～Ｔの下に位置することとなる。
　このように、所定期間が到来するごとに図２、図３に示すような間歇移動を繰り返して植物体２００の人工栽培を行う。あたかも流れ工程の工業的量産過程を経て、４０日間育成された植物体２００が順々に収穫されてゆく。

　実施例２の植物栽培装置１００ａは、搬送系がスライダーの場合の構成例である。
　図４（ａ）は、実施例２にかかる植物栽培装置１００ａを平面から模式的に示した図、図４（ｂ）は実施例２にかかる植物栽培装置１００ａを側面から模式的に示した図である。植物体２００も簡単に示されている。ごく簡単に示されており、また内部構造が分かりやすいように適宜断面などで図示している。
　実施例２の植物栽培装置１００ａは、実施例１と同様に、栽培パネル１１０ａ、光源装置１２０ａ、搬送系１３０ａ、ＬＥＤ照明制御装置（図示せず）を備えた構成であるが、搬送系１３０ａがスライダー式となっており、栽培パネル１１０ａはスライダーである搬送系１３０ａに合致してスライドする部材を備えたものとなっている。この例では簡単なコマとなっているがコマに限定されるものではない。例えば、栽培パネル１１０ａの四隅に２対のコマが設けられており、その幅は搬送系１３０ａであるスライダーの幅と合致するものとなっており、スライダー上を転がることにより栽培パネル１１０ａが移動できるものとなっている。

　図４に示すように、栽培パネル１１０ａのパネル本体は実施例１と同様で良く、水耕栽培であれば、栽培パネル１１０ａの表面に植物体２００を埋め込む孔が開けられており、この孔に植栽された植物体２００の根が栽培水槽の水耕栽培溶液に届くようになっている。
　図４には水耕栽培用の栽培水槽１５０が示されている。なお、実施例１では水耕栽培用の水を貯える容器としての栽培水槽と搬送系１３０としての栽培水槽が兼用された形であったので、搬送系１３０として付番を付けていたが、この実施例２では栽培水槽は水耕栽培用の溶液を貯える容器としてのみの役割であり、搬送系１３０ａとしての役割はないので、別の付番１５０ａを付している。

　植物体２００は栽培パネル１１０ａの孔に植栽され、植物体２００の根が下方の栽培水槽に浸漬しているため、栽培パネル１１０ａが搬送系１３０ａであるスライダーに静置されている状況でも、搬送系１３０ａであるスライダーを移動している状況でも植物体２００の根が下方の栽培水槽に浸漬した状態を維持できるものとなっている。
　なお、土壌栽培であれば、栽培パネル１１０ａは容器になっており、内部に土壌を敷き詰めることができるものとなっている。プランター内の土壌に代えて、土を模した含水性の発泡樹脂素材や砂を模したビーズ状の含水性の樹脂素材などを敷き詰めたものでも良い。この場合は栽培パネル１１０ａの下方に水耕栽培溶液などを満たした栽培水槽設備は不要となる。
　光源装置１２０ａおよびＬＥＤ照明制御装置は実施例１と同様で良い。

　また、間歇移動は栽培パネル１１０ａが搬送系１３０ａのスライダー上を移動するものとなっている。その移動方法は、栽培パネル１１０ａがモータ駆動により自走する機能を備えてもよいし、外力を与えて移動させる方式でもよい。例えば、栽培パネル１１０ａ間を連ねた紐やチェーンなどを設けて、間歇移動の際には、その紐やチェーンを下流側から引く一方、上流側からも引き抑える方式であれば、栽培パネル１１０ａをまとめて簡単に移動させたり停止させたりできる。また、手動で移動させることも可能である。

　次に、本発明の実施例２にかかる植物栽培装置１００ａによる植物体２００の人工栽培の流れを簡単に説明する。
　図５～図６は、実施例２にかかる植物栽培装置１００ａの人工栽培の流れを簡単に説明する図である。
　図４の状態では、２０枚の栽培パネル１１０ａＡ～Ｔが搬送系１３０ａのスライダー上に並べられている。ここで、２日間の育成がなされ、図５（ａ）に示すように間歇移動がおこり、それぞれの栽培パネル１１０ａが上流側から下流側へ一段移動したとし、図５（ｂ）に示すようになったとする。

　図５（ｂ）に示すように、最下流にあった栽培パネル１１０ａＡが育成期間４０日間を終えて回収され、栽培パネル１１０ａＡに植栽されていた植物体２００が収穫される。一方、最上流では新しい栽培パネル１１０ａＵが育成期間０日目として投入される。このように図５では、２０枚の栽培パネル１１０ａＢ～Ｕが搬送系１３０ａのスライダー上に並べられた状態となる。また、各々の栽培パネル１１０ａＢ～Ｕはそれぞれの育成期間に合った高さに配置されている光源装置１２０ａＡ～Ｔの下に位置することとなる。

　ここで、さらに２日間の育成がなされ、図６（ａ）に示すように間歇移動が一度おこり、それぞれの栽培パネル１１０ａが上流側から下流側へ一段移動したとし、図６（ｂ）に示すようになったとする。
　図６（ｂ）に示すように、最下流にあった栽培パネル１１０ａＢが育成期間４０日間を終えて回収され、栽培パネル１１０ａＢに植栽されていた植物体２００が収穫される。一方、最上流では新しい栽培パネル１１０ａＶが育成期間０日目として投入される。このように図６（ｂ）では、２０枚の栽培パネル１１０ａＣ～Ｖが搬送系１３０ａのスライダー上に並べられた状態となる。また、各々の栽培パネル１１０ａＣ～Ｖはそれぞれの育成期間に合った高さに配置されている光源装置１２０ａＡ～Ｔの下に位置することとなる。

　このように、所定期間が到来するごとに図５、図６に示すような間歇移動を繰り返して植物体２００の人工栽培を行う。あたかも流れ工程の工業的量産過程を経て、４０日間育成された植物体２００が順々に収穫されてゆく。

　実施例３の植物栽培装置１００ｂは、搬送系がコンベアの場合の構成例である。
　実施例３の植物栽培装置１００ｂは、実施例１と同様に、栽培パネル１１０ｂ、光源装置１２０ｂ、搬送系１３０ｂ、ＬＥＤ照明制御装置（図示せず）を備えた構成であるが、搬送系１３０ｂがコンベア式となっており、栽培パネル１１０ｂはコンベアである搬送系１３０ｂの上を移動する。

　図７（ａ）は、実施例３にかかる植物栽培装置１００ｂを平面から模式的に示した図、図７（ｂ）は実施例３にかかる植物栽培装置１００ｂを側面から模式的に示した図である。植物体２００も簡単に示されている。ごく簡単に示されており、また内部構造が分かりやすいように適宜断面などで図示している。

　栽培パネル１１０ｂのパネル本体は，実施例１と同様で良いが、図７に示すように、コンベアにより支持され、下方が閉鎖されているので、ここでは、栽培パネル１１０ｂが容器となり土壌が充填され、土壌栽培となっているものとする。プランター内の土壌に代えて、土を模した含水性の発泡樹脂素材や砂を模したビーズ状の含水性の樹脂素材などを敷き詰めたものでも良い。

　搬送系１３０ｂはコンベア式であり、コンベアの可動により、上面に載置している栽培パネル１００ｂを水平移動させることができる。コンベアの構造は、ベルトコンベア式、ローラー式、ベアリング式など様々あるがここでは限定されない。この例ではローラー式とする。ローラー式はシャフト軸に中空円筒のローラーを回動可能に装着し、多数本のローラーを並べたものである。つまり、搬送系１３０ｂの上流から下流への搬送方向に対して直交するように多数のローラーを並べた構成となっており、栽培パネル１１０ｂがローラーの上を回転することによりその回転方向、つまり、栽培パネル１１０ｂが搬送系１３０ｂの上流から下流への搬送方向に沿って移動する仕組みとなっている。
　光源装置１２０ｂおよびＬＥＤ照明制御装置は実施例１と同様で良い。

　また、栽培パネル１１０ｂが搬送系１３０ｂのコンベア上を間歇移動する点は実施例１と同様である。コンベアである搬送系１３０ｂには動力装置があり、コンベア上に載置された栽培パネル１１０ｂを移動させることができる。

　次に、本発明の実施例３にかかる植物栽培装置１００ｂによる植物体２００の人工栽培の流れを簡単に説明する。
　図８、図９は、実施例３にかかる植物栽培装置１００ｂの人工栽培の流れを簡単に説明する図である。
　図７の状態では、２０枚の栽培パネル１１０ｂＡ～Ｔが搬送系１３０ｂのコンベア上に並べられている。ここで、２日間の育成がなされ、図８（ａ）に示す間歇移動を行う。

　図８（ａ）に示すように、モータ駆動力によるローラーの回転や、栽培パネル１１０ｂに対する外力によりスライドし、ローラーが回転することにより、それぞれの栽培パネル１１０ｂが上流側から下流側へ一段移動したとし、図８（ｂ）に示すようになったとする。

　図８（ｂ）に示すように、最下流にあった栽培パネル１１０ｂＡが育成期間４０日間を終えて回収され、栽培パネル１１０ｂＡに植栽されていた植物体２００が収穫される。一方、最上流では新しい栽培パネル１１０ｂＵが育成期間０日目として投入される。このように図８（ｂ）では、２０枚の栽培パネル１１０ｂＢ～Ｕが搬送系１３０ｂのコンベア上に並べられた状態となる。また、各々の栽培パネル１１０ｂＢ～Ｕはそれぞれの育成期間に合った高さに配置されている光源装置１２０ｂＡ～Ｔの下に位置することとなる。

　ここで、さらに２日間の育成がなされ、図９（ａ）に示す間歇移動を行う。
　図９（ａ）に示すように、モータ駆動力によるローラーの回転や、栽培パネル１１０ｂに対する外力によりスライドし、ローラーが回転することにより、それぞれの栽培パネル１１０ｂが上流側から下流側へ一段移動したとし、図９（ｂ）に示すようになったとする。

　図９（ｂ）に示すように、最下流にあった栽培パネル１１０ｂＢが育成期間４０日間を終えて回収され、栽培パネル１１０ｂＢに植栽されていた植物体２００が収穫される。一方、最上流では新しい栽培パネル１１０ｂＶが育成期間０日目として投入される。各々の栽培パネル１１０ｂＣ～Ｖはそれぞれの育成期間に合った高さに配置されている光源装置１２０ｂＡ～Ｔの下に位置することとなる。

　このように、所定期間が到来するごとに図８、図９に示すような間歇移動を繰り返して植物体２００の人工栽培を行う。あたかも流れ工程の工業的量産過程を経て、４０日間育成された植物体２００が順々に収穫されてゆく。

　実施例４の植物栽培装置１００ｃは、搬送系が可動台の場合の構成例である。
　実施例４の植物栽培装置１００ｃは、実施例１と同様に、栽培パネル１１０ｃ、光源装置１２０ｃ、搬送系１３０ｃ、ＬＥＤ照明制御装置を備えた構成であるが、搬送系１３０ｂが独立した可動台となっており、栽培パネル１１０ｃは独立した可動台の上に載置された状態で移動して、育成期間に対応した光源装置１２０ｃの下に移動する。

　図１０（ａ）は、実施例４にかかる植物栽培装置１００ｂを平面から模式的に示した図、図１０（ｂ）は実施例４にかかる植物栽培装置１００ｂを側面から模式的に示した図である。植物体２００も簡単に示されている。ごく簡単に示されており、また内部構造が分かりやすいように適宜断面などで図示している。

　栽培パネル１１０ｃのパネル本体は，実施例１と同様で良いが、図１０に示すように、可動台である搬送系１３０ｃにより支持され、下方が閉鎖されているので、ここでは、栽培パネル１１０ｃが容器となり土壌が充填され、土壌栽培となっているものとする。プランター内の土壌に代えて、土を模した含水性の発泡樹脂素材や砂を模したビーズ状の含水性の樹脂素材などを敷き詰めたものでも良い。

　搬送系１３０ｃは独立した可動台である。自走する場合は電気モータ駆動する車輪で自立しており、コンピュータ制御またはリモコン制御により自走し、上面に載置している栽培パネル１００ｃを水平移動させることができる。自走式の可動台である場合には搬送系１３０ｃはコンピュータ制御され、後述する間歇移動の移動方向や移動距離などがプログラミングされており、当該プログラミングにより自走する。
　手動式の可動台の場合、いわゆる台車のように人手で押すことにより車輪が回転して移動させることができる。
　光源装置１２０ｃおよびＬＥＤ照明制御装置は実施例１と同様で良い。

　次に、本発明の実施例４にかかる植物栽培装置１００ｃによる植物体２００の人工栽培の流れを簡単に説明する。
　図１１、図１２は、実施例４にかかる植物栽培装置１００ｃの人工栽培の流れを簡単に説明する図である。ここでは搬送系１３０ｃである独立した可動台は、各々電気モータ駆動する車輪で自立しており、コンピュータ制御またはリモコン制御により自走できるものとする。
　図１０の状態では、２０枚の栽培パネル１１０ｃＡ～Ｊが搬送系１３０ｃである可動台に載置されている。ここで、２日間の育成がなされ、図１１（ａ）に示すように、間歇移動が一度おこり、プログラミングに従い、搬送系１３０ｃである可動台がそれぞれ上流側から下流側へ一段移動したとし、図１１（ｂ）に示すようになったとする。

　図１１（ｂ）に示すように、最下流にあった栽培パネル１１０ｃＡが育成期間４０日間を終えて回収され、栽培パネル１１０ｃＡに植栽されていた植物体２００が収穫される。一方、最上流では新しい栽培パネル１１０ｃＵが育成期間０日目として投入される。このように図１１（ｂ）では、２０枚の栽培パネル１１０ｃＢ～Ｕが搬送系１３０ｃである可動台に載置された状態となる。また、各々の栽培パネル１１０ｃＢ～Ｕはそれぞれの育成期間に合った高さに配置されている光源装置１２０ｃＡ～Ｔの下に位置することとなる。

　ここで、さらに２日間の育成がなされ、図１２（ａ）に示すように、間歇移動が起こり、それぞれの栽培パネル１１０ｃが上流側から下流側へ一段移動したとし、図１２（ｂ）に示すようになったとする。
　図１２（ｂ）に示すように、最下流にあった栽培パネル１１０ｃＢが育成期間４０日間を終えて回収され、栽培パネル１１０ｃＢに植栽されていた植物体２００が収穫される。一方、最上流では新しい栽培パネル１１０ｃＶが育成期間０日目として投入される。このように図１２（ｂ）では、２０枚の栽培パネル１１０ｃＣ～Ｖが搬送系１３０ｃである可動台の上に載置された状態となる。また、各々の栽培パネル１１０ｃＣ～Ｖはそれぞれの育成期間に合った高さに配置されている光源装置１２０ｃＡ～Ｔの下に位置することとなる。

　このように、所定期間が到来するごとに図１１、図１２に示すような間歇移動を繰り返して植物体２００の人工栽培を行う。あたかも流れ工程の工業的量産過程を経て、４０日間育成された植物体２００が順々に収穫されてゆく。

　本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。
　以上、本発明の好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明は、植物工場用の植物栽培装置として広く適用することができる。

　１００　植物栽培装置
　１１０　栽培パネル
　１２０　光源装置
　１３０　搬送系
　１５０　栽培水槽
　２００　植物体

Claims

　人工栽培に供される植物が植え付けられている複数の栽培パネルと、
　前記栽培パネルを所定方向に移動させる搬送装置と、
　前記搬送装置の上方において前記搬送装置の搬送方向に並べ、前記搬送装置を通過する前記栽培パネルに対向するように配置された、人工光源を搭載した複数の光源装置を備え、
　前記光源装置の並びにおいて、各々の前記光源装置の配置高さが、前記搬送装置の搬送が進行するに伴って高くなるようにしたことを特徴とする植物工場における植物栽培装置。
　前記搬送装置の搬送が進行するに伴って高くなる前記光源装置の配置高さが、前記栽培パネルに植栽された前記植物の成長に応じたものであることを特徴とする請求項１に記載の植物工場における植物栽培装置。
　前記光源装置が人工光源素子を多数搭載した光源パネルであり、
　前記光源パネルの大きさと形状が、前記栽培パネルの大きさと形状と略同じものであり、
　前記搬送系の移動方向に沿って前記栽培パネルが連続して並べられ、
　前記搬送系による前記栽培パネルの移動が間歇移動であり、移動方向に沿った一回分の移動により、上流方向にある前記栽培パネルが隣接する下流方向にある前記栽培パネルの位置に順次移動するものである請求項１または２に記載の植物工場における植物栽培装置。
　前記搬送系が水を充填した栽培水槽であり、前記栽培パネルが水に浮く浮島型の栽培パネルであり、所定時間経過すれば前記栽培パネルが所定距離分流れて移動するように調整されたものであり、
　前記光源装置が上方から吊下され、前記搬送系である前記栽培水槽に沿って配置されたものであり、その配置高さが前記搬送系である前記栽培水槽の流動方向に沿って高くなるよう調整されたものであることを特徴とする請求項２に記載の植物工場における植物栽培装置。
　前記搬送系がスライダーであり、前記栽培パネルが前記スライダーに載置されて移動するものであり、所定時間経過すれば前記栽培パネルが所定距離分前記スライダー上を移動するように調整されたものであり、
　前記光源装置が上方から吊下され、前記搬送系に沿って配置されたものであり、その配置高さが前記搬送系の移動方向に沿って高くなるよう調整されたものであることを特徴とする請求項２または３に記載の植物工場における植物栽培装置。
　前記搬送系がコンベア装置であり、前記栽培パネルが前記コンベア装置に載置されて移動するものであり、所定時間経過すれば前記栽培パネルが所定距離分前記コンベア装置上を移動するように調整されたものであり、
　前記光源装置が上方から吊下され、前記搬送系に沿って配置されたものであり、その配置高さが前記搬送系の移動方向に沿って高くなるよう調整されたものであることを特徴とする請求項２または３に記載の植物工場における植物栽培装置。
　前記搬送系が前記栽培パネルの下で前記栽培パネルを支持する可働台であり、前記栽培パネルが前記可働台に載置されたまま前記可働台の移動に伴って移動するものであり、所定時間経過すれば前記栽培パネルが前記可働台と共に所定距離を移動方向に移動するように調整されたものであり、
　前記光源装置が上方から吊下され、前記搬送系である前記可動台の前記移動方向に沿って配置されたものであり、その配置高さが前記移動方向に沿って高くなるよう調整されたものであることを特徴とする請求項２または３に記載の植物工場における植物栽培装置。
　前記光源装置が、昼間を模した時間帯には前記ＬＥＤ素子が点灯し、夜間を模した時間帯には前記ＬＥＤ素子が消灯するように制御するＬＥＤ照明制御装置を備えたものである請求項１から７のいずれかに記載の植物工場における植物栽培装置。
　人工栽培に供される植物が植え付けられている栽培パネルと、前記栽培パネルを所定速度で移動させる搬送装置を備えた植物栽培装置を用いて、
　前記搬送装置の上方において前記搬送装置を通過する前記栽培パネルに対向するように配置し、前記光源装置と前記栽培パネルの相対的な対向距離を、前記搬送装置による前記栽培パネルの搬送の進行に伴って変化させることを特徴とする植物工場における植物栽培方法。
　前記光源装置と前記栽培パネルの対向距離の前記変化が、前記搬送装置による前記栽培パネルの搬送の進行が進むにつれて大きくなるものであり、
　前記搬送装置による前記栽培パネルの搬送の進行に沿った、前記光源装置と前記栽培パネルの対向距離の前記変化の割合が、前記植物の成長に応じたものであることを特徴とする請求項９に記載の植物工場における植物栽培方法。