JP2928465B2 - 環境制御立体植物工場 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、効率良く植物を栽培す
るための多層式の環境制御立体植物工場に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球上の人口が爆発的に増加しつ
つある半面、食料生産量の増加はこれに伴わず、しか
も、異常気象や環境破壊によって農作物は深刻な被害を
被っており、食料の需給バランスは危機に瀕している。
また、現在の農業生産システムでは、自然条件の影響を
大きく受けるので収穫量等が非常に不安定であると共
に、農作業が過酷で将来性に乏しいため若い後継者が育
たず農業従事者の高齢化が進み、これを克服するため
に、高度に環境を制御した工場生産システムに変換する
必要に迫られている。特に、日本のように食料供給の多
くを輸入に依存している国では、将来の食料逼迫の事態
に備えて、自給率を高めること及びコストの国際競争力
を高めることが急務となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、多段に積層
された栽培棚に太陽光を十分照射することにより、砂漠
地帯，山岳地帯等の過酷な立地条件であっても、野菜及
び穀物を効率良く且つ安定的に生産でき、ひいては世界
的な飢餓状況を解消するのに貢献することが可能であ
り、栽培棚の重量を中央部と周縁部の複数の棚受け台と
で分散して支持するため、大型化することができると共
に、栽培棚の面積等に応じた各栽培棚間の高さの変化に
対応することができ、破損した際に部品交換が容易な環
境制御立体植物工場を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の環境制御立体植
物工場は、上記目的を達成するために、支柱を立設する
と共に、該支柱を中心とする平面形の周縁上に、前記支
柱から独立した複数の棚受け台を適宜間隔をおいて立設
し、前記支柱の外周に、複数段の筒体と、これら筒体の
上端に設置された環状フランジとから成る支持部を適宜
段数積み重ねて外嵌し、各支持部の上端に、前記棚受け
台によって囲まれる平面形の一部を覆う形状の複数の栽
培棚を、その内方が前記支持部の環状フランジによって
支持され、外端部が前記棚受け台によって支持されるよ
うに、且つ高さ方向において隣接する前記栽培棚が上下
に重ならないように水平方向に展開可能に設ける。

【０００５】前記平面形及び栽培棚を略矩形とし、該栽
培棚を前記環状フランジ及び棚受け台に固定することが
ある。また、前記平面形を円形とし、栽培棚の一部を支
柱を中心に回動自在に支持し、前記棚受け台の回動する
栽培棚が設置される高さに前記円形の円周に沿ってレー
ルを配設すると共に、該レールによって前記回動する栽
培棚の外方を支持し、回動する栽培棚を駆動する駆動装
置を設けることがある。この時、上下に隣接する栽培棚
が位相を変えて回転するように制御する制御装置を設け
ることがある。

【０００６】次の構成を有することは望ましい。支柱の
上端に開閉自在の屋根板を取付けること。平面形の外周
に臨んで昇降装置を設けること。栽培棚の側面を覆う開
閉自在な遮蔽壁を設けること。栽培棚の上に水耕容器を
設けると共に、ナトリウムランプを設置し、炭酸ガス、
酸素及び養分の補給装置を設けること。低層部分を住居
とすること。

【０００７】

【作用】栽培棚を多層としたことによって、敷地面積に
対する耕作面積を増大させ、上下に隣接する栽培棚が重
ならないようにしたことにより、上下の栽培棚間の間隔
を広くし、これによって栽培棚の上面において栽培され
る植物に十分に太陽光を照射する。また、各環状フラン
ジ間の筒体の数を変えて支持部の高さすなわち栽培棚間
の間隔を調節し、支持部及び栽培棚のいずれかの部品が
破損したときは支柱から抜いて交換する。

【０００８】栽培棚を回動自在としたことにより、上下
に隣接する栽培棚を重ねることが可能となり、この結
果、必要に応じて太陽光が遮られる。また、屋根板を開
閉してさらに太陽光の照射量を調節し、夜間あるいは冬
期の気象条件が不適当な時は、遮蔽壁を広げて栽培装置
の側面を覆い、外界と栽培装置の内部とを遮断する。

【０００９】さらに、水耕容器内で植物を栽培すること
によって土の使用及び農薬の使用を不要とし、ナトリウ
ムランプの照射によって太陽光線の不足を補うと共に、
補給装置を介して養分、炭酸ガスを補給し、水耕容器内
を一定条件に保持し、酸素を補給して腐食を防ぐ。ま
た、低層部分を住居としたことにより、居住者への新鮮
な農作物の供給を可能とし、食料消費地帯での自給機能
を付与する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１及び図２において、環境制御立体植物
工場１は適宜大きさの円周に沿って等間隔に立設された
６本の棚受け台２と、該棚受け台２が構成する円周の中
心に立設された支柱３と、支柱３の外周に外嵌された複
数段の支持部１７と、棚受け台２によって囲まれた水平
円の半径を含んでその一部を覆う形状であって、支持部
１７の上端に水平に配置された複数の栽培棚４と、支柱
３の上端部に設けられた栽培棚４とほぼ同形の屋根板５
とを有する。

【００１１】栽培棚４は高さ方向に人間が立って作業で
きる高さすなわち約２．５ｍ程度の間隔をあけて上下に
９層或いは１２層積層され、図３に示すように、外縁が
前記水平円を円周に沿って略６等分された扇形状体をそ
の頂部を介して直線状に２枚連結した形状をなし、その
中心部に支柱３を挿通するための挿通孔１６が穿設さ
れ、必要に応じて栽培棚４の上面周囲に手摺または腰壁
が設けられている。また、栽培棚４は、図１に示すよう
に、１階から２階おきにすなわち１階，４階，７階，１
０階が支柱３及び棚受け台２に固定された固定栽培棚４
ａとされ、固定栽培棚４ａの間の２層は支柱３を中心に
回動する可動栽培棚４ｂとされ、図４に示すように、可
動栽培棚４ｂの外周の円弧部下面に回転輪８が取付けら
れている。

【００１２】さらに、栽培棚４は複数の桟を組み合わせ
たものの上面に床板を張設してなり、その上面に水耕容
器が設けられ、水耕容器の上方には補光用の高圧ナトリ
ウムランプが設置され、水耕容器内には培養液が収納さ
れると共に、養分及び炭酸ガスを補給する補給装置が設
置されている。また、水耕容器に圧搾空気を送る補給装
置も設けられ、培養液の中に酸素を補給できるようにな
っている。

【００１３】また、図４に示すように、栽培棚４の上面
外周縁には、シャッター等の遮蔽壁２６を案内する複数
のガイドレール２５が適宜間隔をおいて立設され、必要
に応じて遮蔽壁２６を引き出し、栽培棚４の周囲を覆う
ことができるようになっている。

【００１４】なお、植物工場１が小規模で高さが低い場
合は、各階ごとに遮蔽壁２６を設けず、固定栽培棚４ａ
の四隅部に位置する棚受け台２の外側にガイドレール２
５を立設し、植物工場１全体をその高さ方向全長或いは
固定栽培棚４ａ間の距離に相当する長さの遮蔽壁２６で
覆うようにしても良い。また、遮蔽壁２６が横引き式の
場合は、ガイドレール２５に代わって遮蔽壁２６を収納
する収納ボックスを立設し、その上下に栽培棚４の外周
に沿ってガイドレールを配設すると良い。

【００１５】棚受け台２は、図５に示すように、垂直部
６の内面が平面視略円弧状を成すように湾曲し、垂直部
６の内面から栽培棚４の外端下面をそれぞれ支持する複
数の棚受け片７が張り出されている。また、図２及び図
５に示すように、可動栽培棚４ｂを支持する棚受け片７
の上面に、前記水平円の円周に沿って配置されるレール
２３が支持され、可動栽培棚４ｂの回転輪８がこのレー
ル２３に沿って移動するようになっている。

【００１６】さらに、棚受け台２は前記水平円の円周を
６等分した位置に立設されているので、栽培棚４を前記
水平円の全面を覆うようにずらして配置したときに、水
平方向に隣接する栽培棚４の隅部が棚受け台２によって
確実に支持されるようになっている。

【００１７】また、前記水平円の外周において、固定栽
培棚４ａの円弧状周縁に臨んでエレベーター等の昇降装
置９が設置され、人間、苗床、作物及び耕作用具等を搬
送できるようになっており、この昇降装置９は固定栽培
棚４ａの外周縁又は棚受け台２に固定され支持されてい
る。なお、栽培棚４は、図９に示すように、１枚の前記
扇形状体を支柱３の片側のみに設けたものとすることも
でき、栽培棚４を構成する扇形状体の頂角の角度を、図
１０及び図１１に示すように、９０度或いは１８０度に
することも可能であって、これに応じて、棚受け台２を
立設する間隔は適宜変更される。頂角の角度が９０度或
いは１８０度の栽培棚４の場合は、固定栽培棚４ａと可
動栽培棚４ｂとを交互に配置する。

【００１８】支柱３は直径２５cm程度の円パイプより成
り、階数が多くて長い支柱３を必要とする場合は、図６
に示すように、複数の円パイプ１３を高さ方向に継ぎ足
し、その接続部内面に環状の短パイプ２４を重合し、円
パイプ１３と短パイプ２４に皿ビス１４が螺合され接合
されている。また、支柱３の外周囲に嵌合される支持部
１７は栽培棚４間の間隔に等しい高さを有し、図７に示
すように、上下に複数段積み重ねられる筒体１０と、筒
体１０のさらに上端面に積み重ねられる環状フランジ１
１とから成る。

【００１９】可動栽培棚４ｂを支持する環状フランジ１
１の上面には、環状のスラストベアリング２０が取付け
られ、スラストベアリング２０の上面に可動栽培棚４ｂ
の内周部が載置されている。

【００２０】また、可動栽培棚４ｂを支持する環状フラ
ンジ１１の上面または棚受け片７の上面に、可動栽培棚
４ｂの下面に形成された開口２１より突出する第１のベ
ベルギア１９に噛み合う第２のベベルギア１５が円周方
向に沿って装着されている。そして、第１のベベルギア
１９は電動モータ等の図示しない駆動装置によって回動
される回転軸の先端に装着されており、駆動装置によっ
て第１のベベルギア１９が回転すると、第２のベベルギ
ア１５に噛み合って第１のベベルギア１９が円周に沿っ
て回動して、可動栽培棚４ｂが支柱３を中心として回動
するようになっている。なお、駆動装置は、第１のベベ
ルギア１９のすべてを駆動するものであっても、各階ご
とに設けられたものであっても良い。また、隣接する栽
培棚４が重ならないように、上下に隣接する可動栽培棚
４ｂを交互に或いは時間差を設けて位相を変えて回転さ
せる制御装置を駆動装置に連絡すると便利である。

【００２１】屋根板５はアクリル等の透明又は半透明の
素材により構成され、図８に示すように、栽培棚４の半
部とほぼ同じ平面形状を有し、２枚の扇形片２２ａ，２
２ｂがその頂部において支柱３を中心に回動可能に枢着
され、片側の扇形片２２ｂを回動して前記２枚の扇形片
２２ａ，２２ｂを重ねることにより屋根を開放すること
ができるようになっている。また、屋根板５の上面に太
陽エネルギーを吸収するパネルを設置し、これにより得
られた電力を駆動装置の電源として利用したり、太陽熱
によって暖められた温水を暖房用として利用することも
できる。

【００２２】次に、この環境制御立体植物工場１の建設
方法について説明する。まず、円周に沿って６か所に棚
受け台２の一階部分を鉄筋コンクリート等によって構築
し、その中心に支柱３を立設し、一階の栽培棚４の挿通
孔１６に支柱３を挿通して基礎上に降下させ、一階の栽
培棚４は固定栽培棚４ａなので、これをボルト１２で基
礎及び１階部分の棚受け片７に固定する。次いで、支柱
３の上端から最下部の支持部１７を構成する複数の筒体
１０及び環状フランジ１１を通し、この支持部１７の下
端面で栽培棚４の内周部上面を抑え、筒体１０及び環状
フランジ１１を支柱３にボルトで固定する。

【００２３】次に、棚受け台２の２階部分を構築し、可
動栽培棚４ｂである２階の栽培棚４を支柱３の頂部から
通し、その中央部を環状フランジ１１の上面に装着され
たスラスト荷重用ベアリング２０の上に載置し、栽培棚
４に設けられた第１のベベルギア１９と環状フランジ１
１又は棚受け片７の上面に設けられた第２のベベルギア
１５とを噛み合わせ、栽培棚４の外周部に取り付けられ
た回転輪８を棚受け片７の上面に装着されたレール２３
の上に載置する。さらに、２階の栽培棚４と同様にして
３階部分の可動栽培棚４ｂを取り付け、１階部分と同様
に４階の固定栽培棚４ａを構築し、これを順次繰り返し
て最上階まで建設したら支柱３の上端部に屋根板５を取
付ける。

【００２４】なお、上記のように筒体１０及び環状フラ
ンジ１１を支柱３にボルトで固定すると、栽培棚４及び
支持部１７の重量は支柱３及び棚受け片７で支持されて
下階の可動栽培棚４ｂに加わらないので、可動栽培棚４
ｂの回動を阻害することはない。

【００２５】次に、この環境制御立体植物工場１の使用
方法を説明する。天気が良い時は、駆動装置を動かして
第１のベベルギア１９を回転させ、これを第２のベベル
ギア１５のまわりに支柱３を中心として回動させ、固定
栽培棚４ａとその直上の可動栽培棚４ａ及びさらにその
直上の可動栽培棚４ｂが６０度ずつ位相がずれるように
それぞれ回動し、６本の棚受け台２によって囲まれた水
平円の全面に亘って栽培棚４が広げられる。

【００２６】すると、栽培棚４は３階ごとに上下に重な
り、上下に重なる栽培棚４間の間隔は７ｍ以上となるの
で、全ての栽培棚４の上面の作物に太陽光が照射され
る。また、天気が悪い時あるいは風が強い時は、可動栽
培棚４ｂを固定栽培棚４ａに重なる位置まで逆に回動
し、栽培棚４の上面に当たる太陽光を遮り、必要であれ
ば遮蔽壁２６を拡げて栽培棚４の外周囲を覆う。

【００２７】なお、栽培棚４の積層数、階高及び直径な
らびに棚受け台２の設置間隔は適宜変更することが可能
であり、棚受け台２に取付けられたレール２３をコンベ
ア状の可動レールとし、このレール２３を動かすことに
よってその上に載置された可動栽培棚４ｂを回動させる
ようにしても良い。また、可動栽培棚４ｂを回動する駆
動装置は電動モータに限定されるものではなく、可動栽
培棚４ｂから垂らしたチェーンを地上の機動車で牽引し
たり、屋上に設置したクレーンによって動かすこともで
き、小規模のものであれば、人力あるいは家畜の力によ
って動かすことも可能である。

【００２８】さらに、１階、２階等の低層部分に住居を
設けると、新鮮な食料を居住者に供給することができ、
屋根パネル５の上方に貯水槽を設けて雨水を溜めるよう
にすると、水不足のときあるいは降水量の少ない地域で
あっても農作物の栽培が可能となる。

【００２９】図１２は本発明の他の実施例を示す。栽培
棚４は、前記円周に内接し、且つ短辺の長さが前記円周
を６等分した円弧の弦とほぼ等しい長方形状をなし、そ
の中心部に支柱３を挿通するための挿通孔１６が穿設さ
れている。

【００３０】また、可動栽培棚４ｂの四隅下面に回転輪
８が装着され、この回転輪８がレール２３の上を移動す
るようになっている。さらに、栽培棚４の各辺中央部
は、四隅の回転輪８が移動する軌跡である前記円周から
離れているので、中心部に設置されている支柱３の径を
太くして昇降装置９を支柱３の内部に設けると、昇降装
置９への乗り降りに便利である。なお、本実施例におけ
るその他の構成及び施工方法は図１に示す実施例とほぼ
同様なので、同一部分に同一符号を付して説明を省略す
る。

【００３１】図１３は本発明のさらに他の実施例を示
す。棚受け台２は支柱３を中心とする略矩形の平面形の
四隅及びその中間部に立設され、栽培棚４は支柱３を通
って前記矩形を半分に切断した形状をなす。

【００３２】また、栽培棚４は、前記矩形の一半分を覆
うものと他半分を覆うものとが平面方向において交互に
齟齬するように配置され、各栽培棚４の内側部が環状フ
ランジ１１の上面に載置されてこれにボルトで固定され
ると共に、外側部が受け台２の受け片７の上面に載置さ
れて同じくこれにボルトで固定されている。

【００３３】なお、この植物工場１の外形である前記矩
形は、図１３に示すもののように正方形に近いものとす
ることも、図１４に示すもののように長方形状とするこ
ともできる。また、この実施例に於ては、昇降装置９が
階段の場合は外周部に設けることができるが、エレベー
ターの場合は支柱３の内部に設ける。その他の構成及び
施工方法は図１に示す実施例とほぼ同様なので、同一部
分に同一符号を付して説明を省略する。

【００３４】

【発明の効果】本発明の環境制御立体植物工場は、狭い
土地であっても栽培棚を多層に重ねることによって耕作
面積が大幅に増大し、しかも高さ方向において隣接する
栽培棚が上下に重ならないように展開されるので、多層
にしても各栽培棚に十分太陽光が照射され、このため、
効率良く植物を栽培することができて作物の収穫量が増
加し、農地以外の土地でも農作物を栽培することができ
るので、世界的な農地の減少による食糧危機を解消する
一助となる。

【００３５】また、複数段の筒体及び環状フランジを積
み重ねて栽培棚を支持する支持部を構成しているので、
栽培棚の面積等に応じて栽培棚間の距離を変えたいとき
は、各環状フランジ間の筒体の数を増減することによっ
て容易に対応することができ、筒体、環状フランジ及び
栽培棚のいずれかが破損したときは、支柱から引き抜い
て簡単に交換することが可能である。さらに、各階の重
量が支持部及び外周に設けられた複数の棚受け台によっ
て分散して支持され、各栽培棚は地震等の振動に対して
それぞれ自由に動くことができるため、振動にも強く耐
震性が高い。

【００３６】なお、栽培棚の一部を回動可能とすると、
天気が良い時は可動の栽培棚を回動して上下に隣接する
栽培棚が重ならないように広げ、すべての栽培棚の上面
に十分太陽光が当たるようにすることができ、天気が悪
い時や強風の時あるいは陽射しが強すぎる時は、栽培棚
を逆に回動してすべての栽培棚を重ね、栽培棚の上面に
当たる太陽光を遮ることができ、このため、栽培棚の上
面において栽培される植物にコントールしながら太陽光
を照射することが可能で、立地条件に左右されず安定し
て植物を栽培することができる。この場合、上下に隣接
する栽培棚が位相を変えて回転するように制御する制御
装置を設けると、必要に応じてすべての栽培棚に自動的
に十分日光を照射することができる。

【００３７】また、開閉自在の屋根板を設け、栽培棚の
側面を覆う遮蔽壁を設けると、太陽光の照射を完全にコ
ントロールすることができ、栽培装置内部と外界とを遮
断して温度の低下及び上昇を防ぎ、常に室内温度を一定
に保って寒冷地等でも無理なく植物を栽培することが可
能となる。さらに、栽培棚の上面に水耕容器を設けると
共に、ナトリウムランプを設置し、炭酸ガス、酸素及び
養分の補給装置を設ければ、土によらず農作物を栽培す
るので耕うん、除草等の農作業を省き、病気および害虫
による汚染を防いで農薬の使用を省略することができ、
太陽光線が不足する際はナトリウムランプで補光し、必
要に応じて炭酸ガス及び養分を補給して栽培条件を完全
にコントロールすると共に、酸素を供給して腐食を防止
することが可能であり、このため、一年を通じて清浄な
農作物を確実に生産することができる。

【００３８】また、低層部分に住居を設けると、上層で
栽培された新鮮な農作物を居住者に直接供給することが
でき、このような植物工場を都会に建設することによっ
て、食料消費地帯での自給施設としての機能を果たすこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す環境制御立体植物
工場の縦断面図

【図２】栽培棚の平面図

【図３】本発明の第１の実施例を示す環境制御立体植物
工場の平面図

【図４】本発明の第１の実施例を示す環境制御立体植物
工場の要部拡大縦断面図

【図５】棚受け台及びレールの平断面図

【図６】支柱の要部縦断面図

【図７】支柱、支持部及び栽培棚の嵌合部の縦断面図

【図８】屋根板の平面図

【図９】本発明の第２の実施例に係る栽培棚の平面図

【図１０】本発明の第３の実施例に係る栽培棚の平面図

【図１１】本発明の第４の実施例に係る栽培棚の平面図

【図１２】本発明の第５の実施例を示す環境制御立体植
物工場の平断面図

【図１３】本発明の第６の実施例を示す環境制御立体植
物工場の平断面図

【図１４】本発明の第７の実施例を示す環境制御立体植
物工場の平断面図

【符号の説明】

１ 環境制御立体植物工場 ２ 棚受け台 ３ 支柱 ４ 栽培棚 ４ａ 固定栽培棚 ４ｂ 可動栽培棚 ５ 屋根板 ６ 垂直部 ７ 棚受け片 ８ 回転輪 ９ 昇降装置 １０ 筒体 １１ 環状フランジ １２ ボルト １３ 円パイプ １４ 皿ビス １５ 第２のベベルギア １６ 挿通孔 １７ 支持部 １９ 第１のベベルギア ２０ スラストベアリング ２１ 開口 ２２ａ，２２ｂ 扇形片 ２３ レール ２４ 短パイプ ２５ ガイドレール ２６ 遮蔽壁

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支柱を立設すると共に、該支柱を中心と
   する平面形の周縁上に、前記支柱から独立した複数の棚
   受け台を適宜間隔をおいて立設し、前記支柱の外周に、
   複数段の筒体と、これら筒体の上端に設置された環状フ
   ランジとから成る支持部を適宜段数積み重ねて外嵌し、
   前記各支持部の上端に、棚受け台によって囲まれる平面
   形の一部を覆う形状の複数の水平な栽培棚を、その内方
   が前記支持部の環状フランジによって支持され、外端部
   が前記棚受け台によって支持されるように、且つ高さ方
   向において隣接する前記栽培棚が上下に重ならないよう
   に水平方向に展開可能に設けたことを特徴とする環境制
   御立体植物工場。
2. 【請求項２】 前記平面形及び栽培棚が略矩形であっ
   て、該栽培棚を前記環状フランジ及び棚受け台に固定し
   たことを特徴とする請求項１に記載された環境制御立体
   植物工場。
3. 【請求項３】 前記平面形が円形であって、前記栽培棚
   の一部を前記支柱を中心に回動自在に支持し、前記棚受
   け台の前記回動する栽培棚が設置される高さに前記円形
   の円周に沿ってレールを配設し、該レールによって前記
   回動する栽培棚の外方を支持し、前記回動する栽培棚を
   駆動する駆動装置を設けたことを特徴とする請求項１に
   記載された環境制御立体植物工場。
4. 【請求項４】 上下に隣接する栽培棚が位相を変えて回
   転するように制御する制御装置を設けたことを特徴とす
   る請求項３に記載された環境制御立体植物工場。
5. 【請求項５】 支柱の上端に開閉自在の屋根板を取付け
   たことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載さ
   れた環境制御立体植物工場。
6. 【請求項６】 前記平面形の外周に臨んで昇降装置を設
   けた請求項１乃至請求項５のいずれかに記載されたの環
   境制御立体植物工場。
7. 【請求項７】 前記栽培棚の側面を覆う開閉自在な遮蔽
   壁を設けた請求項１乃至６のいずれかに記載された環境
   制御立体植物工場。
8. 【請求項８】 栽培棚の上に水耕容器を設けると共に、
   ナトリウムランプを設置し、炭酸ガス、酸素及び養分の
   補給装置を設けた請求項１乃至７のいずれかに記載され
   た環境制御立体植物工場。
9. 【請求項９】 低層部分を住居とした請求項１乃至８の
   いずれかに記載された環境制御立体植物工場。