JP5873950B1

JP5873950B1 - 植物栽培装置

Info

Publication number: JP5873950B1
Application number: JP2015196978A
Authority: JP
Inventors: 森　秀樹; 秀樹森
Original assignee: 社会福祉法人あさみどりの会
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2035-10-02
Also published as: JP2017063765A

Abstract

【課題】根菜、草花、果樹又は植木を含む土耕栽培について、それらの生育速度を制御する植物栽培装置を提供する。【解決手段】植物栽培装置１０は、土耕栽培ユニットと、水又は培養液を貯留するタンクを有し、土耕栽培ユニットにおける光照射及び給水を制御する制御ユニット７０と、を備え、土耕栽培ユニットが、根菜の生育速度及び収穫時期を制御する根菜生育ユニット３０、植物の生育速度を制御する生育床ユニット４０、及び植物の発芽速度を制御する育苗床ユニット５０の少なくとも１つを含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、植物栽培装置に関する。

植物工場（植物栽培装置）は、１９８３年末から１９８７年にかけて宇宙技術開発の一環としてスペースコロニーに搭載する予定で開発が進められていた経緯がある。その後、宇宙空間での野菜大量栽培を目的とした極限空間利用技術として、植物の成長に合わせて前後左右にピッチを広げながら移動するコンベアを搭載した全自動の栽培装置が開発された。しかし、植物工場で生育された野菜は、当時、「人工的に育成された野菜＝体に悪い」という風潮が強く、栄養価が２０％も高いにもかかわらず市場では敬遠されがちであった。そこで、植物の生育速度が露地物の７．５倍というメリットを生かして、植物工場は、主に農業高校や大学農学部などにおける研究用の品種改良実験機として使用されてきた。

現在では、比較的小さな倉庫程度の大きさのものや、例えば、東日本大震災で甚大な被害を出し、放射能汚染が解決しない福島県において、大型の植物工場が建設され、稼動している。もともと極限空間利用技術であることから、大地が使えない空間での利用という意味において、植物工場は一つの解決策を提案している。

ここで、植物工場は、前述のとおり、もともとはスペースコロニーに搭載することを前提として開発された技術である。この開発の過程で栽培方式として水耕栽培（例えば、特許文献１）が重視されたが、その背景には、スペースコロニーまでの運搬コストの問題とメンテナンスの問題がある。しかし、最初から地上の特定された場所を前提にするのであれば、主に葉物野菜が中心となる水耕栽培にこだわる理由はなく、むしろ水耕栽培ではできない根菜、草花、果樹、植木などの土耕栽培も視野に入れた植物工場が、望まれるところである。さらには、市場への流通のみならず、例えば障害者施設や病院などに植物栽培装置を設置すれば、施設入居者や入院患者と周辺の住民との協働により、自産自消、生きがい作りなどの効用も大きく期待できるとともに、植物栽培の人材の雇用確保にもつながる。

特開２００６−２６２７５０

本発明は、このような事情に鑑み、根菜、草花、果樹又は植木を含む土耕栽培について、それらの生育速度を制御する植物栽培装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成によって把握される。
（１）本発明に係る第１の観点は、植物栽培装置であって、土耕栽培ユニットと、水又は培養液を貯留するタンクを有し、前記土耕栽培ユニットにおける光照射及び給水を制御する制御ユニットと、を備え、前記土耕栽培ユニットが、根菜の生育速度及び収穫時期を制御する根菜生育ユニット、植物の生育速度を制御する生育床ユニット、及び植物の発芽速度を制御する育苗床ユニットの少なくとも１つを含み、前記根菜生育ユニット、前記生育床ユニット及び前記育苗床ユニットが、それぞれ、給水手段を備え、各給水手段が、前記制御ユニットと接続された給水管と、前記給水管の先端にあって水又は培養液を噴霧状に給水する噴霧手段とを有し、前記制御ユニットが、給水時刻になると前記根菜生育ユニット、前記生育床ユニット及び前記育苗床ユニットのいずれかを示す報知ランプを点滅させて給水の開始を利用者に促し、一定時間内に給水が開始されないときは自動的に給水を開始するように、前記給水手段を制御することを特徴とする植物栽培装置。

（２）上記（１）において、前記根菜生育ユニット、前記生育床ユニット及び前記育苗床ユニットが、それぞれ、上下移動可能に設けられた光照射手段を備え、各光照射手段は、光源と、前記光源を支持する支持体と、前記支持体の下側に取替え可能に設けられ前記光源から照射された光を変色する変光手段とを有してもよい。

（３）上記（１）において、前記根菜生育ユニットは、前記根菜の苗を植える縦長の苗床と、前記苗床を受容するスタンドと、を備えてもよい。

（４）上記（１）において、前記生育床ユニットは、前記植物の苗木を植える苗木栽培容器と、前記苗木栽培容器を載置する、前後移動可能に設けられた第１引出しプレートと、を備えてもよい。

（５）上記（１）において、前記育苗床ユニットは、前記植物の苗を植える育苗床と、前記育苗床を受容する箱体と、前記箱体を載置する、前後移動可能に設けられた第２引出しプレートと、を備えてもよい。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つにおいて、さらに、水耕栽培ユニットを備え、前記水耕栽培ユニットが、植物を保持する水耕栽培用プレートと、内部に貯留した水耕栽培用培養液を前記水耕栽培用プレートの下面側から植物に供給する水耕栽培用ベッドと、上下移動可能に設けられた光照射手段であって、光源と、前記光源を支持する支持体と、前記支持体の下側に取替え可能に設けられ前記光源から照射された光を変色する変光手段とを有する前記光照射手段と、を備えてもよい。

本発明によれば、根菜、草花、果樹又は植木を含む土耕栽培について、それらの生育速度を制御する植物栽培装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る植物栽培装置を示す正面図である。同じく、根菜生育ユニットの内部を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。同じく、生育床ユニットの内部を示す図である。同じく、育苗床ユニットの内部を示す図である。同じく、ペットボトルを利用した根菜の栽培を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）を、添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

＜植物栽培装置１０の全体構成＞
本発明の実施形態に係る植物栽培装置１０について、まず、その全体構成を説明する。図１は、それぞれ植物栽培装置１０の正面図を示している。植物栽培装置１０は、各ユニットを組合せ可能に構成されており、ここでは、左側上段に備品ユニット２０、左側下段に根菜生育ユニット３０、中央上段に生育床ユニット４０、中央下段に育苗床ユニット５０、右側上段に水耕栽培ユニット６０、右側下段に制御ユニット７０、を備えた場合を示している。根菜生育ユニット３０、生育床ユニット４０、育苗床ユニット５０は、土耕栽培ユニットである。

各ユニットは、その需要に応じて、その大きさや相対的な位置関係を採用することができ、組み合わせるユニットも、適宜選択できる。図１では、正面の間口が全体で約３ｍ程度、高さ１．５ｍ程度、奥行き１ｍ程度とした場合を例示しているが、もちろん、これらの寸法に限られるものではない。

各ユニットの構成は後述するが、根菜生育ユニット３０、生育床ユニット４０、育苗床ユニット５０、水耕栽培ユニット６０は、それぞれ正面に有する扉によって密閉される。そして、根菜生育ユニット３０、生育床ユニット４０、育苗床ユニット５０、水耕栽培ユニット６０の内部には、制御ユニット７０によって制御される光照射手段、給水手段が配置されている。

＜備品ユニット２０＞
備品ユニット２０は、植物の栽培に必要な道具類、設備の維持管理に必要な工具類、予備的な植物の種類、光照射手段や給水手段における消耗品などを収納しておくスペースである。

＜根菜生育ユニット３０＞
根菜生育ユニット３０は、根菜又は樹木の苗を栽培するユニットである。根菜とは、野菜のうち、土壌中にある部分を食用するものの総称である。根菜の食用部位は必ずしも植物学上の根ではなく、根、地下茎、鱗茎、担根体やこれらと他の器官の複合体である場合がある。例えば、根を食用するものとしては、ゴボウ、ニンジン、ダイコン、サツマイモなど、地下茎を食用するものとしては、コンニャク、レンコン、ジャガイモなど、鱗茎を食用するものとしては、タマネギ、エシャロット、ニンニクなど、担根体を食用するものとしては、ナガイモ、ヤマイモなどが、それぞれ含まれる。

本実施形態に係る根菜生育ユニット３０では、図２に示すように、栽培する根菜又は樹木の苗に応じて適切な大きさの縦長の苗床３１を用意し、これに培養土を埋め込んで、スタンド３２に立て掛けて保持する。縦長の苗床３１としては、例えば、手近なものとして塩ビ管を用いることができる。その大きさは、栽培する根菜又は樹木の苗に応じて適切なものを採用してよいが、ここでは、内径が２００ｍｍ、長さが５００ｍｍ程度とした場合の縦長の苗床３１を図示している。

スタンド３２は、根菜生育ユニット３０を容易に運搬可能にするため、図２では、台車３３に載置した例を示している。このように台車３３に載置すると、例えば、根菜生育ユニット３０すなわち植物栽培装置１０の外部で収穫を行うことができるので便宜となる。ただし、台車３３は必ずしも配置されなくてもよく、スタンド３２にキャスター（不図示）を設けたり、スタンド３２を箱体（不図示）に載置したりすることによって、押し入れたり引っ張り出せるようにしてもよい。台車３３がない場合には、縦長の苗床３１の長さをその分だけ長く設定できるというメリットがある。

光照射手段としては、支持体３４に取り付けた光源３５としての蛍光灯３５により、縦長の苗床３１に植えた根菜又は樹木の苗に、定期的に一定時間、光を照射する。支持体３４は、根菜又は樹木の苗の生長に伴って適切な距離を保てるように上下調節可能に設けられている。また、支持体３４の下方には蛍光灯３５から照射された光を変色する変光手段３６としてのカラーアクリルボード３６が設けられている。カラーアクリルボード３６は根菜生育ユニット３０の前面（手前側）より取り変え可能になっており、生育速度や収穫時期を促進、遅延を制御することができる。なお、光源である蛍光灯３５は、ＬＥＤ３５をもって代えてもよい。また、光照射手段及び変光手段として、栽培する植物や時期に適合させるため、光源自体を波長変更可能なものとしてもよい。

給水手段としては、制御ユニット７０と接続された給水管３７と、給水管３７の先端にあって水又は培養液を噴霧状に給水する噴霧手段３８としてのスプレーノズル３８が設けられている。スプレーノズル３８は、縦長の苗床３１の上端近傍すなわち縦長の苗床３１に詰め込まれた培養土の表面に噴霧状の給水を行う位置であって、植えられた根菜又は樹木の苗の生育を妨げないようにそれらの挟んで両側から斜めに給水するように設けられている。これにより、縦長の苗床３１に植えられた根菜又は樹木の苗にダメージを与えない給水を可能とするとともに、根菜生育ユニット３０内の湿度を保つことができる。

＜生育床ユニット４０＞
生育床ユニット４０は、花草木の苗木を鉢植えにして栽培するユニットである。本実施形態に係る生育床ユニット４０では、図３に示すように、栽培する花草木の苗木に応じて適切な大きさの植木鉢、ポット、プランターなどの苗木栽培容器４１を用意し、これに培養土を埋め込んで、引出しプレート４２（第１引出しプレート）に載置する。引出しプレート４２は、生育床ユニット４０の内部の棚４３に設けられているレール４３１に沿って前後移動可能となっている。ここで、図３では、棚４３について一段の場合を図示しているが、一段に限ることなく、栽培する花草木に応じて、生育床ユニット４０の高さとの関係が許せば、二段以上の多段式としても差し支えない。

光照射手段としては、支持体４４に取り付けた光源４５としての蛍光灯４５により、苗木栽培容器４１に植えた花草木に、定期的に一定時間、光を照射する。支持体４４は、花草木の苗木の生長に伴って適切な距離を保てるように上下調節可能に設けられている。また、支持体４４の下方には蛍光灯４５から照射された光を変色する変光手段４６としてのカラーアクリルボード４６が設けられている。カラーアクリルボード４６は生育床ユニット４０の前面（手前側）より取り変え可能になっており、生育速度を促進、遅延を制御することができる。なお、光源である蛍光灯４５は、ＬＥＤ４５をもって代えてもよい。また、光照射手段及び変光手段として、栽培する植物や時期に適合させるため、光源自体を波長変更可能なものとしてもよい。

給水手段としては、制御ユニット７０と接続された給水管４７と、給水管４７の先端にあって水又は培養液を噴霧状に給水する噴霧手段としてのスプレーノズル４８が設けられている。スプレーノズル４８は、苗木栽培容器４１の上端近傍すなわち苗木栽培容器４１に詰め込まれた培養土の表面に噴霧状の給水を行う位置であって、植えられた花草木の生育を妨げないようにそれらを挟んで両側から斜めに給水するように設けられている。これにより、苗木栽培容器４１に植えられた花草木にダメージを与えない給水を可能とするとともに、生育床ユニット４０内の湿度を保つことができる。

＜育苗床ユニット５０＞
育苗床ユニット５０は、根菜や花草木の苗を栽培するユニットである。本実施形態に係る育苗床ユニット５０では、図４に示すように、培養土の育苗床５１とこれを受容する箱体５１１を用意し、箱体５１１を引出しプレート５２（第２引出しプレート）に載置する。引出しプレート５２は、育苗床ユニット５０の内部の基台５３に設けられているレール５３１に沿って前後移動可能となっている。

光照射手段としては、支持体５４に取り付けた光源５５としての蛍光灯５５により、育苗床５１に植えた根菜や花草木の苗（発芽）に、定期的に一定時間、光を照射する。支持体５４は、根菜や花草木の苗の生長に伴って適切な距離を保てるように上下調節可能に設けられている。また、支持体５４の下方には蛍光灯５５から照射された光を変色する変光手段５６としてのカラーアクリルボード５６が設けられている。カラーアクリルボード５６は育苗床ユニット５０の前面（手前側）より取り変え可能になっており、発芽速度を促進、遅延を制御することができる。なお、光源である蛍光灯５５は、ＬＥＤ５５をもって代えてもよい。また、光照射手段及び変光手段として、栽培する植物や時期に適合させるため、光源自体を波長変更可能なものとしてもよい。

給水手段としては、制御ユニット７０と接続された給水管５７と、給水管５７の先端にあって水又は培養液を噴霧状に給水する噴霧手段としてのスプレーノズル５８が設けられている。スプレーノズル５８は、育苗床５１の上端近傍すなわち育苗床５１に詰め込まれた培養土の表面に噴霧状の給水を行う位置であって、培養土の表面にまんべんなく給水するように設けられている。図４では、給水管５７は、育苗床５１からみて立設された二本の柱部５７１と、それらに架設された架橋部５７２を有しており、架橋部５７２にスプレーノズル５８が設けられている。これにより、培養液の酸素濃度を上昇させ、育苗床５１に植えられた根菜や花草木の発芽にダメージを与えない給水を可能とするとともに、育苗床ユニット５０内の湿度を保つことができる。

＜水耕栽培ユニット６０＞
水耕栽培ユニット６０は、主に葉物野菜を育成するのに適しているが、一般的な仕組みを導入することができる（図示省略）。例えば、水耕栽培ユニット６０は、その内部に、植物を保持する水耕栽培用プレートと、内部に貯留した水耕栽培用培養液を水耕栽培用プレートの下面側から植物に供給する水耕栽培用ベッドと、を備えている。これらは、生育床ユニット４０と同様に、水耕栽培ユニット６０においても、一段に限ることなく、栽培する植物に応じて、水耕栽培ユニット６０の高さとの関係が許せば、二段以上の多段式としても差し支えない。

光照射手段は、他のユニットと同様に上下移動可能に設けられており、光源としての蛍光灯又はＬＥＤと、光源を支持する支持体と、支持体の下側に取替え可能に設けられ光源から照射された光を変色する変光手段であるカラーアクリルボードとを備えている。また、光照射手段及び変光手段として、栽培する植物や時期に適合させるため、光源自体を波長変更可能なものとしてもよい。

＜制御ユニット７０＞
制御ユニット７０には、各ユニットの光照射手段及び給水手段を制御する制御部のほかに、給水のためのタンクやポンプ類などが設けられている（図示省略）。制御部は、後述するように、光照射手段についてはインバータ制御やチョッパ制御を行ったり、給水手段については給水開始の報知ランプの点滅や自動給水開始などの制御を行う。タンク及びポンプ類は、土耕栽培の根菜生育ユニット３０、生育床ユニット４０、育苗床ユニット５０に用いる水又は培養液を給水するものと、水耕栽培ユニット６０に用いる培養液を給水するものと、２つのセットが設けられている。

制御ユニット７０は、各ユニットの光照射手段について、次のように制御する。光源となる蛍光灯３５、４５、５５は、制御ユニット７０によって、インバータ制御をすることが好ましい。インバータ制御は、インバータにより５０又は６０Ｈｚの商用電源をいったん直流に変え、さらに２０〜５０ｋＨｚの高周波に変換して蛍光灯を点灯させるものであるが、インバータ制御すると、高周波で動作するのでチラツキもなく、またワット数あたりの明るさも高くなることに加え、明るさを制御する調光が可能となる。この調光可能性を利用して生育速度を制御することができる。また、変光手段としてのカラーアクリルボード３６、４６、５６は、複数の種類を用意し、これらを用いて栽培する植物や時期に適合した波長の光を選択して照射することが好ましい。光照射手段及び変光手段として光源自体を波長変更可能なものとした場合には、栽培する植物や時期に適合させるため、制御ユニット７０が光源の波長を制御する。

また、光源としてＬＥＤを用いる場合には、デューティ調節が可能なチョッパ制御をすることが好ましい。デューティ比とは点滅周期に対する点灯時間の割合を百分率で表したものであるが、デューティ比を調節し、一定の順電流で点灯しているＬＥＤを高速で点滅させることにより、明るさを制御する調光が可能となる。この調光可能性を利用して生育速度を制御することができる。

これらの光照射手段の制御により、植物に応じた、及び／又は植物の所望の販売時期や消費時期に応じた、植物の在庫販売が可能となる。特に、観賞用の花などについては、開花時期を調節することが可能となり、在庫販売の可能性を広げることができる。

次に、制御ユニット７０は、各ユニットの給水手段について、次のように制御する。給水手段については、植物栽培装置１０の利用者に対し、給水時刻がくれば、各ユニットの例えば扉の表面に設けられた報知ランプ７１を点滅させて給水の開始を促すようにすることが好ましい。利用者が例えば報知ランプ７１に並設された給水開始ボタン７２を押せば定量の給水が開始される。これに対し、休日などのために利用者が不在で給水開始ボタン７２が押されない場合には、報知ランプ７１の点滅から一定時間経過後に自動的に定量の給水が開始される。

＜変形例＞
以上の実施形態については、次のような変形を行うことが可能である。育苗床ユニット５０で発芽した根菜については、根菜生育ユニット３０で生育させることに代えて、例えば育苗床ユニット５０から取り出した発芽した根菜をペットボトル８０を利用した苗床に植え替え、日当たりの良い場所に吊り下げたり、立て掛けたりすることでも、根菜を生育させることができる。図５は吊り下げる場合を示しており、ペットボトル８０を転倒させて底を抜いた状態で、中には培養土８１及び発芽した根菜が詰め込まれており、吊り下げ用の紐８２、ボトル口には栓８３が設けられている。この場合、植物栽培装置１０は、根菜生育ユニット３０を組み合わせないで構成することが可能となる。

また、根菜生育ユニット３０、生育床ユニット４０及び育苗床ユニット５０のいずれか少なくとも１つの土耕栽培用のユニットを用いて、土壌改良を行うこともできる。例えば、これらのユニットの苗床に既成の培養土又は畑地の自然土を詰め、これらの土に、例えば肥料効果のある緑肥としてマメ科（根粒菌による窒素固定）の植物を栽培し、本実施形態に係る給水手段や光照射手段を一定の期間施すことにより、土壌改良された新たな培養土を得ることができる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０…植物栽培装置
２０…備品ユニット
３０…根菜生育ユニット
３１…縦長の苗床
３２…スタンド
３３…台車
３４…支持体
３５…光源（蛍光灯、ＬＥＤ）
３６…変光手段（カラーアクリルボード）
３７…給水管
３８…噴霧手段（スプレーノズル）
４０…生育床ユニット
４１…苗木栽培容器
４２…引出しプレート（第１引出しプレート）
４３…棚
４３１…レール
４４…支持体
４５…光源（蛍光灯、ＬＥＤ）
４６…変光手段（カラーアクリルボード）
４７…給水管
４８…噴霧手段（スプレーノズル）
５０…育苗床ユニット
５１…育苗床
５１１…箱体
５２…引出しプレート（第２引出しプレート）
５３…基台
５３１…レール
５４…支持体
５５…光源（蛍光灯、ＬＥＤ）
５６…変光手段（カラーアクリルボード）
５７…給水管
５７１…柱部
５７２…架橋部
５８…噴霧手段（スプレーノズル）
６０…水耕栽培ユニット
７０…制御ユニット
７１…報知ランプ
７２…給水開始ボタン
８０…ペットボトル
８１…培養土
８２…吊り下げ用の紐
８３…栓

Claims

植物栽培装置であって、
土耕栽培ユニットと、
水又は培養液を貯留するタンクを有し、前記土耕栽培ユニットにおける光照射及び給水を制御する制御ユニットと、を備え、
前記土耕栽培ユニットが、
根菜の生育速度及び収穫時期を制御する根菜生育ユニット、
植物の生育速度を制御する生育床ユニット、及び
植物の発芽速度を制御する育苗床ユニットの少なくとも１つを含み、
前記根菜生育ユニット、前記生育床ユニット及び前記育苗床ユニットが、それぞれ、給水手段を備え、各給水手段が、前記制御ユニットと接続された給水管と、前記給水管の先端にあって水又は培養液を噴霧状に給水する噴霧手段とを有し、
前記制御ユニットが、給水時刻になると前記根菜生育ユニット、前記生育床ユニット及び前記育苗床ユニットのいずれかを示す報知ランプを点滅させて給水の開始を利用者に促し、一定時間内に給水が開始されないときは自動的に給水を開始するように、前記給水手段を制御する
ことを特徴とする植物栽培装置。
前記根菜生育ユニット、前記生育床ユニット及び前記育苗床ユニットが、それぞれ、上下移動可能に設けられた光照射手段を備え、
各光照射手段が、光源と、前記光源を支持する支持体と、前記支持体の下側に取替え可能に設けられ前記光源から照射された光を変色する変光手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。
前記根菜生育ユニットが、
根菜又は樹木の苗を植える縦長の苗床と、
前記縦長の苗床を受容するスタンドと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。
前記生育床ユニットが、
前記植物の苗木を植える苗木栽培容器と、
前記苗木栽培容器を載置する、前後移動可能に設けられた第１引出しプレートと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。
前記育苗床ユニットが、
前記植物の苗を植える育苗床と、
前記育苗床を受容する箱体と、
前記箱体を載置する、前後移動可能に設けられた第２引出しプレートと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。
さらに、水耕栽培ユニットを備え、
前記水耕栽培ユニットが、
植物を保持する水耕栽培用プレートと、
内部に貯留した水耕栽培用培養液を前記水耕栽培用プレートの下面側から植物に供給する水耕栽培用ベッドと、
上下移動可能に設けられた光照射手段であって、光源と、前記光源を支持する支持体と、前記支持体の下側に取替え可能に設けられ前記光源から照射された光を変色する変光手段とを有する前記光照射手段と、を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の植物栽培装置。