JP6279029B2 - 植物栽培用トレイ - Google Patents

Description

本発明は、植物工場において植物を載置するための植物栽培用トレイに関する。

近年、温度を管理した屋内施設で無農薬の植物を栽培する植物工場の技術が発展してきている。このような植物工場内において、土は用いられず、植物は培養液に浸した状態で栽培される。また、植物工場は、図１に示すように、合成樹脂プレートで形成された植物栽培用トレイ１の表面１ａよりも上方に植物２を載置するためのスペースを空けつつ、植物栽培用トレイ１を複数段に積み重ねるとともに、その表面１ａに対して反対側の裏面１ｂにＬＥＤ等の光源３を設ける構成となっている。この光源３から発生した光が直接植物２に入射すること、および、その光が熱となって植物２に伝達されることによって植物２を成長させて栽培することが可能となる。

光源３から発生する光は、植物２に入射する成分と、植物栽培用トレイ１に入射する成分とに大別される。植物栽培用トレイ１に入射する成分は、さらに、植物栽培用トレイ１に吸収される成分と、植物栽培用トレイ１から反射される成分とに分けられる。植物栽培用トレイ１の表面１ａで光が反射すると、その光の大部分は、その植物栽培用トレイ１の一段上に設けられた植物栽培用トレイ１の裏面１ｂに入射する。裏面１ｂは、植物２を載置する面ではないため、この裏面１ｂで光が吸収されても、そこで発生した熱は植物２に伝わりにくい。そのため、植物２への熱伝達のエネルギー効率が悪くなるという問題があった。

上記課題を解決するために、本第１発明は、植物を載置するための合成樹脂プレートを備える植物栽培用トレイであって、前記合成樹脂プレートは、少なくとも３層の合成樹脂を積層して構成されており、光を吸収して熱放射する熱放射物質が一方の表面の層に含有されているとともに、光を反射する光反射物質が他方の表面の層に含有されており、両方の表面の層の合成樹脂が軟質樹脂で形成されているとともに、その間の層の合成樹脂が前記軟質樹脂よりも硬度が高い硬質樹脂で形成されており、前記軟質樹脂の層と前記硬質樹脂の層との間に、前記軟質樹脂よりも硬度が大きく、かつ前記硬質樹脂よりも硬度が低い半硬質樹脂の層が介在することを特徴とする。
また、本第２発明は、植物を載置するための合成樹脂プレートを備える植物栽培用トレイであって、前記合成樹脂プレートは、少なくとも３層の合成樹脂を積層して構成されており、光を吸収して熱放射する熱放射物質が一方の表面の層に含有されているとともに、光を反射する光反射物質が他方の表面の層に含有されており、両方の表面の層の合成樹脂が軟質樹脂で形成されているとともに、その間の層の合成樹脂が前記軟質樹脂よりも硬度が高い硬質樹脂で形成されており、各層の合成樹脂は、前記熱放射物質として０．５質量％以上１０質量％以下の含有率の黒色顔料、または、前記光反射物質として０．５質量％以上１０質量％以下の含有率の白色顔料を含有することを特徴とする。
また、本第３発明は、植物を載置するための合成樹脂プレートを備える植物栽培用トレイであって、前記合成樹脂プレートは、少なくとも３層の合成樹脂を積層して構成されており、光を吸収して熱放射する熱放射物質が一方の表面の層に含有されているとともに、光を反射する光反射物質が他方の表面の層に含有されており、両方の表面の層の合成樹脂が軟質樹脂で形成されているとともに、その間の層の合成樹脂が前記軟質樹脂よりも硬度が高い硬質樹脂で形成されており、前記光反射物質は、酸化チタンと蛍光ホワイト塗料とを混合したものであることを特徴とする。
また、本第４発明は、植物を載置するための合成樹脂プレートを備える植物栽培用トレイであって、前記合成樹脂プレートは、少なくとも３層の合成樹脂を積層して構成されており、光を吸収して熱放射する熱放射物質が一方の表面の層に含有されているとともに、光を反射する光反射物質が他方の表面の層に含有されており、両方の表面の層の合成樹脂が軟質樹脂で形成されているとともに、その間の層の合成樹脂が前記軟質樹脂よりも硬度が高い硬質樹脂で形成されており、前記合成樹脂プレートが、その一方の表面側から見て凹んだ形状であって、その他方の表面側から見て突き出た形状に成形加工されていることを特徴とする。
また、本第５発明における植物栽培用トレイは、前記合成樹脂は、ポリ塩化ビニルであることを特徴とする。

本発明によれば、光を吸収して熱放射する熱放射物質が一方の表面に含有されているため、この合成樹脂プレートを植物栽培用トレイの形状に加工した後、その一方の表面側に植物を載置することによって、その一方の表面が光源からの光を吸収して放射する熱を効率よく植物に伝えることが可能となる。さらに、本発明によれば、光を反射する光反射物質が他方の表面（裏面）に含有されているため、この裏面では光源からの光がほとんど吸収されずに反射され、光の大部分が植物または植物栽培用トレイの一方の表面で吸収される。そのため、無駄なエネルギーが消費されることを抑制でき、ひいては、エネルギー効率を向上させることが可能となる。

また、本発明の合成樹脂プレートは、両方の表面の層の合成樹脂が軟質樹脂で形成されているとともに、その間に硬質樹脂の層が介在する。そのため、硬質樹脂の層によって植物栽培用トレイとしての形状を維持することが可能となる。また、軟質樹脂の層が硬質樹脂の層を挟むように設けられているため、合成樹脂プレートを植物栽培用トレイの形状に加工するに際して割れが起こりにくくなり、合成樹脂プレートの加工性を向上させることが可能となる。したがって、本発明の合成樹脂プレートは、植物栽培用トレイとして最適に利用可能である。

植物工場の断面の概略図である。 本発明の実施の形態に係る合成樹脂プレートの断面図である。

まず、本発明の実施の形態に係る合成樹脂プレートについて説明する。本発明の実施の形態に係る合成樹脂プレート１０は、図２に示すように、５層の合成樹脂を積層して構成されている。

第１層の合成樹脂１１は、光を吸収して熱放射する熱放射物質としての黒色顔料が含有された軟質ポリ塩化ビニル（以下、ポリ塩化ビニルをＰＶＣと称することがある）で形成されている。黒色顔料としては、例えば、カーボンブラックが用いられる。黒色顔料の含有率については後述する。軟質ＰＶＣは、例えば、硬度基準が♯３５０で、１００質量部のポリ塩化ビニル（平均重合度１０００〜１１００）に対して、可塑剤を３５質量部含有させることによって構成されている。可塑剤としては、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）、フタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ）や、フタル酸ジイソデシル（ＤＩＤＰ）等のフタル酸系可塑剤が使用され得る。なお、この層の厚みは、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍで、例えば０．２５ｍｍであるが、これに限られない。

第２層の合成樹脂１２は、黒色顔料が含有された半硬質ＰＶＣで形成されている。第２層の合成樹脂１２の黒色顔料の材料および含有率については第１層の合成樹脂１１の黒色顔料と同じとすることができる。半硬質ＰＶＣは、軟質ＰＶＣよりも硬度が高く、例えば、硬度基準が♯１５０で、１００質量部のポリ塩化ビニル（平均重合度７８０〜８５０）に対して、可塑剤を１５質量部含有させることによって構成されている。この層の厚みは、０．４ｍｍ〜０．６ｍｍで、例えば０．５ｍｍであるが、これに限られない。

第３層の合成樹脂１３は、黒色顔料が含有された硬質ＰＶＣで形成されている。第３層の合成樹脂１３の黒色顔料の材料および含有率については第１層および第２層の合成樹脂１１、１２の黒色顔料と同じとすることができる。硬質ＰＶＣは、半硬質ＰＶＣよりもさらに硬質が高く、例えば硬度基準が♯５０で、１００質量部のポリ塩化ビニル（平均重合度６８０〜７５０）に対して、可塑剤を５質量部含有させることによって構成されている。なお、この層の厚みは、１．２ｍｍ〜１．４ｍｍで、例えば１．３ｍｍであるが、これに限られない。

第４層の合成樹脂１４は、光を反射する光反射物質としての白色顔料が含有された半硬質ＰＶＣで形成されている。白色顔料としては、例えば、酸化チタンと蛍光ホワイト塗料とを混合したものが用いられる。蛍光ホワイト塗料を用いることによって光沢を出すことができ、この層における光反射効率を向上させることが可能となる。白色顔料の含有率については後述する。なお、この層の厚みは、０．４〜０．６ｍで、例えば、０．５ｍｍであるが、これに限られない。

第５層の合成樹脂１５は、白色顔料が含有された軟質ＰＶＣで形成されている。第５層の合成樹脂１５の白色顔料の材料および含有率については第４層の合成樹脂１４の白色顔料と同じとすることができる。この層の厚みは、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍで、例えば０．２５ｍｍであるが、これに限られない。各層の合成樹脂１１〜１５には、カルシウム亜鉛やバリウム亜鉛等の安定剤が含有されてもよい。

各層の合成樹脂１１〜１５は、例えば、それぞれ二軸延伸法によって形成され、さらにその後、カレンダー成形によって厚みが調整され得る。合成樹脂プレート１０は、これらの合成樹脂１１〜１５を積層して熱プレスすることによって形成される。もしくは、接着剤を用いて合成樹脂１１〜１５を貼り合わせて合成樹脂プレート１０を形成することも可能である。もしくは、各層の合成樹脂１１〜１５を二軸延伸法で形成することに代えて、第３層の合成樹脂１３のみを二軸延伸法で形成し、その第３層の合成樹脂１３に対して、その他の層の合成樹脂１１、１２、１４、１５の材料で塗装することによっても合成樹脂プレート１０を形成することは可能である。

このようにして形成された合成樹脂プレート１０は、真空成形などによって植物栽培用トレイ１（図１参照）の形状に加工される。植物栽培用トレイ１の形状は、第１層の合成樹脂１１側から見ると凹んだ形状であって、第５層の合成樹脂１５側から見ると突き出た形状となる。凹んだ箇所には、培養液が貯められ、そこに栽培しようとする植物が載置される。一方で、第５層の合成樹脂１５側にはＬＥＤ等の光源３（図１参照）が設けられる。

本実施の形態に係る合成樹脂プレート１０によれば、光を吸収して熱放射する熱放射物質（黒色顔料）が第１層の合成樹脂１１に含有されているため、この合成樹脂プレート１０を植物栽培用トレイの形状に加工した後、第１層の合成樹脂１１側に植物を載置することによって、第１層の合成樹脂１１が植物栽培用の光源からの光を吸収して放射する熱を効率よく植物に伝えることが可能となる。さらに、合成樹脂プレート１０によれば、光を反射する光反射物質（白色顔料）が第５層の合成樹脂１５に含有されているため、第５層の合成樹脂１５では光源からの光がほとんど吸収されずに反射され、光の大部分が植物または植物栽培用トレイの第１層の合成樹脂１１で吸収される。そのため、無駄なエネルギーが消費されることを抑制でき、ひいては、エネルギー効率を向上させることが可能となる。

また、合成樹脂プレート１０は、その最表面の層である第１層および第５層の合成樹脂１１、１５が軟質樹脂で形成されているとともに、その間に硬質樹脂で形成された第３層の合成樹脂１３が介在する。そのため、第３層の合成樹脂１３によって植物栽培用トレイとしての形状を維持することが可能となる。また、軟質樹脂で形成された第１層および第５層の合成樹脂１１、１５が硬質樹脂の層を挟むように設けられているため、植物栽培用トレイの形状に真空成形加工するに際して割れが起こりにくくなり、合成樹脂プレート１０の加工性を向上させることが可能となる。

さらに、本実施の形態に係る合成樹脂プレート１０では、軟質樹脂で形成された第１層および第５層の合成樹脂１１、１５と、硬質樹脂で形成された第３層の合成樹脂１３との間に、半硬質樹脂で形成された第２層および第４層の合成樹脂１２、１４が介在する。この第２層および第４層の合成樹脂１２、１４は、硬質樹脂の層と軟質樹脂の層とを馴染ませる役割をして、これにより、合成樹脂プレート１０を植物栽培用トレイの形状に真空成形加工するに際して、ひび割れ等が発生することをさらに抑制することが可能となり、ひいては合成樹脂プレート１０の加工性をいっそう向上させることが可能となる。

なお、硬質樹脂と軟質樹脂とを馴染ませなくとも、加工の際にひび割れがほとんど発生しない場合は、半硬質樹脂で形成された第２層および第４層の合成樹脂１２、１４が用いられなくともよい。この場合、合成樹脂プレート１０は、３層の合成樹脂１１、１３、１５を積層して構成される。

ところで、第１層〜第５層の合成樹脂１１〜１５に対する黒色顔料または白色顔料の含有率は、それぞれ０．５質量％以上２０質量％以下とすることができる。黒色顔料または白色顔料の含有率が２０質量％を超えると、十分な硬度の合成樹脂が得られない。また、黒色顔料または白色顔料の含有率が０．５質量％未満であると、合成樹脂が透明または半透明となってしまい、入射する光が合成樹脂を透過してしまうことで、光源からの光が植物の栽培のために有効に用いられず、エネルギー効率が低下してしまう。０．５質量％以上とすることで合成樹脂が不透明となり、合成樹脂の熱放射効率または光反射効率が上昇してエネルギー効率を向上させることができる。さらに好ましくは、黒色顔料または白色顔料の含有率は０．５質量％以上１０質量％以下である。１０質量％を超える黒色顔料や白色顔料を含有させても合成樹脂の熱放射効率や光反射効率はほとんど変化しない一方で、黒色顔料または白色顔料の含有率を低くすることによってより高い硬度の合成樹脂が得られるためである。

なお、本実施の形態は、黒色顔料としてカーボンブラックが用いられる態様であるが、本発明はこれに限られず、他の黒色顔料が使用されてもよい。また、黒色顔料に限られず、他の熱放射物質が用いられてもよい。白色顔料についても、これに限られず、他の光反射物質が用いられてもよい。

また、本実施の形態は、各層の合成樹脂としてＰＶＣが用いられる態様であるが、本発明はこの態様に限られない。ＰＶＣに代えて他の合成樹脂、例えばＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）が用いられてもよい。ただし、これらＡＢＳ樹脂等が用いられる場合は、燃焼防止のために難燃剤を用いる必要がある。合成樹脂としてＰＶＣが用いられる場合、ＰＶＣはもともと難燃性が高いため難燃剤を用いる必要がない点で有利である。

表１は、合成樹脂としてＰＶＣを用いた場合における燃焼性の試験を行った結果を示す。試験片としては、各層の合成樹脂の黒色顔料および白色顔料の含有率を４質量％とし、各層の厚みは、第１層および第５層の合成樹脂１１、１５を０．２５ｍｍとし、第２層および第４層の合成樹脂１２、１４を０．５ｍｍとし、第３層の合成樹脂を１．３ｍｍとした。安全規格としてはＵＬ９４垂直燃焼性試験にて５つの試験片（試験片１〜５）を用いて検証を行った。すなわち、保持クランプで試験片を上方から垂直に保持した状態で、２０ｍｍ炎による１０秒間の接炎を下方から２回行い、第一次接炎時の残炎時間（秒）と、第二次接炎時の残炎時間（秒）と、第二次接炎時の残じん時間（秒）と、保持クランプまでの残炎または残じんの有無と、発炎物質または滴下物による標識用綿の着火の有無を検証した。

試験の結果、表１に示すように、第一次接炎時および第二次接炎時の残炎時間の合計が４．５秒となり、第二次接炎時の残炎時間および残じん時間の最大値が１．２秒となり、さらに、いずれの試験片も保持クランプまでの残炎または残じんがなく、発煙物質または滴下物による標識用綿の着火も見られなかった。試験片は難燃性を示す指標として最高のクラスＶ−０となった。

１ 植物栽培用トレイ
２ 植物
３ 光源
１０ 合成樹脂プレート
１１〜１５ 合成樹脂

Claims (5)

1. 植物を載置するための合成樹脂プレートを備える植物栽培用トレイであって、
   前記合成樹脂プレートは、少なくとも３層の合成樹脂を積層して構成されており、
   光を吸収して熱放射する熱放射物質が一方の表面の層に含有されているとともに、光を反射する光反射物質が他方の表面の層に含有されており、
   両方の表面の層の合成樹脂が軟質樹脂で形成されているとともに、その間の層の合成樹脂が前記軟質樹脂よりも硬度が高い硬質樹脂で形成されており、
   前記軟質樹脂の層と前記硬質樹脂の層との間に、前記軟質樹脂よりも硬度が大きく、かつ前記硬質樹脂よりも硬度が低い半硬質樹脂の層が介在する
   ことを特徴とする植物栽培用トレイ。
2. 植物を載置するための合成樹脂プレートを備える植物栽培用トレイであって、
   前記合成樹脂プレートは、少なくとも３層の合成樹脂を積層して構成されており、
   光を吸収して熱放射する熱放射物質が一方の表面の層に含有されているとともに、光を反射する光反射物質が他方の表面の層に含有されており、
   両方の表面の層の合成樹脂が軟質樹脂で形成されているとともに、その間の層の合成樹脂が前記軟質樹脂よりも硬度が高い硬質樹脂で形成されており、
   各層の合成樹脂は、前記熱放射物質として０．５質量％以上１０質量％以下の含有率の黒色顔料、または、前記光反射物質として０．５質量％以上１０質量％以下の含有率の白色顔料を含有する
   ことを特徴とする植物栽培用トレイ。
3. 植物を載置するための合成樹脂プレートを備える植物栽培用トレイであって、
   前記合成樹脂プレートは、少なくとも３層の合成樹脂を積層して構成されており、
   光を吸収して熱放射する熱放射物質が一方の表面の層に含有されているとともに、光を反射する光反射物質が他方の表面の層に含有されており、
   両方の表面の層の合成樹脂が軟質樹脂で形成されているとともに、その間の層の合成樹脂が前記軟質樹脂よりも硬度が高い硬質樹脂で形成されており、
   前記光反射物質は、酸化チタンと蛍光ホワイト塗料とを混合したものである
   ことを特徴とする植物栽培用トレイ。
4. 植物を載置するための合成樹脂プレートを備える植物栽培用トレイであって、
   前記合成樹脂プレートは、少なくとも３層の合成樹脂を積層して構成されており、
   光を吸収して熱放射する熱放射物質が一方の表面の層に含有されているとともに、光を反射する光反射物質が他方の表面の層に含有されており、
   両方の表面の層の合成樹脂が軟質樹脂で形成されているとともに、その間の層の合成樹脂が前記軟質樹脂よりも硬度が高い硬質樹脂で形成されており、
   前記合成樹脂プレートが、その一方の表面側から見て凹んだ形状であって、その他方の表面側から見て突き出た形状に成形加工されている
   ことを特徴とする植物栽培用トレイ。
5. 前記合成樹脂は、ポリ塩化ビニルである
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の植物栽培用トレイ。

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