(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を保持するための栽培プレートと、
前記栽培プレートの上方に該栽培プレートと間隔を置いて位置し、内部に中空部を有する透明中空管と、
前記透明中空管の上方に該透明中空管と間隔を置いて位置し、下方に向けて光を照射する照明と、
前記透明中空管に人工光を導入する光源と、
前記中空部に空気を供給するエアダクトと、を備え、
前記透明中空管は、前記中空部に供給された前記空気を上方に射出する送風開口を有し、
前記透明中空管は、前記透明中空管の長手方向に進行した前記人工光を上方に反射するプリズムを、平面視において前記送風開口の位置に有する、植物栽培装置。
【請求項２】
前記光源は、前記人工光として第１人工光を照射する第１光源であり、
前記プリズムは第１プリズムであり、
前記透明中空管に第２人工光を導入する第２光源を更に備え、
前記透明中空管は、前記第１プリズムと対向する位置に、前記透明中空管の長手方向に進行した前記第２人工光を下方に反射する第２プリズムを更に有する、請求項１の植物栽培装置。
【請求項３】
前記第１人工光は、青色光又は白色光であり、
前記第２人工光は、赤色光または白色光である、請求項２の植物栽培装置。
【請求項４】
前記第１人工光は、青色光であり、
前記第２人工光は、赤色光である、請求項３の植物栽培装置。
【請求項５】
前記透明中空管は、高さ方向に複数段設けられる、請求項１〜４のいずれかの植物栽培装置。
【請求項６】
前記透明中空管を平面視した際に、前記プリズムの面積が占める割合は、前記透明中空管全体の面積の１０％以上かつ３０％以下である、請求項１〜５のいずれかの植物栽培装置。
【請求項７】
前記透明中空管は、曲率を有する、請求項１〜６のいずれかの植物栽培装置。
【請求項８】
前記透明中空管の前記曲率の曲率半径は、５０ｍｍ以上かつ５００ｍｍ以下である、請求項７の植物栽培装置。
【請求項９】
前記透明中空管を前記栽培プレートから離間する方向に移動させるガイドを更に備える、請求項１〜８いずれかの植物栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物に対して、上方あるいは斜め上方より光を照射しながら、栽培を行っている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０２１９５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような太陽あるいは人工光による、主に上方からの光照射だけでは、植物の中間部には十分に光が行き渡らずに、植物の育成に支障が生じる恐れがあった。【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、植物の上方部だけではなく中間部にも、光を照射可能な植物栽培装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本植物栽培装置は、植物を保持するための栽培プレートと、前記栽培プレートの上方に該栽培プレートと間隔を置いて位置し、内部に中空部を有する透明中空管と、前記透明中空管の上方に該透明中空管と間隔を置いて位置し、下方に向けて光を照射する照明と、前記透明中空管に人工光を導入する光源と、前記中空部に空気を供給するエアダクトと、を備え、前記透明中空管は、前記中空部に供給された前記空気を上方に射出する送風開口を有し、前記透明中空管の長手方向に進行した前記人工光を上方に反射するプリズムを、平面視において前記送風開口の位置に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、本植物栽培装置によれば、植物の中間部にも光を照射できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は第１実施形態における植物栽培装置の側面模式図。
【図２】図２は第１実施形態における植物栽培装置の上面模式図。
【図３】図３は第１実施形態における植物栽培装置のＡ矢視図。
【図４】図４は第１実施形態における送風兼照明ユニットにおける光路、および、空気流路を示す図。
【図５】図５は第１実施形態における植物栽培における送風兼照明ユニットの動作を示す図。
【図６】図６は第１実施形態における送風兼照明ユニットの模式図。
【図７】図７は第１実施形態における送風兼照明ユニットの模式図。
【図８】図８は実施形態１の他の例における送風兼照明ユニットの上面模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下本実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態における植物栽培装置１の断面模式図である。図１は植物栽培装置１を側面方向から見た図である。植物栽培装置１は、植物１４０を保持するための栽培プレート１１０と、前記栽培プレート１１０の上方に該栽培プレート１１０と間隔を置いて位置し、内部に中空部１０００を有する透明中空管１０４と、を有する。植物栽培装置１は、前記透明中空管１０４の上方に該透明中空管１０４と間隔を置いて位置し、下方に向けて光を照射する照明１１２を有する。植物栽培装置１は、前記透明中空管１０４に人工光１２０を導入する光源１００を備える。植物栽培装置１は、前記中空部１０００に空気を供給するエアダクト１０７を備える。前記透明中空管１０４は、前記中空部１０００に供給された前記空気を上方に射出する送風開口１０６を有する。前記透明中空管１０４の長手方向Ｌに進行した前記人工光１２０を上方に反射するプリズム１０５を、平面視（上方から見た際）において前記送風開口１０６の位置に、透明中空管１０４は有する。
【００１１】
各構成について説明する。
【００１２】
人工光１２０を照射するＬＥＤなどの光源１００がある。光源１００からの入射光の内、青色のみを透過する波長フィルタ１０１がある。波長フィルタ１０１は、例えば、４００ｎｍから５００ｎｍの波長の光を透過する。波長フィルタ１０１は無くても良い。リフレクタ１０２は、光源１００、波長フィルタ１０１を囲うように配置され、内面は高反射率面となっている。光源１００、波長フィルタ１０１、リフレクタ１０２を合わせて光源ユニット１０３と呼ぶこともある。
【００１３】
透明中空管１０４は、例えばポリカーボネート、アクリル、ＡＢＳなどの透明な樹脂で構成される。透明中空管１０４は、例えばφ５０の円筒形状である。透明中空管１０４の内部の中心部には、中空部１０００が配される。中空部１０００は、透明中空管１０４に完全に覆われる。透明中空管１０４の一端には、光源ユニット１０３が配置される。透明中空管１０４の長手方向Ｌに向けて光源１００からの人工光１２０が射出されるように光源ユニット１０３が配置される。透明中空管１０４には、エアー供給用の中空管であるエアダクト１０７が設けられ、エアダクト１０７の開口１０４ａから中空部１０００内に空気が導入される。導入された空気は、長手方向Ｌに沿って進行し、透明中空管１０４の他端に設けられた送風開口１０６を通過して、植物１４０に照射される。
【００１４】
透明中空管１０４の管外形の下側にプリズム１０５が形成される。プリズム１０５は、透明中空管１０４内を伝播する人工光１２０を全反射で上方向に射出させる。ただし、上方にある照明１１２から下方に向けて照射される光は、プリズム１０５でほとんど反射しない。このため、照明１１２の光を遮らず、効率よく光を植物１４０の下方にまで照射できる。
【００１５】
透明中空管１０４の上側に配置された送風開口１０６から噴射された空気は、植物１４０の葉裏にあたる。送風開口１０６は、プリズム１０５の上付近に配置される。透明中空管１０４の中空部１０００の両端に送風栓１０８が配置され、エアダクト１０７から供給された空気を送風開口１０６のみから射出させる。
【００１６】
光源ユニット１０３や透明中空管１０４を含む上記の構成をあわせて送風兼照明ユニット１１と呼ぶことがある。この送風兼照明ユニット１１は、ガイド５００に保持される。ガイド５００は、透明中空管１０４を、栽培プレート１１０から離間する方向に移動させる。
【００１７】
栽培プレート１１０の上側（植物栽培装置１の天井側）に配置され、植物に向かって光を照射する上側照明装置である照明１１２がある。照明１１２は、蛍光灯やＬＥＤなどの人工光を照射する照明である。
【００１８】
栽培プレート１１０は床部に、透明中空管１０４は中間部に、照明１１２は天井部にそれぞれ配される。栽培プレート１１０と、透明中空管１０４と、照明１１２とは互いに離間する。栽培プレート１１０と、透明中空管１０４と、照明１１２との間には空間がそれぞれ配される。このような配置により、植物１４０の中間部に効率よく光と空気をあてることができる。
【００１９】
図２は、植物栽培装置１を上側からみた（平面視した）模式的平面図である。栽培プレート１１０は、例えば発泡スチロールで構成される。図示していないが、栽培プレート１１０の下には、植物栽培用の養液が配置され、植物の根が浸かるように栽培プレート１１０が設置される。植物を一定間隔で配置するために栽培プレート１１０には複数の植物配置穴１１１が配される。
【００２０】
送風兼照明ユニット１１は、平面視で、植物配置穴１１１の間に配置される。すなわち、植物の間に、透明中空管１０４が配される。図１では、1つの送風兼照明ユニット１１を図示したが、図２のように、複数の送風兼照明ユニット１１を準備し、栽培プレート１１０の両側から挟みこむように複数の送風兼照明ユニット１１を配置してもよい。
【００２１】
図３は、図２の植物栽培装置１のＡ矢視図である。透明中空管１０４を含む送風兼照明ユニット１１は、栽培プレート１１０と照明１１２との間に複数段設けられてもよい。植物が成長し背丈が高くなっても、植物の葉面に光照射とエアー送風が可能となる。また、透明中空管１０４を照明１１２からの光に対して透明な素材で構成することで、透明中空管１０４を多段にしても、照明光を遮らず、効率よく植物に光を照射できる。プリズム１０５も、照明１１２からの光を遮らない。
【００２２】
以上のように構成された植物栽培装置１について、その動作を説明する。
【００２３】
図４は、送風兼照明ユニット１１における光路および空気流路を示す図である。光源１００からの人工光１２０は、波長フィルタ１０１により青色の波長域のみが透過し、透明中空管１０４の端面より入射する。透明中空管１０４に入射した人工光１２０は、透明中空管１０４の透明樹脂部分を全反射しながら長手方向Ｌに向かって伝播し、透明中空管１０４の外形下側に形成されたプリズム１０５に入射する。プリズム１０５に入射した人工光１２０は、プリズム１０５の斜面で全反射することで光路を変え透明中空管１０４の上方向に射出する。つまり、透明中空管１０４は、平面視において、送風開口１０６の位置に、透明中空管１０４の長手方向Ｌに進行した人工光１２０を上方に反射するプリズム１０５を有する。
【００２４】
一方、エアダクト１０７より供給された空気１３０は、透明中空管１０４の両端が送風栓１０８で閉じられているので、透明中空管１０４の中空部分を流れて、送風開口１０６より、透明中空管１０４の上方に射出される射出空気１３１となる。送風開口１０６は、プリズム１０５の上付近に配置されているので、透明中空管１０４のほぼ同じ位置から光と空気を射出することができ、植物の葉面に対して効率よく光とエアーを照射することができる。植物の葉裏に青色の光を当てることにより、気孔を開かせ、さらに、エアーを照射することで、植物の成長を加速することができる。
【００２５】
青色光のもつ特異的な生理作用としては、シロイヌナズナ等を中心に多くの論文で報告されている（例えば、井上晋一郎，外２名，「青色光受容体フォトトロピンに依存した植物の成長制御」，光合成研究，日本光合成学会，２００９年４月，第１９巻，第１号，ｐ．４−８）。モデル植物シロイヌナズナを用いた突然変異体の解析により、花芽形成促進、光形態形成、光屈性、概日時計または気孔開閉に関する青色光の作用等は顕著であることが報告されている。
【００２６】
次に、植物の育成段階に応じた送風兼照明ユニット１１の動作を図５に示す。植物栽培初期においては、図５（ａ）に示すように、植物１４０の背の高さが低いので、下側の送風兼照明ユニット１１により光と空気が植物１４０の葉裏に照射される。植物１４０が成長し背が高くなると、栽培プレート１１０に近い部分のみに照明ユニットおよび送風口があると、植物１４０の下の方の葉でさえぎられ、上の方の葉に光と空気が届きにくくなる。これに対し、図５（ｂ）に示すように、送風兼照明ユニットを多段に配置することで、植物１４０が成長したときでも、植物１４０の葉裏に光と空気を照射できる。
【００２７】
透明中空管１０４は、外側に突起がない棒状体であるため、図５（ｃ）に示すように、植物１４０の収穫時に送風兼照明ユニット１１を簡単に両側から引き抜くことで取り外すことができ、植物１４０の収穫を容易に行うことができる。つまり、本植物栽培装置は、透明中空管１０４を栽培プレート１１０から離間する方向に移動させるガイド５００を更に備える。ガイド５００は、レールを含み、より詳細には、ローラーレールで構成される。ガイド５００は、複数の透明中空管１０４を保持し、高さ方向に均等に位置するように複数の透明中空管１０４を固定する。
【００２８】
かかる構成によれば、送風兼照明ユニット１１を多段に配置し、下側から青色の照明を照射すると同時に空気送風を行うことにより、植物の葉裏の気孔を開かせ、植物の生育状態を向上させることができる。また、蛍光灯等の熱源を植物近傍に配置しないため、葉焼け等を起こさない。
【００２９】
また、透明中空管１０４を採用することで、当該透明中空管１０４を照明と植物プレートとの間に位置させても、照明の光を遮らない。そのため、照明からの光を、植物の根元にまで効率よく照射することができる。加えて、植物栽培初期において、植物の高さが、透明中空管１０４の高さ以下の場合においても、植物に照明からの光を効率よく照射することができる。なお、透明中空管１０４は、照明１１２からの照射光に対して、８０％以上の透過率を示す材料で構成される。
【００３０】
なお、光源１００からの人工光１２０を白色光とし、波長フィルタ１０１を用いることで、照明の色の調整をしやすくしたが、光源１００に青色発光の照明を用い、波長フィルタ１０１を省略してもよい。その方が、エネルギ効率がよくなる。
【００３１】
なお、上記では、人工光１２０を照射する光源１００（第１光源）とプリズム１０５を透明中空管１０４の下側に形成したが、図６に示すように、透明中空管１０４の上側にプリズム１０５を形成してもよい。
【００３２】
また、光源１００からの人工光１２０がプリズム１０５に至るまでの光路中には、プリズム１０５が配されない図１の透明領域２０００が、透明中空管１０４には、形成される。この透明領域２０００は、プリズム１０５の配される領域に比べ透過率が高い。このため、余計な散乱や吸収を抑えることが可能となり、照明１１２からの光を効率よく、植物に照射できる。なお、プリズム１０５は、三角形断面としたが、台形や、その他の形状でもよい。
【００３３】
なお、図７に示すように、透明中空管１０４の外形上側に第２プリズム１４２を配置し、透明中空管１０４の端面上側に第２光源６００と第２波長フィルタ１４１を配置してもよい。すなわち、前記光源１００は、前記人工光１２０として第１人工光を照射する第１光源であり、前記プリズム１０５は第１プリズムである。前記透明中空管１０４に第２人工光６０１を導入する第２光源６００を、植物栽培装置１は更に備える。前記透明中空管１０４は、前記第１プリズム１０５と対向する位置に、前記透明中空管１０４の長手方向Ｌに進行した前記第２人工光６０１を下方に反射する第２プリズム１４２を更に有する。
【００３４】
なお、プリズム１０５は、透明中空管１０４内の一部にのみ配される。プリズム１０５の配置を最小限に抑えることで、照明１１２からの光をより効率よく、植物の根元付近にまで照射することができる。具体的には、透明中空管１０４を平面視した際に、透明中空管１０４の面積全体の１０％以上かつ３０％以下の面積となるようプリズム１０５の配置される領域を設計するのが好ましい。また、透明中空管１０４を平面視した際に、全体の１０％以上かつ３０％以下の面積となるようプリズム１０５と第２プリズム１４２の配置される領域を設計するのが好ましい。
【００３５】
第２波長フィルタ１４１として、例えば、波長６００ｎｍから７００ｎｍの赤色フィルタとしてもよい。あるいは、第２波長フィルタ１４１を省略して、図３の照明１１２の補助としてもよい。
【００３６】
第２光源６００と第２プリズム１４２を備えることで、葉表にも光を効率よく照射できる。この第２プリズム１４２も照明１１２からの光を遮らない。葉表には、光合成をさせるため、赤色を含む第２人工光６０１を照射する。第２光源６００に赤色光のみを照射する光源を採用し、第２波長フィルタ１４１を省略することで、エネルギ効率を向上できる。
【００３７】
なお、本実施形態において、送風兼照明ユニット１１を３段としたが、この段数に限定されるものではない。なお、送風兼照明ユニット１１を栽培プレート１１０の端面に平行に配置したが、斜めに配置してもよい。なお、送風兼照明ユニット１１の上下方向の位置を固定しても、上下方向の位置を変える機構をガイド５００に設け、植物１４０の成長に応じて送風兼照明ユニット１１の上下位置を変更してもよい。
【００３８】
なお、図８に示すように、透明中空管１０４に曲率を持たせてもよい。当該曲率の中心付近に植物１４０を配置すること、すなわち、透明中空管１０４で植物１４０の周囲を覆うことで、より効率的に、植物１４０に光を照射できる。この場合でも、透明中空管１０４の壁面内を人工光が伝播し、各プリズムにまで至る。前記曲率の曲率半径は５０ｍｍ以上かつ５００ｍｍ以下であることが好ましい。この範囲にすることで、より効率よく光を植物１４０に照射できる。
【００３９】
なお、送風開口１０６の開口径を一定としても、場所によって開口径を変化させてもよい。送風開口１０６を複数個設け、大きい送風量の箇所と小さい送風量の箇所とを設けてもよい。また、植物の成長状況に応じて光源１００又は第２光源６００の光量を変化させてもよい。
【００４０】
本実施形態により、例えば、背丈の高い果菜類、あるいは、葉が茂っている植物等、上方からの光や送風が中間部に行き渡りにくい植物に対しても、積極的に光や空気を照射できる。送風によって蒸散を促進するとともに、光合成を加速させることが可能となり、植物の生育を早め、面積当たり、あるいは、時間当たりの収量を上げることが可能となる。
【００４１】
なお、空気とは、地球の大気であり、窒素、酸素及び二酸化炭素のほか多数の微量成分で構成される気体を言う。空気には水蒸気が含まれても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本植物栽培装置は、植物工場等の人工光栽培環境のみならず、温室ハウス等の太陽光を用いた施設栽培においても、その補光装置として適用可能である。
【要約】
植物（１４０）を保持するための栽培プレート（１１０）と、前記栽培プレートの上方に配され、下方に向けて光を照射する照明（１１２）と、前記照明と前記栽培プレートとの間に位置し、内部に中空部（１０００）を有する透明中空管（１０４）と、前記透明中空管に人工光を導入する光源（１００）と、前記中空部に空気を供給するエアダクト（１０７）と、を備え、前記透明中空管は、前記中空部に供給された前記空気を上方に射出する送風開口（１０６）を有し、前記透明中空管の長手方向に進行した前記人工光を上方に反射するプリズム（１０５）を、平面視において前記送風開口の位置に有する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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