(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液が流される流路と、前記流路の前記培養液に浮かべられる少なくとも１つの栽培容器と、を備える水耕栽培装置であって、
前記栽培容器は、
前記培養液に対して浮力を有した浮遊部と、
前記培養液によって成長する少なくとも１株の植物を保持する支持部材と、
前記浮遊部の中央部分に設けられて前記支持部材を固定する植付部と、
前記浮遊部に取り付けられ、前記浮遊部の半径方向へ延びたアームと、
を備え、
前記流路は、この流路を移動する前記栽培容器の前記アームに干渉する凸部を有し、
前記アームが前記凸部に衝突することで前記栽培容器を回転させる水耕栽培装置。
【請求項２】
前記栽培容器は、前記植付部から前記培養液中に延びる前記植物の根を束ねる筒部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載された水耕栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、植物を培養液で育成させる水耕栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
培養液が循環される水路に、根を培養液に浸漬させた状態で育成させたい植物を保持する栽培容器を浮かべ、培養液の流れに乗せて栽培容器を移動させる水耕栽培装置がある。この水耕栽培装置は、水路に流れを発生させるために、モータで回転駆動されるブレードを有した攪拌ユニットを備えている。攪拌ユニットは、水路の内周側に配置され、ブレードの回転方向に沿って培養液を還流させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５３−９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
植物が定植されている場合、光の照射方向、照射量および照射時間によって、発育に差が生じてしまう。したがって、定植された植物に対して光の当たり具合を均質にするために、光源の位置を移動させる方法も知られている。
【０００５】
水耕栽培において水路に沿って移動させながら植物を育てる場合であっても同様であり、植物に対して均質に光を当てることが望ましい。しかし、上述のように培養液に浮かべた栽培容器を循環させる場合であっても、光が均等にあたるように植物の向きが変わるとは限らない。その結果、植物の育成が偏ってしまうと、成長した植物の重心の位置によっては培養液に浮かべた栽培容器が傾くかもしれない。そして、傾いたことによって、さらに発育の偏りを加速させてしまう。また、水路に沿って栽培容器を移動させる場合、栽培容器が傾いていると移動し難くなる。植物が偏って成長した場合でも栽培容器が傾きにくいように、植物に対して栽培容器を大きくして浮力を安定させることもできる。しかし、栽培容器を大きくすると、水耕栽培を行なうための装置が占有する面積に対する収穫率が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、水耕栽培において植物の葉に光を均質に当てることができる水耕栽培装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態に係る水耕栽培装置は、培養液が流される流路と、前記流路の前記培養液に浮かべられる少なくとも１つの栽培容器と、を備える。そして、この栽培容器は、培養液に対して浮力を有した浮遊部と、培養液によって成長する少なくとも１株の植物を保持する支持部材と、浮遊部の中央部分に設けられて支持部材を固定する植付部と、浮遊部に取り付けられ、浮遊部の半径方向へ延びたアームと、を備える。また、この水耕栽培装置の流路は、流路を移動する栽培容器のアームに干渉する凸部を有し、アームが凸部に衝突することで栽培容器を回転させる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の栽培容器および水耕栽培装置の斜視図。
【図２】図１の栽培容器の斜視図。
【図３】図２の栽培容器を下から見た斜視図。
【図４】第２の実施形態の栽培容器の斜視図。
【図５】第３の実施形態の栽培容器の斜視図。
【図６】第４の実施形態の栽培容器の斜視図。
【図７】図６の栽培容器を下から見た斜視図。
【図８】第５の実施形態の栽培容器の斜視図。
【図９】図８の栽培容器を下から見た斜視図。
【図１０】第６の実施形態の栽培容器の斜視図。
【図１１】図１０の栽培容器を下から見た斜視図。
【図１２】第７の実施形態の栽培容器の斜視図。
【図１３】図１２の栽培容器を下から見た斜視図。
【図１４】第８の実施形態の栽培容器および水耕栽培装置の斜視図。
【図１５】第９の実施形態の栽培容器および水耕栽培装置の斜視図。
【図１６】第１０の実施形態の栽培容器の斜視図。
【図１７】図１６の栽培容器を下から見た斜視図。
【図１８】第１１の実施形態の水耕栽培装置の斜視図。
【図１９】第１２の実施形態の水耕栽培装置の一部の斜視図。
【図２０】第１３の実施形態の水耕栽培装置の上流の流路の断面図。
【図２１】図２０の水耕栽培装置の中流の流路の断面図。
【図２２】図２０の水耕栽培装置の下流の流路の断面図。
【図２３】第１４の実施形態の水耕栽培装置の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
第１の実施形態の栽培容器１０及びこれを使用する水耕栽培装置１について、図１から図３を参照して説明する。図１に示す水耕栽培装置１は、培養液Ｂが流される流路２と、この流路２の培養液Ｂに浮かべられる複数の栽培容器１０とを備える。この水耕栽培装置１は、培養液Ｂを流すためのポンプ２１と、培養液Ｂ中の不純物を取り除くフィルタ２２と、培養液Ｂに養分を追加する供給装置２３と、培養液ＢのｐＨなど水質を調整する調整装置２４と、栽培容器１０が培養液Ｂの流れによって流されないように一定の区間に保持する係留機構２５と、栽培容器１０に植えられた植物Ｐに光を供給する照明装置３と、これらの装置に接続された制御装置４をと備える。
【００１０】
栽培容器１０は、図２および図３に示すように、浮遊部１１と支持部材１２と植付部１３と翼１４とを備える。浮遊部１１は、培養液Ｂに対して十分な浮力を有している。浮遊部１１は、発泡スチロールや発泡ウレタンなどの発泡樹脂のように培養液Ｂよりも比重の小さい材質のもの、または、内部が空洞になった密封容器、あるいは、開口した下部を培養液Ｂで塞がれることで空気を保持するケースでもよい。本実施形態の場合、図２に示すように、下向きに開口したリング状（いわゆるドーナツ形）のケース１１１の内部に発泡樹脂１１２を充填した構造を有している。
【００１１】
支持部材１２は、培養液Ｂによって成長する少なくとも１株の植物Ｐを保持する。ここで「１株」とはひとつの種子から成長した苗のみを意味するのではなく、複数の苗を１つに束ねたものも含む。支持部材１２は、図２に示したように、培養液Ｂが浸み込むスポンジ状の部材で形成されており、１株の植物Ｐを挟み込んで保持する。支持部材１２は、浸み込んだ培養液Ｂによって雑菌が繁殖しにくいように、抗菌性の材料を使用することが好ましい。支持部材１２は、植物Ｐを挟み込みやすいように切れ込みの入ったものでもよいし、図２に示したように直方体のものを折り曲げてあるいは丸めて植物Ｐを保持してもよい。また、支持部材１２は、１つの部材のみで構成されていなくてもよく、例えば、２つの部材で植物Ｐを挟んで保持してもよい。
【００１２】
植付部１３は、浮遊部１１の中央部分に設けられ、支持部材１２を固定する。この植付部１３は、図３に示すように浮遊部１１を鉛直方向に貫通した孔であり、支持部材１２の一部が培養液Ｂに浸るように支持部材１２を固定していればよい。したがって、支持部材１２から延びた植物Ｐの根Ｒは、培養液Ｂに浸る。
【００１３】
翼１４は、浮遊部１１の周囲を一様に流れる流体を受けることによって、培養液Ｂの液面に垂直な回転軸を中心に浮遊部１１を一定の速度で回転させる。この翼１４は、少なくとも一部が培養液Ｂに液没する位置に配置され、培養液Ｂの流れによって浮遊部１１を回転させる。本実施形態の場合、翼１４は、図１から図３に示すように浮遊部１１の下部に設置されており、培養液Ｂが図１に示すように流路２に沿って水平に流れる培養液Ｂの流れを受けて浮遊部１１を回転させる。したがって、翼１４は、培養液Ｂが水平に流れることで浮遊部１１を回転させることに適した形状を有している。
【００１４】
本実施形態の場合、栽培容器１０は、図２及び図３に示すように鉛直方向に延びた５つの翼１４を備えている。各翼１４の形状は、浮遊部１１の外周側から中心部に向かってなだらかに弧を描いた非対称翼である。本実施形態の場合、各翼１４は、前縁１４１が外周側に位置するように取り付けられて上流に位置する翼１４が揚力を発生することで、真上から見て反時計回り（左回り）に浮遊部１１すなわち栽培容器１０全体を緩やかに回転させる。この実施形態では、浮遊部１１の上壁１１３及び外周壁１１４に対して一続きに同じ部材で成形されている。
【００１５】
栽培容器１０を回転させる方向は、反時計回りに限らず、時計回りであってもよい。したがって、栽培容器１０を時計回りに回転させる場合、それに適した形状及び角度に翼１４を設ければよい。翼１４の数は、５つに限定されず、４つ以下または６つ以上であってもよい。また翼１４の形状も、栽培容器１０を一方向に回転させる駆動力を発生させることができれば、球面や三角柱でもよく、図２および図３に示したものに限定されない。また、浮遊部１１の形状は、培養液Ｂに浮かべられて回転するときの回転抵抗を最小限にするとともに、周囲を波立たせないようにするために、植付部１３を中心とする円形であることが好ましい。
【００１６】
以上のように構成された栽培容器１０は、水耕栽培装置１の流路２を一定の速度で流れる培養液Ｂに浮かべられることによって、一定の速度で回転する。本実施形態の場合、流路２は、図１に示す係留機構２５を一定の区間ごとに備えている。この係留機構２５は、流路２の側壁に回動可能に装着され、栽培容器１０が流路２に沿って移動することを阻止するバー２５１と、栽培容器１０が通過できるようにこのバー２５１を移動させるアクチュエータ２５２とを備える。バー２５１が降りている間、このバー２５１よりも上流側にある栽培容器１０は、その場で回転する。
【００１７】
照明装置３は、流路２の上方に配置されており、栽培容器１０に保持された植物Ｐの成長を促進させるために必要な光、例えば光合成をさせるために必要な波長の光を放射する。流路２の一部に栽培容器１０を係留しない区間を設け、殺菌用の紫外線を照射する照明装置３を設置してもよい。
【００１８】
制御装置４は、ポンプ２１を駆動して流路２に一定の流量の培養液Ｂを循環させる。また、制御装置４は、培養液Ｂの成分やｐＨをモニタリングしており、供給装置２３から養分を、調整装置２４から薬剤を、それぞれ定期的に投入することで、培養液Ｂの状態を調質するとともに、植物Ｐの成長に合わせて照明装置３の光量を制御する。
【００１９】
この水耕栽培装置１は、翼１４を備える栽培容器１０を使用することで、栽培容器１０に育成される植物Ｐの各葉Ｌに光を均質に当てることができる。したがって、植物Ｐが苗の状態で最初に保持された位置から均等に成長しやすく、そして成長することで栽培容器１０が回転することを妨げるような傾きも生じない。その結果、栽培容器１０の回転を維持することができ、植物Ｐが成長する間、光を均質に当て続けることができる。
【００２０】
なお、水耕栽培は、培養液Ｂで植物Ｐを育てるため、除草や害虫駆除のための農薬、および土壌に潜在的に存在している菌にさらされることがない。また、極力、人が触れないようにすることもできるため、衛生管理がしやすい。したがって、葉野菜のように収穫したものをそのまま洗って食用に供する野菜の栽培に適している。
【００２１】
以下に第２から第１４の実施形態の栽培容器１０および水耕栽培装置１を説明する。各実施形態において、第１の実施形態の栽培容器１０および水耕栽培装置１と同じ機能を有する構成は、各実施形態の説明中及びその対応する図中に同じ符号を付して詳細な説明を省略し、必要に応じて第１の実施形態の対応する記載を参酌する。また、以下の各実施形態における栽培容器１０またはそれを利用する水耕栽培装置１は、少なくとも第１の実施形態の場合と同様の効果を有するとともに、互いに共通する構成どうし、同様の効果を発揮する。
【００２２】
第２の実施形態の栽培容器１０について、図４を参照して説明する。第２の実施形態の栽培容器１０は、浮遊部１１から下方に延びる筒部１５を有している。この筒部１５は、植付部１３から培養液Ｂ中に延びる植物Ｐの根Ｒを広がり過ぎないように束ねる。また、筒部１５は、周囲の翼１４に対して隙間を有しているので、筒部１５の周囲の培養液Ｂの流れが安定する。すなわち、筒部１５は、浮遊部１１すなわち栽培容器１０の姿勢を安定させるスタビライザとしても機能する。この他の構成は、第１の実施形態の栽培容器１０と同じである。
【００２３】
第２の実施形態の栽培容器１０は、筒部１５を有していることによって、植物Ｐの根Ｒが筒部１５よりも長く伸びない限り、培養液Ｂ中における流動抵抗が一定である。その結果、栽培容器１０の回転が安定し、植物Ｐの葉Ｌのそれぞれに光を均質に当てることができる。その結果、この栽培容器１０を使用する水耕栽培装置１は、第１の実施形態と同様に、植物Ｐの成長に偏りを生じ難い。
【００２４】
なお、栽培容器１０が回転するとき筒部１５内の培養液Ｂが循環されるように、筒部１５の内壁に設けられて培養液Ｂを筒部１５の下端から吸い込む螺旋状のベーン、及び、筒部１５の上部に吸い上げた培養液Ｂを吐出する出口をそれぞれ有していてもよい。また、栽培容器１０の下面から延びた翼１４の先端（下端）が筒部１５の下端と連結されていてもよい。
【００２５】
第３の実施形態の栽培容器１０について、図５を参照して説明する。第３の実施形態の栽培容器１０は、図５に示すように、第２の実施形態の栽培容器１０の筒部１５と同じく筒部１５を有しており、この筒部１５に半径方向に培養液Ｂが通過する透過孔１５１を有している。透過孔１５１を設ける代わりに、網状の部材で筒部１５を形成してもよい。
【００２６】
透過孔１５１を有していることによって、培養液Ｂが筒部１５の内部に流れ込みやすくなり、植物Ｐの根Ｒに培養液Ｂの養分がまんべんなく行きわたるようになる。したがって、栽培容器１０が回転されて植物Ｐの葉Ｌに均質に光が当たることに加えて、根Ｒに培養液Ｂが十分供給されるので、植物Ｐが成長する過程で偏りが生じ難くまた成長しやすい。
【００２７】
第４の実施形態の栽培容器１０について、図６及び図７を参照して説明する。第４の実施形態の栽培容器１０において、翼１４は、筒部１５に平行に固定されている。このとき、翼１４の上端は、浮遊部１１の下部に接続されていてもよい。この実施形態の栽培容器１０は、第１の実施形態の場合と同様に、流路２に沿って流れる培養液Ｂを翼１４で受けて、浮遊部１１すなわち栽培容器１０自身を回転させる。筒部１５に翼１４を取り付けるので、浮遊部１１の上に高く葉Ｌを伸ばす植物Ｐを栽培する場合でも、重心の位置を低くすることができるので、栽培容器１０が傾くことを抑えることができる。
【００２８】
第５の実施形態の栽培容器１０について、図８及び図９を参照して説明する。第５の実施形態の栽培容器１０において、翼１４は、浮遊部１１の下面外周部から下方に延びている。本実施形態の栽培容器１０は、円形の浮遊部１１の半径方向に翼１４の幅が第１の実施形態の栽培容器１０の翼１４よりも小さい代わりに、翼１４の数を増やしている。また、翼１４が振動しないように、各翼１４の下端を浮遊部１１の回転中心に垂直な平面に沿って配置される環状のスタビライザ１６で連結している。このスタビライザ１６は、浮遊部１１の姿勢を安定させるためにも寄与する。スタビライザ１６は、筒部１５に接合されていてもよい。
【００２９】
この栽培容器１０は、第１から第４の実施形態の栽培容器１０のように、流路２に沿って水平に流れる培養液Ｂの流れを受けて回転するとともに、流路２の底から水面に浮かぶ浮遊部１１に向かう方向に強制対流される培養液Ｂの流れを受けて回転することができる。つまり、この栽培容器１０は、図８中に示す矢印Ｂ１のように流れる培養液Ｂによって回転するとともに、図９中に示す矢印Ｂ２のように流れる培養液Ｂによっても回転する。
【００３０】
図９の矢印Ｂ２に沿う培養液Ｂの流れは、流路２の底部に設置されるノズルから供給される培養液Ｂによって作られてもよいし、流路２の底部に設置される曝気用のノズルから供給される気泡によって培養液Ｂに引き起こされてもよい。このように、第５の実施形態の栽培容器１０は、培養液Ｂの流れが流路２に沿う流れでも強制対流でも、浮遊部１１の周囲を一様に培養液Ｂが流れることによって、浮遊部１１に安定した回転を生み出すことができる。
【００３１】
第６の実施形態の栽培容器１０について、図１０及び図１１を参照して説明する。第６の実施形態の栽培容器１０において、第１から第５の実施形態と同様に、翼１４は、浮遊部１１の下部に配置されて、浮遊部１１及び筒部１５の両方に接合されている。また、翼１４の下端は、第５の実施形態と同様に、スタビライザ１６によって連結されている。この栽培容器１０は、図１０中に示す矢印Ｂ１のように流れる培養液Ｂによって回転するとともに、図１１中に示す矢印Ｂ２のように流れる培養液Ｂによっても回転する。
【００３２】
第６の実施形態の栽培容器１０は、浮遊部１１から下方に延びた翼１４の長さが、第５の実施形態の栽培容器１０の翼１４よりも短く、浮遊部１１の半径方向に外周から中央に取り付けられた筒部１５に接合される充分な幅を有している。ここで、筒部１５の長さは、栽培する植物Ｐが成長したときの根Ｒの長さに応じて適宜選択されればよい。したがって、本実施形態の栽培容器１０は、成長した根Ｒが短い植物Ｐであれば、第５の実施形態の栽培容器１０に比べて水深の浅い流路２に採用することができる。また、培養液Ｂに対する投影面積、すなわち、矢印Ｂ１及び矢印Ｂ２に沿って見た栽培容器１０の翼１４の投影面積は、矢印Ｂ１の場合よりも矢印Ｂ２の場合の方が大きい。つまりこの栽培容器１０は、強制対流によって回転させた方が、回転速度の制御を行ないやすい。
【００３３】
第７の実施形態の栽培容器１０について、図１２及び図１３を参照して説明する。第７の実施形態の栽培容器１０において、第６の実施形態と同様に、翼１４は、浮遊部１１の下部に配置され、浮遊部１１及び筒部１５の両方に接合されている。この栽培容器１０の翼１４は、浮遊部１１の半径方向にまっすぐに、かつ、筒部１５の中心軸に対して仰角がつけられたいわゆるプロペラ状に配置されている。したがって、この栽培容器１０は、図１２及び図１３中の矢印Ｂ２に沿って強制対流される培養液Ｂの流れを翼１４で受けて浮遊部１１すなわち栽培容器１０自身を回転させる。
【００３４】
また、この栽培容器１０は、各翼１４の下端の外周部を連結するように、環状のスタビライザ１６を備えている。このスタビライザ１６は、第５及び第６の実施形態とは異なっており、この栽培容器１０の回転軸を中心とする円筒面に沿って形成されている。したがって、強制対流される培養液Ｂの流れを受けて回転した場合に、栽培容器１０が安定しやすい。強制対流を引き起こすための培養液Ｂの流れまたは気泡は、各翼１４に当たったのち遠心方向へ方向を転換され、浮遊部１１の下面とスタビライザ１６の上縁の間から外側へ放出される。栽培容器１０は、強制対流される培養液Ｂの流れによって回転するので、個別に回転速度を管理しやすい。
【００３５】
第８の実施形態の栽培容器１０および水耕栽培装置１について、図１４を参照して説明する。第８の実施形態の水耕栽培装置１は、図１４に示すように、培養液Ｂが流される流路２の上に、空気が流される風洞５を備えている。風洞５に流される空気の気流Ａ１は、風洞に接続された送風機５１によって作られる。図１４において、風洞５を流れる空気の気流Ａ１の向きは、流路２を流れる培養液Ｂの流れ（矢印Ｂ１）と平行に設定されている。気流Ａ１の向きと培養液Ｂの流れの向きとは、互いに影響し合わないので、気流Ａ１の向きが培養液Ｂの流れの向きと直交していてもよいし、逆行していてもよい。
【００３６】
栽培容器１０は、浮遊部１１の周囲を一様に流れる流体として、送風機５１で作られる空気の気流Ａ１を利用し、この気流Ａ１を受けて培養液Ｂの液面に垂直な回転軸を中心に浮遊部１１を一定の速度で回転させる翼１４を有している。本実施形態では、翼１４は、培養液Ｂの液面よりも上である浮遊部１１の上部に配置され、液面に沿って流れる気流Ａ１を受けて浮遊部を回転させる。
【００３７】
各翼１４は、浮遊部１１から上方へ延びており、回転軸に垂直な気流Ａ１を受けて浮遊部１１すなわち栽培容器１０全体を回転させる。これらの翼１４は、図８及び図９に示した第５の実施形態の栽培容器１０の翼１４を浮遊部１１の上部に取り付けた状態に相当する。各翼１４の上端と接合された栽培ステージ１７は、浮遊部１１と平行に配置され、中央部分に浮遊部１１の植付部１３に通じる連通孔１７１及び連結筒部１７２が設けられている。植付部１３に固定される支持部材１２は、連結筒部１７２を通して連通孔１７１まで充填される。
【００３８】
栽培ステージ１７は、図１４に示したような平坦なものに限らず、植付部１３に直接なだらかにつながる漏斗形状に形成されていてもよい。この場合、連通孔１７１および連結筒部１７２は、栽培ステージ１７に一体化される。栽培ステージ１７は、送風機５１で起こされた気流Ａ１の一部が通過するように、多数の通気孔を有していてもよいし、メッシュ状のもので構成されていてもよい。
【００３９】
また、本実施形態の水耕栽培装置１は、栽培容器１０を流路２の一定の区間に保持する係留機構２５として、栽培容器１０の浮遊部１１が嵌る開口部２５３が設けられたフレーム２５Ａを備えている。風洞５は、栽培容器１０の翼１４に効率よく気流Ａ１を当てるために、フレーム２５Ａによって係留された栽培容器１０の栽培ステージ１７とほぼ同じ高さに設置されるカバーパネル５２を有している。このとき培養液Ｂは、フレーム２５Ａまでいっぱいに満たされていてもよいし、フレーム２５Ａとの間に隙間を有していてもよい。植物Ｐの成長に合わせて、培養液Ｂの液面またはフレーム２５Ａの高さを変えることで、風洞５の位置を栽培容器１０の翼１４に合わせることができる。
【００４０】
以上のように構成された栽培容器１０は、気流Ａ１によって浮遊部１１すなわち栽培容器１０自身が回転する。したがって、これを使用する水耕栽培装置１は、培養液Ｂの流れに関係なく栽培容器１０を適した速度で回転させることができる。本実施形態の水耕栽培装置１は、培養液Ｂの流量および栽培容器１０の回転速度を個別に、植物Ｐの成長に合わせて変えることができるため、植物Ｐの育成の管理がしやすくなる。
【００４１】
第９の実施形態の栽培容器１０および水耕栽培装置１について、図１５を参照して説明する。第９の実施形態の水耕栽培装置１は、栽培容器１０を流路２の一定の区間に保持する係留機構２５として、フレーム２５Ａを備えている。この実施形態の栽培容器１０は、第８の実施形態の栽培容器１０と同様に、浮遊部１１の周囲を流れる流体として気流Ａ１を利用し、この気流Ａ１を受けて培養液Ｂの液面に垂直な回転軸を中心に浮遊部１１を一定の速度で回転させる翼１４を有している。したがって、翼１４は、培養液Ｂの液面よりも上になる浮遊部１１の上部に配置されている。
【００４２】
この翼１４は、回転軸と平行に延びており、支持部材１２に育成する植物Ｐを囲う外周位置に配置されている。各翼１４の上端は、互いにリング１４２で連結されている。この栽培容器１０は、第８の実施形態のように培養液Ｂの液面に沿う方向に流れる気流Ａ１によって回転力を得るだけでなく、図１５に示すように上方から吹き降ろす気流Ａ２によっても回転力を得ることができる。翼１４及びリング１４２の影が植物Ｐにかからないように、翼１４及びリング１４２を透明部材で作るとよい。
【００４３】
以上のように構成された栽培容器１０を使用する水耕栽培装置１は、流路２の培養液Ｂの流れに関係なく、気流Ａ１や気流Ａ２で、栽培容器１０を回転させることができる。したがって、自然に流れる風を利用してもよいし、人工的に送風機５１で気流Ａ１や気流Ａ２を発生させてもよい。吹き降ろす気流Ａ２を発生させる場合、栽培容器１０をそれぞれ係留している位置に合わせてノズル５３１を設けたダクト５３を設置し、そのダクト５３に送風機５１で空気を送り込む。この場合の送風機５１やダクト５３は、空調設備と共通してあるいはその一部として設けることも可能である。この空調設備は、例えば、植物Ｐを育てるために空気の温度や湿度、並びに酸素と窒素あるいは二酸化炭素の濃度を調整するために設置されるものである。
【００４４】
栽培容器１０を回転させるために利用される気流Ａ２を発生させるための送風機５１やダクト５３を流路２とは別に設置することができるので、水耕栽培装置１の設備費用を安価に抑えることができるとともに、栽培容器１０の数が多い大規模な物から栽培容器１０の数が少ない小規模なものまで、同じ構成で水耕栽培装置１を作ることができる。
【００４５】
第１０の実施形態の栽培容器１０について、図１６及び図１７を参照して説明する。第１０の実施形態の栽培容器１０は、複数の支持部材１２を固定する植付部１３を有している。本実施形態において、植付部１３は、図１６に示すように４つの支持部材１２を固定する。各支持部材１２には、植物Ｐの苗が１つずつ保持されている。植付部１３は、図１７に示すように下部のそれぞれの支持部材１２に対応する位置に筒部１５を有している。これら４つの筒部１５は、個別に設けられる代わりにすべての支持部材１２から延びる植物Ｐの根Ｒを囲う１つの筒部１５であってもよい。
【００４６】
以上のように構成された栽培容器１０は、個別に筒部１５が設けられているので、栽培容器１０から植物Ｐを収穫する際に植物Ｐの根Ｒが互いに絡まっていないので、植物Ｐを分けやすい。この栽培容器１０は、第１の実施形態の水耕栽培装置１に採用することができるとともに、この栽培容器１０の植付部１３の構成を第１から第９の実施形態の栽培容器１０に適用することも可能である。
【００４７】
第１１の実施形態の水耕栽培装置１について、図１８を参照して説明する。図１８に示す水耕栽培装置１は、蛇行するように複数回折り返した流路２と、この流路２に流れる培養液Ｂに浮かべられる複数の栽培容器１０とを備える。栽培容器１０は、図１から図１３に示した第１から第７の実施形態の栽培容器１０及び図１６と図１７に示した第１０の実施形態の栽培容器１０を採用することができる。また、第８の実施形態のように流路２とともに風洞５を設けることで図１４に示した第８の実施形態の栽培容器１０を採用できるし、第９の実施形態のようにダクト５３およびノズル５３１を設けることで図１５に示した第９の実施形態の栽培容器１０を採用することもできる。
【００４８】
この水耕栽培装置１において、流路２は、栽培する植物Ｐを苗の状態から製品として収穫できるまで十分に育った状態までに要する育成日数と、植物Ｐの一日の出荷量と、に応じた数だけ栽培容器１０を流す十分な長さを有する。流路２は、一定の区間ごとに第１の実施形態で示したような係留機構２５を備えている。係留機構２５は、培養液Ｂの流れによって栽培容器１０が下流へ必要以上に流されてしまうのを抑制する。栽培容器１０は、係留機構２５によって流路２中の移動距離が制限され、出荷量に応じた数だけ流路２の最下流に流れ着く。
【００４９】
ここで、参考のために、水耕栽培装置１の運転条件の一例を記す。植物Ｐが収穫されるまで成長するのに要する時間は約４０日、１回の収穫量を１００株（栽培容器１０の１００個分）、とすると、水耕栽培装置１は、同時に約４０００個の栽培容器１０を浮かべる流路２を有する必要がある。１つの栽培容器１０の大きさを直径約２０ｃｍとすると、流路２の全長は、少なくとも８００ｍになる。培養液Ｂの流速は、毎秒２００〜３００ｍｍぐらいに設定される。したがって、培養液Ｂは、約１時間に１回循環されることになる。
【００５０】
新しい苗の投入作業と成長した植物Ｐの収穫作業の作業効率を向上させるとともに、培養液Ｂを循環させるための設備の効率を向上させるために、図１８に示した流路２の上流端と下流端を接続し一続きに培養液Ｂが流れるようにしてもよい。このようにすることで、植物Ｐを収穫した後の栽培容器１０を使ってすぐに新しい苗を投入することができる。
【００５１】
また、水耕栽培装置１は、流路２の上方に照明装置３を設置しており、成長段階に応じた光量及び波長の光を供給する。栽培容器１０が回転するので、照明装置３は、流路２の真上に必ずしもなくてもよい。培養液Ｂを流路２に沿って流すためのポンプ２１及びポンプ２１から送出される培養液Ｂの供給経路は、流路２の最上流端だけでなく、培養液Ｂの含有成分やｐＨなどを調整するために必要となる位置に接続される。図１８に示したような蛇行する流路２の場合、各折返し部分に供給経路を接続することで、配管を簡略にすることができる。
【００５２】
第１２の実施形態の水耕栽培装置１および栽培容器１０について、図１９を参照して説明する。図１９は、水耕栽培装置１の流路２の一部を示す。流路２は、底部が丸くなったいわゆる「Ｕ字形」の断面形状を有している。栽培容器１０は、培養液Ｂに液没する翼１４を浮遊部１１の下部に有しており、植付部１３の下部に筒部１５が取り付けられている。翼１４と筒部１５は、流路２の断面形状に沿って丸く、すなわち外形が球面に沿う形状に、作られているので、栽培容器１０が回転しても流路２に干渉することはない。
【００５３】
さらに、この実施形態の水耕栽培装置１における流路２は、一方の側壁に凸部２６を有している。この凸部２６は、回転する栽培容器１０の浮遊部１１の半径方向へ延びたアーム１８と干渉する位置に設置される。第１２の実施形態の場合、翼１４がアーム１８として機能するため、凸部２６は、培養液Ｂの液面よりも低い位置に設置されている。アーム１８及び凸部２６を液面よりも高い位置に設置し、栽培容器１０が流路２に沿って移動することでアーム１８と凸部２６とを干渉させてもよい。凸部２６は、流路２に沿って、一定の間隔、もしくは、栽培容器１０を強制的に回転させたい地点に、設置される。
【００５４】
以上のように構成された栽培容器１０および水耕栽培装置１は、栽培容器１０が流路２に沿って移動することで、アーム１８が凸部２６に衝突し、栽培容器１０を強制的に回転させる。またそうすることによって、栽培容器１０を確実に回転させることができ、植物Ｐの葉Ｌに均質に光を当てることができる。そして、栽培容器１０は、培養液Ｂの流れによって移動することでアーム１８を凸部２６に衝突させ回転するので、浮遊部１１の周囲を一様に流れる流体を受けて培養液Ｂの液面に垂直な回転軸を中心に浮遊部１１を回転させているとも言える。
【００５５】
第１１の実施形態の水耕栽培装置１の流路２のように流路２が蛇行している場合、流路２の折返し部分やその前後、あるいは栽培容器１０が多数並んで互いに浮遊部１１が接している直線部分において、栽培容器１０が培養液Ｂの流れによって十分な回転力を得られないことも考えられる。このような場合でも、水耕栽培装置１は、栽培容器１０にアーム１８を有するとともに流路２に凸部２６を有していることによって、栽培容器１０に安定した回転を与えることができる。
【００５６】
なお、培養液Ｂの流れによって左回りに回る栽培容器１０と右回りに回る栽培容器１０を交互に流路２に並べると、栽培容器１０の浮遊部１１どうしが接しても互いにいなすように回転するため、栽培容器１０の回転が抑制されることを軽減できる。ただし、この場合、左回転する栽培容器１０と右回転する栽培容器１０との個々にのみ対応する凸部２６をそれぞれ設ける必要がある。例えば、凸部２６を配置する位置は、左回転用と右回転用とで反対側の側壁に設けるとともに、高さを変えて設置する。そして、アーム１８は、それぞれ対応する凸部２６に干渉する高さに配置すればよい。または、アーム１８の代わりに栽培容器１０の外周にピニオンを設け、流路２の一方の側壁にラックを敷設し、これらを嵌合させることによって、培養液Ｂによって押し流された距離だけ栽培容器１０が回転する水耕栽培装置１を作ることもできる。これもまた、栽培容器１０の浮遊部１１の周囲を一様に流れる流体を受けて培養液Ｂの液面に垂直な回転軸を中心に浮遊部を回転させる栽培容器１０の一例であると言える。
【００５７】
第１３の実施形態の水耕栽培装置１について、図２０から図２２を参照して説明する。この水耕栽培装置１は、第１１の実施形態の水耕栽培装置と同様の流路２を備えており、流路２の断面形状が第１１の実施形態の場合と異なっている。第１３の実施形態の水耕栽培装置１の流路２は、上流部分の流路断面形状が図２０に示す形状であり、中流部分の流路断面形状が図２１に示す形状であり、下流部分の流路断面形状が図２２に示す形状を有している。
【００５８】
流路２の上流部分において植物Ｐは、苗の状態であり、根Ｒも筒部１５の下端を超える程度に延びていない。つまり流路２の上流部分は、栽培容器１０が流路２に接触しないように作られていればよいので、図２０に示すように栽培容器１０の筒部１５に対峙する底部２Ａが浅い。流路２の中流部分において植物Ｐは、ある程度成長し、根Ｒも筒部１５から少しはみ出す程度に伸びる。そこで、流路２の中流部分は、図２１に示すように栽培容器１０の筒部１５に対峙する底部２Ａを下方に向かって突出させた形状にする。流路２の下流部分において植物Ｐは、さらに成長し、根Ｒも筒部１５から長く伸びている。したがって、流路２の下流部分は、図２２に示すように栽培容器１０の筒部１５に対峙する底部を中流部分よりも大きくは項へ突出させた形状にしている。
【００５９】
流路２の底部２Ａを下方へ突出させることによって上流部分と下流部分とで培養液Ｂの流速が大きく変わらないように、流路２の上流部分、中流部分、下流部分のいずれにおいても、流路断面積が同じになるように、流路２を作ることが好ましい。つまり、流路２は、上流よりも下流の方が、水深が深く幅が狭い。このようにすることで、栽培容器１０と流路２との隙間は、上流部分から下流部分に行くにしたがって小さくなる。つまり、栽培容器１０を回転させるトルクに寄与する培養液Ｂの割合が増える。
【００６０】
その結果、栽培容器１０は、大きく成長した植物Ｐが乗っていても、翼１４によって培養液Ｂの流れから十分な回転トルクを受けることができ、植物Ｐの成長によらずに確実に回転する。また、第１３の実施形態の水耕栽培装置１の流路２であれば、植物Ｐの根Ｒの成長を妨げないので、植物Ｐも成長しやすい。
【００６１】
なお、底部２Ａの深さは、上流から下流に掛けて連続的に徐々に深くしてもよいし、流路２が折り返されている部分で区切って深さを変えてもよい。
【００６２】
第１４の実施形態の水耕栽培装置１について、図２３を参照して説明する。図２３に示す水耕栽培装置１は、培養液Ｂの流れを横切る方向に栽培容器１０を複数並べる幅を有した流路２を備える。栽培容器１０は、一度に収穫する植物Ｐの量または出荷量に応じた数を一つのグループとして取り扱えるように、複数の栽培容器１０をマトリックス配列に保持するフレーム２５Ｂに保持される。このフレーム２５Ｂは、栽培容器１０を流路２の一定の区間に保持する係留機構２５として機能する。
【００６３】
栽培容器１０は、第１から第１０の実施形態の栽培容器１０のいずれでも採用することができる。第１４の実施形態の水耕栽培装置１は、第１から第６及び第１０の実施形態の栽培容器１０を採用する場合、流路２に沿って流れる培養液Ｂによって栽培容器１０を回転させる。第５から第７の実施形態の栽培容器１０を採用する場合、水耕栽培装置１は、流路２の底部から培養液Ｂを強制対流させるノズル、または、曝気用のノズルを備えることで、栽培容器１０を回転させる。また、第８の実施形態の栽培容器１０を採用する場合は流路２の上部に風洞５を設け、第９の実施形態の栽培容器１０を採用する場合は流路の上方にダクト５３および各栽培容器に気流Ａ２を送るノズル５３１を設置すればよい。いずれの場合も栽培容器１０は、流路２を流れる培養液Ｂに浮かべられており、浮遊部１１の周囲を一様に流れる流体を受けて浮遊部１１すなわち栽培容器１０自身を回転させる翼１４を有している。
【００６４】
以上のように構成された第１４の実施形態の水耕栽培装置１は、フレーム２５Ｂを一単位として流路２から引き揚げ、栽培容器１０に育った植物Ｐを収穫する。栽培容器１０がフレーム２５Ｂを持ち上げたときに落ちないように、栽培容器１０とフレーム２５Ｂとを構成しておくことで、新しい苗を投入する作業や育った植物Ｐを収穫する作業の効率が良くなる。また、１つのフレーム２５Ｂにセットされる栽培容器１０は、同時に流路２に投入され、同時に流路から引き揚げられるので、生産管理もしやすくなる。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明した。これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００６６】
上記実施形態の他の技術的特徴を以下に付記する。  
［１］  培養液に対して浮力を有した浮遊部と、前記培養液によって成長する少なくとも１株の植物を保持する支持部材と、前記浮遊部の中央部分に設けられて前記支持部材を固定する植付部と、前記浮遊部の周囲を一様に流れる流体を受けて前記培養液の液面に垂直な回転軸を中心に前記浮遊部を一定の速度で回転させる翼と、を備える栽培容器。
【００６７】
［２］  前記翼は、少なくとも一部が前記培養液に液没する位置に配置され、前記培養液の流れによって前記浮遊部を回転させる［１］に記載された栽培容器。
【００６８】
［３］  前記翼は、水平に流れる前記培養液の流れを受けて前記浮遊部を回転させる［２］に記載された栽培容器。
【００６９】
［４］  前記翼は、強制対流される前記培養液の流れを受けて前記浮遊部を回転させる［２］に記載された栽培容器。
【００７０】
［５］  前記翼は、前記培養液中を前記浮遊部へ向かって上昇する気泡及びその気泡によって引き起こされる前記培養液の流れによって前記浮遊部を回転させる［２］に記載された栽培容器。
【００７１】
［６］  前記翼は、前記培養液の液面よりも上に配置され、前記液面に沿って流れる気流によって前記浮遊部を回転させる［１］に記載された栽培容器。
【００７２】
［７］  前記翼は、前記支持部材に育成する植物を囲う外周位置に配置される［６］に記載された栽培容器。
【００７３】
［８］  前記植付部から培養液中に延びる前記植物の根を束ねる筒部をさらに備える［１］から［７］いずれか１つに記載された栽培容器。
【００７４】
［９］  前記筒部は、前記培養液が通過する複数の透過孔を有する［８］に記載された栽培容器。
【００７５】
［１０］  前記浮遊部の姿勢を安定させるスタビライザを前記筒部に備える［８］または［９］に記載された栽培容器。
【００７６】
［１１］  培養液が流される流路と、前記流路の前記培養液に浮かべられる少なくとも１つの栽培容器と、を備える水耕栽培装置であって、前記栽培容器は、培養液に対して浮力を有した浮遊部と、前記培養液によって成長する少なくとも１株の植物を保持する支持部材と、前記浮遊部の中央部分に設けられて前記支持部材を固定する植付部と、前記浮遊部の周囲を一様に流れる流体を受けて前記培養液の液面に垂直な回転軸を中心に前記浮遊部を一定の速度で回転させる翼と、を有する水耕栽培装置。
【００７７】
［１２］  前記流路は、前記培養液の流れに関わらず前記栽培容器を一定の区間に保持する係留機構を備える［１１］に記載された水耕栽培装置。
【００７８】
［１３］  前記流路は、複数の前記栽培容器を一列に搬送する幅を有する［１１］又は［１２］に記載された水耕栽培装置。
【００７９】
［１４］  前記流路は、上流よりも下流の方が、水深が深く幅が狭い［１３］に記載された水耕栽培装置。
【００８０】
［１５］  前記栽培容器は、前記浮遊部の半径方向へ延びたアームを有し、前記流路は、この流路を移動する前記栽培容器の前記アームに干渉する凸部を有し、前記アームが前記突部に衝突することで前記栽培容器を回転させる［１１］から［１４］のいずれか１つに記載された水耕栽培装置。
【００８１】
［１６］  前記流路は、流れを横切る方向に前記栽培容器を複数並べる幅を有し、前記係留機構は、複数の前記栽培容器をマトリックス配列に保持するフレームである［１２］に記載された水耕栽培装置。
【符号の説明】
【００８２】
１…水耕栽培装置、２…流路、３…照明装置、４…制御装置、５…風洞、１０…栽培容器、１１…浮遊部、１２…支持部材、１３…植付部、１４…翼、１５…筒部、１６…スタビライザ、１８…アーム、Ｂ…培養液、Ｐ…植物、Ｒ…根、Ｌ…葉、Ｂ１…矢印（培養液の流れ、流体の流れ方向）、Ｂ２…矢印（培養液の流れ、流体の流れ方向）、Ａ１，Ａ２…気流（流体の流れ）。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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