(57)【要約】【課題】液肥の温度上昇および根表面での酸素不足を抑制することができる植物栽培装置を提供する。【解決手段】植物６を保持し、かつ、植物６から伸びた根を外部に通すことが可能な植物保持部５と、植物保持部５が載置され、液肥を溜めることが可能な栽培槽２であって植物６から伸びた根を受ける底面２ａ及び植物保持部５を包囲する側壁２ｂとを有する栽培槽２と、栽培槽２に形成され、液肥の少なくとも一部を排水することで液肥の水位を調整する複数の排水穴１３と、複数の排水穴１３から排水された少なくとも一部を溜めることが可能な貯槽タンク７と、貯槽タンク７に溜められた少なくとも一部を栽培槽２に供給することで液肥を循環させるポンプ１７と、ポンプ１７を間欠動作させる制御を行うポンプ制御部１９と、を備え、ポンプ制御部１７は、植物６の生長に応じて、ポンプ１７の循環時間に対する中断時間の比率を調整する。【選択図】図２
2019180252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物の根を液肥に浸して植物を栽培する植物栽培装置であって、
前記植物を保持し、かつ、前記植物から伸びた根を外部に通すことが可能な植物保持部と、
前記植物保持部が載置され、前記液肥を溜めることが可能な栽培槽であって前記植物から伸びた根を受ける底面及び前記植物保持部を包囲する側壁とを有する栽培槽と、
前記栽培槽に形成され、前記液肥の少なくとも一部を排水することで前記液肥の水位を調整する複数の排水穴と、
前記排水穴から排水された前記少なくとも一部を溜めることが可能な貯槽タンクと、
前記貯槽タンクに溜められた前記少なくとも一部を前記栽培槽に供給することで前記液肥を循環させるポンプと、
前記ポンプを間欠動作させる制御を行うポンプ制御部と、を備え、
前記ポンプ制御部は、前記植物の生長に応じて、前記ポンプの動作を行う時間である循環時間に対する前記ポンプの動作を中断させる時間である中断時間の比率を調整する、
植物栽培装置。
【請求項２】
前記中断時間は、前記排水穴により、前記植物の根の全部が露出する前記液肥の水位に調整される時間以上である、
請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項３】
前記ポンプ制御部は、
前記植物の前記根の生長が進むほど、前記循環時間に対する前記中断時間の比率が大きくなるように、前記間欠動作させる制御を行う、
請求項１または２に記載の植物栽培装置。
【請求項４】
前記ポンプ制御部は、
前記植物の花が咲く前よりも前記植物の花が咲いた後の方において、前記循環時間に対する前記中断時間の比率を大きくした前記間欠動作させる制御を行う、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
【請求項５】
前記複数の排水穴は、前記栽培槽内の高さ方向の複数の位置ごとに前記栽培槽内の水平方向に沿って形成されており、
前記ポンプ制御部は、
前記植物の生長として前記液肥の水位に応じて、前記ポンプを間欠的に動作させる、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
【請求項６】
前記栽培槽は、さらに、前記排水穴に前記植物の根が進入するのを防止する防根具（１８）を有する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
【請求項７】
前記貯槽タンクは、前記栽培槽の下方に配置され、前記栽培槽の少なくとも下端部が内部に配置される、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
【請求項８】
前記植物保持部から前記側壁までの距離は、前記植物から伸びた前記根が到達可能な距離である、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
【請求項９】
さらに、前記栽培槽の上方に配置され、前記ポンプにより供給された前記貯槽タンクに溜められた前記少なくとも一部を落下させることで前記栽培槽に溜まっている前記液肥の液面に気泡を発生させる気泡発生部を備える、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の植物栽培装置。
【請求項１０】
前記気泡発生部は、前記植物保持部と前記側壁との間にある前記植物から伸びた前記根の上方の前記液面に、前記少なくとも一部を落下させる、
請求項９に記載の植物栽培装置。
【請求項１１】
栽培槽に溜まった液肥に植物の根を浸して植物を栽培する植物栽培装置による植物栽培方法であって、
前記植物を保持し、前記植物から伸びた根を外部に通すことが可能な植物保持部であって前記植物が保持された植物保持部が載置され、前記液肥を溜めることが可能な栽培槽であって前記植物から伸びた根を受ける底面及び前記植物保持部を包囲する側壁とを有する栽培槽に形成される複数の排水穴に、前記液肥の少なくとも一部を排水させることで前記液肥の水位を調整させる水位調整ステップと、
ポンプを間欠動作させる制御を行う制御ステップと、
前記ポンプに、前記排水穴から排水された前記少なくとも一部を溜めることが可能な貯槽タンクに溜められた前記少なくとも一部を前記栽培槽に供給させることで前記液肥を循環させる循環ステップと、を含み、
前記制御ステップでは、前記植物の生長に応じて、前記ポンプの動作を行う時間である循環時間に対する前記ポンプの動作を中断させる時間である中断時間の比率を調整する、
植物栽培方法。
【請求項１２】
前記中断時間は、前記排水穴により、前記植物の根の全部が露出する前記液肥の水位に調整される時間以上である、
請求項１１に記載の植物栽培方法。
【請求項１３】
前記制御ステップでは、
前記植物の前記根の生長が進むほど、前記循環時間に対する前記中断時間の比率が大きくなるように、前記間欠動作させる制御を行う、
請求項１１または１２に記載の植物栽培方法。
【請求項１４】
前記制御ステップでは、
前記植物の花が咲く前よりも前記植物の花が咲いた後の方において、前記循環時間に対する前記中断時間の比率を大きくした前記間欠動作させる制御を行う、
請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の植物栽培方法。
【請求項１５】
前記複数の排水穴は、前記栽培槽内の高さ方向の複数の位置ごとに前記栽培槽内の水平方向に沿って形成されており、
前記制御ステップでは、
前記植物の生長として前記液肥の水位に応じて、前記ポンプを間欠的に動作させる、
請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の植物栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、植物栽培装置及び植物栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物の根を液肥に浸して植物を栽培する水耕方式の植物栽培装置がある。このような植物栽培装置では、栽培対象の植物に光合成用の人工光を照射されるとともに、植物の生長に必要な養分が含まれた液肥を植物の根の周囲に供給する（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、植物を植えた多孔質容器を栽培槽中の液肥に浸すとともに、栽培槽から排出口を介して排出された液肥を貯留タンクに貯留し、貯留タンク中の液肥を、供給口を介して栽培槽に供給する方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−０２９９２４号公報
【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、特許文献１では、貯留タンク中の液肥を栽培槽に供給するために用いられるポンプの発熱の一部が、液肥とともに栽培槽に伝達され、栽培槽中の液肥の温度（以降水温とも称する）が上がってしまうという課題がある。栽培槽中の液肥の水温が上がってしまうと、液肥中の溶存酸素が減るだけでなく、栽培槽に収容された植物の呼吸が増進され、根表面での酸素不足が懸念される。また、植物の呼吸の増進により光合成効率も下がってしまう。
【０００５】
本開示は、上述の事情を鑑みてなされたもので、液肥の温度上昇および根表面での酸素不足を抑制することができる植物栽培装置及び植物栽培方法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】
上記課題を解決するために、本開示の一形態に係る植物栽培装置は、植物の根を液肥に浸して植物を栽培する植物栽培装置であって、前記植物を保持し、かつ、前記植物から伸びた根を外部に通すことが可能な植物保持部と、前記植物保持部が載置され、前記液肥を溜めることが可能な栽培槽であって前記植物から伸びた根を受ける底面及び前記植物保持部を包囲する側壁とを有する栽培槽と、前記栽培槽に形成され、前記液肥の少なくとも一部を排水することで前記液肥の水位を調整する複数の排水穴と、前記排水穴から排水された前記少なくとも一部を溜めることが可能な貯槽タンクと、前記貯槽タンクに溜められた前記少なくとも一部を前記栽培槽に供給することで前記液肥を循環させるポンプと、前記ポンプを間欠動作させる制御を行うポンプ制御部と、を備え、前記ポンプ制御部は、前記植物の生長に応じて、前記ポンプの動作を行う時間である循環時間に対する前記ポンプの動作を中断させる時間である中断時間の比率を調整する。
【０００７】
なお、これらの全般的または一部の具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の植物栽培装置等によれば、液肥の温度上昇および根表面での酸素不足を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１における植物栽培装置の外観を示す模式図である。
【図２】実施の形態１における植物栽培装置の構成の一例を示す断面模式図である。
【図３】実施の形態１における植物栽培装置の平面模式図である。
【図４】実施の形態１における間欠動作の一例を示す図である。
【図５Ａ】実施の形態１における植物栽培装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５Ｂ】実施の形態１における植物栽培装置の間欠動作の制御の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１の循環時間における植物栽培装置の液肥の水位の説明図である。
【図７】実施の形態１の中断時間における植物栽培装置の液肥の水位の説明図である。
【図８】実施の形態１の栽培槽における植物の根の生育状態と液肥の水位との関係の一例を示す図である。
【図９】実施の形態２における植物栽培装置の外観を示す模式図である。
【図１０】実施の形態２における植物栽培装置の構成の一例を示す断面模式図である。
【図１１】実施の形態２における植物栽培装置の平面模式図である。
【図１２Ａ】実施の形態２における栽培槽の液肥の水位と植物の根の生長との関係の説明図である。
【図１２Ｂ】実施の形態２における栽培槽の液肥の水位と植物の根の生長との関係の説明図である。
【図１２Ｃ】実施の形態２における栽培槽の液肥の水位と植物の根の生長との関係の説明図である。
【図１３】実施の形態２における液肥の流動状態を示す栽培槽の上面模式図である。
【図１４】実施の形態３における植物栽培装置の平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また全ての実施の形態において、各々の内容を組み合わせることもできる。
【００１１】
（実施の形態１）
以下では、図面を参照しながら、実施の形態１における植物栽培装置１について説明する。
【００１２】
［植物栽培装置１の構成］
図１は、実施の形態１における植物栽培装置１の外観を示す模式図である。図２は、実施の形態１における植物栽培装置１の構成の一例を示す断面模式図である。図３は、実施の形態１における植物栽培装置１の平面模式図である。なお、図２に示す断面模式図は、図１におけるＸ１−Ｘ２断面に対応する。図３に示す平面図は、図１における植物栽培装置１のカバー１２を外して上面視したときの図に対応する。
【００１３】
植物栽培装置１は、植物６の根を液肥に浸して植物６を栽培する水耕方式の植物栽培装置である。ここで、栽培対象の植物６は、トマトなどの野菜または観葉植物であるが、これらに限らず、水耕方式で栽培できる植物であればよい。また、液肥は、液状の肥料であり、水に栽培用の養分を含有させたものである。
【００１４】
植物栽培装置１は、図１及び図２に示すように、植物保持部５と、複数の排水穴１３を有する栽培槽２と、貯槽タンク７と、ポンプ１７と、ポンプ制御部１９とを備える。
【００１５】
［植物保持部５］
植物保持部５は、植物６を保持し、かつ、植物６から伸びた根を外部に通すことが可能な植栽ポットである。本実施の形態では、植物保持部５は、トマトなどの水耕方式の野菜である植物６が植栽される。より具体的には、植物保持部５は、培地となるスポンジ等を収納し、栽培対象の植物６の根本を保持することで、植物６が植栽される。植物保持部５の底部および側部は開口されている。植物保持部５は、ポット載置部４を介して栽培槽２に載置され、植物６の生長に応じて、植物６の根元部から伸びた繁茂状態の根が当該開口を介して栽培槽２に連通することができる。
【００１６】
［栽培槽２］
栽培槽２は、植物保持部５が載置され、液肥を溜めることが可能な槽である。栽培槽２は、液肥の水位を調整する複数の排水穴を有する。また、栽培槽２は、植物６から伸びた根を受ける底面２ａ及び植物保持部５を包囲する側壁２ｂとを有する。ここで、植物保持部５から側壁２ｂまでの距離は、植物６から伸びた根が到達可能な距離であってもよい。また、栽培槽２は、複数の排水穴１３に植物６の根が進入するのを防止する防根透水シート１８を有していてもよい。
【００１７】
本実施の形態では、栽培槽２は、例えば図２及び図３に示すように、略長方形状の底面２ａの４辺に側壁２ｂを立設した断面凹形状の箱状容器であり、液肥を溜めることができる。栽培槽２の下端部は、不図示の保持部材によって貯槽タンク７に保持されている。
【００１８】
また、栽培槽２の側壁２ｂには複数の排水穴１３が設けられており、底面２ａの中央部にはポット載置部４が設けられている。栽培槽２は、複数の排水穴１３で液肥の水位を調整し、ポット載置部４を介して植物保持部５を載置する。栽培槽２は、図１に示すように、さらに、給水パイプ１４と、水位制限用排水口１５と、防根透水シート１８とを有する。
【００１９】
＜ポット載置部４＞
ポット載置部４は、図２に示すように、栽培槽２の中央部に設けられ、植物保持部５を載置する。換言すると、ポット載置部４は、栽培槽２の４辺の側壁２ｂによって周囲から包囲される位置に設けられ、植物保持部５が載置される。ポット載置部４の高さは、載置した植物保持部５の底部を液肥に浸した状態とし、かつ、植物保持部５に植栽された植物６の茎部が栽培槽２の上端よりも上方に延出するように設けらている。
【００２０】
＜複数の排水穴１３＞
複数の排水穴１３は、栽培槽２に形成され、液肥の少なくとも一部を排水することで当該液肥の水位を調整する。
【００２１】
本実施の形態では、複数の排水穴１３は、水平方向に所定のピッチで形成されている。すなわち図１〜図３に示すように、複数の排水穴１３は、栽培槽２の側壁２ｂの下部において、底面２ａから略同一の高さに所定のピッチで設けられている。複数の排水穴１３は、植物６の繁茂状態によらずに、栽培槽２中の液肥のほとんどを排出させ、植物６の根の全部を露出させることができるように、栽培槽２の底面２ａからの低い高さの位置に設けられている。なお、複数の排水穴１３は、栽培槽２の底面２ａに設けられていてもよいし、栽培槽２の底面２ａ及び側壁２ｂに設けられてもよい。また、複数の排水穴１３は、栽培槽２の底面２ａから所定の複数段の高さに所定のピッチで形成されていてもよい。
【００２２】
これにより、複数の排水穴１３は、後述するポンプ１７の動作が中断する中断時間には、栽培槽２中の液肥のほとんどを排出させ、植物６の根の全部を露出させることができる。また、複数の排水穴１３は、後述するポンプ１７が動作する循環時間には、栽培槽２中の液肥の排出と、ポンプ１７による栽培槽２への液肥の供給とを同じにされることができる。
【００２３】
＜給水パイプ１４＞
給水パイプ１４は、栽培槽２の内部の上部に位置するように配設されている。図１〜図３に示す例では、給水パイプ１４の先端は、植物保持部５の近傍に位置している。給水パイプ１４は、栽培槽２の外部に配管された連結パイプ１６と接続されている。給水パイプ１４は、ポンプ１７の動作時に、連結パイプ１６を介して貯槽タンク７から送給された液肥を、栽培槽２に供給する。
【００２４】
なお、図１〜図３では、給水パイプ１４の先端は、植物保持部５の近傍に位置するように設けられているが、これに限らず、側壁２ｂの近傍に位置するように設けられていてもよい。給水パイプ１４は、ポンプ１７の動作時に、連結パイプ１６を介して貯槽タンク７から送給された液肥を栽培槽２に供給できるのであればその態様は問われない。
【００２５】
＜水位制限用排水口１５＞
水位制限用排水口１５は、栽培槽２の底面２ａにおける１つのコーナ部に立設されている。本実施の形態では、図１及び図３に示すように、水位制限用排水口１５は、平面視において、栽培槽２の底面２ａの左下コーナ部に立設されている。また、水位制限用排水口１５は、中空管部材であり、排水用に設けられ内孔であって底面２ａを貫通して貯槽タンク７の内部に連通した内孔を有する。水位制限用排水口１５の高さは、予め定めた栽培槽２内の液肥の制限水位に対応して設けられている。
【００２６】
これにより、水位制限用排水口１５は、栽培槽２内に供給される液肥の液量が複数の排水穴１３を介して排水される排水量よりも大きく、栽培槽２内における水位が上昇して制限水位を超えた場合に、余剰の液肥を、内孔を介して貯槽タンク７内に排出することができる。
【００２７】
なお、水位制限用排水口１５は、栽培槽２の底面２ａのコーナ部に立設されていれば、左下コーナ部に限らず、左上コーナ部、右上コーナ部、右下コーナ部に立設されていてもよい。
【００２８】
＜防根透水シート１８＞
防根透水シート１８は、複数の排水穴１３に植物６の根が進入するのを防止する防根具の一例である。
【００２９】
本実施の形態では、防根透水シート１８は、栽培槽２の底面２ａ及び側壁２ｂの内面に、複数の排水穴１３を覆うように敷設されている。防根透水シート１８は、例えば、規定メッシュの開孔が設けられた透水性を有するシート状部材であり、液肥の透過を許容しつつ、植物６の根の通過を抑制する。つまり、防根透水シート１８は、栽培槽２の内面に敷設されることにより、複数の排水穴１３としての機能を阻害することなく排水穴１３内への植物６の根の進入を抑制する。
【００３０】
［貯槽タンク７］
貯槽タンク７は、栽培槽２が有する複数の排水穴１３から排水された液肥の少なくとも一部を溜めることが可能な槽である。貯槽タンク７は、栽培槽２の下方に配置され、栽培槽２の少なくとも下端部を内部に配置する。
【００３１】
本実施の形態では、貯槽タンク７は、栽培槽２の下方に配置され、予め用意された液肥とともに栽培槽２から排水された液肥とを溜めることができる。より具体的には、貯槽タンク７は、直方体型状の箱状容器であり、長方形状の底部７ａと、底部７ａの４辺に立設された側壁７ｂとを有する。貯槽タンク７は、不図示の保持部材によって栽培槽２の少なくとも下端部を内部に保持し、底部７ａと栽培槽２の底面２ａとの間には、液肥を貯溜する空間を確保している。
【００３２】
このように、貯槽タンク７は、栽培槽２の一部を重ねる構造とすることにより、植物栽培装置１の全体の高さを低くすることができる。これにより、複数の植物栽培装置１を、棚等を用いて複数段に配置することが可能となり、面積生産性に優れた植物栽培装置１を実現することができる。
【００３３】
なお、貯槽タンク７は、さらにカバー１２を有するのが好ましい。
【００３４】
＜カバー１２＞
カバー１２は、貯槽タンク７を取り外し可能に覆い、貯槽タンク７の１つの底部７ａと４つの側壁７ｂとによって閉囲することができる。これにより、栽培槽２にある植物６の根域を例えば湿度１００％など一定の湿度に保つことができるだけでなく、植物６の根および液肥に光を当たらなくすることができる。液肥に光が当たらなくすることで、アオコの発生など液肥中に意図しないものが発生することを抑止できる。
【００３５】
また、カバー１２には、植物保持部５の載置位置に対応する位置に開口部１２ａが設けられている。
【００３６】
このように設けられた開口部１２ａは、栽培槽２内に載置された植物保持部５に植栽された植物６の茎部を上方に延出させることができる。したがって、開口部１２ａの大きさは、植物６の茎部よりも大きく、植物保持部５の直径より小さい。開口部１２ａの大きさは、開口部１２ａから植物６の根域部に光が入り込まないよう、小さいほどよい。
【００３７】
また、カバー１２は、植物６の成長が進んでいないときには取り外し可能であるが、植物６の成長が進んだときは取り外しができないが、ずらすことが可能である。なお、カバー１２は、中央で２分割可能なように形成され、植物６の成長が進んだときでも取り外し可能となるようにしてもよい。カバー１２を取り外しまたはずらすことにより、栽培槽２内の液肥の供給状態、排水状態の確認、植物６の根の状態確認を行うことができる。また、カバー１２を必要時に取り外すことで、貯槽タンク７及び栽培槽２の内部の清掃などの作業を効率よく行うことができる。
【００３８】
なお、カバー１２と貯槽タンク７は、それぞれ断熱構造を形成している。これにより周囲温度の変化に左右されない。
【００３９】
［ポンプ１７］
ポンプ１７は、ポンプ制御部１９により間欠動作される。ポンプ１７は、植物６の生長に応じて、ポンプ１７の動作を行う時間である循環時間に対するポンプ１７の動作を中断させる時間である中断時間の比率がポンプ制御部１９により調整される。ポンプ１７は、動作時には、貯槽タンクに溜められた液肥の少なくとも一部を栽培槽２に供給することで液肥を循環させる。
【００４０】
本実施の形態では、ポンプ１７は、貯槽タンク７の底部７ａの上面に配設され、連結パイプ１６と連結されている。また、ポンプ１７の電源には、ポンプ制御部１９により設定されるタイマーが接続されている。ポンプ１７は、動作時には、貯槽タンク７に貯留された液肥を、連結パイプ１６に送給する。このようにして、ポンプ１７は、動作時には、連結パイプ１６に接続された給水パイプ１４から液肥を栽培槽２に供給し、液肥を循環させることができる。一方、ポンプ１７は、動作が停止する動作中断時には、貯槽タンク７に貯留された液肥を、連結パイプ１６に送給しない。つまり、栽培槽２の液肥がその排水穴１３から貯槽タンク７に排出されるままの状態を維持することになり、栽培槽２の液肥の水位を下げることができる。
【００４１】
［ポンプ制御部１９］
図４は、実施の形態１における間欠動作の一例を示す図である。
【００４２】
ポンプ制御部１９は、ポンプ１７を間欠動作させる制御を行う。ポンプ制御部１９は、植物６の生長に応じて、ポンプ１７のおける循環時間に対する中断時間の比率を調整する。ここで、中断時間は、栽培槽２の複数の排水穴１３により、植物６の根の全部が露出する液肥の水位に調整される時間以上であればよい。ポンプ制御部１９は、植物６の根の生長が進むほど、循環時間に対する中断時間の比率が大きくなるように、ポンプ１７を間欠動作させる制御を行ってもよい。また、ポンプ制御部１９は、植物６の花が咲く前よりも植物６の花が咲いた後の方において、循環時間に対する中断時間の比率を大きくしてポンプ１７を間欠動作させる制御を行ってもよい。
【００４３】
本実施の形態では、ポンプ制御部１９は、メモリを有するコンピュータ等で実現され、ポンプ１７の電源に接続したタイマー（不図示）により、ポンプ１７の電源のオン、オフを制御して、ポンプ１７を間欠動作させる制御を行う。なお、ポンプ制御部１９は、ポンプ１７の電源に接続されたタイマーそのものであってもよい。ポンプ制御部１９は、中断時間を、栽培槽２の複数の排水穴１３により、植物６の根の全部が露出する液肥の水位に調整される時間以上に設定し、植物６の生長に応じて、循環時間に対する中断時間の比率を調整する。
【００４４】
例えば、ポンプ制御部１９は、図４に示すように、植物６の花が咲く前には、循環時間を１０分、中断時間を１０分となるように、ポンプ１７の電源に接続したタイマーを設定する。一方、ポンプ制御部１９は、植物６の花が咲いた後には、循環時間を３分、中断時間を１２分となるように、ポンプ１７の電源に接続したタイマーを設定する。このように、ポンプ制御部１９は、植物６の花が咲く前よりも植物６の花が咲いた後の方において、循環時間に対する中断時間の比率を大きくしてポンプ１７を間欠動作させる制御を行う。なお、ポンプ制御部１９は、植物６の根の生長が進むほど、循環時間に対する中断時間の比率が大きくなるように、ポンプ１７を間欠動作させる制御を行ってもよい。
【００４５】
以上のように、植物６の生長に応じて、当該比率を調整することで、液肥の温度上昇を抑制することができる。循環時間では、液肥の循環中はポンプ１７の発熱により循環中の液肥の温度が徐々に上昇する一方で、中断時間では、発熱源がないため液肥の温度は低下するからである。つまり、ポンプ１７の発熱の一部が、液肥とともに栽培槽２に伝達され栽培槽２の液肥の温度が上昇した場合でも、当該液肥の温度が元の温度に戻るまで、ポンプ１７の動作を止めて、元の温度になった後にポンプの動作を再び行うことができる。
【００４６】
そして、液肥の温度の上昇を抑制できると、植物６の呼吸を抑制できるので、根生育系である植物６の酸素不足の解消及び光合成効率の改善にもつなげることができる。
【００４７】
さらに、植物６の生長に応じて当該比率を調整することは、植物６に対するストレスを加減することでもあり、植物６の生殖生長と栄養成長とのバランスを考慮しつつ、適切な温度で液肥を循環させることができる。液肥の温度変化（液肥の熱容量）に対して、循環時間を十分に短く、また中断時間は十分に長く設定すれば液肥の温度は安定するからである。つまり、循環時間と中断時間とを適切に設定することで、植物６の生長段階に応じて、ポンプ１７による液肥の平均温度の上昇を抑制できる。それにより、栽培槽２の液肥中の溶存酸素の減少を抑制できるだけでなく、栽培槽２に収容された植物の呼吸が抑制されるので、酸素不足が解消され、光合成効率を改善することができる。
【００４８】
また、ポンプ制御部１９は、中断時間を、栽培槽２の複数の排水穴１３により、植物６の根の全部が露出する液肥の水位に調整される時間以上に設定する。これにより、中断時間において、栽培槽２では複数の排水穴１３がある高さまで液肥の液面が下がり植物６の根全体を露出させることができる。
【００４９】
それにより、流動性が悪い密集した植物６の根域の液肥を強制排水できるので、根表面を空気にさらせるだけでなく、再循環時に養分バランスがとれ、溶存酸素濃度が高い液肥を注ぐことができる。よって、養分バランスのとれた液肥を根全体に満遍なく均一に接触させることができ、生育状態のばらつきを抑制することができる。
【００５０】
さらに、ポンプ制御部１９は、中断時間を、上記の時間以上かつ植物６の根が枯れてしまう時間の前に設定してもよい。
【００５１】
これにより、中断時間において、植物６の根全体を露出させ、その状態を維持することで植物６に対して吸水を抑制させることができるので、トマトなどの水耕方式の野菜である植物６の実の糖度の向上を図ることができる。
【００５２】
なお、植物６の生長段階は、栽培槽２の管理者またはユーザが目視にて確認してもよいし、植物保持部５に植栽された植物６の根をカメラ等の撮影手段で撮影することで確認してもよい。もちろん、カメラ等の撮影手段で撮影した画像を自動的に解析させ、植物６の生長段階を判定させた結果をポンプ制御部１９にフィードバックさせてもよい。この場合、ポンプ制御部１９は、フィードバックに基づき、ポンプ１７の電源に接続したタイマーの設定すなわち循環時間及び中断時間を変更すればよい。また、栽培槽２の液肥に浮かせたフロートセンサを用いて植物６の生長段階を判定してもよい。
【００５３】
［植物栽培装置１の動作等］
次に、上述した実施の形態１における植物栽培装置１の動作について説明する。
【００５４】
図５Ａは、実施の形態１における植物栽培装置１の動作の一例を示すフローチャートである。図５Ｂは、実施の形態１における植物栽培装置１の間欠動作の制御の一例を示すフローチャートである。図５Ｂにおいて図５Ａと同様の要素には同一の符号を付している。図６は、実施の形態１の循環時間における植物栽培装置１の液肥の水位の説明図である。図７は、実施の形態１の中断時間における植物栽培装置１の液肥の水位の説明図である。なお、図６及び図７において、図１〜図３と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００５５】
図５Ａに示すように、植物栽培装置１では、栽培槽２に形成される複数の排水穴１３に、液肥の少なくとも一部を貯槽タンク７に排水させることで液肥の水位を調整させる（Ｓ１２）。より具体的には、植物栽培装置１の管理者またはロボットは、栽培槽２の内部にまず液肥を注いで液肥を溜めさせて、その後、複数の排水穴１３に、液肥の少なくとも一部を貯槽タンク７に排水させることで液肥の水位を調整させる。
【００５６】
次に、植物６の生長に応じて、循環時間に対する中断時間の比率を調整する（Ｓ１３）。より具体的には、植物栽培装置１の管理者またはロボットは、植物保持部５に保持された植物６の生長段階に応じた循環時間と中断時間とポンプ１７の電源に接続されたタイマーに設定することで、循環時間に対する中断時間の比率を調整する。そして、ポンプ１７を動作または中断させる間欠動作の制御を開始する。
【００５７】
ここで、ポンプ１７の間欠動作が動作すなわち循環時間である場合（Ｓ１４で循環時間）、ポンプ１７に、貯槽タンク７に溜められた液肥の一部を栽培槽２に供給させることで、液肥を循環させる（Ｓ１５）。より詳細には、循環時間の植物栽培装置１では、例えば図６に示すように、栽培槽２中の液肥２１の排出と、ポンプ１７による栽培槽２への貯槽タンク７の液肥２２の供給とを同じに調整され、液肥２１の水位が一定に保たれながら液肥２１を循環される。
【００５８】
一方、ポンプ１７の間欠動作が中断（停止）すなわち中断時間である場合（Ｓ１４で中断時間）、Ｓ１２に進み、栽培槽２の複数の排水穴１３に、液肥２１を排水させることで液肥の水位を調整させる。より詳細には、中断時間の植物栽培装置１では、例えば図７に示すように、栽培槽２中の液肥２１の排出のみが行われ、液肥２１の水位を下げて例えば全排出されるなどして植物６の根の全部が露出される。
【００５９】
ここで、図５Ｂを用いて、間欠動作の制御の一例すなわちＳ１３およびＳ１４の詳細動作の一例について説明する。
【００６０】
Ｓ１３において、植物栽培装置１の管理者またはロボットは、植物保持部５に保持された植物６の生長を確認し（Ｓ１３１）、循環時間に対する中断時間の比率（つまり、循環時間／中断時間）の設定が適切か否かを確認する（Ｓ１３２）。
【００６１】
Ｓ１３２において、当該設定が適切なら（Ｓ１３２でＹＥＳ）、後述するＳ１３４に進む。一方、当該設定が適切でないなら（Ｓ１３２でＹＥＳ）、植物保持部５に保持された植物６の生長に応じて、循環時間と中断時間とを設定する（Ｓ１３３）。
【００６２】
次に、植物栽培装置１の管理者またはロボットは、ポンプ１７の電源のスイッチ（図でポンプ出力ＳＷと記載）をＯＮする（Ｓ１３４）。なお、ポンプ１７の電源のスイッチは栽培中は常時ＯＮされるので、Ｓ１３４は、栽培開始のみ行う制御となる。
【００６３】
次に、Ｓ１４において、ポンプ１７の電源に接続されたタイマーに設定された循環時間が経過していなければ（Ｓ１４１でＮＯ）、ポンプ１７は、動作を継続する（Ｓ１４２）。これにより、植物栽培装置１では、貯槽タンク７より液肥を汲み上げ栽培槽２へ供給する一方で、複数の排水穴１３から貯槽タンク７へ排水する。このとき、栽培槽２の水位は、供給速度＝排水速度となるまで上昇することになる。
【００６４】
一方、Ｓ１４において、ポンプ１７の電源に接続されたタイマーに設定された循環時間が経過していれば（Ｓ１４１でＹＥＳ）、Ｓ１４３に進む。
【００６５】
Ｓ１４３において、ポンプ１７の電源に接続されたタイマーに設定された中断時間が経過していなければ（Ｓ１４３でＮＯ）、ポンプ１７は、動作を中断つまり停止する（Ｓ１４４）。これにより、植物栽培装置１では、貯槽タンク７から栽培槽２への液肥のくみ上げを停止する一方で、複数の排水穴１３から貯槽タンク７へ排水することを継続する。この結果、栽培槽２の水位は、複数の排水穴１３付近まで下がり、植物６の根全体が水面より露出することになる。
【００６６】
一方、Ｓ１４３において、ポンプ１７の電源に接続されたタイマーに設定された中断時間が経過していれば（Ｓ１４１でＮＯ）、Ｓ１４１に進む。
【００６７】
このようにして、植物栽培装置１では、ポンプ１７の間欠動作が制御される。
【００６８】
［効果等］
以上のように、実施の形態１によれば、液肥を循環させるポンプを間欠動作させることで、液肥の温度上昇および根表面での酸素不足を抑制することができる植物栽培装置１を実現できる。
【００６９】
より具体的には、本実施の形態における植物栽培装置１は、植物６の根を液肥２１に浸して植物６を栽培する植物栽培装置であって、植物６を保持し、かつ、植物６から伸びた根を外部に通すことが可能な植物保持部５と、植物保持部５が載置され、液肥２１を溜めることが可能な栽培槽２であって植物６から伸びた根を受ける底面２ａ及び植物保持部５を包囲する側壁２ｂとを有する栽培槽２と、栽培槽２内に形成され、液肥２１の少なくとも一部を排水することで液肥２１の水位を調整する複数の排水穴１３と、複数の排水穴１３から排水された当該少なくとも一部（液肥２２）を溜めることが可能な貯槽タンク７と、貯槽タンク７に溜められた当該少なくとも一部を栽培槽２に供給することで液肥２１を循環させるポンプ１７と、ポンプ１７を間欠動作させる制御を行うポンプ制御部１９と、を備える。そして、ポンプ制御部１９は、植物６の生長に応じて、ポンプ１７の動作を行う時間である循環時間に対するポンプ１７の動作を中断させる時間である中断時間の比率を調整する。
【００７０】
この構成によれば、ポンプ１７の発熱の一部が、液肥２２とともに栽培槽２に伝達され栽培槽２の液肥２１の温度が上昇した場合でも、当該液肥２１の温度が元の温度に戻るまで、ポンプ１７の動作を止めて、元の温度になった後にポンプの動作を再び行うことができる。つまり、液肥２１を循環させるポンプ１７を間欠動作させることで、液肥２１の温度上昇を抑制することができる。循環時間では、液肥２１の循環中はポンプ１７の発熱により循環中の液肥２１、２２の温度が徐々に上昇する一方で、中断時間では、発熱源がないため液肥２１、２２の温度は低下するからである。
【００７１】
そして、液肥２１の温度の上昇が抑制できることにより、溶存酸度濃度が低下せず、植物６の根での呼吸速度も最適化できることで、光合成効率の改善にもつなげることができる。また、間欠循環による根へのストレスは、植物６の生育バランスを生殖成長＞栄養成長とする。これにより、果実の品質および収量の向上と、限られた面積での栽培期間延長につなげることができる。
【００７２】
さらに、植物６の生長に応じて循環時間に対する中断時間の循環時間もしくは中断時間、または両方を、つまり、循環時間と中断時間とを適切に設定することで、植物６の生長段階に応じて、ポンプ１７による液肥２１、２２の平均温度の上昇を抑制できる。
【００７３】
比率を調整することは、植物６に対するストレスを加減することでもあり、植物６の生殖生長と栄養成長とのバランスを考慮しつつ、適切な温度で液肥２１を循環させることができる。液肥２１，２２の温度変化（液肥２１、２２の熱容量）に対して、循環時間を十分に短く、また中断時間は十分に長く設定すれば、液肥２１、２２の温度は安定するからである。
【００７４】
それにより、液肥２１、２２の温度上昇による溶存酸素濃度の低下を抑制できるだけでなく、根呼吸が増進しないため光合成効率を向上させることができる。
【００７５】
ここで、例えば、中断時間は、複数の排水穴１３により、植物６の根の全部が露出する液肥２１の水位に調整される時間以上である。
【００７６】
これにより、中断時間中の栽培槽中の液肥２１のほとんどを排出させ、植物６の根の全部を露出させることができる。つまり、流動性が悪く養分バランスが崩れ、溶存酸素濃度が減少した植物６の根域の液肥２１を強制的に排水し、根全体の表面を空気にさらし、根全体に空気中の十分な酸素濃度で呼吸させることができる。そして、再循環時に溶存酸素濃度が減少せず均一に溶解し、かつ、養分バランスのとれた液肥２２を液肥２１として注ぐことができる。これにより、溶存酸素濃度が高く、かつ、養分バランスのとれた液肥２１を根全体に満遍なく均一に接触させることができ、酸素不足と栄養不足よる植物６の生長不良を抑制することができる。
【００７７】
ここで、溶存酸素濃度が高く、かつ、養分バランスのとれた液肥２１を根全体に満遍なく均一に接触させることができることについて一例に挙げて説明する。図８は、実施の形態１の栽培槽２における植物６の根の生育状態と液肥の水位との関係の一例を示す図である。
【００７８】
例えば図８に示すように、植物６の生長に伴って根６ａが繁茂し、複数の排水穴１３の高さを超えた位置となり、複数の排水穴１３を塞ぐ状態となったとする。この場合、植物６の根域によっては液肥２１の流動性が悪く液肥２１の養分バランスが崩れたり、液肥２１の溶存酸素濃度が減少したりする。水耕栽培においては、液肥２１を介して植物の生育に必要な養分及び酸素を根６ａに供給する必要があるので、植物６の生長に伴い根６ａが繁茂し密集状態とあっても根６ａの各部に極力均一に液肥２１を接触させる必要がある。しかし、図８に示すこのままの状態では、液肥２１の流動は誘起され難く、植物６の根全体に満遍なく液肥２１を接触させることは難しく、植物６の根６ａへの養分及び酸素の供給が均一に行われない。結果として根６ａでの酸素不足と栄養不足が植物６の病気および根腐れの原因となりうる。
【００７９】
それに対して、実施の形態１における植物栽培装置１では、例えば図７で説明したように、中断時間において、栽培槽２中の液肥２１の排出のみが行われ、液肥２１の水位を下げて例えば全排出するなどして植物６の根６ａの全部を露出させることができる。これにより、根６ａ全体の表面を空気にさらすことができる。また、その後の再循環時（循環時間）には、植物栽培装置１では、例えば図６で説明したように、栽培槽２中に、酸素濃度が均一に溶解し、かつ、養分バランスのとれた液肥２１が注がれて循環される。よって、植物６の根６ａ全体に養分及び酸素の供給を均一に行わせることができる。
【００８０】
また、例えば、ポンプ制御部１９は、植物６の根の生長が進むほど、循環時間に対する中断時間の比率が大きくなるように、間欠動作させる制御を行うとしてもよい。
【００８１】
このように、植物６の生長に応じて当該比率を調整することは、植物６に対するストレスを加減することでもあり、植物６の生殖生長と栄養成長とのバランスを考慮しつつ、適切な温度で液肥２１を循環させることができる。よって、栽培槽２の液肥２１の溶存酸素濃度の低下を抑制できるだけでなく、栽培槽２に収容された根全体に十分な酸素が供給できる。また、植物６の生長に応じて、根呼吸速度を最適化し、光合成効率を改善することができる。
【００８２】
また、例えば、ポンプ制御部１９は、植物６の花が咲く前よりも植物６の花が咲いた後の方において、循環時間に対する中断時間の比率を大きくした間欠動作させる制御を行うとしてもよい。
【００８３】
このように、植物６の生長に応じて当該比率を調整することは、植物６に対するストレスを加減することでもあり、植物６の生殖生長と栄養成長とのバランスを考慮しつつ、適切な温度で液肥２１を循環させることができる。よって、栽培槽２の液肥２１の溶存酸素濃度の低下を抑制できるだけでなく、栽培槽２に収容された根全体に十分な酸素が供給できる。また、植物６の生長に応じて、根呼吸速度を最適化し、光合成効率を改善することができる。
【００８４】
また、例えば、栽培槽２は、さらに、複数の排水穴１３に植物６の根が進入するのを防止する防根透水シート１８を有するとしてもよい。
【００８５】
これにより、複数の排水穴１３としての機能を阻害することなく排水穴１３内への植物６の根の進入を防止することができる。
【００８６】
また、例えば、貯槽タンク７は、栽培槽２の下方に配置され、栽培槽２の少なくとも下端部が内部に配置されるとしてもよい。
【００８７】
このように、貯槽タンク７は、栽培槽２の一部を重ねる構造とすることにより、植物栽培装置１の全体の高さを低くすることができる。これにより、複数の植物栽培装置１を棚等を用いて複数段に配置することが可能となり、面積生産性に優れた植物栽培装置１を実現することができる。
【００８８】
また、例えば、植物保持部５から側壁２ｂまでの距離は、植物６から伸びた根が到達可能な距離であるとしてもよい。
【００８９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２における植物栽培装置１Ａについて説明する。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００９０】
［植物栽培装置１Ａの構成］
図９は、実施の形態２における植物栽培装置の外観を示す模式図である。図１０は、実施の形態２における植物栽培装置１Ａの構成の一例を示す断面模式図である。図１１は、実施の形態２における植物栽培装置１Ａの平面模式図である。なお、図１〜図３等と同様の要素には同一の符号を付している。図１０に示す断面模式図は、図１０におけるＸ３−Ｘ４断面に対応する。図１１に示す平面図は、図９における植物栽培装置１Ａのカバー１２Ａを着けたまま上面視したときの図に対応する。図１０及び図１１において第１方向は、後述の給水パイプ１４Ａが延伸されている方向であり、第１方向に直交する方向を第２方向と定義している。
【００９１】
植物栽培装置１Ａは、植物栽培装置１と同様に、植物６の根を液肥に浸して植物６を栽培する水耕方式の植物栽培装置である。植物栽培装置１Ａは、図９及び図１０に示すように、植物保持部５と、複数の排水穴１３を有する栽培槽２と、貯槽タンク７と、ポンプ１７Ａと、ポンプ制御部１９とを備える。
【００９２】
植物栽培装置１Ａは、実施の形態１の植物栽培装置１と比較して、栽培槽２の構成の一部と、ポンプ１７Ａの配置位置と、カバー１２Ａの構成の一部と、カバー１２Ａが栽培槽２を取り外し可能に覆う点とが異なる。本実施の形態の栽培槽２は、実施の形態１の栽培槽２と比較して、給水パイプ１４Ａの構成と、複数の排水穴１３の構成と、カバー１２Ａが取り外し可能に覆われる点と、水位制限用排水口１５Ａの配置位置とが異なる。また、本実施の形態の栽培槽２は、貯槽タンク７において側壁７ｂの上端部が開放された上面から、栽培槽２の上部を突出させた状態で、保持部材（不図示）によって保持されている点も異なる。なお、貯槽タンク７の液肥は、光が当てられず、蒸発させないように湿度１００％などの一定の湿度に保たれ、かつ、一定の温度に保たれるのが好ましい。そのため、栽培槽２の外周の貯槽タンク７を覆うカバー（不図示）をさらに有するとよい。また、カバー１２Ａが栽培槽２を含んだ貯槽タンク７全体を覆ってもよい。カバーの態様は問われない。
【００９３】
［カバー１２Ａ］
カバー１２Ａは、栽培槽２を取り外し可能に覆い、栽培槽２の１つの底面２ａと４つの側壁２ｂとによって閉囲することができる。これにより、栽培槽２にある植物６の根域を例えば湿度１００％など一定の湿度に保つことができるだけでなく、植物６の根および液肥に光を当たらなくすることができる。液肥に光が当たらなくすることで、アオコの発生など液肥中に意図しないものが発生することを抑止できる。
【００９４】
また、カバー１２Ａは、植物保持部５の載置位置に対応する位置に開口部１２ｂが設けられている。なお、開口部１２ｂは、実施の形態１のカバー１２の開口部１２ａの矩形状と異なり、円形状に設けられているが、開口部１２ｂの形状は円形状に限らない。
【００９５】
このように設けられた開口部１２ｂは、栽培槽２内に載置された植物保持部５に植栽された植物６の茎部を上方に延出させることができる。したがって、開口部１２ｂの大きさは、植物６の茎部よりも大きく、植物保持部５の直径より小さい。開口部１２ｂの大きさは、開口部１２ｂから植物６の根域部に光が入り込まないよう、小さいほどよい。
【００９６】
また、カバー１２Ａは、植物６の成長が進んでいないときには取り外し可能である一方、植物６の成長が進んだときは取り外しができないが、ずらすことが可能である。なお、カバー１２は、中央で２分割可能なように形成され、植物６の成長が進んだときでも取り外し可能となるようにしてもよい。カバー１２を取り外しまたはずらすことにより、栽培槽２内の液肥の供給状態、排水状態の確認、植物６の根の状態確認を行うことができる。また、カバー１２を必要時に取り外すことで、実施の形態１と同様に、栽培槽２内の液肥の供給状態、排水状態の確認、内部の清掃などの作業を効率よく行うことができる。
【００９７】
［水位制限用排水口１５Ａ］
水位制限用排水口１５Ａは、栽培槽２の底面２ａにおける１つのコーナ部に立設されている。図９及び図１０等に示す例では、水位制限用排水口１５Ａは、平面視において、栽培槽２の底面２ａの左上コーナ部に立設されている。水位制限用排水口１５Ａは、排水用に設けられ内孔１５１であって底面２ａを貫通して貯槽タンク７の内部に連通した内孔１５１を有する。その他については、実施の形態１で説明した通りであるので、説明を省略する。
【００９８】
［複数の排水穴１３］
複数の排水穴１３は、実施の形態１と同様に、栽培槽２内に形成され、液肥の少なくとも一部を排水することで当該液肥の水位を調整する。
【００９９】
本実施の形態では、複数の排水穴１３は、栽培槽２内の高さ方向の複数の位置ごとに栽培槽２内の水平方向に沿って形成されている。例えば図９及び図１０に示すように、複数の排水穴１３は、栽培槽２の側壁２ｂの下部に、底面２ａから所定の複数段（ここでは３段）の高さに所定のピッチ（ほぼ等間隔）で設けられている。すなわち、複数の排水穴１３は、複数の下段排水穴１３ａと、複数の中段排水穴１３ｂと、複数の上段排水穴１３ｃとからなる。
【０１００】
複数の下段排水穴１３ａと、複数の中段排水穴１３ｂと、複数の上段排水穴１３ｃのうちのいずれかの段の複数の排水穴１３は、栽培槽２の傾きなどの設置状態及び栽培槽２内の液肥２１の水位の変動にかかわらず、液肥２１の液面２１ａより下に位置することになる。以下、図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１２Ｃを用いて、循環時間の植物栽培装置１Ａにおいて、栽培槽２に溜められる液肥２１の水位と複数の排水穴１３との関係を植物６の根６ａの生長段階に従って説明する。
【０１０１】
図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１２Ｃは、実施の形態２における栽培槽２の液肥２１の水位と植物６の根６ａの生長と関係の説明図である。
【０１０２】
図１２Ａでは、生育状態が初期状態の植物６の根６ａが示されており、植物６の根６ａが栽培槽２の側壁２ｂの近傍まで到達していない状態が示されている。つまり、図１２Ａに示す植物６の生育状態では、最下段の複数の下段排水穴１３ａからの排水２１ｄ（矢印ｃ）は根６ａによって全く阻害されていないので、複数の下段排水穴１３ａからの排水量は栽培槽２の液肥２１の水位レベルによって規定される。
【０１０３】
この場合、給水パイプ１４Ａから栽培槽２に供給される液肥２２の供給量と、複数の下段排水穴１３ａからの排水量とが釣り合うので、栽培槽２内の液肥２１の水位レベルは、水位レベルＬ１に収束する。換言すると、図１２Ａに示す植物６の生育状態では、水位レベルＬ１が複数の下段排水穴１３ａより高く、複数の中段排水穴１３ｂよりも低い位置になるよう、給水パイプ１４Ａからの液肥２２の供給量が設定されている。これにより、後述する気泡２１ｃすなわち給水パイプ１４Ａからの吐出液２１ｂによって液面２１ａの下方に発生した気泡２１ｃを、根６ａの周囲に届かせることができる。
【０１０４】
図１２Ｂでは、植物６の生育状態が図１２Ａに示す初期状態から進行した状態の植物６の根６ａが示されており、植物６の根６ａが生長により繁茂して最下段の複数の下段排水穴１３ａを殆ど塞いでいる状態が示されている。つまり、図１２Ｂに示す植物６の生育状態では、複数の下段排水穴１３ａからの排水２１ｄが阻害され液量が減少し、栽培槽２内の液肥２１の水位が上昇するので、中段の複数の中段排水穴１３ｂからの排水２１ｅ（矢印ｄ）の排出が開始される。
【０１０５】
この場合、給水パイプ１４Ａから栽培槽２に供給される液肥２２の供給量と、複数の下段排水穴１３ａ及び複数の中段排水穴１３ｂからの排水量とが釣り合うので、栽培槽２内の液肥２１の水位レベルは、水位レベルＬ２に収束する。換言すると、図１２Ｂに示す植物６の生育状態では、水位レベルＬ２が、複数の中段排水穴１３ｂよりも高い位置で、かつ、栽培槽２で繁茂している根６ａに近接した高さの位置となる。これにより、後述する気泡２１ｃを、根６ａの周囲に届かせることができる。
【０１０６】
図１２Ｃでは、植物６の生育状態が図１２Ｂに示す状態からさらに進行した状態の植物６の根６ａが示されており、植物６の根６ａがさらに繁茂して中段の複数の中段排水穴１３ｂを殆ど塞いでいる状態が示されている。つまり、図１２Ｃに示す植物６の生育状態では、複数の中段排水穴１３ｂからの排水２１ｅが阻害されて液量が減少し、栽培槽２内の液肥２１の水位がさらに上昇するので、最上段の複数の上段排水穴１３ｃからの排水２１ｆ（矢印ｅ）の排出が開始される。
【０１０７】
この場合、給水パイプ１４Ａから栽培槽２に供給される液肥２２の供給量と、複数の下段排水穴１３ａ、複数の中段排水穴１３ｂ及び複数の上段排水穴１３ｃからの排水量とが釣り合うので、栽培槽２内の液肥２１の水位レベルは、水位レベルＬ３に収束する。換言すると、図１２Ｃに示す植物６の生育状態では、水位レベルＬ３が複数の上段排水穴１３ｃよりも高い位置で、かつ、繁茂状態の根６ａに近接した高さの位置となる。これにより、後述する気泡２１ｃを根６ａの周囲に届かせることができる。
【０１０８】
なお、何らかの原因で複数の下段排水穴１３ａ、複数の中段排水穴１３ｂ及び複数の上段排水穴１３ｃに目詰まりが発生した場合には、栽培槽２内の液肥２１水位が複数の上段排水穴１３ｃの高さを超えて上昇することも考えられる。このような場合には、水位が水位制限用排水口１５Ａの上端面の高さに到達することにより、内孔１５１からオーバーフローして貯槽タンク７内に流下する。これにより、栽培槽２からの液肥の溢れ出しが防止される。
【０１０９】
このように、複数の排水穴１３は、ポンプ１７が動作する循環時間には、栽培槽２中の液肥の排出と、ポンプ１７による栽培槽２への液肥の供給とを同じにする。一方、複数の排水穴１３は、ポンプ１７Ａの動作が中断する中断時間には、実施の形態１で説明したのと同様に、栽培槽２中の液肥２１のほとんどを排出させ、植物６の根６ａの全部を露出させてもよい。なお、本実施の形態では、植物の６の根６ａの生育状態に応じて、複数段の複数の排水穴１３のいずれかを液肥２１の排水用の主として用いる。このため、植物の生長段階の確認を、植物保持部５に植栽された植物６の根６ａではなく、複数段の複数の排水穴１３のいずれかを液肥２１の排水用の主として用いているかを確認することで代用できる。すなわち、植物６の生長として液肥２１の水位に応じて、ポンプ１７Ａを間欠的に動作させてもよい。
【０１１０】
また、液肥２１の水位は、実施の形態１と同様に目視でもカメラ等の撮影手段でも液肥２１に浮かべるフロートセンサにより判断してもよい。
【０１１１】
＜給水パイプ１４Ａ＞
給水パイプ１４Ａは、栽培槽２の上方に配置され、ポンプ１７Ａにより供給された貯槽タンク７に溜められた液肥２２の一部を落下させることで、栽培槽２に溜まっている液肥２１の液面２１ａに気泡２１ｃを発生させる気泡発生部の一例である。また、給水パイプ１４Ａは、植物保持部５と側壁２ｂとの間にある植物６から伸びた根の上方の液面２１ａに、液肥２２の一部を落下させる。
【０１１２】
本実施の形態では、給水パイプ１４Ａは、栽培槽２の内部の上部に位置するように配設されている。図９〜図１１に示す例では、給水パイプ１４Ａは、複数（ここでは２本）のパイプが平面視にて植物保持部５を挟むように第１方向に配列されてなる。
【０１１３】
また、給水パイプ１４Ａは、図１１に示すように、対向する２つの側壁２ｂの間に架設された状態で取り付けられている。給水パイプ１４Ａは、液肥２１が最上段の上段排水穴１３ｃよりも高い水位レベルで、栽培槽２内に溜まった状態における液面２１ａの高さよりも上方の位置に取り付けられている。
【０１１４】
また、給水パイプ１４Ａは、実施の形態１と同様に、栽培槽２の外部に配管された連結パイプ１６と接続されて、図１０の矢印ａで示されるように連結パイプ１６を介して液肥２２が送給される。さらに給水パイプ１４Ａの下面には、連結パイプ１６を介して送給された液肥２２を液肥２１としてポンプ１７Ａの圧力によって細線状の吐出液２１ｂの形で吐出させる液孔（不図示）が所定のピッチで複数形成されている。
【０１１５】
このように、給水パイプ１４Ａを液肥２１の液面２１ａよりも上方に配設することにより、給水パイプ１４Ａが液肥２２を吐出するために設けられた１以上の液孔が植物６の根６ａによって塞がれることを防止でき、液肥２２の供給を安定して行うことができる。
【０１１６】
また、給水パイプ１４Ａに送給された液肥２２は、栽培槽２に溜まった液肥２１の液面２１ａに向かって給水パイプ１４の下面の液孔から吐出液２１ｂとなって落下する（図１０で矢印ｂ）。そして、吐出液２１ｂの落下により液肥２１の液面２１ａには気泡２１ｃが発生する。換言すると、給水パイプ１４Ａは、液孔から吐出液２１ｂを吐出して落下させることで、液面２１ａに気泡２１ｃを発生させる。
【０１１７】
このように、給水パイプ１４Ａは、栽培槽２に溜まった液肥２１の液面２１ａに気泡２１ｃを発生させることができるので、液肥２１と気泡２１ｃ中の空気との接触面積を増大させることができる。これにより、循環時間においても液肥２１中の酸素供給量を増大させることができるので、植物６の根の酸素の取り込み量を増やすことができ、植物６の生育を促進できる。すなわち、循環時間においても液肥２１中の酸素供給量を増加させるとともに、溶存酸素濃度を均一にすることができるので、植物６の生育状態のばらつきをより抑制することができる。
る。
【０１１８】
［ポンプ１７Ａ］
ポンプ１７Ａは、実施の形態１と同様に、ポンプ制御部１９により、植物６の生長に応じて、循環時間に対する中断時間の比率が調整された間欠動作が行われる。
【０１１９】
本実施の形態では、ポンプ１７Ａは、図９〜図１１に示されるように、平面視において、貯槽タンク７の底部７ａの右上コーナ部に配されている。その他については、実施の形態１で説明した通りであるので、説明を省略する。
【０１２０】
［栽培槽２内の液肥２１の流動状態］
次に、図１３を参照して、栽培槽２内における液肥２１の流動状態について説明する。
図１３は、実施の形態２における液肥２１の流動状態を示す栽培槽２の上面模式図である。
【０１２１】
上述したが、循環時間の植物栽培装置１Ａにおいて、栽培槽２内への液肥２１の供給は、栽培槽２の内部に配置された給水パイプ１４Ａから液肥２２を吐出液２１ｂとして落下することにより行われる。また、栽培槽２からの液肥２１の排水は栽培槽２の側壁２ｂに形成された排水穴１３を介して行われる。
【０１２２】
そのため、循環時間の植物栽培装置１Ａの栽培槽２では、図１３に示すように、栽培槽２の中央からそれぞれの側壁２ｂへ向かう方向の液肥２１の流動（矢印ｆ）が誘起される。ここで、栽培槽２の４辺の側壁２ｂの所定の高さ（所定の複数段の高さそれぞれ）には、略等間隔で複数の排水穴１３が形成されている。このことからも、栽培槽２内の全範囲において略均一な流動状態が発生しているのがわかる。
【０１２３】
これにより、栽培槽２内において植物６の根が植物保持部５から周辺の側壁２ｂに向かって伸びて底面２ａの全面で繁茂した状態であっても、循環時間において流動する液肥２１を植物６の根全体にほぼ満遍なく均一に接触させることができる。よって、循環時間においても植物６の根の全体に養分及び酸素を均一に供給することができるので、植物６の生育状態のばらつきをより防止することができる。
【０１２４】
［効果等］
以上のように、実施の形態２によれば、液肥を循環させるポンプを間欠動作させることで、液肥の温度上昇および根表面での酸素不足を抑制することができる植物栽培装置１を実現できる。さらに、実施の形態２によれば、循環時間においても、液肥中の酸素供給量を増加させるとともに、溶存酸素濃度を均一にして良好な生育状態を実現できる。
【０１２５】
より具体的には、本実施の形態における植物栽培装置１Ａは、例えば、複数の排水穴１３は、栽培槽２内の高さ方向の複数の位置ごとに栽培槽内の水平方向に沿って形成されており、ポンプ制御部１９は、植物６の生長として液肥２１の水位に応じて、ポンプ１７Ａを間欠的に動作させるとしてもよい。
【０１２６】
これにより、循環時間において、給水パイプ１４Ａから供給され、栽培槽２に溜められた液肥２１は滞留することなく栽培槽２の外部に排出されるので、栽培槽２内における液肥２１の溶存酸素濃度を略均一に保つことができる。つまり、循環時間において流動する液肥２１を植物６の根全体にほぼ満遍なく均一に接触させることができる。よって、循環時間においても植物６の根の全体に養分及び酸素を均一に供給することができるので、酸素不足と栄養不足による植物６の生長不良を抑制することができる。
【０１２７】
さらに、このような複数の排水穴１３を備えることにより、植物６の根の生長に合わせて、栽培槽２内の液肥２１の水位を順次高くできる。
【０１２８】
より具体的には、従来の水耕栽培においては、植物６の生育に伴って繁茂して厚みが増大する根が液肥２１に適正に浸されている状態を保てなかった。そのため、給水パイプ１４からの液肥２１の給水量を調整するなどの方法によって、栽培槽２内における液肥２１の水位を調整するなどしていた。これに対し、本実施の形態における植物栽培装置１Ａでは、栽培槽２の側壁２ｂに高さ方向の複数の位置ごとに形成された複数の排水穴１３を設けるという簡便な構成によって、栽培槽２内における液肥２１の水位を常に適正に保持できる。
【０１２９】
また、例えば、栽培槽２の上方に配置され、ポンプ１７Ａにより供給された貯槽タンク７に溜められた液肥２２の一部を液肥２１として落下させることで栽培槽２に溜まっている液肥２１の液面２１ａに気泡２１ｃを発生させる給水パイプ１４Ａを備えるとしてもよい。
【０１３０】
このように、給水パイプ１４Ａは、液肥２１の液面２１ａよりも上方に配設されるので、給水パイプ１４Ａにおいて液肥２２の一部を吐出するために設けられた液孔が植物６の根６ａによって塞がれることを防止できる。つまり、給水パイプ１４Ａは、液肥２２の供給を安定して行うことができる。
【０１３１】
さらに、給水パイプ１４Ａは、栽培槽２に溜まった液肥２１の液面２１ａに気泡２１ｃを発生させることができるので、液肥２１と気泡２１ｃ中の空気との接触面積を増大させることができる。これにより、液肥２１中の酸素供給量を増大させることができるので、植物６の根の酸素の取り込み量を増やすことができ、植物６の生育を促進できる。すなわち、循環時間においても、液肥２１中の酸素供給量を増加させるとともに、溶存酸素濃度を均一にすることができるので、酸素不足と栄養不足による植物６の生長不良を抑制することができる。
【０１３２】
ここで、例えば、給水パイプ１４Ａは、植物保持部５と側壁２ｂとの間にある植物６から伸びた根の上方の液面２１ａに、液肥２２の一部を落下させるとしてもよい。
【０１３３】
このようにして、給水パイプ１４Ａは、植物６の生育に伴って植物保持部５から側壁２ｂの間に伸びた根の上方の液面２１ａの複数箇所に、吐出液２１ｂを落下させることができる。これにより、給水パイプ１４Ａは、栽培槽２の側壁２ｂに向かって伸びる植物６の根の周辺の液肥２１においてもほぼ満遍なく気泡２１ｃを発生させることができるので、循環時間においても液肥２１における溶存酸素濃度を均一に保つことができる。
【０１３４】
（実施の形態３）
実施の形態２では、植物栽培装置１Ａ及び栽培槽２が略正方形状の平面形状を有するとして説明したがこれに限らない。本実施の形態では、植物栽培装置１Ｂ及び栽培槽２Ｂが一方向に長い長方形状の平面形状を有する場合について説明する。以下、実施の形態２と異なる点を中心に説明する。
【０１３５】
［植物栽培装置１Ｂの構成］
図１４は、実施の形態３における植物栽培装置１Ｂの平面模式図である。図１４においても、第１方向は、給水パイプ１４Ａが延伸されている方向であり、第１方向に直交する方向を第２方向として説明する。なお、図１１等と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【０１３６】
植物栽培装置１Ｂは、実施の形態２の植物栽培装置１Ａと比較して、一方向に長い長方形状の平面形状を有する点と、複数の植物保持部５を有する点と、栽培槽２Ｂの形状及びそれに伴う構成と、カバー１２Ｂの形状とが異なる。
【０１３７】
［カバー１２Ｂ］
カバー１２Ｂは、栽培槽２Ｂを着脱自在に覆い、複数の植物保持部５の載置位置に対応する位置に複数の開口部１２ｂが設けられている。その他については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【０１３８】
［栽培槽２Ｂ］
本実施の形態では、栽培槽２Ｂは、実施の形態２の栽培槽２と比較して、一方向に長い長方形状の平面形状を有する点と、給水パイプ１４Ａの形状が栽培槽２Ｂの形状に合わせて一方向に長くなった点と、複数の植物保持部５を保持できる点とが異なる。
【０１３９】
より具体的には、栽培槽２Ｂは、図１４に示すように、第１方向に延びる側壁２ｂ１が第２方向に延びる側壁２ｂ２よりも長い長方形状の平面形状を有している。そして、栽培槽２Ｂには、長手方向である第１方向に沿って、それぞれ植物保持部５が載置される複数（ここでは３つ）のポット載置部４（不図示）が設けられている。
【０１４０】
また、栽培槽２Ｂの対向する２つの側壁２ｂ１及び側壁２ｂ２には、実施の形態２と同様に、複数の下段排水穴１３ａ、複数の中段排水穴１３ｂ及び複数の上段排水穴１３ｃからなる複数の排水穴１３が形成されている。
【０１４１】
また、栽培槽２Ｂは、対向する２つの側壁２ｂ１の間に架設された状態で取り付けられている給水パイプ１４Ａを有する。給水パイプ１４Ａは、実施の形態２と同様に、複数（ここでは２本）のパイプが平面視にて複数の植物保持部５を挟むように第１方向に配列されてなり、栽培槽２Ｂの形状に合わせた長さとなっている。
【０１４２】
なお、その他の構成については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【０１４３】
［貯槽タンク７Ｂ］
本実施の形態では、貯槽タンク７Ｂは、実施の形態２の貯槽タンク７と比較して、栽培槽２Ｂの形状に合わせて一方向に長い長方形状の平面形状を有する点が異なる。
【０１４４】
より具体的には、貯槽タンク７Ｂは、第１方向が第２方向よりも長い長方形状の平面形状を有する。貯槽タンク７Ｂは、実施の形態２における貯槽タンク７と同様に、栽培槽２Ｂの複数の排水穴１３から排水された液肥を溜める機能を有している。その他の構成については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【０１４５】
［効果等］
以上のように、実施の形態３によれば、液肥を循環させるポンプを間欠動作させることで、液肥の温度上昇および根表面での酸素不足を抑制することができる植物栽培装置１Ｂを実現できる。
【０１４６】
また、実施の形態３においても、栽培槽２Ｂにおいて第２方向の中央部近傍に位置する給水パイプ１４Ａから供給された液肥は、長辺である側壁２ｂ１の複数の排水穴１３に向かって第２方向に流動する。ここで側壁２ｂ１における複数の排水穴１３は長手方向である第１方向に沿って所定のピッチで複数配置されている。このため、栽培槽２Ｂ内における第２方向への液肥の流動状態は第１方向について均一となり、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【０１４７】
また、実施の形態３においても、液肥と気泡中の空気との接触面積を増大させることができる。これにより、循環時間においても液肥中の酸素供給量を増大させることができるので、植物６の根の酸素の取り込み量を増やすことができ、植物６の生育を促進できる。すなわち、循環時間において、液肥中の酸素供給量を増加させるとともに、溶存酸素濃度を均一にすることができるので、酸素不足と栄養不足による植物６の生長不良を抑制することができる。
【０１４８】
［他の実施態様の可能性］
以上、本開示の一態様に係る植物栽培装置及び植物栽培方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、あるいは異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【０１４９】
また、以下のような場合も本開示に含まれる。
【０１５０】
例えば、実施の形態２、３では複数のパイプからなる給水パイプ１４Ａを使用しているが、これに限らない。例えば、複数のパイプを連結して環状にした給水パイプを使用してもよい。
【０１５１】
また、上記実施の形態では、複数の排水穴１３は栽培槽の側壁にのみ形成しているとして説明したが、側壁２ｂと底面２ａとの両方に形成されてもよい。
【０１５２】
また、上記実施の形態では、栽培槽の直下に貯槽タンクを配置しているとして説明したが、これに限らない。貯槽タンクを、栽培槽と水平方向に離れた位置に配置し、栽培槽に形成された複数の排水穴１３から排出された液肥を排水ダクト等で集めて貯槽タンクに回収させるようにしてもよい。
【０１５３】
また、本開示の一態様に係る植物栽培装置及び植物栽培方法は、液肥中の酸素供給量を増加させるとともに、溶存酸素濃度を均一にして良好な生育状態を実現できるので、水耕方式の植物を栽培する植物工場で使用することもできる。ここで、植物工場は、植物の生長に必要な環境条件を施設内で高度に人工制御して、年間を通じて計画的・安定的に野菜または花を育てる生産システムである。つまり、植物工場は、野菜等の植物を栽培して生産するなどの農業を工業的形態で行うものであるといえる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本開示は、植物栽培装置及び植物栽培方法に利用でき、特には植物工場に使用されるなど、植物の根を液肥に浸して植物を栽培する水耕方式の栽培分野に用いられる植物栽培装置及び植物栽培方法に利用できる。
【符号の説明】
【０１５５】
１、１Ａ、１Ｂ  植物栽培装置
２、２Ｂ  栽培槽
２ａ  底面
２ｂ、２ｂ１、２ｂ２、７ｂ  側壁
４  ポット載置部
５  植物保持部
６  植物
６ａ  根
７、７Ｂ  貯槽タンク
７ａ  底部
１２、１２Ａ、１２Ｂ  カバー
１２ａ、１２ｂ  開口部
１３  排水穴
１３ａ  下段排水穴
１３ｂ  中段排水穴
１３ｃ  上段排水穴
１４、１４Ａ  給水パイプ
１５、１５Ａ  水位制限用排水口
１６  連結パイプ
１７、１７Ａ  ポンプ
１８  防根透水シート
２１、２２  液肥
２１ａ  液面
２１ｃ  気泡
２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ  排水
１５１  内孔
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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