(57)【要約】【課題】植物の状態に応じて環境条件を向上できる水耕栽培装置を提供する。【解決手段】水耕栽培装置は、養液Ｆを溜めるタンク３と、内部に植物Ｐを保持し、養液Ｆを植物Ｐの根Ｑに与える栽培槽２と、タンク３に溜められた養液Ｆを、栽培槽２を介して循環させる循環部５と、養液Ｆに関する物理量を検出する検出部６と、検出部６が検出する物理量の変化に基づいて、植物Ｐの生育段階を判断する判断部７４と、判断部７４が判断した生育段階に基づいて、栽培槽２の温度、湿度、二酸化炭素濃度、酸素濃度、照度、風速、養液ＦのｐＨ、温度、養分の濃度のうち、少なくとも一つの環境条件を変更する環境変更部７５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
養液を溜めるタンクと、
内部に植物を保持し、養液を前記植物の根に与える栽培槽と、
前記タンクに溜められた養液を、前記栽培槽を介して循環させる循環部と、
前記養液に関する物理量を検出する検出部と、
前記検出部が検出する物理量の変化に基づいて、前記植物の生育段階を判断する判断部と、
前記判断部が判断した生育段階に基づいて、前記栽培槽の温度、湿度、二酸化炭素濃度、酸素濃度、照度、風速、前記養液のｐＨ、温度、養分の濃度のうち、少なくとも一つの環境条件を変更する環境変更部と
を備えることを特徴とする水耕栽培装置。
【請求項２】
前記物理量の変化と、前記植物の生育段階と、前記環境条件とが互いに関連付けられたデータベースを更に備え、
前記環境変更部は、前記データベースを参照して、前記物理量の変化に応じた前記環境条件を変更することを特徴とする請求項１に記載の水耕栽培装置。
【請求項３】
前記物理量は、前記養液の量、前記養液のｐＨ、前記養液の濃度の少なくとも1つの量であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水耕栽培装置。
【請求項４】
養液を溜めるタンクと、
内部に植物を保持し、養液を前記植物の根に与える栽培槽と、
前記タンクに溜められた養液を、前記栽培槽を介して循環させる循環部と、
前記養液に関する物理量を検出する検出部と、
前記検出部が検出する物理量の変化に基づいて、前記植物の生育段階を判断する判断部と、
前記判断部が判断した生育段階に基づいて、前記栽培槽の温度、湿度、二酸化炭素濃度、酸素濃度、照度、風速、前記養液のｐＨ、温度、養分の濃度のうち、少なくとも一つの環境条件を変更する環境変更部と、
前記物理量の変化と、前記植物の生育段階と、前記環境条件とが互いに関連付けられたデータベースと
を備え、
前記環境変更部は、前記データベースを参照して、前記物理量の変化に応じた前記環境条件を変更することを特徴とする水耕栽培システム。
【請求項５】
前記データベースを管理するサーバを更に備え、
前記環境変更部は、ネットワークを介して前記サーバの前記データベースを参照することを特徴とする請求項４記載の水耕栽培システム。
【請求項６】
栽培槽の内部に植物を保持し、養液を前記植物の根に与えるステップと、
タンクに溜められた養液を、前記栽培槽を介して循環させるステップと、
前記養液に関する物理量を検出するステップと、
検出された物理量の変化に基づいて、前記植物の生育段階を判断するステップと、
判断された生育段階に基づいて、前記栽培槽の温度、湿度、二酸化炭素濃度、酸素濃度、照度、風速、前記養液のｐＨ、温度、養分の濃度のうち、少なくとも一つの環境条件を変更するステップと
を含むことを特徴とする水耕栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水耕栽培により植物を育成する水耕栽培装置、水耕栽培システム及び水耕栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物の中には、生育段階によって最適な環境条件が異なるものがある。このような植物にとって、栽培の環境条件は、生育段階によって変更されることが理想的である。近年、完全閉鎖型の植物工場において、ほぼ完全な環境制御が可能となっている（特許文献１）。このような植物工場では、環境条件を変更するタイミングと、変更内容さえ明確になれば、植物にとってよりよい環境を与えることができる。環境条件は、植物の見かけや、日数等に応じて変更される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５６２６５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、環境条件の変更は、個体差、品種差への対応が困難である。また、植物の見かけによって環境条件を変更する場合、観察者に熟練した技術が必要である他、観察者の主観により変更のタイミングが異なり、最適なタイミングでない恐れがある。
本発明は、上記問題点を鑑み、植物の状態に応じて環境条件を向上できる水耕栽培装置、水耕栽培システム及び水耕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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、養液を溜めるタンクと、内部に植物を保持し、養液を植物の根に与える栽培槽と、タンクに溜められた養液を、栽培槽を介して循環させる循環部と、養液に関する物理量を検出する検出部と、検出部が検出する物理量の変化に基づいて、植物の生育段階を判断する判断部と、判断部が判断した生育段階に基づいて、栽培槽の温度、湿度、二酸化炭素濃度、酸素濃度、照度、風速、養液のｐＨ、温度、養分の濃度のうち、少なくとも一つの環境条件を変更する環境変更部とを備える水耕栽培装置であることを要旨とする。
【０００６】
また、本発明の第２の態様に係る水耕栽培装置において、第１の態様に係る水耕栽培装置において、物理量の変化と、植物の生育段階と、環境条件とが互いに関連付けられたデータベースを更に備え、
環境変更部は、データベースを参照して、物理量の変化に応じた環境条件を変更することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第３の態様に係る水耕栽培装置において、第１又は第２の態様に係る水耕栽培装置において、物理量は、養液の量、養液のｐＨ、養液の濃度の少なくとも1つの量であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第４の態様は、養液を溜めるタンクと、内部に植物を保持し、養液を植物の根に与える栽培槽と、タンクに溜められた養液を、栽培槽を介して循環させる循環部と、養液に関する物理量を検出する検出部と、検出部が検出する物理量の変化に基づいて、植物の生育段階を判断する判断部と、判断部が判断した生育段階に基づいて、栽培槽の温度、湿度、二酸化炭素濃度、酸素濃度、照度、風速、養液のｐＨ、温度、養分の濃度のうち、少なくとも一つの環境条件を変更する環境変更部と、物理量の変化と、植物の生育段階と、環境条件とが互いに関連付けられたデータベースとを備えることを要旨とし、環境変更部は、データベースを参照して、物理量の変化に応じた環境条件を変更することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の第４の態様に係る水耕栽培装置において、第１又は第３の態様に係る水耕栽培装置において、データベースを管理するサーバを更に備え、環境変更部は、ネットワーク経由でサーバのデータベースを参照することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第６の態様は、栽培槽の内部に植物を保持し、養液を植物の根に与えるステップと、タンクに溜められた養液を、栽培槽を介して循環させるステップと、養液に関する物理量を検出するステップと、検出された物理量の変化に基づいて、植物の生育段階を判断するステップと、判断された生育段階に基づいて、栽培槽の温度、湿度、二酸化炭素濃度、酸素濃度、照度、風速、養液のｐＨ、温度、養分の濃度のうち、少なくとも一つの環境条件を変更するステップとを含む水耕栽培方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、植物の状態に応じて環境条件を向上できる水耕栽培装置、水耕栽培システム及び水耕栽培方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置の基本的な構成を説明する模式的な図である。
【図２】植物の生育段階及び養液消費量を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置が備える制御部の動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置が備える育成データベースの生育段階テーブルを説明する表である。
【図５】本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置が備える育成データベースの環境条件テーブルを説明する表である。
【図６】本発明のその他の実施の形態に係る水耕栽培システムの基本的な構成を説明する模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略している。但し、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置やシステム及びその方法を例示するものであって、下記の実施の形態に例示した装置や方法に構成を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
（水耕栽培装置）
本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置は、図１に示すように、植物Ｐに養液Ｆを供給することにより植物Ｐを育成する水耕栽培部１と、水耕栽培部１の動作を制御する制御部７とを備える。
【００１５】
水耕栽培部１は、内部に植物Ｐを保持し、養液Ｆを植物Ｐの根Ｑに与える栽培槽２と、養液Ｆを溜めるタンク３と、第１流路４１及び第２流路４２と、ポンプ５と、検出部６とを備える。第１流路４１及び第２流路４２は、栽培槽２とタンク３との間にそれぞれ接続され、栽培槽２、タンク３と共に養液Ｆが循環する循環路を形成する。ポンプ５は、例えば、第１流路４１に設置され、タンク３に溜められた養液Ｆを吸入し、栽培槽２に吐出することにより養液Ｆを循環させる循環部である。
【００１６】
栽培槽２は、例えば、上面の全面を開口する直方体状の容器である。栽培槽２は、複数の植物Ｐの根Ｑをそれぞれ養液Ｆに浸漬させるように植物Ｐを保持する。植物Ｐは、例えばジャガイモである。栽培槽２は、栽培槽２の長手方向における一端側に第１流路４１の端部が配置され、他端側に第２流路４２の端部が配置される。第１流路４１から吐出された養液Ｆは、栽培槽２の長手方向に沿って栽培槽２の内部を流れ、第２流路４２から排出される。第２流路４２に排出された養液Ｆは、第２流路４２を流れてタンク３に溜められる。
【００１７】
検出部６は、養液Ｆに関する物理量を検出する。検出部６は、例えば、タンク３の内部に配置され、タンク３に溜められた養液Ｆの量を検出する。その他、検出部６は、養液Ｆの電気伝導度（ＥＣ）、水素イオン指数（ｐＨ）、養液Ｆの任意の養分の濃度等を検出する各種センサであってもよい。
【００１８】
制御部７は、検出部６の出力信号を処理する計算部７１と、本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置の動作に必要なプログラムやデータを記憶するメモリ部７２と、植物Ｐの生育段階を判断する判断部７４と、環境変更部７５とを備える。
【００１９】
計算部７１は、信号処理により、検出部６が検出した物理量を取得し、単位時間あたりの変化を自動的に算出する。例えば、計算部７１は、取得した養液量と前日同時刻に取得した養液量とを比較することにより、一日あたりの養液の変化量を算出する。
【００２０】
メモリ部７２は、養液Ｆに関する物理量の変化と、植物Ｐの生育段階と、環境条件とが互いに関連付けられた育成データベース７３を予め有する。本発明の実施の形態において、環境条件とは、栽培槽２の内部の温度、湿度、二酸化炭素（ＣＯ２）濃度、酸素（Ｏ２）濃度、照度、風速、養液ＦのｐＨ、温度、養液Ｆの養分の濃度等である。メモリ部７２は、論理構成としての表示であり、一体のハードウェアから構成されてもよく、別個のハードウェアから構成されてもよい。
【００２１】
例えば、実を付ける植物Ｐの生育段階には、図２に示すように、葉や茎などを伸張させる栄養成長期と、蓄えた栄養を実等に転流する栄養転流期とがある。植物Ｐによっては、栄養成長期と栄養転流期とで最適な環境条件が異なる場合がある。例えば、栄養成長期から栄養転流期に移行する際、植物Ｐの光合成の量が減少し、その結果、植物Ｐが消費する養液Ｆの量は減少する。
【００２２】
判断部７４は、図３に示すように、計算部７１が算出した単位時間あたりの物理量の変化が、育成データベース７３を参照して、所定の閾値以下か否かを判断する（ステップＳ１）。閾値以下であると判断する場合、判断部７４は、植物Ｐの生育段階が栄養転流期に移行したと自動的に判断し、環境変更部７５に、水耕栽培部１の環境条件を変更させる（ステップＳ２）。
【００２３】
判断部７４は、検出部６が検出した物理量の変化に基づいて、植物Ｐの生育段階を判断するが、検出した物理量以外の情報を、物理量の変化と組み合わせて生育段階を判断するようにしてもよい。例えば、検出部６が検出した物理量の変化をメモリ部７２が記憶し、判断部７４が、メモリ部７２の記憶内容から物理量の変化が閾値以下と判断する日が３日連続した日に生育段階が移行されたと判断するようにしてもよい。
【００２４】
環境変更部７５は、育成データベース７３を参照して、環境条件を、検出部６が検出した物理量の変化、即ち植物Ｐの生育段階に応じた環境条件に変更する。環境変更部７５は、水耕栽培部１の環境条件を変更するのに必要な、ポンプ、ヒータ、アクチュエータ等の各種デバイスからなる。環境変更部７５は、判断部７４の判断に基づいて、水耕栽培部１に対して、栽培槽２の内部の温度、湿度、二酸化炭素（ＣＯ２）濃度、酸素（Ｏ２）濃度、照度、風速、養液ＦのｐＨ、温度、養液Ｆの養分の濃度等の環境条件を変更する。
【００２５】
例えば、育成データベース７３は、図４及び図５に示すように、養液Ｆに関する物理量の変化と植物Ｐの生育段階とが互いに関連付けられた生育段階テーブルと、生育段階と環境条件とが互いに関連付けられた環境条件テーブルとを有する。図４の育段階テーブルは、「センシング」で検出部６が検出する物理量の種類を示し、「条件」で生育段階を判断する閾値を示す。図５の環境条件テーブルは、「設定項目」で環境変更部７５が変更する環境条件の種類を示し、「設定値」で環境条件の値を示す。
【００２６】
植物Ｐとしてジャガイモを栽培しており、養液Ｆがそれまで日々１０リットル程度減少していたが、３リットルしか減らなかった場合、判断部７４は、図４に示す生育段階テーブルを参照して、ジャガイモが栄養転流期に入ったと判断する。
【００２７】
環境変更部７５は、図５に示す環境条件テーブルを参照して、環境条件を栄養転流期に対応するように、ＥＣを0.8(mS/cm)、照明をL9/D15に変更する。ＥＣは、養液Ｆの濃度に対応しており、養液Ｆに液肥を加えて濃度を調整することにより変更される。
【００２８】
本発明の実施の形態に係る水耕栽培装置は、環境条件を変更するタイミングを、観察者の主観によらず、養液Ｆに関する物理量の変化に応じて決定することにより、植物Ｐの生育段階に応じて自動的に環境条件を向上することができる。
【００２９】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００３０】
例えば、既に述べた実施の形態において、水耕栽培装置は、図６に示すように、育成データベース７３が、有線又は無線のネットワーク８を経由したサーバ９に保存され管理される水耕栽培システムとしてもよい。また、判断部７４、環境変更部７５等は、ネットワーク８を経由して、サーバ９に保存された育成データベース７３を参照するようにしてもよい。
【００３１】
上記の他、本発明の実施の形態及び変形例を応用した構成等、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００３２】
２  栽培槽
３  タンク
５  ポンプ（循環部）
６  検出部
８  ネットワーク
９  サーバ
７３  育成データベース（データベース）
７４  判断部
７５  環境変更部
【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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