(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を栽培する培養液と、前記植物の根を前記培養液に入れるための容器と、前記培養液を循環させるための循環装置と、電圧を印加するための電源と、前記培養液中で前記電源により前記植物の前記根に前記電圧を印加するため対向配置された複数対の平板電極と、前記電圧印加を制御する制御装置とを有し、
前記複数対の平板電極は、前記循環装置により前記培養液が循環する水流の方向に配置され、かつ、前記循環装置により前記培養液が循環する水流の方向に順次印加エリアを変えながら電界を印加する、植物成長促進装置。
【請求項２】
植物を栽培する培養液と、前記植物の根を前記培養液に入れるための容器と、前記培養液を循環させるための循環装置と、電圧を印加するための電源と、前記培養液中で前記電源により前記植物の前記根に前記電圧を印加するため対向配置された固定板と、前記電圧印加を制御する制御装置と、電界を印加する電極と、前記電極を前記培養液が循環する水流と平行な電極移動方向に移動させる電極移動機構とを有し、
前記固定板は前記培養液の０．５倍以上の導電率であり、前記電極は、前記固定板に対して前記植物の前記根と反対側に配置され、かつ、前記循環装置により前記培養液が循環する水流の方向に、順次印加エリアを変えながら電界を印加する、植物成長促進装置。
【請求項３】
前記固定板は、前記培養液の２倍以上の導電率であり、かつ、前記循環装置により前記培養液が循環する水流の方向に絶縁体で区切られている、請求項２に記載の植物成長促進装置。
【請求項４】
前記電極移動機構はクローラ機構であって、前記クローラ機構内のローラの回転平面は前記平板電極の平面と垂直であり、前記クローラ機構内で２つのローラ間にある２つの平面で前記平板電極による電圧印加を行う、請求項２又は３に記載の植物成長促進装置。
【請求項５】
前記平板電極は絶縁体により複数に区切られており、前記平板電極と前記電源との間にスイッチを設けている、請求項１に記載の植物成長促進装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水耕栽培で植物の根に電界を与えて成長促進を行う植物成長促進装置に関するものであり、電界を与える電源を小型化することで、植物を育成するコストの低減を実現する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水耕栽培による植物育成は、昨今の食糧問題解決のため、重要な技術となっている。水耕栽培による植物育成は、工場等の管理された空間で制御可能であるが、普及のためには、育成期間の短縮、又は設備償却費など運転ランニングコストの低減による、植物育成のコスト低減が必須となる。
【０００３】
育成期間短縮のために、水耕栽培で用いている培養液を介して、植物の根に電気刺激を与えることにより、育成を促進する装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
図７は、従来の植物成長促進装置の構成を示す図である。図７において、植物５０が配置されているパネル５１を、培養液５２の入った栽培容器５３に入れ、電源５４から出力されている平行平板電極５５の間で電界を行い、培養液５２を介して植物５０の根に電気刺激を与えている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】山田、「植物工場への応用を目指したパルス電界によるレタスの育成制御」電気学会基礎・材料・共通部門大会、平成２７年３月、ｐ．３２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水耕栽培で植物の根に電界を与えて成長促進を行う装置で、小電流及び低電圧化に向けた電源小型化のため、電極と電極間距離とを小さくすることが有効である。しかし、電極を小型化すると根全体に電界を与えることができない。
【０００７】
しかしながら、図７に示す植物成長促進装置では、電極を移動させることで根全体への電界印加が可能となるが、根が存在するエリアで電極が移動することにより、根に電極が当たり、根の切れ又は傷が発生する。
【０００８】
本発明の目的は、小電流及び低電圧の小型電源で成長促進を行うことができ、設備コストの低減が可能な植物成長促進装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の１つの態様によれば、植物を栽培する培養液と、前記植物の根を前記培養液に入れるための容器と、前記培養液を循環させるための循環装置と、電圧を印加するための電源と、前記培養液中で前記電源により前記植物の前記根に前記電圧を印加するため対向配置された複数対の平板電極と、前記電圧印加を制御する電圧制御手段を有し、
前記複数対の平板電極は、前記循環装置により前記培養液が循環する水流の方向に配置され、かつ、前記循環装置により前記培養液が循環する水流の方向に順次印加エリアを変えながら電界を印加する。
【００１０】
本構成によって、根に傷や切れなどのストレスを与えることなく、小電流及び低電圧で電界印加が可能である。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、本発明の前記態様にかかる植物成長促進装置によれば、小電流及び低電圧の小型電源で成長促進を行うことができ、設備コストの低減が可能である。また、電極間を狭くすることが可能であるため、培養液の量の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態における植物成長促進装置の構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態における植物成長促進装置の構成図
【図３】本発明の第３の実施の形態における植物成長促進装置の構成図
【図４Ａ】本発明の第３の実施の形態における植物成長促進装置の動作を説明する図
【図４Ｂ】本発明の第３の実施の形態における植物成長促進装置の動作を説明する図
【図４Ｃ】本発明の第３の実施の形態における植物成長促進装置の動作を説明する図
【図５Ａ】本発明の第３の実施の形態における植物成長促進装置の適用事例を説明する図
【図５Ｂ】本発明の第３の実施の形態における植物成長促進装置の適用事例を説明する図
【図６】本発明の第４の実施の形態における植物成長促進装置の構成図
【図７】従来の植物成長促進装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の植物成長促進装置の構成図で、以下に、植物成長促進装置の構成を説明する。
【００１５】
図１において、植物１０１の根は、パネル１０２を介して培養液１０３が入っている容器１０４に存在しており、循環装置１０５にて培養液１０３が水流１０６の方向に循環する。このとき、順次電界エリア可変型電極１０７は、培養液１０３の水流１０６と同じ方向に対向配置されており、対向配置されている順次電界エリア可変型電極１０７の間の電界印加エリア１０８に存在する植物１０１の根に、電源１０９を用いて電気刺激を与える。また、順次電界エリア可変型電極１０７は、制御装置１１０により培養液１０３が循環する水流１０６の方向に、電界印加エリア１０８を変えながら電界を印加することができる。なお、図１では、植物１０１の根に対向する順次電界エリア可変型電極１０７の両方を制御装置１１０により制御しているが、対向する電極１０７の片側は単純な導体平板であってもよい。この場合は、電界印加エリア１０８に印加される電界の均一度は、両方の順次電界エリア可変型電極１０７を制御する場合より低下はするものの、単純な構造であり、さらなる設備コスト低減を図ることができる。
【００１６】
図２は、本発明の第２の実施の形態における植物成長促進装置の構成図である。図２は、図１の順次電界エリア可変型電極１０７のエリア可変制御をメカニカルな電極移動により行う装置である。図２において、制御装置１１０を用い、小型電極１１１を、電極移動機構１１２にて、培養液１０３が循環する水流１０６と平行な電極移動方向１１３の方向に移動させ、電界印加エリア１０８を変えながら電界を印加する。このとき、固定板１１４を小型電極１１１と植物１０１の間に配置する。図２に記載されている固定板１１４は、導体１１４ａを絶縁体１１４ｂで区切った方式にて記載している。小型電極１１１と固定板１１４の間に培養液１０３が存在する場合は、小型電極１１１と固定板１１４の導体部１１４ａは培養液１０３を介して導通するので、植物成長促進のため小型電極１１１に電界を与えるタイミングで、小型電極１１１と固定板１１４を接触させなくてもよい。もちろん、小型電極１１１と固定板１１４を接触させてもよい。また、植物成長促進のため小型電極１１１に電界を与えるタイミングでは、小型電極１１１の平面を固定板１１４の導体部１１４ａの平面に対向する位置に配置させる必要がある。
【００１７】
なお、固定板１１４は、固定板１１４の導電率が培養液の２倍以上の場合、図２に記載されているように、固定板１１４が絶縁体１１４ｂにより複数に区切られている必要がある。これは、固定板１１４の導電率が高いと固定板１１４の導体部１１４ａに電流が流れる量が多くなってしまうためである。また、固定板１１４は培養液１０３の０．５倍以上の導電率である必要がある。これは、導電率が低いと固定板１１４での損失が大きくなるためである。固定板１１４の導電率が培養液１０３の０．５倍〜２倍の範囲にある場合、固定板１１４の電気抵抗は培養液１０３とほぼ同等とみなせるため、固定板１１４は絶縁体により区切る必要はない。
【００１８】
図３は、本発明の第３の実施の形態における植物成長促進装置の構成図である。図３は、図２の電極移動機構１１２をクローラ機構１１５により行う装置である。図３において、制御装置１１０を用い、小型電極１１１を、クローラ機構１１５にて、培養液１０３が循環する水流１０６と平行な電極移動方向１１３に移動させ、電界印加エリア１０８を変えながら電界を印加する。このとき、図３に示す通り、クローラ機構１１５内のローラ１１６のローラ回転方向１１７を含む平面は、小型電極１１１の平面と垂直である。
【００１９】
また、図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の第３の実施の形態における植物成長促進装置の動作を説明する図である。図４Ａは、動作を説明するタイミングチャートである。図４Ｂは図４Ａで時刻が０秒のときの小型電極１１１の位置を説明する図、図４Ｃは図４Ａで時刻が２０００秒のときの小型電極１１１の位置を説明する図である。図４Ａ〜図４Ｃの事例では、クローラ機構１１５を５個用いて、植物Ａ列１１８と、植物Ｂ列１１９と、植物Ｃ列１２０と、植物Ｄ列１２１との４列に対して、電極移動方向１１３の方向に小型電極１１１を移動させて電界を印加している。植物１０１には、電極移動方向１１３と直交する方向である、植物α列１２２と、植物β列１２３と、植物γ列１２４と、植物δ列１２５との４列に電界を印加している。植物１０１は４列×４列の１６株が対象である。
【００２０】
なお、小型電極１１１は、植物１０１の１株を５つのエリアに分割して印加動作を行うこととする。植物成長促進のために１箇所につき１００ショット(１Ｈｚ）印加、小型電極１１１移動は１秒未満で可能とする。
【００２１】
それでは、図４Ａ〜図４Ｃにおける小型電極１１１の動作を説明する。なお、小型電極１１１の動作は、図４Ａに示されるタイミングチャートの記載されている。まず、開始直後である時刻０秒では、図４Ｂに示す位置に小型電極１１１が存在している。図４Ｂに示すように、小型電極１１１は、植物Ａ列１１８、植物Ｃ列１２０、植物α列１２２の位置で、植物成長促進のために１００ショット(１ＨＺ)印加を行う。１００ショット完了後の１００秒後に小型電極１１１が移動する。小型電極１１１の移動は１秒未満で可能で、植物１０１の１株につき電界印加５エリアのため、５００秒後に植物１０１の１株の電界印加が終了し植物β列１２３に小型電極１１１が移動する。１０００秒後には植物γ列１２４に小型電極１１１が移動、１５００秒後には植物δ列１２５に小型電極１１１が移動する。そして２０００秒後には、植物Ａ列１１８と植物Ｃ列１２０の電界印加が終了して、小型電極１１１がクローラ機構１１５の反対側に移動、図４Ｃに示す位置に小型電極１１１が移動する。図４Ｂに示すように、小型電極１１１は、植物Ｂ列１１９、植物Ｄ列１２１、植物δ列１２５の位置に存在している。２５００秒後には植物δ列１２５に小型電極１１１が移動、３０００秒後には植物β列１２３に小型電極１１１が移動、３５００秒後には植物α列１２２に小型電極１１１が移動する。４０００秒後には、植物Ｂ列１１９と植物Ｄ列１２１の電界印加が終了し、一連の動作が完了する。
【００２２】
さらに、図５Ａ〜図５Ｂは、本発明の第３の実施の形態における植物成長促進装置の適用事例を説明する図である。図５Ａは全列の電極が移動する事例を説明する図であり、図５Ｂは片側側電極を固定している事例を説明する図である。図５Ａではクローラ機構１１５が５個あるのに対し、図５Ｂではクローラ機構１１５が２個で済むため設備コストの低減が可能となる。
【００２３】
図６は、本発明の第４の実施の形態における植物成長促進装置の構成図である。図６は、図１のエリア可変制御を、スイッチ１２６により行う装置である。図６において、導体電極１２７は絶縁体１２８で区切られており、培養液１０３が循環する水流１０６に平行に、植物１０１の根を挟む形で設置されている。制御装置１１０を用い、導体電極１２７に対する接続を、スイッチ１２６にて行う。スイッチ１２６の接続を順次切り替えることで、電界印加エリア１０８を変えながら電界を印加する。
【００２４】
以上で説明した装置により、小電流及び低電圧の小型電源で成長促進を行うことができ、設備コストの低減が可能である。また、培養液１０３が循環する水流により、電極間を狭くすることが可能であるため、培養液１０３の量の削減が可能となる。例えばレタスを水耕栽培する際、栽培間隔を１５ｃｍとし、従来技術において、レタス１株に対し電極間距離を１５ｃｍ、電極幅を１５ｃｍと設定した場合に比べて、本発明の前記いずれかの実施の形態により、電極間距離は従来の１／５で３ｃｍ、電極幅も従来の１／５で３ｃｍが可能となり、電圧は従来の１／５、電流も従来の１／５となり、電力としては従来比で１／２５の電源が使用可能となる。また、レタス栽培エリアである１５ｃｍ四方の空間において、培養液の使用量は、電極間距離との比例で、最大１／５となる。本発明の前記いずれかの実施の形態を用いることで、培養液が循環する水流と直交する方向は、植物の根が存在しうる空間は狭くなるが、培養液が循環する水流方向は、根の物理的な規制は無いため、根にストレスを与えることなく、また培養液の循環を妨げること無く、栽培が可能となる。
【００２５】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の前記態様にかかる植物成長促進装置によれば、根に傷や切れなどのストレスを与えることなく、小電流及び低電圧で電界印加が可能である。従って、電源の小型化が可能であり、設備コストの低減が可能となる。また、電極間の距離を狭くすることで、培養液の量削減が可能となる。また、一般的に水耕栽培で用いられる栽培容器は、培養液を循環させることによって生じる水流方向は寸法が長く、直交する方向は寸法を短くして、製作されている。本発明の前記態様にかかる植物成長促進装置では、電界エリアの切り替えは水流方向である栽培容器の寸法が長い方向に行うため、実用上の展開が容易である。電流も少なく出来るので安全対策も容易となり、水耕栽培への電気刺激による成長促進技術の導入が加速される。このことによって、水耕栽培での育成期間が短縮でき、植物育成コストが低減され、全世界の食料問題解決に寄与することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０１    植物
１０２    パネル
１０３    培養液
１０４    容器
１０５    循環装置
１０６    水流
１０７    順次電界エリア可変型電極
１０８    電界印加エリア
１０９    電源
１１０    制御装置
１１１    小型電極
１１２    電極移動機構
１１３    電極移動方向
１１４    固定板
１１５    クローラ機構
１１６    ローラ
１１７    ローラ回転方向
１１８    植物Ａ列
１１９    植物Ｂ列
１２０    植物Ｃ列
１２１    植物Ｄ列
１２２    植物α列
１２３    植物β列
１２４    植物γ列
１２５    植物δ列
１２６    スイッチ
１２７    導体電極
１２８    絶縁体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
0006429094.tif 000007
【図５Ａ】
0006429094.tif 000008
【図５Ｂ】
0006429094.tif 000009
【図６】
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【図７】
0006429094.tif 000011