(57)【要約】【課題】大がかりな電極の敷設等を行うことなく、安全且つ容易に植物栽培の効率を向上させた植物栽培方法を実現できるようにする。【解決手段】植物栽培装置は、植物を栽培するための養液を入れる栽培槽（101）と、養液中においてストリーマ放電を発生させる放電ユニット（103）と、放電ユニットに電圧を供給する直流電源（105）とを備えている。放電ユニット（103）は、放電電極(131)と、放電電極（131）を収容し、開口を有する絶縁容器（133）と、開口と対向する位置に配置された対向電極（135）とを有している。直流電源（105）は、放電電極（131）と対向電極（135）との間に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物を栽培するための養液を入れる栽培槽（101）と、
前記養液中においてストリーマ放電を発生させる放電ユニット（103）と、
前記放電ユニットに電圧を供給する直流電源（105）とを備え、
前記放電ユニット（103）は、
放電電極(131)と、
前記放電電極（131）を収容し、開口を有する絶縁容器（133）と、
前記開口と対向する位置に配置された対向電極（135）とを有し、
前記直流電源（105）は、前記放電電極（131）と前記対向電極（135）との間に接続されていることを特徴とする植物栽培装置。
【請求項２】
前記ストリーマ放電により発生させた衝撃波、音波及び磁場を前記植物の根に供給することを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項３】
前記対向電極（135）は、電流を遮断し且つ前記ストリーマ放電により発生させた衝撃波、音波及び磁場を通過させる貫通孔を有していることを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。
【請求項４】
植物を栽培するための養液を入れる栽培槽（101）と、
前記養液中においてストリーマ放電を発生させる放電ユニット（103）とを備え、
前記放電ユニット（103）は、放電電極（131）、該放電電極（131）を収容し開口を有する絶縁容器（133）及び前記開口と対向する位置に配置された対向電極（135）を有する植物栽培装置を用い、
前記放電電極（131）と前記対向電極（135）との間に直流電圧を印加することにより発生させた衝撃波、音波及び磁場を前記植物の根に供給することを特徴とする植物栽培方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は植物栽培装置及び植物栽培方法に関し、特にストリーマ放電を用いる植物栽培装置及び植物栽培方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、養液栽培技術を用いた植物工場が大きな注目を集めている。植物工場は、閉鎖的又は半閉鎖的な空間内において、植物を栽培する。このため、病原菌及び害虫の侵入を抑えることができるので、農薬の散布が不要となり、無農薬による安全な栽培が可能となる。また、土壌によらず、養液栽培することにより、連作障害を生じさせることなく連作することが可能となる。さらに、植物の生育環境を制御しているため、生産物の品質を一定に保つことができる。しかし、今のところ植物工場は、コスト及びエネルギー効率の点で通常の露地栽培におよばない。このため、植物栽培のさらなる効率化が求められている。
【０００３】
植物栽培を効率化するために、植物の生育を促進する方法が種々検討されている。例えば、植物の根に直流電界を印加する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。具体的には、栽培容器の底面に配置した陰極と、育苗マットの下面に配置した陽極との間に直流電圧を印加することにより、植物の根に直流電界を印加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１５４５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の栽培促進方法には、植物の根に直流電界を印加するための大がかりな設備が必要であるという問題がある。直流電界を広く印加するために、育苗マットの下面全体に陽極を張り巡らせる必要があり、電極の敷設及び撤去に大きな労力とコストが必要となる。また、植物の根は、陽極と陰極との間に広がるため、電極がじゃまになり植え替え等の作業の効率が低下する。さらに、直流電界を効率良く印加するために、陰極と陽極との間隔を広く取る必要があり、作業者が感電する事故が生じやすいという問題もある。
【０００６】
本願は、前記の問題を解決し、大がかりな電極の敷設等を行うことなく、安全且つ容易に植物栽培の効率を向上させた植物栽培方法を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、例示の植物栽培装置は、直流電圧を印加することにより液中においてストリーマ放電を発生させる放電ユニットを栽培植物の根の近傍に配置している。
【０００８】
具体的に、本発明に係る植物栽培装置は、植物を栽培するための養液を入れる栽培槽（101）と、養液中においてストリーマ放電を発生させる放電ユニット（103）と、放電ユニットに電圧を供給する直流電源（105）とを備え、放電ユニット（103）は、放電電極(131)と、放電電極（131）を収容し、開口を有する絶縁容器（133）と、開口と対向する位置に配置された対向電極（135）とを有し、直流電源（105）は、放電電極（131）と対向電極（135）との間に接続されている。
【０００９】
本発明の植物栽培装置は、養液中においてストリーマ放電を発生させる放電ユニット（103）を備えている。ストリーマ放電により衝撃波、音波及び電磁波等が生じる。生じた衝撃波、音波及び電磁波等は、溶液中に伸張した植物の根に供給されるため、植物の栽培を促進することができる。また、ストリーマ放電ユニットを養液中に配置するだけでよく、大がかりな電極の敷設等を行う必要がない。さらに、ストリーマ放電により生じた衝撃波等を用いて、栽培促進を行うため、電流を用いる場合と比べて、作業者の感電事故等が生じるおそれを大幅に低減できる。
【００１０】
本発明の植物栽培装置は、ストリーマ放電により発生させた衝撃波、音波及び磁場を前記植物の根に供給する。
【００１１】
本発明の植物栽培装置において、対向電極（135）は、電流を遮断し且つストリーマ放電により発生する衝撃波、音波及び磁場を通過させる貫通孔を有していてもよい。
【００１２】
本発明に係る植物栽培方法は、植物を栽培するための養液を入れる栽培槽（101）と、養液中においてストリーマ放電を発生させる放電ユニット（103）とを備え、放電ユニット（103）は、放電電極（131）、放電電極（131）を収容し開口を有する絶縁容器（133）及び開口と対向する位置に配置された対向電極（135）を有する植物栽培装置を用い、放電電極（131）と対向電極（135）との間に直流電圧を印加することにより発生させた衝撃波、音波及び磁場を植物の根に供給する。
【００１３】
本発明の植物栽培方法は、放電電極（131）と対向電極（135）との間に直流電圧を印加することにより発生させた衝撃波、音波及び磁場を植物の根に供給する。このため、植物に刺激を与え、植物の栽培を促進することができる。
【発明の効果】
【００１４】
大がかりな電極の敷設等を行うことなく、安全且つ容易に植物栽培の効率を向上させた植物栽培方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る植物栽培装置を示す全体構成図である。
【図２】放電ユニットの部分を拡大して示す断面図である。
【図３】放電ユニットの絶縁容器を示す斜視図である。
【図４】放電ユニットへの電圧の印加により気泡が形成された状態を示す断面図である。
【図５】放電ユニットの第１変形例を示す断面図である。
【図６】放電ユニットの第１変形例における絶縁容器を示す斜視図である。
【図７】放電ユニットの第２変形例を示す断面図である。
【図８】放電ユニットの第２変形例において電圧の印加により気泡が形成された状態を示す断面図である。
【図９】放電ユニットの第３変形例における絶縁容器の蓋体を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示すように本実施形態に係る植物培養装置は、栽培槽１０１と放電ユニット１０３とを備えている。栽培槽１０１は、植物１０７を養液栽培するための養液１１１の容器である。植物１０７は、ロックウール等からなるマット１１３により保持されており、植物１０７の根１０７Ａはマット１１３の内部に伸張している。マット１１３に代えて培地を用いた栽培方法としてもよく、マット等を用いない栽培方法とすることもできる。
【００１７】
放電ユニット１０３は、栽培槽１０１の下部に配置されており、養液１１１中においてストリーマ放電を発生させる。放電ユニット１０３がストリーマ放電を発生させることにより、養液１１１中に衝撃波、音波及び磁場等が発生する。発生した衝撃波等は、養液１１１中に伸張している植物の根１０７Ａに刺激を与える。これにより、植物１０７の成長を促進することができる。
【００１８】
放電ユニット１０３は、図２及び図３に示すように放電電極１３１と、放電電極１３１を収容する絶縁容器１３３と、絶縁容器１３３を挟んで放電電極１３１と対向する位置に配置された対向電極１３５とを有している。放電電極１３１は偏平な板状であり、絶縁容器１３３の底部１４２に配置されている。放電電極１３１はステンレス又は銅等の導電性の金属材料とすればよい。絶縁容器１３３は、容器本体１３３Ａと蓋体１３３Ｂとを有している。蓋体１３３Ｂは開口１３３ａを有している。開口１３３ａは直径が０．０２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。対向電極１３５は、偏平な板状であり、複数の貫通孔１３５ａを有している。対向電極１３５は、開口１３３ａを挟んで放電電極１３１と対向するように、絶縁容器１３３と間隔をおいて配置されている。ステンレス又は真鍮等の導電性の金属材料とすればよい。対向電極１３５は、通常は衝撃波等を効率良く伝搬させるための貫通孔を有しており、金属板に貫通孔が形成されたパンチングメタル形状等とすればよく、ワイヤー等により形成されたメッシュ形状としてもよい。本実施形態において対向電極１３５は、養液１１１中において絶縁容器１３３を囲むように配置されており、養液１１１の対向電極１３５に囲まれた部分から外側への電流の漏れ出しを防ぐ、漏電防止部材としても機能する。
【００１９】
放電電極１３１と対向電極１３５との間に直流電源１０５から直流電圧を印加することにより、放電電極１３１から対向電極１３５に向かってストリーマ放電が発生する。直流電源１０５は、放電電極１３１と対向電極１３５との間に瞬間的な高電圧を繰り返し印加するパルス電源ではなく、放電電極１３１と対向電極１３５との間に常に数キロボルトの直流電圧を印加する。直流電源１０５を用いてストリーマ放電を発生させるため、パルス電源を用いる場合に比べて、電源部を簡素化することができ、コスト及びサイズを低減することができる。直流電源１０５の正極は放電電極１３１と接続され、負極は接地されている。また、直流電源１０５は、放電電極１３１と対向電極１３５との間の放電電力を一定に制御する定電力制御部（図示せず）を有している。
【００２０】
放電電極１３１を収容する絶縁容器１３３は、例えばセラミックス等の絶縁材料により形成されている。絶縁容器１３３は、一の面が開放された容器本体１３３Ａと、容器本体１３３Ａの開放された面を閉塞する板状の蓋体１３３Ｂとを有している。容器本体１３３Ａは、角型筒状の側壁部１４１と、側壁部１４１の底面を閉塞する底部１４２とを有している。放電電極１３１は、底部１４２の上に配置されている。側壁部１４１の高さは、放電電極１３１の厚さよりも厚く、放電電極１３１と蓋体１３３Ｂとの間には、空間Ｓが形成されている。空間Ｓには、養液１１１を満たすことができる。
【００２１】
図２及び図３に示すように、蓋体１３３Ｂは、開口１３３ａを有している。開口１３３ａにより、放電電極１３１と対向電極１３５との間に電界が形成される。開口１３３ａの内径は、０．０２ｍｍ以上且つ０．５ｍｍ以下であることが好ましい。放電電極１３１が絶縁容器１３３の内部に収容され、対向電極１３５が絶縁容器１３３の外部に配置され、放電電極１３１と対向電極１３５との間に開口１３３ａが形成されている。このため、放電電極１３１と対向電極１３５との間を流れる電流は、開口１３３ａに狭窄され、放電電極１３１と対向電極１３５との間の電流経路における電流密度を上昇させることができる。また、開口１３３ａにおいて、電流密度が上昇することにより、ジュール熱が発生し、絶縁容器１３３内の養液１１１を気化させ気泡を発生させることができる。このように、絶縁容器１３３は、電流狭窄部及び気相形成部として機能する。
【００２２】
以下に、放電ユニット１０３の動作を説明する。放電ユニット１０３に直流電圧が供給されていない場合には、図２に示すように絶縁容器１３３の内部の空間Ｓが養液１１１で満たされた状態となっている。放電電極１３１と対向電極１３５との間に所定の直流電圧（例えば１ｋＶ）を印加すると、放電電極１３１と対向電極１３５との間に電界が形成される。放電電極１３１は、絶縁容器１３３に覆われているため、放電電極１３１から対向電極１３５への電流は、開口１３３ａに狭窄され、開口１３３ａにおける電流密度が高くなる。
【００２３】
直流電源１０５から放電ユニット１０３へ電圧を供給すると、放電電極１３１と対向電極１３５との間に流れる電流によって、養液１１１の温度が上昇する。特に、開口１３３ａの部分において電流密度が高くなるため、発生するジュール熱も大きくなる。このため、開口１３３ａの近傍において、気泡Ｂの発生が盛んになり、図４に示すように気泡Ｂが開口１３３ａのほぼ全域を覆う状態となる。これにより、放電電極１３１と対向電極１３５との間には、気泡Ｂと養液１１１とが介在した状態となり、気泡Ｂは放電電極１３１と対向電極１３５との間の養液１１１を介した導通を阻止する抵抗となる。従って、放電電極１３１と対向電極１３５との間の漏れ電流が抑制され、放電電極１３１と対向電極１３５との間に、所望の電位差が保たれるようになる。その結果、気泡Ｂ内において絶縁破壊に伴うストリーマ放電が発生する。
【００２４】
ストリーマ放電の発生に伴い、放電電極１３１から対向電極１３５に向かって衝撃波、音波及び磁場等も発生する。本実施形態においては、対向電極１３５は複数の貫通孔１３５ａを有している。このため、衝撃波等は、効率良く対向電極１３５を通過する。このため、放電ユニット１０３を、植物の根１０７Ａの近傍に配置すれば、植物の根に衝撃波等を効率良く供給することができる。また、衝撃波は、溶液中において減衰が小さく直進する性質を有している。このため、放電ユニット１０３を植物の根１０７Ａに接して配置する必要はなく、植物の根１０７Ａと間隔をおいて配置することができる。このため、放電ユニット１０３が根の生育を阻害するおそれが小さく、植え替え等の際に放電ユニット１０３がじゃまになることもない。一方、対向電極１３５が漏電防止部材として機能するため、電流は基本的には放電電極１３１と対向電極１３５との間だけを流れる。従って、作業者の感電事故等が生じるおそれはほとんどない。
【００２５】
なお、開口１３３ａは図５及び図６に示すように複数形成されていてもよい。図６においては、開口１３３ａが正方格子状に配置されている例を示しているが、長方格子状、三角格子状又は六方格子状等に配置されていてもよい。また、規則的に配置されていなくてもよい。但し、各開口１３３ａを流れる電流を均一にするためには、開口１３３ａが等間隔に配置されていることが好ましい。また、放電電極１３１は全ての開口１３３ａに跨るように配置されていることが好ましい。
【００２６】
また、図７に示すように放電電極１３１、絶縁容器１３３及び対向電極１３５が一体に形成されたフランジユニット状の放電ユニット１０３を用いてもよい。フランジユニット状の放電ユニット１０３は、栽培槽１０１の外側から内部に向かって挿入して固定すればよい。
【００２７】
放電ユニット１０３は、大略の外形が円筒状に形成された絶縁容器１３３を有している。絶縁容器１３３は、容器本体１３３Ａと蓋体１３３Ｂとを有している。容器本体１３３Ａは、ガラス又は樹脂等の絶縁材料からなる。容器本体１３３Ａは、円筒状の基部１５１と、基部１５１から栽培槽１０１側に突出した筒状壁部１５２と、筒状壁部１５２の外縁部からさらに栽培槽１０１側に突出した環状凸部１５３と、環状凸部１５３からさらに栽培槽１０１側に突出した先端筒部１５４とを有している。基部１５１の軸心部には、円柱状の挿入口１５１ａが軸方向に貫通形成されている。筒状壁部１５２の内側には、挿入口１５１ａと同軸となり、且つ挿入口１５１ａよりも径が大きい円柱状の空間Ｓが形成されている。蓋体１３３Ｂは、略円板状に形成されて環状凸部１５３の内側に嵌合している。蓋体１３３Ｂは、セラミックス材料等からなる。蓋体１３３Ｂの軸心には、円形状の開口１３３ａが形成されている。
【００２８】
放電電極１３１は、軸直角断面が円形状となる縦長の棒状の電極である。放電電極１３１は、基部１５１の挿入口１５１ａに嵌合している。これにより、放電電極１３１は、絶縁容器１３３の内部に収容されている。放電電極１３１における栽培槽１０１とは反対側の端部は、栽培槽１０１の外部に露出した状態となる。このため、栽培槽１０１の外部に配置される直流電源１０５と、放電電極１３１とを電気配線によって容易に接続することができる。
【００２９】
放電電極１３１における栽培槽１０１側の端部１３１Ａは、絶縁容器１３３の内部の空間Ｓに臨んでいる。なお、図７に示す例では、放電電極１３１の端部１３１Ａが、挿入口１５１ａの開口面よりも栽培槽１０１側に突出しているが、端部１３１Ａの先端面が挿入口１５１ａの開口面と略面一となった構成としてもよい。また、端部１３１Ａが挿入口１５１ａの開口面よりも陥没した構成としてもよい。放電電極１３１の端部１３１Ａと蓋体１３３Ｂとの間には、所定の間隔が確保されている。
【００３０】
対向電極１３５は、円筒状の電極本体１６１と、電極本体１６１から径方向外方へ突出する鍔部１６２とを有している。電極本体１６１は、絶縁容器１３３の容器本体１３３Ａに外嵌している。鍔部１６２は、栽培槽１０１の壁部に固定されて放電ユニット１０３を保持する固定部として機能する。電極本体１６１の栽培槽１０１側に突出した部分が養液１１１中に位置するように、放電ユニット１０３は栽培槽１０１に固定されている。
【００３１】
対向電極１３５は、電極本体１６１よりも径が小さい内側筒部１６３と、内側筒部１６３と電極本体１６１との間に亘って形成される連接部１６４とを有している。内側筒部１６３及び連接部１６４は、養液１１１中に水没した状態となっている。内側筒部１６３は、その内部に円柱空間１６７を有している。内側筒部１６３の軸方向の一端は、蓋体１３３Ｂと当接しており、蓋体１３３Ｂを保持する保持部として機能する。内側筒部１６３、連接部１６４及び電極本体１６１により形成された空間を先端筒部１５４が埋めるように形成されている。内側筒部１６３の軸方向の他端の側には、円柱空間１６７を覆うようにメッシュ状の漏電防止材１６８が設けられている。この漏電防止材１６８は、対向電極１３５と接触しており、実質的に接地されている。これにより、漏電防止材１６８は、栽培槽１０１の内部の空間において、円柱空間１６７の内側から外側への漏電を防止している。
【００３２】
対向電極１３５は、電極本体１６１の一部が栽培槽１０１の外部に露出された状態となる。このため、直流電源１０５と対向電極１３５とを電気配線によって容易に接続することができる。
【００３３】
放電ユニット１０３に直流電圧が供給されていない場合には、図７に示すように絶縁容器１３３の内部の空間Ｓが養液１１１で満たされた状態となっている。放電電極１３１と対向電極１３５との間に所定の直流電圧（例えば１ｋＶ）を印加すると、空間Ｓの内部及び開口１３３ａの内部において、ジュール熱により気泡が発生する。
【００３４】
放電ユニット１０３への電圧の供給をさらに続けると、図８に示すように開口１３３ａに形成される気泡Ｂが安定し、気泡Ｂが開口１３３ａのほぼ全体を覆う状態となる。これにより、円柱空間１６７内の養液１１１と、放電電極１３１との間に気泡Ｂによる抵抗が付与される。従って、放電電極１３１と対向電極１３５との間の電位差が保たれ、気泡Ｂによりストリーマ放電が発生する。その結果、放電電極１３１において衝撃波、音波及び磁場等が発生し、発生した衝撃波、音波及び磁場等は植物の根１０７Ａに供給される。漏電防止材１６８により、基本的に放電電極１３１と対向電極１３５との間だけを電流が流れる。このため、作業者の感電事故が生じるおそれがほとんどない。
【００３５】
なお、図９に示すように開口１３３ａを複数形成してもよい。図９に示す例では、蓋体１３３Ｂの軸心を中心とする仮想ピッチ円上に、５つの開口１３３ａが等間隔で配置されている。蓋体１３３Ｂに複数の開口１３３ａを形成することにより、それぞれの開口１３３ａの近傍においてストリーマ放電を生じされることができる。
【００３６】
直流電源１０５に、ストリーマ放電の放電電力を一定に制御する定電力制御部設ける例を示したが、定電力制御部に代えて、ストリーマ放電時の放電電流を一定に制御する定電流制御部を設けてもよい。定電流制御を行うことにより、養液の導電率によらず放電が安定するため、スパークの発生も未然に回避できる。
【００３７】
また、放電電極１３１に直流電源１０５の正極を接続し、対向電極１３５に直流電源１０５の負極を接続する例を示したが、放電電極１３１に正極を接続し対向電極１３５に正極を接続し、いわゆるマイナス放電を行うようにしてもよい。
【００３８】
栽培槽１０１に設ける放電ユニット１０３の数は、栽培槽１０１の大きさ、栽培槽１０１において栽培する植物の数等に応じて適宜決定すればよい。
【００３９】
図１において、放電ユニット１０３をマット１１３と間隔をおいて配置しているが、放電ユニット１０３とマット１１３とが接していてもよい。また、放電ユニット１０３を栽培槽１０１の側壁に配置する例を示しているが、放電ユニット１０３を栽培槽１０１の底面に配置し、下側から衝撃波等の刺激を植物の根１０７Ａに与える構成としてもよい。また図２等において、放電ユニットが栽培槽に固定されている構成を示したが、栽培槽以外の部材に部品を固定し、放電ユニットを栽培槽内の任意の位置に移動できるように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
大がかりな電極の敷設等を行うことなく、安全且つ容易に植物栽培の効率を向上させた植物栽培方法を実現でき、植物栽培装置及び植物栽培方法等として有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１０１      栽培槽
１０３      放電ユニット
１０５      直流電源
１０７      植物
１０７Ａ    根
１１１      養液
１１３      マット
１３１      放電電極
１３１Ａ    端部
１３３      絶縁容器
１３３Ａ    容器本体
１３３Ｂ    蓋体
１３３ａ    開口
１３５      対向電極
１３５ａ    貫通孔
１４１      側壁部
１４２      底部
１５１      基部
１５１ａ    挿入口
１５２      筒状壁部
１５３      環状凸部
１５４      先端筒部
１６１      電極本体
１６２      鍔部
１６３      内側筒部
１６４      連接部
１６７      円柱空間
１６８      漏電防止材
【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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