(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下および左右方向に配列される複数個の箱状の作物栽培用の容器と、上下に配列される容器同士を、栽培しようとする作物の生長時の高さ以上の間隔をあけて保持する支柱と、各容器に水ないし養分を供給する供給配管設備と、余分な水を排出する排水設備と、それぞれ容器の上方に容器内の作物をほぼ均一に照らすように、かつ、上段の容器の下方にその容器の培地や培養液によって冷却されるように配置された、多数の発光ダイオードを備えたパネルからなる照明器具とを備えている栽培棚。
【請求項２】
温度管理のための冷気を供給する給気配管をさらに備えている請求項１記載の栽培棚。
【請求項３】
前記支柱が固定式の棚フレームの支柱であり、各容器がその棚フレームの支柱に取り付けた横桟によって支持される棚板に対して取り出し自在に設置されており、前記照明器具が、容器内の培地や培養液によって棚板を介して冷却されるように、その棚板の下面に配置されている請求項１記載の栽培棚。
【請求項４】
前記固定式の棚フレームに、各容器に水ないし養分を供給する前記供給配管設備が設けられている請求項３記載の栽培棚。
【請求項５】
複数本の支柱が、各容器の上面または下面のいずれか一方に立設されると共に、他の面に他の容器の支柱の先端と着脱自在に嵌合する支柱受けが設けられており、前記照明器具が容器の培地や培養液によって冷却されるように各容器の下面に設置されており、下方の容器の支柱ないし支柱受けに上方の容器の支柱受けないし支柱を順次嵌合していくことにより、複数個の容器を立体的に積み上げる請求項１記載の栽培棚。
【請求項６】
前記支柱が各容器に交換可能に取りつかられている請求項５記載の栽培棚。
【請求項７】
前記支柱のうちいずれかが照明器具へのエネルギー供給用の配線を備えており、他の支柱が給排水配管を備えている請求項５記載の栽培棚。
【請求項８】
前記支柱が容器の四隅に設けられると共に、それらの支柱を取りまくように、容器の上部空間と外部空間とを仕切る遮断フィルムが張られており、さらに前記配線および給排水配管を備えた支柱以外の支柱が、吸排気用の配管を備えている請求項７記載の栽培棚。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は栽培棚に関する。さらに詳しくは、いわゆる工業化栽培に適した、設置スペースが少なくて済む栽培棚に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は先に、複数本の棒状の棚部材からなる棚と、その棚の上に、棚部材と交わる方向に摺動自在に載置された複数個の細長い栽培床とからなる栽培棚を提案している（特開平８−２４２７０１号公報の請求項１１〜１４、図５参照）。その公報では、さらに栽培床に、容器本体の上部を覆う断熱材や、放熱パイプを設けること、栽培床の上部空間を周囲から仕切る透明な合成樹脂フィルム製の対流防止壁を設けることも記載されている（同公報の図１参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の栽培棚は、一般的には平面的に地面などに配列する栽培床を棚上に立体的に配列したものであり、それによりスペースを大幅に節約することができる利点がある。しかしこのものは、栽培ユニットとなる栽培床が長いため、棚に載せたり、収穫のために棚から降ろしたりする作業が比較的厄介である。さらにこのものは、日光あるいは屋内の天井などに配置した照明器具で必要な日照を与えることを前提としているので、栽培床同士を密に配置すると、内部へ光が充分に達しにくくなる。さらに作物が斜め横方向に延びたり、栽培床の中の位置によって、生育状態に大きい差ができる問題がある。また栽培床の長さを短くすると、途中で栽培床の向きを変えて採光条件をできるだけ均一にすることもできるが、向きを変えるローテーションの作業が煩雑である。
【０００４】
本発明は、前記従来の栽培棚に比して、栽培ユニットの積み上げ・積み降ろし作業が容易で、採光条件をほぼ均一にすることができ、しかも一層スペースの節約が可能で、発光ダイオードの温度上昇による出力の低下を防止しうる栽培棚を提供することを課題としている。さらに本発明は、棚部材などの部品が少なくて済み、しかも積み上げ・積み卸し作業を自動化することもできる栽培棚を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の栽培棚は、上下および左右方向に配列される複数個の箱状の作物栽培用の容器と、上下に配列される容器同士を、栽培しようとする作物の生長時の高さ以上の間隔をあけて保持する支柱と、各容器に水ないし養分を供給する供給配管設備と、余分な水を排出する排水設備と、それぞれ容器の上方に容器内の作物を均一に照らすように、かつ、上段の容器の下方にその容器の培地や培養液によって冷却されるように配置された、多数の発光ダイオードを備えたパネルからなる照明器具とを備えていることを特徴としている。
このような栽培棚では、温度管理のための冷気を供給する給気配管をさらに備えているものが好ましい。
前記支柱は固定式の棚フレームの支柱とし、各容器をその棚フレームの支柱に取り付けた桟橋によって支持される棚板に対して取り出し自在に設置したものとし、前記照明器具を、前記容器内の培地や培養液によって棚板を介して冷却されるように前記棚板の下面に配置することができる。その場合、固定式の棚フレームに、各容器に水ないし養分を供給する供給配管設備を設けることができる。
【０００７】
他方、複数本の支柱を、各容器の上面または下面のいずれか一方に立設すると共に、他の面に他の容器の支柱の先端と着脱自在に嵌合する支柱受けを設け、前記多数の発光ダイオードからなる照明器具を容器の培地や培養液によって冷却されるように各容器の下面に設置し、下方の容器の支柱ないし支柱受けに上方の容器の支柱受けないし支柱を順次嵌合していくことにより、複数個の容器を立体的に積み上げるようにしてもよい。その場合は、支柱を各容器に交換可能に取り付けるのが一層好ましい。
【０００８】
また、前記支柱のうちいずれかに照明器具へのエネルギ、とくに電気供給用の配線を設け、他の支柱に給排水配管を設けてもよい。さらに前記支柱を容器の四隅に設けると共に、それらの支柱を取りまくように、容器の上部空間と外部空間とを仕切る遮断フィルムを張り、さらに前記配線および給排水配管を備えた支柱以外の支柱に、吸排気用の配管を設けるのが好ましい。  
【０００９】
【作用および発明の効果】
本発明の栽培棚では、箱状の容器を上下だけでなく、左右にも配列しているので、個々の容器の長さはそれほど長くする必要がなく、たとえばフォークリフトなどで積み上げられる程度にすることができる。さらに各容器の上方に専用の多数の発光ダイオードを備えたパネルからなる照明器具を配置しているので、容器には外部から光を当てる必要がない。また容器内の作物には上方からまっすぐに光が当たるので、作物はほぼ真上に生育する。そしてどの位置も採光条件がほとんど同じであるので、証明の管理が容易であり、作物の生育状態にも好影響を及ぼす。また、照明器具のスペース、とくに高さ方向のスペースが少なくて済む。さらに各容器を前後左右に詰めて配置することができ、そのため一層スペースを節約することができる。しかも照明器具として多数の発光ダイオードを備えたパネルを用いるので使用電力が少なくて済み、周囲の温度上昇が少ない。
また、多数の発光ダイオードを備えているパネルからなる照明器具が、それぞれの容器の上方に容器内の作物を均一に照らすように、かつ、上段の容器内の下方にその容器の培地や培養液によって冷却されるように配置されているので、容器内の作物が均一に照らされ、発光ダイオードは温度上昇による出力の低下を防ぐことができる。
【００１０】
固定式の棚フレームを採用した栽培棚では、各容器はその棚フレームの支柱に取り付けた横桟に載置することができるので、容器の構成が簡単になる。とくに固定式の棚フレームに、各容器に水ないし養分を供給する供給配管設備を設けたり、暖房ないし冷却用の配管設備や、二酸化炭素などのガスを供給する配管なども固定式の棚フレームに設置しやすい。さらに容器内の培地や培養液によって棚板を介して冷却されるので、発光ダイオードは温度上昇による出力の低下が防止される
【００１１】
他方、容器の上面または下面に支柱を一体的に立設したものをユニットとして用いる場合は、下方の容器の支柱ないし支柱受けに上方の容器の支柱受けないし支柱を順次嵌合していくことにより、複数個の容器を立体的に積み上げて栽培棚を構成することができる。その場合は容器自体が棚の構成要素になるので、棚を構成する部品が重複せず、部品点数が少なくて済む。さらに、支柱を各容器に交換可能に取り付けるようにする場合は、作物の高さに応じて支柱の高さを選択することができるので、栽培棚全体の高さ方向のスペースを一層節約することができる。さらに容器内の培地や培養液によって冷却されるので、発光ダイオードは温度上昇による出力の低下が防止される。
【００１２】
また、パイプを支柱として、その内部に照明器具用の配線（光ファイバーを含む）を通したり、給排水配管を設けると、配線・配管関係をすっきりと収納することができる。支柱を容器の四隅に設けると共に、それらの支柱を取りまくように、容器の上部空間と外部空間とを仕切る遮断フィルムを張る場合は、建屋全体の冷暖房をする必要がない。したがって、たとえば支柱に設けた吸排気用の配管を通じてユニットごとに冷暖房すればよく、それによりエネルギコストを低減しうる。また、ユニットごとの温度管理をきめ細かくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態を説明する。図１は本発明の栽培棚の一実施形態を示す斜視図、図２はその平面図、図３は本発明にかかわるユニット式の栽培棚のユニットの一実施形態を示す斜視図、図４ａ、図４ｂおよび図５はそれぞれ図３のユニットの積み上げ手順を積み上げ装置とともに示す側面図、図６はそのユニットを積み上げて構成した栽培棚を示す要部正面図である。
【００１５】
図１の栽培棚Ａは棚フレーム１と、その棚フレーム１に収容された栽培用の容器２とを示している。棚フレーム１の前面には、容器２の積み上げ・積み降ろし用のリフター装置４が設置されており、最下段には搬送用のベルトコンベア５が設置されている。なおベルトコンベア５に代えて、他のコンベアや、台車など、各種の搬送装置を使用しうる。
【００１６】
棚フレーム１は上下方向に延びる複数本の支柱７と、それらの支柱７の適切な高さの位置に固定される前後および左右方向の横桟８、９と、それらの横桟８、９の上に所定の間隔で設置される棚板１０とを備えている。各棚板１０の裏面には、作物に適切な光を照射するためのパネル状の照明器具１１が設けられている。本実施形態では、照明器具１１は、多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２から構成している。発光ダイオード１２は、たとえば１ｍ2 当たり１０００〜５０００個程度、通常は２０００〜３０００個程度設ける。
【００１７】
発光ダイオード１２の色は、作物の生長に適する色を採用する。たとえば全体の個数の２／３は赤色の発光ダイオードとし、１／３を青色の発光ダイオードとするなど、作物の種類に応じてその組み合わせを選択すればよい。パネル全体の明るさは、たとえば２０００〜３０００ルクス程度が好ましいが、作物によって適切な照度に設定すればよい。さらに棚板１０あるいは支柱７ないし横桟８、９に、温度や二酸化炭素の濃度などの作物の生長に影響する各種のデータを遠隔的に検出するセンサ類１３を設けている。
【００１８】
さらに前記支柱７には、栄養素を溶かした水を供給する供給配管、余分な水を排水する排水配管、二酸化炭素を供給する配管、温度管理のための冷気ないし適切な高温の空気を送り込む給気配管などの配管設備１４が、表面に沿って設置されている。さらに発光ダイオード１２に電力を供給する電力線１５や、センサ類１３の検出信号を送る通信線１６が支柱７に沿って設けられている。それらの配管や配線は建物の天井や床面まで引かれて所定の屋内配管設備端末およびコントローラ１７に接続されている。
【００１９】
前記容器２は上面が開放された、平面形状が矩形状の箱体であり、内部に栽培土または水耕栽培養液が収容されており、生産しようとしている作物の種または苗が植え付けられている。なお作物によっては、それぞれの容器２を設置するブロックごとに温度管理をするため、支柱７の周囲に合成樹脂フィルムないし合成樹脂プレートなどからなる遮断壁を設ける。遮断壁は容器２の４隅に立てた支持棒を囲むように設けてもよい。また遮断壁は外部からの観察ができるように透明にするのが好ましいが、不透明であってもよく、一部のみ透明にしてもよい。さらに内面に発光ダイオード１２の光を反射する金属蒸着層、コーティング層などの反射層を設けてもよい。
【００２０】
なお図１の実施形態では、容器２の下面側には、フォークの爪が入るように左右に脚１８を取り付けている。各棚板１０の上面には、容器２ないしその脚１８の後端を位置決めするためのストッパないし位置決め突起などを設けるのが好ましい。また各容器２内に灌水用の配管を通す場合は、たとえばそれらの位置決め突起と配管の端部とを接続するジョイントを設けることができる。
【００２１】
前記リフター装置４は立体自動倉庫などに使用されているものと基本的には同じものであり、床面および天井面に設置した案内レール２１、２２と、それらの案内レールに沿って走行する台車２３と、台車に設けた上下レール２４と、その上下レールに沿って昇降する昇降ユニット２５と、その昇降ユニット２５に設けた前後移動自在のフォーク爪２６などを備えている。フォーク爪２６の角度を変えるチルト手段を設けてもよい。
【００２２】
台車２３にオペレータが乗る座席ないしステップ２７を設けたり、棚フレーム１の各ブロックの位置番号と容器２の有無を管理する管理設備を設けたり、ブロックの位置番号および作業項目を設定して自動的に作業させるなどの自動化装置は、立体自動倉庫と同じものを採用することができる。なお図１の実施形態では、他の部署から新しい容器２を搬入したり、生産した作物を搬出する場合にリフター装置４を効率よく働かせるように、棚フレーム１の最下段にベルトコンベア５を設置している。しかしこのベルトコンベア５は設けなくてもよい。
【００２３】
図１の栽培棚Ａはたとえば図２に示すように、前後２列で設置し、各島の間にリフター装置４を設置することができる。その場合、２基のリフター装置４を背中合わせに配置してもよく、１本（上下一対）の案内レールを兼用するようにしてもよい。さらにフォーク爪２６を前後にスライドできる両面使用可能なリフター装置４を採用することもできる。それらの場合は栽培棚Ａの前後のブロックに同じ給排水設備や配線設備を用いることができる。またリフター装置４の機能などによっては、島を１列ずつ設けるなど、他のレイアウトも採用しうる。上記の栽培棚Ａでは容器２内には培地や培養液が収容されているので、その下方の棚板１０を介して発光ダイオード１２が冷却される。そのためとくに冷却装置を設ける必要はない。しかし別個に冷却水管路や空冷式の冷却装置を設けるようにしてもよい。
【００２４】
上記の栽培棚Ａはそれぞれのブロックに発光ダイオード１２などの照明器具を設置しているので、容器２内の採光状態をほぼ均一にすることができる。そのため、作物が斜め横方向に伸びたり、容器２内における位置によって成育状況に差ができるなどの問題がない。そのため容器２の向きを途中で変える必要がない。また、各容器２を密に配置することができるので、スペースの節約ができる。
【００２５】
つぎに図３〜６を参照して、ユニットタイプの栽培棚を説明する。図３に示すユニットＢは、図６の栽培棚Ｃを構成する単位となるものである。このユニットＢは、上方が開放した矩形状の平面形状を有する箱体の容器２と、その容器２の下面の４隅から下方に延びる支柱７と、容器２の上面の４隅に設けた支柱受け２８とを備えている。各支柱７の下端は、支柱受け２８と嵌合しうる形状にしている。容器２は強度メンバーとなる４枚の側壁２９と、底板３０とを備えている。底板３０の下面には、前述の栽培棚Ａの場合と同じように、パネル状の照明器具１１が設けられており、その照明器具は多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２から構成している。発光ダイオード１２の個数、明るさなどは前述の場合と同じである。また４本の支柱２の周りには、合成樹脂フィルムからなる遮断壁３１を巻いている。
【００２６】
さらに前記支柱７は角パイプ状であり、その内の１本ないし２本には、栄養素を溶かした水を供給する供給配管３２、余った水などを排水する排水配管３３、二酸化炭素を供給したり、温度管理のための冷気ないし適切な高温の空気を送り込む給気配管３４が通されている。さらに他の支柱７には、発光ダイオード１２に電力を供給する電力線１５やセンサ類１３の検出信号を送る通信線１６が通されている。それらの配管や配線は、上下のユニットＢ間で、支柱７の下端と支柱受け２８の間でジョイントなどで着脱自在に接続することができる。なお通信線については、無線信号にすることもでき、また赤外線の発光器と受光器との対からなる非接触接続にすることもできる。容器２の内部には、培地や培養液などが収容される。
【００２７】
給水配管３２については、たとえば支柱７の途中に複数の噴出孔３５を設け、途中から噴出させて、作物に散水することができる。また１個の支柱受け２８から対角側の支柱受け２８に向かうように、容器２の内部に入り込む斜め配管３６を設け、その斜め配管３６から培地に供給することもできる。その場合は、たとえば対角側の支柱受け２８から下側の支柱７にその斜め配管３６を延長させ、下側のユニットの支柱受け２８へ連結させるようにすればよい。また、給水配管３１の本管は同じ位置の支柱７にまっすぐに通し、その本管から容器２内に分岐パイプを延ばして給水するようにしてもよい。
【００２８】
上記のユニットＢを組み立てて栽培棚にするには、たとえば図４ａに示すような、リフター装置４とベルトコンベア５とを組み合わせた積み上げ装置を用いる。この場合、リフター装置４はユニットＢの高さよりいくらか大きい程度の昇降ストロークを有するもので足りる。すなわち、まずベルトコンベア５で１個目のユニットＢを設置場所まで移動させ、そのユニットＢをリフター装置４のフォーク爪２６で所定の高さだけ持ち上げ、その下にベルトコンベア５で２個目のユニットＢを送り込む。
【００２９】
そして図４ｂに示すように、フォーク爪２６を下降させ、１個目のユニットＢの支柱の下端を２個目のユニットＢの支柱受け２８に嵌合させ、同時にジョイントにより配管や配線の接続を自動的に行う。ついで一旦フォーク爪２６を後退させ、下降させて２個目のユニットＢにフォーク爪２６を掛けて、図５に示すように所定の高さまで上昇させる。そしてさらにその下側に、ベルトコンベア５で３個目のユニットＢを送り込む。
【００３０】
このように順次ユニットＢを積み上げていくと、図６に示すような多数のユニットＢを組み上げた栽培棚Ｃが得られる。その場合、天井面３７に支柱７の下端と同じ形状の支持部材３８を設けておき、それらの支持部材３８に上端のユニットＢの支柱受け２８を嵌合させるのが好ましい。それにより積み上げたユニットＢ全体が安定する。またその支持部材３８に電力線、通信線、配管などのジョイントを設けておくと、天井面側から水や電力などの供給をすることができ、しかもそれらの接続をほぼ自動的に行うことができる。
【００３１】
１個所の栽培棚Ｃが積み上がると、ベルトコンベア５とリフター装置４を移動させ、それに隣接する位置にさらに栽培棚Ｃを積み上げていく。それによりほとんど隙間を空けずに多数のユニットＢを積み上げた栽培棚Ｃが得られる。このものも各ブロックに発光ダイオード１２を設置しているので、容器２内の採光状態をほぼ均一にすることができる。そのため、作物が横方向に伸びたり、容器内における位置によって成育状況に差ができるなどの問題がなく、容器の向きを途中で変える必要がない。また、各容器２を密に配置することができるので、スペースの節約ができる利点がある。さらに発光ダイオード１２が容器２の培地や培養液により冷やされるので、温度上昇による出力の低下を防ぐことができる利点がある。
【００３２】
上記の実施形態では、容器２の下面側に支柱７を設け、上面側に支柱受け２８を設けているが、逆に上面側に支柱７を立設し、下面側に支柱受け２８を設けてもよく、その場合でも同じ作用効果が奏される。その場合は天井面に支柱受けと同じ形状の支持部材を設ける。また、支柱７は作物の高さに応じて長さを変えられるように、容器２に対して着脱自在に固定するのが好ましい。それにより同じ屋内においても、成長時の高さが低い作物に対しては段数を増やすことができ、一層スペースを効率的に利用することができる。さらに支柱の長さを短くすれば、照明器具と作物との距離が狭くなるので、照明器具の出力を低くすることができ、電力の省エネルギ化を図ることができる。
【００３３】
またベルトコンベア５に代えて、５〜１０個程度のユニットを搬送することができる台車を設けてもよく、そのような台車とベルトコンベアとを組み合わせてもよい。またプッシュ式の供給装置でユニットを１個ずつ供給するようにしてもよく、場合によりクレーンなどの他の搬送手段で供給するようにしてもよい。
【００３４】
前述の実施形態では、照明器具として発光ダイオード１２のパネルを採用している。本発明の範囲外であるが、栽培棚における照明器具は蛍光灯や白熱灯など、他の電気式照明器具などを用いることができる。ただし本発明における多数の発光ダイオードを備えたパネルは、発熱量が少ない面状の発光体であるので好ましい。さらに本発明の範囲外であるが、光ファイバーの束の一端を容器の上方に配列し、他端側を戸外ないし天窓に向けて日光を各容器に導いたり、あるいは他の照明器具に向けて人工光を各容器に導くようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の栽培棚の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】  図１の栽培棚の平面図である。
【図３】  本発明にかかわるユニット式の栽培棚のユニットの一実施形態を示す斜視図である。
【図４】  図４ａおよび図４ｂはそれぞれ図３のユニットの積み上げ手順を積み上げ装置とともに示す側面図である。
【図５】  図４ｂに続く、図３のユニットの積み上げ手順を示す側面図である。
【図６】  図３のユニットを積み上げて構成した栽培棚を示す要部正面図である。
【符号の説明】
Ａ  栽培棚
１  棚フレーム
２  容器
４  リフター装置
５  ベルトコンベア
７  支柱
１１  照明器具
１２  発光ダイオード
Ｂ  ユニット
Ｃ  栽培棚
２８  支柱受け
３１  遮断壁
３８  支持部材
【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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