(57)【要約】      （修正有）【課題】植物育成水耕栽培装置において、植物の成長状態に合わせて植物に適正な照明の強さとなるように、自動的に植物と照明の間の距離を調整できる植物育成水耕栽培装置を提供する。【解決手段】栽培プレート２の下面に突出部２ａを形成し、栽培ベッド１に水位が異なる二種類の領域を形成し、第一の領域は高い水位で植物の根が漬かる水を保持する栽培部５であり、第二の領域は低い側の水位の水を介して栽培プレートの突出部を保持する受柱部６とする。植物の成長による栽培プレート２全体の重量増加に伴い、第二の領域の水に栽培プレートの突出部２ａが沈水すると共に第一の領域の水位も下がる。これにより、植物の成長に合わせて栽培プレート２が受柱部６に沈み、照明と植物の間の距離を適正に保つことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を保持するベッドと、植物を保持し前記ベッドに浮上する栽培プレートと、上方から植物に光を与える照明とを有する植物育成水耕栽培装置において、前記栽培プレートは下面に突出部を有し、前記ベッドは水位が異なる少なくとも二種類の領域を有し、第一の領域は前記植物の根が漬かる水を保持する領域であり、第二の領域は前記栽培プレートの前記突出部を保持する構成であり、植物の成長による前記栽培プレートの全体の重量増加に伴い、前記第二の領域の水に前記栽培プレートの突出部が沈水することで、栽培プレートが下降し、前記照明と前記栽培プレートの距離が大きくなる構造であることを特徴とする植物育成水耕栽培装置。
【請求項２】
前記第一の領域の側面の一部が高さ方向に伸縮可能な隔壁で構成され、前記隔壁は、上端部が前記栽培プレートに接し、前記栽培プレートの沈下と共に収縮する構造であると共に、前記上端部よりも下側に開口された通水穴を有し、前記通水穴を通じて前記第一の領域の水が排出される構造であることを特徴とする請求項１記載の植物育成水耕栽培装置。
【請求項３】
前記第二の領域の水は、前記第二の領域を構成する側面の上部から前記ベッドの外部に貫通するように形成された排水口から排出される構造であることを特徴とする請求項１記載の植物育成水耕栽培装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物を屋内にて人口光を用いて人工的に栽培する植物工場において、植物の成長に合わせて、植物と照明の距離を適した距離に自己制御的に変更する植物育成水耕栽培装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、植物工場に用いられる栽培棚においては、栽培プレートと照明の距離は一定であるため、植物が小さい段階では照明と植物の距離が遠くなり、照明効率が低い。このため、植物が小さい間は高さが低い栽培棚で育て、成長の過程で、照明と栽培プレートの距離が広い棚に移植する方法も取られている場合もある。また、同じ場所で栽培プレートと照明の距離を変更する方法としては、一般的に循環水を排水する方法が、栽培棚の中の水から上方に突出した配水管にオーバーフローして流れ出す構造であることを利用して、この配水管の高さを調整することで、水位調整する方法がある。これは、栽培プレートが発泡スチロールなどの軽い素材を使用しており、栽培用の水に浮くため、水の深さを変えることで栽培プレートの位置を調整するものである。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、図６に示すように、ベッド１内の水１００は排水口１０１の水位調整パイプ１０２の上面からオーバーフローして中に入り排水され、その後循環供給される。水位調整パイプ１０２を長く、すなわち上面を高くすることにより、水位調整パイプ１０２の中に水がオーバーフローして入り込む位置が高くなるため水深が深くなり水位を高くすることができる。その結果、栽培パネルの位置を高くすることができる。また、低くする時は、水位調整パイプ１０２を短いものに交換することで水位が低くなり、栽培プレートと照明の距離は遠くなる。水１００が水位調整パイプ１０２に流れ込む際、図６の栽培プレート２の破線で示した水位調整パイプ１０２の上方の栽培プレートの開口部１０３は、切除されている。すなわち、栽培プレート２と水位調整パイプ１０２は重ならないため、栽培プレート２と水位調整パイプ１０２が貼り付いて水１００が排水口１０１に流れなくなることはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２６５８３２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、前記従来の構成では、水位の調整は水位調整パイプ１０２を長さが異なるものに交換もしくは長くなるように調整することにより可能であるが、水位調整パイプ１０２を別の長さのものに交換する場合は、水位調整パイプ１０２を外した際に水１００が排水される。また、その作業は、植物の成長状態から時期と高さを人が判断して行なう必要があるため、大規模な植物工場では膨大な時間と労力を要することになり、コストが増加し、現実的な方法ではない。
【０００６】
また、照明自体の強さを変えることにより、植物と照明の距離に合わせて照明を強くする方法があるが、その距離が大きい場合には照明を強くしなければならないので、その分のエネルギー消費が増えるため大きなコスト増加になる。その増加率については、光量は距離の二乗に比例することから数倍に達する可能性もある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、植物の成長状態に合わせて植物に適正な照明の強さとなるように、自動的に植物と照明の間の距離を調整できる植物育成水耕栽培装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【０００９】
本発明の１つの態様によれば、水を保持するベッドと、植物を保持し前記ベッドに浮上する栽培プレートと、上方から植物に光を与える照明とを有する植物育成水耕栽培装置において、前記栽培プレートは下面に突出部を有し、前記ベッドは水位が異なる少なくとも二種類の領域を有し、第一の領域は前記植物の根が漬かる水を保持する領域であり、第二の領域は前記栽培プレートの前記突出部を保持する構成であり、植物の成長による前記栽培プレートの全体の重量増加に伴い、前記第二の領域の水に前記栽培プレートの突出部が沈水することで、栽培プレートが下降し、前記照明と前記栽培プレートの距離が大きくなる構造であることを特徴とする植物育成水耕栽培装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明の植物育成水耕栽培装置によれば、植物が生長して大きくなると共に重量が増えることに合わせて、植物を保持する栽培プレートが沈むことにより、自動的に照明と植物の間の距離を調整し、植物に適正な照明の強度にすることができる。
【００１１】
これにより、照明エネルギーの消費を増大すること無く、植物の成長を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における植物育成水耕栽培装置の概略断面図
【図２】本発明の実施の形態１における排水部の拡大図
【図３】本発明の構成を説明するための栽培プレートの平面図
【図４】本発明の実施の形態における突出部の垂直断面形状の例を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における植物育成水耕栽培装置の概略断面図
【図６】特許文献１に記載された従来の植物育成水耕栽培装置の構造を示す概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下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１）
図１は、本発明の実施の形態１における植物育成水耕栽培装置の概略断面図である。
【００１５】
図１において、１はベッドであり、発泡スチロールなどの材料で作られ、植物の育成に必要な水を溜めて保持するものである。２は栽培プレートであり、植物を保持している。栽培プレート２は発泡スチロールなどの密度の小さい材料であるため水に浮き、これにより水の中に植物４の根４ａを漬けた状態を保持することができる。栽培プレート２は、下部に突出部２ａを有しており、突出部２ａの下部を水中に沈めることにより浮力を得ている。３は照明であり、植物に光を供給し、栽培棚（図示せず）に固定されている。ベッド１に保持される水は二つの領域に分かれて存在し、第一の領域は栽培部５であり、植物の根４ａは栽培部５の水に漬かっている状態である。図１は栽培部５に水が保持されている状態である。栽培部５の水面に栽培ベッド２の下面は沈んでおらず、水面と栽培プレート２の下面は１０ｍｍ程度開いていても構わない。水中に漬かるべき植物４の根４ａが水面より上にある場合は、水を含んだスポンジ４ｂなどで露出部を覆えば良い。
【００１６】
第二の領域は受柱部６であり、図１は受柱部６にも水が入っている状態を示しており、栽培プレート２の突出部２ａの沈水部７が水中に入っている。この状態で、植物４と栽培プレート２の合計重量と、沈水部７が得る浮力が釣り合った位置で栽培プレート２は保持されている。１１は隔壁であり、例えば蛇腹状の筒で構成され、上部は栽培プレート２と接している。隔壁は栽培プレート２からわずかな力がかかっただけでも縮むように柔軟な構造をしているが、円筒形の蛇腹構造であるために水圧には耐えることができる。
【００１７】
また、隔壁１１の上端（栽培プレート２と接している部分）の近傍には通水穴１２が形成されている。図２に通水穴１２周辺の拡大図を示す。通水穴１２より上側に水面がきた場合、通水穴１２より上側の栽培部５の水は通水穴１２を通じて受柱部６に排水される。このため、栽培プレート２が沈下した場合でも、栽培部５の水の水面は隔壁１１の上端、すなわち栽培プレート２の下面に接することがなく、栽培プレート２は栽培部５の水から浮力を得ることはない。
【００１８】
図１において、受柱部６の上部には排水路８が形成されており、水面が排水路８の位置よりも高くなった場合は排水路８より上部の水が自動的に排水される。これにより栽培部５から受柱部６に入った水も排水されるため、受柱部６の水位は一定に保たれる。排水部８が無い場合でも、重量増加により栽培プレート２の沈下が起こり照明３との距離が大きくなるが、沈下に伴い受柱部６の水面も上がるため、沈下量は少なくなる。
【００１９】
以下、浮力を得る突出部２ａの大きさについての一例を記載する。
【００２０】
図３は、栽培プレート２の平面図であり、植物４の位置１３と水中に没することにより浮力を得る突出部２ａの位置１４を示している。栽培プレート２の一辺の長さは一般的な６０ｃｍとした場合、植物４の数は１６、隣り合う植物４同士の間隔は１５ｃｍ程度である。植物４が成長して重さ１００ｇ、高さ１０ｃｍ、植物４の上端と照明３との距離を一定にする場合を考えると、植物４の合計重量増加量は１６００ｇとなるため、栽培プレート２が１０ｃｍ沈むときに水中に入る突出部２ａの体積は合計１６００ｃｍ3であれば良い。図３の様に突出部２ａの位置１４を植物の位置１３の間に形成する場合、その数は９となり、突出部２ａの形状が円柱であると想定すれば、突出部２ａ一個あたりの面積は１７．８ｃｍ、すなわち直径４．７５ｃｍとなる。言うまでも無く突出部２ａの形状は円柱である必要もなく、位置も外周部に集中させても構わない。また、栽培プレート２が深さ方向に移動する際に、摩擦など何らかの抵抗がある場合は、その抵抗を加味した突出部２ａの大きさにすれば良い。
【００２１】
また、植物４の成長に伴って、成長高さと重量増加の比が大きく異なる場合や、それぞれの成長段階（重量）における最適な照明との距離が変化する場合は、突出部２ａの断面積を深さ方向で変える（例えば垂直断面が台形などにする）ことで、植物４に合わせて自在に設定することができる。この場合の突出部２ａの断面形状の例をいくつか図４に示した。図４（ａ）は、成長に伴い重量増加よりも高さ成長が大きい場合などであり、図４（ｂ）は成長の後半で高さ方向の成長は少なくなり、重量増加が大きい場合などに有効な形状である。図４（ｃ）は例えば成長の終盤で高さ方向の伸びが著しい場合などである。
【００２２】
上述の構成によれば、植物４が成長により大きくなり重量を増した際に、栽培プレート２が重量増加に伴って沈むので、照明３と植物４の距離を適切な距離に保つことが可能である。この作用は植物４の成長に伴う重量増加によって継続的かつ自動的に起こるため、植物４の成長に合わせて照明３と植物４の距離を自動的調整することができる。
【００２３】
なお、実施の形態１において、隔壁１１は蛇腹の形状としたが、栽培プレート２からの力で容易に縮む形状であれば他の形状でも良い。
【００２４】
また、図１では栽培プレート２の突出部２ａが２個図示された断面図を示したが、実際は図３に示すように多数個設けた方が栽培プレート２が安定した状態で受柱部６に浮くことができるので、栽培プレート２の面積にあわせて最適な数を選択すればよい。
【００２５】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における植物育成水耕栽培装置の概略断面図であり、排水部の拡大図を表している。
【００２６】
本第二の形態が第一の実施の形態と異なる点は、栽培部５の中の水が受柱部６に流出する流路とその構造である。植物４の重量増加に伴い沈下した栽培プレート２の内部には通水路１５が形成されており、栽培部５の水はこの通水路１５を通って受柱部６に流れ込む。ベッド１と栽培プレート２の接触面には、例えば非水溶性固着ジェルなどからなる密閉剤１６があり、ベッド１と栽培プレート２の間の摩擦を最小限にしながら、栽培部５の水が受柱部６に流れ込むのを防ぐことができる。そのほかは実施の形態１と同等であるので省略する。
【００２７】
なお、本実施の形態１および実施の形態２において、ベッド１の水が保持される領域を水位が異なる二つとしたが、三つ以上であっても効果は同様である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、植物を屋内にて人口光を用いて人工的に栽培する植物工場において、植物の成長状態に合わせて植物に適正な照明の強さとなるように、自動的に植物と照明の間の距離を調整できる植物育成水耕栽培装置を提供し、植物工場などに有用である。
【符号の説明】
【００２９】
１．  ベッド
２．  栽培プレート
２ａ．突出部
３．  照明
４．  植物
４ａ．植物の根
４ｂ．スポンジ
５．  栽培部
６．  受柱部
７．  沈水部
８．  排水路
１１．隔壁
１２．通水穴
１３．植物の位置
１４．突出部の位置
１５．通水路
１６．密閉剤
１００．水
１０１．排水口
１０２．水位調整パイプ
１０３．栽培プレートの開口部
【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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