JP5769435B2

JP5769435B2 - 植物栽培装置

Info

Publication number: JP5769435B2
Application number: JP2011023295A
Authority: JP
Inventors: 益男長尾
Original assignee: 有限会社長尾デザイン事務所
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: JP2012147765A

Description

本発明は、季節を選ばず室内において野菜、花、観葉植物、小型果樹を一般家庭や、店舖、オフィス等で育成することができる植物栽培装置に関する。

従来、植物工場では水耕栽培方式などで大量の植物を育てる大型装置が存在する。しかしながら、大型装置は価格が高く、大規模な事業をする場合を除いて一般的ではない。また最近、レストランなどの店舗で使用する植物栽培装置が開発されているが、大型で一般家庭の室内には不向きである。

また、室内で使うことのできる小型植物栽培装置も存在する。しかし、特許文献１に記載されているように照明器と育苗装置とを備えた装置は提案されているが、発芽、育苗するための装置とその苗を野菜などに育成するための装置が一体で考えられていないなど、利便性に欠ける。

更に特許文献２には照明器と苗を育成する装置とを備えた装置は提案されているが、やはり発芽から育苗するための装置とその苗を野菜などに育成するための装置が一体で考えられているものではない。

また、特許文献３に示されているように、ＬＥＤの光波長の組み合わせにより植物を効率良く育成する記載はされているが、最適な植物育成とその観賞用を兼ねた目的でＬＥＤの光波長で制御している例はない。

特開２００８−１６７７０４公報特開２００２−１５９２２０号公報特開平１０−１７８８９９号公報

「図解よくわかる植物工場」高▲辻▼正基著発行所日刊工業新聞社

環境保全、食品の産地偽装問題などを背景とする消費者の健康志向など社会的動向を受けて、農産物、特に、野菜など植物に関する自産自消の動きが拡大している。しかしながら日曜農業などに見られる農地耕作を行うためには耕作地が必要であるが、都会に住む人びとにとって時間的制約、距離的制約から満足できる農地を探すことすら難しく、農地を借りることも簡単ではない。さらに日曜農業とはいえ土壌の維持管理やその後の病害虫対策などに基礎的な農業知識が必要であり、誰でも安易に効果的な栽培を行えるわけではない。一方、植物工場用の大型植物栽培装置は一般消費者やレストラン経営者など身近に植物などを育てるには向かない。この発明は、耕地を手に入れることの困難な人びとや安全な野菜や植物を求める人びとに、野菜や花、観賞用植物、小型果樹などを簡単に育てることができる装置を提供し、野菜などの自産自消、あるいは、レストランなどで店産店消の機会を与え、特に、省スペースで効率的、簡便な植物栽培装置を提供しようとすることが課題である。

従来の屋内植物栽培装置の光源はＬＥＤや蛍光灯とかが主に使用されており、葉菜類などの植物育成に一番適する光の波長は赤（６００ｎｍ〜７００ｎｍ周辺）と言われている。これを室内において観賞用としようとすると緑の葉が赤く反射して違和感があった。この装置は最適な植物育成環境を提供すると同時に、光源を制御することにより植物育成用と観賞用としても使える植物育成装置を提供することを課題の一つとする。

また、従来の装置は発芽育苗装置と育成装置が別体であったため、それぞれに複数の光源が必要であったが、本発明では１つの光源で効率よく発芽、育苗、育成を行うようにすることを課題の一つとする。

さらに、従来の発芽装置は発芽トレイに培地となる軟質発泡樹脂を直接置いていたため、発根するとトレイの底面と干渉を起こし細根発育の障害となっていたが、本発明はこの欠点を除き育成効率を向上させることを課題の一つとする。また、育成ボックスに入った溶液を交換時と植物の手入れをする時に、育成ポットに入った植物の根や葉を傷つけずに、誰でも簡便に手入れができ、少しの労力で種子から収穫までできることを課題としている。

上記の課題を解決するために、当植物栽培装置は、光照射装置と、発芽育苗装置と、育成装置との組み合わせからなる装置であって、この発明の植物栽培装置に使う光照射装置の光源は波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の光を発する赤色光源と波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の光を発光する青・白光源との組合せで構成されており、それぞれの光源の発光時間、発光強度などは種々の方法で制御されている。このため、昼間は青色・白色光源を点灯し植物育成用と観賞用としても使い、夜間赤色光源を点灯し植物の育成を促すことができる。この発明の光源に用いる波長の異なる光源の切り替えは自動で行うことも可能である。
そして、本発明に係る植物栽培装置は、基台と、当該基台の上に載置される育成装置と、発芽育苗装置と、光照射装置との組み合わせからなり、前記発芽育苗装置は前記光照射装置と前記育成装置の間で、下方にある前記育成装置の植物への光が遮断されない位置に置かれ、前記育成装置は、育成ポットと、下部に脚を設け、前記育成ポットを入れるための１つまたは複数の穴が設けられた育成パネルと、前記育成パネルが収納される育成ボックスと、を備え、前記発芽育苗装置は、１つまたは複数の穴を有するとともに、下部に脚部を有する、培地を置くための培地トレイと、当該培地トレイを入れる育苗容器と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る植物栽培装置は、前記した本発明において、前記発芽育苗装置の育苗容器における前記培地トレイを入れるための開口部の面積より、前記育成装置の育成ボックスにおける前記育成パネルを収納するための開口部の面積の方が大きいことを特徴とする。
本発明に係る植物栽培装置は、前記した本発明において、前記基台は前記光照射装置を支持する部材を有し、当該支持する部材に前記発芽育苗装置は着脱自在に保持されていることを特徴とする。
本発明に係る植物栽培装置は、前記した本発明において、前記光照射装置は、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの光を発する光源と、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍの光を発する光源と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る植物栽培装置は、前記した本発明において、前記光源は制御装置によってそれぞれの波長の光が必要な時に照射が制御されていることを特徴とする。
本発明に係る植物栽培装置は、前記した本発明において、前記育成装置の育成ボックスの底辺には泡発生器を備え、当該育成ボックスは透視可能な材料または構造で作られ、その側面には水量を目測するための目印を備えていることを特徴とする。

また、発芽育苗装置では、種子を挿入した培地を適量な水で満たした育苗容器中の培地トレイの上に置くが、さらにこの育苗容器を発芽カバーで覆うことにより、培地内の種子の乾燥を防ぐことができる。子葉発生後は育苗容器から発芽カバーを外し、光照射装置と育成装置の中間に置くことにより、光照射装置からの光を受け本葉の発芽と根の伸長を促す。なおこの育苗容器は下部にある育成装置の植物への光が遮断されない位置に置かれており、育成装置の植物にも光が遮断なく注がれる。また育苗容器内の培地より伸びた細根は培地トレイの穴を通じて育苗容器の底部との間に設けられた空間に伸びる。

また育成装置は、育成ポットに入れられた植物が収穫されるまで育成される装置で、育成ボックスの中には、育成ポットを置く脚の付いた育成パネルと泡発生器が具備されている。育成ポットに移植された植物の手入れをする時、あるいは育成ボックスの水を交換する時に、植物を育成ボックスから育成パネルごとまとめて取り出すことができ、育成ポットから出ている根を傷めずに机上で処理できる。また育成ボックスの溶液の水位を監視するため、透明な樹脂製か透視できる構造にして側面に水位目印線を設ける。

本植物栽培装置に植えられた植物は、屋外から光が射さない場所でも簡易にまた効率的に育成することができ、葉菜などであれば播種から３０日〜４０日で収穫が可能である。屋内育成させた場合、病害虫などの心配がなく農薬等を使用しないので洗わずに食卓に供給することも可能であり、新鮮で美味しく、栄養価の高い葉菜を収穫することができる。また、葉菜だけでなく花や果実を栽培することができ、その姿を楽しむこともできる。この発明の植物栽培装置に使う光照射装置の光源は、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の光を発する赤色光源と波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の光を発する青色・白色光源との組合せより構成されており、それぞれの光源の発光時間、発光強度などは制御されている。このため、昼間は青色・白色光源を点灯し植物育成用と観賞用として使い、夜間は赤色光源を点灯し植物の育成を促す。これによって、家庭の中ではインテリアを飾る道具として、またレストランなどの店頭でも店産店消として植物を栽培することが可能となり、栽培と同時に、新鮮で健康的な野菜に関心を持つ店としてのアピール用デコレーションとして使うことができる。花を栽培した場合も同様に成育中の植物をデコレーションとして使うことができる。またこの植物栽培装置は植物の発芽、育苗、育成状態を同時に観察しながら手入れすることができるため、播種の時期、育成装置への移植などを的確に判断することにより連続的に収穫することができる。また多くの専門的な知識、経験無くして、主に葉菜類（各種リーフレタス類、エンダイブ、ルッコラ、チマサンチュ、アイスプラント等）を季節に関係なく、衛生的に、効率良く収穫することができる。

図１は本発明の実施装置を示した縦断面図である。図２は本発明の実施装置を示した斜視図である。図３は本発明の発芽装置を示した外観図と縦断面図である。図４は本発明の育苗装置を示した外観図と縦断面図である。図５は本発明の育成装置を示した外観図である。図６は本発明の光照射装置におけるマニュアル方式の電気回路の概念図である。図７は本発明の光照射装置におけるタイマー方式の電気回路の概念図である。図８は本発明の光照射装置におけるセンサー方式の電気回路の概念図である。

図１と図２のように、上部の光源１と育成ボックス５との中間に置かれ、発芽カバー１６で覆われた育苗容器１２の中では、培地７の種子から子葉２３が発芽した後、数日間光が照射されると本葉が発芽し同時に多くの根が出てくる。育苗容器の中である程度の大きさに育った植物はそれぞれ育成ポット４に移植され、下部にある育成ボックス５の中の育成パネル６に定着後、光源１からの光と肥料と酸素が供給され植物３は急速に成長していく。そして成長した植物３が例えば野菜の場合、野菜を食事用として収穫するが、さらに新しく種子を培地７に播種して育苗容器１２で発芽、育苗して、さらに育成ボックス５を使って育成することにより、連続的に野菜を収穫することができる装置である。この装置で葉菜なら播種から３０日〜４０日で収穫可能であり、家の中で育成させるので病害虫などの心配がないため農薬を使用する必要がなく、洗わずに食卓に供給でき、新鮮で美味しく、栄養価の高い野菜を食べることができる。

まず種子１４を発芽、発根させる段階において、図３のように種子１４を挿入した軟質発泡樹脂の培地７を培地トレイ１１に置き、適当な水位の水を満たした育苗容器１２に入れる。培地が乾燥しないように透明または黒色の発芽カバー１６で覆うと種子や気温などにより差はあるが２〜１０日ぐらいで発根、発芽する。発芽カバーの色、材質は種子の発芽特性により異なるが、光を照射すると発芽しやすい種子には無色透明の樹脂カバーを使用し、暗所で発芽しやすい種子には黒色の不透明樹脂カバーを覆うことにより確率良く発芽、発根が行われる。

図４のように育苗容器１２中の培地７から子葉２３が発芽して、細根１５が発根してくる。この段階では細根の発達が重要である。培地トレイ１１に置かれた培地より出た細根は培地トレイの穴２５を通り抜けるので傷付かずに成長する、さらに培地トレイの下部には脚部２８を設けることにより育苗容器１２の底との間に空間ができ、細根が順調に伸びることができる。さらに培地トレイの上部には培地が浮いたり、ずれないように培地を固定する突起２９を設けてある。また掛け具１３を備えている育苗容器１２を図２のように本装置の光源カバー２と育成ボックス５との中間で、光源からの育成ボックスの植物への光が遮断されない位置で支柱２１に掛ける。このように育苗容器１２を支柱２１に対して着脱自在とすることで発芽した子葉２３を育成ポット４に移植する作業を容易にする。光源からの光は育苗容器と育成容器とに同時に照射され、さらに茎、葉、細根が発育する。

植物栽培用の光源としては、ＬＥＤや蛍光灯などが適当である。光合成による植物の成長が順調に行われるためには光源の波長が重要であるが、特に葉の育成において赤色光源６００ｎｍ〜７００ｎｍ周辺の波長が有効であるとされ、茎の成長には青色光源４００ｎｍ〜５００ｎｍ周辺が有効とされている。白色光源は全般的に有効であるので、それぞれ波長の異なる複数の光源を一定の比率で組み合わせた光源を使用すると植物育成に効率的である。また、赤色光源で照射すると植物の色が綺麗に見えないため観賞用に不向きであるところ、人目に触れる機会が多い日中は青色や白色の光源を発光させると植物の育成と観賞用としても有効である。そのため赤色光源と青色・白色光源との照射する時間を、主として夜間は赤色光源で、日中は青色・白色光源を点灯するよう制御する。

図６と図７と図８に示す回路は、電源部３０と直列ないし並列で接続された赤色光源３１、直列ないし並列に接続された青色・白色光源３２とその他の制御回路で構成されている。実際例としてＬＥＤを使っているが、図６のように赤色光源３１と青色・白色光源３２を人為的に回路上のスイッチで切り替えたり、図７のように回路上にタイマー回路３３を設け、赤色光源と青色・白色光源の切り替えを時間で制御したり、あるいは図８のように光センサー３４を使って昼夜を切り替え制御するセンサー回路で実装することができる。図６、図７と図８では赤色光源と青色・白色光源とは直列接続されているが、並列接続も考えられる。そして図１のように、そのＬＥＤを固定している電子基板２４は反射板２を通じて支柱２１で基台２２に支持されている。このＬＥＤ光源１の光は育苗容器１２内の植物２３と育成ボックス５内の植物３とに向けられており、同時に育苗と育成が可能となっている。

一方、光源として蛍光灯を使用することもできる。蛍光灯の光は、植物の光合成反応曲線に対応する光も発生するが、同時に植物の生育にとって不必要な波長、害のある紫外線、赤外線なども発生するので、フィルターを使って制御することもできる。このことにより蛍光灯も本発明の光源と利用することができる。また蛍光灯の場合には照射させる面積に応じて必要な明るさと本数を定め、光量を制御するが、また外付けのタイマー２６で点灯時間の制御もする。

育苗容器１２にて発育した培地内の種子は子葉２３が大きくなり，根も一定の長さに成長したころに、図５のように育成ポット４に移植する。育成ポット４内に３〜１２ｍｍぐらいの球形の吸湿性に優れているハイドロボール８を均一に並べ、その上に発芽、発根した培地を置く。育成ポットに入れるハイドロボールは植物の根や子葉の発育状況応じて量を判断し、培地の位置を決める。育成ポットの底部の周囲にはハイドロボールが抜けない適当な大きさの隙間を設けており、その隙間より成長した根が伸びる。

図５のように、植物を移植した育成ポット４を育成パネル６に設けられた穴１７に定着する。育成パネル６には数本の脚１８があり、その脚の高さは置かれた育成ポットからの根が順調に伸びるように育成ボックスの底部とに適当な空間を設けるよう設定されている。また育成ボックスの溶液の交換時などに、育成ポットを入れた育成パネルごと育成ボックスから取り出し、根を傷めずに机上に置き、植物の葉や根の手入れすることができる。

図５のように育成ポット４が挿入された育成パネル６を溶液肥料２７で満たした半透明または内部が透視できる構造を持った育成ボックス５に収納する。溶液肥料の量は育成ボックスの外壁に入れた水位目印線１９の指示に従って注入する。一番上部線は育成ポットの底が数ミリ浸る程度で根の発育が少ない初期の水位であり、その後溶液の発散具合に応じて溶液を追加していくが、一番下の線は溶液不足警戒線でこれ以下になって植物が枯渇しないように監視する水位目印線である。

植物が順調に発育するためには根から水と養分さらに酸素が必要である。このため図１と図５のように育成ボックスの底部には、空気ポンプ１０と柔軟な中空パイプ２０で直結した泡発生器９を設置して酸素を常に供給する。

植物育成には光合成を順調に行うために光エネルギーが必要であるが、長時間照射すると植物によっては光合成に疲れを生じたり、また葉菜類には夜間でも照射を必要とするものもあるので、照射時間は適切に制御する必要がある。また酸素も常時供給する必要がないので、図２のように光源と空気ポンプはタイマー２６に接続することにより、植物の種類ごとに育成状況に応じて通電時間を制御する。

他の実施の形態

なお、本発明は上記実施例の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変更が可能である。例えば、光源が蛍光灯単独である時は、光源の切り替えを行う必要がなく、制御はタイマーを使った点灯時間の制御だけで良い。

実施例では電子回路上でＬＥＤ光源の制御を、毎日一定の時間で光源の切り替えをしているものを記載したが、植物種によって最適になるよう制御時間、光源の照射強度などを、マイコンを使って高度にコントロールすることも可能である。その制御には、光源に波長の異なる複数ＬＥＤを使った場合点滅を切り替えたり、同時に点灯したり、あるいは一定時間消灯するなどを植物に応じて制御することもできる。

実施例では比較的小型の植物栽培装置を実施例として記載したが、装置の大小は必要に応じて変更が可能であり、また、多くの装置を同時に使い同時併行して多種大量に栽培することも可能である。

また、この発明の植物栽培装置を、植物の特徴や性質と併せて種子毎に異なる栽培方法を記載した教材とともに、児童や学童向けに情緒教育、あるいは、理科教育プログラムに組み込むことも可能である。

１、光源
２、光源カバー
３、植物
４、育成ポット
５、育成ボックス
６、育成パネル
７、培地
８、ハイドロボール
９、泡発生器
１０、空気ポンプ
１１、培地トレイ
１２、育苗容器
１３、掛け部
１４、種子
１５、根
１６、発芽カバー
１７、穴
１８、脚
１９、水位目印線
２０、中空パイプ
２１、支柱
２２、基台
２３、子葉
２４，ＬＥＤ基板
２５、培地トレイ穴
２６、タイマー
２７、溶液肥料
２８、脚部
２９、突起
３０、電源部
３１、赤色ＬＥＤ（波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ）
３２、青色・白色ＬＥＤ（波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ）
３３、タイマー回路
３４、照度センサー
３５、センサー回路

Claims

基台と、当該基台の上に載置される育成装置と、発芽育苗装置と、光照射装置との組み合わせからなり、
前記発芽育苗装置は前記光照射装置と前記育成装置の間で、下方にある前記育成装置の植物への光が遮断されない位置に置かれ、
前記育成装置は、育成ポットと、下部に脚を設け、前記育成ポットを入れるための１つまたは複数の穴が設けられた育成パネルと、前記育成パネルが収納される育成ボックスと、を備え、
前記発芽育苗装置は、１つまたは複数の穴を有するとともに、下部に脚部を有する、培地を置くための培地トレイと、当該培地トレイを入れる育苗容器と、を備えることを特徴とする植物栽培装置。
前記発芽育苗装置の育苗容器における前記培地トレイを入れるための開口部の面積より、前記育成装置の育成ボックスにおける前記育成パネルを収納するための開口部の面積の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の植物栽培装置。
前記基台は前記光照射装置を支持する部材を有し、当該支持する部材に前記発芽育苗装置は着脱自在に保持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の植物栽培装置。
前記光照射装置は、波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの光を発する光源と、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍの光を発する光源と、を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の植物栽培装置。
前記光源は制御装置によってそれぞれの波長の光が必要な時に照射が制御されていることを特徴とする請求項４に記載の植物栽培装置。
前記育成装置の育成ボックスの底辺には泡発生器を備え、当該育成ボックスは透視可能な材料または構造で作られ、その側面には水量を目測するための目印を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の植物栽培装置。