水耕栽培システム
【課題】植物工場における作業場所を減少させて作付面積を増加させると共に、作業者の作業効率を高める。
【解決手段】本発明の水耕栽培システム１００は、栽培パネル２０を浮遊移動させる回帰水路１１であって、一つの作業場所４０で栽培パネル２０を投入及び回収できる回帰水路１１を有する栽培水槽１０と、栽培水槽１０に付設され、回帰水路１１を浮遊移動する栽培パネル２０を照明する照明装置３０と、を具備する。
【解決手段】本発明の水耕栽培システム１００は、栽培パネル２０を浮遊移動させる回帰水路１１であって、一つの作業場所４０で栽培パネル２０を投入及び回収できる回帰水路１１を有する栽培水槽１０と、栽培水槽１０に付設され、回帰水路１１を浮遊移動する栽培パネル２０を照明する照明装置３０と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物を水耕栽培する水耕栽培システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、天候に影響されることなく作物を市場に安定供給することを目的に、植物を建物内で栽培する植物工場が造られている。植物工場では、土壌病害虫の防除、連作障害の回避、除草作業等の省略を目的に水耕により植物を栽培することが多い。
【０００３】
水耕栽培による植物工場では、通常、細長い栽培水槽（以下、単に槽と記載する場合がある）を複数、互いに平行に配列して、それぞれの栽培水槽に複数の栽培パネルを浮遊させることで植物を栽培している。
【０００４】
図６は従来の植物工場６０１を示す平面図であり、図６（ａ）は栽培パネル６２０の位置を固定して栽培する場合の平面図、図６（ｂ）は、栽培パネル６２０を一定方向にピッチ送りして栽培する場合の平面図である。
【０００５】
植物工場では季節や天候に影響されること無く栽培することができる。そのため、図６（ａ）に示す植物工場６０１の場合、栽培水槽６１０毎に栽培パネル６２０を投入する時期をずらすことで、出荷時期を調整し栽培物を安定供給している。また、図６（ｂ）に示す植物工場の場合は、栽培水槽６１０の投入口６１１において、一定の時間間隔を空けて、例えば一日おきに栽培パネル６２０を投入して、玉突き状に栽培パネル６２０を回収口６１２に向けて押し出し、出荷可能状態まで育成された栽培パネル６２０を回収口６１２から順次取り出すことで栽培物を安定供給している。
【０００６】
特許文献１は、このような水耕栽培による植物工場で使用される水耕栽培用パネル（栽培パネル）の浮遊移動方法及び浮遊移動制御可能な水耕栽培用パネルを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１５４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
植物工場では、栽培水槽以外に水槽に栽培パネルを投入する又は水槽から回収するための作業場所が必要である。また、作業場所には栽培パネルを運搬するコンベアの設置スペースや台車などが通過する通路が含まれるので、その幅が比較的広く設けられている。しかしながら、植物工場はその建物面積が限定されることから、作業場所の面積を広くすると、それだけ植物の作付面積が減少するという課題があった。また、作業場所から倉庫や調整作業室までの距離が長い場合、それだけ作業者が移動する距離（動線）も長くなることから作業効率が低下する。
【０００９】
図６（ａ）に示す植物工場６０１のように、栽培パネル６２０を栽培水槽６１０に固定した場合、栽培パネル６２０が移動しないため、作業者が自ら移動して各栽培水槽６１０の側方から栽培パネル６２０の投入や回収作業を行う必要がある。そのため、各栽培水槽６１０に平行して作業場所６４０を設ける必要があり、それだけ作付面積が減少しロスが大きい。
【００１０】
また、作業者は、投入作業時においては、苗を植えた栽培パネル６２０を調整作業室６４２（作業者が栽培パネルに苗を取付けたり、栽培パネルより栽培物を取り出す部屋）から台車を用いて運搬し、収穫作業時においては、回収した栽培パネル６２０を調整作業室６４２まで運搬する必要がある。各栽培水槽６１０の間を通過して栽培パネル６２０を運搬するため、図６（ａ）に示す植物工場６０１では、栽培パネル６２０を運搬する移動距離（動線６４４）が比較的長くなり、作業効率が低下するという課題があった。
【００１１】
一方、図６（ｂ）に示す栽培パネル６２０を定期的にピッチ送りする場合は、栽培水槽６１０の一方の端部に栽培パネル６２０を投入する投入口６１１が、他方の端部に栽培パネル６２０を回収する回収口６１２が配置される。そのため、栽培水槽６１０の両端において、比較的広い作業場所６４０が設けられていた。また、栽培パネル６２０を調整作業室６４２から出し入れするための動線６４４が、栽培水槽６１０の長さに応じて大きくなるという課題があった。
【００１２】
また、栽培パネル６２０を定期的にピッチ送りする場合、投入口６１１から回収口６１２に到達するまでに植物を苗から出荷段階まで成長させるため、直線状に長い栽培水槽６１０を必要とした。しかしながら、土地の形状によっては充分な長さを有する栽培水槽６１０の設置場所を確保することができず、植物工場の建設を断念せざるを得ない場合があった。
【００１３】
特許文献１に記載された植物工場も、図６（ｂ）の栽培水槽６１０と同様に水耕栽培用パネルを投入口から回収口まで押し出すことにより浮遊移動させている。そのため、植物工場内の作業場所については同様の課題を有している。また、特許文献１では作業場所を減少させることについて特に言及されていない。
【００１４】
このように、植物工場における作業場所を減少させてより多くの作付面積を確保すると共に、作業者の作業効率を高めることがことが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、栽培パネルを浮遊移動させる回帰水路であって、一つの作業場所で栽培パネルを投入及び回収できる回帰水路を有する槽と、前記槽に付設され、前記回帰水路を浮遊移動する栽培パネルを照明する照明装置と、を具備する水耕栽培システムを提供する。
【００１６】
また、本発明は、前記回帰水路は、栽培パネルを前記作業場所から離れる第一方向へ浮遊移動させる往路と、該往路に後続し、栽培パネルを前記作業場所に接近する第二方向へ浮遊移動させる復路とを備え、該往路の始端と該復路の終端とが互いに隣接して配置される、水耕栽培システムを提供する。
【００１７】
また、本発明は、前記槽の前記往路と前記復路との接続箇所に設けられ、栽培パネルを前記第一方向から前記第二方向へ転回させる転回装置をさらに具備する、水耕栽培システムを提供する。
【００１８】
また、本発明は、前記回帰水路の前記第一方向又は前記第二方向に沿って延びるレールと、前記レールに沿って移動可能なランナと、を具備し、前記照明装置は前記ランナに取り外し可能に吊り下げて保持される、水耕栽培システムを提供する。
【００１９】
また、本発明は、前記照明装置は、前記回帰水路への投入直後の栽培パネルを第一光量で照明すると共に、前記回帰水路からの回収直前の栽培パネルを、該第一光量よりも多い第二光量で照明する、水耕栽培システムを提供する。
【００２０】
また、本発明は、前記回帰水路を浮遊移動する栽培パネルをさらに具備し、該栽培パネルは、植物を支持する支持部材と、該支持部材に取付けられ、該支持部材を前記回帰水路に浮遊させる浮き部材とを備える、水耕栽培システムを提供する。
【００２１】
また、本発明は、前記往路及び前記復路は前記槽内において互いに平行に配置されており、前記槽に付設され、前記往路と前記復路とを仕切るセパレータをさらに具備する、水耕栽培システムを提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の水耕栽培システムを用いれば、栽培パネルを浮遊移動させる回帰水路により一つの作業場所で栽培パネルを投入及び回収することができるので、少なくとも作業場所が二箇所必要であった従来の槽と比較して作業場所やその面積を減少させることができる。また、作業場所を一箇所にまとめられるので、従来のように槽が長くなるにつれて作業者の動線が長くなることがなく、作業効率が向上する。また、回帰水路とすることで槽内における栽培パネルの移動距離を増やすことができるので、槽の長さを短くしても従来の槽と同等の移動距離を確保することができる。そのため、従来は建設を断念していたような狭い土地においても、植物工場を建設することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】植物工場における水耕栽培システムの一部を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１の水耕栽培システムの栽培水槽を示す平面図である。
【図４】図１の水耕栽培システムの栽培水槽を配置した植物工場の平面図であり、図４（ａ）は作業場所を植物工場の中央に配置し、その両側に栽培水槽を平行に配列させた場合を示す図であり、図４（ｂ）は植物工場の一方の端部に作業場所が並ぶよう配置した場合を示す図である。
【図５】図４（ａ）の植物工場に配置された水耕栽培システムを示す側面図である。
【図６】従来の植物工場における栽培水槽の配置を示す平面図であり、図６（ａ）は、栽培パネルの位置を栽培水槽に固定した場合を示す平面図、図６（ｂ）は栽培パネルをピッチ送りして栽培する場合の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。また、以下の実施形態において同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付して示している。
【００２５】
図１は本実施形態の水耕栽培システム１００の一部を示す斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。また、図３は水耕栽培システム１００の栽培水槽１０を示す平面図である。
【００２６】
本実施形態の水耕栽培システム１００は、植物工場において水耕により植物を栽培するためのシステムであり、栽培水槽１０と、栽培水槽１０に付設された照明装置３０とから構成されている。また、栽培水槽１０内には、栽培パネル２０（以下、特定の栽培パネル２０を示す場合はアルファベットを付して区別する場合がある）が浮遊移動している。本実施形態の栽培水槽１０は、栽培パネルを浮遊移動させる回帰水路１１を有し、作業場所４０より作業者によって投入された栽培パネル２０は、回帰水路１１を往復して回帰し、栽培物が成長した後、作業場所４０において再度回収されるようになっている。また、照明装置３０は、回帰水路１１を浮遊移動する栽培パネル２０を照明するように付設されている。
【００２７】
栽培水槽１０は長手方向に軸線Ａを有する細長い水槽で、栽培水槽１０内には水耕養液１２が満たされている。複数の栽培パネル２０は水耕養液１２上に連続して浮遊しており、栽培パネル２０の一つを一方向に押圧することで、各栽培パネル２０が隣接する栽培パネル２０に接触し、連続する栽培パネル２０が玉突き状に移動するようになっている。
【００２８】
回帰水路１１は、栽培水槽１０の一方の端部１０ａにおいて、苗木２５ａを支持する栽培パネル２０ｄを投入する投入口１３と、成長して出荷可能な栽培物２５ｂを支持する栽培パネル２０ｃを回収する回収口１４とを備えている。また、回帰水路１１は、栽培パネル２０を栽培水槽１０の一方の端部１０ａから他方の端部１０ｂに向かって、作業場所４０から離れる方向（図１の第一方向Ｂ）へ浮遊移動させる往路１５と、栽培パネル２０を他方の端部１０ｂから一方の端部１０ａに向かって、作業場所４０に接近する方向（図１の第二方向Ｃ）へ浮遊移動させる復路１６とを備えている。そして、図に示すように、往路１５の始端である投入口１３と、復路１６の終端である回収口１４とが互いに隣接して配置されている。一方、図３に示すように、栽培水槽１０の他方の端部１０ｂにおいて、往路１５と復路１６とが接続しており、その接続箇所には、栽培パネル２０の移動方向を第一方向Ｂから第二方向Ｃへ転回させる転回装置２６が設けられている。
【００２９】
また、本実施形態の栽培水槽１０は、図から分かるように、往路１５及び復路１６は栽培水槽１０内において互いに平行に配置されており、その横断面の中央には、軸線Ａに沿って伸びるようセパレータ１８が設けられている。セパレータ１８により、栽培水槽１０内における往路１５と復路１６との境界が明確になると共に、往路１５に浮遊移動する栽培パネル２０と、復路１６を浮遊移動する栽培パネル２０とが接触せず、作業者や装置による栽培パネル２０の浮遊移動を容易にしている。
【００３０】
なお、本実施形態では往路１５及び復路１６は、上述のように直線状の栽培水槽に互いに平行に配置れ、栽培パネル２０が直線状に浮遊移動するよう形成されている。しかしながら、これは往路１５及び復路１６の配置の一例であって、往路１５及び復路１６を同じ水槽内に設けなくてもよい。すなわち、往路１５及び復路１６は別々の水槽で栽培パネル２０を移動させてよく、例えば、それぞれ独立した水槽により栽培パネル２０を弓状に浮遊移動させたり、蛇行するよう往路１５及び復路１６を形成してよい。また、往路１５及び復路１６は環状の水槽により形成されてもよく、その場合、水槽を分けるセパレータ１８や栽培パネル２０の移動方向を転回する転回装置２６を付設しなくてもよい。
【００３１】
回帰水路１１を浮遊移動する栽培パネル２０の構成について説明する。栽培パネル２０は、複数の苗が一定の間隔（株間ピッチ）で植えられると共に、成長した栽培物を支持する部材であり、植物工場では、栽培物の種類や成長に合わせて様々な株間ピッチで形成された栽培パネル２０が準備されている。従来の栽培パネルは、水耕養液１２に浮遊するように単に発泡性の材料を用いて作製されることが多く、管理する栽培パネルの数が増加するにつれてより広い保管場所が必要であった。特に大型の植物工場では、数千枚の栽培パネルを使用する場合があり、栽培パネルの管理保管が大きな負担になっていた。本実施形態では、栽培パネルの機能を、栽培物を一定の間隔で安定的に支持する支持機能と、栽培パネルを水耕養液に浮遊させて移動を容易にするフロート機能とに分割している。そして、夫々の部材が互いに交換できるよう、栽培パネルの大きさや接合手段を標準化している。具体的には、図２に示すように、栽培パネル２０を、植物を支持する支持部材２２と、支持部材２２を浮遊させる浮き部材２４とから構成し、それぞれが互いに別部材となるよう形成している。支持部材２２を交換できるので、浮き部材２４に対して栽培物に合わせて株間ピッチが変更された支持部材２２を組み合わせることで、栽培物に適した栽培パネル２０を提供することができる。
【００３２】
栽培パネル２０の支持部材２２は、従来の栽培パネルのようにフロート機能を必要としないため、栽培物の支持機能と適切な株間ピッチを備える機能だけを備えていればよい。そのため、支持部材２２の厚みは、栽培物２５の重量に耐えられることができるだけの強度だけで充分であり、薄板にすることができる。支持部材２２の厚みを薄くすることができるので、その収納性が向上する。また、従来の栽培パネルは浮遊させるために発泡性の材料から形成されており耐久性が低かったが、支持部材２２に耐久性の高い板材を用いることでより長期間使用することが可能になる。なお、本実施形態の支持部材２２は幅Ｄが約６０ｃｍ、長さＬが約９０ｃｍ、厚みＳが約１ｃｍで形成されている。
【００３３】
また、浮き部材２４は、中空樹脂、木材、発泡素材などから形成された板状の構成部材により矩形の筒状体が組合わせて形成されている。浮き部材２４を板状の構成部材で形成することで分解した時の収納性が改善され、倉庫等のスペース効率を向上させることができる。
【００３４】
本実施形態の栽培水槽１０のように細長い水槽の場合、栽培パネル２０を回帰水路１１上で回帰させるためには、栽培水槽１０の他方の端部１０ｂにおいて、栽培パネル２０の移動方向を転回させる必要がある。本実施形態では、栽培水槽１０の他方の端部１０ｂにおいて往路１５と復路１６とが接続しており、その接続箇所において、栽培パネル２０は第一方向Ｂから第二方向Ｃに、その移動方向を転回する。
【００３５】
本実施形態における、栽培パネル２０の移動方向の転回手順は以下の通りである。まず、往路１５の先頭に位置する栽培パネル２０ａを図３のＥ方向に、図３の点線で示す位置まで平行移動させて、栽培パネル２０ａを復路１６の最後尾に位置付ける。そして、復路１６の最後尾に移動した栽培パネル２０ａを、一方の端部１０ａに向けて押し出す。栽培パネル２０ａは、隣接する栽培パネル２０ｂと接触し、玉突き状に復路１６にある栽培パネル２０全体が第二方向Ｃに移動し、先頭にある栽培パネル２０ｃが回収口１４まで移動する。作業者は出荷段階となった復路１６の先頭にある栽培パネル２０ｃを回収口１４から取り出すことができるようになる。
【００３６】
一方、往路１５の先頭が空くため、往路１５の最後尾に位置する栽培パネル２０ｄを押し出して、玉突き状に往路１５にある栽培パネル２０全体を第一方向Ｂに移動させる。移動後は投入口１３が空くため、苗木が植えられた新規の栽培パネル２０を投入口１３に投入することができる。
【００３７】
上述の栽培パネル２０の折返し手順は、１〜３日あたり１回程度の作業であることから、手作業によって行われてもよい。しかしながら、植物工場では多数の栽培水槽１０が使用されるので、たとえ回数が少なくとも栽培パネル２０の転回手順が自動化されていた方が効率がよい。本実施形態では、上述のように栽培パネル２０を第一方向Ｂから第二方向Ｃへ転回させる転回装置２６が、水槽本体１０の他方の端部１０ｂ、すなわち往路１５と復路１６との接続箇所に設けられている。
【００３８】
また、転回装置２６は、栽培パネル２０を自動的に往路１５から復路１６に移動させる第一押出装置２７と、栽培パネル２０の移動方向を変更して、他方の端部１０ｂから一方の端部１０ａに向けて、栽培パネル２０を第二方向Ｃに押し出す第二押出装置２８とから構成されている。
【００３９】
転回装置２６の第一押出装置２７は、栽培パネル２０の側面に当接する押圧部２７ａと、押圧部２７ａの一方の端部に接続されるウォームギア２７ｂと、ウォームギア２７ｂをその軸線を中心にして回転させるモータ２７ｃとを備えている。モータ２７ｃが回転することによって、ウォームギア２７ｂが回転して押圧部２７ａがＥ方向又はＦ方向に平行移動するようになっている。この機構により、往路１５の先頭に位置する栽培パネル２０ａを往路１５から復路１６まで移動させることができる。なお、押圧部２７ａの他方の端部には、栽培パネル２０ｅが浮遊移動するのを防止するストッパ２７ｄが設けられている。ストッパ２７ｄは押圧部２７ａの端部から直交する方向に延びた係止片である。往路１５にある栽培パネル２０は、投入口１３から作業者が押し出すことができるため、押圧部２７ａが元の場所（栽培水槽１０の側面）に戻る前に、栽培パネル２０ｅが浸入する可能性がある。このようなストッパ２７ｄを設けることで、栽培パネル２０ａを押し出した後、押圧部２７ａがＦ方向に戻るときに、栽培パネル２０ｅが他方の端部１０ｂに浸入することを防止できる。
【００４０】
転回装置２６の第二押出装置２８は、栽培パネル２０の端面に当接する押圧部２８ａと、押圧部２８ａに接続されるウォームギア２８ｂと、ウォームギア２８ｂをその軸線を中心にして回転させるモータ２８ｃとを備えている。モータ２８ｃが回転することによってウォームギア２８ｂに接続された押圧部２８ａが、栽培水槽１０の他方の端部１０ｂから一方の端部１０ａに向かう方向（第二方向Ｃ）に移動する。このような第二押出装置２８により、第一押出装置２７が往路１５から復路１６に押し出した栽培パネル２０ａを第二方向Ｃに押し出し、玉突き状に復路１６にある栽培パネル２０全体を浮遊移動させる。
【００４１】
転回装置２６の第一押出装置２７及び第二押出装置２８のそれぞれの制御は、作業場所４０に設置されたスイッチを用いて遠隔操作されてよい。第一押出装置２７及び第二押出装置２８を遠隔操作することにより、作業者は栽培パネル２０ｃを回収口１４から収穫した後、すぐに、往路１５の先頭にある栽培パネル２０ａを復路１６に移動させることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、転回装置２６としてウォームギア等を用いた第一押出装置２７及び第二押出装置２８を説明したが、転回装置２６を実現する機構は、ウォームギア２７ｂ、２８ｂとモータ２７ｃ、２８ｃとの組合せに限定されず、例えばエアシリンダや油圧シリンダを用いてもよい。また、転回装置２６の栽培パネル２０の押し出しは、栽培水槽１０の壁から栽培パネル２０に向けて水や空気を噴射する噴射装置を用いて実現されてもよい。
【００４３】
次に照明装置３０について説明する。植物工場においては、天候不順による植物の育成のばらつきを抑制するために、蛍光管等を有する照明装置３０を用いて植物が栽培されている。本実施形態の水耕栽培システム１００では、照明装置３０が栽培水槽１０の上方に配置されており、回帰水路１１上の栽培パネル２０を照明している。また、照明装置３０は、複数の照明ユニット３１から構成されており、各照明ユニット３１が栽培水槽１０の長手方向に沿って複数、配置されている。各照明ユニット３１は直管の蛍光管３２（線状発光体）を複数本有しており、蛍光管３２のそれぞれは支持枠３４によって保持されている。また、各照明ユニット３１は各蛍光管３２を覆う笠３３を備えており、笠３３も蛍光管３２と同様に支持枠３４によって保持されている。
【００４４】
図に示す照明ユニット３１は、互いに平行になるよう配列された四本の蛍光管３２を有している。図２に示すように、栽培水槽１０の一方の端部１０ａの上方に位置する照明ユニット３１では、四本の蛍光管３２は等しい間隔で配列されておらず、復路１６の上方により多くの蛍光管３２が配列されている。本実施形態では、往路１５に照射する光量より復路１６に照射する光量が多くなるよう、復路１６の上方に配置される蛍光管３２間の間隔Ｗ２、Ｗ３が、往路１５の上方に配置される蛍光管３２間の間隔Ｗ１より狭く配列されている。すなわち、回帰水路１１への投入直後の栽培パネル２０ｄを照明する光量（第一光量）より、回帰水路１１からの回収直前の栽培パネル２０ｃを、その光量よりも多い光量（第二光量）で照明するよう、蛍光管３２を配置している。往路１５にある苗の段階の栽培物２５ａより、復路１６にある成長した段階の栽培物２５ｂの方がより多くの光量が成長に必要だからである。そのため復路１６の上方に三本の蛍光管３２が配列されるよう照明ユニット３１が構成されている。
【００４５】
一方、図示しないが栽培水槽１０の他方の端部１０ｂの付近に取付けられる照明ユニット３１では、その下方にある往路１５と復路１６の栽培物の成長段階がほぼ同じであるため、四本の蛍光管３２は往路１５及び復路１６に二本づつ等間隔で配列されている。
【００４６】
なお、それぞれの照明ユニット３１が有する蛍光管３２の数は、栽培物の育成に必要な光量に合わせて三本又は五本であってもよい。また、本実施形態では線状発光体として直管の蛍光管を用いているが、発光ダイオード等の各種発光体を用いてもよい。
【００４７】
照明ユニット３１の笠３３は、その横断面の形状において、各蛍光管３２を覆う二次曲線を包含するよう曲面状の反射面３３ａを有している。蛍光管３２は、笠３３に含まれるそれぞれの二次曲線の焦点に位置されており、蛍光管３２から照射される光を栽培物に向けて効率よく反射することができる。
【００４８】
また、笠３３の反射面３３ａは、蛍光物質を素材として形成されるか、蛍光物質が混入されることにより、蛍光機能を有しており、蛍光管３２から発した光を特定の波長に変換して反射してもよい。この蛍光機能は、笠３３の内面に蛍光塗料を塗布することにより実現してもよい。この蛍光機能により、蛍光管３２の光のうち植物が利用しない５００ｎｍから６００ｎｍの波長の光（緑色や黄色）を、植物が有効に利用する６００ｎｍ以上の波長の光（赤色）に反射することが可能になる。また、笠３３は栽培物から反射された緑色の光や照明ユニット３１の下方に設置された栽培パネル２０からの光も、植物の生育に有効な波長の光に変換して反射することが可能である。そのため、照明ユニット３１は、単に光を反射する従来の笠と比較して、極めて高効率に栽培物を生育することができる。反射面３３ａに混入される蛍光物質として、無機蛍光体、有機蛍光体、蛍光染料、蛍光顔料等の種々のものが挙げられる。また、蛍光物質は、種々の波長に変換するため２種類以上の蛍光物質を利用してもよい。
【００４９】
また、栽培水槽１０に付設されたセパレータ１８の上方には、反射板１９が軸線Ａに沿って設けられている。反射板１９は、セパレータ１８の上方端部から垂直方向に、照明ユニット３１の下方まで延びるよう立設されており、照明ユニット３１から照射された光を反射する。そのため、復路１６上に設けられた蛍光管３２からの光が、より多く復路１６にある栽培物２５に照射されるようになる。また、反射板１９の高さは、照明ユニット３１の笠３３の谷部３３ｂより若干下になるよう形成されており、反射板１９が復路１６上にある蛍光管３２からの光を完全に遮ることはない。このように、反射板１９の高さを調整することで、栽培物２５ａ、２５ｂに照射される光量を調整することができる。なお、反射板１９も、笠３３の反射面３３ａと同様、蛍光物質を素材として形成されるか蛍光物質が混入されたものを使うか、蛍光塗料を塗布することにより、蛍光機能を有してよい。
【００５０】
また、本実施形態の水耕栽培システム１００は、照明ユニット３１の上方に、栽培水槽１０の長手方向に沿ってレール３５が設けられている。レール３５は植物工場の天井から吊り下げられるか、栽培水槽１０の周辺に組み立てられた構造物（図示しない）によって支持される。レール３５は、レール３５に沿って移動可能なランナ３６を備えており、各照明ユニット３１はランナ３６に取り外し可能に吊り下げて保持されている。具体的には、照明ユニットの支持枠３４の上部中央にフック３７が設けられており、ランナ３６に形成された穴に引っ掛けることで、各照明ユニット３１が取り外し可能に吊り下げて保持される。
【００５１】
照明ユニット３１は、レール３５に沿って移動可能なランナ３６に保持されているため、作業者は照明ユニット３１を栽培水槽１０の上方において軸線Ａに沿って容易に移動すさせることができる。従来、このような照明ユニット３１を設置するには、設置する場所まで照明ユニット３１を運搬して栽培水槽１０の側方から取付けており、そのため少なくとも栽培水槽１０の側部に照明ユニット３１が入るスペースを確保する必要があった。本実施形態の水耕栽培システム１００のように、レール３５に沿って照明ユニット３１を移動させることができれば、栽培パネルを投入及び回収する作業場所４０において照明ユニット３１を取付けて、ランナ３６に吊り下げた状態で所望の場所まで照明ユニット３１を移動させることができる。そのため、栽培水槽１０の側部に照明ユニット３１が入るスペースを確保する必要がなくなり、植物工場においてより狭い間隔でもって栽培水槽１０を配列することができ、作付面積を増加させることができる。
【００５２】
また、照明ユニット３１は、支持枠３４にウェイト３８が取付けられている。上述のように、より多くの光量を復路１６上の栽培パネル２０ｃに照射するよう、より多くの蛍光管３２が復路１６上に配列されているが、そのため吊り下げたときに照明ユニット３１が復路１６側に傾く場合がある。ウェイト３８を用いて照明ユニット３１のバランスをとることで、照明ユニット３１の蛍光管３２の並びが栽培水槽１０の水面に対して平行になるよう調整することができる。
【００５３】
次に、本実施形態の水耕栽培システム１００を植物工場に配置した例について説明する。図４（ａ）は図６に示す植物工場６０１、６０２と同様の建物を有する植物工場１に水耕栽培システム１００の栽培水槽１０を配置した例を示している。本実施形態の水耕栽培システム１００を用いれば、栽培パネル２０を往復移動すなわち回帰させることにより、一つの作業場所４０において栽培パネル２０の投入と回収することができる。そのため、図４（ａ）に示すように作業者が作業すると共に台車が通る作業場所４０を植物工場１の中央に配置して、その両側に栽培水槽１０を互いに平行になるよう配列させることができる。作業場所４０を中央に集中させることができるために、従来のように、栽培水槽１０の両端に作業場所を設ける必要が無く、延いてはより多くの作付面積を確保することができる。また、作業場所４０が中央に集中することから調整作業室４２までの動線４４が単純で短くなり、従来のように栽培水槽１０が長くなるにつれて動線４４が長くならないので、作業者の負担を減らすことができる。
【００５４】
図４（ｂ）は、栽培水槽１０を配置した植物工場の別例である。図の植物工場２でも複数の栽培水槽１０が互いに平行に配列されているが、栽培パネル２０を投入又は回収する作業場所４０は植物工場２の一方の端部のみに並ぶよう配置されている。本実施形態の栽培水槽１０では栽培パネル２０が往復するため、栽培パネル２０の移動距離を確保しつつ栽培水槽１０の長さを従来の栽培水槽の長さのほぼ半分にすることができる。そのため、建物の長さＭが短くても植物の栽培が可能な栽培水槽１０を設置することができ、比較的狭い土地でも植物工場を造ることができるようになる。
【００５５】
次に、植物工場１で用いられる、レール３５に沿って移動可能な照明ユニット３１の利用方法の一例について説明する。図５は、図４（ａ）の植物工場１のように作業場所４０を中心に設けその両側に第一水耕栽培システム１０１、第二水耕栽培システム１０２を配置した場合の側面図である。植物工場では照明を用いて栽培物を育成しているが、通常、常時照明を点灯していることはなく、自然栽培と同様に夜間の時間帯を設定し、その時間帯では照明を消灯している。一般的には夜間電力が安価であることから、夜間に照明を点灯し、昼間は消灯していることが多い。しかしながら、消灯している間は当然のことながら照明装置３０を利用していないのでその稼働率は低くなる。
【００５６】
そこで、図に示すように、第一水耕栽培システム１０１と第二水耕栽培システム１０２との間を渡るようレール３５を延ばし、照明ユニット３１が互いに交替で移動できるように構成する。そして、第一水耕栽培システム１０１、第二水耕栽培システム１０２のどちらか一方で夜間電力を利用して栽培し、他方では昼間電力を利用して栽培するよう運用する。それぞれの水耕栽培システムが照明を必要とする時間帯に照明ユニット３１をレール３５に沿って移動させることで、照明装置３０の稼働率を高めることができる。例えば、第一水耕栽培システム１０１で夜間電力を使用する場合、図の実線で示すように、夜間の所定の時間内において照明ユニット３１を第一水耕栽培システム１０１の栽培水槽１０上に配置させる。そして所定の時刻となった時に、照明ユニット３１を第一水耕栽培システム１０１から第二水耕栽培システム１０２に向けて（図５のＧ方向）移動させ、第二水耕栽培システム１０２側の点線で示された位置に配置する。第二水耕栽培システム１０２では、移動した照明ユニット３１を用いて昼間電力により植物を栽培する。そして、夜間の所定時刻となった時に、照明ユニット３１を第二水耕栽培システム１０２から第一水耕栽培システム１０１に向けて（図５のＦ方向）へ移動させて、再び夜間電力により植物を栽培する。このように、照明ユニット３１をレールに沿って往復移動させることで、照明装置３０を常時利用することができ照明装置３０の稼働率を向上させることができる。
【００５７】
なお、上述した図５に示す植物工場１では、照明ユニット３１の被照射物は本実施形態の栽培水槽１０であるが、被照射物はそれに限定されず、従来の栽培水槽であってもよい。また、土耕栽培による植物工場において、植物が栽培される畝に沿ってレールを設置し、照明ユニット３１が畝上を移動するようにしてもよい。
【００５８】
また、植物工場で栽培する植物を、夜間電力を使用するグループと昼夜電力を使用するグループとの二つに分けて、昼夜で交替するよう照明ユニット３１を移動させていたが、植物を三つ以上のグループに分けてグループ毎に所定時間、照射するよう移動させてもよい。各グループを照射する時間や時間帯は、植物の成長状況によって変更してよく、例えば第一グループには５：００〜１５：００までの１０時間、第二グループには１５：００〜２１：００までの６時間、第三グループには２１：００から翌日の５：００までの８時間、照明装置３０が照射するようにしてもよい。このように、植物工場内の植物を複数のグループに分割して複数の時間帯毎に照明ユニットを移動させることで、消灯させることなく照明装置を使用することができるので照明装置の稼働率を高めることができる。また、図５の植物工場１では、照明ユニット３１の移動を手動で行っているが、照明ユニット３１の移動を電動モータや油圧式シリンダ等を用いて自動的に行ってもよい。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について図を用いて説明した。従来の栽培水槽では側部全体又は両端に作業場所が必要であったが、本発明の水耕栽培システムを用いれば、栽培水槽内において栽培パネルを往復移動により回帰させるので、一つの作業場所において栽培パネルの投入及び回収をすることができる。作業場所を一箇所にまとめることで作業場所の面積を削減することができ、より多くの作付面積を確保、すなわちより多くの水槽を設置することができる。また、栽培パネルを往復させることで栽培パネルの移動距離を確保しつつ、栽培水槽の長さを短くできるため、栽培水槽を設置するのに長さが不足していた狭い土地であっても植物工場を造ることが可能になった。
【符号の説明】
【００６０】
１、２ 植物工場
１０ 栽培水槽
１１ 回帰水路
１２ セパレータ
１３ 投入口
１４ 回収口
１５ 往路
１６ 復路
１８ セパレータ
１９ 反射板
２０ 栽培パネル
２２ 支持部材
２４ 浮き部材
２５ 栽培物
２６ 転回装置
２７ 第一押出装置
２８ 第二押出装置
３０ 照明装置
３１ 照明ユニット
３２ 蛍光管
３４ 支持枠
３５ レール
３６ ランナ
３７ フック
４０ 作業場所
４２ 調整作業室
４４ 動線
１００ 水耕栽培システム
１０１ 第一水耕栽培システム
１０２ 第二水耕栽培システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物を水耕栽培する水耕栽培システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、天候に影響されることなく作物を市場に安定供給することを目的に、植物を建物内で栽培する植物工場が造られている。植物工場では、土壌病害虫の防除、連作障害の回避、除草作業等の省略を目的に水耕により植物を栽培することが多い。
【０００３】
水耕栽培による植物工場では、通常、細長い栽培水槽（以下、単に槽と記載する場合がある）を複数、互いに平行に配列して、それぞれの栽培水槽に複数の栽培パネルを浮遊させることで植物を栽培している。
【０００４】
図６は従来の植物工場６０１を示す平面図であり、図６（ａ）は栽培パネル６２０の位置を固定して栽培する場合の平面図、図６（ｂ）は、栽培パネル６２０を一定方向にピッチ送りして栽培する場合の平面図である。
【０００５】
植物工場では季節や天候に影響されること無く栽培することができる。そのため、図６（ａ）に示す植物工場６０１の場合、栽培水槽６１０毎に栽培パネル６２０を投入する時期をずらすことで、出荷時期を調整し栽培物を安定供給している。また、図６（ｂ）に示す植物工場の場合は、栽培水槽６１０の投入口６１１において、一定の時間間隔を空けて、例えば一日おきに栽培パネル６２０を投入して、玉突き状に栽培パネル６２０を回収口６１２に向けて押し出し、出荷可能状態まで育成された栽培パネル６２０を回収口６１２から順次取り出すことで栽培物を安定供給している。
【０００６】
特許文献１は、このような水耕栽培による植物工場で使用される水耕栽培用パネル（栽培パネル）の浮遊移動方法及び浮遊移動制御可能な水耕栽培用パネルを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１５４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
植物工場では、栽培水槽以外に水槽に栽培パネルを投入する又は水槽から回収するための作業場所が必要である。また、作業場所には栽培パネルを運搬するコンベアの設置スペースや台車などが通過する通路が含まれるので、その幅が比較的広く設けられている。しかしながら、植物工場はその建物面積が限定されることから、作業場所の面積を広くすると、それだけ植物の作付面積が減少するという課題があった。また、作業場所から倉庫や調整作業室までの距離が長い場合、それだけ作業者が移動する距離（動線）も長くなることから作業効率が低下する。
【０００９】
図６（ａ）に示す植物工場６０１のように、栽培パネル６２０を栽培水槽６１０に固定した場合、栽培パネル６２０が移動しないため、作業者が自ら移動して各栽培水槽６１０の側方から栽培パネル６２０の投入や回収作業を行う必要がある。そのため、各栽培水槽６１０に平行して作業場所６４０を設ける必要があり、それだけ作付面積が減少しロスが大きい。
【００１０】
また、作業者は、投入作業時においては、苗を植えた栽培パネル６２０を調整作業室６４２（作業者が栽培パネルに苗を取付けたり、栽培パネルより栽培物を取り出す部屋）から台車を用いて運搬し、収穫作業時においては、回収した栽培パネル６２０を調整作業室６４２まで運搬する必要がある。各栽培水槽６１０の間を通過して栽培パネル６２０を運搬するため、図６（ａ）に示す植物工場６０１では、栽培パネル６２０を運搬する移動距離（動線６４４）が比較的長くなり、作業効率が低下するという課題があった。
【００１１】
一方、図６（ｂ）に示す栽培パネル６２０を定期的にピッチ送りする場合は、栽培水槽６１０の一方の端部に栽培パネル６２０を投入する投入口６１１が、他方の端部に栽培パネル６２０を回収する回収口６１２が配置される。そのため、栽培水槽６１０の両端において、比較的広い作業場所６４０が設けられていた。また、栽培パネル６２０を調整作業室６４２から出し入れするための動線６４４が、栽培水槽６１０の長さに応じて大きくなるという課題があった。
【００１２】
また、栽培パネル６２０を定期的にピッチ送りする場合、投入口６１１から回収口６１２に到達するまでに植物を苗から出荷段階まで成長させるため、直線状に長い栽培水槽６１０を必要とした。しかしながら、土地の形状によっては充分な長さを有する栽培水槽６１０の設置場所を確保することができず、植物工場の建設を断念せざるを得ない場合があった。
【００１３】
特許文献１に記載された植物工場も、図６（ｂ）の栽培水槽６１０と同様に水耕栽培用パネルを投入口から回収口まで押し出すことにより浮遊移動させている。そのため、植物工場内の作業場所については同様の課題を有している。また、特許文献１では作業場所を減少させることについて特に言及されていない。
【００１４】
このように、植物工場における作業場所を減少させてより多くの作付面積を確保すると共に、作業者の作業効率を高めることがことが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、栽培パネルを浮遊移動させる回帰水路であって、一つの作業場所で栽培パネルを投入及び回収できる回帰水路を有する槽と、前記槽に付設され、前記回帰水路を浮遊移動する栽培パネルを照明する照明装置と、を具備する水耕栽培システムを提供する。
【００１６】
また、本発明は、前記回帰水路は、栽培パネルを前記作業場所から離れる第一方向へ浮遊移動させる往路と、該往路に後続し、栽培パネルを前記作業場所に接近する第二方向へ浮遊移動させる復路とを備え、該往路の始端と該復路の終端とが互いに隣接して配置される、水耕栽培システムを提供する。
【００１７】
また、本発明は、前記槽の前記往路と前記復路との接続箇所に設けられ、栽培パネルを前記第一方向から前記第二方向へ転回させる転回装置をさらに具備する、水耕栽培システムを提供する。
【００１８】
また、本発明は、前記回帰水路の前記第一方向又は前記第二方向に沿って延びるレールと、前記レールに沿って移動可能なランナと、を具備し、前記照明装置は前記ランナに取り外し可能に吊り下げて保持される、水耕栽培システムを提供する。
【００１９】
また、本発明は、前記照明装置は、前記回帰水路への投入直後の栽培パネルを第一光量で照明すると共に、前記回帰水路からの回収直前の栽培パネルを、該第一光量よりも多い第二光量で照明する、水耕栽培システムを提供する。
【００２０】
また、本発明は、前記回帰水路を浮遊移動する栽培パネルをさらに具備し、該栽培パネルは、植物を支持する支持部材と、該支持部材に取付けられ、該支持部材を前記回帰水路に浮遊させる浮き部材とを備える、水耕栽培システムを提供する。
【００２１】
また、本発明は、前記往路及び前記復路は前記槽内において互いに平行に配置されており、前記槽に付設され、前記往路と前記復路とを仕切るセパレータをさらに具備する、水耕栽培システムを提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の水耕栽培システムを用いれば、栽培パネルを浮遊移動させる回帰水路により一つの作業場所で栽培パネルを投入及び回収することができるので、少なくとも作業場所が二箇所必要であった従来の槽と比較して作業場所やその面積を減少させることができる。また、作業場所を一箇所にまとめられるので、従来のように槽が長くなるにつれて作業者の動線が長くなることがなく、作業効率が向上する。また、回帰水路とすることで槽内における栽培パネルの移動距離を増やすことができるので、槽の長さを短くしても従来の槽と同等の移動距離を確保することができる。そのため、従来は建設を断念していたような狭い土地においても、植物工場を建設することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】植物工場における水耕栽培システムの一部を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１の水耕栽培システムの栽培水槽を示す平面図である。
【図４】図１の水耕栽培システムの栽培水槽を配置した植物工場の平面図であり、図４（ａ）は作業場所を植物工場の中央に配置し、その両側に栽培水槽を平行に配列させた場合を示す図であり、図４（ｂ）は植物工場の一方の端部に作業場所が並ぶよう配置した場合を示す図である。
【図５】図４（ａ）の植物工場に配置された水耕栽培システムを示す側面図である。
【図６】従来の植物工場における栽培水槽の配置を示す平面図であり、図６（ａ）は、栽培パネルの位置を栽培水槽に固定した場合を示す平面図、図６（ｂ）は栽培パネルをピッチ送りして栽培する場合の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。また、以下の実施形態において同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付して示している。
【００２５】
図１は本実施形態の水耕栽培システム１００の一部を示す斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。また、図３は水耕栽培システム１００の栽培水槽１０を示す平面図である。
【００２６】
本実施形態の水耕栽培システム１００は、植物工場において水耕により植物を栽培するためのシステムであり、栽培水槽１０と、栽培水槽１０に付設された照明装置３０とから構成されている。また、栽培水槽１０内には、栽培パネル２０（以下、特定の栽培パネル２０を示す場合はアルファベットを付して区別する場合がある）が浮遊移動している。本実施形態の栽培水槽１０は、栽培パネルを浮遊移動させる回帰水路１１を有し、作業場所４０より作業者によって投入された栽培パネル２０は、回帰水路１１を往復して回帰し、栽培物が成長した後、作業場所４０において再度回収されるようになっている。また、照明装置３０は、回帰水路１１を浮遊移動する栽培パネル２０を照明するように付設されている。
【００２７】
栽培水槽１０は長手方向に軸線Ａを有する細長い水槽で、栽培水槽１０内には水耕養液１２が満たされている。複数の栽培パネル２０は水耕養液１２上に連続して浮遊しており、栽培パネル２０の一つを一方向に押圧することで、各栽培パネル２０が隣接する栽培パネル２０に接触し、連続する栽培パネル２０が玉突き状に移動するようになっている。
【００２８】
回帰水路１１は、栽培水槽１０の一方の端部１０ａにおいて、苗木２５ａを支持する栽培パネル２０ｄを投入する投入口１３と、成長して出荷可能な栽培物２５ｂを支持する栽培パネル２０ｃを回収する回収口１４とを備えている。また、回帰水路１１は、栽培パネル２０を栽培水槽１０の一方の端部１０ａから他方の端部１０ｂに向かって、作業場所４０から離れる方向（図１の第一方向Ｂ）へ浮遊移動させる往路１５と、栽培パネル２０を他方の端部１０ｂから一方の端部１０ａに向かって、作業場所４０に接近する方向（図１の第二方向Ｃ）へ浮遊移動させる復路１６とを備えている。そして、図に示すように、往路１５の始端である投入口１３と、復路１６の終端である回収口１４とが互いに隣接して配置されている。一方、図３に示すように、栽培水槽１０の他方の端部１０ｂにおいて、往路１５と復路１６とが接続しており、その接続箇所には、栽培パネル２０の移動方向を第一方向Ｂから第二方向Ｃへ転回させる転回装置２６が設けられている。
【００２９】
また、本実施形態の栽培水槽１０は、図から分かるように、往路１５及び復路１６は栽培水槽１０内において互いに平行に配置されており、その横断面の中央には、軸線Ａに沿って伸びるようセパレータ１８が設けられている。セパレータ１８により、栽培水槽１０内における往路１５と復路１６との境界が明確になると共に、往路１５に浮遊移動する栽培パネル２０と、復路１６を浮遊移動する栽培パネル２０とが接触せず、作業者や装置による栽培パネル２０の浮遊移動を容易にしている。
【００３０】
なお、本実施形態では往路１５及び復路１６は、上述のように直線状の栽培水槽に互いに平行に配置れ、栽培パネル２０が直線状に浮遊移動するよう形成されている。しかしながら、これは往路１５及び復路１６の配置の一例であって、往路１５及び復路１６を同じ水槽内に設けなくてもよい。すなわち、往路１５及び復路１６は別々の水槽で栽培パネル２０を移動させてよく、例えば、それぞれ独立した水槽により栽培パネル２０を弓状に浮遊移動させたり、蛇行するよう往路１５及び復路１６を形成してよい。また、往路１５及び復路１６は環状の水槽により形成されてもよく、その場合、水槽を分けるセパレータ１８や栽培パネル２０の移動方向を転回する転回装置２６を付設しなくてもよい。
【００３１】
回帰水路１１を浮遊移動する栽培パネル２０の構成について説明する。栽培パネル２０は、複数の苗が一定の間隔（株間ピッチ）で植えられると共に、成長した栽培物を支持する部材であり、植物工場では、栽培物の種類や成長に合わせて様々な株間ピッチで形成された栽培パネル２０が準備されている。従来の栽培パネルは、水耕養液１２に浮遊するように単に発泡性の材料を用いて作製されることが多く、管理する栽培パネルの数が増加するにつれてより広い保管場所が必要であった。特に大型の植物工場では、数千枚の栽培パネルを使用する場合があり、栽培パネルの管理保管が大きな負担になっていた。本実施形態では、栽培パネルの機能を、栽培物を一定の間隔で安定的に支持する支持機能と、栽培パネルを水耕養液に浮遊させて移動を容易にするフロート機能とに分割している。そして、夫々の部材が互いに交換できるよう、栽培パネルの大きさや接合手段を標準化している。具体的には、図２に示すように、栽培パネル２０を、植物を支持する支持部材２２と、支持部材２２を浮遊させる浮き部材２４とから構成し、それぞれが互いに別部材となるよう形成している。支持部材２２を交換できるので、浮き部材２４に対して栽培物に合わせて株間ピッチが変更された支持部材２２を組み合わせることで、栽培物に適した栽培パネル２０を提供することができる。
【００３２】
栽培パネル２０の支持部材２２は、従来の栽培パネルのようにフロート機能を必要としないため、栽培物の支持機能と適切な株間ピッチを備える機能だけを備えていればよい。そのため、支持部材２２の厚みは、栽培物２５の重量に耐えられることができるだけの強度だけで充分であり、薄板にすることができる。支持部材２２の厚みを薄くすることができるので、その収納性が向上する。また、従来の栽培パネルは浮遊させるために発泡性の材料から形成されており耐久性が低かったが、支持部材２２に耐久性の高い板材を用いることでより長期間使用することが可能になる。なお、本実施形態の支持部材２２は幅Ｄが約６０ｃｍ、長さＬが約９０ｃｍ、厚みＳが約１ｃｍで形成されている。
【００３３】
また、浮き部材２４は、中空樹脂、木材、発泡素材などから形成された板状の構成部材により矩形の筒状体が組合わせて形成されている。浮き部材２４を板状の構成部材で形成することで分解した時の収納性が改善され、倉庫等のスペース効率を向上させることができる。
【００３４】
本実施形態の栽培水槽１０のように細長い水槽の場合、栽培パネル２０を回帰水路１１上で回帰させるためには、栽培水槽１０の他方の端部１０ｂにおいて、栽培パネル２０の移動方向を転回させる必要がある。本実施形態では、栽培水槽１０の他方の端部１０ｂにおいて往路１５と復路１６とが接続しており、その接続箇所において、栽培パネル２０は第一方向Ｂから第二方向Ｃに、その移動方向を転回する。
【００３５】
本実施形態における、栽培パネル２０の移動方向の転回手順は以下の通りである。まず、往路１５の先頭に位置する栽培パネル２０ａを図３のＥ方向に、図３の点線で示す位置まで平行移動させて、栽培パネル２０ａを復路１６の最後尾に位置付ける。そして、復路１６の最後尾に移動した栽培パネル２０ａを、一方の端部１０ａに向けて押し出す。栽培パネル２０ａは、隣接する栽培パネル２０ｂと接触し、玉突き状に復路１６にある栽培パネル２０全体が第二方向Ｃに移動し、先頭にある栽培パネル２０ｃが回収口１４まで移動する。作業者は出荷段階となった復路１６の先頭にある栽培パネル２０ｃを回収口１４から取り出すことができるようになる。
【００３６】
一方、往路１５の先頭が空くため、往路１５の最後尾に位置する栽培パネル２０ｄを押し出して、玉突き状に往路１５にある栽培パネル２０全体を第一方向Ｂに移動させる。移動後は投入口１３が空くため、苗木が植えられた新規の栽培パネル２０を投入口１３に投入することができる。
【００３７】
上述の栽培パネル２０の折返し手順は、１〜３日あたり１回程度の作業であることから、手作業によって行われてもよい。しかしながら、植物工場では多数の栽培水槽１０が使用されるので、たとえ回数が少なくとも栽培パネル２０の転回手順が自動化されていた方が効率がよい。本実施形態では、上述のように栽培パネル２０を第一方向Ｂから第二方向Ｃへ転回させる転回装置２６が、水槽本体１０の他方の端部１０ｂ、すなわち往路１５と復路１６との接続箇所に設けられている。
【００３８】
また、転回装置２６は、栽培パネル２０を自動的に往路１５から復路１６に移動させる第一押出装置２７と、栽培パネル２０の移動方向を変更して、他方の端部１０ｂから一方の端部１０ａに向けて、栽培パネル２０を第二方向Ｃに押し出す第二押出装置２８とから構成されている。
【００３９】
転回装置２６の第一押出装置２７は、栽培パネル２０の側面に当接する押圧部２７ａと、押圧部２７ａの一方の端部に接続されるウォームギア２７ｂと、ウォームギア２７ｂをその軸線を中心にして回転させるモータ２７ｃとを備えている。モータ２７ｃが回転することによって、ウォームギア２７ｂが回転して押圧部２７ａがＥ方向又はＦ方向に平行移動するようになっている。この機構により、往路１５の先頭に位置する栽培パネル２０ａを往路１５から復路１６まで移動させることができる。なお、押圧部２７ａの他方の端部には、栽培パネル２０ｅが浮遊移動するのを防止するストッパ２７ｄが設けられている。ストッパ２７ｄは押圧部２７ａの端部から直交する方向に延びた係止片である。往路１５にある栽培パネル２０は、投入口１３から作業者が押し出すことができるため、押圧部２７ａが元の場所（栽培水槽１０の側面）に戻る前に、栽培パネル２０ｅが浸入する可能性がある。このようなストッパ２７ｄを設けることで、栽培パネル２０ａを押し出した後、押圧部２７ａがＦ方向に戻るときに、栽培パネル２０ｅが他方の端部１０ｂに浸入することを防止できる。
【００４０】
転回装置２６の第二押出装置２８は、栽培パネル２０の端面に当接する押圧部２８ａと、押圧部２８ａに接続されるウォームギア２８ｂと、ウォームギア２８ｂをその軸線を中心にして回転させるモータ２８ｃとを備えている。モータ２８ｃが回転することによってウォームギア２８ｂに接続された押圧部２８ａが、栽培水槽１０の他方の端部１０ｂから一方の端部１０ａに向かう方向（第二方向Ｃ）に移動する。このような第二押出装置２８により、第一押出装置２７が往路１５から復路１６に押し出した栽培パネル２０ａを第二方向Ｃに押し出し、玉突き状に復路１６にある栽培パネル２０全体を浮遊移動させる。
【００４１】
転回装置２６の第一押出装置２７及び第二押出装置２８のそれぞれの制御は、作業場所４０に設置されたスイッチを用いて遠隔操作されてよい。第一押出装置２７及び第二押出装置２８を遠隔操作することにより、作業者は栽培パネル２０ｃを回収口１４から収穫した後、すぐに、往路１５の先頭にある栽培パネル２０ａを復路１６に移動させることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、転回装置２６としてウォームギア等を用いた第一押出装置２７及び第二押出装置２８を説明したが、転回装置２６を実現する機構は、ウォームギア２７ｂ、２８ｂとモータ２７ｃ、２８ｃとの組合せに限定されず、例えばエアシリンダや油圧シリンダを用いてもよい。また、転回装置２６の栽培パネル２０の押し出しは、栽培水槽１０の壁から栽培パネル２０に向けて水や空気を噴射する噴射装置を用いて実現されてもよい。
【００４３】
次に照明装置３０について説明する。植物工場においては、天候不順による植物の育成のばらつきを抑制するために、蛍光管等を有する照明装置３０を用いて植物が栽培されている。本実施形態の水耕栽培システム１００では、照明装置３０が栽培水槽１０の上方に配置されており、回帰水路１１上の栽培パネル２０を照明している。また、照明装置３０は、複数の照明ユニット３１から構成されており、各照明ユニット３１が栽培水槽１０の長手方向に沿って複数、配置されている。各照明ユニット３１は直管の蛍光管３２（線状発光体）を複数本有しており、蛍光管３２のそれぞれは支持枠３４によって保持されている。また、各照明ユニット３１は各蛍光管３２を覆う笠３３を備えており、笠３３も蛍光管３２と同様に支持枠３４によって保持されている。
【００４４】
図に示す照明ユニット３１は、互いに平行になるよう配列された四本の蛍光管３２を有している。図２に示すように、栽培水槽１０の一方の端部１０ａの上方に位置する照明ユニット３１では、四本の蛍光管３２は等しい間隔で配列されておらず、復路１６の上方により多くの蛍光管３２が配列されている。本実施形態では、往路１５に照射する光量より復路１６に照射する光量が多くなるよう、復路１６の上方に配置される蛍光管３２間の間隔Ｗ２、Ｗ３が、往路１５の上方に配置される蛍光管３２間の間隔Ｗ１より狭く配列されている。すなわち、回帰水路１１への投入直後の栽培パネル２０ｄを照明する光量（第一光量）より、回帰水路１１からの回収直前の栽培パネル２０ｃを、その光量よりも多い光量（第二光量）で照明するよう、蛍光管３２を配置している。往路１５にある苗の段階の栽培物２５ａより、復路１６にある成長した段階の栽培物２５ｂの方がより多くの光量が成長に必要だからである。そのため復路１６の上方に三本の蛍光管３２が配列されるよう照明ユニット３１が構成されている。
【００４５】
一方、図示しないが栽培水槽１０の他方の端部１０ｂの付近に取付けられる照明ユニット３１では、その下方にある往路１５と復路１６の栽培物の成長段階がほぼ同じであるため、四本の蛍光管３２は往路１５及び復路１６に二本づつ等間隔で配列されている。
【００４６】
なお、それぞれの照明ユニット３１が有する蛍光管３２の数は、栽培物の育成に必要な光量に合わせて三本又は五本であってもよい。また、本実施形態では線状発光体として直管の蛍光管を用いているが、発光ダイオード等の各種発光体を用いてもよい。
【００４７】
照明ユニット３１の笠３３は、その横断面の形状において、各蛍光管３２を覆う二次曲線を包含するよう曲面状の反射面３３ａを有している。蛍光管３２は、笠３３に含まれるそれぞれの二次曲線の焦点に位置されており、蛍光管３２から照射される光を栽培物に向けて効率よく反射することができる。
【００４８】
また、笠３３の反射面３３ａは、蛍光物質を素材として形成されるか、蛍光物質が混入されることにより、蛍光機能を有しており、蛍光管３２から発した光を特定の波長に変換して反射してもよい。この蛍光機能は、笠３３の内面に蛍光塗料を塗布することにより実現してもよい。この蛍光機能により、蛍光管３２の光のうち植物が利用しない５００ｎｍから６００ｎｍの波長の光（緑色や黄色）を、植物が有効に利用する６００ｎｍ以上の波長の光（赤色）に反射することが可能になる。また、笠３３は栽培物から反射された緑色の光や照明ユニット３１の下方に設置された栽培パネル２０からの光も、植物の生育に有効な波長の光に変換して反射することが可能である。そのため、照明ユニット３１は、単に光を反射する従来の笠と比較して、極めて高効率に栽培物を生育することができる。反射面３３ａに混入される蛍光物質として、無機蛍光体、有機蛍光体、蛍光染料、蛍光顔料等の種々のものが挙げられる。また、蛍光物質は、種々の波長に変換するため２種類以上の蛍光物質を利用してもよい。
【００４９】
また、栽培水槽１０に付設されたセパレータ１８の上方には、反射板１９が軸線Ａに沿って設けられている。反射板１９は、セパレータ１８の上方端部から垂直方向に、照明ユニット３１の下方まで延びるよう立設されており、照明ユニット３１から照射された光を反射する。そのため、復路１６上に設けられた蛍光管３２からの光が、より多く復路１６にある栽培物２５に照射されるようになる。また、反射板１９の高さは、照明ユニット３１の笠３３の谷部３３ｂより若干下になるよう形成されており、反射板１９が復路１６上にある蛍光管３２からの光を完全に遮ることはない。このように、反射板１９の高さを調整することで、栽培物２５ａ、２５ｂに照射される光量を調整することができる。なお、反射板１９も、笠３３の反射面３３ａと同様、蛍光物質を素材として形成されるか蛍光物質が混入されたものを使うか、蛍光塗料を塗布することにより、蛍光機能を有してよい。
【００５０】
また、本実施形態の水耕栽培システム１００は、照明ユニット３１の上方に、栽培水槽１０の長手方向に沿ってレール３５が設けられている。レール３５は植物工場の天井から吊り下げられるか、栽培水槽１０の周辺に組み立てられた構造物（図示しない）によって支持される。レール３５は、レール３５に沿って移動可能なランナ３６を備えており、各照明ユニット３１はランナ３６に取り外し可能に吊り下げて保持されている。具体的には、照明ユニットの支持枠３４の上部中央にフック３７が設けられており、ランナ３６に形成された穴に引っ掛けることで、各照明ユニット３１が取り外し可能に吊り下げて保持される。
【００５１】
照明ユニット３１は、レール３５に沿って移動可能なランナ３６に保持されているため、作業者は照明ユニット３１を栽培水槽１０の上方において軸線Ａに沿って容易に移動すさせることができる。従来、このような照明ユニット３１を設置するには、設置する場所まで照明ユニット３１を運搬して栽培水槽１０の側方から取付けており、そのため少なくとも栽培水槽１０の側部に照明ユニット３１が入るスペースを確保する必要があった。本実施形態の水耕栽培システム１００のように、レール３５に沿って照明ユニット３１を移動させることができれば、栽培パネルを投入及び回収する作業場所４０において照明ユニット３１を取付けて、ランナ３６に吊り下げた状態で所望の場所まで照明ユニット３１を移動させることができる。そのため、栽培水槽１０の側部に照明ユニット３１が入るスペースを確保する必要がなくなり、植物工場においてより狭い間隔でもって栽培水槽１０を配列することができ、作付面積を増加させることができる。
【００５２】
また、照明ユニット３１は、支持枠３４にウェイト３８が取付けられている。上述のように、より多くの光量を復路１６上の栽培パネル２０ｃに照射するよう、より多くの蛍光管３２が復路１６上に配列されているが、そのため吊り下げたときに照明ユニット３１が復路１６側に傾く場合がある。ウェイト３８を用いて照明ユニット３１のバランスをとることで、照明ユニット３１の蛍光管３２の並びが栽培水槽１０の水面に対して平行になるよう調整することができる。
【００５３】
次に、本実施形態の水耕栽培システム１００を植物工場に配置した例について説明する。図４（ａ）は図６に示す植物工場６０１、６０２と同様の建物を有する植物工場１に水耕栽培システム１００の栽培水槽１０を配置した例を示している。本実施形態の水耕栽培システム１００を用いれば、栽培パネル２０を往復移動すなわち回帰させることにより、一つの作業場所４０において栽培パネル２０の投入と回収することができる。そのため、図４（ａ）に示すように作業者が作業すると共に台車が通る作業場所４０を植物工場１の中央に配置して、その両側に栽培水槽１０を互いに平行になるよう配列させることができる。作業場所４０を中央に集中させることができるために、従来のように、栽培水槽１０の両端に作業場所を設ける必要が無く、延いてはより多くの作付面積を確保することができる。また、作業場所４０が中央に集中することから調整作業室４２までの動線４４が単純で短くなり、従来のように栽培水槽１０が長くなるにつれて動線４４が長くならないので、作業者の負担を減らすことができる。
【００５４】
図４（ｂ）は、栽培水槽１０を配置した植物工場の別例である。図の植物工場２でも複数の栽培水槽１０が互いに平行に配列されているが、栽培パネル２０を投入又は回収する作業場所４０は植物工場２の一方の端部のみに並ぶよう配置されている。本実施形態の栽培水槽１０では栽培パネル２０が往復するため、栽培パネル２０の移動距離を確保しつつ栽培水槽１０の長さを従来の栽培水槽の長さのほぼ半分にすることができる。そのため、建物の長さＭが短くても植物の栽培が可能な栽培水槽１０を設置することができ、比較的狭い土地でも植物工場を造ることができるようになる。
【００５５】
次に、植物工場１で用いられる、レール３５に沿って移動可能な照明ユニット３１の利用方法の一例について説明する。図５は、図４（ａ）の植物工場１のように作業場所４０を中心に設けその両側に第一水耕栽培システム１０１、第二水耕栽培システム１０２を配置した場合の側面図である。植物工場では照明を用いて栽培物を育成しているが、通常、常時照明を点灯していることはなく、自然栽培と同様に夜間の時間帯を設定し、その時間帯では照明を消灯している。一般的には夜間電力が安価であることから、夜間に照明を点灯し、昼間は消灯していることが多い。しかしながら、消灯している間は当然のことながら照明装置３０を利用していないのでその稼働率は低くなる。
【００５６】
そこで、図に示すように、第一水耕栽培システム１０１と第二水耕栽培システム１０２との間を渡るようレール３５を延ばし、照明ユニット３１が互いに交替で移動できるように構成する。そして、第一水耕栽培システム１０１、第二水耕栽培システム１０２のどちらか一方で夜間電力を利用して栽培し、他方では昼間電力を利用して栽培するよう運用する。それぞれの水耕栽培システムが照明を必要とする時間帯に照明ユニット３１をレール３５に沿って移動させることで、照明装置３０の稼働率を高めることができる。例えば、第一水耕栽培システム１０１で夜間電力を使用する場合、図の実線で示すように、夜間の所定の時間内において照明ユニット３１を第一水耕栽培システム１０１の栽培水槽１０上に配置させる。そして所定の時刻となった時に、照明ユニット３１を第一水耕栽培システム１０１から第二水耕栽培システム１０２に向けて（図５のＧ方向）移動させ、第二水耕栽培システム１０２側の点線で示された位置に配置する。第二水耕栽培システム１０２では、移動した照明ユニット３１を用いて昼間電力により植物を栽培する。そして、夜間の所定時刻となった時に、照明ユニット３１を第二水耕栽培システム１０２から第一水耕栽培システム１０１に向けて（図５のＦ方向）へ移動させて、再び夜間電力により植物を栽培する。このように、照明ユニット３１をレールに沿って往復移動させることで、照明装置３０を常時利用することができ照明装置３０の稼働率を向上させることができる。
【００５７】
なお、上述した図５に示す植物工場１では、照明ユニット３１の被照射物は本実施形態の栽培水槽１０であるが、被照射物はそれに限定されず、従来の栽培水槽であってもよい。また、土耕栽培による植物工場において、植物が栽培される畝に沿ってレールを設置し、照明ユニット３１が畝上を移動するようにしてもよい。
【００５８】
また、植物工場で栽培する植物を、夜間電力を使用するグループと昼夜電力を使用するグループとの二つに分けて、昼夜で交替するよう照明ユニット３１を移動させていたが、植物を三つ以上のグループに分けてグループ毎に所定時間、照射するよう移動させてもよい。各グループを照射する時間や時間帯は、植物の成長状況によって変更してよく、例えば第一グループには５：００〜１５：００までの１０時間、第二グループには１５：００〜２１：００までの６時間、第三グループには２１：００から翌日の５：００までの８時間、照明装置３０が照射するようにしてもよい。このように、植物工場内の植物を複数のグループに分割して複数の時間帯毎に照明ユニットを移動させることで、消灯させることなく照明装置を使用することができるので照明装置の稼働率を高めることができる。また、図５の植物工場１では、照明ユニット３１の移動を手動で行っているが、照明ユニット３１の移動を電動モータや油圧式シリンダ等を用いて自動的に行ってもよい。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について図を用いて説明した。従来の栽培水槽では側部全体又は両端に作業場所が必要であったが、本発明の水耕栽培システムを用いれば、栽培水槽内において栽培パネルを往復移動により回帰させるので、一つの作業場所において栽培パネルの投入及び回収をすることができる。作業場所を一箇所にまとめることで作業場所の面積を削減することができ、より多くの作付面積を確保、すなわちより多くの水槽を設置することができる。また、栽培パネルを往復させることで栽培パネルの移動距離を確保しつつ、栽培水槽の長さを短くできるため、栽培水槽を設置するのに長さが不足していた狭い土地であっても植物工場を造ることが可能になった。
【符号の説明】
【００６０】
１、２ 植物工場
１０ 栽培水槽
１１ 回帰水路
１２ セパレータ
１３ 投入口
１４ 回収口
１５ 往路
１６ 復路
１８ セパレータ
１９ 反射板
２０ 栽培パネル
２２ 支持部材
２４ 浮き部材
２５ 栽培物
２６ 転回装置
２７ 第一押出装置
２８ 第二押出装置
３０ 照明装置
３１ 照明ユニット
３２ 蛍光管
３４ 支持枠
３５ レール
３６ ランナ
３７ フック
４０ 作業場所
４２ 調整作業室
４４ 動線
１００ 水耕栽培システム
１０１ 第一水耕栽培システム
１０２ 第二水耕栽培システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
栽培パネルを浮遊移動させる回帰水路であって、一つの作業場所で栽培パネルを投入及び回収できる回帰水路を有する槽と、
前記槽に付設され、前記回帰水路を浮遊移動する栽培パネルを照明する照明装置と、
を具備する水耕栽培システム。
【請求項２】
前記回帰水路は、栽培パネルを前記作業場所から離れる第一方向へ浮遊移動させる往路と、該往路に後続し、栽培パネルを前記作業場所に接近する第二方向へ浮遊移動させる復路とを備え、該往路の始端と該復路の終端とが互いに隣接して配置される、請求項１に記載の水耕栽培システム。
【請求項３】
前記槽の前記往路と前記復路との接続箇所に設けられ、栽培パネルを前記第一方向から前記第二方向へ転回させる転回装置をさらに具備する、請求項２に記載の水耕栽培システム。
【請求項４】
前記回帰水路の前記第一方向又は前記第二方向に沿って延びるレールと、
前記レールに沿って移動可能なランナと、を具備し、
前記照明装置は前記ランナに取り外し可能に吊り下げて保持される、請求項２又は３の何れか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項５】
前記照明装置は、前記回帰水路への投入直後の栽培パネルを第一光量で照明すると共に、前記回帰水路からの回収直前の栽培パネルを、該第一光量よりも多い第二光量で照明する、請求項１から４の何れか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項６】
前記回帰水路を浮遊移動する栽培パネルをさらに具備し、該栽培パネルは、植物を支持する支持部材と、該支持部材に取付けられ、該支持部材を前記回帰水路に浮遊させる浮き部材とを備える、請求項１から５の何れか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項７】
前記往路及び前記復路は前記槽内において互いに平行に配置されており、
前記槽に付設され、前記往路と前記復路とを仕切るセパレータをさらに具備する、請求項１から５の何れか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項１】
栽培パネルを浮遊移動させる回帰水路であって、一つの作業場所で栽培パネルを投入及び回収できる回帰水路を有する槽と、
前記槽に付設され、前記回帰水路を浮遊移動する栽培パネルを照明する照明装置と、
を具備する水耕栽培システム。
【請求項２】
前記回帰水路は、栽培パネルを前記作業場所から離れる第一方向へ浮遊移動させる往路と、該往路に後続し、栽培パネルを前記作業場所に接近する第二方向へ浮遊移動させる復路とを備え、該往路の始端と該復路の終端とが互いに隣接して配置される、請求項１に記載の水耕栽培システム。
【請求項３】
前記槽の前記往路と前記復路との接続箇所に設けられ、栽培パネルを前記第一方向から前記第二方向へ転回させる転回装置をさらに具備する、請求項２に記載の水耕栽培システム。
【請求項４】
前記回帰水路の前記第一方向又は前記第二方向に沿って延びるレールと、
前記レールに沿って移動可能なランナと、を具備し、
前記照明装置は前記ランナに取り外し可能に吊り下げて保持される、請求項２又は３の何れか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項５】
前記照明装置は、前記回帰水路への投入直後の栽培パネルを第一光量で照明すると共に、前記回帰水路からの回収直前の栽培パネルを、該第一光量よりも多い第二光量で照明する、請求項１から４の何れか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項６】
前記回帰水路を浮遊移動する栽培パネルをさらに具備し、該栽培パネルは、植物を支持する支持部材と、該支持部材に取付けられ、該支持部材を前記回帰水路に浮遊させる浮き部材とを備える、請求項１から５の何れか一項に記載の水耕栽培システム。
【請求項７】
前記往路及び前記復路は前記槽内において互いに平行に配置されており、
前記槽に付設され、前記往路と前記復路とを仕切るセパレータをさらに具備する、請求項１から５の何れか一項に記載の水耕栽培システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８２９９８（Ｐ２０１２−１８２９９８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６６３０（Ｐ２０１１−４６６３０）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５０１４８６７４１）株式会社森久エンジニアリング (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５０１４８６７４１）株式会社森久エンジニアリング (4)
【Ｆターム（参考）】
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