WO2017183649A1

WO2017183649A1 - 小型栽培装置

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Publication number: WO2017183649A1
Application number: PCT/JP2017/015654
Authority: WO
Inventors: 尚巨三輪; 大輔新田
Original assignee: Kowa Co Ltd
Current assignee: Kowa Co Ltd
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: SG11201808866RA; EP3446561A1; JPWO2017183649A1; EP3446561A4; US20190104698A1

Abstract

【課題】栽培空間の気温やＣＯ_２濃度などのいくつもの管理項目（パラメータ）がある小型栽培装置を提供する。【解決手段】本発明に係る小型栽培装置１は、栽培空間Ａの気温、ＣＯ_２濃度、湿度、又は気流を検知する空調用センサー６と、栽培養液Ｂの液温、流量、ＥＣ又はｐＨを検知する養液センサー８と、を備えていて、それらのセンサー６，８が検知した様々な管理項目を制御しながら植物Ｖを栽培できるように構成されている。

Description

小型栽培装置

　本発明は、植物を栽培するための栽培空間を有する小型栽培装置に関する。

　従来、植物を栽培するための栽培空間を有する栽培装置（人工気象器又はインキュベータとも呼ばれる装置）については種々の構成のものが提案されている（例えば、特許文献１乃至４、非特許文献１及び２参照）。

　図２は、栽培装置の従来構成の一例を示す模式図であり、同図に示す栽培装置１００は、植物１０１が植え付けられる栽培槽１０２と、該植物１０１に光を照射する照明ユニット１０３と、栽培空間Ｃの気温を調整する気温調整部１０４と、栽培養液Ｄの液温を測定する液温測定部１０５と、該栽培養液Ｄの液温を調整する液温調整部１０６と、を備えており、それらの気温や液温を最適に維持して植物１０１を栽培できるように構成されていた。

特開２０１０－１５４７９１号公報特開２０１０－２７９２６９号公報特開２０１５－０６２４０９号公報特開２００７－３２３８４８号公報

株式会社日本医化器械製作所、"人工気象器・グロースチャンバー　植物環境調節装置"、［平成28年4月6日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.nihonika.co.jp/h/p/lp/lp_frame.html）オガワ精機株式会社、"グロースチャンバー　Ａ１０００ＡＲ"、［平成28年4月6日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.ogawaseiki.jpn.org/a1000ar）

　しかしながら、気温や栽培養液Ｄの液温だけでなく様々なパラメータを管理できる小型の栽培装置については、適切な構造のものは提案されていなかった。

　本発明は、上述の問題を解消することのできる小型栽培装置を提供することを目的とするものである。

　本発明の第１の観点は、図１（ａ）（ｂ）に例示するものであって、植物（Ｖ）を栽培するための栽培空間（Ａ）を形成する植物栽培用筐体（２）と、
　該植物栽培用筐体（２）の内部に配置されると共に植物（Ｖ）の栽培のための栽培養液（Ｂ）を貯留する養液槽（３）と、
　該養液槽（３）の上方にて上下動可能となるように配置されて上方から植物（Ｖ）に光を照射し得るように構成されてなる上側照明ユニット（４）と、
　該上側照明ユニット（４）を上下に駆動する照明ユニット駆動手段（１０）と、
　前記養液槽（３）に配置されてなる植物（Ｖ）と略同じ高さか該植物（Ｖ）の下方に配置されて該植物（Ｖ）の少なくとも一部に下方から光を照射し得るように構成されてなる下側照明ユニット（５）と、
　前記栽培空間（Ａ）の気温、ＣＯ_２濃度、湿度、又は気流を検知する空調用センサー（６）と、
　該空調用センサー（６）の検知結果に基づいて該栽培空間（Ａ）の気温、ＣＯ_２濃度、湿度、又は気流を制御する空調ユニット（７）と、
　前記栽培養液（Ｂ）の液温、流量、ＥＣ、又はｐＨを検知する養液センサー（８）と、
　該養液センサー（８）の検知結果に基づいて該栽培養液（Ｂ）の液温、流量、ＥＣ、又はｐＨを制御する養液調整ユニット（９）と、を備えたことを特徴とする小型栽培装置（１）に関する。

　本発明の第２の観点は、各種パラメータを入出力し得る入出力装置（２２）と、
前記空調用センサー（６）及び／又は前記養液センサー（８）の検知結果をデータ化するデータ作成部（１２）と、
　該データ作成部（１２）が作成したデータを入出力装置（２２）に送信するデータ送信部（１３）と、を備えたことを特徴とする。

　本発明の第３の観点は、前記養液センサー（８）は、ＥＣセンサー又は、ｐＨセンサーであり、
　前記養液センサー（８）が検知したデータを、前記データ作成部（１２）及び前記データ送信部（１３）を介して前記入出力装置（２２）に出力することにより、該入出力装置のモニターに該データをリアルタイムに送信し、これを該入出力装置（２２）に保存することができる、
　ことを特徴とする。

本発明の第４の観点は、前記空調用センサー（６）は、前記栽培空間（Ａ）の気温を測定する気温センサーであり、
前記空調ユニット（７）は、前記栽培空間（Ａ）の空気を冷却するための空冷手段（７０）と、前記気温センサーの測定結果に基づいて前記栽培空間（Ａ）内の気温が所定の温度になるように前記空冷手段（７０）を制御する空冷制御手段（７１）と、を有することを特徴とする。

　本発明の第５の観点は、前記上側照明ユニット（４）が、照射する光の照度を制御する照度制御部（４１）と、照射する光の波長を制御する波長制御部（４２）と、を有することを特徴とする。

　本発明の第６の観点は、前記上側照明ユニット（４）は、光源（４０）を有し、
　前記照度制御部（４１）は、照度時間及び／又は前記光源（４０）を駆動する際の電流値を記録することで照度をデータとして記録し、該データを、前記データ作成部（１２）及び前記データ送信部（１３）を介して前記入出力装置（２２）に出力することにより、該入出力装置（２２）のモニターに該データをリアルタイムに送信し、これを該入出力装置（２２）に保存することができる、
　ことを特徴とする。

本発明の第７の観点は、前記入出力装置（２２）を介して入力された、植物の品種毎に最適な栽培パラメータを受信し、小型栽培装置（１）内の栽培パラメータを最適に制御するデータ受信部（２１）を有する、
ことを特徴とする。

　本発明の第８の観点は、前記養液槽（３）に栽培養液（Ｂ）を供給する養液タンク（１１）を備え、
　該養液タンク（１１）は着脱可能に構成されたことを特徴とする。

　本発明の第９の観点は、前記養液槽（３）を傾ける傾斜手段（１４）、を備えたことを特徴とする。

　なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。

　上記した第１乃至９の観点によれば、前記栽培空間の気温やＣＯ_２濃度などのいくつもの管理項目（パラメータ）がある小型栽培装置を得ることができ、デスクトップで作業できる研究用の小型栽培装置を得ることができる。また、前記入出力装置から、植物の品種毎に最適な栽培パラメータを小型栽培装置に送信することが出来るので、簡易な操作で植物の栽培が可能となる。更に、該栽培装置は小型であるので、複数台を用いて各管理項目を変更した実験をする場合に便利である。

図１（ａ）は、本発明に係る小型栽培装置の側面図であり、同図（ｂ）は、その正面図である。図２は、栽培装置の従来構成の一例を示す模式図である。

　以下、図１に沿って、本発明の実施の形態について説明する。

　本発明に係る小型栽培装置は、図１（ａ）（ｂ）に符号１で例示するようなチャンバー式であって、
・　植物Ｖを栽培するための栽培空間Ａを形成する植物栽培用筐体２と、
・　該植物栽培用筐体２の内部に配置される養液槽３と、
・　上方から植物Ｖに光を照射し得るように構成されてなる上側照明ユニット４と、
・　前記養液槽３に配置されてなる植物Ｖと略同じ高さか該植物Ｖの下方に配置されて該植物Ｖの少なくとも一部に下方から光を照射し得るように構成されてなる下側照明ユニット５と、
・　前記栽培空間Ａの気温、ＣＯ_２濃度、湿度、又は気流を検知する空調用センサー６と、
・　該空調用センサー６の検知結果に基づいて該栽培空間Ａの気温、ＣＯ_２濃度、湿度、又は気流を制御する空調ユニット７と、
・　前記栽培養液Ｂの液温、流量、電気伝導度（養液濃度の大まかな指標、以下「ＥＣ」と呼ぶ）又は、水素イオン濃度（以下「ｐＨ」と呼ぶ）を検知する養液センサー８と、
・　該養液センサー８の検知結果に基づいて該栽培養液Ｂの液温、流量、ＥＣ、ｐＨを制御する養液調整ユニット９と、
を備えている。ここで、前記養液槽３は、植物Ｖの栽培のための栽培養液Ｂを貯留するものである。

　上述した植物栽培用筐体２は、外気を遮断して前記栽培空間Ａを略密閉状態にできるものであればどのような材料で形成しても良いが、植物の生育度合いを観察できるように該筐体２のほぼ全面又は少なくとも一面には透明パネル（例えば、透明のアクリル板）を配置しておくと良い。なお、この小型栽培装置１は、例えば、前記筐体２の奥行き寸法を５００ｍｍとし、該筐体２の幅寸法を１０００～１５００ｍｍとし、該筐体２の高さ寸法を１１００ｍｍにすると良い。また、本発明に係る小型栽培装置１はスタンドアローン型として、発芽から栽培まで行えるようにすると良く、栽培できる植物Ｖの株数は２～１０株程度にすると良い。

　さらに、前記空調用センサー６を、前記栽培空間Ａの気温を測定する気温センサーとし、前記空調ユニット７は、
・　前記栽培空間Ａの空気を冷却するための空冷手段７０と、
・　前記気温センサー６の測定結果に基づいて前記栽培空間Ａ内の気温が所定の温度になるように前記空冷手段７０を制御する空冷制御手段７１と、
を有するようにすると良い。前記空冷手段７０としては熱交換式のもの（例えば、ペルチェ式の電子冷却機）を用いれば良く、該空冷手段７０は前記小型栽培装置１の上部に配置すると良い。そして、前記栽培空間Ａの温度を１５℃～２５℃の範囲に維持するようにすると良い。なお、本発明者らは、前記空冷手段７０にはオーム電機株式会社製の「ボックスクール」や日本ブロアー株式会社製の「ＳＡＭＯＬ－ＦＦ」を使用した。

　また、前記空調用センサー６として、前記栽培空間ＡのＣＯ_２濃度を検知するＣＯ_２濃度センサーを用い、前記空調ユニット７は、
・　ＣＯ_２のボンベと、
・　前記ＣＯ_２濃度センサーが検知したＣＯ_２濃度に基づいて該ボンベから前記栽培空間ＡへのＣＯ_２の供給量を制御する供給量制御手段と、
により構成しても良い。なお、該供給量制御手段によってＣＯ_２濃度は１０００～１５００ｐｐｍ程度に保持すると良い。

　さらに、前記空調用センサー６として、前記栽培空間Ａの湿度を検知する湿度センサーを用い、前記空調ユニット７としては、該湿度センサーが検知した値に基づき前記栽培空間Ａ内の湿度を調整する湿度調整手段（具体的には、加湿器や除湿器）を用いても良い。

　またさらに、前記空調用センサー６として、前記栽培空間Ａ内の気流を検知する気流センサー（風力計）を用い、前記空調ユニット７としては、該気流センサーが検知した値が所定値以下の場合に前記栽培空間Ａ内に気流を発生させる気流発生手段（ファン）を用いても良い。

　また、前記上側照明ユニット４はＬＥＤ等の光源４０を有する。そして、前記植物栽培用筐体２には略鉛直にガイドレール２０を取り付けておいて、前記上側照明ユニット４（該上側照明ユニット４の内の少なくとも前記光源４０）は、該ガイドレール２０に支持されて前記養液槽３の上方にて上下動可能となるように配置しておくと良い。また、該上側照明ユニット４は、電動モーター等の照明ユニット駆動手段１０によって上下に駆動されるように構成すると良い。そのようにした場合には、該上側照明ユニット４と植物Ｖとの距離を調整することにより、適正な量の光を該植物Ｖに供給することができる。また、上述の光源４０は防水型であって交換できるようにし、前記植物Ｖに照射される光の波長や特性を変更できるようにすると良い。さらに、前記上側照明ユニット４は、
・　照射する光の照度を制御する照度制御部４１と、
・　照射する光の波長を制御する波長制御部４２と、
・　光源用電源４３と、
を有するようにすると良い。そのようにした場合には、照射する光の照度や波長を変更することができる。また、光源４０を駆動する照度制御部４１が、照度時間や、光源４０を駆動する際の電流値（照度と対応関係がある）を記録することで、照度を記録するように構成すると良い。なお、本発明者らは、前記光源４０には興和株式会社製のＬＥＤ（ＥＭ９の４０形調光タイプ）を使用した。

　一方、上述した下側照明ユニット５はＬＥＤ等の光源を有する。該下側照明ユニット５を上述のような位置（つまり、前記養液槽３に配置されてなる植物Ｖと略同じ高さか該植物Ｖの下方）に設けることにより、植物Ｖの少なくとも一部を下方から照らすことができ、該植物Ｖをライトアップして鑑賞用途にも使えることができる。なお、該植物Ｖの栽培をする場合と、該植物Ｖの鑑賞をする場合とで、前記上側照明ユニット４からの照明光量や前記下側照明ユニット５からの照明光量を切り換えるようにしても良い。なお、前記光源には興和株式会社製のＬＥＤ（ＥＭ９の４０形調光タイプ）を使用すると共に、該光源には前記光源用電源４３から電力を供給するようにした。

　また、前記養液槽３に栽培養液を供給する養液タンク１１を配置すると共に、該養液タンク１１は小型のカートリッジ式として着脱可能となるようにした。そのようにした場合には、該養液タンク１１を定期的に前記筐体２から取り出して栽培養液を入れ替えることで養分変化を抑えることができ、衛生面を保つことができる。例えば、前記養液タンク１１を１週間ごとに取り出して、掃除を行うと共に新しく調合した栽培養液に入れ替えると良い。その際、ＰＨやＥＣの管理を市販の測定器で行うと良い。なお、該養液タンク１１から前記養液槽３に栽培養液を供給する供給パイプ１５と、該養液槽３から該養液タンク１１に栽培養液を排出する排出パイプ１６と、ポンプ１７と、を設けておくと良い。

　なお、前記養液センサー８としては、
・　前記栽培養液の液温を検知する温度センサーや、
・　前記養液タンク１１から前記養液槽３への流量を検知する流量センサーや、
・　前記栽培養液Ｂの酸素濃度を検知する酸素濃度センサー
・前記養液のＥＣを検知するＥＣセンサー
・前記養液のｐＨを検知するｐＨセンサー
などを挙げることができる。該温度センサーの検知結果に基づいて前記栽培養液の温度を上げたり下げたりするには、温度調整ユニット（具体的には、小型の加温装置や冷却装置）１８を前記養液タンク１１の内部などに配置しておいて、該温度調整ユニット１８を前記養液調整ユニット９により制御するようにすると良い。また、前記流量センサーの検知結果に基づいて前記栽培養液の流量を制御するには、前記ポンプ１７を前記養液調整ユニット９により制御するようにすると良い。

　さらに、栽培中の植物Ｖの外観を随時カメラで撮影し、育成状況を目で確認できるようにしても良い。またさらに、植物Ｖの葉をサーモセンサーにより測定することにより、該葉の蒸散具合を検知して葉の裏側からの光合成データを取得できるようにしても良い。

　ところで、上述した空調用センサー６や養液センサー８や他のセンサー類は常時起動しておくのではなく、タイマーによって決まった時刻（又は時間帯）にのみ起動するようにすると良い。

　さらに、本発明に係る小型栽培装置１には、
・必要な各種パラメータ（詳細は後述する）を入出力することができる、パーソナルコンピュータ等の、入出力装置２２と、
・　前記空調用センサー６及び／又は前記養液センサー８の検知結果を一斉に（又は、随時）データ化するデータ作成部１２と、
・　該データ作成部１２が作成したデータを前記入出力装置２２に送信するデータ送信部１３と、
を設けておくと良い。

なお、前記養液センサー８として、養液のＥＣ又は、ｐＨを検知するＥＣセンサー又はｐＨセンサーを用いた場合、該センサーが検知したデータを、前記データ作成部１２及び前記データ送信部１３を介して、前記入出力装置２２に出力すると共に、該入出力装置２２のモニターにリアルタイムに表示し、これを該入出力装置２２に保存できるようにすると良い。また、前記照度制御部４１で検知した照度時間や照度（電流値）データを、前記データ作成部１２及び前記データ送信部１３を介して、該入出力装置２２に出力すると共に、該入出力装置２２のモニターにリアルタイムに表示し、これを該入出力装置２２に保存できるようにすると良い。

　ここで、本発明に係る小型栽培装置１には、データ受信部２１を設けておくと良い。これにより、データ受信部２１は、入出力装置２２を介して入力された、植物の品種毎に最適な栽培パラメータを受信し、養液調整ユニット９、上側照明ユニット４、空調ユニット７等を介して、小型栽培装置1内の栽培パラメータを最適に制御するように構成することも出来る。ここで、栽培パラメータとは、空調ユニット７の気流、湿度、ＣＯ_２、照度制御部４１の照度（電流値）、波長制御部４２の波長などである。

　本発明によれば、前記栽培空間Ａの気温やＣＯ_２濃度などのいくつもの管理項目（パラメータ）がある小型栽培装置１を得ることができ、デスクトップで作業できる研究用の小型栽培装置１を得ることができる。また、前記入出力装置２２から、植物の品種毎に最適な栽培パラメータを小型栽培装置１に送信することが出来るので、簡易な操作で植物の栽培が可能となる。更に、該栽培装置１は小型であるので、複数台を用いて各管理項目を変更した実験をする場合に便利である。さらに、いわゆるマルチインキュベータより設定の融通が利く装置を提供することができる。

　一方、本発明に係る小型栽培装置１は、前記養液槽３やプランタを傾ける傾斜手段１４を備えていても良い。この傾斜手段１４としては、小型栽培装置１の脚部に用いる複数のアジャスターボルト（つまり、下方への突出量を調整できるボルト）を挙げることができるが、もちろんこれに限られるものではなく、その他の構造のものを用いても良い。また、該傾斜手段１４によって装置全体を傾斜させても良いが、装置全体ではなく前記養液槽３だけを傾斜させるようにしても良い。このような傾斜手段１４を設けた場合には、該養液槽３の傾斜角を制御することによって栽培養液の流速を早くしたり遅くしたりして該栽培養液の流速を適正に制御することができる。

　なお、上記小型栽培装置１を構成する各ユニットや各装置であって発熱するものは下方に配置し、それらのユニットや装置と前記植物との間には断熱部材１９を配置して該植物に熱が伝わらないようにすると良い。つまり、装置の上部Ｅ（前記植物Ｖが収納されている部分）は、気温などの環境を管理できるエリアとし、装置の下部Ｆ（光源用電源４３等が配置されている部分）は装置類収納エリアとすれば良い。

　本発明に係る小型栽培装置は、生育した植物を観賞させるという用途や、生育した植物をお客の前で収穫して販売するという用途にも適用できる。

１　　　　　　　　　　　　小型栽培装置
２　　　　　　　　　　　　植物栽培用筐体
３　　　　　　　　　　　　養液槽
４　　　　　　　　　　　　上側照明ユニット
５　　　　　　　　　　　　下側照明ユニット
６　　　　　　　　　　　　空調用センサー（気温センサー）
７　　　　　　　　　　　　空調ユニット
８　　　　　　　　　　　　養液センサー
９　　　　　　　　　　　　養液調整ユニット
１０　　　　　　　　　　　照明ユニット駆動手段
１１　　　　　　　　　　　養液タンク
１２　　　　　　　　　　　データ作成部
１３　　　　　　　　　　　データ送信部
１４　　　　　　　　　　　傾斜手段
２１　　　　　　　　　　　データ受信部
２２　　　　　　　　　　　入出力装置
４１　　　　　　　　　　　照度制御部
４２　　　　　　　　　　　波長制御部
７０　　　　　　　　　　　空冷手段
７１　　　　　　　　　　　空冷制御手段
Ａ　　　　　　　　　　　　栽培空間
Ｂ　　　　　　　　　　　　栽培養液
Ｖ　　　　　　　　　　　　植物

Claims

　植物を栽培するための栽培空間を形成する植物栽培用筐体と、
　該植物栽培用筐体の内部に配置されると共に植物の栽培のための栽培養液を貯留する養液槽と、
　該養液槽の上方にて上下動可能となるように配置されて上方から植物に光を照射し得るように構成されてなる上側照明ユニットと、
　該上側照明ユニットを上下に駆動する照明ユニット駆動手段と、
　前記養液槽に配置されてなる植物と略同じ高さか該植物の下方に配置されて該植物の少なくとも一部に下方から光を照射し得るように構成されてなる下側照明ユニットと、
　前記栽培空間の気温、ＣＯ_２濃度、湿度、又は気流を検知する空調用センサーと、
　該空調用センサーの検知結果に基づいて該栽培空間の気温、ＣＯ_２濃度、湿度、又は気流を制御する空調ユニットと、
　前記栽培養液の液温、流量、ＥＣ、又はｐＨを検知する養液センサーと、
　該養液センサーの検知結果に基づいて該栽培養液の液温、流量、ＥＣ、又はｐＨを制御する養液調整ユニットと、
　を備えたことを特徴とする小型栽培装置。
　各種パラメータを入出力し得る入出力装置と、　
前記空調用センサー及び／又は前記養液センサーの検知結果をデータ化するデータ作成部と、
　該データ作成部が作成したデータを前記入出力装置に送信するデータ送信部と、
　を備えたことを特徴とする請求項１に記載の小型栽培装置。
前記養液センサーは、ＥＣセンサー又は、ｐＨセンサーであり、
　前記養液センサーが検知したデータを、前記データ作成部及び前記データ送信部を介して前記入出力装置に出力することにより、該入出力装置のモニターに該データをリアルタイムに送信し、これを該入出力装置に保存することができる、
　ことを特徴とする、請求項２に記載の小型栽培装置。
　前記空調用センサーは、前記栽培空間の気温を測定する気温センサーであり、
　前記空調ユニットは、前記栽培空間の空気を冷却するための空冷手段と、前記気温センサーの測定結果に基づいて前記栽培空間内の気温が所定の温度になるように前記空冷手段を制御する空冷制御手段と、を有する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の小型栽培装置。
　前記上側照明ユニットは、照射する光の照度を制御する照度制御部と、照射する光の波長を制御する波長制御部と、を有する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の小型栽培装置。
　前記上側照明ユニットは、光源を有し、
　前記照度制御部は、照度時間及び／又は前記光源を駆動する際の電流値を記録することで照度をデータとして記録し、該データを、前記データ作成部及び前記データ送信部を介して前記入出力装置に出力することにより、該入出力装置のモニターに該データをリアルタイムに送信し、これを該入出力装置に保存することができる、
　ことを特徴とする、請求項２に記載の小型栽培装置。
　前記入出力装置を介して入力された、植物の品種毎に最適な栽培パラメータを受信し、小型栽培装置内の栽培パラメータを最適に制御するデータ受信部を有する、
ことを特徴とする、請求項２記載の小型栽培装置。
　前記養液槽に栽培養液を供給する養液タンクを備え、
　該養液タンクは着脱可能に構成された、
　ことを特徴とする請求項１に記載の小型栽培装置。
　前記養液槽を傾ける傾斜手段、
　を備えたことを特徴とする請求項１に記載の小型栽培装置。