JP7616643B2 - 金属多孔体栽培培地及び栽培容器 - Google Patents

Description

本発明は、植物の栽培培地及び栽培容器に関するものであり、詳細には栽培培地として金属多孔体を用いた金属多孔体栽培培地及び栽培容器に関するものである。

植物は土壌栽培や養液栽培により栽培されるが、主に屋外での栽培となる土壌栽培は天候や自然災害の影響を受けやすいことや、水量や養分の管理が困難であることなどから、安定した生産計画や規格に不安がある。また、屋内栽培で土壌を用いる場合は、広大な土地面積の確保や土の機器迷入といった問題がある。

そのため近年では、スマート農業分野での都市型農園など、土壌を用いない養液栽培が広く普及し始めている。養液栽培は、固形培地栽培と水耕栽培に大別される。このうち固形培地栽培は、培地を用いる栽培様式で、植物の根が伸展できるよう網目状構造を持つ脱脂綿や樹脂材料が使用される。固形培地栽培による屋内栽培は、季節や天候に左右されることが少なく、虫や病害などの外的要因による被害を受けにくい。

固形栽培培地としては、様々な材料が提案されている。例えば特許文献１には、乾式パルプ不織布を使用したスプラウト栽培シートに関する発明が記載されている。また特許文献２には、ロックウールを使用した育苗用培地に関する発明が記載されている。

一方、腫瘍や外傷などにより広範囲の顎骨欠損が生じると審美的および機能的な問題が生じるため、骨再建材料を用いる顎骨再建療法が行われている。こうした再建材料として、特許文献４には、骨形成に適した連通多孔構造をもつチタン多孔体を使用した骨再建部材に関する発明が記載されている。

特開２００７－６８６８号公報 特開２００１－３７３２６号公報 特開２０１７－２０９３２８号公報

しかしながら、網目状構造を持つ脱脂綿や樹脂材料、パルプ不織布、ロックウールといった従来の栽培培地は、使い捨てであり繰り返し使用ができない。そのため、継続的な廃棄材の排出による環境問題への影響が懸念され、消費型社会から持続・循環型社会へと目指す世界のなかでその使用には問題が残されている。

本発明は、骨再建材料として使用されるチタン多孔体を含む金属多孔体を植物育成分野に展開することにより上記従来の課題を解決するものであり、繰り返し利用可能で植物の育成にも適した金属多孔体栽培培地及び栽培容器を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明者らは、骨再建材料として使用されるチタン多孔体を含む金属多孔体の開発技術を利用し、植物育成に適した平均孔径及び空孔率などの構造を検討することにより、繰り返し利用可能で植物の育成にも適した金属多孔体栽培培地の発明に至ったものである。

本発明の金属多孔体栽培培地は、平均孔径が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下で、空孔率が６５％以上９８％以下のスポンジ状金属多孔体からなる。

また好ましくは、前記スポンジ状金属多孔体の上面に種子を保持するための凹部を有することを特徴とする。

また好ましくは、前記凹部の下部に落下防止部を有することを特徴とする。

また好ましくは、前記スポンジ状金属多孔体がチタン、チタン合金及びコバルトクロム合金のいずれか１つであって、表面にアルカリ処理がなされていることを特徴とする。

また本発明の栽培容器は、本発明の金属多孔体栽培培地を収容した栽培容器であって、前記金属多孔体栽培培地が見えるように側面が透明であることを特徴とする。

また本発明の栽培容器は、本発明の金属多孔体栽培培地を収容した栽培容器であって、側面に前記金属多孔体栽培培地を取り出すための切り欠き部を有することを特徴とする。

本発明の金属多孔体栽培培地は、スポンジ状金属多孔体からなるため、従来の栽培培地と比べて強度的に優れており、使用後に洗浄することで繰り返し利用が可能である。また、平均孔径を０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とし、空孔率を６５％以上９８％以下とすることにより、根が栽培培地に入り込みやすく植物が栽培培地から離脱しにくくなるとともに、栽培培地に配置した種子が空孔内に入り込んで水中に落ち込みにくく、種子の発芽・伸展に効果的である。

また、スポンジ状金属多孔体の上面に種子を保持するための凹部を有する場合には、栽培培地に配置した種子が発芽するまで凹部で保持することにより、種子が水に浮いてしまい栽培培地から離脱してしまうのを防止することができる。

また、凹部の下部に落下防止部を有する場合には、凹部に配置した種子が空孔内に入り込んで水中に落ち込むのを確実に防止することができる。

また、スポンジ状金属多孔体がチタン、チタン合金及びコバルトクロム合金のいずれか１つであって、表面にアルカリ処理がなされている場合には、植物育成促進効果が得られる可能性がある。

また、本発明の栽培容器は、本発明の金属多孔体栽培培地を収容した栽培容器であって、金属多孔体栽培培地が見えるように側面が透明であるので、栽培培地に入り込んだ根の部分が可視化されて発育状態の観察が可能となり、また観賞用としての視覚効果が期待できる。

また、本発明の栽培容器は、本発明の金属多孔体栽培培地を収容した栽培容器であって、側面に金属多孔体栽培培地を取り出すための切り欠き部を有するので、栽培培地の洗浄や移し替えの作業が容易である。

このように、本発明の金属多孔体栽培培地及び栽培容器は、繰り返し利用可能で植物の育成にも適したものである。

本発明の実施形態１に係る金属多孔体栽培培地を示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る金属多孔体栽培培地及び栽培容器を示す（Ａ）斜視図、（Ｂ）ａ－ａ断面図である。 本発明の実施形態３に係る金属多孔体栽培培地及び栽培容器を示す（Ａ）斜視図、（Ｂ）ｂ－ｂ断面図である。 本発明の実施形態４に係る金属多孔体栽培培地及び栽培容器を示す断面図である。 本発明の実施形態５に係る金属多孔体栽培培地及び栽培容器を示す斜視図である。 本発明の実施形態６に係る金属多孔体栽培培地及び栽培容器を示す斜視図である。

次に、図１乃至図６を参照して、本発明の実施形態に係る金属多孔体栽培培地及び栽培容器について説明する。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る金属多孔体栽培培地１０を示す斜視図である。図１（Ａ）に示すように、金属多孔体栽培培地１０はスポンジ状金属多孔体１１からなるものである。そして、図１（Ｂ）に示すように、上面に種子１を配置して発芽させ、根をスポンジ状金属多孔体１１の内部に入り込ませて植物を育成する。種子１を発芽させるために、スポンジ状金属多孔体１１は、適当な大きさ、形状の栽培容器に収容されて容器内に入れた水に浸される。

スポンジ状金属多孔体１１の金属材料としては、チタン、チタン合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの耐腐食性を持つものが好ましく、特にチタン、チタン合金、コバルトクロム合金が好ましい。

特にチタンやチタン合金は、大気中で酸化膜を形成し防錆性に優れ、軽量であるが水より比重が高いため水中での繰り返し利用が可能である。また高い生体親和性があり毒性がなく、イオン溶出しにくいといった特徴から水質汚染の問題がない。

スポンジ状金属多孔体１１の製造方法としては、焼結やレーザー溶接による方法があるが、任意の形態や空孔率を高い精度で付与することは困難である。また、３Ｄプリンターによる方法もあるが、一個あたりの製作時間が長くなるなどの問題がある。これに対して、以下のような「樹脂基材含浸焼結法」と呼ばれる方法があり、スポンジ状金属多孔体１１の製造方法として好ましい。以下、チタンを材料とした場合について説明する。

まず、イソプロピルアルコールなどからなるバインダにチタン粉末を混ぜてチタン粉末含有スラリーを形成する。このチタンスラリーに樹脂基材を浸漬し取り出し乾燥させることで、基材空隙部に侵入していたチタンスラリーを排出し，網目構造の骨格表面にのみ残留させる。次に，真空炉において６００℃に加熱し、樹脂基材やバインダを除去する。これにより基材表面に存在していたチタン粒子同士がそのままの位置に配置された状態で結合し、樹脂基材表面とほぼ同じ網目構造が形成される。その後１３００℃にて焼成することで隣接するチタン粉末同士が拡散接合し、チタン粉末によって形成された網目構造の骨格を有するチタン多孔体が完成する。この製造方法により、任意の形態および空孔率の樹脂基材をもとに、ほぼ相似する金属多孔体に置換することができる。

スポンジ状金属多孔体１１の平均孔径及び空孔率について説明する。平均孔径及び空孔率は、種子１の発芽及び発芽後の生育に大きな影響を及ぼすものである。平均孔径が小さすぎると、根が空孔内に入り込みにくく植物が栽培培地から離脱しやすくなる。反対に平均孔径が大きすぎると、栽培培地に配置した種子１が空孔内に入り込んで水中に落ち込んでしまい生育が妨げられてしまう。同様に空孔率が小さすぎると、根が空孔内に入り込みにくく植物が栽培培地から離脱しやすくなる。反対に空孔率が大きすぎると、種子１の落下の可能性が高くなるのに加え、強度が低下する恐れがある。

そのため、スポンジ状金属多孔体１１の平均孔径は、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましく、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下がより好ましく、０．７５ｍｍ以上１．２５ｍｍ以下がさらに好ましい。また、スポンジ状金属多孔体１１の空孔率は、６５％以上９８％以下が好ましく、７５％以上９５％以下がより好ましく、８０％以上９０％以下がさらに好ましい。

また、スポンジ状金属多孔体１１の表面にアルカリ処理を施すことが好ましい。特に、金属材料としてチタン、チタン合金及びコバルトクロム合金のいずれか１つを用いた場合に、アルカリ処理を行うことにより表面性状を改質することが好ましい。スポンジ状金属多孔体１１は多孔構造であるため内部まで均一な処理が難しいが、内部まで処理が可能である化学的処理として、水酸化ナトリウム水溶液によるアルカリ処理が可能である。

アルカリ処理された金属多孔体の例として、アルカリ処理されたチタン多孔体を歯科インプラントや人工関節材料などに使用した場合に、生体活性作用により骨形成を促進することが認められる。従って、植物栽培においても表面改質処理を行った金属多孔体を栽培培地に用いることで、植物育成促進効果が得られる可能性がある。

実施形態１に係る発明の金属多孔体栽培培地１０は、スポンジ状金属多孔体１１からなるため、従来の栽培培地と比べて強度的に優れており、使用後に洗浄することで繰り返し利用が可能である。また、平均孔径を０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とし、空孔率を６５％以上９８％以下とすることにより、根が栽培培地に入り込みやすく植物が栽培培地から離脱しにくくなるとともに、栽培培地に配置した種子が空孔内に入り込んで水中に落ち込みにくく、種子の発芽・伸展に効果的である。

また、スポンジ状金属多孔体１１がチタン、チタン合金及びコバルトクロム合金のいずれか１つであって、表面にアルカリ処理がなされている場合には、植物育成促進効果が得られる可能性がある。

以下に説明する実施形態２－６において、各スポンジ状金属多孔体の材料、製造方法、平均孔径及び空孔率は、実施形態１に係るスポンジ状金属多孔体１１と同様であり、その作用効果についても同様である。

（実施形態２）
図２は、実施形態２に係る金属多孔体栽培培地２０及び栽培容器２を示す（Ａ）斜視図、（Ｂ）ａ－ａ断面図である。金属多孔体栽培培地２０は、スポンジ状金属多孔体２１からなり、栽培容器２に収容されている。スポンジ状金属多孔体２１の上面には、凹部２２が形成されている。凹部２２は、配置される種子１を保持して栽培培地から離脱してしまうのを防止するためのものである。すなわち、スポンジ状金属多孔体２１の上面に凹部２２が形成されておらず、そのまま種子１を配置した場合には、種子１を発芽させるために種子１が浸るように栽培容器２に水を入れてしまうと、種子１が水に浮いて栽培培地から離脱してしまう。これに対して、凹部２２に種子１を配置すれば、種子１が水に浸されても凹部２２に留まり、栽培培地から離脱することがない。なお、凹部２２の大きさ及び深さは、配置する種子１に応じて適宜設定することができる。

実施形態２に係る金属多孔体栽培培地２０は、スポンジ状金属多孔体２１の上面に種子１を保持するための凹部２２を有しているので、栽培培地に配置した種子１が発芽するまで凹部２２で保持することにより、種子１が水に浮いてしまい栽培培地から離脱してしまうのを防止することができる。

（実施形態３）
図３は、実施形態３に係る金属多孔体栽培培地３０及び栽培容器３を示す（Ａ）斜視図、（Ｂ）ｂ－ｂ断面図である。金属多孔体栽培培地３０は、スポンジ状金属多孔体３１からなり、栽培容器３に収容されている。スポンジ状金属多孔体３１の上面には、３列の凹部３２，３２，３２が形成されている。凹部３２，３２，３２は、実施形態２における凹部２２と同様に、配置される種子１を保持して栽培培地から離脱してしまうのを防止するためのものであり、その作用効果も同様である。

（実施形態４）
図４は、実施形態４に係る金属多孔体栽培培地及び栽培容器を示す断面図である。図４（Ａ）は、実施形態２に係る金属多孔体栽培培地２０のスポンジ状金属多孔体２１の上面に形成された凹部２２の下部に落下防止部２３を設けたものである。また、図４（Ｂ）は、実施形態３に係る金属多孔体栽培培地３０のスポンジ状金属多孔体３１の上面に形成された凹部３２，３２，３２の下部に落下防止部３３，３３，３３を設けたものである。

落下防止部２３，３３は、凹部２２，３２に配置した種子１が空孔内に入り込んで水中に落ち込むのを防止するためのものである。前述したように、平均孔径及び空孔率を好ましい値に設定することにより、種子１を空孔内に入り込みにくくすることが可能であるが、落下防止部２３，３３を設けることにより、確実に防止することができる。

落下防止部２３，３３の形成方法としては、凹部２２，３２の下部に別部材を取り付けることもできるが、前述した「樹脂基材含浸焼結法」において、スポンジ状金属多孔体２１，３１の凹部２２，３２の下部の密度を周辺よりも緻密にすることにより、落下防止部２３，３３として形成することができる。

金属多孔体栽培培地２０，３０は、凹部２２，３２の下部に落下防止部２３，３３を有しているので、凹部２２，３２に配置した種子１が空孔内に入り込んで水中に落ち込むのを確実に防止することができる。

（実施形態５）
図５は、実施形態５に係る金属多孔体栽培培地４０及び栽培容器４を示す斜視図である。金属多孔体栽培培地４０は、スポンジ状金属多孔体４１からなり、栽培容器４に収容されている。スポンジ状金属多孔体４１には植物５が植えられており、植物５の根６がスポンジ状金属多孔体４１の内部に根付いている。栽培容器４の側面は透明であり、植物５の根６が外側から視認できるようになっている。栽培容器４の側面には、ガラスやアクリル樹脂を用いることができる。

栽培容器４は、金属多孔体栽培培地４０を収容した栽培容器であって、金属多孔体栽培培地４０が見えるように側面が透明であるので、栽培培地に入り込んだ根６の部分が可視化されて発育状態の観察が可能となり、また観賞用としての視覚効果が期待できる。

（実施形態６）
図６は、実施形態６に係る金属多孔体栽培培地３０及び栽培容器３を示す斜視図である。栽培容器３の側面には、切り欠き部３４，３４が設けられている。切り欠き部３４，３４を設けることにより、収容された金属多孔体栽培培地３０の上部側面が出現し、切り欠き部３４，３４から出現した上部側面に指を掛けて金属多孔体栽培培地３０を取り出すことができるようになっている。

栽培容器３は、金属多孔体栽培培地３０を収容した栽培容器であって、側面に金属多孔体栽培培地３０を取り出すための切り欠き部３４，３４を有するので、栽培培地の洗浄や移し替えの作業が容易である。

このように、実施形態１－６に係る金属多孔体栽培培地及び栽培容器は、繰り返し利用可能で植物の育成にも適したものである。

以上、本発明の実施形態に係る金属多孔体栽培培地及び栽培容器について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるわけではなく、その他種々の変更が可能である。

例えば、本発明の金属多孔体栽培培地は、水中での植物植生、都市空間に設置される人工池での植物植生、観賞魚水槽での水質低下を抑制できる水草植生といった緑化促進や趣向性などにも適用することができる。

１ 種子
２ 栽培容器
３ 栽培容器
４ 栽培容器
５ 植物
６ 根
１０ 金属多孔体栽培培地
１１ スポンジ状金属多孔体
２０ 金属多孔体栽培培地
２１ スポンジ状金属多孔体
２２ 凹部
２３ 落下防止部
３０ 金属多孔体栽培培地
３１ スポンジ状金属多孔体
３２ 凹部
３３ 落下防止部
３４ 切り欠き部
４０ 金属多孔体栽培培地
４１ スポンジ状金属多孔体

Claims (6)

1. 平均孔径が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下で、空孔率が６５％以上９８％以下のスポンジ状金属多孔体からなる金属多孔体栽培培地であって、
   前記スポンジ状金属多孔体がチタン、チタン合金及びコバルトクロム合金のいずれか１つであることを特徴とする金属多孔体栽培培地。
2. 前記スポンジ状金属多孔体の表面にアルカリ処理がなされていることを特徴とする請求項１に記載の金属多孔体栽培培地。
3. 前記スポンジ状金属多孔体の上面に種子を保持するための凹部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属多孔体栽培培地。
4. 前記凹部の下部に落下防止部を有することを特徴とする請求項３に記載の金属多孔体栽培培地。
5. 請求項１乃至請求項４のうちいずれか１つに記載の金属多孔体栽培培地を収容した栽培容器であって、
   前記金属多孔体栽培培地が見えるように側面が透明であることを特徴とする栽培容器。
6. 請求項１乃至請求項４のうちいずれか１つに記載の金属多孔体栽培培地を収容した栽培容器であって、
   側面に前記金属多孔体栽培培地を取り出すための切り欠き部を有することを特徴とする栽培容器。

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