JP2018174829A - 水田水位調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で小型化された水田水位調整装置を提供する。【解決手段】水田水位調整装置に、側面に開口部４４を有する筒状の本体４０と、本体４０内における開口部４４近傍に収容されていて本体２０よりも小径の筒状で開口部６４が形成されている水門部６０と、水門部６０を上下動させる駆動部３０と、を備え、駆動部３０は、水門部６０の上部に取り付けられているねじ軸４６と、ねじ軸４６に螺合されているナット部３２と、ナット部３２を回転させるＤＣモータ３６とを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、電動式水田水位調整装置に関する。

特許文献１には、下部の水門部と、水門部の上面に直立した支柱と、支柱に支持された制御箱と、制御箱の上方に設けられた太陽電池とから構成されている、電力消費量の少ない水田水位調整装置が開示されている。

特開平１１−１１３４３１号公報

しかし、特許文献１に開示されている水田水位調整装置は、水門部の開閉を制御するための制御装置が溶接された支柱に取り付けられる構成となっているため、その溶接作業という面倒な作業が必要であった。また、特許文献１に開示されている水田水位調整装置は、ポテンショメータであるとか、減速機などを備えており、水田の水位を調整するものとしては構造が複雑であった。

そこで、本発明は、面倒な作業を必要とせず、かつ、構造が簡易である、水田水位調整装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の水田水位調整装置は、
水田に埋め込まれる相対的に大径の大筒状部材（例えば、第２筒部４０，４０ａ，４０ｂ）と、
前記大筒状部材内に収容されている相対的に小径で上下動可能な小筒状部材（例えば、水門部６０）と、
前記小筒状部材を上下に駆動する駆動部（例えば、駆動ユニット３０）と、を備える。

前記大筒状部材は、前記駆動部と物理的に接続されており、接続部分の周辺に開口部を有する。具体的には、単一の第１筒状部材の側面を開口するとともに、その下側を水田に埋め込み、かつ、その上側に駆動部を搭載してもよい。或いは、水田に埋め込まれる部材とこれとは別に駆動部が搭載される部材とを柱部などを用いて連結することで実現してもよい。

また、前記駆動部は、前記小筒状部材の上部に取り付けられているねじ軸と、前記ねじ軸に螺合されているナット部と、前記ナット部を回転させるモータと、を有してもよい。

前記第１筒状部材と前記小筒状部材との間には、ゴムシートなどによってシールをするとよい。なお、シールの位置は、前記開口部の下端から数ｃｍ下側にするとよい。

さらに、前記駆動部の電源として、太陽電池を備えてもよい。

なお、前記本体の開口部と前記水門部の開口部とが対面させることで開状態となるように構成されている。

本発明の実施形態における水田水位調整装置の側面図である。 図１に示す水田水位調整装置の平面図である。 図１に示す水田水位調整装置のＡ−Ａ断面図である。 図１に示す水田水位調整装置の水門部上昇時の斜視図である。 図１に示す水田水位調整装置の水門部下降時の斜視図である。 本発明の実施形態２における水田水位調整装置１００の側面図である。 図６に示す水田水位調整装置１００の斜視図である。

１０ 蓋部
２０ 第１筒部
３０ 駆動ユニット
３２ ナット部
３４ 歯車
３６ ＤＣモータ
３８ 回路部
３９ バッテリー
４０，４０ａ，４０ｂ 第２筒部
４２ シール部
４４ 開口部
４６ ねじ軸
５０ Ｌ字筒部
６０ 水門部
６２ 柱部
６４ 開口部
６６ 天部
６８ 取付部
１００ 水田水位調整装置

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図に示す水田推移調整装置１００は、説明の都合上、主な構造の理解容易のための大きさ、寸法、比率で描かれている。したがって、実際には、水田推移調整装置１００を用いる水田の規模、地形などに応じて、適宜、大きさ等はアレンジできるものとする。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における水田水位調整装置１００の側面図である。図２は、図１に示す水田水位調整装置１００の平面図である。図３は、図１に示す水田水位調整装置１００のＡ−Ａ断面図である。図４は、図１に示す水田水位調整装置１００の水門部６０の上昇時の斜視図である。図５は、図１に示す水田水位調整装置１００の水門部６０の下降時の斜視図である。

図１等には、以下説明する、蓋部１０と、第１筒部２０と、駆動ユニット３０と、第２
筒部４０と、Ｌ字筒部５０と、水門部６０とを示している。これらは、例えば、塩化ビニル製とすることができるが、これらのうち一部或いは全部を、アルミニウムなどを含む金属製としたり、他の樹脂製としたりすることもできる。なお、水田水位調整装置１００は主として屋外で使用するものであるため、直射日光が照射されることによる劣化、風雨にさらされることによる劣化に対する耐性がある素材とすべきである。

蓋部１０は、円筒状をしていて、第１筒部２０に対応する大きさとされている。蓋部１０は、第１筒部２０の上部に取り付けられる。蓋部１０の上面には、太陽電池を設置するなどして、そこでの発電により得られた電力を、後述するバッテリー３９の電源とすることもできる。

また、太陽電池は、水田水位調整装置１００とは異なる別の場所に設置して、図示しないケーブルなどを介して、水田水位調整装置１００に電力供給できるようにしてもよい。第１筒部２０は、円筒状とされていて、内部には駆動ユニット３０に搭載された電気系統などが配される。第１筒部２０の下方には、駆動ユニット３０が取り付けられる。

第１筒部２０は、駆動ユニット３０の側面を覆うものである。蓋部１０は、駆動ユニット３０の上面を覆うものである。この構成により、駆動ユニット３０に搭載されるＤＣモータ３６、回路部３８、バッテリー３９といった電気系統を、風雨から保護することができる。

なお、電気系統が、洪水、雪害などによる被害を受けないように、蓋部１０と第１筒部２０と駆動ユニット３０とは接着剤などを用いて相互に接着させて、密閉性を担保することも一法である。このようにするか否かは、水田水位調整装置１００を用いる地域の気象状況などに従って決定すればよい。

駆動ユニット３０は、図４等に、ＤＣモータ３６、回路部３８及びバッテリー３９を備える。また、駆動ユニット３０内には、歯車３４に連結されるねじ軸４６の位置決めを行う規定部３７が設けられている。規定部３７は、長手方向に沿った垂直方向の断面が凸状であり、その下部空間には歯車３４が配置されている。

ＤＣモータ３６は、規定部３７の上面であって、ねじ軸４６に隣接する位置に取り付けられている。もっとも、このようなレイアウトは一例であって、図４等に示す態様に限定されるものではない点に留意されたい。

バッテリー３９は、ＤＣモータ３６及び回路部３８の電源である。バッテリー３９は、水田水位調整装置１００を常時駆動させることは稀であるから、間欠運転を前提にした容量とすればよい。また、バッテリー３９は、例えば、水田水位調整装置１００及び太陽電池の設置地域を含む設置環境によって日照時間などの日照条件が異なる。これらの観点から、様々な条件に対応可能なように、バッテリー３９は、６Ａｈ〜２０Ａｈの容量とすればよいが、水田水位調整装置１００を劣悪な条件で使用せざるを得ない場合などには、バッテリー３９容量又は数量を増設することも一法である。

回路部３８は、水門部６０の開閉を制御するための指示を受信する通信機能、当該通信機能により受信した指示に基づいてＤＣモータ３６の駆動を制御する制御機能を有するものである。水門部６０の開閉制御については、水門部６０の高さを例えば１ｃｍ間隔で設定可能としている。水門部６０の開閉制御の手法については、実施形態２において後述する。

具体的には、ユーザが図示しないパーソナルコンピュータ、携帯電話機又はスマートフ
ォンを操作することによって、パーソナルコンピュータ等からインターネット網又は電話網などの通信回線を通じて、水門部６０の高さの設定値を送信すると、回路部３８でそれを受信し、指示に基づいてＤＣモータ３６の駆動を制御するといった、遠隔制御を行うことができるようにしてある。

ＤＣモータ３６は、そのモータ軸に歯車３４が連結されている。また、歯車３４は、第１筒部２０の軸心に開口部分が位置合わせされたナット部３２にも連結されている。したがって、ＤＣモータ３６の駆動によって、そのモータ軸が回転すると、歯車３４を介して、ナット部３２が回転することになる。

駆動ユニット３０の下方には、第２筒部４０が位置する。第２筒部４０は、図３に示すように、開口部４４を有する筒状の部材である。第２筒部４０内には、第２筒部４０の軸心に沿ったねじ軸４６が位置する。

ねじ軸４６の上部は、ナット部３２に螺合されている。ねじ軸４６の下端部は、取付部６８を通じて、水門部６０の天部６６に取り付けられている。したがって、上記のように、ＤＣモータ３６の駆動によってナット部３２が回転すると、ねじ軸４６が上下動することになるため、水門部６０の開閉を制御することができる。なお、ナット部３２、ねじ軸４６及びＤＣモータ３６のモータ軸などは、例えば、錆びにくいようにステンレス製とすればよい。

水門部６０は、第２筒部４０よりも小径の筒状の部材で構成されている。水門部６０は、天部６６まで延びる例えば４つの柱部６２と、柱部６２間を構成する開口部６４とが上部に位置する。一方、水門部６０の下部には筒部６９が位置する。

この構成の場合、水門部６０が下降すると開状態となり、第２筒部４０の開口部４４と水門部６０の開口部６４とを通じて、水田の水が水門部６０内を通り、さらに、Ｌ字筒部５０の端部を通るルートで河川等に流れる。一方、水門部６０が上昇すると閉状態となり、筒部６９によって上記ルートは遮断され、水田の水は、河川等に流れなくなる。

もっとも、水門部６０の構成は、図１等に示すものに限定されず、柱部６２及び開口部６４が下部に位置し、上部には筒部６９が位置する構成として、水門部６０が上昇すると開状態となるようにしてもよい。

また、本実施形態では、何らかの原因により、ＤＣモータ３６が暴走したとしても、水門部６０の可動域の上限を、天部６６が駆動ユニット３０の底面に当たって止まるように規定している。この点は、後述する実施形態２でも補足説明を行う。

また、第２筒部４０と筒部６９との間には、シール部４２が設けられている。シール部４２は、ゴムシート、Ｏリングなどによって構成することができる。シール部４２は、開口部４４の下端から数ｃｍ（例えば３ｃｍ〜５ｃｍ）の位置に設けられている。シール部４２の上側には、例えば、土を入れるなどして、小石やごみなどの異物がシール部４２と筒部６９との間に挟まらないようにしている。

第２筒部４０の下方には、Ｌ字筒部５０が位置する。なお、Ｌ字筒部５０のＬ字形状は、水を流す元である水田が高地で、水を流す先である河川等が低地にあるといった典型的な位置関係を考慮した形状であるが、水田水位調整装置１００の部材としてはＩ字状にし、別の部材で、水平方向に向けて水を流すような仕組みとしてもよい。

水田水位調整装置１００は、水田とその排水溝との間の畦畔に、第２筒部４０の開口部
４４の下端が、水田の土表面と同じかやや下（せいぜい１ｃｍ程度）となる位置に据え付ければよい。これにより、水門部６０の最大開門時には水田の水を完全に排出することが可能となる。

（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２における水田水位調整装置１００の側面図であり、図１に対応するものである。図７は、図６に示す水田水位調整装置１００の斜視図である。図７（ａ）は図５に対応するものであり、図７（ｂ）は図６に対応するものである。

なお、図６（ａ）と図６（ｂ）とは、互いに直交する方向からの側面図である。また、図６及び図７において、既述の部分と同様の部分には、同一符号を付している。また、説明の都合上、ここでは、Ｌ字筒部５０を取り付けていないものを示している。

図６に示す水田水位調整装置１００は、実施形態１に示したものと、以下の点が大きく異なる。すなわち、
第一に、一つの部品であった第２筒部４０を、上側第２筒部４０ａと下側第２筒部４０ｂという二つの部品に分け、
第二に、例えば、アルミニウム製の柱部６２を用いて、これらの両端をボルト及びナットなど通じて上側第２筒部４０ａと下側第２筒部４０ｂとに連結し、
第三に、駆動ユニット３０において、規定部３７に位置制御部７０を取り付けている。なお、説明の都合上、ここでは、説明の都合上、回路部３８は図示していない。

まず、第一の変更点について説明する。実施形態１の水田水位調整装置１００は、一つの部品として第２筒部４０を設け、これに開口部６４を設けることで、柱部６２を形成していた。係る場合には、水田水位調整装置１００が強風を受けたりすると、思いのほか、柱部６２に応力が係る場合がある。

本実施形態では、このような環境下においても、柱部６２の変形又は破損等を防止するために、柱部６２の幅を増やすことも一法であることは承知しているが、以下説明するように、柱部６２により強度を持たせるなどの理由により、柱部６２の素材を変更し、これに応じて、上側第２筒部４０ａと下側第２筒部４０ｂという二つの部品に分けている。

第二の変更は、上記のように、柱部６２の強度向上という点と、これに加えて、水田水位調整装置１００の製造時に実施形態１の態様で柱部６２を作り込むよりも、上側第２筒部４０ａと下側第２筒部４０ｂという二つの部品に分けて、これらを柱部６２で連結する方が簡易であるという理由に基づく。

柱部６２は、例えばアルミニウム製、ステンレス製のように、高い強度の素材を選択している。こうすると、水田水位調整装置１００が強風を受け、柱部６２に応力が掛かったとしても、柱部６２が変形したり、破損したりすることなどを回避できる。

第三の変更は、水門部６０の上下動をより精度よく行うため、また、ナット部３２などに過負荷がかかった際に空回りによる破損などを防止するためという理由に基づく。規定部３７に取り付けた位置制御部７０は、水平面を構成する上面部７０ａと、その両端から下方向に延びる一対の側面部７０ｂとを含む略ゲート状のパーツを含む。

各側面部７０ｂの中央部には、垂直方向に延びる長孔部７０ｃが形成されている。長孔部７０ｃには、水平バー７０ｆが通されており、水平バー７０ｆは、長孔部７０ｃ内を移動可能な構成とされている。

長孔部７０ｃの上端及び下端付近には、これらに水平バー７０ｆが衝突手前までの範囲で往復運動が可能なように、それぞれ、水平バー７０ｆの上下限を規定するための図示しないフォトリフレクタ又はフォトインタラプタなどのセンサが設けられている。なお、実施形態１の場合には、駆動ユニット３０の底面付近にフォトリフレクタ等が設けられている。フォトリフレクタ等の出力は、回路部３８に入力するように構成されている。

こうすると、本実施形態の場合には、フォトリフレクタ等の発光部と受光部との間に水平バー７０ｆが到達すると、発光部から出射された光が水平バー７０ｆによって遮られて受光部で受けられなくなり、フォトリフレクタ等から回路部３８への入力信号が変化する。また、実施形態１の場合には、フォトリフレクタ等の発光部と受光部との間に天部６６（図３）が到達すると、発光部から出射された光が天部６６によって遮られて受光部で受けられなくなり、フォトリフレクタ等から回路部３８への入力信号が変化する。

回路部３８は、この場合に、ＤＣモータ３６の駆動を停止する、又は、モータ軸の回転方向を逆にすることで、水平バー７０ｆの可動域、ひいては、水門部６０の可動域の可動域が規定される。

また、水平バー７０ｆは、その一端部で以下説明する長孔部７０ｇにも通されており、長孔部７０ｇ内でも移動可能な構成とされている。なお、水平バー７０ｆは、その中央部で、ねじ軸４６の上端部に連結されている。

長孔部７０ｇは、回動部７０ｅに形成されている。回動部７０ｅは、支柱部７０ｄの上端に取り付けられている。長孔部７０ｃ及び長孔部７０ｇの幅は、例えば相互に等しくすればよい。なお、これらの幅は、水平バー７０ｆの直径に対応させている。

回動部７０ｅは、支柱部７０ｄに対して回動可能であるが、その支点となる位置は、長孔部７０ｃの長手方向のほぼ中央の高さとしている。そして、本実施形態では、ＤＣモータ３６が駆動すると、結果的に、支柱部７０ｄに対して回動部７０ｅが回動し、これによって、水門部６０の上下動を実現している。

また、本実施形態では、可変抵抗或いはフォトリフレクタなどを有する、図示しない計測部を設けている。この計測部は、支柱部７０ｄの長手方向と回動部７０ｅの長手方向との為す角度を計測するものである。

もっとも、計測部を設けることは必須ではない点に留意されたい。例えば、ＤＣモータ３９が、仮に１秒駆動すると水門部６０を１ｃｍ移動させることができるスペックのものであるならば、回路部７０ｅは、ＤＣモータ３９を、水門部６０の上下動方向及び上下動量に応じて駆動すればよい。

可変抵抗タイプの計測部（例えばポテンションメータ）を設けることによって、水門部６０の上下動の位置制御は、以下の要領で容易に行うことができる。結論を先に述べると、本実施形態では、非常に簡単な三角関数の定理を用いて水門部６０の上下動の位置制御を行っている。理解容易のために典型例を挙げて説明する。

まず、回動部７０ｅの支点から長孔部７０ｃの幅方向の中央までの水平距離は一定であり、これを例えば「距離Ｌ」とする。また、例えば、回動部７０ｅの長手方向が水平になる位置での支柱部７０ｄに対する回動部７０ｅの角度を基準値として０°とする。支柱部７０ｄの短手方向（すなわち水平方向）と回動部７０ｅの長手方向とが為す計測角度がθであるとする。

この場合、ＤＣモータ３６が駆動して、水平バー７０ｆが上側に移動する場合には、水平バー７０ｆの上方向への移動距離Ａは、距離Ｌとｔａｎθとを掛け合わせたもので表すことができる。

このため、本実施形態では、ＤＣモータ３６が駆動を開始すると、計測部によって変数θを計測して、その計測結果を回路部３８に対して出力するようにして、移動距離Ａを容易にかつ精度よく算出している。これにより、回路部３８では、移動距離Ａがユーザの操作によってパーソナルコンピュータなどによって送信される指示になるまで、ＤＣモータ３６を駆動させるだけで、水門部６０の上下動の正確な位置制御を行うことができる。

一方、フォトリフレクタタイプの計測部の場合には、ナット部３２又は歯車３４の中心軸に隣接する位置に、軸心と並行な貫通孔を設け、その貫通孔の回転経路にフォトリフレクタを配置すればよい。こうすると、フォトリフレクタの出力信号の変化数を測定すれば、ナット部３２等の回転数を計測することができるので、当該回転数と水平バー７０ｆの移動距離との関係を事前に把握しておけば、簡素かつ正確に、水門部６０の上下動の位置制御を行うことができる。

なお、本実施形態の構成の場合には、回動部７０ｅの長手方向が水平になる位置で、支柱部７０ｄに対する回動部７０ｅの角度を基準値０°にリセットすれば、ＤＣモータ３６のバックラッシュ補正も簡易に行うことができる。計測部を設けない場合にバックラッシュ補正を行うには、既述のフォトリクレクタのいずれかに対応する位置を基準とし、水平バー７０ｆが当該位置に到達したときに基準値にリセットすればよい。

もっとも、ＤＣモータ３６に代えて位置決め制御に優れたモータ（例えば、ステッピングモータ）を用いることで、計測部を設けることなく、水門部６０の上下動の位置制御を行ってもよい。また、計測部に代えて、側面部７０ｂ或いはその近傍に適当な間隔（例えば、１ｃｍ）毎にフォトリフレクトなどのセンサを設けるなどして、水平バー７０ｆの位置を制御してもよい。

つぎに、駆動ユニット３０の具体的な動作について説明すると、まず、ユーザの操作によってパーソナルコンピュータなどから、水門部６０の高さを１ｃｍ上昇させるという指示を送信すると、回路部３８でそれを受信する。

回路部３８は、受信した指示内容を特定して、水門部６０の高さを上昇する指示をＤＣモータ３６に出力する。ＤＣモータ３６は、回路部３８から出力される指示に従って駆動し、これによって、歯車３４が回転すると、歯車３４に連結されるねじ軸４６は、上方向に移動していく。

ねじ軸４６には水平バー７０ｆが連結されているので、ねじ軸４６の移動に従って、水平バー７０ｆも長孔部７０ｃ内を上方向に移動する。これと同時に、水平バー７０ｆは、長孔部７０ｇ内も移動することになる。

したがって、結果として、回動部７０ｅは、図７（ａ）のような状態から図７（ｂ）のような状態に変化してくことになる。具体的には、回動部７０ｅが、図７（ａ）及び図７（ｂ）における反時計回りに回動することになる。

また、回動部７０ｅは、
なお、既述のように、フォトリフレクタ等の存在によって水平バー７０ｆの上昇が停止することになるが、これにより、回動部７０ｅの反時計回りの回動も停止する。

Claims (5)

1. 水田に埋め込まれる相対的に大径の大筒状部材と、
   前記大筒状部材内に収容されている相対的に小径で上下動可能な小筒状部材と、
   前記小筒状部材を上下に駆動する駆動部と、
   を備える水田水位調整装置。
2. 前記大筒状部材は、前記駆動部と物理的に接続されており、接続部分の周辺に開口部を有する、請求項１記載の水田水位調整装置。
3. 前記駆動部は、
   前記小筒状部材の上部に取り付けられているねじ軸と、
   前記ねじ軸に螺合されているナット部と、
   前記ナット部を回転させるモータと、
   を有する、請求項１記載の水田水位調整装置。
4. 前記第１筒状部材と前記小筒状部材との間にシール部が位置する、請求項１記載の水田水位調整装置。
5. さらに、前記駆動部の電源は、太陽電池である、請求項１記載の水田水位調整装置。