JP3411687B2

JP3411687B2 - ビニールハウスにおける換気窓開閉装置及びその開閉制御方法

Info

Publication number: JP3411687B2
Application number: JP21453894A
Authority: JP
Inventors: 裕史各務; 俶郎岡田; 嗣雄水島
Original assignee: Okayama Prefectural Government
Current assignee: Okayama Prefectural Government
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 2003-06-03
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: JPH0870710A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、農作物の栽培を行うビ
ニールハウスに設けられた樹脂フィルム等からなる換気
窓の開閉装置及びその開閉制御方法に関する。

【０００２】なお、本発明におけるビニールハウスと
は、室内の気温、湿度等を維持して外界とは異なる農作
物の栽培に適した環境を実現する施設を総称し、例えば
ガラス温室等も含む。また、換気窓とは、前記施設に設
けられる巻取可能なフィルム、内張りや仕切フィルム等
で構成される換気用の窓の総称であり、天窓のほか、側
面に設けられたものも含むものとする。

【０００３】

【従来の技術】ビニールハウスは、ハウス内で栽培する
農作物に適した環境を維持するため、ハウス内の温度、
湿度を一定に保つ必要があり、そのための換気窓が設け
られている。通常、ハウスを構成するビニールシートと
同素材のフィルムからなり、旧来は作業者自身が開閉し
ていたが、近年、自動化されるに至っている。例えば、
駆動装置に回転軸を取付け、この回転軸がハウス上面を
覆うビニールシートを端から巻取るとその巻取端が上方
に変位することで換気窓を開く、というものがある(特
開平5-308858号)。この換気窓開閉装置は、センサーに
より検知したハウス内温度が設定温度を越えると換気窓
を全開し、下がると全閉する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の自動化された換
気窓開閉装置は、上述のように、換気窓の全開と全閉と
を繰返すことでハウス内の換気を行っているが、これに
は以下の問題点がある。第一に、外気温がかなり低い場
合、ハウス内温度が僅かでもこの外気温を上まわれば換
気窓が全開するが、冷たい空気がハウス内へ流入してハ
ウス内を急冷して短時間で再び換気窓は全閉する結果、
ハウス内温度が振動的に変化してしまう問題がある。こ
の場合、農作物に悪影響を与えるだけでなく、換気窓開
閉装置の消費電力の増加を招き、繁雑な作動が故障、破
損の原因となる。

【０００５】第二に、換気窓の開閉に要する動力の発生
源が固定され、作動個所が変位するため、その動力を伝
達機構の伝達損失を考慮して換気窓開閉装置を構成する
必要があるため、装置が巨大化し、動力の発生源として
出力の大きな交流モータを必要とするから使用電力が増
加する問題がある。例えば、上記に例示した従来例の場
合、換気窓の開度が大きくなると回転軸と駆動装置との
軸ずれが大きくなって負荷が増大するから、この問題は
より深刻となる。

【０００６】第三に、第二の問題に関連して、交流モー
タを使用するために、停電時の装置駆動用の補助電源を
確保することが難しい点を挙げることができる。一般
に、交流電圧を発生させる外部電源装置は、燃焼機関を
駆動させて発電を行うが、そのための燃料費や装置の維
持に費用がかかるなど、ビニールハウスの換気窓開閉装
置という補助装置としては、運営維持に対する負担が大
きいのである。

【０００７】一方、換気窓開閉装置全般について考える
とき、換気窓の開閉が作動限度を越えないようにするた
めの駆動系、降雨時における適切な換気窓の開閉を行う
ための制御系についても考慮を払う必要があり、これら
を簡単かつ確実に実現しうる装置及び制御方法が好まし
い。そこで、上記問題点を解決し、前記考慮点を踏まえ
たビニールハウスにおける換気窓開閉装置及びその開閉
制御方法を検討した。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この結果開発したもの
が、ビニールハウスに設けられた樹脂フィルム等からな
る換気窓に対し、このフィルム端に固着した巻取軸端に
直流モータの回転軸を直結し、一端を地上又はビニール
ハウスの構造材に軸支した伸縮自在の支持アームの他端
を前記モータに連結してなる換気窓度開閉装置である。
モータに支持アームを連結するほか、モータから錘を垂
下してもよい。

【０００９】また、上記換気窓開閉装置において、ハウ
ス環境条件(以下、環境条件と略する)から決定する設定
開度と実際の換気窓開度とが一致するまでモータを作動
させて換気窓を開閉し、降雨の開始又は終了を検知した
場合には、環境条件を一定の初期条件で補正して設定開
度を決定することを特徴とするビニールハウスにおける
換気窓開閉制御方法を用いる。「環境条件を一定の初期
条件で補正」するとは、降雨により環境条件を予め定め
た初期条件で修正して設定開度を決定することをいい、
例えば降雨の際に温度センサーの検知温度を10℃低く見
積もって設定開度を決定する、などがある。

【００１０】設定開度は、ハウス内温度、湿度及び太陽
光の入射量等の環境条件をセンサーによって検知するこ
とで決定される適切な換気窓の開度である。この設定開
度と換気窓開度とを一致させるには、設定開度に対応す
る電圧と換気窓の開度に比例する電圧を出力する開度セ
ンサー、例えば支持アームの回動に連動するボリューム
等の電圧とをハード的又はソフト的に比較するのがよ
い。なお、降雨の検知には、降雨センサーを用いる。

【００１１】

【作用】フィルムを巻取るモータは、回転軸を直結した
巻取軸が換気窓のフィルムを巻取ることで、自分自身が
ビニールハウスの構造材上を上方へ変位するから、フィ
ルムの巻取軸とモータとの軸ずれが生じず、また動力源
であるモータから巻取軸への伝達損失を極力抑えること
ができる。

【００１２】支持アームは、モータ本体の構造材に対す
る向きを固定し、回転軸に対するモータ本体の反作用に
よる逆回転を防止している。支持アームは、下端を地上
又はハウスの構造材に軸支し、かつモータの変位に追随
して伸縮可能であので、円弧を描くモータの変位を妨げ
ることはない。モータから垂下した錘は、モータ本体の
錘の垂下部分を下向きに固定して逆回転を防止できる。
この錘は、自身がモータに付随して変位するので、モー
タの変位を妨げることはない。こうしたモータ本体の逆
回転の防止により、回転軸が巻取軸を直接かつ殆ど損失
なく回転させることができるので、小型、小出力の直流
モータの使用が可能となる。

【００１３】換気窓は、換気に要する開度を環境条件、
例えばハウス内温度、湿度及び日光の入射量から決定し
た設定開度と実際の換気窓開度とが一致するまでモータ
を作動させて開閉するので、全開又は全閉という従来の
開閉とは異なり、連続的な範囲で換気窓の開閉を実現す
ることができる。更に、降雨の開始又は終了を検知した
場合には、修正された環境条件下で換気窓の開閉を制御
できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図を参照し
ながら説明する。図１は、支持アーム１で支持されてビ
ニールハウス２の構造材３上を変位する直流駆動の小型
減速モータ４からなる換気窓開閉装置５の斜視図、図２
はモータ４の変位前、変位後を同一図面内で比較して表
わした図１中Ａ部分の側面図であり、図３は回路図を示
す。本実施例では、温度センサー６からの出力と開度セ
ンサー７からの出力とをハード的に比較し、換気窓８を
開閉する。また、設定開度を決定する変数として、換気
窓が全閉状態から開き始める開放温度、全閉状態となる
閉鎖温度、そして単位温度当りの換気窓の開閉率を調整
できるようにしている。

【００１５】図１に見られるように、開閉する換気窓８
を構成する樹脂フィルム端に巻取軸９を固着(図１中二
点鎖線参照)し、この巻取軸９端にモータ４の回転軸を
直結している。支持アーム１は、ハウス２側面内側に近
接した位置に設置した支持台10に下端を軸支し、上端を
前記モータ４に連結している。この支持アーム１は、モ
ータ４が巻取軸９を回転させて樹脂フィルムを巻取りな
がら構造材３上を摺接するのに合わせて伸縮する(図１
中実線参照)。図２に見られるように、モータ４の向き
は支持アーム１で規制されているので、樹脂フィルムの
巻取により、回転軸に対してモータ４本体が逆回転する
ことはなく、またモータ４の駆動力が巻取軸９へ損失な
く伝達できる。

【００１６】支持台10には、支持アーム１の回動に連動
するボリュームを取付け、支持アーム１の角度から実際
の換気窓開度を電圧値として検知する開度センサー７と
している。また、支持アーム１の回動方向、換気窓の全
閉及び全開時の支持アームが当接する位置に、リミット
スイッチ11,12を配している。リミットスイッチ11,12
は、支持アーム１の接触によりモータ４への駆動電流を
一時切断することでモータ４の回転を止め、支持アーム
１の回動を停止させる。これにより、全閉又は全開以上
の設定開度が決定された場合にも、支持アーム１は全閉
又は全開の換気窓開度で停止し、装置５の破損を回避で
きる。

【００１７】制御部13は、換気窓８が全閉状態から開き
始める開放温度を調整する開放温度調整ダイヤル14、全
閉状態となる閉鎖温度を調整する閉鎖温度調整ダイヤル
15、単位温度当りの換気窓の開閉率の開閉率調整ダイヤ
ル16のほか、開閉装置の手動操作する場合の切換スイッ
チ等を配している。更に、制御部13は、図３に見られる
ように、温度センサー６と開度センサー７とからの出力
を入力とする開放及び閉鎖電圧比較回路17,18と、各電
圧比較回路17,18の出力をスイッチング信号として入力
するリレー回路19とを内蔵している。各温度調整ダイヤ
ル14,15は、ボリュームにより前記各電圧比較回路17,18
へ入力する温度センサー６の出力の増幅率を変更する。
バッテリー20は、この制御部13を通してモータ４及び各
部へ電力を供給する。バッテリー20には充電器21が接続
できる。

【００１８】図３において、開放温度調整ダイヤル14
は、全閉時の開度センサー７の出力と開放温度時の温度
センサー６の出力とが一致するように、温度センサー６
の増幅率を決定する。開放温度ダイヤル14には、予め増
幅率と温度とを対応させた目盛をつけている。増幅され
た温度センサー６の出力は、開度センサー７の出力と共
に開放電圧比較回路17へ入力される。閉鎖温度調整ダイ
ヤル15は、全閉時の開度センサー７の出力と閉鎖温度時
の温度センサー６の出力とが一致するように温度センサ
ー６の増幅率を決定するもので、前記同様の目盛をつけ
ている。増幅された温度センサー６の出力は、開度セン
サー７の出力と共に、前記と同構成の閉鎖電圧比較回路
18へ入力される。開放及び閉鎖電圧比較回路17,18は、
増幅された温度センサー６の出力が開度センサー７の出
力を越えた場合のみ、＋(プラス)の電圧を出力する。

【００１９】開閉率調整ダイヤル16は、開度センサー７
の前後に直列で接続した２個のボリュームが同じ抵抗値
を示すように連動させる。開度センサー７の出力は、全
抵抗に対するボリュームの回動分であるが、可変する２
個のボリュームの抵抗分が前記全抵抗に加算されること
により、開閉率調整ダイヤル16により開度センサー７の
出力を可変することができる。この結果、単位温度当り
の温度センサー６の出力に対する開度センサー７の出力
に相当する開度が増減する、すなわち単位温度当りの開
閉率を調整できるのである。なお、換気窓全閉時の開度
センサー７の出力は、開放温度、閉鎖温度を調整する基
準であり、この基準となる出力が開閉率調整ダイヤル16
の調整により出力が変動するのは好ましくないため、開
度センサー７は、換気窓全閉時に全抵抗のちょうど半分
の値を示すように調整しておき、開閉率調整ダイヤル16
による全抵抗の増減は、開度センサー７の前後で等量に
行われるようにしている(図３参照)。

【００２０】温度センサー６はハウス２内に設置され、
ハウス内温度に比例した電圧を、換気窓全閉時の開度セ
ンサー７の出力に等しくなるように増幅して開放及び閉
鎖電圧比較回路17,18へ出力する。降雨センサー22はハ
ウス２外に設置され、降雨によりセンサー表面が濡れる
と通電状態となり、各電圧比較回路17,18において、温
度センサー６からの出力をハウス内温度10℃分に相当す
る電位だけ降下させてから増幅するようにしている。こ
うして、本発明の装置５では、従来の降雨センサーを使
用した装置とは異なり、検知した環境条件、本実施例で
はハウス内温度を修正することで、降雨中における適正
な換気窓の開閉を可能にしている。

【００２１】換気窓の開放温度を20℃、閉鎖温度を15℃
とした場合における本実施例の作動は次のようになる。
まず、図３において、温度センサー６がハウス内温度を
23℃と検知した場合、ハウス内温度が開放温度及び閉鎖
温度それぞれを越えているので、各電圧比較回路17,18
は、共に＋を出力することになる。リレー回路19は、両
電圧比較回路17,18の出力が共に＋の場合、正回転の駆
動電流をモータ４へ出力する。こうして、ハウス内温度
が開放温度より高ければ、モータ４は正回転して、開度
センサー７の出力と温度センサー６の出力とが一致する
まで換気窓８を開く。開度センサー７と増幅された温度
センサー６とが等しくなると、開放電圧比較回路17の出
力はなくなり、閉鎖電圧比較回路18のみが＋を出力する
が、この状態では、リレー回路19からの出力をさせない
ようにしているので、モータ４が停止、換気窓８はその
位置で開くのをやめるのである。

【００２２】換気窓８の開放によりハウス内温度が17℃
に下がった場合、温度センサー６の出力は上記換気窓８
の開放時に比べて低下する。そのため、当然に開放電圧
比較回路17の出力はなく、閉鎖電圧比較回路18の出力の
み＋となる。本実施例では、前記したように、閉鎖電圧
比較回路18のみに＋の出力がある場合、リレー回路19は
モータ４の正回転及び逆回転の駆動電流を出力しないよ
うにしているので、換気窓８は上記状態の開度を保つこ
とになる。つまり、ハウス内温度が閉鎖温度より高く、
開放温度以下の場合には、換気窓８は開閉しないのであ
る。

【００２３】更にハウス内温度が下がり、13℃になった
場合には、開放及び閉鎖電圧比較回路17,18共に出力が
なくなる。このように、両電圧比較回路17,18の出力が
なくなった場合、リレー回路19は、逆回転の駆動電流を
モータ４に出力するようにしている。こうして換気窓８
は閉じていくが、開度センサー７の出力が増幅された温
度センサー６の出力を下回ると、閉鎖電圧比較回路18の
出力が＋に転じるので、換気窓８が開閉しない平衡状態
となり、換気窓８の閉鎖は停止する。なお、回路の結線
を正負逆にした場合、ハウス内の冷房を管理する換気窓
の開閉を、上記説明とは逆の手順で実現することができ
る。

【００２４】なお、換気窓８は、必ずしも、ハウス内温
度が開放温度より高い場合に開き、閉鎖温度以下で閉じ
る作動をするとは限らないことに注意しなければならな
い。なぜなら、各電圧比較回路17,18の出力は、開度
センサー７と温度センサー６という個別に変化する２種
類の変数を関数とする値であり、ハウス内温度、換気
窓開度は連続して変化するものだからである。つまり、
温度センサーの出力と開度センサーの出力との出力の組
合せは一様ではなく、特に開放温度と閉鎖温度との間に
おいては、換気窓８は開く、閉じる又は開閉しないの３
状態が生じうるのである。

【００２５】降雨がある場合には、基本的に、上記で説
明した換気窓８の作動について、温度センサー６から各
電圧比較回路17,18への出力が、10℃に相当する分だけ
電圧を下げて考えればよい。つまり、上記の説明におい
て開放温度が30℃、閉鎖温度が25℃となり、ハウス内温
度が30℃より高くなれば概ね全開状態となり、25℃以下
になれば概ね全閉状態となる。このため、上記説明で換
気窓８が開くハウス内温度23℃では、換気窓８は閉じる
方向に動き、一般的に、降雨時に換気窓８を閉じること
となる。しかし、降雨中でもハウス内温度30℃を越える
と、換気窓８は開き始め、降雨直後の高温障害を回避す
ることができる。こうして、降雨時においても、必要に
応じて換気窓８の開閉が自動に行えるのである。

【００２６】以上の実施例では、換気窓８の開閉の処理
をハード的に実現しているため、高速な処理により、時
時刻刻と変化するハウス内温度に十分対応できる。しか
し、検知する環境条件の数が増える(例えば温度センサ
ーを複数設置する、ハウス内湿度や地温等を新たな環境
条件とするなど)と、回路が複雑になる。そこで、図４
の構成図に見られるように、センサー群25の出力をA/D
変換器26を通してコンピュータ27へ入力し、このコンピ
ュータ27でリレー回路28を制御してモータ29を駆動する
とよい。この場合、センサー群25の出力は、コンピュー
タ27での数値換算により比較できるので増幅回路は不要
となり、各種設定が容易になったり、より細やかで正確
な設定開度の決定、モータの駆動が可能となる。

【００２７】最後に、支持アームの代わりに、モータ23
本体から錘24を垂下させた換気窓開閉装置について説明
する。図５は、モータ23の変位前、変位後を同一図面内
で比較して表わした図１中Ａ部分相当の側面図である。
図５に見られるように、モータ23本体は錘24のために常
に一定方向に向きを規制され、回転軸の反作用としてモ
ータ23本体が逆回転する問題が生じない。この場合、実
施例のように、支持アームに開度センサーを連動させて
実際の換気窓開度を検知することはできず、直接モータ
の変位位置を検知するセンサーをモータに取付けるなど
して、実施例に用いた換気窓の開閉の制御を実現するこ
とができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の換気窓開閉装置は、換気窓の開
閉を行う動力として直流の小型モータが使用でき、その
モータの向きを規制する支持アーム又は錘等だけという
簡単な構造であるため、短時間の設置が可能で、設備費
も少なくて済む。特に、直流の小型モータが使用できる
ために、ビニールハウスに対する強度的な負荷を抑えて
装置、ハウスの耐久性を向上させることができるほか、
モータの電力消費量が少なく、バッテリーを電源として
停電時での装置の作動を確保することができるため、停
電による装置停止が作物に与える致命的な障害を防止す
ることができるなど、装置性能に対する信頼性を高める
ことができる。

【００２９】更に、換気窓開度とハウス内外の環境条件
とを、随時監視して換気窓の開閉を連続的な範囲で行う
ことができるので、ハウス内の環境をより細かく調節す
ることができる。また、従来では、降雨に対して、換気
窓を全閉することでしか対応できなかったのに対し、本
発明の装置では、降雨時においても修正された環境条件
により換気窓の開閉が可能である。そのほか、ハウスの
暖房、冷房や種々の環境条件を考慮した装置構成、運用
が可能であり、装置の運用面における信頼性を高めなが
ら、汎用性を有するのも本発明の効果として挙げること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】支持アームで支持されたモータを有する換気窓
開閉装置の斜視図である。

【図２】同装置のモータの変位前、変位後を表わした図
１中Ａ部分の側面図である。

【図３】ハード的に処理をする同装置の回路図である。

【図４】ソフト的に処理をする装置の構成図である。

【図５】錘を垂下させたモータの変位前、変位後を表わ
した側面図である。

【符号の説明】

１支持アーム２ビニールハウス３構造材４モータ５換気窓開閉装置６温度センサー７開度センサー８換気窓９巻取軸 22 降雨センサー 23 モータ 24 錘

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−271927（ＪＰ，Ａ) 特開平６−217651（ＪＰ，Ａ) 特開平２−213642（ＪＰ，Ａ) 実開平４−41239（ＪＰ，Ｕ) 実開平３−65446（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A01G 9/14 - 9/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ビニールハウスに設けられた樹脂フィル
ム等からなる換気窓に対し、該フィルム端に固着した巻
取軸端に直流モータの回転軸を直結し、一端を地上に軸
支した伸縮自在の支持アームの他端を前記モータに連結
してなるビニールハウスにおける換気窓開閉装置におい
て、支持アームは支持台に下端を軸支し、支持アームの
回動に連動するボリュームを該支持台に取付け、該ボリ
ュームを支持アームの角度から実際の換気窓開度を電圧
値として検知する開度センサーとし、支持アームの回動
方向、換気窓の全閉及び全開時の支持アームが当接する
位置にリミットスイッチを該支持台に配したことを特徴
とするビニールハウスにおける換気窓開閉装置。
【請求項２】ビニールハウスに設けられた樹脂フィル
ム等からなる換気窓に対し、該フィルム端に固着した巻
取軸端に直流モータの回転軸を直結し、前記モータから
錘を垂下してなり、該錘はモータ本体の錘の垂下部分の
向きを下向きに固定し、回転軸に対するモータ本体の反
作用による逆回転を防止するビニールハウスにおける換
気窓開閉装置。