JP7099718B2 - 開閉装置および配管システム - Google Patents
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Description
本発明に係る開閉装置は、管を開閉する装置であって、前記管の上方に配置される支持部材と、前記支持部材に支持されたモータと、前記支持部材から下方に向けて延び、前記モータの回転力に基づいて回転することで上下動して前記管を開閉させる軸体と、を備え、前記支持部材は、前記軸体に対して上下方向に固定され、前記軸体の上下動に連動して上下動する。
そのため、軸体が上下動するときに、例えば、支持部材やモータと、軸体と、の予期せぬ干渉が生じるのを回避すること等ができる。これにより、開閉装置の小型化を図りつつ、設計の自由度を高めることができる。例えば、管を開閉するために、軸体の上下動の長さ(ストローク)を確保する必要がある場合であっても、開閉装置の小型化を図りつつ、軸体の上下動の長さを確保することができる。よって、例えば、従来技術では、軸体の上下動の長さを確保するために、開閉装置が大きくなりすぎて実現できなかった態様などに対しても、本発明を適用することで、開閉装置を、実現可能な程度に小型にすることができる。
以下、本発明の第1実施形態による用水管理システムについて図面を参照して説明する。
図1に示すように、本実施形態の用水管理システムは、複数の圃場における給排水を管理する。図1では、用水管理システムが、2つの圃場FM-1、FM-2を管理対象とした例が示されている。本実施形態における圃場FM-1、FM-2は、例えば水田である。水田では、稲作の時期に応じて、適切な水位となるように灌漑、排水(給排水)が行われる。
給水栓100-1は、パイプラインPLを経由してファームポンドFP(用水供給源)から送られた用水を圃場FM-1に供給する。給水栓100-1は、ファームポンドFPから送られた用水を圃場FM-1に吐出するまでの流水経路において開閉する栓部(弁)を備える。給水栓100-1は、ファームポンドFPから送られた用水を圃場FM-1に供給する量を調節する。
また、以降の説明にあたり、圃場FM-2の排水栓200-2A、200-2Bについて特に区別しない場合には、排水栓200-2と記載する。また、排水栓200-1、200-2A、200-2Bについて特に区別しない場合には、排水栓200(配管構造)と記載する。
ファームポンドFPに貯留された用水は、ポンプ(図示せず)によって汲み上げられ、圧力が加えられることによりパイプラインPLに供給される。同図の場合、パイプラインPLは3つの経路に分岐され、それぞれ、圃場FM-1、FM-2に設けられた給水栓100-1、100-2A、100-2Bと接続されている。これにより、ファームポンドFPからパイプラインPLを経由して送られた用水は、給水栓100-1、100-2A、100-2Bにまで到達する。この際、給水栓100-1、100-2A、100-2Bの栓部が開状態であれば、給水栓100-1、100-2A、100-2Bから圃場FM-1、FM-2のそれぞれに対して用水が供給され、灌漑が行われる。
圃場主は、例えば圃場主端末600-1を操作することで、各給水栓100や排水栓200を制御する。
以下では、開閉装置40が設けられた給水栓100(配管システム)を例示して説明する。開閉装置40の説明の前に、まず、給水栓100を説明する。
吐出管64は、有頂筒状をなしている。吐出管64は、給水管63の上端部に取り付けられている。吐出管64内と給水管63内とは連通している。吐出管64は、給水管63よりも小径である。
吐出管64の天面の中心には、天面から下方に向けて突出し、貫通孔73が形成されている。貫通孔73の内周面には、不図示の雌ねじが形成されている。
カバー65は、吐出管64の上部を覆う有頂無底筒状の部材である。カバー65の天面は、吐出管64の上端部に固定されている。カバー65は、天面から側壁にかけて傘形状をなすように拡径している。
なお、止水栓ボール67は、上側に弁開口75の直径より大きな直径を有する球面が配置されるように形成されていれば、必ずしも球状に形成されていなくてもよい。例えば、止水栓ボール67に、止水栓ボール67の下側に向けて先細りした脚部が設けられていてもよい。止水栓ボール67が、その他に公知の構成を備えていてもよい。
スピンドル69の外周面には貫通孔73の雌ねじに螺合する雄ねじ(図示略)が形成されている。これにより、貫通孔73及び吐出管64との係合状態を保持しつつ、上下方向(即ち、給水管63及び吐出管64の延在方向)に沿って移動可能とされている。
図3および図4に示すように、装置本体41は、支持部材44と、モータ48と、駆動輪45(転動体)と、従動輪46と、軸体70と、ケース47と、を備えている。
図3に示すように、モータ48は、支持部材44に支持されている。モータ48は、支持部材44に固定され、支持部材44に対して実質的に移動不能である。モータ48は、支持部材44の上面に配置されている。図4に示すように、モータ48は、支持部材44の外周部に配置されている。モータ48の回転軸48aは、スピンドル69と平行である。回転軸48aは、モータ48から上方に突出している。回転軸48aは、駆動輪45を回転させる。
従動輪46は、支持部材44の上方に位置している。従動輪46は、支持部材44に、支持軸44aを介して回転自在に支持されている。支持軸44aは、支持部材44から上方に突出している。支持軸44aの回転軸48aは、従動輪46のタイヤ軸と同軸である。
図4に示すように、支持部材44を上面視した場合に、駆動輪45および従動輪46は、支持部材44の軸線Cを挟んで互いに反対側に位置している。駆動輪45および従動輪46それぞれの一部は、支持部材44から外側にはみ出している。
ケース47は、給水管63に固定されている。ケース47は、底板47aと、ケース本体47bと、を備えている。底板47aは、カバー65の天板上に固定されている。ケース本体47bは、有頂筒状に形成されている。ケース本体47bの周壁部は、円筒状に形成されている。ケース本体47bの内周面には、駆動輪45および従動輪46がそれぞれ径方向の内側から接触している。なお、ケース本体47bは外部からの浸水を防ぐため、貫通孔や切断面等を備えていないことが好ましく、射出成型などで頂面と側面とが一体的に形成されたものとすることができる。
給水栓100の閉栓時には、即ち給水栓100から給水を行わない場合には、図6に示すように、スピンドル69は引き上げられている。このとき、止水栓ボール67は浮力によって吐出管64の弁開口75に密接し、弁開口75と止水栓ボール67との間を閉塞する。
また軸体70は、モータ48の回転力に基づいて回転することで上下動して給水管63を開閉させる。言い換えると、軸体70は、上下動することで止水栓ボール67を作動させる。軸体70は、図3に示すような第1の位置と、図6に示すような第2の位置と、の間を上下動する。図3に示すように、第1の位置の軸体70は、止水栓ボール67の上昇移動を規制する。図6に示すように、第2の位置の軸体70は、第1の位置よりも上方に位置し、止水栓ボール67の上昇移動を許容する。
制御部80は、モータ48に接続され、装置本体41の上記動作を制御する。制御部80は、ケース47内(装置本体41)に配置された第1制御部81と、ケース47外(制御ボックス42)に配置された第2制御部82と、を備えている。これらの両制御部81、82は、前記配線43を介して接続されている。
第2制御部82は、マイコン85と、マイコン85に接続されたRTC86(リアルタイムクロック)と、バッテリ92からマイコン85に供給される電流の電圧を検出する低電圧検出回路87と、を備えている。マイコン85には、第1制御部81(モータ駆動回路83、電流検出回路84)が接続されている。
無線モジュール51は、長距離無線モジュール51a(例えば、920MHz無線モジュール)と、短距離無線モジュール51b(例えば、Bluetooth(登録商標)無線モジュール)と、を備えている。長距離無線モジュール51aは、例えばゲートウェイGWを介してネットワークNTに接続される。
圧力計55は、パイプラインPLの水圧を測定するセンサモジュールを制御し、圧力を測定するためのものである。
バルブ位置検出部56は、作業者の携帯端末や装置本体41や制御ボックス42が備えるGPS機能等により、装置本体41や制御ボックス42の位置を測位するためのものである。
このように配線43が係止部47cに係止されることにより、支持部材44の回転時に配線43が意図せず絡まってしまうのを抑制することができる。また、ケース本体47bに貫通孔や切断面を設けないため、水密性を向上させることができる。
次に、本発明に係る第2実施形態を、図7を参照して説明する。
なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
軸体70は、支持部材44に対して回転自在である。軸体70には、環状のフランジ70aが設けられている。フランジ70aは、モータ48との間に支持部材44を上下方向に挟み込んでいる。
一方、モータ48が逆方向に回転してスピンドル69に連動してモータ48が上昇する。すると、フランジ70aが支持部材44を押し上げ、支持部材44がガイド30に沿って上昇する。
なお、図8および図9に示す変形例に係る開閉装置40A1のように、支柱31が支持部材44を上下方向に貫通していなくてもよい。この開閉装置40A1では、支柱31が、支持部材44に対して水平方向にずらされていて、1つのみ設けられている。
ガイド溝32は、支柱31の上下方向の全長に設けられている。ガイド溝32は、支柱31の中心軸線を基準とした周方向に間隔をあけて複数(図示の例では4つ)設けられている。なお図示の例では、支柱31が平面視矩形状に形成されており、支柱31の4つの面(外面)それぞれにガイド溝32が1つずつ設けられている。
固定部材38は、例えば、ボルトとナットとの組み合わせによって構成される。固定部材38は、中間部材34の第1部分35を支持部材44に固定する。
次に、本発明に係る第3実施形態を、図10を参照して説明する。
なお、この第3実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
次に、本発明に係る第4実施形態を、図11を参照して説明する。
なお、この第4実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
次に、本発明に係る第5実施形態を、図12から図18を参照して説明する。なお、図13では、一部を断面ではなく示している。
なお、この第5実施形態においては、第2実施形態の変形例における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
ガイド溝32のうち開口部33よりも、支柱31の中心軸線を基準とした径方向の内側に位置する部分は、溝内部32aである。開口部33の幅は、溝内部32aの幅よりも小さい。ここで言う幅は、平面視で、支柱31の中心軸線を基準とした周方向に接する方向の長さのことを意味する。支柱31は、溝内部32aよりも径方向の外側において、溝内部32aの周方向の両端から周方向にそれぞれ突出することで、開口部33の幅を溝内部32aの幅よりも小さいくしている。
なお、リミットスイッチ120を押し付けるイモネジ121の押し付け力を弱め、リミットスイッチ120をガイド溝32に沿って上下方向の所望の位置に移動させた後で、再びイモネジ121によりリミットスイッチ120を周方向に押し付けることで、リミットスイッチ120の上下方向の位置を調節することができる。
各リミットスイッチ120は、例えば支持部材44がリミットスイッチ120に接近したか否かを検出する。各リミットスイッチ120は、例えば、第2制御部82のマイコン85に接続されている。マイコン85には、各リミットスイッチ120の検出結果が送られる。マイコン85は、各リミットスイッチ120の検出結果に基づいて、モータ駆動回路83によりモータ48を制御する。
第2部分113は、支柱31と支持部材44とを結ぶ方向が厚さ方向となる板状に形成されている。第2部分113の上下方向の大きさL3は、第2部分113の幅L4よりも大きい。すなわち、第2部分113は上下方向に長い板状に形成されている。第2部分113は、支柱31のうち開口部33を周方向に挟む部分に径方向に係止する。
第3部分114は、開口部33内に配置される。前記第1部分112の上下方向の大きさL5は、第3部分114の上下方向の大きさL6よりも大きい。第1部分112は、第3部分114に対して上下方向の両側に向かってそれぞれ突出している。
複数の凸部115は、溝内部32aの底部にそれぞれ接触している。
なお、中間部材111が備える凸部115の数に制限はなく、1つでもよいし、3つ以上でもよい。
支持部材44は、図15に示す平面視において、長軸方向(第1方向)の大きさが、長軸方向に直交(交差)する短軸方向(第2方向)の大きさよりも大きい。
図15に示す平面視において、モータ48および支柱31は、軸体70を間に挟んで配置されている。すなわち、モータ48は軸体70に対して偏心している。
モータ48は支持部材44の長軸方向の第1の端部に配置され、支柱31は支持部材44の長軸方向の第1の端部とは反対の第2の端部に配置されていることが好ましい。
モータ48の回転軸48aは、ギアボックス122を介して軸体70に接続されている。ギアボックス122により、軸体70のトルク(回転速度)が調節される。
図14および図15に示すように、ケース47には、支柱31の上端部を上下方向に直交(交差)する方向に支持する保持部材123が固定されている。なお、図15では、保持部材123および後述するソーラーパネル91Aを二点鎖線で示している。
保持部材123は、角筒状に形成され、上下方向に沿って延びている。保持部材123の上端部は、ケース本体47bの頂壁に固定されている。支柱31の上端部は、保持部材123内に配置されている。
ケース本体47bの頂壁上には、ソーラーパネル91Aが固定されている。ソーラーパネル91Aは、平面視で矩形のシート板状に形成されている。この例では、ソーラーパネル91Aは柔軟である。ソーラーパネル91Aは、ソーラーパネル91Aの長辺がケース47の長軸方向に沿うようにケース本体47bに固定されている。平面視においてケース47が楕円の円筒状に形成されているため、ケース47上にソーラーパネル91Aを配置しやすい。
ソーラーパネル91Aは、装置本体41内のバッテリ92に給電する。
図16および図17に示すように、このときに支持部材44が水平面に対して傾いても、第1部分112の上下方向の大きさL5は第3部分114の上下方向の大きさL6よりも大きいため、第1部分112における第3部分114よりも上下方向に突出した部分が、支柱31の外周面に係止する。さらに、第1部分112の幅L1は開口部33の幅L2よりも大きいため、第1部分112における開口部33よりも周方向に突出した部分が、支柱31の外周面に係止する。
さらに、第2部分113の上下方向の大きさL3は第2部分113の幅L4よりも大きいため、第2部分113が周方向に沿う軸線周りに回転したときの第2部分113の上端および下端の径方向の変位が大きくなる。変位が大きい第2部分113が支柱31に干渉して周方向に沿う軸線周りに回転し難くなり、支柱31に対して中間部材111が周方向に沿う軸線周りにガタつくのを抑えることができる。
第1部分112の幅L1は、開口部33の幅L2よりも大きい。このため、第1部分112が上下方向に沿う軸線周りに回転したときに、第1部分112が、支柱31のうち開口部33を周方向に挟む部分に径方向に係止する。従って、モータ48が発生するトルク等により、支柱31に対して中間部材111が上下方向に沿う軸線周りにガタつくのを抑えることができる。支持部材44が上下方向に沿う軸線周りに捻じれたときに、支柱31に対して中間部材111が引っ掛かるのを抑えることができる。
保持部材123が、支柱31の上端部を支持する。このため、支柱31の上端部が水平面に沿う方向に位置ずれするのを抑えることができる。
第1部分112の幅は、開口部33の幅以下でもよい。第1部分112の上下方向の大きさは、第3部分114の上下方向の大きさ以下でもよい。
ケース47は、保持部材123を備えなくてもよい。モータ48および支柱31は、軸体70に対して同じ側に配置されていてもよい。
第1支持体131は、固定部材38により中間部材111の第1部分112に固定される第1支持片134と、第1支持片134の端部から下方に向けて延びる第2支持片135と、第2支持片135の下端部から水平面に沿って延びる第3支持片136と、を備えている。
第2支持片135は、リミットスイッチ120に対して水平面に沿う方向に位置をずらして配置されている。第3支持片136は、第2支持片135からケース47の中心に向けて延びている。第1支持体131は、全体としてZ字形に形成されている。
第2支持体132の端部は、第3支持片136に支持されている。第1支持体131及び第2支持体132は、金属板等で形成されている。第2支持体132上に、図示しないモータ48等が配置される。
以上のように構成された開閉装置40D1では、例えばリミットスイッチ120の上面に中間部材111が上方から接触するまで、互いに固定された中間部材111及び支持部材130を下げることができる。モータ48が搭載される部分を、ケース47の底板47a近くまで下げることができ、開閉装置40D1を上下方向に小型化することができる。
次に、本発明に係る第6実施形態を、図19および図20を参照して説明する。
なお、この第6実施形態においては、第5実施形態の構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
支持部材44には、長軸方向の軸線上に貫通孔44bが形成されている。貫通孔44bは、支持部材44を上下方向に貫通している。モータ48および貫通孔44bは、図19に示す平面視で軸体70を間に挟んで配置されている。
支柱31は、支持部材44の貫通孔44bを通っている。モータ48および支柱31は、平面視で軸体70を間に挟んで配置されている。図19および図20に示すように、支柱31は、4つの面31bの1つである面31b1が軸体70に対向するとともに、4つの面31bの他の1つである面31b2が軸体70とは反対側に位置するように配置されている。
図20に示すように、中間部材111の第1部分112は、第3部分114よりも下方および上方に向かってそれぞれ突出している。なお、第1部分112は、第3部分114よりも上方に向かって突出していなくてもよい。
さらに、支持部材44が上方に移動する際に、第1部分112のうち第3部分114よりも下方に向かって突出した突出部112aが、支柱31のうち開口部33を周方向に挟む部分に接触する。上方に移動する支持部材44とは逆向きに突出した突出部112aが開口部33の前記部分に接触するため、突出部112aと開口部33の前記部分との間に作用する力が比較的小さく抑えられ、上方に移動する支持部材44に対して突出部112aが支障となりにくい。
また、中間部材111が面31b1に形成されたガイド溝32に係合している場合に比べて軸体70と突出部112aとの距離が遠くなるため、突出部112aと開口部33の前記部分との間に作用する力がさらに小さく抑えられる。
次に、本発明に係る第7実施形態を、図21から図24を参照して説明する。
なお、この第7実施形態においては、第5実施形態の構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
例えば、連結部材24を長くすると、モータ48の高さ位置を高くすることができる。これにより、モータ48の予期せぬ水没を抑制することができる。
また、連結部材24を短くすると、スピンドル69のストロークを確保することができる。言い換えると、同じ大きさのケース47内においても、上下動できる範囲(リミットスイッチ120間の距離)を広げることができる。これにより、この開閉装置40Fを、スピンドル69のストロークを要する形態(例えば、ゲート方式や大型のバルブなど)に好適に適用することができる。
次に、本発明に係る第8実施形態を、図25から図27を参照して説明する。
なお、この第8実施形態においては、第7実施形態の構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
31 支柱
31b 面(外面)
32 ガイド溝(溝)
32a 溝内部
33 開口部
34,111 中間部材
40、40A、40A1、40B、40C,40D,40D1,40E 開閉装置
44 支持部材
45 駆動輪
47 ケース
48 モータ
63 給水管(管)
70 軸体
80 制御部
81 第1制御部
82 第2制御部
100 給水栓(配管構造)
112 第1部分
113 第2部分
114 第3部分
115 凸部
123 保持部材
200 排水栓(配管構造)
Claims (8)
- 管を開閉する装置であって、
前記管の上方に配置される支持部材と、
前記支持部材に支持されたモータと、
前記支持部材から下方に向けて延び、前記モータの回転力に基づいて回転することで上下動して前記管を開閉させる軸体と、を備え、
前記支持部材は、前記軸体に対して上下方向に固定され、前記軸体の上下動に連動して上下動し、
前記支持部材の上下動を案内するガイドを更に備え、
前記軸体は、前記支持部材に対して回転自在である、開閉装置。 - 前記支持部材および前記モータを収容するケースと、
前記モータに接続された制御部と、を更に備え、
前記制御部は、前記ケース内に配置された第1制御部と、前記ケース外に配置された第2制御部と、を備えている請求項1に記載の開閉装置。 - 前記第1制御部と前記第2制御部とを接続する配線を有し、
前記配線は、前記ケースの底板を通過して前記第2制御部に接続されている、請求項2に記載の開閉装置。 - 前記第2制御部は、通信モジュールを備える、請求項2または3に記載の開閉装置。
- 前記ガイドは、前記支持部材を貫通する複数の支柱を備える、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の開閉装置。
- 管を備える配管構造と、
前記管を開閉させる請求項1から5のいずれか1項に記載の開閉装置と、を備える配管システム。 - 前記配管構造が、前記管内に配置され前記管を開閉させる弁体を更に備え、
前記軸体は、上下動することで前記弁体を作動させる請求項6に記載の配管システム。 - 前記配管構造が、回転することで上下動して前記管を開閉させるスピンドルを更に備え、
前記軸体と前記スピンドルとを連結する連結部材を更に備える請求項6または7に記載の配管システム。
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