JPH09501765A - 含水量の測定 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 土壌又はその他の植物成長培地などの培地の含水量を表示する装置は、スイッチ、フラッグなどの含水量表示を伝える表示手段からなる。この装置は、培地の含水量に比例して膨潤するカラム形式の吸水膨潤ヒドロゲル体（６）を含む。スケール（２）と関連するカラムのトップ周囲（１４）の位置は、直接あるいは間接的に培地の含水量を表示する。ヒドロゲルは好ましくは、ポリウレタンウレアセグメントで連結されたポリエチレンオキサイド並びにポリプロピレンオキサイドセグメントからなり、乾燥状態で１〜５倍の水分に膨潤性を有するリニアランダムブロック共重合体である。

Description

【発明の詳細な説明】 含水量の測定 技術分野 本発明は、土壌、ピートもしくは合成成長培養土などの培養土の含水量表示装 置に関する。装置はさらに固体、液体もしくはガス状の培養土の水分濃度の決定 にも広く適用される。 背景技術 ハウス植物の過剰給水もしくは給水不足はしばしば不作や壊滅の原因となる。 そこで土壌もしくはその他の植物成長培養土の含水量を表示できる簡単な測定器 が必要とされる。例えば電気伝導による含水量測定装置が知られているが、構造 が複雑で壊れやすく、信頼性がない。 発明の要約 本発明は、その上に含水量の表示をマークしている表示手段と；吸水膨潤ヒド ロゲル本体と；さらにヒドロゲルの膨潤がヒドロゲルの周囲部分に広がるまで表 示手段に対してヒドロゲル本体を固定する手段とからなり、表示手段と関連する 周囲部分の位置が装置内に置かれた培養土の含水量を表示することからなる培養 土の含水量表示装置を提供する。 培養土の含水量を表示するスケールやその他のインジケータ手段と共に、実際 の水分量に比例して膨潤する吸水膨潤ヒドロゲルを用いて、堅固で簡単に使用で き、安価に製造される装置の構成が可能になる。 本発明の好ましい実施例において、ヒドロゲルは（長さ５ないし２０cmの）カ ラム式とし、カラムのフリーエンドの位置が含水量の表示となる。このように、 本発明装置は、液のメニスカスの位置が温度表示となって、温度が上昇するとチ ューブ内の液が延びる温度計と本質的に類似している。 含水量はスケール式の表示手段を覆うヒドロゲルの膨潤から直接読み取れ、膨 潤を直接使用してポインタなどの表示手段を駆動できる。ヒドロゲルの膨潤をア レンジして所定の含水量に達した際に操作されるスイッチや別の表示手段（水分 追加の必要性を表示する）を配置することができる。本発明の好ましい実施例の ひとつでは、ヒドロゲルが弾性バイアスレバー式に表示手段をプッシュするよう 備えられ、スケールを横切るポインタを動かす。別の実施例では、、ヒドロゲル を伸張状態に操作して弾性バイアスレバーを引張り、ポインタを動かす。 独特な実施例では、ヒドロゲルの膨潤が水分を追加する必要があるか、ないか を表示する（水の缶などの）図柄を描いたフラッグなどの視覚表示手段を操作す る。水分が必要な場合は水分を追加する必要を表示するフラッグが見えてきて、 培養土が充分水分を含んだらフラッグはもう水分が必要ないことを表示する。当 業者にはその他の多くの間接的な表示手段が知られている。 さらに、別の実施例では、ヒドロゲルストリップの吸水膨潤性が少ないかゼロ の別の素材に（バイメタル式ストリップサーモスタットの状態に）ラミネートさ れて、ヒドロゲルが膨潤するとラミネートを曲げさせる。湾曲の度合いが含水量 を表示する。 表示手段のスケールの形は従来の温度計のスケールに類似しており、含水量を 表示する（着色された）バンド、ゾーンもしくはグラデーションでマークされて もよい。好ましくは、スケールは印刷するかあるいは射出成形やその他の公知の 技術により熱可塑性プラスチックと一体成形される。 通常はヒドロゲルは含水量と比例した状態で（線状に）膨潤するよう選択され るが、この場合スケールはリニアスケールである。ヒドロゲルが非線状に膨潤す る場合は、スケールを適宜選択して正しい含水量読み取りを行う。 スケールや別の表示手段にヒドロゲル本体を固定する手段を備える。通常、こ れはカラムのフリーエンドがヒドロゲルの膨潤と可動自在になるようヒドロゲル カラムの一端を固定することを含んでいる。保護の目的で、ヒドロゲルカラムは チューブ内部に包まれるか、スケールに隣接するスロット内部に配置される。１ 実施例においては、ヒドロゲルカラムは透明プラスチック材などの透明素材のチ ューブ内部に配置される。好ましい素材としては透明で光沢のあるサーモプラス チックがある。当該技術において公知である多くの素材があるが、ポリメチルメ タクリレートやポリスチレンが特に適している。素材を淡色にしでスケール上の 色彩を放つようにし、紫外線によるダメージから保護している。代わりに、チュ ーブを無機ガラスや別の堅固な透明素材で形成できる。スケールをチューブの外 側に一体成形するか、チューブがマウントされた別々の構成にしてもよい。別の 実施例では、ヒドロゲルを透明なプラスチック拡大レンズで保護する。 非透明素材のチューブも使用でき、ヒドロゲルカラムのフリーな周囲端が目視 できる位置にスロットや別の開口部が残されるよう備える。 本発明は水分の性質を利用して、ヒドロゲル素材のカラムや別の本体に膨潤を 起こす。カラムのフリーエンドの位置が目視されるべき場所の視界を改良するた めに、好ましくはヒドロゲルを着色してスケールからはっきり確認できるように する。 一般に、ヒドロゲルへのフリーアクセスが用意されるべきで、培養土の水滴や 水分がヒドロゲルに吸収されるようにヒドロゲル本体と接触可能にする。こうし てヒドロゲルカラムが透明素材チューブ内部に包まれるところでは、ヒドロゲル に水分をアクセスさせるために、通常チューブにスロットや穴などの開口部を設 ける必要がある。この代わりに、直接周囲の培養土にヒドロゲルを接触させるよ う配置する。 吸水膨潤可能なヒドロゲルは素材として公知の種類のものであり、多く利用さ れている（一例としてGB（ジービー）第2047093号並びに国際公開番号第90/0916 8号の特許明細書参照）。本発明の装置では、好ましくは水分内部平均に対する 膨潤の最大増加量としての膨潤性は、室温２０℃におけるヒドロゲルの乾燥量の １０倍（例えば１ないし６倍、好ましくは２ないし５倍）以下とする。一方、弱 い機械的強度が充分でない膨潤ヒドロゲルも含まれる。さらに一般のヒドロゲル は全方向に不均一に膨潤しがちであり、大きすぎる膨潤性が備ったヒドロゲルで あると、横方向の膨張によりヒドロゲル本体が内部とジャムする恐れがある。ヒ ドロゲルの用語にはドライ（乾燥ゲル）ならびに水酸化状態のゲルも含む。 ヒドロゲルは乾燥状態で強靱で、ゆがみやストレスによるクラックのを起こさ ないものが好ましい。乾燥状態で砕け易いヒドロゲルは膨潤の際にクラックして 好ましくない。ヒドロケルは通常、その物理的特性の低下や膨潤性の変化なしに 膨潤、収縮を繰返し可能とすべきである。 ヒドロゲルのヤング係数は、乾燥状態で2MNm^-2（好ましくは5NMm^-2）以上；さ らに膨潤状態では好ましくは0.7MNm^-2（好ましくは1.8MNm^-2）以上である。一般 に乾燥状態の極限応力は4NMm^-2（好ましくは10NMm^-2）以上；さらに膨潤状態で は好ましくは、7NMm^-2（好ましくは18MNm^-2）以上である。 ヒドロゲル素材の膨潤度は含水量に比例しており、好ましくは事実上、水分の pH濃度や塩分濃度などの要因とは別のものでありこれらのパラメータの変化は含 水量の読み取りに誤りを起こさない。 この装置が固形培養土の含水量を計測する位置で、培養土からヒドロゲルのフ リーエンドを離しながらヒドロゲルの一部が土壌に注入されて、その位置を読み 取ることができる。ヒドロゲルの３０ないし７０％が培養土に注入されるから、 装置には選択した深さにマークが施されて、正しい深さまで注入を可能にする。 土壌のケースによって、適切な水分の持ち上げには、最低２cmの深さまでの注入 が普通要求される。深さは夏から冬まで変化し得て、年間を通じて植物がそれぞ れ必要とする水分に反応し、一例として、一つは夏用に、一つは冬用にと２つの 深さのマークがある。 別の実施例のヒドロゲル本体は、事実上２次元（円、だ円、直方体、三角形な ど）に延び、対応するスケールに沿って動いて周囲の外方向膨張が含水量を表示 する。ヒドロゲルを芯にマウントして周囲の培養度からヒドロゲルに接触するま で水分を引いてもよい。 本発明による好ましいヒドロゲルは、照射によるクロスリンキング、からみあ いクロスリンキング、適宜ブロックやグラフト共重合体や化学化合物へのコンバ ートを含む化学的クロスリンキングなどの工程の一つにより、膨潤はするが水分 には溶けない形態にコンバートされたポリエチレンオキサイドがベースにされて いる。このような素材は当業者には公知である。例えば、「ポリエチレンオキサ イド アンド リレーテッド ヒドロゲル」第４章「ヒドロゲルズ イン メデ ィスン アンド ファーマシー」、ポリマーズ第II巻、１９８７年、第９５頁か ら１１３頁、シーアールシー プレス発行、エヌ．ビー．グラハム著〔”Poly（ ethylene oxide）and related Hydrogels”，Chapter４、"Hydrogels in Medici ne and Pharmacy" Volume II、Polymers、1987、Page 95 to113、CRC Press、N. B.Graham〕に述べられている。 ヒドロゲルの製造には、特に、商標ハイポール（ダブリュー．アール．グレー ス）〔ＨＹＰＯＬ（W.R.Grace）〕として入手可能なイソシアネートターミネー テッドポリエチレンオキサイドポリマーが有効である。ヒドロゲルポリマーは、 ジイソシアネートとジアミンとの反応から形成されるポリウレタンウレア疎水基 セグメントで連結される、ポリエチレンオキサイド並びにポリプロピレンオキサ イドのリニアランダムブロック共重合体でもよい。酸化防止剤、紫外線吸収剤な どの従来の添加剤が含まれる。 本発明装置はまた大気中の湿度計測に用いられる。最大最小サーモメータに類 似した最大最小インジケータを含んでもよい。 好ましい実施形態の説明 本発明を図面に関連した実施形態についてのみ説明する。 図１は本発明による装置の概略図である；さらに、 図２、図３並びに図４は拡大レンズを具備した別の実施例の側面図、正面図及 び端面図である。 図１は植物成長培養土などの半固形培養土の含水量を計測する装置を示す。勿 論、この装置は（砂、バラスあるいはその他の特別の素材などの）粒状、粉体な ど、その他の流動メディアの含水量計測用にも使用できる。また、ヒドロゲルと 相互作用しない液体やガスの含水量の計測にも適している。このように、この装 置は大気中の相対湿度の計測にも使用できる。 装置は、プラスチック、木材、金属あるいは別の適宜素材から作成したスケー ル２を含む。このスケールは、含水量のパーセンテージを表示しうる一連の目盛 を一体に成形しているか、目盛りをつけている。デプスマーカ３は、テストされ る培養土に挿入する装置の深さを表示する。下端に接近させ、その上端を開口し て、透明チューブ４を、スケールの前部に張り付ける（又はスケール内にセット する）。チューブはポリメチルメタクリレートやポリスチレンから成形される。 チューブは周囲の培養土からチューブ内部に水分や水滴を通過させる一連の開口 部１０を含む。 通常、ポリエチレンオキサイドの吸水膨潤ヒドロゲルのロッド６がチューブ内 部に設置される。ポリエチレンオキサイドは、ポリウレタウレアセグメントによ り連結れたポリエチレンオキサイド並びにポリプロピレンオキサイドのセグメン トからなる、典型的なリニアランダムブロック共重合体である。ヒドロゲルの下 端１２は、レジン８内に埋め込まれ、その位置でヒドロゲルの下端が固定され、 一方ヒドロゲルの残りを水酸化するよう膨張させている。 装置は特に、土壌などの成長培養土の含水量の連続長期表示を行うのに適して おり、以下のように用いる。装置の下端を深さマーカの上まで土壌に押込んで土 壌によく接触させ、同時にスケールを読ませる。土壌の水分や水滴が開口部１０ から透明チューブに入り、ヒドロゲル６に吸収される。これでチューブ内の水滴 圧が土壌内と同じになるまで、ヒドロゲルに取られた水分量と比例してヒドロゲ ルの膨潤を起こす。装置は平衡するまでの時間、通常１ないし１２時間放置され る。ヒドロゲルが乾燥して目視しやすくなり、ヒドロゲルカラムの上端１４の位 置が培養土の含水量パーセンテージを表示する。 装置は使いやすく、安価で頑丈である。 図２から図４の装置は、様々な植物のタイプにおける異なる含水量を表示でき る着色バンド２０を備えたスケール２をもつ。スケールはヒドロゲルカラム６が 設置されたチャネル２２を含む。水分をアクセスさせるために、後部に切り欠き ２６、２８を有する半円筒状プラスチックの拡大レンズ２４がヒドロゲルカラム 上に掛け止められている。ニブ（nib）３０がある場所でヒドロゲルの下端を捕 らえる。一体成形クリップ３２、３４がスケール２内部の開口部内にクリップし てレンズを所定の場所に固定する。装置は深さマーカ３８まで土壌中に挿入する ために、とがらしたエンド３６を有している。冬用に別の深さマーカ３９が備え られている。 装置は事実上前述の状態で使用する。 ヒドロゲルカラムの上端の位置がレンズの手段で拡大され、着色バンドの１つ により、土壌の含水量を表示する。図３では、含水量が下からの第２バンドに対 応している。特別なタイプの植物用の土壌の好みの含水量の提供に応じて、水分 が植物に与えられる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月６日 【補正内容】 補正した請求の範囲 請求の範囲 １．その上に含水量の表示をマークしている表示手段（２）と；ポリエチレン オキサイドからなる吸水膨潤ヒドロゲル本体（６）と；さらにヒドロゲルの膨潤 がヒドロゲルの周囲部分に広がるまで表示手段に対してヒドロゲル本体を固定す る手段（８）とからなり、表示手段と関連する周囲部分の位置が装置内に置かれ た培養土の含水量を表示することからなる培養土の含水量表示装置。 ２．ヒドロゲルはポリウレタンウレアセグメントで連結されたポリエチレンオ キサイド並びにポリプロピレンオキサイドセグメントからなるリニアランダムブ ロック共重合体である請求項１に記載の装置。 ３．水分内部のヒドロゲル膨潤はヒドロゲルの乾燥容積の２ないし５倍である 請求項１ないし２のいずれか１つの項に記載の装置。 ４．ヒドロゲルの膨潤は事実上、水分のpHもしくは塩分内の変化に影響されな い請求項１ないし３のいずれか１つの項に記載の装置。 ５．表示手段は、膨潤の際にヒドロゲルの周囲部分がスケールに沿って延長し かつ培養土の含水量を表示するよう、ヒドロゲル本体付近に設置されたスケール （６）である請求項１ないし４のいずれか１つの項に記載の装置。 ６．スケールは複数のバンド（２０）を含み、各バンドは異なるタイプの植物 の別々の含水量範囲を表示可能である請求項５に記載の装置。 ７．請求項１ないし６のいずれかに記載の装置において、さらに、装置の下端 部分に隣接して培養土に挿入されようとする下端部分の奥行を決定するデプスメ ーカ（３８、３９）を含んでいる装置。 ８．ヒドロゲルは着色されている請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。 ９．請求項１ないし８のいずれかに記載の装置において、さらに、ヒドロゲル 本体の周囲部分を拡大する拡大手段を含んでいる装置。 10．請求項１において、前記ヒドロゲル本体を配置するチャネル（２２）を備 えた一体成形スケールと、ヒドロゲル本体を覆う ように配置され、かつヒドロゲル本体の下端部分をチャネル内に固定するニブ（ ３０）形式の固定手段を有するプラスチック拡大レンズ（２４）とを含んでいる 装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グラハム ネイル ボンネット イギリス国 スコットランド グラスゴー ジー61 ３エヌワイ ベアースデン キ ルマルディニー グローブ ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．その上に含水量の表示をマークしている表示手段（２）と；吸水膨潤ヒド ロゲル本体（６）と；さらにヒドロゲルの膨潤がヒドロゲルの周囲部分に広がる まで表示手段に対してヒドロゲル本体を固定する手段（８）とからなり、表示手 段と関連する周囲部分の位置が装置内に置かれた培養土の含水量を表示すること からなる培養土の含水量表示装置。 ２．前記ヒドロゲルは、ポリエチレンオキサイドである請求項１記載の装置。 ３．ヒドロゲルはポリウレタンウレアセグメントで連結されたポリエチレンオ キサイド並びにポリプロピレンオキサイドセグメントからなるリニアランダムブ ロック共重合体である請求項２に記載の装置。 ４．水分内部のヒドロゲル膨潤はヒドロゲルの乾燥容積の２ないし５倍である 請求項１ないし３のいずれか１つの項に記載の装置。 ５．ヒドロゲルの膨潤は事実上、水分のpHもしくは塩分内の変化に影響されな い請求項１ないし４のいずれか１つの項に記載の装置。 ６．表示手段は、膨潤の際にヒドロゲルの周囲部分がスケールに沿って延長し かつ培養土の含水量を表示するよう、ヒドロゲル本体付近に設置されたスケール （６）である請求項１ないし５のいずれか１つの項に記載の装置。 ７．スケールは複数のバンド（２０）を含み、各バンドは異なるタイプの植物 の別々の含水量範囲を表示可能である請求項６に記載の装置。 ８．請求項１ないし７のいずれかに記載の装置において、さらに、装置の下端 部分に隣接して培養土に挿入されようとする下端部分の奥行を決定するデプスメ ーカ（３８、３９）を含んでいる装置。 ９．ヒドロゲルは着色されている請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。 10．請求項１ないし９のいずれかに記載の装置において、さらに、ヒドロゲル 本体の周囲部分を拡大する拡大手段を含んでいる装置。 11．請求項１において、前記ヒドロゲル本体を配置するチャネル（２２）を備 えた一体成形スケールと、ヒドロゲル本体を覆うように配置され、かつヒドロゲ ル本体の下端部分をチャネル内に固定するニブ（３０）形式の固定手段を有する プラスチック拡大レンズ（２４）とを含んでいる装置。