(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌内に埋められ、土壌中の水分を検出する検出センサと、前記水分が不足もしくは乾燥していると判断したときに、水分を供給する水供給バルブを有する土壌水分供給装置において、
前記検出センサは、投受光素子を内蔵し、透明で、防水性のある樹脂製容器を有すること、
前記樹脂製容器は、プリズム形状のプリズム部を有すること、
記憶部を有するコントローラを有すること、
前記コントローラは、
土壌が乾いた状態であると使用者が判断した場合に、前記投受光素子の第１出力値を計測して前記記憶部に記憶する第１記憶処理と、土壌が水分で満ちている状態であると前記使用者が判断した場合に、前記投受光素子の第２出力値を計測して前記記憶部に記憶する第２記憶処理と、前記使用者が定める前記第１出力値と前記第２出力値の間のしきい値を前記記憶部に記憶する第３記憶処理と、を実行する初期モードプログラムを有すること、
前記検出センサにより、前記投受光素子が受光した光量である第３出力値を測定し、前記第３出力値と前記第３記憶処理にて前記記憶部に記憶した前記しきい値とを比較して、前記プリズム部の外部にある土壌の水分密度を判断し、前記水供給バルブによる水分供給を制御する制御処理を実行する通常モードプログラムを有すること、
を特徴とする土壌水分供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の土壌水分供給装置において、
前記第１出力値と前記第２出力値を表示することにより、使用者が前記しきい値を入力すること、
を特徴とする土壌水分供給装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の土壌水分供給装置において、
前記水分が不足もしくは乾燥していると判断してから所定の時間経過したあと、水分を供給するタイマー機能を有すること、
を特徴とする土壌水分供給装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の土壌水分供給装置において、
雨天時の土壌の状態を検出することにより、散水を行わないこと、
を特徴とする土壌水分供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌内に埋められ、土壌中の水分を検出する検出センサと、前記水分が不足もしくは乾燥していると判断したときに、水分を供給する水供給バルブを有する土壌水分供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
屋上緑化、路地、ハウス栽培、園芸などの土及びロックウールなど代替え材を使用した植物育成の分野において、従来、植物育成のために重要な水分の検出センサとしては、電極間の容量を測定することより水分を計測算出する容量式方法と、電極間の抵抗を測定することにより水分を計測算出する抵抗式方法があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2006-34169号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の土壌水分供給装置には、次のような問題があった。
まず、容量式方法は、ほとんど電流が流れないため、電極が腐食することはないが、回路が複雑になり、高価である。そのため、汎用的な植物育成の確認のために使用できるものではなかった。
一方、抵抗式方法は、安価であるが、流れる電流が大きく、電極部を土壌中に埋設するため、電極の腐食が発生しやすく、長期的使用することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、安価で汎用性が高く、腐食が発生しない土壌水分供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の土壌水分測定装置は、次のような構成を有している。
（１）土壌内に埋められ、土壌中の水分を検出する検出センサと、前記水分が不足もしくは乾燥していると判断したときに、水分を供給する水供給バルブを有する土壌水分供給装置において、前記検出センサは、投受光素子を内蔵し、透明で、防水性のある樹脂製容器を有すること、前記樹脂製容器は、プリズム形状のプリズム部を有すること、記憶部を有するコントローラを有すること、前記コントローラは、土壌が乾いた状態であると使用者が判断した場合に、前記投受光素子の第１出力値を計測して前記記憶部に記憶する第１記憶処理と、土壌が水分で満ちている状態であると前記使用者が判断した場合に、前記投受光素子の第２出力値を計測して前記記憶部に記憶する第２記憶処理と、前記使用者が定める前記第１出力値と前記第２出力値の間のしきい値を前記記憶部に記憶する第３記憶処理と、を実行する初期モードプログラムを有すること、前記検出センサにより、前記投受光素子が受光した光量である第３出力値を測定し、前記第３出力値と前記第３記憶処理にて前記記憶部に記憶した前記しきい値とを比較して、前記プリズム部の外部にある土壌の水分密度を判断し、前記水供給バルブによる水分供給を制御する制御処理を実行する通常モードプログラムを有すること、を特徴とする。
【０００７】
（２）（１）に記載の土壌水分供給装置において、前記第１出力値と前記第２出力値を表示することにより、使用者が前記しきい値を入力すること、を特徴とする。
【０００８】
（３）（１）又は（２）に記載の土壌水分供給装置において、前記水分が不足もしくは乾燥していると判断してから所定の時間経過したあと、水分を供給するタイマー機能を有すること、を特徴とする。
（４）（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の土壌水分供給装置において、雨天時の土壌の状態を検出することにより、散水を行わないこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の土壌水分供給装置は、次のような作用、効果を奏する。
（１）土壌内に埋められ、土壌中の水分を検出する検出センサと、前記水分が不足もしくは乾燥していると判断したときに、水分を供給する水供給バルブを有する土壌水分供給装置において、前記検出センサは、投受光素子を内蔵し、透明で、防水性のある樹脂製容器を有すること、土壌が乾いた状態で前記投受光素子の第１出力値を計測し記憶し、土壌が水分で満ちている状態で前記投受光素子の第２出力値を計測し記憶し、前記第１出力値と前記第２出力値の間のしきい値を記憶し、前記しきい値に基づいて水分供給を制御する制御手段を有すること、を特徴とする。
（２）（１）に記載の土壌水分供給装置において、前記樹脂製容器は、プリズム形状のプリズム部を有し、前記投受光素子が受光した光量により、前記プリズム部の外部にある土壌の水分密度を判断すること、を特徴とする。
ここで、プリズム形状を有する透明容器は、水面計として実施されている。しかし、このような水面計は、気体と液体の境界面を測定するにすぎず、水分が１００％ある状態か、あるいは水分が全くない状態かは見分けることができるが、土壌中の水分のように、数％〜数十％の水分密度を測定するのは困難であると考えられていた。その理由は、水分を含んだ土壌のプリズム部における反射率は、土壌の性質によって千差万別であるからである。
そこで、本出願人は、土壌水分供給装置を使用する土壌に設置した後、土壌が乾いた状態における検出センサの出力値と、土壌が水分で満ちている状態における検出センサの出力値とを用いれば、使用する土壌における水分密度を推定しえることを実験により確認した。その結果、汎用性の高い投受光素子と樹脂製容器を利用して、比較的安価で、長期間安定して使用することができる土壌水分供給装置を発明することができた。
【００１０】
（３）（１）または（２）に記載の土壌水分供給装置において、前記第１出力値と前記第２出力値を表示することにより、使用者が前記しきい値を入力すること、を特徴とするので、土壌や作物の性質により、使用者が、第１出力値と第２出力値の間で自由にしきい値を設定することができる。
【００１１】
（４）（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の土壌水分供給装置において、前記水分が不足もしくは乾燥していると判断してから所定の時間経過したあと、水分を供給するタイマー機能を有すること、を特徴とするので、作物の根の付近の乾燥状態を検出し、数時間から数日間放置してから散水することにより、根の強化育成を促進することができる。例えば、トマトの根の付近を乾燥状態にさせ、タイマー機能により所定の時間を経過した後、水分を供給することにより、トマトにとって根の張りを深くさせるために適度な水分を供給するようにコントロールすることができる。
【００１２】
（５）（１）乃至（４）のいずれか一つに記載の土壌水分供給装置において、雨天時の土壌の状態を検出することにより、散水を行わないこと、を特徴とするので、雨天時の無駄な散水を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】検出センサの正面図である。
【図２】検出センサの右側面図である。
【図３】図１のＡＡ断面図である。
【図４】土壌が水分で満ちている状態の図２のＢＢ断面図である。
【図５】土壌が乾いた状態の図２のＢＢ断面図である。
【図６】初期モードにおける土壌水分供給装置のフロー図である。
【図７】通常モードにおける土壌水分供給装置のフロー図である。
【図８】土壌水分供給装置のシステム構成図である。
【図９】ある条件の土壌における検出センサの出力データを示す図である。
【図１０】図９と異なる条件の土壌における検出センサの出力データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の土壌水分供給装置１について、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。図１は、検出センサ２の正面図である。図２は、検出センサ２の右側面図である。図３は、図１のＡＡ断面図である。図８は、土壌水分供給装置１のシステム構成図である。
【００１５】
（土壌水分供給装置の構成）
土壌水分供給装置１は、図８に示すように、土壌内に埋められ、土壌中の水分を検出する検出センサ２と、水分を供給する水供給バルブ３と、水分が不足もしくは乾燥していると判断するコントローラ４を有する。
はじめに、コントローラ４の構成について説明する。コントローラ４は、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、ＲＯＭ４４を有する。ＲＡＭ４２には、第１出力値Ｖ２、第２出力値Ｖ１、及びしきい値を記憶する記憶部４３を有する。ＲＯＭ４４は、初期モードプログラム４５と通常モードプログラム４６を有する。初期モードプログラム４５は、使用者のニーズに合わせて、第１出力値Ｖ２と第２出力値Ｖ１の間のしきい値を入力し、記憶するものである。通常モードプログラム４６は、初期モードプログラム４５で記憶されたしきい値に基づいて、水分を供給することを判断し、制御する。
【００１６】
次に、検出センサ２の構成について説明する。検出センサ２は、図１に示すように、透明で、防水性のある樹脂製容器２１を有する。樹脂製容器２１は、キャップ２２と中空状のボディ２３から成る。ボディ２３の一端の内周面には、図３に示すように、開口部２３ａが形成されている。ボディ２３の一端の外周面には、雄ネジ部２３ｂが形成され、キャップ２２の内周面に形成された雌ネジ部２２ａと螺合している。キャップ２２により、開口部２３ａを塞いでいる。キャップ２２の中央は貫通孔２２ｂが形成され、貫通孔２２ｂには電線カバー８が挿通している。電線カバー８の内部には、電線９が挿着されている。ボディ２３の内部には、固定部材７が配置しており、電線９と薄板状の基板５を固定している。基板５には、投受光素子６が取り付けられている。ボディ２３の他端の外周には、プリズム形状のプリズム部２３ｃが形成されている。本実施形態のプリズム部２３ｃは、図４、５に示すように、断面が三角形状で形成されている。プリズム部２３ｃでは、投受光素子６からの投光が反射したり通過したりする。
【００１７】
（土壌水分供給装置の作用）
図４は、土壌が水分で満ちている状態の図２のＢＢ断面図であり、図５は、土壌が乾いた状態の図２のＢＢ断面図である。図６は、初期モードにおける土壌水分供給装置１のフロー図である。図７は、通常モードにおける土壌水分供給装置１のフロー図である。図９は、ある条件の土壌における検出センサ２の出力データを示す図である。図１０は、図９と異なる条件の土壌における検出センサ２の出力データを示す図である。縦軸は、検出センサ２の出力値を示し、横軸は、時間軸を示す。検出センサ２の出力値が低いほど投受光素子６が受光した光量が少なく、土壌が水分で満ちていることを示す。出力値が高いほど投受光素子６が受光した光量が多く、土壌中の水分が不足していることを示す。
【００１８】
まず、土壌水分供給装置１の初期モードプログラム４５について、図４〜図６、図９を用いて説明する。ここでは、図９の、ある条件における土壌の土壌水分供給装置１の作用について説明する。
使用者はまず、実際に装置１を使用する土壌に検出センサ２を埋め込む。始めに、初期モードプログラム４５により初期設定を行う。図６に示すように、土壌水分供給装置１では、土壌が乾いた状態で、投受光素子６の第１出力値Ｖ２について計測指令が出される（Ｓ１）。指令が出されると、プリズム部２３ｃでは、図５に示すように、投受光素子６の投光は、矢印Ｌ３方向に入射する。しかし、プリズム部２３ｃの外部に水がないため、投光はプリズム部２３ｃを通過せず、プリズム部２３ｃで反射し、矢印Ｌ４方向に投受光素子６に入射する。この反射して戻ってくる光量、すなわち、投受光素子６が受光した光量を検出センサ２の第１出力値Ｖ２として計測し、読み込んでＲＡＭ４２の記憶部４３に記録する（Ｓ２）。このとき、反射して戻ってくる光量が多く、図９に示すように、第１出力値Ｖ２は高い。
【００１９】
次に、使用者により、土壌に水分が注入される（Ｓ３）。土壌が水分で満ちている状態で第２出力値Ｖ１の計測指令が出される（Ｓ４）。指令が出されると、プリズム部２３ｃでは、図４に示すように、投受光素子６の投光は、矢印１方向に入射する。このとき、プリズム部２３ｃの外部は、水分が満ちた状態であるため、投光はプリズム部２３ｃを反射せず、矢印２方向にプリズム部２３ｃを通過する。この反射して戻ってくる光量、すなわち、投受光素子６が受光した光量を検出センサ２の第２出力値Ｖ１として計測し、読み込んで記憶部４３に記録する（Ｓ５）。このとき、反射して戻ってくる光量はほとんどなく、図９に示すように、第２出力値Ｖ１は低い。
これにより、土壌水分供給装置１は、第１出力値Ｖ２、及び第２出力値Ｖ１を得ることができ、表示される（Ｓ６）。第１出力値Ｖ２、及び第２出力値Ｖ１が表示されることにより、使用者が第１出力値Ｖ２と第２出力値Ｖ１の間でしきい値を入力し（Ｓ７）、しきい値が記憶部４３に記憶される（Ｓ８）。このとき、使用者は、土壌や作物の性質により、自由にしきい値を設定することができる。しきい値の変更に自由度があるため、多種の土壌、根の周辺、代替え材、水没状態などの状況確認、応用が行うことができる。
【００２０】
次に、土壌水分供給装置１の通常モードプログラム４６について図７を用いて説明する。通常モードプログラム４６では、初期モードプログラム４５で記憶されたしきい値を用いて、水分を供給するか否か判断する。
検出センサ２により、投受光素子６が受光した光量である出力値Ｖを測定する。その出力値Ｖが初期モードプログラム４５で記憶したしきい値よりも小さい場合（Ｓ１１）、土壌中の水分が満ちた状態であると判断され、水供給バルブ３は閉まったまま水は供給されない。
一方、出力値Ｖがしきい値よりも大きい場合（Ｓ１１）、所定時間が経過すると（Ｓ１２）、水供給バルブ３が所定時間開けられ、土壌に水が供給される（Ｓ１３）。このとき、水分が不足もしくは乾燥していると判断してから所定の時間経過した後、水分を供給するタイマー機能を有しているため、作物の根の付近の乾燥状態を検出し、数時間から数日間放置してから散水することにより、根の強化育成を促進することができる。例えば、トマトの根の付近を乾燥状態にさせ、タイマー機能により所定の時間を経過した後、水分を供給することにより、トマトにとって根の張りを深くさせるために適度な水分を供給するようにコントロールすることができる。また、壁面緑化の際、屋上から散水した後、地上の土壌中への浸水を確認することにより、育成に十分な散水をした後、散水を停止することができる。
また、雨天時には、土壌水分供給装置１により、土壌が水分で満ちていることが検出されるため、散水を行わないため、雨天時の無駄な散水を防ぐことができる。
【００２１】
次に、図９と異なる条件の土壌の土壌水分供給装置１の作用について、図１０を用いて説明する。なお、初期モードと通常モードのフロー図については、図６、７と同様であるため、説明を省略する。
使用者はまず、実際に土壌水分供給装置１を使用する土壌に検出センサ２を埋め込む。始めに、図６の初期モードのフロー図に基づいて、土壌が乾いた状態における検出センサ２の第１出力値Ｖ２と、土壌が水分で満ちた状態の第２出力値Ｖ１を測定する。その結果を図１０に示す。図９と比較すると、第１出力値Ｖ２と第２出力値Ｖ１の出力データの幅は異なり、図１０では、図９よりも小さくなる。すわなち、土壌が乾いた状態では、第１出力値Ｖ２はほぼ同じであるが、土壌が水分で満たされている状態では、第２出力値Ｖ１は大きく異なっている。その理由は、図１０では、使用者が水分を注入すると、水はけが良いためすぐに水分が検出センサ２付近からさらに下の方に流出するためである。
このように、土壌水分供給装置１を設置した後で、第１出力値Ｖ２と第２出力値Ｖ１を測定することで、あらゆる条件の土壌における水分密度を推定することができる。
【００２２】
以上、説明したように、本発明の土壌水分供給装置１によれば、
（１）土壌内に埋められ、土壌中の水分を検出する検出センサ２と、水分が不足もしくは乾燥していると判断したときに、水分を供給する水供給バルブ３を有する土壌水分供給装置１において、検出センサ２は、投受光素子６を内蔵し、透明で、防水性のある樹脂製容器２１を有すること、土壌が乾いた状態で投受光素子６の第１出力値Ｖ２を計測し記憶し、土壌が水分で満ちている状態で投受光素子６の第２出力値Ｖ１を計測し記憶し、第１出力値Ｖ２と第２出力値Ｖ１の間のしきい値を記憶し、しきい値に基づいて水分供給を制御する制御手段を有すること、を特徴とし、樹脂製容器２１は、プリズム形状のプリズム部２３ｃを有し、投受光素子６が受光した光量により、プリズム部２３ｃの外部にある土壌の水分密度を判断すること、を特徴とする。
ここで、プリズム形状を有する透明容器は、水面計として実施されている。しかし、このような水面計は、気体と液体の境界面を測定するにすぎず、水分が１００％ある状態か、あるいは水分が全くない状態かは見分けることができるが、土壌中の水分のように、数％〜数十％の水分密度を測定するのは困難であると考えられていた。その理由は、水分を含んだ土壌のプリズム部における反射率は、千差万別であるからである。
そこで、本出願人は、土壌水分供給装置１を使用する土壌に設置した後、土壌が乾いた状態における検出センサ２の第１出力値Ｖ２と土壌が水分で満ちている状態における検出センサ２の第２出力値Ｖ１とを用いれば、使用する土壌における水分密度を推定しえることを実験により確認した。その結果、汎用性の高い投受光素子６と防水性のある樹脂製容器２１を利用して、比較的安価で、長期間安定して使用することができる土壌水分供給装置１を発明することができた。
【００２３】
（２）（１）に記載の土壌水分供給装置１において、第１出力値Ｖ２と第２出力値Ｖ１を表示することにより、使用者がしきい値を入力すること、を特徴とするので、土壌や作物の性質により、使用者が、第１出力値Ｖ２と第２出力値Ｖ１の間で自由にしきい値を設定することができる。
【００２４】
（３）（１）または（２）に記載の土壌水分供給装置１において、水分が不足もしくは乾燥していると判断してから所定の時間経過したあと、水分を供給するタイマー機能を有すること、を特徴とするので、作物の根の付近の乾燥状態を検出し、数時間から数日間放置してから散水することにより、根の強化育成を促進することができる。例えば、トマトの根の付近を乾燥状態にさせ、タイマー機能により所定の時間を経過した後、水分を供給することにより、トマトにとって根の張りを深くさせるために適度な水分を供給するようにコントロールすることができる。
【００２５】
（４）（１）乃至（３）のいずれか一つに記載の土壌水分供給装置１において、雨天時の土壌の状態を検出することにより、散水を行わないこと、を特徴とするので、雨天時の無駄な散水を防ぐことができる。
【００２６】
なお、本実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、本実施形態のプリズム部２３ｃは、プリズム形状をしているが、ケース形状でも良い。
【符号の説明】
【００２７】
１      土壌水分供給装置
２      検出センサ
３      水供給バルブ
６      投受光素子
２１    樹脂製容器
２２    キャップ
２３    ボディ
２３ｃ  プリズム部
【図１】
0006430912.tif 000002
【図２】
0006430912.tif 000003
【図３】
0006430912.tif 000004
【図４】
0006430912.tif 000005
【図５】
0006430912.tif 000006
【図６】
0006430912.tif 000007
【図７】
0006430912.tif 000008
【図８】
0006430912.tif 000009
【図９】
0006430912.tif 000010
【図１０】
0006430912.tif 000011