(57)【要約】  第２の材料から構成される水分応答性が低い形成体と関連する第１の材料から構成される水分応答性がある形成体を少なくとも備える水分応答要素であって、第１の材料が、第２の材料よりも水分を吸収する傾向が大きく、結果として体積の増大傾向が大きく、そのような膨出が水分応答要素の機械的変形を引き起こす傾向があるように２つの形成体が互いに機械的に配置される水分応答要素と、任意には柔軟な弾性材料から構成され、水分応答要素と機械的に関連する作動部材であって、水分の存在下での水分応答要素の歪みが作動部材を機械的に歪ませ、それにより、作動部材が少なくとも第１の機能状態と第２の機能状態との間で変化する傾向がある作動部材と、を有する水分応答装置が記載される。特に潅漑制御における使用方法も記載される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の材料から構成される水分応答性が低い形成体と関連する第１の材料から構成される水分応答性がある形成体を少なくとも備える水分応答要素であって、前記第１の材料が、前記第２の材料よりも水分を吸収する傾向が大きく、結果として体積の増大傾向が大きく、２つの前記形成体が、そのような体積の差動変化が前記水分応答要素の機械的変形を引き起こす傾向があるように互いに機械的に配置される水分応答要素と、
前記水分応答要素と機械的に関連する作動部材であって、水分の存在下での前記水分応答要素の変形によって前記作動部材が少なくとも第１の形態状態と第２の形態状態との間で機械的に変化し、それにより、前記作動部材が少なくとも第１の機能状態と第２の機能状態との間で変化する傾向がある作動部材と、
を有する水分応答装置。
【請求項２】
前記作動部材が、水分応答部材の変形が作動部材を歪ませる傾向があるように柔軟な弾性材料から形成される請求項１に記載の水分応答装置。
【請求項３】
前記作動部材が、少なくとも第１の機能状態と第２の機能状態との間の歪みが作動部材内で直接に機能変化をもたらすように構成される請求項１または２に記載の水分応答装置。
【請求項４】
前記作動部材が、少なくとも第１の機能状態と第２の機能状態との間の歪みが作動部材内で直接に機能変化をもたらすように構成される請求項１または２に記載の水分応答装置。
【請求項５】
流体導管システムのための水分作動閉塞体を備えるために動作可能閉塞形成体を含み、前記機能変化が前記動作可能閉塞形成体の選択的動作をもたらす請求項３に記載の水分応答装置。
【請求項６】
前記作動部材自体が、前記機能変化が少なくとも部分的に前記動作可能閉塞形成体の動作を直接にもたらすように少なくとも部分的に水分作動閉塞体を備える請求項５に記載の水分応答装置。
【請求項７】
長尺な前記作動部材が、流体移送導管の一部としての機能を果たす柔軟な弾性導管部材であり、曲げやキンクなどの方向変化が前記柔軟な弾性導管へもたらされ、その結果、該導管内の流体チャンネルが閉塞され、したがって、該導管に沿う流体の流れを妨げる傾向があるように、前記柔軟な弾性導管部材が前記水分応答要素が変形するときに直接に変形可能である請求項６に記載の水分応答装置。
【請求項８】
第２の材料から構成される水分応答性が低い形成体と直接に機械的に関連する第１の材料から構成される水分応答性がある形成体を少なくとも備える水分応答要素であって、前記第１の材料が、前記第２の材料よりも水分を吸収する傾向が大きく、結果として体積の増大傾向が大きく、２つの前記形成体が、そのような体積の差動変化が前記水分応答要素の機械的変形を引き起こす傾向があるように互いに機械的に配置される水分応答要素と、
柔軟な弾性材料から構成される流体導管であって、１つ以上のキンクを流体導管にもたらすことにより流体の流れを妨げるために、水分の存在下での前記水分応答要素の変形が前記流体導管を機械的に歪ませる傾向があるように前記水分応答要素と機械的に関連する流体導管と、
を備える、潅漑の調整のための請求項６または７に記載の水分応答装置。
【請求項９】
前記導管が、使用時に潅漑流体のための通路としての役目を果たすチューブ孔を有する柔軟な弾性管状部材を備え、前記装置が、ほぼ乾燥した開孔状態で前記管状部材が略直線状態にあるが、より水分吸収性のある第１の材料が膨出するときに前記水分応答要素の機械的な作用の下で前記管状部材がキンク状態に成され、それにより、前記孔が少なくとも部分的に閉塞するように構成される請求項６〜８のいずれか一項に記載の水分応答装置。
【請求項１０】
前記第１の材料が吸湿性の比較的高い材料であり、前記第２の材料が吸湿性の比較的低い材料である請求項１〜９のいずれか一項に記載の水分応答装置。
【請求項１１】
前記第２の材料が疎水性の比較的高い材料である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の水分応答装置。
【請求項１２】
少なくとも前記第２の材料が弾性変形可能である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の水分応答装置。
【請求項１３】
前記第１の材料および前記第２の材料が共有の結合面によって直接に互いに機械的に係合される請求項１〜１２のいずれか一項に記載の水分応答装置。
【請求項１４】
前記２つの材料が溶融成形プロセスによって結合される請求項１３に記載の水分応答装置。
【請求項１５】
前記水分応答要素が略平坦な構造を有し、前記第１の材料および前記第２の材料が、非湿潤状態の概ねあまり湾曲されていない形態と、湿らされるときに概ね更に湾曲される形態との間で変形する傾向があるように配置される請求項１〜１４のいずれか一項に記載の水分応答装置。
【請求項１６】
前記水分応答要素が、非湿潤状態の略平面形態と、湿らされるときの略湾曲形態との間で変形するようになっている請求項１５に記載の水分応答装置。
【請求項１７】
前記作動部材が、側方係合突出部によって、前記水分応答要素と機械的に係合されるが、前記水分応答要素から側方に離間される請求項１５または１６に記載の水分応答装置。
【請求項１８】
長手方向に離間される前記係合突出部が、長尺作動部材にキンク領域を画成し且つそのような領域において前記水分応答要素の所与の変形に関して前記作動部材の増大された変形を生み出すように長手方向に離間されて構成される請求項１７に記載の水分応答装置。
【請求項１９】
水を吸収して体積を増大させる第１の材料の傾向が高まると、歪められて伸張された湿潤状態の第１の材料を前記湾曲面の凸部側に位置させ、第２の材料を前記湾曲面の凹部側に位置させる傾向があるように、前記第１の材料および前記第２の材料が、互いに並んで配置され且つ共通の表面に一緒に直接に結合されるウェブを構成すると共に、前記作動部材が、使用中に凹面となるように歪むようになっている前記水分応答要素の表面と機械的に関連して配置される請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の水分応答装置。
【請求項２０】
前記作動部材が、少なくとも一対の長手方向に離間される側方係合突出部によって前記表面と機械的に係合されるが前記表面から横方向に離間される柔軟な弾性管状部材を備える導管部材である請求項１９に記載の水分応答装置。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置と、前記作動部材の作動時に水分応答信号を生成するための手段と、を備える水分応答センサ。
【請求項２２】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置と、動作可能なスイッチと、前記作動部材の作動時に前記スイッチを選択的に開閉するための手段と、を備える水分応答スイッチ。
【請求項２３】
請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置と、動作可能なバルブ閉塞体と、前記作動部材の作動時に前記バルブを選択的に開閉するための手段と、を備える水分応答バルブ。
【請求項２４】
請求項２３に記載の複数の水分応答バルブを含む潅漑システム。
【請求項２５】
環境内の現場で水分レベルの変化を検出しおよび／または該変化に応答する方法であって、
前記環境内の水分レベルを監視しおよび／または制御するようになっているシステムの一部として請求項１〜２０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの装置を環境内に配置するステップと、
水分レベルの変化が本発明の第１の態様に係る装置の状態の変化をもたらすときに前記システム内で応答が発生されるように前記システムを経時的に動作させるステップと、
を備える方法。
【請求項２６】
潅漑流体源から供給される潅漑ホースなどのネットワークを備える潅漑システムを設け或いは現場に既に存在するそのようなネットワークを変更するステップと、
水分レベルの増大に応じて流体の流れを妨げる傾向があるようになっているバルブアクチュエータを備える請求項１〜２０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの装置を特に１つ以上の潅漑流体供給ポイントの近傍で前記ネットワークに組み込むステップと、
潅漑流体を前記流体源からホースの前記ネットワークへと供給することによって前記潅漑システムを望みどおりに動作させるステップと、
を備える潅漑システムを制御する方法。
【請求項２７】
前記装置が、柔軟な弾性材料から構成される流体導管を作動部材として備え、水分の存在下での前記水分応答要素の歪みが前記流体導管を機械的に歪ませて前記流体導管に１つ以上のキンクをもたらす傾向があり、したがって、より高い水分レベルで流体の流れを妨げる傾向があるように前記水分応答要素と機械的に関連する請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記流体導管が、水分の存在下で湾曲する傾向がある略平坦な構造を有する水分応答要素から、前記作動部材にキンク領域を画成し且つそのような領域において前記水分応答要素の所与の変形に関して増大された変形を生み出すように離間されて構成される長手方向に離間された係合突出部によって、側方にオフセットされる請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水分作動されるバルブ、スイッチ、センサ等としての機能を果たすように動作を行なうべく特に第１の状態と第２の状態との間で機械的に変化するために水分応答を示す装置、および、該装置の使用方法に関する。好ましい実施形態において、本発明は、例えば成長環境の潅漑を調整して、屋内や屋外の成長環境内の１または多数の植物、つる植物、低木、木などの不十分な散水および過剰な散水を制限するための装置および方法であって、特に自動応答バルブ手段として構成される環境内の水分のレベルに応答する自動応答手段を組み込む装置および方法に関する。この好ましい文脈では、主に、本発明および従来技術について説明するが、本発明のより一般的な適用可能性は理解される。
【背景技術】
【０００２】
屋内で、または、露地で慣れさせるためのコールドフレーム、ポリトンネル、温室などにおける屋外で、土壌、生育培地などの容器内において観賞植物および農業種を育てることは一般的である。そのような鉢植え植物は、植物のタイプ、サイズ、摂取比率、湿度、葉の周囲の気流、容器土壌を通じた排水、および、容器壁があるとすればそれを通じた蒸発損失に応じて、様々な量の散水を必要とする。
【０００３】
備え付け家具に近い屋内植物を除き、これらの鉢植え植物に対して中央散水システムから手動で或いは自動で規則的に上または下から流出水を許容するべく十分過剰に散水し或いはホースで水を撒くことは、生水または配管水の豊富な供給が存在するときの一般的な慣行として明示さえ得る。しかしながら、これは無駄が多い場合がある。
【０００４】
家やオフィスの備え付け家具を損傷させることから過剰な水流出が許容され得ない「屋内」の鉢植え植物の場合には、鉢植え植物に対して個別的に且つ規則的に給水する必要があり、また、これが殆どの場合に手で行なわれる。複数のティード・オフ（ｔｅｅ’ｄ  ｏｆｆ）分配ホースまたはシステムを介して１つ以上の鉢植え植物に対して給水する多くの自動タイマー制御散水システムおよび電子水分センサを組み込む他の散水システムが市販されていることは知られている。ティーのそれぞれからのドロッパ（ｄｒｏｐｐｅｒ）は、単純な開孔であってもよく、あるいは、各ポットまたは容器に適合するように何らかのものをスロードリップ滴下供給部から水滴供給部へと供給するために手動調整できるスロットル装置で終端していてもよい。長い供給システムにおいて各ドロッパにスロットルを組み込む他の理由がある。これは、複数のティード・オフ供給ホースの長さに沿って生じる異なる流出を釣り合わせるためである。
【０００５】
しかしながら、スロット付きドロッパは、特に硬水領域または水が他の物質を含む場所で詰まる傾向がある。開孔ドロッパは、更に簡単であり、詰まることは殆どないが、異なる植物ニーズに応じるため、あるいは、供給源からの開孔ドロッパの距離を補償するために、孔径を変えることなくこれらの開孔ドロッパを調整することができず、そのため、植物が中央タイマーベースシステムから給水され且つ同様の散水要件を有する場所で、また、任意の流出水が安全に導かれるように備えられている場所で、開孔ドロッパが使用されるのが好ましい。
【０００６】
せいぜい、これらの２つの手法は、手動介入が必要になる前の短期間において、植物容器の１つ以上の組へと供給される水を増大し或いは減少させるのに十分である。両方のシステムは、作動されると、例えば太陽光、熱、寒さなどの天候の変動によって、または、単に植物成長によって引き起こされ得る各植物のニーズ変化に関係なく、それらの所定の速度で水を供給する。植物は、ドリッパバルブが閉塞されることにより水不足に陥る可能性があり、あるいは、過剰給水されて枯れる可能性がある。極端な場合には、容器またはトレイが過剰に注がれる可能性があり、その結果、例えば備え付け家具が水によって損傷してしまう。
【０００７】
特に温風領域や表土層および底土層が変化して波立っている場所での例えば農作物または園芸作物を作るための野外栽植の場合、蒸発および地下水面の変化する深さ（これが存在する場合）に起因する地表水損失は、地面−水分利用可能性および作物生産の劇的な局所的変動を引き起こす可能性がある。これらは、時として植物毎に、果樹園および田畑の空中写真から見ることができる。
【０００８】
水が乏しい資源の場合、これは、それぞれの平方メートルの地面が同じ量の水を規則的に受け且つ流出が起こるまで満水状態となり得る伝統的な潅漑の規則的な使用を不可能にする。ここで特に興味深いのは、水の残りが使用されるとき、すなわち、それよりも多い水が植物の大部分によってそれらの健康的な成長のために必要とされるときに、最も乾燥した領域が適切な水を受けるようにするため、ドロッパまたは浸漬チューブ潅漑技術からの滴下潅漑が一連の微小地面状態にわたって機能するとしか言われ得ない山腹ブドウ園である。
【０００９】
これに加えて、多くの地上にある植物の根元に関しては科学的根拠のある最小酸素要件が存在し、また、この要件は、鉢植え等の根元の維管束および土壌が非常に長期間にわたって浸水された状態になる場合に損なわれる可能性がある。多くの植物種は、事実上明らかなように、連続した浸水後に酸素が土壌中および根元の一部または全ての周囲に再び存在し得る更に乾いた期間が続くことにより利益を得る。
【００１０】
より動的に応答する様態でその場で水の供給を調整しようとする様々な装置が知られている。
【００１１】
１９７７年２月１４日に出願されたＭａｃＬｅｏｄの米国特許第４，１２１，６０８号の‘Ｌｉｑｕｉｄ  ｍｅｔｅｒｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ’は、水分応答要素によって作動されるピンチバルブについて記載している。水分応答要素は、長尺であり、調整された散水が必要とされる場所に近い土壌中に埋め込まれることが好ましい。
【００１２】
乾燥土壌状態および全開バルブから始めて、バルブは、水を土壌に送り込み、これから次第に閉じて、弾性チューブを横切る１つ以上のピンチラインを形成する。結果として、水分応答要素がその最終的な閉位置まで拡張すると、流体の流れがなくなる。土壌が乾燥しきって、水分応答要素も乾ききって収縮すると、ピンチが漸進的に解放され、これにより、流体の流れが漸進的に再開する。
【００１３】
この構成から分かるように、バルブは、それが開閉している期間にわたって、流れが制限された期間に直面する。その完全に制限されない開孔を決して再び達成しないように、これらの部分的状態の一方または両方にわたってバルブが経時的に十分な流体を通過させる可能性がある。制限されない全開孔流れは、潅漑装置の一端または両端から入ったかもしれない例えば生体物質、硬水堆積物、塵、砂などの材料の蓄積をバルブが自己パージするために、少なくとも時々不可欠であると考えられる。
【００１４】
比較的長い水分応答要素により、このバルブは、鉢植え植物のトレイまたは基本的な散水皿で終端される潅漑チューブの自由端に容易に取り付けられるようになっていない。これは、底部から給水される必要がある鉢植え植物にとって重要な要件である。使用の形態および方法、すなわち、土壌中へ押し込まれる形態および方法は、バルブ閉塞時間とその後のバルブ開放時間との間にかなりの違いを生み出す。すなわち、固有のヒステリシス効果が存在する。
【００１５】
１９７８年３月２日に出願されたＯｒｎｓｔｅｉｎの米国特許第４，１８２，３５７号‘Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｔｈｅ  ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｈｕｍｉｄｉｔｙ  ｉｎ  ａ  ｓｏｉｌ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｉｎｇ  ｓａｍｅ’は、部分的に開放されたハウジング内で囲繞された水分応答要素を組み込むピンチバルブの本質的に短く太い変形例について記載している。しかしながら、スクワット状の基本的な散水に良く適したこの形態は、それも部分的に開放した状態および部分的に閉じられた状態にあるときに同様に損なわれる。ハウジングの半囲繞性は、水分応答要素の乾燥速度を抑制することで知られており、それにより、たとえ部分的にでも、流体通路のその後の開放に遅延を引き起こす。これにより、水分のみの作用によりバルブを閉じるのに比べて、バルブを開放するための時間にかなりの違いが生じる。すなわち、先のＭａｃＬｅｏｄ装置のヒステリシス効果と同様のヒステリシス効果が生じる。
【００１６】
１９７８年８月２８日に出願されたＢｅｃｋｍａｎｎの米国特許第４，２１４，７０１号‘Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ  ｖａｌｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ’は、先のＭａｃＬｅｏｄバルブと同様の幾何学的形態を成し且つ同じ欠点を有する「調整可能な」ピンチバルブについて記載している。このバルブの水分応答要素は、開放ハウジング内に部分的に入れられ且つバルブアセンブリの主軸に沿う拡張可能なコアを形成するように示されており、あるいは、第２の実施形態では、中央に集約された拡張不可能なピンコアを取り囲んで該ピンコア上にわたってスライドするように形成される。２つの先の例と同様に、これらの新たなアセンブリはいずれも、水分応答要素を構成する材料と土壌環境と接触する拡張できないピンまたは開放格子ハウジングとの間で数ミリメートル程度の２つの部品間の制限されない相対的な動きを求めている。これらの形態はいずれも、先のＭａｃＬｅｏｄ装置のヒステリシス効果と同様のヒステリシス効果を示す。すなわち、時間プロファイルは、バルブ開放半サイクルとバルブ閉塞半サイクルとの間でかなり異なる。
【００１７】
１９９５年９月９日に出願されたＧｒａｈａｍ等の米国特許第５，３８２，２７０号‘Ｐｌａｎｔ  ｇｒｏｗｔｈ  ｍｅｄｉａ  ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｅｄ  ｈｙｄｒｏｇｅｌ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ’は、水分応答要素を組み込む最小変位、ダイヤフラム、エンドストップバルブについて記載している。このコンパクトな構造は、一見して、鉢植え植物の浅いトレイまたは皿内に立っている鉢植え植物の基本的な散水に適しているように見える。しかしながら、バルブの内側の水通路は、ねじられており、直線状の全開孔流体経路の必須要件を欠いている。このバルブは、生物侵入、硬水堆積物、および、装置の一端または両端から侵入できる望ましくないインライン残骸に起因する機能不良に陥りやすい。また、水分応答要素がハウジング内に部分的に入れられるため、このバルブは、先のＭａｃＬｅｏｄ装置のヒステリシス効果と同様のヒステリシス効果を示す。
【００１８】
１９９４年１２月３０日に出願されたＮｕｎｎ等の米国特許第５，７９４，８４８号‘Ｈｙｇｒｏｓｔａｔ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ’も、Ｇｒａｈａｍと同様にねじられた内部形態を伴う水分応答要素を組み込む最小変位、ダイヤフラムエンドストップバルブについて記載している。しかしながら、土壌中へ押し込まれるようになっているこのバルブは、根本的なトレイ散水用途に適していない。更に先と同様、水分応答要素がハウジング内に部分的に入れられており、それにより、このバルブも先のＭａｃＬｅｏｄ装置のヒステリシス効果と同様のヒステリシス効果を示す。
【００１９】
１９９６年１０月２３日に出願されたＣｏｃａｔｒｅ−Ｚｉｌｇｉｅｎの米国特許第５，７０７，０３８号‘Ｈｉｎｇｅｄ  ｋｉｎｋ  ｖａｌｖｅ’は、例えば歩行ロボット集合体の空気圧アクチュエータの制御のために使用される機械的に開閉されるキンクバルブについて記載している。この特許は、加圧流体の通過をも制御するためのこのタイプのバルブの実行可能性の証拠として挙げられる。バルブは複数の部品から構成されるアセンブリを備えており、これらの部品のうち、１つの構成部品は、その材料が不可逆的様態で生じてキンクを形成するまで、過度に屈曲される半硬質高分子チューブである。チューブの今後の湾曲は、キンクによって設定された好ましい軸周りで生じる傾向がある。引例において、高分子チューブを通じた通路の操作上の開閉は、外部印加機械手段の適用によって引き起こされる。
【００２０】
２００１年３月７日に出願されたＴａｎｉｋａｗａの米国特許出願公開第２００２／０１２４８８０Ａ１号‘Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ  ｖａｌｖｅ’は、一種の長尺ピンチバルブおよび給水栓タイプの停止バルブについて記載しており、両方のタイプが水分応答要素によって作動される。第１の事例の図１（ａ）および１（ｂ）において、ピンチバルブは、同じ部分開放特性および部分閉塞特性を有するＯｒｎｓｔｅｉｎの特許第４，１８２，３５７号（図２参照）のタイプのものである。第２の事例において、停止バルブ形態は、同じ部分開放特性および部分閉塞特性が存在するＧｒａｈａｍ等の米国特許第５，３８２，２７０号のダイヤフラムエンドストップバルブと似ている。同様に、水分応答要素はハウジング内に部分的に入れられ、結果として、装置は、先のＭａｃＬｅｏｄ装置のヒステリシス効果と同様のヒステリシス効果を受ける。
【００２１】
２００４年７月２１日に出願されたＣｈａｎｔａｌａｔの米国特許出願公開第２００６／００１６４７８Ａ１号‘Ｂｅｎｄｉｎｇ  ｓｌｅｅｖｅ  ｃｌａｍｐ  ｆｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ  ｉｎ  ａ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｔｕｂｅ’は、弾性流体供給チューブを取り囲む変形可能なスリーブ装置について記載している。完全に開放された状態で、供給チューブは、略直線状の長尺スリーブ内でほぼ真っ直ぐである。流体の通路を遮断するため、スリーブが９０度配置へと漸進的に機械的に変形され、その時間中に、略中央領域内の所定位置にあるスリーブの薄壁領域にキンクが形成される。これは、流体の通路を断ち切るピンチポイントを供給チューブに形成するという効果を有する。このタイプのバルブでは、開閉を生み出す手段が外部手段によって機械的に得られる。また、スリーブは、弾性供給チューブ上にわたってほぼ摺動嵌合する。当業者であれば分かるように、スリーブをその使用時に供給チューブの周囲に密接嵌合させれば、スリーブの十分に長い中央領域を省くことができ、それにより、供給チューブは、スリーブ装置の対向する端部間の開放自由空間内に自由にそれ自体のキンクを形成することができる。
【００２２】
引用された従来技術においては、流体の流れを断ち切る際のピンチバルブの有効性に関する明らかな証拠がある。しかしながら、この動作が部分的に閉じ込められた水分応答要素の拡張から得られるピンチバルブの例においては、乾燥時間および流体供給チューブの関連する開放時間が遅延される。すなわち、湿潤の半サイクルと乾燥の半サイクルとの間に著しいヒステリシス効果が存在する。したがって、２時間足らずで流体の流れを完全に断ち切るために全孔開放から作動し得るバルブは、その完全開放すなわち乾燥状態へ再び戻るために更に多くの時間を或いは更には数日を要する場合がある。無論、これは、水分応答要素が任意の更なる浸水（バルブが定水位潅漑供給源の供給端に取り付けられる場合に起こる可能性が高くなく且つ水分応答要素の多くが土壌レベルの下側にある場合にも依然として起こる可能性が低い状態）を避ける場合においてのみ可能である。
【００２３】
重大なことに、これらの従来技術の散水装置は、潅漑流体の連続供給と共に使用されると、何らかの部分的開放状態とそれらの閉塞状態との間で辛うじて循環する方へとバイアスされる傾向がある。結果として、少量のインライン残骸でさえも蓄積して流体流れ制限を引き起こす可能性がある。ＯＮおよびＯＦＦを周期的に切り換えるように設定される潅漑タイマーと共に使用されると、すなわち、２４時間毎におそらく１時間だけにわたって水がＯＮに切り換えられてもよい場合、これらのバルブのきつく閉じられた位置からの緩やかな漸進的再開放がタイマーサイクルと重な合い、それにより、差し迫って水を必要とする植物が散水機会を逃す。これは、インライン残骸が堆積してニップ領域を部分的に詰まらせるときに悪化される場合がある。これらの従来技術の装置の動きは、多くの場合、人の目には殆ど見えず、非常にゆっくりとしている。自由選択を前提とすると、当分野に熟練した設計者は、水潅漑バルブに関してこの種の動きを選択しない。好ましい動きは、より活発な動作であり、電気マイクロスイッチの積極的な開閉に良く似ている。
【００２４】
しかしながら、これらの問題の一部は、直接に作動できるバルブではなく、同様な原理に基づいて水分作動センサおよび／またはスイッチ、例えば電子センサおよび／またはスイッチを構成する水分応答装置に関しても存在する。この場合、基本的な内在する水分応答は、吸湿性の或いは別の水分応答材料の相対的な歪みによってもたらされる。したがって、そのような歪みが直接的な機械的「バルブ」効果を生み出す装置との関連で主に本発明が説明されるが、例えばセンサ検出または切り換え効果を生み出すために、特に電気的なセンサ信号を生成するためおよび／または電気スイッチを作動させるために機械的な歪みが間接的に使用される場合にも同じ原理を適用できることは言うまでもない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上記欠点のうちの少なくとも幾つかが軽減されるとともに、特に以下の利点、すなわち、
その開放半サイクルおよびその閉塞半サイクルの両方における変化する水分レベルに対する応答の向上、
２つの半サイクルの更に近い適合、
複雑な可動部が少なく、使用時の機械的な汚染および故障の可能性が少ない、
のうちの１つ以上を示す水分応答手段を使用する水分応答装置およびその使用方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
そこで、本発明の第１の態様によれば、
第２の材料から構成される水分応答性が低い形成体と関連する第１の材料から構成される水分応答性がある形成体を少なくとも備える水分応答要素であって、上記第１の材料が、上記第２の材料よりも水分を吸収する傾向が大きく、結果として体積の増大傾向が大きく、２つの上記形成体が、そのような体積の差動変化が上記水分応答要素の機械的変形を引き起こす傾向があるように互いに機械的に配置され、例えば密接に接続される水分応答要素と、
上記水分応答要素と機械的に関連する作動部材であって、水分の存在下での上記水分応答要素の変形によって上記作動部材が少なくとも第１の形態状態と第２の形態状態との間で機械的に変化し、それにより、上記作動部材が少なくとも第１の機能状態と第２の機能状態との間で変化する傾向がある作動部材と、
を有する水分応答装置が提供される。
【００２７】
本発明の重要な点は、水分応答要素の作用下で作動部材が少なくとも第１の形態状態と第２の形態状態との間で機械的に変化され、その変化が、水分レベルの変化に伴う水分応答要素の可逆的変形に伴って可逆的であるという点である。形態状態の変化の例としては、作動部材および／または作動部材一部の形状および／または位置および／または方向および／またはサイズの変化が挙げられる。
【００２８】
作動部材は、水分応答要素が変形するにつれてこれらの変化が引き起こされるように構成される。作動部材は、形態状態のこの変化を、継ぎ目などの適切な機械的特徴を設けるかどうかにかかわらず、可逆的に変化できる、例えば可逆的に変形可能な構造を有することによって、あるいは、適切な材料選択によって、または、何らかの組み合わせによって、達成してもよい。１つの実施形態において、作動部材は、第１の形状と第２の形状との間で変形するようになっている。
【００２９】
水分応答装置は、水分状態が変化するにつれて複数の場合に少なくとも第１の形態状態と第２の形態状態との間でサイクルするように成されるべく弾性的に変形できるように選択される材料から構成されおよび／または製造されることが好ましい。都合の良い好ましい実施形態において、作動部材は、例えば柔軟な弾性材料から形成される柔軟な作動部材であり、また、水分応答要素の変形によって引き起こされる作動部材の上記機械的な変化は、作動部材を少なくとも第１の機能状態と第２の機能状態との間で湾曲させるようになっており、それにより、作動部材は、水分応答要素がその前の状態へ戻るときにその元の状態へと弾性的に戻ることができる。したがって、少なくとも第１の形態状態と第２の形態状態との間の作動部材の変化が作動部材の機械的な歪みを構成し、それにより、作動部材が少なくとも第１の機能状態と第２の機能状態との間で変化する。
【００３０】
このように、本発明は、水分レベルが変化するにつれて内在的に変形する水分応答要素と作動部材との非常に簡単な組み合わせにあり、作動部材は、上記変形が使用時に作動部材に対して機械的に作用する傾向、例えば曲げやキンクなどの歪み或いは方向変化を作動部材にもたらす傾向がある様態で、この水分応答要素に対して機械的に結合される。作動部材は、作動部材のこの機械的変化、例えば歪みによって作動部材が第１の形態状態と第２の形態状態との間で変化し、それにより、作動部材内で直接に或いは作動部材からの信号の送信を行なうことによって所望の効果が開始されるように構成される。特に、作動部材は、少なくとも第１の状態と少なくとも第２の状態との間で変化をもたらし、この変化は、水分応答要素が変形するにつれて、アナログで連続的であってもよく或いはデジタルで不連続であってもよい。該変化は、水分応答要素の変形が水分レベルの変化に伴って逆になるときに反転可能である。このように、本発明の装置は、検出可能で任意には直接的な機能状態変化が水分状態変化として作動部材に引き起こされるという点で、一般的な意味において水分作動切り換え手段としての機能を果たす。
【００３１】
特に好ましい用途において、作動部材の形態変化およびこれに伴う機能状態の変化によって与えられる水分作動切り換え作用は、流体導管システムのための水分作動閉塞体、したがって、例えば潅漑システムのための自動水分作動閉塞体の一部となるように或いは該閉塞体の一部を形成するようになっている。装置は、作動部材によって作動可能な、例えば作動部材を含む或いは作動部材の一部として構成される動作可能閉塞形成体を含むことが好ましい。すなわち、装置は、作動部材の機能変化が動作可能閉塞形成体の選択的動作（すなわち、水分応答様態での選択的な開閉）をもたらすように構成され、また、好ましい実施形態において、作動部材は、機能的変化が動作可能閉塞形成体の少なくとも部分的な動作を直接にもたらすように、動作可能閉塞形成体であり、あるいは、動作可能閉塞形成体の少なくとも一部を構成する。
【００３２】
本発明の装置は、柔軟な弾性長尺作動部材が水分応答要素の変形時に直接に変形できる流体移送導管の一部としての機能を果たす柔軟な弾性導管部材であり、それにより、曲げ或いはキンクなどの方向変化が柔軟弾性導管にもたらされ、その結果、導管内の流体チャンネルが閉塞され、したがって、導管に沿う流体の流れが妨げられる傾向がある、好ましい実施形態に係るこの動作モードに特に役立つ。したがって、作動部材自体が閉塞形成体を構成する。本発明の実施形態の以下の説明はそのような例に焦点を合わせる。
【００３３】
しかしながら、本発明の原理を任意の切り換えシステムに適用できることは言うまでもない。その場合、装置で水分レベルが変化して水分応答要素の変形をもたらすときに作動部材において一の状態から他の状態への可逆的状態変化を生み出すことが望ましい。例えば、電気水分センサまたは水分作動スイッチとしての適用を想起できる。この場合、長尺作動部材は、水分応答要素が変形し、それに応じて作動部材が変形し或いは第１の形態状態と第２の形態状態との間で変化するときに電気信号を生成しおよび／または装置がその一部を形成する電子回路の状態を変えるために、１または複数の導体、圧電材料、または、任意の同様の機能性を含む。したがって、本発明の原理は、水分センサまたは水分作動スイッチの任意のシステムに適用できる。この場合、長尺機能部材の機械的歪みまたは形態状態変化がセンサまたはスイッチの作動をもたらすことができる。
【００３４】
しかしながら、本発明の好ましい実施形態によれば、潅漑の調整のための装置であって、第２の水分応答性が低い材料、例えば比較的応答性がないおよび／または疎水性の材料から構成される水分応答性が低い形成体と直接に機械的に関連する第１の水分応答性材料から構成される水分応答性がある形成体を少なくとも備える水分応答要素であって、上記第１の材料が、上記第２の材料よりも水分を吸収する傾向が大きく、結果として体積の増大傾向が大きく、２つの上記形成体が、そのような体積の差動変化が上記水分応答要素の機械的変形を引き起こす傾向があるように互いに機械的に配置される水分応答要素と、柔軟な弾性材料から構成される流体導管であって、１つ以上のキンクを流体導管にもたらすことにより流体の流れを妨げるために、水分の存在下での上記水分応答要素の変形が上記流体導管を機械的に歪ませる傾向があるように上記水分応答要素と機械的に関連する流体導管と、を備える装置が提供される。
【００３５】
このように、好ましい実施形態は、水分レベルが変化するにつれて内在的に歪む水分応答要素と、長尺チューブなどの柔軟弾性導管との簡単な組み合わせを提供し、柔軟弾性導管は、上記歪みが使用時に導管に対して曲げやキンクなどの方向変化をもたらす傾向がある様態でこの水分応答要素に対して機械的に結合される。導管の性質により、そのような方向変化は、導管孔に流れ制限を構成するとともに、導管孔を通じた流体の通過を妨げる傾向となる可能性が高い。
【００３６】
例えば、この実施形態の通常の動作モードにおいて、使用時に潅漑流体のための通路として作用する管孔を有する好ましくは柔軟な弾性管状部材の形態を成す導管は、ほぼ乾燥した開孔状態で上記管状部材が略直線状態にあるが、より水分吸収性のある第１の材料が膨出するときに水分応答要素の機械的な作用の下で上記管状部材がキンク状態に成され、それにより、上記孔が少なくとも部分的に閉塞するように構成される。
【００３７】
したがって、本発明は、非常に機械的に簡単であり、可動部を本質的に伴わない。本発明は、環境の水分レベルに応答し、そのため、水分応答要素の機械的変形によって生み出される自動応答に基づいて、作動部材の作動をもたらす傾向があり、好ましい実施形態では、流体導管、例えば管孔を閉じて更なる散水を防止する傾向がある。これは、２つの材料の差動物理吸収特性を利用するによって、特に第１の材料が第２の材料よりも大きい度合いまで湿潤状態で水分を吸収して体積を増大する傾向があるようにこれらの２つの材料を選択することによって見事に簡単な方法で達成される。
【００３８】
材料は、水分レベルが変化するにつれて差動的に拡張する。例えば、一方の材料は、それが水分を吸収するにつれて拡張し、また、他方の材料は比較的僅かな拡張を示す。例えば、第１の材料は吸湿性の比較的高い材料であり、第２の材料は、吸湿性の比較的低い材料であり、例えば疎水性の比較的高い材料である。
【００３９】
好ましくは、水分応答装置は、弾性変形可能であり、それにより、水分状態が変化するにつれて複数の場合に少なくとも第１の形態状態と第２の形態状態との間でサイクルするようなっている。例えば、水分応答要素は弾性的に変形可能である。少なくとも比較的拡張しない第２の材料は、第１の材料が拡張するときに変形し且つ第１の材料が収縮するときにその当初の形態へと戻るように弾性変形可能であることが都合よく、それにより、水分応答要素は、２つの材料間で応力の過度な増大を伴うことなく可逆的に変形し、装置寿命を延ばす。第１の材料も弾性変形可能であることが都合よい。例えば、弾性変形可能な材料はエラストマー高分子である。
【００４０】
２つの材料は、２つの形成体のそのような差動膨出が水分応答要素の機械的変形を引き起こす傾向があるように互いに機械的に配置される。特に、２つの材料が密接に互いに接続されることが好ましい。特に、これらの材料は、例えば共有の結合面によって直接に互いに機械的に係合されるのが都合よい。共有面は、接着結合されてもよく、熱的に結合されてもよく、あるいは、機械的に結合されてもよいが、材料の少なくとも一方が溶融成形プロセスによって他方の上に横たえられるように結合されることが好ましい。例えば、材料の少なくとも一方がオーバーモールディングによって他方の上に横たえられ、または、２つの材料が共成形され或いは共押し出し成形される。これは、２つの形成体が使用時に差動的に歪まされるときに生み出される力に抵抗できる更に良好な密接接触を与える。
【００４１】
本発明は、水分応答要素を形成するための差動特性を伴う２つの材料に関して最も簡単に記載されているが、本発明はそのように限定されず、任意の数の材料が使用されてもよい。ただし、その場合には、比較的低い水分吸収を伴い、したがって、比較的低い体積変化を示す第２の材料から構成される水分応答性が低い形成体（例えば、実質的に水分が不変の形成体）と比べて比較的高い水分吸収を伴い且つ比較的高い体積変化を示す第１の材料から構成される水分応答形成体が少なくとも存在する必要がある。第１の材料は、水分応答要素が比較的乾燥した状態と比較的湿った状態との間で形状変化変形を受け且つこの変形が例えば作動部材の状態変化を生み出すように、例えば流体導管などの柔軟弾性作動部材を歪ませるように、第２の材料と機械的に係合される。上記柔軟弾性作動部材は、同じ第２の材料から構成されてもよく或いは第３の材料から構成されてもよく、作動部材を作動させる傾向がある様態で、例えば潅漑液体を挿通移送する導管通路を閉じる傾向がある様態で水分応答要素と機械的に関連する。
【００４２】
特に都合良い実施形態では、水分応答要素が略平坦な構造（すなわち、ウェブ状またはシート状構造）を有し、第１の材料および第２の材料は、概ねあまり湾曲されていない形態、例えば平面形態と概ね更に湾曲される形態との間で好ましくは主に１つの略湾曲方向であるが任意には両方のシート方向にそれが歪む傾向があるように配置される。特に、水分応答要素は、非湿潤状態でそれが略平面形態をとり且つそれが湿らされるときに湾曲する傾向があるように構成される。これは、第１の材料および第２の材料が、互いにほぼ並んで配置され且つ機械的に係合され、例えば一緒に直接に結合され、それにより、水分を吸収して体積を増大させる第１の材料の傾向が高まると、歪められて伸張された湿潤状態の第１の材料が上記湾曲面の凸部側に位置し、好ましくは第１の材料の作用によってプロセスで弾性的に伸張され得る第２の材料が上記湾曲面の凹部側に位置する傾向があるという点で都合良く達成される。
【００４３】
この配置は、シート状水分応答要素が変形して形状を比較的平坦な形態から比較的湾曲した形態へと変えるときに作動部材、例えば管状部材などの流体導管が予測可能な様態で作用されて歪むようにするのに特に都合良く役立つ。作動部材は、例えば使用中に凹面となるように歪むようになっているシート状の水分応答要素の第２の材料の表面と機械的に関連して配置されており、第２の材料の上記表面上に位置され、あるいは、該表面から離間されて例えば該表面と略平行に位置される。これに伴う湾曲形状への変形は、凹部側の所定長の作動部材のために利用できる長さを減少させる傾向があり、また、機械的応力をもたらして例えば適合性状態の変化を生み出す傾向があり、例えば歪みをもたらして例えば所望の作動応答を生み出す傾向があり、特に管状導管などの場合には、流れを妨げる傾向があるように直接に作用する方向変化、特に鋭い方向変化またはキンクをもたらす傾向がある。
【００４４】
好ましくは、作動部材を上記表面上に直接に配置するのではなく、作動部材、例えば柔軟弾性管状部材を備える導管部材は、水分応答要素、例えば上記表面と機械的に係合されるが側方係合突出部によって側方に離間され或いはオフセットされる。突出部は、水分応答要素の長手方向と作動部材の一般に略平行な長手方向との間で略横方向に延びることが好ましい。例えば、突出部はこれらの間で略垂直に延びる。好ましくは、少なくとも一対のそのような突出部は、長尺作動部材に沿って長手方向に離間されて設けられる。この配置は、柔軟弾性管状部材などの作動部材をそのようなポイントまで突出させ、その場合、水分応答要素が変形されて湾曲された状態では、水分応答要素の小さい湾曲度合いは、同じ所望の変形、例えばキンクを形成するために作動部材が表面に直接に取り付けられた場合よりも早く必要な力を作動部材に生み出す。また、この配置は、柔軟弾性管状部材におけるキンクなどの制御された変形がかなり容易に生み出される優先的変形領域を画成する傾向もある。２つの長手方向に離間されたポイントに作動部材を支持することは、これらの２つのポイント間に、特に変形が優先的に生じる２つのポイント間の略中間点に、キンク領域を画成する傾向がある。
【００４５】
好ましい実施形態において、水分応答要素は少なくとも二重層を備える。この二重層では、上記第１の材料から構成される少なくとも第１の層またはウェブは、上記第２の材料から構成される少なくとも第２の層またはウェブと機械的に関連付けられる。そのような二重層は、連続プロセスによって、例えば接着または他のウェブ接合法によって２つのウェブストックから共成形により、共押し出しにより、あるいは、任意の他の適した成形プロセスによって形成されるのが都合よい。成形プロセスは、導管などの作動部材を水分応答要素と更に共成形することが好ましい。このようにして、材料の連続供給が形成されてもよく、また、望ましくない材料、すなわち、突出部および穿孔部における金型切り欠き部を除去して、空気の流れが必要とされる場合に空気の流れを向上させるため、また、望ましい長さにカットして本発明に係る個々の水分応答潅漑制御装置としての機能を果たすために、上記連続供給材料を更に処理することができる。
【００４６】
本発明の装置、特に、実用的な潅漑システムの潅漑制御装置としての管状導管を含む好ましい実施形態の装置の好ましい用途は、屋内であろうと屋外であろうと、また、家庭内ガーデニングであろうと商業的園芸または農業であろうと、容易に理解され得る。その最も簡単なものにおいて、本発明の装置は、特定の度合いの歪みに達すると潅漑を制御するために制御信号を生成することができるポイントまで、水分の存在下で可逆的形態変化を受け、例えば歪むようになっている。実際には、作動部材は、潅漑流をＯＮおよびＯＦＦに切り換えるために切り換え効果を生み出す。これは、潅漑を制御するために制御手段によって使用される水分応答信号を作動部材が生成するという点で間接的であってもよく、あるいは、水分レベルが上がるときに閉じる機械的な、電気機械的な、あるいは、電気的なバルブまたはバルブスイッチ構造の一部としての機能を作動部材が果たすという点で直接的であってもよい。好ましい実施形態では、作動部材が流体導管であり、この流体導管は、該導管内の流体流れを妨げるように歪められる。したがって、導管は、それ自体、実質的に、水分レベルが変化するにつれて自動的に作動するバルブ手段である。あるいは、ワイヤコネクタなどのスイッチャアクチュエータが導管内に配置されてもよい。
【００４７】
明らかに、そのような装置は、実際には、潅漑システムにおいて水分応答バルブ手段としての機能を果たすことができる。この場合、本発明に係る装置は、一般に潅漑液体が供給されるべき部位の近傍で、潅漑液体分配ラインに取り付けられる。したがって、該装置は、現場で状態に応答して、更なる散水を選択的に許容し或いは妨げる。
【００４８】
定水位または固定量の潅漑流体源から最終的に供給される潅漑ホースの分配ネットワークによって植物、つる植物、低木、木などが一塊で潅漑される第１の用途では、１つ以上の装置が使用されてもよい。第２の用途では、潅漑流体源からの時間ベースの或いは容積ベースの周期的流出を開始するように設定されるタイマーベースの潅漑流体システムと共に１または複数の装置が使用されてもよい。いずれの場合にも、本発明に係る簡単なバルブは、水分レベルが比較的高い（水分応答要素が結果として歪められるという点で）時期を現場で検出し且つそのような状況で実際にバルブ閉塞体としての役目を果たす（水分応答要素の歪みが導管の必要な歪みをもたらして、導管の部分的な或いは完全な閉塞を引き起こし、更なる潅漑流体の流れを妨げるという点で）ことによって過剰散水を防止すべきである。バルブ機構は、動的応答性があり、完全に可逆的である。機械的な可動部が存在しないため、信頼性および寿命が向上する。更に、「バルブ」は、それが管状部材または他の導管の可逆的歪みだけを備え、したがって、「バルブ」機構の環境的汚染の傾向が無いという点で、環境に対して完全に閉じられる。
【００４９】
したがって、好ましい態様における本発明は、前述に係る装置と、動作可能なバルブ閉塞体と、作動部材の作動時にバルブを選択的に開閉するための手段と、を備える水分応答バルブである。したがって、更なる態様において、本発明は、前述した少なくとも１つの、好ましくは複数のそのような水分応答バルブを含む潅漑システムを提供する。
【００５０】
しかしながら、別の方法では、本発明の原理は、例えば、前述した装置と、作動部材の作動時に水分応答信号を生成するための手段と、を備える水分応答センサにおいて使用されてもよく、あるいは、前述した装置と、例えば電気回路に対する接続のための公知の態様の一対の電気接点を備える動作可能なスイッチと、作動部材の作動時にスイッチを選択的に開閉するための手段と、を備える水分応答スイッチにおいて使用されてもよい。
【００５１】
所望の機能性を与えるため、任意の適した公知の動作可能なバルブ閉塞体、信号生成手段、または、動作可能なスイッチを本発明の基本装置と共に組み込むことができる。
【００５２】
本発明の更なる態様によれば、環境内の現場で水分レベルの変化を検出しおよび／または該変化に応答する方法は、環境内の水分レベルを監視しおよび／または制御するようになっているシステムの一部として本発明の第１の態様に係る少なくとも１つの、好ましくは複数の装置を環境内に配置するステップと、水分レベルの変化が本発明の第１の態様に係る装置の状態の変化をもたらすときにシステム内で応答が発生されるような様態でシステムを経時的に動作させるステップと、を備える。
【００５３】
応答は、単に観察的であってもよく（すなわち、装置がセンサとしての機能を果たす）、あるいは、作動応答を伴ってもよい。好ましい実施形態において、応答方法は、現場で水分レベルを変えるために、例えば水分レベルを所望の所定レベルへと戻すために、対策を講じることを含む。好ましくは、装置自体は、スイッチまたはバルブアクチュエータとして、特に前述したバルブとしてこれを達成するように構成される。
【００５４】
この実施形態によれば、方法は、潅漑流体源から供給される潅漑ホースなどのネットワークを備える潅漑システムを設け或いは現場に既に存在するそのようなネットワークを変更するステップと、バルブアクチュエータとしての機能を果たすように本発明の第１の態様に係る少なくとも１つの装置を特に１つ以上の潅漑流体供給ポイントの近傍で上記ネットワークに組み込むステップであって、上記装置が、好ましくは、柔軟な弾性材料から構成される流体導管を作動部材として備え、上記流体導管が、水分の存在下での上記水分応答要素の歪みが流体導管を機械的に歪ませて流体導管に１つ以上のキンクをもたらす傾向があり、したがって、より高い水分レベルで流体の流れを妨げる傾向があるように上記水分応答要素と機械的に関連するステップと、潅漑流体を潅漑流体源からホースのネットワークへと供給することによって潅漑システムを望みどおりに動作させるステップと、を備える潅漑システムを制御する方法である。
【００５５】
方法、すなわち、システムの潅漑流体供給部位のうちの少なくとも１つの部位、好ましくは複数の部位、例えば全ての部位での本発明の装置の現場での使用の実施形態によれば、潅漑流体は、中央供給源から供給されるときにそれが必要とされる部位でのみ供給される。水分レベルが既に比較的高い部位では、装置が歪んでバルブ／導管を閉じる傾向がある。バルブ／導管は、供給ポイントの近傍でホースに流体接続され、したがって、潅漑流体をその供給ポイントへと供給するホースに対する閉塞体としての機能を果たす。したがって、既に十分に給水されている部位に対して供給する供給ポイントは、本方法にしたがって選択的に閉じられる。
【００５６】
潅漑源は、定水位ベースまたは固定量ベースで、または、時間ベースまたは容積ベースの周期に基づいて、公知の態様で潅漑流体を供給してもよい。
【００５７】
しかしながら、正確な制御はあまり重要ではない。これは、本発明の方法の使用が、既に十分に給水されている部位を選択的に閉塞することによって、また、再び更に急速に開放して水の更なる供給のための実行可能な機会を与えることによって、過剰散水する傾向または不十分な散水を行なう傾向を制限するからである。
【００５８】
潅漑流体は、一般に、植物供給組成体などの適切な園芸または農業添加物、ｐＨ制御組成体などの水質調整組成体を従来の様態で任意に含む水である。
【００５９】
ここで、添付図面の図１〜図６を参照して、本発明を単なる一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の原理にしたがった水分作動チューブ閉塞体の作動状態における凹部側から見た斜視図である。
【図２】図１の水分作動チューブ閉塞体の凸部側から見た斜視図である。
【図３】図１の水分作動チューブ閉塞体を平面図、側面図、下面図、端面図で示している。
【図４】別の実施形態を平面図、側面図、下面図、端面図で示している。
【図５】別の取り付けオプションを側断面図で示すとともに、図３の装置における端面図を示している。
【図６】同様の装置の別の実施形態を平面図、側面図、下面図、端面図で示している。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
最初に、図１〜図３を参照すると、構造体が非湿潤時には略平坦となる傾向があるが湿潤時には湾曲状態になる傾向があるように構成される異なる吸水特性を有する２つの高分子材料（熱可塑性エラストマー−ＴＰＥ）から構成される略平面二重層を備える装置が示されており、該装置には、湿潤時に凹部側となる部分に流体チューブが設けられ、それにより、流体チューブが湿潤状態で歪んでキンクされる。
【００６２】
構造体は、ポリエーテルブロックアミドとも称される市販のＰＥＢＡＸ（登録商標）材料の範囲からの高水分率グレードのＴＰＥを含む材料から適切に選択される吸湿性の比較的高い高分子（１）の第１のウェブから構成される。ＰＥＢＡＸ（登録商標）範囲の低水分率ＴＰＥなどから適切に選択される親水性の比較的高い高分子（３）から構成される第２のウェブ（３）は、この例では、プラスチック射出成形のオーバーモールドプロセスが成形プロセス自体の最中に図１，２，３，４，６に明示される切り欠きおよび穿孔の特徴形態（これらが必要とされる場合）を組み込むのに役立つ入念な工具設計を伴って、二重層を形成するために第１のウェブとオーバーモールドされる。図に見られる製造に更に関連する別の製造プロセスでは、最初に、ウェブが望みどおりにカットされ、打ち抜かれ、穿孔されてもよい。２つの材料は、湿潤状態のときに図１および図２に示されるように寸法が変化して曲がる傾向がある感湿要素を形成するために互いに結合される。
【００６３】
図３は、非湿潤状態である非変形状態の構造体を示しており、２つの層が相互に作用する様子を更に明示している。図は、それぞれ（左から右へ）、下から見た平面図、側面図、上から見た平面図、および、端面図（右下）で構造体を示している。
【００６４】
図１〜図３を参照すると、先と同様に低水分率ＴＰＥなどの適した防水高分子材料から都合良く構成される潅漑チューブ（５）が、２つの層により形成される水分湾曲部材上に、ウェブ（３）の放射状弾性延在部（７）の対を介して支持されている。これらの弾性延在部は、本実施形態において機能的な重要性を有している。なぜなら、実際に、これらの弾性延在部は、水分応答ウェブの凹部形成面から選択された距離だけ離間するそのそれぞれの端部によって潅漑チューブを弾性的に保持して近くに拘束しており、また、これらの弾性延在部は、引き起こされる圧縮力を、機械的に有利な配置によって、弾性延在部同士の間の隙間のほぼ中間ポイントにあるキンク領域（ｚ）と称される略中心領域に集中させるように挟み作用を伝えて拡大するからであり、有孔水分湾曲部材が更に湿った状態へと移行するにつれて潅漑チューブ（５）が歪められると、上記ポイント（８）で潅漑チューブ（５）がキンク不連続部を形成する可能性が最も高い。これが図１に明示されている。このキンク不連続部では、チューブ（５）の孔によって形成される潅漑チャンネルがキンクによって閉塞される傾向があり、潅漑流体がこのポイントを自由に通過しない。
【００６５】
図１は、特に、本実施形態では第１のウェブと第２のウェブとの組み合わせである水分応答要素からの潅漑チューブのオフセットによって得られる機械的利点の価値を示している。柔軟に弾力的な導管チューブ部材（この例では、潅漑チューブ（１））は、水分応答要素から、本実施形態では第２のウェブ形成体の最外面から、数管径分だけ外側に離れて、例えば約２〜５管径分だけ離れて、図示の実施形態では約３管径だけ離れて取り付けられる。導管チューブ部材は、該導管チューブ部材を略横方向で水分応答要素から離間させるために、導管チューブ部材に沿って長手方向に離間される少なくとも一対のオフセット支持体によって方向付けられて拘束される。適した支持体は、例えば、放射状延在部（好ましくは、図の場合のように、２対の放射延在部（７））の形態を成している。
【００６６】
これにより、対向する放射状延在部などの長手方向に離間されたオフセット支持体間に位置されるキンク形成領域が形成される。導管チューブ部材は、座屈加重が加えられると局所的な弾性座屈を受ける傾向を圧縮状態で示し且つチューブを閉塞させる傾向があるキンクを形成するように材料から構成されて製造される。キンク形成領域は、座屈効果が集中される傾向があり、かつ、その効果が、生成される曲げ力を導管チューブ部材の各端部を介して印加される挟み作用へと方向付ける全体の幾何学的形状によって増大される領域である。
【００６７】
図１が示すように、横方向オフセットの使用は、曲がる水分応答要素によってオフセット作動部材へと導入される曲げ力に関して重大な機械的利点をもたらすことができる。この利点は、例えば本実施形態の二重層ウェブのように更に湿った状態で更に凹状の曲率をとる傾向がある水分応答要素から側方にオフセットされる任意の長尺作動部材に関して生じ得る。当該利点は、特に、導管チューブ部材などの座屈によって閉塞する傾向がある略長尺作動部材と湿潤時に少なくとも一方向で湾曲して凹状になる傾向がある二重層ウェブなどの略シート状要素との間のオフセットとして適用されるときに有益である。長尺作動部材は、凹部側で側方にオフセットされる。長手方向に離間されるオフセット支持体の作用は、減少された範囲（長手方向で）のキンク領域をオフセット支持体間に形成し、それにより、略シート状要素に対して適用できる曲率半径に対して座屈応力を任意のチューブで増幅することである。これにより、キンクを形成するために要される全体の時間が減る。なぜなら、キンクを形成するために水分応答要素で生じる必要がある曲げが少ないからである。このように、長手方向に離間されたオフセット支持体は、減少された長手方向範囲のキンク領域を長尺作動部材に画成するとともに、それに対応して増大される作動部材の変形を、変形された水分応答要素の所与の曲率度合いなどの所定の変化に関して与えるように構成される。水分応答要素において比較的緩やかな曲率度合いが生じるだけで、鋭角の内抱角の効果的なキンクが作動部材に生じる場合がある。これは、水分応答要素の更に小さく生じる更に開放した内抱角よりも５０％小さい（よりタイトな）範囲の内抱鋭角として現れる場合がある。
【００６８】
本実施形態において、オフセットの機械的利点は、ウェブの湾曲内抱角が該湾曲内抱角よりもかなり小さい内抱角を有するキンクを管状部材に生み出すという点において生じる。図１では、キンクの内抱角が約６０°の鋭角の内抱角であり、ウェブの内抱角が約１２０°の鈍角の内抱角であり、両者はいずれも、１８０°の開放した内抱角の当初の乾燥した真っ直ぐな状態からのものである。
【００６９】
理想的には、導管チューブ部材およびキンク形成領域は、このキンク形成領域の略中央に１つの十分なキンクを形成することができ且つこれが水分との数時間の接触後においてのみ生じるように構成される。オフセットの機械的利点が無いと（すなわち、導管チューブ部材が表面上に直接に取り付けられると）、これがむしろ１２時間に近くなる場合がある。本実施形態の場合のように導管チューブ部材およびキンク形成領域が理想的に構成されると、キンクが優先的に図示のように形成されることに留意すべきである。
【００７０】
湿潤アッププロセスが進展するにつれて、第１の材料が拡張して、特に長く延び、これによって第２の材料が弾性的に伸張されるため、水分応答部材の漸進的な伸張および巻縮または曲げが存在する。水分応答要素の第２のウェブは、水分応答高分子である第１のウェブの大規模な外側の膨出に関連してそれが内側にも巻縮するため、伸張される。水分応答高分子は、少なくとも数パーセントだけ都合良く膨出するとともに、適切な材料選択によって１５〜２５％程度膨出する場合もある。何度も逆に行なうことができるプロセスの場合、第２の（低水分率）材料の拡張または伸張は、永久歪みが起こらないように十分に弾性限度内になければならない。
【００７１】
柔軟で弾力があり、更には耐水性のある第２のウェブ材料を使用することにより、プロセスを多数回にわたって十分に逆に行なうことができる。
【００７２】
動作の有効性、速度、および、信頼性は、湿潤アッププロセス中およびキンクの形成前に導管チューブ部材がその軸にほぼ沿って力を受けるという事実に部分的に帰するものである。一般に、チューブは、中立負荷または更に好ましくは軽い張力の下で始動する（すなわち、例えば湿気を乾燥させるために平均となるように取り付けられる）。第１の材料が拡張してウェブ要素が拡張すると、システム内には、張力の形態を成す力が第２の材料中に生み出され、それにより、ウェブ要素が曲がって、チューブに圧縮力が生じる。チューブの圧縮力は、チューブが座屈するポイントまで増大し、また、水分応答ウェブ部材の曲げに抵抗する力が減少される。入念な設計および材料選択により、実際にこの座屈が突然の変形となる可能性が高く、それにより、閉塞が実際に双安定移行となるように、装置を最適化することができる。チューブが略開放した状態の緩やかに湾曲した外観から、バルブが図の形状へと突然に折れ、或いは反転する。この動きはすぐに観察することができ、また、バルブが水の数ミリメートルの深さにレイアウトされている場合には、これが起こるときに相当な波打ち効果が存在する。
【００７３】
２つの配慮が、動作の有効性、すなわち、乾燥直線状態から湿潤キンク直前（水分応答要素に湾曲が存在し得るが、チューブを通じた流れの著しい制限が存在しない場合）へ至るまでの時間および反転してキンクを形成するための時間に寄与する。オフセットによって与えられる機械的利点により、装置が非常に急速にキンクポイントに達することができ、そのため、時間は、約１２時間ではなく、たった数時間である。これは、部分的に、要素の湾曲の効果が増幅されるためであり、また、部分的に、オフセットが集中的なキンク領域も形成するからである。一方、要素表面上に直接に取り付けられるチューブは、該チューブがキンクするポイントに達するために更に大きな要素湾曲を必要とする傾向があり、また、複数の位置でキンクする傾向もあり得る。キンク自体は、座屈負荷が閾値を超えるとチューブが弾性座屈破壊を受けるように急速である。孔は閉塞される。
【００７４】
逆方向の応答速度も向上され、それにより、状態が乾ききるときにおいても開放にヒステリシスまたは遅れが少ない。特に、第１の材料が完全に乾燥して収縮すると、第２の材料は依然として残留張力下にあるが、座屈されたチューブの弾性は、座屈負荷が閾値を下回ると座屈を急速に反転させる傾向もある。孔が開き、水が再び流れることができる。
【００７５】
本発明の有効性は、この現象だけに依存しておらず、あるいは、それが常に一瞬で起こっていることにある。一連の装置サイズおよび／または材料において、応答性を幾らか調整することができるが、装置は、いかなる場合でも、意図されるように湿らされると、チューブの実行可能なキンク閉塞を形成する。
【００７６】
潅漑システムにおいて使用する際、装置は、潅漑チューブ（５）が例えばティード・オフ・ホース（ｔｅｅ’ｄ  ｏｆｆ  ｈｏｓｅ）システムの流出部にある散水ポイントの近傍で分散潅漑システムの潅漑ホース（図示せず）へと流体接続されるように組み込まれる。このポイントに達する中央供給源からの潅漑流体は、周辺が比較的乾燥しているとき、キンクが存在しない場合に妨害されない孔を通過する。装置の周囲が湿っている場合には、装置は、歪んだ状態になる傾向があるとともに、潅漑流体の通過を妨げる傾向があり、それにより、そのポイントで閉塞体としての機能を果たす。このように、本発明の装置は、機械的な動作によって自動閉塞を行なう。したがって、本発明の装置は、実際には、装置が潅漑システム内へ挿入されるポイントで潅漑導管の自動的且つ可逆的な部分閉塞または完全閉塞を達成するバルブとしての役目を果たす。
【００７７】
図４は、主に製造方法の点で異なり且つ図３と同様に図示される別の実施形態を示している。図３が２つの高分子ウェブのオーバーモールディングによって製造された場合には、図４が共押し出しによって連続的に製造されるのに適しているであろうことが意図される。この場合も先と同様に、吸湿性の比較的高い材料から構成される下側ウェブ（１１）と、吸湿性が比較的低い材料から構成される上側ウェブ（１３）とが、今回は共押し出しによって二重層状態に形成され、それにより、図１〜図３に示されるのと同様に動作する水分湾曲部材が形成される。この場合も先と同様に、弾性的に柔軟な長尺高分子潅漑チューブ（１５）が設けられ、該チューブは、先と同様、ウェブ（１３）の対を成す放射状弾性延在部上に支持される。この配置は、連続する長さの材料の共押し出しに役立ち、該材料は、その後、残りの弾性延在材料が除去されることによって、例えば多くの別個の装置を形成するために打ち抜いた後に適切な長さにカットすることによって、更に処理することができる。基本的な動作形態は先と同じであり、この場合、支持体（１７）は、先と同様、チューブ（１５）が使用時にキンクして閉塞されるようになる可能性が最も高い機械的利点に恵まれたキンク領域（ｚ）を画成する役目を果たす。
【００７８】
図５の図（ａ）は、本発明の装置における可能な取り付けオプションを組み立て側断面図で示している。取り付けブラケット（２１）は、潅漑ホースネットワークの一部を形成する導管接合部（２３）および地面支持体（２２）を伴って示されている。本発明に係る装置（２４）は、ここでは図（ａ）および図（ｂ）の両方を参照すると、この導管部（２３）の出口に流体接続されて示されている。使用時、装置（２４）は、それが湿潤状態になるときに、自由端が略上方へ巻縮して任意の潅漑流体溜まりから離れる状態で、前述したように歪み、したがって、導管（２３）の出口の下流側で部分的な、或いは完全な流体閉塞を行なって、歪んだ状態で任意の潅漑プロセスを中断する傾向がある。したがって、ブラケットおよび接合導管（２３）を介して供給される水は、装置（２４）が比較的湿っていない状態にあるときにだけ潅漑用地へと供給される。
【００７９】
図１〜図４において、本発明の装置は、チューブ（５，１５）が放射状または略放射状の弾性ウェブ（７，１７）の対に対して支持される状態で示されている。これは、それがチューブを水分湾曲要素に対して比較的固定された位置で保持し且つ水分湾曲要素が歪められるときにチューブがキンクする可能性が最も高い領域を比較的正確に画成するため、特に効果的である。しかしながら、別の実施形態では、同様の様態でバルブシステムを設けることが可能であるが、潅漑チューブは、単一の不連続な径方向に延びるウェブ支持体上にのみ支持される。そのようなシステムは、図面に示されておらず、使用時に力が理想的に釣り合わされる可能性が低いため、一般に好ましくなく、また、結果として生じるキンクは、おそらく中心軸の左側に或いは右側に投じられる。これは、キンクを形成するのに長い時間を要し且つキンクが更に柔らかいキンクであるため、あまり効率的ではないが、それは何らかの機能性を依然として与える。
【００８０】
これらの原理を使用する装置の改良例が図６に示されている。先と同様に、図３および図４と同様の様態で４つの図が与えられている。先と同様、水分湾曲要素を形成するために、第１の吸湿性の比較的高い層（３１）が第２の吸湿性の比較的低い層（３３）と結合される。潅漑チューブ（３５）は、今回は、特に上から見た平面図に破線によって支持体（３７）として示される層（３３）の対ではない単一の垂直延在部によって支持される。これは、示唆される欠点、すなわち、キンクを形成するのに長い時間を要するとともに、キンクが最も短い最も効果的な経路から離れて形成される、すなわち、キンクがあまり制約されない装置の一方側または他方側にキンクが形成されるという欠点を伴う。これを安定させて、キンク領域が図１〜図４に示されるのと同様に、より明確に画成されるようにするため、更なる横方向フランジ（３８）が組み込まれ、それにより、チューブ（３５）のための支持体に対して高い剛性を与えられる。これは、成形構造において可能な解決策であるが、それがその両側にキンクが形成される幾何学的形状の急激な変化が存在する２つの領域に応力を集中させるため一般的に好ましくなく、共押し出しに役立たない。図には２つの横方向フランジだけが示されているが、安定性を向上させるためにチューブ（３５）のそれぞれの端部またはその近傍に更なるフランジが組み込まれてもよい。
【００８１】
前述した例は全て、直接的な機械的に有利な作用によって湿潤状態でその少なくとも部分的な閉塞をもたらすために水分湾曲要素の歪み・寸法変化が潅漑チューブに対して直接に作用するという点で、実質的に水分作動バルブとして機能する水分応答潅漑制御ユニットの例示である。これは、それが直接的な機械的効果を使用して可動部を最小限に抑えるという点で、本発明の特に有益な実施形態である。しかしながら、前述したように、水分湾曲要素上に保持された作動要素に対する水分湾曲要素の機械的作用を使用する本発明の原理は、そのような直接的な閉塞に限定されず、例えばセンサおよびスイッチの製造にまで及ぶことができる。この場合、歪みは、水分湾曲要素上に保持され且つ水分湾曲要素と関連する適切な作動部材の機械的な歪みの効果によって、何らかの他の形態の機械的、電気機械的、または、電気的な応答を直接的に、或いは間接的にもたらす。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６】
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【国際調査報告】
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