(57)【要約】【課題】  従来、自動給水を目的とした水耕栽培用水位調整器は家庭用としては大型で扱いにくかった。そこでこれを手のひらに載るサイズにするため、必要十分な水量の仕様に抑えることにより、水位調整器内部を簡素化し、水槽外部に置く容器型とする。【解決手段】  水位調整器１の蓋にチューブ継手を取り付け、チューブにより貯水槽から養液を水位調整器１に入水する。水位調整器１の内部にフロート１ｆを設け、その上にゲル状樹脂の接着パッド１ｇを載せ、フロート１ｆの浮力により蓋内側の継手１ｄ先端部と接着パッド１ｇを圧着させ給水弁を開閉する機能を果たさせる。そして同容器の下部にチューブ継手１ｅを取り付け、外側端子部からチューブ３を使用して水槽鉢５に養液を出水する。  水位調整器１は貯水槽４と水槽鉢５の間の設置台１ｉに置き、チューブでつなぎ、設置台１ｉの高さを変えることによって、水位を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水槽の液面高さを数メートル以内、チューブ内径を３ミリメートル程度、水位調整器容器の外形を数センチメートルの立方体あるいは円柱とし、チューブ継手を容器の蓋の上部に設け、外側の端子部からチューブにより貯水槽に接続し入水し、同容器の内径に近い寸法のフロートの上にスポンジゴム状あるいはゲル状樹脂製の接着パッドを設け、フロートの浮力により蓋内側の継手端子部と接着パッドを圧着させ給水弁を開閉する機能を果たさせ、同容器の下部にチューブ継手を設け、外側の端子部からチューブにより水槽鉢に接続し出水する機能を持ち、同容器の設置台の高さを変えることによって水位調整を行うことを特徴とする自動給水用容器型水位調整器。
【請求項２】
請求項１の構成を持つ水位調整器において、容器とフロートのすき間による変動にも接着パッドが継手の端子部に十分接触できる範囲内で小さくチップ化し、フロート上部に埋め込むことにより、必要なフロートの厚さを得、容器を小型化させたことを特徴とする自動給水用容器型水位調整器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は植物栽培の自動給水に使用される水位調整器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、自動給水を目的とした水位調整器は、家庭用水耕栽培器として販売されているホームハイポニカなどで使用されているボールタップ方式が一般的だった（特許文献１、非特許文献１参照）。
しかし、この方式ではフロートの浮力で梃子の原理を利用して給水弁を開閉する機構のため、小型のボールタップを使用しても最低でも十センチ程度の水位を必要とするなど一般家庭向け水耕栽培用としては、大きすぎて高価であり、取り付けも大変だった。【０００３】  ボールタップ方式以外ではインターネットのブログ、ベランダゴーヤ１００研究所の「自動給水装置で、ペットボトル等を活用した、植物プランターへの自動給水を可能とする定水位調整器」がある（非特許文献２参照）。
これは給水タンクに接続されたホースにノズルを取り付け、ペットボトルをフロートとし、その上部にウレタンフォームを張り付け、水位が上昇したときノズル先端部をウレタンフォームで閉じることによって給水弁の役割を果たさせる水位調整方式である。
これは簡便な方式だが、大きなサイズで水槽鉢に直接取り付けるため、トマトやキュウリなど数十リットルの大型水槽鉢を使用する野菜栽培にしか使えなかった。【０００４】  このほか、水位の低い培地を使用するレタスなど葉物野菜の養液栽培には、例えば、書籍「１００円グッズで水耕菜園」で紹介されているようなペットボトルを使用した給水方式がある（非特許文献３参照）。
しかし、ペットボトル方式では一日一株当たり最大５から１０リットルの養液を消費するトマトなど実物野菜の栽培には一日何度も給水しなければならず実用的ではない。
家庭菜園における自動給水は数日間の旅行に出かけた時でも野菜を枯らさない程度の貯水量を持たせることが重要である。【０００５】  さらに、水耕栽培以外の自動給水方式としては給水ヒモの毛細管現象を利用した、底面給水方式も広く行われているが、これは培地を使用した土耕栽培や養液栽培にしか使えない（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】  特開２０００−３３３５４４  植物栽培用自動給水装置付貯水タンク
【特許文献２】  特開２００６−１９７９４６  自動給水機能付き栽培装置
【非特許文献】
【非特許文献１】  ホームハイポニカＳａｒａｈ（サラ）家庭用栽培キットについて  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｏｋｉｇｅｎ−ｙａｓａｉ．ｃｏｍ／ｓａｒａｈ．ｈｔｍ
【非特許文献２】  ベランダゴーヤ１００研究所著「自動給水装置で、ペットボトル等を活用した、植物プランターへの自動給水を可能とする定水位調整器」  ｈｔｔｐ：／／ｇｏｙａ１００．ｂｌｏｇ．ｊｐ／ａｒｃｈｉｖｅｓ／３９４７９７５０．ｈｔｍｌ
【非特許文献３】  ＩＳＢＮ９７８４０７２８３１７９３  伊藤龍三著「１００円グッズで水耕菜園」主婦の友社  出版２０１２年４月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】    従来方式には次のような欠点があった。
（イ）水耕栽培用に使用される自動給水を目的とした水位調整器は大型であり、容積          数十リットル・水位数十センチの大型水槽鉢が適切な野菜の水耕栽培に使用さ          れている。
この水位調整器は家庭用菜園に必要とされる給水量よりかなり多い仕様となっ          ているため、外形寸法が大きく、高価である。
（ロ）ペットボトルを使用した自動給水は実物野菜の栽培には貯水量が少なすぎる。          すなわち葉物野菜から実物野菜まで、さまざまな大きさの水槽鉢に応じて、簡          単に水位調整できる自動給水器には適さない。
（ハ）一般家庭では水耕栽培はあまり普及しておらず、通信販売が主な販売手段とな          るため、宅配便ではなく、通常郵便で送付できるサイズ、すなわち一般家庭の          郵便箱に入る厚さ３センチメートル程度以下で手のひらに載るサイズの小型軽          量で安価な自動給水用水位調整器が求められていた。
本発明は、以上のような欠点をなくすためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  水位調整器１を薄く小さい容器型とするため、家庭向け水耕栽培用として必要十分な水圧や水量の仕様に抑える。
ここでは貯水槽の液面の高さを数メートル以内、貯水槽や水槽鉢を結ぶチューブの内径を３ミリメートル程度とする。【０００９】  水位調整器１の内部を簡素にするため、一般にチューブ接続用として使われているチューブ継手１ｄを水位調整器１の容器の蓋の上部中央に取り付け、外側の端子部からチューブ２を通して貯水槽４に接続し養液を入水する。【００１０】  水位調整器１の内部には必要な浮力に抑えた容積を持ち、同容器の内径に近いサイズのフロート１ｆを入れ、その上に柔らかいゲル状樹脂でできた接着パッド１ｇを載せ、フロート１ｆの浮力により蓋内側の継手１ｄの端子先端円筒部と接着パッド１ｇを直接圧着させ給水弁を閉じる機能を果たさせる。
そして、同容器の下部側面にチューブ継手１ｅを取り付け、外側の端子部からチューブ３を通して水槽鉢５に接続し養液を出水する。【００１１】  この水位調整器１を貯水槽４と水槽鉢５の間の設置台１ｉの上に置き、チューブでつなぎ給水する構成とし、水位調整器１の設置台１ｉの高さを変えることによって、水位を調整できる自動給水を実現する。
本発明は、以上の構成よりなる自動給水用容器型水位調整器である。
【発明の効果】
【００１２】  この発明によれば水位調整器の厚さを薄くできるので、貯水槽や水槽鉢とつなぐチューブの長さに余裕を持たせれば、水位調整器を載せる設置台の高さの可変範囲が広くなり、葉物野菜から実物野菜まで様々な植物の大きさの水槽鉢に対応した水位の高さ調整が容易となる。【００１３】  水位調整器を水槽鉢に取り付ける必要がないため、水槽鉢の形状寸法に影響を与えない。
水位調整器は機械部分がほとんどない簡単な構造のため、最小限の部品で小型軽量化でき、材料部品費が安くなる。【００１４】  容器の寸法は蓋を外した状態で３×８×８センチメートル程度、数十グラムにまで小型軽量化でき、宅配便を使わず通常郵便で郵送が可能となり販売時の送料が低額となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】  本発明の水位調整器の内部全体の説明図である。
【図２】  本発明の水位調整器が止水された時の給水弁の動きを示す部分の拡大図である。
【図３】  本発明の水位調整器を使用した自動給水システムの具体例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  以下、本発明を実施するための形態について説明する。
まず、図１と図２を用いて、今回発明した容器型水位調整器の具体例を説明する。
図１は水位調整器１の内部全体の説明図で養液がたまっていく途上である。
ここで水位調整器１は容器１ａ、蓋１ｂ、空気孔１ｃ、入水用継手１ｄ、出水用継手１ｅ、フロート１ｆ、接着パッド１ｇによって構成される。破線の１ｈは容器１ａ内部の液面を示す。２は入水用チューブで３は出水用チューブである。ｖ１は入水流速、ｖ２は出水流速で、入水用チューブ２は図示しない貯水槽４と、出水用チューブ３は図示しない水槽鉢５とつながっており、下記トリチェリの定理、数１により、入水流速ｖ１は数２で、出水流速ｖ２は数３で計算される。
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【００１７】  水位調整器１は蓋１ｂを上から押したとき密閉され、フロート１ｆの浮力では蓋１ｂは持ち上がらない構造を持ち、内部を大気圧とするために空気孔１ｃが開けられている。
内部のフロート１ｆは容器１ａの内径よりやや小さく隙間ができる程度の大きさである。
図示しない貯水槽４につながっている入水用チューブ２から入水用継手１ｄを通して供給される養液はフロート１ｆと容器１ａの隙間を通って容器１ａの下部にたまり、出水用継手１ｅを通して出水用チューブ３から流れ出る。
やがて出水用チューブ３につながる図示しない水槽鉢５の水位が徐々に上がり水位調整器１の高さ近くまで達すると出水用チューブ３内の養液の出水流速ｖ２が入水用チューブ２内の養液の入水流速ｖ１より遅くなり、容器内部に養液がたまり液面１ｈが上昇し、やがて入水用継手１ｄの端子先端円筒部がフロート１ｆに埋め込まれた接着パッド１ｇと接触する高さまで達し止水する。
この時、図示しない水槽鉢５の水位と液面１ｈの水位はサイホンの原理により一致する。
なお、図示しない植物苗５ｃにより養液が吸収され図示しない水槽鉢５の水位が下がれば、出水用チューブ３でつながっているため容器内部の液面１ｈの水位も下がり、入水用継手１ｄの端子先端円筒部とフロート１ｆに埋め込まれた接着パッド１ｇが離れ、再び養液は流れ出す。【００１８】  図２は水位調整器１が止水された時、給水弁の動きを示す部分の拡大図である。
水位調整器１内の液面１ｈが入水用チューブ２から供給される養液により上がり、蓋１ｂに接着されている入水用継手１ｄの端子先端円筒部がフロート１ｆに埋め込まれた接着パッド１ｇにより圧着され給水弁が閉じられる動きを示す。【００１９】  この発明では水位調整器１を極力小型にする技術が重要となる。
そこで、必要にして十分な浮力を持つフロート１ｆや容器１ａのサイズ、入水用チューブ２、出水用チューブ３の内径、図示しない貯水槽４の高さなど具体的数値を用いて計算し、その効果を説明する。
なお、接着パッド１ｇは、きわめて弾性率が低いスポンジゴム状あるいは硬度０に近いゲル状樹脂素材とする必要がある。
ここでは接着パッド１ｇの材料として家具類の耐震マットなどに使用されているエストラマー樹脂を使用する。
以下は主要部品の外形や重量の例である。【００２０】  水位調整容器１ａ：内径７センチメートル四方、高さ３センチメートル
蓋１ｂ：高さ１センチメートル
フロート１ｆ：６．５センチメートル四方、厚さ１．５センチメートル、フロート面積４２．２５平方センチメートル、重量２．２グラム
接着パッド１ｇ：２センチメートル四方、厚さ０．５センチメートル、重量１．８グラム
入水用継手１ｄ、出水用継手１ｅ：内径３ミリメートル、端子先端円筒部外径４ミリメートル
入水用チューブ２、出水用チューブ３：内径３ミリメートル【００２１】  ここで、家庭向け水耕栽培に必要とされる養液の水量は、もっとも多いトマトやキュウリ栽培でも一株あたり一日最大１０リットル程度である。
すなわち最大０．１２ミリリットル毎秒程度の流量は、滴が垂れるぐらいの流量であり、この程度の給水量に使用するチューブは内径３ミリメートル以下で十分である。
ここで、あまり内径を小さくしても、藻などによるつまりが発生しやすくなるので内径３ミリメートルとする。
水位調整器から貯水槽の液面までの高さを最大２メートルとすると、水位調整器に入水する位置の最大水圧は継手とチューブが内径３ミリメートルの時、次式で計算できる。
なお、ここで養液の比重は水と同じ１とする。
内径の面積×最高水位＝０．１５×０．１５×３．１４×２００＝１４．１３グラム重
すなわち水圧は最大約１４グラム重にすぎない。
ここで、通常、圧力の単位は面積当たりの力だが、以下、水圧と重量を打ち消す浮力を計算する都合上、単位をグラムで簡略表現する。
なお、継手１ｄが接着パッド１ｇに接する端子先端部の外径は４ミリメートル、内径は３ミリメートル、厚さ０．５ミリの円筒形である。
ここで、フロート１ｆに必要な浮力は
フロート１ｆ重量２．２グラム＋接着パッド１ｇ重量１．８グラム＋水圧１４グラム＝１８グラム
となり、この１８グラムは水１８立方センチメートル分の容積の浮力に相当し、フロート１ｆ面積４２．２５平方センチメートルの時は
１８÷４２．２５＝０．４２６
すなわちフロート１ｆで約０．４３センチメートルの厚さの浮力でバランスする。
なお、ここで貯水槽液面の最高水位と最低水位の差を１メートルとすると
０．１５×０．１５×３．１４×１００＝７．０６５
すなわち約７グラムの水圧差となり
７．０６５÷４２．２５＝０．１６７
フロート１ｆの厚さで約０．１７センチメートルに相当し、この値が貯水槽の液面水位の変動に対する水位調整器１内の液面１ｈの水位の変動幅となり、水耕栽培用の水位調整器としては十分に定水位を保つ精度といえる。【００２２】  しかし、実際はフロート１ｆの厚さが０．４３センチメートル程度では、水位調整容器１が正確には水平に設置されていない時や、継手１ｄの傾きやバリ、藻の付着などにより、継手１ｄの端子先端円筒部と接着パッド１ｇに隙間が発生するため水が漏れる。
ここでは、上述の浮力以上に、さらに接着パッド１ｇが継手１ｄの端子先端円筒部と接触する時、十分に凹み接着させる程度の圧着力を必要とする。
すなわち、フロート１ｆには１８グラム分の浮力に圧着力を加算した浮力が必要である。
なお、小さい圧着力で接着性を高めるには継手１ｄの接触部の円筒面積ができるだけ小さい方が単位面積当たりの力すなわち圧力を高めるため効果的である。【００２３】  ここで、接着パッド１ｇはきわめて弾性率が低く柔らかい材料で小さい力でも変形しやすい素材とする必要がある。
ここでは、３０グラム程度の浮力で継手１ｄの端子先端円筒部を十分凹ませることができる接着パッド１ｇの素材としてゲル状の特性を持つエストラマー樹脂を使用する。
なお、水位調整器１の内側上部には入水用の継手１ｄ、内側下部には出水用の継手１ｅがはみ出ているため、この突出部が浮力を上げるためのフロート１ｆの厚さを確保する際の制約となる。【００２４】  ここで、内部に突出している継手端子部分を短く切断できないのは容器１ａや蓋１ｂをできるだけ軽くするためプラスチック製の薄い素材にしているため入水用チューブ２や出水用チューブ３を入水用継手１ｄや出水用継手１ｅから外す場合、蓋１ｂや容器１ａの破損を防止するため、蓋１ｂや容器１ａ内側の継手端子部分を一方の手の指で抑えながら、反対の手の指で外側のチューブを抜く必要があるからだ。【００２５】  さらに接着パッド１ｇを単純にフロート１ｆの上に載せて接着する方式では接着パッド１ｇの厚さ０．５センチメートルの分、フロート１ｆを厚くできない。
そこで、フロート１ｆの縦・横の寸法を容器の内径に極力近づけ、接着パッド１ｇを継手１ｄの端子先端円筒部に十分接触できる範囲で小さくチップ化させ、フロート１ｆ上部に埋め込む構成をとる。
これによって高さが３センチメートル程度の容器１ａで厚さ１．５センチメートル程度の厚さで十分な浮力が得られる容積を持つフロート１ｆを実現できる。【００２６】  また、埋め込むことにより接着パッド１ｇの素材はフロート１ｆよりはるかに重いためフロート１ｆと接着パッド１ｇを合わせたフロート全体の重心が下がり、より安定しやすくなる。
また、接着パッド１ｇは柔らかい材料のためフロート１ｆを洗浄する時など、剥がれにくくなる利点もある。【００２７】  図３は水位調整器を使用した自動給水方式の具体例である。
１が水位調整器で入水用継手１ｄ、出水用継手１ｅ、フロート１ｆ等によって構成される。
破線の１ｈは容器内部の液面を示す。
１ｉは水位調整器設置台である。
２は入水用チューブで３は出水用チューブである。
４は貯水槽で、４ａは貯水槽容器、４ｂは貯水槽蓋で、貯水槽内部は大気圧と同じで密閉度は高くない。
４ｃは貯水槽出水端子、４ｄは貯水槽液面、４ｅは貯水槽設置台である。
５は水槽鉢で、５ａは水槽鉢容器、５ｂは水槽鉢蓋、５ｃは植物苗、５ｄは植物苗固定用スポンジ、５ｅは水槽鉢入水端子、５ｆは水槽鉢液面である。
６は地面で、ｈ１は地面６から貯水槽液面４ｄまでの高さ、同様にｈ２は貯水槽出水端子４ｃまでの高さ、ｈ３は入水用継手１ｄの端子先端円筒部までの高さ、ｈ４は水位調整器容器内部の液面１ｈまでの高さ、ｈ５は水位調整器出水用継手１ｅまでの高さ、ｈ６は水槽鉢入水端子５ｅまでの高さ、ｈ７は水槽鉢液面５ｆの最高水位である。【００２８】  ここで、チューブを流れる水の流速はチューブ内の摩擦損失等を無視した場合、前述のトリチェリの定理、数１に基づき、水位調整器１への入水流速ｖ１は前述の数２、水槽鉢５への出水流速ｖ２は前述の数３で計算される。
なお、流量はチューブ内流速にチューブ内径面積を積算した値となり、これは、トマトやキュウリ栽培時に必要な最大流量０．１２ミリリットル毎秒に対して十分余裕のある値である。【００２９】  次に、図３容器型水位調整器を使用した自動給水の具体例について、その動作を説明する。
まず、あらかじめ貯水槽４には養液が貯められている。
以下、養液を水と略する。
最初、水は貯水槽出水端子４ｃに接続された入水用チューブ２を通して水位調整器１に入水流速ｖ１の速度で流入する。
水位調整器１に流入した水は出水流速ｖ２の速さで水槽鉢５に流れる。
そして、水槽鉢５の液面５ｆが初期ｈ６の水位から次第に上昇していくと、チューブ３の水の流速ｖ２は次第に遅くなっていくが、やがて液面５ｆは最高水位ｈ７まで達する。
なお、最高水位ｈ７に近づいた時、出水流速ｖ２は入水流速ｖ１よりかなり遅くなるため水位調整器１内に水がたまり液面１ｈは上昇する。【００３０】  この最高水位ｈ７は最終的に、サイホンの原理により、水位調整器１内の液面１ｈが上昇しフロート１ｆ上の接着パッド部と継手１ｄの端子先端円筒部が圧着され水位調整器１への水の流入が止まった時の水位ｈ４と同じ高さとなる。
すなわち、水槽鉢液面５ｆと水位調整器内液面１ｈの水位が同じになり止水する。【００３１】  この最高水位ｈ７の高さは、サイホンの原理により、水位調整器設置台１ｉの高さを変えることによって調整できる。
水槽鉢５に必要な水位は栽培する植物や鉢の種類に応じて、数センチメートルから数十センチメートルとさまざまである。
なお、植物苗５ｃの根は酸素の吸収も必要なため、水中の酸素ばかりでなく一部を空気中に露出させることによって生育を良くさせるなど、植物苗５ｃの種類に応じた水位ｈ７の管理は栽培上、重要である。【００３２】  また、通常の水耕栽培では水槽鉢蓋５ｂに植物苗５ｃを固定させるため、蓋５ｂを開けなければ水槽鉢液面５ｆを見ることも注水することもできない。
ここで、水槽鉢蓋５ｂは水槽鉢容器５ａ内部で藻の発生を防止するため極力光が入らないように不透明になっているため水槽鉢液面５ｆの水位は確認しにくい。
この点からも、水槽鉢５の外で水位調整器設置台１ｉの高さを変えることによって水位を調整できる自動給水方式は高さを外部から調整できて便利である。
なお、図示していないが水位調整器１は藻の発生を防ぐため不透明だが、水位調整器１の側面には内部の水位を確認できる小さな透明窓が設けられている。
ここでは、水位調整器１の厚さが薄ければ薄いほど、水位調整器設置台１ｉの高さを調整できる幅が広くなり、様々な深さの水槽鉢５に使用でき、葉物野菜から実物野菜まで多くの種類の植物が栽培できることになる。【００３３】  なお、図３では水槽鉢５は１個だが、同じ水位であれば一台の水位調整器１からチューブ３を分岐させたり、水槽鉢５どうしをチューブで複数つないで水槽鉢群とすることも可能である。
たとえば、一般家庭の水耕栽培ではベランダなどの狭い場所を有効利用するため、多段の棚に複数の水槽鉢群を置いて栽培する場合が多いが、この時、最上段に共通の貯水槽４を設置し、各棚ごとに水位調整器１を設置し栽培することができる。
この場合も水位調整器１が小さければ小さいほど狭い設置スペースを有効活用した水耕栽培ができる。【００３４】  このほか今回発明した容器型水位調整器１は、水槽鉢５をトレーとし、その上に培地鉢を置く養液栽培に使用したり、土耕栽培の給水用として、プランターの下部に鉢入水端子５ｅを設け底面給水式の水位調整器としても使用できるなど、幅広い利用が可能である。
【符号の説明】
【００３５】１…水位調整器
１ａ…水位調整器容器
１ｂ…水位調整器蓋
１ｃ…水位調整器空気孔
１ｄ…水位調整器入水用継手
１ｅ…水位調整器出水用継手
１ｆ…水位調整器フロート
１ｇ…水位調整器接着パッド
１ｈ…水位調整器容器内部液面
１ｉ…水位調整器設置台
２…入水用チューブ
３…出水用チューブ
４…貯水槽
４ａ…貯水槽容器
４ｂ…貯水槽蓋
４ｃ…貯水槽出水端子
４ｄ…貯水槽液面
４ｅ…貯水槽設置台
５…水槽鉢
５ａ…水槽鉢容器
５ｂ…水槽鉢蓋
５ｃ…植物苗
５ｄ…植物苗固定用スポンジ
５ｅ…水槽鉢入水端子
５ｆ…水槽鉢液面
６…地面
ｈ１…地面６から貯水槽水面４ｄまでの高さ
ｈ２…地面６から貯水槽出水端子４ｃまでの高さ
ｈ３…地面６から入水用継手１ｄの端子先端円筒部までの高さ
ｈ４…地面６から水位調整器容器内部の液面１ｈまでの高さ
ｈ５…地面６から水位調整器出水用継手１ｅまでの高さ
ｈ６…地面６から水槽鉢入水端子５ｅまでの高さ
ｈ７…地面６から水槽鉢液面５ｆの最高水位
ｖ…トリチェリの定理による水の流速（数１の式）
ｖ１…入水チューブ２内の養液の入水流速（数２の式）
ｖ２…出水チューブ３内の養液の出水流速（数３の式）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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