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【発明の名称】 水位調節弁
【発明者】 【氏名】田中 雄一
【要約】 【課題】主に水田の水管理に用いられて、給水や排水を設定水位で自動的に停止したり開始したりすることができ、簡単な構造で、使いやすく安価な水位調節弁を提供することである。

【解決手段】給水管又は排水管に連結される内筒１４と、この内筒１４に嵌合する外筒１６と、外筒１６の側部に連結されたフロート１８とで主に構成され、外筒１６は内筒１４の回りを一定角度だけ回転可能とされており、この一定角度の回転を行うか否かによって、内筒１４に設けられた開口部２０と外筒１６に設けられた開口部２２とが連通した状態、あるいは、連通していない状態のどちらかが選択されるようにされた水位調節弁１０とされることである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 給水管又は排水管に連結される内筒と、この内筒に嵌合する外筒と、該外筒の側部に連結されたフロートとで主に構成され、該外筒は該内筒の回りを一定角度だけ回転可能とされており、該一定角度の回転を行うか否かによって、該内筒に設けられた開口部と該外筒に設けられた開口部とが連通した状態、あるいは、連通していない状態のどちらかが選択されるようにされたことを特徴とする水位調節弁。
【請求項２】 給水管又は排水管に連結される外筒と、この外筒に嵌合する内筒と、該内筒の側部に連結されたフロートとで主に構成され、該内筒は該外筒の内周回りに沿って回転可能とされており、該回転を行うか否かによって、該内筒に設けられた開口部と該外筒に設けられた開口部とが連通した状態、あるいは、連通していない状態のどちらかが選択されるようにされたことを特徴とする水位調節弁。
【請求項３】 給水管又は排水管に連結される本体部と、該本体部の開口部を塞ぐ蓋材と、該蓋材に連結されたフロートとで主に構成され、蓋材は本体部の側部に設けられた軸受によって回動自在に軸支されており、フロートの上下動によりこの蓋材が該軸受を中心にして回転し、本体部の開口部を閉鎖又は開放するようにされたことを特徴とする水位調節弁。
【請求項４】 前記軸支が、扁平断面の軸を、縦に細長く上部が半円状の断面の軸孔に挿入することによってなされ、この軸孔の下部では該軸と嵌合し、その上部では該軸が回転可能とされたことを特徴とする、請求項３記載の水位調節弁。
【請求項５】 前記本体部の開口部を閉鎖する向きへの、前記蓋材の回転に対し、コイルばねや板ばねなどの付勢手段が設けられたことを特徴とする、請求項４に記載の水位調節弁。
【請求項６】 フロートの前記連結される高さ位置が調整自在とされたことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の水位調節弁。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に灌漑用水を最適水位に保ちながら水田に給水したり、水田に過剰となった水を自動的に排水するのに用いる水位調節弁に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】一般に、水稲栽培では、いわゆる中干しの時期と収穫前の時期を除いて、田植えから稲刈りに至るほとんどの期間、田に水が満たされる。水田には給水路と排水路とが設けられており、田に水が少ない時は給水路を開いて用水を導入し、雨などによって水位が高くなり過ぎた時には、排水路を開いて放水する。どちらの場合も、適切な水位になったことを目視で確認し、給水弁あるいは排水弁を閉じるのであるが、水田が広いため水位の変化は遅く、これらの作業は長時間の監視を要して大変煩わしいものであった。これに対し、電気的に、水位を検出したり給水弁又は排水弁を作動させたりする自動装置が提案されているが、装置が高価であったり、電気工事などの面倒な付帯工事が必要だったりする問題があった。
【０００３】そこで本発明者は、構造が簡単で安価であり、面倒な付帯工事を必要とせず、水田の水位を最適に維持することのできる水位調節弁を提供するべく鋭意検討を重ねた結果、本発明に至ったのである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる水位調節弁の要旨とするところは、給水管又は排水管に連結される内筒と、この内筒に嵌合する外筒と、外筒の側部に連結されたフロートとで主に構成され、外筒は内筒の回りを一定角度だけ回転可能とされており、該一定角度の回転を行うか否かによって、内筒に設けられた開口部と外筒に設けられた開口部とが連通した状態、あるいは、連通していない状態のどちらかが選択されるようにされたことにある。
【０００５】さらに、本発明に係わる水位調節弁の別の要旨とするところは、給水管又は排水管に連結される外筒と、この外筒に嵌合する内筒と、該内筒の側部に連結されたフロートとで主に構成され、該内筒は該外筒の内周回りに沿って回転可能とされており、該回転を行うか否かによって、該内筒に設けられた開口部と該外筒に設けられた開口部とが連通した状態、あるいは、連通していない状態のどちらかが選択されるようにされたことにある。
【０００６】また、本発明に係わる水位調節弁のさらに別の要旨とするところは、給水管又は排水管に連結される本体部と、本体部の開口部を塞ぐ蓋材と、蓋材に連結されたフロートとで主に構成され、この蓋材は本体部の側部に設けられた軸受によって回動自在に軸支されており、フロートの上下動により、この蓋材が軸受を中心にして回転し、本体部の開口部を閉鎖又は開放するようにされたことにある。
【０００７】さらに、かかる水位調節弁において、前記軸支が、扁平断面の軸を、縦に細長く上部が半円状の断面の軸孔に挿入することによってなされ、軸孔の下部ではこの軸と嵌合し、その上部ではこの軸が回転可能とされたことにある。
【０００８】さらにまた、かかる水位調節弁において、本体部の開口部を閉鎖又は開放する向きへの蓋材の回転に対し、コイルばねや板ばねなどの付勢手段が設けられたことにある。
【０００９】そして特に、これらの水位調節弁において、フロートの連結される高さ位置が調整自在とされたことにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係わる水位調節弁及び水位調節方法の実施態様について、図面に基づいて詳しく説明する。
【００１１】図1は、本発明に係わる水位調節弁１０の一例を給水弁の例として示し、図２はその分解図である。水位調節弁１０は、給水管（図示されていない）に連結された内筒１４に外筒１６が嵌合した二重管の構成とされ、外筒１６の側部には連結棒１９を介してフロート１８が連結されている。なお、ここでいう給水管とは、用水路や用水管や川などから、灌漑用水を田畑まで導くための配管を意味する。外筒１６の中心軸に沿う滑り移動は、内筒１４に固定されたキャップ１５と位置決め部材１７とで前後を挟まれているため封じられているが、内筒１４回りの回転は一定角度だけ自由とされている。
【００１２】すなわち、外筒１６の両端部にそれぞれ２個設けられた凸部３６が、キャップ１５及び位置決め部材１７の端部に設けられた凹部３８と嵌り合っているのであるが、凸部３６の幅が凹部３８の幅より狭いため、この幅の差の分だけ自由に回転できることになる。本例では、凹部３８の幅が９０°にわたり、凸部３６の幅が４５°分とされているので、外筒１６は内筒１４の回りを、９０°−４５°の、４５°だけ回転できる。
【００１３】内筒１４には軸方向に長い方形の開口部２０が９０°ピッチで４個設けられており、外筒１６にも、同様の開口部２２が４個設けられている。開口部２０の幅は４５°分より狭く、開口部２２の幅は略４５°分とされている。このため、外筒１６の回転範囲（４５°）の上限又は下限において、開口部２０と開口部２２とが最大限に連通するように調整されれば、外筒１６が回転範囲の下限又は上限に向け４５°回転すると、内筒１４の開口部２０は外筒１６の壁部分によって蓋されることになり、開口部２０と開口部２２とは連通しなくなる。
【００１４】図３は、本例の水位調節弁１０を用いて、水田などに一定水位まで給水する例を説明するものである。同図（ａ）は、水田などに十分な水があって水位が適切に維持されている時の状態を示し、フロート１８に押し上げられて、外筒１６は回転範囲の上限まで回転しており、内筒１４の４個の開口部２０は、いずれも、外筒１６の壁部分２３によって蓋されている。このため、給水管（図示されていない）に連結された内筒１４から用水などが供給されることはなく、水田の水位は適切なまま維持される。
【００１５】一方、同図（ｂ）は、水位が低下してフロート１８が下降し、外筒１６がその下限まで回転した状態を示している。４５°回転したことによって、内筒１４の開口部２０と外筒１６の開口部２２とが最大限に連通することになり、４個の開口部２２から急速に放水されることになる。
【００１６】本例の給水用水位調節弁１０は、通常、三通りの方法で利用される。一つは水位を維持する目的であり、図３（ａ）の状態を基準として、日照りによる蒸発や、水田底からの漏水などによる水位低下を補うものである。水位が低下すれば,フロート１８が下降し、開口部２０と開口部２２とが連通するようになって給水が行われ、水位は適切な高さに自動的に復帰する。同図（ｂ）に示されるように、フロート１８が大きく下降して開口部２０と開口部２２とが最大限に連通するまでもなく、少し下降しただけでも部分的に連通するので速やかに給水が始まる。
【００１７】もう一つの利用方法は、田植前や中干し後のように、乾いた水田に初めて用水を満たす時であり、水位調節弁１０は図３（ｂ）の状態にある。開口部２０と開口部２２とが最大限に連通しているので、給水管（図示されていない）から用水を送れば、その４箇所の連通口２５から用水が急速に供給される。そして、水田に水が満たされ、水位が上昇するにつれてフロート１８が押し上げられ、外筒１６が回転し、やがて、図３（ａ）の状態に達して給水が停止する。
【００１８】３番目の利用方法は、稲の生育状態などにより適切水位を変更する場合である。調整水位を変更するにはフロート１８の高さを変更すればよく、水位調節弁１０と給水管とを予め可撓性の管でつないでおき、水位調節弁１０全体を移動して、その高さを変更すればよい。しかしながら、フロート１８の高さ位置だけを単独に変更できるようにされれば、操作が簡単なので非常に好ましい。図４は、フロート１８の高さを変更する仕組みの一例を示し、連結棒１９の先端に調整部材４６を設け、この調整部材４６を、上下に自由に挿通する支持棒４４でフロート１８を吊り下げている。フロート１８を設定高さに合わせて、支持棒４４を蝶ねじ４８で固定することによって、予定された適切水位を自動的に維持できるようになる。
【００１９】以上、給水弁としての利用方法を詳細に説明してきたが、本発明の水位調節弁は、適切水位を維持するための排水弁としても利用される。図５でその一例を説明するが、本例の水位調節弁１１は、図３で例示された水位調節弁１０とは、外筒１６の回転範囲位置が、上方に４５°ずれている。すなわち、図３における水位調節弁１０では、回転の上限においてフロート１８が外筒１６の真横にあったが、本例の水位調節弁１１では、回転の下限においてフロート１８が外筒１６の真横になる。このため、水位が低い時には開口部２０と開口部２２とが連通しないので、排水管（図示されていない）と連結された内筒１４に水田の溜水が流出することはなく、水位が高くなって、開口部２０と開口部２２とが連通するようになれば、水田の溜水が排水されて水位を下げるようになり、適切水位が何時でも保たれるようになる。なお、ここでいう排水管とは、田畑から排水路までをつなぐ配管を意味する。外筒１６の回転範囲位置をずらすには、キャップ１５及び位置決め部材１７の内筒１４へ対する固定を仮固定としておき、必要に応じ、両者を内筒１４回りに回転させればよい。本例の排水用水位調節弁１１は、図１に示される給水用水位調節弁１０で、キャップ１５及び位置決め部材１７を、図中、４５°左に回転させることで得られる。
【００２０】内筒１４、外筒１６、キャップ１５、位置決め部材１７などの材質は特に限定されず金属や陶器やプラスチックなどを用いることができる。中でもプラスチックは、軽量で成形性に優れ低コストなため特に好ましい材料である。開口部２０や開口部２２の位置や形状や数は、用途と使用現場の状況に応じて最適に設計される。例えば、開口部２０や開口部２２を円形や楕円形としてもよい。あるいは、キャップ１５と一体化した形状の外筒１６とし、有底状の内筒１４として、水位調節弁１０の先端部に開口部２０及び開口部２２を設けることもできる。給水や排水を短時間で行うためには、できるだけ広い開口部を、できるだけ多く設けることが望ましい。また、フロート１８の形状は、球状、円柱状、角柱状、板状等々自由に選択でき、金属やプラスチックからなる中空体、発泡プラスチック、木材などが好ましく用いられる。
【００２１】図６は、本発明に係わる水位調節弁の更に別の実施態様例を示す。図６の水位調節弁１０ａにおいては、給水管（図示されていない）に連結された外筒１６ａが内筒１４ａに嵌合した二重管の構成とされ、内筒１４ａの側部には連結棒１９ａを介してフロート１８ａが連結されている。なお、ここでいう給水管とは、用水路や用水管や川などから、灌漑用水を田畑まで導くための配管を意味する。内筒１４ａの中心軸に沿う滑り移動は、位置決め部材１７ａで外筒１６ａの前後が挟まれているため封じられているが、内筒１４ａは外筒１６ａの内周回りの回転が自由とされている。
【００２２】又、位置決め部材１７ａと外筒１６ａの端部とに、図１の凸部３６、凹部３８のような凸部、凹部を設けて内筒１４ａの回転を制限してもよい。
【００２３】外筒１６ａは、外筒１６ａに直角に、外筒１６ａの長手方向にみて略中央に給水連結管１５ａが接続され、接続部の外筒１６ａの開口部２２ａを通じて水が給水連結管１５ａから外筒１６ａの中に向かって流入しようとする。開口部２２ａの径は、給水連結管１５ａの内径に略等しい。外筒１６ａに嵌入されている内筒１４ａの長手方向にみて略中央に開口部２０ａが設けられている。開口部２０ａのおおきさと形状は開口部２２ａと略等しい。開口部２０ａと開口部２２ａとが重なった位置にあるときは流入した水は開口部２０ａを通って内筒１４ａの内側に流入し、左右に分かれて、内筒１４ａの両端の排出口３０ａからそれぞれ流出する。フロート１８ａは、位置決め部材１７ａ及び連結棒１９ａを介して内筒１４ａと接続されており、フロート１８ａの上下により外筒１６ａに嵌入されている内筒１４ａが、外筒１６ａの内周回りに回転する。この回転により、開口部２０ａと開口部２２ａとの重なりの度合いが変化し、これにより、内筒１４ａの内側に流入する水量が変わる。従って排出口３０ａからそれぞれ流出する水量も変わる。内筒１４ａが所定の回転範囲をこえて回転すると、外筒１６ａの開口部２０ａは内筒１４ａの壁部分によって蓋されることになり、開口部２０ａと開口部２２ａとは連通しなくなる。
【００２４】なお、水位調節弁１０ａは、排出口３０ａを給水口として水を導入し、外筒１６ａの開口部２２ａを通って給水連結管１５ａを排水管として水を排出する態様で使用することも出来る。
【００２５】図６に示す構成の本発明の水位調節弁１０ａは、図１、図２に示す本発明の水位調節弁１０と同様のフロートの用い方をして、同様の用途に用いることが出来る。
【００２６】図７は、本発明に係わる水位調節弁の更に別の実施態様例を給水弁の例として示し、水田の水位が下がれば自動的に給水が行われ、適切水位になれば給水が自動的に停止する仕組みとされている。すなわち、本体部１２の開口部２６を塞ぐ蓋材２４が、本体部１２の側部に設けられた軸受２８によって回動自在に軸支されており、蓋材２４の略中央から垂直に伸びる連結棒１９の先端部にフロート１８が連結されている。このため、水位が十分に高くてフロート１８が高い位置に押し上げられている時は、蓋材２４が本体部１２の開口部２６を塞ぐため給水が停止されるが、水位が下がってフロート１８が下降すれば、軸受２８を中心にして蓋材２４が回動し、本体部１２の開口部２６から離れるので給水が始まる。
【００２７】また図８は、本発明に係わる水位調節弁のさらに好ましい実施態様の一例を示し、図９は、その軸受２８近辺を詳細に示している。本例において、蓋材２４を軸支するための軸３０は扁平断面とされ、本体部１２の側部に設けられた軸受２８の軸孔３２に挿入される。軸孔３２は、縦に細長く上部が半円状の断面をしており、その下部では軸３０と嵌合し、その上部では軸３０が自由に回転可能とされている。
【００２８】本例の軸支構成によれば、水位が低くて、蓋材２４に連結されたフロート１８が低い位置にある時は、軸３０は軸孔３２の下部に引き込まれ、回転できないように軸孔３２と嵌り合っている。このため、蓋材２４の回転が阻止され、給水管と連結された本体部１２の開口部２６から離れたままになり、開口部２６が全開した状態での急速な給水が行われる。そして、水位が上がりフロート１８に浮力が生じ始めると、軸３０を軸孔３２の上部へ移動させる力が作用し、摩擦抵抗などに抗しつつ、ついに上部へ移動するが、上部へ移動すれば回動自由となって、蓋材２４とともに回転し、蓋材２４が本体部１２の開口部２６を蓋してしまい、給水を停止することになる。
【００２９】本軸支構成の特徴は、水位が多少変わっても蓋材２４が動かず、水位の変化量がある大きさ以上になった時に、初めて蓋材２４が大きく回転移動するようにできることである。何故なら、軸３０が、軸孔３２の下部から上部へ持ち上げられるためには、蓋材２４とフロート１８の重み、及び、嵌り合っている軸３０と軸孔３２との間に働く接触抵抗、などに打ち勝つだけの浮力が必要であり、ある程度以上の水位上昇がなければならない。そして、軸３０が軸孔３２の上部に移動すれば、直ちに蓋材２４の回転が生じ開口部２６を塞ぐことになるからである。その結果、開口部２６が全開状態での急速な給水が長い間維持され、所定の水位に短時間で達することができるようになる。
【００３０】図８に示される水位調節弁１０では、開口部２６を塞ぐ向きへの、蓋材２４の回転を加速するための付勢手段３４がさらに備えられている。付勢手段３４はコイルばねや板ばねなどからなるが、開口部２６を急速かつ確実に塞ぐ効果に加え、蓋材２４の回転開始を遅らせて急速給水時間をさらに延長できる効果がある。すなわち、付勢手段３４を取り付けることによって、軸３０と軸孔３２間の接触抵抗が大きくなり、軸孔３２の下部から上部への軸３０の移動が遅れることになる。
【００３１】図７に示される水位調節弁１０、及び、図８に示される水位調節弁１０は、排水弁としても使用できる。すなわち、図７と図８に示される状態を上下逆にして水田などに設置すれば、両者とも、水位が高い時には蓋材２４が開いて排水が行われ、水位が低くなれば蓋材２４が閉じて排水が停止する。
【００３２】以上、本発明に係わる水位調節弁について詳細に説明してきたが、本発明は上述の引用・例示に限定されず、各部材の材質や形状、給水又は排水に用いる開口部の位置や形状や数などにつき、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変化を加えた態様で実施し得るものである。
【００３３】
【発明の効果】本発明に係わる水位調節弁によれば、フロートによって水位を検出し、設定された最適水位で給水又は排水を自動停止するので、水田などに関する給水や排水や水位維持のための監視作業が大幅に軽減される。また、フロートの浮力をそのまま利用して弁を開閉するので、機械系の複雑な構造や、電気関係の付帯工事などが省略され、小型で安価な水位調節弁になる。
【００３４】また、内筒と外筒とが回動自在に嵌合する構造とされれば、全体が小型となって設置しやすくなり、使用場所が限定されなくなって汎用性が高まる。そして、内筒の開口部を外筒の内壁で塞いで給水を停止する仕組みなので、高い水圧の給水管に連結しても、確実に給水を停止できる。
【００３５】また、給水口又は排水口を回動する蓋材で開閉する構造とされれば、構成や作動機構がさらに単純化されるので、設置や保全などの作業が非常に容易なる。
【００３６】そして特に、回動する蓋材を支持する軸を扁平断面の軸とし、これを受ける軸孔の形状が、その下部では前記軸と嵌合し、その上部では前記軸が自由に回転できるようにされれば、開口部を全開にしたままの急速な給水を長く続けることができるようになるので、給水時間を大幅に短縮できるようになる。
【００３７】さらにまた、この軸支構造に加えて、蓋材が閉まる方向の回転を加速するための付勢手段が備えられれば、開口部を全開にしたままの給水をさらに延長することができて、給水時間を一層短くできる。
【出願人】 【識別番号】５０１２００４２４
【氏名又は名称】田中 雄一
【出願日】 平成１３年５月２１日（２００１．５．２１）
【代理人】 【識別番号】１０００９４２４８
【弁理士】
【氏名又は名称】楠本 高義
【公開番号】 特開２００２−３３５７８１（Ｐ２００２−３３５７８１Ａ）
【公開日】 平成１４年１１月２６日（２００２．１１．２６）
【出願番号】 特願２００１−１５０５７３（Ｐ２００１−１５０５７３）