JP2017193914A - 圃場用電動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【構成】 圃場用電動アクチュエータ１０は、本体ケース２０を含み、給水バルブ等の給水装置(１０４)または落水口などの排水装置(１０６)に取り付けられる。本体ケースは、筒状の側壁２２とその上部を封止する天壁２４とを含み、側壁および天壁が気密構造を有する。そして、少なくとも制御盤３２、蓄電池３６およびモータ３８は、洪水時における本体ケース内への最大浸水水位に基づく下限高さ位置Ｘよりも上方において、本体ケース内に配置される。【効果】 水没を避けるために蓄電池などの部品を高い位置に設置する必要がないので、装置を小型化できる。【選択図】 図５

Description

この発明は、圃場用電動アクチュエータに関し、特にたとえば、圃場への給水または圃場からの排水を制御するための変位機構を有する給水装置または排水装置に取り付けられて、変位機構を作動させる、圃場用電動アクチュエータに関する。

従来のこの種の圃場用電動アクチュエータの一例が特許文献１に開示される。特許文献１の技術は、水田から排水溝への排水を制御するための水門部を有する排水装置（水田水位調整装置）に関する技術であって、排水装置に対して電動アクチュエータが予め一体化されているものである。特許文献１の排水装置は、溢水水位を変えるための溢水板を内蔵した水門部を備え、水門部の上面には、直立した管状の支柱が溶接される。また、支柱の上には、受信部、制御部、バッテリおよび駆動機構部を内蔵したアクチュエータ本体（制御箱）が設けられ、アクチュエータ本体内の駆動機構部の変位は、支柱内を通る操作ロッドによって溢水板に伝達される。

特開平１０−２８０３７１号公報

特許文献１の排水装置では、水に浸かると故障してしまう制御部などの電気部品を内蔵したアクチュエータ本体が、洪水時に水没してしまうことを防止するため、支柱および操作ロッドの長さを１〜２ｍに設定して、アクチュエータ本体を高い位置に設置するようにしている。

しかしながら、電動アクチュエータの背丈（高さ寸法）が大きくなると、電動アクチュエータが障害物となって農作業に支障をきたす恐れがある。また、電動アクチュエータのような重量物を高い位置に設置すると、不安定になって支柱が折れてしまう危険があるので、支柱の強度を大きくする必要が生じる。

それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、圃場用電動アクチュエータを提供することである。

この発明の他の目的は、背丈を大きくすることなく、制御部などの電気部品が水に浸かってしまうことを防止できる、圃場用電動アクチュエータを提供することである。

第１の発明は、圃場への給水または圃場からの排水を制御するための変位機構を有する給水装置または排水装置に取り付けられて、変位機構を作動させる圃場用電動アクチュエータであって、筒状の側壁と側壁の上部を封止する天壁とを含み、側壁および天壁が気密構造を有する本体ケース、電力によって駆動されるモータ、モータの駆動を制御する制御部、モータからの駆動力によって回転するギア、およびギアと共に回転する回転軸を備え、少なくとも蓄電池の接点部、モータおよび制御部は、洪水時における本体ケース内への最大浸水水位に基づいて求められる下限高さ位置よりも上方において、本体ケース内に配置される、圃場用電動アクチュエータである。

第１の発明では、圃場用電動アクチュエータは、本体ケース、モータ、制御部、ギアおよび回転軸などを備え、圃場に設置される給水バルブ等の給水装置または落水口などの排水装置に取り付けられて、給水装置または排水装置が有する変位機構を作動させる。本体ケースは、筒状の側壁と側壁の上部を封止する天壁とを含み、側壁および天壁が気密構造を有するように形成される。ただし、ここでいう「気密」とは、圃場の水位が洪水時に想定される最大水位に達して本体ケースが水没しても、耐用期間中はその部分から本体ケース内の空気が漏れない程度に気密性および水密性が保たれることを言う。

このように、側壁および天壁が気密構造を有するように本体ケースを形成することで、本体ケースの下面側が気密構造となっていなくても、洪水時などに本体ケースが水没したときに、本体ケース内の空気は抜けなくなるので、本体ケース内への水の浸入を防ぐことができる。ただし、本体ケースの下面側が気密構造となっていない場合には、水没時の水位に応じて、下面側から本体ケース内への浸水が少し生じる。そこで、第１の発明では、少なくともモータおよび制御部については、洪水時における本体ケース内への最大浸水水位に基づいて求められる下限高さ位置Ｘよりも上方において、本体ケース内に配置するようにしている。

第１の発明によれば、仮に本体ケースが水没しても、本体ケース内に配置されるモータ等の部品が水に濡れてしまうことを防止できる。したがって、水没を避けるためにモータ等の部品を高い位置に設置する必要がなくなるので、圃場用電動アクチュエータを小型化（低背化）できる。

第２の発明は、第１の発明に従属し、下限高さ位置は、次の数１で求められる位置とされる。 [数１] ΔＨ＝Ｈ＋１０−１０Ｖ／（Ｖ−ΔＶ） ここで、ΔＨは、本体ケースの下端から下限高さ位置までの距離であり、Ｈは、洪水時に想定される最大水位の水面から下限高さ位置までの距離であり、Ｖは、本体ケース内の隙間容積であり、ΔＶは、本体ケースの下端から下限高さ位置までの本体ケース内の隙間容積である。ただし、ここでいう本体ケースの下端とは、本体ケースの気密構造を有する部分の下端を意味し、天壁または側壁に気密性を有さない状態の連結部または孔などがある場合には、連結部または孔などの上縁位置が本体ケースの下端となる。また、ここでいう隙間容積の隙間とは、本体ケースの下端から繋がっている、つまり空気が通る隙間を意味し、本体ケース内で閉じており、本体内気圧が変化しても体積が変わらない状態で存在する隙間は含まない。

第２の発明によれば、第１の発明と同様に、仮に本体ケースが水没しても、本体ケース内に配置されるモータ等の部品が水に濡れてしまうことを防止でき、装置を小型化できる。

第３の発明は、第１または第２の発明に従属し、本体ケースの側壁および天壁は、連結部のない一体型とされる。

第３の発明によれば、本体ケースの側壁および天壁をより確実に気密構造とすることができる。

第４の発明は、第１ないし第３のいずれかの発明に従属し、本体ケースに取り付けられる太陽電池パネル、および太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電可能な蓄電池をさらに備え、太陽電池パネルと制御部とを接続する配線は、本体ケースの下端よりも低い位置を通るように当該本体ケースの外部に出て、太陽電池パネルに至る。

第４の発明によれば、本体ケースの天壁および側壁に通線用の孔を形成する必要がないので、本体ケースの側壁および天壁をより確実に気密構造とすることができる。

第５の発明は、第４の発明に従属し、無線通信部およびアンテナをさらに備え、アンテナは、本体ケースの内部、または太陽電池パネルを本体ケースに取り付ける支柱の内部に配置される。

第５の発明では、他の機器と無線通信を行うための無線通信部およびアンテナをさらに備える。また、太陽電池パネルは、本体ケースに対して支柱を介して取り付けられる。そして、アンテナは、本体ケースの内部または支柱の内部に配置される。

第５の発明によれば、本体ケースまたは支柱によってアンテナが保護されるので、アンテナが破損したり、土などの汚れが付着して通信不良が生じたりすることを防止できる。

この発明によれば、仮に本体ケースが水没しても、本体ケース内に配置されるモータ等の部品が水に濡れてしまうことを防止できる。したがって、水没を避けるためにモータ等の部品を高い位置に設置する必要がなくなるので、圃場用電動アクチュエータを小型化（低背化）できる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う後述の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この発明の一実施例である圃場用電動アクチュエータを給水装置および排水装置に設置した様子を示す図解図である。 この発明の一実施例である圃場用電動アクチュエータの外観を示す図解図である。 図２の圃場用電動アクチュエータの内部構造を示す図解図である。 図３のメインギア周辺部分を拡大して示す部分拡大図である。 図２の圃場用電動アクチュエータが備える本体ケースの気密構造を説明するための図解図である。 第１アダプタの一例を示す図解図である。 図２の圃場用電動アクチュエータを給水バルブに取り付けた様子を示す図解図である。 第２アダプタの一例を示す図解図である。 図２の圃場用電動アクチュエータを落水口に取り付けた様子を示す図解図である。 図２の圃場用電動アクチュエータを仕切弁に取り付けた様子を示す図解図である。 図２の圃場用電動アクチュエータを水位制御装置に取り付けた様子を示す図解図である。 この発明の他の実施例である圃場用電動アクチュエータを示す図解図である。 この発明のさらに他の実施例である圃場用電動アクチュエータを示す図解図である。 この発明のさらに他の実施例である圃場用電動アクチュエータを示す図解図である。

図１および図３を参照して、この発明の一実施例である圃場用電動アクチュエータ１０（以下、単に「アクチュエータ１０」と言う。）は、制御盤３２、蓄電池３６およびモータ３８などが収容される本体ケース２０を含み、圃場１０２に設置される給水バルブ等の給水装置１０４または落水口などの排水装置１０６に取り付けられて、給水装置１０４または排水装置１０６が有する変位機構を作動させる。

この実施例では、アクチュエータ１０は、圃場用給排水システム１００（以下、単に「システム１００」と言う。）に用いられ、詳細は後述するように、給水装置１０４および排水装置１０６の双方に取り付けられる。すなわち、給水装置１０４が備える第１変位機構を作動させる第１電動アクチュエータ、および排水装置１０６が備える第２変位機構を作動させる第２電動アクチュエータとして、共にアクチュエータ１０が用いられる。

先ず、システム１００について説明する。図１に示すように、システム１００は、圃場１０２の水管理を遠隔操作または予め記憶されたプログラムに基づく自動制御などによって行うための圃場用設備であり、給水装置１０４および排水装置１０６が設置される水田などの圃場１０２に適用される。なお、圃場１０２は、畦畔によって複数の耕作区に区画されており、給水装置１０４および排水装置１０６は、各耕作区に対して設置される。

給水装置１０４は、耕作区（圃場１０２）への給水を制御するための装置であって、弁体または仕切体などを含む変位機構（第１変位機構）を有する。この実施例では、給水装置１０４として、一般的に広く普及しているＲ＆Ｒ方式（軸回転に伴い軸が上下動する方式）のアルファルファ形の給水バルブを用いている。

図１および図７を参照して簡単に説明すると、給水装置１０４は、円筒状の弁箱１２０を備える。弁箱１２０の上半部は、ドーム状のキャップ１２２によって覆われており、弁箱１２０の側壁上部には、複数の出水窓１２４が周方向に並ぶように形成される。また、弁箱１２０の上端部には、内周面に雌ねじが形成された軸受１２６が設けられ、この軸受１２６には、キャップ１２２を貫通するように、外周面に雄ねじが形成された弁軸１２８が螺合されている。この弁軸１２８の下端には、下面に止水ゴム１３０ａを有する円板状の弁体１３０が設けられる。また、弁箱１２０内の略中央部には、通水口１３２ａを有する弁座１３２が設けられる。そして、弁軸１２８に対して軸線回りの回転力が加えられると、送りねじ機構によって弁軸１２８および弁体１３０が上下動し、弁座１３２の通水口１３２ａが開閉される。すなわち、この実施例の給水装置１０４は、弁軸（支持棒）１２８の回転に伴い上下動する弁体１３０を含む第１変位機構を備える。

このような給水装置１０４は、たとえば給水桝１０８内に配置され、用水パイプライン１１０または用水路などから分岐する分岐管１１２の下流側端部に取り付けられる。そして、給水装置１０４には、後述する第１アダプタ６０を介してアクチュエータ１０が取り付けられ、このアクチュエータ１０によって給水装置１０４の第１変位機構（弁軸１２８および弁体１３０）が作動される。

一方、排水装置１０６は、圃場１０２からの排水を制御するための装置であって、弁体または仕切体などを含む変位機構（第２変位機構）を有する。この実施例では、排水装置１０６として、水位設定機能を有する落水口を用いている。

図１および図９を参照して簡単に説明すると、排水装置１０６は、短円筒状のゴム製の受枠部材１４０と、受枠部材１４０に嵌入されて、受枠部材１４０によって上下動可能に支持される円筒状の仕切体（堰体）１４２とを備える。この仕切体１４２の上端開口は、排水口として機能する。そして、仕切体１４２に対して上下方向（軸方向）に力が加えられると、仕切体１４２が上下動して、排水口が任意の高さに調整される。すなわち、この実施例の排水装置１０６は、上下動可能に設けられる仕切体１４２を含む第２変位機構を備える。

このような排水装置１０６は、たとえば排水桝１１４内に配置され、排水路１１６まで延びる排水管１１８の上流側端部に取り付けられる。そして、排水装置１０６には、後述する第２アダプタ７０を介してアクチュエータ１０が取り付けられ、このアクチュエータ１０によって排水装置１０６の第２変位機構（仕切体１４２）が作動される。

なお、図１では、給水装置１０４を圃場１０２の一端側に配置し、排水装置１０６をその反対側に配置しているが、給水装置１０４および排水装置１０６の配置位置は、適宜変更可能である。たとえば、給水装置１０４と排水装置１０６とは、近傍位置に配置されていてもよい。

また、この実施例におけるシステム１００は、複数の耕作区を含むシステムとなっており、各耕作区に設置される給水装置１０４および排水装置１０６のそれぞれに取り付けられるアクチュエータ１０のうち、少なくとも１つのアクチュエータ１０が親機とされ、残りのアクチュエータ１０は子機とされる。親機となるアクチュエータ１０は、インターネット等のネットワークを介して、ユーザが所有するスマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡおよびＰＣのような遠隔操作端末と無線通信可能に接続される。一方、子機となるアクチュエータ１０は、特定小電力無線規格に従った無線通信方法によって、親機と直接、または他の子機を介して親機と無線通信可能に接続されており、親機を経由して、ユーザが所有する遠隔操作端末と無線通信可能に接続される。ただし、親機としては、アクチュエータ１０以外の装置を別途設置してもよい。

なお、この無線通信においては、クラウドコンピューティングを利用するとよい。たとえば、各アクチュエータ１０で取得された情報（弁体の開閉度などの給水装置１０４または排水装置１０６の状態に関する情報、および圃場水位や気温などのセンサ情報など）をクラウドサーバに随時送信して記憶しておく。ユーザは、遠隔操作端末からクラウドサーバにアクセスすることで、各アクチュエータ１０で取得された情報を確認し、遠隔操作端末を用いて各アクチュエータ１０を遠隔操作することで、圃場１０２の水管理を行う。

ただし、システム１００は、必ずしも複数の耕作区に亘るシステムとする必要はなく、システム１００が適用される圃場１０２は、少なくとも１つの給水装置１０４と１つの排水装置１０６とが設置される圃場であればよい。

続いて、アクチュエータ１０の構成について具合的に説明する。図２−図４に示すように、アクチュエータ１０は、硬質ポリ塩化ビニル等の合成樹脂によって形成される本体ケース２０を備える。この本体ケース２０は、円筒状の側壁２２と側壁２２の上端部を封止する天壁２４とを含む。側壁２２の下端部は、段差状に縮径されており、この縮径部分が後述する第１アダプタ６０または第２アダプタ７０の上部開口に嵌入される嵌合部２６となる。本体ケース２０の高さ寸法は、たとえば３００ｍｍであり、本体ケース２０の外径は、たとえば２００ｍｍである。

本体ケース２０の天壁２４上面には、太陽電池パネル２８が取り付けられる。太陽電池パネル２８は、複数の太陽電池セルが強化ガラスおよび封止材などによって方形状にパッケージ化されたものであり、保持体３０によって支持される。保持体３０は、金属または樹脂などによって形成され、たとえば、太陽電池パネル２８の周囲を覆うように設けられる方形枠状のフレーム３０ａと、フレーム３０ａの下面に設けられて、所定角度で屈曲する支持板３０ｂとを備える。

本体ケース２０の内部には、制御盤３２、アンテナ３４、蓄電池３６、モータ３８およびメインギア４０等が収容される。

制御盤３２には、図示は省略するが、ＣＰＵおよびメモリ等を含む制御部、他の機器と無線通信を行うための無線通信部、および主電源などのスイッチ等が配設される。制御部のＣＰＵは、アクチュエータ１０の全体制御を司り、メモリに記憶された制御プログラムに基づいて、モータ３８等の駆動を制御する。無線通信部は、アンテナ３４を介して、上述のようにユーザが所有する遠隔操作端末および他のアクチュエータ１０等の外部機器と無線通信を行う。

蓄電池３６は、太陽電池パネル２８によって発電された電力を蓄電するものである。モータ３８は、蓄電池３６に蓄えられた電力、つまり太陽電池パネル２８によって発電された電力によって駆動される。このモータ３８の出力軸３８ａの先端部には、小ギア４２が設けられており、メインギア４０は、この小ギア４２と連結されることで、モータ３８からの駆動力を受けて軸線回りに回転する。

この実施例では、モータ３８としてエンコーダ付きのモータが用いられる。モータ３８のエンコーダは、出力軸３８ａの回転方向および回転数に応じたパルス信号を制御部のＣＰＵに出力する。制御部のＣＰＵは、エンコーダから入力されたパルス信号、つまり出力軸３８ａの回転方向および回転数に基づいて、給水装置１０４の弁体１３０または排水装置１０６の仕切体１４２などの位置を算出する。すなわち、エンコーダは、弁体１３０または仕切体１４２などの位置を検出する位置検出部として用いられる。ただし、位置検出部として機能するエンコーダは、必ずしもモータ３８に設けられる必要はなく、エンコーダをメインギア４０に設けて、メインギア４０の回転方向および回転数に基づいて、弁体１３０または仕切体１４２などの位置を算出することもできる。さらに、制御盤３２には、モータ電流値を検出する電流センサ（カレントトランス）等の電流値検出部が設けられており、電流値検出部における検出データは、制御部のＣＰＵに入力される。

メインギア４０は、両ボス型のギアであり、上下方向に延びる円筒状の軸部（ボス部）４０ａと、外周面にギア歯が形成される円板状のギア部４０ｂとを有する。本体ケース２０の側壁２２の下端部には、本体ケース２０の底壁にもなる円板状の第１軸受４４が設けられており、また、第１軸受４４の上方には、複数の支持部４６によって支持される円板状の第２軸受４８が設けられている。そして、メインギア４０の軸部４０ａの両端部は、これら第１軸受４４および第２軸受４８によって回転可能に保持される。

メインギア４０の軸部４０ａには、略円柱状の回転軸５０が挿通される。つまり、回転軸５０は、メインギア４０の軸中心を貫通するように設けられる。この回転軸５０の下端部には、給水装置１０４の弁軸１２８または後述する第２アダプタ７０の連結軸８０の上端部などと回転不可に連結されるカップリング部５０ａが形成される。また、メインギア４０の軸部４０ａの内周面には、軸方向に沿って延びるキー溝４０ｃが形成され、回転軸５０の外周面には、キー溝４０ｃと嵌合される滑りキー５０ｂが軸方向に沿って延びるように形成される。これによって、回転軸５０は、メインギア４０が回転すると共に回転し、かつメインギア４０の軸部４０ａに対して軸方向に摺動可能となる。さらに、メインギア４０のギア部４０ｂの上面と第２軸受４８の下面との間、およびメインギア４０のギア部４０ｂの下面と第１軸受４４の上面との間には、それぞれスラストベアリング５２が設けられる。また、図示は省略するが、回転軸５０の上端部には、抜け止め用の鍔部を形成しておくこともできる。

また、図示は省略するが、圃場１０２には、圃場水位を検出する超音波センサ等の水位センサ、気温を検出する温度センサ、気圧を検出する圧力センサ、土壌水分を検出する土壌水分センサ等のセンサが適宜設けられる。各センサで検出された圃場水位や気温などのセンサ情報は、アクチュエータ１０の制御部に入力される。

そして、この実施例では、本体ケース２０は、側壁２２および天壁２４が気密構造を有するように形成される。ただし、この発明における「気密」とは、圃場１０２の水位が洪水時に想定される最大水位に達して本体ケース２０が水没しても、その部分から本体ケース２０内の空気が漏れない（本体ケース２０内に水が入り込まない）程度に、耐用期間中は気密性および水密性が保たれることを言う。

具体的には、本体ケース２０は、第１ケース部材２０ａ、第２ケース部材２０ｂおよび第３ケース部材２０ｃを組み合わせることによって構成される。第１ケース部材２０ａは、本体ケース２０の天壁２４および側壁２２の上部を構成し、第２ケース部材２０ｂは、側壁２２の下部を構成し、第３ケース部材２０ｃは、側壁２２の下端部および底壁（第１軸受４４）を構成する。そして、第１ケース部材２０ａ、第２ケース部材２０ｂおよび第３ケース部材２０ｃのそれぞれは、連結部（継ぎ目）のない一体型とされ、第１ケース部材２０ａと第２ケース部材２０ｂとの連結部、および第２ケース部材２０ｂと第３ケース部材２０ｃとの連結部には、それぞれＯリング５４が設けられる。これによって、本体ケース２０の側壁２２および天壁２４が気密構造を有するようになる。また、第１ケース部材２０ａと第２ケース部材２０ｂとが着脱可能に連結されると共に、第２ケース部材２０ｂと第３ケース部材２０ｃとが着脱可能に連結される。本体ケース２０内の部品を点検等するときには、第１ケース部材２０ａおよび第２ケース部材２０ｂが適宜取り外される。

ここで、本体ケース２０内への水の浸入を防止するためには、本体ケース２０の全体が気密構造となるように形成できればよい。しかし、アクチュエータ１０は、給水装置１０４の弁軸１２８などと連結される回転軸５０を備えており、回転軸５０のような駆動部分が本体ケース２０から突出する部分（貫通部分）を長期間に亘って気密構造とすることは困難である。そこで、この実施例では、本体ケース２０の側壁２２および天壁２４が気密構造となるように構成し、回転軸５０は本体ケース２０の下面側（底壁側）から突出させるようにしている。これによって、本体ケース２０の下面側が気密構造となっていなくても、洪水時などに本体ケース２０が水没したときに、本体ケース２０内の空気は抜けなくなるので、本体ケース２０内への水の浸入を防ぐことができる。したがって、仮に本体ケース２０が水没しても、本体ケース２０内に配置される部品が水に濡れてしまうことを防止できる。

ただし、本体ケース２０の下面側が気密構造となっていない場合には、水没時の水位に応じて、下面側から本体ケース２０内への浸水が少し生じる。

そこで、図５に示すように、この実施例では、水没すると故障してしまう制御盤（制御部）３２、蓄電池３６の接点部およびモータ３８等の電気部品については、洪水時における本体ケース２０内への最大浸水水位に基づいて求められる下限高さ位置Ｘよりも上方において、本体ケース２０内に配置するようにしている。すなわち、洪水時に想定される最大水位となったときの本体ケース２０内への最大浸水水位を下限高さ位置Ｘとして設定し、少なくとも制御盤３２、蓄電池３６の接点部およびモータ３８等の電気部品は、その下限高さ位置Ｘよりも上方に配置するようにしている。好ましくは、メインギア４０およびスラストベアリング５２等の駆動部品も下限高さ位置Ｘよりも上方に配置するとよい。

具体的には、下限高さ位置Ｘは、次式（数１）で求められる位置とされる。
[数１]
ΔＨ＝Ｈ＋１０−１０Ｖ／（Ｖ−ΔＶ）
ここで、ΔＨは、本体ケース２０の下端Ｙから下限高さ位置（最大浸水水位）Ｘまでの距離[ｍ]であり、Ｈは、洪水時に想定される最大水位の水面Ｚから本体ケース２０の下端Ｙまでの距離[ｍ]であり、Ｖは、本体ケース２０内の隙間容積[ｍ^３]であり、ΔＶは、本体ケース２０の下端Ｙから下限高さ位置Ｘまでの本体ケース２０内の隙間容積[ｍ^３]である。ただし、ここでいう本体ケース２０の下端Ｙとは、本体ケース２０の気密構造を有する部分の下端を意味し、天壁２４または側壁２２に気密性を有さない状態の連結部または孔などがある場合には、連結部または孔などの上縁位置が本体ケース２０の下端Ｙとなる。また、ここでいう隙間容積の隙間とは、本体ケース２０の下端Ｙから繋がっている、つまり空気が通る隙間を意味し、本体ケース２０内で閉じており、本体内気圧が変化しても体積が変わらない状態で存在する隙間は含まない。

なお、上記の数１は、ボイルの法則に基づく次の平衡式（数２）から求められた式である。
［数２］
Ｖ＝（（Ｈ−ΔＨ）／１０＋１）（Ｖ−ΔＶ）
上記の数１を満たす下限高さ位置Ｘよりも上方に電気部品および駆動部品を配置する、言い換えると、上記の数１を満たすように本体ケース２０の形状および寸法を決めることで、電気部品および駆動部品が水没してしまうことを確実に防止できる。

また、図示は省略するが、本体ケース２０内に配置される制御部と本体ケース２０外に配置される太陽電池パネル２８とを接続する配線は、本体ケース２０の下端Ｙよりも低い位置を通るように本体ケース２０の外部に出て、太陽電池パネルに至るように設けられる。これによって、本体ケース２０の天壁２４および側壁２２に通線用の孔を形成する必要がなくなるので、天壁２４および側壁２２の気密性を保ち易くなる。同様に、制御部と水位センサ等の各センサとを接続する配線も、本体ケース２０の下端Ｙよりも低い位置を通るように本体ケース２０の外部に出て、各センサに至るように設けるとよい。

さらに、図示は省略するが、本体ケース２０の外面、または本体ケース２０内の下限高さ位置Ｘよりも上の位置には、手動（電動手動）でモータ３８を駆動させるための操作パネルを設けるようにしてもよい。操作パネルには、上昇ボタン、下降ボタン、およびアクチュエータ１０の動作モード（遠隔モード、自動モードまたは手動モード等）を切り替えるための選択ボタン等が設けられる。基本的には、アクチュエータ１０は、遠隔操作または自動制御されるものであるが、この操作パネルは、アクチュエータ１０の初期設定時やアクチュエータ１０に異常が発生した場合など、ユーザがアクチュエータ１０の近くにいるときに使用される。ただし、操作パネルを設ける代わりに、近距離用のリモートコントローラを用いて、アクチュエータ１０を手動制御することもできる。

次に、図６を参照して、給水装置１０４にアクチュエータ１０を取り付けるための第１アダプタ６０の一例について説明する。図６に示すように、第１アダプタ６０は、円筒部６２と、円筒部６２の上端部から外方に突出する鍔状の第１接続部６４と、円筒部６２の下端部から内方に突出し、その中央部に通孔６６ａを有する円環板状の第２接続部６６とを含む。第１接続部６４には、周方向に並ぶ複数のボルト孔（図示せず）が形成される。また、第２接続部６６にも、周方向に並ぶ複数のボルト孔（図示せず）が形成される。この第２接続部６６のボルト孔は、周方向に長い長孔としてもよい。

図７に示すように、第１アダプタ６０を用いて給水装置１０４にアクチュエータ１０を取り付けるときには、第１アダプタ６０の円筒部６２に対して本体ケース２０の嵌合部２６が嵌め込まれると共に、第１アダプタ６０の第１接続部６４とアクチュエータ１０の本体ケース２０の底壁とがボルト止めされる。また、第１アダプタ６０の第２接続部６６と給水装置１０４のキャップ１２２および軸受１２６とがボルト止めされる。この際、第２接続部６６に形成されるボルト孔を周方向に長い長孔としておくことによって、第１アダプタ６０およびアクチュエータ１０は、給水装置１０４に対して周方向に角度調整可能となる。さらに、給水装置１０４の弁軸１２８の上端部は、第１アダプタ６０の第２接続部６６に形成される通孔６６ａから上方に突出されて、アクチュエータ１０の回転軸５０のカップリング部５０ａに対して回転不可に連結される。

このようにアクチュエータ１０が取り付けられた給水装置１０４では、たとえば、ユーザが遠隔操作端末を用いてアクチュエータ１０に対して全閉、全開または任意の開度などを示す操作指示（制御信号）を送信すると、アクチュエータ１０の制御部（ＣＰＵ）は、操作指示に応じてモータ３８を駆動させる。このモータ３８の駆動力は、メインギア４０に伝達されて、メインギア４０が回転すると共に、回転軸５０が回転する。これにより、回転軸５０に固定的に連結された弁軸１２８に対して、回転力が付与される。回転力が加えられた弁軸１２８は、自身と軸受１２６との送りねじ機構によって上下動され、弁体１３０が全開位置および全閉位置などに移動される。また、回転軸５０は、弁軸１２８の上下動に伴い、メインギア４０の軸部４０ａを貫通するように上下動する。これによって、上下方向に大きなスペースを要することなく、弁軸１２８の上下動が吸収される。

続いて、図８を参照して、排水装置１０６にアクチュエータ１０を取り付けるための第２アダプタ７０の一例について説明する。上述のように、この実施例における排水装置１０６の仕切体１４２は、上下動可能に設けられているだけであり、それ自体は回転力を受けても上下動しない。このため、アクチュエータ１０の回転軸５０の回転力は、軸方向（上下方向）の力に変換して、排水装置１０６の仕切体１４２に伝達する必要がある。そこで、この第２アダプタ７０については、ねじ機構によって上下動する可動部８２を設けるようにし、この可動部８２を介して回転軸５０と仕切体１４２とを連結するようにしている。

具体的には、図８に示すように、第２アダプタ７０は、第１アダプタ６０と同様に、円筒部７２と、円筒部７２の上端部から外方に突出する鍔状の第１接続部７４と、円筒部７２の下端部から内方に突出し、その中央部に通孔７６ａを有する円環板状の第２接続部７６とを備える。この第２接続部７６に形成するボルト孔は、周方向に長い長孔にしておくとよい。

また、第２接続部７６の通孔７６ａには、円筒状の保持部７８が設けられる。この保持部７８には、アクチュエータ１０の回転軸５０と連結される連結軸８０の上部が回転可能に挿通される。また、連結軸８０の下部８０ａの外周面には、雄ねじが形成され、この連結軸８０の下部８０ａには、内周面に雌ねじが形成された円筒状の可動部８２が螺合されている。この可動部８２には、可動部８２に対して仕切体１４２を連結固定するための固定部８４が設けられる。また、第２接続部７６の下面側には、排水桝１１４の上端部にアクチュエータ１０を載置するための台座８６が設けられる。さらに、可動部８２が連結軸８０と共に回転（連れ回り）することを防止するための棒状の回り止め部８８が、固定部８４と台座８６とを連結するように設けられる。このような第２アダプタ７０において、連結軸８０に対して軸線回りの回転力が加えられると、送りねじ機構によって可動部８２および固定部８４が上下動する。

図９に示すように、第２アダプタ７０を用いて排水装置１０６にアクチュエータ１０を取り付けるときには、第２アダプタ７０の円筒部７２に対して本体ケース２０の嵌合部２６が嵌め込まれると共に、第２アダプタ７０の第１接続部７４とアクチュエータ１０の本体ケース２０の底壁とがボルト止めされる。また、排水桝１１４の上端部に台座８６が取り付けられると共に、仕切体１４２に対して固定部８４の端部がボルト止めされる。さらに、連結軸８０の上端部は、アクチュエータ１０の回転軸５０のカップリング部５０ａに対して回転不可に連結される。

このようにアクチュエータ１０が取り付けられた排水装置１０６では、たとえば、ユーザが遠隔操作端末を用いてアクチュエータ１０に対して排水口（仕切体１４２の上端開口）の高さ位置を変更する操作指示（制御信号）を送信すると、アクチュエータ１０の制御部（ＣＰＵ）は、操作指示に応じてモータ３８を駆動させる。このモータ３８の駆動力は、メインギア４０に伝達されて、メインギア４０が回転すると共に、回転軸５０が回転する。これにより、回転軸５０に固定的に連結された第２アダプタ７０の連結軸８０に対して、回転力が付与される。連結軸８０に対して軸線回りの回転力が加えられると、連結軸８０と可動部８２との送りねじ機構によって可動部８２が上下動し、これに伴い、可動部８２に連結固定された仕切体１４２が所定の高さ位置に移動される。

以上のように、この実施例によれば、本体ケース２０の側壁２２および天壁２４が気密構造となるように構成し、本体ケース２０内に設ける制御盤（制御部）３２、蓄電池３６およびモータ３８等の電気部品については、洪水時における本体ケース２０内への最大浸水水位に基づいて求められる下限高さ位置Ｘよりも上方に配置するので、仮に本体ケース２０が水没しても、これらの部品が水に濡れてしまうことを防止できる。したがって、水没を避けるために蓄電池３６などの部品を高い位置に設置する必要がなくなるので、アクチュエータ１０を小型化（低背化）することができ、アクチュエータ１０が農作業の邪魔になることを防止できる。

また、メインギア４０の軸中心を貫通するように回転軸５０を設けているので、アクチュエータ１０をより小型化できる。

さらに、取付アダプタ（第１アダプタ６０および第２アダプタ７０）のみ給水装置１０４および排水装置１０６に合わせたものを用意するだけで、給水装置１０４側と排水装置１０６側とには、同じ構造のアクチュエータ１０を後付けで設置できるので、圃場内水管理の遠隔操作化または自動化を低コストで実現できる。

なお、上述の実施例では、本体ケース２０は、複数のケース部材２０ａ,２０ｂ,２０ｃを組み合わせることによって形成したが、これに限定されない。図示は省略するが、本体ケース２０の側壁２２および天壁２４は、連結部のない一体型とすることもできる。これによって、Ｏリング５４等を用いて気密構造とする場合と比較して、本体ケース２０の側壁２２および天壁２４をより確実に気密構造とすることができる。また、本体ケース２０に設ける連結部の位置および数などは、特に限定されず、たとえば、第１ケース部材２０ａと第２ケース部材２０ｂとを連結部のない一体型とすることもできる。

また、上述の実施例では、給水装置１０４として、Ｒ＆Ｒ方式のアルファルファ形の給水バルブを例示し、排水装置１０６として、円筒状の仕切体１４２を備える落水口を例示しているが、これに限定されない。アクチュエータ１０は、玉形弁、仕切弁および水門などの各種の給水装置１０４または排水装置１０６に取り付けることができる。

一例として、図１０には、給水装置１０４として内ねじ弁棒非上昇式の仕切弁を用い、この仕切弁にアクチュエータ１０を取り付けた様子を示す。簡単に説明すると、図１０に示す給水装置（仕切弁）１０４は、本管部と立上部とからなる弁箱１５０を備え、この弁箱１５０内には、弁棒（支持棒）１５２の回転によって上下動する弁体（仕切体）１５４が設けられる。

このような給水装置１０４にアクチュエータ１０を取り付けるための第１アダプタ２００としては、上述の第１アダプタ６０と同様のもの、すなわち、円筒部２０２と、円筒部２０２の上端部から外方に突出する鍔状の第１接続部２０４と、円筒部２０２の下端部から内方に突出し、その中央部に通孔する円環板状の第２接続部２０６とを含むものが用いられる。そして、給水装置１０４の弁棒１５２の上端部に対して、アクチュエータ１０の回転軸５０が回転不可に連結される。アクチュエータ１０の回転軸５０から弁棒１５２に対して回転力が加えられると、弁棒１５２と弁体１５４との送りねじ機構によって弁体１５４が上下動して、弁箱１５０の本管部が開閉される。

なお、図１０では、弁棒１５２が回転しても上下動しないタイプの仕切弁を示しているが、給水装置１０４は、弁棒の回転に伴って弁棒自体も上下動するタイプ（弁棒上昇式）の仕切弁であってもよい。

また、他の一例として、図１１には、排水装置１０６として圃場の地下水位を設定可能な水位制御器を用い、この水位制御器にアクチュエータ１０を取り付けた様子を示す。簡単に説明すると、図１１に示す排水装置（水位制御器）１０６は、外筒１６０と、外筒１６０内に設けられ、下端部が地下給水管に接続される内筒（図示せず）とを備える。この内筒には、上下動可能に設けられるスライド管（仕切体）１６２が設けられる。

このような排水装置１０６にアクチュエータ１０を取り付けるための第２アダプタ２１０としては、上述の第２アダプタ７０と同様のもの、すなわち、円筒部２１２、第１接続部２１４、第２接続部２１６、保持部２１８、連結軸２２０、可動部２２２、固定部２２４、外筒１６０の上端部にアクチュエータ１０を載置するための台座２２６、および内管とスライド管１６２とを摺動可能に連結する回り止め部２２８等を備えるものが用いられる。そして、連結軸２２０および可動部２２２を介して、排水装置１０６のスライド管１６２とアクチュエータ１０の回転軸５０とが連結される。アクチュエータ１０の回転軸５０から連結軸２２０に対して回転力が加えられると、連結軸２２０と可動部２２２との送りねじ機構によって可動部２２２が上下動し、これに伴い、可動部２２２に連結固定されたスライド管１６２が所定の高さ位置に移動される。

以上のように、アクチュエータ１０は、既存の様々な給水装置１０４および排水装置１０６に後付けで設置することが可能である。

なお、上述の図８に示す第２アダプタにおいては、取付アダプタに送りねじ機構を設けるに際して、雌ねじ側を可動部として上下動させるようにしたが、雄ねじ側（連結軸側）を可動部として上下動させるようにして、この連結軸（可動部）によって回転軸５０と仕切体１４２等とを連結することもできる。これは、第１アダプタに送りねじ機構を設ける場合も同様である。

また、上述の実施例では、本体ケース２０の天壁２４上面に、フレーム３０ａと支持板３０ｂとを備える保持体３０を介して、太陽電池パネル２８を取り付けるようにしたが、本体ケース２０に太陽電池パネル２８を取り付けるための保持体３０の形状ないし構成は適宜変更可能である。

また、図１２に示すように、本体ケース２０の天壁２４に方形枠状のフレーム部９０を形成して、天壁２４に埋め込むように、気密性を有する状態で太陽電池パネル２８を取り付けることもできる。

さらに、太陽電池パネル２８は、本体ケース２０に対して着脱可能および回転可能に設けることもできる。たとえば、図１３に示すように、本体ケース２０の側壁２２の下端部に対して、上方に向かって延びる円筒状の取付部９２を一体的に形成する。また、太陽電池パネル２８を保持する保持体３０として、たとえば、太陽電池パネル２８の周囲を覆うように設けられる方形枠状のフレーム３０ａと、所定角度で屈曲する支持板３０ｂと、支柱９４が嵌め込まれる取付部３０ｃとを備えるものを用いる。そして、保持体３０の取付部３０ｃに対して円筒状の支柱９４を気密性を有する状態で連結すると共に、この支柱９４の下端部を本体ケース２０に形成した取付部９２に嵌め込むようにして連結する。この際、支柱９４と本体ケース２０の取付部９２との連結部には、Ｏリング５４を設けておく。これによって、支柱９４と本体ケース２０の取付部９２とが気密的に連結されると共に、取付部９２に対して支柱９４（延いては太陽電池パネル２８）が着脱可能であってかつ回転可能に連結される。なお、支柱９４と保持体３０とを着脱可能および回転可能に接続しておいてもよい。

図１３に示すアクチュエータ１０のように、太陽電池パネル２８を本体ケース２０に対して着脱可能としておくことで、太陽電池パネル２８を本体ケース２０から取り外して別位置に設置できるようになる。また、太陽電池パネル２８を本体ケース２０に対して回転可能としておくことで、太陽電池パネル２８の向きを任意の方向に設定できるようになる。これによって、圃場１０２の状況（障害物の有無など）に柔軟に対応できるようになり、良好な日射確保が可能となる。

また、図１３に示すアクチュエータ１０では、長さ調整用の支柱を継ぎ足す等して支柱９４の長さを変えることによって、太陽電池パネル２８の設置高さを任意に設定できるので、より柔軟に圃場１０２の状況に対応できる。

さらに、図１３に示すアクチュエータ１０では、支柱９４内にアンテナ３４が配置される。図３等に示すアクチュエータ１０では、製造コストを低減できる点、およびアンテナ３４を本体ケース２０内に配置して保護できる点などを考慮して、本体ケース２０を樹脂製としたが、図１３に示すアクチュエータ１０では、支柱９４のみを樹脂製としておけば、本体ケース２０は、耐久性（耐候性）に優れる金属製とすることもできる。もちろん、図１３に示すアクチュエータ１０においても、支柱９４によってアンテナ３４が保護されるので、アンテナ３４が破損したり、土などの汚れが付着して通信不良が生じたりすることを防止できる。

ただし、アンテナ３４の配置位置は、適宜変更可能であり、本体ケース２０の外部にアンテナ３４を配置する態様であれば、本体ケース２０は金属製にしてもよい。

さらにまた、図１３に示すアクチュエータ１０の変形例として、図１４に示すように、本体ケース２０の側壁２２に対して内方に窪む凹部を形成して、その凹部内を通るように取付部９２および支柱９４を設けることもできる。これによって、アクチュエータ１０をより小型化できる。また、図示は省略するが、支柱９４の取付部９２は、天壁２４に形成してもよい。

また、上述の実施例では、制御部と太陽電池パネル２８および各センサ等とを接続する配線は、本体ケース２０の下端Ｙよりも低い位置を通すようにしたが、これに限定されない。これら配線は、本体ケース２０の側壁２２または天壁２４に形成した孔を通すようにしてもよい。この場合には、孔と配線との隙間をコーキング材（シーリング材）で埋めることによって、配線を通す部分の気密構造を確保するとよい。或いは、隙間部よりもやや大きめに作製したゴム等の弾性体を圧縮挿入して隙間を埋めたり、粘着性のあるブチルゴムを充填したりすることによって、配線を通す部分の気密構造を確保するとよい。

さらに、上述の実施例では、回転軸５０がメインギア４０と共に回転し、かつメインギア４０に対して軸方向に摺動可能とするために、メインギア４０の軸部４０ａの内周面にキー溝４０ｃを形成し、回転軸５０の外周面に滑りキー５０ｂを形成したが、この配置は逆であってもよい。つまり、メインギア４０の軸部４０ａの内周面に滑りキーを形成し、回転軸５０の外周面にキー溝を形成してもよい。また、複数の滑りキーおよびキー溝が形成されてもよい。さらに、回転軸５０は、スプラインおよびセレーション等であってもよい。

また、上述の実施例では、小型化を図りつつ、様々な形式の給水装置１０４および排水装置１０６に適用できるように、メインギア４０と共に回転しかつメインギア４０の軸部４０ａに対して軸方向に摺動可能な回転軸５０を、メインギア４０を貫通するように配置したが、これに限定されない。回転軸５０は、メインギア４０と共に回転可能であれば、必ずしもメインギア４０を貫通するように設けられる必要はない。また、図９−図１１に示す給水装置１０４または排水装置１０６に取り付けられる場合のように、回転軸５０が上下方向の動きを吸収する必要がない場合は、回転軸５０は、必ずしもメインギア４０の軸方向に摺動可能である必要はない。

さらに、上述の実施例では、給水装置（給水バルブ）１０４の弁軸１２８に対して回転軸５０を直接連結するようにしているが、弁軸と回転軸とは、軸アダプタ（図示せず）を介して連結することもできる。給水装置または排水装置の弁軸の先端（上端）形状は、製造メーカおよび装置サイズによって異なるので、弁軸の先端形状に合った接続部をその下端部に有する軸アダプタを製作しておき、この軸アダプタを介して弁軸にアクチュエータ１０の回転軸を取り付けるのである。この際、軸アダプタと回転軸との連結形状は共通とされる。つまり、回転軸の接続部の形状は、１種類でよい。

また、軸アダプタを介して弁軸と回転軸とを連結する場合には、取付アダプタの側面（たとえば第１アダプタ６０の円筒部６２）には、軸アダプタの取り付けまたは取り外しのために用いる開口を設けておくとよい。この開口は、蓋によって開閉自在にしておくとよい。

さらに、上述のような本体ケースを気密構造とする技術（発明）は、電動アクチュエータ１０に適用することのみに限定されず、たとえば、搭載されたセンサによって圃場の状態を計測する環境データ計測器に適用することもできる。図示は省略するが、環境データ計測器は、たとえば、水位センサ、温度センサ、圧力センサおよび土壌水分センサ等の少なくとも１つが設けられた本体ケースを備える。この本体ケースは、筒状の側壁と側壁の上部を封止する天壁とを含み、側壁および天壁が気密構造を有するものである。そして、水没すると故障してしまう制御部およびセンサ等の電気部品は、洪水時における本体ケース内への最大浸水水位に基づいて求められる下限高さ位置よりも上方において、本体ケース内に配置される。このように、本体ケースを気密構造とする技術を環境データ計測器に適用した場合でも、電動アクチュエータ１０に適用した場合と同様の作用効果を奏する。

また、上述の実施例では、商用電源が確保し難い圃場１０２においてもアクチュエータ１０を適用できるように、太陽電池パネル２８および蓄電池３６を備えるようにしたが、商用電源などの他の電源を使用できる環境に設置される場合には、必ずしも太陽電池パネル２８および蓄電池３６を備える必要はない。本体ケース２０とは別の場所に設けられる他の電源を利用する場合には、他の電源とアクチュエータ１０とを接続するためのケーブルは、本体ケース２０の下端Ｙよりも低い位置を通って本体ケース２０内に導かれるようにするとよい。

なお、上で挙げた寸法などの具体的数値および具体的形状などは、いずれも単なる一例であり、製品の仕様などの必要に応じて適宜変更可能である。

１０ …電動アクチュエータ
２０ …本体ケース
２２ …側壁
２４ …天壁
２８ …太陽電池パネル
３２ …制御盤（制御部）
３４ …アンテナ
３６ …蓄電池
３８ …モータ
４０ …メインギア（ギア）
５０ …回転軸
１００ …圃場用給排水システム
１０２ …圃場
１０４ …給水装置
１０６ …排水装置

Claims (5)

1. 圃場への給水または圃場からの排水を制御するための変位機構を有する給水装置または排水装置に取り付けられて、前記変位機構を作動させる圃場用電動アクチュエータであって、
   筒状の側壁と前記側壁の上部を封止する天壁とを含み、前記側壁および前記天壁が気密構造を有する本体ケース、
   電力によって駆動されるモータ、
   前記モータの駆動を制御する制御部、
   前記モータからの駆動力によって回転するギア、および
   前記ギアと共に回転する回転軸を備え、
   少なくとも前記モータおよび前記制御部は、洪水時における前記本体ケース内への最大浸水水位に基づいて求められる下限高さ位置よりも上方において、前記本体ケース内に配置される、圃場用電動アクチュエータ。
2. 前記下限高さ位置は、次式で求められる位置とされる、請求項１記載の圃場用電動アクチュエータ。
   [数１]
   ΔＨ＝Ｈ＋１０−１０Ｖ／（Ｖ−ΔＶ）
   ここで、ΔＨは、前記本体ケースの下端から前記下限高さ位置までの距離であり、Ｈは、洪水時に想定される最大水位の水面から前記本体ケースの下端までの距離であり、Ｖは、前記本体ケース内の隙間容積であり、ΔＶは、前記本体ケースの下端から前記下限高さ位置までの前記本体ケース内の隙間容積である。
3. 前記本体ケースの前記側壁および前記天壁は、連結部のない一体型とされる、請求項１または２記載の圃場用電動アクチュエータ。
4. 前記本体ケースに取り付けられる太陽電池パネル、および
   前記太陽電池パネルによって発電された電力を蓄電可能な蓄電池をさらに備え、
   前記太陽電池パネルと前記制御部とを接続する配線は、前記本体ケースの下端よりも低い位置を通るように当該本体ケースの外部に出て、前記太陽電池パネルに至る、請求項１ないし３のいずれかに記載の圃場用電動アクチュエータ。
5. 無線通信部およびアンテナをさらに備え、
   前記アンテナは、前記本体ケースの内部、または前記太陽電池パネルを前記本体ケースに取り付ける支柱の内部に配置される、請求項４記載の圃場用電動アクチュエータ。

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