(57)【要約】【課題】外部から吸入した空気を酸素濃度の高い空気に変換して送給することのできるエアーポンプを提供する。【解決手段】密閉構造の外装ケース１内に電動ポンプ５を配設し、外装ケース１の吸気口８と電動ポンプ５の空気吸入口６ａとの間に気密構造の空気導入空間１５を形成する。吸気口８に相対向する配置で空気導入空間１５内に設けられて、電動ポンプ５の駆動により吸気口８から導入して電動ポンプ５に吸引される空気を通過させる気体分離膜２１を備える。この気体分離膜２１は、全く孔の存在しない高分子膜からなり、この高分子膜に空気の導入側に対し導出側を減圧した状態で空気を通過させるときに、高分子膜の高分子鎖の熱振動により気体が通る間隙が形成されて、この間隙に空気中の酸素や窒素を溶解させて拡散したのち離脱させ、酸素を高濃度に有する空気に変換して導出する機能を有している。【選択図】      図３
2004245086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉構造となった外装ケースの内部に配設された電動ポンプと、
前記外装ケースに開口された吸気口と、
前記吸気口と前記電動ポンプの空気吸入口との間に形成された気密構造の空気導入空間と、
前記吸気口に相対向する配置で前記空気導入空間内に設けられて、前記電動ポンプの駆動により前記吸気口から吸入されたのち前記電動ポンプに吸引される空気を通過させる気体分離膜とを備えてなり、
前記気体分離膜が、全く孔の存在しない高分子膜からなり、この高分子膜に空気の導入側に対し導出側を減圧した状態で空気を通過させるときに、前記高分子膜における高分子鎖の熱振動により気体が通る間隙が形成されて、この間隙に空気中の酸素および窒素を溶解させて拡散したのち離脱させることにより、酸素を高濃度に有する空気に変換して導出する機能を有していることを特徴とするエアーポンプ。
【請求項２】
外装ケース内に配設された吸気ケースにより、吸気口と電動ポンプの空気吸入口との間に他の箇所と隔絶して独立した気密状態の空気導入空間と、前記電動ポンプの空気排出口と空気を外部に送給する空気送給部との間に他の箇所と隔絶して独立した気密状態の空気導出経路とがそれぞれ形設され、
気体分離膜がモジュール支持体に支持され、且つ前記モジュール支持体における前記気体分離膜の空気導出側に空気取出通路と排気口とが形成された気体分離モジュールが、前記空気分離膜を前記吸気口に相対向させるとともに前記排気口を電動ポンプの空気吸入口に相対向させた配置で前記空気導入空間に配設されている請求項１に記載のエアーポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、釣り用の生き餌やおとり用の魚或いは熱帯魚や金魚などの鑑賞用魚などを元気な状態に保つために容器や水槽内に空気を送給する用途に用いるエアーポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、釣り用の生き餌やおとり用の魚などを生かして運ぶために、電池を駆動電源として作動する携帯用エアーポンプが用いられている。この携帯用エアーポンプは、主に友釣りのおとり缶や餌箱に装着したり、魚を入れた容器内の水中にホースを用いて接続する形態に装着して、水中に空気を送給する用に供せられる。
【０００３】
図７は、従来の携帯用エアーポンプを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は一部切欠した右側面図である。この携帯用エアーポンプは、電池（図示せず）を駆動電源とする電動ポンプ（図示せず）がケース４０内に収納されている。ケース４０は、ケース本体４０ａと蓋体４０ｂとが、それらの嵌合周囲にパッキン４１を配して蓋体４０ｂ側をケース本体４０ａにねじ止めして一体化した水密構造に構成されている。
【０００４】
上記ケース４０内に収容された電動ポンプの動作状態を切り換えるスイッチ（図示せず）は、スライドスイッチの操作ノブにゴムキャップ４２を被せて防水構造に形成されている。このゴムキャップ４２を「強」または「弱」に操作することにより電動ポンプが動作して、吸気口４３から吸入した空気を排気口４４から排出する。この携帯用エアーポンプは、おとり缶などの容器上に配置し、且つ上記排気口４４に接続したホースを容器内に挿入した形態で取り付けると、容器内に空気が送給される。
【０００５】
ところが、上記携帯用エアーポンプは、屋外で使用される場合、空気が吸入される吸気口４３から異物や水などが電動ポンプ内に侵入し易く、これが電動ポンプの故障を招く要因になっている。また、この携帯用エアーポンプは、釣りなどに際して汚れ易い環境で使用された場合に、清掃のために水洗いすると、電動ポンプやケース４０内に水を侵入させて動作不良や故障を発生させる要因となる。さらに、作動を制御するためのスイッチは、防水構造とする目的でスイッチ操作部分にゴムキャップ４２が被せられているので、スイッチの切り換え位置が確認しずらく、特に、静音タイプのエアーポンプは音も静かであるため、スイッチを入れていることを忘れて不要な電池消耗を生じることになる。
【０００６】
そこで、従来では、密閉構造に形成されたケース内に配設した電動ポンプの駆動により、ケース外に開口する吸気口から吸引した空気をケース外に開口する排気口から排出する構造において、吸気口に気体のみを通過させ、且つ液体および固体の通過を阻止する疎水膜を設けるとともに、吸気口と電動ポンプの空気吸入口との間に外装ケース内の他の空間とは独立するように密閉構造にした空間を形成したエアーポンプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１６１３００号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記エアーポンプは、吸気口に配設した疎水膜が液体や固体の通過を阻止するので、電動ポンプ内に空気だけが吸入され、水や異物の侵入し易い環境での使用においても、電動ポンプ内に水や異物が侵入することなく、水や異物による電動ポンプの故障を防止することができる効果がある。しかしながら、上記エアーポンプでは、疎水膜が液体と固体とを除去するフィルタとしての機能を発揮するだけであって、ケースの外部から吸引した空気をそのままケースの外部に排出するだけであるから、この空気は、魚などを元気な状態に保つのに十分な空気とは言い難い。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、外部から吸入した空気を酸素濃度の高い空気に変換して送給することのできるエアーポンプを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るエアーポンプは、密閉構造となった外装ケースの内部に配設された電動ポンプと、前記外装ケースに開口された吸気口と、前記吸気口と前記電動ポンプの空気吸入口との間に形成された気密構造の空気導入空間と、前記吸気口に相対向する配置で前記空気導入空間内に設けられて、前記電動ポンプの駆動により前記吸気口から吸入されたのち前記電動ポンプに吸引される空気を通過させる気体分離膜とを備えてなり、前記気体分離膜が、全く孔の存在しない高分子膜からなり、この高分子膜に空気の導入側に対し導出側を減圧した状態で空気を通過させるときに、前記高分子膜における高分子鎖の熱振動により気体が通る間隙が形成されて、この間隙に空気中の酸素および窒素を溶解させて拡散したのち離脱させることにより、酸素を高濃度に有する空気に変換して導出する機能を有していることを特徴としている。
【００１１】
このエアーポンプでは、電動ポンプが回転駆動したときに、外装ケースの外部から吸気口を通じて吸引された空気が気体分離膜を通過することによって酸素濃度の高い空気に変換されるから、この空気を水中に供給すれば、通常空気を供給する場合に比較して、釣り用の生き餌やおとり用の魚或いは熱帯魚や金魚などの鑑賞用魚などを一層元気な状態に保つことができる。しかも、気体分離膜は、全く孔の存在しない高分子膜からなるので、細菌やウィルスの通過をも阻止することができ、この点からも水中の魚などに供給するのに好適な空気となる。
【００１２】
上記発明において、外装ケース内に配設された吸気ケースにより、吸気口と電動ポンプの空気吸入口との間に他の箇所と隔絶して独立した気密状態の空気導入空間と、前記電動ポンプの空気排出口と空気を外部に送給する空気送給部との間に他の箇所と隔絶して独立した気密状態の空気導出経路とがそれぞれ形設され、気体分離膜がモジュール支持体に支持され、且つ前記モジュール支持体における前記気体分離膜の空気導出側に空気取出通路と排気口とが形成された気体分離モジュールが、前記空気分離膜を前記吸気口に相対向させるとともに前記排気口を電動ポンプの空気吸入口に相対向させた配置で前記空気導入空間に配設されている構成とすることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、電動ポンプの吸引力が排気口を通じて気体分離膜の空気導出側である空気取出通路内のみに作用することから、気体分離膜の空気導出側を効果的に減圧して気体分離膜の機能を高めることができるので、吸入した通常空気を高濃度の酸素を含有する空気に確実に変換して送給することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るエアーポンプの外観を示したものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。このエアーポンプの外装ケース１は、ケース本体２と蓋体３とを、各々の連結開口部をこれらの間にパッキン４を介在させて互いに嵌合することにより連結した密閉構造に構成されており、この外装ケース１内には、後述する電動ポンプが空気送給用の作動源として収容されている。外装ケース１の表面側には、同図（ｂ）に示すように、電動ポンプの作動状態を選択的に切り換え操作するための回動ノブ７と、電動ポンプに外部空気を取り入れるための吸気口８が設けられている。また、外装ケース１の上面からは空気送給管部９が突設されている。
【００１５】
図２は、蓋体３を取り外して見た背面図であって、外装ケース１内の構成を示したものである。ケース本体２内には、ポンプ部６とこれの回転駆動源であるモータ１０とからなる電動ポンプ５が、吸気ケース１１により支持されて取り付けられている。この吸気ケース１１は、図１の吸気口８と電動ポンプ５のポンプ部６との間に気密構造の空気導入空間を形設するとともに、ポンプ部６から空気送給管部９に至る気密構造の空気導出経路を形成するものであり、この吸気ケス１１の詳細については後述する。
【００１６】
また、ケース本体２内には、上述の回動ノブ７の操作によりスライドスイッチ１２を作動させるスイッチ機構１４と、電動ポンプ５の駆動源の２本の単一乾電池（図示せず）をそれぞれ収容するための電池ホルダ１３Ａ，１３Ｂが配設されており、この電池ホルダ１３Ａ，１３Ｂに装填された乾電池からスライドスイッチ１２を介してモータ１０に給電される電源供給回路が構成されている。したがって、図１の回動ノブ７の操作によりスイッチ機構１４を回動させてスライドスイッチ１２をオンすれば、モータ１０が作動してポンプ部６が回転駆動される。このとき、スイッチ機構１４は、回動ノブ７が図１の「強」または「弱」の何れかに切り換え操作されるのに対応してモータ１０の回転速度を２段階に切り換えるようになっている。
【００１７】
図３は、図１のＡ−Ａ線断面図であって、吸気系および排気系の構造を示したものである。同図において、電動ポンプ５のポンプ部６における空気吸入口６ａおよび空気排出口６ｂが形成された一端側には、リングパッキン１７を介在して吸気ケース１１が嵌合固着されている。この吸気ケース１１は、吸気口８とポンプ部６の空気吸入口６ａとの間の通気空間を外装ケース１内の他の空間から隔絶して独立した気密構造の空気導入空間１５を形設するとともに、ポンプ部６の空気排出口６ｂを空気送給管部９に連通する送気筒部１８内により気密構造の空気導出経路１６を形成している。したがって、電動ポンプ５が駆動されたときには、吸気口８から外部空気が空気導入空間１５内に吸引され、この空気が空気吸入口６ａを通じてポンプ部６内に吸引されたのちに空気排出口６ｂから空気送給管部９を通じて外部に送給される。そのため、このエアーポンプは、空気送給管部９に任意長さのホースを接続することにより、所要の場所の水中に空気を送給することができる。
【００１８】
上記空気導入空間１５における吸気口８の内面側には、疎水膜１９を介在して気体分離モジュール２０が配設されている。疎水膜１９は、液体や異物の通過を阻止して気体のみを自由に通過させる疎水性の強い膜で形成されており、例えば、ポリテトラフコロエチレン（ＰＴＦＳ）のような多孔質物質を用いて作られたものである。
【００１９】
図４は、上記気体分離モジュール２０の概略構成を模式的に示したものであり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線で切断した縦断面図である。この気体分離モジュール２０は、気体分離膜２１を備えていることを特長としている。この気体分離膜２１の詳細については後述するが、この気体分離膜２１は、外方側に上記疎水膜１９が、且つ内方側に連通体２２がそれぞれ重ね合わされた状態で、モジュール支持体２３の支持凹部２３ａに嵌め込まれて支持されている。上記連通体２２としては樹脂ネットまたは発泡体を好適に用いることができる。モジュール支持体２３には、支持凹部２３ａに連通する空気取出通路２３ｂと、この空気取出通路２３ｂに取り出された空気を下方から排出する排気口２３ｃとが形成されている。この気体分離モジュール２０は、図３に示すように、疎水膜１９で吸気口８を覆う配置として、吸気ケース１１によりケース本体２の内面に押し付けられていることにより、吸気ケース１１とケース本体２との間に挟持固定されている。
【００２０】
上記気体分離膜２１は、全く孔の存在しない高分子膜からなり、この高分子膜に対し空気の導入側に対し導出側を減圧した状態で空気を通過させれば、分子の大きさではなく、分子が膜に溶ける速度の差を利用して気体を分離して、空気中の窒素に対する酸素の通過量が多くなることによって空気中の酸素濃度を高めて送出するように機能するものである。さらに詳述すると、上記気体分離膜２１は、高分子膜の高分子鎖が熱振動しており、その振動により気体が通る間隙が形成されて、この間隙に空気中の酸素や窒素が溶解して拡散し、互いに離脱して導出されることにより、酸素を高濃度に有する空気が取り出される。
【００２１】
実測結果によると、通常空気は７９％の窒素と２１％の酸素からなる混合気体であるが、この通常空気を上記気体分離膜２１内を通過させると、６８％の窒素と３２％の酸素からなる酸素濃度の高い空気を取り出せることが確認できた。但し、上記実測結果は、気体分離膜２１の導出側を−７４ｋＰａに減圧した場合である。
【００２２】
上記気体分離膜２１の気体の透過量Ｑは、気体分離膜２１の空気導入側の圧力をＰ１、気体分離膜２１の空気導出側の圧力をＰ２、気体分離膜２１の拡散係数をＤ、同膜２１の溶解度係数をＳ、同膜２１の膜面積をＡ、同膜２１の膜厚をＬ、空気が気体分離膜２１を透過する時間をｔとした場合に、
Ｑ＝〔ＤＳ（Ｐ１−Ｐ２）Ａｔ〕／Ｌ
の式で表される。したがって、気体透過量Ｑは、ＤＳ（透過係数）に依存し、上記気体分離膜２１は、ＤＳ（透過係数）の高い高分子材料を用いて形成されたものである。
【００２３】
また、上記式から明らかなように、気体透過量Ｑを高めるためには、気体分離膜２１の空気の導出側を可及的に減圧することが好ましいが、このエアーポンプでは、気体分離膜２１の空気導出側となる気体分離モジュール２０の空気取出通路２３ｂ内を好適に減圧できる構成になっている。すなわち、上記吸気ケース１１は、吸気口８とポンプ部６の空気吸入口６ａとの間に、外装ケース１内の他の空間とは隔絶して独立した気密構造の空気導入空間１５を形成しており、この空気導入空間１５内に気体分離モジュール２０が配設されている。したがって、このエアーポンプでは、電動ポンプ５のポンプ部６の駆動による吸引力が排気口２３ｃを通じて空気取出通路２３ｂ内のみに作用するので、空気取出通路２３ｂ内つまり気体分離膜２１の空気導出側を極めて効果的に減圧することができる。
【００２４】
図５は図１のＢ−Ｂ線断面図であり、スイッチ機構１４の防水構造と外装ケース１の水密構造とを示したものである。外装ケース１内に配設されたスイッチ機構１４の回転軸２４には、ケース本体２の表面側に形成された凹部の中央開口部から挿入された回動ノブ７の中心軸７ａが嵌合されている。この回動ノブ７の中心軸７ａにはＯリング２７が嵌装されており、これによりケース本体２の防水性が確保されている。上記回転軸２４は切換プレート２８に結合されており、この切換プレート２８は、図２に示すように、スライドスイッチ１２の操作ノブ１２ａに係合されている。したがって、回動ノブ７を回転操作した場合には、切換プレート２８が回動されて、その回動によりスライドスイッチ１２が切り換えられる。また、図２に示すように、切換プレート２８に形成された波形部にはクリックばね２９が圧接されており、これにより、回動ノブ７による回動操作は、「弱」、「切」および「強」の各位置に正確に停止するように回動させることができる。
【００２５】
また、外装ケース１は、図１に明示したように、ケース本体２と蓋体３とのそれぞれの周囲嵌合部にパッキン４を配し、蓋体３の中央部に支持された閉蓋ねじ３０をケース本体２の中央部に形成された雌ねじ形成のボス３１に螺入することにより、蓋体３がケース本体２にパッキン４を介在して圧接され、これにより水密構造を備えた密閉ケースに形成されている。閉蓋ねじ３０のノブ下にはパッキン（図示せず）が配されていることにより、この閉蓋ねじ３０のねじ孔からの水の侵入も阻止されて、外装ケース１内の水密性が確保されている。
【００２６】
図６は上記吸気ケース１１の縦断面図を示し、この吸気ケース１１の中央部に形成された送気筒部１８の下端面は、リングパッキン３４を介在してポンプ部６の空気排出口６ｂの周囲に気密状態に圧接され、吸気ケース１１の下端部に形成された連結部３７もリングパッキン３８を介在してポンプ部６の上端面に気密状態に圧接されている。すなわち、このエアーポンプでは、ポンプ部６の空気排出口６ｂから吸気ケース１１の空気送給管部９に至る気密状態の空気導出経路１６が構成されている。
【００２７】
また、吸気ケース１１における送気筒部１８から空気送給管部９に通じる表示管部３９内には、マーカー３２とマーカーばね３３とが封入されている。なお、この実施の形態では、吸気ケース１１全体が透明材料で形成されているが、吸気ケース１１における少なくとも表示管部３９が透明材料で形成されていればよい。したがって、このエアーポンプが駆動しているときには、ポンプ部６の空気排出口６ｂから所定圧力で排出される空気によってマーカー３２がマーカーばね３３の付勢力に抗して表示管部３９内に押し上げられて、透明な表示管部３９内のマーカー３２を外部から透視できるので、空気の送給状態を目視で一目瞭然に確認できる。
【００２８】
つぎに、このエアーポンプの作動について説明する。両電池ホルダ１３Ａ，１３Ｂに単一乾電池を装填して蓋体３をケース本体２に嵌着した外装ケース１を閉じ、回動ノブ７を「切」から「弱」または「強」の何れかの位置に回動させると、電動ポンプ５が回転駆動することにより、外装ケース１の外部から吸気口８および疎水膜１９を通じて気体分離モジュール２０内に空気が吸入され、この空気が気体分離膜２１を通過することにより酸素濃度の高い空気に変換されてモジュール支持体２３の空気取出通路２３ｂに集められたのち、排気口２３ｃから空気吸入口６ａを通ってポンプ部６内に一旦吸入され、ポンプ部６の空気排出口６ｂから吸気ケース１１の送気筒部１８および表示管部３９を通って空気送給管部９から送出される。この空気送給管部９にホースを接続して所望の容器内の水中にホースを導くことにより、水中に空気を送給することができる。
【００２９】
この水中に供給する空気は、気体分離膜２１を通過したことによって高い酸素濃度を有しており、特に、この実施の形態のエアーポンプでは、吸気口８からポンプ部６の空気吸入口６ａに至る気密構造の空気導入空間１５が形成されて、ポンプ部６の吸引力が気体分離膜２１の空気導出側である空気取出通路２３ｂ内のみに作用するようになっていることから、気体分離膜２１の空気導出側を効果的に減圧して気体分離膜２１の機能を高めることができるので、高濃度の酸素を含有する空気に確実に変換することができる。したがって、このエアーポンプから水中に空気を供給する場合には、通常空気を供給する場合に比較して、釣り用の生き餌やおとり用の魚或いは熱帯魚や金魚などの鑑賞用魚などを一層元気な状態に保つことができる。しかも、気体分離膜２１は、全く孔の存在しない高分子膜からなるので、細菌やウィルスの通過をも阻止することができ、この点からも水中の魚などに供給するのに好適な空気となる。
【００３０】
また、吸気口８と気体分離膜２１との間には疎水性の強い膜で形成された疎水膜１９が介在されているから、この疎水膜１９が吸気口８から空気のみを取り込み、水や異物の通過を阻止するので、ポンプ部６内に水や異物が侵入することによる故障の発生が確実に防止される。なお、気体分離膜２１は、全く孔の存在しない高分子膜からなり、疎水膜１９とほぼ同様の機能をも兼ね備えているので、疎水膜１９は除去しても上述と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明のエアーポンプによれば、電動ポンプが回転駆動したときに、外装ケースの外部から吸気口を通じて吸引された空気が気体分離膜を通過することによって酸素濃度の高い空気に変換されるから、この空気を水中に供給すれば、通常空気を供給する場合に比較して、釣り用の生き餌やおとり用の魚或いは熱帯魚や金魚などの鑑賞用魚などを一層元気な状態に保つことができる。しかも、気体分離膜は、全く孔の存在しない高分子膜からなるので、細菌やウィルスの通過をも阻止することができ、この点からも水中の魚などに供給するのに好適な空気となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るエアーポンプの外観を示したものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。
【図２】同上のエアーポンプの蓋体を取り外して見た背面図。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図４】同上のエアーポンプにおける気体分離モジュールの概略構成を模式的に示したものであり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線で切断した縦断面図。
【図５】図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図６】同上のエアーポンプにおける吸気ケースの縦断面図。
【図７】従来のエアーポンプを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は一部切欠した右側面図。
【符号の説明】
１  外装ケース
５  電動ポンプ
６ａ  空気吸入口
６ｂ  空気排出口
８  吸気口
９  空気送給管部（空気送給部）
１１  吸気ケース
１５  空気導入空間
１６  空気導出経路
２０  気体分離モジュール
２１  気体分離膜
２３  モジュール支持体
２３ｂ  空気取出通路
２３ｃ  排気口
【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】
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【図６】
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【図７】
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