JP2013130078A - 動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置、この駆動制御装置を備えている動圧軸受ポンプシステム、動圧軸受ポンプユニットの駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】動圧軸受ポンプの耐久性を向上させる。
【解決手段】動圧軸受ポンプユニット１の駆動制御装置３００は、羽根車１０の回転数を変えるための回転数操作ボリューム３５０と、コンピュータ３１０と、電源回路３３０からの電力をコンピュータ３１０からの指示に従って変換し、この電力をポンプ駆動装置２００のモータ２１０に供給する電力変換回路３３５と、を有する。電力変換回路３３５は、回転数操作ボリュームの操作量が操作量０から増加する過程で、操作量０から予め定められた特定操作量までの初期操作区間では、初期操作区間の操作量変化に関わらず、回転数操作ボリュームの操作量が特定操作量になったことを条件として、羽根車１０が動圧軸受面から浮上して非接触状態で支持される浮上最小回転数まで予め定められた回転数変化率で羽根車の回転数が増加するよう、モータ２１０へ供給する電力を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転する羽根車が動圧軸受により非接触で支持される動圧軸受ポンプを備えている動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置、この駆動制御装置を備えている動圧軸受ポンプシステム、動圧軸受ポンプユニットの駆動制御方法に関する。

動圧軸受ポンプとしては、例えば、以下の特許文献１，２に開示されている動圧軸受ポンプがある。

特許文献１，２に記載の動圧軸受ポンプは、いずれも、羽根車と、この羽根車を回転軸線回りに回転可能に非接触で支持する動圧軸受部が形成されている固定体と、を有している。羽根車には、永久磁石で形成された従動磁石が設けられている。また、この動圧軸受ポンプの羽根車を回転させるポンプ駆動装置は、動圧軸受ポンプの従動磁石と磁気結合しつつ回転軸線回りで回転する回転磁界を発生させる回転磁界発生手段を有している。

特許文献１には、動圧軸受部として、作動流体の動圧を利用して、回転軸線が延びている軸線方向に羽根車を浮上させるスラスト動圧軸受部が開示されている。また、特許文献２には、動圧軸受部として、作動流体の動圧を用いて、回転軸線に対して垂直な径方向に羽根車を浮上させるラジアル動圧軸受部が開示されている。

特許４１０８０５４号公報 特開２００９−１９７７３６号公報

上記特許文献１，２に記載の動圧軸受ポンプの羽根車を所望の回転数で回転させる場合、ポンプ駆動装置に供給する電力を制御する駆動制御装置が必要である。この駆動制御装置は、例えば、羽根車の回転数を指定するための操作端の操作量に羽根車の回転数が対応するようポンプ駆動装置に供給する電力を制御することになる。例えば、ポンプ駆動装置の回転磁界発生手段が、供給される電力の電圧周波数を変えることで回転磁界の回転数を変えられるものであれば、駆動制御装置は、操作端の操作量に応じて、ポンプ駆動装置の回転磁界発生手段に供給する電力の電圧周波数を変えることになる。

動圧軸受ポンプの起動時等において、このような駆動制御装置を用いて、羽根車が停止している回転数０の状態から所望の回転数にする場合、オペレータ等は、操作端を操作して、その操作量を操作量０から所望の回転数に対応した操作量に変更する。

ところで、羽根車は、停止している回転数０の状態では、動圧軸受部との間に作動流体の動圧が作用しないため、動圧軸受部の一部と接触している。羽根車は、その回転数が高まり、動圧軸受部との間の作動流体の動圧が高まると、動圧軸受部から浮上して非接触で動圧軸受部に支持されるようになる。このため、オペレータによる操作端の操作によっては、羽根車と動圧軸受部との接触時間が長くなることがある。羽根車と動圧軸受部との接触時間が長くなると、羽根車及び動圧軸受部の磨耗が進み、動圧軸受ポンプの耐久性が低下してしまう。また、動圧軸受ポンプが、例えば、人工心臓ポンプである場合のように、血液を搬送するポンプである場合には、羽根車と動圧軸受部との接触時間が長くなると、接触部分での溶血や血栓発生の可能性が高まってしまう。

そこで、本発明は、上記状況を鑑み、動圧軸受ポンプの耐久性を向上させることができる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための発明に係る動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置は、
羽根車、及び該羽根車を回転軸線回りに回転可能に支持する動圧軸受部が形成されている固定体を有する動圧軸受ポンプと、供給される電力に応じて該動圧軸受ポンプの羽根車を回転させるポンプ駆動装置と、を備えている動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、前記羽根車の回転数を変えるための回転数操作端と、前記回転数操作端の操作量が操作量０から増加する過程で、該操作量０から予め定められた特定操作量までの初期操作区間では、該初期操作区間の操作量変化に関わらず、該回転数操作端の操作量が該特定操作量になったことを条件として、前記羽根車が前記動圧軸受面から浮上して非接触状態で支持される浮上最小回転数まで予め定められた回転数変化率で該羽根車の回転数が増加するよう、前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御し、前記回転数操作端の操作量が該特定操作量以上では、該回転数操作端の操作量に前記羽根車の回転数が対応するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御する電力制御部と、を備えていることを特徴とする。

当該駆動制御装置では、ポンプ起動時において、回転数操作端の操作量変化に関わらず、回転数操作端の操作量が特定操作量になったことを条件として、羽根車が動圧軸受部から浮上して非接触状態で支持される浮上最小回転数まで予め定められた回転数変化率で羽根車の回転数が増加する。このため、当該駆動制御装置では、ポンプ起動時において、回転している羽根車と動圧軸受部とが接触している時間を短くすることができる。

ここで、前記動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、前記電力制御部は、前記回転数操作端の操作量が一旦前記特定操作量以上になると、該操作量が該特定操作量未満になっても、該操作量が操作量０にならない限り、前記羽根車の回転数が前記浮上最小回転数を維持するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御してもよい。

当該駆動制御装置では、回転数操作端の操作量が一旦特定操作量以上になると、操作量が特定操作量未満になっても、操作量が操作量０にならない限り、羽根車の回転数は浮上最小回転数に維持される。このため、当該駆動制御装置では、羽根車が一旦回転し始めると、操作量が操作量０にならない限り、羽根車と動圧軸受部とは基本的に接触することはない。

また、前記動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、前記電力制御部は、前記回転数操作端の操作量が一旦前記特定操作量以上になった後に該操作量が操作量０になると、前記羽根車の回転数が前記浮上最小回転数から０になるまで予め定められた回転数変化率で該回転数が減少するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御してもよい。

当該駆動制御装置では、ポンプ停止時において、回転数操作端の操作量が操作量０になると、羽根車の回転数が浮上最小回転数から０になるまで予め定められた回転数変化率で回転数が減少する。このため、当該駆動制御装置では、ポンプ停止時において、回転している羽根車と動圧軸受部とが接触している時間を短くすることができる。

また、前記動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、前記回転数操作端は、前記ポンプ駆動装置への電力の供給及び切断を操作するスイッチ機能を有し、前記操作量０の前記回転数操作端の位置はオフ位置であり、前記特定操作量の回転数操作端の位置はオン位置であってもよい。

当該駆動制御装置では、回転数操作端がポンプ駆動装置のスイッチ機能も兼ねているため、動圧軸受ポンプが一旦駆動すると、回転数操作端の操作量が中途半端な操作量のときに、動圧軸受ポンプを停止させることができず、起動時に、回転数操作端の操作量が中途半端な操作量になっていることはない。

また、上記の場合、前記電力制御部は、前記回転数操作端が前記オン位置から前記オフ位置側になると、前記羽根車の回転数が０になるまで予め定められた回転数変化率で該回転数が減少するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御してもよい。

当該駆動制御装置では、ポンプ停止時において、回転数操作端がオン位置からオフ位置側になると、羽根車の回転数が浮上最小回転数から０になるまで予め定められた回転数変化率で回転数が減少する。このため、当該駆動制御装置では、ポンプ停止時において、回転している羽根車と動圧軸受部とが接触している時間を短くすることができる。

また、前記動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、前記動圧軸受ポンプの状態を示す表示部を有し、前記表示部は、前記浮上最小回転数又は該浮上最小回転数に対応する前記動圧軸受ポンプの吐出量を表示してもよい。

当該駆動制御装置では、オペレータは、当該動圧軸受ポンプの浮上最小回転数、又は浮上最小回転数に対応する動圧軸受ポンプの吐出量を認識することができる。

また、前記動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、前記電力制御部が収納されていると共に前記回転数操作端が外部に取り付けられている筐体を有し、前記筐体には、前記回転数操作端の前記特定操作量の位置を示す印が付されていてもよい。

当該駆動制御装置では、オペレータは、回転数操作端の特定操作量の位置、つまり、ポンプ回転数を浮上最低回転数にするための操作量の位置を認識することができる。

また、前記動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、前記羽根車の回転数を予め定められた周期で増減させるための周期変化操作端を有し、前記電力制御部は、前記回転数操作端の操作量が前記特定操作量以上の場合に、前記周期変化操作端が操作されると、前記羽根車の回転数が予め定められた周期で増減するよう、前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御してもよい。

当該駆動制御装置では、羽根車の回転数を予め定められた周期で増減変化させることがきる。このため、例えば、ポンプケーシング内に気泡等が溜まっている場合に、羽根車の回転数を増減変化させることで、気泡をポンプケーシング外へ効率的に排出することができる。

また、前記目的を達成するための動圧軸受ポンプシステムは、前記駆動制御装置と、前記動圧軸受ポンプユニットと、を備え、前記動圧軸受ポンプの前記羽根車には、永久磁石で形成された従動磁石が設けられ、前記ポンプ駆動装置は、前記従動磁石と磁気結合しつつ前記回転軸線回りで回転する回転磁界を発生させる回転磁界発生手段を有し、前記駆動制御装置は、前記回転磁界の回転数を制御することで前記羽根車の回転数を制御してもよい。

この場合、前記回転磁界発生手段は、永久磁石で形成された駆動磁石と、該駆動磁石を前記従動磁石と磁気結合している状態で前記回転軸線回りに回転させるモータと、を有してもよい。

当該動圧軸受ポンプシステムでは、ポンプケーシング内で羽根車を回転させるために、ケーシングを貫通する回転軸が不用になる。このため、当該動圧軸受ポンプシステムでは、動圧軸受ポンプが血液を搬送する人工心臓ポンプである場合、ケーシング内からの血液の漏れを無くすことができる上に、回転軸がケーシングを貫通する部分での血液の溶血や血栓の発生を無くすことができる。

また、前記動圧軸受ポンプシステムにおいて、前記電力制御部は、前記回転数操作端の操作量が前記特定操作量以上の場合で、該回転数操作端の操作量の単位時間あたりの操作量である操作量変化率が予め定められた値を超える場合には、前記回転磁界の回転数の単位時間あたりの回転数変化量である回転数変化率が予め定めた値になるよう、前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御してもよい。

当該動圧軸受ポンプシステムでは、回転磁界の回転に対する従動磁石の脱調を防ぐことができる。

また、前記目的を達成するための発明に係る動圧軸受ポンプユニットの駆動制御方法は、
羽根車、及び該羽根車を覆うと共に該羽根車を回転軸線回りに支持する動圧軸受部が形成されているケーシングを有する動圧軸受ポンプと、供給される電力に応じて該動圧軸受ポンプの羽根車を回転させるポンプ駆動装置と、を備え、回転数操作端の操作量に応じて該羽根車を回転させる動圧軸受ポンプユニットの駆動制御方法において、前記回転数操作端の操作量が操作量０から増加する過程で、該操作量０から予め定められた特定操作量までの初期操作区間では、該初期操作区間の操作量変化に関わらず、該回転数操作端の操作量が該特定操作量になったことを条件として、前記羽根車が前記動圧軸受部から浮上して非接触状態で支持される浮上最小回転数まで予め定められた回転数変化率で該羽根車の回転数が増加するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御し、前記回転数操作端の操作量が該特定操作量以上では、該回転数操作端の操作量に前記羽根車の回転数が対応するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御する、ことを特徴とする。

当該駆動制御方法では、ポンプ起動時において、回転数操作端の操作量変化に関わらず、回転数操作端の操作量が特定操作量になったことを条件として、羽根車が動圧軸受部から浮上して非接触状態で支持される浮上最小回転数まで予め定められた回転数変化率で羽根車の回転数が増加する。このため、当該駆動制御方法では、ポンプ起動時において、回転している羽根車と動圧軸受部とが接触している時間を短くすることができる。

本発明では、回転している羽根車と動圧軸受部とが接触している時間を短くすることができる。このため、本発明によれば、羽根車と動圧軸受部との磨耗を抑えることができ、動圧軸受ポンプの耐久性を向上させることができる。

本発明に係る第一実施形態における動圧軸受ポンプシステムの構成図である。 本発明に係る第一実施形態における動圧軸受ポンプユニットの平面図である。 図２におけるIII矢視図である。 図２におけるIＶ−IＶ線断面図である。 本発明に係る第一実施形態における動圧軸受ポンプの断面図である。 本発明に係る第一実施形態における動圧軸受ポンプユニットの断面を模式的に描いた模式図である。 本発明に係る第一実施形態における駆動制御装置の正面図である。 本発明に係る第一実施形態における回転数操作ボリュームの操作量と動圧軸受ポンプの羽根車又はモータの回転数との関係を示すグラフである。 本発明に係る第一実施形態における回転数０と浮上最低回転数との間における時間経過に対する回転数の変化を示すグラフである。 本発明に係る第一実施形態における操作量変化率と回転数変化率との関係を示すグラフである。 本発明に係る第一実施形態における周期変化スイッチが操作されたときの時間経過に伴う回転数変化を示すグラフである。 本発明に係る第二実施形態における動圧軸受ポンプシステムの構成図である。 本発明に係る第二実施形態における回転数操作ボリュームの構成を示す構成図である。 本発明に係る第二実施形態における回転数操作ボリュームの操作量と動圧軸受ポンプの羽根車又はモータの回転数との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る動圧軸受ポンプシステムの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

「第一実施形態」
まず、動圧軸受ポンプシステムの第一実施形態について、図１〜図１１を用いて説明する。

本実施形態の動圧軸受ポンプシステムは、図１に示すように、動圧軸受ポンプ１００と、この動圧軸受ポンプ１００を駆動させるポンプ駆動装置２００と、ポンプ駆動装置２００による動圧軸受ポンプ１００の駆動を制御する駆動制御装置３００と、を備えている。なお、本実施形態では、動圧軸受ポンプ１００とポンプ駆動装置２００とで、動圧軸受ポンプユニット１を構成している。

本実施形態の動圧軸受ポンプ１００は、血液を搬送する人工心臓ポンプである。この動圧軸受ポンプ１００は、図５に示すように、密閉型の羽根車１０と、この羽根車１０を回転軸線Ａ回りに回転可能に覆うポンプケーシング６０と、を備えている。

ポンプケーシング６０には、血液を吐出するための吐出口（図２及び図３参照）７が形成されていると共に、回転軸線Ａの延長線上に血液を吸い込むための吸込口６が形成されている。なお、以下では、回転軸線Ａが延びている軸線方向Ｄａで、ポンプケーシング６０の吸込口６側を前側、その反対側を後側とする。また、回転軸線Ａに垂直な方向な径方向Ｄｒで、回転軸線Ａに近づく向き側を内側、回転軸線Ａから遠ざかる向き側を外側とする。

羽根車１０は、回転軸線Ａを中心として設けられた複数の羽根１１と、複数の羽根１１の前側を覆う前シュラウド２０と、複数の羽根１１の後側を覆う後シュラウド４０と、を有している。この羽根車１０は、以上のように、複数の羽根１１の前後が前シュラウド２０及び後シュラウド４０により覆われることにより、密閉型の羽根車を成している。羽根車１０の複数の羽根１１、前シュラウド２０、後シュラウド４０は、それぞれ、樹脂による一体成形品で、これらは、互いに接着剤により接合されている。

前シュラウド２０は、回転軸線Ａを中心として円筒状を成し、軸線方向Ｄａの前側の開口がポンプケーシング６０の吸込口６と対向する羽根車入口１２を成す入口筒部２１と、入口筒部２１の後端に設けられ、複数の羽根１１の前側を覆う前側板部３１と、を有している。また、後シュラウド４０は、複数の羽根１１の後側を覆う後側板部４１と、後側板部４１に後端に設けられ、回転軸線Ａを中心として円柱状の軸部５１と、を有している。

前シュラウド２０の前側板部３１及び後シュラウド４０の後側板部４１は、軸線方向Ｄａから見た形状がいずれも回転軸線Ａを中心とした円形である。前側板部３１と後側板部４１とは、軸線方向Ｄａに離れており、これら前側板部３１と後側板部４１との間に複数の羽根１１が固定されている。前側板部３１と後側板部４１との間であって径方向Ｄｒの外縁は、羽根車出口１３を成している。入口筒部２１内、及び前側板部３１と後側板部４１との間であって複数の羽根１１の相互間は、羽根車内流路Ｐｒを形成している。

後シュラウド４０の軸部５１には、軸線方向Ｄａに回転軸線Ａ上を貫通し、軸部５１の後端面５３とポンプケーシング６０との間と羽根車内流路Ｐｒとを連通させる貫通孔５６が形成されている。この軸部５１には、その外周面５２と貫通孔５６の内周面との間の位置に、永久磁石で形成された複数の従動磁石１９が埋め込まれている。

ポンプケーシング６０は、羽根車１０の前シュラウド２０を覆うポンプ前ケーシング６１と、羽根車１０の後シュラウド４０を覆うポンプ後ケーシング８１とを有している。

ポンプ前ケーシング６１は、吸込ホースが接続される略円筒状の吸込ホース接続管部６２と、吸込ホース接続管部６２の後端から後側に向って次第に内径が拡径されている拡径管部６５と、拡径管部６５の後端に設けられ前シュラウド２０の入口筒部２１の外周面２２と間隔を開けて対向する内周面６８が形成されている前軸受形成部６７と、前軸受形成部６７の後端に設けられ前シュラウド２０の前側板部３１を覆う前ケーシング本体部７１と、を有している。

吸込ホース接続管部６２の前端は開口しており、この開口がポンプケーシング６０の吸込口６を成している。この吸込口６の内径ｄｉは、羽根車１０の目玉径ｄｅと同じである。なお、羽根車１０の目玉径ｄｅとは、本実施形態において、軸線方向Ｄａに内径が変化している羽根車１０の入口筒部２１の内径のうちで最も小さい内径である。このように、本実施形態では、ポンプケーシング６０の吸込口６の径ｄｉと羽根車１０の目玉径ｄｅとを同じにするため、ポンプケーシング６０で羽根車１０の入口筒部２１よりも前側の位置に拡径管部６５を設けて、軸線方向Ｄａで羽根車１０の入口筒部２１と同じ位置のポンプケーシング６０の前軸受形成部６７の内径を吸込口６の径ｄｉよりも大きくしている。

前ケーシング本体部７１は、前軸受形成部６７の後端から外側に広がり、前シュラウド２０の前側板部３１の前面３２と軸線方向Ｄａに間隔をあけて対向する平板リング状の前面対向部７２と、回転軸線Ａを中心として略円筒状を成し、前面対向部７２の外周縁から後側に延びる前本体筒部７５と、を有している。前本体筒部７５の内周面７６の回転軸線Ａに対して垂直な断面での形状は、ボリュート形状を成している。この前本体筒部７５の内周面７６は、前シュラウド２０の前側板部３１の外周縁と間隔をあけて対向している。

ポンプ後ケーシング８１は、前ケーシング本体部７１の後端に設けられ後シュラウド４０の後側板部４１を覆う後ケーシング本体部９１と、後ケーシング本体部９１に設けられ後シュラウド４０の軸部５１の外周面５２と間隔をあけて対向する内周面８３が形成されている後軸受形成部８２と、後軸受形成部８２の後端に設けられ後シュラウド４０の軸部５１と軸線方向Ｄａに間隔をあけて対向する平板円形の後壁板部８５と、を有している。

後ケーシング本体部９１は、回転軸線Ａを中心として略円筒状を成し、前ケーシング本体部７１の後端から後側に延びる後本体筒部９２と、後本体筒部９２の後端から内側に広がり、後シュラウド４０の後側板部４１の後面４２と軸線方向Ｄａに間隔をあけて対向する平板リング状の後面対向部９５と、を有している。この後面対向部９５の内縁に、ここから後方に延在するよう後軸受形成部８２が設けられている。

ポンプケーシング６０は、図２及び図３に示すように、吐出ホースが接続される略円筒状の吐出ホース接続管部９を有している。略円筒状の吐出ホース接続管部９の軸Ａｄは、回転軸線Ａに対して垂直な面に平行である。また、この吐出ホース接続管部９は、その軸Ａｄを通る平面で前後方向に二分割されており、一方が接続管前割部７８として、ポンプ前ケーシング６１の前本体筒部７５に設けられており、他方が接続管後割部９８として、ポンプ後ケーシング８１の後本体筒部９２に設けられている。この吐出ホース接続管部９の外側端は開口しており、この開口がポンプケーシング６０の吐出口７を成している。

ポンプ前ケーシング６１及びポンプ後ケーシング８１は、それぞれ、樹脂による一体成形品である。ポンプ前ケーシング６１とポンプ後ケーシング８１とは、接着剤により接合されている。

ポンプ駆動装置２００は、図４及び図６に示すように、回転する出力軸２１１を有するモータ２１０と、有底円筒状を成すカップ２２０と、カップ２２０の内周側に固定されている複数の駆動磁石２１９と、モータ２１０及びカップ２２０を覆う駆動装置ケーシング２３０と、駆動装置ケーシング２３０に装着された動圧軸受ポンプ１００の装着を維持するためのロック部材２５０と、を備えている。

カップ２２０は、例えば、強磁性材であるＳＳ４００等の炭素鋼で形成され、複数の駆動磁石２１９のヨークとしての役目を担っている。このカップ２２０は、円筒状のカップ円筒部２２１と、このカップ円筒部２２１の一方の開口を塞ぐ平板円形のモータ接続部２２５とを有している。モータ接続部２２５上であって、カップ円筒部２２１の軸の延長線上には、モータ２１０の出力軸２１１が固定されている。カップ円筒部２２１の内周側には、前述したように複数の駆動磁石２１９が固定されている。この駆動磁石２１９は、永久磁石であり、例えば、Ｎｄ（ネオジウム）磁石である。

カップ円筒部２２１の内径は、ポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の外径よりも大きい。また、カップ円筒部２２１の軸から各駆動磁石２１９の内面までの半径方向の距離の２倍の長さ（以下、磁石配列径とする）は、ポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の外径よりも大きい。

駆動装置ケーシング２３０は、有底円筒状のケーシング本体２３１と、ケーシング本体２３１の開口を塞ぐキャップ２４１と、を有している。

ケーシング本体２３１は、例えば、常磁性材であるＡｌ（アルミニウム）合金で形成されている。ケーシング本体２３１は、内径がカップ２２０の外径及びモータ２１０の外径よりも大きい円筒状のケーシング円筒部２３２と、ケーシング円筒部２３２の一方の開口を塞ぐ平板円形のケーシング底部２３５と、を有している。

モータ２１０は、このケーシング本体２３１内に入れられ、ケーシング底部２３５にネジ２３６で固定されている。ケーシング円筒部２３２の外周の一部は、径方向Ｄｒに凹凸形状を成し、凸部が放熱フィン２３３を形成している。また、ケーシング円筒部２３２の他の一部には、モータ２１０の電源ケーブルを通すための電源ケーブル板２３４を構成している。

キャップ２４１は、例えば、ＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Ketone）樹脂等の樹脂で形成されている。このキャップ２４１は、有底円筒状を成しポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２及び後壁板部８５が内側に嵌まり込むポンプ嵌合部２４２と、有底円筒状のポンプ嵌合部２４２の開口縁から外側に広がり平板リング状を成すポンプ受け部２４４と、ポンプ受け部２４４の外周縁に形成されケーシング本体２３１の開口縁部と係合する係合部２４６と、を有している。

有底円筒状のポンプ嵌合部２４２の内径は、ポンプケーシング６０の後軸受形成部８２の外径と実質的に同じである。よって、キャップ２４１のポンプ嵌合部２４２内に、ポンプケーシング６０の後軸受形成部８２を嵌めることができる。また、このポンプ嵌合部２４２は、その外径がカップ円筒部２２１の内径及び前述の磁石配列径よりも小さく、有底円筒状のカップ２２０内に、このカップ２２０に固定されている駆動磁石２１９と非接触状態で入り込んでいる。

ポンプケーシング６０の後軸受形成部８２を駆動装置ケーシング２３０のキャップ２４１のポンプ嵌合部２４２内に嵌め込んで、動圧軸受ポンプ１００をポンプ駆動装置２００に取り付けると、動圧軸受ポンプ１００の軸部５１内に埋め込まれている従動磁石１９と、ポンプ駆動装置２００のカップ２２０に固定されている駆動磁石２１９とが、径方向Ｄｒで非接触で対向し、両磁石が磁気結合した状態になる。この状態でモータ２１０が駆動して、その出力軸２１１と共に駆動磁石２１９が回転すると、この駆動磁石２１９と磁気結合している動圧軸受ポンプ１００の従動磁石１９も、駆動磁石２１９の回転に伴って、回転軸線Ａ回りに回転する。このため、ポンプ駆動装置２００の駆動磁石２１９が回転すると、従動磁石１９と共にこの従動磁石１９が内部に埋め込まれている羽根車１０も、駆動磁石２１９の回転に同期して回転軸線Ａ回りに回転する。

駆動制御装置３００は、図１に示すように各種演算処理等を実行するコンピュータ３１０と、各種情報を表示するディスプレイ３２０と、各部へ電力を供給する電源回路３３０と、電源回路３３０からの電力をコンピュータ３１０からの指示に応じた電力に変換して、ポンプ駆動装置２００のモータに供給する電力変換回路３３５と、これらを収納する筐体３４０と、駆動制御装置３００を起動させるための電源スイッチ３５５と、羽根車１０の回転数を変えるための回転数ボリューム（回転数操作端）３５０と、羽根車１０の回転数を予め定められた周期で増減させるための周期変化スイッチ（周期変化操作端）３５６と、を有している。

回転数ボリューム３５０は、可変抵抗器であり、ボリューム摘み３５１と、このボリューム摘み３５１に取り付けられている導体３５２と、この導体３５２に接触している抵抗体３５３と、を有している。導体３５２と抵抗体３５３との間の電圧は、ボリューム摘み３５１の操作に応じて変化する。コンピュータ３１０には、このボリューム摘み３５１の操作に応じて移動する導体３５２と抵抗体３５３との間の電圧が入力される。なお、本実施形態では、ボリューム摘み３５１の操作は、図７に示すように、このボリューム摘み３５１を回転させることである。従って、この回転数ボリューム３５０の操作量とは、ボリューム摘み３５１の回転量のことである。このボリューム摘み３５１が設けられている筐体３４０には、回転数ボリューム３５０の操作量が操作量０を示す０操作量マーク３４１と、回転数ボリューム３５０の操作量が予め定めた特定操作量Ｓであることを示すＳ操作量マーク３４２とが付されている。

電源スイッチ３５５及び周期変化スイッチ３５６は、いずれも、コンピュータ３１０に電気的に接続されている。このため、これらのスイッチ３５５，３５６が操作されると、その旨がコンピュータ３１０に入力される。

前述したように、本実施形態では、動圧軸受ポンプ１００の羽根車１０の回転は、駆動磁石２１９の回転に同期する、言い換えると、モータ２１０の出力軸２１１の回転に同期する。このため、本実施形態において、羽根車１０の回転数を制御する場合、モータ２１０の出力軸２１１の回転数を制御すればよい。このため、本実施形態では、駆動制御装置３００の電力変換回路３３５からモータ２１０に供給される電力を制御することで、モータ回転数を制御している。

モータ回転数制御の方法としては、直流モータでは、例えば、直流電力の電圧を制御する方法、交流モータでは、例えば、交流電力の電圧を制御する方法、交流電力の周波数を制御する方法等、モータの種類に応じて各種方法がある。

例えば、本実施形態のモータ２１０が交流モータで、このモータ２１０に供給する交流電圧の周波数を制御することで、モータ回転数を制御する場合、コンピュータ３１０は、基本的に回転数ボリューム３５０の操作量に応じた周波数の値を示す制御信号を電力変換回路３３５に送る。電力変換回路３３５は、電源回路３３０からの交流電力を、この制御信号が示す値の周波数の交流電力に変換して、モータ２１０に供給する。この結果、モータ２１０の出力軸２１１は、基本的に回転数ボリューム３５０の操作量に応じた回転数で回転する。

なお、本実施形態では、コンピュータ３１０と電力変換回路３３５とで電力制御部を構成している。また、以下で説明するコンピュータ３１０による処理は、コンピュータ３１０のメモリ中に予めインストールされているプログラムに従って、コンピュータ３１０のＣＰＵが実行する。

次に、以上で説明した動圧軸受ポンプシステムの動作について説明する。

まず、動圧軸受ポンプシステムの概略操作、及びこの操作に基づく当該システムの概略動作について説明する。

動圧軸受ポンプ１００を駆動させる際には、オペレータは、まず、動圧軸受ポンプ１００の吸込ホース接続管部６２に吸込ホースを接続すると共に、吐出ホース接続管部９に吐出ホースを接続する。

次に、ポンプケーシング６０の後軸受形成部８２を駆動装置ケーシング２３０のキャップ２４１のポンプ嵌合部２４２内に嵌め込んで、動圧軸受ポンプ１００をポンプ駆動装置２００に取り付ける。この際、ポンプケーシング６０の後面対向部９５とキャップ２４１のポンプ受け部２４４とが接する。次に、ロック部材２５０により、ポンプケーシング６０を駆動装置ケーシング２３０に固定する。

動圧軸受ポンプユニット１は、この状態で、動圧軸受ポンプ１００の軸部５１内に埋め込まれている従動磁石１９と、ポンプ駆動装置２００のカップ２２０に固定されている駆動磁石２１９とが、径方向Ｄｒで非接触状態で対向し、両磁石が磁気結合している。また、モータ２１０の出力軸２１１は、動圧軸受ポンプ１００の回転軸線Ａの延長線上に位置している。

なお、以上では、吸込ホースや吐出ホースの接続後に、動圧軸受ポンプ１００をポンプ駆動装置２００に取り付けているが、動圧軸受ポンプ１００の取付後に、吸込ホースや吐出ホースの接続を行ってもよい。

次に、駆動制御装置３００の電源スイッチ３５５を操作して、この駆動制御装置３００を起動させる。この際、駆動制御装置３００のコンピュータ３１０及びディスプレイ３２０に電源回路３３０からの電力が供給され、これらが起動する。そして、コンピュータ３１０は、ディスプレイ３２０に対して画像信号を送り、この画像信号に応じた内容をディスプレイ３２０に表示させる。ディスプレイ３２０には、図７に示すように、現在のポンプ吐出流量３２１、現在のポンプ回転数（羽根車１０の回転数）３２２、ポンプ運転状態３２３、ポンプ最大回転数３２４、ポンプ最大回転数時の吐出流量であるポンプ最大流量３２５、ポンプ最小回転数３２６、ポンプ最小回転数時の吐出流量であるポンプ最小流量３２７等が表示される。なお、この時点で、動圧軸受ポンプ１００は駆動していないため、ディスプレイ３２０には、現在のポンプ吐出流量として０(Ｌ/min)、ポンプ回転数として０(ＲＰＭ)、ポンプ運転状態として、例えば「停止」が表示される。

次に、オペレータは、駆動制御装置３００の回転数ボリューム３５０を操作する。この回転数ボリューム３５０は、ポンプ駆動装置２００への電力の供給に関するスイッチ機能、つまり動圧軸受ポンプ１００の駆動スイッチ機能を兼ねており、この回転数ボリューム３５０を操作することで、ポンプ駆動装置２００のモータ２１０に電力が供給され、このモータ２１０が駆動する。

ポンプ駆動装置２００のモータ２１０が駆動し、このモータ２１０の出力軸２１１が回転すると、この出力軸２１１に固定されているカップ２２０及びカップ２２０に固定されている複数の駆動磁石２１９が動圧軸受ポンプ１００の回転軸線Ａ回りに回転する。ポンプ駆動装置２００の駆動磁石２１９が回転すると、前述したように、この駆動磁石２１９と磁気結合している動圧軸受ポンプ１００の従動磁石１９も、駆動磁石２１９の回転に伴って、回転軸線Ａ回りに回転する。動圧軸受ポンプ１００の従動磁石１９は、羽根車１０の軸部５１内に埋め込まれている。このため、ポンプ駆動装置２００の駆動磁石２１９が回転すると、この従動磁石１９と共に羽根車１０は、ポンプケーシング６０内で回転軸線Ａ回りに回転する。

以上のように、本実施形態では、複数の駆動磁石２１９の内側に、羽根車１０の軸部５１を配置し、この軸部５１内に従動磁石１９を埋め込んだので、駆動磁石の外側に従動磁石を配置するよりも、羽根車１０の軸部５１の外径を小さくすることができる。よって、本実施形態によれば、羽根車１０の小型化及び軽量化を図ることができると共に、羽根車１０の回転に関する慣性力を小さくすることができる。

ポンプケーシング６０内で羽根車１０が回転し始めると、図６に示すように、ポンプケーシング６０の吸込口６からポンプケーシング６０内に血液が吸い込まれる。ポンプケーシング６０内に吸い込まれた血液は、羽根車入口１２から羽根車１０内の羽根車内流路Ｐｒに入る。

本実施形態では、前述したように、ポンプケーシング６０の吸込口６の内径ｄｉと羽根車１０の目玉径ｄｅとが同じである。このため、本実施形態では、ポンプケーシング６０の吸込口６から羽根車流路Ｐｒ内に血液が流れ込む過程での圧力損失を抑えることができ、ポンプ性能を高めることができる。なお、本実施形態では、ポンプケーシング６０の吸込口６の径ｄｉと羽根車１０の目玉径ｄｅとが同じであるが、羽根車１０の目玉径ｄｅがポンプケーシング６０の吸込口６の内径ｄｉ以上であれば、以上と同様の効果を得ることができる。

羽根車流路Ｐｒ内に入った血液は、回転する複数の羽根１１から遠心力を受けて、羽根車出口１３から流出した後、ポンプケーシング６０の吐出口７から吐出する。

羽根車出口１３から流出した血液の一部は、ポンプ前ケーシング６１の前面対向部７２の内面７３と前シュラウド２０の前側板部３１の前面３２との間から、ポンプ前ケーシング６１の前軸受形成部６７の内周面６８と前シュラウド２０の入口筒部２１の外周面２２との間を経て、ポンプ前ケーシング６１の拡径管部６５内に戻る。そして、再び、羽根車入口１２から羽根車内流路Ｐｒに入る。

また、羽根車出口１３から流出した血液の他の一部は、ポンプ後ケーシング８１の後面対向部９５の内面９６と後シュラウド４０の後側板部４１の後面４２との間から、ポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の内周面８３と後シュラウド４０の軸部５１の外周面５２との間、ポンプ後ケーシング８１の後壁板部８５の内面８６と後シュラウド４０の軸部５１の後端面５３との間、さらに、後シュラウド４０の貫通孔５６を経て、羽根車内流路Ｐｒに戻る。

ポンプ前ケーシング６１の前軸受形成部６７の内周面６８の母線と前シュラウド２０の入口筒部２１の外周面２２の母線とは、互いに平行である。言い換えると、前軸受形成部６７の内周面６８と入口筒部２１の外周面２２との間隔は、軸線方向Ｄａにおいて一定である。また、ポンプ前ケーシング６１の前軸受形成部６７の内周面６８、及び前シュラウド２０の入口筒部２１の外周面２２の回転軸線Ａに対して垂直な断面形状は、いずれも円である。このため、前軸受形成部６７の内周面６８と入口筒部２１の外周面２２とは、それぞれ、動圧ラジアル軸受面を成し、両面６８，２２間を流れる血液が潤滑流体として機能する。よって、羽根車１０は、羽根車１０の入口筒部２１の部分がポンプケーシング６０により、径方向Ｄｒに非接触で回転可能に支持される。なお、羽根車１０の回転開始時等、羽根車１０の回転数が低いときには、前軸受形成部６７の内周面６８（以下、この内面６８を前動圧軸受面６８とする）の一部と入口筒部２１の外周面２２の一部とは、互いに接触しており、羽根車１０の回転数が所定回転数以上になると、両面６８，２２間に働く流体の動圧により、前動圧軸受面６８に対して入口筒部２１が浮上して、前述したように、羽根車１０の入口筒部２１が前動圧軸受面６８により非接触で回転可能に支持される。

また、ポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の内周面８３の母線と後シュラウド４０の軸部５１の外周面５２の母線とは、互いに平行である。言い換えると、後軸受形成部８２の内周面８３と軸部５１の外周面５２との間隔は、軸線方向Ｄａにおいて一定である。また、ポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の内周面８３、及び後シュラウド４０の軸部５１の外周面５２の回転軸線Ａに垂直な断面形状は、いずれも円である。このため、後軸受形成部８２の内周面８３と軸部５１の外周面５２とは、それぞれ、動圧ラジアル軸受面を成し、両面８３，５２間を流れる血液が潤滑流体として機能する。よって、羽根車１０は、羽根車１０の軸部５１の部分がポンプケーシング６０により、径方向Ｄｒに非接触で回転可能に支持される。なお、羽根車１０の軸部５１も、入口筒部２１と同様、羽根車１０の回転数が低いときには、後軸受形成部８２の内周面８３（以下、この内面８３を後動圧軸受面８３とする）の一部と軸部５１の外周面５２の一部とは、互いに接触しており、羽根車１０の回転数が所定回転数以上になると、両面８３，５２間に働く流体の動圧により、後動圧軸受面８３に対して軸部５１が浮上して、羽根車１０の軸部５１が後動圧軸受面８３により非接触で回転可能に支持される。

以上のように、本実施形態では、羽根車１０の入口筒部２１及び軸部５１の二箇所が、動圧軸受面６８，８３により、径方向Ｄｒに非接触で回転可能に支持される、言い換えると、羽根車１０が径方向Ｄｒに非接触で回転可能に両持ち支持される。しかも、羽根車１０は、その重心位置を基準にして前側と後側の二箇所で支持される。よって、本実施形態によれば、回転軸線Ａに垂直な軸回りのモーメントが発生しても、羽根車１０を安定支持することができる。

また、本実施形態では、前述したように、羽根車１０の軸部５１の外径を小さくすることができるため、この軸部５１の周速度を抑えることができる。よって、本実施形態によれば、軸部５１の外周面５２とポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の内周面８３との間を流れる血液に作用するせん断ひずみを小さくすることができ、溶血を抑えることができる。

本実施形態では、ポンプケーシング６０に対する羽根車１０の軸線方向Ｄａの位置は、羽根車１０内の従動磁石１９とポンプ駆動装置２００の駆動磁石２１９との間の磁気結合力により、保持されている。磁気結合力により保持されている羽根車１０の軸線方向Ｄａの位置は、軸線方向Ｄａで互いに対向する羽根車１０の面とポンプケーシング６０の面とが互いに接触しない位置である。すなわち、本実施形態では、羽根車１０は、軸線方向Ｄａに関しても、非接触で回転可能に支持されている。

次に、動圧軸受ポンプシステムの詳細な操作、及びこの操作に基づく当該システムの動作について説明する。

前述したように、羽根車１０は、回転していても、その回転数が所定回転数以上でなければ、動圧軸受面６８，８３から浮上しない。このように、羽根車１０が回転していても、動圧軸受面６８，８３から浮上しておらず、羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触状態が維持されると、動圧軸受面６８，８３、及びこの動圧軸受面６８，８３に接触している羽根車１０の部分の磨耗が進み、動圧軸受面６８，８３の機能が損なわれる。さらに、本実施形態のように、動圧軸受ポンプ１００が血液を搬送する人工心臓ポンプである場合には、羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触により、溶血や血栓の発生の可能性が高まる。

ここで、仮に、回転数ボリューム３５０の操作量に対してポンプ回転数が正比例するとする。このようなシステムで、回転数ボリューム３５０の操作量が操作量０に近い操作量で停滞している場合や、動圧軸受ポンプ１００の起動時において、回転数ボリューム３５０の操作量を操作量０からゆっくりと増加させる場合には、回転する羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触時間が長くなり、羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との磨耗等が進んでしまう。

そこで、本実施形態では、羽根車１０の回転数が回転数０から浮上最小回転数までの間は、回転数ボリューム３５０の操作量に関わり無く、羽根車１０の回転数、つまりモータ２１０の回転数を制御する。なお、浮上最小回転数とは、羽根車１０がいずれの動圧軸受面６８，８３からも浮上して、これら動圧軸受面６８，８３により非接触で支持される回転数のことである。また、図７中のディスプレイ３２０中に表示される最小回転数は、この浮上最小回転数のことである。

具体的に、本実施形態では、ポンプ起動時においては、図８に示すように、回転数ボリューム３５０の操作量が特定操作量Ｓになるまでの間である初期操作区間では、この操作量に関わらず、操作量が特定操作量Ｓになった時点で、直ちに、ポンプ回転数を０から浮上最小回転数（例えば、３０００ＲＰＭ）までポンプ回転数を上昇させる。この際、本実施形態では、図９に示すように、ポンプ回転数が０から浮上最小回転数までの間、単位時間あたりの回転数の変化量である回転数変化率が予め定められた回転数変化率でポンプ回転数が上昇する。

本実施形態において、この予め定められた回転数変化率は、ポンプ回転数が０から浮上最小回転数までの間、一定である必要はなく、ポンプ回転数が０の時点からの時間に応じて定められたものである。図９に示す例では、ポンプ回転数が０の時点から極めて短時間の間は、回転数変化率が低く、時間経過に伴い徐々に回転数変化率が高まるようになっている。その後、ポンプ回転数変化率は、ポンプ回転数が浮上最小回転数になるまで、時間経過に対して一定で、ポンプ回転数は時間経過に対して直線的に上昇するようになっている。

ポンプ回転数が浮上最小回転数まで上昇する時間は、羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触時間を短くする観点からできる限り短い方が好ましい。つまり、ポンプ回転数が０から浮上最小回転数に至るまでの回転数変化率は高い方が好ましい。

しかしながら、モータ２１０の回転数変化率が極めて高いと、駆動磁石２１９の回転に対して、従動磁石１９が追従しきれず、駆動磁石２１９に対して従動磁石１９が脱調してしまう。

そこで、本実施形態では、従動磁石１９が脱調しない範囲でモータ２１０の回転数変化率が最も高い変化率を限度変化率とし、ポンプ回転数が０の時点から極めて短時間の間を除いて、ポンプ回転数が浮上最小回転数になるまでは、回転数変化率を限度変化率としている。

本実施形態において、駆動制御装置３００のコンピュータ３１０には、回転数ボリューム３５０の操作量に比例した電圧で示される操作信号が入力される。コンピュータ３１０は、駆動制御装置３００からモータ２１０に電力を供給していない時点、つまりポンプ回転数が０の時点から、回転数ボリューム３５０が操作されてこの操作量が特定操作量Ｓに相当する操作信号が入力されるまでは、電力変換回路３３５に対してモータ２１０に供給する電力を示す制御信号を送らない、若しくはモータ２１０に電力を供給しない旨を示す制御信号を送る。

コンピュータ３１０は、駆動制御装置３００からモータ２１０に電力を供給していない時点から回転数ボリューム３５０が操作されて特定操作量Ｓに相当する操作信号が入力されると、予め定められた回転数変化率でポンプ回転数が浮上最小回転数まで上昇する供給電力を示す制御信号を、電力変換回路３３５に送る。電力変換回路３３５は、この制御信号を受けると、電源回路３３０からの電力を、この制御信号が示す電力に変換してからモータ２１０に供給する。この結果、コンピュータ３１０に特定操作量Ｓに相当する操作信号が入力されると、ポンプ回転数は、０から予め定めた回転数変化率で浮上最小回転数まで直ちに上昇する。

例えば、前述したように、本実施形態のモータ２１０が交流モータで、このモータ２１０に供給する交流電圧の周波数を制御することで、モータ回転数を制御する場合、コンピュータ３１０は、特定操作量Ｓに相当する操作信号が入力されると、図９に示す各時間変化に対する回転数に対応した周波数を示す制御信号を電力変換回路３３５に送る。電力変換回路３３５は、この制御信号を受けると、電源回路３３０からの電力をこの制御信号が示す周波数の交流電力に変換してモータ２１０に供給する。

以上のように、本実施形態では、ポンプ起動時において、駆動磁石２１９に対する従動磁石１９の脱調を避けつつも、極めて短時間のうちにポンプ回転数を浮上最小回転数まで上昇させているので、羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触時間を短くすることができる。

本実施形態では、図８に示すように、回転数ボリューム３５０の操作量が一旦特定操作量Ｓになると、再び、操作量が特定操作量Ｓまでは、ポンプ回転数を回転数ボリューム３５０の操作量に比例させる。

具体的に、コンピュータ３１０は、特定操作量Ｓに相当する操作信号が入力されると、再び、特定操作量Ｓに相当する操作信号が入力されるまで、操作信号が示す操作量に比例したポンプ回転数なる供給電力を示す制御信号を電力変換回路３３５に送る。電力変換回路３３５は、この制御信号を受けると、電源回路３３０からの電力を、この制御信号が示す電力に変換からモータ２１０に供給する。この結果、ポンプ回転数は、回転数ボリューム３５０の操作量に比例した回転数になる。

但し、モータ回転数が動圧軸受ポンプ１００の浮上最小回転数に対応した回転数以上である場合でも、モータ２１０の回転数変化率が前述の限度変化率よりも高くなると、駆動磁石２１９に対して従動磁石１９が脱調してしまう。

このため、本実施形態では、回転数ボリューム３５０の操作量が特定操作量Ｓになった以降でも、図１０に示すように、操作量変化率が限度変化率LIMに対応する操作量変化率よりも高い場合には、この操作量変化率に関わらず、モータ２１０の回転数変化率を限度変化率LIMにしている。

具体的に、コンピュータ３１０は、特定操作量Ｓに相当する操作信号が入力された以降、逐次入力される操作信号から逐次操作量変化率を求め、この操作量変化率が限度変化LIMに対応する操作量変化率よりも高い場合には、モータ２１０の回転数変化率が限度変化率LIMになる供給電力を示す制御信号を電力変換回路３３５に送る。

なお、以上では、ソフトウェア上の処理で、モータ２１０の回転数変化率を限度変化率LIM以下に抑えているが、ハードウェアにより、モータ２１０の回転数変化率を限度変化率LIM以下に抑えるようにしてもよい。

具体的に、例えば、電力変換回路３３５に、モータに供給する電力の変化率（例えば、交流電力の周波数変化率）に対応するモータ２１０の回転数変化率が限度変化率LIM以下になるよう、モータ２１０に供給する電力の変化率を鈍す回路を設ける。この場合、電力変換回路３３５の制御信号が入力される側に、制御信号が示す値の電力の変化率を鈍す回路を設けてもよいし、モータ２１０に電力を出力する側に電力の変化率を鈍す回路を設けてもよい。また、この場合、コンピュータ３１０は、動圧軸受ポンプ１００の起動時に、特定操作量Ｓに相当する操作信号が入力されると、直ちに、電力変換回路３３５に対して、ポンプ回転数が浮上最小回転数になる供給電力を示す制御信号を送る。また、コンピュータ３１０は、回転数ボリューム３５０の操作量が特定操作量Ｓになった以降でも、先に受けた操作信号が示す操作量に対して今回受けた操作信号が示す操作量の操作量変化率が、限度変化率LIMに対応する操作量変化率より高い場合でも、今回受けた操作量に比例したポンプ回転数になる供給電力を示す制御信号を送る。電力変換回路３３５は、これらの制御信号を受けた場合でも、モータに供給する電力の変化率に対応するモータ２１０の回転数変化率が限度変化率LIM以下になるよう、モータに供給する電力の変化率を鈍して、モータに電力を供給する。

また、本実施形態では、図８に示すように、回転数ボリューム３５０の操作量が一旦特定操作量Ｓになると、その後、特定操作量Ｓ未満になっても、操作量０にならない限り、ポンプ回転数を浮上最小回転数に維持する。そして、回転数ボリューム３５０の操作量が操作量０になると、直ちに、ポンプ回転数を０にする。この際、本実施形態では、図９に示すように、ポンプ回転数が浮上最小回転数から０になるまでの間、回転数変化率が予め定められた回転数変化率でポンプ回転数が下降する。

コンピュータ３１０は、一旦特定操作量Ｓに相当する操作信号が入力されると、その後、特定操作量Ｓ未満の操作量に相当する操作信号が入力されても、操作量０に相当する操作信号が入力されない限り、ポンプ回転数が浮上最小回転数になる供給電力を示す制御信号を電力変換回路３３５に送る。電力変換回路３３５は、この制御信号を受けると、電源回路３３０からの電力を、この制御信号が示す電力に変換してからモータ２１０に供給する。この結果、コンピュータ３１０に特定操作量Ｓに相当する操作信号が入力された後、特定操作量Ｓ未満の操作量に相当する操作信号が入力されても、操作量０に相当する操作信号が入力されない限り、ポンプ回転数は浮上最小回転数に維持される。

コンピュータ３１０は、一旦特定操作量Ｓに相当する操作信号が入力され、その後、操作量０に相当する操作信号が入力されると、図９を用いて前述した予め定められた回転数変化率でポンプ回転数が浮上最小回転数から０になるまで下降する供給電力を示す制御信号を、電力変換回路３３５に送る。電力変換回路３３５は、この制御信号を受けると、電源回路３３０からの電力を、この制御信号が示す電力に変換してからモータ２１０に供給する。この結果、コンピュータ３１０に操作量０に相当する操作信号が入力されると、ポンプ回転数は、浮上最小回転数から予め定めた回転数変化率で回転数０まで直ちに下降する。

以上のように、本実施形態では、一旦、動圧軸受ポンプ１００が駆動すると、回転数ボリューム３５０の操作量が０にならない限り、ポンプ回転数は浮上最小回転数以上に維持される。このため、本実施形態では、一旦、動圧軸受ポンプ１００が駆動すると、回転数ボリューム３５０の操作量に関わらず、この操作量が０にならない限り、羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触を回避することができる。さらに、本実施形態では、動圧軸受ポンプ１００が駆動した後、回転数ボリューム３５０の操作量が０になると、極めて短時間のうちにポンプ回転数を０まで下降させているので、ポンプ停止時における回転する羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触時間を短くすることができる。

本実施形態では、動圧軸受ポンプ１００が駆動した後、駆動制御装置３００の周期変化スイッチ３５６が操作されると、図１１に示すように、ポンプ回転数が予め定められた周期で増減する。このように、ポンプ回転数を周期的に増減させるのは、ポンプケーシング６０内に入っている気泡を効率的にポンプケーシング６０外に排出するためである。このため、ポンプ回転数を周期的に増減させる際のポンプ回転数の変化周期及びポンプ回転数の変動幅は、ポンプケーシング６０や羽根車１０の形状等に応じて、気泡を効率的に排出するに適した値に定められている。

コンピュータ３１０は、動圧軸受ポンプ１００の駆動中に、周期変化スイッチ３５６の操作信号が入力されると、ポンプ回転数が予め定められた周期で且つ予め定められた変動幅で増減する供給電力を示す制御信号を、電力変換回路３３５に送る。電力変換回路３３５は、この制御信号を受けると、電源回路３３０からの電力を、この制御信号が示す電力に変換してからモータ２１０に供給する。この結果、ポンプ回転数は、予め定められた周期で且つ予め定められた変動幅で増減変化する。

ところで、気泡を効率的に排出するため、ポンプ回転数を周期的に増減させる場合の最小回転数を浮上最小回転数未満にすることが考えられる。このように、最小回転数を浮上回転数未満にする場合でも、羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触時間を短くすることが好ましい。そこで、このような場合、図１１に示すように、一周期Ｔ中で、ポンプ回転数が限度変化率で変化する時間Ｔ_ＬＩＭの合計が、限度変化率未満で変化する時間Ｔ_ＬＩＭ＜の合計よりも多くなるように、一周期の期間及び一周期中のポンプ回転数変化傾向を定めることが好ましい。

以上、本実施形態では、回転する羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触時間を短くすることができる。このため、本実施形態では、羽根車１０及び動圧軸受面６８，８３の磨耗を抑え、動圧軸受ポンプ１００の耐久性を向上させることができる。さらに、本実施形態では、回転する羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触部分での溶血や血栓発生を抑えることができる。

「第二実施形態」
次に、動圧軸受ポンプシステムの第二実施形態について、図１２〜図１４を用いて説明する。

本実施形態の動圧軸受ポンプシステムも、図１２に示すように、第一実施形態と同様、動圧軸受ポンプ１００と、この動圧軸受ポンプ１００を駆動させるポンプ駆動装置２００と、ポンプ駆動装置２００による動圧軸受ポンプ１００の駆動を制御する駆動制御装置３００ａと、を備えている。

本実施形態において、動圧軸受ポンプ１００とポンプ駆動装置２００とで構成される動圧軸受ポンプユニット１は、第一実施形態と同一である。また、本実施形態の駆動制御装置３００ａも、基本的には第一実施形態の駆動制御装置３００と同じである。但し、本実施形態の駆動制御装置３００ａにおける回転数ボリューム３５０ａの構成が第一実施形態と異なっている。

本実施形態の回転数ボリューム３５０ａは、図１３に示すように、第一実施形態の回転数ボリューム３５０と同様、可変抵抗器であり、ボリューム摘み３５１と、このボリューム摘み３５１に取り付けられている導体３５２と、この導体３５２に接触している抵抗体３５３と、を有している。

さらに、本実施形態の回転数ボリューム３５０ａは、ボリューム摘み３５１の操作量が操作量０から特定操作量Ｓａになるまでの間に、このボリューム摘み３５１に取り付けられた導体３５２と抵抗体３５３とを接触させない接触回避部材３５４を有している。この接触回避部材３５４と導体３５２とのうち、少なくとも一方には、オペレータがボリューム摘み３５１を操作量０から特定操作量Ｓａになるまで操作する過程で、ボリューム摘み３５１からオペレータに対してクリック感を与えるクリック感発生部３５４ａが設けられている。なお、クリック感とは、ボリューム摘み３５１の操作過程で、ボリューム摘み３５１から受ける力が急激に変化する感覚である。クリック感発生部３５４ａは、例えば、接触回避部材３５４と導体３５２とのうち、一方に形成され、他方側へ突出した凸部で構成することができる。また、クリック感発生部３５４ａは、接触回避部材３５４と導体３５２とのうち、一方に形成され、他方側に突出した凸部と、他方に形成され、凸部が一時的に入り込む凹部とで構成することができる。また、クリック感発生部３５４ａは、一方に設けられ、他方側に突出した板バネ等の弾性体で構成することもできる。

このボリューム摘み３５１が設けられている筐体３４０には、回転数ボリューム３５０ａの操作量が操作量０でポンプ駆動オフを示すオフマーク３４６と、回転数ボリューム３５０ａの操作量が特定操作量Ｓａでポンプ駆動オンを示すオンマーク３４７とが示されている。

次に、本実施形態の動圧軸受ポンプシステムの操作、及びこの操作に基づく当該システムの動作について説明する。

本実施形態では、ポンプ起動時に、オペレータが回転数ボリューム３５０ａを操作し、回転数ボリューム３５０ａの操作量が操作量０（ポンプ駆動オフ）から特定操作量Ｓａ（ポンプ駆動オン）になると、図１４に示すように、動圧軸受ポンプ１００が起動し、ポンプ回転数が０から直ちに浮上最小回転数（例えば、３０００ＲＰＭ）になる。この際、本実施形態でも、図９を用いて前述したように、ポンプ回転数が０から浮上最小回転数までの間、予め定められた回転数変化率でポンプ回転数が上昇する。この際、オペレータは、回転数ボリューム３５０ａの操作過程で受けるクリック感で、ポンプ駆動オン操作をしたことを明確に認識することができる。

本実施形態では、回転数ボリューム３５０ａの操作量が一旦特定操作量Ｓａ（ポンプ駆動オン）になると、操作量が特定操作量Ｓａを下回らない限り、ポンプ回転数は回転数ボリューム３５０ａの操作量に比例する。

回転数ボリューム３５０ａの操作量が一旦特定操作量Ｓａ（ポンプ駆動オン）になった後、操作量が特定操作量Ｓａを下回ると、動圧軸受ポンプ１００が停止し、直ちに、ポンプ回転数が０になる。この際、本実施形態でも、図９を用いて前述したように、ポンプ回転数が０になるまでの間、予め定められた回転数変化率でポンプ回転数が下降する。

なお、本実施形態の回転数ボリューム３５０ａは、クリック感発生部３５４ａを有しているため、基本的に、操作量０と特定操作量Ｓａとの間の途中の位置で、回転数ボリューム３５０ａを維持しておくことができない。このため、回転数ボリューム３５０ａの操作量を操作量０から上げると、この操作量は基本的に特定操作量Ｓａ以上になり、回転数ボリューム３５０ａの操作量を特定操作量Ｓａから下げると、この操作量は基本的に操作量０になる。

具体的に、本実施形態では、ポンプ起動時において、回転数ボリューム３５０ａの操作量が特定操作量Ｓａになるまでは、ボリューム摘み３５１に設けられている導体３５２と抵抗体３５３とは非接触である。このため、駆動制御装置３００ａのコンピュータ３１０には、回転数ボリューム３５０ａの操作量が特定操作量Ｓａにならない限り、操作信号は入力されない。回転数ボリューム３５０ａの操作量が特定操作量Ｓａになると、ボリューム摘み３５１に設けられている導体３５２と抵抗体３５３とが接触し、コンピュータ３１０には、この特定操作量Ｓａに相当する操作信号が入力される。コンピュータ３１０は、この操作信号が入力されると、予め定められた回転数変化率でポンプ回転数が浮上最小回転数まで上昇する供給電力を示す制御信号を、電力変換回路３３５に送る。電力変換回路３３５は、この制御信号を受けると、電源回路３３０からの電力を、この制御信号が示す電力に変換してからモータ２１０に供給する。この結果、ポンプ回転数は、０から予め定めた回転数変化率で浮上最小回転数まで直ちに上昇する。

コンピュータ３１０は、一旦、特定操作量Ｓａに相当する操作信号が入力されると、操作信号が入力されなくなるまでの間、入力される操作信号が示す操作量に比例したポンプ回転数となる供給電力を示す制御信号を電力変換回路３３５に送る。電力変換回路３３５は、この制御信号を受けると、電源回路３３０からの電力を、この制御信号が示す電力に変換してからモータ２１０に供給する。この結果、ポンプ回転数は、回転数ボリューム３５０ａの操作量に比例した回転数になる。

但し、本実施形態でも、図１０を用いて前述したように、操作量変化率が限度変化率LIMに対応する操作量変化率よりも高い場合、この操作量変化率に関わらず、モータ２１０の回転数変化率は限度変化率LIMになる。

コンピュータ３１０は、操作信号が入力されなくなると、つまり回転数ボリューム３５０ａの操作量が特定操作量Ｓａを下回ると、図９を用いて前述したように、予め定めた回転数変化率で回転数０まで直ちに下降する。

以上のように、本実施形態でも、第一実施形態と同様、回転する羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触時間を短くすることができ、動圧軸受ポンプ１００の耐久性を向上させることができると共に、回転する羽根車１０と動圧軸受面６８，８３との接触部分での溶血や血栓発生を抑えることができる。

また、以上の各実施形態では、回転数ボリューム３５０ａがポンプ駆動スイッチ機能を兼ねており、別途、ポンプ駆動スイッチは設けられておらず、一旦、動圧軸受ポンプ１００が駆動すると、回転数ボリューム３５０ａの操作量が０にならない限り、動圧駆動軸受ポンプ１００は停止しない。言い換えると、以上の各実施形態では、例えば、回転数ボリューム３５０ａの操作量が中途半端な操作量のときに、動圧軸受ポンプ１００を停止させることができず、起動時に、回転数ボリューム３５０ａの操作量が中途半端な操作量になっていることはない。

なお、以上の各実施形態の動圧軸受ポンプ１００は、いずれも、動圧軸受面６８，８３が羽根車１０を径方向で非接触支持するラジアル動圧軸受であるが、背景技術の欄で説明した特許文献１に記載の動圧軸受ポンプのように、動圧軸受が羽根車を軸線方向で非接触支持するスラスト動圧軸受であっても、本発明を提供することができる。また、動圧軸受ポンプは、ラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受の両方を有していても、本発明を適用することができる。この場合、浮上最小回転数は、羽根車がラジアル動圧軸受及びスラスト動圧軸受の両方に対して浮上する最小回転数となる。

また、以上の各実施形態は、動圧軸受ポンプの一例として、人工心臓ポンプを例示したが、本発明は人工心臓ポンプに限定されるものではなく、動圧軸受により羽根車を非接触で回転可能に支持するポンプであれば、如何なるポンプに本発明を適用してもよい。

１：動圧軸受ポンプユニット、６：吸込口、７：吐出口、９：吐出ホース接続管部、１０：羽根車、１１：羽根、１２：羽根車入口、１３：羽根車出口、１９：従動磁石、２０：前シュラウド、２１：入口筒部、２２：（入口筒部の）外周面、３１：前側板部、３２：前面、４０：後シュラウド、４１：後側板部、４２：後面、５１：軸部、５２：（軸部の）外周面、５３：（軸部の）後端面、５６：貫通孔、６０：ポンプケーシング、６１：ポンプ前ケーシング、６２：吸込ホース接続管部、６５：拡径管部、６７：前軸受形成部、６８：（前軸受形成部の）内周面（前動圧軸受面）、７１：前ケーシング本体部、７２：前面対向部、７３：（前面対向部の）内面、７５：前本体筒部、８１：ポンプ後ケーシング、８２：後軸受形成部、８３：（後軸受形成部の）内周面（後動圧軸受面）、８５：後壁板部、９１：後ケーシング本体部、９２：後本体筒部、９５：後面対向部、９６：（後面対向部の）内面、１００：動圧軸受ポンプ、２００：ポンプ駆動装置、２１０：モータ、２１１：出力軸、２１９：駆動磁石、２２０：カップ、２３０：駆動装置ケーシング、３００：駆動制御装置、３１０：コンピュータ、３２０：ディスプレイ、３３０：電源回路、３３５：電力変換回路、３４０：筐体、３５０，３５０ａ：回転数操作ボリューム（回転数操作端）、３５６：周期変化スイッチ（周期変化操作端）

Claims (12)

1. 羽根車、及び該羽根車を回転軸線回りに回転可能に支持する動圧軸受部が形成されている固定体を有する動圧軸受ポンプと、供給される電力に応じて該動圧軸受ポンプの羽根車を回転させるポンプ駆動装置と、を備えている動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、
   前記羽根車の回転数を変えるための回転数操作端と、
   前記回転数操作端の操作量が操作量０から増加する過程で、該操作量０から予め定められた特定操作量までの初期操作区間では、該初期操作区間の操作量変化に関わらず、該回転数操作端の操作量が該特定操作量になったことを条件として、前記羽根車が前記動圧軸受部から浮上して非接触状態で支持される浮上最小回転数まで予め定められた回転数変化率で該羽根車の回転数が増加するよう、前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御し、前記回転数操作端の操作量が該特定操作量以上では、該回転数操作端の操作量に前記羽根車の回転数が対応するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御する電力制御部と、
   を備えていることを特徴とする動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置。
2. 請求項１に記載の動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、
   前記電力制御部は、前記回転数操作端の操作量が一旦前記特定操作量以上になると、該操作量が該特定操作量未満になっても、該操作量が操作量０にならない限り、前記羽根車の回転数が前記浮上最小回転数を維持するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御する、
   ことを特徴とする動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、
   前記電力制御部は、前記回転数操作端の操作量が一旦前記特定操作量以上になった後に該操作量が操作量０になると、前記羽根車の回転数が前記浮上最小回転数から０になるまで予め定められた回転数変化率で該回転数が減少するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御する、
   ことを特徴とする動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置。
4. 請求項１に記載の動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、
   前記回転数操作端は、前記ポンプ駆動装置への電力の供給及び切断を操作するスイッチ機能を有し、前記操作量０の前記回転数操作端の位置はオフ位置であり、前記特定操作量の回転数操作端の位置はオン位置である、
   ことを特徴とする動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置。
5. 請求項４に記載の動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、
   前記電力制御部は、前記回転数操作端が前記オン位置から前記オフ位置側になると、前記羽根車の回転数が０になるまで予め定められた回転数変化率で該回転数が減少するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御する、
   ことを特徴とする動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、
   前記動圧軸受ポンプの状態を示す表示部を有し、
   前記表示部は、前記浮上最小回転数又は該浮上最小回転数に対応する前記動圧軸受ポンプの吐出量を表示する、
   ことを特徴とする動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、
   前記電力制御部が収納されていると共に前記回転数操作端が外部に取り付けられている筐体を有し、
   前記筐体には、前記回転数操作端の前記特定操作量の位置を示す印が付されている、
   ことを特徴とする動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置において、
   前記羽根車の回転数を予め定められた周期で増減させるための周期変化操作端を有し、
   前記電力制御部は、前記回転数操作端の操作量が前記特定操作量以上の場合に、前記周期変化操作端が操作されると、前記羽根車の回転数が予め定められた周期で増減するよう、前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御する、
   ことを特徴とする動圧軸受ポンプユニットの駆動制御装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の駆動制御装置と、
   前記動圧軸受ポンプユニットと、を備え、
   前記動圧軸受ポンプの前記羽根車には、永久磁石で形成された従動磁石が設けられ、
   前記ポンプ駆動装置は、前記従動磁石と磁気結合しつつ前記回転軸線回りで回転する回転磁界を発生させる回転磁界発生手段を有し、
   前記駆動制御装置は、前記回転磁界の回転数を制御することで前記羽根車の回転数を制御する、
   ことを特徴とする動圧軸受ポンプシステム。
10. 請求項９に記載の動圧軸受ポンプシステムにおいて、
    前記回転磁界発生手段は、永久磁石で形成された駆動磁石と、該駆動磁石を前記従動磁石と磁気結合している状態で前記回転軸線回りに回転させるモータと、を有する、
    ことを特徴とする動圧軸受ポンプシステム。
11. 請求項９又は１０に記載の動圧軸受ポンプシステムにおいて、
    前記電力制御部は、前記回転数操作端の操作量が前記特定操作量以上の場合で、該回転数操作端の操作量の単位時間あたりの操作量である操作量変化率が予め定められた値を超える場合には、前記回転磁界の回転数の単位時間あたりの回転数変化量である回転数変化率が予め定めた値になるよう、前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御する、
    ことを特徴とする動圧軸受ポンプシステム。
12. 羽根車、及び該羽根車を覆うと共に該羽根車を回転軸線回りに支持する動圧軸受部が形成されているケーシングを有する動圧軸受ポンプと、供給される電力に応じて該動圧軸受ポンプの羽根車を回転させるポンプ駆動装置と、を備え、回転数操作端の操作量に応じて該羽根車を回転させる動圧軸受ポンプユニットの駆動制御方法において、
    前記回転数操作端の操作量が操作量０から増加する過程で、該操作量０から予め定められた特定操作量までの初期操作区間では、該初期操作区間の操作量変化に関わらず、該回転数操作端の操作量が該特定操作量になったことを条件として、前記羽根車が前記動圧軸受部から浮上して非接触状態で支持される浮上最小回転数まで予め定められた回転数変化率で該羽根車の回転数が増加するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御し、前記回転数操作端の操作量が該特定操作量以上では、該回転数操作端の操作量に前記羽根車の回転数が対応するよう前記ポンプ駆動装置へ供給する電力を制御する、
    ことを特徴とする動圧軸受ポンプユニットの駆動制御方法。

Images