JP2019058442A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インペラとハウジングの間の動圧力を均等化させたポンプ装置を提供する。【解決手段】ポンプ装置は、本体側ハウジング３２と、インペラ１４とを備える。本体側ハウジング３２には、インペラ１４の回転に伴い動圧力を生じさせて、本体側ハウジング３２に対しインペラ１４を非接触で回転させる動圧軸受４５が設けられる。動圧軸受４５は、第１溝部８０と第２溝部８２とを、インペラ１４の回転軸Ｏを中心とした周方向回りに交互に並べて構成される。また、第２溝部８２の長手方向長さは、第１溝部８０の長手方向長さよりも短く形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、流体を流動させるポンプ装置に関する。

ポンプ装置は、人工心肺装置において血液（流体）を流動させる血液循環機器として使用されている。例えば、特許文献１に開示されているポンプ装置は、ハウジング内でインペラ（羽根車）を回転させ、この回転に伴う遠心力によりハウジング内に血液を引き込むと共に、ハウジングから血液を排出する。

特に、特許文献１記載のポンプ装置は、ハウジングと相対的にインペラを非接触で回転させる動圧軸受を備える。例えば、特許文献１に開示の動圧軸受は、インペラのスラスト方向でハウジングに対向する面に設けられた複数の螺旋状の溝によって構成され、流体の流動時の動圧力を利用して、ハウジングに対しインペラを離間させて回転させる。これにより、ハウジングとインペラの機械的摩耗、及び血栓や溶血の発生が低減される。

特開２０１３−２１２２１８号公報

ところで、上記のような溝状の動圧軸受は、インペラとハウジングの間にかかる動圧力の分布が均等的であることが望ましい。仮に、動圧力の分布が不均等であると、インペラは、回転姿勢が不安定となり、ハウジングに接触する可能性が高まる。そのため、溝幅が充分に細い溝部を多数並べた動圧軸受とすることで、動圧力を均等化することが考えられる。しかしながら、ポンプ装置を用いて血液を流動させる場合には、溝部の溝幅が細いと血液が詰まり易くなり、その為に動圧力が低下する等の不都合が生じる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成によって、インペラとハウジングの間の動圧力を均等化させて、インペラをより安定的に回転させることが可能なポンプ装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係るポンプ装置は、流体を流入及び流出させるハウジングと、前記ハウジング内に回転自在に収容されたインペラと、を備え、前記ハウジングと前記インペラが相互に対向する面の少なくとも一方には、前記インペラの回転に伴い前記ハウジングに対して該インペラが非接触となる動圧力を生じさせる環状の動圧軸受が設けられ、前記動圧軸受は、内側から外側に向かって延在する第１溝部と第２溝部とを、前記インペラの回転軸を中心とした周方向回りに交互に並べて構成され、前記第２溝部の延在方向の長さが、前記第１溝部の延在方向の長さよりも短いことを特徴とする。

上記によれば、ポンプ装置は、第１溝部と、第１溝部よりも延在方向の長さが短い第２溝部とを周方向回りに交互に並べて動圧軸受を構成していることで、インペラとハウジングの間の動圧力を均等化することができる。すなわち、第２溝部は、第１溝部同士の間で隙間が広い部分を埋めて、適度な動圧力を生じさせて、動圧力が疎になる部分を減少させる。従って、動圧軸受は、均等的な動圧力によりインペラを非接触状態で安定的に回転させ、溶血や血栓の発生を抑制して血液を円滑に流動させることが可能となる。

また、前記第２溝部が前記第１溝部の外側部間に配置されていることが好ましい。

ポンプ装置は、第２溝部が第１溝部の外側部間に配置されていることで、環状の動圧軸受において動圧力が低くなり易い径方向外側の動圧力を高めることができる。

さらに、前記第２溝部の前記延在方向の長さは、前記第１溝部の前記延在方向の長さに対して０．３倍〜０．７倍であるとよい。

ポンプ装置は、第２溝部の延在方向の長さが第１溝部の延在方向の長さの０．３倍〜０．７倍であることで、動圧力を充分に生じさせつつ、第１溝部同士の間に第２溝部を簡単に配置することができる。

ここで、前記第２溝部は、径方向外側の端部から前記回転軸側の端部に向かって溝幅が徐々に漸減している構成であるとよい。

動圧軸受は、回転軸側の端部に向かって第２溝部の溝幅が徐々に漸減していることで、第１溝部同士が隣接し合う回転軸寄りにおいて、第１溝部同士の隙間を狭めることができる。よって、回転軸寄りにおいても、均等的な動圧力を良好に得ることができる。

そして、前記第２溝部の溝幅は、前記第１溝部の同一径方向位置の溝幅に対して０．６倍〜１．０倍であることが好ましい。

第２溝部の溝幅が第１溝部の同一径方向位置の溝幅の０．６倍〜１．０倍であれば、充分な幅が確保されるので、例えば、流体が血液の場合に血液の詰まり等を抑制することができる。

また、前記第１及び第２溝部の各々は、径方向外側の端部から前記回転軸側の端部に向かって円弧状に湾曲しているとよい。

動圧軸受は、円弧状に湾曲している第１及び第２溝部によって構成されることで、インペラの回転に伴い径方向に沿って適度に分散された動圧力を得ることができる。

さらにまた、前記第１溝部と前記第２溝部の間の隙間が、一定の幅で延在していることが好ましい。

ポンプ装置は、第１溝部と第２溝部の間の隙間が一定の幅で延在していることで、溝部同士を適度に離間させて配置することができ、径方向外側寄りにおいて均等的な動圧力が得られる。

前記第１及び第２溝部の径方向外側の縁部と前記回転軸側の縁部とが、平坦状に形成されていることが好ましい。

動圧軸受は、第１及び第２溝部の径方向外側の縁部と回転軸側の縁部が平坦状に形成されていることで、例えば、流体が血液の場合に径方向外側や回転軸側の縁部に血液が滞ることを良好に抑制することができる。

そして、前記第１溝部の径方向外側は、前記動圧軸受の縁部に連なり、前記第２溝部の径方向外側及び前記回転軸側は、前記動圧軸受の縁部に連なっていない構成でもよい。

ポンプ装置は、第１溝部の径方向外側が動圧軸受の縁部に連なっていることで、内部空間に流入した流体が径方向外側から第１溝部に入ることができる。これにより、第１溝部は、流体から動圧力をスムーズに得ることが可能となる。

本発明によれば、ポンプ装置は、簡単な構成によって、インペラとハウジングの間の動圧力を均等化させて、インペラをより安定的に回転させることができる。

本発明の一実施形態に係るポンプ装置の斜視図である。 図１のポンプ本体と駆動装置が分離した状態を示す側面断面図である。 底部側動圧軸受を有する下側ハウジング部の平面図である。 図４Ａは、第１溝部と第２溝部を拡大して示す平面図であり、図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ線の断面斜視図である。 図５Ａは、本実施形態に係る動圧軸受により生じる動圧力の分布をシミュレーションした図であり、図５Ｂは、従来の動圧軸受により生じる動圧力の分布をシミュレーションした図である。

以下、本発明に係るポンプ装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係るポンプ装置１０は、患者の心肺機能を補助する（又は心肺を代替する）人工心肺装置１２において、患者の血液を体外に脱血させ、また体内に送血する動力源として用いられる。図１に示すように、ポンプ装置１０は、インペラ１４を装置内に有し、インペラ１４の回転に伴う遠心力によって流体を流動させる遠心ポンプに構成されている。

人工心肺装置１２は、脱血チューブ１８及び送血チューブ２０をポンプ装置１０に接続して、患者との間で血液を循環する循環回路を形成している。脱血チューブ１８は、脱血ルーメン１８ａを内部に有し、その先端開口が所望の生体器官（例えば、心臓の左心室）に留置されて、脱血ルーメン１８ａを通して患者の血液を吸引する。送血チューブ２０は、送血ルーメン２０ａを内部に有し、その先端開口が所望の生体器官（例えば、鎖骨下動脈）に留置されて、送血ルーメン２０ａを通してポンプ装置１０の血液を送血する。なお、人工心肺装置１２は、ポンプ装置１０の他にリザーバ、人工肺等（共に不図示）を循環回路（脱血チューブ１８や送血チューブ２０）の途中位置に接続した構成でもよい。これにより、人工心肺装置１２は、体外に脱血した血液の異物の除去や酸素化等を行い、この血液を患者の体内に戻すことができる。

そして、本実施形態に係るポンプ装置１０は、図２に示すように、上記のインペラ１４が収容されたポンプ本体２２と、インペラ１４を回転させる駆動装置２４と、駆動装置２４の駆動を制御する制御部２６と、を備える。また、ポンプ装置１０のハウジング３０は、ポンプ本体２２を構成する本体側ハウジング３２と、駆動装置２４を構成する駆動側ハウジング６０とを有する。

ハウジング３０は、本体側ハウジング３２と駆動側ハウジング６０を着脱自在に構成し、使用時に相互に組み付けることで、駆動装置２４の駆動力をインペラ１４に伝達可能とする。そして使用後に、ポンプ本体２２は駆動装置２４から取り外されて廃棄される。つまり、ポンプ本体２２は、１回の使用毎に取り替えられて、使い捨て又は滅菌処理されるディスポーザブルタイプに構成される。その一方で、駆動装置２４は、リユースタイプに構成され、次の使用機会において、新たなポンプ本体２２が取り付けられてこのポンプ本体２２のインペラ１４を動作させる。

ポンプ本体２２の本体側ハウジング３２は、駆動装置２４に装着可能な外観に形成されている。この本体側ハウジング３２の内部には、インペラ１４が回転自在に収容されると共に、血液の流入及び排出がなされる内部空間３６が設けられている。

本体側ハウジング３２は、略円錐状の上側ハウジング部３３と、上側ハウジング部３３の下部に連なり駆動装置２４に装着される筒状の下側ハウジング部３４と、を有する。内部空間３６は、上側ハウジング部３３と下側ハウジング部３４の両方にわたって形成されている。上側ハウジング部３３と下側ハウジング部３４は、相互に分割可能に構成され、インペラ１４を取り出せるようになっている。

図１及び図２に示すように、上側ハウジング部３３は、脱血チューブ１８に接続される血液流入ポート３８と、送血チューブ２０に接続される血液流出ポート４０とを有する。血液流入ポート３８は、上側ハウジング部３３の天井部３３ａ且つ中心に設けられて上方向に突出し、その内部には、上側ハウジング部３３の内部空間３６（以下、上空間３６ａという）に連通する流入路３８ａが設けられている。血液流出ポート４０は、上空間３６ａの側部から接線方向に突出し、その内部には、上空間３６ａに連通する流出路４０ａが設けられている。

上空間３６ａは、上側ハウジング部３３の外形に応じた形状で、所定の容積を有するように形成される。上空間３６ａには、インペラ１４の上側のフィン部４６が配置される。上空間３６ａを覆う天井部３３ａには、インペラ１４の回転時にインペラ１４を非接触に回転させる天井側動圧軸受４１（スラスト方向の動圧軸受）が設けられている。

上空間３６ａを囲う壁部のうち底壁の中心部には、下側ハウジング部３４の中央上部が配置され、この中央上部は血液流入ポート３８の流入路３８ａを臨む円錐状の山形部３５ａとなっている。山形部３５ａは、側面断面視で、弓形に湾曲形成され、フィン部４６の流通孔５０に血液を円滑に流動させる。

下側ハウジング部３４は、上側ハウジング部３３の下方向に突出し、上空間３６ａの中心と同軸の軸心を有する円筒状に形成されている。下側ハウジング部３４の中心には、インペラ１４を軸支する軸筒部３５が設けられている。この軸筒部３５は、上記の山形部３５ａと、山形部３５ａの周縁且つ下側に連なる内周部３５ｂとで構成され、その内側に、下端側が開口した挿入穴４２を有している。

また、下側ハウジング部３４の内部には、上空間３６ａに連通する下空間３６ｂ（内部空間３６の一部）が形成されている。下空間３６ｂは、下側ハウジング部３４の円筒状に応じて挿入穴４２の側方を周回し、インペラ１４の従動回転構造部４８を回転自在に収容する。下空間３６ｂを構成する底部３４ａには、インペラ１４を非接触に回転させる底部側動圧軸受４３（スラスト方向の動圧軸受）が設けられている。この底部側動圧軸受４３及び上述の天井側動圧軸受４１の具体的な構成については後に詳述する。

図１及び図２に示すように、インペラ１４は、貫通孔１５を内側に有する円筒状に形成されている。インペラ１４は、下側ハウジング部３４の軸筒部３５を貫通孔１５に挿入して本体側ハウジング３２に収容される。インペラ１４の上部にはフィン部４６が設けられる一方で、インペラ１４の下部には従動回転構造部４８が設けられている。なお、図２中のインペラ１４は、別部材に形成されたフィン部４６と従動回転構造部４８を相互に固着した構成となっているが、これに限定されず、フィン部４６と従動回転構造部４８が一体成形されたものでもよい。

フィン部４６は、上空間３６ａに配置され、回転に伴い遠心力を血液に付与する。フィン部４６は、貫通孔１５とフィン部４６の径方向外側とを連通する流通孔５０を備えている。流通孔５０は、上側のシュラウド５０ａと、シュラウド５０ａに連なり下方に突出する複数の側壁部５０ｂと、従動回転構造部４８の上面４８ａと、に囲われている。

シュラウド５０ａは、天井側動圧軸受４１により上側ハウジング部３３の天井部３３ａに対し非接触に回転する流通孔５０の屋根であり、天井部３３ａの形状に応じて、径方向外側に向かって下方向に傾斜している。また、上面４８ａも、シュラウド５０ａと略平行となるように斜めに傾斜している。

複数の側壁部５０ｂは、インペラ１４の回転状態（回転方向や回転速度等）に応じて、適宜の遠心力を生じる傾きや湾曲形状に設計される。なお、フィン部４６の形状は、上記に限定されず、例えば、シュラウド５０ａが設けられておらず羽状の壁（側壁部５０ｂ）が複数突出形成された構成でもよい。

従動回転構造部４８は、インペラ１４の径方向に厚みを有する円筒状に形成され、ポンプ本体２２と駆動装置２４の装着状態で、駆動装置２４の回転力が伝達されて回転する。この従動回転構造部４８の内部には、従動磁石５４が設置されている。

従動磁石５４は、ポンプ本体２２と駆動装置２４の装着状態で、駆動装置２４の駆動磁石６４と同一高さ位置に配置され、駆動磁石６４との間で磁気カップリング機構を形成する。例えば、従動磁石５４は、インペラ１４の回転軸Ｏに対し一定の半径で周回する従動側多極着磁リング５５に構成されている。従動側多極着磁リング５５は、複数のＮ極及びＳ極が周方向に沿って交互に並ぶように着磁されている。従動磁石５４（従動側多極着磁リング５５）を構成する材料としては、例えば、アルニコ、フェライト、ネオジム等の硬質磁性材料があげられる。

一方、ポンプ装置１０の駆動装置２４は、駆動側ハウジング６０と、駆動側ハウジング６０内に収容されるモータ機構６２とを備える。さらに、駆動装置２４は、モータ機構６２に設けられ、インペラ１４の従動磁石５４との間で磁気カップリング機構を構成する駆動磁石６４を有する。

駆動側ハウジング６０は、上部側の中心部に中央凸部６０ａを有する。そして、ポンプ本体２２の本体側ハウジング３２と、駆動装置２４の駆動側ハウジング６０とは、相互に着脱自在に位置決め固定可能な係合構造４４を有する。本実施形態において、係合構造４４は、下側ハウジング部３４の挿入穴４２に、中央凸部６０ａを挿入及び嵌合する構造となっている。なお、係合構造４４は、種々の構成を採用してよいことは勿論である。

駆動側ハウジング６０の内部には、モータ機構６２のモータ本体７０が設けられている。モータ本体７０は、制御部２６の制御下に軸部７２を適宜の回転速度で回転させる。軸部７２は、中央凸部６０ａの内側に挿入されており、ポンプ本体２２と駆動装置２４の装着状態で、インペラ１４の回転軸Ｏと軸部７２の軸心（回転軸Ｏ）が相互に重なる。この軸部７２の周面には駆動磁石６４が固着されている。

駆動磁石６４は、例えば、軸部７２の回転軸Ｏに対し従動磁石５４よりも短い半径で周回する駆動側多極着磁リング６５に構成されている。駆動側多極着磁リング６５は、従動磁石５４と同様に、複数のＮ極及びＳ極が周方向に沿って交互に並ぶように着磁されている。駆動磁石６４を構成する材料も、従動磁石５４であげた材料を適宜選択し得る。

また、ポンプ装置１０の制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２６は、図示しない入出力インタフェース、メモリ及びプロセッサを有する周知のコンピュータにより構成され、モータ機構６２の駆動を制御する。制御部２６の外面には、図示しないモニタ、スピーカ、操作ボタン等が設けられており、医師や看護士等のユーザは、操作ボタンを操作することで、ポンプ装置１０の駆動内容を設定する。制御部２６は、ユーザの設定情報に基づき、バッテリの電力の供給を制御して、例えば０〜１００００ｒｐｍの範囲で軸部７２を回転させる。

次に、インペラ１４のスラスト方向の軸受を構成する動圧軸受４５（天井側動圧軸受４１及び底部側動圧軸受４３）について、図３、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。図３は、底部側動圧軸受４３を有する下側ハウジング部３４の平面図であり、動圧軸受４５の説明では、以下、この底部側動圧軸受４３について代表的に述べていく。天井側動圧軸受４１は、傾斜している上側ハウジング部３３の天井部３３ａに設けられているものの、基本的には、底部側動圧軸受４３の溝形状と対称の溝形状に形成されており、同じ作用効果を得ることが可能である。

本実施形態に係る動圧軸受４５は、インペラ１４の回転軸Ｏを中心とする周方向回りに沿って、形状の異なる第１溝部８０と第２溝部８２を交互に並べて全体的に環状の溝群を構成している。この第１及び第２溝部８０、８２は、動圧軸受４５の内側から外側に向かって延在している。そして、第２溝部８２の延在方向に沿った長手方向長さ（延在方向の長さ）Ｌ２が、第１溝部８０の延在方向に沿った長手方向長さ（延在方向の長さ）Ｌ１よりも短く形成されている。

詳細には、複数の第１溝部８０は、平面視で、径方向外側の端部８０ａから回転軸Ｏ側の端部８０ｂに向かって円弧状に湾曲した略台形状に形成されている。すなわち、各第１溝部８０は、平坦状の径方向外側縁部８１ａと、平坦状の回転軸側縁部８１ｂと、これら径方向外側縁部８１ａと回転軸側縁部８１ｂの間を繋ぐ第１湾曲縁部８１ｃ及び第２湾曲縁部８１ｄとで構成されている。径方向外側縁部８１ａは、図３中の２点鎖線で示すように、動圧軸受４５の縁部（下側ハウジング部３４の底部３４ａと外周壁３４ｂの境界）と連なっていてもよい。

径方向外側縁部８１ａと回転軸側縁部８１ｂは、下側ハウジング部３４の周方向にオフセットした位置にあり、これらの縁部の両端に連なる第１及び第２湾曲縁部８１ｃ、８１ｄは、径方向に延在しつつ周方向に湾曲している。なお、径方向外側縁部８１ａ、回転軸側縁部８１ｂ、第１湾曲縁部８１ｃ及び第２湾曲縁部８１ｄの各々が連結し合う４つの角部８１ｅは、適宜の角度に設定され、且つ丸角（Ｒ状）に形成されている。

同様に、複数の第２溝部８２も、平面視で、径方向外側の端部８２ａから回転軸Ｏ側の端部８２ｂに向かって円弧状に湾曲した略台形状に形成されている。すなわち、各第２溝部８２も、平坦状の径方向外側縁部８３ａと、平坦状の回転軸側縁部８３ｂと、第１湾曲縁部８３ｃ及び第２湾曲縁部８３ｄとで構成されている。

径方向外側縁部８３ａと回転軸側縁部８３ｂは、下側ハウジング部３４の周方向にオフセットした位置にあり、これらの縁部の両端に連なる第１及び第２湾曲縁部８３ｃ、８３ｄは、径方向に延在しつつ周方向に湾曲している。なお、径方向外側縁部８３ａ、回転軸側縁部８３ｂ、第１湾曲縁部８３ｃ及び第２湾曲縁部８３ｄの各々が連結し合う４つの角部８３ｅも、適宜の角度に設定され、且つ丸角（Ｒ状）に形成されている。

このため、動圧軸受４５を構成する各溝は、平面視で、全体的に螺旋状（渦巻状）を呈している。また、径方向外側縁部８１ａ、８３ａは、動圧軸受４５の径方向外側において、回転半径の接線方向に延在している。同様に、回転軸側縁部８１ｂ、８３ｂも、下側ハウジング部３４の径方向内側において、回転半径の接線方向に延在している。径方向外側縁部８１ａ、８３ａに対して、回転軸側縁部８１ｂ、８３ｂは、所定角度傾いている（非平行となっている）。

そして、動圧軸受４５は、第１溝部８０の径方向外側の端部８０ａ（径方向外側縁部８１ａ）と第２溝部８２の径方向外側の端部８２ａ（径方向外側縁部８３ａ）を、回転軸Ｏから同一距離に配置している。つまり、第２溝部８２は、第１溝部８０の外側部（径方向外側の端部８０ａ）間に配置されている。

動圧軸受４５の径方向外側において、各第１溝部８０の径方向外側の端部８０ａと各第２溝部８２の径方向外側の端部８２ａは、周方向に沿って等間隔の第１隙間８４を挟んで並んでいる。第１隙間８４は、隣り合う第１湾曲縁部８１ｃと第２湾曲縁部８３ｄとの間、又は第２湾曲縁部８１ｄと第１湾曲縁部８３ｃとの間において、一定の幅で延在している。その一方で、動圧軸受４５の径方向内側は、第２溝部８２が存在しておらず、各第１溝部８０の回転軸Ｏ側の端部８０ｂが周方向に沿って等間隔の第２隙間８６を挟んで並んでいる。

本実施形態において、第２溝部８２の長手方向長さＬ２は、第１溝部８０の長手方向長さＬ１の略０．５倍（１／２）に設定されている。なお、長手方向長さＬ１とは、径方向外側縁部８１ａと回転軸側縁部８１ｂの各中心を結び、径方向に沿って周方向に若干湾曲した中心線の寸法である。同様に、長手方向長さＬ２とは、径方向外側縁部８３ａと回転軸側縁部８３ｂの各中心を結び、径方向に沿って周方向に若干湾曲した中心線の寸法である。そのため、第２溝部８２の回転軸Ｏ側の端部８２ｂ（回転軸側縁部８３ｂ）は、第１溝部８０の延在方向の略中間位置に配置されている。

第２溝部８２の長手方向長さＬ２は、特に限定されるものではないが、第１溝部８０の長手方向長さＬ１に対して０．３倍〜０．７倍の範囲（０．３×Ｌ１≦Ｌ２≦０．７×Ｌ１）であることが好ましい。これにより、第２溝部８２は、流体の動圧力を安定的に生じさせることができる。仮に、Ｌ２＜０．３×Ｌ１の場合には、第２溝部８２が小さくなり過ぎて、流体の動圧力が得難くなる。逆にＬ２＞０．７×Ｌ１の場合には、第２溝部８２の回転軸Ｏ側の端部８２ｂが、回転軸Ｏに寄り過ぎて、第１溝部８０の回転軸Ｏ側の端部８０ｂ同士の第２隙間８６が広くなり動圧力の分布が均等化し難くなる。

また、第１及び第２溝部８０、８２の各々は、径方向外側の端部８０ａ、８２ａから回転軸側の端部８０ｂ、８２ｂに向かって溝幅Ｗ１、Ｗ２（短手方向長さ）が徐々に漸減している。第１及び第２溝部８０、８２の溝幅Ｗ１、Ｗ２が漸減していることで、第１溝部８０は、第２溝部８２が隣接する径方向外側の端部８０ａから、第２溝部８２が存在しない回転軸Ｏ側の端部８０ｂに位置しても、第２隙間８６の幅が充分に狭くなる。さらに、第２溝部８２の溝幅Ｗ２は、同一径方向位置（回転軸Ｏからの同一半径距離）の第１溝部８０の溝幅Ｗ１に対して０．６倍〜１．０倍の範囲（０．６×Ｗ１≦Ｗ２≦１．０×Ｗ１）に設定されることが好ましい。

またさらに、本実施形態に係る第１溝部８０と第２溝部８２とは、図４Ｂに示すように、底部３４ａの表面から同程度の深さで切り欠かれている。第１及び第２溝部８０、８２の深さＤ１、Ｄ２としては、例えば、０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲に設定されるとよい。なお、第１溝部８０と第２溝部８２の深さＤ１、Ｄ２は、同一であることに限定されず、例えば、適宜の動圧力が得られるように、第１溝部８０よりも第２溝部８２を深くする等、相互に異なっていてもよい。

次に、ポンプ装置１０の作用について説明する。

ポンプ装置１０を含む人工心肺装置１２は、心肺機能を補助する患者に対して構築される。人工心肺装置１２の構築時に、ユーザは、ポンプ本体２２に脱血チューブ１８及び送血チューブ２０を接続する。そして図２に示すように、駆動装置２４に対しポンプ本体２２を装着することで、ポンプ装置１０を組み立てる。この際、ユーザは、下側ハウジング部３４を挿入穴４２に差し込み、係合構造４４によりポンプ本体２２と駆動装置２４を相互に位置決め固定する。

装着状態では、回転軸Ｏから径方向外側に向かって、従動磁石５４と駆動磁石６４が同一の高さ位置に配置される。そして、径方向に隣接する従動磁石５４（従動側多極着磁リング５５）と駆動磁石６４（駆動側多極着磁リング６５）は、異なる極性同士を相互に対向させて磁気カップリング機構を形成する。すなわち、従動側多極着磁リング５５と駆動側多極着磁リング６５は、磁気カップリング力（磁気的結合力）を生じさせ、回転体７４の回転力をインペラ１４に伝達可能とする。

従って、駆動装置２４のモータ機構６２が、軸部７２を回転させると、インペラ１４も連れ回りする。そして、インペラ１４は、回転時に、スラスト方向の動圧軸受４５（天井側動圧軸受４１、底部側動圧軸受４３）によって、本体側ハウジング３２の上下に対して非接触に回転する。

具体的には、動圧軸受４５は、第１溝部８０と第２溝部８２が下側ハウジング部３４の周方向に沿って交互に並ぶことで、図５Ａに示すような動圧力の分布を示すようになる。なお、図５Ａは、インペラ１４の回転時に、動圧軸受４５により生じる動圧力の分布をシミュレーションした図である。色の濃い部分（高濃度領域９０）は、動圧力が高い箇所を示しており、この高濃度領域９０は、第１及び第２溝部８０、８２の第１湾曲縁部８１ｃ、８３ｃ側に生じている。その一方で、色の薄い部分（低濃度領域９２）は、動圧力が低い箇所を示しており、この低濃度領域９２は、第１及び第２溝部８０、８２の第２湾曲縁部８１ｄ、８３ｄ側に生じている。

ここで、従来の動圧軸受１００を例示すると、図５Ｂに示すように、同一に形成された円弧状の溝部１０２が、下側ハウジング部３４の周方向に沿って複数並んで構成されている。このような溝部１０２が周方向に並ぶ構造では、径方向内側において各溝部１０２同士の隙間１０４が狭まる一方で、径方向外側において各溝部１０２同士の隙間１０４が広がる。よって、動圧軸受１００の動圧力の分布は、径方向内側において高濃度領域１０６が密になる一方で、径方向外側において高濃度領域１０６が疎になる。従って、動圧軸受１００は、動圧力の分布が不均等となり、インペラ１４の回転が不安定になり易い。

これに対し、本実施形態に係る動圧軸受４５は、第１溝部８０よりも短い第２溝部８２が、第１溝部８０の疎の部分を補って動圧力を生じさせる。特に、第２溝部８２は、動圧力が低下し易い径方向外側寄りに設けられていることで、この径方向外側寄りの動圧力を高めることができる。その結果、高濃度領域９０が、本体側ハウジング３２の底部３４ａ（天井部３３ａ）の周方向と径方向の全体に満遍なく分布するようになり、動圧軸受４５は、本体側ハウジング３２からインペラ１４を安定的に離間させる。

つまり、ポンプ装置１０は、スラスト方向の動圧軸受４５（天井側動圧軸受４１と底部側動圧軸受４３）により、本体側ハウジング３２に対しインペラ１４を非接触で安定駆動させる。そして、インペラ１４のフィン部４６は、遠心力を生じさせて、流入路３８ａ、内部空間３６、流通孔５０、流出路４０ａの順に血液を流すことで、人工心肺装置１２において血液を円滑に流動させることができる。

上述したように、本実施形態に係るポンプ装置１０は、以下の効果を奏する。

ポンプ装置１０は、第１溝部８０と、第１溝部８０の長手方向長さＬ１よりも長手方向長さＬ２が短い第２溝部８２とを周方向回りに交互に並べた動圧軸受４５を有している。これにより、第２溝部８２は、第１溝部８０同士の間で隙間が広い部分を埋めて、適度な動圧力を生じさせて、動圧力が疎になる部分を減少させる。従って、動圧軸受４５は、均等的な動圧力によりインペラ１４を非接触状態で安定的に回転させ、溶血や血栓の発生を抑制して血液を円滑に流動させることが可能となる。

また、ポンプ装置１０は、第１溝部８０の径方向外側の端部８０ａと第２溝部８２の径方向外側の端部８２ａが回転軸Ｏから同一距離に配置されることで、第２溝部８２が径方向外側の動圧力を高めることができる。しかも、第１及び第２溝部８０、８２が周方向に沿って等間隔に並ぶことで、径方向外側寄りにおいて均等的な動圧力が得られる。さらに、第２溝部８２の長手方向長さＬ２が第１溝部８０の長手方向長さＬ１の０．３倍〜０．７倍であることで、動圧力を充分に生じさせつつ、第１溝部８０同士の間に第２溝部８２を簡単に配置することができる。

ここで、動圧軸受４５は、溝幅Ｗ１、Ｗ２が徐々に回転軸Ｏ側の端部８０ｂ、８２ｂに向かって徐々に漸減していることで、第１溝部８０と第２溝部８２の間の第１隙間８４の幅を変えずに、第１溝部８０同士が隣接し合う回転軸Ｏ寄りにおいて、第１溝部８０同士の第２隙間８６を狭めることができる。よって、回転軸Ｏ寄りにおいても、均等的な動圧力を良好に得ることができる。

そして、第２溝部８２は、その溝幅Ｗ２が第１溝部８０の溝幅Ｗ１の０．６倍〜１．０倍であることで溝幅Ｗ２が充分に確保され、血液の詰まり等を抑制することができる。また、動圧軸受４５は、円弧状に湾曲している第１及び第２溝部８０、８２によって、インペラ１４の回転に伴い径方向に沿って適度に分散された動圧力を得ることができる。さらにまた、動圧軸受４５は、第１及び第２溝部８０、８２の径方向外側縁部８１ａ、８３ａと回転軸側縁部８１ｂ、８３ｂが平坦状に形成されていることで、血液が滞ることを良好に抑制することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、種々の応用例や変形例をとり得る。例えば、動圧軸受４５は、本体側ハウジング３２側に形成されるだけでなく、インペラ１４の本体側ハウジング３２に対向する面に形成されてもよい。要するに、動圧軸受４５は、インペラ１４とハウジング３０が相互に対向する面の少なくとも一方に設けられていればよい。

また、動圧軸受４５を構成する第１及び第２溝部８０、８２の形状や形成数は、特に限定されるものではない。例えば、第１及び第２溝部８０、８２は、径方向外側縁部８１ａ、８３ａや回転軸側縁部８１ｂ、８３ｂを半円状に形成してもよい。さらに、第２溝部８２の径方向外側の端部８２ａは、第１溝部８０の径方向外側の端部８０ａに対して径方向にオフセットした位置にあってもよい。

またさらに、図３中の２点鎖線に示したように、第１溝部８０の径方向外側は、動圧軸受４５の縁部に連なり、第２溝部８２の径方向外側及び前記回転軸Ｏ側は、動圧軸受４５の縁部に連なっていない構成でもよい。これにより、ポンプ装置１０は、動圧軸受４５の縁部に連なる第１溝部８０の径方向外側から第１溝部８０に血液をスムーズに導くことができ、血液から動圧力を容易に得ることが可能となる。特に、第１及び第２溝部８０、８２の回転軸側縁部８１ｂ、８３ｂは、インペラ１４の内周面よりも径方向外側にある（底部３４ａと軸筒部３５の境界に連なっていない）構成であることで、第１及び第２溝部８０、８２の回転軸Ｏ側の血液の流動空間が狭くなる。その結果、第１及び第２溝部８０、８２は、血液が容易に抜けず、動圧力を良好に発生することができる。

そして、動圧軸受４５は、図３に示したように第１溝部８０と第２溝部８２とを周方向に沿って１つずつ交互に並べた構成の他、種々の法則性をもった配列を採用してよい。例えば、動圧軸受４５は、第１溝部８０が周方向に２つ隣接した第１溝部群（不図示）と、第２溝部８２が周方向に２つ隣接した第２溝部群（不図示）とを、周方向に沿って交互に配置した構成とすることができる。また例えば、動圧軸受４５は、第１溝部８０が周方向に２つ隣接した第１溝部群と、１つの第２溝部８２とを、周方向に交互に配置した構成としてもよい。或いは、動圧軸受４５は、１つの第１溝部８０と、第２溝部８２が周方向に２つ隣接した第２溝部群とを、周方向に交互に配置した構成としてもよい。

なお、上記の第１溝部群を構成する第１溝部８０の数、又は第２溝部群を構成する第２溝部８２の数は、２つに限定されず、３以上であってもよいことは勿論である。例えば、動圧軸受４５は、第１溝部８０が周方向に３つ隣接した第１溝部群と、第２溝部８２が周方向に２つ隣接した第２溝部群とを、周方向に沿って交互に配置した構成でもよい。

１０…ポンプ装置 １２…人工心肺装置
１４…インペラ ２２…ポンプ本体
２４…駆動装置 ３０…ハウジング
３２…本体側ハウジング ４１…天井側動圧軸受
４３…底部側動圧軸受 ４５…動圧軸受
５４…従動磁石 ６４…駆動磁石
８０…第１溝部 ８０ａ、８２ａ…径方向外側の端部
８０ｂ、８２ｂ…回転軸側の端部 ８１ａ、８３ａ…径方向外側縁部
８１ｂ、８３ｂ…回転軸側縁部 ８２…第２溝部
８４…第１隙間 ８６…第２隙間

Claims (9)

1. 流体を流入及び流出させるハウジングと、
   前記ハウジング内に回転自在に収容されたインペラと、を備え、
   前記ハウジングと前記インペラが相互に対向する面の少なくとも一方には、前記インペラの回転に伴い前記ハウジングに対して該インペラが非接触となる動圧力を生じさせる環状の動圧軸受が設けられ、
   前記動圧軸受は、内側から外側に向かって延在する第１溝部と第２溝部とを、前記インペラの回転軸を中心とした周方向回りに交互に並べて構成され、
   前記第２溝部の延在方向の長さが、前記第１溝部の延在方向の長さよりも短い
   ことを特徴とするポンプ装置。
2. 請求項１記載のポンプ装置において、
   前記第２溝部が前記第１溝部の外側部間に配置されている
   ことを特徴とするポンプ装置。
3. 請求項１又は２記載のポンプ装置において、
   前記第２溝部の前記延在方向の長さは、前記第１溝部の前記延在方向の長さに対して０．３倍〜０．７倍である
   ことを特徴とするポンプ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記第２溝部は、径方向外側の端部から前記回転軸側の端部に向かって溝幅が徐々に漸減している
   ことを特徴とするポンプ装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記第２溝部の溝幅は、前記第１溝部の同一径方向位置の溝幅に対して０．６倍〜１．０倍である
   ことを特徴とするポンプ装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記第１及び第２溝部の各々は、径方向外側の端部から前記回転軸側の端部に向かって円弧状に湾曲している
   ことを特徴とするポンプ装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記第１溝部と前記第２溝部の間の隙間が、一定の幅で延在している
   ことを特徴とするポンプ装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記第１及び第２溝部の径方向外側の縁部と前記回転軸側の縁部とが、平坦状に形成されている
   ことを特徴とするポンプ装置。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記第１溝部の径方向外側は、前記動圧軸受の縁部に連なり、
   前記第２溝部の径方向外側及び前記回転軸側は、前記動圧軸受の縁部に連なっていない
   ことを特徴とするポンプ装置。

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