JP2019154572A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軟質磁性体を回転出力とする磁気ギア減速機構を備えるポンプ装置を提供する。【解決手段】ポンプ装置１０は、インペラ１４を回転自在に収容するポンプ本体２２と、ロータ７２がインペラ１４と磁気的に結合してインペラ１４を回転させる駆動装置２４と、を備える。磁気ギア減速機構８４は、インペラ１４に従動ポールピース群５７と、ロータ７２に設けられる駆動磁石群７７と、従動ポールピース群５７を挟んだ駆動磁石群７７の反対側に固定される固定磁石群８７と、を有する。【選択図】図１

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（体外設置型補助人工心臓）において血液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には、インペラを内部に回転自在に収容したポンプ本体と、ポンプ本体が装着されてインペラを回転させる駆動装置とを備えたポンプ装置が開示されている。このポンプ装置は、血液に接触するポンプ本体のみを使い捨てとする一方で、高価なモータを再利用することができる。

特許第３８５３８６５号公報 国際公開第２０１６／０５４５４３号

ところで、特許文献１に開示されているようなポンプ装置は、手術室に静置された状態で開心術に使用されることを想定して設計されるため、そのサイズが大きく、また重量物に構成される。このため、患者からある程度離れたカート等に設置されることが多い。また近年、インフルエンザ感染時の緊急的な呼吸補助、肺移植までの一時的な呼吸補助手段等に、血液ポンプ（ポンプ装置）と人工肺を含む人工心肺装置が使用される場合が増加している。この場合、人工心肺装置の装着時間が数日から１か月程度の中長期に及ぶことがあり、このような人工心肺装置の長期使用中に、患者を覚醒し、リハビリテーションを早期に開始することが良好な結果につながることが知られている。

このような、人工心肺装置を使用する患者のリハビリテーションを容易にするためには、特許文献２のＦｉｇ９、Ｆｉｇ１０、Ｆｉｇ１１に開示されているような、血液ポンプ、人工肺を患者に装着できるシステムが望まれている。しかしながら、開心術用に開発された血液ポンプはサイズが大きく、重量物に構成されているため、このような装着型の人工心肺装置に使用するのは困難である。

また、小型の血液ポンプにはエネルギー密度が高いネオジム磁石が使用されているが、ネオジム磁石は、高価且つ耐熱性が低いためインサート成形のような組み立て工程を省略できる工程に適応できないという問題がある。すなわち、人工心肺装置の技術分野では、患者が安定的に携帯してより自由な活動を可能とする小型軽量で、且つ使い捨て部の製造コストを低廉化できるポンプ装置の提供が望まれている。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、軟質磁性体を回転出力とする磁気ギアによる減速機構を構成することで、装置全体の小型化を実現可能とし、また製造コストの低廉化を図ることができる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、本発明は、インペラと、前記インペラと磁気的に結合する回転部と、前記回転部の回転を減速させ、前記インペラを回転させる減速機構と、を有するポンプ装置であって、前記減速機構は、前記インペラに設けられる多極軟質磁性体と、前記回転部に設けられる多極駆動磁石と、前記多極軟質磁性体に磁力が伝達されるように前記多極駆動磁石との間で該多極軟質磁性体を挟むように固定される多極固定磁石と、を含んで構成されることを特徴とする。

上記によれば、ポンプ装置は、多極軟質磁性体、多極駆動磁石、多極固定磁石によって軟質磁性体を回転出力とする磁気ギアによる減速機構を構成することで、回転部の回転速度に対してインペラの回転速度を簡単に低下させることができる。従って、ポンプ装置は、回転部を小さなトルクで高速回転させる構成を採ることができ、ポンプ装置全体の小型化を図ることが可能となる。これにより、人工心肺装置が構築された患者にポンプ装置を容易に携帯させて、日常の活動を無理なく行わせることができる。また、ポンプ装置は、製造が容易な多極軟質磁性体をインペラに適用することで、インペラが簡単に製造可能となり製造コストを低廉化することができる。

また、前記インペラを回転自在に収容したポンプ本体と、前記ポンプ本体に離脱可能に装着され、前記回転部を内部に有する駆動装置と、を備え、前記ポンプ本体と前記駆動装置の装着状態で前記減速機構が構成されるとよい。

ポンプ装置は、ポンプ本体と駆動装置を着脱自在とすることで、使用後にポンプ本体を廃棄する一方で、駆動装置を再利用することができる。そして、廃棄されるポンプ本体は、硬質磁性材料等で構成される磁石よりも安価な多極軟質磁性体を有するので、低コスト化をより促進することができる。

さらに、前記多極軟質磁性体は、前記インペラの周方向に沿って並ぶ環状に形成され、前記多極駆動磁石は、前記回転部の周方向に沿って並ぶ環状に形成され、前記多極固定磁石は、周方向に沿って並ぶ環状に形成されていることが好ましい。

多極軟質磁性体、多極駆動磁石、多極固定磁石が共に環状であれば、相互に容易に対向して、様々な磁気ギア減速機構の形態を採ることが可能となる。そして、減速機構は、磁気ギア減速機構により、インペラをスムーズに減速させて回転させることができる。

上記構成に加えて、前記多極軟質磁性体、前記多極駆動磁石、前記多極固定磁石は、前記インペラの回転軸と直交する径方向に並んで配置されるとよい。

減速機構は、多極軟質磁性体、多極駆動磁石、多極固定磁石を径方向に配置することで、インペラの回転軸方向の寸法を大幅に短くすることができる。従って、ポンプ装置の小型化をさらに図ることが可能となる。

また、前記多極軟質磁性体は、前記多極駆動磁石に対向する駆動磁石側対向面と、前記多極固定磁石に対向する固定磁石側対向面と、を有し、前記駆動磁石側対向面と前記固定磁石側対向面は、相互に直交する方向を臨んでいることが好ましい。

駆動磁石側対向面と固定磁石側対向面とが相互に直交する方向に臨んでいる構成でも、多極軟質磁性体は、多極駆動磁石と多極固定磁石の相互からそれぞれの磁力（磁界）を良好に受けることができる。これによりポンプ装置は一層汎用性が高まる。

さらに、前記多極軟質磁性体は、前記多極駆動磁石に対向する駆動磁石側対向面と、前記多極固定磁石に対向する固定磁石側対向面と、を有し、前記駆動磁石側対向面と前記固定磁石側対向面は、同一方向を臨み、且つ相互に離間しているとよい。

このように、駆動磁石側対向面と固定磁石側対向面が同一方向を臨み且つ離間している構成でも、多極軟質磁性体が磁力を良好に受けることができる。

或いは、前記多極軟質磁性体、前記多極駆動磁石、前記多極固定磁石は、前記インペラの回転軸方向に沿って配置されてもよい。

ポンプ装置は、多極軟質磁性体、多極駆動磁石、多極固定磁石を回転軸方向に配置していることで、径方向の寸法を大幅に小さくすることができる。これにより、流体を直線状に沿って流すような箇所に、ポンプ装置を容易に設置することが可能となる。

そして、当該ポンプ装置は、前記インペラ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又は斜流ポンプに構成されていることが好ましい。

また或いは、当該ポンプ装置は、流体を流動する流動路に前記インペラを配置しており、前記インペラの回転によって前記流動路の軸方向に前記流体を流動させる軸流ポンプに構成されていてもよい。

さらに、前記インペラは、ハウジングと、該インペラとの隙間に形成される動圧軸受け、及び前記多極駆動磁石、前記多極固定磁石並びに前記多極軟質磁性体間に作用する吸引力による磁気軸受けによって、前記ハウジングと非接触で回転可能に構成されているとよい。

ポンプ装置は、動圧軸受けと磁気軸受けを有することで、ハウジングに接触することなくインペラを回転して、摩擦等による液体への影響を抑制し、より安全に液体を流動させることができる。また、軸受け部材の収納空間が不要となるため、ポンプ本体をより小型に構成でき、製造コストも低く抑えることができる。

またさらに、前記多極軟質磁性体は、圧粉鉄心又はアモルファス鉄心に構成されているとよい。

これらの材料を適用することによって、多極軟質磁性体を、所望の形状に低コストで成形することができる。

本発明によれば、ポンプ装置は、軟質磁性体を回転出力とする磁気ギアによる減速機構を構成することで、装置全体の小型化を実現可能とし、また製造コストの低廉化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係るポンプ装置の側面断面図である。 図２Ａは、ポンプ本体を示す側面断面図であり、図２Ｂは、駆動装置の側面断面図である。 図２ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１の磁気ギア減速機構を部分的に取り出して示す平面断面図である。 図５Ａは、従動ポールピースに対し駆動磁石と固定磁石が異なる極性で対向した際の作用を示す第１説明図であり、図５Ｂは、従動ポールピースに対し駆動磁石と固定磁石が同じ極性で対向した際の作用を示す第２説明図である。 図６Ａは、第１変形例に係るポンプ装置の側面断面図であり、図６Ｂは、図６Ａの磁気ギア減速機構を部分的に取り出して示す平面断面図である。 第２変形例に係るポンプ装置の側面断面図である。 第３変形例に係るポンプ装置の側面断面図である。 第４変形例に係るポンプ装置の側面断面図である。 第５変形例に係るポンプ装置の側面断面図である。 図１１Ａは、図１０のＸＩＡ−ＸＩＡ線の断面図であり、図１１Ｂは、図１０のＸＩＢ−ＸＩＢ線の断面図である。 第６変形例に係るポンプ装置の側面断面図である。 第７変形例に係るポンプ装置の側面断面図である。 第８変形例に係るポンプ装置の側面断面図である。 第２実施形態に係るポンプ装置の側面断面図である。 図１６Ａは、図１５の固定磁石の平面断面図であり、図１６Ｂは、図１５の従動ポールピースの平面断面図であり、図１６Ｃは、図１５の駆動磁石の平面断面図である。

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。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係るポンプ装置１０は、上述したように、装着型の人工心肺装置（不図示）に適用可能な構造となっている。例えば、ポンプ装置１０は、患者の体表に人工肺と共に配置され、日常的に携帯可能な構成となっている。

図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ポンプ装置１０は、別体に構成されたポンプ本体２２と駆動装置２４とを組み付けることで、駆動装置２４の駆動力をポンプ本体２２内のインペラ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。なお、ポンプ装置１０は、ポンプ本体２２と駆動装置２４が分離不能な（一体形成された）構成でもよい。

ポンプ装置１０のポンプ本体２２は、駆動装置２４に装着可能な外観に形成されたハウジング３２を備える。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。

ハウジング３２は、円盤状又はドーム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。なお、ハウジング３２は、一連の部材で形成されていてもよい。

図２Ａ及び図３に示すように、上側ハウジング部３３は、血液流入ポート３８と、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を囲う壁部のうち底壁の中心部には、下側ハウジング部３４が配置され、この部分は血液流入ポート３８の流入路３８ａを臨む山形部３４ａに形成されている。山形部３４ａは、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の下面に連結されて下方向に突出し、上空間３６ａの中心と同軸の軸心を有する円筒状の外形に形成されている。下側ハウジング部３４の軸心には、該下側ハウジング部３４の軸方向に沿って挿入穴４２が設けられている。挿入穴４２は、下側ハウジング部３４の山形部３４ａ及び内周部３４ｂによって囲われ、その下端側が開口している。

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を回転自在に収容している。

一方、内部空間３６に収容されるインペラ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の山形部３４ａ及び内周部３４ｂを貫通孔１５に挿入してハウジング３２に収容される。貫通孔１５は、収容状態で、内周部３４ｂとインペラ１４の間に僅かな隙間を生じさせる。隙間の間隔は、ポンプ本体２２のサイズにもよるが、例えば０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の範囲に設定される。

また、インペラ１４は、上空間３６ａと下空間３６ｂの両方にわたって収容される。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。

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、下側の底部５０ｂ、底部５０ｂから突出してシュラウド５０ａを支持する側壁部５０ｃとで構成されている。

インペラ１４の回転時に、シュラウド５０ａは、上側ハウジング部３３の天井部の突部と同じ高さ位置に配置され、底部５０ｂは、下側ハウジング部３４の山形部３４ａの周縁と同じ高さに配置される。また、側壁部５０ｃ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ているとよい。なお、フィン部４６の形状は、特に限定されず、例えばシュラウド５０ａが設けられておらず羽状の突出壁（側壁部５０ｃ）が複数設けられた構成でもよい。

従動回転構造部４８は、駆動装置２４と磁気的に結合して、磁気ギア減速機構８４を構築する。従動回転構造部４８は、内部に設けられる複数の従動ポールピース５６と、各従動ポールピース５６を被覆及び固定する保持枠５８とを有する。また、従動回転構造部４８の貫通孔１５を構成する内壁５４は、磁気の透過性を高めるために充分に薄く形成されている。

複数の従動ポールピース５６は、図４に示す平面断面視で、周方向に並んで環状の従動ポールピース群５７（多極軟質磁性体）を構成している。従動ポールピース群５７は、下側ハウジング部３４の軸心に一致する中心を有し、この中心から一定の半径の位置を周回している。本実施形態において、従動ポールピース５６の数（第１設定数）は、６つに設定されている。なお、従動ポールピース５６の数は、特に限定されず、後記の駆動磁石７６及び固定磁石８６に対応して、適切に設けられればよい。

６つの従動ポールピース５６は、周囲の磁気（磁界）に基づき磁化し、またヒステリシスや保持力が小さい軟質磁性体によって構成される。軟質磁性体を構成する材料としては、例えば、鉄、ケイ素鋼、パーマロイ等の金属軟質磁性材料があげられる。この種の従動ポールピース５６には、モータステータコアと類似の磁気特性が要求されるが、最も一般的なモータステータコア材料である積層ケイ素鋼板の場合、機械加工が必要となるため製造コスト低減には限界がある。粉末状にした上記の金属軟質磁性材料に加圧等の加工を行うことにより圧粉鉄心として構成する製造方法が最もコスト低減が可能である。なお、従動ポールピース５６は、アモルファス鉄心として構成されたものでもよい。また、各従動ポールピース５６は、インペラ１４の製造においてインサート成形がなされることで、製造時の手間を低減すると共に、インペラ１４に強固に固着される。

例えば、６つの従動ポールピース５６は、平面断面視で、略５０°の円弧状（扇状）且つ径方向且つ軸方向に所定の寸法を有するように形成される。また、周方向に隣り合う従動ポールピース５６同士の間には、隔壁５９が設けられている。これにより、個々の従動ポールピース５６は、駆動装置２４の駆動磁石７６及び固定磁石８６の磁界によって適宜の極性に変化する。

図１及び図２Ｂに示すように、ポンプ装置１０の駆動装置２４は、筐体６０と、筐体６０内に収容されるモータ機構６２と、ポンプ本体２２の従動ポールピース５６との間で磁気ギア減速機構８４を構成する駆動減速構造部６４とを有する。

筐体６０は、ポンプ本体２２を装着する円筒状の装着溝６６を上面に有する円盤状に形成されている。筐体６０の装着溝６６よりも径方向内側部分は、下側ハウジング部３４の挿入穴４２に挿入される中央凸部６０ａとなっている。また、筐体６０の装着溝６６よりも径方向外側部分は、中央凸部６０ａよりも若干低い環状の周辺凸部６０ｂとなっている。

そして、ポンプ本体２２のハウジング３２と、駆動装置２４の筐体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を駆動装置２４の装着溝６６に挿入して、中央凸部６０ａと周辺凸部６０ｂとで嵌合する構造を採っている。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。

筐体６０の内部には、モータ機構６２及び駆動減速構造部６４を収容する空洞６１が設けられ、中央凸部６０ａの中心部には、空洞６１を上下に延在して筐体６０の端壁同士を支持する固定軸部６８が設けられている。固定軸部６８は、モータ機構６２の一部を構成し、ロータ７２を回転自在に軸支する。

モータ機構６２は、上記の固定軸部６８と、周辺凸部６０ｂに固定されるステータ７０と、固定軸部６８を中心に回転するロータ７２（回転部）と、を含む。ステータ７０は、モータ機構６２の固定子であり、筐体６０の端壁に吊り下げられると共に、周辺凸部６０ｂの周方向に沿って複数配置されている。ステータ７０は、制御部２６（図１中のｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：図２Ａ以降は図示略）に電気的に接続され、制御部２６の制御下に適宜の電力が供給される。

ロータ７２は、モータ機構６２の回転子であり、回転基体７４と、回転基体７４に設けられる作動磁石７５とを有する。回転基体７４は、固定軸部６８の外周面に装着される円筒状の可動軸部７４ａと、可動軸部７４ａの下部から径方向外側に突出する円盤部７４ｂとを有し、側面断面視で略Ｔ字形状に形成されている。

可動軸部７４ａは、固定軸部６８に対してベアリング８０を介して接続されている。各ベアリング８０は、可動軸部７４ａを軸心Ｏ（図５Ａ参照）周りに回転させる。円盤部７４ｂは、可動軸部７４ａの軸心Ｏに対し直交方向に突出し、その突出端部に複数の作動磁石７５を有している。各作動磁石７５は、適宜の磁力を有する永久磁石であり、ステータ７０の磁界に基づき円盤部７４ｂ（ロータ７２）を周方向に回転させる。

そして、可動軸部７４ａの外周面の上部側には、駆動磁石７６が複数固着され、図４に示すように、環状の駆動磁石群７７（多極駆動磁石）を構成している。駆動磁石群７７は、可動軸部７４ａの軸心Ｏに一致する中心を有し、従動ポールピース群５７よりも短い半径で周回している。駆動磁石７６の極数（第２設定数）は、本実施形態において４つに設定されている。なお、多極駆動磁石は、別々の駆動磁石７６を周方向に並べて環状の駆動磁石群７７とするだけに限定されない。例えば、多極駆動磁石は、環状に連なる一つの部材に複数（４つ）の磁極を持たせるように製造されてもよい。

駆動磁石群７７は、周方向に隣り合う駆動磁石７６同士の極性が相互に異なっており、すなわち２つの対極を有する。各駆動磁石７６は、平面視で略９０°の円弧状に形成され、その上下方向の厚みが従動ポールピース５６の厚みと同一に設計されている。駆動磁石７６を構成する材料は、特に限定されるものではないが、例えば、アルニコ、フェライト、ネオジム等があげられる。

そして、本実施形態に係る駆動減速構造部６４は、図１及び図４に示すように、駆動磁石７６と共に固定磁石８６を駆動装置２４に備え、インペラ１４の従動ポールピース５６と組み合わせることで、磁気ギア減速機構８４を構成している。固定磁石８６は、装着溝６６を挟んだ駆動磁石７６の反対側（駆動磁石７６と同じ高さ）で、装着溝６６を構成する筐体６０の壁部に複数設けられ、該壁部から露出している。複数の固定磁石８６は、壁部の周方向に沿って並ぶことで、環状の固定磁石群８７（多極固定磁石）を構成している。

固定磁石群８７は、ロータ７２の軸心Ｏを基点に、従動ポールピース群５７の半径よりも長い半径で周回している。すなわち、磁気ギア減速機構８４は、ポンプ本体２２と駆動装置２４の装着状態で、駆動磁石７６と固定磁石８６が従動ポールピース５６を径方向に挟み込む構造となっている。

固定磁石８６の極数（第３設定数）は、８つに設定されている。固定磁石群８７も、周方向に隣り合う固定磁石８６同士の極性が相互に異なり、すなわち４つの対極を有している。各固定磁石８６は、平面視で略４５°の円弧状に形成され、その上下方向の厚みが従動ポールピース５６や駆動磁石７６の厚みと同一となっている。固定磁石８６を構成する材料も、特に限定されず、駆動磁石７６であげた材料を適用することができる。なお、多極固定磁石も、別々の固定磁石８６を周方向に並べて環状の固定磁石群８７とするだけに限定されない。例えば、多極固定磁石は、環状に連なる一つの部材に複数（８つ）の磁極を持たせるように製造されてもよい。

以下、磁気ギア減速機構８４における従動ポールピース５６、駆動磁石７６、固定磁石８６の設置数（第１〜第３設定数）について説明する。上述したように、ポンプ装置１０は、従動ポールピース群５７、駆動磁石群７７、固定磁石群８７を同じ高さに配置し、また回転中心から径方向外側に向かって駆動磁石群７７、従動ポールピース群５７、固定磁石群８７の順に配置している。これにより従動ポールピース５６は、駆動磁石７６と対向する駆動磁石側対向面５６ａを外周側に有する一方で、固定磁石８６と対向する固定磁石側対向面５６ｂを内周側に有する。

このように構成された磁気ギア減速機構８４は、減速比Ｇｒを、駆動磁石７６の対極数Ｐｉ（駆動磁石７６の極数Ｐｉ’（第２設定数）の１／２）と、従動ポールピース５６の数Ｐｏ（第１設定数）との比で設定することができる。つまり、減速比Ｇｒは下記の式（１）で表される。
Ｇｒ＝Ｐｉ／Ｐｏ …（１）

また、磁気ギア減速機構８４では、従動ポールピース５６の数Ｐｏを、駆動磁石７６の対極数Ｐｉと、固定磁石８６の対極数Ｐｓ（固定磁石８６の極数Ｐｓ’（第３設定数）の１／２）との合計により設定することができる。つまり従動ポールピース５６の数Ｐｏは、下記の式（２）で表される。
Ｐｏ＝Ｐｉ＋Ｐｓ＝１／２Ｐｉ’＋１／２Ｐｓ’ …（２）

従って、式（１）に式（２）を代入することで、減速比Ｇｒは以下の式（３）でも算出することができる。
Ｇｒ＝Ｐｉ’／（Ｐｉ’＋Ｐｓ’） …（３）

つまり、磁気ギア減速機構８４の設計では、駆動装置２４のロータ７２の回転速度に対し、インペラ１４の回転速度をどの程度減速するか（つまり減速比Ｇｒ）を先に決める。そして、従動ポールピース５６、駆動磁石７６、固定磁石８６のうちいずれかの設定数を決める。これにより他の構成の設定数も簡単に求めることができる。例えば、目標の減速比Ｇｒとして１／３に設定し、従動ポールピース５６の数Ｐｏを６とした場合、式（２）及び（３）により、駆動磁石７６の数Ｐｉ’が４、固定磁石８６の数Ｐｓ’が８となる（本実施形態の設定数）。

また図１及び図２Ｂに示すように、駆動装置２４は、固定磁石８６の駆動磁石７６に対向する面の反対側（ステータ７０との対向面側）にバックヨーク８８を有している。このバックヨーク８８は、固定磁石８６の一方面を固着保持して、固定磁石８６がステータ７０から受ける磁界の変化の影響を抑制すると共に、従動ポールピース５６側の固定磁石側対向面５６ｂの表面磁束密度を高める役割を果たす。

ポンプ装置１０の制御部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、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、モータ機構６２の回転を制御して、例えば０〜３００００ｒｐｍの範囲でロータ７２を回転させる。

本実施形態に係るポンプ装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下その作用効果について説明する。

ポンプ装置１０は、別体に構成されたポンプ本体２２と駆動装置２４とを組み付けることで、駆動装置２４の駆動力をインペラ１４に伝達可能とする。組立状態では、インペラ１４の従動ポールピース群５７が、駆動装置２４の駆動磁石群７７及び固定磁石群８７の間で、所定の間隔を開けて挟まれた磁気ギア減速機構８４を構成する。これによりポンプ装置１０は、駆動装置２４のロータ７２の回転速度を落としてインペラ１４を回転させる。

すなわち図５Ａに示すように、駆動磁石７６は、インペラ１４の軸心Ｏ回りの回転に伴い、その極性が従動ポールピース５６に対して切り替わる。そして、駆動磁石７６の極性が固定磁石８６の極性と反対になっている箇所（Ｎ極とＳ極の対向位置）において、従動ポールピース５６は、磁気分極が促される。その一方で、図５Ｂに示すように、駆動磁石７６の極性が固定磁石８６の極性と同じになっている箇所（Ｎ極同士又はＳ極同士の対向位置）において、従動ポールピース５６は、磁気分極が抑えられる。

これにより、従動ポールピース群５７は、駆動磁石群７７の回転により磁気分極の箇所が簡単に切り替わり、しかも駆動磁石群７７によって連れ回る力がかかりつつ、固定磁石群８７によって位置を保持する力がかかる。その結果、従動ポールピース群５７は、駆動磁石群７７の回転速度よりも減速した速度で回転する。

また、本実施形態では、従動ポールピース５６の数Ｐｏが６、駆動磁石７６の極数Ｐｉ’が４、固定磁石８６の極数Ｐｓ’が８に設定されていることで（図４も参照）、減速比が１／３となる。例えば、磁気ギア減速機構８４は、ロータ７２の回転速度が３００００ｒｐｍである場合にインペラ１４の回転速度を１００００ｒｐｍとすることができる。

ポンプ本体２２のインペラ１４が、ロータ７２に対し回転速度を落として回転することにより、駆動装置２４は、モータ機構６２の回転速度をインペラ１４より高速回転とすることができる。つまり、高速低トルク型のモータを使用することができるので、駆動装置２４全体として小型化を図ることが可能となる。

そして、ポンプ装置１０は、内周部３４ｂとインペラ１４の隙間が０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍ程度に設定されているため、隙間がインペラ１４の回転時にジャーナル動圧軸受け５２として作用し、インペラ１４は内周部３４ｂと接触することなく浮上回転する。また、インペラ１４内の従動ポールピース群５７には、駆動磁石群７７及び固定磁石群８７から吸引力が作用し、インペラ１４が軸方向に移動すると、移動量に略比例した復元力（もとの位置に引き戻そうとする力）が作用する。すなわち従動ポールピース群５７、駆動磁石群７７、固定磁石群８７で構成される磁気ギア減速機構８４は軸方向の受動磁気軸受け５３としても作用する。駆動磁石群７７及び固定磁石群８７の大きさ、従動ポールピース群５７との距離を適切に設定することで、従動ポールピース群５７に作用する駆動磁石群７７及び固定磁石群８７からの吸引力を充分強く設定することが可能となる。これにより、インペラ１４の軸方向の位置を略一定に維持することができる。

このような構成により、ポンプ装置１０のハウジング３２やインペラ１４に、回転軸、ベアリング等の回転支持手段を配置する必要がなくなり、ポンプ装置１０をより一層小型化することができる。なお、上述のようにインペラ１４の回転支持手段は、ジャーナル動圧軸受け５２と受動磁気軸受け５３で構成されることが好ましいが、特許第４０８３１５８号公報に示されるようなピボット軸受け等の他の手段を用いてもよい。

以上のように、本実施形態に係るポンプ装置１０は、従動ポールピース群５７、駆動磁石群７７、固定磁石群８７という簡単な構成によって、軟質磁性体を回転出力とする磁気ギア減速機構８４を構成している。そのため、駆動装置２４のロータ７２の回転速度に対しインペラ１４の回転速度を簡単に低下させることができる。従って、ポンプ装置１０は、ロータ７２を小さなトルクで高速回転させる構成を採ることができ、装置全体の小型化が実現される。これにより、ポンプ装置１０を含む人工心肺装置を患者に容易に装着することができ、日常の活動を無理なく行わせることができる。また、ポンプ装置１０は、磁石よりも安価な軟質磁性材料の従動ポールピース５６をインペラ１４に適用することで、インペラ１４が簡単に製造可能となり製造コストを低廉化することができる。

特に、ポンプ装置１０は、ポンプ本体２２と駆動装置２４を着脱自在とすることで、使用後にポンプ本体２２を廃棄する一方で、駆動装置２４を再利用することができる。そして、ディスポーザブルタイプのポンプ本体２２には、安価な軟質磁性体が使用されているので、製造コストの低廉化をより促進することができる。

さらに、環状の従動ポールピース群５７、環状の駆動磁石群７７、環状の固定磁石群８７は、相互に容易に対向して種々の磁気ギア減速機構８４の形態を形成することができる。またさらに、磁気ギア減速機構８４は、従動ポールピース群５７、駆動磁石群７７、固定磁石群８７を径方向に沿って配置することで、インペラ１４のスラスト方向の寸法を大幅に短くすることができる。従って、ポンプ装置１０の小型化をさらに図ることが可能となる。しかも、ポンプ装置１０は、径方向外側に向かって駆動磁石群７７、従動ポールピース群５７、固定磁石群８７の順に配置することで、固定磁石群８７の設置空間を簡単に増やすことができる。

なお、本発明に係るポンプ装置１０は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形例や応用例をとり得る。例えば、ポンプ装置１０は、フィン部４６（インペラ１４）の中心部から側方（径方向外側）に血液を流動させる遠心ポンプである。しかしながらこれに限定されず、ポンプ装置１０は、インペラ１４の回転により径方向外側且つ流動方向下流側に血液を流動させる斜流ポンプに構成してもよい。この場合でも、インペラ１４と駆動装置２４とにより磁気ギアを形成する部分に磁気ギア減速機構８４を設けることができる。

以下、本発明に係るポンプ装置１０の変形例について、いくつか説明していく。なお、以降の説明において、ポンプ装置１０と同一の構成又は同一の機能を有する構成には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第１変形例に係るポンプ装置１０Ａは、従動ポールピース５６（従動ポールピース群５７：多極軟質磁性体）の第１設定数を４つとし、固定磁石８６（固定磁石群８７：多極固定磁石）の第３設定数を４つとした点で、上記のポンプ装置１０と異なる。なお、駆動磁石７６（駆動磁石群７７：多極駆動磁石）の第２設定数は、ポンプ装置１０と同様に４つである。

従って、ポンプ装置１０Ａの磁気ギア減速機構８４Ａの減速比Ｇｒは、上述した式（１）〜（３）に基づき１／２となる。インペラ１４は、ロータ７２の回転速度に対して１／２で回転する。

また、ポンプ装置１０Ａのロータ７２は、駆動装置２４の、内径がベアリング８０の外径より小さい駆動磁石７６を上下一対のベアリング８０の間の可動軸部７４ａ内に埋め込んでいる。この構成により、駆動装置２４の径方向の寸法をより小さく（スリム化）することができ、ポンプ装置１０Ａ全体の径方向の寸法も小径化させることができる。

図７に示すように、第２変形例に係るポンプ装置１０Ｂは、駆動磁石７６と固定磁石８６を互いに直交する方向に配置して、その間に従動ポールピース９０を設けた点で、上記のポンプ装置１０、１０Ａと異なる。

具体的には、駆動装置２４のロータ７２は、回転基体７４の可動軸部７４ａが短く形成され、可動軸部７４ａの外周面に軸方向に着磁された駆動磁石７６（駆動磁石群７７）を配置している。この駆動磁石７６は、バックヨーク８８を挟んで円盤部７４ｂの上面にも固定されている。

駆動装置２４の筐体６０は、側面断面視で、中央凸部６０ａを有しておらず、周辺凸部６０ｂを周回させた凹状に形成されている。つまり装着溝６６は、筐体６０の中心部を窪ませた形状となっている。固定磁石８６（固定磁石群８７）は、この周辺凸部６０ｂの内周側上部に設けられている。

一方、ポンプ本体２２の下側ハウジング部３４は、側面断面視で上側ハウジング部３３よりも径方向に小径な円筒状の下側突出部３５を有する。下側突出部３５は、筐体６０の周辺凸部６０ｂと協働して係合構造４４を構成し、装着溝６６に離脱可能に挿入及び嵌合される。

インペラ１４は、従動回転構造部４８を下側突出部３５（下側ハウジング部３４）の下空間３６ｂに配置している。なお、第２変形例に係るポンプ装置１０Ｂにおいては、インペラ１４の外周面４８ａと下側ハウジング部３４の内周面３５ｂの隙間は０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍ程度に設定されており、ジャーナル動圧軸受け５２として作用する。また、インペラ１４の下面４８ｂと、下面４８ｂに対抗する下側ハウジング部３４の底面３５ａとの隙間は、０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍ程度に設定され、且ついずれか一方の面には特許第２９８９２３３号公報の図２、図３Ａ、図３Ｂに示されるような動圧溝が設けられることで、スラスト動圧軸受け５５として作用する。

従動ポールピース群５７と駆動磁石群７７の間に作用する吸引力は、回転軸に垂直な方向の受動磁気軸受け５３ａとして作用し、インペラ１４の外周面４８ａと下側ハウジング部３４の内周面３５ｂの隙間に形成されるジャーナル動圧軸受け５２と協働して、インペラ１４は回転軸と直交方向に浮上回転支持がなされる。

従動ポールピース群５７と固定磁石群８７の間に作用する吸引力は、回転軸方向の受動磁気軸受け５３ｂとして作用し、インペラ１４の下面４８ｂと下側ハウジング部３４の底面３５ａの隙間に形成されるスラスト動圧軸受け５５と協働してインペラ１４は回転軸方向に浮上回転支持がなされる。従って、インペラ１４は、ハウジング３２に対して非接触に回転する。

従動回転構造部４８の従動ポールピース９０（従動ポールピース群５７）は、大円弧部９０ａと、小円弧部９０ｂとを有し、側面断面視で、Ｌ字状に形成されている。

この従動ポールピース９０は、ポンプ本体２２と駆動装置２４の装着状態で、駆動磁石７６と対向する駆動磁石側対向面５６ａを小円弧部９０ｂの下面側に有する。また装着状態で、従動ポールピース９０は、固定磁石８６と対向する固定磁石側対向面５６ｂを大円弧部９０ａの外周面側に有する。

以上のように構成されたポンプ装置１０Ｂでも、駆動磁石７６と固定磁石８６の極性が異なった際に、従動ポールピース９０が磁気分極する。すなわち、側面断面視でＬ字状の従動ポールピース９０は、その内部において、Ｎ極からの磁力線を略直交方向に曲げてＳ極に導くことができる。従って、この構成でも磁気ギア減速機構８４Ｂが形成され、従動ポールピース９０は、駆動磁石７６により連れ回りする一方で、固定磁石８６により回転が抑制される。なお、磁気ギア減速機構８４Ｂを構成する従動ポールピース９０、駆動磁石７６、固定磁石８６の数は、上述した式（１）〜（３）に基づき適宜の減速比Ｇｒが得られるように設定されればよい（以降の変形例も同様である）。

図８に示すように、第３変形例に係るポンプ装置１０Ｃは、側面断面視で、磁気ギア減速機構８４Ｃを構成する従動ポールピース９１（従動ポールピース群５７）が凹状に形成されている点で、ポンプ装置１０、１０Ａ及び１０Ｂと異なる。具体的には、従動ポールピース９１は、第１円弧部９１ａ、第２円弧部９１ｂ、第３円弧部９１ｃを有する。そして、第１及び第３円弧部９１ａ、９１ｃの径方向の寸法が同一であるのに対し、第２円弧部９１ｂの径方向の寸法が他よりも短くなっている。また、第１円弧部９１ａの軸方向の長さが第２及び第３円弧部９１ｂ、９１ｃの軸方向の長さよりも長尺に設定されている。

この従動ポールピース９１は、大きな径寸法を有する第３円弧部９１ｃの下面が駆動磁石７６と対向する駆動磁石側対向面５６ａとなる。なお、駆動磁石７６（駆動磁石群７７）は、第３円弧部９１ｃと同じ径寸法に設定されている。その一方で、大きな軸方向長さを有する第１円弧部９１ａの外周面が固定磁石８６（固定磁石群８７）と対向する固定磁石側対向面５６ｂとなる。なお、固定磁石８６は、第１円弧部９１ａと同じ軸方向長さに設定されている。

以上のように構成されたポンプ装置１０Ｃでも、駆動磁石７６と固定磁石８６の極性が異なった際に、従動ポールピース９１が簡単に磁気分極する。特に、第３円弧部９１ｃは、駆動磁石７６と広い範囲で対向して磁気的に結合することができるので、一層安定的に回転させることが可能となる（ポンプ装置１０Ｃのインペラ１４の回転支持手段はポンプ装置１０Ｂと同じであるので説明を省略する）。

図９に示すように、第４変形例に係るポンプ装置１０Ｄは、固定磁石９２をポンプ本体２２の下部側に設けた点で、ポンプ装置１０、１０Ａ〜１０Ｃと異なる。なお、インペラ１４に設けられる従動ポールピース９１（従動ポールピース群５７）は、第３変形例と略同一の形状に形成されている。

この場合、駆動装置２４は、駆動磁石７６（駆動磁石群７７）をロータ７２に備える一方で、固定磁石８６を筐体６０に備えないように構成される。また、ロータ７２は、円盤部７４ｂから大きく突出する環状凸部７４ｃを有し、その突出端に駆動磁石７６を配置している。これにより、従動ポールピース９１は、第１円弧部９１ａの外周面に、駆動磁石側対向面５６ａを有する。

一方、ポンプ本体２２は、下側突出部３５（下側ハウジング部３４）の下空間３６ｂを囲う底面３５ａ内に固定磁石９２を複数埋め込んでいる。複数の固定磁石９２は、下側突出部３５を周方向に沿って並ぶことで、環状の固定磁石群８７を構成している。これにより、従動ポールピース９１は、第３円弧部９１ｃの下面に、固定磁石側対向面５６ｂを有する。

以上のように構成されたポンプ装置１０Ｄでも、駆動磁石７６と固定磁石９２の間に、従動ポールピース９１を配置しているので、磁気ギア減速機構８４Ｄが構築される。特に、このポンプ装置１０Ｄは、ポンプ本体２２に固定磁石９２を設けていることで、従動ポールピース群５７と固定磁石群８７の距離をより短縮することが可能であり、磁気結合力をより強めることができる。駆動装置２４側の構成を簡素化することができる（ポンプ装置１０Ｄのインペラ１４の回転支持手段はポンプ装置１０Ｂと同じであるので説明を省略する）。

図１０、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、第５変形例に係るポンプ装置１０Ｅは、固定磁石９３をポンプ本体２２の上部側に設けた点で、ポンプ装置１０、１０Ａ〜１０Ｄと異なる。このため、インペラ１４に設けられる従動ポールピース９４（従動ポールピース群５７）は、インペラ１４の軸方向に沿って延在するように、インペラ１４内に埋め込まれている。

具体的には、固定磁石９３は、上側ハウジング部３３の上空間３６ａを囲う天井部に複数埋め込まれている。複数の固定磁石９３は、上側ハウジング部３３内を周方向に沿って並ぶことで、環状の固定磁石群８７を構成している。

一方、従動ポールピース９４は、第１円弧部９４ａと、第２円弧部９４ｂと、この第１及び第２円弧部９４ａ、９４ｂの間を延在する延在部９４ｃとを有する。第１円弧部９４ａは、インペラ１４（シュラウド５０ａ）の内部の外周縁寄りを周方向に沿って延在し、第１円弧部９４ａの上面は、固定磁石９３に対向する固定磁石側対向面５６ｂとなっている。

延在部９４ｃは、この第１円弧部９４ａの径方向内側に連なり、また第１円弧部９４ａよりも周方向に沿って充分に短い円弧状に形成されている。この延在部９４ｃは、インペラ１４の流通孔５０に対し周方向にオフセットした位置にあって、軸方向に沿って延在している。従って、流通孔５０は、従動ポールピース９４が邪魔となることなく、血液を円滑に流動させる。

第２円弧部９４ｂは、延在部９４ｃの下端部且つ径方向外側に連なっている。この第２円弧部９４ｂも、第１円弧部９４ａと同様に、インペラ１４の外周縁寄りを周方向に沿って延在している。そして、第２円弧部９４ｂの外周面が、駆動磁石７６に対向する駆動磁石側対向面５６ａとなっている。なお、図１１Ｂの断面図は、第２円弧部９４ｂ（従動ポールピース９４）と駆動磁石７６の配置関係の理解の容易化のため、他の部材の図示を省略している。

以上のように構成されたポンプ装置１０Ｅでも、駆動磁石７６と固定磁石９３の間に、従動ポールピース９４を配置しているので、磁気ギア減速機構８４Ｅが構築される。すなわち、従動ポールピース９４は、第１円弧部９４ａ、延在部９４ｃ及び第２円弧部９４ｂの形状に沿って、Ｎ極からの磁力線をＳ極に導くことができ、しかも延在部９４ｃが流通孔５０を避けるように設けられている。従って、インペラ１４を減速しつつ、流通孔５０に沿って血液を流動させることができる。また、ポンプ装置１０Ｅにおいては、固定磁石群８７と駆動磁石群７７は比較的長い距離で隔てられており、お互いの磁場の干渉をより抑制することができる。また、インペラ１４内の従動ポールピース群５７は、流入側の固定磁石群８７に吸引されるため、インペラ１４は通常流入側に引き寄せられる力を受けながら回転する。このため、インペラ１４の流入側のシュラウド５０ａの上端面５０ｄと上側ハウジング部３３の流入側の対向面３３ａのいずれかにスラスト動圧溝（不図示）を形成することで、インペラ１４がハウジング３２と非接触で回転する構成とするよい。

図１２に示すように、第６変形例に係るポンプ装置１０Ｆは、従動ポールピース９５の上方及び下方に固定磁石９２、９３を複数配置した点で、ポンプ装置１０、１０Ａ〜１０Ｅと異なる。また、駆動装置２４の駆動磁石７６は、従動ポールピース９５の上下中間位置の側方に配置されている。

具体的には、複数の固定磁石９２、９３は、ポンプ本体２２のハウジング３２内に埋め込まれて、環状の固定磁石群８７をそれぞれ形成している。各固定磁石群８７を構成する固定磁石９２、９３の数は、相互に一致しており、また相互の極性も一致するように設けられている。

一方、従動ポールピース９５は、上側から下側に向かって順に、第１円弧部９５ａ、第２円弧部９５ｂ、第３円弧部９５ｃを有し、その径方向内側にインペラ１４の軸方向に延在する延在部９５ｄを有する。延在部９５ｄは、第１〜第３円弧部９５ａ〜９５ｃの各々を連結している。

第１〜第３円弧部９５ａ〜９５ｃは、第５変形例の第１及び第２円弧部９４ａ、９４ｂと同様にインペラ１４の外周縁寄りを延在している。そして、第１円弧部９５ａの上面は、固定磁石９３に対向する第１固定磁石側対向面９６ａを有する。第２円弧部９５ｂの外周面は、駆動磁石７６に対向する駆動磁石側対向面５６ａを有する。第３円弧部９５ｃの下面は、固定磁石９２に対向する第２固定磁石側対向面９６ｂを有する。

また、延在部９５ｄも、第５変形例の延在部９４ｃと同様に、インペラ１４の複数の流通孔５０に対して周方向にずれる位置に設けられている。従って、インペラ１４は、流通孔５０に沿って血液を良好に流動させる。

以上のように構成されたポンプ装置１０Ｆでも、駆動磁石７６と固定磁石９２、９３の間に、従動ポールピース９５を配置しているので、磁気ギア減速機構８４Ｆが構築される。特に、従動ポールピース９５は、固定磁石９２、９３の両方の磁力線を導くことで、インペラ１４をより安定的に回転させることができる。

なお、ポンプ装置１０Ｆでは、インペラ１４内の従動ポールピース群５７が駆動装置２４側の固定磁石９２と、流入側の固定磁石９３の両方から吸引される。図１２においては駆動装置２４側の固定磁石９２からの吸引力が流入側の固定磁石９３より強い状態を想定し、インペラ１４は駆動装置２４側に吸引された状態となっている。この場合、インペラ１４の駆動装置２４側の下面４８ｂと、下側ハウジング部３４の駆動装置２４側の底面３５ａのいずれかにスラスト動圧溝（不図示）を形成することで、インペラ１４がハウジング３２と非接触で回転する構成とするよい。またさらに、インペラ１４の流入側のシュラウド５０ａの上端面５０ｄと上側ハウジング部３３の流入側の対向面３３ａのいずれかにスラスト動圧溝（不図示）を形成することで、インペラ１４に流入側への衝撃力が作用してインペラ１４が流入側に移動した場合でも、インペラ１４が上側ハウジング部３３に接触することを防止することができる。

図１３に示すように、第７変形例に係るポンプ装置１０Ｇは、従動ポールピース９７の同一方向（側方）に駆動磁石７６及び固定磁石８６を配置した点で、ポンプ装置１０、１０Ａ〜１０Ｆと異なる。詳細には、駆動磁石７６は、駆動装置２４のロータ７２の円盤部７４ｂから短く突出する環状凸部７４ｃに設けられて、環状の駆動磁石群７７を構成している。固定磁石８６は、駆動磁石７６から上方に所定間隔離れた位置の筐体６０（周辺凸部６０ｂ）の内周面側に固定され、環状の固定磁石群８７を構成している。

一方、従動ポールピース９７は、インペラ１４の流通孔５０よりも下方に設けられ、側面断面視で凹状に形成されている。すなわち従動ポールピース９７は、上側から下側に向かって、第１円弧部９７ａ、第２円弧部９７ｂ、第３円弧部９７ｃを有する。この場合、第１円弧部９７ａと第３円弧部９７ｃの大きさが概ね一致し、第２円弧部９７ｂが第１及び第３円弧部９７ａ、９７ｃよりも小さく形成されている。そして、第３円弧部９７ｃの外周面が、駆動磁石７６に対向する駆動磁石側対向面５６ａとなっており、第１円弧部９７ａの外周面が、固定磁石８６に対向する固定磁石側対向面５６ｂとなっている。

以上のように構成されたポンプ装置１０Ｇは、上記と同様に、従動ポールピース９７が駆動磁石７６と固定磁石８６の間で磁力線を導くことで磁気ギア減速機構８４Ｇを構成し、インペラ１４を減速して回転させることができる。特に、ポンプ装置１０Ｇは、駆動磁石７６と固定磁石８６とを同方向に配置することで、駆動装置２４の構造を簡単化して製造の効率化を図ることができる。

なお、ポンプ装置１０Ｇにおいては、インペラ１４の従動回転構造部４８の外周面４８ａとハウジング３２の対抗する内周面の隙間が０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍ程度に設定されていることでジャーナル動圧軸受け５２として作用し、インペラ１４内の従動ポールピース群５７に作用する固定磁石群８７、及び駆動磁石群７７からの吸引力が回転軸方向の受動磁気軸受け５３として作用することにより、インペラ１４はハウジング３２に非接触で回転する。

図１４に示すように、第８変形例に係るポンプ装置１０Ｈは、従動ポールピース９８の同一方向（側方）に駆動磁石７６と固定磁石９９を配置し、しかも固定磁石９９をポンプ本体２２に設けた点で、ポンプ装置１０、１０Ａ〜１０Ｇと異なる。

このため、従動ポールピース９８は、第１円弧部９８ａを上側に、第２円弧部９８ｂを下側にそれぞれ有し、またその間を軸方向に沿って延びる延在部９８ｃにより連結している。この場合、延在部９８ｃは、流通孔５０を避けて延在している。そして、第２円弧部９８ｂの外周面が駆動磁石側対向面５６ａを構成し、第１円弧部９８ａの外周面が固定磁石側対向面５６ｂを構成している。

このように構成されたポンプ装置１０Ｈでも、従動ポールピース９８が駆動磁石７６と固定磁石９９の間で磁力線を導くことで磁気ギア減速機構８４Ｈを構成し、インペラ１４を減速して回転させることができる。また、ポンプ装置１０Ｈにおいては、第７変形例に係るポンプ装置１０Ｇに比べて、固定磁石群８７と駆動磁石群７７は比較的長い距離で隔てられており、お互いの磁場の干渉をより抑制することができる（ポンプ装置１０Ｈのインペラ１４の回転支持手段はポンプ装置１０Ｇと同じであるので省略する。）。

〔第２実施形態〕
また図１５〜図１６Ｃに示すように、第２実施形態に係るポンプ装置２００は、軸流ポンプに構成されている点で、遠心ポンプに構成されたポンプ装置１０、１０Ａ〜１０Ｈとは異なる。

ポンプ装置２００は、軸方向に沿って第１及び第２筒部２１２、２１４を延在させたポンプ本体２１０と、第１及び第２筒部２１２、２１４の外周面に着脱自在に装着される駆動装置２２０とを有する。

ポンプ本体２１０は、第１及び第２筒部２１２、２１４の間に該第１及び第２筒部２１２、２１４よりも径方向外側に膨出した中間筒部２１６を有する。第１及び第２筒部２１２、２１４は、血液（流体）を流動させる流動路２１２ａ、２１４ａを内部に有し、中間筒部２１６は、流動路２１２ａ、２１４ａに連通する収容空間２１６ａを有する。収容空間２１６ａには、ポンプ本体２１０の軸心回りに回転するインペラ２３０が収容されている。

インペラ２３０は、中心部に血液を流通させる流通孔２３２を有し、流通孔２３２の径方向外側のブロック部２３４に複数の従動ポールピース５６を収容している。複数の従動ポールピース５６は、第１設定数（図１６Ｂ中では６つ）に設定され、周方向に並んで環状の従動ポールピース群５７（多極軟質磁性体）を構成している。

また、インペラ２３０は、流通孔２３２を構成する内周面に螺旋状のフィン２３６を形成している。フィン２３６は、インペラ２３０の回転により、流通孔２３２の一端側から流体を吸引し、また流通孔２３２の他端に向けて流体を排出する。これによりポンプ本体２１０は、所定方向（第１筒部２１２から第２筒部２１４に向かう方向、又はその逆方向）に流体を流動させる。

駆動装置２２０は、ポンプ本体２１０の中間筒部２１６を上下方向（ポンプ本体２１０の軸方向に沿った方向）に挟み込むことで、磁気ギア減速機構２０２を構成する。このため、駆動装置２２０は、第１孔部２２２ａを有し第１筒部２１２の外周面に装着される第１環状部２２２と、第２孔部２２４ｂを有し第２筒部２１４の外周面に装着される第２環状部２２４とを有する。第１及び第２環状部２２２、２２４の内側は、ポンプ本体２１０との間で嵌合固定される係合機構（不図示）を構成している。

第１環状部２２２は、環状の第１筐体２２３を有し、また第１筐体２２３に収容されるステータ７０、ロータ７２及び駆動磁石７６を備える。ロータ７２は、第１筐体２２３の径方向内側の内周壁部２２３ａに対しベアリング８０を介して回転自在に組み付けられている。またロータ７２は、径方向外側に突出する円盤部７４ｂを有し、この円盤部７４ｂの一方面にステータ７０に対向する複数の作動磁石７５を、円盤部７４ｂの他方面に中間筒部２１６（従動ポールピース５６）に対向する複数の駆動磁石７６をそれぞれ備える。駆動磁石７６は、第２設定数（図１６Ｃ中では４つ）に設定され、周方向に並んで環状の駆動磁石群７７（多極駆動磁石）を構成している。

一方、第２環状部２２４は、環状の第２筐体２２５と、第２筐体２２５に収容される複数の固定磁石８６とを有する。固定磁石８６は、第３設定数（図１６Ａ中では８つ）に設定され、周方向に並んで環状の固定磁石群８７（多極固定磁石）を構成している。

上記の構成からなるポンプ装置２００は、ポンプ本体２１０と駆動装置２２０の組立状態で、駆動磁石群７７と固定磁石群８７が従動ポールピース群５７を間に挟むことで磁気ギア減速機構２０２を構築する。つまりポンプ装置２００も、従動ポールピース５６を６つ、駆動磁石７６を４つ、固定磁石８６を８つに設定していることで、ロータ７２の回転速度を１／３の回転速度に落としてインペラ２３０を回転させることができる。

なお、インペラ２３０が回転すると、インペラ２３０の流出側の圧力が、流入側の圧力より高くなるため、インペラ２３０は流入側に押し戻される力が作用する。インペラ２３０の流入側の端面２３０ａ、もしくはインペラ２３０の流入側の端面２３０ａに対向する中間筒部２１６の流入部内側の端面２１７ａのいずれかにスラスト動圧軸受け５５を形成することで、インペラ２３０が中間筒部２１６と非接触で回転する構成とするよい。さらにインペラ２３０の流出側の端面２３０ｂとインペラ２３０の流出側の端面２３０ｂに対向する中間筒部２１６の流出側の端面２１７ｂのいずれかにスラスト動圧軸受け５５を形成することで、インペラ２３０に流出側への衝撃力が作用し、インペラ２３０が流出側に移動した場合に、インペラ２３０が中間筒部２１６に接触することを防止することができる。インペラ２３０の半径方向の位置は、インペラ２３０内の従動ポールピース群５７に作用する、固定磁石群８７及び駆動磁石群７７からの吸引力が、半径方向の受動磁気軸受け５３として作用することで略定位置に維持される。

以上のとおり、第２実施形態に係るポンプ装置２００も、第１実施形態に係るポンプ装置１０と同様の効果を得ることができる。特に、ポンプ装置２００は、回転軸方向に従動ポールピース群５７、駆動磁石群７７、固定磁石群８７を配置していることで、径方向の寸法を大幅に小さくすることができる。これにより、流体を直線状に沿って流す箇所で径方向にスペースが取れない箇所でも、ポンプ装置２００を容易に設置することが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。

１０、１０Ａ〜１０Ｈ、２００…ポンプ装置
１４、２３０…インペラ ２２、２１０…ポンプ本体
２４、２２０…駆動装置 ４６…フィン部
５６、９０、９１、９４、９５、９７、９８…従動ポールピース
５７…従動ポールピース群 ６２…モータ機構
７０…ステータ ７２…ロータ
７６…駆動磁石 ７７…駆動磁石群
８４、８４Ａ〜８４Ｈ、２０２…磁気ギア減速機構
８６、９２、９３、９９…固定磁石 ８７…固定磁石群

Claims (11)

1. インペラと、
   前記インペラと磁気的に結合する回転部と、
   前記回転部の回転を減速させ、前記インペラを回転させる減速機構と、を有するポンプ装置であって、
   前記減速機構は、
   前記インペラに設けられる多極軟質磁性体と、
   前記回転部に設けられる多極駆動磁石と、
   前記多極軟質磁性体に磁力が伝達されるように前記多極駆動磁石との間で該多極軟質磁性体を挟むように固定される多極固定磁石と、を含んで構成される
   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、
   前記インペラを回転自在に収容したポンプ本体と、
   前記ポンプ本体に離脱可能に装着され、前記回転部を内部に有する駆動装置と、を備え、
   前記ポンプ本体と前記駆動装置の装着状態で前記減速機構が構成される
   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、
   前記多極軟質磁性体は、前記インペラの周方向に沿って並ぶ環状に形成され、
   前記多極駆動磁石は、前記回転部の周方向に沿って並ぶ環状に形成され、
   前記多極固定磁石は、周方向に沿って並ぶ環状に形成されている
   ことを特徴とするポンプ装置。
4. 請求項３記載のポンプ装置において、
   前記多極軟質磁性体、前記多極駆動磁石、前記多極固定磁石は、前記インペラの回転軸と直交する径方向に並んで配置される
   ことを特徴とするポンプ装置。
5. 請求項３記載のポンプ装置において、
   前記多極軟質磁性体は、前記多極駆動磁石に対向する駆動磁石側対向面と、前記多極固定磁石に対向する固定磁石側対向面と、を有し、
   前記駆動磁石側対向面と前記固定磁石側対向面は、相互に直交する方向を臨んでいる
   ことを特徴とするポンプ装置。
6. 請求項３記載のポンプ装置において、
   前記多極軟質磁性体は、前記多極駆動磁石に対向する駆動磁石側対向面と、前記多極固定磁石に対向する固定磁石側対向面と、を有し、
   前記駆動磁石側対向面と前記固定磁石側対向面は、同一方向を臨み、且つ相互に離間している
   ことを特徴とするポンプ装置。
7. 請求項３記載のポンプ装置において、
   前記多極軟質磁性体、前記多極駆動磁石、前記多極固定磁石は、前記インペラの回転軸方向に沿って配置される
   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、
   当該ポンプ装置は、前記インペラ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又は斜流ポンプに構成されている
   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、
   当該ポンプ装置は、流体を流動する流動路に前記インペラを配置しており、前記インペラの回転によって前記流動路の軸方向に前記流体を流動させる軸流ポンプに構成されている
   ことを特徴とするポンプ装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
    前記インペラは、ハウジングと、該インペラとの隙間に形成される動圧軸受け、及び前記多極駆動磁石、前記多極固定磁石並びに前記多極軟質磁性体間に作用する吸引力による磁気軸受けによって、前記ハウジングと非接触で回転可能に構成されている
    ことを特徴とするポンプ装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
    前記多極軟質磁性体は、圧粉鉄心又はアモルファス鉄心に構成されている
    ことを特徴とするポンプ装置。

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