JP7123060B2 - ポンプ装置 - Google Patents

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、米国特許出願公開第２０１１／０２３８１７２号明細書記載のポンプ装置は、ハウジング内でインペラを回転させ、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、米国特許出願公開第２０１１／０２３８１７２号明細書記載のポンプ装置は、インペラの回転中に、インペラがラジアル方向に傾くことを抑制する軸受構造を備える。軸受構造は、インペラに配置された可動側吸着磁石と、可動側吸着磁石の径方向外側でハウジングに配置された固定側吸着磁石とで構成される。そして、固定側吸着磁石と可動側吸着磁石は、側面断面視で、相互に異なる極性同士を対向させることで、相互間に吸着力を生じさせ、インペラの傾きを抑制する。

ところで、この種のポンプ装置は、インペラの高速回転時に、インペラの下側に血液が回り込むことで、背面圧力が高まりインペラを浮上させようとする。特に、米国特許出願公開第２０１１／０２３８１７２号明細書のように、固定側吸着磁石及び可動側吸着磁石を有する構成では、インペラの浮上が誘引され易い。この浮上力が大きければ、インペラは、ポンプ本体に接触することになり、破損や回転速度の低下、摩擦による血液破壊等を発生させる可能性がある。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成によって、インペラの傾きを抑制しつつ、インペラの変位を防ぐことが可能な軸受を形成することで、インペラを安定的に回転させ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、本発明に係るポンプ装置は、第１反発磁石が環状に配置されたインペラと、前記インペラが回転自在に収容されると共に、前記インペラの回転軸に対向する流入口を介して流体が流入される内部空間を有し、且つ第２反発磁石が環状に配置されたハウジングと、を備え、前記第２反発磁石は、前記第１反発磁石に対して前記流入口側にオフセットされた位置に配置され、前記第１反発磁石と前記第２反発磁石は、相互に近接し合う磁極面の極性が同一であり、前記ハウジングは、前記インペラの回転軸に重なる位置に配置され、前記流入口の方向に向かって突出して前記インペラを回転自在に軸支し、前記インペラの下方向への変位を抑制する軸支部と、前記内部空間の底部に設けられ、前記インペラを非接触に回転させる動圧軸受と、を有することを特徴とする。

上記によれば、ポンプ装置は、第１反発磁石と第２反発磁石の近接し合う磁極面同士の間に反発力が働くことになる。しかも、第２反発磁石が第１反発磁石に対して流入口側にオフセットされた位置に配置されているので、第２反発磁石は、第１反発磁石に対して流入口の反対方向に斥力をかける。従って、第１反発磁石を有するインペラは、流入口に向かう方向への変位が抑制されて安定的に回転することができ、流体を円滑に流動させることが可能となる。例えば、流体が血液である場合には、血栓や溶血の発生を大幅に抑止することができる。

この場合、前記第２反発磁石は、前記第１反発磁石に対して前記回転軸に直交する径方向にオフセットされた位置に配置されることが好ましい。

ポンプ装置は、第１反発磁石に対して回転軸に直交する径方向にオフセットされた位置に第２反発磁石を配置することで、第１反発磁石と第２反発磁石が周方向に反発し合う。これによりインペラは、径方向の傾きが抑制されて安定的に回転することができる。

また、前記第１反発磁石及び前記第２反発磁石の少なくとも一方は、外周部の全周にわたって第１極性が着磁され、且つ内周部の全周にわたって前記第１極性と反対の極性である第２極性が着磁されたリング体であるとよい。

ポンプ装置は、第１極性と第２極性が外周部と内周部のそれぞれに着磁されたリング体であることで、インペラの回転軸周りに沿ってより均等的に反発力を生じさせる。これにより、インペラの回転の安定性が一層増すことになる。

さらに、前記ハウジングは、駆動磁石を回転させるモータ機構を備え、前記インペラは、前記駆動磁石との間で磁気カップリング機構を形成し、前記駆動磁石の回転に連れて該インペラを回転させる従動磁石を有するとよい。

ポンプ装置は、駆動磁石と従動磁石により磁気カップリング機構を形成することで、駆動磁石の回転力をインペラに非接触で伝達することができる。これにより、内部空間をモータ機構から独立させて、しかも第１反発磁石及び第２反発磁石により、径方向と流入口に向かう方向への変位を抑えることができる。

ここで、前記第１反発磁石と前記第２反発磁石が所定以上近づいた際の、該第１反発磁石と該第２反発磁石の間の反発力、及び前記磁気カップリング機構の磁気カップリング力を足した力が、前記流体の流体力よりも大きいことが好ましい。

ポンプ装置は、反発力及び磁気カップリング力を足した力が流体力よりも大きいことで、第１反発磁石と第２反発磁石が所定以上近づいた際に、大きな力を発揮して、インペラがハウジングに接触することを避けることができる。

そして、前記第１反発磁石と前記第２反発磁石とで構成される反発機構は、前記磁気カップリング機構よりも径方向外側に設けられるとよい。

ポンプ装置は、反発機構が磁気カップリング機構よりも径方向外側に設けられることで、第１反発磁石及び第２反発磁石の設計が簡単になり、両者間で適宜の反発力を容易に生じさせることができる。

また、前記第１反発磁石と前記第２反発磁石とで構成される反発機構は、前記磁気カップリング機構よりも前記流入口側に設けられるとよい。

ポンプ装置は、反発機構が磁気カップリング機構よりも流入口側に設けられることで、磁気カップリング機構の磁界の影響を良好に抑えて、固定側反発磁石と第１反発磁石の間に反発力を働かせることができる。

さらに、前記第１反発磁石及び前記第２反発磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さは、前記駆動磁石及び前記従動磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さよりも短いことが好ましい。

ポンプ装置は、第１反発磁石及び第２反発磁石の軸方向長さが短いことで、インペラ及びハウジングの軸方向長さを短く設計することが可能となる。よって、装置全体の小型化を図ることができる。

またさらに、前記ハウジングは、前記インペラを有する第１ハウジングと、前記モータ機構を有する第２ハウジングとを含み、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングは着脱自在に構成されていることが好ましい。

ポンプ装置は、第１ハウジングと第２ハウジングを着脱自在とすることで、使用後にインペラ及び第１ハウジングを廃棄する一方で、モータ機構及び第２ハウジングを再利用することができる。

上記構成に加えて、前記第２反発磁石は、前記第１ハウジングに配置されていることが好ましい。

ポンプ装置は、第１ハウジングに配置された第２反発磁石により、インペラの第１反発磁石を流入口と反対方向に定常的に押しつけることができる。これにより、ポンプ装置の輸送時において、軸受からのインペラの脱落を確実に防止することができる。

本発明によれば、ポンプ装置は、簡単な構成によって、インペラの傾きを抑制しつつ、インペラの大きな変位を防ぐことが可能な軸受を形成することで、インペラを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。 ポンプ装置の要部を示す側面断面図である。 図３の従動磁石、可動側反発磁石、駆動磁石及び固定側反発磁石を示すＩＶ－ＩＶ線の断面図である。 第１変形例に係るポンプ装置の要部を示す側面断面図である。 第２変形例に係るポンプ装置の従動磁石、可動側反発磁石、駆動磁石及び固定側反発磁石を示す断面図である。

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。

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（第１ハウジング）と、駆動装置２４を構成する駆動側ハウジング６０（第２ハウジング）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、血液の流入及び流出がなされる内部空間３６が設けられている。

図１及び図２に示すように、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。

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。流入路３８ａと上空間３６ａの境界には、血液の流入口３８ｂ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、インペラ１４を支持する下側ハウジング部３４の軸支部３５ａが設けられている。

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の中心側には、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、上記の軸支部３５ａと、軸支部３５ａの周縁且つ下側に連なる内周部３５ｂとで構成され、その内側には、下端側が開口した挿入穴４２が設けられている。

軸支部３５ａの中心は、インペラ１４の回転軸Ｏに重なり、金属製の支持部材４１が設けられている。支持部材４１は、軸支部３５ａから流入口３８ｂの方向に向かって突出し、インペラ１４を内側から回転自在に軸支する。

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を構成する底部には、インペラ１４を非接触に回転させる動圧軸受４３（スラスト方向の動圧軸受）が設けられている。例えば、動圧軸受４３は、底部を浅く切り欠いた所定形状の溝を適用することができる。

そして、本実施形態に係るポンプ装置１０は、下側ハウジング部３４の径方向外側の外周部３４ａ内に固定側反発磁石４４（第２反発磁石）を有している。固定側反発磁石４４は、外周部３４ａ内に埋め込まれ、後記の可動側反発磁石５６と協働して、相互に反発し合う反発機構７８を形成する。

図２及び図３に示すように、固定側反発磁石４４は、インペラ１４の回転軸Ｏから最も遠い位置を周回する固定側内外周単極着磁リング磁石４５に構成されている。図４に示すように、固定側内外周単極着磁リング磁石４５は、外周部の全周にわたって第１極性（図４中ではＳ極）を有し、内周部の全周にわたって第１極性と反対の第２極性（図４中ではＮ極）を有するように着磁されたリング体である。すなわち、固定側反発磁石４４の内周面は、周方向に沿って第２極性が常に存在する固定側反発面４４ａ（磁極面）となっている。

また、固定側反発磁石４４は、円筒状の外周部３４ａの上端寄り（上側ハウジング部３３付近）に配置されている。そのため、ポンプ本体２２及び駆動装置２４の装着状態で、固定側反発磁石４４は、他の磁石に対し最も上側（流入口３８ｂ側）に位置する。固定側反発磁石４４の固定側反発面４４ａは、インペラ１４の従動回転構造部４８の上側肉部分４８ａに対向している。

固定側反発磁石４４（固定側内外周単極着磁リング磁石４５）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、ネオジム等の硬質磁性材料があげられる。

図２及び図３に戻り、インペラ１４は、空洞１５を内側に有する略円錐状に形成され、軸筒部３５を覆うように本体側ハウジング３２に収容される。収容状態では、インペラ１４の周面と下側ハウジング部３４（下側ハウジング部３４の外周部３４ａ、軸筒部３５の内周部３５ｂ）の壁面との間には、僅かな隙間が生じる。この隙間の間隔は、ポンプ本体２２のサイズにもよるが、例えば０．１ｍｍ～１ｍｍ程度の範囲に設定される。

インペラ１４は、複数のフィン５２が突出した上部側のフィン部４６と、フィン部４６の下部側に連なる従動回転構造部４８とを有する。すなわちインペラ１４は、各フィン５２の間に形成された流動路５０ａが露出するオープンタイプの羽根車となっている。なお、インペラ１４は、オープンタイプに限定されず、流動路５０ａを覆うシュラウド（不図示）を備えたクローズタイプに構成されていてもよい。

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、空洞１５の底部を構成する円錐部５０と、円錐部５０から突出する上記のフィン５２を複数有する。複数のフィン５２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。

円錐部５０の空洞１５を構成する内側部且つ中心部には、支持部材４１に被せられる受け部材５１が設けられている。支持部材４１及び受け部材５１の支持構造によって、インペラ１４は、下方向への変位が抑制されつつ回転自在となる。

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、図２及び図３に示すように、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及び可動側反発磁石５６（第１反発磁石）が設置されている。

従動磁石５４は、従動回転構造部４８の下側肉部分４８ｃに配置されている。この従動磁石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に対し径方向に並び、駆動磁石６４との間で磁気カップリング機構７６を形成する。

図４に示すように、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磁石５５に構成されている。従動側多極着磁リング磁石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。図４中では、従動側多極着磁リング磁石５５の極性数は、６つ（すなわち３つの対極）に設計されているが、これに限定されるものではない。従動磁石５４（従動側多極着磁リング磁石５５）を構成する材料は、特に限定されず、固定側反発磁石４４であげた材料を適用し得る。また従動磁石５４の外周面側には、バックヨーク５８が周方向全周にわたって配置されている。例えば、バックヨーク５８は、磁力の伝達を抑制する材料により構成されている。

一方、可動側反発磁石５６は、図３及び図４に示すように、従動磁石５４よりも上側の従動回転構造部４８の中間側肉部分４８ｂに配置されている。従動磁石５４と可動側反発磁石５６の間には、磁力の伝達を抑制するバックヨーク５９が介在している。

上述したように、可動側反発磁石５６は、固定側反発磁石４４と相互に反発し合う反発機構７８を形成する。図４に示すように、可動側反発磁石５６は、回転軸Ｏから所定距離離れた位置を周回する可動側内外周単極着磁リング磁石５７に構成されている。可動側内外周単極着磁リング磁石５７は、外周部の全周にわたって第１極性（図４中ではＮ極）を有し、内周部の全周にわたって第１極性と反対の第２極性（図４中ではＳ極）を有するように着磁されたリング体である。すなわち、可動側反発磁石５６の外周面は、固定側反発磁石４４の固定側反発面４４ａの極性と同じ極性が周方向に沿って常に存在する可動側反発面５６ａ（磁極面）となっている。

また、可動側反発磁石５６（可動側内外周単極着磁リング磁石５７）の回転軸Ｏに平行な軸方向長さ（可動側反発磁石５６の厚み）は、従動磁石５４の軸方向長さよりも短い。さらに言えば、可動側反発磁石５６の軸方向長さは、固定側反発磁石４４の軸方向長さよりも短く設計されている。可動側反発磁石５６を構成する材料も特に限定されず、固定側反発磁石４４であげた材料を適用し得る。

さらに、固定側反発磁石４４と可動側反発磁石５６の配置状態について説明する。具体的には、固定側反発磁石４４は、可動側反発磁石５６に対して血液の流入側（流入口３８ｂ側）にオフセットされた位置に配置されている。すなわち、固定側反発磁石４４と可動側反発磁石５６は、基本的には回転軸Ｏに直交する径方向に沿って相互に対向しないように配置され、その一方で相互に近接する固定側反発面４４ａと可動側反発面５６ａの極性が同一となっている。

固定側反発磁石４４と可動側反発磁石５６のオフセット量は、特に限定されないが、例えば、固定側反発磁石４４の下端（近接端）と可動側反発磁石５６の上端（近接端）とが数μｍ～数ｍｍの範囲で離間しているとよい。これにより、固定側反発磁石４４と可動側反発磁石５６は、回転軸Ｏの方向にオフセットしていても、相互間で反発力を良好に発揮し合う。

そのため、固定側反発磁石４４は、可動側反発磁石５６を径方向内側且つ下方向（流入口３８ｂの反対側）に押し込む。つまり、反発機構７８は、ラジアル方向（径方向）の軸受と、スラスト方向（上方向）の軸受とを形成し、可動側反発磁石５６を有するインペラ１４は、径方向への傾きや流入口３８ｂ側への変位が抑制される。

そして、反発機構７８は、ポンプ本体２２のみで構成されるため、ポンプ本体２２の輸送時に、本体側ハウジング３２内でインペラ１４が流入口３８ｂ側に変位することも抑制する。特に、本実施形態に係るインペラ１４は、支持部材４１に対し中心部の受け部材５１を被せて軸支した構成であるため、反発機構７８は、インペラ１４の変位によって支持部材４１からインペラ１４が脱落するのを防止することができる。

一方、図２及び図３に示すように、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に設けられてインペラ１４との間で磁気カップリング機構７６を構成する駆動磁石６４を有する。

駆動側ハウジング６０は、ポンプ本体２２の本体側ハウジング３２との間で相互に着脱自在な係合構造６６を構成している。例えば、係合構造６６は、挿入穴４２を囲う下側ハウジング部３４の内周部３５ｂと、挿入穴４２に挿入される駆動側ハウジング６０の中央凸部６１とを含み、中央凸部６１を挿入穴４２に挿入した状態で強固に位置決め嵌合する構造をとり得る。なお、係合構造６６は、種々の構成を採用してよいことは勿論である。

中央凸部６１の内側は、モータ機構６２の軸部７２が収容される空間部６１ａとなっている。モータ機構６２は、駆動側ハウジング６０に覆われてねじ止め固定されるモータ本体７０を有する。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、モータ本体７０から空間部６１ａ内に突出し、空間部６１ａ内において固定部材７４を介して駆動磁石６４を保持している。軸部７２の軸心（回転軸Ｏ）は、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と重なる。固定部材７４は、円筒状に形成され、その外周面の所定高さ位置に駆動磁石６４を固着している。

図４に示すように、本実施形態に係る駆動磁石６４は、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磁石６５に構成されている。駆動側多極着磁リング磁石６５は、従動磁石５４と同様に、複数（６つ）の極性（Ｎ極、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。

さらに、駆動磁石６４の回転軸Ｏに平行な軸方向長さは、従動磁石５４よりも長く形成され、駆動磁石６４の上端は中央凸部６１の天井部側付近に達している。これにより、ポンプ本体２２と駆動装置２４の装着状態で、従動磁石５４と駆動磁石６４とが径方向に並び、磁気カップリング機構７６を良好に形成することができる。また、駆動磁石６４を構成する材料も、固定側反発磁石４４であげた材料を適宜選択し得る。

図２に戻り、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０～８００００ｒｐｍの範囲で軸部７２を回転させる。

次に、上述した構成を有するポンプ装置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、用意されたポンプ本体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、本体側ハウジング３２の挿入穴４２に駆動側ハウジング６０の中央凸部６１を差し込み、ポンプ本体２２と駆動装置２４を相互に位置決め固定する。

ここで、ポンプ本体２２の固定側反発磁石４４（固定側内外周単極着磁リング磁石４５）と可動側反発磁石５６（可動側内外周単極着磁リング磁石５７）とは、近接する面が同一の極性で反発し合う反発機構７８を構成している。固定側反発磁石４４は、可動側反発磁石５６より上方側（オフセット位置）にあって、可動側反発磁石５６を径方向内側且つ下方向に向けて斥力をかけている。このため、反発機構７８は、ポンプ本体２２の輸送中に、支持部材４１からのインペラ１４の抜けを抑制して安定的に支持させる。

また図３に示すように、装着状態では、従動磁石５４と駆動磁石６４が回転軸Ｏに直交する径方向に並ぶ。このため、従動磁石５４（従動側多極着磁リング磁石５５）と駆動磁石６４（駆動側多極着磁リング磁石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７６を形成する。すなわち、従動側多極着磁リング磁石５５と駆動側多極着磁リング磁石６５は、磁気カップリング力（磁気的結合力）を生じさせ、軸部７２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、上空間３６ａ内で回転するフィン部４６は、遠心力を生じさせ、これにより流入路３８ａ、内部空間３６、流動路５０ａ、流出路４０ａの順に、血液を流動させる。

インペラ１４は、回転時に、スラスト方向の動圧軸受４３によって、本体側ハウジング３２の底部に対して非接触に回転する。また、固定側反発磁石４４と可動側反発磁石５６とが形成する反発機構７８は、磁気カップリング機構７６の上方位置且つ周方向全体で、均等的に反発力が生じさせて、ラジアル方向の軸受と、スラスト方向（上方向）の軸受とを形成している。

ここで、インペラ１４は、高速回転中等に、血液の流体力ｆ（流入圧力や流出圧力：背面圧力）によりスラスト方向に浮上力が働く。しかしながら支持部材４１の支持位置から浮いたとしても、固定側反発磁石４４と可動側反発磁石５６の距離が近くなり、反発機構７８が大きな反発力を作用させる。特に、ポンプ装置１０は、磁気カップリング機構７６の磁気カップリング力と、反発機構７８の反発力を足した力が、血液の流体力ｆよりも大きくなるように予め設計されている。そのため、インペラ１４が上方に移動することを抑止することができる。

また、インペラ１４の回転時には、磁気カップリング機構７６や血液の流体力ｆに伴い、軸筒部３５に対してインペラ１４をラジアル方向に傾ける力がかかる場合がある。これに対し、反発機構７８は、固定側反発磁石４４と可動側反発磁石５６の間の反発力により、インペラ１４を元の姿勢にすぐに復帰させ、インペラ１４が本体側ハウジング３２に接触することを効果的に抑制する。従って、ポンプ装置１０は、インペラ１４を定常的に安定駆動させて遠心力を良好に得ることができ、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、固定側反発磁石４４の固定側反発面４４ａと可動側反発磁石５６の可動側反発面５６ａ同士の間に反発力が働くことになる。しかも、固定側反発面４４ａが可動側反発面５６ａに対して流入口３８ｂ側にオフセットされた位置に配置されているので、固定側反発磁石４４は、可動側反発磁石５６に対し流入口３８ｂと反対方向に斥力をかける。これにより、可動側反発磁石５６を有するインペラ１４は、径方向への傾きと、流入口３８ｂに向かう方向への変位が抑制されて安定的に回転することができ、血液を円滑に流動させることが可能となる。例えば、血栓や溶血の発生を大幅に抑止することができる。

この場合、ポンプ装置１０は、固定側反発磁石４４及び可動側反発磁石５６が固定側内外周単極着磁リング磁石４５や可動側内外周単極着磁リング磁石５７であることで、インペラ１４の回転軸周りに沿ってより均等的に反発力を生じさせる。これにより、インペラ１４の回転の安定性が一層増すことになる。

特に、ポンプ装置１０は、従動磁石５４と駆動磁石６４により磁気カップリング機構７６を形成することで、駆動磁石６４の回転力をインペラ１４に非接触で伝達することができる。これにより、内部空間３６をモータ機構６２から独立させ、しかも反発機構７８により径方向及び流入口３８ｂ側への変位を抑えることができる。また、ポンプ装置１０は、反発力及び磁気カップリング力を足した力が流体力ｆよりも大きく設計されている。従って、固定側反発磁石４４と可動側反発磁石５６が所定以上近づいた際には、より大きな力を発揮して、インペラ１４を元の姿勢にすぐに戻すことができる。

さらに、ポンプ装置１０は、反発機構７８が磁気カップリング機構７６よりも径方向外側に設けられることで、固定側反発磁石４４及び可動側反発磁石５６の設計が簡単になり、両者間で適宜の反発力を容易に生じさせることができる。ポンプ装置１０は、反発機構７８が磁気カップリング機構７６よりも流入口３８ｂ側に設けられることで、磁気カップリング機構７６の磁界の影響を良好に抑えることが可能となる。

またさらに、ポンプ装置１０は、固定側反発磁石４４及び可動側反発磁石５６の軸方向長さが短いことで、インペラ１４及びハウジング３０の軸方向長さを短く設計することが可能となる。よって、装置全体の小型化を図ることができる。そして、ポンプ装置１０は、ポンプ本体２２に配置された固定側反発磁石４４により、インペラ１４の可動側反発磁石５６を血液流入ポート３８と反対方向に定常的に押しつけることができる。これによりポンプ本体２２の輸送時において、支持部材４１からのインペラ１４の脱落を防止することが可能となる。

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、種々の応用例及び変形例を採り得る。例えば、上記のポンプ装置１０は、ポンプ本体２２と駆動装置２４が着脱自在に組立てられる構成となっているが、これに限定されず、ポンプ本体２２と駆動装置２４が一体化した、すなわち一連のハウジング３０を有する装置でもよい。

以下、本発明に係るポンプ装置１０の変形例について幾つか説明する。なお、以降の説明において、上述したポンプ装置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。

〔第１変形例〕
図５に示す第１変形例に係るポンプ装置１０Ａは、磁気カップリング機構７６Ａの径方向内側且つ下方側に反発機構７８Ａを設けた点で、ポンプ装置１０と異なる。

具体的には、ポンプ装置１０Ａのインペラ１４Ａは、径方向外側に従動磁石５４（従動側多極着磁リング磁石５５）を備え、従動磁石５４よりも下方側且つ径方向内側に可動側反発磁石５６（可動側内外周単極着磁リング磁石５７）を備える。従動磁石５４と可動側反発磁石５６とは、回転軸Ｏと平行な方向に所定間隔あけて配置される。

一方、駆動装置２４Ａの駆動側ハウジング６０は、ポンプ本体２２Ａの挿入穴４２に挿入される中央凸部６１に対し間隔をあけて周回する周辺凸部６８を備える。また、モータ機構６２の軸部７２には、筒状の回転体７５が固定され、回転体７５の径方向外側の上端が周辺凸部６８の空間部６８ａに収容される。そして、回転体７５の径方向外側の上端には、駆動磁石６４（駆動側多極着磁リング磁石６５）が固着されている。

また、中央凸部６１の内部には、固定側反発磁石４４（固定側内外周単極着磁リング磁石４５）が埋め込まれている。固定側反発磁石４４と可動側反発磁石５６は、ポンプ本体２２Ａと駆動装置２４Ａの組立状態で、回転軸Ｏに沿った方向のオフセット位置に配置され、固定側反発磁石４４の方が可動側反発磁石５６よりも流入口３８ｂ寄りに存在している。

以上のポンプ装置１０Ａは、従動磁石５４と駆動磁石６４の磁気カップリング機構７６Ａよりも径方向内側且つ下方側において、固定側反発磁石４４と可動側反発磁石５６が反発機構７８Ａを構成している。これにより、ポンプ装置１０Ａは、ポンプ装置１０と同様の効果を得ることができる。つまり、反発機構７８Ａは、インペラ１４Ａのラジアル方向に軸受を構成すると共に、固定側反発磁石４４が、可動側反発磁石５６を血液流入ポート３８と反対方向に押し込むことでインペラ１４Ａの浮上を抑制する。また上記のように、固定側反発磁石４４の設置位置は、特に限定されず、ポンプ本体２２、２２Ａ又は駆動装置２４、２４Ａのいずれでもよいと言える。

〔第２変形例〕
図６に示す第２変形例に係るポンプ装置１０Ｂは、固定側反発磁石４４、従動磁石５４、可動側反発磁石５６、駆動磁石６４の各々について、円弧状に構成された磁石を複数組み合わせて環状の磁石群に形成した点で、ポンプ装置１０、１０Ａと異なる。

例えば、図６中では、従動磁石５４及び駆動磁石６４の各々は、周方向に沿ってＮ極及びＳ極を有する３つの円弧状の磁石８０を並べて、環状の従動磁石群８２及び駆動磁石群８４を形成している。また可動側反発磁石５６及び固定側反発磁石４４の各々は、周方向に沿ってＮ極及びＳ極を着磁した６つの円弧状の磁石９０を並べて、環状の可動側反発磁石群９２及び固定側反発磁石群９４を形成している。なお図６中では、磁石８０同士及び磁石９０同士の間に隔壁８６を挟んだ構成としているが、隔壁８６は介在していなくてもよい。また、従動磁石５４、可動側反発磁石５６、駆動磁石６４、固定側反発磁石４４の数は、適宜設計してよい。

以上のように構成されたポンプ装置１０Ｂでも、従動磁石群８２及び駆動磁石群８４により磁気カップリング機構７６Ｂが良好に形成されて、モータ機構６２の回転によりインペラ１４を連れ回りさせることができる。また、ポンプ装置１０Ｂは、可動側反発磁石群９２及び固定側反発磁石群９４により反発機構７８Ｂが良好に形成されて、インペラ１４を安定的に回転させることができる。

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

Claims (10)

1. 第１反発磁石が環状に配置されたインペラと、
   前記インペラが回転自在に収容されると共に、前記インペラの回転軸に対向する流入口を介して流体が流入される内部空間を有し、且つ第２反発磁石が環状に配置されたハウジングと、を備え、
   前記第２反発磁石は、前記第１反発磁石に対して前記流入口側にオフセットされた位置に配置され、
   前記第１反発磁石と前記第２反発磁石は、相互に近接し合う磁極面の極性が同一であり、
   前記ハウジングは、
   前記インペラの回転軸に重なる位置に配置され、前記流入口の方向に向かって突出して前記インペラを回転自在に軸支し、前記インペラの下方向への変位を抑制する軸支部と、
   前記内部空間の底部に設けられ、前記インペラを非接触に回転させる動圧軸受と、を有する
   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、
   前記第２反発磁石は、前記第１反発磁石に対して前記回転軸に直交する径方向にオフセットされた位置に配置される
   ことを特徴とするポンプ装置。
3. 請求項２記載のポンプ装置において、
   前記第１反発磁石及び前記第２反発磁石の少なくとも一方は、外周部の全周にわたって第１極性が着磁され、且つ内周部の全周にわたって前記第１極性と反対の極性である第２極性が着磁されたリング体である
   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、
   前記ハウジングは、駆動磁石を回転させるモータ機構を備え、
   前記インペラは、前記駆動磁石との間で磁気カップリング機構を形成し、前記駆動磁石の回転に連れて該インペラを回転させる従動磁石を有する
   ことを特徴とするポンプ装置。
5. 請求項４記載のポンプ装置において、
   前記第１反発磁石と前記第２反発磁石が所定以上近づいた際の、該第１反発磁石と該第２反発磁石の間の反発力、及び前記磁気カップリング機構の磁気カップリング力を足した力が、前記流体の流体力よりも大きい
   ことを特徴とするポンプ装置。
6. 請求項４又は５記載のポンプ装置において、
   前記第１反発磁石と前記第２反発磁石とで構成される反発機構は、前記磁気カップリング機構よりも径方向外側に設けられる
   ことを特徴とするポンプ装置。
7. 請求項４～６のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記第１反発磁石と前記第２反発磁石とで構成される反発機構は、前記磁気カップリング機構よりも前記流入口側に設けられる
   ことを特徴とするポンプ装置。
8. 請求項４～７のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記第１反発磁石及び前記第２反発磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さは、前記駆動磁石及び前記従動磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さよりも短い
   ことを特徴とするポンプ装置。
9. 請求項４～８のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記ハウジングは、前記インペラを有する第１ハウジングと、前記モータ機構を有する第２ハウジングとを含み、
   前記第１ハウジングと前記第２ハウジングは着脱自在に構成されている
   ことを特徴とするポンプ装置。
10. 請求項９記載のポンプ装置において、
    前記第２反発磁石は、前記第１ハウジングに配置されている
    ことを特徴とするポンプ装置。

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