JPH02206469A

JPH02206469A - ポンピング装置

Info

Publication number: JPH02206469A
Application number: JP1025371A
Authority: JP
Inventors: Kinji Tsukahara; 塚原　金二
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; Aisin Corp
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1989-02-03
Publication date: 1990-08-16
Also published as: US5064353A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、リニアモータで往復動部材を駆動する液体ポ
ンプに関する。

（従来の技術）例えば人工心臓は、外容器内の作動室にダイアフラムを
収納してこのダイアフラムで血液室と作動室とを区分し
、作動室に高圧（高圧エアー）と低圧（吸引圧）とを交
互に与えるようになっており、血液室は第１逆止弁を介
して吸入ポートと接続されまた第２逆止弁を介して吐出
ポートに連通している。作動室に高圧が午えられるとダ
イアフラムが加圧されて血液室を収縮しようとし、これ
により血液室の流体（血液）が第２逆止弁を介して吐出
ポートに吐出される。作動室が低圧に切換えられると、
ダイアフラムが作動室に吸引されて血液室を膨張させよ
うとし、これにより血液室に第１逆止弁を介して吸入ポ
ートより流体（血液）が吸入される。したがって、人工
心臓の作動室に正圧と負圧を交互に与えることにより、
人工心臓が、吸入ポートに流体（血液）を吸入し、吐出
ポートに吐出する。人工心覧は、その作動室に高／低圧
（エアー）を交互に与えることにより駆動される。

従来は、この高／低圧（エアー）の供給はエアーポンピ
ング装置で行なっている。このポンピング装置は、電気
モータ、該電気モータで駆動するエアーポンプ、エアー
ポンプの吐出圧が与えられる高圧アキュムレータ、エア
ーポンプの吸引圧が与えられる低圧アキュムレータ、高
圧アキュムレータと低圧アキュムレータを、人工心臓の
空気室に選択的に接続する高圧電磁開閉弁および低圧電
磁開閉弁で構成されており（例えば特開昭５８−り９９
６７号公報、特開昭５８−１６９４６０号公報）、低圧
電磁開閉弁を閉、高圧電磁開閉弁を開にすることにより
人工心臓の空気室に高圧エアーを供給し、高圧電磁開閉
弁を閉、低圧電磁開示弁を開にすることにより人工心臓
の空気室に低圧（吸引圧）を与える。

（発明が解決しようとする課ＩＭ）例えばこの種のポンピング装置は、電気モータ。

エアーポンプ、アキュムレータおよび高、低圧電磁開閉
弁を含み１機器要素が多い。また、アキュムレータなど
が比較的に大きい空間を占めるので、装置全体が比較的
に大型となる。例えばアキュムレータを省略してレシプ
ロポンプで直接に人工心臓に高圧（吐出圧）／低圧（吸
引圧）を与えようとすれば、作動流体であるエアーが圧
縮性であるので。

作動流体の体積収縮および膨張があってポンプの往復ス
トロークに対する空気圧昇降量が小さい上に、吸引から
吐出への切換わり時の圧力の立上りが遅れまた吐出から
吸引への切換わり時の圧力の立下りが遅れるので、エア
ーポンプを比較的に大型高出力にする必要がある。

特開昭５９−２８９６９号公報には１人工心臓の作動流
体室に供給する気体又は液体を収納した袋をリニアモー
タで間欠的に押圧するポンピング装置が開示されており
、これによれば、高、低圧電磁開閉弁を省略しうるので
、機器要素は一応少くなるが、作動媒体が気体の場合に
は、それが可圧縮性であるので、吸引から吐出への切換
ねり時の圧力の立上りが遅くまた吐出から吸引への切換
ねり時の圧力の立下りが遅く、作動流体により圧力吸収
があるので装置体積を格別に小さくできない。

ところで作動媒体を非圧縮性の流体すなわち液体にする
と、吸引から吐出への切換わり時の圧力の立上りが速く
また吐出から吸引への切換わり時の圧力の立下りが速く
、作動流体による圧力吸収がないので、装置体積を格段
に小さくできる。

ところが非圧縮性の作動媒体、例えばシリコンオイルな
どの液体を用いて例えば人工心臓をポンピング駆動する
と、例えば人工心臓の吸引工程（ポンピング装置の吸引
工程）で、負圧（の絶対値）の上昇速度が速く、生体心
臓に結合され生体血液を人工心臓に導びくカニユーレに
よる血液吸引力の立上りが速く、かつ作動媒体が非圧縮
性であるので、この速度に対して相対的に生体の該カニ
ユーレの先端部への集血速度が遅いと、あるいは。

該カニユーレの先端部に対して生体組織があまりにも接
近していると、生体組織がカニユーレに吸引されて、こ
れによりカニユーレの血液吸引が少くなり生体組織の吸
引が更に強くなり、生体組織が傷付く。

本発明は、ポンピング装置の機構要素を低減しかつ装置
体積を低減しかつ、上述のような、比較的に高速度のポ
ンピング出力圧変化による障害を防止することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明のポンピング装置は、流体出力ポート（１５）に
連通し非圧縮性の液体（シリコンオイル）が収納された
流体空間（５０）を縮小／拡大する往復動部材（１８，
１９）　、往復動部材（１８，１９）を往復駆動するた
めの電気コイル（３０）、および、電気コイル（３０）
の延びる方向と直交する方向の磁界を電気コイル（３０
）に与え電気コイル（３０）に正／逆通電方向に対応す
る往／復方向の移動力を発生させる磁界発生手段（２５
〜２８）、を有するリニアモータ駆動の液体ポンプ（１
２）　；液体出力ポート（１５）もしくはそれに連通ず
る流路の圧力を検出する圧力検出手段（６１）；電気コ
イル（３０）に正／逆通電する通電手段（３１）　；電
気コイル（３０）の正／逆通電の少くとも一方（吸引の
ための逆通電）において通電手段（３１）を介して電気
コイルの通電電流値（逆通電電流値）を漸増し、圧力検
出手段（６１）が検出した圧力が設定範囲を外れた時に
はこの漸増を停止する電流値制御手段（４３）　；を備
える。なお、カッコ内の記号又は説明は１図面に示し後
述する実施例の対応要素又は事項を指すものである。

（作用）このポンピング装置を例えば、前述の人工心臓駆動に使
用する場合、リニアモータ駆動の液体ポンプ（１２）が
、その流体出力ポート（１５）を通して人工心臓の作動
室に非圧縮性の液体（シリコンオイル）を介して高圧（
吐出圧）と低圧（吸引圧）を交互に与える。これは１通
電手段（３１）が液体ポンプ（１２）の電気コイル（３
０）に交互に正／逆通電することにより行なわれる。こ
のように液体ポンプ（１２）が非圧縮性の作動液体を人
工心臓に供給するので、吸引から吐出への切換わり時の
圧力の立上りが速くまた吐出から吸引への切換わり時の
圧力の立下りが速く１作動流体による圧力吸収がないの
で、従来のポンピング装置の構成要素であるアキュムレ
ータや高、低圧電磁開閉弁を省略してすなわちポンピン
グ装置の機構要素を低減してしかも装置体積を小さくで
きる。

ところで、例えば人工心臓の駆動に用いている場合、カ
ニユーレの先端部への集血速度が遅く。

および又は、該カニユーレの先端部に対して生体組織が
あまりにも接近しているときには、ポンピング装置の吸
引工程で、ポンピング装置の出力ポートの吸引圧の増加
速度に対して人工心臓の作動液体室の空間容積の収縮が
遅くなって、該作動液体室（出力ポート）の吸引圧が増
大する。この吸引圧を圧力検出手段（６１）が検出し、
この吸引圧が設定範囲を外れると、電流値制御手段（４
３）が、電気コイルの通電電流値（逆通電電流値）の漸
増を停止するので、そこで吸引圧の増加速度が低下する
。

すなわち集血量に見合うように自動的に吸引速度が遅く
される。したがって、生体組織がカニユーレに強く吸引
されることがなくなり、生体組織を傷付ける確率が低減
する。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の
実施例の説明より明らかになろう。

（実施例）第１図に、本発明の一実施例を、人工心臓に結合した態
様で示す。人工心臓１は、外容器内の作動室３にダイア
フラム２を収納し、ダイアフラム２の内空間４に吸引用
逆止弁５を介して第１カニユーレ７を連通とし、かつ吐
出用逆止弁６を介して第２カニユーレ８を連通とした公
知の構造のものであり、図示状態では、第１カニユーレ
７を生体心臓の左心房１０に接続し、第２カニユーレ８
を大動脈１１に接続している。人工心臓１の、シリコン
オイル３を収納した作動室３は、チューブ９を介して、
リニアモータ駆動の流体ポンプ１２の出力ポートＩ５に
接続されている。この作動室３の圧力を圧力センサ６１
が検出し、検出圧に対応するレベルの電圧を、ポンピン
グコントローラ４２に与える。

第１図には、もう１組の人工心Ｗａ１０１を生体心臓に
接続した態様を示している。この人工心臓１０１の作動
室はチューブ９を介して、もう１つの流体ポンプ１２０
１の出力ポート１５０１に接続されている。流体ポンプ
１２０１は、流体ポンプ１２の構造と全く同一構造であ
り、かつ同一寸法である。人工心Ｗａ１０１の作動室の
圧力を圧力センサ６１０１が検出し、これを示す信号（
電圧）をポンピングコントローラ４２０１に与える。

第２ａ図に、リニアモータ駆動の流体ポンプ１２の拡大
縦断面を示し、第２ｂ図に、第２ａ図のＩＩＢ−ＩＩＢ
線断面を示す。これらの図面を参照すると、流体出力ポ
ート１５が形成された端部材１４は、外ケース１６と共
に、リング１３に固着されている。リング１３には大略
円筒状のベローズ１９の右端が固着されている。ベロー
ズ１９の左端には、隔壁部材】７が固着されている。こ
れら端部材１４．ベローズ１９および隔壁部材１７で、
出力ポート１５に連通ずる流体空間５０が区画されてい
る。

隔壁部材１７の中心には、ロッド１８の右端が固着され
ている。このロッド１８を右／左に往／復駆動すること
により、流体空間５０が縮小／拡大し、出力ポート１５
より流体空間５０のシリコンオイルが人工心ａ１の作動
室３に供給され、まり１作動室３のシリコンオイルが出
力ポート１５を通して流体空間５０に吸入される。

外ケース１６の左端壁には、リニアモータの端板５１ｐ
が固着されており、この端板５１Ｐの中心点を間に置い
て、相対向する２つの、磁性体の支持板２１．２２の右
端が、磁性体の端板５１ｐに固着されている。支持板２
１．２２の左端は、もう１つの、磁性体の端板５２Ｐに
固着されている。支持板２１．２２で、それらの間に第
１および第２の軸受け２０Ａおよび２０Ｂが支持されて
おり、これらの軸受け２０Ａおよび２０Ｂを、ロッド１
８が貫通している。支持板２１の上面には永久磁石板２
５が、支持板２２の下面には永久磁石板２６が固着され
ている。

端板ｓｔｐおよび５２ｐの上端には磁性体の支持板２３
が、また端板５１ｐよび５２ｐ下端には磁性体の支持板
２４が固着されており、支持板２３の下面には永久磁石
板２７が、支持板２４の上面には永久磁石板２８が固着
されている。永久磁石板２５と２７の間、および永久磁
石板２６と２８の間には、コイルボビン２９が通る空間
があり、そこにコイルボビン２９が配設されている。こ
のコイルボビン２９を、永久磁石板２５．支持板２１．
ロッド１８、支持板２２および永久磁石板２６が貫通し
ている。コイルボビン２９には電気コイル３０が巻回さ
れている。また、このコイルボビン２９には、第２ｂ図
に示すように、支持板２１と２２の間の空隙を通るアー
ム２９Ａが一体になっており、このアーム２９Ａにロッ
ド１８が固着されている。

したがって、コイルボビン２９が右左に移動することに
よりロッド１８が右左に移動し、隔壁部材１７が右左に
駆動され、流体空間５０が縮小／拡大し、出力ポート１
５より流体空間５０のシリコのシリコンオイルが人工心
臓１の作動室３に供給され、また、作動室３の空気が出
力ポート１５を通して流体空間５０に吸入される。

永久磁石板２５は、上表面がＮ極に、下表面がＳ極にな
るように均一に永久磁化しており、永久磁石板２７は、
上表面がＮＶｉに、下表面がＳ極になるように均一に永
久磁化しており、永久磁石板２５と２７の間の空間すな
わち電気コイル３０が移動する空間には、永久磁石板２
５側がＮ極で、永久磁石板２７側がｓｌの、実質上均一
な磁界（平行磁界）が形成されている。磁束は、永久磁
石板２５の上面−永久磁石板２７の下面−永久磁石板２
７の上面−支持板２３一端板５１．５２−支持板２１−
永久磁石板２５の下面−永久磁石板２５の上面、という
経路で流れる。

永久磁石板２６は、下表面がＮ極に、上表面がＳ極にな
るように均一に永久磁化しており、永久磁石板２８は、
上表面がＳ極に、下表面がＮ極になるように均一に永久
磁化しており、永久磁石板２６と２８の間の空間すなわ
ち電気コイル３０が移動する空間には、永久磁石板２６
側がＮ極で。

永久磁石板２８側がＳ極の、実質上均一な磁界が形成さ
れている。磁束は、永久磁石板２６の下面−永久磁石板
２８の上面−永久磁石板２８の下面−支持板２４一端板
５１ｐ、　５２ｐ−支持板２２−永久磁石板２６の上面
−永久磁石板２６の下面、という経路で流れる。

今、電気コイル３０に、それの、永久磁石２５−２７間
の部分で、第２ａ図紙面を表から裏に抜ける方向の電流
（正方向電流）が流れると、フレミングの左手の法則に
より、電気コイル３０の。

永久磁石２５−２７間の部分、ならびに、永久磁石２６
−２８間の部分に、右方に向かう電磁力が作用し、電気
コイル３０つまりはコイルボビン２９が第２ａ図で右方
に移動しロッド１８が右方に駆動される（吐出）。電気
コイル３０に、上記とは逆方向の電流（逆方向電流）が
流れると、コイルボビン２９が左方に移動しロッド１８
が左方に駆動される（吸入）。

電気コイル３０はモータドライバ３１に接続されている
。モータドライバ３１およびそれの通電制御を行なうポ
ンピングコントローラ４２の構成を第３図に示す。

第３図を参照すると、前述のりニアモータの電気コイル
３０の一端は、スイッチングトランジスタＴ　ｒｉｐ又
はＴｒ２ｎを通して、プラス電源線Ｐｓｐ又はマイナス
電源線Ｐ　ｓｎ、に接続され、電気コイルの他端は、ス
イッチングトランジスタＴ　ｒｌｎ又はＴｒ２ｐを通し
て、プラス電源線Ｐｓｐ又はマイナス電源線Ｐｓｎに接
続される。電気コイル３０には、サージ電圧短絡用のゼ
ナーダイオード３２が並列に接続されている。プラス電
源線Ｐｓｐは、リレー３５により＋２４Ｖの電源端子に
接続され、マイナス電源線Ｐｓｎは、電流検出用の低抵
抗器３７を介して機器アースに接続されている。リレー
３５のコイルは、リレードライバ（増幅器）３４に接続
されている。

ポンピングコントローラ４２のＲ／Ｓフリップフロップ
５２の出力Ｑが高レベルＨになると、フォトカプラ３２
ｐの発光ダイオードが点灯して、スイッチングトランジ
スタＴｒｉｐおよびＴｒ２ｐが導通（オン）シ、電気コ
イル３０に正方向の電流が流れて、電気コイル３０が第
２ａ図で右方に移動し、出力ポート１５より流体空間５
０のシリコンオイルが吐出される（正圧期間：吐出期間
）。Ｒ／Ｓフリップフロップ５２の出力ＱがＨのときに
は、それがインバータ３３で反転されてフォトカプラ３
２に与えられるので、フォトカプラ３２の発光ダイオー
ドは点灯せず、スイッチングトランジスタＴｒｌｎおよ
びＴｒ２ｎは非導通（オフ）である。

ポンピングコントローラ４２のＲ／Ｓフリッププロップ
５２の出力Ｑが高レベルＬになると、インバータ３３の
出力がＨになるので、フォトカプラ３２ｎの発光ダイオ
ードが点灯して、スイッチングトランジスタＴｒｌｎお
よびＴｒ２ｎが導通し、電気コイル３０に逆方向の電流
が流れて、電気コイル３０が第２ａ図で左方に移動し、
出力ポート１５より流体空間５０にシリコンオイルが吸
引される（負圧期間：吸引期間）。

電気コイル３０を流れる電流は、電流検出用の低抵抗器
３７を流れる。この低抵抗器３７の電圧（コイル電流信
号：電気コイル３０の電流Ｉｃに比例する電圧）がロー
パスフィルタ３８を通してポンピングコントローラ４２
の増幅器３９に与えられ、そこでレベル校正されてホー
ルド回路４０に与えられる。ホールド回路４０の保持電
圧は、ＣＰＵ　（マイクロプロセッサ）４３でデジタル
データに変換されてそれに読込まれる。

なお、リレー３３の切換え信号は、ＣＰＵ４３がモータ
ドライバ３１に与える。

ポンピングコントローラ４２は、ＣＰＵ４３および操作
・表示ボード４４を含む。操作・表示ボード４４には、
図示しないが、各種駆動パラメータの調整を指示する多
数のキースイッチ、スタート指示のためのキースイッチ
およびストップ指示のためのキースイッチと、その時の
各パラメータの値を表示する様々な表示器が備わってい
る。調整可能なパラメータとしては２人工心９１に印加
する駆動液体（シリコンオイル）を駆動する力（正、逆
通電電流値）、正圧を印加する期間及び拍動周期が含ま
れる。また、この例では１人工心臓１に正圧を印加する
タイミングと負圧を印加するタイミングとをＣＰＵ４３
の内部で生成する（内部同期）か、又は外部から印加さ
れる同期信号（第３図の「外部同期」）に同期するかを
切換え可能になっている。

この実施例では、電気コイル３０の通電電流値は、１周
期Ｔ（６４μ５ｅｃ）の間のＴｐ区間は電気コイル３０
に正方向通電し、Ｔ−Ｔｐ区間は電気コイル３０に逆方
向通電して、Ｔｐ／Ｔで定めるようにしている。例えば
第６図に示すようにフリップフロップ５２の出力ＱをＴ
周期でＨ／Ｌに切換えてＨ区間Ｔｐを順次に短くすると
、電気コイル３０には出力Ｑが■（のときに＋２４Ｖの
電圧（正方向通電電圧）が、Ｌのときに一２４Ｖの電圧
（逆方向通電電圧）が加わり、時系列の平均化（平滑化
）電圧が、プラスからマイナスに順次に変化する。この
電圧に対応した電流が電気コイル３０に流れる。

すなわちこの実施例では、一種のデユーティコントロー
ルで、電気コイル３０の通電電流値の絶対値および極性
を定めるようにしている。

このデユーティコントロールの周期Ｔは、６４μｓｅｃ
であり、これは、４ＭＨｚの発振器５０の発生パルスを
、カウント値が２５６になるとキャリーパルスを発生し
自動的にカウント値０に戻ってまたカウントアツプを行
なうサイクリックカウンタ５１のキャリーパルス、すな
わち発振器５０が発生する０、２５μｓｅｃ周期のパル
スを２５６個カウントしたときに発生するパルス（周期
Ｔ＝０．２５μｓｅｃ　Ｘ２５１３　＝　６４μ５ｅｃ
）　、でフリップフロップ５２をセットすることにより
定めている。周期Ｔの間の正方向通電区間Ｔｐは、Ｔｐ
を示すデータＶ。をプリセットカウンタ４９に与え、プ
リセットカウンタ４９が、カウンタ５０のキャリーパル
スに応答してデータｖｏをロードして、それから発振器
５０が発生するパルスをカウントダウンして、カウント
データが零（Ｖｏのカウント完了）になったときにボロ
ーパルスを発生して、このボローパルスでフリップフロ
ップ５２をリセットする、ことにより定めている。した
がって、ＣＰＵ４３が入出力ポ−ト４５を介してプリセ
ットカウンタ４９のプリセットデータ入力端に与えるＶ
、データを変更することにより、周期′ｒにおける正方
向通電区間Ｔｐの長さ、すなわちデユーティが変化する
。

拍周期は、外部から与えられる同期信号で定められる（
外部同期モード）か、あるいは、操作・表示ボード４４
から入力された拍周期データＴｃ（ｍ＋ｅｃ単位）によ
り定められる（内部同期モード）。

内部同期モードのときには、ＣＰＵ４３は。

１ｎ＋ｓｅｃの時間経過毎にタイマ５３が発生するタイ
ムオーバ信号（キャリーパルス）に応答して割込処理を
実行し、この割込処理で、タイムオーバ信号の到来数を
カウントして、カウント値がＴｃになると、プリセット
カウンタ４９へのプリセットデータＶＯを、吐出期の駆
動電圧Ｖｐ（Ｔｐを示す８ビツトデータ）に切換え、カ
ウント値を初期化（クリア）する。外部同期モードのと
きには、外部から同期信号が到来したときにこのように
切換える。

ロッド１７の吐出ストロークは、プリセットカウンタ４
９にＶ、＝Ｖｐを与えている間、電気コイル３７の電流
値Ｉｃを積分して積分値により把握し、これが、予め操
作・表示ボード４４より入力された吐出期ストローク指
定値Ｌｐになる（吐出期が終了する）と、ＣＰＵ４３は
、そこで、前述の割込処理で、プリセットデータＶ、を
１小さい値に更新する（デユーティを１ステツプづつ下
げる）。第６図に示すように、電気コイル３０に印加す
る電圧は＋２４Ｖ〜−２４Ｖであり、この間に２５６ス
テツプ（８ビツトデータの最高値）を割り当てているの
で、１ステツプは、４８／２５６　ｙであり、前述の割
込処理で、プリセットデータｖｏを１小さい値に更新す
るので、このときの電圧低下速度は、（／１８／２５６
）　Ｘ　１０００　Ｖ　／　ｓｅｅとなる。プリセット
データＶＯが、操作・表示ボード４４で予め入力された
吸引期の最低電圧（絶対値では、吸引期の最高電圧）指
定値Ｖｎ以下になったときに、そこで、プリセットデー
タＶ、の更新（低減）を停止する。

最低電圧指定値Ｖｎ以下になるまででも、圧力センサ６
１の検出圧が、ポテンショメータ４８で指定された設定
圧以下（吸引期であるので、検出圧は負圧である。圧力
の絶対値で表現すると、検出圧が設定圧以上、となる）
になったとき１こけ、そこで、設定圧を越えるまでプリ
セットデータｖ。

の更新（低減）を停止する。

なお、第１図に示すモータドライバ３１０１の構成もモ
ータドライバ３１の構成と同一であり。

また、ポンピングコントローラ４２０１の構成もポンピ
ングコントローラ４２の構Ｊ戊と同一である。

第４図に、第３図に示すＣＰｔＪ４３の制御動作の概要
を示す。電源が投入される（ステップ１：以下カッコ内
ではステップという語を省略）と、ＣＰＵ４３は初期化
（２）を行なう。即ち、内部メモリの内容をクリアし、
出力ポートには待機時の出力信号レベルを出力し、内部
メモリの各種パラメータ値を書込む領域（レジスタ）に
予め定めている初期値（標準値）を設定（書込み）する
。

この初期化（２）において、吐出期に電気コイル３０に
印加する電圧データＶｐ（平均電圧Ｖｐを電気コイル３
０に印加するための、ＴＰ区間長を示すデータ；単位は
発振器５０が発生するパルスの周期０．２５μｓｅｃで
あり、該パルスをカウント数を示す８ビツトデータ）を
書込むレジスタＶｐに、標準値Ｖｐｓを書込み、吐出量
ストローク（吐出期間）データＬｐｔ！−書込むレジス
タＬｐに標準値Ｌｐｓを、吸入期に電気コイル３０に印
加する電圧データＶ　ｎ　（上記ＶＰと同様な８ビツト
データ）を書込むレジスタＶｎに標準値Ｖｎｓを、内部
同期駆動の場合の拍周期データＴｃ（単位は１ＩＩｓｅ
ｃであり、タイマ５３のタイムオーバ回数）を書込むレ
ジスタＴｃに標準値Ｔｃｓを、電気コイル３０の温度変
化による抵抗値変化によるストローク計算値の誤差を補
正する係数データＡ　（Ａ　＝Ｒ／Ｒｓ；Ｒは時々刻々
のコイル抵抗、Ｒｓは標準温度でのコイル抵抗）を書込
むレジスタＡに標準値Ａｓ（Ａｓ＝１）を、電気コイル
３０が移動を開始する直前の電流値Ｉｏ　　（通電レベ
ルを次第に上げたときコイル３０が停止を維持する最高
電流値）を書込むレジスタ１．に標準値ＩＯｓを、スト
ローク計算式中のＲ／（Ｂ　−Ｌ）を表わすデータＤを
書込むレジスタＤに標準値Ｄｓ＝Ｒｓ／（Ｂ−Ｌ）を、
また、コイル電流検出用抵抗３７の抵抗値Ｒ，７を書込
むレジスタＲ３７に標準値Ｒ３７ｇを、書込む。

初期化（２）を終えるとＣＰＵ４３は、操作ボード４２
に備わった各種キースイッチの入力操作の読取りと入力
に応じた設定値（上記各種レジスタの内容）の変更、及
び、その時の各種パラメータの設定値の、操作ボード４
２への表示出力処理を行なう　（４）。

操作ボード４２のスタートキースイッチが操作されると
、ＣＰＵ４３は、拍動回数カウント用のレジスタＰの内
容を１として（６）、割込みを許可して（７）、リレー
３５に通電して、プラス電源ラインＰｓｐを＋２４Ｖ電
源端に接続して（８Ａ）、プリセットカウンタ４９に、
Ｖｏ＝Ｖｐを与える（８Ｂ）。これにより吐出量の電圧
ＶＰが、電気コイル３０に印加され、電気コイル３０に
正方向電流が流れる（第２ａ図の流体空間５０が縮小さ
れ高圧が人工心ＩＪｉｌに印加される）。

割込みの許可（７）により、タイマ５３がタイムオーバ
信号を発生する（　１ｍ５ｅｃの時間経過毎）と、ＣＰ
Ｕ４３は第５図に示す割込処理（２ｏ）を実行する。

ＣＰＵ４３は、その後はメインルーチン（第４図）にお
いては、操作・表示ボード４４に新たな入力があるのを
待つ（９）。新たな入力があると、それが操作パラメー
タであるときには、それを格納しているレジスタの内容
を今回入力のものに更新して表示もそれに変更する（１
０．１１）。ストップ入力があったときには、リレー３
５を非通電（これによりモータドライバ３１の電源がオ
フになって、リニアモータ１２が停止）にして（１２゜
１３）１割込みを禁止する（１４）。この割込みの禁止
により、ＣＰＵ４３は、第５図の割込み処理を実行しな
くなる。そしてＣＰＵ４３は、再度スタート入力がある
のを待つ（４，５）。

第５図に示す割込処理（２０）を参照して、ＣＰＵ４３
のポンピング制御を説明する。なおこの割込処理（２０
，）は、タイマ５３がタイムオーバ信号を１ｍ５ｅｃ周
期で発生し、この信号に応答して実行されるので、　１
ｍ５ｅｃ周期で実行される点に注意されたい。また、こ
の割込処理（２０）は、内部同期モードが指定されてい
る場合に実行されるものである。外部同期モードが指定
されているときには、メインルーチン（第４図）で操作
ボード入力を待っているとき（９）に外部同期信号が到
来すると、その到来を示す４３号をあるレジスタに書込
み、割込処理では、第５図のステップ２１Ａおよび２１
Ｂの代りに、該レジスタの内容を参照して、それに外部
同期信号の到来を示す信号があると、該レジスタをクリ
アして後述のステップ３０に進み、外部同期信号の到来
を示す信号がないときには、後述のステップ２１Ｂに進
む。その他の点では、内部同期モードと外部同期モード
の制御動作は同様である。

（１）　ｉ’！ｊ源オン（１）後最初のスタート入力（
５）に応答した第１拍の、吐出期間の制御：レジスタＰが初期化（２）でクリアされているので、そ
の内容Ｐは０である。内容Ｐは、ポンピング駆動スター
トから第１拍期間が経過している（Ｐ＝１．Ｐ＝０）か
否かを示すデータである。

レジスタＳが初期化（２）でクリアされているので。

その内容Ｓは０である。内容Ｓは吐出期か吸引期かを示
すデータであり、Ｓ＝１は吸引期を、Ｓ＝Ｏは吐出期を
示す。

内部同期モードで割込処理（２０）に進むとＣＰＵ４３
は、回数カウントレジスタｎの内容を１インクレメント
して（２１Ａ）　１回数カウント値ｎが拍周期Ｔｃ以上
になったかをチエツクしく２１１１）、なっていないと
、レジスタＳの内容Ｓを参照しく２２）、　Ｓ＝Ｏであ
るので、電気コイル３０の電流値１ｃを読込む（２３）
。これにおいては、まずホールド回路４０にホールドを
指示して、その時点の電流検出信号を保持させ、Ａ／Ｄ
変換入力ポートＡＤのアナログ信号をデジタル変換して
読込む。

読込んだ電流値データＩｃは、レジスタＲＩｃに書込む
。

次にＣＰＵ４３は、１ｍ５ｅｃの間の、電気コイル３０
（ロッド１８）の移動量Ｄ・（ＲＩ　ｃ　−Ｉ　ｏ　１Ａ−ｄ　ｔ、ｄｅ＝ｉｎ
＋ｓｅｃ、を算出して、レジスタＸの内容に加えて（積
分して）、加えた和を該レジスタＸに更新書込みする（
２４）、すなわち、ロッド１８の移動量を算出し、レジ
スタＸの内容を算出した値に更新する。なお、Ｄ、ＲＩ
ｃ、　　Ｉ　□およびＡは。

それぞれ前述のレジスタＤ、　ＲＩｃ、　　Ｉ　□およ
びΔの内容であり、ＲＩｃは、この時点のコイル電流値
ｒｅを示すものである。

次に、レジスタＸの内容Ｘ（ロッド１゛８の右方向移動
量）がレジスタＬＰの内容Ｌｐ（ロッド１８の右方向駆
動ストローク設定値；吐出期間）以上になっているかを
チエツクして（２５）、なっていないとメインルーチン
（第４図）に戻る（リターン）。このようにして、割込
処理（２０）に進むたびに、ステップ２１Ａ−２１ｒｌ
−２２−２３−２／ｌ−２５−リターン、と実行する。

Ｘ≧Ｌｐになる（スタート指示後、第１拍の吐出期間が
終了する）と、レジスタＳの内容を吸引期を示す１に更
新する（２６）。

（２）電源オン（１）後最初のスタート入力（５）に応
答した第１拍の、吸引期間の制御：レジスタＰの内容ＰはＯ、レジスタＳの内容Ｓは１であ
る。

割込処理（２０）に進むと、ステップ２１Ａ　−２１Ｂ
２２−２７、と進んで、比較器４７の出力をチエツクし
く２７）、かつプリセットカウンタ４９への出力データ
ｖｏが、吸引期の最低電圧Ｖｎ以下かをチエツクする（
２８）。比較器４７の出力は、圧力センサ６１の検出圧
がポテンショメータ４８で設定された圧力以下（吸引負
圧が設定負圧以上：吸引圧オーバ）のときにＩ］、検出
圧が設定圧を越える（吸引負圧が設定負圧未満：吸引圧
適）ときにしてある。比較器４７の出力がＬ（吸引圧適
）であって、しかもＶ、がＶｎよりも大きい（吸引期の
最低電圧Ｖｎまでコイル電圧を下げていない）ときには
１、データＶ。を、１小さい数を示すものに更新してプ
リセットカウンタ４９に更新出力する（２９）。このよ
うにして、吸引圧の絶対値が設定圧の絶対値よりも低く
、しかも、コイル電圧をＶｎまで下げていない間は、割
込処理（２０）では、ステップ２１Ａ−２１Ｂ−２２−
２７−２８−２９、を実行する。回数カウントレジスタ
ｎの内容がＴｃ以上になる（吸引期が終了する）と１回
数カウントレジスタｎをクリアしく３０）、レジスタＳ
をクリアしく３１）、プリセットカウンタ４９へのプリ
セットデータｖｏを、吐出期のコイル電圧を指定するＶ
ｐに更新しく３２）、ス１−ロークレジスタＸをクリア
して（３３）、レジスタＰの内容がこの時点ではＯであ
るので、その内容Ｐを１インクレメントする（３５）。

（３）第２拍以降の、吐出期間の制御：上記（１）の制
御に同じ。

（４）第２拍以降の、吸引期間の制御：回数カウントレ
ジスタｎの内容ｎがＴｃ未謂の間の制御は、上記（２）
の制御と同じである。しかし、ｎｌＪ＜Ｔｃ以上になっ
たときに、電気コイル３０の抵抗値Ｒを算出する（３６
）。すなわちＲ＝　Ｖ　Ｏ／　ＲＩ　ｃ　　Ｒ３−、を
算出する。なお。

ｖｏは、電気コイル３０に印加した電圧、ＲＩｃはレジ
スタＲＩ　ｃの内容であって、吐出期未尾の電気コイル
３０の電流値ＩＣ，Ｒ３７はレジスタＲ３７の内容であ
って、電流検出用抵抗３７の抵抗値である。次にＣＰＵ
４３は、補正係数Ａ＝Ｒ／Ｒｓを算出してレジスタＡに
更新書込みする（３７）、　Ｒｓは、電気コイル３０の
標準抵抗値である。このように更新した補正係数Ａは、
次回の吐出期のストロークＸの算出（ステップ１１）で
用いられる。このように抵抗値Ｒを算出するのは、リニ
アモータ１２に温度変化があってその抵抗値Ｒが変動し
、コイル電流Ｉｃによる吐出期ストロークＸの算出値が
変動して不正確になるので、これを補償するためである
。

スタート直後は、ロッド１８の位置が不明であるので、
ロッドの初期位置が右寄りであったときには正方向通電
（吐出期通電）をしている間に、ベローズ１９が過度に
圧縮されてロッド１８の右移動が停止し、しかもなお正
方向通電が継続するかも知れないし、逆に、ロッド１８
の初期位置が左寄りであったときには、ベローズ１９を
過度に圧縮するまでに吐出期間を終了しまだ圧縮しうる
のに正方向通電を停止するかも知れない。したがって、
スタート直後の第１拍の吐出期の、電気コイル３０負荷
および移動速度にはばらつきが予想されるので、第１拍
の吐出期の検出電流（Ｒｌｃ）に基づいた電気コイル３
０の抵抗値Ｒの計算（３６）と抵抗値に基づいた補正係
数への変更（３７）は実行しない。

以下同様に、第３拍以下の吸引期の終了時点（ｎがＴｃ
以上になったとき）に、抵抗値Ｒの算出（３６）と補正
係数Ａの変更（３７）を実行し、第３拍の吐出期から、
！￥出した補正係数Ａに基づくストロークＸの算出（２
４）を行なう。第１拍と第２拍の吐出期のストロークＸ
の算出では、そのときレジスタに書込まれている補正係
数Ａ＝Ａ！ｌが計算に用いられる。

上述のように、電気コイル３０の通電電流値Ｉｃを積分
（２４）　してロッドＩ８のストロークＸを算出してそ
れが設定値ＬＰになると、吐出から吸入に切換えるので
、設定値ＬＰおよび又は吐出刻印加電圧ＶＰを調整する
ことにより、液体ポンプ１２の吐出流量、つまりは人工
心Ｑ１の吐出流量、が調整される。この調整は、この実
施例では、操作ボード４４のキー操作により、レジスタ
ＬＰおよび又はＶＰの内容を変更することにより可能で
ある。このように、ポテンショメータなどの、位置検出
手段を用いることなく、吐出流量の調整が可能である。

また、電気コイル３０の抵抗値Ｒを検出して。

それに対応してストローク演算式（積分式）の補正体、
数Ａを更新するので、すなわち電気コイル３０の抵抗値
Ｒの変動（主に温度変化に原因する）に対応してストロ
ーク演算式を修正するので、電気コイル３０の温度変化
による抵抗値の変化があっても、正確なストロークすな
わち吐出流量が維持される。

吐出期の間、コイル印加電圧Ｖｏ（これは第６図のＴＰ
を示すデータであり、これにより、コイル３０には第６
図に示す関係の平均電圧が印加される）はＶＰで一定で
あるが、吐出期から吸引期に切換わると、このコイル印
加電圧ＶＯが１　ｍ５ｅｃの経過毎に１ステップ小さく
されて、電圧が（４８／２５６）　Ｘ　１０００　Ｖ　
／　ｓｅｃの速度で、正から次第に低下してＯとなり続
いて負方向に次第に高くなる（負方向電流の漸増）。そ
して、ｖｏをＶｎ（吸引電圧の指定値）まで変更すると
、そこで電圧の変更が停止される（２８．２９）。この
ように電圧を正側から負側に低下させ次いで負側に増大
させている間、すなわち吸引圧を高くしつつある間に、
センサ６１の検出圧が設定値以下（負圧絶対値が設定値
以上：負圧オーバ）になった（比較器／Ｉ７の出力がＨ
になった）ときには、そこで電圧（ＶＯ）の変更（逆方
向電流の漸増）を停止しく２７−リターン）、設定値未
満になると電圧の変更（逆方向電流の漸増）を行なう（
２７−２８−２９）。

したがって、吸引期間の吸引圧の増大に対して、カニュ
ーレアの先端部への集血速度が遅く、および又は、該カ
ニユーレの先端部に対して生体組織があまりにも接近し
ているときには、ポンピング装置の吸引工程で、ポンピ
ング装置の出カポ−１−の吸引圧の増加速度に対して人
工心Ｑ１の作動室３の空間容積の収縮が遅くなって、作
動室３（出カポート１５）の吸引圧が増大するが、この
とき圧力センサ６１の検出圧が設定値より低下しく吸引
圧が設定圧以上になる）で比較器４７の出力がＬからＨ
に変化し、これに応答してＣＰＵ４３が、電圧（Ｖｏ）
の変更（逆方向電流の漸増）を停止する（２７−リター
ン）ので、そこで吸引圧の増加速度が緩やかになり、こ
れに伴ってカニユーレの先端部への集血が進み作動室３
（出力ポート１５の圧力が上昇（吸引圧が低下）する。

この吸引圧の低下により比較器４７の出力がＨからＬに
戻ると、ＣＰＵ４３は、また電圧（Ｖｏ）の変更（逆方
向電流の漸増）を行なう。ただし、Ｖ、がＶｎ以下にな
っていると、この変更は行なわない。

したがって、生体心臓がカニューレアに強く吸引される
ことがなくなり、生体心臓を傷付ける確率が低減する。

例えば、吐出期間の印加電圧データＶｐを、生体心Ｗａ
ｌに略１００ｍｍＨｇ程度の正圧を与えるものに設定し
、吸引期間の印加電圧データＶｎを、−５０ｍ　ｍ　Ｈ
ｇ程度の負圧を与えるものに設定して、圧力センサ６１
の検出値を参照しないで、吐出期間が終了すると、連続
してＶＰからＶｎまで、（４８／２５６）　ｘｌ　００
０　Ｖ　／　ｓｅｃの速度でコイル印加電圧を変更する
と、カニユーレ７の先端部への集血速度が遅いかカニュ
ーレアの先端部に対して心Ｇ壁があまりにも接近してい
るときには、第７図のグラフＰに示すように、カニュー
レアの吸引負圧が一１００１１Ｉ！ｌｌ１ｇにもなるこ
とがある。このような場合に、ポテンシ目メータ４８で
設定圧を一５０ｍｍ１１ｇとして、前述の実施例で圧力
センサ６１の検出圧が一５０ｍｍ１ｇ以下になるとコイ
ル印加電圧の変更を停止するようにすると、第７図のグ
ラフ■に示すように、カニューレアの吸引負圧は一５０
ｍｍ１１ｇ程度（正確には、下ピークが一６０ｍｍ１ｇ
程度）に抑制され、過大な（−１００ｍｍｌ１ｇに及ぶ
ような）吸引圧がカニューレアの先端に加わらない。

なお、上記実施例の液体ポンプ１２は、往復動部材とし
てロッド１８およびベローズ１９を用いているが、外ケ
ース１６をシリンダにして、ベローズ１９をピストンに
代えてもよい。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明のポンピング装置では、リニアモー
タ駆動の液体ポンプ（１２）が、その流体出力ポート（
１５）を通して人工心臓の作動室に非圧縮性の液体（シ
リコンオイル）を介して高圧（吐出圧）と低圧（吸引圧
）を交互に与える。これは、通電手段（３１）が液体ポ
ンプ（１２）の電気コイル（３０）に交互に正／逆通電
すること（吐出期と吸引期の切換え）により行なわれる
。このように液体ポンプ（１２）が非圧縮性の作動液体
を人工心臓に供給するので、吸引から吐出への切換わり
時の圧力の立上りが速くまた吐出から吸引への切換わり
時の圧力の立下りが速く、作動流体による圧力吸収がな
いので、従来のポンピング装置の構成要素であるアキュ
ムレータや高、低圧電磁開閉弁を省略してすなわちポン
ピング装置の機構要素を低減してしかも装置体積を小さ
くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の外観を示す側面図である
。第２ａ図は、第１図に示す液体ポンプ１２の拡大縦断面
図である。第２ｂ図は第２ａ図のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。第３図は、第１図に示すモータドライバ３１およびポン
ピングコントローラ４２の構成を示す電気回路図である
。第４図は、第３図に示すマイクロプロセッサ４３の制御
動作の概要を示すフローチャートである。第５図は、第３図に示すマイクロプロセッサ４３の割込
処理動作を示すフローチャートである。第６図は、第３図に示すフリップフロップ５２の出力Ｑ
と、リニアモータ１２の電気コイル３０に印加される電
圧との関係を示すタイムチャートである。第７図は、第１図に示す圧力センサ６１の検出圧を示す
グラフであり、グラフＩは、本発明の主要点である検出
圧対応のコイル通電電流値変更停止、をしたときの検出
圧力を示し、グラフＰはそれをしないときの検出圧力を
示す。

Claims

【特許請求の範囲】流体出力ポートに連通し非圧縮性の液体が収納された流
体空間を縮小／拡大する往復動部材、該往復動部材を往
復駆動するための電気コイル、および、該電気コイルの
延びる方向と直交する方向の磁界を該電気コイルに与え
該電気コイルに正／逆通電方向に対応する往／復方向の
移動力を発生させる磁界発生手段、を有するリニアモー
タ駆動の液体ポンプ；前記液体出力ポートもしくはそれに連通する流路の圧力
を検出する圧力検出手段；前記電気コイルに正／逆通電する通電手段；前記電気コ
イルの正／逆通電の少くとも一方において前記通電手段
を介して前記電気コイルの通電電流値を漸増し、前記圧
力検出手段が検出した圧力が設定範囲を外れた時にはこ
の漸増を停止する電流値制御手段；を備えるポンピング装置。